JP3015437B2 - 含浸型陰極構体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、カラー受像管等の電子管に使用される高
電流密度の含浸型陰極構体の製造方法に関する。

（従来の技術） 近年、走査線を増加させて解像度を改善したカラー受
像管や、超高周波対応受像管等の開発が要請されてい
る。又、投写管等においても、輝度の向上が望まれてい
る。

これらの要請に応えるには、陰極からの放出電子密度
を大幅に増大させる必要がある。

ところで、含浸型陰極は酸化物陰極に比べ大きな電流
密度が得られ、寿命も長いことから、これまでは主に撮
像管、進行波管、クライストロン等の電子管に用いられ
てきたが、今後はカラー受像管の分野でも需要の拡大が
予想される。

このような含浸型陰極構体は第９図に示すように構成
され、以下、従来の製造方法により説明する。

先ず、エミッタ（電子放射物質）を含浸した短円柱状
の陰極基体１を、有底短円筒状のカップ２内に収納して
ろう材３を介して固着する。このカップ２をその底部側
から円筒状の陰極スリーブ４の一端開口部に挿入し、こ
の一端開口部に陰極基体１を露出させた状態で、カップ
２を陰極スリーブ４に固着する。

更に、この陰極スリーブ４の他端外周に、複数例えば
３本のストラップ５の一端部を固着し、各ストラップ５
の他端部を陰極スリーブ４の外側に所定間隔で同軸的に
配設した筒状ホルダー６に懸垂固着する。

尚、陰極スリーブ４内にはヒータ７を挿入配置する。

このような含浸型陰極構体は、一般に動作温度が1000
℃ｂ前後と高いので、構成部品の材料はＷ、Mo、Ta又は
これらの合金からなっている。このため、製造に当たっ
ては、レーザ溶接を多用している。

一方、このような含浸型陰極構体のヒータ定格は6.3V
−600mA（３電子銃に使用した場合）であり、消費電力
は3.78Wである。又、従来用いられている酸化物陰極に
おいては、ヒータ定格は6.3V−300mA（３電子銃に使用
した場合）であり、消費電力は1.89Wである。

そして、含浸型陰極においても、酸化物陰極との互換
性及び陰極と第１グリッドとの昇温時のギャップ変動に
起因する３色の色ずれ防止などのために、低消費電力化
が望まれている。

低消費電力化のためには、陰極表面からの熱輻射の減
少及びストラップからの熱伝導の減少が重要となる。ス
トラップからの熱伝導の減少のためには、ストラップの
断面積を減ずれば良いが、前述したようにレーザ光によ
り接合する場合には、レーザ光の溶融径よりもストラッ
プの幅を大きくする必要があり、ストラップの断面積減
少には限界がある。

（発明が解決しようとする課題） 上記のような従来の含浸型陰極構体では、ストラップ
の寸法はレーザ光の溶融径で決定される。つまり、一般
的に十分な溶接強度を得るためには、溶融径は0.3mm程
度必要となり、従ってストラップの幅は0.35mm以上必要
となる。

一方、ストラップの厚さは0.03〜0.05mm程度必要とな
り、断面積は0.0105〜0.019mm²となる。このような断面
積を有するストラップを備えた含浸型陰極構体は、スト
ラップからの熱伝導損失は全体の40％程度を占め、低消
費電力化が難しいという問題があった。

又、ストラップからの熱伝導の減少のために、ストラ
ップの断面積を減ずれば良いので、近年では幅0.2mm、
厚さ0.03mm程度の板状ストラップや直径0.05mmの棒状ス
トラップを用いた含浸型陰極構体が提案されている。し
かしながら、材料がＷ、Mo、Ta又はこれらの合金からな
っているため、溶接部の脆化により溶接強度が著しく低
下する。又、レーザ光と被加工物の位置決めが極めて難
しくなり、ともすれば位置がずれ、陰極スリーブ４に孔
が開いたり、溶接が不十分であったりという不具合が生
じていた。更に、構造設備が複雑になり自動化を行なう
上で不都合であった。

また、従来ストラップの端部にろう材を入れるエンボ
ス部（凹部）を形成し、このエンボス部でろう材を被せ
るようにしてストラップの端部を陰極スリーブの外周面
に当接し、レーザ光をエンボス部の外側から照射してエ
ンボス部内のろう材を溶融することにより、ストラップ
を陰極スリーブにろう付けして固着する方法が開示され
ている。しかし、この方法ではストラップの端部に外力
を加えて塑性変形させろう材を入れるエンボス部を形成
することを可能とするためにストラップの幅寸法をエン
ボス部の塑性変形分を見込んで大きくする必要があり、
この結果ストラップからの熱伝導を減少させるためにス
トラップの断面積を減少することができなくなってしま
う。また、レーザ光をエンボス部の外側から照射してエ
ンボス部内のろう材を溶融するために大きいエネルギー
のレーザ光を照射する必要があり不経済である。さら
に、ストラップにエンボス部を形成するための加工を行
なう必要があり、それに要する経費が加わるために陰極
構体の製造コストが高価となる。

この発明は、上記事情に鑑みなされたもので、低消費
電力の含浸型陰極構体の製造方法を提供することを目的
とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は、陰極基体にエミッタを含浸させ、この陰
極基体をカップ内に収納固着させ、このカップを底部側
から陰極スリーブに挿入し、上記陰極基体を一端開口部
に露出させた状態で上記カップと上記陰極スリーブとを
固定し、上記陰極スリーブの他端外周面に複数のストラ
ップの一端部を固着し、この複数のストラップの他端部
を筒状ホルダーに懸垂固着し、上記陰極スリーブ内にヒ
ータを設けた含浸型陰極構体の製造方法において、上記
ストラップの端部表面にろう材を付着し、このストラッ
プの端部を上記陰極スリーブの外周面に当接し、次いで
上記ストラップの表面に付着するろう材に、レーザ光を
このろう材が飛散しないようなエネルギで照射した後そ
のエネルギより大きいエネルギで照射してろう材を溶融
し、この溶融したろう材で上記陰極スリーブと上記スト
ラップとを固着することを特徴とする含浸型陰極構体の
製造方法である。

（作用） この発明によれば、ストラップを陰極スリーブに固着
する際、レーザ光によりろう材を加熱してろう付けを行
なうので、ストラップの寸法（断面積）を極端に小さく
することが出来、ストラップからの熱伝導損失を低減し
て低消費電力を図ることが出来る。

又、この発明によれば、従来見られた溶接強度の低下
も防止され、レーザ光と被加工物の位置決めも容易とな
った。

（実施例） 以下、図面を参照して、この発明の一実施例を詳細に
説明する。

この発明による含浸型陰極構体の製造方法は、第１図
乃至第３図に示すような構体で実施され、第１図及び第
２図はこの発明の製造方法の要部を示す縦断面図と横断
面図であり、第３図はこの発明の製造方法により得られ
る含浸型陰極構体を一部切り欠いて示す斜視図である。
尚、従来例（第９図）と同一箇所には、同一符号を付す
ことにする。

最初に、この発明の製造方法で使用する製造装置につ
いて述べると、この製造装置は第４図に示すように構成
され、基台10上の片隅には、陰極スリーブ４が固定され
る組立て位置決め台16が取付けられている。この組立て
位置決め台16に対応して、基台10上にはストラップ５を
支持して陰極スリーブ４の所定位置に運ぶチャック14が
回動自在に設けられている。更に、この組立て位置決め
台16に対応して、図示しないレーザ装置から導かれるレ
ーザ光とレンズ17により集光しレーザ光を照射するレー
ザ光学系18が設けられている。上記のチャック14に対応
して、ストラップ材19を所定寸法に成形する成形金型15
が設けられている。この成形金型15とチャック14との間
にはろう材槽13が配置され、このろう材槽13内には、例
えばRuとMo粉末を適当なバインダと共に溶媒で混合した
ろう材８が入っている。このようなろう材槽13の上方に
は、ストラップ材支持具20とパルスモータ12が配設さ
れ、基台10上に植設された支持板21に取付けられてい
る。この支持板21にはストラップ材支持具20やパルスモ
ータ12の上に、ストラップ材19が巻回されたスプール11
が取付けられている。

さて次に、この発明による含浸型陰極構体の製造方
法、特に陰極スリーブへのストラップの固着方法は第１
図及び第２図に示すように構成され、上記のような製造
装置を使用して行なわれるが、その前に他の部分の製造
方法につき第３図により説明する。

先ず、エミッタを含浸させた陰極基体１を、Ru−Moの
ろう材３を介して有底筒状のカップ２内に収納固着す
る。そして、このカップ２の裏面からレーザ溶接により
カップ２とろう材３を溶接接合する。

次に、カップ２をその底部側から直径1.60mm、厚さ0.
025mmのTa又はMoからなる陰極スリーブ４の一端開口部
に陰極基体１を露出させた状態で挿入固定した後、陰極
スリーブ４の端部をレーザ溶接して接合する。

その後、陰極スリーブ４の他端外周に複数例えば３個
の幅0.15mm、厚さ0.015mmのTa、Mo、Re−Ｗ、Re−Mo等
からなるストラップ５を位置決め固定し溶接する。

これについて詳しく説明すると、第４図の装置を使用
し、先ずスプール11に巻かれているストラップ材19をパ
ルスモーター12の数値制御により一定量を送り、混合分
散されているろう材槽13の中に浸漬（ディッピング）さ
せ、ストラップ材19の端部に約1mmの長さにろう材８の
被膜形成を行なう。

次に、ストラップ材19をパルスモーター12の数値制御
により或る一定量巻き戻しを行ない、チャック14にてス
トラップ材19を挾持しながら、成形金型15によりストラ
ップ材19の成形切断を行なう。

その後、予め組立て位置決め台16に装着されている陰
極スリーブ４に対して、成形切断されたストラップ５を
挾持しながらチャック14は陰極スリーブ４外周に当接す
るまで旋回する。

次に、第１図に示すように、この発明の特徴である溶
接用レーザ光のスポット直径を通常約0.2mmとなるべく
焦点を合わせるところを、スポット直径を約1mmにレー
ザ装置18のレンズ17によりデフォーカスさせ、ろう材８
の溶融点まで加熱を行なう。この時、レーザ光を、ろう
材８に例えば0.5秒間、15W照射し、その後、１秒間、30
W照射することによりろう材８は溶融し、陰極スリーブ
４とストラップ５はこのろう材８で固着される。照射直
後のエネルギを小とするのは、いきなり大出力のレーザ
光を照射することにより、ろう材８が飛散するのを防止
するためである。

又、陰極スリーブ４とストラップ５の材質によっては
酸化するので、Ar等の不活性雰囲気中でろう付けするこ
とが望ましい。

尚、第２図に示すように、陰極スリーブ４をレーザ光
学焦点23より遠い位置に設定し、スポット直径を約1mm
にすることは、レーザビーム熱によるその他機構体への
影響を防ぐため、都合が良いことは言うまでもない。

その後、自然冷却により第３図に示すようにろう材８
が凝固して陰極スリーブ４とストラップ５が強固に接合
される。

次に、ストラップ５の他端部を筒状ホルダー６に溶接
固定する。

その後、螺旋状ヒータ７を陰極スリーブ４に内蔵させ
る。

この実施例の製造方法は、ろう材８をレーザ光で溶融
し、陰極スリーブ４とストラップ５を接合しているの
で、レーザ加工時の焦光径はろう材８の熱容量で支配さ
れること、又、陰極スリーブ４とストラップ５の融点に
比べ、Ru−Moろう材８の融点は1950℃と低いことから、
ストラップ５の寸法をレーザ光の焦光径より小さくする
ことが出来る。このため、上述したような寸法の接合が
可能となる。

すなわち、ストラップ５の端部表面にろう材８付着
し、このストラップ５の端部を陰極スリーブ４の外周面
に当接し、次いでストラップ５の表面に付着して露出す
るろう材８に、レーザ光をはじめこのろう材８が飛散し
ないようなエネルギで直接照射し、その後そのエネルギ
より大きいエネルギで照射してろう材８を溶融し、この
溶融したろう材８で陰極スリーブ４とストラップ５とを
固着するので、ストラップにエンボス部を形成し、この
エンボス部でろう材を被せるようにしてストラップの端
部を陰極スリーブの外周面に当接し、レーザ光をエンボ
ス部の外側から照射してエンボス部内のろう材を溶融し
てろう付けする場合のように、ストラップ５の幅を増大
する必要がなく、ストラップ５の幅寸法を小さくするこ
とが可能となる。そして、ストラップ５の表面に付着し
て露出するろう材８に、レーザ光をはじめこのろう材８
が飛散しないような小さいエネルギで直接照射し、その
後そのエネルギより大きいエネルギで直接照射してろう
材８を溶融するので、ろう材８を表面に露出させた状態
でも良好にろう付けを行なうことができる。また、ろう
付けに先だちストラップ５に塑性加工を施す必要がなく
製造コストが安価である。

尚、Ru−Mo−Niの３元素ろう材を用いても、同様の接
合が可能である。

このようにして製造された含浸型陰極構体を所定の電
子銃に組込んだ後、ガラス管に装着し、所定の排気を行
ない、定格のヒータ電圧を印加し、陰極の輝度温度を測
定した。その結果を、第１表に示す。

この第１表に示したように、この発明の製造方法によ
り得られた含浸型陰極構体は、従来の含浸型陰極構体に
比べ、定格即ちヒータ電圧6.3Vにおいて約80deg高くな
ることが判る。この陰極温度の約80degは、ヒータ電力
に換算すると約20％に相当し、従来の含浸型陰極構体を
同じ動作温度、即ち、970℃ｂを動作温度とすれば、20
％のヒータ電力を削減することが出来、その効果は大な
るものがある。

（変形例） 第５図及び第６図はこの発明の変形例を示したもの
で、上記実施例と同様効果が得られる。

即ち、上記実施例ではストラップ５が板状であった
が、この変形例ではストラップ９は棒状である。このス
トラップ９の一端部に曲げ部9aを形成し、この曲げ部9a
にろう材８を付着し、このろう材８をレーザ光で加熱す
ることにより陰極スリーブ４とストラップ９とを固着す
る。

詳細に説明すると、先ずこの変形例の製造方法で使用
する装置は第７図に示すように構成され、上記実施例で
使用した装置（第４図）と同様構成であり、同一箇所は
同一符号を付してある。

陰極スリーブ４とストラップ９とを固着する前の工程
は、上記実施例と同様ゆえ説明を省略し、陰極スリーブ
４とストラップ９とを固着する工程についてのみ述べる
ことにする。

即ち、第７図の装置を使用し、先ずスプール11に巻か
れているストラップ材22を成形金型15により端部約1mm
を例えばＵ字状の曲げ部9aに成形し、そのストラップ材
22をパルスモーター12の数値制御により或る一定量を送
り、混合分散されているろう材槽13の中に浸漬（ディッ
ピング）させ、ストラップ材22のＵ字状曲げ部9aに約1m
mの長さにろう材８の被膜形成を行なう。

次に、パルスモーター12の数値制御により或る一定量
巻き戻しを行ない、チャック14にてストラップ材22を挾
持しながら、成形金型15によりストラップ材22の成形切
断を行なう。

その後、予め組立て位置決め台16に装着されている陰
極スリーブ４に対して、成形切断されたストラップ９を
挾持しながらチャック14は陰極スリーブ４に当接するま
で旋回する。

次に、レーザ装置18のレンズ17により照射される溶接
用レーザ光20をろう材被膜部に当て、ろう材８の溶融点
まで加熱を行なう。

その後、自然冷却により第６図に示すようにろう材８
が凝固して陰極スリーブ４とストラップ９が強固に接合
される。

尚、ストラップ９の一端部の凹部9aはＵ字状であった
が、Ｕ字状に限定されず、ろう材８が集中して付着する
ようであれば、他の形状の曲げ部でも良い。

この変形例によれば、ろう材８の被膜がストラップ９
の一端部の曲げ部9aに集中してろう材８の位置が一定と
なり、且つろう材８の被膜面積も大きくなるので、レー
ザ光と陰極スリーブ４との機械的な位置ずれが発生して
も、従来のレーザ光のスポット溶接に比べ、位置精度に
対る機械的許容度は大幅に改善され、自動化を精度良く
行なうことが出来る。更に、ストラップ９の溶接部面積
が大きくなるため、溶接強度も向上する。

又、第８図は他の変形例であり、これはストラップ９
は棒状であるが、一端部が上記変形例のような曲げ部に
形成されていない。つまり、上記実施例が板状であった
のを棒状にしたものである。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、ストラップを
陰極スリーブに接合する際、Ru−Moろう材を陰極スリー
ブとストラップの端部上に供給した後、レーザ光により
そのろう材を加熱し、ストラップ、陰極スリーブ、ろう
材の３者を一体化して接合するので、ストラップの断面
積を極端に小さくすることが出来、ストラップからの熱
伝導損失を小さくすることが出来る。

すなわち、ストラップの端部表面にろう材を付着し、
このストラップの端部を陰極スリーブの外周面に当接
し、次いでストラップの表面に付着して露出するろう材
に、レーザ光をはじめこのろう材が飛散しないようなエ
ネルギで直接照射し、その後そのエネルギより大きいエ
ネルギで照射してろう材を溶融し、この溶融したろう材
で陰極スリーブとストラップとを固着するので、ストラ
ップにエンボス部を形成し、このエンボス部でろう材を
被せるようにしてストラップの端部を陰極スリーブの外
周面に当接し、レーザ光をエンボス部の外側から照射し
てエンボス部内のろう材を溶融する場合のように、スト
ラップの幅を増大する必要がなく、ストラップの幅寸法
を小さくすることが可能となる。そして、ストラップの
表面に付着して露出するろう材に、レーザ光をはじめこ
のろう材が飛散しないようなエネルギで直接照射し、そ
の後エネルギより大きい大きいエネルギで照射してろう
材を溶融するので、良好にろう付けを行なうことができ
る。また、ろう付けに先だちストラップに加工を施す必
要がなく製造コストが安価である。

従って、含浸型陰極構体の熱効率を高めることが出来
る結果、約20％の低消費電力化を図ることが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明の一実施例に係る含浸型陰
極構体の製造方法を要部を拡大して示す縦断面図と横断
面図、第３図はこの発明の製造方法により得られる含浸
型陰極構体の全体を一部切り欠いて示す斜視図、第４図
はこの発明の製造方法で使用する製造装置を示す斜視
図、第５図はこの発明の変形例を示す要部拡大斜視図、
第６図はこの発明の変形例に係る製造方法により得られ
る含浸型陰極構体の全体を示す斜視図、第７図はこの発
明の変形例の製造方法で使用する製造装置を示す斜視
図、第８図はこの発明の他の変形例に係る製造方法によ
り得られる含浸型陰極構体の全体を示す斜視図、第９図
は従来の製造方法により得られる含浸型陰極構体を一部
切り欠いて示す斜視図である。 １……陰極基体、２……カップ、４……陰極スリーブ、
５、９……ストラップ、６……ホルダー、７……ヒー
タ、８……ろう材、11……スプール、13……ろう材槽、
14……チャック、15……成形金型、16……位置決め台、
18……レーザ光学系、19、22……ストラップ材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 廣澤 大二 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式 会社東芝堀川町工場内 (72)発明者 喜作 忠司 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 東芝 電子デバイスエンジニアリング株式会社 内 (56)参考文献 特開 平２−165545（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−151142（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−216986（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 9/04 B23K 26/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】陰極基体にエミッタを含浸させ、この陰極
   基体をカップ内に収納固着させ、このカップを底部側か
   ら陰極スリーブに挿入し、上記陰極基体を一端開口部に
   露出させた状態で上記カップと上記陰極スリーブとを固
   定し、上記陰極スリーブの他端外周面に複数のストラッ
   プの一端部を固着し、この複数のストラップの他端部を
   筒状ホルダーに懸垂固着し、上記陰極スリーブ内にヒー
   タを設けた含浸型陰極構体の製造方法において、 上記ストラップの端部表面にろう材を付着し、このスト
   ラップの端部を上記陰極スリーブの外周面に当接し、次
   いで上記ストラップの表面に付着するろう材に、レーザ
   光をこのろう材が飛散しないようなエネルギで照射した
   後そのエネルギより大きいエネルギで照射してろう材を
   溶融し、この溶融したろう材で上記陰極スリーブと上記
   ストラップとを固着することを特徴とする含浸型陰極構
   体の製造方法。