(57)【要約】【課題】電気的性能に優れ、製造が容易な四重極型加速器を提供する。【解決手段】四重極型加速器は、中央外枠部１１ａ、中央外枠部１１ａから突出する第１の電極２１および第２の電極２２を含む中央部材１１と、第１の側方外枠部１２ａ、第１の側方外枠部１２ａから外側に向かって延びる第１の壁部１２ｂおよび第１の壁部１２ｂから突出する第３の電極２３を含む第１の側方部材１２と、第２の側方外枠部１３ａ、第２の側方外枠部１３ａから外側に向かって延びる第２の壁部１３ｂおよび第２の壁部１３ｂから突出する第４の電極２４を含む第２の側方部材１３とを備える。中央部材１１、第１の側方部材１２および第２の側方部材１３は、それぞれが一つの部材から一体的に形成され、固定部材により互いに固定されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央外枠部、中央外枠部から内側に向かって突出する第１の電極、および中央外枠部から内側に向かって突出する第２の電極を含む中央部材と、
第１の側方外枠部、第１の側方外枠部から外側に向かって延び、加速空洞の一部の形状を有する第１の壁部、および第１の壁部から内側に向かって突出する第３の電極を含み、中央部材の一方の側に配置されている第１の側方部材と、
第２の側方外枠部、第２の側方外枠部から外側に向かって延び、加速空洞の一部の形状を有する第２の壁部、および第２の壁部から内側に向かって突出する第４の電極を含み、中央部材の他方の側に配置されている第２の側方部材とを備え、
中央部材、第１の側方部材および第２の側方部材は、それぞれが一つの部材から一体的に形成されており、
中央部材、第１の側方部材および第２の側方部材は、中央外枠部、第１の側方外枠部および第２の側方外枠部が固定部材により固定されていることを特徴とする、四重極型加速器。
【請求項２】
中央部材、第１の側方部材および第２の側方部材は、導電性部材を介して互いに固定されていることを特徴とする、請求項１に記載の四重極型加速器。
【請求項３】
中央外枠部、中央外枠部から突出する第１の電極および中央外枠部から突出する第２の電極を含む中央部材と、第１の側方外枠部、加速空洞の一部の形状を有する第１の壁部および第１の壁部から突出する第３の電極を含む第１の側方部材と、第２の側方外枠部、加速空洞の一部の形状を有する第２の壁部および第２の壁部から突出する第４の電極を含む第２の側方部材とを準備する準備工程と、
中央部材の両側に第１の側方部材および第２の側方部材を配置し、中央外枠部、第１の側方外枠部および第２の側方外枠部を固定部材により互いに固定する組立工程とを含み、
準備工程は、中央部材、第１の側方部材および第２の側方部材のそれぞれを一つの部材から一体的に形成する工程を含む、四重極型加速器の製造方法。
【請求項４】
準備工程は、中央部材の外面に基準マークを形成する工程と、第１の側方部材の外面および第２の側方部材の外面に位置合わせマークを形成する工程とを含み、
組立工程は、基準マークと位置合わせマークとを合わせることにより、それぞれの部材同士の位置合わせを行なう工程を含むことを特徴とする、請求項３に記載の四重極型加速器の製造方法。
【請求項５】
準備工程は、中央部材に第１の嵌合部を形成する工程と、第１の側方部材および第２の側方部材に第２の嵌合部を形成する工程とを含み、
組立工程は、第１の嵌合部と第２の嵌合部とを互いに嵌合させることにより、それぞれの部材同士の位置合わせを行なう工程を含むことを特徴とする、請求項３に記載の四重極型加速器の製造方法。
【請求項６】
準備工程は、中央部材に第１の位置合わせ穴を形成する工程と、第１の側方部材および第２の側方部材に第２の位置合わせ穴を形成する工程とを含み、
組立工程は、第１の位置合わせ穴および第２の位置合わせ穴に、位置合わせピンを挿入することにより、それぞれの部材同士の位置合わせを行なう工程を含むことを特徴とする、請求項３に記載の四重極型加速器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、四重極型加速器および四重極型加速器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオンまたは電子などの荷電粒子を加速するための高周波加速器が知られている。高周波加速器は、荷電粒子を内部で加速するための加速空洞を備える。加速空洞は、共振回路を構成し、固有の共振周波数を有する。この共振周波数に応じた高周波電力を外部から供給することにより、加速空洞の内部において高周波電場が励振される。高周波加速器は、高周波電場が励振されている状態で、所定の時期に荷電粒子を入射させることにより、荷電粒子を所望のエネルギーまで加速することができる。
【０００３】
高周波加速器には、四重極型加速器が含まれる。四重極型加速器は、４つの電極を備える。４つの電極は、互いに対向する対が２つ形成され、各電極の先端には加速軸方向にビームの加速に適した波形の端部が形成されている。４つの電極に囲まれる空間にはビームの加速および集束のための電場が形成され、この空間に荷電粒子を入射することにより荷電粒子が加速される。
【０００４】
特開平５−６２７９８号公報においては、四重極を構成する電極を内部に有する加速管と、電極に共振電圧を供給する高周波共振回路とを備える外部共振型の四重極粒子加速器が開示されている。この公報においては、高周波共振回路がコンデンサおよびインダクタンス部材である２つのコイル導体により構成されており、インダクタンス部材がコンデンサと加速器との間に直列に配置されることが開示されている。この加速器によれば、共振周波数を広い範囲で変化させることができ、また、Ｑ値を高くすることができると開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−６２７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
四重極型加速器の電気的性能を示す指標には、Ｑ値が含まれる。Ｑ値は、加速器の運転時に加速空洞内部に蓄えられているエネルギーを消費エネルギーで除算した値である。Ｑ値が大きいほど単位エネルギーあたりの稼働時間が長くなり、運転効率に優れる。
【０００７】
四重極型加速器は、加速空洞の外部から高周波電力を供給すると、加速空洞の内部に加速電場が形成されると共に、加速空洞の内面には高周波電流が流れる。加速空洞は、形状や材料等に依存する電気抵抗を有する。この電気抵抗の大きさに応じて電力が消費される。電気抵抗が大きいと消費電力が大きくなってＱ値が低くなる。電気抵抗は、加速空洞の内面の表面粗さによっても変化し、その結果、Ｑ値が変化する。加速空洞の内面の表面粗さが小さいほどＱ値が高くなる。
【０００８】
従来の技術の四重極型加速器の製造方法においては、複数の構成部材が予め形成され、複数の構成部材同士を接合することにより加速空洞が形成されている。複数の構成部材を形成する工程では、寸法精度が高く、さらに表面粗さの小さな構成部材を製造することができる。例えば、精度の高い切削加工を行うことにより、寸法精度の高い構成部材を製造することができる。また、構成部材の表面に対して各種の研削や研磨を行なうことにより表面粗さを小さくすることができる。
【０００９】
一方で、加速空洞を組み立てる工程においては、ろう付けまたは電子ビーム溶接などにより複数の構成部材を接合していた。この結果、工法によっては接合部の表面状態が劣化し、加速器のＱ値が小さくなっていた。Ｑ値を高くするためには、加速空洞の組立て後に、研削作業や研磨作業を行なう必要があった。
【００１０】
また、前述のように加速空洞は、固有の共振周波数を有する。共振周波数は、加速空洞の形状に依存する。共振周波数は、加速空洞の温度変化によるミクロン単位の熱膨張や熱収縮にも影響されるほど、形状に大きく依存する。このため、共振周波数は、製作精度に大きく依存する。加速空洞の製造においては、それぞれの寸法が設計値通りに製造されることが好ましい。
【００１１】
ところが、従来の四重極型加速器の製造方法においては、構成部材を接合する工程において寸法変化が生じる場合があった。例えば、構成部材同士をろう付けにて接合する場合においては、構成部材を仮組した後に接合箇所にろう材を配置する。次に、仮組した構成部材を高温炉の内部に配置して、ろう材を溶融させる。このときに構成部材が全体的に加熱され、温度変化に起因する寸法変化が生じる場合があった。すなわち、構成部材が全体的に温度上昇するために、熱変形が生じる場合があった。この結果、共振周波数の設計値からのずれが大きくなってしまう場合があった。
【００１２】
このように、従来の高周波加速器および高周波加速器の製造方法においては、電気的性能が設計値よりも劣化してしまう傾向があり、電気的性能を向上するためには特別な作業が必要であった。また、電気的性能に個体差が生じるために、１つの種類の加速器であっても個体差を考慮して加工する必要があった。
【００１３】
本発明は、電気的性能に優れ、製造が容易な四重極型加速器および四重極型加速器の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の四重極型加速器は、中央外枠部、中央外枠部から内側に向かって突出する第１の電極、および中央外枠部から内側に向かって突出する第２の電極を含む中央部材と、第１の側方外枠部、第１の側方外枠部から外側に向かって延び、加速空洞の一部の形状を有する第１の壁部、および第１の壁部から内側に向かって突出する第３の電極を含み、中央部材の一方の側に配置されている第１の側方部材と、第２の側方外枠部、第２の側方外枠部から外側に向かって延び、加速空洞の一部の形状を有する第２の壁部、および第２の壁部から内側に向かって突出する第４の電極を含み、中央部材の他方の側に配置されている第２の側方部材とを備える。中央部材、第１の側方部材および第２の側方部材は、それぞれが一つの部材から一体的に形成されている。中央部材、第１の側方部材および第２の側方部材は、中央外枠部、第１の側方外枠部および第２の側方外枠部が固定部材により固定されている。
【００１５】
上記発明においては、中央部材、第１の側方部材および第２の側方部材は、導電性部材を介して互いに固定されていることが好ましい。
【００１６】
本発明の四重極型加速器の製造方法は、中央外枠部、中央外枠部から突出する第１の電極および中央外枠部から突出する第２の電極を含む中央部材と、第１の側方外枠部、加速空洞の一部の形状を有する第１の壁部および第１の壁部から突出する第３の電極を含む第１の側方部材と、第２の側方外枠部、加速空洞の一部の形状を有する第２の壁部および第２の壁部から突出する第４の電極を含む第２の側方部材とを準備する準備工程と、中央部材の両側に第１の側方部材および第２の側方部材を配置し、中央外枠部、第１の側方外枠部および第２の側方外枠部を固定部材により互いに固定する組立工程とを含む。準備工程は、中央部材、第１の側方部材および第２の側方部材のそれぞれを一つの部材から一体的に形成する工程を含む。
【００１７】
上記発明においては、準備工程は、中央部材の外面に基準マークを形成する工程と、第１の側方部材の外面および第２の側方部材の外面に位置合わせマークを形成する工程とを含み、組立工程は、基準マークと位置合わせマークとを合わせることにより、それぞれの部材同士の位置合わせを行なう工程を含むことが好ましい。
【００１８】
上記発明においては、準備工程は、中央部材に第１の嵌合部を形成する工程と、第１の側方部材および第２の側方部材に第２の嵌合部を形成する工程とを含み、組立工程は、第１の嵌合部と第２の嵌合部とを互いに嵌合させることにより、それぞれの部材同士の位置合わせを行なう工程を含むことが好ましい。
【００１９】
上記発明においては、準備工程は、中央部材に第１の位置合わせ穴を形成する工程と、第１の側方部材および第２の側方部材に第２の位置合わせ穴を形成する工程とを含み、組立工程は、第１の位置合わせ穴および第２の位置合わせ穴に、位置合わせピンを挿入することにより、それぞれの部材同士の位置合わせを行なう工程を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、電気的性能に優れ、製造が容易な四重極型加速器および四重極型加速器の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態における四重極型加速器の概略図である。
【図２】実施の形態における四重極型加速器の加速空洞の概略斜視図である。
【図３】実施の形態における四重極型加速器の加速空洞を切断した概略斜視図である。
【図４】実施の形態における中央部材の概略斜視図である。
【図５】実施の形態における第１の側方部材の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１から図５を参照して、実施の形態における四重極型加速器および四重極型加速器の製造方法について説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態における四重極型加速器の概略図である。四重極型加速器は、加速空洞１を備える。加速空洞１は筒状に形成されている筒状部２を含む。加速空洞１は、筒状部２から内部に向かって突出し、ベインと呼ばれる電極２１〜２４を含む。それぞれの電極２１〜２４は、筒状部２に電気的に接続されている。
【００２４】
本実施の形態における四重極型加速器は、第１の電極２１、第２の電極２２、第３の電極２３および第４の電極２４を備える。本実施の形態における４つの電極２１〜２４は、筒状部２を構成する部材と一体的に形成されている。それぞれの電極２１〜２４は、荷電粒子の加速軸に沿って延びるように形成されている。
【００２５】
本実施の形態における電極２１〜２４は、三角柱状に形成されている。それぞれの電極２１〜２４は、断面形状の三角形の頂点が荷電粒子の加速軸に向かうように形成されている。それぞれの電極２１〜２４の加速軸に向かう先端部分は、加速軸の方向に荷電粒子を加速および集束する電場を形成するために、波形の端部が形成されている。電極の形状は、この形態に限られず、筒状部から突出し、電極の先端が加速軸に近接する任意の形状を採用することができる。たとえば、電極は、板状に形成されていても構わない。
【００２６】
本実施の形態における四重極型加速器は、高周波電力を供給するための電源装置を備える。電源装置は、高周波発生器７２を含む。高周波発生器７２は、前段増幅器７３および主増幅器７４に接続されている。高周波発生器７２で生成された高周波の電力は、前段増幅器７３および主増幅器７４により増幅される。主増幅器７４から出力される高周波電力は、結合器７５を介して加速空洞１に供給されている。電源装置としては、この形態に限られず、加速空洞１に高周波電力を供給できる任意の装置を採用することができる。
【００２７】
加速空洞１は、筒状部２およびそれぞれの電極２１〜２４の形状に依存した浮遊容量および浮遊インダクタンスを有する。これらの浮遊容量および浮遊インダクタンスは、電気回路の一部を構成している。加速空洞に高周波電力が供給されることにより加速電場が形成される。四重極型加速器に適したＴＥ２１０モードまたはＴＥ２１１モードの電磁場を励振した場合には、第１の電極２１、第２の電極２２、第３の電極２３および第４の電極２４のそれぞれの電圧（絶対値）は同じになり、また、互いに対向する第１の電極２１および第２の電極２２の電極対と、互いに対向する第３の電極２３および第４の電極２４の電極対とは、互いに逆の極性（プラスまたはマイナス）になる。加速軸は４つの電極２１〜２４に挟まれる空間に配置される。荷電粒子は加速軸に沿って加速されながら移動する。
【００２８】
図２に、本実施の形態における加速空洞の概略斜視図を示す。図３に、本実施の形態における加速空洞を切断したときの概略斜視図を示す。図３は、図２におけるＡ−Ａ線において加速空洞を切断したときの斜視図である。矢印１００は、荷電粒子の加速軸の延びる方向である。本実施の形態における加速空洞１は、加速軸の方向と平行に延びるように形成されている。
【００２９】
図１から図３を参照して、本実施の形態における加速空洞１は、３つの構成部材を備える。加速空洞１は、第１の電極２１および第２の電極２２を含む中央部材１１を備える。加速空洞１は、第３の電極２３を含む第１の側方部材１２を備える。加速空洞１は、第４の電極２４を含む第２の側方部材１３を備える。第１の側方部材１２は、中央部材１１の一方の側に配置されている。第２の側方部材１３は、中央部材１１の他方の側に配置されている。本実施の形態における中央部材１１、第１の側方部材１２、および第２の側方部材１３のそれぞれは、一つの部材から一体的に形成されている。すなわち、中央部材および側方部材は、複数の部品の接合線や溶接線等を有さずに、一つの材質により形成されている。なお、真空用ポート等の付加的な部材が、中央部材または側方部材に予め配置されていても構わない。
【００３０】
中央部材１１、第１の側方部材１２および第２の側方部材１３は、固定部材により互いに固定されている。本実施の形態においては、固定部材としてボルト５１およびナット５２を用いて固定されている。
【００３１】
中央部材１１と第１の側方部材１２との接触面および中央部材１１と第２の側方部材１３との接触面には、真空封止部材としてのＯリング５５が配置されている。それぞれの構成部材の間に真空封止部材が配置されていることにより加速空洞１が密閉されている。
【００３２】
図４に、本実施の形態における中央部材の概略斜視図を示す。中央部材１１は、加速空洞１の外枠部の中央部分を構成する中央外枠部１１ａを有する。中央外枠部１１ａは、平面視したときに環状に形成されている。中央部材１１は、中央外枠部１１ａから内側に向かって突出する第１の電極２１を有する。中央部材１１は、中央外枠部１１ａから内側に向かって突出する第２の電極２２を含む。第１の電極２１および第２の電極２２は、先端部が加速軸に向かうように配置されている。
【００３３】
中央部材１１の外側の表面のうち、加速軸の方向の端面には荷電粒子が入射する入射口６１が形成されている。また、入射口６１が形成されている端面と反対側の端面には、荷電粒子が出射する出射口６２が形成されている。入射口６１および出射口６２は、加速軸の延長上に形成されている。
【００３４】
中央外枠部１１ａには、ボルトを通すための貫通孔１４が形成されている。貫通孔１４は、中央外枠部１１ａの形状に沿って複数形成されている。中央外枠部１１ａの表面のうち、第１の側方部材１２または第２の側方部材１３に接触する接触面には、Ｏリング５５を配置するための凹部１６が形成されている。凹部１６は、平面視したときに、閉じた形状に形成されている。Ｏリング等の真空封止部材を配置するための凹部は、第１の側方部材１２および第２の側方部材１３に配置されていても構わない。
【００３５】
本実施の形態における中央部材１１は、それぞれの部材を組立てる組立工程において部材同士の位置を定めるための基準マーク３１が形成されている。本実施の形態においては、入射口６１が形成されている端面に基準マーク３１が形成されている。また、出射口６２が形成されている端面にも基準マーク３１が形成されている。本実施の形態における基準マーク３１は、直線状に形成されている。
【００３６】
図５に、本実施の形態における側方部材の概略斜視図を示す。第１の側方部材１２は、加速空洞１の外枠部の側方部分を構成する第１の側方外枠部１２ａを有する。第１の側方外枠部１２ａは、平面視したときに環状に形成されている。第１の側方部材１２は、加速空洞の一部の形状を有する第１の壁部１２ｂを有する。第１の壁部１２ｂは、加速空洞１の筒状部２を構成する。第１の壁部１２ｂは、第１の側方外枠部１２ａから外側に向かって延びるように形成されている。第１の壁部１２ｂは、板状に形成され、第１の側方外枠部１２ａに結合されている。第１の側方部材１２は、第１の壁部１２ｂから内側に向かって突出する第３の電極２３を含む。
【００３７】
第１の側方外枠部１２ａには、ボルトを通すための貫通孔１５が形成されている。第１の側方外枠部１２ａには、組立工程において組立て位置を定めるための位置合わせマーク３２が形成されている。本実施の形態においては、第１の側方外枠部１２ａの端面のうち、加速軸の方向における両側の端面に位置合わせマーク３２が形成されている。
【００３８】
図５においては、２つの側方部材のうち第１の側方部材１２を例に取り上げて説明しているが、第２の側方部材１３についても第１の側方部材１２と同様の構成を有する。第２の側方部材１３は、環状の第２の側方外枠部１３ａを含む。第２の側方部材１３は、第２の側方外枠部１３ａから外側に向かって延び、加速空洞の一部の形状を有する第２の壁部１３ｂを含む。第２の側方部材１３は、第２の壁部１３ｂから内側に向かって突出する第４の電極２４を含む。
【００３９】
図１から図３を参照して、本実施の形態における加速空洞１は、中央外枠部１１ａと第１の側方外枠部１２ａとが密着している。また、中央外枠部１１ａと第２の側方外枠部１３ａとが密着している。中央外枠部１１ａと側方外枠部１２ａ，１３ａとが、ボルト５１およびナット５２により互いに固定されている。中央外枠部１１ａおよび側方外枠部１２ａ，１３ａにより、加速空洞１の外枠部が形成されている。
【００４０】
次に、本実施の形態における四重極型加速器の製造方法について説明する。初めに本実施の形態における中央部材１１と、第１の側方部材１２と、第２の側方部材１３とを形成する。これらの構成部材を準備する準備工程を行なう。本実施の形態における準備工程は、中央部材１１、第１の側方部材１２および第２の側方部材１３のそれぞれを一つの部材から一体的に形成する工程を含む。
【００４１】
本実施の形態においては、アルミニウムの無垢材を機械的に切削することにより構成部材を形成する。それぞれの構成部材を形成する工程においては、高精度で切削加工を行なうことが好ましい。また、製造工程においては、３次元測定器等により、中央部材、それぞれの側方部材の寸法を確認することが好ましい。また、中央外枠部の接触面および側方外枠部の接触面においては、電気的接触を確保するために、表面粗さを小さくすることが好ましい。さらに、筒状部の内面および電極の表面は、高精度加工や研磨等を行なうことにより、表面粗さを小さくすることが好ましい。
【００４２】
準備工程においては、中央部材１１の中央外枠部１１ａには、基準マーク３１を形成する。また、第１の側方部材１２の第１の側方外枠部１２ａには、位置合わせマーク３２を形成する。第２の側方部材１３の第２の側方外枠部１３ａには、位置合わせマーク３２を形成する。中央部材１１に形成した凹部１６には、真空封止部材としてのＯリング５５を配置する。
【００４３】
次に、中央部材１１、第１の側方部材１２、および第２の側方部材１３をボルトおよびナットにより互いに固定する組立工程を行なう。中央部材１１の両側に第１の側方部材１２および第２の側方部材１３を配置する。本実施の形態においては、中央外枠部１１ａに形成した基準マーク３１と、それぞれの側方外枠部１２ａ，１３ａに形成した位置合わせマーク３２とが合致するように位置合わせを行なう。
【００４４】
位置合わせを行なった後にボルトを締め付けることにより、中央外枠部１１ａ、第１の側方外枠部１２ａおよび第２の側方外枠部１３ａを互いに固定する。中央部材１１、第１の側方部材１２および第２の側方部材１３を互いに固定する。固定部材としてボルト等を用いる場合には、トルク管理を行ないながら締め付けることが好ましい。この方法により、構成部材の接触面を一様の圧力で接触させることができる。このように、加速空洞を形成することができる。この加速空洞に、電源装置や真空装置等を接続することにより加速器を製造することができる。
【００４５】
位置合わせを行なうための基準マークおよび位置合わせマークとしては、直線状に限られず、任意の形状のマークを採用することができる。また、本実施の形態における基準マークおよび位置合わせマークは、加速空洞の外面のうち、加速軸の方向における端面に形成されているが、この形態に限られず、加速空洞の外面の任意の位置に基準マークおよび位置合わせマークを形成することができる。たとえば、加速空洞の外枠部の外面のうち、加速軸に垂直な方向における端面に基準マークおよび位置合わせマークが形成されていても構わない。
【００４６】
図１を参照して、本実施の形態における第１の高周波加速器においては、四重極加速器に適したＴＥ２１０モードまたはＴＥ２１１モードの電磁場を励起したときに、任意の時点における各電極の電位の大きさは等しく、その符号は互いに対向する電極同士で同じである。一の方向において互いに対向する電極の電位の符号は、一の方向と直交する方向において互いに対向する電極の電位の符号と逆になる。電源装置により高周波電力を供給することにより、それぞれの電極の電位は、時間と共に正弦波に対応するように変化する。例えば、一の時刻においては、第１の電極２１と第２の電極２２との電位が最大値（正の値であり大きさが最大）である場合に、第３の電極２３と第４の電極２４の電位は最小値（負の値であり大きさが最大）になる。共振周波数の半周期の時間が経過した後には、電極の電位は逆の関係になる。
【００４７】
高周波電流は、表皮効果のために加速空洞１の筒状部の内表面を流れる。このため、電流は、矢印１０４に示すように、それぞれの電極２１〜２４の表面および筒状部２の内面に沿って流れる。本実施の形態における電極２１〜２４の表面および筒状部２の内面には、溶接跡等の凹凸がないために、電力損失を小さくすることができる。この結果、加速器のＱ値を高くすることができる。
【００４８】
また、本実施の形態においては、中央部材および２つの側方部材を予め形成して、これらの構成部材を固定部材により互いに固定している。このため、組立工程において、構成部材の温度上昇を回避して組立てることができる。例えば、組立工程において、ろう付けにより接合を行う場合のように構成部材が全体的に加熱されることを回避でき、それぞれの構成部材の熱変形を抑制することができる。熱変形には、固定装置による筒状部の固定を解除するときに、内部応力が開放されることによる変形が含まれる。本実施の形態においては、加速空洞の変形を抑制することができるため、変形に起因する共振周波数のずれを抑制することができる。設計値に対して精度良く加速器を製造することができる。
【００４９】
このように、本実施の形態における四重極型加速器は、Ｑ値が高く共振周波数のずれが小さい等の電気的性能に優れる。
【００５０】
また、本実施の形態における四重極型加速器は、溶接などによる構成部品同士の接合部を有しないために、複数の構成部材を接合した後の機械的な仕上げを行なわなくてもよく、容易に製造することができる。例えば、電子ビーム溶接により、それぞれの構成部材を接合した場合においては、表面粗さが大きいために、さらに研削作業や研磨作業が必要であった。本実施の形態の四重極型加速器は、このような仕上げ作業を行なわなくても内面の表面粗さが小さな加速空洞を製造することができる。
【００５１】
また、本実施の形態における四重極型加速器は、組立工程の途中に組立ての状況を確認することができる。例えば、所定の計測器を用いることにより組立工程の途中で不具合を発見することができて、作業の修正等を行なうことができる。この結果、歩留まりを向上させることができる。さらに、組立て後にも必要に応じて、固定部材を取り外すことにより容易に分解することができる。たとえば、位置合わせの再調整を行なうことができる。または、封止部材を交換する場合にも容易に取り替えることができる。
【００５２】
本実施の形態において、準備工程は、中央部材１１の端面に基準マーク３１、第１の側方部材１２の端面および第２の側方部材１３の端面に位置合わせマーク３２を形成する工程を含む。組立工程は、基準マーク３１と位置合わせマーク３２とを合わせることにより位置合わせを行なう工程を含む。この方法を採用することにより、中央部材１１、およびそれぞれの側方部材１２，１３の位置合わせを容易に行なうことができる。
【００５３】
組立工程における位置合わせの方法については、この形態に限られず、任意の方法を採用することができる。例えば、レーザトラッカーを用いて位置合わせを行なうことができる。この場合には、例えば、中央外枠部１１ａおよび側方外枠部１２ａ，１３ａの外面のうち、加速軸に平行な方向に延びる外面を高精度に形成する。この外面をリフレクタ（反射体）が配置される基準面として用いることができる。
【００５４】
または、中央部材および側方部材に、互いに嵌合する形状を有する嵌合部を予め形成しておいて、これらの嵌合部同士を合わせることにより位置合わせを行なうことができる。準備工程において、中央部材に第１の嵌合部を形成し、第１の側方部材および第２の側方部材のそれぞれに第２の嵌合部を形成する。組立工程において、第１の嵌合部と第２の嵌合部とを互いに嵌合させることにより、それぞれの部材同士の位置合わせを行なうことができる。この方法により、容易に位置合わせを行なうことができる。
【００５５】
たとえば、準備工程において、中央部材と側方部材との位置合わせができるように、中央部材に第１嵌合部としての凸部を形成し、側方部材に第２嵌合部としての凹部を形成する。組立工程において、凸部と凹部とを嵌合させることにより、中央部材および側方部材の位置合わせを容易に行なうことができる。
【００５６】
または、中央部材と側方部材との位置が合ったときに連通する位置合わせ穴を予め形成しておいて、この位置合わせ穴にピンを挿入することにより位置合わせを行なうことができる。準備工程において、中央部材に第１の位置合わせ穴を形成し、第１の側方部材および第２の側方部材に第２の位置合わせ穴を形成する。組立工程において、第１の位置合わせ穴および第２の位置合わせ穴に位置合わせ用のピンを挿入することにより、それぞれの部材同士の位置合わせを行なうことができる。この方法により、容易に位置合わせを行なうことができる。
【００５７】
たとえば、準備工程において、中央部材および側方部材に対して、固定部材としてのボルトの貫通穴同士の間に位置合わせ穴を形成する。位置合わせ穴は、加速空洞に組立てられたときに中央部材の位置合わせ穴と側方部材の位置合わせ穴とが連通するように形成する。位置合わせ穴は、複数箇所に形成することが好ましい。組立工程において、位置合わせ穴に密着するピンを、中央部材の位置合わせ穴および側方部材の位置合わせ穴に挿入することにより、中央部材および側方部材の位置合わせを容易に行なうことができる。
【００５８】
本実施の形態においては、中央部材、第１の側方部材および第２の側方部材を貫通するボルトを用いて、これらの構成部材を固定しているが、この形態に限られず、任意の固定部材を用いて中央部材と側方部材とを固定することができる。たとえば、中央部材にネジ溝が形成された貫通孔または袋孔を形成する。第１の側方部材の貫通穴の外側からボルトを挿入することにより、第１の側方部材を中央部材に固定することができる。また、第２の側方部材の貫通穴の外側からボルトを挿入することにより、第２の側方部材を中央部材に固定することができる。このように、それぞれの側方部材を個別に中央部材に固定しても構わない。この方法により、それぞれの部材同士の位置合わせおよび部材同士の固定をより容易に行なうことができる。
【００５９】
本実施の形態における製造方法では、加速軸に沿った軸方向長さが長い四重極型加速器を容易に製造することができる。例えば、ろう付けによって軸方向長さが長い四重極型加速器を製造する場合には、加速空洞を高温炉の内部に配置しなければならない。このために、大型の高温炉が必要になる。しかしながら、本実施の形態においては、中央部材および側方部材を、それぞれ一体的に形成することにより、加速軸の方向に長い加速器を容易に製造することができる。
【００６０】
また、本実施の形態においては、加速空洞の筒状部を構成する部材と電極とが、一体的に形成されている。加速空洞の製造方法においては、筒状部とそれぞれの電極とを個別に製造した後に、ボルトなどにより筒状部に対して電極を固定する方法が考えられる。しかしながら、この方法においては、部品点数が多くなって、構成部材同士の位置合わせが難しくなる。これに対して、本実施の形態のように、それぞれの電極と筒状部を構成する部材とが一体的に形成された構成部材を採用することにより、容易に位置合わせを行なうことができる。また、筒状部と電極との位置関係は機械加工時の精度が保たれるために寸法精度が高くなり、電気的性能に優れた四重極型加速器を提供することができる。
【００６１】
本実施の形態における四重極型加速器は、中央部材１１と第１の側方部材１２とが接触している領域、および中央部材１１と第２の側方部材１３とが接触している領域に、導電性部材を介在させることができる。例えば、真空封止部材としてのゴム製のＯリングの代わりに、金属製の封止部材を配置することができる。または、真空封止部材を配置する凹部に加えて、中央部材および側方部材のうち少なくとも一方の接触面に凹部を追加形成し、その凹部にメタルワイヤ等の導電性部材を配置しても構わない。
【００６２】
中央部材１１と側方部材１２，１３とを導電性部材を介して固定することにより、中央部材１１と、それぞれの側方部材１２，１３との間の導電性を向上させることができる。または、所望の電気的性能を確保することができる。
【００６３】
また、四重極型加速器は、運転することにより電気抵抗に起因して温度が上昇する。温度が大きく上昇する場合には、Ｏリングが破損する虞がある。このような場合には、金属製の封止部材を採用することにより、封止部材の破損を回避することができる。たとえば、金属製の真空封止部材は、連続的に運転を行なう四重極型加速器に好適である。また、高周波加速器は、加速空洞を冷却するための冷却装置を備えていても構わない。例えば、電極内部や側方部材の表面に、冷却水を流すための冷却管が配置されていても構わない。
【００６４】
本実施の形態における四重極型加速器は、筒状部の断面形状がほぼ正八角形になるように形成されているが、この形態に限られず、四重極型加速器としての適切な電気的性能が実現できる任意の形状を採用することができる。たとえば、筒状部は、断面形状が円形や任意の多角形になるように形成することができる。
【００６５】
また、本実施の形態においては、アルミニウムから中央部材および側方部材を形成しているが、この形態に限られず、任意の材料から中央部材および側方部材を形成することができる。たとえば、準備工程において、構成部材を銅の無垢材から形成することができる。または、任意の材料から形成した部材の表面に銅めっきを施した構成部材を採用しても構わない。
【００６６】
上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に含まれる変更が意図されている。
【符号の説明】
【００６７】
１    加速空洞
２    筒状部
１１    中央部材
１１ａ    中央外枠部
１２，１３    側方部材
１２ａ，１３ａ    側方外枠部
１２ｂ，１３ｂ    壁部
２１〜２４    電極
３１    基準マーク
３２    位置合わせマーク
【図１】
2011086494.tif 000003
【図２】
2011086494.tif 000004
【図３】
2011086494.tif 000005
【図４】
2011086494.tif 000006
【図５】
2011086494.tif 000007