JP3028834B2 - 高周波透過窓構体及びその製造方法 - Google Patents
高周波透過窓構体及びその製造方法Info
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- JP3028834B2 JP3028834B2 JP2177319A JP17731990A JP3028834B2 JP 3028834 B2 JP3028834 B2 JP 3028834B2 JP 2177319 A JP2177319 A JP 2177319A JP 17731990 A JP17731990 A JP 17731990A JP 3028834 B2 JP3028834 B2 JP 3028834B2
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- titanium nitride
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、高周波透過窓構体及びその製造方法に関
する。
する。
（従来の技術） 一般にクライストロンや進行波管、あるいはジャイロ
トロンのようなマイクロ波管の出力部には、多くの場
合、矩形又は円形の導波管を横切って誘電体セラミック
ス板からなる透過窓が気密に接合された高周波透過窓構
体が一体的に用いられる。
トロンのようなマイクロ波管の出力部には、多くの場
合、矩形又は円形の導波管を横切って誘電体セラミック
ス板からなる透過窓が気密に接合された高周波透過窓構
体が一体的に用いられる。
特に、大電力を増幅するクライストロンは、大形加速
器の高周波電力源や核融合炉のブラズマ加熱用高周波源
として用いられているが、その透過窓として真空気密が
容易で誘電体損失が小さいアルミナのセラミックスが主
に使用されている。しかし、大電力の高周波をアルミナ
透過窓に透過させると、アルミナの局部的な温度上昇に
より、しばしばアルミナにクラックや溶融によるピンホ
ールが発生する場合がある。アルミナの温度上昇は、マ
ルチパクタ放電、主ビームからのホッピング電子、吸着
ガス、電子の帯電などで生じるものと考えられている。
そこで、アルミナの温度上昇を防止するために、アルミ
ナ表面に窒化チタンを塗布することが一般的に行なわれ
ている。
器の高周波電力源や核融合炉のブラズマ加熱用高周波源
として用いられているが、その透過窓として真空気密が
容易で誘電体損失が小さいアルミナのセラミックスが主
に使用されている。しかし、大電力の高周波をアルミナ
透過窓に透過させると、アルミナの局部的な温度上昇に
より、しばしばアルミナにクラックや溶融によるピンホ
ールが発生する場合がある。アルミナの温度上昇は、マ
ルチパクタ放電、主ビームからのホッピング電子、吸着
ガス、電子の帯電などで生じるものと考えられている。
そこで、アルミナの温度上昇を防止するために、アルミ
ナ表面に窒化チタンを塗布することが一般的に行なわれ
ている。
即ち、第２図は従来の高周波透過窓構体を示したもの
で、円形導波管部１の内側にアルミナセラミックス板か
らなる透過窓２が設けられ、この透過窓２の表面に窒化
チタン膜３が付着されている。図中の符号４はフランジ
部、５は矩形導波管部、６は透過窓２を冷却するための
通水管である。又、この第２図において、透過窓２の左
側がクライストロンの真空側を示し、右側が真空もしく
は絶縁ガスが封入されている外部導波管側である。この
ような高周波透過窓構体では、動作時に透過窓２はクラ
イストロンの電子銃からの散乱電子や散乱電子の衝突に
より透過窓２で生成される２次電子の繰返し衝突で発熱
する。この発熱で透過窓２が破壊するのを防ぐため、透
過窓２の表面に窒化チタン膜３を形成し、且つ透過窓構
体全体を水冷している。
で、円形導波管部１の内側にアルミナセラミックス板か
らなる透過窓２が設けられ、この透過窓２の表面に窒化
チタン膜３が付着されている。図中の符号４はフランジ
部、５は矩形導波管部、６は透過窓２を冷却するための
通水管である。又、この第２図において、透過窓２の左
側がクライストロンの真空側を示し、右側が真空もしく
は絶縁ガスが封入されている外部導波管側である。この
ような高周波透過窓構体では、動作時に透過窓２はクラ
イストロンの電子銃からの散乱電子や散乱電子の衝突に
より透過窓２で生成される２次電子の繰返し衝突で発熱
する。この発熱で透過窓２が破壊するのを防ぐため、透
過窓２の表面に窒化チタン膜３を形成し、且つ透過窓構
体全体を水冷している。
（発明が解決しようとする課題） 上記のように従来の高周波透過窓構体においては、透
過窓２の表面に窒化チタン膜３を形成し、透過窓２から
の２次電子の放出を防止している。しかし、チタンはよ
く知られているようにゲッタとして作用するので、透過
窓２の表面に窒化チタン膜３を形成した後に、大気に露
出した場合、酸素を吸収もしくは内部拡散により膜中に
取り込んでしまう。そして、酸化物は一般的に金属単体
に比べ２次電子放出係数が大きいので、窒化チタン膜３
の本来の２次電子放出抑制効果が低減する。
過窓２の表面に窒化チタン膜３を形成し、透過窓２から
の２次電子の放出を防止している。しかし、チタンはよ
く知られているようにゲッタとして作用するので、透過
窓２の表面に窒化チタン膜３を形成した後に、大気に露
出した場合、酸素を吸収もしくは内部拡散により膜中に
取り込んでしまう。そして、酸化物は一般的に金属単体
に比べ２次電子放出係数が大きいので、窒化チタン膜３
の本来の２次電子放出抑制効果が低減する。
この発明は、透過窓の温度上昇による破壊を未然に防
止した高周波透過窓構体及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
止した高周波透過窓構体及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明は、透過窓の表面に窒化チタンと酸化チタン
との固溶体膜が形成されてなる高周波透過窓構体であ
る。
との固溶体膜が形成されてなる高周波透過窓構体であ
る。
又、他の発明は、透過窓の表面に、Ar、Ｎ及びO2の放
電ガス中でスパッタリングにより窒化チタンと酸化チタ
ンとの固溶体膜を形成する高周波透過窓構体の製造方法
である。
電ガス中でスパッタリングにより窒化チタンと酸化チタ
ンとの固溶体膜を形成する高周波透過窓構体の製造方法
である。
（作 用） この発明によれば、透過窓の表面に窒化チタンより高
抵抗の固溶体膜が形成されているので、２次電子放出係
数が小さく、マルチパクタ放電が抑制され、誘電体損失
による透過窓上での発熱を低減することが出来る。その
結果、透過窓のクラックや溶融を防ぐことが出来る。
抵抗の固溶体膜が形成されているので、２次電子放出係
数が小さく、マルチパクタ放電が抑制され、誘電体損失
による透過窓上での発熱を低減することが出来る。その
結果、透過窓のクラックや溶融を防ぐことが出来る。
（実施例） 以下、図面を参照して、この発明の一実施例を詳細に
説明する。
説明する。
この発明における高周波透過窓構体は第１図に示すよ
うに構成され、円形導波管部11の内側にはアルミナのよ
うな誘電体セラミックス板からなる透過窓12が設けら
れ、この透過窓12の表面には窒化チタンと酸化チタンと
の固溶体膜13が60乃至120Åの厚さに形成されている。
尚、図中の符号14は円形フランジ、15は矩形導波管部、
16は透過窓12を冷却するための通水管であり、透過窓12
の左側がクライストロンの真空側を示し、右側が真空も
しくは絶縁ガスが封入されている外部導波管側である。
うに構成され、円形導波管部11の内側にはアルミナのよ
うな誘電体セラミックス板からなる透過窓12が設けら
れ、この透過窓12の表面には窒化チタンと酸化チタンと
の固溶体膜13が60乃至120Åの厚さに形成されている。
尚、図中の符号14は円形フランジ、15は矩形導波管部、
16は透過窓12を冷却するための通水管であり、透過窓12
の左側がクライストロンの真空側を示し、右側が真空も
しくは絶縁ガスが封入されている外部導波管側である。
透過窓12の表面に窒化チタンと酸化チタンとの固溶体
膜13を形成するに当たっては、アルゴン（Ar）、窒素
（Ｎ）、酸素（O2）の混合放電ガス中でスパッタリング
により60乃至120Åの厚さに形成する。この時、酸素分
圧が全圧の0.1乃至1.0％の範囲に設定されている。この
場合、固溶体膜13は誘電体の窒化チタンと絶縁体の酸化
チタンの組成を連続的に変えることが出来るので、膜厚
と組成比で決定される抵抗値を任意に選べる。又、既述
のように、スパッタリングにより固溶体膜13を形成する
が、アルゴン、窒素、酸素の分圧を制御して窒化チタン
と酸化チタンの組成比を変え、スパッタリング時間で膜
厚を変え、所望の固溶体膜13を得ている。
膜13を形成するに当たっては、アルゴン（Ar）、窒素
（Ｎ）、酸素（O2）の混合放電ガス中でスパッタリング
により60乃至120Åの厚さに形成する。この時、酸素分
圧が全圧の0.1乃至1.0％の範囲に設定されている。この
場合、固溶体膜13は誘電体の窒化チタンと絶縁体の酸化
チタンの組成を連続的に変えることが出来るので、膜厚
と組成比で決定される抵抗値を任意に選べる。又、既述
のように、スパッタリングにより固溶体膜13を形成する
が、アルゴン、窒素、酸素の分圧を制御して窒化チタン
と酸化チタンの組成比を変え、スパッタリング時間で膜
厚を変え、所望の固溶体膜13を得ている。
次に、各種条件における従来及びこの発明における透
過窓の温度上昇測定結果について説明する。尚、測定に
当たっては、透過窓を導波管部の途中に設け、導波管部
内を高真空にした後、パルスのマイクロ波を導波管部内
に導き、透過窓に透過させる。そして、パルス電力に対
する透過窓の温度上昇は、冷却水の通水管に熱電対を圧
着して測定する。
過窓の温度上昇測定結果について説明する。尚、測定に
当たっては、透過窓を導波管部の途中に設け、導波管部
内を高真空にした後、パルスのマイクロ波を導波管部内
に導き、透過窓に透過させる。そして、パルス電力に対
する透過窓の温度上昇は、冷却水の通水管に熱電対を圧
着して測定する。
先ず第３図は、従来の透過窓２に窒化チタン膜３を10
Åの厚さ形成した場合の温度上昇を示している。この図
から明らかなように、パルス電力が15MW付近で６℃と急
激な温度上昇があった。
Åの厚さ形成した場合の温度上昇を示している。この図
から明らかなように、パルス電力が15MW付近で６℃と急
激な温度上昇があった。
又、第４図は、透過窓２に窒化チタン膜３を60Åの厚
さ形成した場合の温度上昇を示している。この図から明
らかなように、パルス電力が15MW付近での急激な温度上
昇はないが、パルス電力が50MW以上での温度の上昇が、
窒化チタン膜３を10Åの厚さ形成した場合に比べて大き
く、パルス電力が200MW付近で９℃上昇した。これは、
窒化チタン膜３の抵抗損失によるものと理解される。窒
化チタン膜３はいずれもアルゴン（Ar）分圧1.3×10-2T
orr、窒素分圧5.2×10-2Torrとし全圧6.5×10-2Torrで
スパッタリングにより塗布し、膜厚はスパッタ時間を制
御して作成したものである。
さ形成した場合の温度上昇を示している。この図から明
らかなように、パルス電力が15MW付近での急激な温度上
昇はないが、パルス電力が50MW以上での温度の上昇が、
窒化チタン膜３を10Åの厚さ形成した場合に比べて大き
く、パルス電力が200MW付近で９℃上昇した。これは、
窒化チタン膜３の抵抗損失によるものと理解される。窒
化チタン膜３はいずれもアルゴン（Ar）分圧1.3×10-2T
orr、窒素分圧5.2×10-2Torrとし全圧6.5×10-2Torrで
スパッタリングにより塗布し、膜厚はスパッタ時間を制
御して作成したものである。
それに対して、第５図はこの発明の実施例によるもの
で、全圧6.5×10-2Torr、アルゴン（Ar）分圧1.3×10-2
Torr、窒素分圧5.19×10-2Torr、酸素分圧6.5×10-5Tor
rのスパッタリング条件で作成した窒化チタンと酸化チ
タンとの固溶体膜13を、透過窓12の表面に60Åの厚さ形
成した場合の温度上昇を示している。この図から明らか
なように、パルス電力が15MW付近での急激な温度上昇も
なく、又、パルス電力が212MWで温度上昇2.7℃と上記従
来の窒化チタン膜３を形成した場合に比べて低い。
で、全圧6.5×10-2Torr、アルゴン（Ar）分圧1.3×10-2
Torr、窒素分圧5.19×10-2Torr、酸素分圧6.5×10-5Tor
rのスパッタリング条件で作成した窒化チタンと酸化チ
タンとの固溶体膜13を、透過窓12の表面に60Åの厚さ形
成した場合の温度上昇を示している。この図から明らか
なように、パルス電力が15MW付近での急激な温度上昇も
なく、又、パルス電力が212MWで温度上昇2.7℃と上記従
来の窒化チタン膜３を形成した場合に比べて低い。
又、第６図は、スパッタリング条件がアルゴン（Ar）
分圧1.3×10-2Torr、窒素分圧5.16×10-2Torr、酸素分
圧3.25×10-4Torr、全圧6.5×10-2Torrで作成した窒化
チタンと酸化チタンとの固溶体膜13を、透過窓12の表面
に60Åの厚さ形成した場合の温度上昇を示している。窒
化チタン膜３を形成した場合に比べて、温度上昇が小さ
く、パルス電力が212MWで温度上昇は2.2であった。
分圧1.3×10-2Torr、窒素分圧5.16×10-2Torr、酸素分
圧3.25×10-4Torr、全圧6.5×10-2Torrで作成した窒化
チタンと酸化チタンとの固溶体膜13を、透過窓12の表面
に60Åの厚さ形成した場合の温度上昇を示している。窒
化チタン膜３を形成した場合に比べて、温度上昇が小さ
く、パルス電力が212MWで温度上昇は2.2であった。
最後の第７図は、上記の全圧6.5×10-2Torrに対し酸
素分圧が0.5％のスパッタリング条件で作成した窒化チ
タンと酸化チタンとの固溶体膜13を、透過窓12の表面に
120Åの厚さ形成した場合の温度上昇を示している。低
パルス電力での急激な温度上昇もなく、又、パルス電力
が207MWで温度上昇は2.6℃である。
素分圧が0.5％のスパッタリング条件で作成した窒化チ
タンと酸化チタンとの固溶体膜13を、透過窓12の表面に
120Åの厚さ形成した場合の温度上昇を示している。低
パルス電力での急激な温度上昇もなく、又、パルス電力
が207MWで温度上昇は2.6℃である。
このように、窒化チタンをベースに酸化チタンを同時
に塗布すれば、高パルス電力での抵抗損失を小さく出来
るばかりでなく、マルチパクタ放電による温度上昇と考
えられている低パルス電力での急激な温度上昇も低減す
ることが出来る。
に塗布すれば、高パルス電力での抵抗損失を小さく出来
るばかりでなく、マルチパクタ放電による温度上昇と考
えられている低パルス電力での急激な温度上昇も低減す
ることが出来る。
［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、透過窓の表面
に、窒化チタンと酸化チタンとの固溶体膜を、Ar、Ｎ、
O2の放電ガス中でスパッタリングにより付着させること
により、窒化チタンよりも高抵抗の膜を形成することが
出来る。従って、２次電子放出係数が小さく、マルチパ
クタ放電が抑制され、且つ誘電体損失による透過窓上で
の発熱を低減することが出来る。その結果、透過窓のク
ラックや溶融を防ぐことが出来る。
に、窒化チタンと酸化チタンとの固溶体膜を、Ar、Ｎ、
O2の放電ガス中でスパッタリングにより付着させること
により、窒化チタンよりも高抵抗の膜を形成することが
出来る。従って、２次電子放出係数が小さく、マルチパ
クタ放電が抑制され、且つ誘電体損失による透過窓上で
の発熱を低減することが出来る。その結果、透過窓のク
ラックや溶融を防ぐことが出来る。
第１図はこの発明の一実施例に係る高周波透過窓構体を
示す縦断面図、第２図は従来の高周波透過窓構体を示す
縦断面図、第３図乃至第７図は各種条件における透過窓
の温度上昇とパルス電力との関係を示す特性曲線図であ
る。 11……導波管、12……透過窓、13……固溶体膜。
示す縦断面図、第２図は従来の高周波透過窓構体を示す
縦断面図、第３図乃至第７図は各種条件における透過窓
の温度上昇とパルス電力との関係を示す特性曲線図であ
る。 11……導波管、12……透過窓、13……固溶体膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０５Ｈ 7/18 Ｈ０５Ｈ 7/18 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01P 1/08 H01P 1/30 H01P 11/00 G21B 1/00 H05H 7/18 H01J 23/40
Claims (2)
- 【請求項１】導波管内に誘電体セラミックス板からなる
透過窓が設けられてなる高周波透過窓構体において、 上記透過窓の表面に窒化チタンと酸化チタンとの固溶体
膜が形成されてなることを特徴とする高周波透過窓構
体。 - 【請求項２】導波管内に設けられる誘電体セラミックス
板からなる透過窓の表面に、Ar、Ｎ及びO2の放電ガス中
でスパッタリングにより窒化チタンと酸化チタンとの固
溶体膜を形成することを特徴とする高周波透過窓構体の
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2177319A JP3028834B2 (ja) | 1990-07-06 | 1990-07-06 | 高周波透過窓構体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2177319A JP3028834B2 (ja) | 1990-07-06 | 1990-07-06 | 高周波透過窓構体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0468801A JPH0468801A (ja) | 1992-03-04 |
| JP3028834B2 true JP3028834B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=16028906
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2177319A Expired - Lifetime JP3028834B2 (ja) | 1990-07-06 | 1990-07-06 | 高周波透過窓構体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3028834B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4721756B2 (ja) * | 2004-07-05 | 2011-07-13 | 株式会社イシダ | 製袋包装システム |
| GB2480451A (en) * | 2010-05-18 | 2011-11-23 | E2V Tech | Electron tube rf output window |
| JP6531693B2 (ja) * | 2016-03-30 | 2019-06-19 | 住友大阪セメント株式会社 | 静電チャック装置、静電チャック装置の製造方法 |
-
1990
- 1990-07-06 JP JP2177319A patent/JP3028834B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0468801A (ja) | 1992-03-04 |
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