JP4394748B1 - 冷陰極放電管用電極及び冷陰極放電管 - Google Patents

Abstract

【課題】耐スパッタ性及び深絞り加工性に優れ、希少金属であるモリブデンの含有量が少ない冷陰極放電管用電極を提供する。
【解決手段】含有量３．０質量％以上７．０質量％以下のモリブデン（Ｍｏ）と、含有量１２．０質量％以上１８．０質量％以下の鉄（Ｆｅ）と、を含有し、残部がニッケル（Ｎｉ）及び不可避的不純物である合金を用いてなる冷陰極放電管用電極である。
【選択図】なし

Description

本発明は、冷陰極放電管用電極及び冷陰極放電管に関する。

冷陰極放電管は、例えば、表示装置（例えば、液晶表示装置等）用バックライト等、各種の光源として用いられている。
冷陰極放電管は、一般に、気密に封止されたガラス管と、ガラス管の内部空間内の両端部に配置された一対の電極（冷陰極放電管用電極）と、を有し、前記内部空間にアルゴン（Ａｒ）やネオン（Ｎｅ）等の不活性ガス及び水銀（Ｈｇ）が封入されて構成される。

冷陰極放電管を用いた光の放出では、まず、一対の電極間に電圧が印加されることにより、一方の電極から電子が放出され、放出された電子が水銀（Ｈｇ）原子に衝突し、紫外線が発生する。発生した紫外線は、ガラス管内の壁面に塗布された蛍光体を励起し、励起された蛍光体から可視光線（光）が発生する。このようにして生じた可視光線（光）が、ガラス管外に放出される。従って、冷陰極放電管の寿命は、水銀の有効量に大きく影響される。

従来、冷陰極放電管に備えられる電極の材質としては、純ニッケル（Ｎｉ）が一般的であった。
純ニッケル製の電極を用いた場合、電極にアルゴン等の不活性ガスが衝突することにより、ニッケル原子がガラス管内に飛散する。この現象はスパッタと呼ばれている。スパッタにより飛散したニッケル原子は、水銀原子と結合してアマルガムを形成するため、水銀原子の有効量が減少する。水銀原子の有効量が減少することにより、紫外線の放射量が減少するため、冷陰極放電管から照射される可視光線の輝度が低下する。このようにして冷陰極放電管は寿命に至る。
以上のように、純ニッケル製の電極ではスパッタが起こりやすく、該電極を用いた冷陰極放電管は寿命が短かい傾向がある。

そこで、近年では、電極の耐スパッタ性（スパッタが低減される性質）を向上し、冷陰極放電管を長寿命化するために、冷陰極放電管用電極として、モリブデン−ニッケル合金を用いた電極（例えば、特許文献１参照）や、ニオブ−ニッケル合金を用いた電極（例えば、特許文献２及び３参照）、チタン、ジルコニウム、又はハフニウムを含むニッケル合金を用いた電極（例えば、特許文献４参照）が検討されている。

特許第４１６８９８３号公報 特許第４０９１５０８号公報 特開２００７−２２０６６９号公報 特開２００６−２２８６１５号公報

しかしながら、電極の組成を耐スパッタ性に優れた組成とした場合、深絞り加工性が悪化することがある。一方、電極の組成を深絞り加工性に優れた組成とした場合、耐スパッタ性が悪化することがある。更に、モリブデン等の希少金属の使用量を抑える要求もある。
従って、本発明は、以下の目的を達成することを課題とする。
即ち、本発明の目的は、耐スパッタ性及び深絞り加工性に優れ、希少金属であるモリブデンの含有量が少ない冷陰極放電管用電極を提供することである。
また、本発明の目的は、前記冷陰極放電管用電極を備えた長寿命な冷陰極放電管を提供することである。

前記課題を解決するための具体的手段は以下のとおりである。
＜１＞ 含有量３．０質量％以上７．０質量％以下のモリブデン（Ｍｏ）と、含有量１２．０質量％以上１８．０質量％以下の鉄（Ｆｅ）と、を含有し、残部がニッケル（Ｎｉ）及び不可避的不純物である合金を用いてなる冷陰極放電管用電極である。
＜２＞ 含有量３．５質量％以上６．５質量％以下のモリブデン（Ｍｏ）と、含有量１２．５質量％以上１７．５質量％以下の鉄（Ｆｅ）と、を含有し、残部がニッケル（Ｎｉ）及び不可避的不純物である合金を用いてなる冷陰極放電管用電極である。
＜３＞ 含有量４．５質量％以上５．５質量％以下のモリブデン（Ｍｏ）と、含有量１４．０質量％以上１６．０質量％以下の鉄（Ｆｅ）と、を含有し、残部がニッケル（Ｎｉ）及び不可避的不純物である合金を用いてなる冷陰極放電管用電極である。
＜４＞ 前記合金中におけるニッケル（Ｎｉ）の含有量が７４．５質量％以上である＜１＞〜＜３＞のいずれか１つに記載の冷陰極放電管用電極である。
＜５＞ ＜１＞〜＜４＞のいずれか１つに記載の冷陰極放電管用電極を備えた冷陰極放電管である。

本発明によれば、耐スパッタ性及び深絞り加工性に優れ、希少金属であるモリブデンの含有量が少ない冷陰極放電管用電極を提供することである。
また、本発明によれば、前記冷陰極放電管用電極を備えた長寿命な冷陰極放電管を提供することである。

本発明の冷陰極放電管の一例を示す模式断面図である。 本発明の冷陰極放電管用電極の一例及びリード線を示す模式斜視図である。

＜冷陰極放電管用電極＞
本発明の冷陰極放電管用電極は、含有量３．０質量％以上７．０質量％以下のモリブデン（Ｍｏ）と、含有量１２．０質量％以上１８．０質量％以下の鉄（Ｆｅ）と、を含有し、残部がニッケル（Ｎｉ）及び不可避的不純物である合金を用いてなる。
本発明の冷陰極放電管用電極は、上記構成としたことにより、耐スパッタ性及び深絞り加工性が向上され、希少金属であるモリブデンの含有量が低減される。

従来は、ニッケルを用いた冷陰極放電管用電極の耐スパッタ性を向上させるために、ニッケル中に、希少金属であるモリブデンやニオブを添加することが考案されていた。
本発明者は、ニッケル中に、希少金属であるモリブデンに加え、一般的な金属である鉄を特定量添加することにより、モリブデンの使用量を抑えつつニッケルの結晶粒界の結合力を強くすることができ、耐スパッタ性を向上できるとの知見を得、この知見に基づき本発明を完成した。

即ち、本発明では、合金中に１２．０質量％以上１８．０質量％以下の鉄を含有させることにより、希少金属であり高価であるモリブデンの含有量を３．０質量％以上７．０質量％以下に減らすことができる。換言すれば、耐スパッタ性向上のために添加するモリブデンの一部を、より一般的で安価な金属である鉄に置き換えることができるため、経済性の面でも優れている（即ち、低コストである）。

前記合金中における鉄の含有量が１２．０質量％未満であると、耐スパッタ性が悪化する傾向（即ち、スパッタが顕著になる傾向）がある。また、前記鉄の含有量が１２．０質量％未満であると、耐スパッタ性を維持するために、モリブデンの含有量を増やす必要を生じる。
一方、前記鉄の含有量が１８．０質量％を超えると、深絞り加工性が悪化する傾向がある。
耐スパッタ性と深絞り加工性とをより効果的に両立させる観点からは、前記鉄の含有量は、１２．５質量％以上１７．５質量％以下であることがより好ましく、１４．０質量％以上１６．０質量％以下であることが特に好ましい。

また、本発明の冷陰極放電管用電極は、ニッケルを主成分として構成されるため、延性及び展性に優れており、深絞り加工性に優れる（即ち、純ニッケル電極の有する優れた深絞り加工性が維持される）。
ここで、「深絞り加工性に優れる」とは、前記合金を冷陰極放電管用電極の形状（例えばカップ形状）に深絞り加工する際、破裂や損傷等の加工不良が抑制されている性質を指す。
深絞り加工性をより向上させる観点より、前記合金中におけるニッケルの含有量は、７４．５質量％以上が好ましく、７５．５質量％以上がより好ましく、７８．０質量％以上が特に好ましい。
ニッケル含有量の上限は、耐スパッタ性向上の観点から、８４．５質量％が好ましい。

また、本発明において、合金中におけるモリブデンの含有量は、前述のとおり、３．０質量％以上７．０質量％以下である。
前記モリブデンの含有量が３．０質量％未満であると、耐スパッタ性が悪化する傾向（即ち、スパッタが顕著になる傾向）がある。
一方、本発明における合金中、モリブデンの含有量が７．０質量％を超えると、深絞り加工性が悪化する傾向がある。
前記モリブデンの含有量は、３．５質量％以上６．５質量％以下であることが好ましく、４．５質量％以上５．５質量％以下であることがより好ましい。
更に、前記合金中における、モリブデンの含有量と鉄の含有量との組み合わせとしては、モリブデンの含有量が３．５質量％以上６．５質量％以下であって、鉄の含有量が１２．５質量％以上１７．５質量％以下である組み合わせが好ましく、モリブデンの含有量が４．５質量％以上５．５質量％以下であって、鉄の含有量が１４．０質量％以上１６．０質量％以下である組み合わせがより好ましい。

本発明における合金は、上記成分（ニッケル、モリブデン、及び鉄）以外に不可避的不純物を含む。
ここで、不可避的不純物とは、合金の製造工程において不可避的に混入される不純物を指す。
前記不可避的不純物としては、例えば、炭素、酸素、窒素、硫黄、マンガン、ケイ素、クロム、コバルト、アルミニウム、等が挙げられる。
本発明における合金中における不可避的不純物の含有量は、３．０質量％以下であることが好ましく、２．０質量％以下であることがより好ましく、１．０質量％以下であることが特に好ましい。

本発明における合金は、公知の方法により製造できる。
例えば、ニッケル、鉄、及びモリブデンの各単体（粉末状でも塊状でもよい）を真空溶解炉に投入して金属溶湯を作製し、作製された金属溶湯を用いて真空鋳造によりインゴットとすることで、インゴットの形態の合金を製造できる。更に、前記インゴットを熱間圧延し、圧延板材を作製し、冷間圧延と熱処理とを繰り返し行い、板状の形態の合金とすることもできる。
また、本発明における合金（インゴットの形態及び板状の形態の双方を含む）としては、市販品を用いてもよい。

本発明の冷陰極放電管用電極は、例えば、上記板状の形態の合金を、公知の深絞り加工により、カップ形状に加工することで作製される。
前記合金はニッケルを主成分として構成されるため、展性や延性に優れており、深絞り加工により容易にカップ形状に加工される（即ち、深絞り加工性に優れる）。
本発明の冷陰極放電管用電極の大きさには特に限定はない。
例えば、従来、カップ形状の冷陰極放電管用電極は、カップ径２．１ｍｍ程度、カップ長さ５ｍｍ程度の大きさであったが、近年は、光度向上（電流増大）の観点よりカップ径２．７ｍｍ以上４．０ｍｍ以下、カップ長さ１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の大きさが検討されている。
本発明は、上記従来の大きさの冷陰極放電管用電極から上記近年の大きさの冷陰極放電管用電極まで、特に制限なく適用できる。

＜冷陰極放電管＞
本発明の冷陰極放電管は、既述の本発明の冷陰極放電管用電極を備えて構成される。
本発明の冷陰極放電管は、耐スパッタ性に優れた本発明の冷陰極放電管用電極を備えるため、長寿命である。更に、希少金属であり高価なモリブデンの使用量が抑えられるため、低コストである。

図１は、本発明の一例である、液晶表示装置用バックライトとしての冷陰極放電管の一例を示す概略断面図である。
図１に示すように、本発明の冷陰極放電管の一例である冷陰極放電管１００は、ガラス管１０と、ガラス管１０の両端部を封止する封止ガラス１１及び１２と、を有している。ガラス管１０と、封止ガラス１１及び１２と、により内部空間１６が画定されている。
前記ガラス管１０の外径は、例えば、２．５ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の範囲内、好ましくは３．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の範囲内である。ガラス管１０の材質としては、例えば、硼・珪酸ガラス、鉛ガラス、ソーダガラス、低鉛ガラス等が用いられる。
前記内部空間１６には、アルゴン、キセノン、ネオン等の希ガスおよび水銀が封入されており、内部圧力は大気圧の数十分の一程度に減圧されている。

前記ガラス管１０の内壁１４には、図示しない蛍光体層が設けられている。
前記蛍光体層を構成する蛍光体は、ハロリン酸塩蛍光体や希土類蛍光体などの蛍光体から、目的や用途に応じて適宜選択される。前記蛍光体層は、２種類以上の蛍光体を含んでいてもよい。

本発明の冷陰極放電管用電極の一例である、冷陰極放電管用電極２１及び冷陰極放電管用電極２２は、前記内部空間１６内のガラス管１０両端部に配置されている。
冷陰極放電管用電極２１及び冷陰極放電管用電極２２はいずれもカップ形状である。
冷陰極放電管用電極２１及び冷陰極放電管用電極２２は、冷陰極放電管用電極２１の開口部１７と、冷陰極放電管用電極２２の開口部１８と、が対向する向きに配置されている。
冷陰極放電管用電極２１の底面部２３（詳しくは、該底面部２３の封止ガラス１１側の表面）には、リード線３１の一端が接続されている。リード線３１は、封止ガラス１１を貫通してガラス管１０の外部に至り、他端側で不図示の電源部に接続されている。
同様に、冷陰極放電管用電極２２の底面部２４（詳しくは、該底面部２４の封止ガラス１２側の表面）には、リード線３２の一端が接続されている。リード線３２は、封止ガラス１２を貫通してガラス管１０の外部に至り、他端側で不図示の電源部に接続されている。
冷陰極放電管用電極２１及び冷陰極放電管用電極２２の詳細な形態は、既述の「冷陰極放電管用電極」の項で説明したとおりであり、好ましい範囲も既述のとおりである。
リード線３１及び３２は、例えば、コバール等の導電性材料により構成される。または、コバールからなる外周部と銅又は銅合金からなる内部とを有する２層構造のリード線などであってもよい。

図２は、図１中の冷陰極放電管用電極２１及びリード線３１を拡大して表した斜視図である。図１中の冷陰極放電管用電極２２及びリード線３２も同様の構成である。
冷陰極放電管用電極２１の形状は、円筒形状の一端が底面部２３により閉塞された、カップ形状である。冷陰極放電管用電極２１は、合金板をカップ形状に深絞り加工して作製される。リード線３１は、一方の端面が冷陰極放電管用電極２１の底面部２３の外側に、例えば溶接により接続されている。

図１に示した冷陰極放電管１００による光の放出では、まず、冷陰極放電管用電極２１と冷陰極放電管用電極２２との間に電圧が印加されることにより、一方の電極から電子が放出され、放出された電子が内部空間１６内の水銀（Ｈｇ）原子に衝突し、紫外線が発生する。発生した紫外線は、ガラス管１０内の内壁１４に設けられた蛍光体層を励起し、励起された蛍光体から可視光線（光）が発生する。このようにして生じた可視光線（光）が、ガラス管１０外に放出される。
冷陰極放電管用電極２１及び冷陰極放電管用電極２２は、本発明における合金を用いたものであるため耐スパッタ性に優れている。
従って、冷陰極放電管１００は、経時による輝度の低下が抑制されており、長寿命である。

以上、本発明の冷陰極放電管用電極及び冷陰極放電管の一例を、図１及び図２を用いて説明したが、本発明は上記一例に限定されることはなく、公知の冷陰極放電管用電極及び冷陰極放電管の構成を広く適用することができる。

以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。

〔実施例１〕
＜冷陰極放電管用電極（試料１）の作製及び評価＞
ニッケル、モリブデン及び鉄を真空溶解炉に投入して金属溶湯を作製し、真空鋳造によりインゴットを作製した。
得られたインゴットを熱間圧延し、圧延板材を作製した。
得られた圧延板材に対し、冷間圧延と熱処理とを繰り返し行い、板厚０．２ｍｍ、ビッカース硬度１５１Ｈｖの板状の合金材を作製した。
得られた板状の合金材を用いて組成分析用の試験片を作製し、ＩＣＰ発光分光分析法及び赤外線吸収法（ＪＩＳ Ｚ２６１６）により組成分析を行ったところ、下記表１に示す値であった。

次に、上記で得られた板状の合金材を、板幅１４．０ｍｍのコイル材にスリット加工した。
得られたコイル材を、順送金型及びトランスファー金型を用いて深絞り加工し、カップ径３．６ｍｍ×カップ長さ１５ｍｍのカップ形状の冷陰極放電管用電極（試料１）を得た。

（耐スパッタ性の評価）
上記冷陰極放電管用電極（試料１）と同組成の試験片（５ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍ）を作製し、日立製作所製ＩＭＬ−２５０により、加速電圧５００Ｖ、加速電流２１０ｍＡ、減速電圧２５０Ｖ、入射角度４５°、入射ガスＡｒ、及び真空度２．７×１０^−４Ｐａの条件にてスパッタ試験を行い、１分間当たりのスパッタ量を測定した。
別途、純Ｎｉの試験片（５ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍ）を作製し、得られた純Ｎｉの試験片についても上記と同様のスパッタ試験を行った。
合金のスパッタ量と純Ｎｉのスパッタ量との相対比較を行い、下記評価基準に従って評価した。
評価結果を下記表１に示す。

−耐スパッタ性の評価基準−
◎ … 純Ｎｉのスパッタ量を１００％とした場合、スパッタ量が６０％未満
○ … 純Ｎｉのスパッタ量を１００％とした場合、スパッタ量が６０％以上７５％未満
△ … 純Ｎｉのスパッタ量を１００％とした場合、スパッタ量が７５％以上９０％未満
× … 純Ｎｉのスパッタ量を１００％とした場合、スパッタ量が９０％以上

（深絞り加工性の評価）
上記冷陰極放電管用電極（試料１）の作製と同様の深絞り加工により、冷陰極放電管用電極を１００００個作製し、作製数（深絞り加工数）１００００個中、破裂や損傷が発生したものの個数を確認し、下記評価基準に従って評価した。
評価結果を下記表１に示す。

−深絞り加工性の評価基準−
◎ … 深絞り加工数１００００個中、破裂や損傷の発生 ０個
○ … 深絞り加工数１００００個中、破裂や損傷の発生 １個以上５０個以下
△ … 深絞り加工数１００００個中、破裂や損傷の発生 ５１個以上３００個以下
× … 深絞り加工数１００００個中、破裂や損傷の発生 ３０１個以上

＜冷陰極放電管用電極（試料２〜試料１９）の作製及び評価＞
真空溶解炉に投入するニッケル、モリブデン及び鉄の組成を種々変化させたこと以外は試料１と同様にして冷陰極放電管用電極（試料２〜試料１９）を作製し、試料１と同様の組成分析及び評価を行った。
組成分析の結果及び評価結果を下記表１に示す。

表１に示すように、含有量３．０質量％以上７．０質量％以下のモリブデン（Ｍｏ）と、含有量１２．０質量％以上１８．０質量％以下の鉄（Ｆｅ）と、を含有し、残部がニッケル（Ｎｉ）及び不可避的不純物である合金を用いて作製された冷陰極放電管用電極（試料６〜試料１４）では、耐スパッタ性及び深絞り加工性に優れていた。
このような耐スパッタ性及び深絞り加工性に優れた冷陰極放電管用電極（試料６〜試料１４）を、図１及び図２中の冷陰極放電管用電極２１、２２として用いることで、長寿命な冷陰極放電管１００を作製することができる。

１０ ガラス管
１１、１２ 封止ガラス
１４ ガラス管の内壁
１６ 内部空間
２１、２２ 冷陰極放電管用電極
３１、３２ リード線
１００ 冷陰極放電管

Claims (5)

1. 含有量３．０質量％以上７．０質量％以下のモリブデン（Ｍｏ）と、含有量１２．０質量％以上１８．０質量％以下の鉄（Ｆｅ）と、を含有し、残部がニッケル（Ｎｉ）及び不可避的不純物である合金を用いてなる冷陰極放電管用電極。
2. 含有量３．５質量％以上６．５質量％以下のモリブデン（Ｍｏ）と、含有量１２．５質量％以上１７．５質量％以下の鉄（Ｆｅ）と、を含有し、残部がニッケル（Ｎｉ）及び不可避的不純物である合金を用いてなる冷陰極放電管用電極。
3. 含有量４．５質量％以上５．５質量％以下のモリブデン（Ｍｏ）と、含有量１４．０質量％以上１６．０質量％以下の鉄（Ｆｅ）と、を含有し、残部がニッケル（Ｎｉ）及び不可避的不純物である合金を用いてなる冷陰極放電管用電極。
4. 前記合金中におけるニッケル（Ｎｉ）の含有量が７４．５質量％以上である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の冷陰極放電管用電極。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の冷陰極放電管用電極を備えた冷陰極放電管。

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