(57)【要約】このカットオフ電圧の変動低減方法は、カソード基体（７）の表面（７ａ）に加熱されることでカソード基体（７）を前方に突出変形させる金属層（９）が形成されると共に、カソード基体（７）の前面（７ａ）に直接に又は金属層（９）を介して電子放射物質層（１１）が形成され、電子放射物質層（１１）を加熱することで電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）から熱電子を放出させる加熱手段（５）が備えられた電子管用カソードのカットオフ電圧の変動低減方法であって、加熱手段（５）による加熱により誘起される金属層（９）によるカソード基体（７）の前方への突出変形により、電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）か消耗して後退する分、電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）を前方に突出変形させる。
2004001784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード基体（７）の表面（７ａ）に加熱されることで前記カソード基体（７）を前方に突出変形させる金属層（９）が形成されると共に、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）に直接に又は前記金属層（９）を介して電子放射物質層（１１）が形成され、前記電子放射物質層（１１）を加熱することで前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）から熱電子を放出させる加熱手段（５）が備えられた電子管用カソードのカットオフ電圧の変動低減方法であって、
前記加熱手段（５）による加熱により誘起される前記金属層（９）による前記カソード基体（７）の前方への突出変形により、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）が消耗して後退する分、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）を前方に突出変形させることを特徴とするカットオフ電圧の変動低減方法。
【請求項２】
請求の範囲１に記載のカットオフ電圧の変動低減方法であって、
前記金属層（９）は、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）に形成され、前記加熱手段（５）による加熱により前記カソード基体（７）に含まれる金属と合金化して膨張することで、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）を突出変形させることを特徴とするカットオフ電圧の変動低減方法。
【請求項３】
請求の範囲１に記載のカットオフ電圧の変動低減方法であって、
前記金属層（９）は、前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成された凹凸上に形成されることを特徴とするカットオフ電圧の変動低減方法。
【請求項４】
請求の範囲２に記載のカットオフ電圧の変動低減方法であって、
前記金属層（９）は、前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成された凹凸上に形成されることを特徴とするカットオフ電圧の変動低減方法。
【請求項５】
請求の範囲１に記載のカットオフ電圧の変動低減方法であって、
前記金属層（９）は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成されていることを特徴とするカットオフ電圧の変動低減方法。
【請求項６】
請求の範囲２に記載のカットオフ電圧の変動低減方法であって、
前記金属層（９）は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成されていることを特徴とするカットオフ電圧の変動低減方法。
【請求項７】
請求の範囲３に記載のカットオフ電圧の変動低減方法であって、
前記金属層（９）は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成されていることを特徴とするカットオフ電圧の変動低減方法。
【請求項８】
請求の範囲４に記載のカットオフ電圧の変動低減方法であって、
前記金属層（９）は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成されていることを特徴とするカットオフ電圧の変動低減方法。
【請求項９】
カソード基体（７）と、該カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成され、加熱されることで前記カソード基体（７）を前方に突出変形させる金属層（９）と、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）に直接に又は前記金属層（９）を介して形成された電子放射物質層（１１）と、前記電子放射物質層（１１）を加熱して前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）から熱電子を放出させる加熱手段（５）と、を備え、
前記加熱手段（５）による加熱により誘起される前記金属層（９）による前記カソード基体（７）の前方への突出変形により、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）が消耗して後退する分、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）を前方に突出変形させることを特徴とする電子管用カソード。
【請求項１０】
請求の範囲９に記載の電子管用カソードであって、
前記金属層（９）は、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）に形成され、前記加熱手段（５）による加熱により前記カソード基体（７）に含まれる金属と合金化して膨張することで、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）を突出変形させることを特徴とする電子管用カソード。
【請求項１１】
請求の範囲９に記載の電子管用カソードであって、
前記金属層（９）は、前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成された凹凸上に形成されることを特徴とする電子管用カソード。
【請求項１２】
請求の範囲１０に記載の電子管用カソードであって、
前記金属層（９）は、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）に形成された凹凸上に形成されることを特徴とする電子管用カソード。
【請求項１３】
請求の範囲９に記載の電子管用カソードであって、
前記金属層（９）は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成されることを特徴とする電子管用カソード。
【請求項１４】
請求の範囲１０に記載の電子管用カソードであって、
前記金属層（９）は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成されることを特徴とする電子管用カソード。
【請求項１５】
請求の範囲１１に記載の電子管用カソードであって、
前記金属層（９）は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成されることを特徴とする電子管用カソード。
【請求項１６】
請求の範囲１２に記載の電子管用カソードであって、
前記金属層（９）は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成されることを特徴とする電子管用カソード。
【請求項１７】
（ａ）カソード基体（７）の表面（７ａ）に加熱されることで前記カソード基体（７）を前方に突出変形させる金属層（９）が形成される工程と、
（ｂ）前記カソード基体（７）の前面（７ａ）に直接に又は前記金属層（９）を介して電子放射物質層（１１）が形成される工程と、
（ｃ）前記電子放射物質層（１１）を加熱することで前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）から熱電子を放出させる加熱手段（５）が設けられる工程と、を含み、
前記工程（ａ）では、前記加熱手段（５）による加熱により誘起される前記金属層（９）による前記カソード基体（７）の前方への突出変形により、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）が消耗して後退する分、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）を前方に突出変形させる様に、前記金属層（９）が形成されることを特徴とする電子管用カソードの製造方法。
【請求項１８】
請求の範囲１７に記載の電子管用カソードの製造方法であって、
前記工程（ａ）では、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）に、前記加熱手段（５）による加熱により前記カソード基体（７）に含まれる金属と合金化して膨張することで前記カソード基体（７）の前面（７ａ）を突出変形させる金属により、前記金属層（９）が形成されることを特徴とする電子管用カソードの製造方法。
【請求項１９】
請求の範囲１７に記載の電子管用カソードの製造方法であって、
前記工程（ａ）では、前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に凹凸が形成され、その凹凸上に前記金属層（９）が形成されることを特徴とする電子管用カソードの製造方法。
【請求項２０】
請求の範囲１８に記載の電子管用カソードの製造方法であって、
前記工程（ａ）では、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）に凹凸が形成され、その凹凸上に前記金属層（９）が形成されることを特徴とする電子管用カソードの製造方法。
【請求項２１】
請求の範囲１７に記載の電子管用カソードの製造方法であって、
前記工程（ａ）では、前記金属層（９）は、複数個に分割されて分割されて前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成されることを特徴とする電子管用カソードの製造方法。
【請求項２２】
請求の範囲１８に記載の電子管用カソードの製造方法であって、
前記工程（ａ）では、前記金属層（９）は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成されることを特徴とする電子管用カソードの製造方法。
【請求項２３】
請求の範囲１９に記載の電子管用カソードの製造方法であって、
前記工程（ａ）では、前記金属層（９）は、複数個に分散されて前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成されることを特徴とする電子管用カソードの製造方法。
【請求項２４】
請求の範囲２０に記載の電子管用カソードの製造方法であって、
前記工程（ａ）では、前記金属層（９）は、複数個に分散されて前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成されることを特徴とする電子管用カソードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、ブラウン管に用いられる電子管用カソードの改良に関する。
【背景技術】  図８は一般的なブラウン管の構成概略図である。図８に示す如く、一般に、テレビジョン受信機等のブラウン管１００は、ブラウン管本体１０１内に、Ｇ１電極ｇと、Ｇ１電極ｇの一定距離Ｄ後方に配置された電子管用カソード１０３とを備えて主構成される。
電子管用カソード１０３及びＧ１電極ｇは電子銃を構成している。通常、電子管用カソード１０３からの取り出し電流は、Ｇ１電極ｇへの印加電圧を固定し、電子管用カソード１０３への印加電圧を０〜カットオフ電圧の範囲で変圧することで制御される。カットオフ電圧は、電子管用カソード１０３の前面１１３ａとＧ１電極ｇとの間の距離Ｄに応じて決まる固定値である。
この様なブラウン管１００に用いられる従来の電子管用カソード１０３としては、特許２７５８２４４号及び特開平９−１０６７５０号公報に記載されたものが知られている。
これらの電子管用カソード１０３は、図９に示す如く、スリーブ１０５内に収容された傍熱用ヒータ１０７と、スリーブ１０５の一端開口に設けられ、ニッケルを主成分とし、マグネシウムやシリコン等の還元性元素を含有するカソード基体１０９と、例えばタングステン等の還元性元素を主成分とする金属層１１１と、酸化バリウムを含むアルカリ土類金属酸化物を主成分とし、酸化スカンジウム等の希土類金属酸化物を含有する電子放射物質層１１３とを備えて構成される。
この電子管用カソード１０３の要部１１１，１１３は以下の手順で製造される。
▲１▼先ず、半製品の電子管用カソード１０３に備えられたカソード基体１０９の前面１０９ａに例えばタングステンを膜状に被着し、被着したタングステンを水素雰囲気中で加熱してカソード基体１０９に融着させる。これによりタングステンから成る金属層１１１が形成される。▲２▼次に、その金属層１１１の前面１１１ａにバリウム等のアルカリ土類金属の炭酸塩及び希土類金属酸化物から成る懸濁液を塗布し、塗布した懸濁液を加熱してその懸濁液中のアルカリ土類金属の炭酸塩をアルカリ土類金属酸化物に変化させる。▲３▼そして、そのアルカリ土類金属酸化物を加熱してその一部を還元することで、そのアルカリ土類金属酸化物を熱電子放出の容易な酸素欠乏型の半導体に変化させる。これにより電子放射物質層１１３が形成される。この様にして電子管用カソード１０３の要部１１１，１１３が製造される。
その際、上記▲３▼では、アルカリ土類金属酸化物の一部は、カソード基体１０９に含まれる還元性元素（マグネシウム（Ｍｇ），シリコン（Ｓｉ））又は金属層１１１に含まれるタングステン（Ｗ）により遊離アルカリ土類金属に還元される。例えば酸化バリウム（ＢａＯ）の一部は、式（１）（２）（３）の反応により遊離バリウム（Ｂａ）に還元される。この遊離バリウム等の遊離アルカリ土類金属が熱電子放出源となる。
２ＢａＯ＋１／２Ｓｉ＝Ｂａ＋１／２Ｂａ２ＳｉＯ４    …  （１）
ＢａＯ＋Ｍｇ＝Ｂａ＋ＭｇＯ                          …  （２）
２ＢａＯ＋１／３Ｗ＝Ｂａ＋１／３Ｂａ３ＷＯ６        …  （３）
また、上記▲３▼では、金属層１１１に含まれるタングステンにより電子放射物質層１１３に含まれる希土類金属酸化物が希土類金属に還元される。この希土類金属により、式（１）（２）（３）の反応により生成される副生産物であって所謂中間層と呼ばれる珪酸バリウム（Ｂａ２ＳｉＯ４），酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及びタングステン酸バリウム（Ｂａ３ＷＯ６）が分解される。この分解により遊離アルカリ土類金属が順調に生成される。
この電子管用カソード１０３では、傍熱用ヒータ１０７により電子放射物質層１１３が加熱されることで電子放射物質層１１３の前面１１３ａから熱電子が放出（エミッション）され、この熱電子が取り出し電流に供される。特に、カソード基体１０９と電子放射物質層１１３の間に還元性元素から成る金属層１１１が形成されることで熱電子放出源となる遊離アルカリ土類金属の生成量を増大させ、これにより電子管用カソード１０３からの取り出し電流を増大させている。
また、従来の電子管用カソード１０３の他の例として特開昭５４−８３３６０号公報に記載されたものが知られている。
この電子管用カソードは、カソード基体と、カソード基体の前面に形成され、酸化バリウムを含むアルカリ土類金属酸化物から成り、その酸化バリウムの含有率がその前面側よりもカソード基体との接面側の方で低くなる様にされた電子放射物質層と、電子放射物質層を加熱する傍熱用ヒータとを備えて構成される。
この電子管用カソードでは、その電子放射物質に含まれる酸化バリウムの含有率をその前面側よりもカソード基体との接面側の方で低くすることで、電子管用カソードからの取り出し電流を増大させている。
しかしながら、これら従来の電子管用カソード１０３を用いたブラウン管１００では、電子管用カソード１０９からの取り出し電流が例えば４Ａ／ｃｍ２を越える動作環境では、色純度変化の原因となるカットオフ電圧の変動が顕著になるという問題がある。
この問題の原因は、取り出し電流が大きくなることで電子放射物質層１１３の前面１１３ａの表面の消耗（蒸発）が顕著になり、電子放射物質層１１３の前面１１３ａとＧ１電極ｇとの間の距離Ｄが増大することにある（これは照明学会研究会資料（ＭＤ−９５−１２）で知られる通りである）。一般に、電子放射物質層１１３の消耗の機序としては次の２つが考えられる。▲１▼１つは、傍熱用ヒータ１０７による加熱（例えば約７００〜８００℃）に伴って電子放射物質層１１３に発生する蒸気圧による電子放射物質層１１３の蒸発（純粋な熱的蒸発）に起因する消耗であり、この消耗は、傍熱用ヒータ１０７の加熱温度に比例するが、ブラウン管１００の動作中の傍熱用ヒータ１０７の加熱温度では無視できる。もう１つは、電子放射物質層１１３からの熱電子の放出に伴う電子放射物質層１１３内の遊離バリウムの蒸発に起因する消耗であり、この消耗は、取り出し電流が小さい場合は無視できるが、取り出し電流が大きくなると無視できなくなる。取り出し電流を大きくした場合に電子放射物質層１１３の消耗が顕著になるのは、後者▲２▼の機序のためと考えられる。
このように、従来の電子管用カソードに於いては、電子管用カソードからの取り出し電流が大きくなると、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動が顕著になるという問題があった。
【発明の開示】
本発明は、上記のような問題点を解決し、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動を低減できるカットオフ電圧の変動低減方法、電子管用カソード及び電子管用カソードの製造方法を提供することを目的とする。
本発明者は、カットオフ電圧の変動の原因が、電子放射物質層の前面が消耗して後退することで電子放射物質層の前面とＧ１電極ｇとの間の距離Ｄが増大する事にある事を突き止め、本発明を想致した。
即ち、本発明に係るカットオフ電圧の変動低減方法の第１の態様では、カソード基体の表面に加熱されることで前記カソード基体を前方に突出変形させる金属層が形成されると共に、前記カソード基体の前面に直接に又は前記金属層を介して電子放射物質層が形成され、前記電子放射物質層を加熱することで前記電子放射物質層の前面から熱電子を放出させる加熱手段が備えられた電子管用カソードのカットオフ電圧の変動低減方法であって、前記加熱手段による加熱により誘起される前記金属層による前記カソード基体の前方への突出変形により、前記電子放射物質層の前面が消耗して後退する分、前記電子放射物質層の前面を前方に突出変形させることとしている。
この態様によれば、加熱手段による加熱により誘起される金属層によるカソード基体の前方への突出変形により、電子放射物質層の前面が消耗して後退する分、電子放射物質層の前面を前方に突出変形させる為、電子放射物質層の前面が消耗しても、電子放射物質層の前面の位置をほぼ一定に維持できて、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動を低減できる。
本発明に係るカットオフ電圧の変動低減方法の第２の態様では、前記金属層は、前記カソード基体の前面に形成され、前記加熱手段による加熱により前記カソード基体に含まれる金属と合金化して膨張することで、前記カソード基体の前面を突出変形させることとしている。
この態様によれば、金属層とカソード基体との合金化に伴う膨張を利用することでカソード基体を前方に突出変形させる為、簡単な手法でカソード基体を前方に突出変形できる。
本発明に係るカットオフ電圧の変動低減方法の第３の態様では、前記金属層は、前記カソード基体の表面に形成された凹凸上に形成されることとしている。
この態様によれば、カソード基体の前面に形成された凹凸によりカソード基体と金属層との接触面積が増大される為、小さな形成面積（平面視面積）で十分な量のカソード基体の突出変形を引き起こせる。
本発明に係るカットオフ電圧の変動低減方法の第４の態様では、前記金属層は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体の表面に形成されることとしている。
この態様によれば、金属層が複数個に分割されて分散されてカソード基体の表面に形成される為、金属層とカソード基体との合金化に伴う膨張によるカソード基体の突出変形の最適化が行い易くなる。
また、本発明に係る電子管用カソードの第１の態様では、カソード基体と、該カソード基体の表面に形成され、加熱されることで前記カソード基体を前方に突出変形させる金属層と、前記カソード基体の前面に直接に又は前記金属層を介して形成された電子放射物質層と、前記電子放射物質層を加熱して前記電子放射物質層の前面から熱電子を放出させる加熱手段と、を備え、前記加熱手段による加熱により誘起される前記金属層による前記カソード基体の前方への突出変形により、前記電子放射物質層の前面が消耗して後退する分、前記電子放射物質層の前面を前方に突出変形させることとしている。
この態様によれば、加熱手段による加熱により誘起される金属層によるカソード基体の前方への突出変形により、電子放射物質層の前面が消耗して後退する分、電子放射物質層の前面を前方に突出変形させる為、電子放射物質層の前面が消耗しても、電子放射物質層の前面の位置をほぼ一定に維持できて、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動を低減できる。
本発明に係る電子管用カソードの第２の態様では、前記金属層は、前記カソード基体の前面に形成され、前記加熱手段による加熱により前記カソード基体に含まれる金属と合金化して膨張することで、前記カソード基体の前面を突出変形させることとしている。
この態様によれば、金属層とカソード基体との合金化に伴う膨張を利用することでカソード基体を前方に突出変形させる為、簡単な手法でカソード基体を前方に突出変形できる。
本発明に係る電子管用カソードの第３の態様では、前記金属層は、前記カソード基体の表面に形成された凹凸上に形成されることとしている。
この態様によれば、カソード基体の前面に形成された凹凸によりカソード基体と金属層との接触面積が増大される為、小さな形成面積（平面視面積）で十分な量のカソード基体の突出変形を引き起こせる。
本発明に係る電子管用カソードの第４の態様では、前記金属層は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体の表面に形成されることとしている。
この態様によれば、金属層が複数個に分割されて分散されてカソード基体の表面に形成される為、金属層とカソード基体との合金化に伴う膨張によるカソード基体の突出変形の最適化が行い易くなる。
また、本発明に係る電子管用カソードの製造方法の第１の態様では、（ａ）カソード基体の表面に加熱されることで前記カソード基体を前方に突出変形させる金属層が形成される工程と、（ｂ）前記カソード基体の前面に直接に又は前記金属層を介して電子放射物質層が形成される工程と、（ｃ）前記電子放射物質層を加熱することで前記電子放射物質層の前面から熱電子を放出させる加熱手段が設けられる工程と、を含み、前記工程（ａ）では、前記加熱手段による加熱により誘起される前記金属層による前記カソード基体の前方への突出変形により、前記電子放射物質層の前面が消耗して後退する分、前記電子放射物質層の前面を前方に突出変形させる様に、前記金属層が形成されることとしている。
この態様によれば、加熱手段による加熱により誘起される金属層によるカソード基体の前方への突出変形により、電子放射物質層の前面が消耗して後退する分、電子放射物質層の前面を前方に突出変形させる様に金属層が形成される為、電子放射物質層の前面が消耗しても、電子放射物質層の前面の位置をほぼ一定に維持できて、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動を低減できる電子管用カソードを製造できる。
本発明に係る電子管用カソードの製造方法の第２の態様では、前記工程（ａ）では、前記カソード基体の前面に、前記加熱手段による加熱により前記カソード基体に含まれる金属と合金化して膨張することで前記カソード基体の前面を突出変形させる金属により、前記金属層が形成されることとしている。
この態様によれば、カソード基体の前面に加熱手段による加熱により前記カソード基体に含まれる金属と合金化して膨張することでカソード基体の前面を突出変形させる金属により金属層が形成される為、簡単な手法カソード基体を前方に突出変形できる電子管用カソードを製造できる。
本発明に係る電子管用カソードの製造方法の第３の態様では、前記工程（ａ）では、前記カソード基体の表面に凹凸が形成され、その凹凸上に前記金属層が形成されることとしている。
この態様によれば、カソード基体の表面に凹凸が形成され、その凹凸上に金属層が形成される為、カソード基体と金属層との接触面積が増大され、小さな形成面積（平面視面積）で十分な量のカソード基体の突出変形を引き起こせる電子管用カソードを製造できる。
本発明に係る電子管用カソードの製造方法の第４の態様では、前記工程（ａ）では、前記金属層は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体の表面に形成されるとしている。
この態様によれば、金属層が複数個に分割されて分散されてカソード基体の表面に形成される為、金属層とカソード基体との合金化に伴う膨張によるカソード基体の突出変形の最適化が行い易い電子管用カソードを製造できる。
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の実施の形態に係る電子管用カソードの突出変形前の要部の構成とＧ１電極とを示す図である。
図２は、本発明の実施の形態に係る電子管用カソードの突出変形後の要部の構成とＧ１電極とを示す図である。
図３は、電子放射物質層の厚さＰの減少量とカソード基体の前方への突出変形量Ｑとの関係を示す図である。
図４は、本発明の実施の形態に係る電子管用カソードの取り出し電流の時間的変動の試験結果と比較例に係る電子管用カソードの取り出し電流の時間的変動の試験結果との比較を示した図である。
図５は、本発明の実施の形態に係る電子管用カソードを用いた場合のカットオフ電圧の時間的変動の試験結果と比較例に係る電子管用カソードを用いた場合のカットオフ電圧の時間的変動の試験結果との比較を示した図である。
図６は、図５の試験後の実施の形態に係る電子管用カソードのカソード基体の実物断面図である。
図７は、図５の試験後の比較例に係る電子管用カソードのカソード基体の実物断面図である。
図８は、一般的なブラウン管の構成概略図である。
図９は、従来の電子管用カソードの構成概略の一例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】  １．実施の形態
電子管用カソードのカットオフ電圧の変動は、例えばＣＲＴでは輝度変化や色ずれをもたらす。これは、カットオフ電圧の変動によりドライブカーブがシフトされて取り出し電流が変化され、その結果、ＲＧＢの各電子銃間の電流比がくずれて輝度及びホワイトバランスがくずれるために起こる現象である。本発明は、この現象を起こす最も重要な原因である電子管用カソード・Ｇ１電極間距離の変動を抑制することで、カットオフ電圧の変動を抑制する技術を提供するものである。具体的には、本発明は、寿命中に電子管用カソードを構成する電子放射物質層の前面（電子放出面）が消耗（蒸発）して後退することで生ずる電子管用カソード・Ｇ１電極間距離の増大を、電子放射物質層の前面を前方に凸状に突出変形させて電子管用カソード・Ｇ１電極間距離を一定に保つことで、カットオフ電圧の変動を抑制する技術を提供するものである。以下、本発明の実施の形態について説明する。
この実施の形態に係る電子管用カソード１は、図１に示す如く、例えば筒状のスリーブ３と、スリーブ３内に収容された傍熱用ヒータ５と、スリーブ３の一端開口に設けられたカソード基体７と、カソード基体７の表面（ここでは前面）７ａに形成された金属層９と、カソード基体７の前面７ａに直接に又は金属層９を介して形成された電子放射物質層１１とを備えて構成される。
カソード基体７は、例えば平坦な板状に形成され、その前面７ａには適宜大きさの凹凸（図示省略）が形成されている。このカソード基体７は、例えばニッケルを主成分とし、還元剤として例えばシリコンやマグネシウム等の１種類以上の還元性元素を含有している。
金属層９は、▲１▼少なくともカソード基体７に含まれる金属（ここではニッケル）と合金化すると膨張する性質を持つ金属から成り、且つ、▲２▼還元性を持つ金属から成る。これら▲１▼▲２▼の条件を満足する金属として、例えば、タングステン、モリブデン、クロム、ジルコニウム、コバルト、アルミニウムのうちの１種類以上の金属が用いられる。また、この金属層９は、カソード基体７の前面７ａに形成された凹凸上に、適宜大きさの形成面積（平面視面積）を有する様にして、例えば複数個に分割され分散されて、適宜厚さの膜状に形成される。
この様に形成されることで、この金属層９は、図２及び図３に示す如く、ブラウン管の動作中に於ける傍熱用ヒータ５による加熱によりカソード基体７と合金化してカソード基体７の表面方向に適宜に膨張し、この膨張によりカソード基体７を前方に突出変形（凸状に湾出）させて、電子放射物質層１１の前面１１ａが消耗（蒸発）して後退する分、電子放射物質層１１の前面１１ａを前方に突出変形（凸状に湾出）させる。即ち、電子放射物質層１１の前面１１ａの消耗による後退量、即ち電子放射物質層１１の厚さＰの減少量をカソード基体７の前方への突出変形量Ｑ（即ち電子放射物質層１１の前面１１ａの前方への突出変形量Ｑ）で補償する。
電子放射物質層１１は、少なくとも酸化バリウムを含むアルカリ土類金属酸化物を主成分とし、望ましくは例えば０．０１〜２５重量％の酸化スカンジウム等の希土類金属酸化物を含有している。
尚、この電子管用カソード１は、従来同様、図８に示す如く、ブラウン管１００内に於いてＧ１電極ｇから一定距離Ｄ後方に位置されて収容配設される。尚、距離Ｄは、Ｇ１電極ｇの後面ｇａと電子放射物質層１１の前面１１ａとの間の距離である。
次に、図１を参照して、この電子管用カソード１の要部９，１１の製造方法を説明する。
先ず、例えばニッケルを主成分とし、例えばマグネシウムを還元剤して含有するカソード基体７が備えられた半製品の電子管用カソード１を準備する。そして、そのカソード基体７の前面７ａに例えばサンドブラスト法により凹凸を形成する。サンドブラスト法とは、空気又は水等に研磨剤を混ぜて部材に吹き付けることで当該部材の表面に微少の凹凸を形成する手法である。その際の研磨剤としては、各種の材料が使用可能であるが、カソード基体７の主成分が軟質材料のニッケルであることを考慮し、比較的硬度の低い例えば炭酸カルシウムを用いる。
ここでは、例えば空気圧０．０５〜０．１Ｍｐａの空気に研磨剤として例えば粒度６００番の炭酸カルシウムを混ぜてカソード基体７の前面７ａのみに５〜１０分吹き付けて、カソード基体７の前面７ａに例えば凹凸±１０〜２０μｍ（ＪＩＳＢ０６０１で規定される最大高さ（Ｒｙ）が２０μｍ）の凹凸を形成する。
次に、カソード基体７の前面７ａに形成された凹凸上に例えばタングステンから成る金属層９を形成する。即ち、▲１▼先ず、カソード基体７の前面７ａに形成された凹凸上にタングステンを例えばスパッタリング法により例えば１μｍの厚さの膜状に蒸着させる。▲２▼その際、カソード基体７の前面７ａをマスクで部分的に被覆することで、タングステンを適宜大きさの蒸着面積を有する様にして複数個に分割して分散させて蒸着させる。▲３▼その後、例えば水素雰囲気中で８００〜１０００℃の加熱処理を施すことでタングステンをカソード基体７に融着させる。これにより例えばタングステンから成る金属層９が形成される。
その際、上記▲２▼では、タングステンの蒸着面積（即ち金属層９の形成面積）の大きさ，分割の仕方及び分散のさせ方を調整することで、図２及び図３に示す如く、ブラウン管の動作中に於ける傍熱用ヒータ５の加熱により誘起される金属層９とカソード基体７との合金化に伴う膨張によるカソード基体７の前方への突出変形量Ｑ（即ち電子放射物質層１１の前面１１ａの前方への突出変形量Ｑ）と、電子放射物質層１１の前面１１ａの消耗による後退量、即ち電子放射物質層１１の厚さＰの減少量とがほぼ同じになる様にする。
この調整は、金属層９に用いられる金属の種類（性質）及び金属層９の厚さ及びカソード基体７の前面７ａに形成される凹凸の大きさによりカソード基体７の前方への突出変形量が変化する為、面積比等では規定できず、実験により試行錯誤して決められる。
また、上記▲３▼の加熱処理では、その加熱処理により金属層９とカソード基体７とが完全に合金化されることのない様にする。本発明では、ブラウン管の動作中に於ける傍熱用ヒータ５による加熱により金属層９とカソード基体７とを合金化させる必要があるからである。
次に、カソード基体７の前面７ａに金属層９を介して電子放射物質層１１を形成する。即ち、先ず、例えばバリウム、ストロンチウム、カルシウムのアルカリ土類金属の三元炭酸塩と例えば３重量％の酸化スカンジウムとバインダー及び溶剤とを混合して懸濁液を作成する。そして、作成した懸濁液を例えばスプレー法によりカソード基体７の前面７ａに金属層９を介して約８０μｍの厚さで塗布する。
そして、この製造段階の半製品の電子管用カソード１をブラウン管の電子銃に組み込み、ブラウン管製造工程の真空排気工程中に、その半製品の電子管用カソード１に備えられた傍熱用ヒータ５によりカソード基体７の前面７ａに塗布した懸濁液を加熱する。これにより、塗布された懸濁液中のアルカリ土類金属の炭酸塩がアルカリ土類金属酸化物に変化し、更にその一部が還元されて熱電子放出源となる遊離アルカリ土類金属に変化することで、懸濁液中のアルカリ土類金属の炭酸塩が熱電子放出の容易な酸素欠乏型の半導体に変化する。これにより電子放射物質層１１が形成される。尚、その際の上記還元の反応に伴って生成される所謂中間層と呼ばれる副生成物は、懸濁液に含有された希土類金属酸化物から還元されて生成される希土類金属により分解される。これにより遊離アルカリ土類金属が上記副生成物により妨げられること無く順調に生成される。以上の様にして電子管用カソード１の要部７，１１が製造される。
以上のように構成された電子管用カソード１によれば、（Ａ）電子放射物質層１１に希土類金属酸化物が含有され、（Ｂ）カソード基体７と電子放射物質層１１との間に還元性元素から成る金属層９が介装され、（Ｃ）カソード基体７の前面７ａに凹凸が形成され、その凹凸上に金属層９を介して電子放射物質層１１が形成される為、平均で４Ａ／ｃｍ２という大きな取り出し電流を得ることができる。
この場合、上記（Ａ）の技術により、含有された希土類金属酸化物が還元されて生成される希土類金属により電子放射物質層１１の形成過程で生成される所謂中間層と呼ばれる副生成物が分解される為、熱電子放出源となる遊離アルカリ土類金属を順調に生成でき、これにより取り出し電流の減衰を低減できる。
また、上記（Ｂ）の技術により、上記（Ａ）の技術に基づく希土類金属酸化物から希土類金属への還元反応が促進される為、取り出し電流の減衰を更に低減でき、しかも、電子放射物質層１１の生成過程で起こる還元反応が促進される為、熱電子放出源となる遊離アルカリ土類金属の生成を促進でき、これにより取り出し電流を増大できる。
更に、上記（Ｃ）の技術により、カソード基体７、金属層９及び電子放射物質層１１の間の密着性の向上及び接触面積の増大を図れ、これにより、▲１▼電子放射物質層１１の形成過程で起こる還元反応が更に促進される為、熱電子放出源となる遊離アルカリ土類金属の生成量を更に増大でき、これにより取り出し電流を更に増大でき、▲２▼上記（Ａ）の技術による希土類金属酸化物から希土類金属への還元反応が更に促進される為、取り出し電流の減衰を更に低減できる。
尚、上記（Ａ）〜（Ｃ）の技術が施されていない点が相異する以外は同様に構成された電子管用カソードでは、取り出し電流は０．５Ａ／ｃｍ２程度である。この電子管用カソードに更に上記（Ａ）の技術を施したものでは取り出し電流は２．０Ａ／ｃｍ２程度となり、更に上記（Ｂ）の技術を施したものでは取り出し電流は３．０Ａ／ｃｍ２程度となり、更に上記（Ｃ）の技術を施したもの（本実施の形態に係る電子管用カソード１）では４．０Ａ／ｃｍ２程度となる。この結果により、上記（Ｃ）の技術により、上記の通り、取り出し電流を更に増大できる事が判る。
尚、図４は、本実施の形態に係る電子管用カソード１の最大取り出し電流の時間的変動の試験結果と比較例に係る電子管用カソードの最大取り出し電流の時間的変動の試験結果との比較を示した図である。図中の縦軸は、最大取り出し電流の初期値を１００とした相対値（カソード最大取り出し電流初期比）を示す。この比較例に係る電子管用カソードは、本実施の形態に係る電子管用カソード１と比べて上記（Ｃ）の技術が施されていない点が相異する以外は同じ構成である。図４の結果から、本実施の形態に係る電子管用カソード１は、比較例に係る電子管用カソードと比べて、更に取り出し電流の減衰が低減している事が判る。この結果より、上記（Ｃ）の技術により、上記の通り、取り出し電流の減衰を更に低減できる事が判る。
更に、以上のように構成された電子管用カソード１によれば、（Ｄ）金属層９がブラウン管の動作中に於ける傍熱用ヒータ５による加熱によりカソード基体７と合金化してカソード基体７の表面方向に適宜に膨張し、この膨張によりカソード基体７が前方に突出変形されることで、電子放射物質層１１の前面１１ａが消耗して後退する分、電子放射物質層１１の前面１１ａが前方に突出変形される様に金属層９が形成されている為、電子放射物質層１１の前面１１ａが消耗しても、電子放射物質層１１の前面１１ａの位置をほぼ一定に維持できて、即ち電子放射物質層１１の前面１１ａとＧ１電極ｇとの距離Ｄの変動を低減できて、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動を低減できる。この効果は後述する図５〜図７の試験結果から結論される。
この場合、金属層９とカソード基体７との合金化に伴う膨張を利用してカソード基体７を前方に突出変形させる為、簡単な手法でカソード基体７を前方に突出変形できる。
また、金属層９が適宜大きさの形成面積で複数個に分割され分散されて形成される為、金属層９とカソード基体７との合金化に伴う膨張によるカソード基体７の突出変形の最適化が行い易くなる。
更に、カソード基体７の前面７ａに形成された凹凸によりカソード基体７と金属層９との接触面積が増大される為、小さな形成面積（平面視面積）で十分な量のカソード基体７の突出変形を引き起こせる。
図５は、本発明の実施の形態に係る電子管用カソード１を用いた場合のカットオフ電圧の時間的変動の試験結果と比較例に係る電子管用カソードを用いた場合のカットオフ電圧の時間的変動の試験結果との比較を示した図である。図中の縦軸は、カットオフ電圧の初期値を１００とした相対値（カットオフ初期比）を示す。取り出し電流は両者とも４Ａ／ｃｍ２である。この比較例に係る電子管用カソードは、本実施の形態に係る電子管用カソード１と比べて上記（Ｄ）の技術が施されていない点が相異する以外は同じ構成である。図５の結果から、本実施の形態に係る電子管用カソード１は、比較例に係る電子管用カソードと比べて、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動が低減している事が判る。
また、図６は、図５の試験後（即ちブラウン管を１００００時間動作させた後）の本実施の形態に係る電子管用カソード１のカソード基体７の実物断面図である。図７は、図５の試験後（即ちブラウン管を１００００時間動作させた後）の比較例に係る電子管用カソードのカソード基体７の実物断面図である。これらの図はともにカソード基体の断面をエポキシ樹脂に埋め込んで研磨して撮影した写真を図にしたものである。図６から、本実施の形態に係る電子管用カソード１のカソード基体７は、電子放射物質層１１の前面１１ａが消耗（蒸発）して後退した分（約２０μｍ）、前方に（図では上方に）突出変形している事が認められた。他方、図７から、比較例に係る電子管用カソードのカソード基体は、前方に殆ど突出変形しいない事（即ち平坦な事）が判る。
従って、図５〜図７の結果から、比較例に係る電子管用カソードでは、ブラウン管の動作中に電子放射物質層の前面が消耗（蒸発）して後退しても、電子放射物質層の前面が殆ど前方に突出変形しない為に電子放射物質層の前面とＧ１電極ｇとの距離Ｄが増大し、これによりカットオフ電圧が増大するのに対して、本実施の形態に係る電子管用カソード１では、上記（Ｄ）の技術により、ブラウン管の動作中に電子放射物質層１１の前面１１ａが消耗（蒸発）して後退する分、電子放射物質層１１の前面１１ａが前方に突出変形する為に電子放射物質層１１の前面１１ａとＧ１電極ｇとの間の距離Ｄがほぼ一定に維持され、これによりカットオフ電圧の変動が低減されていると結論できる。この結論より、上記（Ｄ）の技術により、上記の通り、電子放射物質層１１の前面１１ａの位置をほぼ一定に維持されて、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動を低減できる事が判る。
尚、本実施の形態では、カソード基体７の前面７ａに凹凸を形成する手法としてサンドブラスト法を採用したが、サンドブラスト法に限定するものではない。他の手法としては、例えば機械的な手法によりカソード基体７の前面７ａに凹凸を形成することも可能であり、また、カソード基体７を打ち抜く際に使用されるプレス型に所要の凹凸面を形成しておくことで、カソード基体７の前面７ａに凹凸を形成することも可能である。
尚、本実施の形態では、サンドブラスト法で用いる研磨剤として炭酸カルシウムを用いたが、カソード基体７と電子放射物質層１１との接触面積の増大を図ると共に金属層９の形成面積の最適化を図るという目的に適したものであれば何でもよく、例えばガラスビーズなど各種の材料を用いてもよい。
尚、カットオフ電圧の変動低減方法、取り出し電流の減衰低減方法、及び、電子管用カソードの製造方法もこの実施の形態の範疇に含まれることは言うまでもないことである。
尚、特開平９−１９０７６１号公報には、金属層を複数個に分割して分散させてカソード基体の前面に形成することでカットオフ電圧の変動を低減させる技術、即ちカソード基体の前面とＧ１電極との間の距離Ｄを一定に保つ技術が開示されており、この点でその公報と本願発明とは共通している。しかし、本願発明では、金属層９とカソード基体７との合金化に伴う膨張によりカソード基体７が前方に突出変形されて、電子放射物質層１１の前面１１ａが消耗して後退する分、電子放射物質層１１の前面１１ａが前方に突出変形される様に金属層９が形成されるのに対し、その公報では、本願発明とは逆に、金属層とカソード基体との合金化に伴う膨張によるカソード基体の突出変形が抑制される様に金属層が形成される点で相違する。
この相違は、本願発明は、カソード基体７の前面７ａの消耗（蒸発）が顕著になり、その消耗によりカソード基体７の前面７ａが後退する程度の大きさの取り出し電流（例えば４Ａ／ｃｍ２）を扱う場合に生ずるカットオフ電圧の変動を低減する技術であり、上記公報は、カソード基体と電子放射物質層との間に還元性の金属層が形成され、且つ、電子放射物質層の前面の消耗（蒸発）が起こらず従って電子放射物質層の前面の後退が起こらない程度の大きさの取り出し電流（例えば２Ａ／ｃｍ２）を扱う場合に生ずるカットオフ電圧の変動を低減する技術であり、両者のカットオフ電圧の変動の発生の機序が異なることに起因する（即ち、両者は異なる技術的思想に基づくものである）。
従って、上記公報の技術を本願発明に適用しても、上記公報の技術では本願発明の様に取り出し電流の大きい場合に生ずるカットオフ電圧の変動は低減できない。因みに、上記公報の技術を本願発明に適用した場合は、電子放射物質層１１の前面１１ａが消耗して後退する分、電子放射物質層１１の前面１１ａが前方に突出変形しない為、図５の比較例の様にカットオフ電圧の変動が増大する。以上の事から上記公報と本願発明とは技術的に異なるものであり、上記公報から本願発明の効果は得られない事が判る。
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【図１】
2004001784.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年8月2日(2004.8.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード基体（７）の表面（７ａ）に加熱されることで前記カソード基体（７）を前方に突出変形させる金属層（９）が形成されると共に、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）に直接に又は前記金属層（９）を介して電子放射物質層（１１）が形成され、前記電子放射物質層（１１）を加熱することで前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）から熱電子を放出させる加熱手段（５）が備えられた電子管用カソードのカットオフ電圧の変動低減方法であって、
前記加熱手段（５）による加熱により誘起される前記金属層（９）による前記カソード基体（７）の前方への突出変形により、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）が消耗して後退する分、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）を前方に突出変形させ、
前記金属層（９）は、前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成された凹凸上に形成されることを特徴とするカットオフ電圧の変動低減方法。
【請求項２】
カソード基体（７）の表面（７ａ）に加熱されることで前記カソード基体（７）を前方に突出変形させる金属層（９）が形成されると共に、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）に直接に又は前記金属層（９）を介して電子放射物質層（１１）が形成され、前記電子放射物質層（１１）を加熱することで前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）から熱電子を放出させる加熱手段（５）が備えられた電子管用カソードのカットオフ電圧の変動低減方法であって、
前記加熱手段（５）による加熱により誘起される前記金属層（９）による前記カソード基体（７）の前方への突出変形により、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）が消耗して後退する分、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）を前方に突出変形させ、
前記金属層（９）は、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）に形成された凹凸上に形成され、前記加熱手段（５）による加熱により前記カソード基体（７）に含まれる金属と合金化して膨張することで、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）を突出変形させることを特徴とするカットオフ電圧の変動低減方法。
【請求項３】
請求の範囲１に記載のカットオフ電圧の変動低減方法であって、
前記金属層（９）は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成されていることを特徴とするカットオフ電圧の変動低減方法。
【請求項４】
請求の範囲２に記載のカットオフ電圧の変動低減方法であって、
前記金属層（９）は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成されていることを特徴とするカットオフ電圧の変動低減方法。
【請求項５】
カソード基体（７）と、該カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成され、加熱されることで前記カソード基体（７）を前方に突出変形させる金属層（９）と、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）に直接に又は前記金属層（９）を介して形成された電子放射物質層（１１）と、前記電子放射物質層（１１）を加熱して前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）から熱電子を放出させる加熱手段（５）と、を備え、
前記加熱手段（５）による加熱により誘起される前記金属層（９）による前記カソード基体（７）の前方への突出変形により、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）が消耗して後退する分、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）を前方に突出変形させ、
前記金属層（９）は、前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成された凹凸上に形成されることを特徴とする電子管用カソード。
【請求項６】
カソード基体（７）と、該カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成され、加熱されることで前記カソード基体（７）を前方に突出変形させる金属層（９）と、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）に直接に又は前記金属層（９）を介して形成された電子放射物質層（１１）と、前記電子放射物質層（１１）を加熱して前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）から熱電子を放出させる加熱手段（５）と、を備え、
前記加熱手段（５）による加熱により誘起される前記金属層（９）による前記カソード基体（７）の前方への突出変形により、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）が消耗して後退する分、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）を前方に突出変形させ、
前記金属層（９）は、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）に形成された凹凸上に形成され、前記加熱手段（５）による加熱により前記カソード基体（７）に含まれる金属と合金化して膨張することで、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）を突出変形させることを特徴とする電子管用カソード。
【請求項７】
請求の範囲５に記載の電子管用カソードであって、
前記金属層（９）は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成されることを特徴とする電子管用カソード。
【請求項８】
請求の範囲６に記載の電子管用カソードであって、
前記金属層（９）は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成されることを特徴とする電子管用カソード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、ブラウン管に用いられる電子管用カソードの改良に関する。
【０００２】
背景技術
図８は一般的なブラウン管の構成概略図である。図８に示す如く、一般に、テレビジョン受信機等のブラウン管１００は、ブラウン管本体１０１内に、Ｇ１電極ｇと、Ｇ１電極ｇの一定距離Ｄ後方に配置された電子管用カソード１０３とを備えて主構成される。
【０００３】
電子管用カソード１０３及びＧ１電極ｇは電子銃を構成している。通常、電子管用カソード１０３からの取り出し電流は、Ｇ１電極ｇへの印加電圧を固定し、電子管用カソード１０３への印加電圧を０〜カットオフ電圧の範囲で変圧することで制御される。カットオフ電圧は、電子管用カソード１０３の前面１１３ａとＧ１電極ｇとの間の距離Ｄに応じて決まる固定値である。
【０００４】
この様なブラウン管１００に用いられる従来の電子管用カソード１０３としては、特許２７５８２４４号及び特開平９−１０６７５０号公報に記載されたものが知られている。
【０００５】
これらの電子管用カソード１０３は、図９に示す如く、スリーブ１０５内に収容された傍熱用ヒータ１０７と、スリーブ１０５の一端開口に設けられ、ニッケルを主成分とし、マグネシウムやシリコン等の還元性元素を含有するカソード基体１０９と、例えばタングステン等の還元性元素を主成分とする金属層１１１と、酸化バリウムを含むアルカリ土類金属酸化物を主成分とし、酸化スカンジウム等の希土類金属酸化物を含有する電子放射物質層１１３とを備えて構成される。
【０００６】
この電子管用カソード１０３の要部１１１，１１３は以下の手順で製造される。
【０００７】
[1]先ず、半製品の電子管用カソード１０３に備えられたカソード基体１０９の前面１０９ａに例えばタングステンを膜状に被着し、被着したタングステンを水素雰囲気中で加熱してカソード基体１０９に融着させる。これによりタングステンから成る金属層１１１が形成される。[2]次に、その金属層１１１の前面１１１ａにバリウム等のアルカリ土類金属の炭酸塩及び希土類金属酸化物から成る懸濁液を塗布し、塗布した懸濁液を加熱してその懸濁液中のアルカリ土類金属の炭酸塩をアルカリ土類金属酸化物に変化させる。[3]そして、そのアルカリ土類金属酸化物を加熱してその一部を還元することで、そのアルカリ土類金属酸化物を熱電子放出の容易な酸素欠乏型の半導体に変化させる。これにより電子放射物質層１１３が形成される。この様にして電子管用カソード１０３の要部１１１，１１３が製造される。
【０００８】
その際、上記[3]では、アルカリ土類金属酸化物の一部は、カソード基体１０９に含まれる還元性元素（マグネシウム（Ｍｇ），シリコン（Ｓｉ））又は金属層１１１に含まれるタングステン（Ｗ）により遊離アルカリ土類金属に還元される。例えば酸化バリウム（ＢａＯ）の一部は、式（１）（２）（３）の反応により遊離バリウム（Ｂａ）に還元される。この遊離バリウム等の遊離アルカリ土類金属が熱電子放出源となる。
【０００９】
２ＢａＯ＋１／２Ｓｉ＝Ｂａ＋１／２Ｂａ2ＳｉＯ4    …  （１）
ＢａＯ＋Ｍｇ＝Ｂａ＋ＭｇＯ                        …  （２）
２ＢａＯ＋１／３Ｗ＝Ｂａ＋１／３Ｂａ3ＷＯ6        …  （３）
また、上記[3]では、金属層１１１に含まれるタングステンにより電子放射物質層１１３に含まれる希土類金属酸化物が希土類金属に還元される。この希土類金属により、式（１）（２）（３）の反応により生成される副生産物であって所謂中間層と呼ばれる珪酸バリウム（Ｂａ2ＳｉＯ4），酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及びタングステン酸バリウム（Ｂａ3ＷＯ6）が分解される。この分解により遊離アルカリ土類金属が順調に生成される。
【００１０】
この電子管用カソード１０３では、傍熱用ヒータ１０７により電子放射物質層１１３が加熱されることで電子放射物質層１１３の前面１１３ａから熱電子が放出（エミッション）され、この熱電子が取り出し電流に供される。特に、カソード基体１０９と電子放射物質層１１３の間に還元性元素から成る金属層１１１が形成されることで熱電子放出源となる遊離アルカリ土類金属の生成量を増大させ、これにより電子管用カソード１０３からの取り出し電流を増大させている。
【００１１】
また、従来の電子管用カソード１０３の他の例として特開昭５４−８３３６０号公報に記載されたものが知られている。
【００１２】
この電子管用カソードは、カソード基体と、カソード基体の前面に形成され、酸化バリウムを含むアルカリ土類金属酸化物から成り、その酸化バリウムの含有率がその前面側よりもカソード基体との接面側の方で低くなる様にされた電子放射物質層と、電子放射物質層を加熱する傍熱用ヒータとを備えて構成される。
【００１３】
この電子管用カソードでは、その電子放射物質に含まれる酸化バリウムの含有率をその前面側よりもカソード基体との接面側の方で低くすることで、電子管用カソードからの取り出し電流を増大させている。
【００１４】
しかしながら、これら従来の電子管用カソード１０３を用いたブラウン管１００では、電子管用カソード１０９からの取り出し電流が例えば４Ａ／ｃｍ2を越える動作環境では、色純度変化の原因となるカットオフ電圧の変動が顕著になるという問題がある。
【００１５】
この問題の原因は、取り出し電流が大きくなることで電子放射物質層１１３の前面１１３ａの表面の消耗（蒸発）が顕著になり、電子放射物質層１１３の前面１１３ａとＧ１電極ｇとの間の距離Ｄが増大することにある（これは照明学会研究会資料（ＭＤ−９５−１２）で知られる通りである）。一般に、電子放射物質層１１３の消耗の機序としては次の２つが考えられる。[1]１つは、傍熱用ヒータ１０７による加熱（例えば約７００〜８００℃）に伴って電子放射物質層１１３に発生する蒸気圧による電子放射物質層１１３の蒸発（純粋な熱的蒸発）に起因する消耗であり、この消耗は、傍熱用ヒータ１０７の加熱温度に比例するが、ブラウン管１００の動作中の傍熱用ヒータ１０７の加熱温度では無視できる。[2]もう１つは、電子放射物質層１１３からの熱電子の放出に伴う電子放射物質層１１３内の遊離バリウムの蒸発に起因する消耗であり、この消耗は、取り出し電流が小さい場合は無視できるが、取り出し電流が大きくなると無視できなくなる。取り出し電流を大きくした場合に電子放射物質層１１３の消耗が顕著になるのは、後者[2]の機序のためと考えられる。
【００１６】
このように、従来の電子管用カソードに於いては、電子管用カソードからの取り出し電流が大きくなると、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動が顕著になるという問題があった。
【００１７】
発明の開示
本発明は、上記のような問題点を解決し、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動を低減できるカットオフ電圧の変動低減方法及び電子管用カソードを提供することを目的とする。
【００１８】
本発明者は、カットオフ電圧の変動の原因が、電子放射物質層の前面が消耗して後退することで電子放射物質層の前面とＧ１電極ｇとの間の距離Ｄが増大する事にある事を突き止め、本発明を想致した。
【００１９】
即ち、本発明に係るカットオフ電圧の変動低減方法の第１の態様では、カソード基体の表面に加熱されることで前記カソード基体を前方に突出変形させる金属層が形成されると共に、前記カソード基体の前面に直接に又は前記金属層を介して電子放射物質層が形成され、前記電子放射物質層を加熱することで前記電子放射物質層の前面から熱電子を放出させる加熱手段が備えられた電子管用カソードのカットオフ電圧の変動低減方法であって、前記加熱手段による加熱により誘起される前記金属層による前記カソード基体の前方への突出変形により、前記電子放射物質層の前面が消耗して後退する分、前記電子放射物質層の前面を前方に突出変形させることとしている。
【００２０】
この態様によれば、加熱手段による加熱により誘起される金属層によるカソード基体の前方への突出変形により、電子放射物質層の前面が消耗して後退する分、電子放射物質層の前面を前方に突出変形させる為、電子放射物質層の前面が消耗しても、電子放射物質層の前面の位置をほぼ一定に維持できて、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動を低減できる。
【００２１】
本発明に係るカットオフ電圧の変動低減方法の第２の態様では、前記金属層は、前記カソード基体の前面に形成され、前記加熱手段による加熱により前記カソード基体に含まれる金属と合金化して膨張することで、前記カソード基体の前面を突出変形させることとしている。
【００２２】
この態様によれば、金属層とカソード基体との合金化に伴う膨張を利用することでカソード基体を前方に突出変形させる為、簡単な手法でカソード基体を前方に突出変形できる。
【００２３】
本発明に係るカットオフ電圧の変動低減方法の第３の態様では、前記金属層は、前記カソード基体の表面に形成された凹凸上に形成されることとしている。
【００２４】
この態様によれば、カソード基体の前面に形成された凹凸によりカソード基体と金属層との接触面積が増大される為、小さな形成面積（平面視面積）で十分な量のカソード基体の突出変形を引き起こせる。
【００２５】
本発明に係るカットオフ電圧の変動低減方法の第４の態様では、前記金属層は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体の表面に形成されることとしている。
【００２６】
この態様によれば、金属層が複数個に分割されて分散されてカソード基体の表面に形成される為、金属層とカソード基体との合金化に伴う膨張によるカソード基体の突出変形の最適化が行い易くなる。
【００２７】
また、本発明に係る電子管用カソードの第１の態様では、カソード基体と、該カソード基体の表面に形成され、加熱されることで前記カソード基体を前方に突出変形させる金属層と、前記カソード基体の前面に直接に又は前記金属層を介して形成された電子放射物質層と、前記電子放射物質層を加熱して前記電子放射物質層の前面から熱電子を放出させる加熱手段と、を備え、前記加熱手段による加熱により誘起される前記金属層による前記カソード基体の前方への突出変形により、前記電子放射物質層の前面が消耗して後退する分、前記電子放射物質層の前面を前方に突出変形させることとしている。
【００２８】
この態様によれば、加熱手段による加熱により誘起される金属層によるカソード基体の前方への突出変形により、電子放射物質層の前面が消耗して後退する分、電子放射物質層の前面を前方に突出変形させる為、電子放射物質層の前面が消耗しても、電子放射物質層の前面の位置をほぼ一定に維持できて、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動を低減できる。
【００２９】
本発明に係る電子管用カソードの第２の態様では、前記金属層は、前記カソード基体の前面に形成され、前記加熱手段による加熱により前記カソード基体に含まれる金属と合金化して膨張することで、前記カソード基体の前面を突出変形させることとしている。
【００３０】
この態様によれば、金属層とカソード基体との合金化に伴う膨張を利用することでカソード基体を前方に突出変形させる為、簡単な手法でカソード基体を前方に突出変形できる。
【００３１】
本発明に係る電子管用カソードの第３の態様では、前記金属層は、前記カソード基体の表面に形成された凹凸上に形成されることとしている。
【００３２】
この態様によれば、カソード基体の前面に形成された凹凸によりカソード基体と金属層との接触面積が増大される為、小さな形成面積（平面視面積）で十分な量のカソード基体の突出変形を引き起こせる。
【００３３】
本発明に係る電子管用カソードの第４の態様では、前記金属層は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体の表面に形成されることとしている。
【００３４】
この態様によれば、金属層が複数個に分割されて分散されてカソード基体の表面に形成される為、金属層とカソード基体との合金化に伴う膨張によるカソード基体の突出変形の最適化が行い易くなる。
【００３５】
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【００３６】
発明を実施するための最良の形態
１．実施の形態  
電子管用カソードのカットオフ電圧の変動は、例えばＣＲＴでは輝度変化や色ずれをもたらす。これは、カットオフ電圧の変動によりドライブカーブがシフトされて取り出し電流が変化され、その結果、ＲＧＢの各電子銃間の電流比がくずれて輝度及びホワイトバランスがくずれるために起こる現象である。本発明は、この現象を起こす最も重要な原因である電子管用カソード・Ｇ１電極間距離の変動を抑制することで、カットオフ電圧の変動を抑制する技術を提供するものである。具体的には、本発明は、寿命中に電子管用カソードを構成する電子放射物質層の前面（電子放出面）が消耗（蒸発）して後退することで生ずる電子管用カソード・Ｇ１電極間距離を、電子放射物質層の前面を前方に凸状に突出変形させて一定に保つことで、カットオフ電圧の変動を抑制する技術を提供するものである。以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００３７】
この実施の形態に係る電子管用カソード１は、図１に示す如く、例えば筒状のスリーブ３と、スリーブ３内に収容された傍熱用ヒータ５と、スリーブ３の一端開口に設けられたカソード基体７と、カソード基体７の表面（ここでは前面）７ａに形成された金属層９と、カソード基体７の前面７ａに直接に又は金属層９を介して形成された電子放射物質層１１とを備えて構成される。
【００３８】
カソード基体７は、例えば平坦な板状に形成され、その前面７ａには適宜大きさの凹凸（図示省略）が形成されている。このカソード基体７は、例えばニッケルを主成分とし、還元剤として例えばシリコンやマグネシウム等の１種類以上の還元性元素を含有している。
【００３９】
金属層９は、[1]少なくともカソード基体７に含まれる金属（ここではニッケル）と合金化すると膨張する性質を持つ金属から成り、且つ、[2]還元性を持つ金属から成る。これら[1][2]の条件を満足する金属として、例えば、タングステン、モリブデン、クロム、ジルコニウム、コバルト、アルミニウムのうちの１種類以上の金属が用いられる。また、この金属層９は、カソード基体７の前面７ａに形成された凹凸上に、適宜大きさの形成面積（平面視面積）を有する様にして、例えば複数個に分割され分散されて、適宜厚さの膜状に形成される。
【００４０】
この様に形成されることで、この金属層９は、図２及び図３に示す如く、ブラウン管の動作中に於ける傍熱用ヒータ５による加熱によりカソード基体７と合金化してカソード基体７の表面方向に適宜に膨張し、この膨張によりカソード基体７を前方に突出変形（凸状に湾出）させて、電子放射物質層１１の前面１１ａが消耗（蒸発）して後退する分、電子放射物質層１１の前面１１ａを前方に突出変形（凸状に湾出）させる。即ち、電子放射物質層１１の前面１１ａの消耗による後退量、即ち電子放射物質層１１の厚さＰの減少量をカソード基体７の前方への突出変形量Ｑ（即ち電子放射物質層１１の前面１１ａの前方への突出変形量Ｑ）で補償する。
【００４１】
電子放射物質層１１は、少なくとも酸化バリウムを含むアルカリ土類金属酸化物を主成分とし、望ましくは例えば０．０１〜２５重量％の酸化スカンジウム等の希土類金属酸化物を含有している。
【００４２】
尚、この電子管用カソード１は、従来同様、図８に示す如く、ブラウン管１００内に於いてＧ１電極ｇから一定距離Ｄ後方に位置されて収容配設される。尚、距離Ｄは、Ｇ１電極ｇの後面ｇａと電子放射物質層１１の前面１１ａとの間の距離である。
【００４３】
次に、図１を参照して、この電子管用カソード１の要部９，１１の製造方法を説明する。
【００４４】
先ず、例えばニッケルを主成分とし、例えばマグネシウムを還元剤して含有するカソード基体７が備えられた半製品の電子管用カソード１を準備する。そして、そのカソード基体７の前面７ａに例えばサンドブラスト法により凹凸を形成する。サンドブラスト法とは、空気又は水等に研磨剤を混ぜて部材に吹き付けることで当該部材の表面に微少の凹凸を形成する手法である。その際の研磨剤としては、各種の材料が使用可能であるが、カソード基体７の主成分が軟質材料のニッケルであることを考慮し、比較的硬度の低い例えば炭酸カルシウムを用いる。
【００４５】
ここでは、例えば空気圧０．０５〜０．１Ｍｐａの空気に研磨剤として例えば粒度６００番の炭酸カルシウムを混ぜてカソード基体７の前面７ａのみに５〜１０分吹き付けて、カソード基体７の前面７ａに例えば凹凸±１０〜２０μｍ（ＪＩＳＢ０６０１で規定される最大高さ（Ｒｙ）が２０μｍ）の凹凸を形成する。
【００４６】
次に、カソード基体７の前面７ａに形成された凹凸上に例えばタングステンから成る金属層９を形成する。即ち、[1]先ず、カソード基体７の前面７ａに形成された凹凸上にタングステンを例えばスパッタリング法により例えば１μｍの厚さの膜状に蒸着させる。[2]その際、カソード基体７の前面７ａをマスクで部分的に被覆することで、タングステンを適宜大きさの蒸着面積を有する様にして複数個に分割して分散させて蒸着させる。[3]その後、例えば水素雰囲気中で８００〜１０００℃の加熱処理を施すことでタングステンをカソード基体７に融着させる。これにより例えばタングステンから成る金属層９が形成される。
【００４７】
その際、上記[2]では、タングステンの蒸着面積（即ち金属層９の形成面積）の大きさ，分割の仕方及び分散のさせ方を調整することで、図２及び図３に示す如く、ブラウン管の動作中に於ける傍熱用ヒータ５の加熱により誘起される金属層９とカソード基体７との合金化に伴う膨張によるカソード基体７の前方への突出変形量Ｑ（即ち電子放射物質層１１の前面１１ａの前方への突出変形量Ｑ）と、電子放射物質層１１の前面１１ａの消耗による後退量、即ち電子放射物質層１１の厚さＰの減少量とがほぼ同じになる様にする。
【００４８】
この調整は、金属層９に用いられる金属の種類（性質）及び金属層９の厚さ及びカソード基体７の前面７ａに形成される凹凸の大きさによりカソード基体７の前方への突出変形量が変化する為、面積比等では規定できず、実験により試行錯誤して決められる。
【００４９】
また、上記[3]の加熱処理では、その加熱処理により金属層９とカソード基体７とが完全に合金化されることのない様にする。本発明では、ブラウン管の動作中に於ける傍熱用ヒータ５による加熱により金属層９とカソード基体７とを合金化させる必要があるからである。
【００５０】
次に、カソード基体７の前面７ａに金属層９を介して電子放射物質層１１を形成する。即ち、先ず、例えばバリウム、ストロンチウム、カルシウムのアルカリ土類金属の三元炭酸塩と例えば３重量％の酸化スカンジウムとバインダー及び溶剤とを混合して懸濁液を作成する。そして、作成した懸濁液を例えばスプレー法によりカソード基体７の前面７ａに金属層９を介して約８０μｍの厚さで塗布する。
【００５１】
そして、この製造段階の半製品の電子管用カソード１をブラウン管の電子銃に組み込み、ブラウン管製造工程の真空排気工程中に、その半製品の電子管用カソード１に備えられた傍熱用ヒータ５によりカソード基体７の前面７ａに塗布した懸濁液を加熱する。これにより、塗布された懸濁液中のアルカリ土類金属の炭酸塩がアルカリ土類金属酸化物に変化し、更にその一部が還元されて熱電子放出源となる遊離アルカリ土類金属に変化することで、懸濁液中のアルカリ土類金属の炭酸塩が熱電子放出の容易な酸素欠乏型の半導体に変化する。これにより電子放射物質層１１が形成される。尚、その際の上記還元の反応に伴って生成される所謂中間層と呼ばれる副生成物は、懸濁液に含有された希土類金属酸化物から還元されて生成される希土類金属により分解される。これにより遊離アルカリ土類金属が上記副生成物により妨げられること無く順調に生成される。以上の様にして電子管用カソード１の要部７，１１が製造される。
【００５２】
以上のように構成された電子管用カソード１によれば、（Ａ）電子放射物質層１１に希土類金属酸化物が含有され、（Ｂ）カソード基体７と電子放射物質層１１との間に還元性元素から成る金属層９が介装され、（Ｃ）カソード基体７の前面７ａに凹凸が形成され、その凹凸上に金属層９を介して電子放射物質層１１が形成される為、平均で４Ａ／ｃｍ2という大きな取り出し電流を得ることができる。
【００５３】
この場合、上記（Ａ）の技術により、含有された希土類金属酸化物が還元されて生成される希土類金属により電子放射物質層１１の形成過程で生成される所謂中間層と呼ばれる副生成物が分解される為、熱電子放出源となる遊離アルカリ土類金属を順調に生成でき、これにより取り出し電流の減衰を低減できる。
【００５４】
また、上記（Ｂ）の技術により、上記（Ａ）の技術に基づく希土類金属酸化物から希土類金属への還元反応が促進される為、取り出し電流の減衰を更に低減でき、しかも、電子放射物質層１１の生成過程で起こる還元反応が促進される為、熱電子放出源となる遊離アルカリ土類金属の生成を促進でき、これにより取り出し電流を増大できる。
【００５５】
更に、上記（Ｃ）の技術により、カソード基体７、金属層９及び電子放射物質層１１の間の密着性の向上及び接触面積の増大を図れ、これにより、[1]電子放射物質層１１の形成過程で起こる還元反応が更に促進される為、熱電子放出源となる遊離アルカリ土類金属の生成量を更に増大でき、これにより取り出し電流を更に増大でき、[2]上記（Ａ）の技術による希土類金属酸化物から希土類金属への還元反応が更に促進される為、取り出し電流の減衰を更に低減できる。
【００５６】
尚、上記（Ａ）〜（Ｃ）の技術が施されていない点が相異する以外は同様に構成された電子管用カソードでは、取り出し電流は０．５Ａ／ｃｍ2程度である。この電子管用カソードに更に上記（Ａ）の技術を施したものでは取り出し電流は２．０Ａ／ｃｍ2程度となり、更に上記（Ｂ）の技術を施したものでは取り出し電流は３．０Ａ／ｃｍ2程度となり、更に上記（Ｃ）の技術を施したもの（本実施の形態に係る電子管用カソード１）では４．０Ａ／ｃｍ2程度となる。この結果により、上記（Ｃ）の技術により、上記の通り、取り出し電流を更に増大できる事が判る。
【００５７】
尚、図４は、本実施の形態に係る電子管用カソード１の最大取り出し電流の時間的変動の試験結果と比較例に係る電子管用カソードの最大取り出し電流の時間的変動の試験結果との比較を示した図である。図中の縦軸は、最大取り出し電流の初期値を１００とした相対値（カソード最大取り出し電流初期比）を示す。この比較例に係る電子管用カソードは、本実施の形態に係る電子管用カソード１と比べて上記（Ｃ）の技術が施されていない点が相異する以外は同じ構成である。図４の結果から、本実施の形態に係る電子管用カソード１は、比較例に係る電子管用カソードと比べて、更に取り出し電流の減衰が低減している事が判る。この結果より、上記（Ｃ）の技術により、上記の通り、取り出し電流の減衰を更に低減できる事が判る。
【００５８】
更に、以上のように構成された電子管用カソード１によれば、（Ｄ）金属層９がブラウン管の動作中に於ける傍熱用ヒータ５による加熱によりカソード基体７と合金化してカソード基体７の表面方向に適宜に膨張し、この膨張によりカソード基体７が前方に突出変形されることで、電子放射物質層１１の前面１１ａが消耗して後退する分、電子放射物質層１１の前面１１ａが前方に突出変形される様に金属層９が形成されている為、電子放射物質層１１の前面１１ａが消耗しても、電子放射物質層１１の前面１１ａの位置をほぼ一定に維持できて、即ち電子放射物質層１１の前面１１ａとＧ１電極ｇとの距離Ｄの変動を低減できて、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動を低減できる。この効果は後述する図５〜図７の試験結果から結論される。
【００５９】
この場合、金属層９とカソード基体７との合金化に伴う膨張を利用してカソード基体７を前方に突出変形させる為、簡単な手法でカソード基体７を前方に突出変形できる。
【００６０】
また、金属層９が適宜大きさの形成面積で複数個に分割され分散されて形成される為、金属層９とカソード基体７との合金化に伴う膨張によるカソード基体７の突出変形の最適化が行い易くなる。
【００６１】
更に、カソード基体７の前面７ａに形成された凹凸によりカソード基体７と金属層９との接触面積が増大される為、小さな形成面積（平面視面積）で十分な量のカソード基体７の突出変形を引き起こせる。
【００６２】
図５は、本発明の実施の形態に係る電子管用カソード１を用いた場合のカットオフ電圧の時間的変動の試験結果と比較例に係る電子管用カソードを用いた場合のカットオフ電圧の時間的変動の試験結果との比較を示した図である。図中の縦軸は、カットオフ電圧の初期値を１００とした相対値（カットオフ初期比）を示す。取り出し電流は両者とも４Ａ／ｃｍ2である。この比較例に係る電子管用カソードは、本実施の形態に係る電子管用カソード１と比べて上記（Ｄ）の技術が施されていない点が相異する以外は同じ構成である。図５の結果から、本実施の形態に係る電子管用カソード１は、比較例に係る電子管用カソードと比べて、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動が低減している事が判る。
【００６３】
また、図６は、図５の試験後（即ちブラウン管を１００００時間動作させた後）の本実施の形態に係る電子管用カソード１のカソード基体７の実物断面図である。図７は、図５の試験後（即ちブラウン管を１００００時間動作させた後）の比較例に係る電子管用カソードのカソード基体７の実物断面図である。これらの図はともにカソード基体の断面をエポキシ樹脂に埋め込んで研磨して撮影した写真を図にしたものである。図６から、本実施の形態に係る電子管用カソード１のカソード基体７は、電子放射物質層１１の前面１１ａが消耗（蒸発）して後退した分（約２０μｍ）、前方に（図では上方に）突出変形している事が認められた。他方、図７から、比較例に係る電子管用カソードのカソード基体は、前方に殆ど突出変形しいない事（即ち平坦な事）が判る。
【００６４】
従って、図５〜図７の結果から、比較例に係る電子管用カソードでは、ブラウン管の動作中に電子放射物質層の前面が消耗（蒸発）して後退しても、電子放射物質層の前面が殆ど前方に突出変形しない為に電子放射物質層の前面とＧ１電極ｇとの距離Ｄが増大し、これによりカットオフ電圧が増大するのに対して、本実施の形態に係る電子管用カソード１では、上記（Ｄ）の技術により、ブラウン管の動作中に電子放射物質層１１の前面１１ａが消耗（蒸発）して後退する分、電子放射物質層１１の前面１１ａが前方に突出変形する為に電子放射物質層１１の前面１１ａとＧ１電極ｇとの間の距離Ｄがほぼ一定に維持され、これによりカットオフ電圧の変動が低減されていると結論できる。この結論より、上記（Ｄ）の技術により、上記の通り、電子放射物質層１１の前面１１ａの位置をほぼ一定に維持されて、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動を低減できる事が判る。
【００６５】
尚、本実施の形態では、カソード基体７の前面７ａに凹凸を形成する手法としてサンドブラスト法を採用したが、サンドブラスト法に限定するものではない。他の手法としては、例えば機械的な手法によりカソード基体７の前面７ａに凹凸を形成することも可能であり、また、カソード基体７を打ち抜く際に使用されるプレス型に所要の凹凸面を形成しておくことで、カソード基体７の前面７ａに凹凸を形成することも可能である。
【００６６】
尚、本実施の形態では、サンドブラスト法で用いる研磨剤として炭酸カルシウムを用いたが、カソード基体７と電子放射物質層１１との接触面積の増大を図ると共に金属層９の形成面積の最適化を図るという目的に適したものであれば何でもよく、例えばガラスビーズなど各種の材料を用いてもよい。
【００６７】
尚、カットオフ電圧の変動低減方法、取り出し電流の減衰低減方法、及び、電子管用カソードの製造方法もこの実施の形態の範疇に含まれることは言うまでもないことである。
【００６８】
尚、特開平９−１９０７６１号公報には、金属層を複数個に分割して分散させてカソード基体の前面に形成することでカットオフ電圧の変動を低減させる技術、即ちカソード基体の前面とＧ１電極との間の距離Ｄを一定に保つ技術が開示されており、この点でその公報と本願発明とは共通している。しかし、本願発明では、金属層９とカソード基体７との合金化に伴う膨張によりカソード基体７が前方に突出変形されて、電子放射物質層１１の前面１１ａが消耗して後退する分、電子放射物質層１１の前面１１ａが前方に突出変形される様に金属層９が形成されるのに対し、その公報では、本願発明とは逆に、金属層とカソード基体との合金化に伴う膨張によるカソード基体の突出変形が抑制される様に金属層が形成される点で相違する。
【００６９】
この相違は、本願発明は、カソード基体７の前面７ａの消耗（蒸発）が顕著になり、その消耗によりカソード基体７の前面７ａが後退する程度の大きさの取り出し電流（例えば４Ａ／ｃｍ2）を扱う場合に生ずるカットオフ電圧の変動を低減する技術であり、上記公報は、カソード基体と電子放射物質層との間に還元性の金属層が形成され、且つ、電子放射物質層の前面の消耗（蒸発）が起こらず従って電子放射物質層の前面の後退が起こらない程度の大きさの取り出し電流（例えば２Ａ／ｃｍ2）を扱う場合に生ずるカットオフ電圧の変動を低減する技術であり、両者のカットオフ電圧の変動の発生の機序が異なることに起因する（即ち、両者は異なる技術的思想に基づくものである）。
【００７０】
従って、上記公報の技術を本願発明に適用しても、上記公報の技術では本願発明の様に取り出し電流の大きい場合に生ずるカットオフ電圧の変動は低減できない。因みに、上記公報の技術を本願発明に適用した場合は、電子放射物質層１１の前面１１ａが消耗して後退する分、電子放射物質層１１の前面１１ａが前方に突出変形しない為、図５の比較例の様にカットオフ電圧の変動が増大する。以上の事から上記公報と本願発明とは技術的に異なるものであり、上記公報から本願発明の効果は得られない事が判る。
【００７１】
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る電子管用カソードの突出変形前の要部の構成とＧ１電極とを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電子管用カソードの突出変形後の要部の構成とＧ１電極とを示す図である。
【図３】電子放射物質層の厚さＰの減少量とカソード基体の前方への突出変形量Ｑとの関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る電子管用カソードの取り出し電流の時間的変動の試験結果と比較例に係る電子管用カソードの取り出し電流の時間的変動の試験結果との比較を示した図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る電子管用カソードを用いた場合のカットオフ電圧の時間的変動の試験結果と比較例に係る電子管用カソードを用いた場合のカットオフ電圧の時間的変動の試験結果との比較を示した図である。
【図６】図５の試験後の実施の形態に係る電子管用カソードのカソード基体の実物断面図である。
【図７】図５の試験後の比較例に係る電子管用カソードのカソード基体の実物断面図である。
【図８】一般的なブラウン管の構成概略図である。
【図９】従来の電子管用カソードの構成概略の一例を示す図である。
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月17日(2005.5.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】手続補正書
【補正対象項目名】手続補正１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラウン管に用いられる電子管用カソードの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８は一般的なブラウン管の構成概略図である。図８に示す如く、一般に、テレビジョン受信機等のブラウン管１００は、ブラウン管本体１０１内に、Ｇ１電極ｇと、Ｇ１電極ｇの一定距離Ｄ後方に配置された電子管用カソード１０３とを備えて主構成される。
【０００３】
電子管用カソード１０３及びＧ１電極ｇは電子銃を構成している。通常、電子管用カソード１０３からの取り出し電流は、Ｇ１電極ｇへの印加電圧を固定し、電子管用カソード１０３への印加電圧を０〜カットオフ電圧の範囲で変圧することで制御される。カットオフ電圧は、電子管用カソード１０３の前面１１３ａとＧ１電極ｇとの間の距離Ｄに応じて決まる固定値である。
【０００４】
この様なブラウン管１００に用いられる従来の電子管用カソード１０３としては、特許２７５８２４４号及び特開平９−１０６７５０号公報に記載されたものが知られている。
【０００５】
これらの電子管用カソード１０３は、図９に示す如く、スリーブ１０５内に収容された傍熱用ヒータ１０７と、スリーブ１０５の一端開口に設けられ、ニッケルを主成分とし、マグネシウムやシリコン等の還元性元素を含有するカソード基体１０９と、例えばタングステン等の還元性元素を主成分とする金属層１１１と、酸化バリウムを含むアルカリ土類金属酸化物を主成分とし、酸化スカンジウム等の希土類金属酸化物を含有する電子放射物質層１１３とを備えて構成される。
【０００６】
この電子管用カソード１０３の要部１１１，１１３は以下の手順で製造される。
【０００７】
[1]先ず、半製品の電子管用カソード１０３に備えられたカソード基体１０９の前面１０９ａに例えばタングステンを膜状に被着し、被着したタングステンを水素雰囲気中で加熱してカソード基体１０９に融着させる。これによりタングステンから成る金属層１１１が形成される。[2]次に、その金属層１１１の前面１１１ａにバリウム等のアルカリ土類金属の炭酸塩及び希土類金属酸化物から成る懸濁液を塗布し、塗布した懸濁液を加熱してその懸濁液中のアルカリ土類金属の炭酸塩をアルカリ土類金属酸化物に変化させる。[3]そして、そのアルカリ土類金属酸化物を加熱してその一部を還元することで、そのアルカリ土類金属酸化物を熱電子放出の容易な酸素欠乏型の半導体に変化させる。これにより電子放射物質層１１３が形成される。この様にして電子管用カソード１０３の要部１１１，１１３が製造される。
【０００８】
その際、上記[3]では、アルカリ土類金属酸化物の一部は、カソード基体１０９に含まれる還元性元素（マグネシウム（Ｍｇ），シリコン（Ｓｉ））又は金属層１１１に含まれるタングステン（Ｗ）により遊離アルカリ土類金属に還元される。例えば酸化バリウム（ＢａＯ）の一部は、式（１）（２）（３）の反応により遊離バリウム（Ｂａ）に還元される。この遊離バリウム等の遊離アルカリ土類金属が熱電子放出源となる。
【０００９】
２ＢａＯ＋１／２Ｓｉ＝Ｂａ＋１／２Ｂａ2ＳｉＯ4    …  （１）
ＢａＯ＋Ｍｇ＝Ｂａ＋ＭｇＯ                        …  （２）
２ＢａＯ＋１／３Ｗ＝Ｂａ＋１／３Ｂａ3ＷＯ6        …  （３）
また、上記[3]では、金属層１１１に含まれるタングステンにより電子放射物質層１１３に含まれる希土類金属酸化物が希土類金属に還元される。この希土類金属により、式（１）（２）（３）の反応により生成される副生産物であって所謂中間層と呼ばれる珪酸バリウム（Ｂａ2ＳｉＯ4），酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及びタングステン酸バリウム（Ｂａ3ＷＯ6）が分解される。この分解により遊離アルカリ土類金属が順調に生成される。
【００１０】
この電子管用カソード１０３では、傍熱用ヒータ１０７により電子放射物質層１１３が加熱されることで電子放射物質層１１３の前面１１３ａから熱電子が放出（エミッション）され、この熱電子が取り出し電流に供される。特に、カソード基体１０９と電子放射物質層１１３の間に還元性元素から成る金属層１１１が形成されることで熱電子放出源となる遊離アルカリ土類金属の生成量を増大させ、これにより電子管用カソード１０３からの取り出し電流を増大させている。
【００１１】
また、従来の電子管用カソード１０３の他の例として特開昭５４−８３３６０号公報に記載されたものが知られている。
【００１２】
この電子管用カソードは、カソード基体と、カソード基体の前面に形成され、酸化バリウムを含むアルカリ土類金属酸化物から成り、その酸化バリウムの含有率がその前面側よりもカソード基体との接面側の方で低くなる様にされた電子放射物質層と、電子放射物質層を加熱する傍熱用ヒータとを備えて構成される。
【００１３】
この電子管用カソードでは、その電子放射物質に含まれる酸化バリウムの含有率をその前面側よりもカソード基体との接面側の方で低くすることで、電子管用カソードからの取り出し電流を増大させている。
【００１４】
しかしながら、これら従来の電子管用カソード１０３を用いたブラウン管１００では、電子管用カソード１０９からの取り出し電流が例えば４Ａ／ｃｍ2を越える動作環境では、色純度変化の原因となるカットオフ電圧の変動が顕著になるという問題がある。
【００１５】
この問題の原因は、取り出し電流が大きくなることで電子放射物質層１１３の前面１１３ａの表面の消耗（蒸発）が顕著になり、電子放射物質層１１３の前面１１３ａとＧ１電極ｇとの間の距離Ｄが増大することにある（これは照明学会研究会資料（ＭＤ−９５−１２）で知られる通りである）。一般に、電子放射物質層１１３の消耗の機序としては次の２つが考えられる。[1]１つは、傍熱用ヒータ１０７による加熱（例えば約７００〜８００℃）に伴って電子放射物質層１１３に発生する蒸気圧による電子放射物質層１１３の蒸発（純粋な熱的蒸発）に起因する消耗であり、この消耗は、傍熱用ヒータ１０７の加熱温度に比例するが、ブラウン管１００の動作中の傍熱用ヒータ１０７の加熱温度では無視できる。[2]もう１つは、電子放射物質層１１３からの熱電子の放出に伴う電子放射物質層１１３内の遊離バリウムの蒸発に起因する消耗であり、この消耗は、取り出し電流が小さい場合は無視できるが、取り出し電流が大きくなると無視できなくなる。取り出し電流を大きくした場合に電子放射物質層１１３の消耗が顕著になるのは、後者[2]の機序のためと考えられる。
【００１６】
このように、従来の電子管用カソードに於いては、電子管用カソードからの取り出し電流が大きくなると、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動が顕著になるという問題があった。
【発明の開示】
【００１７】
本発明は、上記のような問題点を解決し、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動を低減できるカットオフ電圧の変動低減方法及び電子管用カソードを提供することを目的とする。
【００１８】
本発明者は、カットオフ電圧の変動の原因が、電子放射物質層の前面が消耗して後退することで電子放射物質層の前面とＧ１電極ｇとの間の距離Ｄが増大する事にある事を突き止め、本発明を想致した。
【００１９】
即ち、本発明に係るカットオフ電圧の変動低減方法の第１の態様では、カソード基体の表面に加熱されることで前記カソード基体を前方に突出変形させる金属層が形成されると共に、前記カソード基体の前面に直接に又は前記金属層を介して電子放射物質層が形成され、前記電子放射物質層を加熱することで前記電子放射物質層の前面から熱電子を放出させる加熱手段が備えられた電子管用カソードのカットオフ電圧の変動低減方法であって、前記加熱手段による加熱により誘起される前記金属層による前記カソード基体の前方への突出変形により、前記電子放射物質層の前面が消耗して後退する分、前記電子放射物質層の前面を前方に突出変形させることとしている。
【００２０】
この態様によれば、加熱手段による加熱により誘起される金属層によるカソード基体の前方への突出変形により、電子放射物質層の前面が消耗して後退する分、電子放射物質層の前面を前方に突出変形させる為、電子放射物質層の前面が消耗しても、電子放射物質層の前面の位置をほぼ一定に維持できて、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動を低減できる。
【００２１】
本発明に係るカットオフ電圧の変動低減方法の第２の態様では、前記金属層は、前記カソード基体の前面に形成され、前記加熱手段による加熱により前記カソード基体に含まれる金属と合金化して膨張することで、前記カソード基体の前面を突出変形させることとしている。
【００２２】
この態様によれば、金属層とカソード基体との合金化に伴う膨張を利用することでカソード基体を前方に突出変形させる為、簡単な手法でカソード基体を前方に突出変形できる。
【００２３】
本発明に係るカットオフ電圧の変動低減方法の第３の態様では、前記金属層は、前記カソード基体の表面に形成された凹凸上に形成されることとしている。
【００２４】
この態様によれば、カソード基体の前面に形成された凹凸によりカソード基体と金属層との接触面積が増大される為、小さな形成面積（平面視面積）で十分な量のカソード基体の突出変形を引き起こせる。
【００２５】
本発明に係るカットオフ電圧の変動低減方法の第４の態様では、前記金属層は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体の表面に形成されることとしている。
【００２６】
この態様によれば、金属層が複数個に分割されて分散されてカソード基体の表面に形成される為、金属層とカソード基体との合金化に伴う膨張によるカソード基体の突出変形の最適化が行い易くなる。
【００２７】
また、本発明に係る電子管用カソードの第１の態様では、カソード基体と、該カソード基体の表面に形成され、加熱されることで前記カソード基体を前方に突出変形させる金属層と、前記カソード基体の前面に直接に又は前記金属層を介して形成された電子放射物質層と、前記電子放射物質層を加熱して前記電子放射物質層の前面から熱電子を放出させる加熱手段と、を備え、前記加熱手段による加熱により誘起される前記金属層による前記カソード基体の前方への突出変形により、前記電子放射物質層の前面が消耗して後退する分、前記電子放射物質層の前面を前方に突出変形させることとしている。
【００２８】
この態様によれば、加熱手段による加熱により誘起される金属層によるカソード基体の前方への突出変形により、電子放射物質層の前面が消耗して後退する分、電子放射物質層の前面を前方に突出変形させる為、電子放射物質層の前面が消耗しても、電子放射物質層の前面の位置をほぼ一定に維持できて、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動を低減できる。
【００２９】
本発明に係る電子管用カソードの第２の態様では、前記金属層は、前記カソード基体の前面に形成され、前記加熱手段による加熱により前記カソード基体に含まれる金属と合金化して膨張することで、前記カソード基体の前面を突出変形させることとしている。
【００３０】
この態様によれば、金属層とカソード基体との合金化に伴う膨張を利用することでカソード基体を前方に突出変形させる為、簡単な手法でカソード基体を前方に突出変形できる。
【００３１】
本発明に係る電子管用カソードの第３の態様では、前記金属層は、前記カソード基体の表面に形成された凹凸上に形成されることとしている。
【００３２】
この態様によれば、カソード基体の前面に形成された凹凸によりカソード基体と金属層との接触面積が増大される為、小さな形成面積（平面視面積）で十分な量のカソード基体の突出変形を引き起こせる。
本発明に係る電子管用カソードの第４の態様では、前記金属層は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体の表面に形成されることとしている。
【００３３】
この態様によれば、金属層が複数個に分割されて分散されてカソード基体の表面に形成される為、金属層とカソード基体との合金化に伴う膨張によるカソード基体の突出変形の最適化が行い易くなる。
【００３４】
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
１．実施の形態  
電子管用カソードのカットオフ電圧の変動は、例えばＣＲＴでは輝度変化や色ずれをもたらす。これは、カットオフ電圧の変動によりドライブカーブがシフトされて取り出し電流が変化され、その結果、ＲＧＢの各電子銃間の電流比がくずれて輝度及びホワイトバランスがくずれるために起こる現象である。本発明は、この現象を起こす最も重要な原因である電子管用カソード・Ｇ１電極間距離の変動を抑制することで、カットオフ電圧の変動を抑制する技術を提供するものである。具体的には、本発明は、寿命中に電子管用カソードを構成する電子放射物質層の前面（電子放出面）が消耗（蒸発）して後退することで生ずる電子管用カソード・Ｇ１電極間距離を、電子放射物質層の前面を前方に凸状に突出変形させて一定に保つことで、カットオフ電圧の変動を抑制する技術を提供するものである。以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００３６】
この実施の形態に係る電子管用カソード１は、図１に示す如く、例えば筒状のスリーブ３と、スリーブ３内に収容された傍熱用ヒータ５と、スリーブ３の一端開口に設けられたカソード基体７と、カソード基体７の表面（ここでは前面）７ａに形成された金属層９と、カソード基体７の前面７ａに直接に又は金属層９を介して形成された電子放射物質層１１とを備えて構成される。
【００３７】
カソード基体７は、例えば平坦な板状に形成され、その前面７ａには適宜大きさの凹凸（図示省略）が形成されている。このカソード基体７は、例えばニッケルを主成分とし、還元剤として例えばシリコンやマグネシウム等の１種類以上の還元性元素を含有している。
【００３８】
金属層９は、[1]少なくともカソード基体７に含まれる金属（ここではニッケル）と合金化すると膨張する性質を持つ金属から成り、且つ、[2]還元性を持つ金属から成る。これら[1][2]の条件を満足する金属として、例えば、タングステン、モリブデン、クロム、ジルコニウム、コバルト、アルミニウムのうちの１種類以上の金属が用いられる。また、この金属層９は、カソード基体７の前面７ａに形成された凹凸上に、適宜大きさの形成面積（平面視面積）を有する様にして、例えば複数個に分割され分散されて、適宜厚さの膜状に形成される。
【００３９】
この様に形成されることで、この金属層９は、図２及び図３に示す如く、ブラウン管の動作中に於ける傍熱用ヒータ５による加熱によりカソード基体７と合金化してカソード基体７の表面方向に適宜に膨張し、この膨張によりカソード基体７を前方に突出変形（凸状に湾出）させて、電子放射物質層１１の前面１１ａが消耗（蒸発）して後退する分、電子放射物質層１１の前面１１ａを前方に突出変形（凸状に湾出）させる。即ち、電子放射物質層１１の前面１１ａの消耗による後退量、即ち電子放射物質層１１の厚さＰの減少量をカソード基体７の前方への突出変形量Ｑ（即ち電子放射物質層１１の前面１１ａの前方への突出変形量Ｑ）で補償する。
【００４０】
電子放射物質層１１は、少なくとも酸化バリウムを含むアルカリ土類金属酸化物を主成分とし、望ましくは例えば０．０１〜２５重量％の酸化スカンジウム等の希土類金属酸化物を含有している。
【００４１】
尚、この電子管用カソード１は、従来同様、図８に示す如く、ブラウン管１００内に於いてＧ１電極ｇから一定距離Ｄ後方に位置されて収容配設される。尚、距離Ｄは、Ｇ１電極ｇの後面ｇａと電子放射物質層１１の前面１１ａとの間の距離である。
【００４２】
次に、図１を参照して、この電子管用カソード１の要部９，１１の製造方法を説明する。
【００４３】
先ず、例えばニッケルを主成分とし、例えばマグネシウムを還元剤して含有するカソード基体７が備えられた半製品の電子管用カソード１を準備する。そして、そのカソード基体７の前面７ａに例えばサンドブラスト法により凹凸を形成する。サンドブラスト法とは、空気又は水等に研磨剤を混ぜて部材に吹き付けることで当該部材の表面に微少の凹凸を形成する手法である。その際の研磨剤としては、各種の材料が使用可能であるが、カソード基体７の主成分が軟質材料のニッケルであることを考慮し、比較的硬度の低い例えば炭酸カルシウムを用いる。
【００４４】
ここでは、例えば空気圧０．０５〜０．１Ｍｐａの空気に研磨剤として例えば粒度６００番の炭酸カルシウムを混ぜてカソード基体７の前面７ａのみに５〜１０分吹き付けて、カソード基体７の前面７ａに例えば凹凸±１０〜２０μｍ（ＪＩＳＢ０６０１で規定される最大高さ（Ｒｙ）が２０μｍ）の凹凸を形成する。
【００４５】
次に、カソード基体７の前面７ａに形成された凹凸上に例えばタングステンから成る金属層９を形成する。即ち、[1]先ず、カソード基体７の前面７ａに形成された凹凸上にタングステンを例えばスパッタリング法により例えば１μｍの厚さの膜状に蒸着させる。[2]その際、カソード基体７の前面７ａをマスクで部分的に被覆することで、タングステンを適宜大きさの蒸着面積を有する様にして複数個に分割して分散させて蒸着させる。[3]その後、例えば水素雰囲気中で８００〜１０００℃の加熱処理を施すことでタングステンをカソード基体７に融着させる。これにより例えばタングステンから成る金属層９が形成される。
【００４６】
その際、上記[2]では、タングステンの蒸着面積（即ち金属層９の形成面積）の大きさ，分割の仕方及び分散のさせ方を調整することで、図２及び図３に示す如く、ブラウン管の動作中に於ける傍熱用ヒータ５の加熱により誘起される金属層９とカソード基体７との合金化に伴う膨張によるカソード基体７の前方への突出変形量Ｑ（即ち電子放射物質層１１の前面１１ａの前方への突出変形量Ｑ）と、電子放射物質層１１の前面１１ａの消耗による後退量、即ち電子放射物質層１１の厚さＰの減少量とがほぼ同じになる様にする。
【００４７】
この調整は、金属層９に用いられる金属の種類（性質）及び金属層９の厚さ及びカソード基体７の前面７ａに形成される凹凸の大きさによりカソード基体７の前方への突出変形量が変化する為、面積比等では規定できず、実験により試行錯誤して決められる。
【００４８】
また、上記[3]の加熱処理では、その加熱処理により金属層９とカソード基体７とが完全に合金化されることのない様にする。本発明では、ブラウン管の動作中に於ける傍熱用ヒータ５による加熱により金属層９とカソード基体７とを合金化させる必要があるからである。
【００４９】
次に、カソード基体７の前面７ａに金属層９を介して電子放射物質層１１を形成する。即ち、先ず、例えばバリウム、ストロンチウム、カルシウムのアルカリ土類金属の三元炭酸塩と例えば３重量％の酸化スカンジウムとバインダー及び溶剤とを混合して懸濁液を作成する。そして、作成した懸濁液を例えばスプレー法によりカソード基体７の前面７ａに金属層９を介して約８０μｍの厚さで塗布する。
【００５０】
そして、この製造段階の半製品の電子管用カソード１をブラウン管の電子銃に組み込み、ブラウン管製造工程の真空排気工程中に、その半製品の電子管用カソード１に備えられた傍熱用ヒータ５によりカソード基体７の前面７ａに塗布した懸濁液を加熱する。これにより、塗布された懸濁液中のアルカリ土類金属の炭酸塩がアルカリ土類金属酸化物に変化し、更にその一部が還元されて熱電子放出源となる遊離アルカリ土類金属に変化することで、懸濁液中のアルカリ土類金属の炭酸塩が熱電子放出の容易な酸素欠乏型の半導体に変化する。これにより電子放射物質層１１が形成される。尚、その際の上記還元の反応に伴って生成される所謂中間層と呼ばれる副生成物は、懸濁液に含有された希土類金属酸化物から還元されて生成される希土類金属により分解される。これにより遊離アルカリ土類金属が上記副生成物により妨げられること無く順調に生成される。以上の様にして電子管用カソード１の要部７，１１が製造される。
【００５１】
以上のように構成された電子管用カソード１によれば、（Ａ）電子放射物質層１１に希土類金属酸化物が含有され、（Ｂ）カソード基体７と電子放射物質層１１との間に還元性元素から成る金属層９が介装され、（Ｃ）カソード基体７の前面７ａに凹凸が形成され、その凹凸上に金属層９を介して電子放射物質層１１が形成される為、平均で４Ａ／ｃｍ2という大きな取り出し電流を得ることができる。
【００５２】
この場合、上記（Ａ）の技術により、含有された希土類金属酸化物が還元されて生成される希土類金属により電子放射物質層１１の形成過程で生成される所謂中間層と呼ばれる副生成物が分解される為、熱電子放出源となる遊離アルカリ土類金属を順調に生成でき、これにより取り出し電流の減衰を低減できる。
【００５３】
また、上記（Ｂ）の技術により、上記（Ａ）の技術に基づく希土類金属酸化物から希土類金属への還元反応が促進される為、取り出し電流の減衰を更に低減でき、しかも、電子放射物質層１１の生成過程で起こる還元反応が促進される為、熱電子放出源となる遊離アルカリ土類金属の生成を促進でき、これにより取り出し電流を増大できる。
【００５４】
更に、上記（Ｃ）の技術により、カソード基体７、金属層９及び電子放射物質層１１の間の密着性の向上及び接触面積の増大を図れ、これにより、[1]電子放射物質層１１の形成過程で起こる還元反応が更に促進される為、熱電子放出源となる遊離アルカリ土類金属の生成量を更に増大でき、これにより取り出し電流を更に増大でき、[2]上記（Ａ）の技術による希土類金属酸化物から希土類金属への還元反応が更に促進される為、取り出し電流の減衰を更に低減できる。
【００５５】
尚、上記（Ａ）〜（Ｃ）の技術が施されていない点が相異する以外は同様に構成された電子管用カソードでは、取り出し電流は０．５Ａ／ｃｍ2程度である。この電子管用カソードに更に上記（Ａ）の技術を施したものでは取り出し電流は２．０Ａ／ｃｍ2程度となり、更に上記（Ｂ）の技術を施したものでは取り出し電流は３．０Ａ／ｃｍ2程度となり、更に上記（Ｃ）の技術を施したもの（本実施の形態に係る電子管用カソード１）では４．０Ａ／ｃｍ2程度となる。この結果により、上記（Ｃ）の技術により、上記の通り、取り出し電流を更に増大できる事が判る。
【００５６】
尚、図４は、本実施の形態に係る電子管用カソード１の最大取り出し電流の時間的変動の試験結果と比較例に係る電子管用カソードの最大取り出し電流の時間的変動の試験結果との比較を示した図である。図中の縦軸は、最大取り出し電流の初期値を１００とした相対値（カソード最大取り出し電流初期比）を示す。この比較例に係る電子管用カソードは、本実施の形態に係る電子管用カソード１と比べて上記（Ｃ）の技術が施されていない点が相異する以外は同じ構成である。図４の結果から、本実施の形態に係る電子管用カソード１は、比較例に係る電子管用カソードと比べて、更に取り出し電流の減衰が低減している事が判る。この結果より、上記（Ｃ）の技術により、上記の通り、取り出し電流の減衰を更に低減できる事が判る。
【００５７】
更に、以上のように構成された電子管用カソード１によれば、（Ｄ）金属層９がブラウン管の動作中に於ける傍熱用ヒータ５による加熱によりカソード基体７と合金化してカソード基体７の表面方向に適宜に膨張し、この膨張によりカソード基体７が前方に突出変形されることで、電子放射物質層１１の前面１１ａが消耗して後退する分、電子放射物質層１１の前面１１ａが前方に突出変形される様に金属層９が形成されている為、電子放射物質層１１の前面１１ａが消耗しても、電子放射物質層１１の前面１１ａの位置をほぼ一定に維持できて、即ち電子放射物質層１１の前面１１ａとＧ１電極ｇとの距離Ｄの変動を低減できて、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動を低減できる。この効果は後述する図５〜図７の試験結果から結論される。
【００５８】
この場合、金属層９とカソード基体７との合金化に伴う膨張を利用してカソード基体７を前方に突出変形させる為、簡単な手法でカソード基体７を前方に突出変形できる。
【００５９】
また、金属層９が適宜大きさの形成面積で複数個に分割され分散されて形成される為、金属層９とカソード基体７との合金化に伴う膨張によるカソード基体７の突出変形の最適化が行い易くなる。
【００６０】
更に、カソード基体７の前面７ａに形成された凹凸によりカソード基体７と金属層９との接触面積が増大される為、小さな形成面積（平面視面積）で十分な量のカソード基体７の突出変形を引き起こせる。
図５は、本発明の実施の形態に係る電子管用カソード１を用いた場合のカットオフ電圧の時間的変動の試験結果と比較例に係る電子管用カソードを用いた場合のカットオフ電圧の時間的変動の試験結果との比較を示した図である。図中の縦軸は、カットオフ電圧の初期値を１００とした相対値（カットオフ初期比）を示す。取り出し電流は両者とも４Ａ／ｃｍ2である。この比較例に係る電子管用カソードは、本実施の形態に係る電子管用カソード１と比べて上記（Ｄ）の技術が施されていない点が相異する以外は同じ構成である。図５の結果から、本実施の形態に係る電子管用カソード１は、比較例に係る電子管用カソードと比べて、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動が低減している事が判る。
【００６１】
また、図６は、図５の試験後（即ちブラウン管を１００００時間動作させた後）の本実施の形態に係る電子管用カソード１のカソード基体７の実物断面図である。図７は、図５の試験後（即ちブラウン管を１００００時間動作させた後）の比較例に係る電子管用カソードのカソード基体７の実物断面図である。これらの図はともにカソード基体の断面をエポキシ樹脂に埋め込んで研磨して撮影した写真を図にしたものである。図６から、本実施の形態に係る電子管用カソード１のカソード基体７は、電子放射物質層１１の前面１１ａが消耗（蒸発）して後退した分（約２０μｍ）、前方に（図では上方に）突出変形している事が認められた。他方、図７から、比較例に係る電子管用カソードのカソード基体は、前方に殆ど突出変形しいない事（即ち平坦な事）が判る。
【００６２】
従って、図５〜図７の結果から、比較例に係る電子管用カソードでは、ブラウン管の動作中に電子放射物質層の前面が消耗（蒸発）して後退しても、電子放射物質層の前面が殆ど前方に突出変形しない為に電子放射物質層の前面とＧ１電極ｇとの距離Ｄが増大し、これによりカットオフ電圧が増大するのに対して、本実施の形態に係る電子管用カソード１では、上記（Ｄ）の技術により、ブラウン管の動作中に電子放射物質層１１の前面１１ａが消耗（蒸発）して後退する分、電子放射物質層１１の前面１１ａが前方に突出変形する為に電子放射物質層１１の前面１１ａとＧ１電極ｇとの間の距離Ｄがほぼ一定に維持され、これによりカットオフ電圧の変動が低減されていると結論できる。この結論より、上記（Ｄ）の技術により、上記の通り、電子放射物質層１１の前面１１ａの位置をほぼ一定に維持されて、ブラウン管の動作中のカットオフ電圧の変動を低減できる事が判る。
【００６３】
尚、本実施の形態では、カソード基体７の前面７ａに凹凸を形成する手法としてサンドブラスト法を採用したが、サンドブラスト法に限定するものではない。他の手法としては、例えば機械的な手法によりカソード基体７の前面７ａに凹凸を形成することも可能であり、また、カソード基体７を打ち抜く際に使用されるプレス型に所要の凹凸面を形成しておくことで、カソード基体７の前面７ａに凹凸を形成することも可能である。
【００６４】
尚、本実施の形態では、サンドブラスト法で用いる研磨剤として炭酸カルシウムを用いたが、カソード基体７と電子放射物質層１１との接触面積の増大を図ると共に金属層９の形成面積の最適化を図るという目的に適したものであれば何でもよく、例えばガラスビーズなど各種の材料を用いてもよい。
【００６５】
尚、カットオフ電圧の変動低減方法、取り出し電流の減衰低減方法、及び、電子管用カソードの製造方法もこの実施の形態の範疇に含まれることは言うまでもないことである。
【００６６】
尚、特開平９−１９０７６１号公報には、金属層を複数個に分割して分散させてカソード基体の前面に形成することでカットオフ電圧の変動を低減させる技術、即ちカソード基体の前面とＧ１電極との間の距離Ｄを一定に保つ技術が開示されており、この点でその公報と本願発明とは共通している。しかし、本願発明では、金属層９とカソード基体７との合金化に伴う膨張によりカソード基体７が前方に突出変形されて、電子放射物質層１１の前面１１ａが消耗して後退する分、電子放射物質層１１の前面１１ａが前方に突出変形される様に金属層９が形成されるのに対し、その公報では、本願発明とは逆に、金属層とカソード基体との合金化に伴う膨張によるカソード基体の突出変形が抑制される様に金属層が形成される点で相違する。
【００６７】
この相違は、本願発明は、カソード基体７の前面７ａの消耗（蒸発）が顕著になり、その消耗によりカソード基体７の前面７ａが後退する程度の大きさの取り出し電流（例えば４Ａ／ｃｍ2）を扱う場合に生ずるカットオフ電圧の変動を低減する技術であり、上記公報は、カソード基体と電子放射物質層との間に還元性の金属層が形成され、且つ、電子放射物質層の前面の消耗（蒸発）が起こらず従って電子放射物質層の前面の後退が起こらない程度の大きさの取り出し電流（例えば２Ａ／ｃｍ2）を扱う場合に生ずるカットオフ電圧の変動を低減する技術であり、両者のカットオフ電圧の変動の発生の機序が異なることに起因する（即ち、両者は異なる技術的思想に基づくものである）。
【００６８】
従って、上記公報の技術を本願発明に適用しても、上記公報の技術では本願発明の様に取り出し電流の大きい場合に生ずるカットオフ電圧の変動は低減できない。因みに、上記公報の技術を本願発明に適用した場合は、電子放射物質層１１の前面１１ａが消耗して後退する分、電子放射物質層１１の前面１１ａが前方に突出変形しない為、図５の比較例の様にカットオフ電圧の変動が増大する。以上の事から上記公報と本願発明とは技術的に異なるものであり、上記公報から本願発明の効果は得られない事が判る。
【００６９】
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態に係る電子管用カソードの突出変形前の要部の構成とＧ１電極とを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電子管用カソードの突出変形後の要部の構成とＧ１電極とを示す図である。
【図３】電子放射物質層の厚さＰの減少量とカソード基体の前方への突出変形量Ｑとの関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る電子管用カソードの取り出し電流の時間的変動の試験結果と比較例に係る電子管用カソードの取り出し電流の時間的変動の試験結果との比較を示した図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る電子管用カソードを用いた場合のカットオフ電圧の時間的変動の試験結果と比較例に係る電子管用カソードを用いた場合のカットオフ電圧の時間的変動の試験結果との比較を示した図である。
【図６】図５の試験後の実施の形態に係る電子管用カソードのカソード基体の実物断面図である。
【図７】図５の試験後の比較例に係る電子管用カソードのカソード基体の実物断面図である。
【図８】一般的なブラウン管の構成概略図である。
【図９】従来の電子管用カソードの構成概略の一例を示す図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】手続補正書
【補正対象項目名】手続補正２
【補正方法】追加
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード基体（７）の表面（７ａ）に加熱されることで前記カソード基体（７）を前方に突出変形させる金属層（９）が形成されると共に、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）に直接に又は前記金属層（９）を介して電子放射物質層（１１）が形成され、前記電子放射物質層（１１）を加熱することで前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）から熱電子を放出させる加熱手段（５）が備えられた電子管用カソードのカットオフ電圧の変動低減方法であって、
前記加熱手段（５）による加熱により誘起される前記金属層（９）による前記カソード基体（７）の前方への突出変形により、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）が消耗して後退する分、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）を前方に突出変形させ、
前記金属層（９）は、前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成された凹凸上に形成されることを特徴とするカットオフ電圧の変動低減方法。
【請求項２】
カソード基体（７）の表面（７ａ）に加熱されることで前記カソード基体（７）を前方に突出変形させる金属層（９）が形成されると共に、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）に直接に又は前記金属層（９）を介して電子放射物質層（１１）が形成され、前記電子放射物質層（１１）を加熱することで前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）から熱電子を放出させる加熱手段（５）が備えられた電子管用カソードのカットオフ電圧の変動低減方法であって、
前記加熱手段（５）による加熱により誘起される前記金属層（９）による前記カソード基体（７）の前方への突出変形により、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）が消耗して後退する分、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）を前方に突出変形させ、
前記金属層（９）は、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）に形成された凹凸上に形成され、前記加熱手段（５）による加熱により前記カソード基体（７）に含まれる金属と合金化して膨張することで、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）を突出変形させることを特徴とするカットオフ電圧の変動低減方法。
【請求項３】
請求の範囲１に記載のカットオフ電圧の変動低減方法であって、
前記金属層（９）は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成されていることを特徴とするカットオフ電圧の変動低減方法。
【請求項４】
請求の範囲２に記載のカットオフ電圧の変動低減方法であって、
前記金属層（９）は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成されていることを特徴とするカットオフ電圧の変動低減方法。
【請求項５】
カソード基体（７）と、該カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成され、加熱されることで前記カソード基体（７）を前方に突出変形させる金属層（９）と、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）に直接に又は前記金属層（９）を介して形成された電子放射物質層（１１）と、前記電子放射物質層（１１）を加熱して前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）から熱電子を放出させる加熱手段（５）と、を備え、
前記加熱手段（５）による加熱により誘起される前記金属層（９）による前記カソード基体（７）の前方への突出変形により、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）が消耗して後退する分、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）を前方に突出変形させ、
前記金属層（９）は、前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成された凹凸上に形成されることを特徴とする電子管用カソード。
【請求項６】
カソード基体（７）と、該カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成され、加熱されることで前記カソード基体（７）を前方に突出変形させる金属層（９）と、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）に直接に又は前記金属層（９）を介して形成された電子放射物質層（１１）と、前記電子放射物質層（１１）を加熱して前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）から熱電子を放出させる加熱手段（５）と、を備え、
前記加熱手段（５）による加熱により誘起される前記金属層（９）による前記カソード基体（７）の前方への突出変形により、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）が消耗して後退する分、前記電子放射物質層（１１）の前面（１１ａ）を前方に突出変形させ、
前記金属層（９）は、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）に形成された凹凸上に形成され、前記加熱手段（５）による加熱により前記カソード基体（７）に含まれる金属と合金化して膨張することで、前記カソード基体（７）の前面（７ａ）を突出変形させることを特徴とする電子管用カソード。
【請求項７】
請求の範囲５に記載の電子管用カソードであって、
前記金属層（９）は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成されることを特徴とする電子管用カソード。
【請求項８】
請求の範囲６に記載の電子管用カソードであって、
前記金属層（９）は、複数個に分割されて分散されて前記カソード基体（７）の表面（７ａ）に形成されることを特徴とする電子管用カソード。
【国際調査報告】
2004001784.tif 000012
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