JP2006040599A - 電極、放電ランプおよび電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カップ状電極の電極棒に対する傾斜を少なくできる電極を提供する。
【解決手段】カップ状電極７の底板７ａに一端が接続された電極棒６を備えた電極であって、カップ状電極７の底板７ａが電極棒６の一端面の外周沿部６ａで支持され、かつカップ状電極７の底板の中央部７ｂと電極棒６の一端面の中央部６ｂとがレーザー溶接により溶着されている。また、電極棒６の一端面は、電極棒６の軸心と略直交し、その一端面の表面粗さを最大高さＲｍａｘが１μｍ以上１０μｍ以下としている。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、液晶ディスプレイ用バックライト等に適用される放電ランプに関する。

図９は、液晶ディスプレイ用バックライト等に適用される放電ランプ、例えば冷陰極型蛍光ランプ１００の構成を示す断面図である。

冷陰極型蛍光ランプ１００は、希ガスと水銀とが内部に封入された略直管形状のガラスバルブ１０２と、ガラスバルブ１０２の内面に塗布された蛍光体１０３と、ガラスバルブ１０２内部の両端に設けられた電極１０４とを備えたものである。

電極１０４は、モリブデンやタングステンからなる電極棒１０５の一方の端面に、モリブデンからなるカップ形底面に凹が形成されたカップ状電極１０６がレーザー溶接によって取り付けられたものである。また、ガラスバルブ１０２の両端部は、タングステンガラスからなるビーズガラス１０７で気密封止され、電極棒１０５がビーズガラス１０７を貫通して設けられている。

そして、カップ状電極１０６の底面を電極棒１０５の先端の溶着部と同じ形状の凹に形成し、電極棒１０５の先端を誘い込むテーパー形状にすることにより、カップ状電極１０６と電極棒１０５のセンター合わせができ、溶接精度が向上するものである（特許文献１を参照）。
実用新案登録第３１０１３７９号公報

前述した従来技術の構成では、冷陰極型蛍光ランプ１００に用いられる電極１０４の電極棒１０５の直径ｄ１が約１ｍｍと細いため、一般的に電極棒１０５の一端面全域１０５ａとカップ状電極１０６の底板１０６ａとを溶接している。

しかしながら、図１０に示すように、カップ状電極１０６の底面に照射されるレーザー１２０のビーム径の大きさや位置等によっては、電極棒１０５の角部１０５ｂが電極棒１０５の一端面全域における他の部分より深く溶け込んだりすることがあり、電極棒１０５の軸心に対してカップ状電極１０６の軸心が傾くという問題がある。

また、前述した図９に示す冷陰極型蛍光ランプ１００では、ガラスバルブ１０２の内径Ｄ１とカップ状電極１０６の外径Ｄ２との差は小さいため、カップ状電極１０６が電極棒１０５に対して傾斜した状態の電極１０４をガラスバルブ１０２の内部へと挿入すると、挿入後のカップ状電極１０６と蛍光体１０３とが近接しすぎて電極１０４から蛍光体１０３側へとリーク電流が流れたり、傾斜がひどい場合には、電極１０４を挿入する時に蛍光体１０３を剥がしてしまったりするという品質不良を起こすという問題がある。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、電極棒の軸心に対してカップ状電極の軸心の傾斜を少なくできる電極、その製造方法及び品質の良好な放電ランプを提供することにある。

本発明の請求項１記載の電極は、カップ状電極の底板に一端が接続された電極棒を備えた電極であって、前記カップ状電極の底板が前記電極棒の一端面の外周沿部で支持され、かつ前記カップ状電極の底板の中央部と前記電極棒の一端面の中央部が溶着されているものである。

本発明の請求項８記載の放電ランプは、請求項１記載の電極をガラス管の端部に備え、前記ガラス管の内周に蛍光体が被着されているものである。

本発明の請求項１２記載の電極の製造方法は、カップ状電極の底板と電極棒の一端面とを突き合わせて溶接して電極を製造する方法であって、前記カップ状電極の軸心と前記電極棒の軸心とを鉛直方向に一致させて、前記カップ状電極の前記底板と前記電極棒の一端面とを相互に押圧させながら突き合わせる工程と、次いで、前記カップ状電極と前記電極棒との突き合わせ部分を前記カップ状電極の開口側からレーザー光を照射して、前記カップ状電極の底板が前記電極棒の一端面の外周沿部で支持され、かつ前記カップ状電極の底板の中央部と前記電極棒の一端面の中央部とを溶接する工程とを備えている。

本発明によれば、カップ状電極の電極棒に対する傾斜を少なくできる電極、その製造方法及び品質の良好な放電ランプを提供することができる。

以下、本実施の形態に関わる放電ランプについて図面を用いて説明する。

図１に示すように、本発明第１の実施の形態の放電ランプである冷陰極型蛍光ランプ１は、２０℃における圧力が８ｋＰａで組成がＮｅ９５％、Ａｒ５％の混合ガスである希ガスと１．７±０．５ｍｇの水銀とが内部に封入された略直管形状のガラスバルブ２と、ガラスバルブ２の内面に塗布された蛍光体３と、ガラスバルブ２内部の両端に設けられた電極４とを備えたものである。電極４は電極棒６の一端面にカップ状電極７が溶接され、電極棒６の他端面に外部リード線８が溶接されている。

ガラスバルブ２は、内径Ｄ１が２ｍｍ、厚みが０．５ｍｍ、全長が７２０ｍｍの硼珪酸ガラスを用いている。ガラスバルブ２の両端部は、タングステンガラスからなるビーズガラス５で気密封止され、タングステン（Ｗ）からなる直径ｄ１が０．８ｍｍ、長さが３．２ｍｍの電極棒６がビーズガラス５を貫通して設けられる。このとき、ガラスバルブ２の内面に塗布された蛍光体の厚みは約２０μｍであり、ガラスバルブ内面２ａとカップ状電極７の外面との距離ｄが０．０４ｍｍ＜ｄ≦０．２ｍｍの範囲に設けられている。

図２に示すように、電極棒６のガラスバルブ３内の端面６ａには、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）またはニオビウム（Ｎｂ）等の金属からなる長さＬが２〜６ｍｍのカップ状電極７の底板７ａが例えばレーザー溶接によって取り付けられる。また、カップ状電極７の底板７ａは平面状に形成されている。このとき、カップ状電極７の底板７ａが電極棒６の一端面の外周沿部６ａで支持され、かつカップ状電極７の底板７ａの中央部７ｂと電極棒６の一端面の中央部６ｂが溶着される。溶着後は、カップ状電極７の底板７ａに対して電極棒６の軸心と略直交することとなる。

なお、カップ状電極７の底板７ａ側にある電極棒６の一端面は、表面粗さが最大高さＲｍａｘ１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、最大高さＲｍａｘ３μｍ±２μｍであることがより好ましい。また、前記電極棒６の一端面の直角度（電極棒６の軸心に対する９０度の一端面の角度ばらつき）は、１度以下であることが好ましい。

また、カップ状電極７の例えば外周面の一部に、Ｃｓ，Ｌｉ，Ｍｇといったアルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物や合金等の電子放射物質９が塗布されている。

（実施例１）
上記冷陰極型蛍光ランプ１は、水銀封入量が１．７ｍｇ、内径Ｄ１が３ｍｍ、厚みが０．５ｍｍ、全長が７２０ｍｍの硼珪酸ガラスのガラスバルブ２、厚み約２０μｍの蛍光体３、ガラスバルブ内面２ａとカップ状電極７の外面との距離ｄが０．２ｍｍ（カップ状電極７の外径Ｄ２が２．６ｍｍ）、タングステン（Ｗ）からなる直径０．８ｍｍ、長さ３．２ｍｍの電極棒６、長さＬが３ｍｍで外周面の一部にバリウムを有するカップ状電極７とし、カップ状電極７の材料をニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）またはニオビウム（Ｎｂ）の金属で形成した３種類のものを製作し、点灯中のランプ電流を６ｍＡとして、約２万時間経過におけるスパッタリング量及び水銀消費量を調べた。その結果は図７および図８に示す。

図７および図８から明らかなように、上記３種類のいずれの金属も、スパッタリング量が多いほど、水銀消費量も多い。また、約２万時間経過における水銀消費量は、ニオビウム（Ｎｂ）が約３０μｇ、モリブデン（Ｍｏ）が約７０μｇ、ニッケル（Ｎｉ）が約１００μｇの順に多くなる。したがって、カップ状電極７の一番長寿命の材料はニオビウム（Ｎｂ）である。

なお、ガラスバルブ２の内径Ｄ１が１〜６ｍｍの範囲にある場合、水銀封入量が１．７±０．５ｍｇの場合、ガラスバルブ内面２ａとカップ状電極７の外面との距離ｄが０．０４ｍｍ＜ｄ≦０．２ｍｍの場合及び、カップ状電極の軸心方向の長さが２〜６ｍｍの場合の範囲においても、上記効果が得られる。

次に、上記の電極４および冷陰極型蛍光ランプ１の作用効果について説明する。

本発明第１の実施形態の電極４は、図２及び図３に示すように、カップ状電極７の底板７ａが電極棒６の一端面の外周沿部６ａで支持され、かつカップ状電極７の底板の中央部７ｂと電極棒６の一端面の中央部６ｂが溶着されているので、電極棒６の軸心に対するカップ状電極７の軸心の傾きを抑制できる。そして、図１に示すように、この電極４を冷陰極型蛍光ランプ１のガラスバルブ２の端部に設けた時に、カップ状電極７と蛍光体３とが近接しすぎることを防止できるので、電極４から蛍光体３側へとリーク電流が流れたりすることがなく、かつ、この電極４を冷陰極型蛍光ランプ１のガラスバルブ２の端部から内部へと挿入した時に、蛍光体３を剥がしてしまったりする品質不良を防止することができる。

図３に示すように、前記溶着をレーザー光のビーム形状を容易に絞ることができるレーザー溶接で行うため、直径ｄ１が０．８ｍｍの細い電極棒６の一端面の中央部６ｂにレーザー光を照射し、その中央部６ｂを溶融することができる。

また、電極棒６の一端面の直角度を１度以下にすることで、電極棒６の軸心に対するカップ状電極７の軸心の傾きをさらに抑制できる。

さらに、電極棒６の一端面の表面粗さを最大高さＲｍａｘが１μｍ以上１０μｍ以下にすることで、電極棒６とカップ状電極７との溶接強度も向上する。

図１、図７及び図８に示すように、カップ状電極７がニオビウム（Ｎｂ）またはモリブデン（Ｍｏ）の金属で形成されていることにより、このカップ状電極７を冷陰極型蛍光ランプ１に使用した場合、過剰のスパッタリングを抑制して水銀の消耗速度を抑えることができ、冷陰極蛍光ランプ１の長寿命化が図れる。

本発明第１の実施形態の冷陰極型蛍光ランプ１は、図１に示すように、ガラスバルブ２の内面とカップ状電極７の外面との距離ｄが０．０４ｍｍ＜ｄ≦０．２ｍｍの範囲であることにより、放電がカップ状電極７の内面を主体に進行すると共にスパッタ量が常温に比べて大きくなる低温の使用環境下においても、ガラスバルブ２の内面２ａとカップ状電極７の外面との間隙への放電移行が皆無となり、スパッタによる水銀の短期間での大量消耗を抑制でき、早期の電極消耗などによる短寿命化を抑制できる。

また、カップ状電極７がニオビウム（Ｎｂ）材料で、その軸心方向の長さＬが２〜６ｍｍの範囲であることにより、冷陰極型蛍光ランプ１を６万時間程度まで長寿命化が図れる。しかし、上記軸心方向の長さＬが２未満では放電が異常グロー放電となり、通常のグロー放電に比べてスパッタリング量が数倍となるため所望のランプ寿命が得られず、また、上記軸心方向の長さＬが６ｍｍを越えると発光に寄与しないガラスバルブ２の端部が長くなり、所望の明るさが得られない。

さらに、ガラスバルブ２内に水銀量が１．７±０．５ｍｇ封入されていることにより、環境の問題を低減することができる。

続いて、本発明の第１実施の形態における電極４の製造方法について説明する。

図２〜図４に示すように、本発明の第１実施の形態における電極４の製造方法は、図示していない上下機構を用いてその保持部に保持された、ニオビウム（Ｎｂ）からなるカップ状電極７の軸心とニッケル（Ｎｉ）の外部リード線８が溶接されておりタングステン（Ｗ）からなる電極棒６の軸心とを鉛直方向に一致させて、カップ状電極７の底板７ａと電極棒６の一端面とを相互に押圧させながら突き合わせる。

次いで、カップ状電極７と電極棒６との突き合わせ部分をカップ状電極７の開口側から、例えば、図４に示すように、レーザー照射ユニット２０において、レーザー光２０ａを照射すると、カップ状電極７の底板７ａが電極棒６の一端面の外周沿部６ａで支持され、かつカップ状電極７の底板７ａの中央部７ｂと電極棒６の一端面の中央部６ｂとが図３に示すような形状で溶接される。

この溶接は、カップ状電極７と電極棒６とが表面溶融して合金膜２１を形成し、この合金膜２１により接合強度が安定かつ向上され、カップ状電極７と電極棒６とが固着されると考える。

また、レーザー光２０ａがカップ状電極７の底板７ａに照射されるビーム形状は、前記レーザー照射ユニットの出力等を調整して、電極棒６の外径ｄ１より小さく、かつ電極棒６の一端面形状と略同一にしている。これにより、電極棒６の一端面の中央部６ｂのみとカップ状電極７の底板７ａとが溶着され電極４が製作される。

さらに、カップ状電極７の軸心と電極棒６の軸心とを鉛直方向に一致させて溶接しているので、上記カップ状電極７と電極棒６との溶融金属が、電極棒６の外周面側に移動しにくいので、電極棒６の軸心に対してカップ状電極７の軸心の傾斜を少なくできる電極に形成することができる。

なお、本発明の実施の形態では、レーザー光２０ａがカップ状電極７の底板７ａに照射されるビーム形状は、図４に示すように電極棒６の一端面形状と略同一にしている例で述べたが、これに限らず、電極棒６の一端面に対して描写（斜線部）することができる十字状（図５参照）、三角状（図６参照）でもよい。つまり、上記ビーム形状は、カップ状電極７の底板７ａ(或はカップ状電極７の底面）が電極棒６の一端面の外周沿部６ａで支持され、かつカップ状電極７の底板７ａの中央部７ｂと電極棒６の一端面の中央部６ｂとを溶接固着することができるものであればよい。

また、カップ状電極７をニオビウム（Ｎｂ）とし、電極棒６をタングステン（Ｗ）とした例で述べたが、これに限らず、上記カップ状電極７をニッケル（Ｎｉ）とし、電極棒６をカップ状電極７より融点が高いタングステンとしたとしても、レーザー光２０ａを照射して溶接することができる。

また、カップ状電極７の軸心と電極棒６の軸心とを鉛直方向に一致させてレーザー光２０ａを照射して溶接したものであるが、これに限らず、カップ状電極７の軸心と電極棒６の軸心とを水平方向に一致させてレーザー光２０ａを照射して溶接してもよい。

本発明は、電極棒の軸心に対してカップ状電極の軸心の傾斜を少なくできる電極が必要な液晶バックライト用の冷陰極型蛍光ランプ、外部電極蛍光ランプ等の放電ランプに適用することができる。

本実施の形態に係る冷陰極型蛍光ランプの構成を示す断面図 同上ランプに用いる電極の構成を示す斜視図 同電極の構成を示す一部断面図 同電極の製造方法を示す図 同電極の製造方法に用いるレーザー光のビーム形状の変形例を示す図 同電極の製造方法に用いるレーザー光のビーム形状の変形例を示す図 本実施の形態に係る冷陰極型蛍光ランプにおいて、電極材料を変えたときのスパッタリング量を示す図 同ランプにおいて、電極材料を変えたときの水銀消費量を示す図 従来の冷陰極型蛍光ランプの構成を示す断面図 同ランプに用いる電極の構成を示す一部断面図

符号の説明

２ ガラスバルブ
３ 蛍光体
４ 電極
６ 電極棒
７ カップ状電極
７ａ カップ状電極の底板

Claims (14)

1. カップ状電極の底板に一端が接続された電極棒を備えた電極であって、前記カップ状電極の底板が前記電極棒の一端面の外周沿部で支持され、かつ前記カップ状電極の底板の中央部と前記電極棒の一端面の中央部が溶着されていることを特徴とする電極。
2. 前記溶着は、レーザー溶接で行われたものであることを特徴とする請求項1に記載の電極。
3. 前記電極棒の一端面が当該電極棒の軸心と略直交していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電極。
4. 前記電極棒の一端面の直角度が前記電極棒の軸心に対して１度以下であることを特徴とする請求項３に記載の電極。
5. 電極棒の一端面の表面粗さは、最大高さＲｍａｘが１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項３又は４に記載の電極。
6. 前記カップ状電極がニオビウム（Ｎｂ）またはモリブデン（Ｍｏ）の金属で形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の電極。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の電極をガラスバルブの端部に備えることを特徴とする放電ランプ。
8. 請求項１〜６の何れか１項に記載の電極をガラスバルブの端部に備え、前記ガラスバルブの内面側に蛍光体が被着されていることを特徴とする放電ランプ。
9. 前記ガラスバルブの内面と前記カップ状電極の外面との距離ｄが０．０４ｍｍ＜ｄ≦０．２ｍｍの範囲である請求項８に記載の放電ランプ。
10. 前記カップ状電極の軸心方向の長さが２〜６ｍｍの範囲である請求項９に記載の放電ランプ。
11. 前記ガラス管内に水銀量が１．７±０．５ｍｇ封入されていることを特徴とする請求項８〜１０の何れか１項に記載の放電ランプ。
12. カップ状電極の底板と電極棒の一端面とを突き合わせて溶接して電極を製造する方法であって、前記カップ状電極の軸心と前記電極棒の軸心とを鉛直方向に一致させて、前記カップ状電極の前記底板と前記電極棒の一端面とを相互に押圧させながら突き合わせる工程と、次いで、前記カップ状電極と前記電極棒との突き合わせ部分を前記カップ状電極の開口側からレーザー光を照射して、前記カップ状電極の底板が前記電極棒の一端面の外周沿部で支持され、かつ前記カップ状電極の底板の中央部と前記電極棒の一端面の中央部とを溶接する工程とを備えた電極の製造方法。
13. 前記電極棒が前記カップ状電極より融点が高い材料で形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の電極の製造方法。
14. 前記電極棒の一端面形状と前記レーザー光のビーム形状が、前記電極棒の端面形状と略同一であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の電極の製造方法。

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