JPS63116330A - 含浸型陰極 - 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】 産業上の利用分野 本発明は電子管用の含浸型陰極に関するものであり、特
に長寿命化、高安定化を達成するため改良された陰極基
体に関するものである。

従来の技術 電子管における含浸型陰極はバリウムを主成分とする複
合酸化物からなる電子放射物質を高融点金属の多孔質基
体に含浸して構成される。従来、この種の最も代表的な
ものとして多孔質タングステン基体に５８ａ０・３Ｃａ
０・２Ａ１□０３からなる電子放射物質を含浸させた陰
極があり、これは通常Ｂタイプと呼称されている。

含浸型陰極は、その動作中において、加熱されることに
より例えば、 ３Ｂａ３Ａ１２０６±６ＣａＯ＋Ｗ　　１−３ＢａｚＣ
ａＡ１．Ｏｉ＋Ｃａ、ＷＯｓ＋　３Ｂａの様な反応によ
り、遊離Ｂａを生成している。この遊離Ｂａは基体金属
の空孔を通って陰極表面に達し、Ｂａ−０−Ｗの単原子
層を形成し、この結果、陰極表面の仕事関係が低下し、
電子流が得られる。

一方、陰極表面に形成されたＢａ−ｏ−”ｖＶの単原子
層は陰極表面から蒸発するが、常に基体金属内部からＢ
ａの供給を受けている間は、陰極は安定した電子流を得
ることができる。しかしながら、動作時間と共にＢａ化
合物が消耗し、基体金属内部からのＢａの拡散が遅くな
ると、陰極表面でのＢ−０−Ｗの単原子層の被覆度が小
さくなり、仕事関数が上昇し、電子流の均一性がそこな
われ、寿命となる。

このように従来の含浸型陰極の寿命は基体金属内部から
のＢａの供給と表面からのＢａの蒸発とのバ・ランスに
よって決定される。

第５図は種々の空孔率のタングステン基体の含浸型陰極
の電子放射特性の経時的変化を示すグラフである。第５
図に示すように、タングステンの空孔率を１４，７％〜
２１．４％まで変化させた場合、電子放射特性が空孔率
が大きい方が経時変化が少な、いことがわかる。これは
前述したように電子放射に必要な表面被覆を維持するの
に充分な量のＢａが空孔内部から供給されるためである
。一方、空孔率が小さい場合は、表面に到達するＢａ量
が少なくＢａの表面被覆度の減少による電流の減少が大
きい。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、長時間動作、即ち、電子管の寿命につい
て考えてみると、空孔率が大きい場合はＢａの表面への
拡散量が多く、多孔質タングステン内部の含浸材を使い
はだす時間が短い。すなわち、寿命が短いという欠点が
ある。さらには、表面からのＢａ蒸発量も多くなり、こ
の蒸発Ｂａは陰極の周りの陽極にスパークされる結果、
電子管において耐圧不良の原因となっていた。

すなわち、電流変化の小さい安定した含浸型陰極を得る
ためには陰極基体の空孔率が大きい方がよく、逆にＢａ
の蒸発を抑制するためには空孔率が小さい方がよいとい
う相反する関係がある。

従って、本発明の目的は、電流変化の小さい安定したエ
ミッションを取り出すことができ、且つ長寿命である含
浸陰極を提供することにある。

問題点を解決するための手段 本発明に従い、高融点金属の多孔質基体に電子放出物質
を含浸せしめてなる含浸型陰極において、電子放出面と
なる多孔質基体の表面層における多孔度が該多孔質基体
の本体部分における多孔度よりも低いことを特徴とする
含浸形陰極が提供される。

上記多孔質基体の多孔度、すなわち空孔率は本体部分に
おいて２５〜４０％の範囲で、表面層において１０〜２
５％の範囲であることが好ましく、これらの空孔部に電
子放出物質、即ちバリウムを主成分とする複合酸化物が
充填される。

上述の表面層と本体部分における多孔質基体の多孔度を
それぞれ１０〜２５％の範囲内、２５〜４０％の範囲内
にする方法は幾つかあり、具体的には実施例において示
すが、タングステンおよびタングステン凝集体等のμの
オーダーの粒径の粒子をプレス成形・焼結させて行う。

また、上述のタングステン粒子、タングステン凝集体粒
子は堆積された時、空孔率ができるだけ大きいものとす
るため、ある程度不規則な形、例えば変形した楕円形を
している粒子であることが好ましい。

このような多孔質タングステン基質の空孔部にはバリウ
ムを主成分とする複合体酸化物が水素雰囲気中で１５０
０〜２０００℃の温度で溶融含浸される。

作用 従来、電流変化の小さい安定した含浸型陰極を得るため
には、陰極基体の空孔率が大きい方が良く、逆に、長寿
命化のためには、バリウムの蒸発を抑えるよう空孔率は
小さくした方が良いとう相反する関係があることから、
電流変化も小さく、且つ、長寿命である陰極が得られに
くかった。

しかるに、本発明に従うと、電子放出面となる多孔質基
体の表面層における咳高融点金属の密度を該多孔質基体
の本体部分における密度よりも高くする。すなわち、高
融点金属の多孔質基体の本体部分は多孔度が高く、従っ
て充分な電子放出物質を内深層に含浸せしめることが可
能であり、−方、電子放出面を構成する表面層は多孔度
が低く、従って電子放出物質の容量比率が相対的に小さ
く、拡散、蒸発が抑制される。従って、充分な量の遊離
バリウムが長時間供給されるが表面層の多孔質基体の高
密度性によりＢａの表面への拡散量が抑制され、本体部
分すなわち、内深層に充分な量蓄えられたバリウムを主
成分とする複合酸化物の消耗を抑え、長時間でかつ電流
安定性にすぐれた含浸陰極が可能となる。

本発明の含浸陰極は陰極表面上に発生する熱電子を陰極
から陽極に向けて電気的に加速させるものであるが、そ
のためには陰極表面上の仕事関数が小さい方が好都合で
ある。参考のため、金属を温度ＴＣＫ°〕に加熱した時
、単位時間に表面から放出される電子流はつぎのように
表わされる。

即ち、 Ｓ・・陰極の面積、　　Ａ・・熱電子放出定数、ｅ・・
電子の電荷、　　φ・・仕事関数、ｋ・・ポルツマン定
数、　■、・・飽和電流、Ａは素材によって決まる定数
であるが、純金属に対する理論値は１２０．４　（Ａ／
ｃＩＩｌ（’　Ｋ）２］を中心にあまり変化はなく、一
定である。故にいかに仕事関数φを小さくするかが問題
であり、本発明は上述の構成の含浸型陰極とすることに
より仕事関数φを安定して小さくするよう陰極表面のＢ
ａ−〇−Ｗの単原子層を安定した状態で長時間被覆させ
ることにより従来技術の問題を解決した。

実施例 次に、本発明を添付の図面を参照して説明するが、本発
明はこれによって何ら制限されるものではない。

実施例１ 第１図は本発明の一実施例の断面図である。

１は含浸型陰極ペレットで基体本体部分をなし、空孔率
４０％の多孔質タングステン基体に水素ガス中高温で電
子放射性物質を溶融含浸させたもので構成される。

２は多孔質タングステン基体の表面層をなし、空孔率が
２０％と基体本体部分１の密度よりも密度が高くなって
いる。

このような基体本体部分１と表面層２とから構成される
含浸陰極をろう材４を介して陰極支持筒体３内に埋設、
保持する。陰極支持筒体３の下方部分はアルミナ等から
なる絶縁体６で充填され、ヒータ５が絶縁体６内に埋設
されている。

第２図は、多孔質タングステンペレットをプレス成形す
る工程のタングステン粒子を模擬的に示したものである
。図中７はタングステン凝集体を示すもので、粒径２〜
３μのタングステン粒子を予め１ｔｏｎ／ｃｎｆでプレ
スした後、２０００℃−５分間焼結させ、空孔率を約２
０％程度にしたものを再度粉砕してタングステン凝集体
とした。

一方、８は平均粒径５μのタングステン粒子を示す。ま
ず、タングステン粒子８をプレス成形金型に所定量挿入
した後、この上に先のタングステン凝集体７を挿入する
。この後７００Ｋｇ／ｃｒｌでプレス成形し２０００℃
−３分間焼結させ、第３図に示すタブレット９とする。

この時、タングステン粒子８は空孔率的４０％、タング
ステン凝集体７は空孔率的２０％となり、含浸型陰極を
構成する。

次に、このタブレット９にアクリル樹脂を浸透させた後
、機械削りを行い陰極のペレットとする。

このアクリル樹脂は、機械削りの際、切削を容易にする
潤滑剤の役目をする。

陰極支持筒体３をモリブデン枠から切削加工後、これに
ヒータ５とアルミナ粉末６を埋設、充填して水素雲囲気
中で１８００℃−１０分間加熱してアルミナ粉末を焼結
させて作製する。

次に、先のペレット３の側面にモリブデン５７ｗｔ％、
ルテニウム４３ｗｔ％の混合粉末とアルコールとを混合
した混状吻からなるろう材４を塗布した後、陰極支持筒
体に挿入し、２０４０℃で溶融させろう付けした。

この後、モル比で４ＢａＯＣａＯＡｌ２Ｏ３からなる電
子放射物質を水素雲囲気中で約１７００℃に加熱し、前
記多孔質タングステンからなるペレット部に溶融含浸さ
せることにより含浸型陰極が完成した。

実施例２ 第４図は本発明の実施例２の多孔質タングステン部を模
擬的に示したものである。

図中１０は平均粒径７μのタングステン粒子、１１は平
均粒径５μのアクリル樹脂粒子を示す。

まずタングステン粒子１０とアクリル樹脂粒子１１を容
積比で、２対１の割合で混合したものをプレス成形金型
に所定量挿入した後、この上にタングステン粒子１０を
挿入する。この後１　ｔｏｎ／ｃｉでプレス成形し、空
気中４００℃で３０分間焼成しアクリル樹脂を除去した
後水素雰囲気で２０００℃、５分間焼結させて第３図に
示すタブレット９を得る。この時、タブレット９のタン
グステン基体の空孔率は約３０％、タブレット上表面層
の空孔率は約２０％となる。この後の工程は先の実施例
と同じ様にして含浸型陰極を完成させる。

以上説明したように本発明の含浸型陰極は、金属基体の
深奥部に充分な量の電子放射物質を有しているので、長
期間にわたってＢａの供給を行うことが出来ると共に、
長時間の安定動作が出来るという効果がある。

発明の詳細 な説明したように本発明の含浸型陰極は高融点金属多孔
質基体の本体部分、すなわち内深層において相対的に充
分な量の電子放射物質を含有し、且つ、表面層において
多孔質基体の密度が電子放射物質の密度より高いため、
内深層から充分な量の遊離Ｂａが供給されるのが、表面
層においてその拡散が抑制され、Ｂａの消費を遅滞させ
る。

従って、本発明の含浸陰極は、長寿命であり、且つ電流
変化が小さく、安定した電子流を放出することを可能に
するものである。

このことにより、本発明の含浸型陰極を用いた電子管は
特にブラウン管、撮影管、電子顕微鏡、Ｘ線管などに用
途が向けられた時に特に利点のあるものと言える。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の含浸型陰極の断面図を示す。 第２図は、本発明の陰極基体の多孔質基体の製造工程の
一部を示す模擬断面図を示す。 第３図は、本発明の陰極基体タブレットの斜視図−を示
す。 第４図は、本発明の第２の実施例の陰極基体の多孔質基
体の製造工程の一部を示す模擬断面図を示す。 第５図は、空孔率を変えて作製した含浸型陰極の初期電
子放射特性を示す図である。 （主な参照番号） １・・含浸型陰極ペレット、 ２・・高密度タングステン層、 ３・・陰極支持筒体、　　４・・ろう材、５・・ヒータ
ー、　　　　　６・・絶縁体、７・・タングステン凝集
体、 ８．１０・・タングステン粒子、 １１・・アクリル樹脂

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）高融点金属の多孔質基体に電子放出物質を含浸せ
   しめてなる含浸型陰極において、電子放出面となる多孔
   質基体の表面層における多孔度が該多孔質基体の本体部
   分における多孔度よりも低いことを特徴とする含浸形陰
   極。