(57)【要約】  本発明は真空管、特に電子管に関する。本発明は、高い熱伝導性を有するセラミックブロックの形態で電極を製造することからなる、管、特に複数の電極（３０，４０，５０，６０）を備えた電子コレクタの製造方法に関する。該ブロックは（少なくとも表面が）導電性である。これらは、好適には、窒化アルミニウム等の絶縁セラミックで作られ、表面の一部が導電性に作られている。導電表面部分は、好適には窒化チタンか又は類似の導電セラミック物質をベースとした導電セラミックからなることが好ましい。このようにして、堅牢性、熱放散効率、及び重量が向上される。
2005513731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い熱伝導性を有するセラミックのブロックでできた電極であって、該ブロックの少なくとも表面の一部は導電性である少なくとも一つの電極（３０，４０，５０，６０）を含むことを特徴とする真空管。
【請求項２】
セラミックのブロックが、２０℃で少なくとも１００ワット／ｍ・Ｋの熱伝導性を有することを特徴とする請求項１に記載の管。
【請求項３】
セラミックのブロックの製造に使用されたセラミックが、導電層で覆われた絶縁セラミックであることを特徴とする請求項２に記載の管。
【請求項４】
絶縁セラミックが、窒化アルミニウムを主にベースとすることを特徴とする請求項３に記載の管。
【請求項５】
電極が、高い熱伝導性を有する電気的絶縁セラミックのブロックからなり、該ブロックは導電セラミックの薄い表面層と共焼結されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の管。
【請求項６】
表面が導電性であるセラミックが、窒化チタンか、炭化チタンか、炭化ケイ素か、又は炭化タングステン、或いは複数のこれらの物質の混合をベースとすることを特徴とする請求項５に記載の管。
【請求項７】
電極の、表面が導電性である部分が、タングステン又はモリブデンでできていることを特徴とする請求項３又は４に記載の管。
【請求項８】
電極を管の外部と接続するために、管の内部で電極の導電部分と片側が接触する導電セラミックでできた、電極及び／又は管の絶縁エンベロープの一部を形成する絶縁セラミックを貫通し、該絶縁セラミックと共焼結されている、ロッド（３２）を備えていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の管。
【請求項９】
電気的絶縁セラミックでできた外部エンベロープと、該エンベロープの全長にわたって該エンベロープと直接接触する液体を循環させる冷却手段とを有することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の管。
【請求項１０】
高い熱伝導性を有する電気的絶縁セラミックに導電セラミックを共焼結することによって、管のための、複合セラミックでできた少なくとも一つの電極を製造することを含むことを特徴する真空管製造方法。
【請求項１１】
導電セラミックが、絶縁セラミックの表面部分に、薄層として堆積されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極製造方法に関し、当該方法は、主に真空電子管、特に電子コレクタを用いた管を製造するために設計されており；該コレクタは、真空管で生成された電場で加速されたことによって該コレクタに伝達されたエネルギーの一部が使用された後に電子を収集する。当該製造方法は、電子管のコレクタ以外の電極の製造に使用することもできる。より広くは、加速、又は減速又は該装置の電極による収集が可能な荷電素粒子（電子だけでなくイオンも）の物理的な移送が真空内で生じる全種類の総体又は一部の真空装置のための電極の製造にも適用できる。しかし、ここでは、最も有用な用途である線状ビーム真空電子管のコレクタの製造について、当該方法を説明する。
【背景技術】
【０００２】
線状ビーム管の例として、シングルビーム又はマルチビームクライストロン、進行波管、カルシノトロン及びＩＯＴ（Inductive Output Tubes）が挙げられる。
これらの管は、通常、電磁波と線形電子ビームを相互作用領域と呼ばれる領域で相互作用させ、該ビームがその運動エネルギーの一部を、増幅するために電磁波に伝達することによって動作する。通常、ビームは相互作用領域を通過した後もその運動エネルギーの一部を保ち、相互作用領域の出口に配置されたコレクタで残留電子を収集する必要がある。時には、相互作用領域の下流で残余している運動エネルギーは、当該領域の上流でビームに伝達された当初のエネルギーの５０％ないし８０％に達することもある。その結果、熱放散の点でコレクタ製造に対する主な制約が生じ；また電圧耐性といった他の制約も生じる。
【０００３】
従来のコレクタは、一つの適切な電位（通常、電子を加速させるアノードの電位）に達する通例銅製の単純な金属電極からなっていた。しかし、管の効率を向上するために、異なる電位に達する互いに電気的に絶縁された複数の連続的な電極によって形成された、一段又は多段式電位低減コレクタ（multistage depressed collectors）と称される、より高性能のコレクタの製造が必要となった。
そういったコレクタ電極の製造には様々な課題が課され、管を高性能にしつつ小型化を図らなければならない場合、これらの課題はさらに解決が困難となっている。これらの課題のなかには、電極に対する電子の衝撃によって生成される熱を取り除く課題と、電極での二次電子放出の課題があり；電極を互いに及び外部から電気的に絶縁する課題があり；管の真空シーリングの課題があり、この課題は、電流又は電圧を管の内部電極から外部に、又は管の外部から内部電極に伝えるための、管の内部と外部の電気的なフィードスルーの課題に関連し、これは、コレクタの各電極に当てはまり、同様に管の他の電極（アノード及びカソード）の場合にも当てはまる。
【０００４】
これら電位低減コレクタの製造に採用される解決法では、絶縁セラミックで作った部分にロウ付け又は焼嵌めした銅電極を使用することが非常に多く；該セラミックは異なる電位に達する電極間に電気的な絶縁を提供し、内部電気絶縁体を有するコレクタの場合、セラミックは、熱流束の移送も行わなければならない。ロウは、機械的な統合性と真空気密性を付与する。これらのアセンブリは複雑で高価である。それらは、セラミックと金属という異成分からなる構造であるため、振動と熱機械応力に特に敏感である。それらの性能特性は、特に熱放散効率、許容作業電圧、小型さ、そして時には重量（例えば管を空中で使用する場合）の面で、限られている。
【０００５】
多段式コレクタを製造する場合、問題は特に困難であるが、残りの管に対する電気的な絶縁を提供する一方で電圧又は電流も提供し、且つ最終的には生成された熱を除去することが必要な絶縁電極の場合にも、これらの問題は存在し得ることが理解されるであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、特に、得られる性能と製造費用の関係において改良された構成の管を製造することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このために、本発明は、新規な構成の電極を有する電子管と、当該管の製造方法を提案する。
本発明による真空電子管は、高い熱伝導性を有するセラミックで主に構成されたブロックを備えていることを特徴とする少なくとも一つの電極（好適にはコレクタ電極）を含む。該セラミックのブロックは、（少なくとも一部の領域では）少なくとも表面が導電性である。
該ブロックは、厚さ全体にわたって導電性であるセラミックからできていてよい。この場合、管の電極と他の部分との間に電気的な絶縁を提供するために、他の電気的絶縁セラミックのブロックと共焼結（又は必要ならばロウ付け）されてもよい。しかし、一方が絶縁性で他方が導電性である二つの異なるセラミックブロック間の接着具合に関する問題を回避するためには、電気的絶縁セラミックブロックの形態の電極であって、該ブロックの表面にのみ局所的に導電性が付与されている電極を製造することが好ましい。
【０００８】
したがって、本発明による真空管のこれら電極の特徴は、それらが金属のブロックではなくセラミックのブロックの形態で作られていることである。
セラミックは、焼結、つまり化合物の粉末又はペースト（該ペーストは、当該凝集作業中に消失する有機結合剤と混合された粉末である）を高温で（及び場合によっては圧力をかけて）凝集することによって処理された、金属酸化物、金属窒化物、及び金属炭化物といった耐火無機化合物である。セラミックは、それを形成する無機化合物の性質に依存して、電気的に絶縁性である種類と、導電性である種類がある。絶縁化合物と導電化合物を混合すると、セラミックは半導電性を有する場合もある。
【０００９】
一つの有利な実施形態において、電極は、薄い導電セラミック層を局所的に覆う、高い熱伝導性を有する電気的絶縁セラミックブロックの形態で作られ；二つのセラミックの共焼結によって作られる。よって、この場合、導電領域は、絶縁セラミックブロックの表面に引き伸ばされたような比較的薄い層（厚さのオーダーは例えば１００ミクロン前後である）であり；電極（又はさらには複数の別個の電極のグループ）は、このように表面に局所的に導電性が付与されたブロックで形成される。
したがって、電極は、この場合、従来技術のような絶縁セラミック（アルミナ）にロウ付けされた金属電極（銅）の形態ではなく、複合セラミック（一方は導電性で他方は絶縁性であるが、双方ともセラミックである）のブロックの形態で製造されている。
セラミック電極の導電表面部分は、絶縁セラミックブロック上に薄層として共焼結されたタングステン又はモリブデンといった耐火金属でできていてもよい。
【００１０】
当該構成は、セラミック（特に絶縁ブロックを構成するセラミック）が高い熱伝導性を有する場合、さらに有利である。「高い熱伝導性を有するセラミック」なる表現は、熱伝導係数が２０℃で少なくとも１００ワット／ｍ・Ｋであるセラミックを意味するものと理解され、該係数は、銅の伝導性の約４分の１だがアルミナの伝導性の少なくとも約３倍を示す。
このようにセラミックでできた電極は、それが管のエンベロープである壁の一部を直接構成する場合、管の真空気密性に直接貢献し得る。しかし、それは、管の真空エンベロープを（部分的又は完全に）構成する別の絶縁セラミックと共焼結されていてもよい。例えば、電極は、絶縁セラミックのシースに挿入され、該シースと共焼結されたセラミック（少なくとも表面は導電性である）のブロックである。このとき、該シースが管の真空エンベロープを構成する。
【００１１】
また、電極を管の外部に接続するために、導電セラミックでできたピンを用いることが好ましく；このピンは、片側が管の内部で電極の導電セラミック部分と接触し、電極及び／又は管のエンベロープの一部を形成する絶縁セラミックを貫通し、該絶縁セラミックと共焼結されている。
高温熱処理によって得られた接着が強力である一方、合金材料が類似した熱機械作用を示すので、これら導電フィードスルーの真空気密性は良好である。このことは特に、フィードスルーがセラミックの共焼結によって形成される場合に当てはまる。しかし、フィードスルーは、焼結されているセラミックと共焼結された耐火金属で形成されてもよい。
【００１２】
熱伝導性の高いセラミックのブロックの形態で電極を製造する当該方法によって、熱除去、電極間の絶縁、及び管の小型さと重量の観点から特に効果的な管構成を採用することが可能になる。該構成は、従来の金属電極や従来のロウ付けセラミック／金属アセンブリでは採用できなかった。
【００１３】
固体ブロック又は薄層として製造された導電セラミックは、特に、炭化ケイ素か、炭化チタンか、炭化タングステンか、又は窒化チタン、或いは２またはそれ以上のこれら物質の混合から作られてよい。該セラミックは、また、例えば酸化イットリウム等、焼結作業を容易にする化合物からなる添加物も含んでよく、添加物の付加はセラミックの焼結において従来から行われている。
電極の一部又は管のエンベロープの一部を形成する絶縁セラミックのブロックを製造するために使用されるセラミックは、非常に高い熱伝導性（２０℃で約１８０ワット／ｍ・Ｋ）と非常に高い絶縁耐力（少なくとも２０ｋＶ／ｍｍの電場に耐える）を有する窒化アルミニウムを基本ベースとすることが好ましい。それは、ほとんど純粋な窒化アルミニウムか、少量の炭化ケイ素又は窒化チタンと共焼結された窒化アルミニウムからなる複合セラミックで作られてよい。ここでも、焼結添加物があってよい。
【００１４】
上述したように、本発明は、新規な構造の管を提供するだけでなく、電子管、特に電子コレクタ又はより広くは任意の電極システムを有する管の製造に特に適した新規な製造方法も提供する。当該方法は、導電セラミックを高い熱伝導性を有する絶縁セラミック上に共焼結することによって管の少なくとも一つの電極を製造することからなる。導電セラミックは、絶縁セラミックの表面の一部に堆積された比較的薄い層であることが好適であるが、バルクの形態であってもよく、この場合は導電セラミックも高い熱伝導性を有することが好ましい。いずれの場合でも、絶縁セラミックは導電セラミック層の基材として機能し、使用される材料（セラミック）の同質性によって、アセンブリの非常に良好な熱特性及び機械特性が形成される。
【００１５】
導電セラミックから始まり絶縁セラミックを厚さ方向に貫通する導電フィードスルーの製造が望ましい場合（後者が電子管の一部を形成しなくても）、共焼結作業の前に絶縁セラミックのブロックに孔を開け、導電ロッド（同じく導電セラミックでできているのが好ましいが、場合によっては耐火金属からできていてもよい）を該孔に挿入し、ロッドの片側を導電セラミックと接触させる。焼結作業は、その後に行う。該作業によって、ロッドは、非常に高い温度で、それが貫通する絶縁ブロックに閉じ込められ、真空気密性があり且つ熱機械的応力に耐性のあるフィードスルーが構成される。
【００１６】
本発明は、真空管（部分的な真空であっても完全な真空であってもよい）に適用できる。主に、電子管、つまり内部で移送される荷電粒子が電子である管（この場合、一般に、管は非常に高真空である）に適用される。別の可能性としては、移送される粒子が電子ではなくイオンである装置（簡素化のために同じく「管」と称することとする）に適用される。例えば、本発明は、イオンモータの加速電極の製造に適用されてよく；イオンモータとは、真空内の物体を動かす作用を持つ（衛星又は宇宙船のための）モータであり；該モータは、作動中、（電極を用いた）電場によって一部の真空で加速され且つノズルを通って排出される荷電イオンのプラズマを連続的に生成する。排出は、従来のジェットエンジンと同様になされ、違いは、排出される物質がイオン（荷電された）であることと、イオンが荷電されているためにイオンに直接作用する電場による加速の影響で排出がなされることである。本特許出願、特に請求項において、「管」なる語は、完全な（つまり非常に高い）真空又は部分的な（あまり高くない）真空で荷電粒子の移送を用いる電極を備えるすべての装置を指すものと考えられ、管が開いているか、部分的に開いている（モータの場合のように）かは問わない。
【００１７】
表面に、熱分解黒鉛、炭化チタン、炭化タングステン、又はホウ化チタンといった物質をコーティングすることによって二次電子放出を最小限に抑える特徴を持つ電極の製造は、米国特許第４２７７７２１号で提案されていることに注意されたい。これらの物質の熱伝導性については言及されておらず、これらは原則的に、従来どおり銅で作られた電極に堆積されている。
本発明のほかの特徴と利点は、添付の図面を参照する以下の詳細な説明を読むことで明らかになるであろう。
【００１８】
本発明は、多段式電位低減コレクタを備えた進行波電子管の製造について説明するが、多くの他のケース、つまり、非電位低減コレクタ及び単極、及びコレクタ電極以外の電極を備えた、ＴＷＴ以外の真空電子管にも適用可能である。しかし、本発明は、多段式電位低減コレクタの場合、特に有利であるので、これを実施例に選んで詳細に述べる。同様に、本発明による製造方法に関しても、進行波管について説明するが、ＴＷＴコレクタの製造と同様に、管（「管」なる語について上述したすべての意味を含む）のための他の電極の製造にも適用可能であることを理解されたい。
【００１９】
ＴＷＴ（traveling-wave tube：進行波管）は、電子の進行方向において上流から下流へと連続的に線状電子ビーム（永久磁石によって集束される）を放射するカソードと；これら電子を加速するアノードと；例えば電子ビームを囲むヘリックスである減速構造の入力に接続されている、増幅すべき高周波信号を受信する高周波信号入力と；高周波信号を運ぶＴＷＴの出力を構成する減速構造の出力と；減速構造の下流でビームの電子を収集するコレクタとを備えた真空管である。これらの電子は、ヘリックスの上流部と下流部の間に位置する相互作用領域で、エネルギーの一部を高周波に伝達することによってそのエネルギーを失う。電子を受信するコレクタは、電子の衝撃エネルギーにより激しく加熱され、この加熱が管の製造を困難にする主な理由の一つである。
コレクタは、典型的には、多段式電位低減コレクタ、つまり絶縁部分によって互いに電気的に絶縁された、異なる電位に達する複数の電極を備えたコレクタである。電位は、一定のエネルギーを有する電子が、可能であれば、該エネルギーとほぼ一致する電位にある電極に到達するように、選択される。このようにして、効率の高い管が得られるが、このことは、いくつかの電極が管の外部に接続されなければならないことを意味する。
【００２０】
上述した要素はすべて、高真空が生成される真空エンベロープ内に内包される。エンベロープは、絶縁部分と、場合によっては導電部分も有する。上述した要素のいくつか−電極又は電極間の絶縁体−は、それ自体が真空エンベロープをなし、したがってそれ自体が真空気密である。要素間、例えば金属電極と絶縁セラミック間の溶接部又はロウ付けされた接合部もまた、この真空気密性に貢献する。最後に、電極が完全にエンベロープ内に配置される（つまり、電極は外部エンベロープを構成せず、よって外部から直接接触できない）と、通常、該電極をエンベロープの絶縁部分を通って外部に接続させるために導電フィードスルーを提供し、エンベロープを外部ピンに接続させる必要がある。
【００２１】
図１は、従来技術の内部絶縁を有する多段式電位低減コレクタの例を示し、これによって、本発明によってもたらされる、コレクタの全体構造の違いを、よりよく理解できる。
通常円筒形状のコレクタは、この例では、三つの円錐形状のバルク銅電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３を備え、該電極の先端は、最初の二つの電極では開いていて、三つめの電極では閉じていて、電子入口側（図１の左側）に向かっている。電極Ｅ１及びＥ２は、絶縁セラミックの棒（又は板）１０に取り付けられている円筒形部分も備え、これら棒そのものは、電磁気防御のためのカバーと真空エンベロープの双方を構成する外部金属エンベロープＥＮＶの中に収容されている。絶縁セラミックは、通常、放散されるべき電力レベルが低い場合はアルミナで、電力レベルが高い場合には酸化ベリリウムＢｅＯである。右側で、コレクタは、互いにロウ付けされた絶縁部分と導電部分のアセンブリによって閉じられていて、これもまた真空気密に貢献する。電極Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３を外部に接続するために、導電フィードスルーが提供されている。これらのフィードスルーは、絶縁セラミック１６，１７又は１８に囲まれた導電体１２，１３又は１４からなる。図１に示した例では、電極Ｅ１及びＥ２を囲むセラミック棒１０はまた、導電フィードスルー１２を介して電極Ｅ１の導電体をコレクタの端壁まで繋げ、且つ、該導電体を電極Ｅ２と外部エンベロープＥＮＶから絶縁する役目を果たす。
【００２２】
図２は、ＴＷＴコレクタの別の例を示し、この電極は図１のものより厚みがない。これらは、円筒形状の外周全体にわたってセラミックシース２０の内側にロウ付けされた薄い銅からなる回転体であり；当該構造は、該電極の厚みが大きく歪むことなく膨張差に対応できる範囲でのみ、熱応力に対して耐性である。ここでも、セラミックシースは、電磁気防御のためのカバーとして機能する別の金属シース２２によって取り囲まれている。真空気密が、金属部分と絶縁セラミック部分の双方によって付与される。図２は、電極Ｅ１を真空管の外部に接続するために、導電フィードスルー２４が絶縁シースを半径方向に貫通して提供されてもよいことを示す。内部電極Ｅ１にロウ付けされたニッケル等の金属導電体が使用される。真空気密は、セラミックシース上へのロウ付けによってもたらされる。電極Ｅ２を接続するためには、該電極自体が管の端壁を通って外側まで繋がっていて、そのため、該電極Ｅ２が真空気密に直接貢献する。電極Ｅ３の場合、管の端壁を通って外部への接続を形成するために、金属、絶縁セラミック及び導電フィードスルーからなる複合アセンブリが提供されなければならない。
両方の場合において、これらの図は、機械応力、電気応力、及び熱応力に耐久するためにアセンブリが複雑であることを示す。
【００２３】
図３は、電極の少なくとも複数（好適にはすべて）が主にセラミックで作られていることを特徴とするコレクタを有する、本発明による管の構造の概略的な原理を示す。電極はそれぞれセラミックのブロック（図１の銅ブロックと類似）から形成されている−このセラミックは、（電極の電子収集作用を発生させるために）少なくとも表面が導電性で、電子の衝撃によって発生される熱を取り除くために非常に良好な熱伝導特性を有する。
好適には、各電極は、絶縁セラミックの表面上に焼結された導電セラミックの薄層から形成される。この場合、非常に良好な熱伝導特性を持っていなければならないのは、電気的絶縁セラミックである。
【００２４】
コレクタの好適な構造は以下のとおりである：様々な電極を構成しているセラミックのブロックが、絶縁セラミックシースの内側表面と接触するように配置されている。
導電フィードスルーは、管の外部と、セラミック電極の少なくともいくつかの導電部分との間に、電気的接続を提供するために、シース内に設けられていることが好ましい。
電極、絶縁シース、及び導電フィードスルーは、単一の熱処理作業（焼結）か、又は強い接着を提供することで真空管内部に真空気密をもたらす複数の連続的な別の熱処理によって、共に固定されていることが好ましい。
【００２５】
図３は、電子の進行方向に沿って、第一電極３０、第二電極４０、第三電極５０、そして最後の電極６０、と四つの電極を備えたコレクタを示す。最初の三つの電極は、電子ビームが通るように軸方向に中心に沿って開口していて、これらの開口部（それぞれ３１，４１，５１）は、下流に向かってビームの拡散が広がることを考慮して幅が広がっている。最後の電極６０は開口していない。
電極は、表面の一部の領域が導電セラミックで作られていて、全体的なバルクは絶縁である。該セラミックはその表面全体にわたって導電性であっても、管の一般設計に依存したパターンで画定された領域のみが導電性であってもよく、電極の残りの部分は絶縁セラミックのブロックによって形成されている。
【００２６】
四つの電極は、好適には、電気的に絶縁で熱伝導性の高いセラミックから作られた円筒形シース７０内に搭載されている。この円筒形シース７０は、管の外部エンベロープを構成し、作動中に管の内部で発生した熱を取り除くのに役立つ半径方向に広がったフィン８０を備えていることが好ましい。電極３０，４０，５０及び６０と同様に、シース７０は、管の内側及び外側の両方で、局所的に導電性の表面を有してよい。実際には、シースが電極５０と同じ電位で電極を構成し得る（内側表面のみ）ことがわかるであろう。
図３の右側において、管の端壁は、特に管内部のその表面部分全体が導電性である場合、最後の電極６０によって完全に形成されていてもよい。
各電極の導電領域は図３に示していない。しかし、本発明の原則を例示するために、シース７０の内側の壁に沿って、及び電極５０の一部に沿って引かれた一点鎖線９０で導電表面領域を表す。
【００２７】
バイアス電圧又は電流を運ぶための、様々な電極と外部との電気的接続は、以下の方法で形成される。電極３０の場合、半径方向の導電フィードスルーが絶縁円筒形シース７０を通って設けられる。フィードスルーは、電極３０の孔とシース７０の対応する孔を貫通する導電ロッド３２を備える。導電ロッド３２は、導電セラミックから作られていることが好ましいが、タングステン等の耐火導電金属から作られていてもよい。該ロッドは、管内部で、第一電極３０の導電領域と接触する。
第二電極４０の構成も非常に類似していて、半径方向の導電フィードスルーが導電ロッド４２を備える。
第三電極５０についても、導電フィードスルーを設けることが可能であるが、当該実施例では、シース７０の内側表面が、好適には導電セラミックを絶縁セラミック上に共焼結することで、電極の導電表面と同じように導電であるとする。導電領域を、上述したように一点鎖線９０で示した。このように、電極５０から電極６０まで続く一点鎖線９０で示されているように、電極５０から管のすぐ外側まで電気的導通が確立されている。よって、管の外側の導電部分は、第三電極５０の外部接続を構成可能である。この理由で、シースは、それ自体が、電極５０と同じ電位で電極を構成すると考えられてよい。
最後の電極６０の外部との接続は、また、管の端壁を介して確立されてよく、この接続は、その外側表面が導電性であり管内部でその表面と導電接触している場合又は全体が導電セラミックでできている場合はそのセラミックと直接接触することによって確立されるか、又は、管内部のセラミックの表面だけが導電性である場合は電極の内側表面から管のすぐ外側まで続く、ロッド６２を有する導電フィードスルーによって確立される。フィードスルーはこの場合、電極６０を構成する絶縁セラミックのブロックを貫通し、シース７０は貫通しない。フィードスルーは軸方向に続き半径方向ではない。
【００２８】
したがって、コレクタ全体はセラミックで形成され、セラミックは、一部が電気的絶縁セラミックからなるが非常に熱伝導性が高く、他の部分が導電セラミックからなり絶縁セラミックを貫通する導電ロッドに接続されている。こうして、異なる部分で同質の熱機械特性を有するコレクタブロックが得られる。
セラミックを共焼結する、つまり電極とシースを、それらが未焼結状態のセラミックである間に、互いに対して適所に配置し、その後すべてのセラミックに同時に焼結作業を行うことによって、コレクタ全体を製造することが有利である。しかし、連続的な熱処理によって本体に電極を強力に接着することや、又は特定のサブアセンブリに部分的な共焼結作業を施し、その後別の焼結作業あり又はなしで複数のサブアセンブリを結合することも可能である。
【００２９】
図４は、第一電極３０のみを示す。該実施例の該電極は、外周を除き、ほぼ全体にわたって表面が導電性である。これは、また、外周がシース７０と接触する。電極は、未焼結のペースト状絶縁セラミックを機械加工して作られる。
機械加工された電極は、一点鎖線で示した未焼結の導電セラミック３５の薄層で覆われる。導電領域の画定は、絶縁のまま残されなければならない領域のマスキングか、全表面に均一に堆積させた後の選択的除去のいずれかによってなされてよい。電極３０は、シース７０への挿入前に焼結されてもよく、或いは、まずシース７０に挿入された後にシースと共焼結されてもよい。シースと同時に焼結される場合、電極とシース間の機械的接着は強力になり、熱伝導性が向上する。電極をシースに接続するための導電フィードスルーは、図３に示した導電ロッド３２を挿入可能な孔３６を形成してなり；該ロッドは、電極とシースの共焼結の前に孔内に配置されることが好ましい。ロッドは、片側が、導電セラミック３５の層と接触している。焼結作業は、表面が導電性であるセラミック３５を、電極３０の本体をなす絶縁セラミックに接着させる。
【００３０】
図５は、第二電極４０のみを示す。該電極は、基本的に、第一電極と同じように、つまり、未焼結の導電セラミック４５の薄層で部分的に覆われた、所望の電極形状を有する未焼結の電気的絶縁セラミック本体を焼結することによって形成される。孔４６はロッド４２の通路として機能し、これによって導電フィードスルーが確立される。
図６は、第三電極５０のみを示す。該電極も他の電極と同様に、局所的に導電セラミックの表面層５５を有するが、外部への接続のための導電フィードスルーが提供されない場合、孔は形成されない。
図７は、局所的に導電セラミックの表面層６５を有し、導電フィードスルーのための孔６６が形成された第四電極６０のみを示す。
【００３１】
図８は、半径方向に広がったフィン８０を備えた円筒形シース７０のみを示す。孔７２及び７３がシース内に見られるが、該孔は、第一及び第二電極３０及び４０がシース内に搭載されたとき、これら電極の孔３６及び４６と対向し、導電ロッド３２及び４２を貫通させる。実際、この場合の導電ロッド３２及び４２は、電極３０及び４０を構成する導電セラミックのブロックを厚さ方向に貫通するだけでなく、シース７０をも厚さ方向に貫通する。孔７２及び７３に配置されることとなる導電ロッドが該孔を通れるように、該孔のある位置にフィンはない。孔７２，７３，３６及び４６は、同時に、セラミック電極をシース７０に正確に配置するのに役立つ。
【００３２】
コレクタの様々な構成要素（電極及びシース）が、従来のセラミック技術を用いて製造されてよい。好適には、フィン８０を備えたシース７０は、円筒形状であるので、未焼結の生セラミックペーストを押し出して成形される。フィンの表面は、熱放散を向上させるために、溝付きであってよい（溝もまた押出成形中に形成される）。シースの成形は、未焼結の生セラミックペーストに他の機械加工及びドリル作業を行ってなされてもよい。
電極は、押出と、それに続いて、所望の形状（シースへの取付を容易にするにするための肩部を備えた、先端が開口した円錐形状）にそれらブロックを機械加工することによって製造されることが好ましい。未焼結の電気的絶縁セラミックのブロックは、未焼結の導電セラミックシートで覆われている。或いは、それらは、耐火金属（特にタングステン）ベースの導電インクで覆うこともできる。
【００３３】
図に示した電極は、軸対称の導電部分を有する。しかし、金属ブロックを非対称的な形状に機械加工することは従来技術による問題をより多く引き起こし得るが、特に困難なことなく、導電領域を任意のパターンにすることができる。
当該構成では、このように形成された電極によって印加された電場で、非対称性を生成することによって、反射電子を制限することが可能になる。
導電層で覆われた未焼結の複合セラミックのブロックがシース内に挿入され、導電フィードスルーのロッドが嵌め込まれる。さらに、ロッドの、電極の導電表面への電気的接続をもっと容易にするために、導電ペースト（セラミック製又は導電タングステンインクからなる）が、例えばブラシを用いてロッドの端部に付着されてもよい。
同様に、図３において線９０で示した導電表面を形成するために、ブラッシング及び／又はディッピング及び／又は吹き付け又はスパッタリングによって、導電タングステンインク又は導電セラミックペーストがシースの内側に付着されてよい。電磁気スクリーンを備えたコレクタを提供するために、（管の内側表面との電気的接続を確立することなく）導電フィルムがシースの外側に付着されてもよい。
管の端壁をなす、ロッド６２を有する最後の電極６０が、上記作業の後に取り付けられる。
電極、シース及び導電ロッドからなるアセンブリが共焼結され、所望のコレクタ構造がもたらされる。
【００３４】
図９は、部分的断面図であり、上記のように製造されたコレクタブロックを示す。当該好適な実施例では、電極及びシースのすべてが、少なくとも表面は導電性であるセラミックから作られている。
すべての絶縁部分に好適なセラミックは、窒化アルミニウムＡｌＮベース（１００％まで）である。窒化アルミニウムの熱伝導性は、約１８０ワット／ｍ・Ｋである。炭化ケイ素ＳｉＣ又は窒化チタンＴｉＮが、少ない割合で、窒化アルミニウムに混合されてもよい。焼結又は他のセラミックとの共焼結を容易にするために、焼結添加物が、少ない割合で（１０％未満）、未焼結の生セラミックペーストに付加されてもよい。
電極の導電部分に関して、セラミックは窒化チタンＴｉＮでできていることが好ましいが、炭化チタンＴｉＣ、炭化タングステンＷＣ、又は炭化ケイ素ＳｉＣでできていてもよい。これらの物質は、窒化アルミニウムと混合できる。導電表面部分が金属製である場合、該金属はタングステンかモリブデンであるのが好ましい。ここでも、有利には、焼結添加物が、特に窒化アルミニウムとの共焼結を容易にするために付加され得る。
【００３５】
セラミックの製造に用いる粉末の粒子サイズを利用して、電極の導電表面のテクスチャを変えることができ、粒子サイズを１ミクロン前後（０．５ないし２ミクロン）に制御すると、電子が電極に衝突したときの二次電子放出が抑えられやすい表面微小空洞が形成されることとなる。
絶縁セラミックのフィードスルーを構成する導電ロッドは、窒化チタン、炭化チタン、又は炭化ケイ素、或いはこれら物質の混合でできていてよい。ここでも、焼結添加物が付加され得る。ロッドはまた、タングステン又はモリブデンから作られてもよい。
焼結添加物は、典型的には、酸化イットリイウムＹ２Ｏ３、酸化カルシウムＣａＯ、フッ化イットリウムＹＦ３、又はフッ化カルシウムＣａＦ２であってよい。
【００３６】
窒化アルミニウム（絶縁体）と窒化チタン（導電体）は、特に共焼結中の緻密化率の点で同様の特性を有するので、イオン共有結合タイプの強力な無機接着が得られる。
未焼結の生セラミックは、焼結中、かなりの収縮（約１５ないし３０％）を被ることが知られている。この収縮は、もちろん、焼結前のセラミック部分の機械加工を決定するときに考慮される。この収縮を利用して、焼結作業中の、シースの電極への接着（半径方向内側に向かう接着力による）を確実にできる。
このように製造された電極アセンブリは、従来の金属電極のようにガス抜け現象を起こすことなく、非常に高い作業温度に耐久し得る。
【００３７】
シースについて言うと、チャネルがシースの押出成形中にシース本体に形成された場合、本発明は、流体（特に、例えば電気的絶縁オイル又は脱イオン水等の液体）で管を冷却するのに役立つ。
事実、従来技術では、該流体は、異なる電圧を受ける、電極と外部エンベロープの外側面に耐え得る絶縁耐力を持っていなければならない。
本発明のセラミック製外部エンベロープ構造では、有利には、毛管が長手方向に走り、該毛管を通って冷却流体が循環され得る。冷却されるべき内側表面と冷却流体との距離は別として、当該構成では、液体は電極に直接接触しないため、標準液、例えば水の使用が可能になる。液体は、エンベロープと、その全長にわたって直接接触する。
窒化アルミニウムは特に化学的に不活性であるため、当該新規な構成は、また、流電結合の発生、又は化学腐食を防ぐ。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来技術の真空管のためのコレクタ構成を示す。
【図２】従来技術の真空管のためのコレクタ構成を示す。
【図３】本発明による管コレクタの断面図である。
【図４】様々なセラミック電極のうちの一つを示す。
【図５】様々なセラミック電極のうちの一つを示す。
【図６】様々なセラミック電極のうちの一つを示す。
【図７】様々なセラミック電極のうちの一つを示す。
【図８】様々な電極を内包するためのセラミックシースを示す。
【図９】搭載されたコレクタの部分的断面斜視図である。
【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】
2005513731.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年8月25日(2004.8.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い熱伝導性を有する絶縁セラミックのブロックでできた電極であって、該ブロックの少なくとも表面の一部は導電性である少なくとも一つの電極（３０，４０，５０，６０）を含むことを特徴とする真空管。
【請求項２】
セラミックのブロックが、２０℃で少なくとも１００ワット／ｍ・Ｋの熱伝導性を有することを特徴とする請求項１に記載の管。
【請求項３】
絶縁セラミックが、窒化アルミニウムを主にベースとすることを特徴とする請求項２に記載の管。
【請求項４】
電極が、高い熱伝導性を有する電気的絶縁セラミックのブロックからなり、該ブロックは導電セラミックの薄い表面層と共焼結されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の管。
【請求項５】
表面が導電性であるセラミックが、窒化チタンか、炭化チタンか、炭化ケイ素か、又は炭化タングステン、或いは複数のこれらの物質の混合をベースとすることを特徴とする請求項４に記載の管。
【請求項６】
電極の、表面が導電性である部分が、タングステン又はモリブデンでできていることを特徴とする請求項２又は３に記載の管。
【請求項７】
電極を管の外部と接続するために、管の内部で電極の導電部分と片側が接触する導電セラミックでできた、電極及び／又は管の絶縁エンベロープの一部を形成する絶縁セラミックを貫通し、該絶縁セラミックと共焼結されている、ロッド（３２）を備えていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の管。
【請求項８】
電気的絶縁セラミックでできた外部エンベロープと、該エンベロープの全長にわたって該エンベロープと直接接触する液体を循環させる冷却手段とを有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の管。
【請求項９】
高い熱伝導性を有する電気的絶縁セラミックに導電セラミックを共焼結することによって、管のための、複合セラミックでできた少なくとも一つの電極を製造することを含むことを特徴する真空管製造方法。
【請求項１０】
導電セラミックが、絶縁セラミックの表面部分に、薄層として堆積されることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【国際調査報告】
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