Brevet FR2810790A1 — 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 réduire 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 couleur. 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 US4403169. 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 la 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 la jupe à la partie émissive, mais de façon insuffisante et en particulier n'accelère pas notablement le temps de démarrage de la cathode, caractéristique importante pour obtenir rapidement une image sur un écran de télévision, cathode pour canon à électrons de tube à rayons cathodiques selon l'invention apporte ces améliorations en comprenant: une partie composee de matériaux émissifs pour générer un faisceau d'électrons ; un capuchon métallique sur lequel est disposée la partie émissive; un filament chauffage, de forme spiralée disposé sous le capuchon et terminé par pattes de connexion, une jupe entourant la partie spiralée du filament formant avec le capuchon un espace fermé, caractérisé en ce que la surface interne de la partie arrière de 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 la technique, - la figure 2 est une vue en coupe d'un premier mode réalisation de l'invention, - la figure 3 illustre un deuxième mode de réalisation 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 du filament bobiné d'une cathode selon l'invention. Une cathode selon l'état de la technique, comme illustré par figure 1, comprend une partie émissive 1 sous forme d'une couche matériau émissif pour une cathode à oxydes ou d'une pastille imprégnée 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 extrémités d'une jupe cylindrique 3; la jupe 3 s'étend selon une direction V perpendiculaire à la surface émissive de 1 ; la jupe 3 est fermée à son extrémité 4 opposée au capuchon, de manière à former un cylindre clos dans lequel est enfermé le filament 5 de la cathode; les pattes du 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 contribue à rallonger la longueur du canon à électrons qui l'incorpore et conséquent la profondeur du tube équipé d'un tel canon, - le rendement thermique d'une telle cathode n'est pas 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 de l'axe raccourcie par rapport à l'état de la technique. La figure 2 illustre un mode réalisation dans le cas d'une cathode imprégnée mais peut s'appliquer de même manière à une cathode à oxydes. La cathode comprend un capuchon 11 supportant une pastille de matériaux poreux imprégnée de matériaux émissifs. Au capuchon attachée une jupe métallique 14. A l'inverse de l'état de la technique, deux pattes de connexion 15 du filament 13 traversent non pas le fond jupe 14 mais sa paroi latérale au travers d'orifices ou encoches 19. orifices ou encoches sont préférentiellement disposées prés du capuchon , ou encore à l'extrémité de la jupe 14 la plus proche dudit capuchon. cathode, composée de sa partie émissive10, du capuchon 11, de sa jupe et du filament 13, est maintenue en place grâce à un support 17 isolant électriquement, par exemple en verre fritté, la liaison mécanique entre 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 17. 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 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 electrique pour amener la cathode à un potentiel 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 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'etend aussi au-delà orifices 19. Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention illustré par figures 3, 4 et 5, les deux pattes de connexion 1 du filament sont utilisées comme bras de support de la cathode, lesdites pattes étant reliées, 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 la jupe 14, à 120 l'une de l'autre, dans un plan parallele à la surface de 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 de 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 prealablement soudé un bras 12. - La jupe 14 possédant sur sa périphérie trois encoches 19 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 Les dimensions des encoches sont adaptées aux dimensions des pattes et du bras 12 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 soudure, au capuchon11 - Les pattes 15 et le bras 12 sont solidarisés, par exemple par soudure, aux plots métalliques 16 inclus dans support isolant 17. Le module unitaire ainsi réalisé, permet d'être inséré 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 est 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 emissive de la cathode. L'invention permet ainsi de diminuer notablement la longueur axiale de la cathode, mais permet également d'augmenter le rendement thermique de celle-ci. Dans la structure de cathode selon l'invention, il est désormais possible de fermer la partie basse, opposée au capuchon 1, 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, de façon préférentielle, avoir une forme conique ou tronconique aisée à réaliser industriellement, l'angle au sommet du cône étant choisi de manière à ce qu'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 émissive, la forme du filament 13 est adaptée de manière à suivre la forme de surface interne de la jupe ; ainsi, la tête 20 du 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 pres de ladite partie émissive. 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 11 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 échanges 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 0 en vue directe entre elles à travers 11, et en diminuant l'espacement entre lesdites surfaces ; 13 vers 14, en augmentant les surfaces de 13 4 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 réduire 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 démarrage correspondant au délai qui s'écoule entre l'application de tension d'alimentation du filament et l'obtention du courant d'électrons émis la cathode. REVENDICATIONS Cathode pour canon à électrons de tube à rayons cathodiques comprenant une partie émissive (10) destinée à émettre un faisceau d'électrons disposée sur un capuchon métallique (11) , un filament de chauffage 3), de forme spiralée disposé sous le capuchon terminé par des pattes connexion (15), une jupe (14) entourant la partie spiralée du filament, jupe étant solidaire du capuchon, caractérisée en ce que les ouvertures (19) pour passage des pattes du filament sont disposées sur la paroi latérale de la jupe . Cathode selon la revendication précédente caractérisée en ce que les ouvertures pour le passage des pattes du filament sont des encoches disposées sur la périphérie de la jupe prés capuchon de cathode. Cathode selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que la cathode maintenue dans le canon grâce à un support rigide (17), au moins des pattes du filament servant de liaison mecanique de la cathode à support. Cathode selon la revendication précédente caractérisée en ce que le support de cathode est constitué principalement un matériau électriquement isolant, par exemple du verre . Cathode selon la revendication précédente caractérisée en ce que le support de cathode inclut des plots (16) électriquement conducteurs 6/ Cathode selon l'une des revendication précédentes caractérisée en ce que les spires du filament de chauffage diminuent de diamètre en éloignant de la partie émissive. Cathode selon la revendication précédente caractérisée en que la partie émissive est une pastille imprégnée de matériau émissif et ce que la spire la plus proche de la partie émissive entoure au moins partiellement le flanc latéral (21) de la pastille imprégnée. Cathode selon l'une des revendications précédentes caractérisée ce que l'extrémité de la jupe opposée au capuchon est fermée de manière à ce que la partie chauffante du filament soit enfermée dans le corps creux constitué par le capuchon et la jupe. Cathode selon l'une des revendications précédentes caractérisée ce que la forme de la jupe est sensiblement tronconique afin de réfléchir l'énergie calorifique émise par le filament vers la partie émissive.