JP6012848B2 - 電磁石支持台 - Google Patents

Description

本発明は、例えば研究、医療、工業分野に用いられる加速器やビーム輸送系等に用いられる大型電磁石を支持する電磁石支持台に関する。

一般に、癌治療等で使用される粒子線治療装置は、荷電粒子ビームを発生するビーム発生装置と、ビーム発生装置につながれ、発生した荷電粒子ビームを加速する加速器と、加速器で設定されたエネルギーまで加速された後に出射される荷電粒子ビームを輸送するビーム輸送系と、ビーム輸送系の下流に設置され、荷電粒子ビームを照射対象に照射するための粒子線照射装置とを備える。任意の角度から照射対象に荷電粒子ビームを照射するために、粒子線照射装置は３次元照射用の回転ガントリに設置される。

シンクロトロン等の加速器（円形加速器）で荷電粒子を周回加速させ、高エネルギーまで加速された荷電粒子（陽子や炭素イオン等）をその周回軌道から取り出し、ビーム状となった荷電粒子（荷電粒子ビーム、粒子線とも称する）は、ビーム輸送系で輸送して所望の対象物に照射する物理実験や、癌の治療などの粒子線治療に利用されている。加速した荷電粒子による癌治療、所謂、粒子線治療においては、治療する際、重要臓器を避けるためや、正常組織に損傷を与えることを防ぐために、照射方向を変えることが一般的に行われている。患者に対して任意の方向から照射するために、前述した回転ガントリに設置された粒子線照射装置を用いる。

シンクロトロン等の加速器は、荷電粒子ビームが周回する環状の加速管や、荷電粒子ビームの周回軌道を制御するための偏向電磁石や四極電磁石、高周波加速電圧によって発生する電界にて荷電粒子ビームを加速する加速空洞、荷電粒子ビームを加速管内に導入する入射装置、および、加速した荷電粒子ビームを外部に取り出す出射装置等で構成される。偏向電磁石や四極電磁石等は、荷電粒子ビームが加速管に衝突することなく周回させるために、位置や角度等の調整であるアライメントが行われる。また、ビーム輸送系についても、荷電粒子ビームが輸送管に衝突することなく粒子線照射装置へ輸送するために、位置や角度等の調整であるアライメントが行われる。

例えば、特許文献１には、架台に設置された加速器用電磁石を、複数の調整ボルト及びアクチュエータを用いて位置及び姿勢を調整する高エネルギー加速器用電磁石のアライメントシステムが記載されている。特許文献１のアライメントシステムは、１つの電磁石に対して水平方向に調整するための４つの調整ボルトと鉛直方向に調整するための４つの調整ボルトを備え、各調整ボルトはアクチュエータで制御していた。

また、特許文献２には、荷電粒子ビームを加速する前段加速装置と、前段加速装置から出射された荷電粒子ビームをさらに加速するシンクロトロンとが立体的に配置された加速器システムが記載されている。前段加速装置とシンクロトロンとを接続するビーム輸送手段は、垂直に配置される。ビーム輸送手段の偏向電磁石及び四極電磁石は、固定板に固定され、この固定板は遮蔽壁に固定された板状の架台の側面に垂直に配置されていた。

特開２００６―３０２８１８号公報（００１６段〜００１８段、図１、図２） 特開２００９―２１７９３８号公報（００２７段〜００３１段、図２、図３）

特許文献１のアライメントシステムは、４つの鉛直方向に調整するための調整ボルトで偏向電磁石を支持しており、荷電粒子ビームの入射側と出射側で高さが大きく異なる場合、すなわち加速器が設置される床に対して荷電粒子ビームの入射角度と出射角度が異なる場合には、偏向電磁石のずれ防止や設置角度を維持する支持構造が別途必要になる。このように、特許文献１のアライメントシステムは、配置自由度が低く、機器全体が大型化する問題があった。

特許文献２の加速器システムは、垂直に配置されたビーム輸送手段において偏向電磁石及び四極電磁石を固定するために巨大な板（架台）や固定板を用いていたので、複雑で開放空間が少なく、偏向電磁石及び四極電磁石へ電気を供給するためのケーブルの配置及び電磁石を冷却する冷却水配管の配置に対しても、設置場所の制約が大きいなどの問題点があった。

本発明は、大型電磁石の配置自由度が高く、機器全体をコンパクトにできる大型電磁石を支持する電磁石支持台を得ることを目的とする。

本発明に係る電磁石支持台は、互いに対向する側面に設けられ、互いの中心軸が一致した２つのトラニオンからなるトラニオン対を有する電磁石を支持するものであり、トラニオンの数と同数個あり、トラニオンの外面を覆うように係合する係合部が設けられた支持金具と、支持金具の鉛直方向位置を調整する鉛直方向調整部を介して支持金具を保持する架台とを備えたことを特徴とする。また、本発明に係る他の電磁石支持台は、互いに対向する側面に設けられ、互いの中心軸が一致した２つの窪みである係合部からなる係合部対を有する電磁石を支持するものであり、係合部の数と同数個あり、係合部に外面を挿入するように係合するトラニオンが設けられた支持金具と、支持金具の鉛直方向位置を調整する鉛直方向調整部を介して支持金具を保持する架台とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る電磁石支持台によれば、電磁石をトラニオン及びトラニオンに係合する係合部を用いて支持するので、大型電磁石の配置自由度が高く、機器全体をコンパクトにできる。

本発明の実施の形態１による電磁石支持台を示す図である。 図１のＡ部の拡大図である。 図１のＡ部の側面図である。 本発明の実施の形態１による電磁石支持台と電磁石との係合関係を示す図である。 本発明の実施の形態２による電磁石支持台を示す図である。 図５のＢ部の拡大図である。 図５のＢ部の側面図である。 本発明の実施の形態２による電磁石支持台と電磁石との係合関係を示す図である。 本発明の実施の形態３による電磁石支持台を示す図である。 図９のＣ部の拡大図である。 図９のＣ部の側面図である。 本発明の実施の形態３による電磁石支持台と電磁石との係合関係を示す図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による電磁石支持台を示す図である。図２は図１のＡ部の拡大図であり、図３は図１のＡ部の側面図である。図４は本発明の実施の形態１による電磁石支持台と電磁石との係合関係を示す図であり、要部は断面で示した。電磁石カバー３１に覆われた電磁石３０は、電磁石支持台２０により支持される。電磁石支持台２０は、床３５に設置される下部架台２４と、上部架台２３と、電磁石３０を支持する複数の支持金具１０と、水平方向調整部２２と、鉛直方向調整部２１とを備える。電磁石カバー３１には、支持金具１０と係合する複数のトラニオン３２を備える。下部架台２４、上部架台２３、水平方向調整部２２は、架台２６を構成する。電磁石３０は、荷電粒子ビームのビーム経路を制御する。

図３や図４に示すように、トラニオン３２は、円筒形の突起であり、支持金具１０にはめ込まれる。トラニオン３２は、トラニオン３２の中心軸３４に対して回転可能に支持金具１０により支持される。支持金具１０は、鉛直方向調整部２１に接続される底板１６と、トラニオン３２に係合する連結板１２と、底板１６及び連結板１２に接続された側板１５とを備える。トラニオンを用いた電磁石支持台を、トラニオン方式の電磁石支持台と呼ぶことにする。

水平方向調整部２２は、上部架台２３の位置をＸ方向に調整する調整ボルト１７ａ及び上部架台２３の位置をＹ方向に調整する調整ボルト１７ｂを備える。鉛直方向調整部２１は、上部架台２３に対する支持金具１０の位置をＺ方向に調整する。鉛直方向調整部２１は、調整ねじ棒１３とナット１４を備える。

トラニオン３２の外面（円面及び円筒側面）は精度よく加工されている。電磁石３０に対向して配置された２つのトラニオン３２であるトラニオン対３３は、各トラニオン３２の中心軸３４が一致するようになっている。連結板１２には、トラニオン３２と係合する窪みである係合部１９が精度よく加工されている。連結板１２には中心軸３４を中心にした貫通孔１８が形成され、トラニオン３２には中心軸３４を中心にしたねじ孔３６が形成されている。トラニオン３２に支持金具１０を嵌合するように係合し、固定ボルト１１によって支持金具１０とトラニオン３２が離れないように連結している。貫通孔１８と固定ボルト１１の軸とは接触していないので、トラニオン３２の外面と支持金具１０の係合部１９との摺動を妨げることはない。

電磁石３０の設置方法を説明する。図１に示した電磁石３０は図における左右に２つのトラニオン対３３、すなわち４つのトラニオン３２を備えている。例えば左側のトラニオン対３３（第１のトラニオン対）は荷電粒子ビームの入射側に配置されたものであり、右側のトラニオン対３３（第２のトラニオン対）は荷電粒子ビームの出射側に配置されたものである。各トラニオン３２に支持金具１０を勘合し、固定ボルト１１で各トラニオン３２と支持金具１０を連結する。支持金具１０と上部架台２３を調整ねじ棒１３及びナット１４で結合する。その後、鉛直方向調整部２１及び水平方向調整部２２を用いて、電磁石３０の位置及び姿勢を調整する。図１の例では、第１のトラニオン対におけるトラニオン３２に係合する支持金具１０は、第２のトラニオン対におけるトラニオン３２に係合する支持金具１０の鉛直方向位置が異なるようにしている。

実施の形態１の電磁石支持台２０は、トラニオン方式なので、荷電粒子ビームの入射側と出射側で高さが大きく異なる場合、すなわち電磁石３０が設置される床３５に対して荷電粒子ビームの入射角度と出射角度が異なる場合でも、特許文献１と異なり電磁石のずれ防止や設置角度を維持する支持構造が別途用いることなく、電磁石３０を精度よく調整可能に支持することができる。トラニオン３２における中心軸３４方向の高さ（突起高さ）は低くでき、トラニオン３２に係合する支持金具１０における中心軸３４方向の幅も比較的狭くでき、トラニオン３２及び支持金具１０を小型にできる。実施の形態１の電磁石支持台２０は、トラニオン３２及び支持金具１０が小型なので、電磁石３０と電磁石支持台２０の全体をコンパクトにすることができる。

また、実施の形態１の電磁石支持台２０は、小型のトラニオン３２及び支持金具１０により電磁石３０を支持することができるので、電磁石３０の周囲に特許文献２のような巨大な板や固定板を用いることがなく、電磁石３０の周囲を広い開放空間にすることができる。実施の形態１の電磁石支持台２０は、電磁石３０の周囲に利用可能な空間を広く設けることができるので、電磁石３０へ電気を供給するためのケーブルの配置位置や電磁石３０を冷却する冷却水配管の配置位置に対する制約を少なくでき、電磁石３０の配置自由度を高めることができる。

実施の形態１の電磁石支持台２０によれば、互いに対向する側面に設けられ、互いの中心軸３４が一致した２つのトラニオン３２からなるトラニオン対３３を有する電磁石３０を支持するものであり、トラニオン３２の数と同数個あり、トラニオン３２の外面を覆うように係合する係合部１９が設けられた支持金具１０と、支持金具１０を鉛直方向に移動させる鉛直方向調整部２１を介して保持する架台２６とを備えたので、大型電磁石の配置自由度が高く、機器全体をコンパクトにできる。

実施の形態２．
実施の形態１では、固定ボルト１１を用いてトラニオン３２と支持金具１０を連結する例を説明したが、トラニオン３２の外面と支持金具１０の係合部１９の嵌合する精度、すなわち係合する精度を高めることで、固定ボルト１１を用いなくてもよい。実施の形態２の電磁石支持台２０は、固定ボルト１１を用いずにトラニオン３２と支持金具１０を連結する例である。

図５は本発明の実施の形態２による電磁石支持台を示す図である。図６は図５のＢ部の拡大図であり、図７は図５のＢ部の側面図である。図８は本発明の実施の形態２による電磁石支持台と電磁石との係合関係を示す図であり、要部は断面で示した。実施の形態２の電磁石支持台２０は、実施の形態１の貫通孔１８を有しない支持金具１０を備える点で、実施の形態１とは異なる。また、電磁石３０のトラニオン３２は、実施の形態１のねじ孔３６を有しない。

実施の形態２の電磁石支持台２０は、支持金具１０が実施の形態１の貫通孔１８を有しないので、係合部１９の小さな、すなわち係合部１９の直径が小さな支持金具１０を用いることができる。実施の形態２の電磁石支持台２０は、実施の形態１に比べて支持金具１０を小さくできるので、実施の形態１よりも電磁石３０の周囲に利用可能な空間を広く設けることができ、電磁石３０の配置自由度をさらに高めることができる。

実施の形態３．
実施の形態１及び２では、トラニオン３２が電磁石３０の電磁石カバー３１に配置され、係合部１９が連結板１２に形成された例で説明したが、支持金具１０にトラニオン３２が配置され、係合部１９を備えた係合板３８が電磁石３０の電磁石カバー３１に配置されてもよい。実施の形態３の電磁石支持台２０は、支持金具１０にトラニオン３２が配置され、係合部１９を備えた係合板３８が電磁石３０の電磁石カバー３１に配置された例である。

図９は本発明の実施の形態３による電磁石支持台を示す図である。図１０は図９のＣ部の拡大図であり、図１１は図９のＣ部の側面図である。図１２は本発明の実施の形態３による電磁石支持台と電磁石との係合関係を示す図であり、要部は断面で示した。実施の形態３の電磁石支持台２０は、実施の形態２の電磁石支持台２０とは、支持金具１０の連結板１２にトラニオン３２が設けられ、トラニオン３２に嵌合するように係合する係合部１９を備えた係合板３８が電磁石３０の電磁石カバー３１に設けられた点で異なる。中心軸３４が一致する２つの係合板３８は係合板対３９を構成し、中心軸３４が一致する２つの係合部１９は係合部対を構成する。例えば左側の係合板対３９の係合部１９（第１の係合部対）は荷電粒子ビームの入射側に配置されたものであり、右側の係合板対３９の係合部１９（第２の係合部対）は荷電粒子ビームの出射側に配置されたものである。図９の例では、第１の係合部対における係合部１９に係合する支持金具１０は、第２の係合部対における係合部１９に係合する支持金具１０の鉛直方向位置が異なるようにしている。実施の形態３の電磁石支持台２０は、実施の形態２と同様の効果を奏する。

実施の形態３の電磁石支持台２０によれば、互いに対向する側面に設けられ、互いの中心軸３４が一致した２つの窪みである係合部１９からなる係合部対（係合板対３９）を有する電磁石３０を支持するものであり、係合部１９の数と同数個あり、係合部１９に外面を挿入するように係合するトラニオン３２が設けられた支持金具１０と、支持金具１０を鉛直方向に移動させる鉛直方向調整部２１を介して保持する架台２６とを備えたので、大型電磁石の配置自由度が高く、機器全体をコンパクトにできる。

なお、実施の形態１乃至３の電磁石支持台２０において、電磁石３０が設置される床３５に対して荷電粒子ビームの入射角度と出射角度が異なる場合で説明したが、本発明のトラニオン３２及び支持金具１０を用いた電磁石３０の支持方法を、荷電粒子ビームの入射角度と出射角度がほとんど同じ場合の電磁石支持台２０にも適用できる。

１０…支持金具、１３…調整ねじ棒、１４…ナット、１９…係合部、
２０…電磁石支持台、２１…鉛直方向調整部、２２…水平方向調整部、
２３…上部架台、２４…下部架台、２６…架台、３０…電磁石、
３２…トラニオン、３３…トラニオン対、３４…中心軸、３９…係合板対。

Claims (6)

1. 荷電粒子ビームのビーム経路を制御する電磁石を支持する電磁石支持台であって、
   前記電磁石は、互いに対向する側面に設けられ、互いの中心軸が一致した２つのトラニオンからなるトラニオン対を有し、
   前記トラニオンの数と同数個あり、前記トラニオンの外面を覆うように係合する係合部が設けられた支持金具と、
   前記支持金具の鉛直方向位置を調整する鉛直方向調整部を介して前記支持金具を保持する架台とを備えたことを特徴とする電磁石支持台。
2. 前記電磁石は、前記荷電粒子ビームの入射側に配置された前記トラニオン対である第１のトラニオン対と、前記荷電粒子ビームの出射側に配置された前記トラニオン対である第２のトラニオン対とを有し、
   前記第１のトラニオン対における前記トラニオンに係合する前記支持金具は、前記第２のトラニオン対における前記トラニオンに係合する前記支持金具の前記鉛直方向位置が異なることを特徴とする請求項１記載の電磁石支持台。
3. 荷電粒子ビームのビーム経路を制御する電磁石を支持する電磁石支持台であって、
   前記電磁石は、互いに対向する側面に設けられ、互いの中心軸が一致した２つの窪みである係合部からなる係合部対を有し、
   前記係合部の数と同数個あり、前記係合部に外面を挿入するように係合するトラニオンが設けられた支持金具と、
   前記支持金具の鉛直方向位置を調整する鉛直方向調整部を介して前記支持金具を保持する架台とを備えたことを特徴とする電磁石支持台。
4. 前記電磁石は、前記荷電粒子ビームの入射側に配置された前記係合部対である第１の係合部対と、前記荷電粒子ビームの出射側に配置された前記係合部対である第２の係合部対とを有し、
   前記第１の係合部対における前記係合部に係合する前記支持金具は、前記第２の係合部対における前記係合部に係合する前記支持金具の前記鉛直方向位置が異なることを特徴とする請求項３記載の電磁石支持台。
5. 前記鉛直方向調整部は、調整ねじ棒とナットを有し、前記調整ねじ棒に対する前記ナットの位置を変更することにより、前記支持金具の前記鉛直方向位置を調整することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電磁石支持台。
6. 前記架台は、下部架台と、上部架台と、前記上部架台を前記下部架台に対して水平方向に移動する水平方向調整部とを備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電磁石支持台。

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