JP3898859B2 - 陰極線管用陰極とその製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラウン管（ＣＲＴ、ＣＤＴなど）用陰極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ブラウン管に関しては、陰極線管用陰極はエミッシヨンの出力性能、寿命モードに着目して開発されてきた。
【０００３】
本発明者の一部等は、３元系炭酸塩から成るエミッタ剤の実用的構成を検討して、ブラウン管に使用可能な陰極を開発した（特願平１１−１３６０３０号、参照）。この陰極材は、含浸型でないにも拘わらずその製造方法（ＨＩＰ処理工程により緻密化が完全で強度を弱めるポアが無い）から加工成形が出来る特長を有している。
【０００４】
しかしながら、実質的には、金属であるニッケルが半分以上を占めるも、残りはＢａ，Ｓｒ，Ｃａの炭酸塩を主成分（混合体）としており（１〜２％Ｓｃ_２Ｏ_３も含有）、被加工物としては金属／セラミックスの複合体である。
【０００５】
それぞれの構成材料間には，常に界面が存在する構成である。従って、バルクの混合焼結体としての強度は，曲げ強度７０ＭＰａ、硬度凡そ１００Ｈｖ以下であり、寧ろ軟弱である。
【０００６】
即ち、このエミッタ剤を加工するにも、エミッタ剤を収納する金属容器を精度良く加工し相互に固着密着させる為には、従来に無いさまざまな精度上の開発課題を克服しなければならない。
【０００７】
また、エミッション発現には、エミッタ剤自体も種々要因はあるが、基体金属（金属容器からなり、Ｕキャップと示す）としてのニッケル若しくは、ニクロムからのニッケルあるいはニッケル＋クロミウムのイオンが常時カソードペレットに浸透出来る必要性から相互に充分な固着密着が欠かせない。従って、優れた寸法精度を確保しなければならない。
【０００８】
一方、現状の陰極は、酸化物吹き付けが主流であり、これはエミッタ構成剤を吹き付けるだけで、加工成形の必要性は無い。他のカソードは、含浸型と言われその性能は高く評価され、且つ実際良い。
【０００９】
但し、含浸型の量産性に優れているかの点については、量産制御の大変なポーラスタングステンを用い、エミッタ表面に高価な貴金属による被覆も欠かせぬ事等から必ずしも優れておらず、多くの課題を抱えている。
【００１０】
しかし、基体金属は高融点金属（Ｍｏ，Ｔａ等）が用いられ、カソードペレットは，タングステンを主成分とした構成材料で成っており、それぞれかなりな強度を有している為，強い力での加工、及び密着のためのカシメなどの強度制約は極めて少ない。
【００１１】
また、先述のニッケル粉末と３元系炭酸塩から構成されたエミッタ剤を混合・成形・加圧焼結して成る陰極は、加工・成形は出来るものの、高精度な部品間寸法の制御や基体金属自体のプレス成形で安く、エミッション性能に支障の無い充分な組立精度は寧ろ困難である。
【００１２】
ここで、部品間寸法の制御は、特に組立後、カソードペレットの先端より基体金属は決して突出しない事、バリだけとはいえ電気的特性に大きな障害となる。出来れば、カソードペレットより５〜１０μｍ基体金属の端面が低位にあるのが望ましい。加えてその端面が滑らかなものが望ましい。
【００１３】
また、エミッション性能に支障の無い事に関しては、基体金属の成型は、その量産安定性から連続ブレス成形以外考え難く、通常フランジ抜き絞り法が良く、その場合高さ精度は極めて良好にし得るが側面に僅かではあるが返り部分の存在が欠かせず電子銃での異常放電の原因になる。
【００１４】
更に、加工工程が増えれば増えるほど、加工によるノイズも、増大しコストも要する為、部品寸法の精度や部品間寸法の実際的高精度品の確保は重要な課題である。
【００１５】
尚、部品寸法の精度としては、カソードペレットのエミッション放射面側の高さとＵキャップの端面の高さとの差は高信頼性の見地から１０μｍ以内が必要とされている。
【００１６】
また，陰極部先端の直径は、０．８ｍｍから２．０ｍｍまでであり、多くのカソードペレットは、直径１．０ｍｍから１．５ｍｍまでである。
【００１７】
Ｕキャップの深さは、成形加工には大切な要因だが、概ね１．０ｍｍ以下であり、これら課題の解決は他への適応も可能と言える。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記加圧焼結により得られる陰極は、硬脆材料の特徴とニッケルの金属特有の延性材料の要素を合わせ持っている。
【００１９】
一方、ニッケル及びニクロムは所望形状の構体その所望形状の範囲からバリ、返り、割断残滓等の形態で突出すれば、外周囲材料とのあいだに電気的障害を発生させる事が分かっている。
【００２０】
図５（ａ），（ｂ），及び（ｃ）は一般的なフランジ付抜き絞り金型を用いたＵキャップを製造するための各工程を示す図である。
【００２１】
図５（ａ）に示すように、フランジ抜き絞り金型５０は、上金型と下金型とを備えている。上金型は、支持部５４に下面に設けられた抜きパンチ兼絞りダイ５１と、抜きパンチ兼絞りダイ５１内側に、移動方向に摺動移動可能に設けられた小パンチ５２と、抜きパンチ兼絞りダイ５１を支持部５４に固定するための固定部材５３と、小パンチを移動させるために、支持部を上下方向に貫通したロッド５６と、ロッドを収容するロッドガイド５５とを備えている。
【００２２】
一方、上金型と噛み合う下金型は、抜きダイ５７と、抜きダイ５７内を下方から摺動移動可能に構成されたノックアウト５９と、ノックアウト５９を貫通して、ノックアウト５９に対して摺動移動可能な絞りパンチ６０と、支持部材６２と、支持部材６２の一面に絞りパンチの一端を接触させて固定するための固定部材６１と、抜きダイ５７と固定部材６１との間に充填された円筒部材５８と、ノックアウト５９を上下方向に移動させる一対のロッド６５，６５とを備えている。
【００２３】
次に、図５の金型を用いたＵキャップの製造方法について説明する。
【００２４】
図５（ａ）に示すように、板材６を下金型の上金型との対向面上に載せて、バネ圧Ｐｃで下方からノックアウト５９を浮上させながら、図５（ｂ）に示すように、上金型を下降させて、板材６を打ち抜く。
【００２５】
次に、更に上金型を下降させると、図５（ｃ）に示すように、ノックアウト５９が抜きパンチ兼絞りダイ５１の下降に伴って下降するとともに、絞りパンチ６０が、ノックアウト５９を貫通して上方に突出する。この絞りパンチ６０の突出によって、パンチ兼絞りダイ５１内の小パンチ５２は上方に押され、Ｕキャップが形成される。
【００２６】
図５に示す装置によれば、加工後の高さ精度に秀でる方法はこの方法が最も実用上優れている。即ち、図５において、抜きパンチ兼較りダイ５１を降下させ、抜きダイ５７との間で精密な小片切りを行う。ここで、フランジ付き成形体の形状寸法を高精度にする事で、結果として最終形状であるＵキャップの高さを著しく高精度に出来る。
【００２７】
しかも、ノックアウトにより材料６の偏肉も起きず全体の寸法偏差も少ない。しかし、Ｕキャップ上端面にフランジを設けて絞る限り、側面の突出部、即ち、フランジ部を割断させる際、基体金属、いわゆる金属容器の最外周と完全に一致した位置でフランジ割断させることは現実的には不可能である。
【００２８】
従つて、Ｕキャップの突出部分を皆無には出来ず、カソードの外周囲材料とのあいだで電気的障害の生じる恐れは免れないという欠点を有した。
【００２９】
そこで、本発明の技術的課題は寸法精度の優れ、且つ加工の容易なＵキャップとその製造方法及び製造装置とそれを用いた陰極線管用陰極を提供することにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、電子放射能力を有するエミッタ剤から成るカソードペレットを納めるＵキャップを製造する方法において、パンチと前記パンチに対向するダイとを備えた抜き絞り金型であって、前記パンチは、抜きパンチと前記抜きパンチを軸方向に貫通した絞りパンチとを有し、前記ダイは、前記パンチに対向する側の先端に径方向の幅が１００μｍ以上の水平部と前記水平部を開口端部として前記抜きパンチの外径よりも小さな口径で且つ内部側の断面積が前記開口端部側よりも横断面積が小さい縦断面がＲ形状のＲ部と前記Ｒ部に続き内部に移動するにつれて横断面積が小さくなるテーパ部とを有する絞りダイと、前記絞りダイ周囲に配置された抜きダイとを有する前記抜き絞り金型を用いて、金属板からの抜き絞り加工によって先端開口部にフランジがないＵキャップを製造することを特徴とするＵキャップの製造方法が得られる。
【００３１】
また、本発明によれば、前記Ｕキャップの製造方法において、前記Ｕキャップの端面に、アルミナから成る砥石コンパウンドを用いてバレル研磨を行い全面を滑らかにすることを特徴とするＵキャップの製造方法が得られる。
【００３２】
また、本発明によれば、前記いずれか一つのＵキャップの製造方法によって製造されたＵキャップであって、前記Ｕキャップの高さの精度は多くとも±２μｍ未満であり、前記カソードペレットのエミッション放射面側の高さと前記Ｕキャップの端面の高さとの差の精度が１０μｍ以内であることを特徴とするＵキャップが得られる。
【００３３】
また、本発明によれば、前記キャップと、前記Ｕキャップに、外周部及び底部が密着して収容されたカソードペレットとを備え、前記カソードペレットのエミッション放射面側の高さと前記Ｕキャップの端面の高さとの差の精度が１０μｍ以内であることを特徴とする陰極線管用陰極が得られる。
【００３４】
さらに、本発明によれば、電子放出能力を有するエミッタ剤から成るカソードペレットを納めるＵキャップを製造する装置において、パンチと前記パンチに対向するダイとを備えた抜き絞り金型であって、前記パンチは、抜きパンチと前記抜きパンチを軸方向に貫通した絞りパンチとを有し、前記ダイは、前記パンチに対向する側の先端に径方向の幅が１００μｍ以上の水平部と、前記水平部を開口端部として前記抜きパンチの外径よりも小さな口径で且つ内部側が前記開口端部側よりも横断面積が小さい縦断面がＲ形状のＲ部と、前記Ｒ部に続き内部に移動するにつれて横断面積が小さくなるテーパ部とを有する絞りダイと、前記絞りダイ周囲に配置された抜きダイとを有する前記抜き絞り金型を備え、金属板からの前記抜きパンチおよび抜きダイによって円板を打ち抜き、続いて、この円板を前記絞りパンチおよび前記絞りダイを用いて絞ることで、先端開口部にフランジがなく、且つ前記カソードペレットのエミッション放射面側の高さと前記Ｕキャップの端面の高さとの差の精度を１０μｍ以内に制御可能としたＵキャップを製造することを特徴とするＵキャップの製造装置が得られる。
【００３５】
【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ながら説明する。
【００３６】
図１は本発明の実施の形態による陰極線管用陰極の断面図である。
【００３７】
図１を参照すると、陰極線管用陰極１は、ニッケル或いはニクロムの薄板のプレス体からなるＵキャップ２に、３元系炭酸塩から公正されたエミッタ剤の加圧焼結体からなるカソードペレット３を装着することによって、形成されている。Ｕキャップ２は、外径Ｚ１が１．２２ｍｍ、内径Ｚ３が１．１２ｍｍ、壁部の厚さが０．０５ｍｍ、深さＤが０．２８±０．００５ｍｍであり、端面５が平坦（平面度０．０１）で、且つ下底面に対して平行（平行度０．０１５）で、側面への出っ張りのない形状を有している。
【００３８】
図２（ａ）、（ｂ），（ｃ）、（ｄ）は、上端面の端面精度の良否イメージを示す図である。図２において、×は使用不可能を示し、△、○、◎はこの順に良好となることを示す。図２（ａ）は、側面に突出した形状であり、また、図２（ｂ）は、上方に針状に突出した形状を有し、いずれも陰極としては、使用出来ない。図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示すように、僅かな突出で針状にはならぬ形状や凹凸の少ない形状であれば許容の範囲にあると言える。最も良いのは図２（ｄ）に示す形状である。
【００３９】
図３（ａ），（ｂ），及び（ｃ）は本発明の実施の形態によるＵキャップを作製する抜き絞り金型の概要を示す断面図である。
【００４０】
図３（ａ）に示すように、抜き絞り金型２０の上金型には、第１の支持部材２５と、第２の支持部材２７と、抜きパンチ２１及びその内部を軸方向に貫通した絞りパンチ２２を収容したダイ２３と、抜きパンチ２１を第１の支持部材２５に固定するための固定部材２４と、第１の支持部材２５を貫通した絞りパンチ２２の一端を第２の支持部材２７に固定するための固定部材２６とを備えている。第１の支持部材は、図示しないバネのバネ圧ＰＡによって、下方に付勢される。
【００４１】
一方、下金型には、抜きダイ３１と、その内部に収容された絞りダイ１０とを備え、抜きダイ３１の一端は、第３の支持部材３２に固定されるとともに、抜きダイ１０は、図示しないバネのバネ圧ＰＢによって、上方に付勢されている。
【００４２】
次に、この抜き絞り金型を用いたＵキャップの製造について具体的に説明する。
【００４３】
図３（ａ）に示すように、板状の基体金属材料（板材）６を、下金型上端面にセットし、パンチを作動させる。バネ圧ＰＡとバネ圧ＰＢの強度、振幅を相互に調整し、以後の抜き時のバランスなどで不都合の生じないようにしてある。
【００４４】
次に図３（ｂ）に示すように、基体金属と絞りダイ１０を合わせて押し込み、円板片８を抜き取る。この工程と、従来の図５に示す工程との相違は、Ｕキャップ上端のフランジ部が形成されないことである。
【００４５】
次いで、この状態のままで、図３（ｃ）に示すように、絞りパンチ２２を絞りダイ１０の下中空の、絞りダイ１０の最短径部より大きな直径を有する部分に突き通してＵキャップ２状に仕上げる。
【００４６】
この本発明の実施の形態によるＵキャップの製造方法によれば、Ｕキャップ２の先端の端面５は、程良く平滑に割断される。
【００４７】
図４は図３の絞りダイ１０を示す断面図である。図４に示すように、絞りダイ１０は、円筒状であり、下端外周には、抜け止め用のフランジ１１が形成されている。内周面は、径の大きな大径部１３と、これに段をなして径が絞られた小径部１７と、小径部１７から上方に移動するに従って次第に断面積が大きくなるテーパ部１４と、上端面をなす水平部１６と、水平部１６の内側とテーパ部１４の縁間を結ぶＲ部１５とを備えている。上部絞り部をなすＲ部１５は通常は、単純Ｒ加工とするが、本発明のＵキャップの基体金属のように、ニッケル或いはニクロムの薄い板は、伸びは程々有するも絞りに対する変形抵抗は予想外に大きく、Ｒ部１５を長くし、しかも途中にストレートのテーパー部１４を設ける事により、図１に示すＵキャップ２の直胴部（壁部）の厚み減少を過度にせずに済み、キャップ２の底部の歪みを減少させることができる。
【００４８】
但し、単にＲ部１５を極一部削った程度では効果無く、その両サイドにＲ部１５の曲線が残る程度に削除して得られる程度が好ましく、Ｒ部１５が残らぬとキャップ底部にクラックの入る可能性が高まり不都合である。また、金型の損耗を考慮し容易に型修復出来る絞りダイの形状保持方法と言える。
【００４９】
勿論、図１のＵキャップ２の厚み減少、結果としてＺ１は、図４に示すＺ２ギャップが主因である。これは設計時に考慮しておけば概ね問題の発生する事は無く、実用上は絞りダイの被加工物導入部の形状及びそのメンテナンスが鍵となる。
【００５０】
更に加えて、図１の端面５の平行度、平坦度などの精度をより良好にするため、図４の絞りダイの絞りパンチ側先端に、絞りパンチの絞り始める初期での材料板の歪み、位置ズレを防止させるため、ランド部を設けるのが良いと分かった。
更に加えて、図１の端面５の平行度、平坦度などの精度をより良好にするため、図４の絞りダイの絞りパンチ側先端に、絞りパンチの絞り始める初期での材料板の歪み、位置ズレを防止させるため、水平部１６を設けるのが良いと分かった。
【００５１】
何度も試行する事で、バネ圧ＰＡ及びＰＢの調整と凡そ１００μｍ以上の水平部１６があれば、充分形状精度の良好なＵキャップが得られ、これによりカソードペレットとのカシメ、底部でのレーザー溶接も比較的容易に高精度を達成出来る事が得られた。
【００５２】
尚、水平部１６が１００μｍ未満では押さえ効果が少ないばかりか、水平部１６の消耗が大きく実用的とは言えない。過度に大きくすればＲ部分が採れぬ事となり、所望の直径から許容ランドサイズを求めれば良い。
【００５３】
更に、Ｕキャップ２の端面の精度を安定・向上させるため、バレル研磨を施す事は有効である。Ｎｉ、ＳｉＣが基体金属に表面にて入り込むとエミッシヨン発生時に所望の出力をしないか、バラツキ安定せず支障がある。
【００５４】
従って、アルミナから成る砥石、コンパウンドを用いてバレル研磨を行った処、一層のＵキャップの端面の精度を向上させ得る事もできた。
【００５５】
従って、金属の種類が異なっても、本発明は充分有用と言える。そして、Ｕキャップ形状をした金属製カソードペレット収納容器は、従来の製造ラインでの展開がやり易く極めて実用的である。
【００５６】
以上の製造方法により得られたＵキャップ２は、その後のカシメ、溶接は上記の精度確保により、実用上支障の無い密着も出来る事が確認出来、本発明の方法により組み立てた陰極は所望のエミッション出力特性を発現出来、信頼性のある陰極線管用陰極となし得る。また、この方法によれば、カソードペレットのエミッシヨン放射面側の高さとＵキャップ２の端面の高さとの差の精度を充分１０μｍ以内に制御出来る。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、寸法精度の優れ、且つ加工の容易なＵキャップとその製造方法及び製造装置とそれを用いた陰極線管用陰極を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による陰極線管用陰極の断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ），（ｃ）、（ｄ）は上端面の端面精度の良否イメージを示す図である。
【図３】（ａ），（ｂ），及び（ｃ）は本発明の実施の形態によるＵキャップを作製する抜き絞り金型の概要を示す断面図である。
【図４】図３の絞りダイ１０を示す断面図である。
【図５】（ａ），（ｂ），及び（ｃ）は一般的なフランジ付抜き絞り金型を用いたＵキャップを製造するための各工程を示す図である。
【符号の説明】
１ 陰極線管用陰極
２ Ｕキャップ
３ カソードペレット
５ 端面
６ 板材
１０ 絞りダイ
１１ フランジ
１３ 大径部
１４ テーパ部
１５ Ｒ部
１６ 水平部
１７ 小径部
２１ 抜きパンチ
２２ 絞りパンチ
２３ ダイ
２４，２６ 固定部材
２５ 第１の支持部材
２７ 第２の支持部材
２８ 抜きパンチと絞りパンチの摺動面
３１ 抜きダイ
３２ 第３の支持部材
３３ 抜きダイと絞り台の摺動面
５１ 抜きパンチ兼絞りダイ
５２ 小パンチ
５３ 固定部材
５４ 支持部
５５ ロッドガイド
５６ ロッド
５７ 抜きダイ
５８ 円筒部材
５９ ノックアウト
６０ 絞りパンチ
６１ 固定部材
６２ 支持部材
６３ ノックアウトと抜きダイの摺動面
６４ ノックアウトと絞りパンチの摺動面
６５ ロッド

Claims (5)

1. 電子放射能力を有するエミッタ剤から成るカソードペレットを納めるＵキャップを製造する方法において、
   パンチと前記パンチに対向するダイとを備えた抜き絞り金型であって、前記パンチは、抜きパンチと前記抜きパンチを軸方向に貫通した絞りパンチとを有し、前記ダイは、前記パンチに対向する側の先端に径方向の幅が１００μｍ以上の水平部と前記水平部を開口端部として前記抜きパンチの外径よりも小さな口径で且つ内部側が前記開口端部側よりも横断面積が小さい縦断面がＲ形状のＲ部と前記Ｒ部に続き内部に移動するにつれて横断面積が小さくなるテーパ部とを有する絞りダイと、前記絞りダイ周囲に配置された抜きダイとを有する前記抜き絞り金型を用いて、金属板からの抜き絞り加工によって先端開口部にフランジがないＵキャップを製造することを特徴とするＵキャップの製造方法。
2. 請求項１に記載のＵキャップの製造方法において、前記Ｕキャップの端面に、アルミナから成る砥石コンパウンドを用いてバレル研磨を行い全面を滑らかにすることを特徴とするＵキャップの製造方法。
3. 請求項１又は２に記載のＵキャップの製造方法によって製造されたＵキャップであって、前記Ｕキャップの高さの精度は多くとも±２μｍ未満であり、前記カソードペレットのエミッション放射面側の高さと前記Ｕキャップの端面の高さとの差の精度が１０μｍ以内であることを特徴とするＵキャップ。
4. 請求項３に記載のＵキャップと、前記Ｕキャップに、外周部及び底部が密着して収容されたカソードペレットとを備え、前記カソードペレットのエミッション放射面側の高さと前記Ｕキャップの端面の高さとの差の精度が１０μｍ以内であることを特徴とする陰極線管用陰極。
5. 電子放出能力を有するエミッタ剤から成るカソードペレットを納めるＵキャップを製造する装置において、パンチと前記パンチに対向するダイとを備えた抜き絞り金型であって、前記パンチは、抜きパンチと前記抜きパンチを軸方向に貫通した絞りパンチとを有し、前記ダイは、前記パンチに対向する側の先端に径方向の幅が１００μｍ以上の水平部と、前記水平部を開口端部として前記抜きパンチの外径よりも小さな口径で且つ内部側が前記開口端部側よりも横断面積が小さい縦断面がＲ形状のＲ部と、前記Ｒ部に続き内部に移動するにつれて横断面積が小さくなるテーパ部とを有する絞りダイと、前記絞りダイ周囲に配置された抜きダイとを有する前記抜き絞り金型を備え、
   金属板からの前記抜きパンチおよび抜きダイによって円板を打ち抜き、続いて、この円板を前記絞りパンチおよび前記絞りダイを用いて絞ることで、先端開口部にフランジがなく、且つ前記カソードペレットのエミッション放射面側の高さと前記Ｕキャップの端面の高さとの差の精度を１０μｍ以内に制御可能としたＵキャップを製造することを特徴とするＵキャップの製造装置。

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