(57)【要約】【課題】Ｘ線調査時にそれぞれの部位の特定を容易にし、カソードとアノードとの傾き・軸ずれ測定を高精度で行なうことが可能な進行波管用電子銃を得ることを目的とする。【解決手段】この発明に係る進行波管用電子銃は、カソード４よりもＸ線透過率が低く設定され、カソード４の外周に当接されてカソード４と同軸を有するカソード同軸部９と、アノード５よりもＸ線透過率が低く設定され、アノード５の外周に当接されてアノード５と同軸を有するアノード同軸部１０と、アノード同軸部１０とカソード同軸部９とを収容し、アノード５及びカソード４よりもＸ線透過率が高く設定された外郭部７とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソードよりもＸ線透過率が低く設定され、前記カソードの外周に当接されて該カソードと同軸を有するカソード同軸部と、
アノードよりもＸ線透過率が低く設定され、前記アノードの外周に当接されて該アノードと同軸を有するアノード同軸部と、
前記アノード同軸部と前記カソード同軸部とを収容し、前記アノード及び前記カソードよりもＸ線透過率が高く設定された外郭部とを備えた進行波管用電子銃。
【請求項２】
前記カソード同軸部は、前記カソードよりもＸ線透過率が低い材料で構成され、
前記アノード同軸部は、前記アノードよりもＸ線透過率が低い材料で構成されていることを特徴とする請求項１記載の進行波管用電子銃。
【請求項３】
前記外郭部は、前記アノード及び前記カソードよりもＸ線透過率が高い材料で構成されていることを特徴とする請求項２記載の進行波管用電子銃。
【請求項４】
前記外郭部は、前記アノード及び前記カソードよりもＸ線透過率が高く設定された厚みを有することを特徴とする請求項２記載の進行波管用電子銃。
【請求項５】
前記カソードから出射される電子ビームの軸と直行する方向で、前記カソード同軸部及び前記アノード同軸部とずらした位置に形成され、遅波回路部が結合される接続部を備えていることを特徴とする請求項１記載の進行波管用電子銃。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、衛星通信やレーダ等のマイクロ波増幅器として使用される進行波管に備えられ、電子ビームを発生する進行波管用電子銃に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
進行波管（ＴＷＴ：Traveling Wave Tube）は、マイクロ波を増幅させる真空管の一種であり、衛星通信やレーダ等のマイクロ波増幅器として幅広い分野で活用されている。
進行波管の基本原理を説明する。マイクロ波の位相速度と略同じ速度で進行する電子ビームを生成し、その電子ビームに速度変調と密度変調を与え、マイクロ波と電子ビームとの間で相互作用させることによって、マイクロ波を増幅させる。波の位相速度が遅くなるように設計した導波管（遅波回路）を用い、軸方向の電子ビーム速度がマイクロ波の位相速度よりも少しだけ大きくなるようにすると、電子ビームのエネルギーがマイクロ波に与えられる。多くの場合、螺旋状にまいた導体を遅波回路として用いることでマイクロ波の行路長を延ばし、螺旋軸方向の位相速度を減少させる。
【０００３】
以下、進行波管の基本構成について説明する。一般的に、進行波管は、電子ビームを発生する電子銃部と、電子ビームとの相互作用で入力電磁波を増幅する遅波回路部と、この遅波回路部を透過した電子ビームを捕捉して熱エネルギーに変換するコレクタ部から構成されている。
進行波管は、数ＧＨｚ〜数十ＧＨｚの広い周波数帯にわたってマイクロ波を増幅することができるが、近年では、高周波化、広帯域化、高出力化、高効率化、高安定性等が要求されている。
【０００４】
上記のような要求に応えるためには、電子銃部のカソードとアノード間の傾き調整・軸合わせが重要となる。カソード・アノード間の軸ずれや傾きは、電子ビームの乱れを発生させ、へリックス（Helix：螺旋）電流Iwを増大させる原因となる。
また、カソード・アノード間に傾き・軸ずれが存在すると、電子ビームが遅波回路部の内径を適切な径で通過しなくなり、必要な出力電力が得られず、動作が不安定になる。傾き・軸ずれが著しい場合には、軌道の乱れた電子ビームが遅波回路部の内壁に当たることによってガスが発生し、進行波管内の真空度劣化による短寿命や遅波回路部の溶融による致命的な損傷を受けるという問題が発生する。
【０００５】
そこで、カソードとアノードとの傾き・軸ずれを確認する際には、Ｘ線による非破壊試験を行う。具体的には、多くの材料（金属材料やセラミック）で囲繞されたアノード及びカソードに対してＸ線照射を行い、Ｘ線透過像を撮像する。そして、得られたＸ線透過像からカソードとアノードとの傾き・軸ずれを測定するものである。
【０００６】
また、電子銃部のセラミック部品の端部に位置出し部品を取り付け、同部品の内径をウェルネルト（集束電極）に軸合わせしつつ、アノードの外径に合わせて切削し、位置出し部品をアノードに嵌合させることによって、電子銃部と遅波回路部との軸合わせを行う、直線ビームマイクロ波管の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１４８０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の進行波管用電子銃は、以上のように構成されていたので、傾き調整・軸合わせを行った後の電子銃内部をＸ線にて調査する場合には、多くの材料が用いられ幾重にも重なっているため、Ｘ線が電子銃の中心部まで透過せず、それぞれの部位（特にカソード・アノードの輪郭）の特定が困難であった。
具体的には、アノードとカソードとの傾き・軸ずれの許容誤差は、0.05mm以下という厳しい精度が要求されるが、電子銃の外郭部はＸ線を透過し難い材料（セラミック等）で構成されているため、入射Ｘ線が電子銃の中心部まで十分に到達せず、高精度な測定を行なうことができないという課題があった。
【０００９】
また、電子銃部と遅波回路部とを接続する嵌め合わせ部（セラミック等を含む）が、Ｘ線照射方向から見てカソード及びアノードと重なる位置にあり、Ｘ線がカソード及びアノードまで透過され難い構造となっていた。その結果、各部位（特にカソード・アノードの輪郭）の特定が困難という課題があった。
【００１０】
この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、Ｘ線調査時にそれぞれの部位の特定を容易にし、カソードとアノードとの傾き・軸ずれ測定を高精度で行なうことが可能な進行波管用電子銃を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る進行波管用電子銃は、カソードよりもＸ線透過率が低く設定され、前記カソードの外周に当接されて該カソードと同軸を有するカソード同軸部と、アノードよりもＸ線透過率が低く設定され、前記アノードの外周に当接されて該アノードと同軸を有するアノード同軸部と、前記アノード同軸部と前記カソード同軸部とを収容し、前記アノード及び前記カソードよりもＸ線透過率が高く設定された外郭部とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、進行波管用電子銃部において、外郭部のＸ線透過率をカソード及びアノードよりも高くすることで、Ｘ線が電子銃の中心部まで透過され易くすると共に、カソード同軸部及びアノード同軸部のＸ線透過率をカソード及びアノードよりも低くすることで、カソード及びアノードの輪郭を際立たせることができる。その結果、進行波管用電子銃部のカソードとアノードとの傾き・軸ずれの調査を、高精度かつ容易に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について説明する。図１は、この発明に係る進行波管の全体構造を示した平面図、図２は、この発明の実施の形態１に係る、図１中の電子銃部の構造を示した図、図３は、図２中のＡ断面、Ｂ断面をそれぞれ示した図である。
なお、図３では、後述するＸ線照射に係る主要部のみを示している。
【００１４】
次に、図１〜３を用いてこの発明の実施の形態１に係る進行波管用電子銃の構成について説明する。
図１に示すように、本進行波管は、電子ビームを発生する進行波管用電子銃（以下、電子銃部１）と、電子銃部１から出力された電子ビームと入力される電磁波との相互作用により、入力電磁波を増幅する遅波回路部２と、遅波回路部２を透過した電子ビームを捕捉して熱エネルギーに変換するコレクタ部３を備えている。
【００１５】
図２，３に示すように、電子銃部１は、カソード４と、カソード４と同軸で対向する位置に配置されたアノード５と、カソード４とアノード５との間に配置され、カソード４から出射された電子ビームを集束する集束電極６と、最も外側に配置され、電子銃部１の外郭を構成する円筒状の外郭部７と、外郭部７の内側に設けられ、電子銃部１に遅波回路部２を嵌着して結合する嵌め合わせ部８（接続部）と、カソード４と同軸でその外周部に当接される円筒状のカソード同軸部９と、アノード５と同軸でその外周部に当接される円筒状のアノード同軸部１０を備えている。
アノード５は、その電子ビームの進行方向側を遅波回路部２と接続される。
また、嵌め合わせ部８は、その一部（遅波回路部２との嵌め合い部分）がセラミック部１１で構成されている。そして、嵌め合わせ部８は、電子ビームの軸と直交する方向から見て、カソード同軸部９及びアノード同軸部１０とずらして（完全に重ならない位置に）形成されている。
【００１６】
外郭部７は、カソード４及びアノード５よりもＸ線が透過され易い材料（Ti：チタン，Ni：ニッケル等）によって形成されている。また、カソード同軸部９とアノード同軸部１０は、カソード４及びアノード５よりもＸ線が透過され難い材料（W：タングステン,Mo：モリブデン,Ta：タンタル等）で形成されている。
一般的に、Ｘ線の透過率は原子量の大きさに反比例する。即ち、Ti，Ni等の比較的原子量の小さい金属材料ではＸ線が透過され易く、W，Mo，Ta等の原子量が大きい金属材料ではＸ線が透過されずに吸収される。
従って、外郭部７を、カソード４及びアノード５よりもＸ線透過率が高い材料（原子量が小さい材料）で構成し、カソード同軸部９及びアノード同軸部１０は、カソード４及びアノード５よりもＸ線透過率が低い材料（原子量が大きい材料）で構成するものとする。
また、外郭部７、カソード同軸部９及びアノード同軸部１０を構成する材料は、それぞれの上記条件（Ｘ線透過性の大小）を満たせば、金属材料に限定されないものとする。
【００１７】
次に、電子銃部１におけるカソード４とアノード５との傾き・軸ずれの測定について説明する。図４は、図１中のカソードとアノードとの傾き・軸ずれの測定を説明するための部分拡大図である。
電子銃部１内部をＸ線にて調査する場合には、図４に示すように２次元上での測定となり、傾き・軸ずれの測定は数方向から行われる。
なお、カソード４とカソード同軸部９、アノード５とアノード同軸部１０がそれぞれ同軸であることを利用して、カソード同軸部９とアノード同軸部１０との傾き・軸ずれを測定し、その測定値をカソード４とアノード５との傾き・軸ずれの値とする。
また、上記測定は、電子銃部１と遅波回路部２とを接続する前後の段階でそれぞれ行われる。電子銃部１単体では測定値が良好であったとしても、遅波回路部２と接続することにより、新たに歪み等が生じる場合があるからである。
【００１８】
電子銃部１におけるカソード４とアノード５との傾きは以下のように測定する。カソード同軸部９とアノード同軸部１０それぞれの対向する開口面の面間距離ａ，ｂを測定する。面間距離ａ，ｂはそれぞれ、カソード同軸部９の開口面の一端部、他端部からアノード同軸部１０の開口面のそれぞれの対向位置までの距離を示している。そして、面間距離ａ，ｂの差から、カソード同軸部９とアノード同軸部１０との傾きを求める。面間距離ａ，ｂの値が近いほど、カソード４とアノード５との傾きは少ないものと判定される。その要求される傾きの値（端部間距離ａ，ｂの差分値）は約0.05mm以下である。
【００１９】
電子銃部１におけるカソード４とアノード５との軸ずれは以下のように測定する。カソード同軸部９の輪郭（カソード４への当接面）から中心に向かって等距離ｄを測定し、カソード同軸部９の中心軸を設定する。同様に、アノード同軸部１０の輪郭（アノード５への当接面）から中心に向かって等距離ｅを測定し、アノード同軸部１０の中心軸を設定する。そして、カソード同軸部９とアノード同軸部１０それぞれの中心軸の位置から、両中心軸の軸差ｃを求める。軸差ｃの値が小さいほど、カソード４とアノード５との軸ずれは少ないものと判定する。その要求される軸ずれの値（軸差ｃの値）は、約0.05mm以下である。
【００２０】
図５は、図４のカソードとアノードとの傾き・軸ずれ測定を行う際に、電子銃部に対してＸ線照射を行う方向を示した図である。図５（ａ）は、図３中のＡ断面におけるＸ線照射方向を示しており、図５（ｂ）は、従来の進行波管用電子銃のＡ断面（同位置）におけるＸ線照射方向を示している。
【００２１】
電子銃部１のカソード４とアノード５との傾き・軸ずれの測定にはＸ線透過像（Ｘ線写真）を用いる。Ｘ線写真では、Ｘ線を透過した部分は黒く、透過しない部分は白く表示される。
Ｘ線写真を撮像する際には、電子銃部１に対して、その外側（外郭部７）から中心（カソード４またはアノード５の中心）に向かって、Ｘ線が照射される。即ち、Ｘ線の照射方向は、電子銃部１の中心軸方向と直交する。
図５では、電子銃部１の上から中心に向かう方向（−Ｘ軸方向）と、左から中心に向かう方向（＋Ｙ軸方向）の２方向に、それぞれＸ線が照射されている。
【００２２】
図６は、図５に基づいて電子銃部に対してＸ線照射した結果、表示される輪郭を模式的に示した図である。図６（ａ）は、図２の電子銃部の表示される輪郭を示し、図６（ｂ）は、従来の進行波管電子銃の表示される輪郭を示している。
なお、図６では、電子銃部１の上から中心に向かう方向（図５中の−Ｘ軸方向）にＸ線照射した場合の、各部の輪郭を示している。
【００２３】
図６（ａ）を用いて、実施の形態１に係る電子銃部１の各部の表示状態を説明する。外郭部７はＸ線を透過し易い材料で構成されているので、Ｘ線が透過された部分として黒く表示される（図６（ａ）中では特に図示せず）。
それに対して、カソード同軸部９及びアノード同軸部１０は、Ｘ線を透過し難い材料で構成されているため、Ｘ線が透過されなかった部分として白く表示される。
また、嵌め合わせ部８のセラミック部１１も同様に、Ｘ線が透過されなかった部分として白く表示される。
ここで、セラミック部１１とカソード同軸部９及びアノード同軸部１０は、前述したように完全に重なっているわけではないので、カソード同軸部９及びアノード同軸部１０の輪郭（図６（ａ）中のハッチング部Ｃ，Ｄ）は明確に識別可能である。
【００２４】
なお、従来の進行波管用電子銃では、前述のように外郭部７もＸ線を透過し難い材料で構成されていたので、同電子銃に照射されたＸ線のうち、外郭部７を透過して中心まで到達するＸ線の絶対量が少なかった。
また、前述のようにカソード４やアノード５と、Ｘ線を透過し難いセラミック部１１を含む嵌め合わせ部８とは、Ｘ線照射方向から見た場合に、カソード同軸部９と完全に重なる位置にあった。
その結果、図６（ｂ）のハッチング部Ｅとして示されるように、各部の輪郭が分かり難くなる。特に、カソード同軸部９及びアノード同軸部１０の輪郭は、セラミック部１１との識別が付かず、明確に表示されていない。
【００２５】
以上のように、この実施の形態１によれば、外郭部７をカソード４及びアノード５よりもＸ線透過率が高い材料で構成することで、Ｘ線が電子銃部１の中心部まで透過され易くすると共に、カソード同軸部９及びアノード同軸部１０をカソード４及びアノード５よりもＸ線透過率が低い材料で構成することで、カソード４及びアノード５の輪郭を際立たせることができる。その結果、電子銃部１のカソード４とアノード５との傾き・軸ずれの調査を、高精度かつ容易に行なうことができる。
【００２６】
また、遅波回路部２と接合する嵌め合わせ部８を、電子ビームの軸と直交する方向から見て、カソード同軸部９及びアノード同軸部１０とずらして形成することにより、Ｘ線照射による輪郭表示をより明確にすることができる。従って、更にカソード４とアノード５との傾き・軸ずれの測定精度が向上するという効果が得られる。
【００２７】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２について説明する。実施の形態１では、外郭部７をＸ線が透過され易い材料で構成していた。それに対して、実施の形態２では、外郭部７を薄くすることによって、Ｘ線が電子銃部中心まで透過し易くした構造である。
図７は、この発明の実施の形態２に係る進行波管用電子銃（電子銃部）の構造を示す断面図、図８は、図５中のＡ断面、Ｂ断面をそれぞれ示した図である。
【００２８】
次に、図７，８を用いて、この発明の実施の形態２に係る進行波管用電子銃の構成について説明する。
図７，８に示すように、外郭部７をＸ線が透過され難い材料（セラミック等）で構成してもよいが、その厚みを設定することで十分なＸ線透過量を得るものである。例えば、外郭部７のＸ線透過率が、カソード４及びアノード５のＸ線透過率よりも高くなるように、外郭部７の厚みを設定する。外郭部７の具体的な厚み寸法は、電子銃部１の形状や外郭部７の材質に応じて決定される。
その他の構成は実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
【００２９】
以上のように、この実施の形態２によれば、外郭部７をカソード４及びアノード５よりもＸ線透過率が高くなるように、その厚みを設定することにより、外郭部７を透過したＸ線が電子銃部１の中心部まで容易に到達するので、Ｘ線照射にて、カソード同軸部９及びアノード同軸部１０の輪郭を明確に表示することができる。その結果、Ｘ線照射によるカソード４とアノード５との傾き・軸ずれの測定精度が向上するという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明に係る進行波管の全体構造を示した平面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る、図１中の電子銃部の構造を示した図である。
【図３】図２中のＡ断面、Ｂ断面をそれぞれ示した図である。
【図４】図１中のカソードとアノードとの傾き・軸ずれの測定を説明するための部分拡大図である。
【図５】図４のカソードとアノードとの傾き・軸ずれ測定を行う際に、電子銃部に対してＸ線照射を行う方向を示した図である。
【図６】図５に基づいて電子銃部に対してＸ線照射した結果、表示される輪郭を模式的に示した図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る進行波管用電子銃（電子銃部）の構造を示す断面図である。
【図８】図５中のＡ断面、Ｂ断面をそれぞれ示した図ある。
【符号の説明】
【００３１】
１  電子銃部、２  遅波回路部、３  コレクタ部、４  カソード、５  アノード、６  集束電極、７  外郭部、８  嵌め合わせ部、９  カソード同軸部、１０  アノード同軸部、１１  セラミック部。
【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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