JPH0542093B2 - - Google Patents

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、クライストロンのようなマイクロ
波電子管の出力部などに適用する誘電体気密窓板
を備える同軸導波管構体に関する。 （従来の技術） クライストロンのようなマイクロ波電子管の出
力部の構造として、出力空胴に同軸導波管が接続
され、その先端に矩形導波管が結合される同軸・
矩形導波管変換器を備えるものがある。そして同
軸導波管構体の先端部に、気密窓と称されるセラ
ミツクス誘電体製の気密窓板が真空気密に設けら
れる。 このような同軸導波管構体を有するビーム直進
形多空胴クライストロンの概略構成例を第７図に
より説明する。クライストロン本体はその一部を
構成する中間共振空胴１１、ドリフト管１２、出
力空胴１３、およびコレクタ部１４が管軸に沿つ
て縦列に配設されている。そして出力空胴１３の
空胴壁の一部には、出力部を構成する同軸導波管
構体１５が気密接続されている。この同軸導波管
構体１５は、内導体１６および外導体１７を有
し、内導体１６には矢印Ｑで示す如く、また外導
体にも図示しないが冷却水が循環させられるよう
になつている。内、外導体はともにその途中から
直径が拡大されて内導体径大部１８および外導体
径大部１９に変換され、これら径大部において両
導体間に誘電体気密窓板２０が真空気密に接合さ
れている。そしてこの誘電体気密密板２０の位置
よりも内方の分割部１８ａ，１９ａで両導体は軸
方向に部品上で分割されており、いずれもこの部
分でアーク溶接などで電気的および真空気密的に
一体結合されてなる。この同軸導波管構体１５の
先端部は、矩形導波管２１に接続される。すなわ
ち外導体径大部１９の先端フランジ部が矩形導波
管２１の幅広面２２の開孔部に接続され、また内
導体径大部１８の先端部１８ｂがドアノブ状拡張
部２３を介して矩形導波管の対向幅広面２４に電
気的および機械的に接続されている。なお出力導
波管の開口フランジ２５は、外部負荷回路に接続
される。 （発明が解決しようとする問題点） とくに超大電力用途のこの種同軸導波管構体
は、誘電体気密窓板の保護のため、前述のように
内外気密接合部および気密窓板の大気側の面を外
部から冷却する構造になつている。なお、誘電体
気密窓板がマルチパクタ放電により破壊されるの
を防止するため、その内面には放電防止用のコー
テイング層が被覆される。このように誘電体気密
窓板を効果的に冷却して安定な動作を維持するよ
うにする必要がある。そのため、誘電体気密窓板
に近接してもう１つ別の誘電体板を間隔をおいて
配置し、その間に冷却風を導入、排出する構造も
知られている。 しかし両誘電体板間に冷却風を導入、排出する
ための通気孔は、できるだけ冷却風が誘電体気密
窓板の面に直接吹付けられるように、この誘電体
気密窓板に近いところに形成するのが普通であ
る。ところが、誘電体気密窓板の内周および外周
には水冷のための環状冷却室が設けられているの
で、そこに通気孔を形成するのは構造がきわめて
複雑化してしまう。この冷却室を避けた位置に通
気孔を設けると、冷却風導入、排出孔が冷却すべ
き誘電体気密窓板の面からなり離れてしまい、冷
却風が誘電体気密窓板の面に直接当たりにくくな
る。またこの冷却風導入、排出孔は、高周波伝送
特性を損うおそれがあり、また高周波の外部漏洩
が生じるおそれもある。 この発明は以上のような不都合を解消し、誘電
体気密密板の面に直接的に冷却風を吹付けうるよ
うに構成された同軸導波管構体を提供することを
目的とする。 ［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は、誘電体気密窓板に気密接合される
内導体および外導体の少なくとも一方の薄肉円筒
に、その導体とともに誘電体気密密板付近の高周
波整合をとるための整合用環状溝を形成する導電
体円筒部が所定間隔をおいて誘電体気密窓板方向
に突出して設けられ、この整合用環状溝の奥の部
分に通気孔が設けられてこれを通して冷却風を送
風できるように構成されてなる同軸導波管構体で
ある。 （作用） この発明によれば、誘電体気密窓板に近接して
設けられた整合用環状溝およびその奥の部分に形
成された通気孔を通して冷却風が案内され、誘電
体気密窓板の大気側の面に確実に吹付けられる。
したがつて薄肉円筒の内周または外周の大気側に
環状の水冷用冷却室を設けても、冷却風の導入又
は排出構造に制約を与えない。そして誘電体気密
窓板の冷却作用が向上するとともに、冷却風導
入、排出用透孔から高周波が漏洩するのを効果的
に抑制することができる。このことはまた、冷却
風導入、排出用透孔を比較的大きい寸法にするこ
とを可能とし、それにより一層冷却風導入量を増
加可能とする。 （実施例） 以下この発明の実施例を図面を参照しながら説
明する。なお同一部分は同一符号であらわす。 この発明をビーム直進形空胴クライストロンに
適用した例を第１図乃至第６図により説明する。 図示しないクライストロン本体の出力空胴に同
軸導波管構体３０が真空気密的に接続される。同
軸導波管構体３０は、その一部に気密窓構体６０
を有する。すなわち内導体３１と、外導体３２の
径大部３３との間に、セラミツクス誘電体からな
る誘電体気密窓板３４が真空気密に接合されてい
る。また誘電体気密窓板３４の大気側における近
傍に、誘電体隔壁円板３５が機械的に嵌合固定さ
れている。内導体の大気側の外方延長部３６は、
薄い導電体板がお椀状に成形されてなるドアノブ
状拡張部３７に電気的に接続されている。このド
アノブ状拡張部３７は、出力矩形導波管３８の一
方の幅広面３９に電気的および機械的に接続され
ている。そして外方延長部３６は内部に矢印Ｐの
如く冷却水を循環できるように構成されている。
外導体３２の径大部３３の先端フランジ４０は、
矩形導波管の他方の幅広面４１に、その開孔部で
接続されている。真空領域側の内導体方延長部３
１ａ、および外導体外方延長部３２ａは、前述の
ように出力空胴に結合されている。そして両導体
は、それぞれの内部に矢印Ｑの如く冷却水を循環
できるように構成されている。このようにしてク
ライストロンの出力部の同軸導波管から矩形導波
管への変換部が構成されている。 次に各部の構造を好ましい組立て順序にしたが
つて説明する。 同軸導波管構体３０を構成する外方延長部３１
ａと外方延長部３２ａは、各々銅製の径大な内導
体有底円筒部４２および内面テーパ状部をもつ外
導体漏斗状部４３、外導体径大部の外側第１整合
用円筒４４を備えている。内導体有底円筒部４２
は、内側第１整合用円筒４５を有するとともに、
内側に３段の凹部４６，４７，４８を有する。そ
して凹部４８には、ステンレス鋼のような機械的
強度の高い材料からなる段付き補強円板４９が嵌
合される。内導体有底円筒部４２はまたその側壁
部に微小通気孔５０、および外周の一部に穿設さ
れた位置決め用の雌ねじ部５１を有している。外
側第１整合用円筒４４は、先端の整合用円筒部５
２を有し、外周には固定用フランジ５３および薄
肉ステンレスからなる気密封着用フランジ５４が
接合されている。固定用フランジ５３には、複数
本の締付け用ボルト５５が挿入される。外導体漏
斗状部４３および外側第１整合用円筒４４と一部
には、位置決め用工具５６を挿入するための透孔
５７が穿設されている。以上の外方延長部の構造
体は、その端部がクライストロンの出力空導に一
体的に固着されている。 一方、誘電体気密窓板３４を有する気密窓構体
６０は、これとは別に次のようにして組立てられ
る。すなわちセラミツクスからなる誘電体気密窓
板３４の外周面に薄肉円筒６１が気密接合され、
その外周に環状の水冷用冷却室６２を形成する冷
却ジヤケツト用円筒体６３が接合されている。水
冷用冷却室６２には、外部から矢印Ｒの如く冷却
水を導入、排出できるようになつている。また冷
却ジヤケツト用円筒体６３の大気側端部には、複
数個の微小通気孔６４が放射状に形成され、また
真空側の端部外周には薄肉のステンレスからなる
気密封着用フランジ６５が接合されている。なお
冷却ジヤケツト用円筒体６３の上端面には、複数
個の雌ねじ孔６３ａが形成されており、また外周
に固定用リング６３ｂが嵌合され膨出部６３ｃに
係止されるようになつている。誘電体気密窓板３
４の中央孔の内周面には、内導体の薄肉円筒６６
が気密ろう接され、その内周に同様に環状の水冷
用冷却室６７を形成するように内導体接続用リン
グ６８および内側円筒６９が固定されている。内
導体接続用リング６８は、部品状態で前述の内導
体有底円筒部４２の段部内周壁４７ａの内径寸法
Daよりもわずか大きい外周径Dbを有する。また
これは、中心部に雌ねじ孔７０を有するととも
に、その開口が銅製の薄肉気密隔壁板７１により
真空気密に閉塞されている。こうして内導体接続
用リング６８は、誘電体気密窓板に封着される内
導体部の気密閉塞部を構成している。これにより
気密窓構体６０は、その外導体部の内側領域が誘
電体気密窓板３４、および気密閉塞部を備える内
導体接続用リング６８により真空気密に閉塞され
ている。内側円筒６９には、水冷用冷却室６７に
冷却水を循環させるための複数組の透光７２，７
３が冷却室両端部に対応して放射状に形成されて
いる。またこの内側円筒６９の上端部には、整合
用円筒部７４を有する銅製内側第２整合用円筒部
材７５が接続されている。その整合用円筒７４
は、薄肉円筒６６を所定間隔をおいてとりまき、
先端部が気密窓板の近傍まで延長されている。さ
らにその底部には軸方向に平行な複数個の通気孔
７６が形成されている。なお誘電体気密窓板３４
の内面には、マルチパクタ防止用のコーテイング
層（図示せず）が被着されている。前述のように
この気密窓構体６０はそれ単体で組立てられる。
このように、内、外導体間に気密接合される誘電
体気密窓板の部分を含む気密窓構体６０をそれ単
体で管本体とは独立に組立て得るので、それらの
気密接合部をきわめて信頼性の高い接合構造とす
ることが容易にできる。とくに誘電体気密窓板の
内、外周面の気密接合部の形成、及びマルチパク
タ防止用コーテイング層の被着をきわめて信頼性
あるものとすることが容易にできる。 さて、このように用意した気密窓構体６０を、
出力空胴から延長された内外導体延長部の端部に
次のようにして結合する。すなわち、まず内導体
有底円筒部４２に局部加熱できる小型の電熱炉７
７を被せ、この内導体有底円筒部４２を局部的に
加熱する。なお、内導体および外導体の同心位置
を正確に保つため、位置決め用治具５６を両者間
にねじ込んでおく。そして内導体有底円筒部４２
が所定温度を達し熱膨張している状態で速やかに
電熱炉を除去するとともに気密窓構体６０をそれ
らに合致させ、その内導体接続用リング６８の先
端部を熱膨脹している内導体有底円筒部４２の段
部内周壁４７ａ内に挿入又は圧入する。その後室
温まで冷却すると、内導体接続用リング６８およ
び内導体有底円筒部４２は相互に焼嵌めによる密
嵌合状態で機械的および電気的に結合される。こ
の焼嵌め密嵌合による焼嵌め結合部を符号１０で
あらわしている。 この状態で、外導体側の両封着用フランジ５
４，６５は合掌構造に合致するので、アーク溶接
によりそれらの全周を気密溶接する。また固定用
フランジ５３，６３ｂを、ボルト５５により締付
け固定する。こうして外導体３２の径大部３３は
相互に真空気密に且つ外導体３２の外側第１整合
用円筒４４および冷却ジヤケツト用円筒体６３が
電気的に圧接接続される。両者の結合が終了した
後、位置決め用治具５６を抜取り、透孔５７を密
封部材７８により真空気密に密封する。 このように組立てることにより、誘電体気密窓
板３４に接合されている内導体の薄肉円筒６６の
外周には、所定のわずかな間隔をおいて内側第１
整合用円筒４５が位置する。この内側第１整合用
円筒４５、これに誘電体気密窓板を挟んで近接対
向する大気側の第２整合用円筒７４、および薄肉
円筒６６を含む導電体壁は、後述する外導体側整
合用環状溝とともに誘電体気密窓板の付近でのイ
ンピーダンスの不連続をなくして電磁波反射が生
じないように、高周波整合を得るための整合用環
状溝Ｃを構成している。近接対向する両整合用円
筒４５，７４はまた、薄肉円筒６６と誘電体気密
窓板３４との気密ろう接部を高周波電磁界から遮
蔽する作用もする。誘電体気密窓板３４と薄肉円
筒６６との気密ろう接部は略この整合用環状溝Ｃ
の内部に位置し、これには高周波電流がほとんど
流れず接合部が保護される。また焼嵌めにより接
続された焼嵌め結合部１０も整合用環状溝Ｃの奥
の部分に位置するのでここに高周波電流が流れ
ず、機械的および電気的な接合の信頼性が高く維
持される。このようにして両者は、内導体が焼嵌
めにより、また外導体がその後の溶接により相互
に一体結合される。 次に、冷却ジヤケツト用円筒体６３の上に、外
側第２整合用円筒７９をもち外導体部の一部を構
成する隔壁板保持用リング８０を、固定ボルト８
１を雌ねじ孔６３ａに螺合することにより接続固
定する。そしてこの隔壁板保持用リング８０の内
側段部８０ａ、および内導体側の内側第２整合用
円筒部材７５の段部７５ａに、テフロン（商品
名）のような高周波損失の少ない誘電体材料から
なる誘電体隔壁円板３５の中央孔３５ａを嵌合す
る。この誘電体隔壁円板３５は、冷却風の逃げを
抑えて誘電体気密窓板３４の大気側の全面に冷却
風がくまなく確実に当るようにするとともに、内
導体および外導体の機械的保持強度を高めるもの
である。そしてこの誘電体隔壁円板３５の面に
は、高周波耐電圧を向上するための円周溝８２が
同軸状に複数本形成され、また一部に気密窓板監
視用の比較的小さい透孔８３が穿設されている。
各整合用円筒７９および５２、薄肉円筒６１は、
前述と同様に誘電体気密窓板付近での高周波整合
を得るための整合用環状溝Ｃを構成している。ま
た近接対向する両整合用円筒７９，５２、同様に
薄肉円筒６１と誘電体気密窓板３４との気密ろう
接部を高周波電磁界から遮蔽する作用をする。そ
れにより薄肉円筒６１や外導体の外接触部は、こ
の整合用環状溝Ｃの内部に位置するのでそこには
高周波電流がほとんど流れず、各接合部の高い信
頼性が保たれる。 さらに、内側第２整合用円筒部材７５の上に、
冷却水および冷却風を案内する冷媒ガイド部材８
４をＯリング８５を介して接続する。この冷媒ガ
イド部材８４は、略円筒状をなし、軸方向に平行
に４個の冷却風通路用の通気孔８４ａが、またそ
れから円周方向にずれた位置に放射状に４個の冷
却水通路用透孔８４ｂが、それぞれ交互に穿設さ
れている。なおこの冷媒ガイド部材８４には内導
体の外方延長部３６を構成するシリンダ８６、お
よびその内側の冷媒通路用隔壁シリンダ８７がろ
う接されている。これらシリンダには、上端フラ
ンジ８８，８９が接合されている。上端フランジ
８８には、ドアノブ状拡張部３７がボルト９０に
より接続固定される。さらに中空内導体部の内側
に、冷却水案内用のパイプ９１ａ，９１ｂを内側
円筒６９の中心透孔内まで挿入し液密に固定す
る。フランジ８９には冷却風送風用のパイプ９２
ａが、また内側案内用パイプ９１ａには冷却水導
入用ホース９２ｂが、さらにフランジ８９には排
水用ホース９２ｃが接続され、導波管外に延長さ
れている。なおこれらは支柱９３により支持板９
４に機械的に保持固定されている。 こうして動作に際しては、冷却水が矢印Ｐの如
く、冷却水導入用ホース９２ｂから内側案内用パ
イプ９１ａ，９１ｂを通り、内側円筒６９に形成
された一方の透孔７２を経て内導体の水冷用冷却
室６７に導入される。そして他方の透孔７３から
パイプの外周を通り、冷媒ガイド部材８４の放射
状透孔８４ｂを経て両シリンダ８６，８７間を通
つて排水用ホース９２ｃから排水される。こうし
て冷却水が内導体の各部を循環して冷却できるよ
うになつている。 また冷却風は点線矢印Ｓの如く、送風用パイプ
９２ａからパイプ９１ａとシリンダ８７との間の
空間を通し、ガイド部材８４に形成された軸方向
に沿う通気孔８４ａを経て内導体の第２整合用円
筒部材７５に形成された通気孔７６から整合用環
状溝Ｃを通して誘電体気密窓板３４の大気側面に
吹付けられる。また冷却風は誘電体気密板３４と
誘電体隔壁円板３５で区画された空洞Ｔにより外
部への逃げがほぼ抑制され、誘電体気密窓板の面
に沿つて外導体側に進行する。そして外導体側の
整合用環状溝を通り、その奥の部分に形成された
通気孔６４から外部に排出される。このようにし
て内導体側の整合用環状溝Ｃの奥の部分に形成さ
れた通気孔から、この環状溝Ｃを通して冷却風を
誘電体気密窓板３４の大気側の面に吹付けられる
ように構成されている。 内導体部および外導体部に形成されたこれら通
気孔７６，６４は、いずれも寸法が高周波に対し
て遮断寸法になつているのみならず、整合用環状
溝の内部に位置しているので、前述と同様にこれ
ら通気孔からの高周波外部漏洩が確実に抑止され
る。またこれら通気孔は内外導体の水冷用冷却室
６２，６７を必然的に避けた位置に形成されるの
で、冷却室の構成を何ら妨げない。上述した実施
例のように、冷却風を内導体側の通気孔および環
状溝を通して誘電体気密窓板の内周付近に最初に
吹付けるように導入すると、誘電体気密窓板の内
導体近傍が相対的に高周波電界が高くこの付近が
とくに温度上昇しやすいが、それを有効に冷却す
ることができる。 なお、冷却風を外導体側の通気孔から導入し、
内導体側の通気孔から排出するようにしても十分
実用性がある。 なおまた、内導体および外導体の整合用環状溝
Ｃ、水冷用冷却室６２，６７、通気孔７６，６４
は、内外いずれか少なくとも一方に形成されてい
てもよい。すなわち、少なくとも内外導体の薄肉
円筒の大気側に水冷用の冷却室を形成した方に、
整合用環状溝を構成するとともにその奥の部分に
冷却風の導入又は排出用の通気孔を設ける。水冷
用冷却室を設けない方の導体側では、通気孔を誘
電体気密窓板の近傍または気密窓板から幾分離れ
た位置の導体壁に形成すればよい。その場合、通
気孔は高周波遮断寸法にする。 外導体側において、隔壁板保持用リング８０に
導電体製Ｏリング９５を介してフランジ４０がボ
ルト９６により接続固定され、このフランジ４０
は矩形導波管３８に一体固定されている。矩形導
波管３８には、外部負荷回路に接続するための接
続フランジ９７が設けられている。 また、ドアノブ状拡張部３７の一部には、高周
波遮断寸法の透孔９８が設けられている。それに
よりこの透孔９８および誘電体隔壁円板３５に形
成した小透孔８３を通して誘電体気密密板３４の
温度あるいはこの付近での高周波アーク放電の有
無を検出することができる。その目的のため、温
度あるいはアーク検出用などのセンサ装置９９
が、ドアノブ状拡張部３７を構成する薄肉導体板
の内側空間Ｕ内に収納されている。勿論センサ装
置は導波管の外部に設けてもよく、あるいは監視
する必要がある場合のみ装着して使用してもよ
い。 なお、この発明は、同軸導波管と矩形導波管と
の高周波結合部に適用できるのみならず、要する
に内導体、外導体および気密窓構体を備える各種
同軸導波管構造に広く適用することがきる。 ［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、誘電体
気密窓板に近接する整合用環状溝の奥の部分に形
成された通気孔を通して冷却風が導入又は排出さ
れるようになつているため、冷却風が確実に誘電
体気密窓板の面に吹付けられる。したがつて誘電
体気密窓板の冷却作用が向上するとともに、冷却
風導入、排出用透孔から高周波が漏洩するのを効
果的に抑制することができる。また内外導体の少
なくとも一方に誘電体気密窓板の水冷用冷却室を
設けることが何ら妨げられない。それにより比較
的簡略な構造で気密窓板の水冷および空冷を行な
うように構成することができる。そしてこの発明
はとくに例えば1MW以上というような大きな連
続波伝送用の同軸導波管構体に好適する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す縦断面図、第
２図はその要部の分解断面図、第３図はその要部
部品の上面図、第４図は同様に要部部品の横断面
図、第５図は同じく要部部品の斜視図、第６図は
この発明の要部拡大断面図、第７図は従来構造を
説明する概略図である。 ３０……同軸導波管構体、３１……内導体、３
２……外導体、３４……誘電体気密窓板、３５…
…誘電体隔壁円板、６０……気密窓構体、６２，
６７……水冷用冷却室、Ｃ……整合用環状溝、７
４，７９……整合用円筒、６４，７６，８４ａ…
…通気孔、Ｓ……冷却風の流れ方向。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 同軸線路を構成する内導体および外導体の軸
   方向の途中に相対向して一対の薄肉円筒がそれぞ
   れ設けられ、これら薄肉円筒の間に誘電体気密窓
   板が真空気密に封着され、且つ上記誘電体気密窓
   板の大気に接する面に冷却風を吹付けるように構
   成されてなる同軸導波管構体において、 上記内導体および外導体の少なくとも一方の上
   記薄肉円筒の大気に接する部分の近傍に所定間隔
   をおいて整合用環状溝を形成する導電体円筒が同
   軸的に設けられ、 上記導電体円筒は、その一端部が上記誘電体気
   密窓板の近傍まで延長して設けられ、他端部が該
   導電体円筒に近接している上記内導体または外導
   体に接合され、且つ上記導電体円筒の他端部が接
   合された位置近傍の上記内導体または外導体に、
   上記整合用環状溝に通じる冷却風通路用の通気孔
   が形成されてなることを特徴とする同軸導波管構
   体。 ２ 誘電体気密窓板に対し間隔をおいて大気側に
   誘電体隔壁円板が内導体および外導体の間に置か
   れ、これら誘電体気密窓板および誘電体隔壁円板
   の間に導電体円筒が設けられてなる特許請求の範
   囲第１項記載の同軸導波管構体。