(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波が透過する開口部を有する結合窓であって、
低熱膨張材からなる結合窓本体と、
前記結合窓本体よりも導電率の高い導電材料からなり、前記結合窓本体とは別体に構成された開口部構成部材であって、該開口部構成部材の外周面が前記結合窓本体に形成された孔の内周面に拡散接合またはろう付けまたは接着剤によって固定されかつ前記開口部を有する開口部構成部材と、
を具備したことを特徴とする結合窓。
【請求項２】
前記開口部構成部材の開口部に、開口寸法の微調整加工を可能とする加工しろが確保されていることを特徴とする請求項１に記載の結合窓。
【請求項３】
ケースと、該ケースに組込まれた結合窓とを有し、
前記結合窓が、請求項１に記載された結合窓であることを特徴とする導波管型インピーダンス整合器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、導波管型インピーダンス整合器と、それに用いる結合窓に関する。
【０００２】
【従来の技術】
導波管型バンドパスフィルタや導波管型インピーダンス整合器は、金属材料からなる中空のケースと、ケースに組付けられた結合窓を備えている。結合窓にはマイクロ波を透過する開口部が形成されている。この開口部は、要求される特性に応じて高精度に形成されている。結合窓は、ねじ等の締結用部品によってケースに固定されている。
【０００３】
従来より、前記ケースは、温度特性を改善するために、例えばインバー合金等の熱膨張率の小さい材料（低熱膨張材）によって製作されることがあった。しかし低熱膨張材は導電率が低いことから、結合窓の材料としては、伝送損失を少なくするために導電率の高い材料、例えば銅（Ｃｕ）などが用いられていた。ところが銅は熱膨張率が大きく、温度変化に応じて開口部が収縮することによって、入射するマイクロ波との整合がずれる原因になるなど、特性の変化が大きいという問題がある。
【０００４】
そこで結合窓の温度特性を改善するために結合窓を低熱膨張材によって形成するとともに、結合窓の開口部に導電率の高いＣｕあるいはＡｇのメッキを行うことによって、伝送損失を減らすことも提案されている。同様の目的のために、例えば特開平７−１７０１１６号公報に掲載されているように、開口部にＡｇペーストやＣｕペーストを焼成することによって伝導率を上げ、伝送損失を小さくすることも提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記結合窓において、開口部の加工精度上の限界から、入射するマイクロ波との整合がずれて特性が低下することがある。しかも前述したように開口部にＣｕあるいはＡｇのメッキを行う場合には、開口部の端や隅部のメッキ層が局部的に厚くなりやすいなど、開口部の精度が悪化することがある。ＣｕあるいはＡｇのペーストを焼成する場合も同様に開口部の精度が悪くなることがある。これらのこともマイクロ波の伝送特性を低下させる原因となる。
【０００６】
このため製品として完成させるには、完成途中の結合窓の特性を実測しつつ、その実測結果に基いて開口部を切削して形状を整えるなどの微調整を行ったのちに、再度の特性実測を行うといった工程を何回か繰返すことにより、最終的に要求特性を満たす完成品を得るようにしていた。
【０００７】
しかしながら、上記のように特性実測と微調整のための加工を繰返すことは、製品の完成までにきわめて多くの手数と時間を必要とし、製造コストが高くなる要因ともなる。しかも上記メッキ層は厚さが５μｍ〜１５μｍ程度と薄いため、特性の微調整のために開口部をある程度削ると、メッキ層の一部が除去されてしまうことになる。
【０００８】
このため開口部を削る場合には結合窓をケースから取外し、開口部に再度のメッキ作業を行う必要がある。その場合、ケースに対して結合窓をねじ等によって着脱可能に取付ける必要があり、そのために部品点数が増えるばかりか、着脱に要する手間がばかにならない。これらのことも製品の完成までにきわめて多くの手数と時間を必要とする要因となっている。
【０００９】
従って本発明の目的は、温度特性に優れているとともに伝送損失が少なく、しかも開口部の微調整が容易な結合窓と、それを用いた導波管型インピーダンス整合器を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を果たすための本発明の結合窓は、マイクロ波が透過する開口部を有する結合窓であって、低熱膨張材からなる結合窓本体と、前記結合窓本体よりも導電率の高い導電材料からなり、前記結合窓本体とは別体に構成された開口部構成部材であって、該開口部構成部材の外周面が前記結合窓本体に形成された孔の内周面に拡散接合またはろう付けまたは接着剤によって固定されかつ前記開口部を有する開口部構成部材と、を具備している。この発明において、開口部構成部材の開口部まわりに、開口寸法の微調整加工を可能とする加工しろが十分に確保されているとよい。
【００１１】
前記目的を果たすための本発明の導波管型インピーダンス整合器は、ケースと、該ケースに組込まれた前記結合窓とを有するものである。この発明において、前記開口部構成部材の開口部まわりに、開口寸法の微調整加工を可能とする加工しろが確保されているとよい。
【００１２】
この発明は、導波管型マイクロ波伝送体の一例である導波管型インピーダンス整合器、あるいは導波管型バンドパスフィルタなどに適用することができ、温度特性に優れ、伝送損失が小さく、所望の特性を得るために開口部の微調整が可能な結合窓を備えた導波管型インピーダンス整合器や導波管型バンドパスフィルタなどを提供することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の第１の実施形態について、図１から図３を参照して説明する。図１に導波管型マイクロ波伝送体の一例としての導波管型インピーダンス整合器１０を示している。この導波管型インピーダンス整合器１０は、例えば円筒状の中空の金属製ケース１１と、このケース１１に取付けられた円板状の結合窓１２とを備えている。結合窓１２は、ケース１１の端部に形成されたフランジ部１３に、ねじ等の締結用部品１４によって固定されている。
【００１４】
ケース１１の材料は、低熱膨張材の一例としてのインバー合金あるいはスーパーインバー合金、低熱膨張鋳鋼造材（低炭素鋼系材料もしくは極低炭素鋼系材料）などである。インバー合金の化学成分（ｍｏｌ％）はＦｅ：６４．６％、Ｎｉ：３５．４％である。スーパーインバー合金はＦｅ：６４．２％、Ｎｉ：３１．０％、Ｃｏ：４．８％である。それ以外の各種インバー合金（例えばステンレスインバーやＦｅ−Ｂ系、Ｃｒ−Ｆｅ−Ｍｎ系、Ｍｎ−Ｇｅ系など）が採用されてもよい。
【００１５】
図２に示すように結合窓１２は、結合窓本体２１と、結合窓本体２１の中央部に設けられた開口部構成部材２２を含んでいる。開口部構成部材２２に、マイクロ波が透過する形状（例えば矩形）の開口部２３が形成されている。
【００１６】
結合窓１２は、図３の（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、結合窓本体２１の材料である低熱膨張材２１ａと、開口部構成部材２２の材料である円板状の導電材料２２ａ、すなわち低熱膨張材２１ａよりも導電率の高い金属（例えばＣｕ，Ａｇもしくはそれぞれの合金など）を用い、例えば以下に述べる拡散接合によって低熱膨張材２１ａと開口部構成部材２２とを接合することにより製作される。
【００１７】
図３中の（Ａ）に示すように、低熱膨張材２１ａの中央部に円形の孔３０が形成されている。孔３０の内周面３１は、その全周にわたって角度θ１で傾斜するテーパ面となっている。導電材料２２ａの外周面３２は、上記角度θ１に対応した角度θ２のテーパ面となっている。角度θ１，θ２は、それぞれ例えば６０度から８０度の範囲が望ましい。望ましくは、導電材料２２ａの板厚Ｔ１は低熱膨張材２１ａの板厚Ｔ２よりも僅かに大きくしている。
【００１８】
例えばインバー合金からなる低熱膨張材２１ａの孔３０に、例えばＣｕからなる導電材料２２ａを嵌合させ、図３中の（Ｂ）に示すように内周面３１と外周面３２とを合わせる。そして低熱膨張材２１ａと導電材料２２ａを厚み方向に加圧し、導電材料２２ａを塑性変形させることによって、低熱膨張材２１ａの内周面３１と導電材料２２ａの外周面３２とを互いに密着させる。
【００１９】
このように低熱膨張材２１ａと導電材料２２ａを密着させた状態で、内周面３１と外周面３２とを含む領域を拡散温度まで加熱し、所定時間保持することにより、導電材料２２ａの金属原子（例えばＣｕ）と低熱膨張材２１ａの金属原子を相互に拡散させる。この拡散により、低熱膨張材２１ａと導電材料２２ａとを金属的にきわめて強固に接合させることができる。その際の加熱温度は例えばＣｕの融点（約１０８４℃）の７０％〜９０％程度である。
【００２０】
冷却後に、図３中の（Ｃ）に示すように機械加工等によって形状を整えてもよいし、あるいは塑性加工もしくは焼鈍等の熱処理を適用することによって歪みを除去する。そののち図３中の（Ｄ）に示すように、切削等の機械加工により、開口部構成部材２２にマイクロ波の透過する開口部２３を形成する。
【００２１】
こうして形成された結合窓１２において、開口部２３の精度によっては、入射するマイクロ波との整合がずれて特性が低下することがある。このため、結合窓１２の特性を実測し、その実測結果に基いて開口部２３を切削するなどの仕上げの機械加工を行うなどの微調整加工を行ったのちに、再度の特性実測を行うといった工程が繰返されることがある。
【００２２】
この実施形態の導波管型インピーダンス整合器１０は、低熱膨張材２１ａの中央部にＣｕ等の導電材料２２ａを接合したものであるから、開口部２３まわりのＣｕ等の導電率の高い部分の厚みを２〜３ｍｍ以上とすることができる。すなわち、特性を微調整するための加工しろＭを開口部２３に１ｍｍ以上確保することが可能であり、メッキによってＣｕあるいはＡｇの層（５μｍ〜１５μｍ）を形成する場合に比べて、はるかに大きな加工しろＭを得ることができる。
【００２３】
しかもこの導波管型インピーダンス整合器１０は、開口部２３を微調整した後に再メッキを行う必要がないから、結合窓１２をケース１１から取外したり、再メッキ後に再度組立てるといった手間のかかる工程が不要である。
【００２４】
このように結合窓１２をケース１１から取外す必要がないため、図４に示す第２の実施形態の導波管型インピーダンス整合器１０′のように、ケース１１の内部に結合窓１２を一体に設けることも可能であり、ねじ等の取外し可能な部品を用いる必要がないから部品点数が少なくてすむなど、製造に要する手数も大幅に削減することができる。
【００２５】
また、開口部２３にＣｕあるいはＡｇのメッキを行ったり、ＣｕあるいはＡｇペーストを焼成する必要がないため、開口部２３の端や隅部を高精度に仕上げることができる。このため、製品が完成するまでに必要な特性実測と開口部２３の微調整のための加工を削減することができる。
【００２６】
図５の（Ａ）〜（Ｄ）は、ろう付けによって結合窓１２を製造する例を示している。図５中の（Ａ）に示すように、円形の孔３０を有する低熱膨張材（例えばインバー合金）２１ａと、円板状の導電材料（例えばＣｕ）２２ａと、ろう材４０が使用される。孔３０の内周面３１と導電材料２２ａの外周面３２は、図３に示す拡散接合の例と同様に、６０度〜８０度の角度で傾斜するテーパ面としてもよい。ろう材４０は、箔あるいは棒などの形態でもよいし、粉末あるいはペースト状であってもよい。
【００２７】
低熱膨張材２１ａの孔３０に導電材料２２ａを嵌合させ、加熱することによってろう材４０を溶融させたのち、冷却することにより、図５中の（Ｂ）に示すように、低熱膨張材２１ａの内周面３１と導電材料２２ａの外周面３２とを互いにろう材４０によって接合する。
【００２８】
Ｃｕからなる導電材料２２ａと、インバー合金あるいはスーパーインバー合金などからなる低熱膨張材２１ａとをろう付けする場合、ろう材４０として、例えばＡｇろう、はんだ、Ｎｉろうなどを用いることができる。Ａｇろう接合によって製作された結合窓１２の使用可能温度は室温から３００℃前後である。はんだ接合の場合、結合窓１２の使用可能温度は室温から２００℃前後である。Ｎｉろう接合の場合、使用可能温度は室温から７００℃前後である。このように、使用温度に応じてろう材４０の材質を選択すればよい。
【００２９】
ろう材４０が硬化したのち、図５中の（Ｃ）に示すように、機械加工や塑性加工によって形状を整え、かつ、必要に応じて焼鈍等の熱処理により歪みを除去する。そののち、図５中の（Ｄ）に示すように、切削等の機械加工により、マイクロ波の透過する開口部２３を形成する。
【００３０】
ろう材４０を用いる代りに、接着剤によって導電材料２２ａと低熱膨張材２１ａとを接合してもよい。接着剤を用いる場合については図示を省略するが、図５で説明した例と同様の低熱膨張材２１ａと、導電材料２２ａとを用い、低熱膨張材２１ａの内周面３１と導電材料２２ａの外周面３２との間に、ろう材４０の代りに接着剤を供給し、乾燥させることによって、低熱膨張材２１ａと導電材料２２ａとを互いに固定する。接着剤が硬化したのち、機械加工等によって、図５中の（Ｄ）と同様に開口部２３を形成する。ここで用いる接着剤としては、例えばポリイミド系、フェノール系樹脂、シリコン系、エポキシ樹脂系接着剤などである。
【００３１】
また図６に示す第３の実施形態のように、結合窓本体２１の開口５０の内周部に、ＣｕあるいはＡｇ等の導電材料５１を溶射することによって、開口部２３を有する開口部構成部材２２を形成してもよい。この場合、開口部構成部材２２が前述の特性調整用の加工しろを確保できる厚さとなるように、導電材料５１を十分に溶射するものとする。
【００３２】
あるいは図７に示す第４の実施形態のように、結合窓本体２１の材料であるインバー合金等の低熱膨張材からなる円筒状の第１の母材６０と、開口部構成部材２２の材料であるＣｕ等の導電材料からなる棒状の第２の母材６１を、前述した拡散接合あるいはろう付け、接着剤によって接合し、開口部２３を形成するなどして、棒状の中間製品６２を製造してもよい。この場合、中間製品６２を径方向にスライスすることにより、所定厚さｔの多数の結合窓１２を能率良く製作することができる。
【００３３】
本発明は、例えば図８に示す第５の実施形態のような誘電体フィルタ１０Ａに適用することもできる。誘電体フィルタ１０Ａは前記インピーダンス整合器１０と同様に、ケース１１と、結合窓１２とを有し、結合窓１２は、低熱膨張材からなる結合窓本体２１と、この結合窓本体２１よりも導電率の高い導電材料からなる開口部構成部材２２とを含んでいる。ケース１１の内部に誘電体７０が収容されている。
【００３４】
本発明は、例えば図９に示す第６の実施形態のような導波管型バンドパスフィルタ１０Ｂに適用することもできる。導波管型バンドパスフィルタ１０Ｂも前記インピーダンス整合器１０と同様にケース１１と結合窓１２とを有し、結合窓１２は、低熱膨張材からなる結合窓本体２１と、この結合窓本体２１よりも導電率の高い導電材料からなる開口部構成部材２２とを含んでいる。
【００３５】
また、この発明を実施するに当たって、ケースや結合窓の具体的な形状をはじめとして、開口部の形状、結合窓本体、開口部構成部材の形態、低熱膨張材あるいは導電材料の成分など、この発明の構成要素を、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜に変形して実施できることは言うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明によれば、所望の特性を得るための開口部の微調整が可能で、熱膨張が小さいため温度特性に優れ、かつ、開口部の導電率が高いため伝送損失が小さい結合窓が得られる。
【００３７】
請求項２に記載した発明によれば、特性の実測結果等に基いて開口部を切削するなどの加工を行うことにより、所望の特性が得られるように微調整をすることができ、微調整可能な範囲をメッキ層などに比べてはるかに広くとることができる。
【００３９】
請求項３に記載した発明によれば、開口部の微調整が可能であり、熱膨張が小さいため温度特性に優れ、かつ、開口部の導電率が高いため伝送損失が小さい導波管型インピーダンス整合器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施形態を示す導波管型インピーダンス整合器の側面図。
【図２】  図１に示された導波管型インピーダンス整合器の結合窓の正面図。
【図３】  図２に示された結合窓を拡散接合によって製造する場合の低熱膨張材と導電材料等を工程順に示す断面図。
【図４】  本発明の第２の実施形態を示す導波管型インピーダンス整合器の側面図。
【図５】  図２に示された結合窓をろう付けによって製造する場合の低熱膨張材と導電材料等を工程順に示す断面図。
【図６】  本発明の第３の実施形態を示す結合窓の正面図。
【図７】  本発明の第４の実施形態を示す結合窓と、この結合窓の製造に使用する中間製品の斜視図。
【図８】  本発明の第５の実施形態を示す誘電体フィルタの側面図。
【図９】  本発明の第６の実施形態を示す導波管型バンドパスフィルタの側面図。
【符号の説明】
１０，１０′…導波管型インピーダンス整合器
１０Ａ…誘電体フィルタ
１０Ｂ…導波管型ンドパスフィルタ
１１…ケース
１２…結合窓
２１…結合窓本体
２１ａ…低熱膨張材
２２…開口部構成部材
２２ａ…導電材料
２３…開口部
Ｍ…加工しろ
【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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【図７】
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【図８】
0003737034.tif 000009
【図９】
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