JPH11185607A - 陰極加熱用ヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】絶縁コート層の熱伝導が良好であり、陰極スリ
ーブ、絶縁コート層、およびヒータ線との間の付着強度
が高い陰極加熱用ヒータを提供すること。 【解決手段】本発明の陰極加熱用ヒータは、陰極基体を
支持する陰極スリーブ２と、この陰極スリーブ２の外周
面に形成された一次絶縁コート層３と、この一次絶縁コ
ート層３を介して前記陰極スリーブ２の外周面に巻かれ
たヒータ線５と、このヒータ線５を覆う二次絶縁コート
層４とを具備する陰極加熱用ヒータに於いて、前記一次
絶縁コート層３が、減圧下または不活性ガス雰囲気下で
プラズマ溶射により形成され、前記二次絶縁コート層４
がプラズマ溶射により形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、陰極加熱用ヒータ
に係り、特に電子管に用いられるホローカソード加熱用
ヒータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ヒータにより加熱されて電子
を発生する熱電子陰極等が、進行波管やカラー受像管等
に使用されている。図２は実開平１−１６５５４９に示
された従来の陰極加熱用ヒータを有する陰極構体の断面
図である。図２において、陰極基体２１は陰極スリーブ
２２の一方の開口端部に電子放射面が外側になるように
固定されている。この陰極スリーブ２２の外周面にプラ
ズマ溶射によりアルミナの一次絶縁コート層２３が形成
されており、その外周面にヒータ線２５が巻かれてい
る。さらにその外周面に火炎溶射によりアルミナの二次
絶縁コート２４が形成されている。

【０００３】以上説明した図２に示す陰極構体では、ヒ
ータ線２５を通電することにより発生した熱が、一次絶
縁コート層２３を通して陰極スリーブ２２へ伝導し、陰
極基体２１が加熱され、その結果、陰極基体２１から電
子が放出される。

【０００４】上述の陰極加熱用ヒータにおいて、一次絶
縁コート層２３は大気プラズマ溶射により形成される。
この大気プラズマ溶射による方法は、大気中で発生させ
たアーク中に、アルゴン、ヘリウム、水素、窒素等の不
活性ガスを供給することにより得られたプラズマ流中
に、溶射する粉末材料を送り込み溶融噴射させ被膜を形
成するものである。しかし、この方法では溶融噴射の
際、大気中の不純物がコート層に入り込み、熱伝導率が
低下するとともに、一次絶縁コート層２３と陰極スリー
ブ２２との間の付着強度の低下が生じてしまう。また酸
素の存在下で溶射するため、陰極スリーブが加熱されて
表面の酸化が起こりやすく、タンタル、ニオブ等の酸化
されやすい材料により構成される陰極スリーブには不向
きである。

【０００５】二次絶縁コート層を形成するために用いら
れる火炎溶射法は、酸素−アセチレン等の可燃性ガスを
燃焼させ、その炎を熱源として、アルミナ等の粉末材料
を送り込みコート層を形成するものである。この方法に
よると、アルミナ等の高融点材料は完全に溶融せず、半
溶融したアルミナ等の高融点材料の粒子が堆積したコー
ト層になり、付着強度の低下を生ずる。特に、人工衛星
に搭載される進行波管等の電子管用陰極加熱ヒータとし
て使用される場合に於いては、付着強度が不十分であ
り、耐震性に問題が生ずる。さらに、酸素の存在下で火
炎により加熱しているため、ヒータ線等の酸化が生ずる
という問題を有している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の陰極
加熱用ヒータは、絶縁コート層中に不純物を多く含有し
ているため、絶縁コート層と陰極スリーブ等との付着力
が弱い。そのため、ヒータ線から陰極スリーブへの熱伝
導が悪くなるとともに、高温度で使用した場合、絶縁コ
ート層に剥離が生じ、陰極スリーブとヒータ線がショー
トしてヒータ断線が起こりやすくなる。

【０００７】本発明は、上記事情の下になされ、絶縁コ
ート層の熱伝導が良好であり、陰極スリーブ、絶縁コー
ト層、およびヒータ線との間の付着強度が高い陰極加熱
用ヒータを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するため、本発明は以下の手段を用いている。 （１）本発明の陰極加熱用ヒータは、陰極基体を支持す
る陰極スリーブと、この陰極スリーブの外周面に形成さ
れた一次絶縁コート層と、この一次絶縁コート層を介し
て前記陰極スリーブの外周面に巻かれたヒータ線と、こ
のヒータ線を覆う二次絶縁コート層とを具備する陰極加
熱用ヒータに於いて、前記一次絶縁コート層が減圧下ま
たは不活性ガス雰囲気下でプラズマ溶射により形成さ
れ、前記二次絶縁コート層がプラズマ溶射により形成さ
れている。 （２）本発明の陰極加熱用ヒータは、上記（１）に記載
した陰極加熱用ヒータであって、二次絶縁コート層が減
圧下または不活性ガス雰囲気下でプラズマ溶射により形
成されている。 （３）本発明の陰極加熱用ヒータは、上記（１）に記載
した陰極加熱用ヒータであって、陰極スリーブの外周面
を凹凸処理した後、一次絶縁コート層が設けてられい
る。 （４）本発明の陰極加熱用ヒータは、上記（１）に記載
した陰極加熱用ヒータであって、陰極スリーブ、絶縁コ
ート層、及びヒータ線に用いられる材料の２０〜１３０
０℃の範囲における熱膨張率の差が５×１０^-6／℃以下
となっている。 （５）本発明の陰極加熱用ヒータは、上記（１）に記載
した陰極加熱用ヒータであって、一次絶縁コート層が灰
色であり、二次絶縁コート層が白色ないし灰色となって
いる。

【０００９】以下、本発明の陰極加熱用ヒータについ
て、詳細に説明する。本発明の陰極加熱用ヒータは、一
次絶縁コート層が減圧下または不活性ガス雰囲気下でプ
ラズマ溶射により形成され、二次絶縁コート層がプラズ
マ溶射により形成されていることを特徴とする。

【００１０】前記陰極スリーブには、タンタル、ニオ
ブ、タングステン、モリブデン、チタン、白金、鉄、ニ
ッケル、５０レニウムーモリブデン等を用いることがで
きる。また、前記一次絶縁コート層には、アルミナ等の
セラミックスを用いることができ、ヒータ線には、タン
グステン、モリブデン等を用いることができる。さら
に、二次絶縁コート層には、アルミナ等のセラミックス
を用いることができる。前記不活性ガスとしては、アル
ゴン、窒素等を用いることができ、前記凹凸処理は、ア
ルミナ粒子等によるブラスト処理、エッチング等を用い
ることができる。

【００１１】上述のように、本発明に於いては一次絶縁
コート層の形成を、大気下ではなく、減圧下またはアル
ゴン等の不活性ガス雰囲気下でのプラズマ溶射により行
っているため、大気中の不純物がコート層に入り込むこ
とはない。そのため、不純物の混入による一次絶縁コー
ト層と陰極スリーブとの間の付着強度及び熱伝導率の低
下を防ぐことができる。

【００１２】二次絶縁コート層の形成は、通常のプラズ
マ溶射の条件で行うことができるが、減圧下または不活
性ガス雰囲気下でプラズマ溶射を行うことにより、前記
の理由で、一次絶縁コート層と二次絶縁コート層との間
の付着強度、及び熱伝導率の低下を防ぐことができ、好
ましい。

【００１３】また、陰極スリーブの外周面を凹凸処理す
ると、陰極スリーブの外周面の表面積が増え、陰極スリ
ーブと一次絶縁コート層との間の接触面積が増加するた
め、さらに良好な付着強度を得ることができる。

【００１４】さらに、陰極スリーブ、絶縁コート層、お
よびヒータ線に用いられる材料の２０〜１３００℃の範
囲における熱膨張率の差を５×１０^-6／℃以下とした場
合、急激な加熱や冷却に晒されても、熱膨張率の差が小
さいために、割れや剥離が生じにくいため、好ましい。

【００１５】陰極加熱用ヒータの一次絶縁コート層が灰
色であり、二次絶縁コート層が白色である場合、熱効率
が良好になり好ましく、二次絶縁コート層も灰色である
場合は、熱効率はさらに良好になり、さらに好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の
一実施形態に係る陰極加熱用ヒータを有するホローカソ
ードを示す断面図である。

【００１７】図１で、起動時に熱電子を発生する陰極基
体１は、その中央部に微細孔９が設けられており、陰極
スリーブ２の一方の開口端部に固定されている。この陰
極スリーブ２の外周面は凹凸処理されており、その上
に、減圧下または不活性雰囲気下でプラズマ溶射によ
り、一次絶縁コート層３が形成され、その外周面にヒー
タ線５が巻かれている。さらに、その外周面にプラズマ
溶射により二次絶縁コート層４が形成されている。陰極
スリーブ２の内部には、パイプ状の電子放出体６が挿入
されており、これは保持具７により保持されている。こ
の電子放出体６は放電維持時の電子放出源である。また
保持具７は支持体８により支持されている。さらに、前
記陰極基体１に対向して放電維持用陽極板１０が設けら
れており、その中央部には電子引出孔１１が形成されて
いる。プラズマ１２は陰極スリーブ２、電子放出体６、
および陰極基体１の微細孔９を通り、放電維持用陽極板
１０の電子引き出し孔１１から洩れるようになってい
る。

【００１８】以上説明したホローカソードは、その起動
時には、陰極加熱用ヒータにより加熱された陰極基体１
の熱電子の放出を利用し、起動後は、電子放出体６の内
表面での、プラズマ１２中のイオンによるイオン衝撃よ
って放出される２次電子を利用して、放電を維持してい
る。

【００１９】以上のように構成される陰極加熱用ヒータ
を有するホローカソードについての種々の実施例を以下
に説明する。 実施例１ 図１に示されるホローカソードにおいて、タンタル製の
陰極スリーブの外周面に、１０^-1パスカルのアルゴン雰
囲気中でプラズマ溶射により、厚さ０．３ｍｍのアルミ
ナの一次絶縁コート層が形成され、一次絶縁コート層の
外周面にタングステン製のヒータ線が巻きつけられた
後、大気プラズマ溶射により厚さ０．５ｍｍのアルミナ
の二次絶縁コート層が形成されたホローカソードを作製
した。なお、一次絶縁コート層は灰色を呈し、二次絶縁
コート層は白色を呈していた。

【００２０】このように作製されたホローカソードにつ
いて、真空度が１０^-7Torr以下の真空チャンバー内でヒ
ータ温度が１４００℃になるように通電し、２時間通電
した後の一次及び二次絶縁コート層の状態を調べた。そ
の結果、絶縁コート層の剥離や、欠け、および絶縁不良
は全く起こらず、クラックもほとんど発生しなかった。

【００２１】実施例２ 二次絶縁コート層を、１０^-1パスカルのアルゴン雰囲気
中でプラズマ溶射により形成したこと以外は実施例１と
同様にして陰極加熱用ヒータを有するホローカソードを
作製した。その結果、二次絶縁コート層は灰色を呈して
いた。

【００２２】作製されたホローカソードについて、実施
例１と同様の方法にして評価したところ、絶縁コート層
の剥離、欠け、および絶縁不良は全く起こらず、クラッ
クもほとんど発生しなかった。

【００２３】実施例３ 陰極スリーブの外周面を、６０メッシュで篩ったアルミ
ナ粒子でブラスト処理した後、一次絶縁コート層を形成
したこと以外は実施例１と同様の方法にして陰極加熱用
ヒータを有するホローカソードを作製した。

【００２４】作製されたホローカソードについて、実施
例１と同様にして評価したところ、絶縁コート層の剥
離、欠け、および絶縁不良は全く起こらず、実施例１、
２の陰極加熱用ヒータに比べてクラックはさらに少なか
った。

【００２５】比較例 一次絶縁コート層を大気プラズマ溶射で形成し、二次絶
縁コート層を火炎溶射で形成したこと以外は、実施例１
と同様にして陰極加熱用ヒータを有するホローカソード
を１０個作製した。

【００２６】作製された１０個のホローカソードについ
て、実施例１と同様にして評価したところ、絶縁コート
層の剥離、欠けが１０個中３個、絶縁不良は１０個中２
個発生し、クラックに至っては１０個全てについて発生
した。

【００２７】以上説明した実施例１〜３と比較例との比
較から、次のことが分かる。実施例１〜３の陰極加熱用
ヒータは全て、従来の陰極加熱用ヒータである比較例に
比べて、絶縁コート層の剥離、欠け、クラック、および
絶縁不良が少なくなっている。すなわち、絶縁コート層
の付着強度が増している。これは、実施例１〜３では一
次絶縁コート層が、減圧アルゴン雰囲気中でプラズマ溶
射により形成されたため、不純物の一次絶縁コート層へ
の混入が防止されたことによる。

【００２８】さらに、実施例１〜３の陰極加熱用ヒータ
の絶縁コート層は、従来のものに比べて残留応力が少な
いため、絶縁コート層の剥離、欠け、クラック、および
絶縁不良が生じにくい。すなわち、従来の火炎溶射、大
気中でのプラズマ溶射では、酸素が存在するため、陰極
基体、陰極スリーブ、及びヒータ線の酸化が起り、劣化
が生ずるという欠点があったが、本発明によれば、減圧
下または不活性ガス雰囲気下でプラズマ溶射により一次
絶縁コート層を形成しているため、酸化による劣化は従
来に比べて起こりにくくなっている。そのため、処理温
度を高温に保持することが可能となり、これにより、絶
縁コート層内の残留応力が開放され、熱応力による絶縁
コート層の割れや剥離が大幅に減少しているのである。
さらに二次絶縁コート層を減圧下または不活性ガス雰囲
気下でプラズマ溶射により形成することで、酸化は全く
起こらなくなり、絶縁コート層内の残留応力はさらに開
放される。

【００２９】また、実施例２の陰極加熱用ヒータは、実
施例１、３の陰極加熱用ヒータに比べて速い温度上昇速
度が得られた。これは二次絶縁コート層を減圧下または
不活性ガス雰囲気下で形成し、灰色の絶縁コート層を得
ることにより、さらに良好な熱効率の陰極加熱用ヒータ
を得ることができることを示している。

【００３０】実施例３の陰極加熱用ヒータは、クラック
の発生が最も少なく、実施例１、２および比較例の陰極
加熱用ヒータに比べて、絶縁コート層の付着強度がさら
に増している。これは、陰極スリーブの外周面を凹凸処
理し、陰極スリーブと一次絶縁コート層との間の接触面
積を増加させることが、絶縁コート層の付着強度を高め
る点で重要であることを示している。

【００３１】実施例４ 陰極スリーブの材質を、ニオブ、タングステン、モリブ
デン、および５０レニウム−モリブデンに変えたこと以
外は実施例１と同様の方法で陰極加熱用ヒータを有する
ホローカソードを作製した。それぞれのホローカソード
をサンプル２、サンプル３、サンプル４、およびサンプ
ル５とする。なお、これらサンプルはいずれも、陰極ス
リーブ材と、絶縁コート層を形成しているアルミナと、
ヒータ線材のタングステンとの、２０〜１３００℃の範
囲における熱膨張率の差が、５×１０^-6／℃以下のもの
である。

【００３２】上記実施例１のサンプル１、および実施例
４のサンプル２〜５の陰極加熱用ヒータの絶縁コート層
を、先端の尖った針で引っ掻き、そのときの剥がれ状態
を調べた。さらに、真空度が１０^-7Torr以下の真空チャ
ンバー内でヒーター温度が１３００℃になるように通電
し、２時間通電した後の絶縁コート層を、通電前のサン
プルと同様の方法で調べた。表１にその結果を示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】上記表１から明らかなように、サンプル１
〜５はいずれも通電前の絶縁コート層の強度が、全て良
好となっている。ヒータ２時間通電後の強制評価でも、
剥離は発生せずクラックもほとんど生じておらず、非常
に良好な結果が得られた。

【００３５】これは、陰極スリーブ材と、絶縁コート層
を形成しているアルミナと、ヒータ線材のタングステン
との、２０〜１３００℃の範囲における熱膨張率の差
が、５×１０^-6／℃以下になっているため、ヒータへの
電力の投入、遮断による急激な加熱、冷却に対しても十
分な強度を示しているためである。

【００３６】また、絶縁コート層がアルミナで形成さ
れ、ヒータ線にタングステンが用られており、陰極スリ
ーブにチタン、白金、鉄、およびニッケルなどが用いら
れた場合のように、２０〜１３００℃の範囲における熱
膨張率の差が５×１０^-6／℃を越える場合でも、条件に
よっては多少のクラックや剥がれが発生することもある
が、実用上十分使用可能な絶縁コート層を得ることが可
能である。

【００３７】なお、本実施例では、その起動時にのみ陰
極加熱用ヒータで加熱するホローカソードについて説明
したが、図２に示される従来の陰極構体にも同様に適用
することができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、一次絶縁コート層が減
圧下または不活性ガス雰囲気下でプラズマ溶射により形
成され、二次絶縁コート層がプラズマ溶射により形成さ
れているため、一次絶縁コート層への不純物の混入が無
いので、絶縁コート層の熱伝導が良好であり、陰極スリ
ーブ、絶縁コート層、およびヒータ線との間の付着強度
が高い陰極加熱用ヒータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る陰極加熱用ヒータ
を有するホローカソードを示す断面図。

【図２】 従来の陰極加熱用ヒータを有する陰極構体を
示す断面図。

【符号の説明】

１…陰極基体 ２…陰極スリーブ ３…一次絶縁コート層 ４…二次絶縁コート層 ５…ヒータ線 ６…電子放出体 ７…保持具 ８…支持体 ９…微細孔 １０…放電維持用陽極板 １１…電子引出孔 １２…プラズマ ２１…陰極基体 ２２…陰極スリーブ ２３…一次絶縁コート層 ２４…二次絶縁コート層 ２５…ヒータ線

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 陰極基体を支持する陰極スリーブと、こ
   の陰極スリーブの外周面に形成された一次絶縁コート層
   と、この一次絶縁コート層を介して前記陰極スリーブの
   外周面に巻かれたヒータ線と、このヒータ線を覆う二次
   絶縁コート層とを具備する陰極加熱用ヒータに於いて、
   前記一次絶縁コート層が減圧下または不活性ガス雰囲気
   下でプラズマ溶射により形成され、前記二次絶縁コート
   層がプラズマ溶射により形成されてなることを特徴とす
   る陰極加熱用ヒータ。
2. 【請求項２】 二次絶縁コート層が減圧下または不活性
   ガス雰囲気下でプラズマ溶射により形成されていること
   を特徴とする請求項１に記載の陰極加熱用ヒータ。
3. 【請求項３】 陰極スリーブの外周面を凹凸処理した
   後、一次絶縁コート層が設けられていることを特徴とす
   る請求項１に記載の陰極加熱用ヒータ。
4. 【請求項４】 陰極スリーブ、絶縁コート層、及びヒー
   タ線に用いられる材料の、２０〜１３００℃の範囲にお
   ける熱膨張率の差が、５×１０^-6／℃以下であることを
   特徴とする請求項１に記載の陰極加熱用ヒータ。
5. 【請求項５】 一次絶縁コート層が灰色であり、二次絶
   縁コート層が白色ないし灰色であることを特徴とする請
   求項１に記載の陰極加熱用ヒータ。