(57)【要約】【課題】  電子放出面の温度の低下を抑制することができ、高い製造歩留まりを得ることのできる電子銃を提供する。【解決手段】  電子銃１ａは、電子放出源１０、ウェネルト２０、支持板３０、及び複数のねじ５０を備える。電子放出源１０は、電子ビームを放出する電子放出面１１ａと、下面１４ａと、外周面１０ａと、延出部１２ａと、を有する。ウェネルト２０は、第１孔部２１ａを有し、電子ビームを集束させる。支持板３０は、雌ねじが形成された複数の第２孔部３３ａを有し、下面１４ａに隙間を空けて対向し、ウェネルト２０を形成する材料の輻射率より高い輻射率を有する材料で形成され、延出部１２ａに溶接され、電子放出源１０を支持する。ねじ５０は、雄ねじが形成され、対応する第１孔部２１ａを通り、対応する第２孔部３３ａに螺合される。【選択図】図２
2019140026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを放出する電子放出面と、前記電子放出面と反対側の下面と、前記電子放出面と前記下面とにつながった外周面と、前記下面から延出した延出部と、を有する電子放出源と、
前記外周面に隙間を空けて前記外周面を囲み、複数の第１孔部を有し、前記電子放出面を露出させ、前記電子放出面から放出される電子ビームを集束させるウェネルトと、
前記複数の第１孔部と一対一で対向し雌ねじが形成された複数の第２孔部を有し、前記下面に隙間を空けて対向し、前記ウェネルトを形成する材料の輻射率より高い輻射率を有する材料で形成され、前記延出部に溶接され、前記電子放出源を支持する支持板と、
それぞれ、雄ねじが形成され、対応する前記第１孔部を通り対応する前記第２孔部に螺合される複数のねじと、を備える、
電子銃。
【請求項２】
前記支持板のうち前記下面と対向する領域の第２厚みは、前記ウェネルトのうち前記電子放出源と対向する領域の第１厚み未満であり、
前記ウェネルトは、筒状の形状を有し、
前記第１厚みは、前記ウェネルトの内周面から前記外周面までの最短距離である、
請求項１に記載の電子銃。
【請求項３】
前記複数のねじは、前記ウェネルトに溶接されている、
請求項１に記載の電子銃。
【請求項４】
前記複数のねじは、金属で形成されている、
請求項１に記載の電子銃。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電子銃に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電波を増幅する電子管として、クライストロン、ジャイロトロン、進行波管などが知られている。例えば、クライストロンは、電子ビームを放出する電子銃と、用済みの電子ビームを捕捉するコレクタと、高周波相互作用部と、電子銃から放出される電子ビームを集束する集束コイルと、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２２５８１８号公報
【特許文献２】実開昭６３−１１７０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本実施形態は、電子放出面の温度の低下を抑制することができ、高い製造歩留まりを得ることのできる電子銃を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態に係る電子銃は、
電子ビームを放出する電子放出面と、前記電子放出面と反対側の下面と、前記電子放出面と前記下面とにつながった外周面と、前記下面から延出した延出部と、を有する電子放出源と、
前記外周面に隙間を空けて前記外周面を囲み、複数の第１孔部を有し、前記電子放出面を露出させ、前記電子放出面から放出される電子ビームを集束させるウェネルトと、
前記複数の第１孔部と一対一で対向し雌ねじが形成された複数の第２孔部を有し、前記下面に隙間を空けて対向し、前記ウェネルトを形成する材料の輻射率より高い輻射率を有する材料で形成され、前記延出部に溶接され、前記電子放出源を支持する支持板と、
それぞれ、雄ねじが形成され、対応する前記第１孔部を通り対応する前記第２孔部に螺合される複数のねじと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、一実施形態に係るクライストロンを示す概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示した電子銃を示す断面図である。
【図３】図３は、上記電子銃の電子放出源、ウェネルト、支持板、反射板、及び複数のねじの断面形状を示す分解図である。
【図４】図４は、比較例に係る電子銃を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
【０００８】
まず、電子銃を適用するクライストロンの構成について説明する。  
【０００９】
図１に示すように、クライストロンは、電子銃部１と、コレクタ２と、高周波相互作用部３と、集束コイル４と、出力導波管５と、を備えている。コレクタ２、高周波相互作用部３及び出力導波管５は、それぞれ金属で形成されている。
【００１０】
電子銃部１は、電子ビームを放出する電子銃１ａと、電子銃１ａから放出された電子ビームを加速させ、電子の流れをコレクタ２方向に作るカソード１ｂ及びアノード１ｃとを有している。電子銃１ａは、電子ビームを１本放出するものである。この実施形態において、電子銃部１は、１個の電子銃１ａを有している。複数本の電子ビームを放出させたい場合、電子銃部１は、複数個の電子銃１ａを有していればよい。  
【００１１】
コレクタ２は、高周波相互作用部３を通過した使用済みの電子ビーム（スペントビーム）を捕捉し、残ったエネルギを熱エネルギに変換するものである。コレクタ２は、図示しない冷却機構により冷却されている。ここでは、冷却機構の主冷却方式は水冷式である。
【００１２】
高周波相互作用部３は、クライストロンのボディ部である。高周波相互作用部３は、電子銃部１及びコレクタ２間に気密に接続されている。高周波相互作用部３は、電子銃部１及びコレクタ２間に位置した入力空胴３ａと、入力空胴３ａ及びコレクタ２間に位置した少なくとも１つの中間空胴３ｂと、中間空胴３ｂ及びコレクタ２間に位置し、穴部Ｏが形成された出力空胴３ｃと、入力空胴３ａ、中間空胴３ｂ及び出力空胴３ｃを気密に連結したドリフト管３ｄと、を有している。この実施の形態において、高周波相互作用部３は、中間空胴３ｂを３つ有している。また、入力空胴３ａ、中間空胴３ｂ及び出力空胴３ｃは、ドリフト管３ｄに形成された空胴により形作られている。
【００１３】
ここで、高周波相互作用部３の動作原理について詳述する。入力空胴３ａには増幅したい入力信号が導入される。入力信号は、電波（マイクロ波）である。入力空胴３ａを電子ビームが通過するとき、電子ビームは導入された入力信号により速度変調される。その後、電子ビームが一様電界中を通過する間、電子ビームに密度変調が生じ、電子ビームは次第に集群（バンチ）される。さらに、集群された電子ビームは、中間空胴３ｂを通過する度に相互作用により空胴に高周波電界を発生する。これにより、電子ビームはその電界により再度速度変調を受ける。
【００１４】
そして最後に集群された電子ビームは、出力空胴３ｃの間隙を通過する時、大きな交流電界を誘起し、増幅された高周波（大電力マイクロ波）の出力信号として出力空胴３ｃから外部に取り出される。  
【００１５】
すなわち、高周波相互作用部３は、入力空胴３ａに入力信号を入力することにより、出力空胴３ｃから増幅された高周波の出力信号を出力するものである。
【００１６】
集束コイル４は、筒状に形成され、高周波相互作用部３の外周を囲んでいる。集束コイル４は、電子銃部１から放出される電子ビームを集束するものである。  
【００１７】
出力導波管５は、高周波相互作用部３に接合され、穴部Ｏに連通されている。出力導波管５には、誘電体で形成された出力窓５ａが気密に取り付けられている。出力導波管５は、穴部Ｏを通して出力空胴３ｃから出力信号を取り出すものである。
【００１８】
次に、本実施形態の電子銃１ａの構成について説明する。  
【００１９】
図２に示すように、電子銃１ａは、電子放出源１０と、ウェネルト２０と、支持板３０と、反射板４０と、複数のねじ５０と、支持筒６０と、ピン７０と、を備えている。電子放出源１０の中心軸と、ウェネルト２０の中心軸とは、電子銃１ａの軸Ａと一致し、同軸的に設けられている。  
【００２０】
電子放出源１０は、電子放出部１１と、筒部１２と、筒部１３と、加熱部１４と、を有している。
【００２１】
電子放出部１１は、タングステンなどの電子（熱電子）を放出する材料で形成されている。電子放出部１１は、電子ビームを放出する電子放出面１１ａを有している。電子放出面１１ａは、加熱部１４側に凹んだ凹面である。また、電子放出面１１ａは、球面の一部の形状を有している。筒部１２は、電子放出部１１に接続されている。筒部１２は、延出部１２ａを有している。筒部１３は、筒部１２を囲み、電子放出部１１に接続されている。筒部１２及び筒部１３は、モリブデン、タングステンなどの金属材料で形成されている。
【００２２】
加熱部１４は、電子放出部１１、筒部１２及び筒部１３で囲まれた空間に設けられている。加熱部１４は、電子放出部１１、筒部１２及び筒部１３で囲まれた空間に配置されたフィラメントコイル１４ｃと、フィラメントコイル１４ｃを埋め尽くし、電子放出部１１、筒部１２及び筒部１３に接着した充填部１４ｂと、を有している。フィラメントコイル１４ｃの端部は、充填部１４ｂの外側に引き出されている。フィラメントコイル１４ｃは、タングステンなどの金属材料で形成されている。充填部１４ｂは、酸化アルミニウムなどの金属材料で形成されている。  
【００２３】
電子放出部１１を形成する際、電子放出部１１を底枠、筒部１２を内枠、筒部１３を外枠とする型枠を組み立てる。次いで、フィラメントコイル１４ｃのうち端部以外の部分を上記型枠の内部に配置する。その後、型枠の内部に酸化アルミニウムを充填する。上記のように、鋳造により電子放出部１１を形成することができる。
【００２４】
加熱部１４は、電子放出面１１ａと反対側の下面１４ａを有している。延出部１２ａは、下面１４ａから延出している。フィラメントコイル１４ｃの端部は、下面１４ａから外側に引き出されている。電子放出部１１の外周面及び筒部１３の外周面は、電子放出源１０の外周面１０ａを形成している。外周面１０ａは、電子放出面１１ａと下面１４ａとにつながっている。
【００２５】
ウェネルト２０は、外周面１０ａに隙間を空けて外周面１０ａを囲んでいる。ウェネルト２０は、電子放出面１１ａを露出させ、電子放出面１１ａから放出される電子ビームを集束させる。ウェネルト２０は、筒状の本体部２１と、本体部２１の内周面に接続された筒部２２と、を有している。本実施形態において、本体部２１及び筒部２２は、同一材料で一体に形成されている。例えば、ウェネルト２０は、ステンレス鋼などの金属で形成されている。
【００２６】
ウェネルト２０は、本体部２１に形成された複数の第１孔部２１ａを有している。第１孔部２１ａの個数は、３個以上が望ましい。本実施形態において、第１孔部２１ａの個数は、４個である。また、複数の第１孔部２１ａは、本体部２１の周方向に等間隔を空けて位置している。ウェネルト２０は、本体部２１のうち電子放出源１０と対向する領域に第１厚みＴ１を有している。第１厚みＴ１は、本体部２１の内周面２１ｂから外周面２１ｃまでの最短距離である。
【００２７】
支持板３０は、電子放出源１０を支持している。支持板３０は、円板部３１と、筒部３２と、筒部３３と、を有している。  
【００２８】
円板部３１は、下面１４ａに隙間を空けて対向している。円板部３１は、フィラメントコイル１４ｃの端部を通すための開口３１ａを有している。なお、フィラメントコイル１４ｃは、円板部３１に対して絶縁距離を置いて位置している。支持板３０は、円板部３１のうち下面１４ａと対向する領域に第２厚みＴ２を有している。ここで、第２厚みＴ２は、第１厚みＴ１未満である。
【００２９】
筒部３２は、円板部３１の内周部に接続され、延出部１２ａと対向している。筒部３２は、延出部１２ａに溶接されている。本実施形態において、筒部３２及び延出部１２ａは、複数個所でスポット溶接されている。筒部３２と延出部１２ａとを溶接した溶接部Ｗ１は、点在し、全周にわたって延在していない。筒部３２と延出部１２ａとを全周にわたって溶接した場合と比較し、電子放出源１０から支持板３０への熱の伝達を抑制することができる。
【００３０】
筒部３３は、円板部３１の外周部に接続され、ウェネルト２０と対向している。支持板３０は、筒部３３に形成された複数の第２孔部３３ａを有している。第２孔部３３ａには雌ねじが形成されている。第２孔部３３ａの個数は、第１孔部２１ａの個数と同一である。第２孔部３３ａは、第１孔部２１ａと一対一で対向している。
【００３１】
円板部３１、筒部３２、及び筒部３３は、同一材料で一体に形成されている。支持板３０は、ウェネルト２０を形成する材料の輻射率より高い輻射率を有する材料で形成されている。例えば、支持板３０は、モリブデンで形成されている。支持板３０は、断熱材として機能するため、電子放出源１０の温度の低下を抑制することができる。例えば、支持板３０は、電子放出面１１ａの温度の低下を抑制することができる。  
【００３２】
また、上記のようにＴ２＜Ｔ１であり、支持板３０は、薄肉の板材で形成されている。そのため、支持板３０は、電子放出源１０からウェネルト２０への熱の伝達を抑制することができる。
【００３３】
反射板４０は、筒状の第１部分４１と、円錐形状の第２部分４２とを有している。第１部分４１及び第２部分４２は、同一材料で一体に形成されている。例えば、反射板４０は、高い輻射率を有する材料としてモリブデンで形成されている。第２部分４２の先端部はウェネルト２０に接触し得るが、反射板４０が電子放出源１０に接触することはない。これにより、反射板４０は、外周面１０ａに隙間を空けて外周面１０ａを囲んでいる。反射板４０は、支持板３０と同様に断熱材として機能するため、電子放出面１１ａなどの電子放出源１０の温度の低下を抑制することができる。
【００３４】
反射板４０は、重力の作用により、支持板３０に接している。なお、電子銃１ａの上下を反転しても、反射板４０は、ウェネルト２０の筒部２２に当接するため、反射板４０が抜けることはない。また、反射板４０は、支持板３０と同様、薄肉の板材で形成されている。反射板４０の第３厚みＴ３は、第１厚みＴ１未満である。そのため、反射板４０は、ウェネルト２０への熱の伝達を抑制することができる。
【００３５】
ねじ５０は、金属ねじである。ねじ５０には雄ねじが形成されている。ねじ５０は、それぞれ、対応する第１孔部２１ａを通り、第２孔部３３ａに螺合されている。ねじ止めにより、ウェネルト２０に対する電子放出源１０の相対的な位置を固定することができる。各々のねじ５０の締め付け量を調整することにより、ウェネルト２０に対する電子放出源１０の相対的な位置を調整することができる。これにより、電子放出源１０と、ウェネルト２０との同軸度を高めることができる。  
【００３６】
ねじ５０毎に、ねじ５０とウェネルト２０とを溶接した溶接部Ｗ２が存在している。溶接部Ｗ２を形成することにより、ねじ５０の締め付け量を維持することができる。
【００３７】
支持筒６０は、筒状に形成され、ウェネルト２０に接続されている。支持筒６０は、本体部２１に溶接されている。本実施形態において、支持筒６０及び本体部２１は、複数個所でスポット溶接されている。支持筒６０と本体部２１とを溶接した溶接部Ｗ３は、点在し、全周にわたって延在していない。支持筒６０と本体部２１とを全周にわたって溶接した場合と比較し、ウェネルト２０から支持筒６０への熱の伝達を抑制することができる。
【００３８】
ピン７０は、フィラメントコイル１４ｃに電気的に接続され、フィラメントコイル１４ｃに物理的に固定されている。フィラメントコイル１４ｃを加熱する際にピン７０に電流Ｉｆを与えると、電流Ｉｆは、フィラメントコイル１４ｃ、充填部１４ｂ、筒部１２、支持板３０、及びウェネルト２０を経由して支持筒６０に流れる。
【００３９】
次に、上記電子銃１ａを組み立てるための方法について説明する。  
【００４０】
図３に示すように、電子銃１ａの組み立てを開始すると、まず、ウェネルト２０と、反射板４０と、電子放出源１０と支持板３０との接合体８０と、複数のねじ５０と、を用意する。接合体８０において、電子放出源１０及び支持板３０は、溶接部Ｗ１により予め溶接されている。溶接の際、電子放出源１０と支持板３０との同軸は、冶具により保証される。
【００４１】
続いて、ウェネルト２０の内部に反射板４０を挿入する。その際、反射板４０は、重力の作用により、筒部２２に当接する。次いで、接合体８０をウェネルト２０の内部に挿入し、ねじ５０を利用して接合体８０をウェネルト２０にねじ止めする。そして、ウェネルト２０に対する電子放出源１０の相対的な位置を調整した後、ねじ５０をウェネルト２０に溶接する。
【００４２】
図２に示すように、その後、ウェネルト２０に支持筒６０を接続し、フィラメントコイル１４ｃにピン７０を接続する。  
【００４３】
これにより、電子銃１ａの組み立てが終了する。
【００４４】
上記のように構成された一実施形態に係る電子銃１ａによれば、電子放出源１０からの熱の流出を抑制するため、薄肉の板材で支持板３０を形成し、スポット溶接にて電子放出源１０を支持板３０に固定している。これにより、電子放出面１１ａの温度の低下を抑制することができる。  
【００４５】
ウェネルト２０に支持板３０をねじ５０で仮止めし、ウェネルト２０と電子放出源１０との同軸度を調整することができる。そして、ウェネルト２０と電子放出源１０との同軸度を冶具で確認した後、ねじ５０をウェネルト２０に溶接している。上記のようにねじ５０を用いて電子銃１ａの組み立てを行うことにより、ウェネルト２０と電子放出源１０との高い同軸度を得ることができる。  
【００４６】
上記のことから、電子放出面１１ａの温度の低下を抑制することができ、高い製造歩留まりを得ることのできる電子銃１ａを得ることができる。
【００４７】
次に、比較例の電子銃１ａについて説明する。  
【００４８】
図４に示すように、比較例の電子銃１ａは、ねじ５０を備えていない。電子銃１ａは、上記実施形態の電子銃１ａと比較して支持円筒９０をさらに備えている。支持板３０は、電子放出源１０に溶接されている。反射板４０において、一端は支持板３０に溶接され、他端は支持円筒９０に溶接されている。支持円筒９０は、ウェネルト２０にではなく、支持筒６０に接続されている。
【００４９】
電子放出源１０を支持する支持板３０、反射板４０、及び支持円筒９０は、何れも薄肉の板材で形成されている。また、電子放出源１０と支持板３０との溶接、支持板３０と反射板４０との溶接、反射板４０と支持円筒９０との溶接には、スポット溶接を使用している。そのため、比較例の電子銃１ａでは、所望の強度が得られない恐れがあり、また、ウェネルト２０と電子放出源１０との所望の同軸度が得られない恐れがあるものである。
【００５０】
本発明の実施形態を説明したが、上記の実施形態は、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。上記の新規な実施形態は、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、変更を行うことができる。上記の実施形態やその変形は、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。  
【００５１】
例えば、第１孔部２１ａに雌ねじが形成されていてもよい。この場合、ねじ５０は、第１孔部２１ａを通るだけではなく、第１孔部２１ａに螺合される。  
【００５２】
上述した電子銃は、ジャイロトロン、進行波管などの他の電子管に適用可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１ａ…電子銃、１０…電子放出源、１０ａ…外周面、１１…電子放出部、
１１ａ…電子放出面、１２…筒部、１２ａ…延出部、１３…筒部、１４…加熱部、
１４ａ…下面、１４ｂ…充填部、１４ｃ…フィラメントコイル、２０…ウェネルト、
２１…本体部、２１ａ…第１孔部、２１ｂ…内周面、２１ｃ…外周面、２２…筒部、
３０…支持板、３１…円板部、３２…筒部、３３…筒部、３３ａ…第２孔部、
４０…反射板、５０…ねじ、６０…支持筒、７０…ピン、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３…溶接部、
Ａ…軸、Ｉｆ…電流、Ｔ１，Ｔ２…厚み。
【図１】
2019140026.tif 000003
【図２】
2019140026.tif 000004
【図３】
2019140026.tif 000005
【図４】
2019140026.tif 000006