Brevet FR2521346A1 — publié le 19830812

La présente invention est relative à des systèmes de canons à électrons et elle vise plus particulièrement des systèmes de canons électroniques du type utilisé dans les tubes images de télévision en couleur. Le brevet américain N O 4 063 123 décrit une structure pour maintenir l'égalité de l'augmentation en temps et en amplitude de l'espacement cathode- grille de commande (également appelée grille GI) dans un système de canons à électrons en ligne, afin d'obtenir une coupure simultanée des courants de faisceaux électroniques pour le réglage du niveau du noir Dans ce brevet, la structure de cathode comprend trois ensembles de cathodes séparées, disposées dans un plan Chacun de ces ensembles de cathodes comprend un manchon de cathode fermé à une extrémité, un revêtement émetteur d'électrons étant disposé sur la partie d'extrémité fermée du manchon Un filament est monté à ltinté- rieur de chacun des manchons Les manchons sont fixés à des oeillets de cathode' qui sont fixés à des éléments de support en forme de bourrelet, noyés dans une paire de tiges de support en verre disposées de façon opposée Les éléments de support extérieurs sont constitués d'un matériau présentant une épaisseur de 0, 51 mm de manière à obtenir une rigidité de structure, alors que l'élément de supportcentral est constitué d'un matériau présentant une épaisseur de 0, 25 mm, afin d'obtenir un espacement approprié entre les systèmes de cathode central et extérieurs Les éléments de support extérieurs plus épais fournissent un trajet pour la chaleur de conduction qui se dégage des filaments de la cathode qui est meilleur que celui procuré par l'élément de support central plus fin. En conséquence, lorsque l'équilibre thermique est obtenu au bout d'une durée de 15 minutes environ après excitation du filament, le système de cathode centrale fonctionne à une température plus élevée que les systèmes de cathodes extérieures En d'autres termes, l'élévation de température lors du chauffage est plus grande pour le système de cathode centrale que pour la systèmes de cathodes extérieures Afin de compenser les différences de température entre les systèmes de cathodes, lés oeillets de cathodes extérieures sont réalises es un matériau qui présente un coefficient de dilatation thermique plus élevé que celui du matériau utilisé pour fabriquer l'oeillet de cathode centrale Ceci permet aux oei Ulets extérieurs de se dilater sensiblement à la même vitesse que l'oeillet de la cathode centrale c'est-à-dire de maintenir le changement d'espacement cathode-grille GI sensiblement égal d'un canon a un autre. 2 2521346 L'oeillet central est constitué d'un métal de type 52, cependant que les oeillets externes sont formés d'un acier inoxydable de type 305 Le matériau utilisé pour réaliser tous les éléments de support en forme de bourrelet est un acier inoxydable du type 305. Bien que la structure décrite dans le brevet américain mentionné ci- dessus, procure des coupures simultanées satisfaisantes des courants de fais- ceaux pour le réglage du niveau de noir, le réglage de couleur des faisceaux extérieurs, c'est-à -dire le "réglage bleu-rouge" constitue occasionnellement un problème Bien que les manchons de cathode et les oeillets de cathode se dilatent le long de l'axe des Z du faisceau électronique, de la manière prévue dans le brevet cité ci-dessus, le problème du réglage de la couleur semble être fonction, dans une mesure relativement importante, de contraintes non-uniformes des éléments de support de cathode le long des axes des X et des Y, lors du chauffage. La demande de brevet américain N O 326 348 déposée le ler décembre 1981 par M K BROWN et al décrit un système de support de cathode dans lequel les contraintes des éléments de support en forme de bourrelet sont éga- lisées le long des axes des X et des Y De façon plus spécifique, les deux élé- ments de support externes sont constitués d'un métal de type 52 présentant un coefficient de dilatation thermique compris entre environ 9, 6 et 10, 1 /u/m/ 'C et l'élément de support central est formé d'un métal de type 42 dont le coefficient de dilatation thermique est compris entre envi ron 4, 0 et 4, 7 /u/m/ O C Dans une telle structure, les éléments de support extérieurs se dilatent plus que l'élément de support central, mais de façon égale l'un par rapport à l'autre, si bien que le système de cathodes est fixé rigidement sur les tiges de support en verre. Alors que les deux structures décrites ci-dessus améliorent générale - ment les performances du canon électronique en ligne, les éléments de support à dilatation relativement faible des systèmes de cathodes de cette dernière structure introduisent un problème de contrainte dans les systèmes de canons électroniques qui affecte la grille de commande Gl. Sur la figure 3 des dessins annexés on a montré la courbe en courant de cathode (en/u A) en fonction de la durée de chauffage (en minutes) pour les trois canons électroniques de la structure selon le brevet américain N 04 063 128. Bien que les courants de cathode des trois canons électroniques varient quelque 3 2521346 peu lors des premières minutes de chauffage, ces courants de cathode ne sont pas excessifs Cependant, l'inconvénient majeur de cette structure, outre les problèmes mentionnés ci-dessus du "réglage du bleu et du rouge", réside en ce qu'elle exige une durée de chauffage de 7, 5 minutes pour que les courants de cathode diffèrent d'une valeur de 2 u A ou moins. Dans la structure décrite dans la demande de brevet américain n O 326 348, mentionnée ci-dessus, l'espacement cathode-grille de commande, est fortement influencé par les matériaux différents que constituent les éléments de support On a déterminé que le plan de la grille de commande GI, s'écarte des cathodes lorsque les éléments de canons électroniques approchent l'équi - libre thermique En conséquence, pour obtenir l'espacement désiré cathode- grille de commande, à la température de fonctionnement, il est nécessaire de réduire l'espacement cathode-grille de commande à la température ambiante. Cette réduction de l'espacement cathode-grille de commande, à la température ambiante, a pour résultat, comme on peut le voir sur la figure 4, un courant de cathode excessif pour les trois canons électroniques pendant environ les 4, 5 minutes initiales de forctionnement, puis les courants de cathode atteignent ensuite une valeur acceptable inférieure à 12 u A environ et la variation de cou- rant de cathode entre les trois canons électroniques est de l'ordre de 2 u A ou moins. Selon la présente invention, un système de canons à électrons comprend une grille de commande, une cathode centrale disposée entre deux cathodes extérieures et une paire de tiges de support isolantes pour supporter la grille de commande et les cathodes Chacune des cathodes est supportée par un oeillet de cathode et un élément de support en forme de bourrelet dont les dimensions varient en fonction de la température Les éléments de support en forme de bourrelet présentent des extrémités opposées qui sont noyées dans les tiges de support Selon l'invention cette structure est perfectionnée en prévoyant des moyens pour maintenir les variations fonction de la température, des dimen- sions des éléments de support extérieurs en forme de bourrelet, sensiblement égales l'une à l'autre et inférieures aux variations fonction de la température, des dimensions de l'élément de support central en forme de bourrelet Une telle structure assure une fixation rigide des cathodes aux tiges de support et elle utilise également les variations fonction de la température des éléments 4 2521346 de support pour réduire l'amplitude du mouvement, fonction de la température, de la grille de commande, par rapport aux cathodes. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés qui en illus- trent un exemple de réalisation dépourvue de tout caractère limitatif Sur les dessins la figure 1 est une vue en coupe d'une partie d'un système de canons élec- troniques en ligne; la figure 2 est une vue en coupe selon 2-2 de la figure 1 la figure 3 est un graphique représentant les couches de courants de catho- de en fonction de la durée du chauffage, pour trois canons électroniques selon la technique antérieure, supportés par trois éléments de support en forme de bourrelet, formés chacun d'un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique élevé la figure 4 est un graphique représentant les courbes de courants de ca- thode en fonction du temps de chauffage pour trois canons électroniques selon la technique antérieure, supportés par trois éléments de support en forme de bourrelet, les deux éléments extérieurs étant constitués d'un ma- tériau qui présente un coefficient de dilatation thermique plus élevé que celui du matériau qui constitue L'élément de support central, et la figure 5 est un graphique représentant un jeu de courbes de courants de cathode, en fonction de la durée de chauffage pour trois canons électroniques comportant des éléments de support selon l'invention. Sur la figure i on a représenté une partie d'un système de canons électroniques, désigné dans son ensemble par la référence 10, d'un type uti- lisé dans les tubes images de télévision en couleur En dehors des matériaux différents utilisés, les deux systèmes de canons électroniques selon la tech- nique antérieure et le système de canons à électrons à compensation de tempé- rature selon la présente invention, utilisent la même structure Par conséquent la description détaillée de la structure représentée sur la figure 1 s'applique aux trois systèmes de canons électroniques. Le système de canons électroniques 10 comprend un système de cathode centrale 12, un premier système de cathode extérieure 14, et un second sys- tème de cathode extérieure 16 Le système de cathode centrale 12 comprend 2521346 un manchon de cathode 18, fermé à son extrémité antérieure par un couvercle ou capuchon 20 comportant un revêtement d'extrémité 22 en un matériau émet- teur d'électrons Un filament 23 est monté à l'intérieur du manchon de cathode 18 Le revêtement émetteur d'électrons 22 est supporté, selon un espacement prédéterminé, à partir du plan de l'ouverture d'une grille GI 28 (ou grille de commande), par un oeillet de cathode centrale 24 qui est fixé au manchon de cathode 18 et également à l'élément de support en forme de bourrelet 26, de la cathode centrale Cet espacement prédéterminé est établi lors de la fabrication et il est sensiblement égal à 0, 13 mm. De même, les premier et second systèmes de cathodes extérieures 14 et 16 comprennent chacun un manchon de cathode 30, fermé à son extrémité antérieure par un capuchon 32 muni d'un revêtement d'extrémité 34 constitué d'un matériau émetteur d'électrons Un filament 35 est monté à l'intérieur de chaque manchon de cathode 30 Les revêtements émetteurs d'électrons 34 sont maintenus chacun à un espacement prédéterminé par rapport à la grille Gi 28, par un oeillet de cathode 36 qui est fixé au manchon de cathode 30 ainsi qu'à un élément de support en forme de bourrelet 38, de la cathode extérieure fixe. Les espacements prédéterminés des systèmes de cathode extérieure sont éga- lement établis lors de la fabrication et ils sont sensiblement égaux à l'espace- ment du système de cathode centrale, qui est de l'ordre de -0, 13 mm. Chauffage des canons selon la technique antérieure Dans la structure selonla, technique antérieure, telle que décrite dans le brevet américain N O 4 063 128, l'oeillet de cathode centrale 24 est réalisé de préférence en un métal du type 52, qui présente un coefficient de dilatation thermique de l'ordre de 9, 6 /u/m/OC Le matériau préféré pour la réalisation des oeillets extérieurs 36 est un acier inoxydable du type 305, présentant un coefficient de dilatation thermique de l'ordre de 20 /u/m/ C L'élément de support en forme de bourrelet 26 de la cathode centrale et les éléments de support en forme de bourrelet 38 des cathodes extérieures sont constitués d'un acier inoxydable de type 305 L'élément de support central 26 présente une épaisseur de 0, 25 mm et les éléments de support extérieurs 38 possèdent une épaisseur de 0, 51 mm De préférence, la grille Gi 28, est réalisée à partir d'un acier inoxydable du type 305 Cette sélection de matériaux permet de s'assurer que les variations d'espacement cathode-grille, dues aux 6 2521346 modifications de températures survenant lors du chauffage des cathodes, sont maintenues sensiblement égales d'une cathode à l'autre. Comme on peut le voir sur la figure 2, l'élément de support de cathode centrale 26, possède une paire de saillies 40, en forme de bourrelets centraux, qui s'étendent vers l'extérieur à partir des extrémités opposées de l'élément de support central 26 Les éléments de support en forme de bourrelet 38 de la cathode extérieure, comprennent également des saillies extérieures 42, en forme de bourrelets, qui s'étendent vers l'extérieur à partir des extrémités opposées des éléments de support Les saillies en forme de bourrelet 40 et 42 sont noyées dans une paire de tiges de support en verre 44, disposées de façon opposée Les tiges de support 44 et le mode de fonctionnement des supports et des saillies sont décrits dans la demande de 1 revetanriicair& N O 258 740 déposée le 29 Avril 1981 par J R Hale. Dans la structure de canon à électrons objet du brevet américain n' 4 063 128, dans laquelle l'élément de support en forme de bourrelet 26 de la cathode centrale et les éléments de support en forme de bourrelets 38 des ca- thodes extérieures, sont réalisés en acier inoxydable de type 305, les saillies centrales 40 se dilatent légèrement plus, pendant le chauffage, que les saillies extérieures, étant donné que la température du système de cathode centrale est plus élevée que celle des systèmes de cathodes extérieures Dans le sys- tème de canons électroniques idéal, dans lequel les saillies 40 et 42 sont noyées de façon identique dans les tiges de support 44, la légère augmentation de la dilatation de la saillie centrale 40 est compensée par la différence d'épais- seur de matériau entre l'élément de support central et les éléments de support extérieurs afin que les forces, dues à l'élément de support agissant sur les tiges de support 44, soient sensiblement égales Cependant, pour un faible pourcentage de canons électroniques, si les saillies extérieures 42 de l'un des éléments de support extérieur 38 ne sont pas complètement noyées dans les tiges de support 44 (ou si elles sont mal alignées dans ces tiges de support), il se produit une contrainte non uniforme dans le système de canons électroniques Cette contrainte non uniforme provoque généralement un déplacement de l'un des systèmes de cathodes extérieures par rapport à l'autre ce qui fait que les faisceaux électroniques produisant le bleu et le rouge n'ont pas un tracé convenable et que le courant de cathode varie d'une cathode à l'autre. 7 2521346 Afin de corriger les problèmes de réglage de bleu et de rouge qui surviennent lors du chauffage, les éléments de support 38 de cathodes exté- rieures, peuvent être constitués d'un matériau qui présente un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui du matériau utilisé pour fabriquer l'élé- ment de support 26 de la cathode centrale, comme décrit dans la demande de brevet américain n' 326 348 Dans la structure objet de cette demande, le coefficient de dilatation thermique des éléments de support 38 de cathodes exté- rieures, est choisi de façon à être inférieur au coefficient de dilatation ther- mique des oeillets 36 de cathodes extérieures, qui sont fixés aux éléments de support extérieurs 38 Par ailleurs, le rapport des coefficients de dilatation thermique des éléments de support extérieurs 38 à celui de l'élément de support central 26 doit être tel que les saillies extérieures 42 se dilatent davantage que les saillies centrales 40, afin que les tiges de support 44 exercent une tension sur les saillies centrales 40 En d'autres termes, il est nécessaire de prévoir une structure de support de cathode push-pull pour obtenir un réglage de cou- leur approprié lors du chauffage Dans cette structure, les saillies extérieures 42 exercent une force dirigée vers l'extérieur sur les tiges de support 44, qui est suffisante pour maintenir sous tension les saillies centrales 40, dans le domaine de températures de fonctionnement du canon à électrons Même dans des systèmes de canons électroniques dans lesquels les saillies extérieures 42 sont quelque peu desalignées dans les tiges de support 44 ou ne sont pas complè- tement noyées dans ces tiges 44, les dilatations des saillies extérieures 42 sont sensiblement égales l'une à l'autre et elles sont supérieures à la dilatation des saillies centrales 40, malgré la température de fonctionnement plus élevée du système de cathode centrale et la température plus élevée correspondante de l'élément de support central 26 Cette structure constitue une "boite rigide" qui empêche tout mouvement de l'un des systèmes de cathodes exté- rieures par rapport à l'autre. Dans la structure objet de la demande de brevet américain ne 326 348, l'élément de support de cathode centrale 26 est réalisé en un métal du type 42, qui présente un coefficient de dilatation thermique compris entre environ 4, O et environ 4, 7 1 u/m/OC Les éléments de support de cathode extérieure 38 sont réalisés en un métal de type 52, présentant un coefficient de dilatation thermique compris entre environ 9, 6 et environ 10, 1 /u/m/ 'C Bien que cette 8 2521346 structure élimine les problèmes du réglage du bleu et du rouge inhérent à la structure conforme au brevet américain N O 4 063 128, elle utilise des éléments de support à faible dilatation et elle ne transmet pas d'effort suffisant aux tiges de support 44, pour maintenir sous tension durant le chauffage, la grille de commande GI 28 Par conséquent, la grille de commande 28 s'écarte des ca- thodes, jusqu'à ce que l'équilibre soit atteint Afin de compenser cet inconvé- nient on diminue l'écartement cathode-grille de commande afin de permettre la dilatation lors du fonctionnement Sur la figure 4 on peut voir la surintensité (pointe de courant) résultante du courant de cathode qui approche 60 u A. Chauffage des canons selon l'invention Afin de corriger les pointes de courant de cathode qui peuvent survenir lors du chauffage, les éléments de support de cathodes extérieures 38 sont constitués d'un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique infé- rieure à celui du matériau qui est utilisé pour réaliser l'élément de support de cathode centrale 26 Le coefficient de dilatation thermique de l'élément de sup- port central 26 doit être tel que les saillies centrales 40 se dilatent contre les tiges de support 44, mettant les -saillies centrales 40 en compression et exer- çant une tension sur les saillies extérieures 42, qui se dilatent de façon égale mais moins que les saillies centrales Tant que les saillies extérieures 42 sont fixées de façon sare dans les tiges de support 44, la structure constitue une "botte-rigide", similaire à celle réalisée par la structure selon la demande de brevet américain 326 342 citée ci-dessus; cependant, à la différence de cette structure, les forces transmises par les saillie S 40 et 42 aux tiges de support 44 et à la grille de commande 28, sont suffisantes pour maintenir la grille de commande 28 suffisamment sous tension, afin d'empêcher ou de réduire à un minimum le déplacement du plan de l'ouverture le long de l'axe du faisceau électronique du canon Comme on peut le voir sur la figure 5, la pointe du courant de cathode de la structure selon la présente invention est considéra- blement plus faible que celle de la structure selon la demande de brevet amé- ricain N O 326 348, pendant les quelques premières minutes de chauffage et elle atteint ensuite un niveau de fonctionnement acceptable en 3, 5 minutes. Dans la structure selon l'invention décrite ici, le support de cathode centrale 26 est constitué d'un acier inoxydable de type 305, présentant un coef- ficient de dilatation thermique compris entre environ 17 et 20 microns par mètre 9 2521346 et par degré Celeius ( 1 u/m/OC) Les éléments de support de cathodes exté- rieures 38 sont réalisés en un métal de type 52, qui présente un coefficient de dilatation thermique compris entre environ 9, 6 et 10, 1 u/m/OC, Cette struc- ture nouvelle corrige simultanément les problèmes de réglage du bleu et du rouge, en maintenant les deux supports extérieurs sous tension égale et les problèmes résultant des pointes de courant de cathode, en empêchant tout dé- placement de la grille de commande 28 pendant le chauffage, ce qui permet de régler l'espacement cathode-grille de commande, à température ambiante, à la valeur désirée pour la température de fonctionnement. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et représenté, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. 1 2521346 REVENDICATIONS 1 Système de canons à électrons comportant une grille de commande, une cathode centrale disposée entre deux cathodes extérieures et une paire de tiges de support isolantes pour supporter ladite grille de commande et lesdites cathodes, chacune desdites cathodes étant supportée par un oeillet de cathode et par un élément de support en forme de bourrelet, chacun desdits éléments de support ayant des dimensions qui varient en fonction de la température et présentant des extrémités opposées qui sont noyées dans ladite paire de tiges de support, ce système de canons étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour maintenir lesdites variations de dimensions fonction de la tempé- rature des éléments de support extérieurs en forme de bourrelet ( 38), sensi- blement égales les unes aux autres et inférieures aux variations de dimensions, fonction de la température dudit élément de support central en forme de bourre- let ( 26) afin de fixer rigidement lesdites cathodes ( 12, 14, 16) aux dites tiges de support ( 44) et d'utiliser lesdites variations de dimensions fonctions de la température desdits éléments de support, pour réduire les déplacements fonc- tion de la température, de ladite grille de commande ( 28) par rapport auxdites cathodes. 2 Système de canons à électrons selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour maintenir et utiliser lesdites variations de dimen- sions fonction de la température comprennent ledit élément de support central en forme de bourrelet qui comporte un coefficient de dilatation thermique supé- rieur à celui des éLéments de support extérieurs en forme de bourrelet, afin que la dilatation dudit élément de support central soit sensiblement plus impor- tante que celle des éléments de support extérieurs et que les dilatations desdits éléments de support extérieurs soient sensiblement égales l'une à l'autre, sur le domaine de température de fonctionnement dudit système de canons élec- troniques ( 10). 3 Système de canons à électrons selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit support central en forme de bourrelet est constitué d'un maté- riau qui présente un coefficient de dilatation thermique de l'ordre de 17 à 20 u par mètre et par degré Celsius et en ce que lesdits éléments de support exté- rieurs en forme de bourrelet sont constitués d'un matériau présentant un coef- ficient de dilatation thermique de l'ordre de 9, 6 à 10, 1 environu/mn/C. Il 2521346 4 Système de canons à électrons selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit élément de support central en forme de bourrelet est constitué d'un acier inoxydable du type 305 et en ce que les éléments de support extérieurs sont formés d'un métal de type 52.