Brevet FR2871933A1 — publié le 20051223

La présente invention est relative à une structure de cathode pour tube à rayons cathodiques et plus particulièrement à une structure de cathode dite basse consommation .. Les canons à électrons pour tube à rayons cathodiques utilisant une cathode à oxyde s'orientent vers des systèmes dits basse consommation à faible coût de revient, cette basse consommation résultant de nouvelles conceptions des pièces constituant le canon ou des techniques d'assemblage de ces pièces. La réduction de puissance, qui io suivant l'état de l'art est habituellement de l'ordre de 4.5W pour les 3 cathodes, vers des valeurs avoisinant 2.1W environ, nécessite l'introduction de systèmes plus compacts et optimisés d'un point de vue thermique. L'utilisation de filament et de cathode à dimensions réduites sont obligatoires pour arriver aux faibles puissances désirées mais restent insuffisants. Pour diminuer ladite consommation, il faut diminuer les pertes thermiques tout en gardant des systèmes simples pour éviter un surcoût par rapport au système standard. Plusieurs techniques ont été explorées pour diminuer les pertes thermiques de la structure cathode filament. La première solution consiste à favoriser le transfert thermique entre le filament et la cathode, par exemple en modifiant l'absorptivité intérieure de la jupe du manchon de cathode. Pour faciliter le transfert thermique entre le filament et la cathode, on noircit l'intérieur de la jupe de la cathode par dépôt ou traitement afin de favoriser l'absorption de la chaleur par la jupe, le transfert radiatif entre les deux entités étant alors plus efficace. Ce procédé est par exemple décrit dans le brevet américain US5543682. Cette solution est efficace pour favoriser le transfert filament-cathode mais demande un procédé de fabrication relativement compliqué, tel que le dépôt par évaporation et sa mise en oeuvre est donc onéreuse. Une deuxième solution comme décrit dans le brevet américain US4558254 consiste à modifier la forme de la jupe du manchon de cathode elle-même en lui donnant une forme en S combiné avec une diminution de l'épaisseur dans cette zone, ceci afin d'augmenter le chemin de conduction et diminuer la section de passage du flux conducteur entre la zone chaude de la cathode et son support. Une autre solution proposée par ce dernier brevet américain consiste à limiter les pertes thermiques par radiation vers l'arrière de la cathode à l'aide d'une cathode longue à plusieurs diamètres. Toutes ces solutions sont difficiles à mettre en oeuvre et sont coûteuses pour la fabrication de tubes à rayons cathodiques particulièrement io adaptés à la télévision Un des objets de l'invention est de fournir un système d'assemblage simple et peu coûteux d'une cathode pour canon à électrons qui permette de garantir des puissances consommées faibles, préférentiellement inférieures à 2.25W pour l'ensemble des trois cathode. Pour cela, la cathode pour canon à électrons de tube à rayons cathodique selon l'invention comprend: - un manchon de cathode ouvert à une de ces extrémités et fermé à son extrémité opposée par un chapeau recouvert de matériaux émissifs - un filament de chauffage disposé à l'intérieur du manchon et comprenant un corps de chauffe et deux pattes s'étendant vers l'extrémité ouverte dudit manchon - un premier oeillet de cathode solidarisé au manchon et s'étendant au moins partiellement autour de celui-ci - des moyens de support de la cathode dans le canon, et est caractérisé en ce que la cathode comporte un deuxième oeillet disposé au moins partiellement autour du premier à distance de celui-ci de telle manière que les deux oeillets soient solidarisés l'un à l'autre à l'une de leur extrémité. L'invention ainsi que ses avantages seront mieux compris à l'aide de la description ci-après et des dessins parmi lesquels: - la figure 1 représente une vue en coupe d'une partie d'un canon à électrons pour tube à rayons cathodiques suivant l'état de la technique - la figure 2 illustre par une vue en coupe, une structure de 5 cathode pour tube à rayons cathodiques selon l'invention. - La figure 3 illustre par une vue en perspective cavalière un oeillet double de cathode selon l'invention Un canon à électrons pour tube à rayons cathodiques comporte io au moins une cathode émissive destinée à générer un faisceau d'électrons pour balayer un écran de matériaux luminescent afin de générer une image sur la surface de celui-ci. Comme illustré par la figure 1 par une vue en coupe, la cathode 1 selon l'état de la technique comprend un manchon tubulaire 2 sensiblement cylindrique avec une extrémité ouverte 3 et une extrémité fermée par un chapeau 4. Une couche de matériau thermo-émissifs est déposée sur le chapeau. L'extrémité ouverte du manchon est généralement évasée de manière à faciliter l'insertion d'un filament de chauffage 5. Le corps de chauffe du filament 10 est concentré sur la partie la plus proche du chapeau émissif afin de diminuer la puissance à fournir pour permettre l'émission. Le filament est alimenté par deux pattes 8, 9 à l'extrémité de la partie évasée du manchon 2. Les pattes du filament 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 comprend en outre un oeillet 6 entourant, au moins partiellement le manchon de cathode et solidarisé à ce dernier en général par soudure à la partie basse du manchon de cathode. L'oeillet 6 est de préférence réalisé est en inox, par exemple en inox 305, matériau peu cher et présentant une bonne inertie thermique, alors que le manchon de cathode est en alliage Nickel-chrome avec par exemple 80% de nickel et 20% de chrome; ces deux pièces sont réalisées dans des épaisseurs faibles, de l'ordre de la centaine de microns pour l'oeillet et une cinquantaine de microns pour le manchon,ceci pour éviter les pertes thermiques importantes, la faible épaisseur du manchon permet de diminuer sa masse afin de favoriser le transfert thermique entre la filament et la cathode et limiter la puissance consommée. Par ailleurs, avec cette structure les dilatations thermiques du manchon et de l'oeillet se compensent pour éviter des mouvements de la cathode d'amplitudes importantes en direction de l'électrode 30 lorsque le tube est mis en fonctionnement. Des moyens de support rigides 20, 21, 22 reliés de manière conventionnelle au corps du canon permettent de maintenir la surface io émissive de la cathode à la distance nominale de l'électrode 30 disposée face à cette surface. Les oeillets de cathode comportent habituellement dans leur extrémité opposée à l'extrémité reliée au manchon des épaulements 25 destinés à reposer sur les moyens de support et être solidarisés par soudure à ces derniers. Le canon comporte en outre une succession d'électrodes 31, 32...etc destinées à mettre en forme les faisceaùx électroniques issus des cathodes. Cette structure conduit à une consommation d'environ 2.3W à 2.4W pour les trois cathodes d'un tube à rayons cathodiques de type en couleurs. L'analyse fine utilisant des résultats de simulation permettent de montrer la contribution des différents éléments de la structure à la consommation globale: En référence à la fig.2, la structure de cathode selon l'invention se compose d'un filament (5), d'un manchon de cathode (2), d'un oeillet droit sensiblement cylindrique (6) comprenant en une de ses extrémité, un épaulement (25), d'un deuxième oeillet droit sensiblement cylindrique (106) également épaulé en partie supérieure (125) ; un support d'oeillet rigide (120) permettant de faire la liaison entre la structure de cathode décrite ci dessus et les perles en verre permettant le positionnement final et définitif des différents éléments constitutifs du canon est solidarisé à la surface extérieure du deuxième oeillet 106. La deuxième extrémité 100 du premier oeillet 6 est solidarisés l'un à l'autre par exemple par soudure à l'extrémité ouverte, légèrement évasée du manchon de cathode. Les deux oeillets 6 et 106 sont assemblés concentriquement et sont maintenus entre eux à l'aide de plusieurs points de soudure au niveau des épaulements supérieurs des deux pièces, la soudure étant réalisée sur la partie plane pour des raisons de facilité d'appui et d'allongement du chemin thermique. Les épaulements permettent un assemblage rapide et précis des deux pièces l'une par rapport à l'autre. Les deux oeillets sont concentriques l'un avec l'autre et les faces en regards sont maintenues à distance l'une de l'autre, les deux oeillets io n'étant en contact l'un avec l'autre qu'au niveau de leur partie d'extrémité en forme d'épaulement. La figure 3 illustre par une vue en perspective la structure finale du système de double oeillet selon l'invention. La structure d'oeillets selon l'invention permet, par comparaison avec l'état de la technique illustré par la.figure 1 et comportant un oeillet simple, d'augmenter la longueur du chemin de conduction entre le point de soudure (100) du manchon de cathode (2) à l'oeillet et la zone d'accrochage de la cathode aux moyens de support 120 dans le canon. En accroissant la longueur de la liaison thermique entre le manchon de cathode et les moyens de support cette structure permet d'augmenter le gradient de température entre ledit manchon de cathode et lesdits moyens, et donc de diminuer les pertes par conduction thermique et en conséquence de raccourcir le temps d'allumage de la cathode tout en diminuant sa consommation. Par rapport à la structure à simple oeillet, l'expérience montre que pour obtenir un effet notable sur la consommation électrique, le deuxième oeillet extérieur 106 devait s'étendre longitudinalement de manière à recouvrir suivant cette direction au moins 50% de la longueur du premier oeillet 6. Dans un autre mode de réalisation de l'invention dérivé du précédent, l'oeillet intérieur 6 a subit un traitement de polissage préférentiellement sur ses deux faces afin de donner à ces dernières des propriétés de surface réfléchissantes. Il a été remarqué que d'un point de 6 2871933 vue thermique, une surface polie dont les propriétés de surface se caractérisent par une faible rugosité, émet moins de flux thermique qu'une surface ayant une rugosité forte, à température et surface égales. De même, une surface polie recevant un flux thermique issu d'une source quelconque absorbe moins le flux thermique qu'une surface ayant une rugosité forte, à température et surface égales car une partie du flux incident reçu est réfléchi sur la surface et repart dans l'environnement proche. En conséquence, le flux radiatif émis par la surface interne du premier oeillet (6) de la cathode est en grande partie réfléchi vers le io manchon de cathode; la surface extérieure dudit oeillet (6) , faisant face au deuxième oeillet est avantageusement également polie, ce qui permet de limiter l'émission thermique vers le deuxième oeillet (106) donc de réduire les pertes radiatives vers ce dernier. Le polissage de l'ceillet peut être du type mécanique ou 15 électrochimique. Les oeillets 6 et 106 sont par exemple en acier inox de type 305 qui est un alliage communément employé pour des raisons de faible coût. Leurs épaisseurs sont respectivement de 1OOpm pour l'ceillet 6 et de 122pm pour l'oeillet 106 ce qui permet d'obtenir une rigidité suffisante pour les opérations d'assemblages et éventuellement pour les différentes étapes de manipulation des pièces par le personnel. Pour une cathode selon l'invention, comprenant un double oeillet 6 et 106 avec des surfaces polies pour l'oeillet le plus intérieur 6, l'étude de déperdition de puissance s'analyse de la façon suivante: Puissance perdue par le filament par conduction dans 0.13W (19%) les pattes 0.09W (13%) Puissance perdue par le filament par rayonnement Puissance perdue par la cathode par rayonnement 0.29W (41 %) Puissance perdue par la cathode par conduction 0.19W (27%) Total puissance consommée 0.70W (100%) 7 2871933 II est ainsi possible d'amener la consommation des trois cathodes au niveau désiré de 2,1W au total, cela sans modifier la structure des pièces du canon en remplaçant un oeillet selon l'état de la technique par un double oeillet. Les modes de réalisation décrits ci-dessus ne sont pas limitatifs. Les formes des oeillets devant s'adapter à la structure du canon dans lesquels ils sont insérés, leur forme peut par exemple être différente de celle d'un cylindre droit. 8 2871933 REVENDICATIONS Cathode pour canon à électrons de tube à rayons cathodique comprenant: un manchon de cathode (2) ouvert à une de ces extrémités (3) et fermé à son extrémité opposée par un chapeau (4) recouvert de matériaux émissifs - un filament de chauffage (5) disposé à l'intérieur du manchon et 10 comprenant un corps de chauffe (10) et deux pattes (8, 9) s'étendant vers l'extrémité ouverte dudit manchon un premier oeillet de cathode (6) solidarisé au manchon s'étendant au moins partiellement autour de celui-ci - des moyens rigides de support (20, 22) de la cathode dans le canon, caractérisé en ce que la cathode comporte un deuxième oeillet (106) disposé au moins partiellement autour du premier à distance de celui-ci de telle manière que les deux oeillets soient solidarisés l'un à l'autre à l'une de leur extrémité. 2/ Cathode selon la revendication précédente caractérisée en ce que les oeillets comportent une extrémité en forme d'épaulement (25, 125) 3/ Cathode selon la revendication précédente caractérisée en ce que les 25 oeillets sont solidarisés l'un à l'autre au niveau de leur épaulement (25, 125) 4/ Cathode selon la revendication 1 caractérisée en ce que les deux oeillets sont de forme sensiblement cylindrique 5/ Cathode selon la revendication 1 caractérisée en ce que le deuxième oeillet recouvre longitudinalement au moins la moitié de la longueur du premier oeillet 6/ Cathode selon la revendication 1 caractérisée en ce que les deux oeillets sont solidarisés l'un à l'autre à leur extrémité la plus proche de la cathode. 7/ Cathode selon la revendication 1 caractérisée en ce que les deux oeillets (6), (106) sont en acier inox 8/ Cathode selon la revendication 1 caractérisée en ce que la surface extérieure du premier oeillet (6) située face au deuxième oeillet (106) est io polie 9/ Cathode selon la revendication précédente caractérisée en ce que la surface intérieure du premier oeillet (6) située face au filament de chauffage (5) est polie 10/ Cathode selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle est du type cathode à oxydes. 11/ Cathode selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de 20 support (20, 22) sont solidarisé à la structure de cathode au niveau de la surface externe du deuxième oeillet.