(57)【要約】【課題】速動性を向上することが可能な電子管用カソード構体を提供する。【解決手段】電子を放出するためのカソードと、前記カソードを加熱するためのヒータと、前記ヒータを固定するための孔部を有し、絶縁体によって形成されたヒータ支持用部材と、前記ヒータ及び前記ヒータ支持用部材を収容する反射筒と、前記ヒータ支持用部材を前記反射筒に固定するための固定部材と、を備え、前記孔部は、前記ヒータに向かって突出した凸部を有する、電子管用カソード構体。【選択図】図４
2016207281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子を放出するためのカソードと、
前記カソードを加熱するためのヒータと、
前記ヒータを固定するための孔部を有し、絶縁体によって形成されたヒータ支持用部材と、
前記ヒータ及び前記ヒータ支持用部材を収容する反射筒と、
前記ヒータ支持用部材を前記反射筒に固定するための固定部材と、を備え、
前記孔部は、前記ヒータに向かって突出した凸部を有する、電子管用カソード構体。
【請求項２】
前記孔部は、少なくとも２か所に前記凸部を有する、請求項１に記載の電子管用カソード構体。
【請求項３】
前記凸部の各々は、円形の前記孔部において等間隔に形成されている、請求項１または２に記載の電子管用カソード構体。
【請求項４】
少なくとも３個以上の前記ヒータ支持用部材が等間隔に配置され、前記ヒータを支持している、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電子管用カソード構体。
【請求項５】
前記ヒータ支持用部材は、前記固定部材との接触部に第１凹部を有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子管用カソード構体。
【請求項６】
前記ヒータ支持用部材は、前記反射筒との接触部に第２凹部を有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電子管用カソード構体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電子管用カソード構体に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばクライストロンや進行波管などの直線ビームを利用して、高周波ＲＦ信号を生成したり、増幅したりするマイクロ波管がよく知られている。この電子管は、電子を放出するカソードと、このカソードから間隔を置いて配置されたアノードと、電子を捕獲するコレクタと、を少なくとも具備している。ここで、電子ビームを放出する電子銃は、通常ピアス型となっている。アノードは、その中心に開口部を有している。断面凹形状のカソードとアノードとの間に高電圧を印加すると、アノードの開口部を通過する電子ビームが得られる。このような電子銃については、これまで種々のものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、このような電子銃に適用される電子管用カソード構体としては、ヒータを固定するためのヒータ支持用部材が、多孔質セラミックス、繊維質材料含有セラミックス、あるいはパイロリティック・ボロンナイトライドからなる技術が開示されている。（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１２７８９９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電子管用カソード構体においては、ヒータがカソードを約１０００℃の温度にすることでカソードより電子が放出される。カソードの温度は、ヒータへの電力入力後に徐々に上昇し、定常状態に達して安定化する。しかしながら、ヒータからヒータ支持用部材を伝わって反射筒からカソード支持体へ逃げる熱量が大きくなると、カソードを所定の温度に上げるのに高いヒータ温度が必要となる。このため、ヒータへの電力供給からカソード温度の安定化までに要する時間は、ヒータ温度が高くなるほど長くなる。また、ヒータ及びヒータ支持用部材が高温となるため、それらの劣化が早くなり、電子管の寿命が短縮するおそれがある。
【０００６】
本実施形態の目的は、速動性を向上することが可能な電子管用カソード構体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態によれば、
電子を放出するためのカソードと、前記カソードを加熱するためのヒータと、前記ヒータを固定するための孔部を有し、絶縁体によって形成されたヒータ支持用部材と、前記ヒータ及び前記ヒータ支持用部材を収容する反射筒と、前記ヒータ支持用部材を前記反射筒に固定するための固定部材と、を備え、前記孔部は、前記ヒータに向かって突出した凸部を有する、電子管用カソード構体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、電子管に適用される電子銃構体の一例を示す側断面図である。
【図２】図２は、電子管用のヒータ構体をアノード１２側から見た平面図である。
【図３】図３は、図１の反射筒１７の側部を欠截して上記ヒータ構体を示した側面図である。
【図４】図４は、図３のヒータ支持用部材１６の孔部１６ａを拡大した平面図である。
【図５】図５は、変形例のヒータ支持用部材１６を一部拡大した平面図である。
【図６】図６は、変形例のヒータ構体をアノード１２側から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１０】
図１は、電子管に適用される電子銃構体の一例を示す側断面図である。ここでは、クライストロンに使用される電子銃構体を例にとり、速動型の電子管用カソード構体について説明する。
【００１１】
すなわち、電子銃構体は、その管軸ｍを軸中心として、カソード１１、アノード１２、ヒータ１３などを備えている。アノード１２は、カソード１１の前方に取り付けられている。ヒータ１３は、カソード１１の後方に配置され、カソード１１を加熱する。ここで、カソード１１としては、所定の曲率をもつ断面凹形状であって円形状に形成されたいわゆる含浸型カソードや酸化物カソードが用いられる。含浸型カソードの場合、空孔率（ポロシティともいう）が約２０％の多孔質タングステン基体の空孔部に電子放射物質が含浸される。電子放射物質としては、例えば、酸化バリウム、酸化カルシウム、酸化アルミニウムの混合物が用いられる。
【００１２】
カソード１１は、その外周端面が円筒状のカソードスリーブ１４の前端で強固に保持されている。カソードスリーブ１４は、その後端が円環状のフランジ部材１５に溶接され支持されている。このカソードスリーブ１４は、例えば、薄肉のモリブデンやレニウム・モリブデン合金によって形成されている。ここで、カソード１１及びカソードスリーブ１４は、例えばモリブデン・ルテニウム合金のようなロウ材によって接合されている。また、フランジ部材１５は、例えばモリブデンなどの導電体によって形成されている。
【００１３】
ヒータ１３は、その詳細は後述されるが、例えばタングステン線やレニウム・タングステン線によって形成され、その形状は渦巻きコイル状に形成されている。コーン状に配置されたセラミックス製のヒータ支持用部材１６は、その孔部を通してヒータ１３を支持している。ヒータ支持用部材１６は、例えば、緻密質構造のアルミナのようなセラミックス、多孔質セラミックス、繊維質材料含有セラミックス、あるいはパイロリティック・ボロンナイトライドなどの絶縁体によって形成されている。
【００１４】
ヒータ１３やヒータ支持用部材１６は、例えば有底円筒状の反射筒１７内に収容され、固定部材１８により反射筒１７内に固定されている。ここで、固定部材１８は、反射筒１７と共に、例えばモリブデンやレニウム・モリブデン合金によって形成され、ヒータ支持用部材１６を固持し反射筒１７の内壁に接合されている。また、この反射筒１７は、カソードスリーブ１４の内部に位置しており、ヒータ１３がカソード１１の後方の所定のところに位置するように取り付けられている。
【００１５】
線状のヒータ１３の一端は、反射筒１７の底部から延出する第１ヒータリード１９ａにつながっている。この第１ヒータリード１９ａは、例えばモリブデン等の導電体から成るカソード支持筒２０の前端のフランジ及び上述したフランジ部材１５の穴部に取り付けられた絶縁性のヒータガイド２１を通して、カソード支持筒２０内に取り出される。なお、カソード支持筒２０の前端のフランジは、フランジ部材１５と溶接されている。
【００１６】
また、ヒータ１３の他端は、反射筒１７の底部から延出する第２ヒータリード１９ｂにつながっている。この第２ヒータリード１９ｂも上述したカソード支持筒２０の前端のフランジ及びフランジ部材１５に設けた別の穴部の絶縁性のヒータガイド２１を通して、カソード支持筒２０内に取り出される。第２ヒータリード１９ｂは、カソード支持筒２０の内面に溶接されている。
【００１７】
一方、第１ヒータリード１９ａは、カソード支持筒２０の内部に延在するリード支持部材２２に電気的に接続されている。支持筒２０の後端は、筒状のカソード支持体２３と接合されている。カソード支持体２３は、その後端側が拡径しており、円盤状の絶縁板２４により閉じられている。リード支持部材２２は、絶縁板２４を貫通し、ヒータ端子２５に接続され、支持筒２０及びカソード支持体２３の外部に取り出されている。ここで、カソード支持体２３の外周面は、カソード端子２６が接合されている。絶縁板２４は、ヒータ端子２５とカソード端子２６とを電気的に絶縁する。
【００１８】
カソード１１は、カソードスリーブ１４、フランジ部材１５、支持筒２０及びカソード支持体２３によりカソード端子２６に電気的に接続されている。カソード１１から放出される電子ビームを集束するウェネルト電極２８は、例えばステンレス製であり、支持筒２０及びカソード支持体２３によりカソード端子２６に電気的に接続され、カソード１１と同電位の構造になる。絶縁体シェル２７は、例えばセラミックス製であり、筒状絶縁体によって形成されている。この絶縁体シェル２７は、アノード１２とカソード端子２６とを互いに絶縁した状態で保持している。
【００１９】
上記の電子銃構体において、カソード１１、ヒータ１３、ヒータ支持用部材１６を少なくとも含むものを電子管用カソード構体という。なお、電子管用カソード構体は、さらに、反射筒１７、ヒータ支持用部材１６を反射筒１７に固定する固定部材１８、あるいはヒータリード１９（１９ａ、１９ｂ）等を含んでいても構わない。
【００２０】
図２は電子管用のヒータ構体をアノード１２側から見た平面図であり、図３は図１の反射筒１７の側部を欠截して上記ヒータ構体を示した側面図であり、図４は図３のヒータ支持用部材１６の孔部１６ａを拡大した平面図である。ここで、ヒータ構体は、電子管用カソード構体からカソード１１、カソードスリーブ１４あるいはウェネルト電極２８を除いたもので、ヒータ１３、ヒータ支持用部材１６および反射筒１７が少なくとも含まれる。
【００２１】
１本のヒータ１３は、複数のヒータ支持用部材１６によって支持されている。図２に示した例では、４個のヒータ支持用部材１６が設けられている。これらのヒータ支持用部材１６は、例えば１ｍｍ程度の薄い板厚を有し、それらの外形がほぼ短冊状に加工されている。各ヒータ支持用部材１６は、管軸ｍを中心として半径方向に延在している。４個のヒータ支持用部材１６は、管軸ｍを中心として等間隔に配置されている。つまり、４個のヒータ支持用部材１６は、管軸ｍを中心として９０°回転対称に配置されている。４個のヒータ支持用部材１６は、それぞれ反射筒１７内で所定角度に立設され、それぞれの上端が固定部材１８により反射筒１７上方の内壁に固定され、それぞれの下端が反射筒１７の底部に固持されている。
【００２２】
ヒータ１３は、タングステン線やレニウム・タングステン線によって形成されている。１本のヒータ１３は、ヒータ支持用部材１６に設けた孔部１６ａを通って支持され、渦巻きコイル状に形成されている。ここで、ヒータ１３の一端は、反射筒１７の底部に設けた第１孔部１７ａから第１ヒータリード１９ａとして延出している。ヒータ１３の他端は、反射筒１７の底部に設けた第２孔部１７ｂから第２ヒータリード１９ｂとして延出している。
【００２３】
このようにして、ヒータ支持用部材１６により支持されコーン状に捲回されたヒータ１３は、カソード１１の後方に近接して配置され、カソードを加熱する。カソード１１は、上記の通り、凹球面の電子放射表面をもつ含浸型カソードであり、多孔質タングステン母体に電子放射物質を含浸させることによって形成されている。カソード１１の裏面は、凸球面状をなしており、コーン状のヒータ１３が凸球面に沿って近接配置される。
【００２４】
本実施形態では、ヒータ支持用部材１６は、図４に示すように、ヒータ１３を固定するための孔部１６ａを有している。孔部１６ａは、例えば円形である。孔部１６ａは、その内壁１６１からヒータ１３に向かって突出した凸部１６ｂを有している。１つの孔部１６ａは、少なくとも２か所に凸部１６ｂを有しており、図示した例では、３か所に凸部１６ｂを有している。凸部１６ｂの各々は、円形の孔部１６ａにおいて等間隔に形成されている。つまり、３か所に凸部１６ｂは、孔部１６ａを中心として中心角が１２０°となる方向にそれぞれ形成されている。ヒータ１３は、図中に破線で示したように、凸部１６ｂによって支持され、内壁１６１から離間している。なお、ヒータ１３が加熱される前の定常状態においては、ヒータ１３は、複数の凸部１６ｂのうちの少なくとも１か所と接触し、すべての凸部１６ｂと接触しないことが望ましい。また、ヒータ１３が加熱され熱膨張した際には、ヒータ１３は、すべての凸部１６ｂと接触しても良い。いずれにしても、ヒータ１３は、定常状態及び熱膨張した際に、孔部１６ａの内壁１６１に接触することはない。このため、ヒータ１３とヒータ支持部材１６との接触面積を低減することができる。
【００２５】
また、ヒータ支持用部材１６は、図３及び図４に示すように、固定部材１８との接触部に第１凹部１６ｃを有している。さらに、ヒータ支持部材１６は、図３に示すように、反射筒１７との接触部に第２凹部１６ｄを有している。図示した例では、第１凹部１６ｃ及び第２凹部１６ｄは、いずれも矩形状に形成されたが、これらの形状は図示した例に限らず、円弧状などの他の形状であっても良い。このような構成により、ヒータ支持部材１６と反射筒１７及び固定部材１８との接触面積を低減することができる。
【００２６】
このような本実施形態によれば、ヒータ１３が加熱された際に、ヒータ１３からヒータ支持用部材１６に伝わる熱量を低減することができる。さらに、ヒータ支持用部材から固定部材１８及び反射筒１７を伝わってカソード支持体２３へ伝わる熱量も減らすことができる。このため、ヒータ１３への電力供給量が低減されカソード１１を所定の温度で安定化させるのに要する時間を短縮することができ、速動性を向上することが可能となる。一例では、孔部１６ａに凸部を設けなかった場合を比較例とした時、本実施形態では、カソード温度を約１０００℃にするのに、ヒータ温度を約１００℃低減することができた。
【００２７】
また、線状のヒータ１３は、所定のテンションを持ってヒータ支持用部材１６に設けた孔部１６ａを通り抜けている。このヒータ１３は、ヒータ１３の昇降温あるいは熱平衡状態において、孔部１６ａに設けられた数か所の凸部１６ｂとは接触するものの、孔部１６ａの内壁１６１と広範囲で接触することはない。このため、ヒータ１３の内壁１６１との接触によるヒータ１３の破断を抑制することが可能となる。また、ヒータ１３とヒータ支持用部材１６との接触面積を低減したことにより、ヒータ１３の熱膨張に伴うヒータ支持用部材１６への応力を緩和することができ、孔部１６ａ周辺の亀裂の発生や、この亀裂を起点としたヒータ支持用部材１６の破損を抑制することが可能となる。さらには、ヒータ温度を低減できることにより、支持部材１６の劣化を抑制することが可能となる。したがって、電子管の寿命を向上することが可能となる。
【００２８】
なお、本実施形態においては、ヒータ支持用部材１６の孔部１６aにおける凸部１６ｂ、ヒータ支持用部材１６の固定部材１８との接触部における第１凹部１６ｃ、及び、ヒータ支持用部材１６の反射筒１７との接触部における第２凹部１６ｄの少なくとも１つが採用されればよい。
【００２９】
次に、本実施形態の変形例について説明する。
【００３０】
図５は、変形例のヒータ支持用部材１６を一部拡大した平面図である。
【００３１】
図５に示した変形例は、図４に示した例と比較して、孔部１６ａが２か所に凸部１６ｂを有する点で相違している。２か所の凸部１６ｂは、円形の孔部１６ａにおいて等間隔に形成されたものではなく、図示した例では、重力方向に密に形成されている。ヒータ１３は、図中に破線で示したように、２か所の凸部１６ｂによって支持され、内壁１６１から離間している。このような変形例によれば、図４に示した例よりも、さらにヒータ１３とヒータ支持用部材１６との接触面積を低減することができる。このため、さらなる速動性の向上が可能となる。
【００３２】
なお、本実施形態においては、孔部１６ａは、ヒータ１３を内壁１６１に接触させることなく支持するためには、少なくとも２か所に凸部１６ｂを有していればよい。また、ヒータ１３とヒータ支持用部材１６との接触面積を低減する観点では、凸部１６ｂの数は少ない方が望ましい。
【００３３】
図６は、変形例のヒータ構体をアノード１２側から見た平面図である。
【００３４】
図６に示した変形例は、図２に示した例と比較して、１本のヒータ１３が３個のヒータ支持用部材１６によって支持された点で相違している。３個のヒータ支持用部材１６は、管軸ｍを中心として等間隔に配置されている。つまり、３個のヒータ支持用部材１６は、管軸ｍを中心として１２０°回転対称に配置されている。このような変形例によれば、図２に示した例よりも、さらにヒータ１３とヒータ支持用部材１６との接触面積を低減することができる。このため、さらなる速動性の向上が可能となる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態によれば、速動性を向上することが可能な電子管用カソード構体を提供することができる。
【００３６】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、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。これら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、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。
【００３７】
また、本実施形態の電子管用カソード構体は、グリッド付きのクライストロンや進行波管に適用される場合であってもよく、その他の直線ビーム機器、例えば電子加速器における電子インジェクタ等にも適用できることに言及しておく。
【符号の説明】
【００３８】
１１…カソード  １２…アノード  １３…ヒータ  １６…ヒータ支持用部材  １６ａ…孔部  １６ｂ…凸部  １６ｃ、１６ｄ…凹部
【図１】
2016207281.tif 000003
【図２】
2016207281.tif 000004
【図３】
2016207281.tif 000005
【図４】
2016207281.tif 000006
【図５】
2016207281.tif 000007
【図６】
2016207281.tif 000008