JP3633700B2 - 金属埋め込みセラミックスおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックスと金属の接合法と、セラミックスと金属とを積層した電極構造体を有する画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開昭６１−１１４４３６号公報などには、図１４に示すような接合方法が開示されている。１００は電極板で、図示されていないが電子ビーム通過孔を有している。１０１は金属板からなる芯材、１０２は絶縁膜、１０３は低融点ガラスからなる接合材であって、２枚の電極板１００を接合材１０３を用い、約５００℃に全体を加熱して接合材１０３を溶融させ接合固着している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この図１４に示した従来技術を用いて複数枚の電極を積層して電極構体を構成し画像表示装置に用いる場合、電極板１００には同一ロット内での熱膨張係数のばらつき、製造ロットが異なることによる熱膨張係数のばらつきが生じる。このため、熱膨張係数が若干異なる電極板１００を高温で接合固着し、常温に冷却する過程で、接合した２枚の電極板１００の内、熱膨張係数が大きい電極板１００の熱収縮量が大きいため、熱膨張係数の大きい電極側が凹になる形状の反りが発生する。
【０００４】
電極板１００に反りがあると、電子ビームのランディングずれによる色ずれが発生して、画像表示装置の画像品質が低下する問題がある。
また、接合材１０３や絶縁膜１０２にはフリットガラス材料を用いることから剥離強度が小さく、製造・取り扱い中にフリットガラスに応力が作用すると、フリットガラスの剥離が発生し、剥離したガラスの破片が飛び散り、電極板１００の電子ビーム通過孔などに付着し、この電子ビーム通過孔の目づまりが生じる。このため、電子ビームの通過不良による画像欠陥を引き起こす問題がある。
【０００５】
これらの問題を解決する手段として絶縁基材の表面に金属膜を溶射やメッキ等により形成し、その金属面と電極板とを常温で溶接固定する方法が考えられる。
しかし、上記方法で金属膜をセラミック等の絶縁基材に形成してその金属膜と電極板とをレーザ溶接する場合、金属膜が約１００μｍ程度では金属膜との溶接強度は不十分で、極く弱い力で剥離する。
【０００６】
金属膜がさらに薄いと、レーザ溶接の熱でセラミックスの熱破壊が生じる。一方、金属膜をさらに厚く形成する場合、メッキでは困難であり、溶射法ではセラミックとの接合強度が弱い、膜厚の均一性が得られ難いなどの問題がある。
【０００７】
本発明は、熱膨張係数の若干異なる電極板の高温接合により発生する電極板の反りや、接合材の強度不足から起る破片の飛散による画像欠陥をなくした高品質な画像表示装置を実現するために、レーザー溶接などにより常温で電極板と絶縁基材との接合を可能にする接合基材の構造とその製法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の金属埋め込みセラミックスは、セラミックスの一方の面から他方の面に向けて非貫通の第１の非貫通穴が形成され、前記他方の面から前記一方の面に向けて第２の非貫通穴が形成され、このセラミックスの第１，第２の非貫通穴に金属を埋め込むとともに、前記セラミックスの前記一方の面から前記他方の面に貫通した加工貫通穴を形成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の金属埋め込みセラミックスの製造方法は、グリーンシートの一方の面から他方の面に向けて非貫通の第１の非貫通穴と、グリーンシートの前記他方の面から前記一方の面に向けて前記の第１の非貫通穴とは非貫通の第２の非貫通穴と、グリーンシートの前記一方の面から前記他方の面に貫通した加工貫通穴とをそれぞれ形成し、第１，第２の非貫通穴に、前記グリーンシートを焼結してセラミックスとなすための焼結温度Ｔｓ より溶融点が高く、熱膨張係数が前記セラミックスより小さい金属を挿入した状態で焼成することを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の金属埋め込みセラミックスの製造方法は、一方の面から他方の面に貫通した第１の貫通穴と第１の加工貫通穴が形成された第１のグリーンシートと、一方の面から他方の面に貫通し前記の第１の貫通穴とは位置ずれした第２の貫通穴と前記の第１の加工貫通穴とは位置を合わせた第２の加工貫通穴が形成された第２のグリーンシートとを積層し、第１，第２のグリーンシートの第１，第２の貫通穴に、前記グリーンシートを焼結してセラミックスとなすための焼結温度Ｔｓ より溶融点が高く、熱膨張係数が前記セラミックスより小さい金属を挿入した状態で焼成することを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の電極構体は、請求項１記載の金属埋め込みセラミックスの一方の面に電極板が載置され前記一方の面に埋め込まれている金属と前記第１の電極板とが溶接された第１の接合体と、前記第１の接合体とは別の前記金属埋め込みセラミックスの一方の面に第２の電極板が載置され前記一方の面に埋め込まれている金属と前記第２の電極板とが溶接された第２の接合体とを、前記第１の接合体の他方の面に前記第２の接合体の前記第２の電極板が接するように、前記第２の接合体の前記第２の電極板と前記第１の接合体の他方の面に埋め込まれている金属とが溶接接続され、以後、同様にして第１から第ｎ（ｎは３以上の整数）の接合体まで積層されたことを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の電極構体の製造方法は、請求項１記載の金属埋め込みセラミックスの一方の面に電極板を載置して前記一方の面に埋め込まれている金属と前記電極板とを溶接した第１の接合体と、前記第１の接合体とは別の前記金属埋め込みセラミックスの一方の面に前記第１の接合体と同様に電極板をつけた第２の接合体とを、前記第１の接合体の他方の面に前記第２の接合体の電極板を積層し、前記第２の接合体の金属埋め込みセラミックスの加工用貫通穴を介して前記第２の接合体の電極板にビームを照射して前記第２の接合体の電極板と前記第１の接合体の他方の面に埋め込まれている金属とを溶接し、以後、同様にして第１から第ｎ（ｎは３以上の整数）の接合体まで積層したことを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の金属埋め込みセラミックスの製造方法は、請求項２記載の金属埋め込みセラミックスの製造方法であって、グリーンシートの一方の面から他方の面に向けて非貫通穴を形成し、前記非貫通穴に、熱膨張係数が前記グリーンシートより小さい金属を入れて加熱昇温し、温度が上昇して前記金属の融点Ｔｍに達するまでに前記非貫通穴と前記金属の間に隙間が形成されるよう前記貫通穴と前記金属の寸法を設定し、前記グリーンシートを焼結してセラミックスとなすための焼結温度Ｔｓまたは前記金属の融点Ｔｍのいずれか高い方の温度まで加熱昇温した後に冷却する過程で前記金属が凝固し、その凝固温度から常温に戻る際に、前記熱膨張係数の差異によりセラミックスの非貫通穴に前記金属をしまり状態で固定することを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の金属埋め込みセラミックスの製造方法は、焼成してセラミックスとなるグリーンシートの一方の面から他方の面に向けて形成された非貫通穴に、熱膨張係数が前記グリーンシートより小さい金属を入れて、前記グリーンシートとともに加熱昇温されて冷却する過程で前記金属が凝固して前記セラミックスの非貫通穴に前記金属をしまり状態で固定した金属埋め込みセラミックスを製造するに際し、一方の面から他方の面に貫通した貫通穴が形成された第１のグリーンシートと、貫通穴が形成されていない第２のグリーンシートとを積層し、第１のグリーンシートの貫通穴に、前記の貫通穴に熱膨張係数が前記グリーンシートより小さい金属を入れて加熱昇温し、温度が上昇して前記金属の融点Ｔｍに達するまでに前記非貫通穴と前記金属の間に隙間が形成されるよう前記貫通穴と前記金属の寸法を設定し、前記グリーンシートを焼結してセラミックスとなすための焼結温度Ｔｓまたは前記金属の融点Ｔｍのいずれか高い方の温度まで加熱昇温した後に冷却する過程で前記金属が凝固し、その凝固温度から常温に戻る際に、前記熱膨張係数の差異によりセラミックスの非貫通穴に前記金属をしまり状態で固定することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の金属埋め込みセラミックスとその製造方法、ならびにこの金属埋め込みセラミックスを使用した画像表示装置を各実施の形態に基づいて説明する。
【００１７】
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の金属埋め込みセラミックス３２を示す。焼成されたセラミックス８の両面に互いの位置をずらした状態で非貫通穴１ｃが形成されている。各非貫通穴１ｃに金属チップ２が埋め込まれている。さらに、セラミックス８の一方の面から他方の面に貫通する加工貫通穴１ｄが形成されている。
【００１８】
この金属埋め込みセラミックスは図２に示す製造工程で製造される。
１ａ，１ｂは第１，第２のグリーンシート（未焼成のセラミックスシート）で、貫通穴１ｃが形成されている。なお、第１，第２のグリーンシート１ａ，１ｂを図２の（Ａ）に示すように積層した状態で、第１のグリーンシート１ａの貫通穴１ｃと第２のグリーンシート１ａの貫通穴１ｃとが連通しないように互いに位置をずらせて貫通穴１ｃが形成されている。
【００１９】
さらに、第１，第２のグリーンシート１ａ，１ｂには図２の（Ａ）に示すように積層した状態で互いに連通する加工貫通穴１ｄが形成されている。
第１，第２のグリーンシート１ａ，１ｂは、アルミナを主成分として、シリカ、マグネシア、有機溶剤、溶媒等のバインダーを添加し、それぞれ ２００μｍの厚みである。貫通穴１ｃの径は、常温（２５℃）での直径ｄ１ ＝ ５００μｍである。以上のグリーンシートを焼結温度Ｔｓ ＝１５００℃で焼成すると熱膨張係数はαｃ ＝７０×１０−７／℃のセラミックスとなる。
【００２０】
図２の（Ｂ）に示す金属チップ２は、モリブデンで形成し、常温での直径は ４５０μｍで長さは約 ２００μｍである。モリブデンは、セラミックスの焼結温度Ｔｓ より高い２６２２℃の溶融点の材料で、熱膨張係数はαｍ ＝５５×１０−７／℃である。
【００２１】
図２の（Ａ）で準備された第１，第２のグリーンシート１ａ，１ｂを図２の（Ｂ）に示すように２枚重ねて圧着し、前記金属チップ２を貫通穴１ｃに挿入する。この時の金属チップ２と貫通穴１ｃの関係は、図３の（Ａ）に示すようになっている。
【００２２】
グリーンシートを焼結温度Ｔｓ に加熱することにより焼結温度Ｔｓ での金属チップ２の直径は熱膨張によりｄ２ ＝ ４５３．６５ μｍになり、グリーンシート１ａの貫通穴１ｃの常温での直径ｄ１ ＝ ５００μｍとの差δ０ ＝ｄ１ −ｄ２ は、 ４６．３５μｍとなる。ここでグリーンシートの焼結温度Ｔｓ における焼成収縮率Ｐは、グリーンシートの常温時の寸法をＳ１， 焼結温度Ｔｓ における焼成後の寸法をＳ２としたとき、Ｐ＝（Ｓ１−Ｓ２）／Ｓ１とすると、焼成収縮量はδＳ ＝ｄ１ ・Ｐとなる。焼成収縮率が１４％の材料を用いると、貫通孔１ｃは焼成後で寸法が７０μｍ収縮し、その直径は ４３０μｍとなる。この時の金属チップ２と貫通孔１ｃの関係は、図３の（Ｂ）に示すように ２３．６５μｍのしまり状態になる。この時、前記セラミックスが金属を締め付ける応力がセラミックスの破壊応力を超えないようδＳ とδ０ を選定する。
【００２３】
さらに、常温に戻った時、図２のＣに示す貫通穴１ｃの直径は前記熱膨張係数αｃ ＝７０×１０−７／℃で収縮して４２５．５６μｍとなり、金属チップ２は同様にαｍ ＝５５×１０−７／℃で収縮して、直径は ４５０μｍとなり両者の関係は、約 ２４．４４μｍのしまり状態となる。したがって、金属チップ２と貫通穴１ｃが強固に結合され、図１に示した記載の金属埋め込みセラミックスが構成される。
【００２４】
セラミックスの焼成収縮率は、バインダーの材料、配合比を変えることで ５〜２０％程度まで調整は可能である。また金属チップ２に、モリブデンを用いた例を示したが、他の熱膨張係数の材料を用いることも可能である。セラミックスの収縮率を変えることにより焼成後の穴直径を可変でき、また、使用しているセラミックスの熱膨張係数と金属チップ２の熱膨張係数との組み合わせを変えることにより、金属チップ２とセラミックスとの締め付け力を最適な状態にすることができセラミックスの応力による割れをなくし、強固な固定の金属埋め込みセラミックスが実現できる。以上はｄ１ ＜ｄ２ ＋δＳ の場合の説明であるが、ｄ１ ＞ｄ２ ＋δＳ であってもよい。
【００２５】
ｄ１ ＞ｄ２ ＋δＳ なるときは、温度Ｔｓ において図４に示す状態となり前記セラミックスと前記金属の間に隙間が発生する。Ｔｓ から常温に戻したときに、前記セラミックスと前記金属との間に、所要のしまり状態が発生するように、前記セラミックスと金属の熱膨張係数を選定すればよい。
【００２６】
上記実施例では、貫通穴１ｃを複数個、それぞれ互いに位置をずらせた箇所に設けた第１，第２のグリーンシート１ａ，１ｂを図２の（Ｂ）に示すように２枚重ねて圧着してたが、１枚のグリーンシートの両面にそれぞれ非貫通穴を設けてもよい。なお、上記実施例で述べた２枚のグリーンシート１ａ，１ｂを重ねて圧着して製造した方が高精度の穴加工が容易で歩留りが良好である。
【００２７】
〔第２の実施の形態〕
図５，図６，図８は〔第１の実施の形態〕の金属埋め込みセラミックス３２を使用した電極構体とその製造方法を示している。
【００２８】
先ず、図５に示すようにして金属埋め込みセラミックス３２と電極板４を接合した接合体を製造する。具体的には、金属埋め込みセラミックス３２に金属板４を載置し、ＹＡＧレーザー装置７からレーザー光７ａを電極板４に照射し、金属埋め込みセラミックス３２の金属チップ２と電極板４を接合する。例えば電極板４が４２Ｎｉ−６Ｃｒ−Ｆｅ 合金で厚みが ２００μｍの電極板４を使用した場合、５．３ Ｊの熱量が加わるように条件設定したレーザー装置７で、直径が ５００μｍ、厚みが ２００μｍの金属チップ２の片面と電極板４を接合して接合体６を作成した。
【００２９】
このようにして第１〜第６の接合体６ａ〜６ｆを作成し、これを次のようにして図６に示す電極構体１６を製造する。なお、図６では第６の接合体６ｆの金属埋め込みセラミックス３２の加工貫通穴１ｄを介してレーザー装置７から第６の接合体６ｆの電極板４ｆにレーザー光７ａを照射して電極板４ｆを、第５の接合体６ｅの金属埋め込みセラミックス３２の金属チップ２に溶接する様子を示している。
【００３０】
まず、第１の接合体６ａに第２の接合体６ｂを載置し、第２の接合体６ｂの金属埋め込みセラミック３２の加工貫通穴１ｄを介してレーザー光７ａを照射して、第１の接合体６ａの金属チップ２と第２の接合体６ｂの電極板４ｂとを溶接しして固定する。この溶接工程を、接合体６ａから接合体６ｆまで、同様に行った後、第７の電極板４ｇを第６の接合体６ｆの金属チップ２と溶接して図８に示す電極構体１６を製造する。
【００３１】
なお、図６は同一形状の金属埋め込みセラミックス３２を用いて積層を順次一ピッチづつずらせた例であり、図７は加工貫通穴１ｄの位置を一ピッチづつづらせた形状の金属埋め込みセラミックス３３−１，３３−２，３３−３を同一位置で順次上方に積層した例である。
【００３２】
図８には金属埋め込みセラミックス３２を井桁状に配列する場合を図示したが、図９に示すように金属埋め込みセラミックス３２を千鳥に配列すると、曲げ剛性の均一化を図ることができる。
【００３３】
以上のように電極構体を常温接合可能としたことで、接合する複数の電極板の間に若干の熱膨張係数のばらつきがあっても、常温で電極板の接合を行なえるので従来のように加熱・冷却による温度変化に伴う、電極板の熱収縮がおこらず、膨張係数差による電極板の反りが発生しない電極構体を形成できる。
【００３４】
また、フリットガラス等の強度の低い接合部材を用いず、セラミックスに強固に埋め込まれている金属と電極板とを接合する構造であるため、フリットガラスの剥離や飛散に伴う不都合が生じることはない。
【００３５】
〔第３の実施の形態〕
図１０は〔第３の実施の形態〕の電極構体を使用した画像表示装置を示す。
裏容器１３と表容器１４とで囲まれた容器の内部は真空状態に保たれており、この容器の内部には、蛍光体からなる発光手段１０と、線状熱陰極からなる複数の電子発生源１７と、電極構体１６が組み込まれている。１５は電子発生源１７から発生した電子ビームである。１８は電極構体支持台である。
【００３６】
なお、図１０は電極板４ａ〜４ｇに穿設されている電子ビーム通過穴３５を含む図８のＤ−Ｄ断面で示してある。
電子発生源１７から放出された電子ビーム１５は、電極構体１６の電極板４ａ〜４ｇの各々に設けられた電子ビーム通過穴３５を通過する際に、絞り、偏向など等の作用を受けながら発光手段１０に衝突して発光する。
【００３７】
電極構体１６を常温にてレザーで接合して形成するため、電極板間の熱膨張係数差による反りを低減でき、電子ビームのランディング不良による色ずれを防止できる。また従来のフリットガラス材料等の強度の低い接合部材を用いないためフリットガラスの破片の飛散による電極板の目づまりによる画像欠陥の無い高品質な画像表示装置を提供できる。
【００３８】
〔第４の実施の形態〕
図１１〜図１３は、金属埋め込みセラミックスの別の製造方法と、この金属埋め込みセラミックスを使用した接合体の製造方法、ならびにその接合体で組み立てられた電極構体３０を使用した画像表示装置を示している。
【００３９】
この〔第４の実施の形態〕の金属埋め込みセラミックスの製造方法は、図１１の（Ａ）に示すように貫通穴３ｃが形成された第１のグリーンシート３ａと、貫通穴が形成されていない第２のグリーンシート３ｂとを、図１１の（Ｂ）に示すように２枚重ねて圧着し、金属チップ２８を貫通孔３ｃに挿入する。
【００４０】
第１，第２のグリーンシート３ａ，３ｂは、〔第１の実施の形態〕の第１，第２のグリーンシート１ａ，１ｂと同一の材料を用いている。貫通穴３ｃの直径は ５００μｍである。
【００４１】
金属チップ２８は、コバールで形成し、常温での直径は ４３０μｍである。コバールはセラミックスの焼結温度Ｔｓ より低い１４００℃の溶融点Ｔｍ をもち、また熱膨張係数もセラミックスのαｃ ＝７０×１０−７／℃よりも小さいαｋ ＝４６×１０−７／℃である。そして、グリーンシートを焼結温度Ｔｓ に加熱する過程で、コバールの溶融点Ｔｍ に達したとき、金属チップ２８が溶融され、第１のグリーンシート３ａの貫通穴３ｃ内に充填される。さらに温度が上がり、焼結温度Ｔｓ に達すると、焼成収縮率１４％のグリーンシート３ａの貫通穴３ｃは、常温時の寸法から７０μｍ収縮して ４３０μｍとなる。金属チップ２８の長さは溶融後冷却して、凝固したときにセラミック表面と略同一面になる長さに設定しておく。
【００４２】
温度Ｔｓ から冷却して常温２５℃に戻った時、図１１の（Ｃ）に示す貫通穴３ｃの直径は ４３０μｍからαｃ ＝７０×１０−７／℃で収縮して４２５．５６μｍとなり、金属チップ２８の直径は ４３０μｍからαｋ ＝４６×１０−７／℃で収縮して ４２５．５６ μｍとなり、両者の関係は、約４．４４μｍのしまり状態となる。
【００４３】
金属チップ２８は溶融した時点で、貫通孔３ｃの表面の凹凸に隙間零でなじむのでしまり寸法４．４４μｍ程度でも充分強固に固定され、図１１の（Ｃ）に示す金属埋め込みセラミックス３１が完成する。
【００４４】
なお、金属チップ２８の溶融点温度がセラミックスの焼結温度Ｔｓ より低い材料を用いて説明したが、金属チップ２８の溶融点温度がセラミックスの焼結温度Ｔｓ より高い材料の場合では、金属チップ２８の溶融点温度まで加熱することになるが、この時、セラミックスの焼成温度Ｔｓ で、セラミックスの焼成収縮率により貫通穴３ｃの直径が収縮する。この時、〔第１の実施の形態〕の場合と同様に、セラミックスが金属を締め付ける応力がセラミックスの破壊応力を超えないよう貫通穴３ｃの直径と金属チップ２８の直径を選定しておくか、あるいは、収縮した後の貫通穴３ｃの直径よりも小さい直径となるよう金属チップ２８の直径を選定し、セラミックスの焼成収縮時にセラミックスに設けた貫通穴３ｃが割れないようにすればよい。
【００４５】
以上のように、使用しているセラミックスの熱膨張係数と金属チップ２８の熱膨張係数との組み合わせを変えることにより、金属チップ２８とセラミックス３１との締め付け力を最適な状態にすることができ、セラミックスの応力による割れをなくし、強固な固定の金属埋め込みセラミックスが実現できる。
【００４６】
また、この〔第４の実施の形態〕の製造方法では、〔第１の実施の形態〕の製造方法のようにセラミックスの焼成収縮量の管理を必要とせず、金属チップの溶融点と常温間の金属チップとセラミックスの熱膨張係数を最適な組み合わせにするだけで強固な固定の金属埋め込みセラミックスを実現できる。
【００４７】
なお、この実施の形態では、貫通穴３ｃが形成された第１のグリーンシート３ａと、貫通穴が形成されていない第２のグリーンシート３ｂとを２枚重ねて圧着して金属チップ２８を挿入する非貫通穴を実現したが、単一のグリーンシートの一方の面から他方の面に向けて非貫通穴を形成し、この非貫通穴に金属チップ２８を挿入して同様に金属埋め込みセラミックスを実現できる。しかし、上記実施例で述べた２枚のグリーンシート３ａ，３ｂを重ねて圧着して製造した方が高精度の穴加工が容易で歩留りが良好である。
【００４８】
この図１１の（Ｃ）に示す金属埋め込みセラミックス３１に電極板１９を取り付けた接合体は、図１２に示すように金属埋め込みセラミックス３１に電極板１９を載置し、レーザー光７ａを電極板１９に照射して電極板１９と金属チップ２８とを接合する。
【００４９】
この接合体２５を使用して図１３に示すように組み立てて画像表示装置が構成される。組み立てに使用する複数の接合体は、それぞれ図１２に示すようにして金属埋め込みセラミックス３１と電極板１９とを接合し、この複数の接合体２５を積層し、各電極板１９を金属埋め込みセラミックス３１で絶縁した電極構体３０を形成する。この電極構体３０の周辺を詳細には図示しないが、例えばネジやバネ等を用いて機械的に圧接する。この図１３では接合体固定手段３４として図示されている。
【００５０】
裏容器１３と表容器１４とで囲まれた容器の内部は真空状態に保たれており、この容器の内部には、蛍光体からなる発光手段１０と、線状熱陰極からなる複数の電子発生源１７と、電極構体３０が組み込まれている。１５は電子発生源１７から発生した電子ビームである。１８は電極構体支持台である。
【００５１】
電子発生源１７から放出された電子ビーム１５は電極構体３０の各電極板４に設けられた電子ビーム通過穴３５を通過する際に、絞り、偏向等の作用を受けながら発光手段１０に衝突して発光する。
【００５２】
このように、電極構体を常温接合可能としたことで、電極接合時の反りが低減され、ランディング不良による色ずれがなくなる。またフリットガラスの破損による電極の目づまりも無くなり画像品質が向上する。
【００５３】
また、電極構体３０の電極板４は、片面に金属埋め込みスペーサ３を接合する構成であるため、金属埋め込みセラミックスの両面に電極板１９を順次積層接合する時の熱の蓄積による歪を回避できるメリットがある。その反面、各電極板は金属埋め込みスペーサを介して互いに接合されていないので曲げ剛性は高くない。したがって各電極板の厚さが厚いものに適している。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１の構成によると、金属埋め込みセラミックスは、セラミックスの一方の面から他方の面に向けて非貫通の第１の非貫通穴が形成され、前記他方の面から前記一方の面に向けて第２の非貫通穴が形成され、このセラミックスの第１，第２の非貫通穴に金属を埋め込むとともに、前記セラミックスの前記一方の面から前記他方の面に貫通した加工貫通穴を形成したため、加工貫通穴を設けたことにより、電極の多数枚積層が可能となる。
【００５５】
請求項２の構成によると、グリーンシートの一方の面から他方の面に向けて非貫通の第１の非貫通穴と、グリーンシートの前記他方の面から前記一方の面に向けて前記の第１の非貫通穴とは非貫通の第２の非貫通穴と、グリーンシートの前記一方の面から前記他方の面に貫通した加工貫通穴とをそれぞれ形成し、第１，第２の非貫通穴に、前記グリーンシートを焼結してセラミックスとなすための焼結温度Ｔｓ より溶融点が高く、熱膨張係数が前記セラミックスより小さい金属を挿入した状態で焼成することによって請求項１の金属埋め込みセラミックスを製造できる。
【００５６】
請求項３の構成によると、一方の面から他方の面に貫通した第１の貫通穴と第１の加工貫通穴が形成された第１のグリーンシートと、一方の面から他方の面に貫通し前記の第１の貫通穴とは位置ずれした第２の貫通穴と前記の第１の加工貫通穴とは位置を合わせた第２の加工貫通穴が形成された第２のグリーンシートとを積層し、第１，第２のグリーンシートの第１，第２の貫通穴に、前記グリーンシートを焼結してセラミックスとなすための焼結温度Ｔｓ より溶融点が高く、熱膨張係数が前記セラミックスより小さい金属を挿入した状態で焼成するため、穴位置の異なる貫通穴を有するグリーンシートを２枚張り合わせる製法により、容易に高精度な非貫通穴を形成することができる。
【００５７】
請求項４の構成によると、請求項１記載の金属埋め込みセラミックスの一方の面に電極板が載置され前記一方の面に埋め込まれている金属と前記第１の電極板とが溶接された第１の接合体と、前記第１の接合体とは別の前記金属埋め込みセラミックスの一方の面に第２の電極板が載置され前記一方の面に埋め込まれている金属と前記第２の電極板とが溶接された第２の接合体とを、前記第１の接合体の他方の面に前記第２の接合体の前記第２の電極板が接するように、前記第２の接合体の前記第２の電極板と前記第１の接合体の他方の面に埋め込まれている金属とが溶接接続され、以後、同様にして第１から第ｎ（ｎは３以上の整数）の接合体まで積層された電極構造体となっており、また請求項５の構成によると、請求項１記載の金属埋め込みセラミックスの一方の面に電極板を載置して前記一方の面に埋め込まれている金属と前記電極板とを溶接した第１の接合体と、前記第１の接合体とは別の前記金属埋め込みセラミックスの一方の面に前記第１の接合体と同様に電極板をつけた第２の接合体とを、前記第１の接合体の他方の面に前記第２の接合体の電極板を積層し、前記第２の接合体の金属埋め込みセラミックスの加工用貫通穴を介して前記第２の接合体の電極板にビームを照射して前記第２の接合体の電極板と前記第１の接合体の他方の面に埋め込まれている金属とを溶接し、以後、同様にして第１から第ｎ（ｎは３以上の整数）の接合体まで積層したことを特徴とする電極構体の製造方法である。これにより、常温接合により複数枚の電極板を積層してなる電極構体を構成できるので、従来の高温接合時の、材料の熱膨張係数差による電極板の反りや、接合部材の剥離や飛散を無くした電極構体を提供することができる。
【００５８】
請求項６の構成によると、請求項２記載の金属埋め込みセラミックスの製造方法であって、グリーンシートの一方の面から他方の面に向けて非貫通穴を形成し、前記非貫通穴に、熱膨張係数が前記グリーンシートより小さい金属を入れて加熱昇温し、温度が上昇して前記金属の融点Ｔｍに達するまでに前記非貫通穴と前記金属の間に隙間が形成されるよう前記貫通穴と前記金属の寸法を設定し、前記グリーンシートを焼結してセラミックスとなすための焼結温度Ｔｓまたは前記金属の融点Ｔｍのいずれか高い方の温度まで加熱昇温した後に冷却する過程で前記金属が凝固し、その凝固温度から常温に戻る際に、前記熱膨張係数の差異によりセラミックスの非貫通穴に前記金属をしまり状態で固定するので、セラミックスの焼成収縮量の管理を必要とせず、金属チップの溶融点と常温間の金属チップとセラミックスの熱膨張係数を最適な組み合わせでセラミックスの焼成時に金属チップを同時焼成することで、セラミックスが破損することなく、所要のしまり状態で金属材料とセラミックスを一体化した金属埋め込みセラミックスを提供することができる。
【００５９】
請求項７の構成によると、焼成してセラミックスとなるグリーンシートの一方の面から他方の面に向けて形成された非貫通穴に、熱膨張係数が前記グリーンシートより小さい金属を入れて、前記グリーンシートとともに加熱昇温されて冷却する過程で前記金属が凝固して前記セラミックスの非貫通穴に前記金属をしまり状態で固定した金属埋め込みセラミックスを製造するに際し、一方の面から他方の面に貫通した貫通穴が形成された第１のグリーンシートと、貫通穴が形成されていない第２のグリーンシートとを積層し、第１のグリーンシートの貫通穴に、前記の貫通穴に熱膨張係数が前記グリーンシートより小さい金属を入れて加熱昇温し、温度が上昇して前記金属の融点Ｔｍに達するまでに前記非貫通穴と前記金属の間に隙間が形成されるよう前記貫通穴と前記金属の寸法を設定し、前記グリーンシートを焼結してセラミックスとなすための焼結温度Ｔｓまたは前記金属の融点Ｔｍのいずれか高い方の温度まで加熱昇温した後に冷却する過程で前記金属が凝固し、その凝固温度から常温に戻る際に、前記熱膨張係数の差異によりセラミックスの非貫通穴に前記金属をしまり状態で固定するので、セラミックスの焼成収縮量の管理を必要とせず、金属チップの溶融点と常温間の金属チップとセラミックスの熱膨張係数を最適な組み合わせでセラミックスの焼成時に金属チップを同時焼成することで、セラミックスが破損することなく、所要のしまり状態で金属材料とセラミックスを一体化した金属埋め込みセラミックスを提供することができる。また、請求項６に比べて容易に高精度な非貫通穴を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】〔第１の実施の形態〕の金属埋め込みセラミックスの断面図
【図２】〔第１の実施の形態〕の金属埋め込みセラミックスの製造工程図
【図３】〔第１の実施の形態〕の金属埋め込みセラミックスの収縮変化図
【図４】〔第１の実施の形態〕の金属埋め込みセラミックスの収縮変化図
【図５】〔第２の実施の形態〕の電極構体の製造に使用する接合体の接合断面図
【図６】〔第２の実施の形態〕の電極構体の断面図
【図７】別の電極構体の断面図
【図８】〔第２の実施の形態〕の電極構体の斜視図
【図９】別の電極構体における金属埋め込みセラミックスの配列図
【図１０】〔第３の実施の形態〕の画像表示装置の断面図
【図１１】〔第４の実施の形態〕の金属埋め込みセラミックスの製造工程図
【図１２】〔第４の実施の形態〕の金属埋め込みセラミックスの接合図
【図１３】〔第４の実施の形態〕の画像表示装置の断面図
【図１４】従来の平面画像表示装置の電極構体の断面図
【符号の説明】
１ａ 第１のグリーンシート
１ｂ 第２のグリーンシート
１ｃ 非貫通穴
１ｄ 加工貫通穴
２ 金属チップ
６ａ〜６ｆ 第１〜第６の接合体
８ 焼成されたセラミックス
４ 電極板
１６ 電極構体
３ａ 第１のグリーンシート
３ｂ 第２のグリーンシート
３ｃ 貫通穴
２５ 接合体
２８ 金属チップ
３０ 電極構体
３１ 金属埋め込みセラミックス
３２ 金属埋め込みセラミックス
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックスと金属の接合法と、セラミックスと金属とを積層した電極構造体を有する画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開昭６１−１１４４３６号公報などには、図１４に示すような接合方法が開示されている。１００は電極板で、図示されていないが電子ビーム通過孔を有している。１０１は金属板からなる芯材、１０２は絶縁膜、１０３は低融点ガラスからなる接合材であって、２枚の電極板１００を接合材１０３を用い、約５００℃に全体を加熱して接合材１０３を溶融させ接合固着している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この図１４に示した従来技術を用いて複数枚の電極を積層して電極構体を構成し画像表示装置に用いる場合、電極板１００には同一ロット内での熱膨張係数のばらつき、製造ロットが異なることによる熱膨張係数のばらつきが生じる。このため、熱膨張係数が若干異なる電極板１００を高温で接合固着し、常温に冷却する過程で、接合した２枚の電極板１００の内、熱膨張係数が大きい電極板１００の熱収縮量が大きいため、熱膨張係数の大きい電極側が凹になる形状の反りが発生する。
【０００４】
電極板１００に反りがあると、電子ビームのランディングずれによる色ずれが発生して、画像表示装置の画像品質が低下する問題がある。
また、接合材１０３や絶縁膜１０２にはフリットガラス材料を用いることから剥離強度が小さく、製造・取り扱い中にフリットガラスに応力が作用すると、フリットガラスの剥離が発生し、剥離したガラスの破片が飛び散り、電極板１００の電子ビーム通過孔などに付着し、この電子ビーム通過孔の目づまりが生じる。このため、電子ビームの通過不良による画像欠陥を引き起こす問題がある。
【０００５】
これらの問題を解決する手段として絶縁基材の表面に金属膜を溶射やメッキ等により形成し、その金属面と電極板とを常温で溶接固定する方法が考えられる。
しかし、上記方法で金属膜をセラミック等の絶縁基材に形成してその金属膜と電極板とをレーザ溶接する場合、金属膜が約１００μｍ程度では金属膜との溶接強度は不十分で、極く弱い力で剥離する。
【０００６】
金属膜がさらに薄いと、レーザ溶接の熱でセラミックスの熱破壊が生じる。一方、金属膜をさらに厚く形成する場合、メッキでは困難であり、溶射法ではセラミックとの接合強度が弱い、膜厚の均一性が得られ難いなどの問題がある。
【０００７】
本発明は、熱膨張係数の若干異なる電極板の高温接合により発生する電極板の反りや、接合材の強度不足から起る破片の飛散による画像欠陥をなくした高品質な画像表示装置を実現するために、レーザー溶接などにより常温で電極板と絶縁基材との接合を可能にする接合基材の構造とその製法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の金属埋め込みセラミックスは、セラミックスの一方の面から他方の面に向けて非貫通の第１の非貫通穴が形成され、前記他方の面から前記一方の面に向けて第２の非貫通穴が形成され、このセラミックスの第１，第２の非貫通穴に金属を埋め込むとともに、前記セラミックスの前記一方の面から前記他方の面に貫通した加工貫通穴を形成したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の金属埋め込みセラミックスの製造方法は、グリーンシートの一方の面から他方の面に向けて非貫通の第１の非貫通穴と、グリーンシートの前記他方の面から前記一方の面に向けて前記の第１の非貫通穴とは非貫通の第２の非貫通穴と、グリーンシートの前記一方の面から前記他方の面に貫通した加工貫通穴とをそれぞれ形成し、第１，第２の非貫通穴に、前記グリーンシートを焼結してセラミックスとなすための焼結温度Ｔｓ より溶融点が高く、熱膨張係数が前記セラミックスより小さい金属を挿入した状態で焼成することを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の金属埋め込みセラミックスの製造方法は、一方の面から他方の面に貫通した第１の貫通穴と第１の加工貫通穴が形成された第１のグリーンシートと、一方の面から他方の面に貫通し前記の第１の貫通穴とは位置ずれした第２の貫通穴と前記の第１の加工貫通穴とは位置を合わせた第２の加工貫通穴が形成された第２のグリーンシートとを積層し、第１，第２のグリーンシートの第１，第２の貫通穴に、前記グリーンシートを焼結してセラミックスとなすための焼結温度Ｔｓ より溶融点が高く、熱膨張係数が前記セラミックスより小さい金属を挿入した状態で焼成することを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の電極構体は、請求項１記載の金属埋め込みセラミックスの一方の面に電極板が載置され前記一方の面に埋め込まれている金属と前記第１の電極板とが溶接された第１の接合体と、前記第１の接合体とは別の前記金属埋め込みセラミックスの一方の面に第２の電極板が載置され前記一方の面に埋め込まれている金属と前記第２の電極板とが溶接された第２の接合体とを、前記第１の接合体の他方の面に前記第２の接合体の前記第２の電極板が接するように、前記第２の接合体の前記第２の電極板と前記第１の接合体の他方の面に埋め込まれている金属とが溶接接続され、以後、同様にして第１から第ｎ（ｎは３以上の整数）の接合体まで積層されたことを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の電極構体の製造方法は、請求項１記載の金属埋め込みセラミックスの一方の面に電極板を載置して前記一方の面に埋め込まれている金属と前記電極板とを溶接した第１の接合体と、前記第１の接合体とは別の前記金属埋め込みセラミックスの一方の面に前記第１の接合体と同様に電極板をつけた第２の接合体とを、前記第１の接合体の他方の面に前記第２の接合体の電極板を積層し、前記第２の接合体の金属埋め込みセラミックスの加工用貫通穴を介して前記第２の接合体の電極板にビームを照射して前記第２の接合体の電極板と前記第１の接合体の他方の面に埋め込まれている金属とを溶接し、以後、同様にして第１から第ｎ（ｎは３以上の整数）の接合体まで積層したことを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の金属埋め込みセラミックスの製造方法は、請求項２記載の金属埋め込みセラミックスの製造方法であって、グリーンシートの一方の面から他方の面に向けて非貫通穴を形成し、前記非貫通穴に、熱膨張係数が前記グリーンシートより小さい金属を入れて加熱昇温し、温度が上昇して前記金属の融点Ｔｍに達するまでに前記非貫通穴と前記金属の間に隙間が形成されるよう前記貫通穴と前記金属の寸法を設定し、前記グリーンシートを焼結してセラミックスとなすための焼結温度Ｔｓまたは前記金属の融点Ｔｍのいずれか高い方の温度まで加熱昇温した後に冷却する過程で前記金属が凝固し、その凝固温度から常温に戻る際に、前記熱膨張係数の差異によりセラミックスの非貫通穴に前記金属をしまり状態で固定することを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の金属埋め込みセラミックスの製造方法は、焼成してセラミックスとなるグリーンシートの一方の面から他方の面に向けて形成された非貫通穴に、熱膨張係数が前記グリーンシートより小さい金属を入れて、前記グリーンシートとともに加熱昇温されて冷却する過程で前記金属が凝固して前記セラミックスの非貫通穴に前記金属をしまり状態で固定した金属埋め込みセラミックスを製造するに際し、一方の面から他方の面に貫通した貫通穴が形成された第１のグリーンシートと、貫通穴が形成されていない第２のグリーンシートとを積層し、第１のグリーンシートの貫通穴に、前記の貫通穴に熱膨張係数が前記グリーンシートより小さい金属を入れて加熱昇温し、温度が上昇して前記金属の融点Ｔｍに達するまでに前記非貫通穴と前記金属の間に隙間が形成されるよう前記貫通穴と前記金属の寸法を設定し、前記グリーンシートを焼結してセラミックスとなすための焼結温度Ｔｓまたは前記金属の融点Ｔｍのいずれか高い方の温度まで加熱昇温した後に冷却する過程で前記金属が凝固し、その凝固温度から常温に戻る際に、前記熱膨張係数の差異によりセラミックスの非貫通穴に前記金属をしまり状態で固定することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の金属埋め込みセラミックスとその製造方法、ならびにこの金属埋め込みセラミックスを使用した画像表示装置を各実施の形態に基づいて説明する。
【００１７】
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の金属埋め込みセラミックス３２を示す。焼成されたセラミックス８の両面に互いの位置をずらした状態で非貫通穴１ｃが形成されている。各非貫通穴１ｃに金属チップ２が埋め込まれている。さらに、セラミックス８の一方の面から他方の面に貫通する加工貫通穴１ｄが形成されている。
【００１８】
この金属埋め込みセラミックスは図２に示す製造工程で製造される。
１ａ，１ｂは第１，第２のグリーンシート（未焼成のセラミックスシート）で、貫通穴１ｃが形成されている。なお、第１，第２のグリーンシート１ａ，１ｂを図２の（Ａ）に示すように積層した状態で、第１のグリーンシート１ａの貫通穴１ｃと第２のグリーンシート１ａの貫通穴１ｃとが連通しないように互いに位置をずらせて貫通穴１ｃが形成されている。
【００１９】
さらに、第１，第２のグリーンシート１ａ，１ｂには図２の（Ａ）に示すように積層した状態で互いに連通する加工貫通穴１ｄが形成されている。
第１，第２のグリーンシート１ａ，１ｂは、アルミナを主成分として、シリカ、マグネシア、有機溶剤、溶媒等のバインダーを添加し、それぞれ ２００μｍの厚みである。貫通穴１ｃの径は、常温（２５℃）での直径ｄ１ ＝ ５００μｍである。以上のグリーンシートを焼結温度Ｔｓ ＝１５００℃で焼成すると熱膨張係数はαｃ ＝７０×１０−７／℃のセラミックスとなる。
【００２０】
図２の（Ｂ）に示す金属チップ２は、モリブデンで形成し、常温での直径は ４５０μｍで長さは約 ２００μｍである。モリブデンは、セラミックスの焼結温度Ｔｓ より高い２６２２℃の溶融点の材料で、熱膨張係数はαｍ ＝５５×１０−７／℃である。
【００２１】
図２の（Ａ）で準備された第１，第２のグリーンシート１ａ，１ｂを図２の（Ｂ）に示すように２枚重ねて圧着し、前記金属チップ２を貫通穴１ｃに挿入する。この時の金属チップ２と貫通穴１ｃの関係は、図３の（Ａ）に示すようになっている。
【００２２】
グリーンシートを焼結温度Ｔｓ に加熱することにより焼結温度Ｔｓ での金属チップ２の直径は熱膨張によりｄ２ ＝ ４５３．６５ μｍになり、グリーンシート１ａの貫通穴１ｃの常温での直径ｄ１ ＝ ５００μｍとの差δ０ ＝ｄ１ −ｄ２ は、 ４６．３５μｍとなる。ここでグリーンシートの焼結温度Ｔｓ における焼成収縮率Ｐは、グリーンシートの常温時の寸法をＳ１， 焼結温度Ｔｓ における焼成後の寸法をＳ２としたとき、Ｐ＝（Ｓ１−Ｓ２）／Ｓ１とすると、焼成収縮量はδＳ ＝ｄ１ ・Ｐとなる。焼成収縮率が１４％の材料を用いると、貫通孔１ｃは焼成後で寸法が７０μｍ収縮し、その直径は ４３０μｍとなる。この時の金属チップ２と貫通孔１ｃの関係は、図３の（Ｂ）に示すように ２３．６５μｍのしまり状態になる。この時、前記セラミックスが金属を締め付ける応力がセラミックスの破壊応力を超えないようδＳ とδ０ を選定する。
【００２３】
さらに、常温に戻った時、図２のＣに示す貫通穴１ｃの直径は前記熱膨張係数αｃ ＝７０×１０−７／℃で収縮して４２５．５６μｍとなり、金属チップ２は同様にαｍ ＝５５×１０−７／℃で収縮して、直径は ４５０μｍとなり両者の関係は、約 ２４．４４μｍのしまり状態となる。したがって、金属チップ２と貫通穴１ｃが強固に結合され、図１に示した記載の金属埋め込みセラミックスが構成される。
【００２４】
セラミックスの焼成収縮率は、バインダーの材料、配合比を変えることで ５〜２０％程度まで調整は可能である。また金属チップ２に、モリブデンを用いた例を示したが、他の熱膨張係数の材料を用いることも可能である。セラミックスの収縮率を変えることにより焼成後の穴直径を可変でき、また、使用しているセラミックスの熱膨張係数と金属チップ２の熱膨張係数との組み合わせを変えることにより、金属チップ２とセラミックスとの締め付け力を最適な状態にすることができセラミックスの応力による割れをなくし、強固な固定の金属埋め込みセラミックスが実現できる。以上はｄ１ ＜ｄ２ ＋δＳ の場合の説明であるが、ｄ１ ＞ｄ２ ＋δＳ であってもよい。
【００２５】
ｄ１ ＞ｄ２ ＋δＳ なるときは、温度Ｔｓ において図４に示す状態となり前記セラミックスと前記金属の間に隙間が発生する。Ｔｓ から常温に戻したときに、前記セラミックスと前記金属との間に、所要のしまり状態が発生するように、前記セラミックスと金属の熱膨張係数を選定すればよい。
【００２６】
上記実施例では、貫通穴１ｃを複数個、それぞれ互いに位置をずらせた箇所に設けた第１，第２のグリーンシート１ａ，１ｂを図２の（Ｂ）に示すように２枚重ねて圧着してたが、１枚のグリーンシートの両面にそれぞれ非貫通穴を設けてもよい。なお、上記実施例で述べた２枚のグリーンシート１ａ，１ｂを重ねて圧着して製造した方が高精度の穴加工が容易で歩留りが良好である。
【００２７】
〔第２の実施の形態〕
図５，図６，図８は〔第１の実施の形態〕の金属埋め込みセラミックス３２を使用した電極構体とその製造方法を示している。
【００２８】
先ず、図５に示すようにして金属埋め込みセラミックス３２と電極板４を接合した接合体を製造する。具体的には、金属埋め込みセラミックス３２に金属板４を載置し、ＹＡＧレーザー装置７からレーザー光７ａを電極板４に照射し、金属埋め込みセラミックス３２の金属チップ２と電極板４を接合する。例えば電極板４が４２Ｎｉ−６Ｃｒ−Ｆｅ 合金で厚みが ２００μｍの電極板４を使用した場合、５．３ Ｊの熱量が加わるように条件設定したレーザー装置７で、直径が ５００μｍ、厚みが ２００μｍの金属チップ２の片面と電極板４を接合して接合体６を作成した。
【００２９】
このようにして第１〜第６の接合体６ａ〜６ｆを作成し、これを次のようにして図６に示す電極構体１６を製造する。なお、図６では第６の接合体６ｆの金属埋め込みセラミックス３２の加工貫通穴１ｄを介してレーザー装置７から第６の接合体６ｆの電極板４ｆにレーザー光７ａを照射して電極板４ｆを、第５の接合体６ｅの金属埋め込みセラミックス３２の金属チップ２に溶接する様子を示している。
【００３０】
まず、第１の接合体６ａに第２の接合体６ｂを載置し、第２の接合体６ｂの金属埋め込みセラミック３２の加工貫通穴１ｄを介してレーザー光７ａを照射して、第１の接合体６ａの金属チップ２と第２の接合体６ｂの電極板４ｂとを溶接しして固定する。この溶接工程を、接合体６ａから接合体６ｆまで、同様に行った後、第７の電極板４ｇを第６の接合体６ｆの金属チップ２と溶接して図８に示す電極構体１６を製造する。
【００３１】
なお、図６は同一形状の金属埋め込みセラミックス３２を用いて積層を順次一ピッチづつずらせた例であり、図７は加工貫通穴１ｄの位置を一ピッチづつづらせた形状の金属埋め込みセラミックス３３−１，３３−２，３３−３を同一位置で順次上方に積層した例である。
【００３２】
図８には金属埋め込みセラミックス３２を井桁状に配列する場合を図示したが、図９に示すように金属埋め込みセラミックス３２を千鳥に配列すると、曲げ剛性の均一化を図ることができる。
【００３３】
以上のように電極構体を常温接合可能としたことで、接合する複数の電極板の間に若干の熱膨張係数のばらつきがあっても、常温で電極板の接合を行なえるので従来のように加熱・冷却による温度変化に伴う、電極板の熱収縮がおこらず、膨張係数差による電極板の反りが発生しない電極構体を形成できる。
【００３４】
また、フリットガラス等の強度の低い接合部材を用いず、セラミックスに強固に埋め込まれている金属と電極板とを接合する構造であるため、フリットガラスの剥離や飛散に伴う不都合が生じることはない。
【００３５】
〔第３の実施の形態〕
図１０は〔第３の実施の形態〕の電極構体を使用した画像表示装置を示す。
裏容器１３と表容器１４とで囲まれた容器の内部は真空状態に保たれており、この容器の内部には、蛍光体からなる発光手段１０と、線状熱陰極からなる複数の電子発生源１７と、電極構体１６が組み込まれている。１５は電子発生源１７から発生した電子ビームである。１８は電極構体支持台である。
【００３６】
なお、図１０は電極板４ａ〜４ｇに穿設されている電子ビーム通過穴３５を含む図８のＤ−Ｄ断面で示してある。
電子発生源１７から放出された電子ビーム１５は、電極構体１６の電極板４ａ〜４ｇの各々に設けられた電子ビーム通過穴３５を通過する際に、絞り、偏向など等の作用を受けながら発光手段１０に衝突して発光する。
【００３７】
電極構体１６を常温にてレザーで接合して形成するため、電極板間の熱膨張係数差による反りを低減でき、電子ビームのランディング不良による色ずれを防止できる。また従来のフリットガラス材料等の強度の低い接合部材を用いないためフリットガラスの破片の飛散による電極板の目づまりによる画像欠陥の無い高品質な画像表示装置を提供できる。
【００３８】
〔第４の実施の形態〕
図１１〜図１３は、金属埋め込みセラミックスの別の製造方法と、この金属埋め込みセラミックスを使用した接合体の製造方法、ならびにその接合体で組み立てられた電極構体３０を使用した画像表示装置を示している。
【００３９】
この〔第４の実施の形態〕の金属埋め込みセラミックスの製造方法は、図１１の（Ａ）に示すように貫通穴３ｃが形成された第１のグリーンシート３ａと、貫通穴が形成されていない第２のグリーンシート３ｂとを、図１１の（Ｂ）に示すように２枚重ねて圧着し、金属チップ２８を貫通孔３ｃに挿入する。
【００４０】
第１，第２のグリーンシート３ａ，３ｂは、〔第１の実施の形態〕の第１，第２のグリーンシート１ａ，１ｂと同一の材料を用いている。貫通穴３ｃの直径は ５００μｍである。
【００４１】
金属チップ２８は、コバールで形成し、常温での直径は ４３０μｍである。コバールはセラミックスの焼結温度Ｔｓ より低い１４００℃の溶融点Ｔｍ をもち、また熱膨張係数もセラミックスのαｃ ＝７０×１０−７／℃よりも小さいαｋ ＝４６×１０−７／℃である。そして、グリーンシートを焼結温度Ｔｓ に加熱する過程で、コバールの溶融点Ｔｍ に達したとき、金属チップ２８が溶融され、第１のグリーンシート３ａの貫通穴３ｃ内に充填される。さらに温度が上がり、焼結温度Ｔｓ に達すると、焼成収縮率１４％のグリーンシート３ａの貫通穴３ｃは、常温時の寸法から７０μｍ収縮して ４３０μｍとなる。金属チップ２８の長さは溶融後冷却して、凝固したときにセラミック表面と略同一面になる長さに設定しておく。
【００４２】
温度Ｔｓ から冷却して常温２５℃に戻った時、図１１の（Ｃ）に示す貫通穴３ｃの直径は ４３０μｍからαｃ ＝７０×１０−７／℃で収縮して４２５．５６μｍとなり、金属チップ２８の直径は ４３０μｍからαｋ ＝４６×１０−７／℃で収縮して ４２５．５６ μｍとなり、両者の関係は、約４．４４μｍのしまり状態となる。
【００４３】
金属チップ２８は溶融した時点で、貫通孔３ｃの表面の凹凸に隙間零でなじむのでしまり寸法４．４４μｍ程度でも充分強固に固定され、図１１の（Ｃ）に示す金属埋め込みセラミックス３１が完成する。
【００４４】
なお、金属チップ２８の溶融点温度がセラミックスの焼結温度Ｔｓ より低い材料を用いて説明したが、金属チップ２８の溶融点温度がセラミックスの焼結温度Ｔｓ より高い材料の場合では、金属チップ２８の溶融点温度まで加熱することになるが、この時、セラミックスの焼成温度Ｔｓ で、セラミックスの焼成収縮率により貫通穴３ｃの直径が収縮する。この時、〔第１の実施の形態〕の場合と同様に、セラミックスが金属を締め付ける応力がセラミックスの破壊応力を超えないよう貫通穴３ｃの直径と金属チップ２８の直径を選定しておくか、あるいは、収縮した後の貫通穴３ｃの直径よりも小さい直径となるよう金属チップ２８の直径を選定し、セラミックスの焼成収縮時にセラミックスに設けた貫通穴３ｃが割れないようにすればよい。
【００４５】
以上のように、使用しているセラミックスの熱膨張係数と金属チップ２８の熱膨張係数との組み合わせを変えることにより、金属チップ２８とセラミックス３１との締め付け力を最適な状態にすることができ、セラミックスの応力による割れをなくし、強固な固定の金属埋め込みセラミックスが実現できる。
【００４６】
また、この〔第４の実施の形態〕の製造方法では、〔第１の実施の形態〕の製造方法のようにセラミックスの焼成収縮量の管理を必要とせず、金属チップの溶融点と常温間の金属チップとセラミックスの熱膨張係数を最適な組み合わせにするだけで強固な固定の金属埋め込みセラミックスを実現できる。
【００４７】
なお、この実施の形態では、貫通穴３ｃが形成された第１のグリーンシート３ａと、貫通穴が形成されていない第２のグリーンシート３ｂとを２枚重ねて圧着して金属チップ２８を挿入する非貫通穴を実現したが、単一のグリーンシートの一方の面から他方の面に向けて非貫通穴を形成し、この非貫通穴に金属チップ２８を挿入して同様に金属埋め込みセラミックスを実現できる。しかし、上記実施例で述べた２枚のグリーンシート３ａ，３ｂを重ねて圧着して製造した方が高精度の穴加工が容易で歩留りが良好である。
【００４８】
この図１１の（Ｃ）に示す金属埋め込みセラミックス３１に電極板１９を取り付けた接合体は、図１２に示すように金属埋め込みセラミックス３１に電極板１９を載置し、レーザー光７ａを電極板１９に照射して電極板１９と金属チップ２８とを接合する。
【００４９】
この接合体２５を使用して図１３に示すように組み立てて画像表示装置が構成される。組み立てに使用する複数の接合体は、それぞれ図１２に示すようにして金属埋め込みセラミックス３１と電極板１９とを接合し、この複数の接合体２５を積層し、各電極板１９を金属埋め込みセラミックス３１で絶縁した電極構体３０を形成する。この電極構体３０の周辺を詳細には図示しないが、例えばネジやバネ等を用いて機械的に圧接する。この図１３では接合体固定手段３４として図示されている。
【００５０】
裏容器１３と表容器１４とで囲まれた容器の内部は真空状態に保たれており、この容器の内部には、蛍光体からなる発光手段１０と、線状熱陰極からなる複数の電子発生源１７と、電極構体３０が組み込まれている。１５は電子発生源１７から発生した電子ビームである。１８は電極構体支持台である。
【００５１】
電子発生源１７から放出された電子ビーム１５は電極構体３０の各電極板４に設けられた電子ビーム通過穴３５を通過する際に、絞り、偏向等の作用を受けながら発光手段１０に衝突して発光する。
【００５２】
このように、電極構体を常温接合可能としたことで、電極接合時の反りが低減され、ランディング不良による色ずれがなくなる。またフリットガラスの破損による電極の目づまりも無くなり画像品質が向上する。
【００５３】
また、電極構体３０の電極板４は、片面に金属埋め込みスペーサ３を接合する構成であるため、金属埋め込みセラミックスの両面に電極板１９を順次積層接合する時の熱の蓄積による歪を回避できるメリットがある。その反面、各電極板は金属埋め込みスペーサを介して互いに接合されていないので曲げ剛性は高くない。したがって各電極板の厚さが厚いものに適している。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１の構成によると、金属埋め込みセラミックスは、セラミックスの一方の面から他方の面に向けて非貫通の第１の非貫通穴が形成され、前記他方の面から前記一方の面に向けて第２の非貫通穴が形成され、このセラミックスの第１，第２の非貫通穴に金属を埋め込むとともに、前記セラミックスの前記一方の面から前記他方の面に貫通した加工貫通穴を形成したため、加工貫通穴を設けたことにより、電極の多数枚積層が可能となる。
【００５５】
請求項２の構成によると、グリーンシートの一方の面から他方の面に向けて非貫通の第１の非貫通穴と、グリーンシートの前記他方の面から前記一方の面に向けて前記の第１の非貫通穴とは非貫通の第２の非貫通穴と、グリーンシートの前記一方の面から前記他方の面に貫通した加工貫通穴とをそれぞれ形成し、第１，第２の非貫通穴に、前記グリーンシートを焼結してセラミックスとなすための焼結温度Ｔｓ より溶融点が高く、熱膨張係数が前記セラミックスより小さい金属を挿入した状態で焼成することによって請求項１の金属埋め込みセラミックスを製造できる。
【００５６】
請求項３の構成によると、一方の面から他方の面に貫通した第１の貫通穴と第１の加工貫通穴が形成された第１のグリーンシートと、一方の面から他方の面に貫通し前記の第１の貫通穴とは位置ずれした第２の貫通穴と前記の第１の加工貫通穴とは位置を合わせた第２の加工貫通穴が形成された第２のグリーンシートとを積層し、第１，第２のグリーンシートの第１，第２の貫通穴に、前記グリーンシートを焼結してセラミックスとなすための焼結温度Ｔｓ より溶融点が高く、熱膨張係数が前記セラミックスより小さい金属を挿入した状態で焼成するため、穴位置の異なる貫通穴を有するグリーンシートを２枚張り合わせる製法により、容易に高精度な非貫通穴を形成することができる。
【００５７】
請求項４の構成によると、請求項１記載の金属埋め込みセラミックスの一方の面に電極板が載置され前記一方の面に埋め込まれている金属と前記第１の電極板とが溶接された第１の接合体と、前記第１の接合体とは別の前記金属埋め込みセラミックスの一方の面に第２の電極板が載置され前記一方の面に埋め込まれている金属と前記第２の電極板とが溶接された第２の接合体とを、前記第１の接合体の他方の面に前記第２の接合体の前記第２の電極板が接するように、前記第２の接合体の前記第２の電極板と前記第１の接合体の他方の面に埋め込まれている金属とが溶接接続され、以後、同様にして第１から第ｎ（ｎは３以上の整数）の接合体まで積層された電極構造体となっており、また請求項５の構成によると、請求項１記載の金属埋め込みセラミックスの一方の面に電極板を載置して前記一方の面に埋め込まれている金属と前記電極板とを溶接した第１の接合体と、前記第１の接合体とは別の前記金属埋め込みセラミックスの一方の面に前記第１の接合体と同様に電極板をつけた第２の接合体とを、前記第１の接合体の他方の面に前記第２の接合体の電極板を積層し、前記第２の接合体の金属埋め込みセラミックスの加工用貫通穴を介して前記第２の接合体の電極板にビームを照射して前記第２の接合体の電極板と前記第１の接合体の他方の面に埋め込まれている金属とを溶接し、以後、同様にして第１から第ｎ（ｎは３以上の整数）の接合体まで積層したことを特徴とする電極構体の製造方法である。これにより、常温接合により複数枚の電極板を積層してなる電極構体を構成できるので、従来の高温接合時の、材料の熱膨張係数差による電極板の反りや、接合部材の剥離や飛散を無くした電極構体を提供することができる。
【００５８】
請求項６の構成によると、請求項２記載の金属埋め込みセラミックスの製造方法であって、グリーンシートの一方の面から他方の面に向けて非貫通穴を形成し、前記非貫通穴に、熱膨張係数が前記グリーンシートより小さい金属を入れて加熱昇温し、温度が上昇して前記金属の融点Ｔｍに達するまでに前記非貫通穴と前記金属の間に隙間が形成されるよう前記貫通穴と前記金属の寸法を設定し、前記グリーンシートを焼結してセラミックスとなすための焼結温度Ｔｓまたは前記金属の融点Ｔｍのいずれか高い方の温度まで加熱昇温した後に冷却する過程で前記金属が凝固し、その凝固温度から常温に戻る際に、前記熱膨張係数の差異によりセラミックスの非貫通穴に前記金属をしまり状態で固定するので、セラミックスの焼成収縮量の管理を必要とせず、金属チップの溶融点と常温間の金属チップとセラミックスの熱膨張係数を最適な組み合わせでセラミックスの焼成時に金属チップを同時焼成することで、セラミックスが破損することなく、所要のしまり状態で金属材料とセラミックスを一体化した金属埋め込みセラミックスを提供することができる。
【００５９】
請求項７の構成によると、焼成してセラミックスとなるグリーンシートの一方の面から他方の面に向けて形成された非貫通穴に、熱膨張係数が前記グリーンシートより小さい金属を入れて、前記グリーンシートとともに加熱昇温されて冷却する過程で前記金属が凝固して前記セラミックスの非貫通穴に前記金属をしまり状態で固定した金属埋め込みセラミックスを製造するに際し、一方の面から他方の面に貫通した貫通穴が形成された第１のグリーンシートと、貫通穴が形成されていない第２のグリーンシートとを積層し、第１のグリーンシートの貫通穴に、前記の貫通穴に熱膨張係数が前記グリーンシートより小さい金属を入れて加熱昇温し、温度が上昇して前記金属の融点Ｔｍに達するまでに前記非貫通穴と前記金属の間に隙間が形成されるよう前記貫通穴と前記金属の寸法を設定し、前記グリーンシートを焼結してセラミックスとなすための焼結温度Ｔｓまたは前記金属の融点Ｔｍのいずれか高い方の温度まで加熱昇温した後に冷却する過程で前記金属が凝固し、その凝固温度から常温に戻る際に、前記熱膨張係数の差異によりセラミックスの非貫通穴に前記金属をしまり状態で固定するので、セラミックスの焼成収縮量の管理を必要とせず、金属チップの溶融点と常温間の金属チップとセラミックスの熱膨張係数を最適な組み合わせでセラミックスの焼成時に金属チップを同時焼成することで、セラミックスが破損することなく、所要のしまり状態で金属材料とセラミックスを一体化した金属埋め込みセラミックスを提供することができる。また、請求項６に比べて容易に高精度な非貫通穴を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】〔第１の実施の形態〕の金属埋め込みセラミックスの断面図
【図２】〔第１の実施の形態〕の金属埋め込みセラミックスの製造工程図
【図３】〔第１の実施の形態〕の金属埋め込みセラミックスの収縮変化図
【図４】〔第１の実施の形態〕の金属埋め込みセラミックスの収縮変化図
【図５】〔第２の実施の形態〕の電極構体の製造に使用する接合体の接合断面図
【図６】〔第２の実施の形態〕の電極構体の断面図
【図７】別の電極構体の断面図
【図８】〔第２の実施の形態〕の電極構体の斜視図
【図９】別の電極構体における金属埋め込みセラミックスの配列図
【図１０】〔第３の実施の形態〕の画像表示装置の断面図
【図１１】〔第４の実施の形態〕の金属埋め込みセラミックスの製造工程図
【図１２】〔第４の実施の形態〕の金属埋め込みセラミックスの接合図
【図１３】〔第４の実施の形態〕の画像表示装置の断面図
【図１４】従来の平面画像表示装置の電極構体の断面図
【符号の説明】
１ａ 第１のグリーンシート
１ｂ 第２のグリーンシート
１ｃ 非貫通穴
１ｄ 加工貫通穴
２ 金属チップ
６ａ〜６ｆ 第１〜第６の接合体
８ 焼成されたセラミックス
４ 電極板
１６ 電極構体
３ａ 第１のグリーンシート
３ｂ 第２のグリーンシート
３ｃ 貫通穴
２５ 接合体
２８ 金属チップ
３０ 電極構体
３１ 金属埋め込みセラミックス
３２ 金属埋め込みセラミックス
Claims (7)
- セラミックスの一方の面から他方の面に向けて非貫通の第１の非貫通穴が形成され、前記他方の面から前記一方の面に向けて非貫通の第２の非貫通穴が形成され、このセラミックスの第１，第２の非貫通穴に金属を埋め込むとともに、前記セラミックスの前記一方の面から前記他方の面に貫通した加工貫通穴を形成した金属埋め込みセラミックス。
- グリーンシートの一方の面から他方の面に向けて非貫通の第１の非貫通穴と、グリーンシートの前記他方の面から前記一方の面に向けて前記の第１の非貫通穴とは非貫通の第２の非貫通穴と、グリーンシートの前記一方の面から前記他方の面に貫通した加工貫通穴とをそれぞれ形成し、第１，第２の非貫通穴に、前記グリーンシートを焼結してセラミックスとなすための焼結温度Ｔｓより溶融点が高く、熱膨張係数が前記セラミックスより小さい金属を挿入した状態で焼結する金属埋め込みセラミックスの製造方法。
- 一方の面から他方の面に貫通した第１の貫通穴と第１の加工貫通穴が形成された第１のグリーンシートと、一方の面から他方の面に貫通し前記の第１の貫通穴とは位置ずれした第２の貫通穴と前記の第１の加工貫通穴とは位置を合わせた第２の加工貫通穴が形成された第２のグリーンシートとを積層し、第１，第２のグリーンシートの第１，第２の貫通穴に、前記グリーンシートを焼結してセラミックスとなすための焼結温度Ｔｓより溶融点が高く、熱膨張係数が前記セラミックスより小さい金属を挿入した状態で焼結する金属埋め込みセラミックスの製造方法。
- 請求項１記載の金属埋め込みセラミックスの一方の面に電極板が載置され前記一方の面に埋め込まれている金属と前記第１の電極板とが溶接された第１の接合体と、前記第１の接合体とは別の前記金属埋め込みセラミックスの一方の面に第２の電極板が載置され前記一方の面に埋め込まれている金属と前記第２の電極板とが溶接された第２の接合体とを、前記第１の接合体の他方の面に前記第２の接合体の前記第２の電極板が接するように、前記第２の接合体の前記第２の電極板と前記第１の接合体の他方の面に埋め込まれている金属とが溶接接続され、以後、同様にして第１から第ｎ（ｎは３以上の整数）の接合体まで積層された電極構体。
- 請求項１記載の金属埋め込みセラミックスの一方の面に電極板を載置して前記一方の面に埋め込まれている金属と前記電極板とを溶接した第１の接合体と、前記第１の接合体とは別の前記金属埋め込みセラミックスの一方の面に前記第１の接合体と同様に電極板をつけた第２の接合体とを、前記第１の接合体の他方の面に前記第２の接合体の電極板を積層し、前記第２の接合体の金属埋め込みセラミックスの加工用貫通穴を介して前記第２の接合体の電極板にビームを照射して前記第２の接合体の電極板と前記第１の接合体の他方の面に埋め込まれている金属とを溶接し、以後、同様にして第１から第ｎ（ｎは３以上の整数）の接合体まで積層したことを特徴とする電極構体の製造方法。
- 請求項２記載の金属埋め込みセラミックスの製造方法であって、グリーンシートの一方の面から他方の面に向けて非貫通穴を形成し、前記非貫通穴に、熱膨張係数が前記グリーンシートより小さい金属を入れて加熱昇温し、温度が上昇して前記金属の融点Ｔｍに達するまでに前記非貫通穴と前記金属の間に隙間が形成されるよう前記貫通穴と前記金属の寸法を設定し、前記グリーンシートを焼結してセラミックスとなすための焼結温度Ｔｓまたは前記金属の融点Ｔｍのいずれか高い方の温度まで加熱昇温した後に冷却する過程で前記金属が凝固し、その凝固温度から常温に戻る際に、前記熱膨張係数の差異によりセラミックスの非貫通穴に前記金属をしまり状態で固定する金属埋め込みセラミックスの製造方法。
- 焼成してセラミックスとなるグリーンシートの一方の面から他方の面に向けて形成された非貫通穴に、熱膨張係数が前記グリーンシートより小さい金属を入れて、前記グリーンシートとともに加熱昇温されて冷却する過程で前記金属が凝固して前記セラミックスの非貫通穴に前記金属をしまり状態で固定した金属埋め込みセラミックスを製造するに際し、
一方の面から他方の面に貫通した貫通穴が形成された第１のグリーンシートと、貫通穴が形成されていない第２のグリーンシートとを積層し、第１のグリーンシートの貫通穴に、前記の貫通穴に熱膨張係数が前記グリーンシートより小さい金属を入れて加熱昇温し、温度が上昇して前記金属の融点Ｔｍに達するまでに前記非貫通穴と前記金属の間に隙間が形成されるよう前記貫通穴と前記金属の寸法を設定し、前記グリーンシートを焼結してセラミックスとなすための焼結温度Ｔｓまたは前記金属の融点Ｔｍのいずれか高い方の温度まで加熱昇温した後に冷却する過程で前記金属が凝固し、その凝固温度から常温に戻る際に、前記熱膨張係数の差異によりセラミックスの非貫通穴に前記金属をしまり状態で固定する金属埋め込みセラミックスの製造方法。
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