JPH07220618A - 含浸形カソ−ド構体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 初期電流特性だけでなく、高密度電流下で長
時間使用したとしても、安定で良好な電子放出特性と高
い信頼性を持った含浸形カソ−ド構体の提供。 【構成】 酸化バリウム（ＢａＯ）を含有した多元酸化
物からなる電子放出物質１２Ｂを含浸させた高融点金属
多孔質基体１２Ａと、高融点金属多孔質基体１２Ａの電
子放出面上に被着されたルテニウム（Ｒｕ）、オスミウ
ム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、タングステン（Ｗ）
のグル−プの中から選ばれた少なくとも２種以上の金属
からなる合金被覆膜１２Ｃとを備えたカソ−ドペレット
１２、及び、高融点金属スリ−ブ１５に内包されたカソ
ードペレット加熱用ヒ−タ１９を有する含浸形カソ−ド
構体において、カソ−ドペレット１２の電子放出面上に
被着された合金覆被膜１２Ｃ中に含まれるカリウム
（Ｋ）の総含有量を０．５重量％以内にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、含浸形カソ−ド構体及
びその製造方法に係わり、特に、投写型ブラウン管やテ
レビジョン用カラ−ブラウン管等のような高輝度、高性
能、高信頼性を有する陰極線管に用いられる含浸形カソ
−ド構体及び前記含浸形カソ−ド構体を用いた陰極線
管、更にはその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、陰極線管、特に、高輝度で、高
精細な画像を表示させる高性能投写型ブラウン管やテレ
ビジョン用の大型カラ−ブラウン管においては、使用開
始当初は勿論のこと長期間経過しても、高輝度の表示画
像が安定して得られることが要求されている。このよう
な要求に対し、近年、陰極線管においては、各部に種々
の改良が施されるようになり、とりわけ、電子線流を発
生させるカソードについては、１０Ａ／ｃｍ²前後の高
密度電流を流すことが可能で、かつ、長寿命高信頼特性
を持った含浸形カソ−ド構体が注目を集めている。

【０００３】ところで、この含浸形カソ−ド構体は、酸
化バリウム（ＢａＯ）を含有した多元酸化物からなる電
子放出物質を含浸させた高融点金属多孔質基体（これ
は、タングステン（Ｗ）等からなる）と、前記高融点金
属多孔質基体の電子放出面上にルテニウム（Ｒｕ）、オ
スミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、タングステン
（Ｗ）からなるグル−プの中から選ばれた１種ないしは
２種以上の金属と前記基体から熱拡散により得られた金
属とからなる合金被覆膜とを備えてなるカソ−ドペレッ
ト、及び、高融点金属スリ−ブに内包され、前記カソー
ドペレットを加熱するためのヒ−タとを有する構造のも
ので、陰極線管の使用時においては、前記カソ−ドペレ
ットを少なくとも約１０００℃程度の高温状態に保持さ
せるようにしている。ここにおいて、前記カソ−ドペレ
ットをこのような高温状態に保持させる理由は、１つ
に、酸化バリウム（ＢａＯ）を含有した多元酸化物から
なる電子放出物質と、高融点金属多孔質基体を構成する
高融点金属との反応を促進させ、遊離バリウム原子（Ｂ
ａ）の生成をスム−ズに行わせるためであり、もう１つ
は、前記カソ−ドペレットの電子放出面の前記合金被覆
膜上に十分な量の遊離バリウム原子（Ｂａ）を、常時、
下地になる高融点金属多孔質基体から拡散、供給させる
ためである。このようにして得られ、かつ、供給された
遊離バリウム原子（Ｂａ）は、前記カソ−ドペレットの
前記合金被覆膜の表面にバリウム（Ｂａ）の単分子層を
形成するようになり、それにより安定な高電流特性が得
られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】かかる構成を有する含
浸形カソ−ド構体は、本来、安定した高電流特性が得ら
れ、かつ、長時間にわたって安定動作が可能な筈である
にも係わらず、既知の含浸形カソ−ド構体の中には、実
際に、初期の電流特性が不安定になったり、短時間で電
子放出寿命終止となるものもあったりして、種々の不合
理の原因となっている。このような含浸形カソ−ド構体
を用いた陰極線管は、当然に、画像表示特性が不安定に
なったり、信頼性に欠ける等の付加的な不合理を伴うよ
うになる。

【０００５】かかる不合理が発生する原因について、こ
れまで考えられていたものは、１０Ａ／ｃｍ²前後の高
密度電流を得るために、含浸形カソ−ド構体を約１００
０℃程度の高温に加熱しているが、このときの加熱温度
が変動することにより、電子放出物質自体の蒸発が著し
く変動し、この変動に伴って電子放出物質の枯渇到達時
間の変動を生じることが原因であると見られていた。

【０００６】しかしながら、前記不合理が発生する原因
について、本発明者等が各種の実験及び研究をしたとこ
ろ、１つには短時間に寿命終止となった不合理カソ−ド
ペレットを厚み方向に破断し、同破断面をＸ線分光分析
機等にかけて調査すると、充分な量の電子放出物質が確
認されること、２つには前記カソ−ドペレットの電子放
出面上に被着された合金被覆膜中に含まれるカリウム
（Ｋ）の量が、前記バリウム（Ｂａ）の単分子層に悪影
響を及ぼしていることが判明した。そして、前記カリウ
ム（Ｋ）の量が前記バリウム（Ｂａ）の単分子層に悪影
響を及ぼすようになると、含浸形カソ−ド構体の初期電
流特性までも不安定になるものもあることが判った。

【０００７】このように、既知の含浸形カソ−ド構体
は、カソ−ドペレットの電子放出面に被着された合金被
覆膜中のカリウム（Ｋ）含有量に何等の注意が払われて
いなかったために、前記合金被膜中のカリウム（Ｋ）が
前記バリウム（Ｂａ）の単分子層に悪影響を及ぼすこと
があり、前記含浸形カソ−ド構体は、初期電流特性が不
安定になることがある等の理由によって、必ずしも、高
い信頼性を得ることができない等の問題を有するもので
あった。

【０００８】本発明は、前記問題点を除去するものであ
って、その目的は、初期電流特性だけでなく、高密度電
流下で長時間使用したとしても、安定で良好な電子放出
特性と高い信頼性を持った含浸形カソ−ド構体、それを
用いた陰極線管、及びその製造方法を提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的の達成のため
に、本発明は、酸化バリウム（ＢａＯ）を含有した多元
酸化物からなる電子放出物質を含浸させた高融点金属多
孔質基体と、前記高融点金属多孔質基体の電子放出面上
に被着されたルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏ
ｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、タングステン（Ｗ）のグル
−プの中から選ばれた少なくとも２種以上の金属からな
る合金被覆膜とを備えたカソ−ドペレット、及び、高融
点金属スリ−ブに内包された前記カソードペレット加熱
用ヒ−タを有する含浸形カソ−ド構体において、前記カ
ソ−ドペレットの電子放出面上に被着された前記合金被
覆膜中に含まれるカリウム（Ｋ）の総含有量を０．５重
量％以内にした第１の手段を具備する。

【００１０】また、前記目的の達成のために、本発明
は、カソ−ドペレットの電子放出面上に被着された合金
被覆膜中に含まれるカリウム（Ｋ）の総含有量が０．５
重量％以内の含浸形カソ−ド構体の製造方法であって、 １．タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケ
ル（Ｎｉ）の金属群の中から選ばれたいずれか１種もし
くは２種以上の高融点金属の粉末をバインダーを用いプ
レスした後に高温焼成し、焼成し放しの表面を有する円
筒状の多孔質基体を作成する工程、 ２．酸化バリウム（ＢａＯ）を含有した多元酸化物から
なる電子放出物質を高温の還元及び不活性ガス内で溶融
し、この溶融電子放出物質を前記多孔質基体の空孔部に
含浸させてカソードペレットを作成する工程、 ３．有底金属カップと、有底スリーブと、高融点金属製
支持線とを溶融接着させ、カソードペレット支持部を形
成する工程、 ４．カソードペレット支持部の有底金属カップ内にカソ
ードペレットを収容装着させる工程、 ５．ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジ
ウム（Ｉｒ）、タングステン（Ｗ）のグル−プの中から
選ばれた１種ないしは２種以上の金属の粉末を個別に真
空容器内に保持させ、その中にアルゴン（Ａｒ）ガス等
の不活性ガスを導入する工程、 ６．前記アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガスを導入し
た状態で前記金属の粉末をアーク溶解し、それぞれのボ
タン状の高純度金属塊を形成する工程、 ７．これら高純度金属塊の中で１種ないしは２種以上の
前記塊を高真空中で高温溶融処理し、単層ないしは２種
以上の重層を前記カソードペレットの電子放出面上に被
着させ、被覆膜を作成する工程、 ８．これら被覆膜を高真空中で高温処理し、前記高融点
基体金属の拡散を促して、前記カソードペレットの電子
放出面上に合金被覆膜を形成する工程、からなる第２の
手段を具備する。

【００１１】

【作用】前記第１の手段によれば、カソ−ドペレットの
電子放出面上に被着された合金被覆膜中に含まれるカリ
ウム（Ｋ）の総含有量が０．５重量％以内になるように
選択構成しているので、合金被覆膜中のカリウム（Ｋ）
がカソ−ドペレットの表面に形成されるバリウム（Ｂ
ａ）の単分子層に悪影響を及ぼすことがなくなるか、も
しくは、悪影響を及ぼしたとしてもほんの僅かになるの
で、バリウム（Ｂａ）の単分子層の機能には何等影響を
与えることがなくなり、安定な高電流特性と高い信頼性
とを合わせ持った含浸形カソ−ド構体を得ることができ
る。また、このような特性を有する含浸形カソ−ド構体
を用いた陰極線管は、高輝度の表示画像を安定継続的に
発生させることができ、高信頼性を得ることができる。

【００１２】また、前記第２の手段によれば、カソード
ペレットの電子放出面上に被着した合金被覆膜を得る場
合、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジ
ウム（Ｉｒ）、タングステン（Ｗ）のグル−プの中から
選ばれた１種ないしは２種以上の金属の粉末を個別に真
空容器内に保持させ、その中にアルゴン（Ａｒ）ガスを
導入する工程、その後の前記アルゴン（Ａｒ）ガス等の
不活性ガスを導入した状態で前記金属の粉末を各々にア
ーク溶解し、それぞれのボタン状の高純度金属塊を形成
する工程を導入させているので、前記２種以上の金属の
粉末をアーク溶解する過程において、前記２種以上の金
属内に含まれるカリウム（Ｋ）を揮発除去させることに
よって充分に低減させることができ、それによってカソ
−ドペレットの電子放出面上に被覆された合金被膜中に
含まれるカリウム（Ｋ）の総含有量を０．５重量％以内
になるように選択構成させることが可能になる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。

【００１４】図１は、本発明に係わる含浸形カソ−ド構
体を用いたカラー陰極線管の一実施例の構成の概要を示
す断面構成図である。

【００１５】図１において、１はパネル部、２はファン
ネル部、３はネック部、４は螢光体スクリーン、５はシ
ャドウマスク、６は磁気シールド、７は偏向ヨーク、８
はピュリテイ調整マグネット、９はセンタービームスタ
ティックコンバーゼンス調整用マグネット、１０はサイ
ドビームスタティックコンバーゼンス調整用マグネッ
ト、１１は本発明に係わる含浸形カソ−ド構体を用いた
電子銃、１１Ａは電子ビームである。

【００１６】そして、カラー陰極線管を構成する管体
は、前側に配置されたパネル部１と、電子銃１１を収納
しているネック部３と、パネル部１及びネック部３の中
間に配置されたファンネル部２からなっている。パネル
部１は、前面の内側に螢光体スクリーン４が配置形成さ
れ、この螢光体スクリーン４に対向してシャドウマスク
５が配置される。パネル部１とファンネル部２の結合部
分の内側に磁気シールド６が配置され、ファンネル部２
とネック部３の結合部分の外側に偏向ヨーク７が設けら
れる。ネック部３の外側に、ピュリテイ調整マグネット
８、センタービームスタティックコンバーゼンス調整用
マグネット９、サイドビームスタティックコンバーゼン
ス調整用マグネット１０が並設配置され、電子銃１１か
ら投射された３本の電子ビーム１１Ａは、偏向ヨーク７
で所定方向に偏向された後、シャドウマスク５を通して
螢光体スクリーン４に選択的に到達するように構成され
ている。

【００１７】この場合、前記構成によるカラー陰極線管
における画像表示動作は、既知のカラー陰極線管におけ
る画像表示動作と同じであるので、このカラー陰極線管
における画像表示動作についての説明は、省略する。

【００１８】続いて、図２は、図１に図示のカラー陰極
線管の一部を拡大して示した断面構成図であって、
（ａ）は電子銃１１の部分を拡大して示した断面構成図
であり、（ｂ）は、カソード構体の部分をさらに拡大し
て示した断面構成図である。

【００１９】図２（ａ）、（ｂ）において、１２はカソ
ードペレット、１２Ａはタングステン（Ｗ）からなる円
筒状の多孔質基体、１２Ｂは酸化バリウム（ＢａＯ）、
酸化カルシウム（ＣａＯ）、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）の
三元酸化物からなる電子放出物質、１２Ｃはオスミウム
（Ｏｓ）−ルテニウム（Ｒｕ）−タングステン（Ｗ）の
合金被覆膜、１３はモリブデン（Ｍｏ）製の有底カッ
プ、１４はレニウム（Ｒｅ）−タングステン（Ｗ）から
なる高融点金属支持線、１５はモリブデン（Ｍｏ）製の
有底円筒形のスリーブ、１６は鉄（Ｆｅ）−ニッケル
（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）製のアイレット、１７は結
晶化ガラスからなる電気的絶縁及び断熱部材、１８は鉄
（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）製の支持体、１９はヒー
タ、２０はカソード構体、２１は第１グリッド電極、２
２は第２グリッド電極、２３は第３グリッド電極、２４
はステムピンであり、その他、図１に示された構成要素
と同じ構成要素には同じ符号を付けている。

【００２０】そして、図２（ｂ）に示されるように、カ
ソードペレット１２は、円筒状の多孔質基体１２Ａと、
その多孔質基体１２Ａの空孔部に含浸された電子放出物
質１２Ｂと、多孔質基体１２Ａの電子放出面に被覆され
た合金被膜１２Ｃによって構成される。有底カップ１３
は、有底部が下側を向くように配置され、カップ内にカ
ソードペレット１２が格納された状態で、両者が圧着固
定される。高融点金属支持線１４は、２本が直交状態に
配置され、その直交部分が有底カップ１３の有底部とス
リーブ１５の有底部とともに溶接固着される。この支持
線１４の各端部は、アイレット１６に結合され、それに
よって有底カップ１３及びスリーブ１５は２本の支持線
１４により吊られ、熱損失を低減させた状態に保持され
る。スリーブ１５は、有底部が上側を向くように配置さ
れ、カップ内にカソードペレット１２を加熱するヒータ
１９が内包配置される。アイレット１６は、支持体１８
により支持されている電気的絶縁及び断熱部材１７に結
合されて、全体としてカソード構体２０が構成される。
また、このカソード構体２０は、支持体１８によってカ
ラー陰極線管のネック部３内に固定保持されている。

【００２１】さらに、図２（ａ）に示されるように、カ
ソード構体２０の前面には、電子ビ−ム１１Ａを制御し
て螢光体スクリーン４上に集束させる第１グリッド電極
２１、第２グリッド電極２２、第３グリッド電極２３等
が順次配置されており、ネック部３の終端部からは、特
に、高電圧である陽極電圧を除いた他の電極に作動電
圧、信号電圧等を供給する複数のステムピン２４が導出
される。

【００２２】ここにおいて、図３は、投写型カラー陰極
線管における使用初期時の最大陽極電流とヒータ電圧と
の関係を示す特性図であって、は本実施例による含浸
形カソ−ド構体を用いたもの、は既知の含浸形カソ−
ド構体を用いたものの各特性である。

【００２３】図３において、縦軸は、マイクロアンペア
（μＡ）で示された最大陽極電流、横軸は、ボルト
（Ｖ）で示されたヒータ印加電圧である。ちなみに、こ
の種の投写型カラー陰極線管においては、通常、定格ヒ
ータ印加電圧は、６．３Ｖであって、その６．３Ｖの電
圧がヒータ１９に印加された際に、カソ−ドペレット１
２の温度が約１０００℃程度になるように設計されてい
るものである。

【００２４】図３に示されるように、ヒータ印加電圧が
５．５Ｖ以上のときには、本実施例による含浸形カソ−
ド構体を用いた投写型カラー陰極線管と、既知の含浸形
カソ−ド構体を用いた投写型カラー陰極線管との間に
は、最大陽極電流にそれ程の差はないが、ヒータ印加電
圧が５．０Ｖ以下に低下すると、本実施例による含浸形
カソ−ド構体を用いた投写型カラー陰極線管と、既知の
含浸形カソ−ド構体を用いた投写型カラー陰極線管との
間に、最大陽極電流に差を生じるようになり、その差
は、ヒータ印加電圧が５．０Ｖから低くなるにしたがっ
て大きくなる。このような特性は、使用時間が経過する
にしたがって前記三元電子放出物質が蒸発消耗され、前
記多孔質基体の底部の前記電子放出物質へと遊離バリウ
ム（Ｂａ）の主成の主体が移るにつれ、５．０Ｖ以下の
特性が高ヒータ印加電圧側へシフトするような傾向を有
している含浸形カソ−ド一般においては、本実施例によ
る含浸形カソ−ド構体を用いた投写型カラー陰極線管の
初期電流特性の安定度が高いことを意味し、そのこと
は、取りも直さず、ヒ−タ印加電圧の低電圧への変動に
対し、本実施例による含浸形カソ−ド構体を用いた投写
型カラー陰極線管は、既知の含浸形カソ−ド構体を用い
た投写型カラー陰極線管よりも、倍以上の変動耐久度を
有するもので、陽極電流値が安定なものということがで
きる。

【００２５】さらに、図４は、カラー陰極線管における
使用動作時間と最大陽極電流の変化状態（最大陽極電流
比）との関係を示す特性図であって、は本実施例によ
る含浸形カソ−ド構体を用いたもの、は既知の含浸形
カソ−ド構体を用いたものの各特性である。

【００２６】図４において、縦軸は、％で示された最大
陽極電流比、横軸は、キロアワー（Ｋｈ）で示された使
用動作時間である。なお、この特性を得るための実験
は、本実施例による含浸形カソ−ド構体を用いたカラー
陰極線管と既知の含浸形カソ−ド構体を用いたカラー陰
極線管とのカソードペレットの温度がそれぞれ同一温度
になるように、ヒータ印加電圧を設定して行ったもので
ある。また、特性は、本実施例による５本の含浸形カソ
−ド構体を用いたカラー陰極線管と既知の５本の含浸形
カソ−ド構体を用いたカラー陰極線管におけるバラツキ
の最小値から求めたものであって、前記実験における強
制条件は、電流密度１０Ａ／ｃｍ² の標準使用条件の８
倍に当たる温度強制を行って得たものである。

【００２７】図４に示されるように、使用動作時間が３
０００時間に達するまでは、本実施例による含浸形カソ
−ド構体を用いたカラー陰極線管と、既知の含浸形カソ
−ド構体を用いたカラー陰極線管とは、ともに、最大陽
極電流値が拮抗していて、最大陽極電流値の変動も少な
いが、使用動作時間が３０００時間を超過すると、本実
施例による含浸形カソ−ド構体を用いたカラー陰極線管
は、依然として最大陽極電流値の変動も少なく、使用動
作時間が６０００時間に達しても、その変動は僅かであ
るのに対して、既知の含浸形カソ−ド構体を用いたカラ
ー陰極線管は、３０００時間を経過した後に最大陽極電
流値が急激に減少するようになり、しかも、４０００時
間を経過した後には、陽極電流値がゼロになるものであ
る。これらの特性から見て、本実施例による含浸形カソ
−ド構体は、既知の含浸形カソ−ド構体に比べて、高密
度の電流放出を、かなりの長時間にわたって安定に行う
ことができるものである。

【００２８】次に、本実施例による含浸形カソ−ド構体
を製造する工程について述べる。

【００２９】始めに、平均粒径５μｍの金属タングステ
ン（Ｗ）粉末をバインダーを用いて顆粒化し、その顆粒
化したタングステン（Ｗ）粉末を所定の圧力で円筒状に
プレス成形し、一旦、水素（Ｈ₂ ）ガス雰囲気中で仮焼
成した後、高真空中において１９５０℃の高温下で２時
間燒結を行い、例えば、外径が１．３ｍｍ、厚さが０．
５５ｍｍの円筒形の多孔質基体１２Ａを構成する。な
お、この多孔質体基体１２Ａは、約２０％の空孔率を有
しており、少なくとも円筒形の多孔質基体１２Ａの両面
は、前記プレス及び燒結によって、表面が凹凸状態にな
っているものである。

【００３０】次に、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化カル
シウム（ＣａＯ）、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）の三元酸化
物からなり、モル比で４：１：１の組成比を有する電子
放出物質１２Ｂを用意し、これを水素（Ｈ₂ ）ガス雰囲
気中において１９００℃の温度下で約１分程度の短時間
で溶融させ、この溶融させた電子放出物質１２Ｂを前記
多孔質基体１２Ａの空孔部に含浸させる。このとき、前
記多孔質基体１２Ａの周りに付着した余分な電子放出物
質１２Ｂは、冷却、固形化の後、温純水によって洗い流
して綺麗に除去し、カソ−ドペレット１２を作成させ
る。

【００３１】続いて、所定の寸法形状、例えば、直径
０．０５ｍｍにプレス成型した２本のレニウム（Ｒｅ）
−タングステン（Ｗ）支持線１４を用意するとともに、
モリブデン（Ｍｏ）製の、例えば、厚さ０．０５ｍｍ、
内径１．３ｍｍ、全高０．５ｍｍの有底カップ１３及び
同じくモリブデン（Ｍｏ）製の、例えば、厚さ０．１ｍ
ｍの有底スリーブ１５を用意する。そして、有底カップ
１３の有底部と有底スリーブ１５の有底部との間に十字
に交差させた支持線１４を配設し、電気抵抗溶接機等を
用いて、有底カップ１３の有底部、十字に交差させた支
持線１４、有底スリーブ１５の有底部の３者を同時溶接
させ、カソードペレット支持部を作成させる。

【００３２】次に、上下動可能な一対の可動ロッド及び
固定ロッドを有する加圧挿入機を用い、カソードペレッ
ト支持部の有底カップ１３のカップの内側にカソ−ドペ
レット１２を収納させた後、カソ−ドペレット１２を有
底カップ１３内に圧着させ、カソード構体主要部が作成
される。

【００３３】続いて、オスミウム（Ｏｓ）粉末及びルテ
ニウム（Ｒｕ）粉末を個別に用意し、それらを１０マイ
ナス２乗乃至１０マイナス３乗Ｔｏｒｒ台にまで真空引
きした真空容器中に保持させる。

【００３４】次いで、この真空容器内にアルゴン（Ａ
ｒ）ガスを導入し、その後に、オスミウム（Ｏｓ）粉末
及びルテニウム（Ｒｕ）粉末をそれぞれア−ク溶解さ
せ、それぞれのボタン状の高純度オスミウム（Ｏｓ）金
属塊及びルテニウム（Ｒｕ）金属塊を作成させる。

【００３５】次に、これら金属塊及び前記カソ−ド構体
主要部を、高真空引きした真空容器中にセットし、電子
ビ−ム蒸着法を用いて、カソードペレット１２の露出し
た表面、即ち、電子放出面に、例えば、６００ｎｍの厚
さで、オスミウム（Ｏｓ）の被覆膜を設け、次いで５０
ｎｍの厚さでルテニウム（Ｒｕ）の膜を重ねて被着す
る。

【００３６】この場合、前記オスミウム（Ｏｓ）−ルテ
ニウム（Ｒｕ）積層被覆膜は、前述のアーク溶解時にお
いて、不純物として持ち込まれたカリウム（Ｋ）が揮発
除去されているので、その中に存在するカリウム含有量
が０．５重量％以下になっているものである。

【００３７】次いで、前記積層被覆膜を表面に有するカ
ソードペレット１２を備えたカソード構体主要部を、５
×１０マイナス７乗Ｔｏｒｒの高真空中において１２０
０℃の温度下で２時間の加熱処理を行い、多孔質基体１
２Ａを構成する金属タングステン（Ｗ）の極く一部が前
記積層被覆膜中に拡散させる一方で、オスミウム（Ｏ
ｓ）、ルテニウム（Ｒｕ）積層も混合され、最終的なオ
スミウム（Ｏｓ）−ルテニウム（Ｒｕ）−タングステン
（Ｗ）合金被覆膜１２Ｃを形成させている。そして、前
述のように、このオスミウム（Ｏｓ）−ルテニウム（Ｒ
ｕ）−タングステン（Ｗ）合金被覆膜１２Ｃ内には、当
然、０．５重量％以下のカリウム（Ｋ）が含まれている
に過ぎない。

【００３８】続いて、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−
コバルト（Ｃｏ）製のアイレット１６、結晶化ガラスか
らなる電気的絶縁及び断熱部材１７、支持体１８とから
なり、絶縁断熱部材１７の中心部分にアイレット１６が
保持され、絶縁断熱部材１７の周辺部分が支持体１８に
よって支持された構成のカソードペレット保持部材を用
意し、このカソードペレット保持部材の中心部に前記合
金被覆膜を備えたカソード構体主要部を設置させる。そ
して、その後に、図２（ｂ）に示されるように、レ−ザ
溶接等によって、各支持線１４の端部をアイレット１６
の下部に溶接させ、２本の支持線１４を介して前記カソ
ードペレット保持部材に前記合金被膜処理したカソード
構体主要部を保持させる。

【００３９】次に、前記カソードペレット保持部材の有
底スリ−ブ１５内にカソードペレット１２を加熱するヒ
−タ１９を挿入固定し、含浸型カソ−ド構体を完成させ
る。

【００４０】なお、前記説明においては、オスミウム
（Ｏｓ）−ルテニウム（Ｒｕ）合金被覆膜１２Ｃを形成
させるために、電子ビ−ム蒸着法を用いる場合について
述べたが、本発明は、かかる合金被膜１２Ｃの形成のた
めに、電子ビ−ム蒸着法を用いる他に、他の方法、例え
ば、スパッタ−法を用いることも可能である。このスパ
ッタ−法を用いた場合においても、当然に、合金被膜１
２Ｃ内に含有されるカリウム（Ｋ）の量を０．５重量％
以下にするための手段を講じる必要がある。また、レニ
ウム（Ｒｅ）−タングステン（Ｗ）支持線１４について
も、線に限るものではなく、狭幅の極く薄い帯状支持体
を用いても何等問題を生じるものではない。

【００４１】このように、本実施例による含浸形カソ−
ド構体は、カソ−ドペレット１２の電子放出面上に被覆
された合金被覆膜１２Ｃ中に含まれるカリウム（Ｋ）の
総含有量を０．５重量％以内になるように選択構成した
ので、合金被覆膜１２Ｃ中のカリウム（Ｋ）による前記
合金被覆膜１２Ｃの表面上に形成されるバリウム（Ｂ
ａ）の単分子層への悪影響がなくなるか、もしくはほん
の僅かになるので、安定な高電流特性と高い信頼性とを
合わせ持った含浸形カソ−ド構体が得られる。また、こ
のような特性を有する含浸形カソ−ド構体を用いたカラ
ー陰極線管は、高輝度の表示画像を安定継続的に発生さ
せることができ、高信頼性のカラー陰極線管を得ること
ができる。

【００４２】次に、本実施例による含浸形カソ−ド構体
について、動作時の物理現象の面から考察を行ったとこ
ろ、次のようなことが判明した。

【００４３】まず、カソ−ドペレット１２を加熱用ヒ−
タ１９により標準使用温度である１０００℃程度に加熱
すると、カソ−ドペレット１２の内部においては、多孔
質基体１２Ａを構成している高融点金属と電子放出物質
１２Ｂとが反応を起し、不要な反応生成物と遊離したバ
リウム（Ｂａ）原子がそれぞれ生成される。この遊離し
たバリウム（Ｂａ）原子は、含浸形カソ−ド構体のカソ
−ドペレット１２の内部から電子放出面上まで移動拡散
した後、大部分の原子は未反応の電子放出物質１２Ｂと
同様にカラー陰極線管内へ蒸発し、消失されるが、一部
の遊離したバリウム（Ｂａ）原子は、カソ−ドペレット
１２の表面の凹凸部分をマイグレ−ションし、合金被覆
膜１２Ｃ上にバリウム（Ｂａ）の単分子層を形成するよ
うになる。この場合、電子放出面上に形成されている凹
凸部分は、電子放出面積を有効的に稼ぎ、特性の安定化
を図るために設けているものである。

【００４４】ここで、パウリング（Ｐａｕｌｉｎｇ）の
電気陰性度の大小関係を見ると、アルカリ土類金属群に
あるバリウム（Ｂａ）原子の電気陰性度は、０．９と小
さい値であるのに対し、合金被覆膜１２Ｃの電気陰性度
は、形成される金属材料により幾分か異なるが、１．７
乃至２．２というように大きな値を持っている。そし
て、ある金属分子が電気陰性度を異にする他の金属表面
に吸着されると、両者の間に電子の移動が起ることが知
られており、この電子の移動は、電気陰性度の小さなバ
リウム（Ｂａ）原子側から電気陰性度の大きな合金被覆
膜１２Ｃ側、つまり、カソ−ドペレット１２側に電子の
移動が起り、その結果、カソ−ドペレット１２の表面に
双極子モ−メントが作用する。この双極子モ−メント
は、カソ−ドペレット１２の仕事関数を４．５ｅＶ近辺
から１．８乃至２．０ｅＶ近辺まで大幅に引き下げる働
きをし、このカソ−ドペレット１２を約１０００℃程度
加熱するだけで、１０Ａ／ｃｍ² という高電流密度の電
子ビ−ム１２を含浸形カソ−ド構体から取り出すことが
可能になるものである。

【００４５】ところが、同じアルカリ金属の中でも、電
気陰性度が最も小さく、０．８であるカリウム（Ｋ）が
合金被覆膜１２Ｃ中に存在すると、高電流密度の電子ビ
−ム１１Ａを含浸形カソ−ド構体から取り出すことが必
ずしも可能でなくなる。その理由は、合金被覆膜１２Ｃ
自体が示す１．７乃至２．２というような大きな電気陰
性度が、内部に存在するカリウム（Ｋ）原子の低い電気
陰性度によって中和され、バリウム（Ｂａ）原子の示す
電気陰性度との差が小さくなるか、もしくは、大きな電
気陰性度を示す合金被覆膜１２Ｃの中に、部分的に０．
８というように極端に低い電気陰性度を示す部分が混在
していることによるものである。このような状態になる
と、バリウム（Ｂａ）の単分子層における電子の移動が
妨げられたり、部分的に多孔質基体１２Ａを構成する高
融点金属側からバリウム（Ｂａ）の単分子層側に電子が
移動するというような不安定な状態が作り出される。

【００４６】このため、前記双極子モ−メントが弱めら
れたり、不均一な分布状態となったりして、カソ−ドペ
レット１２の仕事関数が４．５ｅＶ近辺から僅かに低下
するか、殆んど低下しなくなり、その結果、含浸形カソ
−ド構体からの電子放出能力が著しく低下したり、不安
定になったりするものである。

【００４７】また、含浸形カソ−ド構体の長期間にわた
る使用に対する寿命の到来は、カソードペレット１２に
含浸されている電子放出物質１２Ｂが長期間に及ぶ蒸発
によって消耗され、枯渇していくためであることは、容
易に推測されるところである。その際、当然に、電子放
出物質１２Ｂは、カソードペレット１２の表面に近い部
分から消耗され始め、順次、カソードペレット１２の深
層部、つまり底部に進んで行くものと考えられる。この
結果を踏まえれば、電子放出物質１２Ｂの枯渇ととも
に、遊離したバリウム（Ｂａ）原子も、カソードペレッ
ト１２の内部から表面部への拡散距離が著しく増加する
ものと考えれられる。

【００４８】本発明者等が行った、四重極質量分析計を
用いた含浸形カソ−ド構体における蒸発物と蒸発量の調
査実験においても、遊離したバリウム（Ｂａ）原子の供
給量は、含浸形カソ−ド構体の使用期間の１／２乗に従
って減少することが確認されており、それは前述の結果
を裏付けるものである。

【００４９】そして、遊離バリウム（Ｂａ）の供給量が
減少してくる結果、含浸形カソ−ド構体のカソ−ドペレ
ット１２の表面の凹凸部分に形成されるバリウム（Ｂ
ａ）の単分子層の面積が減少するようになる。このよう
になると当然の事ながら、電子放出能力が低減するよう
になるのに加え、カリウム（Ｋ）原子による双極子モ−
メントの弱化作用が著しく強力になり、それにより電子
放出能力の低下が促進され、長期使用が不可能となっ
て、寿命が到来するものと解釈される。

【００５０】そこで、本発明に係わる含浸形カソ−ド構
体においては、かかる不都合な現象を起す源になるカリ
ウム（Ｋ）原子を、合金被覆膜１２Ｃから取り除き、合
金被覆膜１２Ｃ中のカリウム（Ｋ）の総含有量が０．５
重量％以下になるように規定すれば、カリウム（Ｋ）原
子がバリウム（Ｂａ）の単分子層に与える悪影響が殆ん
どなくなることを種々の研究、実験を重ねることによっ
て確認したものであって、かかるカリウム（Ｋ）の総含
有量を有する含浸形カソ−ド構体は、安定な高電流特性
と高い信頼性とを合わせ持つものであることは前述のと
おりである。

【００５１】

【発明の効果】以上のように、本発明による含浸形カソ
−ド構体によれば、カソ−ドペレットの電子放出面上に
被着された合金被覆膜中に含まれるカリウム（Ｋ）の総
含有量が０．５重量％以内になるように選択構成してい
るので、合金被覆膜中のカリウム（Ｋ）がカソ−ドペレ
ットの表面に形成されるバリウム（Ｂａ）の単分子層に
何等影響を与えることがなくなり、安定な高電流特性と
高い信頼性とを合わせ持った含浸形カソ−ド構体を得る
ことができ、初期電流特性のみならず、高密度電流下に
おいて長時間使用しても、安定で良好な電子放出特性と
高い信頼性を持った含浸形カソ−ド構体を提供できると
いう効果がある。

【００５２】そして、この含浸形カソ−ド構体を用いた
ブラウン管のようなカラー陰極線管は、高輝度の表示画
像を安定継続的に発生させることが可能になるという付
加的な効果もある。

【００５３】また、本発明による含浸形カソ−ド構体の
製造方法によれば、カソードペレットの電子放出面上に
被着された合金被覆膜を得る場合、ルテニウム（Ｒ
ｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、タン
グステン（Ｗ）のグル−プの中から選ばれた１種もしく
は２種以上の金属の粉末を個別に真空容器内に保持さ
せ、その中にアルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガスを導
入する工程、その後の前記アルゴン（Ａｒ）ガス等の不
活性ガスを導入した状態で前記金属の粉末を各々にアー
ク溶解し、それぞれのボタン状の高純度金属塊を形成す
る工程を導入させているので、前記金属の粉末をアーク
溶解する過程において、前記金属内に含まれるカリウム
（Ｋ）を揮発除去させて充分に低減させることができ、
それによってカソ−ドペレットの電子放出面上に被着さ
れた合金被覆膜中に含まれるカリウム（Ｋ）の総含有量
を０．５重量％以内になるように選択構成させることが
可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる含浸形カソ−ド構体を用いたカ
ラー陰極線管の一実施例の構成の概要を示す断面構成図
である。

【図２】図１に図示のカラー陰極線管の一部を拡大して
示した断面構成図である。

【図３】投写型カラー陰極線管における使用初期時の最
大陽極電流とヒータ電圧との関係を示す特性図である。

【図４】カラー陰極線管における使用動作時間と最大陽
極電流の変化状態（最大陽極電流比）との関係を示す特
性図である。

【符号の説明】

１ パネル部 ２ ファンネル部 ３ ネック部 ４ 螢光体スクリーン ５ シャドウマスク ６ 磁気シールド ７ 偏向ヨーク ８ ピュリテイ調整マグネット ９ センタービームスタティックコンバーゼンス調整用
マグネット １０ サイドビームスタティックコンバーゼンス調整用
マグネット １１ 電子銃 １１Ａ 電子ビーム １２ カソードペレット １２Ａ 円筒状の多孔質基体 １２Ｂ 電子放出物質 １２Ｃ 合金被膜 １３ 有底カップ １４ 支持線 １５ 有底円筒形のスリーブ １６ アイレット １７ 絶縁断熱部材 １８ 支持体 １９ ヒータ ２０ カソード構体 ２１ 第１グリッド電極 ２２ 第２グリッド電極 ２３ 第３グリッド電極 ２４ ステムピン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｊ 9/04 Ｍ 29/04 (72)発明者 柴田 倫秀 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所電子デバイス事業部内 (72)発明者 竹田 義治 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所電子デバイス事業部内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化バリウム（ＢａＯ）を含有した多元
   酸化物からなる電子放出物質を含浸させた高融点金属多
   孔質基体と、前記高融点金属多孔質基体の電子放出面上
   に、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジ
   ウム（Ｉｒ）、タングステン（Ｗ）のグル−プの中から
   選ばれた１種の金属ないしは２種以上の金属合金と熱拡
   散による前記多孔質基体の高融点金属との合金被覆膜を
   備えたカソ−ドペレット、及び、高融点金属スリ−ブに
   内包された前記カソードペレット加熱用ヒ−タを有する
   含浸形カソ−ド構体において、前記カソ−ドペレットの
   電子放出面上に被着された前記合金被覆膜中に含まれる
   カリウム（Ｋ）の総含有量を０．５重量％以内にしたこ
   とを特徴とする含浸形カソ−ド構体。
2. 【請求項２】 前記高融点金属多孔質基体を構成する高
   融点金属は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍ
   ｏ）、ニッケル（Ｎｉ）の金属群の中から選ばれたいず
   れか１種の金属もしくは２種以上の金属からなる合金を
   主成分としたものであることを特徴とする請求項１に記
   載の含浸形カソ−ド構体。
3. 【請求項３】 前記高融点金属多孔質基体の電子放出面
   は、その高融点金属の粉末プレス成形体を高温焼結して
   得られたままの凹凸状態のものであることを特徴とする
   請求項１乃至２のいずれかに記載の含浸形カソ−ド構
   体。
4. 【請求項４】 前記含浸形カソ−ド構体は、陰極線管に
   用いられるものであることを特徴とする請求項１乃至３
   のいずれかに記載の含浸形カソ−ド構体。
5. 【請求項５】 以下の各工程を経て製造されることを特
   徴とするカソ−ドペレットの電子放出面上に被覆された
   合金被覆膜中に含まれるカリウム（Ｋ）の総含有量が
   ０．５重量％以内の含浸形カソ−ド構体の製造方法。 １．タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニッケ
   ル（Ｎｉ）の金属群の中から選ばれたいずれか１種もし
   くは２種以上の高融点金属の粉末をバインダーを用いプ
   レスした後に高温焼成し、焼成し放しの表面を有する円
   筒状の多孔質基体を作成する工程、 ２．酸化バリウム（ＢａＯ）を含有した多元酸化物から
   なる電子放出物質を高温の還元及び不活性ガス内で溶融
   し、この溶融電子放出物質を前記多孔質基体の空孔部に
   含浸させてカソードペレットを作成する工程、 ３．有底金属カップと、有底スリーブと、高融点金属製
   支持線とを溶融接着させ、カソードペレット支持部を形
   成する工程、 ４．カソードペレット支持部の有底金属カップ内にカソ
   ードペレットを収容装着させる工程、 ５．ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジ
   ウム（Ｉｒ）、タングステン（Ｗ）のグル−プの中から
   選ばれた１種ないしは２種以上の金属の粉末を個別に真
   空容器内に保持させ、その中にアルゴン（Ａｒ）ガス等
   の不活性ガスを導入する工程、 ６．前記アルゴン（Ａｒ）ガス等の不活性ガスを導入し
   た状態で前記金属の粉末をアーク溶解し、それぞれのボ
   タン状の高純度金属塊を形成する工程、 ７．これら高純度金属塊の中で１種ないしは２種以上の
   前記塊を高真空中で高温溶融処理し、単層ないしは２種
   以上の重層を前記カソードペレットの電子放出面上に被
   着させ、被覆膜を作成する工程、 ８．これら被覆膜を高真空中で高温処理し、前記高融点
   基体金属の拡散を促して、前記カソードペレットの電子
   放出面上に合金被覆膜を形成する工程。