JPH05290717A - 含浸型陰極構体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、スリ−ブと保護スリ−ブとが接触
する面に、各々、円周状の溝を設けることにより、電子
放射物質の含浸工程でスリ−ブの内壁を始めとする埋込
材の表面に電子放射物質が入り込まないようにし、溶接
性が向上すると共に溝がヒ−トダムの役割を果たす含浸
型陰極構体及びその製造方法を提供することを目的とす
る。 【構成】この発明の含浸型陰極構体及びその製造方法
は、スリ−ブ２の一端に基体金属１を固着し、スリ−ブ
の他端側に保護スリ−ブ１０を嵌合して基体金属に電子
放射物質を含浸する場合、スリ−ブと保護スリ−ブとが
接触するそれぞれの面の軸方向に重なった位置に、各
々、円周状の溝１１，１２が予め形成してあり、上記の
目的を達成することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、特に高信頼性を要求
される人工衛星搭載用の進行波管やクライストロン、あ
るいは陰極線管のような電子管に使用して好適な含浸型
陰極構体及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、人工衛星搭載用の進行波管には
高電流密度が要求され、それに適する陰極として含浸型
陰極構体があり、その特性として次のようなことが要請
されている。(1) 長寿命であること、(2) 低消費電力で
動作すること、(3) 人工衛星打ち上げ時の衝撃に対し強
いこと、(4) 陰極の動作温度がなるべく低いこと。

【０００３】そこで従来、この種の含浸型陰極構体は図
３に示すように構成され、基体金属１がモリブデン等の
高融点金属からなるスリ−ブ２の一端に、モリブデン，
ルテニウムからなる高融点ろう材３により固着されてい
る。この場合、基体金属１は、粒径３μｍ程度のタング
ステン粉末をその比重が１６ｇ／ｃｍ³ 程度になるよう
に焼結し、その多孔質タングステンにＢａＯ，ＣａＯ，
Ａｌ₂ Ｏ₃ よりなる電子放射物質を含浸して得られたも
のである。

【０００４】更に、この基体金属１が所定の動作温度に
なるように加熱するためのヒ−タ４が、スリ−ブ２内に
配設され埋込材５により固定されている。この場合、ア
ルミナの粉末を有機性バインダで泥状化し、スリ−ブ２
の中に充填し、しかる後、十分乾燥して埋込材５の表面
を整形し、水素中あるいは真空中で高温加熱し焼結する
ことにより、ヒ−タ４をスリ−ブ２内に固定している。
尚、符号６はヒ−タ４の脚部であり、ヒ−タ４と同様に
タングステン，あるいはレニウム入りタングステンから
なり、埋込材５から外部に露出している。

【０００５】このような含浸型陰極構体は、従来から用
いられている酸化物陰極に比較して、その動作温度が１
００〜２００°高く、そのためヒ−タ温度が高くなり動
作中にヒ−タ断線を起し易い。そこで、埋込材５の中に
ヒ−タ４を埋め込むことにより、ヒ−タ４の熱が有効に
埋込材５を介して基体金属１に伝達されるため、ヒ−タ
４の動作温度を低下させることが出来る。そのために、
埋込材５は含浸型陰極構体において極めて重要な役目を
している。この埋込材５の焼結が終了すると、基体金属
１にＢａＯ，ＣａＯ，Ａｌ₂ Ｏ₃ よりなる電子放射物質
を水素雰囲気中で含浸する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な従来の含浸型陰極構体においては、(1) 電子放射物質
がスリ−ブ２の内壁および埋込材５の表面に付着する、
(2) 溶融した電子放射物質が含浸型陰極構体の脚部６側
から浸透する、という欠点がある。

【０００７】即ち、既述のように埋込材５の焼結後、電
子放射物質を水素雰囲気中で含浸するが、この場合、図
４に示すようにモリブデンからなり電子放射物質８を充
填したボ−ト９の中に、基体金属１が底面になるように
含浸型陰極構体７を置く。これを水素炉の中に入れて、
水素を放流しながら加熱する。加熱は、電気炉の電熱ヒ
−タ（図示せず）により行なう。この時の加熱は、徐々
に電熱ヒ−タの温度を上げていき、最高１６００℃まで
に上昇し電子放射物質を溶融する。溶融した電子放射物
質は、基体金属１の空孔部に毛細管現象で染み込む。溶
融した電子放射物質は液状化し、その一部は水素気流に
沿って水素炉の中に充満している。この蒸気の一部は、
スリ−ブ２の内側に回り込み、スリ−ブ２の内壁に付着
するものがある。それと同じく、その電子放射物質８の
蒸気は埋込材５の表面とヒ−タ脚部６にも付着する。付
着したものは除去するのが困難で、動作中に蒸発してヒ
−タ４と他の部品との電気的絶縁を劣化させる原因とな
る。同様に、蒸発物は他の電極に付着し耐電圧不良の原
因となり、特性上好ましくない。

【０００８】このような欠点を補うべく、図５に示すよ
うに、基体金属１に固定したスリ−ブ２の一部に、電子
放射物質８の含浸時のみに使用する保護スリ−ブ１０を
嵌合し、電子放射物質８の蒸気がヒ−タ脚部６側に回り
込むのを防ぐ方法が考えられる。スリ−ブ２と保護スリ
−ブ１０との嵌合は、精度良く部品を製作しても限度が
あり、溶融した電子放射物質８はスリ−ブ２，１０同士
の僅かな隙間に入り込み、ヒ−タ脚部６側に付着して上
記と同様な現象を引き起こす。極端な場合は、毛細管現
象により、埋込材５の表面に流れ込んでしまう。

【０００９】この発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、電子放射物質の含浸工程でスリ−ブの内壁を始めと
する埋込材の表面側に電子放射物質が入り込まないよう
に出来、且つ熱損失の少ない含浸型陰極構体を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、電子放射物
質を含浸した基体金属がスリ−ブの一端に固着され、こ
のスリ−ブ内にヒ−タが配設され埋込材により固定され
てなり、更にスリ−ブの外周に円周状の溝が形成されて
なる含浸型陰極構体である。

【００１１】又、この発明は、スリ−ブの一端に基体金
属を固着し、スリ−ブの他端側に保護スリ−ブを嵌合し
て基体金属に電子放射物質を含浸する場合、スリ−ブと
保護スリ−ブとが接触するそれぞれの面の軸方向に重な
った位置に、各々、円周状の溝を予め形成してある含浸
型陰極構体の製造方法である。

【００１２】

【作用】この発明によれば、含浸時に電子放射物質がス
リ−ブの内壁に付着するのを防止することが出来る。そ
の結果、溶接性が向上する。又、スリ−ブの外周に円周
状の溝が存在するため、その溝がヒ−トダムの役割を果
たし、熱損失を少なく出来る。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の一実施例
を詳細に説明する。この発明による含浸型陰極構体は図
１及び図２に示すように構成され、図２は基体金属に電
子放射物質を含浸する時の状態を示したものである。

【００１４】従来例（図３）と同一箇所は同一符号を付
すことにすると、電子放射物質を含浸した基体金属１が
スリ−ブ２の一端に固着され、このスリ−ブ２内にはヒ
−タ４が配設され埋込材５により固定されている。更
に、スリ−ブ２の外周に円周状の溝１１が形成されてい
る。この円周状の溝１１は、埋込材５の下端位置とスリ
−ブ２の下端部２ａとの間に形成してある。この含浸型
陰極構体は、スリ−ブ２の下端部２ａに図示しない支持
円筒又は支持ストラップを溶接し、それを介して陰極支
持部材に保持させる。

【００１５】尚、後述のように基体金属１に電子放射物
質を含浸する時には、図２に示すようにスリ−ブ２の他
端側外周に保護スリ−ブ１０が嵌合されるが、この保護
スリ−ブ１０の内面にも円周状の溝１２が上記スリ−ブ
２の溝１１と異なる軸方向位置に形成されている。図中
の符号３はろう材である。

【００１６】さて次に、このような含浸型陰極構体の製
造方法について説明する。先ず、基体金属１の製作につ
いて述べると、粒径が３〜１０μｍのタングステン粉末
を棒状に圧縮成形した後、還元性雰囲気で約２０００℃
で焼結して形成する。この焼結体は機械加工を容易にす
るために、焼結体の空孔部に銅を含浸する。この銅を含
浸した多孔質タングステン焼結体を外径４．３ｍｍ，曲
率１０ｍｍに旋盤で切削加工する。そして、裏面の外周
部にはモリブデン等からなるスリ−ブ２が嵌合されるよ
うに溝を設ける。こうして基体金属１が出来上がる。

【００１７】次に、基体金属１から含浸した銅を硝酸お
よび水素炉等による高温加熱で除去する。銅の除去後は
スリ−ブ２を基体金属１の溝に嵌め込み、モリブデン，
ルテニウムからなるろう材３を塗る。この時、ろう材３
は基体金属１の裏面にも塗り、含浸した電子放射物質が
埋込材５に拡散するのを防止し、ヒ−タ４と基体金属１
の絶縁を保つ。

【００１８】次に、アルミナよりなる埋込材５を泥状に
して、スリ−ブ２内に流し込む。このスリ−ブ２の外周
には、電子放射物質がヒ−タ４の脚部６側に入り込むの
を防止するための深さ０．１〜０．２ｍｍ程度の円周状
の溝１１を設けている。埋込材５は、平均粒径１０μｍ
と３０μｍのアルミナ粉末を重量比で３０：７０％の割
合で混合したものを結着剤を含む有機性バインダで混練
したものを埋め込みバインダが乾燥した後、埋込材５の
表面をアルミナ棒等で整形し、基体金属１の裏面とヒ−
タ４の先端部を一定の寸法にする。しかる後、ヒ−タ４
をスリ−ブ２内に入れて、再度、埋込材５を充填する。
バインダの乾燥後、埋込材５の裏面を再度整形し、次に
これを水素中及び真空中で１８００℃，２時間かけて焼
結する。次に、電子放射物質の含浸を行なうが、この
時、図２に示すように保護スリ−ブ１０をスリ−ブ２の
他端に嵌合させておく。ＢａＣＯ₃ ，ＣａＣＯ₃ ，Ａｌ
₂Ｏ₃ からなる電子放射物質を、従来例で示した図４の
含浸装置を使用して含浸する。ボ−ト９の中に、基体金
属１が底面になるように配置し、その周囲に電子放射物
質８を充填する。これを水素炉の中に配置し、炉のヒ−
タを加熱して電子放射物質を溶融し、基体金属１の空孔
部に含浸する。この時、スリ−ブ２と保護スリ−ブ１０
の間に入り込んだ電子放射物質の殆どは、この溝１２に
溜まり、更に上部には上昇し難くなる。十分、冷却後、
水素炉から取出し、保護スリ−ブ１０を外し、基体金属
１の表面とスリ−ブ２の溝１１に入った余剰の電子放射
物質を除去すれば、完成する。尚、保護スリ−ブ１０
は、図示上端を密閉したコップ状のものを使用しても良
い。

【００１９】従って、この発明の含浸型陰極構体は、次
のような優れた利点を有している。(1) スリ−ブ２内壁
への電子放射物質の付着がなくなる。(2) スリ−ブ２内
壁への付着物がなくなるため、溶接性が向上する。(3)
スリ−ブ２の溝１１は陰極支持部材への熱伝導を減らす
ヒ−トダムの作用をも有する。

【００２０】これら利点について更に詳しく説明する
と、先ず(1) については、含浸時に溶融した電子放射物
質はスリ−ブ２と保護スリ−ブ１０との極めて僅かな隙
間を毛細管現象で入り込むが、保護スリ−ブ１０の内面
に形成した溝１２に電子放射物質が入り込み、その溝１
２に溜まる。更に入り込んだ溶融した電子放射物質は、
スリ−ブ２の外周に形成した溝１１に溜まり、スリ−ブ
２の内壁あるいは埋込材５の表面に入り込むのを防止出
来る。含浸後、保護スリ−ブ１０を除去すれば、スリ−
ブ２の内壁及び埋込材５の表面には、電子放射物質の付
着しない極めて清浄な面をしたものが得られる。保護ス
リ−ブ１０を除去した後、スリ−ブ２の溝１１に入り込
んだ電子放射物質はタングステンのブラシ等で除去する
ことが出来、問題はない。

【００２１】次に(2) について述べると、スリ−ブ２の
開口端部には図示していないが、電子銃を組み立てる
時、支持筒が配置され、この支持筒とスリ−ブ２は溶接
されるが、この時、付着物が介在すると溶接性が悪く信
頼性に欠ける。一見、溶接されているように見えても、
詳細に検査すると局部的にのみ付いているだけで外れ易
く、又、溶接性が不十分なため溶接電流により加熱酸化
する原因になっていた。溶接不良であると外部からの衝
撃でも外れ易く、又、ヒ−タ４の断続に対する熱衝撃で
も外れ易く、電子銃として不具合な結果を停止、設計通
りの電子管としての動作をしなくなる。

【００２２】次に(3) について述べると、スリ−ブ２の
溝１１が存在するため、この溝１１の断面積が減少し、
スリ−ブ２の開口部から電子銃の陰極支持部材への熱の
伝導を減少させるヒ−トダムの効果があり、熱損失を少
なく出来る。

【００２３】

【発明の効果】この発明によれば、スリ−ブと上記保護
スリ−ブとが接触するそれぞれの面の軸方向に重なった
位置に、各々、円周状の溝を予め形成してあるので、含
浸時に電子放射物質がスリ−ブの内壁に付着するのを防
止することが出来る。その結果、溶接性が向上する。
又、スリ−ブの外周に円周状の溝が存在するため、その
溝がヒ−トダムの役割を果たし、熱損失が少なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る含浸型陰極構体を示
す断面図。

【図２】この発明の含浸型陰極構体における基体金属に
電子放射物質を含浸する時の状態を示す断面図。

【図３】従来の含浸型陰極構体を示す断面図。

【図４】基体金属に電子放射物質を含浸する方法を示す
断面図。

【図５】従来の含浸型陰極構体における基体金属に電子
放射物質を含浸する時の状態を示す断面図。

【符号の説明】

１…基体金属、２…スリ−ブ、４…ヒ−タ、５…埋込
材、６…脚部、８…電子放射物質、９…ボ−ト、１０…
保護スリ−ブ、１１，１２…円周状の溝。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子放射物質を含浸した基体金属がスリ
   −ブの一端に固着され、このスリ−ブ内にヒ−タが配設
   され埋込材により固定されてなる含浸型陰極構体におい
   て、 上記スリ−ブの外周に円周状の溝が形成されてなること
   を特徴とする含浸型陰極構体。
2. 【請求項２】 スリ−ブの一端に基体金属を固着し、上
   記スリ−ブの他端側に保護スリ−ブを嵌合して上記基体
   金属に電子放射物質を含浸する含浸型陰極構体の製造方
   法において、 上記スリ−ブと上記保護スリ−ブとが接触するそれぞれ
   の面の軸方向に重なった位置に、各々、円周状の溝を予
   め形成してあることを特徴とする含浸型陰極構体の製造
   方法。