(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に垂直な断面の中央部に一対の対向する直線部を有する略長円形の貫通孔を有する筒状体であり、側壁内に複数の長孔が両端面間を貫通し両端面で溝を介して折り返すように連通しているとともに周方向に並ぶように形成されているセラミックシリンダと、該セラミックシリンダの両端面にそれぞれロウ付けされた、主面形状が前記セラミックシリンダの端面と略同形状で無酸素銅またはステンレススチールから成る厚さ0.1〜1.0ｍｍの枠状の金属封止部材とを具備した粒子加速器用真空チャンバであって、前記金属封止部材は、ロウ付けされる側の主面の前記溝の周囲に対向する部位がロウ付け部とされており、前記略長円形の貫通孔の周囲の直線部と曲線部における前記ロウ付け部間の空隙の面積比が（直線部に位置する空隙の面積）：（曲線部に位置する空隙の面積）＝１：３〜１：10であることを特徴とする粒子加速器用真空チャンバ。
【請求項２】
前記金属封止部材は、前記ロウ付け部間の空隙が前記金属封止部材の中心を挟んで対向する部位に形成されていることを特徴とする請求項１記載の粒子加速器用真空チャンバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波またはパルス状の電磁場によって電子、重粒子等の荷電粒子を偏向させるための粒子加速器用真空チャンバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の粒子加速器用真空チャンバを図５および図６に示す。図５は粒子加速器用真空チャンバの断面図、図６は粒子加速器用真空チャンバにおけるセラミックシリンダの端面の平面図である。これらの図で、１は電気絶縁性でありかつ非磁性材料から成る筒状のセラミックシリンダであり、高周波またはパルス状電磁場により電子、重粒子等の荷電粒子を加速あるいは偏向させる際の荷電粒子の軌道となる真空空間としての貫通孔が形成されている。１ａはセラミックシリンダ１の側壁に形成された軸方向に貫通する長孔であり、冷却水が内部を流れる。61はセラミックシリンダ１の両端面にロウ付けされた筒状の金属接合部材であり、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金または鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金からなり、その貫通孔は真空空間を形成し、セラミックシリンダ１と接合していない側の端部が他の真空容器や真空部品に接続されることにより真空空間を連続的に形成する。セラミックシリンダ１と金属接合部材61のロウ付けは、セラミックシリンダ１の端面に予めモリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）メタライズ層とＮｉメッキ層の２層構造を有する非磁性導電層を被着しておき、その非磁性導電層と金属接合部材61とをロウ材を介して行っていた。
【０００３】
21は枠状の金属封止部材であり、セラミックシリンダ１の端面の長孔１ａの折り返し部である溝を封止することによって、冷却水が全ての長孔１ａの内部を循環するようにする。この金属封止部材21は、ロウ付けされる側の主面の溝周囲に対向する部位がロウ付けされており、その主面形状はセラミックシリンダ１の端面と略同形状である枠状である。４は、冷却水を長孔１ａに導入排出するための金属パイプであり、金属封止部材21にロウ付けされている。５は、セラミックシリンダ１の内面に形成された非磁性導電層であり、チタン（Ｔｉ）または窒化チタン（ＴｉＮ）等の導電性の非磁性材料から成る。
【０００４】
長孔１ａは、その内部に金属パイプ４を介して水が導入排出され、セラミックシリンダ１の非磁性導電層５に発生する誘導電流による熱をセラミックシリンダ１の外側へ漏らさないように、セラミックシリンダ１を冷却するためのものである。セラミックシリンダ１を冷却することによって、粒子加速器用真空チャンバの外側に設置されている電磁石を構成するフェライト等のコア材料を加熱してその強磁性体としての特性が失われ、電磁石が本来の特性を発揮できなくなることを防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の粒子加速器用真空チャンバにおいて、セラミックシリンダ１はアルミナセラミックス等から成り、金属封止部材21はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成るが、長孔１ａ内を水が循環して流れるため、金属封止部材21に水による腐食が進行し、金属封止部材21の強度劣化が起こるという問題があった。
【０００６】
そこで、金属封止部材21の水による腐食を防ぐために、耐水性に優れた無酸素銅やステンレススチールを用いることが考えられるが、アルミナセラミックスの熱膨張係数約7.9×10-6／℃（室温〜800℃）と比較して、無酸素銅の熱膨張係数は約20×10-6／℃（室温〜800℃）、ステンレススチールの熱膨張係数は約18×10-6／℃（室温〜800℃）とかなり大きいため、セラミックシリンダ１と金属封止部材21とをロウ付けすることによって発生する熱応力によってセラミックシリンダ１にクラックや割れ等が発生するという問題があった。
【０００７】
このような問題を解消するために、図７，図８に示すような構造が考えられる。図７で22は長孔１ａの折り返し部である溝のそれぞれを塞ぐための金属封止部材であり、隣り合う２つの長孔１ａの端部を封止するようにセラミックシリンダ１の端面にロウ付けされている。また、図８に示すように、金属封止部材22は各溝に対応した小型のものになっている。このように、金属封止部材22が小型になることにより、セラミックシリンダ１と金属封止部材22とをロウ付けする際に発生する熱応力を分散させることによって、セラミックシリンダ１にクラックや割れ等が発生するのを抑えることができる。
【０００８】
しかしながら、図８のように、小型の金属封止部材22を、長孔１ａの端の各溝を封止するためにセラミックシリンダ１の端面に設置してそれぞれロウ付けしていくことは作業性が悪く、また部品点数が多くなるため製作コストが高くなるといった問題点を有していた。
【０００９】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、セラミックシリンダと金属封止部材とをロウ付けする際にセラミックシリンダにクラックや割れ等が発生するのを防止し、また冷却水による金属封止部材の腐食を防ぐことができる粒子加速器用真空チャンバを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の粒子加速器用真空チャンバは、軸方向に垂直な断面の中央部に一対の対向する直線部を有する略長円形の貫通孔を有する筒状体であり、側壁内に複数の長孔が両端面間を貫通し両端面で溝を介して折り返すように連通しているとともに周方向に並ぶように形成されているセラミックシリンダと、該セラミックシリンダの両端面にそれぞれロウ付けされた、主面形状が前記セラミックシリンダの端面と略同形状で無酸素銅またはステンレススチールから成る厚さ0.1〜1.0ｍｍの枠状の金属封止部材とを具備した粒子加速器用真空チャンバであって、前記金属封止部材は、ロウ付けされる側の主面の前記溝の周囲に対向する部位がロウ付け部とされており、前記略長円形の貫通孔の周囲の直線部と曲線部における前記ロウ付け部間の空隙の面積比が（直線部に位置する空隙の面積）：（曲線部に位置する空隙の面積）＝１：３〜１：10であることを特徴とする。
【００１１】
本発明は、上記の構成により、セラミックシリンダと金属封止部材との熱膨張係数の相違に起因する応力を緩和し、その応力によってセラミックシリンダ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。また、粒子加速器用真空チャンバを水冷するための水によって金属封止部材が腐食するのを防止することができるという作用効果を有する。
【００１２】
本発明において、好ましくは、前記金属封止部材は、前記ロウ付け部間の空隙が前記金属封止部材の中心を挟んで対向する部位に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明は、上記の構成により、セラミックシリンダと金属封止部材との熱膨張係数の相違に起因する応力が、セラミックシリンダの端面でバランス良く分散緩和され、応力によってセラミックシリンダにクラックや割れ等が発生するのをさらに抑えることができる。従って、より信頼性の高い粒子加速器用真空チャンバとすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の粒子加速器用真空チャンバを以下に詳細に説明する。図１，図２は本発明の粒子加速器用真空チャンバについて実施の形態の一例を示し、図１は粒子加速器用真空チャンバの断面図、図２は粒子加速器用真空チャンバを金属封止部材側からみた正面図である。なお、図１，図２において、図５，図６と同じ部分には同じ符号を付している。図１，図２において、１はセラミックシリンダであり、２は金属封止部材であり、３は金属封止部材２に形成された空隙、４は金属パイプ、５は非磁性導電層である。
【００１５】
本発明のセラミックシリンダ１は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3），窒化ケイ素（ＳｉＮ），窒化アルミ（ＡｌＮ）等のセラミックスから成り、電気的の絶縁性の非磁性材料から成る筒状体である。また、セラミックシリンダ１は、その軸方向に垂直な断面の中央部に一対の対向する直線部を有する略長円形の貫通孔を有しており、その略長円形の貫通孔は、電子等の荷電粒子を内部で加速させるためのものである。そして、略長円形の貫通孔の内面には、チタンまたは窒化チタン等からなる非磁性導電層５が形成されており、その非磁性導電層５は、貫通孔内を通過するパルス状の荷電粒子線により励起される誘導電流を外部へ流すためのものである。
【００１６】
セラミックシリンダ１は、側壁内に複数の長孔１ａが両端面間を貫通し両端面で溝を介して折り返すように連通しているとともに周方向に並ぶように形成されている。これらの長孔１ａは、その内部に水を流してセラミックシリンダ１の内面の非磁性導電層５で発生する誘導電流による熱をセラミックシリンダ１の外側へ漏らさないように、セラミックシリンダ１を冷却するためのものである。このように、セラミックシリンダ１を冷却することによって、粒子加速器用真空チャンバの外側に設置されている電磁石を構成するフェライト等のコア材料が加熱されてその強磁性体としての特性が失われ、電磁石が本来の特性を発揮できなくなることを防止している。
【００１７】
金属封止部材２は、その主面形状がセラミックシリンダ１の端面と略同形状である厚さ0.1〜1.0ｍｍの枠状であり、無酸素銅またはＳＵＳ304，ＳＵＳ316等のステンレススチールから成る。この金属封止部材２の厚さが0.1ｍｍ未満では、セラミックシリンダ１とロウ付けする時に発生する熱応力が金属封止部材２の強度を超えるため、ロウ付け時に金属封止部材２に破断等が発生し易くなる。金属封止部材２の厚さが1.0ｍｍを超えると、セラミックシリンダ１とロウ付けする時に発生する応力がセラミックシリンダ１の強度を超えるため、ロウ付け時にセラミックシリンダ１にクラックや割れ等が発生し易くなる。
【００１８】
金属封止部材２の主面形状は、図２に示すように略長円形の貫通孔に沿うような外周形状であり、例えば略長円形、８角形等の多角形である。
【００１９】
また、金属封止部材２は、ロウ付けされる側の主面のセラミックシリンダ１の溝周囲に対向する部位がロウ付け部とされており、セラミックシリンダ１の略長円形の貫通孔の周囲の直線部と曲線部におけるロウ付け部間の空隙３の面積比が（直線部に位置する空隙の面積）：（曲線部に位置する空隙の面積）＝１：３〜１：10であることが好ましい。曲線部の空隙３ｂ（図２）の面積が直線部の空隙３ａ（図２）の面積の３倍未満では、曲線部分の空隙３ｂの面積が小さくなり、セラミックシリンダ１と金属封止部材２との熱膨張係数差によって発生する曲線部の応力を緩和することが困難となり、応力によってセラミックシリンダ１にクラックや割れ等が発生し易くなる。曲線部の空隙３ｂの面積が直線部の空隙３ａの面積の10倍超えると、金属封止部材２自身の強度低下およびセラミックシリンダ１との接合面積の低下によって、粒子加速器用真空チャンバの強度が不足してしまう。
【００２０】
なお、一つの空隙３が直線部と曲線部の両方に跨って位置する場合は、直線部に位置する部位の面積と曲線部に位置する部位の面積とに分けてそれぞれの面積を計算する。
【００２１】
また本発明において、図２に示すように、金属封止部材２は、ロウ付け部間の空隙３が金属封止部材２の中心Ｏを挟んで対向する部位に形成されていることが好ましい。セラミックシリンダ１と金属封止部材２との熱膨張係数差に起因して発生する応力がバランス良く分散緩和されるため、応力によってセラミックシリンダ１にクラックや割れ等が発生するのを抑えられる。この空隙３は、対向するもの同士の面積を同一にすることによって、さらに上記効果が向上する。
【００２２】
金属パイプ４は、冷却水を軸方向に貫通する長孔１ａに導入排出するためのものであり、セラミックシリンダ１の端面に形成された長孔１ａの折り返し部である溝を封止する金属封止部材２にロウ付け接合されている。この金属パイプ４により冷却水がセラミックシリンダ１の側壁内部を効率よく循環する。
【００２３】
ここで、図３，図４は本発明の粒子加速器用真空チャンバについて実施の形態の他の例を示すものであり、金属封止部材２の主面の平面図である。図３において、略長円形の貫通孔の周囲の直線部と曲線部における金属封止部材２のロウ付け部間の空隙３の面積比が（直線部に位置する空隙３ａの面積）：（曲線部に位置する空隙３ｂの面積）＝１：3.7となっている。図４において、空隙３の面積比が（直線部に位置する空隙３ａの面積）：（曲線部に位置する空隙３ｂの面積）＝１：10となっている。図３，図４の空隙３は、長孔１ａの開口に沿った曲線部を有する形状である。
【００２４】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何ら差し支えない。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、軸方向に垂直な断面の中央部に一対の対向する直線部を有する略長円形の貫通孔を有する筒状体であり、側壁内に複数の長孔が両端面間を貫通し両端面で溝を介して折り返すように連通しているとともに周方向に並ぶように形成されているセラミックシリンダと、セラミックシリンダの両端面にそれぞれロウ付けされた、主面形状がセラミックシリンダの端面と略同形状で無酸素銅またはステンレススチールから成る厚さ0.1〜1.0ｍｍの枠状の金属封止部材とを具備しており、金属封止部材は、ロウ付けされる側の主面の溝の周囲に対向する部位がロウ付け部とされており、略長円形の貫通孔の周囲の直線部と曲線部におけるロウ付け部間の空隙の面積比が（直線部に位置する空隙の面積）：（曲線部に位置する空隙の面積）＝１：３〜１：10であることにより、セラミックシリンダと金属封止部材の熱膨張係数の相違に起因する応力を緩和し、その応力によってセラミックシリンダにクラックや割れ等が発生することを有効に抑ることができる。また、粒子加速器用真空チャンバの水冷用の水による金属封止部材の腐食を防止できるという作用効果を有する。
【００２６】
本発明は、好ましくは、金属封止部材はロウ付け部間の空隙が金属封止部材の中心を挟んで対向する部位に形成されていることにより、セラミックシリンダと金属封止部材との熱膨張係数の相違に起因する応力がバランス良く分散緩和され、応力によってセラミックシリンダにクラックや割れ等が発生するのをさらに抑えることができる。従って、より信頼性の高い粒子加速器用真空チャンバとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の粒子加速器用真空について実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１の粒子加速器用真空チャンバを金属封止部材側からみた正面図である。
【図３】本発明の粒子加速器用真空チャンバについて実施の形態の他の例を示し、粒子加速器用真空チャンバを金属封止部材側からみた正面図である。
【図４】本発明の粒子加速器用真空チャンバについて実施の形態の他の例を示し、粒子加速器用真空チャンバを金属封止部材側からみた正面図である。
【図５】従来の粒子加速器用真空チャンバの一例の断面図である。
【図６】図５の粒子加速器用真空チャンバにおけるセラミックシリンダの端面の平面図である。
【図７】従来の粒子加速器用真空チャンバの他の例の断面図である。
【図８】図７の粒子加速器用真空チャンバにおけるセラミックシリンダの端面の平面図である。
【符号の説明】
１：セラミックシリンダ
１ａ：長孔
２：金属封止部材
３：空隙
【図１】
0003762298.tif 000002
【図２】
0003762298.tif 000003
【図３】
0003762298.tif 000004
【図４】
0003762298.tif 000005
【図５】
0003762298.tif 000006
【図６】
0003762298.tif 000007
【図７】
0003762298.tif 000008
【図８】
0003762298.tif 000009