JPH0341932B2

JPH0341932B2 -

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Publication number: JPH0341932B2
Application number: JP56185860A
Authority: JP
Priority date: 1981-11-19
Filing date: 1981-11-19
Publication date: 1991-06-25
Also published as: JPS5887735A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は含浸型陰極の製法に係わる。

従来一般の陰極線管における陰極は、一般に、
（Ba、Sr、Ca）−Ｏの三元素酸化物が、Mg等の還
元剤を含んだ基体金属上に被着されたアルカリ土
類金属酸化物型陰極が用いられる。ところがこの
種の陰極は、陰極から大きな電子流をとり出した
場合、表面に露出して酸化物が管体内の残留ガス
イオンや、電極表面からスパツタされたイオン等
によつて表面が逆にスパツタされたり溶融した
り、飛散したりして損傷を受け短時間でエミツシ
ヨン能力が低下するしその寿命は比較的短い。

これに比し、含浸型陰極は、熱電子放射源すな
わちエミツタ材としてのBaCO₃、CaCO₃、Al₂O₃
を予め水素雰囲気中で溶融し、BaO−CaO−
Al₂O₃の安定な化合物の形に変えた後、このエミ
ツタ材を基体金属としてのタングステンＷの多孔
質焼結体中に溶融含浸させたものであるので、上
述したような、イオン衝撃や、ガス被毒にも強
く、Ｗとの還元反応で生成した自由Baが、電気
抵抗の小さなＷ焼結体中の細孔を陰極表面に向つ
て移動するので安定した電子流で、且つ高い電子
放射密度を得ることができる。

このような含浸型陰極を得る方法としては、例
えば第１図に示すように、例えばモリブデンMo
より成るボート１内に、含浸物としてのエミツタ
材２をのせたタングステンＷ多孔質焼結体より成
る陰極基体３を配し、このボート１を、高周波誘
導加熱手段、すなわち高周波コイル或いはヒータ
ー等の加熱手段５を具備する加熱炉４中に配置
し、エミツタ材２を溶融させ、基体３に含浸吸収
させる方法がある。この場合、量産性を考慮する
と基体３として、最終的に得る陰極の複数個分に
相当する大径のものを用いて、これに上述したエ
ミツタ材の含浸を行い、後に、この基体３を、所
望の形状の複数個の陰極に切り出す方法が採られ
る。ところがこの場合、この基体３を夫々所望の
形状の例えば円板状に切り出す作業は著しく面倒
であり、また、不良品の発生率を高める原因とな
る。

また、他の含浸方法としては、例えば、第２図
に示すように、同様に高周波コイル、或いはヒー
タ等より成る加熱手段５′を有する縦型の加熱炉
４′内に、エミツタ材２が収容され、このエミツ
タ材２中に、基体３を浸漬させた加熱容器１′を
配して、エミツタ材２を加熱溶融させて、これを
基体３に含浸させる方法も知られている。ところ
が、この場合基体３の表面に過剰のエミツタ材が
付着されるので、これを除去する面倒な作業を必
要とするという欠点が生じる。

本発明は、上述した諸欠点を回避し、陰極基体
として、最終的に得る陰極個々の形状、大きさに
成型された基体を用い、これにエミツタ材を過不
足なく適量をもつて均一に含浸させることのでき
る含浸型陰極の製法を提供するものである。

以下本発明による含浸型陰極の製法を、これに
用いる装置と共に詳細に説明する。

本発明においては、例えば第３図に示すよう
に、高周波コイル１０を具備する例えば石英容器
より成る縦型の加熱炉１１を設ける。そしてこの
加熱炉１１中に、耐熱性を有し且つ所要の電気伝
導度を有する例えばモリブデンMoより成る車輪
状の加熱担体１２を配置する。

この加熱担体１２は、第４図及び第５図に示す
ように、円形リング状の外輪部１３と、この外輪
部１３の中心軸上に配される中心部１４と、これ
ら外輪部１３と中心部１４とを機械的に連結す
る、いわゆる車輪の“や”に相当して中心部１４
から外輪部１３に亘つて放射状に設けられた複数
の輻部１５とが、全体として一体に設けられて成
る。そして、この加熱担体１２の外輪部１３の上
面には、その円周方向に所要の間隔を保持して複
数の凹部１６が配列して設けられる。これら各凹
部１６には、第６図に示すように、最終的に得る
個々の陰極に対応する陰極基体３が、これの上に
圧縮エミツタ酸化物２が載せられて収容配置され
る。各凹部１６は、これに収容される基体３の外
形状に対応した円形状の例えば円形をなし、その
内径Ｄと深さｄとは、基体３の直径Doと、基体
３及び圧縮エミツタ材２の厚さの和に応じて選ば
れる。この場合凹部１６内において、基体３があ
まり自由に移動することによつてエミツタ材２
が、基体３より脱落することがないように、その
内径Ｄは基体３の径Doの２倍以下の1.1Do〜
1.3Doに選定される。例えば、基体３は、その外
径Doが1.5mmに、厚さt_pが0.5〜0.9mmに選ばれると
き、凹部１６の内径Ｄは1.7mm、深さｄも1.7mmに
選び得る。

加熱担体１２の支持は、例えば第５図に示すよ
うに、良熱伝導性を有する例えば銅Cuより成る
第１の支持パイプ１７の上端に、同様に熱遮断性
を有するセラミツク、例えばアルミナAl₂O₃より
成る第２の支持パイプ１８が嵌挿支持された支持
体１９を設け、パイプ１８上に担体１２をその中
心部１４が当接するように載せこの状態で、中心
部１４に穿設された中心孔２０とパイプ１８の中
心孔とに差し渡つて、頭部２１ａを有するピン２
１を中心部１４上より挿入することによつて行い
得る。

そして、ここに加熱担体１２は、後述するよう
に高周波誘導電流によつてその加熱がなされる
が、この場合これが、適度に加熱され、且つ急冷
されるように各部の寸法が選定される。すなわち
外輪部１３の幅W₁は各部における熱が均一化さ
れるためにある程度大なる幅を必要とするがパワ
ーの問題を考慮して、基体３の径Doの２倍以上
の３倍前後、例えば４〜５mmに選定し得る。ま
た、輻部１５の幅W₂は、外輪部１３の各部の均
熱化の上からW₂＜W₁とするが、機械的強度の上
から１mm以上、例えば１〜２mmとする。また外輪
部１３の厚さｔは、均熱と、熱効率と、強度とを
考慮して基体３の厚さt_pの1.5〜２倍の例えば２mm
に選定する。

本発明においては、例えばこのような装置によ
つて基体３中にエミツタ材２を含浸させるもので
あり、この場合、前述したように、加熱担体１２
の外輪部１３の凹部１６内に、プレスされたエミ
ツタ材２を載置した基体３を収容し、高周波コイ
ル１０に、例えば400〜500kHzの高周波電流を通
ずる。このようにすると、加熱担体１２の主とし
てリング状の外輪部２１に誘導電流が生じ、これ
が発熱する。この熱によつて基体３及びエミツタ
材２が加熱され、これがその融点例えば1550℃以
上に加熱されて溶融すると、これが多孔質基体３
中に毛細管現象によつて含浸吸収される。この含
浸作業は、炉１１中を真空排気して行う。この場
合の真空度は、10^-5Torr〜10^-6Torrとして加熱
中に酸化が生じないようにする。またこの加熱
は、1600〜1900℃、望ましくは1800〜1850℃で30
秒間行い、その後は、コイル１０への通電を断
つ。この時担体１２、したがつて基体３は急冷さ
れ、エミツタ材が過不足なく含浸された含浸型陰
極が得られることになる。

このようにして得られた複数個の含浸型陰極
は、全陰極に関して均一の特性を有し、且つ各基
体３に関してその厚さ方向に関するエミツタ材の
含浸濃度が均一に行われる。これは加熱担体１２
の、特に基体３が配置される部分が閉じた形状、
すなわちリング状をなす外輪部１３であること、
そしてこの閉じた形状の外輪部１３の全域に亘つ
て共通に流れる誘導電流によつて、その加熱がな
されるので、前述したようにその輻部１５を含め
た寸法、形状等を適当に選定することによつて各
部一様の温度で、しかも所要の温度に加熱でき、
その後は急冷できることによつて均一の濃度をも
つてその含浸を行うことができるものと思われ
る。

尚、基体３へのエミツタ材２の含浸のための温
度プログラミングは、第７図に示すようにエミツ
タ材２の溶融温度以上の高温の含浸温度T_Sに所
要の時間a₁〜a₂（以下これをキープ時間という）
に保持して後、急冷する態様をとる。第８図は、
含浸条件、すなわち含浸温度T_S、及びキープ時
間と、含浸態様との関係を示すもので、第８図中
各線２２及び２３を含みこれらに挾まれる領域Ｂ
において適正の含浸がなされ、第８図において直
線２３より下方の領域Ａでは、エミツタ材２の残
留が生じ、直線２２より上方の領域Ｃでは、エミ
ツタ材２の蒸発が大となることを確かめた。第９
図は、本発明装置によつて含浸処理を行つた場合
のＸ線マイクロアナライザーによつて、多孔質タ
ングステン基体３中におけるBaの分布を測定し
た結果を示し、横軸に、タングステン基体のエミ
ツタ材が載置される側の面（表面）から、これと
は反対側の裏面迄の厚さ方向の距離をとつたもの
である。同図中、各線２４，２５及び２６は夫々
第８図に示した各領域Ａ，Ｂ及びＣの条件でその
含浸を行つた場合を示している。曲線２５から明
らかなように、含浸条件を第８図の領域Ｂの適正
領域に選ぶときは、高く且つ平坦なBa濃度分布
が得られる。

尚、第１０図は多孔質タングステン基体３に対
するエミツタ材の実用上望ましい含浸量を、含水
率に対応して示したもので、この実用上望ましい
範囲は、各線２７及び２８上を含め、これら間に
相当することが確められた。

尚同図中曲線２９は、最も適正な状態を得る場
合の含浸量−含水率の関係を示し、曲線３０は比
較的良好な状態を得る場合の含浸量−空孔率の関
係を示す。すなわち、エミツタ材の含浸量は、こ
れが基体３の空孔を埋込むほど多量であること
も、また余り少量であることも良好なエミツタ特
性を得る上で望ましくない。

上述した本発明製法により製造したカソードを
陰極線管に組み込み活性化させるためのベーキン
グないしはエージング時間は従来のものに比べ大
幅に短縮化できた。これは次のような現象による
ものと思われる。すなわち、本発明製法において
は、エミツタ材の基体３への炉中における含浸作
業は、炉中を真空排気しつつ行うものであるので
真空排気に伴つて、エミツタ材料中の蒸発し易い
物質、例えばBaは、これが排除され易く、これ
がため、実際に含浸されるもののうち蒸発し易い
ものの割合がエミツシヨン特性を低下させない程
度に少くなるからと思われる。因みに、従来方法
においてその含浸作業を真空中で行つたとして
も、従来方法による場合、過剰のエミツタ物質が
存在していることによつてこのような蒸発し易い
物質の排除の効果は生じてこない。また、上述の
本発明方法による陰極は、そのカソード物質、す
なわちエミツタ材料が多孔質基体３に、必要且つ
十分な量だけ均一に含浸され、基体３の熱電子放
出側の表面から裏面側にかけて実質的に貫通する
孔が残存する程度の空孔ができているので、実質
的表面積が大となりエミツシヨン効率の向上とな
る。またこの実質的な貫通空孔の存在により、蒸
発し易い物質の含浸量が小とされていることと相
俟つて、ベーキングないしエージングの時間と、
手間の省略をはかることができる。すなわち、従
来方法による場合、含浸後に基体表面に残つた過
剰のエミツタ物質を研磨して削り去るものである
が、この場合、その手間もさることながらこの場
合、Ｗ多孔質基体の表面の孔がその研磨によつて
つぶされて閉塞ないしは小孔となり、蒸発し易い
物質の蒸発を阻害するために、その活性化処理時
間、すなわちエージングは、１日〜１週間にも及
ぶ大幅な長時間を要していた。ところが、上述の
本発明方法によれば、この処理時間は２時間程度
で、そのエミツシヨン特性は、これの最高値の80
〜90％のものとすることができた。また、このよ
うにして得た陰極は従来の長時間活性条件と比較
して何らの遜色もなかつた。

また陰極中に蒸発し易い物質が多く残存する場
合活性化処理によつて蒸発したこの物質が、陰極
線管において、この陰極と対向して配置される例
えば第１グリツド電極に付着し、この第１グリツ
ド電極のビーム透過孔の寸法に狂いを生じさせた
り、陰極−グリツド間の短絡やさらに、この付着
物質からのいわゆるストレージエミツシヨンの発
生などの不都合を招来する。ところが本発明によ
れば上述したように蒸発し易い物質の含浸量を少
量とすることができるので、このような不都合を
回避できる。

尚、上述した装置において、更にその含浸処理
を安定に行うために、例えば第１１図及び第１２
図に示すように、加熱担体１２における凹部１６
のみが設けられていない車輪状の蓋体１２′を設
け、これを加熱担体１２上に凹部１６を閉塞する
ように載せることもできる。この蓋体１２′の各
部の加熱担体１２の各部に対応する部分には同一
符号にダツシユ記号“′”を符して重複説明を省
略する。そして、この場合特に蓋体１２′はその
輻部１５′が、丁度加熱担体１２の輻部１５間の
中央に位置するように、図示の例では加熱担体１
２に対し45゜回転させて配置する。このようにす
るときは、加熱担体１２の特に外輪部１３の加熱
がその全周に亘つて、より均一化され、凹部１６
が閉塞されたことと相俟つて、より安定、均一な
含浸処理を行うことができる。

尚、上述した例においては、加熱担体１２が全
体として一体に構成された場合であるが、そのエ
ミツタ材の含浸が行われる外輪部１３において、
輻部１５を通ずる放熱効果によつて輻部１５が存
在する部分と、これより離れた部分とで温度に差
が生じて、得られた陰極の特性が不均一となつた
り、また、この担体１２の繰返し使用によつてそ
の温度の不均一さに基く変形の発生などが生じる
おそれがある場合は、外輪部１３と放射状の輻部
１５とを別体に構成し、この別体に構成された放
射状輻部１５の外端上に外輪部１３を載置係合さ
せるようになし得る。このようにするときは、外
輪部１３と輻部１５との熱的結合が粗となり、こ
の輻部１５を通じて放散する熱を小とすることが
できるので、外輪部１３の加熱効率を高め得ると
共に、これの熱分布の不均一性を改善でき、これ
に伴う外輪部１３の変形を効果的に回避できる。
また、この場合、この外輪部１３と輻部１５との
機械的係合に遊びを設けることによつて、外輪部
１３に輻部１５の係合部において、その加熱、冷
却に伴う熱応力が発生するようなことも回避で
き、これによる変形の発生も効果的に回避でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は夫々従来の含浸型陰極の製
造装置の略線的断面図、第３図は本発明製法を実
施する装置の一例の略線的断面図、第４図はその
加熱担体の一例の平面図、第５図はそのＡ−Ａ線
上の断面図、第６図は第４図のＢ−Ｂ線上の要部
の断面図、第７図は加熱プログラミング図、第８
図は含浸条件の説明図、第９図は濃度分布図、第
１０図は空孔率と含浸率の関係を示す図、第１１
図は本発明を実施する装置の一例の蓋体を載せた
状態の平面図、第１２図はその断面図である。２はエミツタ材、３は陰極基板、１２は加熱担
体、１３はその外輪部、１４は中心部、１５は輻
部である。

Claims

【特許請求の範囲】１高周波コイルを具備する縦型の加熱炉中に、
耐熱性と所要の電気伝導度を有する車輪状の加熱
担体を配置し、この加熱担体の外縁部上面の円周方向に等間隔
で配置した複数凹部に、最終的に得る個々の陰極
に対応する陰極基体を載置し、上記陰極基体上には、該基体に含浸すべきエミ
ツタ材の含浸量に対応する量の圧縮エミツタ酸化
物を載置し、上記高周波コイルで上記車輪状の加熱担体を
10^-5Torr以下の真空中において加熱することに
よつて、上記圧縮エミツタ酸化物を加熱溶融させ
てこれを上記陰極基体に含浸させることを特徴と
する含浸型陰極の製法。