JP2010123266A - 放電ランプ用電極部材、放電ランプ及び発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｎｉ又はＮｉ合金からなる電極とＭｏ又はＷからなる封着部材の成形加工性や放熱性等の材料的特性を生かしつつ、これらの接合の困難性を克服し、所定の接合強度の確保が可能な放電ランプ用電極部材、放電ランプ及び発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、一端側を開口部５ａとし他端側を底端部５ｂとするＮｉ又はＮｉ合金からなる筒状電極５と、この筒状電極５の前記底端部５ｂに接合されて給電を行うＭｏ又はＷからなる封着部材６ａと、この封着部材６ａにおける前記筒状電極５の底端部５ｂの外面側との接合部に、前記底端部５ｂとの接合前に溶着され、接合時には、筒状電極５の底端部５ｂと相互に溶融状態で溶着される前記筒状電極５と同程度の融点を有する溶着バインダ７とを備える放電ランプ用電極部材３である。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷陰極放電ランプ等に用いられる電極部材、この電極部材を用いた放電ランプ及びこの放電ランプを用いた発光装置に関する。

従来、液晶ディスプレイに用いられるバックライトには、その光源として冷陰極放電ランプが使用されている。この冷陰極放電ランプの電極には、成形加工性に優れ、比較的安価なＮｉ材料が広く用いられており、さらに、近年では、電極の寿命に影響するスパッタリングが生じにくいＮｉ合金の材料も開発されてきている。

一方、電極と接合され、放電ランプのガラスバルブの両端に気密的に封着されるリード線、すなわち、封着部材は、気密状態を安定的に維持するためガラスバルブと熱膨張率が略同一な材料を使用する必要があり、Ｍｏ、Ｗ、Ｋｏｖ（コバール）等が用いられている。しかしながら、これらの内、Ｋｏｖは安価ではあるが熱伝導率を比較すると、Ｍｏ、Ｗの１／８〜１／１０と小さく、特に、液晶ディスプレイの表面輝度を向上するため、放電ランプの放電電流を多く流すと、電極の発熱をガラスバルブの外部へ逃がしきれず、放熱効果が不十分で温度上昇を抑制できないという問題を含んでいる。

したがって、電極には、成形加工性に優れ、比較的安価なＮｉ又はＮｉ合金、封着部材には、熱伝導性が良好で放熱効果に優れるＭｏ又はＷを選択するのが望ましい。

ところが、電極と封着部材とを溶接によって接合するに際して、Ｍｏの融点は約２６００℃、Ｗの融点は約３４００℃と高く、Ｎｉ、Ｎｉ合金の融点は約１５００℃であり、双方の融点の差が大きく、接合に困難性を伴う。すなわち、所定の接合強度を確保するには、相互の部材を溶融して溶融拡散状態とするか、又は一方の部材の融点以上に双方の部材を加熱し、溶融した一方の部材を他方の高融点部材に十分に濡れた状態として接合する必要がある。しかしながら、相互の部材を溶融すべく、Ｍｏ又はＷの封着部材が十分に溶融するように加熱すると、Ｎｉ又はＮｉ合金の電極に過度の高温がかかり、接合が困難となる。また、一般的に、電極の封着部材との接合部は、例えば、０．１ｍｍ程度の肉厚寸法で形成されており、この薄肉の部分を溶融させて封着部材に濡れた状態として接合する場合には、接合強度の確保が困難となる。

ところで、Ｎｉ合金からなる電極の接合部の厚さ寸法を大きく形成し、Ｋｏｖ等からなる封着部材との接合強度を高めるものが知られている（特許文献１、特許文献２参照）。また、Ｎｉからなる電極とＭｏからなる封着部材との間にＫｏｖからなる介装部材を位置させたものが知られている（特許文献３参照）。これは、スパッタリングの抑制のため電極と同程度の仕事関数又は電極よりも大きな仕事関数の材料から構成された介装部材を設けるもので、電極と封着部材との接合に際して、介装部材の端部と電極の接合部とは、介装部材のみを溶融することにより接合するものである。さらに、Ｍｏからなる電極とＭｏ又はＷからなる封着部材とを接合するに際し、Ｎｉ箔を予め封着部材に溶着し、その後、電極と封着部材とを突合せ加熱して接合するものが提案されている（特許文献４参照）。
特開２００７−１７３１９７号公報 特開２００４−２３５０７３号公報 特許第４０１１４２８号公報 特開２００８−５２９１０号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に示されたものは、封着部材に熱伝導性が良好なＭｏやＷを用いたものではなく、また、電極と封着部材との融点の相違に起因する接合の困難性を解決するものでもない。さらに、特許文献３に示されたものは、介装部材の端部と電極の接合部とは、介装部材のみを溶融するものであり、介装部材と電極との相互を溶融するものではなく、接合強度が十分に確保できない虞がある。加えて、特許文献３には、具体的な接合工程が何ら開示されていない。また、特許文献４には、接合工程は開示されてはいるものの、Ｍｏからなる電極とＭｏ又はＷからなる封着部材とを用いてこれらを接合するもので、ここには、成形加工性や安価な材料に着目した視点が全くなく、さらに、融点の大きく相違する電極と封着部材との接合の困難性に着目したものでもなく、単に、融点の高い双方の部材を接合するための手段が示されているに他ならない。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、Ｎｉ又はＮｉ合金からなる電極とＭｏ又はＷからなる封着部材の成形加工性や放熱性等の材料的特性を生かしつつ、これらの接合の困難性を克服し、所定の接合強度の確保が可能な放電ランプ用電極部材、放電ランプ及び発光装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の放電ランプ用電極部材は、一端側を開口部とし他端側を底端部とするＮｉ又はＮｉ合金からなる筒状電極と；この筒状電極の前記底端部に接合されて給電を行うＭｏ又はＷからなる封着部材と；この封着部材における前記筒状電極の底端部の外面側との接合部に、前記底端部との接合前に溶着され、接合時には、筒状電極の底端部と相互に溶融状態で溶着される前記筒状電極と同程度の融点を有する溶着バインダと；を具備していることを特徴とする。

接合方式は、レーザービーム溶接や抵抗溶接等を適用でき、格別その方式は限定されるものではない。筒状電極と同程度の融点を有する溶着バインダとは、溶着バインダが筒状電極と同一材料で構成される場合を含み、また、異なる材料で同程度の融点を有する場合が含まれる。

請求項２記載の放電ランプ用電極部材は、請求項１記載の放電ランプ用電極部材において、前記溶着バインダは、封着部材の接合部に、封着部材の融点未満の溶解温度で溶着されることを特徴とする。

請求項３に記載の放電ランプ用電極部材は、請求項１又は請求項２に記載の放電ランプ用電極部材において、前記筒状電極と封着部材とは、筒状電極の開口部側からレーザービーム溶接によって接合されることを特徴とする。

請求項４記載の放電ランプ用電極部材は、放電ランプ用電極部材は、請求項１乃至は請求項３のいずれか一に記載の放電ランプ用電極部材において、前記溶着バインダは、Ｋｏｖからなることを特徴とする。

請求項５に記載の放電ランプは、ガラスバルブと；このガラスバルブの両端部にそれぞれ封装された請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の放電ランプ用電極部材と；を具備していることを特徴とする。ガラスバルブは、直線状、Ｕ字状、Ｌ字状やコ字状等のものを適用でき、格別その形状が限定されるものではない。

請求項６に記載の発光装置は、装置本体と；この装置本体に装着された請求項５に記載の放電ランプと；を具備していることを特徴とする。発光装置は、ディスプレイ装置やいわゆる空間を照らす照明器具を含む概念である。

請求項１に記載の発明によれば、電極部材の成形加工が容易で比較的安価に構成でき、また、封着部材により電極の放熱を促進することができるとともに、電極と封着部材との接合強度を確保することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、封着部材の高温加熱による不具合を軽減し得る。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明の効果に加え、筒状電極と封着部材との接合強度を確保するにあたり、レーザービームの照射出力等の条件を広い範囲で設定することが可能となり、作業性の向上を図ることができる。

請求項４に記載の発明によれば、溶着バインダとして、筒状電極と同程度の融点を有するＫｏｖを用いることができる。

請求項５に記載の発明によれば、上記各請求項に記載の放電ランプ用電極部材の効果を奏する放電ランプを提供できる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の放電ランプの効果を奏する発光装置を提供できる。

以下、本発明の実施形態に係る放電ランプ用電極部材及び放電ランプについて図１乃至図３を参照して説明する。なお、各図において同一部分には同一符号を付し、重複した説明は省略する。図1は、冷陰極放電ランプを示す断面図、図２は、電極部材を示す正面図、図３は、電極部材の製造工程を模式的に示す正面図である。

図１に示すように、冷陰極放電ランプ１は、ガラスバルブ２と電極部材３とを備えている。ガラスバルブ２は、半硬質ガラスから形成されている。なお、半硬質ガラスに限らず、硬質ガラス、軟質ガラス等を適用でき、また、硼・珪酸ガラス、ソーダガラス等、ガラスの組成も格別限定されるものではない。この冷陰極放電ランプ１は、液晶パネルのバックライトの光源として用いられる場合、ガラスバルブ２の外径の種類にφ１．５ｍｍ〜φ５．０ｍｍの範囲内において数種類のものが用意され、液晶パネルの仕様に応じて使い分けられる。そして、長さも１５０ｍｍ〜１３００ｍｍ程度のものが用意されており、その寸法は、細径化、長尺化傾向にある。ガラスバルブ２は両端が封止されて内部に密閉空間が形成されており、Ａｒ、Ｘｅ、Ｎｅ等の希ガス及び水銀蒸気が封入されている。また、ガラスバルブ２の内面には、蛍光膜４が形成されている。蛍光膜４は、ハロリン酸塩蛍光体や希土類金属酸化物蛍光体等が適用され得る。

電極部材３は、筒状電極５と、この筒状電極５に給電を行うために接合される電極リード線６とを備えている。電極５は、ガラスバルブ２の内径よりもやや小さい外径を有し、一端側を開口部５ａとし他端側を底端部５ｂとするカップ形状であり、このようにカップ形状にすることによって、ホローカソード効果により陰極降下電圧を低下させることができる。また、電極５は、Ｎｉ又はＮｉ合金からなり、板材をプレス加工又は線材を冷間鍛造加工することにより形成されている。

電極リード線６は、封着部材６ａとリード部材６ｂとから構成されており、封着部材６ａの先端側は、電極５の底端部５ｂに詳細を後述する溶着バインダ７を介してレーザービーム溶接等によって接合されている。また、封着部材６ａとリード部材６ｂとは、溶着によって接合されている。封着部材６ａには、熱伝導性が良好なＭｏ又はＷが用いられており、リード部材６ｂには、ニッケル鉄合金の周りを銅で被覆したジュメット線が用いられている。

このように構成された電極部材３は、ガラスバルブ２の両端部に一対封装されており、カップ形状の電極５の開口部５ａを互いに対向させて配置され、ガラスバルブ２の両端部から電極リード線６が導出されている。また、電極部材３のガラスバルブ２への封装にあたっては、封装に先立って封着部材６ａにビードガラス８が溶着される。そして、電極部材３をガラスバルブ２に接合する際は、ビードガラス８とガラスバルブ２の端部とを溶融して封着する。

次に、図２に示すように、電極部材３にはビードガラス８が溶着されており、電極５の底端部５ｂには、封着部材６ａの先端側が溶着バインダ７を介して接合されている。この溶着バインダ７には、電極５と同程度の融点を有する材料が用いられている。具体的には、電極５と同一材料又は材料は異なるが同程度の融点を有する材料であり、電極５がＮｉ又はＮｉ合金で形成されているので、溶着バインダ７には、例えば、Ｎｉ、Ｎｉ合金又はＫｏｖ等の材料が用いられる。

続いて、図３に示す電極部材３の製造工程において、まず、図３（ａ）に示すように、封着部材６ａの先端側、すなわち、接合部に溶着バインダ７をレーザービーム溶接等によって溶着する。この状態では、接合強度の観点から封着部材６ａの接合部と溶着バインダ７とが相互に溶け込み溶融拡散していることが好ましいが、Ｍｏ又はＷからなる封着部材６ａの融点は高いので、高温に加熱することが部材に損傷を与える可能性がある場合には、溶着バインダ７のみを溶融させて封着部材６ａの接合部に十分に濡れた状態として溶着すればよい。特に、ビードガラス８が予め封着部材６ａに溶着されている場合には、ビードガラス８の損傷を抑制することが可能となる。したがって、このような場合は、封着部材６ａの融点未満の溶解温度で溶着バインダ７は溶着されることとなる。

次に、予め接合部に溶着バインダ７が溶着された封着部材６ａを図３（ｂ）に示すように、電極５の底端部５ｂに突合せ、電極５の開口部５ａ側から図示矢印で示すように、レーザービーム溶接によって溶着バインダ７と電極５の底端部５ｂとを相互に溶融拡散状態として接合する。

したがって、電極５と封着部材６ａとの接合強度は、予め溶着される溶着バインダ７と封着部材６ａとの間、及び同程度の融点を有する溶融状態で溶着された電極５と溶着バインダ７との間で確保することができる。このため、電極５と溶着バインダ７との溶着にあたっては、レーザービームの照射出力を低減でき、特に、電極５の底端部５ｂの損傷を抑制することが可能となる。

ところで、この種、電極には、Ｎｉ合金の板材をプレス加工した肉厚寸法０．１ｍｍ程度の薄肉筒状電極と線材を冷間鍛造加工した肉厚寸法０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の厚肉の筒状電極とがある。上記溶着バインダ７を用いないで、この薄肉筒状電極とＭｏ又はＷからなる封着部材とを接合する場合、接合強度を確保するため、封着部材の温度を電極の溶融温度まで加熱して接合しようとすると、電極の熱容量が小さく、電極の底端部が過溶融し、穴が開いてしまう不具合が発生する。また、厚肉筒状電極の場合は、電極の熱容量が大きくなり、レーザービームの照射出力不足で接合が困難になり、また、レーザービームの照射出力を上げると、逆に、封着部材が過加熱となり、その材料であるＭｏ又はＷが再結晶を起こし破損しやすくなるといった不具合が発生する。しかしながら、上記溶着バインダ７を用いた電極部材３の製造工程によれば、このような不具合を解消できるものである。

次に、本発明の実施例を接合強度の観点から従来例との比較において説明する。

（実施例１）本実施例は、外径寸法２．７ｍｍ、長さ寸法７ｍｍ、肉厚寸法０．１ｍｍのＮｉを主成分とするＮｉ合金からなる薄肉筒状電極に、外径寸法０．８ｍｍ、長さ寸法４ｍｍのＭｏからなる封着部材をレーザービーム溶接によって接合する事例である。試料は、封着部材の接合部に予め０．６ｍｍのＫｏｖ線を溶着した後、０．５ｍｍの長さで切断した溶着バインダを設けたもの（本発明の実施例）と、溶着バインダを設けないもの（従来例）との各６単体を用意した。そして、レーザービームの照射出力を変化させて、照射時間一定の下、電極に封着部材を接合した後、各電極と封着部材に引張り力を加えて破断強度、すなわち、引張強度を測定した結果、下表のとおりとなった。

本実施例から分かるように、従来例では、１００Ｎ以上の強度を有するのは一例だけであり、強度確保の点で最適範囲が狭く、照射出力を下げると、筒状電極の底端部が溶融しても封着部材の加熱が十分ではなくなり、溶融金属による濡れが不十分となり、引張り強度の低下がみられる。これに対し、本発明の実施例によれば、照射出力を下げても所定の引張り強度が確保でき、したがって、照射出力を下げることができるとともに、照射出力の最適設定範囲が広くなり、作業性の向上が期待できる。なお、照射出力を上げ、１６Ｊ以上になると電極の底端部の溶融温度が過上昇し、底端部に穴開きが発生することが判明した。

（実施例２) 本実施例は、外径寸法２．７ｍｍ、長さ寸法７ｍｍ、肉厚寸法０．３ｍｍのＮｉを主成分とするＮｉ合金からなる厚肉筒状電極に、外径寸法０．８ｍｍ、長さ寸法４ｍｍのＭｏからなる封着部材をレーザービーム溶接によって接合する事例である。試料は、実施例１と同様に、封着部材の接合部に予め溶着バインダを設けたもの（本発明の実施例）と、溶着バインダを設けないもの（従来例）との各１０単体を用意した。そして、レーザービームの照射出力と照射時間を変化させて、電極に封着部材を接合した後、各電極と封着部材に引張り力を加えて破断強度の測定と折り曲げ力を加えて破壊状況、すなわち、曲げ強度を調べた結果、下表のとおりとなった。なお、曲げ強度は、電極を固定し、封着部材を９０度折り曲げて、折り返し、その１往復を１回とカウントし、曲げに耐える回数をカウントした。

本実施例から分かるように、従来例では、電極の熱容量による照射出力の不足が伴い、実施例１と同様に、封着部材の加熱が十分ではなくなり、溶融金属による濡れが不十分となり、引張強度、曲げ強度においてもレーザービームの照射出力、照射時間の最適設定範囲が狭い。さらに、引張強度が得られても曲げ強度が弱い状況がみられる。これに対し、本発明の実施例によれば、電極の底端部と溶着バインダとが相互に溶け込み合い強度が向上しており、照射出力を下げても所定の引張り強度、曲げ強度が確保できる。したがって、照射出力を下げることができ、照射出力、照射時間の最適設定範囲が広くなり、作業性の向上が期待できる。なお、照射出力が２５Ｊ以上では、封着部材に設けられたビードガラスの破損が全数発生しているので、この点が照射出力の上限であることが判明した。

以上のように本実施形態によれば、Ｎｉ又はＮｉ合金からなる電極５とＭｏ又はＷからなる封着部材６ａを用いたので、電極５を成形加工が容易で比較的安価に作成することができるとともに、封着部材６ａにより電極５の放熱を促進することができる。しかも、融点の大きく異なる電極５と封着部材６ａとの所定の接合強度を確保することが可能となる。

次に、本発明の発光装置の実施形態について説明する。図示は省略するが、上記実施形態の放電ランプ１は、装置本体に装着し、発光装置として構成できる。ここで、発光装置は、ディスプレイ装置やいわゆる空間を照らす照明器具を含む概念である。例えば、液晶パネルのバックライト装置等の各種ディスプレイ装置、また、屋内又は屋外で使用される照明器具に適用可能である。なお、バックライト装置にあっては、直下方式、サイドライト方式等のいずれでも適用可能である。このような発光装置によれば、上記実施形態の効果を奏する発光装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る冷陰極放電ランプを示す断面図である。 同電極部材を示す正面図である。 同電極部材の製造工程を模式的に示す正面図である。

符号の説明

１・・・放電ランプ、 ３・・・電極部材、 ５・・・筒状電極、
５ａ・・・開口部、５ｂ・・・底端部、６ａ・・・封着部材、
７・・・溶着バインダ

Claims (6)

1. 一端側を開口部とし他端側を底端部とするＮｉ又はＮｉ合金からなる筒状電極と；
   この筒状電極の前記底端部に接合されて給電を行うＭｏ又はＷからなる封着部材と；
   この封着部材における前記筒状電極の底端部の外面側との接合部に、前記底端部との接合前に溶着され、接合時には、筒状電極の底端部と相互に溶融状態で溶着される前記筒状電極と同程度の融点を有する溶着バインダと；
   を具備していることを特徴とする放電ランプ用電極部材。
2. 前記溶着バインダは、封着部材の接合部に、封着部材の融点未満の溶解温度で溶着されることを特徴とする請求項１に記載の放電ランプ用電極部材。
3. 前記筒状電極と封着部材とは、筒状電極の開口部側からレーザービーム溶接によって接合されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放電ランプ用電極部材。
4. 前記溶着バインダは、Ｋｏｖからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の放電ランプ用電極部材。
5. ガラスバルブと；
   このガラスバルブの両端部にそれぞれ封装された請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の放電ランプ用電極部材と；
   を具備していることを特徴とする放電ランプ。
6. 装置本体と；
   この装置本体に装着された請求項５に記載の放電ランプと；
   を具備していることを特徴とする発光装置。

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