WO2006098234A1

WO2006098234A1 - 放電電極の溶接方法、その方法によって溶接された放電電極及びその放電電極を備えた蛍光放電管

Info

Publication number: WO2006098234A1
Application number: PCT/JP2006/304721
Authority: WO
Inventors: Tomohiro Saito; Hiroshi Miura; Shigeji Matsubara; Tomohiro Sano
Original assignee: Neomax Materials Co., Ltd.
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2006-09-21
Also published as: JP5019390B2; TWI393166B; KR20070120525A; JPWO2006098234A1; TW200638460A

Abstract

[課題]　有底筒状の放電電極の端板部に凹部を形成することなく、また放電電極と電極支持リードとの間に隙間を形成することなく溶接することができる放電電極管の溶接方法等を提供する。 [解決手段]　本発明の放電電極管の溶接方法は、管部（１２）と端板部（１３）とが一体的に成形された放電電極（１１）と、高融点金属で形成された電極支持リード（２０）とを溶接する方法であって、前記端板部（１３）の外表面に前記電極支持リード（２０）の先端部を押し付けるように突き合わす工程と、前記電極支持リード（２０）の先端部の近傍にレーザービームＬＢを照射し、前記電極支持リード（２０）の先端部を加熱して、前記先端部が突き合わされた前記端板部（１３）を局部的に溶融しつつ、前記先端部を端板部（１３）の溶融部に埋入する工程と、前記溶融部を冷却凝固する工程とを備える。

Description

明細書

放電電極の溶接方法、その方法によって溶接された放電電極及びその放電電極を備えた蛍光放電管

技術分野

[0001] 本発明は、例えば液晶のノックライトとして用いられる蛍光放電管に設けられる有底筒状の放電電極と電極支持リードとの溶接方法等に関する。

背景技術

[0002] 液晶装置にはバックライトとして小形の蛍光放電管が用いられる。このような蛍光放電管は、図 4に示すように、内壁面に蛍光膜 (図示省略)が形成され、その内部に放電用ガス (アルゴンガス等の希ガスおよび水銀蒸気）が封入されたガラス管 50と、そのガラス管 50の内部の両端部に設けられた一対の冷陰極を構成する有底筒状の放電電極 51を備えている。前記放電電極 51は、一端が開口した管部 52を有し、管部 52の他端が端板部 53にて閉塞されたカップ状をなしており、管部 52と端板部 53とは一体的に成形されたものである。前記端板部 53には前記ガラス管 50の端部を貫通して封止された軸状の電極支持リード 57の一端が溶接され、この電極支持リード 5 7の他端にリード線 58が接続される。前記電極支持リード 57は、高融点金属の W (タングステン)や Mo (モリブデン)で形成され、放電電極 51とはレーザー溶接又は抵抗溶接される。

[0003] 前記放電電極 51は、バックライト等の小形の蛍光放電管用のものでは、例えば内径 1. 5mm程度、全長 5mm程度、管部 52の肉厚 0. 1〜0. 15mm程度であり、通常、純 Ni板を深絞り成形することによって有底筒状に一体成形される。また、特開 2002 — 289138号公報（特許文献 1)には、内層を Nb、 Ta、 Tiなどで形成し、外層を Niで形成した二層構造の放電電極が提案されてヽる。

[0004] 前記放電電極 51と電極支持リード 57とは、放電電極 51の端板部 53の外表面に電極支持リード 57の先端部を当接し、放電電極 51の内部から端板部 53に向けてレーザ一ビームを照射し、両者の当接部を部分的に溶融させることによりスポット溶接されていた。しかし、このような溶接方法では、電極の端板部の内表面が酸化されて酸ィ匕皮膜が形成され易い。放電に寄与する部位は主に放電電極の内表面側であるため、端板部の内表面に酸化皮膜が形成されると、電極外表面でも放電が生じるようになり、放電特性が劣化したり、電極が損傷するなどの問題が生じる。

[0005] そこで、特開 2003— 272520号公報 (特許文献 2)には放電電極の内部酸化を防止する溶接方法が提案されている。この方法は、放電電極の端板部に電極支持リードが嵌入可能な凹部を形成し、この凹部に電極支持リードを嵌入した状態で、凹部の周壁の外側力もレーザービームを照射することによって、両者を溶接する方法である特許文献 1 :特開 2002— 289138号公報

特許文献 2：特開 2003 - 272520号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] しかし、前記特許文献 2の方法では、端板部に電極支持リードを嵌入するための凹部を形成する必要があるため、大量生産に適した深絞り成形によって放電電極を成形することができず、多段鍛造などの特殊な成形方法を採る必要がある。特に、放電電極として 2層構造の電極を用いる場合、端板部に凹部を形成することは困難であり

、事実上、溶接対象とすることができない。また、電極支持リードと凹部の底面との間に間隙が生じ易ぐ間隙ができると電極支持リードの先端と凹部の底面との間で放電が生じ、蛍光放電管の放電特性が劣化するという問題がある。

本発明はカゝかる問題に鑑みなされたもので、有底筒状の放電電極の端板部に凹部を形成することなぐまた放電電極と電極支持リードとの間に隙間を形成することなくレーザー溶接することができる放電電極の溶接方法等を提供することを目的とする

[0007] 本発明の放電電極の溶接方法は、一端が解放された管部の他端が端板部によつて閉塞され、前記管部と端板部とがー体的に成形された放電電極と、高融点金属で形成された電極支持リードとを溶接する方法であって、前記放電電極の端板部の外表面に前記電極支持リードの先端部を押し付けるように突き合わす工程と、前記電極支持リードの先端部の近傍にレーザービームを照射し、前記電極支持リードの先端部を加熱して、前記先端部が突き合わされた前記端板部を局部的に溶融しつつ、前記先端部を端板部の溶融部内に埋入する工程と、前記溶融部を冷却凝固するェ程とを備える。

この溶接方法によれば、電極支持リードの先端部の近傍にレーザービームを照射し、その先端部を加熱して、前記先端部が突き合わされた放電電極の端板部を局部的に溶融しつつ、前記先端部を端板部の溶融部内に埋入し、その溶融部を冷却凝固するので、放電電極の端板部に凹部を形成する必要がなぐ端板部が平坦状であつても電極支持リードの先端部を前記端板部内に密着させつつ、強固に溶接することができる。このため、放電電極の成形も容易で、その製造コストを低減することができ、また前記端板部と電極支持リードの先端部との間に間隙が生じないので、放電特性を劣化させることがない。

[0008] 前記溶接方法にお!、て、前記放電電極として、全体が純 Ni又は Niを主成分とする Ni基合金で形成された単層構造の放電電極を用いることができる。また、純 Ni又は Niを主成分とする Ni基合金で形成された外層と、前記外層の内側に積層された内層とを有し、前記内層が Nb、 Ta、 Tiあるいはこれらを主成分とする高融点合金で形成された二層構造の放電電極を用いることができる。

このような二層構造の放電電極を用いることにより、電極支持リードの加熱された先端部が前記端板部を局部的に溶融させつつ、その溶融部内に埋入する際、前記先端部が外層に容易に埋入され、し力も高融点金属で形成された内層によって、その埋入が阻止されるため、前記端板部の外表面に前記電極支持リードの先端部を突き合わせる際の押し付け力を厳格に調整する必要がない。このため、放電電極の端板部の外層内に電極支持リードの先端部を容易かつ確実に埋入することができる。さらに、電極支持リードの先端部の加熱はレーザービームの照射によって行われるため、端板部を形成する外層の溶融時間はごく短い。このため、主として放電に寄与する内層を形成する高融点金属と外層を形成する純 Ni又は Niを主成分とする Ni基合金 (以下、これらの金属をまとめて Ni系金属ということがある。）とはほとんど合金化しない。それ故、使用中に内層の放電特性が変化するおそれがない。

[0009] また、前記溶接方法において、前記放電電極として、純 Ni又は Niを主成分とする Ni基合金で形成された外層と、前記外層の内側に積層され、鉄鋼材で形成された中間層と、前記中間層の内側に積層された内層とを有する三層構造の放電電極を用いることができる。前記内層は、 Nb、 Ta、 Tiあるいはこれらを主成分とする高融点合金で形成することが好ましヽ。

この三層構造の放電電極によると、中間層を形成する鉄鋼材は Ni系金属に比して溶接性が良好であるので、電極支持リードの先端部を外層乃至中間層内に容易かつ確実に埋入することができる。

[0010] また、本発明の放電電極は、一端が解放された管部の他端が端板部によって閉塞され、前記管部と端板部とがー体的に成形された放電電極であって、前記放電電極の端板部の外表面に高融点金属で形成された電極支持リードが上記溶接方法によつて溶接されたものである。また、本発明の蛍光放電管は、放電用ガスが封入されたガラス管と、前記ガラス管の内部の両端部に設けられた一対の冷陰極を構成する放電電極とを備えた蛍光放電管であって、前記放電電極として上記電極支持リードが溶接された放電電極が用いられ、前記電極支持リードが前記ガラス管の端部に貫通して封止されたものである。

[0011] 上記した、本発明の溶接方法によって電極支持リードが溶接された放電電極、その放電電極を備えた蛍光放電管は、電極支持リードの先端部が放電電極の端板部の外層内に空隙を形成することなく強固に溶接接合されるので、耐久性に富み、放電特性も良好である。し力も、放電電極の端板部に凹部を形成する必要がないため、その成形も容易で、製造コストを低減することができる。

[0012] 上記のとおり、本発明の溶接方法によれば、放電電極の端板部に凹部を形成する必要がなぐ平坦状であっても電極支持リードの先端部を前記端板部内に空隙を形成することなく強固に接合することができる。このため、放電電極の成形も容易で、その製造コストを低減することができ、また放電特性が劣化するおそれもない。また、本発明の放電電極、蛍光放電管においても、同様の効果を奏する。

図面の簡単な説明

[0013] [図 1]図 1は実施形態にかかる溶接補助装置及び溶接要領の説明図を示す。

[図 2]図 2は溶接後の放電電極と電極支持リードとの接合状態を示す断面図である。 [図 3]図 3は三層構造の放電電極の断面図である。

圆 4]図 4は従来の蛍光放電管用放電電極を備えた蛍光放電管の要部断面図である符号の説明

[0014] 11, 11A 放電電極

12 管部

13 端板部

14 外層

15 内層

16 中間層

LB レーザービーム

発明を実施するための最良の形態

[0015] 先ず、本発明の実施形態に係る溶接方法を実施するための溶接補助装置について説明する。この溶接補助装置は、図 1に示すように、放電電極 11を上下方向に着脱自在に保持する第 1保持具 1と、軸状の電極支持リード 20を上下方向に着脱自在に保持するとともに、その下端位置を位置決めする支持軸 8を備えた第 2保持具 2を備えている。そして、前記第 1保持具 1と第 2保持具 2との間に周方向に適宜の間隔を置いて、複数個の、例えば 120° 間隔で 3個のレーザービーム照射ユニット 3が設けられている。

[0016] 前記第 1保持具 1の上部には、放電電極 11が第 1保持具 1に装着され、径方向に位置決めされた状態で、放電電極 11の上部を下方に押圧する押さえ板 5を備えた押さえ部材 4が設けられている。また、前記押さえ部材 4は、可動アーム 6を備えており、これによつて放電電極 11が第 1保持具 1に保持された保持位置と、保持された放電電極 11と干渉しない待避位置との間で、押さえ板 5が移動自在とされ、また保持位置において、押さえ板 5が昇降自在とされている。前記押さえ板 5が保持位置で放電電極 11の上に下降した状態では、パネや重り等の付勢手段（図示省略）により第 1保持具 1に保持された放電電極 11は電極支持リード 20側へ押圧される。

また、前記押さえ板 5が放電電極 11を押圧した状態で、その押さえ板 5の中央部に設けられた開口部を介して、放電電極 11の内部に Arガス等の不活性ガスを供給するガス供給管 7が押さえ部材 4に付設されている。また、電極支持リード 20と放電電極 11との溶接部に Arガス等の不活性ガスを供給するガス供給管（図示省略)が設けられている。なお、押さえ板 5の押圧力は、 0〜0. 5N程度、通常 0. 4〜0. 5N程度でよぐ放電電極 11自体の荷重で電極支持リード 20への押圧が十分な場合、押さえ部材 4を設ける必要はない。

[0017] 前記放電電極 11は、一端が解放された管部 12の他端が端板部 13によって閉塞され、前記管部 12と端板部 13とが一体的に成形された、カップ状 (有底筒状)の電極であり、前記端板部 13の中心部外表面に W (融点 3380°C)、 Mo (融点 2630°C)等の高融点金属で形成された電極支持リード 20がレーザー溶接される。

[0018] この放電電極 11は、図 1に示すように、 Ni系金属で形成した外層 14の内面に高融点金属で形成された内層 15が積層形成された二層構造の電極である。前記放電電極 11の全体厚さは 0. 1〜0. 2mm程度であり、電極支持リード 20の溶接性を確保するには、外層 14は少なくとも 20 m程度あればよぐ通常 20〜50 /ζ πι程度でよい。また、内層 15は、通常、 20〜： LOO /z m、好ましくは 40〜80 /ζ πι程度とされる。この放電電極 11は、二層のクラッド板材から打ち抜き加工された円板状ブランク材を成形素材として深絞り成形により製作される。

[0019] 前記外層 14を形成する Ni系金属としては、純 Niある、は Niを主成分とする Ni基合金が用いられる。前記 Ni基合金は、 Ni量が 80mass%以上、より好ましくは 85mass %以上のものが望ましい。前記 Ni基合金としては、 Nb、 Taを単独あるいは複合して 1. 0〜12. Omass%含み、残部 Niおよび不可避的不純物よりなる Ni— Nb合金、 Ni — Ta合金、 Ni— Nb— Ta合金を用いることができる。 Nb、 Taは、この程度の添加量であれば成形性を害することはなぐまた水銀蒸気に対する耐食性を向上させる効果を有し、電極の耐久性を向上させることができる。

[0020] また、前記内層 15を形成する高融点金属としては、 Niに比して放電特性を低下させることなぐ放電による消耗が生じ難い Nb、 Taあるいはこれらを主成分とする Nb合金、 Ta合金が好ましい。特に Nbはカ卩ェ性に優れるので好適であり、 Nb合金としては Nb量が 90mass%以上、より好ましくは 95mass%以上のものが望ましい。因みに、融点は Niが 1453°C、 Nb力 2520°C、 Taが 3250°Cである。

[0021] 本実施形態に係る溶接方法を実施するには、まず、第 1工程として、放電電極 11 の端板部 13の外表面に電極支持リード 20の先端部を押し付けるように突き合わせる。すなわち、電極支持リード 20を第 2保持具 2の支持孔に装入し、また放電電極 11を第 1保持具 1の支持孔に装入し、その端板部 13を前記第 2保持具 2に保持された電極支持リード 20の先端部（上端部）に当接させる。そして、押さえ部材 4の押さえ板 5 を待避位置力保持位置へ移動して、前記放電電極 11の上端開口部に載置し、押圧する。

[0022] 次に、第 2工程として、電極支持リード 20の先端部の近傍にレーザービームを照射し、電極支持リード 20の先端部を加熱して、前記先端部が突き合わされた端板部 13 を局部的に溶融しつつ、前記先端部を端板部 13の溶融部内に埋入させる。すなわち、放電電極 11の内部および電極支持リード 20との当接部に Arガスなどの不活性ガスを吹き付けて、レーザービーム LBを電極支持リード 20の当接部近傍に照射し、電極支持リード 20の先端部を加熱する。加熱温度は、前記放電電極 11の外層 14を形成する Ni系金属の融点より高くする必要があり、好ましくは 1400°C程度以上で、前記内層 15を形成する高融点金属の融点未満の温度とすればよい。これにより、電極支持リード 20の先端部が当接した端板部 13の外層 14を局部的に溶融しつつ、電極支持リード 20の先端部を外層 14の溶融部内に埋入させることができる。この放電電極 11の場合、内層 15は高融点金属で形成されているので、 0. 5N程度の押圧力では、電極支持リード 20の先端部が内層 15内に侵入することはない。

電極支持リード 20の先端部が端板部 13の外層 14の溶融部内に埋入することにより、溶融部から溢れた溶融金属は、図 2に示すように、電極支持リード 20の先端部に密着した盛り上がり部 19を形成する。

[0023] その後、第 3工程として、前記溶融部及びこれから溢れた溶融金属を冷却凝固させる。その結果、電極支持リード 20は放電電極 11に空隙を形成することなく強固に接合される。電極支持リード 20の溶接後、不活性ガスの噴射を止めて、押さえ部材 4をガス導入管 7とともに待避位置に移動させる。その後、適宜の搬送手段により電極支持リード 20が溶接された放電電極 11は第 1保持具 1から取り出される。 [0024] 上記実施形態では、放電電極 11として二層構造の電極を例示した力 Ni系金属の単層材で形成されたものや、さらには図 3に示すように、 M系金属で形成した外層 14の内面に鉄鋼材で形成された中間層 16が積層形成され、さらにその内側に内層 15が積層形成された三層構造の放電電極 11 Aを用いてもよヽ。前記中間層 16を形成する鉄鋼材は、 M系金属に比して溶接性に優れるが、材料の耐食性、安定性を考慮するとステンレス鋼が好ましい。前記内層 15は、前記 Ni系金属や Nb、 Taあるいはこれらを主成分とする Nb合金、 Ta合金で形成することができる。

[0025] 放電電極を Ni系金属の単層材で形成した場合、加熱された電極支持リードの先端部が過度に端板部内に侵入したり、甚だ、場合は内部に突き抜けるおそれがある。このようなことが生じないようにするには、押圧力を小さく設定すればよい。また押圧力を 0. 5N程度に大きくした場合でも、図 1に示したように、押さえ部材 4の押さえ板 5 の下降量を所定の範囲内に規制する規制部材 9を押さえ板 5の下側に設けることで、そのような問題を容易に回避することができる。

また、前記実施形態では、放電電極 11を電極支持リード 20の上方に配置して溶接したが、放電電極 11を下方に、電極支持リード 20を上方に配置してもよい。

また、前記実施形態では、図 1に示す溶接補助装置を用いて、本発明にかかる放電電極の溶接を実施したが、本発明の実施に当たって、上記溶接補助装置を必ずしも使用する必要はなぐまた上記溶接補助装置を適宜設計変更して使用してもよい。以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定的に解釈されるものではない。

実施例

[0026] 厚さ 100 mの純 Ni層と厚さ 50 mの純 Nb層とが圧接され、拡散接合されたクラッド板を準備した。これ力円形ブランク材をせん断加工により採取し、これを用いて深絞り成形し、外径 1. 7mm,長さ 5mmの有底筒状の放電電極を製作した。一方、外径 φ 0. 8mm、長さ 3mmの純 Moの電極支持リードを準備し、 YAGレーザー溶接機を用いて、上記の溶接補助装置を用いて 120° 等間隔に設置したレーザー照射ュニットから下記溶接条件でレーザービーム LBを電極支持リード 20の先端力も約 0. 2m m下方の位置に照射してレーザー溶接を行った。 •溶接条件

発振波長： 1. 064 m、照射位置でのレーザ一径： 0. 、レーザー出力： 13J

ZP、押さえ荷重： 0. 44N、酸化防止用シールガス: Arガス

溶接後、電極支持リードの接合強度を測定したところ 120Nであった。従来の溶接方法 (放電電極の内側力レーザービームを照射して電極支持リードを溶接する方法)で溶接した場合、接合強度は 90〜： L00N程度であるので、従来に比して接合強度がかなり向上した。また、溶接後の放電電極を中心線に沿って縦断し、溶接部の断面を観察したところ、図 2に示したように、電極支持リード 20の先端部が放電電極 1 1の端板部 13の外層 14内に埋入するとともに盛り上がり部 19が先端部の外周に密着し、隙間なく強固に接合していた。

Claims

請求の範囲

[1] 一端が解放された管部の他端が端板部によって閉塞され、前記管部と端板部とが一体的に成形された放電電極と、高融点金属で形成された電極支持リードとを溶接する放電電極の溶接方法であって、

前記放電電極の端板部の外表面に前記電極支持リードの先端部を押し付けるように突き合わす工程と、前記電極支持リードの先端部の近傍にレーザービームを照射し、前記電極支持リードの先端部を加熱して、前記先端部が突き合わされた前記端板部を局部的に溶融しつつ、前記先端部を端板部の溶融部内に埋入する工程と、前記溶融部を冷却凝固する工程とを備えた、放電電極の溶接方法。

[2] 前記放電電極は、純 Ni又は Niを主成分とする Ni基合金で形成された、請求項 1に記載した放電電極の溶接方法。

[3] 前記放電電極は、純 Ni又は Niを主成分とする Ni基合金で形成された外層と、前記外層の内側に積層された内層とを有し、前記内層が Nb、 Ta、 Tiあるいはこれらを主成分とする高融点合金で形成された、請求項 1に記載した放電電極の溶接方法。

[4] 前記放電電極は、純 Ni又は Niを主成分とする Ni基合金で形成された外層と、前記外層の内側に積層され、鉄鋼材で形成された中間層と、前記中間層の内側に積層された内層とを有する、請求項 1に記載した放電電極の溶接方法。

[5] 一端が解放された管部の他端が端板部によって閉塞され、前記管部と端板部とが一体的に成形された放電電極であって、前記放電電極の端板部の外表面に高融点金属で形成された電極支持リードが請求項 1から 4に記載したいずれかの溶接方法によって溶接された、放電電極。

[6] 放電用ガスが封入されたガラス管と、前記ガラス管の内部の両端部に設けられた一対の冷陰極を構成する放電電極とを備えた蛍光放電管であって、前記放電電極として請求項 5に記載された放電電極が用いられ、前記電極支持リードが前記ガラス管の端部に貫通して封止された、蛍光放電管。