JPH0766747B2

JPH0766747B2 - 含浸型陰極

Info

Publication number: JPH0766747B2
Application number: JP7545689A
Authority: JP
Inventors: 一雄小林; 栄木村; 昭人原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-03-28
Filing date: 1989-03-28
Publication date: 1995-07-19
Anticipated expiration: 2010-07-19
Also published as: JPH02253538A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、クライストロンなどのマイクロ波電子管の電
子銃に使用する含浸型陰極に関するものである。

（従来の技術）最近、クライストロンなどのマイクロ波電子管は、高出
力化の傾向にあり、とくに、核融合や粒子加速器に使用
するものについては、出力がMW（メガワット）級にな
り、益々の高出力化が望まれている。

したがって、そのマイクロ波電子管の電子銃に使用する
陰極から取り出すエミッション値も必然的に増加し、単
位面積当りの電流値が多くなり、高電流密度化が進んで
いる。

そのため、従来から使用していた酸化物陰極では、電流
値が小さく、動作電圧も高くなるため、最近では、耐電
圧の面からも、含浸型陰極が一般に使用されるようにな
ってきている。

すなわち、含浸型陰極は、3A/cm²の電流密度の動作が可
能で、その寿命も衛星搭載用では数万時間の寿命が推定
されており、このような大きい特徴があるため、高出力
のマイクロ波電子管に使用される傾向は益々増加してい
る。

この含浸型陰極の一般的な構造を第５図に示す。

第５図において、１はタングステン（Ｗ）から成る多孔
質の陰極円板で、この陰極円板１の空孔率は15〜20％
で、その空孔部にBaO、CaO、Al₂O₃からなる電子放射物
質が含浸される。

また、陰極円板１は収納容器２に支持され、この収納容
器２はモリブデン（Mo）などからなる円筒状で、陰極円
板１の裏面にRu-Moのロウ材でロウ付けされる。

そして、この収納容器２に陰極円板１を最適な動作温度
に加熱するためのヒータ３を、アルミナなどからなる絶
縁物４とともに収納して絶縁物４中に埋設してあり、こ
の絶縁物４を水素中あるいは真空中で加熱して焼結して
ある。

そして、この後、陰極円板１の曲面状に凹陥した表面に
BaO、CaO、Al₂O₃からなる電子放射物質を盛り、水素中
のような非酸化性の雰囲気の中で電子放射物質を加熱溶
融することによって電子放射物質を陰極円板１の空孔部
に含浸する。

ところで、陰極が比較的に小型の場合には特に問題は無
いが、大型になるとヒータの支持方法に問題が生じる。

たとえばマイクロ波電子管の場合、ヒータはその片側を
陰極構体の一部に接続して同電位で使用されるのが一般
的な方法である。その場合、陰極の製造工程でヒータの
一端を陰極構体の一部に接続する方法が一般に採用され
ている。

このヒータにはタングステン線が用いられるが、ヒータ
の電圧と電流の関係から大口径の陰極の場合、直径１〜
2mmの線をコイル状に巻いて収納容器に収納する。

このように太いタングステン線をコイル状にするには、
加熱しながらの作業になるため作業性が悪く、一方で細
かい部分の細工も設計通りの寸法精度を出すのに困難を
ともなう。

また、第６図に大口径の含浸型陰極の構造を示す。

第６図において、11は陰極円板で、この陰極円板11は多
孔質のタングステン（Ｗ）からなり、その直径は70mmで
中央に円形の通孔があり、表面は曲面状に凹陥してい
る。

また、陰極円板11の裏面には同心状に配してモリブデン
（Mo）からなる大中小３つの円形の支持筒12,13,14が配
設され、この３つの支持筒12,13,14は、Ru-Moのロウ材
でロウ付けされて収納容器15を構成する。

さらに、支持筒12,13間と支持筒13,14間とに、ヒータ16
が配設され、このヒータ16は直径1.5mmのタングステン
線で入る２種類の環状コイルを作り、この２つのコイル
の端部を溶接して１本の連続したコイルにしたもので、
収納容器15に収納され、内側の一端部16aを最内側の支
持筒14にRu-Mo-Niのロウ材でロウ付けすることによっ
て、陰極円板11と同電位で使用される。

そして、アルミナの粉末を絶縁物17として収納容器15に
収納してヒータ16を埋設し、絶縁物17を焼結してある。

なお、上記の説明において、ヒータ16と支持筒14のロウ
付けにRu-Mo-Niのロウ材を用いるのは、陰極円板11と支
持筒12,13,14とに用いたRu-Moのロウ材では溶融温度が2
060℃と高く、ヒータ16のタングステン線が再結晶して
強度的に弱くなるためで、Niを加えた三元系のロウ材と
することにより、溶融温度を1750℃に下げることができ
る。

そして、このような大口径の含浸型陰極では、ヒータ16
に用いるタングステン線が太く、加工性が極めて悪くな
って、細かい部分の寸法精度が出難いため、ヒータ16を
収納容器15に触れないように所定の間隔をもって収納容
器15に入れ、かつ、支持筒14とヒータ16の一端部16aと
の接触面積を確保することが、加工上から困難である。

そのため、ヒータ16の一端部16aと支持筒14のロウ付け
する部分が点接触となり、ロウ付け面積が小さく、強度
的に弱くなるので、製品としての動作中にヒータ16のオ
ン、オフによる膨張と収縮の繰返しによって、ロウ付け
部分が外れることがあり、ヒータ16に電流が流れなくな
って、陰極円板11を加熱できなくなるおそれがある。

また、ヒータ16のロウ付けの際に、ヒータ16が熱によっ
て収納容器15の中で変形すると、収納容器15との間隔が
部分的に狭くなることがあり、このようになると、絶縁
物17を入れて焼結し製品として動作すると、ヒータ16に
印加した電圧により絶縁物17の絶縁破壊が起きるおそれ
がある。

さらに、ヒータ16のロウ付けに用いるロウ材にNiを加え
て溶融温度を下げているため、製品としての動作中に溶
融温度の低いNiが蒸発して長い間にロウ付けの強度を極
端に弱めることもある。

（発明が解決しようとする課題）上述したように、従来の含浸型陰極では、ヒータ16を収
納容器15に触れないように所定の間隔をもって収納容器
15に入れながら、収納容器15の支持筒14とヒータ16の一
端部16aとの接触面積を確保することが困難なため、ヒ
ータ16の一端部16aと支持筒14とのロウ付けにする部分
が点接触となり、ロウ付け面積が小さく、強度的に弱く
なるので、製品としての動作中に、ロウ付け部分が外れ
るおそれがある。

さらに、ヒータ16のロウ付けに用いるロウ材にNiを加え
て溶融温度を下げているため、製品としての動作中に溶
融温度の低いNiが蒸発して長い間にロウ付けの強度を極
端に弱めるおそれもある問題を有している。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたもので、ヒータと
収納容器の間隔を確保して絶縁物による絶縁性を確保す
るとともに、ヒータの一端部と収納容器の接続の強度を
確保することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）請求項１記載の含浸型陰極は、電子放射物質を含浸する
多孔質の陰極円板と、この陰極円板の裏面に設けられた
収納容器と、この収納容器に収納されて焼結される絶縁
物と、この絶縁物とともに上記収納容器に収納されて絶
縁物に埋設されその一端部を収納容器の支持部に接続す
るヒータとを備えた含浸型陰極であって、上記収納容器
の支持部に設けられ、上記ヒータの一端部を上記絶縁物
から突出させるとともに上記収納容器の支持部に付設
し、このヒータの一端部を嵌合する凹部を備え、上記凹
部に上記ヒータの一端部を溶接したものである。

請求項２記載の含浸型陰極は、電子放射物質を含浸する
多孔質の陰極円板と、この陰極円板の裏面に設けられた
収納容器と、この収納容器に収納されて焼結される絶縁
物と、この絶縁物とともに上記収納容器に収納されて絶
縁物に埋設されその一端部を収納容器の支持部に接続す
るヒータとを備えた含浸型陰極であって、上記収納容器
の支持部に取り付けられたリングと、このリングの一部
に設けられ、上記ヒータの一端部を上記絶縁物から突出
させるとともに上記収納容器の支持部に付設し、このヒ
ータの一端部を嵌合する凹部を備え、この凹部に上記ヒ
ータの一端部を溶接したものである。

（作用）請求項１記載の含浸型陰極は、収納容器の支持部に凹部
を設け、その凹部にヒータの一端部を嵌合するため、こ
の凹部によってヒータの一端部と収納容器との接触を凹
部によって確実に確保できるので、両者の溶接を確実か
つ強固に行なうことができ、しかも、両者の接続を溶接
によって行なうので、接続強度を長期に亘って確保でき
る。

請求項２記載の含浸型陰極は、収納容器の支持部に取り
付けらリングに凹部を設け、その凹部にヒータの一端部
を嵌合するため、たとえヒータの一端部と収納容器が直
接的に接触しなくとも、リングを介して収納容器に凹部
によって間接的にヒータの一端部と収納容器との接触を
凹部によって確実に確保できるので、両者の溶接を確実
かつ強固に行なうことができ、しかも、両者の接続を溶
接によって行なうので、接続強度を長期に亘って確保で
きる。

（実施例）以下、本発明の含浸型陰極の一実施例を第１図ないし第
４図を参照して説明する。

第１図に示すように、21は多孔質のタングステン（Ｗ）
からなる陰極円板で、この陰極円板21は、直径が70mmで
その中央に円形の通孔21aがあり、表面は曲面状に凹陥
している。

また、陰極円板21の裏面に同心状に、Ru-Moのロウ材で
ロウ付けされた大中小３つの円形の支持筒22,23,24が配
設され、これら３つの円形の支持筒22,23,24はモリブデ
ン（Mo）からなり、収納容器25を構成している。なお、
支持筒24は支持部としての機能を有している。

そして、これら支持筒22,23,24を陰極円板21の裏面にロ
ウ付けする際に、同じ陰極円板21の裏面にRu-Moのロウ
材を塗布し、裏面の空孔部を目潰しすることによって、
表面から含浸する電子放射物質がヒータ26側に入ってヒ
ータ26と反応するのを防止している。

なお、中間の支持筒23にはヒータ26の中間部が貫通する
切欠部23aが形成されている。

そして、ヒータ26は陰極円板21を加熱するためのもの
で、陰極円板21が所定の動作温度になるように、直径1.
5mmのタングステン線で収納容器25の支持筒22,23の間と
支持筒23,24の間とに入る２種類の環状のコイルを作
り、これら２つのコイルの端部を溶接して１本の連続し
たコイルにしたもので、内側の一端部26aと外側の他端
部26bはともに直線状に形成されている。

そして、このヒータ26は、支持筒22,23,24によって形成
された収納容器25に、アルミナの粉末を絶縁物27とし
て、この絶縁物27とともに隙間無く収納され、この絶縁
物27によって支持筒22,23,24や陰極円板21に所定の間隔
を介して埋設されており、この絶縁物27を焼結すること
によって、その状態で固定されている。

なお、このヒータ26の一端部26aと他端部26bはともに絶
縁物27の内部から外部に突設され、一端部26aは第２図
および第３図に示すように最内側の支持筒24にそのまま
の状態で付設されており、他端部26bの絶縁物27からの
突出部分にはアルミナ製の保護パイプ28が装着され、根
元部分における折損の防止がなされている。

また、絶縁物27にはこの絶縁物27を覆って熱の逃げを抑
制し、輻射により熱効率を高めるモリブデン（Mo）から
なる第１の反射板31および第２の反射板32が設けられ、
第１の反射板31は、絶縁物27を焼結した後に最外側の支
持筒22のフランジ部22aにアーク溶接によって固定さ
れ、第２図の反射板32は第１の反射板31上にスペーサ33
を介して配置される。

なお、これら第１の反射板31および第２の反射板32に
は、それぞれヒータ26の一端部26aと他端部26bとが貫通
する開口部31a,31b,32a,32bが形成されている。

また、第２図および第３図に示すように、最内側の支持
筒24の外側に密着して、モリブデン（Mo）からなるリン
グ34が設けられ、このリング34は両端部34aの間に凹部3
4bを形成する有端形状で、第２の反射板32の後に支持筒
24の端部に装着され、凹部34bにヒータ26の一端部26aを
嵌合する。

そして、このリング34は、複数箇所を支持筒24にアーク
溶接され、この際に凹部34bに嵌合したヒータ26の一端
部26aが凹部34bを構成するリング34の両端部34aおよび
支持筒24にアーク溶接され、ヒータ26を支持筒24や陰極
円板21さらに他の支持筒22,23や第１および第２の反射
板31,32などの陰極構体と同電位にする。

また、このヒータ26の一端部26aの溶接の際に、ヒータ2
6に加工上の問題があって、ヒータ26の一端部26aと支持
筒24が直接的に密着していなくても、支持筒24にアーク
溶接したリング34の端部34aが必ずヒータ26の一端部26a
に密着するので、アーク溶接を何の問題もなく行なうこ
とができ、ヒータ26の一端部26aを強固に固定するとと
もに確実に電気的に接続できる。

さらに、収納容器25を覆って熱の逃げを抑制し、輻射に
より熱効率を高めるレニウム（Re）−モリブデン（Mo）
からなる反射筒36が配設され、この反射筒36は一端部を
最外側の支持筒22のフランジ部22bにRu-Mo-Niのロウ材
でロウ付けすることによって固定され、他端部にはモリ
ブデン（Mo）からなるフランジ部材37がRu-Mo-Niのロウ
材でロウ付けすることによって固定され、このフランジ
部材37は図示しない電子銃に固定される。

そうして、この後、陰極円板21の曲面状に凹陥した表面
にBaO、CaO、Al₂O₃からなる電子放射物質を乗せて、水
素中で加熱することによって電子放射物質を溶融して陰
極円板21の空孔部に含浸させている。

上述したように、この実施例の含浸型陰極は、ヒータ26
の一端部26aを絶縁物27から突出させて収納容器25の支
持筒24に付設し、このヒータ26の一端部26aを支持筒24
に設けたリング34の端部34a間の凹部34bを嵌合して、こ
の凹部34bにアーク溶接するので、次のような効果を奏
する。

ヒータ26の一端部26aと支持筒24が直接的に密着し
ていなくても、両者の接触を間接的にリング34の凹部
34bによって確実に確保することができるので、両者の
溶接を確実かつ強固にできる。

により、ヒータ26の一端部26aと支持筒24の密着
性を確保する必要がなく、ヒータ26と収納容器25との間
隔を先に確保することができるので、絶縁物27の絶縁破
壊の心配がなく、絶縁性が向上する。

ヒータ26の一端部26aと支持筒24およびリング34を
アーク溶接するので、接続強度を長期に亘って確保でき
る。

ヒータ26の一端部26aをアーク溶接するので、溶接
部分の状態を外部から観察できる。

ヒータ26の一端部26aの溶接面積が大きくなるの
で、ヒータ電力供給時に発生する局部加熱がなくなり、
ヒータの電圧のオン、オフの繰返し試験にも良好な結果
が得られた。

そして、第４図（Ａ）ないし（Ｇ）は、それぞれヒータ
26の一端部26aを嵌合して溶接する支持筒24側の凹部34b
の変形例を示すもので、（Ａ）は、支持筒24の外側に密着する無端状のリング41
の内側に凹部41aを設けた構造、（Ｂ）は、リング34を支持筒24の中間部に設けた構造、（Ｃ）は、支持筒24の外側にフランジ部24aを設け、こ
のフランジ部24aに凹部24dを設けた構造、（Ｄ）は、支持筒24の外側に一対の凸部24cを設け、こ
の一対の凸部24cの間に凹部24bを設けた構造、（Ｅ）は、支持筒24の外側に凹部としての凹溝24eを設
けた構造、（Ｆ）は、（Ｅ）の凹溝24eを設けた支持筒24の外側に
密着するリング42を設けた構造、（Ｇ）は、リング34の外側に密着するリング43を設けた
構造である。

なお、上述した実施例では、ヒータ26の一端部26aをア
ーク溶接によって収納容器25の支持筒24に接続したが、
これに限らず、レーザ溶接によって接続することがで
き、また、リング34などの断面も角形に限らず円形であ
ってもよい。

〔発明の効果〕

請求項１記載の含浸型陰極によれば、収納容器の支持部
に凹部を設け、その凹部にヒータの一端部を嵌合するた
め、ヒータの一端部と収納容器との接触を凹部によって
確実に確保できるので、両者の溶接を確実かつ強固に行
なうことができ、しかも、両者の接続を溶接によって行
なうので、接続強度を長期に亘って確保できる。

請求項２記載の含浸型陰極によれば、収納容器の支持部
に取り付けられたリングに凹部を設け、その凹部にヒー
タの一端部を嵌合するため、たとえヒータの一端部と収
容容器とが直接的に接触しなくても、ヒータの一端部と
収納容器との接触をリングを介して間接的に凹部によっ
て確実に確保できるので、両者の溶接を確実かつ強固に
行なうことができ、しかも、両者の接続を溶接によって
行なうので、接続強度を長期に亘って確保できる。

【図面の簡単な説明】第１図ないし第４図は本発明の含浸型陰極の実施例を示
し、第１図はその一端部を断面にして示す側面図、第２
図はその要部の組立前を示す斜視図、第３図はその要部
の組立後を示す斜視図、第４図（Ａ）ないし（Ｇ）はそ
れぞれその要部の変形例を示す斜視図であり、第５図は
含浸型陰極の一般的な構造を示す縦断面図、第６図は従
来例の大口径の含浸型陰極の一部を断面にして示す側面
図である。 21……陰極円板、24……支持部としての支持筒、25……
収納容器、26……ヒータ、26a……ヒータ26の一端部、2
7……絶縁物、24b,24d,34b,41a……凹部、24e……凹部
としての凹溝、34……リング。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子放射物質を含浸する多孔質の陰極円板
と、この陰極円板の裏面に設けられた収納容器と、この
収納容器に収納されて焼結される絶縁物と、この絶縁物
とともに上記収納容器に収納されて絶縁物に埋設されそ
の一端部を収納容器の支持部に接続するヒータとを備え
た含浸型陰極であって、上記収納容器の支持部に設けられ、上記ヒータの一端部
を上記絶縁物から突出させるとともに上記収納容器の支
持部に付設し、このヒータの一端部を嵌合する凹部を備
え、上記凹部に上記ヒータの一端部を溶接したことを特徴とする含浸型陰極。
【請求項２】電子放射物質を含浸する多孔質の陰極円板
と、この陰極円板の裏面に設けられた収納容器と、この
収納容器に収納されて焼結される絶縁物と、この絶縁物
とともに上記収納容器に収納されて絶縁物に埋設されそ
の一端部を収納容器の支持部に接続するヒータとを備え
た含浸型陰極であって、上記収納容器の支持部に取り付けられたリングと、このリングの一部に設けられ、上記ヒータの一端部を上
記絶縁物から突出させるとともに上記収納容器の支持部
に付設し、このヒータの一端部を嵌合する凹部とを備
え、この凹部に上記ヒータの一端部を溶接したことを特徴とする含浸型陰極。