(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の外周電極と、該外周電極の内側に配置された筒状の中心電極と、
第１のメタライズ層を介して外周面が前記中心電極の内側面にロウ付けされた筒状の第一のセラミック部材と、
内周面が第２のメタライズ層を介して前記中心電極の外側面にロウ付けされるとともに、外周面が第３のメタライズ層を介して前記外周電極の内側面にロウ付けされた、マイクロ波が透過される筒状の第二のセラミック部材とを具備し、
前記第一のセラミック部材は、その厚さが太さの４分の１以上２分の１未満であり、
前記第１のメタライズ層の前記外周電極の軸方向に沿った長さは、前記第２のメタライズ層の前記軸方向に沿った長さよりも長く、前記第１のメタライズ層の前記軸方向に沿った両端が、前記第２のメタライズ層の前記軸方向に沿った両端の位置から、それぞれ前記第二のセラミック部材の前記軸方向に沿った長さの４分１以上突出し、かつ前記第１のメタライズ層の前記軸方向に沿った長さが、前記第二のセラミック部材の前記軸方向に沿った長さの３倍以下であることを特徴とするマイクロ波管用高周波窓。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば進行波管やクライストロン等のマイクロ波導波管や、マイクロ波導波管のマイクロ波電力を利用する機器において、真空部と外部導波管との間に真空気密性をもって接続されるマイクロ波管用高周波窓に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のマイクロ波管用高周波窓は、図２の断面図に示すように、一端がマイクロ波発振器側の真空容器Ｌに、他端が外部導波管Ｍに溶接等で接合されて気密封止される筒状の外周電極１と、一端がマイクロ波発振器側の電極Ｎに、他端が外部導波管Ｍ側の電極Ｏに溶接等で接合されて気密封止される筒状の中心電極２とを具備する。
【０００３】
さらに、外周電極１と中心電極２との間を塞ぐように、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックス等からなる筒状のセラミック部材４を具備する。このセラミック部材４は上面および下面から内周面にかけて面取り部Ｃが形成されており、セラミック部材４の外周面、内周面および面取り部Ｃに、モリブデン−マンガン（Ｍｏ−Ｍｎ）等からなるメタライズ層５が被着されている。そして、外周面が外周電極１に、内周面が中心電極２に、ロウ材６によってそれぞれロウ付けされる。
【０００４】
セラミック部材４の熱膨張係数は約８×１０-6／℃（室温〜８００℃）であり、無酸素銅から成る中心電極２の熱膨張係数は約２０×１０-6／℃（室温〜８００℃）であり、大きく相違することから、ロウ付け工程の降温過程においてセラミック部材４のロウ付け部には中心電極２の熱収縮による引張り応力が発生する。そして、セラミック部材４の内周面の上下端に面取り部Ｃを形成してロウ付けすることにより、ロウ材６のメニスカスを形成して応力緩和をすることができる。このことから、セラミック部材４のロウ付け部にクラックが発生するのを有効に防止することができる。
【０００５】
このようにして、マイクロ波発振器の真空容器Ｌを気密に封止し、マイクロ波発振器で発生したマイクロ波をセラミック部材４を透過させて外部導波管Ｍに導入することができるマイクロ波管用高周波窓となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、マイクロ波を透過させるセラミック部材４の内周面にはメタライズ層５が被着した面取り部Ｃがあるため、マイクロ波の透過時にメタライズ層５によってマイクロ波が反射して透過ロスが発生し、高周波特性が低下するという問題点を有していた。
【０００７】
従って、本発明は、上記従来技術における問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、セラミック部材の内周面に面取り部を施さなくてもクラックが発生することを有効に防止しでき、またマイクロ波の透過特性が向上した信頼性の高いマイクロ波管用高周波窓を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することを目的とし、本発明は、筒状の外周電極と、該外周電極の内側に配置された筒状の中心電極と、第１のメタライズ層を介して外周面が前記中心電極の内側面にロウ付けされた筒状の第一のセラミック部材と、内周面が第２のメタライズ層を介して前記中心電極の外側面にロウ付けされるとともに、外周面が第３のメタライズ層を介して前記外周電極の内側面にロウ付けされた、マイクロ波が透過される筒状の第二のセラミック部材とを具備し、前記第一のセラミック部材は、その厚さが太さの４分の１以上２分の１未満であり、前記第１のメタライズ層の前記外周電極の軸方向に沿った長さは、前記第２のメタライズ層の前記軸方向に沿った長さよりも長く、前記第１のメタライズ層の前記軸方向に沿った両端が、前記第２のメタライズ層の前記軸方向に沿った両端の位置から、それぞれ前記第二のセラミック部材の前記軸方向に沿った長さの４分１以上突出し、かつ前記第１のメタライズ層の前記軸方向に沿った長さが、前記第二のセラミック部材の前記軸方向に沿った長さの３倍以下であることが好ましい。
【０００９】
本発明は、上記の構成により、中心電極と第一のセラミック部材とのロウ付け部と、中心電極と第二のセラミック部材とのロウ付け部との熱応力バランスが良好となり、第一，第二のセラミック部材の割れが防止できる。また、第二のセラミック部材の内周面の上下端に面取り加工を施すことなくロウ付けしたことで、第二のセラミック部材の内周面に形成されたメタライズ層におけるマイクロ波の反射によるマイクロ波透過ロスが防止でき、マイクロ波の入出力特性が向上する。さらに、熱応力バランスが良好になったことから、中心電極の機械的強度が向上し、中心電極とマイクロ波発振器側の電極との接合時および中心電極と外部導波管側の電極との接合時に第一のセラミック部材にクラックが発生するのを防止でき、製造の信頼性が向上する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のマイクロ波管用高周波窓について以下に詳細に説明する。図１は、本発明のマイクロ波管用高周波窓について実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１１は円筒状等の筒状の外周電極であり、真空中で溶解し溶融材料中に酸素を含まないようにして製造された純度の高い無酸素銅（Ｃｕ）から成り、内径寸法精度の高い加工が施されている。１２は、円筒状等の筒状の中心電極であり、外周電極１１と同様に無酸素銅（Ｃｕ）から成り、内径および外径とも寸法精度の高い仕上げ加工が施されている。純度の高い無酸素銅（Ｃｕ）を使用する理由としては、ロウ付け接合炉の雰囲気中の水素と銅中の結晶粒界に含まれる酸素が結合し、水（Ｈ2Ｏ）の気孔が発生して脆化するため気密封止してロウ付けするのが困難になるためである。
【００１１】
第一のセラミック部材１３，第二のセラミック部材１４は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックス，窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）セラミックス等から成る。
【００１２】
第一のセラミック部材１３，第二のセラミック部材１４は、例えばアルミナセラミックスから成る場合、酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ2Ｏ3）、酸化珪素（ＳｉＯ2）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダを添加して調整した原料粉末を、所定形状のプレス型内に充填するとともに、これを所定圧力でプレスして成形し、しかる後得られた成形体を大気中にて約１６００℃の温度で焼成することにより製作される。
【００１３】
第一のセラミック部材１３の外周面に形成されたメタライズ層１５ａ、第二のセラミック部材１４の内周面に形成されたメタライズ層１５ｂ、および第二のセラミック部材１４の外周面に形成されたメタライズ層１５ｃは、Ｍｏ−Ｍｎ等のメタライズ層から成り、これらのメタライズ層１５ａ〜１５ｃは、第一のセラミック部材１３を中心電極１２に、第二のセラミック部材１４を中心電極１２および外周電極１１に接合するための下地金属層である。これらのメタライズ層１５ａ〜１５ｃに、外周電極１１および中心電極１２が銀（約７２重量％）−銅（約２８重量％）合金から成るロウ材１７を介して接合される。
【００１４】
メタライズ層１５ａ〜１５ｃは、例えばＭｏ粉末，Ｍｎ粉末に、適当な有機バインダおよび溶剤を添加混合して得た金属ペーストを、第一のセラミック部材１３の外周面およびセラミック部材１４の内外周面に筆塗り法等で塗布し、これを還元雰囲気中で約１４００℃の温度で焼成することによって、第一のセラミック部材１３の外周面および第二のセラミック部材１４の内外周面に被着される。また、メタライズ層１５ａ〜１５ｃの表面には、ロウ材との濡れ性に優れるＮｉ等の金属をメッキ法により１〜１０μｍ程度の厚みに被着させて成るメッキ層１６が形成されている。
【００１５】
本発明において、第一のセラミック部材１３は、その厚さが太さの４分の１以上２分の１未満である。セラミック部材１３の厚さが太さの４分の１未満では、第二のセラミック部材１４と中心電極１２の熱膨張係数の相違に起因する中心電極１２の外周面側の引っ張り応力と、中心電極１２の内周面側の引っ張り応力とのバランスを取ることができなくなる。即ち、中心電極１２の外周面側の応力と内周面側の応力よりも大きくなりすぎる。その結果、第二のセラミック部材１４と中心電極１２とのロウ付けの際に、ロウ付け工程の降温工程において中心電極１２の中心軸へ向かう径方向での熱収縮によって、第二のセラミック部材１４が中心電極１２から引き剥がされるように応力がはたらき、第二のセラミック部材１４ロウ付け部の端に相当する部位にクラックが発生し易くなる。
【００１６】
また、第一のセラミック部材１３の厚さが太さの２分の１を超える場合、第一のセラミック部材１３の軸方向のガス抜き用の貫通孔が塞がってしまう。つまり、第一のセラミック部材１３が貫通孔のない中実のものとなる。この場合、外部導波管Ｍ側の電極Ｏと中心電極１２とを溶接で接合した際に、これらと第一のセラミック部材１３で囲まれる閉じた空間内に溶接で使用されるガスが封じ込められてしまう。その結果、溶接後に金属部材の付着物等を除去する目的で行われる２００℃〜３５０℃程度の加熱によって、封じ込まれたガスが熱膨張することにより第一のセラミック部材１３及び中心電極１２に大きな圧力がかかり、その両者が外側に広がろうとする力によって、ロウ付け部の端に相当する部位にクラック等を発生させる。
【００１７】
第一のセラミック部材１３は、外周面のメタライズ層１５ａの上下端が第二のセラミック部材１４の内周面のメタライズ層１５ｂの上下端より上下方向にそれぞれ第二のセラミック部材１４の軸方向の長さの４分の１以上突出し、かつ外周面のメタライズ層１５ａの軸方向の長さが第二のセラミック部材１４の軸方向の長さの３倍以下である。
【００１８】
メタライズ層１５ａの上下端がメタライズ層１５ｂの上下端より上下方向にそれぞれ第二のセラミック部材１４の軸方向の長さの４分の１以上突出していない場合、上述したように、中心電極１２の外周面側の応力と内周面側の応力よりも大きくなりすぎる。その結果、第二のセラミック部材１４と中心電極１２とのロウ付けの際に、ロウ付け工程の降温工程において中心電極１２の中心軸へ向かう径方向での熱収縮によって、第二のセラミック部材１４が中心電極１２から引き剥がされるように応力がはたらき、セラミック部材１４のロウ付け部の端に相当する部位にクラックが発生し易くなる。
【００１９】
また、第一のセラミック部材１３の外周面のメタライズ層１５ａの軸方向の長さが第二のセラミック部材１４の軸方向の長さの３倍を超えると、中心電極１２の軸方向の熱収縮による応力が増加して、第一のセラミック部材１３と中心電極１２のロウ付け部の端に軸方向の引っ張りの応力が働き、第一のセラミック部材１３の接合部からクラックが生じ、電極Ｎおよび電極Ｏの溶接時の熱処理によってクラックが進行して、最悪の場合第一のセラミック部材１３の脱落が発生する。
【００２０】
中心電極１２および外周電極１１のそれぞれの厚さは０．５〜１．５ｍｍがよく、０．５ｍｍ未満では、マイクロ波管用高周波窓の強度が不足し、１．５ｍｍを超えると、応力によってセラミック部材に割れやクラックが発生し易くなる。
【００２１】
かくして、本発明においては、第二のセラミック部材１４の内周面の端に面取り部がないため、その内周面に形成されたメタライズ層１５ｂの端部でマイクロ波の反射が発生せず、マイクロ波透過ロスが小さくなる。
【００２２】
尚、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行なうことは何ら差し支えない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、第一のセラミック部材は、その厚さが太さの４分の１以上２分の１未満であり、外周面のメタライズ層の上下端が第二のセラミック部材の内周面のメタライズ層の上下端より上下方向にそれぞれ第二のセラミック部材の軸方向の長さの４分の１以上突出し、かつ外周面のメタライズ層の軸方向の長さが第二のセラミック部材の軸方向の長さの３倍以下であることにより、中心電極と第一のセラミック部材とのロウ付け部と、中心電極と第二のセラミック部材とのロウ付け部との熱応力バランスが良好となり、第一，第二のセラミック部材の割れが防止できる。
【００２４】
また、第二のセラミック部材の内周面の上下端に面取り加工を施すことなくロウ付けしたことで、第二のセラミック部材の内周面に形成されたメタライズ層におけるマイクロ波の反射によるマイクロ波透過ロスが防止でき、マイクロ波の入出力特性が向上する。
【００２５】
さらに、熱応力バランスが良好になったことから、中心電極の機械的強度が向上し、中心電極とマイクロ波発振器側の電極との接合時および中心電極と外部導波管側の電極との接合時に、第一のセラミック部材にクラックが発生するのを防止でき、製造の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマイクロ波管用高周波窓について実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】従来のマイクロ波管用高周波窓の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１１：外周電極
１２：中心電極
１３：第一のセラミック部材
１４：第二のセラミック部材
１５ａ〜１５ｃ：メタライズ層
１６：メッキ層
１７：ロウ材
Ｃ：面取り部
Ｌ：真空容器
Ｍ：外部導波管
Ｎ：電極
Ｏ：電極
【図１】
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【図２】
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