JPH11283489A - 含浸型陰極構体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エミッタの変質、結露によるエミッタ吹き出
しを低減することによって、電子放出特性の劣化を抑え
た高性能で長寿命の含浸型陰極構体を提供すること。 【解決手段】 陰極スリーブに固着されて含浸型陰極構
体に用いられるエミッタを含浸させた陰極円板の表面に
加熱により揮散する耐湿性被膜を形成したことを特徴と
する。耐湿性被膜としては、有機質高分子塗膜、特にポ
リビニルブチラール塗膜が適している。耐湿性被膜の厚
さは、０．１ないし２０μｍが適している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、受像管、撮像
管、投写管などに用いられる高性能の含浸型陰極構体に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、走査線の数を増大させて解像度を
上げたカラー受像管や、超高周波対応ディスプレー陰極
線管が開発されている。これらを実現するためには、電
子放出陰極からの放出電子密度を大幅に増大させた電子
管用陰極が必要とされる。

【０００３】含浸型陰極は酸化物陰極に比べて大きい電
流密度が得られてしかも長寿命なため、これらの分野の
用途に適しており、特に陰極進行波管やクライストロン
などの電子管の用途に対してはエミッタ含浸型陰極が用
いられてきている。

【０００４】含浸型陰極構体は、陰極スリーブの一端に
エミッタを高温の水素雰囲気中で溶融含浸した陰極円板
を保持するカップを固着させ、陰極スリーブの他端から
はヒータを挿入して構成されており、その外側に同軸的
に配設された筒状ホルダーに複数（通常３本）のストラ
ップによって支持固定されて使用される。

【０００５】しかしながら、このような従来の含浸型陰
極構体には、非常に活性な状態のエミッタが陰極円板に
含浸されているため、陰極構体の組み立て期間中や、電
子銃構体の組み立てから受像管のネック封着までの期間
中に、水分などの影響を受けて極表面のエミッタが変質
してしまうことがある、という問題があった。

【０００６】エミッタの変質は、主に表面に水酸化物が
生成することにより起こるものと考えられるが、エミッ
タが変質すると含浸型陰極が電子放射能力の低下をきた
すようになる。

【０００７】また、含浸型陰極構体を組立てる各工程に
おいて温度変化があると、陰極円板の表面に結露が生じ
るが、このような結露があるとエミッタが膨潤して表面
に吹き出すようになり電子放射有効面積が減少するとと
もに部分的に仕事関数が大きくなり電子放射能力が著し
く低下してしまう。

【０００８】さらに、吹き出しが生じて陰極円板からの
電子放射が不均一になると、均一な電子ビームが得られ
なくなるためにフォーカス特性に支障が出てしまう。

【０００９】エミッタの変質が軽度である場合には初期
特性不良にはなりにくいが、寿命が短くなってしまい、
市場での信頼性予測が極めて難しくなる。

【００１０】以上のように、含浸型陰極は、製造、組み
立てにおける取り扱いの管理が、従来の酸化物陰極に比
べて難しく、保管可能な期間も短くなるなど、量産化に
障害となる問題が多く存在していた。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記のとおり、従来の
含浸型陰極構体には、陰極構体の組み立て期間中、電子
銃構体の組み立てから受像管のネック封着までの期間中
に、水分などによる影響を受けると陰極表面のエミッタ
が変質してしまい、電子放射能力の低下、電子放射の不
均一、寿命の短縮などを引き起こすという問題があっ
た。

【００１２】本発明は、かかる従来の問題を解消すべく
なされたもので、水分などの影響によるエミッタの変質
や結露によるエミッタの吹き出しなどの問題を解消した
含浸型陰極構体を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の含浸型陰極構体
は、陰極スリーブの一端にエミッタを含浸させた陰極円
板が固着され他端からヒータが挿入されてなる含浸型陰
極構体において、前記陰極円板の露出表面に、加熱によ
り揮散する耐湿性被膜を形成したことを特徴としてい
る。

【００１４】前記の耐湿性被膜としては、有機質被膜、
特に、エチルアルコールその他のアルコール類、エステ
ル類、ケトン類あるいはこれらの混合溶剤などの非水溶
媒に可溶の有機高分子が適している。ポリビニルブチラ
ールは耐湿性被膜の形成に好適な有機質高分子である。

【００１５】耐湿性の有機質被膜の厚さは、０．１ない
し２０μｍの範囲が適している。

【００１６】耐湿性の有機質被膜の厚さが０．１μｍ未
満であると、被膜の耐湿効果が得られなくなってしま
い、逆に、耐湿性の有機質被膜の厚さが２０μｍより厚
いと排気時のガス放出が多くなり、燃焼残余物が陰極表
面に残るようになる。

【００１７】（作用）本発明の含浸型陰極構体において
は、エミッタを含浸させた陰極円板が耐湿性被膜によっ
て外気から遮られるので、陰極円板が水蒸気によって変
質したり、陰極構体の組立期間中や電子銃構体の組立か
ら受像管のネック封着までの期間中に結露水によってエ
ミッタが吹出すことが防止される。

【００１８】耐湿性の有機質被膜は、含浸型陰極構体を
用いた電子銃構体を受像管に組込んでネック封着の排気
の際の陰極加熱により燃焼揮散し、電子放射能力に悪影
響を及ぼすことはない。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態を図面
に基づいて、さらに詳しく説明する。

【００２０】（実施例）図１は、本発明の含浸型陰極を
使用したカラー受像管の電子銃構体を示す断面図であ
る。

【００２１】同図において、符号１１は電極支持用ガラ
スビードであり、第一制御グリッド１２と、電子銃構体
を支持する支持アーム１３を保持している。

【００２２】電子放出部であるエミッタ含浸型陰極円板
１４は、陰極円板保持用キャップ１５に保持されて、陰
極スリーブ１６の先端部に圧入固定されている。

【００２３】陰極スリーブ１６は三本のストラップ１７
で支持され支持アーム１３に保持された陰極保持用円筒
１８に固定されている。陰極スリーブ１６の上部外周に
は熱反射用円筒１９が同心的に配置され支持リング２０
により陰極保持用円筒１８に固定されている。

【００２４】陰極スリーブ１６内には、加熱用の二重コ
イル型のヒータ２１が挿入されている。２２はヒータ端
子を表している。

【００２５】そして、この実施例では、図２に拡大して
示すように、陰極円板１４の上面の露出表面にポリビニ
ルブチラールからなる耐湿性被膜２４が形成されてい
る。

【００２６】この耐湿性被膜２４は、ポリビニルブチラ
ールをエチルアルコールに溶解させた濃度１０％の溶液
を、陰極円板１４にスプレー法で塗布し乾燥させて形成
したもので、被膜の厚さは３ないし７μｍとなるように
調整した。

【００２７】含浸エミッタ型陰極円板１４は、図３にさ
らに拡大して示すように、空孔率が約２０％の多孔質タ
ングステン１４ａの基体にＢａＯ：ＣａＯ：Ａｌ₂ Ｏ₃
などからなるエミッタ（電子放出物質）を含浸させたも
のである。

【００２８】なお、含浸エミッタ型陰極円板１４の表面
には、イリジウム−タングステン合金層が形成されるこ
ともある。

【００２９】陰極円板保持用キャップ１５はタンタル製
であり、含浸型陰極円板１４からのエミッタ物質、例え
ば蒸発したバリウムがヒータ２１の方へ飛散して生じる
ヒータ２１と陰極スリーブ１６との絶縁劣化を防止する
ためのものである。

【００３０】ヒータ２１は、３％レニウム−タングステ
ン合金で構成しており、その表面には絶縁のためにアル
ミナを被覆している。さらに、そのアルミナの表面は、
熱放射特性を向上させるため、タングステンとアルミナ
との混合物からなるダーク層を被覆させている。

【００３１】陰極円板保持用キャップ１５、陰極スリー
ブ１６、および３本のストラップ１７は、いずれもタン
タル、ニオブまたはモリブデン、若しくはその少なくと
も一つを主成分とする合金で構成されている。陰極スリ
ーブ１６の内面には、ヒータ２１が発生する熱を効率よ
く陰極スリーブ１６に吸収させるため、薄い黒色被膜２
３を形成されている。この陰極スリーブ１６は、例えば
直径１．３ｍｍ、長さ４．５ｍｍ、肉厚２０μｍのパイ
プ状に形成され、黒色被膜２３の厚さは約５μｍとされ
ている。

【００３２】次に、この耐湿被膜２４を形成した陰極構
体を電子銃に組み込み、この電子銃構体を受像管に組込
んで、所要の排気、活性化後、各種の試験を行った。

【００３３】（電子放射能力の比較）実施例の含浸型陰
極構体の電子放射能力は、耐湿性被膜を形成しなかった
ものと同等な値であり、ポリビニルブチラール被膜を陰
極円板に形成したことによる電子放射への悪影響確認め
られなかった。

【００３４】（耐湿性被覆の残余物）実施例の含浸型陰
極構体を分解して耐湿性被覆の残余物の調査を電子顕微
鏡による観察により行ったが、陰極円板の表面には被覆
膜の残余物は認められず、排気時の陰極加熱で完全に燃
焼消失していることが確認できた。

【００３５】（強制結露試験）実施例の陰極構体を電子
銃構体へ組み込み、３℃の低温室に１０分間放置した
後、常温の室内に取り出して含浸型陰極構体の各部の表
面に結露を生じさせた後、電子銃構体を受像管へ封着し
て排気し、活性化処理を行い、電子放射能力と陰極イメ
ージ像を評価した。

【００３６】その結果を表１に示す。

【００３７】［電子放射能力］

【表１】 表１に示した通り、本発明に係る被腹膜の陰極構体を用
いた電子銃は、Ｇ１パルスエミッション、陰極効率とも
に、従来の陰極構体を用いた電子銃（比較例１）に比べ
て格段に良好であり、耐湿性被膜によって結露によるエ
ミッタの変質反応をほぼ完全に防止していることが確認
された。

【００３８】［陰極イメージ（陰極円板表面の電子放射
能力の均一性）］陰極イメージは、画像上のあるエリア
に映し出された画像を見て蛍光体の未発光部（黒の部
分）の面積が全体に占める比率で評価した。

【００３９】比較結果を表２に示す。

【００４０】

【表２】 なお、陰極円板の表面に電子放射能力の不均一な部分が
あれば未発光部が多くなるから、表２において全体に占
める未発光部の比率が大きいものほど電子放射能力が低
いものということができる。

【００４１】表２から明らかなように、実施例の陰極構
体を用いた電子銃では、従来のエミッタ含浸型陰極構体
を用いた電子銃に比べて未発光部がほとんどなく、陰極
円板面からほぼ均一に電子が放出されていることがわか
る。

【００４２】（分解調査）試験試料を受像管から取り出
して陰極円板の表面を電子顕微鏡で観察した。

【００４３】その結果、耐湿性被膜の被覆を形成しなか
った従来の陰極円板の表面には、無数のエミッタの吹き
出しが認められたが、実施例の陰極円板の表面には、エ
ミッタの吹き出しはまったく観察されなかった。

【００４４】この観察結果から、従来の陰極構体を用い
た電子銃で未発光部が多いのは、強制的な結露によって
エミッタが吹き出して電子放射に寄与する陰極の有効面
積が減少し、仕事関数が増大したことが原因であるもの
と考えられる。

【００４５】（寿命特性）強制結露試験の試料とした実
施例の陰極構体を組み込んだ受像管（実施例）と従来の
陰極構体を組み込んだ受像管（比較例１）について、ヒ
ータ電圧を定格の１１０％と強制し、陰極電流は２．５
Ａ／平方ｃｍとし次の条件で寿命試験を行った。また、
参考のため、強制結露をさせない従来の陰極構体を組み
込んだ受像管（比較例２）も、同一条件にて寿命試験を
行った。

【００４６】試験結果を図４に示す。

【００４７】図から明らかなように、実施例の受像管は
ほとんど劣化を起こさなかったが、強制結露させた比較
例１の陰極構体を組み込んだ受像管は、試験開始直後か
ら徐々に電子放射能力が低下し、約４０００時間で初期
比６０％以下となった。

【００４８】また、強制結露をさせていない比較例２の
従来の陰極構体を組み込んだ受像管でも、比較例２の陰
極構体を組み込んだ受像管ほどの劣化は起きないが、試
験時間が長くなるに連れて電子放射能力の低下が顕著と
なった。

【００４９】以上の結果より、本発明に係る陰極構体を
組み込んだ受像管は、寿命特性においても優れているこ
とが明らかとなった。

【００５０】なお、上記実施例では、陰極構体を組み立
てた後に陰極円板１４の表面へ耐湿性被膜を設けた例に
ついて説明したが、エミッタを溶融含浸させた後に陰極
円板１４に耐湿性被膜を設け、その後に陰極構体を組み
立てても同様の効果を得ることができる。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、水蒸気によるエミッタ
の変質や、結露によるエミッタの吹き出しがなくなるの
で、電子放射能力の低下が抑制され、電子放射が均一と
なり、寿命が長くなるなど、特性が大幅に改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の含浸型陰極構体を使用した電
子銃構体を示す拡大断面図。

【図２】本発明の実施例における実施の形態に係る陰極
円板の被覆部の拡大断面図。

【図３】図２の要部をさらに拡大して示す断面図。

【図４】本発明の実施例の効果を示すグラフ。

【符号の説明】

１１……電極支持用ガラスビード、１２……第一制御グ
リッドと、１３……電子銃構体を支持する支持アーム、
１４……エミッタ含浸型陰極円板、１５……陰極円板保
持用キャップ、１６……陰極スリーブ、１７……ストラ
ップ、１８……陰極保持用円筒、１９……熱反射用円
筒、２０……支持リング、２１……二重コイル型のヒー
タ、２２……ヒータ端子、２４……耐湿性被膜。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陰極スリーブの一端にエミッタを含浸さ
   せた陰極円板が固着され、他端からヒータが挿入されて
   なる含浸型陰極構体において、 前記陰極円板の露出表面に、加熱により揮散する耐湿性
   被膜を形成したことを特徴とする含浸型陰極構体。
2. 【請求項２】 耐湿性被膜が、有機質被膜であることを
   特徴とする請求項１記載の含浸型陰極構体。
3. 【請求項３】 前記有機質被膜が、非水溶媒に可溶な有
   機高分子からなることを特徴とする請求項２記載の含浸
   型陰極構体。
4. 【請求項４】 耐湿性の有機質被膜の厚さは、０．１な
   いし２０μｍであることを特徴とする請求項１乃至３の
   いずれ１項記載の含浸型陰極構体。