(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、
支持外筒、および、前記支持外筒との間に環状の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支持内筒を有し、前記陰極基体が取り付けられて前記陰極基体を支持して、前記支持内筒の一端面から突き出した突出部が形成された支持体と、
線状に形成されて、少なくとも一部が前記支持体の収納空間に収納されて、一方の端部が前記支持体の収納空間の外部で前記突出部に接合されたヒータと、
前記支持体の収納空間に充填された埋め込み材と、
を具備したことを特徴とする含浸型陰極構体。
【請求項２】
前記突出部と前記ヒータの一方の端部とが溶接により接合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】
前記突出部と前記ヒータの一方の端部とが白金により接合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４】
前記突出部と前記ヒータの一方の端部とが白金リボンを溶解させて接合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】
前記支持内筒は金属材からなり、前記埋め込み材は絶縁材からな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】
前記突出部は直方体形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の含浸型陰極構体。
【請求項７】
前記ヒータ４０の一方の端部の外周と直方体形状の前記突出部の一側面とが接合されていることを特徴とする請求項６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を参照。）。
【０００３】
この含浸型陰極構体１０１の構造について、図５を用いて説明する。図５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、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、支持体１２０と埋め込み材１５０とは、熱膨張率が異なるため、ヒータ１４０の加熱によって、支持体１２０と埋め込み材１５０との間に熱膨張差が生じて、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加わる。
【００１２】
ここで、ヒータ１４０を十分な精度で収納空間１２２内の所定の位置に配置することは困難であり、ヒータ１４０の一端１４４と支持内筒１２６の外壁との接触面積が小さくなってしまうと、接合強度を確保できない。そうすると、ヒータ１４０のオン・オフの繰返しにより、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。
【００１３】
そこで、ヒータ１４０と支持内筒１２６との接合強度（接触面積）を確保するために、支持内筒１２６の外壁に凹部を形成して、この凹部にヒータ１４０の一端１４４を溶接する方法が提案されている（特許文献２を参照。）。しかし、熱容量の大きい支持内筒１２６にヒータ１４０の一端１４４を溶接するためには、高電流による長時間の加熱が必要となり、ヒータ１４０の一端１４４が再結晶化し脆化してしまうおそれがある。
【００１４】
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強度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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、支持外筒、および、前記支持外筒との間に環状の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支持内筒を有し、前記陰極基体が取り付けられて前記陰極基体を支持して、前記支持内筒の一端面から突き出した突出部が形成された支持体と、線状に形成されて、少なくとも一部が前記支持体の収納空間に収納されて、一方の端部が前記支持体の収納空間の外部で前記突出部に接合されたヒータと、前記支持体の収納空間に充填された埋め込み材と、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ヒータと支持体との接合強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１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】図１の突出部付近を拡大した斜視図である。
【図３】本発明の第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４】図３の突出部付近を拡大した斜視図である。
【図５】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】
【００１８】
［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および図２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。
【００１９】
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、本発明の第１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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
ヒータ４０の一方の端部４４は、支持内筒２６に電気的に接続されている。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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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を用いて説明する。図２は、図１の突出部付近を拡大した斜視図である。
【００３５】
支持内筒２６の陰極基体１０から離れた端部には、支持内筒２６の端面から支持内筒２６の軸方向に突き出した突出部３０が形成されている。突出部３０は、支持内筒２６と一体に形成されている。第１反射板６０の突出部３０に対応する位置には、貫通孔６１が形成されていて、突出部３０は、この貫通孔６１を挿通している。なお、突出部３０は、例えば、突出方向の一辺の長さが、突出方向の横断面が一辺１．５ｍｍの正方形に形成されている。
【００３６】
また、ヒータ４０の端部（電源装置に接続された端部４６とは反対側の端部）４４は、第１反射板６０の内縁部に形成された切り欠き６１を挿通して、埋め込み材５０の外部に延びて、収納空間２２の外部で突出部３０に接合されている。本実施形態においては、ヒータ４０の端部４４と突出部３０とは、例えば、アーク溶接により接合されている。接合強度を高めるために、ヒータ４０の端部４４は、突出部３０の突出方向に延びていて、ヒータ４０の端部４４の外周と直方体形状の突出部３０の一側面とが接合されている。
【００３７】
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。
【００３８】
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。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。
【００３９】
その後、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、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。
【００４０】
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。さらに、ヒータ４０の端部４４を突出部３０に溶接する。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
本実施形態によれば、ヒータ４０の端部（電源装置に接続された端部４６とは反対側の端部）４４は、埋め込み材５０の外部に延びて、収納空間２２の外部で支持内筒２６に形成された突出部３０に接合されている。そのため、この接合部分は、加熱時に支持内筒２６と埋め込み材５０との間に生じる熱膨張差による応力を受けにくく、ヒータ４０のオン・オフを繰り返しても、ヒータ４０と支持内筒２６との接合が外れにくい。したがって、ヒータ４０と支持体２０との接合強度を高めることができ、ヒータ４０に電流を安定して供給できる。
【００４４】
また、従来の含浸型陰極構体１０１においては、熱容量の大きい支持内筒１２６の外壁にヒータ１４０の一端１４４を接合していたのに対し、本実施形態においては、熱容量の小さい突出部３０にヒータ４０の端部４４を接合している。そのため、本実施形態においては、従来に比べて、溶接時の加熱量（溶接電流）および加熱時間を少なくすることができ、ヒータ４０の脆化を抑制することができる。
【００４５】
さらに、本実施形態によれば、ヒータ４０の端部４４は、収納空間２２の外部で支持内筒２６に形成された突出部３０に接合されている。そのため、ヒータ４０の端部４４と突出部３０との接合作業が容易となり、ヒータ４０と支持体２０との接触不良を少なくすることができ、かつ、製造コストを抑えることができる。
【００４６】
［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３および図４を用いて説明する。図３は、本発明の第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４は、図３の突出部付近を拡大した斜視図である。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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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４を用いて説明する。
【００５２】
支持内筒２６の端部には、支持内筒２６の端面から支持内筒２６の軸方向に突き出した突出部３０が形成されている。また、ヒータ４０の端部４４は、第１反射板６０の内縁部に形成された切り欠き６１を挿通して、埋め込み材５０の外部に延びて、収納空間２２の外部で突出部３０に接合されている。
【００５３】
本実施形態においては、ヒータ４０の端部４４の先端面と突出部３０の先端面とは、およそ同一平面を形成している。そして、ヒータ４０の端部４４の先端面、および、突出部３０の先端面に、例えば、長さ３ｍｍ、幅１ｍｍ、厚さ５０μｍの白金リボン３２を２０枚重ねて載置して、この白金リボン３２を溶解させて、ヒータ４０の端部４４と突出部３０とを電気的に接続している。
【００５４】
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。
【００５５】
［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。
【００５６】
例えば、クライストロン用の含浸型陰極構体１に係る第１の実施形態では、ヒータ４０の端部４４と突出部３０とは、アーク溶接によって接合されているが、第２の実施形態で説明したように、白金リボン３２を溶解させることによって接合されていても良い。逆に、ジャイロトロン用の含浸型陰極構体１に係る第２の実施形態では、ヒータ４０の端部４４と突出部３０とは、白金リボン３２を溶解させることによって接合されているが、第１の実施形態で説明したように、アーク溶接によって接合されていても良い。
【００５７】
また、突出部３０は、支持内筒２６と一体に成型されている必要はなく、支持内筒２６の一端面に、例えば、ろう付けにより接合されていても良い。さらに、ヒータ４０の端部４２と突出部３０とは、例えば、ろう付けにより接合されていても良い。
【符号の説明】
【００５８】
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、２５…支持外筒のフランジ部、２６…支持内筒、２８…閉塞板、３０…突出部、３２…白金リボン、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、６１…第１反射板の切り欠き、６２…第２反射板、６４…スペーサ、６６…反射筒、６８…フランジ部材
【図１】
0005398510.tif 000002
【図２】
0005398510.tif 000003
【図３】
0005398510.tif 000004
【図４】
0005398510.tif 000005
【図５】
0005398510.tif 000006