特開 2020-61242 加速器用高周波カプラ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-61242(P2020-61242A)

(43)【公開日】2020年4月16日

(54)【発明の名称】加速器用高周波カプラ

(51)【国際特許分類】

   H05H 7/02 20060101AFI20200319BHJP

   H01P 3/06 20060101ALI20200319BHJP

【ＦＩ】

   H05H7/02

   H01P3/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2018-190867(P2018-190867)

(22)【出願日】2018年10月9日

(71)【出願人】

【識別番号】503382542

【氏名又は名称】キヤノン電子管デバイス株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504151365

【氏名又は名称】大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高橋 秀治

(72)【発明者】

【氏名】山本 康史

(72)【発明者】

【氏名】加古 永治

(72)【発明者】

【氏名】山本 明

(72)【発明者】

【氏名】道園 真一郎

【テーマコード（参考）】

2G085

5J014

【Ｆターム（参考）】

2G085BA08

2G085BB17

2G085BD03

2G085BE03

2G085BE06

5J014BA02

(57)【要約】

【課題】 信頼性の高い加速器用高周波カプラを提供する。
【解決手段】 加速器用高周波カプラは、外導体と、外導体の内周側に設けた内導体と、内導体の内部に内導体の軸線方向に移動自在に設けたロッドと、ロッドの先端部と前記内導体との間を気密に保持するベローズと、内導体の内部に設けて前記ロッドを支持するセラミックス製の支持部材と、を備えている。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外導体と、
前記外導体の内周側に設けた内導体と、
前記内導体の内部に前記内導体の軸線方向に移動自在に設けたロッドと、
前記ロッドの先端部と前記内導体との間を気密に保持するベローズと、
前記内導体の内部に設けて前記ロッドを支持するセラミックス製の支持部材と、を備える加速器用高周波カプラ。

【請求項2】

前記支持部材は、前記ロッドの長手方向に複数設けてある請求項１に記載の加速器用高周波カプラ。

【請求項3】

前記支持部材は、前記ロッドに固定してある請求項１又は２に記載の加速器用高周波カプラ。

【請求項4】

前記支持部材は、内導体の内周面に固定してあると共に前記ロッドを挿通する挿通孔が形成してある請求項１又は２に記載の加速器用高周波カプラ。

【請求項5】

前記支持部材は、前記内導体との間又は前記ロッドとの間に真空引き用の空間を形成している請求項１乃至４のいずれか一項に記載の加速器用高周波カプラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、加速器用高周波カプラに関する。

【背景技術】

【0002】

荷電粒子（電子、イオン、陽子）加速器において、クライストロンのような高周波増幅器から放出された高周波（マイクロ波）を加速空洞に入射する際に必要となる加速器用高周波カプラが公知である。
特許文献１には、加速器用高周波カプラとして、内導体と外導体を備えるものが開示されている。
この種の加速器用高周波カプラにおいて、内導体の内部にロッドを挿入してロッドの先端部の位置を調節自在に設けると共に、ロッドの先端部をベローズ等で覆うものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５４９８０５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、内導体の内部に挿入したロッドがその長手方向で撓むおそれがあった。ロッドが撓むと、先端部の位置調整が正確にできなくなり、信頼性が低下するという不都合がある。

【0005】

本実施形態の目的は、信頼性の高い加速器用高周波カプラを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一実施形態は、外導体と、前記外導体の内周側に設けた内導体と、前記内導体の内部に前記内導体の軸線方向に移動自在に設けたロッドと、前記ロッドの先端部と前記内導体との間を気密に保持するベローズと、前記内導体の内部に設けて前記ロッドを支持するセラミックス製の支持部材と、を備える加速器用高周波カプラである。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、第１実施の形態に係る加速器用高周波カプラの縦断面図である。

【図2】図２は、図１に示す加速器用高周波カプラのCold側導体部を示す縦断面図である。

【図3】図３は、図２に示す支持部材とロッドの固定状態を示す図であり、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ断面図である。

【図4】図４は、第２実施の形態に係る加速器用高周波カプラのCold側導体部を示す縦断面図である。

【図5】図５は、第３実施の形態に係る加速器用高周波カプラのCold側導体部を示す縦断面図である。

【図6】図６は、図５に示す支持部材と内導体との固定状態を示す縦断面図である。

【図7】図７は、第４実施の形態に係る加速器用高周波カプラのCold側導体部を示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下に、図面を参照しながら、一実施形態について詳細に説明する。なお、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

【0009】

まず、図１〜図３を参照して、第１実施の形態について説明する。第１実施の形態にかかる加速器用高周波カプラ２０は、大型加速器に装着されるものであり、大型加速器では、超伝導化をはかる為、起動時には室温、運転時には液体Ｈｅ（ヘリウム）温度相当になる。
図１に示すように、加速器用高周波カプラ２０は、加速器の空洞（キャビティ）側のCold(コールド)側導体部２１と、加速器の空洞側から離れたWarm（ウォーム）側導体部２３とに区画されている。
Cold側導体部２１は、加速器の空洞と同じく超伝導の臨界温度にするために液体Ｈｅ温度相当の極低温に維持される部分であり、高周波が伝送されてくる導波管側（高周波入力側）に向かって本体の温度は常温に近づいていく。
Warm側導体部２３は、常温領域である。

【0010】

図１及び図２に示すように、Cold側導体部２１には、Cold側外導体（外導体）４と、Cold側内導体（内導体）１と、ロッド１２と、支持部材１３ａが設けられている。
Cold側内導体１はCold側外導体４の内周側に設けられている。
Cold側内導体１及びCold側外導体４は、Cold側高周波窓５を介してそれぞれ対応するWarm側内導体６及びWarm側外導体９に連結されている。
Cold側内導体１、Cold側外導体４及びロッド１２は金属材製であり、例えばステンレス鋼材製である。

【0011】

Cold側内導体１内は、加速器の空洞内と同じく超高真空（１０^-8 Ｐａ（パスカル）相当）が維持されている。Cold側高周波窓５よりも上流側、すなわち高周波が伝送されてくる導波管側に向かって本体の温度は常温に近づいていくが、Warm側導体部２３に設けてあるWarm側高周波窓８までのCold側内導体（内導体）１及びWarm側内導体６は液体窒素温度相当に保たれ、Cold側高周波窓５とWarm側高周波窓８の間の空間は超高とはいかなくても相応の真空圧力に保たれている。
加速器用高周波カプラ２０は高周波入口部から先端の空洞挿入部までの間で常温から液体He温度まで温度勾配を持つことになるので、特に軸方向の熱収縮に対応できるように、Warm側内導体６及びWarm側外導体９には、Warm側ベローズ７ａ、７ｂ、１０が設けてある。Warm側ベローズ７ａ、７ｂ間には中間シリンダ１４が設けられている。

【0012】

Warm側導体部２３にはWarm側ベローズ１０の外周側に外導体支持ロッド１１が設けてあり、この外導体支持ロッド１１でWarm側外導体９支えることにより差圧によって圧壊しないような構成としている。
Cold側内導体１及びWarm側内導体６は、加速器用高周波カプラ２０の中心軸Ｘと同軸に設けており、正面視ドーナツ型円板形状をしたCold側高周波窓５及びWarm側高周波窓８の中心穴部５ａ、８ａにロウ接合されて気密が維持できるようにしてある。

【0013】

ロッド１２は、Cold側内導体１及びWarm側内導体６の内部に亘って、これらの軸線Ｘ方向に移動自在に設けてある。ロッド１２の先端部にはアンテナ部２が設けてある。アンテナ部２は、Cold側内導体１の加速器空洞側端１ａから突出して設けてあり、アンテナ部２とCold側内導体１との間にはCold側ベローズ３が気密状態で伸縮自在に取り付けてある。

【0014】

ロッド１２には、Cold側内導体１内でロッド１２を支持するセラミックス製の支持部材１３ａが設けてある。
第１実施の形態では、Cold側内導体１において、１つの支持部材１３ａが、加速器空洞側端１ａに近接した位置に配置されている。
支持部材１３ａはロッド１２に固定されている。ここで、支持部材１３ａの形状及び固定について説明する。

【0015】

図３（ｂ）に示すように、支持部材１３ａは円盤状のセラミック板材の対向する両側部を直線状に切除して形成してあり、正面視で中央部にロッド１２の挿通孔１８（図３（ａ）参照）が形成してあると共に、外周には円弧部１６と直線部１７を有する。この外周形状により、Cold側内導体１の内周面１ｃと直線部１７との間に空間１９が形成されている。空間１９はCold側内導体１内を真空引き用の空間として用いることができる。また、空間１９を形成することにより、支持部材１３ａとCold側内導体１とが接触する場合でも接触面積を少なくでき、摩擦抵抗を低減できる。
また、図３（ａ）に示すように、支持部材１３ａの角部は面取り２６がしてあり、Cold側内導体１の内周面１ｃとの引っ掛かりや傷を防止している。

【0016】

次に、支持部材１３ａとロッド１２の固定について説明する。ロッド１２には、その軸線方向で支持部材１３ａを挟む位置にそれぞれ溝２４が形成されており、各溝２４にＣリング１５を嵌め込んで支持部材１３ａをロッド１２に止めている。

【0017】

次に、本実施の形態にかかる加速器用高周波カプラ２０の作用効果について、説明する。
図１に示すように、Cold側内導体１及びWarm側内導体６には、先端部にアンテナ部２を設けたロッド１２が軸線Ｘ方向に移動自在に設けてあり、加速器用高周波カプラ２０を大型加速器に装着したときに、ロッド１２を軸線Ｘ方向に移動してアンテナ部２の位置を調整する。
ロッド１２には、Cold側内導体１内に配置した支持部材１３ａを設けているので、ロッド１２の撓みを防止できる。
特に、本実施の形態では、ロッド１２は、アンテナ部２とCold側ベローズ３の重量を受けるが、支持部材１３ａによりCold側内導体１に支持されるので、このような偏心した荷重がかかる場合でもロッド１２の撓みを確実に防止できる。

【0018】

図３（ａ）に示すように、支持部材１３ａはロッド１２に固定してあり、Cold側内導体１内を移動可能であるから、ロッド１２を移動してアンテナ部２の位置決めをした後にも、ロッド１２やCold側内導体１の伸縮の影響を受けない。
支持部材１３ａはロッド１２に形成した溝２４にＣリング１５を嵌めて固定しているので、セラミック材であっても鋼材製のロッド１２に容易に固定できる。
図３（ｂ）に示すように、支持部材１３ａは、正面視において外周に円弧部１６と直線部１７を有する形状として、Cold側内導体１の内周面１ｃと直線部１７との間に真空引き用の空間１９を形成しているので、支持部材１３ａが真空引きの邪魔にならない。支持部材１３ａはCold側内導体１の内周面１ｃとの間に空間１９を形成することにより、支持部材１３ａとCold側内導体１とが接触する場合でも接触面を少なくでき、摩擦抵抗を低減できる。
支持部材１３ａは、セラミックス製としているので、大電力高周波による高い温度の発熱があってもロッド１２と融着しないと共に冷却時の変形が少ない。

【0019】

以下に他の実施の形態について説明するが、以下に説明する実施の形態において、上述した第１実施の形態と同一の作用効果を奏する部分には、同一の符号を付して、その部分の詳細な説明を省略する。
図４を参照して、第２実施の形態について説明する。
この第２実施の形態では、Cold側内導体（内導体）１には、その加速器空洞側端１ａと高周波入力側端１ｂとの間に間隔をあけて２つの支持部材１３ａ、１３ｂを設けている。
支持部材１３ａ、１３ｂはいずれも上述した第１実施の形態と同様にしてＣリング１５（図３参照）でロッド１２に固定されている。

【0020】

この第２実施の形態によれば、上述した第１実施の形態と同様の作用効果を奏することができると共に、ロッド１２は複数の支持部材１３ａ、１３ｂで支持しているので、ロッド１２の変形防止を更に高めることができる。
更に、支持部材１３ｂは、Cold側内導体（内導体）１の高周波入力側端１ｂから離れた位置に設けているので、ロッド１２に伸縮が生じても高周波入力側端１ｂが干渉するのを防止できる。

【0021】

図５及び図６を参照して、第３実施の形態について説明する。
この第３実施の形態では、第１実施の形態と同様にCold側内導体（内導体）１内には１つの支持部材１３ａを設けているが、支持部材１３ａはCold側内導体（内導体）１の内周面１ｃに固定しており、支持部材１３ａにロッド１２を挿通していることが第１実施の形態と異なっている。
即ち、図６に示すように、支持部材１３ａの固定は、Cold側内導体（内導体）１の内周面１ｃに間隔をあけて形成した一対の溝２７、２７を形成して、各溝２７、２７にＣリング２９を嵌めて支持部材１３ａを固定している。
ロッド１２は支持部材１３ａの中心に形成した挿通孔１８を移動自在にしてある。
この第３実施の形態によれば、第１実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

【0022】

図７を参照して、第４実施の形態について説明する。
この第４実施の形態では、Cold側内導体（内導体）１に２つの支持部材１３ａ、１３ｂを固定していることが第３実施の形態と異なっている。
一方の支持部材１３ａは、第３実施の形態と同様に、Cold側内導体（内導体）１の内周面１ｃに形成した各溝２７、２７にＣリング２９を嵌めて支持部材１３ａを固定している（図６参照）。
図７に破線で抜き出して示すように、他方の支持部材１３ｂは、Cold側内導体（内導体）１の高周波入力側端１ｂに加速器空洞側から当接して配置し、高周波入力側端１ｂから支持部材１３ｂの巾寸法分離れた位置に形成した溝３３にＣリング３５を嵌めて固定してある。即ち、支持部材１３ｂは、Cold側内導体（内導体）１の高周波入力側端１ｂとＣリング３５とに挟まれて固定されている。
尚、他方の支持部材１３ｂにも一方の支持部材１３ａと同様に、その中心にロッド１２が挿通する挿通孔３７が形成されている。
この第４実施の形態によれば、上述した第２実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。

【0023】

上述した一実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0024】

例えば、上述した各実施の形態において、支持部材１３ａ、１３ｂの形状は正面視、多角形にして、多角形の辺部がCold側内導体（内導体）１の内周面１ｃとの間に空間１９を形成するようにしても良い。
第１及び第２実施の形態において、支持部材１３ａ、１３ｂをロッド１２に固定する方法は、キー溝を形成してキー溝に楔を嵌めて固定しても良い。同様に、第３及び第４の実施形態においても、Cold側内導体（内導体）１の内周面１ｃにキー溝を形成してキー溝に楔を嵌めて固定しても良い。

【符号の説明】

【0025】

１…Cold側内導体（内導体）、３…Cold側ベローズ（ベローズ）、４…Cold側外導体（外導体）、１２…ロッド、１３ａ、１３ｂ…支持部材、２０…加速器用高周波カプラ、Ｘ…内導体の軸線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】