JP2006294545A

JP2006294545A - 真空管

Info

Publication number: JP2006294545A
Application number: JP2005116993A
Authority: JP
Inventors: Hoki Haba; 方紀羽場
Original assignee: Dialight Japan Co Ltd
Current assignee: Dialight Japan Co Ltd
Priority date: 2005-04-14
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2006-10-26

Abstract

【課題】高耐電圧、広使用電圧範囲、高応答速度、高出力電力特性の真空管を提供すること。
【解決手段】陰極１４に導電性線材１４ａと、該導電性線材１４ａの表面に形成された炭素系薄膜１４ｂとを備える電界放射型冷陰極を用いた構成。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空管に関するものである。

一般に、真空管は熱陰極（熱電子放出陰極）を用いて熱電子放出するものである。三極真空管では陽極と陰極との間に網電極（制御格子）を入れて、網電極を通過する電子流を制御している。このような三極真空管の陽極静特性は図３で示すようなものである。図３で横軸は陽極電圧、縦軸は陽極電流、変数は制御格子電圧である。しかしながら、三極真空管は、熱陰極と制御格子との間に電子雲が漂い、陽極電圧を高くしないと動作しない場合があるなど、安定した増幅作用に劣る。そのため熱陰極と制御格子との間に電子雲を吸い取る空間電荷格子を入れて四極管とするなどの対策が必要であった。また、高周波での安定を図るために制御格子と陽極との間に遮蔽格子を入れて四極管としたものがある。さらに、低陽極電圧領域で陽極からの二次電子が遮蔽格子に流れ込み増幅動作が不安定になるのを防止するため、さらに陽極の前に抑制格子を入れて五極管としたものがある。五極管の陽極静特性を図４に示す。五極管は定電流特性、高周波動作が極めて安定化したものとなる（非特許文献１参照）。しかしながら、従来の真空管においては熱電子放出であるために、電力消費量が多い、応答性に劣る、また、四極管や五極管では構造が複雑であり、さらに高価である等の課題がある。
コロナ社「電子管・超高周波デバイス」柴田幸男著平成１０年１０月３０日初版第９刷発行（第６６頁−第７６頁）

本発明により解決すべき課題は、電力消費が少ない、応答速度が早い、構造が簡易である、低廉である等の特徴を備えた真空管を提供することである。

本発明による真空管は、陽極と陰極との間に制御格子を設けた真空管において、前記陰極に、導電性基板と、該導電性基板の表面に形成された炭素系薄膜とを備える電界放射型冷陰極を用いたことを特徴とするものである。

導電性基板はその材料の種類には何等限定されない。導電性を有するものであればなんでもよく、例えば金属、その他の材料を含む。導電性基板には、板状に限定されず、線状、網状、その他を含む。導電性基板の形状には何等限定されない。

炭素系薄膜にはカーボンナノチューブ、カーボンナノウォール、ダイヤモンドライクカーボン、グラファイト、フラーレンなどが含まれる。炭素系薄膜は特にカーボンナノウォールが好ましい。

本発明によれば、陽極と陰極との間に制御格子を設けた真空管において、前記陰極に導電性基板と、該導電性基板の表面に形成された炭素系薄膜とを備える電界放射型冷陰極を用いた真空管であるので、三極真空管とほぼ同様の構成でありながら、陰極が従来の熱電子放出陰極ではなく、電界放出型冷陰極であるから、電力消費が少ない、応答速度が早い、構造が簡易である、低廉である等の特徴を備えた真空管を提供することができる。

特に、本発明では、電界放出型冷陰極でも、炭素系薄膜を用いたから、陽極と該電界放出型冷陰極との間に低い電界を印加するだけで、容易に炭素系薄膜に電界集中が起こり、電子放出が高応答で発生し、陽極電流が流れるようになる。

特に、本発明で注目すべき特徴は、三極真空管の構造であるのに、五極管と同様な陽極静特性を有することである。すなわち、陽極電圧が飽和すると、制御格子電圧の制御のみで陽極電流を制御することができるので、増幅特性が極めて安定化する。この場合、熱電子放出ではないので、即座に応答することができる。

本発明によれば、電力消費が少ない、応答速度が早い、構造が簡易である、低廉である等の特徴を備えた真空管を提供することができる。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明すると、図１は実施の形態の真空管の回路図、図２は同真空管の陽極静特性図である。実施の形態の真空管１０は、陽極（Ａ）１２と陰極（Ｋ）１４との間に制御格子（Ｇ）１６を設け、その陰極１４に導電性基板の一例である導電性線材１４ａと、該導電性線材１４ａの表面に形成された炭素系薄膜１４ｂとを備える電界放射型冷陰極を用いたものである。炭素系薄膜１４ｂは電界集中効率に優れたナノウォール状の微細突起を有するカーボンナノウォールである。導電性線材１４ａの表面は電界集中をより発生しやすくする表面粗さを有する凹凸に積極的に設定されており、この表面粗さの凹凸は炭素系薄膜の微細突起にさらに全体の凹凸を形成しており微細突起での電界集中を助長する電界集中補助部として作用することができる。この表面粗さは微視的であるが、可視的な凹凸でもよい。例えば、複数の導線を撚り合わせてなる凹凸や、導線表面をねじ切り加工する凹凸でもよい。Ｖｇは可変制御格子電源、Ｉｇは制御格子電流、Ｖａは可変陽極電源、Ｉａは陽極電流である。

上記実施の形態の真空管１０の陽極静特性を図２に示す。図２において横軸は陽極電圧Ｖａ、縦軸は陽極電流Ｉａである。この陽極静特性から明らかであるように実施の形態の真空管１０は、三極真空管と同様に陽極と、陰極と、制御格子という構成でありながら、四極管や五極管の陽極静特性と同等あるいはそれ以上の陽極静特性、を備え、さらに、従来の熱電子放出の真空管とは異なり、低電力消費、優れた応答性、簡易な構造、さらに低廉な構造の真空管を提供することができる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、種々な変更ないしは変形を含むものである。

本発明の実施の形態に係る真空管の回路図である。図１の真空管の陽極静特性を示す図である。三極真空管の陽極静特性を示す図である。五極管の陽極静特性を示す図である。

符号の説明

１０真空管
１２陽極
１４陰極
１４ａ導電性線材
１４ｂ炭素系薄膜
１６制御格子

Claims

陽極と陰極との間に制御格子を設けた真空管において、前記陰極に導電性基板と、該導電性基板の表面に形成された炭素系薄膜とを備える電界放射型冷陰極を用いたことを特徴とする真空管。
前記炭素系薄膜が、カーボンナノウォールであることを特徴とする請求項１に記載の真空管。