JP5398510B2 - Impregnated cathode structure - Google Patents

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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, Patent Document 1).

この含浸型陰極構体101の構造について、図5を用いて説明する。図5は、含浸型陰極構体の部分縦断面図である。   The structure of the impregnated cathode assembly 101 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a partial longitudinal sectional view of the impregnated cathode assembly.

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 cathode assembly 101 is a cathode assembly used for an electron gun of a klystron, and includes a cathode substrate 110, a support 120, a heater 140, a filling material 150, and the like.

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 cathode substrate 110 is made of porous tungsten (W) and is formed into a disk shape. The cathode substrate 110 is formed with an electron emission surface 112 that is recessed in a curved shape. The holes of the cathode substrate 110 are impregnated with an electron emitting substance.

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 cathode substrate 110, the support 120 plays a role of storing the heater 140 and the embedding material 150 in a storage space 122 formed therein. The support 120 has a support outer cylinder 124 and a support inner cylinder 126 made of molybdenum (Mo). The support inner cylinder 126 is disposed coaxially (concentrically) with the support outer cylinder 124 in the cylinder of the support outer cylinder 124 so that an annular storage space 122 is formed between the support inner cylinder 124 and the support outer cylinder 124.

陰極基体110は、ルテニウム−モリブデン(Ru−Mo)合金のろう材を用いて、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 cathode substrate 110 is brazed to one end of the support outer cylinder 124 and the support inner cylinder 126 using a brazing material of ruthenium-molybdenum (Ru-Mo) alloy.

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 heater 140 plays a role of heating the cathode substrate 110 through an embedding material 150 described later. The heater 140 is a tungsten (W) wire wound in a coil shape, and is stored in the storage space 122. One end 144 of the heater 140 is joined to the outer wall of the support inner cylinder 126, and the heater 140 and the cathode base 110 have the same potential.

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、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 material 150 plays a role of holding the heater 140 stored in the storage space 122 in addition to transferring the heat from the heater 140 to the cathode base 110. The embedding material 150 is an alumina sintered body and fills the storage space 122 in which the heater 140 is stored without any gap.

特開2001−256883号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-256883 特開平2−253538号公報JP-A-2-253538

上述した含浸型陰極構体101において、支持体120と埋め込み材150とは、熱膨張率が異なるため、ヒータ140の加熱によって、支持体120と埋め込み材150との間に熱膨張差が生じて、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加わる。   In the above-described impregnated-type cathode assembly 101, the support 120 and the embedding material 150 have different coefficients of thermal expansion. Therefore, the heating of the heater 140 causes a difference in thermal expansion between the support 120 and the embedding material 150. Stress is applied to the joint portion between the one end 144 of the heater 140 and the outer wall of the support inner cylinder 126.

ここで、ヒータ140を十分な精度で収納空間122内の所定の位置に配置することは困難であり、ヒータ140の一端144と支持内筒126の外壁との接触面積が小さくなってしまうと、接合強度を確保できない。そうすると、ヒータ140のオン・オフの繰返しにより、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。   Here, it is difficult to arrange the heater 140 at a predetermined position in the storage space 122 with sufficient accuracy, and when the contact area between the one end 144 of the heater 140 and the outer wall of the support inner cylinder 126 becomes small, The bonding strength cannot be secured. In this case, the heater 140 and the support inner cylinder 126 may be disconnected due to repeated turning on and off of the heater 140.

そこで、ヒータ140と支持内筒126との接合強度(接触面積)を確保するために、支持内筒126の外壁に凹部を形成して、この凹部にヒータ140の一端144を溶接する方法が提案されている(特許文献2を参照。)。しかし、熱容量の大きい支持内筒126にヒータ140の一端144を溶接するためには、高電流による長時間の加熱が必要となり、ヒータ140の一端144が再結晶化し脆化してしまうおそれがある。   Therefore, in order to secure the bonding strength (contact area) between the heater 140 and the support inner cylinder 126, a method is proposed in which a recess is formed in the outer wall of the support inner cylinder 126 and one end 144 of the heater 140 is welded to the recess. (See Patent Document 2). However, in order to weld the one end 144 of the heater 140 to the support inner cylinder 126 having a large heat capacity, it is necessary to perform heating for a long time with a high current, and the one end 144 of the heater 140 may be recrystallized and become brittle.

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強度を高めることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to increase the bonding strength between a heater and a 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、支持外筒、および、前記支持外筒との間に環状の収納空間を形成するように前記支持外筒の筒内に前記支持外筒と同軸的に配置された支持内筒を有し、前記陰極基体が取り付けられて前記陰極基体を支持して、前記支持内筒の一端面から突き出した突出部が形成された支持体と、線状に形成されて、少なくとも一部が前記支持体の収納空間に収納されて、一方の端部が前記支持体の収納空間の外部で前記突出部に接合されたヒータと、前記支持体の収納空間に充填された埋め込み材と、を具備したことを特徴とする。   In order to achieve the above object, an impregnated cathode assembly according to the present invention forms an annular storage space between a cathode base impregnated with an electron emitting material, a support outer cylinder, and the support outer cylinder. The support outer cylinder has a support inner cylinder disposed coaxially with the support outer cylinder, and the cathode base is attached to support the cathode base, and A support formed with a protrusion protruding from the end surface, and formed in a linear shape, at least a part of which is stored in the storage space of the support, and one end is outside the storage space of the support A heater joined to the protrusion and an embedding material filled in a storage space of the support are provided.

本発明によれば、ヒータと支持体との接合強度を高めることができる。   According to the present invention, the bonding strength between the heater and the support can be increased.

本発明の第1の実施形態に係る含浸型陰極構体の部分縦断面図である。1 is a partial vertical cross-sectional view of an impregnated cathode assembly according to a first embodiment of the present invention. 図1の突出部付近を拡大した斜視図である。It is the perspective view which expanded the protrusion part vicinity of FIG. 本発明の第2の実施形態に係る含浸型陰極構体の部分縦断面図である。It is a fragmentary longitudinal cross-sectional view of the impregnation-type cathode structure which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図3の突出部付近を拡大した斜視図である。It is the perspective view which expanded the protrusion part vicinity of FIG. 従来の含浸型陰極構体の部分縦断面図である。It is a partial longitudinal cross-sectional view of a conventional impregnated-type cathode assembly.

[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および図2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-type cathode assembly 1 according to this embodiment is a cathode assembly used for an electron gun of a klystron.

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、本発明の第1の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 cathode assembly 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a partial vertical cross-sectional view of an impregnated cathode assembly according to a first embodiment of the present invention.

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 cathode assembly 1 includes a cathode substrate 10, a support 20, a heater 40, a filling material 50, reflectors 60 and 62, a reflector cylinder 66, and the like.

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(Al)からなる電子放射物質が含浸されている。 The cathode substrate 10 is made of, for example, porous tungsten (W) having a porosity of 15 to 20%, and is formed into a disk shape having a diameter of 70 mm, for example. The cathode substrate 10 is formed with an electron emission surface 12 that is recessed into a curved surface with a predetermined curvature. The holes of the cathode base 10 are impregnated with an electron emitting material made of, for example, barium oxide (BaO), calcium oxide (CaO), and aluminum oxide (Al 2 O 3 ).

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 electron emission surface 12 is processed, the pores are easily crushed, and the electron emission material may not be sufficiently impregnated in the cavities due to the crushing. In order to prevent this, the holes of the cathode base 10 are impregnated with plastic before the electron emission surface 12 is processed, and after the electron emission surface 12 is processed, the cathode base 10 is heated in a hydrogen atmosphere or under vacuum, It is desirable to scatter the impregnated plastics and then impregnate the holes of the cathode substrate 10 with the electron emitting material.

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 cathode substrate 10, the support 20 plays a role of storing the heater 40 and the embedding material 50 in the storage space 22 formed inside. The support 20 has a support outer cylinder 24 and a support inner cylinder 26.

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 outer cylinder 24 and the support inner cylinder 26 are each made of molybdenum (Mo) and are formed into a cylindrical shape. The support inner cylinder 26 is disposed coaxially (concentrically) with the support outer cylinder 24 in the cylinder of the support outer cylinder 24 so that an annular storage space 22 is formed between the support outer cylinder 24 and the support outer cylinder 24. The support inner cylinder 26 is molded to have a diameter of 20 mm, an axial length of 15 mm, and a plate thickness of 2 mm, for example.

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)合金のろう材を用いてろう付けされている。
The cathode base 10 is disposed so as to close one end of the storage space 22, and is joined to one end of the support outer cylinder 24 and the support inner cylinder 26. Specifically, one end of the support outer cylinder 24 and the support inner cylinder 26 and the back surface (surface opposite to the electron emission surface 12) 14 of the cathode base 10 are, for example, ruthenium-molybdenum (Ru-Mo). It is brazed using an alloy brazing material .

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 heater 40 plays a role of heating the cathode substrate 10 through an embedding material 50 described later. The heater 40 is a filament formed in a linear shape, for example, a tungsten (W) wire having a diameter of 1.5 mm. An intermediate portion (heat generation portion) 42 of the heater 40 is wound in a coil shape and stored in the storage space 22. In addition, the winding axis | shaft of the heater 40 is extended in the circumferential direction of the support body 20, for example.

ヒータ40の一方の端部44は、支持内筒26に電気的に接続されている。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 end 44 of the heater 40 is electrically connected to the support inner cylinder 26. Therefore, the heater 40, the support 20 and the cathode base 10 are at the same potential.

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 other end portion 46 of the heater 40 extends through the alumina tube 48 provided at the end portion of the support 20 away from the cathode base 10 and extends to the outside of the impregnated cathode assembly 1, and is not shown. It is connected to the. The alumina tube 48 is provided to prevent the heater 40 from breaking near the surface of the embedding material 50 described later and to insulate the heater 40 from the first reflector 60 described later.

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 material 50 plays a role of holding the heater 40 stored in the storage space 22 in addition to transferring the heat from the heater 40 to the cathode base 10. The embedding material 50 is, for example, an alumina sintered body, and fills the storage space 22 in which the intermediate portion (heat generation portion) 42 of the heater 40 is stored without a gap.

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 plate 60, the second reflecting plate 62, and the reflecting cylinder 66 serve to suppress heat radiation from the storage space 22 to the outside and increase the heating efficiency of the cathode substrate 10 by radiation.

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 plate 60 is an annular plate body made of molybdenum (Mo), and is disposed so as to close the opening away from the cathode base 10 in the storage space 22. The outer edge of the first reflector 60 is joined to the end of the support outer cylinder 24 by arc welding, and the inner edge of the first reflector 60 is joined to the end of the support inner cylinder 26 by arc welding. Yes.

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 second reflector 62 is a disc made of molybdenum (Mo), and is disposed outside the first reflector 60 and joined to the first reflector 60 by arc welding via an annular spacer 64. Has been.

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)合金のろう材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合金のろう材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 reflection cylinder 66 is made of a thin plate of rhenium-molybdenum (Re-Mo) alloy, and is disposed on the outer periphery of the support outer cylinder 24 at a distance from the support outer cylinder 24. One end of the reflecting tube 66 (the end near the cathode substrate 10) is brazed to the support outer tube 24 using a ruthenium-molybdenum-nickel (Ru-Mo-Ni) alloy brazing material . An annular flange member 68 is brazed using a brazing material of Ru—Mo—Ni alloy to the other end of the reflecting tube 66 (an end portion away from the cathode substrate 10). The impregnated-type cathode assembly 1 is fixed to an electron gun portion (not shown) via the flange member 68.

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を用いて説明する。図2は、図1の突出部付近を拡大した斜視図である。   Next, the structure of the characteristic part of the impregnated-type cathode assembly 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an enlarged perspective view of the vicinity of the protrusion of FIG.

支持内筒26の陰極基体10から離れた端部には、支持内筒26の端面から支持内筒26の軸方向に突き出した突出部30が形成されている。突出部30は、支持内筒26と一体に形成されている。第1反射板60の突出部30に対応する位置には、貫通孔61が形成されていて、突出部30は、この貫通孔61を挿通している。なお、突出部30は、例えば、突出方向の一辺の長さが、突出方向の横断面が一辺1.5mmの正方形に形成されている。   A protruding portion 30 protruding from the end surface of the supporting inner cylinder 26 in the axial direction of the supporting inner cylinder 26 is formed at the end of the supporting inner cylinder 26 away from the cathode base 10. The protrusion 30 is formed integrally with the support inner cylinder 26. A through hole 61 is formed at a position corresponding to the protruding portion 30 of the first reflecting plate 60, and the protruding portion 30 is inserted through the through hole 61. In addition, the protrusion part 30 is formed in the square of the length of one side of a protrusion direction, for example, and the cross section of a protrusion direction is 1.5 mm on one side.

また、ヒータ40の端部(電源装置に接続された端部46とは反対側の端部)44は、第1反射板60の内縁部に形成された切り欠き61を挿通して、埋め込み材50の外部に延びて、収納空間22の外部で突出部30に接合されている。本実施形態においては、ヒータ40の端部44と突出部30とは、例えば、アーク溶接により接合されている。接合強度を高めるために、ヒータ40の端部44は、突出部30の突出方向に延びていて、ヒータ40の端部44の外周と直方体形状の突出部30の一側面とが接合されている。   Further, an end portion 44 of the heater 40 (an end portion opposite to the end portion 46 connected to the power supply device) 44 is inserted through a notch 61 formed in the inner edge portion of the first reflecting plate 60 to fill the filling material. 50 extends outside and is joined to the protrusion 30 outside the storage space 22. In the present embodiment, the end portion 44 of the heater 40 and the protruding portion 30 are joined by, for example, arc welding. In order to increase the bonding strength, the end portion 44 of the heater 40 extends in the protruding direction of the protruding portion 30, and the outer periphery of the end portion 44 of the heater 40 is bonded to one side surface of the rectangular parallelepiped protruding portion 30. .

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-type cathode assembly 1 according to the present embodiment will be described. The impregnated-type cathode assembly 1 is manufactured as follows, for example.

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合金のろう材を塗布する。同時に、陰極基体10の裏面14にRu−Mo合金のろう材を塗布する。塗布後、Ru−Mo合金のろう材を溶融させて、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 support 20 is placed on the back surface of the cathode base 10 that is not impregnated with the electron emitting substance, and a brazing material of Ru—Mo alloy is applied to the joint portion between the cathode base 10 and the support 20. At the same time, a Ru—Mo alloy brazing material is applied to the back surface 14 of the cathode substrate 10. After the application, the Ru—Mo alloy brazing material is melted , the cathode base 10 and the support 20 are joined, and a Ru—Mo alloy film is formed on the back surface 14 of the cathode base 10. This Ru—Mo alloy film prevents the electron emitting material from oozing out from the back surface 14 of the cathode substrate 10 into the storage space 22 when the electron emitting material 12 is impregnated from the electron emitting surface 12 of the cathode substrate 10. Is.

その後、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、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 heater 40 is held at a predetermined position in the storage space 22 with a jig, and the storage space 22 is filled with the filling material 50. The filling material 50 is filled, for example, by adding powdered alumina to an organic solvent containing a binder and stirring to make a paste, and then pouring it into the storage space 22, and then the organic solvent is scattered by drying. Sintering is performed at 1750 to 1850 ° C. in a vacuum or in a hydrogen atmosphere.

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。さらに、ヒータ40の端部44を突出部30に溶接する。   After the filling material 50 is filled, the first reflecting plate 60 is welded to the support 20, and the second reflecting plate 62 is welded to the first reflecting plate 60 via the spacer 64. Further, the reflecting tube 66 is brazed to the support 20. Further, the end portion 44 of the heater 40 is welded to the protruding portion 30.

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 electron emitting surface 12 of the cathode substrate 10, and the electron emitting material is melted at 1600 to 1700 ° C. in a hydrogen atmosphere and impregnated in the cathode substrate 10. Complete.

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 cathode assembly 1 according to this embodiment will be described.

本実施形態によれば、ヒータ40の端部(電源装置に接続された端部46とは反対側の端部)44は、埋め込み材50の外部に延びて、収納空間22の外部で支持内筒26に形成された突出部30に接合されている。そのため、この接合部分は、加熱時に支持内筒26と埋め込み材50との間に生じる熱膨張差による応力を受けにくく、ヒータ40のオン・オフを繰り返しても、ヒータ40と支持内筒26との接合が外れにくい。したがって、ヒータ40と支持体20との接合強度を高めることができ、ヒータ40に電流を安定して供給できる。   According to this embodiment, the end portion 44 (the end portion opposite to the end portion 46 connected to the power supply device) 44 of the heater 40 extends outside the embedding material 50 and is supported outside the storage space 22. It is joined to the protrusion 30 formed in the cylinder 26. Therefore, this joining portion is not easily subjected to stress due to a difference in thermal expansion generated between the support inner cylinder 26 and the embedding material 50 during heating, and even if the heater 40 is repeatedly turned on and off, the heater 40 and the support inner cylinder 26 Is difficult to come off. Therefore, the bonding strength between the heater 40 and the support 20 can be increased, and a current can be stably supplied to the heater 40.

また、従来の含浸型陰極構体101においては、熱容量の大きい支持内筒126の外壁にヒータ140の一端144を接合していたのに対し、本実施形態においては、熱容量の小さい突出部30にヒータ40の端部44を接合している。そのため、本実施形態においては、従来に比べて、溶接時の加熱量(溶接電流)および加熱時間を少なくすることができ、ヒータ40の脆化を抑制することができる。   Further, in the conventional impregnated-type cathode assembly 101, one end 144 of the heater 140 is joined to the outer wall of the supporting inner cylinder 126 having a large heat capacity. 40 end portions 44 are joined. Therefore, in this embodiment, the heating amount (welding current) and the heating time at the time of welding can be reduced and the embrittlement of the heater 40 can be suppressed compared to the conventional case.

さらに、本実施形態によれば、ヒータ40の端部44は、収納空間22の外部で支持内筒26に形成された突出部30に接合されている。そのため、ヒータ40の端部44と突出部30との接合作業が容易となり、ヒータ40と支持体20との接触不良を少なくすることができ、かつ、製造コストを抑えることができる。   Furthermore, according to the present embodiment, the end portion 44 of the heater 40 is joined to the protruding portion 30 formed on the support inner cylinder 26 outside the storage space 22. Therefore, the joining work between the end portion 44 of the heater 40 and the protruding portion 30 is facilitated, the contact failure between the heater 40 and the support 20 can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.

[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3および図4を用いて説明する。図3は、本発明の第2の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、図3の突出部付近を拡大した斜視図である。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 the impregnated cathode assembly according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a partial vertical cross-sectional view of an impregnated cathode assembly according to the second embodiment of the present invention. 4 is an enlarged perspective view of the vicinity of the protruding portion in FIG. 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、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-type cathode assembly 1 according to this embodiment is a cathode assembly used for an electron gun of a gyrotron. The impregnated cathode assembly 1 includes a cathode substrate 10, a support 20, a heater 40, a filling material 50, a reflection plate 60, a reflection cylinder 66, and the like.

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。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 support 20 has a support outer cylinder 24, a support inner cylinder 26, and a closing plate 28. The support inner cylinder 26 is disposed coaxially (concentrically) with the support outer cylinder 24 in the cylinder of the support outer cylinder 24 so that an annular storage space 22 is formed between the support outer cylinder 24 and the support outer cylinder 24. The closing plate 28 is disposed so as to block one open end of the support 20 (one end of the support outer cylinder 24 and the support inner cylinder 26). The support outer cylinder 24, the support inner cylinder 26, and the closing plate 28 are integrally molded.

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 cathode substrate 10 is molded into a ring shape having an inner diameter of 80 mm and an outer diameter of 95 mm. The cathode substrate 10 is brazed to a flange portion 25 formed on the outer periphery of the support outer cylinder 24.

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 storage space 22 of the support 20 stores the heater 40 and is filled with the embedding material 50 as in the first embodiment.

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4を用いて説明する。   Next, the structure of the characteristic part of the impregnated-type cathode assembly 1 according to this embodiment will be described with reference to FIG.

支持内筒26の端部には、支持内筒26の端面から支持内筒26の軸方向に突き出した突出部30が形成されている。また、ヒータ40の端部44は、第1反射板60の内縁部に形成された切り欠き61を挿通して、埋め込み材50の外部に延びて、収納空間22の外部で突出部30に接合されている。   At the end portion of the support inner cylinder 26, a protruding portion 30 that protrudes from the end surface of the support inner cylinder 26 in the axial direction of the support inner cylinder 26 is formed. Further, the end portion 44 of the heater 40 is inserted through a notch 61 formed in the inner edge portion of the first reflecting plate 60, extends to the outside of the embedding material 50, and is joined to the protruding portion 30 outside the storage space 22. Has been.

本実施形態においては、ヒータ40の端部44の先端面と突出部30の先端面とは、およそ同一平面を形成している。そして、ヒータ40の端部44の先端面、および、突出部30の先端面に、例えば、長さ3mm、幅1mm、厚さ50μmの白金リボン32を20枚重ねて載置して、この白金リボン32を溶解させて、ヒータ40の端部44と突出部30とを電気的に接続している。   In the present embodiment, the distal end surface of the end portion 44 of the heater 40 and the distal end surface of the protruding portion 30 form approximately the same plane. Then, for example, 20 platinum ribbons 32 having a length of 3 mm, a width of 1 mm, and a thickness of 50 μm are stacked and placed on the front end surface of the end portion 44 of the heater 40 and the front end surface of the protruding portion 30. The end portion 44 of the heater 40 and the protruding portion 30 are electrically connected by melting the ribbon 32.

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。   Also according to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

[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、クライストロン用の含浸型陰極構体1に係る第1の実施形態では、ヒータ40の端部44と突出部30とは、アーク溶接によって接合されているが、第2の実施形態で説明したように、白金リボン32を溶解させることによって接合されていても良い。逆に、ジャイロトロン用の含浸型陰極構体1に係る第2の実施形態では、ヒータ40の端部44と突出部30とは、白金リボン32を溶解させることによって接合されているが、第1の実施形態で説明したように、アーク溶接によって接合されていても良い。   For example, in the first embodiment related to the impregnated-type cathode assembly 1 for klystrons, the end portion 44 of the heater 40 and the protruding portion 30 are joined by arc welding, but as described in the second embodiment. In addition, the platinum ribbon 32 may be dissolved to be joined. Conversely, in the second embodiment of the impregnated cathode assembly 1 for gyrotron, the end portion 44 of the heater 40 and the protruding portion 30 are joined by dissolving the platinum ribbon 32. As described in the embodiment, they may be joined by arc welding.

また、突出部30は、支持内筒26と一体に成型されている必要はなく、支持内筒26の一端面に、例えば、ろう付けにより接合されていても良い。さらに、ヒータ40の端部42と突出部30とは、例えば、ろう付けにより接合されていても良い。   Moreover, the protrusion 30 does not need to be molded integrally with the support inner cylinder 26, and may be joined to one end surface of the support inner cylinder 26 by, for example, brazing. Furthermore, the end part 42 and the protrusion part 30 of the heater 40 may be joined by brazing, for example.

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、25…支持外筒のフランジ部、26…支持内筒、28…閉塞板、30…突出部、32…白金リボン、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、61…第1反射板の切り欠き、62…第2反射板、64…スペーサ、66…反射筒、68…フランジ部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Impregnation type | mold cathode structure, 10 ... Cathode base, 12 ... Electron emission surface of a cathode base, 14 ... Back surface of a cathode base, 20 ... Support body, 22 ... Storage space, 24 ... Support outer cylinder, 25 ... Support outer cylinder Flange portion, 26 ... support inner cylinder, 28 ... occlusion plate, 30 ... protruding portion, 32 ... platinum ribbon, 40 ... heater, 42 ... heat generating portion of heater, 44,46 ... end portion of heater, 48 ... alumina tube, 50 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Embedded material, 60 ... 1st reflecting plate, 61 ... Notch of 1st reflecting plate, 62 ... 2nd reflecting plate, 64 ... Spacer, 66 ... Reflecting cylinder, 68 ... Flange member

Claims (7)

電子放射物質が含浸された陰極基体と、
支持外筒、および、前記支持外筒との間に環状の収納空間を形成するように前記支持外筒の筒内に前記支持外筒と同軸的に配置された支持内筒を有し、前記陰極基体が取り付けられて前記陰極基体を支持して、前記支持内筒の一端面から突き出した突出部が形成された支持体と、
線状に形成されて、少なくとも一部が前記支持体の収納空間に収納されて、一方の端部が前記支持体の収納空間の外部で前記突出部に接合されたヒータと、
前記支持体の収納空間に充填された埋め込み材と、
を具備した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 support outer cylinder, and a support inner cylinder disposed coaxially with the support outer cylinder in the cylinder of the support outer cylinder so as to form an annular storage space between the support outer cylinder and the support outer cylinder, A support body on which a cathode base is attached to support the cathode base, and a protruding portion protruding from one end surface of the support inner cylinder;
A heater formed in a linear shape, at least a part of which is stored in the storage space of the support, and one end of which is joined to the protruding portion outside the storage space of the support;
An embedding material filled in a storage space of the support;
An impregnated cathode structure characterized by comprising:
前記突出部と前記ヒータの一方の端部とが溶接により接合されていることを特徴とする請求項1に記載の含浸型陰極構体。   2. The impregnated-type cathode assembly according to claim 1, wherein the protruding portion and one end portion of the heater are joined by welding. 前記突出部と前記ヒータの一方の端部とが白金により接合されていることを特徴とする請求項1に記載の含浸型陰極構体。   2. The impregnated-type cathode assembly according to claim 1, wherein the projecting portion and one end portion of the heater are joined by platinum. 前記突出部と前記ヒータの一方の端部とが白金リボンを溶解させて接合されていることを特徴とする請求項3に記載の含浸型陰極構体。   4. The impregnated-type cathode assembly according to claim 3, wherein the protrusion and one end of the heater are joined by dissolving a platinum ribbon. 前記支持内筒は金属材からなり、前記埋め込み材は絶縁材からなることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の含浸型陰極構体。   The impregnated-type cathode assembly according to any one of claims 1 to 4, wherein the support inner cylinder is made of a metal material, and the embedding material is made of an insulating material. 前記突出部は直方体形状に形成されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載の含浸型陰極構体。   6. The impregnated-type cathode assembly according to claim 1, wherein the protrusion is formed in a rectangular parallelepiped shape. 前記ヒータ40の一方の端部の外周と直方体形状の前記突出部の一側面とが接合されていることを特徴とする請求項6に記載の含浸型陰極構体。   The impregnated-type cathode assembly according to claim 6, wherein an outer periphery of one end portion of the heater 40 is joined to one side surface of the rectangular parallelepiped protruding portion.
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