JP5692905B2 - 高周波空洞、線形加速器及びバンチャー空洞 - Google Patents

Description

本発明は、高周波空洞及びこれを用いた線形加速器又はバンチャー空洞に係り、特に、組立精度を飛躍的に向上させた高周波空洞の改良に関するものである。

一般に、高周波空洞は、イオンを加速する加速空洞と、イオンを加速しないでバンチングを目的としたバンチャー空洞に大別できる。
また、特許文献１に示されるように、医療、原子核研究等のためにイオンを加速する高周波空洞（加速空洞）を備えた線形加速器が実用に共されている。
この高周波空洞の一例として、ドリフトチューブ型線形加速器の高周波空洞１００の構造及びイオンを加速する加速原理について、図２及び図３を用いて説明する。
図２は、ドリフトチューブ型線形加速器の高周波空洞１００の内部構造を示す一部裁断斜視図である。
図３は、図２の一部裁断拡大図である。

ドリフトチューブ型線形加速器は、高周波加速器の一種で、それに用いられる高周波空洞１００の主要構成は、空洞１０２内に、リッジ１０４と、ステム１０６を介して、複数の電極（以下、「ドリフトチューブ電極」或いは単に「ドリフトチューブ」という場合がある。）１０８が配置され、誘導電流により、この電極１０８間に発生する強力な高周波電場を利用して、イオンを加速するものである。
なお、１０９は、ステム１０６をリッジ１０４に固定するベースフランジで、図３の１１０は、電極１０８、ステム１０６及びリッジ１０４を固定するセンターフレームである。

イオンが加速される高周波の位相の時に、イオンが丁度、電極１０８の間隙に来るように、高周波電場を上手く同期させることによって、矢印方向にイオンを加速する。
なお、イオンは加速されるとその速さが増大するので、それに合わせて、図２に示すように、ドリフトチューブ電極１０８の長さも、ギャップ間隔も合わせて長くなるように工夫されている。

特開平０５−２９０９９７号

ところで、従来の高周波空洞において、ドリフトチューブ電極を空洞内にセットする方法及び従来の高周波空洞の製造法を図３を用いて説明する。
図３は従来の高周波空洞１００の製造法を説明するための一部裁断斜視図である。

図３に示すように、従来の高周波空洞１００において、正確な加速構造にするためには、空洞内のドリフトチューブ電極１０８、ステム１０６、ベースフランジ１０９を精度良く、リッジ１０４及びセンターフレーム１１０に配置する必要がある。

これまでの高周波空洞１００の製作法では、電極１０８、ステム１０６、ベースフランジ１０９を別々に銀ロウ溶接し、その後ベースフランジ１０９を上下のセンターフレーム１０４にネジ固定していた。
また、上下、左右の電極１０８のギャップ間隔と軸合わせを、ギャップゲージ、ゲージ・ロッドまたは光学ゲージにより、人間がアライメント作業を行っていた。

しかし、従来の高周波空洞の製作法では、それぞれの工作部品に５乃至２５ミクロン程度の誤差が有るため、組み立て後±５０乃至１００ミクロンの誤差が発生してしまう。
更に、ロウ付けされた銅材は焼き生っているため、非常に柔らかくなっており、少しの力で歪んでしまうという問題があった。

このため、従来の高周波空洞においては、電極、ステム、ベースフランジをそれぞれ精度良くセットしても、最終的には設置精度に大きな狂いが生じてしまうことが多かった。
また、従来の高周波空洞の製造においては、この３次元アライメント作業には高度の熟練と長時間の作業時間を要するという問題を備えていた。

本発明は、上記従来の組立精度の問題を解決した高周波空洞、及び、それを用いた線形加速器を提供することを目的とする。

本発明の高周波空洞は、請求項１記載のものは、複数の電極と、リッジと、前記複数の電極をそれぞれ前記リッジに支持するステムと、前記電極、前記ステム及び前記リッジを固定するセンターフレームと、前記複数の電極と、前記リッジと、前記ステム及び前記センターフレームを収容する空洞と、を備えた高周波空洞において、前記複数の電極と、前記リッジと、前記ステム及び前記センターフレームからなる一体の部品全部を、切削加工、又は、鋳造加工と切削加工を組み合わせた加工のみで、一体型加工により成形されている構成とした。

請求項２記載の線形加速器は、請求項１に記載の高周波空洞を具備した構成とした。

請求項３記載のバンチャー空洞は、請求項１に記載の高周波空洞を具備した構成とした。

本発明の高周波空洞は、上述のように構成したために、以下のような優れた効果を有する。
（１）請求項１に記載したように構成すると、組立精度を飛躍的に向上させることができる。
（２）また、従来必要であった、アライメント作業における高度の熟練が不要になり、長時間の作業時間を要するという問題が解決できる。

本発明の線形加速器及びバンチャー空洞は、上述のように構成したために、以下のような優れた効果を有する。
（１）請求項２又は請求項３に記載したように構成すると、組立精度を飛躍的に向上させることができる。
（２）また、従来必要であった、アライメント作業における高度の熟練が不要になり、長時間の作業時間を要するという問題が解決できる。

本発明のイオン注入装置の一実施の形態を図１を用いて説明する。
図１は、本発明の高周波空洞１０の特徴を説明するための一部裁断斜視図である。

先ず、本発明の高周波空洞１０における、リッジ１４及び空洞１２の一体型加工の特長について説明する。
近年、５軸のＮＣ工作機械の発達によりかなり多くの製品を一体加工することが可能となってきた。
そこで、銅、アルミブロックから当初より、本発明の高周波空洞１０における各電極１８内の穴加工１８ａを行い、それを基準として、電極１８外径、ステム１６、ベースフランジ１９、リッジ１４、センターフレームを掘削加工する。
なお、センターフレームについては図３と同様なので、図示は省略する。

この方法では、全ての工作精度は、ＮＣ工作機械の精度である５乃至２５ミクロンとすることができる。
即ち、従来の方法では、上記したように、高周波空洞１００（図２参照）の組立精度は±５０乃至１００ミクロンの誤差が不可避的であったが、これに対して、本発明の高周波空洞１０では、組立精度を、５乃至２５ミクロンの誤差に、飛躍的に精度を上げることができる。

また、一体加工により、高周波空洞１０を形成する際に、従来より必要であった、部品をロウ付けし、それをリッジ１４にアラインメントしてセットすることが不要になる。
またリッジ１４に付いたステム１６、電極１８を一体加工（一体加工のときは後に分離する）、又は、上下別々にＮＣ工作機械で製作する。
本実施の形態では、高周波空洞１０の各構成全てを一体加工するのでは無いため、より複雑な工作が可能となる。
そして、各工作された上下リッジ１４をアライメントしセットすることで全てのアライメントが完了する。

従って、本発明の高周波空洞１０では、組立精度を飛躍的に向上させることができる。
また、従来必要であった、アライメント作業における高度の熟練が不要になり、長時間の作業時間を要するという問題が解決できる。

更に、以上の本発明による製作方法は結合部分がなく、電気伝導率が銅やアルミの素材と同じとなるため、電力効率が良いという効果も有する。
また、結合部分がないため、熱伝導率が銅やアルミの素材と同じになるため、熱発散効率が良いく、局所的に温度が上がり電気伝導度が悪化することもない。

本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。
本願の高周波空洞の特徴は、一体加工による組立精度向上であり、従って、一体加工法も、ＮＣマシンでの掘削加工に限定されず、他の一体加工法、例えば鋳造加工と切削加工を組み合わせた加工も含むのはもちろんのことである。

以上より、本発明の高周波空洞を線形加速器やバンチャー空洞用として、さらに一般産業製品にもこの方法は応用可能である。

本発明の高周波空洞の特徴を説明するための一部裁断斜視図である。 ドリフトチューブ型線形加速器の従来の高周波空洞の内部構造を示す一部裁断斜視図である。 従来の高周波空洞の問題を説明するための一部裁断斜視図である。

１０：高周波空洞
１４：リッジ
１６：ステム
１８：電極（ドリフトチューブ）

Claims (3)

1. 複数の電極と、
   リッジと、
   前記複数の電極をそれぞれ前記リッジに支持するステムと、
   前記電極、前記ステム及び前記リッジを固定するセンターフレームと、
   前記複数の電極と、前記リッジと、前記ステム及び前記センターフレームを収容する空洞と、
   を備えた高周波空洞において、
   前記複数の電極と、前記リッジと、前記ステム及び前記センターフレームからなる一体の部品全部を、切削加工、又は、鋳造加工と切削加工を組み合わせた加工のみで、一体型加工により成形されていることを特徴とする高周波空洞。
2. 請求項１に記載の高周波空洞を具備したことを特徴とする線形加速器。
3. 請求項１に記載の高周波空洞を具備したことを特徴とするバンチャー空洞。

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