JP6909636B2 - Superconducting cyclotron and manufacturing method of superconducting cyclotron - Google Patents

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Description

本発明は、超伝導サイクロトロン、及び超伝導サイクロトロンの製造方法に関する。 The present invention relates to a superconducting cyclotron and a method for producing a superconducting cyclotron.

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、中心軸が延びる方向と直交する直交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。このような支持体は、コイル支持体に接続されたロッド部を有している。作業者は、ロッド部のねじ部に取り付けられたナットの締め付け量を調整することで、超伝導コイルの位置調整を行うことができる。 Conventionally, for example, Patent Document 1 is known as a technique in such a field. The cyclotron described in Patent Document 1 includes a vacuum vessel, a superconducting coil arranged inside the vacuum vessel, and a coil support for supporting the superconducting coil. The cyclotron includes a support that can adjust the position of the superconducting coil in a direction orthogonal to the direction in which the central axis extends. Such a support has a rod portion connected to the coil support. The operator can adjust the position of the superconducting coil by adjusting the tightening amount of the nut attached to the threaded portion of the rod portion.

特開２０１６−２０７４５４号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-207454

ここで、ロッド部の径が大きくなることにより、ナットを回すために必要な力が大きくなる。このように、ナットを回すための力が大きくなると、作業者の力でコイルの位置調整を行うことが出来なくなる場合がある。一方、ナットを回すための力を低減するために、ロッド部の径を小さくすることが考えられる。しかしながら、ステンレス鋼で形成されたロッド部の径を小さくすると、支持体として十分な強度を確保できなくなる可能性がある。 Here, as the diameter of the rod portion increases, the force required to turn the nut increases. As described above, when the force for turning the nut becomes large, it may not be possible to adjust the position of the coil by the force of the operator. On the other hand, in order to reduce the force for turning the nut, it is conceivable to reduce the diameter of the rod portion. However, if the diameter of the rod portion made of stainless steel is reduced, it may not be possible to secure sufficient strength as a support.

本発明は、超伝導コイルの支持体の強度を確保しつつ、超伝導コイルの位置調整を容易に行うことができる超伝導サイクロトロン、及び超伝導サイクロトロンの製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a superconducting cyclotron capable of easily adjusting the position of the superconducting coil while ensuring the strength of the support of the superconducting coil, and a method for manufacturing the superconducting cyclotron.

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、一部が真空容器に進入してコイル支持体に接続され、巻き中心軸が延びる方向と直交する直交方向におけるコイル支持体の位置を調整可能な直交方向支持体と、を備え、直交方向支持体は、少なくとも一端側が真空容器の外部に位置するロッド部と、ロッド部に嵌め込まれ、嵌め込み量を変更することでロッド部を真空容器に対して進退させるナットと、を備え、ロッド部は、チタンを含んで形成される。 The superconducting cyclotron according to the present invention includes a superconducting coil wound around a winding central axis, a coil support that supports the superconducting coil, and a vacuum container that internally houses the superconducting coil and the coil support. The orthogonal support is provided with an orthogonal support in which the portion enters the vacuum vessel and is connected to the coil support and the position of the coil support can be adjusted in the orthogonal direction orthogonal to the direction in which the winding center axis extends. A rod portion whose at least one end side is located outside the vacuum vessel and a nut that is fitted into the rod portion and moves the rod portion forward and backward with respect to the vacuum vessel by changing the fitting amount, and the rod portion is made of titanium. It is formed by including.

本発明に係る超伝導サイクロトロンは、超伝導コイルを支持するコイル支持体と、巻き中心軸が延びる方向と直交する直交方向におけるコイル支持体の位置を調整可能な直交方向支持体と、を備えている。また、直交方向支持体は、少なくとも一端側が真空容器の外部に位置するロッド部と、ロッド部に嵌め込まれ、嵌め込み量を変更することでロッド部を真空容器に対して進退させるナットと、を備える。従って、ナットを回して嵌め込み量を調整することで、ロッド部及びコイル支持部を介して、超伝導コイルの直交方向への位置調整を行うことができる。このような構成において、ロッド部は、チタンを含んで形成される。チタンは、非磁性体でありながら、ステンレス鋼よりも強度が高い材料である。よって、ロッド部の径を小さくしても直交方向支持体の強度を確保することができる。そして、ロッド部の径を小さくすることで、ナットを回すのに必要な力を低減することができる。以上により、超伝導コイルの支持体の強度を確保しつつ、超伝導コイルの位置調整を容易に行うことができる。 The superconducting cyclotron according to the present invention includes a coil support that supports the superconducting coil and an orthogonal support that can adjust the position of the coil support in a direction orthogonal to the direction in which the winding center axis extends. There is. Further, the orthogonal support includes a rod portion whose at least one end side is located outside the vacuum container, and a nut that is fitted into the rod portion and advances and retracts the rod portion with respect to the vacuum container by changing the fitting amount. .. Therefore, by turning the nut to adjust the fitting amount, the position of the superconducting coil can be adjusted in the orthogonal direction via the rod portion and the coil support portion. In such a configuration, the rod portion is formed containing titanium. Titanium is a non-magnetic material with higher strength than stainless steel. Therefore, the strength of the orthogonal support can be ensured even if the diameter of the rod portion is reduced. Then, by reducing the diameter of the rod portion, the force required to turn the nut can be reduced. As described above, the position of the superconducting coil can be easily adjusted while ensuring the strength of the support of the superconducting coil.

超伝導サイクロトロンにおいて、直交方向支持体は、ロッド部の周面に固定され、ステンレス鋼を含んで形成されるカラー部と、一端側がカラー部に固定され、他端側が真空容器に固定され、ロッド部の一部を内部に収容するべローズ部と、を更に備え、べローズ部は、ロッド部の進退方向に収縮可能であり、ステンレス鋼を含んで形成されてよい。ベローズ部は、ロッド部と真空容器との間の位置調整を許容しながら、当該箇所における気密性を確保する部材である。このようなベローズ部はステンレス鋼を含んで形成されているため、異種材料であるチタンのロッド部と直接溶接などによって固定しようとする場合、十分な気密性を確保できない場合がある。また、ベローズ部の構造の制約上、気密性を確保できるような固定方法を採用することもできない。従って、ステンレス鋼を含んで形成されるカラー部をロッド部に固定することで、ベローズ部を異種材料である当該ロッド部に固定することが可能となる。これによって、ロッド部と真空容器との間の気密性を確保することができる。 In the superconducting cyclotron, the orthogonal support is fixed to the peripheral surface of the rod part, the collar part formed including stainless steel, one end side is fixed to the collar part, the other end side is fixed to the vacuum vessel, and the rod. A bellows portion for accommodating a part of the portion is further provided, and the bellows portion can be contracted in the advancing / retreating direction of the rod portion, and may be formed including stainless steel. The bellows portion is a member that ensures airtightness at the portion while allowing position adjustment between the rod portion and the vacuum vessel. Since such a bellows portion is formed of containing stainless steel, sufficient airtightness may not be ensured when it is attempted to be fixed to a rod portion of titanium, which is a dissimilar material, by direct welding or the like. Further, due to the restrictions on the structure of the bellows portion, it is not possible to adopt a fixing method that can ensure airtightness. Therefore, by fixing the collar portion formed of including stainless steel to the rod portion, the bellows portion can be fixed to the rod portion which is a different material. Thereby, the airtightness between the rod portion and the vacuum container can be ensured.

本発明に係る超伝導サイクロトロンの製造方法は、上述の超伝導サイクロトロンの製造方法であって、ロッド部とカラー部とを摩擦撹拌接合によって固定してよい。これにより、互いに異なる材料であるロッド部とカラー部とを十分な気密性を確保した状態で固定することができる。 The method for manufacturing a superconducting cyclotron according to the present invention is the above-mentioned method for manufacturing a superconducting cyclotron, and the rod portion and the collar portion may be fixed by friction stir welding. As a result, the rod portion and the collar portion, which are different materials from each other, can be fixed in a state of ensuring sufficient airtightness.

本発明によれば、超伝導コイルの支持体の強度を確保しつつ、超伝導コイルの位置調整を容易に行うことができる超伝導サイクロトロン、及び超伝導サイクロトロンの製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a superconducting cyclotron capable of easily adjusting the position of the superconducting coil while ensuring the strength of the support of the superconducting coil, and a method for manufacturing the superconducting cyclotron.

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。It is sectional drawing which shows the cross section which cut the superconducting cyclotron of one Embodiment of this invention in the direction along the central axis of a superconducting coil. 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。It is sectional drawing which shows the cross section which cut the cyclotron in the direction orthogonal to the central axis of a superconducting coil. 水平方向荷重支持体を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the horizontal load support. 水平方向荷重支持体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the horizontal load support. 水平方向荷重支持体を示す側面図である。It is a side view which shows the horizontal load support. ロッド部の先端部付近の構造を示す拡大断面図である。It is an enlarged cross-sectional view which shows the structure near the tip part of a rod part.

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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same parts or corresponding parts are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

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。 As shown in FIG. 1, the superconducting cyclotron 1 according to the present embodiment supplies charged particles from an ion source (not shown) into the acceleration space G, and accelerates the charged particles in the acceleration space G to charge the charged particles. It is a horizontal circular accelerator that outputs a beam. Examples of charged particles include protons and heavy particles (heavy ions). The superconducting cyclotron 1 is used, for example, as an accelerator for charged particle beam therapy.

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。 Since this superconducting cyclotron 1 continuously accelerates a charged particle beam that draws a circular orbit in the acceleration space G, it is isochronous (the time required for one round is the same regardless of the size of the radius of the circular orbit). It is necessary to control the magnetic flux density so as to secure it.

超伝導サイクロトロン１は、イオン源の他に、超伝導電磁石装置５を備えている。超伝導電磁石装置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。 The superconducting cyclotron 1 includes a superconducting electromagnet device 5 in addition to an ion source. The superconducting electromagnet device 5 includes poles 3 and 4, a yoke 6, superconducting coils 7 and 8, a coil support frame (coil support) 9, and a vacuum vessel 10.

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。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。 The poles 3 and 4 are arranged apart from each other in the C direction of the central axis of the superconducting coils 7 and 8 (the winding central axis of the superconducting coils 7 and 8). In the superconducting cyclotron 1, the central axis C direction is arranged along the vertical direction. The pole 3 is an upper pole arranged above the acceleration space G, and the pole 4 is a lower pole arranged below the acceleration space G. Further, electrodes (di-electrodes, not shown) are provided between the poles 3 and 4. An electric field is formed by applying a high frequency to this electrode.

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。 The yoke 6 is a hollow disk-shaped block in which poles 3 and 4 and a vacuum vessel 10 are arranged. The yoke 6 includes a cylindrical portion 6a, a top portion 6b formed to close one opening of the cylindrical portion 6a, and a bottom portion 6c formed to close the other opening of the cylindrical portion 6a. The yoke 6 is for preventing the magnetic field lines generated by the superconducting coils 7 and 8 and the poles 3 and 4 from leaking to the outside.

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。 As shown in FIG. 2, the poles 3 and 4 have four hills 11 provided in a spiral shape in a spiral shape from the vicinity of the central axis C toward the outer side in the radial direction. The hill 11 faces vertically with the acceleration space G in between, and converges the charged particle beam in the acceleration space G in the vertical direction.

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（中心軸Ｃ方向）及び水平方向（中心軸Ｃに直交する方向）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。 The hills 11 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the central axis C, and a valley 12 which is a gap is formed between the hills 11 adjacent to each other in the circumferential direction. That is, leeches 11 and valleys 12 are alternately formed on the poles 3 and 4 in the circumferential direction. In the superconducting cyclotron 1, the magnetic flux density is strengthened in the hill 11 and weakened in the valley 12, so that the charged particle beam is directed in the vertical direction (central axis C direction) and the horizontal direction (direction orthogonal to the central axis C). Converge. A superconducting cyclotron that forms a magnetic flux density with strong and weak magnetic flux in the circumferential direction is called an AVF [Azimuthally Varying Field] cyclotron.

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。 In the AVF cyclotron, the four hills 11 are formed so that the magnetic flux density becomes stronger toward the outer side in the radial direction. The hill 11 is formed in a spiral shape in order to strengthen the vertical convergence force of the charged particle beam. If the magnetic flux density becomes weaker toward the outer side in the radial direction, a divergent force in the vertical direction acts on the charged particle beam. The valley 12 is not limited to the voids, and may be a metal having a thickness thinner than that of the hill 11.

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。 As shown in FIG. 1, the superconducting coils 7 and 8 are wound so as to cover the outer circumferences of the poles 3 and 4. The superconducting coil 7 and the superconducting coil 8 are arranged side by side in the central axis C direction. The upper superconducting coil 7 is wound so as to cover the outer circumference of the pole 3, and the lower superconducting coil 8 is wound so as to cover the outer circumference of the pole 4. The superconducting coils 7 and 8 are not provided with an inner frame (or inner winding frame) on the inner peripheral side, for example, and the inner peripheral surface of the coil (adhesive material for fixing the wire rod and the wire rod) is adhered by another member. -It is an air-core coil that is not fixed.

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。 The coil support frame 9 includes a side plate portion 9a that covers the outer peripheral surface of the superconducting coil 7, an upper ring member 9b that covers the upper surface of the superconducting coil 7, a side plate portion 9c that covers the outer peripheral surface of the superconducting coil 8, and superconductivity. A lower ring member 9d that covers the lower surface of the coil 8 and an intermediate portion 9e that connects the upper and lower side plate portions 9a and 9c are provided. The coil support frame 9 is formed over the entire circumference of the superconducting coils 7 and 8 in the circumferential direction.

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。 The upper ring member 9b is formed so as to project inward in the radial direction from the upper end portion of the side plate portion 9a. The upper ring member 9b has an annular plate shape, and the plate thickness direction of the upper ring member 9b is arranged along the central axis C direction.

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。 The lower ring member 9d is formed so as to project inward in the radial direction from the lower end portion of the side plate portion 9c. The lower ring member 9d has an annular plate shape, and the lower ring member 9d is arranged so that the plate thickness direction of the lower ring member 9d is along the central axis C direction.

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。 The intermediate portion 9e has an intermediate ring portion 9f, an upper overhanging portion 9g, and a lower overhanging portion 9h. The radial width of the intermediate ring portion 9f corresponds to the radial width of the superconducting coils 7 and 8. The cross section of the intermediate ring portion 9f is, for example, a rectangle. The upper surface of the intermediate ring portion 9f is in contact with the lower surface of the superconducting coil 7, and the lower surface of the intermediate ring portion 9f is in contact with the upper surface of the superconducting coil 8. The upper overhanging portion 9g and the lower overhanging portion 9h project radially outward from the outer peripheral surface of the intermediate ring portion 9f. The upper overhanging portion 9g and the lower overhanging portion 9h are arranged apart from each other in the central axis C direction. The upper overhanging portion 9g is joined to the side plate portion 9a, and the lower overhanging portion 9h is joined to the side plate portion 9a. Specifically, the upper surface of the upper overhanging portion 9g is in contact with the lower surface of the side plate portion 9a, and the lower surface of the lower overhanging portion 9h is in contact with the upper surface of the side plate portion 9c. The upper overhanging portion 9g and the side plate portion 9a may be joined by bolts or other joining methods such as welding. Similarly, the lower overhanging portion 9h and the side plate portion 9c may be joined by bolts or other joining methods such as welding.

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。 The vacuum vessel 10 houses the superconducting coils 7 and 8 and the coil support frame 9. The vacuum vessel has a coil accommodating portion 10a for accommodating the superconducting coil and the coil support frame 9, a communicating portion 10b communicating with the coil accommodating portion 10a and extending in the vertical direction, and a communicating portion 10c extending in the horizontal direction. The coil accommodating portion 10a has an inner wall 10d arranged radially inside the superconducting coils 7 and 8 and an outer wall 10e arranged radially outside the superconducting coils 7 and 8. The inner wall 10d is arranged so as to cover the inner peripheral side of the superconducting coils 7 and 8 and the coil support frame 9, and the outer wall 10e is arranged so as to cover the outer peripheral side of the superconducting coils 7 and 8 and the coil support frame 9. ing. That is, the superconducting coils 7 and 8 and the coil support frame 9 are arranged in the accommodation space sandwiched between the inner wall 10d and the outer wall 10e.

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。 Further, the vacuum container 10 has an upper surface wall that closes the upper side of the accommodation space and a lower surface wall that closes the lower side of the accommodation space. The upper surface wall is arranged to face the upper ring member 9b in the central axis C direction, and the lower surface wall is arranged to face the lower ring member 9d in the central axis C direction. An opening is provided on the upper wall, and a communication portion 10b is arranged corresponding to the opening. Similarly, an opening is provided in the lower surface wall, and a communication portion 10b is arranged corresponding to the opening.

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。 The communication portion 10b has, for example, a cylindrical shape and extends in the central axis C direction. The communication portion 10b accommodates the vertical load supports 21 and 22, which will be described later. The communication portion 10c has, for example, a cylindrical shape and extends in an orthogonal direction orthogonal to the central axis C. The communication portion 10c accommodates the horizontal load supports 31 and 32, which will be described later. Further, a refrigerator (cooling unit) 13 for cooling the superconducting coils 7 and 8 is connected to the vacuum container 10. The refrigerator 13 is, for example, a GM refrigerator, and can cool the superconducting coils 7 and 8 to, for example, 4K. The refrigerator is not limited to the GM refrigerator (Gifford-McMahon cooler), and may be, for example, a sterling refrigerator or other refrigerators.

ここで、超伝導サイクロトロン１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（直交方向支持体）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。 Here, the superconducting cyclotron 1 supports the vertical load supports 21 and 22 that support the coil support frame 9 and adjust the position of the coil support frame 9 in the central axis C direction, and the coil support frame 9 while supporting the coil support frame 9. It has horizontal load supports (orthogonal supports) 31 and 32 that adjust the radial position of the support frame 9. The radial direction is an orthogonal direction orthogonal to the central axis C.

上下方向荷重支持体２１、２２は、ヨーク６に対して相対的に固定され、中心軸Ｃ方向からコイル支持枠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。 The vertical load supports 21 and 22 are fixed relative to the yoke 6 and support the coil support frame 9 from the central axis C direction. The vertical load supports 21 and 22 are arranged so as to sandwich the coil support frames 9 as a pair of upper and lower parts, and support the coil support frames 9 by pulling the coil support frames 9 in opposite directions. A plurality of vertical load supports 21 and 22 are arranged in the circumferential direction of the coil support frame 9. The plurality of vertical load supports 21 and 22 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the coil support frame 9.

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。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に対して上下方向荷重支持体２１を位置決めする位置決め部が設けられている。この位置決め部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。位置決め部としては、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位置決め部は、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。 The lower end of the vertical load support 21 is connected to the upper ring member 9b. The vertical load support 21 extends upward from the upper ring member 9b, penetrates the wall body of the vacuum vessel 10, and projects to the outside of the yoke 6. At the upper end of the vertical load support 21, a positioning portion for positioning the vertical load support 21 with respect to the yoke 6 is provided. The vertical load support 21 can be displaced in the central axis C direction by this positioning portion. Examples of the positioning portion include position adjustment using screws. By rotating the nut attached to the screw, the screw is moved in the direction of the central axis C, and the vertical load support 21 is displaced. The attachment portion and the positioning portion of the vertical load support 21 to the yoke 6 can have the same configuration as the horizontal load support 31 described later.

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。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に対して上下方向荷重支持体２２を位置決めする位置決め部が設けられている。この位置決め部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。位置決め部としては、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位置決め部は、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。 The upper end of the vertical load support 22 is connected to the lower ring member 9d. The vertical load support 22 extends downward from the lower ring member 9d, penetrates the wall body of the vacuum vessel 10, and projects to the outside of the yoke 6. At the lower end of the vertical load support 22, a positioning portion for positioning the vertical load support 22 with respect to the yoke 6 is provided. The vertical load support 22 can be displaced in the central axis C direction by this positioning portion. Examples of the positioning portion include position adjustment using screws. By rotating the nut attached to the screw, the screw is moved in the direction of the central axis C, and the vertical load support 22 is displaced. The mounting portion and the positioning portion of the vertical load support 22 with respect to the yoke 6 can have the same configuration as the horizontal load support 31 described later.

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。 The positions of the superconducting coils 7 and 8 with respect to the poles 3 and 4 can be changed by appropriately adjusting the positions of the plurality of vertical load supports 21 and 22. Specifically, the superconducting coils 7 and 8 are displaced upward, the superconducting coils 7 and 8 are displaced downward, or the central axis C of the superconducting coils 7 and 8 is tilted with respect to the vertical direction. As such, the superconducting coils 7 and 8 can be displaced.

水平方向荷重支持体３１，３２は、ヨーク６に対して相対的に固定され、径方向外側からコイル支持枠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Ｘ１（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Ｘ２（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。 The horizontal load supports 31 and 32 are fixed relative to the yoke 6 and support the coil support frame 9 from the outside in the radial direction. A part of the horizontal load supports 31 and 32 enters the vacuum vessel 10 and is connected to the coil support frame 9. Further, the horizontal load supports 31 and 32 can adjust the position of the coil support frame 9. A plurality (for example, four) of the horizontal load supports 31 and 32 are provided. Here, the vertical direction is defined as the Z axis, and the axes orthogonal to the Z axis and orthogonal to each other are defined as the X axis (first direction) and the Y axis (second direction) (see FIGS. 3 to 5). When the central axes C of the superconducting coils 7 and 8 are arranged along the Z axis, the X axis and the Y axis are orthogonal to the central axis C. As shown in FIG. 1, the pair of horizontal load supports 31 are arranged to face each other with the coil support frame 9 in between, and the pair of horizontal load supports 32 face each other with the coil support frame 9 in between. Is arranged. The direction X 1 in which a pair of horizontal load bearing body 31 extends with (X axis direction), the direction X 2 in which a pair of horizontal load bearing body 32 extends (X axis direction), are perpendicular It may intersect at a predetermined angle.

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。 The pair of horizontal load supports 31 support the coil support frame 9 by pulling the coil support frame 9 in opposite directions. Similarly, the pair of horizontal load supports 32 support the coil support frame 9 by pulling the coil support frame 9 in opposite directions.

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。 FIG. 3 is a perspective view showing the horizontal load supports 31 and 32. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the horizontal load supports 31 and 32. FIG. 5 is a side view showing the horizontal load supports 31 and 32. As shown in FIGS. 3 to 5, the horizontal load supports 31 and 32 include the coil support frame mounting portion 33, the inner link portion 34, the intermediate connecting portion 35, the outer link portion 36, and the yoke mounting portion. 37 and. Hereinafter, the horizontal load support 31 will be described. Since the horizontal load support 32 has the same configuration as the horizontal load support 31 except that the horizontal load support 32 is arranged in a different direction, the description of the horizontal load support 32 will be omitted.

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。 The coil support frame mounting portion 33 is a portion to be mounted on the coil support frame 9. The coil support frame mounting portion 33 has a flange portion 41 fixed to the coil support frame 9 and an extension portion 42 extending from the flange portion 41. The flange portion 41 has a disk shape, and one surface is connected to the coil support frame 9. The flange portion 41 is connected to the intermediate portion 9e of the coil support frame 9 by bolt joining. The flange portion 41 may be connected to a portion other than the intermediate portion 9e of the coil support frame 9. The coil support frame mounting portion 33 and the inner link portion 34 are made of, for example, titanium. The coil support frame mounting portion 33 and the inner link portion 34 may be formed of a material other than titanium, such as stainless steel.

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。 The extending portion 42 extends from the other surface of the flange portion 41 to the outside in the X-axis direction (the radial outside of the superconducting coils 7 and 8). A connecting block portion 43 is provided at the outer end portion of the extending portion 42 in the X-axis direction. A through hole 43a penetrating in the Y-axis direction is formed in the connecting block portion 43. Further, the side surface of the connecting block portion 43 facing the Y-axis direction is a flat surface.

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。 The inner link portion 34 is a pin member 46 that connects one end of a pair of connecting plates (first direction members) 44, 45 arranged apart from each other in the Y-axis direction and one end of the pair of connecting plates 44, 45. And a spherical shaft 47 that connects the other ends of the pair of connecting plates 44 and 45 to each other.

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。 The connecting plates 44 and 45 have a predetermined length in the X-axis direction. The plate thickness directions of the connecting plates 44 and 45 are arranged along the Y-axis direction. Through holes 44a, 44b, 45a, 45b penetrating in the plate thickness direction are provided at both ends of the connecting plates 44, 45 in the X-axis direction, respectively. Further, the pair of connecting plates 44 and 45 are arranged so as to sandwich the connecting block portion 43 in the Y-axis direction. The inner surfaces of the connecting plates 44 and 45 (the surfaces facing the side surfaces of the connecting block portion 43) are formed as flat surfaces. The inner surfaces of the connecting plates 44 and 45 are in contact with the side surfaces of the connecting block portion 43.

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。 The pin member 46 has a columnar shape and is inserted into a through hole 41a of the connecting block portion 43. The outer peripheral surface of the pin member 46 is in contact with the inner peripheral surface of the through hole 41a. The pin member 46 is rotatably supported around the axis of the pin member 46 with respect to the connecting block portion 43. Further, both ends of the pin member 46 project outward from the side surface of the connecting block portion 43 in the Y-axis direction.

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。 Both ends of the pin member 46 in the X-axis direction are inserted into through holes 44a and 45a on one end side of the pair of connecting plates 44 and 45, respectively. At both ends of the pin member 46, the outer peripheral surface of the pin member 46 is in contact with the inner peripheral surface of the through hole 45a on one end side of the pair of connecting plates 44, 45. The pin member 46 is rotatably supported around the axis of the pin member 46 with respect to the pair of connecting plates 44 and 45. As a result, the pair of connecting plates 44 and 45 are rotatably supported around the Y-axis with respect to the coil support frame mounting portion 33.

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。 The spherical axis 47 has a cylindrical portion 47a provided at both ends in the Y-axis direction and a spherical portion 47b arranged between the cylindrical portions 47a. The cylindrical portion 47a is inserted into the through holes 44b, 45b on the other end side of the pair of connecting plates 44, 45, respectively. The outer peripheral surface of the cylindrical portion 47a is in contact with the inner peripheral surfaces of the through holes 44b, 45b on the other end side of the pair of connecting plates 44, 45.

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。 The spherical portion 47b has an outer diameter larger than the outer diameter of the cylindrical portion 47a. Further, the width of the spherical portion 47b in the Y-axis direction is smaller than the outer diameter of the spherical portion 47b, for example, smaller than the width (thickness) of the connecting block portion 43 in the Y-axis direction. Further, the center of the spherical portion 47b is arranged at the center between the pair of connecting plates 44 and 45.

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。 The intermediate connecting portion 35 is a portion that connects the inner link portion 34 and the outer link portion 36. The intermediate connecting portion 35 is provided on one end side and holds a bearing portion (spherical bearing portion) 48 that holds the spherical shaft 47 of the inner link portion 34, and is provided on the other end side and holds the spherical shaft 47 of the outer link portion 36. It has a bearing portion (spherical bearing portion) 49 and a strap portion 50 that connects both bearing portions 48 and 49.

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。 The bearing portion 48 has a block body, and the block body is formed with a sphere receiving portion that receives the sphere portion 47b of the spherical shaft 47. The sphere receiving portion is an opening that holds the sphere portion 47b. The inner surface shape of the sphere receiving portion corresponds to the outer surface shape of the sphere portion 47b, and the inner surface 48a of the sphere receiving portion is an abutting surface that abuts on the outer surface of the sphere portion 47b. Further, the side surfaces of the bearing portion 48 facing the Y-axis direction are arranged so as to face the inner surfaces of the pair of connecting plates 44, 45 in the Y-axis direction. A predetermined gap is formed between the side surface of the bearing portion 48 and the inner surfaces of the pair of connecting plates 44, 45. The bearing portion 48 is slidable along the outer surface (spherical surface) of the spherical portion 47b of the spherical shaft 47.

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。 In addition, instead of the spherical shaft 47 and the bearing portion 48, a pin member and a spherical sliding bearing may be provided. In the case of this configuration, the pin member held by the spherical sliding bearing is inserted and held through the through holes 44b, 45b on the other end side of the pair of connecting plates 44, 45.

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。 The bearing portion 49 has a block body, and the block body is formed with a sphere receiving portion that receives the spherical portion 53b of the spherical shaft 53 described later of the outer link portion 36. The sphere receiving portion is an opening that holds the sphere portion 53b. The inner surface shape of the sphere receiving portion corresponds to the outer surface shape of the sphere portion 53b, and the inner surface 49a of the sphere receiving portion is an abutting surface that abuts on the outer surface of the sphere portion 53b. Further, the side surfaces of the bearing portion 49 facing the Y-axis direction are arranged so as to face the inner surfaces of the pair of connecting plates 51 and 52 in the Y-axis direction. A predetermined gap is formed between the side surface of the bearing portion 49 and the inner surfaces of the pair of connecting plates 51 and 52. The bearing portion 49 is slidable along the outer surface (spherical surface) of the spherical portion 53b of the spherical shaft 53.

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。 In addition, instead of the spherical shaft 53 and the bearing portion 49, a pin member and a spherical sliding bearing may be provided. In the case of this configuration, the pin member held by the spherical sliding bearing is inserted and held through the through holes 51a and 52a on the other end side of the pair of connecting plates 51 and 52 described later of the outer link portion 36.

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。 The strap portion 50 has a pair of strip-shaped portions 50a and 50b extending in the X-axis direction, separated in the vertical direction as shown in FIG. The thickness directions of the strips 50a and 50b are arranged along the Z-axis direction. Further, the width direction of the band-shaped portions 50a and 50b corresponds to, for example, the width of the bearing portions 48 and 49 in the Y-axis direction. The strap portion 50 is formed of, for example, CFRP (carbon-fiber-reinforced plastic).

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。 One end side of the strips 50a and 50b is connected to the bearing portion 48, and the other end of the strips 50a and 50b is connected to the bearing portion 49. The band-shaped portions 50a and 50b may be fixed to the block bodies of the bearing portions 48 and 49 by fasteners for fixing the strip-shaped portions, and may be joined by adhesion, for example, the block body portion. It may be integrally molded with. Further, the strap portion 50 may be formed in an endless shape by connecting the ends of the pair of strip-shaped portions 50a and 50b to each other.

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。 The strap portion 50 is rotatably supported around the Y-axis with respect to the inner link portion 34. Further, the strap portion 50 is supported so as to be tiltable (rotatable) around the X axis with respect to the inner link portion 34. The strap portion 50 is rotatably supported around the Z-axis with respect to the inner link portion 34.

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。 Similarly, the strap portion 50 is swingably (rotatably) supported around the Y-axis with respect to the outer link portion 36. Further, the strap portion 50 is supported so as to be tiltable (rotatable) around the X axis with respect to the outer link portion 36. The strap portion 50 is rotatably supported around the Z-axis with respect to the outer link portion 36.

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。 Further, the intermediate connecting portion 35 may be provided with a plate-shaped member having a predetermined length instead of the strap portion 50, or may be provided with a rod-shaped member having a predetermined length. Further, the intermediate connecting portion 35 may be configured to include a plurality of strap portions connected via a link mechanism.

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。 The outer link portion 36 is a spherical shaft 53 that connects one end of a pair of connecting plates (first direction members) 51, 52 and a pair of connecting plates 51, 52 that are arranged apart from each other in the Y-axis direction. And a pin member 54 that connects the other ends of the pair of connecting plates 51 and 52 to each other.

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。 The connecting plates 51 and 52 have a predetermined length in the X-axis direction. The plate thickness directions of the connecting plates 51 and 52 are arranged along the Y-axis direction. Through holes 51a, 51b, 52a, 52b penetrating in the plate thickness direction are provided at both ends of the connecting plates 51 and 52 in the X-axis direction, respectively. Further, the pair of connecting plates 51 and 52 are arranged so as to sandwich the connecting block portion 55 described later of the yoke mounting portion 37 in the Y-axis direction. The inner surfaces of the connecting plates 51 and 52 (the surfaces facing the side surfaces of the connecting block portion 55) are formed as flat surfaces. The inner surfaces of the connecting plates 51 and 52 are in contact with the side surfaces of the connecting block portion 55.

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。 The spherical shaft 53 has a cylindrical portion 53a provided at both ends in the axial direction, and a spherical portion 53b arranged between the cylindrical portions 53a. The cylindrical portion 53a is inserted into the through holes 51a and 52a on one end side of the pair of connecting plates 51 and 52, respectively. The outer peripheral surface of the cylindrical portion 53a is in contact with the inner peripheral surfaces of the through holes 51a and 51b on one end side of the pair of connecting plates 51 and 52.

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。 The spherical portion 53b has an outer diameter larger than the outer diameter of the cylindrical portion 53a. Further, the width of the sphere portion in the Y-axis direction is smaller than the outer diameter of the sphere portion 53b, for example, smaller than the width (thickness) of the connecting block portion 55 in the Y-axis direction. Further, the center of the spherical portion 53b is arranged at the center between the pair of connecting plates 51 and 52.

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。 The pin member 54 has a columnar shape and is inserted into a through hole 55a of the connecting block portion 55 of the yoke mounting portion 37. The outer peripheral surface of the pin member 54 is in contact with the inner peripheral surface of the through hole 55a of the connecting block portion 55. The pin member 54 is rotatably supported around the axis of the pin member 54 with respect to the connecting block portion 55. Further, both ends of the pin member 54 project outward from the side surface of the connecting block portion 55 in the Y-axis direction.

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。 Both ends of the pin member 54 in the longitudinal direction are inserted into through holes 51b and 52b on the other end side of the pair of connecting plates 51 and 52, respectively. At both ends of the pin member 54, the outer peripheral surfaces of the pin member 54 are in contact with the inner peripheral surfaces of the through holes 51b, 52b on the other end side of the pair of connecting plates 51, 52. The pin member 54 is rotatably supported around the axis of the pin member 54 with respect to the pair of connecting plates 51 and 52. As a result, the pair of connecting plates 51 and 52 are rotatably supported around the Y-axis with respect to the yoke mounting portion 37.

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、べローズ部５６と、ロッド部５７と、位置調整部５８と、を有する。 The yoke mounting portion 37 is a portion that is mounted with respect to the yoke 6. The yoke mounting portion 37 includes a connecting block portion 55, a bellows portion 56, a rod portion 57, and a position adjusting portion 58.

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。 A through hole 55a through which the pin member 54 is inserted is formed in the connecting block portion 55. The through hole 55a penetrates in the Y-axis direction. Further, the side surface of the connecting block portion 55 facing the Y-axis direction is a flat surface. The connecting block portion 55 is arranged so as to be sandwiched between the pair of connecting plates 51 and 52, and the pin member 54 inserted through the through holes 55a is inserted into the through holes 51b and 52b of the pair of connecting plates 51 and 52. There is. Further, the side surface of the connecting block portion 55 is in contact with the inner surfaces of the pair of connecting plates 51 and 52.

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、ベローズ部５６が接続されている。なお、ロッド部及びベローズ部５６周辺の詳細な構成については、後述する。 The connecting block portion 55 is provided with an overhanging portion 55b that projects outward from the outer end surface in the X-axis direction. A rod portion 57 extending outward from the overhanging portion 55b is provided. The rod portion 57 penetrates the vacuum vessel 10 and the yoke 6 and projects outward from the side surface of the yoke 6. A screw portion 59 is formed on the outer peripheral surface of the outer end portion of the rod portion 57. A bellows portion 56 is connected to the rod portion 57. The detailed configuration around the rod portion and the bellows portion 56 will be described later.

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。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。 The position adjusting portion 58 is a positioning portion that is fixed to the yoke 6 and is positioned with respect to the yoke 6. The position adjusting portion 58 includes a load support fixing portion 60 projecting outward from the outer peripheral surface of the yoke 6, a threaded portion 59 formed on the outer peripheral surface of the outer end of the rod portion 57, and the threaded portion 59. It has attached nuts 61, 62 and.

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。 The load support fixing portion 60 is a block body fixed to the yoke 6. The load support fixing portion 0 is joined to the yoke 6 by, for example, welding. The load support fixing portion 60 is formed with a through hole 60a through which the rod portion 57 is inserted. The rod portion 57 is inserted through the through hole 60a and extends to the outside of the yoke 6. Further, the seat surface 60b, which is a surface orthogonal to the X-axis of the load support fixing portion 60, is a flat surface. Further, a key groove is formed on the inner peripheral surface of the through hole 60a to prevent the rod portion 57 from rotating around the axis.

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。 The threaded portion 59 is formed on the outer peripheral surface of the outer end portion of the rod portion 57. The threaded portion 59 is arranged outside the vacuum vessel 10 and the yoke 6. The threaded portion 59 is formed from a portion of the rod portion 57 arranged in the through hole 60a to a portion arranged outside the through hole 60a. A washer 63 and nuts 61 and 62 are attached to the screw portion 59 of the rod portion 57. The washer 63 is arranged between the seat surface 60b of the load support fixing portion 60 and the nut 61. By tightening the nut 61, the washer 63 is pressed against the seat surface 60b of the load support fixing portion 60. That is, the nut 61 is a member that is fitted into the screw portion 59 of the rod portion 57 and advances and retreats the rod portion 57 with respect to the vacuum container 10 by changing the fitting amount. The nut 62 functions as a lock nut that restrains the movement of the nut 61 after the position adjustment is performed.

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。 Then, by tightening the nut 61, the rod portion 57 moves to the outside in the X-axis direction (right side in the drawing), and a tensile force can be applied to the horizontal load support 31. When a tensile force is generated on the horizontal load support 31, the nut 61 and the washer 63 are pressed against the seat surface 60b of the load support fixing portion 60. As a result, the rod portion 57 is fixed to the load support fixing portion 60 via the nut 61 and the washer 63. That is, the yoke mounting portion 37 of the horizontal load support 31 is fixed to the yoke 6 and relatively fixed to the poles 3 and 4.

次に、図６を参照して、ロッド部５７周辺の構造について詳細に説明する。図６に示すように、水平方向荷重支持体３１，３２は、前述のロッド部５７と、カラー部１００と、ベローズ部５６と、を備えている。なお、図６の説明においては、中心軸Ｃ（図１参照）に対して径方向における外周側へ向かう方向を「外側」と称し、内周側へ向かう方向を「内側」と称する。 Next, with reference to FIG. 6, the structure around the rod portion 57 will be described in detail. As shown in FIG. 6, the horizontal load supports 31 and 32 include the rod portion 57, the collar portion 100, and the bellows portion 56. In the description of FIG. 6, the direction toward the outer peripheral side in the radial direction with respect to the central axis C (see FIG. 1) is referred to as “outer”, and the direction toward the inner peripheral side is referred to as “inner”.

ロッド部５７は、少なくとも外側の一端側が真空容器１０及びヨーク６の外部に位置する部材である。前述のように、ロッド部５７は、真空容器１０及びヨーク６の外部に配置される外側の端部に、位置調整用のナット６１を嵌め込むためのねじ部５９を有している。ここで、ねじ部５９の径（すなわち、ロッド部５７の径）の大きさは特に限定されないが、例えば４０ｍｍ以下に設定されることが好ましい。また、ロッド部５７は、ねじ部５９に対して内側に隣接する位置に、荷重支持体固定部６０（図４参照）に固定される固定部５７ａを有する。固定部５７ａには、荷重支持体固定部６０と連結するためのキー溝５７ｂが形成されている。また、固定部５７ａから内側へ離間した位置には、段差部５７ｃが形成されている。ロッド部５７は、例えばチタン（Ｔｉ）を含んで形成されている。チタンは、ステンレス鋼と同様に非磁性材として扱うことができ、且つ、超伝導サイクロトロン１の使用温度下にて、十分な強度を確保することができる。また、チタンは、ステンレス鋼よりも強度が高い材料である。ロッド部５７として用いられるチタンの種類としては、６４Ｔｉなどが挙げられる。 The rod portion 57 is a member whose outer one end side is located outside the vacuum vessel 10 and the yoke 6. As described above, the rod portion 57 has a screw portion 59 for fitting the position adjusting nut 61 into the outer end portion arranged outside the vacuum container 10 and the yoke 6. Here, the size of the diameter of the screw portion 59 (that is, the diameter of the rod portion 57) is not particularly limited, but is preferably set to, for example, 40 mm or less. Further, the rod portion 57 has a fixing portion 57a fixed to the load support fixing portion 60 (see FIG. 4) at a position adjacent to the inside of the screw portion 59. The fixing portion 57a is formed with a key groove 57b for connecting to the load support fixing portion 60. Further, a stepped portion 57c is formed at a position separated inward from the fixed portion 57a. The rod portion 57 is formed containing, for example, titanium (Ti). Titanium can be treated as a non-magnetic material like stainless steel, and sufficient strength can be ensured under the operating temperature of the superconducting cyclotron 1. Titanium is a material with higher strength than stainless steel. Examples of the type of titanium used as the rod portion 57 include 64Ti and the like.

カラー部１００は、ロッド部５７の周面に固定される。カラー部１００は、ロッド部５７の周面のうち、固定部５７ａよりも内側の領域に配置されている。また、カラー部１００の内側の端部は、段差部５７ｃの位置に配置されている。段差部５７ｃは、カラー部１００をロッド部５７に固定する際に、ロッド部５７の先端から挿入したカラー部１００を位置決めするために用いられる。本実施形態では、カラー部１００は、ベローズ部５６が溶接される外側部分１００ａと、ベローズ部５６の内部に収容される内側部分１００ｂと、を有している。内側部分１００ｂは、ロッド部５７へカラー部１００を固定する際に傷がついた部分を削り取ることによって形成される部分である。カラー部１００は、例えばステンレス鋼を含んで形成されている。カラー部１００に用いられるステンレス鋼の種類は特に限定されないが、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６などを採用してよい。カラー部１００は、ロッド部５７に対して摩擦撹拌接合によって固定される。摩擦攪拌接合では、ロッド部５７にカラー部１００を嵌め、これらの接触面に高速回転した工具を押し当てることで、双方の接触面の表面を溶かして攪拌溶接がなされる。 The collar portion 100 is fixed to the peripheral surface of the rod portion 57. The collar portion 100 is arranged in a region inside the fixed portion 57a of the peripheral surface of the rod portion 57. Further, the inner end portion of the collar portion 100 is arranged at the position of the step portion 57c. The step portion 57c is used to position the collar portion 100 inserted from the tip of the rod portion 57 when the collar portion 100 is fixed to the rod portion 57. In the present embodiment, the collar portion 100 has an outer portion 100a to which the bellows portion 56 is welded and an inner portion 100b housed inside the bellows portion 56. The inner portion 100b is a portion formed by scraping off a damaged portion when fixing the collar portion 100 to the rod portion 57. The collar portion 100 is formed including, for example, stainless steel. The type of stainless steel used for the collar portion 100 is not particularly limited, but for example, SUS304, SUS316, or the like may be adopted. The collar portion 100 is fixed to the rod portion 57 by friction stir welding. In friction stir welding, the collar portion 100 is fitted to the rod portion 57, and a tool that rotates at high speed is pressed against these contact surfaces to melt the surfaces of both contact surfaces and perform stirring welding.

ベローズ部５６は、外側の端部側がカラー部１００に固定され、内側の端部側が真空容器１０に固定され、ロッド部５７の一部を内部に収容する部材である。ベローズ部５６は、軸方向に伸縮可能な蛇腹部５６ａと、径方向へ広がるフランジ部５６ｂと、を備える。フランジ部５６ｂは、真空容器１０に固定される。真空容器１０には、水平方向荷重支持体３１，３２を真空容器１０内に挿通させるための貫通孔１１０が形成されている。フランジ部５６ｂは、当該貫通孔１１０の周縁部付近に固定されている。蛇腹部５６ａは、ベローズ部５６の軸方向への伸縮を許容する部分である。従って、ナット６１（図５参照）の締め付け量の調整によって、真空容器１０に対して、ロッド部５７が進退する場合、ベローズ部５６の蛇腹部５６ａは、カラー部１００を介してロッド部５７の進退移動に追従して、伸縮する。 The bellows portion 56 is a member in which the outer end side is fixed to the collar portion 100, the inner end side is fixed to the vacuum container 10, and a part of the rod portion 57 is housed inside. The bellows portion 56 includes a bellows portion 56a that can be expanded and contracted in the axial direction and a flange portion 56b that extends in the radial direction. The flange portion 56b is fixed to the vacuum vessel 10. The vacuum container 10 is formed with a through hole 110 for inserting the horizontal load supports 31 and 32 into the vacuum container 10. The flange portion 56b is fixed in the vicinity of the peripheral edge portion of the through hole 110. The bellows portion 56a is a portion that allows the bellows portion 56 to expand and contract in the axial direction. Therefore, when the rod portion 57 moves back and forth with respect to the vacuum vessel 10 by adjusting the tightening amount of the nut 61 (see FIG. 5), the bellows portion 56a of the bellows portion 56 is connected to the rod portion 57 via the collar portion 100. It expands and contracts according to the forward and backward movement.

ベローズ部５６は、例えばステンレス鋼を含んで形成されている。ベローズ部５６に用いられるステンレス鋼の種類は特に限定されないが、前述のカラー部１００と同様な種類のステンレス鋼を採用してよい。ベローズ部５６とカラー部１００とは、溶接によって固定されている。ベローズ部５６とカラー部１００との間に溶接部１１１が形成されている。溶接部１１１はカラー部１００の全周にわたって隙間無く形成されているため、ベローズ部５６とカラー部１００との間の気密性が十分に確保されている。また、ベローズ部５６と真空容器１０とは、溶接によって固定されている。 The bellows portion 56 is formed including, for example, stainless steel. The type of stainless steel used for the bellows portion 56 is not particularly limited, but the same type of stainless steel as the collar portion 100 described above may be adopted. The bellows portion 56 and the collar portion 100 are fixed by welding. A welded portion 111 is formed between the bellows portion 56 and the collar portion 100. Since the welded portion 111 is formed without a gap over the entire circumference of the collar portion 100, sufficient airtightness between the bellows portion 56 and the collar portion 100 is ensured. Further, the bellows portion 56 and the vacuum vessel 10 are fixed by welding.

次に超伝導サイクロトロン１の作用について説明する。 Next, the action of the superconducting cyclotron 1 will be described.

この超伝導サイクロトロン１では、超伝導電磁石装置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。 In the superconducting cyclotron 1, the superconducting coils 7 and 8 of the superconducting electromagnet device 5 are energized, and magnetic flux is generated around the superconducting coils 7 and 8. This magnetic flux passes through the yoke 6 and the poles 3 and 4 to form a magnetic circuit around the superconducting coils 7 and 8, and a magnetic field is formed in the acceleration space G between the pair of opposing poles 3 and 4. Then, the charged particles supplied to the acceleration space G are accelerated by a magnetic field and an electric field and emitted as a charged particle beam.

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。 In this superconducting cyclotron 1, the vertical position of the coil support frame 9 can be adjusted by using the vertical load supports 21 and 22. Further, the position can be adjusted so as to change the inclination of the coil support frame 9 by adjusting the positions of the plurality of vertical load supports 21 and 22. Thereby, the positions and inclinations of the superconducting coils 7 and 8 can be adjusted, and the magnetic field in the acceleration space G can be adjusted to adjust the charged particle beam.

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。 In the superconducting cyclotron 1, since the coil support frame 9 is supported by the horizontal load supports 31 and 32, the coil support frame is used in the direction orthogonal to the central axis C direction by using the horizontal load supports 31 and 32. The position can be adjusted by moving 9.

また、水平方向荷重支持体３１，３２では、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。 Further, since the horizontal load supports 31 and 32 are provided with the position adjusting portion 58, the rod portion 57 is moved in the X-axis direction with respect to the load support fixing portion 60 by rotating the nut 61. Can be made to. By appropriately moving the positions of the plurality of horizontal load supports 31 and 32, the coil support frame 9 can be moved in the direction orthogonal to the central axis C to adjust the position. As a result, the superconducting coils 7 and 8 can be moved in the direction orthogonal to the central axis C, and the magnetic field generated by the superconducting coils 7 and 8 can be adjusted to adjust the charged particle beam.

また、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。 Further, since the position adjusting portion 58 can displace the rod portion 57 by rotating the nut 61, the displacement amount of the rod portion 57 with respect to one rotation of the nut 61 can be made constant. Therefore, it is possible to easily manage the position adjustment.

また、本実施形態に係る超伝導サイクロトロン１は、超伝導コイル７，８を支持するコイル支持枠９と、中心軸Ｃが延びる方向と直交する直交方向（ここでは水平方向）におけるコイル支持枠９の位置を調整可能な水平方向荷重支持体３１，３２と、を備えている。また水平方向荷重支持体３１，３２は、少なくとも一端側が真空容器１０の外部に位置するロッド部５７と、ロッド部５７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ナット６１と、を備える。従って、ナット６１を回して嵌め込み量を調整することで、ロッド部５７及びコイル支持枠９を介して、超伝導コイル７，８の直交方向への位置調整を行うことができる。このような構成において、ロッド部５７は、チタンを含んで形成される。チタンは、非磁性体でありながら、ステンレス鋼よりも強度が高い材料である。よって、ロッド部５７の径を小さくしても水平方向荷重支持体３１，３２の強度を確保することができる。そして、ロッド部５７の径を小さくすることで、ナット６１を回すのに必要な力を低減することができる。以上により、超伝導コイル７，８の水平方向荷重支持体３１，３２の強度を確保しつつ、超伝導コイル７，８の位置調整を容易に行うことができる。 Further, the superconducting cyclotron 1 according to the present embodiment has a coil support frame 9 that supports the superconducting coils 7 and 8 and a coil support frame 9 in an orthogonal direction (here, a horizontal direction) orthogonal to the direction in which the central axis C extends. The horizontal load supports 31 and 32 whose positions can be adjusted are provided. Further, the horizontal load supports 31 and 32 are fitted into the rod portion 57 whose at least one end side is located outside the vacuum container 10 and the rod portion 57, and the rod portion 57 is fitted to the vacuum container 10 by changing the fitting amount. A nut 61 for advancing and retreating is provided. Therefore, by turning the nut 61 to adjust the fitting amount, the positions of the superconducting coils 7 and 8 can be adjusted in the orthogonal direction via the rod portion 57 and the coil support frame 9. In such a configuration, the rod portion 57 is formed to include titanium. Titanium is a non-magnetic material with higher strength than stainless steel. Therefore, even if the diameter of the rod portion 57 is reduced, the strength of the horizontal load supports 31 and 32 can be ensured. Then, by reducing the diameter of the rod portion 57, the force required to turn the nut 61 can be reduced. As described above, the positions of the superconducting coils 7 and 8 can be easily adjusted while ensuring the strength of the horizontal load supports 31 and 32 of the superconducting coils 7 and 8.

超伝導サイクロトロン１において、水平方向荷重支持体３１，３２は、ロッド部５７の周面に固定される、ステンレス鋼を含んで形成されるカラー部１００と、一端側がカラー部１００に固定され、他端側が真空容器１０に固定され、ロッド部５７の一部を内部に収容するべローズ部５６と、を更に備える。べローズ部５６は、ロッド部５７の進退方向に収縮可能であり、ステンレス鋼を含んで形成されてよい。ベローズ部５６は、ロッド部５７と真空容器１０との間の位置調整を許容しながら、当該箇所における気密性を確保する部材である。このようなベローズ部５６はステンレス鋼を含んで形成されているため、異種材料であるチタンのロッド部５７と直接溶接などによって固定しようとする場合、十分な気密性を確保できない場合がある。また、ベローズ部５６の構造の制約上、気密性を確保できるような固定方法を採用することもできない。例えば、高速回転に耐え得る態様でベローズ部５６を保持することができないため、摩擦撹拌接合を行うことができない。従って、ステンレス鋼を含んで形成されるカラー部１００をロッド部５７に固定することで、ベローズ部５６を異種材料である当該ロッド部５７に固定することが可能となる。これによって、ロッド部５７と真空容器１０との間の気密性を確保することができる。 In the superconducting cyclotron 1, the horizontal load supports 31 and 32 are fixed to the peripheral surface of the rod portion 57, the collar portion 100 formed of stainless steel, and one end side is fixed to the collar portion 100, and the like. The end side is fixed to the vacuum vessel 10, and a bellows portion 56 for accommodating a part of the rod portion 57 inside is further provided. The bellows portion 56 can be contracted in the advancing / retreating direction of the rod portion 57, and may be formed including stainless steel. The bellows portion 56 is a member that ensures airtightness at the location while allowing position adjustment between the rod portion 57 and the vacuum vessel 10. Since such a bellows portion 56 is formed of including stainless steel, sufficient airtightness may not be ensured when it is attempted to be fixed to the rod portion 57 of titanium, which is a dissimilar material, by direct welding or the like. Further, due to the restrictions on the structure of the bellows portion 56, it is not possible to adopt a fixing method that can ensure airtightness. For example, since the bellows portion 56 cannot be held in a manner capable of withstanding high-speed rotation, friction stir welding cannot be performed. Therefore, by fixing the collar portion 100 formed of including stainless steel to the rod portion 57, the bellows portion 56 can be fixed to the rod portion 57 which is a different material. Thereby, the airtightness between the rod portion 57 and the vacuum container 10 can be ensured.

超伝導サイクロトロン１の製造方法は、上述の超伝導サイクロトロン１の製造方法であって、ロッド部５７とカラー部１００とを摩擦撹拌接合によって固定してよい。これにより、互いに異なる材料であるロッド部５７とカラー部１００とを十分な気密性を確保した状態で固定することができる。 The method for manufacturing the superconducting cyclotron 1 is the above-mentioned method for manufacturing the superconducting cyclotron 1, and the rod portion 57 and the collar portion 100 may be fixed by friction stir welding. As a result, the rod portion 57 and the collar portion 100, which are different materials from each other, can be fixed in a state of ensuring sufficient airtightness.

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。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications as described below are possible without departing from the gist of the present invention.

超伝導電磁石装置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。 The superconducting coils 7 and 8 of the superconducting electromagnet device 5 are not limited to having two superconducting coils 7 and 8, and may have one or three or more superconducting coils.

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。 Further, the superconducting electromagnet according to the present invention is not limited to the cyclotron, and can be applied to a silicon single crystal pulling device by the MCZ method. The superconducting electromagnet can be applied to any device that requires a high magnetic field.

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。 Further, in the above embodiment, the configuration includes four horizontal load supports 31 and 32, but a configuration including one horizontal load support may be provided, and two or more horizontal load supports are provided. It may be configured.

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。 Further, in the above embodiment, the central axes C of the superconducting coils 7 and 8 are arranged along the vertical direction, but the superconducting coils 7 and 8 are arranged so that the central axes C are arranged along the horizontal direction. Alternatively, the superconducting coils 7 and 8 in which the central axis C is arranged so as to be inclined with respect to the vertical direction may be used.

１…超伝導サイクロトロン、７，８…超伝導コイル、９…コイル支持枠（コイル支持体）、３１，３２…水平方向荷重支持体（直交方向支持体）、５６…ベローズ部、５７…ロッド部、１００…カラー部。 1 ... Superconducting cyclotron, 7, 8 ... Superconducting coil, 9 ... Coil support frame (coil support), 31, 32 ... Horizontal load support (orthogonal support), 56 ... Bellows part, 57 ... Rod part , 100 ... Color part.

Claims (2)

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、
一部が前記真空容器に進入して前記コイル支持体に接続され、前記巻き中心軸が延びる方向と直交する直交方向における前記コイル支持体の位置を調整可能な直交方向支持体と、を備え、
前記直交方向支持体は、
少なくとも一端側が前記真空容器の外部に位置するロッド部と、
前記ロッド部に嵌め込まれ、嵌め込み量を変更することで前記ロッド部を前記真空容器に対して進退させるナットと、を備え、
前記ロッド部は、チタンを含んで形成され、
前記直交方向支持体は、
前記ロッド部の周面に固定され、ステンレス鋼を含んで形成されるカラー部と、
一端側が前記カラー部に固定され、他端側が前記真空容器に固定され、前記ロッド部の一部を内部に収容するべローズ部と、を更に備え、
前記べローズ部は、前記ロッド部の進退方向に収縮可能であり、ステンレス鋼を含んで形成される、超伝導サイクロトロン。 A superconducting coil wound around the winding center axis,
A coil support that supports the superconducting coil and
A vacuum container that houses the superconducting coil and the coil support inside,
A portion thereof enters the vacuum vessel and is connected to the coil support, and includes an orthogonal support that can adjust the position of the coil support in a direction orthogonal to the direction in which the winding center axis extends.
The orthogonal support is
A rod portion whose at least one end side is located outside the vacuum vessel and
A nut that is fitted into the rod portion and moves the rod portion forward and backward with respect to the vacuum container by changing the fitting amount is provided.
The rod portion is formed containing titanium and is formed .
The orthogonal support is
A collar portion fixed to the peripheral surface of the rod portion and formed including stainless steel,
One end side is fixed to the collar portion, the other end side is fixed to the vacuum vessel, and a bellows portion for accommodating a part of the rod portion is further provided.
The bellows portion is a superconducting cyclotron that can contract in the advancing / retreating direction of the rod portion and is formed of stainless steel. 請求項１に記載の超伝導サイクロトロンの製造方法であって、前記ロッド部と前記カラー部とを摩擦撹拌接合によって固定する、超伝導サイクロトロンの製造方法。 The method for producing a superconducting cyclotron according to claim 1 , wherein the rod portion and the collar portion are fixed by friction stir welding.
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