JPH08306320A - マイクロ波管のコレクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ミクロ波管のコレクタのコレクタ電極と絶縁
性真空外囲器とが真空気密封止されている場合、接合部
に発生する熱応力を緩和し、割れ、クラックを防ぐ。 【構成】 コレクタ電極１と絶縁性外囲器３との間に波
形金属部材２を挿入し接合する。波形金属部材２が容易
に変形し、かつ熱伝導の良い構造とすることにより、接
合部に発生する熱応力が吸収、緩和されるので、割れ、
クラックが防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビーム直進形マイクロ
波管のコレクタに関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来のビーム直進形マイクロ波
管の構成を示す縦断面図、図７は、従来のコレクタの一
実施例の縦断面図、図８の、（ａ）は、従来のコレクタ
の第２の実施例の横断面図、（ｂ）は、（ａ）の斜視
図、図９は、従来の第３の実施例の縦断面図、図１０
の、（ａ）は、従来のコレクタの第４の実施例の横断面
図、（ｂ）は、（ａ）の縦断面図である。

【０００３】マイクロ波の中継局、衛星通信用として電
子ビームを利用して、マイクロ波の増幅や発振を行わせ
るものとして進行波管、クライストロン等のマイクロ波
管がある。

【０００４】図６に示すようにビーム直進形マイクロ波
管は、電子ビームを発射する電子銃５７、電子ビーム５
８と入力したマイクロ波とを相互作用させる高周波回路
５６、電子ビーム５８を捕捉するコレクタ５０および電
子ビーム５８を集束させるためのビーム集束装置５９か
ら成る。

【０００５】電子銃５７から発射された電子ビーム５８
は、高周波回路５６を通過し、信号を増幅あるいは発振
させ、コレクタ５０に捕捉される。このとき、コレクタ
５０に捕捉された電子ビーム５８は、その運動エネルギ
を熱エネルギに変換し、コレクタ電極５１の温度を上昇
させる。このため、コレクタ電極５１で発生した熱を外
部へ逃がす必要がある。

【０００６】また、マイクロ波管の効率を高めるため、
コレクタ電位低下という方法が用いられる。これは、コ
レクタ電極５１に印加する電位を高周波回路５６に対し
て順次低下させ、コレクタに衝突する電子ビーム５８の
速度を落すことにより、コレクタ電極５１で発生する熱
エネルギを低下させる方法である。このため、コレクタ
５０と高周波回路５６の間は、高電圧に対する絶縁がセ
ラミック等の絶縁物により保たれている。

【０００７】図７に示すように従来のビーム直進形マイ
クロ波管のコレクタ構造は、銅、モリブデン、グラファ
イト等から成るコレクタ電極５１、コレクタ電極５１を
絶縁し、真空気密を保持するための高いセラミックスな
どの絶縁性外囲器５３、コレクタ電極５１を支持しコレ
クタ電極５１で発生した熱を絶縁部材を通して外部に熱
を逃すための支持部材６０および高周波回路との絶縁を
保つ絶縁部材５４で構成される。通常、これらのもの
は、互いにろう付あるいは溶接等の方法により接合され
ている。

【０００８】上述したコレクタにおいては、絶縁性外囲
器３と支持部材１１との熱膨張係数の違いにより、絶縁
性外囲器３と支持部材１１との接合部で発生する熱応力
により、絶縁性外囲器３と波形金属部材５２および他の
支持部材６０との接合部の破壊あるいは絶縁性外囲器５
３の割れやクラックが発生する。またこの型のコレクタ
において、絶縁性外囲器５３が真空気密を兼ねる場合に
は、割れやクラックの発生は、マイクロ波管の致命的欠
陥につながる。したがって、この様な不具合を避けるた
め、通常支持部材たる波形金属部材５２に応力緩衝機構
を持たせ、かつ外部に効率良く熱を逃がすため熱伝導性
の良い材料を使用する。

【０００９】また、これらの構造に加え、特に最近では
通信用または衛星塔載用として小型、軽量かつ製造容易
な構造によるコストダウンが要求される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この問題の解決方法と
して、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、実開昭６０ー
８５０４９公報には、円筒状コレクタ外周囲とセラミッ
クス円筒内周囲器間に軸方向にすり割り入り金属円筒を
介在させて、コレクタの熱衝撃によるクラックを防止
し、対電圧、対熱性を改善する技術が開示されている。

【００１１】しかしながら、すり割り金属円筒を製造す
るために高度な機械工作を必要とするため、製造コスト
が高くなるという欠点がある。

【００１２】また、応力を緩和する方法として、図９に
示すように、特開平２ー１１７０５０公報には、電子銃
部外囲器およびコレクタ電極上の絶縁部材と外枠支持体
間に、径を縮小、拡大する弾性を有する高熱伝導性の応
力緩衝リングを交互に嵌合、接触させて連接してコレク
タへの応力を緩和する構成が開示されている。

【００１３】この方法では、径を縮小、拡大する弾性を
有する応力緩衝リングを交互に嵌合、接触させるため、
ろう付等によりこれらを固定し真空気密を保とうとする
とこれらの機能が失われる。かつ弾性の方向が異なるた
め、接合部に過大な応力が発生し、絶縁部材の割れ、ク
ラックにつながる。

【００１４】さらに特開昭６３ー２８４７３６公報ある
いは図１０（ａ）、（ｂ）に示す実開平２ー１０１４５
４公報には、コレクタ電極を外囲器との間に配設された
複数の高熱伝導性円柱セラミックスで支持し、耐熱性を
維持しつつ、耐震、耐衝撃性を改善する構成が開示され
ている。

【００１５】この種のコレクタは、外囲器とコレクタ電
極および高熱伝導性円柱セラミックスとをプレス等の方
法により外囲器の外側から圧力を掛けて外囲器を変形さ
せて固定するため、コレクタ電極および外囲器との間に
配設された複数の高熱伝導性セラミックスの機械的強度
を大きくする必要がありコレクタの重量が大きくなる。
このため、軽量化を要求される用途、特に衛星搭載用等
の用途には不向きである。

【００１６】本発明の目的は、コレクタ電極に波形金属
部品を接合して、絶縁用セラミックス外囲器との間に挿
入、接合することにより優れた応力緩衝機構と熱伝導性
を有し、かつ軽量で製作容易な構造を有する直進形ビー
ムマイクロ波管のコレクタを提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロ波管の
コレクタは、ビーム直進形マイクロ波管のコレクタにお
いて、円筒状のコレクタ電極の外周面と円筒状の外囲絶
縁部材の内周面との円筒状隙間の全周方向に、波形金属
薄板が配置され、かつ波形金属薄板の各底部および各頂
部がそれぞれ、コレクタ電極の外周面および絶縁部材の
内周面に接着されてなり、波形金属薄板の各底部および
各頂部の前記各接着部分の円周方向幅が、それぞれ波形
のピッチの１／５以上を占めるように、波形金属薄板の
当該部分は、円周方向に平坦部分を有するかまたは接着
相手の円周面に沿った部分を有することを特徴としてい
る。

【００１８】なお、波形金属薄板の波形は、頂部、底部
および中間部がそれぞれほぼ平面を形成しているものも
望ましい。

【００１９】そして、その各中間部を形成する相隣る２
面が、コレクタの一半径方向延長線から同一方向に傾斜
しているものであることも望ましい。

【００２０】また、マイクロ波管はのコレクタは、ビー
ム直進形マイクロ波管のコレクタにおいて、円筒状の外
囲絶縁部材の内周面と円筒状のコレクタ電極の外周面と
の間の円筒状空間が円筒状の中間絶縁部材で半径方向に
二分され、大径隙間部分に第１の波形金属薄板、小径隙
間部分に第２の波形金属薄板が配置され、少なくとも第
１の波形金属薄板の頂部および第２の波形金属薄板の底
部がそれぞれ対面する円筒面に接着されてなるものであ
ることも望ましい。

【００２１】

【作用】本発明のコレクタは、コレクタ内部の波形金属
薄板の構造を、接合部に発生した熱応力に対処して容易
に変形することにより緩和され、かつ従来の形式のもの
に比し重量も減少し、熱伝導性もよく、また波形素材の
共通利用可能という利点を有する。

【００２２】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２３】図１の、（ａ）は、本発明のマイクロ波管
のコレクタの一実施例の縦断面図、（ｂ）は、（ａ）の
線Ａ−Ａ’横断面図、（ｃ）は、（ｂ）の絶縁性外囲器
を取り除いた状態の斜視図である。

【００２４】本実施例は、ビーム直進形マイクロ波管の
コレクタであって、コレクタ電極１、波形金属薄板２、
絶縁性外囲器から構成される。

【００２５】円筒状のコレクタ電極１の外周面と円筒状
の絶縁性外囲器３の内周面との円筒状隙間の全周領域に
わたり波形金属薄板２が配置され、かつ波形金属薄板２
の各底部および絶縁性外囲器３の内周面に接着されてな
り、波形金属薄板２の各底部および各頂部の各接着部分
の円周方向幅が、それぞれ波形のピッチの１／５以上を
占めるように、波形金属薄板２の当該部分は、円周方向
にほぼ平坦名部分を有する構造となっている。

【００２６】これら構成部品の材料、形状は次のとおり
である。コレクタ電極１は無酸素銅、モリブデンおよび
グラファイトが使用され、大きさは外径１９ｍｍ、内径
１４ｍｍ、長さ６０ｍｍである。波形金属薄板２は無酸
素銅で板厚０、２ｍｍ、波形の峰と谷の間の高さ３ｍｍ
である。絶縁性外囲器３は円筒状アルミナセラミックス
で、大きさは外径３０ｍｍ、内形２６ｍｍ、長さ６５ｍ
ｍである。

【００２７】波形金属薄板２の製作および接着方法を略
述すると、先ず、一辺５００ｍｍの正方形の無酸素銅板
を波形に加工した板材からコレクタ電極１の外周および
長さに合わせて切断し、これを波形金属薄板２とし、コ
レクタ電極１の外周との間に金ろう板を挟みながら巻
き、さらに波形金属薄板２の外側に金ろう板を巻き付
け、絶縁性外囲器３の内側に配置し、１０４０度Ｃの水
素気流中にて、ろう付した。

【００２８】このとき、それぞれの熱膨張係数の違いに
よる各接合部に発生する熱応力は、波形金属薄板２が容
易に変形することにより、吸収、緩和される。これによ
り、無酸素銅、モリブデンおよびグラファイトの３種類
のコレクタ電極１および絶縁性外囲器３の割れ、クラッ
クの発生はなかった。

【００２９】実施例２について 図２は、波形金属薄板の波形の頂部および底部の曲面が
１８０度以上の円周面を形成した第２の実施例の波形金
属薄板の横断面図である。

【００３０】本実施例は、第１の実施例の波形金属薄板
１２の頂部および底部のそれぞれ、絶縁性外囲器１３
（不図示）およびコレクタ電極１１（不図示）との接合
面積が大きく、かつ中間部の面積も大きくなるようにし
たものである。これにより伝熱効果が大きいメリットが
ある反面、波形の製作に要する時間が若干多くなる。

【００３１】実施例３について 図３の、（ａ）は、波形金属薄板の波形の頂部、底部お
よび中間部がそれぞれほぼ平面を形成した第３の実施例
の横断面図、（ｂ）は、（ａ）の絶縁性外囲器を取り除
いた状態の斜視図である。

【００３２】本実施例は、部品の材料、形状および製作
方法等について第１の実施例の場合と殆ど同じである
が、波形金属薄板２２の形状のみ異なる。すなわち本実
施例の場合、図３の（ｂ）に示すように頂部、底部およ
び中間部にはいずれも平坦部２２ａが形成されている。
本実施例の場合、第１の実施例に比し伝熱面積が増大し
ているので、熱伝導率が５〜１０％改善された。

【００３３】第４の実施例について 図４は、波形金属薄板の波形の頂部、底部および中間部
がそれぞれほぼ平面を形成し、かつ中間部の面がコレク
タの半径方向に対し同一方向に傾斜している第４の実施
例の波形金属薄板の横断面図である。

【００３４】本実施例は、第３の実施例に比し波形金属
薄板３２の接合面積を一層大きくするとともに、熱応力
が絶縁性外囲器３３（不図示）とコレクタ電極３１（不
図示）へ及ぼす影響を円周方向のずれにより緩和するた
め、中間部を半径方向に対し同一方向に傾斜させたもの
である。

【００３５】第５の実施例について 図５の、（ａ）は、円筒状空間に第１の波形金属薄板、
中間絶縁部材および第２の波形金属薄板が配置された第
５の実施例の縦断面図、（ｂ）は、（ａ）の横断面図で
ある。

【００３６】本実施例は、第１〜第４の実施例とは異な
り、波形金属薄板４２を第１のものと第２のものに２段
にして、熱伝導を大きく、かつ緩やかにすることを狙っ
たものであるがコストが増大するので、この適用は特殊
な場合に限定される。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、コレクタ
内部の波形金属薄板の接合部に発生した熱応力が波形金
属薄板の容易な変形により緩和され、かつ波形の採用に
より従来に比べ約３０％の重量軽減を示し、かつ熱伝導
度の大きい無酸素銅等の金属を採用することで重量軽減
にもかかわらず高熱伝導性を保つことができ、そのう
え、波形金属部材は、コレクタ電極の大きさに合わせて
切断しコレクタ電極の外周部に巻くことができるため部
材の共通化が可能となりコストダウンに貢献するという
種々の利点を有するマイクロ波管のコレクタを提供する
ことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明のマイクロ波管のコレクタの
一実施例の縦断面図、（ｂ）は、（ａ）の線Ａ−Ａ’横
断面図、（ｃ）は、（ｂ）の絶縁性外囲器を取り除いた
状態の斜視図である。

【図２】波形金属薄板の波形の頂部および底部の曲面が
１８０度以上の円周面を形成した第２の実施例の波形金
属薄板の横断面図である。

【図３】（ａ）は、波形金属薄板の波形の頂部、底部お
よび中間部がそれぞれほぼ平面を形成した第３の実施例
の横断面図、（ｂ）は、（ａ）の絶縁性外囲器を取り除
いた状態の斜視図である。

【図４】波形金属薄板の波形の頂部、底部および中間部
がそれぞれほぼ平面を形成し、かつ中間部の面がコレク
タの半径方向に対し同一方向に傾斜している第４の実施
例の波形金属薄板の横断面図である。

【図５】（ａ）は、円筒状空間に第１の波形金属薄板、
中間絶縁部材および第２の波形金属薄板が配置された第
５の実施例の縦断面図、（ｂ）は、（ａ）の横断面図で
ある。

【図６】従来のビーム直進形マイクロ波管の構成を示す
縦断面図である。

【図７】従来のコレクタの一実施例の縦断面図である。

【図８】（ａ）は、従来のコレクタの第２の実施例の横
断面図、（ｂ）は、（ａ）の斜視図である。

【図９】従来のコレクタの第３の実施例の縦断面図であ
る。

【図１０】（ａ）は、従来のコレクタの第４の実施例の
横断面図、（ｂ）は、（ａ）の縦断面図である。

【符号の説明】

１，２１，４１ コレクタ電極 ２，１２，２２，３２，４２ 波形金属薄板 ３，２３ 絶縁性外囲器 ５ コレクタ端子 ４１ａ コレクタコア ４３ 真空外囲器 ４４ 中間絶縁部材（セラミックス） ５０ コレクタ ５１，６１，７１，８１ コレクタ電極 ５２ 波形金属薄板 ５３ 絶縁性外囲器 ５４，７３，７４ 絶縁部材 ５５ コレクタ端子 ５６ 高周波回路 ５７ 電子銃 ５８ 電子ビ−ム ５９ ビ−ム集束装置 ６０ 支持部材 ６８ 溝 ７２ スペ−サ ７５ 充填樹脂 ７６ 支持媒体構造物 ７６ａ，７６ｂ 応力緩衝リング ７７ａ，７７ｂ 外枠支持体 ８１ａ 環状の凸部 ８２ 円柱状セラミック ８７ 外囲材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ビーム直進形マイクロ波管のコレクタに
   おいて、 円筒状のコレクタ電極の外周面と円筒状の外囲絶縁部材
   の内周面との円筒状隙間の全周方向に、波形金属薄板が
   配置され、かつ前記波形金属薄板の各底部および各頂部
   がそれぞれ、前記コレクタ電極の外周面および前記絶縁
   部材の内周面に接着されてなり、 前記波形金属薄板の各底部および各頂部の前記各接着部
   分の円周方向幅が、それぞれ前記波形のピッチの１／５
   以上を占めるように、波形金属薄板の当該部分は、円周
   方向に平坦部分を有するかまたは接着相手の円周面に沿
   った部分を有することを特徴とするマイクロ波管のコレ
   クタ。
2. 【請求項２】 前記波形金属薄板の波形は、頂部、底部
   および中間部がそれぞれほぼ平面を形成している請求項
   １記載のマイクロ波管のコレクタ。
3. 【請求項３】 前記各中間部を形成する相隣る２面が、
   コレクタの一半径方向延長線から同一方向に傾斜してい
   る請求項１または２記載のマイクロ波管のコレクタ。
4. 【請求項４】 ビーム直進形マイクロ波管のコレクタに
   おいて、円筒状の外囲絶縁部材の内周面と円筒状のコレ
   クタ電極の外周面との間の円筒状空間が円筒状の中間絶
   縁部材で半径方向に二分され、大径隙間部分に第１の波
   形金属薄板、小径隙間部分に第２の波形金属薄板が配置
   され、少なくとも第１の波形金属薄板の頂部および第２
   の波形金属薄板の底部がそれぞれ対面する円筒面に接着
   されてなるマイクロ波管のコレクタ。