WO2003107392A1 - 低圧放電ランプ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

外面に電極21,26として電流導体層が形成された管状ガラスランプ容器10を備えて成る低圧放電ランプであって、容器10の端部に超音波半田ディッピング層31,36を形成し、電流導体層としたことを特徴とする。また、ガラスランプ容器の端部表面をブラスト処理し、そのブラスト処理面41,46に超音波半田ディッピングにより超音波半田ディッピング層を形成すれば、ガラス表面との馴染みがより強固な電流導体層を外部電極21,26として形成できる。電流導体層が一様な厚みを有する低圧放電ランプを、低価格で大量生産できる。

Description

明細書 低圧放電ランプ及びその製造方法 技術分野 本発明は、 低圧放電ランプ及びその製造方法に関する。 背景技術 管状ガラスランプ容器の外表面に電極を備える、 いわゆる誘電体バリ ァ放電型低圧放電ランプ (EEFL)として、 例えば実開昭 61- 126559 号公 報に記載されたものが知られていている。 この低圧放電ランプは、 両端 が封止された管状ガラスランプ容器の内部に、 希ガスもしくは水銀と希 ガスの混合ガス等のイオン化可能な充填剤が封入されている。 管状ガラ スランプ容器の内壁面には、必要に応じて蛍光体層等が形成されている。 管状ガラスランプ容器の両端部外面には、 外部電極が配設されている。 外部電極は、 例えばアルミ箔及び導電性粘着剤から成る電流導体層と しての金属テープ及び低圧放電ランプへの給電金具として金属テープに 接続されるコイル状リード線から成る。 なお、 コイル状リード線は自身 のバネ性によって金属テープに当接している。

このような構成の低圧放電ランプでは、 管状ガラスランプ容器内に電 極が配置されていないために電極の消耗が起こらず、 寿命が長いという 特徴がある。 しかし、 管状ガラスランプ容器の直径は 3mni程度であつ て非常に細く、 これに金属テープを貼り付ける場合、 精密な寸法精度で 貼り付けるための複雑な機械が必要になり、 量産には困難が伴った。

また、このような金属テープを用いた電極においては、この金属テープ に電流が流れる際に、ァクリル等で構成される導電性粘着剤の部分にお いて電力損失が生じ、ランプの消費電力が増加するという欠点もあつた。 さらに、この導電性粘着剤は耐熱性が低いため、電流通過の際の発熱に より部分的に炭化し、この部分の抵抗が低下して電流集中が発生する。こ の結果、高熱が発生して管状ガラスランプ容器が部分的に溶融し、穴が開 くという問題点もあった。

本発明は、 このような従来の金属テープを用いた電極を有する低圧放 電ランプの技術的課題を解決し、電力消費を低減し、穴明きを防止すると ともに、その製造において低価格にして大量生産が可能な製造方法を採 用できる低圧放電ランプを提供することを目的とする。 発明の開示 本発明の低圧放電ランプは、 管状ガラスランプ容器の管端部を、 ガ ラス表面と馴染みの良い半田材料を溶融した半田槽にディ ッビングする ことにより外部電極の電流導体層を形成することを特徴とするものであ る。 ガラス表面と馴染みの良い半田材料としては、スズ、スズとインジゥ ムとの合金、 若しくはスズとビスマスとの合金のいずれかを主成分とし て用いることにより、 電流導体層が粘り強く強固であり、 放電特性が安 定し、 また長寿命となる。 また、上記の半田材料としては、アンチモン、 亜鉛、アルミニウムの少なく とも 1種類を添加剤として含むことにより、 管状ガラスランプ容器の表面と電流導体層との馴染みが良く、 電流導体 層が剥がれ難く、 放電特性が安定し、 また長寿命となる。 しかも、 電流 導体層の形成に半田ディ ッビング を採用することによって大量生産化 が可能で、 低価格化が図れる。

また、本発明の低圧放電ランプは、 管状ガラスランプ容器の管端部を、 半田材料を溶融した超音波半田槽にデイ ツビングすることにより外部電 極の電流導体層を形成することを特徴とするものである。 この場合の半 田材料としては、スズ、 スズとィンジゥムとの合金、若しくはスズとビス マスとの合金のいずれかを主成分として用いることにより、 電流導体層 が粘り強く強固であり、 放電特性が安定し、 また長寿命となる。 かかる本発明の低圧放電ランプでは、 外部電極の電流導体層が超音波 半田ディ ヅビングによって形成されているので、 よりムラのない一様な 厚さの層となり、 高性能な低圧放電ランプを実現できる。 しかも、 電流 導体層の形成に超音波半田ディ ッビング法を採用することによって大量 生産化が可能で、 低価格化が図れる。

さらに、本発明の低圧放電ランプは、管状ガラスランプ容器の管端部の 表面にプラス ト処理を施しておき、 その部分を上記半田材料を溶融した 超音波半田槽にディ ッビングすることにより外部電極の電流導体層を形 成することを特徴とするものである。

かかる本発明の低圧放電ランプでは、 外部電極の電流導体層が超音波 半田ディ ッビングによって形成されているのでムラのない一様な厚さの 層が得られる。 しかもブラス ト処理の施された表面に超音波半田ディ ッ ビングにより電流導体層が形成されているので管状ガラスランプ容器か ら電流導体層が剥がれにく く、 高性能な低圧放電ランプを提供すること ができる。 加えて、 電流導体層の形成に超音波半田デイ ツビング法を採 用することができ、 大量生産化が可能で、 低価格化が図れる。

また、前記半田は鉛成分を含まないことを特徴とするものであり、低圧 放電ランプの製造において環境への悪影響が避けられる。 図面の簡単な説明 図 1は本発明の第 1の実施例の誘電体バリァ放電型低圧放電ランプの 軸方向断面図。

図 2は本発明の第 2の実施例の誘電体バリァ放電型低圧放電ランプの 軸方向断面図。

図 3は本発明の第 3の実施例の誘電体バリァ放電型低圧放電ランプの 軸方向断面図。

図 4は本発明の応用例である誘電体バリァ放電型低圧放電ランプの軸 方向断面図。 図 5は本発明の他の応用例である誘電体バリァ放電型低圧放電ランプ の軸方向断面図。 発明の詳細な説明 以下、 図を参照して本発明の実施例を詳説する。 図 1は、 本発明の第 1の実施例である誘電体バリァ放電型低圧放電ランプ 11の構造を示して いる。 この低圧放電ランプ 11において、 管状ガラスランプ容器 10はホ ゥ珪酸ガラスで形成され、その寸法は、外径 2.6mm、 内径 2.0mm、 全長 350mmである。 この管状ガラスランプ容器 10 内には、封入ガスとして ネオンとアルゴンの混合ガス（組成比：ネオン/アルゴン =90 モル。/。/ 10 モ ル％)が封入圧 60Torrで封入されている。 また、この管状ガラスランプ容 器 10内には 3mgの水銀も封入されている。

管状ガラスランプ容器 10 の両端部外表面には、 半田ディ ッビング層 30,35がそれぞれ外部電極 21 ,26の電流導体層として形成されている。 管状ガラスランプ容器 10の内周面には、外部電極 21,26が設けられてい る部分を除く部分に、三波長蛍光体からなる蛍光体層 70が形成されてい る。 この蛍光体層 70の厚さは 20 / mである。

半田ディ ヅビング層 30,36 は、 スズ +亜鉛 +アルミニウム +アンチモ ンが溶融された約 350°Cの半田槽に管状ガラスランプ容器 10 の端部を 約 30 秒秒間ディ ッビングすることにより形成した。 形成された半田デ ィ ヅビング層 30，35の厚みは 5〃m、 配設部の長さは 20mmである。 半 田ディ ヅビング層 30，35 が形成された管状ガラスランプ容器 10 の両端 部にはその弾性力により半田ディ ッビング層 30 ,35に接触するコイル状 リード線 5 1および 5 6が設けられている。

本願発明者らは、上記の半田材として種々の材料を検討した結果、スズ、 スズとインジウムとの合金、 若しくはスズとビスマスとの合金のいずれ かの半田材料を用いることにより、 管状ガラスランプ容器 10 の表面に 均一で密着性がよいメッキ層が形成されることを確認した。また、これら JP03/07679 の半田材料に、アンチモン、 亜鉛、 アルミニウムの少なく とも 1 種類を 添加剤として含むことにより、 管状ガラスランプ容器の表面と電流導体 層との馴染みが良く、 電流導体層が剥がれ難く、 安定な放電特性を提供 する半田ディ ッビング層 30, 35が得られる。すなわち、スズにアンチモン、 亜鉛、 アルミニウムの少なく とも 1種類を添加剤として含む半田材も良 好な密着性を示した。 同様に、スズとインジウムとの合金、 若しくはスズ とビスマスとの合金のそれぞれに対して、アンチモン、亜鉛、 アルミニゥ ムの少なく とも 1種類を添加剤として含む半田材も良好な密着性を示す とともに、 半田材の融点温度を下げることが出来るので半田ディ ッピン グが容易になる。 また、 スズ +亜鉛 +アンチモンにアルミニウムを加え ると表面酸化の進み難い半田電極を形成できるため安定した導電性の電 極を形成できる。

また、 この実施例による誘電体バリァ放電型低圧放電ランプは従来の 金属テープを用いた電極を有する誘電体バリァ放電型低圧放電ランプに 比較して、 電極部の電圧降下がほとんどないため、 ランプ電圧を低くで きる。 例えば、 ランプ電流 4mA、 点燈周波数 45kHz におけるランプ電 圧は、従来のランプでは 1940 Vrmsであったが、本実施例では 1790Vrms でめった o

本願発明者等の実験によれば、鉛を含有しない半田材として広く使用 されているスズと銅の合金を溶融した半田槽.にディ ッビングしてメツキ 層を形成したところ、容器の表面に半田ディ ッビング層を一様に形成す ることができず、 管状ガラスランプ容器 10 の表面が露出する部分が発 生することが判明した。 なお、 スズと銅と銀の合金からなる半田材につ いても同様な結果であった。 このような低圧放電ランプ 18 を長時間点 灯すると、 半田ディ ッビング層の一部に電流が過度に集中し、 管状ガラ スランプ容器 10の管端の一部が過熱して穴が空き、 ランプ 18が不点灯 に到るという問題点が発生する恐れがある。しかしながら、上記の本発明 の実施例においては、ガラスランプ容器 10の表面に形成される半田ディ ヅビング層 30,35は一様な厚さで密着性もよいため、 下地のガラスラン プ容器 10の表面が露出するという問題は見られなかった。

図 2は、 本発明の第 2の実施例である誘電体バリァ放電型低圧放電ラ ンプ 11 の構造を示している。 同図に示す誘電体バリア放電型低圧放電 ランプ 11 は図 1 に示す放電ランプ 11 と一部を除いて、基本的に同じ構 成である。 したがって、同一の部分には同一の符号を付し、以下の説明に おいては、第 1 の実施例と異なる点を中心に説明する。 この誘電体バリ ァ放電型低圧放電ランプ 11においては、 管状ガラスランプ容器 10の両 端部外表面に、 超音波半田ディ ッビング層 31,36が形成されている。 こ れらの超音波半田ディ ッビング層 31,36はそれぞれ外部電極 21，26を構 成する電流導体層として用いられる。

超音波半田ディ ッビングは、 周知のとおり、 溶融半田槽内部に超音波 振動子を設置し、 溶融半田に超音波振動を付与しつつメツキを行う方法 である。本実施例においては、半田材は第 1の実施例と同じ材料を用い、 超音波振動子を 20KHZで振動させた状態で、 管状ガラスランプ容器 10 の端部を約 230°Cの溶融半田槽内に約 30秒間浸漬した。 また、超音波半 田槽としては、黒田テクノ株式会社製の KDB- 100を用いた。

このようにして形成された半田ディ ッビング層 31,36 は、第 1 の実施 例と同様に、その厚みは 5 ^ m、 管軸方向の長さは 20mmである。超音波 半田槽に管端部をディ ヅビングすることによって形成されたディ ヅピン グ層 31,36は、通常の半田槽により形成された半田ディ ッビング層 30,35 よりさらに均一な厚みを有するとともに、 後述するように、 管状ガラス ランプ容器 10の表面に対してより高い密着性を有している。

次に、 図 3を参照して本発明の第 3の実施例である誘電体バリァ放電 型低圧放電ランプを説明する。 同図に示す誘電体バリァ放電型低圧放電 ランプ 11 も図 2に示した放電ランプ 11 と一部を除いて、同じ構成であ る。 したがって、同一の部分には同一の符号を付し、 以下の説明において は、第 2の実施例と異なる点を中心に説明する。 図 3 に示す誘電体バリ ァ放電型低圧放電ランプ 11において、 管状ガラスランプ容器 10の両端 部外表面はプラス ト処理されて粗面にされており、 このプラス ト処理面 41,46 に超音波半田ディ ヅビング層 31,36 が形成されている。 このブラ ス ト処理は、例えば、管状ガラスランプ容器 10 をその管軸の周りに回転 させ、アルミナ研磨剤を吹き付けることによ り行う。このブラス ト処理は フッ酸等による化学的なエツチングにより行うこともできる。 このよう にブラス ト処理が施された管状ガラスランプ容器 10の両端部は、第 2の 実施例と同じ条件下で超音波半田槽にディ ッビングされ、超音波半田デ ィ ヅビング層 31,36が形成される。

このようにガラス容器 10 の表面をブラス ト処理によって粗面 41,46 にしておく ことで、 超音波半田ディ ッビング層 31,36 と管状ガラスラン プ容器 10 のガラス表面との接触面積を広く し、 超音波半田ディ ッピン グ層 31,36を剥がれ難くすることができる。

以上説明した本発明の実施例における超音波半田ディ ッビング層の管 状ガラスランプ容器表面との密着性あるいは剥がれやすさを検証するた め、 本発明者等は通常の半田を用いた半田ディ ッビング層を比較例とし て形成し、 これらと上記実施例 2および 3の超音波半田ディ ッビング層 との比較実験を行った。 すなわち、 この比較例は、 前述した本発明者ら による実験に用いたスズと銅の合金を溶融した半田槽に、 ブラス ト処理 を施した管状ガラスランプ容器と施さない管状ガラスランプ容器をディ ヅビングしてメ ツキ層を形成し、 比較例 1および 2 とした。 そしてこれ らの比較例と上記実施例 2および 3の超音波半田ディ ッビング層に 1mm 間隔に格子状の傷を付け、 ヒートサイクル試験を行ない、 その後、 セロ ハンテープを用いて剥がれ試験を行った。 この試験結果は表 1に示され ている。なお、 ヒートサイクルは、 80°Cの環境に 0.5時間置き、次に- 30°C の環境に 0.5時間置くことを 1サイクルとした。

【表 1】

0サイクル 100 サイ ク 200サイクル 500サイクル ル 無電解メ ツキ電 NG (傷の無 一 一 一 極（ブラス ト処理 い部分もご

無し） (比較例 1) つそりと剥

がれた。 ）

無電解メ ツキ電 0Κ 0Κ NG (傷の無い

極 （ブラス ト処 部分も ご つ

有 Ό ) 早父 1タリ Ζ. レ

し て り ¾J<iUl - TriS

2) れた。 ）

超音波半田電極 0Κ 0Κ OK OK

(プラス ト処理無

し）（実施例 2)

超音波半田電極 0Κ 0Κ OK OK

(ブラス ト処理有

り）（実施例 3) このヒートサイクル試験の結果から、 本発明の実施例による超音波半 田ディ ッビング層の外部電極は、 半田材料としてスズと銅の合金あるい はスズと銅と銀の合金を用いた通常の半田槽ディ ッビングによる外部電 極よりもヒートサイクル試験に強いことが確認された。

また、 実施例 2 と実施例 3 との違いにより、 実施例 3のように平滑な ガラスランプ容器 10 の表面をブラス ト処理して凸凹にし、 その部分に 超音波半田層を形成することにより、 ガラスランプ容器の表面と超音波 半田ディ ッビング層との接触面積が広くなり、 密着強度を高めることが できることがわかる。 すなわち、 ブラス ト処理によりさらに強固で剥が れ難い外部電極を形成することができた。

図 4及び図 5は、 本発明の誘電体バリァ放電型低圧放電ランプの応用 例を示す図である。 図 4に示す低圧放電ランプ 12 は、 図 3に示した第 3の実施例と同様に管状ガラスランプ容器 10 の両端部外表面にプラス ト処理面 41，46 を形成し、その表面に超音波半田ディ ッビング層 31,36 が形成されている。 さらに、 管状ガラスランプ容器 10 内部の蛍光体層 70の上及び外部電極 21,26の内側のガラス表面に酸化アルミニゥム、酸 化ィッ トリゥム、 酸化亜鉛などの金属酸化物層 71が形成されている。

このような構成の低圧放電ランプ 12 では、 第 2 の実施例の低圧放電 ランプ 11と同様、超音波半田ディ ッビング方法を採用することにより、 低価格にして高性能な低圧放電ランプの大量生産が可能となる。 さらに この応用例に拠れば、 ガラスランプ容器 10の内部の蛍光体層 70への水 銀吸着による水銀消耗を抑えると共に水銀のガラスへの浸入による水銀 消耗を防止することができ、 長寿命化が図れる。

次に、 図 5 に示す低圧放電ランプ 13 は、 同じく第 3の実施例と同様 に管状ガラスランプ容器 10の両端部外表面にブラス 卜処理面 41 ,46が、 その表面に超音波半田ディ ッビング層 31，36が外部電極 21，26 として形 成されている。 また、 管状ガラスランプ容器 10の内周面と蛍光体層 70 との間及び外部電極 21，26の内側のガラス表面に酸化アルミ二ゥム、 酸 化ィッ トリウム、 酸化亜鉛などの金属酸化物層 72が形成されている。

このような構成の低圧放電ランプ 13では、 第 2の実施例の低圧放電 ランプ 11と同様、 @音波半田ディ ヅビング方法を採用することにより、 低価格にして高性能な低圧放電ランプの大量生産が可能となる。さらに、 この応用例に拠れば、 管状ガラスランプ容器 10 のガラス面への水銀の 浸入による水銀消耗を防止することができ、 長寿命化が図れる。

なお、これらの応用例は第 2 の実施例の低圧放電ランプ 11 を用いる場 合について説明したが、これに限らず、第 1あるいは第 3の実施例の低圧 放電ランプ 11を用いてもよいことは言うまでもない。

本発明は上述した実施例あるいは応用例に限定されるものではなく、 種々の変形が可能である。 例えば、 半田ディ ヅビング層 30，35あるいは 超音波半田ディ ツビング層 31，36が形成された管状ガラスランプ容器 10 の両端部にはコイル状リード線 5 1および 5 6が設けられているが、 半 田ディ ッビング層に接触可能な導体であれば必ずしもコイル状リード線 でなくともよい。

以上種々の実施例および応用例により説明したように、 本発明の低圧 放電ランプによれば、 管状ガラスランプ容器 10の外部電極 21，26 とし て一様にしてムラのない金属メツキ層からなる電流導体層を形成するこ とができる。 また、 ブラス ト処理の施された管状ガラスランプ容器 10 の端部表面 41，46部を半田槽にディ ッビングすることによって管状ガラ スラ ンプ容器 10 から極めて剥がれにくい電流導体層を形成することが できる。 したがって、 低消費電力で安定な放電特性を有する高性能な低 圧放電ランプが得られる。 しかも、 半田ディ ッビングという比較的容易 な技術で製造することができるので大量生産が可能で、 低圧放電ランプ の低価格化が図れる。

Claims

請求の範囲

1 . 外面に電極として電流導体層が形成された管状ガラスランプ容 器を備えて成る低圧放電ランプであって、 前記電流導体層は、 半田ディ ヅビングにより形成された半田ディ ッビング層であり、 この半田ディ ヅ ビング層はスズ、スズとィンジゥムとの合金、若しくはスズとビスマスと の合金のいずれかを主成分とすることを特徴とする低圧放電ランプ。

2 . 前記半田ディ ヅビング層はアンチモン、 亜鉛、 アルミニウムの 少なく とも 1種類を添加剤として含むことを特徴とする請求項 1に記載 の低圧放電ランプ。

3 . 前記管状ガラスランプ容器の表面における当該半田ディ ッピン グ層の形成されている部分はプラス ト処理されていることを特徴とする 請求項 2に記載の低圧放電ランプ。

4 . 外面に電極として電流導体層が形成された管状ガラスランプ容 器を備えて成る低圧放電ランプであって、 前記電流導体層は、 超音波半 田デイ ツビングにより形成された超音波半田ディ ッビング層であること を特徴とする低圧放電ランプ。

5 . 前記超音波半田ディ ヅビング層はスズ、 スズとイ ンジウムとの 合金、 若しくはスズとビスマスとの合金のいずれかを主成分とすること を特徴とする請求項 4に記載の低圧放電ランプ。

6 . 前記超音波半田ディ ッビング層はアンチモン、 亜鉛、 アルミ二 ゥムの少なく とも 1種類を添加剤として含むことを特徴とする請求項 5 に記載の低圧放電ランプ。

7 . 前記管状ガラスランプ容器の表面における当該超音波半田ディ ッビング層の形成されている部分はブラス ト処理されていることを特徴 とする請求項 6に記載の低圧放電ランプ。

8 . 前記超音波半田ディ ッビング層は鉛成分を含まないことを特徴 とする請求項 7に記載の低圧放電ランプ。

9 . スズとインジウムとの合金、 若しくはスズとビスマスとの合金 のいずれかを主成分とする溶融半田槽を用意するステツプと、 この溶融 半田槽に管状ガラスランプ容器の端部をディ ヅビングするステップと、 このステップにより前記管状ガラスランプ容器の端部に半田ディ ッピン グ層を形成するステップとを備え、 前記半田ディ ッビング層を外部電極 とすることを特徴とする低圧放電ランプの製造方法。

1 0 . 前記溶融半田槽に管状ガラスランプ容器の端部をディ ッビング する前に、 管状ガラスランプ容器の端部表面にプラス ト処理を施すステ ップをさらに備えたことを特徴とする請求項 9に記載の低圧放電ランプ の製造方法。

1 1 . 前記溶融半田はアンチモン、 亜鉛、 アルミニウムの少なく とも 1 種類を添加剤として含むことを特徴とする請求項 1 0に記載の低圧放 電ランプの製造方法。

1 2 . 前記溶融半田は鉛成分を含まないことを特徴とする請求項 1 1 に記載の低圧放電ランプの製造方法。

1 3 . 超音波半田槽に管状ガラスランプ容器の端部をディ ッビングす るステップと、 このステップにより前記管状ガラスランプ容器の端部に 超音波半田ディ ッビング層を形成するステップとを備え、 前記超音波半 田デイ ツビング層を外部電極とすることを特徴とする低圧放電ランプの 製造方法。

1 4 . 前記超音波半田はスズ、 スズとインジウムとの合金、 若しくは スズとビスマスとの合金のいずれかを主成分とすることを特徴とする請 求項 1 3に記載の低圧放電ランプの製造方法。

1 5 . 前記超音波半田はアンチモン、 亜鉛、 アルミニウムの少なく と も 1種類を添加剤として含むことを特徴とする請求項 1 4に記載の低圧 放電ランプの製造方法。

1 6 . 前記超音波半田は鉛成分を含まないことを特徴とする請求項 1 5に記載の低圧放電ランプの製造方法。

1 7 . 管状ガラスランプ容器の端部表面にプラス ト処理を施すステツ プと、 このステップによりブラス ト処理が施された前記管状ガラスラン プ容器の端部を超音波半田槽にディ ッビングし、 超音波半田ディ ッピン グ層を形成するステップと、 このステップにより形成された超音波半田 ディ ッビング層を外部電極とすることを特徴とする低圧放電ランプの製 造方法。

1 8 . 前記超音波半田はスズ、 スズとインジウムとの合金、 若しくは スズとビスマスとの合金のいずれかを主成分とすることを特徴とする請 求項 1 7に記載の低圧放電ランプの製造方法。

1 9 . 前記超音波半田はアンチモン、 亜鉛、 アルミニウムの少なく と も 1種類を添加剤として含むことを特徴とする請求項 1 8に記載の低圧 放電ランプの製造方法。

2 0 . 前記超音波半田は鉛成分を含まないことを特徴とする請求項 1 9に記載の低圧放電ランプの製造方法。