(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、レーザービームの照射領域に前記端板部を含むことなく、前記電極支持リードの先端部の近傍のみ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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば液晶のバ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５７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いる。【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に向けてレーザービームを照射し、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化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、凹部の周壁の外側から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】
【発明が解決しようとする課題】
【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く、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。
本発明はか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、レーザービームの照射領域に前記端板部を含むことなく、前記電極支持リードの先端部の近傍のみ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のみ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く、端板部が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】
前記溶接方法において、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、しか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い。
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上記溶接方法によっ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。しかも、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く、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。
【図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、これによって放電電極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、バ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程度でよく、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℃）、Ｍｏ（融点２６３０℃）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２０μm 程度あればよく、通常２０〜５０μm 程度でよい。また、内層１５は、通常、２０〜１００μm 、好ましくは４０〜８０μm 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あるいは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１．０〜１２．０mass％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く、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く、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は加工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℃、Ｎｂが２５２０℃、Ｔａが３２５０℃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を待避位置から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、レーザービームの照射領域に前記端板部１３を含むことなく、電極支持リード２０の先端部の近傍のみ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の当接部近傍のみに照射し、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℃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が、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、Ｎｉ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１１Ａを用いてもよい。前記中間層１６を形成する鉄鋼材は、Ｎｉ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、甚だしい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く、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１００μm の純Ｎｉ層と厚さ５０μm 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。これから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φ０．８mm、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ユ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の先端から約０．２mm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：１．０６４μm 、照射位置でのレーザー径：０．４μm 、レーザー出力：１３Ｊ／Ｐ、押さえ荷重：０．４４Ｎ、酸化防止用シールガス：Ａｒガス【００２７】
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（放電電極の内側から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９０〜１００Ｎ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１１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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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