JPH11213859A - 陰極構体、電子銃構体および電子管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、ヒータと陰極基体との間におけるリ
ーク電流の発生を抑止して優れた信頼性を有する陰極構
体を提供することを課題とする。 【解決手段】陰極スリーブ１と、この陰極スリーブの一
端部に設けられた陰極基体２と、陰極スリーブの内側に
設けられたヒータ４とを具備し、陰極スリーブの内面お
よびヒータの外面の少なくとも一方に、タンタルまたは
ニオブのうち一種またはその混合物を含むタングステン
とアルミナの混合物層が形成さされていることを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカラーブラウン管な
どの電子線管に用いられる陰極構体に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラーブラウン管などの電子線管に用い
られる含浸型陰極構体は、陰極スリーブと、この陰極ス
リーブの一端部に設けられた含浸型陰極基体と、陰極ス
リーブの内側に設けられて陰極基体を加熱するヒータと
を具備するもので、酸化物型陰極構体に比較して大きな
電流密度を得られる特徴がある。

【０００３】よく知られるように含浸型陰極構体は、動
作温度が酸化物型陰極構体に比較して約２００℃と高
く、それに伴ってヒータ温度も高く定格動作時に１２５
０℃以上に達する。その結果、ヒータの熱変形やヒータ
と陰極基体との間の耐電圧性能の劣化を生じ易い。そこ
で、ヒータからの含浸型陰極基体への熱効率を高めてヒ
ータ温度を低下させることが行われている。

【０００４】ヒータはタングステンコイルなどが用いら
れているが、熱効率を高めるためにヒータ表面にアルミ
ナ絶縁層を形成し、このアルミナ絶縁層の表面にタング
ステンとアルミナとの混合物による黒化層を形成してい
る。一方、陰極スリーブもヒータからの熱を受けて熱効
率を高めるために内面に黒化または灰色の熱吸収層（黒
化層）を設けることが有効である。陰極スリーブの内面
を黒化させる方法としては、例えば特開昭６３−２８３
３９号、特開平和１−２２０３２９号に開示されている
ようにタングステンとアルミナを主体とした混合物を塗
布することが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】含浸型陰極構体は約８
００℃〜８５０℃の温度で動作するアルカリ土類金属酸
化物陰極基体よりも約１５０〜２００℃高い約１０００
℃前後の温度で動作する。このような含浸型陰極構体の
動作温度を得るには加熱ヒータ温度も２００〜３００℃
高い約１２００〜１３００℃の温度に設定する必要があ
る。

【０００６】この陰極構体では、ヒータと陰極基体との
間は動作温度においても充分な電気的絶縁を保つことが
最も重要な要求特性であるが、含浸型陰極構体のように
動作温度が高くなると、ヒータと陰極基体との間の絶縁
破壊やヒータの変形断線、あるいはこのような事態に至
らなくともヒータ（Ｈ）と陰極基体（Ｋ）との間のリー
ク電流（以下ＩＨＫと称する。）を生じ易く電子管に種
々の不都合を生じることになる。

【０００７】前記リーク電流はヒータから陰極基体に流
れる（＋）ＩＨＫと、陰極基体からヒータに流れる
（−）ＩＨＫとに区分できる。（＋）ＩＨＫは陰極基体
から電子放射であり、（−）ＩＨＫはヒータからの電子
放射であり、電子放射源はヒータや陰極基体に付着した
不純物が原因であり、この不純物を取り除けばリーク電
流（ＩＨＫ）は少なくなる。

【０００８】しかしながら、含浸型陰極基体のように動
作温度が高くなると、不純物以外に構成物質であるタン
グステンコイルの蒸発、ヒータ黒化層を形成するアルミ
ナ、タングステンおよびこれらの反応物などの材料、陰
極スリーブを形成するタンタル、ニオブ、タングステ
ン、モリブデンなどの材料、あるいは陰極スリーブの内
面に塗布したタングステンやアルミナなどの材料の蒸発
がある。さらに、動作温度の高温化が進むと、これらの
物質自体が熱放射領域に近づくために、ヒータと陰極基
体との間のリーク電流の発生は避けられなくなる。この
ことは、含浸型陰極基体を用いた陰極構体の信頼性を低
下させる最も大きな点である。

【０００９】本発明は前記事情に基づいてなされたもの
で、動作時におけるヒータと陰極基体との間におけるリ
ーク電流の発生を抑止して優れた信頼性を有する陰極構
体を提供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の陰極構
体は、陰極スリーブと、この陰極スリーブの一端部に設
けられた陰極基体と、前記陰極スリーブの内側に設けら
れたヒータとを具備し、前記陰極スリーブの内面および
前記ヒータの外面の少なくとも一方に、タンタルまたは
ニオブのうち一種またはその混合物を含むタングステン
とアルミナの混合物層が形成差されていることを特徴と
する。

【００１１】この構成によれば、陰極スリーブおよび／
またはヒータに、絶縁性および熱効率を高めるタングス
テンとアルミナとの混合物に、整流作用があるタンタル
および／またはニオブを含有させることにより、優れた
絶縁性および熱効率を持たせるとともに、ヒータと陰極
基体との間におけるリーク電流の発生を抑止する作用を
併せて持たせることができる。

【００１２】請求項２の発明は、請求項１に記載の陰極
構体において前記陰極基体が含浸型であることを特徴と
する。この発明によれば、含浸型の本来の特性に加えて
請求項１の効果を加えた陰極構体を得ることができる。

【００１３】請求項３の発明は、請求項１に記載の陰極
構体において前記陰極基体が酸化物型であることを特徴
とする。この発明によれば、酸化物型の本来の特性に加
えて請求項１の効果を加えた陰極構体を得ることができ
る。

【００１４】請求項４の発明の電子銃構体は、請求項１
ないし３のいずれかに記載の陰極構体を設けたことを特
徴とする。請求項５の発明の電子管は、請求項４に記載
の電子銃構体を設けたことを特徴とする。

【００１５】請求項６の発明は、請求項５に記載の電子
管において、パネル部を有する真空外囲器と、このパネ
ル部の内面に設けられた蛍光体層と、前記真空外囲器の
パネル部に対向する位置に配置された請求項５に記載の
電子銃構体と、前記蛍光体層と前記電子銃構体との間に
配置されたシャドウマスクとを具備することを特徴とす
る。

【００１６】請求項５および請求項６の発明によれば、
動作時におけるヒータと陰極基体との間におけるリーク
電流の発生を抑止して優れた信頼性を有する陰極構体を
備えた電子管を得ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態につい
て図１および図２を参照して説明する。この実施の形態
は、含浸型陰極構体において、陰極スリーブの内面とヒ
ータの表面に夫々タンタル単独を含むタングステンとア
ルミナの混合物層を形成したものである。図１は陰極構
体を示す斜視図、図２は同断面図である。

【００１８】図中１は陰極スリーブで、この陰極スリー
ブは例えばタンタルにより形成された両端開放の円筒体
からなるものである。２は円板形をなす含浸型陰極基体
で、この陰極基体２は金属製キャップ３を介して陰極ス
リーブ１の一方の開放端部に嵌合保持されている。４は
ヒータで、このヒータ４は例えばレニウム（Ｒｅ）３重
量％入りのタングステン線によりコイル形に形成したも
のである。ヒータ４は陰極スリーブ１の内側に配置され
て陰極スリーブ１の他端開放部から外側へ延出されて図
示しない電源に接続されている。５は陰極スリーブ１の
外側へ配置された陰極支持筒で、この陰極支持筒金属５
は金属により形成された両端開放の円筒体からなるもの
である。６はストラップ形をなす支持部材で、これら支
持部材６は陰極スリーブ１と陰極支持筒５との間におい
て円周方向に間隔を存して配置され、一端は陰極支持筒
５の一端に接合固着され、他端は陰極スリーブ１に接合
固着されている。

【００１９】そして、陰極スリーブ１の内面（ヒータ４
に面する面）には酸化タンタルを単独で添加したタング
ステンとアルミナの混合物層が約５〜１０μｍの厚さで
形成されている。陰極スリーブ１は次に述べる方法によ
り作製される。酸化タンタル（Ｔａ₂ ０₅ ）粉末１５重
量％、タングステン（Ｗ）粉末２５重量％、アルミナ
（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）粉末２０重量％、硝火綿１、５重量％、
酢酸ブチル３８．５重量％をボールミルにより約約５０
時間ミーリングして安定な分散液を得る。次いで、この
分散液を直径１．６ｍｍ、板厚０．０２５ｍｍ、長さ１
ｍのタンタルスリーブの内部に流入して内面に塗布し、
その後約１００℃の温度で１時間乾燥して約１５００℃
で真空処理する。その後、スリーブを例えば長さ４．５
ｍｍ毎に切断して複数の陰極スリーブ１を作製する。な
お、長尺のスリーブを切断して陰極基体区スリーブとし
た後に前記の各塗布を行なっても良い。

【００２０】ヒータ４の表面には、厚さ約６０μｍのア
ルミナ層が形成され、さらにこのアルミナ層の表面に本
発明の特徴である酸化タンタル、タングステンとアルミ
ナ混合物層が厚さ２０μｍで形成されている。すなわ
ち、ヒータは次に述べる方法により作製する。まず、ヒ
ータ自体は従来と同じ方法により作製する。次いで、ヒ
ータ４の表面にアルミナ層を形成する。次に、酸化タン
タル粉末１５重量％，タングステン粉末１０重量％、ア
ルミナ２０重量％、硝火綿１重量％を酢酸ブチル５９重
量％を懸濁液となし、この懸濁液をスプレー法でアルミ
ナ層の表面に２０μｍの厚さで塗布して、これを１６５
０℃〜１７００℃、１０分、真空または水素雰囲気中で
焼結して混合物層を形成する。

【００２１】このように含浸形陰極構体が構成されてい
る。また、図中７は陰極基体２に対向して設けられた第
１グリッドで、前記含浸形陰極構体に第１グリッド７を
加えることにより電子銃構体が構成される。

【００２２】このように構成された含浸形陰極構体は、
陰極スリーブ１の内面およびヒータ４の表面に、絶縁性
および熱効率を高めるタングステンとアルミナとの混合
物に、整流作用があるタンタルを含有させることによ
り、優れた絶縁性および熱効率を持たせるとともに、ヒ
ータ４と陰極基体２との間におけるリーク電流の発生を
抑止する作用を併せて持たせることができる。

【００２３】すなわち、陰極スリーブ１およびヒータ４
の表面に熱効率を高めるために形成する黒化層（絶縁
層）に使用するアルミナは極めて良好な高温絶縁材料で
ある。しかし、傍熱型の陰極構体では熱効率を向上させ
るためにアルミナをタングステン粉末などと混合して使
用されている。ところが、高温域においてタングステン
とアルミナが僅かに反応し、タングステンの酸化物や金
属アルミニウムを生成する。これらの物質の蒸気圧は、
金属タングステンやアルミナよりも低い。このため、こ
れらの物質は陰極動作時には温度において生成されて、
陰極基体２とヒータとの間を移動してリーク電流発生の
原因となる。

【００２４】ところで、タンタルやニオブの酸化物には
整流作用があることが知られており、これらの酸化物で
被覆された金属には外側から金属側へ向けて流れる電流
は通すが、金属側から外側へ向けて流れる電流は通さな
い性質がある。このことから、ヒータ４の表面と陰極ス
リーブ１の内面の少なくとも一方、あるいは両方を、こ
れらの酸化物で被覆すれば、（＋）ＩＨＫと（−）ＩＨ
Ｋがともに減少することになる。

【００２５】しかしながら、酸化ニオブ（Ｎｂ₂ Ｏ₅ ）
の融点は約１５００℃、酸化タングステンの融点は約１
８００℃とアルミナの融点２０４０℃に比較して低い。
しかも、これらの酸化物は白色であるので、単独に塗布
して使用しても熱効率が悪く、またアルミナに比べ電気
絶縁性において劣る。

【００２６】この欠点を解決するために、酸化ニオブ、
酸化タングステンに、前記絶縁性および熱効率に優れた
タングステンとアルミナ粉末を混合することにより、酸
化ニオブ、酸化タングステンの電気絶縁性と熱効率を向
上させることができる。

【００２７】本発明の陰極構体を、電子銃構体に使用さ
れる抵抗器に使用したところ、信頼性の高い電子銃構体
が得られたとともに、さらにこれら本発明の抵抗器を用
いた電子銃構体をカラーブラウン管に使用される電子銃
構体として使用したところ信頼性の高い電子管が得られ
た。

【００２８】ブラウン管の構成の一例を図３に示してい
る。この陰極線管用電子管は、矩形状のパネル２２と漏
斗形をなすファンネル２３とネック２４とからなる真空
外囲器２１を有している。このパネル２２の内面には
赤、緑および青に夫々発光する蛍光体層２５がストライ
ブ状に設けられている。ネック２４にはインライン型電
子銃２６が設けてあり、この電子銃２６はこの実施の形
態の電子銃構体がパネル２２の水平軸に沿って一列に配
列されて赤、緑および青に対応する電子ビームＲを発射
するものである。また、蛍光体層２５に近接対向した位
置には、多数の微細な孔を有するシャドウマスク２７が
マスクフレーム２８に支持されて設けられている。い
る。ネックの外側周囲には電子線Ｒを偏向走査して映像
を再現する偏向装置２９が設けられている。前述した電
子銃２６は本発明の電子銃構体を備えたもので、シャド
ウマスク２７に対向して配置されている。

【００２９】本発明の陰極構体を７６ｃｍサイズのカラ
−ブラウン管に組込みその性能を確認した。ブラウン管
の構造、製造方法は、本発明によらないもの（酸化タン
タルを含まないもの）と全く同一条件とした。電子放射
能力は初期、およびライフ特性はともに優位性は認めら
れず、同等であった。

【００３０】一方、（＋）ＩＨＫと（−）ＩＨＫがとも
に表１に示すように明らかに本発明による有効性が求め
られた。すなわち、表１において（＋）ＩＨＫと（−）
ＩＨＫはμＡで示され、３ｇｕｍは電極構体を３個有す
る通常の電子銃であることを示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】なお、前述した実施の形態では、酸化タン
タル１０重量％〜１５重量％を添加した場合について述
べたが、その量は実験によれば３重量％程度から効果が
認められはじめ、３０重量％を越すと、色調が白くな
り、熱吸収効率が低下し陰極温度が低下して好ましくな
い傾向になった。従って、酸化タンタルを添加する範囲
は１０重量％〜３０重量％であり、好ましくは１０重量
％〜３０重量％である。

【００３３】ヒータ４を製造する時に塗布膜焼成を水素
炉で行った場合も、酸化タングステンは水素を吸蔵する
が、これは電子管に組み込んだ時の真空中加熱において
４００〜５００℃で充分に離脱するので問題はない。

【００３４】前述した実施の形態では、陰極スリーブを
タンタルにより形成しているが、これに限定されずに陰
極スリーブをニオブ、モンリブデン、タングステンなど
の金属により形成しても同様な効果を得ることができ
る。

【００３５】前述した実施の形態では、陰極スリーブお
よびヒータの表面にタンタル単独を含むタングステンと
アルミナの混合物層を形成している。しかし、これに限
定されずに陰極スリーブおよびヒータの表面にニオブ単
独を含むタングステンとアルミナの混合物層を形成して
も同等の効果を得ることができる。

【００３６】次に第２の実施の形態について説明する。
この実施の形態は、含浸型陰極構体において、陰極スリ
ーブの内面およびヒータの表面にニオブ単独を含むタン
グステンとアルミナの混合物層を形成したものである。
陰極構体の構成自体は図１および図２に示すものと同様
である。

【００３７】まず、陰極スリーブ１の内面には酸化ニオ
ブを単独で添加したタングステンとアルミナの混合物層
が約５〜１０μｍの厚さで形成されている。陰極スリー
ブ１は次に述べる方法により作製される。すなわち、酸
化ニオブ（Ｎｂ₂ ０₅ ）粉末１５重量％、タングステン
粉末２５重量％、アルミナ粉末２０重量％、硝火綿１、
５重量％、酢酸ブチル３８．５重量％をボールミルによ
り約約５０時間ミーリングして安定な分散液を得る。こ
の分散液を直径１．６ｍｍ、板厚０．０２５ｍｍ、長さ
１ｍのタンタルスリーブの内部に流入して内面に塗布
し、その後約１００℃の温度で１時間乾燥して約１５０
０℃で真空処理する。その後、スリーブを一定長さ毎に
切断して複数の陰極スリーブを作製する。

【００３８】ヒータ４の表面には、厚さ約６０μｍのア
ルミナ層が形成され、さらにこのアルミナ層の表面にニ
オブを単独で添加したタングステンとアルミナ混合物層
が厚さ２０μｍで形成されている。このヒータ４は次に
述べる方法により作製される。すなわち、まずヒータ４
を従来と同じ方法により作製する。次いで、ヒータ４の
表面にの表面にアルミナ層を形成する。次に、酸化ニオ
ブ粉末１５重量％，タングステン粉末１０重量％、アル
ミナ２０重量％、硝火綿１重量％を酢酸ブチル５９重量
％を懸濁液となし、この懸濁液をスプレー法でアルミナ
層の表面に２０μｍの厚さで塗布して、これを１６５０
℃〜１７００℃、１０分、真空または水素雰囲気中で焼
結して混合物層を形成する。

【００３９】このように構成した含浸型陰極構体では、
陰極スリーブの内面およびヒータの表面に、整流作用に
優れたニオブを含有した絶縁性および熱効率を高めるタ
ングステンとアルミナとの混合物の層を形成することに
より、陰極スリーブおよびヒータに優れた絶縁性および
熱効率を持たせるとともに、ヒータと陰極基体との間に
おけるリーク電流の発生を抑止する作用を併せて持たせ
ることができる。

【００４０】そして、このような効果を得るために酸化
ニオブを添加する範囲は１０重量％〜３０重量％であ
り、好ましくは１０重量％〜３０重量％である。次に第
３の実施の形態について説明する。

【００４１】この実施の形態は、含浸型陰極構体におい
て、陰極スリーブの内面およびヒータの表面にタンタル
とニオブの混合物を含むタングステンとアルミナの混合
物層を形成したものである。陰極構体の構成自体は図１
および図２に示すものと同様である。

【００４２】まず、陰極スリーブ１の内面には酸化タン
タルと酸化ニオブとの混合物を添加したタングステンと
アルミナの混合物層が約５〜１０μｍの厚さで形成され
ている。陰極スリーブ１は次に述べる方法により作製さ
れる。すなわち、酸化タンタルと酸化ニオブとの混合物
粉末１５重量％、タングステン粉末２５重量％、アルミ
ナ粉末２０重量％、硝火綿１、５重量％、酢酸ブチル３
８．５重量％をボールミルにより約約５０時間ミーリン
グして安定な分散液を得る。この分散液を直径１．６ｍ
ｍ、板厚０．０２５ｍｍ、長さ１ｍのタンタルスリーブ
の内部に流入して内面に塗布し、その後約１００℃の温
度で１時間乾燥して約１５００℃で真空処理する。その
後、スリーブを一定長さ毎に切断して複数の陰極スリー
ブを作製する。

【００４３】ヒータ４の表面には、厚さ約６０μｍのア
ルミナ層が形成され、さらにこのアルミナ層の表面に酸
化タンタルと酸化ニオブとの混合物粉末を添加したタン
グステンとアルミナ混合物層が厚さ２０μｍで形成され
ている。このヒータ４は次に述べる方法により作製され
る。すなわち、まずヒータ４を従来と同じ方法により作
製する。次いで、ヒータ４の表面にの表面にアルミナ層
を形成する。次に、酸化タンタルと酸化ニオブとの混合
物粉末１５重量％，タングステン粉末１０重量％、アル
ミナ２０重量％、硝火綿１重量％を酢酸ブチル５９重量
％を懸濁液となし、この懸濁液をスプレー法でアルミナ
層の表面に２０μｍの厚さで塗布して、これを１６５０
℃〜１７００℃、１０分、真空または水素雰囲気中で焼
結して混合物層を形成する。

【００４４】このように構成した含浸型陰極構体では、
陰極スリーブの内面およびヒータの表面に、整流作用に
優れたタンタルと酸化ニオブとの混合物を含有させた絶
縁性および熱効率を高めるタングステンとアルミナとの
混合物の層を形成することにより、陰極スリーブおよび
ヒータに優れた絶縁性および熱効率を持たせるととも
に、ヒータと陰極基体との間におけるリーク電流の発生
を抑止する作用を併せて持たせることができる。

【００４５】そして、このような効果を得るために酸化
ニオブと酸化タンタルとの混合物を添加する範囲は１０
重量％〜３０重量％であり、好ましくは１０重量％〜３
０重量％である。

【００４６】本発明はヒータと陰極基体の両方にタンタ
ルまたはニオブのうち一種またはその混合物を含むタン
グステンとアルミナの混合物層を形成する場合について
説明したが、これに限定されず陰極基体の内面のみ、あ
るいはヒータの表面のみにヒータと陰極基体の両方にタ
ンタルまたはニオブのうち一種またはその混合物を含む
タングステンとアルミナの混合物層を形成した場合も、
本発明を採用しないものに比較して優れた効果を得るこ
とができる。ヒータと陰極基体の両方に混合物層を形成
すると、より一層優れた効果を得ることができる。

【００４７】前述した各実施の形態では、動作温度が高
い含浸型陰極構体に適用したが、酸化物陰極構体に適用
しても同様な効果を得ることができる。なお、本発明は
前述した実施の形態に限定されずに種々変形して実施す
ることができる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、陰極スリーブヒータ
に、絶縁性および熱効率を高めるタングステンとアルミ
ナとの混合物に、整流作用があるタンタルおよび／また
はニオブを含有させることにより、優れた絶縁性および
熱効率を持たせるとともに、ヒータと陰極基体との間に
おけるリーク電流の発生を抑止する作用を併せて持たせ
た陰極構体を得ることができる。

【００４９】また、本発明によれば、動作時におけるヒ
ータと陰極基体との間におけるリーク電流の発生を抑止
して優れた信頼性を有する陰極構体を備えた電子管を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】陰極構体を示す図。

【図２】陰極構体を示す図。

【図３】ブラウン管を示す図。

【符号の説明】

１…陰極スリーブ、 ２…陰極基体、 ４…陰極支持筒、 ５…支持部材、 １１…混合物層、 １２…混合物層、 ２１…真空外囲器、 ２２…パネル、 ２５…蛍光体層、 ３６…電子銃 ２７…シャドウマスク、 ２９…偏向装置 Ｒ…電子線。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陰極スリーブと、この陰極スリーブの一
   端部に設けられた陰極基体と、前記陰極スリーブの内側
   に設けられたヒータとを具備し、前記陰極スリーブの内
   面および前記ヒータの外面の少なくとも一方に、タンタ
   ルおよびニオブのうち一種またはその混合物を含むタン
   グステンとアルミナの混合物層が形成されていることを
   特徴とする陰極構体。
2. 【請求項２】 前記陰極基体は含浸型であることを特徴
   とする請求項１に記載の陰極構体。
3. 【請求項３】 前記陰極基体は酸化物型であることを特
   徴とする請求項１に記載の陰極構体。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の陰
   極構体を設けたことを特徴とする電子銃構体。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の電子銃構体を設けたこ
   とを特徴とする電子管。
6. 【請求項６】 パネル部を有する真空外囲器と、このパ
   ネル部の内面に設けられた蛍光体層と、前記真空外囲器
   のパネル部に対向する位置に配置された請求項４に記載
   の電子銃構体と、前記蛍光体層と前記電子銃構体との間
   に配置されたシャドウマスクとを具備することを特徴と
   する請求項５に記載の電子管。