(57)【要約】【課題】高周波透過窓にクラックが生じるのを防止できる高周波入力結合器を提供する。【解決手段】高周波透過窓構体17は、接合面35a，35bを有する高周波透過窓30と、高周波透過窓30の接合面35a，35bがろう付け接合される内導体スリーブ31aおよび外導体スリーブ31bとを備える。内導体スリーブ31aおよび外導体スリーブ31bは、高周波透過窓30の接合面35a，35bの幅よりも小さい幅に設けられ接合面35a，35bの幅方向中央部44a，44bがろう付け接合される接合部39a，39b、および接合部39a，39bの両側に沿って設けられ接合部39a，39bの両側から突出する接合面35a，35bの幅方向外側部45a，45bが対向する溝部40a，40bを有する。溝部40a，40bの深さ寸法D1が溝部40a，40bに対向する接合面35a，35bの幅方向外側部45a，45bの幅寸法W3よりも小さく設けられている。【選択図】図１
2019004250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合面を有する高周波透過窓と、
前記高周波透過窓の前記接合面がろう付け接合されるスリーブと
を具備し、
前記スリーブは、前記高周波透過窓の前記接合面の幅よりも小さい幅に設けられ前記接合面の幅方向中央部がろう付け接合される接合部、およびこの接合部の両側に沿って設けられ前記接合部の両側から突出する前記接合面の幅方向外側部が対向する溝部を有し、前記溝部の深さ寸法が前記溝部に対向する前記接合面の幅方向外側部の幅寸法よりも小さく設けられている
ことを特徴とする高周波透過窓構体。
【請求項２】
前記接合面に設けられ、前記接合部にろう付け接合されるろう材を備え、
前記ろう材は、前記接合面の幅方向外側部と前記接合部の側面との間に、前記接合面の幅方向外側部の端部から前記接合部の側面に向かって徐々に厚みが増すとともに前記接合部の側面全域に接合されるメニスカス部を有する
ことを特徴とする請求項１記載の高周波透過窓構体。
【請求項３】
環状で、外周および内周に接合面を有する高周波透過窓と、
前記高周波透過窓の内周の前記接合面がろう付け接合される内導体スリーブと、
前記高周波透過窓の外周の前記接合面がろう付け接合される外導体スリーブと
を具備し、
前記内導体スリーブおよび前記外導体スリーブは、前記高周波透過窓の前記接合面の幅よりも小さい幅に設けられ前記接合面の幅方向中央部がろう付け接合される接合部、およびこの接合部の両側に沿って設けられ前記接合部の両側から突出する前記接合面の幅方向外側部が対向する溝部を有し、前記溝部の深さ寸法が前記溝部に対向する前記接合面の幅方向外側部の幅寸法よりも小さく設けられている
ことを特徴とする高周波入力結合器。
【請求項４】
前記接合面に設けられ、前記接合部にろう付け接合されるろう材を備え、
前記ろう材は、前記接合面の幅方向外側部と前記接合部の側面との間に、前記接合面の幅方向外側部の端部から前記接合部の側面に向かって徐々に厚みが増すとともに前記接合部の側面全域に接合されるメニスカス部を有する
ことを特徴とする請求項３記載の高周波入力結合器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、高周波を透過する高周波透過窓を有する高周波透過窓構体および高周波入力結合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、荷電粒子（電子、イオン、陽子）加速器において、クライストロンのような高周波増幅器から放出される高周波を加速空胴に入射するとき、加速空胴に対して良好なカップリングを持たせることのできる構造を有した高周波入力結合器（カプラ）が用いられている。
【０００３】
高周波入力結合器は、大気側から入射される高周波を高真空に保たれた加速空胴内に入射させるための高周波透過窓構体を備えている。
【０００４】
高周波透過窓構体は、気密を保ちながら高周波を透過させる高周波透過窓と、高周波の伝送路となる外導体スリーブおよび内導体スリーブ等を備えている。高周波透過窓の外周および内周に設けられた接合面が外導体スリーブの内周および内導体スリーブの外周にろう付け接合されている。
【０００５】
高周波透過窓にはアルミナ等のセラミックが用いられており、各スリーブは銅等の金属が用いられている。
【０００６】
ところで、高周波透過窓構体は、ろう付けによる組み立て時に１０００℃以上の高温にさらされ、さらに、その後の高周波窓構体と高周波入力結合器の各部品をろう付けにより組み立てる際に７００℃以上の高温にさらされる。その際、高周波透過窓と各スリーブとでは材料の熱膨張率が異なるため、ろう付けでの温度上昇時や温度降下時に、高周波透過窓に引張応力が生じる。その結果、高周波透過窓の接合面の端部を起点として、高周波透過窓の内部に向かいクラックが発生することがある。このクラックが高周波透過窓を貫通すると、高周波入力結合器の気密を保てなくなるという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５-１４１８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、高周波透過窓にクラックが生じるのを防止できる高周波透過窓構体および高周波入力結合器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施形態の高周波透過窓構体は、接合面を有する高周波透過窓と、高周波透過窓の接合面がろう付け接合されるスリーブとを備える。スリーブは、高周波透過窓の接合面の幅よりも小さい幅に設けられ接合面の幅方向中央部がろう付け接合される接合部、および接合部の両側に沿って設けられ接合部の両側から突出する接合面の幅方向外側部が対向する溝部を有する。溝部の深さ寸法が溝部に対向する接合面の幅方向外側部の幅寸法よりも小さく設けられている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態を示す高周波入力結合器の高周波透過窓構体の一部の断面図である。
【図２】同上高周波入力結合器の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１２】
図２に高周波入力結合器10の断面図を示す。
【００１３】
高周波入力結合器10は、例えばクライストロンなどの高周波増幅器から放射された高周波（マイクロ波）を伝送する導波管11と加速器12の加速空胴13との間を結合するとともに、導波管11内の大気圧と加速空胴13内の高真空とを隔絶し、高周波を加速空胴13に入射するのに用いられる。
【００１４】
そして、高周波入力結合器10は、結合器本体16、およびこの結合器本体16に組み込まれた高周波透過窓構体17を備えている。
【００１５】
結合器本体16は、同軸に配置される円柱状の内導体20および円筒状の外導体21を有している。これら内導体20と外導体21との間を通じて高周波を伝送する。内導体20は、高周波透過窓構体17の内側が接合されており、加速器12の加速空胴13に突出配置されるアンテナ部22を有している。外導体21は、高周波透過窓構体17の外側が接合されており、加速器12に取り付けられている。
【００１６】
また、高周波透過窓構体17は、気密を保ち高周波を透過する高周波透過窓30と、伝送路を構成するスリーブとしての内導体スリーブ31aおよび外導体スリーブ31bとを備えている。
【００１７】
高周波透過窓30の材料には、例えばアルミナなどのセラミックが用いられている。高周波透過窓30は、中央に円形の孔を有する円板状（円環状）に形成されている。
【００１８】
内導体スリーブ31aおよび外導体スリーブ31bの材料には、例えば銅などの金属が用いられている。内導体スリーブ31aおよび外導体スリーブ31aは、円筒状に形成され、高周波透過窓30を介して同軸に配置されている。
【００１９】
そして、高周波透過窓30の孔33に内導体スリーブ31aが挿入され、高周波透過窓30が外導体スリーブ31bの内側に挿入され、高周波透過窓30と内導体スリーブ31aおよび外導体スリーブ31bとがろう付け接合されている。また、内導体スリーブ31aは内導体20の外周にろう付け接合され、外導体スリーブ31bは外導体21の端部にろう付け接合されている。
【００２０】
次に、図１に高周波透過窓構体17の一部の断面図を示す。
【００２１】
高周波透過窓30の内周および外周には、内導体スリーブ31aの外周面および外導体スリーブ31bの内周面にろう付け接合される接合面（窓側接合面）35a，35bが形成されている。高周波透過窓30の内周および外周の幅方向両側の角部には、斜めにカットされた面取り部である傾斜面36a，36bが形成されている。接合面35a，35bには、メタライズ層が形成され、このメタライズ層上にろう材37a，37bが設けられている。
【００２２】
内導体スリーブ31aの外周面には、高周波透過窓30の内周の接合面35aをろう付け接合する接合部39aが形成されているとともに、この接合部39aの両側に溝部40aが形成されている。外導体スリーブ31bの内周面には、高周波透過窓30の外周の接合面35bをろう付け接合する接合部39bが形成されているとともに、この接合部39bの両側に溝部40bが形成されている。
【００２３】
接合部39a，39bには、高周波透過窓30の接合面35a，35bがろう付け接合されるスリープ側接合面41a，41bが形成されている。
【００２４】
溝部40a，40bは、溝幅方向両側の側面42a，42b、および溝奥側の底面43a，43bを有している。側面42a，42bは、底面43a，43bから開口側に向けて拡開するように傾斜状に形成されている。接合部39a，39bの側面は溝部40a，40bの側面42a，42bによって構成されており、接合部39a，39bの断面形状は台形状となっている。
【００２５】
接合部39a，39bの幅W1は、高周波透過窓30の接合面35a，35bの幅W2よりも小さく設けられている。接合部39a，39bには、高周波透過窓30の接合面35a，35bの幅方向中央部44a，44bがろう付け接合される。そのため、高周波透過窓30の接合面35a，35bの幅方向中央部44a，44bの両側に位置する幅方向外側部45a，45bは、接合部39a，39bから突出（露出）されて、溝部40a，40bに対向するように配置されている。
【００２６】
溝部40a，40bの深さ寸法D1は、溝部40a，40bに対向する接合面35a，35bの幅方向外側部45a，45bの幅寸法W3よりも小さく設けられている。
【００２７】
また、ろう材37a，37bは、高周波透過窓30の接合面35a，35bの幅方向中央部44a，44bと接合部39a，39bのスリープ側接合面41a，41bとの間に介在されて接合している。
【００２８】
ろう材37a，37bの一部は、高周波透過窓30の接合面35a，35bの幅方向外側部45a，45bと接合部39a，39bの側面42a，42bとの間で、メニスカス部47a，47bを形成している。メニスカス部47a，47bは、接合面35a，35bの幅方向外側部45a，45bの端部48a，48b側の厚みが薄く、接合面35a，35bの幅方向外側部45a，45bの端部48a，48b側から接合部39a，39bの側面42a，42bに向かって徐々に厚みが増し、接合部39a，39bの側面42a，42bの全域に接合され、溝部40a，40bの底面43a，43bに達している。
【００２９】
そして、このように構成される高周波透過窓構体17は、高周波透過窓構体17自体のろう付けによる組み立て時に例えば１０００度以上の高温にさらされ、さらに、その後の高周波透過窓構体17と高周波入力結合器10の各部品をろう付けにより組み立てる際に７００℃以上の高温にさらされる。
【００３０】
その際、セラミック製の高周波透過窓30と銅製の内導体スリーブ31aおよび外導体スリーブ31bとでは材料の熱膨張率が異なるため、ろう付けでの温度上昇時や温度降下時に、高周波透過窓30に応力が生じやすい。
【００３１】
仮に、高周波透過窓30の接合面35a，35bの幅方向全体が内導体スリーブ31aおよび外導体スリーブ31bにろう付け接続する場合、高周波透過窓30の接合面35a，35bの端部48a，48bを起点として、高周波透過窓30の内部に向かいクラックが発生することがある。
【００３２】
本実施形態の高周波透過窓構体17では、内導体スリーブ31aおよび外導体スリーブ31bの接合部39a，39bの幅W1が高周波透過窓30の接合面35a，35bの幅W2よりも小さく、接合部39a，39bには高周波透過窓30の接合面35a，35bの幅方向中央部44a，44bがろう付け接合され、さらに、溝部40a，40bの深さ寸法D1が溝部40a，40bに対向する接合面35a，35bの幅方向外側部45a，45bの幅寸法W3よりも小さく設けられている。これにより、高周波透過窓30の接合面35a，35bの幅方向外側部45a，45bと接合部39a，39bの側面42a，42bとの間に形成されるろう材37a，37bのメニスカス部47a，47bは、接合面35a，35bの幅方向外側部45a，45bの端部48a，48b側の厚みが薄く、接合面35a，35bの幅方向外側部45a，45bの端部48a，48b側から接合部39a，39bの側面42a，42bに向かって徐々に厚みが増し、接合部39a，39bの側面42a，42bの全域に接合され、溝部40a，40bの底面43a，43bに達する。そのため、高周波透過窓30の接合面積はこれまでと変わらず、高周波透過窓30の接合面35a，35bの端部48a，48bに加わる応力を分散、緩和することにより、接合強度を高くすることができる。これにより、高周波透過窓30にクラックが発生するのを防止できる。
【００３３】
なお、高周波透過窓構体17の高周波透過窓30とスリーブ（内導体スリーブ31aおよび外導体スリーブ31b）とのろう付け接合構造は、上述した高周波入力結合器10に限らず、例えば、クライストロン等のマイクロ波電子管において、増幅した高周波を出力する出力導波管に設けられる高周波透過窓構体にも適用することができる。
【００３４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
10    高周波入力結合器
17    高周波透過窓構体
30    高周波透過窓
31a   スリーブとしての内導体スリーブ
31b   スリーブとしての外導体スリーブ
35a，35b    接合面
37a，37b    ろう材
39a，39b    接合部
40a，40b    溝部
42a，42b    側面
44a，44b    幅方向中央部
45a，45b    幅方向外側部
47a，47b    メニスカス部
48a，48b    端部
【図１】
2019004250.tif 000003
【図２】
2019004250.tif 000004