JPH01307134A - 含浸形陰極 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、ＴＶ用ブラウン管などの電子管に用いられ
る含浸形陰極に関するものである。

［従来の技術］ 第６図は、特開昭５８−１５４１３１号公報に開示され
ている従来の含浸形陰極を示す縦断面図である。

同図において、（１）はたとえばモリブデン等からなる
円筒状の陰極筒体、（２）はこの陰極筒体（１）の一端
開口を閉塞するモリブデン等からなるカップ、（３）は
上記陰極筒体（１）内に配設されたヒータ、（４）は含
浸形陰極ベレットで、この含浸形陰極ベレット（４）は
、第７図の拡大断面図に示すように、酸化スカンジウム
（ＳＣ２０３）粉末を含むタングステン（Ｖｌ）粉末を
焼成して得られた耐熱多孔質の基体（５）と、この基体
の空孔部（６）内に含浸された酸化バリウム（Ｂａｄ）
　、アルミナ（ＡＪ２２０３）　、酸化カルシウム（Ｃ
ａｂ）などからなる電子放射物質（７）とによって構成
されている。この含浸形＃極ペレット（４）は上記カッ
プ（２）内に収容され、上記ヒータ（３）により加熱さ
れることにより熱電子を放出する。

次に、上記構成の含浸形陰極の動作について説明する。

いま、ヒータ（３）に通電することにより、上記基体（
５）の表面が約９００℃に加熱されると、電子放射物質
（２）中の酸化バリウム（８ａＯ）は基体（５）のタン
グステン（Ｗ）によって還元される。遠元されたバリウ
ム（Ｂａ）は基体（５）の表面まで拡散し、基体（５）
の表面、つまりタングステン結晶表面に原子レベルで酸
素（０）あるいはスカンジウム（Ｓｃ）とともに付着す
る。その結果、バリウム（Ｂａ）が結晶上で単原子層を
形成すると、その双極子効果によって仕事関数を下げる
。上記スカンジウム（Ｓｃ）は、この双極子効果を強化
する作用があるため、上記仕事関数をさらに低下させる
結果、上記基体（５）の加熱温度、すなわち動作温度の
約９００℃でエミッション（たとえば実用的には１０Ａ
／ｃｍ２）を取りだすことができる。なお、基体（５）
に酸化スカンジウム（ＳＣ２０３）を含まない含浸形陰
極においては、同等のエミッションを取り出すには、ヒ
ータ（３）によって基体（５）を約１１００℃以上に加
熱しなければならず、またバリウム（８ａ）をも含まな
いものにおいては、約１９００℃以上に加熱する必要が
ある。

以上のように、この種含浸形陰極の特性は、基体（５）
のタングステン表面におけるバリウム（８ａ）、酸素（
０）、スカンジウム（Ｓｃ）の原子レベルの付着状態に
左右されるが、この付着状態は基体（５）の表面への拡
散によるバリウム（Ｂａ）の供給速度と、蒸発速度とに
よって決まる。

つまり、動作温度を低下させると、バリウム（Ｂａ）の
拡散による供給速度と蒸発速度とが共に低下するが、特
に、酸化バリウム（Ｂａｄ）のタングステン（Ｗ）によ
る還元速度が低下し、結晶表面上のバリウム（Ｂａ）の
量が減ることになる。したがって、このバリウム（Ｂａ
）の単原子層の面積が減るとともに、このバリウム（Ｂ
ａ）の付着部分における酸素（０）原子に対するバリウ
ム（Ｂａ）原子の比率が低下して双極子モーメント自身
が小さくなる。したがって、上記仕事関数、あるいはエ
ミッションが低下するばかりでなく、基体（５）の表面
上のバリウム（Ｂａ）を保持する上においても加熱温度
、すなわち動作温度を高くする必要がある。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の含浸形陰極は以上のように、基体（５）の表面結
晶上のバリウム（Ｂａ）を充分に保持して、所定のエミ
ッションを取り出すために、含浸形陰極を高温（約９０
０℃）に加熱するようにしているため、次にような問題
点がある。

［１］陰極筒体（１）の材料として、ニッケルなどの安
価な金属材料を使用することができず、融点の高いタン
グステン、モリブデン、タンタルおよびニオブなどの高
価な材料を使用しなければならない。

［２］　ヒータ（３）の発熱温度が高いため、経時変形
し易く、しかも長期使用に耐えない。

［３１高温加熱に伴なう大きい熱膨張によって含浸形陰
極と、エミッションを取り出す電圧を引加するためのグ
リッドまでの距離が変化しやすく、始動時に安定したエ
ミッションを得るまでに時間がかかるばかりでなく、こ
の変形を考慮した設計をする必要がある。

この発明は上記のような問題点を改善するためになされ
たもので、動作温度を９００°以下に低く設定しても充
分なエミッションを取り出すことができる含浸形陰極を
得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明による含浸形陰極は、耐熱多孔質の基体と、こ
の基体の空孔部内に含浸され少なくともバリウムを含む
酸化物とシリコンまたはマグネシウムからなる電子放射
物質とを有し、かつ上記基体と電子放射物質の何れか一
方の内部または双方の境界部に希土類酸化物を含有させ
た。

［作用］ この発明によれば、シリコン（Ｓｉ）またはマグネシウ
ム（Ｍ８）によって酸化バリウム（Ｂａｄ）を還元する
ため、バリウム（Ｂａ）の生成が活発になることによっ
て、基体（５）の表面へのバリウム（Ｂａ）の供給量が
多くなり、しまもバリウム（Ｂａ）の付着部分における
酸素（０）原子に対するバリウム（Ｂａ）原子の比率も
大きくなる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面にもとづいて説明する。

第１図は、この発明の一実施例による含浸形陰極を示す
縦断面図であり、同図において、第６図に示す従来のも
のと同一または相当部分には、同−の符号を付してその
詳細な説明を省略する。

第１図において、（１０）はニッケル等からなる円筒状
の陰極筒体、（２０）はこの陰極筒体（１０）の一端開
口を閉塞するニッケル等からなるカップ、（４０）は含
浸形陰極ベレットで、この含浸形陰極ベレット（４０）
は、第３図の拡大断面図に示すように、酸化スカンジウ
ム（ＳＣ２０３）からなる希土類酸化物（８０）の粉末
を含むタングステン（Ｗ）の粉末を焼成して得られた耐
熱多孔質の基体（５０）と、この基体の空孔部（６０）
内に含浸された酸化バリウム（Ｂａｄ）　、アルミナ（
Ａｊ２２０３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）を含む酸化
物と、シリコン（Ｓｉ）またはマグネシウム（Ｍｇ）か
らなる電子放射物質（７０）とによって構成されている
。なお、上記電子放射物質（７０）は、炭酸バリウム（
ＢａＣＯ３）　　：アルミナ（１２０３）　：炭酸カル
シウム（ＣａＣＯｓ）　＝４　：　１　：　１　　（モ
ル比）の割合で混合したものに、シリコン（Ｓｔ）２重
量％、マグネシウム（Ｍｇ）ｏ、５重量％を加えて混合
したのち、真空中で焼成してなるベレットを、上記耐熱
多孔質の基板（５０）上に乗せ、水素中で加熱溶融する
ことによりこの基板（５０）に含浸させて作られる。

この発明の含浸形陰極においては、基体（５０）の表面
を従来よりも１５０℃も低い約７５０℃に加熱しても充
分なエミッションが安定して得られ、１０Ａ／ｃｍ’の
エミッションを取り出しても２万時間以上の寿命を有す
ることがわかった。なお、希土類酸化物（８０）である
酸化スカンジウム（ＳＣ２０３）を含まない含浸形陰極
においては、シリコン（Ｓｉ）およびマグネシウム（Ｍ
ｇ）を電子放射物質（７０）に含有させてもまったく効
果は得られなかった。これは、シリコン（Ｓｔ）および
マグネシウム（Ｍｇ）が、焼成時に炭酸バリウム（Ｂａ
ＣＯ，）　、炭酸カルシウム（ＣａＣＯｓ）が分解して
発生するｃｏ２．Ｃｏ、［１２などによって酸化され還
元性がなくなるためと考えられる。

しかしながら、この発明によれば、希土類酸化物である
スカンジウム（Ｓｃ）あるいは酸化スカンジウム（ＳＣ
２０３）によって酸化されたシリコン（Ｓｉ）およびマ
グネシウム（Ｍｇ）が還元さて再び単体となるため、特
に、エージング時にエミッションを取り出すことにより
電界が作用してこの還元反応が生じるためである。上記
シリコン（Ｓｔ）およびマグネシウム（Ｍｇ）の還元作
用は、タングステン（Ｗ）よりも著しく強く、従来のも
のにおける加熱温度９００℃での基体表面上のＢａとＯ
との比よりも、この発明による加熱温度７５０℃での基
体表面上のＢａとＯとの比の方か大きく、しかも仕事関
数も小さくなっている。

第４図は、この発明の他の実施例を示すもので、基体（
５０）をタングステン（Ｗ）の粉末のみで作り、上記Ｂ
ａＣＯ３，八ＩＬ２０ｓ　、　ＳｔおよびＭｇを上記一
実施例同様に混合したものに、さらに希土類酸化物（８
０）の一つである酸化スカンジウム（ＳＣ２０ｓ）粉末
を５重量％混合して焼成してなる電子放射物質（７０）
を上記基体（５０）内に含浸させるようにしたもので、
この他の実施例においても上記一実施例と同様に、約７
５０℃でＩＯＡ／ｃｍ２のエミッションを取り出しても
２万時間以上の寿命が得られた。この他の実施例におい
てはエージング時にエミッションを取り出す時間を上記
一実施例よりも短くできる効果がある。これは、炭酸バ
リウム（ＢａｃＯ５）　　と、炭酸カルシウム（ＣａＣ
Ｏｓ）を分解するときのシリコン（Ｓｉ）とマグネシウ
ム（Ｍｇ）の酸化を、電界がないにもかかわらず、スカ
ンジウム（Ｓｃ）が抑制しているものと考えられる。

第５図は、この発明のさらに他の実施例を示すもので、
基体（５０）をタングステン（Ｖｌ）のみで作成したの
ち、これを硝酸スカンジウム（ＳＣ（ＮＯ２）　５）５
０％の水溶液に浸漬する。つぎに、この基体（５０）を
乾燥・加熱して希土類酸化物（８０）の一つである酸化
スカンジウム（ＳＣ２０３）を基体（５０）の結晶粒上
に付着させる操作を２０回程度繰り返したのち、上記一
実施例と同様の容量で、含浸形陰極ベレット（４０）内
に電子放射物質（７Ｇ）を含浸させた。

この場合、希土類酸化物（８０）の酸化スカンジウム（
ＳＣ２０３）は主に電子放射物質（７０）と基体（５０
）との境界部に存在し、電子放射物質（７０）と、基体
（５０）の重量に対する酸化スカンジウム（ＳＣ２０３
）の重量の比率は約１．２％としており、その効果も上
記−実施例と全く同様である。

以上のように、希土類酸化物の一つである酸化スカンジ
ム（ＳＣ２０３）は、これを基体（５０）内、電子放射
物質（７０）内、またはこれらの境界部のいずれに含有
させても同様の効果を奏するものであり、この含有量は
基体（５０）と、電子放射物質（７０）の合計重量のｏ
、ｏｏｏｔ重量％重量％型２０重量％であればほぼ同一
程度の効果が得られた。また、電子放射物質（７０）に
含有させるシリコン（Ｓｔ）とマグネシウム（Ｍｇ）は
いずれか一方でも効果を奏し得るが、特にシリコン（Ｓ
ｔ）の方が効果が大きく、その含有量はいずれも電子放
射物質中０．０１〜１０重量％が好ましい。

なお、上記各実施例においては、電子放射物質（７０）
の焼成前の材料として炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）　　
：アルミナ（ＡＪ！　２０３）　：炭酸カルシウム（Ｃ
ａＣＯ３）　＝　４　：　１　：　１　（モル比）の割
合で混合した場合について述べたが、この比率が多少異
っても相当の効果が得られるとともに、バリウム（Ｂａ
）が含まれていれば、他の物質はあえて限定されるもの
ではない。また、上記実施例においては、希土類酸化物
として酸化スカンジウム（ＳＣ２０３）を用いた場合に
ついて述べたが、これに代えて、酸化イツリウム（Ｙ２
Ｏ２）または酸化ランタム（ｔ、ａ２ｏ３）であっても
同様の効果が得られる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、耐熱多孔質の基体と
、この基体の空孔部内に含浸され少なくともバリウムを
含む酸化物とシリコンまたはマグネシウムからなる電子
放射物質とを有し、かつ上記基体と電子放射物質の何れ
か一方の内部または双方の境界部に希土類酸化物を含有
させるようにしたので、含浸形陰極の動作温度を低下さ
せることかできるため、陰極の材料として融点の低い安
価なものを使用することが可能となるばかりでなく、陰
極の動作温度の低下によってヒータの発熱温度が低くな
り、ヒータの経時変形の減少および長期使用が図り得ら
れる効果がある。また、この発明によれば陰極の動作温
度の低下によって、熱膨張による陰極とグリッドとの距
離の変化量が少なくなり、始動時に安定したエミッショ
ンを得る時間が短縮される効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による含浸形陰極を示す縦
断面図、第２図は含浸形陰極の斜視図、第３図〜第５図
は電子放射物質の一部を実施例毎に拡大して模式的に示
す拡大断面図、第６図は従来の含浸形陰極を示す縦断面
図、第７図は電子放射物質の一部を拡大して模式的に示
す拡大断面図である。 （１０）・・・陰極筒体、（５０）・・・基体、（６０
）・・・空孔部、（７０）・・・電子放射物質、（８０
）・・・希土類酸化物。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）陰極筒体の面上に設けられた耐熱多孔質の基体と
   、この基体の空孔部内に含浸され少なくともバリウムを
   含む酸化物とシリコンまたはマグネシウムからなる電子
   放射物質とを有し、かつ上記基体と電子放射物質の何れ
   か一方の内部または双方の境界部に希土類酸化物を含有
   させたことを特徴とする含浸形陰極。