JP6845749B2 - High frequency transmission window structure and high frequency input coupler - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、高周波を透過する高周波透過窓を有する高周波透過窓構体および高周波入力結合器に関する。 An embodiment of the present invention relates to a high-frequency transmission window structure having a high-frequency transmission window that transmits high frequencies and a high-frequency input coupler.
従来、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。 Conventionally, in a charged particle (electron, ion, proton) accelerator, when a high frequency emitted from a high frequency amplifier such as a klystron is incident on the accelerating cavity, it is possible to have a good coupling with the accelerating cavity. A high-frequency input coupler (coupler) having a structure 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 incidenting high-frequency waves incident from the atmosphere side into an accelerated 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、高周波の伝送路となる外導体スリーブおよび内導体スリーブ等を備えている。高周波透過窓の外周および内周に設けられた接合面が外導体スリーブの内周および内導体スリーブの外周にろう付け接合されている。 The high-frequency transmission window structure includes a high-frequency transmission window that transmits high frequencies while maintaining airtightness, an outer conductor sleeve and an inner conductor sleeve that serve as high-frequency transmission paths. The joint surfaces provided on the outer and inner circumferences of the high-frequency transmission window are brazed to the inner circumference of the outer conductor sleeve and the outer circumference of the inner conductor sleeve.
高周波透過窓にはアルミナ等のセラミックが用いられており、各スリーブは銅等の金属が用いられている。 Ceramics such as alumina are used for the high-frequency transmission windows, and metals such as copper are used for each sleeve.
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、高周波透過窓に引張応力が生じる。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 and each component of the high-frequency input coupler are exposed to a high temperature of 700 ° C. or higher when assembled by brazing. Be exposed. At that time, since the coefficient of thermal expansion of the material differs between the high-frequency transmission window and each sleeve, tensile stress is generated in the high-frequency transmission window when the temperature rises or falls during brazing. As a result, cracks may occur from the end of the joint surface of the high-frequency transmission window toward the inside of the high-frequency transmission window. If this crack penetrates the high-frequency transmission window, there is a problem that the airtightness of the high-frequency input coupler cannot be maintained.
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生じるのを防止できる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。 An object to be solved by the present invention is to provide a high frequency transmission window structure and a high frequency input coupler capable of preventing cracks from occurring in the high frequency transmission window.
本実施形態の高周波透過窓構体は、接合面を有する高周波透過窓と、高周波透過窓の接合面がろう付け接合されるスリーブとを備える。スリーブは、高周波透過窓の接合面の幅よりも小さい幅に設けられ接合面の幅方向中央部がろう付け接合される接合部、および接合部の両側に沿って設けられ接合部の両側から突出する接合面の幅方向外側部が対向する溝部を有する。溝部の深さ寸法が溝部に対向する接合面の幅方向外側部の幅寸法よりも小さく設けられている。 The high-frequency transmission window structure of the present embodiment includes a high-frequency transmission window having a joint surface and a sleeve in which the joint surface of the high-frequency transmission window is brazed and joined. The sleeve is provided at a width smaller than the width of the joint surface of the high-frequency transmission window, and the central portion in the width direction of the joint surface is brazed to be joined, and the sleeve is provided along both sides of the joint portion and projects from both sides of the joint portion. The outer side portion in the width direction of the joint surface to be formed has a groove portion facing the opposite surface. The depth dimension of the groove portion is smaller than the width dimension of the outer portion in the width direction of the joint surface facing the groove portion.
以下、一実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, one embodiment will be described with reference to the drawings.
図2に高周波入力結合器10の断面図を示す。 FIG. 2 shows a cross-sectional view of the high frequency input coupler 10.
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
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。内導体20は、高周波透過窓構体17の内側が接合されており、加速器12の加速空胴13に突出配置されるアンテナ部22を有している。外導体21は、高周波透過窓構体17の外側が接合されており、加速器12に取り付けられている。
The
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30と、伝送路を構成するスリーブとしての内導体スリーブ31aおよび外導体スリーブ31bとを備えている。
Further, the high-frequency
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、中央に円形の孔を有する円板状(円環状)に形成されている。
Ceramics such as alumina are used as the material of the high
内導体スリーブ31aおよび外導体スリーブ31bの材料には、例えば銅などの金属が用いられている。内導体スリーブ31aおよび外導体スリーブ31aは、円筒状に形成され、高周波透過窓30を介して同軸に配置されている。
A metal such as copper is used as the material of the
そして、高周波透過窓30の孔33に内導体スリーブ31aが挿入され、高周波透過窓30が外導体スリーブ31bの内側に挿入され、高周波透過窓30と内導体スリーブ31aおよび外導体スリーブ31bとがろう付け接合されている。また、内導体スリーブ31aは内導体20の外周にろう付け接合され、外導体スリーブ31bは外導体21の端部にろう付け接合されている。
Then, the
次に、図1に高周波透過窓構体17の一部の断面図を示す。
Next, FIG. 1 shows a cross-sectional view of a part of the high-frequency
高周波透過窓30の内周および外周には、内導体スリーブ31aの外周面および外導体スリーブ31bの内周面にろう付け接合される接合面(窓側接合面)35a,35bが形成されている。高周波透過窓30の内周および外周の幅方向両側の角部には、斜めにカットされた面取り部である傾斜面36a,36bが形成されている。接合面35a,35bには、メタライズ層が形成され、このメタライズ層上にろう材37a,37bが設けられている。
Joint surfaces (window side joint surfaces) 35a and 35b are formed on the inner and outer circumferences of the high-
内導体スリーブ31aの外周面には、高周波透過窓30の内周の接合面35aをろう付け接合する接合部39aが形成されているとともに、この接合部39aの両側に溝部40aが形成されている。外導体スリーブ31bの内周面には、高周波透過窓30の外周の接合面35bをろう付け接合する接合部39bが形成されているとともに、この接合部39bの両側に溝部40bが形成されている。
On the outer peripheral surface of the
接合部39a,39bには、高周波透過窓30の接合面35a,35bがろう付け接合されるスリープ側接合面41a,41bが形成されている。
The
溝部40a,40bは、溝幅方向両側の側面42a,42b、および溝奥側の底面43a,43bを有している。側面42a,42bは、底面43a,43bから開口側に向けて拡開するように傾斜状に形成されている。接合部39a,39bの側面は溝部40a,40bの側面42a,42bによって構成されており、接合部39a,39bの断面形状は台形状となっている。
The
接合部39a,39bの幅W1は、高周波透過窓30の接合面35a,35bの幅W2よりも小さく設けられている。接合部39a,39bには、高周波透過窓30の接合面35a,35bの幅方向中央部44a,44bがろう付け接合される。そのため、高周波透過窓30の接合面35a,35bの幅方向中央部44a,44bの両側に位置する幅方向外側部45a,45bは、接合部39a,39bから突出(露出)されて、溝部40a,40bに対向するように配置されている。
The width W1 of the
溝部40a,40bの深さ寸法D1は、溝部40a,40bに対向する接合面35a,35bの幅方向外側部45a,45bの幅寸法W3よりも小さく設けられている。
The depth dimension D1 of the
また、ろう材37a,37bは、高周波透過窓30の接合面35a,35bの幅方向中央部44a,44bと接合部39a,39bのスリープ側接合面41a,41bとの間に介在されて接合している。
Further, the
ろう材37a,37bの一部は、高周波透過窓30の接合面35a,35bの幅方向外側部45a,45bと接合部39a,39bの側面42a,42bとの間で、メニスカス部47a,47bを形成している。メニスカス部47a,47bは、接合面35a,35bの幅方向外側部45a,45bの端部48a,48b側の厚みが薄く、接合面35a,35bの幅方向外側部45a,45bの端部48a,48b側から接合部39a,39bの側面42a,42bに向かって徐々に厚みが増し、接合部39a,39bの側面42a,42bの全域に接合され、溝部40a,40bの底面43a,43bに達している。
A part of 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30と銅製の内導体スリーブ31aおよび外導体スリーブ31b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30に応力が生じやすい。
At that time, since the coefficient of thermal expansion of the material differs between the ceramic high-
仮に、高周波透過窓30の接合面35a,35bの幅方向全体が内導体スリーブ31aおよび外導体スリーブ31bにろう付け接続する場合、高周波透過窓30の接合面35a,35bの端部48a,48bを起点として、高周波透過窓30の内部に向かいクラックが発生することがある。
If the entire width direction of the
本実施形態の高周波透過窓構体17では、内導体スリーブ31aおよび外導体スリーブ31bの接合部39a,39bの幅W1が高周波透過窓30の接合面35a,35bの幅W2よりも小さく、接合部39a,39bには高周波透過窓30の接合面35a,35bの幅方向中央部44a,44bがろう付け接合され、さらに、溝部40a,40bの深さ寸法D1が溝部40a,40bに対向する接合面35a,35bの幅方向外側部45a,45bの幅寸法W3よりも小さく設けられている。これにより、高周波透過窓30の接合面35a,35bの幅方向外側部45a,45bと接合部39a,39bの側面42a,42bとの間に形成されるろう材37a,37bのメニスカス部47a,47bは、接合面35a,35bの幅方向外側部45a,45bの端部48a,48b側の厚みが薄く、接合面35a,35bの幅方向外側部45a,45bの端部48a,48b側から接合部39a,39bの側面42a,42bに向かって徐々に厚みが増し、接合部39a,39bの側面42a,42bの全域に接合され、溝部40a,40bの底面43a,43bに達する。そのため、高周波透過窓30の接合面積はこれまでと変わらず、高周波透過窓30の接合面35a,35bの端部48a,48bに加わる応力を分散、緩和することにより、接合強度を高くすることができる。これにより、高周波透過窓30にクラックが発生するのを防止できる。
In the high-frequency
なお、高周波透過窓構体17の高周波透過窓30とスリーブ(内導体スリーブ31aおよび外導体スリーブ31b)とのろう付け接合構造は、上述した高周波入力結合器10に限らず、例えば、クライストロン等のマイクロ波電子管において、増幅した高周波を出力する出力導波管に設けられる高周波透過窓構体にも適用することができる。
The brazing joint structure between the high-
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 some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
10 高周波入力結合器
17 高周波透過窓構体
30 高周波透過窓
31a スリーブとしての内導体スリーブ
31b スリーブとしての外導体スリーブ
35a,35b 接合面
37a,37b ろう材
39a,39b 接合部
40a,40b 溝部
42a,42b 側面
44a,44b 幅方向中央部
45a,45b 幅方向外側部
47a,47b メニスカス部
48a,48b 端部
10 High frequency input coupler
17 High frequency transmissive window structure
30 High frequency transmission window
31a Inner conductor sleeve as a sleeve
31b Outer conductor sleeve as a sleeve
35a, 35b joint surface
37a, 37b wax material
39a, 39b joint
40a, 40b groove
42a, 42b side
44a, 44b Central part in the width direction
45a, 45b outer part in the width direction
47a, 47b Meniscus
48a, 48b end
Claims (4)
前記高周波透過窓の前記接合面がろう付け接合されるスリーブと
を具備し、
前記スリーブは、前記高周波透過窓の前記接合面の幅よりも小さい幅に設けられ前記接合面の幅方向中央部がろう付け接合される接合部、およびこの接合部の両側に沿って設けられ前記接合部の両側から突出する前記接合面の幅方向外側部が対向する溝部を有し、前記溝部の深さ寸法が前記溝部に対向する前記接合面の幅方向外側部の幅寸法よりも小さく設けられている
ことを特徴とする高周波透過窓構体。 A high-frequency transmission window with a joint surface and
The joint surface of the high-frequency transmission window is provided with a sleeve to be brazed to be joined.
The sleeve is provided at a width smaller than the width of the joint surface of the high-frequency transmission window, and is provided along both sides of the joint portion and the joint portion where the central portion in the width direction of the joint surface is brazed to be joined. The outer portion in the width direction of the joint surface protruding from both sides of the joint portion has a groove portion facing the groove portion, and the depth dimension of the groove portion is provided smaller than the width dimension of the outer portion in the width direction of the joint surface facing the groove portion. A high-frequency transmissive window structure characterized by being brazed.
前記ろう材は、前記接合面の幅方向外側部と前記接合部の側面との間に、前記接合面の幅方向外側部の端部から前記接合部の側面に向かって徐々に厚みが増すとともに前記接合部の側面全域に接合されるメニスカス部を有する
ことを特徴とする請求項1記載の高周波透過窓構体。 A brazing material provided on the joint surface and brazed to the joint portion is provided.
The thickness of the brazing material gradually increases from the end of the outer side of the joint surface in the width direction to the side surface of the joint between the outer side of the joint surface in the width direction and the side surface of the joint. The high-frequency transmission window structure according to claim 1, further comprising a meniscus portion to be joined over the entire side surface of the joint portion.
前記高周波透過窓の内周の前記接合面がろう付け接合される内導体スリーブと、
前記高周波透過窓の外周の前記接合面がろう付け接合される外導体スリーブと
を具備し、
前記内導体スリーブおよび前記外導体スリーブは、前記高周波透過窓の前記接合面の幅よりも小さい幅に設けられ前記接合面の幅方向中央部がろう付け接合される接合部、およびこの接合部の両側に沿って設けられ前記接合部の両側から突出する前記接合面の幅方向外側部が対向する溝部を有し、前記溝部の深さ寸法が前記溝部に対向する前記接合面の幅方向外側部の幅寸法よりも小さく設けられている
ことを特徴とする高周波入力結合器。 A high-frequency transmission window that is annular and has joint surfaces on the outer and inner circumferences,
An inner conductor sleeve to which the joint surface on the inner circumference of the high-frequency transmission window is brazed and joined,
It is provided with an outer conductor sleeve to which the joint surface on the outer periphery of the high-frequency transmission window is brazed and joined.
The inner conductor sleeve and the outer conductor sleeve are provided at a width smaller than the width of the joint surface of the high-frequency transmission window, and the central portion in the width direction of the joint surface is brazed to be joined, and the joint portion of the joint portion. The widthwise outer portion of the joint surface that is provided along both sides and projects from both sides of the joint portion has a groove portion that faces the widthwise outer portion of the joint surface, and the depth dimension of the groove portion faces the groove portion in the width direction outer portion. A high-frequency input coupler characterized in that it is provided smaller than the width dimension of.
前記ろう材は、前記接合面の幅方向外側部と前記接合部の側面との間に、前記接合面の幅方向外側部の端部から前記接合部の側面に向かって徐々に厚みが増すとともに前記接合部の側面全域に接合されるメニスカス部を有する
ことを特徴とする請求項3記載の高周波入力結合器。 A brazing material provided on the joint surface and brazed to the joint portion is provided.
The brazing material gradually increases in thickness from the end of the outer side of the joint surface in the width direction to the side surface of the joint between the outer side of the joint surface in the width direction and the side surface of the joint. The high-frequency input coupler according to claim 3, further comprising a meniscus portion to be joined over the entire side surface of the joint portion.
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