JPH06290900A - 高周波四重極加速装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】筐体内に配設される四重極電極の配設位置精度
を保つための調整手段を備えた高周波四重極電極加速装
置を提供する。 【構成】筐体１６内の所定位置に配設される四重極電極
１〜４の配設位置を微調整可能なるよう電極支持構造が
構成される。電極支持構造は，開口部を備えた着座面２
５を筐体１６の外壁に設けて，該着座面２５の開口部か
らフランジ部２８を備えた支持部材２６を筐体１６内に
貫挿して四重極電極を支持する金属部材１８，１９に連
結することにより，四重極電極を筐体１６内の所定位置
に配設することができる。前記着座面２５に設けられた
開口部は，支持部材２６のフランジ部２７によって閉じ
られ，筐体１６の真空構造が保持され，該フランジ部２
７と着座面２５とをボルト締めする位置が調整可能に構
成されているので，支持部材２６の筐体１６への取り付
け位置を調整して四重極電極の配設位置を微調整するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，高周波四重極電極を用
いた荷電粒子加速器に係り，詳しくは，共振空洞を構成
する筐体内に配置される四重極電極を所定位置に支持す
るための高周波四重極加速装置の電極支持構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば，イオン注入，材料分析等を行う
ための高エネルギーのイオンビームを得るために，高周
波電界を利用した加速器として４個のベイン電極（四重
極電極）からなり，該ベイン電極を収容する真空容器自
身が共振空洞を兼ねた高周波四重極加速装置が用いられ
る。この高周波四重極（ＲＦＱ：Radio Frequency Quad
rupole）加速装置（以下ＲＦＱと呼称する）の従来例構
成について以下に示す。図９に示すＲＦＱ３０では，筐
体５の中心軸方向に四重極電極を形成する電極１，２，
３，４を配設して構成されている。各電極１，２，３，
４は互いに向き合った面が凹凸状に波打った形状に形成
され，互いに向かい合った電極では凹凸形状が同位相に
形成されており，互いに隣合った電極では凹凸形状が逆
位相に形成されている。このように形成された四重極電
極を収容する筐体５内に所定周波数の高周波電力を印加
すると，筐体５は共振空洞として動作し，空洞内にＴＥ
_{21 0} モードの共振周波数が励起される。このとき，互い
に向かい合った電極には同電位，互いに隣合った電極に
は逆電位が発生する。このため，４個の電極１，２，
３，４が向かい合う中心軸付近では四重極電界が発生す
る。ＴＥ₂₁₀ モードでは電極１，３がプラスのとき，電
極２，４はマイナスであり，前者がマイナスのとき，後
者はプラスとなる。このような条件に加えて電極１，
２，３，４の凹凸形状が垂直，水平に１８０度ずれて形
成されていることから，例えば，電極１，３がプラス，
電極２，４がマイナスのとき，中心軸上に軸方向の電界
が生じることになる。電極１，２，３，４の電圧極性が
逆になったときは，この電界の方向も逆になる。いま，
中心軸に沿って四重極電極の中に入射されたイオンが常
に左右方向への加速電界を受けるような速度及び位相を
もつと，電極１，２，３，４の凹凸形状の部分を通過す
る毎に加速され，単調にエネルギーが増加する。他方，
最初に減速を受けるような位相で入ってきたイオンも，
次の加速電界のときに後続のイオンの中に徐々にバンチ
ングされていき，後は単調に加速される。また，軸に直
交する平面に存在する強い高周波電界によって垂直，水
平方向には強い収束力が生じているため，非常に高い透
過率でイオンを加速させることができる。

【０００３】上記ＲＦＱ３０では，筐体５は電極１，
２，３，４と共に高周波の空洞共振器を構成しており，
その共振周波数は筐体５の幾何学的な寸法で決まってし
まうため，重いイオンを加速する加速器を構成するため
には，巨大な直径を有する筐体にしなければならず工業
的には非現実的なものとなる。そこで，コンデンサとイ
ンダクタとからなる共振回路１２を外部に設けて，任意
のイオン種を加速するに必要な周波数の高周波電力をＲ
ＦＱ３０に供給し，空洞共振器を励振して四重極電極に
高周波電位を発生させることがなされる。ところが，上
記のように外部に共振回路を設けた場合，筐体内に高周
波電力を供給するためのケーブル部分には無視できない
浮遊インダクタンス，浮遊キャパシタンスが生じて，ケ
ーブル部分でのロスによりＱ値の低下，外部擾乱を受け
やすいなどの問題点が発生し，不安定な装置となってし
まう。そこで，外部に共振回路を設けた場合の上記のよ
うな問題点を解決するため，空洞（筐体）内にインダク
タ及びコンデンサの成分を形成したＲＦＱの構成が様々
に提案されている。例えば，図１０〜図１２に示すＲＦ
Ｑ３１は，本願発明者らによって提案がなされたもの
で，筐体６０内壁の対向する側面から，それぞれ対向側
に派生させた平板電極６１，６２，６４，６５を中心軸
に平行に互いに近接させて配置することにより，比較的
大きな静電容量が得られると共に，各平板電極６１，６
２，６４，６５と筐体６０とによってインダクタを構成
して，低い周波数での共振を可能にしている。この構成
によって重いイオンの加速を行うことができる実用的な
サイズのＲＦＱを実現させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上記の
ように筐体内部に共振回路を構成する場合，四重極電極
の配設位置の精度は各構成部材の機械的な加工精度によ
って左右されてしまうため，高度な加工精度が要求され
る問題点があった。また，四重極電極の周辺は電力損失
による温度上昇のため，熱歪みによる位置精度の悪化を
生じるが，これを補正する手段がない問題点もあった。
本発明は上記問題点に鑑みて創案されたもので，筐体内
に配設される四重極電極の配設位置精度を保つための調
整手段を備えた高周波四重極電極加速装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明が採用する手段は，筒状の筐体内部の中心軸方
向に四重極電極を金属部材で支持すると共に，前記筐体
に取り付けられた支持部材と前記金属部材とを連結する
ことにより，前記四重極電極を筐体内の所定位置に配設
してなる高周波四重極加速装置において，前記支持部材
を前記筐体に取り付け位置調整可能に設けたことを特徴
とする高周波四重極加速装置として構成される。また、
上記支持部材を筐体に取り付けるボルト締め位置にスラ
ストベアリングを設けて構成することができる。

【０００６】

【作用】本発明によれば，高周波四重極加速装置におい
て，筐体内の所定位置に精度よく配置されることが要求
される四重極電極の配設位置を微調整可能なるよう電極
支持構造が構成される。この電極支持構造は，四重極電
極を支持する金属部材に対し，筐体に取り付けられた支
持部材を連結すると共に，該支持部材の筐体への取り付
け位置が調整可能に構成されている。従って，支持部材
の筐体への取り付け位置を微調整することによって，支
持部材に連結された金属部材，延いては金属部材に支持
された四重極電極の配設位置を微調整することができ
る。また，前記支持部材を筐体に取り付けるボルト締め
位置にスラストベアリングを設けて構成することによ
り，ボルト締めを行う際に，回転摩擦により設定した位
置がずれることが防止される。上記構成により，四重極
電極の配設位置を微調整することができるので，高精度
な位置精度が要求される四重極電極の配設位置精度を左
右する機械加工精度の誤差や電力損失に係る熱歪みによ
る精度低下を補正することができる。また，この配設位
置の調整を筐体外部から実施することができるので，作
業性が向上する。

【０００７】

【実施例】以下，添付図面を参照して，本発明を具体化
した実施例につき説明し，本発明の理解に供する。尚，
以下の実施例は本発明を具体化した一例であって，本発
明の技術的範囲を限定するものではない。ここに，図１
は本発明の一実施例に係るＲＦＱの構成を示す側面図
で，内部構造を明らかにするため筐体の半面を除いた状
態で示している。図２は図１におけるＡ−Ａ線矢視断面
図，図３は図１におけるＢ−Ｂ線矢視断面図，図４は電
極支持構造を明解に示すための斜視図，図５は筐体の外
壁に形成される支持部材取り付けのための着座面の例を
示す筐体上面の部分斜視図，図６は着座面に対する支持
部材の取り付け構造を示す断面図，図７は同様に着座面
に対する支持部材の取り付け構造の別実施態様を示す断
面図，図８は同様に着座面に対する支持部材の取り付け
構造の別実施態様を示す断面図である。図１，図２，図
３において，ＲＦＱ１５は，共振空洞を構成する筒状の
筐体１６の中心軸１４を中心に相対向して四重極電極
１，２，３，４が中心軸方向に配置されている。この四
重極電極１，２，３，４は，中心軸１４上に交互に配置
された第１の金属部材１８と第２の金属部材１９とによ
って支持される。四重極電極１，３は第１の金属部材１
８に，四重極電極２，４は第２の金属部材１９にそれぞ
れ直結して支持されている。また，第１の金属部材１８
には筐体１６の中心軸方向に配置された２枚の第１の金
属板２１，２１が取り付けられ，第２の金属部材１９に
は同じく筐体１６の中心軸方向に配置された２枚の第２
の金属板２２，２２が取り付けられている。前記第１の
金属板２１，２１の間には前記第２の金属部材１９に支
持された第３の金属板２３が配置され，前記第２の金属
板２２，２２の間には前記第１の金属部材１８に支持さ
れた第４の金属板２４が配置されている。このように配
置された第１の金属板２１，２１と第３の金属板２３と
の間，及び第２の金属板２２，２２と第４の金属板２４
との間でコンデンサが形成され，筐体１６にそれぞれ接
続される第１の金属板２１，２１と第２の金属板２２，
２２と筐体１６とによってインダクタが形成され，筐体
内に共振回路を構成している。

【０００８】上記第１の金属板２１と第２の金属板２２
とは，筐体１６の図示上下位置に形成された２対の着座
面２５に装着される各支持柱２６に連結されて筐体１６
に取り付けられ，各支持柱２６と共に筐体１６から各金
属部材１８，１９を支持する支持部材としての機能を併
せ構成する。筐体１６に形成される各着座面２５は，図
５に示すように，円筒状に形成された筐体１６上の外壁
に所定の平滑面に仕上げられた平面部２５ａと，該平面
部２５ａの中央部に筐体１６内部に貫通する開口部２７
とを備えて形成されている。このように形成された着座
面２５に，図４及び図６に示すように，前記開口部２７
を十分な大きさで覆うことができるフランジ部２８を備
えた支持柱２６が取り付けられる。上方に取り付けられ
る支持柱２６ａには第１の金属板２１，２１が，下方に
取り付けられる支持柱２６ｂには第２の金属板２２，２
２が，それぞれ嵌合構造で固定される。従って，この支
持柱２６と金属板２１もしくは２２とによって支持部材
が形成され，それぞれ第１の金属部材１８もしくは第２
の金属部材１９に連結して，各金属部材１８，１９によ
って支持されている四重極電極１，２，３，４を筐体１
６から支持する構成がなされる。上記支持柱２６の着座
面２５への取り付けは，図６に示すように，フランジ部
２８をボルト２９，２９によって平面部２５ａに固定す
ることによってなされる。フランジ部２８に設けられる
ボルト孔はボルト２９の直径より大なる径で開設されて
おり，また，支持柱２６の柱径は開口部２７の径より小
さく形成されているので，ボルト２９の直径より大なる
ボルト孔径の余裕分だけ支持柱２６の取り付け位置の調
整が可能となる。この支持柱２６の取り付け位置の調整
手段は，即ち，四重極電極１，２，３，４の配設位置の
調整手段となる。

【０００９】高周波四重極電極加速装置においては，荷
電粒子を効率よく収束しつつ加速するために，四重極電
極１，２，３，４の配設位置は精度よく保持されている
ことが必要であるが，四重極電極１，２，３，４を筐体
１６に支持する各支持部材（金属部材１８，１９，金属
板２１，２２，支持柱２６）の加工精度を高精度に仕上
げても精度誤差の発生は避けられず，特に筐体１６の直
径が６００mm以上になることを考慮すると，精度の確保
は非常に困難と言わざるを得ない。また，仮に精度が確
保されたとしても，電力損失による熱歪みによる精度の
低下を補正することが要求される。本実施例の構成にお
いては，前記機械加工の精度誤差や熱歪みによる精度低
下を補正するために，上記したごとく四重極電極１，
２，３，４の配設位置の調整手段が設けられる。上記支
持柱２６の取り付け位置の調整手段は，図７に示す別実
施態様のように構成することもできる。この実施態様で
は，各ボルト２９にスラストベアリング３０が取り付け
られている。この構成により，ボルト２９の締め付け時
に，ボルト２９と座金３１との間，あるいは座金３１と
フランジ部２８との間における傾きや微小突起に影響さ
れる回転移動や平行移動によって，微細な位置決めが困
難になることが解消される。

【００１０】また，上記支持柱２６の取り付け位置の調
整手段は，図８に示す更なる別実施態様のように構成す
ることができる。この実施態様では，着座面２５と支持
柱２６のフランジ部２８との間にベロー３２を配し，ボ
ルト２９を緩めた状態においても筐体１６内の真空気密
状態を保ち得るように構成されている。この構成によ
り，当該ＲＦＱ１５を動作させた状態でも，四重極電極
１，２，３，４の配設位置の調整を可能にすることがで
きる。尚，上記各図中に記載しないが，着座面２５の平
面部２５ａとフランジ部２８の内面側との間には，開口
部２７を密封して筐体１６内の真空気密をより確実に保
つための真空パッキング材が挿入される。

【００１１】

【発明の効果】以上の説明の通り本発明によれば，高周
波四重極加速装置において，高度な配設位置精度が要求
される四重極電極の配設位置を調整可能に支持すること
ができるので，四重極電極を支持する各支持部材の機械
加工精度の誤差及び電力損失に係る熱歪みによる精度ず
れを補正することができる。従って，四重極電極の配設
位置が精度よく確保される結果，効率よく荷電粒子を収
束しつつ加速することができる高周波四重極加速装置の
構成が容易になる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る高周波四重極加速装置
の構成を示す側面図。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線矢視断面図。

【図３】図１におけるＢ−Ｂ線矢視断面図。

【図４】実施例に係る電極支持構造を明解に示すための
斜視図。

【図５】実施例に係る着座面の構成例を示す筐体上面の
部分斜視図。

【図６】実施例に係る着座面に対する支持柱の取り付け
構造を示す断面図。

【図７】実施例に係る着座面に対する支持柱の取り付け
構造の別実施態様を示す断面図。

【図８】実施例に係る着座面に対する支持柱の取り付け
構造の別実施態様を示す断面図。

【図９】従来例に係るＲＦＱの構成を示す斜視図。

【図１０】従来例に係る筐体内に共振回路を構成したＲ
ＦＱの構成を示す側面図。

【図１１】同上のＣ−Ｃ′線矢視断面図。

【図１２】同上の筐体内構成を示す部分斜視図。

【符号の説明】

１，２，３，４……四重極電極 １４……中心軸 １５……高周波四重極加速装置（ＲＦＱ） １６……筐体 １８，１９……金属部材 ２１，２２……金属板（支持部材） ２５……着座面 ２６……支持柱（支持部材） ２７……開口部 ２８……フランジ部 ２９……ボルト ３０……スラストベアリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 憲一 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 日下 卓也 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 古川 行人 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 鈴木 敏司 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】筒状の筐体内部の中心軸方向に四重極電極
   を金属部材で支持すると共に，前記筐体に取り付けられ
   た支持部材と前記金属部材とを連結することにより，前
   記四重極電極を筐体内の所定位置に配設してなる高周波
   四重極加速装置において，前記支持部材を前記筐体に取
   り付け位置調整可能に設けたことを特徴とする高周波四
   重極加速装置。
2. 【請求項２】上記支持部材を筐体に取り付けるボルト締
   め位置にスラストベアリングを設けた請求項１記載の高
   周波四重極加速装置。