JP2001357770A - 陰極線管の陰極及びその合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】陰極線管の陰極において、ベースメタルと放出
性層との境界面における安定性の高い化合物の蓄積を制
限する陰極の材料を提供する。 【解決手段】陰極線管の陰極（２）の製造に関するニッ
ケル合金を、その合金からなるベースメタルキャップ
（１１）に放出性酸化物層（１２）が良好に付着するよ
うに選択した割合のマグネシウムとアルミニウムを含む
合金とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱電子効果によっ
て放出される電子の発生源として使用される陰極線管の
酸化物陰極に関り、特にベースを形成する金属の組成に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の酸化物陰極は、マグネシウム（Ｍ
ｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ケイ素（Ｓｉ）、クロム
（Ｃｒ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、又は酸化物を還元す
る能力のある任意の他の元素のような１種又はそれ以上
の還元元素（reducing element）を含むニッケル又はニ
ッケル合金で作られるベースメタル上に積層する、酸化
バリウム（ＢａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、
及び酸化カルシウム（ＣａＯ）の混合物、又はＢａＯ及
びＳｒＯの混合物のようなアルカリ土類金属の酸化物か
ら成る。そのアルカリ土類金属の酸化物の混合物は、そ
れ自体が、例えばＳｃ_２Ｏ_３及びＹ_２Ｏ_３のような他の
酸化物と共に混入していてもよい。

【０００３】従来の酸化物陰極は、ベースメタルで作ら
れるキャップが結合しているＮｉ合金（一般的にはＮｉ
−Ｃｒ）で作られる管で構成される。ＢａとＳｒの炭酸
塩の混合物、又はＢａ、Ｓｒ及びＣａの炭酸塩の混合物
で作られる層がベースメタル上に積層される。これらの
炭酸塩は、空気中で安定であり、引き続き陰極線管の中
の真空中で酸化物に転化される。ＢａＯの一部が金属バ
リウムに転化されるとき、この酸化物層は、約８００℃
の陰極動作温度にまで加熱され、電子放出層になる。

【０００４】金属バリウムの生成は、以下の機構によっ
て維持される。陰極は、動作の間に約８００℃の温度に
まで加熱され、還元元素をニッケルとアルカリ土類金属
の酸化物との間の境界面に向かって拡散させる。これら
の還元元素、例えばＭｇ、Ａｌ及びＳｉは、以下の反応
に従って金属バリウムを生成するために、絶えず酸化バ
リウムと反応しそれを還元する。

【０００５】

【化１】 従ってニッケルに添加される還元元素は、ＢａＯとの化
学的な酸化還元反応によって消費される。陰極の寿命は
これらの元素の消費と直接結び付けられるので、選択さ
れる添加する還元元素のそれぞれについて、最小の寿命
を保証するために最小の含有量が望ましい。さらにＢａ
_２ＳｉＯ_４又はＢａＡｌ_２Ｏ_４のような上記Ｂａ還元反
応から生じる化合物のいくつかは、非常に安定性が高い
ので、ニッケルとアルカリ土類金属の酸化物との間の境
界面に蓄積しうることが知られている（A. Eisenstein,
H. John et al., J. appl. Phys., T.24, No. 5, p. 6
31, 1953）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】これらの化合物は、そ
れらの高い抵抗率のために、境界面のインピーダンスを
増加させ、それによって陰極の電流密度を減少させる。
加えてそれらは陰極の動作の間、境界面に永続的に蓄積
するので、それらは陰極の寿命を悪化させる。蓄積によ
って、それらは還元元素の拡散を制限し、このようにし
て後者（還元元素）とＢａＯとの間の反応を減少させ、
今度は放出に必要な、生成した金属Ｂａの量を減少させ
る（E. S. Rittner, Philips, Res. Rep., T.8, p.184,
1953）。別の主な欠点は、これらの化合物の過度に高
い蓄積は、ニッケルへのアルカリ土類金属の酸化物の付
着を悪化させるかもしれない。

【０００７】本発明は、還元元素の含有量が問題の元素
に従ってある定義された重量濃度範囲内で選択されなけ
ればならないニッケル合金から成る、陰極のベースを形
成する、材料の組成を適切に選択することによってこれ
らの欠点を避けることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】それぞれの還元元素は、
最適の放出性能及び信頼性だけでなく長い寿命も保証す
るような、ある下限と上限によって定義される濃度範囲
内で、ニッケルに添加される。この結果に到達するため
に、陰極線管の陰極の製造を意図して、本発明に従う金
属合金は、主としてニッケルから成り、重量濃度Ｃ_Ｍｇ
が０．０１％と０．１％の間であるマグネシウム（Ｍ
ｇ）を共に含む。好ましくは、それはまたアルミニウム
を含んでおり、その重量濃度Ｃ_Ａｌは関係式 Ｃ_Ａｌ≦０．１４×（０．１−Ｃ_Ｍｇ） を満たす。ここで、Ｃ_Ｍｇは重量百分率で表わしたニッ
ケル中のＭｇ濃度であり、Ｃ_Ａｌは重量百分率で表わし
たニッケル中のＡｌ濃度である。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明及びその様々な利点は、以
下の記載及び図面により、明らかに理解される。ここで
図１は陰極線管の電子銃を説明し、図２は本発明に従う
酸化物陰極の縦の断面図である。

【００１０】陰極線管は、管のスクリーン上にある可視
の像を創るリン光体を励起するために、管のスクリーン
を走査する電子ビームを形成する少なくとも１つの発生
源から成る。

【００１１】図１に示すように、管の銃１はこれに従っ
て少なくとも１つの陰極２と電極の連続物（３、４、
５、６、など）からなり、これらの電極は電子ビーム又
は複数の電子ビーム７、８、９を形成し、それ又はそれ
らを管のスクリーン上に集中させる。

【００１２】図２に示すように、陰極２は一般的に略円
筒中空管１０の形状をしており、ニッケル、又は例えば
ニッケル−クロムのようなニッケル合金で作られてい
る。管１０はその端部の一方で、図で得られるように、
取り付けの金属部品か又は管の全体のどちらでもよいキ
ャップ１１によって閉じられている。そのキャップはニ
ッケル合金で作られており、アルカリ土類金属の酸化物
の放出性層１２の支えとして役立っている。この層１２
はフィラメント１３によって高温に加熱され、管のスク
リーンの表面を走査する電子ビームの発生源となる。

【００１３】従来の酸化物陰極のニッケルが加熱される
ときには、還元元素による酸化バリウムＢａＯの還元の
結果としてだけでなく、ニッケル中に存在する残余の酸
素と、又は陰極の製造における様々な段階の間にニッケ
ルが晒される外気中に存在する酸素と、還元元素との直
接的な反応によっても化合物が生成するかもしれない。
例えば陰極の製造は、通常１０００℃付近の温度で水素
中におけるベースメタルの焼きなましの段階を含む。水
素の水（Ｈ_２Ｏ）としての含有量は一般的に非常に低い
ので、外気が焼きなまし温度でニッケルを還元する。反
対に水Ｈ_２Ｏの含有量が、たとえそれがニッケルを還元
するとしても、Ｍｇ及びＡｌのようなニッケル中に存在
する還元元素を酸化するのに十分である。マグネシア
（ＭｇＯ）やアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）は、このようにし
て焼きなましの間、ニッケルの表面上に生成する。２つ
の還元元素と酸素との反応から結果として生じるより複
雑な化合物、例えばＭｇＡｌ_２Ｏ_４又はＢａＡｌ_２Ｏ_４
もまた認められている。これらの化合物の生成は、陰極
線管における陰極を活性化する段階の間、それらの存続
性とともに研究された。この活性化の段階の間、陰極は
陰極管の真空中で（典型的には、Ｐ＜１０^−６ｔｏｒ
ｒ）９００℃及び１１００℃の間の最大温度に加熱され
る。この操作の目的は、一方では炭酸塩を酸化物に転化
し、他方では陰極の電子放出を最適化する。様々なＭｇ
及びＡｌ組成のニッケルに対して、化合物ＭｇＡｌ_２Ｏ
_４は、水素焼きなまし（hydrogen annealing）の段階の
間、キャップ１１のベースメタルと放出性酸化物の被覆
剤との間の境界面で生成する。この化合物は安定な化合
物であり、ニッケル表面を部分的に覆い、陰極の寿命の
間、境界面に蓄積する傾向をもつ小さな微結晶の形態を
している。

【００１４】この種の安定な化合物は有害なので、境界
面におけるその存在はベースメタルへの酸化物層の良好
な付着を維持するために、できる限り制限しなければな
らない。

【００１５】微結晶の量は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で
撮影されるニッケル表面の像における像の解析によって
決定される。これらの微結晶は黒いニッケルの背景に対
して白く見えるので、微結晶によって覆われる表面の百
分率は像の解析によって測定し得る。この百分率は陰極
線管の活性化段階の後に測定された。すなわち、それは
活性化の後に存続し、陰極の寿命の開始時に存在する微
結晶を表わす。

【００１６】いくつかのニッケル鋳物で実施された、活
性化後メタルベースの表面上に存在する、微結晶による
覆いの量についての実験的測定の統計的解析は、安定な
微結晶による覆いの量をベースメタル上のマグネシウム
やアルミニウムの濃度に結び付けることが適切であるこ
とを示した。

【００１７】この解析の結果は、表面の覆いのこの百分
率、及びこれに従って表面の微結晶の量を、ベースメタ
ルを形成する合金中のアルミニウム含有量及びマグネシ
ウム含有量の関数として表わす方程式 Ｃ_Ｓ＝［−２＋（５０×Ｃ_Ｍｇ）＋（３５０×Ｃ_Ａｌ）］％ （１ ） を導いた。ここで、Ｃ_Ｓは微結晶で覆われたニッケル表
面の百分率であり、Ｃ_{Ｍ ｇ}は重量百分率で表わしたニッ
ケル中のＭｇ濃度であり、Ｃ_Ａｌは重量百分率で表わし
たニッケル中のＡｌ濃度である。

【００１８】マグネシウムは高い還元性をもち非常に早
く拡散するので、ニッケル中に最小のマグネシウム含有
量をもつことは通常実施されている。結果としてマグネ
シウムは、陰極が上記の活性化過程の間、急速に活性化
されることを確実にし、陰極の寿命の最初の数百又はそ
の程度の時間の間、適切な電子放出を確実にする。マグ
ネシウムはこの好ましい性質をもつので、ＭｇＡｌ_２Ｏ
_４微結晶の量を制限するためにマグネシウム含有量を制
限することよりもむしろＡｌ含有量を最適化することが
好ましい。

【００１９】マグネシウム含有量は、好ましくは０．０
１％と０．１％の間のある値に設定してもよい。経験か
ら、容認できる、すなわちベースメタルに対して酸化物
層の良好な付着を与えると考えられる安定な微結晶の最
大百分率は３％であることを知ることで、本発明に従う
ニッケル合金中の最大Ａｌ含有量は方程式（１）から導
かれる次の方程式 Ｃ_Ａｌ≦０．１４×（０．１−Ｃ_Ｍｇ） （２） を用いてマグネシウム含有量から計算される。

【００２０】次の表はベースメタル中の様々なマグネシ
ウム及びアルミニウム含有量に従った酸化物層の付着の
変化を示す。

【００２１】不等式（２）が満たされるときには、良好
な付着がそれに従って良く保証される。

【００２２】

【表１】 表：ニッケル中の様々なマグネシウムおよびアルミニウ
ム含有量に対する、微結晶によって覆われるニッケル表
面の百分率（測定値及び方程式（１）からの計算値）。

【図面の簡単な説明】

【図１】陰極線管の電子銃を説明する図である。

【図２】本発明に従う酸化物陰極の縦の断面図である。

【符号の説明】

１ 陰極線管の電子銃 ２ 陰極 ３、４、５、６ 電極 ７、８、９ 電子ビーム １０ 略円筒中空間 １１ キャップ １２ 放出性層 １３ フィラメント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 300000708 46，Ｑｕａｉ Ａ， Ｌｅ Ｇａｌｌｏ Ｆ−92648 Ｂｏｕｌｏｇｎｅ Ｃｅｄｅ ｘ Ｆｒａｎｃｅ (72)発明者 ファビアン ポレ フランス国 21000 ディジョン リュ・ ド・ラ・ブドロンネ 13ベー (72)発明者 レジーヌ ル ドズ フランス国 21160 マルサネ・ラ・コト リュ・アルフォンス・ド・ラマルタン 49 (72)発明者 マリー ポール フランス国 21560 アルク−シュル−テ ィユ リュ・ニコラ・ジャクマール 22 Ｆターム(参考） 5C031 DD07 DD09

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陰極線管の陰極製造用の金属合金であっ
   て、主としてニッケルからなり、前記金属合金はマグネ
   シウム（Ｍｇ）を含み、前記マグネシウムの重量濃度Ｃ
   _Ｍｇは０．０１％と０．１％との間にあることを特徴と
   する金属合金。
2. 【請求項２】 前記金属合金はまたアルミニウムも含
   み、該アルミニウムの重量濃度Ｃ_Ａｌは関係式 Ｃ_Ａｌ≦０．１４×（０．１−Ｃ_Ｍｇ） を満たす請求項１記載の金属合金。
3. 【請求項３】 前記金属合金はまたアルミニウムも含
   み、陰極が活性化された後に、陰極の放出性層より下
   の、安定な微結晶によって覆われる合金の表面の百分率
   は３％以下である請求項１記載の金属合金。
4. 【請求項４】 放出性部分はアルカリ土類金属の層を含
   み、請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の金属合金
   であるベースメタルを含む陰極。
5. 【請求項５】 ベースメタルは請求項１乃至３のうちい
   ずれか１項記載の金属合金である少なくとも１個の陰極
   を含む陰極線管。