(57)【要約】【課題】本発明は、電子銃部品をカソードに近づけた高温状況下においても熱変形の少ない電子銃部品を達成する製造方法を提供することを目的とする。さらにその結果、電子の高精度での制御が可能な電子銃を達成することが目的である。【解決手段】１５０μｍ以下の板厚からなる部分が存在する電子を制御するための電子銃部品を、Ｔｉ、Ｗ、ＦｅまたはＮｉ等からなる０．１μｍ以上２０μｍ以下の金属粉末が混練された樹脂を射出成形法によって成形し成形品を形成する射出成形工程と、加熱処理によって成形品から樹脂を加熱分解させる脱脂工程と、脱脂された金属粉末だけからなる成形品を７００℃以上１５００℃以下の温度で加熱して焼結させる焼成工程とで製造する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を制御するための電子銃部品の製造方法であって、金属粉末が混練された樹脂を射出成形法によって成形し成形品を形成する射出成形工程と、加熱処理によって該成形品から樹脂を加熱分解させる脱脂工程と、脱脂された成形品を電子銃部品の使用時に電子銃部品にかかる温度以上の温度で加熱して金属粉末を焼結させる焼成工程とを有する電子銃部品の製造方法。
【請求項２】
前記金属粉末の粒径が０．１μｍ以上２０μｍ以下の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の電子銃部品の製造方法。
【請求項３】
前記焼成工程での加熱温度が７００℃以上１５００℃以下の範囲にあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子銃部品の製造方法。
【請求項４】
前記金属粉末がＴｉ、Ｗ、ＦｅもしくはＮｉ、またはＴｉ、Ｗ、ＦｅもしくはＮｉを含む材料であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電子銃部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子銃部品の製造方法に関し、特に熱による変形が少ない信頼性の高い電子銃部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＣＲＴ等に使用される電子銃の電極（電子銃部品）を製造する方法として、コイニングによって形成するプレス加工方法が知られている。その中でも特に、特開平１１−３１４５５号公報には、電子銃の電極を高い寸法精度で製造する方法が開示されている。図３は特開平１１−３１４５５号公報に開示されている電子銃部品の従来の製造方法を示した図である。
【０００３】
この従来の製造方法によると、まず図３（ａ）に示されるように、例えばステンレス鋼板よりなる板状母材にコイニング加工を施し、半薄肉部１１１２が形成された母材１１０１を製造する。この図３（ａ）の工程において、母材１１０１の加工部分の材料は、半薄肉部１１１２の外周方向にだけ流れる。これにより、半薄肉部１１１２の外周に沿ってやや盛り上がった部分１１０１Ａが形成される。
【０００４】
上記図３（ａ）の工程では、最終的な電子銃部品１１００に形成される薄肉部１１１４（図３（ｄ）に表示）より厚い半薄肉部１１１２を形成するので、母材１１０１の加工量は大きくなく、加工硬化も小さいものに抑制できる。この従来の製造方法では、仕上げ段階の薄肉部１１１４の板厚を、電子銃部品１１００の板厚に対して３分の１以下に加工するものであり、半薄肉部１１１２は仕上げ段階の薄肉部１１１４に比べて２倍程度の板厚で形成しているのが特徴である。例えば、電子銃部品１１００の板厚は０．２ｍｍ〜０．４ｍｍ、半薄肉部１１１２の板厚は０．１０ｍｍ〜０．２０ｍｍ、薄肉部１１１４の板厚は０．０７ｍｍ〜０．１５ｍｍというような部品寸法を想定するものであった。
【０００５】
次に、図３（ｂ）に示すように、母材１１０１の半薄肉部１１１２の中心部に下孔１１２２をプレス加工によって孔あけし母材１１０２を形成する。従来例では、下孔１１２２の径を０．７ｍｍ〜０．８ｍｍ程度に加工し、この下孔１１２２を後述する図３（ｃ）の工程によって約０．２８ｍｍの残り径を有する下孔１１２２’に変形させている。なお、最終的な仕上げ孔１１２４の径は約０．３ｍｍを想定している。
【０００６】
次に、図３（ｃ）に示すように、半薄肉部１１１２をコイニング加工し、半薄肉部１１１２が薄肉部１１１４に変形した母材１１０３を形成する。この工程において、半薄肉部１１１２の材料は、下孔１１２２により中心方向に流れるとともに、薄肉部１１１４の外周方向に流れるため、容易に変形できる。この工程によって直径０．７〜０．８ｍｍの下孔１１２２が直径０．２８ｍｍの下孔１１２２’に変形される。
【０００７】
したがって、加工硬化の影響を抑えて容易に加工を行うことができ、また下孔１１２２の安定した変形状態を得ることができる。また、半薄肉部１１１２から薄肉部１１１４への加工量が小さいため、下孔１１２２の変形量も小さくなり、残り径を有効に制御できるとのことである。
【０００８】
この後、図３（ｄ）に示すように、仕上げ孔加工工程により、薄肉部１１１４に直径約０．３ｍｍの仕上げ孔１１２４をプレス加工によって形成する。
【０００９】
以上のようなプレス加工法によって、板厚の３分の１程度の０．０７ｍｍ〜０．１５ｍｍの厚みからなる薄肉部１１１４を備え、直径が約０．３ｍｍの仕上げ孔１１２４があけられた電子銃部品１１００を製造していた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ＣＲＴには高解像度化の要求が非常に高まっており、そうした状況の中でＣＲＴに搭載される電子銃は電子をより正確に制御しなくてはならなくなりつつある。そこで電子を正確に制御する手段として、電子を制御するための電子銃部品（一般にグリッド電極と呼ばれる電子制御部品）を電子放出源であるカソードに近づけて、カソード近傍の電子の拡散が少ない状態で電子を制御するといった方法が考えられている。
【００１１】
図２は従来の電子銃において電子制御部品とカソードとの距離を変えた場合の電子の挙動を比較した図である。従来の電子銃は、熱を発生させるヒーター４００に接してカソード３００が構成されており、そのカソード３００が熱せられることによって、電子が放出される。放出した電子は陽極電極２００とカソード３００の間に電圧を加えることによって、電子銃の外に向かって引っ張り出される。陽極電極２００とカソード３００との間に配置される電子制御部品１００には、陽極電極２００にかかる電圧とは逆の電圧がかけられ（一般にこのような加電方法を逆バイアスと呼ぶ。）、この逆バイアスの電圧量を制御して、図２に示すように電子を収束させている。
【００１２】
こうした一般的な電子銃構造において、電子の制御を行う電子制御部品１００とカソード３００との位置関係（距離）は、電子の挙動に大きな影響を与える要因の一つに挙げられる。図２は電子制御部品１００とカソード３００との距離を変えた場合の電子の挙動を比較した図であるが、図２（ａ）に示すように、電子制御部品１００とカソード３００との距離を広げたときに比べて、図２（ｂ）に示すように、電子制御部品１００とカソード３００との距離を狭めたときの方が、より電子を絞ることができ、明るく高精細な電子スポットを達成することが可能になる。
【００１３】
しかしながら従来のプレス加工法によって製造された電子銃部品（電子制御部品１００）をカソード３００に近づけると、カソード３００から発生する高熱の影響で電子制御部品１００が変形してしまうといった問題が多く発生してしまった。
【００１４】
従来のプレス加工法で製造した電子銃部品は、プレス加工時に内部に応力がたまりやすく、その内部応力が加熱時に変形を生じさせる原因になっていると考えられている。
【００１５】
本発明の目的は、電子銃部品をカソードに近づけた高温状況下においても熱変形の少ない電子銃部品を達成する製造方法を提供することにある。さらにその結果、電子の高精度制御が可能な電子銃を達成することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の電子銃部品の製造方法は、電子を制御するための電子銃部品であって、金属粉末が混練された樹脂を射出成形法によって成形し成形品を形成する射出成形工程と、加熱処理によって成形品から樹脂を加熱分解させる脱脂工程と、脱脂された成形品を電子銃部品の使用時に電子銃部品にかかる温度以上の温度で加熱して金属粉末を焼結する焼成工程とを有している。
【００１７】
さらには、金属粉末の粒径が０．１μｍ以上２０μｍ以下の範囲にあるのが望ましい。
【００１８】
また、焼成工程での加熱温度が７００℃以上１５００℃以下であるのが望ましい。
【００１９】
さらに、金属粉末がＴｉ、Ｗ、ＦｅもしくはＮｉ、またはＴｉ、Ｗ、ＦｅもしくはＮｉを含む材料であることが望ましい。
【００２０】
（作用）
本発明の上記手段では、射出成形工程によって金属粉末と樹脂とからなる所望の形状の成形品をまず形成する。成形品の寸法精度は射出成形工程で使用される金型の精度に決定されるが、従来のプレス加工法においても同様に金型を利用しており、少なくともプレス加工法での金型の精度と同等以上の精度を得られることは明らかである。よって本発明の製造方法によって製造される電子銃部品は、少なくとも従来の電子銃部品と同等以上の寸法精度を有している。
【００２１】
次に、脱脂工程において、樹脂の大半は加熱分解し（これを一般に脱脂と呼ぶ。）、その結果、ほとんど金属粉末からなる脱脂後の成形品ができあがる。この時、今まで樹脂が存在していた部分が空間になるので、成形品内部での応力はまったくない状態にある。
【００２２】
その後、焼成工程によって、徐々に熱せられることによって、最も安定した状態になるようにして金属粉末が再配置させられる。さらに高温になると、安定した状態のまま密な状態で金属粉末が焼結される。
【００２３】
このように、本発明の製造方法によって製造される電子銃部品は、高温での熱処理を行いながら完成に至るため、熱に対して最も安定した状態で完成に至る。
特に本発明では焼成工程において、使用時に電子銃部品にかかる温度以上の高温で焼成を行うことによって、使用時の高温雰囲気下での熱変形や再結晶化を防いでいる。その結果、本発明で製造した電子銃部品は、高熱にさらされるカソードの近くで使用しても熱変形が起こりにくく、安定した電子の制御が可能である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の電子銃部品の製造方法を示した図である。一般に電子の制御を行う電子銃部品は、電子を正確に精度良く制御するために、板厚を薄くかつ孔径を小さくする方向で設計が行われている。
【００２５】
本実施形態では、図１（ａ）の成形工程によって、金属粉末と樹脂とからなる１２０μｍの肉厚の薄肉部を有する成形品１１を形成した。こうした非常に薄い薄肉部を射出成形法で形成するには、図１（ａ）に表示された矢印のごとく、金型５０で囲われた非常に狭い部分（１２０μｍの隙間部）に金属粉末と樹脂からなる材料を隙間無く流し込まなくてはならない。本発明のように肉厚の薄い薄肉部を必要とする電子制御部品を製造する場合、使用する金属粉末は微細な粒径のものでなくてはならず、本発明においては、粒径が２０μｍ以下の微小な金属粉末を使用するのが望ましい。なお金属粉末の粒径が０．１μｍより小さくなると、金属粉末同士が密に密着しすぎてしまい、その結果、流動性が悪くなるので、射出成形法には向いていない。以上のような理由から、本発明の電子銃部品の製造方法においては、粒径が０．１μｍ以上２０μｍ以下の金属粉末を使用するのが望ましい。本実施形態では直径２μｍの鉄（Ｆｅ）粉末を用い、この鉄粉末１００重量部に対して、パラフィンワックス、エチレン酢酸ビニルおよびアタクチックポリプロピレン等を含んだ樹脂（一般に有機バインダと称する。）を１５重量部の割合で添加し混練したものを使って成形した。
【００２６】
次に金型５０から成形品１１をはずし（図１（ｂ））、樹脂（有機バインダ）を加熱分解させる脱脂工程と、残った金属粉末を焼結させる焼成工程を順次行った。
【００２７】
脱脂工程ではこの成形品を窒素雰囲気中で、室温から１５０℃まで３℃／ｍｉｎで昇温させ、続いて２５０℃まで０．４℃／ｍｉｎで昇温させ、さらに続いて３５０℃まで０．６℃／ｍｉｎで昇温させ、続いて５００℃まで０．６℃／ｍｉｎで昇温させ、最後に５００℃で１時間保持して、有機バインダの９５〜９７％を加熱分解させた。なお脱脂後のこの状態の成形品のことを一般に脱脂体と称している。この脱脂体は成形後の形状を保ってはいるが、樹脂分（有機バインダ分）が分解し除去されているので、鉄粉末同士の間に空間ができた状態にある。そのため、この脱脂体状態において内部での応力はまったくない。
【００２８】
続く焼成工程では、この脱脂体を４００℃まで１０℃／ｍｉｎで昇温させ、続いて８００℃まで２℃／ｍｉｎで昇温させ、さらに続いて１２００℃まで１０℃／ｍｉｎで昇温させ、最後に１２００℃で２時間保持させることにより、金属粉末（本実施形態では鉄粉末）を焼結させ、最終的に図１（ｃ）に示すような、薄肉部１１１０を備え、薄肉部１１１０の中心付近に開口部１１２０があけられた、鉄（Ｆｅ）を主成分とする電子銃部品１０を完成させた。
【００２９】
この焼成工程において、一定のスピードで徐々に昇温させることによって、脱脂体は内部応力の無い状態のまま焼結が進み、最終的に内部応力の無い電子銃部品１０を完成させることができる。本発明ではこのように内部応力のかかっていない電子銃部品１０を製造することによって、高温状況下においても熱変形の少ない電子銃部品１０を達成させた。
【００３０】
なお、脱脂体を焼成工程によって焼結させると、成形時に有機バインダが存在していた空間部分が金属粉末によって埋められてゆき、その結果、焼成後の電子銃部品１０は成形品１１の状態よりも約２０％程度縮まってしまう。これを利用することで、本発明の電子銃部品１０では、成形品では１２０μｍの厚みであった薄肉部をより薄くすることができた。最終完成品である電子銃部品１０の薄肉部１１１０の厚みは１００μｍにすることができた。このように微細な形状を形成し易いという点も本発明の特徴の一つである。
【００３１】
実際に本実施形態で製造した電子銃部品と従来のプレス加工法で製造した電子銃部品を、表面温度が１２００℃のカソードの上方６０μｍ離れた位置に配置させ、電子銃部品を９００℃まで加熱させた状態で１時間保持し、そのときの電子銃部品の熱変形の起こり具合を調べた。なお以上の実験条件は実際に電子銃部品を使用するときの使用条件の一例である。その結果、本発明の製造方法で製造した電子銃部品では熱変形はほとんど生じなかったが、従来のプレス加工法で製造した電子銃部品では電子銃部品がカソードと接してしまい、非常に大きな熱変形が生じてしまった。このように、本発明の製造方法で製造した電子銃部品は、高温状況下においても熱変形が起こりにくいことが確認された。
【００３２】
また別の実験では、本発明の製造方法によって焼成温度８００℃で焼結させて製造した電子銃部品を、上記条件と同じ９００℃まで加熱し１時間保持する条件で実験してみたところ、熱変形が生じてしまった。
【００３３】
以上の結果が示すように本発明は従来に比べて、熱変形が起こりにくい点が大きな特徴であるが、この効果は本発明においては、焼成工程時の加熱温度を使用時に電子銃部品にかかる温度以上にした場合にのみ得られるものである。一般に電子銃部品の使用時にかかる温度は、電子銃の設計思想によって異なるが（一般に低消費電力化を狙った電子銃では低い温度で使用され、高輝度化を狙った電子銃では高い温度で使用される傾向にある。）、だいたいは４００℃〜１２００℃の範囲である。焼成工程における加熱温度は、それぞれの電子銃において使用時に電子銃部品にかかる温度に応じて決定すればよい。ただし、焼成工程における加熱温度が高すぎると処理時間が長くなり生産性が悪くなるので、焼成工程における加熱温度は１５００℃以下に設定するのがよい。また、焼成工程における加熱温度の低限は少なくとも金属粉末が焼結される必要があるので、たとえ使用時の電子銃部品の温度が４００℃であっても、焼成温度は７００℃以上に設定したほうがよい。
【００３４】
なお、本実施形態では、金属粉末として鉄（Ｆｅ）粉末を選択したが、本発明の製造方法に使用できる金属粉末はＦｅに限られるわけではない。この他にチタン（Ｔｉ）やタングステン（Ｗ）のような耐熱性のある材料、またはニッケル（Ｎｉ）のような磁性材料も使用可能である。さらには鉄（Ｆｅ）やチタン（Ｔｉ）やタングステン（Ｗ）またはニッケル（Ｎｉ）等を含んだ合金材料を選択しても何ら問題はない。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の電子銃部品の製造方法によれば、カソードに近づけた高温状況下においても熱変形の少ない電子銃部品を達成することができた。さらにその結果、電子の高精度制御が可能な電子銃を達成できた。
【００３６】
また本発明の電子銃部品の製造方法によれば、従来のプレス加工法による電子銃部品の製造方法と同様に金型を用いて成形を行うが、脱脂工程、焼成工程を経ることで、成形後の形状寸法からさらに約２０％程度、寸法を小さくすることができるので、その結果、従来よりも微細な形状を形成しやすくなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子銃部品の製造方法を示した図である。
【図２】従来の電子銃における電子制御部品とカソードとの距離を変えた場合の電子の挙動を比較した図である。
【図３】従来の電子銃部品の製造方法を示した図である。
【符号の説明】
１０　電子銃部品
１１　成形品
５０　金型
１００　電子制御部品
２００　陽極電極
３００　カソード
４００　ヒーター
１１００　電子銃部品
１１１０　薄肉部
１１１２　半薄肉部
１１１４　薄肉部
１１２０　開口部
１１２２　下孔
１１２４　仕上げ孔
１１０１、１１０２、１１０３　母材
１１０１Ａ　盛り上がり部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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