(57)【要約】ヒータ（１）を収納する陰極スリーブ（２）と、陰極スリーブ（２）の上に設けられたキャップ状の基体（３）と、基体（３）表面に形成された電子放射物質層（４）とを有する傍熱型陰極において、陰極スリーブ（２）を、ニッケル及びクロムを主成分とすると共に、少なくともシリコン、アルミニウム、セレン及びランタンを含有した金属材料で形成する。これにより陰極スリーブ（２）の熱変形を防止でき、カットオフ電圧の変動を抑えた信頼性の高い傍熱型陰極が得られる。
2004081962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の陰極スリーブと、陰極スリーブ内に挿入されたヒータと、陰極スリーブの一方の開口部に取着された基体と、基体の、前記ヒータと反対側の表面に形成された電子放射物層とからなる傍熱型陰極において、
前記陰極スリーブは、ニッケル及びクロムを主成分とすると共に、少なくともシリコン、アルミニウム、セレン及びランタンを含有する金属材料によって形成されていることを特徴とする傍熱型陰極。
【請求項２】
前記シリコン、アルミニウム、セレン及びランタンの含有量をそれぞれＸＳｉ（ｗｔ％）、ＸＡｌ（ｗｔ％）、ＸＣｅ（ｗｔ％）及びＸＬａ（ｗｔ％）としたときに、ＸＳｉ、ＸＡｌ、ＸＣｅ及びＸＬａが、以下の数値範囲内にあることを特徴とする請求の範囲第１項記載の傍熱型陰極。
０．１１０≦ＸＳｉ≦０．２３０
０．００４≦ＸＡｌ≦０．０１２
０．００５≦ＸＣｅ≦０．０１２
０＜ＸＬａ≦０．０２０
【請求項３】
前記陰極スリーブの表面には、酸化クロムからなる被膜が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の傍熱型陰極。
【請求項４】
陰極として、請求の範囲第１項から第３項のいずれかに記載の傍熱型陰極を備えたことを特徴とする陰極線管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、陰極スリーブを有する傍熱型陰極及びこれを備えた陰極線管に関するものである。
【背景技術】  陰極線管のネック部に収納される電子銃の陰極（カソード）として、従来から図７に示すような傍熱型陰極１００が使用されている。
同図に示すようにこの傍熱型陰極１００は、螺旋状のヒータ１０１を収納する円筒状の陰極スリーブ１０２と、陰極スリーブ１０２の上に設けられたキャップ状の基体１０３と、基体１０３上面に電子放射物質であるアルカリ土類金属等をスプレー等により付着させて形成した電子放射物質層１０４とからなる。
この陰極スリーブ１０２は、円筒状の陰極保持体１０５内に配置され、陰極支持材１０６を介して当該陰極保持体１０５に保持されている。
陰極スリーブ１０２は、ヒータ１０１で発生した熱を電子放射物質層１０４に伝える働きがあり、その材質は、ニッケル（Ｎｉ）及びクロム（Ｃｒ）を主成分としている。
しかしながら、この従来の傍熱型陰極１００を備えた陰極線管を長時間使用した場合に、ヒータ１０１の熱により陰極スリーブ１０２が大きく変形するという問題がある。特に、図７の矢印Ａ方向の伸縮変形により陰極スリーブ１０２の全長が変化すると、電子銃における制御電極などの電極と基体１０３との距離が変化してしまい、カットオフ電圧が変動する。
陰極線管におけるカットオフ電圧は、電子ビームの放出量を定める重要なパラメータであり、このカットオフ電圧が変動すると適正な画像表示ができなくなる。特に、カラー陰極線管の場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂの３個の陰極を用いているため、それぞれの陰極においてカットオフ電圧の変動が生じると表示画像の色バランスが大きく崩れ、適正な画像表示が困難となる。
そこで、陰極スリーブを構成する金属材料を２層以上の結晶構造とすることで熱変形の影響を受けにくくし、カットオフ電圧の変動を抑制する傍熱型陰極が提案されている（例えば、特開平９−１０２２６６号公報参照）。
しかしながら、上記公報に開示されている傍熱型陰極は、焼鈍と圧延を繰り返して結晶構造を形成する必要があるため、製造工程が複雑であり、また、異なる炉で製造した陰極同士にバラツキが生じるおそれがある上に、耐熱変形も十分とはいえないという問題を有している。
本発明は以上のような問題を解決するためになされたものであり、製造が容易であり、長時間の陰極線管の動作に起因する陰極スリーブの熱変形を防止してカットオフ変動を抑えることが可能で、かつ、製品ごとのバラツキが生じにくく信頼性の高い傍熱型陰極及び当該傍熱型陰極を有する陰極線管を提供することを目的とする。
【発明の開示】
本発明に係る傍熱型陰極は、筒状の陰極スリーブと、陰極スリーブ内に挿入されたヒータと、陰極スリーブの一方の開口部に取着された基体と、基体の、前記ヒータと反対側の表面に形成された電子放射物層とからなる傍熱型陰極において、前記陰極スリーブが、ニッケル及びクロムを主成分とすると共に、少なくともシリコン、アルミニウム、セレン及びランタンを含有する金属材料によって形成されていることを特徴とする。
これにより陰極スリーブの熱変形を可及的に防止でき、カットオフ電圧の変動が抑制され、これを用いた陰極線管において適正な画像表示が可能となる。また、陰極スリーブの金属材料の添加剤を工夫するだけでよく、焼鈍と圧延を繰り返して結晶構造を形成する複雑な工程が不要となるため、製造が簡易で、かつ製品ごとのバラツキも生じにくい。
ここで、前記シリコン、アルミニウム、セレン及びランタンの含有量をそれぞれＸＳｉ（ｗｔ％）、ＸＡｌ（ｗｔ％）、ＸＣｅ（ｗｔ％）及びＸＬａ（ｗｔ％）としたときに、ＸＳｉ、ＸＡｌ、ＸＣｅ及びＸＬａが、以下の数値範囲内にあることが望ましい。
０．１１０≦ＸＳｉ≦０．２３０
０．００４≦ＸＡｌ≦０．０１２
０．００５≦ＸＣｅ≦０．０１２
０＜ＸＬａ≦０．０２０
これにより、より確実に陰極スリーブの熱変形量を効果的に抑制することができる。
また、このような構成の傍熱型陰極を使用した陰極線管は、長時間使用してもカットオフ電圧の変動が少なく、良好な画像表示を維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の実施の形態に係る傍熱型陰極の斜視図である。
図２は、図１の傍熱型陰極の構造を示す要部断面図である。
図３は、本発明の実施の形態に係る陰極線管の構成を示す概略断面図である。
図４は、図１の傍熱型陰極が組み込まれた電子銃の構成を示す図である。
図５は、本発明の実施の形態に係る傍熱型陰極を備えた陰極線管及び比較例に係る陰極線管のカットオフ電圧の変動を示す図である。
図６（ａ）は、本実施の形態に係る傍熱型陰極の陰極スリーブに含有するＳｉ含有量と陰極スリーブの伸縮率との関係を示す図であり、（ｂ）は、本実施の形態に係る傍熱型陰極の陰極スリーブに含有するＡｌ含有量と陰極スリーブの伸縮率との関係を示す図であり、（ｃ）は、本実施の形態に係る傍熱型陰極の陰極スリーブに含有するＣｅ含有量と陰極スリーブの伸縮率との関係を示す図である。
図７は、従来の傍熱型陰極の要部断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の実施の形態に係る傍熱型陰極及び陰極線管について、図１〜図４を参照しながら説明する。
図３は、本発明の実施の形態に係る陰極線管２０の構成を示すための概略断面図である。
同図に示すように、陰極線管２０は、内面に蛍光体スクリーン２１が形成されたガラス製のパネル２２と、パネル２２の後方に接続されたガラス製のファンネル２３とで外囲器を構成し、ファンネル２３のネック部２３ａには、電子ビーム２４を射出するための電子銃２５が収納されている。
また、ファンネル２３の外周面上には、電子銃２５から射出された電子ビーム２４を偏向するための偏向ヨーク２６が装着されている。パネル２２には、その内面に３色の蛍光体ドットが塗布されており、これにより蛍光体スクリーン２１が形成され、この蛍光体スクリーン２１と略平行に平板状の色選別電極２７が配設されている。
色選別電極２７は、平板にエッチング処理を施すことにより形成され規則正しく配列された多数の開孔を有しており、電子銃２５から射出される３本の電子ビーム２４に対して色選別の役割を果たすものであり、フレーム２８により保持されて色選別電極構体２９を構成している。
色選別電極構体２９は、フレーム２８に取り付けられた弾性支持体３０と、パネル２２に植設されたパネルピン３１との嵌合によって外囲器に係止されている。
図４は、上記電子銃２５の構成の一例を示す図である。
同図に示すように、電子銃２５は、その長手方向が陰極線管の管軸（Ｚ軸）方向となる姿勢で設置されており、紙面に向かって右側から、蛍光体スクリーン２１（図３参照）の存する左側に向けて順に、有底筒状をした制御電極４１、加速電極４２、集束電極５１〜５７、および最終加速電極４３を有している。
制御電極４１内には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応して３個の傍熱型陰極１０が管軸と直交する水平軸上に整列して設けられており、制御電極４１の底部には、各傍熱型陰極１０に対応して３つのビーム通過孔が設けられている。また、各色ごとに設けられている傍熱型陰極１０はいずれも同様の構成のものである。
そして、各傍熱型陰極１０から放出された電子は、制御電極４１と加速電極４２とで形成されるカソードレンズで集束されてクロスオーバを形成し、さらに進んで、加速電極４２、集束電極５１〜５７および最終加速電極４３で形成されるプリフォーカスレンズおよび主集束レンズでフォーカスされて、蛍光体スクリーン２１上に集束する。
図１は、本発明の実施の形態に係る傍熱型陰極１０の斜視図であり、図２は、当該傍熱型陰極１０の縦断面図である。
両図に示すように、本発明の実施の形態に係る傍熱型陰極１０は、表面に絶縁被膜が形成されたヒータ１と、このヒータ１を内部に収納する円筒状の陰極スリーブ２と、陰極スリーブ２の上に設けられたキャップ状の基体３と、基体３上に電子放射物質であるアルカリ土類金属等をスプレー等により付着させて形成した電子放射物質層４とを有するものである。
この陰極スリーブ２は、円筒状の陰極保持体５に囲まれた状態で、３本の陰極支持材６を介して陰極保持体５に保持される。また、陰極保持体５とヒータ１は、不図示のフレームを介して、ヒータ１と陰極スリーブ２が図２に示すような位置関係になるように位置決めされている。
陰極支持部材６は、その接続部６１、６２において、陰極保持体５の上縁、および陰極スリーブ２の側面にそれぞれ抵抗溶接などで接合されている。
陰極スリーブ２は、ニッケル（Ｎｉ）及びクロム（Ｃｒ）を主成分とする金属材を加工することにより作製される。この金属材には、少なくともシリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、セレン（Ｃｅ）及びランタン（Ｌａ）の添加剤が含有されている。また、ヒータ１の熱の吸収効率を向上させるために、陰極スリーブ２の表面には酸化クロムの黒化被膜が形成されている。
傍熱型陰極１０は、上述した図４に示す電子銃２５に備えられており、ヒータ１に所定の電位の電圧を印加することによってヒータ１から発生した熱は、陰極スリーブ２を介して電子放射物質層４に伝えられ、これにより、電子ビームが射出される。
このように陰極スリーブ２を、Ｎｉ及びＣｒを主成分として、これに、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｃｅ及びＬａの添加剤がそれぞれ所定量含有させた金属材料で形成することにより、陰極スリーブの熱変形量を大幅に低減することができる。
この作用効果につき、以下、実施例に基づき具体的に説明する。
【実施例１】  上記実施の形態に係る傍熱型陰極１０を、インラインに３つ配列した電子銃を備えた３２インチの陰極線管について加速ライフ試験を行った。
ここで、陰極スリーブ２として、直径が１．５７ｍｍ、高さが２．５ｍｍ、厚みが０．０５ｍｍの円筒状のものを用い、その材質は、ＮｉＣｒ系合金に、Ｓｉ（０．１８ｗｔ％）、Ａｌ（０．００８ｗｔ％）、Ｃｅ（０．００９ｗｔ％）、Ｌａ（０．０２ｗｔ％）を含有させたものを用いた。また、陰極スリーブ２の表面に酸化クロムの黒化被膜を形成した。
また、比較例として、本発明のものに対して従来のＣｅ及びＬａを含有しない傍熱型陰極を用い、これについても同様の実験を行った。
図５は、陰極線管を一定時間動作させた場合において、経過時間に対するカットオフ電圧の変動量（ΔＶ）を示したものであり、横軸が陰極線管の動作時間を示し、縦軸は、カットオフ電圧の変動量を％で示している。
上記試験は、本発明に係る傍熱型陰極を用いた陰極線管（本発明品）及び比較例に係る傍熱型陰極を用いた陰極線管（比較品）、それぞれ５個ずつについて行っており、図５における折れ線グラフは、本発明品と比較品のそれぞれについての各経過時間におけるカットオフ電圧の平均値を直線で結んだものである。
図５に示すように、例えば、３０００時間経過後における比較品においては、カットオフ電圧が約−１０％変化しているのに対し、本発明品は、約−７％程度しか変化しておらず、比較品に対して、カットオフ電圧の変動量を約３％も抑制できていることが分かる。
また、陰極線管同士のカットオフ電圧のバラツキに関しても、本発明品は比較品に対して優れている。例えば、４０００時間経過後におけるカットオフ電圧の変動のバラツキに関しては、比較品の変動量の標準偏差σが１．２５であったのに対し、本発明品の標準偏差σは０．５０であり、本発明品に係る傍熱型陰極の方がカットオフ電圧のバラツキが著しく低減されていることが分かる。
この原因を本願発明者が、究明したところ、従来のように、陰極スリーブの材料にＣｅ、Ｌａを一切添加しない場合には、黒化被膜が過剰に形成され、これによりライフ中の熱による陰極スリーブの変形が大きくなるということが判明した。
したがって、本実施の形態のように、陰極スリーブの材料として、Ｎｉ−Ｃｒの合金にＳｉ、Ａｌを加えた従来のものに対し、さらにＣｅ、Ｌａを添加することにより、黒化被膜の過剰形成が抑制され、熱変形およびそのバラツキの少ない傍熱型陰極を得ることができるものと考えられる。
なお、従来の陰極スリーブを２層以上の結晶構造で形成した場合における傍熱型陰極についても同様な実験を試みたところ、そのカットオフ電圧の変動量は、ほぼ−１０．８％程度あり、また、その変動量の標準偏差σは、約１．８８であって、これに比較しても本発明品の方が、カットオフ電圧の変動量やバラツキが大幅に低減できているのが分かる。
【実施例２】  次に、本発明の実施の形態に係る傍熱型陰極の陰極スリーブに含有する添加剤（不純物）の含有量の最適範囲を得るため、当該各添加剤の含有量と、熱処理後における陰極スリーブの伸縮率との関係について実験したところ、図６のような結果が得られた。
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれＮｉ−Ｃｒ合金におけるＳｉ、Ａｌ、Ｃｅの含有量に対する陰極スリーブの伸縮率を示したものであり、横軸が対応する金属の含有量（ｗｔ％）、縦軸は、陰極スリーブのＡ方向（図７参照）における伸縮率を％で示す。
本実施例においても、上記実施例１と同寸法で、かつ、表面に酸化クロムの黒化被膜を形成した陰極スリーブを有する傍熱型陰極を、インラインに３つ配列した電子銃を備えた３２インチの陰極線管について加速ライフ試験を行った。そして、通常使用動作時間の３０００時間に相当する時間が経過したときの伸縮率を測定結果とした。このときの陰極スリーブの温度は約８００℃であった。
なお、各実験例において、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｅの含有量は、それぞれ０．１〜０．３ｗｔ％、０〜０．０１６ｗｔ％、０〜０．０１６ｗｔ％の範囲で変化させた。また、各実験例において、含有量を変化させる添加物以外の添加物の合有量は、Ｓｉ（０．１８ｗｔ％）、Ａｌ（０．００８ｗｔ％）、Ｃｅ（０．００９ｗｔ％）、Ｌａ（０．０２ｗｔ％）に固定して実験した。
ここで、一般的な陰極線管において、画像表示の色バランスが崩れないカットオフ電圧の変動範囲は、通常±８％であり、この変動範囲に対応する陰極スリーブの伸縮率の許容範囲は±０．２％である。
上記陰極スリーブの伸縮率の許容範囲を考慮すれば、図６（ａ）〜（ｃ）においてＳｉ、Ａｌ、Ｃｅの含有量をそれぞれＸＳｉ（ｗｔ％）、ＸＡｌ（ｗｔ％）、ＸＣｅ（ｗｔ％）及びＸＬａ（ｗｔ％）とすると、０．１１０≦ＸＳｉ≦０．２３０、０．００４≦ＸＡｌ≦０．０１２、０．００５≦ＸＣｅ≦０．０１２であることが好ましいことが分かる。
一方、Ｌａの含有量ＸＬａ（ｗｔ％）が０．０２０を超えると陰極スリーブの伸縮率が±０．２％の範囲を超えることが本願発明者による実験で確認されており、これにより０＜ＸＬａ≦０．０２０であることが好ましいといえる。なお、この実験における他の添加物の含有量は、Ｓｉ（０．１８ｗｔ％）、Ａｌ（０．００８ｗｔ％）、Ｃｅ（０．００９ｗｔ％）とした。
以上により、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｌａの含有量をそれぞれ上記の数値範囲内にすることで、より耐熱変形に優れた陰極スリーブを得ることができ、カットオフ電圧の変動が小さい傍熱型陰極を提供することができるといえる。
そして、このような陰極を備えた陰極線管は、長時間動作させてもカットオフ電圧の変動が少なく、安定した画像表示が可能である。また、製品ごとのカットオフ電圧の変化のバラツキが少ないため、特にカラーの陰極線管に使用したときにＲＧＢのカラーバランスを良好に維持できる。
【産業上の利用可能性】  本発明に係る傍熱型陰極を備えた陰極線管は長時間動作させてもカットオフ電圧の変動が抑制され、製品ごとのバラツキも少ないため、安定した画像表示を得るため好適である。
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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