JPS63131428A - 電子管用陰極 - 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〕 この発明は、ＴＶ用ズブラウン管どに用いられる電子管
用陰極に関するものである。

〔従来の技術〕

第８図は従来のＴＶ用ズブラウン管撮像管に用いられて
いる陰極を示すものであり、図において、（１）はシリ
コン（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｋｇ）などの還元性元素
を微量含む主成分がニッケルからなる有底筒状の基体、
（２）はこの基体（１）の底部上面に被着され、少なく
ともバリウム（Ｂａ）を含み、他にストロンチウム（Ｓ
ｒ）または／およびカルシウム（Ｏａ）を含むアルカリ
土類金属酸化物からなる電子放射物質層、（３）は上記
基体（１）内に配設されたヒータ（３）で、加熱により
上記電子放射物質層（２）から熱電子を放出させるため
のものである。

この様に構成された電子管用陰極において、基体（１）
への電子放射物質層（２）の被着は次の様にして行なわ
れる。まず、アルカリ土類金属（Ｂａ、　８ｒ、Ｃａ）
の三元炭酸塩からなる懸濁液を基体（１）の底部上面に
塗布し、真空排気工程中にヒータ（３）によって加熱す
る。この時、アルカリ土類金属の炭酸塩はアルカリ土類
金属の酸化物に変わる。その後、アルカリ土類金属の酸
化物の一部を還元して半導体的性質を有するように活性
化を行なうことにより、基体（１）上にアルカリ土類金
属の酸化物からなる電子放射物質層（２）を被着形成し
ている。

この活性化工程において、アルカリ土類金属の酸化物の
一部は次の様）こ反応する。つまり、基体（１）内に含
有されたシリコン、マグネシウム等の還元性元素は拡散
によりアルカリ土類金属の酸化物と基体（１）の界面に
移動し、アルカリ土類金属酸化物と反応する。たとえば
、アルカリ土類酸化物として酸化バリウム（Ｂａｄ）で
あれば次式（１）、（２）の様に反応する。

ＢａＯ＋１／２Ｓ１＝Ｂａ＋１／２ＳｉＯ・（１）Ｂａ
Ｏ＋　Ｍｇ　　＝　Ｂａ＋ＭｇＯ−（２）この反応の結
果、基体（１）上に被着形成されたアルカリ土類金属酸
化物の一部が還元され、酸素欠乏型の半導体となり、陰
極温度７００〜８００℃の動作温度で０．５〜０．８Ａ
／ｄの電子放射が得られることになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕 ところが、上記従来の電子管用陰極では、電子放射が０
．５〜０．８Ａ／ｄ以上の電流密度は取り出せない。そ
の理由として、アルカリ土類金属酸化物の一部を還元反
応させた場合、上記（１）、（２）式からも明らかなよ
うに、基体（１）とアルカリ土類金属酸化物層との界面
にｓ　ｉｏ２．　Ｍｇｏまたはｎａｏ−ｓｉｏ２などの
複合酸化物層（中間層）が形成され、この中間層が高抵
抗層となって電流の流れを妨げること、および上記中間
層が基体（１）中の還元性元素（ｓｉ。

Ｍｇ）が電子放射物質層（２）の表面側へ拡散するのを
妨げるため十分な量のバリウム（Ｂａ）が生成されない
ためであると考えられている。つまり、電子管動作中に
基体（１）と電子放射物質層（２）の界面近傍、特に基
体（１）表面近傍のニッケル結晶粒界と上記界面より１
０μｍ程度電子放射物質層（２）内側の位置に上記中間
層が偏析するため、電流の流れおよび電子放射物質層（
２）表面側への還元性元素の拡散が妨げられ、高電流密
度下の十分な電子放出特性が得られないという問題があ
った。

この発明は上記従来の問題点を解消するためになされた
もので、高電流密度下において長時間にわたって安定し
たエミッション（電子放出）特性を有し、かつ、生産性
・信頼性の高い電子管用陰極を提供することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明者等は、鋭意研究の末、電子放射物質層に酸化
スカンジウムを添加することにより、基体中の還元性元
素を含む複合酸化物層（中間層）が基体界面近傍に偏析
するのを抑制できることに成功した。ところが、酸化ス
カンジウムを添加すると、スカンジウムを含む複合酸化
物層（別の中間層）が上記界面に偏析し、この複合酸化
物層がアルカリ土類金属酸化物の還元反応を律速して、
高電流密度下のエミッション特性を長時間に亘って維持
できないことが判った。

この発明者等は、引き続く研究により、酸化スカンジウ
ムとともに、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、バリウム
シリケートのうちの少なくとも１種の還元性物質を添加
すれば、上記スカンジウムを含む複合酸化物層が存在し
ても長時間に亘って十分なエミッション特性が得られる
ことを見出して、この発明を完成するに至ったものであ
る。

すなわち、この発明に係る電子管用陰極は、バリウムを
含むアルカリ土類金属酸化物を主成分とする電子放射物
質層に、０．１〜２０ｍｊｔ％の酸化スカンジウムを含
有させるとともに、酸化マグネシウム、酸化ケイ素ｊよ
びバリウムシリケートのうちから選ばれる少なくとも１
種の還元性物質を０．０１〜０．５重量％含有させるも
のである。

〔作用〕

この発明をこよｎば、電子放射物質層に酸化スカンジウ
ム（Ｓ０２０８）を含有するようにしたので、基体の界
面近傍にＳＣ拡散層が形成され、この８ｃ拡散層により
陰極動作時に上記界面近傍に生成した基体中の還元性元
素を含む複合酸化物層が解離される。これにより、高絶
縁性の上記複合酸化物層が上記界面に偏析するのが防止
できる。

また、酸化マグネシウム（Ｍｇｏ）、酸化ケイ素（８１
０）、バリウムシリケー）　（Ｂａ２８ｉ０４）のうち
の少なくとも１種を含有するようにしたので、陰極動作
時にｎｇ、ｓｉまたはＢａ　が電子放射物質層内に析出
し、これら還元性元素がアルカリ土類金属酸化物の還元
に寄与する。これにより、電子放射物質層の活性度を長
時間に亘って維持することができる。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の実施例を図面にしたがって説明する。

第１図において、（２ａ）は基体（１）の底部上面に被
着された電子放射物質層であり、少なくともバリウム（
Ｂａ）を含み、他にストロンチウム（ｓｒ）または／お
よびカルシウム（Ｏａ）を含むアルカリ土類金属酸化物
を主成分とし、０．１〜２０重址％の酸化スカンジウム
（ＳＣ２０８）と０．０１〜０．５重量％の酸化マグネ
シウム（ＭｇＯ）とを含有している。

つぎに、この実施例の電子放射物質層（２ａ）の被着形
成方法について説明すると、まず、Ｂａｊ　８ｒｔＣａ
　の三元炭酸塩に、たとえば、５Ｃ２０８粉末を５重量
％、ＭｇＯ粉末を０．１重量％（上記三元炭酸塩が全て
酸化物になるとしての重量％）添加混合し、懸濁液を作
成する。この懸濁液をニッケルを主成分とする基体（１
）の底部上面にスプレィにより約８０ミクロンの厚みで
塗布し、その後、従来と同様に、炭酸塩から酸化物への
分解過程および酸化物の一部を還元する活性化過程を経
て、電子放射物質層（２ａ）を基体（１）に被着形成す
る。

上記電子管用陰極を用いて２極管真空管を作成し、寿命
試験を行なって、エミッション電流の変化を調べた結果
、第２図のライン１１で示す結果を得た。ライン１１　
は、従来のテレビ用陰極としての電流密度０．６６Ａ／
ｄの８．１倍（２，０５Ａ／ｄ）で動作させた時の特性
を示し、ライン１２　は従来のアルカリ土類酸化物のみ
からなる電子管用陰極の寿命特性を示したものである。

この第２図から明らかなように、この実施例の陰極は従
来例の陰極に対して高電流密度動作でのエミッション劣
化が少ないものである。

上記において、５重量％の５０２０８を予め添加すする
ことによって、添加した５Ｃ２０８の一部は解離して第
１図に示す基体（１）内に拡散し、基体（１）の界面近
傍にＢｃ拡散層を形成する。一方、陰極を動作させると
、基体（１）内の還元性元素ｓｉ、ａｇが基体（１）の
表面に移動し、電子放射物質層（２ａ）のアルカリ土類
金属酸化物（Ｂ　ａ　ｓ　ｓ　ｒｒＣ”　）０）と反応
してこの酸化物を還元する。その結果、ｎａ、　Ｂｒ、
　ｃａの活性原子を生成し、電子放射を容易にする。こ
のとき、アルカリ土類金属酸化物と基体（１）内の還元
性元素との反応の副産物として複合酸化物、たとえばｎ
ａ２ｓｉｏ、層を生成し、これが陰極の動作時間の経過
とともに基体（１）の界面上に中間層として形成される
。ところが、基体（１）の界面近傍には上記Ｂｃ拡散層
が形成されており、上記Ｂａ２８　ｉｏ４が解離して再
びＳｉ　原子を生成する。したがって、基体（１ン内の
還元性元素ｓｉ、Ｍｇ　の電子放射物質層（２ａ）内へ
の継続的な拡散が妨げられず、しかも、高絶縁層として
作用する上記Ｂａ２ｓ　ｉｏ、を解離させることにより
、エミッション電流の流れも阻害されない。これにより
、再びアルカリ土類金属酸化物の還元反応が生じ、エミ
ッション電流の低下を・防止できる。

一方、８Ｃ２０８を添加することにより、上記Ｂａ２Ｓ
ｉＯ４層はＢｃ　により解離して１９ｉ　原子を生成す
るが、同時に別の複合酸化物、たとえば、Ｂａ２Ｓｃ２
Ｏ５層（中間層）を生成する。このとき、基体（１）内
の還元性元素ｓｉ、Ｍｇ　は、上記Ｂ８８８Ｃ４０゜層
を拡散して通り抜け、アルカリ土類金属酸化物と接触す
る。ところが、電子放射物質層（２ａ）に予めＭｇＯが
添加されているので、陰ｉｓ作温度で上記５Ｃ２０８か
ら一部解離して生成したＢｃ　によってＭｇ原子が析出
し、このＭｇがアルカリ土類金属酸化物の還元に寄与す
る。したがって、上記Ｂ１８８Ｃ，０８層が存在しても
アルカリ土類金属酸化物の還元反応が律速されず高電流
密度下で十分なエミッション特性を長期間に亘って得る
ことができる。

上記実施例では、５Ｃ２０８５重量％と、Ｍｇ００．１
重量％を添加した例を示したが、５０２０８を０．１〜
２０重量％とし、ＭｇＯを０．０１〜０．５重量％とし
た範囲でも同様な結果が得られることが確認された。

５Ｃ２０３を０．１〜２０重量％の範囲で添加するのは
以下の理由による。すなわち、０．１重量％未満の添加
では、基体（１）の界面での中間層形成を抑制する効果
が不十分であり、また、２０重量％を超える添加では、
相対的にアルカリ土類金属酸化物の量が少なくなり、電
子放射量が低下するためである。

また、ＭｇＯを０．０１〜０．５重量％の範囲で添加す
るのは以下の理由による。すなわち、０．０１重量％未
満の添加では電子放射物質層内で生成されるＭｇ原子の
量が微量であり、電子放射への寄与が小さい。また、０
．５重量％を超える添加では、生成されるＭｇ原子が大
となり、アルカリ土類金属酸化物の消耗が大となって長
時間の寿命特性が得られないためである。

この発明の他の実施例として、第１図の電子放射性物質
層（２ａ）内に、上記酸化マグ卑シウム（ＭｇＯ）に代
えて、酸化ケイ素（８ｉ０□）またはバリウムシリケー
ト（Ｂａ２Ｓｉｎ、）などの還元性物質を添加するよう
にしてもよい。この発明者の実験によれば、０．０１〜
０．５重量％のｓ　ｉｏ２　またはＢａ２８ｉ０４を電
子放射物質層（２ａ）に添加したところ、第２図のライ
ンＡ’　１　（ＭｇＯのエミッション特性）とほぼ同一
のエミッション特性を得ることができた。

この発明のさらに他の実施例として、ＭｇＯ。

ｓｉｏ□、　ｎａ２ｓｉｏ４　　のうちから２種以上を
選び、上記０．０１〜０．５重量％の範囲内で電子放射
性物質層（２ａ）に添加するようにしても、やはり第２
図のライン１１　　とほぼ同一のエミッション特性を得
ることができた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、酸化スカンジ
ウムの添加により基体界面近傍に偏析した高抵抗層であ
る複合酸化物が解離できるので、高電流密度下の十分な
エミッション特性を得ることができる。また、酸化マグ
ネシウム等の添加により電子放射物質層の活性度を長時
間に亘って維持できるので、従来よりも長寿命、かつ、
安価で製造の制約の少ない信頼性の高い電子管用陰極が
得られるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発、明の一実施例を示す断面図、第２図は
寿命試験時間とエミッション電流との関係を示すグラフ
、第８図は従来の電子管用陰極を示す断面図である。 （１）・・・基体、（２ａ）・・・電子放射物質層。 なお各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ニッケルを主成分とする基体上に、バリウムを含
   むアルカリ土類金属酸化物を主成分とする電子放射物質
   層を被着形成してなる電子管用陰極において、上記電子
   放射物質層は、０．１〜２０重量％の酸化スカンジウム
   を含有するとともに、酸化マグネシウム、酸化ケイ素お
   よびバリウムシリケートのうちから選ばれる少なくとも
   １種の還元性物質を０．０１〜０．５重量％含有するこ
   とを特徴とする電子管用陰極。