JPH04220926A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はブラウン管などに使用さ
れる電子管用陰極に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は、従来のテレビジョン受像機用ブ
ラウン管や撮像管に用いられている、たとえば特公昭６
４−５４１７号公報に開示された電子管用陰極の一部拡
大断面図である。図５において、（１）はシリコン（Ｓ
ｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）などの還元性元素を微量含
有し、主成分がニッケル（Ｎｉ）の一端が閉塞された帽
状の基体金属であり、略円筒状のスリーブ（４）の一端
に溶接固定されている。 （２）は基体金属（１）の一端が閉塞された頂部上面に
被覆形成された電子放射物質層である。この電子放射物
質層（２）は、バリウム（Ｂａ）を含み、他にストロン
チウム（Ｓｒ）およびカルシウム（Ｃａ）を含む３元の
アルカリ土類金属酸化物（２１）の中に酸化スカンジウ
ムなどの希土類金属酸化物（２２）を分散させた構成で
ある。（３）は前記スリーブ（４）内に配設されたヒー
タであり、このヒータ（３）を加熱することによって基
体金属（１）が加熱され、電子放射物質層（２）から熱
電子が放出せしめられる。

【０００３】つぎに、このように構成された電子管用陰
極における、基体金属（１）への電子放射物質層（２）
の被着形成方法について説明する。

【０００４】まず、バリウム、ストロンチウム、カルシ
ウムの３元炭酸塩と所定量の酸化スカンジウムとをバイ
ンダーであるニトロセルロースおよび有機溶剤である酢
酸ブチルとともに混合して懸濁液を調製し、この懸濁液
を基体金属（１）の頂部にスプレー法などにより塗布し
て電子放射物質層（２）となる膜を形成する。ついでこ
の陰極を電子銃に組み込み、ブラウン管の排気工程中に
ヒータ（３）によって加熱する。このとき、３元炭酸塩
は熱分解によりアルカリ土類金属酸化物（２１）に変化
する。排気工程ののち、さらに高温で加熱して活性化を
行なう。このとき、アルカリ土類金属酸化物（２１）の
一部が還元されて電子放射物質層（２）が半導体的性質
を有するようになり、基体金属（１）上にアルカリ土類
金属酸化物（２１）と希土類金属酸化物（２２）との混
合物からなる電子放射物質層（２）が形成される。

【０００５】この活性化工程において、アルカリ土類金
属酸化物（２１）の一部はつぎのように反応する。すな
わち、基体金属（１）中に含有されるシリコン、マグネ
シウムなどの還元性元素は拡散によってアルカリ土類金
属酸化物（２１）と基体金属（１）の界面に移動し、ア
ルカリ土類金属酸化物（２１）と反応する。たとえば、
アルカリ土類金属酸化物（２１）として酸化バリウム（
ＢａＯ）　を例にあげると、次式（Ｉ）、（ＩＩ）のよ
うに反応する。

【０００６】 ４ＢａＯ　＋　Ｓｉ　→　２Ｂａ　＋　Ｂａ２ＳｉＯ４
　　　　　　　　　　　　　　　（Ｉ）ＢａＯ　　＋　
Ｍｇ　→　Ｂａ　　＋　ＭｇＯ　　　　　　　　　　　
　（ＩＩ）この反応の結果、基体金属（１）上に被着形
成されているアルカリ土類金属酸化物（２１）の一部が
還元されて、酸素欠乏型の半導体となり、電子放射が容
易となる。電子放射物質層（２）に希土類金属酸化物（
２２）が含まれないばあいは、陰極温度が７００〜８０
０℃の動作温度で０．５〜０．８Ａ／ｃｍ２の電流密度
動作が可能である。一方、電子放射物質層（２）に酸化
スカンジウムなどの希土類金属酸化物（２２）が含まれ
るばあいには、同じ動作温度で１．３２〜２．６４Ａ／
ｃｍ２の高電流密度動作が可能となる。

【０００７】このように希土類金属酸化物が含まれない
ばあいの動作可能な電流密度が小さいのは、一般に酸化
物陰極のばあい、電子放出能力は酸化物中の過剰Ｂａの
存在量に依存するので、希土類金属酸化物（２２）が含
まれないばあい、高電流密度動作に必要な充分な過剰Ｂ
ａの供給が行なわれず、動作可能な最大電流密度が制約
されるからである。すなわち、前記反応時に生成される
副生成物で中間層と呼ばれるバリウムシリケイト（Ｂａ
２ＳｉＯ４）や酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基体金属（
１）のニッケルの結晶粒界や基体金属（１）と電子放射
物質層（２）との界面に集中的に形成されるため、この
中間層の影響によってマグネシウムおよびシリコンの拡
散速度が抑制され、それに起因して過剰Ｂａの供給が不
足するのである。一方、電子放射物質層（２）に希土類
金属酸化物（２２）が含まれるばあいは、酸化スカンジ
ウムのばあいを例にとると、陰極動作時の基体金属（１
）　と電子放射物質層（２）との界面では基体金属（１
）中を拡散移動してきた還元剤の一部と酸化スカンジウ
ムとが次式（ＩＩＩ）のように反応して少量の金属状の
スカンジウムを生成し、金属状のスカンジウムの一部が
基体金属（１）のニッケル中に固溶し、一部は前記界面
に存在する。

【０００８】 １／２Ｓｃ２Ｏ３　　＋　３／２Ｍｇ　→　Ｓｃ　＋　
３／２ＭｇＯ（ＩＩＩ）この金属状のスカンジウムは基
体金属（１）上または基体金属（１）のニッケルの結晶
粒界に形成された前記中間層を次式（ＩＶ）のように分
解する作用を有するので、過剰Ｂａの供給が改善され、
希土類金属酸化物（２２）が含まれないばあいよりも高
電流密度動作が可能になると考えられている。

【０００９】 　　　　　　　　　　１／２Ｂａ２ＳｉＯ４　＋　４／
３Ｓｃ　→　Ｂａ　＋　１／２Ｓｉ　＋　２／３Ｓｃ２
Ｏ３　　　　　（ＩＶ）

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
電子管用陰極においては、希土類金属酸化物が過剰Ｂａ
の供給に寄与するものの、過剰Ｂａの供給速度は基体金
属であるニッケル中に存在する微量の還元剤の拡散速度
に律速され、２Ａ／ｃｍ２　以上の高電流密度動作では
寿命特性が低下するという問題を有している。

【００１１】また、希土類金属酸化物は前述のように、
中間層を分解する作用があるため、基体金属の表面にバ
リウムシリケートなどの中間層物質の生成を抑制すると
いう効果を有する反面、長時間の動作中に電子放射物質
層の基体金属に対する接着性を弱めるので動作中に電子
放射物質層が基体金属から剥離して浮き上がってしまう
という問題もある。したがって、陰極に対向して配設し
てある第１グリッドとの間隔が変動するため、カットオ
フ電圧が変動して画面の明るさが徐々に変動したり、ま
たカラーブラウン管のばあいは、色調が長時間の動作中
に変動するなどの問題がある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、主成分がニッ
ケルであり、少なくとも１種の還元剤を含む基体金属の
表面に、タングステン粉末を埋設して固着させ、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と
希土類金属酸化物とからなる電子放射物質層を被着形成
した電子管用陰極に関する。

【００１３】

【作用】本発明では、基体金属の表面に埋設されたタン
グステン粉末が過剰Ｂａの供給に寄与するため２Ａ／ｃ
ｍ２　以上の高電流密度動作における寿命特性を改善し
うる。

【００１４】また、この基体金属の表面に埋設されたタ
ングステン粉末は容易に剥離することがないため、安定
した電子放射特性がえられる。

【００１５】さらに、この基体金属の表面に埋設された
タングステン粉末は、長時間の動作中における電子放射
物質層が基体金属から剥離しやすいという欠点を解消で
き、陰極の信頼性を大幅に向上させる。

【００１６】

【実施例】本発明では、主成分がニッケルであり、少な
くとも１種、通常２〜４種の還元剤を含有してなる基体
金属が用いられる。

【００１７】前記還元剤としては、たとえばシリコン、
マグネシウム、ジルコニウム、タングステンなどがあげ
られる。

【００１８】基体金属は、還元剤の割合が通常０．０１
〜３％（重量％、以下同様）のものが用いられている。

【００１９】前記基体金属の表面には、タングステン粉
末が埋設して固着せしめられている。タングステン粉末
は基体金属の表面から０．２〜５μｍの深さまで埋設さ
れていればよいが、０．５〜２μｍの深さまで埋設され
ているのが好ましい。

【００２０】前記タングステン粉末の粒径は、埋設性ま
たは電子放出の均一性確保の点から１〜１０μｍである
のが好ましい。

【００２１】本発明の電子管用陰極は、前記タングステ
ン粉末が埋設、固着せしめられた基体金属上に、少なく
ともバリウムを含むアルカリ土類金属酸化物と希土類金
属酸化物とからなる電子放射物質層が被着形成された電
子管用陰極である。

【００２２】前記アルカリ土類金属酸化物には、バリウ
ムの他、ストロンチウム、カルシウムなどが含まれてい
る。

【００２３】前記希土類金属酸化物は、前記アルカリ土
類金属酸化物中に分散せしめられている成分であり、そ
の具体例としては、たとえば酸化スカンジウム、酸化イ
ットリウムなどがあげられる。

【００２４】電子放射物質層中のアルカリ土類金属酸化
物の割合は９０〜９９％が好ましく、希土類金属酸化物
の割合は１〜１０％が好ましい。

【００２５】電子放射物質層の厚さは、通常６０〜１０
０μｍ程度であるのが好ましい。

【００２６】つぎに本発明の電子管用陰極の製法の一例
を説明する。

【００２７】まず基体金属をスリーブに溶接したのち、
洗浄、水素処理などの熱処理を施して表面の汚れや酸化
層を除去する。つぎに、前記基体金属の表面に、タング
ステン粉末を埋設して固着させる。

【００２８】タングステン粉末の埋設、固着法としては
、たとえば図４に示すように基体金属（１）をプレス金
型の台座（６）にセットし、タングステン粉末（５）を
基体金属（１）の表面上に被着形成し、ついで加圧棒（
７）を下降させて基体金属（１）上にタングステン粉末
（５）を圧接し、機械的に埋設する方法があげられる。 また、別の方法としては、ニトロセルロースなどのバイ
ンダーを有機溶剤に溶かした溶液にタングステン粉末（
５）を分散させた懸濁液を調製し、その液を基体金属（
１）上にスプレーなどで吹き付けるなどしてタングステ
ン粉末（５）の層を形成したのち、図４に示すような金
型にセットして前記と同様にして埋設させる方法があげ
られる。後者の方法はタングステン粉末（５）の層の厚
さなどの均一性が向上するという点から好ましい。

【００２９】つぎにタングステン粉末を埋設して固着さ
せた基体金属上に、アルカリ土類金属炭酸塩の粉末と希
土類金属酸化物の粉末とを酢酸ブチルや硝化綿などと混
合して調製された懸濁液をスプレーにより塗布すること
により、本発明の電子管用陰極が製造される。

【００３０】以上のような本発明の電子管用陰極は、高
解像度を実現するために細い電子ビームを取り出すディ
スプレイ用ブラウン管、大電流を流して高輝度化を図る
投射型ブラウン管や大型ブラウン管、さらには大電流が
要求される進行波管などの電力管にも好適である。

【００３１】つぎに本発明の一実施例を図１に基づいて
さらに具体的に説明する。

【００３２】図１において、（１）は一端が閉塞された
帽状の基体金属であり、略円筒状のスリーブ（４）の一
端に固定されている。（５）は基体金属（１）の頂部上
面に固着されたタングステン粉末であり、さらにその上
に電子放射物質層（２）が被着形成されている。電子放
射物質層（２）ではアルカリ土類金属酸化物（２１）の
中に希土類金属酸化物（２２）が分散せしめられている
。（３）はスリーブ（４）内に挿入配設されて基体金属
（１）を加熱するためのヒータであり、ヒータ（３）を
加熱することによって電子放射物質層（２）から熱電子
が放出せしめられる。実施例１および比較例１まず、主
成分がニッケルで、０．０５％程度のシリコンと０．０
５％程度のマグネシウムとを含有する基体金属（１）を
プレス金型の台座にセットし、タングステン粉末（５）
を基体金属（１）の表面上に被着形成し、ついで加圧棒
を下降させて基体金属（１）上にタングステン粉末（５
）を圧接し、機械的に埋設した。タングステン粉末（５
）を固着させた基体金属（１）をスリーブ（４）に溶接
したのち、水素雰囲気中で１０００℃、５分間の熱処理
を行なって表面を浄化した。

【００３３】つぎに酸化スカンジウム、アルカリ土類金
属炭酸塩、硝化綿および酢酸ブチルを混合した混合液を
、スプレー法によって乾燥後の厚さが約８０μｍになる
ようにタングステン粉末が埋設された基体金属（１）上
に塗布し、ついで乾燥し、酸化スカンジウムをアルカリ
土類金属酸化物に重量比で約３％分散させた電子放射物
質層（２）を形成した。

【００３４】えられた電子管用陰極をブラウン管用の電
子銃に組み込み、ヒータ電圧を定格の６．３Ｖとし、陰
極からの取り出し電流を２Ａ／ｃｍ２　として１４イン
チのディスプレイ用ブラウン管で寿命試験を実施した。 結果を図２に示す。図２において、横軸は寿命試験時間
、縦軸はカソード電流値であり、初期値を１００とした
相対値で示している。

【００３５】また比較例として、タングステン粉末を基
体金属の表面に固着させていない従来の電子管用陰極を
同様に評価した。

【００３６】図２から、本発明の電子管用陰極のカソー
ド電流の劣化が従来のものと比較して少ないことがわか
る。

【００３７】このように本発明の電子管用陰極の寿命特
性が良好な要因は、以下のように推測される。

【００３８】過剰Ｂａは基体金属（１）に含有される還
元性不純物の作用によって前記式（Ｉ）、（ＩＩ）に示
したように生成される。さらにそれに加えて、タングス
テン粉末（５）は、式（Ｖ）： ２ＢａＯ　＋　１／３Ｗ　→　Ｂａ　＋　１／３Ｂａ３
ＷＯ６　　　　　　　　　（Ｖ）のように反応して過剰
Ｂａの生成に寄与する。このように、過剰Ｂａの生成が
従来のものに比較して多いため高電流密度動作において
も負荷が低減され、寿命特性が良好に推移するものと考
えられる。

【００３９】また、従来のタングステン粉末層を設けな
い電子管用陰極には、長期間動作させると電子放射物質
層が基体金属から剥離しやすいという問題点があるが、
タングステン粉末を基体金属と電子放射物質層との間に
埋設して設けることによって電子放射物質層の基体金属
への接着性が改善され、長期間動作させても電子放射物
質層の局部的な浮き上がりを防止することができた。

【００４０】図３はカットオフ電圧の変動を調べた結果
を示すグラフであり、実施例１の電子管用陰極は電子放
射物質層（２）の浮き上がりが低減されてカットオフ電
圧が従来のものに比較して安定であることがわかる。

【００４１】なお、実施例１におけるタングステン粉末
の埋設、固着法として、ニトロセルロースなどのバイン
ダーを有機溶剤に溶かした溶液にタングステン粉末（５
）を分散させた懸濁液を調製し、その液を基体金属（１
）上にスプレーで吹き付けてタングステン粉末（５）の
層を形成したのち、プレス金型にセットし、実施例１と
同様にタングステン粉末を埋設させる方法を用いたばあ
いも、実施例１の陰極と同様の結果がえられた。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、本発明の電子管用陰極で
は、基体金属の表面にタングステン粉末が埋設して固着
せしめられているため、過剰Ｂａの生成が促進され、高
電流密度動作が可能となる。さらに、タングステン粉末
が強固に基体金属に固着され、またタングステン粉末が
電子放射物質層と基体金属との接合性を改善するため、
長時間にわたって安定した高電流密度動作が可能となる
。 したがって、従来の電子管用陰極では問題のあった高輝
度、高精細ブラウン管への適用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子管用陰極の一部拡大断面図である
。

【図２】カソード電流の経時変化を示すグラフである。

【図３】カットオフ電圧の変動を示すグラフである。

【図４】基体金属にタングステン粉末を埋設させる工程
を示す断面図である。

【図５】従来の電子管用陰極の一部拡大断面図である。

【符号の説明】

１　　　　基体金属 ２　　　　電子放射物質層 ５　　　　タングステン粉末 ２１　　　　アルカリ土類金属酸化物 ２２　　　　希土類金属酸化物

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　主成分がニッケルであり、少なくとも
   １種の還元剤を含む基体金属の表面に、タングステン粉
   末を埋設して固着させ、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と希土類金属酸化物とから
   なる電子放射物質層を被着形成した電子管用陰極。