Brevet FR2741997A1 — publié le 19970606

STRUCTURE DE CATHODE POUR TUBE A RAYONS CATHODIQUES L'invention se rapporte à une structure de cathode destinée à être insérée dans un canon à électrons pour tube à rayons cathodiques. La tendance actuelle tend à exiger des tubes à rayons cathodiques des performances accrues en terme de luminosité d'écran, de durée de vie, de temps d'allumage et de consommation. La plupart de ces paramètres dépendent essentiellement de la structure et du type de cathode utilisée pour générer le ou les faisceaux électroniques qui vont balayer l'écran du tube. Les cathodes à oxyde, habituellement employées jusqu'ici trouvent leur limites face à ces exigences et ont tendance à être remplacées par des cathodes à réserve qui permettent d'atteindre de plus fortes densité de courant avec des durée de vie plus élevées. Les cathodes à réserve fonctionnent à des températures de l'ordre de 1 000 C- 1200 C. Les dilatations à ces températures des matériaux constitutifs de la cathode sont à minimiser pour obtenir une bonne stabilité des performances du canon à électrons dans lequel ce type de cathode est insérée, cela par l'utilisation de matériau réfractaire et des dimensions du support de cathode limitant les pertes thermiques par conduction. Pour parvenir à ce résultat, les brevets US4184100 et US 5218263 illustrent deux types de structure couramment employées: - un corps de cathode de forme sensiblement cylindrique comportant à une extrémité la partie émissive et dans lequel vient se loger l'élément chauffant - un blindage par écran thermique de forme sensiblement cylindrique entourant le corps de cathode - des moyens de support du corps de cathode à l'intérieur du blindage. Les moyens de support doivent être tels qu'ils permettent un assemblage rigide tout en minimisant les pertes par conduction thermiques. Les moyens de support du corps de cathode peuvent être des pattes, réalisées à partir de rubans de métal, de section faible pour minimiser les pertes thermiques et dont les extrémités sont reliées d'un coté au corps de cathode et de l'autre au blindage. Dans un autre mode de réalisation les pattes sont découpées sur la partie cylindrique du blindage de manière à ce qu'une extrémité reste solidaire du blindage alors que l'autre extrémité est reliée au corps de cathode. Lorsque les pattes sont réalisées à partir de rubans métalliques, plusieurs inconvénients sont rencontrées: - la manipulation est délicate du fait des dimensions réduites des pattes - la soudure de l'extrémité du ruban sur le bord périphérique du blindage implique que ce bord soit formé par un rebord embouti - I'utilisation de ruban entraîne une grande incertitude sur le positionnement en hauteur, concentricité et perpendicularité du corps de cathode par rapport au blindage - I'utilisation de ruban de faible largeur augmente le coût de fabrication. Lorsque les pattes sont découpées directement sur le blindage, il est alors nécessaire de choisir un matériaux réfractaire pour la matière constitutive du blindage ce qui nuit au rendement thermique du blindage et par là au coefficient d'émissivité de la cathode. De plus un blindage en matériau réfractaire entraîne un coût élevé de fabrication. L'invention propose une structure de cathode permettant de s'affranchir des inconvénients des structures décrites dans l'état de la technique; pour cela la structure de cathode pour tube à rayons cathodiques selon l'invention comprend: -un premier tube métallique pouvant recevoir la partie émissive et un élément chauffant -un second tube métallique constituant le blindage de la cathode -des moyens de maintien en position du premier tube à l'intérieur du second caractérisée en ce que les moyens de maintien sont constitués par une pièce métallique unique. Dans un mode de réalisation préférentiel, la pièce métallique de maintien est constituée par une couronne disposant de branches s'étendant dans la direction de l'axe de la couronne L'invention sera mieux comprise à l'aide des dessins suivants: - les figures 1 et 2 représentent respectivement vue de dessus et en coupe, une structure de cathode selon l'état de la technique - les figures 3 et 4 représentent respectivement vue de dessus et en coupe une autre structure de cathode contenue également dans l'état de la technique. - les figures 5 et 6 illustrent une réalisation selon l'invention de la pièce de maintien du corps de cathode dans le blindage. -les figures 7 et 8 représentent respectivement vue de dessus et en coupe une structure de cathode selon l'invention. -les figures 9, 10 et 11 représentent, respectivement vu de dessus, en coupe et en éclaté, un deuxième mode de réalisation d'un cathode selon I'invention -les figures 12 et 13 représentent les tubes de blindage utilisés dans des structures de cathode selon l'invention. Comme indiqué sur les figures 1 et 2, une structure de cathode à réserve comprends un corps de cathode 2, par exemple en nickel-chrome, à l'extrémité duquel se trouve la partie émissive 1; un élément chauffant 5 est inséré à l'intérieur du cylindre constituant le corps de cathode. Un cylindre 4 entoure le corps de cathode et sert de blindage thermique, de manière à éviter les déperdition de la chaleur crée par l'élément chauffant 5 et augmenter le rendement thermique de l'ensemble. Le corps de cathode 2 est maintenu en position à l'intérieur du blindage 4 par des pattes 3, découpées dans un matériau réfractaire et dont l'une des extrémités est soudée au bord 7 du blindage et l'autre extrémité à la surface du corps de cathode. La soudure est malaisée sur le bord 7 et le positionnement de la partie 2 par rapport à la partie 4 est très délicat du fait des dimensions réduites des pattes 3. Lors du positionnement de la cathode à l'intérieur du canon à électrons, c'est la partie 4 qui sert généralement de référence et si le corps de cathode est mal positionné dans le blindage, le canon et donc le tube qu'il équipe ne pourra fonctionner correctement. Dans la structure illustrée par les figures 3 et 4, chacune des pattes soutenant le corps de cathode est partiellement découpée directement sur la surface cylindrique du blindage; une extrémité restant solidaire du blindage, la patte est repliée vers l'intérieur du cylindre 4 et est soudée par son extrémité libre au corps de cathode 2. Dans ce cas, le choix du matériau constituant le blindage reste limité aux matériaux réfractaires ce qui rend le blindage thermique moins efficace et nuit au rendement thermique de la cathode. Par ailleurs, l'épaisseur et la largeur des pattes sont limitées par l'épaisseur minimale du blindage (environ 25- 30pm), par les accès pour effectuer les points de soudure et par les difficultés de découpe dans ces matériaux. Dans un mode de réalisation de l'invention, le corps de cathode 2 est maintenu en position à l'intérieur du blindage à l'aide d'une pièce unique 16. Cette pièce est réalisée à partir d'un cylindre creux en matériau réfractaire, par exemple du Tantale, de très faible épaisseur, de préférence de 15 à 25pm. De cette façon, I'isolation thermique entre le corps de cathode et le blindage est nettement améliorée, raccourcissant de ce fait le temps de mise en température de la cathode. Le support 16 comprend une couronne 10 reliant entre elles plusieurs branches 11 obtenues par découpe sur la surface du cylindre en matériau réfractaire à partir duquel la pièce est fabriquée. Ces branches sont disposées sur la périphérie de la couronne 10, à intervalles réguliers. Pour assurer un positionnement suffisamment rigide on utilise au moins trois branches disposées alors à 120 les unes des autres. Les branches sont repliés vers l'intérieur de manière à ce que leur extrémités 12 puissent s'appuyer sur le corps de cathode 2 auquel elles sont rendu solidaire, par exemple par soudure. L'assemblage final de la cathode est alors réalisé en insérant le corps de cathode 2 solidarisé à son support 16 à l'intérieur du blindage 4, la couronne ayant un diamètre extérieur légèrement plus faible que le diamètre intérieur de l'extrémité du blindage 4. Après positionnement relatif de la pièce 2 par rapport à la pièce 4, la couronne 10 est soudée, par exemple par soudure laser, au blindage 4. De cette façon il est possible de travailler avec des matériaux de plus faible épaisseur que dans l'état de la technique, tout en ayant une rigidité mécanique du support bien supérieure aux pattes isolées de l'art antérieur. L'assemblage de la cathode gagne également en simplicité et par là en répétabilité. Dans un mode de réalisation alternatif, tel que représenté par les figures 9, 10 et 13, la couronne 10 a un diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur de l'extrémité du blindage 4. Par ailleurs le blindage 4 possède sur sa périphérie des encoches 15 permettant le passage des branches 11 lors de l'insertion du corps de cathode et de son support pour réaliser l'assemblage final de la cathode. Cette configuration présente l'avantage qu'elle permet le positionnement relatif automatique du corps 2 par rapport au blindage 4, lorsque la pièce 16 est positionnée au fond des encoches 15; le résultat en est un assemblage final de la cathode plus simple puisqu'il n'y a plus a ajuster par une étape de mesure délicate la position relative du corps de cathode par rapport au blindage, ce qui a pour conséquence une excellente répétabilité dans le positionement relatif des pièces de la cathode. Par ailleurs, il est évident que l'utilisation de cette structure pour des cathodes à réserve n'est pas limitative car elle peut également être utilisée avec les mêmes avantages dans le cas de cathode à oxyde. REVENDICATIONS R1. Structure de cathode pour tube à rayons cathodiques comprenant: -un premier tube métallique pouvant recevoir la partie émissive et un élément chauffant -un second tube métallique constituant le blindage de la cathode -des moyens de maintien en position du premier tube à l'intérieur du second caractérisée en ce que les moyens de maintien sont constitués par une pièce métallique unique. R2 Structure de cathode selon la revendication 1 caractérisée en ce que la pièce métallique de maintien est constituée par une couronne disposant de branches s'étendant dans la direction de l'axe de la couronne R3 Structure de cathode selon la revendication précédente caractérisée en ce que ces branches sont au moins au nombre de trois. R4- Structure de cathode selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce que la couronne est fixée au tube métallique constituant le blindage de la cathode. R5-Structure de cathode selon la revendication précédente caractérisé en ce que la couronne est disposée à l'intérieur du tube constituant le blindage de la cathode. R6-Structure de cathode selon la revendication 4 caractérisé en ce que la couronne est disposée sur la surface extérieure du blindage. R7 -Structure de cathode selon la revendication 6 caractérisé en ce que le tube métallique constituant le blindage est percé d'encoches permettant le passage des branches vers l'intérieur du tube. R8- Structure de cathode selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la pièce unique de maintien est réalisée dans un matériau réfractaire. R9 - Structure de cathode selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que l'épaisseur de la pièce de maintien est choisie entre 15 et 25pm R10 -Tube à rayons cathodiques dont le canon à électrons est équipé d'une cathode conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.