JP2017188260A - 電子銃構体 - Google Patents

Abstract

【課題】カソードおよびヒータの組み立て性および交換性を向上させることができる電子銃構体を提供することである。【解決手段】実施形態に係る電子銃構体は、支持筒と、前記支持筒と着脱自在に設けられ、少なくとも、カソードと、前記カソードの電子放射面側とは反対側に設けられたヒータと、を有するカソードユニットと、前記カソードユニットの前記カソード側に設けられたアノードと、前記カソードユニットと、前記アノードと、の間に設けられたグリッドと、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電子銃構体に関する。

電子銃構体は、クライストロンや進行波管などの直線ビームを利用する電子管に用いられている。
電子銃構体には、電子を放出するカソードと、カソードから間隔を置いて配置されたアノードと、カソードとアノードとの間に設けられたグリッドと、グリッド側とは反対側に設けられ、カソードを加熱するヒータと、が設けられている。

ここで、カソードは、カソードスリーブと接合されている。カソードスリーブは、フランジ部と接合されている。フランジ部は、支持筒と接合されている。ヒータのリードは、ヒータ端子に接合されている。そして、これらの接合は、ＴＩＧ溶接（Gas tungsten arc welding）にて行われる。

各部を溶接により接合すれば、接合時に溶接部に溶融ムラが生じる場合がある。
特に、断面積が小さく、且つ、タングステンなど脆性材料からなるヒータのリードは、過溶融による脆化や痩せ、あるいは、溶融不足による接合強度の低下などが生じ易く、断線が生じるおそれが高くなる。

また、近年、電子管の大電力化に伴い、電子を多く得るためにカソードを高温で使用する場合が多くなっている。そのため、カソードの寿命が短くなる傾向にある。この場合、寿命となったカソードを交換することが考えられるが、カソードやヒータのリードは、他の要素と溶接されているため交換ができない。また、ヒータのリードは断面積が小さく、且つ、脆性材料からなるので電子銃構体の組み立て時に折れたり、曲がったりするおそれがある。

特開平２−１０６３１号公報

本発明が解決しようとする課題は、カソードおよびヒータの組み立て性および交換性を向上させることができる電子銃構体を提供することである。

実施形態に係る電子銃構体は、支持筒と、前記支持筒と着脱自在に設けられ、少なくとも、カソードと、前記カソードの電子放射面側とは反対側に設けられたヒータと、を有するカソードユニットと、前記カソードユニットの前記カソード側に設けられたアノードと、前記カソードユニットと、前記アノードと、の間に設けられたグリッドと、を備えている。

本実施の形態に係る電子銃構体１を例示するための模式断面図である。 図１中のＡ部の模式拡大図である。 他の実施形態に係る接続用端子１９および絶縁部２１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電子銃構体１を例示するための模式断面図である。
図２は、図１中のＡ部の模式拡大図である。
電子銃構体１は、例えば、ＩＯＴ（誘導出力増幅管）などの直線ビームを用いる電子管に用いることができる。
ただし、電子銃構体１の用途は、ＩＯＴに限定されるわけではない。
図１に示すように、電子銃構体１には、カソードユニット１０、グリッド１２、アノード１３、ウェーネルト電極１４、支持筒１８、ヒータ端子２０、絶縁筒２４、およびカソード支持体２５が設けられている。

まず、カソードユニット１０について説明する。
後述するように、カソードユニット１０は、支持筒１８に対して着脱自在に設けられている。
カソードユニット１０は、カソード１１、ヒータ１５、カソードスリーブ１６、フランジ部１７、接続用端子１９、および絶縁部２１を有する。
カソード１１は、電子（熱電子）を放出する。
カソード１１は、板状を呈し、グリッド１２側とは反対側に突出するように湾曲している。
カソード１１の平面形状は、例えば、円形とすることができる。
この場合、カソード１１の直径寸法は、例えば、４０ｍｍ程度とすることができる。
カソード１１のグリッド１２側の面は、電子放射面１１ａとなっている。電子放射面１１ａは、所定の曲率を有する凹状の曲面となっている。

また、カソード１１は、例えば、含浸型カソードとすることができる。
カソード１１が含浸型カソードである場合には、カソード１１は、例えば、ポーラスタングステンからなる基体に電子放射物質を含浸することで形成することができる。
この場合、ポーラスタングステンの気孔率は、例えば、２０％程度とすることができる。
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、および酸化アルミニウムからなる金属酸化物を用いることができる。

電子放射面１１ａには、イリジウム金属薄膜、あるいはオスミウム−ルテニウム合金薄膜が設けられている。イリジウム金属薄膜、あるいはオスミウム−ルテニウム合金薄膜は、例えば、スパッタリング法を用いて形成することができる。イリジウム金属薄膜、あるいはオスミウム−ルテニウム合金薄膜を設けるようにすれば、電子放射面１１ａの仕事関数を低減させることができる。

ヒータ１５は、カソードスリーブ１６、カソード１１、およびフランジ部１７により画された空間に設けられている。
ヒータ１５は、カソード１１の電子放射面１１ａ側とは反対側に設けられている。
ヒータ１５は、ジュール熱を発生させる。ヒータ１５は、発生させた熱によりカソード１１を加熱する。
ヒータ１５は、例えば、タングステン線や、レニウム−タングステン合金線などから形成することができる。
ヒータ１５は、例えば、直径寸法が１ｍｍ程度のタングステン線から形成することができる。
ヒータ１５は、リード１５ａ、リード１５ｂ、および発熱部１５ｃを有する。
リード１５ａは、発熱部１５ｃと一体に形成されている。リード１５ａの発熱部１５ｃ側とは反対側の端部は、接続用端子１９と電気的に接続される。
リード１５ｂは、発熱部１５ｃと一体に形成されている。リード１５ｂの発熱部１５ｃ側とは反対側の端部は、フランジ部１７と電気的に接続される。

カソードスリーブ１６は、円筒状を呈している。
カソードスリーブ１６の一方の端部の内面には、カソード１１の外周端面が接合されている。カソードスリーブ１６の他方の端部の内面には、フランジ部１７の外周端面が接合されている。
例えば、高融点金属を用いたロー付けにより、カソードスリーブ１６とカソード１１、および、カソードスリーブ１６とフランジ部１７を接合することができる。高融点金属は、例えば、モリブデン−ルテニウム−ニッケル合金などである。
カソードスリーブ１６は、例えば、モリブデンや、レニウム−モリブデン合金などから形成することができる。

フランジ部１７は、円板状を呈している。フランジ部１７は、導電性を有する。フランジ部１７は、カソードスリーブ１６の、カソード１１が接合される側とは反対側の端部に接合されている。フランジ部１７は、例えば、モリブデンや、レニウム−モリブデン合金などから形成することができる。

図２に示すように、フランジ部１７にはネジ孔１７ａが設けられている。ネジ孔１７ａは、フランジ部１７を貫通している。ネジ孔１７ａは、複数設けられている。複数のネジ孔１７ａは、フランジ部１７の円周方向に均等に配置することができる。ネジ孔１７ａは、カソードユニット１０を支持筒１８に固定するために設けられている。そのため、カソードユニット１０は、支持筒１８に対して着脱自在に設けることができる。

また、フランジ部１７には取付け孔１７ｂが設けられている。取付け孔１７ｂは、フランジ部１７を貫通している。取付け孔１７ｂには、リード１５ｂの端部が挿入されている。フランジ部１７には、ヒータ１５のリード１５ｂが接合される。例えば、高融点金属を用いたロー付けにより、取付け孔１７ｂに挿入されたリード１５ｂの端部と、フランジ部１７とを接合することができる。高融点金属は、例えば、モリブデン−ルテニウム−ニッケル合金などである。

また、フランジ部１７には取付け孔１７ｃが設けられている。取付け孔１７ｃは、フランジ部１７を貫通している。取付け孔１７ｃには、絶縁部２１が挿入されている。例えば、高融点金属を用いたロー付けにより、取付け孔１７ｃに挿入された絶縁部２１と、フランジ部１７とを接合することができる。高融点金属は、例えば、モリブデン−ルテニウム−ニッケル合金などである。なお、絶縁部２１はセラミックスなどから形成される。そのため、ロー付けをし易くするために、絶縁部２１の外側面には金属膜が形成されている。金属膜は、例えば、メタライズ法などにより形成することができる。

接続用端子１９は、導電性を有する。接続用端子１９には、ネジ孔１９ａが設けられている。ネジ孔１９ａは、接続用端子１９を貫通している。ネジ孔１９ａには、ヒータ端子２０の一方の端部に設けられたネジ部２０ａがねじ込まれている。すなわち、接続用端子１９には、ヒータ端子２０に設けられたネジ部２０ａに適合するネジ孔１９ａが設けられている。
また、接続用端子１９には、取付け孔１９ｂが設けられている。取付け孔１９ｂは、接続用端子１９を貫通している。取付け孔１９ｂには、リード１５ａの端部が挿入されている。接続用端子１９には、ヒータ１５のリード１５ａが接合される。例えば、高融点金属を用いたロー付けにより、取付け孔１９ｂに挿入されたリード１５ａの端部と、接続用端子１９とを接合することができる。高融点金属は、例えば、モリブデン−ルテニウム−ニッケル合金などである。
接続用端子１９は、モリブデン、タングステン、ステンレス、鉄、白金、タンタル、ニオブ、レ二ウム、コバールからなる群より選ばれた少なくとも１種を含む。

絶縁部２１は、フランジ部１７と接続用端子１９との間に設けられている。
絶縁部２１には、取付け孔２１ａが設けられている。取付け孔２１ａは、絶縁部２１を貫通している。取付け孔２１ａには、接続用端子１９が挿入されている。例えば、高融点金属を用いたロー付けにより、取付け孔２１ａに挿入された接続用端子１９と、絶縁部２１とを接合することができる。高融点金属は、例えば、モリブデン−ルテニウム合金などである。なお、絶縁部２１はセラミックスなどから形成される。そのため、ロー付けをし易くするために、取付け孔２１ａの内面には金属膜が形成されている。金属膜は、例えば、メタライズ法などにより形成することができる。
絶縁部２１は、耐熱性と、絶縁性を有する材料から形成されている。絶縁部２１は、例えば、セラミックスなどから形成することができる。

次に、図１に戻って、電子銃構体１に設けられた他の要素について説明する。
グリッド１２は、カソードユニット１０とアノード１３との間に設けられている。グリッド１２は、カソード１１とアノード１３の相互作用領域に設けられている。
グリッド１２の平面形状は、例えば、円形とすることができる。
グリッド１２と電子放射面１１ａとの間には、数十μｍないし数百μｍの隙間が設けられている。
グリッド１２は、内周部と外周部を有する。グリッド１２の内周部は、例えば、編み目状を呈し、電子を通過させる複数の開口部を有している。グリッド１２の内周部は、電子放射面１１ａに沿うように湾曲している。グリッド１２の外周部は、内周部を囲むように設けられ、ビームを通過させる開口部を有していない。

グリッド１２は、耐熱性と導電性を有する材料から形成されている。グリッド１２は、例えば、パイロリティック・グラファイト（ＰＧ；Pyrolytic Graphite）などから形成することができる。なお、グリッド１２は、モリブデン、レニウム−モリブデン合金、タンタル、ニオブ、タングステンなどの高融点金属およびこれらの合金から形成することもできる。

グリッド１２は、ウェーネルト電極１４と電気的に接続されている。
また、グリッド１２は、カソードユニット１０と接合することもできる。例えば、高融点金属を用いたロー付けにより、グリッド１２の外周部とカソードスリーブ１６の外側面とを接合することができる。高融点金属は、例えば、モリブデン−ルテニウム合金などである。
グリッド１２とカソードユニット１０を接合すれば、グリッド・カソード一体型構造体を構成することができる。

アノード１３は、カソード１１と対峙させて設けられている。アノード１３は、カソードユニット１０のカソード側に設けられている。アノード１３は、カソード１１の電子放射面１１ａ側に設けられている。アノード１３は、中央部分を貫通する孔部を有している。
例えば、電子銃構体１、図示しないドリフト管、および図示しないコレクタを有するＩＯＴの場合には、アノード１３は、図示しないドリフト管に設けることができる。

ウェーネルト電極１４は、円筒状を呈している。
ウェーネルト電極１４は、例えば、非磁性のステンレスやモリブデンなどから形成することができる。
ウェーネルト電極１４の一方の端部の近傍には、カソード１１とグリッド１２が設けられている。

支持筒１８は、円筒状を呈している。支持筒１８の、カソードユニット１０側の端部には取り付け座１８ａが設けられている。取り付け座１８ａの、ネジ孔１７ａに対応する位置には、ネジ２２を挿入する孔が設けられている。取り付け座１８ａの中央には孔が設けられ、孔の内部に接続用端子１９および絶縁部２１が露出している。そのため、取り付け座１８ａの中央に設けられた孔を介して、接続用端子１９に設けられたネジ孔１９ａにヒータ端子２０のネジ部２０ａをねじ込むことができる。

カソードユニット１０は、ネジ２２により支持筒１８に取り付けられている。そのため、カソードユニット１０を支持筒１８から取り外す際には、ネジ２２を緩めるようにする。カソードユニット１０を支持筒１８に取り付ける際には、カソードユニット１０を支持筒１８に載せた状態でネジ２２を締め付ける。

支持筒１８の、カソードユニット１０側とは反対側の端部の近傍は、カソード支持体２５と溶接されている。
支持筒１８は、例えば、モリブデンなどから形成することができる。

ヒータ端子２０は、柱状を呈している。
ヒータ端子２０は、支持筒１８の内部を軸方向に延びている。
ヒータ端子２０の一方の端部には、ネジ部２０ａが設けられている。ネジ部２０ａは、接続用端子１９のネジ孔１９ａにねじ込まれる。ヒータ端子２０は、例えば、モリブデンやタングステンなどから形成することができる。
ネジ部２０ａをネジ孔１９ａにねじ込むことで、接続用端子１９を介して、ヒータ端子２０とヒータ１５のリード１５ａとが電気的に接続される。

絶縁筒２４は、外観が円錐台状の筒体とすることができる。
絶縁筒２４の一端はウェーネルト電極１４と接合されている。絶縁筒２４の他端は、カソード支持体２５と接合されている。

例えば、貴金属を用いたロー付けにより、絶縁筒２４とウェーネルト電極１４、および、絶縁筒２４とカソード支持体２５を接合することができる。貴金属は、例えば、金ロー、銀ローなどである。
なお、絶縁筒２４はセラミックスなどから形成される。そのため、ロー付けをし易くするために、絶縁筒２４の両端には金属膜が形成されている。金属膜は、例えば、メタライズ法などにより形成することができる。
絶縁筒２４は、耐熱性と、絶縁性を有する材料から形成されている。
絶縁筒２４は、例えば、セラミックスなどから形成することができる。

カソード支持体２５は、円筒状を呈している。
カソード支持体２５は、金属などの導電性材料から形成されている。

次に、電子銃構体１の作用について説明する。
カソード１１には、カソード支持体２５、支持筒１８、フランジ部１７およびカソードスリーブ１６を介して、図示しない電源から所定の負の直流電圧が印加される。
アノード１３には、図示しない電源から所定の正の直流電圧が印加される。
グリッド１２には、ウェーネルト電極１４を介して、図示しないバイアス電源から直流の負のバイアス電圧が印加される。

ヒータ１５には、図示しない加熱電源から所定の電力が印加される。
図示しない加熱電源には、ヒータ端子２０、接続用端子１９、ヒータリード１５ａを介して発熱部１５ｃの一端が電気的に接続されている。
また、図示しない加熱電源には、カソード支持体２５、支持筒１８、フランジ部１７およびリード１５ｂを介して発熱部１５ｃの他端が電気的に接続されている。

発熱部１５ｃに印加された電力により、発熱部１５ｃにおいてジュール熱が生じる。
発生したジュール熱によりカソード１１が加熱される。
真空中において、カソード１１が加熱されると、カソード１１から電子が放出される。 カソード１１から放出された電子は、グリッド１２によりグリッド１２を通過する量が制御される。
グリッド１２を通過した電子は、アノード１３により加速される。

以上に説明したように、カソードユニット１０においては、カソード１１、ヒータ１５、カソードスリーブ１６、フランジ部１７、接続用端子１９、および絶縁部２１が一体的に設けられている。また、カソードユニット１０は、支持筒１８に対して着脱自在に設けられている。
そのため、カソード１１またはヒータ１５を交換する必要が生じた場合には、カソードユニット１０を支持筒１８から取り外し、新しいカソードユニット１０を支持筒１８に取り付ける様にすることができる。
また、ヒータ１５のリード１５ａは接続用端子１９と接合され、ヒータ１５のリード１５ｂはフランジ部１７と接合されている。そのため、カソードユニット１０の交換時に、リード１５ａおよびリード１５ｂが折れたり、曲がったりすることがない。

支持筒１８の内部にヒータ１５のリード１５ａを挿入し、リード１５ａとヒータ端子２０を溶接などで接合するのは困難である。また、リード１５ａとヒータ端子２０を溶接などで接合すれば、過溶融による脆化や痩せ、あるいは、溶融不足による接合強度の低下などが生じ易く、断線が生じるおそれが高くなる。

接続用端子１９に設けられたネジ孔１９ａにヒータ端子２０のネジ部２０ａがねじ込まれることで、ヒータ１５とヒータ端子２０とが電気的に接続される。そのため、カソードユニット１０の取り付け（ヒータ１５とヒータ端子２０の電気的な接続）、およびカソードユニット１０の取り外しが容易となる。なお、ヒータ端子２０は、リード１５ａに比べて剛性が高いので、カソードユニット１０の交換時に、ヒータ端子２０が折れたり、曲がったりするおそれは低い。

また、カソードユニット１０は、ウェーネルト電極１４や支持筒１８などとは別に組み立てることができるので、カソードユニット１０の組立作業が容易となる。

図３は、他の実施形態に係る接続用端子１９および絶縁部２１を例示するための模式断面図である。
図２に例示をしたものの場合には、高融点金属を用いたロー付けにより、取付け孔２１ａに挿入された接続用端子１９と、絶縁部２１とを接合している。
また、高融点金属を用いたロー付けにより、取付け孔１７ｃに挿入された絶縁部２１と、フランジ部１７とを接合している。

これに対し、図３に例示をしたものの場合には、接続用端子１９の外側面にネジ部１９ｃを設けている。
そして、絶縁部２１には、接続用端子１９の外側面に設けられたネジ部１９ｃに適合するネジ孔２１ｂが設けられている。ネジ孔２１ｂは、前述した取付け孔２１ａに代えて設けられている。
また、絶縁部２１の外側面にネジ部２１ｃを設けている。
そして、フランジ部１７には、絶縁部２１の外側面に設けられたネジ部２１ｃに適合するネジ孔１７ｄが設けられている。ネジ孔１７ｄは、前述した取付け孔１７ｃに代えて設けられている。

この様にすれば、接続用端子１９および絶縁部２１の取り付け、取り外しが容易となる。そのため、カソードユニット１０の組立作業における作業効率を向上させることができる。

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 電子銃構体、１０ カソードユニット、１１ カソード、１１ａ 電子放射面、１２ グリッド、１３ アノード、１４ ウェーネルト電極、１５ ヒータ、１５ａ リード、１５ｂ リード、１５ｃ 発熱部、１６ カソードスリーブ、１７ フランジ部、１７ａ ネジ孔、１７ｂ 取付け孔、１７ｃ 取付け孔、１７ｄ ネジ孔、１８ 支持筒、１８ａ 取り付け座、１９ 接続用端子、１９ａ ネジ孔、１９ｂ 取付け孔、１９ｃ ネジ部、２０ ヒータ端子、２０ａ ネジ部、２１ 絶縁部、２１ａ 取付け孔、２１ｂ ネジ孔、２１ｃ ネジ部、２２ ネジ、２４ 絶縁筒、２５ カソード支持体

Claims (5)

1. 支持筒と、
   前記支持筒と着脱自在に設けられ、少なくとも、カソードと、前記カソードの電子放射面側とは反対側に設けられたヒータと、を有するカソードユニットと、
   前記カソードユニットの前記カソード側に設けられたアノードと、
   前記カソードユニットと、前記アノードと、の間に設けられたグリッドと、
   を備えた電子銃構体。
2. 前記支持筒の内部を延び、一方の端部にネジ部が設けられたヒータ端子をさらに備え、
   前記カソードユニットは、
   導電性を有し、前記ヒータの一方のリードが接合されたフランジ部と、
   導電性を有し、前記ヒータの他方のリードが接合され、前記ヒータ端子に設けられた前記ネジ部に適合するネジ孔が設けられた接続用端子と、
   絶縁性を有し、前記フランジ部と前記接続用端子との間に設けられた絶縁部と、
   をさらに有する請求項１記載の電子銃構体。
3. 前記接続用端子の外側面にはネジ部が設けられ、
   前記絶縁部には、前記接続用端子の外側面に設けられた前記ネジ部に適合するネジ孔が設けられている請求項１または２に記載の電子銃構体。
4. 前記絶縁部の外側面にはネジ部が設けられ、
   前記フランジ部には、前記絶縁部の外側面に設けられた前記ネジ部に適合するネジ孔が設けられている請求項１〜３のいずれか１つに記載の電子銃構体。
5. 前記接続用端子は、モリブデン、タングステン、ステンレス、鉄、白金、タンタル、ニオブ、レ二ウム、コバールからなる群より選ばれた少なくとも１種を含む請求項１〜４のいずれか１つに記載の電子銃構体。

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