JP2011129361A - Impregnated cathode structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、クライストロンやジャイロトロン等のマイクロ波電子管の電子銃に用いられる含浸型陰極構体に関する。 The present invention relates to an impregnated cathode assembly used for an electron gun of a microwave electron tube such as a klystron or a gyrotron.
現在、例えば、核融合や粒子加速器等に用いられるクライストロン等のマイクロ波電子管は、その出力がメガワット級に至り、ますます高出力化が望まれている。そのため、このような高出力のマイクロ波電子管には、酸化物陰極に代わって、含浸型陰極を用いた電子銃が使用されている(例えば、特許文献1および特許文献2を参照。)。
Currently, for example, microwave electron tubes such as klystrons used in nuclear fusion and particle accelerators have reached the megawatt class, and higher output is desired. Therefore, in such a high-power microwave electron tube, an electron gun using an impregnated cathode is used instead of the oxide cathode (see, for example,
この含浸型陰極構体101の構造について、図10を用いて説明する。図10は、含浸型陰極構体の部分縦断面図である。
The structure of the impregnated
含浸型陰極構体101は、クライストロンの電子銃に用いられる陰極構体であり、陰極基体110、支持体120、ヒータ140、埋め込み材150等を有している。
The impregnated
陰極基体110は、多孔質のタングステン(W)からなり、ディスク状に成型されている。陰極基体110には、曲面状に凹陥した電子放射面112が形成されている。陰極基体110の空孔には、電子放射物質が含浸されている。
The
支持体120は、陰極基体110を支持することに加えて、内部に形成された収納空間122にヒータ140および埋め込み材150を収納する役割を果たす。支持体120は、モリブデン(Mo)からなる円筒状の支持外筒124および支持内筒126を有している。支持内筒126は、支持外筒124との間に環状の収納空間122が形成されるように支持外筒124の筒内に支持外筒124と同軸的(同心状)に配置されている。
In addition to supporting the
陰極基体110は、ルテニウム−モリブデン(Ru−Mo)合金を用いて、支持外筒124および支持内筒126の一端にろう付けされている。
The
ヒータ140は、後述する埋め込み材150を介して、陰極基体110を加熱する役割を果たす。ヒータ140は、コイル状に巻回されたタングステン(W)線であり、収納空間122に収納されている。ヒータ140の一端144は、支持内筒126の外壁に接合されていて、ヒータ140と陰極基体110とは、同電位となっている。
The
埋め込み材150は、ヒータ140からの熱を陰極基体110に伝えることに加えて、収納空間122に収納されたヒータ140を保持する役割を果たす。埋め込み材150は、例えば、アルミナの焼結体であって、ヒータ140が収納された収納空間122に隙間なく充填されている。
The embedding
上述した含浸型陰極構体101において、例えば、アルミナ等のからなる埋め込み材150は、モリブデン(Mo)等の金属からなる支持体120に比べて熱膨張率が大きいため、埋め込み材150は、ヒータ140の加熱によって膨張して、収納空間122内で周方向に動くことがある。そうすると、ヒータ140の一端144と支持内筒126の外壁との接合部分には応力が掛かってしまう。そして、ヒータ140のオン・オフが繰り返されると、ヒータ140と支持内筒126との接合が外れてしまうことがある。
In the above-described impregnated-
特に、ヒータ140の一端144と支持内筒126の外壁とが溶融温度の高いろう材によってろう付けされている場合には、例えば、タングステン線からなるヒータ140の一端144が再結晶して、ヒータ140の一端144が脆くなっている。そのため、接合部分に掛かる応力によって、なおさら、ヒータ140の一端144と支持内筒126の外壁とが外れやすくなってしまう。
In particular, when the one
そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、ヒータと支持体との接合を外れにくくすることを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to make it difficult to disconnect the heater and the support.
上記の目的を達成するために、本発明に係る含浸型陰極構体は、電子放射物質が含浸された陰極基体と、筒内に収納空間が形成された円筒状の支持外筒を有し、前記陰極基体が取り付けられて前記陰極基体を支持した支持体と、線状に形成されて、少なくとも一部が前記支持体の前記収納空間に収納されて、一方の端部が前記支持体に接合されたヒータと、前記支持体の前記収納空間に充填された絶縁材とを具備し、前記支持体の前記収納空間を形成する壁面に周方向に対して交差して延びた凹部または凸部が形成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an impregnated-type cathode assembly according to the present invention includes a cathode base impregnated with an electron-emitting material, and a cylindrical support outer cylinder in which a storage space is formed in the cylinder, A support body to which the cathode base body is attached and which supports the cathode base body, is formed in a linear shape, and at least a part is housed in the housing space of the support body, and one end portion is joined to the support body. And a concave portion or a convex portion extending in the circumferential direction is formed on the wall surface forming the storage space of the support. It is characterized by being.
本発明によれば、ヒータと支持体との接合を外れにくくすることができる。 According to the present invention, it is possible to make it difficult to disconnect the heater and the support.
[第1の実施形態]
本発明に係る含浸型陰極構体の第1の実施形態について、図1ないし図3を用いて説明する。本実施形態に係る含浸型陰極構体1は、クライストロンの電子銃に用いられる陰極構体である。
[First Embodiment]
A first embodiment of an impregnated cathode assembly according to the present invention will be described with reference to FIGS. The impregnated-
まず、本実施形態に係る含浸型陰極構体1の構造について、図1を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る含浸型陰極構体の部分縦断面図である。
First, the structure of the impregnated
含浸型陰極構体1は、陰極基体10、支持体20、ヒータ40、埋め込み材50、反射板60,62、および、反射筒66等を有している。
The impregnated
陰極基体10は、例えば、空孔率15〜20%の多孔質のタングステン(W)からなり、例えば、直径が70mmのディスク状に成型されている。陰極基体10には、所定の曲率で曲面状に凹陥した電子放射面12が形成されている。陰極基体10の空孔には、例えば、酸化バリウム(BaO)、酸化カルシウム(CaO)、および、酸化アルミニウム(Al2O3)からなる電子放射物質が含浸されている。
The
なお、電子放射面12の加工時に空孔の目潰れが生じやすく、この目潰れにより電子放射物質が空孔に十分に含浸されないことがある。これを防ぐために、電子放射面12の加工前に、陰極基体10の空孔にプラスチックを含浸させて、電子放射面12の加工後に、陰極基体10を水素雰囲気下または真空下で加熱して、含浸されているプラステックを飛散させて、その後、陰極基体10の空孔に電子放射物質を含浸させることが望ましい。
In addition, when the
支持体20は、陰極基体10を支持することに加えて、内部に形成された収納空間22にヒータ40および埋め込み材50を収納する役割を果たす。支持体20は、支持外筒24および支持内筒26を有している。
In addition to supporting the
支持外筒24および支持内筒26は、それぞれモリブデン(Mo)からなり、円筒状に成型されている。支持内筒26は、支持外筒24との間に環状の収納空間22が形成されるように支持外筒24の筒内に支持外筒24と同軸的(同心状)に配置されている。支持内筒26は、例えば、直径20mm、軸方向の長さ15mm、板厚2mmに成型されている。
The support
陰極基体10は、収納空間22の一方の端部を塞ぐように配置されていて、支持外筒24および支持内筒26の一方の端部に接合されている。詳しくは、支持外筒24および支持内筒26の一方の端部と、陰極基体10の裏面(電子放射面12とは反対側の面)14とは、例えば、ルテニウム−モリブデン(Ru−Mo)合金を用いてろう付けされている。
The
ヒータ40は、後述する埋め込み材50を介して、陰極基体10を加熱する役割を果たす。ヒータ40は、線状に形成されたフィラメントであり、例えば、直径1.5mmのタングステン(W)線である。ヒータ40の中間部分(発熱部分)42は、コイル状に巻回されて、収納空間22に収納されている。なお、ヒータ40の巻回軸は、例えば、支持体20の周方向に延びている。
The
ヒータ40の一方の端部44は、支持体20に電気的に接続されている。例えば、ヒータ40の一方の端部44は、支持内筒26の外周面に対して、Ru−Mo合金を用いてろう付けされている。そのため、ヒータ40、支持体20、および、陰極基体10は、同電位となっている。
One
一方、ヒータ40の他方の端部46は、支持体20の陰極基体10から離れた端部に設けられたアルミナ管48を挿通して含浸型陰極構体1の外部に延びて、図示しない電源装置に接続されている。アルミナ管48は、後述する埋め込み材50の表面付近でヒータ40が折損することを防止するため、および、ヒータ40と後述する第1反射板60とを絶縁するために設けられている。
On the other hand, the
埋め込み材50は、ヒータ40からの熱を陰極基体10に伝えることに加えて、収納空間22に収納されたヒータ40を保持する役割を果たす。埋め込み材50は、例えば、アルミナの焼結体であって、ヒータ40の中間部分(発熱部分)42が収納された収納空間22に隙間なく充填されている。
The embedding
第1反射板60、第2反射板62、および、反射筒66は、収納空間22から外部への放熱を抑制し、輻射により陰極基体10の加熱効率を高める役割を果たす。
The first reflecting
第1反射板60は、モリブデン(Mo)からなる環板体であって、収納空間22の陰極基体10から離れた開口を塞ぐように配置されている。第1反射板60の外縁部は、支持外筒24の端部にアーク溶接により接合されていて、第1反射板60の内縁部は、アーク溶接により支持内筒26の端部に接合されている。
The first reflecting
また、第2反射板62は、モリブデン(Mo)からなる円板であり、第1反射板60より外側に配置されて、環状のスペーサ64を介して、アーク溶接により第1反射板60に接合されている。
The
さらに、反射筒66は、レニウム−モリブデン(Re−Mo)合金の薄板からなり、支持外筒24と間隔を空けて、支持外筒24の外周に配置されている。反射筒66の一端(陰極基体10寄りの端部)は、支持外筒24に対してルテニウム−モリブデン−ニッケル(Ru−Mo−Ni)合金を用いてろう付けされている。反射筒66の他端(陰極基体10から離れた端部)には、環状のフランジ部材68がRu−Mo−Ni合金を用いてろう付けされて設けられている。含浸型陰極構体1は、このフランジ部材68を介して、図示しない電子銃部に固定される。
Further, the
次に、本実施形態に係る含浸型陰極構体1の特徴的部分の構造について、図2および図3を用いて説明する。図2は、支持外筒の斜視図であり、図3は、支持内筒の斜視図である。
Next, the structure of the characteristic part of the impregnated-
支持体20の収納空間22を形成する壁面(例えば、支持外筒24の内周面や支持内筒26の外周面など)には、収納空間22の周方向に対して交差した凹部24a,26aが形成されている。
詳しくは、図2に示したように、支持外筒24の内周面には、支持外筒24の軸方向に延びた6本の凹部24aが周方向に等間隔に形成されている。また、図3に示したように、支持内筒26の外周面には、支持内筒26の軸方向に延びた6本の凹部26aが周方向に等間隔に形成されている。なお、凹部24a,26aは、それぞれ3本以上形成されていることが望ましい。
Specifically, as shown in FIG. 2, six
本実施形態に係る含浸型陰極構体1の製造方法について説明する。含浸型陰極構体1は、例えば、以下のように製造される。
A method for manufacturing the impregnated-
まず、支持体20を電子放射物質が含浸されていない陰極基体10の裏面に設置して、陰極基体10と支持体20との接合部分にRu−Mo合金を塗布する。また、冶具によりヒータ40を収納空間22の所定位置に保持して、ヒータ40の端部44と支持内筒26との接合部分にRu−Mo合金を塗布する。同時に、陰極基体10の裏面14にRu−Mo合金を塗布する。塗布後、Ru−Mo合金を溶解させて、陰極基体10と支持体20とを接合し、陰極基体10の裏面14にRu−Mo合金の膜を形成する。このRu−Mo合金の膜は、陰極基体10の電子放射面12から電子放射物質を含浸させる際に、電子放射物質が陰極基体10の裏面14から収納空間22に染み出さないようにするためのものである。
First, the
その後、収納空間22に埋め込み材50を充填する。この埋め込み材50の充填は、例えば、結着剤を含む有機溶剤に粉末状のアルミナを加えて撹拌してペースト状にしたものを収納空間22に流し込み、その後、乾燥により有機溶剤を飛散させて、真空中あるいは水素雰囲気下、1750〜1850℃で焼結させて行う。
Thereafter, the embedding
埋め込み材50の充填後、支持体20に第1反射板60を溶接して、第1反射板60にスペーサ64を介して第2反射板62を溶接する。また、支持体20に反射筒66をろう付けする。
After the filling
最後に、陰極基体10の電子放射面12上に電子放射物質を載せて、電子放射物質を水素雰囲気下、1600〜1700℃で溶融させて陰極基体10に含浸させて、含浸型陰極構体1が完成する。
Finally, an electron emitting material is placed on the
本実施形態に係る含浸型陰極構体1の効果について説明する。
The effects of the impregnated
本実施形態によれば、収納空間22を形成する壁面には、周方向に対して交差した凹部24a,26aが形成されている。すなわち、支持外筒24の内周面および支持内筒26の外周面には、それぞれ軸方向に延びた複数の凹部24a,26aが形成されている。そのため、ヒータ40の加熱時に、アルミナからなる埋め込み材50が収納空間22内で周方向に動きにくい。その結果、ヒータ40のオン・オフが繰り返されても、ヒータ40と支持内筒26との接合が外れにくく、ヒータ40に電流を安定供給できる。
According to the present embodiment, the wall surface forming the
[第2の実施形態]
本発明に係る含浸型陰極構体の第2の実施形態について、図1、図4および図5を用いて説明する。図1は、本実施形態に係る含浸型陰極構体の部分縦断面図である。図4は、支持外筒の斜視図であり、図5は、支持内筒の斜視図である。なお、本実施形態は、第1の実施形態の変形例であるため、重複部分には同一符号を付してその部分の構成の説明を省略する。
[Second Embodiment]
A second embodiment of an impregnated cathode assembly according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 4 and 5. FIG. FIG. 1 is a partial longitudinal sectional view of an impregnated-type cathode assembly according to this embodiment. FIG. 4 is a perspective view of the support outer cylinder, and FIG. 5 is a perspective view of the support inner cylinder. In addition, since this embodiment is a modification of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to an overlapping part and description of the structure of the part is abbreviate | omitted.
本実施形態に係る含浸型陰極構体1の基本構造は、第1の実施形態と同等に構成されている。
The basic structure of the impregnated-
本実施形態においては、支持体20の収納空間22を形成する壁面(例えば、支持外筒24の内周面や支持内筒26の外周面など)には、収納空間22の周方向に対して交差した凸部24b,26bが形成されている。
In the present embodiment, the wall surface (for example, the inner peripheral surface of the support
詳しくは、図4に示したように、支持外筒24の内周面には、支持外筒24の軸方向に延びた6本の凸部24bが周方向に等間隔に形成されている。また、図5に示したように、支持内筒26の外周面に支持内筒26の軸方向に延びた6本の凸部26bが周方向に等間隔に形成されている。
Specifically, as shown in FIG. 4, six
本実施形態によっても、第1の実施形態と同等の効果を得ることができる。なお、支持外筒24の内周面および支持内筒26の外周面には、凹部24a,26aと凸部24b,26bとの両方を形成しても、同等の効果を得ることができる。
Also according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. The same effect can be obtained even if both the
[第3の実施形態]
本発明に係る含浸型陰極構体の第3の実施形態について、図6および図7を用いて説明する。なお、本実施形態は、第1の実施形態の変形例であるため、重複部分には同一符号を付してその部分の構成の説明を省略する。
[Third Embodiment]
A third embodiment of the impregnated cathode assembly according to the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, since this embodiment is a modification of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to an overlapping part and description of the structure of the part is abbreviate | omitted.
まず、本実施形態に係る含浸型陰極構体1の構造について、図6を用いて説明する。図6は、本実施形態に係る含浸型陰極構体の部分縦断面図である。
First, the structure of the impregnated
本実施形態に係る含浸型陰極構体1は、ジャイロトロンの電子銃に用いられる陰極構体である。含浸型陰極構体1は、陰極基体10、支持体20、ヒータ40、埋め込み材50、反射板60、および、反射筒66等を有している。
The impregnated-
支持体20は、支持外筒24、支持内筒26、および、閉塞板28を有している。支持内筒26は、支持外筒24との間に環状の収納空間22が形成されるように支持外筒24の筒内に支持外筒24と同軸的(同心状)に配置されている。
The
閉塞板28は、支持体20の一方の開口端(支持外筒24および支持内筒26の一方の端部)を塞ぐように配置されていて、収納空間22の一端面を形成している。支持外筒24、支持内筒26、および、閉塞板28は、一体に成型されている。
The closing
陰極基体10は、内径80mm、外径95mmのリング状に成型されている。陰極基体10は、支持外筒24の外周に形成されたフランジ部25にろう付けされている。
The
支持体20の収納空間22には、第1の実施形態と同様に、ヒータ40が収納されて、埋め込み材50が充填されている。
The
ここで、本実施形態に係る含浸型陰極構体1の特徴的部分の構造について、図7を用いて説明する。図7は、支持体の斜視図である。
Here, the structure of the characteristic part of the impregnated-
支持体20の収納空間22を形成する壁面には、収納空間22の周方向に対して交差した凹部28aが形成されている。詳しくは、図7に示したように、閉塞板28の収納空間22側の表面には、半径方向に向かって放射状に延びた複数の凹部28aが形成されている。
On the wall surface forming the
なお、複数の凹部28aの代わりに、複数の凸部であっても良いし、凹部28aと凸部との両方を形成しても良い。
Instead of the plurality of
本実施形態によっても、ヒータ40の加熱時に、埋め込み材50が収納空間22内で周方向に動きにくく、ヒータ40と支持内筒26との接合が外れにくい。
Also according to this embodiment, when the
[第4の実施形態]
本発明に係る含浸型陰極構体の第4の実施形態について、図8を用いて説明する。図8は、本実施形態に係る含浸型陰極構体の部分縦断面図である。なお、本実施形態は、第1の実施形態の変形例であるため、重複部分には同一符号を付してその部分の構成の説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
A fourth embodiment of the impregnated cathode assembly according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a partial longitudinal sectional view of the impregnated cathode assembly according to the present embodiment. In addition, since this embodiment is a modification of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to an overlapping part and description of the structure of the part is abbreviate | omitted.
本実施形態に係る含浸型陰極構体1は、例えば、進行波管の電子銃に用いられる一般的な陰極構体である。含浸型陰極構体1は、陰極基体10、支持体20、ヒータ40、埋め込み材50、および、反射板60等を有している。
The impregnated-
支持体20は、支持外筒24から構成されていて、支持外筒24の内部に収納空間22が形成されている。陰極基体10は、支持外筒24の一方の開口端を塞ぐように配置されて、反射板60は、支持外筒24の他方の開口端を塞ぐように配置されている。
The
第1の実施形態と同様に、支持体20の収納空間22を形成する壁面には、周方向に対して交差して延びた凹部が形成されている。詳しくは、支持外筒24の内周面には、支持外筒24の軸方向に延びた6本の凹部が周方向に等間隔に形成されている。
Similar to the first embodiment, the wall surface forming the
本実施形態によっても、ヒータ40の加熱時に、アルミナからなる埋め込み材50が収納空間22内で周方向に動きにくく、ヒータ40と支持内筒26との接合が外れにくい。
Also according to this embodiment, when the
[他の実施形態]
第1の実施形態および第2の実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。
[Other Embodiments]
The first embodiment and the second embodiment are merely examples, and the present invention is not limited to these.
例えば、第1の実施形態においては、支持外筒24の内周面と支持内筒26の外周面との両方に凹部24a,26aが形成されているが、支持外筒24の内周面のみ、または、支持内筒26の外周面のみに形成されていても良い。
For example, in the first embodiment, the
また、第3の実施形態において、第1の実施形態または第2の実施形態のように、支持外筒24の内周面および支持内筒26の外周面に凹部24a,26aまたは凸部24b,26bが形成されていても良い。
Further, in the third embodiment, as in the first embodiment or the second embodiment, the inner peripheral surface of the support
また、第1の実施形態において、反射板60の陰極基体10に対抗した面に半径方向に向かって放射状に延びた凹部または凸部が形成されていても良い。
Further, in the first embodiment, a concave portion or a convex portion extending radially in the radial direction may be formed on the surface of the
さらに、第1の実施形態において、ヒータ40の一端40は、支持内筒26の内周面に接合されているが、支持外筒24等に接合されていても良い。
Furthermore, in the first embodiment, the one
1…含浸型陰極構体、10…陰極基体、12…陰極基体の電子放射面、14…陰極基体の裏面、20…支持体、22…収納空間、24…支持外筒、24a…支持外筒の凹部、24b…支持外筒の凸部、25…支持外筒のフランジ部、26…支持内筒、26a…支持内筒の凹部、26b…支持内筒の凸部、28…閉塞板、28a…閉塞板の凹部、40…ヒータ、42…ヒータの発熱部分、44,46…ヒータの端部、48…アルミナ管、50…埋め込み材、60…第1反射板、62…第2反射板、64…スペーサ、66…反射筒、68…フランジ部材
DESCRIPTION OF
Claims (8)
筒内に収納空間が形成された円筒状の支持外筒を有し、前記陰極基体が取り付けられて前記陰極基体を支持した支持体と、
線状に形成されて、少なくとも一部が前記支持体の前記収納空間に収納されて、一方の端部が前記支持体に接合されたヒータと、
前記支持体の前記収納空間に充填された絶縁材と、
を具備した含浸型陰極構体であって、
前記支持体の前記収納空間を形成する壁面に周方向に対して交差して延びた凹部または凸部が形成されていることを特徴とする含浸型陰極構体。 A cathode substrate impregnated with an electron emitting material;
A cylindrical support outer cylinder in which a storage space is formed in a cylinder, and a support body to which the cathode substrate is attached to support the cathode substrate;
A heater formed linearly, at least a part of which is stored in the storage space of the support, and one end of which is joined to the support;
An insulating material filled in the storage space of the support;
An impregnated cathode assembly comprising:
An impregnated-type cathode assembly, wherein a concave portion or a convex portion extending so as to intersect the circumferential direction is formed on a wall surface forming the storage space of the support.
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2009
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