(57)【要約】【課題】放熱性に優れ、温度上昇による特性劣化や故障を抑制した進行波管を得る。【解決手段】相互作用部の外表面と筐体内壁との間に形成される空間に、金属粒及び充填剤を充填したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを照射する電子銃部と、高周波を前記電子ビームとの相互作用により増幅する相互作用部と、前記電子ビームの電子を捕捉するコレクタ部と、前記相互作用部の外表面を囲む筐体とを備えた進行波管において、
前記相互作用部の外表面と前記筐体内壁との間に形成される空間に、金属粒及び充填剤を充填したことを特徴とする進行波管。
【請求項２】
前記金属粒は、銅球であることを特徴とする請求項１記載の進行波管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、放熱性を高めた進行波管に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の進行波管は、相互作用部で、電子銃部のカソードから照射された電子ビームとマイクロ波を相互作用させ、電子ビームのエネルギーをマイクロ波のエネルギーに変換することで、マイクロ波の増幅を行っており、電子ビーム中の一部の電子が衝突したり、増幅したマイクロ波の一部が損失することにより相互作用部が発熱するという課題があった。そこで、これらの熱を放熱するために、発熱部である相互作用部と、これを囲む筐体との間に金属板を設けたり、前記発熱部と前記筐体との空間（隙間）へ金属フィラーを含有した充填剤を充填したりする等して、前記相互作用部と筐体との熱的接触を良くし、放熱性を高めていた。また、技術分野は異なるが、放熱性を向上させるためプリント基板と、このプリント基板を囲む筐体との空間をセラミックボールで満たし、前記プリント配線板の放熱性を改善したものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２２６４６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の進行波管は、上記のように構成されており、金属板を設けたものでは、発熱部である相互作用部の表面構造が複雑であるため、前記相互作用部と金属板との接触面積が小さくなり、十分な放熱性を確保できないという課題があった。また、充填剤を充填する場合、複雑な構造を有する前記相互作用部の外表面と、この相互作用部を囲む筐体の内壁との間に形成される空間に空気が残留しないように、流動性の高い充填剤を使用する必要があるが、金属フィラーの含有率が高い充填剤は、流動性が低く、複雑な構造を有する前記空間に隙間無く充填することが難しいという課題があった。また、流動性の高い充填剤は、金属フィラーの含有率が低いため熱伝導率が低く、十分な放熱性を確保できないという課題があった。また、特許文献１に記載されているようなセラミックボールを、前記相互作用部と前記筐体との間に充填したとしても、セラミックボールの熱伝導率が低いため、十分な放熱性を期待することができないという課題があった。さらに、十分な放熱性を確保できない場合、進行波管本体の温度が上昇し、特性劣化や故障の原因となるという課題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、放熱性に優れ、温度上昇による特性劣化や故障を抑制した進行波管を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る進行波管は、発熱部である相互作用部の外表面と、この相互作用部を囲む筐体の内壁との間に形成される空間に、金属粒及び充填剤を充填したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、発熱部である相互作用部の外表面と、この相互作用部の周囲を囲む筐体の内壁との間に形成される空間に、金属粒と充填剤を充填するようにしたので、放熱性に優れ、温度上昇による特性劣化や故障を抑制できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明における、実施の形態の一例について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による進行波管の部分断面図である。この実施の形態１による進行波管は、電子ビーム１５を照射するカソード１２を備えた電子銃部と、高周波であるマイクロ波を伝送する螺旋部材１４と、マイクロ波が入射される入射窓１０及び増幅後のマイクロ波を取り出す出力窓１１を備え、マイクロ波を電子ビーム１５との相互作用により増幅するポールピース３と永久磁石４とから構成される相互作用部５と、螺旋部材１４と相互作用部５の内壁との間に介在して螺旋部材１４を保持する保持部材２１と、螺旋部材１４とポールピース５とを電気的に接続する導体２０と、カソード１２から照射された電子ビーム１５の電子を捕捉するコレクタ部１３とを備える。なお、図中の符号Ａは、永久磁石４の横幅、符号Ｂは、ポールピース３の横幅を示しており、横幅Ａと横幅Ｂとの比が２対１となるように構成されている。
【０００９】
図２の（ａ）は、実施の形態１の進行波管の部分断面図、（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線での部分断面図である。この実施の形態１の進行波管は、さらに図２に示すように、相互作用部５へ向かって突出した上部突起部７ａ及び下部突起部７ｂを備え、複雑な表面構造を有する相互作用部５の外周面を囲む相互作用部筐体７と、相互作用部５と相互作用部筐体７の上部突起部７ａ及び下部突起部７ｂとの間にそれぞれ介在し、相互作用部５で発生した熱を相互作用部筐体７へ伝達する放熱用薄板６と、出力窓１１から取り出されたマイクロ波１４を出力する出力回路８と、コレクタ部１３を囲むコレクタ部筐体９とを備える。なお、出力回路８近傍における相互作用部筐体７の形状を箱形状とし、充填剤１の漏れを防止している。また、相互作用部５の外表面から相互作用部筐体７の内壁との間隔は、場所によって異なるが１０ｍｍから１５ｍｍである。
【００１０】
さらに、相互作用部５の外表面と相互作用部筐体７の内壁との間に形成される空間（隙間）には、充填剤１及び金属球２が充填され、相互作用部５で発生した熱の相互作用部筐体７への伝達性を高めている。ここで、充填剤１は、充填性を向上させるために粘度が低く、また金属球２が動かないように一定時間経過後に硬化するものがよい。金属球２は、熱の伝達性を向上させるために、電気伝導率の高い銅を用いるとよく、さらに金属球２の直径は、１ｍｍ（ミリメートル）から５ｍｍ程度の大きさがよい。大きすぎると、複雑な構造を有する相互作用部５の表面と相互作用部筐体７の内壁との間に金属球２がうまく充填されず、小さすぎると充填剤１が、金属球２と金属球２との隙間にうまく充填されずに気泡が残留するおそれがあるためである。また、充填後に、真空脱泡を行うことで気泡の残留を防止することができる。なお、充填剤１と金属球２は、どちらを先に充填してもよい。
【００１１】
次に動作について説明する。
螺旋部材１４を伝送して入射窓１０から入射されたマイクロ波は、相互作用部５にてカソード１２から照射された電子ビーム１５との相互作用により増幅され、出力窓１１から取り出される。この相互作用の際に、電子ビーム１５中の一部の電子が衝突したり、増幅したマイクロ波１４の一部が損失することにより相互作用部５が発熱するが、この熱は、放熱用薄板６、充填剤１や金属球２を通して、相互作用部筐体７に伝達され、相互作用部筐体７の外部へ放熱される。
【００１２】
ここで、充填剤１のみを充填した場合と、充填剤１と金属球２とを重量比で1対１に充填した場合とで、どの程度放熱性が向上するかについて行った実験内容を説明する。図３は、その実験系を示した図であり、アルミパイプ１９の中心に、円柱形状のヒータ１８を、充填剤１（今回の実験では、東レ・ダウコーニング社製のＤＫ−Ｑ４−３１８を使用）を充填して固定している。また、ヒータ１８の表面には熱電対１６を、アルミパイプ１９の内表面には熱電対１７をそれぞれ設け、ヒータ１８とアルミパイプ１９との温度差を測定した。
【００１３】
次に、前記測定に加えて、充填剤１と金属球２（今回の実験では直径２ｍｍから３ｍｍの銅製の球を使用）とを充填した場合のヒータ１８とアルミパイプ１９との温度差の測定を行った。そして、充填剤１のみを充填した場合のヒータ１８とアルミパイプ１９との温度差と、充填剤１と金属球２とを充填した場合のヒータ１８とアルミパイプ１９との温度差を比較して、金属球２を混ぜたことにより放熱性がどの程度向上したかを調べた。なお、ヒータ１８の外径は約１５ｍｍ、アルミパイプ１９の内径は約６０ｍｍである。
【００１４】
まず、アルミパイプ１９とヒータ１８の間に充填剤１のみを充填した場合の温度差は、約１２０℃であった。次に、充填剤１と金属球２とを充填した場合の温度差は約５０℃であった。以上の実験結果をもとに、充填剤１に金属球２を入れない場合と、入れた場合との熱伝導率について、以下のように計算した。図４は、今回の実験系を模擬した熱伝導率の計算モデルを示した図である。図４において、ヒータ１８の半径をａ、アルミパイプ１９の内径をｂ、ヒータ１８およびアルミパイプ１９の長さをＬとし、微小な距離ｄｒの間における温度差をｄＴとしたとき、熱伝導率ρと電力Ｐの間には、
【数１】
2008171676.tif 000003
のような関係がある。ここで、図４における円筒の表面積をＳとすると、
【数２】
2008171676.tif 000004
のように表され、式(１)へ式（２）を代入することにより、
【数３】
2008171676.tif 000005
を得る。
【００１５】
また、ヒータ１８の表面における温度をＴａ、アルミパイプ１９の内面における温度をＴｂとすると、式(３)より、
【数４】
2008171676.tif 000006
を得る。式(４)を計算すると、
【数５】
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となり、熱伝導率ρを求めることができる。今回の実験では、電力Ｐ＝２０Ｗ（ワット）、Ｌ＝３０ｍｍ、ａ＝７．５ｍｍ、ｂ＝３０ｍｍであった。熱伝導材としてヒータとアルミパイプの間に充填剤１のみを充填した場合の熱伝導率ρ１は、実験結果よりＴｂ−Ｔａ=１２０（℃）であるから、
【数６】
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となる（このとき充填剤１のカタログ値は約１Ｗ／ｍ・Ｋ（ケルビン）であり、計算結果とほぼ一致する）。また、充填剤１と金属球２を充填した場合の熱伝導率ρ２は、実験結果より、Ｔｂ−Ｔａ＝５０（℃）であるから、
【数７】
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となる。以上の計算より、金属球２（直径２から３ｍｍの銅球）を入れることで熱伝導率が約２．５倍と大きく変化することがわかり、充填剤１に加え、金属球２を充填することで放熱性が大きく向上することが確認できた。以上より、該実験系と同程度の大きさの進行波管に適用すれば、該実験結果と同程度の放熱性向上が期待される。
【００１６】
以上のように、この実施の形態１による進行波管によれば、相互作用部５の外表面と相互作用部筐体７の内壁との間に形成される空間に、充填剤１と金属球２とを充填するようにしたので、放熱性に優れ、温度上昇による特性劣化や故障を抑制できるという効果がある。また、相互作用部筐体７の形状は箱形状に限られず、他の形状でも放熱性を確保できればよい。なお、粒径が同程度あれば、金属球２の代わりに、直方体や立方体など様々な形状を有する金属粒を使用しても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１による進行波管の部分断面図である。
【図２】実施の形態１による進行波管の部分断面図である。
【図３】熱伝導率の変化を測定する実験系を示した図である。
【図４】実験系を模擬した熱伝導率の計算モデルを示した図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  充填剤、２  金属球、３  ポールピース、４  永久磁石、５  相互作用部、６  放熱用薄板、７  相互作用部筐体、８  出力回路、９  コレクタ部筐体、１０  入力窓、  １１  出力窓、１２  カソード、１３  コレクタ部、１４  螺旋部材、１５  電子ビーム、  １６  熱電対、１７  熱電対、１８  ヒータ、１９  アルミパイプ、２０  導体、２１  保持部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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