(57)【要約】【課題】熱伝導による放熱を抑制することができ、且つ、反射筒の剛性を向上させ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外筒と、前記外筒の内側に設けられた内筒と、前記内筒と前記外筒との間に設けられたヒータと、前記外筒の外側に設けられ、側部から突出する突出部を有する第１の反射筒と、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外筒と、
前記外筒の内側に設けられた内筒と、
前記内筒と前記外筒との間に設けられたヒータと、
前記外筒の外側に設けられ、側部から突出する突出部を有する第１の反射筒と、
を備えた含浸型陰極構体。
【請求項２】
前記突出部は、複数設けられている請求項１記載の含浸型陰極構体。
【請求項３】
前記複数の突出部は、等間隔に設けられている請求項２記載の含浸型陰極構体。
【請求項４】
前記第１の反射筒の外側に設けられた第２の反射筒をさらに備えた請求項１〜３のいずれか１つに記載の含浸型陰極構体。
【請求項５】
前記第１の反射筒と前記第２の反射筒は、一体に形成されている請求項４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。  
例えば、クライストロンの電子銃に用いられる含浸型陰極構体は、陰極基体、ヒータ、絶縁部、反射板、反射筒などを有している。  
ヒータは、絶縁部を介して、電子放射物質が含浸された陰極基体を加熱する。陰極基体が加熱されることで電子が放出される。  
反射筒には、２つの役割がある。１つ目の役割は、陰極基体を支えることである。そのため、反射筒の剛性は大きい方が好ましい。  
２つ目の役割は、絶縁部から外部への輻射による放熱を抑制することである。輻射による放熱を抑制することができれば、陰極基体の加熱効率を高めることができる。  
ところが、陰極基体を支えるために、反射筒は陰極基体と接合されている。そのため、反射筒を設けると、絶縁部から外部への輻射による放熱は抑制できるが、陰極基体から外部への熱伝導による放熱が発生するという問題がある。この場合、反射筒の剛性を大きくするために反射筒の肉厚を厚くすると、熱伝導による放熱が大きくなることになる。  
そこで、熱伝導による放熱を抑制することができ、且つ、反射筒の剛性を向上させ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】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２９３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、熱伝導による放熱を抑制することができ、且つ、反射筒の剛性を向上させ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】
【０００５】
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外筒と、前記外筒の内側に設けられた内筒と、前記内筒と前記外筒との間に設けられたヒータと、前記外筒の外側に設けられ、側部から突出する突出部を有する第１の反射筒と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】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部分断面図である。
【図２】反射筒を例示するための模式斜視図である。
【図３】反射筒の展開図である。
【図４】他の実施形態に係る含浸型陰極構体を例示するための模式部分断面図である。
【図５】他の実施形態に係る反射筒を例示するための模式斜視図である。
【図６】他の実施形態に係る反射筒の展開図である。
【図７】他の実施形態に係る突出部を例示するための模式斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
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、クライストロン用に限定されるわけではない。
【０００８】
図１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部分断面図である。
図１に示すように、含浸型陰極構体１には、陰極基体１０、筒体２０、ヒータ３０、絶縁部４０、反射板５０、フランジ６０、および反射筒７０（第１の反射筒の一例に相当する）が設けられている。
【０００９】
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。
【００１０】
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ようにすることが望ましい。  
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。
【００１１】
筒体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。筒体２０は、内部に形成された収納空間２１にヒータ３０および絶縁部４０を収納する。  筒体２０は、外筒２２、および内筒２３を有する。
【００１２】
外筒２２および内筒２３は、モリブデン（Ｍｏ）から形成することができる。外筒２２および内筒２３は、例えば、円筒状を呈している。内筒２３は、外筒２２の内側に、外筒２２と同軸（同心状）となるように配置されている。そのため、内筒２３の外壁（外筒２２側の壁面）と、外筒２２の内壁（内筒２３側の壁面）との間には、環状の収納空間２１が形成される。例えば、内筒２３の直径寸法は２０ｍｍ程度、軸方向の長さ寸法は１５ｍｍ程度、肉厚寸法は２ｍｍ程度とすることができる。
【００１３】
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。外筒２２および内筒２３の一方の端部には、陰極基体１０が接合されている。例えば、外筒２２および内筒２３の一方の端部と、陰極基体１０の面１２とが、ルテニウム−モリブデン（Ｒｕ−Ｍｏ）合金を用いてろう付けされている。
【００１４】
ヒータ３０は、内筒２３と外筒２２との間に設けられている。ヒータ３０は、絶縁部４０を介して、陰極基体１０を加熱する。ヒータ３０は、線状部材からなるフィラメントとすることができる。線状部材は、例えば、断面寸法（線径）が１．５ｍｍのタングステン（Ｗ）線とすることができる。ヒータ３０の中間部分（発熱部分）３１は、コイル状を呈している。中間部分３１は、絶縁部４０の内部に設けられている。中間部分３１の中心軸は、例えば、内筒２３の周方向に沿って延びている。
【００１５】
ヒータ３０の一方の端部３２は、内筒２３に電気的に接続されている。そのため、ヒータ３０、筒体２０、および、陰極基体１０は、同電位となっている。  
ヒータ３０の他方の端部３３は、絶縁管３４の内部を通って含浸型陰極構体１の外部に延びている。ヒータ３０の端部３３は、図示しない電源装置と電気的に接続されている。
【００１６】
絶縁管３４は、筒体２０の、陰極基体１０が設けられる側とは反対側に設けられている。絶縁管３４は、絶縁部４０の表面付近において端部３３が折損するのを防止するとともに、ヒータ３０と反射板５０とを絶縁するために設けられている。絶縁管３４は、例えば、アルミナ（酸化アルミニウム）などから形成することができる。
【００１７】
絶縁部４０は、ヒータ３０からの熱を陰極基体１０に伝える。絶縁部４０は、収納空間２１に収納されたヒータ３０を保持する。絶縁部４０は、ヒータ３０を絶縁する。絶縁部４０は、ヒータ３０の中間部分３１が収納された収納空間２１に隙間なく充填されている。絶縁部４０は、例えば、アルミナの焼結体とすることができる。
【００１８】
反射板５０は、絶縁部４０から外部への放熱を抑制するとともに、輻射により陰極基体１０の加熱効率を高めるために設けられている。  
反射板５０は、モリブデン（Ｍｏ）から形成することができる。反射板５０は、環状の板状体とすることができる。反射板５０は、収納空間２１の、陰極基体１０が設けられる側とは反対側の開口を塞ぐように設けられている。反射板５０は、アーク溶接により外筒２２に溶接することができる。
【００１９】
また、反射板５１および反射板５２をさらに設けることもできる。  
反射板５１は、反射板５０の、絶縁部４０側とは反対側に設けることができる。反射板５１は、環状の板状体とすることができる。反射板５２は、反射板５１の、絶縁部４０側とは反対側に設けることができる。反射板５２は、円板とすることができる。反射板５１および反射板５２は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）から形成することができる。反射板５０と反射板５１との間、および、反射板５１と反射板５２との間には、環状のスペーサ５３が設けられている。そのため、反射板５０と反射板５１との間、および、反射板５１と反射板５２との間には、所定の隙間を設けることができる。反射板５１および反射板５２を設ければ、絶縁部４０から外部への放熱をさらに抑制することができる。
【００２０】
フランジ６０は、陰極基体１０の面１２と対峙している。フランジ６０は、反射板５２の、絶縁部４０側とは反対側に設けられている。フランジ６０は、環状の板状体とすることができる。フランジ６０は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）から形成することができる。含浸型陰極構体１は、フランジ６０を介して、図示しない電子銃部に固定される。
【００２１】
反射筒７０は、例えば、円筒状を呈したものとすることができる。反射筒７０は、例えば、レニウム−モリブデン（Ｒｅ−Ｍｏ）合金の薄板を用いて形成することができる。反射筒７０は、外筒２２と間隔を空けて、外筒２２の外側に配置されている。反射筒７０の一端（陰極基体１０側の端部）は、外筒２２にろう付けされている。反射筒７０の他端（陰極基体１０側とは反対側の端部）は、フランジ６０にろう付けされている。ろう付けは、例えば、ルテニウム−モリブデン−ニッケル（Ｒｕ−Ｍｏ−Ｎｉ）合金を用いて行うことができる。
【００２２】
反射筒７０を設ければ、絶縁部４０（外筒２２）から外部への輻射による放熱を抑制することができる。そのため、陰極基体１０の加熱効率を向上させることができる。また、反射筒７０を設ければ、フランジ６０を電子銃部に固定した際に、陰極基体１０を支えることができる。  
陰極基体１０を支えることを考慮すると、反射筒７０の剛性は大きい方が好ましい。この場合、反射筒７０の肉厚を厚くすれば反射筒７０の剛性を大きくすることができる。  
一方、反射筒７０の一端は、外筒２２を介して陰極基体１０に接合されている。また、反射筒７０の他端は、フランジ６０を介して電子銃部に接合されている。そのため、陰極基体１０の熱が、外筒２２、反射筒７０、およびフランジ６０を介して電子銃部に伝わることになる。  
すなわち、反射筒７０を設けると、絶縁部４０から外部への輻射による放熱は抑制できるが、陰極基体１０から外部への熱伝導による放熱が発生するという問題がある。この場合、反射筒７０の剛性を大きくするために反射筒７０の肉厚を厚くすると、熱伝導による放熱が大きくなることになる。
【００２３】
そこで、本実施の形態に係る反射筒７０には突出部７０ａが設けられている。  
図２は、反射筒７０を例示するための模式斜視図である。  
図３は、反射筒７０の展開図である。  
図２に示すように、反射筒７０は円筒状を呈し、側部（胴部）から突出する突出部７０ａが設けられている。突出部７０ａの数には特に限定はないが、複数の突出部７０ａが設けられることが好ましい。複数の突出部７０ａが設けられていれば、反射筒７０の剛性を大きくするのが容易となる。また、複数の突出部７０ａの配置にも特に限定はないが、複数の突出部７０ａが等間隔に設けられることが好ましい。複数の突出部７０ａが等間隔に設けられていれば、反射筒７０の剛性を均等にするのが容易となる。突出部７０ａの平面形状にも特に限定はない。突出部７０ａの平面形状は、例えば、図２および図３に例示をしたような長円形とすることもできるし、円や多角形とすることもできる。
【００２４】
また、突出部７０ａは、反射筒７０の側部から外側に突出していてもよいし、反射筒７０の側部から内側に突出していてもよい。ただし、図１に示すように、突出部７０ａが反射筒７０の側部から外側に突出していれば、突出部７０ａと外筒２２との間の距離を大きくすることができる。そのため、輻射による放熱を抑制するのが容易となる。
【００２５】
突出部７０ａの肉厚は、反射筒７０の、突出部７０ａ以外の部分の肉厚とほぼ同じとすることができる。突出部７０ａが反射筒７０の側部から外側に突出したものである場合には、突出部７０ａは、反射筒７０の外側面の一部が凸状に形成され、外側面が凸状に形成された部分において、反射筒７０の内側面が凹状に形成されたものとすることができる。
突出部７０ａは、例えば、プレス刻印金型によるプレス加工（エンボス加工）により形成することができる。
【００２６】
複数の突出部７０ａを有する反射筒７０は、例えば、以下のようにして形成することができる。  
まず、厚みが０．１ｍｍ程度の帯状の板を用意する。帯状の板の材料は、例えば、レニウム−モリブデンなどとすることができる。  
次に、図３に示すように、エンボス加工により複数の突出部７０ａを等間隔に成形加工する。  
次に、図２に示すように、複数の突出部７０ａが形成された帯状の板を円筒状に丸め、帯状の板の端部７０ｂを重ね合わせる。  
次に、重ね合わせた部分を抵抗溶接により接合する。  
以上のようにして、複数の突出部７０ａを有する反射筒７０を形成することができる。
【００２７】
突出部７０ａを有する反射筒７０とすれば、反射筒７０の剛性を大きくすることができる。そのため、突出部７０ａを有さない反射筒と比べて、肉厚を薄くすることが可能となる。肉厚を薄くすることができれば、反射筒７０の陰極基体１０側の端部の面積（断面積）を小さくすることができるので、陰極基体１０から反射筒７０に伝わる熱量を少なくすることができる。
【００２８】
本発明者の得た知見によれば、突出部７０ａを有さない反射筒の肉厚を０．１５ｍｍとすると、これと同等の剛性を有する反射筒７０の肉厚は０．１ｍｍ以下とすることができた。そのため、反射筒７０の断面積を３３％以上小さくすることができる。  
またさらに、突出部７０ａを設ければ、伝熱距離を長くすることができるので、フランジ６０（電子銃部）に伝わる熱量を少なくすることができる。  
以上に説明したように、突出部７０ａを有する反射筒７０とすれば、熱伝導による放熱を抑制することができ、且つ、反射筒７０の剛性を向上させることができる。
【００２９】
図４は、他の実施形態に係る含浸型陰極構体１ａを例示するための模式部分断面図である。  
図５は、他の実施形態に係る反射筒を例示するための模式斜視図である。  
図６は、他の実施形態に係る反射筒の展開図である。  
図７は、他の実施形態に係る突出部７０ａ１を例示するための模式斜視図である。  
図４に示すように、含浸型陰極構体１ａには反射筒７１（第２の反射筒の一例に相当する）がさらに設けられている。
【００３０】
図５に示すように、反射筒７１は、例えば、円筒状を呈したものとすることができる。反射筒７１は、例えば、レニウム−モリブデン合金の薄板を用いて形成することができる。反射筒７１の肉厚は、反射筒７０の肉厚と同じとすることができる。
【００３１】
反射筒７１は、反射筒７０の外側に設けられている。反射筒７１は、反射筒７０の側部を囲む様に設けられている。この場合、突出部７０ａが、反射筒７０の側部から外側に突出していれば、反射筒７０の外側面と、反射筒７１の内側面とが密着するのを抑制することができる。すなわち、反射筒７０の突出部７０ａが設けられていない部分と、反射筒７１の内側面との間に隙間を確保することができる。この場合、反射筒７１の内側面と反射筒７０の突出部７０ａとは接触していてもよいし、接触していなくてもよい。ただし、反射筒７１の内側面と反射筒７０の突出部７０ａとが接触していなければ、反射筒７０から反射筒７１に伝わる熱量を少なくすることができる。
【００３２】
反射筒７１は陰極基体１０を支えるものではないため、反射筒７１の一端（陰極基体１０側の端部）は、外筒２２と接触しないようにすることができる。反射筒７１と外筒２２とが接触していなければ、熱伝導により陰極基体１０から反射筒７１に伝わる熱量をなくすことができる。  
後述するように、反射筒７０と反射筒７１が一体に形成される場合がある。その場合には、反射筒７１の他端（陰極基体１０側とは反対側の端部）は、フランジ６０にろう付けしてもよいし、ろう付けしなくてもよい。ろう付けは、例えば、ルテニウム−モリブデン−ニッケル合金を用いて行うことができる。
【００３３】
反射筒７１は陰極基体１０を支えるものではないため、反射筒７１の剛性は反射筒７０の剛性よりも小さくすることができる。そのため、反射筒７１には突出部７０ａを設けないようにすることができる。この場合、反射筒７１の肉厚は、反射筒７０の肉厚と同じとすることができる。
【００３４】
また、反射筒７０の側部を囲む反射筒７１が設けられる場合には、突出部７０ａの頂面に孔を設けたり、図７に例示をしたように反射筒７０の側部の一部を折り曲げて突出部７０ａ１としてもよい。
【００３５】
反射筒７０と反射筒７１は、例えば、以下のようにして一体に形成することができる。  まず、厚みが０．１ｍｍ程度の帯状の板を用意する。帯状の板の材料は、例えば、レニウム−モリブデンなどとすることができる。  
次に、図６に示すように、帯状の板の一部の領域に、エンボス加工により複数の突出部７０ａを等間隔に成形加工する。  
次に、図５に示すように、帯状の板の、複数の突出部７０ａが形成された領域を円筒状に丸め、さらにその外側に、帯状の板の、複数の突出部７０ａが形成されていない領域を丸め、帯状の板の端部７１ａを重ね合わせる。  
次に、重ね合わせた部分を抵抗溶接により接合する。  
以上のようにして、複数の突出部７０ａを有する反射筒７０と、反射筒７１とを一体に形成することができる。
【００３６】
なお、複数の突出部７０ａを有する反射筒７０と、反射筒７１とを別々に形成し、それぞれの端部をフランジ６０に接合してもよい。  
反射筒７０の側部を囲む反射筒７１を設ければ、反射筒７０から外部への輻射による放熱を抑制することができる。そのため、陰極基体１０の加熱効率をさらに向上させることができる。
【００３７】
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、筒体２０を電子放射物質が含浸されていない陰極基体１０の面１２に設置して、陰極基体１０と筒体２０との接合部分にルテニウム−モリブデン合金を塗布する。同様に、陰極基体１０の面１２にルテニウム−モリブデン合金を塗布する。塗布後、ルテニウム−モリブデン合金を溶解させて、陰極基体１０と筒体２０とを接合し、陰極基体１０の面１２にルテニウム−モリブデン合金の膜を形成する。このルテニウム−モリブデン合金の膜は、電子放出面１１から陰極基体１０に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の面１２から収納空間２１に染み出さないようにするために設けられる。
【００３８】
次に、冶具を用いてヒータ３０を収納空間２１内の所定位置に保持し、収納空間２１に絶縁部４０を充填する。絶縁部４０は、例えば、ペースト状の材料を収納空間２１に流し込み、その後、乾燥と焼結を行うことで形成することができる。  
ペースト状の材料は、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、これを撹拌することで生成することができる。  
また、乾燥は、ペースト状の材料に含まれている有機溶剤を飛散させるために行われる。
焼結においては、例えば、真空中あるいは水素雰囲気中において、１８００℃〜１８５０℃程度に加熱するようにする。
【００３９】
次に、ヒータ３０の端部３２を内筒２３に溶接する。
次に、筒体２０に反射板５０を溶接し、反射板５０にスペーサ５３を介して反射板５１を溶接する。  
次に、反射板５１にスペーサ５３を介して反射板５２を溶接する。
【００４０】
次に、反射筒７０の一方の端部（陰極基体１０側の端部）を外筒２２の外側に設置して、反射筒７０と外筒２２との接合部分にルテニウム−モリブデン−ニッケル合金を塗布する。同様に、反射筒７０の他方の端部（陰極基体１０側とは反対側の端部）にフランジ６０を配置して、反射筒７０とフランジ６０との接合部分にルテニウム−モリブデン−ニッケル合金を塗布する。塗布後、ルテニウム−モリブデン−ニッケル合金を溶解させて、反射筒７０と、外筒２２およびフランジ６０とを接合する。  
図５および図６に例示をしたように、反射筒７０と反射筒７１とが一体に形成されている場合には、反射筒７１は反射筒７０に保持される。  
反射筒７０と反射筒７１とが別々に形成されている場合には、反射筒７０と同様にして、反射筒７１の端部（陰極基体１０側とは反対側の端部）とフランジ６０とを接合する。
【００４１】
最後に、陰極基体１０に電子放射物質を含浸させて、含浸型陰極構体１が完成する。  
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下において、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に含浸する。
【００４２】
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】
【００４３】
１  含浸型陰極構体、１０  陰極基体、１１  電子放出面、２０  筒体、２１  収納空間、２２  外筒、２３  内筒、３０  ヒータ、４０  絶縁部、５０〜５２  反射板、６０  フランジ、７０  反射筒、７０ａ  突出部、７０ａ１  突出部、７１  反射筒
【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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