JP6405517B2 - 蒸発材料補充装置及び蒸発材料補充方法 - Google Patents

Description

本発明は、ターゲット材料を補充する蒸発材料補充装置、蒸発材料補充方法に関する。

電子、陽子、イオンなどの荷電粒子を高速度に加速する加速器を用いた中性子発生装置は、種々の産業分野で利用されており、特に、医療分野のがん治療の放射線治療に利用されている。例えば、特許文献１に記載されているように、中性子発生装置は、陽子を加速する加速器と、この加速器の下流に配置されたターゲットユニットから構成されている。ターゲットユニットには、リチウムターゲットが収容され、加速器で加速された陽子をこのリチウムターゲットに衝突させ、核反応により中性子を生成する。

このような中性子発生装置は、リチウムターゲットに陽子が衝突されることによりリチウムが消耗する。したがって、所定の期間が経過した時点でリチウムターゲットを交換する必要があった。しかしながら、リチウムターゲット自体を交換する作業は、容易に行うことはできず、また、作業者にとって被曝のリスクがあるため、特許文献１に記載されるように、消耗したリチウムを自動的に再生するリチウムターゲットの自動再生装置が提供された。

特開２０１３−８６３４号公報

特許文献１に記載されたリチウムターゲットの自動再生装置は、ターゲット自体を交換する必要はないが、蒸着材料であるリチウム金属を連続的に自動供給するための機構が必要になる。例えば、リールに巻かれたワイヤー状の被蒸発物を可変速モータ等により供給速度を制御しながら自動供給させるフィード機構があるが、リチウム金属は極めて柔らかいため、ワイヤー状に加工してリールに巻き供給することが難しい。また、リチウム金属塊から所定量ずつ切断してリチウム金属切断片をフィラメントに供給することも考えられるが、切断や搬送による変形を制御できず、形状を一定に保ってフィラメントに材料を供給することが難しい。フィラメントに供給される材料の形状が異なると、蒸発分布も異なるため、成膜を制御できなくなる。更に、リチウム金属の切断装置を内部に備えるには、装置が大型化かつ複雑化するため、現実的でない。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ターゲット材料を個別に補充することで装置を小型化し、蒸着材料を安定して供給することができる、蒸発材料補充装置と方法とを提供することを目的とする。

上記目的を解決するため、本発明の第１の観点に係わる蒸発材料補充装置は、抵抗加熱式蒸発装置の蒸発源に蒸発材料を補充する蒸発材料補充装置であって、
蒸発材料が保持された蒸発材料保持部材を重畳して複数収容し、当該蒸発材料保持部材が取り出される取出口を備える収容部と、
前記収容部の取出口から前記蒸発材料保持部材を取り出す取出装置と、
前記取り出された蒸発材料保持部材を、前記蒸発源に取り付け蒸着位置まで搬送する搬送機構と、を備え、
前記蒸発材料保持部材は、前記蒸発材料を収容する本体部と、当該本体部の一端部から延出する一対のフィラメント電極と、を備え、
前記蒸着位置において、前記蒸発源により前記一対のフィラメント電極に通電することにより前記蒸発材料を抵抗加熱蒸発させる
ことを特徴とする。

蒸着が終了した後の前記蒸発材料保持部材を回収する回収機構を更に備え、
前記搬送機構は、蒸着が終了した後の前記蒸発材料保持部材を、前記回収機構まで搬送してもよい。

前記搬送機構は、
前記収容部から取り出された前記蒸発材料保持部材を保持する第１の保持部を有する第１の搬送ユニットと、
前記第１の保持部に保持された前記蒸発材料保持部材を受け取り保持する第２の保持部を有する前記蒸発源を備える第２の搬送ユニットと、
前記第１の保持部により保持された前記蒸発材料保持部材を、前記取出装置から前記第２の搬送ユニットへの受渡位置まで前記第１の搬送ユニットに搬送させるとともに、蒸着が終了した前記蒸発材料保持部材を、前記受渡位置から前記回収機構まで前記第１の搬送ユニットに搬送させるように制御する第１の搬送制御手段と、
前記第１の搬送ユニットの前記第１の保持部により保持された前記蒸発材料保持部材を、前記受渡位置において前記第２の搬送ユニットの前記第２の保持部に保持させ、前記第２の保持部により保持された前記蒸発材料保持部材を、前記受渡位置と前記蒸着位置との間で前記第２の搬送ユニットにより搬送させるように制御する第２の搬送制御手段と、を備えてもよい。

前記取出装置と、前記受渡位置と、前記回収機構とは、前記第１の搬送ユニットの搬送方向に沿って配置されてもよい。

前記第１の搬送ユニットの前記第１の保持部は、前記蒸発材料保持部材を把持する状態と解放する状態とに切り替えられる把持部を有し、
前記回収機構は、前記把持部を前記蒸発材料保持部材を解放する状態に切り替える解放部を備えてもよい。

前記第２の保持部は、前記一対のフィラメント電極を保持する一対の保持部材を備えてもよい。

前記保持部材は、板状であり、スリットを有してもよい。

前記蒸発材料は、リチウム又はベリリウムであってもよい。

上記目的を解決するため、本発明の第２の観点に係わる蒸発材料補充方法は、
抵抗加熱式蒸発装置の蒸発源に蒸発材料を補充する蒸発材料補充方法であって、
蒸発材料が保持された蒸発材料保持部材を重畳して複数収容した収容部から、当該蒸発材料保持部材を取り出すステップと、
前記取り出された蒸発材料保持部材を、前記蒸発源に取り付け蒸着位置まで搬送するステップと、
前記蒸発材料保持部材が、前記蒸発材料を収容する本体部と、当該本体部の一端部から延出する一対のフィラメント電極と、を備え、前記蒸着位置において、前記蒸発源により前記一対のフィラメント電極に通電することにより前記蒸発材料を抵抗加熱蒸発させるステップと、を備える
ことを特徴とする。

本発明によれば、ターゲット材料を個別に補充することで装置を小型化し、蒸着材料を安定して供給することができる、蒸発材料補充装置と方法とを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る蒸発材料補充装置を示す全体斜視図である。 蒸発材料補充装置を模式的に示す図である。 フィラメントの正面図である。 フィラメントの側面図である。 蒸着材料保持部材を模式的に示す正面図である。 収容部と、収容部から蒸発材料保持部材を取り出す取出装置とを模式的に示す図である。 第１の搬送ユニットを模式的に示す平面図である。 第１の搬送ユニットを模式的に示す側面図である。 蒸着部の正面図である。 フィラメント保持部材の正面図である。 回収機構の全体斜視図である。 蒸発材料保持部材が蒸着部に保持されたときの第１の搬送ユニットと蒸着部の状態を示す斜視図である。 蒸発材料保持部材が、第１の搬送ユニットの蒸発材料保持部材の取出位置から第２の搬送ユニットへの受渡位置に搬送されるまでの第１の搬送ユニット及び第２の搬送ユニットの状態を示す側面図である。 蒸発材料保持部材が、第２の搬送ユニットの受渡位置から筒状部材内に搬送されるまでの第２の搬送ユニットの状態を示す側面図である。 蒸発材料保持部材が、第２の搬送ユニットの受渡位置から回収機構まで搬送されるまでの第１の搬送ユニットの状態を示す側面図である。 蒸発材料保持部材が取出位置で取り出されて第１の搬送ユニットに保持された第１の搬送ユニットの状態を示す平面図である。 蒸発材料保持部材が第２の搬送ユニットの受渡位置まで搬送された第１の搬送ユニットの状態を示す平面図である。 蒸発材料保持部材が蒸着処理が終了して回収機構の回収位置まで搬送された第１の搬送ユニットの状態を示す平面図である。 制御部の機能的構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る蒸発材料補充処理の流れを示すフローチャートである。

本発明の一実施形態について図を参照して説明する。以下に示す図において、水平方向に前後及び左右、鉛直方向に上下を用いて説明するが、これらの方向は説明のために用いるのであって、本発明を限定する趣旨ではない。

本実施形態に係る蒸発材料補充装置は、図１及び図２に示すように、収容部３に収容された蒸発材料保持部材３００を、取出装置８により取り出し、第１の搬送ユニット９と第２の搬送ユニット１０により筒状部材６内まで搬送し、蒸着部１５により蒸発材料保持部材３００内の材料をターゲット７に蒸着させる装置である。

蒸発材料補充装置１は、図１に示すように、第１のモジュール２と、収容部３と、回収機構４と、第２のモジュール５と、筒状部材６と、ターゲット７と、を含む。

また、第１のモジュール２には、図２に示すように、取出装置８と、第１の搬送ユニット９とが収容されており、第２のモジュール５には、第２の搬送ユニット１０と、加速器１２が収容されている。そして、加速器１２と、筒状部材６と、ターゲット７とで中性子発生装置１４を構成する。また、第１の搬送ユニット９と第２の搬送ユニット１０とで、搬送機構１１を構成する。

第１のモジュール２と第２のモジュール５とは、対向する外面において接続されており、内部の空間は連通している。第１のモジュール２と第２のモジュール５の内部空間は、真空ポンプ（図示せず）に真空引きされることにより、所定の真空状態を維持している。

収容部３は、円筒形状の収容容器であり、複数の蒸発材料保持部材３００を上下方向に重畳して収容するものである。

収容部３は、第１のモジュール２の上部に装着され、その下端部は第１のモジュール２の空間内に突出している。収容部３の形状は蒸発材料保持部材３００の断面形状に応じて変更することができ、蒸発材料保持部材３００を重畳して収容することができれば、どのような断面形状であってもよい。

また、収容部３の第１のモジュール２の空間内に突出している下端部には、蒸発材料保持部材３００を第１のモジュール２内に取り出すための取出口３ａが設けられている。取出口３ａは、取出装置８の取出爪８０２が侵入して、収容部３内の蒸発材料保持部材３００を掻き出すだけの大きさの開口であればよい。なお、収容部３は、第１のモジュール２に対して着脱可能であり、収容部３の蒸発材料保持部材３００が全てなくなったときに収容部３を取り外し、新たに蒸発材料保持部材３００を充填した収容部３を取付ける。又は、収容部３の一部に複数の蒸発材料保持部材３００を取り入れるための取入口を備えていてもよく、収容された蒸発材料保持部材３００の数が少なくなったとき、又は蒸発材料保持部材３００がなくなったときに、蒸発材料保持部材３００を取入口から補充してもよい。

蒸発材料保持部材３００は、所定量の材料を液体、固体、気体のいずれかの状態で保持し、後述する蒸着部１５に保持されて加熱されることで、蒸発材料を蒸着させるものである。

蒸発材料保持部材３００は、図３Ｃに示すように、フィラメント３０３と、フィラメント台３０４とから構成される。フィラメント３０３は、図３Ａ、３Ｂに示すように、本体部３０１と、本体部３０１の一端部に設けられた一対のフィラメント電極３０２からなる。本体部３０１は、円筒形状であり、内部に蒸発材料が保持されている。以下、本実施態様では蒸発材料にリチウム金属を用いるものとする。本体部３０１の形状は、円筒形状には限定されず、収容される材料の性質や収容部３の形状等に応じて、種々の断面形状を採用することができる。フィラメント３０３は用途に応じて、種々の材料を保持することができる。また、本体部３０１の下面は、保持された蒸発材料が後述する蒸着部１５により加熱されてターゲットに蒸着できるように、全体又は一部が開口している。

図３Ｃに示すように、フィラメント３０３は、フィラメント台３０４に載置される。フィラメント台３０４は２本の支柱３０５を備え、支柱３０５を重ね合わせてフィラメント台３０４を重畳し、支柱内部空間３０６にフィラメント３０３を保持する。複数の蒸着材料保持部材３００は、支柱３０５を重畳することで、収容部３内に重畳されて収容される。このとき、重畳によるに荷重は支柱３０５に加わるため、フィラメント３０３を変形なく重畳することができる。フィラメント台３０４の底面には円錐形状の突起３０７があり、フィラメント台３０４を重ね合わせた状態で、上段のフィラメント台３０４の突起３０７が下段のフィラメント台３０４の支柱内部空間３０６に収容される。

フィラメント３０３に蒸発材料を充填する作業は、蒸発材料補充装置１の外部にて行う。図３Ａ、３Ｂに示すフィラメント３０３を上下逆にした状態で、本体部３０１の円筒内部に所定量のリチウム金属切断片を収容し、フィラメント電極３０２方向に金属片を押圧することにより、本体部３０１内にリチウム金属を圧着する。リチウム金属塊から所定量ずつ切断してリチウム金属切断片を本体部内に収容した時点で形状にばらつきがあるが、金属片を押圧することで、材料形状を一定に保つことができる。材料形状が一定であることにより、蒸発分布のばらつきを低減する。収容部３内には、蒸発材料が充填された状態の蒸発材料保持部材３００を重畳する。リチウム金属は大気中で反応しやすいため、フィラメント３０３は真空パック状態で搬送し、グローブボックス等を用いて収容部３内に組み立てる。

なお、本実施形態では、リチウム金属を例に説明したが、蒸発材料としてはベリリウム等の金属など種々の材料を用いることができる。

一対のフィラメント電極３０２は、板状であり、後述する蒸着部１５のフィラメント保持部１５３により保持される。フィラメント電極３０２は、蒸着部１５により加熱されて、本体部３０１内の蒸発材料を溶融させて気化させる。

取出装置８は、収容部３の取出口３ａから蒸発材料金属保持部材３００を１つずつ取り出す装置である。取出装置８は、図２に示すように、収容部３の取出口３ａの近傍に配置される。また、取出装置８は、図４に示すように、回転軸８０１と、回転軸８０１の周囲に所定の間隔をあけて取り付けられた複数の取出爪８０２と、回転軸８０１を回転させるモータ８０３とからなる。モータ８０３の回転力は、ベベルギア等の動力変換部材を介して、回転軸８０１に伝達される。

取出爪８０２は、回転軸８０１がモータ８０３により回転されることで、回転軸８０１を中心に所定の回転方向に回転される。そして、回転された取出爪８０２は、収容部３の最下層に位置する蒸発材料保持部材３００を１つずつ掻き出して取り出す。取り出された蒸発材料保持部材３００は、自然落下により下方に位置する第１の搬送ユニット９まで落下する。最下層の蒸発材料保持部材３００が取出爪８０２で掻き出されることにより、重畳された複数の蒸発材料保持部材３００は、全体として自重により下方に移動する。最下層に移動した蒸発材料保持部材３００が、次に取り出される蒸発材料保持部材３００となる。

なお、本実施形態では、取出装置８が取出爪８０２を備え、取出爪８０２で蒸発材料保持部材３００を掻き出して取り出すように説明したが、本発明は、これに限定されない。例えば、取出口３ａから蒸発材料保持部材３００を把持する部材を設けて、この部材により下方に引き抜くように取り出すこととしてもよい。

第１の搬送ユニット９は、蒸発材料保持部材３００を、取出装置８により取り出された位置から、第２の搬送ユニット１０への受渡位置、及び受渡位置から回収機構まで搬送するユニットである。すなわち、第１の搬送ユニット９は、第１のモジュール２の底部に配置され、取出装置８により収容部３の蒸発材料保持部材３００が取り出される位置（落下する位置）と、蒸発材料保持部材３００のフィラメント３０３を第２搬送ユニット１０に受け渡す位置と、蒸発材料保持部材３００を回収機構４に回収させる位置との間で移動する。

具体的には、第１の搬送ユニット９は、図９Ａ〜９Ｃ、及び図１０Ａ〜１０Ｃに示すように、収容部３から蒸発材料保持部材３００が取り出されて、落下する位置Ｐと、第１の搬送ユニット９によって搬送された蒸発材料保持部材３００のフィラメント３０３が、第２の搬送ユニット１０に受け渡される位置Ｑと、蒸着処理が終了した蒸発材料保持部材３００が回収機構４により回収される位置Ｓと、の間で、搬送方向Ａ又はＢに移動する。

第１の搬送ユニット９は、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、ボールねじ部９０１と、回転駆動部９０２と、搬送アーム部９０３とを備える。

ボールねじ部９０１は、第１のモジュール２内で左右方向に伸びるボールねじである。回転駆動部９０２は、モータなどから構成され、ボールねじ部９０１を回転させる。

搬送アーム部９０３は、ボールねじ部９０１に螺合しており、ボールねじ部９０１の回転に応じて左右方向に移動して、蒸発材料保持部材３００を搬送する。搬送アーム部９０３は、ナット部９０４と、アーム部９０５と、把持部９０６を有する。

ナット部９０４は、ボールねじ部９０１と螺合するナットを有する。アーム部９０５は、ナット部９０４から前方向に伸びたアームである。アーム部９０５は、右方向端部の上面に第１の保持部である把持部９０６を有する。

把持部９０６は、蒸発材料保持部材３００を挟持して把持するものである。把持部９０６は、アーム部９０５の長辺方向の両端部に設けられる。そして、把持部９０６は、アーム部９０５の上面から突出する一対の突出部材を備える。この一対の突出部材の対向する内側の面で蒸発材料保持部材３００のフィラメント台３０４の外周部を挟持して保持する。一対の突出部材は、後述する解放部４０１により蒸発材料保持部材３００を把持する状態と、解放する状態とに切り替えることができる。

なお、把持部９０６は、一対の突出部材で蒸発材料保持部材３００の外周部を挟持して保持するものに限定されない。例えば、半径方向に拡大又は縮小することで蒸発材料保持部材３００を把持する状態と解放する状態に切り替えることも可能である。

把持部９０６は、底面に図示しない円錐形状の凹部を有する。把持部９０６内の円錐形状凹部は、蒸発材料保持部材３００のフィラメント台３０４に設けられた円錐形状の突起３０７に嵌合し、蒸発材料保持部材３００の位置決めをする。円錐形状の突起３０７と凹部は、取出装置８により取り出された蒸発材料保持部材３００を、把持部９０６により把持できるように案内する。

このような第１の搬送ユニット９によれば、ボールねじ部９０１が、回転駆動部９０２により回転駆動されると、この回転方向に応じて、第１の保持部である把持部９０６が左右方向に移動する。

把持部９０６は、収容部３から取出装置８により取り出されて落下した蒸発材料保持部材３００を、テーパー状の側面（前記円錐形状の凹部）により案内して受け取る。そして、受け取られた蒸発材料保持部材３００は、第１の搬送ユニット９により搬送されて、後述する第２の搬送ユニット１０の受渡位置Ｑまで搬送される。また、把持部９０６は、後述する蒸着部１５により蒸着が終了した蒸発材料保持部材３００を、受渡位置Ｑから回収機構４まで搬送する。

第２の搬送ユニット１０は、図２に示すように、第２のモジュール５内に配置され、上下方向に伸びる一対のレール１０ａ、１０ｂ、レール１０ａ及びレール１０ｂを保持するベース１０ｃ、加速器１２から陽子を照射するときに使用する照射ポート１０ｄ、ベース１０ｃと照射ポート１０ｄを回転軸１０ｅに中心に回転駆動する回転ベース１０ｆ、から構成されている。レール１０ａ、１０ｂは、ベース１０ｃに沿って上下方向に移動する。

レール１０ａとレール１０ｂとは、レール面同士が重ねられて上下方向に相対移動可能である。本実施形態ではレール１０ｂに取付けたプーリーベルトを真空モータ等の回転駆動部により稼動させ、ベルトクランプにより接続したレール１０ａをレール１０ｂに対して相対移動させる。ベース１０ｃとレール１０ｂは、一方のレールの長さ方向の端辺に設けられたラック（図示せず）が、モータ等の回転駆動部（図示せず）により回転するピニオンギア（図示せず）と噛み合うことにより、上下方向に移動する。ピニオンギアがモータによって所定の方向に回転駆動されることにより、レール１０ｂは、上下方向に伸びるように移動し、ピニオンギアが所定の方向と反対方向に回転することで上下方向に縮むように移動する。本実施形態では、ベース１０ｃに対してレール１０ｂをラック＆ピニオンで駆動し、レール１０ｂに対してレール１０ａをプーリーベルトにより駆動する。一つの真空モータを用いてピニオンギアとプーリーベルトを回転駆動させることで、レール１０ａをレール１０ｂの２倍の速度で移動させることができる。

蒸着部１５は、フィラメント３０３を保持し、保持したフィラメント３０３に通電し、フィラメント３０３に保持された金属を蒸発させて気化し、蒸発材料を蒸着させる部材である。この蒸着部１５は、抵抗加熱蒸着装置において、蒸着材料を加熱して蒸気圧を上げ、蒸着材料を気体として蒸発させる加熱部材である蒸発源として機能する。

蒸着部１５は、一方のレール１０ａの端部に取り付けられている。一対のレール１０ａ、１０ｂが伸縮移動することにより、蒸着部１５も上下移動する。回転ベース１０ｆは図示しない回転駆動源を備え、回転ベース１０ｆを筒状部材６の軸と平行な軸を中心に回転させると、ベース１０ｃ、レール１０ａ、１０ｂも一体となって回転する。回転ベース１０ｆの回転駆動時は、第１の搬送ユニット９を退避させ、レール１０ａ、１０ｂを縮めた状態とする。回転ベース１０ｆを、回転軸１０ｅを中心に１８０度回転させると、ベース１０ｃ、レール１０ａ、１０ｂは筒状部材６の直上に配置される。この状態で、筒状部材６内部にレール１０ａ、１０ｂを伸長させることで、蒸着部１５をターゲット７の前面に対面させることができる。また、照射ポート１０ｄは、回転ベース１０ｆの回転により、ベース１０ｃ、レール１０ａ、１０ｂと位置が入れ替わる。

蒸着部１５は、図６Ａに示すように、一対の電極板１５１と、一対の電極板１５１に電流を流す一対の電極１５２と、フィラメント３０３のフィラメント電極３０２を保持するための一対のフィラメント保持部材１５３とからなる。この一対のフィラメント保持部材１５３が、第２の搬送ユニット１０の第２の保持部を構成する。

一対の電極１５２は、第２の搬送ユニット１０のレール１０ａの下端部に接続されており、それぞれの電極板１５１は、一対の電極１５２にそれぞれ接続されている。一対の電極板１５１は、その一端部が下方に向けて伸長され、伸長された部分に一対のフィラメント保持部材１５３がねじ止めされている。

フィラメント保持部材１５３は、フィラメント３０３の一対のフィラメント電極３０２を保持する部材である。抵抗加熱蒸発処理をするときに、電極１５２から電極板１５１に電流を流し、フィラメント保持部材１５３で保持されたフィラメント３０３を加熱する。

フィラメント保持部材１５３は、図６Ｂに示すように、板状部材であり、板面には、複数のスリット１５３ａが形成されている。フィラメント保持部材１５３は、図８に示すように、第１の搬送ユニット９の把持部９０６で保持されて搬送されたフィラメント３０３を、所定の受渡位置Ｑで、把持部９０６から受け取る。

本実施形態では、図６Ｂで示すように、フィラメント保持部材１５３にはスリット１５３ａが２本入っているが、数は限定されない。また、図８に示すように、フィラメント保持部材１５３は、平坦な板状部材でなく、屈曲部を有する部材であってもよい。また、本実施形態では、フィラメント保持部材１５３は、スリットが入っているとして説明したが、スリットはなくてもよい。

また、フィラメント保持部材１５３にスリット１５３ａを設けたときには、スリット１５３ａがあることにより、フィラメント保持部材１５３とフィラメント電極３０２の接触ポイントを複数確保することができる。スリット１５３ａがない場合、フィラメント保持部材１５３とフィラメント電極３０２の接触部分が点状となってしまい、電流を流すとその接触部分が発熱して溶着がおき、フィラメントを外すことができなくなってしまう。フィラメント電極３０２にスリット１５３ａを設けて接触ポイントを複数確保することによりフィラメント電極３０２が過熱されることでフィラメント電極３０２が溶融し、フィラメントがフィラメント保持部材１５３に接着することを防止することができる。したがって、フィラメント保持部材１５３から、フィラメント３０３のフィラメント電極３０２を容易に離脱させることができる。また、接触面積を確保することにより、フィラメントに安定して給電することができる。

加速器１２は、陽子を加速して筒状部材６を通過させて、筒状部材６の一端部に設けられたターゲット７に衝突させ、中性子を発生させるものである。加速器１２は、第２のモジュール５内の上方に配置され、下方に向けて陽子を加速させて、照射ポート１０ｄと筒状部材６内を通過させる。

ターゲット７は、加速器１２により加速された陽子が衝突することで、ターゲット７内に蒸着されている金属から中性子を発生させ、対象物に中性子を照射するものである。

ターゲット７は、第２のモジュール５の下端から突出する筒状部材６の下端部に取り付けられる。ターゲット７は、リチウム金属よりなり、円錐形状に形成され、頂部を下方に向けて配置される。

なお、ターゲット７の形状は円錐形状に限定されることはなく、板状など他の形状を備えたターゲットを利用することができる。

また、ターゲット７には、図２に示すようにターゲット７の膜厚を検知する膜厚検知部１６が接続されている。膜厚検知部１６により検知された膜厚にしたがって、後述する制御部１７は、取出装置８によるフィラメント３０３の取り出し開始時期の制御、第１の搬送ユニット９の制御、第２の搬送ユニット１０の制御、蒸着部１５の制御等を行う。

次に、回収機構４について、図７を参照して説明する。回収機構４は、把持部９０６に保持された蒸発材料保持部材３００を、把持部９０６から解放して回収する機構である。説明の便宜上、図７にはフィラメント３０３は図示されていない。

回収機構４は、解放部４０１と、回収容器４０２とからなる。解放部４０１は、開閉部材４０３と、羽状部材４０４とからなる。羽状部材４０４は、第１のモジュール２内部に固定されている。

開閉部材４０３は、把持部９０６と一体に形成され、把持部９０６の上面と平行に延出する一対の延出部材４０３ａ、４０３ｂを備える。この一対の延出部材４０３ａ、４０３ｂは、互いに平行に配置され、把持部９０６の一対の突出部材にそれぞれ対応して取り付けられている。

羽状部材４０４は、上面から見てＶ字形状に形成され、Ｖ字の頂部が開閉部材４０３の一対の延出部材４０３ａ、４０３ｂの間に入り込むことで、把持部９０６を開くように移動させて、把持部９０６に把持されていたフィラメント３０３と、フィラメント台３０４を、第１の搬送ユニット９から解放させる。

把持部９０６から解放されたフィラメント３０３とフィラメント台３０４は、落下して解放部４０１の下方に配置されたた回収容器４０２内に回収される。

なお、本実施形態では、回収機構４の解放部４０１は、第１のモジュール２内の第１の搬送ユニット９の端部近傍に固定した羽状部材４０４に、開閉部材４０３を第１の搬送ユニット９により移動させる構成としたが、開閉部材４０３を停止させた状態で羽状部材４０４を移動させる構成としてもよい。

次に制御部１７について説明する。制御部１７は、メモリ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などから構成され、蒸発材料補充装置１の全体を制御する。制御部１７は、図１１に示すように、膜厚制御部１７１と、取出制御部１７２、第１の搬送制御部１７３と、第２の搬送制御部１７４と、蒸着制御部１７５と、回収制御部１７６と、からなる。また、第１の搬送制御部１７３と、第２の搬送制御部１７４とで、搬送制御手段を構成する。

膜厚制御部１７１は、膜厚検知部１６により検知された膜厚の信号を受信して、ターゲット７に蒸着されている金属膜の厚さを制御する。具体的には、膜厚制御部１７１は、検知された膜厚が所定値以下の場合には、ターゲット７の金属を補充する時期であると判断して、取出制御部１７２に、取出装置８から蒸発材料保持部材３００を取り出すように制御する。さらに、膜厚制御部１７１は、検知された膜厚が所定値以下の場合には、蒸着部１５により蒸着させる金属の量を計算して、蒸着部１５に所定期間の蒸着処理をさせる。

第１の搬送制御部１７３は、取出装置８により蒸発材料保持部材３００が取り出されたことを検知部（図示せず）により検知して、第１の搬送ユニット９の把持部９０６が、蒸発材料保持部材３００が取出装置８により取り出されて落下した位置Ｐから、第２の搬送ユニット１０への受渡位置Ｑまで搬送されるように制御する。

また、第１の搬送制御部１７３は、蒸着が終了したフィラメント３０３が、筒状部材６内から受渡位置Ｑまで第２搬送ユニット１０により移動されたことを検知部（図示せず）が検知すると、第１の搬送ユニット９が、第２の搬送ユニット１０からフィラメント３０３を受取り、受取位置Ｑから回収機構４のある回収位置Ｓまで搬送するように制御する。

第２の搬送制御部１７４は、フィラメント３０３が、第１の搬送ユニット９の把持部９０６から第２搬送ユニット１０の蒸着部１５に受け渡されたことを検知部（図示せず）が検知すると、フィラメント３０３を、第２搬送ユニット１０の蒸着部１５により、受渡位置Ｑから筒状部材６内まで搬送するように制御する。

蒸着制御部１７５は、膜厚制御部１７１により検知された膜厚が所定値以下の場合には、膜厚制御部１７１で算出された金属の量に基づいて、蒸着部１５に所定期間の蒸着処理をさせる。

なお、膜厚制御部１７１は、ターゲット７の膜厚をターゲット７の位置ごとに検知して、必要な蒸着量をターゲットの位置ごとに算出することもできる。そのときには、第２の搬送制御部１７４は、蒸着部１５が取り付けられた第２搬送ユニット１０を、上下移動させるとともに、移動速度を制御する。これにより、ターゲット７の膜厚の薄い箇所では長い時間蒸着処理をし、膜厚の比較的厚い箇所では短い時間蒸着処理をするように、制御することができる。

第２の搬送制御部１７４は、蒸着処理が完了すると、第２の搬送ユニット１０を筒状部材６から搬出して、第１の搬送ユニット９の受渡位置Ｑまで搬送するように制御する。第１の搬送制御部１７３は、フィラメント３０３が、第２の搬送ユニット１０の蒸着部１５から第１の搬送ユニット９の把持部９０６に受け渡されたことを検知部（図示せず）が検知すると、フィラメント３０３を、回収機構４が配置された回収位置Ｓまで搬送するように制御する。

回収制御部１７６は、回収位置Ｓまで搬送された蒸発材料保持部材３００を、把持部９０６から解放部４０１により解放させるように、回収機構４を制御する。

以上のような構成を有する蒸発材料補充装置において、フィラメント３０３が収容部３から筒状部材６まで搬送され、蒸着部１５がフィラメント３０３に保持された金属を用いてターゲット７に金属を蒸着し、蒸着が終了したフィラメント３０３が回収機構まで搬送されるまでの動作について、図９Ａ〜９Ｃ、図１０Ａ〜１０Ｃ、及び図１２に示すフローチャートを参照して説明する。

図１２に示すフローチャートにおいて、蒸発材料補充処理は、膜厚検知部１６により膜厚を検知することにより開始する（ステップＳ１００１）。

膜厚検知部１６がターゲット７の金属の膜厚が所定値以下か否かを判断する（ステップＳ１００２）。膜厚が所定値以下でなければ、膜厚測定を継続する（ステップＳ１００２：ＮＯ）。膜厚が所定値以下であれば、取出装置８が、収容部３から蒸発材料保持部材３００を取り出す（ステップＳ１００２：ＹＥＳ）。

具体的には、膜厚検知部１６により、ターゲット７に蒸着されているリチウム金属の膜厚が所定の膜厚以下になったことが検知されると、膜厚検知部１６は、膜厚制御部１７１に検知信号を出力する。膜厚制御部１７１は、ターゲットの金属を補充するために蒸発材料保持部材３００を取り出すことを指示する信号を取出制御部１７２に出力する。取出制御部１７２は、蒸発材料保持部材３００を取り出すことを指示する信号を受信すると、取出装置８に、収容部３の取出口３ａから取出爪８０２により、蒸発材料保持部材３００を１つ取り出すように指示する。

また、膜厚制御部１７１が、ターゲットに蒸着されている金属の膜厚が所定の膜厚以下になったことの検知信号を受信すると、膜厚制御部１７１は、第１の搬送制御部１７３に当該検知信号を出力する。当該検知信号を受信した第１の搬送制御部１７３は、第１の搬送ユニット９の把持部９０６を、図９Ａ、図１０Ａに示すように、蒸発材料保持部材３００が取り出されて落下する位置Ｐまで移動させて待機するように制御する。

そして、取り出された蒸発材料保持部材３００は、収容部３から落下して、落下位置Ｐに待機している第１の搬送ユニット９の把持部９０６に受け入れられる。このとき、蒸発材料保持部材３００は、把持部９０６の一対の突出部材の間に案内される。一対の突出部材は、対向する内壁面において、蒸発材料保持部材３００のフィラメント台３０４を把持する。また、蒸発材料保持部材３００が取り出された収容部３内では、蒸発材料保持部材３００が１つ取り出されたことにより、自重で全体が下にさがり、取り出された蒸発材料保持部材３００の上にあった蒸発材料保持部材３００が、次に取り出される位置に移動する。

次に、第１の搬送ユニット９及び第２の搬送ユニット１０は、取り出された蒸発材料保持部材３００のフィラメント３０３を、筒状部材６内に搬送させる（ステップＳ１００３）。

具体的には、第１の搬送制御部１７３は、第１の搬送ユニット９の搬送アーム部９０３を移動させ、搬送アーム部９０３の把持部９０６により把持された蒸発材料保持部材３００を、落下位置Ｐから図９Ａ、図１０Ｂに示す第２の搬送ユニット１０への受渡位置Ｑまで移動させる。

すなわち、ナット部９０３と螺合するボールねじ部９０１が回転駆動部９０２により所定の方向に回転され、搬送アーム部９０３は、ボールねじ部９０１に沿って、右方向に移動する。そして、最終的には、第１の搬送制御部１７３は、把持部９０６を、受渡位置Ｑまで、移動させる。

この受渡位置Ｑにおいて、第１の搬送ユニット９よって搬送された蒸発材料保持部材３００のフィラメント３０３は、第１の搬送ユニット９から第２の搬送ユニット１０に受け渡される。すなわち、第１の搬送ユニット９により搬送されたフィラメント３０３は、受渡位置Ｑにおいて、第１の搬送ユニット９の把持部９０６から第２の搬送ユニット１０の蒸着部１５に受け渡される。

一方、第２の搬送制御部１７４は、第１の搬送ユニット９の把持部９０６が受渡位置Ｑまで移動したことを検知部が検知すると、第２の搬送ユニット１０を受渡位置Ｑの近傍まで移動させるように制御する。

具体的には、第１の搬送ユニット９の把持部９０６が、受渡位置Ｑまで移動したことを検知部が検知すると、ピニオンギア及びプーリーベルトが所定の方向に回転することによって、一対のレール１０ａ、１０ｂは、伸長するように相対移動され、レール１０ａは下降するように移動する。そして、レール１０ａの端部に取り付けられた蒸着部１５は、受渡位置Ｑの上方で待機する。なお、第２の搬送ユニット１０を受渡位置Ｑの近傍まで移動させるタイミングは、膜厚検知部１６によりターゲットの金属の膜厚が所定の膜厚以下になったことを検知したときでもよい。

そして、第２の搬送制御部１７４が、レール１０ａをさらに下降させることにより、レール１０ａの端部に設けられた蒸着部１５の第２の保持部、すなわちフィラメント保持部材１５３が、フィラメント３０３の一対のフィラメント電極３０２を保持する。第２の搬送ユニット１０の上下動によりフィラメント保持部１５３は、蒸発材料保持部材３００のフィラメント３０３のみを掴んで保持する。

第２の搬送制御部１７４は、蒸着部１５の一対のフィラメント保持部材１５３が、フィラメント３０３の一対のフィラメント電極３０２を保持したことを検知部が検知すると、ピニオンギア及びプーリーベルトを所定の方向とは逆の方向に回転させる。この回転により、一対のレール１０ａ、１０ｂは、縮むように相対移動し、第１の搬送ユニット９上端より高い位置まで移動されて、停止する。

第１の搬送制御部１７３は、第１の搬送ユニット９を第２のモジュール５内まで移動させる。回転ベース１０ｆにより、筒状部材６の軸と平行な軸である回転軸１０ｅを中心にしてベース１０ｃ、レール１０ａ、１０ｂを１８０度、回転する。この回転により、蒸着部１５は、筒状部材６の直上に位置する。そして、ピニオンギア及びプーリーベルトが所定の方向に回転することにより、一対のレール１０ａ、１０ｂが伸長するように相対移動し、レール１０ａに取り付けられた蒸着部１５は、筒状部材６内を下降移動する。

次に、蒸着制御部１７５は、蒸着部１５に、フィラメント３０３に保持された金属を、所定量、ターゲット７に蒸着させる（ステップＳ１００４）。

具体的には、蒸着制御部１７５は、筒状部材６の下端部にあるターゲット近傍まで移動された蒸着部１５に、膜厚制御部１７１によって算出された蒸着に必要な金属量の金属を、フィラメント３０３の金属を用いて、ターゲット７に蒸着させる。蒸着は、所定期間、フィラメント３０３のフィラメント電極３０２を、電極板１５１により通電させて行う。このとき、膜厚制御部１７１は、ターゲット７に蒸着されている金属が減少している位置、量に応じて、蒸着制御部１７５がフィラメント電極３０２に通電する時間、第２の搬送制御部１７４が上下移動する距離と時間を制御することにしてもよい。

次に、蒸着処理が終了すると、フィラメント３０３は、第１の搬送ユニット９及び第２の搬送ユニット１０により、筒状部材６の外に搬送され（ステップＳ１００５）、回収機構４まで搬送される（ステップＳ１００６）。

具体的には、第２の搬送制御部１７４は、所定量の金属をターゲット７に蒸着した後に、ピニオンギア及びプーリーベルトを所定の方向と反対方向に回転させる。ピニオンギア及びプーリーベルトが回転されると、一対のレール１０ａ、１０ｂは縮むように相対移動し、レール１０ａの蒸着部１５に保持されたフィラメント３０３は、筒状部材６内を上昇する。フィラメント３０３を保持した蒸着部１５が筒状部材６の上端部に到達すると、筒状部材６内に進入したときと同様に、一対のレール１０ａ、１０ｂは、筒状部材６の軸と平行な軸である回転軸１０ｅを中心にして、回転ベース１０ｆにより１８０度回転される。この回転により、蒸着部１５は、受渡位置Ｑの直上に位置される。そして、今度は、ピニオンギア及びプーリーベルトが所定の方向に回転されて、一対のレール１０ａ、１０ｂは伸長するように相対移動する。この移動により、フィラメント３０３を保持した蒸着部１５は、筒状部材６の長さ方向に沿って下降し、受渡位置Ｑの上方において待機する。待機位置は、蒸着部１５に保持されたフィラメント３０３の最下端がフィラメント台３０４の支柱３０５より低い位置とする。

そして、受渡位置Ｑで待機している第１の搬送ユニット９の把持部９０６に、蒸着部１５のフィラメント保持部材１５３で保持されているフィラメント３０３を受け渡す。第１の搬送ユニット９を図９ＣのＢ方向に移動させることにより、フィラメント３０３の本体部３０１が支柱３０５に接触し、フィラメント保持部材１５３からフィラメント電極３０２がスライドしながら外れる。第１の搬送制御部１７３は、フィラメント３０３を保持した第１の搬送ユニット９の把持部９０６を、受渡位置Ｑから、フィラメント３０３を回収する位置Ｓ、すなわち、図９Ｃ及び図１０Ｃに示すＳの位置まで移動させる。

第１の搬送ユニット９の把持部９０６は、第１の搬送制御部１７３によって、落下位置、受渡位置、回収位置の間を移動する。この落下位置、受渡位置、回収位置は、第１の搬送ユニット９の搬送方向Ａ及びＢに沿って配置されており、短い距離で効率よく蒸発材料補充処理を行うことができる。

なお、本実施形態においては、回収位置、落下位置、受渡位置の順で搬送方向Ａに沿って配置されているが、蒸発材料補充処理に干渉しなければ、いかなる順に配置されてもかまわない。

次に、回収機構４まで搬送されたフィラメント３０３は、回収機構４により回収されて（ステップＳ１００７）、処理を終了する。

具体的には、回収位置Ｓまで把持部９０６が移動されると、回収制御部１７６は、解放部４０１の羽状部材４０４の頂部が、開閉部材４０３の一対の延出部材４０３ａ、４０３ｂの間に入るように移動させ、延出部材４０３ａ、４０３ｂを移動させる。この移動により、一対の延出部材４０３ａ、４０３ｂは開く方向に移動され、一対の延出部材４０３ａ、４０３ｂが開く方向に移動することで、把持部９０６により把持されていた蒸発材料保持部材３００（フィラメント３０３及びフィラメント台３０４）は、把持部９０６から解放される。解放された蒸発材料保持部材３００は、回収容器４０２内に落下する。

本実施形態では、収容部３内において、複数の蒸発材料保持部材３００が重畳して収容されるので、収容部３の設置スペースを小さくすることができ、装置の小型化を実現することができる。

本実施形態では、蒸発材料保持部材３００を１つずつ取り出して、蒸着処理をすることができるので、必要なときに必要な量を蒸着することができる。

本実施形態の蒸発材料補充装置１は、蒸着部１５が搬送機構に取り付けられているので、別途に蒸着装置を設ける必要がなく、装置を小型化することができる。

本実施形態の蒸発材料補充装置１は、回収機構４を備えるので、蒸発材料保持部材３００を回収して、使用済みの蒸発材料保持部材を容易に装置外に搬出することができる。

本実施形態では、第１のモジュール２に収容部３を取り付け、第１の搬送ユニット９と取出装置８を収容し、第２のモジュール５に第２の搬送ユニット１０と、中性子発生装置１４を収容したので、既存の中性子発生装置に、収容部３と第１の搬送ユニット９と取出装置８を収容した第１のモジュールを取り付けることで、容易に蒸発材料補充装置を構成することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれまで説明した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更が加えられたものを含む。

本実施形態では、フィラメント３０３は、第１の搬送ユニット９と第２の搬送ユニット１０とにより、筒状部材６の中に搬送されるように説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、第１の搬送ユニット９、第２の搬送ユニット１０という複数の搬送ユニットによりフィラメント３０３を搬送するのではなく、ひとつの搬送ユニットにより、フィラメント３０３を取出位置８から筒状部材６内、筒状部材６内から回収機構４まで搬送するようにしてもよい。

本実施形態では、第１の搬送ユニット９を第１の搬送制御部１７３により制御し、第２の搬送ユニット１０を第２の搬送制御部１７４により制御しているが、第１の搬送ユニット９と第２の搬送ユニット１０を同一の搬送制御部によって制御することにしてもよい。

本実施形態では、膜厚検知部１６により膜厚を検知することにより、蒸発材料補充処理を開始することにしていたが、本発明はこれに限定されない。

本実施形態では、中性子発生装置を例にしているが、本発明は、抵抗加熱式蒸発装置に蒸発材料を供給するものであればよい。抵抗加熱式蒸発ではフィラメントも消耗品であるが、本発明により蒸発材料とフィラメントをセットで供給することにより蒸発装置の稼動時間を大幅に延長することができる。また、フィラメントに蒸発材料をセットする作業を装置外で行うことができるため、蒸発材料のセットを確実にすることができる。

本発明は、抵抗加熱式蒸発装置において、蒸発材料が減少したときに蒸発材料を補充する蒸発材料補充装置、及び蒸発材料補充方法に利用することができる。

１ 蒸発材料補充装置
２ 第１のモジュール
３ 収容部
３ａ 取出口
４ 回収機構
５ 第２のモジュール
６ 筒状部材
７ ターゲット
８ 取出装置
９ 第１の搬送ユニット
１０ 第２の搬送ユニット
１０ａ レール
１０ｂ レール
１０ｃ ベース
１０ｄ 照射ポート
１０ｅ 回転軸
１０ｆ 回転ベース
１１ 搬送機構
１２ 加速器
１４ 中性子発生装置
１５ 蒸着部
１６ 膜厚検出部
１７ 制御部
１５１ 電極板
１５２ 電極
１５３ フィラメント保持部材
１５３ａ スリット
１７１ 膜厚制御部
１７２ 取出制御部
１７３ 第１の搬送制御部
１７４ 第２の搬送制御部
１７５ 蒸着制御部
１７６ 回収制御部
３００ 蒸発材料保持部材
３０１ 本体部
３０２ フィラメント電極
３０３ フィラメント
３０４ フィラメント台
３０５ 支柱
３０６ 支柱内部空間
３０７ 突起
４０１ 解放部
４０２ 回収容器
４０３ 開閉部材
４０３ａ 延出部材
４０３ｂ 延出部材
４０４ 羽状部材
８０１ 回転軸
８０２ 取出爪
８０３ モータ
８０４ 駆動軸
９０１ ボールねじ部
９０２ 回転駆動部
９０３ 搬送アーム部
９０４ ナット部
９０５ アーム部
９０６ 把持部

Claims (9)

1. 抵抗加熱式蒸発装置の蒸発源に蒸発材料を補充する蒸発材料補充装置であって、
   蒸発材料が保持された蒸発材料保持部材を重畳して複数収容し、当該蒸発材料保持部材が取り出される取出口を備える収容部と、
   前記収容部の取出口から前記蒸発材料保持部材を取り出す取出装置と、
   前記取り出された蒸発材料保持部材を、前記蒸発源に取り付け蒸着位置まで搬送する搬送機構と、を備え、
   前記蒸発材料保持部材は、前記蒸発材料を収容する本体部と、当該本体部の一端部から延出する一対のフィラメント電極と、を備え、
   前記蒸着位置において、前記蒸発源により前記一対のフィラメント電極に通電することにより前記蒸発材料を抵抗加熱蒸発させる
   ことを特徴とする蒸発材料補充装置。
2. 蒸着が終了した後の前記蒸発材料保持部材を回収する回収機構を更に備え、
   前記搬送機構は、蒸着が終了した後の前記蒸発材料保持部材を、前記回収機構まで搬送する
   ことを特徴とする請求項１に記載の蒸発材料補充装置。
3. 前記搬送機構は、
   前記収容部から取り出された前記蒸発材料保持部材を保持する第１の保持部を有する第１の搬送ユニットと、
   前記第１の保持部に保持された前記蒸発材料保持部材を受け取り保持する第２の保持部を有する前記蒸発源を備える第２の搬送ユニットと、
   前記第１の保持部により保持された前記蒸発材料保持部材を、前記取出装置から前記第２の搬送ユニットへの受渡位置まで前記第１の搬送ユニットに搬送させるとともに、蒸着が終了した前記蒸発材料保持部材を、前記受渡位置から前記回収機構まで前記第１の搬送ユニットに搬送させるように制御する第１の搬送制御手段と、
   前記第１の搬送ユニットの前記第１の保持部により保持された前記蒸発材料保持部材を、前記受渡位置において前記第２の搬送ユニットの前記第２の保持部に保持させ、前記第２の保持部により保持された前記蒸発材料保持部材を、前記受渡位置と前記蒸着位置との間で前記第２の搬送ユニットにより搬送させるように制御する第２の搬送制御手段と、を備える
   ことを特徴とする請求項２に記載の蒸発材料補充装置。
4. 前記取出装置と、前記受渡位置と、前記回収機構とは、前記第１の搬送ユニットの搬送方向に沿って配置される
   ことを特徴とする請求項３に記載の蒸発材料補充装置。
5. 前記第１の搬送ユニットの前記第１の保持部は、前記蒸発材料保持部材を把持する状態と解放する状態とに切り替えられる把持部を有し、
   前記回収機構は、前記把持部を前記蒸発材料保持部材を解放する状態に切り替える解放部を備える
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の蒸発材料補充装置。
6. 前記第２の保持部は、前記一対のフィラメント電極を保持する一対の保持部材を備える
   ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の蒸発材料補充装置。
7. 前記保持部材は、板状であり、スリットを有する
   ことを特徴とする請求項６に記載の蒸発材料補充装置。
8. 前記蒸発材料は、リチウム又はベリリウムである
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の蒸発材料補充装置。
9. 抵抗加熱式蒸発装置の蒸発源に蒸発材料を補充する蒸発材料補充方法であって、
   蒸発材料が保持された蒸発材料保持部材を重畳して複数収容した収容部から、当該蒸発材料保持部材を取り出すステップと、
   前記取り出された蒸発材料保持部材を、前記蒸発源に取り付け蒸着位置まで搬送するステップと、
   前記蒸発材料保持部材が、前記蒸発材料を収容する本体部と、当該本体部の一端部から延出する一対のフィラメント電極と、を備え、前記蒸着位置において、前記蒸発源により前記一対のフィラメント電極に通電することにより前記蒸発材料を抵抗加熱蒸発させるステップと、を備える
   ことを特徴とする蒸発材料補充方法。

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