JP2003197099A - Method for manufacturing cold cathode - Google Patents

Method for manufacturing cold cathode

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JP2003197099A
JP2003197099A JP2001396024A JP2001396024A JP2003197099A JP 2003197099 A JP2003197099 A JP 2003197099A JP 2001396024 A JP2001396024 A JP 2001396024A JP 2001396024 A JP2001396024 A JP 2001396024A JP 2003197099 A JP2003197099 A JP 2003197099A
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Japan
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cold cathode
heating
sintered body
titanium
temperature
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JP2001396024A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobuyuki Yoshino
吉野  信幸
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Original Assignee
Citizen Watch Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cold cathode of a cold cathode discharge tube usable for a long period, providing a high brightness, and stably performing light emitting operation. <P>SOLUTION: This method of manufacturing the cold cathode of the cold cathode discharge tube having the cold cathode at the tip part of an inlet wire sealingly fitted to the end part of a glass tube having rare gas or mercury sealed therein comprises a step for heating by energization a sintered body containing a metal with high melting point in vacuum and a step for impregnating electron emission substance in the sintered body heated by energization. A heating temperature in the step for heating by energization comes desirably within the range of 1200 to 1500°C. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極を有する冷
陰極放電管における冷陰極に係わり、特に、長寿命で、
発光動作の安定した冷陰極放電管における冷陰極の製造
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cold cathode in a cold cathode discharge tube having a cold cathode.
The present invention relates to a method for manufacturing a cold cathode in a cold cathode discharge tube having a stable light emitting operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、液晶ディスプレイのバックライト
光源、あるいはレンズ付きフィルム、デジタルカメラの
ストロボなどに、冷陰極を有する冷陰極放電管が使用さ
れている。この種の冷陰極放電管には、発熱が少なく、
消費電力が小さく、高輝度、高効率であり、更には長寿
命、小型化などの性能が望まれている。特に最近のデジ
タルカメラのストロボ用としては外径が2mm以下、長
さが30mm以下の細管型のものが開発されており、今
後、デジタルカメラを搭載した携帯電話の普及と共に、
冷陰極放電管の小型化は更に進むと考えられる。これに
伴い、冷陰極放電管の端部に封装される冷陰極も小型化
が必要であり、外径1mm以下、長さ1mm以下の冷陰
極の開発も進んでいる。
2. Description of the Related Art In recent years, a cold cathode discharge tube having a cold cathode has been used in a backlight light source of a liquid crystal display, a film with a lens, a strobe of a digital camera and the like. This type of cold cathode discharge tube generates less heat,
There are demands for low power consumption, high brightness, high efficiency, long life, and miniaturization. In particular, as a recent strobe for digital cameras, a thin tube type with an outer diameter of 2 mm or less and a length of 30 mm or less has been developed. With the spread of mobile phones equipped with digital cameras in the future,
It is considered that the cold cathode discharge tube will be further miniaturized. Along with this, it is necessary to reduce the size of the cold cathode sealed at the end of the cold cathode discharge tube, and the development of a cold cathode having an outer diameter of 1 mm or less and a length of 1 mm or less is progressing.

【0003】通常、冷陰極放電管は、冷陰極に所定の電
圧を印加すると、発生した初期プラズマのイオンによっ
て、冷陰極から2次電子が放出され、水銀や希ガスがあ
らかじめ封入されたガラス管内で放電が開始する。そし
て、この放電に伴う電子エネルギーによって励起された
水銀原子あるいは希ガス原子が紫外線を放射し、さら
に、この紫外線がガラス管内面に塗布された蛍光体層に
よって、可視光に変換され、可視光線を発生し、発光す
る。
Usually, in a cold cathode discharge tube, when a predetermined voltage is applied to the cold cathode, secondary electrons are emitted from the cold cathode by the ions of the initial plasma generated, and a glass tube in which mercury or a rare gas is previously sealed. Discharging starts at. Then, mercury atoms or rare gas atoms excited by the electron energy accompanying this discharge radiate ultraviolet rays, and the ultraviolet rays are converted into visible light by the phosphor layer coated on the inner surface of the glass tube. Occurs and emits light.

【0004】冷陰極は現在、円筒形状をしたニッケルや
タングステンなどの高融点金属からなる多孔質焼結体が
検討され、用いられてきたが、発光効率の向上の観点か
ら、最近ではチタンと高融点金属、例えば、ニオブとか
らなる多孔質焼結体の冷陰極が注目されている。
As the cold cathode, a porous sintered body made of a refractory metal such as nickel or tungsten having a cylindrical shape has been studied and used at present. However, recently, from the viewpoint of improving the luminous efficiency, it is higher than titanium. Attention has been focused on a cold cathode made of a porous sintered body made of a melting point metal such as niobium.

【0005】上記の冷陰極をタングステンワイヤーやコ
バールワイヤー、ジュメット線などの導入線に挿入し、
かしめることにより導入線と接合する。その後、冷陰極
に電子放射物質を含浸した後、ガラス管の端部に封装
し、ガラス管内に水銀やキセノンガスなどの希ガスを封
入することによって冷陰極放電管が作製される。電子放
射物質としてはセシウム化合物、バリウム化合物、イッ
トリウム化合物、ランタン化合物などを主体としてい
る。
The above cold cathode is inserted into a lead wire such as a tungsten wire, a Kovar wire or a Dumet wire,
It is joined to the lead-in wire by caulking. After that, the cold cathode is impregnated with an electron emitting material, then sealed at the end of the glass tube, and a rare gas such as mercury or xenon gas is sealed in the glass tube to manufacture a cold cathode discharge tube. The electron emitting materials are mainly cesium compounds, barium compounds, yttrium compounds, lanthanum compounds and the like.

【0006】たとえば、チタンと高融点金属の多孔質焼
結体からなる冷陰極を作製するためには、チタン粉末と
高融点金属の粉末とを混合した後、金型へ充填し、加圧
成形し、その後、真空中で焼結する手段が一般的であ
る。
For example, in order to produce a cold cathode made of a porous sintered body of titanium and a refractory metal, titanium powder and powder of a refractory metal are mixed, filled in a mold and pressure-molded. However, the method of sintering after that in vacuum is common.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、チタン
と高融点金属からなる外径1mm以下、長さ1mm以下
程度の小型の多孔質焼結体を作製し、上記記載の方法に
よって冷陰極放電管を作製し、実際に発光させたとこ
ろ、以下の様な問題点が生じた。すなわち、チタンと高
融点金属からなる多孔質焼結体は、真空中での焼結工程
中に真空中に僅かに存在する酸素によって、主に高融点
金属が酸化され、酸化物を生成する。その後、この多孔
質焼結体からなる冷陰極を用いて放電管を作製し、連続
した発光を行うと、生成された酸化物の融点が低いため
に、激しいスパッタリング現象が起こる。そのため、主
に高融点金属の酸化物が冷陰極付近のガラス管内部に付
着し、光放射量が低下する。さらには、この現象に伴
い、含浸したセシウム化合物、バリウム化合物、イット
リウム化合物、ランタン化合物などの電子放射物質の消
耗も激しくなり、その結果、発光動作に影響を及ぼすパ
ラメータである始動電圧が上昇し、低消費電力を維持す
る時間が短くなり、最終的には発光寿命も短くなるとい
う問題を生じた。特に小型になればなるほど、この現象
は顕著であった。
However, a small-sized porous sintered body made of titanium and a refractory metal having an outer diameter of 1 mm or less and a length of 1 mm or less is produced, and a cold cathode discharge tube is formed by the method described above. When manufactured and actually made to emit light, the following problems occurred. That is, in the porous sintered body composed of titanium and the refractory metal, the refractory metal is mainly oxidized by oxygen slightly present in the vacuum during the sintering process in the vacuum to generate an oxide. After that, when a discharge tube is manufactured using a cold cathode made of this porous sintered body and continuous light emission is performed, a vigorous sputtering phenomenon occurs because the melting point of the generated oxide is low. Therefore, the refractory metal oxide mainly adheres to the inside of the glass tube near the cold cathode, and the light emission amount is reduced. Furthermore, along with this phenomenon, the consumption of electron-emissive materials such as impregnated cesium compounds, barium compounds, yttrium compounds, and lanthanum compounds becomes severe, and as a result, the starting voltage, which is a parameter that affects the light emission operation, increases. There is a problem that the time for maintaining low power consumption is shortened and finally the light emission life is also shortened. This phenomenon was more remarkable as the size became smaller.

【0008】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
もので、その目的は、長寿命で、高輝度の発光動作の安
定した放電管における冷陰極を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a cold cathode in a discharge tube which has a long life and a stable emission operation with high brightness.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の冷陰極の製造方法は、下記記載の構成を採
用する。すなわち、本発明の冷陰極の製造方法は、希ガ
スや水銀を封入したガラス管の端部に封装された導入線
の先端部に冷陰極を具備する冷陰極放電管における冷陰
極の製造方法であって、高融点金属を有する焼結体を真
空中で通電加熱する工程と通電加熱した焼結体に電子放
射物質を含浸する工程とを有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the cold cathode manufacturing method of the present invention employs the following constitution. That is, the method for producing a cold cathode of the present invention is a method for producing a cold cathode in a cold cathode discharge tube having a cold cathode at the tip of an introduction line sealed at the end of a glass tube filled with a rare gas or mercury. It is characterized by including a step of electrically heating a sintered body having a high melting point metal in a vacuum and a step of impregnating the electrically heated sintered body with an electron emitting substance.

【0010】さらに、本発明の冷陰極の製造方法では、
通電加熱する工程が高融点金属を有する焼結体に電流を
流しながら加熱する方法であり、加熱温度は1200℃
以上、1500℃以下であることが好ましい。
Further, in the method for manufacturing a cold cathode of the present invention,
The step of electrically heating is a method of heating a sintered body having a high melting point metal while applying an electric current, and the heating temperature is 1200 ° C.
It is preferably 1500 ° C. or lower.

【0011】さらに、本発明の冷陰極の製造方法では、
高融点金属を有する焼結体がチタンと高融点金属からな
る焼結体であることが好ましい。
Further, in the method for manufacturing a cold cathode of the present invention,
The sintered body having a high melting point metal is preferably a sintered body made of titanium and a high melting point metal.

【0012】さらに、本発明の冷陰極の製造方法では、
高融点金属が、ニオブ、タングステン、モリブデンまた
はタンタルであることが好ましい。
Further, in the method for manufacturing a cold cathode of the present invention,
The refractory metal is preferably niobium, tungsten, molybdenum or tantalum.

【0013】(作用)本発明者は、冷陰極について鋭
意、検討を進めた結果、チタンと高融点金属からなる冷
陰極を作製後、電子放射物質を含浸させる前に、真空中
で通電加熱することによって、真空中での焼結工程中に
生成した高融点金属の酸化物が除去されることが分かっ
た。従って、得られる冷陰極からは高融点金属の酸化物
のスパッタリング現象とこれに伴う電子放射物質の消耗
が起こらず、その結果、この冷陰極を具備した放電管の
始動電圧は安定し、発光寿命も実用上、問題のない十分
な長さになることがわかった。ここで高融点金属とは融
点が2000℃以上の金属を指し、本発明ではニオブ、
タングステン、モリブデンまたはタンタルであることが
好ましい。
(Function) As a result of earnest studies and studies on the cold cathode, the present inventor has produced a cold cathode made of titanium and a refractory metal and, after impregnating it with an electron-emitting substance, conducts electric heating in vacuum. It was found that the oxide of refractory metal generated during the sintering process in vacuum was removed. Therefore, the phenomenon of sputtering of refractory metal oxides and the consequent consumption of electron emitting material do not occur from the obtained cold cathode, and as a result, the starting voltage of the discharge tube equipped with this cold cathode is stable and the emission life is long. Was found to be long enough for practical use. Here, the high melting point metal means a metal having a melting point of 2000 ° C. or higher, and in the present invention, niobium,
It is preferably tungsten, molybdenum or tantalum.

【0014】上記の効果は、チタンと高融点金属からな
る冷陰極を作製する際、真空中での焼結工程中に生成し
た高融点金属の酸化物はその融点が低いために、真空中
で通電加熱することによって容易に蒸発する現象を利用
している。すなわち、冷陰極を構成する高融点金属の融
点は、ニオブが2470℃、タングステンが3380
℃、モリブデンが2610℃、タンタルでは3000℃
である。これに対し、高融点金属が酸化されて生成され
る酸化物の融点は酸化ニオブ(Nb25)では1500
℃、酸化タングステン(WO3)は1470℃、酸化モ
リブデン(MoO3)では795℃、酸化タンタル(T
25)では1470℃である。また、チタンの融点は
1670℃である。以上の融点の比較検討から、真空中
で通電加熱すると酸化物が容易に先行して、蒸発するこ
とが分かる。
The above-mentioned effect is that when a cold cathode made of titanium and a refractory metal is manufactured, the oxide of the refractory metal produced during the sintering process in a vacuum has a low melting point, so that in a vacuum. It utilizes the phenomenon that it easily evaporates when heated by electric current. That is, the melting point of the refractory metal forming the cold cathode is 2470 ° C. for niobium and 3380 for tungsten.
℃, 2610 ℃ for molybdenum, 3000 ℃ for tantalum
Is. On the other hand, the melting point of the oxide produced by oxidizing the refractory metal is 1500 for niobium oxide (Nb 2 O 5 ).
C., tungsten oxide (WO 3 ) is 1470 ° C., molybdenum oxide (MoO 3 ) is 795 ° C., tantalum oxide (T
It is 1470 ° C. for a 2 O 5 ). The melting point of titanium is 1670 ° C. From the above-mentioned comparative examination of melting points, it is understood that the oxide easily precedes and vaporizes when electrically heated in a vacuum.

【0015】本発明の通電加熱とは、焼結体に電流を流
しながら加熱する方法であり、瞬間的に約1200〜1
500℃まで温度を上げる加熱方法である。尚、瞬間的
に温度を上げる理由はチタンの蒸発と溶融による焼結体
の収縮変形を防ぐためである。真空中での焼結工程中に
生成する酸化物の焼結体全体に対する体積比は僅かであ
り、その存在箇所も表面に偏在するため、この操作によ
って容易に酸化物は除去される。また、通電加熱を用い
た理由は、通常の放射熱による加熱では真空中に僅かに
存在する酸素によって再び焼結体表面に酸化物が生成さ
れてしまうからである。これに対し、通電加熱では焼結
体に常に電子が供給されながら加熱されるため、還元作
用を受け、酸化物が生成されることはない。以上の理由
から本発明の冷陰極の製造方法では、発光動作の不安定
要因である高融点金属の酸化物が除去され、長寿命、高
輝度で発光動作が安定した冷陰極およびこれを備えた冷
陰極放電管の提供が可能となる。
The electric heating of the present invention is a method of heating a sintered body while passing an electric current through it, and it is about 1200 to 1 instantaneously.
This is a heating method in which the temperature is raised to 500 ° C. The reason for instantaneously raising the temperature is to prevent shrinkage and deformation of the sintered body due to evaporation and melting of titanium. The volume ratio of the oxide generated during the sintering process in vacuum to the whole sintered body is small, and the existing locations are unevenly distributed on the surface, so that the oxide is easily removed by this operation. Moreover, the reason why the electric heating is used is that the oxides are again generated on the surface of the sintered body by the oxygen slightly existing in the vacuum in the heating by the normal radiant heat. On the other hand, in the electric heating, since the sintered body is heated while being always supplied with electrons, the sintered body is subjected to a reducing action and an oxide is not generated. For the above reason, the cold cathode manufacturing method of the present invention is provided with a cold cathode in which oxide of a refractory metal, which is a cause of unstable light emitting operation, is removed, and which has a long life, high brightness, and stable light emitting operation. It becomes possible to provide a cold cathode discharge tube.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0017】図1は冷陰極を有する冷陰極放電管の構造
を示す模式図である。冷陰極1は細管状のガラス管3の
端部に封装されたタングステンワイヤー2の導入線の先
端部にかしめて接合されている。ガラス管の長さは例え
ば40mm、直径は2mmであり、ガラス管3の内部に
はキセノンガスが封入されている。図1中の4は封止用
のガラスであり、材質はガラス管3と同じである。図2
は冷陰極1の構造を示す断面模式図であり、たとえば、
チタンと高融点金属からなる貫通した穴を有する円筒状
の多孔質焼結体からなる。この貫通した穴にタングステ
ンワイヤー2を通し、かしめることによりタングステン
ワイヤー2と接合する。また、図3は冷陰極の製造方法
を示すフローチャートであり、図4は焼結する工程にお
ける処理温度プロファイルを示している。図5および図
6は真空中での通電加熱方法の一例を示す模式図であ
る。図7は本発明の比較例としての真空中での加熱の方
法を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic view showing the structure of a cold cathode discharge tube having a cold cathode. The cold cathode 1 is caulked and joined to the tip of the lead-in wire of the tungsten wire 2 sealed at the end of the thin glass tube 3. The glass tube has a length of 40 mm and a diameter of 2 mm, for example, and the inside of the glass tube 3 is filled with xenon gas. Reference numeral 4 in FIG. 1 is a glass for sealing, and the material thereof is the same as that of the glass tube 3. Figure 2
Is a schematic sectional view showing the structure of the cold cathode 1.
It is made of a cylindrical porous sintered body having a through hole made of titanium and a refractory metal. The tungsten wire 2 is passed through the penetrating hole and caulked to join the tungsten wire 2. Further, FIG. 3 is a flowchart showing a method of manufacturing a cold cathode, and FIG. 4 shows a processing temperature profile in a sintering process. FIG. 5 and FIG. 6 are schematic diagrams showing an example of a method for electrically heating in vacuum. FIG. 7 is a schematic diagram showing a heating method in vacuum as a comparative example of the present invention.

【0018】本発明の冷陰極は、まず、たとえば、チタ
ンあるいは水素化チタンの粉末と高融点金属の粉末とを
混合して混合粉を作製する。
In the cold cathode of the present invention, first, for example, a powder of titanium or titanium hydride and a powder of refractory metal are mixed to prepare a mixed powder.

【0019】その後、この混合粉を有機高分子化合物よ
りなるバインダーと有機溶剤を撹拌機を用いて混合し、
次いで、例えばスプレードライヤー法によりコンパウン
ド(顆粒)化することにより、流動性が改善され、金型
への充填がスムーズに行われる。そして、金型へ充填
後、一定の圧力を印加して、成形体を作成後、真空炉中
で焼結する。この時、焼結する工程は、図4に示すよう
に、脱バインダー工程と、粉末間を溶融させ、粉末と粉
末とを結合させる工程の2工程からなるが、水素化チタ
ンを原料粉とした場合は、脱バインダー工程と粉末と粉
末とを結合させる工程との間に脱水素化工程として、温
度400℃〜600℃で1時間〜2時間程度の熱処理工
程を導入することが好ましい。このようにしてチタンと
高融点金属とを有する多孔質焼結体である冷陰極が作製
される。
Thereafter, this mixed powder is mixed with a binder made of an organic polymer compound and an organic solvent by using a stirrer,
Then, for example, by spray compounding into a compound (granule), the fluidity is improved and the mold is smoothly filled. Then, after filling the mold, a constant pressure is applied to form a molded body, which is then sintered in a vacuum furnace. At this time, as shown in FIG. 4, the sintering step consists of two steps of a binder removal step and a step of melting the powders and bonding the powders together, but titanium hydride was used as the raw material powder. In this case, it is preferable to introduce a heat treatment step at a temperature of 400 ° C. to 600 ° C. for about 1 to 2 hours as a dehydrogenation step between the debinding step and the step of binding the powder to the powder. Thus, a cold cathode, which is a porous sintered body containing titanium and a refractory metal, is produced.

【0020】その後、図5あるいは図6に示すように真
空容器内に備え付けた加熱用装置に冷陰極を設置し、電
流を流すことにより、瞬時に冷陰極を加熱した。この時
の真空度は5×10-5以下が好ましいことを本発明者は
確認している。また、加熱時の温度及び時間は約120
0〜1500℃で5〜20秒程度保持することが好まし
く、加熱温度までの昇温速度はなるべく早く、できれば
1分間以内に加熱温度まで到達させることが望ましい。
冷却に関しては数分以内で室温まで低下させることが望
ましく、実際は冷陰極自体の熱容量が小さいために、通
電加熱を停止してから自然に冷却することができる。ま
た、温度に関しては1500℃より高いと冷陰極を構成
するチタンや高融点金属の消耗が激しくなり、1200
℃より低いと効果は小さくなる。保持時間に関しても温
度と同様で、20秒以上では冷陰極を構成するチタンや
酸化していない高融点金属の消耗が激しくなり、5秒以
下では、酸化物の蒸発除去は充分ではなく、本発明の効
果が小さくなることが確認されている。昇温速度および
冷却速度を早くする理由は、これが長くなるとその間に
冷陰極を構成するチタンや酸化していない高融点金属も
僅かではあるが蒸発し、消耗してしまうからである。
After that, as shown in FIG. 5 or 6, the cold cathode was installed in a heating device provided in the vacuum vessel, and the cold cathode was instantly heated by passing an electric current. The present inventor has confirmed that the vacuum degree at this time is preferably 5 × 10 −5 or less. In addition, the temperature and time during heating are approximately 120
It is preferable to hold the temperature at 0 to 1500 ° C. for about 5 to 20 seconds, and it is desirable that the temperature rising rate up to the heating temperature is as fast as possible, and preferably the heating temperature is reached within 1 minute.
Regarding cooling, it is desirable to lower the temperature to room temperature within a few minutes. In fact, since the heat capacity of the cold cathode itself is small, it is possible to naturally cool after stopping the electric heating. If the temperature is higher than 1500 ° C., the titanium and refractory metal that compose the cold cathode will be heavily consumed.
If the temperature is lower than ℃, the effect becomes small. The holding time is the same as the temperature. Titanium and the non-oxidized refractory metal constituting the cold cathode are consumed more than 20 seconds, and oxide removal by evaporation is not sufficient at less than 5 seconds. It has been confirmed that the effect of is reduced. The reason for increasing the rate of temperature increase and the rate of cooling is that as the temperature increases, titanium and the unmelted refractory metal that constitute the cold cathode also evaporate to a small extent and are consumed during the period.

【0021】上記のようにして得られた冷陰極をタング
ステンワイヤー2やコバールワイヤー、ジュメット線な
どの導入線に挿入し、かしめることにより接合し、その
後、冷陰極に電子放射物質を含浸した後、ガラス管の端
部に封装し、ガラス管内に水銀やキセノンガスなどの希
ガスを封入することによって、冷陰極放電管が完成す
る。
The cold cathode obtained as described above is inserted into an introduction wire such as a tungsten wire 2, a Kovar wire or a Dumet wire and joined by caulking, and then the cold cathode is impregnated with an electron emitting substance. The cold cathode discharge tube is completed by sealing the end of the glass tube and filling a rare gas such as mercury or xenon gas in the glass tube.

【0022】[0022]

【実施例】以下に本発明の具体的な実施例について、図
1〜図7を参照しながら説明する。 (実施例1)まず、図3の製造方法のフローチャートに
示すように、原料粉であるチタンとニオブの粉末を重量
比がチタン:ニオブ=80:20になるように計量し、
混合した。チタンとニオブの平均粒径はそれぞれ20μ
mであった。この原料粉末を有機高分子化合物よりなる
バインダーBL−S(積水化学製)20gを溶解したア
セトン1000gに入れ、撹拌機を用いて混合し、スラ
リーを作製した。次いで、このスラリーを用いて、スプ
レードライヤー法により粒径約50μmのコンパウンド
(顆粒)を作製した。続いて、このコンパウンドを金型
に充填して、5トン/cm2 の圧力を加えてプレス加工
を施し、貫通した穴を有する円筒状の外径1.05m
m、内径0.504mm、長さ1.07mmの成形体を
作製した。
EXAMPLES Specific examples of the present invention will be described below with reference to FIGS. (Example 1) First, as shown in the flow chart of the manufacturing method of FIG. 3, raw material powders of titanium and niobium were weighed so that the weight ratio was titanium: niobium = 80: 20,
Mixed. The average particle size of titanium and niobium is 20μ each
It was m. This raw material powder was put into 1000 g of acetone in which 20 g of a binder BL-S (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) made of an organic polymer compound was dissolved, and mixed using a stirrer to prepare a slurry. Then, using this slurry, a compound (granule) having a particle size of about 50 μm was prepared by a spray dryer method. Subsequently, this compound was filled in a mold, press-worked by applying a pressure of 5 ton / cm 2 , and a cylindrical outer diameter of 1.05 m having a through hole.
m, an inner diameter of 0.504 mm, and a length of 1.07 mm were produced.

【0023】その後、上記の成形体を真空炉に入れ、図
4に示すような昇温パターンで焼結した。この時、図4
の11で示した範囲は脱バインダーを行うための工程で
あり、12はチタンとニオブの粒子を溶融し、多孔質焼
結体を作製するための焼結工程である。いずれの工程も
真空度は2×10-5 Torrであり、11の工程は温
度500℃、保持時間2時間、12の工程は温度120
0℃、保持時間2時間とした。このようにして、図2に
示すような外径1mm、内径0.5mm、長さ1mmの
チタンとニオブからなる、貫通した穴を有した円筒状の
多孔質体である冷陰極1を作製した。
Then, the above-mentioned compact was placed in a vacuum furnace and sintered in a temperature rising pattern as shown in FIG. At this time,
11 is a step for debinding, and 12 is a sintering step for melting particles of titanium and niobium to produce a porous sintered body. The degree of vacuum was 2 × 10 −5 Torr in all the steps, the temperature of the step 11 was 500 ° C., the holding time was 2 hours, and the temperature of the step 12 was 120.
The temperature was 0 ° C. and the holding time was 2 hours. In this way, as shown in FIG. 2, the cold cathode 1 which is a cylindrical porous body having a through hole made of titanium and niobium having an outer diameter of 1 mm, an inner diameter of 0.5 mm and a length of 1 mm was produced. .

【0024】ここで、冷陰極1の空孔率は、プレス加工
時の圧力や焼結工程時の温度、時間により制御される。
空孔率は20〜30%が望ましい。その理由は、空孔率
が30%を越えると、機械的強度が低下し、更には冷陰
極1中に含浸した電子放射物質が過剰に蒸発して早くな
くなるため、冷陰極としての寿命が短くなり、逆に空孔
率が20%より小さいと、電子放射物質を外部から含浸
させることができなくなり、かつ、動作中の冷陰極表面
への電子放射物質の供給を妨げるため電子放出特性が悪
化するからである。本実施例の冷陰極の空孔率は24%
であった。また、本実施例では、冷陰極1の形状は円筒
状であったが、これに限るものではなく、寸法もこれに
限るものではない。
Here, the porosity of the cold cathode 1 is controlled by the pressure during pressing, the temperature during sintering, and the time.
The porosity is preferably 20 to 30%. The reason is that when the porosity exceeds 30%, the mechanical strength decreases, and further, the electron emitting substance impregnated in the cold cathode 1 evaporates excessively and disappears quickly, so that the life as a cold cathode is short. On the contrary, when the porosity is less than 20%, the electron emitting substance cannot be impregnated from the outside, and the supply of the electron emitting substance to the surface of the cold cathode during operation is hindered, so that the electron emission characteristic is deteriorated. Because it does. The porosity of the cold cathode of this example is 24%.
Met. Further, in the present embodiment, the cold cathode 1 has a cylindrical shape, but the shape is not limited to this, and the size is not limited to this.

【0025】次に図5に示すように、チタンとニオブか
らなる焼結体である冷陰極1を真空容器内に設けたヒー
ターも兼ね備えている加熱用トレー23に設置し、電流
を流すことにより、瞬時に冷陰極1を加熱した。具体的
には、タングステン製の加熱用トレー23上に冷陰極1
を並べ、加熱用トレー23に電流を流すことにより加熱
した。したがって、加熱用トレー23、冷陰極1がとも
に導電性を有するので、冷陰極1にも電流が流れる。温
度の制御は、図には示していないが、熱電対により温度
をモニターしながら調整した。加熱温度は1500℃で
あり、1500℃までの昇温時間は40秒、保持時間は
10秒、その後、電流を遮断し、自然冷却により5分間
以内で室温まで冷却させた。
Next, as shown in FIG. 5, the cold cathode 1, which is a sintered body made of titanium and niobium, is placed on a heating tray 23 which also serves as a heater provided in a vacuum container, and an electric current is passed through the tray. Then, the cold cathode 1 was instantly heated. Specifically, the cold cathode 1 is placed on the heating tray 23 made of tungsten.
Were arranged and heated by passing an electric current through the heating tray 23. Therefore, since both the heating tray 23 and the cold cathode 1 have conductivity, a current also flows through the cold cathode 1. Although not shown in the figure, the temperature control was adjusted while monitoring the temperature with a thermocouple. The heating temperature was 1500 ° C., the temperature rising time up to 1500 ° C. was 40 seconds, the holding time was 10 seconds, then the current was cut off, and the temperature was naturally cooled within 5 minutes to room temperature.

【0026】(実施例2)実施例1と同様に、原料粉で
あるチタンとニオブの粉末を重量比がチタン:ニオブ=
80:20になるように計量し、スプレードライヤー法
により粒径約50μmのコンパウンド(顆粒)を作製し
た。続いて、このコンパウンドを金型に充填して、プレ
ス加工を施し、その後、真空炉に入れ、焼結し、図2に
示すような外径1mm、内径0.5mm、長さ1mmの
チタンとニオブからなる、貫通した穴を有した円筒状の
多孔質体である冷陰極1を作製した。
(Example 2) As in Example 1, the weight ratio of the raw material powders of titanium and niobium was titanium: niobium =.
The weight was adjusted to 80:20, and a compound (granule) having a particle size of about 50 μm was prepared by a spray dryer method. Subsequently, this compound was filled in a mold, press-worked, then placed in a vacuum furnace and sintered to obtain titanium having an outer diameter of 1 mm, an inner diameter of 0.5 mm and a length of 1 mm as shown in FIG. A cold cathode 1 made of niobium, which is a cylindrical porous body having a through hole, was produced.

【0027】その後、図6に示すようにヒーターも兼ね
備えているタングステン製である直径3mmの加熱用ワ
イヤー24をチタンとニオブからなる焼結体である円筒
状の冷陰極1の貫通している穴に通し、この加熱用ワイ
ヤー24を真空容器内に設けた加熱用電極に設置し、加
熱用ワイヤー24に電流を流すことにより、瞬時に冷陰
極1を加熱した。したがって、加熱用ワイヤー24、冷
陰極1がともに導電性を有するので、冷陰極1にも電流
が流れる。温度の制御は、図には示していないが、熱電
対により温度をモニターしながら調整した。加熱温度は
1500℃であり、1500℃までの昇温時間は40
秒、保持時間は10秒、その後、電流を遮断し、自然冷
却により5分間以内で室温まで冷却させた。
Thereafter, as shown in FIG. 6, a heating wire 24 made of tungsten and also having a diameter of 3 mm and having a diameter of 3 mm penetrates the cylindrical cold cathode 1 which is a sintered body made of titanium and niobium. The heating wire 24 was placed on a heating electrode provided in a vacuum container, and an electric current was passed through the heating wire 24 to instantaneously heat the cold cathode 1. Therefore, since the heating wire 24 and the cold cathode 1 both have conductivity, a current also flows through the cold cathode 1. Although not shown in the figure, the temperature control was adjusted while monitoring the temperature with a thermocouple. The heating temperature is 1500 ° C, and the heating time up to 1500 ° C is 40
Second, holding time was 10 seconds, and then the current was cut off, and the mixture was naturally cooled to room temperature within 5 minutes.

【0028】(比較例1)実施例1と同様に、原料粉で
あるチタンとニオブの粉末を重量比がチタン:ニオブ=
80:20になるように計量し、スプレードライヤー法
により粒径約50μmのコンパウンド(顆粒)を作製し
た。続いて、このコンパウンドを金型に充填して、プレ
ス加工を施し、その後、真空炉に入れ、焼結し、図2に
示すような外径1mm、内径0.5mm、長さ1mmの
チタンとニオブからなる、貫通した穴を有した円筒状の
多孔質体である冷陰極1を作製した。
(Comparative Example 1) As in Example 1, the weight ratio of the raw material powders of titanium and niobium was titanium: niobium =.
The weight was adjusted to 80:20, and a compound (granule) having a particle size of about 50 μm was prepared by a spray dryer method. Subsequently, this compound was filled in a mold, press-worked, then placed in a vacuum furnace and sintered to obtain titanium having an outer diameter of 1 mm, an inner diameter of 0.5 mm and a length of 1 mm as shown in FIG. A cold cathode 1 made of niobium, which is a cylindrical porous body having a through hole, was produced.

【0029】(比較例2)実施例1と同様に、原料粉で
あるチタンとニオブの粉末を重量比がチタン:ニオブ=
80:20になるように計量し、スプレードライヤー法
により粒径約50μmのコンパウンド(顆粒)を作製し
た。続いて、このコンパウンドを金型に充填して、プレ
ス加工を施し、その後、真空炉に入れ、焼結し、図2に
示すような外径1mm、内径0.5mm、長さ1mmの
チタンとニオブからなる、貫通した穴を有した円筒状の
多孔質体である冷陰極1を作製した。
(Comparative Example 2) As in Example 1, the weight ratio of the raw material powders of titanium and niobium was titanium: niobium =.
The weight was adjusted to 80:20, and a compound (granule) having a particle size of about 50 μm was prepared by a spray dryer method. Subsequently, this compound was filled in a mold, press-worked, then placed in a vacuum furnace and sintered to obtain titanium having an outer diameter of 1 mm, an inner diameter of 0.5 mm and a length of 1 mm as shown in FIG. A cold cathode 1 made of niobium, which is a cylindrical porous body having a through hole, was produced.

【0030】次に図7に示すように、冷陰極1を真空容
器内に設けた加熱用トレー33に設置し、通電加熱では
なく、加熱用トレーの下部に置かれたタングステンヒー
ター34に電流を流すことにより、タングステンヒータ
ー34の放射熱により間接的に冷陰極1を加熱した。温
度の制御は、図には示していないが、熱電対により温度
をモニターしながら調整した。加熱温度は1500℃で
あり、1500℃までの昇温時間は40秒、保持時間は
10秒、その後、電流を遮断し、自然冷却により5分間
以内に室温まで冷却させた。
Next, as shown in FIG. 7, the cold cathode 1 is installed on a heating tray 33 provided in a vacuum container, and an electric current is supplied to a tungsten heater 34 placed below the heating tray, not by electric heating. By flowing, the cold cathode 1 was indirectly heated by the radiant heat of the tungsten heater 34. Although not shown in the figure, the temperature control was adjusted while monitoring the temperature with a thermocouple. The heating temperature was 1500 ° C., the temperature rising time to 1500 ° C. was 40 seconds, the holding time was 10 seconds, and then the current was cut off, and the temperature was naturally cooled within 5 minutes to room temperature.

【0031】以上にようにして得られた実施例1と2お
よび比較例1と2の各冷陰極1の貫通した穴に直径0.
45mmのタングステンワイヤーを挿入し、かしめるこ
とにより接合した。その後、冷陰極1に電子放射物質を
含浸した後、ガラス管の端部に封装し、ガラス管内にキ
セノンガスを封入することにより冷陰極放電管を作製
し、初期における始動電圧とその後、20秒毎に発光さ
せ、3000回発光した後の始動電圧を測定する寿命試
験を行った。表1に、その結果をまとめて示す。
The cold cathodes 1 of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 obtained as described above have a diameter of 0.
A 45 mm tungsten wire was inserted and joined by caulking. After that, the cold cathode 1 is impregnated with an electron emitting material, then sealed at the end of a glass tube, and a xenon gas is sealed in the glass tube to produce a cold cathode discharge tube. A life test was carried out in which the starting voltage was measured after each light was emitted for 3000 times. The results are summarized in Table 1.

【0032】[0032]

【表1】 [Table 1]

【0033】表1から分かるように実施例で得られた冷
陰極1を具備した冷陰極放電管は、いずれも比較例と比
較すると明らかなように、始動電圧は寿命試験後も安定
しており、ここには示していないが、その他の発光特性
である色温度や明るさ等の評価項目において、優れた特
性を示すことが確認された。これに対して比較例の冷陰
極1を具備した冷陰極放電管は寿命試験後の始動電圧は
著しく上昇していた。また、寿命試験後、比較例の冷陰
極放電管の冷陰極部の周囲には高融点金属の酸化物がス
パッタリングしたと思われる黒褐色の粉末が大量に付着
していた。実施例の冷陰極放電管ではこのような現象は
観察されなかった。また、本実施例では、原料粉として
チタンを用いたが、水素化チタン粉を用いても同様の結
果が得られた。また、本実施例では高融点金属としてニ
オブの例を記載したがその他の高融点金属であるタング
ステン、モリブデン、またはタンタルにおいても同様の
効果が得られた。
As can be seen from Table 1, in the cold cathode discharge tubes equipped with the cold cathode 1 obtained in the examples, the starting voltage is stable even after the life test, as is clear from comparison with the comparative example. Although not shown here, it was confirmed that excellent characteristics were exhibited in other evaluation items such as color temperature and brightness which are light emission characteristics. On the other hand, in the cold cathode discharge tube equipped with the cold cathode 1 of the comparative example, the starting voltage after the life test was significantly increased. Further, after the life test, a large amount of blackish brown powder, which is considered to be formed by sputtering of the oxide of the refractory metal, was attached around the cold cathode portion of the cold cathode discharge tube of the comparative example. No such phenomenon was observed in the cold cathode discharge tubes of the examples. Further, in this example, titanium was used as the raw material powder, but similar results were obtained even if titanium hydride powder was used. In addition, in this embodiment, niobium was used as the refractory metal, but similar effects were obtained with other refractory metals such as tungsten, molybdenum, and tantalum.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上、説明したように、本発明の冷陰極
の製造方法は、チタンと高融点金属からなる冷陰極を作
製後、電子放射物質を含浸させる前に、真空中で通電加
熱することによって、真空中での焼結工程中に生成した
高融点金属の酸化物が除去され、その結果、高融点金属
の酸化物のスパッタリング現象とこれに伴う電子放射物
質の消耗が抑制されることがわかった。その結果、始動
電圧は安定し、発光寿命の長い発光挙動の安定した冷陰
極、ひいてはそのような冷陰極を有する冷陰極放電管を
提供することが可能となった。
As described above, according to the method for producing a cold cathode of the present invention, after the cold cathode made of titanium and the refractory metal is produced, it is electrically heated in vacuum before being impregnated with the electron emitting substance. As a result, the refractory metal oxide generated during the sintering process in vacuum is removed, and as a result, the sputtering phenomenon of the refractory metal oxide and the consequent consumption of the electron emitting material are suppressed. I understood. As a result, it has become possible to provide a cold cathode having a stable starting voltage and a long emission life and stable emission behavior, and thus a cold cathode discharge tube having such a cold cathode.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】冷陰極を有する冷陰極放電管の構造を示す断面
模式図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a structure of a cold cathode discharge tube having a cold cathode.

【図2】冷陰極の構造を示す断面模式図である。FIG. 2 is a schematic sectional view showing the structure of a cold cathode.

【図3】冷陰極の製造方法を示すフローチャートであ
る。
FIG. 3 is a flowchart showing a method of manufacturing a cold cathode.

【図4】冷陰極の製造方法における焼結する工程での処
理温度プロファイルである。
FIG. 4 is a processing temperature profile in a sintering step in the cold cathode manufacturing method.

【図5】本発明の冷陰極の製造方法における真空中での
通電加熱の方法を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a method of electrically heating in vacuum in the method of manufacturing a cold cathode of the present invention.

【図6】本発明の冷陰極の製造方法における真空中での
通電加熱の方法を示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a method of electrically heating in vacuum in the method for manufacturing a cold cathode of the present invention.

【図7】冷陰極の製造方法における比較例としての真空
中での加熱の方法を示す模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a method of heating in vacuum as a comparative example in the method of manufacturing a cold cathode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 冷陰極 2 タングステンワイヤー 3 ガラス管 4 封止用ガラス 11 脱バインダー工程 12 粉末間を溶融させ、粉末と粉末とを結合させる工
程 21 真空容器 22 排気口 23 33 加熱用トレー 24 加熱用ワイヤー 34 タングステンヒーター
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cold cathode 2 Tungsten wire 3 Glass tube 4 Glass for sealing 11 Debinding process 12 Process which melt | dissolves between powders and couple | bonds powder with powder 21 Vacuum container 22 Exhaust port 23 33 Heating tray 24 Heating wire 34 Tungsten heater

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ガスを封入したガラス管の端部に封装さ
れた導入線の先端部に冷陰極を具備する冷陰極放電管に
おける冷陰極の製造方法であって、真空中で高融点金属
を含有する焼結体に電気を直接流しながら加熱する工程
と加熱した焼結体に電子放射物質を含浸させる工程とを
有する冷陰極の製造方法。
1. A method of manufacturing a cold cathode in a cold cathode discharge tube comprising a cold cathode at the tip of a lead-in wire sealed at the end of a glass tube filled with gas. A method for producing a cold cathode, comprising: a step of heating a contained sintered body while applying electricity directly; and a step of impregnating the heated sintered body with an electron emitting substance.
【請求項2】 前記加熱する工程での加熱温度が120
0℃から1500℃の範囲にあることを特徴とする請求
項1に記載の冷陰極の製造方法。
2. The heating temperature in the heating step is 120.
The method for producing a cold cathode according to claim 1, wherein the temperature is in the range of 0 ° C to 1500 ° C.
【請求項3】 前記焼結体がチタンを含有することを特
徴とする請求項1または請求項2に記載の冷陰極の製造
方法。
3. The method of manufacturing a cold cathode according to claim 1, wherein the sintered body contains titanium.
【請求項4】 前記高融点金属が、ニオブ、タングステ
ン、モリブデンまたはタンタルであることを特徴とする
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の冷陰極の
製造方法。
4. The method of manufacturing a cold cathode according to claim 1, wherein the refractory metal is niobium, tungsten, molybdenum or tantalum.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008270027A (en) * 2007-04-23 2008-11-06 Coki Engineering Inc Manufacturing method and manufacturing system of electrode for cold cathode discharge tube, and tray used for the above

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008270027A (en) * 2007-04-23 2008-11-06 Coki Engineering Inc Manufacturing method and manufacturing system of electrode for cold cathode discharge tube, and tray used for the above

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