JP7068083B2 - スキャニング電磁石装置及び荷電粒子ビーム照射システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、スキャンニング電磁石装置、及びこのスキャニング電磁石装置を備えた照射装置を有する荷電粒子ビーム照射システムに関する。

癌などの患者の患部に重粒子線や陽子線等の荷電粒子ビームを照射する治療では、発生装置で生成した荷電粒子ビームを加速装置で加速し、輸送装置を経て治療室の照射装置により患部に照射する。この荷電粒子ビームの照射方法の一つとして、細く絞ったスポットビームを照射目標である患部の立体形状に合わせて３次元的に塗りつぶすように照射するスキャニング法が知られている。このスキャニング法の場合、荷電粒子ビームの進行方向の照射位置はビームエネルギーの調整で制御され、進行方向に対する垂直面内の照射位置は、スキャニング電磁石装置で荷電粒子ビームを偏向することで制御される。

スキャニング電磁石装置は、Ｘ方向スキャニング電磁石装置及びＹ方向スキャニング電磁石装置の２組で構成される。各電磁石装置は、荷電粒子ビームの進行方向に対して直列または並列に配置され、荷電粒子ビームを直交する２方向にスキャンする。

このスキャニング法では、設定した目標照射線量を患部に対して一様に照射することが求められるが、患部は呼吸や心拍などの要因で位置や形状が変動する場合がある。そこで、患部に対し必要な線量を複数回に分けてスキャニング照射する、いわゆるリスキャニング照射に関する技術が提案されている。この場合、照射時間を短縮して照射対象に対する時間の負荷を軽減させるだけでなく、照射精度を向上させるために、スキャニング電磁石装置は従来よりも高速に荷電粒子ビームをスキャンすることが求められる。

特開２００７－２６８０３５号公報 特開２００７－２６０２２２号公報 特開２０１６－８３３４４号公報 特開２００６－８７６４９号公報 特開２００８－１５４６２７号公報

荷電粒子ビームを照射する治療では、照射精度を向上させるために、荷電粒子ビームを高速にスキャンしながら照射する。その際、スキャニング電磁石装置では励消磁がステップ状に高速に繰り返される。また、荷電粒子ビームを正確に照射するためには高い精度の磁場分布が必要であるため、磁場を短い時間で静定する必要がある。ところが、スキャニング電磁石装置を高速に励消磁すると、電磁石のコイルを構成する導体などに渦電流が発生し、スキャニング電磁石装置の磁場が乱されて磁場精度が低下してしまうという課題がある。

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、荷電粒子ビームを高速でスキャンできると共に、磁場精度を向上させることができるスキャニング電磁石装置及び荷電粒子ビーム照射システムを提供することを目的とする。

本発明の実施形態におけるスキャニング電磁石装置は、荷電粒子ビームの進行方向に対して直交する第１方向に前記荷電粒子ビームを偏向させる一対のスキャニングコイルを備え、前記スキャニングコイルは、前記荷電粒子ビームの軌道位置を挟んで、前記進行方向及び前記第１方向に対し直交する方向に対向して配置されると共に、絶縁材で表面が絶縁された導体である素線を複数本撚り合せて形成されるリッツ線が巻き回されて構成され、更に、前記スキャニングコイルは樹脂に含浸され、この樹脂が液体冷媒に接触して構成されたことを特徴とするものである。

本発明の実施形態における荷電粒子ビーム照射システムは、前記発明の実施形態におけるスキャニング電磁石装置を備えた照射装置を有し、前記スキャニング電磁石装置により荷電粒子ビームを偏向してスキャンし照射対象に照射するよう構成されたことを特徴とするものである。

本発明の実施形態によれば、荷電粒子ビームを高速でスキャンできると共に、磁場精度を向上させることができる。

第１実施形態に係るスキャニング電磁石装置を備えた荷電粒子ビーム照射システムを示す構成図。 図１のＸ方向スキャニング電磁石装置を示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が側面図、（Ｃ）が図２（Ｂ）のII－II線に沿う断面図。 図１のＹ方向スキャニング電磁石装置を示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が側面図、（Ｃ）が図３（Ｂ）のIII－III線に沿う断面図。 図２及び図３のスキャニング電磁石装置のスキャニングコイルに用いられるリッツ線を示す斜視図。 図２及び図３のスキャニング電磁石装置の変形形態を示す平面図。 第２実施形態に係るスキャニング電磁石装置を示し、（Ａ）が一部を切り欠いた平面図、（Ｂ）が一部を切り欠いた側面図、（Ｃ）が図６（Ｂ）のVI－VI線に沿う断面図。 第３実施形態に係るスキャニング電磁石装置を構成するリッツ線の第１配置構造を示す断面図。 第３実施形態に係るスキャニング電磁石装置を構成するリッツ線の第２配置構造を示し、図２のα－α線に沿う断面図。 第３実施形態に係るスキャニング電磁石装置を構成するリッツ線の第３配置構造を示し、図８に対応する断面図。 第４実施形態に係るスキャニング電磁石装置を構成するリッツ線の配置構造であり、（Ａ）が第１配置構造、（Ｂ）が第２配置構造をそれぞれ示す断面図。 スキャニング電磁石装置の比較形態を示す斜視図。 図１１のスキャニングコイルに用いられるホローコンダクタを示す斜視図。 図１１におけるＸ－Ｙ面に沿う断面図。

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１～図５）
図１は、第１実施形態に係るスキャニング電磁石装置を備えた荷電粒子ビーム照射システムを示す構成図である。この図１に示す荷電粒子ビーム照射システム１０は、重粒子線や陽子線などの荷電粒子ビーム１を照射対象（癌等の患部）２に照射するシステムであり、発生装置１１、加速装置１２、輸送装置１３及び照射装置１４を有して構成される。

発生装置１１は、荷電粒子ビーム１を生成して発生する。加速装置１２は、発生装置１１にて発生した荷電粒子ビーム１を所定のエネルギーに加速する。輸送装置１３は、加速装置１２にて加速された荷電粒子ビーム１を、治療室内に設置された照射装置１４へ輸送する。照射装置１４は、輸送装置１３にて輸送された荷電粒子ビーム１の軌道等を調整するものであり、Ｘ方向スキャニング電磁石装置１５、Ｙ方向スキャニング電磁石装置１６及びレジスタ１７を備えている。

Ｘ方向スキャニング電磁石装置１５は、後に詳説するが、荷電粒子ビーム１の軌道を、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に対して直交する第１方向（Ｘ方向スキャニング電磁石装置１５ではＸ方向；例えば水平方向）に偏向し調整してスキャンする。Ｙ方向スキャニング電磁石装置１６は、後に詳説するが、荷電粒子ビーム１の軌道を、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に対して直交する第１方向（Ｙ方向スキャニング電磁石装置１６では、Ｓ方向及びＸ方向に直交するＹ方向；例えば垂直方向）に偏向し調整してスキャンする。

レジスタ１７は、通過する荷電粒子ビーム１の速度（エネルギー）を減衰させることで、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）における停止位置（照射対象２への侵入深さ）を調整する。上述のＸ方向スキャニング電磁石装置１５、Ｙ方向スキャニング電磁石装置１６及びレジスタ１７は、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に沿って直列に配置される。レジスタ１７から出射された荷電粒子ビーム１が、照射対象２の所定位置に照射される。

Ｘ方向スキャニング電磁石装置１５は、図２に示すように、コイル支持体としての巻軸２０の外表面に、一対のＸ方向スキャニングコイル２１Ａ及び２１Ｂが対向して配置されて構成される。巻軸２０は、渦電流が発生しない非金属、例えばＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ－Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）にて円筒形状に形成され、Ｘ方向スキャニングコイル２１Ａ及び２１Ｂを所定位置に保持する。

Ｘ方向スキャニングコイル２１Ａ及び２１Ｂは、荷電粒子ビーム１の軌道位置３を挟んでＹ方向（例えば垂直方向）に対向して配置される。このうち、Ｘ方向スキャニングコイル２１Ａは、最も内側に設けられたコイルエレメント２１Ａ１と、このコイルエレメント２１Ａ１の外側に設けられたコイルエレメント２１Ａ２と、このコイルエレメント２１Ａ２の外側に設けられたコイルエレメント２１Ａ３と、を有して構成される。また、Ｘ方向スキャニングコイル２１Ｂは、最も内側に設けられたコイルエレメント２１Ｂ１と、このコイルエレメント２１Ｂ１の外側に設けられたコイルエレメント２１Ｂ２と、このコイルエレメント２１Ｂ２の外側に設けられたコイルエレメント２１Ｂ３と、を有して構成される。

上述のコイルエレメント２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３、２１Ｂ１、２１Ｂ２及び２１Ｂ３は、それぞれ、後述の導体としてのリッツ線２３が鞍型形状に巻き回されて構成される。これらのコイルエレメント２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３、２１Ｂ１、２１Ｂ２及び２１Ｂ３に電流を流すことで、Ｘ方向スキャニング電磁石装置１５にＹ方向の磁場Ｂｙが形成され、この磁場Ｂｙにより荷電粒子ビーム１がＸ方向に偏向される。上述の電流が、ステップ状にプラス、ゼロ、マイナスを高速で繰り返す電流であるため、Ｘ方向スキャニング電磁石装置１５がステップ状に高速に励消磁されて、荷電粒子ビーム１がＹ方向に高速にスキャンされる。

Ｙ方向スキャニング電磁石装置１６は、図３に示すように、巻軸２０の外表面に、一対のＹ方向スキャニングコイル２２Ａ及び２２Ｂが対向して配置されて構成される。これらのＹ方向スキャニングコイル２２Ａ及び２２Ｂは、荷電粒子ビーム１の軌道位置３を挟んで、Ｓ方向及びＹ方向に直交するＸ方向（例えば水平方向）に対向して配置される。

Ｙ方向スキャニングコイル２２Ａは、最も内側に設けられたコイルエレメント２２Ａ１と、このコイルエレメント２２Ａ１の外側に設けられたコイルエレメント２２Ａ２と、このコイルエレメント２２Ａ２の外側に設けられたコイルエレメント２２Ａ３と、を有して構成される。また、Ｙ方向スキャニングコイル２２Ｂは、最も内側に設けられたコイルエレメント２２Ｂ１と、このコイルエレメント２２Ｂ１の外側に設けられたコイルエレメント２２Ｂ２と、このコイルエレメント２２Ｂ２の外側に設けられたコイルエレメント２２Ｂ３と、を有して構成される。

上述のコイルエレメント２２Ａ１、２２Ａ２、２２Ａ３、２２Ｂ１、２２Ｂ２及び２２Ｂ３は、それぞれ、後述の導体としてのリッツ線２３が鞍型形状に巻き回されて構成される。これらのコイルエレメント２２Ａ１、２２Ａ２、２２Ａ３、２２Ｂ１、２２Ｂ２及び２２Ｂ３に電流を流すことで、Ｙ方向スキャニング電磁石装置１６にＸ方向の磁場Ｂｘが形成され、この磁場Ｂｘにより荷電粒子ビーム１がＹ方向に偏向される。上述の電流がステップ状にプラス、ゼロ、マイナスを高速で繰り返す電流であるため、Ｙ方向スキャニング電磁石装置１６がステップ状に高速に励消磁されて、荷電粒子ビーム１がＹ方向に高速にスキャンされる。

ところで、図１１及び図１３に、比較形態としてのスキャニング電磁石装置（例えばＸ方向スキャニング電磁石装置）１００を示す。このスキャニング電磁石装置１００では、薄い鉄板が荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に積層されてなるヨーク１０１に、リング形状の一対のスキャニングコイル１０２Ａ及び１０２Ｂが例えばＹ方向に対向して配置され、これらのスキャニングコイル１０２Ａ、１０２Ｂ間に磁場Ｂｙが形成されることで、荷電粒子ビーム１が例えばＸ方向に偏向されスキャンされる。

このスキャニング電磁石装置１００では、スキャニングコイル１０２Ａ及び１０２Ｂは、図１２に示す導体としてのホローコンダクタ１０３が巻き回されて構成される。ホローコンダクタ１０３は、一辺が数ｍｍ程度の矩形断面形状で中空に形成され、中空部１０４に冷却水が通水可能に設けられる。しかしながら、上述のスキャニング電磁石装置１００では、スキャニングコイル１０２Ａ及び１０２Ｂを構成するホローコンダクタ１０３に流れる電流値が変化して、スキャニングコイル１０２Ａ、１０２Ｂ間に生ずる磁場Ｂｙが変化すると、ホローコンダクタ１０３に渦電流１０５が発生する。この渦電流１０５により生じた磁場がスキャニングコイル１０２Ａ、１０２Ｂ間の磁場Ｂｙを乱して、スキャニング電磁石コイル１００の磁場精度が低下してしまう。

これに対し、本第１実施形態のＸ方向スキャニング電磁石装置１５(図２)、Ｙ方向スキャニング電磁石装置１６(図３)では、それぞれのＸ方向スキャニングコイル２１Ａ及び２１Ｂ、Ｙ方向スキャニングコイル２２Ａ及び２２Ｂが、図４に示すリッツ線２３を巻き回して構成される。このリッツ線２３は、絶縁材（例えばエナメル等）で外表面が絶縁された導体である細い素線２４を複数本撚り合せて形成された導体である。Ｘ方向スキャニング電磁石装置１５のＸ方向スキャニングコイル２１Ａ及び２１ＢとＹ方向スキャニング電磁石装置１６のＹ方向スキャニングコイル２２Ａ及び２２Ｂとがそれぞれリッツ線２３にて構成されたので、このリッツ線２３に流れる電流値が変化して、Ｘ方向スキャニングコイル２１Ａ、２１Ｂ間の磁場Ｂｙ、Ｙ方向スキャニングコイル２２Ａ、２２Ｂ間の磁場Ｂｘがそれぞれ変化しても、リッツ線２３の各素線２４には、渦電流１０５よりも小さなループの渦電流２５が発生することになる。

従って、この小さなループの渦電流２５により発生する磁場が抑制されることで、この渦電流２５により発生した磁場によって、Ｘ方向スキャニングコイル２１Ａ、２１Ｂ間の磁場Ｂｙ、Ｙ方向スキャニングコイル２２Ａ、２２Ｂ間の磁場Ｂｘが乱されることが低減される。

以上のように構成されたことから、本第１実施形態によれば、次の効果（１）を奏する。
（１）図２～図４に示すように、荷電粒子ビーム１を高速でスキャンするためにＸ方向スキャニング電磁石装置１５、Ｙ方向スキャニング電磁石装置１６の励消磁を高速で繰り返しても、Ｘ方向スキャニング電磁石装置１５のＸ方向スキャニングコイル２１Ａ及び２１Ｂ、Ｙ方向スキャニング電磁石装置１６のＹ方向スキャニングコイル２２Ａ及び２２Ｂをそれぞれ構成するリッツ線２３の素線２４に発生する渦電流２５のループが小さいので、この渦電流２５により生ずる磁場が抑制され、且つ渦電流２５による発熱が抑制される。

従って、スキャニング電磁石装置１５、１６により荷電粒子ビーム１を高速でスキャンできると共に、渦電流２５による不要な磁場が抑制されることで、Ｘ方向スキャニング電磁石装置１５の磁場Ｂｙの磁場精度及びＹ方向スキャニング電磁石装置１６の磁場Ｂｘの磁場精度を向上させることができる。この結果、Ｘ方向スキャニング電磁石装置１５及びＹ方向スキャニング電磁石装置１６を備えた照射装置１４による荷電粒子ビーム１の照射精度を向上させることができる。

なお、第１実施形態において、スキャニング電磁石装置のスキャニングコイルは、リッツ線２３が図１１と同様にリング形状に巻き回されて構成されてもよい。また、図５に示すように、スキャニング電磁石装置２６は、中実形状で口径が荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に沿って漸次変化する、コイル支持体としての巻軸２７外表面に、リッツ線２３が巻き回されて構成されたスキャニングコイル２８が、対向して一対配置されたものでもよい。

［Ｂ］第２実施形態（図６）
図６は、第２実施形態に係るスキャニング電磁石装置を示し、（Ａ）が一部を切り欠いた平面図、（Ｂ）が一部を切り欠いた側面図、（Ｃ）が図６（Ｂ）のVI－VI線に沿う断面図である。この第２実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態とを同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第２実施形態のスキャニング電磁石装置３０が前記第１実施形態と異なる点は、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に対して直交する第１方向としてのＸ方向に荷電粒子ビーム１を偏向させる第１スキャニングコイルとしてのＸ方向スキャニングコイル２１Ａ及び２１Ｂを備えた第１スキャニング電磁石装置としてのＸ方向スキャニング電磁石装置１５と、上述のＳ方向及びＸ方向に直交する第２方向としてのＹ方向に荷電粒子ビーム１を偏向させる第２スキャニングコイルとしてのＹ方向スキャニングコイル２２Ａ及び２２Ｂを備えた第２スキャニング電磁石装置としてのＹ方向スキャニング電磁石装置１６とが、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）における略同一位置に配置された点である。

この場合、Ｙ方向スキャニング電磁石装置１６はＸ方向スキャニング電磁石装置１５の外側または内側、本実施形態では外側に配置されている。また、本第２実施形態においても、Ｘ方向スキャニング電磁石装置１５のＸ方向スキャニングコイル２１Ａ及び２１Ｂは、荷電粒子ビーム１の軌道位置３を挟んでＹ方向に対向して配置され、Ｙ方向スキャニング電磁石装置１６のＹ方向スキャニングコイル２２Ａ及び２２Ｂは、荷電粒子ビーム１の軌道位置３を挟んでＸ方向に対向して配置される。

更に、Ｘ方向スキャニング電磁石装置１５のＸ方向スキャニングコイル２１Ａ及び２１ＢとＹ方向スキャニング電磁石装置１６のＹ方向スキャニングコイル２２Ａ及び２２Ｂは、本第２実施形態においても、リッツ線２３が巻き回されて構成されたものである。

なお、符号３１は、Ｙ方向スキャニング電磁石装置１６の外側に配置されて、Ｘ方向スキャニング電磁石装置１５及びＹ方向スキャニング電子装置１６がそれぞれ発生する磁場Ｂｙ、Ｂｘが外部へ漏れないように遮蔽する磁気シールドである。

以上のように構成されたことから、本第２実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）と同様な効果を奏するほか、次の効果（２）及び（３）を奏する。

（２）Ｘ方向スキャニング電磁石装置１５とＹ方向スキャニング電磁石装置１６とが荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）の略同一位置に配置されたので、Ｘ方向スキャニング電磁石装置１５のＸ方向スキャニングコイル２１Ａ及び２１Ｂにより発生する磁場Ｂｙと、Ｙ方向スキャニング電磁石装置１６のＹ方向スキャニングコイル２２Ａ及び２２Ｂにより発生する磁場Ｂｘとが相互に作用し合うことで、Ｘ方向スキャニングコイル２１Ａ及び２１Ｂに磁場Ｂｘによる渦電流が、Ｙ方向スキャニングコイル２２Ａ及び２２Ｂに磁場Ｂｙによる渦電流がそれぞれ追加して発生することになる。

しかしながら、上述の追加の渦電流も、Ｘ方向スキャニングコイル２１Ａ及び２１Ｂ並びにＹ方向スキャニングコイル２２Ａ及び２２Ｂをそれぞれ構成するリッツ線２３の素線２４に発生することで、そのループが小さくなる。従って、この追加の渦電流による不要な磁場が抑制されるので、Ｘ方向スキャニング電磁石装置１５及びＹ方向スキャニング電磁石装置１６の磁場精度を向上させることができ、荷電粒子ビーム１の照射精度を向上させることができる。

（３）Ｘ方向スキャニング電磁石装置１５とＹ方向スキャニング電磁石装置１６とが荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）の略同一位置に配置されたことで、これらのＸ方向スキャニング電磁石装置１５及びＹ方向スキャニング電磁石装置１６を有する照射装置１４における荷電粒子ビーム１の進行方向に沿う長さを短縮できると共に、特にＸ方向スキャニング電磁石装置１５から照射対象２までの距離も短縮することができる。

（Ｃ）第３実施形態（図７、図８、図９）
図７は、第３実施形態に係るスキャニング電磁石装置を構成するリッツ線の第１配置構造を示す断面図である。図８は、第３実施形態に係るスキャニング電磁石装置を構成するリッツ線の第２配置構造を示し、図２のα－α線に沿う断面図である。図９は、第３実施形態に係るスキャニング電磁石装置を構成するリッツ線の第３配置構造を示し、図８に対応する断面図である。この第３実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第３実施形態のスキャニング電磁石装置３３が第１実施形態と異なる点は、Ｘ方向スキャニングコイル２１Ａ及び２１Ｂ、Ｙ方向スキャニングコイル２２Ａ及び２２Ｂをそれぞれ構成するリッツ線２３が、水等の液体冷媒５に浸漬されるリッツ線の配置構造を有する点である。

つまり、図７に示すリッツ線２３の第１配置構造では、リッツ線２３は、非金属材料からなる冷媒流路としての冷却配管３４内に配置され、この冷却配管３４内を流れる液体冷媒５に浸漬されて冷却される。

図８に示すリッツ線の第２配置構造では、巻軸２０の外表面に複数の溝３５が形成され、Ｘ方向スキャニング電磁石装置１５のＸ方向スキャニングコイル２１Ａ、２１Ｂのコイルエレメント２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３、２１Ｂ１、２１Ｂ２、２１Ｂ３、Ｙ方向スキャニング電磁石装置１６のＹ方向スキャニングコイル２２Ａ、２２Ｂのコイルエレメント２２Ａ１、２２Ａ２、２２Ａ３、２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｂ３のそれぞれが、各溝３５に収容される。図８には、コイルエレメント２１Ａ３が溝３５に収容された状態を示している。

そして、巻軸２０の外表面を覆うように非金属材料製の蓋部材３６が配置されることで、巻軸２０の外表面と蓋部材３６との間に、液体冷媒５が流れる冷媒流路３７が形成される。これにより、巻軸２０の溝３５内に収容されたコイルエレメント２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３、２１Ｂ１、２１Ｂ２、２１Ｂ３、２２Ａ１、２２Ａ２、２２Ａ３、２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｂ３をそれぞれ構成するリッツ線２３が、冷媒流路３７内の液体冷媒５に浸漬されて冷却される。

図９に示すリッツ線の第３配置構造では、巻軸２０の外表面に、リッツ線２３を１本ずつ収容可能な溝３８が複数形成される。コイルエレメント２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３、２１Ｂ１、２１Ｂ２、２１Ｂ３、２２Ａ１、２２Ａ２、２２Ａ３、２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｂ３のそれぞれのリッツ線２３が１本ずつ各溝３８に収容される。図９では、コイルエレメント２１Ａ３を構成するリッツ線２３が、１本ずつ各溝３８に収容された状態を示している。

そして、巻軸２３の外表面を覆うように蓋部材３６が配置されることで、巻軸２０の外表面と蓋部材３６との間に、液体冷媒５が流れる冷媒流路３９が形成される。これにより、巻軸２０の溝３８内に収容されたコイルエレメント２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３、２１Ｂ１、２１Ｂ２、２１Ｂ３、２２Ａ１、２２Ａ２、２２Ａ３、２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｂ３をそれぞれ構成するリッツ線２３が、冷媒流路３９内の液体冷媒５に浸漬されて冷却される。

以上のように構成されたことから、本第３実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）を奏する。

（４）例えば、冷却配管の周囲に導体である細い素線を複数本撚り合せてリッツ線を形成した場合には、素線が巻ほぐれ等で内側に隣接する素線から浮き上がってしまったとき、この素線は、冷却配管を流れる液体冷媒により冷却されず、温度上昇して焼損する恐れがある。

これに対し、前述のリッツ線の第１、第２及び第３配置構造のように、リッツ線２３が液体冷媒５に浸漬されることで、リッツ線２３を形成する全ての素線２４が液体冷媒５に接触することになる。この結果、リッツ線２３を形成する素線２４が例え巻ほぐれ等で隣接する素線２４から浮き上がってしまっても、全ての素線２４を液体冷媒５により好適に冷却でき、リッツ線２３の冷却不良を回避できる。

［Ｄ］第４実施形態（図１０）
図１０は、第４実施形態に係るスキャニング電磁石装置を構成するリッツ線の配置構造であり、（Ａ）が第１配置構造、（Ｂ）が第２配置構造をそれぞれ示す断面図である。この第４実施形態において第１及び第３実施形態と同様な部分については、第１及び第３実施形態とを同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第４実施形態のスキャニング電磁石装置４０が第１及び第３実施形態と異なる点は、Ｘ方向スキャニングコイル２１Ａ及び２１Ｂ、Ｙ方向スキャニングコイル２２Ａ及び２２Ｂをそれぞれ構成するリッツ線２３が、樹脂４１に含浸され、この樹脂４１が液体冷媒５に接触するリッツ線の配置構造を有する点である。

つまり、図１０（Ａ）に示すリッツ線の第１配置構造では、巻軸２０の外表面に複数の溝４２が形成され、Ｘ方向スキャニング電磁石装置１５、Ｙ方向スキャニング電磁石装置１６のコイルエレメント２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３、２１Ｂ１、２１Ｂ２、２１Ｂ３、２２Ａ１、２２Ａ２、２２Ａ３、２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｂ３のそれぞれが各溝４２に収容されて、樹脂４１により含浸される。図１０（Ａ）では、コイルエレメント２１Ａ３が溝４２内に収容されて樹脂４１により含浸された状態を示している。

そして、巻軸２０の外表面と蓋部材３６との間に、液体冷媒５が流れる冷媒流路４３が形成され、この冷媒流路４３内の液体冷媒５が樹脂４１に接触する。これにより、巻軸２０の溝４２内に収容されて樹脂４１に含浸されたコイルエレメント２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３、２１Ｂ１、２１Ｂ２、２１Ｂ３、２２Ａ１、２２Ａ２、２２Ａ３、２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｂ３を構成するリッツ線２３が、樹脂４１を介して液体冷媒５により冷却される。

図１０（Ｂ）に示すリッツ線の第２配置構造では、巻軸２０の外表面に、リッツ線２３を１本ずつ収容可能な溝４４が複数形成される。コイルエレメント２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３、２１Ｂ１、２１Ｂ２、２１Ｂ３、２２Ａ１、２２Ａ２、２２Ａ３、２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｂ３のそれぞれのリッツ線２３が、１本ずつ各溝４４内に収容され樹脂４１に含浸される。図１０（Ｂ）では、コイルエレメント２１Ａ３を構成するリッツ線２３が１本ずつ各溝４４に収容され樹脂４１に含浸された状態を示している。

そして、巻軸２０の外表面と蓋部材３６との間に、液体冷媒５が流れる冷媒流路４５が形成される。これにより、巻軸２０の溝４４内に収容され樹脂４１に含浸されたコイルエレメント２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３、２１Ｂ１、２１Ｂ２、２１Ｂ３、２２Ａ１、２２Ａ２、２２Ａ３、２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｂ３のそれぞれを構成するリッツ線２３が、１本ずつ、冷媒流路４５内の液体冷媒５に樹脂４１を介して接触して冷却される。

以上ように構成されたことから、本第４実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）と同様な効果を奏するほか、次の効果（５）を奏する。

（５）リッツ線の第１及び第２配置構造では、リッツ線２３が樹脂４１に含浸され、この樹脂４１が液体冷媒５に接触している。これにより、リッツ線２３を形成する全ての素線２４が、樹脂４１を介して液体冷媒５により好適に冷却される。更に、リッツ線２３が巻軸２０の溝４２、４４内に収容され且つ樹脂４１に含浸されることで、リッツ線２３に電磁力が作用した場合にも、リッツ線２３の振動を確実に抑制することができる。

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

１…荷電粒子ビーム、２…照射対象、３…軌道位置、５…液体冷媒、１０…荷電粒子ビーム照射システム、１４…照射装置、１５…Ｘ方向スキャニング電磁石装置、１６…Ｙ方向スキャニング電磁石装置、２０…巻軸（コイル支持体）、２１Ａ、２１Ｂ…Ｘ方向スキャニングコイル、２２Ａ、２２Ｂ…Ｙ方向スキャニングコイル、２３…リッツ線、２４…素線、３０…スキャニング電磁石装置、３３…スキャニング電磁石装置、３４…冷却配管、３５、３８…溝、３７、３９…冷媒流路、４０…スキャニング電磁石装置、４１…樹脂、４２、４４…溝、４３、４５…冷媒流路、Ｂｙ、Ｂｘ…磁場。

Claims (6)

1. 荷電粒子ビームの進行方向に対して直交する第１方向に前記荷電粒子ビームを偏向させる一対のスキャニングコイルを備え、
   前記スキャニングコイルは、前記荷電粒子ビームの軌道位置を挟んで、前記進行方向及び前記第１方向に対し直交する方向に対向して配置されると共に、絶縁材で表面が絶縁された導体である素線を複数本撚り合せて形成されるリッツ線が巻き回されて構成され、
   更に、前記スキャニングコイルは樹脂に含浸され、この樹脂が液体冷媒に接触して構成されたことを特徴とするスキャニング電磁石装置。
2. 荷電粒子ビームの進行方向に対して直交する第１方向に前記荷電粒子ビームを偏向させる一対の第１スキャニングコイルを備えた第１スキャニング電磁石装置と、
   前記進行方向及び前記第１方向に対し直交する第２方向に前記荷電粒子ビームを偏向させる一対の第２スキャニングコイルを備えた第２スキャニング電磁石装置とを備え、
   前記第２スキャニング電磁石装置が、前記第１スキャニング電磁石装置に対し、外側または内側で且つ前記進行方向における同一位置に配置され、
   前記第１スキャニングコイルが、前記荷電粒子ビームの軌道位置を挟んで前記第２方向に対向して配置され、前記第２スキャニングコイルが、前記荷電粒子ビームの軌道位置を挟んで前記第１方向に対向して配置され、
   これらの第１及び第２スキャニングコイルは、絶縁材で表面が絶縁された導体である素線を複数本撚り合せて形成されるリッツ線が巻き回されて構成され、
   更に、前記第１スキャニングコイルまたは前記第２スキャニングコイルは樹脂に含浸され、この樹脂が液体冷媒に接触して構成されたことを特徴とするスキャニング電磁石装置。
3. 前記スキャニングコイルは、非金属材料からなるコイル支持体により所定位置に保持されるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のスキャニング電磁石装置。
4. 前記第１スキャニングコイルまたは前記第２スキャニングコイルは、非金属材料からなるコイル支持体により所定位置に保持されるよう構成されたことを特徴とする請求項２に記載のスキャニング電磁石装置。
5. 前記液体冷媒を流動する冷媒流路を備え、この冷媒流路が非金属材料にて構成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスキャニング電磁石装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスキャニング電磁石装置を備えた照射装置を有し、前記スキャニング電磁石装置により荷電粒子ビームを偏向してスキャンし照射対象に照射するよう構成されたことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。

Images