JPS62229787A - インピ−ダンス整合器 - 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） 本発明は核融合装置用高周波加熱装置等の大電力高周波
伝送線路のインピーダンス整合器に係り、特に無接触型
インピーダンス整合器に関する。

（従来の技術）。

核融合装置のプラズマ追加熱の一手段として高周波加熱
法が採用されている。高周波加熱は、高周波電磁エネル
ギーをプラズマに吸収させてプラズマの濃度をあげる方
法で、使用する周波数によって各種の方式があり、その
１つにイオンサイクロトロン周波数帯（以下ＩＣＲＦと
略称する）高周波加熱がある。

ＩＣＲＦ高周波加熱装置は第３図に示すように、高出力
（ＭＷ級）の１００ＭＨｚ帯の高周波を発生させる高周
波発振系１、この高周波発振系１から発生した高周波出
力を伝送する同軸管で構成された伝送系２、この伝送系
２に接続され高周波出力を真空容器内のプラズマ４に注
入する結合系３から構成されている。

結合系３は先端に高周波出力を放射するアンテナ５を有
し、上記伝送系２との接続部にはインピーダンス整合器
ｉが設置され、このインピーダンス整合器ｉと上記アン
テナ５間は伝送系２と同等の同軸管７で接続されている
。上記インピーダンス整合器ｉは、結合系３やプラズマ
４の負荷インピーダンスと、高周波発振系１ヤ伝送系２
の特性インピーダンスを等しくして、反射を生じないよ
うにするためのものである。

第４図はインピーダンス整合器１の原理を説明するため
の回路図で、負荷Ｌｏに対して長さβ１゜Ｑ２の短絡線
路を並列接続する時、この様な並列線路をスタブといい
、２つのスタブの長さＱｘ。

！２２を調節してインピーダンス整合を図ることを２重
スタブ整合と言う。核融合装置用高周波加熱装置で用い
られるインピーダンス整合器１は、一般に２重スタブ方
式で、プラズマ４とアンテナ５との結合条件に応じてＩ
ｌｌ、β２を速やかに調節してインピーダンスの整合を
図るようにしたものである。

ところで、従来インピーダンス整合器β−の一例として
は第５図の縦断面図に示すようなものが使用されている
。第５図において、８は内部導管、９はこの内部導１１
８と同軸の外部導管、１０は上記内部導Ｉｇ！８と上記
外部導管９とで形成された環状空間に挿入された短絡素
子で、この内外周面にはコンタクトフィンガー１１が装
着され、内部導管８および外部導管９と電気的に接触し
ながら往ｍ１ｌｌ可能になっている。短絡素子１００反
負荷側には、この短絡素子１０を往復動させるための駆
動系１２が装備されており、短絡素子１０と駆動系１２
ユは駆動軸１３で連結されている。

（発明が解決しようとする問題点） このような構成のインピーダンス整合器β−は、外部導
管９と内部導管８の内外周面にコンタク１〜フインガー
１１が電気的に接触しながら短絡素子１０を往復動させ
るため、小電力で短絡素子の駆動速度が低く、かつ使用
傾度の少い場合には大きな問題を生じないが、ＰＡ融合
装置用ｌ！％周波加熱装置のような大電力で高速駆動か
つ多頻度の場合には次のような不具合を生じる虞れがあ
る。■大電流がコンタクトフィンガー１１に流れるため
、接触抵抗によるジュール損失で１４温になると共に、
内部導管８．外部導管９の接触摺動面が面荒れを起し、
使用頻度が多い場合には摩耗粉の発生や焼付き等を起し
動作不能になる。■インピーダンス整合器旦−の設置姿
勢からも制約を受ける。すなわちｗｉｔされた場合には
それ程大きな問題はないが、もし横置に設置された場合
には、短絡素子１０の自重により、偏心してコンタクト
フィンガー１１の接触力がアンバランスになり、特性悪
化の要因になる。■また高速駆動の場合にはコンタクト
フィンガー１１と内部導管８、外部導管９との接触部で
放電を起す等大電力、高速駆動かつ多頻度の用途への適
用には性能上、信頼性の面で問題がある。

このようなことから本発明は、従来の接触式短絡素子に
起りがちな接触部の面荒れやジュール損失による異常発
熱を＠避できると共に放電等の問題もなく安定に大電力
用として使用でき、縦置や横置等その設置姿勢にかかわ
らず確実に絶縁でき、かつ高速駆動でかつ多頻度使用で
もスムーズに転がり接触し、これによって大電力、高速
駆動でかつ多頻度に耐える高性能で高信頼性のインピー
ダンス整合器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） 本発明は上記目的を達成するため、外部導管と内部導管
との環状空間部に往復動可能に挿入されたチョーク回路
を有する無接触型短絡素子と、この無接触型短絡素子の
負荷側と反負荷側の両端に上記外部導管および内部４管
と接する様に装着された複数個の絶縁ガイドローラと、
上記無接触型短絡素子の反負荷側にその一端が取付けら
れた駆動軸と、この駆動軸の他端に連結され上記接触型
短絡素子を往復動させる駆動系とで構成したものである
。

（作用） 上記のように短絡素子をチョーク回路を有する無接触型
短絡素子にした事により、接触式短絡素子に起りがちな
接触部の面荒れやジュール損失による異常発熱を回避で
きると共に高速駆動でも接触部を有しないので放電等の
問題もなく安定に入電り用として使用でき、さらに無接
触型短絡素子の両端に複数個の絶縁ガイドローラを装着
して内部導管および外部導管との隙間の保持や絶縁をす
る様に構成する事により、縦置艷横置等その設ｒ１壱勢
にかかわらず確実に絶縁し、かつ高速駆動でかつ多Ｖ４
度使用でも転がり接触であるのでスムーズに駆動できる
。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。はじめに、第１図の縦断面図を参照して本発明の一実
施例について説明する。第１図において、８は内部導管
、９はこの内部導管８と同軸の外部導管で、内部導管８
および外部導管９の負荷側は絶縁物からなる環状スペー
サー１４で、また内部導ｆＲ８および外部導管９の反負
荷側はフランジ１５に銀ロー付等で固着されて位置が決
められている。１６はチョーク回路１６ａ、１６ｂを有
する無接触型短絡素子で、この両端の内外周面にそれぞ
れ複数個の絶縁ガイドローラ１７が装着されている。無
接触型短絡素子１６の反負荷側端には複数本例えば２本
の駆動軸１３の一端が取付けられており、駆動軸の他端
が上記フランジ１５に取付けられた気密部１５ａを貫通
して連結板１８に接続されている。この連結板１８には
ボールネジ１９と噛合うボールナラｉ・２０が取付けら
れ、ボールネジ１９の先端には駆動モータ２１に取付け
られた動力伝達機構例えばビニオン歯車２２と噛合う駆
動歯車２３が取付けられている。

上記駆動モータ２１の回転でボールネジ１９と噛合うポ
ールナツト２０が固着されている連結板１８が往復動す
ることにより、駆動軸１３を介して無接触型短絡素子１
６が往復動するようになっている。この場合、無接触型
短絡素子１６の往復動は、両端に装着された絶縁ガイド
ローラー１７の転がりで行われるので、小さい駆動力で
スムーズに行われる。なお、２４はボールネジ１９を回
転自在に支承する軸受、２５は７ランジ１５に取付けら
れ上記駆動系Ｌ２．−が取付けられるフレーム、２６は
上記フランジ１５に電波漏洩を抑えるために貼付けられ
た電波吸収体、２７は上記内部導管８の内側に設けられ
た内管、２８はこの内管２７と上記内部導管８との環状
空間に冷が媒体が供給される供給管、２９は上記内管２
７の先端部２７ａで上記冷却媒体が反流して内管２７内
を通りここから排出される排出管２９である。

次に上記のように構成されたインピーダンス整合器の作
用を説明する。第３図のプラズマ４の条件やプラズマ４
とアンテナ５との隙間等の変化による負荷インピーダン
スの変化に対応して速やかにスタブの長さをＸ１節（第
５図の短絡素子１０の位置を調節）して整合をとる必要
がある。このため、第１因の実！ＩＰＡでは、その不整
合量に応じた無接触型短絡素子１６の移動量信号を受け
て、駆動モータ２１が回転し、ピニオン歯車２２．駆動
歯車２３を介してボールネジ１９が回転する事によりポ
ールナツト２０が固着された連結板１８が往復動し、駆
動軸１３を介してＷ＆接触型短絡素子１６が往復動する
。このため、接触式短絡素子に起りがちな接触部の面荒
れやジュール損失による異常発熱を回避できると共に高
速駆動でも接触部を有しないので、放電等の問題もなく
安定に大電力用として使用できる。

また無接触型短絡素子１６の内外周面が共に絶縁ガイド
ローラ１７によって、それぞれ内部導管８および外部導
管９に往復動可能に支承されているので、縦置は言うま
でもなく、横置でも機械的に接触することなく高速駆動
でもスムーズに往復動ができる。また駆動軸１３を２本
にした事により駆動に伴う偏心力が加わらない。

一方、高周波的には無接触型短絡素子１６の内外に設け
られたチョーク回路１６ａ、１６ｂの静電容量で機械的
に接触してなくても内部導管８と外部導管９とが電気的
に短絡状態になる。

さらに、内部導管８．外部導管９および無接触型短絡素
子１６には大きな電流が流れ、高周波のため電流浸透深
さは数μｍ程度である。したがって、電気抵抗が大きく
なりジュール損失による大きな発熱を生じる。外部導管
９は内部導管８に比して直径が約２倍あるため熱流束は
約１／４で、かつ外表面が外気に接しているのに対して
、内部導管８で無接触型短絡素子１６は発熱が大きく、
かつ冷却熱伝達率が小さいために非常に大きな温度上昇
になる。そこで、第１図の実施例では内部導管８の内側
に内管２７を設け、この内管２７と内部導管８との環状
空間部に供給管２８から冷却媒体を供給し、この冷却媒
体が内１ｆ２７を通って排出管２９に排出されるように
したので、核融合装置用高周波加熱装置のような大電力
でも内部導管８の温度上昇を低く抑える事ができる。ま
た、無接触型短絡素子１６は、内部導管８および外部導
管９と狭い隙間で対向しているので、内部導管８および
外部導管９の温度を低く抑える事ができ、温度上昇の心
配はない。これにより、大電力、高速駆動でかつ多頻度
使用にも充分耐える高性能で高信頼性インピーダンス整
合器となる。

一方、外部導管９の外表面にも発熱が大きく自然対流に
よる冷却のみでは温度上昇に問題がある場合、蛇管等を
装着して熱伝達率を上げるように構成する事により、内
部導管８と同様の低い温度にする事ができる。

第２図は本発明の他の実施例の要部すなわち第１図の無
接触型短絡素子部のみを示す縦断面図で、無接触型ｙ！
１格素子１６のチョーク回路１６ａ。

１６ｂの一部または全長にテフロン（デュポン社商品名
）等の弗素樹脂からなる誘電体３０を挿入する事により
誘電体損失は多少増える事になるが、チョーク回路１６
ａ、１６ｂの長さを短縮できるので、コンパクトなスタ
ブにする事ができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、次のような効果が
得られる。すなわち、従来の接触式短絡素子に起りがち
な接触部の０面荒れやジュール損失による異常発熱を回
避できると共に高速駆動でも接触部を有しないので放電
等の問題もなく安定に大電力用として使用でき、また無
接触型短絡素子の両端に複数個の絶縁ガイドローラを装
着して内部導管および外部導管との隙間の保持や絶縁を
する様にしたので縦置や横置等その設置姿勢にかかわら
ず確実に絶縁でき、かつ高速駆動でかつ多頻度使用でも
転がり接触であるのでスムーズに駆動でき、このような
ことから大電力、高速駆動でかつ多頻度使用にも充分耐
えうる高性能で高信頼性のインピーダンス整合器が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるインピーダンス整合器の一実施例
を示す縦断面図、第２図は本発明による他の実施例の無
接触型短絡素子部のみを示す縦面図、第３図は本発明の
インピーダンス整合器が用いられる核融合装置用ＩｃＲ
Ｆ高周波加熱装置の構成図、第４図はインピーダンス整
合器の原理を説明するための回路図、第５図は従来の・
インピーダンス整合器の一例を示す縦断面図である。 ３・・・結合系、４・・・プラズマ、５・・・アンテナ
、追−・・・インピーダンス整合器、８・・・内部導管
、９・・・外部導管、１０・・・短絡素子、１１・・・
コンタクトフィンガー、１２・・・駆動系、１３・・・
駆動軸、１４・・・スペーサー、１５・・・７ランジ、
１５ａ・・・気密部、１６・・・無接触型短絡素子、１
７・・・絶縁ガイドローラー、１８・・・連結板、１９
・・・ボールネジ、２０・・・ポールナツト、２１・・
・駆動モーター、２５・・・フレーム、２６・・・電波
吸収体、２７・・・内管、２８・・・供給管、２９・・
・排出管、３０・・・誘電体。 出顎人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部導管と内部導管との環状空間部に往復動可能
   に挿入されたチョーク回路を有する無接触型短絡素子と
   、この無接触型短絡素子の負荷側と反負荷側の両端に上
   記外部導管および内部導管と接する様に装着された複数
   個の絶縁ガイドローラと、上記無接触型短絡素子の反負
   荷側にその一端が取付けられた駆動軸と、この駆動軸の
   他端に連結され上記接触型短絡素子を往復動させる駆動
   系とで構成した事を特徴とするインピーダンス整合器。
2. （２）内部導管を２重管構造にして冷却媒体流路を設け
   、反負荷側から冷却媒体の給排が出来るようにした事を
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のインピーダンス
   整合器。
3. （３）内部導管と外部導管の環状空間部の反負荷側端に
   電波吸収体を装着した事を特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のインピーダンス整合器。
4. （４）無接触型短絡素子のチョーク回路部の一部または
   全長に弗素樹脂からなる誘電体を挿入した事を特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のインピーダンス整合器。
5. （５）無接触型短絡素子と駆動系との間に設ける駆動軸
   は複数本とした事を特徴とする特許請求範囲第１項記載
   のインピーダンス整合器。