JP5088767B2 - 往復動機構を備えた真空装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空容器内において対象物を保持する駆動軸を移動させる往復動機構を備えた真空装置に関する。この種の真空装置は、特に、大強度加速器装置や核融合装置のように、真空容器内の真空雰囲気中に遮へい体を内蔵し、遮へい体を貫通して対象物の往復動を行う装置に適している。

このような真空装置の例として、下記非特許文献１に、真空容器の中に配置されている二次粒子発生用ターゲット装置の例が記載されている。

非特許文献１に示されている二次粒子発生用ターゲット装置では、二次粒子を取り出すためにビーム通過量域にターゲットを挿入し、ビームにターゲットを衝突させて二次粒子を取り出す。二次粒子の取り出しが不要な時には、通過するビームに影響を与えないようにターゲットをビーム通過量域から退避させる。そのため、ターゲットには、真空容器の外部まで導出された駆動軸が取り付けられており、駆動軸を軸方向に往復駆動することにより、ターゲットを移動させることができる。真空容器外側の駆動装置と真空容器との間には、気密機構としてベローズなどが取り付けられ、真空容器の気密性が保たれている。

ビーム強度、即ち、エネルギーや電流値が大きくなるとターゲットに衝突して発生する二次粒子の量が増え、利用できる二次粒子の強度を増すと同時に利用できない二次粒子の発生量も増える。そのため、二次粒子発生用ターゲット装置の周辺には不要な二次粒子を止めると共に、二次粒子を止める際に発生するγ線などの放射線に対する遮へい体が周囲に配置される。二次粒子発生用ターゲット装置とその周囲に配置された遮へい体との間の空間は、漏れ出る放射線量を少なくするためにできるだけ小さくする必要があるため、遮へい体は真空容器の内部に収納されている。ターゲットを駆動する駆動軸はこの遮へい体を通って往復動することになるが、ビーム中心に対するターゲットの設置位置精度を確保するために、遮へい体を真空容器内に精度良く設置し、その遮へい体にターゲットの駆動軸をリニアガイド機構により移動可能に取り付け固定している。

ところで、真空容器に真空フランジを連結するための加工時の誤差や真空力による真空容器の変形などにより真空フランジの位置がずれたり傾いたりする。そのため、その真空フランジに固定されるターゲットを往復動するための駆動装置の位置もずれたり傾いたりし、真空容器内部の遮へい体に固定されている駆動軸の軸心との間で軸ズレや軸の傾きが発生するという問題がある。

連結される二つの軸の軸心が一致しない場合、ユニバーサルジョイントや球面ジョイントなどの部品を用いることが知られている。

非特許文献１に示される二次粒子発生用ターゲット装置の場合には真空容器内部にこれらの部品を収納している。

特許文献１には、摺動部の摩耗対策としてふっ素系固体潤滑膜を形成する例が記載されている。

非特許文献２には強い放射線環境下ではテフロン（登録商標）等のふっ素系高分子樹脂は変質することが記載されている。

特開平９−１０９０８４号公報 KEK Proceedings 2004-2「第２回 ミュオン科学実験検討委員会 発表資料集」第１２５頁 KEK Internal 97-17 September 1997 A/R「高放射線場における加速器機器及び施設の安全設計ガイドライン」第１０頁

このように駆動軸と駆動装置の間の二つの軸心とが一致しない場合、真空容器の外側の駆動装置と真空容器との間に取り付けて真空の気密を保持するベローズには、往復動に必要な伸縮量の他に、軸心のズレや軸心の傾きを発生させる軸心方向と直角方向の力を吸収するための伸縮量が必要となるため、大型のベローズが必要となり、コストが高くなるという問題がある。このため、連結される二つの軸心が一致しない場合、ユニバーサルジョイントや球面ジョイントなどの部品を用いることが知られているが、これらの部品を真空容器内部に収納する必要があるため、真空性能確保の観点から潤滑油などを使用できず、機械的摺動部の摩耗やカジリが発生する恐れがある。摺動部の摩耗対策としてはふっ素系固体潤滑膜を形成するようにすると、非特許文献２に示されるように、強い放射線環境化ではテフロン（登録商標）等のふっ素系高分子樹脂が変質するという信頼性上の問題がある。

本発明の目的は、簡単な構成で、真空容器外部に固定されている往復動の駆動装置の軸心と真空容器に収納された遮へい体に取り付けられた対象物を駆動する駆動軸との軸心を一致させることができ、信頼性の高い往復動機構を備えた真空装置を提供することにある。

本発明は、対象物を内部に配設する真空容器と、該真空容器内に配設した遮へい体と、該遮へい体を貫通し、一方端が前記対象物に連結された駆動軸と、該駆動軸の他方端が連結され、前記真空容器の外部に配置され、前記駆動軸を往復動方向に駆動する駆動装置と、を備えた真空装置において、
前記真空容器の外部で、前記駆動装置の軸心と前記駆動軸の軸心とが軸心合せを行う位置決め機構によって位置決めされ、かつ気密に前記遮へい体に取り付けた第１の真空フランジと、該真空フランジ上方にあって前記駆動軸が固定され、かつ前記駆動装置によって往復動方向に駆動される２の真空フランジと、第１の真空フランジと第２の真空フランジとの間に設けられて前記駆動軸の往復のストローク中あるいは回転中の気密を保持し、前記真空容器の外部に設けられた第１のベローズと、前記真空容器と第１の真空フランジの間に前記軸心合せによって生じた軸心方向に対して直角方向の力を吸収する第２のベローズとを有して構成する往復動機構を備えた真空装置を提供する。

上記構成において、真空容器外部の駆動装置は、真空容器内の駆動軸を保持する遮へい体に駆動軸の軸心と同軸になるように位置決め機構を介して固定されている第１の真空フランジに固定される。

このようにすることで、第１のベローズのストロークは往復動分を保証するもので十分になり、軸ズレや軸心の傾きを吸収するための伸縮量が不必要となるため、第１のベローズの大型化が不要となり、コストの上昇を抑えることができる。

また、ユニバーサルジョイントなどの軸ズレや軸の倒れを吸収する機構を真空中に設けなくてもよくなり、信頼性が向上し、部品点数を増やすことがないためコストの上昇を抑えることができる。

本発明の実施例である真空装置は、対象物を内部に配設する真空容器と、該真空容器内に配設した遮へい体と、該遮へい体を貫通し、一方端が前記対象物に連結された駆動軸と、該駆動軸の他方端が連結され、前記真空容器の外部に配置され、駆動軸を往復動駆動する駆動装置と、を備えた真空装置において、
真空容器の外部で、駆動装置の軸心と駆動軸の軸心とが軸心合せを行う位置決め機構によって位置決めされ、かつ気密に前記遮へい体に取り付けた第１の真空フランジと、該真空フランジ上方にあって駆動軸が固定され、かつ駆動軸装置によって往復動方向に駆動される２の真空フランジと、第１の真空フランジと第２の真空フランジとの間に設けられて駆動軸の往復のストローク中あるいは回転中の気密を保持し、真空容器の外部に設けられた第１のベローズと、真空容器と第１の真空フランジの間に前記軸心合せによって生じた軸心方向に対して直角方向の力を吸収する第２のベローズとを有し、真空容器に対して傾斜して設けられる第３の真空フランジと、この第３の真空フランジの上面に傾斜して配設される第４の真空フランジを有し、第２のべローズは該第４の真空フランジと第３の真空フランジを介して真空容器に配設されるようにして構成される。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例の構成を示す図である。図１において、真空装置１００は、対象物であるターゲット４を内部に配設する真空容器２、真空容器２内に室の長手方向に配設された円柱状の遮へい体３、この遮へい体３に設けた貫通孔３１を貫通して設けられ、一方端がターゲット４が連結された駆動軸６、駆動軸６の他方端が連結され、真空容器２の外部に配置した駆動装置９、遮へい体３に位置決め機構１６によって位置決めされて、すなわち駆動装置９の軸心と駆動軸６の軸心とを軸心合せをするようにして気密に取りつけた第１の真空フランジ１４と、第１の真空フランジ１４の上方の真空容器外にあって、駆動軸６が気密部３２を介して貫通し、固定され、駆動装置９によって駆動される第２の真空フランジ１１と、第１の真空フランジ１４と第２の真空フランジ１１との間にあって、これらを接続するように設けられて駆動軸６の往復のストローク中の気密を保持し、真空容器外に設けられた第１のベローズ１２と、真空容器と第１の真空フランジ１４の間であって真空容器外に設けられ、駆動装置９の軸心と駆動軸６の軸心合せに伴なって軸心方向に対して直角方向に発生した力、すなわち軸心のズレや傾きを吸収する第２のベローズ１７を備える。

第１の真空フランジ１４と真空容器２との間には第３の真空フランジ１３となる真空容器側取り合い真空フランジとこの上面に載置される第４の真空フランジ１５とが設けられ、第２のベローズ１７は第１の真空フランジ１４と第４の真空フランジ１５との間に設けられることによって第１の真空フランジ１４と真空容器２との間に設けられることになる。

第３の真空フランジ１３は真空容器２の上面の傾斜面に傾斜して設けられており、第４の真空フランジ１５は第３の真空フランジ１３の上面に傾斜して設けられる。第２のベローズ１７はこのように傾斜した第４のベローズ１５上に設けられているので一方側（図では右側）がより多く圧縮された状態となり、軸心方向に対して直角方向に発生する力を受けることになる。反対側は逆の作用となる。

駆動装置９は駆動装置保持機構１０を介して第１のフランジ１４に取り付けられており、また駆動軸６は、遮へい体３の内部に形成した空間３３に配設したリニアガイド７によって案内される形で駆動装置９に固く保持され、かつ矢印で示すように軸方向に移動可能とされる。駆動装置９は内部機構を矢印のように軸方向に移動させ、駆動軸を軸方向に移動させる。

第１の真空フランジ１４は、円板部１４ａとこれに一体化した円筒部１４ｂとからなり、円筒部１４ｂと遮へい体３との間には位置決め片４１を遮へい体３に設けた穴に差し込むようにした位置決め機構１６が設けてあり、このような構造によって第１の真空フランジ１４は遮へい体３に位置決めされ、固定される。この強制的な位置決めによって駆動装置９、駆動軸６には軸心方向に対して直角方向の力が発生する。

真空容器１の内部には放射線を遮へいする遮へい体３が他の位置決め機構８を介して固定，収納されている。

ターゲット４は駆動対象物保持台５を介して駆動軸６に固定され、駆動軸６の往復動に伴なって上下方向に移動可能とされる。ターゲット４に対向して真空容器２のターゲット収納室３４に連通する連通孔３５，３６が設けてあり、連通孔３５がビーム１の入射孔となり、連通孔３６が二次荷電粒子の出射孔となる。

以上の構成において、第２のベローズ１７の作用による力が第１の真空フランジ１４、駆動装置９を介して駆動軸６に作用し、駆動装置９の軸心と駆動軸６の軸心とについて軸心合せに伴う力を吸収することができる。

上記構成において、真空容器外部の駆動装置９は、真空容器内の駆動軸６を保持する遮へい体３に駆動軸６の軸心と同軸になるように位置決め機構１６を介して固定されている第１の真空フランジ１４に固定される。

このようにすることで、第１のベローズ１２のストロークは往復動分を保証するもので十分になり、軸ズレや軸心の傾きを吸収するための伸縮量が不必要となるため、第１のベローズの大型化が不要となり（小型化）、コストの上昇を抑える（低コスト化）ことができる。

また、ユニバーサルジョイントなどの軸ズレや軸の倒れを吸収する機構を真空中に設けなくてもよくなり、信頼性が向上し、部品点数を増やすことがないためコストの上昇を抑えることができる。

図２に実施例２の構成を示す。実施例１と同一の構成には同一の番号を付し、その説明は実施例１の説明を採用するものとする。他の実施例についても同様である。

図２に示す例にあっては、駆動軸６は、実施例１に示す駆動軸６と同等の往復動駆動軸６１とこの往復動駆動軸６１に平行に配設された回転駆動軸６２とから構成される。往復動駆動軸６１は平行に配置した回転駆動軸６２を保持する作用を有する。往復動駆動軸６１は第２の真空フランジ１１に固定され、回転駆動軸６２は気密部３２Ａを介して貫通し、回転駆動装置２０（他の駆動装置）に固定される。駆動装置９は、その駆動軸６１が第２の真空フランジ１１に固定されることによって連結される。

回転駆動軸６２はその途中に往復動駆動軸６１に回転接触する回転体６３を有し、他端部にギア（図示せず）を介してターゲット４に連結される。ギアはギアボックス２２に収納されている。

このような構成によって、ターゲット４は回転駆動装置２１の回転力が回転駆動軸６２を介して伝えられて回転する。従って、ビーム１の照射位置が随時変られる。

駆動装置９あるいは回転駆動装置２０の軸心と駆動軸６の軸心（往復動駆動軸６１の軸心もしくは回転駆動軸の軸心）の軸心合せおよび軸心合せに伴う軸心方向に対して直角方向の力の吸収は実施例１と同様にして行われる。

図３は実施例３の構成を示し、実施例２の変形例を示す。実施例２にあっては往復動駆動軸６１と回転動駆動軸６２は隣接して配置されていたが、実施例３にあっては両者は隣接関係にあるが、回転駆動軸６１は円筒管であって同軸配置の往復動駆動軸６１の内部に配置されている。機能は実施例２とまったく同一である。

以上のように、対象物を内部に配設する真空容器２と、該真空容器内に配設した遮へい体３と、該遮へい体を貫通し、一方端が前記対象物に連結された駆動軸６と、該駆動軸の他方端が連結され、真空容器の外部に配置した駆動装置９と、を備えた真空装置１００であって、
真空容器２の外部で、駆動装置９の軸心と駆動軸６の軸心との軸心合せを行う位置決め機構１６によって位置決めされ、かつ遮へい体３に気密に取り付けた第１の真空フランジ１４と、該真空フランジ上方にあって駆動軸６が固定される第２の真空フランジ１１と、第１の真空フランジ１４と第２の真空フランジ１１との間に設けられて駆動軸６の往復のストローク中あるいは回転中の気密を保持し、真空容器２の外部に設けられた第１のベローズ１２と、真空容器２と第１の真空フランジ１４の間に軸心合せによって生じた軸心方向に対して直角方向の力を吸収する第２のベローズとを有して往復動機構を備えた真空装置１００が構成される。

更に、真空容器２に対して傾斜して設けられる第３の真空フランジ１３と、この第３の真空フランジ１３の上面に傾斜して配設される第４の真空フランジ１５を有し、第２のべローズ１７は該第４の真空フランジ１５と第３の真空フランジ１３を介して真空容器２に配設されるようにした往復動機構を備えた真空装置が構成される。

本発明の実施例の構成を示す図。 他の実施例の構成を示す図。 他の実施例の構成を示す図。

符号の説明

１…ビーム、２…真空容器、３…遮へい体、４…ターゲット、５…ターゲット保持台、６…駆動軸、７…リニアガイド、８…位置決め機構、９…駆動装置、１０…駆動装置保持機構、１１…第２の真空フランジ、１２…第１のベローズ、１３…第３の真空フランジ、１４…第１の真空フランジ、１５…第４の真空フランジ、１６…第１の真空フランジの位置決め機構、１７…第２のベローズ、２０…回転駆動装置（駆動装置）、６１…往復動駆動軸、６２…回転駆動軸、１００…真空装置。

Claims (4)

1. 対象物を内部に配設する真空容器と、該真空容器内に配設した遮へい体と、該遮へい体を貫通し、一方端が前記対象物に連結された駆動軸と、該駆動軸の他方端が連結され、前記真空容器の外部に配置され、前記駆動軸を往復動駆動する駆動装置と、を備えた真空装置において、
   前記真空容器の外部で、前記駆動装置が取り付けられ、該駆動装置の軸心と前記駆動軸の軸心とが軸心合せを行う位置決め機構によって位置決めされ、前記遮へい体に取り付けられた第１の真空フランジと、該第１の真空フランジ上方にあって前記駆動軸が固定されて、該駆動装置によって往復動方向に駆動される第２の真空フランジと、第１の真空フランジと第２の真空フランジとを接続し、真空保持するものであって、前記真空容器の外部に設けられた第１のベローズと、前記真空容器と第１の真空フランジの間に、傾斜して配置されて、真空保持する第２のベローズとを有して構成され、第２のベローズが、前記駆動装置の軸心と前記駆動軸の軸心との軸心合わせに伴って軸心方向に対して直角方向に発生した力を吸収するようにしたこと
   を特徴とする往復動機構を備えた真空装置。
2. 請求項１において、前記真空容器に対して傾斜して設けられる第３の真空フランジと、
   この第３の真空フランジの上面に傾斜して配設される第４の真空フランジを有し、第２のべローズは該第４の真空フランジと第３の真空フランジを介して前記真空容器に配設されることを特徴とする往復動機構を備えた真空装置。
3. 請求項１または２において、前記駆動軸は往復駆動する往復動駆動軸と該往復動駆動軸に平行に配設された回転駆動軸とからなり、前記往復駆動軸は第２の真空フランジに固定され、前記回転駆動軸は第２の真空フランジを貫通することを特徴とする往復動機構を備えた真空装置。
4. 請求項３において、前記往復動駆動軸を円筒に構成し、該往復動駆動軸と前記回転駆動軸を同軸に配設したことを特徴とする往復動機構を備えた真空装置。

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