(57)【要約】【課題】金属部分の腐食を防止するとともに冷却効率の高いマイクロ波透過窓構体を提供することを目的とする。【解決手段】平板状に形成されその両面におけるループ状の周縁部及びこれらの周縁部を繋ぐ端面にメタライズ部Ｍが延在した誘電体ディスク２１と、誘電体ディスクの周縁部に延在したメタライズ部の上に固定された金属スリーブ２２及び２３と、メタライズ部と金属スリーブとの間に介在するとともに少なくとも金属スリーブより外側の周縁部及び端面に延在したメタライズ部を被覆するロウ材４０と、を備えたことを特徴とするマイクロ波透過窓構体。【選択図】      図４
2010232072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を装置外部に導出するマイクロ波透過窓構体であって、
平板状に形成され、その両面におけるループ状の周縁部及びこれらの周縁部を繋ぐ端面にメタライズ部が延在した誘電体ディスクと、
前記誘電体ディスクの周縁部に延在した前記メタライズ部の上に固定された金属スリーブと、
前記メタライズ部と前記金属スリーブとの間に介在するとともに、少なくとも前記金属スリーブより外側の周縁部及び端面に延在した前記メタライズ部を被覆するロウ材と、
を備えたことを特徴とするマイクロ波透過窓構体。
【請求項２】
前記ロウ材は、前記メタライズ部の全体を被覆することを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波透過窓構体。
【請求項３】
前記ロウ材は、銀及び銅の合金、または、金及び銅の合金によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波透過窓構体。
【請求項４】
前記金属スリーブの外側に、冷却媒体が流れる流路が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波透過窓構体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波透過窓構体に係り、特に、マイクロ波を発生するマイクロ波電子管の出力窓や、マイクロ波の伝送系の透過窓の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、ジャイロトロンなどのマイクロ波電子管に適用される出力窓構体の構造が開示されている。すなわち、ダイヤモンド薄板からなる出力窓の両面には、出力導波管部の一部を構成する出力窓支持内筒が真空気密にろう接により固定されている。出力窓の突出した外周縁は、冷却媒体と直接接触して出力窓全体の放熱又は冷却に利用される。
【０００３】
このような特許文献１の構成においては、ロウ材としてアルミニウム系を利用する場合、アルミニウムの腐食を防止するために、比較的冷却効率が高い水系の冷却媒体を適用できない。また、冷却媒体がロウ材と出力窓との隙間から進入しやすく、金属部分を腐食するおそれがあり、さらには真空気密を保てなくなるおそれもある。
【０００４】
一方で、非特許文献１によれば、ロウ接部のメタライズ部の冷却媒体腐食を防止するために、金属スリーブと誘電体ディスク周端面まで保護被覆を設けて、ロウ接部が直接水などの冷却媒体に接しない構造が開示されている。しかしながら、ロウ接部の隙間など必ずしも完全にメッキ被覆することが難しく、保護メッキ層にできたピンホールなどから水が浸入して、腐食を進め真空気密を保てなくなるおそれがある。
【０００５】
また、この非特許文献１によれば、誘電体ディスクと金属スリーブの構造として、ロウ接部が直接冷却水に接しない構造も開示されている。しかしながら、薄肉の金属スリーブを経由した冷却は熱伝導による熱流を十分に伝導できないおそれがある。
【０００６】
また、この非特許文献１によれば、金属スリーブを二重構造として、１８０°対向方向に冷却水の入出口を設け、二重円筒の間を冷却水路として利用して直接水冷する構造も開示されている。しかしながら、ディスク周端面の冷却面としての寄与が期待できない上に、金属スリーブを二重にしてその面積で有効な冷却面積をうる為には、周辺部にある程度の幅の代を確保する必要がある。このため、周辺部の幅が大きくなり、出力窓の有効口径がその分小さくなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３３８５８８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】"Torus window development for the ITER ECRH Upper Launcher"：Journal of Physics: Conference Series 25(2005) pp.174
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、金属部分の腐食を防止するとともに冷却効率の高いマイクロ波透過窓構体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様によれば、
マイクロ波を装置外部に導出するマイクロ波透過窓構体であって、
平板状に形成され、その両面におけるループ状の周縁部及びこれらの周縁部を繋ぐ端面にメタライズ部が延在した誘電体ディスクと、
前記誘電体ディスクの周縁部に延在した前記メタライズ部の上に固定された金属スリーブと、
前記メタライズ部と前記金属スリーブとの間に介在するとともに、少なくとも前記金属スリーブより外側の周縁部及び端面に延在した前記メタライズ部を被覆するロウ材と、
を備えたことを特徴とするマイクロ波透過窓構体が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、金属部分の腐食を防止するとともに冷却効率の高いマイクロ波透過窓構体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、電子管の一例であるジャイロトロンの構成を概略的に示す図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る出力窓構体の主要構成の一部断面を示した分解斜視図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る出力窓構体の断面図である。
【図４】図４は、図３に示した誘電体ディスクの周縁部付近を囲んだＰの部分を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一態様について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】
ここでは、マイクロ波透過窓構体の一例として、マイクロ波電子管の一つであるジャイロトロンに適用される出力窓構体を例に説明する。
【００１５】
図１に示すように、ジャイロトロン１は、中空の旋回電子ビーム２を生成するマグネトロン型電子銃３を備えている。電子銃３とコレクタ５との間には、電子銃３で生成された電子ビーム２と相互作用してミリ波又はマイクロ波を生起させる空胴共振器すなわちキャビティ７と、電子銃３により生成された電子ビーム２をキャビティ７に案内するビームトンネル６と、が配置されている。
【００１６】
キャビティ７とコレクタ５との間には、放射器９及び反射器１０が配置され、さらに、キャビティ７で生起された電磁波８を平行ビーム状に変換する準光学的モード変換器１１と、このモード変換器１１により平行ビーム状に変換された電磁波８を反射する出射ミラー１２とが配置されている。
【００１７】
出射ミラー１２により反射された平行ビーム状の電磁波８は、出力窓構体２０を通じてジャイロトロン１の外部に導出される。なお、電子銃部やキャビティ部、或いはコレクタの外周には、それぞれ磁場発生コイル、或いはスイープコイル４が配置される。
【００１８】
次に、出力窓構体２０についてより詳細に説明する。
【００１９】
図２は、出力窓構体２０の主要構成の一部断面を示した分解斜視図である。すなわち、出力窓構体２０は、誘電体ディスク２１と、この誘電体ディスク２１の両面２１Ａ及び２１Ｂにそれぞれ固定される金属スリーブ２２及び２３と、を備えている。
【００２０】
誘電体ディスク２１は、平板状に形成されている。この誘電体ディスク２１は、熱伝導性が良好で高周波数領域において誘電体損失の少ない人工ダイヤモンドやサファイア、アルミナセラミックなどを用いて形成されている。このような誘電体ディスク２１は、出力窓構体２０を構成する出力窓として機能する。
【００２１】
この誘電体ディスク２１の両面２１Ａ及び２１Ｂにおけるループ状の周縁部及びこれらの周縁部を繋ぐ端面２１Ｅには、メタライズ部Ｍが延在している。このメタライズ部Ｍは、例えば、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）などによって形成され、さらにロウ材の流れ性の向上のためのニッケル（Ｎｉ）等のメッキが施されたものである。
【００２２】
金属スリーブ２２及び２３は、円筒状に形成されている。この金属スリーブ２２及び２３は、例えばインコネル（Ｎｉ一Ｃｒ一Ｆｅ合金）製である。このような金属スリーブ２２及び２３は、出力窓構体２０の出力導波管部を構成する。
【００２３】
金属スリーブ２２は、誘電体ディスク２１の一方の面２１Ａ側においてメタライズ部Ｍが延在した周縁部に配置される。また、金属スリーブ２３は、誘電体ディスク２１の他方の面２１Ｂ側においてメタライズ部Ｍが延在した周縁部に配置される。これらの金属スリーブ２２及び２３と、誘電体ディスク２１とは後述するロウ材により気密接合される。
【００２４】
図３は、出力窓構体２０の断面図である。すなわち、金属スリーブ２２の一端側は、誘電体ディスク２１の一方の面２１Ａに接続され、また、金属スリーブ２２の他端側には溶接ツバ２４が接続されている。同様に、金属スリーブ２３の一端側は、誘電体ディスク２１の他方の面２１Ｂに接続され、また、金属スリーブ２３の他端側には溶接ツバ２５が接続されている。これらの金属スリーブ２２及び２３の外側には、冷却媒体３０が流れる流路３１が形成されている。
【００２５】
図４は、図３に示した誘電体ディスクの周縁部付近を囲んだＰの部分を拡大した断面図である。すなわち、誘電体ディスク２１の一方の面２１Ａに設けられたメタライズ部Ｍと、金属スリーブ２２との間には、ロウ材４０が介在しており、誘電体ディスク２１と金属スリーブ２２とを接続している。また、誘電体ディスク２１の他方の面２１Ｂに設けられたメタライズ部Ｍと、金属スリーブ２３との間にも、同様にロウ材４０が介在しており、誘電体ディスク２１と金属スリーブ２３とを接続している。
【００２６】
このロウ材４０は、さらに、金属スリーブ２２及び２３よりも外側のメタライズ部Ｍを被覆している。つまり、ロウ材４０は、誘電体ディスク２１の一方の面２１Ａ及び他方の面２１Ｂにおける周縁部に設けられたメタライズ部Ｍ、及び、誘電体ディスク２１の端面２１Ｅに設けられたメタライズ部Ｍを被覆している。
【００２７】
これにより、冷却媒体３０に接触する金属スリーブ２２及び２３の外側において、ロウ材４０と誘電体ディスク２１との界面が存在せず、ロウ材４０と誘電体ディスク２１との隙間から冷却媒体が侵入することを防止できる。しかも、メタライズ部Ｍがロウ材４０によって被覆されているため、メタライズ部Ｍが冷却媒体に接することは無く、メタライズ部Ｍの腐食を防止できる。
【００２８】
図４に示した例では、ロウ材４０は、さらに、金属スリーブ２２及び２３よりも内側のメタライズ部Ｍも被覆している。つまり、ロウ材４０は、誘電体ディスク２１の一方の面２１Ａ及び他方の面２１Ｂにおける周縁部に設けられたメタライズ部Ｍを被覆している。このように、メタライズ部Ｍの全体がロウ材によって被覆されているため、メタライズ部Ｍが外環境に曝されることがなく、さらなる腐食防止効果が得られる。
【００２９】
上述したロウ材４０は、銀（Ａｇ）及び銅（Ｃｕ）の合金、または、金（Ａｕ）及び銅（Ｃｕ）の合金によって形成されている。銀（Ａｇ）及び銅（Ｃｕ）の合金のロウ材４−の一例としては、銀が７２％、銅が２８％の割合の材料が挙げられる。また、金（Ａｕ）及び銅（Ｃｕ）の合金のロウ材４０の一例としては、金が３７％、銅が６３％の割合の材料が挙げられる。
【００３０】
これらの合金によって形成されたロウ材４０は、熱伝達性が高く、しかも、水に対して耐蝕性が高い極めて安定な特性を有している。このため、冷却媒体３０として水を適用した場合であっても、ロウ材４０の腐食を防止できる。一方で、水は、比較的冷却効率が高い冷却媒体であるため、誘電体ディスク２１の端面付近と、金属スリーブ２２及び２３とが直接水によって冷却され、冷却効率を改善することができる。
【００３１】
また、使用する誘電体ディスク２１（特に口径が大きくなると高価になる人工ダイヤモンド）の周縁部及び端面のみにメタライズ部Ｍを設け、且つ、メタライズ部Ｍをロウ材４０によって被覆することにより、腐食防止効果及び冷却効率改善効果が得られるため、誘電体ディスク２１の口径に対して、比較的大きな有効口径の出力窓が実現できる。
【００３２】
図４に示したような構造の出力窓構体２０を製造するロウ接工程では、メタライズ部Ｍとほぼ同じ環状の薄いロウ材（ワッシャー形状ロウ）４０を用い、金属スリーブ２２及び２３と、このメタライズ部Ｍの間にロウ材４０を挟み、ロウ材４０を溶融させる。このロウ接工程の雰囲気は、メタライズ部Ｍがマンガン（Ｍｎ）−モリブデン（Ｍｏ）系の組成の場合には、水素雰囲気でも良いが、メタライズ部Ｍがチタン（Ｔｉ）活性を利用して形成された場合には、メタライズ部Ｍが水素と反応劣化しない真空雰囲気が必要となる。
【００３３】
誘電体ディスク２１の周縁部及び端面までメタライズ部Ｍが延在している場合、使用するワッシャー形状ロウ４０の外径は、誘電体ディスク２１の外径より端面２１Ｅの厚さ程度大きなものを用いることで、端面２１Ｅにロウ材４０が流れ被覆される。このため、ロウ材４０の被覆とロウ接とを同時に行うことができる。
【００３４】
以上説明したように、金属部分の腐食を防止するとともに冷却効率の高いマイクロ波透過窓構体を提供することができる。
【００３５】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【００３６】
なお、上述した実施形態においては、マイクロ波電子管の一つとしてジャイロトロンを例に説明したが、クライストロンなどの他のマイクロ波電子管において適用されるマイクロ波透過窓構体にも上記発明を利用可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１…ジャイロトロン
２０…出力窓構体
２１…誘電体ディスク
２１Ｅ…端面  ２１Ａ…一方の面  ２１Ｂ…他方の面
２２、２３…金属スリーブ
２４、２５…溶接ツバ
３０…冷却媒体
４０…ロウ材
Ｍ…メタライズ部
【図１】
2010232072.tif 000003
【図２】
2010232072.tif 000004
【図３】
2010232072.tif 000005
【図４】
2010232072.tif 000006