(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子放出物質を表面に塗布した円筒状の金属筒と、この金属筒内の軸部に配置したヒータと、このヒータの両端を上記金属筒の両端に固定するための円盤状金属とを有し、上記ヒータの電極及びカソード支持体として機能する支持電極体を上記金属筒の軸線方向に対し角度を持って配置した電子管用カソードにおいて、
絶縁体からなり、カソード重心位置を上記金属筒の中心軸から離れた位置に設定するための重心移動部材を、上記金属筒内に設けたことを特徴とする電子管用カソード。
【請求項２】
電子放出物質を表面に塗布した円筒状の金属筒と、この金属筒内の軸部に配置したヒータと、このヒータの両端を上記金属筒の両端に固定するための円盤状金属とを有し、上記ヒータの電極及びカソード支持体として機能する支持電極体を上記金属筒の軸線方向に対し角度を持って配置した電子管用カソードにおいて、
上記ヒータのヒータ電位側と上記円盤状金属との間に、絶縁体及び支持用部材を設け、この絶縁体を上記ヒータのヒータ電位側巻線端に接触させると共に、
上記金属筒と同電位となる上記ヒータのカソード電位側と上記円盤状金属との間に、上記金属筒のヒータ電位側との重量バランスをとるための第２絶縁体及び支持用部材を設け、この第２絶縁体を上記ヒータのカソード電位側巻線端に接触させることを特徴とする電子管用カソード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子管用カソード、特に耐振動及び固有振動数制御のためのカソード構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子管、例えばマグネトロンにおいては、カソードの組立位置の精度が極めて重要であり、その精度は０．０１ｍｍ単位で制御されており、この組立位置が変化すると、カソードとアノード共振回路の電磁的結合状態が変わり、マグネトロンの様々な動作特性に変化が生じる。特に、マグネトロンを線形加速器の高周波源として使用する場合、マグネトロンのパルス内発振周波数に変化が大きいと、線形加速器が極めて高いＱ値を有するために、電力反射が生じ、効率的に線形加速器を駆動できなくなる。
【０００３】
そこで、カソードの組立位置精度の向上のために、多くの検討がなされているが、カソードの組立位置精度は、カソード支持構造に大きく依存する。即ち、従来のマグネトロンのカソード支持構造としては、主に、図５（Ａ）のような同軸支持構造、図５（Ｂ）のように軸を横方向から支持する構造（片持ち支持）の２つのタイプがある。
【０００４】
図５（Ａ）のマグネトロンでは、カソード１は、円筒状のカソードスリーブ２、このカソードスリーブ２の外周に設けられた電子放出物３、カソードスリーブ２の両端に配置されたエンドシールド４ａ，４ｂからなり、このカソード１の外周方向にアノード５、上下方向にポールピース６ａ，６ｂが配置される。そして、このカソード１は、カソードスリーブ２に同軸で上方に取り付けられたカソード入力（電極）部７にて支持され、またカソード１の上下方向に磁気回路８ａ，８ｂが配置される。
【０００５】
図５（Ｂ）のマグネトロンは、上記と同様の構造のカソード１がカソードスリーブ２の軸（円筒中心軸）に対し直角の方向に取り付けられた支持電極体９によって支持され、この支持電極体９はカソード入力部１０にて固定される構造となっている。即ち、カソード１はカソード入力部１０側から片持ち状態で支持される。
【０００６】
上記図５（Ａ）のマグネトロンは、カソード１の位置精度を比較的良好にすることができるが、電磁石による外付けの磁気回路８ａ，８ｂと組み合わせて使用する場合、その構造上、ポールピース６ａ，６ｂと同じ方向がカソード入力となるので、磁気回路８ａ，８ｂとマグネトロンの取付け、取外しには構造上の困難が生じる。また、ポールピース６ａ，６ｂの形状を両極で同じにすることが難しくなる場合もあり、この場合には、磁束密度分布の広がりによるマグネトロン特性の影響を考慮する必要が生じる。
【０００７】
一方、図５（Ｂ）のマグネトロンは、カソード１の位置精度を変化させ易い構造を潜在的に持っているが、電磁石による外付けの磁気回路８ａ，８ｂと組み合わせて使用する場合、この磁気回路８ａ，８ｂとマグネトロンの取付け、取外しが容易であるという利便性から、線形加速器用マグネトロンでは良く利用されているカソード支持構造である。
【０００８】
しかし、この図５（Ｂ）のカソード支持（片持ち支持）構造においては、外部から荷電粒子の加速度をマグネトロンが受けた場合、カソード１自体が、図５（Ｂ）のカソード入力部１０の取付け部を支点として、自重により振動し易いという問題がある。また、磁束と直交する方向からカソード１を支持するので、マグネトロン電流が流れたとき作用空間付近のカソード支持系がローレンツカを受け、パルスの繰り返し周波数で振動するという問題がある。
【０００９】
このようなカソード１の自重による振動及びローレンツカによる振動に対しては、カソード総重量の軽減化，支持系の剛性強化が設計上重要で、これらにより、振動の振幅抑制とカソード支持系の最低時の固有振動数を高くできることが知られている。特に、固有振動数はマグネトロンを駆動する高電圧パルスの繰り返し周波数よりも高くすることが重要である。
【００１０】
更に、カソード１内部に具備しているヒータの振動影響も重要であり、カソード１が振動した際に、その内部のヒータが振動するとカソード１の振動が複雑化して制御が難しくなるばかりでなく、マグネトロンの特性の影響も複雑化する。このため、従来では、カソード１内のヒータの配置について図６のような構造が採用されている。
【００１１】
図６（Ａ）の例では、ヒータ巻きピッチに合った溝を有する絶縁物１２を設け、この絶縁物１２に沿ってヒータ１３を巻いて固定することで、振動を抑制している。また、図６（Ｂ）の例では、通し孔である中空の絶縁物１４を設け、この絶縁物１４の通し孔にヒータ１３を通すと共に、両側のエンドシールド４ａ,４ｂでヒータ１３を押すようにして（ヒータ１３による付勢力を発生させて）ヒータ１３を固定することで、振動の抑制が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平６−２６００７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、図６（Ａ）のように、ヒータ巻きピッチの溝を有する絶縁物１２でヒータ１３を固定するものでは、カソード（１）自体の重量が重くなり、円筒軸の横方向から支持するカソード支持構造では、ヒータ１３の振動は抑制できる反面、カソード自体の振動振幅は逆に大きくなる。また、重量が増えるとカソード支持系の固有振動数は下がり、パルスの繰り返し周波数と共振するおそれが生じるという問題があった。
【００１４】
また、図６（Ｂ）のように、絶縁物１４の通し孔にヒータ１３を通すと共に、両端のエンドシールド４ａ，４ｂでヒータ１３を押すようにしてヒータ１３を固定するものでは、コイル状ヒータ１３のカソード電位側の巻き始めの２〜３巻きまでは温度が上がらないため、この領域は実質的にヒータとして機能せず、この巻き始めの分がカソード１において余分な重量の増加になっている。
【００１５】
更に、図６（Ｂ）の構造の場合、図示されるように、ヒータ１３が上側（エンドシールド４ａ側）のヒータ電位側ではヒータ碍子１５等が配置されるのに対し、下側（エンドシールド４ｂ側）のカソード電位側ではヒータ碍子等が配置されない構造とされ、カソード電位側とヒータ電位側で構造上対称にならないため、カソード１において両端のバランスがとれず、振動を助長するという問題があった。即ち、重量の軽減は振動影響にとって有利であり、可能な限りカソード１を軽量化することが好ましく、またカソード１（或いはヒータ１３及びその取付け）において両端のバランスをとることも、振動の抑制に重要な役割をすることになる。
【００１６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、カソードの振動の影響を最少化して、マグネトロンの諸特性、特にパルス内発振周波数の安定化を図ることができる電子管用カソードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、請求項１の発明に係る電子管用カソードは、電子放出物質を表面に塗布した円筒状の金属筒（カソードスリーブ）と、この金属筒内の軸部に配置したヒータと、このヒータの両端を上記金属筒の両端に固定するための円盤状金属（エンドシールド）とを有し、上記ヒータの電極及びカソード支持体として機能する支持電極体を上記金属筒の軸線方向に対し角度を持って配置した電子管用カソードにおいて、絶縁体からなり、カソード重心位置を上記金属筒の中心軸から離れた位置に設定するための重心移動部材を、上記金属筒内に設けたことを特徴とする。
請求項２の発明は、電子放出物質を表面に塗布した円筒状の金属筒と、この金属筒内の軸部に配置したヒータと、このヒータの両端を上記金属筒の両端に固定するための円盤状金属とを有し、上記ヒータの電極及びカソード支持体として機能する支持電極体を上記金属筒の軸線方向に対し角度を持って配置した電子管用カソードにおいて、上記ヒータのヒータ電位側と上記円盤状金属との間に、絶縁体及び支持用部材を設け、この絶縁体を上記ヒータのヒータ電位側巻線端に接触させると共に、上記金属筒と同電位となる上記ヒータのカソード電位側と上記円盤状金属との間に、上記金属筒のヒータ電位側との重量バランスをとるための第２絶縁体及び支持用部材を設け、この第２絶縁体を上記ヒータのカソード電位側巻線端に接触させることを特徴とする。
【００１８】
上記請求項１の構成によれば、上記重心移動部材は、例えば金属筒内に嵌合する円盤状絶縁体であり、その円盤中に、金属筒中心軸と異なる中心軸を持ち、ヒータ通し孔を包含する大きめの円形空洞が形成されたもの、又は金属筒中心軸と同軸のヒータ通し孔を備え、そのヒータ通し孔の外周の一部から外側へ切り欠きを形成したもの、又は金属筒中心軸と同軸のヒータ通し孔を備え、そのヒータ通し孔の外側の一部に小孔や溝を形成したものとされ、この円盤状絶縁体が金属筒の軸線方向の中央に配置される。この重心移動部材は、例えば金属筒の中心軸から見て支持電極体が配置された方向（カソード軸線に垂直な方向で支持電極体による支持側）と逆方向のカソードの重量を軽くする、即ちカソードの重心が金属筒の中心軸から支持電極体配置方向へ移動することとなり、これによって、振動が抑制される。
【００１９】
上記請求項２の構成によれば、第２絶縁体及び支持用部材により、カソードの軸線方向におけるヒータのカソード電位側とヒータ電位側の重量バランスがとれることで、振動の抑制が可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の電子管用カソードによれば、外部から荷電粒子の加速度を受けた際のカソードの振動を小さくでき、またカソード及びその支持系の固有振動周波数をより高くでき、マグネトロンの諸特性、特に線形加速器用高出力パルスマグネトロン等におけるパルス内発振周波数の安定化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例に係る電子管用カソードの構成を示し、図（Ａ）は図（Ｂ）のＩ−Ｉ線断面図、図（Ｂ）は軸線方向の断面図である。
【図２】実施例の電子管用カソードの円盤状絶縁物の他の構成例を示す図である。
【図３】実施例の電子管用カソードを用いたマグネトロンの構成を示す一部断面図である。
【図４】実施例の電子管用カソードの振動を示すグラフ［図（Ａ）］と、従来例の振動を示すグラフ図［図（Ｂ）］である。
【図５】従来のマグネトロンにおける２つのカソード支持構造を示す図である。
【図６】従来のカソードにおけるヒータ配置の２つの構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１には、本発明の実施例に係る電子管用カソード（例えば線形加速器用高出力パルスマグネトロンのカソード）の構成が示され、図３には、実施例のカソードを配置したマグネトロンの構成が示されており、まずマグネトロンの構成から説明する。図３に示されるように、カソード１８は、その両端がカソードスリーブ２の軸（円筒中心軸）に直角（９０度以外の角度でもよい）となる方向に配置された２本の支持電極体（棒）９によって支持され、この２本の支持電極体９がカソード入力部１０内のステム１９により固定される。また、従来と同様に、カソード１８の周囲にアノード５が設けられ、上下にはポールピース６ａ，６ｂが配置される。従って、カソード１８は、ステム１９に固定される支持電極体９にてその軸線方向に対し角度を持った方向から支持されるので、片持ち支持となり、ステム１９の部分を支点として振動が生じることになる。
【００２３】
図１において、カソード１８は、円筒状のカソードスリーブ（金属筒）２、このカソードスリーブ２の外表面に塗布された電子放出物３、カソードスリーブ２の両端のエンドシールド（円盤状金属）４ａ，４ｂ、このエンドシールド４ａ，４ｂの中心に固定され、カソードスリーブ２の軸と同軸に配置されたコイル状ヒータ２１を有して構成される。
【００２４】
このヒータ２１の上側のヒータ電位側巻線端には、内部のヒータ碍子２２ａ、外側の金属部材２２ｂで構成される中空円盤状の支持用部材２２と絶縁体２３が配置され、これらによってヒータ２１が円盤状エンドシールド４ａの中心部に取り付けられる。一方、下側のカソード電位側巻線端は、エンドシールド４ｂの中心に、比較的薄い中空円盤状の第２絶縁体２４と中空円盤状の支持用金属部材２５によって取り付けられる。ここで、コイル状のヒータ２１は、第２絶縁体２４及び支持用金属部材２５を押すようにして、即ちヒータ２１が付勢力を持つ状態で、両側のエンドシールド４ａ,４ｂの間にしっかりと取付け・固定される。なお、上記支持用金属部材２５は、上記支持用部材２２と同様の構成であってもよい。
【００２５】
そして、実施例では、カソードスリーブ２内の軸方向の中央に、絶縁体（碍子）からなり、内壁に嵌合する重心移動部材２７を設ける。この重心移動部材２７は、図１（Ａ）に示されるように、その円盤中に、カソードスリーブ２の軸（中心軸）ｃ０と異なる軸（中心軸）ｃ１を持ち、ヒータ通し孔を包含する大きさの（従来の通し孔よりも大きい）円形空洞２７Ｈが形成されており、この円形空洞２７Ｈは、その軸ｃ１を金属筒２の軸ｃ０に対し支持電極体９側とは反対側に配置する。これにより、実施例では、支持電極体９による支持方向と逆方向のカソード１８の重量を軽くし、カソード１８の重心位置が支持電極体９側、即ちカソード支持側（カソード軸線に垂直な方向で支持電極体配置側）へ移動する。この結果、カソード支持系の固有振動数が高くなる方向に作用することになり、パルスの繰返し周波数よりもカソード支持系の固有振動数を高くすることがより容易となる。また、カソード１８の重心が最適化されることで、マグネトロンが外部から加速度を受けた際のカソード振幅を最少化することが可能になる。
【００２６】
図２には、実施例の重心移動部材の他の例が示されており、図２（Ａ）の重心移動部材２８は、カソードスリーブ２の中心軸ｃ０と同軸のヒータ通し孔５０を備え、そのヒータ通し孔５０の外周の一部から外側（支持電極体配置側と反対の方向）へ切り欠いた長孔（又は楕円孔）２８Ｈを形成し、図２（Ｂ）の重心移動部材２９は、カソードスリーブ２の軸ｃ０と同軸のヒータ通し孔５０を備え、そのヒータ通し孔５０から外側（支持電極体配置側と反対の方向）の上下面に溝２９Ｄを形成したものである。
【００２７】
また、図２（Ｃ）の重心移動部材３０は、上記と同様のヒータ通し孔５０を備え、そのヒータ通し孔５０の外側円周方向の半面（支持電極体配置側と反対の方向）に５個（１個でもよい）の小孔３０Ｈを形成し、図２（Ｄ）の重心移動部材３１は、上記と同様のヒータ通し孔５０を備え、そのヒータ通し孔５０の外側（支持電極体配置側と反対の方向）に、凹部（段差部）３１Ｄを形成したものである。このような重心移動部材２８〜３１によっても、例えば支持電極体配置側と反対の方向の重さを軽くして、カソード１８の重心位置を電極支持棒９側、即ちカソード支持側へ移動させることができる。
【００２８】
また、実施例では、上述したように、ヒータ２１のカソード電位側巻線端（下側）を第２絶縁体２４と支持用金属部材２５を介して取り付けており、これによって、カソード１８の両端（軸線方向）の重量バランスを均等にし、かつカソード１８全体の軽量化ができると共に、ヒータ２１のカソード電位側の温度低下を防止できるという利点がある。即ち、従来から設けられていたヒータ電位側巻線端の支持用部材２２（ヒータ碍子２２ａ，金属部材２２ｂ）及び絶縁体２３を考慮して、カソード電位側巻線端にも、第２絶縁体２４と支持用金属部材２５を設けることで、カソード１８の両端のバランスを均等にすることができ、またこの第２絶縁体２４と支持用金属部材２５を設けた領域の分だけ、比較的重量があるヒータ２１の巻線数が減るので、カソード１８全体の軽量化が可能となる。
【００２９】
そして、このカソード１８の両端バランスの均等化と軽量化は、マグネトロンが外部から加速度を受けた際のカソード振幅を小さくする方向に作用し、またカソード支持系の固有振動数を高くする方向に作用する。この結果、パルスの繰り返し周波数よりもカソード支持系の固有振動数を高くすることがより容易となる。
【００３０】
図４には、実施例の電子管用カソードの振動の状態［図（Ａ）］と従来例の振動の状態［図（Ｂ）］が示されており、従来例が０．６ｍｍに近い振幅の振動であるに対し、実施例では、０．１ｍｍ程度の振幅の振動が得られた。
【００３１】
更に、上述のように、ヒータ２１のカソード電位側に、第２絶縁体２４を設けたことで、ヒータ２１の熱がエンドシールド４ｂ側へ逃げないようにして、ヒータ２１のカソード電位側巻線部の温度低下を防ぐことができるという利点がある。ここで、第２絶縁体２４と支持用金属部材２５を合せた全長は、ヒータ巻きピッチの５倍以下とすることが好ましい。即ち、この第２絶縁体２４と支持用金属部材２５は、温度が上がっていない若しくは十分でない部分であるカソード電位側からの巻き始めの５巻き分の置き換えとし、これにより、ヒータ２１の電流−電圧特性や温度−電圧特性が良好となるにすることが好ましい。
【００３２】
上記実施例では、ヒータ２１のカソード電位側に設けた第２絶縁体２４及び支持用金属部材２５で、カソード電位側を軽くしたが、逆にカソード電位側を重くしてカソード１８の軸方向の重量バランスを均等にするようにしてもよく、また重心移動部材２７を軸方向の中央以外に設けることで、軸方向の重量バランスを調整することもできる。更に、実施例では、線形加速器用高出力パルスマグネトロンに用いた例を説明したが、本発明は、その他のマグネトロン等の電子管のカソードに適用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１，１８…カソード、        ２…カソードスリーブ（金属筒）、
４ａ，４ｂ…エンドシールド（円盤状金属）、
９…支持電極体、            １０…カソード入力部、
１３，２１…ヒータ、        １９…ステム、
１５，２２ａ…ヒータ碍子、  ２３…絶縁体、
２４…第２絶縁体、          ２５…支持用金属部材、
２７〜３１…重心移動部材、  ２７Ｈ…円形空洞、
２８Ｈ…長孔、              ２９Ｄ…溝、
３０Ｈ…小孔、              ３１Ｄ…凹部、
５０…ヒータ通し孔。
【図１】
0005711014.tif 000002
【図２】
0005711014.tif 000003
【図３】
0005711014.tif 000004
【図４】
0005711014.tif 000005
【図５】
0005711014.tif 000006
【図６】
0005711014.tif 000007