JPH0340338A - ビーム直進形マイクロ波管 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、多空胴クライストロンや進行波管のような
ビーム直進形マイクロ波管に係わり、特にそのコレクタ
部の改良に関する。

（従来の技術） 例えばビーム直進形多空胴クライストロンは、電子銃部
と、人力空胴、複数個の中間空胴、出力空胴をドリフト
管で連結した高周波増幅部と、コレクタ部とを備え、電
子銃部から発射された電子ビームを入力空胴に導入され
た人力信号で速度変調し、中間空胴及びドリフト管で除
々に変調度を高め、出力空胴から増幅されたマイクロ波
を得るものである。その際、用済となった電子ビームは
コレクタ部に捕集される。

なお−殻内にコレクタ部は、比較的低出力形では水冷構
造とされるが、数百ｋＷ以上の平均出力の超大電力用マ
イクロ波管では蒸発冷却構造とされる。その場合、コレ
クタ電極の外周面と冷媒との熱交換能率を高めるため、
コレクタ外周壁に冷媒の流れの方向に沿って多数の溝及
びこれら満開にできる凸条片を形成する。その例は、例
えば特公昭４２−１９８４２号や、実開昭５８−７５４
５９号、実開昭５７−１２１０５０号、特開昭５９−９
９６４３号、あるいは特開昭６０−５９６３３号の各公
報に開示されている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、コレクタに吸収される電力が大きくなればな
るほど、コレクタ電極の直径及び管軸方向の長さを増加
しなければならず、製作の上から予め複数個に分割した
ブロックを用意し、それらをろう付けや溶接で気密接合
して組立てる必要がある。また、電子ビームのコレクタ
内面に入射する領域は、高周波変調の度合いにより不規
則に変化し、またそのビーム密度も部分的に変化する。

このように実際のマイクロ波管の動作時においては、コ
レクタ内壁への電子ビーム衝撃は複雑に変化し、局部的
に集中して流入する場合も多い。そのため、コレクタ壁
が局部的な膨脂、収縮を繰返すので、コレクタはそれに
よる応力に全領域で十分耐えるものでなければならない
。とくに、複数個のコレクタ電極ブロックを気密接合し
た部分は、−殻内に熱応力に対して弱く、破損を生じや
すい。

この発明は、以上のような事情に鑑みてなされたもので
、外周壁からの熱放散性を良好に維持しつつ電子ビーム
の不拘−人射によるコレクタ壁の局部的熱膨脂、収縮に
対し機械的に十分耐え得る構造のコレクタ部をもつビー
ム直進形マイクロ波管を提供することを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） この発明は、コレクタ部を構成する予め輪切りされた形
状の複数個のコレクタブロックが、各々の外周面に形成
された第１の円周溝、及び各コレクタブロック相互の気
密接合部に形成された第２の円周溝を有しており、 第１の円周溝の深さ寸法をＤ２、軸方向に沿う幅寸法を
Ｗｔとし、 第２の円周溝の深さ寸法をＤ２、軸方向に沿う幅寸法を
Ｗ２としたとき、 ＤＩ　＞Ｄ２であり、且つ　Ｗｌ　＜Ｗ２の関係を満足
してなるビーム直進形マイクロ波管である。

（作　用） この発明によれば、動作中の各コレクタブロック同士の
気密接合部の熱応力が低減され、コレクタ部の破損が抑
制されて信頼性が向上する。

（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れす。

この発明を出力１メガワツト（ＭＷ）以上のクラスの多
空胴直進形クライストロンに適用した例のコレクタ部を
第１図乃至第３図に示す。このコレクタ部は全体として
ほぼ釣鐘形状をなしていて、一定の内外直径を有するビ
ーム上流側円筒部１１゜および先細りとなっているビー
ム下流側のテーバ状先端部１２が一体構造をなしている
。そして、上流側円筒部１１は軸方向に対し垂直に輪切
りされた形状の３個の円筒単体部品であるコレクタブロ
ックｌｌａ　、　ｌｌｂ　、　ｌｌｃからなり、またテ
ーパ状先端部１２は円錐筒の一部の形状をもつ３個の円
筒単体部品であるコレクタブロック１２ａ　、　１２ｂ
　、　１２ｃ　。

および最先端の傘状コレクタブロック１２ｄからなり、
これらが気密ろう接部１３ａ　、、１３ｂ　、・・・１
３１’で連結されて一体構造になっている。また各コレ
クタブロックの外周壁には、管軸（ｚ）方向に沿って略
平行な多数の袖方向溝１４．１４・・・が穿設され、こ
れら満開に凸条片１５が形成されている。各満１４の円
周方向の幅寸法はどこでも一定であり、根元部分１Ｂか
ら平坦な先端１７まで軸方向に沿って一直線上に並ぶよ
うに穿設されている。モしてコレクタ外周壁のこれら溝
および凸条片のすべての面が露出して冷却媒体に接する
ようになっている。さらに根元部分ｔ６に近いコレクタ
ブロックｌｌａを除いて、各コレクタブロックには、凸
条片の一部が円周方向に一定の幅寸法で切削されて第１
の円周１Ｍ１７．１７・・・が形成されている。上流側
およびそのすぐ下流のコレクタブロックｆｌｂにはそれ
ぞれ２本、テーバ状先端部１２のうちの上流側の２個の
コレクタブロック１２ａ、１２ｂにはそれぞれ３本、そ
の下流のコレクタブロック１２ｃには２本、最下流のコ
レクタブロック１２ｄには１本の円周溝が形成されてい
る。この円周溝の本数は、動作中の平均的な電子ビーム
人Ｑ１エネルギーの多いコレクタブロックに多く形成し
て、局部的にかかる熱応力を緩和することが望ましい。

そして、各コレクタブロックの気密接合部１３ａ〜１３
ｆ’の外周には、同様に凸条片が軸方向に所定斗状欠如
されて円周方向の第２の円周溝１８．１８・・・が形成
されている。

なお、コレクタ部の外周には蒸発冷却用の円筒状ボイラ
１９がとりつけられ、その下方部の通水栓２０から矢印
の如く冷却水が導入されるようになっている。またポー
ルピース２１に繋がるコレクタ入口壁２２は、通水パイ
プ２３により水冷されるようになっている。

さて、コレクタ外周壁の溝形状、寸法についてさらに第
２図および第３図を参照して説明する。

コレクタ電極のコア部分２４すなわち内壁面から点線で
示す外周をの軸方向溝の底面までの部分に対し、すべて
の第１の円周溝１７は丁度コア部分に達する深さＤＩを
有している。またその軸方向に沿う幅寸法Ｗｌを有して
いる。一方、気密ろう接部における第２の円周溝１８は
、その深さ寸法Ｄ２が、第１円周溝の深さＷｌよりも小
さく、およそその１７２　　（±３０％）に形成されて
いる。つまりこの溝は、コア部分２４の外周面まで達し
ていない。またこの第２円周溝１８の軸方向に沿う幅寸
法Ｗ２は、第１円周溝の幅寸法Ｗｌよりも広く、およそ
その２倍（±３０％）に形成されている。それによって
、第１円周溝の溝内面面積と、第２円周溝の溝内面面積
は、はぼ同等になっている。なお、軸方向溝１４の円周
方向幅Ｗ３に対して、凸状片１５の幅Ｗ４は約２倍（±
３０％）である。前述のように、この軸方向溝１４の幅
Ｗ３は、すべてのコレクタブロックにおいてどこでも一
定又はほぼ一定寸法で形成されている。そのため、上流
側円筒部１１の凸条片の円周方向の幅はすべて一定であ
り、下流側のテーパ状先端部１２では各コレクタブロッ
クの凸条片の幅は上流側に対し下流側に行くにしたがっ
て除々に狭くなっている。このような一定幅の軸方向溝
により、冷却水はコレクタ下部から上部にコレクタ外周
壁に添ってスムースに流れ、良好な放熱性を維持する。

このような構成のコレクタ部を備えるクライストロンに
おいて、通常の動作をしているときのコレクタ部の熱膨
張変化を、第４図に示す。同図の点線の状態は、電子ビ
ームが入射しない時の状態を示し、実線は最大エネルギ
ーの電子ビームが入射した場合の電子計算機シミュレー
ション結果である。

さらに、最大エネルギーの電子ビームがコレクタに入射
した場合の、外周壁面の温度分布のシミュレーション結
果を第５図に示す。同図において、横軸の符号ａ・・・
１は、第２図に示す符号ａ・・・１の位置を示し、縦軸
は各部の温度（相対値）をあられしている。そして実線
曲線Ａはこの発明の場合であり、点線曲線Ｂは第１およ
び第２円周溝の深さおよび軸方向幅がすべて均等な比較
例の場合である。この結果から、隣り合うコレクタブロ
ック相互の気密ろう接部、すなわち符号ｃ−ｄ間、ｋ−
１間の温度は、この発明の方が比較例よりも低い分布に
なることがわかる。

また同様に、各部の最大熱応力の計算結果は、第６図に
示すようになり、気密ろう接部の熱応力が実線曲線Ａで
示すこの発明の方が、点線曲線で示す比較例より十分小
さくなることがわかる。

このように、この発明のコレクタ部は、とくに気密接合
部の温度および熱応力が低減され、損傷を受けにくくな
る。したがって、信頼性が向上する。

なお、上述の実施例では、各コレクタブロック相互のす
べての気密接合部の第２円周Ｓ１８の幅寸法、深さ寸法
をそれぞれ同じにしであるが、それに限らず、次のよう
に構成してもよい。すなわち、一定直径をもつ上流側円
筒部１１の各コレクタブロツク同士の気密接合部１３ａ
、１３ｂでの第２円周溝１８は、第１円周？Ｍ１７と同
等の幅寸法及び深さ寸法にしてもよい。なぜなら、一定
直径のコレクタブロックを積み重ねて接合した部分では
、コレクタ内面への電子ビーム流入による熱応力があま
り不均一にならないので、第２ｒｒ１周溝を第１円周溝
と同等の形状、寸法にしても熱応力の集中が少ないから
である。また、下流側のテーバ状先端部１２は、第１図
に示した実施例では、どの気密接合部１３ｃ。

１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ’もその隣り合うコレクタブロ
ックの内面のなす角度が１８０＠よりも小さいので、こ
れら接合部付近ではコレクタ内面壁への電子ビーム流入
密度に差を生じ、接合部での熱応力が大きくなるため、
これを緩和するように前述の通り各接合部の第２円周溝
の幅寸法及び深さ寸法をそれぞれ第１円周溝のそれらと
異ならせることが有効である。しかし、このテーパ状先
端部１２の各コレクタブロックの隣接する内面のなす角
度が１８０　’となってテーバ角度に変化がない接合部
をもつ場合には、その接合部での第２円周溝の幅寸法及
び深さ寸法は第２円周溝１８の各寸法と同一にしてもよ
い。なぜなら、前述のとうりこのような山面テーバ角度
に変化がないところでは、電子ビームの流入による熱応
力があまり大きくないからである。

このように、コレクタブロック相互の気密接合部で内面
が１８０＠よりも小さい角度をなす接合部では、電子ビ
ーム入射による熱応力が他の部分よりも大きくなるので
、当該接合部での第２円周溝の幅寸法は第１ｒｒ１周溝
の幅寸法よりも大きく、また深さ寸法は第１円周溝の深
さ寸法よりも浅く形成することがとくに望ましい。それ
によって、コレクタ内面のこの接合部で生じる電子ビー
ム流入密度の差異による熱応力を、十分緩和することが
できる。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、各コレクタブロ
ック同士の気密接合部に形成された第２の円周溝の部分
で熱応力が低減され、動作に際してコレクタ部の破損が
抑制されて信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す事績断面図、第２図は
その要部拡大断面図、第３図はその一部側面図、第４図
は動作に伴う熱変形状態を示す断面模式図、第５図はコ
レクタ外面の温度分布を示す比較特性図、第６図は同じ
く熱応力の比較特性図である。 １１ａ、　〜１１ｃ、１２ａ、　〜１２ｄ　−＝コレク
タブロック、１３ａ、〜１３１’・・・気密接合部、１
４・・・軸方向溝、 １７・・・第１の円周溝、 １８・・・第２の円周溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電子ビームを発生する電子銃部と、この電子ビームの直
   流エネルギーを高周波エネルギーに変換する高周波増幅
   部と、用済後の電子ビームを捕集する略釣鐘形状のコレ
   クタ部とを備え、前記コレクタ部は予め輪切りされた形
   状の複数個のコレクタブロックが気密接合され、各コレ
   クタブロックの外周面に第１の円周溝が形成されるとと
   もに、前記気密接合部に第２の円周溝が形成されており
   、さらに管軸方向に沿って多数の軸方向溝が形成されて
   なる構造のビーム直進形マイクロ波管において、 上記各コレクタブロックに形成された第１の円周溝及び
   第２の円周溝は、 第１の円周溝の深さ寸法をＤ１、軸方向に沿う幅寸法を
   Ｗ１とし、 第２の円周溝の深さ寸法をＤ２、軸方向に沿う幅寸法を
   Ｗ２としたとき、 Ｄ１＞Ｄ２であり、且つ　Ｗ１＜Ｗ２ の関係を満足してなることを特徴とするビーム直進形マ
   イクロ波管。