JPH04220924A - 電子管用陰極 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はブラウン管などに使用さ
れる電子管用陰極に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、たとえば特公昭６４−５４１７
号公報に開示された従来のテレビジョン受像機用ブラウ
ン管や撮像管に用いられている電子管用陰極の一部拡大
断面図である。図４において、（１）はシリコン（Ｓｉ
）、マグネシウム（Ｍｇ）などの還元性元素を微量含有
し、主成分がニッケル（Ｎｉ）の一端が閉塞された帽状
の基体金属であり、略円筒状のスリーブ（４）の一端に
溶接固定されている。（２）は基体金属（１）　の一端
が閉塞された頂部上面に被覆形成された電子放射物質層
である。この電子放射物質層（２）は、バリウム（Ｂａ
）を含み、他にストロンチウム（Ｓｒ）およびカルシウ
ム（Ｃａ）を含む３元のアルカリ土類金属酸化物（２１
）の中に酸化スカンジウムなどの希土類金属酸化物（２
２）を分散させた構成である。（３）は前記スリーブ（
４）内に配設されたヒータであり、このヒータ（３）を
加熱することによって基体金属（１）が加熱され、電子
放射物質層（２）から熱電子が放出せしめられる。

【０００３】つぎに、このように構成された電子管用陰
極における、基体金属（１）への電子放射物質層（２）
の被着形成方法について説明する。

【０００４】まず、バリウム、ストロンチウム、カルシ
ウムの３元炭酸塩と所定量の酸化スカンジウムとをバイ
ンダーであるニトロセルロースおよび有機溶剤である酢
酸ブチルとともに混合して懸濁液を調製し、この懸濁液
を基体金属（１）の頂部にスプレイ法などにより塗布し
て電子放射物質層（２）となる膜を形成する。ついでこ
の陰極を電子銃に組み込み、ブラウン管の排気工程中に
ヒータ（３）によって加熱する。このとき、３元炭酸塩
は熱分解によりアルカリ土類金属酸化物（２１）に変化
する。排気工程ののち、さらに高温で加熱して活性化を
行なう。このとき、アルカリ土類金属酸化物（２１）の
一部が還元されて電子放射物質層（２）が半導体的性質
を有するようになり、基体金属（１）上にアルカリ土類
金属酸化物（２１）と希土類金属酸化物（２２）との混
合物からなる電子放射物質層（２）が形成される。

【０００５】この活性化工程において、アルカリ土類金
属酸化物（２１）の一部はつぎのように反応する。すな
わち、基体金属（１）中に含有されるシリコン、マグネ
シウムなどの還元性元素は拡散によってアルカリ土類金
属酸化物（２１）と基体金属（１）の界面に移動し、ア
ルカリ土類金属酸化物（２１）と反応する。たとえば、
アルカリ土類金属酸化物（２１）として酸化バリウム（
ＢａＯ）を例にあげると次式（Ｉ）、（ＩＩ）のように
反応する。

【０００６】 　　　　４ＢａＯ＋Ｓｉ　　→　　２Ｂａ＋Ｂａ２Ｓｉ
Ｏ４　　　　　　　　　　　　　　　　　　（Ｉ）　　
　　ＢａＯ＋Ｍｇ　　→　　Ｂａ＋ＭｇＯ　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（ＩＩ
） この反応の結果、基体金属（１）上に被着形成されてい
るアルカリ土類金属酸化物（２１）の一部が還元されて
、酸素欠乏型の半導体となり、電子放射が容易となる。 電子放射物質層（２）に希土類金属酸化物（２２）が含
まれないばあいは、陰極温度が７００　〜　８００℃の
動作温度で０．５　〜０．８Ａ／ｃｍ２の電流密度動作
が可能である。一方、電子放射物質層（２）に酸化スカ
ンジウムなどの希土類金属酸化物（２２）が含まれるば
あいには、同じ動作温度で１．３２〜２．６４　Ａ／ｃ
ｍ２の高電流密度動作が可能となる。

【０００７】このように希土類金属酸化物が含まれない
ばあいの動作可能な電流密度が小さいのは、一般に酸化
物陰極のばあい、電子放出能力は酸化物中の過剰Ｂａの
存在量に依存するので、希土類金属酸化物（２２）が含
まれないばあい高電流密度動作に必要な充分な過剰Ｂａ
の供給が行なわれず、動作可能な最大電流密度が制約さ
れるからである。すなわち、前記反応時に生成される副
生成物で中間層と呼ばれるバリウムシリケイト（Ｂａ２
ＳｉＯ２）や酸化マグネシウム（ＭｇＯ）が基体金属（
１）　のニッケルの結晶粒界や基体金属（１）と電子放
射物質層（２）との界面に集中的に形成されるため、こ
の中間層の影響によってマグネシウムおよびシリコンの
拡散速度が抑制され、それに起因して過剰Ｂａの供給が
不足するのである。一方、電子放射物質層（２）に希土
類金属酸化物（２２）が含まれるばあいは、酸化スカン
ジウムのばあいを例にとると、陰極動作時の基体金属（
１）と電子放射物質層（２）との界面では基体金属（１
）中を拡散移動してきた還元剤の一部と酸化スンカジウ
ムとが次式（ＩＩＩ）のように反応して少量の金属状の
スカンジウムを生成し、金属状のスカンジウムの一部が
基体金属（１）のニッケル中に固溶し、一部は前記界面
に存在する。

【０００８】 　　１／２Ｓｃ２Ｏ３＋３／２Ｍｇ　　→　　Ｓｃ＋３
／２ＭｇＯ　　　　　　　　（ＩＩＩ） この金属状のスカンジウムは基体金属（１）　上または
基体金属（１）　のニッケルの結晶粒界に形成された前
記中間層を次式（ＩＶ）のように分解する作用を有する
ので、過剰Ｂａの供給が改善され、希土類金属酸化物（
２２）が含まれないばあいよりも高電流密度動作が可能
になると考えられている。

【０００９】 　　１／２Ｂａ２ＳｉＯ４＋４／３Ｓｃ　　→　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　Ｂａ＋１／２Ｓｉ＋
２／３Ｓｃ２Ｏ３　　　　　　　　（ＩＶ）

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
電子管用陰極においては、希土類金属酸化物が過剰Ｂａ
の供給に寄与するものの、過剰Ｂａの供給速度は基体金
属であるニッケル中に存在する微量の還元剤の拡散速度
に律速され、２Ａ／ｃｍ２以上の高電流密度動作では寿
命特性が低下するという問題を有している。

【００１１】また、希土類金属酸化物は、前述のように
中間層を分解する作用があるため、基体金属の表面にバ
リウムシリケートなどの中間層物質が生成することを抑
制するという効果を有する反面、長時間の動作中に電子
放射物質層の基体金属に対する接着性を弱めるので動作
中に電子放射物質層が基体金属から剥離して浮き上がっ
てしまうという問題もある。したがって、陰極に対向し
て配設してある第１グリッドとの間隔が変動するため、
カットオフ電圧が変動して画面の明るさが徐々に変動し
たり、またカラーブラウン管のばあいは、色調が長時間
の動作中に変動するなどの問題がある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、主成分がニッ
ケルであり、少なくとも１種の還元剤を含む基体金属上
に、タングステン粉末層を設け、その上に少なくともバ
リウムを含むアルカリ土類金属酸化物と希土類金属酸化
物とからなる電子放射物質層を被着形成した電子管用陰
極に関する。

【００１３】

【作用】本発明では、タングステン粉末層が過剰Ｂａの
供給に寄与するため、２Ａ／ｃｍ２以上の高電流密度動
作における寿命特性を改善しうる。

【００１４】さらに、タングステン粉末層は、長時間の
動作中における電子放射物質層が基体金属から剥離しや
すいという欠点を解消でき、陰極の信頼性を大幅に向上
させる。

【００１５】

【実施例】本発明では、主成分がニッケルであり、少な
くとも１種、通常２〜４種の還元剤を含有してなる基体
金属が用いられる。

【００１６】前記還元剤としては、たとえばシリコン、
マグネシウム、ジルコニウム、タングステンなどがあげ
られる。

【００１７】基体金属は、還元剤の割合が通常０．０１
〜３％（重量％、以下同様）のものが用いられる。

【００１８】前記基体金属上には、タングステン粉末層
が設けられている。

【００１９】前記タングステン粉末の粒径は、作業性の
点から０．５　〜１．０μｍであるのが好ましい。タン
グステン粉末層の厚さは０．５〜５μｍが好ましく、２
〜３μｍであるのがさらに好ましい。厚さが０．５μｍ
未満ではコーティングが均一になりにくくなる傾向があ
り、５μｍをこえると基体金属と電子放射物質との反応
が遅くなる傾向がある。

【００２０】本発明の電子管用陰極は、前記タングステ
ン粉末層上に少なくともバリウムを含むアルカリ土類金
属酸化物と希土類金属酸化物とからなる電子放射物質層
が被着形成されている。

【００２１】前記アルカリ土類金属酸化物には、バリウ
ムの他、ストロンチウム、カルシウムなどが含まれてい
る。

【００２２】前記希土類金属酸化物は、前記アルカリ土
類金属酸化物中に分散せしめられている成分であり、そ
の具体例としては、たとえば酸化スカンジウム、酸化イ
ットリウムなどがあげられる。

【００２３】電子放射物質層中のアルカリ土類金属酸化
物の割合は９０〜９９％が好ましく、希土類金属酸化物
の割合は１〜１０％が好ましい。

【００２４】電子放射物質層の厚さは、６０〜１００μ
ｍ程度であるのが好ましい。

【００２５】つぎに本発明の電子管用陰極の製法の一例
を説明する。

【００２６】まず基体金属をスリーブに溶接したのち、
洗浄、水素処理などの熱処理を施して表面の汚れや酸化
層を除去する。

【００２７】つぎに、タングステン粉末と硝化綿などの
バインダーと酢酸ブチルなどの有機溶媒とを２４〜４８
時間程度、ボールミルなどで均一に混合し、スプレイ法
などにより基体金属上に塗布したのち、熱処理を行なう
ことにより、基体金属上にタングステン粉末層を設ける
。前記バインダー、有機溶媒の使用割合にとくに限定は
ない。前記熱処理は、タングステン粉末の表面層の酸化
層を除去する目的およびバインダーの分解の点から水素
雰囲気中または１０−５Ｔｏｒｒ程度以下の真空雰囲気
中で行なうのが好ましい。処理温度は８００〜１０００
　℃、処理時間は１０〜３０分間であるのが好ましい。

【００２８】つぎに、前記タングステン粉末層上に、ア
ルカリ土類金属炭酸塩の粉末と希土類金属酸化物の粉末
とを酢酸ブチルや硝化綿などと混合して調製した懸濁液
をスプレイ法などにより塗布することにより、本発明の
電子管用陰極が製造される。以上のような本発明の電子
管用陰極は、高解像度を実現するために細い電子ビーム
を取り出すデイスプレイ用ブラウン管、大電流を流して
高輝度化を図る投射型ブラウン管や大型ブラウン管、さ
らには大電流が要求される進行波管などの電力管にも好
適である。

【００２９】つぎに本発明の一実施例を図１に基づいて
さらに具体的に説明する。

【００３０】図１において、（１）は一端が閉塞された
帽状の基体金属であり、略円筒状のスリーブ（４）の一
端に固定されている。（５）は基体金属（１）の一端が
閉塞された頂部上面に被着形成されたタングステン粉末
層であり、さらにその上に電子放射物質層（２）が被覆
形成されている。電子放射物質層（２）ではアルカリ土
類金属酸化物（２１）の中に希土類金属酸化物（２２）
が分散せしめられている。（３）はスリーブ（４）内に
挿入配設されて基体金属（１）を加熱するためのヒータ
であり、ヒータ（３）を加熱することによって電子放射
物質層（２）から熱電子が放出せしめられる。実施例１
および比較例１まず、主成分がニッケルで、微量のマグ
ネシウム（０．０５％）、シリコン（０．０５％）から
なる基体金属（１）をスリーブ（４）に溶接したのち、
洗浄、１０００℃×５分の水素処理を行なって表面の汚
れ、酸化層を除去した。

【００３１】つぎに粒径が０．５　〜　１．０μｍのタ
ングステン粉末１００ｇをバインダーである硝化綿５ｇ
および有機溶媒である酢酸ブチル溶液５００ｍｌと一緒
にして２４時間ボールミルで混合した。えられた混合物
を通常のスプレイ方法によって乾燥後の厚さが約２μｍ
になるように基体金属（１）上に塗布したのち、自然乾
燥を行ない、タングステン粉末層（５）を成形した。

【００３２】つぎに、酸化スカンジウムとアルカリ土類
金属炭酸塩とを酢酸ブチルおよび硝化綿と混合した。え
られた混合液をスプレイ法によって乾燥後の厚さが約８
０μｍになるようにタングステン粉末層（５）上に塗布
して乾燥した。このようにして酸化スカンジウムをアル
カリ土類金属酸化物に重量比で約３％分散させた電子放
射物質層（２）を形成した。

【００３３】えられた電子管用陰極をブラウン管用の電
子銃に組み込み、ヒータ電圧を定格６．３Ｖとし、陰極
からの取り出し電流を２Ａ／ｃｍ２として１４インチの
デイスプレイ用ブラウン管で寿命試験を実施した。結果
を図２に示す。図２において、横軸は寿命試験時間、縦
軸はカソード電流値であり、初期値を１００とした相対
値で示している。

【００３４】また比較例としてタングステン粉末層を有
さない従来の電子管用陰極を同様に評価した。

【００３５】図２から、本発明の電子管用陰極のカソー
ド電流の劣化が従来のものと比較して少ないことがわか
る。

【００３６】このように本発明の電子管用陰極の寿命特
性が良好な要因は、以下のように推測される。

【００３７】過剰Ｂａは基体金属（１）に含有される還
元性不純物の作用によって前記式（Ｉ）、（ＩＩ）に示
したようにして生成される。さらにそれに加えて、タン
グステン粉末層（５）は、式（Ｖ）： 　　　　２ＢａＯ＋１／３Ｗ　　→　　Ｂａ＋１／３Ｂ
ａ３ＷＯ６　　　　　　　　　　　　　（Ｖ） のように反応して過剰Ｂａの生成に寄与する。このよう
に、過剰Ｂａの生成が従来のものに比較して多いため高
電流密度動作においても負荷が低減され、寿命特性が良
好に推移するものと考えられる。

【００３８】また、実施例１の電子管用陰極にはタング
ステン粉末層が設けられているので電子放射物質層の基
体金属への接着性が改善され、長期間動作させても電子
放射物質層の局部的な浮き上がりを防止することができ
た。図３はカットオフ電圧の変動を示すグラフであり、
電子放射物質層（２）の浮き上がりが低減されてカット
オフ電圧が従来のものに比較して安定であることがわか
る。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明の電子管用陰極は
、希土類金属酸化物を含む電子放射物質層と基体金属と
の間にタングステン粉末層が形成されているため、過剰
Ｂａの生成が促進され、高電流密度動作が可能となる。 さらに、タングステン粉末層が電子放射物質層と基体金
属との接合性を改善するため、長時間にわたって安定し
た高電流密度動作が可能となる。したがって、従来の電
子管用陰極では問題のあった高輝度、高精細ブラウン管
への適用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子管用陰極の部分拡大断面図である
。

【図２】カソード電流の経時変化を示すグラフである。

【図３】カットオフ電圧の変動を示すグラフである。

【図４】従来の電子管用陰極の部分拡大断面図である。

【符号の説明】

１　　　　基体金属 ２　　　　電子放射物質層 ３　　　　ヒータ ４　　　　スリーブ ５　　　　タングステン粉末層 ２１　　　　アルカリ土類金属酸化物 ２２　　　　希土類金属酸化物

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　主成分がニッケルであり、少なくとも
   １種の還元剤を含む基体金属上に、タングステン粉末層
   を設け、その上に少なくともバリウムを含むアルカリ土
   類金属酸化物と希土類金属酸化物とからなる電子放射物
   質層を被着形成した電子管用陰極。