JPS634308B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔説明の要約〕 真空管の電子収集電極から放射される２次電子
はその性能を劣化する。高速２次電子の放射は電
子収集表面を原子番号の小さい物質で被覆するこ
とによつて減少される。低速２次電子の放射は表
面の物質及び構造の関数として予見し難いもので
ある。本発明は、２次電子放射が少く且つアウト
ガスし易い処の、ホウ化アルミニウム又は類似の
物質の被覆から成る。

本発明は、３極管、スクリーン・グリツド管、
クライストロン、進行波管及びマグネトロンなど
のような、自由電子の流れを利用する真空管に関
するものである。

多くの真空管における２次電子の有害作用は周
知である。大電力グリツド制御管では、グリツド
は炭素、チタン又は炭化ジルコニウムなどのよう
な金属炭化物で被覆されて来た。これらの物質は
２次電子放射の総量を減少する。

線状電子ビーム管では、２次電子に起因する２
つの作用が認められている。ビーム・コレクタが
『電位低下』させる時には、即ち相互作用回路に
対して相対的に負の電位で作動される時には、コ
レクタからの如何なる速度の２次電子もより正の
電位の電極に向つて駆動され、それにより効率を
低下する。また、特にクライストロンにおいて
は、高速２次電子（即ち『反射された電子』）が
ビーム路に戻り、空胴電磁界と相互作用を行つ
て、再生作用とそれに伴なう非線型応答特性とを
生ずることがある。1974年４月23日付でイー・エ
ル・リーン（E.L.Lien）及びエム・イー・リービ
ン（M.E.Levin）に許可された米国特許第
3806755号及び1976年２月３日付でロバート・シ
ー・シユミツト（Robert C.Schmidt）に許可さ
れた米国特許第3936695号は、戻つてしまう２次
電子の数及び作用を減少するための幾何学的配置
を記述している。従来使用されたその他の従来技
術による方法は、電子収集表面を『アクアダツグ
（Aquadag）』という商品名で販売されているよ
うなコロイド状黒鉛で被覆する方法である。炭素
は高速２次電子及び低速２次電子の両方の発生率
が低いが、黒鉛の被覆は長い時間の間にわたつて
アウトガスして、その電子管を排気するために必
要な時間を倍加するという事が見出された。

本発明の目的は、電極からの２次電子放射を減
少された電子管を提供することである。

別の一目的は、改良された線型応答特性を持つ
た電子管を提供することである。

別の一目的は、比較的高い能率を持つた線状電
子ビーム管を提供することである。

別の一目的は、排気の容易な電子管を提供する
ことである。

これらの目的は、高速２次電子及び低速２次電
子の両方の発生率が低く且つアウトガスの容易な
物質の層で、電子の衝突する可能性のある電極を
被覆することによつて、達成される。

総ての物質が、数ボルト以上のエネルギーを持
つ電子によつてボンバードされる時に、２次電子
を放射する。これらの２次電子は大別して２種類
から成る。大部分は、数電子ボルトのエネルギー
に相当する速度を有する処の、時により『真２次
電子』と呼ばれる低速度のものである。これら低
速２次電子の発生率、即ちボンバードする電子の
数に対するそれら低速２次電子の数の比は、１よ
り小さい値から100の桁まで、広範囲に変化する。
その発生率は物質や、最低は単原子層に至るまで
の表面層の厚さや、表面の近傍の物質の物理的形
態によつて変る。小さい仕事関数を持つ表面は高
い発生率を持つ場合が多いが、簡単な関係は存在
しない。金属基板上のベリリア又はアルミナなど
のような安定な酸化物の薄い層は、極めて高い発
生率を持つている。

また、殆ど入射１次電子のエネルギーを持つて
放射される或る高速２次電子も存在する。これら
は『反射された』電子と呼ばれることがある。高
速２次電子の発生率は予見可能である。それは放
射する物質の原子番号の増加関数である。勿論そ
れは常に１より小さい。

自由電子を使用する大ていの真空管において、
２次電子は有害である。カソードに対して正の電
位まで電位変化する制御グリツドを持つた電子管
では、グリツトからの２次電子放射はグリツド回
路に対して負抵抗の負荷を生ぜしめて、その結果
非線型応答特性を生ずる、この種の２次電子放射
は、炭素又は金属炭化物などのような従来技術の
物質でグリツドを被覆することによつて一部制御
され、それら従来技術の物質又は有害な熱電子放
射をも減少する。その被覆処理は高温度で行わ
れ、その高温度のために、大電力電子管のアノー
ドやビーム・コレクタなどのような銅で作られた
電極上でその被覆処理を使用することは出来な
い。

グリツド制御電子管における２次電子放射の障
害は、アノードがスクリーン・グリツドに対して
負に電位変化する４極管において生ずる。その時
アノードからの２次電子放射はアノード回路中の
無線周波電流を減少し、正の抵抗負荷を生ぜしめ
る。この障害は従来は、スクリーンとアノードと
の間にサブレツサ・グリツドを導入するか、又は
空間電荷による電位低下を生ぜしめるように電子
流を収束することによつて、減少された。２次電
子放射が無くされるならば、これらの電子管は遥
かにより簡単にすることが出来る。

第１図は本発明を実施する４極管を例示する。
この電子管は大体円筒形である。内部ふく射ヒー
タ１２によつて加熱される円筒状カソード１０が
電子源である。カソード１０の外側には、制御グ
リツド針金１４の円筒状配列が通常の『りすか
ご』状配置をなしている。グリツド１４の外側に
は同様のスクリーングリツド１６があり、その針
金は針金１４と半径方向に整列することが望まし
い。これらの総てを取巻いて、銅製で空冷用フイ
ン２０を接合されていることが望ましい円筒状ア
ノード１８が設けられている。電子を収集するア
ノード１８の内面は、低い２次電子放射を持つ本
発明に依る物質の層２１ａで被覆されている。ホ
ウ化アルミニウムは、スパツタリングなどによつ
て容易に附加することが出来るから、望ましい被
覆物質である。本発明者は、それが銅の表面に良
く接着し、コロイド状黒鉛などのような従来技術
による物質がそうであつたように、長時間にわた
つてガスを排出することがない。実際に、本発明
を使用する線状電子ビーム管は、黒鉛が使用され
た時に必要とされた時間の半分で処理された。

第１図の４極管は、電極の間隔設定に対する制
約がより少いので、５極管よりも構造簡単で安価
であり、５極管又はビーム電力管よりも能率を高
くすることが可能であり、特に高周波においてそ
うである。

第２図は本発明を実施する進行波管を例示す
る。ハーメチツク・シールされた包囲壁２１が真
空壁を形成する。ふく射ヒータ２４によつて加熱
される凹面熱電子放射カソード２２が電子の源で
ある。カソード２２は同電位のビーム収束用電極
２６により囲まれている。アルミナ・セラミツク
などで作られた絶縁円板３０を貫通して封止され
た導線２８によつて、カソード２２及びヒータ２
４に電流が供給される。電子の収束流３２が、孔
を有する凹み形アノード３４によつてカソード２
２から引出され、その孔は、電子流３２がそれを
通過してタングステンなどから成る螺旋状の針金
又はテープで形成された低速波相互作用回路３６
の内側に進むようにさせる。螺旋３６の内部で
は、電子ビーム３２はまわりを取巻くソレノイド
（図示されていない）によつて発生される軸方向
磁界によつて、半径の小さい円筒形に収束された
状態に維持される。螺旋３６は、包囲壁２１の内
側のサフアイアなどで作られた複数の誘電体ロツ
ド３８によつて支持される。螺旋３６はその上流
端において、誘電体封止部４２を貫通する入力導
線４０によつて、外部信号源（図示されていな
い）に接続される。またその下流端において螺旋
３６は、誘電体封止部４６を通る出力導線４４に
よつて、増巾された高周波信号のための有用負荷
（図示されていない）に接続される。螺旋３６を
離れた後、ビーム３２は磁界から外れ、膨張し、
典型的なものでは発生された熱の良好な伝導を行
うために銅で作られているコレクタ４８の中空の
内面に集められる。コレクタ４８は、包囲壁２１
及び螺旋３６の電位とは異る電位で作動されるよ
うに、誘電体封止部５０を介して包囲壁２１に取
付けられている。コレクタ４８の入口では、コレ
クタ４８から出る２次電子の数を減少する役をな
す『フライ・トラツプ（fly trap）』を形成する
内方に突出する唇部５２によつて、開口が制限さ
れている。

進行波管は、コレクタを相互作用回路及び管包
囲壁の電位よりも小さい正の電位（カソードに対
して相対的に）にして作動されることが極めて多
い。これは『消費』ビーム電子の運動エネルギー
を減少し、従つてコレクタへの電力の流れを減少
する。管の効率の可成りの改良が得られる。コレ
クタからの２次電子がその電位差によつて引出さ
れて相互作用回路や管包囲壁に衝突するという事
が何時も問題になつている。それらの衝突する２
次電子は、本来高度の熱消散性を持つようには設
計されていないこれらの部品に、望ましからぬ熱
の消散を生ぜしめる。また、コレクタから回路へ
のこの電流は浪費されるエネルギーとなり、従つ
てコレクタを電位低下することによる効率の改善
が減少される。電位低下されたコレクタの動作の
下で効率を改善するために、コレクタ４８の内側
は、２次電子放射総量の少い本発明に依る物質の
層５４で被覆される。

その他の物質も本発明の範囲内で使用できるけ
れども、第１図に関連して説明されたようなホウ
化アルミニウムは好都合な物質である。例えば本
願発明者は、炭化アルミニウムが有効な２次電子
放射抑制物質であることを見出した。この物質は
水蒸気と反応するという欠点を持ち、従つてそれ
は添加が極めて困難である。本願発明者は又、炭
化ホウ素が極めて効果的であるということも見出
したが、それはホウ化アルミニウムのように容易
にスパツタリングによつて被着されるものではな
い。金属アルミニウム及びベリリウムは表面が清
潔な時には低い２次電子発生率を持つているが、
空気又は水と反応して、極めて高い２次電子放射
率を持つ酸化膜を形成する。

第３図は本発明を実施するクライストロンを例
示する。ビーム形成素子及びビーム収集素子は第
２図の進行波管と同じ形状及び機能を持ち、従つ
てそれらは第２図の引用番号にダツシユを付けた
もので表わされ、重ねて論ずることはしない。金
属製のクライストロン真空包囲壁５６は複数の共
振空胴は５８，５９，６０に分割され、各空胴は
相互作用空隙６４を設定する２つの凹み形中空ド
リフト管６２を持つている。電子ビーム３２′は
ドリフト管６２を通過し、空隙６４にまたがるマ
イクロ波電界と相互作用を行う。

第１の空胴５８は、誘電体真空密封部４２′を
貫通して入る導体４０′を通して導入されるマイ
クロ波信号でその空胴５８を励振するための、入
力結合ループ６５を持つている。

増巾されたマイクロ波信号は、誘電体窓７０に
よつて封止された出力導波管の６８の中へ通ずる
絞り６６によつて、最終段空胴６０から取出さ
れ。ビーム３２′は軸方向の磁界（図示されてい
ない）によつて、ドリフト管６２を通る鉛筆形に
収束される。ドリフト管６２から出る時にビーム
３２′は膨張し、コレクタ４８′内面５４′に捕捉
される。

クライストロンに独特の問題は、コレクタ４
８′の内面５４′から放射される高速２次電子によ
つて惹き起される。これらの２次電子の一部はド
リフト管６２を通つてカソード２２′に向つて逆
行する。この逆行するビームは、出力空胴６０に
よつて速度変調されるので、空隙６４と相互作用
を行う。それはそれから入力空洞５８に増巾され
た信号を誘導する。その結果として再生増巾が生
じ、それは入力信号に対する非線型応答特性を生
ぜしめることがある。戻されるビームは極めて僅
かな電流を持つているだけであるが、クライスト
ロンは約50dBという利得を持つことが多いので、
小さい電流でも大きく増巾された再生信号を生ぜ
しめることがある。この作用は、テレビジヨン送
信機などのように振巾変調された信号を増巾する
ために使用されるクライストロンにおいて、特に
厄介である。

本発明に依れば、コレクタ４８′の内面５４′は
本発明者の提案する低２次電子発生率物質で被覆
される。その被覆は、コレクタのアウトガス作用
を増大することなく、放射される高速２次電子の
数を減少することによつて、クライストンの線型
特性の大きい改良を行う。本発明は、更に一層の
改良を行うために、前述の米国特許に記載された
幾何学的設計法と組合わせて使用することができ
る。

第４図はコレクタ４８の壁の一部の拡大断面図
であつて、コレクタ４８の内面５４の上の低２次
電子放射物質の薄い層７２を示している。層７２
は数ミクロンというスパツタ被着される厚さのよ
うな、極めて薄いものである。ホウ化アルミニウ
ムは化学的に極めて安定であつて、無限の寿命に
わたつてずつと有効であるように見える。

上述の実施例は単に数例を例示するためのもの
である。本発明のその他の多数の変形が実用され
有用であることは当該業者には明らかであろう。
本発明は先の特許請求の範囲の項の記載並びにそ
の法的均等物によつてのみ限定されるべきであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するグリツド制御４極管
の略断面図、第２図は本発明を実施する進行波管
の略断面図、第３図は本発明を実施するクライス
トロンの略断面図、第４図は第２図のコレクタの
一部の拡大図であつて本発明に依る被覆を示す。 １８……円筒状アノード、２１ａ……低２次電
子放射物質層、４８，４８′……コレクタ、５４，
５４′……低２次電子放射物質被覆。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 自由電子を収集することの出来る電極を具備
   し、前記電極の電子収集表面の少くとも一部分は
   ホウ化アルミニウム、炭化アルミニウム及び炭化
   ホウ素から成る群の中の物質の層により被覆され
   ている処の、電子管。 ２ 前記物質がホウ化アルミニウムである処の、
   第１項記載の電子管。 ３ 前記物質が炭化アルミニウムである処の、第
   １項記載の電子管。 ４ 前記物質が炭化ホウ素である処の、第１項記
   載の電子管。 ５ 前記電子管は線状電子ビーム管であり、前記
   電極はビーム・コレクタである処の、第１項記載
   の電子管。 ６ 前記電子管はスクリーン・グリツドを具備す
   るグリツド制御電子管であり、前記電極はアノー
   ドである処の、第１項記載の電子管。