(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属からなる第１および第２の要素とを導通させて高周波電流を流すための高周波電流接触子であって、該第１および第２の要素と接触して設けられ、断面形状がＯ字形になるように形成されたインコネルおよびセラミックスのいずれかである耐熱性弾性材料からなる弾性部材である弾性部材層と、この弾性部材層の外面を断面形状がＣ字形になるように覆う電気銅、銀および金のいずれかである高電気伝導性材料からなる金属被膜である金属層との２層を具備してなる高周波電流接触子。
【請求項２】
内部を真空のもとで高電磁界に保持される第１および第２の要素と、請求項１記載の高周波電流接触子とを備え、前記高周波電流接触子は該第１および第２の要素の平面間に装着されており、前記第１および第２の要素への締め付け力で該第１および第２の要素の平面が押されたとき、前記高周波電流接触子の該弾性部材が変形し、該金属被膜と該第１および第２の要素とが所定の接触圧力を保って接触するように構成したことを特徴とする高エネルギ機器。
【請求項３】
前記高周波電流接触子よりも外側の該第１および第２の要素間に真空封子用パッキンを備えることを特徴とする請求項２記載の高エネルギ機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば線型加速器の高周波加速空洞などの金属表面に高周波電流が流れる高エネルギ機器に用いられる高周波電流接触子およびこの接触子を用いた高エネルギ機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
線型加速器は電子、陽子、イオンなどの荷電粒子を電磁力で高エネルギ状態に加速するための装置で、この加速器には荷電粒子を加速するために高周波加速空洞が用いられている。この高周波加速空洞は共振によって内部に電磁エネルギを蓄え、高電磁界を発生させてビームにエネルギを与えて加速する装置で、その内部が高電界になったとき、高周波加速空胴の表面には循環電流が流れる。この電流は高周波電流であることから、仮に、互いに接する金属からなる要素間に、たとえば隙間があったり、あるいはその接触が不完全であると、その部分で放電が発生し、また発熱が多くなる。
【０００３】
通常、このような金属同士の接触では良好な馴染みを得ることは難しく、微小な隙間が生じるか、片当たりが起こる可能性がかなり高くなる。そこで、従来、金属からなる要素間に高周波電流接触子を設けて要素同士の接触が不完全になるのを防ぐようにしている。
【０００４】
図５にこの高周波電流接触子の一例を示している。金属製の第１の要素１と第２の要素２とが対峙して設けられている。これらの要素１、２間には横断面Ｕ字状の支持部３と接触子４とからなる高周波電流接触子が装着されている。この高周波電流接触子はベリリウム銅製の薄板からなり、この薄板をＵ字状に折り曲げて成形されている。双方の要素１、２は接合体５、６に通す締結部材７によって極接近した位置に近づけられ、このとき、高周波電流接触子は変形し、図６に示すように、それぞれ第１の要素１と第２の要素２とに密着する。
【０００５】
この高周波電流接触子では電流密度が大きくなり、電流接触子としては適さないと思われる金属薄板を高周波電流接触子として利用可能な理由は高周波の電流はいわゆる表皮効果により金属の表面の極薄い層（高周波の周波数が１００ＭＨｚ、金属が電気銅であるならば、数十μｍ程度）を流れるためにある程度以上の厚みがあれば、電流密度および発熱量は等しくなるからである。なお、このような装置において双方の要素１、２間で真空封止が必要であるときは高周波電流接触子の外側に図５に示す真空封止用パッキン８が設けられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した高周波電流接触子においてベリリウム銅からなる薄板が利用される大きな理由はこの材料が良好な弾性係数を有し、塑性変形を起こし難いからである。すなわち、弾性の高い高周波電流接触子は双方の要素１、２から押される力に強く反発するので、第１および第２の要素１、２の表面に密着することが可能で、これにより電気抵抗が小さく保たれ、接触子として十分に機能させることができる。
【０００７】
しかしながら、ベリリウム銅は上記したスプリング作用を持たせるには適するものの、電気伝導率などの電気的特性は電気銅などの材料と比べて、明らかに劣り、良好な電気的特性を維持するうえで隘路となっている。
【０００８】
さらに、上記のフィンガ状の接触子４は高周波電流が流れる接触部が点接触となることから、この部分で電流密度が大きくなるだけでなく、多量の発熱もある。このため、大電流が流れるときは接触子４に溶損が起こり得る。また、大電流により発熱が過大になると、弾性を保てなくなり、接触が不安定に陥る可能性がある。
【０００９】
また、長期にわたって使用された高周波電流接触子では発熱の度に高温になる材料に劣化が進み、当初の弾性が失われる結果、接触子として機能しなくなる可能性がある。
【００１０】
本発明の目的は長期にわたり良好な電気的特性を維持することができ、しかも高電界のもとで安定して高周波電流を流すことのできる高周波電流接触子およびこの接触子を用いた高エネルギ機器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る高周波電流接触子は第１および第２の要素と接触して設けられ、断面形状がＯ字形になるように形成されたインコネルおよびセラミックスのいずれかである耐熱性弾性材料からなる弾性部材である弾性部材層と、この弾性部材層の外面を断面形状がＣ字形になるように覆う電気銅、銀および金のいずれかである高電気伝導性材料からなる金属被膜である金属層との２層を具備するものである。
【００１２】
上記構成からなる高周波電流接触子においては弾性部材の外面が、たとえば電気銅などからなる金属被膜で覆われるので、第１および第２の要素と直接接触する領域の電気伝導率などの電気的特性を大きく向上させることができる。
【００１３】
本発明は、望ましくは、上記弾性部材が高Ｎｉ−Ｃｒ合金またはセラミックスからなる。また、望ましくは、金属被膜が電気銅、銀または金からなる。
【００１４】
さらに、本発明に係る高エネルギ機器は内部を真空のもとで高電磁界に保持される第１および第２の要素と、上記の高周波電流接触子とを備え、高周波電流接触子は第１および第２の要素の平面間に装着されており、第１および第２の要素への締め付け力で第１および第２の要素の平面が押されたとき、弾性部材が変形し、金属被膜と第１および第２の要素とが所定の接触圧力を保って接触するように構成したものである。
【００１５】
上記構成からなる高エネルギ機器においては第１および第２の要素２と接する高周波電流接触子によって内部の真空状態を保持することができる。さらに、第１および第２の要素と接する弾性部材の領域が平坦な面に変形するので、接触面積が大きく広がり、高周波電流が流れるときの電流密度を小さくすることができる。これにより当該接触領域における発熱量を格段に減少させることが可能になる。
【００１６】
また、本発明は上記高周波電流接触子よりも外側の第１および第２の要素間に真空封子用パッキンを備えるようにしてもよい。
【００１７】
このような高エネルギ機器においては上記の効果に加えて、万一、高エネルギ機器内の高周波電流接触子が損傷したときも、第１および第２の要素間のパッキンによって真空封止を果たすことが可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。図３において、金属からなる第１の要素１と第２の要素２との間に高周波電流接触子１１が装着されている。この高周波電流接触子１１は後記の金属被膜で覆われる、弾性材料からなる弾性リングで構成されている。双方の要素１、２は一体の接合体５、６に通す締結部材７によって互いに接近した位置にあり、高周波電流接触子１１は対峙する双方の要素１、２の平面に押されて変形した状態で第１の要素１と第２の要素２とに接触している。
【００１９】
図１（ａ）（ｂ）に高周波電流接触子１１の詳細を示している。高周波電流接触子１１は全体として、図１（ａ）に示すように、リング状に形成される。図１（ｂ）に示すように、本実施の形態の高周波電流接触子１１は横断面円形の弾性リング１２と、この弾性リング１２の表面を覆っている金属被膜１３とから構成されている。弾性リング１２は中空の管材から形成され、これは弾性材料である、超耐熱合金の高Ｎｉ−Ｃｒ合金、たとえばインコネル（登録商標）からなる。また、金属被膜１３は電気伝導率の高い、たとえば電気銅からなり、弾性リング１２の表面に金属層として一体に形成されている。
【００２０】
本実施の形態は上記構成からなり、組み立て時、第１の要素１と第２の要素２との間に高周波電流接触子１１を挟み込み、締結部材７を接合体５、６に通し、第１の要素１と第２の要素２と互いに近づけるように締め付ける。締め付け力が増すに従い双方の要素１、２の平面は接近し、それぞれ平面に押されて弾性リング１２が僅かに潰れる。なおも締め付け力が加えられとき、図２に示すように、弾性リング１２が大きく潰れ、潰れた箇所が共に平担になる。この平坦になった部分は第１の要素１と第２の要素２とにそれぞれ密着する。
【００２１】
この締結部材７から締め付け力が加えられるとき、弾性を有する弾性リング１２のスプリング作用によって高周波電流接触子１１が第１の要素１と第２の要素２との間に所定の接触圧力を保って保持される。この接触圧力は高周波電流接触子１１を長期にわたり使用するために弾性リング１２の弾性変形限界内で生じさせるのが望ましい。また、被覆金属１３の耐力以下であることが望ましい。
【００２２】
このような高周波電流接触子１１においては弾性リングの１２の外面が電気銅からなる金属被膜１３で覆われるので、第１の要素１と第２の要素２と直接接触する領域の電気伝導率などの電気的特性を大きく向上させることができる。
【００２３】
さらに、このような高エネルギ機器においては第１の要素１と第２の要素２と接する高周波電流接触子１１によって内部の真空状態を保持することができる。
【００２４】
また、このような高エネルギ機器では第１の要素１と第２の要素２と接する弾性リング１２の領域が平坦な面に変形するので、接触面積が大きく広がり、高周波電流が流れるときの電流密度を小さくすることができる。これにより当該接触領域における発熱量を格段に減少させることが可能になる。
【００２５】
なお、本実施の形態においては弾性リング１２は高Ｎｉ−Ｃｒ合金に代えて、他の耐熱合金、またはセラミックスで構成してもよい。さらに、金属被膜１３は電気銅に代えて、銀または金で構成してもよい。また、弾性リング１２は断面形状について円形以外に楕円形または矩形に形成してもよい。
【００２６】
本実施の形態によれば、高周波電流接触子１１について第１および第２の要素１、２と接する領域につき、高電気伝導性を有する材料からなる金属皮膜１３で構成したので、良好な電気的特性を維持することができる。さらに、高エネルギ機器への適用では弾性リング１２が変形することで、望ましい接触圧力を保って高周波電流を流すことが可能になる。
【００２７】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について図４を参照して説明する。高周波電流接触子１１は第１の実施の形態と同様に、横断面円形の弾性リング１２と、この弾性リング１２の表面を覆っている金属皮膜１３とから構成されている。この高周波電流接触子１１は対峙する双方の要素１、２の平面に押されて変形した状態で第１の要素１と第２の要素２とに接触している。
【００２８】
また、高周波電流接触子１１よりも外側の第１の要素１の平面に環状の凹溝１４が刻まれ、第２の要素２の平面にも同じ位置に環状の凹溝１４が刻まれている。この対峙する凹溝１４には横断面円形のパッキン１５が装着されている。このパッキン１５は凹溝１４の底面に押されて少し変形した状態で第１の要素１と第２の要素２とに接触している。
【００２９】
さらに、第１の要素２にその要素２の中心から半径方向に延びる複数本の連絡孔１６が形成されている。この連絡孔１６は高周波電流接触子１１の外側で対峙する第１および第２の要素１、２の双方の平面間に保たれる空間と通じるように形成される。
【００３０】
本実施の形態は上記構成からなり、先に述べた第１の実施の形態と同様な働き得ることができる。特に、本実施の形態においては高周波電流接触子１１によって保たれる内部の真空状態が高周波電流接触子１１の損傷などにより損なわれたとき、引き続き真空を維持することができる。高周波電流接触子１１で所定の接触圧力が保持され、正常に機能する間は真空封止はほぼ完全であり、何らの問題も発生しないが、高周波電流接触子１１に異常が生じると、それを頼りに真空封止を構成したものでは接触圧力の低下と共に外部から空気が流入する可能性がある。
【００３１】
このようなときも本実施の形態のものは高周波電流接触子１１の外側のパッキン１５が空気の流入を阻止するので、内部の真空が低下することはない。高周波電流接触子１１の外側に滞留する空気についても連絡孔１６を通して抽出することが可能で、引き続き望ましい真空度を維持することができる。
【００３２】
なお、本実施の形態は第２の要素２に連絡孔１６を設けるのに代えて、第１の要素１に連絡孔１６を設けてもよい。また、連絡孔１６に代えて、複数本のスリットで構成してもよい。
【００３３】
本実施の形態によれば、上記の効果に加えて、万一、高エネルギ機器内の高周波電流接触子１１が損傷したときも、第１および第２の要素１、２間のパッキン１５によって真空封止を果たすことが可能になる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、高周波電流接触子について第１および第２の要素と接する領域につき、高電気伝導性を有する材料からなる金属皮膜で構成したので、良好な電気的特性を維持することができる。さらに、高エネルギ機器への適用では弾性部材が変形することで、望ましい接触圧力を保って高周波電流を流すことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による高周波電流接触子の第１の実施の形態を示すもので、（ａ）は高周波電流接触子の斜視図、（ｂ）は断面図。
【図２】図１に示される高周波電流接触子の機器内での変形状態を示す図。
【図３】本発明に係る高周波電流接触子を組み込んだ高エネルギ機器を示す断面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る高エネルギ機器を示す断面図。
【図５】従来の高周波電流接触子を組み込んだ高エネルギ機器を示す断面図
【図６】図５に示される高周波電流接触子の機器内での変形状態を示す図。
【符号の説明】
１  第１の要素
２  第２の要素
５、６  接合体
１１  高周波電流接触子
１２  弾性リング
１３  金属被覆
１５  パッキン
１６  連絡孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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