JPH083976B2

JPH083976B2 - 電子管用ヒータ及びそれを備えた含浸型陰極構体

Info

Publication number: JPH083976B2
Application number: JP9566789A
Authority: JP
Inventors: 大輔宮崎; 毅好井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-04-15
Filing date: 1989-04-15
Publication date: 1996-01-17
Anticipated expiration: 2011-01-17
Also published as: JPH02276128A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、例えば陰極線管や撮像管などに使用して
好適な電子管用ヒータ及びそれを備えた含浸型陰極構体
に関する。

（従来の技術）傍熱型陰極用ヒータは、一般にタングステン或いはレ
ニウム−タングステンからなるコイル状に巻回された金
属線の表面に、粒径1.5μｍのアルミナ粒子を電気泳動
法、吹付け法等で被覆後、更にアルミナ粒子とタングス
テン粒子からなるダーク層を被覆し、焼成することで形
成される。

（発明が解決しようとする課題）ところが、上記のようにして形成された従来のヒータ
は、焼成時に変形が生じ易く、又、アルミナ層にクラッ
クが生じ易い。これは第10図（ｂ）に示すように、金属
線とダーク層との距離が近くなっており、凹凸を有する
アルミナ層は強度が弱く、クラックの原因となる。特
に、含浸型陰極用として用いる場合には、ヒータ温度が
従来より数百度高いため、変形或いはクラックに起因し
てヒータ・カソード間の絶縁不良が生じ、ヒータ断線が
起こるという問題があった。

この発明は、変形やクラックが生じ難く、絶縁耐圧が
優れたヒータ及びそれを備えた含浸型陰極構体を提供す
ることを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明は、ダブルヘリカルに巻回された金属線と、
この金属線に被覆された絶縁アルミナ層と、この絶縁ア
ルミナ層に被覆されたダーク層とを有する電子管用ヒー
タにおいて、絶縁アルミナ層の混合アルミナ粒子は、9
9.8％以上の純度で平均粒径が７乃至12μｍの範囲であ
り且つ粒度分布は粒径15μｍ以上の粒子及び粒径６μｍ
以下の粒子がそれぞれ10乃至30重量％の範囲であって残
部が６μｍを超え15μｍ未満の範囲の粒子である電子管
用ヒータである。

又、この発明は、陰極基体と、この陰極基体を支持す
る陰極スリーブと、この陰極スリーブ内に内装されるこ
の発明のヒータを備えてなる含浸型陰極構体である。

（作用）この発明によるヒータを用いれば、ヒータ・カソード
間の絶縁耐圧性が著しく向上し、含浸型陰極の動作温度
が高いことに起因する耐圧不良を未然に防止することが
出来る。

（実施例）以下、図面を参照して、この発明の一実施例を詳細に
説明する。

この発明のヒータ１は第１図に示すように構成され、
ダブルヘリカルに巻回された芯線となる金属線２と、こ
の金属線２に被覆された絶縁アルミナ層３と、この絶縁
アルミナ層３に被覆されたダーク層４とからなってい
る。

この場合、絶縁アルミナ層３は、アルミナ粒子が99.8
％以上の純度で平均粒径が７〜12μｍであり、且つアル
ミナ粒子の粒度分布が粒径15μｍ以上の粒子及び粒径６
μｍ以下の粒子をそれぞれ10〜30重量％含み、残部が６
μｍを超え15μｍ未満である。又、このような絶縁アル
ミナ層３の厚さは、70〜150μｍの範囲に設定されてい
る。そして、絶縁アルミナ層３の充填密度は、50〜70％
の範囲に設定されている。尚、このアルミナ粒子は、溶
融アルミナを粉砕して作られている。

又、上記のダーク層４は、タングステンとアルミナの
混合粒子からなっている。

次に、上記の数値に設定した理由について、述べるこ
とにする。

使用するアルミナ粒子の純度について、99.8％以上
が必要な理由は、第３図に示す通りである。即ち、純度
以外の因子をこの発明の実施例と同様にして純度と耐圧
不良発生率との関係を調べた結果、99.8％以上で耐圧不
良発生率が０％となった。

尚、耐圧不良発生率は、各々の純度でコーティングし
たヒータを各50個測定して求めた。耐圧不良試験は、ヒ
ータ温度について、定格6.3Vに対し7Vで実施し、ヒータ
・陰極間の電圧はDC100Vから１分間に100V毎ずつ高めて
実施し、1000V以下で絶縁破壊したものを不良とした。

平均粒径と耐圧の関係について、実験により求め
た。条件はヒータ温度について、定格6.3Vに対し7Vで実
施し、ヒータ・カソード間の電圧はDC100Vから１分間に
100V毎ずつ高めて実施した。このときの充填率、コーテ
ィング厚は、同一条件とした。その結果を、第４図に示
す。この結果より、平均粒径は７〜12μｍが絶縁耐圧に
優れていることが判明した。12μｍ以上では、焼成強度
不足、７μｍ以下では変形、クラックに起因して絶縁耐
圧が劣化することが判明した（第５図、第６図において
充填率が50〜70％の時、粉落ち発生率は０％で、クラッ
ク発生率は低い値を示している）。

この７〜12μｍの平均粒径を用いて、充填率を50〜70
％にするには第７図に示すように、６μｍ以下の粒子と
15μｍ以上の粒子を各々10〜30重量％含んでいることが
必要である（第７図は、平均粒径を9.0μｍに保って６
μｍ以下の粒子と15μｍ以上の粒子を各々同じ重量％添
加した時の充填率を示す実験データ）。

コーティングの厚さに関しては、第８図にコーティ
ング厚と絶縁耐圧の関係を示す。この第８図から明らか
なように、70μｍ以下では急激に耐圧が劣化する。そし
て、70μｍ以上では、ほぼ耐圧値は比例することが明ら
かである。しかし、コーティング厚は陰極径の大きさか
ら制約を受け、且つコーティング厚が厚くなればなる
程、陰極温度の上昇スピードが遅くなる。例えば、出画
時間（ヒータをオンしてから出画するのに十分なエミッ
ションが出る時間を言い、温度上昇が速いほど出画時間
は短い）とコーティング厚との関係は、120μｍで5.7
秒、150μｍで7.0秒、200μｍで10.0秒である。

このことを考慮すると、コーティング厚は70〜150μ
ｍの範囲が妥当である。

充填密度に関しては、粒度調合により充填密度を変
化させることが出来る。充填密度とクラック発生率（変
形発生率）、絶縁破壊電圧、コーティング粉落ち発生率
の関係をそれぞれ第５図、第９図、第６図に示す。この
結果より、充填率50〜70％がクラック発生率、コーティ
ング剥がれ発生率が少なく、その結果、絶縁破壊電圧が
高くなっていることが明らかである。

又、焼成時の変形の発生は、クラック発生率とほぼ一
致することが明らかとなった。

アルミナ粒子の製造方法には、溶融アルミナを粉砕
する以外に、バイヤー法、アンモニウム明ばんの熱分解
法（水酸化アルミを硫酸と反応させ、硫酸アルミにした
後、硫安と反応させてアンモニウム明ばんを作り焼成す
る方法）等があるが、焼成時の粒子の収縮を考慮する
と、粒子の収縮がない溶融アルミナを粉砕方法で作った
粉末を用いるのが、クラック発生即ち変形がなく、耐圧
も優れた結果が得られる。

さて次に、上記のような絶縁アルミナ層３の製造方法
について述べておく。

平均粒径9.0μｍ、30μｍ以上が2.3重量％、30〜15μ
ｍが15.3重量％、15〜６μｍが57.4重量％、６μｍ以下
が25.0重量％の粒度分布を有する溶融アルミナの粉砕粒
で、純度99.85％以上を有するものを用いた。

このアルミナ粒子の粒度分布は、吹付け法により被覆
した場合、55％の密度になるように調整してある。この
アルミナ粒子を酢酸エステルに２重量％のニトロセルロ
ースを添加した溶媒重量比で1:1.4（＝アルミナ：溶
媒）に混合し、この混合物を吹付け法により片厚100μ
ｍに被覆した。

吹付けは均一な厚み（肉厚が偏らないように）に付着
するよう、吹付けノズルを様々な角度に取付けてある。

この後、更に平均粒径１μｍのタングステンと平均粒
径２μｍのアルミナ粉とバインダーが重量比で1:4:5に
混合してある混合物を吹付け法によりダーク層４に片厚
20μｍ被覆する。

このダーク層４は、ヒータ１の熱を効率良く陰極へ供
給するのに効果がある。

このように、アルミナを塗布したヒータを乾燥した
後、約1700℃の水素中で焼結させた。

但し、焼結時間は、従来例の場合の２倍とした。

尚、上記のようなこの発明のヒータ１において、絶縁
アルミナ層のアルミナ粒子中の不純物を構成する主な元
素はNaであり、当然Na₊イオンとして、アルミナ粒子中
を動くので、Naは少ない方が絶縁耐圧は向上する。

又、平均粒径・粒度分布・粒子の姿様の項目を、既述
のようなアルミナ粒子を用いることにより、焼成時の強
度は十分な物が得られ、且つ焼成時の変形は少ない。即
ち、平均粒径を大きく且つ溶融アルミナ粉砕品を用いる
ことで、焼成時の収縮を抑えることが出来、その結果、
ヒータ変形を防止することが出来る。

更に、粒度分布を幅広く、即ち、充填率が50〜70％の
充填になるような分布粒子を用いることで、焼成時の絶
縁アルミナ層強度を十分な物に出来る。

尚、完成品は、第10図（ａ）に示すように、金属線と
ダーク層との距離が離れており、従来例である同図
（ｂ）に比べ凹凸がない。

又、この実施例では、吹付け法によりアルミナ粒子を
塗布したが、これに限らず電着法でも行なえる。

さて最後に、上記のような電子管用ヒータ１を備えた
含浸型陰極構体の一実施例について説明すると、この発
明の含浸型陰極構体は第２図に示すように構成され、図
中の符号５は陰極基体であり、例えば粒径３μｍ程度の
タングステン粉末を比重16程度になるように焼結し、そ
の多孔質タングステン基体にBaO、CaO、Al₂O₃よりなる
電子放射物質を含浸して得られるもので、カップ状固定
部材６内に設けられている。この固定部材６は、高融点
金属よりなる陰極スリーブ７の一端にろう材により接合
されている。この陰極スリーブ７内には、陰極基体５が
所望の動作温度になるように、加熱するためのヒータ１
が配設されている。勿論、このヒータ１は上記のこの発
明によるヒータである。

又、陰極スリーブ７の外側には、所定間隔をおいて同
軸的に筒状ホルダー８が配設され、陰極スリーブ７は複
数例えば３個の短冊状ストラップ９を介してこのホルダ
ー８に支持されている。この場合、ストラップ９の一端
が陰極スリーブ７の下端部に取付けられ、他端がホルダ
ー８の上端部に取付けられている。

［発明の効果］この発明によれば、ヒータは上記のような数値に設定
され、このヒータを備えた含浸型陰極構体を使用した電
子管においては、ヒータ・カソード間の絶縁耐圧特性が
従来より1.5〜２倍程度向上することが出来、含浸型陰
極構体の動作温度が高いことに起因する耐圧不良を防止
することが出来た。

尚、第10図（ａ）及び（ｂ）はこの発明と従来例との
各ヒータにおける断面を示す35倍の顕微鏡写真である
が、従来例では金属線とダーク層との距離が近くなって
おり、凹凸を有するアルミナ層は強度が弱く、クラック
の原因となる。この結果、、耐圧特性が悪い。

しかし、この発明では金属線とダーク層との距離が離
れており、従来例に比べ凹凸がない均一な絶縁アルミナ
層及びダーク層が形成されているので、耐圧特性が優れ
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る電子管用ヒータを示
す正面図、第２図はこの発明の別の一実施例に係る電子
管用ヒータを備えた含浸型陰極構体を一部切欠いて示す
斜視図、第３図はこの発明のヒータの絶縁アルミナ層に
使用するアルミナ粒子の純度と耐圧不良発生率との関係
を示す特性図、第４図は同じく平均粒径と絶縁破壊電圧
との関係を示す特性図、第５図は同じくアルミナ充填率
とクラック発生率との関係を示す特性図、第６図は同じ
くアルミナ充填率とコーティングの粉落ち発生率との関
係を示す特性図、第７図は同じくアルミナ粒子とアルミ
ナ充填率との関係を示す特性図、第８図は同じくコーテ
ィングの厚さと絶縁破壊電圧との関係を示す特性図、第
９図は同じくアルミナ充填率と絶縁破壊電圧との関係を
示す特性図、第10図（ａ）、（ｂ）はそれぞれこの発明
と従来例の各電子管用ヒータにおける断面の粒子構造を
示す顕微鏡写真である。１……ヒータ、２……金属線、３……絶縁アルミナ層、
４……ダーク層、５……陰極基体、７……陰極スリー
ブ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ダブルヘリカルに巻回された金属線と、こ
の金属線に被覆された絶縁アルミナ層と、この絶縁アル
ミナ層に被覆されたダーク層とを有する電子管用ヒータ
において、上記絶縁アルミナ層の混合アルミナ粒子は、99.8％以上
の純度で平均粒径が７乃至12μｍの範囲であり且つ粒度
分布は粒径15μｍ以上の粒子及び粒径６μｍ以下の粒子
がそれぞれ10乃至30重量％の範囲であって残部が６μｍ
を超え15μｍ未満の範囲の粒子であることを特徴とする
電子管用ヒータ。
【請求項２】陰極構体と、この陰極構体を支持する陰極
スリーブと、この陰極スリーブ内に内装される上記請求
項１の電子管用ヒータを備えたことを特徴とする含浸型
陰極構体。