JP4019431B2 - グリッドを有する電子銃 - Google Patents

Description

本発明の分野は電子管の分野であり、さらに詳細には、縦方向の電子ビームおよびグリッドを有するＩＯＴ（誘導出力管）などの電子管の分野である。
ＩＯＴは、電子ビームを放出する電子銃、このビームが通過する共振空洞、およびこの空洞から出るビーム電子を受けるコレクタを有する。
電子銃は、一般に球面の一部の形状をした凹面の陰極、制御グリッド、および陽極を有する。陰極の凹状面は高温に高められると電子を放出する。電子は制御グリッドを通過し、陽極に引きつけられ、その後共振空洞に進入して縦方向のビームを形成する。
制御グリッドは、電子放出を調整し、電子が共振空洞に浸入する前にそれらをパケットにするように働く。
陰極は、一般に、放射性材料が含浸された多孔性体で形成される。この多孔性体はタングステンから作成し、放射性材料はバリウム、カルシウム、およびアルミ酸ストロンチウムから作成する。これは、９００°ないし１００℃の範囲で電子の放出を開始する。
制御グリッドは陰極と非常に接近している。グリッドと陰極の間の間隔は、十分の数ミリメートルである。放射性材料は、蒸発し、特に制御グリッドおよび陽極上へ移行する傾向がある。グリッドは、一方では陰極に接近しているため、また他方では電子がこれに衝突するために温度が上がる。グリッド上へ移行した放射性材料は、管の動作を妨げるスプリアス電子放出を引き起こす。陽極は陰極から比較的離れているので、依然として比較的低温であり、それを覆う放射性材料はそれほど問題にはならない。
このスプリアス電子放出を解消するための解決策が提案されている。その１つは、グリッドに電子で衝撃を与え、グリッドを加熱してそれを覆う放射性材料を蒸発させることを推奨する。この加熱の頻度は、毎日、例えば始動する前ごとにすることができる。加熱によるグリッドのクリーニングは、遠隔操作により遠隔位置で動作可能なテレビジョンの放出源に対して厳しい制約を課す。長期的には、この加熱もまた、電子銃の動作の性能低下を引き起こす可能性がある。
このスプリアス電子放出を回避するためにとられるもう１つの手法は、管の動作中のグリッド温度をできる限り低下させることにある。周知の解決策は、従来よりも低い温度で機能する陰極を使用し、それにより制御グリッドの温度を低下させるというものである。この解決策もまた良好な結果を与えない。スプリアス放出現象は解消されず、単に妨げられるだけである。
遭遇するもう１つの欠点は、制御グリッドからのスプリアス放出により陰極のサイズが制限され、したがって生成される電子流のサイズが制限されることである。
本発明は、よりよくグリッドを冷却する助けとなり、スプリアス放出を有効に防止する陰極を有する電子銃を提案することにより、これらの欠点を改善することを意図するものである。
この陰極は、それを完全に貫通するほぼ中央の穴を画定する放出部を有する。
この陰極は、陰極の穴と向かい合う穴を画定する加熱エレメントをその放出部の反対側に有するヒータによって加熱されるので有利である。
グリッドは、陰極にある穴と向かい合わせに配置するように意図された熱放射性固体部分を有する。グリッドの放射性熱放散は、グリッドが陰極にある穴、および冷領域である陽極領域に向かって放射するので、この熱放射性固体部分によって改善される。グリッドがよりよく冷却されるので、スプリアス電子放出は解消される。
この固体部分は、黒体に近い熱放射能力を有する材料から作成することが好ましい。熱分解黒鉛は特に有利である。
本発明はまた、このような電子銃を有する電子管にも関する。
本発明のその他の特徴および利点は、以下に示す添付の図面によって例示する以下の説明を読めば明らかになるであろう。
−図１ａおよび図１ｂはそれぞれ、従来技術の電子銃を示す縦断面図、およびそのグリッドを示す正面図である。
−図２ａおよび図２ｂはそれぞれ、本発明による電子銃の陰極の１例を示す正面図および横断面図である。
−図３は、本発明による電子銃のグリッドの１例を示す正面図である。
−図４は、本発明による電子銃の１例を、やはり本発明による電子管に載せた状態で示すダイアグラム的な縦断面図である。
−図５は、本発明による電子銃の陰極を加熱するための装置を示す正面図である。
これらの図面では、同一の参照番号は同一のエレメントを表す。分かりやすくするために、様々な構成部品の寸法は考慮していない。
図１ａは、既知の電子銃を縦断面図で示す図である。陰極は参照番号１とする。陰極は固体で、球面の一部の形状であり、その活性面は凹状である。ヒータ２は、陰極１の活性面の反対側と接触する。陰極１の活性面から放出された電子は制御グリッド３を通過し、陽極４によって引きつけられる。それらは軸ＸＸ’の縦方向のビームを形成する。陽極４は、電子ビームを共振空洞（図示せず）に進入させるための中央開口５を有する。陽極４は、陰極１よりも高い電位に高められる。グリッド３は、一般に陰極１と陽極４の電位の中間の電位に高められる。
グリッド３は、銅などの良好な熱良導体である材料から作成した周囲支持６に取り付けられる。これもまた球面の一部の形状であり、球面の緯線に沿った第１バー７および球面の経線に沿った第２バー８を有する。２つの球面部分、すなわち陰極１およびグリッド３の球面部分は、軸ＸＸ’上にその中心を有する。図１ｂは、グリッドの図形を正面から示す図である。
陰極１の温度が上がると、放射性材料は蒸発し、特にグリッド３を覆う。温度が上がることにより、グリッドはスプリアス電子の放出を開始する。一方では第１および第２バー７、８を介して周囲支持６に伝導することにより、またもう一方では基本的には陽極４に向かって放射することにより、グリッド３は冷却される。
グリッド３で最も熱い部分は中央部である。陰極１のサイズをどの程度でも大きくすれば、グリッド３のサイズは大きくなり、したがってその中央部の温度は上がることになる。グリッド３からのスプリアス放出の増加を回避するためには、陰極１のサイズ、したがってそれが送り出す電子流のサイズを制限することが必要である。
図２ａおよび図２ｂは、本発明による電子銃の陰極１０の１例を示す正面図および縦断面図である。この図では、陰極は球面の一部である。これは、ほぼ中央の穴１１を画定する放出部１２を有する。
簡単にするために、放出部１２は凹状で、ほぼ球面の弓形の形状であり、穴１１はほぼ円環状であることが好ましい。図２ａに示すものなど、陰極の放出表面積は、第１近似ではその直径の二乗に比例して変化する。本発明による穴を有する陰極の場合、穴１１の直径が陰極１０の直径の約３０％ないし４０％に相当する場合には、穴１１の面積は比較的小さく、実質的に電子放出への影響はない。放出表面積がわずかに減少しても、陰極１０の直径を若干大きくすれば補償することができる。例えば、直径３８ミリメートルの球形キャップの形状をした固体の従来の陰極は、その放出部が直径４０ミリメートルの球形の弓形で、その穴の直径が１５ミリメートルである本発明による陰極と同じ表面積を有する。
図３は、本発明による電子銃のグリッドの図形を示す図である。このグリッドは、図２ａおよび図２ｂに示すタイプの陰極と組み合わせるためのものである。グリッドは、陰極の穴と向かい合わせに配置するように意図された熱放射性固体部分２４を有する。グリッドをこのような電子放出陰極を備えた電子銃に取り付けると、グリッドは一方では陽極に向かって、もう一方では陰極の穴に向かって放射することができる。このグリッドは有効に冷却され、スプリアス電子放出は解消される。グリッドがよりよく冷却されるので、陰極の直径はグリッド温度とは無関係になり、このタイプの電子銃を備えたさらに強力な電子管を設計することを考えることができる。
グリッドの好ましい実施形態では、グリッド２３の固体部分２４は、黒体に近い熱放射能力を有する材料で作成される。黒鉛、およびさらに詳細には熱分解黒鉛は、この熱放射性固体部分２４を作成するのに特に適した材料である。
図３に示すグリッドは、固体部分２４の周囲に、陰極から放出された電子を透過させるための穴あき部２６を有する。穴あき部２６もまた、その熱的、電気的、および機械的特性が有利であるので、熱分解黒鉛で作成することができる。
グリッド２３が、ほぼ球面の一部の形状をした陰極とともに使用するように意図されている場合には、グリッドもまたほぼ球面の一部の形状であることが好ましい。固体部分２４は球形キャップの形状にすることもでき、穴あき部２６は、球面の経線に沿った第１バー２８、および球面の緯線に沿った第２バー２９を有することができる。
グリッド２３は、例えば球面の一部の形状の熱分解黒鉛製のブランクに、バー２８、２９、および固体部分２４を切り出すことから製造することができる。この切り出しは、例えばレーザ機械加工やジェット・サンドブラストによって、従来通りに実行することができる。
グリッドの穴あき部２６がほぼ四角形または六角形の開口を有することもまた考慮することができる。
図４は、本発明による電子管に載せた本発明による電子銃の１例を縦断面図で示す図である。電子銃は、ともにほぼ球面の一部の形状をした、本発明による陰極２１、および制御グリッド２３を有する。この図では、陰極２１はほぼ中央の穴２２を画定する球面の弓形の形状をした放出部２７を有する。陽極２５、および陰極加熱用のヒータ４０もまたこの図に示す。電子管はその一部を示す。それは電子銃を含み、放出された電子は、それらの経路の終端でコレクタ４３に回収される。
この図では、本発明による陰極に関連するグリッド２３は、固体部分２４を有する。これは図３に示すものと同様である。その熱放散は、図１ａに示した電子銃の場合よりも良好である。
グリッド２３を、銅などの良好な熱良導体である材料から作成した周囲支持３０で取り囲めば、熱放散はさらに良好になる。この構成では、グリッドのバー２８、２９は、周囲支持３０および熱放射性固体部分２４の双方への伝導により冷却される。固体部分２４は、陽極２５、および陰極２１の穴２２への放射により冷却される。第１バー２８の長さは図１ｂに示すバーの長さよりもかなり短い。例えば、その長さは、前述の例の約４１ミリメートルから、約１４．５ミリメートルにまで短くすることができる。
冷却を最も有効にし、放出された電子ビームの外乱を最小限にするために、グリッド２３の固体部分２４を、陰極２１の穴２２とほぼ同じサイズにすることが好ましい。
本発明による陰極を、固体部分をもたないグリッド、すなわち例えば図１ｂと同様の従来のグリッドと組み合わせることが考慮されることになる。このグリッドを黒体に近い放射能力を有する材料から作成すれば、陰極の穴と向き合うグリッドの部分はこの穴に向かって放射することができる。グリッド中央部の冷却は、図１ａに示すものと同様のグリッドのそれと比較して、また固体陰極に関連して改善されるが、図４に示す場合ほど良好ではない。しかし、いくつかの場合ではこの冷却で事実上十分である。
電子の放出を可能にするためには、陰極を加熱しなければならない。陰極を間接的に加熱するヒータ４０を図４に示した。図５では、これを正面から図示する。これは、陰極２１の放出部２７を加熱するように設計する。これを、陰極２１の凸状面に接近して配置する。これは、陰極２１の穴２２に向かい合う穴４１を画定する加熱エレメント４２を有する。これは、電流が流れることができる導線４５の配列を画定する、穴あき板の形状にすることができる。この板は、導電性が良く、黒体に近い熱放射能力を有する材料から作成することが好ましい。熱分解黒鉛は、加熱エレメント４２の作成に特に適している。図５に示す例では、この板は一連の同心円状の弓形溝４４を有し、連続する２つの円の上に配置された溝４４は互いにオフセットする。溝４４の間の間隔は、導線４５の列を形成する。
本発明による電子銃は、球面の一部の形状をした陰極、または球面の一部の形状をしたグリッドに制限されるものではない。

Claims (14)

1. 放出部（２７）を備えた陰極を含む、グリッドを有する電子銃であって、放出部（２７）が、グリッドを冷却する助けとなるように、それを完全に貫通するほぼ中央にある穴（２２）を画定し、
   陰極の前記放出部（２７）がほぼ球面の弓形であり、
   陰極の前記穴（２２）の直径が前記放出部（２７）の直径の３０％ないし４０％に相当することを特徴とする電子銃。
2. 陰極の前記穴（２２）がほぼ円形であることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載の電子銃。
3. 陰極の前記穴（２２）に向かい合う穴（４１）を画定する加熱エレメント（４２）を有する、陰極加熱用のヒータ（４０）を含むことを特徴とする、請求の範囲第１項ないし第２項のいずれか一項に記載の電子銃。
4. 加熱エレメント（４２）が電気導線（４５）の配列を画定する穴あき板であることを特徴とする、請求の範囲第３項に記載の電子銃。
5. 加熱エレメント（４２）が熱分解黒鉛で作成されることを特徴とする、請求の範囲第３項および第４項のいずれか一項に記載の電子銃。
6. グリッドが、陰極（２１）の前記穴（２２）と向かい合わせに位置するように意図された熱放射性固体部分（２４）を有することを特徴とする、請求の範囲第１項ないし第５項のいずれか一項に記載の電子銃。
7. グリッドの前記熱放射性固体部分（２４）が、陰極（２１）の前記穴（２２）とほぼ同じ寸法を有することを特徴とする、請求の範囲第６項に記載の電子銃。
8. グリッドの前記熱放射性固体部分（２４）が、黒鉛から作成されることを特徴とする、請求の範囲第６項および第７項のいずれか一項に記載の電子銃。
9. グリッドの前記熱放射性固体部分（２４）が、熱分解黒鉛で作成されることを特徴とする、請求の範囲第８項に記載の電子銃。
10. グリッドが、前記熱放射性固体部分（２４）の周囲に穴あき部（２６）を有し、この穴あき部（２６）が陰極（２１）から放出された電子を透過させるように意図されていることを特徴とする、請求の範囲第６項ないし第９項のいずれか一項に記載の電子銃。
11. ほぼ球面の一部の形状をしたグリッドが、球面の経線に沿った第１バー（２８）および球面の緯線に沿った第２バー（２９）を有する穴あき部を有することを特徴とする、請求の範囲第１０項に記載の電子銃。
12. グリッドの前記熱放射性固体部分（２４）がほぼ球形キャップの形状であることを特徴とする、請求の範囲第６項ないし第１１項のいずれか一項に記載の電子銃。
13. グリッドが、銅材料から作成された周囲支持（３０）によって取り囲まれることを特徴とする、請求の範囲第１項ないし第１２項のいずれか一項に記載の電子銃。
14. 請求の範囲第１項ないし第１３項のいずれか一項に記載のグリッドを有する電子銃を含むことを特徴とする電子管。

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