JPH02288044A - 放電管用陰極 - 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〕 本発明は潜在的電子放出材料の層で被覆した金属支持ベ
ースを含む放電管用陰極に関するものである。

〔従来の技術〕

電子管用陰極の製造に当たっては、通常基本構成物を所
望の形状に形成した後、炭酸アルカリ土類金属の層を被
覆し、陰極またはフィラメントを形成する。次に陰極ま
たはフィラメントを電子管構造内に置き、直接または間
接的に陰極を加熱し、炭素を酸化物と遊離金属（ｆｒｅ
ｅ　ｍｅｔａｌ）に還元することにより陰極を活性化す
る。ついで、ある周期（管のライフタイム）の間、複数
の因子（ｆａｃｔｏｒ）に左右される程度まで電子の放
出を行わせるようにするため、管の作動期間中陰極に熱
を供給する。

この場合、例えばライフタイム（寿命）を長くするため
には支持ベースの厚さを比較的大きくすることが得策の
ように思われるが、支持ベースの厚みを比較的大きくし
た陰極は長い加熱時間をもつことになり、種々の利用面
で好ましくない現象を起こすという欠点がある。

〔発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は加熱時間が短く、しかも長いライフタイ
ムを有する陰極を提供しようとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明に係る前述形式の陰極
によるときは、支持ベースの厚みを２０μｍないし１５
０μｍとし、金属結晶の寸法をそれ以上の結晶成長また
は再結晶が許容されないような大きさとしたことを特徴
とする。

本発明は作動期間中に電子管内に存する温度条件が支持
ベースの粒子の粒子成長または再結晶を起こし、この粒
子成長または再結晶のため比較的薄い支持ベースの場合
、電子放出被覆の脱落または剥離を来す可能性があると
いう認識にもとづいて得られたものである。これは陰極
のライフタイムに有害な影響を与える因子となる。比較
的薄い支持ベースを有し、したがって短い加熱時間を有
する陰極のライフタイムは、金属結晶に、それ以上の粒
子成長または再結晶が許容されないような寸法をもたせ
ることによりかなり改善することができる。

一般に、金属結晶に支持ベースの厚さに対応する寸法を
もたせた場合は、もはや粒子の成長または再結晶は不可
能である。

本発明陰極は作動期間中、直接あるいは、（例えば、フ
ィラメントのような別個の発熱体により生成される熱に
より）間接的に加熱することができ、後者の場合には、
発熱体が支持ベースから離れており、陰極の作動中もそ
れから離れた状態が保持される場合は、薄い支持ベース
の安定度に対して好都合といえる。ところが、実際には
、作動中、発熱体は絶えずスイッチのオン　オフが行わ
れ、それが薄い支持ベースに接触する場合はこの支持ベ
ースの安定度に有害な影響を与えることになる。

したがって、この場合は、それ以上の結晶成長を来たし
得ないようなりリスタリ・ント（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｔ
ｅ：微結晶）に起因する陰極のライフタイムへの良好な
影響がある程度まで害われる可能性がある。

発熱体は支持ベースから２０ＩＪ１１ないし３００　ｐ
ｍ離れた距離に配置するを可とする。その距離が２０μ
ｍより小さい場合は、発熱体と支持基体は発熱体の熱的
膨張により陰極の使用中相互に接触する可能性がある。

また、その距離が３００μｍより大きい場合は、支持基
体の発熱体による加熱効率の低下をもたらす可能性があ
る。

陰極用の支持ベースの製造においては、（例えば、Ｍｇ
、　ＳｉおよびＡＩのような）特定の添加物と（例えば
、ニッケルとか、ニッケル　ランタンとタングステンの
ニッケル合金のような）ベース材料を溶融プロセスによ
り結合させて陰極支持ベース材料を得るのが通例であり
、次に、この材料を熱間圧延（ｈｏｔ−ｒｏｌｌ　）お
よび冷間圧延（ｃｏｌｄ−ｒｏｌｌ）して所望の厚みを
有する条片を得、ついで陰極支持ベース構造を形成して
いる。支持ベースの結晶は、本発明の他の特徴により、
陰極の形成前に支持ベースに適当な再結晶を行う熱処理
を与えることにより、それ以上の粒状成長が許容されな
いような所望の寸法を与えることができる。

また、本発明は陰極のライフタイム期間中における電子
放出の減少は、電子放出アクティベータ（ａｃｔｉｖａ
ｔｏｒ　）の拡散および酸化により、特に支持基体の表
面における支持基体内の放出アクティベータの量の減少
に由来するという認識にもとづいている。これらのアク
ティベータは、主にニッケルを含む支持基体内に存在す
る添加物により構成される。前記アクティベータは陰極
の使用期間中それらが電子放出を活性化する支持基体の
表面に拡散する。

かくして、特に、全体として添加物、したがってアクテ
ィベータの量がより少ないような薄い支持体においては
、最大の寸法の結晶を得るため行われる熱処理により、
これらのアクティベータが大なり、小なり不活性となら
ないことが肝要である。したがって、本発明によるとき
は、支持ベースの再結晶熱処理は表面から１μｍの深さ
に酸化物が形成されないようにし、とくに０．５μｍ以
上の深さに酸化物が形成されないような条件のもとで再
結晶熱処理を行うようにしたことを特徴とする。

事前に酸素含有雰囲気において３００″Ｃないし４５０
℃の温度での熱処理を行うことを可として、乾燥水素雰
囲気において８５０℃ないし１１００℃の温度で支持基
体を加熱した場合は、支持基体内のニッケルが充分に再
結晶状態となるだけでなく、ごく少量のアクティベータ
が不活性となるのみで、その結果として陰極はそのライ
フタイムの間きわめて一定な電子放出を続けることにな
る。さらに、遊離アクティベータ素子（ｆｒｅｅ　ａｃ
ｔｉｖａｔｏｒ　ｅｌｅｍｅｎｔ）が支持基体の丁度表
面まであられれるので、飽和電流の増加のような陰極の
複数のゼロ−アワー放出特性（ｚｅｒｏ−ｈｏｕｒ　ｅ
ｍｉｓｓｉｏｎ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　　；放出能率
の低下特性）の改善が行われる。

〔実施例〕

以下図面により本発明を説明する。

第１図示陰極１は、本実施例の場合、支持ベースまたは
支持基体３を具えた円筒状のニッケル・クロム陰極シャ
フト２を有する。前記支持基体３は主としてニッケルに
より形成し、例えば、Ｃｒ。

Ｍｇ＋　ＡＩ＋　ＷＩ　Ｔａ＋　Ｓｔ＋　Ｔｔ＋　Ｃｏ
＋　ＭｎおよびＺｒのような遊離アクティベータ素子を
含む。陰極シャフト２は電気的に絶縁された酸化アルミ
ニウム被覆を有する螺旋状に巻いた金属コアにより形成
するを可とする螺旋状フィラメント４の形状の発熱体を
収納する。また、前記支持基体３上には、例えば、吹付
けにより与えるようにした数十ミクロンの厚みの潜在的
電子放出材料の層７を設ける。

このような陰極を製造する場合は、製法段階の間に支持
基体３を陰極シャフト２に固着させるが、本発明の場合
は支持基体を陰極シャフトに固着させる前に支持基体に
熱処理を与えるようにしている。この場合、支持基体は
３００℃ないし４５０　’Ｃの温度で１０分ないし２０
分間空気中で加熱する。かくすれば、有機化合物の酸化
により支持基体は清浄となる。ついで、乾燥水素雰囲気
（温点−６０℃）内で８５０℃ないし１１００℃の温度
で１０分ないし２０分間支持基体に熱を加える。この場
合には、支持基体内でニッケル結晶がそれらの最大寸法
まで成長するので、例えば、後の段階で、１０００℃ま
での温度が生じ得るような管内で陰極を活性化する際に
発生する可能性のある支持基体への放出層のボンディン
グの問題を回避することができる。上述の処理の後は、
支持基体は光沢のある外観を呈するようになる。

陰極シャフトは光り輝いたもの（ｂｒｉｇｈｔ）とする
か、熱的黒体輻射層（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ　ｂｌａｃｋ
　ｒａｄｉａｔｉｎｇｌａｙｅｒ）を設けるようにする
を可とする。後者の場合には、陰極シャフトの内側およ
び外側に熱的黒体輻射層を得るため別個の熱処理を加え
るようにする。クロム・ニッケル合金により形成した陰
極シャフトのこのような熱処理の例としては、陰極シャ
フトを乾燥水素雰囲気内において約９５０℃の温度で加
熱する方法があり、この温度では表面上の汚濁が取り除
かれる。次に、陰極シャフトを空気中において約７００
℃の温度で加熱し、その表面に酸化クロムおよび酸化ニ
ッケルの結晶を形成させる。次に湿度を含む水素雰囲気
（温点１４℃）内において１０５０℃で陰極シャフトを
加熱することにより支持基体上に形成された酸化ニッケ
ルをニッケルに還元する。ただし、この場合、酸化クロ
ムは還元されないようにする。加湿水素雰囲気はクロム
に対し酸化作用を有するので、この熱処理期間中シャフ
ト上の酸化クロム被膜はより厚くなり、究極的に、酸化
クロム被膜は安定な熱的黒体輻射層を形成する。

第１図示陰極の陰極シャフト２および支持基体３はそれ
らの可能な熱処理の後、例えば溶接により相互に固着さ
せる。

次に後続の製法段階の間に、支持基体上に潜在的（ｐｏ
ｔｅｎｔｉａｌ　）電子放出材料の層を設ける。

金属結晶に最大の寸法を与えるため、支持基体に前述の
熱処理を行った場合は、陰極のライフタイム期間中に常
時起こる層の電子放出の減少は（一般の陰極における２
５％以上の減少に対してこの場合は８％以下のように）
きわめて小さくできることが分かっている。さらに、陰
極の複数のゼロ−アワー　放出特性（電子放出能率の低
下特性）の改善も行われると考えられる。

第１図示陰極ｌの支持ベース３を含む陰極シャフト２は
３つの懸架手段８ａ、　８ｂおよび８ｃ　（第２図参照
）により外匣部６の開口部に懸垂固定する。

また、フィラメント４は電流供給導線５ａおよび５ｂに
接続する。

第３図はシャフトと支持ベースを１つの塊（１ピース）
　１３により形成した他の構造を示す。この場合、放出
層７およびフィラメント４は第１図のものと同様である
。

いずれの場合にも、フィラメント４を薄い（２０〜１５
０μｍの厚み）の支持ベース３または１３と接触できな
いようにしたときは、陰極のライフタイムに対して利便
を与える。フィラメント４は支持基体３とフィラメント
４との間の距離ｄ（第１図）が２０μｍないし３００μ
ｍの範囲におさまるようにして陰極シャフト２内に配置
することが好ましい。

また陰極温度を許容可能なほど低くできる場合は、距離
ｄは５０μｍないし２００μｍとすることが望ましい。

本発明による陰極はそのライフタイム期間中にほぼ一定
の電子放出を行うのみでなく、そのゼロ−アワー　放出
（ｚｅｒｏ−ｈｏｕｒ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　；電子放出
能率の低下）の改善によりさらに低い温度での作動を可
能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は支持ベース（または基体）を有する陰極の縦断
面図、 第２図は第１図示陰極の平面図、 第３図は本発明による他の支持ベースを示す縦断面図で
ある。 ｌ・・・陰極 ２・・・陰極シャフト ３・・・支持ベース（または支持基体）４・・・フィラ
メント ５ａ、　５ｂ・・・電流供給導線 ６・・・外匣部（ハウジング） ７・・・電子放出材料の層 ８ａ、　８ｂ、　８ｃ”−懸架手段 １３・・・シャフトおよび支持ベース

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、潜在的電子放出材料の層で被覆した金属支持ベース
   を含む放電管用陰極において、 該支持ベースの厚みを２０μｍないし１５０μｍとし、
   金属結晶の寸法をそれ以上の結晶成長または再結晶が許
   容されないような大きさとしたことを特徴とする放電管
   用陰極。 ２、該支持ベースの結晶の寸法を該支持ベースの厚みに
   対応する大きさとしたことを特徴とする請求項１記載の
   放電管用陰極。 ３、該支持基体を主としてニッケルにより形成したこと
   を特徴とする請求項１または２に記載の放電管用陰極。 ４、該支持ベースから離隔している発熱体を具えたこと
   を特徴とする請求項１記載の放電管用陰極。 ５、製造段階の間に金属支持ベース上に潜在的電子放出
   材料の層を配置するステップを含む酸化物陰極製造方法
   において、 該層を設ける前に該支持ベースに再結晶熱 処理を与え金属結晶を最大の寸法まで成長させるように
   したことを特徴とする放電管陰極の製造方法。 ６、支持ベースの金属内の添加物により表面から１μｍ
   以上の深さまで酸化物が形成されないような条件のもと
   で再結晶熱処理を行うようにしたことを特徴とする請求
   項４記載の放電管陰極の製造方法。 ７、乾式水素雰囲気内において８５０℃ないし１１００
   ℃の温度で支持ベースを加熱することにより該再結晶熱
   処理を行うようにしたことを特徴とする請求項６記載の
   放電管陰極の製造方法。 ８、該熱処理の前に酸素含有雰囲気内において３００℃
   ないし４５０℃の温度で熱処理を行うようにしたことを
   特徴とする請求項６記載の放電管用陰極の製造方法。 ９、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の陰極を有
   してなる陰極線管。