(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放射物質が含浸された陰極基体と、
筒内に収納空間が形成された円筒状の支持外筒を有し、前記陰極基体が取り付けられて前記陰極基体を支持した支持体と、
線状に形成されて、少なくとも一部が前記支持体の前記収納空間に収納されて、一方の端部が前記支持体に接合されたヒータと、
前記支持体の前記収納空間に充填された絶縁材と、
を具備した含浸型陰極構体であって、
前記支持体の前記収納空間を形成する壁面に周方向に対して交差して延びた凹部または凸部が形成され、
前記支持外筒の内周面に軸方向に延びた前記凹部または前記凸部が形成されていることを特徴とする含浸型陰極構体。
【請求項２】
前記支持外筒の内周面に３本以上の前記凹部または前記凸部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の含浸型陰極構体。
【請求項３】
前記支持体は、前記支持外筒との間に環状の前記収納空間を形成するように前記支持外筒の筒内に前記支持外筒と同軸的に配置された円筒状の支持内筒を有し、前記支持内筒の外周面に軸方向に延びた前記凹部または前記凸部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の含浸型陰極構体。
【請求項４】
前記支持内筒の外周面に３本以上の前記凹部または前記凸部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の含浸型陰極構体。
【請求項５】
前記支持体は、前記支持外筒の一端を塞いで前記収納空間の一端面を形成する閉塞板を有し、前記閉塞板の前記収納空間側の表面に半径方向に向かって放射状に延びた前記凹部または前記凸部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の含浸型陰極構体。
【請求項６】
前記ヒータの一方の端部が前記支持内筒の内壁に接合されていることを特徴とする請求項３または４に記載の含浸型陰極構体。
【請求項７】
前記支持外筒の前記陰極基体が取り付けられた端部とは反対側の端部を塞ぐ反射板を具備し、前記反射板の前記陰極基体に対向した面に半径方向に向かって放射状に延びた前記凹部または前記凸部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の含浸型陰極構体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クライストロンやジャイロトロン等のマイクロ波電子管の電子銃に用いられる含浸型陰極構体に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、例えば、核融合や粒子加速器等に用いられるクライストロン等のマイクロ波電子管は、その出力がメガワット級に至り、ますます高出力化が望まれている。そのため、このような高出力のマイクロ波電子管には、酸化物陰極に代わって、含浸型陰極を用いた電子銃が使用されている（例えば、特許文献１および特許文献２を参照。）。
【０００３】
この含浸型陰極構体１０１の構造について、図１０を用いて説明する。図１０は、含浸型陰極構体の部分縦断面図である。
【０００４】
含浸型陰極構体１０１は、クライストロンの電子銃に用いられる陰極構体であり、陰極基体１１０、支持体１２０、ヒータ１４０、埋め込み材１５０等を有している。
【０００５】
陰極基体１１０は、多孔質のタングステン（Ｗ）からなり、ディスク状に成型されている。陰極基体１１０には、曲面状に凹陥した電子放射面１１２が形成されている。陰極基体１１０の空孔には、電子放射物質が含浸されている。
【０００６】
支持体１２０は、陰極基体１１０を支持することに加えて、内部に形成された収納空間１２２にヒータ１４０および埋め込み材１５０を収納する役割を果たす。支持体１２０は、モリブデン（Ｍｏ）からなる円筒状の支持外筒１２４および支持内筒１２６を有している。支持内筒１２６は、支持外筒１２４との間に環状の収納空間１２２が形成されるように支持外筒１２４の筒内に支持外筒１２４と同軸的（同心状）に配置されている。
【０００７】
陰極基体１１０は、ルテニウム−モリブデン（Ｒｕ−Ｍｏ）合金のろう材を用いて、支持外筒１２４および支持内筒１２６の一端にろう付けされている。
【０００８】
ヒータ１４０は、後述する埋め込み材１５０を介して、陰極基体１１０を加熱する役割を果たす。ヒータ１４０は、コイル状に巻回されたタングステン（Ｗ）線であり、収納空間１２２に収納されている。ヒータ１４０の一端１４４は、支持内筒１２６の外壁に接合されていて、ヒータ１４０と陰極基体１１０とは、同電位となっている。
【０００９】
埋め込み材１５０は、ヒータ１４０からの熱を陰極基体１１０に伝えることに加えて、収納空間１２２に収納されたヒータ１４０を保持する役割を果たす。埋め込み材１５０は、例えば、アルミナの焼結体であって、ヒータ１４０が収納された収納空間１２２に隙間なく充填されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−２５６８８３号公報
【特許文献２】特開平２−２５３５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した含浸型陰極構体１０１において、例えば、アルミナ等からなる埋め込み材１５０は、モリブデン（Ｍｏ）等の金属からなる支持体１２０に比べて熱膨張率が大きいため、埋め込み材１５０は、ヒータ１４０の加熱によって膨張して、収納空間１２２内で周方向に動くことがある。そうすると、ヒータ１４０の一端１４４と支持内筒１２６の外壁との接合部分には応力が掛かってしまう。そして、ヒータ１４０のオン・オフが繰り返されると、ヒータ１４０と支持内筒１２６との接合が外れてしまうことがある。
【００１２】
特に、ヒータ１４０の一端１４４と支持内筒１２６の外壁とが溶融温度の高いろう材によってろう付けされている場合には、例えば、タングステン線からなるヒータ１４０の一端１４４が再結晶して、ヒータ１４０の一端１４４が脆くなっている。そのため、接合部分に掛かる応力によって、なおさら、ヒータ１４０の一端１４４と支持内筒１２６の外壁とが外れやすくなってしまう。
【００１３】
そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、ヒータと支持体との接合を外れにくくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明に係る含浸型陰極構体は、電子放射物質が含浸された陰極基体と、筒内に収納空間が形成された円筒状の支持外筒を有し、前記陰極基体が取り付けられて前記陰極基体を支持した支持体と、線状に形成されて、少なくとも一部が前記支持体の前記収納空間に収納されて、一方の端部が前記支持体に接合されたヒータと、前記支持体の前記収納空間に充填された絶縁材とを具備し、前記支持体の前記収納空間を形成する壁面に周方向に対して交差して延びた凹部または凸部が形成され、前記支持外筒の内周面に軸方向に延びた前記凹部または前記凸部が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ヒータと支持体との接合を外れにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態および第２の実施形態に係る含浸型陰極構体の部分縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る含浸型陰極構体を説明するための図であって、支持外筒の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る含浸型陰極構体を説明するための図であって、支持内筒の斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る含浸型陰極構体を説明するための図であって、支持外筒の斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る含浸型陰極構体を説明するための図であって、支持内筒の斜視図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る含浸型陰極構体の部分縦断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る含浸型陰極構体を説明するための図であって、支持体の斜視図である。
【図８】本発明の第４の実施形態に係る含浸型陰極構体の部分縦断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る含浸型陰極構体を説明するための図であって、支持体（支持外筒）の斜視図である。
【図１０】従来の含浸型陰極構体の部分縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１の実施形態］
本発明に係る含浸型陰極構体の第１の実施形態について、図１ないし図３を用いて説明する。本実施形態に係る含浸型陰極構体１は、クライストロンの電子銃に用いられる陰極構体である。
【００１８】
まず、本実施形態に係る含浸型陰極構体１の構造について、図１を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る含浸型陰極構体の部分縦断面図である。
【００１９】
含浸型陰極構体１は、陰極基体１０、支持体２０、ヒータ４０、埋め込み材５０、反射板６０，６２、および、反射筒６６等を有している。
【００２０】
陰極基体１０は、例えば、空孔率１５〜２０％の多孔質のタングステン（Ｗ）からなり、例えば、直径が７０ｍｍのディスク状に成型されている。陰極基体１０には、所定の曲率で曲面状に凹陥した電子放射面１２が形成されている。陰極基体１０の空孔には、例えば、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、および、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる電子放射物質が含浸されている。
【００２１】
なお、電子放射面１２の加工時に空孔の目潰れが生じやすく、この目潰れにより電子放射物質が空孔に十分に含浸されないことがある。これを防ぐために、電子放射面１２の加工前に、陰極基体１０の空孔にプラスチックを含浸させて、電子放射面１２の加工後に、陰極基体１０を水素雰囲気下または真空下で加熱して、含浸されているプラステックを飛散させて、その後、陰極基体１０の空孔に電子放射物質を含浸させることが望ましい。
【００２２】
支持体２０は、陰極基体１０を支持することに加えて、内部に形成された収納空間２２にヒータ４０および埋め込み材５０を収納する役割を果たす。支持体２０は、支持外筒２４および支持内筒２６を有している。
【００２３】
支持外筒２４および支持内筒２６は、それぞれモリブデン（Ｍｏ）からなり、円筒状に成型されている。支持内筒２６は、支持外筒２４との間に環状の収納空間２２が形成されるように支持外筒２４の筒内に支持外筒２４と同軸的（同心状）に配置されている。支持内筒２６は、例えば、直径２０ｍｍ、軸方向の長さ１５ｍｍ、板厚２ｍｍに成型されている。
【００２４】
陰極基体１０は、収納空間２２の一方の端部を塞ぐように配置されていて、支持外筒２４および支持内筒２６の一方の端部に接合されている。詳しくは、支持外筒２４および支持内筒２６の一方の端部と、陰極基体１０の裏面（電子放射面１２とは反対側の面）１４とは、例えば、ルテニウム−モリブデン（Ｒｕ−Ｍｏ）合金のろう材を用いてろう付けされている。
【００２５】
ヒータ４０は、後述する埋め込み材５０を介して、陰極基体１０を加熱する役割を果たす。ヒータ４０は、線状に形成されたフィラメントであり、例えば、直径１．５ｍｍのタングステン（Ｗ）線である。ヒータ４０の中間部分（発熱部分）４２は、コイル状に巻回されて、収納空間２２に収納されている。なお、ヒータ４０の巻回軸は、例えば、支持体２０の周方向に延びている。
【００２６】
ヒータ４０の一方の端部４４は、支持体２０に電気的に接続されている。例えば、ヒータ４０の一方の端部４４は、支持内筒２６の外周面に対して、Ｒｕ−Ｍｏ合金のろう材を用いてろう付けされている。そのため、ヒータ４０、支持体２０、および、陰極基体１０は、同電位となっている。
【００２７】
一方、ヒータ４０の他方の端部４６は、支持体２０の陰極基体１０から離れた端部に設けられたアルミナ管４８を挿通して含浸型陰極構体１の外部に延びて、図示しない電源装置に接続されている。アルミナ管４８は、後述する埋め込み材５０の表面付近でヒータ４０が折損することを防止するため、および、ヒータ４０と後述する第１反射板６０とを絶縁するために設けられている。
【００２８】
埋め込み材５０は、ヒータ４０からの熱を陰極基体１０に伝えることに加えて、収納空間２２に収納されたヒータ４０を保持する役割を果たす。埋め込み材５０は、例えば、アルミナの焼結体であって、ヒータ４０の中間部分（発熱部分）４２が収納された収納空間２２に隙間なく充填されている。
【００２９】
第１反射板６０、第２反射板６２、および、反射筒６６は、収納空間２２から外部への放熱を抑制し、輻射により陰極基体１０の加熱効率を高める役割を果たす。
【００３０】
第１反射板６０は、モリブデン（Ｍｏ）からなる環板体であって、収納空間２２の陰極基体１０から離れた開口を塞ぐように配置されている。第１反射板６０の外縁部は、支持外筒２４の端部にアーク溶接により接合されていて、第１反射板６０の内縁部は、アーク溶接により支持内筒２６の端部に接合されている。
【００３１】
また、第２反射板６２は、モリブデン（Ｍｏ）からなる円板であり、第１反射板６０より外側に配置されて、環状のスペーサ６４を介して、アーク溶接により第１反射板６０に接合されている。
【００３２】
さらに、反射筒６６は、レニウム−モリブデン（Ｒｅ−Ｍｏ）合金の薄板からなり、支持外筒２４と間隔を空けて、支持外筒２４の外周に配置されている。反射筒６６の一端（陰極基体１０寄りの端部）は、支持外筒２４に対してルテニウム−モリブデン−ニッケル（Ｒｕ−Ｍｏ−Ｎｉ）合金のろう材を用いてろう付けされている。反射筒６６の他端（陰極基体１０から離れた端部）には、環状のフランジ部材６８がＲｕ−Ｍｏ−Ｎｉ合金のろう材を用いてろう付けされて設けられている。含浸型陰極構体１は、このフランジ部材６８を介して、図示しない電子銃部に固定される。
【００３３】
次に、本実施形態に係る含浸型陰極構体１の特徴的部分の構造について、図２および図３を用いて説明する。図２は、支持外筒の斜視図であり、図３は、支持内筒の斜視図である。
【００３４】
支持体２０の収納空間２２を形成する壁面（例えば、支持外筒２４の内周面や支持内筒２６の外周面など）には、収納空間２２の周方向に対して交差した凹部２４ａ，２６ａが形成されている。
【００３５】
詳しくは、図２に示したように、支持外筒２４の内周面には、支持外筒２４の軸方向に延びた６本の凹部２４ａが周方向に等間隔に形成されている。また、図３に示したように、支持内筒２６の外周面には、支持内筒２６の軸方向に延びた６本の凹部２６ａが周方向に等間隔に形成されている。なお、凹部２４ａ，２６ａは、それぞれ３本以上形成されていることが望ましい。
【００３６】
本実施形態に係る含浸型陰極構体１の製造方法について説明する。含浸型陰極構体１は、例えば、以下のように製造される。
【００３７】
まず、支持体２０を電子放射物質が含浸されていない陰極基体１０の裏面に設置して、陰極基体１０と支持体２０との接合部分にＲｕ−Ｍｏ合金のろう材を塗布する。また、冶具によりヒータ４０を収納空間２２の所定位置に保持して、ヒータ４０の端部４４と支持内筒２６との接合部分にＲｕ−Ｍｏ合金のろう材を塗布する。同時に、陰極基体１０の裏面１４にＲｕ−Ｍｏ合金のろう材を塗布する。塗布後、Ｒｕ−Ｍｏ合金のろう材を溶融させて、陰極基体１０と支持体２０とを接合し、陰極基体１０の裏面１４にＲｕ−Ｍｏ合金の膜を形成する。このＲｕ−Ｍｏ合金の膜は、陰極基体１０の電子放射面１２から電子放射物質を含浸させる際に、電子放射物質が陰極基体１０の裏面１４から収納空間２２に染み出さないようにするためのものである。
【００３８】
その後、収納空間２２に埋め込み材５０を充填する。この埋め込み材５０の充填は、例えば、結着剤を含む有機溶剤に粉末状のアルミナを加えて撹拌してペースト状にしたものを収納空間２２に流し込み、その後、乾燥により有機溶剤を飛散させて、真空中あるいは水素雰囲気下、１７５０〜１８５０℃で焼結させて行う。
【００３９】
埋め込み材５０の充填後、支持体２０に第１反射板６０を溶接して、第１反射板６０にスペーサ６４を介して第２反射板６２を溶接する。また、支持体２０に反射筒６６をろう付けする。
【００４０】
最後に、陰極基体１０の電子放射面１２上に電子放射物質を載せて、電子放射物質を水素雰囲気下、１６００〜１７００℃で溶融させて陰極基体１０に含浸させて、含浸型陰極構体１が完成する。
【００４１】
本実施形態に係る含浸型陰極構体１の効果について説明する。
【００４２】
本実施形態によれば、収納空間２２を形成する壁面には、周方向に対して交差した凹部２４ａ，２６ａが形成されている。すなわち、支持外筒２４の内周面および支持内筒２６の外周面には、それぞれ軸方向に延びた複数の凹部２４ａ，２６ａが形成されている。そのため、ヒータ４０の加熱時に、アルミナからなる埋め込み材５０が収納空間２２内で周方向に動きにくい。その結果、ヒータ４０のオン・オフが繰り返されても、ヒータ４０と支持内筒２６との接合が外れにくく、ヒータ４０に電流を安定供給できる。
【００４３】
［第２の実施形態］
本発明に係る含浸型陰極構体の第２の実施形態について、図１、図４および図５を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る含浸型陰極構体の部分縦断面図である。図４は、支持外筒の斜視図であり、図５は、支持内筒の斜視図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であるため、重複部分には同一符号を付してその部分の構成の説明を省略する。
【００４４】
本実施形態に係る含浸型陰極構体１の基本構造は、第１の実施形態と同等に構成されている。
【００４５】
本実施形態においては、支持体２０の収納空間２２を形成する壁面（例えば、支持外筒２４の内周面や支持内筒２６の外周面など）には、収納空間２２の周方向に対して交差した凸部２４ｂ，２６ｂが形成されている。
【００４６】
詳しくは、図４に示したように、支持外筒２４の内周面には、支持外筒２４の軸方向に延びた６本の凸部２４ｂが周方向に等間隔に形成されている。また、図５に示したように、支持内筒２６の外周面に支持内筒２６の軸方向に延びた６本の凸部２６ｂが周方向に等間隔に形成されている。
【００４７】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。なお、支持外筒２４の内周面および支持内筒２６の外周面には、凹部２４ａ，２６ａと凸部２４ｂ，２６ｂとの両方を形成しても、同等の効果を得ることができる。
【００４８】
［第３の実施形態］
本発明に係る含浸型陰極構体の第３の実施形態について、図６および図７を用いて説明する。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であるため、重複部分には同一符号を付してその部分の構成の説明を省略する。
【００４９】
まず、本実施形態に係る含浸型陰極構体１の構造について、図６を用いて説明する。図６は、本実施形態に係る含浸型陰極構体の部分縦断面図である。
【００５０】
本実施形態に係る含浸型陰極構体１は、ジャイロトロンの電子銃に用いられる陰極構体である。含浸型陰極構体１は、陰極基体１０、支持体２０、ヒータ４０、埋め込み材５０、反射板６０、および、反射筒６６等を有している。
【００５１】
支持体２０は、支持外筒２４、支持内筒２６、および、閉塞板２８を有している。支持内筒２６は、支持外筒２４との間に環状の収納空間２２が形成されるように支持外筒２４の筒内に支持外筒２４と同軸的（同心状）に配置されている。
【００５２】
閉塞板２８は、支持体２０の一方の開口端（支持外筒２４および支持内筒２６の一方の端部）を塞ぐように配置されていて、収納空間２２の一端面を形成している。支持外筒２４、支持内筒２６、および、閉塞板２８は、一体に成型されている。
【００５３】
陰極基体１０は、内径８０ｍｍ、外径９５ｍｍのリング状に成型されている。陰極基体１０は、支持外筒２４の外周に形成されたフランジ部２５にろう付けされている。
【００５４】
支持体２０の収納空間２２には、第１の実施形態と同様に、ヒータ４０が収納されて、埋め込み材５０が充填されている。
【００５５】
ここで、本実施形態に係る含浸型陰極構体１の特徴的部分の構造について、図７を用いて説明する。図７は、支持体の斜視図である。
【００５６】
支持体２０の収納空間２２を形成する壁面には、収納空間２２の周方向に対して交差した凹部２８ａが形成されている。詳しくは、図７に示したように、閉塞板２８の収納空間２２側の表面には、半径方向に向かって放射状に延びた複数の凹部２８ａが形成されている。
【００５７】
なお、複数の凹部２８ａの代わりに、複数の凸部であっても良いし、凹部２８ａと凸部との両方を形成しても良い。
【００５８】
本実施形態によっても、ヒータ４０の加熱時に、埋め込み材５０が収納空間２２内で周方向に動きにくく、ヒータ４０と支持内筒２６との接合が外れにくい。
【００５９】
［第４の実施形態］
本発明に係る含浸型陰極構体の第４の実施形態について、図８および図９を用いて説明する。図８は、本実施形態に係る含浸型陰極構体の部分縦断面図である。なお、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であるため、重複部分には同一符号を付してその部分の構成の説明を省略する。
【００６０】
本実施形態に係る含浸型陰極構体１は、例えば、進行波管の電子銃に用いられる一般的な陰極構体である。含浸型陰極構体１は、陰極基体１０、支持体２０、ヒータ４０、埋め込み材５０、および、反射板６０等を有している。
【００６１】
支持体２０は、支持外筒２４から構成されていて、支持外筒２４の内部に収納空間２２が形成されている。陰極基体１０は、支持外筒２４の一方の開口端を塞ぐように配置されて、反射板６０は、支持外筒２４の他方の開口端を塞ぐように配置されている。
【００６２】
第１の実施形態と同様に、支持体２０の収納空間２２を形成する壁面には、周方向に対して交差して延びた凹部が形成されている。詳しくは、図９に示したように支持外筒２４の内周面には、支持外筒２４の軸方向に延びた６本の凹部２４ａが周方向に等間隔に形成されている。
【００６３】
本実施形態によっても、ヒータ４０の加熱時に、アルミナからなる埋め込み材５０が収納空間２２内で周方向に動きにくく、ヒータ４０と支持内筒２６との接合が外れにくい。
【００６４】
［他の実施形態］
第１の実施形態および第２の実施形態は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６５】
例えば、第１の実施形態においては、支持外筒２４の内周面と支持内筒２６の外周面との両方に凹部２４ａ，２６ａが形成されているが、支持外筒２４の内周面のみ、または、支持内筒２６の外周面のみに形成されていても良い。
【００６６】
また、第３の実施形態において、第１の実施形態または第２の実施形態のように、支持外筒２４の内周面および支持内筒２６の外周面に凹部２４ａ，２６ａまたは凸部２４ｂ，２６ｂが形成されていても良い。
【００６７】
また、第１の実施形態において、反射板６０の陰極基体１０に対抗した面に半径方向に向かって放射状に延びた凹部または凸部が形成されていても良い。
【００６８】
さらに、第１の実施形態において、ヒータ４０の一端４０は、支持内筒２６の内周面に接合されているが、支持外筒２４等に接合されていても良い。
【符号の説明】
【００６９】
１…含浸型陰極構体、１０…陰極基体、１２…陰極基体の電子放射面、１４…陰極基体の裏面、２０…支持体、２２…収納空間、２４…支持外筒、２４ａ…支持外筒の凹部、２４ｂ…支持外筒の凸部、２５…支持外筒のフランジ部、２６…支持内筒、２６ａ…支持内筒の凹部、２６ｂ…支持内筒の凸部、２８…閉塞板、２８ａ…閉塞板の凹部、４０…ヒータ、４２…ヒータの発熱部分、４４，４６…ヒータの端部、４８…アルミナ管、５０…埋め込み材、６０…第１反射板、６２…第２反射板、６４…スペーサ、６６…反射筒、６８…フランジ部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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