JP2018133133A

JP2018133133A - 含浸型陰極構体

Info

Publication number: JP2018133133A
Application number: JP2017023910A
Authority: JP
Inventors: 昭人原; Akito Hara
Original assignee: Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2017-02-13
Publication date: 2018-08-23

Abstract

【課題】製造コストの低減と信頼性の向上とを図ることができる含浸型陰極構体を提供することである。
【解決手段】実施形態に係る含浸型陰極構体は、電子放射物質を含む陰極基体と、前記陰極基体の一方の側に設けられた埋め込み部と、前記埋め込み部の内部に設けられたヒータと、前記陰極基体の一方の側に設けられ、前記埋め込み部を囲む反射筒と、屈曲部を介して前記反射筒と一体に設けられ、前記埋め込み部の前記陰極基体側とは反対側に設けられた反射板と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、含浸型陰極構体に関する。

含浸型陰極構体を備えた電子銃は、クライストロンや進行波管などの直流電子エネルギーをマイクロ波電力に変換する電子管に用いられている。
含浸型陰極構体は、内筒および外筒を有する筒体、筒体の一方の端部に設けられた陰極基体、筒体の他方の端部に設けられた反射板、内筒と外筒の間に形成された空間に収納されたヒータおよび埋め込み部などを備えている。また、反射板は、筒体とは別に作成され、筒体に溶接されている。

ここで、反射板と筒体とを別々に作成すれば、製造コストの増大を招くことになる。また、一般的に、反射板は、モリブデン（Ｍｏ）から形成された厚みの薄い板状体となっている。そのため、反射板と筒体を溶接すると、再結晶による脆化が生じ接合強度が低下したり、溶接の際に溶融した金属が筒体の内部に収納された埋め込み部に侵入し絶縁強度が低下したりするおそれがある。その結果、信頼性が低下するおそれがある。
そこで、製造コストの低減と信頼性の向上とを図ることができる含浸型陰極構体の開発が望まれていた。

特開２０１１−１２９３６１号公報

本発明が解決しようとする課題は、製造コストの低減と信頼性の向上とを図ることができる含浸型陰極構体を提供することである。

実施形態に係る含浸型陰極構体は、電子放射物質を含む陰極基体と、前記陰極基体の一方の側に設けられた埋め込み部と、前記埋め込み部の内部に設けられたヒータと、前記陰極基体の一方の側に設けられ、前記埋め込み部を囲む反射筒と、屈曲部を介して前記反射筒と一体に設けられ、前記埋め込み部の前記陰極基体側とは反対側に設けられた反射板と、を備えている。

本実施の形態に係る含浸型陰極構体１を例示するための模式部分断面図である。反射部６０を例示するための模式斜視図である。反射筒６１、第１反射板６２、および第２反射板６３の展開図である。他の実施形態に係る反射板について例示をするための模式斜視図である。他の実施形態に係る反射板について例示をするための模式斜視図である。他の実施形態に係る反射板について例示をするための模式斜視図である。他の実施形態に係る反射板について例示をするための模式斜視図である。他の実施形態に係る反射板について例示をするための模式斜視図である。反射筒６１、第１反射板６２、および第２反射板６３の展開図である。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
本実施の形態に係る含浸型陰極構体１は、例えば、クライストロンの電子銃に用いられる陰極構体とすることができる。
ただし、含浸型陰極構体１の用途は、クライストロン用に限定されるわけではない。

図１は、本実施の形態に係る含浸型陰極構体１を例示するための模式部分断面図である。
図２は、反射部６０を例示するための模式斜視図である。
図１に示すように、含浸型陰極構体１には、陰極基体１０、筒体２０、絶縁管３０、ヒータ４０、埋め込み部５０、および反射部６０が設けられている。

陰極基体１０には、電子放射物質が含浸されている。陰極基体１０は、電子放出面１１を有する。陰極基体１０は、例えば、２０％程度の空孔率を有する多孔質のタングステン（Ｗ）から形成することができる。陰極基体１０は、例えば、円板状を呈している。陰極基体１０の直径寸法は７０ｍｍ程度とすることができる。陰極基体１０には、所定の曲率を有し、曲面状に窪んだ電子放出面１１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（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる電子放射物質が含浸されている。

なお、電子放出面１１の加工時に空孔の目潰れが生じる場合がある。目潰れが生じると、電子放射物質が空孔に充分に含浸されないことがある。これを防ぐために、以下の様にして陰極基体１０の空孔に電子放射物質を含浸させるようにすることが望ましい。
まず、電子放出面１１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る。次に、電子放出面１１の加工後に、陰極基体１０を水素雰囲気下において加熱して、含浸されているプラスチックを飛散させる。
その後、陰極基体１０の空孔に電子放射物質を含浸させる。
この様にすれば、陰極基体１０の空孔に電子放射物質を充分に含浸させることができる。

筒体２０は、反射部６０（反射筒６１）の内部に設けられている。筒体２０は、陰極基体１０を支持する。また、筒体２０は、内部に形成された収納空間２２にヒータ４０および埋め込み部５０を収納する機能をも有する。
筒体２０は、外筒２４および内筒２６を有するものとすることができる。

外筒２４および内筒２６は、モリブデン（Ｍｏ）から形成することができる。外筒２４および内筒２６は、円筒状を呈するものとすることができる。外筒２４は、陰極基体１０の電子放出面１１とは反対側の面に設けられている。内筒２６は、外筒２４の内側に、外筒２４と同軸（同心状）となるように配置されている。そのため、内筒２６の外壁（外筒２４側の壁面）と、外筒２４の内壁（内筒２６側の壁面）との間には、環状の収納空間２２が形成される。例えば、内筒２６の直径は１５ｍｍ程度、高さは１５ｍｍ程度、肉厚は１ｍｍ程度とすることができる。

なお、内筒２６は必ずしも必要ではなく省くこともできる。例えば、小型の含浸型陰極構体１の場合には、筒体２０の直径寸法が小さくなるので内筒２６を省くことができる。この場合、筒体２０の内部に設けられる埋め込み部５０の形状は円柱状となる。

収納空間２２の一方の端部は、陰極基体１０により塞がれている。外筒２４および内筒２６の一方の端部には、陰極基体１０が接合されている。例えば、外筒２４および内筒２６の一方の端部と、陰極基体１０の裏面（電子放出面１１とは反対側の面）１２とが、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。収納空間２２の他方の端部は、開口している。

絶縁管３０は、環状を呈し、筒体２０の、陰極基体１０が設けられる側とは反対側に設けられている。絶縁管３０は、第１反射板６２に設けられた孔６２ｂに挿入されている。絶縁管３０の一方の端部は、埋め込み部５０の内部に設けられている。絶縁管３０の他方の端部は、第１反射板６２とフランジ部６４との間の空間に設けられている。絶縁管３０は、埋め込み部５０の表面付近においてヒータ４０の端部４６が折損するのを防止する。また、絶縁管３０は、ヒータ４０と外筒２４との間、および、ヒータ４０と第１反射板６２との間を絶縁する。絶縁管３０は、例えば、酸化アルミニウムなどから形成することができる。

ヒータ４０は、埋め込み部５０を介して、陰極基体１０を加熱する。ヒータ４０は、線状部材からなるフィラメントである。線状部材は、例えば、断面寸法（線径）が１．５ｍｍのタングステン（Ｗ）線、または、断面寸法（線径）が１．５ｍｍのモリブデン（Ｍｏ）線とすることができる。ヒータ４０の中間部分（発熱部分）４２は、コイル状を呈している。中間部分４２は、埋め込み部５０の内部に設けられている。中間部分４２の中心軸は、例えば、内筒２６の周方向に沿って延びている。
ヒータ４０の一方の端部４４は、内筒２６と電気的に接続されている。すなわち、ヒータ４０、筒体２０、および、陰極基体１０は、同電位となっている。
ヒータ４０の他方の端部４６側は、絶縁管３０の内部に挿入されている。ヒータ４０の端部４６は、絶縁管３０から突出している。ヒータ４０の端部４６は、反射部６０（反射筒６１）の内部に設けられている。ヒータ４０の端部４６は、図示しない電源端子と溶接される。

埋め込み部５０は、陰極基体１０の裏面１２側に設けられている。埋め込み部５０は、筒体２０の内部に設けられている。埋め込み部５０は、ヒータ４０からの熱を陰極基体１０に伝える。埋め込み部５０は、収納空間２２に収納されたヒータ４０を保持する。埋め込み部５０は、ヒータ４０を絶縁する。埋め込み部５０は、例えば、酸化アルミニウムの焼結体からなり、ヒータ４０の中間部分４２が収納された収納空間２２に隙間なく充填されている。埋め込み部５０の、陰極基体１０側とは反対側の端面５０ａは、筒体２０（外筒２４および内筒２６）の、陰極基体１０側とは反対側の端面と略面一となっている。

図２に示すように、反射部６０は、反射筒６１、第１反射板６２、第２反射板６３、およびフランジ部６４を有する。
反射部６０は、埋め込み部５０から放出された熱が含浸型陰極構体１の外部に放出されるのを抑制する。また、反射部６０は、輻射熱により陰極基体１０を加熱する。すなわち、反射部６０は、陰極基体１０の加熱効率を向上させる。

反射筒６１は、筒状を呈し、陰極基体１０の裏面１２側に設けられている。反射筒６１は、外筒２４と間隔を空けて、外筒２４の外側に配置されている。反射筒６１は、埋め込み部５０（筒体２０）を囲む様に設けられている。反射筒６１の一端（陰極基体１０側の端部）は、外筒２４にろう付けされている。ろう付けは、例えば、ルテニウム−モリブデン−ニッケル（Ｒｕ−Ｍｏ−Ｎｉ）合金を用いて行うことができる。

第１反射板６２は、板状を呈し、反射筒６１の内部に設けられている。第１反射板６２は、埋め込み部５０の陰極基体１０側とは反対側に設けられている。第１反射板６２は、埋め込み部５０の端面５０ａと対峙している。第１反射板６２は、屈曲部６２ａを介して反射筒６１と接続されている。すなわち、第１反射板６２は、屈曲部６２ａを介して反射筒６１と一体に設けられている。

第２反射板６３は、板状を呈し、反射筒６１の内部に設けられている。第２反射板６３は、埋め込み部５０の陰極基体１０側とは反対側に設けられている。第２反射板６３は、埋め込み部５０の端面５０ａと対峙している。第２反射板６３は、屈曲部６３ａを介して反射筒６１と接続されている。すなわち、第２反射板６３は、屈曲部６３ａを介して反射筒６１と一体に設けられている。

第１反射板６２および第２反射板６３は、協働して、反射筒６１の内部を２つに仕切っている。第１反射板６２および第２反射板６３と、陰極基体１０との間の空間には、筒体２０、絶縁管３０の一方の端部側、ヒータ４０の中間部分４２と端部４４、および埋め込み部５０が設けられる。第１反射板６２および第２反射板６３と、フランジ部６４との間の空間には、絶縁管３０の他方の端部側およびヒータ４０の端部４６が設けられる。

第１反射板６２および第２反射板６３を設ければ、埋め込み部５０の端面５０ａからフランジ部６４側に放出された熱が含浸型陰極構体１の外部に放出されるのを抑制することができる。また、第１反射板６２および第２反射板６３を設ければ、輻射熱により陰極基体１０を加熱することができる。すなわち、第１反射板６２および第２反射板６３を設ければ、陰極基体１０の加熱効率を高めることができる。

反射筒６１、第１反射板６２、および第２反射板６３は、例えば、レニウム−モリブデン（Ｒｅ−Ｍｏ）合金や、モリブデン（Ｍｏ）などからなる板材を用いて一体に形成することができる。
図３は、反射筒６１、第１反射板６２、および第２反射板６３の展開図である。
図３に示すように、反射筒６１、第１反射板６２、および第２反射板６３は、板金加工により、１枚の板材から一体に形成することができる。
そのため、反射筒６１、第１反射板６２、および第２反射板６３を別々に作成し、これらを溶接により接合する必要がない。その結果、製造コストの低減を図ることができる。

また、第１反射板６２は、屈曲部６２ａを介して反射筒６１と一体に設けられ、第２反射板６３は、屈曲部６３ａを介して反射筒６１と一体に設けられている。そのため、溶接を行う必要がないので、レニウム−モリブデン（Ｒｅ−Ｍｏ）合金や、モリブデン（Ｍｏ）などの材料を用いても接合部分（屈曲部６２ａ、６３ａ）が脆化することがない。また、溶接の際に溶融した金属が筒体２０の内部に収納された埋め込み部５０に侵入し絶縁強度が低下することもない。その結果、信頼性の向上を図ることができる。

また、反射筒６１の側面には、孔６１ａが設けられることになる。そのため、ヒータ４０の端部４６が反射筒６１の内部に設けられていても、孔６１ａを介して、ヒータ４０の端部４６と図示しない電源端子とを溶接することができる。また、ヒータ４０の端部４６が反射筒６１の内部に設けられていれば、外力からヒータ４０の端部４６を保護することができる。

ここで、第１反射板６２と反射筒６１の内壁との間、第２反射板６３と反射筒６１の内壁との間、および、第１反射板６２と第２反射板６３との間には隙間があってもよい。これらの間に隙間があれば、反射筒６１、第１反射板６２、および第２反射板６３の板金加工が容易となる。ただし、隙間が大きくなりすぎると外部への熱の放出が多くなるおそれがある。そのため、外部への熱の放出の抑制を考慮すると、隙間がなるべく小さくなるようにするか接触している様にすることが好ましい。

また、反射筒６１は四角形の板材を筒状に折り曲げることで形成することができる。この場合、図２に示すように、板材を筒状に折り曲げて反射筒６１を形成した際に、板材の一方の端部の近傍と、板材の他方の端部の近傍とが重なるようにすることができる。そして、板材の端部の近傍同士が重なる部分において、内側の板材の端部が外側に移動しようとする弾性力、および外側の板材の端部が内側に移動しようとする弾性力の少なくともいずれかを利用して、板材の端部の近傍同士を接触させることができる。

図１に示すように、フランジ部６４は、反射筒６１の、陰極基体１０側とは反対側の端面に設けられている。フランジ部６４は、反射筒６１の端面にろう付けされている。ろう付けは、例えば、ルテニウム−モリブデン−ニッケル（Ｒｅ−Ｍｏ−Ｎｉ）合金を用いて行うことができる。
フランジ部６４は、環状を呈している。含浸型陰極構体１は、フランジ部材６４を介して、図示しない電子銃部に固定される。

次に、他の実施形態に係る反射板についてさらに説明する。
図４は、他の実施形態に係る反射板について例示をするための模式斜視図である。
図２に例示をした第１反射板６２および第２反射板６３の場合には、第１反射板６２の端面と、第２反射板６３の端面とが対峙していたが、一方の反射板の端部の近傍が、他方の反射板の端部の近傍と重なっていてもよい。この場合、一方の反射板の端部の近傍と、他方の反射板の端部の近傍とが接触していてもよいし、隙間が設けられていてもよい。
例えば、図４に示すように、第２反射板６３の端部の近傍の上に、第１反射板６２の端部の近傍が設けられるようにすることができる。

図５は、他の実施形態に係る反射板について例示をするための模式斜視図である。
図５に示すように、第１反射板６２の端部に折り返し部６２ｃを設けることができる。例えば、折り返し部６２ｃは第１反射板６２の主面から垂直に突出したものとすることができる。第２反射板６３の端部に折り返し部６３ｃを設けることができる。例えば、折り返し部６３ｃは第２反射板６３の主面から垂直に突出したものとすることができる。そして、折り返し部６２ｃと折り返し部６３ｃとを対峙させるようにすることができる。この場合、折り返し部６２ｃと折り返し部６３ｃとが接触していてもよいし、隙間が設けられていてもよい。
折り返し部６２ｃ、６３ｃを設ければ、第１反射板６２および第２反射板６３の強度を高めることができる。

図６は、他の実施形態に係る反射板について例示をするための模式斜視図である。
図６に示すように、第１反射板６２のみを設けることもできる。
第１反射板６２のみを設けるようにすれば、製造コストのさらなる低減を図ることができる。ただし、複数の反射板を設けるようにすれば、反射部６０の高さを低くすることができる。

図７は、他の実施形態に係る反射板について例示をするための模式斜視図である。
前述したように、第１反射板６２および第２反射板６３は、埋め込み部５０から放出された熱が含浸型陰極構体１の外部に放出されるのを抑制するために設けられる。そのため、反射部６０を陰極基体１０が設けられる側とは反対側から見た場合に、第１反射板６２および第２反射板６３は、少なくとも埋め込み部５０と重なっていれば良い。例えば、外筒２４および内筒２６を有する筒体２０の内部に設けられた埋め込み部５０の平面形状は、環状となる。この様な場合には、図７に示すように、第１反射板６２に切り欠き部６２ｄを設け、第２反射板６３に切り欠き部６３ｄを設けることができる。

図８は、他の実施形態に係る反射板について例示をするための模式斜視図である。
図９は、反射筒６１、第１反射板６２、および第２反射板６３の展開図である。
図８および図９に示すように、第１反射板６２の端部に切り込み６２ｃ１を設け、第２反射板６３の端部に切り込み６３ｃ１を設けることができる。そして、第１反射板６２の切り込み６２ｃ１に第２反射板６３の切り込み６３ｃ１を差し込むようにすることができる。この様にすれば、第１反射板６２の端部と、第２反射板６３の端部とを機械的に連結することができる。
なお、板金加工により反射筒６１、第１反射板６２、および第２反射板を一体に形成する場合を例示したがこれに限定されるわけではない。例えば、レーザー加工や放電加工などにより反射筒６１、第１反射板６２、および第２反射板６３の外形を形成し、曲げ加工により反射筒６１、第１反射板６２、および第２反射板６３からなる反射部６０を形成してもよい。

次に、本実施の形態に係る含浸型陰極構体１の製造方法について例示をする。
まず、筒体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１２に設置して、陰極基体１０と筒体２０との接合部分にルテニウム−モリブデン合金を塗布する。同様に、陰極基体１０の裏面１２にルテニウム−モリブデン合金を塗布する。塗布後、ルテニウム−モリブデン合金を溶解させて、陰極基体１０と筒体２０とを接合し、陰極基体１０の裏面１２にルテニウム−モリブデン合金の膜を形成する。このルテニウム−モリブデン合金の膜は、電子放出面１１から陰極基体１０に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１２から収納空間２２に染み出さないようにするために設けられる。

次に、冶具を用いてヒータ４０を収納空間２２内の所定位置に保持し、収納空間２２に埋め込み部５０を形成する。埋め込み部５０は、例えば、ペースト状の材料を収納空間２２に流し込み、その後、乾燥と焼結を行うことで形成することができる。
ペースト状の材料は、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、これを撹拌することで生成することができる。
また、乾燥は、ペースト状の材料に含まれる有機溶剤を飛散させるために行われる。
焼結においては、例えば、真空中あるいは水素雰囲気中において、１８００℃〜１８５０℃程度に加熱するようにする。

次に、板金加工により、反射筒６１、第１反射板６２、および第２反射板６３を形成する。
次に、反射筒６１の一方の端部（陰極基体１０側の端部）を外筒２４の外側に設置して、反射筒６１と外筒２４との接合部分にルテニウム−モリブデン−ニッケル合金を塗布する。同様に、反射筒６１の他方の端部（陰極基体１０側と反対側の端部）にフランジ部６４を設置して、反射筒６１とフランジ部６４との接合部分にルテニウム−モリブデン−ニッケル合金を塗布する。塗布後、ルテニウム−モリブデン−ニッケル合金を溶解させて、反射筒６１と外筒２４、および反射筒６１とフランジ部６４とを接合する。
最後に、陰極基体１０に電子放射物質を含浸させて、含浸型陰極構体１が完成する。

電子放射物質の含浸は、以下のようにして行うことができる。
まず、陰極基体１０の電子放出面１１上に電子放射物質を載せる。
次に、電子放射物質を水素雰囲気下において、１６００℃程度に加熱する。すると、電子放射物質が溶融して陰極基体１０に含浸する。

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１含浸型陰極構体、１０陰極基体、１１電子放出面、２０筒体、２２収納空間、２４外筒、２６内筒、４０ヒータ、５０埋め込み部、６０反射部、６１反射筒、６２第１反射板、６２ａ屈曲部、６３第２反射板、６３ａ屈曲部

Claims

電子放射物質を含む陰極基体と、
前記陰極基体の一方の側に設けられた埋め込み部と、
前記埋め込み部の内部に設けられたヒータと、
前記陰極基体の一方の側に設けられ、前記埋め込み部を囲む反射筒と、
屈曲部を介して前記反射筒と一体に設けられ、前記埋め込み部の前記陰極基体側とは反対側に設けられた反射板と、
を備えた含浸型陰極構体。
前記反射板は複数設けられている請求項１記載の含浸型陰極構体。
前記反射筒には孔が設けられ、
前記孔の周縁において、前記屈曲部が前記反射筒と一体に設けられている請求項１または２に記載の含浸型陰極構体。