Brevet FR2810789A1 — publié le 20011228

L'invention se rapporte à une cathode pour canons à électrons de tube à rayons cathodiques dont la structure est améliorée en vue reduire la longueur de la cathode et d'optimiser le rendement thermique ladite cathode. L'invention trouve son application aussi bien pour tube rayons cathodiques de type monochrome que pour un tube de type couleurs. Une cathode pour canon à électrons de tube rayons cathodiques comprend généralement un capuchon sur lequel est deposé un matériau destiné à émettre un faisceau d'électrons, une jupe de cathode de forme cylindrique formant avec le capuchon un ensemble unitaire, un filament de chauffage inséré dans la jupe, le filament comportant généralement une partie spiralée placée près du capuchon et des pattes de connexion au circuit électrique d'alimentation, cette connexion s'effectuant par l'orifice de la jupe situé à l'opposé du capuchon ; les pattes du filaments sont soudées à des étriers rigides solidarisées à la structure du canon au travers de parties électriquement non conductrices par exemple en verre . La cathode elle-même est maintenue en place dans la partie basse canon grâce à un manchon solidarisé, par exemple par soudure, à l'extrémité de la jupe opposée au capuchon. Une telle structure est par exemple décrite dans le brevet américain US 4,403,169. Dans un canon de ce type une partie de l'énergie fournie par le filament pour porter la partie émissive à sa température de fonctionnement est perdue par radiation à l'ouverture arrière de la jupe de cathode. plus, beaucoup d'énergie est perdue dans les moyens de support de cathode dans le canon, comme le manchon évoqué ci-dessus. Pour ameliorer le rendement thermique de la cathode, le brevet US5013965 propose d'utiliser une jupe de cathode cylindrique présentant la particularité d'être fermée à l'extrémité opposée au capuchon. Cette configuration améliore le rendement thermique des cathodes connues par conduction thermique de jupe à la partie émissive, mais de façon insuffisante et en particulier n'accelere pas notablement le temps de démarrage de la cathode, caractéristique importante pour obtenir rapidement une image sur un écran télévision. La cathode pour canon à électrons de tube à rayons cathodiques selon l'invention apporte ces améliorations en comprenant: une partie composée de matériaux émissifs pour générer un faisceau d'électrons - un capuchon métallique sur lequel est disposée la partie émissive; un filament de chauffage, de forme spiralée disposé sous le capuchon et terminé par des pattes de connexion, une jupe entourant la partie spiralée du filament et formant avec le capuchon un espace fermé, caractérisé en ce que la surface interne de la partie arrière de la jupe opposée au capuchon a une forme adaptée pour réfléchir l'énergie calorifique du filament vers la partie émissive. L'invention ainsi que ses différents avantages, seront mieux compris à l'aide de la description ci-après et des dessins parmi lesquels - la figure 1 est une vue en coupe d'une cathode selon l'état de la technique, - la figure 2 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue de dessus d'une cathode selon l'invention, - la figure 5 est une vue en perspective de la partie émissive et du filament bobiné d'une cathode selon l'invention. Une cathode selon l'état de la technique, comme illustré par la figure 1, comprend une partie émissive 1 sous forme d'une couche de matériau émissif pour une cathode à oxydes ou d'une pastille imprégnée de matériaux émissifs dans le cas d'une cathode dite imprégnée. Le matériau émissif est supporté par un capuchon de cathode 2, disposé à l'une des extrémités d'une jupe cylindrique 3; la jupe 3 s'étend selon une direction Z perpendiculaire à la surface émissive de 1 ; la jupe 3 fermée à son extrémité 4 opposée au capuchon, de manière à former cylindre clos dans lequel est enfermé le filament 5 de la cathode; les pattes filament traversent la jupe de cathode grâce à des orifices 9 pratiqués dans l'extrémité 4 opposée au capuchon. La cathode est supportée dans la structure du canon par un manchon 7 relié de manière conventionnelle aux autres parties du canon à électrons. Ce type de structure présente cependant deux inconvénients majeurs: - sa longueur le long de l'axe principal Z est importante et contribue à rallonger la longueur du canon à électrons qui l'incorpore et par conséquence la profondeur du tube équipé d'un tel canon, - le rendement thermique d'une telle cathode n'est optimisé. Beaucoup d'énergie est perdue dans la jupe et dans les moyens de liaison de la jupe aux autres parties du canon. La cathode selon l'invention, représentée dans un premier mode de réalisation selon la figure 2, offre une longueur le long l'axe Z raccourcie par rapport à l'état de la technique. La figure 2 illustre mode de réalisation dans le cas d'une cathode imprégnée mais peut s'appliquer de la même manière à une cathode à oxydes. La cathode comprend un capuchon 11 supportant une pastille 10 de materiaux poreux imprégnée de matériaux émissifs. Au capuchon est attachée une jupe métallique 14. A l'inverse de l'état de la technique, les deux pattes de connexion 15 du filament 13 traversent non pas le fond de la jupe 14 mais sa paroi latérale au travers d'orifices ou encoches 19. Ces orifices encoches sont préférentiellement disposées prés du capuchon 11, ou encore à l'extrémité de la jupe 14 la plus proche dudit capuchon. La cathode composée de sa partie émissive10, du capuchon 11, de sa jupe 14 et du filament 13, est maintenue en place grâce à un support 17 isolant électriquement, par exemple en verre fritté, la liaison mécanique entre le support 17 et l'ensemble cathode/filament (10,11,13,14) s'effectue par une pluralité de bras 12, soudés à des plots métalliques 16 inclus dans le support isolant Ces bras peuvent par exemple être au nombre de trois, disposés à 120 les uns des autres; ils s'étendent préférentiellement dans un plan sensiblement parallèles à la surface du support 17 et à la surface de la partie émissive 10 de la cathode afin de réduire la longueur axiale de la cathode. Comme illustré sur la figure 2 en coupe, un des bras 12 sert de liaison électrique pour amener la cathode à un potentiel ad hoc grâce à un connecteur 18 relié à une source d'alimentation électrique. Le filament 13 comporte un revêtement qui assure l'isolement électrique entre, d'une part l'âme conductrice du filament reliée électriquement aux pattes 15, d'autre part les éléments (10, 11, 12, 14, 16, 18) reliés électriquement entre eux. Par exemple, ce revêtement s'étend sur toute la partie du filament contenue dans l'espace délimité par le capuchon 11 et la jupe 14, et s'étend aussi au-delà des orifices 19. Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention illustré par les figures 3, 4 et 5, les deux pattes de connexion 15 du filament sont utilisées comme bras de support de la cathode, lesdites pattes étant reliees, par exemple par soudure, aux plots 16 inclus dans la partie isolante 17. Dans ce cas les deux pattes du filament peuvent traverser la partie latérale de la jupe 14, à 120 l'une de l'autre, dans un plan parallèle à la surface de la partie émissive 10. La stabilité mécanique est assurée par au moins un bras 12 , disposé dans ce cas à 120 des deux pattes 15. Le montage la cathode s'effectue par exemple de la façon suivante - le filament 13 avec ses deux pattes s'étendant à 120 l'une de l'autre est disposé sous le capuchon 11 sur lequel est préalablement soudé un bras 12. - La jupe 14 possédant sur sa périphérie trois encoches à 120 l'une des autres, est assemblée au capuchon 11 de façon à ce que les pattes 15 et le bras 12 passent par lesdites encoches 19. Les dimensions des encoches sont adaptées aux dimensions des pattes 15 et du bras de manière à réaliser un ajustage serré afin d'éviter tout mouvement ultérieur de ces éléments pendant le fonctionnement. - La jupe 14 est solidarisée, par exemple par soudure au capuchon11 - Les pattes 15 et le bras 12 sont solidarisés, par exemple par soudure, aux plots métalliques 16 inclus dans le support isolant 17. module unitaire ainsi réalisé, permet d'être inseré seul , ou par trois, dans la partie basse d'un canon à électrons pour tubes à rayons cathodiques monochrome ou couleurs. Dans un mode de réalisation avantageux, la première électrode du canon comporte moyens dans lesquels inséré le module de cathode afin de maintenir face à l'orifice de ladite grille et à la bonne distance de celui-ci, la partie émissive de la cathode. L'invention permet ainsi de diminuer notablement la longueur axiale la cathode, mais permet également d'augmenter le rendement thermique de celle-ci. Dans la structure de cathode selon l'invention, est désormais possible de fermer la partie basse, opposée au capuchon 11, et de s'en servir comme réflecteur thermique en renvoyant l'énergie thermique radiante directement vers la partie émissive de la cathode. La forme coupelle de la surface interne de la partie inférieure de la jupe est adaptee de manière à réaliser cette fonction de réflecteur vers la zone du capuchon 11 supportant la partie émissive 10 ; ainsi la surface interne de la partie basse fermée de la jupe peut avoir toute forme concave adaptée à réaliser cette fonction ; elle peut, façon préférentielle, avoir une forme conique ou tronconique aisée à réaliser industriellement, l'angle au sommet du cône étant choisi de manière à ce 'une partie de la chaleur qui n'est pas directement captée par la partie émissive 10 soit envoyée par réflexion de radiation vers la zone du capuchon supportant la partie émissive 10. Afin d'améliorer les échanges thermiques entre le filament et la partie emissive, la forme du filament 13 est adaptée de manière à suivre la forme la surface interne de la jupe ; ainsi, la tête 20 filament a un encombrement dans un plan parallèle au plan de la surface émissive de la cathode plus faible qu'au niveau de sa base située au plus prés de ladite partie emissive. Le filament peut par exemple être spiralé sur un cône, de manière à augmenter la surface du filament en regard direct avec la surface du capuchon 1 située sous la partie émissive et à diminuer sa distance moyenne avec ladite surface. Dans le cas d'une cathode imprégnée, il est encore possible d'améliorer échanges thermiques en disposant au moins une partie d'une spire du filament 13 autour du flanc latéral 21 de ladite pastille, comme illustré sur figures 2 et 3. D'une manière générale, il est possible d'améliorer les echanges thermiques entre le filament et la partie émissive en adaptant formes géométriques des éléments 10, 11, 13 et 14 de façon à favoriser transfert par radiation thermique - 13 vers 10, en augmentant les surfaces de 13 et en vue directe entre elles (Plus exactement, en vue directe à travers 1 et en diminuant l'espacement entre lesdites surfaces ; - 13 vers 14, en augmentant les surfaces de 13 et 1 en vue directe entre elles, et en diminuant l'espacement entre lesdites surfaces. ailleurs, l'utilisation des pattes 15 comme support cathode permet rapport à une structure selon l'état de la technique diminuer les pertes thermiques, d'une part par radiation, et d'autre part conduction dans les eléments de support de la cathode comme le manchon 7 de la figure 1. Outre le fait que la structure de cathode selon l'invention permet à la fois reduire l'encombrement de la cathode et d'améliorer son rendement thermique, le fait d'avoir un filament plus proche la partie émissive avec une partie basse de la jupe en forme de réflecteur thermique permet en outre d'améliorer en le diminuant le temps de démarrage de la cathode, temps de démarrage correspondant au délai qui s'ecoule entre l'application la tension d'alimentation du filament et l'obtention du courant d'électrons émis par la cathode. REVENDICATIONS 1/ Cathode pour canon à électrons de tube à rayons cathodiques comprenant: une partie (10) composée matériaux émissifs pour générer un faisceau d'électrons ; un capuchon métallique (11) sur lequel est disposée la partie émissive ; un filament chauffage (13), de forme spiralée disposé sous le capuchon et terminé pattes de connexion (15), une jupe (14) entourant la partie spiralée filament et formant avec le capuchon un espace fermé, caractérisé en ce que la surface interne de la partie arrière de la jupe opposée au capuchon a une forme adaptée pour réfléchir l'énergie calorifique du filament vers la partie emissive. 2/ Cathode selon la revendication précédente caractérisée en ce que la partie arrière de la jupe a une forme sensiblement tronconique. 3/ Cathode selon l'une revendication précédentes caractérisée en ce que les spires filament de chauffage diminuent de diamètre en s'éloignant de la partie émissive. 4/ Cathode selon la revendication précédente caractérisée en ce que la partie émissive est une pastille impregnée de matériau émissif et en ce que la spire la plus proche la partie émissive entoure au moins partiellement le flanc latéral (21) de pastille imprégnée. 5/ Cathode selon l'une revendications précédentes caractérisée en ce que la jupe possède ouvertures (19) pour le passage des pattes du filament disposées sur paroi latérale de la jupe prés du capuchon de cathode. . 6/ Cathode selon la revendication précédente caractérisée en ce que cathode est maintenue dans le canon grâce à un support rigide 7), au moins une des pattes du filament servant de liaison mécanique la cathode à son support. 7/ Cathode selon la revendication précédente caractérisée ce que support de cathode est constitué principalement par un matériau électriquement isolant, par exemple du verre . 8/ Cathode selon la revendication précédente caractérisée ce que support de cathode inclut des plots (16) électriquement conducteurs .