特開 2024-25517 加速空洞及び加速空洞の製造方法

(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】P2024025517

(43)【公開日】2024-02-26

(54)【発明の名称】加速空洞及び加速空洞の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 7/18 20060101AFI20240216BHJP

   H05H 13/04 20060101ALI20240216BHJP

【ＦＩ】

H05H7/18

H05H13/04 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022129023

(22)【出願日】2022-08-12

(71)【出願人】

【識別番号】309036221

【氏名又は名称】三菱重工機械システム株式会社

(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】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】木村 優志

(72)【発明者】

【氏名】重岡 伸之

(72)【発明者】

【氏名】阿部 哲郎

【テーマコード（参考）】

2G085

【Ｆターム（参考）】

2G085BA05

2G085EA04

(57)【要約】

【課題】容易に製造可能な加速空洞及び加速空洞の製造方法を提供する。
【解決手段】加速空洞は、導電性を有する筒形状であり、中心軸に沿った平面状の分割面で複数に分割された分割部材を接合した状態で形成される筐体と、筐体の内部に当該筐体の中心軸の軸線方向に並んだ状態で配置され、荷電粒子を通過可能な連通部により互いに連通された複数のセル部と、筐体の内部においてセル部ごとに連通部を囲う位置に配置され、軸線方向でそれぞれのセル部の内側に向けて突出し、軸線方向の先端部側から基端部側に向けて、中心軸を基準とする径方向に広がる形状に形成された突出部とを備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

導電性を有する筒形状であり、中心軸に沿った平面状の分割面で複数に分割された分割部材を接合した状態で形成される筐体と、
前記筐体の内部に当該筐体の中心軸の軸線方向に並んだ状態で配置され、荷電粒子を通過可能な連通部により互いに連通された複数のセル部と、
前記筐体の内部において前記セル部ごとに前記連通部を囲う位置に配置され、前記軸線方向でそれぞれの前記セル部の内側に向けて突出し、前記軸線方向の先端部側から基端部側に向けて前記分割面から前記中心軸の軸回り方向に離れるほど前記径方向に広がるように形成された突出部と
を備える加速空洞。

【請求項2】

前記突出部は、前記基端部を構成する基端側湾曲部と、前記先端部を構成する先端側湾曲部と、前記基端側湾曲部と前記先端側湾曲部とを接続する接続部とを有し、
前記基端側湾曲部と前記接続部との間、前記先端側湾曲部と前記接続部との間は、滑らかに接続される
請求項１に記載の加速空洞。

【請求項3】

前記中心軸を通る平面による断面視において、
前記基端側湾曲部は、円弧状であり、
前記接続部は、直線部分を含む
請求項２に記載の加速空洞。

【請求項4】

前記中心軸の軸回り方向について前記分割面から所定角度φとなる位置において、前記先端側湾曲部と前記接続部との接続位置は、当該接続位置における接線に直交する第１仮想直線と、前記中心軸に垂直な第２仮想直線との角度をα（φ）とし、ｎを正の実数とすると、
α（φ）∝（ｓｉｎφ）^ｎ
を満たすように設定される
請求項２又は請求項３に記載の加速空洞。

【請求項5】

導電性を有する筒形状であり、中心軸に沿った平面状の分割面で複数に分割された分割部材を接合した状態で形成される筐体と、
前記筐体の内部に当該筐体の中心軸の軸線方向に並んだ状態で配置され、荷電粒子を通過可能な連通部により互いに連通された複数のセル部と、
前記筐体の内部において前記セル部ごとに前記連通部を囲う位置に配置され、前記軸線方向でそれぞれの前記セル部の内側に向けて突出する突出部と
を備える加速空洞の製造方法であって、
前記分割面に対応する被加工面を有する母材の当該被加工面を切削することで、複数の前記セル部及び前記連通部に対応する凹部を形成する工程と、
前記被加工面側から前記凹部に切削工具を挿入することで、前記中心軸の軸線方向の先端部側から基端部側に向けて当該中心軸を基準とする径方向に広がる形状となるように前記突出部に対応する部分を形成する工程と
を含む加速空洞の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、加速空洞及び加速空洞の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

加速空胴は、高周波が入力されることで内部に加速電界を発生させ、電子等の荷電粒子を加速させる。このような加速空洞として、例えば中心軸の軸方向に並ぶ複数のセル部が設けられ、セル部同士が連通部により連通され、セル部ごとに連通部を囲う位置にいわゆるノーズコーンと呼ばれる突起が設けられた構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１－１０７４９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、上記のような加速空洞を製造する際、中心軸に沿った平面上の分割面で複数に分割された分割部材を予め形成し、当該分割部材同士を分割面で接合して形成する手法が提案されている。当該手法を行う場合、特許文献１に記載のような突起（ノーズコーン）を有する加速空洞においては、容易に製造可能であることが求められる。

【0005】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、容易に製造可能な加速空洞及び加速空洞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】

【0006】

本開示に係る加速空洞は、導電性を有する筒形状であり、中心軸に沿った平面状の分割面で複数に分割された分割部材を接合した状態で形成される筐体と、前記筐体の内部に当該筐体の中心軸の軸線方向に並んだ状態で配置され、荷電粒子を通過可能な連通部により互いに連通された複数のセル部と、前記筐体の内部において前記セル部ごとに前記連通部を囲う位置に配置され、前記軸線方向でそれぞれの前記セル部の内側に向けて突出し、前記軸線方向の先端部側から基端部側に向けて、前記中心軸を基準とする径方向に広がる形状に形成された突出部とを備える。

【0007】

本開示に係る加速空洞の製造方法は、導電性を有する筒形状であり、中心軸に沿った平面状の分割面で複数に分割された分割部材を接合した状態で形成される筐体と、前記筐体の内部に当該筐体の中心軸の軸線方向に並んだ状態で配置され、荷電粒子を通過可能な連通部により互いに連通された複数のセル部と、前記筐体の内部において前記セル部ごとに前記連通部を囲う位置に配置され、前記軸線方向でそれぞれの前記セル部の内側に向けて突出する突出部とを備える加速空洞の製造方法であって、前記分割面に対応する被加工面を有する母材の当該被加工面を切削することで、複数の前記セル部及び前記連通部に対応する凹部を形成する工程と、前記被加工面側から前記凹部に切削工具を挿入することで、前記中心軸の軸線方向の先端部側から基端部側に向けて当該中心軸を基準とする径方向に広がる形状となるように前記突出部に対応する部分を形成する工程とを含む。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、容易に製造可能な加速空洞及び加速空洞の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本実施形態に係る加速空洞の一例を示す平面図である。

【図2】図２は、図１におけるＡ－Ａ断面に沿った構成を示す図である。

【図3】図３は、図１におけるＢ－Ｂ断面に沿った構成を示す図である。

【図4】図４は、突出部の一例を示す斜視図である。

【図5】図５は、１つの分割部材における単位突出部の一例を示す斜視図である。

【図6】図６は、図３におけるＣ－Ｃ断面に沿った構成を示す図である。

【図7】図７は、本実施形態に係る加速空洞の製造方法の一例を示すフローチャートである。

【図8】図８は、凹部形成工程の一例を示す図である。

【図9】図９は、突出部形成工程の一例を示す図である。

【図10】図１０は、他の例に係る加速空洞を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本開示に係る加速空洞及び加速空洞の製造方法の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

【0011】

図１は、本実施形態に係る加速空洞１００の一例を示す平面図である。図２は、図１におけるＡ－Ａ断面に沿った構成を示す図である。図３は、図１におけるＢ－Ｂ断面に沿った構成を示す図である。

【0012】

図１から図３に示す加速空洞１００は、高周波が入力されることで内部に加速電界を発生させ、線源ＢＳから出射される電子等の荷電粒子Ｍを加速させる。加速空洞１００及び線源ＢＳを用いて、加速器ＡＣが構成される。加速器ＡＣは、例えば高エネルギー物理学実験や放射光施設などの学術分野、放射線治療又は検査などの医療分野、非破壊検査などの工業分野等の各種分野において用いられる。なお、以下の説明において、加速空洞１００における方向のうち中心軸ＡＸの軸線方向を説明する場合、線源ＢＳ側（荷電粒子Ｍが入射する側）を入射側と表記し、入射側の反対側（荷電粒子が出射する側）を出射側と表記する。

【0013】

図１から図３に示すように、本実施形態に係る加速空洞１００は、筐体１０と、セル部２０と、突出部３０とを備える。

【0014】

筐体１０は、導電性を有する筒形状である。筐体１０は、複数の分割部材１１を接合した状態で形成される。分割部材１１は、中心軸ＡＸに沿った平面状の分割面１２を有する。各分割部材１１は、分割面１２同士が対向した状態で接合される。各分割部材１１は、対向する分割面１２同士の間に隙間を空けた状態で設けられる。本実施形態では、筐体１０が上下方向に２つに分割された構成を例に挙げて説明する。筐体１０の分割数は、２つに限定されず、３つ以上であってもよい。分割部材１１は、全体的に互いに対向する部分が丸みを帯びた形状を有している。このため、電圧が局所的に印加されることが抑制される。

【0015】

セル部２０は、筐体１０の内部に形成される。セル部２０は、筐体１０の中心軸ＡＸの軸線方向に並んだ状態で配置される。セル部２０は、荷電粒子を通過させる連通部２１により互いに連通される。連通部２１は、中心軸ＡＸに沿って形成される。セル部２０は、上下の分割部材１１のそれぞれに設けられる単位セル部２３を組み合わせることで構成される。また、連通部２１は、上下の分割部材１１のそれぞれに設けられる単位連通部２４を組み合わせることで構成される。

【0016】

突出部３０は、筐体１０の内部においてセル部２０ごとに設けられる。突出部３０は、連通部２１を囲う位置に配置される。突出部３０は、中心軸ＡＸの軸線方向の入射側及び出射側の両側に配置される。各セル部２０において入射側に設けられる突出部３０は、中心軸ＡＸの軸線方向の出射側に向けて突出する。また、各セル部２０において出射側に設けられる突出部３０は、中心軸ＡＸの軸線方向の入射側に向けて突出する。すなわち、突出部３０は、それぞれセル部２０の内側に向けて突出する。突出部３０は、上下の分割部材１１のそれぞれに設けられる単位突出部３３を組み合わせることで構成される。

【0017】

図４は、突出部３０の一例を示す斜視図である。図４は、突出部３０を先端部３２側から見た構成を示している。

【0018】

突出部３０は、中心軸ＡＸの軸線方向の先端部３２側から基端部３１側に向けて、中心軸ＡＸを基準とする径方向に広がる形状に形成される。径方向は、中心軸ＡＸの軸線方向から見た場合の放射方向である。

【0019】

突出部３０は、分割部材１１ごとに設けられる単位突出部３３により構成される。図５は、１つの分割部材１１における単位突出部３３の一例を示す斜視図である。単位突出部３３は、分割面１２から中心軸ＡＸの軸回り方向に離れるほど径方向に広がるように形成される。なお、図４及び図５において、後述する基端側湾曲部３４ａ、先端側湾曲部３４ｂ、接続部３４ｃの境界を示す仮想線が示されているが、実際には当該境界線は視認されない状態である。

【0020】

図６は、図３におけるＣ－Ｃ断面に沿った構成を示す図である。図６では、分割面１２から中心軸ＡＸの軸回り方向に最も離れた位置（図５におけるφ＝９０°の位置）における単位突出部３３の断面を示している。図６において、単位突出部３３の外周面３４は、基端側湾曲部３４ａと、先端側湾曲部３４ｂと、接続部３４ｃとを有する。

【0021】

基端側湾曲部３４ａは、基端部３１を構成する部分である。基端側湾曲部３４ａは、例えば図６の断面形状において所定の径Ｒを有する円弧状である。径Ｒについては予め設定することができる。

【0022】

先端側湾曲部３４ｂは、先端部３２を構成する部分である。先端側湾曲部３４ｂは、例えば円弧状等、任意の曲線状に形成される。先端側湾曲部３４ｂの形状については、予め設定してもよいし、後述する接続位置３４ｄに応じて設定してもよい。

【0023】

接続部３４ｃは、基端側湾曲部３４ａと先端側湾曲部３４ｂとを接続する。接続部３４ｃは、例えば一部に直線部分を含んでもよい。なお、接続部３４ｃは、全体が直線状であってもよいし、直線部分を含まない形状であってもよい。接続部３４ｃの形状については、予め設定してもよいし、後述する接続位置３４ｄに応じて設定してもよい。

【0024】

基端側湾曲部３４ａと接続部３４ｃとの間は、滑らかに接続される。また、先端側湾曲部３４ｂと接続部３４ｃとの間は、滑らかに接続される。

【0025】

中心軸ＡＸの軸回り方向について分割面１２から所定角度φとなる位置において、先端側湾曲部３４ｂと接続部３４ｃとの接続位置３４ｄは、以下のように設定することができる。つまり、接続位置３４ｄにおける接線に直交する第１仮想直線Ｌ１と、中心軸ＡＸに垂直な第２仮想直線Ｌ２との角度をα（φ）とすると、
α（φ）∝（ｓｉｎφ）^ｎ
を満たすように接続位置３４ｄが設定される（ただし、ｎは正の実数である）。本実施形態において、ｎの値を例えば自然数とすることができる。ｎの値が自然数である場合、例えばｎ＝６とすることができる。なお、ｎの値が自然数である場合には、６に限定されず５以下又は７以上であってもよい。

【0026】

また、第２仮想直線Ｌ２と接続部３４ｃとの間の角度θについては、φ＝９０°で最小値となるように任意に設定することができる。図６に示す例において、θ＝６０°としているが、この値に限定されない。

【0027】

次に、上記のように構成された加速空洞１００の製造方法について説明する。図７は、本実施形態に係る加速空洞１００の製造方法の一例を示すフローチャートである。図７に示すように、本実施形態に係る加速空洞１００の製造方法は、凹部形成工程Ｓ１０と、突出部形成工程Ｓ２０と、接合工程Ｓ３０とを含む。

【0028】

図８は、凹部形成工程Ｓ１０の一例を示す図である。図８では、１つのセル部２０について代表させて示している。図８に示すように、凹部形成工程Ｓ１０では、分割面１２に対応する被加工面５２を有する母材５０の当該被加工面５２を切削することで、複数のセル部２０及び連通部２１に対応する凹部５１を形成する。

【0029】

図９は、突出部形成工程Ｓ２０の一例を示す図である。図９では、図８と同様に１つのセル部２０について代表させて示している。図９に示すように、突出部形成工程Ｓ２０では、被加工面５２側から凹部５１に切削工具Ｔを挿入することで、中心軸ＡＸの軸線方向の先端部３２側から基端部３１側に向けて当該中心軸ＡＸを基準とする径方向に広がる形状となるように突出部３０に対応する単位突出部３３を形成する。母材５０に単位突出部３３を形成することにより、分割部材１１が形成される。

【0030】

単位突出部３３の形状が先端部３２側から基端部３１側に向けて当該中心軸ＡＸを基準とする径方向に広がる形状であるため、切削工具Ｔを挿入して単位突出部３３のうち被加工面５２から中心軸ＡＸの軸回り方向に離れた位置を切削する際、切削工具Ｔと単位突出部３３との干渉を抑制できる。

【0031】

接合工程Ｓ３０では、形成された分割部材１１同士を接合する。分割部材１１は、分割面１２同士が所定の隙間を空けた状態で対向するように接合する。分割部材１１同士を接合することにより、加速空洞１００が形成される。

【0032】

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。

【0033】

図１０は、他の例に係る加速空洞２００を示す図である。図１０に示すように、加速空洞２００は、筐体１１０が３つ以上の分割部材１１１を有する構成であってもよい。図１０に示す例において、分割部材１１１は、４つ設けられる。４つの分割部材１１１は、中心軸ＡＸを通る平面により中心軸ＡＸの軸回り方向について等しい寸法に分割された構成である。セル部１２０は、４つの分割部材１１１のそれぞれに設けられる単位セル部１２３を組み合わせることで構成される。また、連通部１２１は、４つの分割部材１１１のそれぞれに設けられる単位連通部１２４を組み合わせることで構成される。

【0034】

加速空洞２００において、１つの分割部材１１１について、分割面１１２が互いに直交するように２つ設けられる。この場合、突出部１３０は、分割面１１２から中心軸ＡＸの軸回り方向に離れるほど径方向に広がるように形成される。つまり、それぞれの分割部材１１１において、単位突出部１３３は、中心軸ＡＸの軸回り方向について、２つの分割面１１２との間の角度が４５°となる方向に向けて径方向に外周面１３４が広がるように形成される。

【0035】

なお、図１０では、加速空洞２００の分割数が４つの場合を例に挙げて説明したが、加速空洞の分割数が３又は５以上の場合においても同様の説明が可能である。

【0036】

ここで、加速空洞の分割数をＭとすると、突出部３０の先端側湾曲部３４ｂと接続部３４ｃとの接続位置３４ｄについて、
α（φ）∝（ｓｉｎφ）^ｎ
を満たす場合、φの値が０以上、π／２Ｍ未満となる範囲、及びφの値がπ／Ｍ以上、３π／２Ｍ未満となる範囲においては、φの値が大きくなるに従ってα（φ）の値が大きくなる、すなわちα（φ）が単調増加となる。

【0037】

一方、φの値がπ／２Ｍ以上、π／Ｍ未満となる範囲、及びφの値が３π／２Ｍ以上、２π／Ｍ未満となる範囲においては、φの値が大きくなるに従ってα（φ）の値が小さくなる、すなわちα（φ）が単調減少となる。

【0038】

以上のように、本開示の第１態様に係る加速空洞は、導電性を有する筒形状であり、中心軸ＡＸに沿った平面状の分割面１２で複数に分割された分割部材１１を接合した状態で形成される筐体１０と、筐体１０の内部に当該筐体１０の中心軸ＡＸの軸線方向に並んだ状態で配置され、荷電粒子を通過可能な連通部２１により互いに連通された複数のセル部２０と、筐体１０の内部においてセル部２０ごとに連通部２１を囲う位置に配置され、軸線方向でそれぞれのセル部２０の内側に向けて突出し、軸線方向の先端部３２側から基端部３１側に向けて分割面１２から中心軸ＡＸの軸回り方向に離れるほど径方向に広がるように形成された突出部３０とを備える加速空洞１００である。

【0039】

この構成によれば、突出部３０の形状が先端部３２側から基端部３１側に向けて中心軸ＡＸを基準とする径方向に広がる形状である。このため、分割部材１１を製造する場合において、切削工具Ｔを挿入して単位突出部３３のうち被加工面５２から中心軸ＡＸの軸回り方向に離れた位置を切削する際、切削工具Ｔと単位突出部３３との干渉を抑制できる。したがって、容易に製造可能な加速空洞１００を提供できる。

【0040】

本開示の第２態様に係る加速空洞は、第１態様に係る加速空洞において、突出部３０が、基端部３１を構成する基端側湾曲部３４ａと、先端部３２を構成する先端側湾曲部３４ｂと、基端側湾曲部３４ａと先端側湾曲部３４ｂとを接続する接続部３４ｃとを有し、基端側湾曲部３４ａと接続部３４ｃとの間、先端側湾曲部３４ｂと接続部３４ｃとの間が、滑らかに接続される。

【0041】

この構成によれば、基端側湾曲部３４ａと接続部３４ｃとの間、先端側湾曲部３４ｂと接続部３４ｃとの間が滑らかに接続されるため、突出部３０の全体が滑らかな面により形成される。したがって、加速空洞１００の使用時に、突出部３０において過度に電圧がかかる部分が発生することを抑制できる。

【0042】

本開示の第３態様に係る加速空洞は、第２態様に係る加速空洞において、中心軸ＡＸを通る平面による断面視において、基端側湾曲部３４ａは、円弧状であり、接続部３４ｃは、直線部分を含む。

【0043】

この構成によれば、突出部３０の基端部３１側が径方向に広がった構成を容易に設計することができる。

【0044】

本開示の第４態様に係る加速空洞は、第２態様又は第３態様に係る加速空洞において、中心軸ＡＸの軸回り方向について分割面１２から所定角度φとなる位置において、先端側湾曲部３４ｂと接続部３４ｃとの接続位置３４ｄは、当該接続位置３４ｄにおける接線に直交する第１仮想直線と、中心軸ＡＸに垂直な第２仮想直線との角度をα（φ）とし、ｎを正の実数とすると、
α（φ）∝（ｓｉｎφ）^ｎ
を満たすように設定される。

【0045】

この構成によれば、突出部３０の先端部３２側の設計を容易かつ適切に行うことができる。

【0046】

本開示の第５態様に係る加速空洞の製造方法は、導電性を有する筒形状であり、中心軸ＡＸに沿った平面状の分割面１２で複数に分割された分割部材１１を接合した状態で形成される筐体１０と、筐体１０の内部に当該筐体１０の中心軸ＡＸの軸線方向に並んだ状態で配置され、荷電粒子を通過可能な連通部２１により互いに連通された複数のセル部２０と、筐体１０の内部においてセル部２０ごとに連通部２１を囲う位置に配置され、軸線方向でそれぞれのセル部２０の内側に向けて突出する突出部３０とを備える加速空洞の製造方法であって、分割面１２に対応する被加工面５２を有する母材の当該被加工面５２を切削することで、複数のセル部２０及び連通部２１に対応する凹部５１を形成する工程と、被加工面５２側から凹部５１に切削工具Ｔを挿入することで、中心軸ＡＸの軸線方向の先端部３２側から基端部３１側に向けて当該中心軸ＡＸを基準とする径方向に広がる形状となるように突出部３０に対応する単位突出部３３を形成する工程とを含む。

【0047】

この構成によれば、単位突出部３３の形状が先端部３２側から基端部３１側に向けて当該中心軸ＡＸを基準とする径方向に広がる形状であるため、切削工具Ｔを挿入して単位突出部３３のうち被加工面５２から中心軸ＡＸの軸回り方向に離れた位置を切削する際、切削工具Ｔと単位突出部３３との干渉を抑制できる。したがって、容易に製造可能な加速空洞１００の製造方法を提供できる。

【符号の説明】

【0048】

１０ 筐体
１１，１１１ 分割部材
１２，１１２ 分割面
２０ セル部
２１ 連通部
３０，１３０ 突出部
３１ 基端部
３２ 先端部
３３，１３３ 単位突出部
３４ 外周面
３４ａ 基端側湾曲部
３４ｂ 先端側湾曲部
３４ｃ 接続部
３４ｄ 接続位置
５０ 母材
５１ 凹部
５２ 被加工面
１００，２００ 加速空洞
ＡＣ 加速器
ＡＸ 中心軸
ＢＳ 線源
Ｌ１ 第１仮想直線
Ｌ２ 第２仮想直線
Ｍ 荷電粒子
Ｓ１０ 凹部形成工程
Ｓ２０ 突出部形成工程
Ｓ３０ 接合工程
Ｔ 切削工具

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】