JPH1064404A - 陰極およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＲＴの高性能化・大画面化にともない、そ
れに用いる陰極のさらなる長寿命化・高電流密度化など
が求められている。 【解決手段】 電子管の陰極用のエミッタを、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
ており、不純物元素を含んだアルカリ土類金属酸化物粒
子１３と、不純物元素を含まないアルカリ土類金属酸化
物１１とで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばＣＲＴ等
の電子管に用いられる陰極に関し、特にその電子放射物
質（以下、エミッタという）の改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】電子管用陰極は、図４に示すように、エ
ミッタ１が、ヒータコイル２とこれを内蔵した筒状のス
リーブ３と、スリーブ３の一端開口部に設けたニッケル
を主成分とする陰極基体４上に被着形成されている。こ
のエミッタ１は、図５に模式的に示すように粒子状の所
定のアルカリ土類金属酸化物１１が集まって構成されて
いる。従来、この種のアルカリ土類金属酸化物は、酸化
バリウムと酸化ストロンチウム、または、これらに酸化
カルシウムが加わったアルカリ土類金属酸化物の混晶の
粒子で構成されていた。また、図６に模式的に示すよう
に、エミッタ中に不純物金属（元素）として希土類金属
酸化物の粒子１２を混合するなどの方法で、陰極の長寿
命化や高電流密度化などに対応し得るようなエミッタの
性能の向上が図られてきた（特公平７−７５１４０号公
報）。さらに性能を向上させるために、図７に示すよう
に、希土類金属を個々のエミッタ粒子に含有させ、希土
類金属（元素）をエミッタ中に均一に分布させた希土類
金属を含むアルカリ土類金属の酸化物１３を用いる方法
がある（特開平４−２５９７２５号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなエミッタの
性能向上は、ＣＲＴの技術開発において常につきまとう
要求であり、前記の従来技術よりさらに高いエミッタ性
能、すなわち、陰極のさらなる長寿命、高電流密度化な
どに対応できるエミッタが求められている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、陰極用の基体
上に、バリウムを含むアルカリ土類金属酸化物を主成分
としたエミッタを形成させてなる陰極において、前記ア
ルカリ土類金属酸化物が、不純物金属を含んだ第１のア
ルカリ土類金属酸化物の結晶粒子と、不純物金属を含ん
でいない第２のアルカリ土類金属酸化物の結晶粒子との
均一な混合物で構成されているようにする。また、エミ
ッタ全体におけるアルカリ土類金属酸化物に対する不純
物金属のモル比は、上記の均一な混合物として、平均値
が１０ｐｐｍ以上６００ｐｐｍ以下の範囲であることが
望ましい。本構成により、エミッタの性能が向上し、陰
極の長寿命化や高電流密度化に寄与できる。

【０００５】このような陰極は、不純物金属を含んだ第
１のアルカリ土類金属炭酸塩の結晶粒子と、不純物金属
を含まない第２のアルカリ土類金属炭酸塩の結晶粒子と
の混合物を、陰極用の基体上に被着させ、真空中で熱分
解させてエミッタを生成させることによって実現でき
る。

【０００６】その場合、不純物金属を含んだアルカリ土
類金属炭酸塩と不純物金属を含まないアルカリ土類金属
炭酸塩との両者が、ともに主としてバリウム炭酸塩とス
トロンチウム炭酸塩との混晶の粒子であることが好まし
い。

【０００７】さらに性能向上を図る場合は、不純物金属
を含んだアルカリ土類金属炭酸塩の結晶粒子が、主とし
てバリウム炭酸塩とストロンチウム炭酸塩との混晶であ
り、かつ、不純物金属を含まないアルカリ土類金属炭酸
塩が、バリウム炭酸塩またはストロンチウム炭酸塩また
は両者の混合物とするか、あるいは、不純物金属を含ん
だアルカリ土類金属炭酸塩が、不純物金属を含んだバリ
ウム炭酸塩または不純物金属を含んだストロンチウム炭
酸塩であり、かつ、不純物金属を含まないアルカリ土類
金属炭酸塩が主としてバリウム炭酸塩とストロンチウム
炭酸塩との混晶であることが効果的である。

【０００８】また、炭酸塩の混晶は、バリウム炭酸塩と
ストロンチウム炭酸塩とカルシウム炭酸塩との３元混晶
とすることもでき、バリウム炭酸塩またはストロンチウ
ム炭酸塩またはカルシウム炭酸塩、またはこれら３つの
うちの２つ以上の組み合わせの混合物とすることもでき
る。

【０００９】本構成により、エミッタの熱収縮が比較的
小さく抑えられる。不純物金属を含むアルカリ土類金属
炭酸塩の結晶粒子は、不純物金属とアルカリ土類金属と
の共沈によって容易に得ることができる。

【００１０】不純物金属は、元素として、希土類金属を
用いることが可能であり、たとえばイットリウムとテル
ビウムとから選択して含むことが効果的である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は、本発明の陰極に使用するエミッタ
の構成を模式的に示したものであり、このエミッタは、
バリウムを含むアルカリ土類金属酸化物を主成分として
おり、不純物金属を含んだアルカリ土類金属の酸化物粒
子１３と、不純物金属を含まないアルカリ土類金属の酸
化物１１とで構成されている。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００１３】（実施例１）本発明の第１の実施例に使用
したエミッタ製造方法を説明する。

【００１４】バリウムとストロンチウムとを含む硝酸塩
に、炭酸ナトリウムや炭酸アンモニウムの沈殿剤を添加
することにより、バリウムとストロンチウムとが１：１
のモル比で混晶となった炭酸塩の粒子を得ることができ
る。また、バリウムとストロンチウムとテルビウムとを
含む硝酸塩に、炭酸ナトリウムや炭酸アンモニウムの沈
殿剤を添加することで、共沈により、テルビウムを含ん
だバリウムとストロンチウムの炭酸塩を得ることができ
る。このときのテルビウムの含有量は、バリウムとスト
ロンチウムの合計に対するテルビウムのモル比で２２０
ｐｐｍとする。

【００１５】このようにして、テルビウムを含んだ炭酸
塩粒子と不純物金属を含まない炭酸塩粒子とを用意し、
両者を３：８のモル比で混合し、これをニッケルを主成
分とする陰極基体上に被着し、真空中９３０℃で熱分解
させて、バリウム酸化物とストロンチウム酸化物とを主
成分とするエミッタを有する陰極を製作した。このと
き、エミッタ全体において、テルビウムのアルカリ土類
金属に対するモル比は平均６０ｐｐｍである。

【００１６】このような手順にしたがって、図１に示す
通り、不純物金属を含まないアルカリ土類金属の酸化物
（粒子）１１と、不純物金属を含んだアルカリ土類金属
の酸化物（粒子）１３の混合物からなるエミッタを有す
る陰極が得られた。

【００１７】（実施例２）本発明の第２の実施例では、
不純物金属を含まない炭酸塩として、バリウム炭酸塩粒
子とストロンチウム炭酸塩粒子との１：１のモル比の混
合物を用意した。そして、この混合物と前述の第１の実
施例で用意したテルビウムを含んだ炭酸塩とを８：３の
モル比で混合して、これをニッケルを主成分とする陰極
基体上に被着させ、真空中９３０℃で熱分解させて、陰
極を製作した。

【００１８】（実施例３）また、本発明の第３の実施例
は、不純物金属を含んだ炭酸塩として、テルビウムを含
むバリウム炭酸塩と、テルビウムを含むストロンチウム
炭酸塩とを１：１のモル比で混合したものを用意した。
そして、この炭酸塩と前述の第１の実施例で用意した不
純物金属を含まない炭酸塩とを３：８のモル比で混合し
て、これをニッケルを主成分とする陰極基体上に被着さ
せ、真空中９３０℃で熱分解させて、陰極を製作した。

【００１９】（比較例１）テルビウムを含み、バリウム
とストロンチウムが１：１のモル比で混晶となった炭酸
塩粒子を、ニッケルを主成分とする陰極基体上に被着さ
せ、真空中９３０℃で熱分解させて、図７に示すよう
な、テルビウムを含むアルカリ土類金属の酸化物１３で
なるエミッタを有する陰極を前記の各実施例に示した手
順にしたがって製作した。この場合のテルビウムの含有
量はエミッタに対してモル比で６０ｐｐｍとした。

【００２０】（比較例２）不純物金属を含まない、バリ
ウムとストロンチウムとが１：１のモル比で混晶となっ
た炭酸塩粒子のみをニッケルを主成分とする陰極基体上
に被着させ、真空中９３０℃で熱分解させて、図５に示
すような、アルカリ土類金属の酸化物１１でなるエミッ
タを有する陰極を、前述の各実施例と同様の手順で製作
した。

【００２１】上記実施例１〜３、および、比較例１，２
で得られた陰極をＣＲＴに用い、種々の電流密度で寿命
試験を行いエミッタ性能を比較した。その結果を図２お
よび図３に示す。横軸はＣＲＴの動作時間であり、縦軸
はエミッション低下率を表している。エミッション低下
率とは、動作初期のエミッション電流値に対する、各々
の動作時間におけるエミッション電流値の低下の割合を
表す。

【００２２】図２中の点線で示す特性曲線ｃは不純物金
属を含まないアルカリ土類金属の酸化物の粒子のみで構
成された（比較例２）のものであり、点線で示す特性曲
線ｂは不純物金属としてテルビウムをエミッタ中に６０
ｐｐｍ含む上記比較例１の場合のエミッタのものであ
り、いずれも電流密度２Ａ／ｃｍ²で動作させたもので
ある。特性曲線ｃに比べて同ｂはエミッションの低下率
が小さく、テルビウムを含むものは、長寿命化の効果が
現れている。これらの従来例に対し、実線で示す特性曲
線ａ１と同じく実線で示す特性曲線ａ１′とは、それぞ
れ、本発明の第１の実施例であるテルビウムを含むアル
カリ土類金属の酸化物粒子とテルビウムを含まないアル
カリ土類金属の酸化物粒子との２種類で構成された場合
の各特性であり、特性曲線ａ１は同ｂ，ｃと同条件の電
流密度２Ａ／ｃｍ²で動作させたものであり、他方、特
性曲線ａ１′は電流密度３Ａ／ｃｍ²で動作させたもの
である。特性曲線ａ１は、同ｂ，ｃのいずれよりもエミ
ッション低下率が小さく、顕著な長寿命化が実現されて
いることが分かる。特性曲線ａ１′は他に比べて１．５
倍の高電流密度で動作させているにもかかわらず、特性
曲線ｂとほぼ同等のエミッション低下率を維持してお
り、格段に高電流密度化が実現できたといえる。また、
本発明によるものは、従来技術によるもの（各比較例）
に比べて５０００時間までのエミッション低下の速度が
緩やかであるという高性能が見られる。

【００２３】図３において、点線ａ１′、実線ａ２′、
実線ａ３′の各特性曲線は、それぞれ第１、第２、第３
の実施例のエミッタによる特性を示しており、いずれも
電流密度３Ａ／ｃｍ²で動作させたものである。実線ａ
２′は点線ａ１′よりエミッション低下率が小さく、さ
らに実線ａ３′は実線ａ２′よりエミッション低下率が
小さくなっており、第２、第３の実施例のエミッタによ
る性能向上の効果が顕著に現れている。

【００２４】なお、以上に説明した実施例は代表的なも
のであり、不純物金属はイットリウムを用いても、テル
ビウムの場合と同様の効果が確認されており、また、こ
れら以外の希土類金属を用いた場合には、テルビウムや
イットリウムの場合に比べて効果に若干の差はあるもの
の、いずれも、従来技術より、いっそうのエミッション
特性の改善傾向が見られる。また、希土類金属以外の不
純物金属、例えば、インジウム、タングステン、モリブ
デン等の遷移金属やナトリウム等のアルカリ金属でも改
善効果が期待される。不純物金属の含有量については、
各不純物金属によって最適含有量が多少異なるが、エミ
ッタ全体におけるアルカリ土類金属に対する不純物金属
のモル比の平均値が、ほぼ１０ｐｐｍ以上６００ｐｐｍ
以下の範囲で従来技術をこえるレベルを示し、効果的で
ある。また、上記各実施例では、アルカリ土類金属の炭
酸塩がアルカリ土類金属としてバリウムとストロンチウ
ムを１：１の組成比で含むものについて述べたが、これ
は一例であって、この組成比に限られるものではなく、
選択可能な全ての組成比において、不純物金属を含むも
のと不純物金属を含まないものとの混合による効果は著
しい。また、アルカリ土類金属としてバリウムとストロ
ンチウム以外にカルシウムを含ませても、本発明による
効果に変わりはない。

【００２５】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によると、陰
極用の基体上に、不純物金属を含んだアルカリ土類金属
酸化物結晶粒子と、不純物金属を含まないアルカリ土類
金属の酸化物結晶粒子とで構成されたエミッタを被着形
成することにより、長寿命で高電流密度対応の陰極を実
現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエミッタの模式的構成を表す図

【図２】本発明の第１の実施例と従来例において、ＣＲ
Ｔの動作時間とエミッション低下率との関係を表す図

【図３】本発明の第１、第２、第３の実施例において、
ＣＲＴの動作時間とエミッション低下率との関係を表す
図

【図４】従来の電子管用陰極の概略構造を示した図

【図５】従来のエミッタの模式的構成の一例を表す図

【図６】従来のエミッタの模式的構成で、エミッタ中に
希土類金属酸化物の粒子を含む場合を表す図

【図７】従来のエミッタの模式的構成で、個々のエミッ
タ粒子が希土類金属を含有した場合を表す図

【符号の説明】

１ エミッタ ２ ヒータコイル ３ スリーブ ４ 陰極基体 １１ 不純物金属を含まないアルカリ土類金属の酸化物
粒子 １３ 不純物金属を含むアルカリ土類金属の酸化物粒子

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陰極基体上に不純物金属を含んだ第１の
   アルカリ土類金属酸化物粒子と不純物金属を含まない第
   ２のアルカリ土類金属酸化物粒子との混合物で構成され
   た電子放射物質を被着していることを特徴とする陰極。
2. 【請求項２】 電子放射物質中のアルカリ土類金属酸化
   物に対する不純物金属のモル比の平均値が、１０ｐｐｍ
   以上６００ｐｐｍ以下であることを特徴とする請求項１
   記載の陰極。
3. 【請求項３】 陰極基体上に、アルカリ土類金属炭酸塩
   を被着させ、真空中で熱分解させてアルカリ土類金属酸
   化物を主成分とした電子放射物質を生成させる過程にお
   いて、前記アルカリ土類金属炭酸塩として、不純物金属
   を含んだ第１のアルカリ土類金属炭酸塩と、不純物金属
   を含まない第２のアルカリ土類金属炭酸塩との混合物を
   用いたことを特徴とする陰極の製造方法。
4. 【請求項４】 第１のアルカリ土類金属炭酸塩と第２の
   アルカリ土類金属炭酸塩との両者が、ともに、主として
   バリウム炭酸塩とストロンチウム炭酸塩との混晶である
   ことを特徴とする請求項３記載の陰極の製造方法。
5. 【請求項５】 第１のアルカリ土類金属炭酸塩が、主と
   してバリウム炭酸塩とストロンチウム炭酸塩との混晶で
   あり、かつ、第２のアルカリ土類金属炭酸塩が、バリウ
   ム炭酸塩またはストロンチウム炭酸塩であることを特徴
   とする請求項３記載の陰極の製造方法。
6. 【請求項６】 第１のアルカリ土類金属炭酸塩が、バリ
   ウム炭酸塩またはストロンチウム炭酸塩であり、かつ第
   ２のアルカリ土類金属炭酸塩が主としてバリウム炭酸塩
   とストロンチウム炭酸塩との混晶であることを特徴とす
   る請求項３記載の陰極の製造方法。
7. 【請求項７】 第１のアルカリ土類金属炭酸塩が、不純
   物金属とアルカリ土類金属との共沈によって得られた炭
   酸塩であることを特徴とする請求項３ないし６のいずれ
   か１項記載の陰極の製造方法。
8. 【請求項８】 不純物金属が希土類金属であることを特
   徴とする請求項３ないし７のいずれか１項記載の陰極の
   製造方法。
9. 【請求項９】 希土類金属がイットリウムとテルビウム
   の少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項８記載の
   陰極の製造方法。