(57)【要約】【課題】タングステンまたはモリブデンからなる有底筒状のカップ電極および封着材を抵抗溶接によって接続強度を十分確保することができる電極部材およびこの部材を有する冷陰極蛍光ランプを提供する。【解決手段】  電極部材は、タングステンまたはモリブデンからなる有底筒状のカップ電極６と；このカップ電極６の底部側の外端面に溶接によって接続されたタングステンまたはモリブデンからなる封着材４と；上記カップ電極６の外端面と封着材４との間に溶接時に溶融する低融点金属層７と；を具備している。低融点金属層７を介してカップ電極６と封着材４とを溶接するようにしたので、比較的低い温度で溶接することができ、抵抗溶接で十分な接続強度を確保することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タングステンまたはモリブデンからなる有底筒状のカップ電極と；
このカップ電極の底部側の外端面に溶接によって接続されたタングステンまたはモリブデンからなる封着材と；
上記カップ電極の外端面と封着材との間に設けられ溶接時に溶融する低融点金属層と；
を具備していることを特徴とする電極部材。
【請求項２】
カップ電極および封着材はモリブデン製であり、低融点金属層はコバールから形成されていることを特徴とする請求項１記載の電極部材。
【請求項３】
低融点金属層にはカップ電極の外端面または封着材から１０μｍの位置にモリブデンが１５質量％以上拡散していることを特徴とする請求項２記載の電極部材。
【請求項４】
タングステンまたはモリブデンからなる封着材と；
この封着材の外側端部に溶接によって接続された芯線の表面に銅、錫または亜鉛からなる金属のうち少なくとも一種からなる金属の被覆層が形成された外部リード線と；
上記封着材の外端面と外部リード線との間に設けられ溶接時に溶融する低融点金属層と；
を具備していることを特徴とする封着用リード線。
【請求項５】
封着材はモリブデン製であり、低融点金属層はコバールから形成されていて、低融点金属層には封着材から１０μｍの位置にモリブデンが１５質量％以上拡散していることを特徴とする請求項４記載の封着用リード線。
【請求項６】
請求項４または５記載の封着用リード線の封着材に有底筒状のカップ電極が取付けられていることを特徴とする電極部材。
【請求項７】
内面に蛍光体層が形成された硬質ガラス製のバルブと；
このバルブの内部に封入された放電媒体と；
前記バルブの両端にそれぞれ気密に封着された請求項１ないし３および請求項６のうちいずれか一記載の電極部材と；
を具備していることを特徴とする冷陰極蛍光ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷陰極放電ランプなどの管球製品に使用される電極部材、封着用リード線およびこれらの部材を用いた冷陰極蛍光ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置（以下ＬＣＤと略称する。）を用いた小形のパソコンやテレビなどは薄形化や高輝度のカラー化がすすめられている。このＬＣＤを照明するためのバックライト装置に使用される小形の蛍光ランプには、小形化が容易であって寿命特性にも優れた冷陰極蛍光ランプが多用されている。
【０００３】
冷陰極蛍光ランプは電極が冷陰極であるためバルブ径を小さくすることが可能であり、バルブ内径が１２ｍｍ以下、たとえば、５ｍｍ以下の極めて細径のランプも開発されている。そして、冷陰極蛍光ランプの高品質化に伴い、電極寿命を長くする要求が高まっており、仕事関数が低いモリブデン（Ｍｏ）製の有底円筒状のカップ形状の冷陰極を使用することが検討されている。このモリブデン製のカップ状冷陰極は、その底部側の外端面に封着材としてのコバール線（鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）からなる合金のワイヤー）を溶接して使用することが可能である。しかし、コバール線は熱伝導度が低いため、電極または封止部分が熱影響を受けやすいので、耐熱性に劣るという欠点を有している。そこで、封着材にカップ状冷陰極の材質と同じモリブデンを用いたものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１５１４９６号公報（第４頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術のように、封着材のモリブデンと冷陰極のモリブデンとを接続するためには、抵抗溶接では双方のモリブデンは溶けないため、所定の接続強度を確保するためには２０００℃以上の高温で溶接する必要があり、容易に溶接を行うことはできない。モリブデン製の封着材とジメット線などの外部リード線との溶接接続にも同じような課題が存在している。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みなされたもので、タングステンまたはモリブデンからなる有底筒状のカップ電極および封着材を抵抗溶接によって接続強度を十分確保することができる電極部材、封着用リード線およびこの部材を有する冷陰極蛍光ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の電極部材は、タングステンまたはモリブデンからなる有底筒状のカップ電極と；このカップ電極の底部側の外端面に溶接によって接続されたタングステンまたはモリブデンからなる封着材と；上記カップ電極の外端面と封着材との間に溶接時に溶融する低融点金属層と；を具備していることを特徴とする。
【０００７】
低融点金属層とは、タングステンまたはモリブデンよりも融点が低い金属または合金からなり、抵抗溶接によって容易に溶融させることが可能なグレージング材によって形成されたものである。このような機能を備えたものであれば低融点金属層の材質は特に限定されないが、コバルト（Ｃｏ）やコバルト（Ｃｏ）−鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）−ニッケル（Ｎｉ）等の合金が成形性や溶融温度の観点から好ましい。
【０００８】
請求項２は、請求項１記載の電極部材において、カップ電極はモリブデン製であり、低融点金属層はコバールから形成されていることを特徴とする。
【０００９】
コバールは、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）からなる合金であり、溶接によって溶融後、層状に形成されているものである。
【００１０】
請求項３は、請求項１または２記載の電極部材において、低融点金属層にはカップ電極の外端面または封着材から１０μｍの位置にモリブデンが１５質量％以上拡散していることを特徴とする。
【００１１】
請求項４の封着用リード線は、タングステンまたはモリブデンからなる封着材と；この封着材の外側端部に溶接によって接続された芯線の表面に銅、錫または亜鉛からなる金属のうち少なくとも一種からなる金属の被覆層が形成された外部リード線と；上記封着材の外端面と外部リード線との間に設けられ溶接時に溶融する低融点金属層と；を具備していることを特徴とする。
【００１２】
外部リード線の芯線は、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金ワイヤーや鉄（Ｆｅ）製ワイヤーなどが挙げられる。
【００１３】
封着材のタングステンまたはモリブデンは高融点金属であるので、抵抗溶接が困難であるが、被覆層の銅、錫または亜鉛とタングステンまたはモリブデンとの共晶相の融点は低いので抵抗溶接によって封着材と被覆層との接続界面で相互拡散が発生し、この拡散によって接続強度が向上する。
【００１４】
請求項５は、請求項４記載の封着用リード線において、封着材はモリブデン製であり、低融点金属層はコバールから形成されていて、低融点金属層には封着材から１０μｍの位置にモリブデンが１５質量％以上拡散していることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の電極部材は、請求項４または５記載の封着用リード線の封着材に有底筒状のカップ電極が取付けられていることを特徴とする。
【００１６】
有底筒状のカップ電極は、タングステンまたはモリブデン製が好ましいが、ニッケル（Ｎｉ）等の他の金属製であってもよく、エミッタ物質が形成されていてもよい。また、カップ電極は封着材に溶接接続されたものの他、封着材と一体的に形成されたものであってもよい。
【００１７】
請求項７の冷陰極蛍光ランプは、内面に蛍光体層が形成された硬質ガラス製のバルブと；このバルブの内部に封入された放電媒体と；前記バルブの両端にそれぞれ気密に封着された請求項１ないし３および請求項６のうちいずれか一記載の電極部材と；を具備していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１によれば、低融点金属を介してタングステンまたはモリブデンからなる有底筒状のカップ電極と封着材とを溶接するようにしたので、比較的低い温度で溶接することができ、抵抗溶接で十分な接続強度を確保することができる。
【００１９】
請求項２によれば、低融点金属層がモリブデンより融点が低く、モリブデンと熱膨張係数が近似しているコバールで形成されているので、抵抗溶接で確実に接続強度を確保でき、また溶接時の熱による溶接部の歪を少なくすることができる。
【００２０】
請求項３によれば、低融点金属層におけるモリブデンの拡散状態を規定しているので、溶接による接続強度をより確実に確保することができる。
【００２１】
請求項４によれば、低融点金属を介してタングステンまたはモリブデンからなる封着材と芯線の表面に銅、錫または亜鉛からなる金属のうち少なくとも一種からなる金属の被覆層が形成された外部リード線とを溶接するようにしたので、封着材と被覆層との間で相互拡散が発生するとともに比較的低い温度で溶接することができ、抵抗溶接で十分な接続強度を確保することができる。
【００２２】
請求項５によれば、低融点金属層におけるモリブデンの拡散状態を規定しているので、溶接による接続強度をより確実に確保することができる。
【００２３】
請求項６によれば、請求項４または５の封着用リード線を使用した電極部材を提供することができる。
【００２４】
請求項７の発明は、請求項１ないし３および請求項６のうちいずれか一記載の電極部材を備えた冷陰極蛍光ランプを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は本実施形態の冷陰極蛍光ランプを示す一部断面図、図２は図１の冷陰極蛍光ランプの外部リード線を示す拡大断面図である。
【００２６】
Ｌは冷陰極蛍光ランプであり、たとえば直管形の消費電力が５Ｗ以下、例えば２．５Ｗである。このランプＬは外径が４．０ｍｍ、内径が約１．６ｍｍ、長さが約２００ｍｍのホウ珪酸ガラス（熱膨張率約４×１０−６）等からなる硬質ガラス製の管形バルブ１を有している。管形バルブ１の両端は、封着用リード線３の封着材４に溶着されたビードガラス２によって封止されている。
【００２７】
このバルブ１の内壁面には青色、緑色、赤色に発光領域を有する蛍光体を混合した３波長形蛍光体層Ｐが形成されている。また、このバルブ１内にはネオン（Ｎｅ）およびアルゴン（Ａｒ）の混合ガスが約８０００Ｐａと水銀が封入されている。
【００２８】
封着用リード線３、３に使用される封着材４は、直径１．０ｍｍの高融点金属であるモリブデン（Ｍｏ）製のワイヤーを用いている。外部リード線５は、芯線として直径０．８ｍｍの鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金からなるジメットワイヤー５ａの表面に銅（Ｃｕ）からなる被覆層５ｂを被着して形成されている。この被覆層５ｂは、外部リード線５全体に対して１４質量％以上の比率で被覆されていればよく、本実施形態の銅比率は約２４質量％である。この封着材４の外側端部に外部リード線５が抵抗溶接により接続されている。
【００２９】
冷陰極蛍光ランプＬの発光効率を上げるために、仕事関数が低いモリブデン（Ｍｏ）製の有底円筒状のカップ状電極としての冷陰極６が使用されており、この冷陰極６がバルブ１の両端内部にそれぞれ封装されている。冷陰極６はバルブ１の両端にビードガラス２を介して封着される封着材４に溶接によって接続され、電極部材を構成する。
【００３０】
蛍光ランプＬは、バックライト装置の光源として組み込まれて使用される。バックライト装置は、パソコンやテレビなどの液晶表示装置として、所定のディスプレイ装置として使用され高効率な照明効果が得られる。なお、本発明は上記実施形態に限定されない。たとえば、封止部としてのビードガラス２は必ず必要ではなく、封着材４がガラスバルブの端部にそのまま封止される形態であってもよい。また、ランプＬは冷陰極形の蛍光ランプに限らず、放電維持媒体としては水銀以外の発光物質を封入していてもあるいはキセノンガスなどを封入した希ガス発光によるランプなど他種の細管形の放電ランプに適用できる。また、バルブの形状は直管形に限らずＵ字形、Ｗ字形、環形などに屈曲してあってもよい。
【００３１】
図３は、冷陰極６と封着材４との接続状態を示す拡大断面図である。冷陰極６は、モリブデンの板材をプレス加工することによって有底円筒状のカップ形状に形成されている。冷陰極６の外側の直径は約３．０ｍｍである。
【００３２】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。封着材４の先端と冷陰極６の底部側外端面との間には低融点金属層としての約０．６ｍｍ四方の略正方形状をなし、厚さ約０．０８ｍｍのコバール箔７が溶接前に配設されている。このコバール箔７が封着材４の先端と冷陰極６の底部側外端面との間に介挿された状態で、電力１０００Ｗで抵抗溶接を行ったところ、図３に示すように低融点金属層７が封着材４の先端をはみ出すように溶け出して冷陰極６の底部側外端面に被着された。この溶接部の分析の結果、冷陰極６および封着材４のモリブデンはコバール側へ適度に拡散することがわかり、これによりモリブデンとコバールが溶着して封着材４および冷陰極６が強固に接続されることになる。
【００３３】
抵抗溶接時の電力を９００Ｗ、１０００Ｗ、１１００Ｗ、１２００Ｗと変化させて封着材４および冷陰極６の溶接近傍の断面状態を確認した。その結果、９００Ｗおよび１０００Ｗではモリブデンの再結晶は発生していなかったが、１１００Ｗの場合にはモリブデンが多少再結晶しており、１２００Ｗの場合にはモリブデンが多く再結晶していた。このように、抵抗溶接の電力が所定値以上になると、溶接部分のモリブデンが再結晶を起こしやすくなり、接続強度が低下するものと考えられる。
【００３４】
また、上記溶接工程の後に、８００℃以上の温度で電極部材を長時間アニールすることで、モリブデンの拡散を進行させてより接続強度の高い電極部材を得ることができる。例えば、９００Ｗで抵抗溶接を行った後、９００℃で１時間アニールしたところ、より接続強度の高い電極部材とすることができた。上記アニールによる加熱前と加熱後の電極部材の断面をＥＰＭＡで調査したところ、コバール箔によって形成された低融点金属層７にモリブデンが適度に拡散していた。拡散は指数関数的に減少するため拡散の程度を定量的に特定する必要がある。このため、冷陰極６の外端面または封着材４と低融点金属層７との界面から１０μｍの地点におけるモリブデンの質量％を測定したところ、加熱前が１２質量％であったのに対し、加熱後は２５質量％と拡散が進行していることが確認できた。なお、この１０μｍの地点におけるモリブデンの質量％と接続強度との関係を調査したところ、１５質量％以上であれば所定の接続強度としては問題ないことが確認された。
【００３５】
このように、抵抗溶接後、８００℃〜１０００℃ 程度でアニール加熱することにより、再結晶させずにモリブデンを低融点金属層７に適度に拡散させることができる。
【００３６】
図４は、本発明の第２の実施形態であり、冷陰極６と封着材４との接続状態を示す拡大断面図である。第２の実施形態では、冷陰極６の底部側外端面に封着材４の先端が挿入可能な凹部６ａを形成し、この凹部６ａ内にコバール箔７を配置した状態で電力１０００Ｗで抵抗溶接を行ったものである。このように溶接することによって、図４に示すように低融点金属層７が凹部６ａからはみ出るように封着材４の先端を覆って冷陰極６の底部側外端面に被着された。これによりモリブデンとコバールとの溶着面積が広がり、封着材４および冷陰極６が強固に接続されることになる。さらに、凹部６ａを予め形成しておくことで、封着材４の溶接前の位置合わせが容易になり、溶接作業が容易に行える。
【００３７】
図５は、本発明の第３の実施形態である封着用リード線の溶接状態を示す拡大断面図である。この封着用リード線は、図１の冷陰極蛍光ランプに使用されるものであり、封着材４と外部リード線５との溶接接続部分に特徴を有しており、その他の構成は図１ないし図３と同一であるため詳細な説明を省略する。
【００３８】
モリブデン製の封着材４の外側端部４ａの面と外部リード線５の先端面とは、抵抗溶接によって接続されている。封着材４の外側端部４ａの面と外部リード線５の先端面との間には低融点金属層を形成する約０．６ｍｍ四方の略正方形状をなし、厚さ約０．０８ｍｍのグレージング材としてのコバール箔７が溶接前に配設されている。このコバール箔７が封着材４の外側端部４ａの面と外部リード線５の先端面との間に介挿された状態で、電力３００Ｗで抵抗溶接を行ったところ、図５に示すように低融点金属層７が封着材４の先端をはみ出すように溶け出して封着材４の外側端部４ａに被着された。これと同時に、溶接によって外部リード線５先端側の被覆層５ｂの一部が溶融して封着材４よりも径大な一部が略球体状の形状を有する膨出部５ｃが形成されている。この膨出部５ｃは、封着材４の外側端部４ａよりも中間側（電極側）の外周表面上に延在するように被着されている。封着材４の外周表面上に被着している膨出部５ｃの外側端部からの長さは約０．２ｍｍであり、封着材４の直径の１０％以上となっている。また、膨出部５ｃの最大直径は約１．２ｍｍである。
【００３９】
次に本実施形態の作用効果について説明する。この溶接部分を分析した結果、封着材４のモリブデンが低融点金属層７のコバール側へ適度に拡散することがわかり、これによりモリブデンとコバールが溶着して封着材４および外部リード線５が強固に接続されることが分かった。このモリブデンのコバール側への拡散は、封着材４の外端面４ａから１０μｍの地点におけるモリブデンが１５質量％以上であれば所定の接続強度としては問題ないことが確認された。なお、低融点金属層７のコバールと外部リード線５の芯線５ａである鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金とは抵抗溶接によって良好に溶接される。また、被覆層５ｂの膨出部５ｃを構成する銅（Ｃｕ）と封着材のモリブデンとが相互に拡散していることがわかった。これは、モリブデン製の封着材とジメット線からなる外部リード線とを抵抗溶接した場合、鉄（Ｆｅ）またはニッケル（Ｎｉ）とモリブデン（Ｍｏ）との共晶溶解温度は、鉄１０質量％−残部モリブデンのとき１５２０℃、ニッケル１０質量％−残部モリブデンのとき１４４０℃であるのに対し、銅−モリブデンは約９００℃から一部溶融し始めるためである。特に封着材４の外周表面上に被着している膨出部５ｃに効果的にモリブデンが拡散していることが確認できた。このモリブデンの拡散により、外部リード線５として必要な溶接強度を得ることができる。
【００４０】
一般的に、モリブデンはコバルトを少量ドープした場合、ワークレンジが広がって引張強度などの特性が向上する効果がある。コバルトを含有したコバール箔等のグレージング材を用いた場合、モリブデンの脆化がなく、溶接強度を向上させることができる。また、モリブデン製の封着材４とジュメット線からなる外部リード線５との溶接時において、コバール箔を用いた場合、溶接部の融点が低くなるため封着材４と芯線５ａとの溶融性が向上する。さらに、コバール中の鉄（Ｆｅ）成分がジュメット線と強固に接合するため、溶接強度が一層向上する。
【００４１】
比較例として、低融点金属層７を形成せずに封着材４と外部リード線５とを直接溶接した封着用リード線を用意し、本実施形態と溶接強度を比較した。試験の結果、比較例の封着用リード線は引張り方向の荷重を8.8kg加えた場合に溶接部で破断したのに対し、本実施形態の封着用リード線は荷重を13.7kg加えた場合でも溶接部では破断せず、他の封着用リード線の部分で破断した。
【００４２】
膨出部５ｃ近傍の封止部４および外部リード線５の外表面には、ガラスビード２を取付けた後、封止した図示しない酸化防止処理が施されている。酸化防止処理には、ベンゾトリアゾールを用いている。ベンゾトリアゾールは銅系のワイヤーの表面に不動体膜を形成し、酸化を防止する効果がある。この不動体膜によりランプ寿命中の酸化を抑制でき、酸化による封着用リード線の細径化のリスクを低減することができる。この酸化防止処理は、膨出部５ｃ近傍の溶接部から10mm以内でガラス封止（ビードガラス２の取着）が行われる場合に特に効果的である。これにより、冷陰極蛍光ランプＬの寿命末期まで溶接部が酸化しにくくなり、ワイヤー断線等を抑制した封着用リード線を提供することができる。なお、酸化防止処理は、封止部近傍のみでなく、後工程によって封着用リード線全体に処理することも可能である。しかし、外部リード線５と図示しない給電線との半田接続等の配線作業において接続不良等の問題が発生しないように考慮する必要がある。酸化防止処理としては、ボレート（硼砂処理）を塗布することにより行ってもよい。ボレート処理したものも大気中からの酸素の進入を防ぎ、酸化を防止する効果が有る。
【００４３】
上記酸化防止処理が施された電極部材を使用し、冷陰極蛍光ランプを製造し、高温高湿（雰囲気温度８５℃、湿度８５％）中で点灯試験を行った。酸化防止処理を施さない比較例の封着用リード線については、点灯開始後500時間経過で酸化が認められたが、本実施形態の処理をしたものについては、3000時間経過後でも、酸化が認められなかった。一方比較励は3000時間経過後、酸化が進んで封着用リード線が細くなり、引っ張り強度が低下していることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１の実施形態の冷陰極蛍光ランプを示す一部切欠正面図である。
【図２】図1のランプに使用される外部リード線を示す正面断面図である。
【図３】図１の冷陰極と封着材との接続状態を示す拡大断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の冷陰極と封着材との接続状態を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態である封着用リード線の溶接状態を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
Ｌ…ランプ、１…ガラスバルブ、２…封止部としてのガラスビード、３…封着用リード線、４…封着材、５…外部リード線、６…冷陰極、７…低融点金属層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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