JPH0517311B2 - - Google Patents
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- JPH0517311B2 JPH0517311B2 JP517184A JP517184A JPH0517311B2 JP H0517311 B2 JPH0517311 B2 JP H0517311B2 JP 517184 A JP517184 A JP 517184A JP 517184 A JP517184 A JP 517184A JP H0517311 B2 JPH0517311 B2 JP H0517311B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J45/00—Discharge tubes functioning as thermionic generators
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、熱電子発電素子の陰極の製造に関す
る。
る。
熱電子発電は熱エネルギを電気エネルギに直接
変換する直接発電の一方式であり、発電素子とし
ては第１図に示す断面構造のものが知られてい
る。
変換する直接発電の一方式であり、発電素子とし
ては第１図に示す断面構造のものが知られてい
る。
同図に示すように、陰極（エミツタ）１は一端
が半球状に閉塞された円筒状の基体２と、この基
体２の内面に密着形成された陰極本体としての金
属膜３と、基体２の外面に被着された保護被膜４
から形成されている。基体２は支持部材としての
機能を有し、熱伝導性に優れた黒鉛などが適用さ
れている。金属膜３には熱電子を放出しやすい仕
事関数の大きな材料が望ましく、一般にタングス
テンが適用されている。保護被膜４には耐熱性・
耐酸化性に優れたシリコンカーバイド（SiC）が
適されている。
が半球状に閉塞された円筒状の基体２と、この基
体２の内面に密着形成された陰極本体としての金
属膜３と、基体２の外面に被着された保護被膜４
から形成されている。基体２は支持部材としての
機能を有し、熱伝導性に優れた黒鉛などが適用さ
れている。金属膜３には熱電子を放出しやすい仕
事関数の大きな材料が望ましく、一般にタングス
テンが適用されている。保護被膜４には耐熱性・
耐酸化性に優れたシリコンカーバイド（SiC）が
適されている。
この陰極１の内側に、陰極１と相似形を有する
陽極（コレクタ）５が、所定の間隙を保持させて
同軸上に配置されている。この陽極５には仕事関
数の小さな材料であるニツケルNiが一般に適用
されている。また、陽極５は冷却材（空気等）６
によつて冷却されるようになつており、陰極１と
陽極５の間隙部７には、一般に、セシウムなどの
電離しやすいガスが封入されている。このように
構成された熱電子発電素子は、その陰極１の半球
状の頭頂部外面が高温の雰囲気中に配置されるよ
うに、炉壁８等を貫通させて設置されている。
陽極（コレクタ）５が、所定の間隙を保持させて
同軸上に配置されている。この陽極５には仕事関
数の小さな材料であるニツケルNiが一般に適用
されている。また、陽極５は冷却材（空気等）６
によつて冷却されるようになつており、陰極１と
陽極５の間隙部７には、一般に、セシウムなどの
電離しやすいガスが封入されている。このように
構成された熱電子発電素子は、その陰極１の半球
状の頭頂部外面が高温の雰囲気中に配置されるよ
うに、炉壁８等を貫通させて設置されている。
そして、例えば高温のガス流（図示矢印９）に
よつて加熱された金属膜３から放出される熱電子
が陽極５に流入され、陰極１と陽極５間に接続さ
れた図示していない負荷に電力が供給されるよう
になつている。
よつて加熱された金属膜３から放出される熱電子
が陽極５に流入され、陰極１と陽極５間に接続さ
れた図示していない負荷に電力が供給されるよう
になつている。
このような原理により発電する熱電子発電素子
にあつて、発電に寄与するのは、主として高温雰
囲気中に配置される頭頂部、およびそれに隣接す
る直状部領域（以下、有効部と称する）に形成さ
れた金属膜３ａだけである。したがつて、有効部
の金属膜３ａは仕事関数の大きなタングステン膜
にする必要があるが、それ以外の部分の金属膜３
ｂは、主として導電路の役目を担うものであるか
ら、電気伝導性に優れた金属膜であればよいこと
になる。特に、タングステンからなる金属膜３を
CVD（Chemical Vapor Deposition）法により形
成する場合、原料ガスの六弗化タングステン
WF6が高価なものであるから、有効部以外の金
属膜３ｂは廉価な金属を用いて形成することが要
望されるところであつた。
にあつて、発電に寄与するのは、主として高温雰
囲気中に配置される頭頂部、およびそれに隣接す
る直状部領域（以下、有効部と称する）に形成さ
れた金属膜３ａだけである。したがつて、有効部
の金属膜３ａは仕事関数の大きなタングステン膜
にする必要があるが、それ以外の部分の金属膜３
ｂは、主として導電路の役目を担うものであるか
ら、電気伝導性に優れた金属膜であればよいこと
になる。特に、タングステンからなる金属膜３を
CVD（Chemical Vapor Deposition）法により形
成する場合、原料ガスの六弗化タングステン
WF6が高価なものであるから、有効部以外の金
属膜３ｂは廉価な金属を用いて形成することが要
望されるところであつた。
また、第１図図示の熱電子発電素子１個当りの
出力は一般に小さく、大容量の発電装置を構成す
るには極めて多数の素子が必要となる。ところ
が、タングステンの比重（19.3）は他の金属に比
べて大きいので、発電装置の全体重量が極めて大
きくなつてしまう。このことから、有効部以外の
金属膜３ｂには比重の小さな金属が望ましいこと
になる。
出力は一般に小さく、大容量の発電装置を構成す
るには極めて多数の素子が必要となる。ところ
が、タングステンの比重（19.3）は他の金属に比
べて大きいので、発電装置の全体重量が極めて大
きくなつてしまう。このことから、有効部以外の
金属膜３ｂには比重の小さな金属が望ましいこと
になる。
しかしながら、従来、このような形状の陰極基
体内面に、異なる金属からなる２以上の金属膜を
区画して形成するCVD法が確立されていなかつ
たため、第１図図示金属膜３ｂは金属膜３ａと同
一のタングステンにより一体に形成されていたの
である。
体内面に、異なる金属からなる２以上の金属膜を
区画して形成するCVD法が確立されていなかつ
たため、第１図図示金属膜３ｂは金属膜３ａと同
一のタングステンにより一体に形成されていたの
である。
本発明の目的は、熱電子発電素子の陰極基体上
に区画された２つの領域に、それぞれ異なる金属
からなるCVD膜を選択的に形成することができ
る製法を提供することにある。
に区画された２つの領域に、それぞれ異なる金属
からなるCVD膜を選択的に形成することができ
る製法を提供することにある。
本発明は、陰極を形成する円筒基体の直状部を
冷却しながら頭頂部内面にCVD法により仕事関
数の大きな第１の金属からなる第１の金属膜を形
成するとともに、前記円筒基体の頭頂部を冷却し
ながら直状部内面にCVD法により第２の金属か
らなる第２の金属膜を形成することにより、熱電
子発電素子の陰極基体上に区画された２つの領域
に、それぞれ異なる金属の膜を選択的に形成しよ
うとすることにある。
冷却しながら頭頂部内面にCVD法により仕事関
数の大きな第１の金属からなる第１の金属膜を形
成するとともに、前記円筒基体の頭頂部を冷却し
ながら直状部内面にCVD法により第２の金属か
らなる第２の金属膜を形成することにより、熱電
子発電素子の陰極基体上に区画された２つの領域
に、それぞれ異なる金属の膜を選択的に形成しよ
うとすることにある。
即ち、所望とする種類の金属膜を形成すべき領
域以外の基体の温度を、その金属のCVD膜が析
出されない温度以下に保持するようにして、所望
とする領域にのみ金属膜を形成しようとするので
ある。
域以外の基体の温度を、その金属のCVD膜が析
出されない温度以下に保持するようにして、所望
とする領域にのみ金属膜を形成しようとするので
ある。
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
第２図に本発明にかかる製法により形成しよう
とする一例の陰極の断面構造を示し、第３図ａ，
ｂにその一実施例製法の工程図を示す。
とする一例の陰極の断面構造を示し、第３図ａ，
ｂにその一実施例製法の工程図を示す。
第２図に示すように、陰極１１は第１図図示の
ものと同一の形状を有し、基体１２は黒鉛によ
り、保護被膜１４はシリコンカーバイトにより、
それぞれ形成されている。陰極本体としての金属
膜１３のうち、有効部となる頭頂部およびそれに
隣接する領域の第１の金属膜１３ａはタングステ
ンにより、その他の直状部領域の第２の金属膜１
３ｂはモリブデンにより形成されている。なお、
このモリブデンは電気伝導性および基体１２のグ
ラフアイトとの密着性から好ましいものである
が、ニツケル等の他の金属であつてもよいことは
言うまでもない。
ものと同一の形状を有し、基体１２は黒鉛によ
り、保護被膜１４はシリコンカーバイトにより、
それぞれ形成されている。陰極本体としての金属
膜１３のうち、有効部となる頭頂部およびそれに
隣接する領域の第１の金属膜１３ａはタングステ
ンにより、その他の直状部領域の第２の金属膜１
３ｂはモリブデンにより形成されている。なお、
このモリブデンは電気伝導性および基体１２のグ
ラフアイトとの密着性から好ましいものである
が、ニツケル等の他の金属であつてもよいことは
言うまでもない。
このような構造の陰極１１を形成する方法につ
いて、第３図ａ，ｂを参照しながら以下に説明す
る。
いて、第３図ａ，ｂを参照しながら以下に説明す
る。
まず、同図ａに示すように所定形状に形成され
た基体１２の直状部を冷却保持具２１に装着し、
冷却水又は冷却ガス２２によつて外面側から基体
１２の直状部を冷却する。次に、加熱装置２３に
よつて基体１２の頭頂部を所定のCVD析出温度
に加熱保持する。そして、基体１２の内側に挿入
された原料ガスの供給管２４を介して、原料ガス
２５を頭頂部内面に供給すると、析出温度以上に
加熱されている基体１２の内面にCVD反応が生
じ、その内面にタングステンからなる第１の金属
膜１３ａが析出生成される。なお、供給管２４の
先端部には複数の噴出口が穿設されており、原料
ガス２５が半球状の内面に均一に供給されるよう
になつている。また、原料ガス２５には六弗化タ
ングステンWF6などの周知のものを適用するこ
とができ、WF6の場合のCVD反応および析出温
度条件は、次に示すものとなつている。
た基体１２の直状部を冷却保持具２１に装着し、
冷却水又は冷却ガス２２によつて外面側から基体
１２の直状部を冷却する。次に、加熱装置２３に
よつて基体１２の頭頂部を所定のCVD析出温度
に加熱保持する。そして、基体１２の内側に挿入
された原料ガスの供給管２４を介して、原料ガス
２５を頭頂部内面に供給すると、析出温度以上に
加熱されている基体１２の内面にCVD反応が生
じ、その内面にタングステンからなる第１の金属
膜１３ａが析出生成される。なお、供給管２４の
先端部には複数の噴出口が穿設されており、原料
ガス２５が半球状の内面に均一に供給されるよう
になつている。また、原料ガス２５には六弗化タ
ングステンWF6などの周知のものを適用するこ
とができ、WF6の場合のCVD反応および析出温
度条件は、次に示すものとなつている。
WF6＋3H2600〜700℃
−−−−→
Ｗ＋6HF
次に、第３図ｂに示すように、第１の金属膜１
３ａが形成された頭頂部を冷却保持具２６に装着
し、冷却ガス又は冷却水２７によつてその部分の
みを外側から冷却する。一方、基体１２の直状部
を加熱装置２８によつて所定のCVD析出温度に
加熱保持する。また、少なくとも基体１２の直状
部の外面を容器２９により包囲し、この容器２９
内に供給管３０を介して窒素N2又はアルゴンAr
などの不活性ガス３１を供給し、直状部外面を富
不活性ガス雰囲気に保持する。そして、基体１２
の内側に挿入された原料ガスの供給管３２を介
し、原料ガス３３を直状部の内面に供給すると、
析出温度以上に加熱されている基体１２の内面に
CVD反応が生じ、その内面にモリブデンからな
る第２の金属膜１３ｂが析出生成される。
３ａが形成された頭頂部を冷却保持具２６に装着
し、冷却ガス又は冷却水２７によつてその部分の
みを外側から冷却する。一方、基体１２の直状部
を加熱装置２８によつて所定のCVD析出温度に
加熱保持する。また、少なくとも基体１２の直状
部の外面を容器２９により包囲し、この容器２９
内に供給管３０を介して窒素N2又はアルゴンAr
などの不活性ガス３１を供給し、直状部外面を富
不活性ガス雰囲気に保持する。そして、基体１２
の内側に挿入された原料ガスの供給管３２を介
し、原料ガス３３を直状部の内面に供給すると、
析出温度以上に加熱されている基体１２の内面に
CVD反応が生じ、その内面にモリブデンからな
る第２の金属膜１３ｂが析出生成される。
なお、基体１２内に位置される供給管３２の管
壁には、複数の噴出口が穿設されており、基体１
２の直状部に原料ガス３３が均一に供給されるよ
うになつている。また、原料ガス３３の例として
は、次式(1)〜(3)の左辺に示すものなど、周知のも
のを適用することができ、それらのCVD反応お
よび析出温度条件は、同式中に示すものとなる。
壁には、複数の噴出口が穿設されており、基体１
２の直状部に原料ガス３３が均一に供給されるよ
うになつている。また、原料ガス３３の例として
は、次式(1)〜(3)の左辺に示すものなど、周知のも
のを適用することができ、それらのCVD反応お
よび析出温度条件は、同式中に示すものとなる。
MoF6＋3H2700〜900℃
−−−−→
Mo＋6HF …(1)
MoCl5＋５／２H2700〜900℃
−−−−→
Mo＋5HCl …(2)
Mo（CO）6300〜500℃
−−−−→
Mo＋6CO …(3)
また、第２の金属膜１３ｂをニツケルとする場
合には、原料ガス３３は次式の左辺に示すものと
し、そのCVD反応および析出温度条件は、同式
中に示すものとなる。
合には、原料ガス３３は次式の左辺に示すものと
し、そのCVD反応および析出温度条件は、同式
中に示すものとなる。
Ni（CO）480〜250℃
−−−−→
Ni＋4CO
上述したように、本実施例によれば、円筒状の
陰極基体の内面に区画された２つの領域に、それ
ぞれ異なる金属からなるCVD膜を選択的に形成
することができ、これによつて有効部以外の金属
膜に廉価な金属を適用することができるという効
果がある。
陰極基体の内面に区画された２つの領域に、それ
ぞれ異なる金属からなるCVD膜を選択的に形成
することができ、これによつて有効部以外の金属
膜に廉価な金属を適用することができるという効
果がある。
また、タングステンの比重19.3に対し、モリブ
デンの比重は10.2、ニツケルの比重は8.9である
から、金属膜１３の重量が半分以下に軽減され、
これにより発電装置の軽量化が達成されるという
効果がある。
デンの比重は10.2、ニツケルの比重は8.9である
から、金属膜１３の重量が半分以下に軽減され、
これにより発電装置の軽量化が達成されるという
効果がある。
なお、上述の実施例によれば、第１の金属膜１
３ａと第２の金属膜１３ｂの境界部の一部に、そ
れらの金属からなる二重膜が形成されることがあ
るが、発電性能等には殆んど影響がない。
３ａと第２の金属膜１３ｂの境界部の一部に、そ
れらの金属からなる二重膜が形成されることがあ
るが、発電性能等には殆んど影響がない。
以上説明したように、本発明によれば、簡単な
構成により、熱電子発電素子の陰極基体上に区画
された２つの領域に、それぞれ異なる金属の
CVD膜を選択的に形成することができるという
効果がある。
構成により、熱電子発電素子の陰極基体上に区画
された２つの領域に、それぞれ異なる金属の
CVD膜を選択的に形成することができるという
効果がある。
第１図は熱電子発電素子の従来例の断面構成
図、第２図は本発明を適用してなる熱電子発電素
子の陰極の一実施例の断面構成図、第３図ａ，ｂ
は本発明の一実施例の製法工程を説明するための
図である。
図、第２図は本発明を適用してなる熱電子発電素
子の陰極の一実施例の断面構成図、第３図ａ，ｂ
は本発明の一実施例の製法工程を説明するための
図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一端が半球状に閉塞された円筒基体の内面に
金属膜からなる陰極本体を有し、半球状の頭頂部
外面を高温雰囲気中に配置して用いられる熱電子
発電素子の陰極の製法において、前記円筒基体の
直状部を冷却しながら頭頂部および頭頂部に隣接
する領域の内面にCVD法により仕事関数の大き
な第１の金属からなる第１の金属膜を形成する工
程と、前記円筒基体の頭頂部を冷却しながら直状
部内面にCVD法により第２の金属からなる第２
の金属膜を前記第１の金属膜に隣接させて形成す
る工程と、を含んでなる熱電子発電素子の陰極の
製法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の発明において、
前記円筒基体は黒鉛、前記第１の金属はタングス
テン、前記第２の金属はモリブデンからなるもの
であることを特徴とする熱電子発電素子の陰極の
製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP517184A JPS60149774A (ja) | 1984-01-13 | 1984-01-13 | 熱電子発電素子の陰極の製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP517184A JPS60149774A (ja) | 1984-01-13 | 1984-01-13 | 熱電子発電素子の陰極の製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60149774A JPS60149774A (ja) | 1985-08-07 |
| JPH0517311B2 true JPH0517311B2 (ja) | 1993-03-08 |
Family
ID=11603785
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP517184A Granted JPS60149774A (ja) | 1984-01-13 | 1984-01-13 | 熱電子発電素子の陰極の製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60149774A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0902232D0 (en) | 2009-02-11 | 2009-03-25 | Element Six Production Pty Ltd | Method of coating carbon body |
-
1984
- 1984-01-13 JP JP517184A patent/JPS60149774A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60149774A (ja) | 1985-08-07 |
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