(57)【要約】【課題】信頼性の高い含浸型陰極を歩留りよく製造する。【解決手段】多孔質金属製の陰極基体１１をろう材１３で筒状のスリーブ１２の一端部へろう付けする。スリーブ１２の内部には、埋込材１５で固定されたヒータ１４が配設される。陰極基体１１の一表面を金属網１８で被覆し、金属網１８の表面に酸化バリウムを含有する粉末状の電子放射物質１９を載せる。その状態で、電子放射物質１９を加熱して溶融させ、金属網１８の網目を通過させて陰極基体１１に含浸させ、金属網１８を陰極基体１１から取り外す。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質金属製の陰極基体の一表面を金属網で被覆する工程と、
前記金属網の表面に酸化バリウムを含有する粉末状の電子放射物質を載せる工程と、
前記電子放射物質を加熱して溶融させ前記金属網の網目を通過させて前記陰極基体に含浸させる工程と、
前記金属網を前記陰極基体から取り外す工程と、
を具備することを特徴とする含浸型陰極の製造方法。
【請求項２】
前記金属網はモリブデン、タングステンおよびそれらの合金のいずれかの金属線で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の製造方法。
【請求項３】
前記金属網は線径が０．０８ｍｍ〜０．１２ｍｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の含浸型陰極の製造方法。
【請求項４】
前記金属網は２５．４ｍｍあたりの網目の数が４０メッシュから６０メッシュであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の含浸型陰極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、概して、たとえばクライストロンやジャイロトロンなどのマイクロ波電子管の電子銃に用いられる含浸型陰極の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にクライストロンやジャイロトロンなどのマイクロ波電子管の電子銃に用いられる含浸型陰極は、高電流密度、長寿命の特性を併せ持つため、エネルギー関連機器用の大電力クライストロンなどの陰極に使用されている。この種の含浸型陰極において、多孔質タングステンからなる陰極基体は、モリブデンなどの高融点金属からなるスリーブの一端に、モリブデンおよびルテニウムからなる高融点ろう材によって固着されている。陰極基体は、粒径３〜５μｍ程度のタングステン粉末をその比重が１６ｇ／ｃｍ３程度になるように焼結し、その多孔質タングステンの空孔部にＢａＯ（酸化バリウム）、ＣａＣＯ（酸化カルシウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）よりなる電子放射物質を含浸して得られる。また、この陰極基体を所定の動作温度とするために加熱するヒータがスリーブ内に配設され、埋込材により固定される。
【０００３】
このような含浸型陰極の製造において、多孔質の陰極基体に電子放射物質を含浸させる場合、たとえばＢａＣＯ３（炭酸バリウム）、ＣａＣＯ３（炭酸カルシウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）の混合粉体を含浸前に一度高温の水素雰囲気中で熱分解させ、ＢａＯ（酸化バリウム）、ＣａＣＯ（酸化カルシウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）の混合焼成物にした後、粉砕した電子放射物質を用いて含浸が行われる。電子放射物質を多孔質の陰極基体に含浸させる際には、たとえば、陰極基体の曲面状に凹陥した表面に電子放射物質を盛り、水素中のような非酸化性雰囲気中で１６００〜１７００℃に加熱して、電子放射物質を溶融する。この溶融した電子放射物質は、陰極基体の空孔部に染み込んで含浸される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０８５６９２号公報
【特許文献２】特開２０００−２９４１２４号公報
【特許文献３】特開平０６−０８４４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような含浸型陰極の製造において、含浸後、冷却して取り出すと陰極基体の上に余剰な電子放射物質が残る場合がある。余剰な電子放射物質は、陰極基体に強固に付着するため、除去するのが容易ではない。そこで、たとえば湿度８０％の湿潤雰囲気中に一昼夜静置して、余剰な電子放射物質を溶かし出す方法や、機械的に削り出す方法がある。
【０００６】
しかし、高湿度中で電子放射物質を溶かし出す場合、陰極基体に含浸されている電子放射物質も溶け出し、水酸化物に変化して電子放射の弊害となる。また、機械的に削り出す方法では、陰極基体の表面に傷やクラック、陰極基体の表面孔に目潰れが生じるため、好ましくない。
【０００７】
そこで、実施形態は、信頼性の高い含浸型陰極を歩留りよく製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、実施形態による含浸型陰極の製造方法は、多孔質金属製の陰極基体の一表面を金属網で被覆する工程と、前記金属網の表面に酸化バリウムを含有する粉末状の電子放射物質を載せる工程と、前記電子放射物質を加熱して溶融させ前記金属網の網目を通過させて前記陰極基体に含浸させる工程と、前記金属網を前記陰極基体から取り外す工程と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態によって製造された含浸型陰極の断面図である。
【図２】一実施形態による含浸型陰極の製造過程での断面図である。
【図３】線径を一定とし金属網の網目数を変化させた試験の結果を示す表である。
【図４】線径を一定とし金属網の網目数を変化させた試験の網目数に対する陰極基体への電子放射物質含浸率の変化を示すグラフである。
【図５】金属網の網目数を一定とし線径を変化させた試験の結果を示す表である。
【図６】金属網の網目数を一定とし線径を変化させた試験の網目数に対する陰極基体への電子放射物質含浸率の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、一実施形態によって製造された含浸型陰極の断面図である。
【００１１】
含浸型陰極１０は、高電流密度、長寿命の特性を併せ持つために、エネルギー関連機器用の大電力クライストロンなどの陰極に使用されている。この含浸型陰極１０は、陰極基体１１、スリーブ１２、ヒータ１４を有している。陰極基体１１は、多孔質タングステンからなる。スリーブ１２は、モリブデンなどの高融点金属からなる筒状体である。陰極基体１１は、スリーブ１２の一端にモリブデン、ルテニウムからなる高融点のろう材１３により固着されている。スリーブ１２の内側には、陰極基体１１が所定の動作温度になるように加熱するためのヒータ１４が配設され、埋込材１５により固定されている。
【００１２】
陰極基体１１は、粒径３〜５μｍ程度のタングステン粉末をその比重が１６ｇ／ｃｍ３程度になるように焼結し、その多孔質タングステンの空孔部にＢａＯ（酸化バリウム）、ＣａＣＯ（酸化カルシウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）よりなる電子放射物質を含浸して得られたものである。
【００１３】
次に、この含浸型陰極１０の製造方法について説明する。
【００１４】
まず、多孔質タングステンからなる陰極基体１１をスリーブ１２の一端部へ、ルテニウム、モリブデンからなる高融点のろう材１３でろう付けする。この時、陰極基体１１の裏面全面にろう材１３を塗り、電子放射物質がヒータ１４に到達してヒータ１４のタングステンと反応するのを防止する。次に、スリーブ１２の中にヒータ１４を入れ、アルミナからなる埋込材１５を充填する。次にこれを真空中で１８００℃に保持し、２時間かけて焼結する。
【００１５】
図２は、本実施形態による含浸型陰極の製造過程での断面図である。
【００１６】
次に、電子放射物質を陰極基体１１の空孔部に含浸を行う。まず、金属網１８を用意する。金属網１８は、線径０．０８ｍｍ〜０．１２ｍｍの金属線を、網目の数が４０メッシュから６０メッシュとなるように網目状としたものである。ここで４０メッシュとは、２５．４ｍｍ（１インチ）の長さの間に、４０個の網目があるという意味である。つまり、金属線が２５．４／４０＝０．６３５ｍｍピッチで縦横にそれぞれ配列されている。この金属網１８を陰極となる陰極基体１１表面の曲率に合わせて加熱成形する。
【００１７】
この金属網１８を陰極基体１１の表面に載せ、その上に酸化バリウムを含む複合酸化物の粉末状の電子放射物質１９を載せる。その後、水素中で１７００℃に加熱して、電子放射物質１９を溶融する。溶融した電子放射物質１９の多くは、曲面を有した陰極基体１１の中央部の底部に集まる。しかし、溶融した電子放射物質１９の一部は、金属網１８を伝わって毛細管現象で金属網１８の周辺部まで広がり、その下の基体金属１１の空孔部に含浸される。つまり、金属網１８が陰極基体１１表面全体に設けられているので、電子放射物質１９は金属網１８にて毛細管現象で全面に広がり、陰極基体１１の空孔部に均一に含浸される。
【００１８】
電子放射物質１９の含浸後、金属網１８を周辺部から徐々に陰極基体１１から剥がしていく。これにより、金属網１８の中央部に残った余剰な電子放射物質１９を簡単に除去できる。金属網１８の取り外し後に陰極基体１１の表面に残った少量の電子放射物質１９は、筆などを利用して簡単に除去できる。
【００１９】
本実施形態によって含浸型陰極１０が適切に製造できることを試験により確かめた。この試験では、線径を一定とし金属網１８の網目数を種々変えて組み合わせたサンプルを製作し、電子放射物質１９を含浸させた。また、金属網１８の網目数を一定として、線径を種々変えたサンプルを製作し、電子放射物質１９を含浸させた。その後、金属網１８と取り外し、陰極基体１１の上に余剰電子放射物質として残っている電子放射物質１９の除去性と陰極基体１１への電子放射物質１９の含浸率を評価した。
【００２０】
図３は、線径を一定とし金属網の網目数を変化させた試験の結果を示す表である。図４は、線径を一定とし金属網の網目数を変化させた試験の網目数に対する陰極基体への電子放射物質含浸率の変化を示すグラフである。この試験では、金属網１８として、線径０．１ｍｍのタングステン網を用いた。網目数は、３０メッシュ、４０メッシュ、５０メッシュ、６０メッシュ、８０メッシュ、１００メッシュの６種類について試験を行った。
【００２１】
図３に示すように、網目数が３０メッシュでは、含浸後、陰極基体１１に残っている余剰な電子放射物質１９を容易に除去することができず、金属網１８（タングステン網）が破れてしまった。また、図３および図４に示すように、陰極基体１１への電子放射物質１９の含浸率は４０メッシュから６０メッシュまでは９０％以上と良好であったが、それ以上では含浸率が低下した。
【００２２】
このように、金属網１８の単位長さあたりの網目数には、陰極基体１１への電子放射物質１９を適切に含浸させるために適当な範囲があることがわかる。より具体的には、金属網１８の網目数は４０メッシュから６０メッシュが好ましい、すなわち２５．４ｍｍの間に４０ないし６０本の金属線がある金属網１８であることが好ましい。
【００２３】
図５は、金属網の網目数を一定とし線径を変化させた試験の結果を示す表である。図６は、金属網の網目数を一定とし線径を変化させた試験の網目数に対する陰極基体への電子放射物質含浸率の変化を示すグラフである。この試験では、金属網１８として、モリブデン網を用いた。網目数は、５０メッシュとした。線径は、０．０５ｍｍ，０．０８ｍｍ，０．１０ｍｍ，０．１２ｍｍ，０．１５ｍｍの５種類について試験を行った。
【００２４】
図５に示すように、線径が０．０５ｍｍでは、含浸後、陰極基体１１に残っている余剰な電子放射物質１９を容易に除去することができず、金属網１８（モリブデン網）が破れてしまった。また、図５および図６に示すように、陰極基体１１への電子放射物質１９の含浸率は０．０８ｍｍから０．１２ｍｍまでは９０％以上と良好であったが、それ以上では低下した。
【００２５】
このように、金属網１８の線径には、陰極基体１１への電子放射物質１９を適切に含浸させるために適当な範囲があることがわかる。より具体的には、金属網１８の線径は、０．０８ｍｍから０．１２ｍｍの範囲が好ましい。
【００２６】
これらはタングステン網あるいはモリブデン網を用いた評価結果であるが、３％レニウム・タングステン線などのタングステン、モリブデンまたはその合金といった高融点材料を用いた金属網でも同様な結果が得られている。
【００２７】
このように本実施形態によれば、電子放射物質の含浸工程において、粉砕した電子放射物質１９を多孔質金属からなる陰極基体１１の表面に配置されたモリブデン、タングステンまたはその合金線からなる金属網１８を介して、溶融含浸するため、含浸工程後に陰極基体１１に残っている余剰の電子放射物質１９を容易に除去できる。これにより、陰極基体１１に含浸されている電子放射物質１９の変質や表面の溶出、陰極表面の傷、クラック、表面孔の目潰がない良好な含浸型陰極１９を製造することができる。したがって、信頼性の高い含浸型陰極を歩留りよく製造することができる。
【００２８】
本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
【符号の説明】
【００２９】
１０…含浸型陰極、１１…陰極基体、１２…スリーブ、１４…ヒータ、１３…ろう材、１５…埋込材、１８…金属網、１９…電子放射物質
【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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