JPS60149774A - 熱電子発電素子の陰極の製法 - Google Patents
熱電子発電素子の陰極の製法Info
- Publication number
- JPS60149774A JPS60149774A JP517184A JP517184A JPS60149774A JP S60149774 A JPS60149774 A JP S60149774A JP 517184 A JP517184 A JP 517184A JP 517184 A JP517184 A JP 517184A JP S60149774 A JPS60149774 A JP S60149774A
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- JP
- Japan
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- cathode
- metal
- film
- metal film
- forming
- Prior art date
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- Granted
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J45/00—Discharge tubes functioning as thermionic generators
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。
め要約のデータは記録されません。
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法に関する。
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ｊている。
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ｊている。
同図に示すように、陰極（エミッタ）１は一端が半球状
に閉塞嘔れた円筒状の基体２と、この基体２の内面に密
着形成ネれた陰極本体としての金属膜３と、基体２の外
面に被着嘔れた保護被膜４から形成場れている。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
などが適用逼れている。金属膜３には熱電子を放出しゃ
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−ｇｔ’ｔ、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
用嘔れている。
に閉塞嘔れた円筒状の基体２と、この基体２の内面に密
着形成ネれた陰極本体としての金属膜３と、基体２の外
面に被着嘔れた保護被膜４から形成場れている。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
などが適用逼れている。金属膜３には熱電子を放出しゃ
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−ｇｔ’ｔ、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
用嘔れている。
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、所定の間隙ケ保持尽せて同軸上に配置等
れでいる。この陽極５には仕事関数の小芒々材料である
ニッケルＮｉが一般に適用さｊ、ている。また、陽極５
は冷却材（空気等）６によって冷却されるようになって
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爆れている。このよう
に構成づれた熱電子発電素子は、その陰極１０半球状の
頭頂部外面が高温の雰囲気中に配置ちれるよ’５Ｋ、炉
壁８等を貫通嘔せて設置憾れている。
レクタ）５が、所定の間隙ケ保持尽せて同軸上に配置等
れでいる。この陽極５には仕事関数の小芒々材料である
ニッケルＮｉが一般に適用さｊ、ている。また、陽極５
は冷却材（空気等）６によって冷却されるようになって
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爆れている。このよう
に構成づれた熱電子発電素子は、その陰極１０半球状の
頭頂部外面が高温の雰囲気中に配置ちれるよ’５Ｋ、炉
壁８等を貫通嘔せて設置憾れている。
そして５例えば高温のガス流（図示矢印９）によって加
熱逼れた金属膜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間に接続芒れた図示し７ていない
負荷に電力か供給逼れるようになっている。
熱逼れた金属膜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間に接続芒れた図示し７ていない
負荷に電力か供給逼れるようになっている。
このような原理により発電する熱電子発電素子にあって
、発′覗に寄与するのは、主として高温雰囲気中に配置
嘔れる頭頂部、およびそれに隣接する直状部領域（以下
、有効部と称する）に形成場ｎた金属膜３ａだけである
。したがって、有効部の金属膜３ａは仕事関数の大き々
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３ｂ＃″ｉ、主として導電路の役目を担うもので
あるから、電気伝導性に優ね、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ＣＶ
Ｄ （Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ ）法により形成する場合、原料ガスの六弗化
タングステンＷＦ、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った。
、発′覗に寄与するのは、主として高温雰囲気中に配置
嘔れる頭頂部、およびそれに隣接する直状部領域（以下
、有効部と称する）に形成場ｎた金属膜３ａだけである
。したがって、有効部の金属膜３ａは仕事関数の大き々
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３ｂ＃″ｉ、主として導電路の役目を担うもので
あるから、電気伝導性に優ね、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ＣＶ
Ｄ （Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ ）法により形成する場合、原料ガスの六弗化
タングステンＷＦ、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った。
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＋１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ってしまう。このことがら
、有効部以外の金属膜３ｂには比重の小さ々金属が望筐
］〜いことになる。
般に＋１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ってしまう。このことがら
、有効部以外の金属膜３ｂには比重の小さ々金属が望筐
］〜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
、異彦る金属からなる２以上の金属膜を区画【７て形成
するＣＶＤ法が確立逼れていなかったため、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
体に形成場れていたのである。
、異彦る金属からなる２以上の金属膜を区画【７て形成
するＣＶＤ法が確立逼れていなかったため、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
体に形成場れていたのである。
本発明の目的は、熱電子発電素子の陰極基体上に区画嘔
ｊ、た２つの領域に、それぞれ異なる金属からなるＣＶ
Ｄ膜を選択的に形成することができる剣法を提供するこ
とにある。
ｊ、た２つの領域に、それぞれ異なる金属からなるＣＶ
Ｄ膜を選択的に形成することができる剣法を提供するこ
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
によシ第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喝れた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。
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
によシ第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喝れた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［【、で、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。
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［【、で、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）。
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ドにより、それぞｎ、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１３ｂはモリブデンにより形成場れている。なお、
このモリブデンは電気伝導性および基体１２のグラファ
イトとの密着性から好ましいものであるが、ニッケル等
の他の金属であってもよいことは言うまでもない。
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ドにより、それぞｎ、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１３ｂはモリブデンにより形成場れている。なお、
このモリブデンは電気伝導性および基体１２のグラファ
イトとの密着性から好ましいものであるが、ニッケル等
の他の金属であっ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（ａｌ、（ｂ）を参照しながら以下に説明する。
３図（ａｌ、（ｂ）を参照しながら以下に説明する。
まず、同図（ａｌに示すように所定形状に形成場れた基
体１２の直状部火冷却保持具２１に装着し、冷却水又は
冷却ガス２２によって外面側から基体１２の直状部を冷
却する。次に、加熱装置２３によって基体１２０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
上に加熱嘔れでいる基体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
が析出生成ちれる。なお、供給管２４の先端部には複数
の噴出口が穿設嘔れており、原料ガス２５が半球状の内
面に均一に供給−４ｎるようになっている。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、ＷＦ、の場合のＣＶＤ反応お
よび析出温度条件は、次に示すものとなっている。
体１２の直状部火冷却保持具２１に装着し、冷却水又は
冷却ガス２２によって外面側から基体１２の直状部を冷
却する。次に、加熱装置２３によって基体１２０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
上に加熱嘔れでいる基体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
が析出生成ちれる。なお、供給管２４の先端部には複数
の噴出口が穿設嘔れており、原料ガス２５が半球状の内
面に均一に供給−４ｎるようになっている。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、ＷＦ、の場合のＣＶＤ反応お
よび析出温度条件は、次に示すものとなっている。
次に、第３図（ｂ）に示すように、第１の金属膜１３ａ
が形成場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によっ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によって
所定のＣＶＤ析出温度に加熱保持する。筐た、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Ｎ、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３
３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が析出生成嘔
れる。
が形成場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によっ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によって
所定のＣＶＤ析出温度に加熱保持する。筐た、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Ｎ、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３
３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が析出生成嘔
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芒れており、基体１２の直状部に原
料ガス３３が均一に供給されるようになっている。また
、原料ガス３３０例としては、次式（１）〜（３）の左
辺に示すものなど１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。
複数の噴出口が穿設芒れており、基体１２の直状部に原
料ガス３３が均一に供給されるようになっている。また
、原料ガス３３０例としては、次式（１）〜（３）の左
辺に示すものなど１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。
３００〜５００℃
Ｍｏ （ＣＯ） ｅ−−一→Ｍｏ＋６ＣＯ・・・（３）
−！た、第２の金属膜１３ｂをニッ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ＣＶ
Ｄ反応および析出温度条件は、同式中に示すものとなる
。
−！た、第２の金属膜１３ｂをニッ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ＣＶ
Ｄ反応および析出温度条件は、同式中に示すものとなる
。
８０〜２５０℃
Ｎｉ （Ｃｏ ）４ Ｎｉ ＋ ４ ＣＯ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
ちれた２つの領域に、それぞれ異なる金属からなるＣＶ
Ｄ膜を選択的に形成することができ、これによって有効
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。
に、本実施例によれば、円筒状の陰極基体の内面に区画
ちれた２つの領域に、それぞれ異なる金属からなるＣＶ
Ｄ膜を選択的に形成することができ、これによって有効
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１０２、ニッケルの比ｉｆｆ： ｕ ８．９で
あるから、金属膜１３の重量が半分以下に軽減嘔れ、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。
の比重は１０２、ニッケルの比ｉｆｆ： ｕ ８．９で
あるから、金属膜１３の重量が半分以下に軽減嘔れ、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１３ａと第
２の金属膜１３ｂの境界部の一部に、それらの金属から
なる二重膜が形成場れろことがあるが、発電性能等ては
殆んど影響がない。
２の金属膜１３ｂの境界部の一部に、それらの金属から
なる二重膜が形成場れろことがあるが、発電性能等ては
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逼れた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。
り、熱電子発電素子の陰極基体上に区画逼れた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。 代理人 弁理士 鵜 沼 辰 之 （ほか１名） 第 １ し１ 第 ２Ｌ′１ 第３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。 代理人 弁理士 鵜 沼 辰 之 （ほか１名） 第 １ し１ 第 ２Ｌ′１ 第３図
Claims (1)
- （１） 一端が半球状に閉塞−５ｎ ＊円筒基体の内面
に金属膜からなる陰極本体ケ有し、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、前記円筒基体の一直状部を冷却し
ながら頭頂部および頭頂部に隣接する領域の内面にＣＶ
Ｄ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の金属膜に隣接名せて形成す
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 true JPS60149774A (ja) | 1985-08-07 |
| JPH0517311B2 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) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9611412B2 (en) | 2009-02-11 | 2017-04-04 | Element Six (Production) (Pty) Ltd | Process for coating diamond with refractory metal carbide and metal |
-
1984
- 1984-01-13 JP JP517184A patent/JPS60149774A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9611412B2 (en) | 2009-02-11 | 2017-04-04 | Element Six (Production) (Pty) Ltd | Process for coating diamond with refractory metal carbide and metal |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0517311B2 (ja) | 1993-03-08 |
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