JPH0624094B2

JPH0624094B2 - 蛍光表示管制御電極

Info

Publication number: JPH0624094B2
Application number: JP62111678A
Authority: JP
Inventors: 忠溝畑; 大司坂本
Original assignee: Futaba Corp; Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Futaba Corp; Proterial Ltd
Priority date: 1987-05-09
Filing date: 1987-05-09
Publication date: 1994-03-30
Anticipated expiration: 2009-03-30
Also published as: JPS63279534A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は蛍光表示管の電極材料、特にその制御電極用材
料に関する。

［従来の技術］一般的な構造の蛍光表示管を例にとり、従来の技術を説
明する。

一般に蛍光表示管は、内部を高真空雰囲気に保持された
箱形の外囲器を有している。この外囲器の内部には、電
子を放出するフィラメント状の陰極や電子を加速・制御
する例えばメッシュ状の制御電極、また電子の射突によ
って発光する蛍光体層が被着された陽極等が収納・配設
されている。そして前記制御電極の代表的な取付方法・
構造としては、中付方式とスペーサフレーム方式とが知
られている。中付方式は、メッシュ状の制御電極の両端
に立上り片部とこれに連続する接着部とを形成し、前記
外囲器の一部を構成する基板内面上の配線端子に導電性
接着剤によって該接着部を接着固定し、メッシュ状の制
御電極を基板内面上方の所定高さに配設するものであ
る。またスペーサフレーム方式は、第５図に示すよう
に、基板１よりも一回り大きい電極フレーム２の内側
に、各種電極等が連続して設けられた電極構体３を用い
るものである。即ち、電極フレーム２の内側には、陰極
支持体４と陰極リード４ａ、メッシュ固定枠５とこれに
連続する制御電極リード５ａ、そして基板１上の接続端
子にその端部が接続される陽極リード６が一体に形成さ
れている。そして第４図に示すように、同一金属で一体
に形成されたメッシュ７及びメッシュ枠８よりなるメッ
シュ部９を有するメッシュフレーム１０を、前記電極フ
レーム２の上から重ね、メッシュ部９を前記メッシュ固
定枠５に溶接する。そして、このようにして構成した電
極構体３を基板１上に位置決めした後、箱蓋状に組立て
られた容器部１１を基板１上に封着して外囲器を構成
し、封着部を気密に貫通して外囲器外に導出された各リ
ード４ａ，５ａ，６を電極フレーム２から切り離してい
た。

ところで前記スペーサフレーム方式の蛍光表示管におい
ては、各リード部４ａ，５ａ，６が外囲器の封着部を貫
通する構造であるため、一般に各リード部４ａ，５ａ，
６及びこれと一体に成形された電極フレーム２等は、封
着ガラスとなじみが良く、熱膨張係数が封着ガラスのそ
れに近いため封着部に漏れの発生することが少い４２６
合金（主成分として少くともＮｉ，Ｃｒ，Ｆｅからな
り、Ｎｉ４０〜４６％、Ｃｒ３〜８％、残部Ｆｅ、また
はこの基本成分に対し特定の特性の改善を目的として添
加した若干量の元素を含むものがある。これらの合金の
グループは一般に４２６合金と呼ばれているので、ここ
でもそのような合金を総称して４２６合金という）で形
成されている。そして４２６合金より成るメッシュ固定
枠５に溶接されたメッシュ部９には、４２６合金よりも
安価な金属材料、例えばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０等
が使用されていた。これらの金属は４２６合金より熱膨
張係数が大であった。４２６合金及びこれら合金の熱膨
張係数は下記の通りである。

［発明が解決しようとする課題］前記蛍光表示管の外囲器内においては、陰極から放出さ
れた電子の一部は制御電極のメッシュ部９に衝突して無
効電流となる。この時電子の持っていた運動エネルギは
すべて熱になるのでメッシュ部９は温度が上昇し、点灯
時の温度は２００℃〜２５０℃に達する。メッシュ部９
が固定されているメッシュ固定枠５にも熱は伝わるが、
メッシュ固定枠５には制御電極リード５ａが一体に設け
られて外囲器外へ導出されているので、さほどの温度上
昇は見られず、高くても９０℃位である。そして前述し
たように、メッシュ部９を構成している従来の金属材料
はすべて、メッシュ固定枠５等を構成している４２６合
金よりも熱膨張係数が大きい。従ってメッシュ固定枠５
に常温下で固定されたメッシュ部９は、点灯時には電極
フレーム２よりも熱膨張量が多くなり、メッシュ７は陰
極Ｋ側又は陽極Ａ側に向けて中央部を突出させた形状に
変形してしまう。そして変形量が大きくなると、陰極Ｋ
又は陽極Ａに制御電極Ｇが接触してしまうことがあると
いう問題点があった。また接触には至らなくても、メッ
シュ７が変形することによって陽極電流の密度が変化
し、表示に輝度ムラが生じたりちらつきが生じたりする
ことがあるという問題点があった。

前述した問題点を解決するため、従来は次の(1)〜(4)の
ような対策がとられているが、各項ごとに記載するよう
に、これらの方法もそれぞれ問題点を有しており、制御
電極Ｇが変形するという問題点を完全に解決するもので
はなかった。

(1) 表示パターンを分割し、１つの制御電極の寸法を
小さくすることによって各メッシュの熱変形量を小さく
して、各制御電極が他の電極に接触しないようにする。

ところが、表示パターンのなかには分割することのでき
ないデザインのものもあるし、寸法の小さい多数の制御
電極によって表示画面を構成すると、表示密度が低くな
ってしまうという問題点がある。

(2) 実開昭６０−９６７６３号公報に示すように、メ
ッシュの一部に基板方向に突出した形状の支持爪を設
け、メッシュが基板側に突出した形状に変形して陽極に
接触することを防止する。

ところが、この方法では支持爪の加工工程が増えるので
製造コストが上昇してしまうし、また支持爪がじゃまに
なって見にくくなるという問題点がある。

(3) 中付方式のメッシュグリッドを点灯時以上の温度
に加熱して膨張させた状態で電極フレーム側に固着し、
常温下ではメッシュ部に引張り応力が加わるようにする
技術が実公昭５８−４０５２３号に開示されている。

ところが、点灯時以上の温度、即ち一般に２５０℃以上
の温度での作業は困難であるし、この方法では非点灯時
に電極フレームが変形してしまう恐れがあった。

(4) 実公昭５８−４１６３５号公報に示すように、メ
ッシュ部の表示の妨げにならない部分に切込みを入れて
制御電極の面積を減らすようにすることにより変形を防
止している。

ところが、この方法では切込み両側で変形が上になった
り下になったりすることがあり、切込みを境にして輝度
ムラがおこる。またこの方法によれば加工工程の増加に
よって製造コストが上昇してしまうという問題点があっ
た。

［発明の目的］本発明は熱膨張曲線の形状を、外囲器ガラスまたは４２
６合金製フレームのそれに対し、巧妙に調和させること
により、前述の蛍光表示管の制御電極の熱膨張や収縮に
よる変形を大幅に抑制することを可能とする制御電極用
材料を提供することを目的としている。

［問題点を解決するための手段］本発明の蛍光表示管制御電極用材料は、中付方式または
スペーサフレーム方式の蛍光表示管用のＦｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｒ系材料において、重量％でＣが0.05％以下、Ｓｉが0.
05〜0.50％、Ｍｎが0.05〜0.50％、Ｎｉが37％を越え4
0.0％以下、Ｃｒが1.0〜7.5％、残部がＦｅで、しかも
ニッケル量とクロム量の差を適切な範囲とするため、3
2.5％≦Ｎｉ−Ｃｒ≦36％の条件を満たす組成より成る
ことを特徴としている。

さらに、この組成に重量％で0.05〜0.5 ％のＡｌと0.05
〜0.50％のＴｉのいずれか一方または両方を含有せしめ
てもよい。

［作用］本発明の蛍光表示管制御電極用材料は、その熱膨張係数
は、常温（３０℃）から約２５０℃位にかけて４２６合
金等の封着合金よりも低くなっており、約２５０℃位よ
りも高温の領域では前記封着合金や外囲器ガラスの熱膨
張係数に近くなっている。

［実施例］次に、本発明に係る蛍光表示管制御電極用材料の成分限
定理由は以下の通りである。

即ち、Ｃは合金溶解時の脱酸剤としてある程度含有せし
める必要があるが0.05％を越えるとガラス封着時封着ガ
ラス内の気泡発生の原因となるため0.05％以下に限定し
た。Ｓｉは合金溶解時の脱酸剤として使用するが、0.05
％未満ではその効果がなく、0.05％を越えると合金の加
工性を害してしまうため、0.05〜0.50％に限定した。Ｍ
ｎについてもＳｉと同じ理由である。ＮｉおよびＣｒは
本合金の基本組成でありいずれも熱膨張特性を大きく左
右する合金元素であるがその熱膨張係数が室温（３０
℃）〜２５０℃の低温側ではガラスより小さく、好まし
くは４２６合金よりも小さく、２５０℃〜４００℃の高
温側ではガラスより大きく、好ましくは４２６合金より
も大きくなるように、Ｎｉ37％を越え40.0％以下、Ｃｒ
1.0 〜7.5 ％で32.5％≦Ｎｉの量−Ｃｒの量≦36％の条
件を満たすようにした。即ち第２図に示す菱形内の範囲
に限定したものである。特にＮｉ含有量は、３０〜２５
０℃の低温側の熱膨張係数に関係し、Ｎｉ含有量が多い
ほど熱膨張係数が大きくメッシュの伸び率も大きくな
る。本発明では点灯時の温度範囲の３０〜２５０℃に於
いて、メッシュを固定する部材、すなわち中付方式はガ
ラス基板、スペーサフレーム方式はスペーサフレームよ
りもメッシュの伸び率を小さくし、メッシュに変形や剥
離を生じさせない程度の適度なテンションを加えること
により、メッシュの持上り量（変位量）を小さくしよう
とするものである。

従って中付方式であれば、ガラスよりわずか伸び率が小
さければよく、スペーサフレーム方式であれば、スペー
サフレーム部材である４２６合金より多少伸び率が小さ
ければよいのである。あまりメッシュの伸び率が小さす
ぎると、メッシュにテンションがかかりすぎてしまい中
付方式では、メッシュの接着部に剥離がおこる可能性が
ある。スペーサフレーム方式では、部分的に点溶接をし
ているので剥離はおこらないがメッシュが変形をおこす
可能性がある。

しかして、前記条件を満足させるＮｉの含有量は、33.5
〜40％であるが、第２図の台形内の合金例の分布から37
％以下のグループと、37％以上のグループに分かれる。
Ｎｉが37％以下のグループは合金No.１，２，６，７で
あり、その内第１図に於いてはNo.１とNo.２の合金例を
記載してある。37％以上のグループは合金No.３〜No.５
及びNo.８〜No.１０であり、その内第１図に於いてはN
o.４，No.５の合金例を記載してある。

この第１図からわかるように、Ｎｉ37％以上のグループ
の方が、板ガラス、又は４２６合金の伸び率より小さい
か、より近い値である。すなわちメッシュにテンション
は発生するが、剥離や変形が完全に起こさないよりよい
条件である。

したがってＮｉの含有量が37〜40％（37％を含まず）の
範囲が蛍光表示管に使用するメッシュ材として望ましい
範囲である。したがって、本発明ではこれを採用した。
尚Ｃｒの含有量は1.0 〜7.5 ％であり、Ｎｉの量からＣ
ｒの量を引いた値すなわち32.5％≦Ｎｉ−Ｃｒ≦36％の
条件を満たすことは必要条件である。そして表２に示す
No.１１〜１３の合金は前記条件に合致しない組成の合
金であり、本発明と比較するために第２図中にも記して
ある。このように菱形の範囲をはずれていると、平均熱
膨張係数α_30-250も5.0 ×10^-6／℃〜7.3 ×10^-6／℃の
範囲に入っていない。平均熱膨張係数α_30-250が7.3 ×
10^-6／℃より大きいと、前述したように使用時にメッシ
ュが熱変形してしまい、中付方式によってはメッシュの
接着部に剥離を生じることもある。またα_30-250が5.0
×10^-6／℃より小さいと、メッシュに過大なテンション
が加わり、この力が実際上無視できない程の大きさにな
るという不都合が生じるのである。さらにＡｌおよびＴ
ｉは、必要に応じ基地合金に対する酸化膜の密着性を向
上させるための含有せしめるものであるが、0.05％未満
ではその効果がなく、0.50％を越えると合金の加工性を
害するようになるため0.05〜0.50％に限定した。表１に
は、従来合金としての４２６合金及び１８Ｃｒステンレ
ス（それぞれNo.４２６及びNo.１８で示す。）と共に、
本発明の実施例No.３〜５およびNo.８〜１０ならびに比
較例No.１，２およびNo.６，７の化学組成及び平均熱膨
張係数が示してある。第２図には、各実施例および比較
例におけるＮｉとＣｒの含有率をプロットし、さらにこ
れらの各点が含まれる本発明におけるＮｉとＣｒの含有
率の範囲を示した。即ちこのような化学組成の範囲には
いる合金は、蛍光表示管の点灯時の温度範囲と考えられ
る３０℃〜２５０℃において、一般に４２６合金よりも
平均熱膨張係数が低く、その値はほぼ5.0 ×10^-6／℃〜
7.3 ×10^-6／℃の範囲に入っている。また第１図には、
一部の実施例No.４，５および比較例１，２，４２６合
金及び板ガラスに関して、伸び率と温度の相関関係を示
してある。即ち第１図からも判るように、約２５０℃ま
では合金No.１，２，４，５よりも４２６合金の方が伸
び率が大であり、これよりも高い温度範囲では両者の伸
び率がほぼ等しくなっている。ただし合金No.１，２は
前述のようにやや不適当であり、本発明ではない。

合金例No.１〜１０の合金は、表１に示す組成で真空高
周波誘導溶解炉によって溶解し、熱間圧延及び冷間圧延
によって板材に仕上げたものである。次にこれらの合金
を用いて構成した部分を有するスペーサフレーム方式の
蛍光表示管について説明するが、その形状・構造につい
ては［従来の技術］の項で図示説明した蛍光表示管とほ
ぼ同じである。

まずガラス基板上にスパッタリング法によってＡｌ薄膜
を被着させ、フォトリソの手法によって所望のパターン
の陽極導体と配線導体を形成する。陽極導体を囲むよう
にしてガラス基板上にスクリーン印刷法で厚膜の絶縁層
を被着させて焼成し、陽極導体には電着法かスクリーン
印刷法で蛍光体層を被着させて焼成する。

次に制御電極を有する電極構体を形成する。電極フレー
ムは、ガラスと熱膨張係数のほぼ等しい４２６合金をプ
レス又はエッチングによって加工して形成する。そして
該電極フレームはあらかじめ水素炉で熱処理し、その表
面に酸化クロム層を形成して封着ガラスとの密着性を良
くしておく。

そして合金No.１〜１０の金属材料よりなる板材をエッ
チング加工し、メッシュ７とメッシュ枠８より成るメッ
シュ部９を有するメッシュフレーム１０を形成する。こ
のメッシュフレーム１０を前記電極フレーム２上に重
ね、メッシュ枠８を数箇所でメッシュ固定枠５に溶接
し、メッシュ部７をメッシュフレーム１０から切離す。
そして陰極支持体４にフィラメント状の陰極Ｋを溶接し
て張架し、電極構体３とする。

次に、ガラスより成る側面板と上面板を低融点フリット
ガラスによって箱形に組立てて容器部１１を形成する。
また前記電極構体３を前記ガラス基板１上に配設する。
そしてその上から容器部１１を被せ、電極フレーム２の
リード部５ａをはさんで容器部１１とガラス基板１を加
熱溶融したフリットガラスによって封着する。封着時の
温度は一般に４５０℃〜５５０℃である。第１図及び表
１に示すように、この近辺の温度においては、合金No.
１，２，４，５の金属材料の伸び率は４２６合金とほぼ
同じである。従ってこの蛍光表示管の組立てにおける封
着工程で、４２６合金より成る電極フレーム２と各合金
例の金属材料より成るメッシュ部９とは熱変形量がほぼ
等しくなるので、いずれか一方が塑性変形をおこしてし
まうようなことはない。

そして外囲器の要所に設けられた排気孔から内部の気体
を排出させ、内部が高真空状態になったところで排気蓋
又はチップ管によって排気孔を封止する。最後にライテ
ィングを行なって陰極を活性化させ、さらにエージング
を行なう。

次に、以上のようにして製造した蛍光表示管を発光駆動
させる場合について説明する。第１図及び表１に示すよ
うに、一般的な蛍光表示管の動作中のメッシュの最高温
度である約２５０℃よりも下の温度範囲では、実施例の
金属材料は熱膨張係数が４２６合金よりも小さくなって
いる。従って本実施例の蛍光表示管の点灯時には、電極
フレームよりもメッシュ部の方が変形量は小さい。さら
に具体的に言えば、各合金例での蛍光表示管のメッシュ
は、点灯時の持上り量（変形量）が従来品に比べて小さ
いだけでなく、通電後の時間経過と共に持上り量が減少
し、最終的には持上り量が０又は０に近くなる。即ち第
３図に示すように、４２６合金よりも熱膨張係数の大き
いか、又は同等の金属材料よりなるメッシュ部を４２６
合金の電極フレームに固定した従来例Ｆ４２６の曲線に
よれば、メッシュ部は通電後直ちに熱変形して持ち上
り、その変形量は時間の経過によってもほとんど変化し
ない。ところが、例えば合金例No.１，No.５の合金より
成るメッシュ部を４２６合金の電極フレームに固定した
蛍光表示管の例Ｆ１，Ｆ５で示す曲線によれば、メッシ
ュ持上り量は点灯後約１５秒で最大となるが、この最大
値は前記従来例Ｆ４２６で示す曲線の最大値より小さ
く、さらに時間の経過に伴ってメッシュ持上り量は減少
して約１分後には元に戻ってしまう。

次に、実施例の合金材料を用いたメッシュが、点灯時に
時間的に変化して元に戻る理由について説明する。ま
ず、熱容量の小さいメッシュ部は電極フレームとの熱伝
導の差によって通電開始と共にいち早く昇温し、約１５
秒後に熱変形が最大となる。この時には熱容量の大きい
電極フレームは温度が低く変形していない。１５秒経過
後、４２６合金の電極フレームにも熱が伝導してくる。
この時の電極フレームの温度はメッシュ部ほど高くはな
いが、熱膨張係数はメッシュ部より大きいので、伸び率
は大きい。そして、やがて熱膨張係数の小さいメッシュ
部の熱膨張の方が電極フレームの熱膨張よりも相対的に
小さくなり、メッシュは電極フレームに引張られて変位
量（持ち上り量）が減少する。変位量が減少すると陰極
−制御電極の間隔が大きくなるので、制御電極電流が減
少して発熱も少くなる。その結果、メッシュの温度が低
下し、メッシュの変位量はさらに減少していく。このよ
うにして、点灯約１分後には、第３図に実線で示すよう
に、メッシュの持ち上り量は０又は０に近いところまで
減少するものである。そして同図からわかるように、実
施例の合金材料よりなるメッシュ部によれば、第３図の
従来例Ｆ４２６曲線とは異なり、消費電力のかなり大き
い蛍光表示管に適用した場合にも点灯時のメッシュの持
ち上り量を０に近くすることができる。

このように、本実施例の制御電極用材料は、蛍光表示管
の点灯温度である２５０℃付近までの熱膨張係数が４２
６合金よりも小さいので、該材料によって形成したメッ
シュ部を４２６合金の電極フレームに溶接固定すれば、
点灯時のメッシュの変形を可及的に小さくすることがで
きる。そして例えば通電後１分位でメッシュの変形量を
０に安定させることができ、輝度のちらつきをなくすこ
とができる。

以上説明した実施例では、リードフレーム方式の蛍光表
示管を例にとり、そのメッシュ部を本発明の合金によっ
て構成する例を示したが、本発明の合金材料の適用範囲
は以上の例にのみ限定されるものではない。

［発明の効果］本発明の蛍光表示管制御電極用材料によれば該表示管の
点灯温度よりも低い温度範囲では熱膨張係数が４２６合
金やガラスよりも小さく、前記温度範囲よりも高温の領
域では熱膨張係数が４２６合金やガラスに近くなってい
る。従って本発明によれば、表示管の点灯時に管内部品
の変形を小さく押えることができ、表示管の性能に与え
る悪影響を小さくすることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例と従来例及び板ガラスにおける
伸び率と温度の関係を示すグラフ図、第２図は本発明の
各合金例におけるＮｉとＣｒの含有量の関係を示す図、
第３図は各合金例の材料よりなるメッシュを有する蛍光
表示管と従来の蛍光表示管におけるメッシュ持ち上り量
と通電後の経過時間の関係を示すグラフ図、第４図はス
ペーサフレーム方式の蛍光表示管における電極フレーム
とメッシュフレームを示す斜視図、第５図はスペーサフ
レーム方式の蛍光表示管の分解斜視図である。１……基板、２……電極フレーム、５……メッシュ固定枠、７……メッシュ、８……メッシュ枠、９……メッシュ部、１０……メッシュフレーム。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中付方式またはスペーサフレーム方式の蛍
光表示管用のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系材料において、重量％
でＣが0.05％以下、Ｓｉが0.05〜0.50％、Ｍｎが0.05〜
0.50％、Ｎｉが37％を越え40.0％以下、Ｃｒが1.0〜7.5
％、残部がＦｅで、しかも32.5％≦Ｎｉ−Ｃｒ≦36％を
満たす組成より成ることを特徴とする蛍光表示管制御電
極用材料。
【請求項２】中付方式またはスペーサフレーム方式の蛍
光表示管用のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系材料において、重量％
でＣが0.05％以下、Ｓｉが0.05〜0.50％、Ｍｎが0.05〜
0.50％、Ｎｉが37％を越え40.0％以下、Ｃｒが1.0〜7.5
％、さらに0.05〜0.50％のＡｌと0.05〜0.50％のＴｉの
いずれか一方または両方を含有し、残部がＦｅで、しか
も32.5％≦Ｎｉ−Ｃｒ≦36％を満たす組成より成ること
を特徴とする蛍光表示管制御電極用材料。