JPS6151374B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は面状の電子放射体と、この放射体の電
子放射面とは反対側に設けられる熱分解グラフア
イト製の発熱体とを有する熱電子陰極を具えてい
る電子管に関するものである。

斯種電子管は、例えば受像管、送信管、陰極線
管等のようなものである。

電子管に用いられる熱電子陰極は特に、デイス
ペンサーチヤンバまたは多孔質金属体から電子放
射材料を永続的に供給するデイスペンサー陰極
（Ｌ陰極）および放射材料をベース（基板）金属
の上に設ける被覆層に組込んだ層状陰極とを包含
している。層状陰極の最も重要な代表的なものに
は酸化物陰極および酸化トリウム陰極がある
（Lueger著、「Lexikon der Technikon」第13
巻：A.Kuhlenkamp編集の「Lexikon dor
Feinwerktechnik」（Stuttgart 1968年）、第493
頁）。

酸化物陰極ではベース金属をアルカリ土類酸化
物層または酸化物トリウム層で被覆する。種々の
タイプの電子管には寸法が異なる様々な形状をし
た陰極、例えば円形陰極、矩形陰極、長円形陰
極、線状陰極およびキヤツプ状陰極が用いられ
る。陰極の発熱（加熱）は、その陰極に直接電流
を通すこと（直熱陰極）により行なうか、或いは
スリーブまたはキヤツプ内に挿入した別個の発熱
体により輻射によつて陰極を加熱すること（傍熱
陰極）により行なう。電子衝撃による加熱が用い
られることも時々ある（Lueger著による前述し
た文献の第14巻（1969年）第189および506頁）。

従つて、直熱陰極では電子放射刺激材料を調合
したベース金属が発熱導体としても作用する。し
かし実際上この目的用に考えられる殆どすべての
金属の導電率は相当大きいため、その抵抗値を満
足のゆく値とし、従つて電流および電圧値を満足
な値とするにはかなり長い導体が必要である。こ
のことからして、発熱導体は主として線輪形状に
構成する必要がある。従つて、一方ではこのよう
な線輪状発熱導体による占積空所の点に問題があ
り、他方では加熱コイルによつて物理的に不所望
な副作用が持たらされる。例えば、加熱コイルに
よつて不所望に高いインダクタンスが生ずること
が時々ある。

所定の陰極系に対して、熱電子放射器用支持体
部分に熱電解グラフアイト材料を使用するのが最
も好適であることはドイツ国特許明細書第
2011615号から既知である。熱分解グラフアイト
とは炭素を含有している気相から元素状炭素を分
離することにより適当な基板上に得られる合成形
態の炭素のことである。分離パラメータを予じめ
限定して決めることによつて、一連の物理特性の
うちの顕著な異方性によつて区別される熱分解グ
ラフアイト層を製造することができる。このよう
な分離処理については、例えば「Carbon」５
（1967年）第205〜217頁および「Philips
Technische Rundschau」28（1967年）第143〜
155頁に記載されている。

ドイツ国特許明細書第2011615号によれば、熱
電放射チツプを熱分解グラフアイトから成り、か
つこの放射チツプに対する機械的な支持体として
作用する部分によつて支持している。この熱電子
放射チツプを上記明細書では「熱源」と称してい
る。上記特許明細書に記載されている熱電子陰極
の構造は（前記Lueger著による文献第14巻第581
頁の）Ｌ陰極にほぼ相当するものであり、相違点
はニツケルまたはモリブデン製の保持器を熱分解
グラフアイト製の保持器と置換している点にあ
る。上記特許明細書による熱陰極構造の好適例で
は熱分解グラフアイトを積層構造とし、この積層
構造の各層を電流が流れる方向に対して直角に延
在させている。

ドイツ国出願公告第1614680号によれば、熱的
に高度の負荷がかかる電極または放電管の電極部
分を熱分解炭素で構成している。この場合上記炭
素体を数枚の薄い円板および／または環状の円板
で構成するため、管軸線に対して直角方向に良好
な熱伝導率が得られるようにする必要がある。

ドイツ国出願公告第1614686号には電子管用の
傍熱Ｌ陰極が開示されており、この場合酸化トリ
ウムを含浸させた多孔質炭素体を放射材料用支持
体として作用させている。この放射材料用支持体
は片側を閉成した中空の炭素円筒であり、その内
部には電子を直接衝撃させるために熱分解炭素の
成型体を入れている。この場合熱分解炭素の層の
平面は、特に上記円筒の表面に向う半径方向にて
極めて良好な熱補償が行われるように位置させる
必要がある。

上述した刊行物から、電子管技術に用いられる
熱分解グラフアイト体は上記放射材料層が電流通
路の方向に対して直角か、或いは管の加熱または
冷却すべき部分の表面に対して直角に延在するよ
うに常に構成されると云うことを推論することが
できる。

上述した各例では熱分解グラフアイトを受動熱
伝導体として用いており、何れの場合にも熱分解
グラフアイトの異方性が全面的に利用されてい
る。能動的に作用する種類の熱伝導体はドイツ国
出願公告第1615272号に開示されており、この場
合には結晶学上のｃ−軸に平行な方向に高い電気
抵抗値を呈し、かつ上記ｃ−軸に直角の方向に優
先的な熱伝導を呈する抵抗発熱体が用いられてい
る。

ドイツ国特許明細書第2011615号に開示されて
いる熱電子陰極では放射体の２表面が熱分解グラ
フアイト層に平行して延在しているが、これらの
表面には放射表面ではなく、従つて実際に加熱さ
れるべき表面ではなく、これらの表面は緊締およ
び接触表面に過ぎない。

ドイツ国特許明細書第2011615号およびドイツ
国出願公告第1614686号に開示されている熱陰極
にはブロツク形状をした熱分解グラフアイトが用
いられている。この熱分解グラフアイトの形状お
よび好ましくは積層状にして用いられるこの熱分
解グラフアイト構造によると放射材料から給電導
線へ向う温度分布は凡ゆる情況下において減少勾
配の不均一な分布となる。

本発明の目的は動作中に電子放射表面全体にわ
たる温度分布が均一となるように調整し得るよう
にした熱陰極を有している電子管を提供せんとす
るにある。

本発明は面状の電子放射体と、この放射体の電
子放射面とは反対側に設けられる熱分解グラフア
イト製の発熱体とを有する熱電子陰極を具えてい
る電子管において、前記発熱体を面状のものと
し、かつ熱分解グラフアイトの結晶学上のｃ−軸
が、前記放射体に対向している発熱体の表面に対
してどこでも直角に延在するようにしたことを特
徴とする。

本発明による熱電子陰極を直接加熱する必要が
ある際には、熱陰極の発熱体に電流通路用の結線
を設けて、電流が優先的に、すなわち電流の主成
分が熱分解グラフアイトの積層構体に平行に流れ
るようにするのが好適である。また、放射体は発
熱体の上に層として設けるのが好適である。さら
に本発明に好適例によれば、傍熱式の熱電子陰極
においては放射体を発熱体とは離間させるように
する。

本発明では顕著な異方性を呈する前述したよう
な熱分解グラフアイトを用いる。本発明による斯
様な形式の熱分解クラフアイトを熱電子陰極の構
成素子として用いる用途にとつては、斯るグラフ
アイトの熱伝導率、伝導率およびその方向依存性
が特に重要である。熱分解グラフアイトの積層構
造に対して平行な方向における熱伝導率の値は約
0.5〜1.0cal／cmsec℃であり、この値は例えばア
ルミニウムおよび銅のような熱伝導し易い金属の
熱伝導率の値に相当する。これに対し、熱分解グ
ラフアイトの上述したと同一方向における導電率
は僅か0.2〜0.5×10⁴／Ωcmに過ぎず、従つてこ
れは銅の導電率よりも100フアクター小さい値で
ある。

熱分解グラフアイト層の構造は孔がほとんどな
く、機械的に比較的強固である。また斯る熱分解
グラフアイト層は予じめ形成した基板上に分離法
により薄層状および薄壁成型体としても簡単に製
造することができる。基板材料としては、配向さ
れた熱分解グラフアイトを容易に分離するのに必
要な基板表面温度よりも溶融温度または昇華温度
が高い材料が原理的には好適である。このような
材料には例えばタンタル、タングステン、モリブ
デンのような高融点金属或いは多結晶電気グラフ
アイトまたはガラス質炭素がある。エレクトロ
（電気）グラフアイトを使用することは、このグ
ラフアイトは極めて加工し易く、しかも被覆処理
の後に熱分解グラフアイトから容易に分離できる
と云う点で極めて有利である。グラフアイト基板
上に分離法により「自己保持」形態で極めて薄い
壁状に熱分解グラフアイト体を製造することは特
別困難なことではない。例えば、直径が１cmで、
長さが10cmで壁厚が100μｍの大きさ（およびそ
れ以下）程度の中空円筒を造ることができる。

本発明によれば、かような熱分解グラフアイト
の薄壁成型体の導電率が比較的低いために加熱電
流を比較的小さく維持し得ると云う利点がある。
さらに、積層構造とする熱分解グラフアイト層に
平行な方向の熱伝導率が特に有効であり、しかも
斯様な薄壁成型体の熱容量が低いために、表面全
体にわたり極めて均一の温度分布が得られる。さ
らにこの温度の均等性は自然に備わるものであ
る。このような温度等化性により、例えば約１秒
以内に1000〜1200℃の加熱が生ずる。温度の均等
分布は表面積を大きく構成しても得ることができ
る。

本発明によればさらに、熱分解グラフアイト体
を実質的に無誘導的に形成することができると云
う利点がある。また、スイツチ・オンした後に直
ちに傍熱陰極の凡ゆる個所の電位が同一電位とな
る。従つて本発明による熱分解グラフアイトの使
用によつて、ほぼ理想的な均一温度分布を呈する
面状で動作が敏しような無誘導等電位陰極を実現
することができる。機械的かつ熱的安定性および
温度依存性の点で上記陰極材料は他の如何なる材
料よりも好適である。

図面につき本発明を説明する。

第１，２および３図には種々の形状の発熱導体
に形成した熱分解グラフアイトの積層構造の結晶
学上の様々の軸線を矢印ａおよびｃにて示してあ
る。

第４〜８図では熱分解グラフアイトの発熱導体
を１で示す。第４，７および８図の部分２は電子
放射刺激材料製の被覆層を示す。第５および６図
のキヤツプ３は、例えばトリウムタングステン平
板のようなものから成る電子放射器である。

被覆層２は、例えば気相からのスパツタリン
グ、蒸着または反応による堆積（CVD−法）に
よつて発熱導体１に被覆する。所要に応じ、発熱
導体には最初中間層を被覆することができる。

なお第４〜８図で電流の供給手段は（＋），
（−）および〜の記号にて示してある。

【図面の簡単な説明】

第１，２および３図は種々の形状の発熱導体に
形成した積層構造の熱分解グラフアイトをそれぞ
れ示す説明図、第４〜８図は傍熱陰極（第５およ
び６図）および直熱陰極の例をそれぞれ示す説明
図である。 １……熱分解グラフアイトの発熱導体、２……
電子放射刺激材料層、３……電子放射器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 面状の電子放射体と、この放射体の電子放射
   面とは反対側に設けられる熱分解グラフアイト製
   の発熱体とを有する熱電子陰極を具えている電子
   管において、前記発熱体を面状のものとし、かつ
   熱分解グラフアイトの結晶学上のｃ−軸が、前記
   放射体に対向している発熱体の表面に対してどこ
   でも直角に延在するようにしたことを特徴とする
   電子管。 ２ 特許請求の範囲１記載の電子管において、熱
   電子陰極の発熱体に、電流が熱分解グラフアイト
   の積層構体に平行に優先的に流れるように電流通
   路用の結線を設けたことを特徴とする電子管。 ３ 特許請求の範囲１または２記載の電子管にお
   いて、熱電子陰極の放射体を発熱体の上に層とし
   て設けたことを特徴とする電子管。 ４ 特許請求の範囲１または２記載の電子管にお
   いて、熱電子陰極の放射体と発熱体とを離間させ
   たことを特徴とする電子管。