JPH03127427A - 電子管陰極 - 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〕 この発明は、受像管などの電子管に用いられる陰極に関
し、その電子放射特性の向上を図ったものである。

〔従来の技術〕

従来、受像管などの電子管に用いられる陰極には、ニッ
ケルを主成分とし、マグネシウム、シリコンなどの還元
性金属を微量含有した基体金属の面上に、Ｂａを含むア
ルカリ土類金属の酸化物層を被着形成した酸化物陰極が
多用されてきた。この酸化物陰極はアルカリ土類金属の
炭酸塩を熱分解して酸化物に変換せしめ、その後、還元
性金属と酸化物を反応させながら、上記酸化物から遊離
原子を生成し、この遊離原子を電子放射のドナー（源）
として電子放射をおこなわしめるようにしたものである
。

上記のように、複雑な手順を経る理由はＢａは電子放射
能ツノに優れているが、非常に活性であるため、空気中
の水分と反応して水酸化バリウムとなり、この水酸化バ
リウムから遊離バリウムを電子管内に生成することは困
難であるので、化学的に安定な炭酸塩を出発物質にせざ
るをえないからである。炭酸塩には、Ｂ　ａ　ＣＯｓの
ように単元のものと、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＣＯ３のよ
うな復元のものがあるが、ドナーを形成する活性化の基
本的な機構は上記いずれの塩の場合でも同じであるから
、以下、単元炭酸塩を例にとって、ドナーを形成する活
性化の基本的な機構を第３図にもとづいて詳細に説明す
る。

第３図は従来の酸化物陰極の一例を示す概略構造断面図
であって、同図において、陰極（１）は陰極筒（ｌａ）
と陰極帽体（ｌｂ）で構成され、陰極筒（１ａ）の内部
にはヒータ（２）が配装され、内部を加熱昇温できる構
造になっている。陰極帽体（ｌｂ）は上記陰極（１）の
基体金属の役割を担い、この陰極帽体（１ｂ）の表面上
には炭酸バリウムからなる電子放射物質層（３）が被着
形成されている。この電子放射物質層（３）はたとえば
、有機溶剤ｉ：　ｍ　解したニトロセルロース等の樹脂
溶液の中に炭酸バリウムを混合攪拌したものを陰極帽体
（ｌｂ）の面上に吹付け、電着あるいは塗布等の方法で
被着形成する。なお、ＯＩ）は上記陰極帽体（１ｂ）と
電子放射物質層（３）との界面である。

このように構成された酸化物陰極は、電子管内に組み込
まれ、電子管内を真空にするための排気工程でヒータ（
２）によって約１０００℃に加熱昇温されると、上記電
子放射物質層（３）の炭酸バリウムは次式（１）のよう
に熱分解され、酸化バリリウムに変換される。

ＢａＣＯ５→ＢａＯ＋　　Ｃｏｔ　−（Ｉ）上記の反応
によって生成した炭酸ガスは電子管外へ排出されるが、
これと同時にニトロセルロース等の樹脂も熱分解されて
ガス状となり、上記炭酸ガスとともに管外に排出される
。

しかし、上記（Ｉ）式による反応時に、従来の陰極では
、管内の一酸化炭素、酸素等の酸化性雰囲気のもとで、
陰極帽体（ｌｂ）の表面でニッケルとともに、還元反応
における重要な役割を担う還元性金属のＳｉやＭｇも同
時に酸化されるという欠点があった。

つぎに、上記（１）式の反応を経た電子放射物質層（３
）と陰極帽体（Ｉｂ）との界面は第４図に示すような状
態となっている。すなわち、第４図は陰極帽体（１ｂ）
と電子放射物質層（３）の界面ＯＤ近傍を詳細に説明す
るための部分拡大断面図であって、一般に酸化バリウム
は棒状の微小な結晶（８）が凝集して数ミクロン−数十
ミクロンの大きさの結晶粒（９）となり、これらの結晶
粒間に適度の間隙００を形成した多孔質の電子放射物質
層（３）を形成するように配慮されている。この電子放
射物質層（３）の酸化バリウムは陰極帽体（１ｂ）と接
触する界面００部分にて上記陰極帽体（１ｂ）に含まれ
る還元性金属のＳｉやＭｇと反応し、遊離バリウムとな
る。つまり、上記還元性金属は陰極帽体（１ｂ）　のニ
ッケルの結晶粒（６）の結晶粒界（７）間を拡散移動し
、上記界面αυ近傍で次式（ｎ）および（ＩＩＩ）に示
すような還元反応をおこなう。

２ＢａＯ＋Ｓｆ→２Ｂａ＋５ｉＯｚ　＋＋　（ＩＩ）Ｂ
ａＯ＋Ｍｇ−”Ｂａ＋ＭｇＯ・−−（Ｉ［）上記反応式
（ｎ）と（ＩＩＩ）から明らかなように、酸化バリウム
の還元反応の結果、得られる遊離バリウム（Ｂａ）が電
子放射のドナーとして作用する。

この際、次式（■）に示すような珪酸バリウム（Ｂａｔ
ＳｉＯａ　）の生成反応も同時におこる。

Ｓ　ｉｏｚ　＋２ＢａＯ→Ｂａｔ　　Ｓ　ｉｏｚ　−（
ＩＶ）以上説明したように、ドナーとなるＢａは電子放
射物質層（３）と陰極帽体（１ｂ）の接合面である界面
０υで生成され、電子放射物質層（３）の間隙０ωを移
動し、その表面に出て電子放射の役割を担うが、蒸発し
たり、あるいは電子管内の残留ガスであるＣ０１ＣＯｘ
　、　０２　　Ｈ２０等と反応して消滅するので、継続
的に、上記のような反応をおこなって、ドナーとなるＢ
ａを補給する必要があり、陰極の動作中、常時、上記の
還元反応が生じている。このドナーとなるＢａの補給と
消滅のバランスを取るために、この種の陰極は通常、約
８００°Ｃの高温で使用される。陰極を動作させている
間、上記式（Ｈ）と式（ＩＶ）におけるＳｉＯ２、Ｂａ
２５ｉｆｔ　等の反応生成物（Ｊ２が電子放射物質層（
３）と陰極帽体（１ｂ）の界面（Ｉｌｌにおいて生成さ
れ、上記界面０υや結晶粒界（７）に継続的に蓄積され
る。上記反応生成物α力が界面００部分に蓄積されると
、上記電子放射物質層（３）と上記陰極帽体（１ｂ〉は
その界面ＯＤにて接合する傾向を示し、結果的に、上記
反応生成物ａ′ＩＪはＳｉ等の通過する障壁（一般に中
間層といわれる）となるので、上記式（ｎ）および（Ｉ
ＩＩ）などの反応は次第に遅れ気味となり、ドナーとな
るＢａの生成が困難となる。また、上記中間層は高抵抗
値を有し、放射電子電流の円滑な流れが妨げられる。

このように、従来の電子管陰極においては、電子放射源
のドナーを形成するための炭酸塩の分解、還元の反応作
用中に還元性金属の酸化と反応生成物α力の蓄積が起こ
り、また、上記電子管陰極の動作中に陰極帽体（１ｂ）
と電子放射物質層（３）の界面０υ近傍、特に、陰極帽
体（Ｉｂ）表面近傍のニッケル結晶粒界（７）に反応生
成物ａｚが蓄積されてＳｉ等の通過障害となる中間層が
形成され、この中間層は高抵抗値を有するので、放射電
子電流の流れを妨げ、電子放射物質層（３）への還元性
金属の拡散補給も次第に妨げられることになり、高電流
密度下の十分な電子放射特性が長時間にわたって得られ
ない。

上記のような問題を解決する提案として特開昭６１−２
７１７３２号（以下、先行技術という）が提案されてい
るが、この技術は上記電子放射物質層に酸化スカンジウ
ム粉末を分散含有させ、この酸化スカンジウムによるＢ
ａｚＳｘ０４等の反応生成物に対する解離作用によって
、上記中間層を脆弱破壊し、結果的に、上記Ｓｉ等の還
元性金属が結晶粒界（７）を通過しやすいようにするこ
とにより、上記（ＩＩ）および（ＩＩＩ）式などの反応
を促進せしめ、ドナーとなるＢａが生成しやすいように
したものである。

〔発明が解決しようとする課題ゴ 上記先行技術にかかる酸化スカンジウム分散型陰極によ
れば、ドナーとなるＢａの生成を促進して電子放射特性
の向上をはかることができるが、電子放射物質層の密度
が高いので、受像管の動作のオンオフ時に電子放射物質
層と陰極帽体の熱膨張係数の差から受ける応力が大きく
なって、上記陰極帽体との界面上から電子放射物質層が
局部的に水ぶくれ状に浮上がったり、ひどい場合には剥
離脱落したりするという問題があった。この電子放射物
質層の浮上がり現象を第２図にもとづいて説明する。す
なわち、第２図は、寿命試験後の陰極の電子放射物質層
を丁寧に剥がした後の陰極帽体の表面を模式的に示した
正面図であって、同図において、周辺部（Ａ）は上記反
応生成物（２）である珪酸バリウムに相当する部分を示
し、中央部（Ｂ’）はニッケル部分を示しており、上記
珪酸バリウムおよびニッケルはＸ線回折によっても確認
できた。

このような現象は、周辺部（Ａ）では陰極帽体の基体金
属と電子放射物質層とがその界面で上記（ＩＶ）式の反
応が起こったことを示し、中央部（Ｂ）では基体金属が
電子放射物質層と接することなく、したがって、これら
両者間で反応がなかったものを示している。つまり、上
記中央部にて電子放射物質層が局部的にて浮上がってい
たものと推定される。

この発明は上述の問題に鑑みて発明されたものであって
、陰極帽体との界面からの電子放射物質層の浮上がりゃ
剥離脱落のない電子管陰極を提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

この発明にかかる電子管陰極は、ニッケル基体金属の面
上に、バリウムを含むアルカリ土類金属酸化物に酸化ス
カンジウムを分散させた電子放射物質層が被着形成され
た陰極において、上記電子放射物質層の塗布密度を２■
／　ａｍ　”以下に構成したことを特徴とする。

〔作用〕

この発明によれば、電子放射物質層の塗布密度を２■／
鴫３以下に構成したので、上記電子放射物質層は粗の多
孔質構造となって、電子管放射物質層と基体金属の熱膨
張係数の差から受ける応力が小さくなり、上記基体金属
の面上からの上記電子放射物質層の浮上がり現象や剥離
脱落現象が抑制されるものと考えられ、信頼性の高い電
子管陰極を得ることができる。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面によって説明する。

第１図は、この発明の電子管陰極の一実施例を示す概略
構造断面図であり、同図において、第３図で示す従来例
と同一の構成には同一の符号を付して、それらの詳しい
説明を省略する。

第１図において、（３０）は電子放射物質層であって、
陰極帽体（１ｂ）の面上に被着形成されている。この電
子放射物質層（３０）は少なくともＢａを含有するとと
もに、他にＳｒあるいはＣａを含むアルカリ土類金属 分とし、０．１〜２０重量％の酸化スカンジウムを’Ａ
敗させたものである。

上記のように構成される電子管陰極の電子放射物質層の
形成方法は、従来のものと同様であってよく、たとえば
、有機溶剤に溶解したニトロセルロースの溶液に炭酸バ
リウムと酸化スカンジウムを所望の重量％（上記の三元
炭酸塩が酸化物となるとして求めた重量％）混合して懸
濁液とし、ボウルミル等の方法によって粉砕粒度調節を
おこなって、吹付は法によって被着形成する。この吹付
は法以外に、電着あるいは塗布等の方法によってよく、
形成方法に別設制約はないが、多孔質の層膜に形成する
ことが良好な電子放射性能を得るために重要であり、望
ましくは、吹付は法を用いる。

つぎに、陰極帽体の基体金属の面上に塗布する電子放射
物質層の塗布密度を種々に設定した陰極を製造して受像
管に組込み、動作試験をおこなった。なお、上記電子放
射物質層の膜厚は約１００　　ミクロンとした。

上記の動作試験を開始してから２０００時間を経過した
後、陰極と制御電極間隔で規定されるカットオフ電圧を
測定したところ、つぎに示すような結果が得られた。

すなわち、（ａｌ塗布密度が２■／ＩＩＩＩｌ１３　を
越えた陰極群では、電子放射物質層が浮上がった兆候と
みられるカットオフ電圧の異常値を示すものがあった。

ここで、上記異常値を示した試験受像管を破壊し、陰極
を取出して電子放射物質層を観察すると、放射電子電流
を取出している部分に電子放射物質層の浮上がりが存在
した。（ｂｌ塗布密度が１．６■／　ｍｍ　３以Ｆのも
のは、カットオフ電圧の異常が発生は全くみられなかっ
た。

Ｉｃ）塗布密度が０．８■／ＩＩＩＩＩ１３　　ものは
、電子放射電流も安定し、最も望ましいものであった。

以上の（ａｌ〜（Ｃｌに示す結果から明らかなように、
電子放射物質層（３》の塗布密度は２■／ｆｆｉＩ１３
以下に構成することが好ましく、カットオフ電圧の異常
が発生する理由はつぎのように考えられる。

すなわち、陰極は動作中にも前述の（ＩＶ）式で示され
る反応が起こっており、反応生成物α力である珪酸バリ
ウム（ＢａｚＳｊ０４）は次式（ｖ）および（■）の反
応によって、酸化スカンジウム（ＳＣｔＯｉ　）とニッ
ケルを介して分解される。

ＳｃｔＯｉ　　＋１０Ｎｉ→２ＳｃＮｉｓ　　＋　３　
０　　−　（Ｖ）９８ａｚＳｉＯ＜　＋　１６８ＣＮＩ
ｓ　＝４ＢａｓＳｃ４０ｌｌ＋６８ａ　　＋９Ｓｉ　　
＋８０Ｎｉ−　（ＶＩ）上記式（Ｖ）および（ＶＴ）に
よる反応によって、電子放射物質層（３）と陰極帽体（
１ｂ）の界面０９部分において反応生成物ａ′ｉＪが形
成されなくなるので、上記電子放射物質層（３）と陰極
帽体（１ｂ）の接合作用が弱くなる。

また、上記実施例における陰極における電子放射物質層
（３）では、その密度が２■／　ｍｍ　’以下と低いの
で、この電子放射物質層｛３｝が粗の多孔質状となり、
柔軟性も高く、電子放射物質層と陰極帽体の熱膨張係数
の差から受ける応力が小さくなることから、陰極帽体（
１ｂ）の面上からの上記電子放射物質層の浮上がり現象
も起こらない。また、珪酸バリウム等の反応生成物０′
ＩＪが電子放射物質層（３）と陰極帽体（１ｂ）との界
面αυや結晶粒界（７）に蓄積されても、電子放射物質
層（３）に分散含有した酸化スカンジウムによる解離作
用によってすみやかに脆弱破壊されるので、Ｓｉ等の還
元性金属の通る間隙は確保され、電子放射のドナーとな
るＢａの生成が促進される。

このように、上記実施例による電子管陰極によれば、動
作時になんらのトラブルの発生なく使用でき、高抵抗値
の中間層となる反応生成物が形成されにくいので、電子
放射電流を妨げることなく、高い電流密度で使用するこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明にかかる電子管陰極は、
長期間動作させても電子放射物質層の浮上がりゃ剥離脱
落がなく、陰極帽体と電子放射物質層との界面近傍で中
間層が形成されることもないので、電子放射のドナーと
なるＢａの生成が促進され、かつ電子放射電流の流れが
妨げることもなく、高い電流密度で使用することができ
、常に安定した電子放射性能が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の電子管陰極の一実施例を示す概略構
造断面図、第２図は電子放射物質の一部が浮き上がった
陰極の陰極帽体の表面を模式的に示す拡大正面図、第３
図は従来の酸化物陰極の一実施例を示す概略構造断面図
、第４図は基体金属と電子放射物質層との界面近傍を詳
細に説明するための部分拡大断面図である。 （１，１・・・陰極、（１ａ）・・・陰極筒、（１ｂ）
・・・陰極帽体、０９・・・電子放射物質層。 なお、 各図中、 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）ニッケル基体金属の面上に、バリウムを含むアル
   カリ土類金属酸化物に酸化スカンジウムを分散させた電
   子放射物質層が被着形成されてなる陰極において、上記
   電子放射物質層の塗布密度が２ｍｇ／ｍｍ＾３以下に構
   成されたことを特徴とする電子管陰極。