JPH083956Y2 - 含浸型陰極構体 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の目的〕 （産業上の利用分野） 本考案は、大出力のクライストロン等のマイクロ波電
子管の電子銃に使用する含浸型陰極構体に関するもので
ある。

（従来の技術） クライストロン等のマイクロ波電子管は、高出力化の
傾向にあり、とくに、核融合や粒子加速器に使用するも
のについては、その出力がMW（メガワット）級になり、
益々の高出力化が望まれている。

したがって、その電子銃に使用する陰極も、取出すエ
ミッション値が必然的に増加し、単位面積当りの電流値
が多くなり、高電流密度化が進んでいる。

そのため、従来から使用していた酸化物陰極構体で
は、取出せる電流値が小さく、動作電圧も高くなるた
め、最近では、耐電圧の面からも、酸化物陰極に代っ
て、含浸型陰極構体が一般的に使用されるようになって
きた。

すなわち、含浸型陰極構体は、3A/cm²の電流密度の動
作が可能で、その寿命も、衛星搭載用では、数万時間の
寿命が推定されており、このような大きい特徴があるた
め、高出力のマイクロ波電子管に含浸型陰極構体が使用
される傾向が益々増加している。

この含浸型陰極構体の一般的な構造を第４図に示す。

１はタングステン（Ｗ）から成る多孔質の陰極円板
で、この陰極円板１の空孔率は15〜20％で、この空孔部
にBaO、CaO、Al₂Ｏ₃から成る電子放射物質が含浸される
ようになっている。

２はモリブデン（Mo）等から成る円筒状の収納容器
で、この収納容器２は、上記陰極円板１を支持する機能
を持ち、上記陰極円板１の裏面にRu−Moのロウ材でロウ
付けされている。

そして、この収納容器２に上記陰極円板１を最適な動
作温度に加熱するためのヒータ３を、アルミナ等から成
る絶縁物４とともに収納して、絶縁物４中に埋設してあ
り、この絶縁物４を水素中あるいは真空中で加熱して焼
結してある。

そして、この後、上記陰極円板１の曲面状に凹陥した
表面に電子放射物質を盛り、水素中のような非酸化性の
雰囲気の中で電子放射物質を加熱溶融することによっ
て、電子放射物質を陰極円板１の空孔部に含浸してあ
る。

ところで、陰極が比較的に小型の場合には、とくに問
題は無いが、大形になると、陰極円板を加熱するヒータ
の入力電力が大きくなり、陰極円板が効率的に最適の動
作温度になるように色々の工夫がされている。

まず、含浸型陰極は、酸化物陰極に比較して、動作温
度が100〜200℃高く、これとともに、ヒータの温度も高
くなり、1500〜1600℃となるため、ヒータをアルミナ等
の絶縁物に埋設し、ヒータの熱を効率的に陰極円板に伝
達するとともに、ヒータの温度が上り過ぎないようにし
ている。

そして、さらに熱効率を上げるために、ヒータの熱が
陰極円板に集中するように、陰極の外側に熱の反射筒を
設けるとともに、陰極の後部に熱の反射板を設けること
が行なわれており、この反射筒や反射板は、その性格
上、陰極円板を除く部分をできるだけ覆うことが望まし
いが、そうすることにより、熱効率は向上するが、陰極
を構成している部品から放出するガスを排気するのに時
間が掛かるという問題がある。

とくに、ヒータを埋設した絶縁物は、アルミナ等の粉
末を焼結しているため、表面積が大きく、ガスを大量に
吸着しているので、放出されるガスの量も多く、少しず
つ排出されるため、排気に時間が掛かる。

このガスの放出は、マイクロ波電子管の製造工程中の
排気工程において、ヒータに通電して行なうが、ガスの
放出量が多く、管内の真空度が悪いと、陰極を汚染し
て、ガス被毒により、排気後のエミッションに影響を及
ぼし、エミッション値が低くなる。

第５図に大口径の含浸型陰極構体の具体的な構造を示
す。

11は陰極円板で、この陰極円板11は、多孔質のタング
ステン（Ｗ）から成り、この直径は70mmで、中央に円形
の通孔があり、その表面は曲面状に凹陥している。

12,13,14はモリブデン（Mo）から成る大中小の３つの
円形の支持筒で、この３つの支持筒12,13,14は、上記陰
極円板11の裏面に同心状に配してRu−Moのロウ材でロウ
付けされ、収納容器15を構成する。

なお、最内側の支持筒14は他の支持筒12,13よりも少
しだけ長くなっている。

16はヒータで、このヒータ16は、直径1.5mmのタング
ステン線で上記収納容器15の支持筒12,13の間及び支持
筒13,14の間に入る２種類の環状のコイルを作り、この
２つのコイルの端部を溶接して１本の連続したコイルに
したもので、収納容器15に収納され、その内側の一端部
16aを最内側の支持筒14に接続することによって、陰極
円板11と同電位で使用されるようになっている。

17はアルミナの粉末から成る絶縁物で、この絶縁物17
は、上記ヒータ16を収納した収納容器15に充填されてヒ
ータ16を埋設し、乾燥後に、水素中あるいは真空中で加
熱されて焼結してある。

18,19はそれぞれ反射板で、環状に形成されて、上記
収納容器15の支持筒12,13の上に設けられ、第１の反射
板18はその外周部を最外側の支持筒12のフランジ部にア
ーク溶接によって固定され、第２の反射板19は、その外
周の一部を折曲した突片部19aにより、第１の反射板18
の上に間隔をおいて配置され、その内周部を最内側の支
持筒14の外周に設けたリング20に溶接することにより固
定されている。

21は反射筒で、この反射筒21は、上記収納容器15及び
上記反射板18,19の外周に設けられ、その一端部を上記
陰極円板11にロウ付けされ、その他端部にはフランジ体
22がロウ付けされている。

なお、この陰極は、上記フランジ体22を介して、電子
銃に固定されるようになっている。

（考案が解決しようとする課題） ところで、上述した従来の含浸型陰極構体では、第１
の反射板18の外周部を支持筒12に固定した後、第２の反
射板19の内周部を支持筒14外周のリング20に固定し、こ
の際に、第２の反射板19の外周に折曲した突片部19aに
より第１の反射板18との間隔を形成するため、第２の反
射板19の内周部が彎曲し、この第２の反射板19の内周部
と第１の反射板18との間隔及び固定の状態が安定し難い
という問題がある。

そして、このように反射板18,19の間隔及び固定の状
態が安定し難いので、反射板18,19の間隔が狭いと、ヒ
ータ16のオン／オフによる膨脹及び収縮の繰返しで、反
射板18,19が変形して互いに接触し易く、接触すると熱
効率に変化が生じるので、これを防止するために、反射
板18,19の間隔を広くする必要がある。

したがって、熱効率をより一層向上する目的で、反射
板18,19の数を増やそうとした場合、反射板18,19間の間
隔及び固定の状態がさらに不安定となることもあって、
狭いスペースに多くの反射板18,19を設けることが困難
で、反射板18,19の数を増やすことが困難であった。

また、反射板18,19の数を増やした場合、ヒータ16を
埋設した絶縁物17のガスも抜け難くなり、電子管内を高
真空にするのに時間が掛かるという問題もある。

本考案は、このような点に鑑みなされたもので、含浸
型陰極構体において、反射板間の間隔及び固定の状態を
安定させることによって、反射板の数を増やせるように
すること、この場合にも、ガスの排出を円滑に行なえる
ようにすることを目的とするものである。

〔考案の構成〕

（課題を解決するための手段） 請求項１記載の含浸型陰極構体は、電子放射物質を含
浸した多孔質の陰極円板と、この陰極円板の裏面に設け
られた収納容器と、この収納容器に収納されて焼結され
た絶縁物と、この絶縁物とともに上記収納容器に収納さ
れて絶縁物に埋設されたヒータと、このヒータを埋設し
た上記絶縁物を覆って上記収納容器に取付けられた複数
の反射板とを備えた含浸型陰極構体であって、上記複数
の反射板は、予め複数のスペーサを介して互いに間隔を
おいた状態で反射板構体として一体的に組立てられたも
のである。

請求項２記載の含浸型陰極構体は、それぞれの反射板
には、互いに直線的に連通しない位置にガス抜き穴が形
成されたものである。

（作用） 請求項１記載の含浸型陰極構体では、複数の反射板を
予め反射構体として一体的に組立てておくので、反射板
相互の間隔が安定するとともに、反射板相互の固定の状
態が強固になる。

請求項２記載の含浸型陰極構体では、請求項１記載の
作用に加え、排気時に絶縁物等から放出されたガスは、
各反射板に形成したガス抜き穴から抜ける。そして、こ
れらのガス抜き穴を通って放射される熱は、他の反射板
により反射される。

（実施例） 本考案の含浸型陰極構体の実施例を第１図ないし第３
図を参照して説明する。

第１図に本考案の含浸型陰極構体の一実施例の構造を
示す。

31は多孔質のタングステン（Ｗ）から成る陰極円板
で、この陰極円板31は、直径が70mmで、その中央に円形
の通孔31aがあり、その表面は曲面状に凹陥している。

32,33,34はモリブデン（Mo）から成る大中小３つの円
形の支持筒で、この３つの支持筒32,33,34は、上記陰極
円板31の裏面に同心状に配してRu−Moのロウ材でロウ付
けされ、これによって、収納容器35を構成している。

そして、上記支持筒32,33,34を陰極円板31の裏面にロ
ウ付けする際に、同じ陰極円板31の裏面にRu−Moのロウ
材を塗布し、裏面の空孔部を目潰しすることによって、
表面から含浸する電子放射物質が後述するヒータ36側に
入ってヒータ36と反応するのを防止している。

また、中間の支持筒33にはヒータ36の中間部が貫通す
る切欠部33aが形成されているとともに、最内側の支持
筒34は、ヒータ36の内側の一端部36aを溶接するため
に、他の支持筒32,33よりも少しだけ長くなっている。

なお、最内側の支持筒34の長さは、後述する反射板4
1,42の間隔を狭くして反射板41,42,43,44の数を多くす
るために、ヒータ36の一端部36aを溶接することができ
る範囲内でできるだけ短いほうがよい。

36はヒータで、このヒータ36は、上記陰極円板31を加
熱するためのもので、陰極円板31が所定の動作温度にな
るように、直径1.5mmのタングステン線で上記収納容器3
5の支持筒32,33の間と支持筒33,34の間に入る２種類の
環状のコイルを作り、この２つのコイルの端部を溶接し
て１本の連続したコイルにしたもので、上記収納容器35
に収納され、その内側の一端部36aを最内側の支持筒34
に接続することにより、陰極円板31と同電位で使用され
るようになっている。

37はアルミナの粉末から成る絶縁物で、この絶縁物37
は上記ヒータ36を収納した収納容器35に支持筒32,33の
高さまで充填されてヒータ36を埋設しており、この絶縁
物37を、乾燥した後、水素中あるいは真空中で加熱して
焼結することにより、ヒータ36が支持筒32,33,34や陰極
円板31に所定の間隔を介して絶縁された状態で固定され
ている。

なお、上記ヒータ36の内側の一端部36aは、上記絶縁
物37から突出し、絶縁物37の焼結後に最内側の支持筒34
に溶接される。

また、上記ヒータ36の外側の他端部36bは、電圧を印
加するために、絶縁物37から突設されているが、この絶
縁物37からの突出部分にはアルミナ製の保護パイプ38が
装着され、根元部分における折損の防止がなされてい
る。

40は反射板構体で、この反射板構体40は、上記絶縁物
37を覆って熱の逃げを抑制し、輻射により熱効率を高め
るためのもので、第２図及び第３図に示すように、モリ
ブデン（Mo）から成る４枚の反射板41,42,43,44を、モ
リブデン（Mo）から成る４本のリベット45により、モリ
ブデン（Mo）から成る複数の環状のスペーサ46,47を介
して間隔をおいた状態で、一体的に組立てたものであ
る。

この反射板構体40は、上記絶縁物37を焼結し、ヒータ
36の一端部36aを支持筒34に溶接した後、その第１の反
射板41を上記収納容器35の最外側の支持筒32のフランジ
部32aにアーク溶接によって固定され、これによって、
他の反射板42,43,44も固定されている。

そして、この反射板構体40の４枚の反射板41,42,43,4
4のうち第１の反射板41だけは、中央に通孔41aを形成し
た円環状で、この通孔41aを収納容器35の最内側の支持
筒34の外側に嵌合することにより、第１の反射板41は収
納容器35の他の支持筒32,33及び収納容器35内の絶縁物3
7に密着し、絶縁物37の脱落を阻止している。

なお、第２ないし第４の反射板42,43,44の中央には通
孔が無いので、第１の反射板41から突出した上記支持筒
34から放出される熱を陰極円板31側に反射して、熱効率
を向上することができる。

また、この反射板構体40の反射板41,42,43,44には、
それぞれ、上記ヒータ36の他端部36bが貫通する開口部4
8が一直線に連通する位置に形成されているとともに、
直線的に連通しない位置に複数のガス抜き穴49,50が形
成されている。

このように、直線的に連通しない位置に複数のガス抜
き穴を形成すると、第１の反射板41に設ける通孔41aと
同様に、第１の反射板41から突出した支持筒34から放射
される熱を陰極円板31側に反射して、熱効率を向上する
ことができる。

51はレニウム（Re）−モリブデン（Mo）から成る反射
筒で、この反射筒51は、上記収納容器35を覆って熱の逃
げを抑制し、輻射により熱効率を高めるためのもので、
その一端部は、最外側の支持筒32のフランジ部32bの外
側に位置して、陰極円板31にRu−Mo−Niのロウ材でロウ
付けすることによって固定され、その他端部には、モリ
ブデン（Mo）から成るフランジ部材52がRu−Mo−Niのロ
ウ材でロウ付けすることによって固定され、このフラン
ジ部材52は図示しない電子銃に固定されるようになって
いる。

そうして、この後、上記陰極円板31の曲面状に凹陥し
た表面にBaO、CaO、Al₂Ｏ₃から成る電子放射物質を乗せ
て、水素中で1600〜1700度Ｃに加熱することによって、
電子放射物質を溶融して陰極円板31の空孔部に含浸させ
ている。

このような構成において、上記４枚の反射板41,42,4
3,44は、収納容器35に取付ける前に、予め、反射板構体
40としてスペーサ46,47を介してリベット45により一体
的に組立てられているので、反射板41,42,43,44相互の
間隔が安定するとともに、反射板41,42,43,44相互の固
定の状態が強固になり、しかも、反射板構体40全体を収
納容器35に固定する第１の反射板41の厚さを厚くして、
彎曲や変形を防止することにより、反射板構体40全体を
収納容器35に安定的に取付けることができる。

したがって、反射板41,42,43,44の間隔を狭くして、
狭いスペースに多くの反射板41,42,43,44を設けること
ができるので、熱効率をより一層向上することができ
る。

また、反射板41,42,43,44の数を増やした場合、その
ままでは、マイクロ波電子管の排気工程において、ヒー
タ36を埋設した絶縁物37のガスが抜け難くなり、電子管
内を高真空にするのに時間が掛かるが、ここでは、反射
板41,42,43,44にガス抜き穴49,50が形成されているた
め、ガスが抜け易くなり、排気が円滑に行なわれるの
で、時間が掛かることがない。

なお、第１の反射板41の厚さは0.2〜1.0mm、第２ない
し第４の反射板42,43,44の厚さは0.1〜0.5mm、第１の反
射板41と第２の反射板42の間のスペーサ46の高さは１〜
5mm、第２の反射板42と第３の反射板43と第４の反射板4
4の間のスペーサ47の高さは１〜5mmのもの用いられる。

〔考案の効果〕

請求項１記載の含浸型陰極構体によれば、含浸型陰極
構体において、ヒータを埋設した絶縁体を覆う複数の反
射板は、予め反射板構体としてスペーサを介して一体的
に組立てられているので、反射板相互の間隔が安定する
とともに、反射板相互の固定の状態が強固になり、反射
板構体全体を収納容器に安定的に取付けることができ
る。したがって、反射板の間隔を狭くして、狭いスペー
スに多くの反射板を設けることができるので、熱効率を
より一層向上することができる。

請求項２記載の含浸型陰極構体によれば、請求項１記
載の効果に加え、反射板の数を増やした場合、そのまま
では、排気工程において、ヒータを埋設した絶縁物等の
ガスが抜け難くなり、電子管内を高真空にするのに時間
が掛かるが、反射板にガス抜き穴が形成されているた
め、ガスが抜け易くなり、排気が円滑に行なわれるの
で、高真空にするのに時間が掛かることがない。また、
これらのガス抜き穴を通って放射される熱は、他の反射
板により反射されるので、熱効率を向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本考案の含浸型陰極構体の実施例
を示し、第１図はその一部を断面にした側面図、第２図
はその反射板構体の側面図、第３図はその反射板構体の
底面図であり、第４図は含浸型陰極構体の一体的な構造
を示す縦断面図、第５図は従来の大口径の含浸型陰極構
体の一部を断面にした側面図である。 31……陰極円板、35……収納容器、36……ヒータ、37…
…絶縁物、40……反射板構体、41,42,43,44……反射
板、46,47……スペーサ、49,50……ガス抜き穴。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】電子放射物質を含浸した多孔質の陰極円板
   と、この陰極円板の裏面に設けられた収納容器と、この
   収納容器に収納されて焼結された絶縁物と、この絶縁物
   とともに上記収納容器に収納されて絶縁物に埋設された
   ヒータと、このヒータを埋設した上記絶縁物を覆って上
   記収納容器に取付けられた複数の反射板とを備えた含浸
   型陰極構体であって、 上記複数の反射板は、予め複数のスペーサを介して互い
   に間隔をおいた状態で反射板構体として一体的に組立て
   られたことを特徴とする含浸型陰極構体。
2. 【請求項２】それぞれの反射板には、互いに直線的に連
   通しない位置にガス抜き穴が形成されたことを特徴とす
   る請求項１記載の含浸型陰極構体。