JPH08138535A - 含浸型陰極の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 カットオフ電圧の経時変動とグリッドエミッ
ションとを有効に抑制し、しかも量産性に優れた含浸型
陰極の製造方法を提供する。 【構成】 基体金属に電子放射物質を含浸させた後の工
程で、しかも陰極線管に組み込む前の工程で、基体金属
に含まれる電子放射物質のうちの余剰Ｂａを除去する。
余剰物質除去工程は、加熱温度が１６００〜２０００°
Ｃで、加熱時間が０．１〜６０分の範囲、特に好ましく
は約１８００°Ｃの加熱温度で約１０分の加熱時間で行
われる。また、その加熱は、真空中または非酸化性雰囲
気中で行われることが好ましい。余剰物質除去工程は、
基体金属をキャップに固定する前の工程で行われること
が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、含浸型陰極の製造方法
に係り、さらに詳しくは、カットオフ電圧の経時変動と
グリッドエミッションとを有効に抑制し、生産性に優れ
た含浸型陰極の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】含浸型陰極は、高電流密度で動作し長寿
命であるため、衛星搭載用などの進行波管あるいは高品
位映像システム用ブラウン管、撮像管などに用いられる
電子銃のカソードとしてよく用いられている。

【０００３】含浸型陰極は、たとえば図６に示すような
工程で製造される。図６に示すように、まず、空孔率２
０％程度の多孔質基体金属（たとえば多孔質タングステ
ン）に、バリウムまたはその化合物などの電子放射物質
を１８００°Ｃ程度の温度で含浸させる。その後、基体
金属を洗浄および乾燥（真空中で８００°Ｃ、１，２
分）した後、その多孔質基体金属をキャップに接合し、
このキャップを陰極スリーブに接合する。その後、イリ
ジウム膜などの電子放射特性を向上させるための膜を付
け、陰極内スリーブが組み立てられる。陰極内スリーブ
内には、電子放射物質が含浸された多孔質基体金属を加
熱するヒータが装着される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、電子放射物
質としてバリウムまたはバリウム化合物を含む従来の含
浸型陰極では、図７に示すように、電子が放出される基
体金属としての多孔質タングステン４の表面に、余剰な
バリウム（Ｂａ）２が存在すると考えられ、これが電子
銃のライフ初期（０〜２０００時間）に蒸発し、電子銃
の部品に付着し、第１グリッドＧ₁ の孔径や板厚のディ
メンジョンを変化させる。このため、図８に示すよう
に、従来の含浸型陰極を用いたＣＲＴでは、特にライフ
初期時（０〜２０００時間）において、カットオフ電圧
が大きく変動し、陰極線管（ＣＲＴ）の動作時のホワイ
トバランスを崩すなどの課題を有している。カットオフ
電圧の変動は、２０００時間で、５％を越えている。ま
た、グリッドエミッション（グリッドからの電子線放
出）を引き起こし、画像に乱れを生じさせるおそれがあ
った。

【０００５】これらを解消するために、電子放射物質が
含浸された基体金属にキャップおよびスリーブを接合
し、さらに陰極加熱用ヒータを取り付けて陰極を完成さ
せた後で、ＣＲＴに封入する前に、真空中で使用動作温
度よりも約２００°Ｃ高い約１１５０°Ｃの温度で数十
時間の加熱処理を行うことが提案されている。この熱処
理により、ＣＲＴの使用初期におけるバリウムの蒸発を
抑制する。

【０００６】しかしながら、このように数十時間の熱処
理を行っていたのでは、量産性に課題がある。また、特
開平６−１２９７１号公報に示すように、ＢａまたはＢ
ａ化合物を含む電子線放射物質が含浸された多孔質タン
グステンディスク表面にタングステン膜を形成してＢａ
の蒸発を防ぐ技術も提案されている。

【０００７】しかしながら、このようにＢａまたはＢａ
化合物を含む電子線放射物質が含浸された多孔質タング
ステンディスク表面にタングステン膜を形成してＢａの
蒸発を防ぐ技術では、多孔質タングステンディスク表面
にタングステン膜を形成する工程と、陰極をＣＲＴ内部
に封入した後に、陰極を約１２００°Ｃ程度の温度で約
２時間程度加熱する工程とを必要とし、これまた量産性
に適している技術とは言えなかった。なお、陰極をＣＲ
Ｔ内部に封入した後に、陰極を約１２００°Ｃ程度の温
度で約２時間程度加熱するのは、タングステン膜を多孔
質にするためであり、この技術においては現実的には必
須の工程となる。

【０００８】本発明は、このような実状に鑑みてなさ
れ、カットオフ電圧の経時変動とグリッドエミッション
とを有効に抑制し、しかも量産性に優れた含浸型陰極の
製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る含浸型陰極の製造方法は、基体金属に
電子放射物質を含浸させた後の工程で、しかも陰極線管
に組み込む前の工程で、前記基体金属に含まれる電子放
射物質のうちの余剰物質を除去する余剰物質除去工程を
有する。

【００１０】前記余剰物質除去工程は、加熱温度が１６
００〜２０００°Ｃで、加熱時間が０．１〜６０分の範
囲で行われる。また、その加熱は、真空中または非酸化
性雰囲気中で行われることが好ましい。前記余剰物質除
去工程は、前記基体金属をキャップに固定する前の工程
で行われることが好ましい。

【００１１】

【作用】本発明者等は、カットオフ電圧の経時変動とグ
リッドエミッションとを有効に抑制し、しかも量産性に
優れた含浸型陰極の製造方法について鋭意検討した結
果、次に示す実験結果から、本発明を完成させるに至っ
た。

【００１２】本発明者らは、陰極をＣＲＴ内に封入する
前に、しかも好ましくは電子放射物質が含浸された基体
金属にキャップを接合する前に、その基体金属を真空中
において、所定の温度および時間で加熱処理した。温度
および時間を変えて真空加熱処理した複数サンプルの基
体金属からのＢａの蒸発を調べた結果を図３に示す。

【００１３】また、温度および時間を変えて真空加熱処
理した基体金属を有する陰極の初期エミッション（電子
放出）特性を調べた結果を図４に示す。図４中、横軸
は、真空加熱温度であり、縦軸は、陰極が温度制限領域
から空間電荷制限領域への遷移温度（°Ｃ）であり、こ
れが低いほど初期エミッション特性が良好である。

【００１４】図３および図４に示す結果から、陰極の初
期エミッション特性を良好に保ちながら、余剰物質とし
てのＢａを効率的に除去するための加熱温度および加熱
時間は、加熱温度が１６００〜２０００°Ｃで、加熱時
間が０．１〜６０分の範囲、特に好ましくは、約１８０
０°Ｃの加熱温度で約１０分の加熱時間であることが判
明した。加熱温度が１６００°Ｃ付近に低い場合には、
加熱時間を６０分近くに長くする必要があり、逆に、加
熱温度が２０００°Ｃ程度に高い場合には、加熱時間を
０．１分程度に短くすることが好ましい。

【００１５】１７００°Ｃおよび１０分以下の加熱で
は、図３に示すように、Ｂａの蒸発量が少ない。また、
１８００°Ｃおよび２０分以上の加熱では、図４に示す
ように、陰極の初期エミッション特性が劣化する傾向に
ある。実際に、電子放射物質が含浸された基体金属を、
キャップ接合前に、約１８００°Ｃの加熱温度、約１０
分の加熱時間で真空中で加熱し、それを用いた陰極を有
するＣＲＴについて、カットオフ電圧の変動を調べた結
果を、図５の曲線Ａに示す。このような熱処理を行わな
い従来例に係る含浸型陰極を用いたＣＲＴのカットオフ
電圧の変動を比較例として曲線Ｂに示す。

【００１６】図５の曲線Ａに示すように、本発明に係る
製造方法で得られた含浸型陰極を用いれば、特に２００
０時間までのライフ初期におけるカットオフ電圧の変動
を大幅に小さくすることができる。すなわち、従来では
カットオフ電圧の変動が５％以上であったのを、本発明
では、２％以下にすることができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明に係る含浸型陰極の製造方法
を、図面に示す実施例に基づき、詳細に説明する。本発
明の実施例に係る含浸型陰極の製造方法を説明する前
に、陰極線管（ＣＲＴ）およびそれに用いる陰極構体の
全体構成について説明する。

【００１８】図９に示すように、ＣＲＴ２０は、パネル
ガラス２２と、ファンネルガラス２４とを有し、これら
がフリットガラス２６で融着され、内部が高真空に維持
されている。ファンネルガラス２４のネック部２８に、
電子銃３０が内蔵してある。パネルガラス２２の内面に
は、蛍光面３２が形成してあり、その背面にアパーチャ
グリル３４が装着してある。また、ネック部２８の外周
には、偏向ヨーク３６が装着してあり、電子銃３０から
放出・制御・加速・集束された３本の電子ビームは、偏
向ヨーク３６によって偏向されることにより、蛍光面３
２の全面を走査するようになっている。

【００１９】電子銃３０は、陰極構体とグリット群とで
構成される。カラーＣＲＴの場合には、陰極構体は、図
１０に示すような陰極４４を三本有する。各陰極４４に
は、その先端部に、加熱されることにより熱電子を発生
する電子放射物質を有する多孔質基体金属４６が装着し
てある。各含浸型陰極４４は、内スリーブ４５の先端に
装着されたキャップ６６に、後述する方法で基体金属４
６が溶接されることにより製造される。内スリーブ４５
の外周には、外スリーブ５０が溶接等で固定され、外ス
リーブ５０の外周には、帯タブ５２が溶接などで固定し
てある。

【００２０】各陰極４４は、絶縁性ディスクに形成され
た三つの開口部内をそれぞれ挿通するように配置され、
帯タブ５２を介してディスクに取付られる。絶縁性ディ
スクは、たとえばセラミック製ディスクで構成される。
セラミックとしては、たとえばフォルステライト、ステ
アタイト、アルミナなどを用いることができる。

【００２１】次に、各含浸型陰極について説明する。カ
ラー陰極線管の場合には、一本の電子銃について、陰極
は、Ｒ，Ｇ，Ｂ用に三本準備される。図１（Ａ）に示す
ように、本実施例に係る含浸型陰極４４は、電子放射物
質が含浸してある多孔質基体金属４６を有する。多孔質
基体金属４６としては、たとえば直径１．１５mm、厚さ
０．４mm、空孔率約１８〜２５％の多孔質Ｗ基体から成
るカソードペレットが用いられる。電子放射物質として
は、たとえばモル比で４：１：１のＢａＯ、ＣａＯ、Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ から成る電子放射物質が用いられる。

【００２２】この多孔質基体金属４６は、その表面が露
出するように、しかもその底面および側面を覆うよう
に、キャップ６６に収容してあり、これらは抵抗溶接あ
るいはレーザ溶接などで接合してある。キャップ６６
は、たとえばタンタル（Ｔａ）またはモリブデン（Ｍ
ｏ）などで構成される。

【００２３】多孔質基体金属４６が収容されたキャップ
６６は、内スリーブ４５の上端部に、抵抗溶接あるいは
レーザ溶接してある。キャップ６６の底面側に位置する
内スリーブ４５の内部には、ヒータが装着される。ヒー
タは、たとえば純タングステン線、あるいはタングステ
ンに２〜３％のレニウム（Ｒｅ）をドープしたタングス
テン合金線などの電熱線で構成される。また、図１では
省略したが、内スリーブ４５の外周には、図１０に示す
ような外スリーブ５０が配置される。

【００２４】なお、図１（Ｂ）は、本発明の他のタイプ
の陰極４４ａを示し、多孔質タングステン（Ｗ）ペレッ
トで構成される多孔質基体金属４６を、タンタル（Ｔ
ａ）などで構成されたキャップ６６内に入れ、これらの
間をＲｕ−Ｍｏ製ロウ材７０で真空加熱ロウ付けしたも
のである。また、図１（Ａ），（Ｂ）に示す陰極におい
て、基体金属４６の電子放出側表面には、イリジウム、
オスミウム・ルテニウム、またはイリジウム・タングス
テンなどの白金元素または同元素を含む合金の薄膜を成
膜しても良い。これらの膜は、仕事関数差により、基体
金属４６の表面からの電子放出特性を向上させる。

【００２５】次に、本発明の一実施例に係る含浸型陰極
４４の製造方法について説明する。図２に示すように、
直径１．１５mm、厚さ０．４mm、空孔率約２０％の多孔
質タングステン（Ｗ）ディスクからなるカソードペレッ
ト（基体金属４６）を準備し、これに、モル比で４：
１：１のＢａＯ、ＣａＯ、Ａｌ₂ Ｏ₃ から成る電子放射
物質を含浸させる。この含浸のための条件は、たとえば
真空中で１８００℃、３分間の条件である。その後、基
体金属４６の周囲に付着している余分な電子放射物質を
除去する目的で、水で５分間、アセトンで５分間、超音
波洗浄を行う。

【００２６】本発明では、この洗浄工程に引き続いて、
基体金属４６を単体で、１８００℃、１０分間、真空中
で加熱処理を行う。この加熱処理の真空度は、特に限定
されないが、たとえば６×１０^-6Torr以下程度である。
その後、図１（Ａ）または（Ｂ）に示すように、基体金
属４６を、たとえば厚さ３０μm のＴａ製またはＭｏ製
のキャップ６６と抵抗溶接、レーザ溶接、あるいは真空
加熱ロウ付けする。その後、または同時に、たとえば直
径１．２５mm、長さ７．５mm、厚さ２０μm のＴａ製内
スリーブ４５の上端部内周に、基体金属付キャップ６６
を入れ、内スリーブ４５の上端部外周から数点（たとえ
ば６点）でレーザ照射を行い、内スリーブ４５とキャッ
プ６６と基体金属４６とをレーザ溶接により固着する。
または抵抗溶接を用いても良い。その後、基体金属４６
の表面に、イリジウム、オスミウム・ルテニウム、また
はイリジウム・タングステンなどの白金元素または同元
素を含む合金の薄膜を成膜する。その後、スリーブ４５
内に加熱ヒータ６４を配設する。

【００２７】このようにして作成された陰極４４は、グ
リッド電極などと共に図９に示す電子銃３０を構成し、
ＣＲＴ２０の内部に封入される。上記の本発明の一実施
例に係る方法により得られた含浸型陰極４４のカットオ
フ電圧の変動を調べた結果を、図５の曲線Ａに示す。こ
のような熱処理を行わない従来例に係る含浸型陰極を用
いたＣＲＴのカットオフ電圧の変動を比較例として曲線
Ｂに示す。

【００２８】図５の曲線Ａに示すように、本実施例に係
る製造方法で得られた含浸型陰極を用いれば、特に２０
００時間までのライフ初期におけるカットオフ電圧の変
動を大幅に小さくすることができる。すなわち、従来で
はカットオフ電圧の変動が５％以上であったのを、本発
明では、２％以下にすることができる。

【００２９】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変するこ
とができる。たとえば、図２に示す基体金属単体の加熱
は、必ずしも真空中で行う必要はなく、たとえば水素雰
囲気などの非酸化性雰囲気で行っても良い。その実施例
の場合にも、上記実施例と同様な作用効果が期待でき
る。

【００３０】また、上記加熱処理は、必ずしも基体金属
単体で行う必要はなく、キャップに溶接後に行っても良
い。但し、その場合には、キャップとして、耐酸化性な
どに優れたＭｏ製などのものを用いることが好ましい。

【００３１】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係る
製造方法で得られた含浸型陰極を用いれば、特に２００
０時間までのライフ初期におけるカットオフ電圧の変動
を大幅に小さくすることができる。すなわち、従来では
カットオフ電圧の変動が５％以上であったのを、本発明
では、２％以下にすることができる。

【００３２】また、本発明に係る製造方法で得られた陰
極では、ＣＲＴの使用初期における基体金属に含まれる
余剰物質の蒸発を抑制することができるため、その再付
着によるグリッドエミッションなどの不都合も低減する
ことができる。さらに、従来では、数十時間要していた
余剰物質除去のための熱処理を、本発明では、０．１〜
６０分、好ましくは１８００°Ｃ程度の加熱温度で１０
分程度に抑えることができるので、陰極の製造に要する
時間の短縮を図ることができる。

【００３３】また、特開平６−１２９７１号公報に示す
技術に比較して、本発明では、タングステン膜を成膜す
る工程を必要としないため、量産性に優れている。さら
にまた、本発明では、基体金属を単体で短時間熱処理す
ることのみで、上記の効果を奏させることができるの
で、量産性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は本発明の一実施例に係る含浸型陰
極の概略断面図、図１（Ｂ）は本発明の他の実施例に係
る含浸型陰極の概略断面図である。

【図２】図２は本発明の一実施例に係る含浸型陰極の製
造過程を示すフローチャート図である。

【図３】図３は温度および時間を変えて真空加熱処理し
た複数サンプルの基体金属からのＢａの蒸発を調べた結
果を示す図である。

【図４】図４は温度および時間を変えて真空加熱処理し
た基体金属を有する陰極の初期エミッション（電子放
出）特性を調べた結果を示す図である。

【図５】図５は本発明の一実施例に係る製造方法で得ら
れた陰極と、従来の陰極とのカットオフ電圧の変動結果
を示すグラフである。

【図６】図６は従来例に係る含浸型陰極の製造過程を示
すフローチャート図である。

【図７】図７は基体金属における余剰Ｂａの状態を示す
概略図である。

【図８】図８は従来例に係る製造方法で得られた陰極の
カットオフ電圧の変動を示すグラフである。

【図９】図９はＣＲＴの概略構成を示す図である。

【図１０】図１０（Ａ）はカラー用陰極の半断面を示す
側面図、図１０（Ｂ）は（Ａ）に示すＸＢ−ＸＢ線に沿
う底面図である。

【符号の説明】

２０… 陰極線管 ３０… 電子銃 ４４，４４ａ… 陰極 ４５… 内スリーブ ４６… 基体金属 ５０… 外スリーブ ６６… キャップ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子放射物質が含浸された基体金属を有
   する含浸型陰極の製造方法であって、基体金属に電子放
   射物質を含浸させた後の工程で、しかも陰極線管に組み
   込む前の工程で、前記基体金属に含まれる電子放射物質
   のうちの余剰物質を除去する余剰物質除去工程を有する
   含浸型陰極の製造方法。
2. 【請求項２】 前記余剰物質除去工程は、加熱温度が１
   ６００〜２０００°Ｃで、加熱時間が０．１〜６０分の
   範囲で行われる請求項１に記載の含浸型陰極の製造方
   法。
3. 【請求項３】 前記余剰物質除去工程は、前記基体金属
   をキャップに固定する前の工程で行われる請求項１また
   は２に記載の含浸型陰極の製造方法。
4. 【請求項４】 前記余剰物質除去工程の加熱は、真空中
   または非酸化性雰囲気中で行われる請求項２または３の
   いずれかに記載の含浸型陰極の製造方法。