(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性筒状本体の軸方向複数箇所に半径方向外方へ突出する鍔状電極部を有するサイラトロンに対して、その外周部で周方向に隔てた複数箇所において、前記サイラトロンのカソード電極に接続される板状リターン電極が前記サイラトロンの外表面から半径方向に隔てる状態で配置され、
前記板状リターン電極におけるサイラトロン対面部は、前記サイラトロンの軸方向において、前記鍔状電極部を含めて前記サイラトロンの外表面形状に沿う形状に形成されていることを特徴とするサイラトロンのリターン電極構造。
【請求項２】
前記板状リターン電極は、その主面板部が前記サイラトロンの半径方向に沿う状態に配置されている請求項１に記載のサイラトロンのリターン電極構造。
【請求項３】
前記板状リターン電極は、そのサイラトロン対面部において前記サイラトロンの周方向または接線方向に沿って折れ曲がる折曲片部を有している請求項１または請求項２に記載のサイラトロンのリターン電極構造。
【請求項４】
前記板状リターン電極は、その主面板部が前記サイラトロン対面部を構成して前記サイラトロンの外表面形状に沿う状態に配置されている請求項１に記載のサイラトロンのリターン電極構造。
【請求項５】
前記の複数の板状リターン電極は、前記サイラトロンの外周部において周方向で等間隔を隔てる状態で配置されている請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のサイラトロンのリターン電極構造。
【請求項６】
前記の複数の板状リターン電極は、前記サイラトロンを挟んで前記サイラトロンの半径方向において対向する状態に配置されている請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のサイラトロンのリターン電極構造。
【請求項７】
前記の複数の板状リターン電極は、前記サイラトロンに対して接近・離間自在に構成されている請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のサイラトロンのリターン電極構造。
【請求項８】
前記サイラトロンは、前記絶縁性筒状本体と前記鍔状電極部からなるギャップ部の複数が同一軸線上に積層されたマルチギャップサイラトロンに構成され、
前記の複数の板状リターン電極のそれぞれは、そのサイラトロン対面部が、前記マルチギャップサイラトロンの軸方向において、前記鍔状電極部を含めて前記マルチギャップサイラトロンの外表面形状に沿う形状に形成されている請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のサイラトロンのリターン電極構造。
【請求項９】
前記マルチギャップサイラトロンを構成する複数のギャップ部は互いに定格電圧を異にし、前記板状リターン電極におけるサイラトロン対面部は、定格電圧の大きいギャップ部に対するものほどギャップ部外表面との離間距離が大きくなる請求項８に記載のサイラトロンのリターン電極構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧・大電流の高速スイッチ手段として用いられるサイラトロンにかかわり、出力パルスの立ち上がり特性を急峻化すべく充分な低インダクタンス化を図る技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
サイラトロンは高電圧・大電流のパルスを発生する機器の中で、高速に加速された荷電粒子の軌道を偏向させるパルス磁場発生装置、あるいはレーダ装置やレーザ装置などの大電力回路のスイッチ手段として汎用されている。
【０００３】
サイラトロンは、水素ガスなど電離用のガスを封入するセラミック製などの絶縁性筒状本体と、この絶縁性筒状本体内に配置されたアノード電極、グリッド電極、カソード電極（グラディエントグリッド・コントロールグリッド）などを有する。アノード電極が絶縁性筒状本体の内部でその軸心部に配置されているのに対し、グリッド電極は配線接続の関係で絶縁性筒状本体に対して半径方向外方に突出する鍔状電極部を構成している。
【０００４】
グリッド電極に充分な負電圧が印加されていれば、アノード電極に正電圧が印加されても非導通である。グリッド電圧がある値を超えると、カソード電極から発生した電子がアノード電圧で加速され、封入されているガスをイオン化させ導通に至る。一旦サイラトロンが導通すると、アノード電圧を減少または反転させることによってのみ非導通にできる。こうした導通から消弧の状態遷移を高速で繰り返す。
【０００５】
サイラトロンにおいてスイッチング動作で出力されるパルスについては、機器の使用目的によっては急峻な立ち上がり特性が望まれる。しかし、サイラトロンの外周部の空間に生じる磁束は寄生インダクタンスの原因となる。寄生インダクタンスは出力パルスの立ち上がり時間の増大化を招き、所望する波形が得られなくなり、機器の動作に支障をきたす。
【０００６】
寄生インダクタンスを低減して出力パルスの立ち上がりをできるだけ急峻とするために、リターン電極用の円筒状金属ハウジングをサイラトロンに被せるという対策がある。サイラトロンを円筒状金属ハウジングに収納し、その円筒状金属ハウジングの軸方向一端部をサイラトロンの軸方向一端部にあるカソード電極（陰極部）に接続している。円筒状金属ハウジングの他端部はサイラトロンの他端部にあるアノード電極（陽極部）の箇所まで延在し、サイラトロンの全体を円筒状金属ハウジングで覆っている。この円筒状金属ハウジングはサイラトロンにおけるリターン電極を形成しており、サイラトロンのスイッチングにより生成される磁束は円筒状金属ハウジングの内周面とサイラトロンの外周面との間の空間内に閉じ込められる。
【０００７】
特許文献１においては、サイラトロンのカソード電極に電気的に接続されてリターン電極を構成する円筒状金属ハウジング（同公報では「ノンインダクタンスチューブ」と呼称）につき、これを周方向で複数に分割する考え方が示されている。それは、一人の作業者であっても円筒状金属ハウジング（リターン電極）にサイラトロンを損傷なく挿入できるようにするためである。特に、電極冷却用ホースや電極用配線のサイラトロンに対する取付けを容易にしながら高い作業性を確保することを主眼としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１３９９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近時、高速スイッチ手段としてのサイラトロンに求められる電圧・電流が大規模化している。高エネルギー荷電粒子ビームを生成する加速器における軌道偏向用のキッカーマグネットに対し、その駆動に用いるサイラトロンではとりわけその傾向が強い。スイッチングによる高電圧・大電流の出力波形はできるだけ精確な方形波にコントロールすることが望ましい。すなわち、立ち上がりが急峻で、時間幅がなるべく長い平坦波頭部を有していることが望ましい。それにはサイラトロンの寄生インダクタンスをできるだけ小さくするのが良い。
【００１０】
寄生インダクタンスの増加要因としてサイラトロンの外周部に形成される磁束がある。リターン電極を構成する円筒状金属ハウジングは、その内周面とサイラトロンの外周面との間の空間内に、サイラトロンのスイッチングにより生成される磁束を閉じ込める。この空間内に形成される磁束は、低インダクタンス化のためにはできるだけ少ない方が良く、したがってこの空間はできるだけ狭い方がインダクタンス低減に有利である。つまり、リターン電極を構成する円筒状金属ハウジングの内周面とサイラトロンの外周面との半径方向離間距離がなるべく小さいことが望ましい。
【００１１】
このように円筒状金属ハウジングとサイラトロンとの離間距離については、寄生インダクタンスの低減のためにはなるべく小さいことが望ましいのであるが、一方で、円筒状金属ハウジングをサイラトロンの外周面に近づけすぎると別の問題が生じる。それは、耐電圧（絶縁破壊）の問題である。
【００１２】
サイラトロンの外周面の形状は正確な円筒形ではない。サイラトロンの外形部は、ガスを封じ込めておくためのセラミックスなどの絶縁材料からなる絶縁性筒状本体と、この絶縁性筒状本体の外周面からさらに半径方向外方に突出する円環状の金属製の鍔状電極部を有している。この円環状の鍔状電極部は、アノード電極やグリッド電極を形成する金属電極部を構成する。リターン電極を構成する円筒状金属ハウジングをより小径化すると、円筒状金属ハウジングの内周面が鍔状電極部に対して接近し過ぎて絶縁破壊（ショート）を起こしてしまうという重大な問題が発生する。
【００１３】
つまり、寄生インダクタンスの低減化と耐電圧確保（絶縁破壊防止）とはトレードオフ（二律背反）の関係にある。
【００１４】
従来、電流の帰路を構成する円筒状金属ハウジングについては、その形状を円筒形にすることが常識とされていた。つまり磁束を封じ込めるためにはリターン電極は閉じていなければならないとの固定観念があり、その固定観念に縛られていたということができる。
【００１５】
ここで、リターン電極を構成する円筒状金属ハウジングとサイラトロンとの離間距離はサイラトロンの部位に応じて変化していることに着目する。
【００１６】
リターン電極を構成する円筒状金属ハウジングについて、その円筒形に拘泥していると、サイラトロンとの離間距離を最適化することができなくなる。離間距離は絶縁性筒状本体の部位ではより大きく、鍔状電極部の部位ではより小さい。この離間距離の違いをなくして、どの部位でも離間距離を等しくするには、円筒状金属ハウジングにおいて絶縁性筒状本体相当部位を半径方向内方に絞り込む加工が必要となる。すなわち、軸方向に沿って大径円筒部、小径円筒部、大径円筒部が一連に連なった異形円筒形の円筒状金属ハウジングとせざるを得ない。
【００１７】
しかし、これでは形状が複雑で、その加工に多大な時間と費用とがかかることになる。また、異形の円筒状金属ハウジングの小径円筒部の内周面半径が鍔状電極部の外周面半径より小さいかあるいはほぼ同等の場合には、サイラトロンをその異形の円筒状金属ハウジングに挿入すること自体が不可能ないしは極めて困難になってしまう。
【００１８】
上記で説明した特許文献１のサイラトロンにあっては、ハウジング（ノンインダクタンスチューブ）を周方向で複数分割した構造の割型のハウジングを用いている。ここでは二つ割りのハウジングとする。この二つ割りのハウジングはサイラトロンの交換作業の簡素化を狙い点とするものである（段落［０００１］、［００１８］、［００２６］、［００２９］参照）。二つ割りのハウジング（２つの半部）をサイラトロンにその両側から装着し、突合せのフランジ（固定用突起）を用いて両半部を一体に連結する旨の記載がある（段落［００１８］、［００２５］参照）。つまり、サイラトロンに対し装着完了した状態のハウジングはその文献の従来例（図６、図８参照）と実質的に同じ円筒形を呈したものであり、さらに一層の寄生インダクタンスの低減化を図るものではない。
【００１９】
本発明は、このような事情に鑑みて創作したものであり、サイラトロンのリターン電極構造に関して、出力パルスの立ち上がり急峻化を図るとともに、構造簡素化を進めることができるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、次のような手段を講じることにより上記の課題を解決する。
【００２１】
本発明によるサイラトロンのリターン電極構造は、絶縁性筒状本体の軸方向複数箇所に半径方向外方へ突出する鍔状電極部を有するサイラトロンに対して、その外周部で周方向に隔てた複数箇所において、前記サイラトロンのカソード電極に接続される板状リターン電極が前記サイラトロンの外表面から半径方向に隔てる状態で配置され、かつ前記板状リターン電極におけるサイラトロン対面部が前記鍔状電極部を含めて前記サイラトロンの外表面形状に沿う形状に形成されていることを特徴としている。
【００２２】
本発明において、サイラトロンの外周部に配置するリターン電極は、従来例の円筒状金属ハウジングとはその形状を異にし、板状に形成された板状リターン電極となっている。この板状リターン電極がサイラトロンの外周部で複数箇所に配置されている。
【００２３】
本発明のこの構成は、従来の、磁束を封じ込めるためにはリターン電極は円筒形のように周方向で閉じていなければならないとの固定観念を打破したものとなっている。すなわち、周方向複数個配置の板状リターン電極は、サイラトロンに対し装着完了した状態でサイラトロンの外周部を全周にわたって覆うものではなく、互いに分かれた構造となっている。
【００２４】
リターン電極につきこれを板状に形成した板状リターン電極としてあるので、そのサイラトロン対面部の形状を軸方向でサイラトロン（鍔状電極部を含む）の外表面形状に沿うように加工するに当たり、容易に加工することが可能である。すなわち、サイラトロンはガスを封じ込めておくための絶縁性筒状本体と半径方向外方に突出する鍔状電極部とを有していて、その外周面形状は円筒形とはなっていない。そのような外周面形状が円筒形とはなっていないサイラトロンの外表面形状に沿う形状に板状リターン電極を構成する。この場合に、リターン電極を板状に形成してあるので、サイラトロンの外表面形状に沿う形状への板金の切断加工、折り曲げ加工等は比較的簡単に実現することが可能である。
【００２５】
言い換えると、板金の切断加工、折り曲げ加工等によって板状リターン電極を構成することが可能であるがゆえに、板状リターン電極におけるサイラトロン対面部の形状を、サイラトロンの外表面形状に沿う形状に容易に加工することが可能となる。これは、あくまで円筒形に拘泥し、サイラトロンの全周を覆う円筒状金属板を元に、その軸方向複数箇所を半径方向内方に縮径する絞り加工を施し、大径円筒部、小径円筒部、大径円筒部が軸方向で連なった異形円筒状に形成する場合に比べてはるかに容易に実現化が可能となる。
【００２６】
本発明のこの考え方は、サイラトロンの外周部に生じる磁束の低減については、その磁束を完全に覆って封じ込めなければならないという、当該技術分野での従来の固定観念から脱却している（伝送線路関係の同軸線路はマイクロストリップ線路やコプレナ線路に等価的に展開できる。）。
【００２７】
すなわち、本発明では、寄生インダクタンスをできるだけ低減することを目指して、サイラトロンの外部に生起する磁束を低減するに際して、板状リターン電極におけるサイラトロン対面部とサイラトロンの外周面との半径方向離間距離を最適なものにする。ここで最適な離間距離とは、磁束を極力小さくしながら、接近し過ぎによる絶縁破壊（ショート）を防止し耐電圧確保が達成できる範囲での最小値またはその付近の値ということである。
【００２８】
以上の結果、寄生インダクタンスを充分に低減して、出力パルスの立ち上がりを急峻化し、時間幅の長い平坦波頭部を有する高電圧・大電流の出力パルスを生成することが可能となる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、サイラトロン外周部に隔てた状態で配置するリターン電極につき、板状に形成されたリターン電極（板状リターン電極）を複数配置するもので、その板状リターン電極におけるサイラトロン対面部の形状を、サイラトロンの軸方向において鍔状電極部を含むサイラトロン外表面形状に沿う形状としたことにより、板状リターン電極とサイラトロンとの離間距離短縮化につき、互いにトレードオフの関係にある磁束の低減と接近し過ぎによる絶縁破壊の防止とを両立させながら最適化し、もって、寄生インダクタンスの低減による急峻な立ち上がり特性で時間幅の長い平坦波頭部を有する高電圧・大電流の出力パルスを生成することが可能となり、しかもそのような利点を有するリターン電極を主として板金の切断加工、折り曲げ加工等により比較的簡単に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のサイラトロンのリターン電極構造の基本的な構成の一例を示す概略の平面図（ａ）と概略の正面図（ｂ）
【図２】本発明の実施形態のサイラトロンのリターン電極構造における板状リターン電極の個数関係のバリエーションを示す概略の平面図（ａ）〜（ｅ）
【図３】本発明の実施形態のサイラトロンのリターン電極構造における板状リターン電極の形態関係のバリエーションを示す概略の平面図（ａ）〜（ｄ）
【図４】本発明の実施形態のサイラトロンのリターン電極構造における板状リターン電極のさらに別の形態を示す概略の平面図（ａ）と概略の正面図（ｂ）と板状リターン電極の斜視図（ｃ）
【図５】本発明の実施例のマルチギャップサイラトロンのリターン電極構造を示す斜視図
【図６】本発明の実施例のマルチギャップサイラトロンのリターン電極構造を示す正面図（ａ）と多段型の板状リターン電極の斜視図（ｂ）
【図７】本発明の実施例のサイラトロンのリターン電極構造において上側の導体プレートを取り除いた状態の平面図（ａ）と上側の導体プレートを取り付けた状態の平面図（ｂ）とリターン金属バーの平面図（ｃ）
【図８】従来例を模したもので円筒形の円筒状金属ハウジングを用いるサイラトロンの概略の正面図（ａ）と２つ割り異形円筒形のハウジングを示す斜視図（ｂ）
【発明を実施するための形態】
【００３１】
上記構成の本発明のサイラトロンのリターン電極構造には、次のようないくつかの好ましい態様がある。
【００３２】
図１は本発明のサイラトロンのリターン電極構造の基本的な構成の一例を示すもので、図１の（ａ）は概略の平面図、図１の（ｂ）は概略の正面図である。図１において、サイラトロン１０の外表面１０ａと板状リターン電極２０のサイラトロン対面部２０ａとの相対的な形状関係・位置関係を明示するためにサイラトロン１０と板状リターン電極２０とにパターンの塗りつぶしを施している。図１（ｂ）は断面状態を示すものではない（ただし、上側の導体プレート３２を除く。）。
【００３３】
サイラトロン１０は、その外形を形成する要素として絶縁性筒状本体１１と軸方向複数の鍔状電極部１２とを有している。鍔状電極部１２は絶縁性筒状本体１１に対して同心状でその半径方向外方へ突出している。このような形状のサイラトロン１０に対して、その外周部で周方向に隔てた複数箇所において、複数の板状リターン電極２０がサイラトロン１０の外表面１０ａから半径方向に隔てる状態で配置されている。リターン電極を板状にして板状リターン電極２０として構成してあるところに、従来例の円筒状金属ハウジングとの対比において本発明の特徴がある。
【００３４】
この板状リターン電極２０は下側の導体プレート３１を介してサイラトロン１０のカソード電極１４に電気的に接続されている。そして、その板状リターン電極２０のサイラトロン対面部２０ａがサイラトロン１０の軸方向において鍔状電極部１２を含めてサイラトロン１０の外表面１０ａの形状に沿う形状に形成されている（鍔状電極部１２と対面する対面部分に対し、サイラトロン１０の外表面１０ａと対面する対面部分が半径方向内方に向けて凸状に突出している形状）。サイラトロン１０の外表面１０ａの形状は、下側の鍔状電極部１２の大径円筒部、中間の絶縁性筒状本体１１の小径円筒部、上側の鍔状電極部１２の大径円筒部が一連に連なった異形円筒状となっている。サイラトロン１０の上部において絶縁性筒状本体１１の軸心部にアノード電極１５が配置されている。
【００３５】
図１の場合、板状リターン電極２０の個数は２個であるが、この２つの板状リターン電極２０，２０は、サイラトロン１０の外周部において周方向で等間隔（１８０度）を隔てられた状態で配置されている。
【００３６】
板状リターン電極２０の個数については、図２の（ａ）〜（ｅ）に示すように、複数であれば、偶数でも奇数でも構わない。図２の（ａ）の場合は３個の板状リターン電極２０…が１２０度の等間隔で配置され、図２の（ｂ）の場合は４個の板状リターン電極２０…が９０度の等間隔で配置され、図２の（ｃ）の場合は５個の板状リターン電極２０…が７２度の等間隔で配置され、図２の（ｄ）の場合は６個の板状リターン電極２０…が６０度の等間隔で配置され、図２の（ｅ）の場合は８個の板状リターン電極２０…が４５度の等間隔で配置されている。このようにリターン電極２０…が配置されることで、サイラトロン１０の外部に生起する磁束を周方向に均一に低減することができる。また、サイラトロン１０の中心軸とリターン電極２０…との間の電気力線を周方向に均等化（対称化）し、電界集中や絶縁破壊の発生を抑制することができる。
【００３７】
いずれにしても、複数の板状リターン電極２０…は、その主面板部２１…がサイラトロン１０の半径方向に沿う状態に配置されている。主面板部２１…はサイラトロン１０の軸方向に対しても沿う状態となっている。したがって、いずれの主面板部２１…もその延長面がサイラトロン１０の中心軸を通る状態となっている。板状リターン電極２０の個数が偶数の場合は、１対の板状リターン電極２０，２０どうしがサイラトロン１０の半径方向において対向する状態に配置されている。
【００３８】
上記のとおり、サイラトロン１０の軸方向において、鍔状電極部１２を含めてサイラトロン１０の外表面１０ａの形状に対して、サイラトロン対面部２０ａの形状を沿わせているので（横寝かせの「凸」の字形となっている）、板状リターン電極２０のサイラトロン対面部２０ａとサイラトロン１０の外表面１０ａとの半径方向離間距離ｄ１，ｄ２，ｄ３が寄生インダクタンスを最小化する上で最適な寸法となっている。
【００３９】
図８の（ａ）は従来例を模したものでリターン電極として円筒形の円筒状金属ハウジング７０がサイラトロン１０に外装されている。ここでは円筒状金属ハウジング７０に施したハッチングの塗りつぶしは断面状態を表している。円筒状金属ハウジング７０は円筒形であることからその内径が軸方向で変化のない一定値となっている。半径方向離間距離ｄは、下側の鍔状電極部１２の部分でのｄ１′と上側の鍔状電極部１２の部分でのｄ３′に対して、絶縁性筒状本体１１の部分でのｄ２′が相当に大きな寸法となっている。この絶縁性筒状本体１１の部分での相当に大きな寸法の半径方向離間距離ｄ２′のために、従来例にあっては寄生インダクタンスの低減化に限界を与えていた。絶縁性筒状本体１１の部分での半径方向離間距離ｄ２′を縮小化するとなれば、上下の鍔状電極部１２，１２の部分でのｄ３′，ｄ１′が著しく小さなものとなってしまい、サイラトロン１０を円筒状金属ハウジング７０に挿入する上で障害となったり、絶縁破壊の原因になったりする。図８の（ｂ）のように軸方向に沿って大径円筒部７１、小径円筒部７２、大径円筒部７３が一連に連なった異形円筒形を２つ割りにした割型の半円筒ハウジング７０ａ，７０ｂを用意し、両者をサイラトロン１０に対して横方向から近づけて連結し、円筒状金属ハウジング７０を構成するという方式では、異形円筒状のハウジングの作製がきわめてむずかしく、大幅なコストアップを招いてしまう。これの要因は、リターン電極はあくまでサイラトロンの全周を覆う円筒形でなければならないとの固定観念にある。
【００４０】
これに対して図１の（ａ），（ｂ）に示す本発明の実施形態の場合には、リターン電極を板状に形成した板状リターン電極２０としてあり、そのサイラトロン対面部２０ａの形状を軸方向でサイラトロン１０（鍔状電極部１２を含む）の外表面１０ａの形状に沿うように加工してある（横寝かせの「凸」の字形）。板状であるがゆえに、板金の切断加工、折り曲げ加工等をもって容易に製作することができる。すなわち、板金の切断加工、折り曲げ加工等によって板状リターン電極２０を形成することが可能であるがゆえに、板状リターン電極２０のサイラトロン対面部２０ａの形状を、サイラトロン１０の外表面１０ａの形状に沿う形状に容易に加工することができる。
【００４１】
以上のようにして、外周面形状が円筒形ではないサイラトロン１０の外表面１０ａの形状に沿う形状に板状リターン電極２０を形成することにより、板状リターン電極２０のサイラトロン対面部２０ａとサイラトロン１０の外表面１０ａとの半径方向離間距離ｄ１，ｄ２，ｄ３を最適化することができている。特には、上下の鍔状電極部１２，１２の間にあって半径がより小さく、上下の鍔状電極部１２，１２に対して半径方向内方に凹んで位置する絶縁性筒状本体１１に対して板状リターン電極２０を接近状態で配置することができている。その結果として、サイラトロン１０がその外周部に生起させる外乱要素としてサイラトロン１０の外表面１０ａと板状リターン電極２０のサイラトロン対面部２０ａとで囲まれる空間の体積を小さくし、そこに鎖交する磁束を低減することができる。併せて、複数の板状リターン電極２０を周方向均等配置としているので、サイラトロン１０の外周部の周方向の各々の位置においても磁束を低減することができる。これらの相乗により、磁束に起因する寄生インダクタンスを最小化できる。もちろん、半径方向離間距離ｄを適正に設定することにより、接近し過ぎに起因する絶縁破壊（ショート）については、これを確実に防止し耐電圧も確保することができる。
【００４２】
本実施形態によれば、寄生インダクタンスを充分に低減して、出力パルスの立ち上がりを急峻化し、時間幅の長い平坦波頭部を有する高電圧・大電流の出力パルスを生成できる。
【００４３】
上記の構成においては、板状リターン電極２０はその主面板部２１がサイラトロン１０の半径方向に沿う状態に配置されているが、本発明はこれのみに限定されるものではなく、主面板部２１が半径方向に対して傾斜ないし湾曲した状態に配置されていてもよい。もっとも、半径方向に沿う状態に配置した場合は、同一量の使用材料に対して構造的な平均半径が最大となるので耐振動性等の機械的強度が最も優れており、より好ましい。また、長孔（後述）を使用してのサイラトロン１０との間隔調整の際、距離の測定と管理がしやすいという利点もある。
【００４４】
別の好ましい態様として次のものがある。
【００４５】
図３の（ａ）に示す平板矩形状の板状リターン電極２０に対する変形例として、図３の（ｂ）に示すように、そのサイラトロン対面部２０ａにおいてサイラトロン１０の周方向または接線方向に沿って折れ曲がる折曲片部２２を有する板状リターン電極２０としてもよい。
【００４６】
図３の（ａ）の平板矩形状の板状リターン電極２０の場合には、サイラトロン１０の外表面１０ａと向かい合う板状リターン電極２０のサイラトロン対面部２０ａの対面面積が相当に小さい。その面積の周方向（接線方向）に沿った寸法は板状リターン電極２０の製造のもとになった板金の板厚そのものである。その場合に、板状リターン電極２０のサイラトロン対面部２０ａとサイラトロン１０の外表面１０ａとの対向間隙に生じる電界密度がかなり高いものとなる。もし、出力パルスの電圧として強力な高電圧が要求されるときには、絶縁破壊を引き起こす可能性がでてくる。
【００４７】
そこで、図３の（ｂ）のようにサイラトロン対面部２０ａに一体的に折曲片部２２を連設しておくと、サイラトロン１０の外表面１０ａに対する対面面積が増加し、電界密度を低減化できる。その結果、強力な高電圧の出力パルスが要求されたとしても、絶縁破壊のおそれは生じない。
【００４８】
図１、図２、図３の板状リターン電極は、その主面板部２１がサイラトロン１０の半径方向に沿った状態で配置されているが、本発明はこれのみに限定するものではない。これを、図４を用いて説明する。
【００４９】
図４の（ｃ）に示すように、板状リターン電極２０は、その主面板部２１がサイラトロン対面部２０ａを構成するものとなっている。板金をその板面に直角な方向で横寝かせの「凸」の字形に折り曲げて板状リターン電極２０を構成している。この場合も、主面板部２１であるサイラトロン対面部２０ａの上下中間部は、上下の鍔状電極部１２，１２の間にあって半径方向内方に凹んで位置する絶縁性筒状本体１１に対し接近状態で配置されている。しかも、強力な高電圧の出力パルスが要求された場合の絶縁破壊対策として電界密度の低減化を図るのに、主面板部２１自体でサイラトロン１０の外表面１０ａに対する対面面積を確保している。この方式の場合、サイラトロン対面部２０ａの周方向長さが比較的大きいため、板状リターン電極２０の使用個数は少なめでよいことになる。
【００５０】
また、図３の（ａ）に示す平板矩形状の板状リターン電極２０に対する変形例として、図３の（ｃ）に示すように、板状リターン電極２０の上側の導体プレート３２、下側の導体プレート３１に対する取付け用のフランジ部２３に形成するボルト挿通孔として半径方向に沿った長孔２３ａを形成したものである。導体プレート３１，３２のボルト挿通孔から長孔２３ａにかけてボルトを挿通し、ナットをねじ込んで締め付け固定する。このとき、サイラトロン１０の外表面１０ａに対する板状リターン電極２０のサイラトロン対面部２０ａの半径方向離間距離ｄが最適寸法からずれていた場合に、長孔２３ａを利用して板状リターン電極２０を半径方向に沿ってサイラトロン１０に対し接近・離間させることで、半径方向離間距離ｄの最適化を容易に実施することができる。これは保守点検時においても有効である。
【００５１】
図３の（ｄ）は図３の（ｂ）の折曲片部２２の構成と図３の（ｃ）のフランジ部２３、長孔２３ａの構成をともに採用したものである。
【実施例】
【００５２】
以下、本発明にかかわるサイラトロンのリターン電極構造の実施例を、図５〜図７を参照して詳細に説明する。これは多段型のサイラトロンに関するもので、特には、前述した高エネルギー荷電粒子ビームを生成する加速器における軌道偏向用のキッカーマグネットの駆動に用いられるものである。
【００５３】
図５は多段のサイラトロンのリターン電極構造を示す斜視図、図６の（ａ）は多段のサイラトロンのリターン電極構造を示す正面図、図６の（ｂ）は多段型の板状リターン電極の斜視図である。図７の（ａ）は上側の導体プレート３２を取り除いた状態の平面図、図７の（ｂ）は上側の導体プレート３２を取り付けた状態の平面図、図７の（ｃ）はリターン金属バー３３の平面図である。
【００５４】
図において、中心部に配置の構成要素の１０Ａは多段型に構成されたサイラトロンであるマルチギャップサイラトロン、マルチギャップサイラトロン１０Ａの外周部に複数配置された構成要素の２０Ａは多段型の板状リターン電極、３０は給電金属バー、３１は下側の導体プレート、３２は上側の導体プレート、３３はリターン金属バーである。
【００５５】
サイラトロン１０Ａは、絶縁性筒状本体１１と鍔状電極部１２からなるギャップ部１０ｂの複数個が同一軸線上に積層されたマルチギャップサイラトロン１０Ａとして構成されている。複数の板状リターン電極２０のそれぞれは、そのサイラトロン対面部２０ａが、マルチギャップサイラトロン１０Ａの軸方向において、鍔状電極部１２…を含めてマルチギャップサイラトロン１０Ａの外表面１０ａの形状に沿う形状に形成されている（図６参照）。
【００５６】
マルチギャップサイラトロン１０Ａを構成する複数のギャップ部１０ｂ（図６参照）は、各鍔状電極部１２…および各絶縁性筒状本体１１…が互いに同径であるとともに、互いに定格出力を異にしている。すなわち、複数のギャップ部１０ｂ…のうち上位のものほど出力パルスの電圧が高く、下位のものほど電圧が低くなっている（例えば下側から順に２０ｋＶ、４０ｋＶ、６０ｋＶ、８０ｋＶ）。そして、この電圧の相違に対応して、板状リターン電極２０Ａの半径方向内方のサイラトロン対面部２０ａの形状が定められている（上から下にかけで凹凸を４回繰り返す形状）。すなわち、定格出力が最小の最下位のギャップ部１０ｂに対しては絶縁性筒状本体１１との半径方向離間距離Ｄ１が最も小さく、次に定格出力が下位から２番目に大きいギャップ部１０ｂに対しては離間距離Ｄ２が次に大きく、さらに定格出力が下位から３番目に大きいギャップ部１０ｂに対しては離間距離Ｄ３が次に大きく、定格出力が最大の最上位のギャップ部１０ｂに対しては半径方向離間距離Ｄ４が最も大きくなっている。この相違は、定格出力の相違に起因して耐電圧（絶縁破壊）のレベルが相違することに対応するもので、いずれのギャップ部１０ｂ…においても絶縁破壊（ショート）を防止し耐電圧確保を達成しつつ、低インピーダンス化を図ることができる。
【００５７】
多段型の板状リターン電極２０Ａは、銅板で形成されており、板金の折り曲げ加工によって作られている。主面板部２１に対し、マルチギャップサイラトロン１０Ａの半径方向内側に沿って絶縁性筒状本体１１に近づくように突出する突出板片部２１ａが板状リターン電極２０Ａの長さ方向（上下方向）において所定の間隔をおいて複数個一体的に連設されている（図６参照）。各突出板片部２１ａの突出長さは、前述の半径方向離間距離Ｄの相違に応じて互いに異なっている。最下位のものが突出長さが最も大きく、下から２番目のものの突出長さが次に大きく、下から３目のものの突出長さがさらにきく、最上位のものが突出長さが最も小さい。
【００５８】
各突出板片部２１ａの突出先端縁部では図３の（ｄ）と同様にマルチギャップサイラトロン１０Ａの周方向（接線方向）に延びる折曲片部２２が一体的に折り曲げ形成されている。折曲片部２２の方向性は主面板部２１に対して直角方向となっている。主面板部２１の下端と上端にはそれぞれ取り付け用のフランジ部２３，２３が一体的に折り曲げ成形されている。両フランジ部２３，２３にはそれぞれ半径方向の長孔２３ａ，２３ａが２つずつ形成されている。主面板部２１の半径方向外方の端縁には縦方向に延びる補強用リブ片部２４が一体的に折り曲げ形成されている。
【００５９】
下側の導体プレート３１の中心孔３１ａにマルチギャップサイラトロン１０Ａの下端部が挿入され、絶縁性筒状本体１１の下端のフランジ部１１ａで下側の導体プレート３１にマルチギャップサイラトロン１０Ａがボルト止めされている。マルチギャップサイラトロン１０Ａの外周部で主面板部２１をマルチギャップサイラトロン１０Ａの半径方向に沿って配置する多段型の板状リターン電極２０Ａを複数個下側の導体プレート３１に取り付けている。取り付けに際しては長孔２３ａを利用して微調整が行われ、半径方向離間距離Ｄが最適化される。下側の導体プレート３１に取り付けられた複数の多段型の板状リターン電極２０Ａに対し、それらの上端面に上側の導体プレート３２が載置され、ボルト・ナットを用いて取り付けが行われる。マルチギャップサイラトロン１０Ａの中心部上端にあるアノード電極１５に対して給電金属バー３０が電気的かつ機械的に接続される。また、上側の導体プレート３２に対してリターン金属バー３３が電気的かつ機械的に接続される。図７の（ｃ）に示すリターン金属バー３３は図７の（ｂ）において破線で示す位置に取り付けられる。
【００６０】
図７の（ａ）に示すように、多段型の板状リターン電極２０Ａはそのいずれもが主面板部２１をマルチギャップサイラトロン１０Ａの半径方向に沿わせる状態でマルチギャップサイラトロン１０Ａの外周部で周方向に等間隔で配置される。図６に示すように、個々の多段型の板状リターン電極２０Ａにおける上下複数個の折曲片部２２…が絶縁性筒状本体１１の外表面に近接する状態となっており、折曲片部２２…において絶縁性筒状本体１１に対し面的に対向している。
【００６１】
マルチギャップサイラトロン１０Ａにあっては上記のように定格出力を異にする複数のギャップ部１０ｂ…が多段積層されており、各サイラトロン対面部２０ａ…の折曲片部２２…は各ギャップ部１０ｂ…の外周面に対し、それぞれの定格出力に見合った半径方向離間距離Ｄで配置されている。
【００６２】
なお、上記実施形態では、孔が形成されていない金属板（板金）をリターン電極に使用しているが、メッシュ状の板状電極を使用してもよい。このようなメッシュ状電極を用いることで、装置の軽量化と通気・通油性の向上による冷却効果を得ることができる。なお、板状電極のメッシュ化に際しては、導電性の低下による高周波特性の悪化を抑制するために、板状リターン電極として、パンチングメタル（１枚の金属板材に多数の孔加工を施したもの）やエキスパンドメタル（１枚の金属板材に多数の切込みを入れてから引き伸ばしたもの）を用いることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、高電圧・大電流の高速スイッチ手段として用いられるサイラトロンのリターン電極構造において、リターン電極（板状リターン電極）とサイラトロンとの離間距離短縮化につき、互いにトレードオフの関係にある磁束の低減と接近し過ぎによる絶縁破壊の防止とを両立させながら最適化する技術として有用である。すなわち、寄生インダクタンスの低減によって、立ち上がり特性が急峻で平坦波頭部の時間幅が長いきわめて正確な方形波の高電圧・大電流の出力パルスを生成し、しかもリターン電極を主として板金の切断加工、折り曲げ加工等により比較的簡単に製造し得る技術として有用である。
【符号の説明】
【００６４】
１０  サイラトロン
１０Ａ  マルチギャップサイラトロン
１０ａ  外表面
１０ｂ  ギャップ部
１１  絶縁性筒状本体
１２  鍔状電極部
１４  カソード電極
２０，２０Ａ  板状リターン電極
２０ａ  サイラトロン対面部
２１  主面板部
２２  折曲片部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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