(57)【要約】【課題】冷却液による浸食を抑制することが可能な高周波入力結合器を提供する。【解決手段】円板状に形成され、その中心部に円形の開口部が形成されたセラミックス製の窓部材と、前記開口部の内周部に、その第１外周面が接合された第１円筒部材と、前記窓部材の外周部に、その第２内周面が接合された第２円筒部材と、前記第２円筒部材の第２外周面を囲み、冷却液の流路を形成する流路形成部材と、前記第２外周面において、冷却液と接触する全面に形成された樹脂層と、を備えた、高周波入力結合器。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板状に形成され、その中心部に円形の開口部が形成されたセラミックス製の窓部材と、
前記開口部の内周部に、その第１外周面が接合された第１円筒部材と、
前記窓部材の外周部に、その第２内周面が接合された第２円筒部材と、
前記第２円筒部材の第２外周面を囲み、冷却液の流路を形成する流路形成部材と、
前記第２外周面において、冷却液と接触する全面に形成された樹脂層と、
を備えた、高周波入力結合器。
【請求項２】
前記流路形成部材は、前記第２外周面に接合された、請求項１に記載の高周波入力結合器。
【請求項３】
前記流路形成部材は、前記第２外周面の一端部に接合される第１部材、前記第２外周面の他端部に接合される第２部材、及び、前記第２外周面と間隔をおいて対向し前記第１部材及び前記第２部材と接合される第３部材を含む、請求項１または２に記載の高周波入力結合器。
【請求項４】
前記樹脂層は、前記第２円筒部材と前記第１部材とを接合する位置、及び、前記第２円筒部材と前記第２部材とを接合する位置を覆っている、請求項３に記載の高周波入力結合器。
【請求項５】
さらに、前記第１部材に接合される第１フランジ部材、及び、前記第２部材に接合される第２フランジ部材を備えた、請求項３に記載の高周波入力結合器。
【請求項６】
前記第１フランジ部材及び前記第２フランジ部材の前記第２内周面に繋がるそれぞれの内周部は、メッキされた、請求項５に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、高周波入力結合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子（電子・イオン）加速器において、クライストロンやジャイロトロンのような高周波増幅器から放出された高周波（マイクロ波）を加速空洞に導入するに際しては、加速空洞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）が必要となる。このような高周波入力結合器は、使用中に温度上昇する恐れがある。
【０００３】
一方で、マイクロ波透過窓構体において、出力窓の突出した外周縁が冷却媒体と直接接触することで窓構体の全体の放熱又は冷却を行う技術が知られている。例えば、特許文献１によれば、マイクロ波を装置外部に導出するマイクロ波透過窓構体であって、周縁部にメタライズ部が延在した誘電体ディスクと、誘電体ディスクのメタライズ部の上に固定された金属スリーブと、メタライズ部と金属スリーブとの間に介在するとともにメタライズ部を被覆するロウ材と、を備える構造が開示されている。また、非特許文献１によれば、ロウ接部のメタライズ部の冷却媒体腐食を防止するために、金属スリーブと誘電体ディスクの周端面まで保護被覆を設けて、ロウ接部が冷却媒体に接しない構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２３２０７２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】"Torus window development for the ITER ECRH Upper Launcher"：Journal of Physics: Conference Series 25(2005) pp.174
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本実施形態の目的は、冷却液による浸食を抑制することが可能な高周波入力結合器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態によれば、
円板状に形成され、その中心部に円形の開口部が形成されたセラミックス製の窓部材と、前記開口部の内周部に、その第１外周面が接合された第１円筒部材と、前記窓部材の外周部に、その第２内周面が接合された第２円筒部材と、前記第２円筒部材の第２外周面を囲み、冷却液の流路を形成する流路形成部材と、前記第２外周面において、冷却液と接触する全面に形成された樹脂層と、を備えた、高周波入力結合器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本実施形態の高周波入力結合器１００を適用可能な構成例を概略的に示す図である。
【図２】図２は、図１に示した高周波入力結合器１００の一構成例を概略的に示す分解斜視図である。
【図３】図３は、図２に示した高周波入力結合器１００の注入口１５１及び排出口１５２を含む断面図である。
【図４】図４は、図３に示した流路Ｐを拡大した断面図である。
【図５】図５は、図３に示した流路Ｐの平面図である。
【図６】図６は、本実施形態における高周波入力結合器１００の製造工程を説明するための図である。
【図７】図７は、本実施形態における高周波入力結合器１００の製造工程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１０】
図１は、本実施形態の高周波入力結合器１００を適用可能な構成例を概略的に示す図である。
【００１１】
高周波増幅器１は、中空の旋回電子ビーム２を生成するマグネトロン型電子銃３を備えている。電子銃３とコレクタ５との間には、電子銃３で生成された電子ビーム２と相互作用してミリ波又はマイクロ波を生起させる空胴共振器すなわちキャビティ７と、電子銃３により生成された電子ビーム２をキャビティ７に案内するビームトンネル６と、が配置されている。キャビティ７とコレクタ５との間には、放射器９及び反射器１０が配置され、さらに、キャビティ７で生起された電磁波８を平行ビーム状に変換する準光学的モード変換器１１と、このモード変換器１１により平行ビーム状に変換された電磁波８を反射する出射ミラー１２とが配置されている。出射ミラー１２により反射された平行ビーム状の電磁波８は、出力窓構体２０を通じて高周波増幅器１の外部に導出される。なお、電子銃部やキャビティ部、或いはコレクタの外周には、それぞれ磁場発生コイル、或いはスイープコイル４が配置される。
【００１２】
高周波入力結合器１００は、出力窓構体２０と加速器３０との間に位置している。加速器３０は、電子やイオンなどの荷電粒子を電気的に加速する装置であり、静電加速器、線形加速器、円形加速器などが知られているが、その詳細についての説明は省略する。
【００１３】
図２は、図１に示した高周波入力結合器１００の一構成例を概略的に示す分解斜視図である。
【００１４】
すなわち、高周波入力結合器１００は、本体部１００Ａと、本体部１００Ａにそれぞれ接合される第１フランジ部材１０１及び第２フランジ部材１０２とを備えている。第１フランジ部材１０１及び第２フランジ部材１０２は、それぞれリング状に形成され、それぞれの円周方向に並んだ複数の貫通孔１０１Ａ及び１０２Ａを有している。例えば、第１フランジ部材１０１は出力窓構体２０に固定され、第２フランジ部材１０２は加速器３０に固定される。これらの各部材は、それぞれの貫通孔１０１Ａ及び１０２Ａを介してネジ留めされることなどによって行われる。
【００１５】
本体部１００Ａは、窓部材１１０、第１円筒部材（内導体）１２０、第２円筒部材（外導体）１３０、流路形成部材１４０などを備えている。窓部材１１０は、例えばセラミックス製であり、マイクロ波を低損失で伝送する。この窓部材１１０は、後に詳述するが、円板状（ディスク状）に形成され、その中心部に円形の開口部が形成されている。第１円筒部材１２０及び第２円筒部材１３０は、例えば銅などの金属製である。第１円筒部材１２０は、窓部材１１０の開口部にはめ込まれている。窓部材１１０及び第１円筒部材１２０は、第２円筒部材１３０に収容されている。
【００１６】
流路形成部材１４０は、第１部材１４１、第２部材１４２、及び、第３部材１４３を備えている。第１部材１４１、第２部材１４２、及び、第３部材１４３は、例えばステンレスなどの金属製である。第１部材１４１は第１フランジ部材１０１と対向する側に位置し、第２部材１４２は第２フランジ部材１０２と対向する側に位置している。第３部材１４３は、第１部材１４１と第２部材１４２との間に位置している。このような第３部材１４３には、冷却液が注入される注入口１５１及び冷却液が排出される排出口１５２が設けられている。
【００１７】
図３は、図２に示した高周波入力結合器１００の注入口１５１及び排出口１５２を含む断面図である。
【００１８】
第１円筒部材１２０及び第２円筒部材１３０の各々は、高周波入力結合器１００の中心軸Ｏに沿って延出している。第１円筒部材１２０は、その第１外周面１２０Ａにおいて、窓部材１１０における開口部の内周部１１０Ａと接合されている。第２円筒部材１３０は、その第２内周面１３０Ｂにおいて、窓部材１１０の外周部１１０Ｂと接合されている。これらの各部材は、例えばロウ付けなどの手法により気密を維持して接合される。
【００１９】
流路形成部材１４０は、第２円筒部材１３０の第２外周面１３０Ａを囲み、冷却液の流路を形成する。この流路形成部材１４０は、第２外周面１３０Ａに接合されている。すなわち、第１部材１４１は、第２外周面１３０Ａの一端部１３１に接合されている。第２部材１４２は、第２外周面１３０Ａの他端部１３２に接合されている。第３部材は、第２外周面１３０Ａと間隔をおいて対向し、第１部材１４１及び第２部材１４２とそれぞれ接合されている。これらの各部材は、例えば溶接などの手法により接合される。第２円筒部材１３０、第１部材１４１、第２部材１４２、及び、第３部材１４３によって形成された空間は、水などの冷却液が循環する流路（ウォータージャケット）Ｐに相当する。注入口１５１及び排出口１５２は、第３部材１４３に設けられ、流路Ｐに連通している。
【００２０】
第１フランジ部材１０１は第１部材１４１に接合され、第２フランジ部材１０２は第２部材１４２に接合されている。これらの各部材は、例えば溶接などの手法により接合される。
【００２１】
図４は、図３に示した流路Ｐを拡大した断面図である。
【００２２】
第２円筒部材１３０と第１部材１４１とは、例えば第２外周面１３０Ａにおいて第１フランジ部材１０１に近接する側の位置Ａで接合される。第２円筒部材１３０と第２部材１４２とは、例えば第２外周面１３０Ａにおいて第１フランジ部材１０１に近接する側の位置Ｂで接合される。第１部材１４１と第３部材１４３とは、位置Ｃにおいて接合される。第２部材１４２と第３部材１４３とは、位置Ｄにおいて接合される。第１フランジ部材１０１と第１部材１４１とは、位置Ｅにおいて接合される。第２フランジ部材１０２と第２部材１４２とは、位置Ｆにおいて接合される。
【００２３】
本実施形態では、流路Ｐを形成する第２円筒部材１３０の第２外周面１３０Ａにおいて、冷却液と接触する全面に、樹脂層１６０が形成されている。このような樹脂層１６０は、第２外周面１３０Ａに樹脂材料をコーティングすることによって形成されたものである。ここで適用可能な樹脂材料としては、耐水性の高い材料であれば、特定の材料に限定されない。図示した例では、樹脂層１６０は、第２円筒部材１３０と第１部材１４１とを接合する位置Ａ及び第２円筒部材１３０と第２部材１４２とを接合する位置Ｂも覆っている。樹脂層１６０の一端部１６１は第１部材１４１の内面１４１Ａに延在し、樹脂層１６０の他端部１６２は第２部材１４２の内面１４２Ａに延在している。
【００２４】
なお、第１フランジ部材１０１及び第２フランジ部材１０２は、それぞれ第２内周面１３０Ｂに繋がる内周部１０１Ｂ及び１０２Ｂを有している。これらの内周部１０１Ｂ及び１０２Ｂは、銅などの導電性の高い金属でメッキされていることが望ましい。
【００２５】
図５は、図３に示した流路Ｐの平面図である。
【００２６】
流路Ｐは、高周波入力結合器１００の中心軸Ｏを中心として、円板状の窓部材１１０を囲むリング状に形成されている。図示した例では、注入口１５１及び排出口１５２は、中心軸Ｏを通る同一直線上に位置している。このような構成においては、注入口１５１から注入された冷却液は、窓部材１１０の外周部に沿って流路Ｐを通り、排出口１５２から排出される。これにより、窓部材１１０が冷却され、窓部材１１０の温度上昇を抑制している。
【００２７】
次に、本実施形態における高周波入力結合器１００の製造工程の一例について、図６及び図７を参照しながら簡単に説明する。
【００２８】
まず、図６に示すように、その中心部に円形の開口部１１０Ｃが形成された円板状の窓部材１１０と、第１円筒部材１２０とを用意する。そして、開口部１１０Ｃに第１円筒部材１２０をはめ込み、開口部１１０Ｃの内周部１１０Ａと、第１円筒部材１２０の第１外周面１２０Ａとをロウ付けする。
【００２９】
続いて、図７に示すように、第２円筒部材１３０と、リング状の第１部材１４１及び第２部材１４２とを用意する。そして、第２円筒部材１３０に窓部材１１０を収容し、第２円筒部材１３０の第２内周面１３０Ｂと、窓部材１１０の外周部１１０Ｂとをロウ付けする。その後、第２外周面１３０Ａの一端部１３１に第１部材１４１をはめ込み、第１部材１４１を第２外周面１３０Ａにロウ付けする。その後、第２外周面１３０Ａの他端部１３２に第２部材１４２をはめ込み、第２部材１４２を第２外周面１３０Ａにロウ付けする。そして、第２外周面１３０Ａの全面に樹脂材料をコーティングし、図４に示したような樹脂層１６０を形成する。
【００３０】
続いて、第３部材１４３を構成する第１セグメント１４３１及び第２セグメント１４３２を用意する。そして、第１セグメント１４３１を第１部材１４１と第２部材１４２との間にはめ込み、これらを溶接する。そして、第２セグメント１４３２を第１部材１４１と第２部材１４２との間にはめ込み、第１セグメント１４３１の端面１４３Ａ及び１４３Ｂと、第２セグメント１４３２の端面１４３Ｃ及び１４３Ｄとを突き当てる。そして、第２セグメント１４３２を第１部材１４１及び第２部材１４２とそれぞれ溶接し、さらに、端面１４３Ａと端面１４３Ｃとを溶接し、また、端面１４３Ｂと端面１４３Ｄとを溶接する。
【００３１】
その後、図示しない第１フランジ部材及び第２フランジ部材をそれぞれ第１部材１４１及び第２部材１４２と溶接し、高周波入力結合器１００が製造される。
【００３２】
この高周波入力結合器１００は、第１フランジ部材１０１がマイクロ波源である高周波増幅器１に接合され、第２フランジ部材１０２が加速器３０に接合され、さらに、加速空洞導入用アンテナが第１円筒部材１２０に気密に接合される。このようにして製作された高周波入力結合器１００では、周波数８５０ＭＨｚ、透過電力５３０ｋＷを透過させることを可能とした。
【００３３】
この高周波入力結合器１００においては、高い導電性が要求されるため、その外導体である第２円筒部材１３０は薄い銅などの高導電性を有する金属材料によって形成される一方で、使用過程で高温になり得る窓部材１１０は第２円筒部材１３０を介して冷却する必要がある。水などの冷却液は、第２円筒部材１３０を囲む流路Ｐを循環するため、第２円筒部材１３０の冷却液による浸食を抑制することが極めて重要となる。
【００３４】
本実施形態によれば、第２円筒部材１３０の第２外周面１３０Ａにおいては、冷却液と接触する全面に樹脂層１６０が形成されている。このため、第２外周面１３０Ａは、冷却液と直接接触することがない。これにより、第２円筒部材１３０が薄い銅などで形成された場合であっても、第２外周面１３０Ａからの冷却液による浸食を抑制することが可能となる。したがって、高周波入力結合器１００における冷却液の漏れを抑制することができ、また、長期にわたって気密性を維持することができるため、高周波入力結合器１００を長寿命化することが可能となる。
【００３５】
また、冷却液が循環する流路Ｐは、第２外周面１３０Ａに流路形成部材１４０を構成する第１部材１４１、第２部材１４２、及び第３部材１４３を接合することによって形成される。このため、第２円筒部材１３０と第１部材１４１とを接合する位置Ａ、及び、第２円筒部材１３０と第２部材１４２とを接合する位置Ｂを含めて第２外周面１３０Ａを樹脂層によって覆うことができる。これにより、第２円筒部材１３０と流路形成部材１４０とを接合する位置からの冷却液の浸入を抑制することが可能となる。
【００３６】
また、高周波入力結合器１００の本体部１００Ａに接合される第１フランジ部材１０１及び第２フランジ部材１０２が銅などに比べて低い導電性を有する材料によって形成される場合には、第１フランジ部材１０１及び第２フランジ部材１０２の第２内周面１３０Ｂに繋がるそれぞれの内周部１０１Ｂ及び１０２Ｂは、銅などでメッキされる。これにより、第１フランジ部材１０１及び第２フランジ部材１０２における導電性を向上することが可能となる。
【００３７】
なお、流路形成部材１４０を構成する第１部材１４１及び第２部材１４２のそれぞれの端部は、第２外周面１３０Ａに接合されるため、高周波が透過する真空側に露出しない。このため、第１部材１４１及び第２部材１４２が銅などに比べて低い導電性を有する材料によって形成される場合であっても、第１フランジ部材１０１などの内周部のようにメッキする必要はない。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態によれば、冷却液による浸食を抑制することが可能な高周波入力結合器を提供することができる。
【００３９】
なお、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。これらの新規な実施形態は、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。これらの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】
【００４０】
１００…高周波入力結合器
１００Ａ…本体部  １０１…第１フランジ部材  １０２…第２フランジ部材
１１０…窓部材  １１０Ａ…内周部  １１０Ｂ…外周部  １１０Ｃ…開口部
１２０…第１円筒部材
１３０…第２円筒部材
１４０…流路形成部材  １４１…第１部材  １４２…第２部材  １４３…第３部材
１５１…注入口  １５２…排出口
１６０…樹脂層  １６１…一端部  １６２…他端部
Ｐ…流路
【図１】
2016225214.tif 000003
【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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【図７】
2016225214.tif 000009