КОНСТРУКЦИЯ КАТОДА И ЭЛЕКТРОННАЯ ПУШКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫХ ТРУБОК Российский патент 2002 года по МПК H01J1/26 H01J1/92 H01J29/04 H01J37/06 

Изобретение касается конструкции катода, предназначенного для введения в электронную пушку для электронно-лучевой трубки (ЭЛТ).

Современная тенденция направлена на создание ЭЛТ с повышенными рабочими характеристиками исходя из яркости экрана, срока службы, времени повышения яркости и потребляемой мощности.

Большинство этих параметров существенным образом зависит от конструкции и типа катода, используемого для образования электронного луча или лучей, которые развертываются по экрану трубки.

Оксидные катоды, обычно используемые до настоящего времени, находятся на пределах своих возможностей относительно этих требований, и тенденция состоит в том, чтобы заменить их на диспенсерные катоды, которые обеспечивают возможность получения более высоких плотностей тока при более длительных сроках службы.

Диспенсерные катоды или импрегнированные катоды работают при температурах приблизительно 1000^oС-1200^oС. Расширения материалов составных частей катода при этих температурах должны быть минимизированы, чтобы получить хорошую стабильность рабочих характеристик электронной пушки, в которой установлен катод этого типа, и этого достигают благодаря использованию тугоплавкого материала и размеров опоры катода, которые ограничивают кондукционные тепловые потери.

Для достижения этого результата в патентах США 4184100 и 5218263 показаны используемые обычно два типа конструкции:
- тело катода по существу цилиндрической формы, имеющее на одном конце эмиссионную деталь и содержащее нагревательный элемент;
- металлическая оболочка, которая служит как экранирующая оболочка посредством действия аналогично тепловому экрану по существу цилиндрической формы, окружающему тело катода; и
- средства для поддержания тела катода внутри экранирующей оболочки.

Средства поддержания должны быть такими, чтобы они обеспечивали жесткую сборку, при этом все еще минимизируя кондукционные тепловые потери. Средствами для поддержания тела катода могут быть лепестки, образованные из металлических полосок небольшого поперечного сечения, для минимизирования тепловых потерь, причем концы этих лепестков подсоединены с одной стороны к телу катода, а с другой стороны - к экранирующей оболочке. В другом варианте осуществления лепестки вырезают из цилиндрической части экранирующей оболочки так, чтобы один конец оставался единым целым с экранирующей оболочкой, в то время как другой конец подсоединяют к телу катода.

Однако использование металлических лепестков очень маленького поперечного сечения не позволяет получить достаточную механическую жесткость при монтаже тела катода в оболочке и креплении к ней; кроме того, эти соединительные лепестки могут легко деформироваться из-за теплового расширения тела катода во время его работы.

В заявке на патент ЕР 534842 описана конструкция, в которой средства поддержания являются более жесткими, поскольку они состоят из кольца, имеющего по существу форму усеченного конуса, поверхность которого пробита отверстиями. Однако эта конструкция недостаточно способствует теплообмену между телом катода и его оболочкой, вследствие этого снижая тепловой коэффициент полезного действия катода.

Целью настоящего изобретения является усовершенствование конструкции опоры катода для обеспечения возможности жесткой сборки катода на его опоре и минимизирование кондукционных тепловых потерь между телом катода и его оболочкой.

Для достижения этого согласно одному варианту осуществления изобретения конструкция катода содержит средства для поддержания тела катода внутри металлической оболочки, где средства поддержания включают в себя первый набор ответвлений, подсоединенных к металлической оболочке посредством одного из их концов, и второй набор ответвлений, подсоединенных к телу катода посредством одного из их концов, причем вторые концы первого и второго наборов ответвлений соединены вместе промежуточной деталью.

Другие преимущества станут понятными из описания и чертежей, на которых:
- фиг. 1, 2а и 2b изображает средства для поддержания тел катодов в их оболочке согласно известному уровню техники;
- фиг. 3 показывает в трехмерном изображении конструкцию катода в соответствии с изобретением;
- фиг. 4 изображает на боковом виде сверху конструкцию катода согласно другому варианту осуществления изобретения;
- фиг. 5 изображает пример средства поддержания в соответствии с изобретением, состоящего из одной металлической детали; и
- фиг.6 иллюстрирует механические напряжения, которым подвергаются средства для поддержания тела катода согласно первому варианту осуществления изобретения, когда катод подвергается действию температуры.

Как показано на фиг.1, импрегнированный катод 1 согласно прототипу состоит из цилиндрического тела 3 катода, которое содержит эмиссионную деталь 6 на одном из его концов и размещенную в полой части тела катода нить накала 5 для нагревания эмиссионной детали. Тело катода соединено с полой металлической оболочкой 2 посредством частично вырезанных в поверхности оболочки лепестков 4, один конец которых остается неотъемлемым с оболочкой, в то время как другой конец прижат к внутренней части оболочки и приварен к телу катода. Чтобы избежать тепловых потерь от тела катода в оболочку, необходимо использовать лепестки с очень маленьким поперечным сечением, которого до некоторой степени трудно достигнуть здесь, где толщина и ширина лепестков ограничена минимальной толщиной оболочки (приблизительно 25-30 мкм), точками доступа для приваривания точечной сваркой концов лепестков к телу катода и трудностями вырезания из этих материалов.

На фиг.2а и 2b изображен другой вариант осуществления, представленный на виде сверху и в поперечном разрезе, согласно прототипу. Катод 11 имеет тело 13 катода, которое включает в себя эмиссионную деталь 16 и нагревательную нить накала 15, где тело 13 вставлено в оболочку 12 и подсоединено к последней через средства 14 поддержания в форме вершины профиля по существу в виде усеченного конуса, и имеет просверленные отверстия 17. Эти средства поддержания имеют преимущество обеспечения достаточной механической жесткости для удержания тела катода на месте в его оболочке, но недостаточно способствуют теплообмену между телом 13 и оболочкой 12 из-за большого количества материала, образующего перемычки между фрагментами 12 и 13.

Как показано на фиг.3, катод 21 в соответствии с изобретением содержит тело 23 катода, удерживаемое в положении внутри оболочки 22 при помощи следующих средств:
первого набора ответвлений 31, где каждое ответвление подсоединено с одной стороны к телу катода, а с другой стороны - к промежуточной детали 30;
второго набора ответвлений 32, где каждое ответвление 32 подсоединено с одной стороны к оболочке 22, ас другой стороны к той же самой промежуточной детали 30.

Ответвления 31 и 32 можно соединять посредством приваривания к детали 30 или они могут образовывать с ней одну деталь, создаваемую, например, путем вырезания из металлической пластины, вследствие чего уменьшая в последнем случае стоимость изготовления опоры тела катода.

Промежуточную деталь 30 предпочтительно выбирают в форме кольца, диаметр которого имеет величину, промежуточную между размером внутреннего диаметра оболочки и наружного диаметра тела катода. Механическая связь между двумя наборами ответвлений придает жесткость опоре катода и позволяет использовать ответвления небольшого поперечного сечения, что обеспечивает преимущество низкого рассеяния тепла.

В одном варианте осуществления изобретения, как показано на фиг.3 и 4, первый набор ответвлений 31, один конец которых приварен к оболочке 22, содержит три ответвления, расположенные под углом 120^o относительно друг друга; второй набор ответвления 32, один конец которых приварен к телу катода, поддерживая эмиссионную деталь 26, также содержит три ответвления, расположенные под углом 120^o относительно друг друга. Эта конструкция позволяет минимизировать количество тепловых перемычек между телом катода и его оболочкой, в то же самое время обеспечивая хорошую механическую устойчивость и хорошее позиционное удержание тела катода. Однако их количество не ограничено, в каждом из наборов ответвлений можно использовать больше трех ответвлений и (или) различное количество ответвлений в первом и втором наборах ответвлений.

В предпочтительнее варианте осуществления изобретения части наборов ответвлений, подсоединяющие промежуточную деталь 30 либо к телу катода, либо к оболочке 22, находятся в одной и той же радиальной плоскости, перпендикулярной оси Z вращения катода. В результате средства для подсоединения тела катода к его оболочке укорочены и можно получить более короткую конструкцию катода, чем в прототипе. Эти части двух наборов ответвлений 31 и 32, подсоединяющие промежуточную деталь 30 к телу катода и к его оболочке, могут благоприятно находиться в одной и той же радиальной плоскости, перпендикулярной оси Z вращения катода. Эта конструкция имеет преимущество дополнительного укорочения общей длины катода и обеспечения возможности использовать более короткую нить накала 25, нагревающую эмиссионное тело 26, чем в прототипе, приводя к очень быстрому повышению яркости из-за вовлекаемой низкой тепловой массы.

В другом варианте осуществления опора для тела катода, иллюстрируемого на фиг.5, содержит первый набор ответвлений 31, проходящих наружу от кольца, начинаясь из точек 34 сопряжения, и второй набор ответвлений 32, проходящих внутрь от кольца, начинаясь из точек 33 сопряжения, причем точки 33 и 34 сопряжения смещены, так, чтобы не располагаться напротив друг друга.

Средства 30, 31, 32 для поддержания катода, содержащего тело катода диаметром 1,8 мм и оболочку диаметром 4,6 мм, можно производить посредством вырезания из листа металла толщиной 25 мкм, например никеля/хрома, в отношении оксидного катода или импрегнированного танталом катода. Ширина ответвлений 31, 32 и кольца 30 составляет 0,4 мм, а средний диаметр кольца равен 3,2 мм. Каждое ответвление 31 включает в себя первую часть 35, предназначенную для размещения между кольцом 30 и оболочкой 22, и концевой участок 135, который после его изгибания так, чтобы он оказался параллельным внутренней поверхности оболочки, обеспечивает возможность приваривания ответвления к оболочке. Аналогично этому каждое ответвление 32 включает в себя первую часть 36, предназначенную для размещения между кольцом 30 и телом 23 катода, и концевой участок 136, который после его изгибания так, чтобы он оказался параллельным наружной поверхности тела катода, обеспечивает возможность приваривания ответвления к телу катода.

Если выбирают использование N ответвлений 31, смещенных относительно друг друга на угол θ = 2π/N, также используют N ответвлений 32, точки 33 сопряжения ответвлений 32 являются смещенными на угол θ/2 относительно точек 34 сопряжения ответвлений 31. Эта конструкция поддерживающих средств имеет преимущество увеличения длины тепловой связи между телом катода и оболочкой, вследствие чего увеличивается температурный градиент между упомянутым телом катода и оболочкой, уменьшаются кондукционные тепловые потери и сокращается время повышения яркости катода. Кроме того, смещение между точками сопряжения внутренних ответвлений 32 и внешних ответвлений 31 с промежуточной деталью 30 делает возможным легче проводить операции сварки в два этапа - сначала внутренних ответвлений к телу катода, а затем внешних ответвлений к оболочке 22. В этом случае сварку можно выполнять лазерной сваркой или контактной сваркой благодаря полученному чистому пространству.

В другом варианте осуществления, вытекающем из предыдущего, кольцо 30 и части 35 и 36 ответвлений 31 и 32 соответственно находятся в одной и той же плоскости, перпендикулярной оси Z вращения тела катода. Это расположение увеличивает механическую устойчивость конструкции катода; в частности, оно предотвращает перемещения тела катода вдоль радиальной оси Z, которые обусловлены удлинением ответвлений 31 и 32 опоры из-за теплового расширения во время работы катода. В этом случае, как показано на фиг.6, когда катод работает при действии температуры, части 35 и 36 ответвлений для поддержания тела катода будут способны удлиняться в радиальном направлении под воздействием температуры, вызывая действие центробежных сил F и, соответственно, центростремительных сил FR на кольцо 30, кольцо 30 под воздействием этих сил подвергается упругой деформации в радиальной плоскости, как обозначено пунктирными линиями на фиг. 6. Поскольку механические напряжения, обусловленные удлинением ответвлений подвески, поглощаются таким образом кольцом, положение тела катода относительно его оболочки не изменится во время длительного переходного процесса нагревания катода.

Как уже указывалось относительно других вариантов осуществления настоящего изобретения, описанная в соответствии с фиг.6 конструкция в равной степени применима к производству как оксидного катода, так и импрегнированных катодов.

В непоказанном варианте осуществления средства поддержания включают в себя промежуточную деталь 30, сделанную из металла, отличающегося от металла ответвлений 31, 32, где ответвления прикреплены к промежуточной детали, например, лазерной сваркой. Преимущество этой конструкции состоит в том, что она позволяет выбирать металл ответвлений 31, 32 в зависимости от его способности снижать теплопроводность и дает возможность выбирать металл промежуточной детали в зависимости от свойств механической упругости.

Изобретение касается конструкции катода, предназначенного для введения в электронную пушку для электронно-лучевой трубки. Техническим результатом является обеспечение возможности жесткой сборки катода, уменьшение тепловых потерь и быстрое повышение яркости катода. Катод содержит тело (23), на конце которого размещена эмиссионная деталь (26), причем тело катода удерживается на месте внутри оболочки (22) средствами опоры, которые содержат первый набор (3l) ответвлений, где каждое ответвление подсоединено с одной стороны к телу (23) катода, а с другой стороны - к промежуточной детали (30), и второй набор ответвлений (32), где каждое ответвление (32) подсоединено с одной стороны к оболочке (22), а с другой стороны - к той же самой промежуточной детали (30). 3 с. и 7 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Конструкция катода для электронно-лучевой трубки, которая содержит средства (30, 31, 32) для поддержания тела (23) катода внутри металлической оболочки (22), причем средства для поддержания включают в себя первый набор ответвлений (31), подсоединенных к металлической оболочке посредством одного из их концов (135), и второй набор ответвлений (32), подсоединенных к телу катода посредством одного из их концов (136), отличающаяся тем, что вторые концы (33) и (34) первого и второго наборов ответвлений соединены вместе промежуточной деталью (30). 2. Конструкция катода по п. 1, отличающаяся тем, что промежуточная деталь (30) имеет форму кольца. 3. Конструкция катода по любому из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что ответвления по меньшей мере одного набора расположены на протяжении части их длины в одной и той же плоскости. 4. Конструкция катода по любому из пп. 2 и 3, отличающаяся тем, что промежуточная деталь (30) имеет форму плоского кольца, и что ответвления по меньшей мере одного набора расположены на протяжении части их длины (35, 36) в той же самой плоскости, что и плоскость кольца. 5. Конструкция катода по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что промежуточная деталь, первый набор ответвлений и второй набор ответвлений образуют деталь, сделанную как единый компонент. 6. Конструкция катода по любому из пп. 1-5, отличающаяся тем, что первый набор ответвлений и/или второй набор ответвлений имеют по меньшей мере три ответвления. 7. Конструкция катода по любому из пп. 1-6, отличающаяся тем, что точки (34) сопряжения, где ответвления первого набора ответвлений присоединены к промежуточной детали (30), смещены относительно точек (33) сопряжения, где ответвления второго набора ответвлений присоединены к промежуточной детали. 8. Конструкция катода по п. 7, отличающаяся тем, что первый и второй наборы ответвлений имеют одно и то же количество ответвлений, и тем, что точка сопряжения, где каждое ответвление одного и того же набора присоединено к промежуточной детали, расположена посередине между точками сопряжения, где два последовательных ответвления другого набора присоединены к кольцу. 9. Электронная пушка, включающая в себя катод, конструкция которого соответствует любому из предыдущих пунктов. 10. Электронно-лучевая трубка, включающая в себя по меньшей мере одну электронную пушку по п. 9.