JP7157510B2 - クライストロン - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、クライストロンに関する。

クライストロンは、高周波電力の増幅に使用される電子管である。クライストロンは、電子を放出する電子銃部と、高周波電力の入力部と、高周波電力の出力部と、高周波相互作用部と、使用済みの電子を捕捉するコレクタと、を備えている。高周波相互作用部は、電子の進行方向に配列された複数の共振空胴から構成されている。共振空胴には、高周波電力を入力する入力空胴および高周波電力を出力する出力空胴が含まれている。電子銃部と高周波相互作用部の間、高周波相互作用部を構成する複数の共振空胴同士の間、高周波相互作用部とコレクタの間は、それぞれドリフト管で連結されている。

このような構成を有するクライストロンにおいては、電子銃部から放出された電子は、高周波電力が入力される入力空胴を通り、その前方にある複数の共振空胴との相互作用により集群する。集群した電子の運動エネルギーは入力された高周波電力に付与され、集群した電子が出力空胴において減速されることにより、目的とする出力に増幅された高周波電力が出力部より取り出される。

一般的には、クライストロンは、例えば、電子銃部と、相互作用部を構成する管容器との間に、ステンレス製の溶接継手により接合される箇所を備えている。また、溶接継手は、クライストロンの径方向に突き出した形状を有している。この場合、クライストロンは、例えば、筒状の集束電磁石の内部に挿入されるため、クライストロンの直径には制約がある。そのため、クライストロンの径方向に突き出した溶接継手を長くすることには制約がある。

ここで、電子銃部や管容器に不具合が生じる場合がある。この様な場合には、例えば、溶接継手の先端を切削により削除すれば、電子銃部と管容器を分離することができるので、電子銃部や管容器を再利用することができる。ところが、従来においては、溶接継手を長くすることが困難なため、溶接継手の先端を削除可能な回数が少なくなったり、溶接継手の長さが短くなって再度溶接するのに十分な長さを確保できなくなったりして、電子銃部や管容器を再利用することができなくなる場合がある。
そこで、構成要素の再利用を図ることが容易となるクライストロンの開発が望まれていた。

特開平０５－２７５０２０号公報

本発明が解決しようとする課題は、構成要素の再利用を図ることが容易となるクライストロンを提供することである。

実施形態に係るクライストロンは、電子を発生する陰極と、前記陰極を囲む電子銃容器と、前記電子銃容器の、前記電子の放出側に設けられ、複数の共振空胴を有する管容器と、前記電子銃容器に設けられ、クライストロンの管軸の方向に延びる第１の溶接継手と、前記管容器に設けられ、前記クライストロンの管軸の方向に延び、先端が前記第１の溶接継手の先端と溶接された第２の溶接継手と、を備えている。前記第１の溶接継手、および前記第２の溶接継手は、前記管容器を囲む集束電磁石の内壁と、前記管容器の外壁と、の間に設けられている。

本実施の形態に係るクライストロンを例示するための模式断面図である。 溶接継手を例示するための模式断面図である。 比較例に係る溶接継手を例示するための模式断面図である。 他の実施形態に係る溶接継手を例示するための模式断面図である。

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。
図１は、本実施の形態に係るクライストロン１を例示するための模式断面図である。
図１に示すように、クライストロン１には、電子銃部２、高周波相互作用部３、およびコレクタ４が設けられている。

電子銃部２は、電子２０を発生する陰極２１、電子２０を加速する陽極２２、電子銃容器２３、絶縁部２４、および溶接継手２５（第１の溶接継手の一例に相当する）を備えている。
例えば、陰極２１には負の高電圧を印加し、陽極２２は接地することができる。

電子銃容器２３は筒状を呈し、陰極２１の、陽極２２側の端部の近傍、および陽極２２を囲んでいる。電子銃容器２３は、例えば、ステンレスなどの金属から形成することができる。

絶縁部２４は、陰極２１と陽極２２の間の電気的な絶縁を保つために設けられている。絶縁部２４は、筒状を呈し、陰極２１の、陽極２２側とは反対側の端部を囲んでいる。絶縁部２４の、高周波相互作用部３側の端部は、電子銃容器２３の、高周波相互作用部３側とは反対側の端部に気密に接続されている。絶縁部２４の、高周波相互作用部３側とは反対側の端部は、例えば、底板２６により気密に閉鎖することができる。絶縁部２４は、例えば、セラミックスなどの絶縁体から形成することができる。底板２６は、例えば、ステンレスなどの金属から形成することができる。

溶接継手２５は、電子銃容器２３の、管容器３０側の端部に設けられている。なお、溶接継手２５の配置は、電子銃容器２３の端部に限定されるわけではない。例えば、溶接継手２５は、電子銃容器２３の外壁に設けられていればよい。溶接継手２５は、クライストロン１の管軸１ａの方向に延びている。溶接継手２５は、例えば、ステンレスなどの金属から形成することができる。例えば、溶接継手２５は、電子銃容器２３と一体に形成することができる。

高周波相互作用部３は、電子２０の進行方向に対して、電子銃部２の前方に設けられている。高周波相互作用部３は、電子銃部２とコレクタ４の間に気密に接続されている。
高周波相互作用部３は、管容器３０および溶接継手３５（第２の溶接継手の一例に相当する）を備えている。

管容器３０は、電子銃容器２３の電子２０の放出側に設けられている。管容器３０の内部には、複数の共振空胴、および複数のドリフト管が設けられている。複数の共振空胴、および複数のドリフト管は、クライストロン１の管軸１ａに沿って同軸に設けられている。図１に例示をしたクライストロン１の場合には、５個の共振空胴３１ａ～３１ｅが管軸１ａを中心として並べて設けられている。
電子銃部２に最も近い共振空胴３１ａ（入力空胴）には、高周波電力を入力する入力部３３が接続されている。入力部３３は、例えば、同軸ケーブルなどとすることができる。 コレクタ４に最も近い共振空胴３１ｅ（出力空胴）には、出力部３４が接続されている。出力部３４は、例えば、導波管などとすることができる。

ドリフト管は、電子銃部２と高周波相互作用部３との間、複数の共振空胴同士の間、高周波相互作用部３とコレクタ４との間に設けられ、これらを連結している。図１に例示をしたクライストロン１の場合には、６個のドリフト管３２ａ～３２ｆが管軸１ａを中心として並べて設けられている。

電子銃部２に最も近いドリフト管３２ａの、電子銃部２側の端部は、陰極２１に対峙している。コレクタ４に最も近いドリフト管３２ｆの、コレクタ４側の端部は、コレクタ４に接続されている。
管容器３０は、銅などの導電性の高い金属から形成することができる。

溶接継手３５は、管容器３０の、電子銃容器２３側の端部に設けられている。なお、溶接継手３５の配置は、管容器３０の端部に限定されるわけではない。例えば、溶接継手３５は、管容器３０の外壁に設けられていればよい。溶接継手３５は、クライストロン１の管軸１ａの方向に延びている。溶接継手３５は、例えば、ステンレスなどの金属から形成することができる。溶接継手３５は、例えば、溶接継手２５と同じ材料から形成することができる。

溶接継手２５と溶接継手３５は密着している。また、溶接継手２５の先端と溶接継手３５の先端は、気密に溶接されている。そのため、クライストロン１の内部の雰囲気を真空を保つことができる。
なお、溶接継手２５と溶接継手３５に関する詳細は後述する。

コレクタ４は、電子２０の進行方向に対して、高周波相互作用部３の前方に設けられている。コレクタ４は、高周波相互作用部３を通過した電子２０を捕捉する。コレクタ４は、捕捉した電子２０を熱に変換して放出することができる。例えば、コレクタ４には、図示しない冷却機構を設けることができる。

また、クライストロン１の外部には、集束電磁石５を設けることができる。集束電磁石５は、高周波相互作用部３（管容器３０）を囲むように設けることができる。例えば、クライストロン１は、集束電磁石５に設けられた孔５ａの内部に挿入することができる。集束電磁石５に通電することで磁場が発生する。発生した磁場により、電子２０が管容器３０（ドリフト管３２ａ～３２ｆ）の内壁に衝突しないように集束される。

ここで、この様な構成を有するクライストロン１の作用について説明する。
電子銃部２（陰極２１）から放出された電子２０は、入力部３３が設けられた共振空胴３１ａを通り、その前方にある複数の共振空胴３１ｂ～３１ｅを通過する度に相互作用により集群する。集群した電子２０が、共振空胴３１ｅにおいて減速されることで、出力部３４を介して、目的とする出力に増幅された高周波電力を取り出すことができる。

次に、溶接継手２５、３５に関してさらに説明する。
図２は、溶接継手２５、３５を例示するための模式断面図である。
図２は、図１におけるＡ部の模式拡大図である。
図３は、比較例に係る溶接継手１２５、１３５を例示するための模式断面図である。
図３は、図１におけるＡ部に対応する部分の模式拡大図である。

まず、図３を用いて比較例に係る溶接継手１２５、１３５を説明する。
図３に示すように、溶接継手１２５は、電子銃容器２３の、管容器３０側の端部に設けられている。溶接継手１３５は、管容器３０の、電子銃容器２３側の端部に設けられている。溶接継手１２５、１３５は、クライストロン１の管軸１ａに直交する方向において、クライストロン１の外側に突き出ている。溶接継手１２５と溶接継手１３５は、密着している。溶接継手１２５の先端と、溶接継手１３５の先端は、気密に溶接されている。

ここで、電子銃部２や管容器３０に不具合が生じる場合がある。例えば、電子銃部２の陰極２１に所定の電圧を印加しても所望の電子２０が放出されない場合がある。この様な場合には、不具合が生じた電子銃部２を交換すれば、高周波相互作用部３、コレクタ４、および集束電磁石５の再利用を図ることができる。

この場合、溶接継手１２５の先端と溶接継手１３５の先端を溶接している部分を、切削により削除すれば、電子銃部２と管容器３０を分離することができる。そして、例えば、管容器３０の溶接継手１３５の先端と、交換した電子銃部２の溶接継手１２５の先端とを気密に溶接すれば、所定の機能を有する電子銃部２を備えたクライストロン１を得ることができる。

この場合、溶接継手１２５、１３５は、集束電磁石５に設けられた孔５ａの内部に配置されるので、溶接継手１３５の先端と溶接継手１３５の先端が、孔５ａの内壁に干渉しない様にする必要がある。ところが、溶接継手１２５、１３５は、クライストロン１の管軸１ａに直交する方向において、クライストロン１の外側に突き出ている。そのため、溶接継手１２５、１３５の長さＬ１を長くするのが困難となる。すなわち、溶接継手１２５、１３５の長さＬ１は、孔５ａの内径による制約を受ける。溶接継手１２５、１３５の長さＬ１を長くすることができないと、溶接継手１２５、１３５の先端を削除可能な回数が少なくなったり、溶接継手１２５、１３５の先端を削除した際に再度溶接するのに十分な長さを確保できなくなったりする。そのため、電子銃部２や管容器３０を再利用することができなくなる場合がある。

これに対して、本実施の形態に係るクライストロン１には、溶接継手２５、３５が設けられている。図１および図２に示すように、溶接継手２５、３５は、クライストロン１の外部において、管軸１ａの方向に延びている。例えば、溶接継手２５、３５は、管軸１ａに平行な方向に延びるものとすることができる。

なお、図１および図２に例示をしたものの場合には、コレクタ４側に延びる溶接継手２５、３５を例示したが、電子銃部２側に延びる溶接継手２５、３５としてもよい。
コレクタ４側に延びる溶接継手２５、３５とする場合には、溶接継手２５、３５は、管容器３０を囲む集束電磁石５の内壁と、管容器３０の外壁と、の間に設けられる。そして、溶接継手２５、３５の先端が入力部３３と干渉しないようにする。例えば、溶接継手２５、３５の先端の位置が、共振空胴３１ａの電子銃部２側の面よりも電子銃部２側となるようにすることができる。

管軸１ａの方向に延びる溶接継手２５、３５とすれば、溶接継手２５、３５の長さＬ２は、孔５ａの内径による制約を受けることがない。そのため、溶接継手２５、３５の長さを、溶接継手１２５、１３５の長さに比べて格段に長くすることができる。例えば、溶接継手１２５、１３５の長さＬ１が５ｍｍ程度の場合に、溶接継手３５の長さＬ２を１０ｍｍ程度とすることができる。

溶接継手２５、３５の長さを長くすることができれば、溶接継手２５、３５の先端を削除可能な回数を多くすることができたり、溶接継手２５、３５の先端を削除した際に再度溶接するのに十分な長さを確保するのが容易となったりする。そのため、電子銃部２や管容器３０の再利用を図ることが容易となる。

ここで、溶接継手２５の厚み、および溶接継手３５の厚みを厚くしすぎると、溶接の際に、溶接継手２５、３５が溶融しにくくなるおそれがある。これらの厚みを薄くしすぎると、溶接継手２５、３５の強度が低くなりすぎて気密に対する信頼性が低下するおそれがある。本発明者の得た知見によれば、溶接継手２５の厚み、および溶接継手３５の厚みは、それぞれ１ｍｍ～２ｍｍ程度とすることが好ましい。

図４は、他の実施形態に係る溶接継手２５ａおよび溶接継手３５ａを例示するための模式断面図である。
図４は、図１におけるＡ部に対応する部分の模式拡大図である。
図４に示すように、溶接継手２５ａは、例えば、電子銃容器２３の、管容器３０側の端部に設けることができる。溶接継手２５ａは、例えば、ステンレスなどの金属から形成することができる。溶接継手２５ａは、例えば、電子銃容器２３と一体に形成することができる。
溶接継手３５ａは、例えば、管容器３０の、電子銃容器２３側の端部に設けることができる。溶接継手３５ａは、例えば、ステンレスなどの金属から形成することができる。溶接継手３５ａは、例えば、溶接継手２５ａと同じ材料から形成することができる。

溶接継手２５ａと溶接継手３５ａは密着している。
また、溶接継手２５ａの先端と溶接継手３５ａの先端は、気密に溶接されている。そのため、クライストロン１の内部の雰囲気を真空を保つことができる。

溶接継手２５ａ、３５ａは、クライストロン１の外部において、管軸１ａの方向に延びている。例えば、溶接継手２５ａ、３５ａは、管軸１ａに平行な方向に延びるものとすることができる。なお、図４に例示をしたものの場合には、コレクタ４側に延びる溶接継手２５ａ、３５ａを例示したが、電子銃部２側に延びる溶接継手２５ａ、３５ａとしてもよい。

コレクタ４側に延びる溶接継手２５ａ、３５ａとする場合には、溶接継手２５ａ、３５ａの先端が入力部３３と干渉しないようにする。例えば、溶接継手２５ａ、３５ａの先端の位置が、共振空胴３１ａの電子銃部２側の面よりも電子銃部２側となるようにすることができる。
溶接継手２５ａ、３５ａの場合にも、溶接継手２５ａ、３５ａの長さは、孔５ａの内径による制約を受けることがない。溶接継手２５ａ、３５ａの長さは、前述した溶接継手２５、３５の長さと同等とすることができる。溶接継手２５ａ、３５ａとすれば、溶接継手２５ａ、３５ａの先端を削除可能な回数を多くすることができたり、溶接継手２５ａ、３５ａの先端を削除した際に再度溶接するのに十分な長さを確保するのが容易となったりする。そのため、電子銃部２や管容器３０の再利用を図ることが容易となる。

またさらに、溶接継手２５ａの側面は、管軸１ａに対して傾斜する傾斜面とすることができる。溶接継手３５ａの側面は、管軸１ａに対して傾斜する傾斜面とすることができる。例えば、図４に示すように、溶接継手２５ａの外側の側面２５ａ１が、管軸１ａに対して角度θ1傾斜する傾斜面とすることができる。溶接継手３５ａの内側の側面３５ａ１が、管軸１ａに対して角度θ２傾斜する傾斜面とすることができる。この場合、溶接継手２５ａの内側の側面、および外側の側面の少なくともいずれかを傾斜面とすることができる。溶接継手３５ａの内側の側面、および外側の側面の少なくともいずれかを傾斜面とすることができる。
すなわち、溶接継手２５の側面の少なくとも一部は、クライストロン１の管軸１ａの方向に対して傾斜している。溶接継手３５の側面の少なくとも一部は、クライストロン１の管軸１ａの方向に対して傾斜している。
溶接継手２５の、クライストロン１の管軸１ａの方向に直交する方向の寸法は、先端に向かうに従い漸減している。溶接継手３５の、クライストロン１の管軸１ａの方向に直交する方向の寸法は、先端に向かうに従い漸減している。

溶接継手２５ａの側面、および溶接継手３５ａの側面が、管軸１ａに対して傾斜する傾斜面となっていれば、溶接継手２５ａ、３５ａの先端側の厚みを薄くすることができる。そのため、溶接継手２５ａ、３５ａの先端を溶接する際に、溶接継手２５ａ、３５ａの先端が溶融しやすくなる。そのため、溶接にかかる時間を短縮することができる。また、例えば、溶接継手２５ａ、３５ａの先端を切削により削除する際に、切削抵抗を小さくすることができる。そのため、電子銃部２と管容器３０を分離する時間を短縮することができる。

また、溶接継手２５ａ、３５ａの根元側（先端側とは反対側の端部側）は、溶接に用いられる可能性が低い。そのため、溶接継手２５ａ、３５ａの根元側の厚みを厚くすることができる。溶接継手２５ａ、３５ａの根元側の厚みを厚くすることができれば、溶接継手２５ａ、３５ａの強度を高くすることができるので、気密に対する信頼性を向上させることができる。

本発明者の得た知見によれば、溶接継手３５ａの長さＬ３は、１０ｍｍ程度とすることができる。また、溶接継手２５ａの先端側の厚み、および溶接継手３５ａの先端側の厚みは、それぞれ１ｍｍ～２ｍｍ程度とすることができる。溶接継手２５ａの根元側の厚み、および溶接継手３５ａの根元側の厚みは、それぞれ３ｍｍ程度とすることができる。

以上に説明したように、溶接継手２５、２５ａ、３５、３５ａは、クライストロン１の外部において、管軸１ａの方向に延びている。そのため、溶接継手２５、２５ａ、３５、３５ａの長さは、集束電磁石５の孔５ａの内径による制約を受けることがないので十分な長さを確保することができる。その結果、溶接継手２５、２５ａ、３５、３５ａの先端を削除可能な回数を多くすることができたり、溶接継手２５、２５ａ、３５、３５ａの先端を削除した際に再度溶接するのに十分な長さを確保するのが容易となったりするので、電子銃部２や管容器３０の再利用を図ることが容易となる。

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。

１ クライストロン、１ａ 管軸、２ 電子銃部、３ 高周波相互作用部、４ コレクタ、５ 集束電磁石、２０ 電子、２１ 陰極、２２ 陽極、２３ 電子銃容器、２５ 溶接継手、２５ａ 溶接継手、３０ 管容器、３１ａ～３１ｅ 共振空胴、３２ａ～３２ｆ ドリフト管、３３ 入力部、３４ 出力部、３５ 溶接継手、３５ａ 溶接継手

Claims (6)

1. 電子を発生する陰極と、
   前記陰極を囲む電子銃容器と、
   前記電子銃容器の、前記電子の放出側に設けられ、複数の共振空胴を有する管容器と、
   前記電子銃容器に設けられ、クライストロンの管軸の方向に延びる第１の溶接継手と、
   前記管容器に設けられ、前記クライストロンの管軸の方向に延び、先端が前記第１の溶接継手の先端と溶接された第２の溶接継手と、
   を備え、
   前記第１の溶接継手、および前記第２の溶接継手は、前記管容器を囲む集束電磁石の内壁と、前記管容器の外壁と、の間に設けられているクライストロン。
2. 前記第１の溶接継手の側面の少なくとも一部は、前記クライストロンの管軸の方向に対して傾斜している請求項１記載のクライストロン。
3. 前記第２の溶接継手の側面の少なくとも一部は、前記クライストロンの管軸の方向に対して傾斜している請求項１または２に記載のクライストロン。
4. 前記第１の溶接継手の、前記クライストロンの管軸の方向に直交する方向の寸法は、先端に向かうに従い漸減している請求項１～３のいずれか１つに記載のクライストロン。
5. 前記第２の溶接継手の、前記クライストロンの管軸の方向に直交する方向の寸法は、先端に向かうに従い漸減している請求項１～４いずれか１つに記載のクライストロン。
6. 前記第１の溶接継手、および前記第２の溶接継手は、ステンレスを含む請求項１～５のいずれか１つに記載のクライストロン。

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