JPH03230445A - 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用陰極線管などに用いられる電子管用陰
極に関し、特に電子放射性物質層の改良に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

第５図は従来の陰極を示す縦断面図で、　（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（１）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）および／またはカルシウム（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
基体（１）内に配設されたヒータ（３）で、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。

この様に構成された電子管用陰極において、基体（１）
への電子放射物質層（２）の被着は次の様にして行なわ
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（１）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
属の酸化物に変わる。その後、アルカリ土類金属の酸化
物の一部を還元して半導体的性質を有するように活性化
を行なうことにより、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）を被着形成して
いる。

この活性化工程において、アルカリ土類金属の酸化物の
一部は次の様に反応する。つまり、基体（１）内に含有
されたシリコン、マグネシウム等の還元性元素は、拡散
してアルカリ土類金属の酸化物と基体（１）の界面に移
動し、アルカリ土類金属酸化物と反応する。たとえば、
アルカリ土類酸化物として酸化バリウム（Ｂａｄ）であ
れば次式（１）　、　（２）の様に反応する。

ＢａＯ＋　　１／２Ｓ　１＝Ｂａ＋　　１／２Ｓ　ｉ　
０２−（１）Ｂ　ａ　Ｏ＋　　Ｍ　ｇ　　＝　Ｂ　ａ　
＋　　Ｍ　ｇ　Ｏ−（２）この反応の結果、基体（１）
上に被着形成された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〜
ａｏｏ　’ｃの動作温度で０．５〜０．８Ａ／Ｃｒｎ’
の電子放射が得られることになる。

ところが、この電子管用陰極では、０．５〜０．８Ａ／
ｃｒｎ’以上の電流密度での電子放射を長時間にわたっ
て取り出せないという問題点があった。

この理由は、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）式からも明らかな
ように、基体（１）とアルカリ土類金属酸化物層との界
面に、ＳｉＯ２，ＭｇＯまたはＢａＯ−５ｉ０２などの
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、および中間層が
、基体（１）中の還元性元素（Ｓｉ、Ｍｇ）の電子放射
物質層（２）の表面側への拡散するのを妨げるため、十
分な量のバリウム（Ｂａ）が生成されないためであると
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）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から１０μｍ程度
電子放射物質層（２）内側の位置に中間層が偏析するた
め、電流の流れおよび電子放射物質層（２）の表面側へ
の還元性元素の拡散が妨げられるため、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点があった
。

これに対して特開昭６２−８８２４１号公報には、基体
に０．０１〜０．５重量％の希土類金属を含有させるこ
とによって、電子放射物質層を基体に被着形成する際の
活性化時に、アルカリ土類金属の炭酸塩が分解する際、
あるいは陰極としての動作中に、酸化バリウムが解離反
応を起こす際に基体が酸化する反応を防止するとともに
、電子放射物質層中への基体に含有された還元性元素の
拡散を適度に制御し、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との界面近傍に集中
的に形成されることを防止し、中間層を電子放射物貫層
内に分散させるという技術が示されており、この第２の
従来例の電子管用陰極においては、中間層が分散される
ために、１〜２　Ａ　／　ｃ　ｒｎ’程度の高電流密度
動作を行ってもエミッション劣化が少ない電子管用陰極
が得られる。

更に特開昭６２−２２３４７号公報には、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、第２の従来例と同様、基体の酸化を防止
するとともに中間層を分散させるという技術が示されて
おり、この第３の従来例でも、上記と同様に２　Ａ　／
　ｃ　ｒｎ’の高電流密度動作でも、エミッションの劣
化を少ない陰極線管用陰極が得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の電子管用陰極において
は、２　Ａ　／　ｃ　ｍ’以上の高電流密度動作をさせ
た場合、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
ることがあるという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、２　Ａ　／　Ｃｒｎ’以上の高電流密度動
作においても、電子放射物質層を流れる電流によるジュ
ール熱の発生が小さく、電子放射特性の劣化の小さい電
子管用陰極を得ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明に係る電子管用陰極は、還元性元素を含むニッ
ケルを主成分とする基体と、この基体上に被着形成され
た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、０．０５〜５重量％のｒｂ族、ＩＩＩ　ｂ
族、ｖｂ族の金属元素のうちの一種またはその酸化物を
含む第２層と、この第２層の上に被着形成された少なく
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
する第３層とを備えたものである。

〔作用〕

電子放射物質層を形成する三つの層のうち第１層は電子
放射に必要な遊離バリウムを生成し、この遊離バリウム
は、最表層の第３層に付着して電子放射に寄与する。ま
た、第２層は、電子放射物質層内の導電度を高めて電気
抵抗を減少させ、ジュール熱の発生を低減させて、バリ
ウムの蒸発を少なくし、電子放射特性の劣化を少なくす
る。

〔発明の実施例） 以下、請求項１の発明の一実施例を断面図である第１図
に基づいて説明する。　（１）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。

（７）は基体（１）の底面上部に被着された電子放射物
質層で３層で構成されている。基体（１）上に被着され
た第１層（４）は、バリウム、ストロンチウム、カルシ
ウムの三元酸化物に、酸化スカンジウムを４重量％含ん
だものである。第１層（４）上に被着された第２層（５
）は、バリウム、ストロンチウム、カルシウムの三元酸
化物に、銅を１重量％含んだものである。第２層（５）
上に被着された第３層（６）は、バリウム、ストロンチ
ウム、カルシウムの三元酸化物である。

この電子放射物質層（７）は、次のようにして被着形成
される。

まず、バリウム、ストロンチウム、カルシウムの三元炭
酸塩と、４重量％の酸化スカンジウムを、ラッカ、溶剤
などと共に混合して、懸濁液を作成し、基体（１）上に
この懸濁液をスプレィ法により塗布したのち乾燥させて
第１層（４）を形成する。

つきに、バリウム、ストロンチウム、カルシウムの三元
炭酸塩と、１重量％の金属銅（Ｃｕ）の微粉末を、ラッ
カ、溶剤などとともに混合し、この懸濁液を第１層（４
）の上に塗布したのち乾燥して第２層（５）を形成する
。

つぎに、バリウム、ストロンチウム、カルシウムの三元
炭酸塩を、ラッカ、溶剤などとともに混合した懸濁液を
、第２層（５）の上に塗布したのち、乾燥させて、第３
層（６）を形成する。

つぎに、この陰極を電子管に組み込み、真空排気工程中
にヒータによって加熱し、第１層（４）〜第３層（６）
内のバリウム、ストロンチウム、カルシウム炭酸塩を酸
化物に変えることによって電子放射物質層（７）が形成
される。

なお、この実施例においては第１層、第２層、第３層の
平均の厚さは、それぞれ３０μｍ。

０．２μｍ、５０μｍであった。

この電子管用陰極を用いて２極真空管を作成し、２．５
Ａ／ａｍ’の電流密度で動作させて寿命試験を行った結
果を第２図に示す。図中の特性ａはこの実施例の特性を
、特性すは第２層に銅に代えて銀（Ａｇ）を１重量％含
有させた第２の実施例の特性を、破線の特性Ｃは特開昭
６２−２２３４７号公報に示された電子放射物質中に酸
化スカンジウムを４重量％含む１層のみの従来例の特性
をそれぞれ示しており、第１、第２の実施例の陰極は、
従来例の陰極に比べてエミッション電流の劣化が少ない
ことがわかる。

第３図はこの発明の第３および第４の実施例の電子放射
特性図で、特性ｄは第３の実施例の特性で、第２層（５
）に１．０重量％のインジウム（Ｉ　ｎ）を含有させた
ものである。また特性ｅは第４の実施例の特性で、第２
層（５）に、１．０重量％のタリウム（ＴＩｌ）を含有
させたものである。

第４図はこの発明の第５および第６の実施例の電子放射
特性図で、特性ｆは第５の実施例の特性で、第２　層（
５）に１重量％のアンチモン（ｓｂ）を含有させたもの
である。また特性ｇは第６の実施例の特性で、第２層（
５）に、１．０重量％のビスマス（Ｂｉ）を含有させた
ものである。

第３図および第４図かられかるように、第３ないし第６
の実施例の陰極は、従来例（特性Ｃ）に比べて、第２図
に示した第１、第２の実施例と同様に、エミッション電
流の劣化が低減されている。

なお、上記各実施例では、第１層（４）中に、４重量％
の酸化スカンジウムを含有させたが、０．０５〜５．０
重量％の範囲内であればよく、第１層（４）内に酸化ス
カンジウムを含有させることによって、基体（１）と、
電子放射物質層（７）との界面に、動作時間の経過とと
もに形成されるＢａＯ−５ｉＯｚなどの中間層の形成を
抑制することができる。

また、上記各実施例では、第２層（５）に、ＩＢ族、Ｉ
ＩＩ　Ｂ族、ＶＢ族の金属元素を１．０重量％含有させ
たが、０．０１〜５．０重量％の範囲内で電子放射物質
層（７）の電気抵抗を減少させる効果がこれらの金属元
素およびこれらの酸化金属にも、認められた。

なお、５．０重量％を越えると、電子放射物質層（７）
の焼結が進むので、好ましくない。

このように、第２層（５）にＩＢ族、ＩＩＩ　Ｂ族、Ｖ
Ｂ族の元素を含有させることによって第２層（５）の電
気抵抗が減少するのは、ＩＢ族の元素が１価または２価
の価数をとることができ、ＩＩＩ　Ｂ族の元素が１価、
３価または２価の価数をとることができ、ＶＢ族の元素
が３価、５ｇｆＪまたは４価をとることができで、自由
電子が存在するからであると考えられる。

（発明の効果〕 この発明に係る電子管用陰極は、シリコン、マグネシウ
ムなどの還元性元素を含むニッケルからなる基体と、こ
の基体上に被着形成された０、０５〜５重量％の酸化ス
カンジウムを含みバリウムを含むアルカリ土類金属酸化
物を主成分とする第１層と、この第１層の上に被着形成
された０、０１〜５．０重量％のＩＢ族、夏ＩＩ　Ｂ族
もしくはＶＢ族の金属元素のうちの一種またはその酸化
物を含みバリウムを含むアルカリ土類金属酸化物を主成
分とする第２層と、この第２層の上に被着形成されたバ
リウムを含むアルカリ土類金属酸化物を主成分とする第
３層とで構成された電子放射物質層を備えた点を特徴と
するもので、第２層によフて電子放射物質層の電気抵抗
を減少させ、ジュール熱によるバリウムの蒸発を少なく
できるので、２　Ａ　／　ｃ　ｒｎ”以上の高電流密度
における動作においても、エミッション劣化の少ない電
子管用陰極が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の縦断面図、第２図ないし
第４図はそれぞれこの発明の異なる実施例の電子放射特
性を示す図、第５図は従来の電子管用陰極の縦断面図で
ある。 （１）・・・基体、　（４）・・・第１層、　（５）・
・・第２層、（６）・・・第３層、　（７）・・・電子
放射物質層。 なお、各図中、同一符号はそれぞれ同一　または相当部
分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリコン、マグネシウムなどの還元性元素を含む
   ニッケルからなる基体と、この基体上に被着形成された
   ０．０５〜５重量％の酸化スカンジウムを含みバリウム
   を含むアルカリ土類金属酸化物を主成分とする第１層と
   、この第１層の上に被着形成された０．０１〜５重量％
   の I Ｂ族、IIIＢ族もしくはＶＢ族の金属元素のうちの
   一種またはその酸化物を含みバリウムを含むアルカリ土
   類金属酸化物を主成分とする第２層と、この第２層の上
   に被着形成されたバリウムを含むアルカリ土類金属酸化
   物を主成分とする第３層とを備えた電子管用陰極。
2. （２） I Ｂ族の元素が銅または銀であり、IIIＢ族の元
   素がガリウム、インジウム、またはタリウムであり、Ｖ
   Ｂ族の元素がヒ素、アンチモンまたはビスマスである請
   求項１記載の電子管用陰極。
3. （３）第１層の平均厚さが１０μｍ以上、９０μｍ以下
   であり、第２層の平均厚さが０．０１〜２μｍの範囲内
   であり、第３層の平均厚さが１０μｍ以上、８０μｍ以
   下であり、かつ、第１層と第３層とを加えた平均厚さが
   ５０μｍ以上、１５０μｍ未満である請求項１記載の電
   子管用陰極。