JPH1092293A - 電子管陰極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属基体と電子放射物質層との界面部分に形
成される中間物質層の形成を抑制し、高い電流密度状態
で長時間安定した電子放射特性を発揮できる電子管陰極
を提供する。 【解決手段】 ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、シリコ
ン（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）等の微量の還元性金
属元素を含有する帽状金属基体２と、帽状金属基体２上
に被着され、バリウム（Ｂａ）を含むアルカリ土類金属
酸化物からなる電子放射物質層４とを備える電子管陰極
において、帽状金属基体２の表面部分に還元性金属元素
を含むドーナツ状薄膜領域３を形成した。このドーナツ
状薄膜領域３を形成したことにより、帽状金属基体２と
電子放射物質層４との界面部分の中間物質層の形成が抑
制され、高い電流密度状態で動作しても、長時間にわた
り安定した電子放射特性が維持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子管陰極に係わ
り、特に、長期間にわたって、安定した状態で高い電子
放射特性が発揮できるような構成にした電子管陰極に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、陰極線管や表示管または撮像管等
の電子管に用いられる陰極には、加熱用ヒータを内包し
た金属スリーブと、金属スリーブの一端に嵌合され、表
面に電子放射物質層が被着された帽状金属基体等を具備
する傍熱型陰極構体が用いられている。

【０００３】図３は、かかる既知の電子管陰極の構成の
一例を示す断面図であって、例えば、特開昭５８−１５
４１３０号に開示されているものである。

【０００４】図３において、電子管陰極は、ニッケル−
クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金等の高融点金属で構成されて
いる金属スリーブ３１と、金属スリーブ３１の一端に嵌
合され、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、シリコン（Ｓ
ｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等
の微量の還元性金属元素を含有する帽状金属基体３２
と、金属基体３２の表面に被着され、バリウム（Ｂａ）
を含むアルカリ土類金属酸化物からなる電子放射物質層
３３と、金属スリーブ３１に内包された加熱用ヒータ３
４を備えている。

【０００５】かかる構成による電子管陰極は、加熱用ヒ
ータ３４に加熱電力を供給すると、加熱用ヒータ３４の
発熱による熱は、金属スリーブ３１や金属基体３２に伝
わった後、電子放射物質層３３に伝達され、電子放射物
質層３３から熱電子が放射される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】最近になって、陰極線
管、表示管、撮像管等の画像表示用電子管においては、
得ようとする画像の高精細化が進み、それらの陰極に対
して、高電流密度状態で動作させることができるととも
に、長時間わたって安定した電子放射特性を有するもの
が特に強く要望されるようになってきた。

【０００７】ところで、前記既知の電子管陰極は、動作
時に、金属基体３２と電子放射物質層３３との界面部分
に、バリウムシリケート（Ｂａ₂ ＳｉＯ₄ ）やバリウム
マグネシア（ＢａＭｇＯ₂ ）やバリウムジルコネート
（ＢａＺｒＯ₃ ）等からなる中間物質層（抵抗層）が形
成されるが、これらの中間物質層は、電子管陰極を高電
流密度状態で動作させたときにその形成が加速され、形
成された中間物質層が高抵抗を示して、金属基体３２と
電子放射物質層３３との界面部分を流れる電流の妨げに
なる。このとき、陰極と格子電極との間に高電圧を加
え、形成された中間物質層に対抗して強制的に高い電子
放射を達成させようとした場合、中間物質層に大きなジ
ュール熱が発生して温度上昇を引き起こし、より中間物
質層の形成が促進されるという悪循環に陥るようにな
る。そして、金属基体３２と電子放射物質層３３との界
面部分に形成される中間物質層は、第１格子電極の電子
ビーム通過孔に対向した領域において特に多く形成され
る。

【０００８】このように、前記既知の電子管陰極は、高
い電流密度状態で動作させようとした際に、中間物質層
の形成によって高い電流密度状態の動作が妨げられ、結
果的に、高い電流密度状態で長時間にわたって安定した
電子放射特性を発揮させることができないという問題を
有している。

【０００９】本発明は、かかる問題点を解決するもの
で、その目的は、金属基体と電子放射物質層との界面部
分に形成される中間物質層の形成を抑制し、高い電流密
度状態で長時間安定した電子放射特性を発揮できる電子
管陰極を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の電子管陰極は、金属基体と金属基体上に被
着された電子放射物質層とを備え、金属基体の表面部
分、即ち、金属基体と電子放射物質層との界面部分に、
還元性金属元素を含むドーナツ状薄膜領域を形成する手
段を具備する。

【００１１】前記手段によれば、動作時に、金属基体の
表面部分には、高濃度の還元性金属元素を含むドーナツ
状薄膜領域と電子放射物質層との間に生じる反応によっ
て多量のバリウム（Ｂａ）が生成され、金属基体と電子
放射物質層との界面部分にバリウムシリケート（Ｂａ₂
ＳｉＯ₄ ）等の中間物質層が形成されるが、バリウム
（Ｂａ）の濃度が高くなると、新たなバリウム（Ｂａ）
の生成が抑制されるので、第１格子電極の電子ビーム通
過孔に対向した金属基体の表面（金属基体と電子放射物
質層との界面部分）のバリウムシリケート（Ｂａ₂ Ｓｉ
Ｏ₄ ）等の中間物質層の形成も抑制されるようになる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態において、電
子管陰極は、ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、シリコン
（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）等の微量の還元性金属
元素を含有する金属基体と、金属基体上に被着され、バ
リウム（Ｂａ）を含むアルカリ土類金属酸化物からなる
電子放射物質層とを備えるものであり、金属基体の表面
部分に還元性金属元素を含むドーナツ状薄膜領域を形成
したものである。

【００１３】かかる本発明の実施の形態の好適例におい
て、ドーナツ状薄膜領域は、第１格子電極の電子ビーム
通過孔の径と同じかそれよりもやや大きい内径と、金属
基体の外周まで達する外径とを有するものである。

【００１４】これらの本発明の実施の形態によれば、電
子管陰極の動作時に、金属基体の表面部分においては、
高濃度の還元性金属元素を含むドーナツ状薄膜領域と電
子放射物質層との間に生じる反応によって多量のバリウ
ム（Ｂａ）が生成され、金属基体と電子放射物質層との
界面部分にバリウムシリケート（Ｂａ₂ ＳｉＯ₄ ）等の
中間物質層が形成される。そして、多量のバリウム（Ｂ
ａ）の生成によってバリウム（Ｂａ）の濃度が高くなる
と、新たなバリウム（Ｂａ）の生成が抑制されるように
なり、同時に、第１格子電極の電子ビーム通過孔に対向
した金属基体の表面部分（金属基体と電子放射物質層と
の界面部分）におけるバリウムシリケート（Ｂａ₂ Ｓｉ
Ｏ₄ ）等の中間物質層の形成も抑制される。

【００１５】このように、本発明の実施の形態によれ
ば、中間物質層に基づく高抵抗状態が緩和され、金属基
体と電子放射物質層との界面部分を流れる電流が中間物
質層によって大幅に妨げられないので、高い電流密度状
態において長時間安定した電子放射特性を発揮させるこ
とが可能になる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１７】図１は、本発明による電子管陰極の一実施
例の要部を示す構成図であって、（ａ）は横断面図、
（ｂ）はそのＡ−Ａ’線部分から帽状金属基体側を見た
構成図である。

【００１８】図１（ａ）、（ｂ）において、１は高融点
金属であるニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）合金からな
る円筒状金属スリーブ、２はニッケル（Ｎｉ）を主成分
とし、微量の還元性金属元素としてシリコン（Ｓｉ）を
含有する帽状金属基体、３は還元性金属元素を含むドー
ナツ状薄膜領域、４はバリウム（Ｂａ）を含んだアルカ
リ土類金属酸化物からなる電子放射物質層、５は加熱用
ヒータ、６は第１格子電極、７は電子ビーム通過孔であ
る。

【００１９】そして、円筒状金属スリーブ１は、一端に
帽状金属基体２が嵌合され、内部に加熱用ヒータ５は挿
入配置されている。帽状金属基体２は、表面部分にドー
ナツ状薄膜領域３が形成され、ドーナツ状薄膜領域３を
含む表面に電子放射物質層４が被着されている。第１格
子電極６は、電子放射物質層４に対向して離間配置さ
れ、電子放射物質層４の中央部分に対向した位置に電子
ビーム通過孔７が設けられている。また、ドーナツ状薄
膜領域３は、内径部分（帽状金属基体２の表面が露出し
ている部分）が電子ビーム通過孔７の径にほぼ等しいか
または若干大きくなるように構成され、外径部分が帽状
金属基体２の外径にほぼ等しい領域にまで達するように
構成されている。この場合、帽状金属基体２とドーナツ
状薄膜領域３とは、複合金属基体８を構成している。

【００２０】前記構成による電子管陰極、特に、ドーナ
ツ状薄膜領域３を有する帽状金属基体２、即ち複合金属
基体８の製造方法の一例を挙げると、次のとおりであ
る。ニッケル（Ｎｉ）を主成分とし、微量の還元性金属
元素としてシリコン（Ｓｉ）を含有する帽状金属基体２
を、既知の製造工程、例えば、プレス機械等を用いたプ
レス加工によって製造する。得られた帽状金属基体２の
表面をドーナツ状にマスキングし、マスキングした上か
らニトロセルロースと酢酸ブチルからなるバインダ材を
塗布し、塗布部分を乾燥させる。次に、帽状金属基体２
の表面のマスキングを取り外し、スパッタリング装置を
用いてレニウム（Ｒｅ）をその表面にスパッタリングす
ることにより、帽状金属基体２の表面に、厚さ５００ｎ
ｍのレニウム（Ｒｅ）のドーナツ状薄膜領域３を形成す
る。

【００２１】次いで、ドーナツ状薄膜領域３を形成した
帽状金属基体２を水素ガス（Ｈ₂ ）雰囲気炉内で熱処理
し、ニトロセルロースと酢酸ブチルからなるバインダ材
を飛散させて帽状金属基体２の表面から取り除くととも
に、帽状金属基体２とレニウム（Ｒｅ）のドーナツ状薄
膜領域３とを反応させる。このような過程を経ることに
より、帽状金属基体２の表面部分に高濃度還元性金属元
素を含んだドーナツ状薄膜領域１３が形成される。続い
て、ドーナツ状薄膜領域１３を形成した帽状金属基体２
上に、スプレーガンを用いてバリウム（Ｂａ）、ストロ
ンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）を含んだ３元の
炭酸塩｛（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＣＯ₃ ｝をスプレー塗布
し、帽状金属基体２上に約８０μｍの厚さの電子放射物
質層４を形成する。その後、金属スリーブ１の一端に帽
状金属基体２を嵌合する工程や、金属スリーブ１の他端
から加熱用ヒータ５を挿入配置したりする工程等の既知
の製造工程を経て、電子管陰極が製造される。

【００２２】前記構成による電子管陰極は、次のように
動作する。加熱用ヒータ５に加熱電力を供給すると、加
熱用ヒータ５の発熱による熱は、金属スリーブ１や帽状
金属基体２に伝わった後、電子放射物質層４に伝達さ
れ、電子放射物質層４から熱電子が放射される。

【００２３】かかる熱電子放射動作が行われていると
き、帽状金属基体２の表面部分において、高濃度の還元
性金属元素を含んだドーナツ状薄膜領域３と電子放射物
質層４との間に生じる反応によって多量のバリウム（Ｂ
ａ）が生成され、帽状金属基体２と電子放射物質層４と
の界面部分にバリウムシリケート（Ｂａ₂ ＳｉＯ₄ ）等
の中間物質層が形成される。そして、多量のバリウム
（Ｂａ）の生成によりバリウム（Ｂａ）濃度がある程度
高くなると、新たなバリウム（Ｂａ）の生成が抑制され
るようになるので、バリウムシリケート（Ｂａ₂ ＳｉＯ
₄ ）等の中間物質層の生成が抑えられ、電流密度の大き
い第１格子電極６の電子ビーム通過孔７に対向する帽状
金属基体２と電子放射物質層４との界面部分におけるバ
リウムシリケート（Ｂａ₂ ＳｉＯ₄ ）等の中間物質層の
生成も抑えられる。

【００２４】このように、本実施例による電子管陰極
は、陰極を流れる電流密度を大きくしても、バリウムシ
リケート（Ｂａ₂ ＳｉＯ₄ ）等の中間物質層の生成が抑
えられていることから、高抵抗の中間物質層によるジュ
ール熱の発生が少なくなり、高い電流密度状態で動作さ
せても、長時間にわたって安定した電子放射特性を発揮
させることができる。

【００２５】ここで、図２は、本実施例による電子管陰
極と既知の電子管陰極との電子放射能特性を比較した特
性図である。

【００２６】図２において、縦軸は動作経過時間が０の
ときの値（１００）に対する相対値で表した電子放射
能、横軸はキロアワー（Ｋｈ）で表した動作経過時間で
あって、曲線Ａは本実施例による電子管陰極の特性、曲
線Ｂは既知の電子管陰極の特性を示すものである。

【００２７】図２の曲線Ｂに示されるように、既知の電
子管陰極は、動作経過時間が長くなるにしたがって電子
放射能が順次に低下し、１００００時間で電子放射能の
相対値が６５％に、１５０００時間で電子放射能の相対
値が約５０％に低下するのに対して、本実施例による電
子管陰極は、動作経過時間が長くなるにしたがって電子
放射能が順次に低下することが同じであっても、その低
下の割合は既知の電子管陰極に比べてかなり小さく、１
００００時間で電子放射能の相対値が８５％に、１５０
００時間で電子放射能の相対値が約８０％に低下するだ
けである。このように、本実施例による電子管陰極は、
既知の電子管陰極に比べて、格段に優れた寿命特性を呈
するものであることが判る。

【００２８】本実施例において、ドーナツ状薄膜領域３
の内径は、第１格子電極６の電子ビーム通過孔の径と同
程度であればよく、第１格子電極６の電子ビーム通過孔
の径よりやや大きな径にすれば、ドーナツ状薄膜領域３
を設けた効果が顕著になる。また、ドーナツ状薄膜領域
３の外径は、帽状金属基体２の外周にまで達するような
大きさに選べばよい。

【００２９】この場合、ドーナツ状薄膜領域３に含まれ
る還元性金属元素としては、レニウム（Ｒｅ）の他に、
ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、シリコン
（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン
（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、ニオ
ブ（Ｎｂ）、マグネシウム（Ｍｇ）等の元素の中の１種
または複数種のものが使用される。

【００３０】そして、ドーナツ状薄膜領域３は、前述の
スパッタリング装置を用いたスパッタリングによって形
成する他にも、イオン打ち込み技術を用いて形成するよ
うにしてもよい。

【００３１】また、ドーナツ状薄膜領域３は、還元性金
属元素を多く含んだ薄膜層の形にしてもよく、帽状金属
基体２と一体化した合金層の形にしてもよい。ただし、
薄膜層の形にした場合には、バリウム（Ｂａ）を含んだ
アルカリ土類金属酸化物とからなる電子放射物質層４を
被着させる前に、熱処理を行って帽状金属基体２との合
金化を図ることが望ましい。

【００３２】本実施例の電子管陰極と既知の電子管陰極
とをそれぞれ１００００時間動作させた後、帽状金属基
体２の表面から電子放射物質４、３３を除去し、ビーム
径約１００μｍの微少Ｘ線解析装置を用いて、帽状金属
基体２、３２の表面中央部分に形成された中間生成物、
即ち、バリウムシリケート（Ｂａ₂ ＳｉＯ₄ ）の量を比
較したところ、本実施例の電子管陰極は、既知の電子管
陰極の約１／２程度で形成される量が少なかった。これ
に対して本実施例の電子管陰極は、帽状金属基体２周辺
部に多量の中間生成物が形成されており、電子放射に関
係するバリウム（Ｂａ）が多く生成されたことを裏付け
ている。このことは、本実施例の電子管陰極が良好な電
子放射特性を維持できる理由である。

【００３３】なお、前記実施例においては、帽状金属基
体２中の還元性金属元素がシリコン（Ｓｉ）である例を
挙げて説明したが、本発明における帽状金属基体２中の
還元性金属元素はシリコン（Ｓｉ）に限られるものでな
く、他の還元性金属元素、例えば、マグネシウム（Ｍ
ｇ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タングステン（Ｗ）、ま
たはそれらの複合体を用いても、同様の効果を得ること
ができる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、電子管
陰極の動作時に、第１格子電極の電子ビーム通過孔に対
向した金属基体の表面部分（金属基体と電子放射物質層
との界面部分）における中間物質層の形成が抑制され、
中間物質層に基づく高抵抗状態が緩和されるので、金属
基体と電子放射物質層との界面部分を流れる電流が中間
物質層によって大幅に妨げられことがなくなり、高い電
流密度状態で連続的に動作しても、長時間にわたって安
定した電子放射特性を維持させることができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電子管陰極の一実施例の要部を示
す構成図である。

【図２】本実施例による電子管陰極と既知の電子管陰極
との電子放射能特性を比較した特性図である。

【図３】既知の電子管陰極の構成の一例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 金属スリーブ ２ 帽状金属基体 ３ ドーナツ状薄膜領域 ４ 電子放射物質層 ５ 加熱用ヒータ ６ 第１格子電極 ７ 電子ビーム通過孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ニッケルを主成分とし、シリコン、マグ
   ネシウム等の微量の還元性金属元素を含有する金属基体
   と、前記金属基体上に被着され、バリウムを含むアルカ
   リ土類金属酸化物からなる電子放射物質層とを備える電
   子管陰極において、前記金属基体の表面部分に還元性金
   属元素を含むドーナツ状薄膜領域を形成したことを特徴
   とする電子管陰極。
2. 【請求項２】 前記ドーナツ状薄膜領域は、第１格子電
   極の電子ビーム通過孔の径と同じかそれよりもやや大き
   い内径と、前記金属基体の外周まで達する外径とを有す
   るものであることを特徴とする請求項１に記載の電子管
   陰極。