KR100750226B1 - 음극선관용 음극 조립 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자총용 음극 조립 방법에 관한 것으로서, 특히 방출 재료의 바디(1)와, 상기 방출 재료의 바디가 삽입되는 컵(13)과, 실질적으로 원통형인 금속 스커트(2)를 포함하는 전자총용 음극 조립 방법에 있어서, 상기 컵을 상기 금속 스커트의 한 쪽의 개방 종단에 삽입하는 단계와; 상기 컵을 상기 스커트에 용접하는 단계와; 상기 바디의 측면이 오목하게 변형(24)되도록 측방향 압착을 가함으로써 상기 바디/컵/스커트의 어셈블리를 크림핑하는 단계를 포함하는 전자총용 음극 조립 방법이 개시되어 있다.

Description

음극선관용 음극 조립 방법{PROCESS FOR ASSEMBLING A CATHODE FOR A CATHODE-RAY TUBE}

본 발명은 전자총용 음극 조립 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 특히 소위 함침형 음극(impregnated cathode)에 적합하다.

함침형 음극은 내화물(refractory material)(텅스텐, 몰리브덴, 레늄)로 이루어진 다공성체로서 전자 방출 재료(바륨, 스트론튬, 칼슘, 알루미늄, 스칸듐, 오스뮴 등)로 가득 차 있는 방출부와, 그 다공성 방출부가 삽입되어 있는 금속 컵과, 내화물(몰리브덴, 탄탈 또는 텅스텐)로 이루어지고 음극 스커트라고도 칭하는 금속 슬리브를 포함한다. 방출부를 포함하는 금속 컵은 금속 슬리브의 한 쪽 종단에 배치된다. 금속 슬리브의 다른 쪽 종단에는 음극을 가열하기 위한 필라멘트가 삽입되는데, 여기서 필라멘트는 동작 중에 음극 방출부의 온도를 약 1000℃로 상승시킨다.

금속 컵은 일반적으로 탄탈, 몰리브덴 등의 내화물로 이루어진다. 그러한 내화물은 방출부를 가열 필라멘트로부터 절연시킴으로써, 음극 동작 중에 방출부에서 방출되는 재료가 필라멘트를 오염시키고 필라멘트의 절연 코팅을 파괴하여 필라멘트를 파괴하고 그 결과 음극을 파괴하는 것을 방지한다.

음극의 방출부를 구성하는 함침형 바디는 음극의 열효율을 최적화하기 위해서 금속 컵의 금속 표면과 접촉된 상태를 유지해야만 한다. 접촉이 불량하면, 즉 함침형 바디와 금속 컵의 대향하는 표면 사이에 공간이 생기면, 열효율이 감소되고 이에 따라 음극이 방출할 수 있는 전류 밀도 또한 감소된다. 더욱이, 함침형 바디와 금속 컵간의 접촉 불량은 이러한 음극이 예컨대, 컬러 음극선관용 전자총 내에 3개가 삽입될 경우 용인할 수 없는 방출 특성인 흩뜨림(dispersion)을 초래할 것이다. 사실상 사용되는 재료 때문에, 충분히 반복 재생 가능하게 신뢰할 수 있을 정도로 납땜 또는 용접에 의해서 함침형 다공성 바디를 금속 컵에 고정시키기가 어렵다.

이러한 어려움을 해결하기 위한 종래의 몇가지 해결책이 존재한다. 유럽 특허 제272881호에는 바디와 컵의 용접을 개선하기 위해서 바디와 컵 사이에 레늄 와이어를 배치하는 방법이 개시되어 있다. 미국 특허 제5128584호에는 바디와 컵을 레이저 용접한 후에 다공성 금속 바디의 함침을 행하는 방법이 개시되어 있다. 마지막으로, 바디와 컵 사이에 용접 개선을 위한 것으로서 중간 부품을 사용하는 방법이 유럽 특허 출원 제798 758호와, 1996년에 개최된 "Society for Information Display" 회의용 "SID 96 digest" 회보에 간행된 "Temperature and cutoff stabilization of impregnated cathodes"란 제목의 간행물에 개시되어 있다.

이러한 해결책들은 모두 구현하기가 복잡하고 비용이 많이 드는데, 특히 음극의 크기가 매우 작은 경우, 예컨대 방출 바디의 직경이 밀리미터급인 경우에 그러하다.

본 발명은 종래 기술 사용시에 초래되는 결점없이 최적으로 방출 바디를 컵에 유지하는 것을 보장하는 간단하고 경제적인 해결책을 제시한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전자총용 음극 조립 방법에 관한 것으로, 특히 방출 재료의 바디와, 하부벽과 측벽을 구비하고 상기 방출 재료의 바디가 삽입되는 컵과, 실질적으로 원통형인 금속 스커트를 포함하는 전자총용 음극 조립 방법에 있어서, 상기 컵을 상기 금속 스커트의 한 쪽의 개방 종단에 삽입하는 단계와; 상기 컵을 상기 스커트에 용접(welding)하는 단계와; 상기 컵의 측벽의 맞은 편에 상기 바디의 측면이 오목하게 변형(indent-like deformation)되도록 용접 지점의 레벨에서 측방향 압착(lateral squeezing)을 가함으로써 상기 바디/컵/스커트의 어셈블리를 크림핑(crimping)하는 단계를 포함하는 전자총용 음극 조립 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 함침형 음극을 나타내는 도면.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 제1 실시예를 나타내는 도면.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다른 제2 실시예를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 조립 방법에 따라 제조된 함침형 음극의 단면도로서, 본 발명을 구현함에 있어서 이로운 구조를 보여주는 도면.

본 발명은 다음의 설명과 도면을 참조하면 더 잘 이해될 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 함침형 음극은 일반적으로 원통형 스커트(2)를 포함하고, 그 스커트(2)의 종단에는 지지부(13)(대개 탄탈 또는 몰리브덴의 컵임) 안에 배치되는 방출 바디(1)(대개 기본 재료로서 텅스텐을 포함함)가 조립되는 음극 상부가 있다. 스커트(2) 내에는 가열 요소(5)가 삽입된다. 실린더는 가열 요소(5)에서 생성되는 열의 배출을 피하기 위한 단열재(thermal shield)로서의 역할을 함으로써, 어셈블리의 열효율을 증가시킨다. 원통형 스커트(2)는 러그(lug)(3)를 스커트(2)와 단열재(4) 모두에 용접함으로써 단열재(4) 내부 위치에 유지된다. 음극의 여러 구성 요소를 조립하는 것에 관련된 어려움들 중 하나는 방출 바디(1)와 그 지지부(13)간의 접착에 관한 것이다. 이러한 접착은 1200℃를 초과할 수도 있는 높은 작업 온도에서 동작하는 동안에, 기계적 강도와 열전도가 양호해야 하고, 방출 바디의 방출 특성에 대해 중립적이어야 한다. 방출 안정, 수명, 개시 시간 및 방출 임계 안정 파라미터는 본질적으로 방출 바디를 음극의 나머지 구조에 기계적으로 고정시키는 것에 달려 있다. 방출 바디와 그 지지부가 내화물로 이루어져 있기 때문에, 그 2개의 구성 요소를 직접 용접해서 접착하기가 매우 어렵다. 종래 기술에서 개시된 많은 해결책들은 음극선관용 중요 구성 요소의 산업화에 요구되는 반복 재생 가능성의 특성을 갖는 간단하고 신뢰할 수 있고 경제적인 해결책을 제공하지 못한다. 내화성 금속 컵(13)과 방출 바디(1)간의 완전한 접촉을 얻기 위해서는[그러한 접촉에 의해서 가열 요소(5)와 방출 바디(1)간의 열전도가 최적화 가능해짐], 방출 바디의 다공성을 파괴하는 일없이 그리고 방출 특성을 변경시키는 일없이 재료들을 서로 용접 결합하여, 너무 높은 온도에서의 용접을 방지할 필요가 있다.

도 2a, 2b 및 2c에 도시된 본 발명에 따른 조립 방법에 의하면, 예컨대 소결법에 의한 다공성 텅스텐으로 이루어진 방출 바디(1)를 그 지지부, 즉 그 주위에 플레어형 칼라(14)를 갖는 컵(13)에 삽입한다. 이 칼라는 주로 방출 바디를 컵에 삽입하는 것을 용이하게 하기 위한 것이다. 다음에, 바디/컵의 어셈블리를 음극 스커트(2)의 한 쪽 개방 종단에 삽입한다. 칼라(14)는 스커트(2)의 종단 가장자리에 접하게 된다. 바디를 예컨대 압축기 요소(21)와 고정 지지부(22) 사이에 배치하여 용접 단계 중에 종래의 방식으로 컵 안에 유지한다. 압축기 요소가 바디의 자유 표면을 누르고, 컵의 자유 표면이 고정 지지부(22)를 누른다. 위치(19)에서 예컨대 레이저빔을 통해 용접이 이루어지며, 바람직하게는 칼라의 레벨에서 용접이 이루어지는 것이 좋은데, 그 이유는 이곳이 용접될 2개의 부품(2, 13)이 서로 효과적으로 접촉될 수 있다고 확실히 생각되는 지점이기 때문이다. 사실상, 컵을 원통형 스커트에 삽입하는 데 요구되는 작업은 그 2개의 대향 표면 사이에 기계적인 작업이 있음을 의미한다. 레이저 용접 중에, 이러한 작업으로 인해서, 효과적인 용접이 제공되지 못하고 스커트가 관통될 수도 있다. 곳에 따라서, 용접은 컵과 스커트 사이의 갭으로 부분적으로 흘러 들어가는 금속 비드(bead)(23)를 생성할 것이다.

이와 같이, 수개의 용접 지점(23)이 스커트(2) 종단 주위에 분포된다. 이로운 구성으로서, 서로 120°로 배치되는 3개의 용접 지점은 컵(13)이 스커트(2) 안에 양호하게 기계적으로 유지되는 것을 보장한다.

도 2b에 도시된 후속 크림핑 단계에 있어서, 방출 바디(1)/컵(13)/스커트(2)의 어셈블리를 압축기 요소(20)로 압축하여, 이 어셈블리에 측방향 압착을 가한다. 바디/컵/스커트 어셈블리의 주위를 누르는 압축기 요소의 종단(25)의 프로파일은 상기 어셈블리의 외부 표면의 프로파일을 보완하는 형상을 갖는다.

크림핑은 컵의 내부 표면을 바디의 전체 측부 표면과 접촉시키는 것을 가능하게 한다. 용접 지점의 레벨에서, 크림핑은 비드(24)를 이루는 초과 물질로 인해서 다공성 바디(1)를 국부적으로 오목하게 변형(24)시킨다. 이러한 변형으로, 도 2c에 도시된 바와 같이 용접 비드가 바디의 측벽에 달라붙어, 바디가 컵 내부에 기계적으로 고정될 것이다.

이러한 방법은 비파괴적인 차원의 검사, 예컨대 시각적인 검사를 통해 용접지점의 짓눌림 정도를 모니터링함으로써 간단한 최종 검사를 가능하게 하지만, 바디와 컵 사이의 용접 또는 납땜은 상기 체크 대상인 숨겨진 부분에 접근하기 위해서 파괴 검사를 요구한다.

도 3a, 3b 및 3c에 도시된 다른 실시예에 있어서는, 컵의 칼라가 크림핑 후 최대로 짓눌린 스커트(2)의 종단 주위 구역을 누르도록 선택된 종단 프로파일(25')을 보여주는 압축기 요소(20')를 통해 크림핑이 수행된다. 따라서, 크림핑 후, 컵과 스커트의 가장자리의 침투로 인해 방출 바디의 측부 표면이 오목하게 변형(24)되도록, 컵의 가장자리와 스커트(2)의 종단이 방출 바디의 측부 표면을 국부적으로 밀어낸다. 이러한 공정은 오목 변형(24)이 용접 조건에 의하여 변할 수 있는 비드(23)의 치수와 더 이상 관련없는 한에 있어서는 스커트를 컵에 용접하는 것에 대한 중요성을 감소시키거나, 또는 심지어 용접 단계 그 자체를 회피할 수 있는 이점을 갖는다.

전술한 2개의 실시예들은 상호 배타적이지 않고, 바디를 컵 안에 고착하는 것을 개선하기 위해서 조합되는 것이 유리할 수도 있다.

크림핑 단계 중에, 바디를 구성하는 다공성 재료가 압박되는데, 따라서 컵의 구성 재료의 전면(全面)이 이러한 압박을 흡수하여 크림핑 중에 충분히 크리핑(creeping)될 수 있도록 보장할 필요가 있으며, 그렇지 않은 경우 방출 바디에 가해지는 압박으로 인해서 방출 바디가 파괴되어 음극을 회복 불가능하게 손상시킬 수도 있다.

바디 재료 다공의 고유 특성은 압박의 일부를 흡수하게 하고, 그 결과 주위 영역에서 다공이 감소된다. 또한, 컵 재료의 크리핑은 바디와 컵의 대향 표면들 사이의 틈을 메우려는 경향이 있다. 그러므로, 이러한 크리핑은 바디와 컵간의 접촉을 향상시켜 결국은 음극의 열전도를 최적화한다. 아래의 고정 지지부(22)는 또한 바디(1)와 컵(13) 사이에 열접촉을 제공한다.

컵을 구성하는 재료의 상당량이 크리핑될 수 있도록, 도 4에 도시된 바와 같이, 고정 지지부(22) 상에, 예컨대 그 표면 주위 상에 리세스(recess)를 배치하여, 오목한 구역(30)을 형성하는 것도 가능하다. 이러한 오목한 구역은 음극선관의 수명 중에 응력을 완화시켜 견고한 음극 구조를 보장할 수 있게 한다.

음극을 구성하는 요소들을 조립하는 방법은 몇가지 다른 이점을 갖는다. 이 방법은 방출 바디를 컵에 용접하는 단계를 전혀 요구하지 않으므로, 용접 작업으로 인한 바디에 포함된 함침제(impregnant)의 손상을 방지할 수 있다. 이 방법은 또한 바디와 컵간의 치수 조작(dimensional play)을 용인할 수 있는데, 그 이유는 치수 조작이 크림핑에 의해 흡수되기 때문이며, 이러한 조작은 바디와 컵에 대한 치수 공차(dimensional tolerance)를 허용함으로써 그 제조를 용이하게 한다. 또한, 이 방법은 조립 동작수를 2개의 간단한 동작, 즉 용접에 이은 크림핑(이들 동작은 하나의 동일한 기계 상에서 수행될 수 있음)으로 줄인다. 그리고, 이 방법은 컵을 통한 필라멘트와 바디간의 전도에 의해 열전도를 향상시킴으로써, 음극의 기동 시간을 단축시키고 또한 이에 따라 조립된 음극이 전자빔의 제공원으로서 사용되는 음극선관에 대한 중요한 상업적 기준을 감소시킨다.

Claims (5)

1. 방출 재료의 바디(1)와, 상기 방출 재료의 바디가 삽입되는 컵(13)과, 원통형인 금속 스커트(2)를 포함하는 전자총용 음극 조립 방법에 있어서,

   상기 컵을 상기 금속 스커트의 한 쪽의 개방 종단에 삽입하는 단계와;

   상기 바디의 측면이 오목하게 변형(indent-like deformation)(24)되도록 측방향 압착(lateral squeezing)을 가함으로써 상기 바디/컵/스커트의 어셈블리를 크림핑(crimping)하는 단계

   를 포함하는 전자총용 음극 조립 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 컵을 상기 스커트에 용접하는 단계를 더 포함하며,

   상기 측방향 압착은 상기 컵(13)과 상기 스커트(2)의 용접 지점의 레벨에서 가해지는 것인 전자총용 음극 조립 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 오목 변형은 상기 바디의 측면에 대해 용접 지점을 짓누름(squashing)으로써 수행되는 것인 전자총용 음극 조립 방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 컵과 상기 스커트의 용접은 적어도 3개의 지점에서 수행되는 것인 전자총용 음극 조립 방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 오목 변형(24)은 상기 크림핑 달성을 위한 압착기 요소의 적합한 프로파일(25)에 의해 수행되는 것인 전자총 음극 조립 방법.

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