JPH03173032A - 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用いられる陰極に関
し、その電子放射特性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用いられる陰極には、ニッ
ケルを主成分とし、マグネシウム、シリコンなどの還元
性金属を微量含有した基体金属の面上に、Ｂａを含むア
ルカリ土類金属の酸化物層を被着形成した酸化物陰極が
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、その後、上記
基体金属中の還元性金属と酸化物を反応させながら、上
記酸化物から遊離原子を生成し、この遊離原子を電子放
射のドナー（源）として電子放射をおこなわしめるよう
にしたものである。

上記のように、複雑な手順を経る理由は、Ｂａは電子放
射能力に優れているが、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となり、この水酸化バ
リウムから遊離バリウムを電子管内に生成することは困
難であるので、化学的に安定な炭酸塩を出発物質にせざ
るをえないからである。炭酸塩には、Ｂａｃｏｓのよう
に単元のものと、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＣＯｓ　のよう
な襟元のものがあるが、ドナーを形成する活性化の基本
的な機構は上記いずれの塩の場合でも同じであるから、
以下、単元炭酸塩を例にとって、ドナーを形成する活性
化の基本的な機構を第６図にもとづいて説明する。

第６図は従来の酸化物陰極の一例を示す概略構造断面図
であって、同図において、陰極（１）は陰極筒体（ｌａ
）と陰極帽体（１ｂ）で構成され５陰極筒体（１ａ）の
内部にはヒータ（２）が配装され、内部を加熱昇温でき
る構造になっている。陰極帽体（１ｂ）は上記陰極（１
）の基体金属の役割を担い、この陰極帽体（１ｂ）の表
面上には炭酸バリウムからなる電子放射物質層（３）が
被着形成されている。この電子放射物質層（３）は、た
とえば、有機溶剤に溶解したニトロセルロース等の樹脂
溶液の中に炭酸バリウムを混合攪拌したものを陰極帽体
（１ｂ）の面上に吹付け、電着あるいは塗布等の方法で
被着形成することによって得る。なお、（１１１は上記
陰極帽体（１ｂ）と電子放射物質層（３）との界面であ
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（
２）によって約１０００℃に加熱昇温されると、上記電
子放射物質層（３）の炭酸バリウムは次式（１）のよう
に熱分解され、酸化バリウムに変換される。

ＢａＣ０ｚ　→ＢａＯ＋　　ＣＯｚ　−（１）上記の反
応によって生成した炭酸ガスは電子管外へ排出されるが
、これと同時にニトロセルロース等の樹脂も熱分解され
てガス状となり、上記炭酸ガスとともに管外に排出され
る。

しかし、上記（１）式による反応時に、従来の陰極では
、管内の一酸化炭素、酸素等の酸化性雰囲気のもとで、
陰極帽体（ｌｂ）の表面でニッケルとともに、還元反応
における重要な役割を担う還元性金属のＳｉやＭｇも同
時に酸化されるという欠点があった。

つぎに、上記（Ｉ）式の反応を経た電子放射物質層（３
）と陰極帽体（ｌｂ）との界面は第７図に示すような状
態となっている。すなわち、第７図は陰極帽体（ｌｂ）
と電子放射物質層（３）の界面０υ近傍を詳細に説明す
るための部分拡大断面図であって、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−数十
ミクロンの大きさの結晶粒（９）となり、これらの結晶
粒間に適度の間隙Ｑ［１１を形成した多孔質の電子放射
物質層（３）を形成するように配慮されている。この電
子放射物質層（３）の酸化バリウムは陰極帽体（］ｂ）
と接触する界面０１部分にて上記陰極帽体（ｌｂ）に含
まれる還元性金属のＳｉやＭｇと反応し、遊離バリウム
となる。つまり、上記還元性金属は陰極帽体（Ｉｂ）の
ニッケルの結晶粒（６）の結晶粒界（７）間を拡散移動
し、上記界面αＤ近傍で次式（Ｕ）および（ＩＩＩ）に
示すような還元反応をおこなう。

２ＢａＯ＋Ｓ　ｉ　→２Ｂａ十Ｓ　ｉ（Ｌ　−（ＩＩ）
ＢａＯ＋Ｍｇ　４Ｂａ＋ＭｇＯ−＝−Ｃｍ）上記の反応
式（ｎ）と（ＩＩ）から明らかなように、酸化バリウム
の還元反応の結果、得られる遊離バリウム（Ｂ　ａ）が
電子放射のドナーとして作用する。

この際、次式（ＩＶ）に示すような珪酸バリウム（Ｂｌ
ＩＳＩ０４　）の生成反応も同時におこる。

Ｓｔｏｗ　＋２ＢａＯ→Ｂａｔ　５ｉ０４−（ＩＶ）以
上説明したように、ドナーとなるＢａは電子放射物質層
（３）と陰極帽体（ｌｂ）の接合面である界面αυで生
成され、電子放射物質層（３）の間隙ＯＩ中を移動し、
その表面に出て電子放射の役割を担うが、蒸発したり、
あるいは電子管内の残留ガスであるＣＯ，ＣＯ２、Ｏｘ
　、Ｈ＊　Ｏ等と反応して消滅するので、継続的に、上
記（ｎ）および（ＩＩＩ）のような還元反応をおこなっ
て、ドナーとなるＢａを補給する必要があり、陰極の動
作中、常時、上記のような還元反応が生じている。この
ドナーとなるＢａの補給と消滅のバランスを取るために
、この種の陰極は通常、約８００℃の高温域で使用され
る。陰極の使用中、上記の式（ＩＩ）と式（ＩＶ　）中
のＳｉＯｘ　、Ｂａｔ　５ｉｆｔ等の反応生成物Ｏ２が
電子放射物質層（３）と陰極帽体（ｌｂ）の界面０υに
おいて生成され、上記界面ａυや結晶粒界（７）に継続
的に蓄積される。

このように、上記反応生成物Ｏｚが界面００部分に蓄積
されると、上記電子放射物質層［３Ｊと上記陰極帽体（
ｌｂ）はその界面ａυにて接合する傾向を示し、結果的
に、上記反応生成物α２は８１等の還元性金属の通過す
る障壁（一般に中間層といわれる）となるので、上記式
（Ｉｆ）および（Ｉ［［）などの反応は次第に遅れ気味
となり、ドナーとなるＢａの生成が困難となる。また、
上記中間層は高抵抗値を有し、放射電子電流の円滑な流
れが妨げられる。

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Ｏｚの蓄積が起こ
り、また、上記電子管陰極の動作中に陰極帽体（ｌｂ）
と電子放射物質層（３）の界面（Ｉυ近傍、特に、陰極
帽体（１ｂ）表面近傍の結晶粒界（７）に反応生成物（
２）が蓄積されてＳｉ等の通過障害となる中間層が形成
され、この中間層は高抵抗値を有するので、放射電子電
流の流れを妨げ、電子放射物質層（３）への還元性金属
の拡散補給も次第に妨げられることになり、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
。

上記のような問題を解決する提案として特開昭６１２７
１７３２号（以下、先行技術という）が提案されている
が、この先行技術は上記電子放射物質層に酸化スカンジ
ウム粉末を分散含有させ、この酸化スカンジウムによる
Ｂａｔ　Ｓ　ＩＯａ　等の反応生成物に対する解離作用
によって、上記中間層を脆弱破壊し、結果的に、上記Ｓ
ｉ等の還元性金属がニッケルの結晶粒界（７）を通過し
やすいようにすることにより、上記（ｎ）および（ＩＩ
Ｉ）式などの反応を促進せしめ、ドナーとなるＢａが生
成しやすいようにしたものである。

〔発明が解決しようとする課ｍ〕

上記先行技術にかかる酸化スカンジウム分散型陰極によ
れば、ドナーとなるＢａの生成を促進して電子放射特性
の向上をはかることができるが、電子放射物質層の密度
が高いので、受像管の動作のオンオフ時に電子放射物質
層と陰極帽体の熱膨張係数の差から受ける応力が大きく
なって、上記陰極帽体との界面上から電子放射物質層が
局部的に水ぶくれ状に浮上がる浮き上がり現象を呈した
り、ひどい場合には剥離脱落したりするという問題があ
った。

ここで、上記の電子放射物質層の浮上がり現象を第５図
にもとづいて説明する。すなわち、第５図は、寿命試験
後の陰極の電子放射物質層を丁寧に剥がした後の陰極帽
体の表面を模式的に示した拡大平面図であって、同図に
おいて、周辺部（Ａ）は上記反応生成物ａ邊である珪酸
バリウムに相当する部分を示し、中心部近傍（Ｂ）はニ
ッケル部分を示しており、上記珪酸バリウムおよびニッ
ケルはＸ線回折によっても確認できた。

このような現象は、周辺部（Ａ）では陰極帽体の基体金
属と電子放射物質層とがその界面で上記（ＩＶ）式の反
応が起こったことを示し、中心部近傍（Ｂ）では基体金
属が電子放射物質層と接することなく、したがって、こ
れら両者間で反応がなかったものを示している。つまり
、上記中心部近傍にて電子放射物質層が局部的にて浮上
がっていたものと推定される。

この発明は上述の問題に鑑みて発明されたものであって
、陰極帽体との界面からの電子放射物質層の浮上がりゃ
剥離脱落のない電子管陰極を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明にかかる電子管陰極は、ニッケル基体金属の面
上に、バリウムを含むアルカリ土類金属酸化物に酸化ス
カンジウムを分散させた電子放射物質層が被着形成され
た陰極において、上記基体金属表面の中心部近傍が粗面
に形成されたことを特徴とする。

〔作用〕

この発明によれば、電子放射物質層が被着形成される基
体金属面の中心部近傍が粗面に形成されているので、上
記中心部近傍における基体金属に対する電子放射物質層
の被着面積が増大し、全体として上記基体金属と電子放
射物質層との密着性が向上し、電子放射物質層の浮上が
り現象や剥離脱落現象が抑制されるものと考えられ、信
頼性の高い電子管陰極を得ることができる。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面によって説明する。

第１図は、この発明の電子管陰極の一実施例を示す概略
構造断面図であり、同図において、第６図で示す従来例
と同一の構成には同一の符号を付して、それらの詳しい
説明を省略する。

第１図において、（３０）　は電子放射物質層であって
、これは基体金属の陰極帽体（ｌｂ）の面上に被着形成
されている。この電子放射物質層（３０）は少なくとも
Ｂａを含有するとともに、他にＳｒあるいはＣａを含む
アルカリ土類金属 を主成分とし、０．１〜２０重量％の酸化スカンジウム
を分散させたものである。なお、陰極筒体（ｌｂ）はニ
クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）で構成され、陰極帽体（ｌｂ）は
ニッケルを主成分とし、少なくともシリコン（Ｓｌ）を
還元性金属とした含有した基体金属から構成されている
。

上記のように構成される電子管陰極の電子放射物質層の
形成方法は、従来のものと同様であってよく、たとえば
、有機溶剤に溶解したニトロセルロースの溶液に炭酸バ
リウムと酸化スカンジウムを所望の重量％（上記の三元
炭酸塩が酸化物となるとして求めた重量％）混合して懸
濁液とし、ボウルミル等の方法によって粉砕粒度調節を
おこなって、吹付は法によって被着形成する。電子放射
物質層の形成方法は、上記吹付は法以外に、電着あるい
は塗布等の方法によってよく、形成方法に別設制約はな
いが、多孔質の層膜に形成することが良好な電子放射性
能を得るために重要であり、望ましくは、吹付は法を用
いる。

また、基体金属である陰極帽体（１ｂ》表面の中心部近
傍には第２図（ａｌに示す拡大平面図ならびに同図（ｂ
ｌの拡大断面図に示すように、凹凸状の粗面部（２０ａ
）が形成されている。この粗面部（２０ａ）の大きさは
直径０．９ｍｍとしたが、特に、円形状に限定されるも
のではなく、正方形あるいは多角形状であってもよい。

この凹凸状の粗面部（　２０ｇ　）は陰極帽体（ｌｂ）
をプレス成形する際の金型に凹凸状の突起部を設けるこ
とによって簡単に形成することができる。なお、この粗
面部（２０ｉ）の表面粗さは５μｌとした。

つぎに、陰極帽体の基体金属の面上に塗布する電子放射
物質層の塗布密度を種々に設定した陰極を製造して受像
管に組込み、動作試験をおこなった。なお、上記電子放
射物質層の膜厚は約１００ミクロンとした。

上記の動作試験を開始してから約２０００時間を経過し
た後、陰極（１）と制御電極間隔で規定されるカットオ
フ電圧を測定したところ、カットオフ電圧の異常は全く
認められなかった。また、試験受像管を破壊し、陰極《
υを取り出し、電子放射物質層（３０）を観察した結果
、異常は認められなかった。

一方、従来の陰極帽体（ｌｂ）のものは電子放射物質層
《３》が浮き上がった兆候とみられるカットオフ電圧の
異常値を示すものがあった。試験受像管を破壊し、陰極
（１）を取出して電子放射物質層《３》を観察すると、
放射電子電流を取出している部分、すなわち、陰極帽体
（ｌｂ）の中央部分に電子放射物質層（３１の浮上がり
が認められた。

上記に示す結果から、カットオフ電圧の異常が発生する
理由はつぎのように推定できる。

すなわち、陰極（１１は動作中にも、前述の（ＩＶ）式
で示される反応が起こっており、中間層に形成される反
応生成物αタの珪酸バリウム（ｌｌａ．ｓｉｏａ＞は次
式（Ｖ）および（ＶＩ）の反応によって、酸化スカンジ
ウム（ＳｃｚＯｓ　）とニッケルを介して分解される。

ＳＣ２０ｓ　　＋１０旧＝　２　ＳｃＮｉｉ　　＋　３
　０　　−　（　Ｖ　）９８ａｔｓ１０ａ　＋　１６Ｓ
ｃＮｉｓ　→４８ａｉＳｅ４０ｇ　＋　６Ｂａ　　＋９
Ｓｉ　　＋　８０旧−（ＶＩ）上記式（Ｖ）および式（
Ｖｌ）による反応によって、電子放射物質層《３》と陰
極帽体（１ｂ）の界面００部分において反応生成物（自
）が形成されなくなるので、上記電子放射物質層（３）
と陰極帽体（１ｂ）の接合作用が弱くなる。ここで、受
像管の動作のオンオフ時に、電子放射物質層（３）と陰
極帽体（ｌｂ）の熱膨張係数の差から受けるストレスが
大きく、次第に浮き上がるものと推定される。一方、基
体金属である陰極帽体（１ｂ》に粗面部（２０ａ）を設
ける場合には、電子放射物質層（３ロ）の接着性が高く
なるため、浮き上がりが起こらないと考えられる。

また、珪酸バリウム等の反応生成物Ｑカが電子放射物質
層（３）キ陰極帽体｛１ｂ｝との界面αυや結晶粒界（
７）に蓄積されても、電子放射物質層（３）に分散含有
した酸化スカンジウムによる解離作用によってすみやか
に脆弱破壊されるので、Ｓｉ等の還元性金属の通る間隙
は確保され、電子放射のドナーとなるＢａの生成が促進
される。

第３図は他の実施例を示すもので、陰極線帽体（１ｂ）
の表面を旋盤等を用いて円形状の溝を形成して粗面部（
２０ｂ）としたものであり、第４図は陰極帽体（１ｂ）
の表面中心部に平均粒径が数ミクロンのニッケル粉末を
塗布した後、還元性雰囲気中で熱処理をおこなって焼結
して粗面部（２０ｃ）を形成したものである。いずれの
場合のものも、動作試験後、カットオフ電圧の異常を示
すものは存在しなかった。

このように、上記実施例による電子管陰極によれば、動
作時になんらのトラブルの発生なく使用でき、高抵抗値
の中間層となる反応生成物が形成されにくいので、電子
放射電流を妨げることなく、高い電流密度で使用するこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明にかかる電子管陰極は、
長期間動作させても電子放射物質層の浮上がりゃ剥離脱
落がなく、陰極帽体と電子放射物質層との界面近傍で高
抵抗値の中間層が形成されることもないので、電子放射
のドナーとなるＢａの生成が促進され、かつ電子放射電
流の流れが妨げることもなく、高い電流密度で使用する
ことができ、常に安定した電子放射性能が得られる効果
がある。

【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構
造断面図、第２図（ａ）はこの発明による基体金属であ
る陰極帽体の拡大平面図、第２図（ｂ）は同じく拡大断
面図、第３図および第４図はいずれもこの発明による他
の実施例による陰極帽体の拡大平面図、第５図は電子放
射物質層の一部が浮き上がった陰極の陰極帽体の表面を
模式的に示す拡大平面図、第６図は従来の酸化物陰極の
一実施例を示す概略構造断面図、第７図は基体金属と電
子放射物質層との界面近傍を詳細に説明するための部分
拡大断面図である。 （１）・・・陰極、（１ａ）・・・陰極筒体、（ｌｂ）
・・・陰極帽体、（Ｉｌｌ−・・電子放射物質層、（２
０ａ）、（２０ｂ）、（２０ｃ）　−粗面部。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ニッケル基体金属の面上に、バリウムを含むアル
   カリ土類金属酸化物に酸化スカンジウムを分散させた電
   子放射物質層が被着形成されてなる陰極において、上記
   基体金属表面の中心部近傍が粗面に形成されたことを特
   徴とする電子管陰極。