(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックスからなる絶縁柱と、
前記絶縁柱と実質的に同材質で構成され且つ該絶縁柱の両端面に無機ポリマーにより接合される複数のセラミック接合部材と、
前記絶縁柱の端面より外形が大きく且つ前記セラミック接合部材にろう付けされる金属板と、を備えることを特徴とする、加速器の絶縁支柱。
【請求項２】
前記絶縁柱の端面の最大幅は、φＬ＝ΔＬ／｛（ＴＳ−Ｔ０）（α２−α１）｝（ΔＬは絶縁柱と金属板とをろう付けする際に絶縁柱が破壊に至る熱膨張差、ＴＳはろう付け温度、Ｔ０は室温、α１は絶縁柱の熱膨張係数、α２は金属板の熱膨張係数）以上であり、前記セラミック接合部材のろう付け面の最大幅はφＬ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の加速器の絶縁支柱。
【請求項３】
前記絶縁柱は酸化アルミニウム質焼結体からなり、前記金属板は銅−タングステン合金からなることを特徴とする、請求項１または２に記載の加速器の絶縁支柱。
【請求項４】
前記絶縁柱の一端面に接合されるセラミック接合部材と前記絶縁柱の他端面に接合されるセラミック接合部材とは、前記絶縁柱を介して反対の位置に配されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の加速器の絶縁支柱。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加速器の真空容器内において荷電粒子等を加速して加速ビームを生成するために電圧を印加する部分に使用される絶縁支柱に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、加速器では、電子等の荷電粒子を加速して加速ビームを生成するための電圧を印加する部分、即ち加速電極等の支持部材などとして絶縁支柱が用いられている。この絶縁支柱の基本構成を図２に示す。図２において、１は絶縁柱、２は加速電極等に接合される金属板、７はヘリサート、８はボルトであり、主にこれらで絶縁支柱は構成されている。
【０００３】
この図２の絶縁支柱は、一般に、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）質焼結体からなり、その両端面にステンレススチール（ＳＵＳ）等の金属材料から成るヘリサート７が挿入されてねじ穴を設けた絶縁柱１と、銅タングステン（Ｃｕ−Ｗ）合金から成る金属板２と、ＳＵＳ等の金属材料から成るボルト８とから構成されている。
【０００４】
なお、絶縁柱１と金属板２の接合は、金属板２に予め絶縁柱１のねじ穴に対応する位置に貫通穴をあけておき、その金属板２を絶縁柱１の両端面に取り付け、ボルト８で貫通穴を介して絶縁柱１のねじ穴に締め付けることによって機械的に接合している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の絶縁支柱においては、図２のようにねじ止めによる機械的な接合をする場合、セラミックスから成る絶縁柱１のねじ部分にはヘリサート７等のねじ機能の補強をする金属を入れるか、あるいはねじ加工を施した金属を挿入するための穴が必要となる。このため、絶縁柱１自体の貫通耐電圧を確保するために、絶縁柱１の厚み（図２では高さ方向の厚さ）を、貫通耐電圧が良好な厚さに、ねじ部またはねじ加工を施した金属を挿入する穴の深さを加えた厚さにすることとなる。それによって、絶縁支柱としての厚みが厚くなる結果、真空容器をその分大きくしなければならないという問題点を有していた。
【０００６】
そこで、上記問題点を解消するために、絶縁柱１の両端面に金属板２をロウ付けすることにより、ねじ用の穴を不要として絶縁柱１の厚さを薄くすることが考えられる。このような絶縁支柱の基本構成を図３に示す。図３において、１は絶縁柱、２は金属板、４はメタライズ層、５はろう材であり、主にこれらで絶縁支柱は構成されている。
【０００７】
しかしながら、この場合、金属板２がＣｕ−Ｗ合金等の金属材料で、絶縁柱１が酸化アルミニウム質焼結体から成り、Ｃｕ−Ｗ合金の熱膨張係数が約１０．２×１０―6／℃（室温〜８００℃）（重量比による成分比Ｃｕ：Ｗ＝３０：７０）、酸化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数が約７．９×１０―6／℃（室温〜８００℃）と相違すること、および絶縁柱１の径が大きいこと等から、絶縁柱１と金属板２との間に両者の熱膨張係数の差に起因する大きな応力が発生し、その応力によって絶縁柱１にクラックや割れ等が発生するという問題点を有していた。
【０００８】
従って、本発明は上記従来技術における問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、絶縁柱にクラックや割れ等が発生するのを有効に防止しつつ、金属板を強固に固定した信頼性の高い絶縁支柱を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る加速器の絶縁支柱は、セラミックスからなる絶縁柱と、絶縁柱と実質的に同材質で構成され且つ該絶縁柱の上面および下面に無機ポリマーにより接合される複数のセラミック接合部材と、絶縁柱の端面より外形が大きく且つセラミック接合部材にろう付けされる金属板とを備える。本絶縁支柱では、絶縁柱と金属板との間に複数のセラミック接合部材を介して接合することによって、絶縁柱と金属板の熱膨張係数の相違に起因する応力を緩和することができる。したがって、本絶縁支柱では、応力によって絶縁柱にクラックや割れ等が発生することが有効に抑えられるため、より大きなサイズのものを製作することが可能となる。また、本絶縁支柱では、絶縁柱とセラミック接合部材とが無機ポリマーにより接合されているため、エポキシ樹脂などの有機樹脂により接合する場合に比べて真空中でガスが放出され難い。
【００１０】
好ましくは、絶縁柱の端面の最大幅は、φＬ＝ΔＬ／｛（ＴＳ−Ｔ０）（α２−α１）｝（ΔＬは絶縁柱と金属板とをろう付けする際に絶縁柱が破壊に至る熱膨張差、ＴＳはろう付け温度、Ｔ０は室温、α１は絶縁柱の熱膨張係数、α２は金属板の熱膨張係数）以上であり、セラミック接合部材のろう付け面の最大幅はφＬ未満である。
【００１１】
好ましくは、絶縁柱は酸化アルミニウム質焼結体からなり、金属板は銅−タングステン合金からなる。このような構成によると、絶縁柱と金属板との熱膨張係数の差が小さくなるため、セラミック接合部材のろう付け面を本発明の範囲内で大きくすることができる。したがって、本構成の絶縁支柱では、一つの絶縁支柱当たりのセラミック接合部材の使用数量を少なくすることができる。
【００１２】
好ましくは、絶縁柱の一端面に接合されるセラミック接合部材と絶縁柱の他端面に接合されるセラミック接合部材とは、絶縁柱を介して反対の位置に配されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の絶縁支柱について以下に詳細に説明する。図１は本発明の絶縁支柱を示し、その断面図である。図１において、１は絶縁柱、１ａは絶縁柱１の端面、２は金属板、３はセラミック接合部材、４はメタライズ層、５はろう材、６は絶縁接着剤であり、主にこれらで絶縁支柱は構成されている。
【００１４】
本発明の絶縁柱１は、断面形状が円形、または四角形，六角形等の多角形のものであり、アルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成る。
【００１５】
この絶縁柱１の端面１ａの最大幅（例えばφとする）は、φL＝△Ｌ／｛（Ｔs−Ｔ0）（α2−α1）｝（△Ｌは絶縁柱と金属板とをろう付けした際に絶縁柱が破壊に至る熱膨張差、Ｔsはろう付け温度、Ｔ0は室温、α2は金属板の熱膨張係数、α1は絶縁柱の熱膨張係数）以上であり、この絶縁柱１の両端面１ａ，１ａのそれぞれに、絶縁柱１と実質的に同材質のセラミックスから成る複数の柱状のセラミック接合部材３の一方の端面が絶縁接着剤６により接合されている。
【００１６】
このとき、金属板２がＣｕ−Ｗ合金（重量比による成分比がＣｕ：Ｗ＝３０：７０）、絶縁柱１が酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）質焼結体から成る場合、Ｃｕ−Ｗ合金の熱膨張係数α2が約１０．２×１０―6／℃（室温〜８００℃）、酸化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数α1が約７．９×１０―6／℃（室温〜８００℃）、絶縁柱１と金属板２とをろう付けした際に絶縁支柱が破壊に至る熱膨張差△Ｌが約０．０８９mm、ろう付け温度Ｔsが約７８０℃、室温Ｔ0が約２０℃のとき、φLが約５０．９mmとなる。従って、この場合絶縁柱１の端面の最大幅φは５０．９mm以上となる。
【００１７】
絶縁柱１の端面の最大幅が５０．９mm未満では、絶縁柱１（酸化アルミニウム質焼結体）と金属板２（Ｃｕ−Ｗ合金）との間に、両者の熱膨張係数差に起因して生じる応力が小さく、その応力によって絶縁柱１にクラックや割れ等が発生し難いものとなる。このような小型のものの場合、図３に示すように、絶縁柱１と金属板２をメタライズ層４とろう材５を介して直接接合できる。しかし、本発明の絶縁支柱は、加速器の加速電極の支柱等として用いられるものであり、絶縁柱１の端面の最大幅が５０．９mmを超えるような大型のものである。従って、絶縁柱１にクラックや割れ等が発生し易いものであり、本発明の構成を採る必要がある。
【００１８】
本発明の絶縁接着剤６は、金属アルコキシド、例えばシリコンアルコキシド｛Ｓｉ（ＯＲ）4（Ｒ：アルキル基）｝等で表される物質で、Ｓｉの４つの結合手にアルコキシ基が結合した物質を主成分としたものを下記のようにして高分子化した所謂シロキサンポリマー（一般にシリカコートと呼ばれるもの）である。
【００１９】
シリコンアルコキシド、は水の存在下、反応のエネルギーを吸収し、加水分解反応を生じ、（ＲＯ）3ＳｉＯＨ等で表されるアルコキシ基の一部が水酸基で置換された構造をもつ化合物を生成する。このように部分的に加水分解して生成した中間体は、さらに他のシリコンアルコキシド分子と反応し、縮合生成物となって成長していく。この加水分解反応と縮合反応を基本とし、無機ポリマーすなわち高分子化されたシリコン酸化物を合成するものである。無機ポリマーは、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を骨格として鎖状、平面状あるいは３次元状に重合した高分子で、実質的に無機成分からなる電気的絶縁材料である。
【００２０】
セラミック接合部材３は、断面が円形または四角形，六角形等の多角形のもので、複数使用され、絶縁柱１と実質的に同材質であるアルミニウム質焼結体等の電気絶縁材料から成る。
【００２１】
このセラミック接合部材３の他方の端面３ａ（金属板２側の端面３ａ）の最大幅はφL未満であり、その表面にはメタライズ層４が被着形成され、金属板２の主面と銀ろう等のろう材５を介して接合されている。
【００２２】
メタライズ層４は、セラミック接合部材３をろう付けする際の下地金属層として作用し、Ｍｏ−Ｍｎ等の金属層と、好ましくはその表面にろう材との濡れ性に優れるＮｉ等の金属をメッキ法により１〜１０μｍ程度の厚みに被着させたメッキ層とからなるものである。これにより、メタライズ層４に金属板２を強固にろう付けすることができる。
【００２３】
金属板２は、外形が絶縁柱１の端面１ａよりも大きく、主面の平面形状が円形または四角形，六角形等の多角形のもので、熱膨張係数がアルミニウム質焼結体に近く、電気伝導性の良いＣｕ−Ｗ合金等の金属材料から成る。
【００２４】
この金属板２の主面は、メタライズ層４が被着されたセラミック接合部材３の他方の端面３ａに銀ろう等のろう材５により接合されている。
【００２５】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更、改良を施すことは何ら差し支えない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、セラミックスから成る絶縁柱の両端面のそれぞれに、絶縁柱と実質的に同材質のセラミックスから成る複数の柱状のセラミック接合部材の一方の端面が絶縁接着剤により接合され、セラミック接合部材の他方の端面に外形が絶縁柱の端面よりも大きい金属板の主面がろう付けされて成る加速器の絶縁支柱とし、絶縁柱の端面の最大幅がφL＝△Ｌ／｛（Ｔs−Ｔ0）（α2−α1）｝（△Ｌは絶縁柱と金属板とをろう付けした際に絶縁柱が破壊に至る熱膨張差、Ｔsはろう付け温度、Ｔ0は室温、α2は金属板の熱膨張係数、α1は絶縁柱の熱膨張係数）以上とし、セラミック接合部材のろう付け面の最大幅をφL未満としたことにより、応力によって絶縁柱にクラックや割れ等が発生することを有効に抑えることができるため、従来、熱膨張係数の違いから接合できなかった、大きなサイズの絶縁支柱を提供することができる。また、機械的なねじ止めにするための加工を絶縁柱に施す必要がないため、厚みの薄い絶縁支柱とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の絶縁支柱について実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】従来の絶縁支柱の一例を示す断面図である。
【図３】従来の絶縁支柱の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁柱
２：金属板
３：セラミック接合部材
４：メタライズ層
５：ろう材
６：絶縁接着剤
【図１】
0003730857.tif 000002
【図２】
0003730857.tif 000003
【図３】
0003730857.tif 000004