JP2000195409A

JP2000195409A - 電子管用陰極

Info

Publication number: JP2000195409A
Application number: JP37447298A
Authority: JP
Inventors: Riichi Kondo; 利一近藤; Takashi Shinjo; 孝新庄; Hiroshi Yamaguchi; 博山口; Hiroyuki Teramoto; 浩行寺本; Takuya Ohira; 卓也大平
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2000-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】長時間動作中における電子放射物質層の基体
金属からの剥離を防止し、安定したカソード電流を得る
ことが可能な電子管用陰極を提供する。【解決手段】基体金属１の略中央部に、１ｍｍ径の円
形状のタングステン金属層５５を０．５μｍの膜厚で蒸
着した。続いて、タングステン金属層５５が形成された
陰極基体に水素雰囲気中で１０００℃の熱処理を５分間
施す。この工程により、基体金属１の主成分であるニッ
ケルとタングステン金属層５５が相互拡散を起こし、ニ
ッケル−タングステン合金層５が形成される。このニッ
ケル−タングステン合金層５は、表面に１０μｍ以下の
微小な凹凸を有し、基体金属１よりも表面粗さが大きい
ため、基体金属１及び電子放射物質層２双方と強固な密
着力を有し、長時間動作中における電子放射物質層２の
基体金属１からの剥離を防止し、安定したカソード電流
を取り出すことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、テレビ用ブラウン
管等に用いられる電子銃の電子管用陰極に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図３は、例えば特開昭６４−５４１７号
公報に開示されているような、テレビ用ブラウン管や撮
像管等に用いられている従来の電子管用陰極の構成を示
す断面図である。図において、１はシリコン（Ｓｉ）、
マグネシウム（Ｍｇ）等の還元性元素を微量含有し、主
成分がニッケル（Ｎｉ）である一端が閉塞された帽状の
基体金属であり、略円筒状のスリーブ３の一端に溶接固
定されている。２は基体金属１の表面全体に被着形成さ
れた電子放射物質層である。この電子放射物質層２は、
バリウム（Ｂａ）を含み、他にストロンチウム（Ｓｒ）
及びカルシウム（Ｃａ）の両方または片方を含む三元の
アルカリ土類金属酸化物２１を主成分とし、その中に、
酸化スカンジウム等の希土類金属酸化物２２を分散させ
た構成である。４は、前記スリーブ３内に配設されたヒ
ータであり、このヒータ４を加熱することによって基体
金属１が加熱され、電子放射物質層２から電子が放出さ
れる。

【０００３】また、図４は、一般的なブラウン管の電子
銃の概略構成を示す概念図である。図において、６は制
御電極、７は加速電極、８は集束電極、９は、赤、緑、
青を発色する蛍光体が塗布された表示用パネルと一体に
なっている高圧電極、１０は図３に示したような電子管
用陰極である。これらの各電極には、電子ビーム通過孔
が赤、緑、青に対応して設けられている。

【０００４】次に、このように構成された電子管用陰極
における、基体金属１への電子放射物質層２の被着形成
方法について説明する。まず、主成分がニッケルであ
り、微量のマグネシウム（０．０５％）、シリコン
（０．０５％）等の還元剤を含む基体金属１をスリーブ
３に溶接固定した後洗浄し、約１０００℃で５分間の水
素処理を行い、表面の汚れ、酸化層を除去する。次に、
少なくともバリウムを含み、他にストロンチウム及びカ
ルシウムの両方または片方を含む三元アルカリ土類金属
炭酸塩と所定量の酸化スカンジウムとを、バインダーで
あるニトロセルロース及び有機溶剤である酢酸ブチルと
ともに混合して懸濁液を調整し、この懸濁液を前記の水
素処理を終えた基体金属１の頂部にスプレー法等によっ
て塗布し、後に電子放射物質層２となる炭酸塩塗布層を
形成する。次いで、この電子管用陰極をヒータ４と共に
電子銃に組み込み、ブラウン管の真空排気工程中にヒー
タ４によって加熱する。この時、前記の三元アルカリ土
類金属炭酸塩は熱分解によりアルカリ土類金属酸化物２
１に変化する。排気工程の後、さらに高温で加熱して活
性化を行う。この時、アルカリ土類金属酸化物２１の一
部が基体金属１中の還元剤によて還元され、電子放射物
質層２が半導体的性質を有するようになり、基体金属１
上にアルカリ土類金属酸化物２１と希土類金属酸化物２
２よりなる電子放射物質層２が形成される。

【０００５】前記の活性化工程において、基体金属１中
に含有されるシリコン、マグネシウムなどの還元性元素
は拡散によってアルカリ土類金属酸化物２１と基体金属
１の界面に移動し、アルカリ土類金属酸化物２１と反応
する。例えば、アルカリ土類金属酸化物２１として酸化
バリウム（ＢａＯ）を例に挙げると、下記の式１及び式
２のように反応する。４ＢａＯ＋Ｓｉ → ２Ｂａ＋Ｂａ₂ＳｉＯ₄ （式１）ＢａＯ＋Ｍｇ → Ｂａ＋ＭｇＯ（式２）この反応の結果、基体金属１上に被着形成されているア
ルカリ土類金属酸化物２１の一部が還元されて酸素欠乏
型の半導体となり、電子放射が容易となる。電子放射物
質層２に希土類金属酸化物２２が含まれない場合は、陰
極温度が７００〜８００℃の動作温度で０．５〜０．８
Ａ／ｃｍ²の電流密度動作が可能である。一方、電子放
射物質２に酸化スカンジウム等の希土類金属酸化物２２
が含まれる場合には、同じ動作温度で１．３２〜２．６
４Ａ／ｃｍ²の高電流密度動作が可能となる。

【０００６】このように希土類金属酸化物２２が含まれ
ない場合の動作可能な電流密度が小さいのは、一般に酸
化物陰極の場合、電子放射能力は酸化物中の過剰Ｂａの
存在量に依存するので、希土類金属酸化物２２が含まれ
ない場合、高電流密度動作に必要な十分な過剰Ｂａの供
給が行われず、動作可能な最大電流密度が制約されるか
らである。すなわち、前記式１及び式２に示す反応時に
生成される副生成物で中間層と呼ばれるバリウムシリケ
イト（Ｂａ₂ＳｉＯ₄）や、酸化マグネシウム（Ｍｇ
Ｏ）が、基体金属１のニッケルの結晶粒界や基体金属１
と電子放射物質層２との界面に集中的に形成されるた
め、この中間層の影響によってマグネシウム及びシリコ
ンの拡散速度が抑制され、それに起因して過剰Ｂａの供
給が不足するのである。

【０００７】一方、電子放射物質層２に希土類金属酸化
物２２が含まれる場合は、酸化スカンジウムの場合を例
に挙げると、陰極動作時の基体金属１と電子放射物質層
２との界面では、基体金属１中を拡散移動してきた還元
剤の一部と酸化スカンジウムとが式３のように反応して
少量の金属状のスカンジウムを生成し、金属状のスカン
ジウムの一部が基体金属１のニッケル中に固溶し、一部
は前記界面に存在する。 1/2 Ｓｃ₂Ｏ₃＋ 3/2 Ｍｇ → Ｓｃ + 3/2ＭｇＯ（式３）この金属状のスカンジウムは、基体金属１上または基体
金属１のニッケルの結晶粒界に形成された前記バリウム
シリケイト等の中間層を次式４のように分解する作用を
有するので、過剰Ｂａの供給が改善され、希土類金属酸
化物２２が含まれない場合よりも高電流密度動作が可能
になると考えられている。 1/2 Ｂａ₂ＳｉＯ₄ ＋ 4/3Ｓｃ → Ｂａ＋ 1/2Ｓｉ＋ 2/3Ｓｃ₂Ｏ₃ （式４）

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、電子放射
物質層２に希土類金属酸化物２２が含まれる場合、基体
金属１の表面に中間層が生成されるのを抑制することが
できるため、希土類金属酸化物２２が含まれない場合よ
りも高電流密度動作が可能になると考えられている。し
かし、その反面、電子放射物質層２に希土類金属酸化物
２２が含まれることにより、長時間の動作中に電子放射
物質層２の基体金属１に対する密着力を弱めるため、動
作中に電子放射物質層２が基体金属１から剥離して浮き
上がってしまい、カソード電流が低下してしまうという
問題があった。また、カラーブラウン管の場合は、長時
間の動作中に色調が変動する等の問題があった。

【０００９】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、長時間動作中における電子放射
物質層の基体金属からの剥離を防止し、安定したカソー
ド電流を得ることが可能な電子管用陰極を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる電子管用
陰極は、主成分がニッケルであり、少なくとも１種の還
元剤を含む基体金属上に、バリウムを含むアルカリ土類
金属酸化物と希土類金属酸化物よりなる電子放射物質層
が被着形成されてなり、電子管に組み込まれる際に電子
取り出し孔を有する第一電極が上記電子放射物質層に対
向して配設される電子管用陰極において、上記基体金属
表面の少なくとも上記第一電極の電子取り出し孔に対向
する部分に、上記基体金属よりも表面粗さが大きく、上
記基体金属及び上記電子放射物質層双方と強固な密着力
を有する金属層を形成したものである。また、金属層
は、表面に１０μｍ以下の微小な凹凸を有するものであ
る。さらに、金属層は、基体金属表面に蒸着法等により
形成されたタングステン金属層に８００〜１１００℃の
熱処理を加えて形成されたニッケル−タングステン合金
層である。

【００１１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下に、本発明の
実施の形態１を図面に基づいて説明する。図１は、本発
明の実施の形態１である電子管用陰極の構成を示す断面
図である。図において、１はシリコン（Ｓｉ）、マグネ
シウム（Ｍｇ）等の還元性元素（還元剤）を微量含有
し、主成分がニッケル（Ｎｉ）である一端が閉塞された
帽状の基体金属であり、略円筒状のスリーブ３の一端に
溶接固定されている。５は基体金属１表面の略中央部に
形成された基体金属１よりも表面粗さが大きい金属層で
あるニッケル−タングステン（Ｗ）合金層、２はニッケ
ル−タングステン合金層５を含む基体金属１表面全体に
被着形成された、バリウム（Ｂａ）を含むアルカリ土類
金属酸化物と希土類金属酸化物よりなる電子放射物質層
である。この電子放射物質層２は、少なくともバリウム
を含み、他にストロンチウム（Ｓｒ）及びカルシウム
（Ｃａ）の両方または片方を含む三元のアルカリ土類金
属酸化物２１を主成分とし、その中に、酸化スカンジウ
ム等の希土類金属酸化物２２が分散された構成である。
４は、前記スリーブ３内に配設されたヒータであり、こ
のヒータ４を加熱することによって基体金属１が加熱さ
れ、電子放射物質層２から電子が放出される。なお、本
実施の形態における電子管用陰極は、ブラウン管等の電
子管に組み込まれる際に、電子取り出し孔を有する第一
電極（図４では制御電極６）が電子放射物質層２に対向
して配置される。

【００１２】次に、本実施の形態における電子管用陰極
の製造方法を図２を用いて説明する。まず、基体金属１
をスリーブ３に溶接した後、この陰極基体部を例えば電
子ビーム蒸着装置内に配設し、１０^-5〜１０^-8Torr程度
の真空雰囲気中でタングステンを電子ビームで加熱蒸着
し、タングステン金属層５５を形成する（図２
（ａ））。本実施の形態では、基体金属１の表面は１．
６ｍｍ径の円形状であり、この基体金属１の略中央部
に、１ｍｍ径の円形状のタングステン金属層５５を０．
５μｍの膜厚で蒸着した。続いて、タングステン金属層
５５が形成された陰極基体に、水素雰囲気中で８００〜
１１００℃の温度で１〜１０分間の熱処理を施す。本実
施の形態では、１０００℃で５分間の熱処理を施した。
この工程により、基体金属１の主成分であるニッケル
と、タングステン金属層５５が相互拡散を起こし、ニッ
ケル−タングステン合金層５が形成される。

【００１３】続いて、ニッケル−タングステン合金層５
を含む基体金属１表面全体に、少なくともバリウムを含
み、他にストロンチウムとカルシウムを含む三元炭酸塩
と、本実施の形態では５重量％の酸化スカンジウムを、
バインダーであるニトロセルロース及び有機溶剤である
酢酸ブチルと共に混合して懸濁液を調整し、スプレー法
により炭酸塩塗布層を被着形成する。その後、この陰極
を電子銃に組み込み、ブラウン管の排気工程中にヒータ
４によって加熱する。この時、三元炭酸塩は熱分解によ
りアルカリ土類金属酸化物２１に変化する。排気工程の
後、さらに高温で加熱して活性化を行う。この時、アル
カリ土類金属酸化物２１の一部が還元されて電子放射物
質層２が半導体的性質を有するようになり、基体金属１
上にアルカリ土類金属酸化物２１と希土類金属酸化物２
２よりなる電子放射物質層２が形成される（図２
（ｂ））。

【００１４】このようにして得られた電子管用陰極を、
ブラウン管用の電子銃に組み込んで製造されたブラウン
管の寿命試験を行った。寿命試験の条件は、ヒータ電圧
を定格の６．３Ｖとし、ヒータへの通電は２．５時間通
電し、０．５時間は通電を行わない間欠通電とした。ま
た、電子銃の第１電極の孔径は０．４ｍｍ、陰極からの
取り出し電流密度は３Ａ／ｃｍ²とした。また、比較例
として、基体金属１表面にニッケル−タングステン合金
層５を形成していない従来の電子管用陰極についても、
同様の寿命試験を行った。その結果、従来の電子管用陰
極を用いたブラウン管では、通電時間が１６０００時間
付近で電子放射物質層２が剥離したことが原因と思われ
るカソード電流の劣化が認められたが、本実施の形態に
よるニッケル−タングステン合金層５が形成された電子
管用陰極を組み込んだブラウン管では、そのような劣化
は認められなかった。

【００１５】さらに、上記の寿命試験に用いたブラウン
管を寿命試験時間１８０００時間で分解し、組み込まれ
ていた電子管用陰極を取り出して観察したところ、本実
施の形態による電子管用陰極の電子放射物質層２には異
常が認められなかったが、従来の電子管用陰極の電子放
射物質層２は、カソード電流を取り出していた第１電極
の電子取り出し孔に対向する部分が剥離していた。以上
の結果より、本実施の形態による電子管用陰極は、従来
の電子管用陰極に比べて長時間動作中における電子放射
物質層２の基体金属１からの剥離が防止され、安定した
カソード電流が取り出せることが明らかになった。

【００１６】次に、このような本実施の形態による改善
効果の理由について説明する。本実施の形態による電子
管用陰極の基体金属１上に形成されたニッケル−タング
ステン合金層５の表面と、従来の電子管用陰極の熱処理
後の基体金属１表面を、走査型電子顕微鏡を用いて観察
した結果、従来の電子管用陰極の基体金属１表面は平滑
であるのに対し、本実施の形態による電子管用陰極のニ
ッケル−タングステン合金層５は、図２（ｂ）に示すよ
うに、表面に１０μｍ以下の微小な凹凸を有し、基体金
属１よりも表面粗さが大きいものであった。すなわち、
このニッケル−タングステン合金層５は、熱処理によっ
て基体金属１の主成分であるニッケルとタングステン金
属層５５が相互拡散を起こしたものであり、さらに表面
に凹凸を有するものであるため、基体金属１及び電子放
射物質層２双方と強固な密着力を有する。このため、長
時間動作中における電子放射物質層２の基体金属１から
の剥離を防止し、安定したカソード電流を取り出すこと
ができると考えられる。

【００１７】なお、本実施の形態では、ニッケル−タン
グステン合金層５（タングステン金属層５５）を、基体
金属１表面の約６割の径で円形状に形成したが、長時間
動作中のカソード電流の低下を防止するためには、本実
施の形態による電子管用陰極がブラウン管に組み込まれ
た際に、少なくとも第一電極すなわち図４に示す制御電
極６の電子取り出し孔に対向する部分にニッケル−タン
グステン合金層５が形成されていればよい。なお、第一
電極の孔径は一般に０．２５〜０．８ｍｍであるが、楕
円または矩形等の場合もあり、それぞれの形状に対応す
るようニッケル−タングステン合金層５を設ける必要が
ある。

【００１８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、基体金
属表面の少なくとも第一電極の電子取り出し孔に対向す
る部分に、基体金属よりも表面粗さが大きく、基体金属
及び電子放射物質層双方と強固な密着力を有する金属層
を形成したので、長時間動作中における電子放射物質層
の基体金属からの剥離を防止することができ、長時間に
わたって安定したカソード電流を取り出すことが可能な
電子管用陰極が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１である電子管用陰極の
構成を示す断面図である。

【図２】本発明の実施の形態１である電子管用陰極の
製造方法を示す部分拡大断面図である。

【図３】従来の電子管用陰極の構成を示す断面図であ
る。

【図４】一般的なブラウン管の電子銃の概略構成を示
す概念図である。

【符号の説明】

１基体金属、２電子放射物質層、３スリーブ、４
ヒータ、５ニッケル−タングステン合金層、６制
御電極、７加速電極、８集束電極、９高圧電極、
１０電子管用陰極、２１アルカリ土類金属酸化物、
２２希土類金属酸化物、５５タングステン金属層。

フロントページの続き (72)発明者山口博東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者寺本浩行東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者大平卓也東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 5C027 CC07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主成分がニッケルであり、少なくとも１
種の還元剤を含む基体金属上に、バリウムを含むアルカ
リ土類金属酸化物と希土類金属酸化物よりなる電子放射
物質層が被着形成されてなり、電子管に組み込まれる際
に電子取り出し孔を有する第一電極が上記電子放射物質
層に対向して配設される電子管用陰極において、上記基
体金属表面の少なくとも上記第一電極の電子取り出し孔
に対向する部分に、上記基体金属よりも表面粗さが大き
く、上記基体金属及び上記電子放射物質層双方と強固な
密着力を有する金属層を形成したことを特徴とする電子
管用陰極。
【請求項２】金属層は、表面に１０μｍ以下の微小な
凹凸を有することを特徴とする請求項１または請求項２
に記載の電子管用陰極。
【請求項３】金属層は、基体金属表面に蒸着法等によ
り形成されたタングステン金属層に８００〜１１００℃
の熱処理を加えて形成されたニッケル−タングステン合
金層であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいず
れか一項に記載の電子管用陰極。