JPS5826767B2 - 棒状熱陰極アツセンブリ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は熱シールドを有する棒状熱陰極アッセンブリ
において、熱シールドの一部を一体化して、高温に加熱
しても熱歪みが起りにくい熱シールドを有する棒状熱陰
極アッセンブリに関するものである。

第１図は従来の棒状熱陰極アッセンブリの一例で、棒状
熱陰極型熱陰極の構成を示す断面図である。

第１図において、１は棒状熱陰極で、フィラメントから
放射された熱電子を受ける棒状熱陰極側面部１ａと電子
ビームを放出する棒状熱陰極先端面１ｂとを有する。

２は円柱形の棒状熱陰極１の１わシに同軸に配置された
コイル状のフィラメント、３は棒状熱陰極１およびフィ
ラメント２から放射および伝達される熱を反射断熱し棒
状熱陰極１とフィラメント２の温度を均一にする熱シー
ルドで１、前面熱シールド３ａ、内側円筒熱シールド３
ｂ、外側円筒熱シールド３ｃおよび後拵熱シールド３ｄ
で構成される。

４は各円筒熱シールドの円周と前面熱シールド３ａおよ
び後面熱シールド３ｄを数個所、機械的に固定する固定
リブで前面熱シールド固定リブ４ａと後面熱シールド固
定リブ４ｂから成る。

５はセラミック板、６はウェネルト、７は陽極、８Ｉ／
ｉ電子ビーム、９はフィラメントサポートである。

第１図において、図に示す部分を真空に排気し、フィラ
メント２に直接通電してフィラメント２を加熱する（以
後、この加熱に費やされる電力をフィラメント電力と呼
ぶ）。

フィラメント２をマイナス、棒状熱陰極１をプラスとし
て電圧を印加するとフィラメント２から放射される電子
流は棒状熱陰極側面部１ａに衝撃して棒状熱陰極１を加
熱する（以後、この加熱に費やされる電力を衝撃電力と
呼ぶ）。

さらに棒状熱陰極１をマイナス、陽極７をプラスとして
電圧を印加すると棒状熱陰極先端面１ｂから放射された
熱電子は電子ビーム８を形成し、陽極孔を通り所期の目
的に供せられる。

電子銃の電子ビーム電流量は棒状熱陰極先端面１ｂの大
きさと温度、棒状熱陰極先端面１ｂとウェネルト６１で
の軸方向距離、ウェネルト６の孔径および制御電圧の大
きさ、棒状熱陰極先端面１ｂと陽極７の軸方向距離およ
び加速電圧の大きさなどにより決定されるので、上記の
各位が満たされるように、陰極部内の各構成部分の幾何
学的配置が決定される。

第２図において、Ｇは同軸に配置されたフィラメント２
の内径と棒状熱陰極側面部１ａとの間隙、Ｄは前面熱シ
ールド３ａの孔径、Ｈｌはフィラメント２の先端部の側
面と前面熱シールド３ａ内面１での距離、Ｈ２はフィラ
メント２の先端部の側面と棒状熱陰極先端面１ｂｔでの
距離、Ｈ３は前面熱シールド３ａの外面とウェネルト６
の内面１での距離である。

各電極が接触しないことを前提に、投入されたフィラメ
ント電力および衝撃電力によって棒状熱陰極先端面１ｂ
が効率よく高温に加熱されるためには、Ｈｌ、Ｈ２＃Ｈ
３およびＤは出来る限シ小さくなるように配置されるの
で、熱シールド３の構成の中で前面熱シールド３ａの孔
付近あるいは内側円筒熱シールド３ｂの前面熱シールド
３ａに近い部分が棒状熱陰極１およびフィラメント２の
放射熱を多く受けて最も高温になる。

これらに蓄積された熱は熱伝導で前面熱シールド３ａお
よび内側円筒熱シールド３ｂ全域が高温に加熱される。

同様に後面熱シールド３ｄは棒状熱陰極１およびフィラ
メント２の放射熱を受け、外側円筒熱シールド３ｃｉｊ
：内側円筒熱シールド３ｂの放射熱を受は各々ある程度
高温になる。

ところで各構成熱シールド３ａ、３ｂ、３ｃを機械的に
固定している固定リブ４を介して熱が伝導する量は極め
てわずかであり、各構成熱シールド３ａ 、３ｂ 、３
ｃの温度は放射伝熱によって決するので、前記した幾何
学的配置では、前面熱シールド３ａおよび内側円筒熱シ
ールド３ｂは少すくとも後面熱シールド３ｄおよび外側
円筒熱シールド３ｃよりも高温に加熱される。

例えば、材料がタングステンである棒状熱陰極１および
フィラメント２を約２７０００にの高温に加熱したとき
厚さ０．１ｍのタンタル板で作られた前面熱シールド３
ａと外側円筒熱シールド３ｃの温度は各々約１２００°
にと約９０００にである。

熱シールド３が高温に加熱された場合、前面熱シールド
３ａおよび後面熱シールド３ｄは軸に対し垂直方向（以
後、半径方向と呼ぶ）に熱膨張し、内側円筒熱シールド
３ｂおよび外側円筒熱シールド３ｃは軸方向に熱膨張す
る。

上記したように前面熱シールド３ａは後面熱シールド３
ｄよシも温度が高いために熱膨張量も大きいが、前面熱
シールド固定リブ４ａで内側円筒熱シールド３ｂおよび
外側円筒熱シールド３ｃで機械的に固定されているため
に半径方向の熱膨張量に対応して軸方向に歪んでし１う
。

さらに上記したように内側円筒熱シールド３ｂは外側円
筒熱シールド３ｃよシも加熱温度が高いため熱膨張量も
大きいので前面熱シールド３ａを内側面より押上げるこ
とになる。

即ち前面熱シールド３ａは軸方向に脹んだ形の熱歪を起
こす。

第３図は実際陰極を加熱することによって熱シールド３
が熱歪みを起した一例を示す斜視図で、１０は熱シール
ドサポートである。

この熱歪みは電子ビーム８の形状を変えたり、他の電極
と接触したうして陰極の寿命を決定する一因となる。

又、この熱歪みを軽減するため前面熱シールド３ａの板
厚を厚くすると逆に固定リブ４あるいは他の構成熱シー
ルドに熱応力が加わり、固定リブ４が外れ、破損し、又
は他の構成熱シールドの熱歪みの増大を起こす一因とな
る。

さらに熱シールド３の熱応力による熱歪みを軽減するた
め構成部材全体の板厚を厚くすることは全体の熱膨張が
大きくなり、熱シールド３自身の重量が大きくなること
などから、限られた空間内で精度よく熱シールド３を組
立てるが難かしくなる。

第４図に従来の熱シールド３０分解斜視図を示す。

熱シールド３の組立手順を列挙すると次のようになる。

（Ｉ） 前もって組立てられている棒状熱陰極１と同
軸に後面熱シールド３ｄを熱シールド廿ポート１０で固
定する。

（社）後面熱シールド３ｄと内側円筒熱シールド３、ｂ
を後面熱シールド固定リブ４ｂで同軸に固定する。

（２）棒状熱陰極１と同軸にフィラメント２をフィラメ
ントサポート９で固定する。

帖 内側円筒熱シールド３ｂと前面熱シールド３ａを前
面熱シールド固定リブ４ａで同軸に固定する。

Ｍ 内側円筒熱シールド３ｂの外側に同軸で外側円筒熱
シールド３ｃをつくる。

（ロ）外側円筒熱シールド３ｃの両端を前面熱シールド
固定リブ４ａおよび後面熱シールド固定リブ４ｂでそれ
ぞれ前面熱シールド３ａおよび後面熱シールド３ｄに固
定する。

以上の手順説明で明らかなように従来の熱シールド４は
各部材を組立てる上に精度が要求されるにもかかわらず
、非常に複雑な構成になっているため組立に相当時間を
要する。

従来の棒状熱陰極型陰極の熱シールド３の欠点を列挙す
ると、次のようになる。

（Ｉ）陰極が高温に加熱されると熱シールド３の中で特
に前面熱シールド３ａが熱歪みを起こすため、他の電極
と接触し易い。

（損熱歪みを押えるためには各々の板厚を相当厚くする
必要があるので余分な空間を取らなければならない。

■構成が複雑なため、組立時間が長くかつ組立精度が悪
い。

この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、前面熱シールド３ａと外側円筒熱
シールド３ｃを一体に構成することにより熱放射面積も
増し温度を下げると共に前面熱シールド３ａと内側円筒
熱シールド３ｂの前面熱シールド固定リブ４ａを除去す
ることによう従来の前面熱シールド４ａに対応する部分
の熱歪みを軽減しかつ組立時間の短縮、精度の向上が計
れる熱シールド３を有する棒状熱陰極アッセンブリを提
供することを目的としている。

以下にこの発明の一実施例を図について説明する。

第５図において、３ｅは従来の前面熱シールド３ａと外
側円筒熱シールド３ｃとを一体に構成したカップ状熱シ
ールド、４ｃは形は異なるが従来の後面熱シールド固定
リブ４ｂと同じ働きをするコの字形固定リブである。

第５図に示された棒状陰極を組立てた状態で、フィラメ
ント電力および衝撃電力が投入されたとき、前記したよ
うに棒状熱陰極１およびフィラメント２の加熱部に対し
て幾伺学的に最も近接したカップ状熱シール）’３ｅの
前面部に放射熱が入熱して高温になるが、カップ状熱シ
ールド３ｅは従来の前面熱シールド３ａに比べて熱放射
面積が大きいのでカップ状熱シールド３ｅは前面熱シー
ルド３ａより温度が低く、熱膨張量が小さく々る。

さらに従来の前面熱シールド３ａと内側円筒熱シールド
３ｂとを固定していた前面熱シールド固定リブ４ａを除
去したため、高温に加熱されたとき軸方向に熱膨張する
内側円筒熱シールド３ｂの円周端面とカップ状熱シール
ド３ｅの内壁面が接触しないように配慮しておきさえす
れば相互間に熱応力が加わることがきそ。

以上よりカップ状熱シールド３ｅの前面部が熱歪みする
ととはほとんどなくなる。

事実、従来の場合と同様に陰極部を約２７０００Ｋに設
定し、５００時間以上の連続運転を行なった後、熱シー
ルド３各部の熱歪みを測定した結果、熱歪み量はほぼ零
であった。

第５図にこの発明に係る熱シールド３の分解図を示す。

従来の場合と同様に熱シールド３の組立手順を列挙する
と次のようになる。

ただしくＩ）〜価１では従来と全く同様であるのでここ
では省略する。

（財）カップ状熱シールド３ｅを棒状熱陰極１と同軸に
後面熱シールド３ｄとコノ字形固定リブ４ｃで固定する
。

この場合、後面熱シールド３ｄの外径とカップ状熱シー
ルド３ｅの外径を同じにしておけば、棒状熱陰極１との
同軸精度は同軸を合せるための特別な治具がなくても保
証される。

以上から、従来の熱シールド３にくらべ構成が簡単であ
り精度も保証されるので組立時間が著しく短縮される。

なおりツブ状熱シールド３ｅを加工する場合、切削加工
に限あることはなくプレス加工ができるため、第６図に
示すようはカップ状熱シールド３ｅの前面に同心状の壁
を設けることによシｒ方向の熱膨張を吸収できる機能を
加えることができる。

説明上材質あるいは寸法等について具体的に示したが、
高温に十分耐え、それぞれの機能に支障がない限ジ、ど
のような材質、寸法であっても良い。

以上のように、この発明によれば従来の熱シールドにお
ける前面熱シールド３ａと外側円筒熱シールド３ｃを一
体にし熱放射面積が太きくし、かつ熱膨張する方向が違
う固定リブを除去し相互に加わる熱応力が零になるよう
に構成したので、熱シールドの熱歪みがなくなり、電子
ビーム８の形状が変わることなく、又他の電極と接触す
ることがないので長寿命の陰極が得られる。

さらに従来のような複雑な熱シールドの構成を単純で精
度が簡単に出しやすい構成にしたので組立時間が大巾に
短縮され、陰極が安価にできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電子ビーム発生用熱陰極の一つである棒
状熱陰極型熱陰極の構成を示す断面図、第２図は上記棒
状熱陰極型熱陰極の一部分を拡大した断面図、第３図は
従来の熱シールドにおいて熱歪みを起した状態を示す斜
視図、第４図は従来の熱シールドの分解斜視図、第５図
は棒状熱陰極型熱陰極においてこの発明の一実施例であ
る熱シールドの分解斜視図、第６図はこの発明の他の実
施例を示す熱シールドの分解斜視図である。 図において、１は棒状熱陰極、２はフィラメント、３は
熱シールド、３ｂは内側円筒熱シールド、３ｄは後面熱
シールド、３ｃはカップ状熱シールド、４，４ｂ、４ｃ
は固定リブ、５はセラ□ツク板、６はウェネルト、７μ
陽極、８は電子ビーム、９はフィラメントサポート、１
０は熱シールドサポートである。 なお、図中、同一符号はそれぞれ同一、又は相当部分を
示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 棒状熱陰極と、この陰極の周囲を軸線にそってとシ
   巻き通電時に放出する熱電子により上記陰極を衝撃し加
   熱してその前端面から電子ビームを放射させるフィラメ
   ントと、このフィラメントの外側の上記陰極の軸線にそ
   った第１の外周面および第１の外周面の外側の第２の外
   周面、上記電子ビームが放出される前崩および後面を一
   体となって囲む熱シールドとを備えたものにおいて、上
   記熱シールドの上記第２の外周面と前面とを構成する部
   分をカップ状に一体形成し、このカップ状の部材を上記
   熱シールドの第１の外周面を構成する部材と間隙が生じ
   るように、上記カップ状部材の後端縁と上記熱シールド
   の後面を構成する円板状に形成された部材の周縁部とを
   結合してなる熱シールドを備えたことを特徴とする棒状
   熱陰極アッセンブリ。