JP6178063B2 - 荷電粒子偏向装置、荷電粒子照射装置、荷電粒子加速器、及び、荷電粒子偏向装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、荷電粒子偏向装置、荷電粒子照射装置、荷電粒子加速器、及び、荷電粒子偏向装置の製造方法に関する。

荷電粒子偏向装置は、偏向電磁石を構成する一対の磁極の間に真空ダクトが設置されており、偏向電磁石により形成される磁場によって、真空ダクトの内部を進行する荷電粒子ビームの進行方向を変化させる。

荷電粒子偏向装置は、たとえば、癌患者を治療する粒子線治療装置の照射部（荷電粒子照射装置）に備えられており、癌患者の治療部位に荷電粒子ビームを照射するために、荷電粒子ビームを偏向させる。

また、荷電粒子偏向装置は、たとえば、粒子線治療装置に設けられたシンクロトロンなどの荷電粒子加速器に設置されており、環状の真空ダクトの内部において荷電粒子ビームが周回するように、荷電粒子ビームを偏向させる。荷電粒子加速器は、粒子線治療装置の他に、物理研究などの分野で用いられている。

荷電粒子偏向装置において、真空ダクトは、磁場の変動によって渦電流が発生して、偏向が不安定になることを抑制するために、肉厚が薄く形成されている。そして、真空ダクトは、外圧によって変形することを防止するために、複数の補強リブが外周面に設けられている（たとえば、特許文献１，２，３参照）。

特開平５−３２６１９１号公報 特開２０１０−８００６２号公報 特開２０１０−４９９６５号公報

しかしながら、上記のように、荷電粒子偏向装置では、真空ダクトに補強リブが設けられているために、一対の磁極の間は、距離が長くなる。その結果、一対の磁極の間の距離に比例して偏向電磁石のコイルに流す電流を大きくすることが必要になるので、コイルにおいて消費される消費電力量は、一対の磁極間の距離の二乗に比例して増える。

このような事情により、荷電粒子偏向装置においては、真空ダクトの変形を防止して装置の信頼性を向上することと、消費電力を低減することとを両立させることが容易でない。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、高い信頼性を実現することができ、消費電力を低減することができる、荷電粒子偏向装置、荷電粒子照射装置、荷電粒子加速器、及び、荷電粒子偏向装置の製造方法を提供することである。

本実施形態の荷電粒子偏向装置は、真空ダクトの内部を荷電粒子ビームが進行する。偏向電磁石において鉄心に設けられた第１磁極と第２磁極との間に、真空ダクトが設置されている。鉄心は、第１鉄心部材の側方鉄心部と第２鉄心部材の側方鉄心部とが接して構成され、第１鉄心部材の第１磁極と第２鉄心部材の第２磁極との間において第１磁極面と第２磁極面とが空間を形成して対面している。真空ダクトは、第１磁極面と第２磁極面によって形成された空間に設置され、第１磁極面および第２磁極面に接着されている。

本発明によれば、高い信頼性を実現することができ、消費電力を低減することができる、荷電粒子偏向装置、荷電粒子照射装置、荷電粒子加速器、及び、荷電粒子偏向装置の製造方法を提供することができる。

図１は、第１実施形態において、粒子線治療装置を模式的に示す図である。 図２は、第１実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を示す斜視図である。 図３は、第１実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を示す断面図である。 図４は、第１実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を製造する方法について示す断面図である。 図５は、第１実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を製造する方法について示す断面図である。 図６は、第１実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を製造する方法について示す断面図である。 図７は、第１実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を製造する方法について示す断面図である。 図８は、第２実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を示す断面図である。 図９は、第２実施形態に係る粒子線治療装置において、偏向部を構成する真空ダクトを分解して示す斜視図である。 図１０は、第２実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を製造する方法について示す断面図である。 図１１は、第２実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を製造する方法について示す断面図である。 図１２は、第３実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を示す上面図である。 図１３は、第３実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を示す断面図である。 図１４は、第３実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を示す断面図である。 図１５は、第３実施形態に係る粒子線治療装置において、偏向部に備えられた真空ダクトを示す図である。図１５において、（ａ）は、上面図であり、（ｂ）は、正面図であり、（ｃ）は、側面図である。 図１６は、第３実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を製造する方法について示す断面図である。 図１７は、第３実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を製造する方法について示す断面図である。 図１８は、第４実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を示す断面図である。 図１９は、第５実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を示す断面図である。

＜第１実施形態＞
［Ａ］全体構成
図１は、第１実施形態において、粒子線治療装置を模式的に示す図である。

粒子線治療装置は、図１に示すように、入射部１、主加速部２（荷電粒子加速器）、及び照射部３（荷電粒子照射装置）を備えている。

粒子線治療装置では、入射部１から入射された荷電粒子を主加速部２が加速させて照射部３へ出射し、照射部３が荷電粒子を、治療台（図示省略）に固定された患者（図示省略）に照射する。粒子線治療装置を構成する各部は、制御部（図示省略）から出力された制御信号に応じて動作する。

以下より、粒子線治療装置を構成する各部の詳細について順次説明する。

［Ａ−１］入射部１
粒子線治療装置において、入射部１は、図１に示すように、イオン源１１と入射用加速器１２とを備えている。

入射部１では、イオン源１１が荷電粒子を生成し、そのイオン源１１によって生成された荷電粒子を入射用加速器１２が加速して、主加速部２に荷電粒子ビームとして供給する。

［Ａ−２］主加速部２
粒子線治療装置において、主加速部２は、シンクロトロンであって、図１に示すように、真空ダクト２０と入射用電磁石２１と高周波加速装置２２と偏向電磁石２３と四極電磁石２４と出射用電磁石２５とを備えている。

主加速部２のうち、真空ダクト２０は、環状の管状体であって、入射部１から入射された荷電粒子ビームが真空状態の内部を進行する。

入射用電磁石２１は、真空ダクト２０の直線部分に設置されており、入射部１から荷電粒子ビームを真空ダクト２０の内部に導く。

高周波加速装置２２は、真空ダクト２０の直線部分に設置されており、真空ダクト２０の内部を進行する荷電粒子ビームを加速させる。

偏向電磁石２３は、真空ダクト２０の湾曲部分に設置されており、真空ダクト２０の内部を進行する荷電粒子ビームを偏向させる。

四極電磁石２４は、真空ダクト２０の直線部分において、偏向電磁石２３を一対で挟むように設置されており、真空ダクト２０の内部を進行する荷電粒子ビームを収束または発散させる。

出射用電磁石２５は、真空ダクト２０の直線部分に設置されており、主加速部２から荷電粒子ビームを照射部３へ導く。

［Ａ−３］照射部３
粒子線治療装置において、照射部３は、図１に示すように、偏向部３１（荷電粒子偏向装置）を備えており、主加速部２から出射された荷電粒子ビームの進行方向を偏向部３１が変化させて、患者の治療部位に荷電粒子ビームを照射する。

また、照射部３では、照射した荷電粒子ビームの線量を線量モニタ（図示省略）が計測し、その計測結果に応じてビームシャッタ（図示省略）の動作が制御される。

［Ｂ］偏向部３１の詳細構成
図２，図３は、第１実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を示す図である。

図２は、斜視図であり、図３は、断面図であって、荷電粒子ビームの進行方向に対して垂直な面を示している。

図２，図３に示すように、偏向部３１は、真空ダクト４と偏向電磁石５とを備えている。偏向部３１では、主加速部２（図１参照）から出射された荷電粒子ビームが、真空ダクト４の内部を進行する。そして、偏向部３１では、真空ダクト４の内部を進行する荷電粒子ビームに対して、偏向電磁石５が磁場を印加することによって、荷電粒子ビームを偏向させる。

［Ｂ−１］真空ダクト４
偏向部３１において、真空ダクト４は、図２，図３に示すように、直線状に延在した管状体であって、真空状態にされる。真空ダクト４では、主加速部２（図１参照）から入射された荷電粒子ビームが、真空状態の内部を進行する。

真空ダクト４は、断面がレーストラック形状であって、一対の平面部４１と一対の湾曲面部４２とを含み、一対の平面部４１と一対の湾曲面部４２とが一体に形成されている。真空ダクト４において、平面部４１は、一対が垂直方向にて間を隔てて対面している。そして、湾曲面部４２は、円弧状であって、水平方向にて間を隔てて対面している。

本実施形態では、真空ダクト４は、平面部４１と湾曲面部４２との両者の厚みが互いに同じである。

［Ｂ−２］偏向電磁石５
偏向部３１において、偏向電磁石５は、Ｈ型電磁石であって、図２，図３に示すように、鉄心６と励磁部７とを備えている。

［Ｂ−２−１］鉄心６
偏向電磁石５のうち、鉄心６は、図２，図３に示すように、第１磁極６３Ａと第２磁極６３Ｂとを有し、第１磁極６３Ａと第２磁極６３Ｂとの間に真空ダクト４が設置されている。

本実施形態では、鉄心６は、第１鉄心部材６Ａと第２鉄心部材６Ｂとを備えており、第１鉄心部材６Ａと第２鉄心部材６Ｂとの組み合わせ体である。

鉄心６において、第１鉄心部材６Ａは、第１磁極６３Ａの他に、下方鉄心部６１Ａと側方鉄心部６２Ａとを含み、下方鉄心部６１Ａの上面に側方鉄心部６２Ａと第１磁極６３Ａとが設けられている。

具体的には、下方鉄心部６１Ａの上面において両側端に位置する部分に、一対の側方鉄心部６２Ａが上方へ突き出るように設けられている。そして、下方鉄心部６１Ａの上面において中央に位置する部分に、第１磁極６３Ａが上方へ突き出るように設けられている。第１磁極６３Ａは、一対の側方鉄心部６２Ａから間を隔てられており、一対の側方鉄心部６２Ａよりも高さが低い。

一方で、第２鉄心部材６Ｂは、第２磁極６３Ｂの他に、上方鉄心部６１Ｂと側方鉄心部６２Ｂとを含み、上方鉄心部６１Ｂの下面に側方鉄心部６２Ｂと第２磁極６３Ｂとが設けられている。

具体的には、上方鉄心部６１Ｂの下面において両側端に位置する部分に、一対の側方鉄心部６２Ｂが下方へ突き出るように設けられている。そして、上方鉄心部６１Ｂの下面において中央に位置する部分に、第２磁極６３Ｂが下方へ突き出るように設けられている。第２磁極６３Ｂは、一対の側方鉄心部６２Ｂから間を隔てられており、一対の側方鉄心部６２Ｂよりも高さが低い。

鉄心６においては、第１鉄心部材６Ａの側方鉄心部６２Ａと、第２鉄心部材６Ｂの側方鉄心部６２Ｂとが接している。そして、第１鉄心部材６Ａの第１磁極６３Ａと、第２鉄心部材６Ｂの第２磁極６３Ｂとの間においては、第１磁極面６４Ａと第２磁極面６４Ｂとが間を隔てて対面している。そして、第１磁極面６４Ａと第２磁極面６４Ｂとの間に設けられた空間には、真空ダクト４が設置されている。

本実施形態では、第１磁極面６４Ａと第２磁極面６４Ｂとのそれぞれに真空ダクト４の外側の面が接している。具体的には、第１鉄心部材６Ａに設けられた第１磁極６３Ａの第１磁極面６４Ａに、真空ダクト４において下側に位置する平面部４１の下面が接している。また、第２鉄心部材６Ｂに設けられた第２磁極６３Ｂの第２磁極面６４Ｂに、真空ダクト４において上側に位置する平面部４１の上面が接している。

［Ｂ−２−２］励磁部７
偏向電磁石５のうち、励磁部７は、図２，図３に示すように、第１コイル７Ａと第２コイル７Ｂとを備えており、鉄心６の第１磁極６３Ａと第２磁極６３Ｂとのそれぞれに設置されている。

具体的には、第１コイル７Ａは、第１鉄心部材６Ａに設けられた第１磁極６３Ａの側部の周りを囲っている。一方で、第２コイル７Ｂは、第２鉄心部材６Ｂに設けられた第２磁極６３Ｂの側部を囲っている。

励磁部７では、第１コイル７Ａと第２コイル７Ｂとに外部から電流が供給されることによって、第１磁極６３Ａと第２磁極６３Ｂとの間に磁場を形成する。

［Ｃ］偏向部３１の製造方法

図４から図７は、第１実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を製造する方法について示す図である。

図４から図７では、図３と同様に、荷電粒子ビームの進行方向に対して垂直な断面を示しており、各図に示す工程を順次実施することによって、上記の偏向部３１を製造する。以下より、偏向部３１を製造する各工程について順次説明する。

［Ｃ−１］第１鉄心部材６Ａと第２鉄心部材６Ｂとの準備
まず、図４に示すように、第１鉄心部材６Ａと第２鉄心部材６Ｂとを準備する。

本工程では、たとえば、図４に示す断面形状に加工された珪素鋼板を、複数、積み重ねることによって形成された積層体を、第１鉄心部材６Ａ及び第２鉄心部材６Ｂとして準備する。珪素鋼板は、たとえば、厚みが０．５ｍｍ程度であり、渦電流の低減のために、絶縁性の接着樹脂を用いて複数が接着されて積層されている。

［Ｃ−２］第１コイル７Ａと第２コイル７Ｂとの設置
つぎに、図５に示すように、第１コイル７Ａと第２コイル７Ｂとを設置する。

本工程では、第１鉄心部材６Ａに設けられた第１磁極６３Ａの側部の周りに、第１コイル７Ａを設置する。そして、第２鉄心部材６Ｂに設けられた第２磁極６３Ｂの側部の周りに、第２コイル７Ｂを設置する。

［Ｃ−３］第１鉄心部材６Ａと第２鉄心部材６Ｂとの突き合わせ
つぎに、図６に示すように、第１鉄心部材６Ａと第２鉄心部材６Ｂとを互いに突き合わせる。

本工程では、第１鉄心部材６Ａの下方鉄心部６１Ａにおいて側方鉄心部６２Ａ及び第１磁極６３Ａが設けられた面と、第２鉄心部材６Ｂの上方鉄心部６１Ｂにおいて側方鉄心部６２Ｂ及び第２磁極６３Ｂが設けられた面とを対面させ、その後、両者を接近させる。そして、第１鉄心部材６Ａと第２鉄心部材６Ｂとを接合することによって、鉄心６（図３参照）を形成する。

［Ｃ−４］真空ダクト４の設置
つぎに、図７に示すように、真空ダクト４を設置する。

ここでは、鉄心６に設けられている第１磁極６３Ａと第２磁極６３Ｂとの間に、真空ダクト４を挿入し、設置する。

本工程では、渦電流の発生を抑制するために、真空ダクト４として、厚みが、たとえば、０．３ｍｍ程度の薄肉であって、ステンレス鋼などの非磁性金属材料で形成されたものを準備する。

そして、真空ダクト４において第１磁極６３Ａの第１磁極面６４Ａに接する面、及び、第２磁極６３Ｂの第２磁極面６４Ｂに接する面に、熱硬化性の接着樹脂を塗布する。つまり、真空ダクト４において平面部４１の外側の面に接着樹脂を塗布する。接着樹脂については、平面部４１の外側の面の全体を塗布する必要はなく、接着強度が十分である場合には、一部のみに塗布してもよい。

そして、熱硬化性の接着樹脂が塗布された真空ダクト４を、第１磁極面６４Ａと第２磁極面６４Ｂとの間に挿入して設置する。

そして、第１磁極面６４Ａと第２磁極面６４Ｂとの間において真空ダクト４の内部を加圧することによって、真空ダクト４を第１磁極面６４Ａと第２磁極面６４Ｂとに密着させる。

その後、真空ダクト４の内部を加圧した状態で熱処理を行うことによって、熱硬化性の接着樹脂を熱硬化させる。本工程においては、たとえば、下記の熱硬化性接着樹脂を用いて、下記の熱処理条件で熱処理を行う。熱処理の実施においては、初期温度から熱処理温度に一定の割合で高めた後に、所定時間、熱処理温度を一定に保持する。そして、熱処理温度から初期温度へ一定の割合で温度を低下させる。
・熱硬化性接着樹脂：熱可塑性エポキシ樹脂（エポキシ系）、無機接着剤（たとえば、金属アルコキシドをバインダーとしたもの）
・熱処理温度：１００〜１２０℃
・熱処理時間：２〜５時間

このようにして、図３に示したように、真空ダクト４を第１磁極面６４Ａと第２磁極面６４Ｂとに固定して、偏向部３１を完成させる。

［Ｄ］まとめ
以上のように、本実施形態の偏向部３１においては、真空ダクト４の内部を荷電粒子ビームが進行する。そして、偏向電磁石５において、鉄心６に設けられた第１磁極６３Ａと第２磁極６３Ｂとの間に、真空ダクト４が設置されている。真空ダクト４は、第１磁極６３Ａにおいて第２磁極６３Ｂに対面する第１磁極面６４Ａ、および、第２磁極６３Ｂにおいて第１磁極６３Ａに対面する第２磁極面６４Ｂの両者に接している。ここでは、真空ダクト４は、断面がレーストラック形状であって、平面部４１が第１磁極面６４Ａおよび第２磁極面６４Ｂに接して固定されている。

したがって、本実施形態は、真空ダクト４の内部が真空状態になったときでも、真空ダクト４が変形することを防止できる。そして、真空ダクト４に補強リブを設ける必要がないので、第１磁極面６４Ａと第２磁極面６４Ｂとの間の距離を短くすることができる。その結果、第１コイル７Ａと第２コイル７Ｂとにおいて消費される消費電力量を低減することができる。

本実施形態においては、真空ダクト４は、熱硬化性接着樹脂を用いて、第１磁極面６４Ａおよび第２磁極面６４Ｂに接着されている。このため、真空ダクト４が高温になった場合でも、接着樹脂が軟化せず、真空ダクト４が第１磁極面６４Ａおよび第２磁極面６４Ｂに強固に固定された状態を保持できる。

本実施形態において偏向部３１を製造する際には、真空ダクト４において第１磁極面６４Ａと第２磁極面６４Ｂとに接する面に熱硬化性接着樹脂を塗布した後に、その真空ダクト４を第１磁極面６４Ａと第２磁極面６４Ｂとの間に設置する。そして、第１磁極面６４Ａと第２磁極面６４Ｂとの間において真空ダクト４の内部を加圧した状態で熱処理を行うことによって、熱硬化性接着樹脂を熱硬化させる。このため、本実施形態では、真空ダクト４を第１磁極面６４Ａおよび第２磁極面６４Ｂに対して強固に固定できる。

［Ｅ］変形例
本実施形態では、断面がレーストラック形状である真空ダクト４において、平面部４１と湾曲面部４２との両者が、同じ厚みである場合について示したが、これに限らない。真空ダクト４として、平面部４１よりも湾曲面部４２の方が厚いものを用いてもよい。この場合には、湾曲面部４２は、第１磁極６３Ａと第２磁極６３Ｂとの間に発生する磁場に対して鎖交する面の面積が小さく、渦電流の影響が小さい。このため、偏向部３１では、湾曲面部４２が平面部４１よりも厚い場合であっても、荷電粒子ビームを正確に偏向させることができる。そして、湾曲面部４２が厚いので、真空ダクト４の機械的強度を向上することができる。

本実施形態では、真空ダクト４の断面がレーストラック形状である場合について示したが、これに限らない。真空ダクト４の断面が、他の形状であってもよい。

本実施形態では、図１に示す粒子線治療装置のうち、照射部３に備えられた偏向部３１の詳細について示したが、これに限らない。図１に示す主加速部２において、真空ダクト２０に偏向電磁石２３が設けられた部分を、上記と同様に構成してもよい。

本実施形態では、粒子線治療装置の場合について示したが、これに限らない。物理研究に用いる装置の偏向部について、上記と同様に構成してもよい。

＜第２実施形態＞
［Ａ］偏向部３１の詳細構成
図８は、第２実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を示す図である。

図８は、図３と同様に、断面図であって、荷電粒子ビームの進行方向に対して垂直な面を示している。

図８に示すように、本実施形態においては、真空ダクト４が第１実施形態の場合（図３参照）と異なる。本実施形態は、上記の点、および、関連する点を除き、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において上記の実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。

真空ダクト４は、図８に示すように、第１ダクト部材４Ａと第２ダクト部材４Ｂとを備えている。真空ダクト４は、第１ダクト部材４Ａと第２ダクト部材４Ｂとが互いに組み合された組合せ体であって、断面がレーストラック形状である。

図９は、第２実施形態に係る粒子線治療装置において、偏向部を構成する真空ダクトを分解して示す斜視図である。

真空ダクト４のうち、第１ダクト部材４Ａは、図９に示すように、平面部４１Ａと、一対の湾曲面部４２Ａと、一対の接合部４３Ａとを含み、各部が一体に形成されている。第１ダクト部材４Ａにおいては、平面部４１Ａの端部に円弧状の湾曲面部４２Ａが設けられている。そして、湾曲面部４２Ａにおいて平面部４１Ａが位置する一端部に対して反対に位置する他端部には、接合部４３Ａが設けられている。接合部４３Ａは、平面部４１Ａの上方において平面部４１Ａに沿って延在している。

真空ダクト４のうち、第２ダクト部材４Ｂは、図９に示すように、第１ダクト部材４Ａと同様に、平面部４１Ｂと、一対の湾曲面部４２Ｂと、一対の接合部４３Ｂとを含み、各部が一体に形成されている。第２ダクト部材４Ｂにおいては、平面部４１Ｂの端部に円弧状の湾曲面部４２Ｂが設けられている。そして、湾曲面部４２Ｂにおいて平面部４１Ｂが位置する一端部に対して反対に位置する他端部には、接合部４３Ｂが設けられている。接合部４３Ｂは、平面部４１Ｂの下方において平面部４１Ｂに沿って延在している。

真空ダクト４では、第１ダクト部材４Ａの平面部４１Ａと、第２ダクト部材４Ｂの平面部４１Ｂとが、空間を隔てて対面している。これと共に、第１ダクト部材４Ａの湾曲面部４２Ａと、第２ダクト部材４Ｂの湾曲面部４２Ｂとが、空間を隔てて対面している。そして、第１ダクト部材４Ａの接合部４３Ａと、第２ダクト部材４Ｂの接合部４３Ｂとが、互いに対面して接合されている（図８参照）。

［Ｂ］偏向部３１の製造方法
図１０，図１１は、第２実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を製造する方法について示す図である。

図１０，図１１では、図８と同様に、荷電粒子ビームの進行方向に対して垂直な断面を示しており、各図に示す工程を順次実施することによって、上記の偏向部３１を製造する。以下より、偏向部３１を製造する各工程について順次説明する。

［Ｂ−１］第１ダクト部材４Ａと第２ダクト部材４Ｂとの設置
本実施形態では、図１０に示すように、第１ダクト部材４Ａと第２ダクト部材４Ｂとを設置する。

ここでは、本工程を行う前に、第１実施形態の場合と同様に、第１鉄心部材６Ａ及び第２鉄心部材６Ｂの準備（図４参照）、第１コイル７Ａ及び第２コイル７Ｂの設置（図５参照）を、順次、行う。この他に、第１ダクト部材４Ａ及び第２ダクト部材４Ｂを準備する。

そして、図１０に示すように、第１ダクト部材４Ａを第１鉄心部材６Ａに設置する。具体的には、第１実施形態の場合と同様に、熱硬化性の接着樹脂を用いて、第１鉄心部材６Ａの第１磁極面６４Ａに、第１ダクト部材４Ａの平面部４１Ａを接着する。

これと同様に、第２ダクト部材４Ｂを第２鉄心部材６Ｂに設置する。つまり、熱硬化性の接着樹脂を用いて、第２鉄心部材６Ｂの第２磁極面６４Ｂに、第２ダクト部材４Ｂの平面部４１Ｂを接着する。

［Ｂ−２］第１ダクト部材４Ａと第２ダクト部材４Ｂとの接合
つぎに、図１１に示すように、第１ダクト部材４Ａと第２ダクト部材４Ｂとを接合する。

本工程では、第１鉄心部材６Ａの下方鉄心部６１Ａにおいて側方鉄心部６２Ａ及び第１磁極６３Ａが設けられた面と、第２鉄心部材６Ｂの上方鉄心部６１Ｂにおいて側方鉄心部６２Ｂ及び第２磁極６３Ｂが設けられた面とを対面させ、その後、両者を接近させて組み合わせる。これにより、第１ダクト部材４Ａと第２ダクト部材４Ｂとが互いに接近して組み合わされ、第１ダクト部材４Ａの接合部４３Ａと、第２ダクト部材４Ｂの接合部４３Ｂとが接する。

この状態で、第１鉄心部材６Ａと第２鉄心部材６Ｂとの間を接合することによって、鉄心６（図８参照）を形成する。

そして、第１ダクト部材４Ａと第２ダクト部材４Ｂとの間を接合することによって、真空ダクト４を形成する。ここでは、第１ダクト部材４Ａの接合部４３Ａと第２ダクト部材４Ｂの接合部４３Ｂとの間を溶接する。

このようにして、図８に示したように、偏向部３１を完成させる。

［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態の偏向部３１では、真空ダクト４は、第１磁極面６４Ａに接する第１ダクト部材４Ａと、第２磁極面６４Ｂに接する第２ダクト部材４Ｂとを含む。そして、第１ダクト部材４Ａと第２ダクト部材４Ｂとの間が溶接によって接合されている。第１ダクト部材４Ａは、第１鉄心部材６Ａに設けられた第１磁極６３Ａの第１磁極面６４Ａに接して固定されている。また、第２ダクト部材４Ｂは、第２鉄心部材６Ｂに設けられた第２磁極６３Ｂの第２磁極面６４Ｂに接して固定されている。

本実施形態においては、第１実施形態と同様に、真空ダクト４は、第１磁極６３Ａの第１磁極面６４Ａおよび第２磁極６３Ｂの第２磁極面６４Ｂに接している。したがって、本実施形態は、第１実施形態の場合と同様に、真空ダクト４の変形を防止できると共に、消費電力量の低減を実現できる。

本実施形態において偏向部３１を製造する際には、第１磁極面６４Ａに第１ダクト部材４Ａを設置すると共に、第２磁極面６４Ｂに第２ダクト部材４Ｂを設置する。その後、第１鉄心部材６Ａと第２鉄心部材６Ｂとを組み合わせて接合することによって鉄心６を形成すると共に、第１ダクト部材４Ａと第２ダクト部材４Ｂとを組み合わせて接合することによって真空ダクト４を形成する。このため、本実施形態では、第１ダクト部材４Ａおよび第２ダクト部材４Ｂを正確な位置に合わせて設置することが容易にできる。

＜第３実施形態＞
［Ａ］偏向部３１の詳細構成
図１２から図１４は、第３実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を示す図である。

図１２は、上面図である。図１３は、図３と同様に、断面図であって、図１２のＸ−Ｘ部分の断面を示している。図１４は、断面図であって、図１２のＹ−Ｙ部分の断面を示している。

図１５は、第３実施形態に係る粒子線治療装置において、偏向部に備えられた真空ダクトを示す図である。図１５において、（ａ）は、上面図であり、（ｂ）は、正面図であり、（ｃ）は、側面図である。

各図に示すように、本実施形態では、鉄心６に第１貫通口６５Ａと第２貫通口６５Ｂが設けられている。また、真空ダクト４に第１固定部４４Ａと第２固定部４４Ｂが設置されている。この他に、第１締結部材４５Ａと第２締結部材４５Ｂとを備える。本実施形態は、上記の点、および、関連する点を除き、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において上記の実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。

［Ａ−１］第１貫通口６５Ａ及び第２貫通口６５Ｂについて
第１貫通口６５Ａと第２貫通口６５Ｂとのそれぞれは、図１２から図１４に示すように、鉄心６に形成されており、複数が真空ダクト４の軸方向に沿って等間隔に並んでいる。

具体的には、第１貫通口６５Ａは、第１鉄心部材６Ａのうち、第１磁極６３Ａが設けられた部分において、第１磁極面６４Ａと下面との間を貫通するように形成されている。また、第２貫通口６５Ｂは、第２鉄心部材６Ｂのうち、第２磁極６３Ｂが設けられた部分において、第２磁極面６４Ｂと上面との間を貫通するように形成されている。

本実施形態では、第１貫通口６５Ａと第２貫通口６５Ｂとの両者が、真空ダクト４の軸方向において、同じ位置に設けられている。

［Ａ−２］第１固定部４４Ａ及び第２固定部４４Ｂについて
第１固定部４４Ａと第２固定部４４Ｂとのそれぞれは、図１５に示すように、矩形形状の固定金具であって、真空ダクト４に設置されており、複数が真空ダクト４の軸方向に沿って等間隔に並んでいる。

具体的には、第１固定部４４Ａは、真空ダクト４において下方に位置する平面部４１の下面に設置されており、平面部４１の下面から凸状に突き出ている。第２固定部４４Ｂは、真空ダクト４において上方に位置する平面部４１の上面に設置されており、平面部４１の上面から凸状に突き出ている。また、第１固定部４４Ａと第２固定部４４Ｂとの両者は、メネジ部４４Ｍが複数設けられている。

本実施形態では、第１固定部４４Ａと第２固定部４４Ｂとの両者は、真空ダクト４の上面と下面とのそれぞれにおいて、真空ダクト４の軸方向において同じ位置に設置されている。

また、図１２から図１４に示すように、複数の第１固定部４４Ａは、真空ダクト４の軸方向において、複数の第１貫通口６５Ａと同じピッチで並んでおり、第１貫通口６５Ａの内部に挿入されている。同様に、複数の第２固定部４４Ｂは、真空ダクト４の軸方向において、複数の第２貫通口６５Ｂと同じピッチで並んでおり、第２貫通口６５Ｂの内部に挿入されている。

［Ａ−３］第１締結部材４５Ａ及び第２締結部材４５Ｂについて
第１締結部材４５Ａと第２締結部材４５Ｂとのそれぞれは、図１２から図１４に示すように、オネジであって、円柱状の軸の一端（ネジ先側）にネジ山が形成されており、他端に頭部が設けられている。第１締結部材４５Ａおよび第２締結部材４５Ｂは、第１貫通口６５Ａおよび第２貫通口６５Ｂの内部に設置されている。そして、第１締結部材４５Ａおよび第２締結部材４５Ｂは、頭部が第１座金４６Ａおよび第２座金４６Ｂを介して、鉄心６の外側の面に位置し、軸の一端が第１固定部４４Ａおよび第２固定部４４Ｂのメネジ部４４Ｍに取付けられている。

具体的には、第１鉄心部材６Ａの下面において第１貫通口６５Ａの一部を覆うように第１座金４６Ａが設置されており、第１締結部材４５Ａは、その第１座金４６Ａに形成された孔に軸が貫通された後に、軸の一端が第１固定部４４Ａのメネジ部４４Ｍに締結されている。また、第２鉄心部材６Ｂの上面において第２貫通口６５Ｂの一部を覆うように第２座金４６Ｂが設置されており、第２締結部材４５Ｂは、その第２座金４６Ｂに形成された孔に軸が貫通された後に、軸の一端が第２固定部４４Ｂのメネジ部４４Ｍに締結されている。

［Ｂ］偏向部３１の製造方法
図１６，図１７は、第３実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を製造する方法について示す図である。

図１６，図１７では、図１３と同様に、荷電粒子ビームの進行方向に対して垂直な断面を示しており、各図に示す工程を順次実施することによって、上記の偏向部３１を製造する。以下より、偏向部３１を製造する各工程について順次説明する。

［Ｂ−１］真空ダクト４の設置
本実施形態では、図１６に示すように、真空ダクト４を第１鉄心部材６Ａに設置する。

ここでは、本工程を行う前に、第１実施形態の場合と同様に、第１鉄心部材６Ａ及び第２鉄心部材６Ｂの準備（図４参照）を行う。本実施形態では、第１鉄心部材６Ａ及び第２鉄心部材６Ｂにおいて、第１貫通口６５Ａ及び第２貫通口６５Ｂが形成される部分については、図１３に示した断面形状の珪素鋼板を用いる。このようにして、第１貫通口６５Ａが形成された第１鉄心部材６Ａ、及び、第２貫通口６５Ｂが形成された第２鉄心部材６Ｂを準備する。その後、第１実施形態の場合と同様に、第１コイル７Ａ及び第２コイル７Ｂの設置（図５参照）を行う。

そして、上述したように、真空ダクト４の外側の面に第１固定部４４Ａと第２固定部４４Ｂとの両者を設置する。

その後、図１６に示すように、真空ダクト４に設置された第１固定部４４Ａを、第１鉄心部材６Ａの第１貫通口６５Ａに第１磁極面６４Ａの側から挿入する。その後、第１鉄心部材６Ａにおいて第１磁極面６４Ａに対して反対側の面に、第１座金４６Ａを設置する。ここでは、第１座金４６Ａが第１貫通口６５Ａの一部を覆うように、第１座金４６Ａを設置する。そして、第１座金４６Ａに形成された孔に第１締結部材４５Ａの軸を貫通させた後に、第１締結部材４５Ａを第１固定部４４Ａのメネジ部４４Ｍに取り付けて固定する。

［Ｂ−２］第２鉄心部材６Ｂの設置
つぎに、図１７に示すように、第２鉄心部材６Ｂを設置する。

本工程では、第１鉄心部材６Ａの下方鉄心部６１Ａにおいて側方鉄心部６２Ａ及び第１磁極６３Ａが設けられた面と、第２鉄心部材６Ｂの上方鉄心部６１Ｂにおいて側方鉄心部６２Ｂ及び第２磁極６３Ｂが設けられた面とを対面させ、その後、両者を接近させる。このとき、真空ダクト４に設置された第２固定部４４Ｂを、第２鉄心部材６Ｂの第２貫通口６５Ｂに第２磁極面６４Ｂの側から挿入する。

その後、図１３に示したように、第２鉄心部材６Ｂにおいて第２磁極面６４Ｂに対して反対側の面に、第２座金４６Ｂを設置する。ここでは、第２座金４６Ｂが第２貫通口６５Ｂの一部を覆うように、第２座金４６Ｂを設置する。そして、第２座金４６Ｂに形成された孔に第２締結部材４５Ｂの軸を貫通させた後に、第２締結部材４５Ｂを第２固定部４４Ｂのメネジ部４４Ｍに取り付けて固定する。

このようにして、図１３に示したように、偏向部３１を完成させる。

［Ｃ］まとめ
以上のように、本実施形態では、真空ダクト４は、第１磁極面６４Ａに接する面に第１固定部４４Ａが設置されていると共に、第２磁極面６４Ｂに接する面に第２固定部４４Ｂが設置されている。鉄心６は、第１磁極面６４Ａを貫通する第１貫通口６５Ａが第１鉄心部材６Ａに形成されていると共に、第２磁極面６４Ｂを貫通する第２貫通口６５Ｂが第２鉄心部材６Ｂに形成されている。そして、第１固定部４４Ａは、第１貫通口６５Ａに挿入されると共に、その第１貫通口６５Ａに挿入された第１締結部材４５Ａが取り付けられている。第２固定部４４Ｂは、第２貫通口６５Ｂに挿入されると共に、その第２貫通口６５Ｂに挿入された第２締結部材４５Ｂが取り付けられている。

本実施形態においては、第１実施形態と同様に、真空ダクト４は、第１磁極面６４Ａおよび第２磁極面６４Ｂに接している。したがって、本実施形態は、第１実施形態の場合と同様に、真空ダクト４の変形を防止できると共に、消費電力量の低減を実現できる。

本実施形態では、第１固定部４４Ａ及び第２固定部４４Ｂは、真空ダクト４の軸方向に沿って、複数が等しい間隔で並んでいる。ここでは、第１固定部４４Ａ及び第２固定部４４Ｂは、真空ダクト４の軸方向において同じ位置に設置されている。このため、本実施形態は、真空ダクト４を鉄心６に強固に固定することができる。

また、本実施形態では、上記のように、接着樹脂を用いずに、第１締結部材４５Ａ及び第２締結部材４５Ｂを用いて、真空ダクト４を鉄心６に固定している。このため、各部の分解が容易であり、メンテナンスを容易に行うことができる。

［Ｄ］変形例
本実施形態では、第１貫通口６５Ａおよび第２貫通口６５Ｂの形成部分以外の部分のみに珪素鋼板を積層させることによって、第１鉄心部材６Ａおよび第２鉄心部材６Ｂを形成したが、これに限らない。この部分については、珪素鋼板でなく、非磁性材料の板状体を用いてもよい。つまり、第１鉄心部材６Ａについては、ビーム進行方向において第１貫通口６５Ａと同じ位置にある部分を非磁性材料で形成してもよい。また、第２鉄心部材６Ｂについては、ビーム進行方向において第２貫通口６５Ｂと同じ位置にある部分を非磁性材料で形成してもよい。この場合には、第１貫通口６５Ａおよび第２貫通口６５Ｂの存在に関わらず、正確なＢＬ積を求めることができるので、好適である。

＜第４実施形態＞
［Ａ］偏向部３１の詳細構成
図１８は、第４実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を示す図である。

図１８は、図１４と同様に、断面図である。

図１８に示すように、本実施形態では、第１貫通口６５Ａおよび第２貫通口６５Ｂ、第１固定部４４Ａおよび第２固定部４４Ｂが、第３実施形態の場合と異なる。本実施形態は、上記の点、および、関連する点を除き、第３実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において上記の実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。

図１８に示すように、鉄心６においては、第１貫通口６５Ａと第２貫通口６５Ｂとが、真空ダクト４の軸方向にて、交互に並んでいる。

同様に、真空ダクト４においては、第１固定部４４Ａと第２固定部４４Ｂとが、真空ダクト４の軸方向にて、交互に並んでいる。

そして、第１締結部材４５Ａ及び第２締結部材４５Ｂを用いて、真空ダクト４が第１磁極面６４Ａおよび第２磁極面６４Ｂに接した状態で鉄心６に固定されている。

［Ｂ］まとめ
以上のように、本実施形態においては、真空ダクト４は、第１磁極面６４Ａおよび第２磁極面６４Ｂに接している。したがって、本実施形態は、真空ダクト４の変形を防止できると共に、消費電力量の低減を実現できる。

本実施形態では、第３実施形態の場合と同様に、接着樹脂を用いずに、第１締結部材４５Ａ及び第２締結部材４５Ｂを用いて、真空ダクト４を鉄心６に固定している。このため、第３実施形態の場合と同様に、真空ダクト４を鉄心６に強固に固定することができると共に、各部の分解が容易であり、メンテナンスを容易に行うことができる。

＜第５実施形態＞
［Ａ］偏向部３１の詳細構成
図１９は、第５実施形態に係る粒子線治療装置において、照射部に備えられた偏向部を示す図である。

図１９は、図３と同様に、断面図である。

図１９に示すように、本実施形態では、樹脂固定部４７が更に設けられている。本実施形態は、上記の点、および、関連する点を除き、第１実施形態の場合と同様である。このため、本実施形態において上記の実施形態と重複する個所については、適宜、記載を省略する。

樹脂固定部４７は、図１９に示すように、鉄心６の内部空間において、真空ダクト４の湾曲面部４２を覆うことよって、真空ダクト４を鉄心６に固定している。樹脂固定部４７は、たとえば、熱硬化性樹脂を用いて形成されている。

［Ｂ］まとめ
本実施形態においては、第１実施形態と同様に、真空ダクト４は、第１磁極面６４Ａおよび第２磁極面６４Ｂに接している。したがって、本実施形態は、第１実施形態の場合と同様に、真空ダクト４の変形を防止できると共に、消費電力量の低減を実現できる。

この他に、本実施形態では、真空ダクト４の湾曲面部４２を樹脂固定部４７が覆っている。このため、真空ダクト４を鉄心６に強固に固定することができる。

［Ｃ］変形例
本実施形態では、樹脂固定部４７は、鉄心６の内部空間の一部に設けているが、これに限らない。鉄心６の内部空間の全てを埋め込むように、樹脂固定部４７を形成してもよい。

＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…入射部、２…主加速部、３…照射部、４…真空ダクト、４Ａ…第１ダクト部材、４Ｂ…第２ダクト部材、５…偏向電磁石、６…鉄心、６Ａ…第１鉄心部材、６Ｂ…第２鉄心部材、７…励磁部、７Ａ…第１コイル、７Ｂ…第２コイル、１１…イオン源、１２…入射用加速器、２０…真空ダクト、２１…入射用電磁石、２２…高周波加速装置、２３…偏向電磁石、２４…四極電磁石、２５…出射用電磁石、３１…偏向部、４１…平面部、４１Ａ…平面部、４１Ｂ…平面部、４２…湾曲面部、４２Ａ…湾曲面部、４２Ｂ…湾曲面部、４３Ａ…接合部、４３Ｂ…接合部、４４Ａ…第１固定部、４４Ｂ…第２固定部、４４Ｍ…メネジ部、４５Ａ…第１締結部材、４５Ｂ…第２締結部材、４６Ａ…第１座金、４６Ｂ…第２座金、４７…樹脂固定部、６１Ａ…下方鉄心部、６１Ｂ…上方鉄心部、６２Ａ…側方鉄心部、６２Ｂ…側方鉄心部、６３Ａ…第１磁極、６３Ｂ…第２磁極、６４Ａ…第１磁極面、６４Ｂ…第２磁極面、６５Ａ…第１貫通口、６５Ｂ…第２貫通口

Claims (13)

1. 荷電粒子ビームが内部を進行する真空ダクトと、
   鉄心に設けられた第１磁極と第２磁極との間に前記真空ダクトが設置されている偏向電磁石と
   を備え、
   前記鉄心は、第１鉄心部材の側方鉄心部と第２鉄心部材の側方鉄心部とが接して構成され、前記第１鉄心部材の前記第１磁極と前記第２鉄心部材の前記第２磁極との間において第１磁極面と第２磁極面とが空間を形成して対面し、
   前記真空ダクトは、前記第１磁極面と前記第２磁極面によって形成された空間に設置され、前記第１磁極面および前記第２磁極面に接着されていることを特徴とする、
   荷電粒子偏向装置。
2. 前記真空ダクトは、断面がレーストラック形状であって、一対の平面部が間を隔てて対面すると共に、前記一対の平面部の対面方向に対して直交する方向において一対の湾曲面部が間を隔てて対面しており、
   前記一対の平面部が前記第１磁極面および前記第２磁極面に接していることを特徴とする、
   請求項１に記載の荷電粒子偏向装置。
3. 前記真空ダクトは、前記平面部よりも前記湾曲面部の方が厚いことを特徴とする、
   請求項２に記載の荷電粒子偏向装置。
4. 前記真空ダクトの前記湾曲面部を覆っている樹脂固定部
   を有することを特徴とする、
   請求項２または３に記載の荷電粒子偏向装置。
5. 前記真空ダクトは、
   前記第１磁極面に接する第１ダクト部材と、
   前記第２磁極面に接する第２ダクト部材と
   を含み、前記第１ダクト部材と前記第２ダクト部材との間が溶接されていることを特徴とする、
   請求項１から４のいずれかに記載の荷電粒子偏向装置。
6. 前記真空ダクトは、
   前記第１磁極面に接する面に設置されている第１固定部と、
   前記第２磁極面に接する面に設置されている第２固定部と
   を有し、
   前記第１鉄心部材は、前記第１磁極面を貫通する第１貫通口が形成されており、
   前記第２鉄心部材は、前記第２磁極面を貫通する第２貫通口が形成されており、
   前記第１固定部は、前記第１貫通口に挿入されると共に、前記第１貫通口に挿入された第１締結部材が取り付けられており、
   前記第２固定部は、前記第２貫通口に挿入されると共に、前記第２貫通口に挿入された第２締結部材が取り付けられていることを特徴とする、
   請求項１から４のいずれかに記載の荷電粒子偏向装置。
7. 前記第１固定部及び前記第２固定部は、前記真空ダクトの軸方向に沿って、複数が等しい間隔で並んでいることを特徴とする、
   請求項６に記載の荷電粒子偏向装置。
8. 前記第１固定部及び前記第２固定部は、前記真空ダクトの軸方向において同じ位置に設置されていることを特徴とする、
   請求項７に記載の荷電粒子偏向装置。
9. 前記第１固定部及び前記第２固定部は、前記真空ダクトの軸方向において交互に並んでいることを特徴とする、
   請求項７に記載の荷電粒子偏向装置。
10. 前記第１鉄心部材は、前記真空ダクトの軸方向において前記第１貫通口と同じ位置にある部分が非磁性材料で形成されており、
    前記第２鉄心部材は、前記真空ダクトの軸方向において前記第２貫通口と同じ位置にある部分が非磁性材料で形成されていることを特徴とする、
    請求項６から９のいずれかに記載の荷電粒子偏向装置。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の荷電粒子偏向装置を備えることを特徴とする、
    荷電粒子照射装置。
12. 請求項１から１０のいずれかに記載の荷電粒子偏向装置を備えることを特徴とする、
    荷電粒子加速器。
13. 偏向電磁石において鉄心に設けられた第１磁極と第２磁極との間に、荷電粒子ビームが内部を進行する真空ダクトが設けられている荷電粒子偏向装置の製造方法であって、
    前記鉄心は、第１鉄心部材の側方鉄心部と第２鉄心部材の側方鉄心部とが接して構成され、前記第１鉄心部材の前記第１磁極と前記第２鉄心部材の前記第２磁極との間において第１磁極面と第２磁極面とが空間を形成して対面し、
    熱硬化性接着樹脂を用いて前記第１磁極の第１磁極面と前記第２磁極の第２磁極面とのそれぞれを前記真空ダクトに接着することで、前記第１磁極面と前記第２磁極面によって形成された空間に前記真空ダクトを前記偏向電磁石に設置することを特徴とする、
    荷電粒子偏向装置の製造方法。

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