JPH0660793A

JPH0660793A - リニア型カソードおよび該カソードを用いた電子銃

Info

Publication number: JPH0660793A
Application number: JP317592A
Authority: JP
Inventors: Satoru Shibata; 悟柴田; Masaaki Fujii; 正昭藤井; Hidetaka Mano; 秀孝真野; Atsushi Inoue; 淳井上
Original assignee: LASER NOSHUKU GIJUTSU KENKYU KUMIAI; New Japan Radio Co Ltd; Hitachi Ltd; Hitachi Nuclear Engineering Co Ltd
Current assignee: LASER NOSHUKU GIJUTSU KENKYU KUMIAI; New Japan Radio Co Ltd; Hitachi Ltd; Hitachi Nuclear Engineering Co Ltd
Priority date: 1992-01-10
Filing date: 1992-01-10
Publication date: 1994-03-04

Abstract

(57)【要約】【目的】加熱用フィラメントで発生した熱を効率良く
カソードに伝達すること。【構成】長尺状のカソード本体２に近接して円筒状の
絶縁碍子２０が平行に配置されている。絶縁碍子２０は
カソード本体２に対面する側に開口部２０ａが形成さ
れ、絶縁碍子２０の内部に設けられた加熱用フィラメン
ト１の熱を輻射熱としてカソード本体２に伝達できるよ
うになっている。またカソード本体２は、ポーラスタン
グステン基板の孔内にバリウム化合物を含浸させた材料
で構成されており、比較的低温度で電子を発生させるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フィラメントにより加
熱されて電子を放出するカソードおよび該カソードを用
いた電子銃に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にスポット状ビーム型電子銃は、図
８に示すように、加熱用フィラメント５１、カソード５
２、グリッド電極５３、アノード電極５４が所定間隔を
おいてこの順に配置されている。そして、加熱用フィラ
メント５１でカソード５２を加熱したときカソード５２
は電子を発生する。この場合、カソード５２の材料とし
て高融点金属を用いると、カソード５２は２０００℃
（輝度温度計の計測値）以上の高温度に加熱された状態
で電子を発生する。カソード５２で発生した電子はグリ
ッド電極５３で収束され、さらにアノード電極５４で加
速されて、ビーム５５として投射される。そのビーム５
５の断面形状は符号５５ａで示すようなスポット状の小
円形となる。

【０００３】また、従来のリニア型の傍熱型電子銃で
は、長尺状に形成されたカソードを背面側から加熱する
ように、長尺状の加熱用フィラメントがカソードに沿っ
て設けられている。そして、加熱用フィラメントは円筒
状の絶縁碍子内に収納され、カソードとは絶縁された構
成となっている。

【０００４】さらに、加熱用フィラメントは、カソード
とその加熱用フィラメントとの間でのショートを避ける
ために相互間を絶縁する必要がある。従来、この絶縁
は、タングステン線あるいはモリブデン線などの高融点
金属からなるフィラメント本線の外表面に、アルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）を霧状に吹き付けたり電着等によりコーテ
ィングしたりして、あるいはイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）を粉
末で溶着して絶縁層を形成することにより行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術のうちスポット状ビーム型電子銃では、ビームが
スポット状であるため照射面積が狭く、加熱処理能力
（効率）が低下して実用的ではない。また、高融点金属
をカソードに用いると、カソードが高温度に加熱される
ため変形等が生じ易く、安定した均一なビームを得るこ
とが困難である。しかも、高温度に加熱するための加熱
システムが新たに必要となり、装置全体が複雑かつ大型
化する等の問題もある。

【０００６】また、上記従来のリニア型の傍熱型電子銃
では、絶縁碍子が加熱用フィラメントの全周面を取り囲
んでいるため、フィラメントからカソードへの熱は絶縁
碍子を介して伝達されるため、熱効率が悪い。

【０００７】さらに、従来の加熱用フィラメントはその
外表面にアルミナ層またはイットリア層だけが形成され
たものであるため、耐熱性および絶縁性の点で問題があ
る。すなわち、アルミナ層は絶縁性は高いが比較的融点
が低くフィラメント自身の発熱により２０００℃程度で
溶解して、タングステン（フィラメント芯線）と化学反
応を起こして絶縁不良を来す恐れがあり、またイットリ
ア層は融点は比較的高くヒータの発熱によって溶解され
ることはないが、アルミナ層に比較して絶縁性が低い。

【０００８】本発明の目的は、フィラメントで生じた熱
を効率良くカソードに伝達することができるリニア型カ
ソードおよび該カソードを用いた電子銃を提供すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のリニア型カソードは、含浸型の長尺状のカ
ソード本体と、該カソード本体に近接して平行に配置さ
れ、カソード本体に対面する側が開口された円筒状の絶
縁碍子と、該絶縁碍子の内部に設けられ、前記カソード
本体を加熱するためのフィラメントと、を備えたことを
特徴としている。

【００１０】また、本発明のリニア型カソードは、含浸
型の長尺状のカソード本体と、該カソード本体に近接し
て平行に配置され、カソード本体に対面する側が開口さ
れた円筒状の絶縁碍子と、該碍子の内部に設けられ、前
記カソード本体を加熱するためのフィラメント本線の外
面にイットリア層がコーティングされ、さらにイットリ
ア層の外面にアルミナ層がコーティングされたフィラメ
ントと、を備えたことを特徴としている。

【００１１】さらに、本発明は、カソードと、該カソー
ドから発生する電子を収束させるグリッド電極と、収束
した前記電子を加速するアノード電極と、を備えた電子
銃において、前記カソードとして請求項１〜５のいずれ
かに記載のリニア型カソードを使用するとともに、前記
アノード電極を長尺状にしたことを特徴としている。

【００１２】

【作用】上記構成によれば、カソードから投射されるビ
ームの断面形状はカソード本体の形状に相似な長方形と
なるため、ビームの断面積が拡大されてビーム出力の増
大を図ることができ、処理能力を高めることが可能とな
る。

【００１３】また、絶縁碍子のカソード側が開口されて
いるので、フィラメントの熱は輻射熱となってカソード
へ伝達させることができ、熱効率の向上を図ることがで
きる。さらに、フィラメント本線の外表面にイットリ
ア層を、さらにその上にアルミナ層をコーティングした
ので、フィラメントの耐熱性と絶縁性とを向上させるこ
とができる。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図面を参照しなが
ら説明する。図１は本発明のリニア型カソードを使用し
た電子銃の概略構成を示している。図に示すように、加
熱用フィラメント１、含浸型カソード２、グリッド電極
３、アノード電極４がこの順に所定間隔をおいて配置さ
れている。加熱用フィラメント１は長尺状に形成されて
おり、後述するカソード支持体内に収納されている。そ
して、カソード支持体と含浸型カソード２はスペーサ１
１を介してカソード支持台１２に支持され、カソード支
持台１２は支持絶縁碍子１３を介して取付フランジ１４
に固定されている。支持絶縁碍子１３は取付フランジ１
４に起立状に取付られ、加速電圧に耐え得る構造となっ
ている。

【００１５】含浸型カソード２は、炭酸バリウム（Ｂａ
ＣＯ₃）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ₃）および酸化アル
ミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）の粉末を混合して焼成したもの
を、ポーラスタングステンに含浸させることにより構成
され、長尺状に形成されている。また加熱用フィラメン
ト１の両端には導線１５が取付られ、この導線１５は取
付フランジ１４に設けた端子１６に接続されている。そ
して、端子１６および導線１４を介して加熱用フィラメ
ント１に電流を供給できるようになっている。

【００１６】グリット電極３は長尺状に形成されてお
り、その中央部に透孔３ａが設けられている。グリット
電極３には導線１７が取付られ、この導線１７は取付フ
ランジ１４に設けた端子１８に接続されている。そし
て、端子１８から導線１７を介して電圧を印加できるよ
うになっている。またアノード電極４も長尺状に形成さ
れており、その中央部に透孔４ａが設けられている。

【００１７】また、加熱用フィラメント１は、図２に示
すようにセラミック製の円筒状の絶縁碍子２０内に配置
されている。図３のように、絶縁碍子２０には含浸型カ
ソード２に対面する側に長手方向に亘って開口部２０ａ
が形成され、加熱用フィラメント１と含浸型カソード２
が直接対面する構成となっている。上記絶縁碍子２０は
箱型のカソード支持体２１の内部に収納され、そのカソ
ード支持体２１の上部に含浸型カソード２が固定されて
いる。

【００１８】なお、絶縁碍子２０は円筒状に形成されて
いるため、カソード支持体２１内で回動して、開口部２
０ａの位置が含浸型カソード２に正確に対面できなくな
る恐れがある。このような場合は、図４に示すように含
浸型カソード２に突起２ａを設け、この突起２ａを絶縁
碍子２０の開口部２０ａに嵌合させたり、また図５に示
すように絶縁碍子２０の底面側に平面部２０ｂを形成し
たりすることにより、絶縁碍子２０の回動を防ぐことが
できる。

【００１９】さらに、加熱用フィラメント１は、図６に
示すようにダブルコイル状に形成されている。そして、
加熱用フィラメント１は、図７に示すように、中心部を
なすタングステン製のフィラメント本線１ａの外表面に
イットリア層１ｂが直接コーティングされ、そのイット
リア層１ｂの外表面にアルミナ層１ｃがコーティングさ
れている。またフィラメント本線１ａが加熱用フィラメ
ント１の形状を決定している。したがって、イットリア
層１ｂはフィラメント本線１ａを型付した後にイットリ
ア粉末をフィラメント本線１ａに層厚で５０〜２００μ
ｍ直接溶射して形成し、アルミナ層１３はアルミナ粉末
を層厚で５０〜２００μｍ直接溶射して形成する。な
お、図６では加熱用フィラメント１の形状をダブルコイ
ル状にしたが、これに限定されることなく加熱用フィラ
メント１は任意の形状に設定することができる。

【００２０】上記構成の電子銃において、加熱用フィラ
メント１によって含浸型カソード２を加熱すると、１２
００℃以下の比較的低温度で含浸型カソード２から電子
が発生する。そして、その発生した電子はグリッド電極
３の透孔３ａを通過する際に収束され、アノード電極４
により加速されてビーム１８として外部に投射される。
この場合、グリッド電極４に印加する電圧によって含浸
型カソード２からの電子量（ビームの強度）を調整する
ことができる。

【００２１】投射されるビーム１９（図１参照）の断面
形状は、符号１９ａで示すように含浸型カソード２の形
状に対応した長方形となる。ビーム１９の断面積は従来
の電子銃のもの（図８参照）に比較して拡大されている
ため、ビーム１９の出力の増大に伴って、処理能力を高
めることが可能となる。

【００２２】なお、本実施例では、含浸型カソード２は
１２００℃以下の比較的低温度の加熱で電子を発生する
ので、加熱装置のシステムを簡素化することが可能とな
る。

【００２３】また、上記構成の電子銃では、加熱用フィ
ラメント１が加熱されると、その熱が絶縁碍子２０内を
伝導して絶縁碍子２０外表面からの輻射熱で含浸型カソ
ード２を加熱するとともに、絶縁碍子２０に開口部２０
ａを設けたので、その熱が開口部２０ａから含浸型カソ
ード２に向けて直接輻射されるため、その熱効率を大幅
に向上させることができる。

【００２４】また、フィラメント本線１ａの外表面には
イットリア層１ｂが直接コーティングされているが、イ
ットリア層１ｂは耐熱性が高いので溶解されることはな
い。さらに、アルミナ層１ｃはイットリア層１ｂの上に
コーティングされているので、フィラメント本線１ａに
直接接することはなく、アルミナ層１ｃの溶解を防止で
きる。すなわち、アルミナ層１３がフィラメント本線１
ａの加熱によって溶解されたり化学変化を起こしたりす
ることはなく、アルミナ層１３の高い絶縁性層を維持す
ることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
含浸型カソードを長尺状にしたことにより、ビームの出
力断面積が拡大され、電子銃の出力が増大して処理能力
の向上を図ることができるとともに、カソードからは比
較的低温度で電子が発生するため、カソードを高温度に
加熱するためのシステムが不要となり、装置全体の構造
を簡素化することができる。

【００２６】また、絶縁碍子に開口部を設けたことによ
り、フィラメントの熱を効率良くカソードに伝達するこ
とができるとともに、フィラメント加熱用の電流を小さ
く押さえることができるため、フィラメントの寿命を伸
ばすことも可能となる。

【００２７】さらに、フィラメント本線にはイットリア
層がコーティングされ、そのイットリア層の表面にアル
ミナ層がコーティングされているので、耐熱性と絶縁性
とを有する優れた加熱用フィラメントを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリニア型カソードを用いた電子銃の概
略構成図である。

【図２】本発明のリニア型カソードの断面図である。

【図３】絶縁碍子の斜視図である。

【図４】リニア型カソードの他の実施例を示す断面図で
ある。

【図５】リニア型カソードの更に他の実施例を示す断面
図である。

【図６】加熱用フィラメントの正面図である。

【図７】加熱用フィラメントの拡大断面図である。

【図８】スポット状ビーム型電子銃の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１加熱用フィラメント１ａフィラメント本線１ｂイットリア層１ｃアルミナ層２含浸型カソード２ａ突起３グリッド電極３ａ，４ａ透孔４アノード電極１１スペーサ１２カソード支持台１３支持絶縁碍子１４取付フランジ１５，１７導線１６，１８端子１９ビーム２０絶縁碍子２０ａ開口部２０ｂ平面部２１カソード支持体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390002004 日立ニユークリアエンジニアリング株式会社茨城県日立市幸町３丁目２番２号 (72)発明者柴田悟茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者藤井正昭茨城県日立市幸町三丁目２番２号日立ニュークリアエンジニアリング株式会社内 (72)発明者真野秀孝埼玉県上福岡市福岡２丁目１番１号新日本無線株式会社川越製作所内 (72)発明者井上淳埼玉県上福岡市福岡２丁目１番１号新日本無線株式会社川越製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】含浸型の長尺状のカソード本体と、該カ
ソード本体に近接して平行に配置され、カソード本体に
対面する側が開口された円筒状の絶縁碍子と、該絶縁碍
子の内部に設けられ、前記カソード本体を加熱するため
のフィラメントと、を備えたリニア型カソード。
【請求項２】含浸型の長尺状のカソード本体と、該カ
ソード本体に近接して平行に配置され、カソード本体に
対面する側が開口された円筒状の絶縁碍子と、該碍子の
内部に設けられ、前記カソード本体を加熱するためのフ
ィラメント本線の外面にイットリア層がコーティングさ
れ、さらにイットリア層の外面にアルミナ層がコーティ
ングされたフィラメントと、を備えたリニア型カソー
ド。
【請求項３】請求項１又は２記載のリニア型カソード
において、前記カソード本体は、ポーラスタングステン
基板の孔内にバリウム化合物を含浸させた材料で構成さ
れていることを特徴とするリニア型カソード。
【請求項４】請求項１又は２記載のリニア型カソード
において、前記絶縁碍子は箱型のカソード支持体内に収
納されていることを特徴とするリニア型カソード。
【請求項５】請求項１又は２記載のリニア型カソード
において、前記絶縁碍子は箱型のカソード支持体内に収
納され、かつ前記カソード本体、絶縁碍子、カソード支
持体の少なくとも１つには前記絶縁碍子の回動を阻止す
る手段が設けられていることを特徴とするリニア型カソ
ード。
【請求項６】カソードと、該カソードから発生する電
子を収束させるグリッド電極と、収束した前記電子を加
速するアノード電極と、を備えた電子銃において、前記
カソードとして請求項１〜５のいずれかに記載のリニア
型カソードを使用するとともに、前記アノード電極を長
尺状にしたことを特徴とする電子銃。