JPH0444375B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は陰極線管に使用される陰極構体の製造
方法に関するものである。

陰極線管例えばカラー受像管においては電源を
入れたのち螢光面上に出画する時間を早めるため
に速動形の陰極構体が使用されている。

まず、このような速動形の陰極構体の１例を第
１図によつて説明する。先ずニクロム合金からな
る陰極スリーブ１２の上端部に円板状の基本金属
１１を圧入固定し、この陰極スリーブ１２の下端
部の開放端部１５近傍に120゜間隔で３本の支持部
材１３が固定されたものを例えば露点20℃の水分
添加水素雰囲気中で約1000℃、30分間の熱処理を
行ない、陰極スリーブ１２を黒化する。次に支持
部材１３を陰極支持筒１４の上端部１４₁に陰極
スリーブ１２と陰極支持筒１４とを同一軸線を有
するように固定し、陰極構体が完成する。

現在、前述した構造の陰極構体はカラー受像管
に作用されており、陰極構体１個当り例えば
1.26Wのヒータ電力を要し、出画時間は約４秒で
ある。ところで、省エネルギー型のカラー受像管
では、最近偏向電力を節約するためネツク径が細
くなつており、陰極構体周辺の温度上昇を出来る
だけ少なくする必要があり、ヒータ消費電力の小
さなことが要求されるようになつてきた。この場
合単にヒータ消費電力を少なくすると、まず出画
時間が遅くなり、さらに基体金属１１及びその上
に被着された熱電子放射物質層の温度を低下さ
せ、熱電子の放出が少なくなり、陰極構体として
正常な動作ができなくなる。即ち、ここで問題と
なるのは陰極構体、特に基本金属１１の温度を保
持しながら如何にして出画時間を早くするかと云
うことにある。

一般に出画時間とヒータの消費電力及び陰極ス
リーブ１２と基本金属１１からなる所謂陰極の熱
容量との間には下式の関係がある。

ｔ＝ｋCth／Ph 但し、ｔ：出画時間、Cth：熱容量、Ph：ヒー
タ電力、ｋ：比例定数。

この式からわかるように出画時間を速くするに
は、陰極本体の熱容量を小さくするか、ヒータか
らの熱を有効に利用することが必要である。この
うち熱容量を小さくすることは陰極本体の形状を
小形にすること、つまり基本金属１１の外径及び
陰極スリーブ１２を小さくし、肉厚を薄くするこ
とによつてなされる。またヒータからの熱を有効
に利用することは放射熱エネルギーを有効に捕え
ることであり、第１の従来例は第１図のような陰
極構体において、陰極スリーブ１２の開放端部１
５よりの熱放射を防止するため陰極スリーブ１２
の長さを長くすること、或いは熱吸収を高めるた
め、陰極スリーブ１２の内面を黒化することによ
つてなされる。また低ヒータ入力電力にて基本金
属の温度を所望の動作温度に保つためには、陰極
の熱放射面積を少なくする理由から陰極構体の小
形化と陰極スリーブ１２の外面に於ける熱放射を
小さくすることが必要である。陰極スリーブ１２
の外面の熱放射を小さくし、内面の熱吸収を大き
くすることは、陰極スリーブ１２の内面をクロム
合金とし、外面をニツケル金属として露点20℃の
水分添加水素雰囲気で内面のみ黒化処理すること
によつて可能である。しかしながら、この様な材
料を使用した場合は、陰極構体を稼動している間
に、徐々にニツケル金属表面、即ち、陰極スリー
ブ１２の外面の熱放射特性を変え、基本金属温度
を低下させる欠点がある。またニツケル金属はニ
クロム合金より熱伝導率が高いため、支持部材を
介して放熱され易く基本金属の温度が低くなる欠
点がある。

次に本発明の説明に必要な熱ピーク部の求め方
を第２図により説明する。例えば第１図に示すよ
うな陰極構体の陰極スリーブ１２内にヒータ１６
を装着し、このヒータ１６に電流を流し、陰極ス
リーブ１２表面の放射エネルギーを陰極支持筒１
４にスリツト孔部を設け、このスリツト孔部より
放射温度計によつて測定した結果、第２図ｂに示
すような曲線１７を得たとする。この曲線１７の
最高値１８に対応する陰極スリーブ１２の点１９
を熱放射ピーク部と称する。

次に前述した欠点を改良した本発明者らが出願
した先願の陰極構体を第３図により説明する。

先ず、両端部が開放された陰極スリーブ２２の
上端部の外周に装着可能な所望長さの筒状反射部
材２５の一方の端部に円板状の基本金属２１を圧
入固定し、この筒状反射部材２５を陰極スリーブ
２２の上端部近傍の外壁を取り囲むように装着す
る。次に、この陰極スリーブ２２と筒状反射部材
２５を固着点２６に於て、溶接などの手段により
固定する。

また陰極スリーブ２２の他端部に120゜間隔で３
本の支持部材２３の一端部を溶接し、これを露点
20℃の水分添加水素雰囲気中で約1000℃、30分間
の熱処理を行ない、陰極スリーブ２２をクロム酸
化物で覆い表面を黒化する。次に支持部材２３の
他端部を筒状反射部材からなる陰極支持筒２４の
肩部、即ち、上端部２４₁に固定する。この場合、
図を見てもわかるように陰極スリーブ２２と支持
部材２３とは鋭角を持つようになつており、かつ
陰極スリーブ２３と、陰極支持筒２４とは同一軸
線を有するようになつている。

この様に陰極スリーブ２２外周に筒状反射部材
２５を配置することにより、実質的に陰極スリー
ブ２２の外面の熱放射を少なくすることが可能と
なる。尚、筒状反射部材２５があることは熱容量
を増加させ出画時間を速めるためには不利な要因
となるが筒状反射部材２５は陰極構体の他の部品
と異なり機械的強度、熱衝撃強度を心配すること
なく薄くすることが出来るので熱容量の増加は実
用上あまり問題とはならない。

なお稼動中における筒状反射部材２５に生じる
結晶成長は、基体金属２１の下端から筒状反射部
材２５と陰極スリーブ２２との固定点２６の範囲
に限られる。従つて可能な限り固定点２６は基体
金属２１に近接させ、筒状反射部材２５の長さの
半分以内または基体金属２１の上端面より0.5mm
以内とすることにより結晶成長を部分的におさえ
ることができ、それにより熱伝導率の経時的変化
が殆んどなくなり陰極構体の寿命を長くすること
ができる。また本例においては筒状反射部材２５
はその構造からもわかるようにヒートダムの役割
はなく、単なる熱反射板であり、この筒状反射部
材２５の結晶成長は熱伝導には寄与しないため陰
極温度の上昇は生じない。

次に陰極スリーブ２２の熱放射ピーク部と陰極
支持筒２４との関係について述べる。

一般に陰極スリーブ２２は前記したようにニク
ロム合金からなり、露点20℃の水分添加水素雰囲
気中で熱処理して黒化されるが、この黒化は陰極
スリーブ２２の表面にクロムの酸化物が形成され
ているためである。従つて黒化した陰極スリーブ
からの熱放射は不良導体からの熱放射に相当す
る。この不良導体からの熱放射能は平面角で垂線
より60゜まではほぼ均一な値であるが60゜を越える
と急激に減少する。このことはE.SchmidとE.
EckertがForsch Gebiete Ingenieurw 6175
（1935）に示している。

即ち本例は上記性質を利用して筒状反射部材２
５と陰極支持筒２４との間に位置関係をもたせて
いる。即ち、第４図に示す陰極スリーブ２２の熱
放射エネルギー曲線２７の最高値２８に対応する
熱放射ピーク部２９と陰極支持筒２４の上端部２
４₁の開口内縁とを結ぶ直線３０と陰極スリーブ
２２とのなす角θ₁が30゜以下になるよう筒状反射
部材の長さを決め陰極スリーブ２２からの熱放射
がほぼ陰極支持筒２４方向に向けられるようにし
たものである。

然るに前述した従来例の欠点及び先願において
は第１図及び第３図における陰極スリーブ１２，
２２と基体金属１１，２１を固定後、陰極スリー
ブ１２，２２を酸化させることにある。この条件
は前述のように約1000℃の水分添加水素炉で処理
するため基本金属１１，２１中に含まれる還元剤
のMgなどが拡散し、表面から消失し、またMgO
などの酸化物となつて還元性を失なう結果とな
る。その結果表面から12μｍ程度の欠乏帯を生じ
Mgの平均濃度は当初0.03％のものが0.01％程度
となる。この状態の陰極構体は管球製作直後に於
けるエミツシヨン特性の低下を来たすため、前例
では基体金属１１，２１の表面を10〜20μｍ程度
削り取つていた。しかしこの切削加工を加えるこ
とにより、基本金属表面に応力歪を残し、この歪
が開放される時、酸素分圧が高い排気過程で微細
粒層を生じ長時間にわたる還元作用を防害するこ
とになる。

従つて水素処理と云えども高温処理は陰極基体
としては不適である。しかし、ニツケル・クロム
合金中のクロムを酸化クロムとして表面に被覆さ
せるには1000℃程度の温度が必要であり、陰極ス
リーブと基体金属の処理温度とが矛盾すると云う
問題点がある。

本発明はこの矛盾を解決し、初期の電子放出特
性及び長期的電子放出特性を良好とすることが可
能な陰極構体の製造方法を提供することを目的と
している。

次に本発明の実施の対象となる陰極構体の一例
の構造を第５図、その製造方法を第６図乃至第１
１図に示し、その特徴を説明する。

先ず第６図に示すように両端部が開放された陰
極スリーブ３２を露点20℃の水分添加水素雰囲気
中で1000℃、30分間の熱処理を行ない陰極スリー
ブ３２をクロム酸化物で覆い表面を黒化する。ま
たこの陰極スリーブ３２の外周に装着可能な第７
図に示すよう所定長の筒状反射部材３５を準備
し、更に第８図に示すようにこの陰極スリーブ３
２の上端部近傍の内部に装着可能な円板状の基体
金属３１を適当な条件で光輝焼鈍する。

組立は第９図に示すように筒状反射部材３５の
中に黒化処理を終つた陰極スリーブ３２を内装
し、この陰極スリーブ３２の内径よりやや径小の
円板状基体金属３１を挿入し基体金属３１の上面
で陰極スリーブ３２、筒状反射部材３５の上端部
をほぼそろえて保持し、次に陰極スリーブ３２中
に圧縮用のパンチ６１を入れ、基体金属３１の上
面との間に圧力Ｐをかけ基体金属３１を膨出させ
ることにより径大として第１０図に示すようにこ
の基体金属３１と陰極スリーブ３２を嵌着させる
と共に陰極スリーブ３２の上端部近傍に膨出部３
２₁を形成してこの膨出部３２₁を介して筒状反射
部材３５に密接させる。次にレーザ光６０で、こ
の筒状反射部材３５、陰極スリーブ３２、基体金
属３１の重ね合せ部位を溶接する。この場合、陰
極スリーブ３２は表面が酸化クロムとなつている
ため、従来の抵抗溶接では不可であり、レーザ光
を利用した溶接方法が適切である。次に陰極スリ
ーブ３２の他端部に120゜間隔で３本の支持部材３
３の一端部を溶接するが、これも前述したのと同
様な理由でレーザ光６０で溶接を行なう。

次に支持部材３３の他端部を反射部材からなる
陰極支持筒３４の肩部、即ち上端部３４₁に固定
し第５図のような陰極構体が得られる。この時、
図のように陰極スリーブ３２と支持部材３３とは
鋭角になつており、かつ陰極スリーブ３２と陰極
支持筒３４とは同一軸線となるようになつてい
る。

また第３図のものと同様な熱反射ピーク部３９
と陰極支持筒３４の上端部３４₁の開口部縁を結
ぶ直線４０と陰極スリーブ３２とのなす角θ₁が
30゜以下になるように筒状反射部材３５の長さを
決定する。

このような製造方法による本発明の陰極構体の
主要点は第１０図に示す溶接点３６近傍の断面部
分にある。即ち、筒状反射部材３５、陰極スリー
ブ３２、基体金属３１を重ね、基体金属３１に圧
力を加えて膨出させて陰極スリーブ３２と基体金
属３１の隙間３７及び陰極スリーブ３２と筒状反
射部材３５との隙間３８を無くし、その後レーザ
光６０による溶接を行なうものである。この必要
性は例えば陰極スリーブ３２と筒状反射部材３５
はいずれも10〜30μｍ程度の厚さであり、極めて
変形し易く、この切口のかえりなどを考慮する
と、２者の嵌合度を10μｍ以下に押えることはむ
ずかしい。そしてレーザ光での溶接は抵抗溶接と
異なり、レーザ光の入力方向から溶解し、すり鉢
状のナゲツトを形成する。この際、隙間３８があ
ると筒状反射部材３５が先ず溶解し、これが隙間
３８に落ちこみ筒状反射部材３５に穴があくか、
または溶解点周辺に極めて薄い部分をつくる。こ
のことは隙間３７についても同様である。

従つてレーザ光による溶接は隙間３８，３７を
可能な限り無くすることが望ましい。このため本
発明の陰極構体の製造方法においては基体金属３
１に圧力を加えた膨出させ、隙間を無くすること
を可能とした。

次に本発明の第２の実施例を第１２図により説
明する。

先ず両端部が開放された陰極スリーブ４２を水
分添加水素炉で酸化させる。またこの陰極スリー
ブ４２の外周に挿入可能な所要長さの筒状反射部
材４５を準備する。次に陰極スリーブ４２と筒状
反射部材４５を組合せて、予め光輝焼純した円板
状の基体金属４１を内部に入れ、上面を基準とし
て基体金属４１を加工膨出させて、陰極スリーブ
４２及び筒状反射部材４５を密接させる。次にレ
ーザ光によりこの密接部４６を筒状反射部材４５
側から溶接する。このように密接部を溶接すれば
筒状反射部材４５に穴があくことはない。

次に予めセラミツクスなどの基板４７に膨出部
４４ａ，４４ｂを介して固定された反射部材から
なる陰極支持筒４４の下端部に切り込みを入れて
内側に向つて折り曲げて形成した支持部４４ｃと
陰極スリーブ４２とを溶接点４２ａにおいてレー
ザ光で溶接する。この場合、陰極スリーブ４２と
陰極支持筒４４は同一軸線を有するように固定し
て陰極構体を形成する。前述した陰極構体におい
て、熱放射ピーク部４９と陰極支持筒４４の上端
縁部４４₁を結ぶ線５０と陰極スリーブ４２の長
手方向のなす角θ₂は30゜以下となるように筒状反
射部材４５の長さ及び陰極支持筒４４との相対位
置を決定する。

本発明の最も重要な点は第１の実施例及び第２
の実施例共に陰極の基本となる基体金属を過度な
処理温度にさらさないことにある。即ち基体金属
には還元剤であるMg、Si等を含んでいるが、こ
れを高温処理すると、拡散蒸発して基体金属の表
面に還元剤の消失した層をつくる。基体金属を高
温にすることは表面のMgを欠乏させることにな
り、またこのMgは水分添加の水素気流中では酸
化され、表面で酸化マグネシウムとして沈着す
る。この沈着した酸化マグネシウムは酸化バリウ
ムと複合酸化物層となり、この複合酸化物層は陰
極の動作時間と共に増加し陰極劣化の原因とな
る。従つて初期において不要の酸化マグネシウム
層を厚く形成することは好ましくない。

また基体金属は電子放射性物質材料である
（Ba、Sr、Ca）CO₃を塗布する前に、ある程度の
粒成長をさせておく必要がある。この理由は電子
放射性物質材料が分解し、CO₂を発生させ、この
酸素が基体金属中に拡散し、基体金属中に含まれ
るMg、Si等と結合し酸化物となり、BaOと結合
して複合酸化物層をつくる。この複合酸化物層は
基体金属の粒界に析出するから、粒が成長してい
ない状態、即ち、圧延上りの基体金属のまま電子
放射性物質材料を塗布し、管球製作中に分解した
CO₂により酸素がこの微細粒に拡散すると、微細
な網目状の粒界を生じ、基体金属の表面を覆い、
この粒界に複合酸化物がつまり、この粒界は金属
Mg、Siは拡散しにくいので電子放射性物質であ
る（Ba、Sr、Ca）Ｏと反応しにくいために電子
放射が低下する。このため基体金属は蒸発によ
り、還元剤が表面から消失しない範囲に粒成長さ
せておく必要がある。

本発明において、基体金属は予め適切な条件下
で熱処理を加え、粒成長をさせておき、その後レ
ーザ光で溶接するために基体金属は理想状態で、
その後の電子放射性物質材料を塗布したのち排気
活性化工程を経て完成している。

以上説明したように本発明によれば、筒状反射
部材及び陰極スリーブを両者の先端部が同じ位置
となるように嵌合するとともに、その内側に基体
金属を挿入しこの基体金属を径方向に膨出させて
これら基体金属、陰極スリーブ及び筒状反射部材
を密接させたうえで、筒状反射部材の外側からレ
ーザ溶接するので、確実で安定な溶接状態が得ら
れる。とくに黒化処理した陰極スリーブや、嵌合
したままでは〓間が生じる寸法の陰極スリーブ及
び筒状反射部材を使用しても、相互の〓間をなく
してレーザ溶接するので、十分な溶接強度で組立
てることができる。また、製造ラインの自動化も
容易に可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の陰極構体の１例を示す断面図、
第２図は熱放射ピーク部を説明する図であり、ａ
図は基体金属を固定した陰極スリーブにヒータを
内装した状態を示す断面図、ｂ図はａ図に対応す
る熱放射エネルギーの変化を示す曲線図、第３図
は先願の陰極構体の一例を示す断面図、第４図は
第３図の例の熱放射ピーク部を説明する図であ
り、ａ図は基体金属を固定した筒状反射部材、陰
極スリーブ及びヒータを示す断面図、ｂ図はａ図
に対応する熱放射エネルギーの変化を示す曲線
図、第５図は本発明の陰極構体の第１の実施例を
示す一部切欠側面図、第６図乃至第１１図は製造
工程の要部を示す図であり、第６図は黒化した陰
極スリーブの断面図、第７図は筒状反射部材の断
面図、第８図は基体金属の断面図、第９図は基体
金属、陰極スリーブ、筒状反射部材を組立てパン
チにより基体金属に圧力をかける工程を示す断面
図、第１０図は基体金属を径大とし、陰極スリー
ブを膨出させ筒状反射部材に圧接し、レーザ光で
溶接する工程を示す要部拡大図、第１１図は支持
部材を固定する工程を示す説明図、第１２図は本
発明の第２の実施例を示す一部切欠側面図であ
る。 １１，２１，３１，４１……基体金属、１２，
２２，３２，４２……陰極スリーブ、２５，３
５，４５……筒状反射部材、１９，２９，３９，
４９……熱放射ピーク部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 所定長の筒状反射部材と、この筒状反射部材
   に内装され前記筒状反射部材の上端部とほぼ同じ
   位置に上端部を有する陰極スリーブと、この陰極
   スリーブの前記上端部近傍に挿入固定された円板
   状の基体金属とを有する陰極構体の製造方法にお
   いて、前記陰極スリーブを水分添加水素雰囲気中
   で黒化させる工程と、その後前記陰極スリーブに
   前記筒状反射部材をそれぞれ上端部がほぼ同じ位
   置となるように内装すると共に前記基体金属を前
   記陰極スリーブの上端部内側に挿入する工程と、
   前記基体金属を径方向に膨出させて該基体金属、
   陰極スリーブ及び筒状反射部材の上端部を密接さ
   せる工程と、この膨出部に対応する前記筒状反射
   部材の外部からレーザ光を当てて前記筒状反射部
   材、陰極スリーブ及び基体金属を溶接固定する工
   程とを具備することを特徴とする陰極構体の製造
   方法。