JP5766646B2 - ドリフトチューブ型線形加速器 - Google Patents

Description

本発明は、ステムを介して加速空洞部内部にドリフトチューブが設置されるドリフトチューブ型線形加速器に関するものである。

ドリフトチューブ型線形加速器は、円筒形状の加速空洞部（以下「タンク」という。）と、タンク内部に軸方向に沿って配置された複数のドリフトチューブを備える。真空状態に保たれたタンクの中へマイクロ波を供給したときに、マイクロ波の共振によって交流電場が発生する。そして、空洞中心軸にイオンビーム（例えば、陽子ビーム）が打ち込まれ、イオンビームは、隣り合うドリフトチューブ間に存在するときに、加速方向の電場がかかって加速する。一方、減速方向の電場が発生しているとき、イオンビームは、ドリフトチューブ内に位置して電場の影響を受けない。

ドリフトチューブは、棒状部材であるステムを介してタンクの内部に吊り下げられる。加速器において、複数のドリフトチューブは、軸方向が一致するように、タンクの軸方向に沿って高精度に配置される必要がある。また、加速器運転時、タンク内は、高い真空封止が要求される。

特許文献１では、ステムの先端部に導電性のテーパ部を形成するとともに、タンクにテーパ部と同勾配のテーパ孔を形成し、テーパ部をテーパ孔に嵌入することによってドリフトチューブを固定する技術が開示されている。また、特許文献２では、円筒型加速空洞に形成された貫通孔にステムが設置され、ステムと貫通孔の間には隙間が設けられていることが開示されており、ドリフトチューブの位置決め時にステムを動かして微調整がされる。

特開平４−１１８９００号公報 特許第３３２８０８８号公報

特許文献１では、軸線方向に対して斜めの形状であるテーパ部とテーパ孔によって、ドリフトチューブの位置決めをするとしている。しかし、各部材を正確なテーパ形状に加工することや、テーパ形状を有する各部材を組み合わせて精度の良い位置決めをすることは困難である。

また、特許文献２のように微調整が可能な構造において、ドリフトチューブは、アライメントテレスコープを用いて位置調整が行われる。しかし、この方法では、例えば１日に４台のドリフトチューブを加速空洞部に取り付けるのがせいぜいであり、１台のタンクに例えば約３０個のドリフトチューブが設けられるような加速器では、組み立てに長時間かかるという問題があった。

さらに、真空封止のため、ステムの外周面にエラストマー製Ｏリングが設置されるが、エラストマー製Ｏリングから出るアウトガスによって、超真空状態が阻害されるという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、加速空洞部に対するドリフトチューブの位置決めが確実になされ、位置調整にかかる時間や手間を低減することが可能なドリフトチューブ型線形加速器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のドリフトチューブ型線形加速器は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るドリフトチューブ型線形加速器は、ドリフトチューブが一端に接続され、軸線方向に対して垂直な面である第１位置決め面が形成された棒状のステムと、前記ステムが壁部上部に設置され、前記ステムの軸線方向に対して垂直な面であり、前記第１位置決め面と接触する第２位置決め面が形成された円筒状の加速空洞部とを備え、前記第１位置決め面、又は前記第２位置決め面は、前記加速空洞部と、前記加速空洞部内部における前記ドリフトチューブの設置位置との関係に基づいて、前記ステム、又は前記加速空洞部にそれぞれ形成され、前記ステムの外周面には、タンクの内部に接続され、かつ、前記ステムと前記タンクとの隙間に接続される真空引き用溝が形成される。
本発明に係るドリフトチューブ型線形加速器は、前記ステムが貫通して配置される開口部が形成された密閉部材と、前記タンクと前記密閉部材との間の隙間を封じるＯリングと、前記密閉部材と前記ステムとの間の隙間を封じるメタルリングとをさらに備え、前記真空引き用溝は、前記タンクと前記密閉部材との間の隙間にさらに接続されてもよい。

この発明によれば、ステムには、軸線方向に対して垂直な面である第１位置決め面が形成されており、加速空洞部には、第１位置決め面と接触する第２位置決め面が形成されている。そして、第１位置決め面又は第２位置決め面は、加速空洞部と、加速空洞部内部におけるドリフトチューブの設置位置との関係に基づいて、ステム又は加速空洞部にそれぞれ形成されることから、第１位置決め面と第２位置決め面を接触させることによって、ステムは、加速空洞部に対して、鉛直方向、すなわち、上下方向の位置決めがされる。そして、位置決めの際、ステムの位置の微調整は、不要である。また、第１位置決め面及び第２位置決め面は、ステムの軸線方向に対して垂直な面であることから、加工が容易であり、位置決めの精度を向上させることができる。

上記発明において、前記ステムの外周面は、該外周面上の上下方向が前記ステムの軸線方向に対して平行である第３位置決め面であり、前記加速空洞部は、前記ステムが軸線方向に挿入される開口部を有し、前記開口部の内周面は、該内周面上の上下方向が前記ステムの軸線方向に対して平行な面で、前記第３位置決め面と接触する第４位置決め面であり、前記第３位置決め面、又は前記第４位置決め面は、前記加速空洞部と、前記加速空洞部内部における前記ドリフトチューブの設置位置との関係に基づいて、前記ステム、又は加速空洞部にそれぞれ形成されてもよい。

この発明によれば、ステムには、軸線方向に対して垂直な面である第１位置決め面が形成されており、加速空洞部には、第３位置決め面と接触する第４位置決め面が形成されている。そして、第３位置決め面又は第４位置決め面は、加速空洞部と、加速空洞部内部におけるドリフトチューブの設置位置との関係に基づいて、ステム又は加速空洞部にそれぞれ形成されることから、第３位置決め面と第４位置決め面を接触させることによって、ステムは、加速空洞部に対して、水平方向、すなわち、横方向の位置決めがされる。そして、位置決めの際、ステムの位置の微調整は、不要である。また、第３位置決め面及び第４位置決め面は、ステムの軸線方向に対して平行な面であることから、加工が容易であり、位置決めの精度を向上させることができる。

上記発明において、前記第２位置決め面は、前記加速空洞部内部側に形成され、前記第１位置決め面は、前記ステムにおいて前記加速空洞部の外部側向きに形成されてもよい。

この発明によれば、第２位置決め面が形成された加速空洞部内部側にて、加速空洞部の第２位置決め面とステムの第１位置決め面が接触し、ステムは、加速空洞部に対して、鉛直方向、すなわち、上下方向の位置決めがされる。

上記発明において、前記第２位置決め面は、前記加速空洞部外部側に形成され、前記第１位置決め面は、前記ステムにおいて前記加速空洞部の内部側向きに形成されてもよい。

この発明によれば、第２位置決め面が形成された加速空洞部外部側にて、加速空洞部の第２位置決め面とステムの第１位置決め面が接触し、ステムは、加速空洞部に対して、鉛直方向、すなわち、上下方向の位置決めがされる。

上記発明において、前記ステムの周囲に金属製のリング状のシール部材が設置されてもよい。

この発明によれば、エラストマー製のシール部材ではなく、金属製のシール部材が使用されていることから、アウトガス量を低減し、高い真空度を確保することができる。上記発明において、位置決めの際に位置の微調整が不要であることから、金属製のシール部材を適用しても、金属製のシール部材表面のめっきの剥がれなどの不具合が生じにくい。

本発明によれば、加速空洞部とステムに形成されたステムの軸線方向に対して垂直な面を接触させることによって、加速空洞部に対するドリフトチューブの位置決めが確実になされる。また、ステムの位置の微調整が不要であるため、位置調整にかかる時間や手間を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係るドリフトチューブ型線形加速器を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係るドリフトチューブ型線形加速器のタンクとステムを示す縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係るドリフトチューブ型線形加速器のタンクを示す縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係るドリフトチューブ型線形加速器のタンクとステムを示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係るドリフトチューブ型線形加速器のタンクとステムを示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係るドリフトチューブ型線形加速器のタンクを示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態に係るドリフトチューブ型線形加速器のタンクとステムを示す縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係るドリフトチューブ型線形加速器のタンクとステムを示す縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係るドリフトチューブ型線形加速器のタンクを示す縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係るドリフトチューブ型線形加速器のタンクとステムを示す縦断面図である。 本発明の第３実施形態に係るドリフトチューブ型線形加速器のタンクとステムを示す部分拡大縦断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係るドリフトチューブ型線形加速器１について、図１から図４を用いて説明する。
ドリフトチューブ型線形加速器１は、円筒形状の空洞共振器であるタンク２と、タンク２内部に軸方向に沿って配置された複数のドリフトチューブ３を備える。真空状態に保たれたタンクの中へマイクロ波を供給したときに、マイクロ波の共振によって交流電場が発生する。そして、空洞中心軸にイオンビーム４（例えば、陽子ビーム）が打ち込まれる。イオンビーム４は、図１（ｂ）に示すように、隣り合うドリフトチューブ３間に来たときに、加速方向の電場がかかって加速する。一方、図１（ａ）に示すように、減速方向の電場が発生しているときは、イオンビーム４はドリフトチューブ３内に位置して電場の影響を受けない。

タンク２は、軸方向に長い円筒形状である。タンク２の上部には、ステム５の上端が貫通して設置される。タンク２の内部には、例えば十数個のドリフトチューブ３が１列に配置される。

ドリフトチューブ３の上端は、ステム５の下端と接続されており、ドリフトチューブ３は、ステム５を介してタンク２の内部に吊り下げられる。ドリフトチューブ３は、両端が開口した貫通孔を有する円筒形状であり、貫通孔の貫通方向は、タンク２の軸線方向と平行である。複数のドリフトチューブ３は、軸方向が一致するように、高精度に配置される。

ステム５は、棒状部材であって、ステム５の長さは、ドリフトチューブ３の開口方向の軸線がタンク２の軸線と一致するように決定される。ステム５は、タンク２と接続されており、本実施形態では、タンク２とステム５との接続部分の形状によって、ドリフトチューブ３の位置決めが行われる。そして、タンク２とステム５の接続部分の加工精度を高めれば、位置決め精度を向上させることができる。

タンク２、ドリフトチューブ３及びステム５は、例えば、本体が無酸素銅から構成されたり、又は、表面にＰＲ（Periodic Reverse）銅電鋳法によるめっきが施されたりする。

タンク２の上部には、開口部２ａが形成され、開口部２ａにはステム５が貫通して配置される。タンク２の上部の内面側には、開口部２ａの縁に沿ってステム５の軸線と同一の軸を有するリング状の溝１６が形成される。溝１６内には、ＲＦコンタクタ６が配置される。

ＲＦコンタクタ６は、タンク２とステム５に接触するように設置され、ＲＦコンタクタ６によって、タンク２とステム５との間の電気的接触が向上する。ＲＦコンタクタ６は、図２に示すように断面がＬ字形状の銅製の接触部６Ａと、リング形状であって接触部をステム５の半径方向に付勢するＳＵＳ製の弾性部６Ｂなどからなる。

タンク２の上部の外側には、密閉部材７が設置される。密閉部材７は、横断面がリング形状の部材であり、中心の開口部７ａにはステム５が貫通して配置される。

密閉部材７の下面、すなわち、タンク２と接触する面には、ステム５の軸線と同一の軸を有するリング状の溝１０が形成される。溝１０内には、Ｏリング１１が配置される。Ｏリング１１は、金属製であり、タンク２と密閉部材７とがねじ止めによって密着固定されたとき、溝１０内部で潰される。その結果、Ｏリング１１及びタンク２、並びにＯリング１１及び密閉部材７が密着し、Ｏリング１１は、タンク２と密閉部材７との間の隙間を封じる。タンク２と密閉部材７とを固定するねじは、ステム５の軸線方向に対して平行である。

密閉部材７の上部の外側には、固定部材１４が設置される。固定部材１４は、横断面がリング形状の部材であり、中心の開口部７ａにはステム５が貫通して配置される。

密閉部材７の開口部７ａの上部には、ステム５の軸線と同一の軸を有するリング状の溝１２が形成される。溝１２内には、金属製のメタルリング１３が配置される。メタルリング１３は、図２に示すように、タンク２側の直径が小さく固定部材１４側の直径が大きい円錐台形状であって、皿ばねのような形状を有する。メタルリング１３は、密閉部材７と固定部材１４とがねじ止めによって密着固定されたとき、溝１２内で潰される。その結果、ステム５とメタルリング１３が密着し、メタルリング１３は、ステム５との間の隙間を封じる。密閉部材７と固定部材１４とを固定するねじは、ステム５の軸線方向に対して平行である。
Ｏリング１１やメタルリング１３は、金属製であって、エラストマー製のシール部材に比べてアウトガス量が少ない。

また、固定部材１４には、半径方向に、固定部材１４の外周から開口部１４ａまで貫通するねじ穴（図示せず。）が形成される。ねじ穴に固定ねじ（図示せず。）が挿通され、固定ねじの先端がステム５に押し当たることによって、ステム５が固定部材１４、すなわち、タンク２に対して固定される。

次に、ステム５の位置決め構造について説明する。
ステム５は、図２に示すように、ステム５の外周に鍔１５がステム５の本体と一体形成される。鍔１５の上面は、ステム５の軸線方向に対して垂直な面である第１位置決め面１５Ａである。

また、タンク２の溝１６よりもタンク２の内面側には、段差部１７が形成される。段差部１７は、リング形状であって溝１６よりも大きな半径を有し、ステム５の軸線と同一の軸を有する。段差部１７の下面は、ステム５の軸線方向に対して垂直な面である第２位置決め面１７Ａである。

第１位置決め面１５Ａと第２位置決め面１７Ａは互いに接触し、両者ともステム５の軸線方向に対して垂直であることから、ステム５のタンク２に対する上下方向の位置が決定される。

第１位置決め面１５Ａ、又は第２位置決め面１７Ａは、タンク２と、タンク２内部におけるドリフトチューブ３の設置位置との関係に基づいて、ステム５、又はタンク２にそれぞれ形成される。

従来、上下方向の位置決めは、位置決め面が設けられることなく、ステム５を保持しながら、アライメントテレスコープを用いて微調整して行っていた。一方、本実施形態では、第１位置決め面１５Ａと第２位置決め面１７Ａを接触させるだけで位置が決まるため、微調整が不要であり、組立にかかる時間を短縮できる。

また、本実施形態では、第１位置決め面１５Ａと第２位置決め面１７Ａは、ステム５の軸線方向に対して垂直であって、精度の高い加工を施しやすい。例えば、特許文献１では、テーパ形状によって、位置決めするとしているが、正確なテーパ形状に加工することや、テーパ形状を有する各部材を組み合わせて精度の良い位置決めをすることは困難である。

ステム５の円筒形状の外周面５Ａの上下方向は、ステム５の軸線方向と平行であって、ステム５の外周面５Ａは第３位置決め面である。また、タンク２における開口部２ａの内周面２Ａの上下方向は、ステム５の軸線方向と平行であって、開口部２ａの内周面２Ａは第４位置決め面である。ステム５と開口部２ａの嵌め合いは、緩いすきま嵌めの関係であり、ステム５のタンク２に対する横方向の位置が決定される。ステム５及びタンク２における開口部２ａは、高い寸法精度で加工される。

ステム５の外周面５Ａ、又は開口部２ａの内周面２Ａは、タンク２と、タンク２内部におけるドリフトチューブ３の設置位置との関係に基づいて、ステム５、又はタンク２にそれぞれ形成される。

本実施形態では、第３位置決め面であるステム５の外周面５Ａと第４位置決め面である開口部２ａの内周面２Ａは、ステム５の軸線方向に対して平行であって、精度の高い加工を施しやすい。例えば、特許文献１では、テーパ形状によって、位置決めするとしているが、精度良く加工することが困難である。

また、従来、横方向の位置決めは、位置決め面が設けられることなく、ステム５を保持しながら、アライメントテレスコープを用いて微調整して行っていた。一方、本実施形態では、ステム５の外周面５Ａと開口部２ａの内周面２Ａを接触させるだけで位置が決まるため、微調整が不要であり、組立にかかる時間を短縮できる。

さらに、ステム５の微調整が不要であることから、弾性変形が必要なエラストマー製のリング部材ではなく、金属製のＯリング１１やメタルリング１３を使用して、部材間を封止できる。これにより、エラストマー製のＯリングからのアウトガスによって、超高真空状態が阻害されることもない。本実施形態では、また、位置決めの際に位置の微調整が不要であることから、金属製のＯリング１１やメタルリング１３を適用しても、半潰ししながらの位置調整が行われないため、金属製のＯリング１１やメタルリング１３表面のめっきの剥がれなどの不具合が生じにくい。

次に、本実施形態に係る加速器１のタンク２へのステム５の取り付け方法について説明する。
タンク２の上部には、図３に示すように、開口部２ａが形成される。また、タンク２の内面側には、溝１６と段差部１７が形成される。

そして、図４に示すように、リング状のＲＦコンタクタ６が溝１６内部に設置され、タンク２の内部側から、鍔１５が一体形成されたステム５が開口部２ａ内に挿通される。鍔１５の第１位置決め面１５Ａが、段差部１７の第２位置決め面１７Ａに当たって接触すると、ステム５の上下方向の位置が決定される。また、ステム５の外周面５Ａと開口部２ａの内周面２Ａが接触しており、ステム５の横方向の位置も決定される。

その後、図２に示すように、タンク２の上部において、密閉部材７と固定部材１４を順にステム５に通して設置する。このとき、Ｏリング１１とメタルリング１３も、それぞれ溝１０、溝１２の内部に同時に設置する。

そして、密閉部材７をタンク２に対してねじ止めによって固定し、固定部材１４を密閉部材１４に対してねじ止めによって固定する。また、固定部材１４の外周側から半径方向に固定ねじを挿入して、固定ねじによってステム５の上下位置及び横位置を固定する。この際、位置決め調整は不要である。

以上、本実施形態によれば、第１位置決め面１５Ａと第２位置決め面１７Ａを接触させるだけでステム５の上下方向の位置が決まり、ステム５の外周面５Ａと開口部２ａの内周面２Ａを接触させるだけでステム５の横方向の位置が決まる。そのため、タンク２とステム５の形状によって、タンク２に対するドリフトチューブ３の位置決めが確実になされ、アライメントテレスコープを用いた微調整が不要であることから、位置調整にかかる時間や手間を低減することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る加速器について説明する。
タンク２、ドリフトチューブ４及びステム５は、第１実施形態と同様であり、重複する説明は省略する。なお、ステム５の外周面には、図５に示すように、ステム５の軸線方向に対して平行な真空引き用溝２０が形成される。真空引き用溝２０は、真空引きの際、密閉部材７とタンク２との間の隙間や、ステム５とタンク２との間の隙間に存在する空気をタンク２の内部側へ導く。

タンク２の上部には、開口部２ａが形成され、開口部２ａにはステム５が貫通して配置される。

タンク２の上部の外側には、密閉部材７が設置される。密閉部材７は、横断面がリング形状の部材であり、中心の開口部７ａにはステム５が貫通して配置される。密閉部材７の下面、すなわち、タンク２と接触する面には、ステム５の軸線と同一の軸を有するリング状の溝１０と、開口部２ａの縁に沿って溝１０よりも内側にリング状の溝１８が形成される。溝１０内には、Ｏリング１１が配置され、溝１８内にはＲＦコンタクタ６が配置される。Ｏリング１１は、第１実施形態と同様である。ＲＦコンタクタ６は、タンク２の上面とステム５に接触するように設置される。

密閉部材７の開口部７ａの上部には、ステム５の軸線と同一の軸を有するリング状の溝１２が形成される。溝１２内には、金属製のメタルリング１３が配置される。メタルリング１３は、第１実施形態と同様である。密閉部材７の上部には、固定部材１４が設置される。固定部材１４は、横断面がリング形状の部材であり、中心の開口部７ａにはステム５が貫通して配置される。

密閉部材７のタンク２に対する固定、固定部材１４の密閉部材に対する固定、ステム５の固定ねじを用いた固定部材１４に対する固定は、第１実施形態と同様である。

次に、ステム５の位置決め構造について説明する。
ステム５の上部には、図５に示すように、ステム５の外周に、リング状の鍔１９が固定される。ステム５の外周には、雄ねじが形成され、鍔１９の開口部１９ａの内周面には、雌ねじが形成される。鍔１９をステム５の外周に螺合して両者が一体化される。鍔１９の下面は、ステム５の軸線方向に対して垂直な面である第１位置決め面１９Ａである。

固定部材１４の上面は、ステム５の軸線方向に対して垂直な面である第２位置決め面１４Ａである。

第１位置決め面１９Ａと第２位置決め面１４Ａは互いに接触し、両者ともステム５の軸線方向に対して垂直であることから、ステム５のタンク２に対する上下方向の位置が決定される。

第１位置決め面１９Ａ、又は第２位置決め面１４Ａは、密閉部材７及び固定部材１４が設置されたタンク２と、タンク２内部におけるドリフトチューブ３の設置位置との関係に基づいて、ステム５に設けられた鍔１９、又は固定部材１４にそれぞれ形成される。

本実施形態では、第１位置決め面１９Ａと第２位置決め面１４Ａを接触させるだけで位置が決まるため、微調整が不要であり、組立にかかる時間を短縮できる。また、本実施形態では、第１位置決め面１９Ａと第２位置決め面１４Ａは、ステム５の軸線方向に対して垂直であって、精度の高い加工を施しやすい。

第２実施形態における第３位置決め面と第４位置決め面は、上述した第１実施形態と同様である。すなわち、ステム５の円筒形状の外周面５Ａの上下方向は、ステム５の軸線方向と平行であって、ステム５の外周面５Ａが第３位置決め面である。また、タンク２における開口部２ａの内周面２Ａの上下方向は、ステム５の軸線方向と平行であって、開口部２ａの内周面２Ａが第４位置決め面である。ステム５と開口部２ａの嵌め合いは、すきま嵌めの関係であり、ステム５のタンク２に対する横方向の位置が決定される。

本実施形態では、第３位置決め面であるステム５の外周面５Ａと第４位置決め面である開口部２ａの内周面２Ａは、ステム５の軸線方向に対して平行であって、精度の高い加工を施しやすい。また、本実施形態では、ステム５の外周面５Ａと開口部２ａの内周面２Ａを接触させるだけで位置が決まるため、微調整が不要であり、組立にかかる時間を短縮できる。

さらに、ステム５の微調整が不要であることから、弾性変形が必要なエラストマーＯリングではなく、塑性変形するメタルリング１３を使用して、ステム５と密閉部材７との間を封止できる。これにより、エラストマーＯリングからのアウトガスによって、超高真空状態が阻害されることもない。

次に、本実施形態に係る加速器１のタンク２へのステム５の取り付け方法について説明する。
タンク２の上部には、図６に示すように、開口部２ａが形成される。
そして、図７に示すように、タンク２の内部側から、鍔１９が取り付けられる前のステム５が開口部２ａ内に挿通される。その後、タンク２の上部において、密閉部材７と固定部材１４を順にステム５に通して設置する。このとき、Ｏリング１１、メタルリング１３及びＲＦコンタクタ６も、それぞれ溝１０、溝１２及び溝１８の内部に同時に設置する。

そして、密閉部材７をタンク２に対してねじ止めによって固定し、固定部材１４を密閉部材１４に対してねじ止めによって固定する。

次に、図７に示すように、ステム５の上端が固定部材１４よりも上に位置した状態で、鍔１９をステム５の上部の外周に螺合して固定する。そして、ステム５を下方へ移動させて、鍔１９を固定部材１４の上面に設置する。鍔１９の第１位置決め面１９Ａが、固定部材１４の第２位置決め面１４Ａに当たって接触すると、ステム５の上下方向の位置が決定される。また、ステム５の外周面５Ａと開口部２ａの内周面２Ａが接触しており、ステム５の横方向の位置も決定される。

そして、固定部材１４の外周側から半径方向に固定ねじを挿入して、固定ねじによってステム５の上下位置及び横位置を固定する。この際、位置決め調整は不要である。

以上、本実施形態によれば、第１位置決め面１９Ａと第２位置決め面１４Ａを接触させるだけでステム５の上下方向の位置が決まり、ステム５の外周面５Ａと開口部２ａの内周面２Ａを接触させるだけでステム５の横方向の位置が決まる。そのため、タンク２とステム５の形状によって、タンク２に対するドリフトチューブ３の位置決めが確実になされ、アライメントテレスコープを用いた微調整が不要であることから、位置調整にかかる時間や手間を低減することができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る加速器について説明する。
タンク２、ドリフトチューブ４及びステム５は、第１実施形態と同様であり、重複する説明は省略する。

タンク２の上部には、開口部２ａが形成され、開口部２ａにはステム５が貫通して配置される。タンク２上部の内面側には、開口部２ａの縁に沿ってステム５の軸線と同一の軸を有するリング状の段差部２１が形成される。段差部２１の下面は、ステム５の軸線方向に対して垂直な面である第２位置決め面２１Ａである。

タンク２上部の外面側には、密閉部材７が設置される。密閉部材７は、横断面がリング形状の部材であり、中心の開口部７ａにはステム５が貫通して配置される。密閉部材７の下面、すなわち、タンク２と接触する面には、ステム５の軸線と同一の軸を有するリング状の溝１０と、開口部２ａの縁に沿って溝１０よりも内側にリング状の溝１８が形成される。溝１０内には、Ｏリング１１が配置され、溝１８内には、ＲＦコンタクタ６が配置される。Ｏリング１１は、第１実施形態と同様である。ＲＦコンタクタ６は、タンク２の上面とステム５に接触するように設置される。

密閉部材７の開口部７ａの上部には、ステム５の軸線と同一の軸を有するリング状の溝１２が形成される。溝１２内には、金属製のメタルリング１３が配置される。メタルリング１３は、第１実施形態と同様である。密閉部材７の上部には、固定部材１４が設置される。固定部材１４は、横断面がリング形状の部材であり、中心の開口部７ａにはステム５が貫通して配置される。

密閉部材７のタンク２に対する固定、固定部材１４の密閉部材に対する固定、ステム５の固定ねじを用いた固定部材１４に対する固定は、第１実施形態と同様である。

次に、ステム５の位置決め構造について説明する。
ステム５は、図８に示すように、ステム５の外周に段差部２２が形成される。段差部２２の上面は、ステム５の軸線方向に対して垂直な面である第１位置決め面２２Ａである。また、段差部２１が、上述のとおり、タンク２上部の内面側に形成され、第２位置決め面２１Ａは、ステム５の軸線方向に対して垂直な面である。

第１位置決め面２２Ａと第２位置決め面２１Ａは互いに接触し、両者ともステム５の軸線方向に対して垂直であることから、ステム５のタンク２に対する上下方向の位置が決定される。

第１位置決め面２２Ａ、又は第２位置決め面２１Ａは、タンク２と、タンク２内部におけるドリフトチューブ３の設置位置との関係に基づいて、ステム５、又はタンク２にそれぞれ形成される。

本実施形態では、第１位置決め面２２Ａと第２位置決め面２１Ａを接触させるだけで位置が決まるため、微調整が不要であり、組立にかかる時間を短縮できる。また、本実施形態では、第１位置決め面２２Ａと第２位置決め面２１Ａは、ステム５の軸線方向に対して垂直であって、精度の高い加工を施しやすい。

第３実施形態における第３位置決め面と第４位置決め面は、上述した第１実施形態と同様である。すなわち、ステム５の円筒形状の外周面５Ａの上下方向は、ステム５の軸線方向と平行であって、ステム５の外周面５Ａが第３位置決め面である。また、タンク２における開口部２ａの内周面２Ａの上下方向は、ステム５の軸線方向と平行であって、開口部２ａの内周面２Ａが第４位置決め面である。ステム５と開口部２ａの嵌め合いは、すきま嵌めの関係であり、ステム５のタンク２に対する横方向の位置が決定される。

本実施形態では、第３位置決め面であるステム５の外周面５Ａと第４位置決め面である開口部２ａの内周面２Ａは、ステム５の軸線方向に対して平行であって、精度の高い加工を施しやすい。また、本実施形態では、ステム５の外周面５Ａと開口部２ａの内周面２Ａを接触させるだけで位置が決まるため、微調整が不要であり、組立にかかる時間を短縮できる。

さらに、ステム５の微調整が不要であることから、弾性変形が必要なエラストマーＯリングではなく、塑性変形するメタルリング１３を使用して、ステム５と密閉部材７との間を封止できる。これにより、エラストマーＯリングからのアウトガスによって、超高真空状態が阻害されることもない。

次に、本実施形態に係る加速器１のタンク２へのステム５の取り付け方法について説明する。
タンク２の上部には、図９に示すように、開口部２ａが形成される。また、タンク２の内面側には、段差部２１が形成される。
そして、図１０に示すように、タンク２の内部側から、段差部２２が形成されたステム５が開口部２ａ内に挿通される。段差部２２の第１位置決め面２２Ａが、段差部２１の第２位置決め面２１Ａに当たって接触すると、ステム５の上下方向の位置が決定される。また、ステム５の外周面５Ａと開口部２ａの内周面２Ａが接触しており、ステム５の横方向の位置も決定される。

その後、図８に示すように、タンク２の上部において、密閉部材７と固定部材１４を順にステム５に通して設置する。このとき、Ｏリング１１、メタルリング１３及びＲＦコンタクタ６も、それぞれ溝１０、溝１２及び溝１８の内部に同時に設置する。

そして、密閉部材７をタンク２に対してねじ止めによって固定し、固定部材１４を密閉部材１４に対してねじ止めによって固定する。また、固定部材１４の外周側から半径方向に固定ねじを挿入して、固定ねじによってステム５の上下位置及び横位置を固定する。この際、位置決め調整は不要である。

以上、本実施形態によれば、第１位置決め面２２Ａと第２位置決め面２１Ａを接触させるだけでステム５の上下方向の位置が決まり、ステム５の外周面５Ａと開口部２ａの内周面２Ａを接触させるだけでステム５の横方向の位置が決まる。そのため、タンク２とステム５の形状によって、タンク２に対するドリフトチューブ３の位置決めが確実になされ、アライメントテレスコープを用いた微調整が不要であることから、位置調整にかかる時間や手間を低減することができる。

なお、上記第３実施形態では、ステム５の段差部２２における第１位置決め面２２Ａが、タンク２の第２位置決め面２１Ａと接触する場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、段差部２２には、図１１に示すようにリング部材２３が設置されてもよく、リング部材２３の上面が第１位置決め面２３Ａとなって、第１位置決め面２３Ａがタンク２の第２位置決め面２１Ａと接触することによって、タンク２に対するステム５の位置決めがされてもよい。リング部材２３は、例えばＳＵＳ３０４製であり、段差部２２における導電性を低下させ、例えばＲＦコンタクタ６に電気が積極的に流れるようにする。

１ ドリフトチューブ型線形加速器
２ タンク（加速空洞部）
２Ａ 内周面（第４位置決め面）
２ａ，７ａ，１４ａ，１９ａ 開口部
３ ドリフトチューブ
４ イオンビーム
５ ステム
５Ａ 外周面（第３位置決め面）
６ ＲＦコンタクタ
７ 密閉部材
１０，１２，１６，１８ 溝
１１ Ｏリング
１３ メタルリング
１４ 固定部材
１４Ａ，１７Ａ，２１Ａ 第２位置決め面
１５，１９ 鍔
１５Ａ，１９Ａ，２２Ａ 第１位置決め面
１７，２１，２２ 段差部
２３ リング部材

Claims (5)

1. ドリフトチューブが一端に接続され、軸線方向に対して垂直な面である第１位置決め面が形成された棒状のステムと、
   前記ステムが壁部上部に設置され、前記ステムの軸線方向に対して垂直な面であり、前記第１位置決め面と接触する第２位置決め面が形成された円筒状の加速空洞部と、
   を備え、
   前記第１位置決め面、又は前記第２位置決め面は、前記加速空洞部と、前記加速空洞部内部における前記ドリフトチューブの設置位置との関係に基づいて、前記ステム、又は前記加速空洞部にそれぞれ形成され、
   前記ステムの外周面には、タンクの内部に接続され、かつ、前記ステムと前記タンクとの隙間に接続される真空引き用溝が形成されるドリフトチューブ型線形加速器。
2. 前記ステムが貫通して配置される開口部が形成された密閉部材と、
   前記タンクと前記密閉部材との間の隙間を封じるＯリングと、
   前記密閉部材と前記ステムとの間の隙間を封じるメタルリングとをさらに備え、
   前記真空引き用溝は、前記タンクと前記密閉部材との間の隙間にさらに接続される請求項１に記載のドリフトチューブ型線形加速器。
3. 前記ステムの外周面は、該外周面上の上下方向が前記ステムの軸線方向に対して平行である第３位置決め面であり、
   前記加速空洞部は、前記ステムが軸線方向に挿入される開口部を有し、
   前記開口部の内周面は、該内周面上の上下方向が前記ステムの軸線方向に対して平行な面で、前記第３位置決め面と接触する第４位置決め面であり、
   前記第３位置決め面、又は前記第４位置決め面は、前記加速空洞部と、前記加速空洞部内部における前記ドリフトチューブの設置位置との関係に基づいて、前記ステム、又は加速空洞部にそれぞれ形成される請求項１または２に記載のドリフトチューブ型線形加速器。
4. 前記第２位置決め面は、前記加速空洞部外部側に形成され、
   前記第１位置決め面は、前記ステムにおいて前記加速空洞部の内部側向きに形成される請求項１から３のいずれか１項に記載のドリフトチューブ型線形加速器。
5. 前記ステムの周囲に金属製のリング状のシール部材が設置される請求項１から４のいずれか１項に記載のドリフトチューブ型線形加速器。

Images