JP2007287382A

JP2007287382A - ピルボックス真空窓およびその製造方法

Info

Publication number: JP2007287382A
Application number: JP2006110806A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Machida; 哲夫町田
Original assignee: NEC Microwave Tube Ltd
Current assignee: NEC Microwave Tube Ltd
Priority date: 2006-04-13
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2007-11-01
Also published as: US20070241845A1; FR2899998A1; US7688163B2

Abstract

【課題】使用周波数帯域内で安定したＶＳＷＲ特性を得るとともに、各部品の寸法精度を維持する。
【解決手段】本発明のピルボックス真空窓は、円板状セラミック１、メタライズ層２、金属部品３、および金属部品４からなる。円板状セラミック１は、ピルボックス真空窓の中心に配置され、外周部分にメタライズ層２が形成される。金属部品３は、円板状セラミック１の外径と略同一の内径を備える大径円筒部３ａと、大径円筒部３ａよりも小さな内径を備え、大径円筒部３ａと結合してその結合部分に段差部３ｃを形成する小径円筒部３ｂとを含む。この段差部３ｃに円板状セラミック１が載置される。金属部品４は、円板状セラミック１の外径と略同一の外径を備える円筒部４ａを含む。この円筒部４ａが、金属部品３の段差部３ｃに円板状セラミック１が載置されている状態で、円板状セラミック１の段差部３ｃに嵌合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波管の入出力窓に使用されるピルボックス真空窓およびその製造方法に関する。

図３は、一般的なマイクロ波管の構造を示す断面図である。

図３を参照すると、マイクロ波管には、電子ビームを発射する電子銃３１と、入力されたＲＦ信号（マイクロ波）を、電子銃３１から発射された電子ビームと相互作用させることにより増幅して出力する高周波回路３２と、高周波回路３２を通過した電子ビームを捕捉するコレクタ３３と、電子銃３１から発射された電子ビームを高周波回路３２内に導くアノード電極３４とが設けられている。

また、マイクロ波管には、ＲＦ信号の損失を低減することと、マイクロ波管内を真空封止することとの２つの目的のために、ＲＦ信号の入出力窓としてピルボックス真空窓３５，３６が設けられている。

ピルボックス真空窓に関する技術は、例えば、特許文献１，２に開示されている。以下、従来のピルボックス真空窓の構成について説明する。

図４は、従来のピルボックス真空窓の一構成例を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。

図４を参照すると、本従来例のピルボックス真空窓は、円板状セラミック４１と、メタライズ層４２と、金属部品４３，４４とからなる。

円板状セラミック４１は、ピルボックス真空窓の中心に配置される。

メタライズ層４２は、円板状セラミック４１の外周側面と両平面の外周側端面とに形成される。

金属部品４３，４４は、円板状セラミック４１の両平面側から円板状セラミック４１を挟むように、メタライズ層４２を介して円板状セラミック４１とろう付けで接合される。

ところで、メタライズ層４２は、円板状セラミック４１と金属部品４３，４４との間のリークを防止するために、リークパス以上の長さにする必要がある。

リークパスとは、円板状セラミック４１と金属部品４３，４４とがメタライズ層４２を介して接合されている部分の長さのことである。

本従来例では、円板状セラミック４１の両平面ともに、リークパスの径方向の長さＬは０．５ｍｍである。そのため、円板状セラミック４１の両平面のメタライズ層４２の径方向の長さも０．５ｍｍ以上である。

なお、本従来例では、円板状セラミック４１の厚さｔが０．２ｍｍ、円筒導波管４５の円筒空洞の内半径Ｒが４ｍｍ、方形導波管４６ａ，４６ｂの長辺ａが７．１１ｍｍ、短辺ｂが３．５６ｍｍとなっている。

図５は、従来のピルボックス真空窓の他の構成例を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。

図５を参照すると、本従来例のピルボックス真空窓は、円板状セラミック５１と、メタライズ層５２と、金属部品５３，５４，５５とからなる。

円板状セラミック５１は、ピルボックス真空窓の中心に配置される。

メタライズ層５２は、円板状セラミック５１の外周側面に形成される。

金属部品５５は、円板状セラミック５１の外周側面側から円板状セラミック５１を挟むように、メタライズ層５２を介して円板状セラミック５１とろう付けで接合される。

金属部品５３，５４は、円板状セラミック５１の両平面側から金属部品５５を挟むように金属部品５５にろう付けで接合される。

本従来例では、円板状セラミック５１の厚さｔが０．４ｍｍである。そのため、リークパスの厚さ方向の長さも０．４ｍｍであり、また、円板状セラミック５１の外周側面のメタライズ層５２の厚さ方向の長さも０．４ｍｍである。

なお、本従来例では、円筒導波管５６の円筒空洞の内半径Ｒが４ｍｍ、方形導波管５７ａ，５７ｂの長辺ａが７．１１ｍｍ、短辺ｂが３．５６ｍｍとなっている。
特開平０４−０９２３４１号公報特開平０８−１５４００１号公報

図６は、図４に示した従来のピルボックス真空窓の電圧定在波比（以下、ＶＳＷＲと称す）特性を説明する図である。

図４に示した従来のピルボックス真空窓においては、円板状セラミック４１の両平面ともに、メタライズ層４２の径方向の長さを０．５ｍｍ以上にする必要がある。このように、メタライズ層４２の長さが長くなると、図６に示すように、ピルボックス真空窓の使用周波数帯域内（２６．５〜４０．０ＧＨｚ）の３７ＧＨｚ付近において、円板状セラミック３１の外周部分で共振が起こり、ＶＳＷＲの急峻な立ち上がりが生じてしまう。

また、図４に示した従来のピルボックス真空窓においては、メタライズ層４２の長さを０．５ｍｍ以上にすることに伴い、円板状セラミック４１の外径を必要以上に大きくしなければならない。円板状セラミック４１は、アルミナやベリリアなどの誘電体からなるため、円板状セラミック４１の外径を大きくすると、ピルボックス真空窓の全体に占める誘電体の割合が高くなるため、誘電体がＶＳＷＲ特性に与える影響が大きくなる。そうすると、図６に示すように、ピルボックス真空窓の使用周波数帯域内の３５ＧＨｚ付近において、ＶＳＷＲが誘電体の影響を受けて大きくなってしまう。

一方、図５に示した従来のピルボックス真空窓においても、円板状セラミック５１の厚さを０．４ｍｍ以上にする必要があり、円板状セラミック５１の厚さを必要以上に厚くしなければならない。また、円板状セラミック５１の厚さが厚くなることに伴い、メタライズ層５２の厚さ方向の長さも長くなる。そのため、ＶＳＷＲ特性も、図６と同様に、使用周波数帯域内において、共振が起こり、また、ＶＳＷＲが大きくなる。

また、図５に示した従来のピルボックス真空窓においては、ろう付け時の各部品の寸法精度を維持することが困難であるという課題がある。

そこで、本発明の目的は、使用周波数帯域内で安定したＶＳＷＲ特性を得ることができるとともに、各部品の寸法精度を維持することができるピルボックス真空窓およびその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、
マイクロ波管の入出力窓に使用されるピルボックス型真空窓において、
外周部分にメタライズ層が形成された円板状セラミックと、
前記円板状セラミックの外径と略同一の内径を備える大径円筒部と、前記大径円筒部よりも小さな内径を備え前記大径円筒部と結合して該結合部分に段差部を形成する小径円筒部とを含み、前記段差部に前記円板状セラミックが載置される第１の金属部品と、
前記円板状セラミックの外径と略同一の外径を備える円筒部を含み、前記第１の金属部品の段差部に前記円板状セラミックが載置されている状態で、前記円筒部が前記第１の金属部品の前記段差部に嵌合される第２の金属部品とを有することを特徴とする。

また、上記目的を達成するために本発明は、
マイクロ波管の入出力窓に使用されるピルボックス型真空窓の製造方法であって、
外周部分にメタライズ層が形成された円板状セラミックの外径と略同一の内径を備える大径円筒部と、前記大径円筒部よりも小さな内径を備え前記大径円筒部と結合して該結合部分に段差部を形成する小径円筒部とを含む第１の金属部品を準備する工程と、
前記第１の金属部品の前記段差部に前記円板状セラミックを載置し、前記第１の金属部品に前記円板状セラミックを接合する工程と、
前記円板状セラミックの外径と略同一の外径を備える円筒部を含む第２の金属部品を準備する工程と、
前記第２の金属部品の前記円筒部を前記第１の金属部品の前記段差部に嵌合し、前記円板状セラミックに前記第２の金属部品を接合する工程とを有する特徴とする。

本発明のピルボックス型真空窓によれば、第１の金属部品の段差部を形成する大径円筒部の内径と第２の金属部品の円筒部の外径とを円板状セラミックの外径と略同一とし、第１の金属部品の段差部に円板状セラミックを載置した状態で、第２の金属部品の円筒部を第１の金属部品の段差部に嵌合する構成となっている。

したがって、円板状セラミックと第１および第２の金属部品とがメタライズ層を介して接合する部分であるリークパスの長さを短くすることができことができる。それにより、メタライズ層の径方向および厚さ方向の長さを短くできるため、使用周波数帯域内で円板状セラミックの外周部分に共振が起こることを回避できる。

また、メタライズ層の径方向および厚さ方向の長さを短くできるため、円板状セラミックの外径および厚さを必要以上に大きくする必要がない。それにより、ピルボックス真空窓全体に占める誘電体の割合を低くできるため、使用周波数帯域内でＶＳＷＲが誘電体の影響を受けて大きくなることを回避できる。

その結果、ピルボックス真空窓の使用周波数帯域内において、安定したＶＳＷＲ特性を得ることができる。

また、第１の金属部品の段差部に円板状セラミックを載置した状態で、第２の金属部品の円筒部を第１の金属部品の段差部に嵌合する構成であるため、薄い円板状セラミックを精度良く固定することができ、さらに、第１および第２の金属部品同士も精度良く嵌合することから、各部品の寸法精度を維持することができる。

上述したように本発明によれば、ピルボックス真空窓の使用周波数帯域内で安定したＶＳＷＲ特性を得ることができるとともに、ピルボックス真空窓の各部品の寸法精度を維持することができるという効果が得られる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態のピルボックス真空窓の構成を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。

図１を参照すると、本実施形態のピルボックス真空窓は、円板状セラミック１と、メタライズ層２と、第１の金属部品である金属部品３と、第２の金属部品である金属部品４とからなる。

円板状セラミック１は、ピルボックス真空窓の中心に配置される。

メタライズ層２は、円板状セラミック１の外周側面と両平面の外周側端面とに形成される。

金属部品３は、一部が方形導波管６ａを構成し、他の部分が円筒導波管５を構成する。円筒導波管５を構成する部分には、円板状セラミック１の外径と略同一の内径を備える大径円筒部３ａと、大径円筒部３ａよりも小さな内径を備え、大径円筒部３ａと結合してその結合部分に段差部３ｃを形成する小径円筒部３ｂとが含まれる。この段差部３ｃに円板状セラミック１が載置されることになる。

金属部品４は、一部が方形導波管６ｂを構成し、他の部分が円筒導波管５を構成する。円筒導波管５を構成する部分には、円板状セラミック１の外径と略同一の外径を備える円筒部４ａが含まれる。この円筒部４ａが、金属部品３の段差部３ｃに円板状セラミック１が載置されている状態で、円板状セラミック１の段差部３ｃに嵌合することになる。

ここで、本実施形態のピルボックス真空窓の製造方法について説明する。

まず、金属部品３を準備する。

次に、金属部品３の段差部３ｃに、外周部にメタライズ層２が形成された円板状セラミック１を載置し、メタライズ層２を介して金属部品３と円板状セラミック１とをろう付けで接合する。

次に、金属部品４を準備する。

その後、円板状セラミック１が金属部品３の段差部３ｃに載置された状態で、金属部品４の円筒部４ａを金属部品３の段差部３ｃに嵌合し、メタライズ層２を介して金属部品４と円板状セラミック１とをろう付けで接合する。

なお、本実施形態では、円板状セラミック１の厚さｔが０．２ｍｍ、円筒導波管５の円筒空洞の内半径Ｒが４ｍｍ、方形導波管６ａ，６ｂの長辺ａが７．１１ｍｍ、短辺ｂが３．５６ｍｍとなっている。

図２は、本実施形態のピルボックス真空窓のＶＳＷＲ特性を説明する図である。

本実施形態のピルボックス真空窓は、金属部品３の段差部３ｃを形成する大径円筒部３ａの内径と金属部品４の円筒部４ａの外径とを円板状セラミック１の外径と略同一とし、金属部品３の段差部３ｃに円板状セラミック１を載置した状態で、金属部品４の円筒部４ａを金属部品３の段差部３ｃに嵌合する構成である。

したがって、円板状セラミック１と金属部品３，４とがメタライズ層２を介して接合する部分であるリークパスの長さを短くすることができる。具体的には、リークパスの径方向の長さＬを０．２２ｍｍ、厚さ方向の長さＴを０．２２ｍｍとすることができる。それにより、メタライズ層２は、最小値で径方向の長さを０．２２ｍｍ、厚さ方向の長さを０．２２ｍｍとすることができ、径方向および厚さ方向の長さを短くすることができるため、図２に示すように、使用周波数帯域（２６．５〜４０．０ＧＨｚ）内で円板状セラミック１の外周部分に共振が起こることを回避することができる。

また、メタライズ層２の径方向および厚さ方向の長さを短くできるため、円板状セラミック１の外径および厚さを必要以上に大きくする必要がなくなる。それにより、ピルボックス真空窓全体に占める誘電体の割合を低くできるため、図２に示すように、使用周波数帯域内でＶＳＷＲが誘電体の影響を受けて大きくなることを回避することができる。

その結果、ピルボックス真空窓の使用周波数帯域内において、１．１８以下の安定したＶＳＷＲ特性を得ることができる。

また、本実施形態のピルボックス真空窓は、金属部品３の段差部３ｃに円板状セラミック１を載置した状態で、金属部品４の円筒部４ａを金属部品３の段差部３ｃに嵌合する構成であるため、薄い円板状セラミック１を精度良く固定することができ、さらに、金属部品３，４同士も精度良く嵌合することから、各部品の寸法精度を維持することができる。

本発明の一実施形態によるピルボックス真空窓の構成を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。図１に示したピルボックス真空窓のＶＳＷＲ特性を説明する図である。一般的なマイクロ波管の構造を示す断面図である従来のピルボックス真空窓の一構成例を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。従来のピルボックス真空窓の他の構成例を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図である。図４に示したピルボックス真空窓のＶＳＷＲ特性を説明する図である。

符号の説明

１円板状セラミック
２メタライズ層
３金属部品
３ａ大径円筒部
３ｂ小径円筒部
３ｃ段差部
４金属部品
４ａ円筒部
５円筒導波管
６ａ，６ｂ方形導波管

Claims

マイクロ波管の入出力窓に使用されるピルボックス型真空窓において、
外周部分にメタライズ層が形成された円板状セラミックと、
前記円板状セラミックの外径と略同一の内径を備える大径円筒部と、前記大径円筒部よりも小さな内径を備え前記大径円筒部と結合して該結合部分に段差部を形成する小径円筒部とを含み、前記段差部に前記円板状セラミックが載置される第１の金属部品と、
前記円板状セラミックの外径と略同一の外径を備える円筒部を含み、前記第１の金属部品の段差部に前記円板状セラミックが載置されている状態で、前記円筒部が前記第１の金属部品の前記段差部に嵌合される第２の金属部品とを有するピルボックス型真空窓。
マイクロ波管の入出力窓に使用されるピルボックス型真空窓の製造方法であって、
外周部分にメタライズ層が形成された円板状セラミックの外径と略同一の内径を備える大径円筒部と、前記大径円筒部よりも小さな内径を備え前記大径円筒部と結合して該結合部分に段差部を形成する小径円筒部とを含む第１の金属部品を準備する工程と、
前記第１の金属部品の前記段差部に前記円板状セラミックを載置し、前記第１の金属部品に前記円板状セラミックを接合する工程と、
前記円板状セラミックの外径と略同一の外径を備える円筒部を含む第２の金属部品を準備する工程と、
前記第２の金属部品の前記円筒部を前記第１の金属部品の前記段差部に嵌合し、前記円板状セラミックに前記第２の金属部品を接合する工程とを有する製造方法。