JPH0817082B2

JPH0817082B2 - 導波管気密窓構体

Info

Publication number: JPH0817082B2
Application number: JP1115480A
Authority: JP
Inventors: 良男川上; 行男岡崎; 富夫吉田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-05-09
Filing date: 1989-05-09
Publication date: 1996-02-21
Anticipated expiration: 2011-02-21
Also published as: JPH02295023A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は導波管気密窓構体に係わり、特にその導波
管とこれを横切る誘電体セラミックス板との気密接合構
造の改良に関する。

（従来の技術）クライストロンや進行波管、あるいはジャイロトロン
のようなマイクロ波管の出力部には、多くの場合、矩形
又は円形の導波管を横切って誘電体セラミックス板から
なる気密窓が接合された気密窓構体が一体的に用いられ
る。

サイクロトロンメーザ作用を動作原理とし、ミリ波か
らサブミリ波帯における高周波大電力源として利用され
るジャイロトロンを例にとれば、これは一般的に第３図
に示すように構成されている。即ち、中空電子ビームを
発生する電子銃部１の電子ビーム下流には、次第に径小
となるテーパ状電子ビーム導入部２が配置され、この電
子ビーム導入部２の下流には、共振空胴部３が連続的に
設けられている。この共振空胴部３の下流には、次第に
径大になるテーパ状案内部４が連続的に設けられてい
る。このテーパ状案内部４の下流には、円筒状のコレク
タ部５が配置され、このコレクタ部５の下流には、誘電
体セラミックス板を有する出力窓部６が配置されてい
る。

この出力窓部６としては、CSP4,286,240号やUSP4,62
0,170号等に示されているダブルディスク型、或いはシ
ングルディスク型があるが、従来のダブルディスク型の
例は第４図に示すように構成されている。

即ち、同図において11a、11bは円形導波管、12a、12b
は誘電体セラミックス板、14a、14bは薄肉金属からなる
気密シールリング、15a、15bはバックアップ誘電体リン
グである。そして、両円形導波管11a、11bは、それぞれ
のフランジ13a、13bにより結合されているが、このフラ
ンジ13a、13bに穿たれた流入口16からフランジ13a、13b
の内側に冷媒が通され、この冷媒は誘電体セラミックス
板12a、12bの間を通って排出口17から排出される。

（発明が解決しようとする課題）上記のように従来の導波管気密窓構体においては、ア
ルミナセラミックスやサファイヤからなる誘電体セラミ
ックス板12a、12bに、気密シールリング14a、14bをろう
接し、それにより真空気密を保持しているが、この気密
シールリング14a、14bは円形導波管11a、11bの一部を兼
ねている。

ところが、誘電体セラミックス板と気密シールリング
のろう接部でろう材だれが発生し易く、高出力では放電
の原因になり易い。又、出力窓部全体の定在波比（VSW
R）が悪化し、高周波特性が悪くなる。

又、気密シールリングが２枚の誘電体セラミックス板
の間隙や平行度、同軸度などの寸法精度を左右する重要
な要因となっているため、寸法公差の厳しい部品とな
る。

更に、気密シールリングではろう接性を安定させるた
め薄肉にせざるを得ないので、ろう接で変形し易く、部
品精度が高くとも、誘電体セラミックス板の寸法精度は
悪化し、その結果、VSWRが悪化し、高周波特性が悪くな
る。

又、特にダブルディスク型においては、冷却効率を上
げるために、流速を上げようとすると、冷媒の圧力で気
密シールリングや誘電体セラミックス板が変形したり振
動したりして、高周波特性が悪化したり、不安定となっ
たりする。この変形の程度が大きいと、気密シールリン
グや誘電体セラミックス板、それらの気密ろう接部が破
壊し、真空リークを引き起こす場合もある。

この発明は、以上のような不都合が解消するものであ
り、VSWRを悪化させたり各部の破損を引き起こすことな
く、冷却効率を十分上げることが出来る導波管気密窓構
体を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明は、２つの導波管の開口端部にそれぞれ薄肉
金属からなる一対の気密シールリングが気密接合される
と共にこれら気密シールリングの外方に突出して設けら
れたフランジで２つの導波管が機械的に結合され、一対
の気密シールリングに導波管軸を横切って配置され且つ
相互間に冷媒供給用の間隙が設けられた２枚の誘電体セ
ラミックス板の外周部が各々対応して気密接合され、更
に２枚の誘電体セラミックス板間の間隙に冷媒を供給す
る冷媒供給手段が設けられてなる導波管気密窓構体にお
いて、両導波管は、その気密シールリングよりも内側端部が
２枚の誘電体セラミックス板を両側から挾むように導波
管軸に沿って延長された導波管延長部をそれぞれ備え、
誘電体セラミックス板はその外周部が各導波管延長部よ
りも外方で且つフランジの内側領域に突出して設けられ
ており、各気密シールリングは導波管延長部の外側に隙
間をおいて設けられている導波管気密窓構体である。

（作用）この発明によれば、気密シールリングの内側に形成し
た導波管延長部で２枚の誘電体セラミックス板を両側か
ら挾む構造になっており、例えばこれら２枚の誘電体セ
ラミックス板間の間隙に供給される冷媒の圧力による変
形応力が両誘電体セラミックス板及びこれを介して気密
シールリングに加わっても、両導波管延長部で誘電体セ
ラミックス板の間隙が不所望に大きく拡がることがな
い。それによって又、気密シールリングの変形も抑制さ
れる。

従って、高信頼性の真空保持が得られ、動作時に高安
定性が保たれる。特に、大出力ジャイロトロンなどで電
磁波伝播モードがウィスパリングギャラリーモードの場
合に、ダブルディスク型を採用すれば、両誘電体セラミ
ックス板の間隙変化が殆どなく、特に有効である。

（実施例）以下、図面を参照して、この発明をジャイロトロンの
出力窓部分に適用した実施例を詳細に説明する。

尚、ジャイロトロンの全体構成についての説明は省略
し、出力窓部についてのみ述べる。又、従来例と同一個
所は同一符号を付すことにする。

即ち、この発明における出力窓部のダブルディスク型
は、第１図及び第２図に示すように構成され、熱伝導、
電気伝導の良い金属例えば銅製の２つの円形導波管11
a、11bが同軸上に所定間隔をおいて配設され、両フラン
ジ13a、13bにより機械的に結合されており、両フランジ
13a、13b間にはＯリング18が嵌められている。符号19は
締結用のボルト・ナットの位置を示す。

このような両円形導波管11a、11bの対向する各端部が
フランジ13a、13bから突出し管軸に沿って延長され、延
長部20a、20bが形成されている。この延長部20a、20bの
間には、サファイアからなり近接対向する気密窓である
２枚の誘電体セラミックス板12a、12bが配設され、その
外周縁部が導波管延長部20a、20bよりも外周に突出する
ようにして挾持されている。誘電体セラミックス板12
a、12bは延長部20a、20bの端面に当接しているが、ろう
接されていない。そして、一部に小通気孔20cが形成さ
れている。更に、第２図からも明らかなように、突出部
と円形導波管11aのフランジ13a内面とは接触せず、僅か
の隙間21が形成されている。

又、誘電体セラミックス板12a、12bと各延長部20a、2
0b外周に離隔して、コバール製の薄肉気密シールリング
14a、14bが、バックアップセラミックスリング15a、15b
を用いてろう付けされている。更には、第１図から明ら
かなように、各導波管延長部20a、20bの外側に隙間22
a、22bを介して更に薄肉の短筒部23a、23bが設けられ、
この短筒部23a、23bに気密シールリング14a、14bの一端
が気密ろう付けされている。

尚、気密シールリング14a、14bの内周面に銅メッキ層
を含むメタライズ層（図示せず）が形成され、このメタ
ライズ層に誘電体セラミックス板12a、12bが気密ろう接
されている。

従って、円形導波管の延長部20a、20bは、後述の冷媒
の圧力による両誘電体セラミックス板12a、12bの間隙、
即ち、間隙Ｇが拡大したり、それに伴う気密シールリン
グ14a、14bの変形を抑えることになる。又、導波管延長
部と短筒部との間の隙間22a、22bは、ろう接時の円形導
波管と気密シールリングの熱膨脹差を逃げるためのもの
であり、使用する各々の材料により寸法を適切に定めれ
ば良い。

尚、各隙間22a、22bは、小通気孔20cにより各導波管
の内部空間と連通し、ほぼ同じ雰囲気になる。勿論、こ
の小通気孔を省略して、導波管延長部と誘電体セラミッ
クス板との間の僅かな隙間で連通させても良い。

又、フランジ13aの一部には、２枚の誘電体セラミッ
クス板12a、12bの間隙Ｇに対応し、冷媒の流入口16と排
出口17が対向して設けられている。そして、円形導波管
11a、11bは電子ビーム及び電磁波が通る導波管であり、
各誘電体セラミックス板12a、12b間の間隙Ｇには、高周
波低損失の冷媒が矢印の如く流される。そして、動作時
に各誘電体セラミックス板12a、12bで発生する熱を、そ
の厚さ方向の伝導を利用して放熱させている。

この時、冷媒は隙間21（第２図参照）を通って空間Ｂ
にも流れ込んで誘電体セラミックス板及び気密接合部を
冷却する。この空間Ｂへの冷媒の流量の制御は隙間21の
幅で設定出来るが、この幅を十分狭くすれば大部分の冷
媒が誘電体セラミックス板12a、12b間を流れることにな
る。

尚、気密シールリング14a、14bは熱的、電気的に良導
体である必要はなく、誘電体セラミックス板12a、12bの
熱膨脹率と近い金属（例えばコバール（商品名）など）
とすることも出来、又、寸法精度もそれ程高い必要がな
い。

さて、この発明では誘電体セラミックス板12a、12bと
気密シールリング14a、14bとのろう接において、ろう材
だれがあっても、円形導波管11a、11b高周波伝送路の主
要部である延長部20a、20bよりも内側にはみ出すことが
ない。又、気密シールリング14a、14bの材質は、誘電体
セラミックス板12a、12bとろう接性の良いものを選べば
良く、寸法精度もそれ程必要としない。更に、高周波伝
送路上に位置する誘電体セラミックス板12a、12bの間隔
や平行度、同軸度は導波管金属部の加工精度にのみ主と
して依存し、ろう接により殆ど変化しない。

又、ダブルディスク型において、冷却効果を上げるた
めに冷媒の圧力を上げて流速を上げても、誘電体セラミ
ックス板12a、12bが円形導波管11a、11bの延長部20a、2
0bで外面から挾まれ押さえられるため、両誘電体セラミ
ックス板12a、12bの間隔が不所望に大きく拡大したり、
或いは気密シールリング14a、14bの変形が殆ど起らず、
気密接合部の破損や真空リークが発生し難い。

更に、円形導波管11a、11bは厚肉であり、殆ど変形し
ない。そして、ダブルディスク型では、２枚の誘電体セ
ラミックス板12a、12bの間隔Ｇは外装取付け用フランジ
13a、13bの中心軸方向の加工寸法で決まるため、間隙Ｇ
の設定寸法精度を上げることが出来る。

［発明の効果］以上説明したようにこの発明によれば、両導波管の内
側の延長部で２枚の誘電体セラミックス板を両側から挾
む構造になっており、更に両誘電体セラミックス板の間
隔変化が少なく、且つ誘電体セラミックス板の機械的保
持強度が高く、変形応力が気密シールリング及びこの気
密シールリングと誘電体セラミックス板との気密接合部
に直接加わらない。従って、高信頼性の真空保持が得ら
れ、動作時に高安定性が保たれる。特に、大出力ジャイ
ロトロンなどで電磁波伝播モードがウィスパリングギャ
ラリーモードの場合に、ダブルディスク型を採用すれ
ば、特に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る導波管気密窓構体を示
す縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ′線に沿って切断
し矢印方向にみた横断面図、第３図は従来のジャイロト
ロンの全体を示す縦断面図、第４図は従来の導波管気密
窓構体を示す縦断面図である。 11a、11b……円形導波管、12a、12b……誘電体セラミッ
クス板、13a、13b……フランジ、14a、14b……気密シー
ルリング、20a、20b……延長部、Ｇ……間隙、22a、22b
……隙間。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの導波管の開口端部にそれぞれ薄肉金
属からなる一対の気密シールリングが気密接合されると
共にこれら気密シールリングの外方に突出して設けられ
たフランジで上記２つの導波管が機械的に結合され、上
記一対の気密シールリングに上記導波管軸を横切って配
置され且つ相互間に冷媒供給用の間隙が設けられた２枚
の誘電体セラミックス板の外周部が各々対応して気密接
合され、更に上記２枚の誘電体セラミックス板間の間隙
に冷媒を供給する冷媒供給手段が設けられてなる導波管
気密窓構体において、上記両導波管は、その上記気密シールリングよりも内側
端部が上記２枚の誘電体セラミックス板を両側から挾む
ように導波管軸に沿って延長された導波管延長部をそれ
ぞれ備え、上記誘電体セラミックス板はその外周部が上
記各導波管延長部よりも外方で且つ上記フランジの内側
領域に突出して設けられており、上記各気密シールリン
グは上記導波管延長部の外側に隙間をおいて設けられて
いることを特徴とする導波管気密窓構体。