WO2018193786A1 - 高周波カプラ - Google Patents

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Definitions

  • the high-frequency coupler according to the present invention has an outer conductor and an inner conductor provided in a coaxial tubular shape, extends linearly from the power supply side, is bent in an L shape at the bent portion, and is linearly extended to the acceleration cavity side.
  • a tube and is connected to the inside of the inner conductor through the outer conductor and the inner conductor from the outside of the waveguide toward the acceleration cavity side in the bent portion, and the acceleration cavity of the inner conductor A high-frequency transmission space formed between the outer conductor and the inner conductor of the flow pipe.
  • the exposed part is provided with the refrigerant
  • the waveguide 10 has a coaxial tubular structure having an outer conductor 11 and an inner conductor 12.
  • the outer conductor 11 and the inner conductor 12 are formed using a conductor such as metal.
  • the outer conductor 11 and the inner conductor 12 have first straight portions 11a, 12a, bent portions 11b, 12b, and second straight portions 11c, 12c corresponding to the first straight portion 10a, the bent portion 10b, and the second straight portion 10c, respectively. have.
  • a high-frequency transmission space K is formed between the outer conductor 11 and the inner conductor 12.
  • the high frequency transmission space K is a high frequency transmission path through which the high frequency RF is transmitted.
  • the high-frequency coupler 100 has the outer conductor 11 and the inner conductor 12 provided in a coaxial tubular shape, extends linearly from the power supply side, and is bent in an L shape at the bent portion 10b.
  • the waveguide 10 extending linearly toward the acceleration cavity 40 and the inside of the inner conductor 12 through the outer conductor 11 and the inner conductor 12 from the outside of the waveguide 10 toward the acceleration cavity 40 side at the bent portion 10b.
  • the refrigerant C flows through the flow path 24c from the supply source to the end 24e.
  • the outer tube 24b is provided so as to contain the inner tube 24a.
  • the end portion on the acceleration cavity 40 side is connected to a reduced diameter portion 12e protruding inside the inner conductor 12.
  • a channel 24d is formed between the outer tube 24b and the inner tube 24a.
  • the outer tube 22b is provided so as to enclose the inner tube 22a.
  • a channel 22d is formed between the outer tube 22b and the inner tube 22a.
  • the refrigerant C returning from the tip 12d of the inner conductor 12 flows through the flow path 22d.
  • the outer tube 22b may be provided with a spacer or the like so that a space is reliably formed between the outer tube 22b and the inner tube 22a.

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Abstract

高速カプラは、同軸管状に設けられた外導体及び内導体を有し、電源側から直線状に延びて屈曲部でＬ状に屈曲され、加速空洞側に直線状に延びる導波管と、屈曲部において導波管の外部から加速空洞側に向けて外導体と内導体とを貫通して内導体の内部に接続され、内導体のうち加速空洞側の先端部の内部と導波管の外部との間で冷媒を流通させる流通管を有し、流通管のうち外導体と内導体との間に形成される高周波伝送空間に露出する部分が絶縁体で形成される冷媒流通部とを備える。

Description

高周波カプラ
　本発明は、高周波カプラに関する。
　加速器の加速空洞等に高周波を入力する高周波入力装置として、高周波カプラが知られている。高周波カプラは、例えば外導体及び内導体を有する同軸管状の構造を有する。このような高周波カプラは、加速空洞に高周波を入力する際、内導体のうち加速空洞側の先端部が発熱する。このため、例えば導波管の外部から内導体の内部に金属からなる流通管を挿入し、流通管に冷媒を流通させることで冷却を行っている（例えば、特許文献１参照）。
特開平５－１２９０９８号公報
　上記の高周波カプラでは、金属からなる流通管が外導体と内導体との間の高周波伝送空間を横切らないようにするため、Ｔ字型の導波管が用いられている。具体的には、加速空洞側とは反対側に外導体及び内導体を突出させ、外導体の突出方向の端部を貫通して内導体が導波管の外部に突出する構成としている。この場合、内導体の突出部分から流通管を直接内導体の内部に挿入することにより、流通管が高周波伝送空間を横切らない構成となる。しかしながら、この構成では、加速空洞とは反対側に突出させる突出部分のスペースが必要になる。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、省スペース化を図ることが可能な高周波カプラを提供することを目的とする。
　本発明に係る高周波カプラは、同軸管状に設けられた外導体及び内導体を有し、電源側から直線状に延びて屈曲部でＬ状に屈曲され、加速空洞側に直線状に延びる導波管と、前記屈曲部において前記導波管の外部から前記加速空洞側に向けて前記外導体と前記内導体とを貫通して前記内導体の内部に接続され、前記内導体のうち前記加速空洞側の先端部の内部と前記導波管の外部との間で冷媒を流通させる流通管を有し、前記流通管のうち前記外導体と前記内導体との間に形成される高周波伝送空間に露出する部分が絶縁体で形成される冷媒流通部とを備える。
　本発明によれば、冷媒流通部の流通管において外導体と内導体との間に形成される高周波伝送空間に露出する部分が絶縁体で形成されるため、導電体が高周波伝送空間を横切る構成を回避できる。これにより、導波管を加速空洞とは反対側に分岐させる必要が無く、屈曲部において加速空洞側に向けてＬ状に形成することができるため、省スペース化を図ることができる。
　また、前記導波管は、前記外導体及び前記内導体の少なくとも一方の電気的特性を調整する調整部を有してもよい。
　本発明によれば、調整部により導波管の電気的特性が調整されるため、高周波伝送空間に配置される絶縁体が誘電体となる場合の影響を緩和することができる。
　また、前記流通管は、絶縁体で形成され、前記導波管の外部と前記内導体の内部とを接続する第１管部と、金属で形成され、前記内導体の内部に配置され、前記内導体の内部において前記第１管部に接続され、前記内導体の前記先端部の内部に延びる第２管部と、を有してもよい。
　本発明によれば、高周波伝送空間を横切る部分に配置される絶縁体の第１管部と、内導体の内部に配置される剛性の高い金属の第２管部とを接続して流通管を形成することにより、流通管を内導体に設置する際の作業負担を低減することができ、かつ導電体が高周波伝送空間を横切らない構成を容易に実現することが可能となる。
　また、前記流通管は、全体が絶縁体で形成されてもよい。
　本発明によれば、流通管の全体が絶縁体で形成されるため、導電体が高周波伝送空間を横切らない構成を容易に実現することができる。
　また、前記流通管は、少なくとも前記導波管の内部に配置され金属で形成される本体部と、絶縁体で形成され前記本体部のうち前記高周波伝送空間に露出する部分を覆う被覆部と、を有してもよい。
　本発明によれば、流通管の本体部を金属で形成することにより、流通管を設置する際の作業負担を低減することがでる。また、高周波伝送空間に露出する部分を被覆部で覆うことにより、導電体が高周波伝送空間を横切らない構成を容易に実現することができる。
　本発明によれば、省スペース化を図ることが可能な高周波カプラを提供することができる。
図１は、本実施形態に係る高周波カプラの一例を示す断面図である。 図２は、第１管部と第２管部との接続部分の一例を示す断面図である。 図３は、縮径部の一例を示す図である。 図４は、変形例に係る高周波カプラの一例を示す断面図である。 図５は、変形例に係る高周波カプラの一例を示す断面図である。 図６は、変形例に係る高周波カプラの一例を示す断面図である。
　以下、本発明に係る高周波カプラの実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
　図１は、本実施形態に係る高周波カプラ１００の一例を示す断面図である。図１に示すように、高周波カプラ１００は、加速器の加速空洞４０に高周波を入力する高周波入力装置として用いられる。高周波カプラ１００は、導波管１０と、冷媒流通部２０とを備えている。
　導波管１０は、電源からの高周波ＲＦを加速空洞４０に伝送する。導波管１０は、第１直線部１０ａと、屈曲部１０ｂと、第２直線部１０ｃとを有する。第１直線部１０ａは、例えば電源側に接続される。屈曲部１０ｂは、Ｌ状に形成され、第１直線部１０ａと第２直線部１０ｃとを接続する。第２直線部１０ｃは、屈曲部１０ｂから加速空洞４０に向けて直線状に延びている。
　導波管１０は、外導体１１及び内導体１２を有する同軸管状の構造を有する。外導体１１及び内導体１２は、金属等の導体を用いて形成される。外導体１１及び内導体１２は、それぞれ、第１直線部１０ａ、屈曲部１０ｂ及び第２直線部１０ｃに対応する第１直線部１１ａ、１２ａ、屈曲部１１ｂ、１２ｂ、第２直線部１１ｃ、１２ｃを有している。外導体１１と内導体１２との間には、高周波伝送空間Ｋが形成される。高周波伝送空間Ｋは、高周波ＲＦが伝送する高周波伝送路である。
　導波管１０は、調整部１３を有する。調整部１３は、導波管１０の電気的特性を調整することで、後述の絶縁体による電気的特性の変動の影響を低減する。本実施形態において、調整部１３は、例えば内導体１２の外面から突出する突出部であるが、これに限定されない。調整部１３は、外導体１１に配置されてもよい。
　導波管１０は、窓部１４を有する。窓部１４は、高周波伝送空間Ｋに配置される。窓部１４は、例えばセラミックス等の絶縁体を用いて形成される。したがって、窓部１４は、高周波ＲＦを通過させる。窓部１４は、例えばリング状に形成され、外導体１１と内導体１２との間に挟持される。このような窓部１４により、高周波ＲＦを伝送可能としつつ、外導体１１と内導体１２との位置関係が保持されるようになっている。
　冷媒流通部２０は、内導体１２のうち加速空洞４０側の先端部１２ｄを冷却するための冷媒Ｃを流通させる。高周波カプラ１００は、加速空洞４０に高周波ＲＦを入力する際、内導体１２の先端部１２ｄが発熱する。このため、冷媒流通部２０を配置することで、内導体１２の先端部１２ｄを冷却している。
　冷媒流通部２０は、流通管２５と、不図示の冷媒供給源とを有する。流通管２５は、屈曲部１０ｂにおいて導波管１０の外部から加速空洞４０側に向けて、外導体１１と内導体１２とを第２直線部１０ｃに平行な方向に貫通して内導体１２の内部１２Ｋに接続される。つまり、流通管２５は、導波管１０の外部から内導体１２の内部１２Ｋに差し込まれた状態となっている。
　流通管２５は、第１管部２１と、第２管部２２と、継手部２３とを有する。第１管部２１は、導波管１０の外部から内導体１２を貫通し、内部１２Ｋのうち第２直線部１２ｃの途中の位置まで配置される。したがって、第１管部２１は、高周波伝送空間Ｋを横切って配置される。第１管部２１は、例えばセラミックス（アルミナセラミックス等）、プラスチック、雲母等の絶縁体で形成される。このような絶縁体としては、例えば電気抵抗値が１×１０１２［Ω・ｃｍ］以上の材料が用いられる。
　第２管部２２は、第１管部２１に接続される。第２管部２２は、第１管部２１の端部から内導体１２の先端部１２ｄにかけて配置される。したがって、第２管部２２は、全体が内導体１２の内部１２Ｋに配置される。第２管部２２は、ステンレス等の金属を用いて形成される。したがって、第２管部２２は、内導体１２の内部１２Ｋにおいて、所期の剛性を有した状態で配置可能である。
　上記の流通管２５において、第１管部２１は、内導体１２の高周波伝送空間Ｋを横切って配置され、高周波伝送空間Ｋに露出する外面の全体が絶縁体である。一方、導体（金属）で形成される第２管部２２は、高周波伝送空間Ｋに露出しない。このため、高周波伝送空間Ｋは、金属が露出していない状態であり、高周波ＲＦを伝送可能となる。
　図２は、第１管部２１と第２管部２２との接続部分の一例を示す断面図である。図２に示すように、第１管部２１及び第２管部２２は、継手部２３により連結されている。第１管部２１は、二重管構造を有する。第１管部２１は、内管２１ａと、外管２１ｂとを有する。内管２１ａは、冷媒Ｃの供給源に接続される。内管２１ａ内には、流路２１ｃが形成される。流路２１ｃには、導波管１０の外部から内導体１２の内部１２Ｋに向けて冷媒Ｃが流通する。
　外管２１ｂは、内管２１ａを内包するように設けられる。外管２１ｂと内管２１ａとの間には、流路２１ｄが形成される。流路２１ｄには、第２管部２２から戻る冷媒Ｃが流通する。外管２１ｂは、内管２１ａとの間に確実にスペースが形成されるように、スペーサ等が配置されてもよい。
　第２管部２２は、第１管部２１との接続部分においては、二重管構造を有する。第２管部２２は、内管２２ａと、外管２２ｂとを有する。内管２２ａは、第１管部２１の内管２１ａに接続され、後述の縮径部１２ｅを貫通して内導体１２の先端部１２ｄの近傍まで配置される。内管２２ａは、先端部１２ｄに向けて配置される端部２２ｅを有する。端部２２ｅは、開口されている。内管２２ａ内には、流路２２ｃが形成される。流路２２ｃには、第１管部２１の流路２１ｃからの冷媒Ｃが内導体１２の先端部１２ｄに向けて流通する。
　外管２２ｂは、内管２２ａを内包するように設けられる。外管２２ｂと内管２２ａとの間には、流路２２ｄが形成される。流路２２ｄには、内導体１２の先端部１２ｄから戻る冷媒Ｃが流通する。外管２２ｂは、内管２２ａとの間に確実にスペースが形成されるように、スペーサ等が配置されてもよい。外管２２ｂのうち、加速空洞４０側の端部は、内導体１２の内側に突出する縮径部１２ｅに接続される。
　図３は、縮径部１２ｅの一例を示す図である。図３に示すように、縮径部１２ｅは、内導体１２の一部において内径を小さくしている。縮径部１２ｅは、内径が第２管部２２の内管２２ａよりも大きく、内管２２ａとの間に冷媒Ｃが流通するのに十分なスペースが確保されるように設定される。本実施形態において、縮径部１２ｅの内径は、外管２２ｂの内径とほぼ同一とすることができるが、これに限定されない。
　上記の冷媒流通部２０において、冷媒Ｃは、導波管１０の外部から第１管部２１の内管２１ａの流路２１ｃ内を加速空洞４０側に向けて流れ、内導体１２の内部１２Ｋの継手部２３において第２管部２２の内管２２ａの流路２２ｃに流入する。この冷媒Ｃは、流路２２ｃを加速空洞４０側に向けて流れ、第２管部２２の端部２２ｅから内導体１２の内部１２Ｋに流出する。
　冷媒Ｃは、内導体１２の内部１２Ｋを流路として屈曲部１０ｂ側に向けて流れ、縮径部１２ｅを介して流路２２ｄに流れる。冷媒Ｃは、流路２２ｄ内を屈曲部１０ｂ側に向けて流れ、継手部２３において第１管部２１の外管２１ｂの流路２１ｄに流入する。そして、冷媒Ｃは、流路２１ｄ内を更に屈曲部１０ｂ側に流れ、導波管１０の外部に流出する。流路２１ｄには、例えば冷媒Ｃを放熱し、流路２１ｃに戻す循環機構が設けられてもよい。
　以上のように、本実施形態に係る高周波カプラ１００は、同軸管状に設けられた外導体１１及び内導体１２を有し、電源側から直線状に延びて屈曲部１０ｂでＬ状に屈曲され、加速空洞４０側に直線状に延びる導波管１０と、屈曲部１０ｂにおいて導波管１０の外部から加速空洞４０側に向けて外導体１１と内導体１２とを貫通して内導体１２の内部１２Ｋに接続され、内導体１２の先端部１２ｄの内部と導波管１０の外部との間で冷媒Ｃを流通させる流通管２５を有し、流通管２５のうち高周波伝送空間Ｋに露出する部分が絶縁体で形成される冷媒流通部２０と、を備える。
　この構成では、導波管１０の外部から内導体１２の内部１２Ｋに向けて流通管２５を配置し、流通管２５に冷媒Ｃを流通させることで、内導体１２の先端部１２ｄの冷却が可能となる。また、流通管２５のうち外導体１１と内導体１２との間に形成される高周波伝送空間Ｋに露出する部分が絶縁体で形成されるため、導電体が高周波伝送空間Ｋを横切る構成を回避できる。これにより、導波管１０を加速空洞４０とは反対側に分岐させる必要が無く、屈曲部１０ｂにおいて加速空洞４０側に向けてＬ状に形成することができるため、省スペース化を図ることができる。
　また、本実施形態に係る高周波カプラ１００は、高周波伝送空間Ｋを横切る部分に配置される絶縁体の第１管部２１と、内導体１２の内部１２Ｋに配置される剛性の高い金属の第２管部２２とを接続して流通管２５を形成することにより、流通管２５を内導体１２に設置する際の作業負担を低減することができ、かつ導電体が高周波伝送空間Ｋを横切らない構成を容易に実現することが可能となる。
　本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。例えば、上記実施形態では、高周波伝送空間Ｋを横切る部分に配置される絶縁体の第１管部２１と、内導体１２の内部１２Ｋに配置される剛性の高い金属の第２管部２２とを接続して流通管２５を形成する構成を例に挙げて説明したが、これに限定されない。
　図４は、変形例に係る高周波カプラ１００Ａの一例を示す断面図である。図４に示す高周波カプラ１００Ａにおいて、冷媒流通部２０Ａの流通管２４は、全体が絶縁体で形成されている。流通管２４は、二重管構造を有する。流通管２４は、内管２４ａと、外管２４ｂとを有する。内管２４ａは、冷媒Ｃの供給源に接続され、縮径部１２ｅを貫通して内導体１２の先端部１２ｄの近傍まで配置される。内管２４ａは、先端部１２ｄに向けて配置される端部２４ｅを有する。端部２４ｅは、開口されている。内管２４ａ内には、流路２４ｃが形成される。流路２４ｃには、供給源から端部２４ｅにかけて冷媒Ｃが流通する。外管２４ｂは、内管２４ａを内包するように設けられる。外管２２ｂのうち、加速空洞４０側の端部は、内導体１２の内側に突出する縮径部１２ｅに接続される。外管２４ｂと内管２４ａとの間には、流路２４ｄが形成される。流路２４ｄには、内導体１２の先端部１２ｄから縮径部１２ｅを介して戻る冷媒Ｃが流通する。
　外管２２ｂは、内管２２ａを内包するように設けられる。外管２２ｂと内管２２ａとの間には、流路２２ｄが形成される。流路２２ｄには、内導体１２の先端部１２ｄから戻る冷媒Ｃが流通する。外管２２ｂは、内管２２ａとの間に確実にスペースが形成されるように、スペーサ等が配置されてもよい。
　この構成によれば、導波管１０の外部から内導体１２の内部に向けて流通管２４を配置し、流通管２４に冷媒Ｃを流通させることで、内導体１２の先端部１２ｄの冷却が可能となる。また、流通管２４の全体が絶縁体で形成されるため、導電体が高周波伝送空間Ｋを横切らない構成を容易に実現することができる。
　図５は、変形例に係る高周波カプラ１００Ｂの一例を示す断面図である。図５に示す高周波カプラ１００Ｂにおいて、冷媒流通部２０Ｂの流通管２５Ｂは、本体部２７と、被覆部２８とを有する。本体部２７は、全体が金属で形成されている。本体部２７は、二重管構造を有する。本体部２７は、内管２７ａと、外管２７ｂとを有する。内管２７ａ及び外管２７ｂの構成は、材質を除いては、図４に示す内管２４ａ及び外管２４ｂと同様の構成とすることができる。
　被覆部２８は、絶縁体で形成され、本体部２７のうち高周波伝送空間Ｋに露出する部分を覆っている。この構成によれば、流通管２５Ｂの本体部２７を金属で形成することにより、流通管２５Ｂを設置する際の作業負担を低減することがでる。また、高周波伝送空間Ｋに露出する部分を被覆部２８で覆うことにより、導電体が高周波伝送空間Ｋを横切らない構成を容易に実現することができる。
　また、上記実施形態では、流通管２４、２５、２５Ｂを外部から挿入する構成としたが、これに限定されない。図６は、変形例に係る高周波カプラ１００Ｃの一例を示す断面図である。図６に示す高周波カプラ１００Ｃは、内導体１２の分岐部１２ｆが屈曲部１０ｂ側に直線状に延び出し、外導体１１を貫通して導波管１０の外部に突出している。
　図６において、冷媒流通部２０Ｃは、内導体１２の内部１２Ｋに配置された流通管２９を有する。流通管２９の内部には、流路２９Ｋが形成される。冷媒Ｃは、流路２９Ｋを流通して内導体１２の先端部１２ｄに流れる。また、冷媒Ｃは、先端部１２ｄから内導体１２の内部１２Ｋ及び分岐部１２ｆを介して導波管１０の外部に戻される。
　この構成によれば、内導体１２の内部１２Ｋを冷媒Ｃの流路として有効活用することができる。また、内導体１２の分岐部１２ｆのうち高周波伝送空間Ｋに配置される部分は、外面が絶縁体の被覆部２６で覆われている。これにより、導電体が高周波伝送空間Ｋを横切らない構成を容易に実現することができる。
１０　導波管
１０ａ，１１ａ，１２ａ　第１直線部
１０ｂ，１１ｂ，１２ｂ　屈曲部
１０ｃ，１１ｃ，１２ｃ　第２直線部
１１　外導体
１２　内導体
１２ｄ　先端部
１２ｅ　縮径部
１２Ｋ　内部
１３　調整部
１４　窓部
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ　冷媒流通部
２１　第１管部
２１ａ，２２ａ，２４ａ，２７ａ　内管
２１ｂ，２２ｂ，２４ｂ，２７ｂ　外管
２１ｃ，２１ｄ，２２ｃ，２２ｄ，２４ｃ，２４ｄ，２９Ｋ　流路
２２　第２管部
２２ｅ，２４ｅ　端部
２３　継手部
２４，２５，２５Ｂ，２９　流通管
２６，２８　被覆部
２７　本体部
４０　加速空洞
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ　高周波カプラ
Ｃ　冷媒
Ｋ　高周波伝送空間
ＲＦ　高周波

Claims (5)

  1. 　同軸管状に設けられた外導体及び内導体を有し、電源側から直線状に延びて屈曲部でＬ状に屈曲され、加速空洞側に直線状に延びる導波管と、
    　前記屈曲部において前記導波管の外部から前記加速空洞側に向けて前記外導体と前記内導体とを貫通して前記内導体の内部に接続され、前記内導体のうち前記加速空洞側の先端部の内部と前記導波管の外部との間で冷媒を流通させる流通管を有し、前記流通管のうち前記外導体と前記内導体との間に形成される高周波伝送空間に露出する部分が絶縁体で形成される冷媒流通部と
    　を備える高周波カプラ。
  2. 　前記導波管は、前記外導体及び前記内導体の少なくとも一方の電気的特性を調整する調整部を有する
    　請求項１に記載の高周波カプラ。
  3. 　前記流通管は、
    　絶縁体で形成され、前記導波管の外部と前記内導体の内部とを接続する第１管部と、
    　金属で形成され、前記内導体の内部に配置され、前記内導体の内部において前記第１管部に接続され、前記内導体の前記先端部の内部に延びる第２管部と、を有する
    　請求項１又は請求項２に記載の高周波カプラ。
  4. 　前記流通管は、全体が絶縁体で形成される
    　請求項１又は請求項２に記載の高周波カプラ。
  5. 　前記流通管は、少なくとも前記導波管の内部に配置され金属で形成される本体部と、絶縁体で形成され前記本体部のうち前記高周波伝送空間に露出する部分を覆う被覆部と、を有する請求項１又は請求項２に記載の高周波カプラ。
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