(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの電力増幅器からの出力を２つのインピーダンス変換器にそれぞれ伝送し、前記２つのインピーダンス変換器からの出力を結合器で合成して所望の電力を出力する高周波電源の合成器の冷却構造であって、
アイソレーションを確保するため、前記２つの電力増幅器からの出力間に接続する終端抵抗器を備え、
前記終端抵抗器は、シャーシに熱伝導性の良い絶縁スペーサを挟んで取り付けられ、
前記終端抵抗器から発生した熱が、前記絶縁スペーサ及び前記シャーシを経由して銅ブロックに熱伝導し、前記銅ブロックが挟持する冷却管を介して前記冷却管内部を流れる冷却媒体に放熱されることを特徴とする合成器の冷却構造。
【請求項２】
請求項１記載の合成器の冷却構造において、前記終端抵抗器から発生した熱が、前記２つのインピーダンス変換器への伝送路に熱伝導し、前記伝送路に熱伝導した熱を、前記伝送路を支持するスペーサを経由して前記シャーシに伝え、前記シャーシを経由して前記銅ブロックに熱伝導し、前記銅ブロックが挟持する前記冷却管を介して前記冷却管内部を流れる冷却媒体に放熱されることを特徴とする合成器の冷却構造。
【請求項３】
請求項２記載の合成器の冷却構造において、前記スペーサの材質は、アルミナであることを特徴とする合成器の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波電力を合成するための合成器に係り、特に、合成器の冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
大電力を出力する高周波電源は、複数の電力増幅器の出力を合成することによって所望の電力を出力する。電力を合成するのに必要なユニットが合成器である。
特許文献１には、電力損失を低減し、電力合成を高効率に行うことが可能な電力合成器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１３５２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、例えば、２つの電力増幅器の出力を合成器で合成する場合、合成器の各々の入力端子から入力された高周波がそれぞれのインピーダンス変換器を通って結合器で合成されて、出力端子に出力される。その際、アイソレーションを確保するため２つの入力端子間に抵抗器（アイソレーション抵抗）が接続される。
２つの入力端子に入力される２つの高周波の位相と振幅に差が無く、合成器を構成する２つのインピーダンス変換器に特性差が無い場合は、上記アイソレーション抵抗の両端にかかる電圧は同じであるため、アイソレーション抵抗に流れる電流は０であり、電力を消費しない。この状態が理想的であるが、実際に装置を製作すると、部品や製造による特性ばらつきによって、２つの入力端子に入力される高周波の位相と振幅には差が生じ、２つのインピーダンス変換器にも特性差が発生する。これらの差によって、アイソレーション抵抗の両端には電位差が生じ、電力が消費される。【０００５】
高周波電源では、この特性差が僅かであっても、出力電力が大きいため、アイソレーション抵抗で電力が消費され発熱する。そのために、アイソレーション抵抗の効率的な冷却を行う必要がある。特許文献１には、アイソレーション抵抗としてのアンバランス吸収抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の記載はあるものの、アイソレーション抵抗の冷却技術については開示されていない。【０００６】
本発明はこの様な問題を解決するためになされたもので、アイソレーション抵抗のような電子部品から発生した熱を外部に効率良く放熱することができ、当該電子部品の性能及び寿命の劣化を回避すると共に、高周波電源の信頼性を確保することが可能な合成器の冷却構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る合成器の冷却構造は、２つの電力増幅器からの出力を２つのインピーダンス変換器にそれぞれ伝送し、前記２つのインピーダンス変換器からの出力を結合器で合成して所望の電力を出力する高周波電源の合成器の冷却構造であって、アイソレーションを確保するため、前記２つの電力増幅器からの出力間に接続する終端抵抗器を備え、前記終端抵抗器は、シャーシに熱伝導性の良い絶縁スペーサを挟んで取り付けられ、前記終端抵抗器から発生した熱が、前記絶縁スペーサ及び前記シャーシを経由して銅ブロックに熱伝導し、前記銅ブロックが挟持する冷却管を介して前記冷却管内部を流れる冷却媒体に放熱されることを特徴とする。【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る合成器の冷却構造は、上記の合成器の冷却構造において、前記終端抵抗器から発生した熱が、前記２つのインピーダンス変換器への伝送路に熱伝導し、前記伝送路に熱伝導した熱を、前記伝送路を支持するスペーサを経由して前記シャーシに伝え、前記シャーシを経由して前記銅ブロックに熱伝導し、前記銅ブロックが挟持する前記冷却管を介して前記冷却管内部を流れる冷却媒体に放熱されることを特徴とする。【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る合成器の冷却構造は、上記の合成器の冷却構造において、前記スペーサの材質は、アルミナであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明によれば、アイソレーション抵抗のような電子部品から発生した熱を外部に効率良く放熱することができ、当該電子部品の性能及び寿命の劣化を回避すると共に、高周波電源の信頼性を確保することが可能な合成器の冷却構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用した実施形態１に係る合成器の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の合成器１をＡ方向から見た場合の正面図である。
【図３】図１の合成器１をＢ方向から見た場合の側面図である。
【図４】冷却ブロックＡＳＳＹ１０の詳細を説明するための図である。
【図５】本発明を適用した実施形態１に係る合成器の冷却方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜実施形態１＞［合成器１の構成］   以下、本発明を適用した実施形態１に係る合成器について、図１〜３を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明を適用した実施形態１に係る合成器の一例を示す斜視図である。図２は、図１の合成器１をＡ方向から見た場合の正面図である。また、図３は、図１の合成器１をＢ方向から見た場合の側面図である。
本発明を適用した実施形態１に係る合成器１は、２つの電力増幅器の出力を合成することによって所望の電力を出力する高周波電源の合成器であり、例えば、低温プラズマ放電発生用の高周波電源に使用することが可能である。
【００１３】
合成器１は、図１〜３に示すように、シャーシ２０と、図示しない２つの電力増幅器からの出力をそれぞれ図示しない２つのインピーダンス変換器に伝送する配線プレート（１）３０−１，３０−２（以下、総称する場合は配線プレート（１）３０という）と、２つのインピーダンス変換器からの出力を伝送する配線プレート（２）３２と、配線プレート（２）３２を介して伝送された２つのインピーダンス変換器からの出力を合成する結合器４０と、アイソレーションを確保するため２つの電力増幅器からの出力間に接続する終端抵抗器５０−１，５０−２（以下、総称する場合は終端抵抗器５０という）と、終端抵抗器５０−１，５０−２と配線プレート（１）３０−１，３０−２とをそれぞれ接続する配線プレート（３）３４−１，３４−２（以下、総称する場合は配線プレート（３）３４という）と、シャーシ２０と終端抵抗器５０−１，５０−２との間に所定の距離を保つための銅ブロック６０−１，６０−２（以下、総称する場合は銅ブロック６０という）と、絶縁スペーサ７０と、冷却ブロックＡＳＳＹ１０と、筐体８０と、スペーサ９０とを含む構成となっている。
なお、シャーシ２０、配線プレート（１）３０−１，３０−２、配線プレート（２）３２、及び配線プレート（３）３４−１，３４−２は、例えば、銅板で形成される。また、絶縁スペーサ７０の材質は、例えば、窒化アルミニウムである。また、筐体８０は、例えば、アルミニウムで形成される。また、スペーサ９０の材質は、例えば、電気絶縁性が高く、熱伝導率の高いアルミナ等である。
【００１４】
次に、冷却ブロックＡＳＳＹ１０の構成について、図４を参照して詳細に説明する。
図４は、冷却ブロックＡＳＳＹ１０の詳細を説明するための図であって、（ａ）は外観を示す斜視図であり、（ｂ）は冷却ブロックＡＳＳＹ１０の構成を示す図である。
冷却ブロックＡＳＳＹ１０は、図４（ｂ）に示すように、内部に冷却用の冷却水を流すための銅パイプ１１と、銅プレート（Ａ）１２と、銅プレート（Ｂ）１３とから構成される。
銅パイプ１１は、継ぎ目のないパイプに曲げ加工を施して形成したものである。
銅プレート（Ａ）１２は、銅パイプ１１の外径よりも少し小さめの径の溝部１２ｃと、銅プレート（Ｂ）１３をネジ締結するためのネジ穴１２ｂと、シャーシ２０を間に挟んだ状態で上記した終端抵抗器５０を固定するためのネジ穴１２ａとを具備している。
銅プレート（Ｂ）１３は、銅パイプ１１の外径よりも少し小さめの径の溝部１３ｂと、銅プレート（Ａ）１２にネジ締結するための貫通穴１３ａとを具備している。
冷却ブロックＡＳＳＹ１０は、銅プレート（Ａ）１２の溝部１２ｃと銅プレート（Ｂ）１３の溝部１３ｂに熱伝導性グリースを少量塗布後、溝部１２ｃと溝部１３ｂとの間に銅パイプ１１を挟み、銅プレート（Ａ）１２のネジ穴１２ｂと銅プレート（Ｂ）１３の貫通穴１３ａを使って、ネジ１５０で銅プレート（Ａ）１２に銅プレート（Ｂ）１３を螺合することで組み立てられる。なお、銅パイプ１１と溝部１２ｃ及び溝部１３ｂとの外径の違いにより、銅パイプ１１は銅プレート（Ａ）１２及び銅プレート（Ｂ）１３に圧入状態となる。
【００１５】
［合成器１の組立手順］   次に、本発明を適用した実施形態１に係る合成器１の組立手順について、図１〜３を参照して詳細に説明する。
最初に、予め、シャーシ２０上面の所定の箇所にネジ等を使ってスペーサ９０を取り付けておく。また、銅ブロック６０−１に配線プレート（３）３４−１を、銅ブロック６０−２に配線プレート（３）３４−２を、ネジ１６０で取り付けておく。
次に、シャーシ２０裏面の所定の位置に冷却ブロックＡＳＳＹ１０を配置する。
次に、シャーシ２０の図１に示す位置に配線プレート（１）３０−１，３０−２を載置し、間に支柱９０を挟んでネジ１３０で締結する。
次に、シャーシ２０の図１に示す位置に絶縁スペーサ７０を載置し、その上に配線プレート（３）３４−１，３４−２を取り付けた終端抵抗器５０−１，５０−２を載せ、終端抵抗器５０−１，５０−２のフランジ部の図示しない取付穴、銅ブロック６０−１，６０−２の図示しない貫通穴、絶縁スペーサ７０の図示しない貫通穴、及びシャーシ２０の図示しない貫通穴の位置合わせを行い、図示しないネジを使い、冷却ブロックＡＳＳＹ１０の銅プレート（Ａ）１２のネジ穴１２ａにネジ締結する。
次に、配線プレート（１）３０−１，３０−２に配線プレート（３）３４−１，３４−２をそれぞれネジ１４０で取り付ける。
次に、シャーシ２０の図１に示す位置に配線プレート（２）３２を載置し、間にスペーサ９０を挟んでＤ部２箇所をネジ１３０で締結する。
次に、配線プレート（２）３２の図１に示す位置に結合器４０を載置し、間にスペーサ９０を挟んでＦ部２箇所をネジ１３０で締結する。
次に、冷却ブロックＡＳＳＹ１０を間に挟み込む形で、筐体８０にシャーシ２０を、例えば、ネジ締結等の固定手段で取り付ける。
【００１６】
［合成器１の冷却方法］   次に、本発明の合成器１の冷却方法について、図５を参照して詳細に説明する。
図５は、本発明を適用した実施形態１に係る合成器の冷却方法を説明するための図である。なお、図５では、シャーシ２０を透過した状態で示している。
図５に示すように、冷却ブロックＡＳＳＹ１０の銅パイプ１１には、冷却用の冷媒、例えば、冷却水を流すようにする。なお、上記したように、銅パイプ１１は継ぎ目のない１本のパイプで形成されているので、合成器１内で冷却水が漏れ出ることはない。
また、終端抵抗器５０から発生した熱は、銅ブロック６０、熱伝導性の良い窒化アルミ製の絶縁スペーサ７０、銅製のシャーシ２０及び銅プレート（Ａ）１２を経由して銅パイプ１１に熱伝導し、銅パイプ１１から冷却水に放熱される。
また、終端抵抗器５０から発生した熱は、銅ブロック６０から配線プレート（３）３４に熱伝導するが、配線プレート（３）３４に熱伝導した熱は、配線プレート（１）３０及びスペーサ９０を経由して銅製のシャーシ２０へと伝わり、更に、銅プレート（Ａ）１２を経由して銅パイプ１１に熱伝導し、銅パイプ１１から冷却水に放熱される。
また、結合器４０の出力先の装置から結合器４０を経由して熱伝導した熱は、配線プレート（２）３２及びスペーサ９０を経由して銅製のシャーシ２０へと伝わり、更に、銅プレート（Ａ）１２を経由して銅パイプ１１に熱伝導し、銅パイプ１１から冷却水に放熱される。
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、アイソレーション抵抗のような電子部品から発生した熱を外部に効率良く放熱することができ、当該電子部品の性能及び寿命の劣化を回避すると共に、高周波電源の信頼性を確保することが可能な合成器の冷却構造を提供することができる。
【００１８】
なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施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。さらに、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。
【符号の説明】
【００１９】
１：合成器、１０：冷却ブロックＡＳＳＹ、１１：銅パイプ、１２：銅プレート（Ａ）、１２ａ：ネジ穴、１２ｂ：ネジ穴、１２ｃ：溝部、１３：銅プレート（Ｂ）、１３ａ：貫通穴、１３ｂ：溝部、２０：シャーシ、３０，３０−１，３０−２：配線プレート（１）、３２：配線プレート（２）、３４，３４−１，３４−２：配線プレート（３）、４０：結合器、５０，５０−１，５０−２：終端抵抗器、６０，６０−１，６０−２：銅ブロック、７０：絶縁スペーサ、８０：筐体、９０：スペーサ、１３０：ネジ、１４０：ネジ、１５０：ネジ、１６０：ネジ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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