(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出陰極の一部を構成するスリーブの内面に黒色被膜を付着形成した熱陰極構体用スリーブにおいて、
前記黒色被膜が、表面に微細クラック構造または微細凹凸構造を有する、タンタルおよび、タングステンまたはレニウムまたはタングステンとレニウムの混合物の複合膜であることを特徴とする熱陰極構体用スリーブ。
【請求項２】
黒色被膜の組成は、タンタルと、タングステンまたはレニウムまたはタングステンとレニウムの混合物とが、質量比（タンタル：タングステンまたはレニウムまたはタングステンとレニウムの混合物）で、（８０：２０）乃至（１０：９０）の範囲であることを特徴とする請求項１記載の熱陰極構体用スリーブ。
【請求項３】
電子放出陰極の一部を構成するスリーブの内面に黒色被膜を付着形成した熱陰極構体用スリーブにおいて、
前記スリーブが、タンタルまたはタンタルを主成分とする合金、もしくはニオブまたはニオブを主成分とする合金、もしくはモリブデンまたはモリブデンを主成分とする合金からなり、
前記黒色被膜が、表面に微細クラック構造または微細凹凸構造を有する、タンタルおよび、タングステンまたはレニウムまたはタングステンとレニウムの混合物の複合膜であることを特徴とする熱陰極構体用スリーブ。
【請求項４】
スパッタリング陽極とスパッタリング陰極間に配置し、両極に対して電気的に絶縁した保持板を有する構造のスパッタリング装置を用い、前記保持板上に配置したスリーブの内面に、表面に微細クラック構造または微細凹凸構造を有する、タンタル及び、タングステンまたはレニウムまたはタングステンとレニウムの混合物の複合膜からなる黒色被膜を付着形成することを特徴とする熱陰極構体用スリーブの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー受像管等の電子管に用いられる熱陰極構体スリーブ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー受像管等の電子管において、電子ビームを放出するために熱陰極が用いられているが、この熱陰極の一種として含浸型陰極が知られている。
【０００３】
含浸型陰極は、これまで進行波管、クライストロン等の電子管に用いられてきたが、最近は含浸型陰極の高電流密度特性を活かして、大型、高精細のカラー受像管等に採用されている。
【０００４】
このような含浸型陰極構体は、図１に示すように構成され、電子放出物質を含浸した短円柱状の陰極基体１が、有底短円筒状のカップ２内に収納され、このカップ２は、その底部側から円筒状のスリーブ３の一端開口部に挿入され、陰極基体１を露出させた状態でスリーブ３に固定されている。スリーブ３には、ヒータ４が内蔵されている。ヒータ４は、３％レニウム−タングステン合金線で構成され、その表面に絶縁物であるアルミナが被覆されている。さらに、このアルミナの表面に熱放射特性を良くするためにタングステンとアルミナとの混合物からなるダーク層が被覆されている。一方、スリーブ３は、３本のリボン６を介して、段付き円筒状のホルダ５の中央部に同軸的に支持固定されている。またスリーブ３には、ヒータ４が挿入し易いように片方の開口端部にフレア（広がり）３ａを設けてある。スリーブ３、カップ２、および３本のリボン６は、いずれもタンタル、ニオブ、またはモリブデン、もしくはその少なくとも１つを主成分とする合金で構成される。そして、スリーブ３の内面には、ヒータから発生される熱を効率よくスリーブに吸収させるための薄い黒色被膜７が付着形成されている。なお、スリーブ３は、例えば肉厚が１５〜２０μｍ、直径が１．２５ｍｍ、長さが４．０ｍｍの細長いパイプである。
【０００５】
このようなスリーブに黒色被膜を付着させる方法には、例えば特開平８−２８７８２４号公報に開示されている以下の方法がある。
【０００６】
即ち、モリブデンからなるスリーブ内面に、スパッタリング法を用いてアルミニウムの薄膜を被着させ、さらに真空雰囲気内において６００℃で３０分間加熱する第１次熱処理を行い、それに続いて、同じ真空雰囲気内において８００℃で１時間加熱する第２次熱処理を行う。続いて、湿潤水素雰囲気内において１００００℃で１時間加熱する最終熱処理を行い、アルミニウムとモリブデンとの金属間化合物、アルミニウム−モリブデン酸化物、アルミナ等からなる粗面層を形成している。この粗面層は、表面に微細な凹凸を有しているので、熱吸収面積が増大し、熱吸収性に優れるという利点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のスリーブに黒色被膜を形成させる方法は、工程数が多く、量産する場合にはコストの高い方法である。
【０００８】
また、スリーブの内面全体に均一な黒色被膜を形成することが困難であった。
【０００９】
本発明は、工程が単純で、低コストで量産性が高く、スリーブ内面全体に均一かつ充分な機械的強度と耐熱性を有する黒色熱吸収性被膜を形成した熱陰極構体用スリーブ及びその製造方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電子放出陰極の一部を構成するスリーブの内面に付着形成される黒色被膜が、表面に微細クラック構造または微細凹凸構造を有する、タンタルおよび、タングステンまたはレニウムまたはタングステンとレニウムの混合物の複合膜であることを特徴とする。
【００１１】
また黒色被膜の組成は、タンタルと、タングステンまたはレニウムまたはタングステンとレニウムの混合物とが、質量比（タンタル：タングステンまたはレニウムまたはタングステンとレニウムの混合物）で、（８０：２０）乃至（１０：９０）の範囲である。
【００１２】
さらに、使用されるスリーブの材質は、タンタルまたはタンタルを主成分とする合金、もしくはニオブまたはニオブを主成分とする合金、もしくはモリブデンまたはモリブデンを主成分とする合金からなる。
【００１３】
さらに、黒色被膜形成にはスパッタリング法が用いられるが、そのスパッタリング装置は、スパッタリング陽極とスパッタリング陰極間に配置されたスリーブが両極に対して電気的に絶縁された構造を有する方法である。
【００１４】
【作用】
前記手段によれば、スリーブ内面全体に均一な黒色粗面が形成される。
【００１５】
また、形成された黒色被膜は、表面に微細なクラックまたは微細な凹凸を有するため、熱吸収面積が増大して熱吸収性に優れ、かつ、機械的強度が充分で、含浸型陰極組立およびヒータ挿入時に剥がれることがなく、ヒータを挿入して加熱しても黒色度が変化せず、含有成分の蒸発もない熱吸収層を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００１７】
図２は、本発明に係わる黒色被膜の付着形成に用いられるスパッタリング装置の一例を示す断面構成図である。
【００１８】
図２に示されるように、スパッタリング装置は、容器２０と、回転軸２１と、回転軸２１に接続されるスパッタリング陽極２２と、回転軸２１に接続される絶縁体２３と、絶縁体２３に接続される保持板２４と、スパッタリング陰極となるターゲット２５と、マグネット２６と、ターゲット２５を囲んだシールド板２７と、容器２０とターゲット２５間に接続される高周波電源２８と、冷却水挿入口２９と、真空排気口３０と、不活性ガス挿入口３１とからなり、保持板２４の一部にスリーブ３を配置するための穴２４ａが設けられている。
【００１９】
スパッタリング陰極となるターゲット２５は、タンタル粉末とタングステン粉末とを、質量比（タンタル：タングステン）で、（２０：８０）で混合させたものであり、粉体状のままターゲットとして用いてもよく、また、粉体を焼結した状態でターゲットとして用いてもよい。
【００２０】
このスパッタリング装置を用いてスパッタリングを行う場合、まず、スリーブ３を保持板２４に設けられた穴２４ａに挿入し、そのフレア部によってスリーブ３を穴２４ａ内に保持させる。次いで、高周波電源２８によってスパッタリング陽極２２とターゲット２５間に高周波電圧を印加し、冷却水挿入口２９から冷却水を供給し、真空排気口３０から排気を行い、不活性ガス挿入口３１から放電用アルゴンガスを供給し、さらに回転軸２１によって保持板２４を回転させる。
【００２１】
かかるスパッタリングにより、スリーブ３の内面に、厚さ１μｍ程度の、表面に微細クラック構造を有する、タンタルおよびタングステンの複合被膜が形成される。
【００２２】
なお、このスパッタリングにおいては、スリーブ３の内面だけに複合被膜が形成され、その外面への複合被膜の被着は避けられる。
【００２３】
図３は、上記の方法によってスリーブ３の内面に形成された、タンタルおよびタングステンの複合膜の電子顕微鏡写真を示し、被膜は表面に微細なクラックを有する黒色粗面であり、膜の組成は、質量比（タンタル：タングステン）で、（２０：８０）であった。
【００２４】
また図４は、タンタル粉末とタングステン粉末とを、質量比（タンタル：タングステン）で、（４０：６０）で混合したターゲットを用いて、図２に示すスパッタリング装置を用いて、上記と同様な方法によってスリーブ３の内面に形成された、タンタルおよびタングステンの複合膜の電子顕微鏡写真を示し、被膜は表面に微細な凹凸を有する黒色粗面であり、膜の組成は、質量比（タンタル：タングステン）で、（４０：６０）であった。
【００２５】
このような微細クラック構造または微細凹凸構造を有する複合膜は、膜の組成が質量比（タンタル：タングステン）で、（８０：２０）乃至（１０：９０）の範囲である場合に形成されることが、実験の結果、確認された。また、このような組成の調節は、ターゲット材料であるタンタル粉末とタングステン粉末の混合比率を質量比（タンタル：タングステン）で、（８０：２０）乃至（１０：９０）の範囲で調整することによって容易に可能である。
【００２６】
なお、上記実施形態においては、黒色被膜の材料となるターゲットをタンタルとタングステンの混合にて形成しているが、本発明においては、前記タングステンの代わりに、レニウムまたはタングステンとレニウムの混合物を用いても同様に均一な黒色被膜を得ることができた。
【００２７】
また、図２に示されるようなスパッタリング装置、即ち、スパッタリング陽極とスパッタリング陰極間に配置されたスリーブが両極に対して電気的に絶縁された構造を有するスパッタリング装置を用いると、スリーブの内面全体に、均一な黒色粗面を形成することができる理由は、以下のように考えることができる。
【００２８】
即ち、図２に示されるようなスパッタリング装置を用いると、スパッタリング動作中においては、プラズマに触れかつ電気的に絶縁されたスリーブ内面は負に帯電し、従ってプラスイオンを引きつけることによって、スパッタリング陽極とスパッタリング陰極間の空間にプラスイオンの流動層を生じ、この流動層がスパッタされた粒子の移動を容易にし、従って、スリーブ内面全体に均一な薄膜が形成されると思われる。
【００２９】
また、図２に示すようなスパッタリング装置を用いて、ターゲットの材料としてタンタルとタングステンの混合材を使用すると、微細クラック構造または微細凹凸構造を有する黒色粗面が形成されるが、この理由は次のように考えられる。
【００３０】
即ち、一般にスパッタリングによって形成されるタンタル薄膜は、イオンや電子で激しくボンバードされるときにクラックが入り易く、表面が滑らかでないことが多いことが知られている。
【００３１】
本実施形態においては、スパッタリング陽極とスパッタリング陰極間に配置されたスリーブが両極に対して絶縁され、スパッタリング中に負に帯電することによって、イオンによってボンバードされるために、タングステン膜中に適量の微細なクラック構造または微細な凹凸構造を有するタンタルが混在して生成し、黒色粗面が形成されると思われる。
【００３２】
なお、タンタル単体、またはタングステン単体をターゲット材料として用いてスパッタリングを行った場合には、本実施形態に見られるような、機械的強度が充分でかつ、微細なクラックまたは凹凸を有する黒色粗面を得ることはできなかった。
【００３３】
以上の説明から明らかなように、図２のスパッタリング装置においては、スパッタリング陽極とスパッタリング陰極間に配置されたスリーブは両極に対して絶縁されているが、さらにこの絶縁されたスリーブに適当な電圧を印加してバイアススパッタを行っても、同様な効果を得られることは明らかである。
【００３４】
また、本実施形態では、高周波マグネトロンスパッタリング法を用いているが、他の方法、即ち高周波スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、ＤＣスパッタリング法を用いても、同様な効果が得られることは明らかである。
【００３５】
また、本発明において得られる黒色被膜の厚さは、本実施例の場合の１μｍ以外の他の厚さ、即ち、０．５乃至５μｍ程度になるように選んでもよい。
【００３６】
また、本実施形態において形成された黒色被膜を有するスリーブ内面は、含浸型陰極の動作温度である９５０℃付近の温度域において、黒色被膜を被着させていないスリーブと比較して、熱輻射率が０．３乃至０．４程度高いことが判明している。
【００３７】
また、本発明による黒色被膜は、機械的強度が充分にあり、スリーブにヒータを挿入して加熱しても黒色度が変化せず、含有成分の蒸発もない熱吸収層である。
【００３８】
また、本発明による黒色被膜を有するスリーブは、タンタルまたはタンタルを主成分とする合金、もしくはニオブまたはニオブを主成分とする合金、もしくはモリブデンまたはモリブデンを主成分とする合金から選択できる。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明においては、電子放出陰極の一部を構成するスリーブの内面に、表面に微細クラック構造または微細凹凸構造を有する、タンタルおよび、タングステンまたはレニウムまたはタングステンとレニウムの混合物の複合膜である熱吸収性黒色被膜をスパッタリング法によって付着させるものである。
【００４０】
このように、本発明によれば、機械的強度および耐熱性に優れ、微細なクラックまたは凹凸による増大した熱吸収面積を有することから熱吸収性が優れ、かつ、黒色度が変化せず、含有金属の蒸発もない熱吸収層を、単純な工程によって、低コストで量産性のある方法によって得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の適用対象である含浸型陰極構体を示す図である。
【図２】  本発明に係わるスパッタリング装置の一例を示す断面構成図である。
【図３】  本発明の一実施形態を示す電子顕微鏡写真である。
【図４】  本発明の一実施形態を示す電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１  陰極基体、２  カップ、３  スリーブ、４  ヒータ、５  ホルダ、６  リボン、７  黒色被膜、２２  スパッタリング陽極、２３  絶縁体、２５  スパッタリング陰極（ターゲット）。
【図１】
0003727519.tif 000002
【図２】
0003727519.tif 000003
【図３】
0003727519.tif 000004
【図４】
0003727519.tif 000005