JPS6347100B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はピアス形電子銃に用いられる含浸型
陰極の改良に関する。

進行波管（TWT）、クライストロン等に代表
されるマイクロ波帯域で動作する直線ビーム電子
管は、電子ビームを射出・形成する電子銃、電磁
波を伝搬ないし誘導して電子ビームと相互作用を
行なう高周波回路、相互作用を終えた電子ビーム
を捕集するコレクタが直線的に走行する電子ビー
ム路に沿つて順に配置された構成をしている。こ
のうち、電子銃は通常、同心球殻を中心からある
立体角で切り取つた構造をしており、外側の球殻
の一部が陰極、内側が陽極となる。陽極には外部
電源によつて陰極に対して正の電位が与えられて
いる。陰極から射出される電子ビームは同心球殻
の中心に向つて集束され、陽極にあけられた穴を
通過して高周波回路の中に導びき入れられる。

また球殻の一部を切り取つたことによる電位分
布の補正は陰極と同電位のウエネルト電極（ビー
ム形成電極）で行なう。

このような構成の電子銃を研究者にちなんでピ
アス形電子銃と呼んでいる。ピアス形電子銃の陰
極は、凹球面をなす電子放射面と陰極を加熱する
ヒータが取り付けられた面を二つの底面とする略
円柱状をなしており、ヒータにより所定の高温度
に加熱されて熱電子を放射する熱陰極である。

マイクロ波管で使用される熱陰極の種類は、酸
化物陰極と含浸型陰極（Ｉカソード）が主要なも
のである。特に大電力管には後者の含浸型陰極が
使用されている。

含浸型陰極は多孔質タングステンにバリウム・
カルシウム・アルミニウムの酸化物を含浸させた
もので動作温度は950〜1150℃と高いが動作電流
密度は5A／cm²程度迄取れる大きい利点を有して
いる。

一方含浸型陰極を使用した従来の電子銃の問題
点として、動作温度が高いことに起因している耐
圧不良、真空度劣化、材料疲労等他に、電子ビー
ム集束上の問題があつた。

第１図は従来の含浸型陰極を用いたピアス形電
子銃の縦断面図である。多孔質（気孔率約18％）
タングステン基体にバリウム・カルシウム・アル
ミニウムの酸化物を含浸させた陰極１は略円柱状
をなしている。陽極２に対向する電子放射面３は
凹球面でその反対側にはモリブデン製の円筒４が
ろう付けまたは溶接によつて取り付けられ、その
中にヒータ５がアルミナ焼結体６の中に埋め込ま
れて設置されている。ヒータ５によつて陰極１は
約1050℃に加熱され熱電子が放射される。陰極１
と同電位のウエネルト電極７の作用によつて電子
ビーム８となつて陽極２の穴を通過して高周波回
路（図示せず）に導びき入れられる。

このような従来の電子銃においては、陰極１と
ウエネルト電極７を組立上離さなければならない
ため第２図に拡大して示すように、電子放射面３
からでなく略円柱状をなす陰極１の円周側面９の
上端部からも電子が放射されていた。陰極側面か
ら放射された電子は電子ビームの最外殻を形成
し、しかもピアス形電子銃の設計上考慮されてい
ないため、陽極あるいは高周波回路へ衝突しやす
く電子ビーム集束上の問題を種々ひき起こしてい
た。このことを防止するため、第３図に示すよう
に電子放射面３の端部までモリブデン円筒４をか
ぶせる方法がある。モリブデン円筒４は活性体で
はないので陰極側面からの不要な電子放射はな
い。

しかし、この場合には電子放射面３とウエネル
ト電極（図示せず）の間が離れすぎ、ウエネルト
電極の作用を効果的にすることができず良好な電
子ビーム集束特性が得られないという欠点があつ
た。

したがつて、この発明の目的はピアス形電子銃
の略円柱状をなす含浸型陰極側面からの電子放射
を電子放射面とウエネルト電極間の距離を小さく
し、良好な電子ビーム集束特性が得られる含浸型
陰極を提供することにある。

この発明による含浸型陰極は、多孔質タングス
テン基体がバリウム・カルシウム・アルミニウム
の酸化共融混合物で含浸され、凹球面をなす電子
放射面とヒータ取り付け面を底面とする略円筒状
をなし、円周側面の電子放射面に近い側面の一部
が絶縁性被膜によつて封孔処理をされていること
を特徴としている。

次に実施例について説明する。

第４図は本発明による含浸型陰極１０とモリブ
デン製の支持円筒４およびアルミナ焼結体６の中
に埋め込まれたヒータ５の組立体１１を示してい
る。含浸型陰極１０は次のような工程でつくられ
る。

まず、約５ミクロンの粒径のタングステン粉末
をプレスし2200℃で焼結して気孔率18％の多孔質
タングステンのインゴツトをつくる。ついで、例
えば無酸素銅を含浸させて機械加工性を良くし所
定の寸法に加工する。銅は1800℃の真空処理を行
なうことによつて完全に除去される。次にロー付
けあるいは溶接によつてモリブデン円筒４に接合
させる。そのあと、あらかじめタングステンの細
線をコイル状に巻回してつくられたヒータ５をア
ルミナ粉末と有機バインダの混練物といつしよに
モリブデン円筒４の中に設置して約1700℃で混練
物を焼結させる。ついで、酸化バリウム・酸化カ
ルシウム・酸化アルミニウムを（４：１：１）の
モル比に調合したものを、凹球面をなす電子放射
面３の上にのせ、1600℃で溶融・含浸させる。こ
こまでは従来の製法と何ら変りはない。このよう
にしてつくられた含浸型陰極１０の円周側面に本
発明であるアルミナ等の絶縁物から成る被膜１２
を溶融噴射コーテイング法にて形成する。このア
ルミナ被膜１２は、アルミナセラミツクのロツド
を酸素―アセチレンガン内で燃焼、溶融し、圧縮
空気でスプレーする方法により形成される。この
被膜の厚さは自由に制御出来、この場合５〜20μ
程度で良い。これで本発明の陰極が出来上がる。

このようにしてつくられた含浸陰極１０の円周
側面はアルミナ被膜によつて封孔されてバリウム
の単原子層（電気的二重層）が形成されないので
この部分から電子は放射されない。また、アルミ
ナ被膜の厚さは数十ミクロン以下であるのでウエ
ネルト電極を陰極から組立上に必要な距離だけ離
れた位置に設置できるので陰極端部から放射した
電子に対しても十分な作用を及ぼすことができ電
子ビーム集束上の問題を惹起しない。

尚、被膜形成方法としては本発明で述べた通称
ロツドスプレー法の他にプラズマ溶射法等もあ
り、材質もアルミナ、マグネシア等の酸化物セラ
ミツクスや炭化物セラミツクス等種々選択するこ
とが可能である。この様なセラミツクス材は金属
と異なりバリウム付着によつて電気的二重層が出
来ない大きな利点を有している。

本発明による含浸型陰極を用いれば、含浸型陰
極としての電子放射特性は従来のものと何ら変わ
りなく、かつ陰極側面からの不要な電子放射が阻
止され、電子ビーム集束特性の良好なピアス形電
子銃を得ることができ、ひいては高周波特性の良
好なマイクロ波電子管を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の含浸型陰極を用いたピアス形電
子銃の縦断面図、第２図は第１図の陰極端部の拡
大図、第３図は別の従来技術による含浸型陰極の
断面図、第４図は本発明の一実施例における含浸
型陰極の断面図である。 １……従来技術による含浸型陰極、２……陽
極、３……含浸陰極の電子放射面、４……モリブ
デン製の支持円筒、５……ヒータ、６……アルミ
ナ焼結体、７……ウエネルト電極、８……電子ビ
ーム、９……含浸陰極の円周側面、１０……本発
明による含浸陰極、１１……含浸陰極とモリブデ
ン製の支持円筒、ヒータ、アルミナ焼成体の組立
体、１２……アルミナ質等絶縁性被膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多孔質タングステン基体がバリウム・カルシ
   ウム・アルミニウムの酸化共融混合物で含浸さ
   れ、凹球面をなす電子放射面とヒータ取り付け面
   を底面とする略円柱状をなし、円周側面の電子放
   射面に近い側面の一部が電気的絶縁物から成る被
   膜を溶融コーテイング法によつて形成、封孔処理
   されていることを特徴とする含浸型陰極。