JPH0570894B2 - - 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およびその製造方法に関
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場合がある。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
空胴壁と一部には、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が真空密接に接合さ
れている。そしてこの気密窓板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、誘電体気密窓板の内外気密接合部の保護のた
め、前述のように気密接合部を外部から冷却する
構造になつている。また、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、その内面に放電防止用のコーテイング層を被
覆する。このため、同軸導波管構体の組立てにあ
たつては、気密窓板に接合される内外導体部分
と、その他の例えば出力空胴に接続される外方延
長部とを分離し別々に製作しておき、ほぼ最終段
階でそれらを一体的に結合する構成をとる必要が
ある。従来は、この内導体、外導体のいずれも前
述のように溶接により一体接合している。 しかし、内導体および外導体とも、高周波電流
が流れる部分に溶接箇所があると、この溶接部に
不所望な発熱が生じやすい。そこでこの溶接部を
銅などの導電度のよい金属材料で構成することも
考えられるが、材料の性質から溶接の信頼性が劣
る不都合がある。またとくに内導体を誘電体気密
窓板よりも真空領域側で溶接することは、外導体
の存在が障害になるため困難である。このように
同軸導波管の内外導体の一体化結合部の信頼性が
十分得にくいという問題がある。 この発明は以上のような不都合を解消し、一体
化結合部の電気的および機械的な接合信頼性が高
く、且つ比較的組立てが容易な誘電体気密窓板を
備える同軸導波管構体、およ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］ （問題点を解決するための手段） この発明は、気密窓構体の内導体部が一部に気
密閉塞部を有し、この内導体部が内導体外方延長
部に密嵌合状態で電気的および機械的に接合さ
れ、また気密窓構体の外導体部が外導体外方延長
部に気密溶接されてなる同軸導波管構体である。 またその製造方法の特徴は、予め内導体および
外導体の間に誘電体気密窓板を真空気密に封着し
ておき、この気密窓板に封着してある内導体部と
内導体外方延長部とを焼嵌め（又は冷却嵌め）に
より電気的および機械的に結合し、その後気密窓
構体の外導体部と外導体外方延長部とを溶接によ
り気密接合する同軸導波管構体の製造方法であ
る。 （作用） この発明によれば、内導体が焼嵌めなど機械的
な密嵌合状態で一体結合されているので、導電度
のよい金属材料同士を使つて接合でき、したがつ
てこの部分に高周波損失がほとんど生じない。な
おこの密嵌合による接合部を高周波整合用環状溝
の内部に位置させれば、結合部に高周波電流がほ
とんど流れず、電気的および機械的な接合の高信
頼性が得られる。また溶接による気密接合部は外
導体外周の１箇所でよく、全体の製作が容易であ
り且つ接合の信頼性が向上する。 （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わらす。 この発明をビーム直進形多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出
力同軸導波管構体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
からなる気密窓板３４が真空気密に接合されてい
る。また気密窓板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
板が椀状に成形されてないドアノブ状拡張部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３
９に電気的および機械的に接続されている。そし
て内導体延長部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外方延長部３１ａ、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を構成する内外導体外方延
長部３１，３２は、ともに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整合用円筒部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
て底部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５２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、複数本の後述する
締付け用ボルト５５が挿入される。外導体漏斗状
部４３および円筒４４の一部には、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。以上の内外導体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胴に一体的に固着
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の外周面に外導体側の薄肉円筒６１が気密
接合され、その外周に水冷用環状冷却室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。環状冷却室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３４の中央孔の内周面には、
薄肉円筒６６が気密ろう接され、その内周に同様
に水冷用の環状冷却室６７を形成するように銅製
の略円筒状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６
８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有してい
る。なお薄肉気密閉塞板を用いることなく内導体
接続用リング６８そのものを有底円筒体で形成
し、その底部自体を気密閉塞部として機能させれ
ばよい。 このようにして気密窓構体６０は、それ自体で
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、内導体側薄肉円筒６６の外周大気側の環状冷
却室６７に冷却水を循環させるための複数組の透
孔７２，７３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、内側整合用円筒部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
合用円筒部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
買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各端部
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
７７を被せ、この円筒部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
位置合わせしておく。そして円筒部４２が所定温
度に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
膨張している円筒部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、
内導体の接続用リング６８および円筒部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。この焼嵌めによる密嵌合結合部
を符号１０であわしている。 そして固定用フランジ５３，６３ｂを、ボルト
５５により締付け固定する。この状態で、外導体
側の両封着用フランジ５４，６５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。こうして外導体径大部３３は相互に
真空気密に且つ外導体の円筒４４および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
整合用円筒部４５が位置する。この内側第１整合
用円筒部４５、これに気密窓板を挟んで近接対向
する大気側の第２整合用円筒部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
筒部４５，７４はまた、薄肉円筒６６と気密窓板
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。気密窓板３４と薄肉円筒６６との
気密ろう接部は略この環状溝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結合部１
０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整合用円筒部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
８１を雌ねじ孔６３ａに螺合することにより接続
固定する。そしてこのリング８０の内側段部８０
ａ、および内導体側の内側第２整合用円筒部材７
５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隔壁円板
３５の中央孔３５ａを嵌合する。この隔壁円板３
５は、後述する冷却風の逃げを抑えて気密窓板３
４の大気側の全面に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。各外側整合用円筒部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部７
９，５２、同様に薄肉円筒６１と気密窓板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。それにより外側薄肉円筒６１や外導体の
各接触部は、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個の冷却風通路用透孔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、円筒６
９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９２ａ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がそれぞれ接続され、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の如く内側第２整合用部材の内
側奥に形成されている大気側通気孔７６から内側
整合用環状溝Ｃを通して誘電体気密窓板３４の面
に吹付けられるように導入される。そして気密窓
板３４と隔壁円板３５とで区画される空間Ｔによ
り冷却風の流れが放射方向に規制され、外側第２
整合用円筒７９の整合用環状溝Ｃを経てその奥の
外側円筒に形成された通気孔６４から外部に排出
される。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、内外
整合用環状溝Ｃ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。 外導体側においては、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４
０は矩形導波管３８に一体固定されている。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、ドアノブ状拡張部の一部には、高周波遮
断寸法の小透孔９８が設けられている。それによ
りこの小透孔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窓板３４の
温度あるいはこの付近での高周波アーク放電の有
無等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、ドアノブ状拡張部を構成する薄肉導体板の内
側椀状空間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、内導体部相互の密嵌合結合部１０は、焼
嵌めに限らず冷却嵌めによることもできる。すな
わち相互結合する各内導体部のうち、外側になる
方を加熱するか、または内側になる方を冷却し、
若しくはこれらを組合わせて実施することができ
ることは勿論である。 以上説明したこの発明の実施例によれば、内導
体が焼嵌めなど機械的な密嵌合状態で一体結合さ
れているので、銅のような高周波導電度のよい金
属材料同士を直接接合でき、したがつて高周波損
失がほとんど生じない。またこの密嵌合による接
合部を整合用環状溝の内部に設ければ、それによ
り焼嵌め結合部に高周波電流がほとんど流れず、
高い電気的および機械的な接合の信頼性が得られ
る。 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できる。 ［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、内導体
が焼嵌めなど機械的な密嵌合状態で一体結合され
ているので、導電度のよい金属材料同士を直接接
合でき、したがつて高周波損失がほとんど生じな
い。そして溶接による気密結合部は外導体側の外
周のみにとどめることができ、製作が容易で且つ
接合の信頼性が向上する。また密嵌合による接合
部を高周波整合用環状溝の内部に設ければ、それ
により焼嵌め結合部に高周波電流がほとんど流れ
ず、高い電気的および機械的な接合信頼性が得ら
れる。さらにまた、焼嵌め又は冷却嵌めする内導
体部を局部的に加熱又は冷却して組立てることに
より、その他の部分に不所望な熱的あるいは熱歪
みによる悪影響を与えることなく比較的容易に製
造することができる。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、６０…
…気密窓構体、１０……密嵌合（焼嵌め）結合
部、３１ａ，３２ａ……内、外導体外方延長部、
Ｃ……整合用環状溝、４５，５２，７４，７９…
…整合用円筒、５４，６５……気密溶接用フラン
ジ、７７……加熱炉。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 同軸線路を構成する内導体部および外導体部
   の間に誘電体気密窓板が真空気密に封着されてな
   る気密窓構体と、この気密窓構体の内導体部およ
   び外導体部に各々一体的に接合される内導体外方
   延長部および外導体外方延長部とを備える同軸導
   波管構体において、 上記気密窓構体の内導体部はその先端部に厚肉
   の内導体接続用リングを備え、上記内導体外方延
   長部はその先端部に前記内導体接続用リングの外
   径寸法よりも大きい内径寸法の高周波整合用円筒
   部および中央に凹部を有し、前記内導体接続用リ
   ングが内導体外方延長部の凹部に密嵌合状態で電
   気的および機械的に挿入結合され、 上記気密窓構体の外導体部は外導体外方延長部
   に気密溶接されてなることを特徴とする同軸導波
   管構体。 ２ 内導体接続用リングは、その先端部に薄肉の
   気密閉鎖部を有してなる特許請求の範囲第１項記
   載の同軸導波管構体。 ３ 同軸線路を構成する内導体部および外導体部
   の間に誘電体気密窓板を真空気密に封着して気密
   窓構体を作製し、前記気密窓構体の内導体部およ
   び外導体部に各々内導体外方延長部および外導体
   外方延長部を一体的に接合する同軸導波管構体の
   製造方法において、 上記気密窓構体の内導体部と内導体外方延長部
   とを焼嵌め（又は冷却嵌め）により電気的および
   機械的に結合し、 その後、前記気密窓構体の外導体部と外導体外
   方延長部とを溶接により気密接合することを特徴
   とする同軸導波管構体の製造方法。 ４ 気密窓構体の内導体部と内導体外方延長部と
   を焼嵌め（又は冷却嵌め）により結合する工程
   は、結合すべき内導体部分を局部的に加熱（又は
   冷却）して行なう特許請求の範囲第３項記載の同
   軸導波管構体の製造方法。