JP4433359B2

JP4433359B2 - 挿入型偏光発生装置

Info

Publication number: JP4433359B2
Application number: JP2000268940A
Authority: JP
Inventors: 弘鬼頭
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2000-09-05
Filing date: 2000-09-05
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2020-09-05
Also published as: JP2002075699A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アンジュレーターと呼ばれる挿入型偏光発生装置の磁気回路の改良に係り、接着剤を使用しない機械的な固着機構にて、ボルト止めができないほどの薄肉のポールピースと磁石をタイトに密着固定したハイブリット型磁気回路からなる挿入型偏光発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光速に近い電子ビームが磁界中を通過すると電磁波、すなわちシンクロトロン放射光を発生するが、シンクロトロン放射光源としてこれを電子貯蔵リングに用いることにより、シンクロトロン放射の基本的性質である高指向性、高強度、高偏光性等の特性を種々活用できることから、科学技術、加工技術への多種多様の応用が可能な理想的な光源として飛躍的に応用範囲が拡大されている。
【０００３】
今日の電子貯蔵リングには、より高いビーム電流、小さなビーム断面積による高輝度光源であるウイグラーまたはアンジュレーターと呼ばれる挿入型光源が複数用いられている。
【０００４】
すなわち、異磁極磁石を交互に配置して磁界方向が交互に変化する磁界中に光速に近い電子ビームを通過させると、電子ビームの軌道が曲げられる（蛇行）ごとに強い光（放射光）が発生し、その光が相互に干渉し合いより輝度の高い光が得られるが、蛇行角度の違いから、磁界の周期数（Ｎ）の２Ｎ倍の光が得られるタイプがウイグラー、これより磁界が弱く電子軌道の振幅が極めて小さいがＮ²の強度の光が得られるタイプがアンジュレーターと呼ばれている。
【０００５】
挿入型偏光発生装置の構成は、所要寸法の多数個の磁化方向が異なる磁石を、磁界方向が交互に変化するように所要パターンで配列した一対の磁石列を、垂直支柱に種々の機械的支持機構を用いて相対向させてあり、所定の波長の高輝度放射光を得るためには磁界強度を変化させる必要があり、この磁石列間を所要のギャップ（Ｌｇ）寸法に調整位置決めできるように構成してある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
発明者は、挿入型偏光発生装置を構成するポールピースと磁石からなるハイブリット型の磁気回路において、接着剤を使用しないで磁気回路を形成できる構成として、先に機械的な固着にてポールピースと磁石をタイトに密着固定した磁気回路からなる挿入型偏光発生装置を提案（特開平９−２１３４９９号）した。
【０００７】
すなわち、図３に示すごとく、２枚の板状磁石１１とこれに挟まれた板状ポールピース１０とで１ユニットとしてこれを長尺棒状の非磁性ホルダー１の上面に載置して固着する際に、ホルダー１上面に載置した板状ポールピース１０はその載置端面にボルトを螺着して固着され、さらにこの板状ポールピース１０の両主面に板状磁石１１，１１を着設して、板状磁石１１の載置方向の両端部に設けた突起部１２を磁石クランプ材２０の凹部２１と嵌合させ、このクランプ材２０をホルダー１の上面にボルトで止着することにより、板状ポールピース１０を挟む一対の板状磁石が強固に固着できる。
【０００８】
一方、かかる構成により、超高真空にも使用できる接着剤を使用しないで磁気回路を形成できるようになった挿入型偏光発生装置では、さらに輝度の高い光が要求されている。高輝度のエネルギーを得るため、同じ長さの磁石列において、磁界の周期数を増大させる、すなわち板状磁石厚みを薄くして周期長さを短くすることが要求されている。
【０００９】
磁界の周期長さを短くするために板状磁石と板状ポールピースの板厚みを薄くすると、前記機械的固着の構成では、板状ポールピースをボルトで非磁性ホルダーに止着することができず、板状ポールピースと板状磁石を交互に配置した磁石列ユニットを形成できない問題がある。
【００１０】
この発明は、前述した機械的固着によりポールピースと磁石をタイトに密着固定した磁気回路を用いた挿入型偏光発生装置において、高輝度のエネルギーを得るため、ボルトで止着できない程の板厚みからなる薄肉の板状ポールピースと板状磁石を交互に配置して機械的固着が可能な構成を提案することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者は、薄肉の板状ポールピースと板状磁石を非磁性ホルダーに機械的固着できる構成を目的に種々検討した結果、例えば板状磁石を一対の板状ポールピースで挟み形成した積層体で、各板状ポールピースの両端面部に予め溝部を設けて、この溝部に挿入する爪部を有しホルダー上面にボルト止め可能にしたポールピースクランプ材を用い、先に該積層体をホルダー上面に止着配置し、次にこれらの両側に板状磁石を図３と同様構成の磁石クランプ材を用い、３枚の板状磁石をホルダー上面に止着配置することにより、３枚の板状磁石と２枚の板状ポールピースとの所要積層パターンの積層体をホルダーに強固に固着できることを知見し、この発明を完成した。
【００１２】
すなわち、この発明は、板状磁石と板状ポールピースを板厚み方向に交互に所要パターンで積層した積層体を機械的に固着配置してなるホルダーを所定配置して磁石列を形成する挿入型偏光発生装置において、板状ポールピースをホルダー上面に止着する手段、例えば、ポールピースとクランプ材とが相互に、凹凸嵌合あるいは所要平面部同士で当接する手段を有したポールピースクランプ材と、板状磁石をホルダー上面に止着する手段を有した磁石クランプ材とを有し、各クランプ材をホルダーにボルト止めすることを特徴とする挿入型偏光発生装置である。
【００１３】
また、この発明は、上記の構成において、
板状ポールピースが、積層方向である板厚み方向の一端面をホルダー上面への載置面とし、該端面に非磁性材を介在させてホルダー上面へ載置し、当該載置方向の長さを板状磁石より短くした構成、
積層体が、板状磁石の両側にポールピースを配置してさらに外側に前記磁石厚みの半分の厚みを有する板状磁石を配置した５枚組の積層パターンである構成、
を併せて提案する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明による挿入型偏光発生装置の構成を図面に基づいて詳述する。ホルダー１は、図１Ｃに示すごとく、図３Ａに示す構成と同様に上面に浅い階段状の凹みを有する長尺棒状の非磁性材からなる。
【００１５】
ホルダー１の中央部の凹みである着設座２には、図１Ｂに示すごとく、中央部の板状磁石１３を挟む板状ポールピース１０，１０とこれを挟む先の磁石１３の半分の厚みからなる板状磁石１１，１１の５枚、すなわち磁石とポールピースを板厚み方向に積層する、図３Ａに示すごとき従来の２つの磁石列ユニットの配列状態からなる積層体を１つのホルダー１上に配置して着設する。
【００１６】
詳述すると、ホルダー１の長手方向の両側に設けたＬ型座面３に、２種のクランプ、すなわち磁石クランプ材２０とポールピースクランプ材３０をボルト止めする機械的固着によって、前記積層体は着設座２に載置方向である積層体上面から下面側の載置面方向へ、かつホルダー１の外側から中心方向へと固定配置される構成である。
【００１７】
組立手順を追って各構成を説明すると、まず図１Ａ及び図２に示すごとく、２枚の板状ポールピース１０，１０により、板厚み方向に磁化（図中Ｍ方向）された板状磁石１３を挟む３枚をホルダー１の中央部の着設座２に載置して、板状ポールピース１０の載置方向の両端面に設けた溝部１０ａに外側からポールピースクランプ材３０のフォーク状の爪部３１を挿入してポールピースクランプ材３０を上面よりホルダー１にボルトで止着する。
【００１８】
ポールピースクランプ材３０は、図２Ｂ，Ｃに示すごとく、前記フォーク状の爪部３１と反対側にＬ字型に突設する鉤部３２を、ホルダー１のＬ型座面３に設ける溝部内に嵌め込むことにより、ボルト止め時の位置決めが確保される。
【００１９】
これら板状ポールピース１０，１０は、ポールピースクランプ材３０，３０間の長さが板状磁石１３より短く構成し、また、ホルダー１上に載置するに際して載置面側の下端面に非磁性材１０ｂを介在させて、積層体としての上面を平坦に揃えて載置方向の長さ（高さ）を板状磁石１３より短く構成している。なお、板状ポールピース１０は高さを板状磁石１３と揃えてあるいは短くしてホルダー１上に直接載置することも可能である。
【００２０】
ここで、板状磁石１３を挟む板状ポールピース１０，１０の上面側には相互に異なる磁極が形成される。また、板状ポールピース１０，１０の上述した小寸法化の構成により磁石列を形成した時、漏洩磁束を低減してビームが照射される上面側に磁束をより集中させることが可能となる。
【００２１】
次に、前記板状ポールピース１０の外側主面に、それぞれ板厚み方向に磁化した板状磁石１１主面を、各々ポールピース１０，１０を介して板状磁石１３と同磁極が対向するように当接させて、図３Ｂと同様構成の磁石クランプ２０をホルダー１にボルト止めする機械的固着によって、前記積層体の３枚の板状磁石１１，１３，１１は載置方向の両端面が拘束されて、板状磁石１１，１３，１１の上面から下面方向へ、かつホルダー１の外側から中心方向へと固定配置される。
【００２２】
すなわち、各板状磁石１１の載置方向の両端面は、図３Ａに示す構成と同様に、ここでは各々上側端部を切り欠き、段差を設けかつ主面側からＬ型座面３方向へ傾斜させた突起部１２に形成してある。中央の板状磁石１３には、載置方向の両端面の上側端部を切り欠き、段差を設けて形成した突起部１４を設けてある。
【００２３】
また、非磁性材からなるブロック状の磁石クランプ材２０は、座面３に当接するその下面を反転して上側に図示する図１Ｄに示すごとく、磁石１１に対向する面に凹部２１が設けられ、ここでは磁石クランプ材２０の下面から上面にＶ字型溝を設けるがごとく図で水平にＶ字型に開く形状であるが、Ｖ字型溝は上面にまで達することなく所要厚みのひさし部２２が残され、ひさし部２２は板状磁石１１の突起部１２の上面（板状磁石１１の切り欠きした端面上部）と中央の板状磁石１３に設けた突起部１４の上面段差に当接するよう形成してある。
【００２４】
磁石クランプ材２０は、先に着設されたポールピースクランプ材３０を避ける段差部２４を設けてＬ型座面３に配置される構成で、その凹部２１には、ホルダー１の着設座２に配列された３枚の磁石１１，１３，１１の突起部１２，１４が嵌入するもので、ひさし部２２は板状磁石１１，１３の突起部１２，１４の上面に当接し、Ｖ字型溝部分には板状磁石１１の突起部１２の傾斜面先端が当接する。
【００２５】
ここで、磁石クランプ材２０，２０が積層体の載置方向、並びにホルダー１の外側から中心方向へボルトにて固着されると、磁気的に反発状態にある３枚の磁石１１，１３，１１はホルダー１上面に押圧されかつ凹部２１のＶ字型溝部分で磁石がポールピース１０の両主面へ押圧されて密着する。
【００２６】
ポールピースクランプ材によるポールピースの止着手段は、上述のクランプ材３０の爪部３１とポールピース１０側の溝部１０との凹凸嵌合の他、ポールピースの載置方向の端面に凸部を設けてクランプ材の凹部と嵌合させるなど、ポールピースとクランプ材とが相互に凹凸嵌合する方法が採用できる。また、該端面下部に階段状の段差を突設してこれに合うように逆向き段差を設けたクランプ材で押さえたり、さらには該端面に傾斜（テーパー）面を設けてこれに合うように逆向きテーパー面を設けたクランプ材で押さえるなど、ポールピースとクランプ材とが相互に所要平面部同士で当接する方法が採用できる。
【００２７】
磁石クランプ材２０のＬ型座面３への当接面は、図１Ｄに示すごとく、凹部２１とは反対側に鉤部２３が突設してあり、磁石クランプ材２０をＬ型座面３へボルト締めする際に凹部２１と板状磁石１１の突起部１２との食い込みを良好にする機能を有している。また、ホルダー１の外側から長手方向へボルトのねじ込みによる押圧力で３枚の磁石１１，１３，１１とポールピース１０，１０の各主面相互の密着度が調整される。
【００２８】
磁石クランプ材２０の凹部２１の形状は、一対の磁石１１，１１の突起部と嵌合して磁石１１を拘束できればいずれの形状も選定できるが、磁石がポールピース１０の両主面へ押圧密着させることができる水平にＵ、Ｖ字型に開く形状が望ましい。また、ひさし部２２の形状は、図１のごとく段差部分との嵌合の他、突起部１２の上面をテーパー面としてこれに密着するように傾斜面に形成することができ、さらには、ひさし部２２の厚みを薄く延出させて板状磁石１１の上面端を被覆するがごとく接触させることもできる。
【００２９】
板状磁石をホルダー上面に止着する磁石クランプ材の止着手段としては、上記Ｕ，Ｖ字型凹部による構成の他、凹凸嵌合やテーパー面による当接などの公知の機械的係合方法が採用できる。
【００３０】
図１に示す挿入型偏光発生装置を構成する磁石列ユニットは、図３の従来と同様寸法の１つのホルダー１に従来の２ユニット分を載置固定することができる。これらは組立後にユニット毎に磁気特性の測定が行われ、磁石はもちろん全ての構成部品の寸法を高精度に加工することにより、所定位置で所定の磁界を発生させることが可能である。また、磁力などに差が出た場合には、図１Ｃに示すように板状ポールピースの下面に貫通到達するホルダー１の裏面に設けたねじ孔５に磁石片を挿入した後、非磁性ねじにて螺合固着させ、磁石長さやその磁気特性を変えることにより、該磁界の調整を行うことができる。
【００３１】
各部の材質には、非磁性材のホルダー１や磁石クランプ材２０、ポールピースクランプ材３０には、ステンレス鋼、アルミ合金、銅、無酸素銅等を用いることができる。板状ポールピース１０にはパーメンジュール、純鉄等を用いることができる。板状磁石１１、１３には高磁気特性のＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石等の希土類磁石が採用できる。特に、ビーム照射時に温度上昇を避けるため、ホルダーを固定するベースに冷却水を流して所定温度に保持する構成となした場合は、ホルダーや各クランプ材に伝熱性に優れた銅、無酸素銅等を用いることができる。
【００３２】
また、ポールピースや板状磁石には、超高真空雰囲気で使用する場合、腐食や材料からの発生、放出ガスにより、超高真空雰囲気を維持できなくなる可能性があるため、要求される真空度や使用する材質に応じて、表面に緻密な被膜を設けることが必要で、被膜には下地との密着性がすぐれ緻密な金属被膜であるＴｉＮ被膜が望ましい。
【００３３】
上述の構成例では、板状磁石と板状ポールピースからなる積層体が５枚の積層構造である場合を説明したが、例えば積層方向中央部に位置する比較的厚みの厚い板状磁石１３を２枚の板状磁石にて構成することも可能である。
【００３４】
【実施例】
実施例
無酸素銅からなるホルダー寸法が幅１７ｍｍ、長さ１０５ｍｍ、最大高さ２１ｍｍ、着設座高さ１０ｍｍ、パーメンジュールからなる板状ポールピース寸法が幅２．９ｍｍ、長さ４２ｍｍ、高さ１３ｍｍ、ＢＨ（ｍａｘ）３３ＭＯｅのＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石からなる板状磁石寸法が幅２．８ｍｍ及び幅５．６ｍｍ、長さ５２ｍｍ、高さ１５ｍｍ、同突起部寸法が長さ２ｍｍ、高さ１３ｍｍで、傾斜面を磁石幅の半分まで設け、ＳＵＳ３１６Ｌからなるポールピースクランプ材寸法は幅１０ｍｍ、長さ５ｍｍ、最大高さ５．５ｍｍ、無酸素銅からなるクランプ材寸法は幅１１．５ｍｍ、長さ１８ｍｍ、最大高さ１２ｍｍに設定して、図１に示す磁石列ユニットを作製した。
【００３５】
従来例
ＳＵＳ３１６Ｌからなるホルダー寸法が幅１２ｍｍ、長さ９１ｍｍ、最大高さ２１ｍｍ、着設座高さ１０ｍｍ、パーメンジュールからなる板状ポールピース寸法が幅４ｍｍ、長さ４２ｍｍ、高さ１５ｍｍ、ＢＨ（ｍａｘ）３３ＭＯｅのＲ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石からなる板状磁石寸法が幅４ｍｍ、長さ５２ｍｍ、高さ１５ｍｍ、同突起部寸法が長さ２ｍｍ、高さ１３ｍｍで、傾斜面を磁石幅の半分まで設け、ＳＵＳ３１６Ｌからなるクランプ材寸法は幅１１．５ｍｍ、長さ１８ｍｍ、最大高さ１２ｍｍに設定して、図３に示す磁石列ユニットを作製した。
【００３６】
上記の磁石列ユニットをＵ型ヨーク内に挿入配置して磁気的な閉回路を構成し、磁石列ユニットのポールピースとＵ型ヨーク底面との距離を２ｍｍに設定した後、Ｕ型ヨーク底面部に配置した磁気検出素子にて磁束密度を測定した。
上記構成からなるこの発明の磁石列ユニットは、上記の測定方法で１００００Ｇ以上の値を得た。従来例の磁石列ユニットは９０００Ｇ以下の値を得た。
【００３７】
【発明の効果】
この発明は、挿入型偏光発生装置における機械的な固着にてポールピースと磁石をタイトに密着固定した磁気回路において、ボルトで止着できない程の板厚みからなる薄肉の板状ポールピースと板状磁石を交互に配置して機械的固着を可能にしたことにより、従来と同様寸法の１つのホルダー１に従来の２ユニット分を載置固定することができ、一段と高輝度のエネルギーを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１Ａは挿入型偏光発生装置を構成する磁石列ユニットであり、これに装着されたポールピースクランプ材とそれに拘束された部材を示す上面説明図であり、ＢはＡの磁石列ユニットにさらに装着されたクランプ材とそれに拘束された部材を示す上面説明図であり、ＣはＢ図の斜視正面説明図、Ｄはクランプ材の斜視説明図である。
【図２】図２は図１のポールピースクランプ材と板状磁石と板状ポールピースの構成を示す斜視説明図であり、Ａは板状磁石と板状ポールピース、Ｂ，Ｃはクランプ材を示す。
【図３】Ａは従来の挿入型偏光発生装置を構成する磁石列の２ユニット分を示す斜視説明図であり、Ｂはクランプ材の斜視説明図である。
【符号の説明】
１ホルダー
２着設座
３Ｌ型座面
４孔部
５ねじ孔
１０板状ポールピース
１０ａ溝部
１０ｂ非磁性材
１１，１３板状磁石
１２，１４突起部
２０磁石クランプ材
２１凹部
２２ひさし部
２３，３２鉤部
２４段差部
３０ポールピースクランプ材
３１爪部

Claims

板状磁石と板状磁石より長さが短い板状ポールピースを板厚み方向に交互に積層した積層体をホルダー上面の凹みに機械的に固着配置して磁石列を形成する挿入型偏光発生装置において、
前記板状磁石と交互に積層した板状ポールピースをその長さ方向端面部にて一度に止着する手段を有したポールピースクランプ材と、
前記板状磁石をホルダー上面に止着する手段を有した磁石クランプ材とを有し、
前記磁石クランプ材、前記ポールピースクランプ材とを上下になるように配置し、前記ポールピースクランプ材と前記磁石クランプ材をホルダーにボルト止めする挿入型偏光発生装置。
前記ポールピースクランプ材の止着する手段が、前記板状ポールピースと前記ポールピースクランプ材とを相互に、凹凸嵌合あるいは所要平面部同士で当接する手段である請求項１に記載の挿入型偏光発生装置。
前記板状ポールピースは、積層方向である板厚み方向の一端面を前記ホルダー上面への載置面とし、該端面に非磁性材を介在させてホルダー上面へ載置し、当該載置方向の長さを板状磁石より短くした請求項１に記載の挿入型偏光発生装置。
前記積層体が、前記板状磁石の両側に前記板状ポールピースを配置してさらに外側に前記板状磁石厚みの半分の厚みを有する板状磁石を配置した５枚組の積層パターンである請求項１に記載の挿入型偏光発生装置。