JPH11260241A - 含浸型陰極構体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 陰極温度の経時変化に伴うカットオフ電圧の
変動が少なく、製造時の溶接不良が発生しない含浸型陰
極構体およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 高融点金属の粉末を焼結してなる多孔質
基体１０と、多孔質基体１０の少なくとも一面側に配置
され、多孔質基体１０に焼結されている高融点金属基板
２０と、多孔質基体１０に配置されている高融点金属基
板２０の表面部２０ａと当接する面３０ａを有し、多孔
質基体１０を、少なくとも一の他面側を露出させた状態
で保持可能な保持体３０とを有し、電子放射物質が含浸
された後の多孔質基体１０が、保持体３０に、高融点金
属基板２０と保持体３０との当接面を介して保持されて
いる含浸型陰極構体１を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、陰極線管の電子銃
等に使用される含浸型陰極構体およびその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】含浸型陰極構体は、一般に高電流密度で
動作しかつ長寿命であるため、高品位映像システム用ブ
ラウン管や撮像管、あるいは衛星等に搭載される進行波
管等の電子銃のカソード基体として頻繁に使用されてい
る。含浸型陰極構体は、例えば空孔率２０％程度の例え
ばタングステンペレット体等の多孔性基体に熱電子放出
物質を含浸させ、その多孔性基体を高融点金属板からな
るカップ体に収容して固定し、さらにそのカップ体に陰
極スリーブを接合することによって作製されている。

【０００３】一般に、陰極スリーブ内には電子放射物質
が含浸された多孔性基体を加熱するヒータが装着されて
おり、そのヒータが加熱されるとそれに伴って多孔性基
体も加熱されるようになっている。多孔性基体が加熱さ
れ所定温度に達すると、多孔性基体に含浸された電子放
射物質から熱電子が放出される。放出された熱電子は、
電子銃のグリッドによって加速かつ収束されて蛍光体を
発光させ、その結果、何らかの画像が表示されることに
なる。

【０００４】上述した含浸型陰極構体１００の製造方法
としては、例えば図４に示すように、タングステンペレ
ット１１０、タングステンカップ１３０およびタングス
テン陰極スリーブ１４０を全周にわたって、矢印Ａ方向
にかしめながら抵抗溶接し、タングステンペレット１１
０とタングステンカップ１３０、および、タングステン
カップ１３０とタングステン陰極スリーブ１４０とをそ
れぞれ固定する方法がある。 図４は、含浸型陰極構体
を作製するときのタングステンペレット、タングステン
カップおよびタングステン陰極スリーブの抵抗溶接位置
を示す断面図である。

【０００５】また上述した製造方法とは別に、タングス
テンペレットの底面のいずれか一側に、その底面より面
積の小さい円盤状のモリブデン等の高融点金属板をレー
ザ光を照射してレーザ溶接を行い、さらにその円盤状の
高融点金属板とカップとを抵抗溶接若しくはレーザ溶接
にて溶融、固着させる方法がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した前
者の製造方法では、タングステンペレットとカップとが
十分強固に固定されているとはいえず、そのため、陰極
温度が経時的に大きく変動する場合が多い。したがっ
て、その経時的変動によってカットオフ電圧も大きく変
化することになり、熱電子の放出量が安定しない等の問
題が多々発生していた。

【０００７】後者の製造方法は、タングステンペレット
とカップとの固定強度が高く、陰極温度の経時的変動は
少ないが、円盤状の高融点金属板をタングステンペレッ
トに固着させるときに、高融点金属板をレーザ光を照射
して一部溶融させて取り付けるので、高融点金属板が溶
接時の熱により熱変形してしまい、高融点金属板表面の
平坦度が著しく低下する傾向にある。この状態でタング
ステンペレットをカップに収容してカップ内側底面と高
融点金属板表面とをレーザ溶接しても、隙間や空孔が発
生したままであり、その結果、溶接不良が多発し、含浸
型陰極構体を製造する上で大きな問題となっていた。

【０００８】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、陰極温度の経時変化に伴うカッ
トオフ電圧の変動が少なく、製造時の溶接不良が発生し
ない含浸型陰極構体およびその製造方法を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明の含浸型陰極構体は、高融点金属の粉末
を焼結してなる多孔質基体と、前記多孔質基体の少なく
とも一面側に配置され、前記多孔質基体に焼結されてい
る高融点金属基板と、前記多孔質基体に配置されている
高融点金属基板表面と当接する面を有し、前記多孔質基
体を、少なくとも一の他面側を露出させた状態で保持可
能な保持体とを有し、電子放射物質が含浸された後の多
孔質基体が、前記保持体に、前記高融点金属基板と保持
体との当接面を介して保持されている。

【００１０】本発明の含浸型陰極構体の製造方法は、高
融点金属の粉末を焼結してなる多孔質基体と、前記多孔
質基体の少なくとも一面側に配置され、前記多孔質基体
に焼結されている高融点金属基板と、前記多孔質基体に
配置されている高融点金属基板表面と当接する面を有
し、前記多孔質基体を、少なくとも一の他面側を露出さ
せた状態で保持可能な保持体とを有する含浸型陰極構体
の製造方法であって、前記多孔質基体を形成するとき
に、前記多孔質基体の少なくとも一面側に前記高融点金
属基板が配置されるように、前記高融点金属粉末と高融
点金属基板とを焼結する工程と、前記高融点金属基板が
配置された多孔質基体に対して電子放射物質を含浸する
工程と、前記多孔質基体に電子放射性物質が含浸させた
後、前記高融点金属基板と保持体との当接面を溶接し
て、前記多孔質基体を、前記多孔質基体の少なくとも一
の他面側を露出させた状態で保持する工程とを有する。

【００１１】本発明の含浸型陰極構体によれば、高融点
金属基板は多孔質基体の一面側に配置され、焼結されて
いる。多孔質基体を保持体内に収容したときに、保持体
の底面部と高融点金属基板の表面部は当接状態にあり、
多孔質基体に電子放射物質を含浸させた後、その当接面
を例えばレーザ溶接することによって、多孔質基体は、
少なくとも一の他面側を露出させた状態で保持される。

【００１２】本発明の含浸型陰極構体の製造方法によれ
ば、多孔質基体を形成するときに、多孔質基体の少なく
とも一面側に高融点金属基板が配置されるように、高融
点金属粉末と高融点金属基板とが焼結される。焼結後、
高融点金属基板が配置された多孔質基体に対して電子放
射物質が含浸され、その多孔質基体に電子放射性物質が
含浸させた後、高融点金属基板と保持体との当接面が溶
接されて、多孔質基体が、多孔質基体の少なくとも一の
他面側を露出させた状態で保持される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る含浸型陰極構
体およびその製造方法の実施の形態について、図面に基
づいて説明する。図１（ａ）は、本発明に係る含浸型陰
極構体を正面側からみたときの断面図、図１（ｂ）は、
本発明に係る含浸型陰極構体の上面図、図２は、タング
ステンペレットを作製する工程を説明するため図、図３
は、タングステンペレットから含浸型陰極構体を作製す
る工程を説明するための図である。

【００１４】本含浸型陰極構体１は、タングステン金属
の粉末を焼結してなる多孔質基体としてのタングステン
ペレット１０と、タングステンペレット１０と焼結され
ている高融点金属基板としてのモリブデン基板２０と、
モリブデン基板２０が配置されたタングステンペレット
１０を保持する保持体としてのカップ３０と、モリブデ
ン基板２０およびカップ３０を発熱させるための電流を
供給する陰極スリーブ４０とで構成されている。

【００１５】タングステンペレット１０は、タングステ
ン金属の粉末を円筒形をしたペレット形状になるように
所定の寸法に圧縮成形し、それを空孔率２０〜２５％に
なるように還元雰囲気中または真空中にて十分長い時間
焼結したものである。タングステンペレット１０の空孔
には、酸化バリウム、酸化カルシウムまたは酸化アルミ
ニウム等からなる電子放射物質が、還元雰囲気中あるい
は真空中で含浸されている。

【００１６】モリブデン基板２０は、厚さ約１０〜２０
０μｍ程度の薄板であり、図１に示すように、タングス
テンペレット１０の下面部１０ａの中央部近傍に埋設し
た状態で配置され、タングステンペレット１０の圧縮成
形および焼結時に、タングステンペレット１０内部に焼
結される。モリブデン基板２０は、その材質をモリブデ
ンに換えて、同様な高融点金属であるタングステンやタ
ンタル等も使用することができる。

【００１７】カップ３０は、図１に示すように、タング
ステンペレット１０を、タングステンの上面部１０ｂの
みを露出させた状態で保持するように形成されている。
またカップ３０の内側底面部３０ａは、タングステンペ
レット１０に配置されているモリブデン基板２０の表面
部２０ａと隙間なく当接するように形成されている。

【００１８】カップ３０の内側底面部３０ａとモリブデ
ン基板２０の表面部２０ａとは、図３に示すようにレー
ザ溶接により溶着されており、これにより、タングステ
ンペレット１０はカップ３０に収容され、保持されるこ
とになる。カップ３０は、タンタル等の高融点金属でで
きているが、その材質を、タンタルに換えてタングステ
ンやモリブデン等にしてもよい。

【００１９】陰極スリーブ４０は、図１および図３に示
すようにカップ３０の側面部にレーザ溶接により固定さ
れている。陰極スリーブ４０の内部には、電子放射物質
が含浸されたタングステンペレット１０を加熱する図示
しないヒータが内蔵されており、このヒータからの熱に
よりタングステンペレット１０から熱電子が放出される
ことになる。なお、陰極スリーブ４０の内部ばかりでな
くカップ３０にもヒータを内蔵させて、タングステンペ
レット１０の加熱効率が一層高まるように構成してもよ
い。また陰極スリーブ４０もカップ３０と同様にタンタ
ルでできているが、その材質を、タンタルに換えてタン
グステンやモリブデン等にしてもよい。

【００２０】次に、本含浸型陰極構体１が電子を放出す
る時の動作について説明する。陰極スリーブ４０に内蔵
された図示しないヒータが陰極スリーブ４０に供給され
る電流によって加熱されると、その熱は、陰極スリーブ
４０を伝わって陰極スリーブ４０と互いにレーザ溶接さ
れたカップ３０に伝導される。

【００２１】カップ３０に伝導された図示しないヒータ
からの熱は、カップ３０の内側底面部３０ａと隙間なく
当接しているモリブデン基板２０の表面部２０ａを介し
て、タングステンペレット１０内に侵入する。タングス
テンペレット１０内に侵入した熱によりタングステンペ
レット１０自体が加熱され、タングステンペレット１０
が所定の温度に達すると、タングステンペレット１０に
含浸された電子放射物質が励起状態になり、カップ３０
によって覆われていない面部、つまりタングステンペレ
ット１０の上面部１０ｂが電子放射面となって、電子が
放出される。タングステンペレット１０が連続的に加熱
されている間においては、電子もまた連続的に放射され
ることになる。

【００２２】次に、本含浸型陰極構体１の製造方法につ
いて図面に基づいて説明する。図２に示すように、プレ
ス装置５０のメス金型５１の内側底面部の中央部近傍に
モリブデン基板２０を配置し、タングステン金属の粉末
を入れ（ＳＴＥＰ１）、オス金型５２にて所定の圧力で
圧縮してペレット状に成型する（ＳＴＥＰ２）。圧縮成
型した後、還元雰囲気中あるいは真空中にて、所定の温
度および十分に長い所定時間だけ焼結し、空孔率２０〜
２５％程度のタングステンペレット１０を得る（ＳＴＥ
Ｐ３）。

【００２３】焼結が完了したタングステンペレット１０
に対して、酸化バリウム、酸化カルシウムおよび酸化ア
ルミニウムからなる電子放射物質を、真空中で例えば約
１８００度、３分間にわたり含浸させる（ＳＴＥＰ
４）。このときの酸化バリウム、酸化カルシウムおよび
酸化アルミニウムのモル比は、４：１：１が好ましい。
なお、タングステンペレット１０を含浸させる雰囲気と
しては、真空中以外にも還元雰囲気中でもよい。

【００２４】上述した方法により含浸を完了させた後、
タングステンペレット１０の周囲に付着している余分な
電子放射物質を除去するために、水中で５分間、またア
セトン中で５分間超音波洗浄を行い、さらに約１８００
度、５分間にわたり真空中において乾燥アニールを実施
する。

【００２５】その後、タングステンペレット１０の上面
部１０ｂから電子を放出し易くするため、例えばイリジ
ウム、オスミウム、ルテニウムまたはイリジウム・タン
グステン等の白金元素またはそれらの元素を含む合金を
仕事関数低下材として、タングステンペレット１０の上
面部１０ｂに成膜する。

【００２６】上述した工程を経た後、タングステンペレ
ット１０をモリブデン基板２０の表面部２０ａを上側に
向けて載置し、その上方からカップ３０をかぶせる。こ
のとき、タングステンペレット１０の周縁部とカップ３
０の内面側とが接触しないようにし、また、モリブデン
基板２０の表面部２０ａとカップ３０の内面部３０ａと
の間に隙間や空孔が生じないように位置決めを行う。

【００２７】位置決め終了後、カップ３０の上方からレ
ーザ光を照射してカップ３０とモリブデン基板２０とを
溶接し接合する（ＳＴＥＰ５）。このときのレーザ溶接
によるスポット点数は、モリブデン基板２０の大きさに
応じて適宜変更される。なお、レーザ溶接を行うときに
は、モリブデンおよびタンタルの酸化防止のために、ア
ルゴンガスまたは窒素ガス等の不活性ガスを吹き付けな
がら溶接を行うと良い。

【００２８】タングステンペレット１０とカップ３０と
の接合完了後、陰極スリーブ４０をカップ３０の外周面
の所定の位置に立設した状態で位置決めする。位置決め
終了後、カップ３０の側面側からレーザ光を照射して陰
極スリーブ４０とカップ３０とを接合する（ＳＴＥＰ
６）。このレーザ溶接においても上述したように不活性
ガスを吹き付けながら溶接を行うと良い。以上の製造過
程を経過することにより、含浸型陰極構体１が製造され
る。

【００２９】本実施の形態の含浸型陰極構体１の製造方
法では、タングステンペレット１０に電子放射物質を含
浸させる工程はモリブデン基板２０とカップ３０とを接
合する工程の前に存在するが、モリブデン基板２０とカ
ップ３０とを接合した後に含浸工程を配置してもよい。

【００３０】以上説明したように、本発明の含浸型陰極
構体１によれば、タングステンペレット１０の底面部１
０ａに、タングステンペレット１０の焼結と同時に焼結
され、平坦かつ突起のない表面部２０ａが形成されたモ
リブデン基板２０を設けたので、モリブデン基板２０の
表面部２０ａとカップ３０の内側底面部３０ａとを隙間
無く完全に密着することができる。これにより、タング
ステンペレット１０とカップ３０とを強固に固定するこ
とができる。またモリブデン基板２０の表面部２０ａと
カップ３０の内側底面部３０ａとの間に隙間がないた
め、モリブデン基板２０とカップ３０とを溶接したとき
の未溶接部分や溶接不良の発生を防止できる。さらにタ
ングステンペレット１０に含浸された電子放射物質はレ
ーザ溶接による熱の影響を直接受けないので、電子放射
物質の蒸発が防止できる。

【００３１】また本発明の含浸型陰極構体１の製造方法
によれば、タングステンペレット１０に固定され、か
つ、平坦で突起のない表面部２０ａが形成されたモリブ
デン基板２０を備え、タングステンペレット１０とカッ
プ３０とが強固に固定された含浸型陰極構体１を製造で
きる。

【００３２】

【発明の効果】本発明の含浸型陰極構体およびその製造
方法によれば、多孔質基体と保持体とを強固に固定で
き、多孔質基体と保持体との溶接時に発生する未溶接部
分や溶接不良の発生を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は、本発明に係る含浸型陰極構体を
正面側からみたときの断面図、図１（ｂ）は、本発明に
係る含浸型陰極構体の上面図である。

【図２】タングステンペレットを作製する工程を説明す
るため図である。

【図３】タングステンペレットから含浸型陰極構体を作
製する工程を説明するための図である。

【図４】含浸型陰極構体を作製するときのタングステン
ペレット、タングステンカップおよびタングステン陰極
スリーブの抵抗溶接位置を示す断面図である。

【符号の説明】

１，１００…含浸型陰極構体、１０，１１０…タングス
テンペレット、２０…モリブデン基板、３０，１３０…
カップ、４０，１４０…陰極スリーブ、５０…プレス装
置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高融点金属の粉末を焼結してなる多孔質基
   体と、 前記多孔質基体の少なくとも一面側に配置され、前記多
   孔質基体に焼結されている高融点金属基板と、 前記多孔質基体に配置されている高融点金属基板表面と
   当接する面を有し、前記多孔質基体を、少なくとも一の
   他面側を露出させた状態で保持可能な保持体とを有し、 電子放射物質が含浸された後の多孔質基体が、前記保持
   体に、前記高融点金属基板と保持体との当接面を介して
   保持されている含浸型陰極構体。
2. 【請求項２】前記高融点金属基板と保持体とは、溶接さ
   れている請求項１記載の含浸型陰極構体。
3. 【請求項３】前記保持体は、前記高融点金属基板と同質
   の高融点金属で形成されている請求項２記載の含浸型陰
   極構体。
4. 【請求項４】高融点金属の粉末を焼結してなる多孔質基
   体と、前記多孔質基体の少なくとも一面側に配置され、
   前記多孔質基体に焼結されている高融点金属基板と、前
   記多孔質基体に配置されている高融点金属基板表面と当
   接する面を有し、前記多孔質基体を、少なくとも一の他
   面側を露出させた状態で保持可能な保持体とを有する含
   浸型陰極構体の製造方法であって、 前記多孔質基体を形成するときに、前記多孔質基体の少
   なくとも一面側に前記高融点金属基板が配置されるよう
   に、前記高融点金属粉末と高融点金属基板とを焼結する
   工程と、 前記高融点金属基板が配置された多孔質基体に対して電
   子放射物質を含浸する工程と、 前記多孔質基体に電子放射性物質が含浸させた後、前記
   高融点金属基板と保持体との当接面を溶接して、前記多
   孔質基体を、前記多孔質基体の少なくとも一の他面側を
   露出させた状態で保持する工程とを有する含浸型陰極構
   体の製造方法。