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発明の名称 電子管陰極
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−96661
公開日 平成6年(1994)4月8日
出願番号 特願平4−244522
出願日 平成4年(1992)9月14日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 高信 弘 / 小泉 幸生
要約 目的
陰極の基体金属2とそれに被着されるアルカリ土類金属酸化物層4との結合力を増大させ、かつ、高電流密度状態においても長時間安定した電子放射特性を得ることが可能な陰極を備える電子管の提供。

構成
基体金属2表面にアルカリ土類金属酸化物層4を設けた陰極を備える電子管において、アルカリ土類金属酸化物層4の上に、アルカリ土類金属酸化物中に所定量の希土類金属酸化物を分散した上側層5を形成し、この上側層5における前記希土類金属酸化物は球形状からなり、かつ、その平均粒径が0.01乃至2.0μmのもので構成された陰極を備える。
特許請求の範囲
【請求項1】 基体金属表面にアルカリ土類金属酸化物層を設けた電子管陰極において、前記アルカリ土類金属酸化物層の上に、アルカリ土類金属酸化物中に所定量の希土類金属酸化物を分散した上側層を形成し、この上側層における前記希土類金属酸化物は球形状からなり、かつ、その平均粒径が0.01乃至2.0μmのもので構成されたことを特徴とする電子管陰極。
【請求項2】 前記アルカリ土類金属酸化物層における希土類金属酸化物の分散量は、0.01乃至0.3重量%であることを特徴とする請求項1記載の電子管陰極。
【請求項3】 前記上側層における希土類金属酸化物は、酸化スカンジウム(Sc23)、酸化イットリウム(Y23)、酸化セリウム(Ce25)、バリウムスカンデート(Ba2Sc25,Ba3Sc49,BaSc24等)の中の少なくとも1つであることを特徴とする請求項1記載の電子管陰極。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基体金属表面にアルカリ土類金属酸化物層を設けた電子管陰極に係わり、特に、通常、電子放射物質として用いられているアルカリ土類金属酸化物層の上に、アルカリ土類金属酸化物層中に所定量の希土類金属酸化物を分散した上側層を形成して、電子放射物質を2重層に形成した電子管陰極に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、カラーTV用ブラウン管、データ表示端末用ディスプレイ管等の電子管においては、表示される画像の高精細化が要望されるようになっており、こうした要望を満たすためには、前述の種別の電子管の陰極において、高電流密度状態にあっても長時間安定した電子放射特性が得られるものが必要になる。
【0003】従来、前述の種別の電子管の陰極においては、前記必要性に応えるものとして幾つかの提案がなされており、その1つとして特開平1−213935号に開示の技術手段が知られている。
【0004】図3は、前記特開平1−213935号に開示された電子管の陰極を示す断面構成図である。
【0005】図3において、11は陰極基体金属、12は電子放射物質層、13はヒータ、14はアルカリ土類金属酸化物と希土類金属酸化物との複合酸化物層である。
【0006】そして、前記電子管の陰極は、主成分がニッケルからなり、少量の還元性元素であるシリコン(Si)やマグネシウム(Mg)を含む陰極基体金属11上に、始めに、アルカリ土類金属酸化物と希土類金属酸化物との複合酸化物層14を被着形成し、次に、その層14の上に少なくともバリウム(Ba)を含み、他にストロンチウム(Sr)及び/またはカルシウム(Ca)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12を被着形成したもので構成されている。
【0007】前記構成を採用すれば、陰極基体金属11の上側に被着形成したアルカリ土類金属酸化物と希土類金属酸化物との複合酸化物層14が、活性化工程中の加熱において、あるいは、電子管の通常の動作中の加熱において一部解離し、その中の希土類金属は原子、例えば、スカンジウム(Sc)原子となって遊離する。このとき、陰極基体金属11中のシリコン(Si)やマグネシウム(Mg)からなる還元性元素が陰極基体金属11表面に拡散し、電子放射物質層12内の酸化バリウム(BaO)と反応してバリウム(Ba)原子を生成するとともに、いわゆる中間物質である珪酸バリウム(BaSiO3)が形成されるが、この中間物質は前記希土類金属原子、例えば、スカンジウム(Sc)原子によって分解されるものである。また、この陰極を高電流密度状態で動作させると、ジュール熱によってバリウム(Ba)の蒸発が増大する傾向になるが、このバリウム(Ba)原子は前記複合酸化物層14に付着するので、バリウム(Ba)の蒸発が抑圧されるものである。このように、前記構成に係わる電子管の陰極は、前記中間物質の形成が少なく、かつ、バリウム(Ba)の蒸発も少ないので、高電流密度状態、例えば、4A/cm3以上の電流状態で動作させた場合においてもエミッション電流の低下が少なく、確実に長寿命の陰極を実現できるものである。
【0008】また、この他にも、前述の種別の電子管の陰極において、前記必要性に応えるものには、特開昭63−310535号及び特開昭63−310536号に開示の技術手段がある。
【0009】図4は、前記特開昭63−310535号、特開昭63−310536号に開示された電子管の陰極を示す断面構成図である。
【0010】図4において、21は基体金属、22は電子放射物質層、23は電子放射物質層22中の酸化スカンジウム(Sc23)、24はヒータである。
【0011】そして、前記電子管の陰極は、主成分がニッケル(Ni)からなり、少量のシリコン(Si)を含む陰極の基体金属21と、バリウム(Ba)を含有し、アルカリ土類金属酸化物及び酸化スカンジウム(Sc23)23からなる電子放射物質層22とにより構成されているもので、前記酸化スカンジウム(Sc23)23が12面体(特開昭63−310535号)または柱状多面体(特開昭63−310536号)の結晶形を有し、電子放射物質層22中に0.1乃至20重量%分散されているものである。
【0012】前記構成によれば、前記12面体または柱状多面体の結晶形の酸化スカンジウム(Sc23)23が、遊離原子であるバリウム(Ba)原子やドナーを消滅させることがなく、また、複合酸化物からなる中間物質が陰極基体金属と電子放射物質層との界面近くに集中して形成されるのを防止できるので、長時間にわたって安定した電子放射特性が得られるものである。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記開示による従来の電子管の陰極は、一応、長時間にわたって安定した電子放射特性を得ることはできるものの、いずれのものも、陰極の基体金属とそれに被着されるアルカリ土類金属酸化物層との結合力および添加物のコストについては、何等配慮がなされていない。
【0014】一般的に述べれば、陰極の基体金属に電子放射物質層が被着されている場合に、前記基体金属と前記電子放射物質層との結合力は、通常、前記基体金属中に含有されている微量のシリコンから生成されるシリコン系の中間物質により助長されるものである。しかるに、陰極の基体金属に接して酸化スカンジウム(Sc23)が存在する場合、具体的には、前記特開昭63−310535号及び特開昭63−310536号に開示されている電子管の陰極のように、前記基体金属と酸化スカンジウム(Sc23)の粉末を分散させたアルカリ土類金属酸化物層(電子放射物質層)とが接している場合、及び、前記特開平1−213935号に開示されている電子管の陰極のように、前記基体金属と酸化スカンジウム(Sc23)の粉末を含む複合酸化物層(電子放射物質層)とが接している場合には、スカンジウム(Sc)原子により前記シリコン系の中間物質の形成が抑制され、前記結合力を充分に得ることができないばかりか、陰極の動作中に前記基体金属と前記電子放射物質層との間の熱膨張係数の差や静電気力等によって前記電子放射物質層が前記基体金属から剥離されるようになるという問題点がある。また、希土類金属酸化物は、高価であり、これを数%分散することは、陰極のコストを押し上げることになる。
【0015】この点に関して、本発明者等は、陰極の基体金属上に酸化スカンジウム(Sc23)の粉末を分散させたアルカリ土類金属酸化物層(電子放射物質層)を直接被覆した陰極を用いて、その耐久性についての実験を行なったところ、前記陰極の動作中に前記基体金属と前記アルカリ土類金属酸化物層(電子放射物質層)との結合力が低下するようになり、極端な場合をとると、前記アルカリ土類金属酸化物層(電子放射物質層)が前記基体金属から剥離してしまうという現象が発生し、この現象は前記アルカリ土類金属酸化物層中のスカンジウム化合物の含有量が多くなるほど顕著に現われることが確認できた。
【0016】本発明は、このような問題点を除去するもので、その目的は、低コストでかつ陰極の基体金属とそれに被着されるアルカリ土類金属酸化物層との結合力を増大させ、かつ、高電流密度状態においても長時間安定した電子放射特性を得ることが可能な電子管陰極を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】前記目的の達成のために、本発明は、基体金属表面にアルカリ土類金属酸化物層を設けた電子管陰極において、前記アルカリ土類金属酸化物層の上に、アルカリ土類金属酸化物中に所定量の希土類金属酸化物を分散した上側層を形成し、この上側層における前記希土類金属酸化物は球形状からなり、かつ、その平均粒径が0.01乃至2.0μmのもので構成する手段を具備した。また、希土類金属酸化物の分散量は、種々の実験を行った結果、その粒子の表面積に比例することが分ったため、その粒径をアルカリ土類金属酸化物の粒径より小さくし、希土類金属酸化物の分散量の範囲を0.01乃至0.3重量%とした。
【0018】
【作用】本発明においては、アルカリ土類金属酸化物層の上に、前記アルカリ土類金属酸化物層中に所定量の希土類金属酸化物、例えば、ここでは、酸化スカンジウムを分散した上側層を形成するようにし、酸化スカンジウム(Sc23)が陰極の基体金属と直接接しないようにしたので、前記基体金属中に含有されている微量のシリコンから生成されるシリコン系の中間物質の働きにより、前記基体金属とその上に被着されたアルカリ土類金属酸化物層との結合が助長されるようになり、陰極の動作時においても前記アルカリ土類金属酸化物層が前記基体金属から剥離することのない電子管の陰極が得られる。
【0019】また、本発明においては、粉末のスカンジウム(Sc)の結晶を球面形状にすると表面積が大きくとれるため、それを0.01乃至2.0μmの粒径になるようにし、前記スカンジウム(Sc)を前記アルカリ土類金属炭酸塩中に一様に分散させることにより、陰極毎のスカンジウム(Sc)の含有率を最小限にして、電子放射特性の向上を図ることができる。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【0021】図1は、本発明に係わる電子管の陰極部分の構成の一実施例を示す拡大断面図である。
【0022】図1において、1は陰極スリーブ、2は陰極の基体金属、3は下記の第1層及び第2層からなる電子放射物質層、4はアルカリ土類金属酸化物層(第1層)、5は上側層(第2層)、6はヒータである。
【0023】そして、陰極の基体金属2はニッケルを主成分とする材料で構成されており、アルカリ土類金属酸化物層(第1層)4はバリウム、ストロンチウム、カルシウム等の炭酸塩(Ba、Sr、Ca)CO3 で構成されている。また、上側層(第2層)5はバリウム、ストロンチウム、カルシウム等の炭酸塩(Ba、Sr、Ca)CO3 からなるアルカリ土類金属酸化物に0.05重量%(1陰極当たり)の酸化スカンジウム(Sc23)を分散させたもので構成され、この場合に、前記酸化スカンジウムは、粒径が約0.5μmの球状結晶のものであって、その成分中80重量%以上の純粋な酸化スカンジウムを含んでいるものである。さらに、前記酸化スカンジウム(Sc23)の結晶形状(球状)はバリウム、ストロンチウム、カルシウム等の炭酸塩(Ba、Sr、Ca)CO3 の形状(針状)と異なるものであり、かつ、前記酸化スカンジウム(Sc23)の結晶粒径はバリウム、ストロンチウム、カルシウム等の炭酸塩(Ba、Sr、Ca)CO3 の粒径の1/10のものを選択するようにしている。なお、電子放射物質層3においては、その中に含まれる酸化スカンジウム(Sc23)の総量が0.01乃至0.3重量%の範囲になるように選ぶのが好適である。
【0024】前記構成による陰極は、以下の手順によって製造される。
【0025】まず、バリウム、ストロンチウム、カルシウム等の炭酸塩(Ba、Sr、Ca)CO3 の粉末にそれぞれニトロセルロースラッカ、酢酸ブチルを加えてローリング混合し、懸濁液を調製する(以下、ここで得られた液をA液とする)。また、バリウム、ストロンチウム、カルシウム等の炭酸塩(Ba、Sr、Ca)CO3 の粉末中に0.05重量%(1陰極当たり)の酸化スカンジウム(Sc23)を分散させた粉末に同じくニトロセルロースラッカ、酢酸ブチルを加えてローリング混合し、懸濁液を調製する(以下、ここで得られた液をB液とする)。
【0026】次に、ニッケル(Ni)を主成分とする陰極の基体金属2上にスプレー法により前記A液を約10μmの厚さに塗布して前記アルカリ土類金属酸化物層(第1層)4を形成し、次いで、このアルカリ土類金属酸化物層(第1層)4上に同様にスプレー法により前記B液を約60μmの厚さに塗布して前記上側層(第2層)5を形成して、2層からなる電子放射物質層3を形成する。
【0027】続いて、真空排気工程において電子放射物質層3をヒータ6により加熱し、電子放射物質層3中の炭酸塩を分解して酸化物とし、その後、900乃至1100℃の雰囲気中で加熱して活性化を行ない、陰極を形成されるものである。
【0028】図2は、前述のようにして製造した陰極を内部実装した陰極線管の稼動時間に対する最大陽極電流相対比の変動を示す動作特性図である。
【0029】また、図2において、aは第1層及び第2層からなる電子放射物質層を被着させた本実施例の陰極を内部実装した陰極線管の動作特性、bは前記第2層のみからなる電子放射物質層を被着させた従来の陰極を内部実装した陰極線管の動作特性、cは酸化スカンジウム(Sc23)を含まない電子放射物質層を被着させた従来の陰極を内部実装した陰極線管の動作特性をそれぞれ示すものである。
【0030】図2の特性から明らかなように、本実施例の陰極の動作特性aと従来の陰極の動作特性cとを比べると、本実施例の陰極の動作特性aの方が従来の陰極の動作特性cよりも格段に優れた長寿命特性を有するものであることは明らかである。また、本実施例の陰極の動作特性aと従来の陰極の動作特性bとを比べると、最初の頃は本実施例の陰極の動作特性aよりも従来の陰極の動作特性bの方が優れた特性を示しているが、ある時間、図2においては約20000時間を超えると、従来の陰極の動作特性bは急激に特性が劣化するようになるのに対して、本実施例の陰極の動作特性aはそのような急激な劣化が生じることはないものである。
【0031】ところで、本実施例において、電子放射物質層3内に含まれる酸化スカンジウムの総量が0.01乃至0.3重量%の範囲になるように選んでいる根拠は、この酸化スカンジウムのような希土類金属酸化物が球面形状で、かつ、その平均粒径が0.01乃至2.0μmである微粒子で構成されている場合、前記総量が0.01重量%以下のときには電子放射物質層3を2層に構成したことによる効果を得ることができず、また、前記総量が0.3重量%を超えると動作中に前記従来の陰極の動作特性bで見られたような急激な劣化を生じることになるためである。この場合、前記総量が0.3重量%以上のときに、このような急激な劣化が生じる原因は、電子放射物質層3が陰極の基体金属2から剥離することに起因するものと思われる。
【0032】このように、本実施例による電子管の陰極は、陰極の基体金属2に接して酸化スカンジウムが配置されていないため、前記基体金属2中に含有されている微量のシリコンから生成されるシリコン系の中間物質、例えば、珪酸バリウム(BaSiO3 )の働きにより、前記基体金属2とその上に被着されたアルカリ土類金属酸化物層(第1層)4との結合が助長され、陰極の動作時においても前記アルカリ土類金属酸化物層(第1層)4が前記基体金属2から剥離することがなく、高電流密度状態においても安定に動作する長寿命の電子管の陰極を得ることができる。
【0033】なお、前述の実施例においては、希土類金属酸化物として、酸化スカンジウム(Sc23)を用いたものであるが、他の希土類金属酸化物、特に、酸化イットリウム(Y23)、酸化セリウム(Ce25)、バリウムスカンデート(Ba2Sc25、Ba3Sc49、BaSc24等)を用いた場合においても、酸化スカンジウム(Sc23)を用いた場合と同様の効果を得ることができる。さらに、それ以外の希土類金属酸化物、例えば、BaY24、Sr2Sc48、Ba349、CaSc49、Ba3Ce49のような組成からなるアルカリ土類金属を含んだ複合酸化物を用いることもできる。
【0034】続いて、前記上側層(第2層)5の形成のために用いられる前記B液は、酸化スカンジウムの結晶形状を球状としたものを選び、かつ、酸化スカンジウムの結晶粒径を0.5μmとしたものを選んでいるので、前記B液中の分散安定性は、例えば、20リットル(l)の容量のタンク中にB液を入れ、スプレー作業の開始時点とそれから約8時間程度経過した前記作業終了時点とにおいて、前記B液中の酸化スカンジウムの分散量の差が僅かに0.01重量%を示すに留まり、極めて安定した分散特性を呈するものになっている。
【0035】このように、本実施例による電子管の陰極は、酸化スカンジウム(Sc23)の結晶を、球面形状にすると表面積が大きくとれるため、それを0.01乃至2.0μmの粒径になるようにし、前記スカンジウム(Sc)を前記アルカリ土類金属炭酸塩中に一様に分散させることにより、陰極毎のスカンジウム(Sc)の含有率を最小限にして、電子放射特性の向上を図ることができる。
【0036】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、電子放射物質層3として2層構造を採用し、陰極の基体金属2に希土類金属酸化物、例えば、酸化スカンジウム(Sc23)が接しないような配置にしているので、前記基体金属2中に含有されている微量のシリコンから生成されるシリコン系の中間物質、例えば、珪酸バリウム(BaSiO3)の働きにより、前記基体金属2とその上に被着されたアルカリ土類金属酸化物層(第1層)4との結合が助長され、陰極の動作時においても前記アルカリ土類金属酸化物層(第1層)4が前記基体金属2から剥離することがなく、高電流密度状態においても安定に動作する長寿命の電子管の陰極を得ることができるという効果がある。
【0037】また、本発明によれば、希土類金属酸化物、例えば、酸化スカンジウム(Sc23)の結晶形状をアルカリ土類金属酸化物の炭酸塩、例えば、バリウム、ストロンチウム、カルシウム等の炭酸塩(Ba、Sr、Ca)CO3の形状と異なるように球面形状とするとともに、0.01乃至2.0μm程度の粒径になるようにしているので、前記酸化スカンジウム(Sc23)を前記アルカリ土類金属炭酸塩中に一様に分散させることができるばかりか、陰極毎のスカンジウム(Sc)の含有率を最小限にして、電子放射特性の向上を図ることができるという効果がある。




 

 


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