JP2018113503A - High frequency transmission window body structure and high frequency input coupler - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、気密性を保ち高周波(マイクロ波)を透過する高周波透過窓構体、およびこの高周波透過窓構体を用いた高周波入力結合器に関する。 Embodiments described herein relate generally to a high-frequency transmission window structure that maintains airtightness and transmits high-frequency waves (microwaves), and a high-frequency input coupler that uses the high-frequency transmission window structure.
荷電粒子(電子,イオン,陽子)加速器において、クライストロンのような高周波増幅器から放出される高周波を加速空胴に入射するとき、加速空胴に対して良好なカップリングを持たせることのできる構造を有した高周波入力結合器(カプラ)が用いられている。 In a charged particle (electron, ion, proton) accelerator, when a high-frequency wave emitted from a high-frequency amplifier such as a klystron is incident on the acceleration cavity, a structure that can provide a good coupling to the acceleration cavity A high frequency input coupler (coupler) is used.
高周波入力結合器は、大気側から入射される高周波を高真空に保たれた加速空胴内に入射させるための高周波透過窓構体を備えている。 The high-frequency input coupler includes a high-frequency transmission window structure for allowing a high frequency incident from the atmosphere side to enter an acceleration cavity maintained in a high vacuum.
高周波透過窓構体は、気密を保ちながら高周波を透過させる高周波透過窓と、高周波透過窓の外周および内周にろう付けにより接合されて高周波の伝送路となる外側スリーブおよび内側スリーブなどを備えている。 The high-frequency transmission window structure includes a high-frequency transmission window that allows high-frequency transmission while maintaining airtightness, and an outer sleeve and an inner sleeve that are joined to the outer periphery and inner periphery of the high-frequency transmission window by brazing to form a high-frequency transmission path. .
高周波透過窓にはアルミナなどのセラミックが用いられており、各スリーブは銅などの金属が用いられている。高周波透過窓の各スリーブとの接合面は、メタライズ層を有し、このメタライズ層を介してろう付けにより各スリーブが接合されている。それにより、高周波透過窓の前後で気密が保たれている。 A ceramic such as alumina is used for the high-frequency transmission window, and a metal such as copper is used for each sleeve. The joint surface of each high-frequency transmission window with each sleeve has a metallized layer, and each sleeve is joined by brazing via this metallized layer. Thereby, airtightness is maintained before and after the high-frequency transmission window.
ところで、高周波透過窓構体は、ろう付けによる組み立て時に1000℃以上の高温にさらされ、さらに、その後の高周波窓構体と高周波入力結合器の各部品をろう付けにより組み立てる際に700℃以上の高温にさらされる。その際、高周波透過窓と各スリーブとでは材料の熱膨張率が異なるため、ろう付けでの温度上昇時や温度降下時に、高周波透過窓の外側スリーブと接合面近傍においては、高周波透過窓に引張応力が生じる。その結果、高周波透過窓の外側スリーブとの接合面の端部を起点として、高周波透過窓の内部に向かいクラックが発生することがある。このクラックが高周波透過窓を貫通すると、高周波入力結合器の気密を保てなくなるという課題がある。 By the way, the high-frequency transmission window structure is exposed to a high temperature of 1000 ° C. or higher when assembled by brazing, and further, the high-frequency transmission window structure is heated to a high temperature of 700 ° C. or higher when each component of the high-frequency window structure and high-frequency input coupler is assembled by brazing. Exposed. At that time, since the thermal expansion coefficient of the material differs between the high frequency transmission window and each sleeve, the high frequency transmission window is pulled in the vicinity of the outer sleeve and the joint surface of the high frequency transmission window when the temperature is increased or decreased during brazing. Stress is generated. As a result, cracks may occur in the high frequency transmission window starting from the end of the joint surface of the high frequency transmission window with the outer sleeve. When this crack penetrates the high-frequency transmission window, there is a problem that the high-frequency input coupler cannot be kept airtight.
本発明が解決しようとする課題は、高周波透過窓にクラックが発生しにくい高周波透過窓構体および高周波入力結合器を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a high-frequency transmission window structure and a high-frequency input coupler in which cracks are unlikely to occur in the high-frequency transmission window.
本実施形態の高周波透過窓構体は、高周波透過窓、高周波透過窓の外周にろう付け接合されている外側スリーブ、および高周波透過窓の内周にろう付け接合されている内側スリーブを備える。外側スリーブは、筒状のスリーブ部、およびスリーブ部の軸方向両端部に設けられたスリーブ取付部を有する。スリーブ部にはスリーブ取付部から離反した軸方向中間部の外周面に溝部が設けられているとともに溝部によって薄肉部が設けられている。薄肉部が高周波透過窓の外周にろう付け接合されている。 The high-frequency transmission window structure of this embodiment includes a high-frequency transmission window, an outer sleeve that is brazed to the outer periphery of the high-frequency transmission window, and an inner sleeve that is brazed to the inner periphery of the high-frequency transmission window. The outer sleeve has a cylindrical sleeve portion and sleeve mounting portions provided at both axial ends of the sleeve portion. In the sleeve portion, a groove portion is provided on the outer peripheral surface of the intermediate portion in the axial direction separated from the sleeve mounting portion, and a thin portion is provided by the groove portion. The thin part is brazed and joined to the outer periphery of the high-frequency transmission window.
以下、一実施形態を、図1および図2を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
高周波入力結合器10は、例えばクライストロンなどの高周波増幅器から放射された高周波(マイクロ波)を伝送する導波管11と加速器12の加速空胴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胴13内の高真空とを隔絶し、高周波を加速空胴13に入射するのに用いられる。
The high frequency input coupler 10 couples between the
そして、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に組み込まれた高周波透過窓構体17を備えている。
The high-frequency input coupler 10 includes a coupler main body 16 and a high-frequency
結合器本体16は、同軸に配置される円柱状の内導体20および円筒状の外導体21を有している。これら内導体20と外導体21との間を通じて高周波を伝送する。 The coupler main body 16 has a columnar inner conductor 20 and a cylindrical outer conductor 21 that are arranged coaxially. High frequency is transmitted between the inner conductor 20 and the outer conductor 21.
内導体20は、高周波透過窓構体17の内側が接合される大気側内側チョーク23および真空側内側チョーク24を有しているとともに、真空側内側チョーク24から加速器12の加速空胴13に突出配置されるアンテナ部25を有している。
The inner conductor 20 has an atmosphere-side
外導体21は、高周波透過窓構体17の外側が接合される大気側外側チョーク27および真空側外側チョーク28を有するとともに、これら大気側外側チョーク27の外周部と真空側外側チョーク28の外周部とに接合されて連結する連結円筒29を有している。大気側外側チョーク27には導波管11が取り付けられる大気側フランジ30が接合され、真空側外側チョーク28には真空側フランジ31が接合されている。真空側フランジ31には外周円筒32が取り付けられ、この外周円筒32が加速器12に取り付けられている。
The outer conductor 21 has an atmosphere-side
そして、高周波入力結合器10は、高周波透過窓構体17が組み立てられた後、この高周波透過窓構体17とともに各部品がろう付けにより接合されて組み立てられている。
The high-frequency input coupler 10 is assembled by assembling the high-frequency
また、高周波透過窓構体17は、気密を保ち高周波を透過する高周波透過窓40と、伝送路を構成する内側スリーブ41および外側スリーブ42と、内側スリーブ41の高周波透過窓40がろう付けされる部分の内周側にろう付けされる金属薄板43と、外側スリーブ42の高周波透過窓40がろう付けされる部分の外周側に巻き付けられる金属製のワイヤ44とを備えているとともに、さらに、外側スリーブ42とろう付けにより接合されている大気側外側チョーク27を備えている。
The high-frequency
高周波透過窓40の材料には、例えばアルミナなどのセラミックが用いられている。高周波透過窓40は、中央に円形の孔46を有する円板状(円環状)に形成されている。そして、高周波透過窓40の孔46に内側スリーブ41が挿入され、高周波透過窓40が外側スリーブ42の内側に挿入され、高周波透過窓40と内側スリーブ41および外側スリーブ42との接合面がろう材を介して溶着するろう付けによって気密に接合されている。
As a material of the high-
内側スリーブ41および外側スリーブ42の材料には、例えば銅などの金属が用いられている。内側スリーブ41および外側スリーブ42は、同軸に配置されるように円筒状に形成されている。
As the material of the
外側スリーブ42は、円筒状のスリーブ部48、およびこのスリーブ部48の軸方向両端部に設けられたスリーブ取付部49を有している。一端側のスリーブ取付部49は大気側外側チョーク27にろう付けにより接合されて取り付けられ、他端側のスリーブ取付部49は真空側外側チョーク28にろう付けにより接合されて取り付けられる。
The
外側スリーブ42のスリーブ部48には、両端部のスリーブ取付部49から離反したスリーブ部48の軸方向中間部の外周面に溝部50が設けられているとともに、この溝部50によってスリーブ部48の肉厚が薄い薄肉部51が設けられている。すなわち、スリーブ部48は、軸方向中間部に設けられた薄肉部51、およびこの薄肉部51の軸方向両側に設けられたスリーブ部48の肉厚が厚い厚肉部52を有し、この厚肉部52の軸方向両端にスリーブ取付部49が設けられている。そして、例えば、スリーブ部48の軸方向における溝部50(薄肉部51)が設けられている領域の軸方向の長さは、高周波透過窓40の厚み寸法よりも大きく、かつ、溝部50(薄肉部51)が設けられていない領域(つまり、厚肉部52の部分)の軸方向の長さよりも小さい関係にある。そして、溝部50内であって薄肉部51の外周にワイヤ44が巻き付けられ、薄肉部51が高周波透過窓40の外周にろう付けにより接合されている。
The
金属薄膜43は、例えば、銅製の内側スリーブ41よりも熱膨張率の小さいモリブデンなどの金属で構成されており、内側スリーブ41の高周波透過窓40がろう付けされる部分の内周側にろう付けにより接合されている。
The metal
ワイヤ44は、例えば、銅製の外側スリーブ42よりも熱膨張率の小さいモリブデンなどの金属で構成されており、外側スリーブ42の高周波透過窓40がろう付けされる部分(溝部50内の薄肉部51)の外周側に巻き付けられている。なお、ワイヤ44の外側スリーブ42への巻き数は任意である。
The
そして、このように構成される高周波透過窓構体17は、高周波透過窓構体17自体のろう付けによる組み立て時に例えば1000度以上の高温にさらされ、さらに、その後の高周波透過窓構体17と高周波入力結合器10の各部品とをろう付けにより組み立てる際に700℃以上の高温にさらされる。
The high-frequency
その際、セラミック製の高周波透過窓40と銅製の外側スリーブ42とでは材料の熱膨張率が異なるため、ろう付けでの温度上昇時や温度降下時に、高周波透過窓40の外側スリーブ42との接合面の近傍において、高周波透過窓40に引張応力が生じる。その結果、高周波透過窓40の外側スリーブ42との接合面の端部を起点として、高周波透過窓40の内部に向かいクラックが発生することがある。
At that time, since the thermal expansion coefficient of the material differs between the ceramic high-
本実施形態の高周波透過窓構体17では、外側スリーブ42の外周面に溝部50を設けることで外側スリーブ42に薄肉部51を設け、この薄肉部51に高周波透過窓40をろう付けする。それにより、ろう付け時において、高周波透過窓40に生じる引張応力を低減でき、高周波透過窓40にクラックを発生しにくくできる。
In the high frequency
しかも、外側スリーブ42の外周面に溝部50を設けているため、例えば外側スリーブ42の内周面に溝部50を設けた場合に生じる電界への影響を防止できる。
In addition, since the
さらに、スリーブ部48の軸方向における溝部50(薄肉部51)が設けられている領域の軸方向の長さは、溝部50(薄肉部51)が設けられていない領域(つまり、厚肉部52の部分)の軸方向の長さよりも小さい関係としているため、例えばスリーブ部48の全体を薄肉部51の肉厚とする場合に比べて、外側スリーブ42の強度を確保することができる。
Furthermore, the axial length of the region where the groove portion 50 (thin portion 51) is provided in the axial direction of the
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。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10 高周波入力結合器
16 結合器本体
17 高周波透過窓構体
20 内導体
21 外導体
40 高周波透過窓
41 内側スリーブ
42 外側スリーブ
48 スリーブ部
49 スリーブ取付部
50 溝部
51 薄肉部
10 High frequency input coupler
16 coupler body
17 High-frequency transmission window structure
20 Inner conductor
21 Outer conductor
40 High-frequency transmission window
41 inner sleeve
42 outer sleeve
48 Sleeve
49 Sleeve mounting
50 groove
51 Thin section
Claims (3)
前記高周波透過窓の外周にろう付け接合されている外側スリーブと、
前記高周波透過窓の内周にろう付け接合されている内側スリーブと
を具備し、
前記外側スリーブは、筒状のスリーブ部、およびこのスリーブ部の軸方向両端部に設けられたスリーブ取付部を有し、前記スリーブ部には前記スリーブ取付部から離反した軸方向中間部の外周面に溝部が設けられているとともにこの溝部によって薄肉部が設けられており、この薄肉部が前記高周波透過窓の外周にろう付け接合されている
ことを特徴とする高周波透過窓構体。 A high-frequency transmission window;
An outer sleeve brazed to the outer periphery of the high-frequency transmission window;
An inner sleeve brazed to the inner periphery of the high-frequency transmission window,
The outer sleeve has a cylindrical sleeve portion and sleeve mounting portions provided at both axial end portions of the sleeve portion, and the sleeve portion has an outer peripheral surface of an axial intermediate portion separated from the sleeve mounting portion. The high-frequency transmission window structure is characterized in that a thin-wall portion is provided by the groove portion, and the thin-wall portion is brazed to the outer periphery of the high-frequency transmission window.
ことを特徴とする請求項1記載の高周波透過窓構体。 2. The high-frequency transmission window structure according to claim 1, wherein the outer sleeve has a region where the groove portion is provided in the axial direction of the sleeve portion smaller than a region where the groove portion is not provided.
前記内導体に前記内側スリーブが取り付けられるとともに、前記外導体に前記外側スリーブの前記スリーブ取付部が取り付けられた請求項1記載の高周波透過窓構体と
を備えることを特徴とする高周波入力結合器。 A coupler body having an inner conductor and an outer conductor;
2. The high-frequency input coupler according to claim 1, further comprising: the inner sleeve attached to the inner conductor, and the sleeve attaching portion of the outer sleeve attached to the outer conductor.
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JP2020177820A (en) * | 2019-04-18 | 2020-10-29 | キヤノン電子管デバイス株式会社 | Protective member for high frequency input coupler, protection device for high frequency input coupler and high frequency input coupler |
WO2022190405A1 (en) | 2021-03-10 | 2022-09-15 | キヤノン電子管デバイス株式会社 | High-frequency input coupler and waveguide |
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