JPH01501743A - 迅速加熱カソード装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 迅速加熱カソード装置 技術的分野 本発明は熱電子カソードに関するものであり、特に進行波管における使用に非常 に適する迅速加熱カソード装置に関するものである。

発明の背景 進行波管においては、電子ビームが、電磁波を増幅する方法で伝播する電磁波と の相互作用を行なう。進行波管のある応用は、動作状態がこの管が最初にオンに された後約１秒のような非常に短い時間で確立されることを必要とする。従って 、ビーム電子を放射するように用いられたカソードが迅速な加熱を可能にするこ とが必要である。

過去において直接的に加熱されたカソードの加熱は高電位、または過電圧を始動 時にカソードへ供給することによって達成され、タイミング装置は高電位をオン またはオフするために用いられた。このような過電圧技術はカソードの過熱を生 じるだけでなく、複雑な機械的および電気的装置が過電圧をオンおよびオフする ため必要とされた。そのときでさえ、加熱時間はいくつかの応用のためには長か った。

電子管のための迅速加熱カソードは米国特許第３．　２９９゜３１７号明細書（ Ｊ　、　Ｗ、　Ｋｅｎｄａｌｌ、Ｊ　ｒ　、　）に開示されている。このカソー ドにおいて、ワイヤリボン（ｂｒａ’ｉｄ　）はカソードシリンダと直列に接続 されている。リボンは熱いとき高い電気抵抗を有し、冷たいとき低い電気抵抗を 有し、従って大量の電流を最初にターンオンで直接カソードを加熱するためリボ ンを経て急上昇させる。初期の高い電流上昇後、このリボンは熱くなり、その電 気抵抗は高くなる。リボンが熱くなると、少ないカソードの直接加熱のための電 流は減少するけれども、しかしながらこのとき、リボンもまたその高い電気抵抗 のため間接的にカソードを加熱する。

電子管のための更に別の迅速加熱は米国特許第２．９９６゜６４３号明細書（Ｆ 、Ｃ，Ｊｏｈｎｓｔｏｎｅ等）に開示されている。

このカソード装置において第１の電圧は最初にカソードの後面から離れたフィラ メントに供給され、フィラメントに熱電子を放射させる。フィラメントとカソー ドとの間に供給された第２の電圧はカソードの後面へ放射された電子を加速する 。

これらの電子はカソードの急速加熱を生じるためカソードの後面を衝撃する。カ ソードが電子放射温度に達した後、カソードとフィラメントとの間の電圧は取除 かれ、フィラメントからの熱放射はその動作温度でカソードを維持する。

発明の概要 本発明の目的は、過熱のためのいかなる技術も伴わずにその所望された動作温度 に急速に達することのできる、簡単で信頼性のある廉価なカソード装置を提供す ることである。

本発明の更に別の目的は、電子衝撃源または特定の可変抵抗材料を全く必要とし ない迅速な加熱カソード装置を提供することである。

本発明のもう１つの目的は、１秒以内にその所望された動作温度に達することの できる長寿命カソード装置を提供することである。

本発明に従ったカソード装置は本発明に従って、カソード部材と、カソード部材 に隣接して配置された加熱ワイヤコイルを具備する。加熱電流は、カソード部材 を所望された動作温度まで迅速に加熱するため短時間で少なくとも一部のカソー ド部材を含む第１の電流路を経て流れる。維持電流は所望された動作温度を維持 するため加熱ワイヤコイルからの放射によってカソード部材の熱を維りするため 加圧ワイヤコイルを含む第２の電流路を経て流れる。

本発明の付加的な目的、利点、および特徴は、添付図面と関連して考慮されると き本発明の好ましい実施例の以下の詳細な説明から容易に明らかとなる。

図面の簡単な説明 添付図面において、 第１図は本発明に従ったカソード装置を説明する縦断面図である。

第２図は第１図のライン２−２に沿って得られた横断面図であり、部分的に切断 されている。

第３図は第１図のカソード装置の概略的回路図である。

第４図は第１図の装置の部分を流れる電流を時間の関数として示す図である。

魚吸玄！豐ム豆里 特に第１図および第２図を参照すると、本発明に従ったカソード装置は例えばモ リブデンのような金属かまたはコバール（Ｋ　ｏｖｅｒ）のような合金であって も良い管状ハウジング１０を備えている。ハウジングｌＯの一端に環状プレー） １２が取付けられており、それは例えばモリブデンからできており、中央の円形 開口１４を定める。プレート１２の後面はハウジング１０の内部へ突出している 環状取付はフランジ１６を具備している。

取付はフランジ１６の端部表面へカソード支持部材１８が取付けられ、それは例 えばモリブデンやレニウム合金からできていても良く、中央の皿型部分２０およ び取付はフランジ１６へ付けられている複数の脚部２２．２４．および２６を具 備している。第１図および第２図に説明された特定の実施例において、３つのア タッチメント脚部２２．２４．および２Ｂが説明のため示されているが、その他 の部材および支持体の形状がその代わりに用いられても良い。

ディスペンサカソード２８は支持部材１８の中央部分２０上に取付けられている 。カソード２８は例えばバリウムアルミネートのような適切な電子放射性材料を 含浸させた焼結タングステン部材から成るけれども、その他のカソード材料が代 わりに用いられても良い。カソード２８はプレート１２中の開口１４のそれより 僅かに小さい直径の皿型部材として形成され、その典型的直径は約０．１乃至０ ．３インチの範囲である。説明のための特定の例として、本発明の好ましい実施 例において、カソード部材は０．１５インチの直径と０．００８インチの厚さを 有する。

カソード部材２８は放射された電子をビームへ集積するためわずかに凸形である ことが好ましい。カソード支持部材１Ｂの中央部分２０は同様に形成され、カソ ード部材２８の後面から放射性物質が蒸発することを防ぎ、それによってカソー ドの寿命を伸ばす。

第２図に示されるように、カソード２Ｂとカソード支持部分２０は共に、装置の 動作の直接加熱位相中電流の初期急上昇を減少するため複数の同心円の各々に沿 って付けられた複数の整列した弓形スロット３０を具備する。整列された弓形セ グメントを有しスロット３０と整合するシャドウグリッドをカソードに隣接して 用いることによって、生成された電子ビームの適切な照準が維持される。

アルミナセラミックのような絶縁材料の円筒形ヘッダ３２はハウジング１０中に カソード支持部材１８の後にわずかに離れて取付けられる。ヘッダ３２はカソー ド支持部材に向かって突出している中央の円筒部分３４を有し、そ五へ例えばモ リブデンからできている熱シールド３６が取付けられている。熱シールド３６は ヘッダ３２からカソード２８に向けて伸びている管状部分３８と、カソード支持 部分２０のわずかに後方に取付けられ、部分２０と同様に形成された皿型部分４ ０とを具備する。カソード２８のためヒータ電流を維持するヒータワイヤコイル ４２は部分４０とカソード支持部分２０との間で熱シールド３Ｂ上に取付けられ ている。コイル４２は例えばタングステン−レニウム合金（一般にタングステン ９７％、レニウム３％）からできている。

コイル４２の一端から出ているヒータワイヤ部分４４はヘッダ３２中の孔を通っ て伸びており、ヘッダ３２のヒータコイル４２と反対側に取付けられたアイレッ ト４Ｂへ電気的に接続される。

アイレット４６は維持電力供給リード４８へ電気的に接続される。

コイル４２の他端からでているヒータワイヤ部分５２は、導電性リボン５４を経 てハウジングｌＯへ接続される熱シールド３Ｂへ接続されている。リード５６は ハウジング１０をカソード電位のような適切なレベルの基準電位へ接続する。

直接導電性路をカソード２８の中央領域へ与えるため、例えばニッケルからでき ている導電性ロッド５８はカソード支持部分２０へ付けられる。第１図に示され るように、ロッド５８は好ましくはカソード２８と直接コンタクトする支持部分 ２０中の袖開口を経て伸びている。ロッド５８はハウジング１０中に同軸に取付 けられ、熱シールド部分４０とヘッダ３２中の軸方向開口を経て伸びている。導 電性リボンＢＯはカソード２８と反対側のロッド５８の端部をカソード２８と反 対側のヘッダ３２の側部上に取付けられたアイレット６２へ接続する。アイレッ ト６２は加熱電力供給リード６４へ電気的に接続される。

第３図を参照すると、加熱電流をカソード２８へ供給するため、迅速な加熱電力 供給源７０は出力端子７２と７４を有する。出力端子７２は加熱電力供給電圧を カソード２８の中央領域へ供給するリード６４へ接続され、一方出力端子７４は 前述のレベルの基準電位へ接続される。説明のための特定の実施例として、電力 供給源７０は約１５アンペアの電流で約１ボルトの電圧を与える。維持電流を加 熱コイル４２へ供給するため維持電力供給源７６は出力端子７８と８０を有する 。出力端子７８は維持電力供給電圧をヒータコイル４２の一端へ供給するリード ４８へ接続され、コイル４２の他端４２は電力供給源出力端子７４と８０へ接続 される。

説明のための特定の例としては、電力供給源７６は約１．５アンペアの電流で約 ６ボルトの電圧を供給する。

本発明に従ったカソード装置の動作は第４図を参照して説明される。カソード装 置の動作を開始することが所望される時間ｔ１で、初期加熱電力供給源７０およ び維持電力供給源７Ｂは共にターンオンされる。電流は電力供給源出力端子７２ からリード８４を経てカソードの中央範囲へ流れ、カソード２８を経て放射状に 外側へ流れ、そしてリード５６を経て電力供給源出力端子７４へ流れる。電流が カソード２Ｂを経て流れるとき、それはカソード２８の直接で迅速な加熱を生じ る。第４図の波形９０によって示されるように、電流の初期の急上昇は時間ｔ１ で発生し、その後電流の大きさはカソード２８が加熱するに従ってやや減少する 。

維持電力供給源７６がまた時間ｔ１でターンオンするから、電流はまた電力供給 源出力端子７８からリード４８、ヒータコイル４２、およびリード５Ｂを経て電 力供給源出力端子８０へ流れる。

電流がヒータコイル４２を経て流れるとき、カソード２８の間接加熱がコイル４ ２からの放射のため発生するが、しかし間接加熱効果はカソード２８を経て流れ る電流によって生じる加熱に比較して小さい。第２図の波形９２によって示され るように、ヒータコイル４２を経て流れる電流はまた時間ｔ１で初期急上昇を有 し、その後コイル４２が加熱すると幾分減少するが、しかしこの減少はカソード ２８を経て流れる電流の場合より小さい。

時間ｔ１後１秒以内の時間ｔ２によって、カソード２８は一般に約１１００＠で あるその所望された動作温度に達した。従って、時間ｔ２で、加熱電力供給７０ はターンオフされ、カソード２８を経て流れる直接の電流は絶える。しかしなが ら、維持電力供給源７６はオンにされたままであり、ヒータコイル４２を経て流 れる電流は第４図の波形９４によって示されるように続く。コイル４２から生じ る放射熱は所望された動作温度でカソード２８を維持するためカソード２８の十 分な間接加熱を生じる。

本発明が１秒以内にその所望された動作温度ヘカソードを加熱するため簡単で信 頼性のある廉価な装置を提供することがわかる。機械的スイッチ、電子衝撃源、 あるいは特定の可変抵抗材料のような複雑あるいは高価な設備は全く必要とされ ない。更に８００時間を超える長いカソード寿命が達成される。

本発明は特定の実施例を参照することによって示され説明されたけれども、それ にもかかわらず本発明に関わる当業者にとって明らかである様々な変化および修 正は本発明の技術的範囲に含まれるものである。

Ｉ 宝際調香鱗失 国際調査報告 υＳ　８７０２４４７ ＳＡ　１９１４４

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）カソード部材と、 前記カソード部材に隣接して配置されたヒータワイヤコイルと、 前記カソード部材の所望された動作温度までの迅速な加熱を行なうため短期間前 記カソード部材の少なくとも一部を含む第１の電流路を経て加熱電流を流すため の手段と、前記所望された動作温度を維持するため前記ヒータワイヤからの放射 によって前記カソード部材へ維持熱を与えるため前記ヒータワイヤコイルを含む 第２の電流路を経て維持電流を流すための手段とを具備しているカソード装置。
2. （２）前記維持電流の流通が前記加熱電流と同時に開始され、前記短期間中およ びそれに続いて続けられる請求項１記載のカソード装置。
3. （３）加熱電流を流すための前記手段が前記カソード上の離れた位置間に電気的 に結合された第１の電力供給源を含み、維持電流を流すための前記手段が前記ヒ ータワイヤコイルの各端部間に電気的に結合された第２の電力供給源を含む、請 求項１または２記載のカソード装置。
4. （４）前記第１の電力供給源が前記第２の電力供給源より実質的に大きい電流と 実質的に小さい電圧を供給する請求項３記載のカソード装置。
5. （５）前記カソード部材が実質的に皿形であり、前記第１の電力供給源が実質的 に前記カソード部材の中央の第１の位置と、実質的に前記カソード部材の周辺の 第２の位置との間に電気的に結合される、請求項３または４記載のカソード装置 。
6. （６）実質的に管状の導電性ハウジングと、前記ハウジング中に同軸上に付けら れた実質的に皿形の部材であり、外側に面した凹面を前面に有する前記カソード と、前記カソード部材の後面の後方の前記ハウジング中に取付けられた熱シール ドと、 前記熱シールドと前記カソード部材の後面との間の前記ハウジング中に取付けら れている前記ヒータワイヤと、前記ハウジングの軸に沿って配置され、前記カソ ード部材の後面の中央部分へ電気的に接続された導電性ロッドと、前記ハウジン グ中に前記カソード部材を支持し、前記カソード部材の周辺部分と前記ハウジン グとを電気的に接続するための手段とを含む請求項５記載のカソード装置。
7. （７）前記カソード部材のための前記手段が前記カソード部材の後面へ取付けら れた前記カソード部材の形状と適合した形態の、前記カソード部材の後面のほと んどの部分に沿って伸びている皿形素子を含む請求項６記載のカソード装置。
8. （８）前記カソード部材と前記皿形素子の両方が複数の同心円の各々に沿って位 置する複数の整列された弓形スロットを有している請求項７記載のカソード装置 。