JP6895814B2 - 超伝導サイクロトロン、及び超伝導電磁石 - Google Patents

Description

本発明は、超伝導サイクロトロン、及び超伝導電磁石に関する。

従来、このような分野の技術として、例えば特許文献１が知られている。特許文献１に記載されたサイクロトロンは、真空容器と、真空容器の内部に配置された超伝導コイルと、超伝導コイルを支持するコイル支持体と、を備えている。このサイクロトロンは、垂直方向及び水平方向における超伝導コイルの位置を調整可能な支持体を備えている。

特開２０１６−２０７４５４号公報

ここで、上述の超伝導サイクロトロンでは、超伝導コイルの位置調整を行った場合、支持体が弾性変形することによって、超伝導コイルの移動を許容していた。しかしながら、このような場合、支持体が弾性変形をする範囲内でしか超伝導コイルの位置調整を行うことができない。従って、超伝導コイルの位置調整範囲が狭いという問題があった。

本発明は、超伝導コイルの位置調整範囲を広くすることができる超伝導サイクロトロン、及び超伝導電磁石を提供することを目的とする。

本発明に係る超伝導サイクロトロンは、巻き中心軸周りに巻かれた超伝導コイルと、超伝導コイルを支持するコイル支持体と、超伝導コイル及びコイル支持体を内部に収容する真空容器と、巻き中心軸が延びる第１方向において、真空容器に対してコイル支持体を支持する、コイル支持体の周方向に沿って複数設けられた第１方向支持部と、第１方向において、それぞれの第１方向支持部を介して真空容器に対するコイル支持体の位置を調整する複数の第１方向位置調整部と、を備え、第１方向支持部は、第１方向位置調整部によるコイル支持体の第１方向への移動に追従して、姿勢変化する姿勢変化部を有する。

本発明に係る超伝導サイクロトロンは、第１方向において、真空容器に対してコイル支持体を支持する、コイル支持体の周方向に沿って複数設けられた第１方向支持部と、第１方向において、それぞれの第１方向支持部を介して真空容器に対するコイル支持体の位置を調整する複数の第１方向位置調整部と、を備えている。従って、真空容器に対するコイル支持体の位置は、第１方向位置調整部によって位置調整可能である。ここで、第１方向支持部は、第１方向位置調整部によるコイル支持体の第１方向への移動に追従して、姿勢変化する姿勢変化部を有する。このように、超伝導コイルと共にコイル支持体が第１方向へ位置調整されると、第１方向支持部は、姿勢変化部にてコイル支持体の第１方向への移動へ追従するように姿勢変化する。従って、第１方向支持部は、コイル支持体及び超伝導コイルの位置調整を広い範囲で許容することができる。以上により、超伝導コイルの位置調整範囲を広くすることができる。

超伝導サイクロトロンにおいて、コイル支持体は、第１方向において超伝導コイルと対向する第１方向面を有し、第１方向支持部は、真空容器に対して接続された棒状部材を備え、姿勢変化部は、コイル支持体の第１方向面に対向すると共に、第１方向面に向かって凸状をなして湾曲又は傾斜する対向面を有する対向部と、対向部と棒状部材との間に設けられ、対向部を回動可能に支持する球面軸受と、を備えてよい。複数の第１方向支持部のうち、いずれかの第１方向支持部に対する第１方向位置調整部の調整を行った場合、コイル支持体は、超伝導コイルと共に第１方向に対して傾斜するように移動する。このようなコイル支持部の動きに対して、姿勢変化部は、コイル支持体の第１方向面に対向すると共に、第１方向面に向かって凸状をなして湾曲又は傾斜する対向面を有する対向部を備えている。これにより、当該対向面と第１方向面とが摺動し易い構成となっている。また、姿勢変化部は、対向部と棒状部材との間に設けられ、対向部を回動可能に支持する球面軸受を備えている。これにより、コイル支持部の傾斜に応じて球面軸受けで対向部を回動させることができる。従って、姿勢変化部は、コイル支持部の第１方向への移動に追従して、適切に姿勢変化することができる。

超伝導サイクロトロンにおいて、第１方向と直交する第２方向において、真空容器に対するコイル支持体の位置を調整する第２方向位置調整部を更に備え、コイル支持体は、第２方向において対向部と隙間を介して対向する第２方向面を有し、第２方向位置調整部の位置調整によってコイル支持体が第２方向に移動するとき、コイル支持体の第１方向面は、対向部の対向面に沿って摺動可能に構成されてよい。これにより、第２方向位置調整部によって第２方向へのコイル支持体の位置調整がなされるとき、コイル支持体は、対向部と第２方向面との間の隙間の寸法の範囲内で、第２方向へスムーズに移動することができる。

超伝導サイクロトロンにおいて、第１方向支持部は、真空容器内に進入してコイル支持部に接続される棒状部材を備え、棒状部材の第１方向における中途位置には、第１方向において超伝導コイルと対向する第１方向面、及び姿勢変化部を有し、姿勢変化部は、棒状部材の第１方向面に対向すると共に、第１方向面に向かって凸状をなして湾曲又は傾斜する対向面を有する対向部と、対向部と棒状部材との間に設けられ、対向部を回動可能に支持する球面軸受と、を備えてよい。複数の第１方向支持部のうち、いずれかの第１方向支持部に対する第１方向位置調整部の調整を行った場合、コイル支持体は、超伝導コイルと共に第１方向に対して傾斜するように移動する。このようなコイル支持部の動きに対して、姿勢変化部は、棒状部材の第１方向面に対向すると共に、第１方向面に向かって凸状をなして湾曲又は傾斜する対向面を有する対向部を備えている。これにより、当該対向面と第１方向面とが摺動し易い構成となっている。また、姿勢変化部は、対向部と棒状部材との間に設けられ、対向部を回動可能に支持する球面軸受を備えている。これにより、棒状部材を介したコイル支持部の傾斜に応じて球面軸受けで対向部を回動させることができる。従って、姿勢変化部は、コイル支持部の第１方向への移動に追従して、適切に姿勢変化することができる。

本発明に係る超伝導電磁石は、磁場を発生する超伝導電磁石であって、巻き中心軸周りに巻かれた超伝導コイルと、超伝導コイルを支持するコイル支持体と、超伝導コイル及びコイル支持体を内部に収容する真空容器と、巻き中心軸が延びる第１方向において、真空容器に対してコイル支持体を支持する、コイル支持体の周方向に沿って複数設けられた第１方向支持部と、第１方向において、それぞれの第１方向支持部を介して真空容器に対するコイル支持体の位置を調整する複数の第１方向位置調整部と、を備え、第１方向支持部は、第１方向位置調整部によるコイル支持体の第１方向への移動に追従して、姿勢変化する姿勢変化部を有する。

本発明に係る超伝導電磁石によれば、上述の超伝導サイクロトロンと同様の作用・効果を得ることができる。

本発明によれば、超伝導コイルの位置調整範囲を広くすることができる超伝導サイクロトロン、及び超伝導電磁石を提供することができる。

本発明の一実施形態の超伝導サイクロトロンを超伝導コイルの中心軸に沿う方向に切った断面を示す断面図である。 サイクロトロンを超伝導コイルの中心軸に直交する方向に切った断面を示す断面図である。 水平方向荷重支持体を示す斜視図である。 水平方向荷重支持体を示す断面図である。 水平方向荷重支持体を示す側面図である。 連結構造を示す拡大断面図である。 連結構造の動作を示す拡大断面図である。 連結構造の動作を示す拡大断面図である。 変形例に係る連結構造を示す拡大断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示されるように、本実施形態に係る超伝導サイクロトロン１は、イオン源（不図示）から荷電粒子を加速空間Ｇ内に供給し、加速空間Ｇ内の荷電粒子を加速して荷電粒子ビームを出力する横置きの円形加速器である。荷電粒子としては、例えば陽子、重粒子（重イオン）などが挙げられる。超伝導サイクロトロン１は、例えば荷電粒子線治療用の加速器として用いられる。

この超伝導サイクロトロン１では、加速空間Ｇ内で円軌道を描く荷電粒子ビームを継続的に加速するため、等時性（円軌道の半径の大きさに関係なく一周にかかる時間が等しいこと）を確保するように磁束密度を制御する必要がある。

超伝導サイクロトロン１は、イオン源の他に、超伝導電磁石５を備えている。超伝導電磁石５は、ポール３，４と、ヨーク６と、超伝導コイル７，８と、コイル支持枠（コイル支持体）９と、真空容器１０と、を有する。

ポール３，４は、超伝導コイル７，８の中心軸（超伝導コイル７，８の巻き中心軸）Ｃ方向に離間して配置されている。なお、超伝導サイクロトロン１では、中心軸Ｃ方向は、上下方向に沿って配置されている。従って、本実施形態では、請求項における「第１方向」を「中心軸Ｃ方向」又は「上下方向」と称する場合がある。また、「第１方向と直交する第２方向」を「水平方向」と称する場合がある。ポール３は、加速空間Ｇより上方に配置された上ポールであり、ポール４は、加速空間Ｇより下方に配置された下ポールである。また、ポール３，４間には、電極（ディ電極、不図示）が設けられている。この電極に高周波を付与することで、電場が形成される。

ヨーク６は、中空の円盤型のブロックであり、その内部にポール３，４及び真空容器１０が配置されている。ヨーク６は、円筒部６ａと、円筒部６ａの一方の開口を閉じるように形成された天部６ｂと、円筒部６ａの他方の開口を閉じるように形成された底部６ｃと、を備える。ヨーク６は、超伝導コイル７，８及びポール３，４で生成した磁力線が外部に漏れないようにするためのものである。

ポール３，４は、図２に示されるように、中心軸Ｃの近傍から径方向外側へ向けて螺旋を描くようなスパイラル状に設けられた四つのヒル１１を有する。ヒル１１は、加速空間Ｇを挟んで上下に対向し、加速空間Ｇ内の荷電粒子ビームを上下方向に収束させるものである。

ヒル１１は、中心軸Ｃの周方向に等間隔で配置され、周方向に隣り合うヒル１１の間には、空隙であるバレー１２が形成されている。すなわち、ポール３，４には、周方向においてヒル１１及びバレー１２が交互に形成されている。超伝導サイクロトロン１では、ヒル１１において磁束密度が強められ、バレー１２において磁束密度が弱まることで、荷電粒子ビームを垂直方向及び水平方向に収束させる。このように、周方向に強弱のある磁束密度を形成する超伝導サイクロトロンはＡＶＦ［Ａｚｉｍｕｔｈａｌｌｙ Ｖａｒｙｉｎｇ Ｆｉｅｌｄ］サイクロトロンと呼ばれる。

ＡＶＦサイクロトロンにおいて、４つのヒル１１は径方向外側ほど、磁束密度が強くなるように形成されている。ヒル１１では、荷電粒子ビームの垂直方向の収束力を強くするためにスパイラル状に形成されている。径方向外側に行くほど、磁束密度が弱くなると、荷電粒子ビームに垂直方向の発散力が働いてしまうことになる。なお、バレー１２は空隙に限られず、ヒル１１の厚さよりも薄い厚さの金属であってもよい。

超伝導コイル７，８は、図１に示されるように、ポール３，４の外周を覆うように巻かれている。超伝導コイル７および超伝導コイル８は、中心軸Ｃ方向に並んで配置されている。上側の超伝導コイル７は、ポール３の外周を覆うように巻かれ、下側の超伝導コイル８は、ポール４の外周を覆うように巻かれている。超伝導コイル７，８は、例えば、内周側に内枠（または内巻枠）が設けられておらず、コイル（線材及び線材を固着する接着材）の内周面が他の部材によって接着・固定されていない空芯コイルである。

コイル支持枠９は、超伝導コイル７の外周面を覆う側板部９ａと、超伝導コイル７の上面を覆う上リング部材９ｂと、超伝導コイル８の外周面を覆う側板部９ｃと、超伝導コイル８の下面を覆う下リング部材９ｄと、上下の側板部９ａ，９ｃを連結する中間部９ｅと、を備える。コイル支持枠９は、超伝導コイル７，８の周方向において全周に亘って形成されている。

上リング部材９ｂは、側板部９ａの上端部から径方向内側に張り出すように形成されている。上リング部材９ｂは、円環板状を成し、上リング部材９ｂの板厚方向は、中心軸Ｃ方向に沿うように配置されている。

下リング部材９ｄは、側板部９ｃの下端部から径方向内側に張り出すように形成されている。下リング部材９ｄは、円環板状を成し、下リング部材９ｄの板厚方向は、中心軸Ｃ方向に沿うように配置されている。

中間部９ｅは、中間リング部９ｆと、上側張出部９ｇと、下側張出部９ｈとを有する。中間リング部９ｆの径方向の幅は、超伝導コイル７，８の径方向の幅に対応している。中間リング部９ｆの断面は、例えば矩形を成している。中間リング部９ｆの上面は、超伝導コイル７の下面に当接し、中間リング部９ｆの下面は、超伝導コイル８の上面に当接している。上側張出部９ｇ及び下側張出部９ｈは、中間リング部９ｆの外周面から径方向外側に張り出している。上側張出部９ｇ及び下側張出部９ｈは、中心軸Ｃ方向に離間して配置されている。上側張出部９ｇは、側板部９ａに接合され、下側張出部９ｈは、側板部９ａに接合されている。具体的には、上側張出部９ｇの上面は、側板部９ａの下面に当接し、下側張出部９ｈの下面は、側板部９ｃの上面に当接している。上側張出部９ｇと側板部９ａとの接合は、ボルト接合でもよく、溶接などその他の接合方法でもよい。同様に、下側張出部９ｈと側板部９ｃとの接合は、ボルト接合でもよく、溶接などその他の接合方法でもよい。

真空容器１０は、超伝導コイル７，８及びコイル支持枠９を収容している。真空容器は、超伝導コイル及びコイル支持枠９を収容するコイル収容部１０ａと、コイル収容部１０ａに連通し、上下方向に延びる連通部１０ｂと、水平方向に延びる連通部１０ｃとを有する。コイル収容部１０ａは、超伝導コイル７，８の径方向内側に配置された内壁１０ｄと、超伝導コイル７，８の径方向外側に配置された外壁１０ｅと、を有する。内壁１０ｄは、超伝導コイル７，８及びコイル支持枠９の内周側を覆うように配置され、外壁１０ｅは、超伝導コイル７，８及びコイル支持枠９の外周側を覆うように配置されている。すなわち、内壁１０ｄ及び外壁１０ｅによって挟まれた収容空間内に、超伝導コイル７，８及びコイル支持枠９が配置されている。

また、真空容器１０は、収容空間の上側を閉じる上面壁と、収容空間の下側を閉じる下面壁とを有する。上面壁は、中心軸Ｃ方向において、上リング部材９ｂと対向して配置され、下面壁は、中心軸Ｃ方向において、下リング部材９ｄと対向して配置されている。上面壁には、開口部が設けられ、この開口部に対応して連通部１０ｂが配置されている。同様に、下面壁には、開口部が設けられ、この開口部に対応して連通部１０ｂが配置されている。

連通部１０ｂは、例えば円筒形状を成し、中心軸Ｃ方向に延びている。連通部１０ｂは、後述する上下方向荷重支持体２１，２２を収容している。連通部１０ｃは、例えば円筒形状を成し、中心軸Ｃと直交する直交方向に延びている。連通部１０ｃは、後述する水平方向荷重支持体３１，３２を収容している。また、真空容器１０には、超伝導コイル７，８を冷却するための冷凍機（冷却部）１３が接続されている。冷凍機１３は、例えば、ＧＭ冷凍機であり、超伝導コイル７，８を例えば４Ｋに冷却することができる。冷凍機は、ＧＭ冷凍機（Gifford-McMahon cooler）に限定されず、例えばスターリング冷凍機を始めその他の冷凍機でもよい。

ここで、超伝導サイクロトロン１及び超伝導電磁石５は、コイル支持枠９を支持すると共にコイル支持枠９の中心軸Ｃ方向の位置を調整する上下方向荷重支持体（第１方向支持部）２１，２２と、コイル支持枠９を支持すると共にコイル支持枠９の径方向の位置を調整する水平方向荷重支持体（第２方向支持部）３１，３２と、を有する。なお、径方向は、中心軸Ｃに直交する直交方向である。

上下方向荷重支持体２１、２２は、ヨーク６及び真空容器１０に接続され、上下方向においてヨーク６及び真空容器１０に対してコイル支持枠９を支持するものである。上下方向荷重支持体２１，２２は、上下一対としてコイル支持枠９を挟むように配置され、互いに反対方向にコイル支持枠９を引っ張ることでコイル支持枠９を支持している。上下方向荷重支持体２１，２２は、コイル支持枠９の周方向において、複数配置されている。複数の上下方向荷重支持体２１，２２は、コイル支持枠９の周方向において、等間隔で配置されている。

上下方向荷重支持体２１の下端部は、上リング部材９ｂに連結されている。なお、上下方向荷重支持体２１の下端部は、上下方向において、連結構造１００を介してコイル支持枠９に連結されている。連結構造１００の詳細な説明は後述する。上下方向荷重支持体２１は、上リング部材９ｂから上方に延在し、真空容器１０の壁体を貫通し、ヨーク６の外側まで張り出している。上下方向荷重支持体２１の上端部には、ヨーク６及び真空容器１０に対して上下方向荷重支持体２１を位置決めする上下方向位置調整部（第１方向位置調整部）７８が設けられている。上下方向位置調整部７８は、上下方向荷重支持体２１を介してヨーク６及び真空容器１０に対するコイル支持枠９の位置を調整する部分である。この上下方向位置調整部７８によって上下方向荷重支持体２１を中心軸Ｃ方向に変位させることができる。上下方向位置調整部７８としては、ねじによる位置調整が挙げられる。ねじに取り付けられたナットを回転させることで、ねじを中心軸Ｃ方向に移動させ、上下方向荷重支持体２１を変位させる。上下方向荷重支持体２１のヨーク６に対する取付部及び上下方向位置調整部７８は、後述する水平方向荷重支持体３１と同様の構成とすることができる。

上下方向荷重支持体２２の上端部は、下リング部材９ｄに連結されている。なお、上下方向荷重支持体２２の上端部は、上下方向において、連結構造１００を介してコイル支持枠９に連結されている。連結構造１００の詳細な説明は後述する。上下方向荷重支持体２２は、下リング部材９ｄから下方に延在し、真空容器１０の壁体を貫通し、ヨーク６の外側まで張り出している。上下方向荷重支持体２２の下端部には、ヨーク６及び真空容器１０に対して上下方向荷重支持体２２を位置決めする上下方向位置調整部７８が設けられている。上下方向位置調整部７８は、上下方向荷重支持体２２を介してヨーク６及び真空容器１０に対するコイル支持枠９の位置を調整する部分である。この上下方向位置調整部７８によって上下方向荷重支持体２２を中心軸Ｃ方向に変位させることができる。上下方向位置調整部７８としては、ねじによる位置調整が挙げられる。ねじに取り付けられたナットを回転させることで、ねじを中心軸Ｃ方向に移動させ、上下方向荷重支持体２２を変位させる。上下方向荷重支持体２２のヨーク６に対する取付部及び上下方向位置調整部７８は、後述する水平方向荷重支持体３１と同様の構成とすることができる。

複数の上下方向荷重支持体２１，２２を用いて、適宜、位置調整を行うことで、超伝導コイル７，８のポール３，４に対する位置を変更することができる。具体的には、超伝導コイル７，８を上方に変位させたり、超伝導コイル７，８を下方に変位させたり、または、鉛直方向に対して超伝導コイル７，８の中心軸Ｃが傾斜するように、超伝導コイル７，８を変位させることができる。

水平方向荷重支持体３１，３２は、ヨーク６及び真空容器１０に接続され、径方向外側から水平方向において、ヨーク６及び真空容器１０に対してコイル支持枠９を支持するものである。水平方向荷重支持体３１，３２は、一部が真空容器１０に進入して、コイル支持枠９に接続される。また、水平方向荷重支持体３１，３２は、コイル支持枠９の位置を調整可能である。水平方向荷重支持体３１，３２は、複数（例えば４本）設けられている。ここで、上下方向をＺ軸とし、Ｚ軸に直交すると共に互いに直交する軸をＸ軸（第１方向）及びＹ軸（第２方向）とする（図３〜図５参照）。超伝導コイル７，８の中心軸ＣがＺ軸に沿って配置されている場合には、Ｘ軸及びＹ軸は、中心軸Ｃに直交している。図１に示されるように、一対の水平方向荷重支持体３１は、コイル支持枠９を挟んで対向して配置され、一対の水平方向荷重支持体３２は、コイル支持枠９を挟んで対向して配置されている。なお、一対の水平方向荷重支持体３１が延在する方向Ｘ_１（Ｘ軸方向）と、一対の水平方向荷重支持体３２が延在する方向Ｘ_２（Ｘ軸方向）とは、直交していてもよく、所定の角度で交差していてもよい。

一対の水平方向荷重支持体３１は、互いに反対方向にコイル支持枠９を引っ張ることでコイル支持枠９を支持している。同様に、一対の水平方向荷重支持体３２は、互いに反対方向にコイル支持枠９を引っ張ることでコイル支持枠９を支持している。

図３は、水平方向荷重支持体３１，３２を示す斜視図である。図４は、水平方向荷重支持体３１，３２を示す断面図である。図５は、水平方向荷重支持体３１，３２を示す側面図である。図３〜図５に示されるように、水平方向荷重支持体３１，３２は、コイル支持枠取付部３３と、内側リンク部３４と、中間連結部３５と、外側リンク部３６と、ヨーク取付部３７と、を有する。以下、水平方向荷重支持体３１について説明する。水平方向荷重支持体３２は、配置されている方向が異なるだけであり、水平方向荷重支持体３１と同一の構成であるので、水平方向荷重支持体３２の説明を省略する。

コイル支持枠取付部３３は、コイル支持枠９に取り付けられる部分である。コイル支持枠取付部３３は、コイル支持枠９に固定されるフランジ部４１と、フランジ部４１から延出する延出部４２とを有する。フランジ部４１は円盤状を成し、一方の面がコイル支持枠９に接続される。フランジ部４１は、ボルト接合により、コイル支持枠９の中間部９ｅに接続される。なお、フランジ部４１は、コイル支持枠９の中間部９ｅ以外のその他の部位に接続される構成でもよい。コイル支持枠取付部３３及び内側リンク部３４は、例えばチタンから形成されている。コイル支持枠取付部３３及び内側リンク部３４は、例えばステンレス鋼など、チタン以外の材質から形成されていてもよい。

延出部４２は、フランジ部４１の他方の面からＸ軸方向の外側（超伝導コイル７，８の径方向外側）に延出している。延出部４２のＸ軸方向の外側の端部には、連結ブロック部４３が設けられている。連結ブロック部４３には、Ｙ軸方向に貫通する貫通孔４３ａが形成されている。また、連結ブロック部４３のＹ軸方向に対向する側面は、平坦面となっている。

内側リンク部３４は、Ｙ軸方向に離間して配置された一対の連結板（第１方向部材）４４，４５と、一対の連結板４４，４５の一方の端部同士を連結するピン部材４６と、一対の連結板４４，４５の他方の端部同士を連結する球面軸４７と、を有する。

連結板４４，４５は、Ｘ軸方向に所定の長さを有する。連結板４４，４５の板厚方向はＹ軸方向に沿うよう配置されている。連結板４４，４５のＸ軸方向の両端部には、板厚方向に貫通する貫通孔４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂがそれぞれ設けられている。また、一対の連結板４４，４５は、Ｙ軸方向において、連結ブロック部４３を挟むように配置されている。連結板４４，４５の内面（連結ブロック部４３の側面に対向する面）は、平坦面として形成されている。連結板４４，４５の内面は、連結ブロック部４３の側面と当接している。

ピン部材４６は、円柱状を成し、連結ブロック部４３の貫通孔４１ａに挿通されている。ピン部材４６の外周面は、貫通孔４１ａの内周面に当接している。ピン部材４６は、連結ブロック部４３に対して、ピン部材４６の軸線回りに回転可能に支持されている。また、ピン部材４６の両端部は、Ｙ軸方向において、連結ブロック部４３の側面より外方に張り出している。

ピン部材４６のＸ軸方向の両端部は、一対の連結板４４，４５の一端側の貫通孔４４ａ，４５ａにそれぞれ挿通されている。ピン部材４６の両端部において、ピン部材４６の外周面は、一対の連結板４４，４５の一端側の貫通孔４５ａの内周面に当接している。ピン部材４６は、一対の連結板４４，４５に対して、ピン部材４６の軸線回りに回転可能に支持されている。これにより、一対の連結板４４，４５は、コイル支持枠取付部３３に対して、Ｙ軸回りに回転可能に支持されている。

球面軸４７は、Ｙ軸方向の両端部に設けられた円柱部４７ａと、この円柱部４７ａの間に配置された球体部分４７ｂと、を有する。円柱部４７ａは、一対の連結板４４，４５の他端側の貫通孔４４ｂ，４５ｂにそれぞれ挿通されている。円柱部４７ａの外周面は、一対の連結板４４，４５の他端側の貫通孔４４ｂ，４５ｂの内周面に当接している。

球体部分４７ｂは、円柱部４７ａの外径よりも大きな外径を有する。また、球体部分４７ｂのＹ軸方向における幅は、球体部分４７ｂの外径より小さく、例えば、連結ブロック部４３のＹ軸方向における幅（厚さ）よりも小さくなっている。また、球体部分４７ｂの中心は、一対の連結板４４，４５間の中央に配置されている。

中間連結部３５は、内側リンク部３４と外側リンク部３６とを連結する部分である。中間連結部３５は、一端側に設けられ、内側リンク部３４の球面軸４７を保持する軸受け部（球面軸受け部）４８と、他端側に設けられ、外側リンク部３６の球面軸４７を保持する軸受け部（球面軸受け部）４９と、両方の軸受け部４８，４９を連結するストラップ部５０と、を有する。

軸受け部４８はブロック体を有し、このブロック体には球面軸４７の球体部分４７ｂを受ける球体受容部が形成されている。球体受容部は、球体部分４７ｂを保持する開口である。球体受容部の内面形状は、球体部分４７ｂの外面形状に対応し、球体受容部の内面４８ａは、球体部分４７ｂの外面に当接する当接面である。また、軸受け部４８のＹ軸方向に対向する側面は、Ｙ軸方向において、一対の連結板４４，４５の内面に対向して配置されている。軸受け部４８の側面と、一対の連結板４４，４５の内面との間には、所定の隙間が形成されている。軸受け部４８は、球面軸４７の球体部分４７ｂの外面（球面）に沿って摺動可能である。

なお、球面軸４７及び軸受け部４８に代えて、ピン部材及び球面滑り軸受けを備える構成でもよい。この構成の場合には、球面滑り軸受けに保持されたピン部材が、一対の連結板４４，４５の他端側の貫通孔４４ｂ，４５ｂに挿通されて保持される。

軸受け部４９はブロック体を有し、このブロック体には外側リンク部３６の後述する球面軸５３の球体部分５３ｂを受ける球体受容部が形成されている。球体受容部は、球体部分５３ｂを保持する開口である。球体受容部の内面形状は、球体部分５３ｂの外面形状に対応し、球体受容部の内面４９ａは、球体部分５３ｂの外面に当接する当接面である。また、軸受け部４９のＹ軸方向に対向する側面は、Ｙ軸方向において、一対の連結板５１，５２の内面に対向して配置されている。軸受け部４９の側面と、一対の連結板５１，５２の内面との間には、所定の隙間が形成されている。軸受け部４９は、球面軸５３の球体部分５３ｂの外面（球面）に沿って摺動可能である。

なお、球面軸５３及び軸受け部４９に代えて、ピン部材及び球面滑り軸受けを備える構成でもよい。この構成の場合には、球面滑り軸受けに保持されたピン部材が、外側リンク部３６の後述する一対の連結板５１，５２の他端側の貫通孔５１ａ，５２ａに挿通されて保持される。

ストラップ部５０は、図５に示されるように上下方向に離間して、Ｘ軸方向に延在する一対の帯状部５０ａ，５０ｂを有する。帯状部５０ａ，５０ｂの厚み方向は、Ｚ軸方向に沿って配置されている。また、帯状部５０ａ，５０ｂの幅方向は、例えば、軸受け部４８，４９のＹ軸方向の幅に対応している。このストラップ部５０は、例えば、ＣＦＲＰ（carbon-fiber-reinforced plastic）により形成されている。

帯状部５０ａ，５０ｂの一端側は、軸受け部４８に連結され、帯状部５０ａ，５０ｂの他端部は、軸受け部４９に連結されている。帯状部５０ａ，５０ｂは、帯状部を固定するための留め具によって、軸受け部４８，４９のブロック体に固定されていてもよく、例えば、接着により接合されているものでもよく、ブロック体の部分と一体成形されているものでもよい。また、ストラップ部５０は、一対の帯状部５０ａ，５０ｂの端部同士が接続されて無端状に形成されているものでもよい。

このストラップ部５０は、内側リンク部３４に対して、Ｙ軸回りに揺動可能（回転可能）に支持されている。また、ストラップ部５０は、内側リンク部３４に対して、Ｘ軸回りに傾倒可能（回転可能）に支持されている。ストラップ部５０は、内側リンク部３４に対して、Ｚ軸回りに揺動可能（回転可能）に支持されている。

同様に、このストラップ部５０は、外側リンク部３６に対して、Ｙ軸回りに揺動可能（回転可能）に支持されている。また、ストラップ部５０は、外側リンク部３６に対して、Ｘ軸回りに傾倒可能（回転可能）に支持されている。ストラップ部５０は、外側リンク部３６に対して、Ｚ軸回りに揺動可能（回転可能）に支持されている。

また、中間連結部３５は、ストラップ部５０に代えて、所定の長さを有する板状部材を備えるものでもよく、所定の長さを有る棒状部材を備えるものでもよい。また、中間連結部３５は、リンク機構を介して接続された複数のストラップ部を備える構成でもよい。

外側リンク部３６は、Ｙ軸方向に離間して配置された一対の連結板（第１方向部材）５１，５２と、一対の連結板５１，５２の一方の端部同士を連結する球面軸５３と、一対の連結板５１，５２の他方の端部同士を連結するピン部材５４と、を有する。

連結板５１，５２は、Ｘ軸方向に所定の長さを有する。連結板５１，５２の板厚方向はＹ軸方向に沿うよう配置されている。連結板５１，５２のＸ軸方向の両端部には、板厚方向に貫通する貫通孔５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂがそれぞれ設けられている。また、一対の連結板５１，５２は、Ｙ軸方向において、ヨーク取付部３７の後述する連結ブロック部５５を挟むように配置されている。連結板５１，５２の内面（連結ブロック部５５の側面に対向する面）は、平坦面として形成されている。連結板５１，５２の内面は、連結ブロック部５５の側面と当接している。

球面軸５３は、軸線方向の両端部に設けられた円柱部５３ａと、この円柱部５３ａの間に配置された球体部分５３ｂと、を有する。円柱部５３ａは、一対の連結板５１，５２の一端側の貫通孔５１ａ，５２ａにそれぞれ挿通されている。円柱部５３ａの外周面は、一対の連結板５１，５２の一端側の貫通孔５１ａ，５１ｂの内周面に当接している。

球体部分５３ｂは、円柱部５３ａの外径よりも大きな外径を有する。また、球体部分のＹ軸方向における幅は、球体部分５３ｂの外径より小さく、例えば、連結ブロック部５５のＹ軸方向における幅（厚さ）よりも小さくなっている。また、球体部分５３ｂの中心は、一対の連結板５１，５２間の中央に配置されている。

ピン部材５４は、円柱状を成し、ヨーク取付部３７の連結ブロック部５５の貫通孔５５ａに挿通されている。ピン部材５４の外周面は、連結ブロック部５５の貫通孔５５ａの内周面に当接している。ピン部材５４は、連結ブロック部５５に対して、ピン部材５４の軸線回りに回転可能に支持されている。また、ピン部材５４の両端部は、Ｙ軸方向において、連結ブロック部５５の側面より外方に張り出している。

ピン部材５４の長手方向の両端部は、一対の連結板５１，５２の他端側の貫通孔５１ｂ，５２ｂにそれぞれ挿通されている。ピン部材５４の両端部において、ピン部材５４の外周面は、一対の連結板５１，５２の他端側の貫通孔５１ｂ，５２ｂの内周面に当接している。ピン部材５４は、一対の連結板５１，５２に対して、ピン部材５４の軸線回りに回転可能に支持されている。これにより、一対の連結板５１，５２は、ヨーク取付部３７に対して、Ｙ軸回りに回転可能に支持されている。

ヨーク取付部３７は、ヨーク６に対して取り付けられる部分である。ヨーク取付部３７は、連結ブロック部５５と、べローズ５６と、ロッド部５７と、水平方向位置調整部（第２方向位置調整部）５８と、を有する。

連結ブロック部５５には、ピン部材５４が挿通される貫通孔５５ａが形成されている。貫通孔５５ａは、Ｙ軸方向に貫通している。また、連結ブロック部５５のＹ軸方向に対向する側面は、平坦面となっている。連結ブロック部５５は、一対の連結板５１，５２に挟まれるように配置され、貫通孔５５ａに挿通されたピン部材５４が、一対の連結板５１，５２の貫通孔５１ｂ，５２ｂに挿通されている。また、連結ブロック部５５の側面は、一対の連結板５１，５２の内面と当接している。

連結ブロック部５５には、Ｘ軸方向の外側の端面から外方に張り出す張出部５５ｂが設けられている。この張出部５５ｂから、外側へ向かって延びるロッド部５７が設けられている。ロッド部５７は、真空容器１０及びヨーク６を貫通して、ヨーク６の側面よりも外方に突出している。ロッド部５７の外側の端部の外周面にはねじ部５９が形成されている。また、ロッド部５７には、ベローズ５６が接続されている。

水平方向位置調整部５８は、ヨーク６に対して固定されると共に、ヨーク６に対して位置決めする位置決め部である。水平方向位置調整部５８は、水平方向において、ヨーク６及び真空容器１０に対するコイル支持枠９の位置を調整する部分である。水平方向位置調整部５８は、ヨーク６の外周面から外方に突出する荷重支持体固定部６０と、ロッド部５７の外側の端部の外周面に形成されたねじ部５９と、このねじ部５９に取り付けられたナット６１，６２と、を有する。

荷重支持体固定部６０は、ヨーク６に固定されたブロック体である。荷重支持体固定部０は、ヨーク６に対して例えば溶接等により接合されている。荷重支持体固定部６０には、ロッド部５７を挿通させる貫通孔６０ａが形成されている。ロッド部５７は、この貫通孔６０ａに挿通されて、ヨーク６の外側まで延出している。また、荷重支持体固定部６０のＸ軸に直交する面である座面６０ｂは、平坦面となっている。また、貫通孔６０ａの内周面には、キー溝が形成されており、ロッド部５７の軸回りの回転が防止される。

ねじ部５９は、ロッド部５７の外側の端部の外周面に形成されている。ねじ部５９は、真空容器１０及びヨーク６の外部に配置されている。ねじ部５９は、ロッド部５７の貫通孔６０ａに配置されている部分から、貫通孔６０ａより外側に配置されている部分にかけて形成されている。ロッド部５７のねじ部５９には、ワッシャー６３及びナット６１，６２が取り付けられている。ワッシャー６３は、荷重支持体固定部６０の座面６０ｂとナット６１との間に配置されている。ナット６１を締め付けることで、ワッシャー６３は荷重支持体固定部６０の座面６０ｂに押し当てられる。すなわち、ナット６１は、ロッド部５７のねじ部５９に嵌め込まれ、嵌め込み量を変更することでロッド部５７を真空容器１０に対して進退させる部材である。ナット６２は、位置調整を行った後のナット６１の移動を拘束するロックナットとして機能する。

そして、ナット６１を締め付けることにより、ロッド部５７がＸ軸方向の外側（図示右側）に移動し、水平方向荷重支持体３１に引張力を作用することができる。水平方向荷重支持体３１に引張力が発生することで、ナット６１及びワッシャー６３は、荷重支持体固定部６０の座面６０ｂに押し当てられる。これにより、ロッド部５７は、ナット６１及びワッシャー６３を介して荷重支持体固定部６０に固定される。すなわち、水平方向荷重支持体３１のヨーク取付部３７は、ヨーク６に対して固定され、ポール３，４に対して相対的に固定される。

なお、図１に示すように、上下方向位置調整部７８は、水平方向位置調整部５８と同様の構成を有する荷重支持体固定部６０と、ロッド部５７の外側の端部の外周面に形成されたねじ部５９と、このねじ部５９に取り付けられたナット６１，６２と、を有する。上下方向位置調整部７８は、上下方向荷重支持体２１，２２を介してコイル支持枠９を上下方向に移動させる点以外は、水平方向位置調整部５８と同趣旨の構成を有する。

次に、図６を参照して、連結構造１００の詳細な構造について説明する。なお、図６には上下方向荷重支持体２２に対する連結構造１００を示しているが、上下方向荷重支持体２１に対する連結構造１００は、図６に示す構造の上下を逆にした点以外は図６と同趣旨の構成を有するため、説明を省略する。

連結構造１００は、上下方向荷重支持体２２とコイル支持枠９とを連結する構造である。連結構造１００は、上下方向荷重支持体２２と、コイル支持枠９に形成された保持部１０３と、を備えている。また、図６には、上下方向荷重支持体２２に対して中心軸ＣＬを設定して説明する。

保持部１０３は、コイル支持枠９の下リング部材９ｄの下面１０８側に形成される。保持部１０３は、断面Ｌ字状の形状を有しており、中心軸ＣＬ周りに全周にわたって設けられている。保持部１０３は、下リング部材９ｄの下面１０８から下方へ向かって延びる延伸部１０４と、延伸部１０４の下端部から中心軸ＣＬ側へ向かって突出する突出部１０６と、を備える。延伸部１０４の内周面１０９は、水平方向において後述の対向部１１０と隙間ＧＰを介して対向する面（第２方向面）である。突出部１０６の先端部１０６ａは、中心軸ＣＬから外周側へ離間しているため、保持部１０３の下端部には、突出部１０６の先端部１０６ａによって取り囲まれた開口部１０７が形成される。突出部１０６と下リング部材９ｄの下面１０８と、延伸部１０４の内周面１０９との間には、後述の対向部１１０の外周縁部を収容するための空間が形成されている。ここで、下リング部材９ｄの下面１０８は、上下方向において超伝導コイル８と対向する面（第１方向面）である。この下面は、後述の対向部１１０を摺動させる受け面として機能する。従って、下面１０８の表面には、対向部１１０を滑りやすくするために、摩擦係数の低い部材が設けられてもよく、摩擦係数を低下させる表面処理がなされてよい。

上下方向荷重支持体２２は、上下方向に延びる棒状部材１０１と、姿勢変化部１０２と、を備えている。棒状部材１０１は、真空容器１０内に進入してコイル支持枠９側へ延びる部材である。棒状部材１０１は、真空容器１０の連通部１０ｂ内を上下方向に直線状に延びて、下端側にて真空容器１０を貫通している。姿勢変化部１０２は、棒状部材１０１の上端部に設けられ、コイル支持枠９の保持部１０３に保持されている。すなわち、棒状部材１０１は、姿勢変化部１０２を介してコイル支持枠９の保持部１０３に連結される。

姿勢変化部１０２は、上下方向位置調整部７８（図１参照）によるコイル支持枠９の上下方向への移動に追従して、姿勢変化する部分である。また、姿勢変化部１０２は、水平方向位置調整部５８（図１参照）によるコイル支持枠９の水平方向への移動に追従して、姿勢変化可能である。姿勢変化部１０２は、対向部１１０と、球面軸受１２０と、を備える。

対向部１１０は、保持部１０３の下面１０８と突出部１０６との間に形成される空間に収容される略円板状の部材である。対向部１１０の外径は突出部１０６の先端部１０６ａの内径よりも大きい。従って、対向部１１０の外周縁部は、突出部１０６に支持される。対向部１１０は、コイル支持枠９の下面１０８に対向する対向面１１０ａを有する。対向面１１０ａは、コイル支持枠９の下面１０８に向かって凸状をなして湾曲してよい。本実施形態では、対向面１１０ａは、上方向かって突出する球面によって構成されている。これにより、対向面１１０ａは、コイル支持枠９の下面１０８と点接触する。対向面１１０ａは、中心軸ＣＬを中心軸とした球面である。従って、対向面１１０ａは、中心軸ＣＬの位置にて、コイル支持枠９の下面１０８と点接触する。なお、対向面１１０ａの球面の曲率は、図６に示すものより緩やかにしてよい。また、対向面１１０ａは、コイル支持枠９の下面１０８と点接触、または略点接触する形状であれば特に形状は限定されず、例えば下面１０８に向かって凸状をなして傾斜するような、テーパー面であってもよい。なお、対向部１１０の下面１１０ｂと突出部１０６の上面との間には、僅かな隙間が設けられている。

球面軸受１２０は、対向部１１０と棒状部材１０１との間に設けられ、対向部１１０を回動可能に支持する部材である。球面軸受１２０は、対向部１１０と共にコイル支持枠９の動きに追従して動く可動部１２１と、棒状部材１０１に対して固定されて可動部１２１を支持する固定部１２２と、を備える。

可動部１２１は、対向部１１０の下方に配置された球体部１２３と、球体部１２３と対向部１１０とを連結する連結部１２４と、を備える。球体部１２３は、中心が中心軸ＣＬ上に配置される球体によって構成される部材である。球体部１２３の中心は、少なくともコイル支持枠９の保持部１０３の突出部１０６よりも下側に配置されている。なお、球体部１２３の下端部側には平面１２３ａが形成されてよい。連結部１２４は、球体部１２３の上端部側から上方へ向かって延びる柱状部材である。連結部１２４の外径は、保持部１０３の開口部１０７の内径よりも小さい。連結部１２４は、球体部１２３及び対向部１１０に固定されている。すなわち、対向部１１０は、連結部１２４を介して球体部１２３に固定されている。

固定部１２２は、球体部１２３を取り囲んで、可動部１２１を回動可能に支持する筒状の部材である。固定部１２２は、その中心軸が中心軸ＣＬと一致するように配置される。固定部１２２の内周面は球体部１２３を摺動可能に受ける受け面１２２ａとして構成されている。受け面１２２ａは、球体部１２３の球面に沿って径方向外側へ向かって湾曲する形状を有する。固定部１２２の下端部１２２ｂは、平面状に構成されており、棒状部材１０１の上端部に固定されている。なお、棒状部材１０１の内部には、回動する可動部１２１の球体部１２３（図８参照）との干渉を防止する空間が形成されている。固定部１２２の上端部１２２ｃは、保持部１０３の突出部１０６の下端部１０６ｂよりも下方へ離間した位置に配置される。これによって、固定部１２２と保持部１０３との間には隙間が形成され、当該隙間によってコイル支持枠９が移動する際に、固定部１２２と突出部１０６が干渉することを抑制できる（図８参照）。

次に、本実施形態に係る超伝導サイクロトロン１、及び超伝導電磁石５の作用・効果について説明する。

この超伝導サイクロトロン１では、超伝導電磁石５の超伝導コイル７，８が通電されて、超伝導コイル７，８の周囲に磁束が発生する。この磁束がヨーク６及びポール３，４を通り超伝導コイル７，８周りに磁気回路を形成し、対向する一対のポール３，４間の加速空間Ｇに磁場が形成される。そして、加速空間Ｇに供給された荷電粒子は、磁場及び電場によって加速されて、荷電粒子ビームとして出射される。

この超伝導サイクロトロン１では、上下方向荷重支持体２１，２２を用いて、コイル支持枠９の上下方向の位置を調整することができる。また、複数の上下方向荷重支持体２１，２２による位置調整により、コイル支持枠９の傾きを変えるように、位置調整を行うことができる。これにより、超伝導コイル７，８の位置及び傾きを調整することができ、加速空間Ｇにおける磁場を調整して、荷電粒子ビームを調整することができる。

超伝導サイクロトロン１では、コイル支持枠９が水平方向荷重支持体３１，３２によって支持されているので、水平方向荷重支持体３１，３２を用いて、中心軸Ｃ方向と直交する方向にコイル支持枠９を移動させて、位置調整することができる。

また、水平方向荷重支持体３１，３２では、水平方向位置調整部５８を備えているので、ナット６１を回転操作することで、ロッド部５７を荷重支持体固定部６０に対して、Ｘ軸方向に移動させることができる。複数の水平方向荷重支持体３１，３２の位置を適宜移動させることで、コイル支持枠９を、中心軸Ｃと直交する方向に移動して位置調整することができる。これにより、超伝導コイル７，８を中心軸Ｃと直交する方向に移動させて、超伝導コイル７，８による磁場を調整して、荷電粒子ビームを調整することができる。

また、水平方向位置調整部５８は、ナット６１を回転させることで、ロッド部５７を変位させることができるので、ナット６１の１回転に対するロッド部５７の変位量を一定とすることができる。そのため、位置調整の管理を容易とすることができる。上下方向位置調整部７８についても、同様の作用・効果を得ることができる。

また、超伝導サイクロトロン１は、上下方向において、真空容器１０に対してコイル支持枠９を支持する、コイル支持枠９の周方向に沿って複数設けられた上下方向荷重支持体２１，２２と、上下方向において、それぞれの上下方向荷重支持体２１，２２を介して真空容器１０に対するコイル支持枠９の位置を調整する複数の上下方向位置調整部７８と、を備えている。従って、真空容器１０に対するコイル支持枠９の位置は、上下方向位置調整部７８によって位置調整可能である。ここで、上下方向荷重支持体２１，２２は、上下方向位置調整部７８によるコイル支持枠９の上下方向への移動に追従して、姿勢変化する姿勢変化部１０２を有する。このように、超伝導コイル７，８と共にコイル支持枠９が上下方向へ位置調整されると、上下方向荷重支持体２１，２２は、姿勢変化部１０２にてコイル支持枠９の上下方向への移動へ追従するように姿勢変化する。従って、上下方向荷重支持体２１，２２は、コイル支持枠９及び超伝導コイル７，８の位置調整を広い範囲で許容することができる。以上により、超伝導コイル７，８の位置調整範囲を広くすることができる。

超伝導サイクロトロン１において、コイル支持枠９は、上下方向において超伝導コイル７，８と対向する下面１０８を有し、上下方向荷重支持体２１，２２は、真空容器１０に対して接続された棒状部材１０１を備え、姿勢変化部１０２は、コイル支持枠９の下面１０８に対向すると共に、下面１０８に向かって凸状をなして湾曲する対向面１１０ａを有する対向部１１０と、対向部１１０と棒状部材１０１との間に設けられ、対向部１１０を回動可能に支持する球面軸受１２０と、を備えてよい。複数の上下方向荷重支持体２１，２２のうち、いずれかの上下方向荷重支持体２１，２２に対する上下方向位置調整部７８の調整を行った場合、コイル支持枠９は、超伝導コイル７，８と共に上下方向に対して傾斜するように移動する。このようなコイル支持枠９の動きに対して、姿勢変化部１０２は、コイル支持枠９の下面１０８に対向すると共に、下面１０８に向かって凸状をなして湾曲する対向面１１０ａを有する対向部１１０を備えている。これにより、当該対向面１１０ａと下面１０８とが摺動し易い構成となっている。また、姿勢変化部１０２は、対向部１１０と棒状部材１０１との間に設けられ、対向部１１０を回動可能に支持する球面軸受１２０を備えている。これにより、コイル支持枠９の傾斜に応じて球面軸受１２０で対向部１１０を回動させることができる。従って、姿勢変化部１０２は、コイル支持枠９の上下方向への移動に追従して、適切に姿勢変化することができる。

ここで、超伝導コイル７，８の上下方向への位置調整に伴う姿勢変化部１０２の姿勢変化の態様について説明する。前述のように、上下方向荷重支持体２１，２２は、コイル支持枠９の周方向において、複数配置されている。それらの上下方向荷重支持体２１，２２に対応して、上下方向位置調整部７８もコイル支持枠９の周方向において複数配置されている。超伝導コイル７，８の上下方向の位置調整を行う場合は、複数の上下方向位置調整部７８を一つずつ調整する。すなわち、一つの上下方向位置調整部７８の調整を行い、対応する一つの上下方向荷重支持体２１，２２の上下方向の位置を変化させているとき、周方向における他の上下方向荷重支持体２１，２２の上下方向の位置は変化しない。従って、コイル支持枠９は、位置調整に係る上下方向荷重支持体２１，２２に対応する箇所に対してのみ、上下方向へ移動する力が作用する。従って、上下方向位置調整部７８で上下方向の位置調整を行う場合、コイル支持枠９は、水平方向に対する角度が一定に保たれたまま上下方向へ移動するのではなく、水平方向に対する角度が変化するように移動する。

例えば、図６に示すように、コイル支持枠９の下面１０８が水平となっている状態から、上下方向位置調整部７８の調整によって上下方向荷重支持体２２を上側へ僅かに移動させる。この場合、図８に示すように、コイル支持枠９は、下面１０８が水平方向に対して僅かに傾斜するような態様で、上方向へ移動する。このとき、上下方向荷重支持体２２に対するコイル支持枠９の角度が僅かに変化する。姿勢変化部１０２の球面軸受１２０は、コイル支持枠９の移動に伴って移動する対向部１１０を回動させる。対向部１１０に連結された可動部１２１は、固定部１２２に対して、回動方向Ｄ１へ回動する（図８参照）。これにより、姿勢変化部１０２の球面軸受１２０は、上下方向荷重支持体２２とコイル支持枠９との連結状態を維持したままで、コイル支持枠９の移動を許容することができる。また、対向部１１０の対向面１１０ａは、コイル支持枠９の下面１０８に向かって凸状をなして湾曲するような球面である。従って、コイル支持枠９の下面１０８は、対向面１１０ａに対してスムーズに摺動することができる。コイル支持枠９の下面１０８は、対向面１１０ａの湾曲形状に沿って、対向部１１０に対して僅かに回動することができる。なお、図８において、下面１１０ｂと突出部１０６の上面との間の隙間は、紙面においてＸ軸方向の正側及び負側の両側で維持された状態を示しているが、Ｘ軸方向の正側の隙間、または負側の隙間が狭まるように、対向面１１０ａに対してコイル支持枠９が摺動してよい。また、コイル支持枠９の下面１０８は、対向面１１０ａにガイドされて、対向部１１０に対して横方向にスライドすることもできる。これによって、姿勢変化部１０２は、上下方向荷重支持体２２とコイル支持枠９との連結状態を維持したままで、コイル支持枠９の移動を許容することができる。

また、超伝導サイクロトロン１において、水平方向において、真空容器１０に対するコイル支持枠９の位置を調整する水平方向位置調整部５８を更に備え、コイル支持枠９は、水平方向において対向部１１０と隙間ＧＰ（図６参照）を介して対向する内周面１０９を有し、水平方向位置調整部５８の位置調整によってコイル支持枠９が水平方向に移動するとき、コイル支持枠９の下面１０８は、対向部１１０の対向面１１０ａに沿って摺動可能に構成されてよい。これにより、水平方向位置調整部５８によって水平方向へのコイル支持枠９の位置調整がなされるとき、コイル支持枠９は、対向部１１０と内周面１０９との間の隙間ＧＰの寸法の範囲内で、水平方向へスムーズに移動することができる。例えば、図７に示すように、コイル支持枠９が外周側へ向かって水平方向（図においてＤ２で示す）へ移動する場合、仮想線で示されるように、下面１０８が対向面１１ａでガイドされるように、コイル支持枠９が水平方向へスライドする。

本実施形態に係る超伝導電磁石５は、磁場を発生する超伝導電磁石５であって、中心軸Ｃ周りに巻かれた超伝導コイル７，８と、超伝導コイル７，８を支持するコイル支持枠９と、超伝導コイル７，８及びコイル支持枠９を内部に収容する真空容器１０と、上下方向において、コイル支持枠９を支持する、コイル支持枠９の周方向に沿って複数設けられた上下方向荷重支持体２１，２２と、それぞれの上下方向荷重支持体２１，２２を介してコイル支持枠９の位置を調整する複数の上下方向位置調整部７８と、を備え、上下方向荷重支持体２１，２２は、上下方向位置調整部７８によるコイル支持枠９の上下方向への移動に追従して、姿勢変化する姿勢変化部１０２を有する。

この超伝導電磁石５によれば、上述の超伝導サイクロトロン１と同様の作用・効果を得ることができる。

本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で下記のような種々の変形が可能である。

超伝導電磁石５の超伝導コイル７，８は、２個の超伝導コイル７，８を有する場合に限られず、１個または３個以上の超伝導コイルを有してもよい。

また、本発明に係る超伝導電磁石は、サイクロトロンに限られず、ＭＣＺ法によるシリコン単結晶引き上げ装置に適用することもできる。超伝導電磁石は、高磁場が求められる装置であれば、どのような装置にでも適用可能である。

また、上記実施形態では、４本の水平方向荷重支持体３１，３２を備える構成としているが、１本の水平方向荷重支持体を備える構成でもよく、２本以上の水平方向荷重支持体を備える構成でもよい。

また、上記実施形態では、超伝導コイル７，８の中心軸Ｃは、上下方向に沿うように配置されているが、中心軸Ｃが水平方向に沿うように配置された超伝導コイル７，８でもよく、中心軸Ｃが上下方向に対して傾斜して配置された超伝導コイル７，８でもよい。

上述の実施形態では、連結構造１００がコイル支持枠９と上下方向荷重支持体２１，２２との間に設けられていた。これに代えて、連結構造１００が、真空容器１０側に設けられてもよい。例えば、図９に示すように、上下方向荷重支持体２２２の中途位置に連結構造２００が設けられてもよい。上下方向荷重支持体２２２は、真空容器１０内に進入してコイル支持枠９に接続される棒状部材２０１を備える。また、棒状部材２０１の上下方向における中途位置には、保持部２０３及び姿勢変化部１０２を有する。棒状部材２０１のうち上側の部分を上側棒状部材２０１Ａとし、下側の部分を下側棒状部材２０１Ｂとする。下面２０８は、上側棒状部材２０１Ａの下端に設けられた保持部２０３の下面２０８は、上下方向において超伝導コイル７，８と対向する第１方向面として形成される。上側棒状部材２０１Ａの上端はコイル支持枠９に固定される。姿勢変化部１０２は、保持部２０３と下側棒状部材２０１Ｂの上端との間に設けられる。姿勢変化部１０２自体は、前述の連結構造１００と同様の構成を有する。

このような構成によれば、複数の上下方向荷重支持体２２２に対する上下方向位置調整部７８の調整を行った場合、コイル支持枠９は、超伝導コイル７，８と共に上下方向に対して傾斜するように移動する。このようなコイル支持枠９の動きに対して、姿勢変化部１０２は、上側棒状部材２０１Ａの下面２０８に対向すると共に、下面１０８に向かって凸状をなして湾曲する対向面１１０ａを有する対向部１１０を備えている。これにより、当該対向面１１０ａと下面２０８とが摺動し易い構成となっている。また、姿勢変化部１０２は、対向部１１０Ａと下側棒状部材２０１Ｂとの間に設けられ、対向部１１０を回動可能に支持する球面軸受１２０を備えている。これにより、コイル支持枠９の傾斜に応じて球面軸受１２０で対向部１１０を回動させることができる。従って、姿勢変化部１０２は、コイル支持枠９及び上側棒状部材２０１Ａの上下方向への移動に追従して、適切に姿勢変化することができる。なお、保持部２０３が下側棒状部材２０１Ｂの上端に設けられ、姿勢変化部１０２を上下逆にして上側棒状部材２０１Ａの下端に設けてもよい。

なお、超電導サイクロトロンの支持構造は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、上下方向荷重支持体は、上側と下側の双方に設けられていた。これに代えて、上側の四本の上下方向荷重支持体２１を省略し、下側の四本の上下方向荷重支持体２２のみで支持してもよい。あるいは、上側の四本の上下方向荷重支持体２１のみで吊り下げるように支持し、下側の四本の上下方向荷重支持体２２を省略してもよい。また、上下方向位置調整部７８は、ヨーク６に取り付けられていたが、ヨーク６の内側に配置し、真空容器１０に取り付けてもよい。

１…超伝導サイクロトロン、５…超伝導電磁石、７，８…超伝導コイル、９…コイル支持枠（コイル支持体）、２１，２２…上下方向荷重支持体（第１方向支持部）、３１，３２…水平方向荷重支持体（第２方向支持部）、５８…水平方向位置調整部（第２方向位置調整部）、７８…上下方向位置調整部（第１方向位置調整部）、１０１，２０１…棒状部材、１０２…姿勢変化部、１０８，２０８…下面（第１方向面）、１０９…内周面（第２方向面）、１１０…対向部、１１０ａ…対向面、１２０…球面軸受。

Claims (4)

1. 荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する超伝導サイクロトロンであって、
   巻き中心軸周りに巻かれた超伝導コイルと、
   前記超伝導コイルを支持するコイル支持体と、
   前記超伝導コイル及び前記コイル支持体を内部に収容する真空容器と、
   前記巻き中心軸が延びる第１方向において、前記真空容器に対して前記コイル支持体を支持する、前記コイル支持体の周方向に沿って複数設けられた第１方向支持部と、
   前記第１方向において、それぞれの前記第１方向支持部を介して前記真空容器に対する前記コイル支持体の位置を調整する複数の第１方向位置調整部と、を備え、
   前記第１方向支持部は、前記第１方向位置調整部による前記コイル支持体の前記第１方向への移動に追従して、姿勢変化する姿勢変化部を有し、
   前記コイル支持体は、前記第１方向において前記超伝導コイルと対向する第１方向面を有し、
   前記第１方向支持部は、前記真空容器内に進入して前記コイル支持体側へ延びる棒状部材を備え、
   前記姿勢変化部は、
   前記コイル支持体の前記第１方向面に対向すると共に、前記第１方向面に向かって凸状をなして湾曲又は傾斜することで、前記第１方向面と一部で接触して、他の部分で前記第１方向面と離間した状態で対向する対向面を有する対向部と、
   前記対向部と前記棒状部材との間に設けられ、前記対向部を回動可能に支持する球面軸受と、を備える、超伝導サイクロトロン。
2. 荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する超伝導サイクロトロンであって、
   巻き中心軸周りに巻かれた超伝導コイルと、
   前記超伝導コイルを支持するコイル支持体と、
   前記超伝導コイル及び前記コイル支持体を内部に収容する真空容器と、
   前記巻き中心軸が延びる第１方向において、前記真空容器に対して前記コイル支持体を支持する、前記コイル支持体の周方向に沿って複数設けられた第１方向支持部と、
   前記第１方向において、それぞれの前記第１方向支持部を介して前記真空容器に対する前記コイル支持体の位置を調整する複数の第１方向位置調整部と、を備え、
   前記第１方向支持部は、前記第１方向位置調整部による前記コイル支持体の前記第１方向への移動に追従して、姿勢変化する姿勢変化部を有する、
   前記コイル支持体は、前記第１方向において前記超伝導コイルと対向する第１方向面を有し、
   前記第１方向支持部は、前記真空容器内に進入して前記コイル支持体側へ延びる棒状部材を備え、
   前記姿勢変化部は、
   前記コイル支持体の前記第１方向面に対向すると共に、前記第１方向面に向かって凸状をなして湾曲又は傾斜する対向面を有する対向部と、
   前記対向部と前記棒状部材との間に設けられ、前記対向部を回動可能に支持する球面軸受と、を備える、
   前記第１方向と直交する第２方向において、前記真空容器に対する前記コイル支持体の位置を調整する第２方向位置調整部を更に備え、
   前記コイル支持体は、前記第２方向において前記対向部と隙間を介して対向する第２方向面を有し、
   前記第２方向位置調整部の位置調整によって前記コイル支持体が前記第２方向に移動するとき、前記コイル支持体の前記第１方向面は、前記対向部の対向面に沿って摺動可能に構成される、超伝導サイクロトロン。
3. 荷電粒子を加速して荷電粒子線を出射する超伝導サイクロトロンであって、
   巻き中心軸周りに巻かれた超伝導コイルと、
   前記超伝導コイルを支持するコイル支持体と、
   前記超伝導コイル及び前記コイル支持体を内部に収容する真空容器と、
   前記巻き中心軸が延びる第１方向において、前記真空容器に対して前記コイル支持体を支持する、前記コイル支持体の周方向に沿って複数設けられた第１方向支持部と、
   前記第１方向において、それぞれの前記第１方向支持部を介して前記真空容器に対する前記コイル支持体の位置を調整する複数の第１方向位置調整部と、を備え、
   前記第１方向支持部は、前記第１方向位置調整部による前記コイル支持体の前記第１方向への移動に追従して、姿勢変化する姿勢変化部を有する、
   前記第１方向支持部は、前記真空容器内に進入して前記コイル支持体に接続される棒状部材を備え、
   前記棒状部材の前記第１方向における中途位置には、前記第１方向において前記超伝導コイルと対向する第１方向面、及び前記姿勢変化部を有し、
   前記姿勢変化部は、
   前記棒状部材の前記第１方向面に対向すると共に、前記第１方向面に向かって凸状をなして湾曲又は傾斜する対向面を有する対向部と、
   前記対向部と前記棒状部材との間に設けられ、前記対向部を回動可能に支持する球面軸受と、を備える、超伝導サイクロトロン。
4. 磁場を発生する超伝導電磁石であって、
   巻き中心軸周りに巻かれた超伝導コイルと、
   前記超伝導コイルを支持するコイル支持体と、
   前記超伝導コイル及び前記コイル支持体を内部に収容する真空容器と、
   前記巻き中心軸が延びる第１方向において、前記真空容器に対して前記コイル支持体を支持する、前記コイル支持体の周方向に沿って複数設けられた第１方向支持部と、
   前記第１方向において、それぞれの前記第１方向支持部を介して前記真空容器に対する前記コイル支持体の位置を調整する複数の第１方向位置調整部と、を備え、
   前記第１方向支持部は、前記第１方向位置調整部による前記コイル支持体の前記第１方向への移動に追従して、姿勢変化する姿勢変化部を有し、
   前記コイル支持体は、前記第１方向において前記超伝導コイルと対向する第１方向面を有し、
   前記第１方向支持部は、前記真空容器内に進入して前記コイル支持体側へ延びる棒状部材を備え、
   前記姿勢変化部は、
   前記コイル支持体の前記第１方向面に対向すると共に、前記第１方向面に向かって凸状をなして湾曲又は傾斜することで、前記第１方向面と一部で接触して、他の部分で前記第１方向面と離間した状態で対向する対向面を有する対向部と、
   前記対向部と前記棒状部材との間に設けられ、前記対向部を回動可能に支持する球面軸受と、を備える、超伝導電磁石。
   

Images