JP3528583B2 - 荷電粒子ビーム照射装置および磁界発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、所定の磁界を発
生する磁界発生装置およびこの磁界発生装置を用いた荷
電粒子ビーム照射装置に関するものである。更に詳しく
は、固定された筒状のリターンヨーク内に位置する磁極
対を移動させる磁界発生装置、およびこの磁界発生装置
を用いた荷電粒子ビーム照射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は従来の荷電粒子ビーム照射装置
を説明するための図であり、詳しくは米国のＷ．Ｔ．Ｃ
ｈｕらによるＲｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉ
ｃ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ １９９３年巻６４のＮ
ｏ．８第２０５５ページから第２１２２ページに掲載さ
れた総説論文の中で紹介された荷電粒子ビーム照射装置
を説明するための図である。

【０００３】図において、３５は荷電粒子ビームを発生
する荷電粒子ビーム発生装置であり、ここでは荷電粒子
ビーム発生装置として例えば加速器を用いている。３７
は加速器３５により発生した荷電粒子ビームを輸送する
荷電粒子ビーム輸送装置であり、ここでは荷電粒子ビー
ム輸送装置３７として例えば電磁石を有するものを用い
て加速器３５より発生した荷電粒子ビームを輸送する。
３９は荷電粒子ビーム輸送装置３７により輸送された荷
電粒子ビームを偏向する荷電粒子ビーム偏向装置であ
り、荷電粒子ビーム偏向装置３９として例えば電磁石を
用いて荷電粒子ビームを偏向する。３３は荷電粒子ビー
ム偏向装置３９により偏向された荷電粒子ビームであ
る。

【０００４】１０は所定の磁界空間を発生させるための
磁界発生装置である。荷電粒子ビーム３３は磁界発生装
置により発生する磁界空間を通過する。３ａ、３ｂは第
１の磁極に対応する磁極であり、磁極３ａと磁極３ｂと
により一対の磁極対を形成する。１ａは磁極３ａに巻き
付けたコイル、１ｂは磁極３ｂに巻き付けたコイルであ
る。コイル１ａとコイル１ｂは電源（図示せず）に接続
されており、この電源に電流を流すことにより磁極３ａ
と磁極３ｂとの間に磁界が形成されることにより、所定
の磁界空間が発生する。５はリターンヨークであり、リ
ターンヨーク５は磁極３ａと磁極３ｂとを有する磁極対
の外側に設けられており、リターンヨーク５と磁極３ａ
と磁極３ｂとは一体化形成されている。

【０００５】２１は歯車であり、磁界発生装置１０は歯
車２１に固定されている。２２は歯車であり、歯車２１
と歯車２２とは互いにかみ合うように構成している。１
１は歯車２２を回転駆動するための駆動装置であり、駆
動装置として、例えばモータを用いている。モータ１１
を回転することにより、歯車２２が回転し、これにより
歯車２１が回転する。歯車２１が回転するため歯車２１
に固定された磁界発生装置１０もこれに応じて回転す
る。

【０００６】荷電粒子ビーム偏向装置３９は、荷電粒子
ビーム３３が歯車２１の回転軸２９上を進行するよう偏
向を行っている。荷電粒子ビーム３３は、歯車２２の回
転軸に沿って進行するとともに、磁界発生装置を通過す
る。このとき、磁極３ａと磁極３ｂとの間には、コイル
１ａとコイル１ｂに流れる電流に応じた磁界が発生して
おり、荷電粒子ビーム３３は磁極３ａと磁極３ｂとの間
を通過する。磁極３ａと磁極３ｂとの間を通過する荷電
粒子ビームは、磁極３ａと磁極３ｂとの間に発生する磁
界および荷電粒子の速度のベクトル積に応じた力（ロー
レンツ力）を受けるため、磁界発生装置１０を通過した
後、その進行方向が変化する（つまり偏向する）。

【０００７】１５は荷電粒子ビームを受ける被照射体で
ある。荷電粒子ビーム照射装置を例えば人間の腫瘍を治
療するための治療装置に適用するとき、被照射体１５は
人間になる。磁界発生装置１０により荷電粒子ビームが
偏向を受けないとき、荷電粒子ビーム３３は歯車２２の
回転軸と被照射体１５とが交差する位置に照射される。
磁界発生装置１０による偏向を受けたとき、磁極３ａと
磁極３ｂとの間に発生する磁界に垂直な方向の直線上の
所定の位置に照射される位置が移動する。この移動する
向きはコイル１ａとコイル１ｂとに流す電流の向きに応
じて変化し、移動する量はコイル１ａとコイル１ｂとに
流す電流の大きさに応じて変化する。

【０００８】つまり、コイル１ａとコイル１ｂとに流す
電流を制御することにより、被照射体１５に照射される
荷電粒子ビームの照射位置を所定の直線方向に沿って振
動するように構成することが可能となる（以後このよう
な動作をスキャニング照射と称す）。更に、歯車２１を
回転させることにより、上述した所定の直線が歯車２１
の回転軸２９を中心にして回転するため、スキャニング
照射の方向が回転し、結果として被照射体１５上の所定
の円１９内に荷電粒子ビームを照射させることが可能と
なる。このとき、上述した所定の円の半径の大きさはコ
イル１ａとコイル１ｂとに流す電流の大きさに応じて変
化させることが可能である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の荷電粒子ビーム
照射装置は上述のような構成をしているため以下に説明
するような問題がある。磁界発生装置１０において、磁
極３ａと磁極３ｂとリターンヨーク５とが一体形成され
ているため、スキャニング照射される向きを変える場
合、磁極３ａと磁極３ｂとリターンヨーク５とを全て回
転させなければならない。また、上述の荷電粒子ビーム
照射装置を深部腫瘍治療を行うための治療装置として適
用する場合、エネルギーの高い（２５０ＭｅＶ）陽子ビ
ームまたは、炭素ビームなど重い荷電粒子ビームを照射
する必要があり、この場合磁界発生装置１０の総重量は
数トンにもなる。つまり従来の構成において、磁極３
ａ、磁極３ｂを有する磁極対を回転させる場合、磁極対
を固定するリターンヨーク５をも回転させる必要がある
ため、モータ１１にかかる負荷が大きくなるばかりか、
モータ１１に大きな駆動力が必要とされるため、磁極３
ａ、磁極３ｂを有する磁極対を高精度かつ高速に回転さ
せることが困難であるばかりか、上述した所定の円１９
内の全域を照射するのに要する時間が長くなるといった
問題があった。

【００１０】この発明は、上述のような問題を解決する
ためになされたものであり、モータの駆動力が小さく、
磁極対を高速かつ高精度に変化させる磁界発生装置およ
び所定の領域内を照射するのに要する時間が短い荷電粒
子ビーム照射装置を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る磁界発生
装置は、第１のリターンヨークと、その第１のリターン
ヨークの内側空間に、互いに磁極面が対向し、各々にコ
イルを巻き回して形成された一対の磁極部とを備えた荷
電粒子ビーム照射用の電磁石において、入射する荷電粒
子ビームに対向する平面上で、前記第１のリターンヨー
クに対する前記一対の磁極部の相対位置を可変にしたこ
とを特徴とするものである。

【００１２】この発明に係る磁界発生装置は、第１のリ
ターンヨークの内側空間の内面は円筒の側面形状を有
し、一対の磁極部を、前記第１のリターンヨークの内面
円周に沿って、回転移動させることができるように構成
したことにより、前記第１のリターンヨークに対する前
記一対の磁極部の相対位置を可変にしたことを特徴とす
るものである。

【００１３】この発明に係る磁界発生装置は、第１のリ
ターンヨークと一対の磁極部との間に、円筒外形を有
し、且つ内側に空間を有する第２のリターンヨークを配
置し、前記第２のリターンヨークの内側空間で、前記一
対の磁極部を前記第２のリターンヨークに固定するとと
もに、前記第１のリターンヨークの内面円周に沿って、
前記第２のリターンヨークを回転移動させることができ
るように構成したことを特徴とする

【００１４】この発明に係る磁界発生装置は、第１のリ
ターンヨークと第２のリターンヨークとの間にベアリン
グを設けたことを特徴とするものである。

【００１５】この発明に係る磁界発生装置は、ベアリン
グは磁性体または磁性流体であることを特徴としたもの
である。

【００１６】この発明に係る磁界発生装置は、第１のリ
ターンヨークの内側空間の内面は四角柱状の側面形状を
有し、一対の磁極部を、入射する荷電粒子ビームに対向
する平面上で、前記第１のリターンヨークの内側空間の
対向する内面に沿って、平行移動させることができるよ
うに構成したことを特徴としたものである。

【００１７】この発明に係る磁界発生装置は、第１のリ
ターンヨークの外側に配置した固定フレームと、その一
部が前記固定フレームに取り付けられた駆動用フレーム
と、一対の磁極部を前記駆動用フレームに支持する支持
部材とを備え、前記駆動用フレームを所定の方向に移動
させることにより、前記一対の磁極部の位置を平行移動
させるように構成したことを特徴とするものである。

【００１８】この発明に係る磁界発生装置は、対向する
磁極面の間に非磁性の部材を設けたことを特徴とするも
のである。

【００１９】この発明に係る磁界発生装置は、第１のリ
ターンヨークに対する一対の磁極部の相対位置を変える
とき、前記磁極に巻き回されたコイルに流す電流を低減
させるように構成したことを特徴とするものである。

【００２０】この発明に係る磁界発生装置は、第１のリ
ターンヨークに対する一対の磁極部の相対位置を変える
とき、前記磁極部の停止位置までの回転角が所定角度よ
りも大きくなるように磁極部を回転移動させることを特
徴とするものである。

【００２１】この発明に係る磁界発生装置は、第１のリ
ターンヨークに対して回転移動可能な一対の磁極部を、
それぞれに備えた第１の磁界発生装置と、第２の磁界発
生装置とを、荷電粒子ビームの入射方向に対して直列に
配置し、前記第１の磁界発生装置の磁極部の磁極面と前
記第２の磁界発生装置の磁極部の磁極面とを平行に配置
すると共に、各磁極部を同一周期で回転移動させ、且つ
第１の磁界発生装置の磁極部に巻き回したコイルに流す
電流と第２の磁界発生装置の磁極部に巻き回したコイル
に流す電流とを連動して調節するようにしたことを特徴
とするものである。

【００２２】この発明に係る磁界発生装置は、第１のリ
ターンヨークに対して回転移動可能な一対の磁極部を有
する第１の磁界発生装置と、第１のリターンヨークに対
して磁極面に平行移動可能な一対の磁極部を有する第２
の磁界発生装置とを備え、荷電粒子ビームの入射方向に
対して前記第１の磁界発生装置を前段に、前記第２の磁
界発生装置を後段に直列に配置すると共に、前記第１の
磁界発生装置の磁極部と前記第２の磁界発生装置の磁極
部の各磁極面を平行に配置すると共に、各一対の磁極部
を同一周期で回転移動させ、且つ前記第１の磁界発生装
置の磁極部に巻き回したコイルに流す電流と前記第２の
磁界発生装置の磁極部に巻き回したコイルに流す電流と
を連動して調節すると共に、前記第１の磁界発生装置の
磁極部に巻き回したコイルに流す電流に対応して前記第
２の磁界発生装置の一対の磁極部をその第１のリターン
ヨーク内側空間内で当該磁極面に対して平行移動を行う
ようにしたことを特徴とするものである。

【００２３】この発明に係る磁界発生装置は、第１のリ
ターンヨーク内側空間内で、第１のリターンヨークに対
する一対の磁極部の相対位置を、荷電粒子ビームの入射
する方向に、更に可変にしたことを特徴とするものであ
る。

【００２４】この発明に係る荷電粒子ビーム照射装置
は、荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビーム発生装置
と、前記荷電粒子ビーム発生装置により発生した荷電粒
子ビームを輸送する荷電粒子ビーム輸送装置と、前記荷
電粒子ビーム輸送装置により輸送された荷電粒子ビーム
を偏向する荷電粒子ビーム偏向装置と、前記荷電粒子ビ
ーム偏向装置により偏向されて入射してくる荷電粒子ビ
ームに対して、スキャニング照射及び磁極部の回転移動
により、前記荷電粒子ビームによる照射野を二次元的に
拡大する磁界発生装置とを備えたものである。

【００２５】この発明に係る荷電粒子ビーム照射装置
は、荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビーム発生装置
と、前記荷電粒子ビーム発生装置により発生した荷電粒
子ビームを輸送する荷電粒子ビーム輸送装置と、前記荷
電粒子ビーム輸送装置により輸送された荷電粒子ビーム
を偏向する荷電粒子ビーム偏向装置と、前記荷電粒子ビ
ーム偏向装置により偏向されて入射してくる荷電粒子ビ
ームに対して、スキャニング照射及び磁極部の平行移動
によりこの出射荷電粒子ビームによる照射野を二次元的
に拡大する磁界発生装置とを備えたものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】実施の形態１． 図１は実施の形態１の荷電粒子ビーム照射装置を示す斜
視図である。図２は荷電粒子ビーム照射装置を示す図で
あり、詳しくは荷電粒子ビーム照射装置において、荷電
粒子偏向装置により偏向された荷電粒子の進行方向から
磁界発生装置を見たときの図である。図において、従来
と同一の符号を付したものは従来と同一、またはこれに
相当するものである。

【００２７】１００は所定の磁界空間を発生させるため
の磁界発生装置である。荷電粒子ビーム３３は磁界発生
装置により発生する磁界空間を通過する。３ａ、３ｂは
磁極であり、磁極３ａと磁極３ｂとにより一対の磁極対
を形成する。１ａは磁極３ａに巻き付けたコイル、１ｂ
は磁極３ｂに巻き付けたコイルである。コイル１ａとコ
イル１ｂは電源（図示せず）に接続されており、この電
源に電流を流すことにより磁極３ａと磁極３ｂとの間に
磁界が発生する。

【００２８】５０は第１のリターンヨークに対応するリ
ターンヨークであり、リターンヨーク５０は磁極３ａと
磁極３ｂとを有する磁極対の外側に設けられており、リ
ターンヨーク５０と磁極３ａと磁極３ｂとは別体のもの
である。リターンヨーク５０はその形状が筒状である。
ここで筒状とはその内部に中空の空間が形成されたもの
を指すものである。ここでは、リターンヨーク５０が円
筒状のものを例に説明を行う。

【００２９】６は第２のリターンヨークに対応するリタ
ーンヨークであり、リターンヨーク６は円筒状であり、
かつその厚さはリターンヨーク５０のそれに比べ十分薄
いものである。このため、リターンヨーク６の重量はリ
ターンヨーク５０のそれに比べ十分軽くなる。リターン
ヨーク６はリターンヨーク５０の内側の空間に設けられ
ている。リターンヨーク６の上部と下部とには、リター
ンヨーク６の位置ずれ（特に紙面上下方向の位置ずれ）
を防止するためのストッパ（図示せず）が設けられてあ
る。リターンヨーク６の内面に磁極３ａ、磁極３ｂが互
いに対向するように取り付けられている。

【００３０】リターンヨーク６の外径はリターンヨーク
５０の内径よりも若干小さいものであり、リターンヨー
ク６とリターンヨーク５０との間には空隙１７が形成さ
れている。リターンヨーク６は、端部の側面に凹凸が一
定間隔で形成されており、これが第１の歯車に対応する
歯車２１を構成する。２９は回転軸である。リターンヨ
ーク５０の中心軸と、リターンヨーク６の中心軸とが回
転軸２９に一致するようにリターンヨーク５０とリター
ンヨーク６とを配置している。

【００３１】２５はリターンヨーク５０を固定するため
の固定部材である。固定部材２５により、リターンヨー
ク５０はその位置が固定される。第２の歯車に対応する
歯車２２と第１の歯車２１とは互いにかみ合うように構
成されている。歯車２２は駆動装置であるモータ１１を
駆動することにより回転する。このため、歯車２２の回
転に応じてリターンヨーク６は、回転軸２９（第１（ま
たは第２）のリターンヨークの中心軸）を中心にして第
１のリターンヨークの内面に沿って回転移動する。よっ
て、磁極対はリターンヨーク５０の内側の空間内を回転
軸２９を回転中心にして回転移動する。

【００３２】磁界発生装置１００は、リターンヨークを
リターンヨーク５０とリターンヨーク６とに分割すると
ともに、重量の大きな（例えば数トン程度）リターンヨ
ーク５０を固定し、リターンヨーク６とリターンヨーク
６に磁極３ａ、３ｂを有する磁極対を固定しているた
め、磁極３ａ、磁極３ｂ、リターンヨーク６などの回転
させる部材の重量を百キロ程度までに低減できる。従っ
て、磁極対を回転軸２９を回転中心として回転させると
き、モータ１１にかかる負荷が小さくなるため、磁極対
を高速かつ高精度に回転させることができる。更に、モ
ータ１１の負荷を低減できるので、モータ１１の駆動力
を小さくすることができ、モータ１１の小型化、更には
モータ１１の低コスト化が可能となる。

【００３３】従って、この磁界発生装置１００を用いて
荷電粒子ビーム照射装置を構成したとき、所定の領域
（ここでは円）内の全域を照射するのに要する時間がよ
り短くなる。この実施の形態では、リターンヨーク５０
の形状を円筒形としたが、リターンヨーク５０の内面が
円筒形であれば同等の効果を奏するので、外面の形状は
どのような形状であっても良い。例えばリターンヨーク
５０の外面の形状を多角柱状であり、下面から上面に向
けて貫通する円筒状の穴を有する形状（例えばナットの
ような形状）にしたとき、固定部材２５とリターンヨー
ク５０の外面とが接触する接触面積を大きくすることが
できるため、より頑丈にリターンヨーク５０を固定する
ことが可能となる。

【００３４】また、実施の形態１では磁極３ａ、３ｂの
回転を例に説明をしたが、実は、リターンヨーク５０の
回転軸２９に沿う長さを十分に長くすれば、磁極３ａ、
３ｂをモータ１１で回転駆動すると他に、回転軸２９に
沿ってリターンヨーク５０の内側で上下または前後に動
かす手段（図示せず）を設ければ、磁極対自体を回転軸
に沿って平行移動することができるため、磁界が形成さ
れている位置を変えることが可能となる。また、この実
施の形態では歯車２１、２２とモータ１１とを用いリタ
ーンヨーク６を回転させような構成にしたものを例に説
明したがこれに限定される必要はなく、リターンヨーク
６をリターンヨーク５０の内面に沿って回転移動できる
ように構成したものであればどのような構成であっても
よい。

【００３５】更に、実施の形態１では磁極３ａ、３ｂを
有する磁極対をリターンヨーク６に取り付けた構成を開
示したが、これに限定される必要はない。例えば図３に
示すように、磁極３ａを支持する支持部材４１と、磁極
３ｂを支持する支持部材４２と、これら支持部材４１、
４２に連結するリング状の歯車４０をリターンヨーク５
０の外側に設け、この歯車を回転させることにより、磁
極対を回転移動させるような構成にしても良い。このよ
うな構成にしたときリターンヨーク６が不用になる。つ
まり、リターンヨーク５０の内側の空間に位置する磁極
対を回転移動させることができるような構成であればど
のような構成であっても良い。

【００３６】また、まずコイル１ａ、１ｂに流れる電流
を減少させてから、磁極３ａ、３ｂを回転駆動し、回転
駆動後にコイル１ａ、１ｂの電流を増大させることによ
り、回転駆動時におけるモータ１１の負荷を更に低減す
ることができる。コイル１ａ、１ｂの回転駆動時には、
磁極３ａ、３ｂとリターンヨーク５０との相互作用およ
びリターンヨーク６とリターンヨーク５０との相互作用
が、モータ１１の負荷となっている。このため、モータ
１１による回転駆動時に、電源からコイル１ａ、１ｂに
供給される電流を低減し、あるいはオフすることによ
り、磁極対３ａ、３ｂの形成する磁場を弱め、あるいは
消滅させて、モータ１１の負荷をより低減することがで
きる。

【００３７】実施の形態２． 図４は実施の形態２の荷電粒子ビーム照射装置の一例を
示す図であり、詳しくは荷電粒子ビーム照射装置におい
て、荷電粒子偏向装置により偏向された荷電粒子の進行
方向から磁界発生装置を見たときの図である。図におい
て、図１から図３に付した符号と同一のものは同一また
はこれに相当するものである。

【００３８】図において、７は磁極３ａと磁極３ｂとを
支持する支持体である。支持体７は磁極３ａと磁極３ｂ
とが互いに対向する面の両端部に取り付けられている。
支持体７は磁極３ａと磁極３ｂとのギャップ間に発生す
る電磁力を支持するためのものである。支持体７は例え
ばステンレスなどの非磁性の性質を有する部材である。
実施の形態２の荷電粒子ビーム照射装置は、対向する磁
極を支持するために、非磁性の支持体７を設けたので、
磁極３ａと磁極３ｂとの間に発生する磁界空間に何ら影
響を与えることなく、磁極３ａ、磁極３ｂの変位または
変形を防止することができる。

【００３９】実施の形態３． 図５は本発明の荷電粒子ビーム照射装置における磁界発
生装置の回転動作の一例を示した説明図であり、具体的
には荷電粒子偏向装置により偏向された荷電粒子の進行
方向から磁界発生装置を見たときの図である。図におい
て、図１から図４に付した符号と同一のものは同一また
はこれに相当するものである。図中のＬ１〜Ｌ７は、磁
極３ａ、３ｂを回転駆動させ、磁極３ａを停止させたい
位置である。Ｌ１−Ｌ２間、 Ｌ３−Ｌ４間、Ｌ５−Ｌ
６間の回転軸２９に関する角度φＳは小さく、 Ｌ１−
Ｌ３間、 Ｌ３−Ｌ５間、Ｌ５−Ｌ７間の回転軸２９に
関する角度φＬは角度φＳよりも大きい。

【００４０】磁極３ａ、３ｂを回転駆動させる場合に、
１度に回転させる角度が小さければ、回転を停止させる
ためのブレーキング期間が短くなる等の理由により、一
般に、停止位置の精度が低下する。このため、磁極３
ａ、３ｂを位置Ｌ１〜Ｌ７へ順に移動させた場合、位置
Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６における制御精度が低下する。そこ
で、磁極対３ａ、３ｂを両方向に回転駆動可能とし、磁
極３ａ、３ｂをＬ１→Ｌ３→Ｌ５→Ｌ７と左回りに駆動
制御した後、 Ｌ７→Ｌ６→Ｌ４→Ｌ２と右回りに駆動
制御すれば、１度に回転させる角度を大きくすることが
できる。この場合、前進スキャンと後退スキャンの２回
のスキャン動作により、所望のスキャンを実現すること
になる。

【００４１】この様にして、隣接する停止位置の回転角
が所定の回転角よりも小さい場合には、所定の回転角度
以上離れた停止位置まで回転駆動させた後、後退スキャ
ンすることにより、回転駆動制御の精度を向上させるこ
とができる。なお、本実施の形態では、２回のスキャン
動作を例に説明したが、前進スキャンと後退スキャンを
３回以上交互に繰り返す動作とすることもできる。ま
た、後退スキャンさせることなく、磁極対３ａ、３ｂを
１回転させて、２回目の前進スキャンを行う動作とする
こともできる。

【００４２】実施の形態４． 図６は実施の形態４の荷電粒子ビーム照射装置の他の例
を示す図であり、詳しくは荷電粒子ビーム照射装置にお
いて、荷電粒子偏向装置により偏向された荷電粒子ビー
ムの進行方向から磁界発生装置を見たときの図である。
図において、図１から図５に付した符号と同一のものは
同一またはこれに相当するものである。図において、１
８はリターンヨーク５０とリターンヨーク６との間の摩
擦を軽減するためのベアリングである。

【００４３】リターンヨーク５０の内面に沿ってリター
ンヨーク６が回転するとき、リターンヨーク５０の内面
とリターンヨーク６の外面との間に生じる摩擦力が軽減
するため、リターンヨーク６が滑らかに回転するため、
駆動装置であるモータ１１の駆動力を大きくすること無
く、リターンヨーク６をより高速かつ高精度に回転させ
ることができる。従って、リターンヨーク６に取り付け
た磁極３ａと磁極３ｂとを有する磁極対を高速かつ高精
度に回転させることができるようになり、被照射体１５
の所定の領域全体に荷電粒子ビームを照射するのに要す
る時間を短くすることができる。 また、ベアリング１
８を磁性体もしくは磁性流体とすることにより、磁極３
ａとリターンヨーク５０との間の磁気抵抗、磁極３ｂと
リターンヨーク５０との間の磁気抵抗をより小さくする
ことができる。

【００４４】実施の形態５． 図７は実施の形態５の磁界発生装置を示す図であり、詳
しくは荷電粒子ビーム照射装置において、荷電粒子偏向
装置により偏向された荷電粒子の進行方向から磁界発生
装置を見たときの図である。図において図１から図６に
付した符号と同一のものは同一またはこれに相当するも
のである。図において、５００は第１のリターンヨーク
に対応するリターンヨークであり、リターンヨーク５０
０は、その内部が中空である四角柱状の部材である。２
３ａ、２３ｂは側端面に一定の間隔で凹凸が形成された
駆動用フレームである。２３１ａはその両端に駆動用フ
レーム２３ａと磁極３ａとを連結する連結部材である。
２３１ｂはその両端に駆動用フレーム２３ｂと磁極３ｂ
とを連結する連結部材である。また、磁極３ａと磁極３
ｂとの間には支持体７が設けてある。

【００４５】駆動用フレーム２３ａの側端面に設けた凹
凸は歯車２２にかみ合うような形状になされている。歯
車２２が回転することにより、駆動用フレーム２３ａ、
２３ｂは移動する。 駆動用フレーム２３ａ、２３ｂが
移動するのに応じて、磁極３ａ、３ｂは所定の直線に平
行な方向（ここではスキャニング照射の方向）に沿って
移動する。従って、コイル１ａ、コイル１ｂに流す電流
の大きさを大きくすることなく、被照射体上に照射でき
るスキャニングの長さを長くすることができる。

【００４６】この実施の形態では磁極３ａと磁極３ｂと
の間に支持体７を設けたものを例に説明したが、支持体
７が無い場合、駆動用フレーム２３ａに歯車（図示せ
ず）をかみ合わせるとともに、この歯車をモータなどの
駆動装置を用いて回転させることにより支持体７が無い
場合にも同等の効果を奏することが可能となる。

【００４７】実施の形態６． 図８は実施の形態６の荷電粒子ビーム照射装置を示す図
である。図において図１〜図７に付した符号と同一のも
のは同一、またはこれに相当するものである。実施の形
態５の磁界発生装置は荷電粒子ビームの進行方向に２つ
の磁界発生装置を設けるとともに、それぞれの磁界発生
装置により偏向される向きが逆向きとなるように構成し
たことを特徴とするものである。

【００４８】図において、１０００は第１の磁界発生装
置に対応する磁界発生装置、１００１は第２の磁界発生
装置に対応する磁界発生装置である。１ａ、１ｂは第１
のコイルに対応するコイルである。３０ａ、３０ｂは第
１の磁極に対応する磁極である。磁極３０ａにはコイル
１ａが巻き付けられている。磁極３０ｂにはコイル１ｂ
が巻き付けられている。５０は第１のリターンヨークに
対応するリターンヨークである。リターンヨーク５０は
その形状が円筒状である。

【００４９】６０は第２のリターンヨークに対応するリ
ターンヨークである。リターンヨーク６０は円筒状であ
り、かつその厚さはリターンヨーク５０のそれに比べ十
分薄いものである。これにより、リターンヨーク６０の
重さはリターンヨーク５０のそれに比べ十分軽くなる。
リターンヨーク６０の外径はリターンヨーク５０の内径
よりも若干小さいものであり、リターンヨーク５０とリ
ターンヨーク６０との間には空隙１７ａが形成されてい
る。リターンヨーク５０の内側の第１の空間にリターン
ヨーク６０が設けられている。リターンヨーク６０の内
面に磁極３０ａ、磁極３０ｂが互いに対向するように取
り付けられている。第１の磁界発生装置はリターンヨー
ク５０、リターンヨーク６０、磁極３０ａ、磁極３０
ｂ、コイル１ａ、コイル１ｂを有する。

【００５０】３１ａ、３１ｂは第２の磁極に対応する磁
極である。１１１ａ、１１１ｂは第２のコイルに対応す
るコイルである。磁極３１ａにはコイル１１１ａが巻き
付けられている。磁極３１ｂにはコイル１１１ｂが巻き
付けられている。５１は第３のリターンヨークに対応す
るリターンヨークである。リターンヨーク５１はその形
状が円筒状である。

【００５１】６１は第４のリターンヨークに対応するリ
ターンヨークであり、リターンヨーク６１は円筒状であ
り、かつその厚さはリターンヨーク５１のそれに比べ十
分薄いものである。これによりリターンヨーク６１の重
さはリターンヨーク５１のそれに比べ十分軽いものであ
る。リターンヨーク６１はリターンヨーク５１の内側の
第２の空間に設けられている。リターンヨーク６１の外
径は第１のリターンヨーク５１の内径よりも若干小さい
ものでありリターンヨーク５１とリターンヨーク６１と
の間には空隙１７ｂが形成されている。リターンヨーク
６１の内面に磁極３１ａ、磁極３１ｂが互いに対向する
ように取り付けられている。第２の磁界発生装置は第１
のリターンヨーク５１、リターンヨーク６１、磁極３１
ａ、磁極３１ｂ、コイル１１１ａ、コイル１１１ｂを有
する。

【００５２】２３０は磁極３０ａと磁極３１ａを連結
し、支持するとともに、磁極３０ｂと磁極３１ｂとを連
結し、支持する第１の連結支持部材である。これによ
り、磁極３０ａと磁極３０ｂとの間に発生する磁界の向
きと、磁極３１ａと磁極３１ｂとの間に発生する磁界の
向きとが常に固定される（ここでは発生する磁界の向き
が互いに逆向きであり、かつ平行となるような例を示し
ている）。

【００５３】２３２はリターンヨーク５０とリターンヨ
ーク５１とを連結し、支持する第２の連結支持部材２３
２である。第１の連結支持部材２３０、第２の連結支持
部材２３２によりリターンヨーク５０、５１、６０、６
１の中心軸を回転軸２９に一致するように配置すること
ができる。２５はリターンヨーク５１を固定するための
固定部材である。固定部材によりリターンヨーク５１が
固定されているため、第２の連結支持部材２３２により
リターンヨーク５１に連結されたリターンヨーク５０も
またその位置が固定される。

【００５４】２１１は歯車であり、歯車２１１は例えば
リング状であり、その内径は荷電粒子ビームの進行を妨
げない程度の大きさを有する。歯車２１１と第１の連結
支持部材２３０とは固着されている。回転駆動装置であ
るモータ１１を駆動することにより、歯車２２が回転
し、この歯車２２と噛み合う歯車２１１が回転し、これ
に応じて磁極３０ａ、磁極３０ｂを取り付けたリターン
ヨーク６０および磁極３１ａ、磁極３１ｂを取り付けた
リターンヨーク６１が連動して回転する。これにより、
磁極３０ａ、３０ｂを有する磁極対がリターンコイル５
０の内側の空間内を回転軸２９を回転中心にして回転移
動するとともに、磁極３１ａ、３１ｂを有する磁極対が
リターンコイル５１の内側の空間内を回転軸２９を回転
中心にして回転移動する。また、これらの磁極対の回転
移動は連動して回転するものである。

【００５５】重量の重いリターンヨーク５０、５１が固
定されているので、モータにかかる負荷が低減し、磁極
３０ａ、３０ｂを有する磁極対、磁極３１ａ、３１ｂを
有する磁極対を高速かつ高精度に回転させることができ
るため、被照射体１５上の所定の領域１９（ここでは
円）内全域を照射するのに要する時間が短くなる。磁極
３０ａと磁極３０ｂとの間に発生する磁界、磁極３１ａ
と磁極３１ｂとの間に発生する磁界は互いにその向きが
逆向きで大きさが等しくなるように設計している。ま
た、磁界発生装置１０００と磁界発生装置１００１によ
り偏向される荷電粒子ビームの偏向される向きが互いに
逆向きであり、その大きさが等しくなるように設計して
いる。

【００５６】また、磁極３０ａと磁極３０ｂとの間に発
生する磁界により偏向される荷電粒子ビームの偏向角、
磁極３１ａと磁極３１ｂとの間に発生する磁界により偏
向される荷電粒子ビームの偏向角の大きさが等しくなる
ように設計している。上述の機能を実現するために例え
ば、コイル１ａとコイル１１１ａとに流す電流の向きを
互いに逆向きにするとともに、その大きさを等しくし、
かつコイル１ｂとコイル１１１ｂとに流す電流の向きを
互いに逆向きにするとともにその大きさを等しくなるよ
うに設計している。更には磁極３０ａ、３０ｂの厚さ
（紙面上下方向の長さ）、磁極３１ａ、３１ｂの厚さが
等しくなるように設計している。

【００５７】コイル１ａ、１ｂ、コイル１１１ａ、１１
１ｂに流す電流を連動して調節するとともに、磁極３０
ａ、３０ｂおよび磁極３１ａ、３１ｂの厚さを等しくす
ることにより、荷電粒子ビーム３３は磁界発生装置１０
００、磁界発生装置１００１により偏向を受けたとして
も、荷電粒子ビーム偏向装置３９により偏向された荷電
粒子ビーム３３の方向と、磁界発生装置１００１を通過
した荷電粒子ビームの方向とは常に平行になる。

【００５８】このように構成することにより、この荷電
粒子ビーム照射装置を腫瘍を治療するための治療装置に
適用したとき、皮膚の表面より照射される荷電粒子ビー
ムの単位面積当たりの線量を低減することができるた
め、荷電粒子ビームを受ける患者の皮膚表面被曝線量を
従来よりも低減できる効果を有する。とともに、磁界発
生装置１００１を通過した荷電粒子ビームの位置を計算
すれば、被照射体に照射される荷電粒子ビームの位置が
分かるため、荷電粒子ビームの照射位置の計算が容易に
なる。更に被照射体に照射される荷電粒子ビームの向き
が常に一定であるため、荷電粒子ビームが被照射体に与
える効果の計算をするのが容易になる。

【００５９】図９は荷電粒子ビームの入射角と患者の皮
膚表面被曝線量との関係を説明するための模式図であ
る。図９（ａ）は、荷電粒子ビームを単一の磁界発生装
置において偏向させ、皮膚表面に対し偏向角に応じた入
射角で照射している場合の様子を示しており、図９
（ｂ）は、荷電粒子ビームを２つの磁界発生装置におい
て偏向させ、常に皮膚表面に対しほぼ垂直になるように
照射している場合の様子示している。

【００６０】同一の大きさの患部に対して同一の荷電粒
子ビームを照射する場合に、図９（ａ）では、荷電粒子
ビームが皮膚表面Ｓの狭い領域Ｓ１０を通過しているの
に対し、図９（ｂ）では、より広い領域Ｓ２０を通過し
ており、しかも単位面積当たりの線量がほぼ均一になっ
ている。一般に、皮膚表面は荷電粒子ビームに対して敏
感であるため、皮膚表面における荷電粒子ビームの単位
面積当たりの線量を低減することにより、皮膚表面への
影響を抑制することができる。

【００６１】また、図９（ａ）の場合には、皮膚への深
さに応じて、荷電粒子ビームの密度が小さくなってい
る。すなわち、皮膚表面Ｓ付近における密度が最も高
く、荷電粒子ビームの最終到達位置である患部Ｓ１１に
おける密度が最も小さくなっている。ここで、荷電粒子
ビームを照射する患部が深さ方向（すなわち、皮膚から
遠ざかる方向）に幅を有しているならば、荷電粒子に与
えるエネルギーを制御しその最終到達位置を変化させる
ことにより、深さ方向にスキャンさせて患部である領域
を均一に照射すればよい。

【００６２】ところが、皮膚Ｓから遠い部分への照射を
行う際には、荷電粒子ビームの通過経路となるより皮膚
Ｓに近い部分においてもエネルギーが失われており、こ
の皮膚Ｓに近い部分における荷電粒子ビームの密度が、
皮膚Ｓから遠い部分よりも大きければ、皮膚Ｓに近い領
域への照射線量が多くなり過ぎて、患部を均一に照射す
ることが困難になる。すなわち、皮膚Ｓから遠い領域の
照射線量を増やそうとすれば、皮膚Ｓに近い領域への照
射線量がさらに増えることになるために、深さ方向に幅
を有している患部領域に均一な照射を行うことが困難に
なる。

【００６３】一方、図９（ｂ）の場合には、皮膚へ入射
した荷電粒子の密度が、皮膚への深さに関わらずほぼ一
定になるため、深さ方向に幅を有している患部領域に対
して均一な照射を行うことが容易になる。

【００６４】さらに、コイル１１１ａに流す電流をコイ
ル１ａに流す電流よりも大きくし、コイル１１１ｂに流
す電流をコイル１ｂに流す電流よりも大きくするように
連動して調節することにより、磁極３ａと磁極３０ｂと
の間に発生する磁界、磁極３１ａと磁極３１ｂとの間に
発生する磁界とを制御し、荷電粒子ビームを照射できる
範囲内の所定の領域に集中して荷電粒子ビームを照射す
ることができる。

【００６５】このように構成することにより、この荷電
粒子ビーム照射装置を腫瘍を治療するための治療装置に
適用したとき、皮膚の表面よりも深い位置にある腫瘍の
部分に荷電粒子ビームが収束するように照射することが
可能となり、荷電粒子ビームを受ける患者の皮膚表面被
曝線量を従来よりも低減できる。

【００６６】またコイル１ａ、１ｂに接続する電源、コ
イル１１１ａ、１１１ｂに接続する電源は同一の電源に
接続するような構成にしても、別体の電源に接続するよ
うな構成にしてもよい。つまり、コイル１ａ、１ｂに流
す電流、コイル１１１ａ、１１１ｂに流す電流を連動し
て調節できるような構成にすればコイル１ａ、１ｂ、コ
イル１１１ａ、１１１ｂに接続する電源の構成はどのよ
うなものであってもよい。

【００６７】実施の形態７． 図８に示した荷電粒子ビーム照射装置の場合、第１の磁
界発生装置１０００における偏向角に応じて、第２の磁
界発生装置１００１への荷電粒子ビームの入射位置が変
化する。このため、第２の磁界発生装置１００１におい
て所望の偏向角だけ荷電粒子ビームの偏向を行うには、
偏向角と入射位置とを考慮してコイルへ流す電流の大き
さを決定する必要がある。

【００６８】図８に示した荷電粒子ビーム照射装置の場
合、第２の磁界発生装置において、荷電粒子ビームの偏
向を行うためには、磁極３１ａ、３１ｂの間を通過する
ように構成しなければならない。従って、スキャニング
の幅または範囲を広くするためには、磁極３１ａ、３１
ｂのスキャニング方向の長さを長くしなければならな
い。磁極３１ａ、３１ｂのスキャニング方向の長さを長
くした場合、それに伴い磁極の重さも重くなり、磁極３
１ａ、３１ｂを動かすのに要する駆動装置の負荷が大き
くなる。実施の形態７の荷電粒子ビーム照射装置は、駆
動装置にかかる負荷を大きくすることなく、スキャニン
グの長さを大きくできる荷電粒子ビーム照射装置を得る
ことを目的とする。

【００６９】図１０は、本発明の実施の形態７である荷
電粒子ビーム照射装置の要部を示した図であり、具体的
には図７に示した磁界発生装置を含む２つの磁界発生装
置を用いて、荷電粒子ビームを２回偏向する様子を模式
的に示している。図において、図１から９に付した符号
と同一のものは同一またはこれに相当するものである。
この荷電粒子ビーム照射装置は、第１の磁界発生装置１
０００及び第２の磁界発生装置１００１を備えて構成さ
れ、第１の磁界発生装置１０００には従来の磁界発生装
置又は実施の形態１から５における磁界発生装置が使用
され、第２の磁界発生装置１００１には、例えば図７に
示した磁界発生装置が使用される。

【００７０】第１の磁界発生装置１０００及び第２の磁
界発生装置１００１は、実施の形態７と同様、荷電粒子
ビームに対し逆方向で偏向角の等しい偏向を行って、第
２の磁界発生装置１００１から出射される荷電粒子ビー
ムの方向が一定またはほぼ一定となるようにする。

【００７１】第１の磁界発生装置１０００により偏向さ
れた荷電粒子ビームが第２の磁界発生装置通過する位置
を予め計算しておき、この位置に磁極３１ａ、３１ｂが
位置するように駆動装置を用いて磁極３１ａ、３１ｂを
直線移動させる。このようにすることにより、磁極３１
ａ、３１ｂの幅が、被照射体上に照射できるスキャニン
グの長さの最大長よりも短くすることができる。したが
って、磁極３１ａ、３１ｂをより軽量にすることができ
るため、駆動装置の負荷が軽減するとともに、スキャニ
ングの長さを大きくできる。

【００７２】また、第２の磁界発生装置の磁極の幅に比
べて、被照射体上に照射できるスキャニングの長さを長
くすることができる。実施の形態６の場合と同様にし
て、図１０に示した磁界発生装置１０００、１００１を
荷電粒子ビームの経路を中心として回転移動させれば、
所定の照射領域（例えば円形の領域）内の全域について
スキャニングを行うことができる。このとき、第１の磁
界発生装置１０００については、リターンコイルを固定
して磁極対のみを回転させれば、駆動用モータの負荷を
軽減することができる。

【００７３】また、これまでの実施の形態では荷電粒子
ビーム照射装置は、固定の照射ポートを仮定して説明を
したが、それに限定されるものではなく、任意の角度か
ら患者の腫瘍部を照射できるいわゆる回転ガントリ照射
装置のノズル部（図示せず）に組み込んでも良い。ま
た、これまでの実施の形態で述べた荷電粒子ビーム照射
装置は治療装置に限るものではなく、半導体分野と材料
分野など荷電粒子線照射または注入を必要とする分野に
も応用できる。

【００７４】

【発明の効果】この発明に係る磁界発生装置によれば、
第１のリターンヨークと、その第１のリターンヨークの
内側空間に、互いに磁極面が対向し、各々にコイルを巻
き回して形成された一対の磁極部とを備えた荷電粒子ビ
ーム照射用の電磁石において、入射する荷電粒子ビーム
に対向する平面上で、前記第１のリターンヨークに対す
る前記一対の磁極部の相対位置を可変にしたので、磁極
部を移動させるための駆動力が軽減するとともに、磁極
対を高速かつ高精度に回転移動させることが可能とな
り、所定の領域全域に荷電粒子ビームを照射するのに要
する時間が短くなる。

【００７５】この発明に係る磁界発生装置によれば、第
１のリターンヨークの内側空間の内面は円筒の側面形状
を有し、一対の磁極部を、前記第１のリターンヨークの
内面円周に沿って、回転移動させることができるように
構成したことにより、前記第１のリターンヨークに対す
る前記一対の磁極部の相対位置を可変にしたので、磁極
部を移動させるための駆動力が軽減するとともに、磁極
対を高速かつ高精度に回転移動させることが可能とな
り、被照射体の所定の領域全域に荷電粒子ビームを照射
するのに要する時間が短くなる。

【００７６】この発明に係る磁界発生装置によれば、第
１のリターンヨークと一対の磁極部との間に、円筒外形
を有し、且つ内側に空間を有する第２のリターンヨーク
を配置し、前記第２のリターンヨークの内側空間で、前
記一対の磁極部を前記第２のリターンヨークに固定する
とともに、前記第１のリターンヨークの内面円周に沿っ
て、前記第２のリターンヨークを回転移動させることが
できるように構成したので、磁極対を高速かつ高精度に
回転移動させることが可能となり、被照射体の所定の領
域全域に荷電粒子ビームを照射するのに要する時間が短
くなる。

【００７７】この発明に係る磁界発生装置によれば、磁
界発生装置は、第１のリターンヨークと第２のリターン
ヨークとの間にベアリングを設けたので、第１のリター
ンヨークと第２のリターンヨークとの間の摩擦力を低減
できる。

【００７８】この発明に係る磁界発生装置によれば、ベ
アリングは磁性体または磁性流体としたので、磁極と第
１のリターンヨークとの間の磁気抵抗を下げることがで
きる。

【００７９】この発明に係る磁界発生装置によれば、第
１のリターンヨークの内側空間の内面は四角柱状の側面
形状を有し、一対の磁極部を、入射する荷電粒子ビーム
に対向する平面上で、前記第１のリターンヨークの内側
空間の対向する内面に沿って、平行移動させることがで
きるように構成したので、磁極部の幅を小さくしても、
所定の方向に照射できる荷電粒子ビームの照射範囲を大
きくすることができる。

【００８０】この発明に係る磁界発生装置によれば、第
１のリターンヨークの外側に配置した固定フレームと、
その一部が前記固定フレームに取り付けられた駆動用フ
レームと、一対の磁極部を前記駆動用フレームに支持す
る支持部材とを備え、前記駆動用フレームを所定の方向
に移動させることにより、前記一対の磁極部の位置を平
行移動させるように構成したので、磁極の幅を小さくし
ても、所定の方向に照射できる荷電粒子ビームの照射範
囲を大きくすることができる。

【００８１】この発明に係る磁界発生装置によれば、対
向する磁極の間に非磁性の部材を設けたので、一対の磁
極の間に発生する磁界に影響を与えること無く、磁極の
変形もしくは変位を抑制することができる。

【００８２】この発明に係る磁界発生装置によれば、第
１のリターンヨークに対する一対の磁極部の相対位置を
変えるとき、前記磁極に巻き回されたコイルに流す電流
を低減させるように構成したので、駆動装置の負荷を低
減することが可能となる。

【００８３】この発明に係る磁界発生装置によれば、第
１のリターンヨークに対する一対の磁極部の相対位置を
変えるとき、前記磁極部の停止位置までの回転角が所定
角度よりも大きくなるように磁極部を回転移動させるの
で、磁極部を所望する位置に精度をよく停止させること
ができる。

【００８４】この発明に係る磁界発生装置によれば、第
１のリターンヨークに対して回転移動可能な一対の磁極
部を、それぞれに備えた第１の磁界発生装置と、第２の
磁界発生装置とを、荷電粒子ビームの入射方向に対して
直列に配置し、前記第１の磁界発生装置の磁極部の磁極
面と前記第２の磁界発生装置の磁極部の磁極面とを平行
に配置すると共に、同一周期で回転移動を行い、第１の
磁界発生装置の磁極部に巻き回したコイルに流す電流と
第２の磁界発生装置の磁極部に巻き回したコイルに流す
電流とを連動して調節するようにしたので、被照射体に
照射する荷電粒子ビームの方向を常に一定にしたり、荷
電粒子ビームを所定の位置に収束するように構成するこ
とができる。

【００８５】この発明に係る磁界発生装置によれば、第
１のリターンヨークに対して回転移動可能な一対の磁極
部を有する第１の磁界発生装置と、第１のリターンヨー
クに対して磁極面に平行移動可能な一対の磁極部を有す
る第２の磁界発生装置とを備え、荷電粒子ビームの入射
方向に対して前記第１の磁界発生装置を前段に、前記第
２の磁界発生装置を後段に直列に配置すると共に、前記
第１の磁界発生装置の磁極部と前記第２の磁界発生装置
の磁極部の各磁極面を平行に配置すると共に、各一対の
磁極部を同一周期で回転移動させ、且つ前記第１の磁界
発生装置の磁極部に巻き回したコイルに流す電流と前記
第２の磁界発生装置の磁極部に巻き回したコイルに流す
電流とを連動して調節すると共に、前記第１の磁界発生
装置の磁極部に巻き回したコイルに流す電流に対応して
前記第２の磁界発生装置の一対の磁極部を、その第１の
リターンヨーク内側空間内で当該磁極面に対して平行移
動を行うようにしたので、より広い範囲の照射を可能に
すると共に、照射方向を常に一定にしたり、荷電粒子ビ
ームを所定の位置に収束するように構成することができ
る。

【００８６】この発明に係る磁界発生装置によれば、第
１のリターンヨーク内側空間内で、第１のリターンヨー
クに対する一対の磁極部の相対位置を、荷電粒子ビーム
の入射する方向に、更に可変にしたので、磁界形成位置
を変えることが可能となる。

【００８７】この発明に係る荷電粒子ビーム照射装置に
よれば、荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビーム発生
装置と、前記荷電粒子ビーム発生装置により発生した荷
電粒子ビームを輸送する荷電粒子ビーム輸送装置と、前
記荷電粒子ビーム輸送装置により輸送された荷電粒子ビ
ームを偏向する荷電粒子ビーム偏向装置と、前記荷電粒
子ビーム偏向装置により偏向されて入射してくる荷電粒
子ビームに対して、スキャニング照射及び磁極部の回転
移動により、前記荷電粒子ビームによる照射野を二次元
的に拡大する磁界発生装置とを備えたので、磁極部を移
動させるための駆動力が軽減するとともに、磁極対を高
速かつ高精度に回転移動させることが可能となり、被照
射体の所定の領域全域に荷電粒子ビームを照射するのに
要する時間が短くなる。

【００８８】この発明に係る荷電粒子ビーム照射装置に
よれば、荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビーム発生
装置と、前記荷電粒子ビーム発生装置により発生した荷
電粒子ビームを輸送する荷電粒子ビーム輸送装置と、前
記荷電粒子ビーム輸送装置により輸送された荷電粒子ビ
ームを偏向する荷電粒子ビーム偏向装置と、前記荷電粒
子ビーム偏向装置により偏向されて入射してくる荷電粒
子ビームに対して、スキャニング照射及び磁極部の平行
移動によりこの出射荷電粒子ビームによる照射野を二次
元的に拡大する磁界発生装置とを備えたので、小さな磁
極部で大きな照射幅を実現できるために装置重量の軽量
化を図ることができる 。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１の荷電粒子ビーム照射装置を示
す図である。

【図２】 実施の形態１の荷電粒子ビーム照射装置を示
す図である。

【図３】 実施の形態１の荷電粒子ビーム照射装置を示
す図である。

【図４】 実施の形態２の荷電粒子ビーム照射装置を示
す図である。

【図５】 実施の形態３の荷電粒子ビーム照射装置の磁
界発生装置の動作を示す図である。

【図６】 実施の形態４の荷電粒子ビーム照射装置の動
作を示す図である。

【図７】 実施の形態５の荷電粒子ビーム照射装置を示
す図である。

【図８】 実施の形態６の荷電粒子ビーム照射装置を示
す図である。

【図９】 実施の形態６の荷電粒子ビーム照射装置にお
いて、荷電粒子ビームが被照射体に照射される様子を示
す図である。

【図１０】 実施の形態７の荷電粒子ビーム照射装置を
示す図である。

【図１１】 従来の荷電粒子ビーム照射装置を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ、１１１ａ、１１１ｂ：コイル ３ａ、３ｂ、３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂ：磁極 ５、５０、５１：リターンヨーク ６、６０、６１：リターンヨーク １０、１００、１０００、１００１：磁界発生装置 １１：駆動装置 １５：被照射体 １９：領域 ２９：回転軸 ３３：荷電粒子ビーム ３５：荷電粒子ビーム発生装置 ３７：荷電粒子ビーム輸送装置 ３９：荷電粒子ビーム偏向装置

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１のリターンヨークと、その第１のリタ
   ーンヨークの内側空間に、互いに磁極面が対向し、各々
   にコイルを巻き回して形成された一対の磁極部とを備え
   た荷電粒子ビーム照射用の電磁石において、入射する荷
   電粒子ビームに対向する平面上で、前記第１のリターン
   ヨークに対する前記一対の磁極部の相対位置を可変にし
   た磁界発生装置。
2. 【請求項２】 第１のリターンヨークの内側空間の内面
   は円筒の側面形状を有し、一対の磁極部を、前記第１の
   リターンヨークの内面円周に沿って、回転移動させるこ
   とができるように構成したことにより、前記第１のリタ
   ーンヨークに対する前記一対の磁極部の相対位置を可変
   にしたことを特徴とする請求項１に記載の磁界発生装
   置。
3. 【請求項３】 第１のリターンヨークと一対の磁極部と
   の間に、円筒外形を有し、且つ内側に空間を有する第２
   のリターンヨークを配置し、前記第２のリターンヨーク
   の内側空間で、前記一対の磁極部を前記第２のリターン
   ヨークに固定するとともに、前記第１のリターンヨーク
   の内面円周に沿って、前記第２のリターンヨークを回転
   移動させることができるように構成したことを特徴とす
   る請求項２に記載の磁界発生装置。
4. 【請求項４】 第１のリターンヨークと第２のリターン
   ヨークとの間にベアリングを設けたことを特徴とする請
   求項３に記載の磁界発生装置。
5. 【請求項５】 ベアリングは磁性体または磁性流体であ
   ることを特徴とする請求項４に記載の磁界発生装置。
6. 【請求項６】 第１のリターンヨークの内側空間の内面
   は四角柱状の側面形状を有し、一対の磁極部を、入射す
   る荷電粒子ビームに対向する平面上で、前記第１のリタ
   ーンヨークの内側空間の対向する内面に沿って、平行移
   動させることができるように構成したことを特徴とする
   請求項１に記載の磁界発生装置。
7. 【請求項７】 第１のリターンヨークの外側に配置した
   固定フレームと、その一部が前記固定フレームに取り付
   けられた駆動用フレームと、一対の磁極部を前記駆動用
   フレームに支持する支持部材とを備え、前記駆動用フレ
   ームを所定の方向に移動させることにより、前記一対の
   磁極部の位置を平行移動させるように構成したことを特
   徴とする請求項６に記載の磁界発生装置。
8. 【請求項８】 対向する磁極面の間に非磁性の部材を設
   けたことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに
   記載の磁界発生装置。
9. 【請求項９】 第１のリターンヨークに対する一対の磁
   極部の相対位置を変えるとき、前記磁極に巻き回された
   コイルに流す電流を低減させるように構成したことを特
   徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の磁界発生装
   置。
10. 【請求項１０】 第１のリターンヨークに対する一対の
    磁極部の相対位置を変えるとき、前記磁極部の停止位置
    までの回転角が所定角度よりも大きくなるように磁極部
    を回転移動させることを特徴とする請求項１乃至７のい
    ずれか１項に記載の磁界発生装置。
11. 【請求項１１】 請求項２乃至５又は請求項８乃至１０
    の何れかに記載の磁界発生装置である第１の磁界発生装
    置と、請求項２乃至５又は請求項８乃至１０の何れかに
    記載の磁界発生装置である第２の磁界発生装置とを、荷
    電粒子ビームの入射方向に対して直列に配置し、前記第
    １の磁界発生装置の磁極部の磁極面と前記第２の磁界発
    生装置の磁極部の磁極面とを平行に配置すると共に、各
    磁極部を同一周期で回転移動させ、且つ第１の磁界発生
    装置の磁極部に巻き回したコイルに流す電流と第２の磁
    界発生装置の磁極部に巻き回したコイルに流す電流とを
    連動して調節するようにしたことを特徴とする磁界発生
    装置。
12. 【請求項１２】 請求項２乃至５又は請求項８乃至１０
    の何れかに記載の磁界発生装置である第１の磁界発生装
    置と、請求項６又は７の何れかに記載の第２の磁界発生
    装置とを備え、荷電粒子ビームの入射方向に対して前記
    第１の磁界発生装置を前段に、前記第２の磁界発生装置
    を後段に直列に配置すると共に、前記第１の磁界発生装
    置の磁極部と前記第２の磁界発生装置の磁極部の各磁極
    面を平行に配置すると共に、各一対の磁極部を同一周期
    で回転移動させ、且つ前記第１の磁界発生装置の磁極部
    に巻き回したコイルに流す電流と前記第２の磁界発生装
    置の磁極部に巻き回したコイルに流す電流とを連動して
    調節すると共に、前記第１の磁界発生装置の磁極部に巻
    き回したコイルに流す電流に対応して前記第２の磁界発
    生装置の一対の磁極部をその第１のリターンヨーク内側
    空間内で当該磁極面に対して平行移動を行うようにした
    ことを特徴とする磁界発生装置。
13. 【請求項１３】 請求項１乃至１２の何れかに記載の磁
    界発生装置に対して、第１のリターンヨーク内側空間内
    で、第１のリターンヨークに対する一対の磁極部の相対
    位置を、荷電粒子ビームの入射する方向に、更に可変に
    したことを特徴とする磁界発生装置
14. 【請求項１４】 荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビ
    ーム発生装置と、前記荷電粒子ビーム発生装置により発
    生した荷電粒子ビームを輸送する荷電粒子ビーム輸送装
    置と、前記荷電粒子ビーム輸送装置により輸送された荷
    電粒子ビームを偏向する荷電粒子ビーム偏向装置と、前
    記荷電粒子ビーム偏向装置により偏向されて入射してく
    る荷電粒子ビームに対して、スキャニング照射及び磁極
    部の回転移動により、前記荷電粒子ビームによる照射野
    を二次元的に拡大する請求項１乃至５または請求項８乃
    至１１の何れかに記載の磁界発生装置とを備えた荷電粒
    子ビーム照射装置。
15. 【請求項１５】 荷電粒子ビームを発生する荷電粒子ビ
    ーム発生装置と、前記荷電粒子ビーム発生装置により発
    生した荷電粒子ビームを輸送する荷電粒子ビーム輸送装
    置と、前記荷電粒子ビーム輸送装置により輸送された荷
    電粒子ビームを偏向する荷電粒子ビーム偏向装置と、前
    記荷電粒子ビーム偏向装置により偏向されて入射してく
    る荷電粒子ビームに対して、スキャニング照射及び磁極
    部の平行移動によりこの出射荷電粒子ビームによる照射
    野を二次元的に拡大する請求項１２に記載の磁界発生装
    置とを備えた荷電粒子ビーム照射装置。