JP2023148502A - Charged particle beam deflection device - Google Patents

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慶暁 瀧
Yoshiaki Taki
裕也 ▲高▼田
Yuya Takada
駿 石原
Shun Ishihara
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Abstract

To provide a charged particle beam deflection device that can cool a coil more efficiently.SOLUTION: A charged particle beam deflection device includes; a hollow member having a hollow shape through which a charged particle beam passes; a laminated structure having a plurality of layers that cover the outer peripheral surface of the hollow member and are laminated in a direction from the inside to the outside of the hollow member; a first coil that deflects the charged particle beam in a first direction different from a traveling direction of the charged particle beam; and a second coil that deflects the charged particle beam in a second direction different from the first direction. The plurality of layers include a first coil support layer that supports the first coil and a second coil support layer that supports the second coil. The hollow member is disposed to form a gap between the inner peripheral surface of the laminated structure and the outer peripheral surface of the hollow member so that the outer peripheral surface of the hollow member does not come into contact with the first coil and the second coil.SELECTED DRAWING: Figure 13

Description

本発明は、荷電粒子ビーム偏向装置に関する。 The present invention relates to a charged particle beam deflection device.

従来、高エネルギーに加速された荷電粒子ビームを患者の癌などの患部に照射して治療する粒子線治療が行われている。 Conventionally, particle beam therapy has been performed in which a charged particle beam accelerated to high energy is irradiated onto an affected area of a patient, such as cancer.

特許文献1には、ビーム発生装置を用いて発生させた荷電粒子ビームをビーム加速装置によって加速させ、ビーム走査装置によって荷電粒子ビームの軌道を調整し、患者の患部に荷電粒子ビームを照射する技術が記載されている。特許文献1に記載のビーム走査装置は、荷電粒子ビームを偏向させる複数のコイルと、この複数のコイルを支持する複数の層が積層されて構成された構造部材とを有する。特許文献1には、コイルを冷却するため、構造部材の隙間に冷却溶媒を流すことが記載されている。 Patent Document 1 discloses a technology in which a charged particle beam generated using a beam generator is accelerated by a beam accelerator, the trajectory of the charged particle beam is adjusted by a beam scanning device, and the charged particle beam is irradiated to the affected area of a patient. is listed. The beam scanning device described in Patent Document 1 includes a plurality of coils that deflect a charged particle beam, and a structural member configured by laminating a plurality of layers that supports the plurality of coils. Patent Document 1 describes flowing a cooling solvent into gaps between structural members in order to cool the coil.

特開2021-32611号公報JP2021-32611A

しかしながら、本発明者らは、以下の課題を認識するに至った。すなわち、本発明者らは、特許文献1に記載の技術では、構造部材の隙間に冷却溶媒が流れる流路が形成されているが、より効率よく冷却溶媒によってコイルを冷却する余地があるものと考えた。 However, the present inventors have come to recognize the following problems. That is, the present inventors believe that in the technique described in Patent Document 1, a flow path through which a cooling solvent flows is formed in a gap between structural members, but there is room for cooling the coil with a cooling solvent more efficiently. Thought.

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、より効率よくコイルを冷却することを可能とする荷電粒子ビーム偏向装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of these circumstances, and one exemplary purpose thereof is to provide a charged particle beam deflection device that can cool a coil more efficiently.

上記課題を解決するために、本発明のある態様の荷電粒子ビーム偏向装置は、荷電粒子ビームが内部を通過する中空形状を有する中空部材と、中空部材の外周面を覆い、中空部材の内部から外部に向かう方向に積層された複数の層を有する積層構造体と、荷電粒子ビームの進行方向とは異なる第1方向に荷電粒子ビームを偏向させる第1コイルと、第1方向とは異なる第2方向に荷電粒子ビームを偏向させる第2コイルと、を備える。複数の層は、第1コイルを支持する第1コイル支持層と、第2コイルを支持する第2コイル支持層とを有し、中空部材は、積層構造体の内周面と中空部材の外周面との間に、中空部材の外周面が第1コイルおよび第2コイルと接触しない隙間を形成するように配置されている。 In order to solve the above problems, a charged particle beam deflection device according to an aspect of the present invention includes a hollow member having a hollow shape through which a charged particle beam passes, and a device that covers the outer circumferential surface of the hollow member and allows the charged particle beam to pass through the inside of the hollow member. a laminated structure having a plurality of layers laminated in an outward direction; a first coil that deflects a charged particle beam in a first direction different from the traveling direction of the charged particle beam; and a second coil different from the first direction. and a second coil that deflects the charged particle beam in the direction. The plurality of layers include a first coil support layer that supports the first coil and a second coil support layer that supports the second coil, and the hollow member has an inner peripheral surface of the laminated structure and an outer peripheral surface of the hollow member. The hollow member is arranged to form a gap between the first coil and the second coil so that the outer circumferential surface of the hollow member does not come into contact with the first coil and the second coil.

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Note that arbitrary combinations of the above components and expressions of the present invention converted between methods, devices, systems, etc. are also effective as aspects of the present invention.

本発明によれば、より効率よくコイルを冷却することを可能とする荷電粒子ビーム偏向装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a charged particle beam deflection device that can cool a coil more efficiently.

本発明の一実施形態に係る荷電粒子ビーム照射装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a charged particle beam irradiation device according to an embodiment of the present invention. 同実施形態に係る荷電粒子ビーム偏向装置の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a charged particle beam deflection device according to the same embodiment. 同実施形態に係る荷電粒子ビーム偏向装置の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the charged particle beam deflection device according to the same embodiment. 図3に示す領域Aの拡大図である。4 is an enlarged view of area A shown in FIG. 3. FIG. 流入部材において、図4に示す例とは異なる形態の孔が形成される場合を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a case where a hole having a different form from the example shown in FIG. 4 is formed in the inflow member. 図3に示す領域Bの拡大図である。4 is an enlarged view of region B shown in FIG. 3. FIG. 構造体のX軸方向に垂直な断面の図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the structure perpendicular to the X-axis direction. 本発明の一実施形態に係る内筒の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of an inner cylinder according to an embodiment of the present invention. 内筒に配置された第1巻き枠層の斜視図である。It is a perspective view of the 1st winding frame layer arrange|positioned in an inner cylinder. 本発明の一実施形態に係る第1水路層の水路部材を示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a water channel member of a first water channel layer according to an embodiment of the present invention. 同実施形態に係る第2巻き枠層の斜視図である。It is a perspective view of the 2nd winding frame layer based on the same embodiment. 同実施形態に係る外筒の斜視図である。It is a perspective view of the outer cylinder concerning the same embodiment. 内筒および構造体のX軸に垂直な断面の一部を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows a part of cross section perpendicular|vertical to the X-axis of an inner cylinder and a structure. 第1変形例に係る内筒および構造体のX軸に垂直な断面の一部を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows a part of cross section perpendicular|vertical to the X-axis of the inner cylinder and structure based on a 1st modification. 第2変形例に係る内筒および構造体のX軸に垂直な断面の一部を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows a part of cross section perpendicular|vertical to the X-axis of the inner cylinder and structure based on a 2nd modification. 第2実施形態に係る荷電粒子ビーム偏向装置の概略構成図である。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a charged particle beam deflection device according to a second embodiment. 位置合わせされている構造体を荷電粒子ビームの出射側から見た図である。FIG. 3 is a diagram of aligned structures viewed from the charged particle beam exit side. 位置出しピンによって構造体が位置合わせされている様子を拡大して示す図である。FIG. 3 is an enlarged view showing how structures are aligned by positioning pins.

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in the description of the drawings, the same elements are given the same reference numerals, and redundant description will be omitted as appropriate. Further, the configuration described below is an example and does not limit the scope of the present invention in any way.

[背景]
荷電粒子ビームを走査する電磁石である走査電磁石は、人体へ照射される荷電粒子ビームの位置を最終的にコントロールする役割を持っている。そのため、走査電磁石の設置位置には、高い精度が要求される。この要求を満たせないと、荷電粒子ビームが照射される位置にずれが生じ、治療の精度が低下する。実際には、走査電磁石による治療の現場では、荷電粒子ビームが照射される位置にずれが生じた場合、照射制御に関するシステムによってずれが修正され、治療の精度が高められる。このため、最終的には照射位置のずれが解消されるが、その修正にかかる作業負担は大きい。この作業負担を低減させるために走査電磁石を適切な位置に設置することは、大きな課題となっている。
[background]
A scanning electromagnet, which is an electromagnet that scans a charged particle beam, has the role of ultimately controlling the position of the charged particle beam irradiated onto the human body. Therefore, high accuracy is required for the installation position of the scanning electromagnet. If this requirement cannot be met, the position at which the charged particle beam is irradiated will shift, reducing the accuracy of treatment. In fact, in the field of treatment using a scanning electromagnet, if a deviation occurs in the position where the charged particle beam is irradiated, the deviation is corrected by the irradiation control system, thereby increasing the accuracy of the treatment. Therefore, although the deviation of the irradiation position is eventually eliminated, the work load required to correct it is large. Installing the scanning electromagnet at an appropriate position to reduce this work burden has become a major challenge.

また、治療施設の運営者にとって、施設経営の観点から、治療装置の投資回収は大きな関心事である。治療装置の導入後には、なるべく早く治療装置を稼働させ、投資回収を進めることが求められる。治療装置を設置しただけでは、この装置を治療に使うことはできない。治療に使うことができる精度の荷電粒子ビームが得られるように、ハードウェアおよびソフトウェアの面で治療装置を調整する必要がある。このとき、物理的に治療装置の構成部品を正確に設置することは、この調整を行う期間の短縮につながり、当然、治療を受けられる患者数の増加にもつながる。 Furthermore, from the viewpoint of facility management, recovery of investment in treatment equipment is of great concern to operators of treatment facilities. After introducing a treatment device, it is necessary to put the treatment device into operation as soon as possible to recover the investment. Simply installing a treatment device does not allow the device to be used for treatment. Treatment devices need to be tuned in terms of hardware and software to obtain a charged particle beam of precision that can be used for treatment. At this time, physically placing the components of the treatment device accurately leads to a reduction in the time required for this adjustment, which naturally leads to an increase in the number of patients who can receive treatment.

以下で説明する本発明の一実施形態では、二対の走査電磁石を並列に並べ、走査電磁石の径に傾斜をもたせることにより、荷電粒子ビーム偏向装置の小型化を図っている。荷電粒子ビーム偏向装置の小型化は、ハンドリングのし易さに直結する。荷電粒子ビーム偏向装置を小型化できれば、荷電粒子ビームの照射の調整における作業性が向上する。特に、装置を設置(導入)する際には、装置の小型化による作業性への影響は大きい。 In one embodiment of the present invention described below, two pairs of scanning electromagnets are arranged in parallel, and the diameters of the scanning electromagnets are inclined, thereby reducing the size of the charged particle beam deflection device. Miniaturization of charged particle beam deflection devices is directly linked to ease of handling. If the charged particle beam deflection device can be miniaturized, the workability in adjusting the irradiation of the charged particle beam will improve. In particular, when installing (introducing) a device, the downsizing of the device has a large impact on work efficiency.

しかしながら、一般的に、口径方向を小さくするとコイルのターン数が少なくなり、走査電磁石から発生する磁場は小さくなる。また、前述のように軸長方向に縮小した場合も同様に、走査電磁石が発生する磁場が弱くなる。磁場が弱くなると、荷電粒子ビームを曲げる力が弱まる。この力が弱まると、照射野の広さを維持するために、磁場が弱まった分を担保するため、走査電磁石とアイソセンターとの間の距離を長くする必要がある。走査電磁石をアイソセンターまわりで円周状に動かすことにより複数の方向から荷電粒子ビームを照射する場合、走査電磁石とアイソセンターとの間の距離が長くなると、装置のサイズが大きくなる。これは、走査電磁石とアイソセンターとの間の距離が走査電磁石の動く円の半径となるが、走査電磁石が動く円が大きくなると、それに応じて装置を大きくせざるを得ないためである。 However, in general, when the diameter is made smaller, the number of turns in the coil decreases, and the magnetic field generated from the scanning electromagnet becomes smaller. Similarly, when the magnetic field is reduced in the axial direction as described above, the magnetic field generated by the scanning electromagnet becomes weaker. When the magnetic field becomes weaker, the force that bends the charged particle beam becomes weaker. When this force weakens, it is necessary to increase the distance between the scanning electromagnet and the isocenter to compensate for the weakened magnetic field in order to maintain the width of the irradiation field. When irradiating charged particle beams from multiple directions by moving a scanning electromagnet in a circumferential manner around the isocenter, the size of the device increases as the distance between the scanning electromagnet and the isocenter increases. This is because the distance between the scanning electromagnet and the isocenter is the radius of the circle in which the scanning electromagnet moves, and as the circle in which the scanning electromagnet moves becomes larger, the device must be made larger accordingly.

そこで、走査電磁石に用いる電流値を通常よりも高くして、荷電粒子ビームを走査するために必要な強さの磁場を発生させることにより、装置を小型に維持することが考えられる。しかしながら、大電流を用いると、走査電磁石の冷却が、より重要になる。そのため、走査電磁石の効果的な冷却が大きな課題となっている。そこで、本発明の一実施形態では、走査電磁石を冷却するための冷却溶媒を円滑に流すことを可能とする荷電粒子ビーム偏向装置を提供する。 Therefore, it is conceivable to keep the device compact by increasing the current value used in the scanning electromagnet higher than usual to generate a magnetic field with the strength necessary to scan the charged particle beam. However, with high currents, cooling of the scanning electromagnet becomes more important. Therefore, effective cooling of scanning electromagnets has become a major challenge. Accordingly, one embodiment of the present invention provides a charged particle beam deflection device that allows a cooling solvent for cooling a scanning electromagnet to flow smoothly.

[第1実施形態]
図1は、本発明の一実施形態に係る荷電粒子ビーム照射装置1の概略構成図である。荷電粒子ビーム照射装置1は、加速器10、荷電粒子ビーム輸送系12、偏向電磁石14および照射ノズル16を備える。照射ノズル16は、患者を載せる治療台が備わった治療室18内に配置されている。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a charged particle beam irradiation apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. The charged particle beam irradiation device 1 includes an accelerator 10, a charged particle beam transport system 12, a bending electromagnet 14, and an irradiation nozzle 16. The irradiation nozzle 16 is arranged in a treatment room 18 equipped with a treatment table on which a patient is placed.

加速器10は、荷電粒子ビームを生成する装置であり、例えばシンクロトロン、サイクロトロンまたは線形加速器などである。加速器10で生成された荷電粒子ビームは、荷電粒子ビーム輸送系12を通じて偏向電磁石14に導かれる。ここで、荷電粒子ビームは、各種の公知の荷電粒子のビームであってよく、荷電粒子は、たとえば陽子線、アルファ粒子、重粒子または電子などであってよい。 The accelerator 10 is a device that generates a charged particle beam, and is, for example, a synchrotron, a cyclotron, or a linear accelerator. A charged particle beam generated by the accelerator 10 is guided to a bending electromagnet 14 through a charged particle beam transport system 12. Here, the charged particle beam may be a beam of various known charged particles, and the charged particles may be, for example, proton beams, alpha particles, heavy particles, or electrons.

荷電粒子ビーム輸送系12は、1つまたは複数の荷電粒子ビーム調整手段122、真空ダクト124、振分電磁石126および扇型真空ダクト128などを含む。加速器10、荷電粒子ビーム調整手段122および振分電磁石126は、真空ダクト124で接続され、振分電磁石126および偏向電磁石14は、扇型真空ダクト128で接続されている。 The charged particle beam transport system 12 includes one or more charged particle beam conditioning means 122, a vacuum duct 124, a distribution electromagnet 126, a fan-shaped vacuum duct 128, and the like. The accelerator 10, the charged particle beam adjustment means 122, and the distribution electromagnet 126 are connected by a vacuum duct 124, and the distribution electromagnet 126 and the bending electromagnet 14 are connected by a fan-shaped vacuum duct 128.

荷電粒子ビームは、上流側の加速器10で生成され、減衰を避ける(または低減する)ために真空ダクト124内および扇型真空ダクト128内を進み、荷電粒子ビーム調整手段122による調整を受けながら下流側の偏向電磁石14に導かれる。 The charged particle beam is generated in the upstream accelerator 10, travels within the vacuum duct 124 and the fan-shaped vacuum duct 128 to avoid (or reduce) attenuation, and is adjusted downstream by the charged particle beam adjustment means 122. It is guided by the bending electromagnet 14 on the side.

荷電粒子ビーム調整手段122は、荷電粒子ビームのビーム形状および/または線量を調整するためのビームスリット、荷電粒子ビームの進行方向を調整するための電磁石、荷電粒子ビームのビーム形状を調整するための四極電磁石、並びに、荷電粒子ビームのビーム位置を微調整するためのステアリング電磁石などを、仕様に応じて適宜備えてよい。 The charged particle beam adjusting means 122 includes a beam slit for adjusting the beam shape and/or dose of the charged particle beam, an electromagnet for adjusting the traveling direction of the charged particle beam, and a beam shape for adjusting the beam shape of the charged particle beam. A quadrupole electromagnet, a steering electromagnet for finely adjusting the beam position of the charged particle beam, and the like may be provided as appropriate depending on the specifications.

照射ノズル16は、荷電粒子ビームを用いた治療等が行われる治療室18内にあり、照射ノズル16から荷電粒子ビームを出射する。照射ノズル16から出射された荷電粒子ビームが患部に照射されることにより治療が行われる。本実施形態に係る照射ノズル16は、流れる電流量や電流の向きを調整することで、照射ノズル100から出射する荷電粒子ビームの進行方向を微調整し、所定の範囲内でスキャン(走査)可能にするための荷電粒子ビーム偏向装置を備える。これにより、照射ノズル16は、荷電粒子ビームを二次元的に走査できる。 The irradiation nozzle 16 is located in a treatment room 18 where treatment using a charged particle beam is performed, and emits a charged particle beam. Treatment is performed by irradiating the affected area with a charged particle beam emitted from the irradiation nozzle 16. The irradiation nozzle 16 according to this embodiment can scan within a predetermined range by finely adjusting the traveling direction of the charged particle beam emitted from the irradiation nozzle 100 by adjusting the amount of current flowing and the direction of the current. Equipped with a charged particle beam deflection device for Thereby, the irradiation nozzle 16 can scan the charged particle beam two-dimensionally.

図2は、本実施形態に係る荷電粒子ビーム偏向装置20の斜視図である。図3は、本実施形態に係る荷電粒子ビーム偏向装置20の断面図である。本実施形態に係る荷電粒子ビーム偏向装置20は、流出部材22、流入部材24、ヨーク26、内筒30、外筒32および構造体40を備える。 FIG. 2 is a perspective view of the charged particle beam deflection device 20 according to this embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view of the charged particle beam deflection device 20 according to this embodiment. The charged particle beam deflection device 20 according to this embodiment includes an outflow member 22, an inflow member 24, a yoke 26, an inner cylinder 30, an outer cylinder 32, and a structure 40.

内筒30(中空部材)は、荷電粒子ビームが内部を通過する中空形状を有する。内筒30の一端には、入射口230が設けられており、他端には、出射口250が設けられている。荷電粒子ビームは、入射口230から入射して、内筒30の内部空間300を通過し、出射口250から出射する。また、内筒30は、入射側から出射側に向かうにつれて、その内径および外径が非線形的あるいは線形的に大きくなるように構成されている。 The inner cylinder 30 (hollow member) has a hollow shape through which the charged particle beam passes. An entrance port 230 is provided at one end of the inner cylinder 30, and an exit port 250 is provided at the other end. The charged particle beam enters from the entrance 230, passes through the internal space 300 of the inner tube 30, and exits from the exit 250. Further, the inner cylinder 30 is configured such that its inner diameter and outer diameter increase nonlinearly or linearly from the incident side toward the output side.

ここで、図3に示すX軸は、内筒30の中心軸を通る軸であり、その向きは、入射口230から出射口250に向かう方向である。また、以下では、「入射側」とは、X軸における入射口230側を意味するものとし、「出射側」とは、X軸における出射口250側を意味するものとする。また、図3に示すY軸は、X軸に対して垂直な方向であり、内筒30の半径方向である。なお、本明細書では、Y軸方向が内部から外部に向かう方向を意味し、その逆方向が外部から内部に向かう方向を意味する場合がある。 Here, the X axis shown in FIG. 3 is an axis passing through the central axis of the inner cylinder 30, and its direction is from the entrance port 230 to the exit port 250. Furthermore, hereinafter, the "incidence side" shall mean the entrance port 230 side on the X-axis, and the "output side" shall mean the exit port 250 side on the X-axis. Further, the Y-axis shown in FIG. 3 is a direction perpendicular to the X-axis, and is a radial direction of the inner cylinder 30. Note that in this specification, the Y-axis direction may mean a direction from the inside to the outside, and the opposite direction may mean a direction from the outside to the inside.

構造体40は、内筒30の外周面を覆うように、内筒30に固定されている。換言すれば、内筒30は、その外周面が構造体40の内周面を覆うように、構造体40に固定されている。構造体40は、後述する積層構造体およびコイルを備える。このコイルは、内筒30の内部空間300を通過する荷電粒子ビームを偏向する走査電磁石として機能するように構成されている。構造体40は、入射側から出射側に向かうにつれて、その内径および外径が線形的あるいは非線形的に大きくなるように構成されている。 The structure 40 is fixed to the inner cylinder 30 so as to cover the outer peripheral surface of the inner cylinder 30. In other words, the inner cylinder 30 is fixed to the structure 40 such that its outer peripheral surface covers the inner peripheral surface of the structure 40. The structure 40 includes a laminated structure and a coil, which will be described later. This coil is configured to function as a scanning electromagnet that deflects the charged particle beam passing through the interior space 300 of the inner cylinder 30. The structure 40 is configured such that its inner diameter and outer diameter increase linearly or nonlinearly from the incident side toward the output side.

外筒32は、構造体40の外周面を覆うように、構造体40に固定されている。また、ヨーク26は、構造体40の外周面の外側に位置するように、固定部材249によって流入部材24に固定されている。本実施形態では、ヨーク26は、構造体40の全長にわたって設けられていない。より具体的には、ヨーク26は、構造体40の外周面の中央領域を覆い、構造体40の外周面の入射側の端部および出射側の端部に位置しないように配置されている。 The outer cylinder 32 is fixed to the structure 40 so as to cover the outer peripheral surface of the structure 40. Further, the yoke 26 is fixed to the inflow member 24 by a fixing member 249 so as to be located outside the outer peripheral surface of the structure 40. In this embodiment, the yoke 26 is not provided over the entire length of the structure 40. More specifically, the yoke 26 covers the central region of the outer circumferential surface of the structure 40 and is arranged so as not to be located at the end on the incident side and the end on the output side of the outer circumferential surface of the structure 40.

流出部材22は、内筒30および外筒32に固定されており、構造体40が備えるコイルを冷却するための冷却溶媒が通過する経路の一部を形成する部材である。また、流入部材24は、内筒30および外筒32に固定されており、冷却溶媒が通過する経路の一部を形成する部材である。流出部材22および流入部材24は、例えば、FRP(Fiber Reinforced Plastics)などの絶縁体で構成されてよい。本実施形態では、流入部材24の付近には、コイルに電流を流すための電流導入端子(図示しない。)が配置されており、流入部材24を絶縁体で構成することにより、流入部材24を構造体40および電流導入端子と絶縁できる。また、流出部材22および流入部材24は、SUSなどの非磁性体との複数の部材の組み合わせで構成されてよい。これにより、組立加工を容易となり、例えば、ネジ加工および溶接などが簡便にできるようになる。 The outflow member 22 is a member that is fixed to the inner cylinder 30 and the outer cylinder 32 and forms part of a path through which a cooling solvent for cooling the coil included in the structure 40 passes. Further, the inflow member 24 is a member that is fixed to the inner cylinder 30 and the outer cylinder 32 and forms part of a path through which the cooling solvent passes. The outflow member 22 and the inflow member 24 may be made of an insulator such as FRP (Fiber Reinforced Plastics), for example. In this embodiment, a current introduction terminal (not shown) for passing a current through the coil is arranged near the inflow member 24, and by configuring the inflow member 24 with an insulator, the inflow member 24 can be It can be insulated from the structure 40 and the current introduction terminal. Further, the outflow member 22 and the inflow member 24 may be configured by a combination of a plurality of members including a non-magnetic material such as SUS. This facilitates the assembly process, such as threading and welding.

冷却溶媒は、各種の公知の冷却可能な液体であってよく、本実施形態では、冷却溶媒は水である。図3において、流出部材22、流入部材24および構造体40に示された矢印は、冷却溶媒の流れる向きを示している。すなわち、冷却溶媒は、流入部材24から流入し、構造体40の隙間を通過して、流出部材22から排出口221を通じて排出される。 The cooling solvent may be any known cooling liquid, and in this embodiment, the cooling solvent is water. In FIG. 3, arrows shown on the outflow member 22, inflow member 24, and structure 40 indicate the direction in which the cooling solvent flows. That is, the cooling solvent flows in from the inlet member 24, passes through the gap in the structure 40, and is discharged from the outlet member 22 through the outlet 221.

図4は、図3に示す領域Aの拡大図である。図4に示すように、流入部材24は、出射側端部240および出射側押圧部241を備える。出射側端部240は、構造体40の出射側の端面43を覆うように配置されており、被覆部材としての機能を有している。これにより、構造体40のコイルなどが出射側端部240によって保護される。 FIG. 4 is an enlarged view of area A shown in FIG. As shown in FIG. 4, the inflow member 24 includes an exit side end portion 240 and an exit side pressing portion 241. The output side end portion 240 is arranged to cover the output side end surface 43 of the structure 40 and has a function as a covering member. Thereby, the coil of the structure 40 and the like are protected by the emission side end 240.

構造体40は、荷電粒子ビームが出射する側の端面43を有する。また、内筒30は、端面43より外側に向かう方向(入射側から出射側に向かう方向)に突出した内筒突出部310を有する。この内筒突出部310を他の部材に固定することにより、内筒30の配置をより安定させることができる。この結果、構造体40に配置されるコイルの位置がより安定し、荷電粒子ビームの制御の調整に関わる作業性を向上させることができる。 The structure 40 has an end surface 43 on the side from which the charged particle beam exits. In addition, the inner cylinder 30 has an inner cylinder protrusion 310 that protrudes outward from the end surface 43 (direction from the incident side to the output side). By fixing this inner cylinder protrusion 310 to another member, the arrangement of the inner cylinder 30 can be made more stable. As a result, the position of the coil arranged in the structure 40 becomes more stable, and the workability related to adjusting the control of the charged particle beam can be improved.

また、本実施形態では、内筒突出部310は、流入部材24に固定されており、流入部材24は、固定部材249によりヨーク26に固定されている。このように、内筒30は、流入部材24および固定具を介して、ヨーク26に固定されている。これにより、内筒30とヨーク26との位置関係がずれることが抑制されるため、内筒30がより確実に適切な位置に配置される。この結果、内筒30と一体化している構造体40のコイルは、より確実に適切な位置に配置される。 Further, in this embodiment, the inner cylinder protrusion 310 is fixed to the inflow member 24, and the inflow member 24 is fixed to the yoke 26 by a fixing member 249. In this way, the inner cylinder 30 is fixed to the yoke 26 via the inflow member 24 and the fixture. This prevents the positional relationship between the inner cylinder 30 and the yoke 26 from shifting, so that the inner cylinder 30 can be more reliably arranged at an appropriate position. As a result, the coil of the structure 40 that is integrated with the inner cylinder 30 is more reliably placed at an appropriate position.

また、本実施形態では、内筒突出部310(具体的には、その外周面)、端面43および出射側端部240によって囲まれた空間246が形成されている。本実施形態では、構造体40に配置されたコイルは、リッツ線によって構成されている。たとえば、構造体40に配置された複数のコイルを接続するリッツ線などをまとめて固定し、空間246を活用して、まとめたリッツ線を冷却溶媒によって冷却できる。なお、リッツ線とは、エナメルなどの絶縁材で絶縁された細い導体を複数本撚り合わせて構成された線材である。 Further, in this embodiment, a space 246 is formed that is surrounded by the inner cylinder protrusion 310 (specifically, the outer peripheral surface thereof), the end surface 43, and the output side end 240. In this embodiment, the coil arranged in the structure 40 is made of a Litz wire. For example, litz wires connecting a plurality of coils arranged in the structure 40 can be fixed together, and the space 246 can be used to cool the assembled litz wires with a cooling solvent. Note that a litz wire is a wire made by twisting together a plurality of thin conductors insulated with an insulating material such as enamel.

また、本実施形態では、空間246は、構造体40の隙間と連通しており、冷却溶媒の流路の一部を形成する。構造体40の隙間と連通する空間246を活用することにより、簡便な構造でより円滑に冷却溶媒を流して、構造体40のコイルを冷却できる。 Furthermore, in this embodiment, the space 246 communicates with the gap in the structure 40 and forms part of the flow path for the cooling solvent. By utilizing the space 246 that communicates with the gap in the structure 40, the coil of the structure 40 can be cooled by flowing the cooling solvent more smoothly with a simple structure.

出射側押圧部241は、外筒32を外部から内部に向けて押圧するように構成されている。これにより、構造体40は、外部から内部に向けて押圧される。本実施形態に係る構造体40は、内部から外部に向かう方向に積層された複数の層を有する積層構造体を有している。この積層構造体は、外筒32を介して出射側押圧部241によって押圧されるため、冷却溶媒が積層構造体の隙間を流れる際に、積層構造体を構成する各層がずれることが抑制される。 The emission side pressing portion 241 is configured to press the outer tube 32 from the outside toward the inside. Thereby, the structure 40 is pressed from the outside toward the inside. The structure 40 according to this embodiment has a laminated structure having a plurality of layers laminated in a direction from the inside to the outside. This laminated structure is pressed by the output side pressing part 241 via the outer cylinder 32, so that when the cooling solvent flows through the gap in the laminated structure, each layer constituting the laminated structure is prevented from shifting. .

また、本実施形態では、出射側押圧部241は、構造体40の周方向に一周して構造体40の外周面に位置する環状部材である。このため、出射側押圧部241は、構造体40の一周を押圧できるため、構造体40の積層構造体における層のずれをより確実に抑制できる。 Further, in the present embodiment, the emission side pressing portion 241 is an annular member that goes around the structure 40 in the circumferential direction and is located on the outer peripheral surface of the structure 40 . Therefore, the output-side pressing portion 241 can press the entire circumference of the structure 40, so that the displacement of layers in the laminated structure of the structure 40 can be suppressed more reliably.

本実施形態では、出射側押圧部241は、孔244が形成されている中空部242と、構造体40の端面43よりも出射側に突出している出射側突出部243とを有する。出射側押圧部241は、出射側突出部243を介して出射側端部240と結合している。 In this embodiment, the emission side pressing part 241 has a hollow part 242 in which a hole 244 is formed, and an emission side protrusion 243 that protrudes from the end surface 43 of the structure 40 toward the emission side. The output side pressing portion 241 is coupled to the output side end portion 240 via the output side protrusion 243 .

また、中空部242は、構造体40の端面43から構造体40の中央に向かう方向に空いた、空間246と連通する孔244を有する。本実施形態では、この孔244は、冷却溶媒の流路の一部を形成している。冷却溶媒は、孔244から流入し、空間246を通過して構造体40の隙間に流れる。 Further, the hollow portion 242 has a hole 244 that is open in a direction from the end surface 43 of the structure 40 toward the center of the structure 40 and communicates with a space 246 . In this embodiment, the holes 244 form part of the cooling solvent flow path. Cooling solvent enters through holes 244 and flows through spaces 246 into the interstices of structure 40 .

また、本実施形態では、出射側端部240は、構造体40の端面43から離れて配置されている。内筒30は、空間246に含まれる出射側端部240と端面43との間に形成された、構造体40の内部側の開口247を閉じる閉口部として機能する。これにより、冷却溶媒が空間246から意図しない方向に流れることが抑制される。 Further, in this embodiment, the output side end portion 240 is arranged apart from the end surface 43 of the structure 40. The inner cylinder 30 functions as a closing part that closes the opening 247 on the inside of the structure 40, which is formed between the emission side end 240 and the end surface 43 included in the space 246. This prevents the cooling solvent from flowing from the space 246 in an unintended direction.

本実施形態では、孔244は、出射側押圧部241において、荷電粒子ビームの進行方向と平行な方向に空いている。図5を参照して、孔が他の形態で形成される場合について説明する。図5に示す例では、流入部材25は、その内部に空間252を有しており、この空間252は、空間252からX軸方向(入射側から出射側に向かう方向)に向かう孔253と、空間252からY軸方向に向かう孔254と連通している。このとき、孔253および孔254のそれぞれの端部には、ホース258,259を接続するための接続部256,257がそれぞれ設けられている。ホース258,259の内部には冷却溶媒が流れ、その向きは矢印で示されている。なお、図5では、孔253および孔254の2つの孔が形成されている例を示しているが、いずれか一方の孔が形成される場合も考えられる。 In this embodiment, the hole 244 is open in the exit side pressing part 241 in a direction parallel to the traveling direction of the charged particle beam. With reference to FIG. 5, a case where holes are formed in another form will be described. In the example shown in FIG. 5, the inflow member 25 has a space 252 therein, and this space 252 has a hole 253 extending from the space 252 in the X-axis direction (direction from the incident side to the exit side). The space 252 communicates with a hole 254 extending in the Y-axis direction. At this time, connection portions 256 and 257 for connecting hoses 258 and 259 are provided at each end of hole 253 and hole 254, respectively. A cooling solvent flows inside the hoses 258, 259, the direction of which is indicated by an arrow. Although FIG. 5 shows an example in which two holes, hole 253 and hole 254, are formed, it is also possible that either one of the holes is formed.

図5に示すように、流入部材25に形成された孔253,254には、冷却溶媒を孔253,254に流入させるためのホース258,259などを接続する必要がある。このとき、ホース258,259を接続するための接続部256,257およびホース258,259自体がとる幅の分だけ、スペースが必要となる。たとえば、接続部256およびホース258がとる幅d1だけX軸方向にスペースをとり、接続部257およびホース259がとる幅d2だけY軸方向にスペースをとる必要がある。一方、本実施形態によれば、本実施形態では、出射側押圧部241において、孔244が孔253とはX軸の反対方向に形成されているため、装置がX軸方向またはY軸方向、あるいはX軸方向の半径方向に大きくならず、荷電粒子ビーム偏向装置をより小型化することが可能となる。 As shown in FIG. 5, the holes 253 and 254 formed in the inflow member 25 need to be connected to hoses 258 and 259 for flowing the cooling solvent into the holes 253 and 254. At this time, a space is required for the width of the connecting portions 256, 257 for connecting the hoses 258, 259 and the widths of the hoses 258, 259 themselves. For example, it is necessary to take a space in the X-axis direction by the width d1 taken by the connection part 256 and the hose 258, and it is necessary to take a space in the Y-axis direction by the width d2 taken by the connection part 257 and the hose 259. On the other hand, according to the present embodiment, in the emission side pressing part 241, the hole 244 is formed in the opposite direction of the X-axis to the hole 253, so that the device can be Alternatively, the charged particle beam deflection device can be made smaller without increasing the size in the radial direction of the X-axis direction.

図6は、図3に示す領域Bの拡大図である。図6に示すように、流出部材22は、入射側端部220および入射側押圧部226を備える。入射側端部220は、入射側押圧部226から入射側方向に突出して設けられた入射側突出部222と、構造体40の入射側の端面44を覆うように配置されている入射側被覆部224とを有する。入射側被覆部224は、被覆部材として機能し、構造体40のコイルなどは入射側被覆部224によって保護される。 FIG. 6 is an enlarged view of region B shown in FIG. As shown in FIG. 6, the outflow member 22 includes an entrance side end portion 220 and an entrance side pressing portion 226. The incident side end portion 220 includes an incident side protruding portion 222 provided to protrude from the incident side pressing portion 226 in the incident side direction, and an incident side covering portion disposed to cover the incident side end surface 44 of the structure 40. 224. The incident-side covering section 224 functions as a covering member, and the coils of the structure 40 are protected by the incident-side covering section 224 .

構造体40は、荷電粒子ビームが入射する側の端面44を有する。また、内筒30は、端面44より外側に向かう方向(出射側から入射側に向かう方向)に突出した内筒突出部320を有する。この内筒突出部320を他の部材に固定させることにより、内筒30の配置をより安定させることができる。これにより、走査電磁石の位置がより安定し、荷電粒子ビームの制御の調整に関する作業性を向上させることができる。 The structure 40 has an end surface 44 on the side where the charged particle beam is incident. In addition, the inner cylinder 30 has an inner cylinder protrusion 320 that protrudes outward from the end surface 44 (direction from the output side to the input side). By fixing this inner cylinder protrusion 320 to another member, the arrangement of the inner cylinder 30 can be made more stable. This makes it possible to further stabilize the position of the scanning electromagnet and improve workability in adjusting the control of the charged particle beam.

また、本実施形態では、内筒突出部320(より詳細には、その外周面)、端面44および入射側端部220によって囲まれた空間232が形成されている。たとえば、構造体40に配置された複数のコイルを接続するリッツ線などをまとめて固定し、空間232を活用して、まとめたリッツ線を冷却溶媒によって冷却できる。 Further, in this embodiment, a space 232 is formed that is surrounded by the inner cylinder protrusion 320 (more specifically, its outer peripheral surface), the end surface 44, and the incident side end 220. For example, litz wires connecting a plurality of coils arranged in the structure 40 can be fixed together, and the space 232 can be used to cool the assembled litz wires with a cooling solvent.

また、空間232は、構造体40の隙間と連通しており、冷却溶媒の流路の一部を形成する。本実施形態では、積層構造体の隙間と連通する空間232を活用して、簡便な構造でより円滑に冷却溶媒を流すことができる。構造体40から空間232に流れた冷却溶媒は、図示しない孔を通じて、図2に示した排出口221から排出される。 Further, the space 232 communicates with a gap in the structure 40 and forms part of a flow path for the cooling solvent. In this embodiment, the cooling solvent can flow more smoothly with a simple structure by utilizing the spaces 232 communicating with the gaps in the laminated structure. The cooling solvent that has flowed from the structure 40 into the space 232 is discharged from the outlet 221 shown in FIG. 2 through a hole (not shown).

入射側押圧部226は、外筒32を外部から内部に向けて押圧するように構成されている。構造体40は、入射側押圧部226によって、外部から内部に向けて押圧される。このため、構造体40に冷却溶媒が流れる際に、構造体40の積層構造体を構成する各層のずれが抑制される。 The entrance side pressing section 226 is configured to press the outer tube 32 from the outside toward the inside. The structure 40 is pressed from the outside toward the inside by the entrance-side pressing section 226 . Therefore, when the cooling solvent flows through the structure 40, displacement of each layer constituting the laminated structure of the structure 40 is suppressed.

また、本実施形態では、入射側押圧部226は、構造体40の周方向に一周して構造体40の外周面に位置する環状部材である。このため、入射側押圧部226は、構造体40の一周を押圧できるため、構造体40の積層構造体における層のずれをより確実に抑制できる。 Further, in this embodiment, the incident side pressing portion 226 is an annular member that goes around the structure 40 in the circumferential direction and is located on the outer peripheral surface of the structure 40 . For this reason, the incident-side pressing portion 226 can press the entire circumference of the structure 40, so that displacement of layers in the laminated structure of the structure 40 can be suppressed more reliably.

また、入射側被覆部224は、構造体40の端面44から離れて配置されており、空間232に含まれる入射側被覆部224と端面44との間に開口233を形成している。本実施形態では、内筒30は、構造体40の内部側の開口233を閉じる閉口部として機能する。これにより、空間232に流れる冷却溶媒が意図しない方向に流れることが抑制される。 Furthermore, the incident-side covering section 224 is arranged apart from the end surface 44 of the structure 40, and forms an opening 233 between the incident-side covering section 224 included in the space 232 and the end surface 44. In this embodiment, the inner cylinder 30 functions as a closing part that closes the opening 233 on the inside of the structure 40. This prevents the cooling solvent flowing into the space 232 from flowing in an unintended direction.

図7は、構造体40のX軸に垂直な断面の図である。図7において、Z軸は、X軸およびY軸に対して垂直な軸である。本実施形態に係る構造体40は、積層構造体42と、荷電粒子ビームの進行方向とは異なる第1方向に荷電粒子ビームを偏向させる第1コイル50と、荷電粒子ビームの進行方向および第1方向とは異なる第2方向に荷電粒子ビームを偏向させる第2コイル52と、を備える。 FIG. 7 is a cross-sectional view of the structure 40 perpendicular to the X-axis. In FIG. 7, the Z axis is an axis perpendicular to the X and Y axes. The structure 40 according to the present embodiment includes a laminated structure 42, a first coil 50 that deflects the charged particle beam in a first direction different from the traveling direction of the charged particle beam, and a first coil 50 that deflects the charged particle beam in a first direction different from the traveling direction of the charged particle beam. and a second coil 52 that deflects the charged particle beam in a second direction different from the first direction.

第1コイル50および第2コイル52のそれぞれは、内部空間300を挟んで向かい合う対をなすように配置されている。また、第1コイル50および第2コイル52のそれぞれの対は、並列に配置されていてもよい。すなわち、第1コイル50および第2コイル52は、図7に示すように、いずれのコイルも含むX軸に垂直な構造体40の断面が存在するように配置されてよい。第1コイル50および第2コイル52に電流が流れると、第1コイル50および第2コイル52は、磁場を発生させ、この磁場によって荷電粒子ビームを偏向させる。 Each of the first coil 50 and the second coil 52 is arranged to form a pair facing each other with the internal space 300 interposed therebetween. Moreover, each pair of the first coil 50 and the second coil 52 may be arranged in parallel. That is, as shown in FIG. 7, the first coil 50 and the second coil 52 may be arranged so that a cross section of the structure 40 perpendicular to the X-axis that includes both coils exists. When current flows through the first coil 50 and the second coil 52, the first coil 50 and the second coil 52 generate a magnetic field that deflects the charged particle beam.

積層構造体42は、内筒30の外周面を覆い、内筒30の内部から外部に向かう方向に積層された複数の層を有する。換言すれば、積層構造体42の内周面は、内筒30の外周面により覆われている。積層構造体42が有する複数の層のそれぞれは、たとえば各種の合成樹脂などによって構成されてよい。また、積層構造体42は、隣合う2つの層の間に、冷却溶媒を流すことが可能な隙間を有する。これらの層のそれぞれは、中空形状を有しており、入射側から出射側に向かうにつれて、その内径および外径が直線的あるいは非線形的に大きくなるように構成されている。 The laminated structure 42 covers the outer peripheral surface of the inner tube 30 and includes a plurality of layers stacked in a direction from the inside of the inner tube 30 to the outside. In other words, the inner circumferential surface of the laminated structure 42 is covered by the outer circumferential surface of the inner cylinder 30. Each of the plurality of layers included in the laminated structure 42 may be made of, for example, various synthetic resins. Furthermore, the laminated structure 42 has a gap between two adjacent layers through which a cooling solvent can flow. Each of these layers has a hollow shape, and is configured such that its inner diameter and outer diameter increase linearly or nonlinearly from the incident side to the exit side.

本実施形態に係る積層構造体42は、コイルが配置された複数の巻き枠層(コイル支持層)と、隣合う2つの巻き枠層の間に配置された、冷却溶媒の経路を形成する複数の水路層と、を有する。本実施形態では、隣合う2つの巻き枠層に配置されたコイルは互いに接続されている。各巻き枠層に配置された第1コイル50のそれぞれは、互いに電気的に接続されており、同様に、各巻き枠層に第2コイル52のそれぞれも、互いに電気的に接続されている。 The laminated structure 42 according to the present embodiment includes a plurality of winding frame layers (coil support layers) in which coils are arranged, and a plurality of winding frame layers that form a cooling solvent path and are arranged between two adjacent winding frame layers. It has a channel layer of. In this embodiment, the coils arranged on two adjacent winding frame layers are connected to each other. The first coils 50 arranged on each winding frame layer are electrically connected to each other, and similarly, the second coils 52 on each winding frame layer are also electrically connected to each other.

本実施形態に係る構造体40は、9層の巻き枠層および9層の水路層を有する。より詳細には、構造体40は、内側から順に、第1巻き枠層400、第1水路層420、第2巻き枠層440、・・・、第9巻き枠層460および第9水路層480を有する。本実施形態に係る構造体40は、9層の巻き枠層を有するが、図6では、そのうちの3層の巻き枠層を示している。なお、巻き枠層の数は、8層以下であってもよいし、10層以上であってもよい。また、本実施形態に係る積層構造体42は、9層の水路層を有するが、図6では、そのうちの3層の巻き枠層を示している。なお、水路層の数は、8層以下であってもよいし、10層以上であってもよい。 The structure 40 according to this embodiment has nine winding frame layers and nine channel layers. More specifically, the structure 40 includes, in order from the inside, a first spool layer 400, a first channel layer 420, a second spool layer 440, ..., a ninth spool layer 460, and a ninth channel layer 480. has. The structure 40 according to this embodiment has nine winding frame layers, of which three winding frame layers are shown in FIG. 6 . Note that the number of winding frame layers may be 8 or less, or 10 or more. Further, the laminated structure 42 according to the present embodiment has nine water channel layers, of which three winding frame layers are shown in FIG. Note that the number of water channel layers may be 8 or less, or 10 or more.

第1巻き枠層400は、内筒30の外周面を覆うように配置されており、荷電粒子ビームを偏向させるコイル502(第1コイル)を支持するコイル支持層(第1コイル支持層)である。本実施形態に係るコイル502は、Z軸方向に磁場を発生させ、この磁場によって荷電粒子ビームを偏向させる。 The first winding frame layer 400 is arranged so as to cover the outer peripheral surface of the inner tube 30, and is a coil support layer (first coil support layer) that supports a coil 502 (first coil) that deflects the charged particle beam. be. The coil 502 according to this embodiment generates a magnetic field in the Z-axis direction and deflects the charged particle beam by this magnetic field.

第1水路層420は、第1巻き枠層400の外周面を覆うように配置されており、冷却溶媒が通過する経路の一部を形成する層である。 The first water channel layer 420 is a layer that is arranged to cover the outer circumferential surface of the first reel layer 400 and forms part of a path through which the cooling solvent passes.

第2巻き枠層440は、荷電粒子ビームを偏向させるコイル504(第1コイル)が配置された層である。コイル504は、コイル502と同様に、Z軸方向に磁場を発生させ、この磁場によって荷電粒子ビームを偏向させる。 The second winding frame layer 440 is a layer in which a coil 504 (first coil) for deflecting the charged particle beam is arranged. Like the coil 502, the coil 504 generates a magnetic field in the Z-axis direction, and the charged particle beam is deflected by this magnetic field.

図7には図示しないが、第2巻き枠層440の外周面には、第3~第8巻き枠層および第2~第8水路層が、巻き枠層と水路層とが交互に重なるように積層されている。また、第3~第5巻き枠層のそれぞれは、コイル(第1コイル)を支持するコイル支持層(第1コイル支持層)であり、それぞれのコイルは、コイル502,504と同様に、Z軸方向に磁場を発生させるように構成されている。 Although not shown in FIG. 7, the third to eighth winding frame layers and the second to eighth channel layers are arranged on the outer peripheral surface of the second winding frame layer 440 so that the winding frame layers and the channel layers alternately overlap. are laminated on. Further, each of the third to fifth winding frame layers is a coil support layer (first coil support layer) that supports a coil (first coil), and each coil, like the coils 502 and 504, has a Z It is configured to generate a magnetic field in the axial direction.

第9巻き枠層460は、第8水路層(図示しない。)の外周面を覆うように配置されており、第1~第5巻き枠に配置されたコイル(たとえば、コイル502,504など)が荷電粒子ビームを偏向させる方向(第1方向)とは異なる方向(第2方向)に荷電粒子ビームを偏向させるコイル522(第2コイル)を支持するコイル支持層(第2コイル支持層)である。 The ninth winding frame layer 460 is arranged to cover the outer peripheral surface of the eighth water channel layer (not shown), and includes the coils (for example, coils 502, 504, etc.) arranged in the first to fifth winding frames. is a coil support layer (second coil support layer) that supports a coil 522 (second coil) that deflects the charged particle beam in a direction (second direction) different from the direction in which the charged particle beam is deflected (first direction). be.

第9巻き枠層460にはコイル522が配置されている。コイル522は、Y軸方向に磁場を発生させ、X軸方向に進行する荷電粒子ビームをZ軸方向に偏向させる。また、上述の第6~第8巻き枠層のそれぞれにはコイル(第2コイル)が配置されており、それぞれのコイルは、コイル522と同様に、Y軸方向に磁場を発生させるように構成されている。 A coil 522 is arranged on the ninth winding frame layer 460. The coil 522 generates a magnetic field in the Y-axis direction and deflects the charged particle beam traveling in the X-axis direction in the Z-axis direction. Further, a coil (second coil) is arranged in each of the sixth to eighth reel layers described above, and each coil is configured to generate a magnetic field in the Y-axis direction, similarly to the coil 522. has been done.

第9水路層480は、第9巻き枠層460の外周面を覆うように配置されており、冷却溶媒が通過する経路の一部を形成する層である。第9水路層480の外周面には外筒32が配置されている。外筒32は、その内周面が第9水路層480の外周面を覆うように、配置されている。 The ninth water channel layer 480 is a layer that is arranged to cover the outer circumferential surface of the ninth reel layer 460 and forms part of a path through which the cooling solvent passes. The outer cylinder 32 is arranged on the outer peripheral surface of the ninth water channel layer 480. The outer cylinder 32 is arranged so that its inner circumferential surface covers the outer circumferential surface of the ninth water channel layer 480.

図8は、本実施形態に係る内筒30の斜視図である。図8に示すように、内筒30の外周面には長手方向に沿って溝302が形成されている。この溝302は、冷却溶媒の経路の一部を形成する。 FIG. 8 is a perspective view of the inner cylinder 30 according to this embodiment. As shown in FIG. 8, a groove 302 is formed in the outer peripheral surface of the inner cylinder 30 along the longitudinal direction. This groove 302 forms part of the path for the cooling solvent.

図9は、内筒30に配置された第1巻き枠層400の斜視図である。第1巻き枠層400には、溝402が形成されている。この溝402にリッツ線が埋め込まれ、樹脂によって固められることにより、このリッツ線がコイル(第1コイル)を構成する。 FIG. 9 is a perspective view of the first winding frame layer 400 disposed in the inner cylinder 30. A groove 402 is formed in the first reel layer 400 . A litz wire is embedded in this groove 402 and hardened with resin, thereby forming a coil (first coil).

図10は、本実施形態に係る第1水路層420の水路部材422を示す斜視図である。図10に示す水路部材422は、第1水路層420の半周分を構成している。図10に示す水路部材422と同様の構成を有する水路部材がもう1つあり、この2つの水路部材を組み合わせることにより、第1巻き枠層400の外周面を一周する第1水路層420が形成される。水路部材422は、外周面に溝424を有しており、この溝424は、冷却溶媒が通過する経路の一部を形成する。なお、積層構造体42が備える各水路層は、第1水路層と同様に、2つの水路部材を組み合わせることにより、一周する水路層が構成される。本実施形態では、各水路層は水路部材によって構成される例を説明するが、各水路層は、水路部材を用いずに、単なる空間として形成されてもよい。 FIG. 10 is a perspective view showing the water channel member 422 of the first water channel layer 420 according to this embodiment. The water channel member 422 shown in FIG. 10 constitutes a half circumference of the first water channel layer 420. There is another channel member having the same configuration as the channel member 422 shown in FIG. 10, and by combining these two channel members, a first channel layer 420 that goes around the outer peripheral surface of the first winding frame layer 400 is formed. be done. The water channel member 422 has a groove 424 on its outer circumferential surface, and this groove 424 forms a part of the path through which the cooling solvent passes. Note that, like the first water channel layer, each water channel layer included in the laminated structure 42 is constructed by combining two water channel members to form a water channel layer that goes around the entire circumference. In this embodiment, an example will be described in which each water channel layer is constituted by a water channel member, but each water channel layer may be formed as a mere space without using any water channel member.

図11は、本実施形態に係る第2巻き枠層440の斜視図である。図11では、第1水路層420の表面に第2巻き枠層440が配置されている様子を示している。第2巻き枠層440の表面には、溝444が形成されており、この溝444にリッツ線が埋め込まれ、このリッツ線がコイル504を構成する。溝444は、第2巻き枠層440を表面から裏面に貫通する孔として形成されてもよいし、第2巻き枠層440を表面から裏面に貫通しないように形成されてもよい。また、第2巻き枠層440の外表面には、その外表面を覆うように第2水路層が配置される。この第2水路層の内周面には溝が設けられており、この溝および第2巻き枠層440の外表面によって、冷却溶媒が通過する経路の一部が形成される。このように内筒30の外周面には巻き枠層と水路層とが積層され、最も外側の水路層の外周面には、その外周面を覆うように、図12に示す外筒32が配置される。 FIG. 11 is a perspective view of the second reel layer 440 according to this embodiment. FIG. 11 shows a second reel layer 440 disposed on the surface of the first channel layer 420. A groove 444 is formed on the surface of the second winding frame layer 440, a litz wire is embedded in the groove 444, and the litz wire constitutes the coil 504. The groove 444 may be formed as a hole that penetrates the second winding frame layer 440 from the front surface to the back surface, or may be formed so as not to penetrate the second winding frame layer 440 from the front surface to the back surface. Further, a second channel layer is disposed on the outer surface of the second winding frame layer 440 so as to cover the outer surface. A groove is provided on the inner circumferential surface of the second channel layer, and the groove and the outer surface of the second spool layer 440 form a part of the path through which the cooling solvent passes. In this way, the winding frame layer and the channel layer are laminated on the outer circumferential surface of the inner tube 30, and the outer tube 32 shown in FIG. 12 is arranged on the outer circumferential surface of the outermost channel layer so as to cover the outer circumferential surface. be done.

図13は、内筒30および構造体40のX軸に垂直な断面の一部を示す拡大図である。本実施形態では、内筒30は、積層構造体42の内周面と内筒30の外周面との間に、内筒30の外周面が第1コイルおよび第2コイルと接触しない隙間304を形成するように配置されている。具体的には、内筒30の外表面に設けられた溝302と第1巻き枠層400に配置されたコイル502との間には、内筒30の溝302がコイル502と接触しないように、冷却溶媒が流れる経路が形成されている。 FIG. 13 is an enlarged view showing a part of the cross section of the inner cylinder 30 and the structure 40 perpendicular to the X axis. In this embodiment, the inner tube 30 has a gap 304 between the inner circumferential surface of the laminated structure 42 and the outer circumferential surface of the inner tube 30 so that the outer circumferential surface of the inner tube 30 does not come into contact with the first coil and the second coil. arranged to form a Specifically, between the groove 302 provided on the outer surface of the inner cylinder 30 and the coil 502 disposed on the first winding frame layer 400, a groove is formed so that the groove 302 of the inner cylinder 30 does not come into contact with the coil 502. , a path is formed through which the cooling solvent flows.

また、第1水路層420の内表面に形成された溝423とコイル502との間、および第1水路層420の外表面に形成された溝424と第2巻き枠層440に配置されたコイル504との間には、冷却溶媒が流れる経路が形成されている。さらに、第2水路層450の内表面に形成された溝454とコイル504との間には、冷却溶媒が流れる経路が形成されている。同様に、第2水路層450の外表面に形成された溝、および各水路層の表面に形成された溝は、隣接する巻き枠層あるいはコイルとの間に、冷却溶媒が流れる経路を形成する。 Further, between the groove 423 formed on the inner surface of the first water channel layer 420 and the coil 502, and between the groove 424 formed on the outer surface of the first water channel layer 420 and the coil disposed on the second winding frame layer 440. 504, a path through which the cooling solvent flows is formed. Further, a path through which the cooling solvent flows is formed between the groove 454 formed on the inner surface of the second water channel layer 450 and the coil 504. Similarly, the grooves formed in the outer surface of the second channel layer 450 and the grooves formed in the surface of each channel layer form a path for cooling solvent to flow between adjacent bobbin layers or coils. .

荷電粒子ビームによる治療では、荷電粒子ビームが照射される位置の精度を高めるために、コイルを所望の位置に精度よく配置することが求められる。本実施形態に係る荷電粒子ビーム偏向装置20では、コイルが配置された積層構造体42は、内筒30に固定される。このため、内筒30が適切な位置に配置されていれば、内筒30に対して適切に積層構造体42を設置することにより、自ずとコイルが適切な位置に配置される。換言すれば、積層構造体42と内筒30とを一体化しているため、内筒30の位置を調整することによって、コイルを適切な位置に設置できる。このように、本実施形態では、内筒30に積層構造体42を固定することにより、走査電磁石の位置の精度を高めることができる。この結果、荷電粒子ビームの照射位置を調整するための作業を効率化させることが可能となる。 In treatment using a charged particle beam, it is required to accurately arrange a coil at a desired position in order to improve the accuracy of the position where the charged particle beam is irradiated. In the charged particle beam deflection device 20 according to this embodiment, the laminated structure 42 in which the coil is arranged is fixed to the inner cylinder 30. For this reason, if the inner tube 30 is placed at an appropriate position, the coils are automatically placed at an appropriate position by appropriately installing the laminated structure 42 on the inner tube 30. In other words, since the laminated structure 42 and the inner cylinder 30 are integrated, the coil can be installed at an appropriate position by adjusting the position of the inner cylinder 30. In this manner, in this embodiment, by fixing the laminated structure 42 to the inner cylinder 30, the accuracy of the position of the scanning electromagnet can be improved. As a result, it becomes possible to make the work for adjusting the irradiation position of the charged particle beam more efficient.

また、上述のように、本実施形態に係る荷電粒子ビーム偏向装置20では、内筒30(中空部材)は、積層構造体42の内周面と内筒30の外周面332との間に、内筒30の外周面332が第1コイルおよび第2コイルと接触しない隙間を形成するように配置されている。このため、積層構造体42の内周面と内筒30の外周面332と間の隙間306において、内筒30は、第1コイルまたは第2コイルを構成するリッツ線と直接的に接触しない。このため、隙間において内筒30がコイルと接触している場合と比べて、コイルが冷却溶媒と接触可能な面積が大きくなる。この結果、冷却溶媒によって、より効率よく、積層構造体42に配置されたコイル(特に、第1巻き枠層400に配置されたコイル502)を冷却できる。 Further, as described above, in the charged particle beam deflection device 20 according to the present embodiment, the inner cylinder 30 (hollow member) has a space between the inner peripheral surface of the laminated structure 42 and the outer peripheral surface 332 of the inner cylinder 30 The outer peripheral surface 332 of the inner cylinder 30 is arranged so as to form a gap where the outer peripheral surface 332 does not come into contact with the first coil and the second coil. Therefore, in the gap 306 between the inner circumferential surface of the laminated structure 42 and the outer circumferential surface 332 of the inner tube 30, the inner tube 30 does not directly contact the litz wire forming the first coil or the second coil. Therefore, compared to the case where the inner cylinder 30 is in contact with the coil in the gap, the area where the coil can come into contact with the cooling solvent becomes larger. As a result, the coils arranged in the laminated structure 42 (particularly the coils 502 arranged in the first winding frame layer 400) can be cooled more efficiently by the cooling solvent.

また、本実施形態では、内筒30の外周面には、冷却溶媒の流路の一部を形成する溝が設けられている。このため、本実施形態では、最も内側のコイルに直接的に冷却溶媒を接触させることができるため、より効率よくコイルを冷却させることができる。 Furthermore, in this embodiment, the outer circumferential surface of the inner cylinder 30 is provided with a groove that forms a part of the flow path for the cooling solvent. Therefore, in this embodiment, since the cooling solvent can be brought into direct contact with the innermost coil, the coil can be cooled more efficiently.

上述のように、本実施形態に係る荷電粒子ビーム偏向装置では、コイルには大電流が流れる。このため、冷却溶媒によってコイルをより確実に冷却する必要がある。冷却溶媒が積層構造体の層間の隙間を流れると、層の位置がずれる可能性がある。層がずれると、冷却溶媒の流れが滞り、冷却が円滑に行われない可能性がある。冷却が円滑に行われないと、大電流によってコイルが非常に高温になる可能性がある。 As described above, in the charged particle beam deflection device according to this embodiment, a large current flows through the coil. Therefore, it is necessary to cool the coil more reliably using a cooling solvent. If the cooling solvent flows through the interstices between the layers of the laminated structure, the layers may become misaligned. If the layers shift, the flow of the cooling solvent may become stagnant and cooling may not be performed smoothly. Without proper cooling, the high current can cause the coil to become very hot.

本実施形態では、入射側押圧部226および出射側押圧部241は、積層構造体42を外部から内部に向けて押圧する。このため、積層構造体42が備える各層は、これらの押圧部によって押しつけられるため、各層の位置がずれることが抑制される。この結果、積層構造体42の隙間に冷却溶媒を滞りなく流し、円滑にコイルを冷却することが可能となる。 In this embodiment, the entrance-side pressing section 226 and the exit-side pressing section 241 press the laminated structure 42 from the outside to the inside. For this reason, each layer included in the laminated structure 42 is pressed by these pressing parts, so that displacement of the position of each layer is suppressed. As a result, it becomes possible to smoothly flow the cooling solvent into the gaps in the laminated structure 42 and cool the coil smoothly.

また、本実施形態では、流出部材22、流入部材24、内筒30および構造体40によって、構造体40の隙間と連通する空間232、246を形成し、これらの空間を冷却溶媒が流れる水路として活用した。これにより、簡便な構造で水路を実現し、スムーズに冷却溶媒を流すことができる。また、これらの空間には、巻き枠層の各層間を接続するリッツ線などをまとめて固定できる。この場合、そのリッツ線をまとめて冷却することが可能である。 Furthermore, in this embodiment, the outflow member 22, the inflow member 24, the inner cylinder 30, and the structure 40 form spaces 232 and 246 that communicate with the gap in the structure 40, and these spaces are used as waterways through which the cooling solvent flows. I took advantage of it. As a result, a water channel can be realized with a simple structure, and the cooling solvent can flow smoothly. Further, in these spaces, litz wires and the like that connect the respective layers of the winding frame layer can be fixed together. In this case, it is possible to cool the litz wire all at once.

[第1変形例]
図14は、第1変形例に係る内筒30および構造体40のX軸に垂直な断面の一部を示す拡大図である。図14に示す例では、冷却溶媒は、内筒30と第1巻き枠層400およびコイル502との間に形成されている隙間において、X軸方向(紙面の裏側から表側に向かう方向)に流れるものとする。
[First modification]
FIG. 14 is an enlarged view showing a part of the cross section perpendicular to the X axis of the inner cylinder 30 and the structure 40 according to the first modification. In the example shown in FIG. 14, the cooling solvent flows in the X-axis direction (direction from the back side to the front side of the paper) in the gap formed between the inner tube 30, the first winding frame layer 400, and the coil 502. shall be taken as a thing.

第1変形例では、図14に示すように、内筒30は、第1巻き枠層400に配置されたコイル502と接触しない隙間を形成するように配置されている。より詳細には、内筒30は、その外周面332が、第1巻き枠層400の内表面404およびコイル502の内表面510と接触しない隙間306を形成するように配置されている。第1変形例では、冷却溶媒が第1巻き枠層400と接触するように隙間306が形成されており、このような形態においても、効率よく冷却溶媒によってコイル502を冷却することが可能である。 In the first modification, as shown in FIG. 14, the inner cylinder 30 is arranged so as to form a gap that does not come into contact with the coil 502 arranged on the first winding frame layer 400. More specifically, the inner cylinder 30 is arranged such that the outer peripheral surface 332 forms a gap 306 that does not contact the inner surface 404 of the first spool layer 400 and the inner surface 510 of the coil 502. In the first modification, a gap 306 is formed so that the cooling solvent comes into contact with the first winding frame layer 400, and even in such a configuration, it is possible to efficiently cool the coil 502 with the cooling solvent. .

このため、本実施形態に係る荷電粒子ビーム偏向装置では、内筒30がコイル502と接触している場合と比べて、接触しない隙間に冷却溶媒を流すことができるため、より効率よく冷却溶媒によってコイル502を冷却することが可能となる。 Therefore, in the charged particle beam deflection device according to the present embodiment, compared to the case where the inner cylinder 30 is in contact with the coil 502, the cooling solvent can flow into the gap where the inner cylinder 30 is not in contact with the coil 502, so that the cooling solvent can be used more efficiently. It becomes possible to cool the coil 502.

[第2変形例]
図15は、変形例に係る内筒30および構造体40のX軸に垂直な断面の一部を示す拡大図である。第2変形例では、第1巻き枠層410は、コイル503を挟んで支持する支持部412と、これに加えて、コイル503の内筒30側を覆う底部414とを備える第2変形例では、冷却溶媒は、内筒30と底部414との間に形成されている隙間において、X軸方向(紙面の裏側から表側に向かう方向)に流れるものとする。第2変形例では、コイル503は、底部414を通じて、冷却溶媒によって冷却される。
[Second modification]
FIG. 15 is an enlarged view showing a part of the cross section perpendicular to the X axis of the inner cylinder 30 and the structure 40 according to a modification. In the second modification, the first winding frame layer 410 includes a support portion 412 that supports the coil 503 on both sides, and a bottom portion 414 that covers the inner cylinder 30 side of the coil 503. It is assumed that the cooling solvent flows in the X-axis direction (direction from the back side to the front side of the paper) in the gap formed between the inner cylinder 30 and the bottom part 414. In a second variant, the coil 503 is cooled by a cooling solvent through the bottom 414.

内筒30は、積層構造体の内周面(より具体的には、底部414の底面416)と内筒30の外周面334との間に、内筒30の外周面334がコイル503と接触しない隙間308を形成するように配置されている。これにより、内筒30とコイルとが接触しない隙間に冷却溶媒を流すことができるため、より効率よく冷却溶媒によってコイル502を冷却することが可能となる。 The outer circumferential surface 334 of the inner tube 30 contacts the coil 503 between the inner circumferential surface of the laminated structure (more specifically, the bottom surface 416 of the bottom portion 414) and the outer circumferential surface 334 of the inner tube 30. They are arranged so as to form a gap 308 in which there is no gap. This allows the cooling solvent to flow into the gap where the inner cylinder 30 and the coil do not come into contact with each other, so that the coil 502 can be cooled more efficiently with the cooling solvent.

[第2実施形態]
第1実施形態では、第1コイルおよび第2コイルは、並列に配置される例を説明した。これに限らず、第1コイルおよび第2コイルは、直列に配置されてよい。すなわち、第1コイルおよび第2コイルは、X軸に平行な方向に互いにずれた位置に配置されてよい。
[Second embodiment]
In the first embodiment, the first coil and the second coil are arranged in parallel. However, the present invention is not limited to this, and the first coil and the second coil may be arranged in series. That is, the first coil and the second coil may be arranged at positions shifted from each other in a direction parallel to the X-axis.

図16を参照して、第1コイルおよび第2コイルが直列に配置される第2実施形態に係る荷電粒子ビーム偏向装置60について説明する。第2実施形態に係る荷電粒子ビーム偏向装置60は、主として、第1偏向装置62、第2偏向装置64、および第1偏向装置62と第2偏向装置64とを連結する連結部材66を備える。第1偏向装置62および第2偏向装置64は、第1実施形態に係る荷電粒子ビーム偏向装置20が備える各種の構成をそれぞれ備えてよい。 With reference to FIG. 16, a charged particle beam deflection device 60 according to a second embodiment in which a first coil and a second coil are arranged in series will be described. The charged particle beam deflection device 60 according to the second embodiment mainly includes a first deflection device 62, a second deflection device 64, and a connection member 66 that connects the first deflection device 62 and the second deflection device 64. The first deflection device 62 and the second deflection device 64 may each have various configurations included in the charged particle beam deflection device 20 according to the first embodiment.

荷電粒子ビーム偏向装置60の内部には、一端に入射口74、他端に出射口76を有する内部空間72が形成されている。荷電粒子ビームは、図16に示すD軸方向に入射口74から内部空間72に入射して、内部空間72において第1偏向装置62および第2偏向装置64によって偏向され、出射口76から出射する。 Inside the charged particle beam deflection device 60, an internal space 72 is formed which has an entrance port 74 at one end and an exit port 76 at the other end. The charged particle beam enters the internal space 72 from the entrance port 74 in the D-axis direction shown in FIG. .

第1偏向装置62は、D軸方向に垂直な方向に荷電粒子ビームを偏向させ、偏向させた荷電粒子ビームを第2偏向装置64に入射させる装置である。第1偏向装置62は、第1構造体620、第1ヨーク622、第1流入部材624、第1流出部材630および内筒70を備える。 The first deflection device 62 is a device that deflects the charged particle beam in a direction perpendicular to the D-axis direction and causes the deflected charged particle beam to enter the second deflection device 64 . The first deflection device 62 includes a first structure 620 , a first yoke 622 , a first inflow member 624 , a first outflow member 630 and an inner cylinder 70 .

内筒70は、中空形状を有し、その内部を荷電粒子ビームが通過するように構成されている。本実施形態では、内筒70は、第1偏向装置62と第2偏向装置64とで共有されている。これに限らず、内筒は、第1偏向装置62と第2偏向装置64とで、独立に構成されてもよい。内筒70の一端には、入射口74が形成されており、内筒70の他端には、出射口76が形成されている。また、第2実施形態に係る内筒70は、円筒形状を有している。なお、その外径および内径は、直線的あるいは非直線的な傾斜を有してもよい。 The inner cylinder 70 has a hollow shape and is configured so that the charged particle beam passes through the inside thereof. In this embodiment, the inner cylinder 70 is shared by the first deflection device 62 and the second deflection device 64. However, the present invention is not limited to this, and the inner cylinder may be configured independently of the first deflection device 62 and the second deflection device 64. An entrance port 74 is formed at one end of the inner cylinder 70, and an output port 76 is formed at the other end of the inner cylinder 70. Further, the inner cylinder 70 according to the second embodiment has a cylindrical shape. Note that the outer diameter and inner diameter may have a linear or non-linear slope.

第1構造体620は、磁場によって内部空間72を通過する荷電粒子ビームを偏向させるように構成されている。第1構造体620は、図示しないが、第1積層構造体および第1コイルを備える。第1コイルは、発生させた磁場により、荷電粒子ビームをD軸方向とは異なる方向に偏向させる。例えば、第1コイルは、荷電粒子ビームをD軸方向に垂直な方向に荷電粒子ビームを偏向させてよい。 The first structure 620 is configured to deflect a charged particle beam passing through the interior space 72 by means of a magnetic field. Although not shown, the first structure 620 includes a first laminated structure and a first coil. The first coil deflects the charged particle beam in a direction different from the D-axis direction using the generated magnetic field. For example, the first coil may deflect the charged particle beam in a direction perpendicular to the D-axis direction.

第1積層構造体は、荷電粒子ビームが内部を通過する中空形状を有し、内部から外部に向かう方向に積層された複数の層を有する。これらの複数の層のうち、隣合う2つの層の間は、冷却溶媒を流すことが可能な隙間を有している。また、第1積層構造体が有する複数の層は、第1コイルを支持する第1コイル支持層を含む。 The first laminated structure has a hollow shape through which the charged particle beam passes, and has a plurality of layers stacked in a direction from the inside to the outside. Among these multiple layers, there is a gap between two adjacent layers through which a cooling solvent can flow. Further, the plurality of layers included in the first laminated structure include a first coil support layer that supports the first coil.

第1流入部材624は、冷却溶媒を第1構造体620に流入させるための部材である。第1流入部材624は、連結部材66に接続されている。また、第1流入部材624は、第1構造体620を外側から内側に向けて押圧する押圧部625を有している。また、第1流入部材624の内部には、第1構造体620の端面、第1流入部材624、連結部材66および内筒70の外周面によって囲まれた空間628が形成されており、この空間628は、第1構造体620の隙間と連通している。さらに、第1流入部材624には、D軸方向に空いた孔626を有しており、この孔626は、空間628と連通している。 The first inflow member 624 is a member for allowing the cooling solvent to flow into the first structure 620. The first inflow member 624 is connected to the coupling member 66 . Further, the first inflow member 624 has a pressing portion 625 that presses the first structure 620 from the outside to the inside. Further, a space 628 is formed inside the first inflow member 624, and is surrounded by the end surface of the first structure 620, the first inflow member 624, the connecting member 66, and the outer peripheral surface of the inner cylinder 70. 628 communicates with a gap in the first structure 620. Furthermore, the first inflow member 624 has a hole 626 that is open in the D-axis direction, and this hole 626 communicates with a space 628.

第1流出部材630は、冷却溶媒を外部に流出させるための部材である。第1流出部材630は、第1構造体620を外部から内部に向けて押圧する押圧部634と、第1構造体620の端面を覆う被覆部材632とを備える。第2実施形態では、第1構造体620の端面、被覆部材632および内筒70の外周面によって囲まれた空間633が形成されている。この空間633は、第1構造体620の隙間および排出口(図示しない)と連通している。 The first outflow member 630 is a member that allows the cooling solvent to flow out. The first outflow member 630 includes a pressing part 634 that presses the first structure 620 from the outside to the inside, and a covering member 632 that covers the end surface of the first structure 620. In the second embodiment, a space 633 is defined by the end surface of the first structure 620, the covering member 632, and the outer peripheral surface of the inner cylinder 70. This space 633 communicates with a gap in the first structure 620 and a discharge port (not shown).

第1偏向装置62では、第1流入部材624、第1構造体620および第1流出部材630において、図15に示す矢印の方向に冷却溶媒が流れることによって、第1構造体620が有する第1コイルが冷却される。具体的には、第1流入部材624の孔626から冷却溶媒が空間628に流入し、第1構造体620および第1流出部材630の空間633を介して、排出口から冷却溶媒が排出される。このとき、冷却溶媒が第1構造体620の隙間を流れることによって、第1コイルが冷却される。 In the first deflection device 62, the cooling solvent flows in the direction of the arrow shown in FIG. The coil is cooled. Specifically, the cooling solvent flows into the space 628 from the hole 626 of the first inlet member 624 and is discharged from the outlet via the first structure 620 and the space 633 of the first outflow member 630. . At this time, the first coil is cooled by the cooling solvent flowing through the gap in the first structure 620.

第2偏向装置64は、D軸方向および第1偏向装置62が荷電粒子ビームを偏向させる方向とは異なる方向に荷電粒子ビームを偏向させ、偏向させた荷電粒子ビームを出射口76から出射させる装置である。第2偏向装置64は、第2構造体640、第2ヨーク642、第2流入部材644、第2流出部材650および内筒70を備える。 The second deflection device 64 is a device that deflects the charged particle beam in a direction different from the D-axis direction and the direction in which the first deflection device 62 deflects the charged particle beam, and emits the deflected charged particle beam from the exit port 76. It is. The second deflection device 64 includes a second structure 640 , a second yoke 642 , a second inflow member 644 , a second outflow member 650 and an inner cylinder 70 .

第2構造体640は、磁場によって内部空間72を通過する荷電粒子ビームを偏向するように構成されている。第2実施形態に係る第2構造体640は、図示しないが、第2積層構造体および第2コイルを備える。第2コイルは、発生させた磁場により、第1偏向装置62によって偏向された荷電粒子ビームを、D軸方向および第1偏向装置62が荷電粒子ビームを偏向させる方向とは異なる方向に偏向させる。第2コイルは、たとえば、D軸方向に垂直であって、第1偏向装置62が荷電粒子ビームを偏向させる方向に垂直な方向に荷電粒子ビームを偏向させてよい。 The second structure 640 is configured to deflect the charged particle beam passing through the interior space 72 with a magnetic field. Although not shown, the second structure 640 according to the second embodiment includes a second laminated structure and a second coil. The second coil uses the generated magnetic field to deflect the charged particle beam deflected by the first deflection device 62 in a direction different from the D-axis direction and the direction in which the first deflection device 62 deflects the charged particle beam. The second coil may, for example, deflect the charged particle beam in a direction perpendicular to the D-axis direction and perpendicular to the direction in which the first deflection device 62 deflects the charged particle beam.

第2積層構造体は、荷電粒子ビームが内部を通過する中空形状を有し、内部から外部に向かう方向に積層された複数の層を有する。これらの複数の層のうち、隣合う2つの層の間は、冷却溶媒を流すことが可能な隙間を有している。また、第2積層構造体が有する複数の層は、第2コイルを支持する第2コイル支持層を含む。 The second laminated structure has a hollow shape through which the charged particle beam passes, and has a plurality of layers stacked in a direction from the inside to the outside. Among these multiple layers, there is a gap between two adjacent layers through which a cooling solvent can flow. Further, the plurality of layers included in the second laminated structure include a second coil support layer that supports the second coil.

第2流入部材644は、冷却溶媒を第2構造体640に流入させるための部材である。第2流入部材644は、第2構造体640の端面を覆う被覆部材646と、第2構造体640を外部から内部に向けて押圧する押圧部647とを備える。第2実施形態では、第2構造体640の端面、被覆部材646および内筒70の外周面によって囲まれた空間649が形成されている。この空間649は、第2構造体640の隙間と連通している。さらに、第2流入部材644には、D軸方向に空いた孔648を有しており、この孔648は、空間649と連通している。 The second inflow member 644 is a member for allowing the cooling solvent to flow into the second structure 640. The second inflow member 644 includes a covering member 646 that covers the end surface of the second structure 640, and a pressing portion 647 that presses the second structure 640 from the outside to the inside. In the second embodiment, a space 649 is defined by the end surface of the second structure 640, the covering member 646, and the outer peripheral surface of the inner cylinder 70. This space 649 communicates with a gap in the second structure 640. Further, the second inflow member 644 has a hole 648 that is open in the D-axis direction, and this hole 648 communicates with a space 649.

第2流出部材650は、冷却溶媒を外部に流出させるための部材である。第2流出部材650は、連結部材66に接続されている。また、第2流出部材650は、第2構造体640を外側から内側に向けて押圧する押圧部として機能してよい。また、第2構造体640の端面、第2流出部材650、連結部材66および内筒70の外周面によって囲まれた空間652が形成されている。この空間652は、第2構造体640の隙間および排出口(図示しない)と連通している。 The second outflow member 650 is a member that allows the cooling solvent to flow out. The second outflow member 650 is connected to the connection member 66. Further, the second outflow member 650 may function as a pressing portion that presses the second structure 640 from the outside to the inside. Furthermore, a space 652 is defined by the end surface of the second structure 640, the second outflow member 650, the connecting member 66, and the outer peripheral surface of the inner cylinder 70. This space 652 communicates with a gap in the second structure 640 and an outlet (not shown).

第2偏向装置64では、第2流入部材644、第2構造体640および第2流出部材650において、図15に示す矢印の方向に冷却溶媒が流れることによって、第2構造体640が有する第2コイルが冷却される。具体的には、第2流入部材644の孔648から冷却溶媒が空間649に流入し、第2構造体640および空間652を介して、排出口から冷却溶媒が排出される。このとき、冷却溶媒が第2構造体640の隙間を流れることによって、第2コイルが冷却される。 In the second deflection device 64, the cooling solvent flows in the direction of the arrow shown in FIG. The coil is cooled. Specifically, the cooling solvent flows into the space 649 from the hole 648 of the second inflow member 644, and is discharged from the outlet via the second structure 640 and the space 652. At this time, the second coil is cooled by the cooling solvent flowing through the gap in the second structure 640.

以上、第2実施形態に係る荷電粒子ビーム偏向装置60について説明した。第2実施形態では、第1偏向装置62が備える第1ヨーク622および第2偏向装置64が備える第2ヨーク642が別体である例を説明したが、これに限らず、第1偏向装置62および第2偏向装置64が備えるヨークは、互いに結合されている一体型であってもよい。 The charged particle beam deflection device 60 according to the second embodiment has been described above. In the second embodiment, an example has been described in which the first yoke 622 of the first deflection device 62 and the second yoke 642 of the second deflection device 64 are separate bodies, but the present invention is not limited to this. The yokes included in the second deflection device 64 may be integrally coupled to each other.

また、冷却溶媒を流す経路は上述した例に限られるものではない。例えば、連結部材66において、空間628と空間652とを連通する孔を設けてよい。この場合、第2偏向装置64に流入した冷却溶媒は、連結部材66に設けられた孔を通過して第1偏向装置62に流れ、空間633から外部に排出される。 Furthermore, the path through which the cooling solvent flows is not limited to the example described above. For example, a hole may be provided in the connecting member 66 to communicate the space 628 and the space 652. In this case, the cooling solvent that has flowed into the second deflection device 64 passes through the hole provided in the connecting member 66, flows into the first deflection device 62, and is discharged from the space 633 to the outside.

また、連結部材66によって形成される2つの空間(すなわち、第1偏向装置62の空間628および第2偏向装置64の空間652)は、共に、冷却溶媒の流入に利用されてもよい。この場合、第2偏向装置64の空間652に流入した冷却溶媒は、空間649を通過して、孔648から外部に排出されてよい。 Further, both of the two spaces formed by the connecting member 66 (ie, the space 628 of the first deflection device 62 and the space 652 of the second deflection device 64) may be used for the inflow of the cooling solvent. In this case, the cooling solvent that has entered the space 652 of the second deflection device 64 may pass through the space 649 and be discharged from the hole 648 to the outside.

[積層構造体の位置合わせ]
構造体40をアイソセンターに対して位置合わせする場合、構造体40を位置合わせするための参照点は、流入部材24とすることができる。このため、流入部材24を基準として、構造体40を位置合わせできる。以下、図17および図18を参照しながら、構造体40を位置合わせする方法の一例を説明する。図17は、位置合わせされている構造体40を荷電粒子ビームの出射側から見た図である。図18は、位置出しピン28によって内筒30と外筒32と構造体40とが出射側押圧部241に対して位置合わせされている様子を拡大して示す図である。
[Alignment of laminated structure]
When aligning structure 40 with respect to the isocenter, the reference point for aligning structure 40 may be inlet member 24 . Therefore, the structure 40 can be aligned with the inflow member 24 as a reference. An example of a method for aligning the structures 40 will be described below with reference to FIGS. 17 and 18. FIG. 17 is a diagram of the aligned structure 40 viewed from the charged particle beam exit side. FIG. 18 is an enlarged view showing how the inner tube 30, the outer tube 32, and the structure 40 are aligned with the emission side pressing part 241 by the positioning pin 28.

図17に示すように、構造体40および内筒30は、4本の位置出しピン28によって、出射側押圧部241に固定される。なお、位置出しピン28は、3本以下であってもよいし、5本以上であってもよい。 As shown in FIG. 17, the structure 40 and the inner cylinder 30 are fixed to the emission side pressing part 241 by four positioning pins 28. Note that the number of positioning pins 28 may be three or less, or may be five or more.

構造体40の各層491~498には、半径方向に沿って形成された切り欠き部が設けられている。内筒30は、位置出しピン28を内筒30に固定するためのネジ穴を有している。図18に示すように位置出しピン28を切り欠き部と係合させ、切り欠き部および内筒30のネジ穴を半径方向にすべて一致させることにより、構造体40の各層(各巻き枠層および各水路層)は精度良く積層される。 Each layer 491 to 498 of the structure 40 is provided with a notch portion formed along the radial direction. The inner cylinder 30 has a screw hole for fixing the positioning pin 28 to the inner cylinder 30. As shown in FIG. 18, by engaging the positioning pin 28 with the notch and aligning all the screw holes of the notch and the inner cylinder 30 in the radial direction, each layer of the structure 40 (each reel layer and Each channel layer) is laminated with high precision.

位置出しピン28は、構造体40に係合しているため、内筒30、構造体40、および構造体40に密着した外筒32は、出射側押圧部241に対して位置合わせされる。また、本実施形態のようにコイルが設けられた複数の巻き枠層を積層する場合は、位置出しピン28の配置により、第1コイルおよび第2コイルの適切な相対位置関係が担保される。 Since the positioning pin 28 is engaged with the structure 40 , the inner cylinder 30 , the structure 40 , and the outer cylinder 32 that is in close contact with the structure 40 are aligned with the emission side pressing part 241 . Furthermore, when a plurality of winding frame layers provided with coils are stacked as in this embodiment, the arrangement of the positioning pins 28 ensures an appropriate relative positional relationship between the first coil and the second coil.

図18を参照して、位置出しピン28の構成について、より詳細に説明する。図18に示すように、位置出しピン28は、第1被固定部280、固定部286および第2被固定部288を備える。これらの第1被固定部280、固定部286および第2被固定部288は、一体となっている。 The configuration of the positioning pin 28 will be described in more detail with reference to FIG. 18. As shown in FIG. 18, the positioning pin 28 includes a first fixed portion 280, a fixed portion 286, and a second fixed portion 288. These first fixed portion 280, fixed portion 286, and second fixed portion 288 are integrated.

第1被固定部280は、ネジ穴282,284を有しており、これらのネジ穴282,284にネジが通されることにより、第1被固定部280が出射側押圧部241の所望の位置に固定される。また、第2被固定部288は、図示しないネジ穴を有しており、そのネジ穴にネジが通されることにより、第2被固定部288が内筒30に固定される。固定部286は、第1被固定部280と第2被固定部288とを接続する、板状の部材である。 The first fixed part 280 has screw holes 282 and 284, and by passing screws through these screw holes 282 and 284, the first fixed part 280 is moved to the desired position of the output side pressing part 241. Fixed in position. Further, the second fixed portion 288 has a screw hole (not shown), and by passing a screw through the screw hole, the second fixed portion 288 is fixed to the inner cylinder 30. The fixing part 286 is a plate-shaped member that connects the first fixed part 280 and the second fixed part 288.

構造体40の各層491~498には、切り欠き部が設けられており、その切り欠き部に固定部286が係合する。このように構造体40が4つの位置出しピン28に係合することにより、構造体40および構造体40に密着した外筒32は、出射側押圧部241に対して位置合わせされる。このように位置出しピン28を用いることにより、積層構造体42を位置精度良く積層する組立が容易になる。 Each of the layers 491 to 498 of the structure 40 is provided with a notch, and the fixing portion 286 engages with the notch. As the structure 40 engages with the four positioning pins 28 in this manner, the structure 40 and the outer cylinder 32 that is in close contact with the structure 40 are aligned with the emission side pressing portion 241. By using the positioning pins 28 in this way, it becomes easy to assemble the laminated structures 42 to stack them with high positional accuracy.

外筒32、構造体40および出射側押圧部241などの位置合わせを行う流れの一例を説明する。ここでは、流入部材24を模擬した模擬部材と、位置出しピン28を模擬した模擬部材用の位置出しピンを用いる例を説明する。 An example of the flow of aligning the outer cylinder 32, the structure 40, the output side pressing part 241, etc. will be described. Here, an example will be described in which a simulating member simulating the inflow member 24 and a locating pin for a simulating member simulating the locating pin 28 are used.

まず、模擬部材に固定される模擬部材用の位置出しピンに対し、内筒30は、模擬第2被固定部(模擬部材用の位置出しピンの第2被固定部288に対応する部分)と模擬ネジで係合して固定される。この後、構造体40の各層(各巻き枠層および各水路層)を、順次一層ごと固定または係合し、層間を接着して固定する。このようにして構造体40が模擬部材に対して位置合わせされたあと、模擬部材用の位置出しピンを模擬部材から外す。その後、模擬部材を流入部材24に交換し、流入部材24に対し、位置出しピン28により、内筒30を第2被固定部288とネジ穴にネジを通して結合することにより、簡単に構造体40および外筒32を切り欠き部に沿って出射側押圧部241に固定することができる。これにより、流入部材24に対して、構造体40などが適切な位置に、精度良く配置される。したがって、構造体40のコイルが、流入部材24に対して適切な位置に固定される。このように組み立てることで、流入部材24に対し、簡便かつ確実に各層を位置精度良く配置できる。 First, with respect to the positioning pin for the simulated member that is fixed to the simulated member, the inner cylinder 30 is connected to the simulated second fixed part (the part corresponding to the second fixed part 288 of the positioning pin for the simulated member). It is engaged and fixed with a simulated screw. Thereafter, each layer of the structure 40 (each spool layer and each waterway layer) is fixed or engaged layer by layer, and the layers are bonded and fixed. After the structure 40 is aligned with the simulated member in this way, the positioning pin for the simulated member is removed from the simulated member. Thereafter, the dummy member is replaced with the inflow member 24, and the inner cylinder 30 is coupled to the second fixed portion 288 by the positioning pin 28 through the screw hole, thereby easily forming the structure 40. And the outer cylinder 32 can be fixed to the emission side pressing part 241 along the notch part. Thereby, the structure 40 and the like are placed at appropriate positions with high accuracy with respect to the inflow member 24. The coils of structure 40 are thus secured in position relative to inflow member 24. By assembling in this way, each layer can be easily and reliably arranged with high positional accuracy with respect to the inflow member 24.

[補足]
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
[supplement]
The present invention has been described above based on the embodiments. Those skilled in the art will understand that this embodiment is merely an example, and that various modifications can be made to the combinations of the constituent elements and processing processes, and that such modifications are also within the scope of the present invention. be.

上述の実施形態では、荷電粒子ビーム偏向装置20が照射ノズル16に設けられる例について説明した。これに限らず、荷電粒子ビーム偏向装置は、荷電粒子ビーム調整手段122などの各種の荷電粒子ビームを偏向させるための装置に設けられてよい。 In the embodiments described above, an example in which the charged particle beam deflection device 20 is provided in the irradiation nozzle 16 has been described. The invention is not limited thereto, and the charged particle beam deflection device may be provided in a device for deflecting various charged particle beams, such as the charged particle beam adjusting means 122.

上述の実施形態では、入射側押圧部226および出射側押圧部241が、積層構造体の外周面の入射側の端部および出射側の端部をそれぞれ押圧する例を説明した。押圧部が押圧する積層構造体の位置は、これらの端部に限定されるものではない。たとえば、押圧部は、積層構造体の外周面の中央領域を押圧してもよい。 In the above-described embodiment, an example has been described in which the entrance-side pressing section 226 and the exit-side pressing section 241 press the entrance-side end and the exit-side end of the outer peripheral surface of the laminated structure, respectively. The position of the laminated structure pressed by the pressing part is not limited to these ends. For example, the pressing portion may press the central region of the outer circumferential surface of the laminated structure.

上述の実施形態では、第1コイルおよび第2コイルが、互いに略直交する方向に磁場を発生させる例を説明した。これに限らず、第1コイルおよび第2コイルは、荷電粒子ビームを走査できる範囲で、互いに直交する方向からずれた方向に磁場を発生させてもよい。 In the embodiments described above, an example has been described in which the first coil and the second coil generate magnetic fields in directions substantially orthogonal to each other. However, the present invention is not limited thereto, and the first coil and the second coil may generate magnetic fields in directions that are deviated from orthogonal directions within a range that allows the charged particle beam to be scanned.

上述の実施形態では、内筒30、積層構造体42を構成する各層および外筒32の形状が、X軸に垂直な断面において円形である例について説明した。これらの形状は、円形に限定されるものではなく、楕円形または矩形などの各種の形状であってよい。 In the above-described embodiment, an example has been described in which the shapes of the inner tube 30, each layer constituting the laminated structure 42, and the outer tube 32 are circular in the cross section perpendicular to the X-axis. These shapes are not limited to circular shapes, but may be various shapes such as elliptical shapes or rectangular shapes.

上述の実施形態では、外筒32のX軸方向の全長が、構造体40のX軸方向の全長と同程度である例を説明した。これに限らず、外筒のX軸方向の全長は、構造体のX軸方向の全長と異なっていてもよい。たとえば、外筒のX軸方向の全長が、構造体のX軸方向の全長よりも長く、外筒が構造体の端面から外側に突出していてもよい。この場合、外筒が突出した部分を押圧部によって外部から内部に向けて押圧することにより、構造体40を押圧することも可能である。 In the above-described embodiment, an example has been described in which the total length of the outer cylinder 32 in the X-axis direction is approximately the same as the total length of the structure 40 in the X-axis direction. The present invention is not limited to this, and the total length of the outer cylinder in the X-axis direction may be different from the total length of the structure in the X-axis direction. For example, the total length of the outer cylinder in the X-axis direction may be longer than the total length of the structure in the X-axis direction, and the outer cylinder may protrude outward from the end surface of the structure. In this case, it is also possible to press the structure 40 by pressing the protruding portion of the outer cylinder from the outside inward using the pressing section.

また、上述の実施形態では、流出部材22および流入部材24のそれぞれは、複数の部材の組み合わせによって構成される例を説明した。これに限らず、流出部材22および流入部材24のそれぞれは1つの部材によって構成されてよい。 Furthermore, in the above-described embodiment, an example has been described in which each of the outflow member 22 and the inflow member 24 is configured by a combination of a plurality of members. However, the present invention is not limited to this, and each of the outflow member 22 and the inflow member 24 may be configured by one member.

1 荷電粒子ビーム照射装置、14 偏向電磁石、16 照射ノズル、20 荷電粒子ビーム偏向装置、22 流出部材、24 流入部材、30 内筒、32 外筒、40 構造体、42 積層構造体、43 端面、44 端面、50 第1コイル、52 第2コイル、222 入射側突出部、224 入射側被覆部、226 入射側押圧部、240 出射側端部、241 出射側押圧部、243 出射側突出部、244 孔、300 内部空間、310,320 内筒突出部 Reference Signs List 1 charged particle beam irradiation device, 14 deflection electromagnet, 16 irradiation nozzle, 20 charged particle beam deflection device, 22 outflow member, 24 inflow member, 30 inner cylinder, 32 outer cylinder, 40 structure, 42 laminated structure, 43 end face, 44 end face, 50 first coil, 52 second coil, 222 entrance side protrusion, 224 entrance side covering part, 226 entrance side pressing part, 240 output side end, 241 output side pressing part, 243 output side protrusion, 244 Hole, 300 Internal space, 310, 320 Inner cylinder protrusion

Claims (6)

荷電粒子ビームが内部を通過する中空形状を有する中空部材と、
前記中空部材の外周面を覆い、前記中空部材の内部から外部に向かう方向に積層された複数の層を有する積層構造体と、
前記荷電粒子ビームの進行方向とは異なる第1方向に前記荷電粒子ビームを偏向させる第1コイルと、
前記第1方向とは異なる第2方向に前記荷電粒子ビームを偏向させる第2コイルと、を備え、
前記複数の層は、前記第1コイルを支持する第1コイル支持層と、前記第2コイルを支持する第2コイル支持層とを有し、
前記中空部材は、前記積層構造体の内周面と前記中空部材の外周面との間に、前記中空部材の外周面が前記第1コイルおよび前記第2コイルと接触しない隙間を形成するように配置されている、
荷電粒子ビーム偏向装置。
a hollow member having a hollow shape through which the charged particle beam passes;
a laminated structure that covers the outer peripheral surface of the hollow member and has a plurality of layers laminated in a direction from the inside to the outside of the hollow member;
a first coil that deflects the charged particle beam in a first direction different from a traveling direction of the charged particle beam;
a second coil that deflects the charged particle beam in a second direction different from the first direction,
The plurality of layers include a first coil support layer that supports the first coil, and a second coil support layer that supports the second coil,
The hollow member is configured to form a gap between the inner circumferential surface of the laminated structure and the outer circumferential surface of the hollow member so that the outer circumferential surface of the hollow member does not come into contact with the first coil and the second coil. is placed,
Charged particle beam deflection device.
前記積層構造体は、前記荷電粒子ビームが入射する側の端面および前記荷電粒子ビームが出射する側の端面を有し、
前記中空部材は、前記積層構造体の一方の端面より外側に向かう方向に突出した突出部を有する、
請求項1に記載の荷電粒子ビーム偏向装置。
The laminated structure has an end face on the side where the charged particle beam enters and an end face on the side from which the charged particle beam exits,
The hollow member has a protrusion that protrudes outward from one end surface of the laminated structure.
Charged particle beam deflection device according to claim 1.
前記積層構造体の外周面の外側に位置するヨークを、さらに備え、
前記突出部は、前記ヨークに固定されている、
請求項2に記載の荷電粒子ビーム偏向装置。
further comprising a yoke located outside the outer peripheral surface of the laminated structure,
the protrusion is fixed to the yoke;
Charged particle beam deflection device according to claim 2.
前記突出部に配置された、前記積層構造体の前記一方の端面を覆う被覆部材をさらに備える、
前記突出部、前記一方の端面および前記被覆部材によって囲まれた空間が形成されている、
請求項2または3に記載の荷電粒子ビーム偏向装置。
further comprising a covering member disposed on the protrusion and covering the one end surface of the laminated structure;
A space surrounded by the protrusion, the one end surface, and the covering member is formed;
Charged particle beam deflection device according to claim 2 or 3.
前記中空部材の外周面には、冷却溶媒の流路を形成する溝が設けられており、
前記溝は、前記隙間を形成している、
請求項4に記載の荷電粒子ビーム偏向装置。
A groove is provided on the outer circumferential surface of the hollow member to form a flow path for the cooling solvent,
the groove forms the gap;
Charged particle beam deflection device according to claim 4.
前記冷却溶媒の流路は、前記空間と連通している、
請求項5に記載の荷電粒子ビーム偏向装置。
The cooling solvent flow path communicates with the space,
Charged particle beam deflection device according to claim 5.
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