(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放射する陰極を備える電子銃を含む電子管装置において、前記陰極は、ニッケルを主成分とし、還元性元素としてのマグネシウムを含有する陰極基体と、前記陰極基体上に形成され、酸化バリウムを主成分とし、ドープ剤として所定の金属及び／又は金属酸化物を含有する電子放射物質層と、前記陰極基体及び電子放射物質層を加熱するヒータとを含み、前記ドープ剤は、前記所定の金属及び／又は金属酸化物として、ユウロピウム、タンタル、ジルコニウム、酸化ユウロピウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウムから選択される少なくとも一種を含有し、前記陰極基体に含まれるマグネシウムのモル数、前記電子放射物質層に含まれるバリウムのモル数、及び前記ドープ剤としての所定の金属及び／又は金属酸化物のモル数との間の比をＹ：１０００：Ｘとして表し、Ｙの値をＹ座標、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表した場合に、Ｘ及びＹの値が（０．７，６）、（０．８，１５）、（３，１３０）、（３，３０）、（２．５，１０）、（２，０．１）、（１，０．１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあることを特徴とする電子管装置。
【請求項２】
電子を放射する陰極を備える電子銃を含む電子管装置において、前記陰極は、ニッケルを主成分とし、還元性元素としてのマグネシウムを含有する陰極基体と、前記陰極基体上に形成され、酸化バリウムを主成分とし、ドープ剤として所定の金属及び／又は金属酸化物を含有する電子放射物質層と、前記陰極基体及び電子放射物質層を加熱するヒータとを含み、前記ドープ剤は、ユーロピウム及び／又は酸化ユーロピウムであって、前記陰極基体に含まれるマグネシウムのモル数、前記電子放射物質層に含まれるバリウムのモル数、及び前記ドープ剤としてのユーロピウム及び／又は酸化ユーロピウムのモル数との間の比をＹ：１０００：Ｘとして表し、Ｙの値をＹ座標、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表した場合に、Ｘ及びＹの値が（０．５，０．１）、（０．６，２０）、（０．７，５５）、（１，７０）、（１．５，９０）、（２，１１５）、（２．５，１３０）、（３，１４０）、（３，２０）、（２．７５，８）、（２．５，５）、（２，０．１）、（１，０．１）、（０．８，１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあることを特徴とする電子管装置。
【請求項３】
前記陰極基体に含まれるマグネシウムのモル数、前記電子放射物質層に含まれるバリウムのモル数、及び前記ドープ剤としてのユーロピウム及び／又は酸化ユーロピウムのモル数との間の比をＹ：１０００：Ｘとして表し、Ｙの値をＹ座標、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表した場合に、Ｘ及びＹの値が（０．６，２０）、（０．７，５５）、（１，７０）、（２，７５）、（２．５，１００）、（３，８０）、（３，６０）、（１．３，４０）、（１，２２）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内又は（０．６，２０）、（０．８，１）、（０．５，０．１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあることを特徴とする請求項２に記載の電子管装置。
【請求項４】
電子を放射する陰極を備える電子銃を含む電子管装置において、前記陰極は、ニッケルを主成分とし、還元性元素としてのマグネシウムを含有する陰極基体と、前記陰極基体上に形成され、酸化バリウムを主成分とし、ドープ剤として所定の金属及び／又は金属酸化物を含有する電子放射物質層と、前記陰極基体及び電子放射物質層を加熱するヒータとを含み、前記ドープ剤は、ジルコニウム及び／又は酸化ジルコニウムであって、前記陰極基体に含まれるマグネシウムのモル数、前記電子放射物質層に含まれるバリウムのモル数、及び前記ドープ剤としてのジルコニウム及び／又は酸化ジルコニウムのモル数との間の比をＹ：１０００：Ｘとして表し、Ｙの値をＹ座標、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表した場合に、Ｘ及びＹの値が（０．６，１０）、（０．８，２５）、（１．２５，６０）、（１．５，７５）、（２，１１５）、（２．５，１４０）、（３，１６０）、（３，１０）、（２．７５，８）、（２．５，５）、（２．４，０．１）（０．７，０．１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあることを特徴とする電子管装置。
【請求項５】
前記陰極基体に含まれるマグネシウムのモル数、前記電子放射物質層に含まれるバリウムのモル数、及び前記ドープ剤としてのジルコニウム及び／又は酸化ジルコニウムのモル数との間の比をＹ：１０００：Ｘとして表し、Ｙの値をＹ座標、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表した場合に、Ｘ及びＹの値が（１．５，７５）、（２．５，１００）、（３，８０）、（３，１０）、（２．７５，８）、（２．５，５）、（２．４，０．１）（２，０．１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあることを特徴とする請求項４に記載の電子管装置。
【請求項６】
前記電子放射物質層は、その嵩密度が０．６０ｇ／ｃｍ3以上０．７５ｇ／ｃｍ3以下の範囲にあり、かつその厚みが５０μｍ以上７５μｍ以下の範囲にあることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電子管装置。
【請求項７】
ニッケルを主成分とし、還元性元素としてのマグネシウムを含有する陰極基体と、前記陰極基体上に形成され、酸化バリウムを主成分とし、ドープ剤として所定の金属及び／又は金属酸化物を含有する電子放射物質層と、前記陰極基体及び電子放射物質層を加熱するヒータとを含み、前記ドープ剤は、前記所定の金属及び／又は金属酸化物として、ユウロピウム、タンタル、ジルコニウム、酸化ユウロピウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウムから選択される少なくとも一種を含有し、前記陰極基体に含まれるマグネシウムのモル数、前記電子放射物質層に含まれるバリウムのモル数、及び前記ドープ剤としての所定の金属及び／又は金属酸化物のモル数との間の比をＹ：１０００：Ｘとして表し、Ｙの値をＹ座標、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表した場合に、Ｘ及びＹの値が（０．７，６）、（０．８，１５）、（３，１３０）、（３，３０）、（２．５，１０）、（２，０．１）、（１，０．１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあることを特徴とする電子管用陰極。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子管装置及び電子管用陰極に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばテレビ用ブラウン管等の電子管装置に用いられている電子管用陰極は、図１２に示されるように、ヒータコイル９４０を内蔵した筒状のスリーブ９１０と、スリーブ９１０の一端側に設けられた陰極基体９２０を有している。陰極基体９２０はニッケルを主成分とし、マグネシウム等の還元性元素を含有している。そして、陰極基体９２０上には、酸化バリウム等のアルカリ土類金属酸化物を主成分とする電子放射物質層９３０が形成されている。
【０００３】
電子放射物質層９３０は、陰極基体９２０上に、酸化バリウム等の前駆体としての炭酸バリウム等を主成分とする電子放射物質の懸濁液を塗布した後、組み立てられた陰極線管の真空排気工程中にヒータによって加熱してアルカリ土類金属の酸化物を形成し、かつ当該酸化物の一部を還元して半導体的性質を有するように活性化を行うことにより形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電子管装置の長寿命化のためには、電子管用陰極からの電子エミッションが長期にわたって安定してなされることが必要である。しかしながら、陰極基体９２０がマグネシウムを含有し、電子放射物質９３０が酸化バリウム等を主成分とする場合、陰極からの電子放射に伴い、電子放射物質層９３０と陰極基体９２０との界面部分に酸化マグネシウム等からなる複合酸化物層（以下、「中間層」という。）が形成される。この中間層は高抵抗層となって電流の流れを妨げる作用を有するほか、陰極基体９２０に含有されるマグネシウムが電子放射物質層９３０に拡散するのを妨げ、電子放射物質層９３０で十分なバリウムが生成されなくなるため、長期にわたって安定したエミッション特性を得ることができないという問題があった。
【０００５】
上記のような問題を解決するため、電子放射物質層９３０にどのような物質を用いるかについては、従来より種々検討がなされてきている。例えばＵＳＰ５，１４６，１３１号公報には、電子放射物質層に、０．２〜２５重量％の酸化ユーロピウム、酸化イッテルビウム、若しくは酸化ルテチウムを添加する技術が開示されている。
【０００６】
しかしながら、電子管装置の長寿命化のために、さらに長期にわたって安定したエミッション特性が得られる電子管用陰極を開発することは、いわば永遠の課題ともいえるものである。本発明は、従来にもまして長寿命の電子管装置、長期にわたって安定したエミッション特性が得られる電子管用陰極、および電子管装置の製造方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る電子管装置は、電子を放射する陰極を備える電子銃を含む電子管装置において、前記陰極は、ニッケルを主成分とし、還元性元素としてのマグネシウムを含有する陰極基体と、前記陰極基体上に形成され、酸化バリウムを主成分とし、ドープ剤として所定の金属及び／又は金属酸化物を含有する電子放射物質層と、前記陰極基体及び電子放射物質層を加熱するヒータとを含み、前記陰極基体に含まれるマグネシウムのモル数、前記電子放射物質層に含まれるバリウムのモル数、及び前記ドープ剤としての所定の金属及び／又は金属酸化物のモル数との間の比をＹ：１０００：Ｘとして表し、Ｙの値をＹ座標、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表した場合に、Ｘ及びＹの値が（０．７，６）、（０．８，１５）、（３，１３０）、（３，３０）、（２．５，１０）、（２，０．１）、（１，０．１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあることを特徴としている。
【０００８】
本発明に係る電子管装置によれば、従来の電子管装置と比較して、約２０％程度の長寿命化が測れることが本願発明者の検討により明らかとなった。なお、「電子放射物質層に含まれるバリウムのモル数」とは、酸化バリウムのモル数と、酸化バリウムの前駆体として用いられる炭酸バリウム等のバリウム化合物のモル数（もし残留していれば）との合計の意味である。
【０００９】
なお、前記ドープ剤は、前記所定の金属及び／又は金属酸化物として、ユウロピウム、タンタル、ジルコニウム、酸化ユウロピウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウムから選択される少なくとも一種を含有しているとすることができるし、前記電子放射物質層の主成分として酸化カルシウムを含まない場合において、前記ドープ剤として酸化カルシウムが添加されているとすることもできる。いずれの場合も上記に規定した範囲内であれば効果が得られる。もっともドープ剤の種類がこれらに限定される趣旨ではない。
【００１０】
ここで、ドープ剤として酸化カルシウムを用いた場合には、特に、前記陰極基体に含まれるマグネシウムのモル数、前記電子放射物質層に含まれるバリウムのモル数、及び前記ドープ剤としての酸化カルシウムのモル数との間の比をＹ：１０００：Ｘとして表し、Ｙの値をＹ座標、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表した場合に、Ｘ及びＹの値が（１．５，２０）、（１．７，６０）、（２．５，１００）、（３，８０）、（３，３０）、（２．５，１０）、（２，０．１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあるとすることが好ましい。
【００１１】
また、ドープ剤としてユーロピウム及び／又は酸化ユーロピウムを用いた場合には、前記陰極基体に含まれるマグネシウムのモル数、前記電子放射物質層に含まれるバリウムのモル数、及び前記ドープ剤としてのユーロピウム及び／又は酸化ユーロピウムのモル数との間の比をＹ：１０００：Ｘとして表し、Ｙの値をＹ座標、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表した場合に、Ｘ及びＹの値が（０．５，０．１）、（０．６，２０）、（０．７，５５）、（１，７０）、（１．５，９０）、（２，１１５）、（２．５，１３０）、（３，１４０）、（３，２０）、（２．７５，８）、（２．５，５）、（２，０．１）、（１，０．１）、（０．８，１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあるとすることが好ましく、Ｘ及びＹの値が（０．６，２０）、（０．７，５５）、（１，７０）、（２，７５）、（２．５，１００）、（３，８０）、（３，６０）、（１．３，４０）、（１，２２）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内又は（０．６，２０）、（０．８，１）、（０．５，０．１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあるとすればさらに好ましい。
【００１２】
また、ドープ剤としてジルコニウム及び／又は酸化ジルコニウムを用いた場合には、前記陰極基体に含まれるマグネシウムのモル数、前記電子放射物質層に含まれるバリウムのモル数、及び前記ドープ剤としてのジルコニウム及び／又は酸化ジルコニウムのモル数との間の比をＹ：１０００：Ｘとして表し、Ｙの値をＹ座標、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表した場合に、Ｘ及びＹの値が（０．６，１０）、（０．８，２５）、（１．２５，６０）、（１．５，７５）、（２，１１５）、（２．５，１４０）、（３，１６０）、（３，１０）、（２．７５，８）、（２．５，５）、（２．４，０．１）（０．７，０．１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあるとすることが好ましく、Ｘ及びＹの値が（１．５，７５）、（２．５，１００）、（３，８０）、（３，１０）、（２．７５，８）、（２．５，５）、（２．４，０．１）（２，０．１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあるとすればさらに好ましい。
【００１３】
なお、前記電子放射物質層は、その嵩密度が０．６０ｇ／ｃｍ3以上０．７５ｇ／ｃｍ3以下の範囲にあり、かつその厚みが５０μｍ以上７５μｍ以下の範囲にあるとすることが好ましい。
また、本発明に係る電子管用陰極は、ニッケルを主成分とし、還元性元素としてのマグネシウムを含有する陰極基体と、前記陰極基体上に形成され、酸化バリウムを主成分とし、ドープ剤として所定の金属及び／又は金属酸化物を含有する電子放射物質層と、前記陰極基体及び電子放射物質層を加熱するヒータとを含み、前記陰極基体に含まれるマグネシウムのモル数、前記電子放射物質層に含まれるバリウムのモル数、及び前記ドープ剤としての所定の金属及び／又は金属酸化物のモル数との間の比をＹ：１０００：Ｘとして表し、Ｙの値をＹ座標、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表した場合に、Ｘ及びＹの値が（０．７，６）、（０．８，１５）、（３，１３０）、（３，３０）、（２．５，１０）、（２，０．１）、（１，０．１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあることを特徴としている。前記ドープ剤は、前記所定の金属及び／又は金属酸化物として、ユウロピウム、タンタル、ジルコニウム、酸化ユウロピウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウムから選択される少なくとも一種を含有しているとすることができるし、前記電子放射物質層の主成分として酸化カルシウムを含まない場合において、前記ドープ剤として酸化カルシウムが添加されているとすることもできる。
【００１４】
また、本発明に係る電子管装置の製造方法は、炭酸バリウムを主成分とし、ドープ剤として所定の金属及び／又は金属酸化物を含有する懸濁液を準備する懸濁液準備ステップと、ニッケルを主成分とし、還元性元素としてのマグネシウムを含有する陰極基体を４０±１０℃に保ち、当該陰極基体上に前記懸濁液を塗布する懸濁液塗布ステップと、前記懸濁液が塗布された陰極基体を含む陰極を用いて電子管を組み立てる電子管組立ステップと、前記陰極基体に塗布された懸濁液から電子放射物質層を形成する電子放射物質層形成ステップとを含むことを特徴としている。
【００１５】
ここで、前記電子放射物質層は、その嵩密度が０．６０ｇ／ｃｍ3以上０．７５ｇ／ｃｍ3以下の範囲にあり、かつその厚みが５０μｍ以上７５μｍ以下の範囲にあることが好ましく、また、前記陰極基体に含まれるマグネシウムのモル数、前記陰極基体に塗布された懸濁液に含まれる炭酸バリウムのモル数、及び前記ドープ剤としての所定の金属及び／又は金属酸化物のモル数との間の比をＹ：１０００：Ｘとして表し、Ｙの値をＹ座標、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表した場合に、Ｘ及びＹの値が（０．７，６）、（０．８，１５）、（３，１３０）、（３，３０）、（２．５，１０）、（２，０．１）、（１，０．１）の各点を結んだ線で囲まれた範囲内にあるとすることが好ましい。
【００１６】
また、前記電子放射物質層形成ステップでは、前記電子管組立ステップにて組み立てられた電子管内部を排気して真空とする過程において、陰極を加熱することにより、前記懸濁液から電子放射物質層を形成するとすることができ、より具体的には、前記懸濁液から電子放射物質層を形成する際に、前記懸濁液中の炭酸バリウムが酸化バリウムに変換されるとすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態に係る電子管用陰極（以下、単に「陰極」という。）の構造を説明するための概略断面図である。同図に示す陰極は、ヒータコイル４０を内蔵した筒状のスリーブ１０と、このスリーブ１０の一端側に設けられた陰極基体２０とを有している。陰極基体２０は、ニッケルを主成分とし、所定のモル濃度（％）だけ、還元性元素としてのマグネシウムを含有している。なお、本実施の形態では、所定のモル濃度のマグネシウムを含有した厚さ１００μｍのニッケル板から、所定の大きさで打ち抜いたものを陰極基体２０として用いている。陰極基体２０上には、酸化バリウム及び酸化ストロンチウムを主成分とし、長期にわたって安定したエミッション特性を実現するためのドープ剤として所定の金属及び／又は当該金属の酸化物を含有する電子放射物質層３０が形成されている。この電子放射物質層３０は、前記した酸化バリウムや酸化ストロンチウム等の前駆体としての、炭酸バリウムや炭酸ストロンチウム等のアルカリ土類金属炭酸塩を主成分とする懸濁液を陰極基体２０上に塗布し、当該炭酸塩から酸化物を形成する工程を経て形成される。本実施の形態における電子放射物質層３０の形成方法の詳細については後述する。
【００１８】
本願発明者は、陰極基体２０に含まれるマグネシウム等の還元性元素と、電子放射物質層３０に含まれるアルカリ土類金属の酸化物との間の還元反応の最適化について検討した結果、陰極基体２０中の還元性元素のモル数と、電子放射物質層３０中に含まれる酸化バリウム（及びあるいは残存する炭酸バリウム）のモル数の合計（以下、「バリウムのモル数」という。）、及び前記ドープ剤のモル数の比を適切な関係に規定することにより、上記還元反応が最適化され、長時間にわたって安定したエミッション特性が得られることを見出した。
【００１９】
より具体的には、陰極基体２０に含まれるマグネシウムのモル数と、電子放射物質層３０に含まれるバリウムのモル数、及び電子放射物質層３０に含まれるドープ剤のモル数との間のモル比をＹ：１０００：Ｘとして表し、Ｙの値をＹ座標、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表した場合に、Ｘ及びＹの値が（０．７，６）、（０．８，１５）、（３，１３０）、（３，３０）、（２．５，１０）、（２，０．１）、（１，０．１）で囲まれた範囲内にあるように規定することで、長時間にわたって安定したエミッション特性が得られることを見出した。なお、陰極基体２０に用いるニッケル板の厚みによってマグネシウムのモル数が変わってくる場合があるが、通常陰極基体２０に用いる厚さ（およそ８０〜１５０μｍ）の範囲内においては、上記のモル比の範囲で規定すれば、ほぼ特性に差がないことが確認されている。
【００２０】
なお、図２は、陰極基体２０中の還元性元素の有無、及び電子放射物質層３０中のドープ剤の有無との組合せごとの、ライフ時間と飽和エミッション電流（Ａ／ｃｍ2）との関係を示す図である。同図の例における飽和エミッション電流の測定方法としては、初期、およびそれ以降１０００時間の経過毎に以下のような方法で行った。即ち図３に一例を示すような陰極線管装置１００における電子銃３０内の陰極の温度を、例えば８２０℃の動作温度とし、十分高い電圧のパルス（パルス幅３μｓを１ショット）を陽極（一般にＧ１及びＧ２）に印加する。そのときの陰極電流を飽和エミッションとし、その値をオシロスコープで測定した。
【００２１】
図２において、曲線Ｅは陰極基体２０中に還元性元素を含み、かつ電子放射物質層３０中に金属（又は金属酸化物）のドープ剤を含む陰極の特性を示す。曲線Ｆは陰極基体２０中に還元性元素を含むが、電子放射物質層３０中にドープ剤を含まない陰極の特性を示す。曲線Ｇは陰極基体２０中に還元性元素を含まず、電子放射物質層３０中にドープ剤を含む陰極の特性を示す。曲線Ｈは陰極基体２０中に還元性元素を含まず、かつ電子放射物質層３０中にドープ剤も含まない陰極の特性を示している。
【００２２】
曲線Ｅの場合は、曲線Ｆ、Ｇ、Ｈの場合に比べ、飽和エミッション電流が大きく、かつ長期間にわたって安定したエミッション特性を得ることを示している。これは、陰極基体２０中に還元性元素を含む場合に、金属（又は金属酸化物）のドープ剤が還元性元素の一部と反応し、電子放射物質層３０の電気抵抗を下げることができ、かつ、ドナー準位を形成することで、エミッションの増加を促進するためであると考えられる。
【００２３】
次に本発明の陰極の製造方法について説明する。
まず、上記した陰極の構成材料である、陰極基体２０に含まれるマグネシウムと、電子放射物質層３０に含まれるバリウムと、電子放射物質層３０に含まれるドープ剤とのモル比をＹ：１０００：Ｘとし、かつ、このＹの値をＹ座標に、Ｘの値をＸ座標としたＸＹ座標で表したとき、Ｘ及びＹの値が（０．７，６）、（０．８，１５）、（３，１３０）、（３，３０）、（２．５，１０）、（２，０．１）、（１，０．１）で囲まれた範囲内にあるように規定する。この範囲とする理由については後述する。ドープ剤としては、例えばＣａＯ、Ｚｒ若しくはＺｒＯ、Ｅｕ若しくはＥｕ2Ｏ3を用いることができるが、これに限定されず、種々の金属及び／又は金属酸化物を用いることが可能である。
【００２４】
次に、炭酸ジエチル８５％と硝酸１５％（体積比）とで生成した有機溶剤の中に、アルカリ土類金属炭酸塩としての、炭酸バリウムと炭酸ストロンチウムのモル比が１：１、より好ましくは１：１．０２で、それぞれの平均粒子径が３μｍのアルカリ土類金属炭酸塩、及び平均粒子径が３μｍの前記ドープ剤（本実施の形態では酸化カルシウム）を入れて混合し、電子放射物質層３０のための懸濁液を作製する。なお、塗布特性の安定化の最大要因である粘度を一定に保つために、懸濁液の液温を約２０℃に保つのが好ましい。
【００２５】
一方、ヒータなどを用いて、ニッケルを主成分とし前記マグネシウム等の還元性元素を含む陰極基体２０を４０±１０℃に温める。次に、４０±１０℃に温められた陰極基体２０上に、約２０℃の懸濁液をスプレーガンにより吹き付け塗装する。ここで、スプレーの吹き付け圧力、吹き付け時間、吹き付け回数等をコントロールすることにより、乾燥させた後の電子放射物質層３０の嵩密度が０．６０〜０．７５ｇ／ｃｍ3、電子放射物質層３０の厚さが５０〜７５μｍとなるようにする。この段階で、陰極基体２０と電子放射物質層３０との固着力を目視により確認（外周の角部が欠けていなければ問題なしとする）する。
【００２６】
この目視確認では、前記した温度にまで温められていない陰極基体２０上に懸濁液を吹き付け塗装することにより、電子放射物質層３０の嵩密度が０．６０〜０．７５ｇ／ｃｍ3、電子放射物質層３０の厚さが５０〜７５μｍとなるようにしたもの（以下、「比較品」という）では、陰極基体２０から電子放射物質層３０の表面角部の剥離が多く見られていた。それに対し、上記したように４０±１０℃に温められた陰極基体２０を用いた場合は電子放射物質層３０の表面角部の剥離がほとんど無い程度に固着力が増加していた。
【００２７】
その後、上記に説明したように、組み立てられた陰極線管の真空排気工程中にヒータ４０によって加熱して、炭酸バリウムから酸化バリウムを形成し、かつ酸化バリウムの一部を還元して半導体的性質を有するように活性化を行うことにより本実施の形態の陰極が製造される。
このような本発明に係る陰極の製造方法によれば、実用上、４万時間以上使用しても問題がないエミッション特性、すなわち、加速ライフ試験においてライフ時間４０００時間経過後の「飽和エミッションの残存率」で５０％以上、或いは加速ライフ試験におけるライフ時間４０００時間経過後の「エミッションスランプの残存率」で４０％以上の特性を有する陰極を製造することができる。なお加速ライフ試験とは、定格陰極温度が７６０℃の陰極に対し陰極温度を８２０℃とする試験である。
【００２８】
また、４０±１０℃に温めた陰極基体２０上に電子放射物質層３０の懸濁液を塗布することで、陰極基体２０と電子放射物質層３０との間の固着力も増加することができる。その結果、好適なエミッション電流密度分布が得られる陰極を製造することができ、製品の歩留まりを向上することもできる。
さらに、電子放射物質層３０の嵩密度が０．６０〜０．７５ｇ／ｃｍ3、電子放射物質層３０の厚さが５０〜７５μｍとなるように形成することにより、電子放射物質層３０の表面における最大高さで表す表面粗さ（ＪＩＳ規格：ＪＩＳＢ０６０１−１９８２）が約１０〜１５μｍ程度に平坦化される。その結果、より好適な電子放出の電流密度分布が得られる陰極を製造することができ、製品の歩留まりを向上することができる。
【００２９】
次に、本発明の効果を確認した実験例について説明する。
図１に示す構成において、電子放射物質層３０の厚みを約６５μｍ、嵩密度を約０．６ｇ／ｃｍ3とし、陰極の構成材料である、電子放射物質層３０に含まれるバリウムのモル数を１０００としたときに、ドープ剤としての金属酸化物である酸化カルシウムのモル数をＸとし、陰極基体２０に含まれるマグネシウムのモル数をＹとして、前記Ｘ、Ｙを変化させた複数種類の陰極を作製した。その陰極を４６ｃｍコンピュータモニタ用陰極線管に組み込み、陰極の寿命試験を行ったところ、図４、図５、図６、図８、図９に示す通りの結果が得られた。
【００３０】
陰極の寿命試験の評価は、陰極性能の良否を判別しやすい「飽和エミッションの残存率」や実際の動作時における陰極寿命の良否を判別しやすい「エミッションスランプの残存率」で表し、前記作製された各陰極の良否を判断した。図４、図５、図６は「飽和エミッションの残存率」を示し、図８及び図９は「エミッションスランプの残存率」を示す。
【００３１】
なお、陰極の寿命試験は、前記したように定格陰極温度が７６０℃の陰極に対し陰極温度を８２０℃とする加速ライフ試験であり、陰極からの取り出し電流をＤＣ３００μＡとして行った。加速ライフ試験におけるライフ時間４０００時間経過後の「飽和エミッションの残存率」で５０％以上、或いは加速ライフ試験におけるライフ時間４０００時間経過後の「エミッションスランプの残存率」で４０％以上であれば通常動作で４万時間まで実用上問題がないことが確認されており（長時間にわたって安定したエミッション特性を有することを意味する）、これを評価の基準とした。
【００３２】
ここで、「飽和エミッションの残存率」とは、初期の飽和エミッションを１００％とし、それに対するライフ時間経過毎の飽和エミッションの残存率である。「エミッションスランプの残存率」とは、初期のエミッションスランプを１００％とし、それに対するライフ時間経過毎のエミッションスランプの残存率である。なお、「エミッションスランプの残存率」の評価方法は、初期、及び１０００時間の経過毎に、陰極線管内の電子銃の三極部の中の、陰極に対向するグリッド電極Ｇ１及び電極Ｇ２に電圧をかけ、ライフ初期の陰極電流α、１０００時間のライフ時間経過毎の陰極電流βをそれぞれ測定し、１００β／αを求めた。求められた「エミッションスランプの残存率」について、上記評価の基準（４０％以上）から各陰極の良否について判断するのであるが、初期に関しては、初期の陰極電流αと５分後の陰極電流γとにより１００γ／αを求め、これを初期の残存率として、各陰極の良否について判断する。
【００３３】
図４、図５、図６から明らかなように、ライフ時間４０００時間経過後の「飽和エミッションの残存率」について、従来の陰極（Ｘが３．２、Ｙが５８）である曲線Ａのものでは残存率が４１％であり実用上問題があるのに対し、本発明の陰極を示す曲線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１０、Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４、Ｂ１５、Ｂ１６、Ｂ１７、Ｂ１８の１８種類のものでは残存率が５０％以上あり実用上問題がないことがわかる。しかし、曲線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５のものでは残存率が４０％以下であり実用上問題がある。
【００３４】
つまり、図７に示すように、線で囲まれた点は曲線Ｂ１〜Ｂ１８の１８種類のものであり、金属酸化物である酸化カルシウムのドープ剤のモル比ＸをＸ座標とし、マグネシウムのモル比ＹをＹ座標としたＸＹ座標で表したとき、Ｘ、Ｙの値が（０．７，６）、（０．８，１５）、（３，１３０）、（３，３０）、（２．５，１０）、（２，０．１）、（１，０．１）で囲まれた範囲内にあることがわかる。即ち、ドープ剤の量との関係でマグネシウムの量は多すぎても好ましくないし（Ｃ２、Ｃ３）、ドープ剤の量が多すぎる場合も好ましくないこと（Ｃ４、Ｃ５）が明らかとなった。
【００３５】
なお、図７中斜線で示された範囲、即ちＸ、Ｙの値が（１．５，２０）、（１．７，６０）、（２．５，１００）、（３，８０）、（３，３０）、（２．５，１０）、（２，０．１）で囲まれた範囲内に規定すると、加速ライフ試験におけるライフ時間４０００時間経過後の飽和エミッションの残存率が６０％以上となり、さらに好ましい。
【００３６】
図８は、電子放射物質層３０の嵩密度と「エミッションスランプの残存率」との関係を示す図である。曲線Ｕはライフ開始時の「エミッションスランプの残存率」であり、曲線Ｖはライフ開始から４０００時間経過後の「エミッションスランプの残存率」である。曲線Ｕに示すように、「エミッションスランプの残存率」の初期特性には嵩密度はほとんど寄与しない。それに対し、４０００時間経過後の「エミッションスランプの残存率」は、嵩密度が０．６ｇ／ｃｍ3未満の場合及び０．７５ｇ／ｃｍ3を越えた場合に、４０％未満となり実用上問題となりやすい。それは、嵩密度が０．６ｇ／ｃｍ3未満の場合、電子放射物質層３０中のＢａＯの総重量が少ないため長時間にわたって十分なエミッションを供給することができなくなり、また、嵩密度が０．７５ｇ／ｃｍ3を越えた場合、嵩密度が高くなると電子放射物質層３０の空孔率が小さくなり熱効率が悪くなり十分なエミッションを供給することができなくなるものと考えられる。
【００３７】
なお、嵩密度が０．７５ｇ／ｃｍ3を越えた場合、陰極基体２０上に被着されている電子放射物質層３０の剥離脱落が電子放射物質層３０の総重量の５％以上と多く、実用上問題となりやすい。
図９は、本発明に係る電子放射物質層３０に含まれるドープ剤について、ライフ時間と「エミッションスランプの残存率」との関係を示している。同図に示されるように４０００時間後の「エミッションスランプの残存率」を４０％以上にするためのドープ剤には、上記実験例で説明した酸化カルシウム以外に、ユウロピウム、タンタル及びジルコニウムの金属材料や、酸化ユウロピウム、酸化タンタル及び酸化ジルコニウムの金属酸化物がある。また、酸化カルシウムより、ユウロピウム、タンタル及びジルコニウムの金属材料や、酸化ユウロピウム、酸化タンタル及び酸化ジルコニウムの金属酸化物の方が４０００時間後のエミッションスランプの残存率が高い。そして、酸化カルシウムに代えて、ユウロピウム、タンタル、ジルコニウム、酸化ユウロピウム、酸化タンタル又は酸化ジルコニウムをドープ剤として用いた陰極を作製し、寿命試験を行った場合においても、マグネシウムと、バリウム、及びドープ剤とのモル比をＹ：１０００：Ｘとして、ＸＹ座標で表したとき、前記Ｘ及び前記Ｙの値が（０．７，６）、（０．８，１５）、（３，１３０）、（３，３０）、（２．５，１０）、（２，０．１）、（１，０．１）で囲まれた範囲内のものであれば、ライフ時間４０００時間経過後の「飽和エミッションの残存率」で５０％以上を得ることができることを確認している。ドープ剤として、ユーロピウム／酸化ユーロピウムやジルコニウム／酸化ジルコニウムを用いた場合の結果については、後に詳細に示す。
【００３８】
なお、電子放射物質層３０の厚みについては、厚みが４５μｍよりも薄くなるとライフ時間４０００時間経過後の「飽和エミッションの残存率」が５０％未満になり実用上問題がある。また、電子放射物質層３０の厚みが８０μｍ以上になると陰極基体２０に対する電子放射物質層３０の固着力が減少してしまい、電子管用陰極３０に何らかの衝撃が加わった際に電子放射物質層３０が剥離脱落しやすい。
【００３９】
以上のことから、電子放射物質層３０の長寿命化及び剥離脱落防止を考慮すると、電子放射物質層３０の厚みは、５０μｍ以上７５μｍ以下とするのが好ましい。
最後に、ドープ剤として、ユーロピウム／酸化ユーロピウム、及びジルコニウム／酸化ジルコニウムを用いた場合の例について説明する。図１０は、ドープ剤として、ユーロピウム若しくは酸化ユーロピウムを用いた場合の例であり、図１１は、ジルコニウム若しくは酸化ジルコニウムを用いた場合の例である。
【００４０】
図１０に示されるように、ドープ剤として、ユーロピウム若しくは酸化ユーロピウムを用いた場合には、（０．５，０．１）、（０．６，２０）、（０．７，５５）、（１，７０）、（１．５，９０）、（２，１１５）、（２．５，１３０）、（３，１４０）、（３，２０）、（２．７５，８）、（２．５，５）、（２，０．１）、（１，０．１）、（０．８，１）で囲まれた範囲内にあることが好ましく（この場合のライフ時間４０００時間経過後の飽和エミッションの残存率は５０％以上であることが確認された。）、特に斜線の範囲内、即ち、（０．６，２０）、（０．７，５５）、（１，７０）、（２，７５）、（２．５，１００）、（３，８０）、（３，６０）、（１．３，４０）、（１，２２）で囲まれた範囲内又は（０．６，２０）、（０．８，１）、（０．５，０．１）で囲まれた範囲内にあることが好ましい（斜線の範囲内にある場合のライフ時間４０００時間経過後の飽和エミッションの残存率は６０％以上であった。）。
【００４１】
また、図１１に示されるように、ドープ剤として、ジルコニウム若しくは酸化ジルコニウムを用いた場合には、（０．６，１０）、（０．８，２５）、（１．２５，６０）、（１．５，７５）、（２，１１５）、（２．５，１４０）、（３，１６０）、（３，１０）、（２．７５，８）、（２．５，５）、（２．４，０．１）、（０．７，０．１）で囲まれた範囲内にあることが好ましく（この場合のライフ時間４０００時間経過後の飽和エミッションの残存率は５０％以上であった。）、特に斜線の範囲内、即ち（１．５，７５）、（２．５，１００）、（３，８０）、（３，１０）、（２．７５，８）、（２．５，５）、（２．４，０．１）（２，０．１）で囲まれた範囲内にあることが好ましい（斜線の範囲内にある場合のライフ時間４０００時間経過後の飽和エミッションの残存率は６０％以上であった。）。
【００４２】
なお、ドープ剤としての金属、金属酸化物は単一種類でもよいし、複数種類をドープすることもできる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る電子管装置等によれば、前記陰極基体に含まれるマグネシウムのモル数、前記電子放射物質層に含まれるバリウムのモル数、及び前記ドープ剤としての所定の金属及び／又は金属酸化物のモル数との間の比を所定の適切な範囲内の値に規定することにより、従来にもまして長寿命の電子管装置を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子管用陰極の構造を説明するための断面図である。
【図２】陰極基体中の還元性元素の有無、及び電子放射物質層中のドープ剤の有無との組合せごとの、ライフ時間と飽和エミッションとの関係を示す図である。
【図３】本発明に係る電子管用陰極を用いた電子管装置の一例としての陰極線管装置の構成を示す図である。
【図４】Ｘ及びＹの値の組み合わせごとのライフ時間と飽和エミッションの残存率との関係を示す図である。
【図５】Ｘ及びＹの値の組み合わせごとのライフ時間と飽和エミッションの残存率との関係を示す図である。
【図６】Ｘ及びＹの値の組み合わせごとのライフ時間と飽和エミッションの残存率との関係を示す図である。
【図７】陰極基体中のマグネシウムと、電子放射物質層中のドープ剤（ＣａＯ）とのモル比の適切な範囲を示す図である。
【図８】電子放射物質層の嵩密度とエミッションスランプの残存率との関係を示す図である。
【図９】ドープ剤ごとの、ライフ時間とエミッションスランプの残存率との関係を示す図である。
【図１０】ドープ剤としてユーロピウム若しくは酸化ユーロピウムを用いた場合の好ましい範囲を示す図である。
【図１１】ドープ剤としてジルコニウム若しくは酸化ジルコニウムを用いた場合の好ましい範囲を示す図である。
【図１２】電子管用陰極の構造を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１０                スリーブ
２０                陰極基体
３０                電子放射物質層
４０                ヒータコイル
【図１】
0004224265.tif 000002
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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