JP6408337B2

JP6408337B2 - 高周波透過窓構体

Info

Publication number: JP6408337B2
Application number: JP2014210161A
Authority: JP
Inventors: 俊郎阿武
Original assignee: Toshiba Electron Tubes and Devices Co Ltd
Current assignee: Canon Electron Tubes and Devices Co Ltd
Priority date: 2014-10-14
Filing date: 2014-10-14
Publication date: 2018-10-17
Anticipated expiration: 2034-10-14
Also published as: JP2016081648A

Description

本発明の実施形態は、高周波の出力に用いられる高周波透過窓構体に関する。

従来、高周波（マイクロ波）を増幅するクライストロンなどのマイクロ波電子管は、内部を真空に保ちながら外部へ高周波を出力するため、出力導波管に高周波透過窓構体を備えている。

高周波透過窓構体は、気密を保ち高周波を透過する高周波透過窓と、高周波透過窓の外周側がろう付けにより接合され高周波信号の伝送路を構成する銅などの金属のスリーブとを備えている。高周波透過窓の材料には、例えばアルミナなどのセラミックが用いられている。高周波透過窓は、スリーブとの接合面に薄い金属の層であるメタライズ層を有し、メタライズ層を介してろう付けによりスリーブと接合されている。

高周波透過窓構体は、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る。また、マイクロ波電子管の管球を組み立てた後に内部を真空にするための排気時にも、加熱のため高周波透過窓構体は例えば４００度以上の高温にさらされる。

セラミックの高周波透過窓と金属のスリーブとでは、材料の熱膨張率が異なる。そのため、室温から高温状態への温度上昇時、あるいは高温状態から室温への温度降下時の温度変化により、高周波透過窓とスリーブとの接合部分において、高周波透過窓に引張応力が生じる。特に、高周波透過窓の接合面における幅方向の端部では、高周波透過窓に応力集中が起こりやすい。その結果、高周波透過窓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って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した場合、マイクロ波電子管の気密を保てなくなるという課題がある。

特開平９−６３４９０号公報

本発明が解決しようとする課題は、高周波透過窓の接合面近傍にクラックを生じにくい高周波透過窓構体を提供することである。

本実施形態の高周波透過窓構体は、高周波透過窓、およびスリーブを備える。高周波透過窓は、セラミックであり、外周に接合面を有する。スリーブは、高周波の伝送路を構成し、内周面に、高周波透過窓の接合面がろう付けにより接合される接合部を有するとともに、接合部の側部に沿って設けられ接合面の一部が対向する溝部を有する。接合面と接合面に交わる溝部の内側面とがなす角度は９０度よりも小さい。

第１の実施形態を示す高周波透過窓構体の一部の断面図である。同上高周波透過窓構体の概略構造を示す断面図である。同上高周波透過窓構体を用いたマイクロ波電子管の断面図である。第２の実施形態を示す高周波透過窓構体の一部の断面図である。

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。

図３は高周波透過窓構体を用いたマイクロ波電子管の断面図である。マイクロ波電子管10は、例えばクライストロンである。マイクロ波電子管10は、電子銃部11を備えている。電子銃部11は、電子ビーム12を発生する陰極13aおよび電子ビーム12を加速する陽極13bを備えている。

電子ビーム12の進行方向に対し、電子銃部11の前方には高周波相互作用部14が設けられている。高周波相互作用部14は、電子ビーム12の進行方向に配列された例えば５個の共振空胴15a〜15eを備えている。

高周波相互作用部14のさらに前方には、電子ビーム12を捕捉するコレクタ16が設けられている。

高周波相互作用部14を構成する複数の共振空胴15a〜15eのうち、電子銃部11側に位置する共振空胴15aには、高周波信号の入力部17、例えば同軸線路が接続されている。コレクタ16側に位置する共振空胴15eには、増幅した高周波の出力部18、例えば導波管19が接続されている。導波管19には、マイクロ波電子管10の内部を真空に保ちながら外部へ高周波を出力するための高周波透過窓構体20が設けられている。

電子銃部11と高周波相互作用部14との間、複数の共振空胴15a〜15e間、高周波相互作用部14とコレクタ16との間は、それぞれ同一径のドリフト管21で連結されている。

図１は高周波透過窓構体20の一部の断面図、および図２は高周波透過窓構体20の概略構造を示す断面図である。高周波透過窓構体20は、気密を保ち高周波を透過する高周波透過窓30、高周波の伝送路を構成するスリーブ31、および高周波透過窓30がろう付けされる部分のスリーブ31の外側に巻き付けられるワイヤ32を備えている。

高周波透過窓30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30は、円板状に形成されている。高周波透過窓30の外周面には、スリーブ31に接合される接合面34が形成されている。高周波透過窓30は、接合面34に薄い金属の層であるメタライズ層を有し、高周波透過窓30とスリーブ31との間に挿入した板状のろう材を高温で溶融することにより、スリーブ31と接合される。高周波透過窓30の接合面34の両端部、すなわち高周波透過窓30の幅方向両側の角部には、斜めにカットされた傾斜面（面取り部）35が形成されている。接合面34の幅Ｗは、高周波透過窓30の幅方向の厚み寸法よりも小さくなっている。

スリーブ31の材料には、例えば銅などの金属が用いられている。スリーブ31は、円筒状に形成されている。スリーブ31の内周面には、高周波透過窓30の接合面34を接合する接合部37が形成されているとともに、接合部37の両側部に沿って２つの溝部38が形成されている。接合部37および２つの溝部38は、それぞれスリーブ31の内周面の一周に亘って形成されている。溝部38には、両側の内側面39、および溝奥側の溝底面40を有し、溝入口側にスリーブ31の内周面に開口する開口部41が形成されている。本実施形態の溝部38の断面形状は、両側の内側面39がスリーブ31の中心軸に対して直交する矩形に形成されている。

２つの溝部38の間隔Ｘ（接合部37の幅Ｘ）は、高周波透過窓30の接合面34の幅Ｗよりも小さくなっている。そして、スリーブ31の内側には、高周波透過窓30の接合面34の両端部が各溝部38に対向するように高周波透過窓30が設置されている。

なお、スリーブ31が備える溝部38は１つでもよく、この場合、高周波透過窓30の接合面34が溝部38に対向するように高周波透過窓30が設置すればよい。

ワイヤ32は、ろう付け時に、高周波透過窓30がろう付けされる部分のスリーブ31の外側に巻き付けられ、高周波透過窓30とスリーブ31との位置を固定する役割を果たす。ワイヤ32は、スリーブ31よりも熱膨張率の小さい例えばモリブデンなどの金属材料で形成されている。スリーブ31へのワイヤ32の巻き数は任意である。

そして、高周波透過窓構体20は、高周波透過窓30とスリーブ31とをろう付けにより接合する。ろう付け時には、高周波透過窓30とスリーブ31との間に挿入した板状のろう材を高温で溶融することにより、高周波透過窓30とスリーブ31とを接合する。

このとき、スリーブ31が溝部38を備えていることにより、高周波透過窓30の接合面34の端部と溝部38の内側面39との間にろう材43のメニスカス44が形成される。

ところで、高周波透過窓構体20は、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る。また、マイクロ波電子管10の管球を組み立てた後に内部を真空にするための排気時にも、加熱のため高周波透過窓構体20は例えば４００度以上の高温にさらされる。セラミックの高周波透過窓30と例えば銅のスリーブ31とでは材料の熱膨張率が異なる。そのため、室温から高温状態への温度上昇時、あるいは高温状態から室温への温度降下時の温度変化により、高周波透過窓30とスリーブ31との接合部分において、高周波透過窓30に引張応力が生じる。そして、高周波透過窓30の接合面34における端部では、高周波透過窓30に応力集中が起こりやすい。その結果、高周波透過窓30の接合面34の端部を起点とし、高周波透過窓30の内部に向かって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30を貫通した場合、マイクロ波電子管10の気密を保てなくなる。

第１の実施形態の高周波透過窓構体20によれば、高周波透過窓30とスリーブ31との接合部分にろう材43のメニスカス44が形成されることにより、高周波透過窓30に起こりやすい応力集中が緩和され、高周波透過窓30にクラックを生じにくくすることが可能となる。

さらに、スリーブ31は、接合部37の両側部に沿って２つの溝部38を有し、２つの溝部38間の間隔Ｘが高周波透過窓30の接合面34の幅Ｗよりも小さいことにより、高周波透過窓30の接合面34の両端部が溝部38に対向し、高周波透過窓30の接合面34における両端部において、応力集中が緩和され、高周波透過窓30にクラックをより生じにくくすることが可能となる。

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。

スリーブ31の溝部38の断面形状が台形に形成されている。台形とは、溝部38の断面の４隅の点を結んだ形状を指すものである。すなわち、溝部38は、溝底面40の幅よりも開口部41の幅が広く、溝底面40から開口部41へ向けて両側の内側面39が拡開するように、台形に形成されている。そして、高周波透過窓30の接合面34とこの接合面34に交わる溝部38の内側面39とがなす角度θは９０度より小さくなっている。

スリーブ31が溝部38を備えていることにより、高周波透過窓30の接合面34の端部と溝部38の内側面39との間にろう材43のメニスカス44が形成される。

第２の実施形態の高周波透過窓構体20によれば、高周波透過窓30とスリーブ31との接合部分にろう材43のメニスカス44が形成されることにより、高周波透過窓30に起こりやすい応力集中が緩和され、高周波透過窓30にクラックを生じにくくすることが可能となる。

それに加えて、溝部38の内側面39が９０度よりも小さい角度θで傾斜することにより、メニスカス44を形成するろう材43がスリーブ31と接する面積を容易に大きくでき、接合強度を高めることができる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態の高周波透過窓構体20によれば、高周波透過窓30とスリーブ31との接合部分にろう材43のメニスカス44が形成されることにより、高周波透過窓30に起こりやすい応力集中が緩和され、高周波透過窓30にクラックを生じにくくすることが可能となる。

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。

20 高周波透過窓構体
30 高周波透過窓
31 スリーブ
34 接合面
37 接合部
38 溝部

Claims

外周に接合面を有するセラミックの高周波透過窓と、
高周波の伝送路を構成し、内周面に、前記高周波透過窓の前記接合面がろう付けにより接合される接合部を有するとともに、前記接合部の側部に沿って設けられ前記接合面の一部が対向する溝部を有するスリーブと
を具備し、
前記接合面と前記接合面に交わる前記溝部の内側面とがなす角度は９０度よりも小さい
ことを特徴とする高周波透過窓構体。
前記スリーブは、前記接合部の両側部に沿って２つの前記溝部を有し、２つの前記溝部間の間隔が前記接合面の幅よりも小さい
ことを特徴とする請求項１の高周波透過窓構体。