JP3975223B1 - 蛍光放電灯用電極およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、冷陰極蛍光放電灯の電極として冷陰極にモリブデンを使用し、ガラス封着金属としてモリブデン、タングステンを使用するとき冷陰極たるモリブデンとガラス封着金属たるモリブデン、タングステンとを容易に、経済的に、高信頼性を持って接合する蛍光放電灯用電極およびその製造方法を提供するものである。
【解決手段】封着金属の接合部にニッケル箔あるいはニッケル合金箔を押し当て、箔の上から例えばレーザー光線、エレクトロンビームなどの熱源を当て、箔を溶解する。箔が溶解し封着金属に溶着すると同時に封着金属を下方に下げるか上方に押し上げるかして金属箔と融着した金属とを切り離す。しかる後、モリブデンカソードの底部と突合せ接合するものである。すなわち、モリブデンカソードと封着金属をつき合わせレーザー、電子ビームなどで加熱、接合する。
【選択図】図１

Description

本発明は冷陰極蛍光放電灯用電極に関し、特に液晶ディスプレー、テレビ用バックライトとして使用される冷陰極蛍光放電灯の電極、およびその製造方法に関わるものである。

近年、ＣＲＴに変わり薄型ディスプレー、薄型テレビとして液晶ディスプレー、テレビが大きく伸びてきている。
冷陰極蛍光放電灯の効率を上げるべくその電極にモリブデンが使用されるようになってきた。
そのモリブデンとガラス封着金属の接合方法に関わるものである。
これまで冷陰極蛍光放電灯の電極として冷陰極にニッケルスリーブを使用し、ガラス封着金属としてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金が多く使われてきた。
ニッケルスリーブとＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を溶着するにニッケルの溶融温度は１４５５℃であり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のそれは１４５０℃である。
よって抵抗溶接、アーク溶接、レーザー溶接、エレクトロンビーム溶接など容易に行える。

最近、放電効率を上げる為、カソードにモリブデンスリーブが使用されるようになってきた（特許文献１を参照）。
またガラス封着金属としてより熱伝導性の良いモリブデン、タングステンが使用されるようになってきた（特許文献２を参照）。
モリブデンの溶融温度は２６２０℃、タングテンのそれは３４１０℃と高く、モリブデンーモリブデン、モリブデンータングテンの溶接方法は限定される。
一般的にはアーク溶接、レーザー溶接、エレクトロンビーム溶接が行われるが管理は大変である。

モリブデンを接合するに溶接ロー材としてニッケルを使用することは知られている。
この場合はロー付けせんとする部材の片側、あるいは両側にニッケルをメッキするかニッケル箔をはさんで行われていた。
メッキの場合は局部メッキとする必要がありコストが高くなる。
ニッケル箔を挟む場合は箔の打ち抜き、位置合わせに多大なコスト(工程が必要であり)かかり、また熱伝導の関係で加熱条件も厳しくなりモリブデン電極を傷めることが多いと言う欠点がある。
特開２００３−２８８８５８号公報 特開２００５−０７１９７２号公報

本発明は、冷陰極蛍光放電灯の電極として冷陰極にモリブデンを使用し、ガラス封着金属としてモリブデン、タングステンを使用するとき冷陰極たるモリブデンとガラス封着金属たるモリブデン、タングステンとを容易に、経済的に、高信頼性を持って接合する蛍光放電灯用電極およびその製造方法を提供するものである。
また、ガラス封着合金としてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を使用した際もモリブデンカソードとの溶着を容易にするものである。

本発明では冷陰極たるモリブデンとガラス封着金属たるモリブデン、タングステン、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を接合するにニッケル箔又はニッケル合金箔シートをガラス封着金属のモリブデンカソードとの接合面に被せ、ニッケル箔又はニッケル合金箔を直接加熱することによりニッケル箔又はニッケル合金箔を溶断すると同時にガラス封着金属のモリブデンカソードとの接合面に溶着させ、しかるのちモリブデンカソードとガラス封着金属を突き合わせ加熱し容易に接合せんとするものである。
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金は一般的にはＮｉ２８〜３０ｗｔ％、Ｃｏ１６〜１８ｗｔ％、残Ｆｅの合金が使用される。

使用するニッケル分としては純ニッケル箔でも合金箔で供給しても良い。
合金の種類としては基本成分としてＮｉ−Ｆｅ合金、Ｎｉ−Ｃｕ合金がある。
Ｎｉ−Ｆｅ合金では６０ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金でその融点は１４３０℃と最も低く、２０ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金でその融点は１４６０℃とニッケルの融点（１４５５℃）とほぼ等しくなる。
Ｎｉ−Ｃｕ合金は全率固溶体でありＣｕパーセントが増えるにしたがってその融点は下がる。
ニッケル２０ｗｔ％で液相線は１２００℃、固相線は１１７０℃である。

いずれの合金も主として接合に効くのはニッケルである。
そのニッケル含有量は最低20ｗｔ％で適切な接合が出来ることを見出した。

ニッケル箔又はニッケル合金箔はその厚さは０．０１ｍｍから０．１５ｍｍが適当である。
厚さ０．０１ｍｍ未満では箔は高価となり、また取り扱いも大変である。
０．１５ｍｍを超えると供給量が多くなりすぎ良好な接合体を得ることが難しくなる。 ニッケル箔又はニッケル合金箔はガラス封着用モリブデン、タングステン、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の接合部に融着させる。

モリブデンカソードとガラス封着金属の大きさの関係は溶接面のみを比較するとモリブデンカソードの接合対象面の広さはガラス封着部材（モリブデン、タングステン、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）の接合対象面積（断面全域）の２倍はある。
よって、ガラス封着部材の接合対象面全域がモリブデンカソードの溶接対称面に付くことが求められる。

ニッケル箔又はニッケル合金箔の付着厚さは接合部で３μｍ必要である。
それ以下では瞬時の加熱でニッケル分が溶接面に良好に作用しない。
また１ｍｍ以上になると溶接面よりあふれ出て周りに付着する問題が起こる。

融着面積は、ガラス封着金属の接合面（たいていの場合は封着体の断面）の４０％〜１００％に融着することが望ましい。
４０％以下では全体に回り込ませるにより長時間の加熱、圧力が必要になる。また融着量は接合対象面全域平均で厚さ３μｍ以上確保する必要がある。

ニッケル合金箔中のニッケル分は合金の安定性、モリブデン、タングステンとの接合強度を得ることから２０ｗｔ％以上必要である。
２０ｗｔ％未満では特にニッケル合金箔の融着量が少ない場合接合強度不足となるケースが多い。

本発明は、モリブデンをカソードとしモリブデン、タングステンあるいは鉄−ニッケル−コバルト合金をガラス封着金属とする蛍光放電灯用電極において、モリブデンカソードとガラス封着金属を接合するにニッケル箔又はニッケル合金箔をガラス封着金属にあらかじめ融着ししかる後加熱接合することにより良好な接合体を提供するものである。
さらに使用するニッケル箔又はニッケル合金箔の合理的な厚さ、ニッケル合金中のニッケル量の選択幅を見出した事により蛍光放電灯の電極が容易に製造できるようになった。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
蛍光放電灯の電極部は図１のごとき構成となっている。
図１の１はモリブデンカソード、２はガラス封着金属、３は封着ガラス、４は外部リードの構成で出来ている。
通常、２のガラス封着金属と4の外部リードは抵抗溶接で接合される。
本発明は図１の１のモリブデンカソード（電極）と２のガラス封着金属の接合方法に関わるものである。

モリブデンカソードの板厚は通常０．０５〜０．４ｍｍで底部（ガラス封着金属との接合部）の面積は０．７〜２０ｍｍ^２である。
片やガラス封着金属の接合に関わる断面積は０．２〜０．８ｍｍ^２である。

本発明の蛍光放電灯の電極部は以下のごとくして製造される。
ガラス封着金属の接合部にニッケル箔あるいはニッケル合金箔を押し当て、箔の上から例えばレーザー光線、エレクトロンビームなどの熱源を当て、箔を溶解する。
箔が溶解しガラス封着金属に溶着すると同時にガラス封着金属を下方に下げるか上方に押し上げるかして金属箔と融着した金属とを切り離す。
しかるのち、モリブデンカソードの底部と突合せ接合するものである。
箔の加熱温度はニッケルの溶融温度より、箔が合金の場合はその液相線より４０〜１５０℃高い温度で過熱することが望ましい。
加熱温度が低いと溶解した部分と未溶解箔の部分との切り離しの際、箔が切り裂かれたり尾を引くことがある。
また高温すぎると融着量、付着部のコントロールが難しくなる。
箔の融着面積はガラス封着金属接合部断面積の４０％以上とする。
しかる後、モリブデンカソードとガラス封着金属をつき合わせレーザー、電子ビームなどで加熱、接合する。

接合体の評価は接合後の形状は図２（1）の形状を持って良とする。
（２）は溶け込み不足である。
また、接合部の強度は絶対値で引っ張り強さは３ｋｇ以上が求められている。

本発明の実施例の一例を以下に説明する。
モリブデンカソード（電極）として直径１．７ｍｍ、長さ５ｍｍ、底部が２．３ｍｍ^２のものを、ガラス封着金属として直径０．８ｍｍのモリブデン線（断面積０．５ｍｍ^２）を使用した。
ガラス封着金属たるモリブデン線に封着に適切な洗浄、酸化を施しガラス封着し、表面洗浄し酸化膜などを除去し試料に供した。

ガラス封着金属たるモリブデン線断面に厚さ０．０１〜０．１５ｍｍのニッケル箔を押し当てレーザーで１，５２０℃に加熱、ニッケル箔が溶けたところで箔面より下方に押し下げ、箔と融着したニッケル分とを切り離した。

モリブデンカソードとニッケル箔を融着したモリブデン封着部材をつき合わせレーザー溶接機によりレーザー光線で過熱接合した。
レーザー溶接条件は次のとおりである。
使用溶接機 ＹＡＧレーザー溶接機 最大出力 ５０Ｗ
溶接条件 出力 １０〜３０Ｗ
パルス幅 １０〜３０ｍｓ

上記実施例およびそのほかの条件で実施した結果を表１−１、表１−２に示す。
融着面積比はガラス封着金属の接合面積(断面積)に対する融着面積の割合である。
表１−１は純度９９．６％の電解ニッケルの場合である。
試料ＮＯ．１〜６は本発明の実施例である。
試料ＮＯ．7、８は比較実験値である。
表１−２はＮｉ―Ｃｕ合金、Ｎｉ―Ｆｅ合金箔の実施例である。

ガラス封着金属としてタングテンを使用した場合の結果を表２−１、表２−２に示す。他の条件は実施例１と同じである。

ガラス封着金属としてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を使用した場合の結果を表３−１、表３−２に示す。
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金中のＮｉは２９．７ｗｔ％、Ｃｏは１７．６ｗｔ％であり、添加物としてのＭｎ，Ｓｉ併せて０．３ｗｔ％、不可避の不純物を若干含むが残りは実質的にＦｅである。他の条件は実施例１と同じである。

実施例１、２、３からモリブデンをカソードとしモリブデン、タングステンあるいは鉄−ニッケル−コバルト合金をガラス封着金属とする蛍光放電灯用電極において、モリブデンカソードとガラス封着金属を接合するにニッケル箔又はニッケル合金箔を適切な量、封着金属に融着し、しかる後モリブデンカソードと接合する事によりスプラッシュも無く、低温で良好な接合が出来ることがわかる。
ニッケル箔又はニッケル合金箔の厚さは０．０１ｍｍから０．１５ｍｍである。
ニッケル箔又はニッケル合金箔をガラス封着金属の接合部表面積の４０％以上に接合し、ガラス封着金属の接合部全域に延ばしたとき最低３μｍの厚さが確保される。
ニッケル合金箔の場合は ニッケル２０ｗｔ％以上含有していることにより良好な接合体が得られた。

蛍光放電灯の電極の断面図である モリブデンカソードとガラス封着金属の接合部の断面図である

符号の説明

１ モリブデンカソード
２ ガラス封着金属
３ 封着ガラス
４ 外部リード
５ モリブデンカソード・ガラス封着金属接合部
６ 接合部
７ モリブデン封着金属

Claims (5)

1. モリブデンをカソードとし、モリブデン、タングステンあるいは鉄−ニッケル−コバルト合金をガラス封着金属とする蛍光放電灯用電極において、モリブデンカソードとガラス封着金属を接合するにニッケル箔又はニッケル合金箔を用いて接合した蛍光放電灯用電極において、ニッケル箔又はニッケル合金箔シートをガラス封着金属のモリブデンカソードとの接合面に被せ、ニッケル箔又はニッケル合金箔を直接加熱することによりニッケル箔又はニッケル合金箔を溶断すると同時にガラス封着金属のモリブデンカソードとの接合面に溶着させ、しかるのちモリブデンカソードとガラス封着金属を突合せて加熱し、モリブデンカソードとガラス封着金属の間に先のニッケルを含む層を介在させ接合したことを特徴とする蛍光放電灯用電極。
2. モリブデンをカソードとし、モリブデン、タングステンあるいは鉄−ニッケル−コバルト合金をガラス封着金属とする蛍光放電灯用電極の製造方法において、モリブデンカソードとガラス封着金属を接合するにニッケル箔又はニッケル合金箔を用いて接合した蛍光放電灯用電極において、ニッケル箔又はニッケル合金箔シートをガラス封着金属のモリブデンカソードとの接合面に被せ、ニッケル箔又はニッケル合金箔を直接加熱することによりニッケル箔又はニッケル合金箔を溶断すると同時にガラス封着金属のモリブデンカソードとの接合面に溶着させ、しかるのちモリブデンカソードとガラス封着金属を突合せて加熱、接合したことを特徴とする蛍光放電灯用電極の製造方法。
3. ニッケル箔又はニッケル合金箔の厚さは０．０１ｍｍから０．１５ｍｍであることを特徴とする請求項２記載の蛍光放電灯用電極の製造方法。
4. ニッケル箔又はニッケル合金箔をガラス封着金属の接合部表面積の４０％以上に接合し、ガラス封着金属の接合部全域に延ばしたとき最低３μｍの厚さが確保されていることを特徴とする請求項２記載の蛍光放電灯用電極の製造方法。
5. ニッケル合金箔はニッケル２０ｗｔ％以上含有した合金であることを特徴とする請求項２記載の蛍光放電灯用電極の製造方法。

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