(57)【要約】  液晶パネルのバックライトとしての冷陰極蛍光管の電極のカップ材と接続（リード）線との接合強度のみならず、冷陰極蛍光管の電極として優れた特性を付与させる。  Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ等の高融点金属のいずれか一種以上または、これに高融点金属の温間における加工性の改良機能と結晶粒成長の調整機能を有する少量のＮｉ、Ｃｕ等のような合金材を添加した高融点金属の一種以上からなり、または、これらの単結晶金属からなる冷陰極蛍光管の電極において、カップ部又は、リード線部（ロッド）とカップ部を温間又は熱間においてプレス、押出し、しごき等の加工によって一体成型した放電電極である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
高融点金属素材を温間又は熱間における成形加工によって成形したカップ部又は、カップ部とロッド部が一体の放電電極。
【請求項２】
高融点金属素材がＭｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂの何れか１種以上からなり、または、これに温間又は熱間における加工性の改良機能と結晶粒成長の調整機能を有する合金材を添加した高融点金属の１種以上からなる請求項１に記載の放電電極。
【請求項３】
温間の成形加工温度が１００〜１３００℃の温度域である請求項１又は請求項２に記載の放電電極。
【請求項４】
結晶構造が、カップ部又は、カップ部とロッド部が共通した電極の組織結晶成長方位が電極の長さ方向をなし、２以上のアスペクト比を有する繊維状をなす請求項１から請求項３のいずれかに記載の放電電極。
【請求項５】
放電電極が単結晶からなることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の放電電極。
【請求項６】
カップ部の側周部の厚さに対する底部の厚さの比が１以上であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の放電電極。
【請求項７】
ロッド部又はカップ部の少なくとも一つがフィン状であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の放電電極。
【請求項８】
カップ部内面又は外面に突起を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の放電電極。
【請求項９】
ガラスバルブの両端部に放電電極を設けた放電ランプにおいて、請求項１から請求項８のいずれかに記載の放電電極が用いられていることを特徴とする放電ランプ。
【請求項１０】
高融点金属素材を高熱伝導率で、高硬度で、高強度の耐熱性のセラミックス又は超硬又はサーメットからなる金型によってカップ部又は、カップ部とロッド部を一体にプレスし、プレス時に、金型を素材の塑性流動方向と対向する向きに素材の流動量の増加に対し固定的又は、可変的に対応せしめる放電電極の製造方法。
【請求項１１】
カップ部の外面に合わせた成形空間又はカップ部の外面に合わせた成形空間とロッド部成形空間を有する金型と、外径をカップ部の内径に合わせ、且つ下面を成形カップ部の内底面に合わせた形状にしたパンチと、成形された電極のカップ部の上端面を平坦にするためのカップ上端面型材又は成形された電極のカップ部の上端面を平坦にするためのカップ上端面型材および成型された電極のロッド部の下端面を平坦にするためのロッド下端面型材を有し、前記カップ部の上端面を平坦にするための型材又は前記カップ部の上端面を平坦にするための型材とロッド部成形空間には、金型内への素材の流動量の増加に対し固定的又は、可変的に抗力する部材が設けられている温間又は熱間プレスからなる放電電極の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶パネルを透過する光源として使用されるバックライト、とくに、冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）に好適な放電電極、放電ランプ、放電電極の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷陰極蛍光管の電極は、その形態からカップと称せられている。その冷陰極蛍光管を発光させるためには、このカップには高電圧の交流電源が負荷されるため発熱し易く、その通電特性が低下しバックライトの輝度が低下する傾向がある。【０００３】
このため、カップ材としては、特許文献１にも記載されているように、従前のＮｉに代えて、導入線を含めて、材質的にも熱伝導率が良く、高温に耐え、高温においても通電特性が影響を受けず、耐スパッタ性が良いＷ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏのような高融点金属の使用が望ましい。【０００４】
また、特許文献２には、カップ部と配線部との強度と熱伝導率を高める必要からカップ部と配線部を一体構造とするために、Ｎｉを少量添加したこれらの高融点材を従前の線引きに代えて、この粉末を射出成形すること、さらに、Ｌａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２等の酸化物を添加することによって放電特性を改善することが開示されている。【０００５】
さらに、特許文献３及び非特許文献１には、かかる電極との製造法として、強度を上げ、サイズ的に極小化するために、プレス金型を用いてプレス加工することが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１５１４９６号公報
【特許文献２】特開２００３−２４２９２７号公報
【特許文献３】特開２００３−５９４４５号公報
【非特許文献１】プレス金型選書「圧縮加工金型」山本博一著
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献に記載のバックライト、とくに、冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）の電極材として耐スパッタ性に優れた金属を使用すること、高融点金属のカップ部を形成すること、カップ部と配線部との接合部が同質の結晶細線となるように一体構造とすること、電極材をプレス加工することは、電極の要求特性からみて有意義であると考えられる。【０００７】
しかしながら、前記特許文献３に記載のプレス加工は、非特許文献１に記載の金型を使用した通常金属の加工方法をそのまま適用したものであり、このプレスによるＷ、Ｍｏ等の高融点金属の大きな変形を要する塑性加工ではクラックが発生して現実には不可能である。【０００８】
いずれにしても、従来の冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）の電極は、電極抵抗が大きく、陰極電圧降下が激しく、輝度と消費電力から見て発光効率が悪く、高融点金属の塑性加工が難しく、カップ部とロッド部とを溶接等で接合して形成される為、接合部の曲げや引張りに対する機械的強度が劣る等、改善すべき問題が多々ある。【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、とくに、電極としての特性に優れた高融点金属の塑性加工、液晶パネルのバックライトとして高融点金属材料を用いたクラック等の欠陥のない冷陰極蛍光管の電極のカップ材の製造とそのカップ材と接続（リード）線との接合強度の向上のみならず、冷陰極蛍光管の電極として優れた特性を付与せしめることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ等の高融点金属のいずれか一種以上または、これに高融点金属の温間における加工性の改良機能と結晶粒成長の調整機能を有する少量のＮｉ、Ｃｕ等のような合金材を添加した高融点金属の一種以上からなり、または、これらの単結晶金属からなる冷陰極蛍光管の電極において、カップ部又は、リード線部（ロッド）とカップ部の一体成形体を温間又は熱間においてプレス、押出し、しごき等の加工によって成形した放電電極である。【００１１】
本発明における加工温度にいう温間とは、延性脆性遷移温度以上で、再結晶温度より低い温度を意味し、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂ等の高融点金属においては１００〜１０００℃の温度域をいう。この加工温度域が、この温間以下の場合は、プレス、押出し、しごき等の加工が困難となり、割れが発生し、極小な電極部材の製造は不可能となる。また、加工温度がこの温間域を超えると、再結晶が生じ、電極材としての曲げ強度等機械的特性の性能が低下する。【００１２】
本発明に係る冷陰極蛍光管電極は、結晶構造がカップ部又は、カップ部とロッドが共通した繊維状、すなわち、組織結晶成長方位が電極の長さ方向をなし、２以上の高いアスペクト比を有する結晶構造を有し、優れた機械的強度と放熱性と通電効果に加え、冷陰極蛍光管の電極として優れたホローカソード効果の特性を有する極小電極とすることができる。【００１３】
尚、アスペクト比が２より小さいと、熱履歴により内部に亀裂が発生し易くなるとともに、さらには容易に変形が生じることになるので、アスペクト比を２以上にする必要がある。【００１４】
本発明の電極の素材が単結晶であると、延性脆性遷移温度が多結晶のものと比較すると大幅に低下し、加工温度を下げることが出来るだけでなく、電気抵抗を下げることが出来る。【００１５】
カップ型の放電電極の寿命は、カップ部底部の電極材のスパッタによるよりも電極消耗により決まるので、少なくともカップ部の底部の厚さをカップ側周部の厚さ以上にする必要がある。【００１６】
本発明の電極は、カップ側周部の厚さに対するカップ部の底部の厚さの比が１以上なので、電極のスパッタによる寿命低下を抑制できる。【００１７】
本発明の電極は、カップ部の内底部形状、外形端部形状、肉厚など加工自由度が増し、電極内面のみ、または外面と内面を凹凸形状とすることが可能で、優れたホローカソード効果とともに、優れたγ作用を有する形状体であって、さらには、ロッド外面に放熱のための凹凸面形状を有するいわゆるフィンを形成することもでき、放熱により電気抵抗が小さくなるだけでなく、電極金属のスパッタによる蛍光管の透明度低下を防止することができる。又、カップ部の外面に電子放出効率を高める為に凹凸面形状を有するいわゆるフィンを形成することもでき、冷陰極蛍光管の電極としての特性が改善された極小の電極である。【００１８】
本発明にかかる放電電極部材は、温間域又は熱間域にある高硬度の高融点金属を加工するものであるので、パンチあるいはダイのようなプレス部材に、高熱伝導率で、高硬度で、被加工物との離型性を有する高強度の耐熱性のセラミックス又は超硬又はサーメットが使用でき、例えば、Ｓｉ３Ｎ４やＳｉＣ、ＷＣ−Ｎｉ系超硬、ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ系超硬のような、いわゆるバインダレス超硬、Ｍｏ２ＮｉＢ２等のサーメットからなる金型を使用する。【００１９】
また、温間プレスに際しては、冷陰極蛍光管の電極としては、カップ部の端面もしくはロッド部の端面を平坦にする必要があるために、プレス金型に、素材の塑性流動方向と対向する向きに、素材の流動量の増加に対し固定的又は可変的に対応する機能を持たせるのがよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によって以下の効果を奏する。【００２１】
１．本発明の放電電極は、内部又は表面にクラックがなく電極の結晶組織が各部均一であり、機械的強度に優れ、電気抵抗も各部均一で部分的な異常発熱が発生せず、長寿命化が達成できる。【００２２】
２．電極の長さ方向と結晶伸長方向とが同じなので機械的強度が大きい。【００２３】
３．カップ部又は、カップ部とロッド部が一体成形されるので製造費が低減される。【００２４】
４．電極表面に界面や偏析などの電子放出を阻害する組織要因が減少する。【００２５】
５．加工形状自由度が相当に増大し、γ作用がスムーズになり、ホローカソード効果が増大し、輝度、発光効率が向上する。【００２６】
６．放電維持電圧が低下し輝度が向上する。【００２７】
７．本発明の電極は、従来のように板材を抜き型により打ち抜き、プレスにより成形するのではなく、直接、近似大の円柱状材をプレス成形で製造するので、最低限の材料で製造することができ、製造費を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、本発明の実施形態を液晶パネルのバックライトとして、直径が２．２ｍｍの冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）の電極に適用した例によって説明する。
【実施例１】
【００２９】
図１は、出発素材１として、径が２．２ｍｍ、長さ２．４ｍｍの純Ｍｏを１００〜１５００℃で調質したのち、３００℃に加熱した試料１を示す。図２は、図１に示す試料１を温間プレスするためのプレス機１０の構成を示す。【００３０】
プレス機１０は、カップ部の外面に合わせた成形空間１１とロッド部成形空間１２を有するＷＣ−Ｎｉ系超硬の金型１３と、この金型１３のカップ部の外面に合わせた成形空間１１に進入するパンチ１４を有する。このパンチ１４は、外径をカップ部の内径に合わせ、且つ下面を成形カップ部の内底面に合わせた形状に調製されている。１５は、成形された電極のカップ部の上端面を平坦にするための型材を示す。金型１３は、Ｓｉ３Ｎ４やＳｉＣのようなセラミックスを用いると耐摩耗性が向上する。超硬を用いると靱性が高く、高い加工圧力に耐え得る。Ｍｏ２ＮｉＰ２等のサーメットを用いると超硬より耐摩耗性に優れ、セラミックスより加工圧力に耐え得る。【００３１】
１６と１７は、それぞれ、温間プレス機１０の上下基材１８と１９に取り付けられたバネ材であって、上基材１８を下基材１９に押し付けることによって、成形素材１が金型１３内へのパンチ１４の進入する際、金型内への素材の流動量の増加に対し固定的又は可変的に抗力し、均一な加工変形を助ける。とくに、上基材１８に取り付けられたバネ材１７は、後方押出し制御板１５上に作用して、成形されたカップ部材１０１（図３）の上端面を平坦にする機能を持つ。【００３２】
２０、２１は圧力調整ネジ、２２、２３はヒータ（例えばシーズヒータ）、又、バネ材１６は前方押出し制御ピン３０を介してロッド下端面を平坦にする機能を持つ。さらにバネ材１６、１７を適量、圧力コントロールすることによりロッド、カップの成型を任意にコントロールする。２４〜２７は断熱材である。【００３３】
図３は、プレス機によって成形された電極１００を示し、１０1はカップ部を示し、１０２はロッドを示すもので、サイズはカップ部外径２．２ｍｍ、カップ部内径１．８ｍｍ、カップ部長さ４．９ｍｍ、カップ底部厚０．４ｍｍ、深さ４．５ｍｍ、ロッド部長さ３ｍｍ、ロッド径０．９ｍｍである。【００３４】
このプレス機１０は、型に内蔵したヒータ２２、２３によって、加工素材１の加工温度を３００℃に維持し、０．１ｍｍ／ｓ〜２０ｍ／ｓのパンチの降下速度で成形された、図３に示す外観を有する電極１００を得る。同図に示すように、カップ部１０1と通電ロッド１０２は一体に成形されており、ホロー効果その他、放電機能に影響する内面は希望のサイズの大きさの平滑面に形成されている。【００３５】
このようにして得られた電極１００は、図４に示すような内部結晶組織を有すものである。この結晶組織は、図４に示すそれぞれの結晶が２以上の高いアスペクト比を有する繊維状をなしている。【００３６】
表１は、このようにして得られた本発明の電極と比較例として従来の製造法で製造した電極とこれらを用いた放電ランプの特性を示す。
【表１】
2005069349.tif 000002
【００３７】
表１からも明らかなように、比較例の冷間（常温）プレスでは、素材の割れが生じ電極自体の製造ができなかった。そのため、相対密度、熱伝導率、電気抵抗率、溶接部の曲げ強度の測定も、ランプの製造もできなかった。【００３８】
また、比較例の射出成形のものでは、高純度Ｍｏ材の焼結が難しく、焼結促進剤として、Ｎｉ等の活性金属の添加が必要で本発明のような高純度のＭｏ製の電極は製造できなかった。また、焼結体内部には多くのポアを有しており、通電時にポア中のガスが放出され２次電子がこれと衝突し蛍光体に到達する２次電子数が減少し発光効率及び輝度が低下したり、ランプの電極封止部からガスのリークが発生した。【００３９】
そして、比較例の溶接法のものはカップ部とロッド部との接合部で結晶粒子の成長した組織や溶接欠陥が見られ、通電による発熱の影響で変形したり、曲げや引張りに対する機械的強度が低く、製造歩留も低く、寿命が短い。【００４０】
さて、課題である電極抵抗をみると、本発明のものは比較例の射出成形のものの約１／４になり、比較例の溶接によるものより小さくなったので、消費電力も少なく、輝度、発光効率の向上が図られた。また、電極部での発熱温度も低下し電極材のスパッタによる明度の低下を抑制できた。【００４１】
カップ部とロッド部との接合強度をみると、本発明のものは接合部の曲げ強度の値で比較例の溶接や射出成形のものと比較しても１．５〜１．７倍と大幅に増加し、製造時の製造歩留の向上や製品の寿命向上が図られた。【００４２】
さらに、熱伝導率も本発明の電極は、比較例の射出成形のものより約１．８倍、溶接のものよりも向上しているので、電極材のスパッタが抑制され電極寿命の向上、電球の明度低下抑制が図られた。【００４３】
また、電極材料として単結晶の材料を用いると、電極電気抵抗が減少し消費電力も少なく輝度が向上し、電極の発熱温度も低くなるので電極材のスパッタが抑制され電極寿命の低下や明度の低下が抑制され、加工する場合、延性脆性遷移温度が多結晶の材料より低い（例えば、高純度Ｍｏで遷移温度が２７７℃）ので、成形型寿命が向上した。【００４４】
さらに、本発明の電極では、側周部の厚さに対するカップ部の底部の厚さの比を１以上とすると、寿命はカップ部底部のスパッタによる電極消耗により決まるので、カップ電極部の寿命が延びる。【００４５】
図５に示すように、本発明の電極のロッド部外周にフィンを設けると、放熱性が向上し、電極材のスパッタが抑制され電極寿命が向上し、電球の明度低下が抑制され電球の寿命が向上した。【００４６】
図６に示すように本発明の電極のカップ部外周にフィンを設けると、熱電子放出効率が向上し、電球の輝度が向上して発光効率が増加する。【００４７】
図７（ａ）〜（ｃ）に示すよう本発明の電極のカップ内面又は外面の少なくとも一つに突起を設けると、電子放出率が向上し輝度が向上する。【００４８】
なお、本実施例では、電極材としてＭｏを用いたものを挙げたが、Ｗ、Ｔａ、Ｎｂのいずれか１種以上または、温間又は熱間における加工性の改良機能と結晶粒成長の調整機能を有する合金材を添加した１種以上を用いても同様の結果となった。【００４９】
そして、上記本発明の製造法、製造装置を用いると高融点金属を用いた高精度で高硬度で割れ等の欠陥のないカップ部とロッド部との接合強度が高く、電極電気抵抗が小さく、スパッタによる寿命低下、明度低下を抑制し発光効果が良く熱伝導率が良い電極を製造することができた。【００５０】
表１に示すように、本発明は電気特性、熱伝導性、機械的強度の面で放電管電極として優れた特性を有するものである。
【実施例２】
【００５１】
実施例１では、カップ部とロッド部が一体に成形できる図２のような装置を用いたが、本装置のロッド部成形空間１２を有さず、前方押出し制御ピン３０が成形空間１１の下端に位置しており、ワークをエジェクトするためのエジェクトピン３１を有する図８のような本発明の装置を用いて実施例１と同様にして図９のようなカップ部を製造した。【００５２】
このようにして得られたカップ部には内部にも表面にも割れがなく、その結晶組織を調査したが、実施例１と同様に、図１０に示すようにそれぞれの結晶が２以上の高いアスベクト比を有する繊維状をなしていた。【００５３】
また、成形に用いる金型を変えることによって、図１１に示すように、カップ部の外面と内面を凹凸形状とすることが可能で、電極として用いると、優れたホローカソード効果とともに、優れたγ作用を有する電極を得ることができた。【００５４】
このようにして得られたカップ部外底面に同一材質又は異材質の通電用ロッドを、電子ビーム溶接やレーザビーム溶接や抵抗溶接又は、ろう付けして放電灯用電極を製造して放電等に組み込んで用いたが、実施例１の表１と同様の結果となった。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、実施例として挙げた液晶ディスプレイのバックライトの蛍光管の冷陰極の他、マグネトロンのエンドハット、プロジェクタ−光源電極、電子銃、ハロゲン電球用部材等の電極にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の放電電極の成形のための素材の外形を示す。
【図２】素材を成形するための温間プレスの構造を示す。
【図３】成形後の放電電極の外観を示す。
【図４】成形後の放電電極の結晶構造を示す。
【図５】本発明の電極のロッド部外周にフィンを有する電極を示す。
【図６】本発明の電極のカップ部外周にフィンを有する電極を示す。
【図７】本発明の電極のカップ内面又は外面の少なくとも一つに突起を有する電極を示す。
【図８】カップ部のみを成形するための温間プレスの構造を示す。
【図９】成形後のカップ部の外観を示す。
【図１０】成形後のカップ部の結晶構造を示す。
【図１１】本発明のカップ部外周にフィンを有する電極を示す。
【符号の説明】
【００５７】
１：素材
１０：プレス機
１１：成形空間
１２：ロッド部成形空間
１３：金型
１４：パンチ
１５：後方押出し制御板
１６、１７：バネ材
１８：上基材
１９：下基材
２０、２１：圧力調整ネジ
２２、２３：ヒータ
２４〜２７：断熱材
３０：前方押出し制御ピン
３１：エジェクトピン
１００：電極
１０１：カップ部材
１０２：ロッド
【図１】
2005069349.tif 000003
【図２】
2005069349.tif 000004
【図３】
2005069349.tif 000005
【図５】
2005069349.tif 000006
【図６】
2005069349.tif 000007
【図７】
2005069349.tif 000008
【図８】
2005069349.tif 000009
【図９】
2005069349.tif 000010
【図１１】
2005069349.tif 000011
【図４】
2005069349.tif 000012
【図１０】
2005069349.tif 000013
【国際調査報告】
2005069349.tif 000014
2005069349.tif 000015
2005069349.tif 000016
2005069349.tif 000017
2005069349.tif 000018
2005069349.tif 000019
2005069349.tif 000020
2005069349.tif 000021
2005069349.tif 000022