JP2003203564A - カソード構体の製造方法およびカラーブラウン管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の製造方法では、ニッケル粉末と酸化ス
カンジウム粉末を混合して加熱処理をすればニッケル粉
末、酸化スカンジウム粉末、エミッター粉末の混合が不
均一になる。一方加熱処理をしなければニッケル粉末と
酸化スカンジウム粉末の反応が不十分のためニッケル・
スカンジウム金属間化合物が不足する。いずれもエミッ
ションのばらつきの原因になる。 【解決手段】 本発明のカソード構体の製造方法では、
まず酸化スカンジウム粉末を加熱処理し、次にその酸化
スカンジウム粉末とニッケル粉末とエミッター粉末とを
均一に混合する。ニッケル・スカンジウム金属間化合物
はＨＩＰ工程のさい十分に作られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカソード構体の製造
方法およびその製造方法により作られたカソード構体を
搭載したカラーブラウン管に関する。

【０００２】

【従来の技術】本願出願人は、ニッケル（Ｎｉ）粉末と
酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）粉末とエミッター（Ｂ
ａＣＯ３＋ＣａＣＯ３＋ＳｒＣＯ３）粉末を均一に混合
し、熱間等方加圧処理（ＨＩＰ）により焼結する、独自
のカソード構体を先に出願し登録された（特許第３２１
６５７９号）。以下その製造工程の代表例を順を追って
説明する。

【０００３】（粉末混合１）純度９９．９％以上、平均
粒径３μｍのニッケル粉末１００ｇと、純度９９．９％
以上、平均粒径５μｍの酸化スカンジウム粉末３．５ｇ
を均一に混合する。

【０００４】（加熱処理）ニッケル粉末と酸化スカンジ
ウム粉末の混合物を１１００℃の水素炉で１５分加熱処
理する。この目的はニッケル粉末と酸化スカンジウム粉
末を反応させてニッケル・スカンジウム金属間化合物を
作ることである。

【０００５】（粉砕）加熱処理によりニッケル粉末が粗
粒化するので、これを粉砕する。

【０００６】（ふるい分け）しかし完全な粉砕はできな
いので開口部２０μｍのメッシュでふるい分けする。

【０００７】（粉末混合２）ふるい分けの済んだ粉末１
００ｇと平均粒径５μｍのエミッター粉末７２ｇを均一
に混合する。

【０００８】（成形）混合した粉末をゴム型に入れて密
封し、圧力２０００ｋｇ／ｃｍ２で円柱形に成形する。

【０００９】（カプセル封入）成形体をガラスカプセル
に真空封入する。成形体とガラスカプセルの間にはボロ
ンナイトライド粉末を詰め、反応を防止する。

【００１０】（ＨＩＰ）ガラスカプセルと成形体を、温
度１１００℃、圧力１５００ｋｇ／ｃｍ２で３０分ＨＩ
Ｐ（熱間等方加圧処理）して成形体を焼結体に変える。

【００１１】（スライス）焼結体は円柱形なので、これ
を厚さ０．３ｍｍの円板（ウエハ）にスライスする。

【００１２】（研削・研磨）ウエハを厚さ０．２ｍｍま
で研削したのち表面をダイヤモンドスラリーで鏡面研磨
する。

【００１３】（打ち抜き）ウエハをパンチ−ダイセット
により打ち抜き、直径１．３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのペ
レットを得る。

【００１４】（カソード構体組立て）ペレットを内径
１．３ｍｍ、外形１．４ｍｍ、深さ０．１５ｍｍのニク
ロム合金キャップに挿入し、次に、キャップ付きペレッ
トを内径１．４ｍｍのニクロム合金スリーブに挿入す
る。そしてスリーブの外周を抵抗溶接してペレット、キ
ャップ、スリーブを一体化する。これでカソード構体が
完成する。このあとカラーブラウン管への実装工程があ
るが、説明は省略する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】従来は（粉末混合２）
工程で、ふるい分けの済んだ粉末（ニッケル粉末＋酸化
スカンジウム粉末）とエミッター粉末を混合していた。
均一に混合するため、ニッケル粉末＋酸化スカンジウム
粉末は開口部２０μｍのメッシュであらかじめ粗粒を除
いていた。開口部が２０μｍより小さいメッシュは粉末
があまり通らないので、メッシュサイズは実際上２０μ
ｍが限界である。。

【００１６】しかしスタート時の、ニッケル粉末の平均
粒径３μｍ、酸化スカンジウム粉末の平均粒径５μｍに
比べるとかなり粒径が粗くなっている。そのため平均粒
径５μｍのエミッター粉末とは均一に混ざりにくく、そ
のためペレットのニッケル粉末の分布が不均一になりや
すい。これはエミッションのばらつきの原因になる。

【００１７】ニッケル粉末、酸化スカンジウム粉末、エ
ミッター粉末を均一に混ぜるためには従来の（加熱処
理）工程をなくし、ニッケル粉末、酸化スカンジウム粉
末、エミッター粉末を同時に混合すればよい。しかしそ
のようにしてカソード構体を作りエミッションを測って
みると、エミッションの高いものと低いもののばらつき
が大きい。

【００１８】この理由を推定すると、エミッションの高
いものはＨＩＰのときにニッケル粉末と酸化スカンジウ
ム粉末が十分に反応したためニッケル・スカンジウム金
属間化合物が足りているが、エミッションの低いものは
反応が不十分であったためニッケル・スカンジウム金属
間化合物が足りないためと思われる。そのように推定す
る理由は次のとおりである。ニッケル・スカンジウム金
属間化合物は活性化のときＢａＯを分解してＢａ原子を
作るはたらきがある。エミッションすなわち熱電子はＢ
ａ原子から出ると考えられている。このためニッケル・
スカンジウム金属間化合物が十分にあると初期からエミ
ッションが高くなる。

【００１９】つまり従来の製造方法では、（加熱処理）
をすればニッケル粉末、酸化スカンジウム粉末、エミッ
ター粉末の混合が不均一になる。一方（加熱処理）をし
なければニッケル粉末と酸化スカンジウム粉末の反応が
不十分で、ニッケル・スカンジウム金属間化合物が不足
する。そしていずれもエミッションのばらつきの原因に
なる。

【００２０】本願発明者はこの矛盾を解決するため鋭意
実験・検討をおこない本発明を完成した。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明のポイントは、酸
化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）粉末を単独で加熱処理
し、Ｏ原子を不足状態にすることである。くわしくは、
Ｓｃ２Ｏ３の、Ｓｃ原子とＯ原子の比をストイキオメト
リックな２：３から２：（２．８〜２．９９）にする。

【００２２】このように酸化スカンジウムのＯ原子を不
足状態にしておくと、ニッケル粉末と酸化スカンジウム
粉末が非常に反応しやすくなり、そのためＨＩＰ工程だ
けで十分なニッケル・スカンジウム金属間化合物をつく
ることができる。そのためニッケル・スカンジウム金属
間化合物不足によるエミッションのばらつきが押さえら
れる。このことは本願発明者が今回初めて発見した。従
来は酸化スカンジウム粉末だけを加熱処理してもニッケ
ル・スカンジウム金属間化合物を作る上には何も役立た
ないと考えられていた。

【００２３】したがってあらかじめニッケル粉末と酸化
スカンジウム粉末を加熱処理して、ニッケル・スカンジ
ウム金属間化合物を作っておく必要がない。都合の良い
ことに酸化スカンジウム粉末は加熱処理しても粗粒化し
ないので、ふるい分けの必要もない。その結果ニッケル
粉末、酸化スカンジウム粉末、エミッター粉末の混合が
均一にでき、混合不均一によるエミッションのばらつき
も押さえられる。

【００２４】本発明の工程の要点は、まず酸化スカンジ
ウム粉末を加熱処理し、次にその酸化スカンジウム粉末
とニッケル粉末とエミッター粉末とを均一に混合する、
ということである。従来のような粉砕、ふるい分けは必
要ない。したがってエミッションばらつきが少なくなる
だけでなく製造工程も短くなる。

【００２５】酸化スカンジウム粉末の加熱処理は、水素
雰囲気（５００℃〜１４００℃）でおこなうのが最も効
果が高いが、真空またはアルゴンガス雰囲気でも効果あ
る。また厳密には加熱処理と言えないが、アルゴンプラ
ズマに酸化スカンジウム粉末をさらすのも効果がある。

【００２６】請求項１記載の発明は、ニッケル粉末と希
土類金属酸化物粉末とエミッター粉末を混合する工程
と、その混合物を熱間等方加圧処理（ＨＩＰ）により焼
結する工程と、その焼結体からペレットを形成する工程
とを含むカソード構体の製造方法において、まず希土類
金属酸化物粉末を加熱処理し、次にその希土類金属酸化
物粉末とニッケル粉末とエミッター粉末とを均一に混合
することを特徴とするカソード構体の製造方法である。

【００２７】請求項２記載の発明は、請求項１記載のカ
ソード構体の製造方法において、加熱処理の条件が、５
００℃〜１４００℃の水素雰囲気であることを特徴とす
るカソード構体の製造方法である。

【００２８】請求項３記載の発明は、請求項１記載のカ
ソード構体の製造方法において、加熱処理の条件が、５
００℃〜１４００℃の真空またはアルゴン雰囲気である
ことを特徴とするカソード構体の製造方法である。

【００２９】請求項４記載の発明は、請求項１記載のカ
ソード構体の製造方法において、加熱処理の条件が、ア
ルゴンプラズマ雰囲気であることを特徴とするカソード
構体の製造方法である。

【００３０】請求項５記載の発明は、請求項１〜４記載
のカソード構体の製造方法において、希土類金属酸化物
が酸化スカンジウムであることを特徴とするカソード構
体の製造方法である。

【００３１】そして請求項６記載の発明は、請求項１〜
５記載の製造方法で作られたカソード構体のいずれかを
搭載したカラーブラウン管である。

【００３２】

【発明の実施の形態】本発明のカソード構体の製造方法
の一例を順を追って説明する。

【００３３】（加熱処理）純度９９．９％以上、平均粒
径５μｍの酸化スカンジウム粉末を１１００℃の水素炉
で１５分加熱処理する。この処理の目的は、酸化スカン
ジウム（Ｓｃ２Ｏ３）のＯ原子を不足状態にすることで
ある。くわしくは、Ｓｃ２Ｏ３の、Ｓｃ原子とＯ原子の
比を２：３から２：（２．８〜２．９９）にする。

【００３４】この処理は水素雰囲気が最も効果が高い
が、真空またはアルゴン雰囲気でも効果がある。また厳
密には加熱処理と言えないが、ドライエッチング装置で
エッチングガスをアルゴンにして、アルゴンプラズマを
生成し、そこに酸化スカンジウム粉末をさらすのも効果
がある。

【００３５】（粉末混合）加熱処理済み酸化スカンジウ
ム粉末６ｇと、純度９９．９％以上、平均粒径５μｍの
ニッケル粉末１００ｇと、平均粒径５μｍのエミッター
（ＢａＣＯ３＋ＣａＣＯ３＋ＳｒＣＯ３）粉末６０ｇを
均一に混合する。

【００３６】（成形）混合した粉末をゴム型に入れて密
封し、圧力２０００ｋｇ／ｃｍ２で円柱形に成形する。

【００３７】（カプセル封入）成形体をガラスカプセル
に真空封入する。成形体とガラスカプセルの間にはボロ
ンナイトライド粉末を詰め、反応を防止する。

【００３８】（ＨＩＰ）ガラスカプセルと成形体を、温
度１１００℃、圧力１５００ｋｇ／ｃｍ２で６０分ＨＩ
Ｐ（熱間等方加圧処理）して、成形体を焼結体に変え
る。あらかじめ加熱処理により酸化スカンジウムのＯ原
子を不足状態にしてあるので、ニッケル粉末と酸化スカ
ンジウム粉末が非常に反応しやすくなっており、そのた
めＨＩＰ工程だけでニッケル・スカンジウム金属間化合
物を十分つくることができる。

【００３９】（スライス）焼結体は円柱形なので、これ
を厚さ０．５ｍｍの円板（ウエハ）にスライスする。

【００４０】（研削・研磨）ウエハを厚さ０．２２ｍｍ
まで研削したのち表面をダイヤモンドスラリーで鏡面研
磨する。

【００４１】（打ち抜き）ウエハをパンチ−ダイセット
により打ち抜き、直径１．１ｍｍ、厚さ０．２２ｍｍの
ペレットを得る。

【００４２】（洗浄・乾燥）打ち抜いたペレットをまず
エタノール超音波洗浄し、次に純水洗浄する。それから
ペレットを加熱し乾燥する。洗浄・乾燥完了後のペレッ
トはクリーンなチッソ雰囲気内に保管して汚染を防ぐ。

【００４３】（カソード構体組立て）ペレットを内径
１．１ｍｍ、外形１．２ｍｍ、深さ０．２ｍｍのニクロ
ム合金キャップに挿入し、次に、キャップ付きペレット
を内径１．２ｍｍのニクロム合金スリーブに挿入する。
そしてスリーブの外周を抵抗溶接してペレット、キャッ
プ、スリーブを一体化する。これでカソード構体が完成
する。

【００４４】（電子銃組立て）カソード構体を通常の方
法で電子銃に組立てる。

【００４５】（カラーブラウン管封止）電子銃を通常の
方法でカラーブラウン管に組み込み排気封止する。排気
中にペレットを１０５０℃に１０分間保って、エミッタ
ーを分解する。エミッターを分解するとは、（ＢａＣＯ
３＋ＣａＣＯ３＋ＳｒＣＯ３）を、（ＢａＯ＋ＣａＯ＋
ＳｒＯ）に変えることである。

【００４６】（活性化）まず熱活性化を１１００℃、５
分間おこなう。次に電流活性化を１０６０℃、６０分間
おこなう。活性化のさいの温度、時間の組み合わせは無
限にあり、上記は全くの一例である。ニッケル・スカン
ジウム金属間化合物は活性化のときＢａＯを分解してＢ
ａ原子を作るはたらきがある。エミッションすなわち熱
電子はＢａ原子から出ると考えられている。このためニ
ッケル・スカンジウム金属間化合物が十分にあると初期
からエミッションが高くなる。

【００４７】（初期エミッション測定）初期エミッショ
ンとして最大カソード電流（ＭＩｋ）を測定する。本発
明の酸化スカンジウム粉末の単独加熱処理をおこなった
カソードでは、従来まれに発生していた初期エミッショ
ンの低いものが見られなくなった。

【００４８】本発明の製造方法により作られたカソード
構体を搭載したカラーブラウン管は、初期エミッション
不良の発生率がきわめて低いので、エミッション品質が
高水準でそろっている。

【００４９】

【発明の効果】本発明のカソード構体の製造方法では、
まず酸化スカンジウム粉末を加熱処理し、次にその酸化
スカンジウム粉末とニッケル粉末とエミッター粉末とを
均一に混合する、というようにした。

【００５０】加熱処理により酸化スカンジウムのＯ原子
が不足状態になるので、ニッケル粉末と酸化スカンジウ
ム粉末が非常に反応しやすくなり、そのためＨＩＰ工程
だけで十分な量のニッケル・スカンジウム金属間化合物
をつくることができる。これによりニッケル・スカンジ
ウム金属間化合物不足によるエミッションのばらつきが
押さえられる。

【００５１】しかも酸化スカンジウム粉末は加熱処理し
ても粗粒化しないので、ふるい分けの必要もない。その
結果ニッケル粉末、酸化スカンジウム粉末、エミッター
粉末の混合が均一にでき、混合不均一によるエミッショ
ンのばらつきも押さえられる。また製造工程も短くな
る。

【００５２】以上の効果によりエミッションの低いカソ
ードの発生が押さえられる。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ニッケル粉末と希土類金属酸化物粉末とエ
   ミッター粉末を混合する工程と、その混合物を熱間等方
   加圧処理（ＨＩＰ）により焼結する工程と、その焼結体
   からペレットを形成する工程とを含むカソード構体の製
   造方法において、まず前記希土類金属酸化物粉末を加熱
   処理し、次にその希土類金属酸化物粉末と前記ニッケル
   粉末と前記エミッター粉末とを均一に混合することを特
   徴とするカソード構体の製造方法。
2. 【請求項２】請求項１記載のカソード構体の製造方法に
   おいて、前記加熱処理の条件が、５００℃〜１４００℃
   の水素雰囲気であることを特徴とするカソード構体の製
   造方法。
3. 【請求項３】請求項１記載のカソード構体の製造方法に
   おいて、前記加熱処理の条件が、５００℃〜１４００℃
   の真空またはアルゴン雰囲気であることを特徴とするカ
   ソード構体の製造方法。
4. 【請求項４】請求項１記載のカソード構体の製造方法に
   おいて、前記加熱処理の条件が、アルゴンプラズマ雰囲
   気であることを特徴とするカソード構体の製造方法。
5. 【請求項５】請求項１〜４記載のカソード構体の製造方
   法において、前記希土類金属酸化物が酸化スカンジウム
   であることを特徴とするカソード構体の製造方法。
6. 【請求項６】請求項１〜５記載の製造方法で作られたカ
   ソード構体のいずれかを搭載したカラーブラウン管。