JPH02288043A - 電子管用陰極 - 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、ＴＶ用ジブラウン管どに用いられる電子管
用陰極に関するものである。

〔従来の技術〕

第２図は従来のＴＶ用ジブラウン管撮像管に用いられて
いる陰極を示すものであり、図において、１はシリコン
（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）などの還元性元素を微
量含む主成分がニッケルからなる有底筒状の基体、２は
この基体ｌの底部上面に被着され、少なくともバリウム
（Ｂａ）を含み、他にストロンチウム（Ｓｒ）あるいは
／及びカルシウム（Ｃａ）を含むアルカリ土類金属酸化
物からなる電子放射物質層、３は上記基体１内に配設さ
れたヒータであり、加熱により上記電子放射物質層２か
ら熱電子を放出させるためのものである。

かかる構成の電子管用陰極において、基体１への電子放
射物質層２の被着は次のようにして行われる。まず、ア
ルカリ土類金属（Ｂａ、　Ｓｒ、　Ｃａ）の三元炭酸塩
からなる懸濁液を基体ｌの底部上面に塗布し、真空排気
工程中にヒータ３によって加熱する。この時、アルカリ
土類金属の炭酸塩はアルカリ土類金属の酸化物に変化す
る。その後、アルカリ土類金属の酸化物の一部を還元し
半導体的性質を有するように活性化を行い、基体１上に
アルカリ土類金属の酸化物からなる電子放射物質層２を
得る。

上記活性化工程においては、アルカリ土類金属の酸化物
の一部は次のように反応する。即ち、基体ｌ内のシリコ
ン、マグネシウム等の還元性元素は、拡散によりアルカ
リ土類金属の酸化物と基体１との界面に移動し、アルカ
リ土類金属酸化物と反応する。例えば、アルカリ土類金
属酸化物が酸化バリウム（ＢａＯ）であれば、次式（１
）、　（２）のように反応する。

ＢａＯ＋　ＫＳＩ　＝　Ｂａ　十′／２Ｓ＋Ｏｚ　　　
　　＋＋　・＋　（１）ＢａＯ＋　　Ｍｇ　　＝　Ｂａ
　＋　　Ｍｇ’Ｏ−−（２）この反応により基体１上の
アルカリ土類金属酸化物の一部が還元され、酸素欠乏型
の半導体となり、陰極温度７００〜８００″Ｃの動作温
度で０．５〜０．８　Ａ／ｃｄの電子放射が得られるこ
とになる。

ところが、上記電子管用陰極では、電子放射が０．５〜
０．８Ａ／ｃｄ以上の電流密度は取り出せない。

その理由として、アルカリ土類金属酸化物の一部を還元
反応させた場合、上記（１）、　（２）弐から明らかな
ように、基体１とアルカリ土類金属酸化物層との界面に
ＳｉＯ□、　ｎｇｏあるいはＢａＯ・ＳｉＯ□なとの複
合酸化物層（中間層）が形成され、この中間層が高抵抗
層となって電流の流れを妨げること、及び上記中間層が
基体ｌ中の還元性元素（Ｓｉ、　Ｍｇ）が電子放射物質
層２の表面側へ拡散するのを妨げるため十分な量のバリ
ウム（Ｂａ）が生成されないことが考えられている。つ
まり、電子管動作中に基体１と電子放射物質層２との界
面近傍、特に基体１表面近傍のニッケル結晶粒界と上記
界面より１０ｐ１程度電子放射物質層２内側の位置に上
記中間層が偏析するため、電流の流れ及び電子放射物質
層２表面側への還元性元素の拡散が妨げられ、高電流密
度下の十分な電子放出特性が得られないという問題があ
った。

これに対して、特願昭６０−２２９３０３号の出願には
、基体に０．０１〜０．５重置％の希土類金属を含有さ
せる手段が示されている。これは電子放射物質層を基体
に被着形成する際の上記活性化時にアルカリ土類金属の
炭酸塩が分解するとき、あるいは陰極としての動作中に
酸化バリウムが解離反応を起こすときの基体の酸化反応
を防止しようとするものである。そして又電子放射物質
層中への基体含有の還元性元素の拡散を適度に制御し、
該還元性元素による複合酸化物からなる中間層が基体と
電子放射物質層界面近傍に集中的に形成されることを防
止し、中間層を電子放射物質層内に分散させようとして
いる。つまり、この第２の従来例の電子管用陰極は、上
記中間層の分散により１〜２＾／ｃｄ程度の高電流密度
動作でのエミッション劣化が少なくなるという優れた特
性を有するものである。しかし、この電子管用陰極にお
いても、２　Ａ／ｄを超える例えば２．５＾／ｃｔｌの
高電流密度動作ではエミッション劣化が大きいという問
題がある。

次に特願昭６０−１６０８５１号の出願には、電子放射
物質層に０．１〜２０重量％の希土類金属酸化物を含有
させることにより、上述の第２の従来例と同様に基体酸
化を防止し中間層を分散させるという技術が示されてい
る。この場合上記と同様に２Ａ／ｃｄの高電流密度動作
でエミッションの劣化を少なくできる。しかしながら２
Ａ／ｃｒｊ以上の高電流密度動作においては電子放射物
質層を流れる電流によるジュール熱でバリウムの蒸発が
顕著になり、電子放射特性が劣化することがある。

この発明者等は上記のような問題点を解消するために、
先に主成分がニッケルからなる基体上に、少なくともバ
リウムを含むアルカリ土類金属酸化物を主成分とし、こ
れにスカンジウムの化合物と、アルミニウム、シリコン
、チタン等の酸化物の１種とを含んだ電子放射物質層を
被着させた電子管陰極管を提案した。

そしてこれにより上述の２Ａ／ｄを超える高電流密度動
作においても長期に安定したエミッション特性を示す電
子管用陰極を提供することができた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上記の従来例及び発明者等による先の提案
の電子管用陰極において、特に上記２Ａ／ｃ＋ａを超え
るような高電流密度動作において、かつ長時間の使用後
の電子管陰極の基体と電子放射物質層との界面において
は、非常番ご稀でしがちその理由が詳らかではないが導
電性の低下を生し、その結果特に高電流密度下での電子
放射特性に問題を生じ該電子管陰極のエミッション特性
を劣化させる重大な原因となり、製品の信頼性を低下さ
せる問題があった。

この発明はこのような問題点を解消するためになされた
ものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、主成分がニッケルからなる基体上に、第１
層として酸化スカンジウムと、鉄、アルミニウム、チタ
ン、ジルコニウム、ハフニウム。

ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステンレニウム
、オスミウム、イリジウム、白金、パラジウム、ロジウ
ム、金、バナジウム、クロム、マンガン、銅、亜鉛、ビ
スマス、インジウム、シリコンの少なくとも１種とを含
む混合物層を被着し、さらにこの第１層混合物層上に少
なくともバリウムを含むアルカリ土類金属酸化物を被着
形成した電子放射物質層を備えたことを特徴とする電子
管用陰極である。

（作　用〕 この発明においては、基体上に先づ第１層として鉄、ア
ルミニウム、チタン、銅等の少なくとも１種と酸化スカ
ンジウムとの混合物が被着され、更にその上に少なくと
もバリウムを含むアルカリ土類金属酸化物による電子放
射物質層が被着形成されている。

従って上記第１層温合物中の鉄、ｕＡなどの金属の存在
が基体及び電子放射物質層界面での導電性を高く保ちそ
の結果、特に高電流密度下での電子放出特性を維持して
前記エミッション特性の劣化を防止する作用を示す。

〔実施例〕

以下この発明の一実施例を第１図に基づいて説明する。

この図において、■は主成分がニッケルからなる基体で
あり、この基体１中にはＳｉ、　Ｍｇなどの還元剤が含
有されている。

次に４は、上記基体ｌの底部上面に被着された第１の混
合物層であって、酸化スカンジウムと、鉄、アルミニウ
ム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タン
タル、モリブデン、タングステン、レニウム、オスミウ
ム、イリジウム、白金、パラジウム、ロジウム、金、バ
ナジウム、クロム、マンガン、銅、亜鉛、ビスマス、イ
ンジウム、シリコンの少なくとも１種とを含む混合物で
ある。これら鉄、アルミニウム、銅などの平均粒径は約
２ミクロン程度が好ましいが特に制約はない、又これら
鉄、アルミニウム、銅などの酸化スカンジウムに対する
混合量は０．５〜ｌＯ％、好ましくは３重量％である。

その下限以下では導電性が充分でなく、又上限以上はそ
の必要性がなくかつ被着性が低下する。使用バインダー
は例えばニトロセルローズを含む酢酸ブチルラッカー等
が望ましい。酸化スカンジウム及び上記金属粉を約３重
量％程度分散させスプレー法等により塗布し乾燥させる
。乾燥膜厚としては５〜２０．望ましくは１０ミクロン
程度とするのが好ましい。

そして更に水素雰囲気中、１０００°Ｃ，５分程度の焼
結を行う。

次に５は、上記第１の混合物層４上に被着された電子放
射物質層であり、具体的にはバリウム。

ストロンチウム、カルシウムの三元酸化物を主成分とし
たものである。上記バリウムなどのアルカリ土類金属酸
化物は、上述した如くはじめ炭酸塩で混合し、従来と同
様に、常法の如く炭酸塩から酸化物への分解過程及び酸
化物の一部を還元する活性化過程を経て形成される。

第３図は、この発明の具体例として、主成分が二・７ケ
ルからなる基体上に、第１層として酸化スカンジウムに
鉄粉を３重量％混入したものを被着、第２層としてバリ
ウム　ストロンチウム、カルシウムの酸化物に被着した
もの（ａ）、第１層として酸化スカンジウムに銅粉を３
重量％混入したもの（ｂ）及び第１層として酸化スカン
ジウムに鉄粉を２重量％及び銅粉を１重量％混入したも
の（Ｃ）、さらに従来例としてバリウム、ストロンチウ
ム、カルシウムの酸化物に酸化スカンジウムを４重量％
含むもの（ｄ）、及び酸化スカンジウムを含有しないも
の（ｅ）による電子放射物質層を、夫々上記の基体上に
上記説明の方法に準する手段で形成して電子管用陰極を
作成し、この電子管用陰極を用いて２極真空管を作成し
、２．５Ａ／ａｆｌの電流密度で動作させて寿命試験を
行った場合のエミッション電流の変化を調べた結果を示
したものである。

第３図の結果によれば、電子放射物質層として酸化スカ
ンジウムを含有しないもの（ｅ）に比べて、本発明の実
施例品（ａ）、（ｂ）及び（Ｃ）、即ち第１層として酸
化スカンジウムと、鉄、銅、あるいはこれら両者の混合
物層を形成したものは経時的なエミッション劣化が著し
く少なく高い寿命を有するものであった。

そして又、バリウム、ストロンチウム、カルシウムの酸
化物に酸化スカンジウムを含有させ、基体上に単独層と
して形成させたもの（ｄ）に比べても、特に６０００〜
８０００時間にも達する長時間使用でそれらのエミッシ
ョン劣化の差異が歴然としていた。

この発明の電子管用陰極が上記の如〈従来品に比べて高
い優れた特性を維持し得る理由は以下のように考えられ
る。

ｆｉ１基体上に先づ第１層として鉄、アルミニウム。

チタン、　！１；Ｉ等の少なくとも１種と酸化スカンジ
ウムとの混合物が被着され、更にその上に少なくともバ
リウムを含むアルカリ土類金属酸化物による電子放射物
質層が被着形成されていることにより、上記第１層温合
物中の鉄、銅などの金属の存在が基体及び電子放射物質
層界面での導電性を高く保ちその結果、特に高電流密度
下での電子放出特性を維持して前記エミッション特性の
劣化を防止することになる。

ｆｉｉｌ基体と電子放射物質層との間に酸化スカンジウ
ム及び金属の混合層が介在していることにより電流密度
が向上し、これも上記特性向上に寄与する。

〔発明の効果〕

以上の如く本発明電子管用陰極は、主成分がニッケルか
らなる基体上に酸化スカンジウム及び鉄。

銅等の金属粉の混合物を被着させ、この上に少なくとも
バリウムを含むアルカリ土類金属酸化物を被着形成して
なるものであり、上記酸化スカンジウム及び金属粉層の
介在により基体と電子放射物質層との被着界面における
導電性が安定して維持され、かつ電流密度も向上し、そ
の結果特に２Ａ／Ｃ−以上の高電流密度による動作の下
での長寿命を確実に実現できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による電子管用陰極を示す
断面図、第２図は従来の電子管用陰極を示す断面図、第
３図は電子管用陰極を用いた２橿真空管の寿命試験時間
とエミッション電流との関係を示す図である。 なお各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主成分がニッケルからなる基体上に、第１層として酸化
   スカンジウムと、鉄、アルミニウム、チタン、ジルコニ
   ウム、ハフニウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タ
   ングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金
   、パラジウム、ロジウム、金、バナジウム、クロム、マ
   ンガン、銅、亜鉛、ビスマス、インジウム、シリコンの
   少なくとも１種とを含む混合物層を被着し、さらにこの
   第１層混合物層上に少なくともバリウムを含むアルカリ
   土類金属酸化物を被着形成した電子放射物質層を備えた
   ことを特徴とする電子管用陰極。