(57)【要約】【解決手段】電磁導波管との使用のためのウインドーアセンブリーはウインドー（３）とハウジング（４）を含んでいる。ウインドー（３）は冷却材用の連続的流路を形成する内部空間を持つセラミック材料の網状組織（３５）により架橋される非透過性の層（３３）及び（３４）を有する。ウインドーはウインドーの導波管性能を改良するためにウインドー（３）に接する円周上の凹部を有する内側向きフランジにより囲まれたハウジング（４）の開口部に受け入れられている。
2004512717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁エネルギーが使用中に通過する、一対の対立するウインドー表面（３１，３２）を有する伝播線ウインドーにおいて、一対の相互に間隔を持つ非透過性の層（３３，３４）の間に液体または気体の冷却材のための流路が存在すること、及び、前記ウインドー表面の間に配置されたウインドーの領域における冷却材の流路中の非透過性の層の間に架橋性材料（３５）が広がることを特徴とする伝播線ウインドー。
【請求項２】
架橋性材料は非透過性の層と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載されている伝播線ウインドー。
【請求項３】
架橋性材料は流路中に含まれる多数の相互連結された空間を含む固体の網状組織により構成されており、またはそれを含むことを特徴とする請求項１に記載されている伝播線ウインドー。
【請求項４】
架橋性材料はセラミックで形成されていることを特徴とする請求項１に記載されている伝播線ウインドー。
【請求項５】
ハウジング（４）の中に形成された開口部（４０）に密封状態で取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載されている伝播線ウインドー。
【請求項６】
ハウジングはウインドーの流路と連通する、冷却材の入口（５）及び出口（６）を備えていることを特徴とする請求項５に記載されている伝播線ウインドー。
【請求項７】
開口部は二つの非透過性の層のうちの一つと接触する、内側に伸びるフランジ（４１）を備えていることを特徴とする請求項５に記載されている伝播線ウインドー。
【請求項８】
フランジ（４１）の内側円周縁はウインドーの近接する非透過性の層（３４）に接する凹部（４２）を有することを特徴とする請求項７に記載されている伝播線ウインドー。
【請求項９】
電磁エネルギーが使用中に通過する、一対の対立するウインドー表面（３１，３２）を有し、ハウジング（４）中に形成された開口部（４０）に密封状態で取り付けられた伝播線ウインドーにおいて、開口部（４０）はウインドー表面（３１，３２）の近接する一つと接触する、内側に伸びるフランジ（４１）を備え、そのフランジ（４１）の内側の円周縁は前記近接するウインドー表面に接する凹部（４２）を有することを特徴とする伝播線ウインドー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の技術分野
本発明は、電磁石の伝播線の一部分における環境を異なる圧力の別の環境及び／または他の環境状態から隔離することに役立ち、そして、その伝播線に沿って移動する電磁エネルギーがほとんどまたは全然出力損失を伴わずにウインドーを通過することを可能にする類のウインドーに関している。
【０００２】
背景
スペクトルの無線周波数、マイクロ波及びミリメートル波の領域においては、電磁エネルギーはしばしば同軸、三軸または中空金属導波管の伝播線を介して伝播される。多くの市民または軍隊の用途においては、非常に高い電力が、これらの手段により、例えば、高出力信号の伝播に対して通信もしくはレーダー・システムのアンテナへ伝播すること、または、無線周波数もしくはマイクロ波の出力を工業用マイクロ波オーブンへ、もしくは核融合やプラズマの実験のために供給することを必要とする。
伝播線における出力が増大するにしたがって、関連する電場がまた増大し、そしてある出力レベルにおいて電場が非常に大きくなるため伝播線におけるガスがイオン化してその結果火花が発生する。しかしながら、伝播線の出力処理能力はあるガスを高圧力で使用することにより増大させることができる。例えば、中空の長方形導波管の出力処理能力はＳＦ６を２気圧で使用することにより１７倍に増大させることができる。
伝播線がこうして加圧された時、伝播線の各端部に与えられる圧力を保持する、無線周波数またはマイクロ波の透過媒体が通常なければならない。この媒体が圧力ウインドーといわれている。
【０００３】
この技術の最近の状態においては、低圧か高圧のどちらかのバリヤーとして使用される圧力ウインドーは、そのウインドーが無線周波数またはマイクロ波出力の吸収性をあまりに大きくしたために、そのウインドーがもはやその無線周波数またはマイクロ波のエネルギーに対する透過性に要求される能力を発揮しなくなる点までの無線周波数またはマイクロ波の出力に耐えることができる。そのウインドーはまたそれが過熱により損傷を受ける点まで到達するかも知れない。すべての材料はそれが無線周波数またはマイクロ波の出力を受ける際に温まる傾向があり、圧力ウインドーに適した低損失材料の多くは、それが温度上昇するにしたがって、無線周波数またはマイクロ波の出力の吸収性が増大する。これは、もし抑制されなければ、熱逃散効果をもたらすことができる。
別の問題がウインドー材料は非誘電性の絶縁体であるという事実から起こる。高出力で発生した高電場は電子がウインドー材料から抜け出す原因となり、その結果ウインドーの表面に深刻な腐食損傷が起こる。これは順次ウインドーが一層腐食を受けやすくする性質を増大させ、そしてウインドーにおける出力の吸収性を増大させてその出力処理能力を減少させる。結局、放電が起こり得るならば最終的にウインドーを破壊するかもしれない放電路がウインドー内に確立される可能性がある。これらの潜在的問題を最小にするため、伝播線ウインドーは高出力において適当な冷却を与えられる。これは二つの方法で達成され得る。
第一に、冷却ジャケットはウインドーが熱的に接合される伝播線の外壁に含ませてよい。しかしながら、これはウインドーの中心域からクーラーの外側領域へ熱を誘導するウインドーの能力に依存し、ウインドー内に応力を発生させて故障の可能性を増大させ得る温度勾配を発生させる。
【０００４】
より良い方法は、伝播線に沿って軸方向に間隔を置いて設置された、ウインドー材料の二つのプレートを使用する。冷却材はその二つのプレートの間を通過するため、ウインドーはその全面積にわたって冷却される。しかし、ウインドーの厚さが事実上２倍であるため、無線周波数またはマイクロ波の出力損失は単一の厚みのウインドーに比べて実際上２倍である。
この二つのウインドー・プレートは、冷却材の流れを助け、冷却材との接触面を増大させるための表面溝を含んでもよい。しかし、その溝は冷却材の加圧循環のために起こさせるバースト力を発生させる可能性がある。
本発明の目的は、ウインドー全体に低熱応力を持ち、さらにウインドーの無線周波数及びマイクロ波吸収が二重プレートのウインドーに比べて減少するようにより効率的な冷却を行わせ、そして無線周波数またはマイクロ波の出力を伝送するウインドーの能力が実質的に増大する伝播線ウインドーの形式を提供することであると考えてよい。
【０００５】
発明の概要
本発明は使用中に電磁エネルギーが通過する一対の対立するウインドー面を持つ伝播線ウインドーを提供し、そして、液体または気体冷却材用流路が介在し、前記ウインドー面の間に設けられたウインドーの領域内の冷却材流路における一対の相互に離れた非透過性の層の間に架橋性材料が広がる、そのような一対の相互に離れた非透過性の層の存在に特徴づけられる。
本発明の明細書の本文中、「非透過性」の語は、通常の操作状態の下で各層はすべての実際上の目的のためにウインドーが分割することを必要とする媒体か冷却用流体のどちらかの通路を与えないことを意味するよう意図される。その層は極端な操作状態の下で他の材料または同じ材料に対して透過可能であることが考えられるが、しかしそれは本発明の明細書の本文中では関連性がない。
そのウインドーの主な用途は伝播線内の加圧された媒体を保存することにあるが、もしそのウインドーに適当な用途が発生したら、ウインドーは両環境の間もしくは等圧で、または伝播線内で低圧もしくは効果的な真空を維持するために使用され得ると考えられる。
本発明の範囲内では架橋性材料が両外側層の間で実際にそれに接続することなくサンドウィッチ状に挟みつけられることは可能である。しかし通常は架橋性材料が最適の強度と冷却効率向上のためにその非透過性の層に結合するであろう。これと同じ理由で、たとえその外側層が架橋性材料に結合し得たとしても、架橋性材料は好ましくはその非透過性の層と一体的に形成される。
たとえ架橋性材料が本発明の範囲内で種々の形状を取り得たとしても、架橋性材料は好ましくは流路中に構成される無数の相互連結された内部空間を含む固体の網状組織により構成される。冷却材の中に浸るウインドー材料の表面積はそれにより最適化され、その結果最適の冷却効率となる。
網状組織は好ましくはセラミック材料で形成される。
【０００６】
本発明は次のような添付図面の中で例示される。
図面の詳細な説明
まず図１の一般的分解図を参照すると、すべての便利な断面形状とし得る管状の導波管１の加圧部分がフランジタイプのカプラー２に既知の方法で結合している。電磁石のウインドー３がウインドーの二つの対立する相互に平行な面３１及び３２をプレート状本体４の対立する両側に合わせた状態でそのプレート状本体４の中に密封されている。この本体４は冷却用流体の入口接続部５及び出口接続部６を備えている。その本体４はまたウインドー３を導波管１の内部空間と整合させるためにカプラー２における対応する穴８と整合する穴７を含んでいる。シール９が、ウインドー３を囲み、こうして導波管１の中から加圧ガスが逃散するのを防ぐために、カプラー２と本体４の間に介在している。
結合された本体４とウインドー３は導波管の二つの部分の二つの類似のカプラー２の間にサンドウィンド状に挟んでよく、アセンブリー全体は穴７及び８に挿入されたボルト１０により互いに固定される。しかしながら、ウインドーは、導波管内の内部環境を装置の環境から隔離するために、導波管と、例えばマイクロ波発生器、アンテナまたはオーブンのような入力または出力装置との間に、類似の方法で均等にうまく介在させ得ると認識される。
この点において、ウインドー３の円周形状は用途に依存するであろうということは留意されるべきである。ウインドーの形状は通常反射出力の最小値を生み出すよう選択されるであろうし、また、例えばウインドー材料の効果的な絶縁常数やウインドーの必要なバンド幅のようなファクターに依存するであろう。
【０００７】
図２及び図３を参照すると、ウインドー３がその外表面３１及び３２に対して法線方向の断面で見た時、一対の連続的な外側の層３３及び３４並びに中間の海綿状の層３５を含むのが見られ得ることに気付く。連続的な外側の層３３及び３４は外表面３１及び３２を備え、相互に平行である。しかし、それらはウインドーの全体的厚みに対してそれぞれ比較的薄い。ウインドーの大きさは中間層３５により与えられ、その構造は図４に詳細に示されている。この層は中間層の体積の約８０％を構成する単純な内部網状組織の空間３７を決定付けるために全体的に相互結合された多数の内部空間を含む単一の一体構造の形状の網状組織３６により形成される。その網状組織３６は連続的外側層の間で架橋性構造を形成するために連続的外側層３３及び３４にかたく結合している。その内部網状組織の空間３７は導波管１内の加圧媒体と入口及び出口接続部５及び６を介してその空間３７を通って循環する冷却媒体との両方に対して非透過性である外側層３３及び３４により完全に密閉されている。ウインドーは、その空間への唯一のアクセス手段が入口及び出口接続部５及び６を経由するように、ウインドーの周囲の本体３に完全にシールされている。かくして空間３７は冷却材用の密閉された流路を形成し、その冷却材は従来の気体または液体の冷却材であってもよい。
ウインドー３は、高い熱伝導性を持ち、高温に耐え得る、無線周波数またはマイクロ波のエネルギーに対して低損失であるセラミックで形成される。適当なセラミックの一例は高純度のアルミナ（Ａ１２０３）またはベリリア（ＢｅＯ）である。上記のウインドー構造は多くの方法で形成することができ、その方法の一つを例示の方法で以下に述べる。
モールドが相互に相対移動可能なように配置された平行な吸水性の端壁及び撥水処理を施した非吸水性の側壁で構成されている。ベースのセラミック材料は、そのモールドに注入され、必要量の水がその端壁により吸収されてしまうまでそのモールドの中に残されるスリップを形成するために水と混合される。次にそのスリップはセラミック材料の堆積物を端壁に残すためにモールドから排出される。この堆積物は結局非透過性の層３３及び３４を形成するであろう。中間の海綿状の層３５を形成するために、プラスチックメッシュがモールド内に置かれ、端壁はともに必要量だけそのメッシュを圧縮するよう促される。次にセラミックのスリップは、メッシュの隙間がスリップで完全に充満されてしまうまで、モールド内にポンプで注入され、それに続いてスリップの水成分はゆっくりと気化して去る。次に、プラスチックのフィラーを除去するために、モールドは、メッシュを焼却し、メッシュの隙間を一度占めたセラミックの網状組織の後方に残すよう、比較的高温に加熱される。その結果、メッシュにより占められていた空間が今は中間の網状組織の空間３７を形成している。次にセラミック材料は、セラミック構造がその最終的密度に到達するまで、標準的火当ての技術を使用して火に当てられる。
プラスチックのメッシュを使用する代わりに、必要な密度のプラスチック発泡体または必要サイズの発泡プラスチックのビーズを使用することは可能である。
【０００８】
図５及び図６はウインドー３及びプレート４に対する好ましい高性能形状の更なる詳細を示す（説明上の目的のため分割して示してある）。これらの図からは冷却材の接続部５及び６は便宜上省かれている。ウインドーは内側に向いたフランジ４１に対して取り付けられたプレート４における対応する形状の開口部４０の中でシールされている。図に示す卵形のウインドーの場合（卵形断面の導波管での用途に最適化されている）、フランジ４１の幅は曲面端部に沿ってよりもその開口部の真直ぐな端部に沿っての方が大きい。加えて、ウインドー３の近接面と接するフランジ４１の面は、幅が緩やかに減少し、またはフランジの曲面端部の回りに完全に消える、フランジ４１の真直ぐな部分の両方に沿って伸びる階段状の円周方向の凹部４２を有することは特筆されよう。この凹部の形状及び深さは、操作中の周波数範囲にわたる改善されたＶＳＷＲを与えつつ、ウインドーマイクロ波性能を改良するために最適化され得る。ウインドーアセンブリーは単純な構造で成り、さらにより高い性能を持ち、そして現存のアセンブリーよりもっとコンパクトである。
【０００９】
要約すれば、上記のウインドーアセンブリーは既知のウインドーアセンブリーを凌ぐ多くの明白な利点を示している。
−中間の網状組織の空間３７を通る冷却材の流れはウインドーと冷却材の間の、有効な接触面積が非常に大きいため、ウインドーを非常に効果的に冷却する。その空間３７の相互連結された空洞がすべてランダムに分布し、異なるサイズでできているため、中間層３５を通る冷却材の流れはよどんだ流れまたは層流の領域のほとんどない乱流状態にある。これは冷却体へのウインドーの接触面により吸収される熱の効率的な混合及び分配を可能にし、その結果ウインドー材料からの熱抽出率が非常に高くなる。
−ウインドー材料の大部分は冷却材中に効果的に浸り、ウインドー材料の各部分は冷却材の流れに非常に接近しているため、非常に定常化された、正確に維持された温度が流量を変化させることにより得られ得る。
−冷却材の圧力及びウインドーの外圧に依存して、層３３及び３４は比較的薄く作ることができ、さらになお、全操作状態の下で非透過性である。これは空間３７の最も密な冷却空洞とウインドーの外面３１及び３２との間の距離が短いことに帰着する。外面３１及び３２の冷却効率はかくして非常に高められる。
−外側の層３３及び３４がウインドーの表面全体にわたる網状組織３６により強固に相互連結されているため、ウインドーは撓みに対して非常に抵抗性があり、より高い外圧に耐えることができる。
−ウインドーの厚みの内部で発生するすべての放電は、流量に依存して有効流路長さが非常に増大するように、冷却材料の流れで掃き去られるであろう。これはそのような放電を抑制するために作用する。
−非常に高い出力レベルにおいて、外側層３３または３４の一つに破壊が起こる場合、冷却材の流れがそこを通るであろう。これは破壊部にわたって発生する放電のチャンスを著しく減少させるための放電抑止材として作用する。
−すべてのそのような破壊はまた、空間３７の空洞の滑らかな曲面がクラックの広がりを減少させるよう作用するため、ウインドーの外面一杯に広がることを防がれるであろう。
ここに開示された特徴はすべての実現可能な組合せにおいて存在し得るものと認識されるであろう。上述のことが組合せにおいて新規であると信じられる領域で強調される限り、ここに開示された特徴のすべての進歩性のある組合せに対して保護が請求される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は本発明のウインドーアセンブリーの伝播線の一般的分解図である。
【図２】
図２はそのアセンブリーの正しくウインドーの部分の斜視図を示す。
【図３】
図３は図２のウインドーの断面図である。
【図４】
図４はそのウインドーの内部のミクロ構造の拡大図である。
【図５】
図５は伝播線ウインドーアセンブリーの好ましい形状の一般的分解図である。
【図６】
図６はそのアセンブリーの一方側の断面図である。
【符号の説明】
４　ハウジング　５　入口　６　出口
３１，３２　ウィンドー表面　３３，３４　層　３５　架橋性材料
４０　開口部　４１　フランジ　４２　凹部
【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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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年5月13日(2002.5.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用中に電磁エネルギーが通過する、一対の対立するウインドー表面（３１，３２）を有する伝播線ウインドーであって、前記ウインドーは液体または気体の冷却材のための流路が介在する、一対の相互に離れた層（３３，３４）を含んでおり、前記相互に離れた層はそのような冷却材に対して非透過性であり、そして架橋材料（３５）が前記一対の対立するウインドー表面の間に配置されている前記ウインドーの領域における冷却材の流路中の前記相互に離れた層の間で広がっている伝播線ウインドーにおいて、前記架橋材料は前記流路中に含まれる多数の相互連結された内部空間を含む固体の網状組織により構成されており、またはその固体の網状組織を含んでいることを特徴とする伝播線ウインドー。
【請求項２】
架橋材料は前記一対の相互に離れた層（３３，３４）と一体的に形成されていることを特徴とする請求の範囲第一項に記載されている伝播線ウインドー。
【請求項３】
架橋材料はセラミックで形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載されている伝播線ウインドー。
【請求項４】
ハウジング（４）内に形成されている開口部（４０）に密封されて取り付けられている請求の範囲第１項に記載されている伝播ウインドーにおいて、前記ハウジングは前記ウインドーの流路と連通する冷却材用入口（５）及び出口（６）を備えており、そして前記開口部は前記一対の相互に離れた層（３３，３４）のうちの一つと接触する、内側に伸びるフランジ（４１）を備えていることを特徴とする伝播線ウインドー。
【請求項５】
前記フランジ（４１）の内円周縁は前記ウインドーの近接層（３４）に並置された凹部（４２）を有することを特徴とする伝播線ウインドー。
【請求項６】
使用中に電磁エネルギーが通過する、一対の対立するウインドー表面（３１，３２）を有し、ハウジング（４）中に形成された開口部（４０）に密封されて取り付けられた伝播線ウインドーにおいて、開口部（４０）は前記一対の対立するウインドー表面（３１，３２）のうちの近接する一つと接触する、内側に伸びるフランジ（４１）を備えており、そして前記フランジ（４１）の内円周縁は前記近接するウインドー表面に並置されていることを特徴とする伝播線ウインドー。
【国際調査報告】
2004512717.tif 000028
2004512717.tif 000029
2004512717.tif 000030
2004512717.tif 000031
2004512717.tif 000032