JP2015141848A

JP2015141848A - 高周波入力結合器

Info

Publication number: JP2015141848A
Application number: JP2014015027A
Authority: JP
Inventors: 青木　延忠; Nobutada Aoki; 延忠青木
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2014-01-30
Filing date: 2014-01-30
Publication date: 2015-08-03

Abstract

【課題】高周波入力窓の交換を可能とした高周波入力結合器を提供する。【解決手段】高周波入力結合器10は、結合器本体16および窓ユニット17を具備する。結合器本体16は、内導体20および外導体21を有する。窓ユニット17は、内導体20に接合される内導体部32、外導体21に接合される外導体部33、およびこれら内導体部32と外導体部33との間に接合された高周波入力窓34を有する。窓ユニット17は、結合器本体16に溶接によって接合する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、高周波増幅器から放出された高周波（マイクロ波）を加速空洞に入射する高周波入力結合器に関する。

従来、荷電粒子（電子、イオン）加速器において、クライストロン等の高周波増幅器から放出された高周波（マイクロ波）を加速空洞に入射するのに高周波入力結合器が用いられている。

高周波入力結合器は、同軸配置される内導体および外導体、およびこれら内導体の先端部と外導体の先端部とを接続するループを備え、さらに、高周波が通過してくる導波管の内部の大気圧と加速空洞内の高真空とを隔絶し、高周波を効率良く透過する高周波入力窓を備えた構造となっている。

高周波入力窓は、高周波透過特性の良いセラミックス製のものが用いられ、また、透過する高周波の損失を抑えるためには極力薄いものが有利であるが、大気圧と真空との圧力差（１気圧）に耐えうるという観点から尤度を持たせた厚さが設定されている。

また、高周波入力結合器の種別を大別すると、円筒状の高周波入力窓を用いたものと円板状の高周波入力窓を用いたものとがあるが、高周波の入力限界値という観点からは円板状の高周波入力窓を用いたものが有利であるとされている。

円板状の高周波入力窓は、内導体と外導体との間に配置され、これら内導体および外導体に対してそれぞれ接合されている。そして、高周波入力窓は、気密と電導度を確保しながら内導体および外導体と接合するために、接合面積を大きくとれるろう付けによって接合されている。

特開２００１−６０５００号公報

高周波入力結合器においては、高周波入力窓が高周波の透過、および厳しい熱条件によって損傷を受けやすいため、高周波入力窓の交換が必要となる。

しかしながら、高周波入力窓は内導体および外導体にろう付けによって接合されており、高周波入力窓を切り離しての交換は困難であるため、高周波入力結合器全体での交換が必要となっている。

本発明が解決しようとする課題は、高周波入力窓の交換を可能とした高周波入力結合器を提供することである。

本実施形態の高周波入力結合器は、内導体および外導体を有する結合器本体と、前記内導体に接合される内導体部、前記外導体に接合される外導体部、およびこれら内導体部と外導体部との間に接合された高周波入力窓を有し、前記結合器本体に溶接によって接合された窓ユニットとを具備するものである。

第１の実施形態を示す高周波入力結合器の分解状態の断面図である。同上高周波入力結合器の組立状態の断面図である。同上高周波入力結合器のループ側から見た正面図である。第２の実施形態を示す高周波入力結合器の分解状態の断面図である。第３の実施形態を示す高周波入力結合器の組立状態の断面図である。

以下、第１の実施形態を、図１ないし図３を参照して説明する。

高周波入力結合器10は、例えばクライストロン等の高周波増幅器から放出された高周波を伝送する導波管11と高周波空洞装置12の加速空洞13との間を結合するとともに、導波管11内の大気圧と加速空洞13内の高真空とを隔絶し、高周波を加速空洞13に入射するのに用いられる。

高周波入力結合器10は、結合器本体16、およびこの結合器本体16の軸方向の一端に設置される窓ユニット17を備えている。高周波入力結合器10は、一例として、全長６００ｍｍ程度、直径１００〜２００ｍｍ程度に形成されている。

そして、結合器本体16は、同軸配置される円柱状の内導体20および円筒状の外導体21を備えている。結合器本体16の一端側において内導体20と外導体21とが窓ユニット17によって同軸に固定され、結合器本体16の他端側において内導体20の先端部と外導体21の先端部とがループ22によって同軸に固定されている。これら内導体20、外導体21およびループ22を含む結合器本体16は、内部を通過する高周波によって表面を電流が流れやすくすること等を考慮して、例えば銅材料によって形成されている。

内導体20の一端には窓ユニット17を組み合わせる円筒状の突出部23が突設され、この突出部23の先端面に電気接続部24が形成されている。外導体21の一端には窓ユニット17を組み合わせる窪み部25が形成され、この窪み部25の底面に電気接続部26が形成されている。さらに、突出部23の一端には薄肉で円筒状の接合部（結合器本体側接合部）27が軸方向に一体に突設されているとともに、外導体21の一端には薄肉で円環状の接合部（結合器本体側接合部）28が外径方向に一体に突設されている。

外導体21の外側には、結合器本体16の他端側が加速空洞13に配置されるように高周波空洞装置12に取り付けるためのフランジ29が固定されている。

また、窓ユニット17は、内導体20に接合される円筒状の内導体部32、外導体21に接合される円筒状の外導体部33、およびこれら内導体部32と外導体部33との間に接合される高周波入力窓34を備えている。

高周波入力窓34は、セラミックス製で、中央に孔35を設けた円板状（円環状）に形成されている。高周波入力窓34の孔35に内導体部32が挿入され、高周波入力窓34が外導体部33の内側に挿入され、高周波入力窓34と内導体部32および外導体部33との接合面がろう材を挟んで溶着するろう付け（ろう接合）によって気密に接合されている。そして、高周波入力窓34によって、内導体部32と外導体部33とを同軸に固定している。

なお、高周波入力窓34の真空側（加速空間13側）である内表面には、その内表面から放出された二次電子が内表面上で局在化し、電荷蓄積（チャージアップ）することで放電を発生して破損に至ることを防止するために、窒化チタン（TiN）の膜をコーティングする処置が施されている。

内導体部32は突出部23の外周に組み合わされて内導体20の外面に面一となり、外導体部33は窪み部25に組み合わされて外導体21の内面に面一となり、これら内導体部32および外導体部33がそれぞれ内導体20および外導体21の一部として構成されている。これら内導体部32および外導体部33は、内部を通過する高周波によって表面を電流が流れやすくすることと、高周波入力窓34のろう付け・昇温時に高周波入力窓34との膨張差で生じる応力を吸収できること等を考慮して、例えば銅材料によって形成されている。

内導体部32の内側には内導体20の電気接続部24に当接して電気的に接続される電気接続部36が形成され、外導体部33の他端側には外導体21の電気接続部26に当接して電気的に接続される電気接続部37が形成されている。さらに、内導体部32の一端側には肉薄で円筒状の接合部（窓ユニット側接合部）38が一体に突設されているとともに、外導体部33の他端側には薄肉で円環状の接合部（窓ユニット側接合部）39が外径方向に一体に突設されている。

そして、図２に示すように、結合器本体16と窓ユニット17とを組み合わせることにより、内導体20の接合部27と内導体部32の接合部38とが径方向に重なり、外導体21の接合部28と外導体部33の接合部39とが軸方向に重なる。これに接合部27，38の先端間、および接合部28，39の先端間が、それぞれ溶接によって気密に接合されている。なお、図２中の符号40，41は溶接を行った溶接部である。

さらに、結合器本体16と窓ユニット17とを組み合わせることにより、結合器本体16の電気接続部24，26と窓ユニット17の電気接続部36，37とが当接して電気的に接続される。

また、高周波入力窓34が接合された外導体部33の周面部は、熱応力を吸収できるように非常に薄い構造のものとなっているので、この周面部の剛性を確保するため、結合器本体16の外周にロッドやねじまたは円筒体等の補強部43が設けられている。

そして、このように構成された高周波入力結合器10は、外導体21に取り付けられたフランジ29によって高周波空洞装置12に設置され、内導体20と外導体21との間で高周波入力窓34までの部分が真空状態となる。また、高周波入力結合器10は、同軸型の導波管11をねじで固定して取り付け、大気圧の内部を通ってきた高周波を高周波入力窓34の方向に導くものとなっている。

このような高周波入力結合器10においては、高周波入力窓34の不良、あるいは、高周波入力窓34が高周波の透過や厳しい熱条件によって損傷を受けたり高周波入力窓34の窒化チタン膜の寿命となった場合、高周波入力窓34の交換が必要となる。

従来は高周波入力結合器全体での交換が必要であったが、本実施形態の高周波入力結合器10では窓ユニット17のみの交換で済む。

高周波入力窓34を交換する場合には、結合器本体16と窓ユニット17とをそれぞれ溶接している接合部27，38の溶接部40、および接合部28，39の溶接部41ともに高周波入力結合器10の外側に突出されていて、これら接合部27，38の溶接部40および接合部28，39の溶接部41の部分をその溶け込み深さ（〜１ｍｍ）分だけ削り落とすことにより、窓ユニット17を接合器本体16から分離させることができる。

分離後は、結合器本体16の接合部27，28の残った部分を溶接代として使用し、その結合器本体16の接合部27，28に新しい窓ユニット17の接合部38，39を溶接する。なお、結合器本体16の接合部27，28に溶接代が残っている限りは、窓ユニット17の交換が可能となっている。

分離後は、結合器本体16に新しい窓ユニット17を組み合わせ、結合器本体16の接合部27，28の残った部分を溶接代として使用し、その接合部27，28に新しい窓ユニット17の接合部38，39を溶接して気密に接合する。なお、結合器本体16の接合部27，28に溶接代が残っている限りは、窓ユニット17の交換が可能となっている。

このように構成された高周波入力結合器10では、高周波入力窓34の部分で異常があった場合に、結合器本体16に対して溶接部40，41の部分で古い窓ユニット17を切り離して新しい窓ユニット17に交換することができる。そのため、高い製造歩留まりと、低いオペレーションコストの達成を可能とした高周波入力結合器10を提供できる。

また、結合器本体16と窓ユニット17とをそれぞれ溶接している接合部27，38の溶接部40、および接合部28，39の溶接部41ともに突出されているため、接合部27，38間および接合部28，39間の溶接や、溶接部40，41を取り除くことによる結合器本体16と窓ユニット17との分離を容易に行うことができる。

次に、図４に第２の実施形態を示す。なお、第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を用い、その構成および作用効果についての説明を省略する。

結合器本体16の接合部27，28および窓ユニット17の接合部38，39には、それぞれ結合器本体16および窓ユニット17とは別体の溶接用部品46が用いられている。各溶接用部品46は、結合器本体16および窓ユニット17の銅材料とは熱膨張率があまり変わらず、溶接の容易な例えばステンレス材料で形成され、結合器本体16および窓ユニット17にそれぞれの箇所にろう付けによって予め固定されている。

このように構成された高周波入力結合器10では、結合器本体16と窓ユニット17との接合がステンレス材料同士の溶接となり、熱伝導率の良い銅よりも容易に溶接することができる。

なお、電気的な要領については、第１の実施形態と同様に結合器本体16の電気接続部24，26と窓ユニット17の電気接続部36，37との当接によって電気的に接続することができる。

次に、図５に第３の実施形態を示す。なお、第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を用い、その構成および作用効果についての説明を省略する。

外導体21の接合部28と外導体部33の接合部39とは溶接によって気密に接合する構造とするが、内導体20の接合部27と内導体部32の接合部38とはろう付けによって接合する構造とする。

ここで、接合部27と接合部38とのろう付け部分は、高周波入力窓34の大気側（導波管11側）に位置するように設けることにより、窓ユニット17を取り外す際に、ろう付け部分を削り落して切り離すことが可能となる。

この場合には、内導体20と内導体部32との接合部分を大きく取り除くことになるため、内導体部32の再利用は難しくなる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、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。これら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。

10 高周波入力結合器
16 結合器本体
17 窓ユニット
20 内導体
21 外導体
27 接合部
28 接合部
32 内導体部
33 外導体部
34 高周波入力窓
38 接合部
39 接合部
46 溶接用部品

Claims

内導体および外導体を有する結合器本体と、
前記内導体に接合される内導体部、前記外導体に接合される外導体部、およびこれら内導体部と外導体部との間に接合された高周波入力窓を有し、前記結合器本体に溶接によって接合された窓ユニットと
を具備することを特徴とする高周波入力結合器。
前記結合器本体および前記窓ユニットは、前記結合器本体および前記窓ユニットからそれぞれ突出されて互いに溶接によって接合される接合部を備える
ことを特徴とする請求項１記載の高周波入力結合器。
前記接合部は、前記結合器本体および前記窓ユニットとは異なる材質で形成されているとともに前記結合器本体および前記窓ユニットにそれぞれ接合された溶接用部品を備える
ことを特徴とする請求項２記載の高周波入力結合器。
前記内導体部は前記内導体にろう付けによって接合され、前記外導体部は前記外導体に溶接によって接合された
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の高周波入力結合器。