(57)【要約】      （修正有）【課題】ヒータと支持体との接合強度を高めることができる含浸型陰極構体を提供する。【解決手段】含浸型陰極構体１は、電子放射物質が含浸された陰極基体１０と、前記陰極基体１０と接続された第１の筒部２４と、前記第１の筒部２４の内側に設けられ、前記第１の筒部２４と接続された第２の筒部２６と、前記第１の筒部２４と、前記第２の筒部２６と、の間に設けられた埋め込み部５０と、少なくとも一部が前記埋め込み部５０の内部に設けられ、前記埋め込み部５０から突出する端部を有するヒータ４０と、前記埋め込み部５０の外部であって、前記第１の筒部２４の前記第２の筒部側の壁面、または、前記第２の筒部２６の前記第１の筒部側の壁面に設けられ、前記端部を弾性力により保持する保持部３０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】
電子放射物質が含浸された陰極基体と、
前記陰極基体と接続された第１の筒部と、
前記第１の筒部の内側に設けられ、前記第１の筒部と接続された第２の筒部と、
前記第１の筒部と、前記第２の筒部と、の間に設けられた埋め込み部と、
少なくとも一部が前記埋め込み部の内部に設けられ、前記埋め込み部から突出する端部を有するヒータと、
前記埋め込み部の外部であって、前記第１の筒部の前記第２の筒部側の壁面、または、前記第２の筒部の前記第１の筒部側の壁面に設けられ、前記端部を弾性力により保持する保持部と、
を備えた含浸型陰極構体。
【請求項２】
前記第１の筒部の前記第２の筒部側の壁面に設けられた前記保持部は、前記第２の筒部側に向かうに従い幅寸法が漸減する溝部を有し、
前記端部は、前記溝部の内部に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】
前記保持部は、前記第１の筒部と溶接され、
前記端部は、前記保持部と溶接されている請求項２記載の含浸型陰極構体。
【請求項４】
前記第２の筒部の前記第１の筒部側の壁面に設けられた前記保持部は、前記第１の筒部側に向かうに従い幅寸法が漸減する溝部を有し、
前記端部は、前記溝部の内部に設けられている請求項１記載の含浸型陰極構体。
【請求項５】
前記保持部は、前記第２の筒部と溶接され、
前記端部は、前記保持部と溶接されている請求項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、クライストロンや進行波管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電子管に用いられている。  
含浸型陰極構体には、円板状を呈した陰極基体、支持内筒および支持外筒を有する支持体、陰極基体と支持体により形成された空間に収納されたヒータおよび埋め込み部などが設けられている。  
また、ヒータの一方の端部は、支持体の支持内筒または支持外筒に溶接されている。  
ここで、支持体の熱膨張率は、埋め込み部の熱膨張率とは異なる。そのため、ヒータによる加熱を行った際に、支持体の熱膨張量と埋め込み部の熱膨張量との間に差が生じ、この熱膨張量の差に起因して、ヒータの端部と支持体との接合部分（溶接部分）に応力が発生する。  
ヒータの端部と支持体との接合強度（溶接強度）が充分でないと、ヒータのオン・オフの繰返しにより、ヒータの端部と支持体との接合が外れるおそれがある。  
そのため、ヒータの端部と支持体との接合強度を高める技術が提案されている。  
しかしながら、近年、電子管を用いた装置の立ち上げ時間を短縮する要望が強い。特に緊急対応設備においては、カソード温度の立ち上がりを速くさせるため、急激にヒータの加熱を行う必要がある。これにより、支持体と埋め込み部の熱膨張差が急激に生じ、ヒータの端部と支持体との接合部に過大な応力が生じる。よって、接合強度の向上に関して、更なる改善が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２９３８４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、ヒータと支持体との接合強度を高め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、電子放射物質が含浸された陰極基体と、前記陰極基体と接続された第１の筒部と、前記第１の筒部の内側に設けられ、前記第１の筒部と接続された第２の筒部と、前記第１の筒部と、前記第２の筒部と、の間に設けられた埋め込み部と、少なくとも一部が前記埋め込み部の内部に設けられ、前記埋め込み部から突出する端部を有するヒータと、前記埋め込み部の外部であって、前記第１の筒部の前記第２の筒部側の壁面、または、前記第２の筒部の前記第１の筒部側の壁面に設けられ、前記端部を弾性力により保持する保持部と、を備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施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２】保持部３０について例示をするための模式斜視拡大図である。
【図３】第２の実施形態に係る含浸型陰極構体２を例示するための模式部分断面図である。
【図４】保持部３０ａについて例示をするための模式斜視拡大図である。
【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。
【０００８】
（第１の実施形態）  
第１の実施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られる陰極構体とすることができる。  
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。  
図１は、第１の実施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、支持体２０、ヒータ４０、保持部３０、埋め込み部５０、第１反射板６０、第２反射板６２、および、反射筒６６などが設けられている。
【０００９】
陰極基体１０は、例えば、１５％〜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、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射面１２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）からなる電子放射物質が含浸されている。
【００１０】
なお、電子放射面１２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、電子放射面１２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、電子放射面１２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テックを飛散させる。  
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】
支持体２０は、陰極基体１０を支持する。また、支持体２０は、内部に形成された収納空間２２にヒータ４０および埋め込み部５０を収納する機能をも有する。支持体２０は、支持外筒２４（第１の筒部の一例に相当する）および支持内筒２６（第２の筒部の一例に相当する）を有している。
【００１２】
支持外筒２４および支持内筒２６は、モリブデン（Ｍｏ）から形成することができる。支持外筒２４および支持内筒２６は、円筒状を呈している。支持内筒２６は、支持外筒２４の内側に、支持外筒２４と同軸（同心状）となるように配置されている。そのため、支持内筒２６と支持外筒２４との間には、環状の収納空間２２が形成される。例えば、支持内筒２６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２２の一方の端部は、陰極基体１０により塞がれている。支持外筒２４および支持内筒２６の一方の端部には、陰極基体１０が接合されている。例えば、支持外筒２４および支持内筒２６の一方の端部と、陰極基体１０の裏面（電子放射面１２とは反対側の面）１４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４０は、後述する埋め込み部５０を介して、陰極基体１０を加熱する。ヒータ４０は、線状部材からなるフィラメントである。線状部材は、例えば、直径寸法が１．５ｍｍのタングステン（Ｗ）線である。ヒータ４０の中間部分（発熱部分）４２は、コイル状を呈している。中間部分４２は、埋め込み部５０の内部に設けられている。中間部分４２の中心軸は、例えば、支持内筒２６の周方向に沿って延びている。
ヒータ４０の一方の端部４４は、支持内筒２６に電気的に接続されている。そのため、ヒータ４０、支持体２０、および、陰極基体１０は、同電位となっている。
【００１５】
また、支持内筒２６の陰極基体１０側とは反対側の端部の近傍には、保持部３０が設けられている。  
保持部３０は、ヒータ４０の端部４４を保持、固定している。  
なお、保持部３０に関する詳細は後述する。
【００１６】
ヒータ４０の他方の端部４６は、アルミナ管４８を通って含浸型陰極構体１の外部に延びている。端部４６は、図示しない電源装置に接続されている。  
アルミナ管４８は、支持体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。アルミナ管４８は、埋め込み部５０の表面付近で端部４６が折損することを防止するとともに、ヒータ４０と第１反射板６０および、ヒータ４０と第２反射板６２とを絶縁するために設けられている。
【００１７】
埋め込み部５０は、ヒータ４０からの熱を陰極基体１０に伝える。埋め込み部５０は、収納空間２２に収納されたヒータ４０を保持する。埋め込み部５０は、ヒータ４０を絶縁する。埋め込み部５０は、例えば、アルミナ（酸化アルミニウム）の焼結体であって、ヒータ４０の中間部分４２が収納された収納空間２２に隙間なく充填されている。
【００１８】
第１反射板６０、第２反射板６２、および、反射筒６６は、収納空間２２から外部への放熱を抑制し、輻射により陰極基体１０の加熱効率を高める役割を果たす。
【００１９】
第１反射板６０は、モリブデン（Ｍｏ）から形成することができる。第１反射板６０は、環状の板状体とすることができる。第１反射板６０は、収納空間２２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。第１反射板６０の外縁部は、支持外筒２４の端部にアーク溶接により接合されている。第１反射板６０の内縁部は、アーク溶接により支持内筒２６の端部に接合されている。
【００２０】
第２反射板６２は、円板状を呈し、モリブデン（Ｍｏ）から形成することができる。第２反射板６２は、第１反射板６０の支持外筒２４側とは反対側に設けられている。第１反射板６０と第２反射板６２との間には、環状のスペーサ６４が設けられている。スペーサ６４と第１反射板６０は、アーク溶接により接合されている。スペーサ６４と第２反射板６２は、アーク溶接により接合されている。
【００２１】
反射筒６６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６６は、支持外筒２４と間隔を空けて、支持外筒２４の外側に配置されている。反射筒６６の一端（陰極基体１０側の端部）は、支持外筒２４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。反射筒６６の他端（陰極基体１０側とは反対側の端部）には、環状のフランジ部材６８が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−ニッケル合金を用いて行うことができる。  
含浸型陰極構体１は、フランジ部材６８を介して、図示しない電子銃部に固定される。
【００２２】
次に、保持部３０についてさらに説明する。  
図２は、保持部３０について例示をするための模式斜視拡大図である。図２は、図１中のＡ部を拡大した斜視図である。  
図２に示すように、支持内筒２６の外壁（支持外筒２４側の壁面）には、環状の保持部３０が設けられている。保持部３０は、支持内筒２６の陰極基体１０側とは反対側の端部の近傍に設けられている。この場合、保持部３０は、埋め込み部５０の外部に設けられている。保持部３０と支持内筒２６とは、例えば、アーク溶接により接合されている。保持部３０は、支持外筒２４側に向けて突出している。  
例えば、保持部３０の内径寸法は２０ｍｍ程度、外径寸法は２３．５ｍｍ程度、厚み寸法は１ｍｍ程度とすることができる。  
ただし、保持部３０の寸法は、例示をしたものに限定されるわけではない。
【００２３】
保持部３０には、ヒータ４０の端部４４を弾性力により保持するための溝部３１が設けられている。  
溝部３１は、保持部３０の厚み方向および保持部３０の径方向に貫通している。溝部３１は、例えば、保持部３０に設けられた切り欠き部とすることができる。
【００２４】
溝部３１は、支持外筒２４側に向かうに従い窄んでいる。
すなわち、溝部３１は、支持外筒２４側に向かうに従い幅寸法が漸減する形状を有する。
例えば、ヒータ４０の線状部材の直径寸法（端部４４の断面寸法）が１．５ｍｍの場合には、端部４４を挟む前の状態において、溝部３１の支持内筒２６側の幅寸法Ｗ１は２．０ｍｍ程度、支持外筒２４側の幅寸法Ｗ２は０．１ｍｍ程度とすることができる。  
なお、保持部３０や溝部３１の寸法は、例示をしたものに限定されるわけではなく、ヒータ４０の線状部材の直径寸法や、発生させる弾性力などに応じて適宜変更することができる。
【００２５】
この様な溝部３１を設けるようにすれば、弾性力により、ヒータ４０の端部４４を保持部３０に保持させることができる。  
また、溝部３１の形状は、支持外筒２４側に向かうに従い窄んでいるので、弾性力により、ヒータ４０の端部４４を支持内筒２６に押し付けることができる。  
そのため、ヒータ４０の端部４４と支持内筒２６とを密着させた状態でアーク溶接をおこなうことができる。  
その結果、接合作業に関する作業性の向上や、接合部分の品質の向上、接合部分に対する信頼性の向上を図ることができる。
【００２６】
ヒータ４０の端部４４は、収納空間２２に充填された埋め込み部５０の外部に延び、第１反射板６０の内縁部に形成された切欠き６１の内部を通っている。そして、端部４４は、埋め込み部５０の外部において保持部３０の溝部３１に挟み込まれている。  
ヒータ４０の端部４４と、保持部３０とは、例えば、アーク溶接により接合されている。
【００２７】
ヒータ４０の端部４４は、収納空間２２の外部（埋め込み部５０の外部）に設けられた保持部３０により保持、固定されている。  
そのため、端部４４と保持部３０との接合部分は、加熱時に支持内筒２６と埋め込み部５０との間に生じる熱膨張差による応力の影響を受けにくくなる。  
その結果、ヒータ４０のオン・オフを繰り返しても、また、ヒータ４０の急激な加熱を行っても、ヒータ４０の端部４４と保持部３０、もしくは、保持部３０と支持内筒２６とが外れにくくすることができる。
【００２８】
ここで、支持内筒２６の外壁に凹部を形成し、ヒータ４０の端部４４を凹部の内部に入れて保持させることもできる。しかしながら、収納空間２２から突き出たヒータ４０の端部４４の位置には、ばらつきがある。そのため、凹部の寸法を長めにする必要があり、凹部とヒータ４０の端部４４との間の隙間が大きくなる。凹部と端部４４との間の隙間が大きくなると、接合面積が小さくなり、接合強度が不足する要因となるおそれがある。
【００２９】
これに対し、本実施の形態においては、窄まった形態を有する溝部３２によりヒータ４０の端部４４を確実に保持した状態で溶接することができるので、充分な接合面積を確保することが出来る。  
そのため、ヒータ４０と支持体２０との接合強度を、さらに高めることができる。その結果、過度な熱衝撃に対する耐性を高めることができるので、ヒータ４０に電流を安定して供給できる。  
さらに、ヒータ４０の端部４４は、収納空間２２の外部において保持部３０に接合されている。そのため、ヒータ４０と保持部３０との接合作業が容易となり、接合不良を少なくすることができる。
【００３０】
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、支持体２０を電子放射物質が含浸されていない陰極基体１０の裏面１４に設置して、陰極基体１０と支持体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。同時に、陰極基体１０の裏面１４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と支持体２０とを接合し、陰極基体１０の裏面１４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、電子放射面１２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の裏面１４から収納空間２２に染み出さないようにするために設けられる。  
次に、冶具を用いてヒータ４０を収納空間２２内の所定位置に保持し、収納空間２２に埋め込み部５０を充填する。埋め込み部５０は、例えば、ペースト状の材料を収納空間２２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。
【００３１】
次に、支持内筒２６に保持部３０を取り付ける。  
次に、ヒータ４０の端部４４を保持部３０の溝部３１に挟み込み、ヒータ４０の端部４４を保持部３０に保持させる。  
次に、ヒータ４０の端部４４を保持部３０に保持させた状態で、端部４４を保持部３０に溶接する。
【００３２】
次に、保持部３０と支持内筒２６を溶接する。  
次に、支持体２０に第１反射板６０を溶接し、第１反射板６０にスペーサ６４を介して第２反射板６２を溶接する。また、支持体２０に反射筒６６をろう付けする。  
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の電子放射面１２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。
【００３３】
（第２の実施形態）  
第２の実施形態に係る含浸型陰極構体２は、例えば、ジャイロトロンの電子銃に用いられる陰極構体とすることができる。  
ただし、含浸型陰極構体２の用途は、ジャイロトロン用に限定されるわけではない。  
図３は、第２の実施形態に係る含浸型陰極構体２を例示するための模式部分断面図である。  
図４は、保持部３０ａについて例示をするための模式斜視拡大図である。図４は、図３中のＢ部を拡大した斜視図である。
【００３４】
図３に示すように、含浸型陰極構体２には、陰極基体１０ａ、支持体２０ａ、ヒータ４０、保持部３０ａ、埋め込み部５０、第１反射板６０、および、反射筒６６などが設けられている。
【００３５】
陰極基体１０ａは、例えば、円環状を呈するものとすることができる。例えば、陰極基体１０ａの内径寸法は７０ｍｍ程度、外径寸法は９０ｍｍ程度とすることができる。  
陰極基体１０ａの外周端には、電子放射面１２ａが設けられている。電子放射面１２ａは、傾斜面となっている。  
陰極基体１０ａは、支持外筒２４の外周に形成されたフランジ部２５にろう付けされている。  
陰極基体１０ａの空孔率、材料、含浸される電子放射物質などは、前述した陰極基体１０と同様とすることができる。
【００３６】
支持体２０ａは、支持外筒２４と支持内筒２６と閉塞板２８とを有している。支持内筒２６は、支持外筒２４と同軸（同心状）となるように配置されている。そのため、支持内筒２６と支持外筒２４との間には、環状の収納空間２２が形成される。  
閉塞板２８は、支持体２０ａの一方の開口端、すなわち支持外筒２４および支持内筒２６の同じ側の端部を塞ぐように配置されている。支持外筒２４、支持内筒２６、および、閉塞板２８は、一体に形成されている。
【００３７】
支持外筒２４と支持内筒２６との間に形成された収納空間２２には、前述した含浸型陰極構体１と同様に、ヒータ４０と埋め込み部５０が設けられている。
【００３８】
ヒータ４０の端部４４は、収納空間２２に充填された埋め込み部５０の外部に延び、第１反射板６０の外縁部に形成された切欠き６１ａの内部を通っている。そして、端部４４は、埋め込み部５０の外部において保持部３０ａの溝部３１ａに挟み込まれている。  
ヒータ４０の端部４４と、保持部３０ａとは、例えば、アーク溶接により接合されている。  
ヒータ４０の端部４４は、収納空間２２の外部（埋め込み部５０の外部）に設けられた保持部３０ａにより保持、固定されている。
【００３９】
図３および図４に示すように、支持外筒２４の内壁（支持内筒２６側の壁面）には、環状の保持部３０ａが設けられている。保持部３０ａは、支持外筒２４の陰極基体１０ａ側（閉塞板２８側）とは反対側の端部の近傍に設けられている。この場合、保持部３０ａは、埋め込み部５０の外部に設けられている。保持部３０ａと支持外筒２４とは、例えば、アーク溶接により接合されている。保持部３０ａは、支持内筒２６側に向けて突出している。
【００４０】
保持部３０ａには、ヒータ４０の端部４４を弾性力により保持するための溝部３１ａが設けられている。  
溝部３１ａは、保持部３０ａの厚み方向および保持部３０ａの径方向に貫通している。溝部３１ａは、例えば、保持部３０ａに設けられた切り欠き部とすることができる。  
溝部３１ａは、支持内筒２６側に向かうに従い窄んでいる。  
すなわち、溝部３１ａは、支持内筒２６側に向かうに従い幅寸法が漸減する形状を有する。  
溝部３１ａの寸法は、前述した溝部３１の寸法と同様とすることができる。
【００４１】
保持部３０ａは、前述した保持部３０と同様に、ヒータ４０の端部４４を保持、固定する。  
保持部３０ａの作用と効果は、前述した保持部３０の作用と効果と同様であるため詳細な説明は省略する。
【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、２  含浸型陰極構体、１０  陰極基体、１０ａ  陰極基体、１２  電子放射面、１２ａ  電子放射面、２０  支持体、２０ａ  支持体、２２  収納空間、２４  支持外筒、２６  支持内筒、３０  保持部、３０ａ  保持部、３１  溝部、３１ａ  溝部、４０  ヒータ、４４  端部、５０  埋め込み部、６０  第１反射板、６２  第２反射板、６６  反射筒
【図１】
2016058348.tif 000003
【図２】
2016058348.tif 000004
【図３】
2016058348.tif 000005
【図４】
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