JPH01143116A - 電子管陰極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、受像管などの電子管に具備される陰極に係
わるもので、陰極から放出される電流密度の向上を図っ
たものである。

〔従来の技術〕

従来、受像管などの電子管に具備される陰極には、ニッ
ケル（Ｎｉ　）を主成分としマグネシウム（Ｍｇ）、シ
リコン（Ｓｉ）などの還元性金属を微量含有した基体金
属上にバリウム（Ｂａ）を含むアルカリ土類金属酸化物
を被着形成した、所謂、酸化物陰極が多用されてきた。

この酸化物陰極はアルカリ土類金属の炭酸塩を熱分解し
て酸化物に変換せしめ、次に還元性金属と酸化物とを反
応させながら酸化物から遊離京子を生成し９子放射のド
ナー（源）として電子放射を行わせるようにしたもので
ある。このような複雑な手順を経る理由は、Ｂａは電子
放射能力には優れているが非常に活性であるため空気中
の水分と反応して水酸化バリウム（Ｂａ（ＯＨ）ｚ　）
となり、この水酸化バリウム（Ｂａ（ＯＲ）！　）から
遊離バリウＡ　（Ｂａ）を電子管内に生成することは困
難であるので、化学的に安定である炭酸塩を出発物質に
せざるを得ないからである。炭酸塩にはＢａＣ０，の単
元のものと（Ｂａ、　Ｓｒ　、　Ｃａ　）ω３などの復
元のものがあるが、ドナーを形成する活性化の基本的な
機構は同じであるから、理解を容易にするため以下、単
元炭酸塩を例にし。て詳細に説明する。

第３図は従来の酸化物陰極の一例を示す概略構速断面図
であって、（１）は基体金属、（２）はスリーブ、（３
）は加熱用のヒータ、（５）は基体金属（１）の表面に
被着形成された炭酸バリウム（ＢａＣＯｌ）からなる電
子放射物質である。この電子放射物質（５）は、有機溶
剤に溶解したニトロセルロース等のバインダに炭酸バリ
ウム（ＢａＣＯ３）を混合し、吹きつけ、電着、あるい
は塗布等の方法で被着形成する。

このように構成された酸化物陰極は、電子管内に組み込
まれ、電子管内を真空にするための排気工程でヒータ（
３）によって約１０００°Ｃに加熱昇温され、炭酸バリ
ウム（ＢａＣ０３）が次式のように熱分解される。

ＢａＣ０，→ＢａＯ＋ＣＯ２・・−（１）この反応によ
って生成された炭酸ガス（ＣＯ３）は真空ポンプによっ
て電子管外に排出される。同時にニトロセルロース等の
樹脂も熱分解されて気体となり、炭酸ガスと共に管外に
排出される。

第（１）式の反応によって、電子放射物質（５）の炭酸
バリウム（ＢａＣＯ，）は酸化バリウム（Ｂａｄ）に変
換される。この反応の際に、従来の酸化物陰極では、管
内の炭酸ガス（ＣＯｚ）、酸漿（０，）等の酸化性雰囲
気のもとで、基体金属（１）の表面でニッケルαｉ）と
共に、還元反応の重要な役割を担う還元性金属のシリコ
ン（Ｓｉ）やマグネシウム絢）も共に酸化されるという
欠点がある。

第４図は基体金属（１）と電子放射物質（５）の接合近
傍を詳細に説明するための部分拡大断面図である。

一般に酸化バリウムは棒状の微小な結晶（８）が凝集し
て数ミクロンないし数十ミクロンの大きさの結晶粒（９
）となる。結晶粒間には適度の間隙ＣＬＩを形成した多
孔質の電子放射物質（５）を作るように配慮されている
。この酸化バリウム（Ｂａｄ）は基体金属（１）と接曽
する界面ａυに於て、前記還元性金属のシリコン（Ｓｉ
　）やマグネシウム（Ｍｇ）と反応、遊離バリウム（Ｂ
ａ）を生成する。これらの還元性金属は基体金属（１）
のニッケル（Ｎｉ）の結晶粒界（７）を拡散移動し、界
面（ｌＩυ近傍で還元反応を行う。反応例を次に示す。

ｚＢａＯ＋　Ｓｉ　−＋　ｚＢａ　＋　５ｉ０２−・−
−−−−・−（２）ＢａＯ＋　Ｍｇ　−Ｂａ　＋ＭｇＯ
−−−−・−−−−（３）この遊離バリウム（Ｂａ）が
電子放射のドナーとなって作用する。この際、次の反応
も同時に起こる。

Ｓｉｎ、　＋　ｚＢａｏ　−＋　Ｂａ、５ｉ０．　・・
−・・−・−（４）以上のように、ドナーは電子放射物
質（５）と基体金属（１）の接合面で生成され、電子放
射物質（５）の間隙（１（ｌを移動し、その表面に出て
電子放射の役を担うが、蒸発したり、電子管内の残留ガ
スであるω。

Ｃｏ２．Ｏ，、Ｈ，０等と反応して消滅するので、絶え
ず上記のような反応を行って補給する必要があり、陰極
は使用中宮にこの還元反応を行っている。この補給と消
滅のバランスを取るために、一般に、この種の陰極は約
８００°Ｃの高温で使用される。

陰極の使用中、第（２）、（４）式、（７）　Ｓｉｎ、
　、　Ｂａ、５ｉｎ４等の反応生成物備が電子放射物質
（５）と基体金属（１）の接合面である界面（ロ）で生
成され、界面αηや結晶粒界（７）にどんどん蓄積され
てＳｉなどの通る障壁（一般に、これを中間層と呼ぶ）
となり、反応は次第に遅れドナーであるＢａの生成が困
難となる。

この中間層は高抵抗値を有し放射電子電流の流れを妨げ
る。このような問題点に対して、第５図に示すような、
酸化スカンジウム（ＳｃｔＯｇ）（転）を電子放射物質
（５）の中に分散させるという提案（特開昭６２−２２
３４７）がある。これはスカンジウム（Ｓｃ）によって
Ｂａ、５ｉ０４などの反応生成物＠を解離する作用があ
ると考えられるものである。また、別の提案（ＵＳＰ　
４３６９３９２）として第６図に示すようにニッケル粉
末の焼結層（６）の中に電子放射物質（５）を含有させ
たものもある。これは、焼結層（６）によって中間層が
生成しても実質の抵抗値を下げようとしたものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、従来の電子管陰極においては、電子放射源
のドナーを形成するための炭酸塩の分解、還元の反応作
用中に還元性金属の酸化と反応生成物の蓄積が起こり、
また、動作中に基体金属（１）と電子放射物質（５）の
界面０υ近傍、特に基体金属（１）の表面近傍のニッケ
ル結晶粒界（７）に反応生成物が蓄積されるので放射電
子流および電子放射物質（５）への還元性金属の拡散補
給が次第に妨げられ、高電流密度下の十分な電子放射特
性が長時間にわたって得られないという欠点がある。上
記提案の酸化スカンジウム分散型陰極（特開昭６２−２
２３４７）およびニッケル焼結型陰極（ＵＳＰ　４３６
９３９２）はこれらの欠点に対処するものであるが、長
時間の動作に耐え得る電流密度の限界が２Ａ／ｃｎｌで
あり高解像度あるいは高輝度用の受像管への適用には問
題があった。

〔問題を解決するための手段〕

この発明に係る電子管陰極は、ニッケルの基体金属にニ
ッケル粉末焼結層を設（）、更にこのニッケル粉末焼結
層の中の空孔部にアルカリ土類金属酸化物と酸化スカン
ジウムとの混合物とからなる電子放射物質を含有さすこ
とにより長時間に渡つて安定した高電流密度動作を得よ
うとするものである。

〔作用〕

この発明における、ニッケル粉末焼結層は基体金属と電
子放射面との間の電気抵抗値を低減することができ、更
に、電子放射物質中の酸化スカンジウムは基体金属ある
いはニッケル粉末の表面近傍で生成される中間層物質の
形成を防止することができる。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図によって説明する。

第１図は、この発明の電子管陰極の一実施例を示す概略
構造断面図であって、カップ状の基体金属（１）が筒状
のスリーブ（２）に接続され、その内部にはヒータ（３
）が配備され加熱昇温する構成となっている。基体金属
（１）は少なくともシリコン（Ｓｉ）を還元性金属とし
て含有したニッケル（Ｎｉ　）である。スリーブ（２）
はニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）から構成される。基体金属（
１）の表面には、少なくともシリコン（Ｓｉ）のような
還元性金属を含有したニッケル（Ｎｉ　）からなる粒子
の焼結層（２）を被着形成する。この焼結層（資）は平
均粒径１５〜３０ミクロンのニッケル粉末をニトロセル
ロースと混合して吹き付は等の方法により、約０．１ｍ
の厚さになるように基体金属（１）の上に被着形成する
。次に、水素雰囲気中で約１０００°Ｃ１１０分間の熱
処理を行う事によりニッケル粉末相互およびニッケル粉
末と基体金７ｉ　（１）との焼結が起こり焼結層（６）
が構成される。焼結層的の空孔率は３０〜６０％で、こ
の空孔の中に電子放射物質（５）を充填する。この電子
放射物質（５）は少なくともバリウム（＆）を含有し、
他にストロンチウム（Ｓｒ）あるいはカルシウム（Ｃａ
）を含むアルカリ土類金属酸化物６υを主成分とし、０
．１〜２０重量パーセントの酸化スカンジウム６ｚを分
散させたものである。この電子放射物質（５）の充填方
法は、有機溶剤に溶解したニトロセルロースの溶液にア
ルカリ土類金属炭酸塩と酸化スカンジウムを所望の重量
パーセント混合して懸濁液とし、ボールミルなどの方法
により粉砕混合し、次に浸漬法、吹き付は法、電着法、
塗布法等により被着形成する。焼結層的よりはみだした
電子放射物質（５）は機械的に削り取って除去する。

以上のような構成で製作した電子管陰極の電子放射源で
あるドナーの生成を行う工程を以下に詳しく説明する。

この電子管陰極は電子管内に組み込まれ、電子管内を真
空にするための排気工程でヒータ（３）によって約１０
００°Ｃに昇温加熱されて炭酸バリウム（ＢａＣＯ，）
が次のように熱分解される０ＢａＣＯ，→ＢａＯ＋ＣＯ
，・＝−・・−＝＜１＞この反応で生じた炭酸ガス（Ｃ
Ｏりは電子管外に排出される。同時にニトロセルロース
も熱分解されて気体となり、炭酸ガス（ＣＯ，）と共に
電子管外に排出される。この反応によって、電子放射物
質（５）の中の炭酸バリウム（ＢａＣＯ，）は酸化バリ
ウム（Ｂａｄ）に変換する。

陰極の使用中、陰極は約８００’Ｃに加熱され、（１）
式で生成した酸化バリウム（Ｂａｄ）は基体金ｇ　（１
）および焼結層（２）の中の還元性金属と次のように反
応する。

ｚＢａｏ　＋　Ｓｉ　４　ｚＢａ　＋　５ｉＯ１−−・
−・−−−−（２）この遊離バリウム（Ｂａ）が電子放
射のドナーとなって電子放射を担う。この発明の電子管
陰極では基体金属（１）および焼結層（２）の中に還元
性金属を含むため遊離バリウム（Ｂａ）の生成が活発に
行われるため、高電流密度動作の負荷に対して耐え得る
ことが可能となる。又、電流の一部は抵抗値の低い焼結
層的を通って流れるため、従来の陰極に比べて高電流密
度動作が可能となる。

一方、長時間の動作中、次式の反応も行われる。

Ｓｉｎｇ　＋　２ＢａＯ−４ａ、ＳｉＯ，−・−・−・
・（４）この反応式の生成物である、バリウムシリケイ
ト（Ｂａ！５ｉ０４）は基体金属（１）および焼結ＩＱ
（２）の表面に徐々に蓄積され、シリコン（Ｓｉ）等の
還元性金属の通る障壁（中間層）となり、ドナーなる遊
離バリウムの生成が困難となるが、本発明の電子管陰極
では、電子放射物質（５）の中の酸化スカンジウム（財
）が次式に示すような反応を起こす。

Ｓｃ、Ｏ，＋１　ｏＮｉ→ｚｓｃＮｉ　＋　３０・・・
・・・・・・（５）９Ｂａ、Ｓ　ｉ０４＋１６８ｄ’Ｊ
ｉ、→４Ｂａ、５ｃ４０．＋　６Ｂａ　＋　９８ｉ　＋
５ｏＮｉ・・−・＜８）このように、バリウムシリケイ
ト（Ｂａ、Ｓｉｎ、）は酸化スカンジウム（Ｓｃ、Ｏρ
とニッケル（Ｎｉ　）とにより分解されるので、電子放
射物質（５）と基体金［（１）あるいは焼結ノー（６）
との界面で蓄積されない。

従って、従来の陰極のようにバリウムシリケイトなどの
反応生成物が基体金属や焼結層の表面に蓄積して還元性
金属の通る障壁となり、還元反応が次第に遅くなり、ド
ナーとなる遊離バリウムの生成が困難となることはない
。このように、高抵抗値の中間層がなく、また焼結層に
よる、基体金属と電子放射面間との導電性の向上、更に
、電子放射物質全域での遊離バリウムの生成作用などで
陰極を長時間に渡って高電流密度で作動させることがで
きた。

第２図は、電子放射電流の劣化状態を調べるため６００
０時間の寿命試験を行った結果である。この寿命試験で
は、電流密度５Ａ／ｄの高電流密度で動作させた。この
図に於て、■旧よ、この発明の陰極の特性を示すもので
、焼結層の中に、３％の酸化スカンジウムを分散させた
電子放射物質を充填したものである。四は、第５図に示
す従来の陰極で、電子放射物質層に３％の酸化スカンジ
ウムを分散したもの、嬶は、第３図に示す従来の酸化物
陰極の特性を示す。この図から明らかなように、本発明
の電子管陰極は６０００時間後、初期値の８０％に特性
が保たれ、寿命時間で表せば従来の陰極に比べて３〜６
倍の長寿命が得られた。

尚、実施例では、酸化スカンジウムの電子放射物質中へ
の分散量が３％のもので説明したが、分散量は０．１％
〜２０％の間であれば効果があった。

０．１％以下の場合は寿命特性の向上が得られず、又、
２０％以上にすると初期の電子放射特性が劣化した。

〔発明の効果〕

この発明は以上も述べたように、少なくともシリコンを
還元性金属として含有する基体金属の上に、更に、シリ
コンを少なくとも還元性金属として含有する焼結金属層
を設け、この焼結層の中に酸化スカンジウムを分散させ
た電子放射物質を充填させた構成で、長時間（こ渡って
高電流密度動作させても寿命が長いという効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の電子管陰極の一実施例を示す概略断
面図、第２図は電子放射特性の比較図、第３図は酸化物
陰極の構成を説明するための概略断面図、第４図は酸化
物陰極の作用を説明するための部分拡大断面図、第５図
、第６図は従来の電子管陰極の一例を示す概略断面図で
ある。 図に於て、（１）は基体金属、（６）は焼結層、Ｑ５］
）はアルカリ土類金属酸化物、←４は酸化スカンジウム
、（５）は電子放射物質である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示゛す
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ニッケルを主成分とし、少なくともシリコンを含有する
   基体に、少なくともシリコンを含有し、主成分がニッケ
   ルからなる粒子の焼結層を被着形成しこの焼結層の中に
   バリウムを含むアルカリ土類金属酸化物と０．１〜２０
   重量％の酸化スカンジウムを分散した電子放射物質を充
   填したことを特徴とする電子管陰極。