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JP4120800B2 - Electrode for discharge lamp - Google Patents
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JP4120800B2 - Electrode for discharge lamp - Google Patents

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JP4120800B2
JP4120800B2 JP2003049322A JP2003049322A JP4120800B2 JP 4120800 B2 JP4120800 B2 JP 4120800B2 JP 2003049322 A JP2003049322 A JP 2003049322A JP 2003049322 A JP2003049322 A JP 2003049322A JP 4120800 B2 JP4120800 B2 JP 4120800B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テレビ受像器やパソコン等の液晶表示装置(LCD)のバックライトとして使用される放電ランプ用の電極に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
パソコンやワープロ等のOA機器に用いられている液晶表示装置(LCD)には、該LCDを照明するための冷陰極蛍光ランプを光源とするバックライトが組み込まれている。
【0003】
従来、上記冷陰極蛍光ランプ等のバックライトの電極として従来使用されてきたのは、耐スパッタリング性が比較的良好で、絞り加工性に優れたニッケルを材質とするものであった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、さらに長寿命化、高輝度化をはかるため、より耐スパッタリング性に優れ、仕事関数の低い材料の電極が要求されるようになり、従来のニッケルでは、この要求を満たすことができなくなっている。このため、まずニッケルよりスパッタリング率の低い電極材料が求められている。なお、スパッタリング率が低いのが好ましいのは、ブラッキングの進行が遅くなるからである。また、電極材料の仕事関数が低いほうが好ましいのは、仕事関数が低いと陰極降下電圧が小さくなり、同じ電圧において電極表面でのスパッタリングが起こりにくくなるためである。すなわち、スパッタリングによる電極近傍の管内壁のブラッキングが減少し、長寿命が得られるのである。逆に、寿命が同じであれば、電圧を高くして、高輝度化することができるという利点がある。
【0005】
ニッケルよりも耐スパッタリング性に優れた金属として、タングステン、モリブデン等が知られている。しかしながら、これらの金属は高融点金属であり、成形が難しく、これを例えばカップ形等、複雑な形状の電極に成形するには、粉末のプレス成形、焼結、鍛造、圧延および絞り加工といった工程が必要である。このため、タングステンでは、例えば内径:深さが1:3という所望の形状を得ることは困難である。また、モリブデンの場合は製作はできるが、加工率を大きく取れず、また歩留まりが低くなるため、製作コストが大幅に高くなるという問題点がある。本発明は、このような事情に鑑み、従来の放電ランプ用電極よりも耐スパッタリング性に優れ、放電ランプに組み込んだ場合に、長寿命、高輝度を実現することのできる放電管用電極であって、比較的製作が容易な電極を提供することを課題としている。
【0006】
上記課題を解決するため本発明は、次のような構成とした。すなわち、本発明に係る発明は、一方の端部に開口する凹部が形成された概略カップ形の放電ランプ用電極であって、タングステン及び/又はモリブデンを主成分とし、ニッケル、鉄、コバルトからなる鉄族金属のうちの1種又は2種以上を重量比で0.01〜10%含有することを特徴としている。
【0007】
この放電ランプ用電極は、耐スパッタリング性に優れたタングステン及び/又はモリブデンを主成分とするものであるから、得られる電極は従来のニッケル電極よりも耐スパッタリング性に優れている。また、純タングステンや純モリブデンは融点が高く成形性に乏しいので、所定の形状で、高密度の電極を得るためには、燒結後に転打鍛造、圧延、絞り等の機械塑性加工を施す必要があり、タングステンでは製造不能で、モリブデンでは製作コストが高くなるが、本発明では、これに鉄族金属としてニッケル、鉄、コバルト等の金属を添加して燒結するので、燒結性が向上し、カップ形電極のような複雑な形状のものも比較的容易に製作することができる。
【0008】
なお、仕事関数の見地から、上記の他に酸化ランタン、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化ストロンチウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化バリウム、酸化トリウム、硼化ランタンからなる群のうちの1種又は2種以上を重量比で0.1〜4%含有させておくのが好ましい。
【0009】
請求項1または2の電極を、MIMやプレス成型法で製作する場合、カップ電極の壁厚を0.1mm程度にすることは非常に困難である。このように薄い壁厚が要求されるのは、グロー放電効率を上げるためには、カップ内面の表面積をなるべく大きくすることが有効で、定められた外径においてカップ内径をなるべく大きくしたいためである。壁厚が小さくなると、MIMの場合金属粉を含んだ樹脂成分の回り込みが不十分となる。また脱脂時の保形が困難となる。粉末プレス成形においても、粉末の移動が追いつかず、このような形状には成型できない。また蛍光管内径が非常に小さくなっているので、カップの外径公差管理も厳しくなっている。
【0010】
そこで、壁厚を所定の寸法より、大きく成形し、その後センタレス研削等により外径加工することが、壁厚薄肉化および外径管理に対し有効であることが判明した。MIMであれば、所定寸法、例えば0.1mmの2倍の壁厚を持つ焼結体を製造し、例えば#440のGC砥石でセンタレス研削すればよく、プレス成形の場合は、4倍の壁厚を持つ焼結体を製造し、#440のGC砥石でセンタレス研削すればよい。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、具体例を挙げつつ、本発明について詳しく説明する。まず、本発明の電極の主成分はタングステン、モリブデン等であるが、これらの金属はニッケルに比べてスパッタリング率が低く、耐スパッタリング特性に優れている。これは、例えば図3のグラフ(小沼光晴「プラズマと成膜の基礎」昭和61年8月29日日刊工業新聞社刊,第111頁参照)からも明らかである。したがって、これを用いた放電ランプ用電極は、長寿命が得られるのである。
【0012】
一方、この種の電極としては、グロー放電効率を高めるため、カップ状に成形するのが好ましい。この場合、例えば径1.7mmに対し、長さ4mm程度の比較的深いカップ状とするのが効果的であるが、上記タングステンでは、カップ状への深絞り加工は困難であり、モリブデンでは加工コストがかかり歩留まりも悪い。
【0013】
そこで、本発明の電極の場合は、金属粉末を射出成形法またはプレス成型法を用いて成形するのが好ましい。この金属粉末射出成型法は、タングステン、モリブデン等の金属粉末に、体積比で5:1〜0.7:1の高分子系バインダと低分子系バインダよりなる熱可塑性有機バインダの混練物を射出成形する方法である。得られた成形体は、還元雰囲気で加熱して脱脂(有機物の除去)した後、1500〜2000℃の還元雰囲気中で燒結する。
【0014】
この場合、燒結性を改良するため、タングステン、モリブデン等の高融点金属に少量の鉄族ニッケル、鉄、コバルト等の金属を含有させておくのが好ましい。これらの鉄族金属を微量、例えば重量比で0.01〜1%の鉄族金属を含有させておくと、タングステン、モリブデンの燒結性が著しく改善されることが判明している。鉄族金属としては、鉄、ニッケル、コバルト等があるが、実験的には、ニッケルが最も効果的であった。この鉄族金属の含有量が少なすぎると燒結性は向上せず、経済的な燒結温度例えば2000℃以下での燒結は困難となる。燒結性が悪いと、緻密な製品は得られず、耐スパッタリング性が低下する。逆に鉄族金属の含有量が多すぎると、電気伝導度や熱伝導度が低下し、電極としての性能が低下する。
【0015】
一方、タングステン、モリブデンに、重量比で2%を越え10%以下の鉄族金属を含有させた、いわゆる重合金と呼ばれるものも燒結性は良好であり、複雑な形状に成形しても燒結により十分に密度を向上させることが可能である。この合金では、鉄族金属が多すぎると耐スパッタリング性に問題が生じるので、10%以下とするのが好ましい。とくに、ニッケルを多くしすぎると脆くなる傾向がある。また、ニッケルを含有させておくと、燒結時に液相が現れて燒結性が向上するが、タングステンとニッケルが金属間化合物(NW)を形成して、脆化するので、多の鉄族金属を加えて、金属間化合物の生成を抑制するのが好ましい。
【0016】
さらに、電極の仕事関数を低くするため、酸化ランタン、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化ストロンチウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化バリウム、酸化トリウム、硼化ランタンからなる群のうちの1種又は2種以上を重量比で0.1〜4%含有させておくのが好ましい。これらの含有量が上記範囲よりも少ないと、仕事関数はほとんど低下しない。また逆に多すぎると燒結性が低下し、耐スパッタリング性に必要な緻密化が達成できない。したがって、上記範囲とするのが好ましいのである。
【0017】
さらにグロー放電効率をあげることが要求される場合がある。グロー放電効率を上げるためには、カップ内面の表面積をなるべく大きくすることが有効である。定められた外径においてカップ内径をなるべく大きくするため、カップ壁厚を0.1から0.15mm程度に小さくすることが要求される。MIMの場合金属粉を含んだ樹脂成分の回り込みが不十分となる。また脱脂時の保形が困難となる。粉末プレス成形においても、粉末の移動が追いつかずこのような形状には、成型できない。
【0018】
そこで、壁厚を所定の寸法より、大きく成形し、その後センタレス研削等により外径加工することが、有効であることが判明した。
【0019】
MIMの場合、所定寸法例えば0.1mmの2倍の壁厚を持つ焼結体を製造し、例えば#440のGC砥石でセンタレス研削する。プレス成形の場合、4倍の壁厚を持つ焼結体を製造し、#440のGC砥石でセンタレス研削する。外径寸法精度は、2mmの外径において、プレス成形後焼結品で±0.05mm、MIM品で±0.02mmであるのに対し、研削品では±0.1mmであった。以下、実際に製造した具体的実施例について説明する。
【0020】
【実施例1】
平均粒度1.5ミクロンのタングステン粉末に、0.02wt%のニッケルに相当する量の硝酸ニッケルをエチルアルコールに溶解した溶液を添加し、混合、浸せきした後、アルコールを揮発させた。得られた粉末を水素気流中で750℃で還元した。
【0021】
この還元粉末に熱可塑性有機バインダを添加し、混練して射出成形に供するコンパウンドを得た。この有機バインダとしては、分子量10,000以上の高分子系バインダと、分子量5,000以下の低分子バインダがあげられる。高分子系バインダとしては、EVA(エチレンビニルアセテート)−BMA(ブチルメタアクリレート)−スチレンの共重合体、PP(ポリプロピレン)等があり、これらを単独で、又は組み合わせて使用することができる。
【0022】
また、低分子系バインダとしてはポリエチレンワックス、マイクロワックス、カルバナワックス、ステアリン酸等があり、これらを単独で、又は組み合わせて使用することができる。高分子系のバインダと低分子系のバインダの比率は、5:1〜7:1、好ましくは3:1〜1:1である。
【0023】
バインダの量は、タングステン粉末100体積%に対し、30〜60体積%が好ましい。これより多いと、脱脂中の変形を助長し、少ないと射出成形性が低下する。特に好ましいのは35〜55体積%である。
【0024】
バインダを加えた粉末の混練は、加圧ニーダを使用し、120〜160℃で行った。混練して得られたコンパウンドは、射出成形機により、例えば外径1.95mm、内径1.56mm、長さ5.2mmのカップ形状のキャビティを持つ金型中に射出成形した。
【0025】
得られた成形体を水素雰囲気中で750℃まで徐昇温し、脱脂した。しかるのち、水素雰囲気中で1900℃で1時間燒結し、外径1.2mm、内径0.9mm、長さ4mmのタングステン製カップ状電極(図2参照)を得た。
【0026】
得られたタングステン電極は、ニッケルリード線をすでに接続したコバール導入線と抵抗溶接し、コバール部をガラス巻きした後、放電管(放電冷陰極蛍光ランプ)に組み立てた。図1は放電冷陰極蛍光ランプの一部断面図である。この蛍光ランプ1は、例えば外径Dが約2.6mm、内径D’が1.6mm、長さLが約200mmの直管形である。材質的は、線膨張係数が5〜5.5ppmの硼珪酸ガラスやアルミノシリケートガラスからなる管形のガラスバルブ2の両端に、封着部5,5が設けられ、この封着部に電極4に接続された封着線3が封止されている。ガラスバルブ2の内面には蛍光膜11が設けられている。
【0027】
電極4は、対向する電極側に開口する中空部4aが形成されたカップ状であるが、この中空部の中に放電特性改良剤である酸化ランタン、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化ストロンチウム、酸化カルシウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化バリウム、酸化トリウム、硼化ランタンからなる群のうちの1種又は2種以上を充填しておくことができる。このように、放電特性改良剤を充填しておくことができる点はカップ形電極の利点である。
【0028】
【実施例2】
平均粒度1.5ミクロンのタングステン粉末に0.2wt%Niに相当する量の硝酸ニッケルをエタノールに溶解したものを混合し、浸せき後のアルコールを揮発させた。この粉末を750℃で還元した。この粉末に2wt%La23 に相当する量の硝酸ランタンをエチルアルコールに溶解したものを加えて混合し、浸せき後のアルコールを揮発させた。
【0029】
得られた粉末を乾燥した後、水素中で800℃で還元した。しかる後、この還元粉末に熱可塑性有機バインダ(分子量10,000以上の高分子系バインダと、分子量5,000以下の低分子系バインダを使用)を添加し、混練して、射出成形に供するコンパウンドとした。上記高分子系バインダとしては、EVA(エチレンビニルアセテート)−BMA(ブチルメタアクリレート)−スチレンの共重合体とPP(ポリプロピレン)を組合せて使用した。
【0030】
また、低分子系バインダとしては、ポリエチレンワックスとステアリン酸を組合せて使用した。高分子系バインダと低分子系バインダの比率は2:1とした。バインダの量は、タングステン粉末100体積%に対し、40体積%であった。混練は加圧ニーダを使用し、130℃で行った。
【0031】
混練して得られたコンパウンドは、射出成形機により、例えば外径1.56mm、内径1.17mm、全長5.2mmのカップ形状のキャビティを有する金型中に射出成形した。
【0032】
得られた成形体を水素雰囲気中で750℃まで徐昇温し、脱脂(有機バインダー除去)した。その後、水素中で1700℃で1時間燒結し、外径1.2mm、内径0.9mm、全長4mmの2wt%ランタナ入りタングステン製カップ状電極を得た。
【0033】
上記のようにして得られたタングステン電極は、ニッケルリード線をすでに接続したコバール導入線と抵抗溶接し、コバール部をガラス巻きした後、放電ランプ(放電冷陰極蛍光ランプ)に組み立てた。
【0034】
【実施例3】
平均粒度0.8ミクロンのモリブデン粉末に、0.1wt%Niに相当する量の硝酸ニッケルをエタノールで溶解したものを混合し、浸せき後のアルコールを揮発させた。この粉末を750℃で還元した。これに熱可塑性有機バインダを添加し、混練して射出成形に供するコンパウンドとした。バインダとしては、分子量10,000以上の高分子系バインダと、分子量5,000以下の低分子系バインダを使用した。高分子系バインダとしては、EVA(エチレンビニルアセテート)−BMA(ブチルメタアクリレート)−スチレンの共重合体とPP(ポリプロピレン)を組合せて使用した。
【0035】
また、低分子系バインダとしては、ポリエチレンワックスとステアリン酸を組合せて使用した。高分子系バインダと低分子系バインダの比率は2:1とした。バインダの量は、タングステン粉末100体積%に対し、40体積%であった。混練は加圧ニーダを使用して140℃で行った。
【0036】
混練して得られたコンパウンドは、射出成形機により、例えば外径1.95mm、内径1.56mm、全長5.2mmのカップ形状のキャビティを有する金型中に射出成形した。得られた成形体は、水素雰囲気中で750℃まで徐昇温し、脱脂した。しかるのち、水素雰囲気中で1700℃で1時間燒結し、外径1.2mm、内径0.9mm、全長4mmのモリブデン製カップ状電極を得た。
【0037】
得られたモリブデン電極は、ニッケルリード線をすでに接続したコバール導入線と抵抗溶接し、コバール部をガラス巻きした後、放電ランプ(放電冷陰極蛍光ランプ)に組み立てた。
【0038】
以上の実施例1乃至3で得た放電冷陰極蛍光ランプの性能を調べたところ、いずれも従来品に比べて1.5〜3倍の放電管寿命が得られた。また、同じ寿命とした場合の輝度は、従来品に比べて1.2〜2倍であった。
【0039】
【実施例4】
平均粒度2.2μmのタングステン粉末、5wt%の平均粒度6μmのカルボニルニッケル粉末、2wt%の平均粒度9μmのカルボニル鉄粉末および1wt%の平均粒度1.6μmのコバルト粉末をアトライター中で混合した。混合粉末にプレス用の有機バインダーであるPVA(ポリ・ビニル・アルコール)を0.8%およびステアリン酸を0.4%加え噴霧造粒し、プレス成形用の造粒粉とした。これをプレス機に投入し、所定の金型中でプレス成形した。得られた成形体の寸法は、外径2.3mm、内径1.8mm長さ5.4mmであった。
【0040】
得られた成形体を水素雰囲気中で800℃まで徐昇温し、脱脂および予備焼結した。その後水素雰囲気中1500℃で1時間焼結し、外径2.3mm、内径1.5mm、長さ4.5mmの焼結体を得た。得られた焼結体の相対密度は、98.5%であった。
【0041】
得られた焼結体を、外径2.3mmから外径1.74mmまで#320アルミナ砥石により、センタレス研削した。外径1.74mm、内径1.5mmで壁厚0.12mmのカップ電極が得られた。外径寸法精度は、焼結上がりの±0.05mmに対し、研削後は、±0.01mmであった。研削加工品は、コストがやや高くなるが、高効率、細管という高性能を要求される用途に適している。
【0044】
【実施例
平均粒度2.2ミクロンのモリブデン粉末に、0.02wt%Niに相当する量の硝酸ニッケルをエタノールで溶解したものを混合し、浸せき後のアルコールを揮発させた。この粉末を750℃で還元した。該粉末にプレス用のバインダーであるPVA(ポリ・ビニル・アルコール)0.8%およびステアリン酸を0.4%加え噴霧造粒し、プレス成形用の造粒粉とした。これをプレス機に投入し、所定の金型中でプレス成形した。得られた成形体の寸法は、外径2.3mm、内径1.8mm長さ5.4mmであった。
【0045】
得られた成形体を水素雰囲気中で800℃まで徐昇温し、脱脂および予備焼結した。その後水素雰囲気中1800℃で1時間焼結し、外径2.3mm、内径1.5mm、長さ4.5mmの焼結体を得た。得られた焼結体の相対密度は、98.5%であった。
【0046】
得られた焼結体を、外径2.3mmから外径1.7mmまで#320アルミナ砥石により、センタレス研削した。外径1.7mm、内径1.5mmで壁厚0.1mmのカップ電極が得られた。
【0047】
【実施例
平均粒度3.2μmのモリブデン粉末、5wt%の平均粒度6μmのカルボニルニッケル粉末、2wt%の平均粒度9μmのカルボニル鉄粉末および1wt%の平均粒度1.6μmのコバルト粉末をアトライター中で混合した。該混合粉末に熱可塑性有機バインダを添加し、混練して射出成形に供するコンパウンドを得た。この有機バインダとしては、分子量10,000以上の高分子系バインダと、分子量5,000以下の低分子バインダがあげられる。高分子系バインダとしては、EVA(エチレンビニルアセテート)−BMA(ブチルメタアクリレート)−スチレンの共重合体、PP(ポリプロピレン)等があり、これらを単独で、又は組み合わせて使用することができる。
【0048】
また、低分子系バインダとしてはポリエチレンワックス、マイクロワックス、カルバナワックス、ステアリン酸等があり、これらを単独で、又は組み合わせて使用することができる。高分子系のバインダと低分子系のバインダの比率は、5:1〜7:1、好ましくは3:1〜1:1である。
【0049】
バインダの量は、混合粉末100体積%に対し、30〜60体積%が好ましい。これより多いと、脱脂中の変形を助長し、少ないと射出成形性が低下する。特に好ましいのは35〜55体積%である。
【0050】
バインダを加えた粉末の混練は、加圧ニーダを使用し、120〜160℃で行った。混練して得られたコンパウンドは、射出成形機により、例えば外径2.47mm、内径1.95mm、長さ5.85mmのカップ形状のキャビティを持つ金型中に射出成形した。
【0051】
得られた成形体を水素雰囲気中で750℃まで徐昇温し、脱脂した。しかるのち、水素雰囲気中で1450℃で1時間燒結し、外径1.9mm、内径1.5mm、長さ4.5mmのモリブデン−ニッケル−鉄−コバルト製カップ状電極(図2参照)を得た。
【0052】
得られた焼結体を、外径1.9mmから外径1.7mmまで#320アルミナ砥石により、センタレス研削した。外径1.7mm、内径1.5mmで壁厚0.1mmのカップ電極が得られた。
【0053】
【実施例
平均粒度1.8ミクロンのモリブデン粉末に0.2wt%Niに相当する量の硝酸ニッケルをエタノールに溶解したものを混合し、浸せき後のアルコールを揮発させた。この粉末を750℃で還元した。この粉末に2wt%Laに相当する量の硝酸ランタンをエチルアルコールに溶解したものを加えて混合し、浸せき後のアルコールを揮発させた。
【0054】
得られた粉末を乾燥した後、水素中で800℃で還元した。しかる後、この還元粉末に熱可塑性有機バインダ(分子量10,000以上の高分子系バインダと、分子量5,000以下の低分子系バインダを使用)を添加し、混練して、射出成形に供するコンパウンドとした。上記高分子系バインダとしては、EVA(エチレンビニルアセテート)−BMA(ブチルメタアクリレート)−スチレンの共重合体とPP(ポリプロピレン)を組合せて使用した。
【0055】
また、低分子系バインダとしては、ポリエチレンワックスとステアリン酸を組合せて使用した。高分子系バインダと低分子系バインダの比率は2:1とした。バインダの量は、タングステン粉末100体積%に対し、40体積%であった。混練は加圧ニーダを使用し、130℃で行った。
【0056】
混練して得られたコンパウンドは、射出成形機により、例えば外径1.56mm、内径1.17mm、全長5.2mmのカップ形状のキャビティを有する金型中に射出成形した。
【0057】
得られた成形体を水素雰囲気中で750℃まで徐昇温し、脱脂(有機バインダー除去)した。その後、水素中で1700℃で1時間燒結し、外径1.2mm、内径0.9mm、全長4mmの2wt%ランタナ入りモリブデン製カップ状電極を得た。
【0058】
上記のようにして得られたモリブデン電極は、ニッケルリード線をすでに接続したコバール導入線と抵抗溶接し、コバール部をガラス巻きした後、放電ランプ(放電冷陰極蛍光ランプ)に組み立てた。
【0059】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にかかる放電ランプ用電極は、耐スパッタリング性に優れたタングステン、モリブデン等の高融点金属を材質とするもので、これを用いた放電ランプは、従来品に比べて長寿命、高輝度を得ることが可能となった。さらに、低仕事関数物質を含有させて、電極の仕事関数を低下させることにより、特に長寿命、高輝度を得ることが可能となる。また外周研削を行うことにより、壁厚を小さくでき、より高いグロー放電効果および厳密な外径管理が達成できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】放電ランプの一部断面図である。
【図2】電極の正面図(a)及び断面図(b)である。
【図3】各種ガスイオンとスパッタリング率を表すグラフである。
【符号の説明】
1 放電ランプ
2 ガラスバルブ
3 封着線
4 電極
8 外部リード線
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrode for a discharge lamp used as a backlight of a liquid crystal display (LCD) such as a television receiver or a personal computer.
[0002]
[Prior art]
A liquid crystal display (LCD) used in office automation equipment such as a personal computer or a word processor incorporates a backlight having a cold cathode fluorescent lamp as a light source for illuminating the LCD.
[0003]
Conventionally, what has been conventionally used as an electrode for a backlight of the cold cathode fluorescent lamp or the like has been made of nickel, which has relatively good sputtering resistance and excellent drawing workability.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in recent years, in order to further increase the lifetime and increase the brightness, there has been a demand for an electrode made of a material having a higher sputtering resistance and a lower work function. Conventional nickel can satisfy this requirement. It is gone. For this reason, an electrode material having a lower sputtering rate than nickel is first demanded. The reason why the sputtering rate is low is that the progress of blacking is slow. Also, the lower work function of the electrode material is preferable because when the work function is low, the cathode fall voltage becomes small, and sputtering on the electrode surface hardly occurs at the same voltage. That is, the inner wall of the tube near the electrode due to sputtering is reduced and a long life is obtained. On the contrary, if the lifetime is the same, there is an advantage that the voltage can be increased to increase the luminance.
[0005]
Tungsten, molybdenum, and the like are known as metals having better sputtering resistance than nickel. However, these metals are refractory metals, which are difficult to form. For example, in order to form an electrode having a complicated shape such as a cup shape, processes such as powder pressing, sintering, forging, rolling and drawing are performed. is required. For this reason, with tungsten, it is difficult to obtain a desired shape having an inner diameter: depth of 1: 3, for example. Further, although molybdenum can be manufactured, there is a problem in that the manufacturing cost is significantly increased because the processing rate cannot be increased and the yield is reduced. In view of such circumstances, the present invention is an electrode for a discharge tube that is superior in sputtering resistance to a conventional discharge lamp electrode and can achieve a long life and high brightness when incorporated in a discharge lamp. An object of the present invention is to provide an electrode that is relatively easy to manufacture.
[0006]
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the invention according to the present invention is a discharge lamp electrode of the schematic cup-shaped recess openings are formed at one end, the main component of tungsten and / or molybdenum, nickel, iron, cobalt It is characterized by containing 0.01 to 10% by weight of one or more of the iron group metals.
[0007]
Since the discharge lamp electrode is mainly composed of tungsten and / or molybdenum having excellent sputtering resistance, the obtained electrode has better sputtering resistance than the conventional nickel electrode. Also, pure tungsten and pure molybdenum have high melting points and poor formability, so in order to obtain a high-density electrode with a predetermined shape, it is necessary to perform mechanical plastic processing such as rolling forging, rolling and drawing after sintering. There, impossible manufacture of tungsten, but the manufacturing cost becomes high in molybdenum in the present invention, this nickel as the iron group metals, iron, since the sintering by adding a metal cobalt or the like, improves sinterability, A complicated shape such as a cup-shaped electrode can also be manufactured relatively easily.
[0008]
From the viewpoint of work function, in addition to the above, one or two of the group consisting of lanthanum oxide, yttrium oxide, cerium oxide, strontium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, barium oxide, thorium oxide, lanthanum boride It is preferable to contain 0.1 to 4% of the above by weight ratio.
[0009]
When the electrode of claim 1 or 2 is manufactured by MIM or press molding, it is very difficult to make the wall thickness of the cup electrode about 0.1 mm. The reason why such a thin wall thickness is required is to increase the surface area of the cup inner surface as much as possible in order to increase the glow discharge efficiency and to increase the cup inner diameter as much as possible at a predetermined outer diameter. . When the wall thickness is reduced, in the case of MIM, the wraparound of the resin component containing the metal powder becomes insufficient. In addition, shape retention during degreasing becomes difficult. Even in powder press molding, the movement of the powder cannot catch up and cannot be molded into such a shape. Further, since the inner diameter of the fluorescent tube is very small, the outer diameter tolerance management of the cup is also strict.
[0010]
Thus, it has been found that forming the wall thickness larger than a predetermined dimension and then processing the outer diameter by centerless grinding or the like is effective for reducing the wall thickness and managing the outer diameter. In the case of MIM, a sintered body having a predetermined thickness, for example, twice the wall thickness of 0.1 mm may be manufactured, and for example, centerless grinding may be performed with a # 440 GC grindstone. A thick sintered body may be manufactured and centerless ground with a # 440 GC grindstone.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with specific examples. First, the main components of the electrode of the present invention are tungsten, molybdenum, and the like. These metals have a lower sputtering rate than nickel, and are excellent in sputtering resistance. This is apparent from, for example, the graph of FIG. 3 (see Mitsuharu Onuma, “Plasma and Film Formation Fundamentals”, published on August 29, 1986, published by Nikkan Kogyo Shimbun, page 111). Therefore, the discharge lamp electrode using this can provide a long life.
[0012]
On the other hand, this type of electrode is preferably formed in a cup shape in order to increase glow discharge efficiency. In this case, it is effective to form a relatively deep cup shape having a length of about 4 mm for a diameter of 1.7 mm, for example. However, with tungsten, it is difficult to deep-draw into a cup shape. Cost is high and yield is poor.
[0013]
Therefore, in the case of the electrode of the present invention, it is preferable to mold the metal powder using an injection molding method or a press molding method. This metal powder injection molding method injects a kneaded product of a thermoplastic organic binder composed of a high-molecular binder and a low-molecular binder in a volume ratio of 5: 1 to 0.7: 1 into a metal powder such as tungsten or molybdenum. This is a molding method. The obtained molded body is degreased (removal of organic substances) by heating in a reducing atmosphere, and then sintered in a reducing atmosphere at 1500 to 2000 ° C.
[0014]
In this case, in order to improve sintering properties, tungsten, a small amount of iron group nickel refractory metal such as molybdenum, iron, to leave contain a metal cobalt or the like. It has been found that when these iron group metals are contained in a trace amount, for example, 0.01 to 1% by weight, the sintering properties of tungsten and molybdenum are remarkably improved. The iron group metals, iron, nickel, there is a cobalt or the like, Experimentally, nickel was the most effective. If the content of the iron group metal is too small, the sintering property is not improved, and it becomes difficult to perform sintering at an economical sintering temperature, for example, 2000 ° C. or less. If the sintering property is poor, a dense product cannot be obtained and the sputtering resistance is lowered. On the other hand, when the content of the iron group metal is too large, the electrical conductivity and thermal conductivity are lowered, and the performance as an electrode is lowered.
[0015]
On the other hand, a so-called polymerized gold containing tungsten and molybdenum containing iron group metal of more than 2% and not more than 10% by weight has good sintering properties. The density can be sufficiently improved. In this alloy, if there is too much iron group metal, a problem arises in the sputtering resistance. In particular, if there is too much nickel, it tends to become brittle. Further, when allowed to contain nickel, sinterability liquid phase appears during sintering is improved, tungsten and nickel forms an intermetallic compound (N i 4 W), so brittle, No rather multi It is preferable to add an iron group metal to suppress the formation of intermetallic compounds.
[0016]
Furthermore, in order to lower the work function of the electrode, one or more of the group consisting of lanthanum oxide, yttrium oxide, cerium oxide, strontium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, barium oxide, thorium oxide, lanthanum boride It is preferable to contain 0.1 to 4% by weight. When these contents are less than the above range, the work function hardly decreases. On the other hand, if the amount is too large, the sintering property is lowered and the densification necessary for the sputtering resistance cannot be achieved. Therefore, the above range is preferable.
[0017]
Further, it may be required to increase the glow discharge efficiency. In order to increase the glow discharge efficiency, it is effective to increase the surface area of the cup inner surface as much as possible. In order to increase the cup inner diameter as much as possible at the determined outer diameter, the cup wall thickness is required to be reduced to about 0.1 to 0.15 mm. In the case of MIM, the wraparound of the resin component containing the metal powder becomes insufficient. In addition, shape retention during degreasing becomes difficult. Even in the powder press molding, the movement of the powder cannot catch up and cannot be molded into such a shape.
[0018]
Therefore, it has been proved effective to form the wall thickness larger than a predetermined dimension and then process the outer diameter by centerless grinding or the like.
[0019]
In the case of MIM, a sintered body having a wall thickness twice as large as a predetermined dimension, for example, 0.1 mm is manufactured, and centerless grinding is performed using, for example, a # 440 GC grindstone. In the case of press molding, a sintered body having a wall thickness 4 times is manufactured, and centerless grinding is performed with a # 440 GC grindstone. The outer dimensional accuracy was ± 0.05 mm for the sintered product after press molding and ± 0.02 mm for the MIM product and ± 0.1 mm for the ground product at an outer diameter of 2 mm. Hereinafter, specific examples actually manufactured will be described.
[0020]
[Example 1]
A solution of nickel nitrate in an amount corresponding to 0.02 wt% nickel dissolved in ethyl alcohol was added to tungsten powder having an average particle size of 1.5 microns, mixed and immersed, and then the alcohol was volatilized. The obtained powder was reduced at 750 ° C. in a hydrogen stream.
[0021]
A thermoplastic organic binder was added to the reduced powder and kneaded to obtain a compound for injection molding. Examples of the organic binder include a high molecular binder having a molecular weight of 10,000 or more and a low molecular binder having a molecular weight of 5,000 or less. Examples of the polymer binder include EVA (ethylene vinyl acetate) -BMA (butyl methacrylate) -styrene copolymer, PP (polypropylene), and the like, and these can be used alone or in combination.
[0022]
Examples of the low molecular binder include polyethylene wax, micro wax, carbana wax, stearic acid, and the like, and these can be used alone or in combination. The ratio of the high molecular binder to the low molecular binder is 5: 1 to 7: 1, preferably 3: 1 to 1: 1.
[0023]
The amount of the binder is preferably 30 to 60% by volume with respect to 100% by volume of the tungsten powder. If it is more than this, deformation during degreasing is promoted, and if it is less, injection moldability is lowered. Particularly preferred is 35 to 55% by volume.
[0024]
The kneading of the powder with the binder added was performed at 120 to 160 ° C. using a pressure kneader. The compound obtained by kneading was injection molded into a mold having a cup-shaped cavity having an outer diameter of 1.95 mm, an inner diameter of 1.56 mm, and a length of 5.2 mm by an injection molding machine.
[0025]
The obtained molded body was gradually heated to 750 ° C. in a hydrogen atmosphere and degreased. After that, it was sintered at 1900 ° C. for 1 hour in a hydrogen atmosphere to obtain a tungsten cup-shaped electrode (see FIG. 2) having an outer diameter of 1.2 mm, an inner diameter of 0.9 mm, and a length of 4 mm.
[0026]
The obtained tungsten electrode was resistance-welded with a Kovar lead wire already connected with a nickel lead wire, and the Kovar portion was glass-wrapped and then assembled into a discharge tube (discharge cold cathode fluorescent lamp). FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a discharge cold cathode fluorescent lamp. The fluorescent lamp 1 has a straight tube shape having an outer diameter D of about 2.6 mm, an inner diameter D ′ of 1.6 mm, and a length L of about 200 mm. In terms of material, sealing portions 5 and 5 are provided at both ends of a tubular glass bulb 2 made of borosilicate glass or aluminosilicate glass having a linear expansion coefficient of 5 to 5.5 ppm, and an electrode 4 is provided on the sealing portion. The sealing wire 3 connected to is sealed. A fluorescent film 11 is provided on the inner surface of the glass bulb 2.
[0027]
The electrode 4 has a cup shape in which a hollow portion 4a opened on the opposite electrode side is formed. In this hollow portion, lanthanum oxide, yttrium oxide, cerium oxide, strontium oxide, calcium oxide, which are discharge characteristic improving agents, are formed. , Zirconium oxide, hafnium oxide, barium oxide, thorium oxide and lanthanum boride can be filled with one or more. Thus, the point which can be filled with the discharge characteristic improving agent is an advantage of a cup-shaped electrode.
[0028]
[Example 2]
A tungsten powder having an average particle size of 1.5 microns was mixed with a solution of nickel nitrate in an amount equivalent to 0.2 wt% Ni in ethanol to volatilize the alcohol after immersion. The powder was reduced at 750 ° C. To this powder, a solution of lanthanum nitrate in an amount corresponding to 2 wt% La 2 O 3 dissolved in ethyl alcohol was added and mixed, and the soaked alcohol was volatilized.
[0029]
The obtained powder was dried and then reduced at 800 ° C. in hydrogen. Thereafter, a thermoplastic organic binder (using a high molecular binder having a molecular weight of 10,000 or more and a low molecular binder having a molecular weight of 5,000 or less) is added to the reduced powder, kneaded, and a compound for injection molding. It was. As the polymer binder, EVA (ethylene vinyl acetate) -BMA (butyl methacrylate) -styrene copolymer and PP (polypropylene) were used in combination.
[0030]
As the low molecular binder, polyethylene wax and stearic acid were used in combination. The ratio of the high molecular binder to the low molecular binder was 2: 1. The amount of the binder was 40% by volume with respect to 100% by volume of the tungsten powder. Kneading was performed at 130 ° C. using a pressure kneader.
[0031]
The compound obtained by kneading was injection molded into a mold having a cup-shaped cavity having an outer diameter of 1.56 mm, an inner diameter of 1.17 mm, and a total length of 5.2 mm by an injection molding machine.
[0032]
The obtained molded body was gradually heated to 750 ° C. in a hydrogen atmosphere and degreased (organic binder was removed). Thereafter, sintering was performed in hydrogen at 1700 ° C. for 1 hour to obtain a tungsten cup-shaped electrode containing 2 wt% lantana having an outer diameter of 1.2 mm, an inner diameter of 0.9 mm, and a total length of 4 mm.
[0033]
The tungsten electrode obtained as described above was resistance-welded with a Kovar lead wire already connected with a nickel lead wire, and the Kovar portion was glass-wound and then assembled into a discharge lamp (discharge cold cathode fluorescent lamp).
[0034]
[Example 3]
A molybdenum powder having an average particle size of 0.8 micron was mixed with a solution of nickel nitrate dissolved in ethanol in an amount corresponding to 0.1 wt% Ni to volatilize the alcohol after immersion. The powder was reduced at 750 ° C. A thermoplastic organic binder was added to this and kneaded to obtain a compound for injection molding. As the binder, a high molecular binder having a molecular weight of 10,000 or more and a low molecular binder having a molecular weight of 5,000 or less were used. As the polymer binder, EVA (ethylene vinyl acetate) -BMA (butyl methacrylate) -styrene copolymer and PP (polypropylene) were used in combination.
[0035]
As the low molecular binder, polyethylene wax and stearic acid were used in combination. The ratio of the high molecular binder to the low molecular binder was 2: 1. The amount of the binder was 40% by volume with respect to 100% by volume of the tungsten powder. The kneading was performed at 140 ° C. using a pressure kneader.
[0036]
The compound obtained by kneading was injection molded into a mold having a cup-shaped cavity having an outer diameter of 1.95 mm, an inner diameter of 1.56 mm, and an overall length of 5.2 mm by an injection molding machine. The obtained molded body was gradually heated to 750 ° C. in a hydrogen atmosphere and degreased. Thereafter, it was sintered in a hydrogen atmosphere at 1700 ° C. for 1 hour to obtain a molybdenum cup-shaped electrode having an outer diameter of 1.2 mm, an inner diameter of 0.9 mm, and a total length of 4 mm.
[0037]
The obtained molybdenum electrode was resistance-welded with a Kovar lead wire already connected with a nickel lead wire, and the Kovar portion was wound with glass, and then assembled into a discharge lamp (discharge cold cathode fluorescent lamp).
[0038]
When the performance of the discharge cold cathode fluorescent lamps obtained in Examples 1 to 3 was examined, the discharge tube life was 1.5 to 3 times that of the conventional product. Moreover, the brightness | luminance at the same lifetime was 1.2 to 2 times compared with the conventional product.
[0039]
[Example 4]
Tungsten powder with an average particle size of 2.2 μm, 5 wt% carbonyl nickel powder with an average particle size of 6 μm, 2 wt% of carbonyl iron powder with an average particle size of 9 μm, and 1 wt% of cobalt powder with an average particle size of 1.6 μm were mixed in an attritor. The mixed powder was spray granulated with 0.8% of PVA (polyvinyl alcohol) and 0.4% of stearic acid, which are organic binders for pressing, to obtain granulated powder for press molding. This was put into a press machine and press-molded in a predetermined mold. The dimensions of the obtained molded body were an outer diameter of 2.3 mm, an inner diameter of 1.8 mm, and a length of 5.4 mm.
[0040]
The obtained molded body was gradually heated to 800 ° C. in a hydrogen atmosphere, degreased and pre-sintered. Thereafter, sintering was performed at 1500 ° C. for 1 hour in a hydrogen atmosphere to obtain a sintered body having an outer diameter of 2.3 mm, an inner diameter of 1.5 mm, and a length of 4.5 mm. The relative density of the obtained sintered body was 98.5%.
[0041]
The obtained sintered body was centerless ground with a # 320 alumina grindstone from an outer diameter of 2.3 mm to an outer diameter of 1.74 mm. A cup electrode having an outer diameter of 1.74 mm, an inner diameter of 1.5 mm and a wall thickness of 0.12 mm was obtained. The outer diameter dimensional accuracy was ± 0.01 mm after grinding, while ± 0.05 mm after sintering. Grinded products are slightly higher in cost, but are suitable for applications that require high efficiency and high performance such as thin tubes.
[0044]
[Example 5 ]
A molybdenum powder having an average particle size of 2.2 microns was mixed with a solution of nickel nitrate dissolved in ethanol in an amount corresponding to 0.02 wt% Ni to volatilize the alcohol after immersion. The powder was reduced at 750 ° C. To this powder, 0.8% of PVA (polyvinyl alcohol) as a binder for press and 0.4% of stearic acid were added and spray granulated to obtain a granulated powder for press molding. This was put into a press machine and press-molded in a predetermined mold. The dimensions of the obtained molded body were an outer diameter of 2.3 mm, an inner diameter of 1.8 mm, and a length of 5.4 mm.
[0045]
The obtained molded body was gradually heated to 800 ° C. in a hydrogen atmosphere, degreased and pre-sintered. Thereafter, sintering was performed at 1800 ° C. for 1 hour in a hydrogen atmosphere to obtain a sintered body having an outer diameter of 2.3 mm, an inner diameter of 1.5 mm, and a length of 4.5 mm. The relative density of the obtained sintered body was 98.5%.
[0046]
The obtained sintered body was centerless ground with a # 320 alumina grindstone from an outer diameter of 2.3 mm to an outer diameter of 1.7 mm. A cup electrode having an outer diameter of 1.7 mm, an inner diameter of 1.5 mm and a wall thickness of 0.1 mm was obtained.
[0047]
[Example 6 ]
Molybdenum powder having an average particle size of 3.2 μm, 5 wt% carbonyl nickel powder having an average particle size of 6 μm, 2 wt% carbonyl iron powder having an average particle size of 9 μm, and 1 wt% cobalt powder having an average particle size of 1.6 μm were mixed in an attritor. A thermoplastic organic binder was added to the mixed powder and kneaded to obtain a compound for injection molding. Examples of the organic binder include a high molecular binder having a molecular weight of 10,000 or more and a low molecular binder having a molecular weight of 5,000 or less. Examples of the polymer binder include EVA (ethylene vinyl acetate) -BMA (butyl methacrylate) -styrene copolymer, PP (polypropylene), and the like, and these can be used alone or in combination.
[0048]
Examples of the low molecular binder include polyethylene wax, micro wax, carbana wax, stearic acid, and the like, and these can be used alone or in combination. The ratio of the high molecular binder to the low molecular binder is 5: 1 to 7: 1, preferably 3: 1 to 1: 1.
[0049]
The amount of the binder is preferably 30 to 60% by volume with respect to 100% by volume of the mixed powder. If it is more than this, deformation during degreasing is promoted, and if it is less, injection moldability is lowered. Particularly preferred is 35 to 55% by volume.
[0050]
The kneading of the powder with the binder added was performed at 120 to 160 ° C. using a pressure kneader. The compound obtained by kneading was injection molded into a mold having a cup-shaped cavity having an outer diameter of 2.47 mm, an inner diameter of 1.95 mm, and a length of 5.85 mm, for example, by an injection molding machine.
[0051]
The obtained molded body was gradually heated to 750 ° C. in a hydrogen atmosphere and degreased. Thereafter, sintering was performed in a hydrogen atmosphere at 1450 ° C. for 1 hour to obtain a molybdenum-nickel-iron-cobalt cup electrode (see FIG. 2) having an outer diameter of 1.9 mm, an inner diameter of 1.5 mm, and a length of 4.5 mm. It was.
[0052]
The obtained sintered body was centerless ground with a # 320 alumina grindstone from an outer diameter of 1.9 mm to an outer diameter of 1.7 mm. A cup electrode having an outer diameter of 1.7 mm, an inner diameter of 1.5 mm and a wall thickness of 0.1 mm was obtained.
[0053]
[Example 7 ]
A molybdenum powder having an average particle size of 1.8 microns was mixed with a solution of nickel nitrate in an amount corresponding to 0.2 wt% Ni in ethanol to volatilize the alcohol after immersion. The powder was reduced at 750 ° C. To this powder, a solution obtained by dissolving lanthanum nitrate in an amount corresponding to 2 wt% La 2 O 3 in ethyl alcohol was added and mixed to volatilize the alcohol after immersion.
[0054]
The obtained powder was dried and then reduced at 800 ° C. in hydrogen. Thereafter, a thermoplastic organic binder (using a high molecular binder having a molecular weight of 10,000 or more and a low molecular binder having a molecular weight of 5,000 or less) is added to the reduced powder, kneaded, and a compound for injection molding. It was. As the polymer binder, EVA (ethylene vinyl acetate) -BMA (butyl methacrylate) -styrene copolymer and PP (polypropylene) were used in combination.
[0055]
As the low molecular binder, polyethylene wax and stearic acid were used in combination. The ratio of the high molecular binder to the low molecular binder was 2: 1. The amount of the binder was 40% by volume with respect to 100% by volume of the tungsten powder. Kneading was performed at 130 ° C. using a pressure kneader.
[0056]
The compound obtained by kneading was injection molded into a mold having a cup-shaped cavity having an outer diameter of 1.56 mm, an inner diameter of 1.17 mm, and a total length of 5.2 mm by an injection molding machine.
[0057]
The obtained molded body was gradually heated to 750 ° C. in a hydrogen atmosphere and degreased (organic binder was removed). Then, it sintered at 1700 degreeC in hydrogen for 1 hour, and obtained the cup-shaped electrode made from molybdenum containing 2 wt% lantana of 1.2 mm in outer diameter, 0.9 mm in inner diameter, and 4 mm in total length.
[0058]
The molybdenum electrode obtained as described above was resistance-welded with a Kovar lead wire already connected with a nickel lead wire, and the Kovar portion was glass-wrapped and then assembled into a discharge lamp (discharge cold cathode fluorescent lamp).
[0059]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, the discharge lamp electrode according to the present invention is made of a refractory metal such as tungsten or molybdenum having excellent sputtering resistance, and a discharge lamp using this is a conventional product. Compared to, it became possible to obtain a long life and high brightness. Furthermore, it is possible to obtain a particularly long life and high luminance by reducing the work function of the electrode by containing a low work function substance. Moreover, by performing peripheral grinding, the wall thickness can be reduced, and a higher glow discharge effect and strict outer diameter control can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a discharge lamp.
FIG. 2 is a front view (a) and a sectional view (b) of an electrode.
FIG. 3 is a graph showing various gas ions and sputtering rate.
[Explanation of symbols]
1 discharge lamp 2 glass bulb 3 sealing wire 4 electrode 8 external lead wire

Claims (2)

一方の端部に開口する凹部が形成された概略カップ形の放電ランプ用電極であって、タングステン及び/又はモリブデンを主成分とし、ニッケル、鉄、コバルトからなる鉄族金属のうちの1種又は2種以上を重量比で0.01〜10%含有し、酸化ランタン、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化ストロンチウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化バリウム、酸化トリウム、硼化ランタンからなる群のうちの1種又は2種以上を重量比で0.1〜4%含有することを特徴とする放電ランプ用電極。A discharge lamp electrode of the schematic cup-shaped recess openings are formed at one end, tungsten and / or molybdenum as a main component, one of iron group metals consisting of nickel, iron, cobalt Or containing at least 0.01 to 10% by weight in a group consisting of lanthanum oxide, yttrium oxide, cerium oxide, strontium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, barium oxide, thorium oxide, lanthanum boride An electrode for a discharge lamp characterized by containing one or more kinds in a weight ratio of 0.1 to 4%. 外周面が研削加工されてい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。2. The discharge lamp electrode according to claim 1, wherein an outer peripheral surface is ground.
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