(57)【要約】【課題】ヒータの端部における放熱性の向上と、ヒータの端部の強度の向上とを図ることができる含浸型陰極構体を提供することである。【解決手段】実施形態に係る含浸型陰極構体は、電子放出面を有し、電子放射物質が含浸された陰極基体と、前記陰極基体の前記電子放出面とは反対側の面に設けられた収納部と、前記収納部の内部に設けられ、前記収納部の外部に延びる端子を有するヒータと、前記端子と接触し、前記端子に沿って延びる補強部と、前記端子および前記補強部の外側に設けられ、前記端子および前記補強部と接触するコイルと、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出面を有し、電子放射物質が含浸された陰極基体と、
前記陰極基体の前記電子放出面とは反対側の面に設けられた収納部と、
前記収納部の内部に設けられ、前記収納部の外部に延びる端子を有するヒータと、
前記端子と接触し、前記端子に沿って延びる補強部と、
前記端子および前記補強部の外側に設けられ、前記端子および前記補強部と接触するコイルと、
を備えた含浸型陰極構体。
【請求項２】
前記コイルは、らせん状に巻かれた線材を有する請求項１記載の含浸型陰極構体。
【請求項３】
前記コイルは、前記端子および前記補強部の外側に巻き付けられている請求項１または２に記載の含浸型陰極構体。
【請求項４】
前記ヒータは、コイル状のフィラメントを有し、
前記端子は、前記フィラメントの一方の端部に設けられ、
前記補強部の、前記フィラメント側の端面は、前記フィラメントの外周面と接触している請求項１〜３のいずれか１つに記載の含浸型陰極構体。
【請求項５】
前記補強部の断面寸法は、前記端子の断面寸法と略同一である請求項１〜４のいずれか１つに記載の含浸型陰極構体。
【請求項６】
前記補強部の材料は、前記端子の材料と略同一である請求項１〜５のいずれか１つに記載の含浸型陰極構体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、含浸型陰極構体に関する。
【背景技術】
【０００２】
含浸型陰極構体を備えた電子銃は、クライストロンやジャイロトロンなどの直流電子エネルギーをマイクロ波電力に変換するマイクロ波電子管に用いられている。  
含浸型陰極構体は、陰極基体、収納部、収納部の内部に設けられたヒータおよび伝熱部などを備えている。  
ヒータの一方の端部は、収納部の外部に延びている。ヒータの一方の端部は、端子となり、電源装置などに電気的に接続される。ヒータの他方の端部は、収納部の内壁に電気的に接続される。  
近年においては、クライストロン等のマイクロ波電子管の高出力化の要求が増え、陰極基体が大型化している。また、陰極基体の大型化に伴い、ヒータも大型化している。ここで、ヒータの線材を太くすると加工精度が悪くなる。また、電源装置によってはヒータの電流値を低く設定する必要がある。そのため、小型の含浸型陰極構体用のヒータに用いられる線材と同程度の太さを有する線材を用いて、大型の含浸型陰極構体用のヒータが形成される場合がある。
【０００３】
この様な場合、陰極基体が大型化すると、ヒータへの印加電力が増加する。ところが、ヒータの端部の太さおよび表面積が増えないため、ヒータの端部の温度が上昇して断線が生じるおそれがある。  
そのため、ヒータの端部にクーリングコイルを装着することで放熱量を増やして温度上昇を抑える技術が提案されている。  
しかしながら、単に、クーリングコイルを装着するだけでは放熱が不十分になるおそれがある。また、ヒータの端部に外力が加えられた場合、ヒータの端部が折れやすいという問題も生じていた。  
そこで、ヒータの端部における放熱性の向上と、ヒータの端部の強度の向上とを図ることができる含浸型陰極構体の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１７４９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、ヒータの端部における放熱性の向上と、ヒータの端部の強度の向上とを図ることができる含浸型陰極構体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る含浸型陰極構体は、電子放出面を有し、電子放射物質が含浸された陰極基体と、前記陰極基体の前記電子放出面とは反対側の面に設けられた収納部と、前記収納部の内部に設けられ、前記収納部の外部に延びる端子を有するヒータと、前記端子と接触し、前記端子に沿って延びる補強部と、前記端子および前記補強部の外側に設けられ、前記端子および前記補強部と接触するコイルと、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】（ａ）は、本実施の形態に係る含浸型陰極構体を例示するための模式断面図である。（ｂ）は、Ａ−Ａ線方向の模式断面拡大図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、他の実施形態に係る補強部およびコイルを例示するための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
本実施の形態に係る含浸型陰極構体１は、例えば、クライストロンの電子銃に用いることができる。  
ただし、含浸型陰極構体１の用途は、クライストロンに限定されるわけではない。
【０００９】
図１（ａ）は、本実施の形態に係る含浸型陰極構体１を例示するための模式断面図である。  
図１（ｂ）は、Ａ−Ａ線方向の模式断面拡大図である。  
図１（ａ）に示すように、含浸型陰極構体１には、陰極基体１０、収納部２０、ヒータ３０、伝熱部４０、補強部５０、およびコイル６０が設けられている。
【００１０】
陰極基体１０には、電子放射物質が含浸されている。陰極基体１０は、電子放出面１１を有する。陰極基体１０は、例えば、２０％程度の空孔率を有する多孔質のタングステン（Ｗ）から形成することができる。陰極基体１０は、例えば、円板状を呈している。陰極基体１０の直径寸法は７０ｍｍ程度とすることができる。陰極基体１０には、所定の曲率を有し、曲面状に窪んだ電子放出面１１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）などを含む電子放射物質が含浸されている。
【００１１】
なお、電子放出面１１の加工時に空孔の目潰れが生じる場合がある。目潰れが生じると、電子放射物質が空孔に充分に含浸されないことがある。これを防ぐために、以下の様にして陰極基体１０の空孔に電子放射物質を含浸させることが望ましい。  
まず、電子放出面１１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る。  次に、電子放出面１１の加工後に、陰極基体１０を水素雰囲気下または真空下において加熱して、含浸されているプラスチックを飛散させる。  
その後、陰極基体１０の空孔に電子放射物質を含浸させる。  
この様にすれば、陰極基体１０の空孔に電子放射物質を充分に含浸させることができる。
【００１２】
収納部２０は、陰極基体１０の、電子放出面１１とは反対側の面１２に設けられている。収納部２０の一方の端部は、陰極基体１０の面１２にロウ付けすることができる。ロウ付けは、例えば、ルテニウム−モリブデン（Ｒｕ−Ｍｏ）合金を用いて行うことができる。
なお、陰極基体１０の面１２を覆うようにルテニウム−モリブデン合金からなる層１３を設けることができる。収納部２０は筒状を呈するものとすることができる。収納部２０は、例えば、円筒状を呈するものとすることができる。収納空間２１の一方の端部は、陰極基体１０により塞がれている。収納部２０と陰極基体１０とにより画された空間が収納空間２１となる。収納空間２１には、ヒータ３０および伝熱部４０が収納されている。収納部２０は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）から形成することができる。
【００１３】
ヒータ３０は、伝熱部４０を介して、陰極基体１０を加熱する。ヒータ３０は、フィラメント３１と、フィラメント３１の一方の端部に設けられた端子３３と、フィラメント３１の他方の端部に設けられた端子３２とを有する。フィラメント３１、端子３２、および端子３３は、一体に形成することができる。ヒータ３０は、例えば、断面寸法（線径）が０．８ｍｍのタングステン線から形成することができる。
【００１４】
フィラメント３１は、コイル状を呈し、収納空間２１に設けられている。フィラメント３１は、ヒータ３０の中間部分に設けられ、発熱部分となる。フィラメント３１の中心軸は、例えば、収納部２０の周方向に沿って延びている。
【００１５】
端子３２は、収納部２０の内壁に電気的に接続されている。例えば、端子３２は、収納部２０の内壁に溶接することができる。そのため、ヒータ３０、収納部２０、および、陰極基体１０は、同電位となっている。  
端子３３は、収納部２０の外部に延びている。すなわち、ヒータ３０は、収納部２０の内部に設けられ、収納部２０の外部に延びる端子３３を有する。端子３３は、直線状に延びるものとすることができる。端子３３は、図示しない電源装置と電気的に接続される。なお、端子３３および補強部５０が図示しない電源装置と電気的に接続されてもよいし、端子３３、補強部５０、およびコイル６０が図示しない電源装置と電気的に接続されてもよい。
【００１６】
伝熱部４０は、ヒータ３０からの熱を陰極基体１０に伝える。伝熱部４０は、収納空間２１に収納されたヒータ３０（フィラメント３１）を保持する。伝熱部４０は、収納空間２１の、フィラメント３１が収納された領域に隙間なく設けられている。伝熱部４０は、例えば、酸化アルミニウムの焼結体とすることができる。
【００１７】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、補強部５０は、端子３３と接触し、端子３３に沿って延びている。補強部５０は、線状を呈するものとすることができる。
補強部５０の側面は、端子３３の側面と対峙している。補強部５０の側面は、端子３３の側面と密着させることが好ましい。  
補強部５０の、フィラメント３１側の端面５０ａは、フィラメント３１の外周面と接触させることが好ましい。この様にすれば、補強部５０の位置を維持することが容易となるので、端子３３および補強部５０の外側にコイル６０を設けるのが容易となる。補強部５０の、フィラメント３１側とは反対側の端面５０ｂの位置には特に限定はない。補強部５０の端面５０ｂは、例えば、端子３３の端面３３ａの位置に設けることができる。
【００１８】
補強部５０が延びる方向と直交する方向における補強部５０の断面形状には特に限定はない。補強部５０の断面形状は、例えば、端子３３の断面形状と同じとすることができる。補強部５０の断面形状は、例えば、円形とすることができる。  
補強部５０の材料は、所定の耐熱温度を有するものであれば特に限定はない。補強部５０の材料の融点は、例えば、１７００℃以上とすることができる。補強部５０の材料は、例えば、タングステン、レニウム−タングステン（Ｒｅ−Ｗ）合金、モリブデン、タンタル（Ｔａ）などとすることができる。  
補強部５０の断面寸法（線径）は、端子３３の断面寸法（線径）と略同一とすることができる。なお、断面寸法（線径）が略同一とは、製造誤差程度の差を許容することである。
補強部５０の材料は、端子３３の材料と略同一とすることができる。なお、材料が略同一とは、製造誤差程度の差を許容することである。  
すなわち、補強部５０とヒータ３０は、同じ線材から形成することができる。この様にすれば、材料コストの低減や生産性の向上を図ることができる。例えば、補強部５０は、線径が０．８ｍｍ程度のタングステン線などから形成することができる。
【００１９】
コイル６０は、端子３３および補強部５０の外側に設けられている。コイル６０は、端子３３および補強部５０と接触している。コイル６０は、らせん状に巻かれた線材を有する。この場合、コイル６０は、端子３３および補強部５０の外側に巻き付けられたものとすることができる。なお、らせん状に巻かれたコイル６０を、端子３３および補強部５０に装着するようにしてもよい。コイル６０のピッチ寸法は、コイル６０の線材の線径と同じとすることもできるし、コイル６０の線材の線径よりも大きくすることもできる。すなわち、コイル６０は、線材が密着して巻き付けられたものとすることもできるし、線材同士の間に隙間が設けられるように巻き付けられたものとすることもできる。  
コイル６０の線材の材料は、所定の耐熱温度を有するものであれば特に限定はない。コイル６０の線材の材料は、例えば、タングステン、レニウム−タングステン合金、モリブデン、タンタルなどとすることができる。  
コイル６０の線材の断面寸法（線径）には特に限定はない。ただし、コイル６０の線材の断面寸法（線径）を大きくしすぎると、線材を巻き付けるのが困難となる。コイル６０の線材の断面寸法（線径）は、補強部５０の断面寸法（線径）よりも小さくすることができる。例えば、コイル６０は、線径が０．５ｍｍ程度のタングステン線などから形成することができる。
【００２０】
コイル６０は、端子３３と補強部５０を束ねている。すなわち、コイル６０は、端子３３と補強部５０を機械的に結合している。そのため、補強部５０が設けられていれば、端子３３の強度を補強することができる。すなわち、ヒータ３０の端部の強度の向上を図ることができる。
【００２１】
また、コイル６０は、端子３３および補強部５０と接触している。そのため、ヒータ３０において発生した熱は、熱伝導により、コイル６０に伝えられる。  
そして、コイル６０は、端子３３および補強部５０の外側に設けられている。そのため、コイル６０に伝えられた熱は、外部に放熱される。すなわち、コイル６０は、クーリングコイルの機能をも有している。  
この場合、端子３３および補強部５０の外側に巻き付けられたコイル６０とすれば、端子３３の外側のみに巻き付けられたコイルに比べて、線材の長さを長くすることができる。線材の長さが長くなれば、コイル６０の表面積が大きくなるので放熱性が向上する。すなわち、補強部５０が設けられていれば、ヒータ３０の端部における放熱性を向上させることができる。
【００２２】
図２（ａ）〜（ｃ）は、他の実施形態に係る補強部５０およびコイル６０を例示するための模式断面図である。  
図２（ａ）に示すように、補強部５０の断面寸法（線径）は、端子３３の断面寸法（線径）よりも小さくすることもできる。この様にしても、前述した補強効果と放熱効果を得ることができる。  
図２（ｂ）に示すように、補強部５０の断面寸法（線径）は、端子３３の断面寸法（線径）よりも大きくすることもできる。この様にすれば、前述した補強効果をさらに向上させることができる。また、コイル６０の線材の長さを長くすることができるので、放熱効果のさらなる向上を図ることができる。  
図２（ｃ）に示すように、補強部５０は複数設けることもできる。複数の補強部５０を設ければ、コイル６０を巻き付ける際に、補強部５０および端子３３の位置を安定させることができる。また、前述した補強効果をさらに向上させることができる。また、コイル６０の線材の長さを長くすることができるので、放熱効果のさらなる向上を図ることができる。
【００２３】
次に、本実施の形態に係る含浸型陰極構体１の製造方法について例示をする。  
まず、例えば、直径寸法が７０ｍｍ程度の陰極基体１０を治具などの上に置く。この場合、陰極基体１０の電子放射面１１側を治具側にする。そして、陰極基体１０の面１２の周縁に収納部２０を配置する。  
次に、陰極基体１０の面１２にロウ材を塗布し、乾燥させる。ロウ材は、例えば、ルテニウムとモリブデンの混合粉末と、有機バインダとを混練したものとすることができる。  次に、還元性雰囲気中（例えば、水素雰囲気中）において、例えば、陰極基体１０と収納部２０を約２０００℃に加熱してロウ材を溶融する。この際、陰極基体１０の面１２にルテニウム−モリブデン合金からなる層１３が形成される。また、これと同時に、陰極基体１０と収納部２０がルテニウム−モリブデン合金を介して接合される。すなわち、陰極基体１０と収納部２０がロウ付けされる。
【００２４】
次に、陰極基体１０と収納部２０により画された空間、すなわち、収納空間２１の所定の位置にヒータ３０（フィラメント３１）を保持する。ヒータ３０の保持は、例えば、治具を用いて行うことができる。  
次に、ヒータ３０の端子３２を収納部２０の内壁に溶接する。  
次に、収納空間２１に、ペースト状の埋め込み材を充填する。ペースト状の埋め込み材は、例えば、結着剤を含む有機溶剤に、粉末状の酸化アルミニウムを加えて撹拌することで生成することができる。  
次に、ペースト状の埋め込み材を乾燥させて有機溶剤を飛散させる。  
次に、乾燥させた埋め込み材を焼結させる。焼結は、例えば、真空中あるいは水素雰囲気中において、乾燥させた埋め込み材を１７５０℃〜１８５０℃に加熱することで行うことができる。
【００２５】
次に、陰極基体１０に電子放射物質を含浸させる。  
電子放射物質の含浸は、以下のようにして行うことができる。  
まず、陰極基体１０の電子放出面１１上に電子放射物質を載せる。  
次に、電子放射物質を水素雰囲気中において、１６００℃〜１７００℃に加熱する。すると、電子放射物質が溶融して陰極基体１０の空孔部に含浸する。
【００２６】
次に、端子３３の側面と、補強部５０の側面を接触させ、端子３３および補強部５０の外側に線材を巻き付けてコイル６０を形成する。なお、らせん状に巻かれたコイル６０を、端子３３および補強部５０に装着するようにしてもよい。
また、端子３３および補強部５０の外側にコイル６０を設けた後に、ヒータ３０を収納空間２１の所定位置に保持し、前述した工程を行うようにしてもよい。  
以上の様にして、含浸型陰極構体１を製造することができる。
【００２７】
以上に説明したように、本実施の形態に係る含浸型陰極構体１は、端子３３と接触し、端子３３に沿って延びる補強部５０と、端子３３および補強部５０の外側に設けられ、端子３３および補強部５０と接触するコイル６０と、を有している。  
そのため、コイル６０の表面積を大きくすることができるので、放熱性を向上させることができる。コイル６０の表面から充分な放熱を行うことができれば、ヒータ３０に印加する電力を増加させても端子３３の温度が上昇するのを抑制することができる。  
また、補強部５０が設けられていれば、端子３３の強度を補強することができる。そのため、外力などが端子３３に加えられたとしても、端子３３が破損するのを抑制することができる。
【００２８】
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  含浸型陰極構体、１０  陰極基体、１１  電子放出面、２０  収納部、２１  収納空間、３０  ヒータ、３１  フィラメント、３２  端子、３３  端子、４０  伝熱部、５０  補強部、６０  コイル
【図１】
2019160526.tif 000003
【図２】
2019160526.tif 000004