(57)【要約】【課題】フェライトコア内部の温度上昇を低減し、飽和磁化の低下を抑制し大電力化が容易な高周波位相制御装置を得る。【解決手段】フェライトコアブロック１１ａとこれよりも熱伝導率の大きい放熱セラミックスコア冷却ブロック１１ｂとが交互に積層されたフェライトコア１１が方形導波管２内に２列に平行に配設され、フェライトコア１１の下方に、これらを磁気的に連結するＵ字状のフェライトヨーク１３が設置されている。導波管２には、冷却用ブロック６が接合されている。冷却ブロック６は、フェライトコアブロック１１ａ及び熱伝導率の大きい放熱セラミックスコア冷却ブロック１１ｂの双方を冷却するので、高周波電波によりフェライトコアブロック１１ａで発生した熱を効率良く排熱でき、フェライトコア内部の温度上昇を低減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波電波が伝搬する導波管内に配設される一対のフェライトコアと上記導波管の外部にあって上記一対のフェライトコアを磁気的に連結するフェライトヨークとこのフェライトヨークに巻回されたコイルと上記フェライトコアを冷却する冷却手段とを有し上記コイルを励磁することにより上記フェライトコアに発生したバイアス磁場により上記高周波電波の位相を変化させるものであって、
上記フェライトコアは、フェライトで形成されたフェライトコア部材とセラミック材料で形成され上記フェライトコア部材の熱伝導率よりも大きい所定の熱伝導率を有するセラミックコア部材とが隣接するようにして上記電磁波の進行方向に積層されたものであり、
上記冷却手段は、上記フェライトコア部材及び上記セラミックコア部材を冷却するものである
高周波位相制御装置。
【請求項２】
上記冷却手段は、冷却水が流れる冷却水流路が形成されたものであって上記フェライトコア部材に近接してかつ上記導波管に設けられる導波管設置冷却部であることを特徴とする請求項１に記載の高周波位相制御装置。
【請求項３】
上記冷却手段は、上記フェライトヨークに冷却水流路を形成するフェライトヨーク冷却水流路形成部であることを特徴とする請求項１に記載の高周波位相制御装置。
【請求項４】
上記冷却手段は、冷却水が流れる冷却水流路が形成された冷却水管であって上記フェライトヨークの上記フェライトコア部材に対向する端部近傍に当接するようにして設けられるものであることを特徴とする請求項１に記載の高周波位相制御装置。
【請求項５】
上記冷却手段は、冷却水が流れる冷却水流路が形成されたものであって上記フェライトコア部材に近接して導波管に設けられた導波管設置冷却部と、上記フェライトヨークに冷却水流路を形成するフェライトヨーク冷却水流路形成部と、上記フェライトヨークの上記フェライトコア部材に対向する端部近傍に当接するようにして設けられ冷却水が流れる冷却水流路が形成された冷却水配管とで構成されるものであることを特徴とする請求項１に記載の高周波位相制御装置。
【請求項６】
上記フェライトヨークは、フェライトで形成されたフェライトヨーク部材とセラミック材料で形成され上記フェライトヨーク部材の熱伝導率よりも大きい所定の熱伝導率を有するセラミックヨーク部材とが隣接するようにして上記電磁波の進行方向に積層されたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の高周波位相制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばライナック（ＬＩＮＡＣ）における高周波電波の位相を変える高周波位相制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のライナックにおける高周波位相制御装置においては、導波管の中にフェライトコアを設置し、フェライトコアにバイアス磁場を印加することにより、導波管内を通過する高周波電波の位相を変更しているので、高速な位相制御が可能である（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】Y.Kang, "FAST RF FERRITE PHASE SHIFTER FOR HIGH-POWER APPLICATIONS", Proceedings of The XX International Linac Conference, Monterey, California,USA,August 21-25,2000, p1012-1014
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の高周波位相制御装置は、以上のように構成され、高周波電波がフェライトコア内を通過する際に、高周波電波の電力は、フェライトコア内で減衰し、発熱源となる。フェライトコア内で発生した熱は、熱伝導率の悪いフェライトコア内を伝熱し、導波管壁、フェライトヨーク等へ伝熱し、水冷却や自然空冷によって排熱される。このように、従来の高周波位相制御装置においては、熱伝導率の小さいフェライトコア内部の冷却はもっぱら内部から外部への熱伝導によって行われていたので、大電力の高周波電波が入力された場合は、フェライトコア内部で発生した熱を効果的に除去できない。従って、フェライトコア内部の温度が上昇し、飽和磁化の低下を来し、位相制御範囲が小さくなってしまうため、大電力化が困難であるという問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、フェライトコア内部の温度上昇を低減し、飽和磁化の低下を抑制し大電力化が容易な高周波位相制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る高周波位相制御装置においては、高周波電波が伝搬する導波管内に配設される一対のフェライトコアと導波管の外部にあって一対のフェライトコアを磁気的に連結するフェライトヨークとこのフェライトヨークに巻回されたコイルとフェライトコアを冷却する冷却手段とを有しコイルを励磁することによりフェライトコアに発生したバイアス磁場により高周波電波の位相を変化させるものであって、
フェライトコアは、フェライトで形成されたフェライトコア部材とセラミック材料で形成されフェライトコア部材の熱伝導率よりも大きい所定の熱伝導率を有するセラミックコア部材とが隣接するようにして電磁波の進行方向に積層されたものであり、
冷却手段は、フェライトコア部材及びセラミックコア部材を冷却するものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、高周波電波が伝搬する導波管内に配設される一対のフェライトコアと導波管の外部にあって一対のフェライトコアを磁気的に連結するフェライトヨークとこのフェライトヨークに巻回されたコイルとフェライトコアを冷却する冷却手段とを有しコイルを励磁することによりフェライトコアに発生したバイアス磁場により高周波電波の位相を変化させるものであって、
フェライトコアは、フェライトで形成されたフェライトコア部材とセラミック材料で形成されフェライトコア部材の熱伝導率よりも大きい所定の熱伝導率を有するセラミックコア部材とが隣接するようにして電磁波の進行方向に積層されたものであり、
冷却手段は、フェライトコア部材及びセラミックコア部材を冷却するものであるので、  熱伝導率の大きいセラミックコア部材を介しても冷却され冷却効率が高くなるので、フェライトコア内部の温度上昇を低減でき、飽和磁化の低下を抑制し大電力化が容易な高周波位相制御装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１を示すものであり、図１（ａ）は高周波位相制御装置の全体構成を示す斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）において破線の丸Ｂにて囲まれた高周波位相制御装置の部分拡大図、図１（ｃ）はフェライトコアの詳細構成を示す構成図である。これらの図において、高周波位相制御装置１０はフェライトコア１１とフェライトヨーク１３と励磁コイル１４を有する。フェライトコア１１（詳細後述）はアルミニューム板で製作された方形の導波管２の底板２ａ上に、２列に平行にかつ電磁波の進行方向である矢印Ａ方向に延在して配設されている。フェライトコア１１が配設される部分の底板２ａには、電磁波の漏洩を充分小さくできる範囲で極力薄くした金属製の極薄板２ｂ（図１（ｂ）参照）を設けている。極薄板２ｂに用いる金属は、導電率が高く延性に優れたものを用いる。
【０００９】
２列のフェライトコア１１の図１（ａ）における下方に、導波管２に設けられた極薄板２ｂを挟んで、２列のフェライトコア１１を磁気的に連結するＵ字状のフェライトヨーク１３が設置されている。フェライトヨーク１３の両端部はフェライトコア１１の幅ｗ（後述）に合わせＴ状にて拡大されている。フェライトヨーク１３には、励磁コイル１４が巻かれている。導波管２のフェライトコア１１を支える底板２ａの下面には、各フェライトコア１１の左右両端部の下方に位置しかつフェライトコア１１に沿うようにして冷却水流路５が形成された導波管設置冷却部としての外形が矩形の冷却用ブロック６が接合されている。冷却用ブロック６同士の図における左右方向の中心間寸法はフェライトコア１１の幅と同じｗにされている（図１（ｂ），（ｃ）参照）。
【００１０】
フェライトコア１１は、図１（ｃ）に示すように、フェライトで形成されたフェライトコア部材としてのフェライトコアブロック１１ａとセラミック材料で形成されたセラミックコア部材としての放熱セラミックスコア冷却ブロック１１ｂとを矢印Ａの方向に交互に隣接させて積層している。フェライトコアブロック１１ａは、幅ｗ、高さｈ、厚さｄであり、放熱セラミックスコア冷却ブロック１１ｂは幅ｗ、高さｈ、厚さｅであり、放熱セラミックスコア冷却ブロック１１ｂの熱伝導率はフェライトコアブロック１１ａの熱伝導率よりも大きい所定の熱伝導率を有する。
【００１１】
また、フェライトコアブロック１１ａと放熱セラミックスコア冷却ブロック１１ｂとは、両者間の熱伝導率が充分大きい所定値以上になるようにして接合されている。この実施の形態では、放熱セラミックスコア冷却ブロック１１ｂとして焼結により製造した熱伝導率の大きい窒化アルミニュームを用いている。なお、フェライトコアブロック１１ａの幅ｗ、高さｈ、厚さｄは、放熱セラミックスコア冷却ブロック１１ｂへ効果的に熱が伝わりフェライトコアブロック１１ａの温度、特に中心部の温度が所定値を越えないように選定されるが、特に厚さｄは放熱セラミックスコア冷却ブロック１１ｂまでの距離を決定するものであるから、効果的に熱が伝わるように充分に小さい値に選定する。
【００１２】
次に動作について説明する。フェライトヨーク１３に巻かれた励磁コイル１４を励磁することにより、フェライトヨーク１３内に磁束が発生し、発生した磁束により、２個平行に配置されたフェライトコア１１の片方にはフェライトヨーク１３から導波管２内に向かう方向に、もう一方には導波管２内からフェライトヨーク１３に向かう方向に、バイアス磁場が発生する。高周波電波が導波管２内を通過するとき、大部分の高周波電波はフェライトコア１１を通過し、フェライトコア１１内部でバイアス磁場強度に応じて波長が変化し、位相が変化する。
【００１３】
このとき、フェライトコアブロック１１ａ内で、バイアス磁場強度に応じた高周波電波の電力減衰が発生し、フェライトコアブロック１１ａの内部で熱が発生する。フェライトコアブロック１１ａ内部で発生した熱は、フェライトコアブロック１１ａ内を伝導して、導波管２に設けられた冷却用ブロック６内を流れる冷却水へ排熱されるとともに、放熱セラミックスコア冷却ブロック１１ｂへも排熱され、放熱セラミックスコア冷却ブロック１１ｂから伝導により冷却用ブロック６内を流れる冷却水へ排熱される。
【００１４】
このように放熱セラミックスコア冷却ブロック１１ｂを設けてフェライトコアブロック１１ａ及び放熱セラミックスコア冷却ブロック１１ｂの双方を冷却用ブロック６にて冷却するようにしてフェライトコアブロック１１ａの中心部の冷却効率を向上させたので、フェライトコア１１内部の温度上昇を低減し、大電力の高周波電波を入力した場合においても、飽和磁化の低下を抑制し、必要な位相制御範囲を持ち大電力化を容易に行うことができる高周波位相制御装置を得ることができる。
【００１５】
実施の形態２．
図２は実施の形態２である高周波位相制御装置を示す構成図であり、図２（ａ）はフェライトコアの構成を示す斜視図、図２（ｂ）は高周波位相制御装置の要部の構成を示す要部構成図である。図２において、高周波位相制御装置２０はフェライトコア２１とフェライトヨーク１３を有する。フェライトコア２１は、フェライトで形成された幅ｗ、高さｈ、厚さｆのフェライトコアブロック２１ａと幅ｗ、高さｈ、厚さｅの放熱セラミックスコア冷却ブロック１１ｂとを交互に積層している。
【００１６】
なお、この実施の形態では、図２（ａ）に示すようにフェライトコア２１の端部にも放熱セラミックスコア冷却ブロック１１ｂを設けている。すなわち、フェライトコアブロック２１ａを放熱セラミックスコア冷却ブロック１１ｂにて矢印Ａ方向に両側から挟むようにしている。また、フェライトコアブロック２１ａは、その高さｈを幅ｗよりも小さくするとともに、厚さｆを中心部Ｐから角部Ｑまでの距離ｓ（図２（ｂ）参照）の２倍以下にしている。
【００１７】
このようにすることにより、ｆ＝＜２ｓであるからｆ／２＝＜ｓとなり、フェライトコアブロック２１ａの中心部Ｐから放熱セラミックスコア冷却ブロック１１ｂまでの最短距離ｆ／２がフェライトコアブロック２１ａの中心部Ｐから角部Ｑまでの距離ｓ以下になる。従って、フェライトコアブロック１１ａ内部で発生した熱は、熱伝導率の大きい放熱セラミックスコア冷却ブロック１１ｂを介して冷却水流路５を流れる冷却水へ効率よく排熱される。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００１８】
以上のようにこの実施の形態によれば、フェライトコアブロック２１ａの中心部の冷却効率を向上させたので、フェライトコア２１内部の温度上昇を低減し、大電力の高周波電波を入力した場合においても、飽和磁化の低下を抑制し、必要な位相制御範囲を持ち大電力化を容易に行うことができる高周波位相制御装置を得ることができる。
【００１９】
実施の形態３．
図３は、実施の形態３である高周波位相制御装置の構成を示す構成図である。図３において、高周波位相制御装置３０はフェライトコア１１とフェライトヨーク３３を有する。上記実施の形態１、２では、フェライトコア１１やフェライトコア２１で発生した熱は、主として導波管２に設けられた冷却用ブロック６に形成された冷却水流路５を流れる冷却水で排熱するものを示した。これに対し、この実施の形態では、フェライトヨーク３３を、フェライトコアブロック１１ａと同じ厚さのフェライトで形成されたフェライトヨーク部材としてのフェライトヨークブロック３３ａと、放熱セラミックスコア冷却ブロック１１ｂと同じ厚さのセラミック材料で形成されたセラミックヨーク部材としての放熱セラミックスヨーク冷却ブロック３３ｂとを交互に積層接合して構成し、フェライトヨーク３３中に冷却水流路３５を形成するフェライトヨーク冷却水流路形成部としての冷却水流路形成部３６を設けている。
【００２０】
これにより、フェライトコア１１で発生する熱を、冷却用ブロック６による除去するのに加えて、フェライトヨークブロック３３ａ及び放熱セラミックスヨーク冷却ブロック３３ｂを介して冷却水流路形成部３６によっても除去する。なお、図３においては、図１に示した極薄板２ｂ及び冷却水流路５を有する冷却ブロック６の図示を省略している。
【００２１】
以上のようにこの実施の形態によれば、冷却用ブロック６の冷却水流路５を流れる冷却水による冷却に加えて、フェライトヨーク３３に設けられた冷却水流路３５を流れる冷却水によりフェライトコア１１を冷却する。従って、排熱箇所が増加し、さらに冷却効率を向上させることができ、より大電力の高周波電波を入力した場合でも、飽和磁化の低下を抑制し、十分な位相制御範囲を得ることができる高周波位相制御装置を得ることができる。
【００２２】
実施の形態４．
図４は、実施の形態４である高周波位相制御装置の構成を示す構成図である。上記実施の形態３では、フェライトコア１１で発生した熱は、導波管２に設けられた冷却水流路５及びフェライトヨーク３３に設けられた冷却水流路３５を流れる冷却水で行ったが、この実施の形態においては、図４に示すように、高周波位相制御装置４０はフェライトコア１１とフェライトヨーク１３と冷却水管としての外形が矩形の冷却水配管４６を備えている。Ｕ字状のフェライトヨーク１３のフェライトコア１１と対向するＴ状の両端部の両脇に、冷却水流路４５を有する冷却水配管４６をフェライトヨーク１３に所定の力で当接させている。なお、図４においては、図１に示した極薄板２ｂ及び冷却水流路５を有する冷却ブロック６の図示を省略している。
【００２３】
これにより、図３における冷却水流路形成部３３を設けない簡易な構成のフェライトヨーク１３を用いて冷却効率を向上させることができる。従って、大電力の高周波電波を入力した場合でも、飽和磁化の低下を抑制し、十分な位相制御範囲を得ることができる高周波位相制御装置を得ることができる。
【００２４】
実施の形態５．
図５は、実施の形態５である高周波位相制御装置の構成を示す構成図である。図５において、高周波位相制御装置５０はフェライトコア１１とフェライトヨーク３３と冷却水配管４６を有する。上記実施の形態３では、排熱は導波管２の冷却用ブロック６に形成された冷却水流路５とフェライトヨーク３３内の冷却水流路３６を流れる冷却水で行い、上記実施の形態４では、排熱は導波管２の冷却用ブロック６に形成された冷却水流路５とＵ字状のフェライトヨーク１３上部のそれぞれの部分に配設された冷却水配管４６に形成された冷却水流路４５を流れる冷却水で行っていた。
【００２５】
これに対し、この実施の形態ではこれらを組み合わせて図１に示した導波管２に設けられた冷却用ブロック６と、図５に示すようなフェライトヨーク３３に設けられた冷却水流路形成部３６とＵ字状のフェライトヨーク１３の両端部の両脇に設けられた冷却水配管４６とに、流れる冷却水により冷却するようにしている。なお、図５においては、図１に示した極薄板２ｂ及び冷却水流路５を有する冷却ブロック６の図示を省略している。
【００２６】
これにより、一層冷却能力が増加し、さらに大電力の高周波電波を入力した場合でも、飽和磁化の低下を抑制し、十分な位相制御範囲を得ることができる高周波位相制御装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の実施の形態１である高周波位相制御装置の構成を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態２である高周波位相制御装置の構成を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態３である高周波位相制御装置の構成を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態４である高周波位相制御装置の構成を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態５である高周波位相制御装置の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
５  冷却水流路、６  冷却用ブロック、１０  高周波位相制御装置、
１１  フェライトコア、１１ａ  フェライトコアブロック、
１１ｂ  放熱セラミックスコア冷却ブロック、１３  フェライトヨーク、
２０  高周波位相制御装置、２１  フェライトコア、２１ａ  フェライトコアブロック、
３０  高周波位相制御装置、３３  フェライトヨーク、
３３ａ  フェライトヨークブロック、３３ｂ  放熱セラミックスヨーク冷却ブロック、
３５  冷却水流路、３６  冷却水流路形成部、４０  高周波位相制御装置、
４５  冷却水流路、４６  冷却水配管、５０  高周波位相制御装置。
【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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