JPH01128330A - 陰極線管用の電子放出性陰極構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １１Δた１ 本発明は陰極線管に係わり、より特定的にはこの種の管
の陰極の製造に係わる。

た１良１ 前記陰極は、電子ビームを陰極線管の表示スクリーン方
向に放出することができる陰極線管の素子である。

この陰極は、電子の放出が生じるように、十分な温度ま
で加熱され且つ強い電界の作用下におかれると高密度の
電子を放出することができるという理由で選択された物
質を、スクリーン方向に向いた前方部分に含む。

前記活物質は通常、該電子放出性活物質を一端に担持す
るスリーブの中に配置された電気抵抗フィラメント（コ
イル状タングステンフィラメント）によって加熱される
。本発明は、フィラメントによって加熱される陰極のみ
に係わるが、フィラメントを用いない直接加熱型の陰極
もある。

−ｉ的には、所、定の用途に応じて（特に、電子放出密
度の所望の大きさに応じて）２つのタイプの陰極が使用
されている。

第１のタイプの陰極は「含浸形陰極（ｉｍｐｒｅ＆−ｎ
ａｔｅｃｌ　ｃａｔｈｏｄｅ）、１と称する。この陰極
は下記の方法で製造する。陰極の前方部分に配置する電
子放出性活性素子として多孔性焼結タングステンのチッ
プを使用し、該チップの孔にアルミン酸バリウム−カル
シウムを充填する。この物質が電子放出材料を楕成する
のである。電子の放出は、遊離バリウムを発生させるタ
ングステン及びアルミン酸塩間の化学反応の結果として
生じる。真空へのバリウムからの電子抽出電位が小さい
ために、電子の放出が可能になるのである。しかしなが
ら、この化学反応は約１１００℃という極めて高い温度
でしか生起しないため、このような高温の発生に使用す
るフィラメントはそれより更に高い温度に加熱しなけれ
ばならないことになる。これらの含浸形陰極は、極めて
高い密度の電子を放出することができ、しかもこの高密
度に起因する老化の促進を伴わないことから極めて有用
であるが、フィラメントの温度を著しく高くしなければ
ならないという技術的要件の他に、含浸形タングステン
の活性チ・ンブの製造（加工、含浸処理等）が難しいと
いう理由でコストが極めて高い。

−ｍに使用されている第２のタイプの陰極は「酸化物陰
極」と称する。この種の陰極の電子放出性活性素子は、
活性ニッケル（少量のタングステンとＩＲ量のマグネシ
ウムとを添加したニッケル）のカプセルのスクリーン方
向に向いた前方面を酸化バリウム、酸化カルシウム及び
酸化ストロンチウムで被覆したものからなる。加熱フィ
ラメントは活性ニッケル製カプセルによって閉鎖された
ニッケル管の中に配置する。電子の放出に必要な反応を
生起させるためには、ニッケルカプセルの温度を約８０
０℃にしなければならない、これらの反応は、活性ニッ
ケルによる酸化バリウム、酸化カルシウム及び酸化スト
ロンチウムの酸化−還元と、バリウムを遊離させる前記
酸化物層の電解とを含む。この種の陰極は作動温度が低
く、従って製造コストが低いという利点を有するが、耐
用年数を十分に長くしたい場合には、電子放出密度が含
浸形陰極の場合より遥かに劣るという大きな欠点も有す
る。

本発明は、それ程高い電子放出密度を必要とせず、従っ
てコストの高い含浸形陰極を使用する必要がないような
用途で使用するための酸化物陰極に係わる。先行技術の
酸化物陰極の原型的構造を第１図に断面図で示した。

この先行技術の酸化物陰極は加熱フィラメント１２（未
切断）を収容する金属管１０即ち陰極管を含む。

この管は、電圧源に接続すべきフィラメント端部１４及
び１６を外に出せるように、後方端（１子放出が起こる
先端と反対側の先端）が開放されている。

陰極管１０の前方端は活性ニッケル（例えば４％のタン
グステンと０．０５％のマグネシウムとを添加したニッ
ケル）からなるカプセル１８によって閉鎖されている。

このカプセルは前記管の上に嵌合され、この管が前方端
で密封されるように、この管の外径と同じ内径を有する
。このカプセルはその周縁全体にわたって電気的に点溶
接される。

活性ニッケルカプセル１８の外側前方面、即ち前記管の
外側で鎖管を閉鎖するカプセル部分には、酸化バリウム
／酸化カルシウム／酸化ストロンチウムの層２０が堆積
される。

この陰極管１０は、当該陰極を電子放出性素子として使
用する陰極線管内に陰極管を調心的に配置するためのデ
ィスク状絶縁性支持体２２の上に配置される。管１０の
固定は、例えばニッケルークロム合−金からなる熱遮蔽
２４を介して行われる。この熱遮蔽は管１０に接するこ
となく鎖管の最も熱い部分（即ち管１０の中央部分及び
前端部分）を同心的に包囲し、フィラメント先端方向の
後方部分で管１０に結合される。

熱遮蔽２４は絶縁性支持体２２に接合固定される。

その役割は、陰極管１０からの熱損失を回避することに
ある。この熱遮蔽はその一端でしか陰極管と接触せず、
この接触も幾つかの点でしか行われない。即ち、この円
筒形熱遮蔽は陰極管の後端部に３つの点で結合できるよ
うに、後端部が三角形に締付けられている。従って、陰
極管１０と支持部材との間には伝導による熱の伝達は殆
ど存在しない。

前記熱遮蔽はまた、放出による熱損失を回避すべく反射
性である。陰極管１０の壁は極めて薄いが、これも熱伝
導による熱損失を回避するためである。

加熱フィラメント１２はタングステン又はタングステン
合金のワイヤを、第１図に示すように二重螺旋状に巻い
たコイルからなる。このコイルは、タングステンの単一
直線ワイヤではなく、予め直径の小さい複数の巻きをも
つ螺旋の形に巻いたワイヤで形成することもある。これ
は、ワイヤの長さを増加するためである。

タングステンワイヤは裸線ではなく、薄いアルミナ層（
第１図には図示せず）で被覆したワイヤであるため、巻
き相互間で且つ陰極に対して電気的に絶縁される。

以上、先行技術の酸化物陰極の構造について説明してき
たが、その基本的問題は過酷な環境条件、特に振動の存
在下におけるフィラメントの強度にある。タングステン
ワイヤを被覆するアルミナ外装は極めて高純度でなけれ
ばならず、また、特にフィラメントの先端が陰極の電位
とは著しく異なる電位にもたらされた時に破損して漏洩
電流が生しないように、亀裂をもたないようなものでな
ければならないぐちなみに、技術明細書には、陰極−フ
ィラメント間の電位差が２００ボルトに達する場合でも
陰極が正常に機能しなければならないという要件が記さ
れていることがしばしばある）。

振動が存在するとアルミナ外装に亀裂が入り、破損の危
険及び陰極管内で電流漏洩が発生する危険が高くなる。

また、アルミナ外装が摩耗すると粒子が生じ、これらの
粒子が陰極管の外側に伝搬して陰極線管のチャンバ内に
侵入する。外来の粒子が陽極及び陰極間に湿る極めて強
い電界の中を動き回ると、前記チャンバ内に存在する極
めて高い電圧（１５〜４０ｋＶ）によって陰極線管が破
損する。

例え陰極線管が破損しなくても、前記粒子が表示スクリ
ーン上に堆積し、このスクリーンは極めて高い電圧にも
たらされることから黒点が発生して、画像の質を低下さ
せることになる。

フィラメントの機械的強さを増強するための方法として
、フィラメントコイルの軸線上に補強ストリップを挿入
し、これを陰極管に溶接することが提案された。このス
トリップは、フィラメントに対して電気的絶縁状態に維
持すべくアルミナで被覆し、次いでタングステンワイヤ
のコイルの中に挿通する。この挿通操作は、補強ストリ
ップのＪいアルミナ外装を損傷することなく行わなけれ
ばならないため、かなり難しい。その後、ストリップ上
に配置されたフィラメントをアルミナで被覆し、次いで
ストリップを陰極管の後端部に電気溶接する。前記スト
リップは（ヘアピンのような）Ｕ形であるのが好ましい
。このストリップはフィラメントコイルより大きな剛性
を有するため、作動時にフィラメントコイルの動きを制
限し、従ってタングステンワイヤの外装の摩耗を制限す
る。

補強されたフィラメントをもつこの種の陰極は下記の欠
点を有するニ ー　組立て操作が増えるためコストが高くなる（通常の
フィラメントの５〜１０倍）。

−陰極管への補強ストリップの溶接をアルミナ外装の損
傷を伴わずに行わなければならないため、陰極内での組
立てが難しい。

−頑強さが平均的であり、且つ信頼性がない。

−補強ストリップが後で作動時に膨張することを考慮し
なければならないため、（非補強フィラメントの場合に
は可能であるように）フィラメントを管の興まで完全に
押込むことができないことから、陰極管の閉鎖端に対す
るフィラメントの配置が難しく、再現性が殆どない。

フィラメントの配置の難しさに関しては、フィラメント
を完全に押込まないと陰極の温度が低下するというだけ
でなく、特に大量生産バッチの陰極の場合には、フィラ
メントを常に極めて正確に配置しないと作動時に得られ
る陰極の温度に差異が生じ、従って放出特性に差異が生
じることになる。これらの差異は許容できない。

１１へＵ 先行技術の酸化物陰極の欠点を最大限に解消すべく、本
発明は陰極線管用の電子放出性陰極の新規の構造を提案
する０本発明の陰極は一前方端が活性ニッケルの円筒形
カプセルで閉鎖された薄い陰極管を含むタイプであり、
前記カプセルの外面は前記管の軸線と直交する方向の部
分が金属酸化物をベースとする層によって被覆される。

前記陰極管は、タングステンのような耐熱金属からなり
且つアルミナのような絶縁性耐熱材料で被覆された加熱
フイラメンＩ・を包囲する。本発明では、陰極管が耐熱
金属で形成され、その前方端に熱伝導性の高い耐熱金属
からなる閉鎖用プラグが配置される。このプラグは一部
分が前記管の中に挿入され、残りの部分が外に突出する
。酸化物で被覆された活性ニッケルのカプセルはその周
縁が前記プラグと対向して前記管の外壁に溶接される。

フィラメントと管の壁との間の間隙は焼結絶縁性耐熱材
で充填され、フィラメント・はこの充填物質によって管
の内壁に固定される。前記焼結耐熱物質はフィラメント
を被覆する物質と同じもの、特にアルミナが好ましい。

本発明の製造方法は下記のステップを含むニー　耐熱金
属で陰極管を形成する。

−熱伝導性の高い耐熱金属からなるプラグを、その一部
分が管の前方端から外に突出するようにして、陰極管の
前方端になる方の端部に配置し且つ管の内壁に溶接する
。

−加熱フィラメントを絶縁性耐熱材料で被覆する。

−前記フィラメントをプラグで閉鎖した前記管の中に配
置する。

−好ましくはフィラメントの被覆に使用したものと同じ
絶縁性耐熱粉末の懸濁液を管の中に導入する。

−前記懸濁液の溶媒を蒸発させる。

−前記絶縁性耐熱粉末を高温で焼結し、この焼結粉末を
介してフィラメントと管の内壁とを機械的に固定させる
。

−活性ニッケル製カプセルを耐熱金属製プラグの上に配
置する。

−前記カプセルを前記管の前方端で前記プラグと対向さ
せて管の壁に溶接する。

本発明の他の特徴及び利点は、添付図面に基づく以下の
非限定的具体例の説明から明らかにされよう。

圧１ＪｕＫ贋− 第２図でも第１図と同じ部材は同じ符号で示した。

これらの部材はより正確には、陰極管１０（この具体例
ではニッケル又はニッケル合金ではなく、好ましくはモ
リブデンのような耐熱金属で形成される〉、やはり耐熱
性絶縁材（図には示してないが、好ましくはアルミナ）
の薄いコーティングで被覆されたタングステンワイヤか
らなるのが好ましい加熱フィラメント１２、管の後方部
分から外に出るフィラメントの端部１４及び１６、管１
０の前端部に配置され且つ前方面に金属酸化物層２０（
好ましくは酸化バリウム−酸化カルシウム−酸化ストロ
ンチウムの層）を有する活性ニッケル製カプセル１８、
陰極管を陰極線管内に調心的に配置するためのディスク
状絶縁性支持体２２、並びに陰極管の最も熱い部分分向
心的に包囲し且つ陰極管に点溶接できるように後方部分
が三角形に締付けられた熱遮蔽２４である。この熱遮蔽
は絶縁性ディスク２２に接合固定される。

第２図では、−例として熱遮蔽２４と管１０との間の溶
接点２６が示されている。管１０の壁は、伝導による熱
損失を回避すべく極めて薄＜　（１／１０ｖ＋＋未満）
するのが好ましいため、管を補強すべく好ましくはワッ
シャ２７を溶接ゾーン２６の領域内で管の内部に具備す
る。管は前述のごとき溶接点のみを介して所定位置に保
持されるため、これら溶接点の周囲で管の壁が破損する
危険が高いからである。

本発明では、管１０を耐熱金属で形成する他に、熱伝導
性の高い耐熱金属からなるプラグ２８を管の前方端でこ
の端部と活性ニッケル製カプセル１８との間に挿入する
。プラグを形成する材料は好ましくは管の材料と同じで
あり、モリブデンが好ましい。

第２図に示すように、プラグ２８は一部分が管１０の中
に入り、一部分が管の外に出る。即ち、このプラグは少
しだけ外に出た状態で管の中に挿入される。このプラグ
の外径は、管が前方端で密閉されるように、管の内壁の
直径と合致する。このプラグは電気溶接により管の外壁
の周縁全体にわたって固定される。

円筒形の活性ニッケルカプセル１８は、陰極管１０の軸
線と直交する方向の壁と陰極管１０の前端部を包囲する
円筒形側壁とを有する。この円筒形側壁は陰極管の壁の
周縁全体にわたって電気溶接される。この溶接はカプセ
ルの側壁がプラグの側壁と対向する部分で行われるため
、プラグ２８はこの溶接操作時に支持体として機能する
。

カプセルを配置し且つ溶接する時には、その横断方向面
の内側部分がプラグ２８（このプラグは管１０の外に突
出する）の対応面に密着するように性急する。

最後に、薄いアルミナコーティングで被覆したタングス
テンワイヤの螺旋コイルからなるのが好ましい加熱フィ
ラメントを３、熱伝導率の高い電気絶縁性焼結耐熱材３
０（好ましくはアルミナ）の中に埋め込む。前記耐熱物
質は焼結後にフィラメントと管の内面とを機械的にしっ
かりと固定させる役割を果たす。

この陰極の製造方法は、耐熱物質の焼結操作を行わなけ
ればならず、且つ極めて高い温度で行われるこの焼結操
作がカプセル１８のニッケルの存在と適合しないという
史実を考慮して実施しなければならない。従ってこの製
造方法は、焼結をカプセル１８の配置前に行えるように
実施する必要がある。

製造は先ず、耐熱金属からなる極めてＪい陰極管を、よ
り厚い管の延伸か、又は薄い金属シートを圧延しこの圧
延シートの縁を重ね合わせて電気溶接することにより形
成することから始める。

次いで、前記管の前方端を耐熱金属製プラグでｍ鎖する
。このプラグの直径は管の内径に合わせて調節する。こ
のプラグを管の端から少し出るように配置し、管の前端
部の周縁全体にわたって管及びプラグを電気的に点溶接
する。

前記管の後端部には補強ワッシャ（第２図のワッシャ２
７）を配置し、電気溶接する。

この間に加熱フィラメントを作る。このフィラメントは
螺旋に巻いた直線タングステンワイヤか、又は直径の小
さい複数の巻きをもつように既に巻いであるタングステ
ンワイヤを単一もしくは二重螺旋状に巻いたもので形成
する（第２図には二重螺旋状に巻いた直線ワイヤが示さ
れている）。このワイヤを、塗装の時のような噴霧又は
電気泳動く電荷を有するように処理したアルミナ粒子を
含む液体誘電性媒質中で、強い電界の存在の下に生起す
る析出）によって堆積した耐熱性絶縁外装（アルミナ）
で被覆する。

アルミナで被覆したフィラメントを、前方端がプラグで
閉鎖された陰極管の中に配置する。

このようにして、前記閉鎖管により規定される腔部に、
極めて細かいアルミナ粉末の懸濁液を充填する。この懸
濁液は例えばアルミナ粉末と有機溶媒との混合物で形成
する。

前記溶媒の性質が許せば、この溶媒を好ましくは大気中
常温で蒸発させる。この蒸発は、アルミナ粉末がフィラ
メントと管の内壁との間で前記内壁の周縁全体にわたっ
て均等に分配されるように、好ましくは管を回転させな
がら行う。前記回転は水平線に対して傾斜した軸線を中
心とするのが好ましい。管の軸線はこの傾斜軸線と平行
に維持する。

次いで、フィラメント及びアルミナと共に陰極管全体を
約１７００℃の温度に加熱することによってアルミナの
焼結を行う。その結果アルミナ粉末が固まり、大きな′
ａ集力が得られる。更に、タングステンフィラメントと
管（好ましくはモリブデンからなる）の内壁とに強く付
着する。従って、フィラメントが陰極管に固定され、振
動に対して特に大きな耐性を示すようになる。フィラメ
ントを管の奥まで挿入する操作に特に問題はなく、配置
の再現性も極めて高い。

次いで、活性ニッケルからなるカプセルを管の前方端に
配置する。このカプセルとモリブデン製プラグは、フィ
ラメントからニッケル製カプセルへの熱伝導ができるだ
け効果的に行われるように、極めて良く接触させる必要
がある。プラグの側壁を溶接時の（極めて薄い）管の変
形を防止する支持体として使用できるように、カプセル
の周縁をプラグと対向させて陰極管の周りに電気溶接す
る。

熱遮蔽（第２図の熱遮蔽２４）を構成する円筒体の中に
前記陰極管を挿入する１円筒断面をもつ前記熱遮蔽は、
３つの点が補強ワッシャ２フのレベルで管の後端部と接
触するように後方部分を締付け、前記点の位ｒで電気溶
接を行って管と熱遮蔽とを固定させる。

Ｍｆ＆に、中央開口を設けた絶縁性ディスク（第１図の
ディスク２２）を熱遮蔽２４の周囲に嵌め込み、熱遮蔽
とディスクとを接合固定する。

活性ニッケルのカプセルを管に取り付ける前、又は好ま
しくはこの操作の陵で、噴霧によって酸化バリウム−酸
化ストロンチウノビ酸化カルシウム層を前記カプセル上
に堆積させる。この層は前記操作が総て完了した後で堆
積させるのが好ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術の酸化物陰極の一具体例を示す説明図
、第２図は本発明の酸化物陰極の一具体例を示す説明図
である。 ｌＯ・・・・・・陰極管、１２・・・・・・加熱フィラ
メント、１８・・・・・・カプセル、２８・・・・・・
プラグ。 ■ ピッ 一 ピッ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）陰極線管用の電子放出性陰極構造体であって、こ
   の陰極は一前方端が活性ニッケルの円筒形カプセルで閉
   鎖された薄い陰極管を含むタイプであり、前記カプセル
   の外面は前記管の軸線と直交する方向の部分が金属酸化
   物をベースとする層によって被覆され、前記陰極管の中
   にタングステンのような耐熱金属からなり且つアルミナ
   のような絶縁性耐熱材料で被覆された加熱フィラメント
   が配置され、前記陰極管が耐熱金属からなり、その前方
   端に熱伝導性の高い耐熱金属からなる閉鎖用プラグが配
   置され、このプラグの一部分が前記管の中に挿入され、
   残りの部分が外に突出し、酸化物で被覆された前記活性
   ニッケル製カプセルがその周縁で前記プラグと対向して
   前記管の外壁に溶接され、前記フィラメントと前記管の
   壁との間の間隙が焼結した電気絶縁性且つ熱伝導性の耐
   熱物質で満たされ、フィラメントがこの充填物質を介し
   て管の内壁に固定されることを特徴とする陰極構造体。
2. （２）管の耐熱金属とプラグの耐熱金属とがモリブデン
   からなる請求項１に記載の陰極構造体。
3. （３）管の中を満たす物質が焼結アルミナ粉末である請
   求項１又は２に記載の陰極構造体。
4. （４）陰極管の後方部分を支持部材に溶接する操作を容
   易にすべく、前記陰極管後方部分がワッシャで補強され
   ている請求項１又は２に記載の陰極構造体。
5. （５）金属酸化物電子放出性陰極の製造方法であって、 −耐熱金属からなる陰極管を形成し、 −熱伝導性の高い耐熱金属からなるプラグを、その一部
   分が前記管の前方端から外に突出するようにして、前記
   管の前方端になる方の端部に配置し且つ該管の内壁に溶
   接し、 −加熱フィラメントを絶縁性耐熱材料で被覆し、−前記
   フィラメントをプラグで閉鎖した前記管の中に配置し、 好ましくはフィラメントの被覆に使用したものと同じ材
   料の絶縁性耐熱粉末のコロイド懸濁液を前記管の中に導
   入し、 −前記懸濁液を蒸発処理し、 −前記絶縁性耐熱粉末を高温で焼結し、この焼結粉末を
   介してフィラメントと管の内壁とを機械的に固定させ、 −活性ニッケル製カプセルを耐熱金属製プラグの上に配
   置し、 −前記カプセルを前記管の前方端で前記プラグと対向さ
   せて管の壁に溶接する 諸ステップを含む方法。