【発明の詳細な説明】
加熱素子を具えている陰極構体
本発明は、端部に電子放出材料を具えており、内部に複数の一次ら旋ターンか
ら成るフィラメント状の加熱素子があり、前記一次のら旋ターンにより或るピッ
チで第１方向に巻回されると共に前記端部の方向に延在する第１系列の二次ター
ンを形成し、且つ前記一次のら旋ターンにより、前記端部から同じ方向ではある
も、逆符号のピッチで巻回されて延在する第２系列の二次ターンを形成し、前記
第１及び第２系列の二次ターンを前記一次ターンを有する接続部分によって前記
端部個所にて相互接続した陰極構体に関するものである。
本発明は加熱素子を設けた陰極構体を含む電子源を具えている陰極線管にも関
するものである。
加熱素子を具えている陰極構体は、例えば単色又はカラー映像表示用の表示装
置、撮像管、ビデオ増幅器及びオシロスコープにおける陰極線管用の電子源に用
いられる。
Vision CTV Picture Tube A66-410X"（Philips Product Note,1973）から既知で
ある。この論文には陰極線管に使用する電子銃における管状の陰極構体が記載さ
れており、この陰極構体は端部に、電子を放出する電子放出材料層を具えている
。陰極構体は電子放出材料を加熱する働きをする加熱素子を具えている。前記加
熱素子は二重ら旋形態で二本巻きに巻回される一次及び二次ターンを有するワイ
ヤを具えている。二次ターンは、第１方向に或るピッチで巻回されて、端部の方
向に延在する第１系列のターンと、端部から延在し、同じ方向ではあるも、逆符
号のピッチで巻回される第２系列のターンとで構成される。第１及び第２系列の
二次ターンは陰極構体の端部付近にて接続部分によって相互接続される。
上記既知の陰極構体の欠点は、接続部分における一次ターンの多数が短絡され
ることにある。こうした短絡は特に、接続部分から第１及び第２系列の二次ター
ンへの遷移個所における一次ターンにて生じる。接続部分は電子放出材料に最も
近い所にあるため、加熱素子が電子放出材料を加熱する効率は上述した短絡によ
り悪影響を受けることになる。
本発明の目的は陰極構体の端部付近における加熱素子の一次ターンの短絡をな
くすと共に陰極構体の端部付近における加熱素子の一次ターンの分布を改善して
、加熱素子の効率を向上させる陰極構体を提供することにある。
このために、本発明による加熱素子は、接続部分を弧状とし、この弧状接続部
分のスパンＳaと垂直高ｒaの比ｒa／Ｓaを０．１〜１．０の範囲内としたことを
特徴とする。
接続部分を弧状とすることの利点は、接続部分の一次ターンが互いになだらか
なラインで配列され、即ちこの接続部分の一次ターン間の離間距離が徐々に変化
するようになると云うことにある。さらに接続部分を弧状とすることにより、特
に接続部分から第１及び第２系列の二次ターンへの遷移個所における一次ターン
がなだらかになるため、一次ターン間の短絡の恐れがなくなる。
前記既知の陰極構体は所謂“フラットヘッド”（ｒa／Ｓa≒０）を有しており
、これは第１及び第２系列の二次ターンへの２つの遷移個所間の接続部分が陰極
構体の長手方向軸線に対して直角の平面内に位置することを意味すると理解すべ
きである。従って、既知の陰極構体では、加熱素子における接続部分から第１及
び第２系列の二次ターンへの遷移個所がかなり曲げられることになる。
電子放出材料をできるだけ有効に加熱するためには、特に端部付近の加熱素子
のターンをできるだけ有効に使用すべきである。これは加熱素子を作るのに単一
の加熱ワイヤを用いる代わりに、二重ら旋形態に２本巻きに巻回される一次及び
二次ターンを有するワイヤを用いることにより達成することができる。有効な加
熱素子は、一次ターンの巻回密度を比較的高くするも、特に接続部分及び接続部
分から第１及び第２系列の二次ターンへの遷移個所にて一次ターン間が電気的に
接触しないようにする場合に得られる。弧状接続部分のスパンをＳaとし、垂直
高をｒaとする場合、比ｒa／Ｓaを０．１〜１．０の範囲内に選定することによ
り一次ターンを密に離間させることができ、また前記一次ターン間の短絡をなく
すことができる。
本発明による加熱素子の好適例は、比ｒa／Ｓを０．１〜０．５の範囲内とす
ることを特徴とする。
弧状接続部分のスパンに対する垂直高の比ｒa／Ｓaを０．５とする場合には、
接続部分は半円形となる。比ｒa／Ｓaを０．５以上とする場合には、接続部分が
陰極構体の長手方向軸線に対してとがった形状となるため、接続部分の一次ター
ンから陰極構体の端部までの平均距離が大きくなり、加熱素子の効率が低下する
。比ｒa／Ｓaを０．１〜０．５の範囲内に選定すれば、ｒa／Ｓa＝０．５の場合
に得られる円形接続部分に比べて（多少）平坦な形状の接続部分が得られ、一次
ターンが相対的に密に離間される。このように、接続部分を多少平坦にすること
により、電子放出材料を加熱するのに必要な一層有効な熱の放散が得られる。
本発明による加熱層の好適例では、比ｒa／Ｓaを０．３〜０．５の範囲内の値
とすることを特徴とする。
加熱素子の接続部分における一次ターンの最適巻回密度は、弧状接続部分のス
パンに対する垂直高の比を０．３〜０．５の範囲内に選定することにより得られ
る。
本発明による加熱素子の好適例では、前記接続部分におけるワイヤの直径ｄw
、一次ターンの内径ｄp及び一次ターンの平均ピッチＰpが次式の関係を満足し、
ここに、正弦の偏角はラジアンで表すものとすることを特徴とする。
ワイヤの容易に測定し得る多数のパラメータ及び様々な巻回比を所定なものと
すれば、一次ターン間の電気的な接触をなくし、ｆw≦１．５ｄwによって示され
るべき満足させなければならない基準値は上記式中に含まれる。
本発明による加熱素子のさらに他の好適例では、
とすることを特徴とする。
式ｆwの下限値（ｆw≧２０．３ｄw）を監視することにより、加熱素子におけ
る一次ターン間の最小離間距離の安全マージンを得るため、加熱素子が動作に当
たり電子放出材料を加熱すべき場合でも、一次ターンが熱膨張により互いに接触
しなくなり、従って一次ターン間に短絡が生じなくなる。
本発明による加熱素子のさらに他の好適例では、
とすることを特徴とする。
所謂“フラットヘッド”（ｒa／Ｓa≒０）を有している既知の陰極構体では、
式ｆwにおける加熱素子の様々なパラメータを、この式の結果がこの式によって
認められる上限を越えないように（ｆw≦１．０ｄw）選定するとしても、一次タ
ーン間の短絡を防ぐことはできない。しかし、弧状接続部分を上述したような比
ｒa／Ｓaに対する予備条件、即ち０．１〜１．０、好ましくは０．１〜０．５、
特に０．３〜０．５の範囲内の比ｒa／Ｓaと組合せることによって、加熱ワイヤ
のパラメータ（ワイヤの直径ｄw、一次ターンの内径ｄp、一次ターンの平均ピッ
チ、（弧状接続部分のスパンＳa）に対する値を、上限を越えない（ｆw≦０．１
ｄw）ような値に選択することができる。このようにして、高温度を達成し得る
短絡のない低電力加熱素子が得られる。
本発明の構成では、ワイヤの太さｄwが２０μｍ以上か、一次ターンの内径ｄp
が１００μｍ以上か、一次ターンの平均ピッチＰpが５０μｍ以下か、接続部分
のスパンＳaが５００μｍ以下のものを有利に用いることができる。
加熱素子におけるワイヤの寸法と巻回比についてのデータとの上述した関係に
よって当業者は陰極構体に対する有効な加熱素子を容易に設計して使用すること
ができ、従って陰極構体の端部付近の加熱素子の一次ターンの短絡を防ぐと共に
陰極構体の端部付近における加熱素子の一次ターンの巻回分布を改善することが
できる。本発明者等は、スパンＳaに対する垂直高ｒaの比を適当に選定した弧状
の接続部分を用いることにより、ｒa／Ｓaを０に選定する場合、即ち所謂“フラ
ット”ヘッドの場合に接続部分における一次ターン間に常にかなりの数の短
絡個所を起こすことになる加熱素子の接続部分におけるワイヤパラメータ及び巻
回比（ワイヤの直径、一次ターンの内径及び一次ターンの平均ピッチ）を選定し
得ると云うことを認識した。式ｆwは当業者に、接続部分に使用すべきワイヤの
適当なワイヤパラメータ及び巻回比を選定するための簡単な“ツール”を提供す
る。
こうした本発明の要点及び他の要点を以下実施例を参照して説明する。
図面中：
図１Ａは陰極線管の図式的断面図であり；
図１Ｂは電子銃の部分的斜視図であり；
図２Ａは従来の陰極構体の部分断面図であり；
図２Ｂは従来の陰極構体の端部付近の加熱素子の平面図であり；
図３Ａは本発明による陰極構体の部分断面図であり；
図３Ｂは本発明による陰極構体の端部付近の加熱素子の投影図であり；
図３Ｃは本発明による陰極構体の端部付近の第１系列の二次ターンと第２系列
の二次ターンとの間の接続部分を図２Ｂに対して約９０°にわたって回転させた
図であり；
図４は本発明による第１系列の二次ターンと第２系列の二次ターンとの間の接
続部分の（遷移個所の）多数の一次ターンの断面図であり；
図５は本発明によるｒa／Ｓa及びｆw／ｄwの値の組合せに対するパラメータの
範囲及び好適なパラメータ範囲の例であり；
図６は従来と本発明による陰極構体に対する加熱素子の常温抵抗の分布特性を
それぞれ示す。
図面は図式的なものであり、実寸図示したものではない。特に明瞭化のために
幾つかの寸法を極めて拡大してある。
図１Ａは表示窓４３、コーン部分４４及びネック４５を有している排気した容
器４２を具えている陰極線管４１の図式的断面図である。ネック４５内には３本
の電子ビーム４７，４８及び４９を発生する電子銃４６が配置されている。表示
スクリーン５０は表示窓の内側に位置する。前記表示スクリーン５０は赤、緑及
び青色に発光するけい光素子のパターンを具えている。電子ビーム４７，４８及
び４９は表示スクリーン５０への途中で偏向ユニット５１により表示スクリーン
５０を横切って偏向されて、シャドウマスク５２を通過し、このシャドウマスク
は多数のアパーチャ５３を有する薄い平板で構成され、表示窓４３の前に配置さ
れる。３本の電子ビーム４７，４８及び４９はシャドウマスク５２のアパーチャ
５３を互いに小角度で通過し、従って各電子ビームは一色のけい光素子上にのみ
突き当たる。
図１Ｂは電子銃４６の部分的斜視図である。この電子銃４６はｇ1電極とも称
される共通の制御電極６１を有しており、この電極内には３つの陰極構体６２，
６３及び６４が固着されている。前記ｇ1電極は接続素子６５によっで支持体６
６に固着される。この支持体はガラス製である。この例における電子銃４６はｇ2
電極とも称される共通のプレート状電極６７も具えており、これは接続素子６
８によって支持体６６に固着される。この例における前記電子銃４６は２個の支
持体６６を具えている。これらの支持体の一方を図示してあり、他方は電子銃４
６の、この斜視図では見ることのできない側に位置する。電子銃４６はさらに共
通電極６９及び７１も具えており、これらの共通電極も接続素子によって支持体
６６に固着される。
図２Ａは従来の陰極構体の図式的部分断面図である。この陰極構体は端部１及
び電子放出材料４で部分的に覆ったカバー３により閉成される陰極シャフト２を
具えている。この例における前記カバー及びこのカバーと共働する陰極構体の部
分は陰極構体の端部１を形成する。陰極シャフト２は電子放出材料４を加熱する
働きをする加熱素子５を収容する。この加熱素子５は一次ターン８と二次ターン
９，１０とを有するワイヤ７を具えており、このワイヤは二重ら旋形態で２本巻
きに巻回され、しかも電気絶縁層６で覆われている。前記二次ターンは、或るピ
ッチで第１方向に巻回されると共に端部１の方へと延在する第１系列のターン９
と、端部１から延在すると共に同じ方向ではあるも、逆符号のピッチで巻回され
る第２系列のターン１０とで構成される。第１及び第２系列の二次ターン９，１
０は、一次ターン８を有する接続部分１１によって陰極構体の端部１の近くで相
互接続される。この接続部分１１は陰極構体の長手方向軸線に対して平坦な形状
をしている。陰極構体の上方には多数の電極があり、図２にはその１つを示して
ある。電極１８は通常ｇ1電極と称され、これはアパーチャ１９を具えている。
図２Ｂは従来の陰極構体の端部１付近の加熱素子５の図式的平面図である。こ
の投影図では第１系列の二次ターン９のうちの最後の半ターンが見えるだけであ
り、また第２系列の二次ターン１０の最初の半ターンが見えるだけであり、即ち
陰極構体の端部１に最も近い半ターンしか見えない。双方の半ターンは接続部分
１１により相互接続される。接続部分１１と第１及び第２系列の二次ターン９，
１０との間の遷移個所１４では、電気絶縁層６で覆われているら旋状に巻回した
ワイヤ８が強力に弯曲し、これは接続部分１１を平坦な形状にするからである。
こうした強力に曲げられた遷移個所１４では一次ターン８間が短絡し易い。この
ような短絡は電子放出材料４を加熱する処理効率を低減させるだけでなく、加熱
素子５を均一に暖めなくなる。
図３Ａは本発明による管状陰極構体の図式的部分断面図である。図３Ａで、図
２Ａにおける部分に相当する部分には同じ参考番号を付してある。陰極シャフト
２内の加熱素子５は一次ターン８と二次ターン９，１０を有するワイヤ７を具え
ており、このワイヤは２本巻きのら旋状に巻回され、しかも電気絶縁層６で覆わ
れている。二次ターンは或るピッチで第１方向に巻回されると共に端部１の方へ
と延在する第１系列のターン９と、前記端部１から延在すると共に同じ方向では
あるも、逆符号のピッチで巻回される第２系列のターン１０とで構成される。第
１及び第２系列のターン９，１０は一次ターン８を有する接続部分１２によって
陰極構体の端部１の近くで相互接続される。この接続部分１２は弧状をしている
ため、一次ターン８は互いになだらかに続くラインで配置される。さらに、接続
部分１２をアーク状とすることにより、特にこの接続部分１２から第１及び第２
系列の二次ターン９，１０への遷移部分における一次ターンがなだらかになるた
め、一次ターン８での短絡の恐れは最少となる。
図３Ｂは第１系列の二次ターン９と第２系列の二次ターン１０との間の接続部
分１２を図式的に示したものであり、この図から明らかなように、この接続部分
１２は平坦ではない。この図には弧のスパンＳa及び垂直高ｒaを如何様に規定す
るかを示してある。これらの寸法は絶縁材料で覆ってない一次及び二次ターンに
より測定する（図３Ｂ参照）。二次ターン９，１０は陰極構体の長方方向軸線
に対して平行に延在する仮想円筒のまわりに巻回する。この仮想円筒の直径は接
続部分１２のスパンＳaに等しい。この仮想円筒の上方に突出する加熱素子５の
部分の長さは（弧状）接続部分１２の垂直高ｒaに相当し、即ちｒaは仮想円筒の
上側面と（弧状）接続部分１２の最上位部分における一次ターン８との間の距離
に等しい。斯かる接続部分１２の最上位部分は陰極構体の長手方向軸線と一致さ
せるのが好適である。弧状接続部分１２のスパンをＳaとし、垂直高をｒaとする
場合、ｒa／Ｓaの比を０．３〜１．０の範囲内（０．３≦ｒa／Ｓa≦１．０）に
選定することにより一次ターン８を密に離間させることができる。好ましくはｒa
／Ｓaの比を０．３〜０．５の範囲内（０．３≦ｒa／Ｓa≦０．５）に選定して
、接続部分１２が陰極構体の長手方向軸線に対して幾らか平坦な形状となるよう
にする。加熱素子５の接続部分１２における一次ターン８の最適密度は、弧状接
続部分のスパンに対する垂直高の比を０．３〜０．５の範囲内（０．３≦ｒa／
Ｓa≦０．５）に選定することにより得られる。
図３Ｃは本発明による第１系列の二次ターン９と第２系列の二次ターン１０と
の間の接続部分１２を図３Ｂの場合に対して約９０°回転させた斜視図を示して
いる。この図では、ごく限られた数の第１系列の二次ターンと第２系列の二次タ
ーン１０しか見ることができない。これらの二次ターン９，１０は接続部分１２
により相互接続される。この接続部分を弧状とすることにより、接続部分１２に
おける一次ターン８間が短絡しなくなるため、電子放出材料４が一層有効に加熱
され、さらに加熱素子５は均一に暖められる。
本発明の目的は接続部分１２における一次ターンの巻回密度を最適とする以外
に、接続部分から第１及び第２系列の二次ターン９，１０への遷移個所での一次
ターン８間の電気的接触をなくすことにある。一次ターンにおける短絡は、接続
部分１２を弧状とし（ｒa／Ｓa≧０．１）とし、且つ
ｆw≦１．５ｄw
とし、ここに、
とし、ここに、ｄwはワイヤ７の直径、ｄpは一次ターン８の内径、ｐpは一次タ
ーン８の平均ピッチ、Ｓaは弧状接続部分１２のスパンとし、正弦の偏角はラジ
アンで表すものとする場合になくなる。図４は第１系列の二次ターン９と第２系
列の二次ターン１０との間の弧状接続部分１２における二重ら旋形態で巻回した
ワイヤ７の限られた数の一次ターン８の図式的断面図であり、この図には上式ｆw
にて用いた記号も示してある。一次ターン８の製造中には、ワイヤ７を直径が
ｄpの所謂マンドレルワイヤの上に巻回する。このマンドレルワイヤを取り除い
た後に、一次ターン８の“内部”径ｄpを維持する。一次ターン８が第１及び第
２系列の二次ターン９，１０を形成するために二次巻回作用を受けると、一次タ
ーンのピッチは二次ターンの曲率のために変化する。一次ターンの“平均”ピッ
チは一次ターン８間の中間で測った一次ターンの２つの連続するターン間の距離
を示す（図４参照）。
図５は本発明によるｒa／Ｓa及びｆw／ｄwの値の組合わせに関するパラメータ
の範囲及び好適パラメータ範囲の例を示す。図５では０．１≦ｒa／Ｓa≦１．０
の範囲が縦の線２１と２０により画成され、０．１≦ｒa／Ｓa≦０．５の範囲が
縦の線２１と２４とにより画成され、０．３≦ｒa／Ｓa≦０．５の範囲が縦の線
２３と２４により画成されている。図５で、ｆw／ｄw≦１．５の範囲は水平の線
２５と２６によって画成されている（線２６はｆw／ｄw＝０に相当する）。ワイ
ヤのパラメータ及び巻回比は、
０．３ｄw≦ｆw≦１．５ｄw
の範囲に選定するのが好適である。
図５では、この範囲は水平の線２５と２７とによって画成される。好ましくは
、ワイヤのパラメータ及び巻回比を、
０．３ｄw≦ｆw≦１．０ｄw
の範囲内に選定する。
図５では、この範囲は水平方向の線２７と２８とによって画成される。加熱素
子５の製造中の公差はｆw／ｄwの上限を１．０でなく、ｆw／ｄw≦１．１とする
ことができる。ｒa／Ｓa及びｆw／ｄwに対する好適なパラメータ範囲を組合わせ
ると、図５で縦の線２３及び２４と、水平方向の線２７及び２８とによ
って画成される四角形内のものとなる。実施例
表１は本発明による加熱素子の実施例を示す。
表１の例では、ｒa／Ｓaの比は０．４４となり、これは０．１〜１．０の範囲
内、特に０．１〜０．５の良好な範囲内で、しかも０．３〜０．５の好ましい範
囲内にある。表１からの値を式ｆwに代入すると次のようになる。
即ち
ｆw＝１５７sin（０．１５６９）＝２４．５＜ｄw＝２７μｍ
従って、この実施例の加熱素子は本発明の要件（ｆw≦１．５ｄw）を満足する。
さらに、計算値（ｆw＝２４．５μｍ＝０．９１ｄw）は良好な範囲、即ち０．３
ｄw〜１．５ｄwの範囲内、特に０．３ｄw〜１．０ｄwの好適範囲内にある。従っ
て、実施例の加熱素子は本発明の要件を満足する。
陰極構体に使用する加熱素子の（一次）ターン間の短絡は所謂“常温”抵抗Ｒc
の値に影響を及ぼす。この抵抗値は加熱素子が室温にある場合に測定する値で
あって、少なくともほぼ同一の加熱素子の場合、“常温”抵抗が低くなるにつれ
て、多くのターンが短絡されていることになる。このような加熱素子の製造中に
は、Ｒcの値を規則的に測定する。図６は従来の陰極構体と本発明による陰極構
体に対する加熱素子５の常温抵抗Ｒcの分布Ｄを示す。曲線３５，３６は“常温
”抵
抗Ｒcの多数の測定値の平均を示す。この抵抗の公称値を図６ではＲc nomにて示
してある。分布曲線３５は図５のラインセグメント３０に相当するワイヤパラメ
ータ（ｒa／Ｓa＝０）に対応する。“常温”抵抗の非対称分布は（一次）ターン
８が多数短絡していることを示している。分布曲線３６は図５のラインセグメン
ト３１に相当するワイヤパラメータに対応する（０．３５≦ｒa／Ｓa≦０．５及
びｆw／ｄw≒０．９１）。この場合には、（一次）ターンの短絡がないので、“
常温”抵抗の分布が対称となる。
本発明の範囲内で当業者が多くの変更を加え得ることは明らかである。式ｆw
における正弦の偏角は極めて小さいため、正弦は偏角そのものと置き換えること
ができる。この場合には様々なやり方でより一層簡易化することができる。
要するに、本発明は端部における電子放出材料と、ら旋状の一次ターンを複数
有するフィラメント状の加熱素子とを具えている陰極構体に関するものである。
前記一次ターンは、或るピッチで第１方向に巻回されると共に端部の方へと延在
する第１系列の二次ターンと、端部から同じ巻回方向ではあるも、逆符号のピッ
チで延在する第２系列の二次ターンとを形成するのに用いられる。端部付近では
、第１及び第２系列の二次ターンは一次ターンを有している弧状の接続部分によ
って相互接続される。この弧状接続部分のスパンＳa及び垂直高ｒaの比ｒa／Ｓa
は０．３〜０．５の範囲内とするのが好適である。