JPS59501887A - 制御された有孔性のデイスペンサ陰極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 制御された有孔性のディスペンサ陰極 アメリカ合衆国政府は本発明に対して契約Ｎｏ．ＮＯＱ０１４〜８１−Ｃ−２２ ４５に準拠する権利を所有している。

技術的分野 本発明は制御された有孔性のディスペンサ陰極およびこれを製造する方法に関す る。

本発明は制御された有孔性のディスペンサ陰極の構造およびこれを製造する方法 に関する。

進行波管等のマイクロウェーブ管に使用される熱電子放出陰極は、一般に高い信 頼性と長い寿命が要求される。また、この陰極はより確実な作動をなすため、こ の陰極−の全表面が空間電荷制限モードで作動することが望ましい。

従来のＢ″、“Ｓ″および“Ｍ”型の陰極は不規則な有孔性の構造体内にアルミ ン酸バリウム・カルシウムを含浸させて構成されており、一般にこの陰極の表面 からの放射は不拘−となる傾向がある。その結果、この陰極の表面の一部で空間 電荷制限放射を達成するため温度を過度に高くする必要がある。したがって、こ の陰極の他の部分では温度が不必要に高くなり、信頼性が低下する。そして、孔 内の含浸物質が消耗され、放射が徐々に低下する。このような陰極は、１９５５ 年１月１８日発行のＲ．Ｌｅｖｉ他の米国特許Ｎｏ，２。

７００、０００および１９５５年１１月１日発行のＰ．Ｐ。

Ｃｏｐｐｏ　ｌ　ａ他の米国特許Ｎｏ．２，７２２．６２６に記載されている。

この長い寿命と高い信頼性を達成するために、これまでに数々の試みがなされて きた。活性物質の貯蔵部の放射表面に多孔性金属の薄い膜を真空蒸着、電気メッ キ、蒸着等の手段であらかじめ被着したものもある。このようなものは、１９６ ４年１１月３日発行のＰ．Ｐ．ｃｏｐｐｏ　Ｉａの米国特許Ｎｏ．３，１５５． ８６４および１９６６年３月２９日発行のＪ．Ｈ．Ａｆｆｌｅｃｋ　Ｉ［［　の 米国特許Ｎｏ．３，２４３、６３７、Ｎｏ．３．２４３．６３８に記載されてい る。

これらのものの欠点は、放射表面の多孔性構造が不規則であり、また活性物質に 直接被着された被覆が多くの孔を閉塞することである。

最近の例では、１９７８年７月１８日発行のＲ．Ｅ。

Ｔｈｏｍａｓの米国特許Ｎｏ．４，１０１，８００に記載されたものがあり、こ のものは活性物質の貯蔵部が多数の小孔を有する金属の薄板で被覆されている。

このものは、上記の活性物質の貯蔵部から上記の小孔を通って電子放射性物質が 上記の薄板の表面に移動してこの表面を覆い、この陰極の表面からの放射を均一 化するものである。

また、このような構成のものを製造する方法は、１９８２年１月１２日発行のＬ ．Ｒ．Ｆａ　ｌ　ｃｅの米国特許Ｎｏ．４。

３１０、６０３に記載されている。このようなものによれば、所定の配列と寸法 の小孔を有する有孔性の金属薄板が製造される。そして、この薄板はろう付、溶 接、拡散接合等によって略円筒状のハウジングに形成される。

しかし、このようなものは以下の如き欠点がある。すなわち、接合の際の高熱に よって薄板の材料の再結晶が生じる：異質のろう材を使用することによって上記 の薄板材料の表面が汚−染され、均一な作動が妨げられる；　また、上記のろう 材によって放射表面の孔が閉塞される。また、このろう材や溶接材に異なる材質 を使用することによって熱サイクルの際にこの接合部に破損を生じる。さらに、 このようなものを製造するには多くの工程を必要とする。

発明の概要 本発明を理解するために、化学的蒸着法によっＴ同一の材料を一体的に接合して 一体に構成した制御された有孔性のディスペンサ陰極について説明する。

すなわち、まずモリブデン材料でマンドレルを形成し、このマンドレルの端部に は互いに交差する溝・を形成する。そして、この溝内にはタングステン製の帯板 を挿入し、銅のろう材でろう付する。次にこのマンドレルおよび帯板を所定の形 状に加工する。次にこのマンドレルを化学的蒸着チャンバ内に収容し、このマン ドレルの表面にタングステンの薄膜を蒸着する。そして、必要に応じてこのマン ドレルの端面を凹んだ球面状に加工する。そして、このマンドレルを再び蒸着チ ャンバ内に収容し、この上にさらに薄いタングステンの被膜を被着する。

４ そして、さらに加工をした後、このマンドレルをエツチングで除去してタングス テンの被膜を残し、活性物質の貯蔵部を形成する中空のハウジングを形成する。

そして、この上面にレーザパルスによって一連の孔を形成し、正確な有孔性の放 射供給面を形成する。

そして、この貯蔵部を構成するハウジング内にその開口端°からアルミン酸バリ ウム・カルシウムまたはバリウムを含有する化合物を充填する。この物質は加熱 によって分解し、上記の一連の孔を介して上記の放射供給面に活性物質を供給す るものである。

そして、この物質が充填されたハウジングをヒータ構造体に装着し、このディス ペンサ陰極を完成する。

このハウジングは同一材料で形成されその上面部と側面部とが拡散接合で接合さ れ実質的に一体に形成されていることを特徴とする。この長所は、製造の際に放 射供給面として形成される上面部の結晶配列が制御され、また放射供給面が汚染 される可能性が少ないことである。したがって、この放射供給面の放射特性が高 度に均一化され、均一な作動特性が得られる。

また、他の長所としては、保持伝熱交差部材によって活性物質内部および放射供 給面の温度分布が均一となり、他の制御された有孔性のディスペンサ陰極よりそ の作動温度を低くすることができるものである。したがって、従来のものより温 度に対する放射密度を大きくすることができ、またより低い温度で安定した放射 をなすことができる。また、温度が低特り％昭５９−５０１８８７　（９） いので蒸発率も低く、バリウムおよび酸化バリウム（Ｂａ＋ＢＯ）等の活性物質 の損失を減少させることができる。

また、このハウジングは単一の材料で構成されているので、熱サイクルなどによ って剥がれ等が生じることがない。

さらに、このものは熱サイクルの対して寸法安定性が高く、また放射供給面の変 形がない。

また、この製造方法および構造によれば次のような長所がある。すなわち、製造 工程を少なくできる；　手作業が少なくてすむ；　大量生産に好適する：　薄い 壁のものが容易に製造できる；　特性の揃ったものが高精度に製造できる。

さらに本発明の目的および長所は以下の詳細な説明、添附した図面および請求の 範囲によって明らかとなる。

図面の簡単な説明 第１図はタングステンまたは他の金属の薄い層が被着されるマンドレルの概略的 な斜視図である。

第２図は保持伝熱交差部材をマンドレル上ろう付した状態の概略的な斜視図であ る。

第３図は化学的蒸着のために機械加工されたマンドレルの概略的な斜視図である 。

第４図はマンドレル上に薄い金属被膜が被着された状態を示す第３図の４−４線 に沿う断面図である。

第５図はマンドレルの上面が凹んだ球面状に形成された状態を示す断面図である 。

第６図は第２の金属層が被着され放射供給面が形成されるとともに放射貯蔵ハウ ジング側壁が厚く形成された状態を示す断面図である。

第７図はマンドレルを除去した中空の放射貯蔵ハウジングを示す断面図である。

第８図は第７図に示すハウジングの放射供給面に一連の孔を形成した状態の断面 図である。

第９図はハウジング内に活性物質を充填しヒータアセンブリに取付けた制御され た有孔性のディスペンサ陰極の断面図である。

発明の詳細な説明 以下、図を参照して詳細に説明する。

第１図はこの製造方法の第１段階を示し、まず放射貯蔵ハウジングの最終的な形 状に対応した形状のマンドレルを製造する。この実施例では、このマンドレル２ ０は円柱形をなし、モリブデン材料で形成されている。このマンドレル２０の材 料は、以下の１程、あるいはそれらの代りの工程における温度に耐えることがで きる材料であれば他の材料を使用してもよい。

このマンドレル２０の端面２２には互いに交差した２本の溝２４．２６が形成さ れ、これらの溝２４．２６は互いに直交し、またこのマンドレル２０の中心軸を 含む面すなわちこのマンドレル２０の中心軸と平行な面内に配置されている。

第２図に示す如く、上記の溝２４．２６内には帯板２８゜３０が挿入される。こ れらの帯板２８．３０はタングステン材料で形成され、その板厚は０．００２イ ンチであり、最終的には保持伝熱部材に形成される。これらの帯板２８．３０は 互いに交差し、その交差部にはそれぞれ切欠（図示せず）が形成され、互いに１ ８ねされている。これらの帯板２８゜３０の材料は放射ＩＩ”；　ｉハウジング の他の部分を構成する材料と同じ材料が使用される。この実施例では上記の材料 としてタングステンを用いたが、この材料はこのタングステンに限らず、必要な 作動特性を満足し、このディスペンサ陰極の使用期間を超えてその作動温度に耐 える材料であれば他の材料を使用することができる。そして、これらの帯板２８ ，３０は銅ろう材３２によってこの溝２４．２６内の所定位置に固定される。

次に、第３図に示す如くこのマンドレル２ｏを機械加工し、このマンドレルの側 面および端面から突出している余分のろう材３２および帯板２８．２９の縁部を 除去し、この帯板２８．３０の縁をマンドレルの表面と面一にする。さらに、こ の実施例ではこの機械加工によってマンドレルに肩部３４を形成する。

そして、第４図に示す如く、このマンドレル２０の表面上に厚さ０．００４イン チのタングステン被膜３６（図では厚さ等の比例関係は無視して示す〉を化学的 蒸着法で形成する。

この化学的蒸着工程の際に上記帯板２８．３０の縁とタングステン被膜３６とは 拡散接合される。

この化学的蒸着工程は、石英製の反応チャンバ内にタングステン金属化合物の反 応ガスを供給し、この反応ガスを加熱したマンドレル２０と接触させて被膜を被 着する。このマンドレルの加熱は一般に誘導加熱によってなされ、また上記の反 応ガスの流量は適宜に調整される。

次に、第５図に示す如く、マンドレル２０の端面２２を放電加工等により球面状 の凹状面３８に加工する。この凹状面３８の半径や形状はこの陰極の使用目的や ビームフォーカシングの型等に対応して設定される。なお、この面３８は使用目 的やビームフォーカシングの型等に対応して平坦あるいは他の形状でもよい。

そして、第６図に示す如く、上記のタングステン被膜３６の上およびマンドレル の凹状面３８の上にさらに薄いタングステン被ｌｌ１１４０を化学的蒸着法によ って被着する。この′薄い″タングステン被膜４０′はこの実施例の場合には約 ００ＯＯ１インチである。なお、このタングステン被膜４０は、その機械的強度 を増すため、あるいは電子放射物質の放射面への移動を容易にするため、上記の 厚さより薄くあるいは厚く形成できる。たとえば、このタングステン被膜４０の 厚さは約０．０００５〜０．００５インチの範囲あるいはこれ以上の範囲内で自 由に設定できる。ただしこの厚さは、活性物質が容易に蒸発してしまう程に薄く 、またこの被゛膜に形成される孔を通って活性物質が移動するのを妨げる程に厚 くはならないように注意する必要がある。

そして、この蒸着工程の際に上記のタングステン被膜３６と４０とは結晶成長に より拡散接合され、側壁部分が厚く形成された同一材料の一体の部材に形成され る。そして、このタングステン被膜４０によって凹状の放射供給面４２が形成さ れ、こめ放射供給面４２は保持伝熱部材を構成する上記の帯板２８．３０の縁と 拡散接合される。これらの帯板はこの薄い放射供給面４２へ正確な形状に保持し 、また活性物質内およびこの放射供給面に熱を伝達する。

次に、第７図に示す如く、このタングステン被膜が被着されたマンドレル２０の 端部分を上記の帯板２８．３０の下縁を含む平面に沿って切断し、このモリブデ ン製のマンドレル２０を選択性の溶剤等によって除去し、内部に貯蔵部４４を有 する中空のハウジングを形成する。この選択性の溶剤としては硝酸が用いられ、 この硝酸はモリブデンおよび銅ろう材を溶解するがタングステンは冒さないもの である。

もちろん、上記のマンドレル２０およびハウジング４８に他の材料が使用されて いる場合には、上記の選択性の溶剤はこれに対応して他の選択性の溶剤が使用さ れる。さらに、上記のマンドレル２０は上記のハウジング４８から容易に引抜け るように構成することもできる。たとえば、このマンドレルの側壁をテーパ状に 形成するとともに黒鉛の被膜を形成し、このマンドレルをハウジングから容易に 引抜けるように構成してもよい。また、さらに他の方法も使用することができる 。

そして、第８図に示す如く、上記の放射供給部４２にはこれを貫通して一連の孔 ４６が形成されこれらの孔４６は上記の貯蔵部４４内に連通している。これらの 孔４６の直径は小さく、また密集して正確なパターンに配列されている。たとえ ば、これらの孔４６はレーザ照射によって形成され、その直径は５．０ミクロン 、配列間隔は１５．０ミクロンである。

そして、これによって正確な有孔性の放射供給部４２が形成される。

次に、第９図に示す如く、中空の放射供給ハウジング４８の貯蔵部４４にはその 開口部から活性物質５０が充填される。

この活性物質５０として有効なものは、たとえばモル比５：３：２のアルミン酸 バリウム・カルシウムの８０重量％とタングステンの粉末の２０重量％とを混合 したものがある。もちろん、加熱によって分解して活性物質を放射供給部４２の 放射面に供給するバリウムを含んだ伯の化合物を使用してもよ□い。

そして、第９図に示す如く、この活性物質が充填された放射供給ハウジング４８ をヒータアセンブリ５４に取付けてこの制御された有孔性のディスペンサ陰極を 完成する。

このヒータアセンブリ５４はタングステン等の耐熱性の高い材料で形成された中 空の支持部材５６を備え、この内部にはヒータコイル５８が収容され、またこの 支持部材５６内の隙間には酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３等の熱伝導性材料６０が 充填されている。この放射供給ハウジング４８はろう付等により取付けられてい る。そして、このヒータコイル５８からの熱は活性物質５０に伝達され、これに よってバリウムおよび酸化バリウムは放射供給部４２と活性物質５０の間の間隙 および上記の孔４６を通ってこの放射供給部４２の放射面に移動し、電子放射作 動中にこの放射面に活性物質が連続的に補充される。また、前述したように、前 記の帯板２８，３Ｏは上記の活性物質５０および放射面に熱を伝達し、作動の効 −率を高める。

なお、本発明は上述の実施例に基づいて説明したが、当業者によって本発明の要 旨を逸脱しない範囲で種々の変形が出来ることは当然である。

補正書の翻訳文提出帯（特許法第４８４条の７第１項）昭和５９年　６月１２　 Ｅ 特許庁長官若杉和夫殿 １国際出願番号 ＰＣＴ／ＵＳ８３１０１５７２ ２発明の名称 卑１１！怪Ｐｚｔ袋消徒小生のディスやツナ呟本磐３特許出願人 住所　アメリカ合衆国　カリフォルニア州　９０２４５．エル・セグンドノース ・セプルヴエダ・プールバード　２００名称　ヒユーズ°エアクラフト・カン／ ９ニ一代表者　マクナツト・エフ・シー 国籍　アメリカ合衆国 ４、代理人 住所　東京都港区虎ノ門１丁目２６番５号　第１７森ビル１９８４年５月２日 ６添付書類の目録 （１）補正書の写しく翻訳文）　１通 特許請求の範囲 １、　所定の形状に形成されたマンドレル（２０）の側面およびこれに隣接する 端面（３８）に結晶成長により一体に拡散接合された第１の材料＜３６．４０） からなる被膜を被覆貯蔵部（４４）を形成する側壁（３６，４０）および端壁（ ４２）を有する上記第１の材料から上記マンドレル（２０）を除去する工程と； 上記端壁（４２）を貫通して上記貯蔵部（４４）に連通ずる一連の孔（４６）を 形成し放射供給面を形成する工程とを具備したことを特徴とする制御された有孔 性のディスペンサ陰極の供給貯蔵ハウジング（４８）の製造方法。

２、　前記マンドレル（２０＞に被覆をなす工程は：前記マンドレル（２０）に 前記材料の第１の層（３６）を被覆する工程と： 前記マンドレル（２０）の端面（３８）から上記第１の層く３６）を除去する工 程と； 上記マンドレルの端面（３８）を所定の形状に形成する工程と； 前記マンドレル（２０）に前記材料の第２の層（４０）を被覆し、結晶成長によ って前記材料の上記第１の層（３６）と接合する工程とを具備したことを特徴と する請求器用１項記載の制御された有孔性のディスペンサ陰極の供給貯蔵ハウジ ングの製造方法。

３、　前記被覆工程は化学的蒸着法であることを特徴とする請求 サ陰極の供給貯蔵ハウジングの製造方法。

４、　前記被覆する材料はタングステンであることを特徴とする前記請求の範囲 第１項ないし第３項記載の制御された有孔性のディスペンサ陰極の供給貯蔵ハウ ジングの製造方法。

５、　前記マンドレル（２０）の端面（３８）上に被覆される材料（４０）は均 一な電子放射を確実にする結晶配列を有していることを特徴とする前記請求の範 囲第３項記載の制御された有孔性のディスペンサ陰極の供給貯蔵ハウジングの製 造方法。

６、　前記マンドレル内には前記被覆される材料と同じ材料で形成ざれた少なく とも２枚の帯“板（２８．３０）を配置し、これらの縁を上記の被覆材料と拡散 接合して前記貯蔵部（４４）を横断する一体の部材を形成する工程を具備したこ とを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の制御された有孔性のディスペンサ陰 極の供給貯蔵ハウジングの製造方法。

７、　前記マンドレル（２０）の端面（３８）は凹状の球面に形成されることを 特徴とする前記請求の範囲第１項記載の制御された有孔性のディスペンサ陰極の 供給貯蔵ハウジングの製造方法。

８、　前記一連の孔〈４６）はレーザによって形成されることを特徴とする前記 請求の範囲第１項記載の制御された有孔性のディスペンサ陰極の供給貯蔵ハウジ ングの製造方法。

９、　前記マンドレル（２０）を除去する工程は、前記マンドレル〈２０）の材 料を溶解するが前記ハウジング（４８）の材料は腐蝕しない選択腐蝕でおこなう ことを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の制御された有孔性のディスペンサ 陰極の供給貯蔵ハウジングの製造方法。

国際調査報告

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　所定の形状に形成されたマンドレル（２０）の側面およびこれに隣接する 端面（３８）に結晶成長により一体に拡散接合された第１の材料（３６，４０＞ からなる被膜を被覆する工程と； 貯蔵部（４４）を形成する側壁（３６，４０）および端壁（４２）を有する上記 第１の材料から上記マンドレル（２０）を除去する工程と； 上記端壁（４２）を貫通して上記貯蔵部（４４）に連通ずる一連の孔（４６）を 形成し放射供給面を形成する工程とを具備したことを特徴とする制御された有孔 性のディスペンサ陰極の供給貯蔵ハウジング（４８）の製造方法。 ２、　前記マンドレル（２０）に被覆をなす工程は：前記マンドレル（２０）に 前記材料の第１のｆＢ　（３６）を被覆する工程と： 前記マンドレル（２０）の端面（３８）から上記第１の層（３６）を除去する工 程と； 上記マンドレルの端面〈３８）を所定の形状に形成する工程と； 前記マンドレル（２０）に前記材料の第２の１ｉｄ（４０）を＊ｍし、結晶成長 によって前記材料の上記第１の層（３６）と接合する工程とを具備したことを特 徴とする請求囲第１項記載の制御された有孔性のディスペンサ陰極の供給３、　 前記被覆工程は化学的蒸着法であることを特徴とする４、　前記被覆する材料は タングステンであることを特徴とする前記請求の範囲第１項ないし第３項記載の 制御された有孔性のディスペンサ陰極の供給貯蔵ハウジングの製造方法。 ５、　前記マンドレル《２０》の端面（３８）上に被覆される材料（４０）は均 −な電子放射を確実にする結晶配列を有していることを特徴とする前記請求の範 囲第３項記載の制御された有孔性のディスペンサ陰極の供給貯蔵ハウジングの製 造方法。 ６、　前記マンドレル内には前記被覆される材料と同じ材料で形成された少なく とも２枚の帯板（２８．３０）を配置し、これらの縁を上記の被覆材料と拡散接 合して前記貯蔵部（４４）を横断する一体の部材を形成する工程を具備したこと を特徴とする前記請求の範囲第１項記載の制御された有孔性のディスペンサ陰極 の供給貯蔵ハウジングの製造方法。 ７、　前記マンドレル（２０〉の端面（３８ンは凹状の球面に形成されることを 特徴とする前記請求の範囲第１項記載の制御された有孔性のディスペンサ陰極の 供給貯蔵ハウジングの製造方法。 ８、　前記一連の孔（４６）はレーザによって形成されることを特徴とする請求 性のディスペンサ陰極の供給貯蔵ハウジングの製造方法。 ９、　前記マンドレル（２ｏ）を除去する工程は、前記マンドレル（２ｏ）の材 料を溶解するが前記ハウジング（４８）の材料は腐蝕しない選択腐蝕でおこなう ことを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の制御された有゛孔性のディスペン サ陰極の供給貯蔵ハウジングの製造方法。