JPH11260239A - 酸化物陰極構体及び電子銃 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 陰極線管に使用される酸化物陰極構体に係
り、特に、陰極線管動作初期のホワイトバランスを大幅
に向上させるとともに、低ヒータ入力電力で速動性のあ
る酸化物陰極構体及び電子銃を提供すること。 【解決手段】 表面に金属酸化物黒化層が形成された陰
極スリーブと、陰極スリーブの内側に配置されたヒータ
と、陰極スリーブの上部外周に嵌合された筒体からなり
該筒体の一部が陰極スリーブの上端部近傍に固着され該
筒体の上端部は陰極スリーブを越えて延長されその上端
部には陰極基体金属が固定されるとともに該筒体の下端
部は前記陰極スリーブの途中まで延長されてなる外周面
に金属酸化物黒化層のない反射部材と、陰極スリーブの
下部の周りに同軸上に配置された支持部材とを有するこ
とを特徴とする酸化物陰極構体及びこれを用いた電子銃
である。これにより、電子銃の第１電極に対する熱電子
放出面の相対的な距離の位置変化を極小に押さえ、陰極
基体金属とクロム合金からなる陰極スリーブを隔離して
動作中にクロム合金中のＣｒが陰極基体金属中に拡散し
て熱電子放射物質と反応するのを防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、陰極線管に使用さ
れる酸化物陰極構体及び電子銃に係り、特に、陰極線管
動作初期のホワイトバランスを大幅に向上させるととも
に、低ヒータ入力電力で速動性のある酸化物陰極構体及
び電子銃に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、陰極線管の陰極を構成する構
体として速動形の酸化物陰極構体が知られている。

【０００３】第３図は従来の速動形の酸化物陰極構体を
示す断面図である。

【０００４】この酸化物陰極構体は、陰極スリーブ１の
上端近傍の外周に筒状反射部材２を嵌合し、陰極スリー
ブ１の上端側からほぼ面一となるように陰極基体金属３
を挿入し、陰極スリーブ１、筒状反射部材２及び陰極基
体金属３を共通の固着点４において溶接により固定する
一方、陰極スリーブ１の下端部に等間隔で３本の支持部
材５の一端部を固着点６において溶接し、その他端部を
陰極支持筒７の肩部に陰極スリーブ１と陰極支持筒７が
同一軸線となるよう固着させて構成されている。符号８
は陰極スリーブ１内に挿入されたヒータである。

【０００５】一般に、このような酸化物陰極構体は、次
のような方法で製作されている。

【０００６】先ず、ニクロム合金からなる陰極スリーブ
１の上端近傍の外周壁をタングステンを含んだニッケル
合金からなる筒状反射部材２で取り囲む。このとき、陰
極スリーブ１の上端部と筒状反射部材２の上端部がほぼ
同じ位置となるようにする。次に、陰極スリーブ１の上
端近傍に円板状の陰極基体金属３を挿入し、陰極スリー
ブ１と、筒状反射部材２と、陰極基体金属３とを、共通
の固着点４において、溶接などの手段により固定する。

【０００７】そして、陰極スリーブ１の下端部の周方向
に１２０゜間隔の位置を固着点６として３本の支持部材
５の一端部をそれぞれ溶接し、この構体を例えば露点２
００℃の水分添加水素雰囲気で約１０００゜Ｃで３０分
間の熱処理を行い、陰極スリーブ１の表面にクロム酸化
物を形成させて表面を黒化させる。

【０００８】次に支持部材５の他端部を陰極支持筒７の
肩部、すなわち、陰極支持筒７の上端部に、陰極スリー
ブ１と陰極支持筒７とが同一軸線を有するように溶接等
により固定して陰極構体を完成させる。

【０００９】このような構造の酸化物陰極構体を用いた
電子銃は、電子銃の第１の電極９に近接して配置される
陰極基体金属３の上面に被着される熱電子放射物層の熱
電子放射面が、陰極活性時の加熱により第１電極９に対
して経時的に離れてしまい、所定のカットオフ電圧が得
られなくなるという問題を有している。

【００１０】このように熱電子放射面が第１電極９に対
し離れる主原因は、陰極活性時の加熱によつて陰極スリ
ーブ１の合金組成中に含まれるクロムが優先的に陰極ス
リーブ１の表面から蒸発し、このため陰極スリーブ１が
収縮するためであると考えられている。

【００１１】すなわち、第３図に示されるように、陰極
支持筒７の上端部と陰極スリーブ１の下端部とが支持部
材５により固定されているため、陰極スリーブ１が収縮
を起こすと陰極スリーブ１の下端と支持部材５との固着
点６を起点としてその上部に配置された陰極基体金属３
と第１電極９との間の間隔が大きくなってしまうのであ
る。

【００１２】そして、前述のように陰極スリーブ１が収
縮して陰極が第１電極９と離れると電子ビームを制御す
るカットオフ電圧が非正常的に変動するようになり、ス
クリーン上の画面のホワイトバランスが崩れてしまうと
いう問題が発生するのである。 このような問題を引き
起こす熱による陰極位置の変化は、クロムを含む合金か
らなりその表面に酸化物黒化層の形成された陰極スリー
ブを用いる全ての電子銃において必然的に生ずる現象で
あり、この問題を解決するために、従来から、陰極線管
の調整段階で陰極の熱変形を考慮してその特性を調整す
ることが行われている。

【００１３】しかしながら、熱による位置移動量の大き
い陰極を有する陰極線管の場合、その調整が極めて複雑
となり、調整作業が困難である。

【００１４】ところで、省エネルギー型のカラー受像管
では、最近偏向電力を節約するためにネック径を細くす
ることが行われており、このため陰極構体周辺の温度上
昇をできるだけ小さく抑えるためヒータ電力を少なくす
ることが要求されるようになってきている。しかしなが
ら、単にヒータ電力を少なくすると、まず出画時間が遅
くなり、更に陰極基体金属３及びその上に被着された熱
電子放射物層の温度を低下させ、熱電子の放出が少なく
なって陰極構体として正常な動作ができなくなってしま
うという問題がある。

【００１５】すなわち、特に、省エネルギー型のカラー
受像管の場合には、陰極構体、特に陰極基体金属３の温
度上昇をできるだけ抑えながら、いかにして出画時間を
遅くさせず、また熱電子放射物層の温度低下を抑えるか
ということが問題になる。

【００１６】一般に出画時間とヒータ消費電力及び陰極
スリーブ１と陰極基体金属３からなるいわゆる陰極の熱
容量との間には下式の関係がある。

【００１７】ｔ＝ｋ＊Ｃ_th／Ｐ_h 但し、ｔ：出画時間、Ｃ_th：熱容量、Ｐ_h ：ヒータ電
力、ｋ：比例乗数 この式からわかるように、出画時間を早くするには、陰
極の熱容量を小さくするか、ヒータ８からの熱を有効に
利用することが必要である。このうち熱容量を小さくす
ることは陰極の形状を小形にすること、つまり陰極基体
金属３の外形及び陰極スリーブ１を小さくし、肉厚を薄
くすることによって実現される。

【００１８】なお、ヒータ８からの熱を有効に利用する
ことは放射熱エネルギーを有効に捕捉することにより達
成される。

【００１９】前述したように陰極構体、特に陰極基体金
属３を加熱する消費電力を低減するためには小形化する
ことが有効な手段であるが、第３図に示す陰極構体のよ
うに陰極基体金属３とクロム合金からなる陰極スリーブ
１が接触している場合には、動作中にクロム合金中のＣ
ｒが陰極基体金属３中に拡散し、熱電子放射物質層と反
応して陰極構体の寿命を低減させるという問題がある。
この拡散する範囲は陰極基体金属３の周辺部より０．２
〜０．３ｍｍにもなり、このため陰極基体金属３の外径
を実際に必要な径よりも０．４〜０．６ｍｍと拡散代の
分だけ余分に取らなくてはならず陰極構体の小形化設計
の障害ともなっていた。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上述したとおり、従来
の酸化物陰極構体を用いた電子銃は、電子銃の第１電極
８に近接して配置される陰極基体金属３の上面に被着さ
れる熱電子放射物層の熱電子放射面が、陰極活性時の加
熱により第１電極９に対して経時的に間隔が大きくなっ
てしまい、所定のカットオフ電圧が得られなくなって、
その結果、特に、動作初期におけるスクリーン上の画面
のホワイトバランスを崩してしまうという問題があっ
た。

【００２１】この問題を解決するため、陰極線管の調整
段階で陰極の熱変形を考慮してその特性を調整すること
も考えられるが、この場合に、特に、熱による位置移動
量の大きい陰極を有する陰極線管では、その調整が極め
て複雑となり調整作業が困難であるという問題があっ
た。

【００２２】また、省エネルギー型のカラー受像管の場
合には、陰極の形状を小形にすること、つまり陰極基体
金属３の外形及び陰極スリーブ１を小さくし肉厚を薄く
することによって省エネ実現が可能であるが、従来の酸
化物陰極構体では、陰極基体金属３とクロム合金からな
る陰極スリーブ１が接触しているため動作中にクロム合
金中のＣｒが陰極基体金属３中に拡散して熱電子放射物
質と反応してしまうという問題があり、これを防ぐには
陰極基体金属３に実際に必要とされる径よりも拡散代の
分だけ外径を大きくする必要が生じて陰極構体の小形化
設計の障害になっているという問題があった。

【００２３】本発明は叙上のような従来の陰極構体の課
題を解決すべくなされたもので、簡単な構造でありなが
ら陰極線管の動作初期のホワイトバランスを大幅に向上
させることができ、しかも小型化が可能で低ヒータ入力
電力で速動性のある電子銃を構成可能な酸化物陰極構体
を提供することを目的とするものである。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、表面に金属酸化物黒化層が形成
された陰極スリーブと、前記陰極スリーブの内側に配置
されたヒータと、前記陰極スリーブの上部外周に途中ま
で被嵌され該陰極スリーブの上端部に固着された外周面
に金属酸化物黒化層のない筒状の反射部材と、前記反射
部材の上端部に固着された陰極基体金属部材と、前記陰
極スリーブの下部の周りに同軸上に配置された支持部材
とを有することを特徴としている。

【００２５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の酸
化物陰極構体において、陰極スリーブがクロムを含む合
金からなりその表面にクロムの酸化物黒化層が形成され
ていることを特徴としている。

【００２６】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の酸化物陰極構体において、筒状反射部材が陰極基体
金属に拡散して熱電子放射物質層と反応する成分を含ま
ないことを特徴としている。

【００２７】請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の
いずれか１項記載の酸化物陰極構体において、筒状反射
部材がクロム，銅，鉄及びマンガンを除いた成分を含ま
せたニッケル合金からなることを特徴としている。

【００２８】請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の
いずれか１記載の酸化物陰極構体を具備する電子銃であ
る。

【００２９】一般的に、本発明の酸化物陰極構体では、
筒状反射部材と陰極スリーブとの固着点は、陰極基体金
属上端部より１．２〜１．８ｍｍ程度の位置が適してお
り、また、筒状反射部材の肉厚は、３０〜５０μｍ程度
が適している。

【００３０】請求項１記載の発明は、反射部材を、筒体
の上端部が陰極スリーブを越えて延長させその上端部に
陰極基体金属を固定して構成したので、陰極スリーブ１
が経時的に熱による収縮を起したとしても陰極基体金属
は筒状反射部材の上端部に固着されているため、筒状反
射部材として熱による収縮の小さい、又は陰極スリーブ
の収縮を相殺するような伸び方をする金属を選択使用す
ることにより、陰極基体金属の第１の電極からの離間を
抑制することができる。

【００３１】また、陰極スリーブを直接に陰極基体金属
に固定しないから、陰極スリーブを構成する合金の成分
元素が陰極基体金属に拡散するようなことがなく、した
がって、陰極基体金属の外径に拡散代を考慮する必要が
なく必要最小限の外径として酸化物陰極構体全体を小型
化することが可能である。

【００３２】請求項２記載の実施態様は、筒状反射部材
がそれ自体は陰極基体金属中に拡散する物質を含まない
酸化物陰極構体であり、前述した酸化物陰極構体の小形
化が実現される。

【００３３】請求項３記載の実施態様は、特に、陰極基
体金属へ拡散して悪影響を及ぼすクロム，銅，鉄及びマ
ンガン除いた成分を含ませたニッケル合金から構成した
ものであり、これによって、前述した酸化物陰極構体の
小形化が実現される。

【００３４】なお、請求項２，３は、ニッケル合金中に
不可避的に存在することになった、クロム，銅，鉄及び
マンガンまでも除く趣旨ではない。

【００３５】要するに、本発明の酸化物陰極構体は、従
来の酸化物陰極構体とは異なり、筒体の上端部を陰極ス
リーブを越えて延長させてその上端部に陰極基体金属を
固定させたから、陰極活性時に熱により陰極スリーブ１
が収縮しても第１電極９に対する熱電子放出面の相対的
な位置移動は最小限に抑制することができる。また、従
来の陰極構体においては陰極スリーブ１を形成するニク
ロム合金のうちのＣｒの拡散代を陰極基体金属３に設け
なければならなかつたが、筒状反射部材２に直接陰極基
体金属３を固定した本発明構造の酸化物陰極構体では、
筒状反射部材２の金属の選択の自由度が有するため、酸
化物陰極に有害なクロム，銅，鉄及びマンガンなどを含
まない合金を反射部材として使用することが可能とな
り、従来の陰極構体のように陰極基体金属３に拡散代を
とる必要がなくなって小形化が可能となる。

【００３６】請求項５記載の発明は、以上の作用効果を
奏する酸化物陰極構体を具備した電子銃であり、それぞ
れ各請求項記載の酸化物陰極構体について説明した効果
を奏する。

【００３７】

【発明の実施の形態】次に本発明の酸化物陰極構体の実
施態様を第１図を参照しつつ説明する。

【００３８】なお、符号は第３図と対応する部分には同
一符号を付してある。

【００３９】外径１．４３ｍｍφ，肉厚４０μｍ，長さ
１．８ｍｍの筒状反射部材２の一方の端部に円板状の陰
極基体金属３を圧入し固定点４ｂにおいてレーザー溶接
などの手段により固定し、この筒状反射部材２を両端部
が開放された陰極スリーブ１の上端部近傍に陰極スリー
ブ１の外壁を取り囲むように装着させた。なお、筒状反
射部材２の肉厚は従来の酸化物陰極構体では２０μｍで
あったのを３０〜５０μｍと厚くした。

【００４０】筒状反射部材２の肉厚をこのように厚くす
ることにより、ライフ中の筒状反射部材２の熱疲労に対
する強度が増加し、動作初期のみならずライフ中にも安
定したカットオフ電圧を得ることが可能となり、しかも
組み立ても容易になる。なお、筒状反射部材２の肉厚を
厚くすることにより陰極構体の熱容量が増加し出画時間
を速めるためには不利であるとも考えられるが、実際に
はこの程度の肉厚の増加に伴う熱容量の増加は前述した
それによるメリットと比べて実用上あまり問題となるほ
どのものではない。

【００４１】次に、この陰極スリーブ１と筒状反射部材
２とを、筒状反射部材２の上端部から、例えば１．５ｍ
ｍ下の位置の固着点４ａにおいてレーザー溶接などの手
段により固着する。陰極基体金属３面上端部から固着点
４ａまでの距離は、陰極スリーブ１の収縮による第１電
極９に対する熱電子放出面の相対的な位置移動を最小限
に抑制する観点からは、長ければ長いほどよい。しかし
ながら、従来の筒状反射部材２の長さはヒータ−８から
の熱放射エネルギーを有効に活用できる長さにしてある
ので、これ以上、すなわちヒータ−８からの熱放射エネ
ルギーを有効に活用できる長さを越えて筒状反射部材２
を長くすることは好ましくない。したがって、固着点の
４ａの位置は、レーザー溶接に支障のない端部から１．
２〜１．８ｍｍ程度が好ましい。

【００４２】次に、前記陰極スリーブ１の下端部に１２
０゜間隔で３本の支持部材５の一端部を溶接し、これを
例えば露点２００℃の水分添加水素雰囲気で約１０００
℃、３０分間の熱処理を行い、陰極スリーブ１のみクロ
ム酸化物で表面を覆い黒化させた。次に前記支持部材５
の他端部を陰極支持筒７の肩部、すなわち、上端部に陰
極スリーブ１と陰極支持筒７とが同一軸線を有するよう
に固定し、陰極構体が完成する。

【００４３】なお、図１は、陰極スリーブ１中にヒータ
８を挿入するとともに陰極基体金属３から所定の間隔を
おいて制御グリッドである第１電極９を配置した状態を
示している。この酸化物陰極構体は、図示を省略した、
第２電極（スクリーン・グリッド）、第３電極（フォー
カス電極）、第４グリッド（アノード電極）等の公知の
電子銃構成要素と結合されて電子銃が構成され、さら
に、この電子銃は、Ｂ，Ｇ，Ｒの３本をシャドウマス
ク、水平偏向板、垂直偏向板等の公知のブラウン管構成
要素とともに管球に装着されてカラーブラウン管が構成
される。

【００４４】酸化物陰極構体に強制加熱を印加した場合
の図３に示した従来構造の陰極構体と図１に示した本発
明構造の陰極構体における、強制加熱印加時間にともな
う熱電子放出面と第１電極との相対的距離の位置変化を
図２に示した。

【００４５】従来構造の陰極構体強制加熱条件は、陰極
基体金属温度が１２１０Ｋとなように陰極スリーブ１内
に挿入されたヒータ１８に電圧を印加し、その時の熱電
子放出面と第１電極９との相対的距離の位置変化をミク
ロン高さ深さ測定器において２０分間測定したものであ
る。

【００４６】図２において、本発明構造の陰極構体の相
対的距離の位置変化をＸで、従来構造の陰極構体の相対
的距離の位置変化をＹで示してある。強制加熱を２０分
間印加後の本発明構造の陰極構体の位置変化の動きは
３．３μｍであるのに対して従来構造の陰極構体は２
９．３μｍであり、本発明の酸化物陰極構体の方が位置
変化が著しく小さいことがわかる。

【００４７】図１の構成で筒状反射部材の肉厚と、陰極
基体金属上面から固着点４ａまでの間隔を変えた場合の
出画時間、相対的位置変化の良否をまとめて示す。表で
〇は実用上問題のない範囲であり、△はやや問題あり、
×は実用上問題があることを示している。

【００４８】

【表１】 表１から明らかなように、陰極基体金属３面上から固着
点２ｂまでの距離が長いほど陰極スリーブ１の熱収縮に
よる相対的位置変化は抑制することができるので動作初
期のは１．５ｍｍの方が有利となつているが、ライフが
進むと筒状反射部材２の肉厚が２０μｍのものは熱疲労
による変形が生じてくるので、動作初期とは逆に1.５ｍ
ｍのものは不利になつている。

【００４９】なお、筒状反射部材２の厚さが４０μｍの
ものは熱疲労に対して強いので1.０ｍｍ及び１．５ｍｍ
ともに有利である。

【００５０】

【発明の効果】以上述べたように本発明に係わる電子銃
用酸化物陰極構体は、電子銃の第１電極に対する熱電子
放出面の相対的な距離の位置変化を極小に押さえること
ができるので、陰極線管が動作される初期及びライフ中
における電子銃のカットオフ特性の変化を最小限に押さ
えることができる。

【００５１】そのため、電子銃の初期及びライフ中の動
作特性の安定化が図れ、画像のホワイトバランスを改善
することができ、動作初期及びライフ中も諸特性の変化
の少ない陰極線管の製作が可能になる。しかもヒータ電
力を低減することができるので、使用者に省電力で安定
した画像動作をすることが可能な陰極を提供することが
できる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の酸化物陰極構体の実施例を示す断面図

【図２】強制加熱を実施した場合の熱電子放出源と第１
電極との相対的位置変化を示すグラフ

【図３】従来の酸化物陰極構体を示す断面図

【符号の説明】

１……陰極スリーブ、２……筒状反射部材、３……陰極
基体金属、４、４ａ、４ｂ……固着点、５……支持部
材、６……固着点、７……陰極支持筒、８……ヒータ、
９……第１電極

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に金属酸化物黒化層が形成された陰
   極スリーブと、 前記陰極スリーブの内側に配置されたヒータと、 前記陰極スリーブの上部外周に途中まで被嵌され該陰極
   スリーブの上端部に固着された外周面に金属酸化物黒化
   層のない筒状の反射部材と、 前記反射部材の上端部に固着された陰極基体金属部材
   と、 前記陰極スリーブの下部の周りに同軸上に配置された支
   持部材とを有することを特徴とする酸化物陰極構体。
2. 【請求項２】 陰極スリーブがクロムを含む合金からな
   りその表面にクロムの酸化物黒化層が形成されているこ
   とを特徴とする請求項１記載の酸化物陰極構体。
3. 【請求項３】 反射部材は陰極基体金属に拡散して熱電
   子放射物質層と反応する成分を含まないことを特徴とす
   る請求項１又は２記載の酸化物陰極構体。
4. 【請求項４】 反射部材はクロム，銅，鉄及びマンガン
   を除いた成分を含ませたニッケル合金からなることを特
   徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の酸化物陰
   極構体。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１記載の酸化
   物陰極構体を具備する電子銃。