JPH10208650A - 高周波用窓部材の取付構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 窒化珪素から成る高周波用窓部材が銅から成
る導波管から剥離したり、窒化珪素から成る高周波用窓
部材にクラックや割れが発生する。 【解決手段】 銅から成る導波管１の内周に窒化珪素か
ら成る高周波用窓部材２が接合されて成る高周波用窓部
材２の取付構造において、銅から成る導波管１の外周
で、内周に接合された高周波用窓部材２と対応する位置
に、熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃以下の材料から成る環状
部材３が接合されている。導波管１と高周波用窓部材２
との熱膨張係数差に起因する熱応力の発生を抑止でき、
高周波用窓部材２の導波管１からの剥離やクラック・割
れの発生を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高周波用窓部材の取
付構造に関し、より詳細には銅から成る導波管の内部に
窒化珪素から成る高周波用窓部材を接合して成る高周波
用窓部材の取付構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ジャイロトロン等の高周波発生装
置では、空洞共振器内で荷電粒子を高速運動させること
により高周波の電磁波を発生させ、これを一端が空洞共
振器に接続された銅から成る略円筒状の導波管内に導い
てこの導波管の他端から外部に放出することにより高周
波の電磁波が外部に出力されるようになっており、導波
管の他端側には空洞共振器と外部との気密を保つために
アルミナから成る略円板状の高周波用窓部材がロウ付け
等により導波管の内部に接合され取り付けられていて、
空洞共振器から導波管内に導かれた高周波の電磁波はこ
のアルミナから成る高周波用窓部材を通して外部に出力
される。

【０００３】このような高周波用窓部材の取付構造にお
いて銅から成る導波管の内部にアルミナから成る高周波
用窓部材を接合するのには、アルミナから成る高周波用
窓部材の外周側面にモリブデン−マンガン等のメタライ
ズ金属層を予め被着させておくとともにこのメタライズ
金属層と銅から成る導波管の内周壁面とを銀ロウ等のロ
ウ材を介してロウ付けする方法が採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の高周波発生装置では、銅から成る導波管の内部にロ
ウ付けされた高周波用窓部材はアルミナから成り、この
アルミナの誘電正接が約１×10^-3程度（10ＧＨｚ）と大
きいことから、高周波の電磁波がこの高周波用窓部材を
通過する際に電磁波のエネルギーが高周波用窓部材に大
きく吸収あるいは反射されてしまい、従って高周波の電
磁波を高周波用窓部材を通して効率よく出力することが
できないという欠点を有していた。

【０００５】また、この従来の高周波発生装置の高周波
用窓部材の取付構造においては、アルミナと銅とを接合
した構造であることから接合部の残留応力を小さくする
ために銅から成る導波管の厚みをできる限り薄くする必
要があるが、アルミナから成る高周波用窓部材を通過す
る際に反射した高周波の電磁波の一部が導波管を通過し
て外部に漏れ出てしまい，それによってもエネルギーの
ロスを発生させてしまうという問題点もあった。

【０００６】これに対し、高周波用窓部材を従来のアル
ミナに代えて誘電正接が約１×10^-4（10ＧＨｚ）以下と
小さな窒化珪素で形成することが提案されている。

【０００７】しかしながら、高周波用窓部材を窒化珪素
で形成すると、窒化珪素の熱膨張係数が約３ｐｐｍ／℃
と小さく、導波管を構成する銅の熱膨張係数（約17ｐｐ
ｍ／℃）と大きく異なることから、導波管内に高周波を
導いてこれを高周波用窓部材を通して外部に出力する際
に高周波のエネルギーにより導波管及び高周波用窓部材
が加熱されるため導波管が高周波用窓部材と比較して極
めて大きく熱膨張しようとし、その結果、両者間に極め
て大きな熱応力が発生して、熱応力のために高周波用窓
部材が導波管から剥離したり高周波用窓部材にクラック
や割れが発生してしまうという欠点を有していた。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みて案出されたもの
であり、その目的は、高周波の電磁波を効率よく出力で
き、導波管からの剥離およびクラックや割れの発生を防
止できる高周波用窓部材の取付構造を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の高周波用窓部材
の取付構造は、銅から成る導波管の内周に窒化珪素から
成る高周波用窓部材が接合されるとともに、前記銅から
成る導波管の外周で前記高周波用窓部材と対応する位置
に熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃以下の材料から成る環状部
材が接合されて成ることを特徴とするものである。

【００１０】本発明の高周波用窓部材の取付構造によれ
ば、銅から成る導波管の外周でその内周に接合された高
周波用窓部材と対応する位置に熱膨張係数が７ｐｐｍ／
℃以下の材料から成る環状部材が接合されていることか
ら、高周波のエネルギーにより導波管及び高周波用窓部
材が加熱されても、銅から成る導波管が高周波用窓部材
との接合部位において高周波用窓部材と比較して極めて
大きく熱膨張することが前記環状部材により有効に抑止
され、その結果、高周波の電磁波を効率よく出力できる
とともに、導波管と高周波用窓部材との間の熱応力の発
生が抑止されて高周波用窓部材の導波管からの剥離およ
びクラックや割れの発生を防止できるものとなる。

【００１１】また、導波管と高周波用窓部材との接合部
位の外周に接合する環状部材として上記の熱膨張係数を
有する金属から成る環状部材を用いた場合には、導波管
の厚みを薄くした場合であっても、高周波用窓部材によ
り反射した高周波が導波管の外部へ漏れ出るのを有効に
抑えることができ、高周波の電磁波をさらに効率よく出
力できる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に本発明の高周波用窓部材の取
付構造を添付の図面を基に説明する。

【００１３】図１は本発明の高周波用窓部材の取付構造
の実施の形態の例を示す断面図であり、同図中、１は導
波管、２は窓部材である。

【００１４】導波管１は銅から成る略円筒体であり、同
図中の左右どちらかの一端が図示しないジャイロトロン
の空洞共振器等の高周波発生装置に接合される。

【００１５】導波管１はジャイロトロンの空洞共振器等
の高周波発生装置で発生した高周波を外部に導出するた
めの導出路として作用し、その一端側から内部に導かれ
た高周波の電磁波が内部を伝わって他端側から外部に放
出される。

【００１６】尚、銅から成る導波管１は、その厚みが0.
5 ｍｍ未満では、後述する高周波用窓部材２及び環状部
材３を導波管１に銀ロウ等のロウ材を介してロウ付けす
る等により接合する際、銅から成る導波管１の一部が銀
ロウ中に溶出することによっ導波管１に孔が形成されや
すくなり、導波管１の気密性が低いものとなる傾向があ
る。従って、銅から成る導波管１の厚みは0.5 ｍｍ以上
としておくことが好ましく、通常、0.5 ｍｍ乃至1.0 ｍ
ｍの厚みのものが採用される。

【００１７】また、導波管１はその内周に窒化珪素から
成る円板状の高周波用窓部材２が嵌着やロウ付け等によ
り接合されており、高周波用窓部材２は、導波管１の一
端側と他端側とを気密に仕切ることにより高周波発生装
置の空洞共振器と外部との気密を保つとともに、導波管
１内部を伝達する高周波を外部に通過させる作用をな
す。

【００１８】高周波用窓部材２は窒化珪素から成ること
からその誘電正接が約１×10^-4（10ＧＨｚ）以下と小さ
く、このため高周波がこの高周波用窓部材２を通過して
もその高周波のエネルギーが高周波用窓部材２により大
きく吸収あるいは反射されることはなく、従って高周波
発生装置で発生した高周波を高周波用窓部材２を通して
効率よく通過させて出力させることができる。

【００１９】窒化珪素から成る高周波用窓部材２は、例
えば窒化珪素粉末に酸化珪素及び／又は周期律表３ａ属
元素の酸化物等の化合物粉末を添加混合した後、これを
高周波用窓部材２に対応した形状の空所を有するプレス
金型内に充填するとともにプレスして導波管１の内周に
対応した略円板状の成形体を得、しかる後、この成形体
を約1600〜2000℃の温度で焼成することによって製作さ
れる。

【００２０】また、窒化珪素から成る高周波用窓部材２
を銅から成る導波管１の内部に接合するには、例えばロ
ウ付けであれば、円板状の高周波用窓部材２の外周側面
に銀−銅−チタン等の活性金属メタライズを施すととも
にこの活性金属メタライズと導波管１の内周壁面とを銀
ロウ等のロウ材を介してロウ付けする方法が採用され
る。

【００２１】尚、窒化珪素から成る高周波用窓部材２の
外周側面に銀−銅−チタンから成る活性金属メタライズ
を施すには、例えば銀粉末・銅粉末・チタン粉末に適当
な有機バインダや溶剤を混合して成る金属ペーストを高
周波用窓部材２の外周側面に印刷塗布するとともに、こ
れを約900 ℃の温度で焼成して焼き付ける方法が採用さ
れる。

【００２２】また、銅から成る導波管１の外周で、内周
に接合された高周波用窓部材２と対応する位置には、例
えばタングステンやモリブデン等の金属あるいは窒化珪
素等のセラミックス等の熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃以下
の材料から成る環状部材３が嵌着やロウ付け等により接
合されている。

【００２３】環状部材３は、銅から成る導波管１及び窒
化珪素から成る高周波用窓部材２が高周波のエネルギー
で加熱された際、その熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃以下で
あり導波管１を構成する銅の熱膨張係数（１７ｐｐｍ／
℃）よりも小さいことから銅から成る導波管１を外周か
ら押え込むこととなり、銅から成る導波管１が窒化珪素
から成る高周波用窓部材２との接合部位において高周波
用窓部材２と比較して極めて大きく熱膨張することを有
効に抑止する作用をなし、その結果、高周波用窓部材２
が導波管１から剥離したり、高周波用窓部材２にクラッ
クや割れが発生することを有効に防止することができ
る。

【００２４】尚、環状部材３は、その熱膨張係数が７ｐ
ｐｍ／℃を超えると、銅から成る導波管１及び窒化珪素
から成る高周波用窓部材２が高周波のエネルギー等によ
り加熱された際に銅から成る導波管１が窒化珪素から成
る高周波用窓部材２との接合部位において窒化珪素から
成る高周波用窓部材２に比較して極めて大きく熱膨張す
ることを有効に防止することが困難となる傾向にある。
従って、環状部材３は、その熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃
以下の材料に限定される。

【００２５】また環状部材３は、その幅を導波管１の外
周で高周波用窓部材２と対応する領域を完全に覆う幅と
しておくと、銅から成る導波管１及び窒化珪素から成る
高周波用窓部材２が高周波のエネルギー等により加熱さ
れた際に導波管１が高周波用窓部材２との接合部位にお
いて高周波用窓部材２と比較して極めて大きく熱膨張す
ることを抑止するという作用をより完全なものとするこ
とができる。従って、環状部材３の幅は、導波管１の外
周で高周波用窓部材２と対応する領域を完全に覆う幅と
しておくことが好ましい。

【００２６】更に、環状部材３の厚みは環状部材３に採
用される材料に応じて必要な強度が得られるように適宜
必要な厚みとすればよく、例えば環状部材３がタングス
テンやモリブデンから成る場合は、導波管１の厚みの２
〜４倍程度の厚みとすればよい。尚、環状部材３は、例
えばタングステンやモリブデンから成る場合、このタン
グステンやモリブデンから成る環状部材３の表面にニッ
ケルから成るめっき金属層を適当な厚みに被着させると
ともに、このめっき金属層と銅から成る導波管１の外周
壁面とを銀ロウ等のロウ材を介してロウ付けすることに
よって、銅から成る導波管１の外周で窒化珪素から成る
高周波用窓部材２と対応する位置に接合される。

【００２７】本発明は以上の例に限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改良や変更
を加えることは何ら差し支えない。例えば、環状部材３
が接合された部位を覆うように導波管１の外周に水冷ジ
ャケットを設けて熱応力の発生さらに効果的に抑止する
ようにしてもよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明の高周波用窓部材の取付構造によ
れば、銅から成る導波管の外周で、内周に接合された誘
電正接の小さい窒化珪素から成る高周波用窓部材と対応
する位置に熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃以下の材料から成
る環状部材が接合されていることから、銅から成る導波
管及び窒化珪素から成る高周波用窓部材が高周波のエネ
ルギーにより加熱された際に導波管が高周波用窓部材と
の接合部位において高周波用窓部材と比較して大きく熱
膨張することが環状部材により有効に抑止され、その結
果、高周波の電磁波を効率よく出力できるとともに、導
波管と高周波用窓部材との間の熱応力の発生が抑止され
て、高周波用窓部材が導波管から剥離したり高周波用窓
部材にクラックや割れが発生することを有効に防止する
ことができる。

【００２９】また、導波管と高周波用窓部材との接合部
位の外周に接合する環状部材として金属から成る環状部
材を用いた場合には、導波管の厚みを薄くした場合であ
っても、高周波用窓部材により反射した高周波が導波管
の外部へ漏れ出るのを有効に抑えることができ、高周波
の電磁波をさらに効率よく出力できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高周波用窓部材の取付構造の実施の形
態の例を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・銅から成る導波管 ２・・窒化珪素から成る高周波用窓部材 ３・・環状部材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 銅から成る導波管の内周に窒化珪素から
   成る高周波用窓部材が接合されるとともに、前記銅から
   成る導波管の外周で前記高周波用窓部材と対応する位置
   に熱膨張係数が７ｐｐｍ／℃以下の材料から成る環状部
   材が接合されて成ることを特徴とする高周波用窓部材の
   取付構造。