JPH04117703A - 導波管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は核融合炉装置のプラズマ加熱用高周波加熱装置
のような、低域混成波帯高周波加熱装置の導波管の製造
方法に関する。

（従来の技術） 例えば核融合炉装置におけるプラズマ加熱は、加熱方法
としてプラズマ中に電流を通して加熱するジュール加熱
に加えて、第２段加熱方法として中性粒子を入射して加
熱する方法や、高周波の電磁波を入射して加熱する高周
波加熱方法等がある。

高周波加熱方法は高周波電磁波のエネルギをプラズマに
吸収させて加熱する方法で、使用する周波数によって各
種の方式があり、その一つに低域混成波帯高周波加熱法
がある。その低域混成波帯高周波加熱装置の系統図の一
例を第９図に示す。

低域混成波帯高周波加熱装置はクライストロンのように
高出力の電磁波を発生させ、更に増幅させる高周波発振
器■と、この高周波発振器■で発生させた電磁波を核融
合炉装置■まで伝送する高周波伝送系■及び、伝送系（
３）の端末から電磁波をプラズマ（イ）に放出する高周
波結合系（ハ）を結合容器（５ａ）内でまとめて構成し
ている。高周波結合系■は核融合炉装置■のボート（２
ａ）から挿入されるので、寸法的制約を受けるものであ
る。

第１０図に高周波結合系■の構成を示す。

■は矩形断面を有する導波管であり１通常、複数個の導
波管■を格子状に配列して束にし、その全体を導波管束
■と称する２ 電磁波はこの各々の導波管０の中を伝送され、プラズマ
に）に放出される９又導波管束■を納めた導波管束容Ｓ
（へ）によって全体が覆われている。導波管束容器（ハ
）又は導波管束■には導波管０を加熱、冷却する為の媒
体の通路■が設けられ、この通路■の中に加熱、冷却用
媒体のガス等を冷却管（９ａ）を介して流せるようにし
ている。

高周波結合系■を構成する導波管■はプラズマ側先端部
は、導波管■の矩形断面の幅を狭く、又矩形の寸法精度
を良くすることで電磁波をプラズマに）中に効率良く入
射出来る為、寸法精度の要求と、導波管０の断面の幅を
ますます狭くする要求とが大になる傾向にある。

又、核融合条件をより満足するように電磁波をプラズマ
に）中に入射する為には、電磁波出力を大きくする必要
があり、これに伴って高周波損失も増えている。この場
合、プラズマ（イ）中からのふく射熱、高周波損失によ
る熱が導波管０に入ってくることを考えると、導波管０
の冷却が問題となってくる。

通常、導波管■は主にステンレス鋼で作られている。ス
テンレス鋼は銅等と比べると熱伝導率が低く、限られた
時間内に十分な冷却を行う為には。

冷却構造及び冷却方法が問題となる。冷却効果が低い場
合、又、冷却バランスがわるい場合には。

導波管０は熱応力等の影響を受け、導波管■自体の機械
的強度が問題となる。

一般に導波管■の内部は真空領域であり、導波管０．導
波管束■外部が大気領域である場合には導波管束容器（
８）内に冷却媒体を流して冷却する。

この時、導波管■、導波管束■においては、各々の内外
との間には真空リークがあってはならない。

又、導波管■、導波管束■内外共、真空領域にある場合
は導波管■、導波管束■の各々の内外間では真空リーク
があっても良いが、冷却媒体が洩れないような、冷却構
造が必要となる。導波管の製造面から見ると、従来一般
に製缶溶接法、ロー付法、固相拡散接合法等がある。

特に最近では低減混成波帯導波管束を効率良く冷却する
と共に、高周波損失が少なく、簡単な構造にして電磁力
に耐え得る機械的強度を確保でき、それによって高出力
、高効率でプラズマ加熱が可能な高周波加熱装置用とし
ての導波管０の構成は第１１図に示すようにしている。

すなわち、矩形断面導波管の長辺側部材（１１）として
銅等の高導電率材料を使用し、また、短辺側部材（Ｉ２
）としてステンレス鋼等の低導電率材料を使用し、長辺
側部材（１１）、　（１１）間に、短辺側部材（１２）
を挟んだ接合部を固相拡散接合して導波管を構成するも
のである。

短辺側部材（１２）の電磁波通路となる表層に高周波電
流を流し易くする為に、高導電率材料からなる薄膜（１
４）を形成する。この薄膜（１４）としては銅箔や銀箔
を圧着し、クラッド材を形成する方法あるいは銅メッキ
や銀メッキ等で形成する方法がある。

第１２図は複数個の導波管を、横一列に束にし、一体化
接合した場合の従来の一例を示す。

（発明が解決しようとする課題） 核融合炉用の導波管として製造方法の面からみると、製
缶溶接法は最も一般的な製造方法であるが、形状９寸法
精度上からみると、満足するには程遠い製造方法である
。又、固相拡散接合法は接合条件として接合材料により
適性値は異なるが、温度は６００〜９００℃、加圧力は
０．５〜５ｋｇｆ／■２、時間は１０〜１２０分、雰囲
気はアルゴンのような非活成ガス又はＩ　Ｘ　１０−’
Ｔｏｒｒ以下の真空が必要である。更に各々接合部材の
接合面の面粗度を十分確保して、要求される所定の厳し
い寸法並びに、接合面における真空特性を確保するよう
な製作は困難である。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的
は低域混成波帯高周波加熱用導波管（束にしたものも含
む）を製造性が経済的で、真空リークのない高真空特性
を有し、それに伴い、効率良い冷却ができ、高周波損失
が少なく、又、十分な接合性から電磁力に耐え得る機械
的強度を確保し、高出力、高効率でプラズマ加熱が可能
な高周波加熱装置の導波管の製造方法を捉供することに
ある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために１本発明においては、矩形断
面の導波管の製造方法において、短辺側部材と長辺側部
材として例えばステンレス鋼のような低導電率の高強度
材料に例えば銅のような高熱伝導率で高導電率の低強度
材料を圧着させるか又はメッキしてなるクラッド材を用
い、高導電率の材料を内側にして長辺側部材で短辺側部
材を挾み、接合部に接合母材より低融点の共晶反応を持
った拡散増進材を介在させて液相拡散接合する。

（作　用） このような構成の導波管にあっては、長辺側部材、短辺
側部材共、高導電率材料と低導電率材料のクラッド材又
は長辺側部材、短辺側部材共低導電率の材料表面に高導
電率材料のメッキを施した材料を使用し、接合部両者の
間に拡散増進材として、チタン等の箔を介して接合する
ことで接合性が高まり、従来の製造方法より優れた導波
管を得る作用があるので、これを以下に示す。

■　機械的強度を低導電率の材料で確保し、高導電率材
料で熱的効率を上げる。

■　接合面側に高導電率材料を配置し、拡散増進材の厚
さを接合面の各面粗度の凹部を埋める程度のものにして
接合部に配置することで、拡散接合性を良くする。これ
は得られた導波管の機械的強度、真空特性を良くする。

■　拡散増進材として低導電率の材料を使用すれば、元
々短辺側部材に低導電率の材料を用いてプラズマ消滅時
に誘起される渦電流を小さくしているが、その作用を損
うことがない。

（イ）拡散増進材を使用することは、通常、液相拡散接
合と称し、拡散増進材を使用しない固相拡散接合と作用
を異にしている。本液相拡散接合の場合、加圧力が数１
０ｇｊ’／ｃ＊ｌと非常に小さくて済むので接合設備と
しても汎用的である。

０　接合時の加圧力が小さくて済む為、形状。

寸法の精度向上が望める。

０　液相拡散接合の場合の接合面の面粗度は固相拡散接
合の場合に比較すると、同相拡散接合では非常に凹凸の
小さい超仕上面が必要なのに対し、一般的な加工による
面粗度でよい為１部品加工が経済的である。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

実施例１ 第１図および第２図は本発明による高周波加熱装置の導
波管の製造方法の第１の実施例の一工程の状態を示すも
のである。尚第１図、第２図のみならず、以下の図面に
おいて短辺側部材（１２）および薄膜（１４）に斜線を
施したが、これは区別を明確にしたもので、断面表示で
はない。

第１図、第２図に示すように矩形断面を有する導波管■
の長辺側部材（１１）としては、内側が銅等のように熱
伝導率が高く高導電率の材料（ｌｌｂ）と、外側がステ
ンレス鋼等の高強度で低導電率材料（ｌｌａ）のクラッ
ド材を使用する。　また、短辺側部材（１２）としては
ステンレス鋼等の低導電率材料を使用し、その導波管内
面側および面長辺側部材（１１）と接合する面に高導電
率材料の薄膜（１４）を配してクラッド材化する。この
短辺側部材（１２）を長辺側部材（１１）で挾み、短辺
側部材（１２）と長辺側部材（１１）の接合部（１３）
に接合母材より低融点の共晶反応を持った例えばチタン
箔のような拡散増進材（１５）を挿入し、部材相互の接
合部（１３）を液相拡散接合して導波管０を構成するも
のである。

低導電率材料と高導電率材料のクラッド材は低導電率材
料に高導電率材料のメッキを施して形成してもよい、ま
た、拡散増進材（１５）はチタン箔のほかに金、銀、ニ
ッケル等の箔でもよい。

次に本実施例１の作用を説明する。

本実施例１によれば、矩形断面を有する導波管■は長辺
側部材（１１）の内面側が熱伝導率が高く、熱通過量の
多い高導電率材であることから冷却効率を高めることが
でき、しかも、高周波発生時のジュール熱による損失を
減少することができる。

そして、導波管■はステンレス鋼のような高強度の材料
にてクラッド材にしたので１機械的強度を確保できる。

また、上記導波管０の短辺側部材（１２）が低導電率材
料であり、しかも電磁波通路となる表面層に高導電率材
料からなる薄！１ｊ（１４）が形成されていることから
高周波電流が流れ易くなる。

更に、長辺側部材（１１）と短辺側部材（１２）の両者
を液相拡散接合し、接合が十分なされた導波管を構成し
ているので、接合部の真空特性はもとより、液相拡散接
合は接合時の加圧力も小さく、製缶溶接により構成され
る導波管によりはるかに形状。

寸法精度が良い導波管が得られる。従って高出力。

高効率でプラズマ加熱が可能な高周波加熱装置の導波管
を製造できる。

実施例２ 次に第３図を参照して第２の実施例を説明する。

これは実施例１の導波管０を複数個用い、横一列に配置
して、導波管束■を形成したものである。

隣接する導波管■の長辺側部材（１１）はステンレス鋼
（ｌｌａ）の両面に銅（１１）を固相拡散接合したもの
を用い、隣接する導波管■に共用し、実施例１と同様に
一体に接合することにより、全体として導波管束■を形
成する。

このようにすると、隣接する導波管の長辺側部材（１１
）は低導電率材料を高熱伝導率、高導電率材料で両側か
ら挾んだ三層のクラッド材であり、接合性、電磁波通過
性を良くする構造となる。従って、実施例１と同様で、
かつ束にした大容量の導波管を、より経済的に製造でき
る。

実施例３ 第４図に示す第３の実施例は、実施例２として第３図の
ように構成された導波管束■を上、下２段に重ねた場合
の構成例を示している。更に製造設備の許す限り多段重
ねも可能である。

又、この複数段重ねの際、短辺側部材（１２）を上下に
隣り合う導波管に共通にすることが畠来ることは勿論で
ある。そして第４図に示すようにプラズマ消滅時に誘起
される渦電流Ｉが小さく、磁場ＢＴによって作用する電
磁力Ｆも小さくなるので。

特に支持構造物を採用しなくても、十分、電磁力に耐え
得る機械的強度を確保できるほか、実施例１と同様な作
用効果が得られる。

実施例４ 第５図に示す第４の実施例は、第１図および第２図に示
した実施例１の導波管を構成する短辺側部材（１２）に
電磁波通路と同じ方向に冷却溝（１６）を設け、実施例
１と同様にして長辺側部材（１１）と短辺側部材（１２
）を液相拡散接合をする際に冷却孔（１７）として残る
ようにする。

このような構成とすれば、冷却媒体をこの冷却孔（１７
）に直接流すことにより、冷却効果を高めることができ
るため、高出力用としての導波管となる他実絶倒１と同
様な作用効果が得られる。

実施例５ 上記実施例４では短辺側部材（１２）の電磁波伝送方向
に冷却孔（１７）を設けた場合について述べたが、第５
の実施例として、第６図のように短辺側部材（１２）、
長辺側部材（１１）共に電磁波伝送方向と直交する方向
に冷却孔（１７）を設けても良い。

このようにしても実施例４と同様な作用効果が得られる
。

実施例６ 製造方法に関して１本発明による液相拡散接合法によれ
ば、接合に必要な加圧力は数１０ｇｆ／ｃｄと非常に小
さなもので済むことからプレス等の設備的な特異性がな
く、被接合体の自重にプラスわずかな荷重を加えること
で十分な成形が行える。

これを第６の実施例として第７図を参照して説明する６ 短辺側部材（１２）を両側から拡散増進材（１５）を介
して長辺側部材（１１）で挟んで、長辺側部材（１１）
をボルト（１８）で締め込み組立てた状態でアルゴン雰
囲気炉のような非活性雰囲気炉、又は真空炉に入れて所
定の温度２時間を掛けることで良い。ボルト（１８）の
本数は接合面積に対応させた数量を用いる。又、ボルト
（１８）で固定して組立てる為に短辺側部材（１２）、
長辺側部材（１１）の各々の配置関係が精度良く保たれ
、加えて大きな加圧力を必要としない為に１組立てた状
態の寸法精度を液相拡散接合を行った後でも維持するこ
とができる。

実施例７ 第８図に示す第７の実施例は、実施例６のようにボルト
（１８）等で各部材の位置決め固定を行ったものを上板
（１９）　、下板（２０）で挟み、スタッドボルト（２
１）で締め込み、所定の荷重を与えて非活性雰囲気炉又
は真空炉に入れて液相拡散接合を行い導波管束■を形成
する。

このようにしても実施例６と同様な作用効果が得ら九る
。

尚１本発明で冷却溝（１６）　、冷却孔（１７）という
ように冷却と表現しているところは、加熱する場合もあ
るので加熱と置き換えて表現することができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、製造性が経済的で、真空
リークのない高真空特性を有し、それに伴い、効率良い
冷却ができ、高周波損失が少なく、又、十分な接合性か
ら電磁力に耐え得る機械的強度を確保し、高出力、高効
率でプラズマ加熱が可能な高周波加熱装置の導波管の製
造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法の第１の実施例によって製造途中
における導波管の要部を示す斜視図。 第２図は第１図のＡ部を拡大して示す立面図、第３図は
第２の実施例として第１図の導波管を横並びに束ねた導
波管束の要部を示す斜視図、第４図は第３の実施例とし
て第１図の導波管を縦横共に並べて束ねた導波管束の要
部を示す斜視図、第５図および第６図は第４および第５
の実施例の導波管束を示す斜視図、第７図は第６の実施
例として導波管を束ねる状態を示す要部斜視図、第８図
は第７の実施例として導波管を束ねて加圧する状態を示
す立面図、第９図は従来および本発明の方法で製造した
導波管を用いる高周波加熱装置の構成の一例を示す系統
図、第１０図は第９図における高周波結合系の要部を示
す断面図、第１１図は従来の導波管の構成を示す要部斜
視図、第１２図は第１１図の導波管を横並びに束ねた導
波管束を示す斜視図である。 ６・・・導波管、　　　　ｌｌａ・・ステンレス鋼。 １１、ｂ・・・銅。 １１・・・長辺側部材、 １２・・短辺側部材、 １３・・・接合部、 １５・・・拡散増進材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　矩形断面の導波管の製造方法において、短辺側部材と
   長辺側部材として例えばステンレス鋼のような低導電率
   の高強度材料に例えば銅のような高熱伝導率で高導電率
   の低強度材料を圧着させるか又はメッキしてなるクラッ
   ド材を用い、高導電率の材料を内側にして長辺側部材で
   短辺側部材を挟み、接合部に接合母材より低融点の共晶
   反応を持った拡散増進材を介在させて液相拡散接合する
   ことを特徴とした導波管の製造方法。