JPS6290819A - 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用ブラウン管などに用いられろ電子管用
陰極に関し、特に電子放射性物質層の改良に関するもの
である。

〔従来の技術〕

第２図は従来のＴＶ用ブラウン管や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（Ｍｇ）などの還元性元素を
微凰含む主成分が二・ノケルからなる有底筒状の基体、
（２）はこの基体の底部上面に被着され、少なくともバ
リウム（Ｂ　ａ）　　を含み、他にストロンチウム（Ｓ
ｒ）　　あるいは／及びカルシウム（Ｃａ）　　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
せろためのものである。

この様に構成された電子管用陰極において、基体ｍへの
電子数ｑ・１物質層（２）の被着は次の様にして行なわ
れろものである。まずアルカリ土類金属（Ｂ　ａ、　Ｓ
　ｒ、　Ｃａ）　　の炭酸塩からなる懸／！ＡＭを基体
ｆｉｌ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乙とにより、基体ｆｌｌ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
着せしめているものである。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に反応してい
るものである。つまり基体＋１１中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。例えばアルカリ上類酸化
物として酸化バリウム（Ｂａｄ）　　であれば次式ｆｌ
ｌ、（２＋の様に反応するものである。

ＢａＯ＋５４ＳｉＯ＊＝Ｂａ＋Ｈ３ｉＯ，（１１Ｂ　ａ
ｏ　十Ｍ　ｇ　　　＝　Ｂ　ａ＋　ＭｇＯ−１２１この
反応の結果、基体（１）上に被着形成されたフルカリ上
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／ｃｄの電子放射が得られることになる。しか
るに、この様にして形成された電子管用陰極にあっては
電子放射が０．５〜０．８Ａ　／　ｃｄ以上の電流密度
は取り出せないものである。その理由としては次の様な
も１のである。つまり、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ｆｌｌ１２１式からも明ら
かな如く基体（１）とアルカリ土類金属酸化物層との界
面にＳｉＯ□２Ｍに０　あるいはＢａＯＳｉｎ、なる複
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ろこと、また−Ｆ記中間層
が基体（１）中の還元元素が電子放射物質層（２）の表
面側へ拡散するのを妨げ十分なバリウム（Ｂａ）　　が
生成されないことが考えられている。

また、従来の電子管用陰極としては特開昭５９−２０９
４１号公報に、上記した第２図のものと同様の構成をし
ており、陰極の速動性を得ろために基体（１）の板厚を
薄くし、寿命中の還元剤の温潤を防止しかつ基体（１）
の強度低下を防止する目的で、基体（１１にランタンが
ＬａＮｉ、及びＬａ、Ｏ，の形で分散含有させたものが
示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この様に構成された電子管用陰極においては、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ｆｉｌと表面近傍のニッケル結晶粒界と上記界面よ１
）１０μｍ程度電子放射物質Ｒ（２）内側の位置に前述
の中間層が偏析するため、電流の流れ及び電子放射物質
層（２）表面側への還元性元素の拡散が妨げられ、ｇＴ
ｉ流密度下０十分な電子放出特性が得られないという問
題があった。

また、役者に示したものにおいては、ニスケルを主成分
とする基体（１）の製作時に１ａＮｉｓ及びＬａ２０．
を含有させろため、基体（１１内のり、、ａＮｉＳ及び
Ｌａ２Ｏ５の含有状態のばらつきなどが生し易かった。

この発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、高
電流密度下において基体と電子放射物質層との界面近傍
に複合酸化物からなる中間層が集中して形成されろこと
を防止し、長時間にわたって安定したエミッンヨン特性
を有し、かつ生産性信頼性の高い電子管用陰極を得るこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る電子管用陰極は、少なくともバリウムを
含むアルカリ土類金属酸化物とを主成分とし、０．０５
〜１５重盪％の希土類金属を含んだ電子放射物質層をニ
ッケルを主成分とする基体」二に被着形成させたもので
ある。

〔作　用〕

この発明においては、電子放射物質層中に含有された０
、０５〜１５重量％の希土類金属が、電子放射物質層を
基体に被着形成する際の活性化時に、アルカリ土類金属
の炭酸塩が分解する際、あるいは陰極としての動作中に
酸化バリウムが解離反応を起こす際に基体が酸化する反
応を防（卜するとともに、電子放射物質層中への基体に
含有された還元性元素の拡散を適度に制御し、還元性元
素による複合酸化物からなる中間層が基体と電子放射物
質層との界面近傍に集中的に形成されろことが防止し、
中間層を電子放射物質層内に分散させるものである。

〔発明の実施例〕

以下にこの発明の一実施例を第１図に基づいて説明する
。図において、（２）は基体＋１１の底部上面に被着さ
れ、少なくともバリウムを含み、他にストロンチウムあ
るいは／及びカルシウムを含むアルカリ土類金属酸化物
（１１）を主成分とし、０．０５〜１５重景％のスカン
ジウム、イツトリウム等の希土類金属（１２）を含んだ
電子放射物質層である。

次に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）の被着方法について説明
すると、まず、バリウム、ストロンチウム−カルシウム
の三元炭酸塩にスカンジウム粉末あるいはイツ）、リウ
ム粉末を所望の重量％（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）上にス
プレィにより約８０ミクロンの厚みで塗布し、その後、
従来のものと同様に、炭酸塩から酸化物への分解過程及
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Ｈ（２）を基体（１）に被着せしめるものである。

この様な方法で被着される電子放射物質層（２）に含有
される希土類金属の含有量を種々変えた電子管用陰極を
種々作成し、この電子管用陰極を用いて２極管真空管を
作成し、種々の電流密度で寿命試験を行ない、エミッシ
ョン電流の変化を調へた結果、第３図及び第４図の結果
を１１Ｊな。第３図は従来のテレビ用陰極としての電流
密度０．６６Ａ　／　ｃｊの３．１倍（２，０５Ａ　／
　ｃＩＩ＋）で動作させた時の３重量％のＳｃが含有さ
れた電子放射物質層（２）を有した電子管用陰極、７重
置％のＹが含有された電子放射物質層（２）を有した電
子管用陰極の寿命特性と希土類金属が全く含有されてい
ない電子放射物質層（２）を有しｔ：従来例の寿命特性
との関係を示したものである。この第３図から明らかな
ように希土類金属が含有された本実施例のものは従来例
のものに対して高電流密度動作でのエミッンヨン劣化が
少ないものである。

また、第４図は希土類金属であるＳｃの添加比率を種々
変えた電子放射物質層（２）を有した電子管用陰極にお
いて電流密度０．６６Ａ　／　ｃｉ（１とする）に対し
、電流密度が２倍＃３．１倍、４倍である条件で寿命テ
ストを行い、電流密度と初期工Ｅｙジョン電流に対する
６０００時間でのエミッション電流の比との関係を示し
たものである。この第４図から判るように、希土類金属
であるＳｅが０．０５重量％以上の添加率になると、高
電流密度動作下でのエミッション低下を防止する効果が
あり、図示していないがＳｃは１５ｗｔ％の添加率まで
この効果が確認できた。しかしながら、これら希土類金
属であるＳｃの添加率が１５重量％を越えろと、製造工
程を経た浸析たに長時間のエージングを行わないとエミ
ッション電流の安定な取り出しが困難となり、実用的で
なかった。従って、電子放射物質層（２）における希土
類金属酸化物の含有量は０．１〜１５重量％の範囲にす
る必要があるものである。特に０．２〜７重量％の範囲
で上気した効果が顕著であった。

このように電子放射物質Ｍ（２）に希土類金属酸化物を
含有した効果を詳細に調査するために、第３図の実験結
果において６０００時間でのエミッション電流測定後、
従来品及び３重量％のＳｅを含有した電子放射物質層（
２）を有した電子管用陰極の断面を電子ビームＸ線マイ
クロアナライザー（ＥＰＭＡ）によって分析を行った結
果、従来の希土類金属が全く含有されていない電子放射
物質層（２）を有した電子管用陰極では基体（１）であ
るニッケルと電子放射物質層（２）との界面近傍に、基
体（１）内に含有された還元剤であろＳｉ、Ｍｇが偏析
しており、この偏析状態は基体ｆｉ＋と電子放射物質層
（２）の界面より基体（１１側の約５μの深さの位置及
び上記界面よす電子放射物質層（２）側への約３〜５μ
の位置に還元剤であるＳｌ及びＭｇのピークが同時に確
認され、Ｓｌはさらに上記界面より電子放射物質層（２
）側への約ｌθμの位置に最大のピークが観察された。

これら、Ｓｉ、Ｍｇのピークは酸素のピークとほぼ一致
するので、これらの金属は酸化物あるいは複合酸化物と
して存在していると４丈られる。このように、高電流密
度動作下の従来品においては、基体（１）と電子放射物
質層（２）との界面近傍で、で基体（１）内の結晶粒界
では５ｉ０２．ＭにＯ及びこれらの複合酸化物層が形成
され、さらに上記界面から電子放射物質層（２）の位置
にはＢａＯ，ＭｇＯ，Ｓｉｏ□の複合酸化物層が形成さ
れていることがわかるものである。−上記したＳ　ｉＯ
ｚＭｇｏ　５１１及びＢ　ａｏ　　Ｓｉ　ＯＪｆ！Ｊば
基体（１）内から電子放射物質層（２）内への還元剤で
あるＳｉ、Ｍｇの拡散速度を抑制するとともに高絶縁で
あるために電流の流れを阻害し、ついには電子放射物質
内での絶縁破壊による損耗をもたらすことになるもので
ある。

これに対して、本実施例である希土類金属であるＳｅを
含有した電子放射物質層（２）を有する電子管用陰極に
おいては、基体ｆｉｌ内に含有された還元剤であるＳｉ
、Ｍには平均的に分散されており、従来例のもののよう
に基体（１１と電子放射物質層（２）との界面近傍に、
これら還元剤のピークが全く存在していないものである
。このことは次の理由によるものと判断される。還元元
素であるＳｉ、Ｍｇが基体（１１界面で電子放射物質１
ｉ（２１と反応し、界面近傍にＳｉＯ□、ＭｇＯあるい
はこれらとＢａＯとの複合酸化物を形成しても、電子放
射物質層（２）に含有したＳｃとこれら酸化物とが反応
し、再度ＳｉあるいはＭｇを生成し、還元元素の電子放
射物質層（２）内の移動を容易にするものである。

つまゆ、電子放射物質層（２）中の希土類金属が一ヒ記
還元元素の電子放射物質中への拡散を適度に律速するの
で、長時間高電流密度下の動作後においても安定で良好
なエミッション電流を維持できる。

従って、０．０５重量％未満の希土類金属の添加では基
体（１）の界面近傍でｓｉｏ、、Ｍｇｏの酸化物層を形
成するの１を抑制する効果が不十分で、エミッション電
流の低下が現われ始める。また、１５重景％より多い添
加で（よ、電子放射物質内の酸化バリウムなどと希土類
金属との反応が発生し、エミッション電流の低下が現わ
れる。

なお、上記実施例においては、希土類金属物としてＳｅ
及びＹを用いたものを説明したが他の希土類金属でも同
様の効果は得られたものの、特にＳｅ、Ｙ、Ｃｅにおい
てその効果が顕著であった。

このように本発明は従来とほぼ同等の製造条件で陰極を
製造することができ、希土類金属の分散状態なども比較
的容易に制御できろ。

〔発明の効果〕

この発明は以上のように述べたように基体に被着されろ
少なくとも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０．０５〜１５重量％の希
土類金属を含有させたものとしたので、希土類金属が電
子放射物質層に含まれていない従来のものに対して２〜
４倍の高電流密度動作下での長寿命を実現し、安価で製
造の制約の少ない（”ｆｆｌ性の高い電子管用陰極が得
られろという効果を有するものである。

【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図は従
来の電子管用陰極を示す断面図、第３図は寿命試験時間
をエミッション電流との関係を示す図、第４図は電流密
度とエミッション電流比との関係を示す図。 図において、（１）は基体、（２）ζよ電子放射物質層
である。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 主成分がニッケルからなる基体に、少なくともバリウム
   を含むアルカリ土類金属酸化物を主成分とし、０．０５
   〜１５重量％の希土類金属を含んだ電子放射物質層を被
   着形成したことを特徴とする電子管用陰極。