JP4133824B2 - 有効寿命が改善された陰極線管のための陰極 - Google Patents

Description

本発明は、陰極線管における含浸陰極に関し、より詳細には、有効寿命が改善された含浸陰極に関する。

含浸陰極は、電子放射が可能な含浸剤と呼ばれる、例えば、酸化バリウムなどの金属酸化物から主に構成される物質が含浸された、ペレットとも呼ばれる多孔性の金属体から構成される。一般的に、多孔性の金属体は、例えば、タングステン又はモリブデンなどの耐火性金属からなる。多孔性の金属体は、それ自身が耐火性物質からなる金属ディッシュ内に位置される。固体の箔の穿孔によって、又は押圧によって、あるいは焼結させて、さらに可能な場合含浸によって得られた多孔性の金属フォイルは、ペレット上に置かれる。含浸物質はペレットと化学的に反応し、例えば、バリウム又は酸化バリウム系の放射物質を生成し、放射物質はペレット内を移動し、ペレットの陰極の放射表面を形成する表面を被覆するために金属フォイルの孔を通過する。

陰極線管の分野において、現在の傾向は、例えば、テレビ分野の高解像度の適用で陰極線管を使用するために、陰極の電流密度の高い増加の方向における多大な増加に向かう。陰極の有効寿命は、陰極に必要とされた電流密度に相当に依存していることを注意する。

様々な方法は、含浸陰極の有効寿命を高めることを提案している。例えば、
−含浸ペレットの孔隙率を減少すること、又は操作温度を下げることのいずれかによってバリウムなどの放射物質の遅い蒸発、
−ペレットの容量を増加すること、又はペレット下の貯蔵所を加えることのいずれかによって含浸物質及びしたがって放射物質の貯蔵所を増加すること、である。

しかしながら、前述の解決策は、低い電流密度での陰極の有効寿命を高めることを可能にするが、該有効寿命は、
−孔隙率が減少した場合、これは含浸物質の貯蔵所のサイズの縮小を導く、
−操作温度が下がった場合、電子放射が減少する、
−放射物質は、真空に暴露された放射物質の表面のエリアに比例して蒸発するので、放射物質の流れは、放射表面から放射物質を隔てる距離とともに減少する、
−ペレット下に貯蔵所を加えることは、大量生産において使用できず、陰極の活性をより長くする、特に高価な解決策である、
という理由のため、高い電流密度では、実質的に変化しない。

本発明の目的は、放射物質の貯蔵所のサイズを変更することなく、放射物質の流れ、特に貯蔵所が空になる速度に作用することが可能な、特定の陰極構造を提供することである。

この目的を達成するために、本発明による含浸陰極は、アルカリ土類金属化合物によって含浸された多孔性の放射ペレットを含み、該ペレットは耐火性物質から構成されるディッシュに置かれ、且つ陰極の放射表面を形成する多孔性の金属フォイルで被覆されて、該ペレットは多大に含浸された領域と含浸されていないか又はわずかに含浸された領域との間に分離表面を有し、該分離表面は放射表面に面する少なくとも一つの中空部分を含むことを特徴とする。

本発明と本発明の利点は、下記の記載及び添付図で良好に理解されるだろう。

従来技術による含浸陰極は、例えば、米国特許第４，１０１，８００号明細書に記載される。図１によって例示される、この種類の陰極は、例えば、バリウム又はカルシウムなどのアルカリ土類金属の化合物などの放射物質から構成される均一含浸多孔性ペレット１を含み、該ペレットはモルブデン又はタンタルなどの耐火性物質から構成されたディッシュ２に挿入される。ペレットは、レーザー溶接又はろう付けによってディッシュに取り付けられた多孔性の金属フォイル３で被覆される。例えば、金属フォイル３は、タングステンなどの金属を押圧し、かつ焼結することによって構成される。ディッシュ２は、陰極の加熱フィラメント４が置かれる内部の中空の円筒状のスリーブ６に固定される。

陰極の操作中に、バリウム及び酸化バリウムなどの放射物質はペレットの孔に生成され、放射表面に向かって移動し、表面のオリフィス５を介してフォイル３を通過する。ペレットによって拡散された蒸発されたバリウムは、フォイル３により前述の移動の経路を継続し、蒸発したバリウムの一部はその上に沈着し、別の部分は蒸気の形態によって通過する。フォイルの孔隙率が低くなると、沈着されるバリウムの部分が多大になる。ペレットの操作温度とほぼ同一である、高温のフォイルのために、沈着されたバリウムは非常に迅速に拡散し、表面上に均一になる。穿孔されたフォイルの上部の表面に拡散されたバリウムは、電子を放射する表面として後の行為を行なう。

バリウムの流れは、含浸剤とペレットを構成するタングステンなどの物質との間の化学的作用によって引き起こされ、この流れは放射表面３によって形成された自由経路に向かって導かれる。したがって、欠乏前面７が形成されて、その表面はペレットの放射表面に対して実質的に平行である。欠乏前面は、放射物質で空にされてフォイル３の下に直接位置する領域８と、放射物質の密度が未だ変化していない深い領域９との間の境界を定義する。欠乏前面が移動する間に、陰極の有効寿命において放射表面と実質的に平行な表面を有し、バリウムが放射表面下に位置する深さは、陰極操作の有効寿命につれて次第に増加する。

本発明は、操作中に欠乏前面が移動する際に、欠乏前面の初期の表面と実質的に平行である表面を有することを認識しているという事実に基づく。さらに、バリウムなどの放射物質の流れは、放射表面からの放射物質の分離距離とともに減少する。この結果は、放射表面から離れて位置するバリウムが使用できないということである。１９８１年にノースホランドパブリッシングカンパニー（North Holland Publishing Company）によって出版されたＡ．Ｍ．シロフ（A.M.Shroff）著の“アプリケーションズ・オブ・サーフェスサイエンス８（Applications of Surface Science 8）”の３６乃至４９頁に記載のように、欠乏前面は、法則により放射表面から徐々に離れるにつれて、放射物質の流れが減少し、そのため、流れは陰極が使用されている時間の平方根に反比例する。

２つの現象は、放射物質の流れでの減少を引き起こし、
−化学反応の残存物が孔に徐々に蓄積するので、バリウムになる表面への酸化バリウムの拡散は、ますます困難である。

−欠乏前面が放射表面から徐々に移動して離れるにつれて、放射物質はより長い距離に沿って拡散しなければならず、その経路上では、金属表面が被覆される傾向にあるため、距離がさらに増加し、表面に達する物質の量がさらに減少する。

本発明は、ペレット又はペレットの孔隙率あるいはペレットの操作温度で生じる化学現象を変更せずに上述の解決策を提供する。

図２で示されるように、本発明では、放射表面からの材料の距離が離れることにより、放射材料の流れが減少することを回避することが可能になり、前記放射表面からの距離の関数として、流れの幾何学的な増幅が形成される。

このために、陰極はディッシュ１２に挿入された放射ペレット１１から構成される。ペレットは、例えば、タングステン粉末を押圧し且つ焼結することによって構成される、多孔性の金属フォイル１３で被覆される。

製造段階において、ペレット１１は、多大に含浸された領域１９と、わずかに含浸されたか又はまったく含浸されていない領域１０とを有する特定の特質を有する。前述の２つの領域間の分離表面１８は、窪んでおり、且つ陰極の放射表面を形成するフォイル１３とペレットの多大に含浸された部分１９との間に、少なくとも１つの中空を有する幾何学的な特性を有する。

図２に例示された実施態様において、分離表面１８はペレットの中心に配置された半球状の窪みを有する。ペレット１１は、好ましくは、１５％から３５％の間の孔隙率を有し、１．３ｍｍの直径１６を有する。ペレット１１の深さ１４は０．６ｍｍであり、その中心に位置する領域１０は０．７ｍｍの直径を有する。金属フォイル１３はペレット上に位置し、１５％と３５％との間の孔隙率及び２０μｍ乃至５０μｍの厚さを有し、含浸されていても、含浸されていなくてもよく、フォイルは、好ましくは、オスミウム／ルテニウムなどの合金の層で被覆されるか、又は電子の動作機能を低めるイリジウムで被覆される。ペレットは、例えば、レーザー溶接によって円筒状のスリーブに固定されたディッシュ１２に挿入される。

フォイル１３とペレットは、それらの周辺表面及び取り巻き領域１０と接続するモリブデン及びルテニウムなどの高融点金属が主成分のろう付けされた障壁２１によって、互いに固定される。モリブデン／ルテニウムを基にした混合物は、溶媒と混合した粉末から調製でき、次いで、数μｍの厚さの層に適用され、最終的に、フォイルを押圧し、且つ既に含浸されたペレットを互いに押圧する一方で、レーザーを使用して溶解される。

この手法においては、欠乏前面は、初期に半球表面１８で形成され、ろう付けされた障壁２１は、ペレットから来る放射物質を通過させない障壁を形成する。次いで、欠乏前面が移動しても、これは、半球表面に対して平行な状態のままであり、その表面は、

式中ｄは初期位置からの前面の距離であり、Ａはペレットの孔隙率及び操作温度に依存する係数であり、ｔは時間である、
のタイプの法則にしたがってペレットの方へ徐々に押し込まれるとともに、増加するだろう。

次いで、前面の表面エリアは、

式中、Ｒは表面１８の初期半径であり、Ｋは表面１８によって表される球体の部分によって定義される定数係数である、
のタイプの法則にしたがって増加するだろう。

したがって、ペレット使用時間に対する放射物質の流れの依存性が修正され、陰極の使用時間とともに欠乏前面の表面エリアが増加することにより、大量の放射物質を多大に含む含浸ペレットの広大な領域が徐々にもたらされ、この影響は、発明の構造において、有用な放射物質の流れが図１の構造よりもさらにゆっくり減少するように上述した放射物質の流れを減少させる自然な影響を平衡させる。この利点が、時間がたつにつれてさらに増大することは注意されるだろう。

下記の表は、バリウムの流れの場合と、図１で例示した従来技術における陰極放射の場合と、本発明の場合における、欠乏前面の変化を示す。

陰極放射の下限を５１００μＡに設定することによって、陰極の有効寿命は、従来技術の陰極の８０週から本発明の陰極の１５０週まで延びたことを認識できる。

初期の半球表面１８を生成するために、均一含浸されたペレットで開始することが可能であり、ペレットの上面部分、例えばその上面の周辺領域をマスキングした後に、含浸剤の空間的に制御された分解は、ほとんどわずかな含浸剤又は含浸剤をまったく使用せずに半球の領域を生成するように実行される。

さらに、例えば、押すことにより、任意の物質がない半球の領域１０が機械的に生成されるペレット１１からこの分離表面１８を生じることは可能であり、次いで、均一に含浸される。この実施態様において、放射物質は蒸気の形態で領域１０を交差し、既に記載した実施態様のように領域１０の表面を被覆すべきではない。この場合、上記した種類の陰極が備えられた陰極線管が真空下に置かれ、特にペレットを被覆するフォイル１３が多孔性であり、放射物質で含浸される際に問題が生じるかもしれず、次いで、圧力低下が、空気を含有する領域１０と管内に普及している前進的な真空と間で生じ、圧力低下はフォイル１３の破損を引き起こすかもしれない。図３は、上述の問題の解決策を提供する本発明の実施態様を例示し、領域１０は、陰極の外側に対して領域１０に接続する含浸ペレット１１で生成された少なくとも一つのチャンネル３０の手段によって外部圧力に設定される。

すべての場合において、陰極の有効寿命を延ばす相当の効果を得るために、初期の分離表面１８の表面エリアが陰極の放射表面よりも少なくとも２０％大きいことが望ましい。

上記の実施態様は制限されるものではなく、含浸ペレットの表面上に数多の窪んだ穴を提供するか、又はトーラスの半分の形状の表面によって半球状の穴を置き換えることが有利に可能である。

従来技術による含浸陰極の実施態様を例示する図である。 本発明の第一実施態様を示す。 本発明による陰極の変形の実施態様を例示する図である。

Claims (8)

1. 耐火性物質からなるディッシュ内に設置され、アルカリ土類金属の化合物で含浸された多孔性ペレットを有する放射部分を有し、陰極の放射表面を形成する多孔性の金属フォイルで被覆された含浸陰極であって、
   前記ペレットは、第１の領域と第２の領域との間に分離表面を有し、
   前記第１の領域は、含浸されていないか又はわずかにしか含浸されておらず、
   前記第２の領域は、前記第１の領域に比べて、前記アルカリ土類金属の化合物がより多く含浸されており、
   前記分離表面は、前記放射表面と面する少なくとも一つの窪み部分を含むことを特徴とする含浸陰極。
2. 前記第１の領域は、少なくとも一つのチャンネルによって外部空間と通じていることを特徴とする請求項１に記載の含浸陰極。
3. 前記分離表面の前記窪み部分は、前記ペレットの含浸剤の選択的な溶解によって得られることを特徴とする請求項１に記載の含浸陰極。
4. 前記窪み部分は、球面の一部であることを特徴とする請求項１に記載の含浸陰極。
5. 前記窪み部分の表面積は、前記放射表面よりも少なくとも２０％広いことを特徴とする請求項１に記載の含浸陰極。
6. 前記ペレットの表面は、前記窪み部分の周囲に、前記放射物質の拡散の障壁となる金属障壁を含むことを特徴とする請求項１乃至５のうち１項に記載の含浸陰極。
7. 前記金属障壁は、高い融点を有する金属合金から構成されることを特徴とする請求項６に記載の含浸陰極。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の含浸陰極を含むことを特徴とする陰極線管。

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