(57)【要約】  筒状のセラミックスからなり、軸方向に沿った複数の貫通孔を有する絶縁部材と、金属からなり、前記絶縁部材の外周に開口する開口部を有するように、前記貫通孔を閉塞する導通部材と、該導通部材に接続される給電端子と、を備える。該給電端子は、前記貫通孔を形成する前記絶縁基板の内壁から離れており、前記軸方向に第１端と第２端とを有し、前記第１端および前記第２端の少なくとも一方は、前記給電端子の中央部分よりも前記内壁から離れている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のセラミックスからなり、軸方向に沿った複数の貫通孔を有する絶縁部材と、
金属からなり、前記絶縁部材の外周に開口する開口部を有するように、前記貫通孔を閉塞する導通部材と、
該導通部材に接続される給電端子と、を備え、
該給電端子は、前記貫通孔を形成する前記絶縁部材の内壁から離れており、前記軸方向に第１端と第２端とを有し、
前記第１端および前記第２端の少なくとも一方は、前記給電端子の中央部分よりも前記内壁から離れている、電磁場制御用部材。
【請求項２】
前記給電端子は、前記第１端または前記第２端を含む端部部材と、前記中央部分を含む中央部材を備えている、請求項１に記載の電磁場制御用部材。
【請求項３】
前記端部部材は前記中央部材に嵌め合わされている、請求項２に記載の電磁場制御用部材。
【請求項４】
前記給電端子は、少なくとも一部が、前記絶縁部材の外周より径方向に突出している、請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の電磁場制御用部材。
【請求項５】
前記内壁にメタライズ層を備えている、請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の電磁場制御用部材。
【請求項６】
前記貫通孔は、前記絶縁部材の内周から前記外周に向かって、前記内壁間の幅が漸増している、請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の電磁場制御用部材。
【請求項７】
前記貫通孔は、前記軸方向に直交する断面において、対向する前記内壁のなす角度が１２°以上２０°以下である、請求項６に記載の電磁場制御用部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電磁場制御用部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電子、重粒子等の荷電粒子を加速させるための加速器に用いられる電磁場制御用部材は、高速性、高磁場出力性および高繰り返し性が求められている。これらの性能の向上に関して、Ｓｐｒｉｎｇ−８の満田史織らによって、セラミックチャンバー一体型パルスマグネット(Ceramic Chamber Integrated Pulsed-Magnet, 以下、ＣＣＩＰＭという。)が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】満田史織他５名、セラミックチェンバー一体型パルスマグネットの開発（匠プロジェクト研究課題  研究課題成果報告書  http://www.jasri.jp/development-search/projects/takumi_report.html）
【発明の概要】
【０００４】
本開示の電磁場制御用部材は、筒状のセラミックスからなり、軸方向に沿った複数の貫通孔を有する絶縁部材と、金属からなり、前記絶縁部材の外周に開口する開口部を有するように、前記貫通孔を閉塞する導通部材と、該導通部材に接続される給電端子と、を備える。該給電端子は、前記貫通孔の内壁から離れており、前記軸方向に第１端と第２端とを有し、前記第１端および前記第２端の少なくとも一方は、前記給電端子の中央部分よりも前記内壁から離れている。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本実施形態の電磁場制御用部材の一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ部の拡大図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＢ部の拡大図であり、（ｄ）は給電端子の構成を説明する模式図である。
【図２】図１（ｃ）のＣ−Ｃ’線での断面図であり、（ａ）は一例であり、（ｂ）は他の例である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
以下、本開示の電磁場制御用部材の実施形態の一例について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の電磁場制御用部材の一例を示す、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ部の拡大図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＢ部の拡大図であり、（ｄ）は給電端子の構成を説明する模式図である。
【０００７】
また、図２は図１（ｃ）のＣＣ’線での断面図であり、（ａ）は一例であり、（ｂ）は他の例である。なお、図２においては、識別のために給電端子を構成する部材の一つを着色して示している。
【０００８】
本例は、電磁場制御用部材の一実施形態として、ＣＣＩＰＭ（セラミックチャンバー一体型パルスマグネット)の一例について説明している。本例のＣＣＩＰＭは、筒状のセラミックスからなり、軸方向に沿った複数の貫通孔を有する絶縁部材と、金属からなり、絶縁部材の外周に開口する開口部を有するように、貫通孔を閉塞する導通部材とを備えるものである。導通部材が貫通孔を閉塞していることにより、絶縁部材の内周に囲まれた空間の気密性は確保されるものである。
【０００９】
図１に示す電磁場制御用部材１０は、筒状のセラミックスからなる絶縁部材１と、金属からなり、軸方向に沿って延びる導通部材２と、導通部材２に接続される給電端子３とを備える。なお、軸方向とは、筒状のセラミックスからなる絶縁部材１の中心軸方向のことである。本実施形態では、絶縁部材１は円筒状である。そして、絶縁部材１は、導通部材２が配置される前においては、軸方向に沿った複数の貫通孔を有する。また、導通部材２は、絶縁部材１の貫通孔内に位置し、絶縁部材１の外周１ａに開口する開口部１ｂを有するように、貫通孔を閉塞している。
【００１０】
そして、導通部材２と給電端子３とは、ろう材を用いたろう付けによって接続される。また、給電端子３は、軸方向に沿った第１端３１および第２端３２を有する。ここで、第１端３１とは、軸方向に沿った方向の一方の端部のことであり、第２端３２とは、軸方向に沿った方向の他方の端部のことである。したがって、第１端３１と第２端３２とは、給電端子３において最も離れている。
【００１１】
絶縁部材１は、電気絶縁性および非磁性を有し、例えば、酸化アルミニウム質セラミックス、酸化ジルコニウム質セラミックスからなる。
【００１２】
なお、酸化アルミニウム質セラミックスとは、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、ＡｌをＡｌ２Ｏ３に換算した酸化アルミニウムの含有量が９０質量％以上であるセラミックスのことである。
【００１３】
また、酸化ジルコニウム質セラミックスとは、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、ＺｒをＺｒＯ２に換算した酸化ジルコニウムの含有量が９０質量％以上であるセラミックスのことである。
【００１４】
絶縁部材１の大きさとしては、例えば、外径が３５ｍｍ以上４５ｍｍ以下、内径が２５ｍｍ以上３５ｍｍ以下、軸方向の長さが３８０ｍｍ以上４２０ｍｍ以下に設定される。
【００１５】
そして、絶縁部材１の内部に位置する空間４は、高周波またはパルス状の電磁場によって、空間４内を移動する電子、重粒子等を加速あるいは偏向させるためのものであることから、真空を保つ必要がある。なお、図１に示すフランジ９は、空間４を真空にするための真空ポンプに接続する部材である。
【００１６】
導通部材２は、空間４内を移動する電子、重粒子等を加速あるいは偏向させるために励起される誘導電流を流すための導電域を確保するものである。導通部材２は、図２に示すように、絶縁部材１の内周１ｃに沿っていることが好適である。
【００１７】
給電端子３は、導通部材２の両端付近において、それぞれ銀ろう（例えば、ＢＡｇ−８）等のろう材によって接合される。そして、電気は、電気伝送部材５を介して給電端子３に供給される。電気伝送部材５は、それぞれ給電端子３のねじ穴３ｄにネジ６で締結することによって固定されている。
【００１８】
導通部材２、給電端子３および電気伝送部材５は、例えば、銅からなる。電気抵抗の観点から、銅の中でも無酸素銅であることが好適である。
【００１９】
導通部材２には、電力の供給のために、給電端子３を接続する必要がある。給電端子３の接続には、ろう付けによる接合が採用されている。
【００２０】
従来の電磁場制御用部材では、このろう付けにおいて、被接合部材である給電端子の表面にろう材がせりあがり、絶縁部材の貫通孔の内壁に接触したろう溜まりが発生することがあった。内壁におけるろう溜まりは、使用にあたって加熱および冷却の繰り返し時に、膨張と収縮を繰り返し、この膨張と収縮によって絶縁部材の内壁にクラックが生じることがあった。電磁場制御用部材において、絶縁部材の内部に位置する空間は、高周波またはパルス状の電磁場によって、空間内を移動する電子、重粒子等を加速あるいは偏向させるための空間であり、真空に保たれている必要がある。従来の電磁場制御部材では、ろう溜まりに起因したクラックが絶縁部材に発生することで、絶縁部材の内部に位置する空間の気密性が低下する虞があった。
【００２１】
本実施形態の電磁場制御用部材１０における給電端子３は、貫通孔の内壁１ｄから離れており、第１端３１および第２端３２の少なくとも一方が、給電端子３の中央部分よりも内壁１ｄから離れている。また、第１端３１および第２端３２の少なくとも一方が、給電端子３の中央部分よりも幅が狭い若しくは厚みが薄いとも言い換えることができる。本実施形態の電磁場制御用部材１０は、このような構成を満たしていることにより、ろう付け時に、被接合部材である給電端子３の表面をろう材がせり上がりにくいため、絶縁部材１の貫通孔の内壁１ｄに接触するようなろう溜まりが生じるおそれが少ない。そのため、本実施形態の電磁場制御用部材１０は、使用にあたって、加熱および冷却を繰り返しても絶縁部材１の貫通孔を形成する内壁１ｄにクラックが生じにくい。それゆえ、絶縁部材１の内部に位置する空間４の気密性を長期間に亘って維持することができる。
【００２２】
なお、給電端子３における中央部分とは、例えば、給電端子３が、図１（ｄ）に示すように、端部部材３ａと中央部材３ｂとからなるものであるとき、中央部材３ｂが中央部分にあたる。給電端子３が一体物からなるときには、第１端３１と第２端３２との距離を長さとしたとき、長さを５等分した中央にあたる部分を中央部分とする。また、内壁１ｄから離れているとは、内壁１ｄまでの距離で比較によって行なえばよい。
【００２３】
例えば、内壁１ｄ間の距離、言い換えれば開口部１ｂの幅は４ｍｍ以上６ｍｍ以下、第１端３１および第２端３２の少なくとも一方の幅（厚み）は０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、中央部の幅は２ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定される。
【００２４】
また、図１に示すように、給電端子３においては、第１端３１および第２端３２の両端が給電端子３の中央部分よりも内壁１ｄから離れているとよい。
【００２５】
給電端子３は、第１端３１または第２端３２を含む端部部材３ａと、中央部分を含む中央部材３ｂとを備え、端部部材３ａと中央部材３ｂとが嵌め合わされているものであってもよい。上記構成の一例を示しているのが図１（ｄ）である。
【００２６】
図１（ｄ）において給電端子３は、複数の平板状の端部部材３ａと、凹部３ｃ有する中央部材３ｂからなる。そして、中央部材３ｂの凹部３ｃに端部部材３ａを嵌め合わすことにより、給電端子３とすることができる。なお、給電端子３における分割構造は、図１（ｄ）の構成に限定されるものではない。例えば、端部部材３ａが、平面視して、先端に向って幅が狭くなる等脚台形状のものであってもよい。
【００２７】
なお、端部部材３ａおよび中央部材３ｂの寸法については、内壁１ｄ間の距離、言い換えれば開口部１ｂの幅に応じて選択することができる。
【００２８】
そして、図１（ｄ）に示す構成によれば、端部部材３ａと中央部材３ｂとは、嵌め合わせによって重なり合った孔に、ボルト７ａおよびナット７ｂを用いことで締結することができる。なお、締結方法は、上記記載に限定されるものではない。
【００２９】
また、給電端子３は、少なくとも一部が絶縁部材１の外周１ａより径方向に突出しているものであってもよい。このような構成を満たすときには、給電端子３の体積が大きくなるので、大電流を給電端子３に与えることができ、空間４内を移動する電子、重粒子等を効率よく加速あるいは偏向させることができる。
【００３０】
また、電磁場制御用部材１０では、図２（ａ）に示すように、内壁１ｄにメタライズ層８を備えていてもよい。このように、内壁１ｄにメタライズ層８を備えているときには、ろう材が絶縁部材１に直接接触することがなくなるので、絶縁部材１へのクラックをさらに抑制することができる。また、絶縁部材１と導通部材２との間にメタライズ層８が位置していてもよい。絶縁部材１と導電部材２との間にメタライズ層８が位置する場合、内周１ｃの近くに位置するメタライズ層８の端部は、絶縁部材１と導電部材２とが対向している領域に位置していてもよい。
【００３１】
メタライズ層８は、例えば、モリブデンを主成分とし、マンガンを含むものが挙げられる。また、メタライズ層８の表面には、ニッケルを主成分とする金属層を備えていてもよい。
【００３２】
また、貫通孔は、絶縁部材１の内周１ｃから外周１ａに向かって、内壁１ｄ間の幅が漸増している、すなわちテーパ面であってもよい。このような構成を満たしているときには、絶縁部材１に残留する応力が緩和されるため、長期間に亘って絶縁部材１におけるクラックを抑制することができる。
【００３３】
そして、テーパ面を有するものであるとき、対向する内壁１ｄのなす角度θは、１２°以上２０°以下であってもよい。テーパ角θがこの範囲であるときには、絶縁部材１の機械的強度を維持することができるとともに、絶縁部材１へのクラックをさらに抑制することができる。なお、対向する内壁１ｄのなす角度の測定にあたっては、図２（ｂ）に示すように、軸方向に直交する断面において測定すればよい。
【００３４】
次に、本実施形態の電磁場制御用部材の製造方法の一例を説明する。
【００３５】
まず、円筒状のセラミックスからなり、軸方向に沿った複数の貫通孔を有する絶縁部材を準備する。このとき、絶縁部材の内壁に、予めメタライズ層や金属層を備えていてもよい。また、内壁は、内周から外周に向って、内壁間の幅が漸増するテーパ面としてもよい。さらに、対向する内壁のなす角度θは、１２°以上２０°以下であってもよい。
【００３６】
また、金属からなる棒状の導通部材を準備する。そして、絶縁部材の貫通孔内に導通部材を入れた後、銀ろう（例えば、ＢＡｇ−８）等のろう材を用いて絶縁部材と導通部材とを接合することによって絶縁部材の貫通孔を閉塞する。
【００３７】
次に、導通部材上に給電端子を配置し、ろう材によって給電端子を導通部材に接合する。
【００３８】
このとき、給電端子における第１端および第２端の少なくとも一方が、給電端子の中央部分よりも内壁から離れていることから、ろう付け時にろう材がせり上がりにくいため、絶縁部材の内壁に接触するようなろう溜まりが生じるおそれが少なくなる。なお、給電端子が、複数の平板状の端部部材と、凹部を有する中央部材からなるときには、端部部材を先に接合した後に、中央部材を締結してもよいし、端部部材と中央部材とを締結した後に接合してもよい。
【００３９】
上述した製造方法によって得られた電磁場制御用部材は、使用にあたって、加熱および冷却を繰り返しても絶縁部材の内壁にクラックが生じにくい。それゆえ、絶縁部材の内部に位置する空間の気密性を長期間に亘って維持することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１    絶縁部材
１ａ  外周
１ｂ  開口部
１ｃ  内周
１ｄ  内壁
２    導通部材
３    給電端子
４    空間
５    電気伝送部材
６    ネジ
７    締結部材
７ａ  ボルト
７ｂ  ナット
８    メタライズ層
９    フランジ
１０  電磁場制御用部材
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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