JPS62283532A - 高電力スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 発明の背景 本発明は光電力スイッチに関し、特に、アノードとして
二ｆｆ［ファラディ遮蔽コレクタを利用する特別設計の
電力スイッチに関する。

従来技術の説明 カソード、複数のグリッド、及びアノードを備えた電子
管は公知である。これらはマイクロ波装置、レーダ装置
及び高電力スイッチて使用される。然しながら、高電力
スイッチとして使用される電子管は高価であり、信頼性
か持てず、そして、カソードとアノードの間に適度な電
圧と同時に高電流レベルを提供することかてきない傾向
を持っている。

１１辺１１ 従って、本発明の目的は、高電圧及び高電流の両方を迅
速に切り替えることができる高電力スイッチを提供する
ことである。

本発明の他の目的は、比較的低電圧制御信号（ボルト）
を利用する比較的高電圧信号（キロボルト）をオンオフ
するためのスイッチを提供することである。

本発明の更に他の目的は、長寿命及び低電力の要求に応
じて軽負荷及び温度減少をもたらす高信頼性のカソード
を提供することである。

更に他の目的はカソードを修理のために容易に取り外す
ことができ、そして、カソード−アノード設計か故障防
止（ｆａ　ｉ　ｌ−５ｏｆｔ）性１＠のためにふんだん
に使用することができる高電力スイッチ管を提供するこ
とである。

本発明の更に他の目的は、熱応力を減少すると共に２次
放射を防止する大きなビーム・コレクタ領域をアノード
内に提供することである。

これら及び他の目的を達成するにあたり、加熱カソード
か提供され、このカソードに隣接してカソード電位に保
持されたシャドウ・グリッドか取り付けられている。ア
ノードの方へ向ってそのシャドウ・グリッドの向うには
カソードに関して正又は負電位をトνつ制御グリッド、
カソードに関して正電位をもつスクリーン・グリト、及
び、カソード電位に保持されたサプレッサ・グリッドか
存在する。このサブレウサ・グリッドはシャドウ・グリ
ッド、制御グリ・ンド、及びスクリーン・グリッドをア
ノードからＷｉして、　ａ）スクリーン・グリッド、制
御グリッド及びシャドウ・グリッドをアークによる損傷
から保護すると共に、ｂ〕容量を減少してより迅速な切
り換えを行う、アノードは標塾的なビーム電力４極管ア
ノードの上に２倍以上ビーム集合のための領域を増加さ
せる二重壁ファラディ遮蔽コレクタを有するように設計
されている。

本発明、他の目的及び利点のより良い理解は次の詳細な
説明及び添付図面を検討した後に明らかとなろう。

好適なニー絶倒の説明 高電力スイッチ１０か第１図に図式的に示しである。こ
のスイッチ１０は螺線巻コイル１６により加熱されるプ
レート１４に取り付けられた分配カソード１２を有して
いる。コイル１６は端子１８を介してその電気エネルギ
を受け取る。プレート１４には、例えば、導電柱２０に
よりシャドウ・グリッド２２が取り付けられ、このシャ
ドウ・グリッド２２は導電柱２０とプレー）−１４を介
してカソード１２と同じ電位に維持される。シャドウ・
グリッド２２と一線に、そして、このシャドウ・グリッ
ド２２の向うに、例えば、絶縁柱２４により制御グリッ
ド２６が取り付けられている。この制御グリッド２６は
シャドウ・グリッド２２と一線に並べられている。第２
の組の絶縁柱２４はシャドウ・グリッド２２と制御グリ
ッド２６と一線にスクリーン・グリッド２８を取り付け
てグリッド・スタックを形成している。シャドウ・グリ
ッド２２．制御グリッド２６、及びスクリーン・グリッ
ド２８のグリッド・スタックの向うに、アノード３２か
らこれらのグリッドを遮蔽するサプレッサ・グリッド３
０がある。この好適な実施例では、このサプレッサ・グ
リッド３０はカソード１２の面を完全に横切って伸びて
いるわけではない、アノード３２は二重壁ファラディ遮
蔽コレクタ３４を有しており、このコレクタ３４は、肩
３８により形成されるその電子受け口３６よりも大きい
内径を備えている。

尚、カソード１２は幾分皿状にすることかでき（凹又は
凸のいずれか）、そして、グリッド２２．２６．２８も
皿状にして互いにそしてカソードと同軸又は同心的に配
列することができる。この理由は、高電力スイッチ１０
の動作かこれらのグリッドを加熱してこれらを熱膨張さ
せる傾向かあるからである。これらのグリッドを皿状に
することによって、特定方向における膨張か制御される
。もしもこれらのグリッドか平坦面として設計されてい
るとすると、熱膨張によりこれらが一方又は他方に曲っ
て設計問題を生してしまう。然しながら、本発明は平坦
又は皿状のグリッド方式の存在によつて制限されるはず
かない。

第１図で見られるように、電力端子４０．４２．４４は
それぞれ、制御グリッド２６．スクリーン・グリッド２
８、サプレッサ・グリッド３０に電力を供給するために
利用される。然しなから、シャドウ・グリッド２２とサ
プレッサ・グリッド３０は各々この好適な実施例内ては
カソード電位に維持される。

次に第２図と第３図で、高電力スイッチ管１０の好適な
実施例か更に詳細に示しである。単一高電力スイッチ管
１０を利用することもてきる（第１図に示したように）
、然しながら、この好適な実施例では、電子銃は中央の
導電取付は板４８の周囲に取り付けられた８個の小銃４
６に分割されている。この構成により修理容易なカソー
ド組立体と、１つのカソード小銃４６の故障か高電力ス
イッチ管１０を故障させない故障防止方式とが形成され
る。

尚、第３図は第２図のｙｊ、３−３に沿って得た８個の
カソード小銃４６を有するカソード小組立体の端面図で
ある。然しなから、第２図は、あたかも第３図の線２−
２に沿って得られたかのように１個だけの小銃４６を示
す、第２図も又第３図に示してない液体冷却アノード３
２を示している。

取付は板４８は、例えばボルト５２（ｉ３図）によって
個々の小銃板５０を取り付けている。この小銃板５０に
は１例えばスポット溶接によって、カソード１２（第２
図）を支持するように柱５６を取り付けているカソード
板５４か取り付けられている。導電柱２０は１例えば溶
接によって、小銃板５０に取り付けられ、そして、スク
リーン・グリッド２２を支持している。絶縁柱２４は制
御グリッド２６とスクリーン・グリッド２８を上記の第
１図に関して説明した方法に似た方法で支持している。

サプレッサ・グリッド３０はカップ形状であって図示の
位置に保持されるように導電柱２０にはまっている。第
２図を良く見ると、取付は板４８、小銃板５０及びカソ
ード板５４及び導電柱２０かすべてカソード電位に保持
されていることか明らかとなる。従って、シャドウ・グ
リッド２２とサプレッサ・グリッド３０もカソード電位
に保持されている。

グリッド２２．２６．２８．３０はすべて０゜００４な
いし０．００５インチ厚のモリブデンから作られている
。第３図て解るように、すべてのこれらのグリッドは共
通の形状を有している。即ち、各グリッドは台形の開口
５６を有している。

これらのグリッド２２．２６及び２日は最長軸に沿って
開口５６の中央を横断する中心支持要素５８を有し、グ
リッド３０はグリッド要素のない開口を有している。グ
リッド２２．２６．２８の開口５６の側から中心支持部
要素５８までこのグリッド構造を完成する複数のグリッ
ド要素６０が伸びている。グリッド要素６０は一般的に
は０．００４ないしｏ、ｏｏｓインチ平方である。尚、
サプレッサ・グリッド３０の台形開口によりグリッド２
８のグリッド要素６０は第３図に示すことがてきる。

ｔ５２図で、銅線６２のような導体が電力供給用の端子
１８（第１図）からカソード加熱、コイル１６へ接続さ
れている。導体６２はプレート４８の絶縁フソシング６
４を通ってカソード小銃小組立体４６の近くで終ってい
る。３つの導体６２がこの好適な実施例では使用される
（第３図参照）。

リング状の導体６６は導体６２にスポット溶接されて導
体６６にスポット溶接された導電リボン６８を介して８
個のカソード加熱コイル１６の各々に電力を供給し、そ
して、その反対端において加熱コイル１６からの各リー
ド線７０にスポット溶接されている。リード線７０は絶
縁ブッシング７２を通ってこのリード線を導電柱２０か
ら絶縁する。同様な仕方で、電力は制御グリッド２６と
スクリーン・グリッド２８に導体７４（その１つのみが
第２図では示しである）により提供される。

導体７４は絶縁体７６を通ってカソード１２と導電柱２
０との間に伸びている０図示した導体７４はシャドウ・
グリッド２２を通って制御グリッド２４に電気接続して
いる。同様な仕方で１図示はしてないか、第２の導体７
４は、シャドウ・グリッド２２と制御グリッド２６を通
った後スクリーン・グリッド２６と電気接続している。

ｍ２図で解るように、８個のアノード３２の各々は単一
の円筒状の銅ブロツク７日に形成されており、各ファラ
ディ遮蔽コレクタ空洞３４は低価格構成のためにブロッ
クに鋳造されている。アノードの開口３６は複数のモリ
ブデン又は銅からなる台形状のリング７９により形成さ
れ、これらのリングは各空洞３４の表面開口に形成され
た溝８０に締りばめされている。

銅ブロック７８の外周を、穴を有する複数の冷却リング
８２か包囲している。冷却リング８２は円筒管８６によ
り閉じられ、この管８６はカラー８８に締りばめするこ
とができる。このカラー８８は銅ブロック７８の外周に
はまって、アノードの空洞開口３６を含むアノードの表
面と並行に並べられている。カラー８８は溶接によって
このカラーに取り付けることかできる環状のリング９０
を取り付けている。リング９０は、又、カソード小銃４
６を包囲する絶縁ハウジング９４の外面に取り付けたｆ
ＪＩＪ２の環状リング９２上を滑動する。

高電力スイッチ１０の組立体は例えばリング９０をリン
グ９２にスポット溶接することによって完成される。

アノード・ブロック７８、リング８２及び管８６は、ホ
ース取り付は具９６を介して水のような適当な冷却剤を
供給される冷却チャネルを形成している０図示の実施例
では、銅ブロック７８の中央は、例えば、穴あけにより
中空にされて重量を軽減し、冷却を促進するようにされ
ている。

高電力スイッチ１０の導電状態における動作を第４図に
関して説明する。この第４図では、ＴＬ子軌道は一般的
に水平線として示してあり、一方、等電位輪郭線はコン
ピュータ・シミュレーション・プロットでほぼ垂直線と
して示しである。８個の個々の小銃４６は、例えば、カ
ソード１２に刃電圧を加える電位に接続されている。上
述のように、シャドウ・グリッドも０ボルトに保持され
、一方、制御グリッド２６はプラス４００ボルトに維持
されている。動作において、スクリーン・グリッド２８
はプラス１，２５０ボルトに維持され、一方、サプレッ
サ・グリウド３０は零ボルト、即ち、カソード電位に維
持される。アノード３２はプラス２，０００ボルトに維
持されている。高電力スイッチ１０が導電しているとき
、電流運搬容量は２５アンペアと２８アンペアの間に存
在することかできる。

第５図て解るように、カソード１２からアノード３２の
方への電子の流れは、従来技術て知られたものの２倍以
上であるかなり増加した表面面積にわたって広げられる
。この増加した面蹟により液体冷却剤に対する熱伝達が
容易になり、コレクタの内面温度か下がり、これにより
、管の寿命が伸びる。ファラディ遮蔽コレクタ３４も遮
蔽３４からの電子の２次放射を防止するように作用する
。

次に第６図で、第４図に似た図面か示されており、高電
力スイフチ管１０はカットオフ・モードで示され、カソ
ード１２とシャドウ・グリッド２２の電位は、高電力ス
イッチ管１０がオンのときと同じである。制御電極２６
の電位はプラス４００ボルトからマイナス６８０ボルト
に降下され、一方、スクリーン・グリッド２８とサプレ
ッサ・グリッド３０の電位は同じままである。この構成
では、Ｔｔ、カスイッチ１０を流れる電流は存在せず、
アノード３２の電圧はプラス２５．０００ボルトに増大
する。電圧のすべては接地電位にあるカソードを基準に
して表現されたが、高電力スイッチ管１０は接地電位に
あるアノードと負の電圧にあるカソードで動作すること
ができる。高電力スイッチ１０は従って２５ＫＶをカッ
トオフすることかできる。

図示の実施例では、グリッドは次の機能を持っている。

シャドウ・グリフ）−２２は制御グリッド２６とスクリ
ーン・グリッド２８の加熱を防止する。制御グリッド２
６は１，０８０ボルトだけの電圧変化でビーム電流をオ
ンオフするように機能する。スクリーン・グリッド２日
は、電力スイッチＩＯの動作中にカソード１２の表面を
一様に２５アンペアの電流が流れるように維持する。Ｉ
＆後に、サプレッサ・グリッド３０はアーク保護を助け
てミラー効果を減少させる。即ち、サプレッサ・グリッ
ド３０は各要素間の容量を減少するように作用して電力
スイッチ１０の切り換え時間を早める。サプレッサ・グ
リッド３０もアノードから残りのグリッドとこのアノー
ドからの２次放射を遮蔽する。アノードは、ファラディ
遮蔽コレクタと設計されて２次放射を減少させるととも
に電子を受け入れのために空洞の表面領域を増大させる
ようにしている。

本発明は環状のリング４８の周りに８個の小銃４６を利
用するものとして説明したが、°本発明の教示内て他の
カソード及びアノード構造も可能である。例えば、第７
図は内径及び外径を持つ環状の表面を備えたほぼ平坦な
カソード７１２と、このカソード７１２とアノード７３
２の間に配置されたシャドウ・グリッド７２２）制ｉｔ
極７２６及びスクリーン・グリッド７２８を含む一組の
ほぼ平坦なグリッドを示している。アノード７３２は、
このアノード７３２を形成する溝の幅よりも狭い開ロア
３６を有する大きな環状溝として形成されている。

本発明の他の変形例は第８図に示しである。この図て、
円筒状のカソード８１２はその外径に電子放射面を有し
ていて、シャドウ・グリッド８２２）制御グリッド８２
６及びスクリーン・グリッド８２８により包囲されてい
る。トロイダル型のアノード８３２はこれらのグリッド
を包囲していて、その内径の表面は、アノード８３２を
形成するファラデイ遮蔽コレクタ内へカソード８１２か
ら放射される電子を受けるようにリング状の開口８３６
を有している。

第１図、第７図及び第８図に示した変形例の外に、他の
変形も本発明の教示内て可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はカソード、グリッド及びアノードを有する本発
明の高電力スイッチを示す略図であり、第２図は液体冷
却アノードを有する第１図の装設を更に詳しく示す第３
図の線２−２に沿って得た断面図であり。 第３図はカソード組立体の中の８個のカソード小銃を示
す第２図の線３−３に沿って得た高電力スイッチの断面
図てあつ、 第４図は高電力スイッチがオンのときに、このスイッチ
の電子軌道を示すコンピュータ・シミュレーションを示
す図であり、 第５図は、アノードを形成するファラディ遮蔽コレクタ
の表面にあたる第４図からの電子を示すコンピュータ・
シュミレーションを示す図であり、第６図はカットオフ
される負の信号を持つ制御グリッドを示す第４図に似た
コンピュータ・シミュレーションを示す図であり、 第７図は本発明の他の実施例を示す第１図に似た略図で
あり、そして 第８図は本発明の更に他の実施例を示す第１図に似た略
図である。 （主要部分の符号の説明）

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. （１）高電力スイッチであって、 カソード、 このカソードの近くに取り付けられたシャドウ・グリッ
   ド、 このシャドウ・グリッドの向うに取り付けられた制御グ
   リッド、 この制御グリッドの向うに取り付けられたスクリーン・
   グリッド、及び このスクリーン・グリッドの向うに取り付けられたアノ
   ードを有し、このアノードは前記カソードに面する開口
   を有する空洞として形成されており、前記開口は、増加
   した表面積を有して前記高電力スイッチにより切り換え
   られる電力を増加するファラディ遮蔽コレクタを形成す
   るために前記空洞を限定する寸法よりも小さいことを特
   徴とする高電力スイッチ。
2. （２）特許請求の範囲に記載の高電力スイッチであって
   、更に、 前記スクリーン・グリッドと前記アノードとの間に取り
   付けられたサプレッサ電極を有することを特徴とする高
   電力スイッチ。
3. （３）特許請求の範囲第１項に記載の高電力スイッチで
   あって、更に、 この高電力スイッチの導電状態を変化させるために前記
   制御グリッドに正負の電位を加えるための手段を有する
   ことを特徴とする高電力スイッチ。
4. （４）特許請求の範囲第１項に記載の高電力スイッチで
   あって、 前記カソードは環状形状を形成する内径及び外径を持つ
   ほぼ平坦な表面に形成されており、前記シャドウ・グリ
   ッド、制御グリッド及びスクリーングリッドは前記カソ
   ードとアノードの間に取り付けられたほぼ平坦な環状表
   面として形成されており、及び、 前記アノードは前記カソードの前記平坦面にほぼ直角な
   内側及び外側の空洞壁とこれにほぼ平衡な開口を有する
   連続環状空洞として形成させていることを特徴とする高
   電力スイッチ。
5. （５）特許請求の範囲第１項に記載の高電力スイッチで
   あって、 前記カソードはほぼ円筒面に形成されており、前記シャ
   ドウ・グリッド、制御・グリッド及びスクリーングリッ
   ドは前記カソードを包囲するほぼ円筒面として形成され
   ており、及び 前記アノードは、前記カソードと前記グリッドを受ける
   に十分な大きさの内径と、前記アノードに電子が接近す
   るための前記内径内の開口を有するトロイダル状の空洞
   として前記グリッドの周りに形成されていることを特徴
   とする高電力スイッチ。
6. （６）特許請求の範囲第１項に記載の高電力スイッチで
   あって、 前記カソードは平坦な環状面に複数のカソードにより形
   成され、 前記シャドウ・グリッド、制御グリッド及びスクリーン
   ・グリッドは複数組のグリッドを有し、この各グリッド
   は前記カソードの１つと組み合されて各カソードの向う
   に取り付けられており、及び、 前記アノードは複数のファラディ遮蔽コレクタとして形
   成され、この各コレクタは前記複数のカソードの１つに
   対向していることを特徴とする高電力スイッチ。
7. （７）特許請求の範囲第６項に記載の高電力スイッチで
   あって、 前記平坦な環状面に取り付けられて個々の小銃組立体の
   中に前記カソード・グリッド、前記シャドウ・グリッド
   、前記制御グリッド及び前記スクリーン・グリッドを取
   り付けるための個々のカソード板を更に有することを特
   徴とする高電力スイッチ。
8. （８）特許請求の範囲第６項に記載の高電力スイッチで
   あって、 前記複数のカソードは各々前記環状面の４５度の部分を
   占めることを特徴とする高電力スイッチ。
9. （９）特許請求の範囲第６項に記載の高電力スイッチで
   あって、 各組のグリッドは台形状の開口を有し、グリッド要素は
   前記開口を通して伸びていることを特徴とする高電力ス
   イッチ。
10. （１０）カソード、アノード及びこれらの間に取り付け
    られた複数のグリッドを有する高電力スイッチにおいて
    、 前記アノードは電子開口を有する電子受け空洞として形
    成され、この電子開口は、増加した表面積を有して電子
    の受け入れを増加するするファラディ遮蔽コレクタ空洞
    を形成するために前記空洞を限定する寸法よりも寸法が
    小さいことを特徴とする高電力スイッチ管。
11. （１１）特許請求の範囲第１０項に記載の高電力スイッ
    チ管であって、更に、 前記アノードはリング状のパターンに配列された複数の
    ファラディ遮蔽コレクタ空洞を有し、及前記カソードは
    複数の個々のカソード小組立体を有し、この各小組立体
    はそれ自体の組の前記複数のグリッドを取り付けており
    、その各々は、前記アノード空洞に面するリング状のパ
    ターンで配列されていることを特徴とする高電力スイッ
    チ管。
12. （１２）特許請求の範囲第１１項に記載の高電力スイッ
    チ管であって、更に、 各組のグリッドは台形状の開口を有し、グリッド要素は
    この開口を通して伸びていることを特徴とする高電力ス
    イッチ管。
13. （１３）特許請求の範囲第１１項に記載の高電力スイッ
    チ管であって、各組の前記複数のグリッドはシャドウ・
    グリッド、制御グリッド、及びスクリーン・グリッドを
    有していることを特徴とする高電力スイッチ管。
14. （１４）特許請求の範囲第１３項に記載の高電力スイッ
    チ管であって、各組の前記複数のグリッドは更にサプレ
    ッサ・グリッドを有していることを特徴とする高電力ス
    イッチ管。
15. （１５）特許請求の範囲第１３項に記載の高電力スイッ
    チ管であって、更に 前記高電力スイッチ管をオンからオフへの状態に変える
    ために前記制御グリッドに対して約１ＫＶの電圧変化を
    加えるための手段を有していることを特徴とする高電力
    スイッチ管。
16. （１６）特許請求の範囲第１０項に記載の高電力スイッ
    チ管であって、更に、 前記アノードを液体冷却するための手段を有しているこ
    とを特徴とする高電力スイッチ管。
17. （１７）特許請求の範囲第１１項に記載の高電力スイッ
    チ管であって、更に、 前記複数の個々のカソード小組立体は各々個々の取付け
    板に取り付けられており、及び、 前記リング状のパターンで前記個々の組立板を取り付け
    るための独特の板を有することを特徴とする高電力スイ
    ッチ管。