(57)【要約】【課題】複数あるドリフトチューブを有するドリフトチューブ加速器において、複数あるドリフトチューブの位置調整を同時に行うドリフトチューブ位置調整方法を得る。【解決手段】複数のドリフトチューブ１をドリフトチューブ固定ジグ４に固定する第１の工程と、複数のドリフトチューブ１を支持するステム２をステム支持台３に固定する第２の工程と、ドリフトチューブ１に設けられるステム差し込み穴６に半田を充填する第３の工程と、第１の工程、第２の工程、及び第３の工程の後、半田を溶融するための昇温を行い、ステム２をステム差し込み穴６に挿入する第４の工程と、この第４の工程の後、ドリフトチューブ１をステム２に半田により固定するため冷却を行う第５の工程とを備えたものである。【選択図】図１
2010123446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のドリフトチューブをドリフトチューブ固定ジグに固定する第１の工程と、
前記複数のドリフトチューブを支持するステムをステム支持台に固定する第２の工程と、前記第１の工程及び前記第２の工程の後、前記ステムを前記ドリフトチューブに設けられるステム差し込み穴に挿入する第３の工程と
を備えたことを特徴とするドリフトチューブ位置調整方法。
【請求項２】
複数のドリフトチューブをドリフトチューブ固定ジグに固定する第１の工程と、
前記複数のドリフトチューブを支持するステムをステム支持台に固定する第２の工程と、前記ドリフトチューブに設けられるステム差し込み穴に半田を充填する第３の工程と、
前記第１の工程、前記第２の工程、及び前記第３の工程の後、前記半田を溶融させるための昇温を行い、前記ステムを前記ステム差し込み穴に挿入する第４の工程と、
前記第４の工程の後、前記ドリフトチューブを前記ステムに前記半田により固定するため冷却を行う第５の工程と
を備えたことを特徴とするドリフトチューブ位置調整方法。
【請求項３】
前記ステム支持台は、前記ステムの材質と略同じ線膨張係数を持つ材質からなることを特徴とする請求項２に記載のドリフトチューブ位置調整方法。
【請求項４】
前記ドリフトチューブ固定ジグは、前記複数のドリフトチューブの内径を貫くようになることを特徴とする請求項２に記載のドリフトチューブ位置調整方法。
【請求項５】
前記ドリフトチューブ固定ジグの外径は、前記ドリフトチューブへの挿抜のためこのドリフトチューブの内径より小さく変化させることができることを特徴とする請求項４に記載のドリフトチューブ位置調整方法。
【請求項６】
前記ドリフトチューブ固定ジグは、前記ドリフトチューブを形成する材質より線膨張係数が大きい材質からなることを特徴とする請求項４に記載のドリフトチューブ位置調整方法。
【請求項７】
前記第１の工程の前に、隣接する２つのドリフトチューブの間にスペーサを挿入する工程を備えたことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のドリフトチューブ位置調整方法。
【請求項８】
前記第５の工程における冷却の際に、所定の時間、前記半田のアニール温度の範囲内で保温することを特徴とする請求項２に記載のドリフトチューブ位置調整方法。
【請求項９】
前記第２の工程は、複数のドリフトチューブを支持するステムのステム支持台への対向面に微調整用のエッジを備え、前記ステムを前記ステム支持台に固定する工程であることを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載のドリフトチューブ位置調整方法。
【請求項１０】
前記ステムは、前記半田が溶融した時に前記半田を保持するための半田保持段を備えたことを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載のドリフトチューブ位置調整方法。
【請求項１１】
前記ステム差し込み穴は、前記半田が溶融した時に前記半田を保持するための半田溜を備えたことを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載のドリフトチューブ位置調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ドリフトチューブ線形加速器に用いられ粒子を加速するためのドリフトチューブの位置調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ドリフトチューブ線形加速器は、複数のドリフトチューブを、これらドリフトチューブの中心軸が直線状になるように並べ、入射した陽子やイオンなどの荷電粒子を、隣接するドリフトチューブ間の電位差により加速させる加速器である。この隣接するドリフトチューブ間の電位差を生じさせるため、ドリフトチューブには高周波で変化する交流の高電圧が印加される。
【０００３】
粒子を効率よく加速させるためには、粒子の通過経路である複数のドリフトチューブの中心を中心軸から数１０μｍの範囲で合わせ込む必要がある。このため、従来の方法で構成されたドリフトチューブ線形加速器では、個々のドリフトチューブの位置を合わせるためドリフトチューブを支持するステムと、このステムを支持する円筒型加速空洞の間に位置調整・固定機構であるフランジ等をはめ込み位置調整を行うようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１９５２９９号公報（段落００１５−００１７、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のドリフトチューブ位置調整方法では、複数あるドリフトチューブとステムを一つ一つ調整するため、全てのドリフトチューブの位置調整をするのにかなりの日数を要するという問題点があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、複数あるドリフトチューブの位置調整を同時に行うことを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るドリフトチューブ位置調整方法では、複数のドリフトチューブをドリフトチューブ固定ジグに固定する第１の工程と、複数のドリフトチューブを支持するステムをステム支持台に固定する第２の工程と、第１の工程及び第２の工程の後、ステムをドリフトチューブに設けられるステム差し込み穴に挿入する第３の工程とを備えたものである。
【０００８】
また、この発明に係るドリフトチューブ位置調整方法では、複数のドリフトチューブをドリフトチューブ固定ジグに固定する第１の工程と、複数のドリフトチューブを支持するステムをステム支持台に固定する第２の工程と、ドリフトチューブに設けられるステム差し込み穴に半田を充填する第３の工程と、第１の工程、第２の工程、及び第３の工程の後、半田を溶融させるための昇温を行い、ステムをステム差し込み穴に挿入する第４の工程と、この第４の工程の後、ドリフトチューブをステムに半田により固定するため冷却を行う第５の工程とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明のドリフトチューブ位置調整方法によれば、複数のドリフトチューブをドリフトチューブ固定ジグに固定し、複数のドリフトチューブを支持するステムをステム支持台に固定した後、ステムをドリフトチューブに設けられるステム差し込み穴に挿入するようにしたので、複数あるドリフトチューブの位置調整を同時に行うことができ、ドリフトチューブの位置調整に係る時間および作業量を大幅に軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるドリフトチューブ位置調整方法を示す斜視図である。ドリフトチューブ加速器では、円筒型加速空洞内の中心軸にドリフトチューブの中心軸が合うようにして、複数のドリフトチューブが所定の間隔を持って並べられる。加速対象である荷電粒子は、隣接する２つのドリフトチューブの間で、これらドリフトチューブ同士の電位差により加速され、ドリフトチューブ内を通過するときには加速されない。次のドリフトチューブとの間でも再度加速できるようにするため、荷電粒子がドリフトチューブ内を通過中に電圧を変化させるように、ドリフトチューブには高周波で変化する交流の電圧が印加されている。効率よく加速するために、この交流の周波数と荷電粒子の速度、個々のドリフトチューブの長さ、ドリフトチューブの間隔を決めており、ドリフトチューブを固定する際には、この定められた間隔で、しかも中心線の誤差を数１０μｍ以下に位置調整する必要がある。
【００１１】
図１において、複数のドリフトチューブ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄは、ドリフトチューブ固定ジグ４に、前述のように定められた位置でネジ止めなどの機構的な方法により固定される。このとき、これらドリフトチューブ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに設けられているステム差し込み穴６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは同一の方向に向けられる。これらドリフトチューブと同数のステム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、これらステムの先端で、前記ステム差し込み穴６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに挿入される部分がこれらステム差し込み穴６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄと同じ位置関係になるように、ステム支持台３に固定される。このステム支持台３にはステム誘導ジグ５を取り付けておく。なお、図及び上記説明では、ドリフトチューブ及びステムは４個としているが、通常はさらに多くのドリフトチューブを同時に位置調整する。１台のドリフトチューブ加速器に用いられる全てのドリフトチューブを一度に位置調整してもよく、また１台のドリフトチューブ加速器に用いられるドリフトチューブを数回に分けて位置調整し、それら複数のドリフトチューブとステムを固定したステム支持台を後で結合させてもよい。
【００１２】
次に製造方法について説明する。まず複数のドリフトチューブ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを、ドリフトチューブ固定ジグ４に定められた位置で精度よく固定する。このとき、ステム差し込み穴６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは同一方向に向くようにする。これらステム差し込み穴６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄには半田を充填させておく。次にステム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄをステム支持台３に精度よく固定する。このステム支持台３にはステム誘導ジグ５を取り付ける。次に、ステム差し込み穴６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに充填した半田を溶融させるため、半田の融点より高温になるように昇温させ、ステム誘導ジグ５を移動させドリフトチューブ固定ジグ４に合わせるようにして、ステム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの先端をステム差し込み穴６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに挿入する。その後、冷却し半田を固化することで、ドリフトチューブ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄと、ステム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが固定される。ドリフトチューブ固定ジグ４と、ステム誘導ジグ５を取り外すと、ステム支持台３に固定された複数のステム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにより、複数のドリフトチューブ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄが、先にドリフトチューブ固定ジグ４に設置した位置関係を保持したまま高精度に位置調整された状態で固定される。
【００１３】
なお、ステム支持台３は、複数のステム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを高精度の位置関係を保持して固定し、昇温及び冷却の際にも位置関係を保持するため、これらステム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとほぼ同じ線膨張係数を持つ材質とするのがよい。また、ドリフトチューブ固定ジグ４及びステム誘導ジグ５についても同様にほぼ同じ線膨張係数を持つ材質とするのがよい。さらに、上記説明ではドリフトチューブ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄとステム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとの固定に半田を使用しているが、銀ロウなど高温で溶融する導電性の物質を使用することができる。
【００１４】
このように、複数のドリフトチューブをドリフトチューブ固定ジグに固定し、複数のドリフトチューブを支持するステムをステム支持台に固定した後、ステムをドリフトチューブに設けられるステム差し込み穴に挿入するようにしたので、複数あるドリフトチューブの位置調整を同時に行うことができ、ドリフトチューブの位置調整に係る時間および作業量を大幅に軽減できる。
【００１５】
また、複数のドリフトチューブをドリフトチューブ固定ジグに固定し、複数のドリフトチューブを支持するステムをステム支持台に固定し、ドリフトチューブに設けられるステム差し込み穴に半田を充填した後、半田を溶融するための昇温を行い、ステムをステム差し込み穴に挿入し、その後、ドリフトチューブをステムに半田により固定するため冷却を行うようにしたので、複数あるドリフトチューブの位置調整を同時に行うことができ、ドリフトチューブの位置調整に係る時間および作業量を大幅に軽減できる。
【００１６】
さらに、ステム支持台を、ステムの材質とほぼ同じ線膨張係数を持つ材質からなるようにしたため、ドリフトチューブの位置調整の精度を向上させることができる。
【００１７】
実施の形態２．
なお、実施の形態１では、ドリフトチューブ固定ジグ４を複数のドリフトチューブ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの外側から覆う形としていたが、実施の形態２では図２に示すように、複数のドリフトチューブ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの内径を貫くようにドリフトチューブ固定ジグ７を配置するようにしてもよい。隣接するドリフトチューブの間には、ドリフトチューブ間の距離を正確に保つため、その距離に応じた長さのスペーサ８を挿入する。なお、各図の同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１８】
実施の形態２における製造方法について説明する。まず複数のドリフトチューブ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを、スペーサ８を間に挿入して直線状に並べる。ドリフトチューブ固定ジグ７をこれらドリフトチューブ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの内径を貫くように配置する。この際、ドリフトチューブ固定ジグ７の外径はドリフトチューブ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの内径より小さい必要があるが、図３に示すように、切り欠き９を有するバネ状の円筒型にすると、挿入時にはこの切り欠き９を小さくし、ドリフトチューブ固定ジグ７の外径を小さくすることで対応できる。このとき、ステム差し込み穴６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは同一方向に向くようにする。これらステム差し込み穴６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄには半田を充填させておく。このドリフトチューブ固定ジグ７にステム誘導ジグ５を取り付ける。
【００１９】
次に、ステム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄをステム支持台３に精度よく固定する。ステム差し込み穴６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに充填した半田を溶融させるため、半田の融点より高温になるように昇温させ、ステム誘導ジグ５を移動させステム支持台３に合わせるようにして、ステム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの先端をステム差し込み穴６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに挿入する。その後、冷却し半田を固化することで、ドリフトチューブ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄと、ステム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが固定される。ステム誘導ジグ５を取り外し、バネ状のドリフトチューブ固定ジグ７を外径を小さくしながら取り外し、スペーサ８を取り外すと、ステム支持台３に固定された複数のステム２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにより、複数のドリフトチューブ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄが、先にドリフトチューブ固定ジグ７とスペーサ８による位置関係を保持したまま、高精度に位置調整された状態で固定される。
【００２０】
なお、上記ではドリフトチューブ固定ジグ７に切り欠き９を設けてバネ性を持たせるようにしたが、熱膨張係数がドリフトチューブ１の材質より大きく、半田を溶融するため昇温したときにドリフトチューブ１の内径と、ドリフトチューブ固定ジグ７の外径が同じになるような、すなわち冷却時にはドリフトチューブ１の内径よりドリフトチューブ固定ジグ７の外径が小さくなるような材質を採用してもよい。なお、この場合、スペーサ８の材質を熱膨張係数がステム２、ステム支持台３とほぼ同じであるものを採用することで、ドリフトチューブ１同士の距離の精度はスペーサ８により確保され、高精度の状態を保つことができる。
【００２１】
また、実施の形態２では、ステム誘導ジグ５をドリフトチューブ側に取り付けているが、実施の形態１と同様にステム支持台３に取り付けてもよい。さらに、スペーサ８は図２においては円筒形としているが、ドリフトチューブの位置関係を高精度に保つものであれば形状にはこだわらない。
【００２２】
このように、複数のドリフトチューブをこれらドリフトチューブの内径を貫くドリフトチューブ固定ジグに固定し、複数のドリフトチューブを支持するステムをステム支持台に固定した後、ステムをドリフトチューブに設けられるステム差し込み穴に挿入するようにしたので、複数あるドリフトチューブの位置調整を同時に行うことができ、位置調整に係る時間および作業量を大幅に軽減できる。
【００２３】
また、ドリフトチューブ固定ジグの外径は、ドリフトチューブへの挿抜のためこれらドリフトチューブの内径より小さく変化させることができるようにしたため、ドリフトチューブ固定ジグのドリフトチューブへの挿抜を容易にすることができる。
【００２４】
また、ドリフトチューブ固定ジグは、ドリフトチューブを形成する材質より線膨張係数が大きい材質からなるようにしたため、ドリフトチューブ固定ジグのドリフトチューブへの挿抜を容易にすることができる。
【００２５】
さらに、隣接するドリフトチューブの間にスペーサを挿入するようにしたため、ドリフトチューブ同士の距離の精度を向上することができる。
【００２６】
実施の形態３．
なお、実施の形態１、２では、半田の冷却速度について特に説明をしていなかったが、半田を冷却するときに高速で降温すると、内部に残留応力が生じる。ドリフトチューブは半田による固定で位置精度を保っているため、内部に残留応力があると冷却後に位置がずれる場合がある。このため、図４に示すように冷却時に半田のアニール温度の範囲内で一定時間（数時間程度）保持する。
【００２７】
図４は、ドリフトチューブ１に設けられるステム差し込み穴６に挿入した半田を溶融し、ステムを挿入して、半田を固化するために冷却するときの温度の遷移を示したグラフである。温度Ｔｍは半田の溶融温度、温度Ｔｂ〜Ｔａは半田のアニール温度である。ドリフトチューブ１をドリフトチューブ固定ジグ４または７に固定し、ステム２をステム支持台３に固定し、ステム差し込み穴６に半田を充填して、時刻ｔ０で昇温を開始する。半田を溶融するため、温度Ｔｍを越える温度となった時刻ｔ１で昇温を停止し、ステム２の先端をステム指し込み穴６に挿入し、短時間の後、時刻ｔ２で降温を開始する。半田のアニール温度の上限Ｔａ以下になった時刻ｔ３で降温を停止し、半田のアニール温度Ｔｂ〜Ｔａ内で数時間保持する。数時間後の時刻ｔ４で再度降温を開始し、昇温を開始したときの温度になった時刻ｔ５にて作業を終了する。
【００２８】
このように、冷却の際に、所定の時間、半田のアニール温度の範囲内で保温することで、半田の残留応力を除去あるいは緩和することができ、ドリフトチューブを高精度に位置調整することができる。
【００２９】
実施の形態４．
なお、実施の形態１、２では、ステム２をステム支持台３へ固定する方法について特に説明していなかったが、図５に示すようにステム２のステム支持台３への対向面にエッジ１２を設けることにより、ステムを微調整することができる。
【００３０】
図５において、ステム２をステム支持台３へ取り付けるための対向面には、荷電粒子を加速するために加速器の内部を真空に保持するＯリング１０と、ステム支持台３とステム２をネジで固定するためのネジ穴１１と、ゴムや樹脂などの弾力性のある材質で形成されるエッジ１２を設ける。固定時には、ステム支持台３にあるネジ穴（図示せず）と、ステム２のネジ穴にネジを通し固定するが、微調整が必要なときには、ネジをわずかに締めるあるいは緩めるとエッジ１２が歪み、ステム２がわずかに傾く。これによりステム２に固定されているドリフトチューブ１の位置をわずかに変位させ微調整を行うことができる。
【００３１】
このように、ステムのステム支持台への対向面に微調整用のエッジを備えることにより、ドリフトチューブの位置をわずかに変位させ微調整を行うことができる。
【００３２】
実施の形態５．
ドリフトチューブとステムの半田付けを行う際、ステム差し込み穴６に半田を充填し溶融してステム２を差し込むと、ステム２とステム差し込み穴６の間から毛管現象により半田が通過し、ステム２の表面に半田の膜が形成される。隣接するドリフトチューブ１には高い電位差があり、ステム２はドリフトチューブ１と同じ電位であるため、半田の膜により放電が生じる可能性がある。さらに放電により加熱されると半田が溶融し、その後固化すると表面が荒れる状態となり、放電が助長される現象が見られる。
【００３３】
図６では、ステム２に半田を保持するための半田保持段１３を設けたもので、溶融して固化した半田１４は、半田保持段１３で留まり、ステム２の表面に半田の膜を生じさせないようにしたものである。このようにすると、半田１４をステム差し込み穴６と半田保持段１３で囲まれた部分に留めることができ、ステム間の放電を抑制することができる。
【００３４】
なお、図７のようにステム差し込み穴６の内部に半田溜１５を設け、半田１４を半田溜１５に留めるようにしても、ステム２の表面に半田の膜を生じさせないようにでき、ステム間の放電を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の実施の形態１におけるドリフトチューブ位置調整方法を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態２におけるドリフトチューブ位置調整方法を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態２におけるドリフトチューブ固定ジグを示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態３における半田溶融・固化時の温度の遷移を示すグラフである。
【図５】この発明の実施の形態４におけるステムの斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態５におけるドリフトチューブとステムとを固定する半田の状態を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態５におけるドリフトチューブとステムとを固定する半田の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ  ドリフトチューブ
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  ステム
３  ステム支持台                      ４、７  ドリフトチューブ固定ジグ
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ  ステム差し込み穴
８  スペーサ                          ９  切り欠き
１２  エッジ                          １３  半田保持段
１４  半田                            １５  半田溜
【図１】
2010123446.tif 000003
【図２】
2010123446.tif 000004
【図３】
2010123446.tif 000005
【図４】
2010123446.tif 000006
【図５】
2010123446.tif 000007
【図６】
2010123446.tif 000008
【図７】
2010123446.tif 000009