Brevet FR2762712A1 — publié le 19981030

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 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 leurs limites face à ces exigences et ont tendance à être remplacées par des cathodes à réserve qui permettent d'atteindre de plus fortes densités de courant avec des durées de vie plus élevées. Les cathodes à réserve ou cathodes imprégnées, fonctionnent à des températures de l'ordre de 1 000"C - 1 200 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 US5218263 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 fourreau métallique servant de 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 thermique. 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 côté 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. Cependant, le fait d'utiliser des pattes métalliques de section très faible ne permet pas d'obtenir une rigidité mécanique suffisante, lors de la mise en place et de la fixation du corps de cathode dans son fourreau; par ailleurs, ces pattes de connexion peuvent être aisément déformées par la dilatation thermique du corps de cathode pendant son fonctionnement. La demande de brevet EP534 842 décrit une structure dont les moyens de support sont plus rigides puisqu'ils consistent en un anneau sensiblement tronconique dont la surface est percée de trous. Cependant cette structure présente l'inconvénient de favoriser les échanges thermiques entre le corps de cathode et son fourreau ce qui nuit au rendement thermique de la cathode. L'objet de la présente invention est d'améliorer les structures de support de cathode pour permettre à la fois un assemblage rigide de la cathode dans son support et une minimisation des pertes par conduction thermiques entre le corps de cathode et son fourreau. Pour cela , selon un mode de réalisation de l'invention, la structure de cathode comprend des moyens de support d'un corps de cathode à l'intérieur d'un fourreau métallique, caractérisé en ce que les moyens de support comportent une première série de branches reliées au fourreau métallique par l'une de leur extrémité, une deuxième série de branches reliées au corps de cathode par l'une de leur extrémité, les deuxième extrémités et des première et deuxième série de branches sont reliées entre elles par une pièce intermédiaire. D'autres avantages ressortent de la description et des dessins parmi lesquels: - les figures 1 et 2a et 2b illustrent des moyens de support de corps de cathode dans leur fourreau selon l'état de la technique - la figure 3 montre en éclaté une structure de cathode selon l'invention - les figures 4a et 4b montrent vue de coté et de dessus une structure de cathode selon une autre mode de réalisation de l'invention. - la figure 5 montre un exemple de moyens de support selon l'invention constituant une pièce métallique unitaire. - la figure 6 illustre les contraintes mécaniques que subissent les moyens de support du corps de cathode selon un mode de réalisation de l'invention, lors de la mise en température de la cathode. Comme illustré par la figure 1, une cathode imprégnée 1 selon l'état de la technique est constitué d'un corps de cathode cylindrique 3 comprenant une partie émissive 6 à l'une de ses extrémités et un filament 5 de chauffage de la partie émissive, logé dans la partie creuse du corps de cathode. Le corps de cathode est relié à un fourreau métallique creux 2 grâce à la découpe partielle sur la surface du dit fourreau de pattes 4 dont une extrémité reste solidaire du fourreau alors que l'autre extrémité est repoussée vers l'intérieur du fourreau pour être soudée au corps de cathode. Pour éviter les échanges thermiques du corps de cathode vers le fourreau, il faut utiliser des pattes de très faibles section, ce qui est difficile à réaliser ici, I'épaisseur et la largeur des pattes sont limitées par l'épaisseur minimale du fourreau (environ 25 - 30 pm), par les accès pour effectuer les points de soudure de l'extrémité des pattes sur le corps de cathode et par les difficultés de découpe dans ces matériaux Les figures 2a et 2b illustrent un autre mode de réalisation, vu de dessus et en coupe, selon l'état de la technique. La cathode Il possède un corps de cathode 13, comportant une partie émissive 16 et un filament de chauffage 15, le corps 13 est inséré dans le fourreau 12 et relié à celui-ci par l'intermédiaire de moyens de support sous forme d'une couronne 14 de forme sensiblement tronconique et percée de trous 17. Ces moyens de support présentent l'avantage d'offrir une rigidité mécanique suffisante pour maintenir en place le corps de cathode dans son fourreau mais présente l'inconvénient de favoriser les échanges thermique entre le corps 13 et son fourreau 12 du fait de la quantité importante de matière formant pont entre les pièces 12 et 13. Comme illustré par la figure 3, une cathode 21 selon l'invention comprend un corps de cathode 23 maintenu en position à l'intérieur du fourreau 22 à l'aide des moyens suivants: - une première série de branches 31, chaque branche étant reliée d'un coté au corps de cathode et de l'autre coté à une pièce intermédiaire 30 - une deuxième série de branches 32, chaque branche 32 étant relié d'un coté au fourreau 22 et de l'autre coté à la même pièce intermédiaire 30 Les branches 31 et 32 peuvent être reliées par soudure à la pièce 30 ou former avec elle une pièce unitaire, réalisée par exemple par découpe d'une plaque métallique, ce qui diminue dans ce demier cas le cout de fabrication du support du corps de cathode. La pièce intermédiaire 30 est choisie préférentiellement en forme d'anneau dont le diamètre a une valeur intermédiaire entre le diamètre interne du fourreau et le diamètre exteme du corps de cathode. La liaison mécanique entre les deux séries de branches rigidifie le support de cathode et permet l'utilisation de branches de section faible offrant l'avantage d'une faible dissipation thermique. Dans un mode de réalisation de l'invention, tel qu'illustré dans les figures 3 et 4, la première série de branches 31, dont une extrémité est soudée au corps de cathode 22, comprend 3 branches disposées à 120 I'une de l'autre; la seconde série de branches 32 , dont une extrémité est soudée au corps de cathode supportant la partie émissive 26, comprend également 3 branches disposées à 1200 I'une de l'autre. Cette structure permet de minimiser le nombre de ponts thermique entre le corps de cathode et son fourreau, tout en offrant une bonne stabilité mécanique et un bon maintien en position du corps de cathode. Ce nombre n'est cependant pas limitatif, il est possible d'utiliser plus de trois branches dans chacune des séries de branches etlou un nombre de branches différent pour la première et deuxième série de branches. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, les parties d'une série de branche reliant la pièce intermédiaire 30 soit au corps de cathode soit au fourreau 22 sont situées dans un même plan radial perpendiculaire à l'axe Z de révolution de la cathode. Le résultat obtenu est de raccourcir les moyens de liaison du corps de cathode à son fourreau et de permettre l'obtention d'une structure de cathode plus courte que dans l'état de la technique. Les parties des deux séries de branches 31 et 32 reliant la pièce intermédiaire 30 au corps de cathode et à son fourreau peuvent avantageusement être situés dans le même plan radial perpendiculaire à l'axe Z de révolution de la cathode. Cette structure présente l'avantage de raccourcir davantage la longueur totale de la cathode et de permettre l'utilisation d'un filament de chauffage 25 du corps émissif 26 plus court que dans l'état de la technique, permettant un temps d'allumage très rapide grâce à la faible masse thermique mise en jeu. Dans un autre mode de réalisation, le support du corps de cathode illustré par la figure 5, comprend une première série de branches 31 s'étendant vers l'extérieur de l'anneau à partir de points de jonction 34 et une deuxième série de branches 32 s'étendant vers l'intérieur de l'anneau à partir de point de jonction 33, les points de jonction 33 et 34 sont décalés de manière ne pas être disposés face à face. La réalisation des moyens de support 30, 31, 32 d'une cathode comprenant un corps de cathode de 1 ,8mu de diamètre et un fourreau de 4,6mm de diamètre, peut être effectuée par découpe d'une plaque de métal , de 25pm d'épaisseur, par exemple en Nickellchrome pour une cathode à oxydes ou en Tantale pour une cathode imprégnée. La largeur des branches 31, 32 et de l'anneau 30 est de 0,4mm et le diamètre moyen de l'anneau de 3,2mm. Chaque branche 31 comporte une première partie 35 destinée à être disposée entre l'anneau 30 et le fourreau 22 et une portion d'extrémité 135 qui, une fois pliée de manière à ce qu'elle soit amenée parallèle à la surface inteme du fourreau, va permettre la soudure de la branche au fourreau. De même, chaque branche 32 comporte une première partie 36 destinée à être disposée entre l'anneau 30 et le corps de cathode 23 et une portion d'extrémité 136 qui, une fois pliée de manière à ce qu'elle soit amenée parallèle à la surface externe du corps de cathode, va permettre la soudure de la branche au corps de cathode. Si on choisi d'utiliser N branches 31 décalées les unes par rapport aux autres d'un angle O = 2x/N, on utilise également N branches 32, les point de jonction 33 des branches 32 étant décalées de 0/2 par rapport aux points de jonction 34 des branches 31. Cette structure de moyens de support présente l'avantage d'accroître la longueur de la liaison thermique entre le corps de cathode et le fourreau, ce qui permet d'augmenter le gradient de température entre ledit corps de cathode et ledit fourreau , de diminuer les pertes par conduction thermique et de raccourcir le temps d'allumage de la cathode. Par ailleurs, le décalage entre les points de jonction des branches intemes 32 et extemes 31 à la pièce intermédiaire 30 permet de réaliser les opérations de soudure plus facilement, en deux temps, d'abord les branches intemes au corps de cathode, puis les branches externes au fourreau 22. La soudure peut dans ce cas être effectuée par faisceau laser ou par résistance électrique grâce au dégagement obtenu. Dans un autre mode de réalisation dérivé du précédent, L'anneau 30 et les parties 35 et 36, respectivement des branches 31 et 32 sont situés dans un meme plan, perpendiculaire à l'axe Z de révolution du corps de cathode. Cette disposition accroit la stabilité mécanique de la structure de cathode; en particulier elle évite les déplacements dans l'axe radial Z du corps de cathode du à l'allongement des branches de soutien 31 et 32 par dilatation thermique durant le fonctionnement de la cathode. Dans ce cas, comme indiqué sur la figure 6, lors de la mise en température de la cathode, les parties 35 et 36 des branches de soutien du corps de cathode vont pouvoir s'allonger dans le sens radial, sous l'influence de la température, en exerçant respectivement des forces F centrifuges et Fr centripètes sur l'anneau 20; L'anneau 20 va se déformer dans le plan radial de façon élastique, sous l'influence de ces forces, comme indiqué en pointillés sur la figure 6. Les contraintes mécaniques dues à l'allongement des branches de suspension étant ainsi absorbées par l'anneau, la position du corps de cathode par rapport à son fourreau ne va pas varier pendant la période transitoire de chauffe de la cathode. Comme déjà indiqué pour les autres modes de réalisation de la présente invention, la structure décrite par la figure 6 est aussi bien applicable pour la réalisation de cathode à oxydes que de cathodes imprégnées. Dans un mode de réalisation non représenté, les moyens de supports comportent une pièce intermédiaire 30 réalisée dans un métal diffèrent des branches 31,32, lesdites branches étant solidarisées à la pièce intermédiaire par exemple par soudure laser. L'avantage offert par cette structure est de permettre le choix du métal des branches 31,32 en fonction de ses capacités à réduire la conduction thermique et le choix du métal de la pièce intermédiaire en fonction de ses qualités d'élasticité mécanique. Revendications R1 - Structure de cathode pour tube à rayons cathodiques comprenant des moyens de support (30,31,32) d'un corps de cathode (23) à l'intérieur d'un fourreau métallique (22), caractérisé en ce que les moyens de support comportent une première série de branches (31) reliées au fourreau métallique par l'une de leur extrémité (135), une deuxième série de branches (32) reliées au corps de cathode par l'une de leur extrémité (136), les deuxième extrémités (33) et (34) des première et deuxième série de branches sont reliées entre elles par une pièce intermédiaire (30). R2 - Structure de cathode selon la revendication précédente caractérisée en ce que la pièce intermédiaire (30) est en forme d'anneau R 3 - Structure de cathode selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les branches d'au moins une même série sont sur une partie de leur longueur disposées dans un même plan R 4 - Structure de cathode selon R2 et R3 caractérisé en ce que la pièce intermédiaire (20) est en forme d'anneau plat et en ce que les branches d'au moins une même série sont sur une partie de leur longueur (35; 36) disposées suivant le même plan que le plan de l'anneau R5 - Structure de cathode selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la pièce intermédiaire, la première série de branches et la deuxième série de branches forment une pièce d'un seul tenant R6- Structure de cathode selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la première série de branche etlou la deuxième série de branches comporte au moins trois branches R7 -Structure de cathode selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que les points de jonction(34) des branches de la première série de branches à la pièce intermédiaire ( 30) sont décalés par rapport aux points de jonction (33) à la pièce intermédiaire des branches de la deuxième série de branches R8 - Structure de cathode selon la revendication précédente caractérisé en ce que la première et la deuxième série de branches comportent le même nombre de branches et en ce que le point de jonction à la pièce intermédiaire de chaque branche d'une même série est disposé à mi distance des points de jonction à l'anneau de deux branches consécutives de l'autre série R9 - Canon à électrons incorporant une cathode dont la structure est conforme à l'une quelconque des revendications précédentes R10 - Tube à rayons cathodiques incorporant au moins un canon à électrons conforme à la revendication précédente.