JPH02239536A - 高出力真空管用の急速余熱陰極 - 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】 「産業」二の利用分ｌＩ１ 本発明は、高出力真空管に用いるための急速余熱ヒータ
及びそれを形成するための方法に関する． 〔従来技術１ 高出力送信器の真空管は、急速に全出力を発欅するよう
に真空管のスイッチを入れることが出来ることがしばし
ば望まれる．しかし、真空管は電子を放射する前に加熱
される必要のある電子放射陰極を用いている．真空管を
急速にフルパワーにスイッチングする際の問題は、ヒン
ジが陰極を急速に加熱してしまうことである．技術的に
現状の急速余熱陰極は、ロウ・マス陰極にヒータを焼結
することにより形成されている．そのヒータはＡ１■Ｏ
，セラミック材で絶縁され、電気泳動的にコートされた
タングステンで作られている．焼結は通常、１３００℃
で９５％のタングステンと５％のニッケルの混合物を用
いて行われる．小さい真空管にについては、このアプロ
ーチは陰極が通常直径が０．２５インヂ（約０．６３セ
ンチメートル》或はそれ以下と小さいので加工可能であ
る．時に、Ｗ−Ｎｉの代わりにモリブデン及びルテニウ
ムの混会物が用いられる．そのときの焼結温度は概ね１
６００℃である．より大きな陰極，例えば直径が０．５
インチ《約１，２７センチメートル》或はそれ以上のも
のについては、このアプローチはあまり具合が良くない
．この問題は、直径が１インチ（約２．５４センチメー
トル）以上の陰極に対Ｌ７ては受け入れがたいものであ
る． 問題は１０秒の余熱時間を持つ１メガワット・クライス
トロード管に関する必要条件を考慮することにより，説
明しうる．陰極は直径が約２，５インチ（約６．３５セ
ンチメートル）であるべきである．ヒータは陰極自身、
ヒータ導線、誘電コーティング、焼結材及び陰極支持を
加熱せねばならないだろう．このような大きな陰極を動
作温度に加熱するためには１５，０００ジュールが必？
である．このエネルギーの１は高電流及び高電圧を必要
とする，Ａｌ■０，にががる電圧は物質の降伏電圧を超
えるだろう．更に、！００アンペアのオーダーの電流が
有効ヒータ領域に与えられねばならない．そのとき、そ
の接続は熱を運び去り、熱損失を補うなめに更に電流規
格を増加させる十分な導体でなければならない．更に従
来技術のしータの間組の一つは、タングステンとＡ　Ｉ
　ｔ　Ｏ　ｓとの膨張係数に大きな違いがあることであ
る．その異なるｌｌ張率は、加熱の間に疲労及び破壊を
もたらす応力の原因となる． 急速余熱陰極におけるエネルギーの必要を減じるために
，上記の例のようにボンバーダー（ｂｏｍｂａｒｄｅｒ
）・ヒータがしばしば用いられる．一つの例が米国特許
第４，６７５，５７３号に示されている．ボンバーダー
は被加熱放射構造体で、陰極の背後に配設されている．
ボンバーダーと陰極との間には十分な電場が在る．ボン
バーダーから放射された電子は陰極の背後に加速されて
、陰極を加熱する． 電子管用の急速加熱陰極が．Ｊ　．　Ｗ．　Ｋｅｎｄａ
ｌｌ，Ｊｒに与えられた＊国特許第３，２９９，３１７
号に記載されている．このｌＴｍｌｌｉではワイア・ブ
レイド（ｗｉｒｅ　ｂｒａｉｄ）が陰極シリンダと直列
に接続されている．ブレイドは温度が高いとき大きな電
気抵抗を有し、温度が低いとき小さな電気抵抗を有する
ので、スイッチが入ったとき初期に大量の電流がブレイ
ドを通って直接陰極にサージすることを許容する．初期
高電流サージの後に、ブレイドは高温になりその電気抵
抗が大きくなる．ブレイドが高温になると、陰極の直接
加熱のための少ない電流がブレイドを通るが、しかし、
このときブレイドもまたその大きな電気抵抗のために間
接的に陰極を加熱する． 更に電子管用の急速加熱陰極がＦ．Ｃ．Ｊｏｂｎｓｔｏ
ｎｅその他に与えられた米国特許第２，９９６，６４３
号に開示されている．この陰極配置においては、第一電
圧が初めに陰極の背面から離して１かれたフィラメント
に与えられ、それによりフイラメン１・が然電子を放射
する．フイラメン１・と陰極との間に与えられた第二電
圧が放射された電子を陰極の背面に向けて加速する．こ
れらの電子は陰極の背面に衝突し、陰極の急速加熱をも
たらす．陰極が電子放射温度に達した後、陰極とフィラ
メントとの間の電圧が除かれ、フィラメントからの熱放
射が陰極をその動作温度に維持する． １９８７年６月２３日にＭｉｒａｍその他に与えられ、
本発明と同様に譲渡された米国特許第４，６７５．５７
３号に一つの急速余熱陰極配置が開示されており、その
中で陰極は陰極を通る［流のバーストによって直接加熱
され、ヒータコイルによって後部から加熱される． 〔発明の目的〕 従って、本発明の主な目的は絶縁物としてＡｌ；０，を
使用せず、タングステン導線より少ない程々の電流を用
いるヒータ陰極組立体を提供することである． 更に本発明の目的は，ヒータの寿命を延ばすだめに材料
の熱膨張係数が一致している橋遺物を提供することであ
る． し発明の概要］ 以下明らかになる本発明のこれら及びその他の目的，特
徴並びに利点は簡単にいって、陰極を加熱するために異
方性熱分解窒化ほう素の層がコートされた異方性熱分解
グラファイトを用いる本発明に従って達成される．ヒー
タは陰極本体の後部に焼結される． Ｌ実施例］ 図面を参照すると、様々な図面を通して部分部分を示す
ために参照番号が使用されており，第１図には本発明に
従った構遺物の断面が示されている．陰極組立体１０は
ｋＴ適にはタングステンである陰極１２を有し、本発明
に従ってヒータ１４の背部が焼結されているしータ１４
の後ろには大口径の電子管のための任意のボン・バーグ
ー・ヒー・夕が示されている．電子管の中心軸線位置に
ある導線１８はヒータ１４の中心に通じている．ヒータ
電流のリターンバスは通常ヒータの外周部から接地され
ている．タライストロード（ｋｌｙｓＬｒｏｄｅ）では
、陰極の前にグリッド２０が配設されている．ｔｌｌＩ
＊物を管に密閏し、要素を互いに電気的に絶縁するため
に用いられる様々な真空シール及び絶縁物が当業者には
良く知られている． 本発明に従ったデバイスは幾つかの別の方法で形成する
ことが出来る．第一の方法が第２図に示されている．図
の最上位に示したステップａで異方性熱分解窒化ホウ素
フォーム１００が陰極に一致するように所望の形状に作
られる．ステップｂでは前記フォームに異方性熱分解グ
ラファイト１０２の層がコートされる．ステップＣでヒ
ータパターン１０４が異方性熱分解グラファイ１へを貫
いて異方性熱分解窒化ホウ素フォームまで研磨する．ス
テップｄで前記＠磨されたヒータに異方性熱分解窒化ホ
ウ素１０６の層がコートされる．ステップＣではレーザ
ー力・ツターが用いられ、ヒータパターン１０４のｌｌ
ｌＷ接部分が分離される．ステップｆでデバイスは初め
に異方性熱分解グラファイトの薄い層がコートされ、次
にタングステン１０８の薄い層がコートされる．ステッ
プｇでデバイスはＷ−Ｎｉミックス１１２を用いて約１
３００℃で陰ｉｉｉｏに焼結される．もう一つの別の方
法が第３図に示されており、ステップｈで陰極の形状に
一致する形状に異方性熱分解グラファイト２０Ｇのブラ
ンクを形成することから始まる．ステップｌでは、レー
ザーによって異方性熱分解グラファイトにヒータパター
ン２０２が切り出される．次にステップｊでヒータは異
方性熱分解窒化ホウ素２０４によって全体をコートされ
る．ステップｋでヒータは異方性熱分解グラファイトの
薄い層でコートされ、次に全体をタングステンの薄い層
でコートされる．ステップ１でヒータはＷ−Ｎｉミック
ス２１０を用いて約１３００℃で陰極２（｝８に焼結さ
れる．第４図には第三の方法が示されており、ステップ
『ｎで異方性熱分解窒化ホウ素フォーム１００が形成さ
れる．ステップｎで前記フォームは異方性熱分解グラフ
ァイト１０２によってコートされる，スデップ０では、
加熱されたパターン１０４が異方性熱分解グラファイト
を貫通して研磨される．ステップｐで前記パターンは異
方性熱分解窒１ヒホウ素１０６によってコートされる．
ステップｑでそのデバイスは異方性熱分解グラファイト
によってコートされ、次にタングステン１０８によって
コートされる．前記デバイスはＷ−Ｎｉミックス１１２
を用いて約１３（１０℃で＃極１１０に焼結される６ 更にまた別の方法が第５図に示されており、両面を異方
性熱分解グラファイト３０４，３０６でコートされた異
方性熱分解窒化ホウ素３０２の被加工物が、ステップＳ
で陰極の背面に一致するように凹面に形成されるか、非
常に小さい陰極の場合は平坦に形成される．ステップｔ
では異方性熱分解グラファイト３０６の背面，コーティ
ングにヒータパターン３０８が形成される．ステップＵ
で前記被加工物はタングステン一ニッケル焼結混合物３
１２によってタングステン陰極３１０の背面部に焼結さ
れる．全構造物がモリブデンホル？ー３１４上に取り付
けらｉｔる．請でも要望通りに作られたこれらの被加工
物の幾つかを購入することができ、次にそれらをヒータ
中に形成することができる．このような適用は費用効果
があるが、加熱時問が１０乃至２０％多くなってしまう
， 増加した温度で異方性熱分解窒化ホウ素が破損する電圧
はＡ１■０，セラミックに対するものより大きさでほぼ
２桁良い．１２００℃における異方性熱分解窒化ホウ素
に対する峡壊電圧はおよそ５０ｖｏｌＬｓ／ｓｉｔで、
同じ温度でＡ　ｌ　ｔ　Ｏ　ｓセラミック番二対するも
のは０．５ｖｏｌｔｓ／−ｉ１である．ヒータ導体及び
絶縁体に関するｌｓｉｊＲ係数に関しては、本発明のヒ
ータに関するものはＡ　ｌ　ｚ　Ｏ　ｘとタングステン
によるものに比べてずっと近い値のものであり、それ故
加熱中の応力を減少させる．タングステン導線のｈｏｔ
−Ｌｏ−ｃｏｌｄ抵抗比はおよそ５：１であり、これに
対し異方性熱分解グラファイトに関するものはおよそ１
：２である．このことは，，急速余熱の後に低１ｔ流で
温度を緒持することが本発明によって容易になされるこ
とを意味する． 本発明に従った新規な急速余熱ヒータ陰極組立体はクラ
イストロード管に用いられるような大口径陰極に比類無
き適性がある．更に、ヒータ電流における減少及び異方
性熱分解窒化ホウ素絶縁物の際立った電圧破壊特性が、
このデザインを従来技術に於いてはボンバーダーアプロ
ーチが唯一利用可能な解決法であった超急速応用への良
い候補にする． 本発明は実施例及びこれまでに述べてきた代案に制限さ
れるものではなく，本発明の範囲及び本発明の真の精神
から離れることなく変更改良が可能である． ［発明の効果］ 以上より、本発明の最も重要な効果は、上昇した温度で
のヒータ絶縁物の放電開始電圧がΔ１，Ｏ，セラミック
に関するものよりも大きさでほぼ２桁良いということで
ある． 別の効果は、要求されるサージ電流が従来技術のものよ
りも１桁小さいということである．更に別の効果は、ヒ
ータと絶縁物との尉張係数が殆ど一致するということで
ある． 本発明の目的、椙成及び動作士の特性、並びに効果は」
一記の詳細な説明と例示としての図面とから当業者には
明白なものとなったであろう．

【図面の簡単な説明】

第１図はボンバーダーを有する真空管の一端に取り付け
られた本発明に従った楕遣物をの断面図である． 第２図は本発明の構造物を形成するための第一の方法で
ある． 第３図は本発明の構造物を形成するための第二の方法で
ある， 第４図は本発明の横造物を形成するための第三の方法で
ある． 第５図は本発明の横遺物を形成するための第四の方法で
ある． ［主要符号の説明］ １０・・・陰極組立体 １．２，１１０，２０８・・・陰極 １００・・・異方性熱分解窒化ホウ素フォーム１０２・
・・異方性熱分解グラファイ１・層１０４，２０２，３
０８・・・ヒータパターン１０Ｂ・・・異方性熱分解窒
化ホウ素層２００・・・異方性熱分解グラファイトフォ
ーム３０２・・・異方性熱分解窒化ポウ素基板３１０・
・・タングステン陰極 ３１４・・・モリブデンホルダー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空管における陰極組立体の急速余熱ヒータを形成
   するための方法であつて： （ａ）異方性熱分解グラファイトの層で陰極の背部に接
   触する側と反対側の背面部を コートされた異方性熱分解窒化ホウ素の 被加工物を得る工程；並びに （ｂ）異方性熱分解グラファイトの層を貫通して被加工
   物上にヒータパターンを形成 する工程 とから成る方法。 ２、ヒータパターンを形成する工程が研磨によってなさ
   れるところの請求項１記載の方法。 ３、ヒータパターンを形成する工程の後に異方性熱分解
   窒化ホウ素の層でヒータパターンをコートする工程を有
   する請求項１記載の方法。 ４、ヒータパターンを異方性熱分解窒化ホウ素の層でコ
   ートする工程の後に被加工物上のヒータパターンの隣接
   要素を切り離す工程を有する請求項３記載の方法。 ５、被加工物を得る工程が、異方性熱分解グラファイト
   で両面をコートされた異方性熱分解窒化ホウ素の被加工
   物を得る工程を有する請求項１記載の方法。 ６、ヒータパターンを異方性熱分解窒化ホウ素の層でコ
   ートする工程の後に被加工物を陰極の背面部に焼結する
   工程を有する請求項３、４及び５記載の方法。 ７、急速余熱ヒータ陰極組立体を形成する方法であって
   ： （ａ）異方性熱分解グラファイトの被加工物を作る工程
   ； （ｂ）被加工物にヒータパターンを切り込む工程； （ｃ）被加工物の全体を異方性熱分解窒化ホウ素でコー
   トする工程； （ｄ）被加工物を異方性熱分解グラファイトでコートす
   る工程； （ｅ）被加工物をタングステンの層でコートする工程；
   並びに （ｆ）陰極の背面部に被加工物を焼結する工程 とから成る方法。 ８、高出力真空管に用いるヒータ−陰極構造体であって
   、 陰極及び該陰極に焼結されたヒータから成 り、該ヒータが異方性熱分解窒化ホウ素の層でコートさ
   れた異方性熱分解グラファイトで形成されるところのヒ
   ーター陰極構造体。 ９、ヒータがタングステンとニッケルとから成る焼結コ
   ンパウンドによって陰極に焼結される請求項８記載の陰
   極構造体。 １０、請求項１乃至９の何れかのプロセスによって作ら
   れる製造物。 １１、電子デバイスの陰極用ヒータであって、異方性熱
   分解窒化ホウ素の基板層及び前記 基板上に一体コーティングとして形成された異方性熱分
   解グラファイトのヒータ要素から成るヒータ。