JP2690926B2 - ジャイロトロン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、ジャイロトロンに関わり、とくにその高
周波回路部の機械的保持構造に関する。

（従来の技術） 周知のようにジャイロトロンは、サイクロトロンメー
ザ作用を動作原理とする電子管で、ミリ波からサブミリ
波帯における高周波大電力源として利用されつつある。
ジャイロトロンの種類としては、サイクロトロン運動を
する電子群が形成する円筒状の電子ビームと、この電子
ビームと共振空胴のような１個の共振回路における電磁
波と相互作用し、共振回路に蓄積される電磁波エネルギ
ーによって電子ビームのエネルギーが失われて発振を生
じるジャイロモノトロン、同様の電子ビームと複数個の
共振空胴を用いて電磁波の増幅を行なわせるジャイロク
ライストロン、同様の電子ビームと伝送回路内の進行波
との相互作用によるジャイロ進行波管、あるいは伝送回
路内の後進波との結合による後進波ジャイロトロンなど
がある。

ジャイロトロンは、その動作周波数が概略数十GHzか
ら百数十GHzが一般的であり、波長に換算するとおよそ2
mm程度から数mm程度である。したがって、クライストロ
ンや進行波管に比較すると、波長が２桁から３桁も短
く、ジャイロトロンの高周波回路の各部寸法精度は著し
く高いものが要求される。

一方、ジャイロトロンの共振空胴を含む高周波回路
部、コレクタ部は、高周波伝送回路としての導波管をな
すとともに一部は電子ビームを捕捉する。したがって、
これら高周波回路壁は、銅のような導電性および熱伝導
性のすぐれた材料で構成される。しかしながら、ジャイ
ロトロンは比較的細く長い外形を有し、製造過程や輸送
においてはしばしば横にして取り扱う必要性がある。銅
は比較的軟質であり、このような過程で管軸が曲ってし
まうおそれがある。このような銅製の高周波回路壁に対
してこれを補強するためその外周に機械的強度の高いス
テンレス鋼のような金属筒を嵌合して回路壁の変形を防
止することも考えられる。しかし銅製の回路壁は、ステ
ンレス鋼のような金属筒に比べて熱膨張率が大きい。そ
のため、例えば各部のろう接工程や排気工程では数百℃
以上に加熱して組立てるので、その場合の熱膨張差で高
周波回路壁が変形したり、一部に亀裂が生じたりするお
それがある。前述のように非常に高精度が要求されるジ
ャイロトロンにおいては、このようなわずかな回路壁の
変形も不要モードの発振をひき起したりして正常な動作
を妨げることになる。とくに共振空洞とその近傍は、こ
のような変形を生ぜしめないようにする必要がある。

また、ジャイロトロンは共振空胴の内径が非常に小さ
く、この共振空胴部を排気工程や動作中のイオンポンプ
への管内ガスの主要通路にすると、排気能率が悪く、製
造に不所望な長時間を要するとともに、動作中の超高真
空が得にくい不都合がある。

この発明は、以上のような不都合を解消し、機械的に
安定で高周波回路壁の変形を抑制するとともに排気能率
のすぐれた構造のジャイロトロンを提供することを目的
とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は、電子銃部の電子ビーム下流に配置され、
電子ビーム導入部、共振空胴部およびコレクタ側導波管
部を有する高周波回路部が、銅製の長尺円筒状回路壁
と、そのまわりに排気用空間を置いて同軸的に設けられ
且つ銅よりも機械的強度の大きい外囲円筒とを備え、高
周波回路壁と外囲円筒とが可撓部を有する薄肉リングを
介して気密接合されるとともに、この可撓部の両側に固
定された一対のフランジが機械的に一体結合されてなる
ジャイロトロンである。

（作用） この発明によれば、ろう接や排気工程などでの銅製の
高周波回路壁と機械的強度の高い外囲円筒との熱膨張差
を、これらを機械的に竪固に固定しない段階で薄肉リン
グの可撓部で吸収でき、完成段階では両者の熱膨張差が
少ないので両者を機械的に竪固に固定し主として外囲円
筒で機械的強度を保つことができる。したがって高周波
回路壁の中心軸が曲ったり回路壁が部分的に変形したり
するおそれが解消される。また、高周波回路壁と外囲円
筒との間に設けられた排気用空間が、比較的大きい排気
コンダクタンスをもつ管内ガス通路となり、動作中の管
内ガスの高能率的な排気に役立ち、高真空で安定な動作
が維持される。

このように、機械的に安定で高周波回路壁の変形を抑
制するとともに排気能率のすぐれた構造のジャイロトロ
ンを得ることができる。

（実施例） 以下図面を参照してその実施例を説明する。なお同一
部分は同一符号であらわす。

第１図乃至第３図に概略構成図を示す。同図の符号11
は中空電子ビームを発生する電子銃部、12は銅製の高周
波回路壁、13はその次第に内径が縮小されるテーパ状の
電子ビーム導入部、14はそのビーム下流に連続的に設け
られた共振空胴部、15は同じくその下流に連続的に設け
られ内径が次第に拡大する逆テーパ状のコレクタ側導波
管部、16はその下流に配置された円筒状のコレクタ部、
17は高周波出力部、18はその導波管フランジ、19はその
近傍に設けられたセラミックス気密窓、21は外囲円筒、
22は磁界装置のソレノイド、23はこのジャイロトロンを
磁界装置に装着するための保持用フランジ、24は第１の
排気管、25は第２の排気管、26、27はそれぞれ冷媒通
路、28、29、30はそれぞれ冷媒室、31、32、33、34、35
はそれぞれ冷媒用パイプ、36は吊り下げアングル、37は
通気用スリットをあらわしている。

そこで、高周波回路壁12は銅（銅合金を含む）で構成
され、その外周に同軸的に設けられた外囲円筒21はステ
ンレス鋼のような非磁性体（比透磁率が１又はそれに近
い金属）で機械的強度（抗折力）が回路壁のそれよりも
十分大きい金属で構成されている。そしてこれら高周波
回路壁12と外囲円筒21との間には、排気用空間38が設け
られている。またこれら回路壁12および外囲円筒21の電
子銃部側端部は、同じくステンレス鋼のような金属で形
成された端リング39で連結されている。この端リング39
には、排気用空間38に通じる複数個の通気孔40がサーク
ル状に形成されており、さらにその図示下端には電子銃
部の絶縁筒41が気密接合されている。電子銃部は、中空
電子ビームを発生するカソード42、加速陽極43等を有し
ている。高周波回路壁12と外囲円筒21との長手方向の途
中には、リング状スペーサ44が介在されている。このリ
ング状スペーサ44は、内周が回路壁12の途中に嵌合され
てろう接固定され、外周は外囲円筒21の内周面に軸方向
にスライド可能に密嵌合されている。またその円周上に
は複数個の通気孔45が穿設されて排気用空間38と連通し
ている。なおこのリング状スペーサは、高周波回路壁12
と外囲円筒21との間に適当な間隔で複数個配置されてい
てもよい。それにより機械的強度の高い外囲円筒に対し
て回路壁の同心度が長手方向により一層高精度に保たれ
る。なおまたこのスペーサ44は、外囲円筒に固定され、
その内周面が回路壁の外周にスライド可能に嵌合されて
いてもよい。

共振空胴部を含む両テーパ状部にかかる高周波回路壁
の外周に設けられた外囲円筒21の図示の上端に、保持用
フランジ23がろう接され、その上にさらに厚肉の外囲円
筒21がろう接され、その上端に外囲円筒側フランジ46が
ろう接固定されている。なおこの厚肉外囲円筒21の一部
には、第１の排気管24が気密接合され、図示の上方に湾
曲されたうえ図示しない排気ポンプおよびイオンポンプ
に接続されている。これにより、電子銃部付近からの管
内ガスが主として排気用空間38およびこの第１排気管24
を通してイオンポンプに排出される。外囲円筒側フラン
ジ46の内周部には、封着リング47が気密接合され、これ
に薄肉の可撓部48が接合されている。一方、銅製の高周
波回路壁12には、同様に厚肉の内筒側フランジ49がろう
接固定され、前述の外囲円筒側フランジ46に近接対向し
ている。この内筒側フランジ49には、同様の封着リング
50を介して薄肉の可撓部51が気密接合されている。そし
て両可撓部48、51は、合掌構造で溶接部Ｂにおいて気密
溶接されている。そしてこの溶接部Ｂをとりまくよう
に、複数本の連結ボルト52、ナット53により高強度材か
らなる両フランジ46、49が機械的に堅固に結合されてい
る。コレクタ部16の端部に設けられた第２の排気管25
は、主としてコレクタ部側の管内ガスを、通気用スリッ
ト37を通してイオンポンプに導く。なおスリット37は、
少なくとも基本波成分をカットオフする寸法および形状
を有する。以上はジャイロトロンの完成状態を示してい
る。

このジャイロトロンの組立て、各部のろう接、および
排気工程においては、第２図に示すように、両フランジ
46、49をボルトおよびナットで連結しない状態で必要な
ろう接や排気等の熱処理を行なう。この状態で、銅製の
高周波回路壁12と外囲円筒21とは端リング39および封着
リング47、可撓部48、51、およびリング状スペーサ44に
より同軸的に保持固定されている。そして各部のろう接
や排気工程での高温加熱で、銅製の回路壁が外囲円筒よ
りも余分に熱膨張しても、可撓部48、51の部分でその膨
張差を吸収する。それにより、高周波回路壁はすなおに
熱膨張、収縮し、所定の寸法、形状が損われることがな
い。

そしてろう接や排気工程等の、高周波回路壁と外囲円
筒との間に比較的大きな膨張差が生じる製造工程を終了
した後、両フランジ46、49を第１図に示したようにボル
ト、ナットにより機械的に堅固に連結固定する。その後
のジャイロトロンの動作中においては、回路壁を強制冷
却しながら動作させるので、この回路壁と外囲円筒との
間の熱膨張差はほとんど無視できる程度にでき、回路壁
の変形はほとんど生じない。それ故、両フランジおよび
薄肉可撓部で連結する箇所は、電子ビーム捕集用コレク
タ部よりも共振空胴寄りの所に設けることが望ましい。
またジャイロトロンを磁界装置に装着する保持用フラン
ジ23は、外筒側フランジ46にそれよりも上流側で且つ厚
肉の外囲円筒21により連結して安定に保持できるように
なっている。また第１の排気管24はこの厚肉外囲円筒21
の一部に接続され、吊り下げアングルの近くまで延長さ
れて図示しないイオンポンプに接続されている。また第
２の排気管25は、同様に吊り下げアングルの付近で管本
体に接続され、図示しない排気装置およびイオンポンプ
にこの近くで接続されている。それにより、イオンポン
プの磁界が高周波回路とくに共振空胴部に及ばないよう
になっている。そして前述の如くとくに、高周波回路壁
と外囲円筒との間に設けられた排気用空間は、比較的大
きい排気コンダクタンスをもつ管内ガス通路となり、動
作中の管内ガスとくに電子銃部からのガスを能率的に排
気するのに役立ち、高真空で安定な動作を保証すること
ができる。

なお、リング状スペーサ44は、管軸に沿って適当箇所
に１個又は複数個配設することにより、高周波回路が長
大であっても、あるいは管本体を横にしても、この高周
波回路壁の中心軸が曲ったり、変形するおそれがない。
また、必要な熱処理を終了した後の薄肉可撓部の両側を
機械的に連結する両フランジは、ボルト、ナットで連結
する構造に限らず、例えば数箇所を溶接したり接着剤で
連結してもよく、あるいは他の適当な手段で機械的に連
結してもよい。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、ろう接や排気
工程などの熱処理工程での銅製高周波回路壁と機械的強
度の高い外囲円筒との熱膨張差を、薄肉リングの可撓部
で吸収でき、そして完成段階では両者の熱膨張差が少な
いので両者を堅固に連結固定して主として外囲円筒で機
械的強度を保つことができる。したがって高周波回路壁
の中心軸が曲ったり回路壁が部分的に変形したりするお
それがない。また、高周波回路壁と外囲円筒との間に設
けられた排気用空間が、比較的大きい排気コンダクタン
スをもつ管内ガス通路となり、動作中の管内ガスの高能
率の排気に役立ち、高真空で安定な動作が維持される。
このように、機械的に安定で高周波回路壁の変形を抑制
するとともに排気能率のすぐれた構造のジャイロトロン
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す概略縦断面図、第２図
はその組立て途中段階の要部断面図、第３図は第１図の
１−１における横断面図である。 11……電子銃部、13……電子ビーム導入部、14……共振
空胴部、16……コレクタ側導波管部、12……高周波回路
壁、16……コレクタ部、19……出力窓、38……排気用空
間、21……外囲円筒、48、51……可撓部、46……外筒側
フランジ、49……内筒側フランジ、52……連結ボルト。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子銃部と、 前記電子銃部の電子ビーム下流に配置され、電子ビーム
   導入部、共振空胴部およびコレクタ側導波管部を有する
   高周波回路部と、 前記高周波回路部の下流側に設けられたコレクタ部と、 前記高周波回路部の高周波を外部に通過させるように設
   けられた出力窓部とを具備してなるジャイロトロンにお
   いて、 上記高周波回路部は、銅製の長尺円筒状回路壁と、その
   まわりに排気用空間を置いて同軸的に設けられ且つ銅よ
   りも機械的強度の大きい外囲円筒とを備え、 上記回路壁と外囲円筒とが、薄肉可撓部を介して気密接
   合されるとともに、前記可撓部の両側にそれぞれ機械的
   強度の大きいフランジが対をなして機械的に一体結合さ
   れ、該一対のフランジのうちの一方が上記回路壁に他方
   が上記外囲円筒にそれぞれ機械的に固定されるとともに
   これら一対のフランジが上記可撓部の外周で相互に機械
   的に連結されてなることを特徴とするジャイロトロン。
2. 【請求項２】上記排気用空間を構成している上記回路壁
   と外囲円筒との間に、少なくとも１個の間隔保持用スペ
   ーサが配置され、該スペーサは上記回路壁および上記外
   囲円筒の一方に固定され他方の面にスライド可能に接し
   ている特許請求の範囲第１項記載のジャイロトロン。