JPS61296634A - 真空電子管用酸化物カソ−ドおよびその製造方法 - 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、新規な間接的に加熱される（情熱型）酸化
物カソードから成る真空電子管に関する。

この新規な酸化物カソードは、改善された熱伝導特性を
有し、２極管、３極管或Ａは陰極線管のような電子管に
使用できる。この発明は、また、新規なカソードに不可
欠な部分である一体化形成されたカソード基体−支持体
の新規な製造方法を提供する。

〈発明の背景〉　′ 殆どの真空電子管には、電子源として少なくとも１つの
熱イオン酸化物カソードか使用されてｈる。代表的なカ
ソードは、ニッケル合金基体と、この基体の表面に設け
られた、主に酸化バリウム及び１つ又はそれ以上の池の
アルカリ土類酸化物から成るカソード酸化物層と、この
基体の反対側表面に隣接して設けられ、基体の動作温度
を約９５０’に乃至１１５０°Ｋに維持する輻射ヒータ
手段とから成る。この基体には少量の還元剤が含まれて
いる。この還元剤は、動作温度においてカソード酸化物
層に異なる速度で次第に移動していき、カソ−ド酸化物
層中の酸化バリウムを金属バリウムに還元する。この金
属バリウムによシ、カソード酸化物層に低仕事関数の表
面が得られ、動作温度における電子の効果的な放出か可
能となる。

酸化物カソードの構成には、１９７６年７月２３日付け
のＲＣＡ　’Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｎｏｔｅｓ　ＴＮ　
Ａｌ１５９中にターンプル（Ｊ−Ｃ，Ｔｕｒｎｂｕｌｌ
　）氏によシ開示された単一の一体化形成された２種の
金属からなる所謂２金属力ソード基体−支持か使用され
ている。

この一体化形成された２金属部分は、要約すると、ニッ
ケルークロム合金のような構造用合金の薄いスリーブ及
び端壁に接合され、かつ、支持されたカップ型ニッケル
合金カソード基体として記載されてｈる。この一体化形
成部分は、被覆された、或いは、接合された２つの合金
の層から成る２金属ラミネートから作られる。このカソ
ードには、基体の外側表面のカソード酸化物層と、スリ
ーブ内に収容されこのカソード酸化物層と反対側にある
輻射ヒータ手段とか含まれる。この一体化形成部分は、
機械的形成、及び、選択的エツチングにより、例えば、
１９８３年３月８日付けのクンツ（Ｐ。

Ｊ、　Ｋｕｎｚ）氏の米国特許第４３７６００９号明絽
書に記載された方法により作ることができる。

上記のカソードは大量生産される数多くの電子管におい
て十分に機能するが、それでも更に改良を加えることか
望まし贋。例えば、ヒータ手段と基体の間の熱伝導を改
善することによシ、カソードはヒータへのよシ低い入力
電力で動作できる。

２個の部品からなるカソードに関する周知技術では、熱
伝導を改善するためには、支持体スリーブの内側を黒く
するか、或いはカソード基体の内側を黒くしていた。こ
れらの方法は、理論的には一応評価できるか、実際には
多くの問題に直面する。

基体または支持体は、一方が他方に溶接される前に酸化
によシ黒くされる。この部分の黒色酸化物被膜は、溶接
処理の妨げになることか分かつてＡる。また、主にニッ
ケルから成る基体は、酸化による黒色化か容易でない。

更に、酸化されると好ましくない基体及び支持体の外側
表面が酸化されてしまう。

〈発明の概要〉 この発明に従う新規な真空管には通常の真空管と同様に
情熱型の酸化物カソードが使用されている。この新規な
真空管は、カソード支持体と一体に接合されたカソード
基体を含む単一の２金属部分と、上記基体に設けられた
カソード酸化物層と、上記支持体内に設けられた輻射ヒ
ータ手段とから成る。この真空管の特徴は、このヒータ
に対向する内側の支持体表面に設けられた熱吸収性被膜
であり、これによシ上記ヒータから上記支持体と上記基
体の両方への熱伝導が改善される。

この新規な真空管に使用される単一のカソード基体−支
持体は容易に製造でき、２個の部品からなるカソードの
場合に起こる問題を回避することができる。

この発明の新規な方法によると、単一部品として形成さ
れた２金属部分は処理されて、ヒータに・対向する内側
の支持体表面に熱吸収性被膜か形成される。これは、例
えば、形成された２金属部分を湿性水素雰囲気中におい
て高温度で加熱することによシ行われる。次に、２金属
部分の外側層の選択された部分が、例えば、湿式化学エ
ツチングによシ取り除かれて、エツチングされない部分
はカソード基体として残る。次に、カソード基体の表面
が清掃されて前処理段階からの残渣か取り除かれる。こ
れは、例えば、この部分を乾燥した木表雰囲気中で加熱
することにより行われる。これにより、カソード基体表
面にカソード酸化物材料の層を配置する準備ができる。

〈実施例の詳細な説明〉 この新規な真空電子管は、例えば、２極管、３極管或り
は陰極線管等である。第１図に概略的に示された単一電
子銃陰極線管１１は、一方の端部に設けられた発光スク
リーン１５と、側面を覆うアノード１７と、他方の端部
に設けられた酸化物カソード１つと、カソード１つとア
ノード１７との間に設けられたビーム形成グリッド２１
及び２３とを有する排気されたガラス外囲器１３よ構成
る。酸化物カソード１９は、カソード支持層２ワに接合
されたカソード基体層２５を含む、単一の一体化形成さ
れた２金属カソード基体−支持体から成る。カソード酸
化物層２９が外側の基体表面に設けられ、輻射抵抗ヒー
タ３１が支持層２ワによシ形成された室内に収容されて
いる。熱吸収性被膜３３が、内側の支持体表面全体を覆
っている。陰極線管１１には、カラー表示管及び娯楽用
カラー表示管のように１つ以上のカソードを設けてもよ
い。第５図には、酸化物カソード１９がさらに詳しく示
されている。

一般に、一体化形成されたカソード基体−支持体は、熱
吸収性被膜が得られるように部分的に修正されているカ
ニ、前記の米国特許第４３７６００９号明細書に記載さ
れた方法により得ることかできる。

その修正された方法によシ、約０，０２５　ｔｍ　（ｌ
　ミル）の厚すのニクロム合金にッケル８０％、クロム
２０係）層２７Ａと、約０，０５１　ｔｍ　（２ミル）
の厚さのカソード・ニッケル合金層２５Ａとからなる約
０．０７６朋（３ミル）の厚さの２金属液合条片が、第
２図に示されるように、　Ｍが端壁４３によシふさがれ
た管、即ち、スリーブ４１から成る形成されたラミネー
ト部に成型される。この形成部の外側にあるカソード・
ニッケル合金層２５Ａには、９５％以上のニッケル、約
４係のタングステン、及び、マグネシウムやシリコンの
ような還元剤を含む約１俤の他の金属か含まれる。この
形成部は、全体の高さか約８．７６ｍ　（３４５ミル）
であり、最小の外径は約２．１６ｓｒｇ　（８５ミル）
である。

次に、この形成部を湿性水素雰囲気中で約８００°Ｃ乃
至１０００’ｃで酸化して、所望の厚さの酸化物を形成
する。これに要する時間は、通常約１５分乃至３０分で
ある。この雰囲気の露点は、約１０乃至２０°Ｃである
。これらの条件下で、この雰囲気中の酸素の分圧値は、
内側のニクロム層２７Ａのクロムを酸化するのに十分な
高さであり、第３図に示されるように、スリーブ４１及
び端壁４３の内側表面全体を覆うクロムを含有する酸化
物被膜３３が得られる。

この雰囲気中の酸素の分圧値は、形成部の外側表面に酸
化物被膜が形成されないように酸化ニッケルの解離圧よ
シ低くなっている。カソード・ニッケルの外側層２５Ａ
の外側表面が酸化されずに光沢を保つ一方、ニクロムの
内側層２７Ａの内側表面は酸化されて、主に酸化クロム
から成ると思われる黒色の熱吸収性酸化物被膜３３が得
られる。

次に、酸化された形成部は、前記米国特許第４３７６０
０９号明細書に記載されているようにマスクされてエツ
チングされ、カソード・ニッケルの外側層２５Ａの選択
された部分か取り除かれる。第４図に示されるように、
外側カソード・ニッケル層２５Ａの一部が残る。この一
部はカソード基体２５となり、これは端壁と内側ニクロ
ム層２７Ａのこの端壁に隣接する側壁とに支持されかつ
接合されて論る。上記の内側ニクロム層２７Ａはカソー
ド支持体２７となる。これらの部分間のカソード支持体
２７の外側表面は露出しておシ酸化されずに光沢を保つ
一方、このカソード支持体２７の内側表面全体は熱吸収
性酸化物被膜３３で覆われている。

このエツチングされた形成部を、乾性水素雰囲気中で約
１０１０°Ｃ乃至１０４０°Ｃの温度で、約１５分間焼
成して、熱吸収性酸化物被膜３３を化学的に安定させ、
形成部の表面から前の処理段階から残っていた不要な残
渣を取り除く。この乾性水素雰囲気の露点は約−３２°
Ｃである。これらの条件の組み合わせは酸化ニッケルを
僅かに還元し、酸化クロムに対して化学的に中性である
。

乾性水素雰囲気中で焼成した後、カソード酸化物層２９
は、第５図に示されるようにカソード基体２５の端壁に
配置される。カソード酸化層２９は、主に、カソード基
体２５の端壁表面にスプレーされた三重（バリウム、ス
トロンチウム及びカルシウム）炭酸塩（Ｂａ　、　Ｓｒ
　、　Ｃａ　）Ｃｏ３から成る。また、他の組み合せの
炭酸塩を使用してもよい。

端壁を炭酸塩の層２９で被覆した後、形成部を陰極線管
に配置し、次に輻射抵抗ヒータ３１をカソード支持体２
７によシ構成された室内に配置する。ヒータ３１は、酸
化アルミニウムの電気絶縁被膜３ワに覆われた螺旋状に
巻かれたタングステンφワイヤ３５から成る。ワイヤ３
５はカソード支持体２７の開口端から外に延びる２本の
脚部を有し、それらの端部は電圧源（図示せず）に接続
されている。

陰極線管を完全に組み立て排気した後、ヒータ・ワイヤ
３５を付勢して、比較的高い温度を発生させてカソード
支持体２７及びカソード基体２５を１０５０℃以上で加
熱するようにカソードを熱的に処理する。カソード酸化
物層２９に伝達された熱によシ、この層２９中の炭酸塩
は徐々に酸化物に変わシ、また、還元剤も基体２５から
カソード酸化物層２９へ移り、そこそこの層の酸化物と
反応して金属バリウムを放出させる。この金属バリウム
によシカソード酸化物層２９に、電子が効果的に放出さ
れるようにするための低仕事関数の表面か形成される。

金属バリウムを補充しなければならないため、陰極線管
の動作期間中は連続的にヒータ３１を動作させる必要カ
ニある。カソード支持体２７の内側及びカソード酸化物
層２つの反対側の内側端壁に熱吸収性被膜３３が存在す
ることにより、ヒータ３１トカソード支持体２７との間
の熱伝導が改善される。また、形成部の外側表面には熱
吸収性被膜３３かないため、カソード１９の熱効率はさ
らに高くなる。従って、カソード１９は、陰極線管の隣
接する金属部分への輻射による熱損失が少ない。１つの
実験において、上述のように熱吸収性被膜を持ったカソ
ードの陰極ｍ管と、このような熱吸収性被膜を持たない
カソードの陰極線管とを用いて、それぞれのヒータの脚
部間に同じＤＣ電圧（６，３ボルト〕をかけた。

熱吸収性被膜を持ったカソードは、熱吸収性被膜を持た
ないカソードよシも約２０°Ｃ高い温度を呈した。また
、熱吸収性被膜か支持体の内側表面に存在し、支持体の
外側表面には存在しないために、この新規なカソードは
、熱吸収性被膜を持たな込類似のカソード、或いは、支
持体の内側と外側の両方の表面に熱吸収性被膜を持った
類似のカソードに比べて低温から動作温度に上昇するま
での時間か短縮されることか確められた。

【図面の簡単な説明】

第１図は新規なカソードを具えた陰極線管を概略的に表
した図、第２図乃至第４図は異なる製造段階における単
一の、２種の金属から成るカソード基体−支持体の部分
的断面を表わす正面図、第５図はカソード酸化物層、輻
射ヒータ及び熱吸収性被膜を含む新規なカソードの部分
的断面を表わす正面図である。 １１・・・真空電子管、１９・・・カソード、２５Ａ・
・・第１の合金製の外側層、２７Ａ・・・第２の合金製
の内側層、３３・・・熱吸収性被膜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一体化形成されたカソード基体−支持体と、この
   支持体内に設けられた輻射ヒータと、このヒータに面す
   る上記支持体の内側表面上に形成された熱吸収性被膜と
   から成る真空電子管用情熱型酸化物カソード。
2. （２）第１の合金製の外側層と第２の合金製の内側層と
   から成る２金属ラミネート部分を形成する段階と、上記
   外側層の表面を実質的に酸化しないようにしつつ、上記
   内側層の表面を酸化してこの上に熱吸収性酸化物被膜を
   形成する段階と、上記外側層の選択された部分を取り除
   く段階とから成る真空電子管に使用される一体化形成さ
   れたカソード基体−支持体を含む酸化物カソードの製造
   方法。