JP7151127B2

JP7151127B2 - insertion light source

Info

Publication number: JP7151127B2
Application number: JP2018064570A
Authority: JP
Inventors: 勉幸田; 賢一沖平; 公央小部; 龍好加藤; 正浩阿達
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2022-10-12
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: JP2019175766A

Description

本発明は、互いに向かい合う第１磁石列と第２磁石列のギャップを維持したまま水平移動させて磁場を調整可能な挿入光源に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an insertion light source capable of adjusting a magnetic field by moving horizontally while maintaining a gap between a first magnet row and a second magnet row facing each other.

真空中において光速近くまで加速された電子ビームが磁界中で曲げられると、電子ビームの移動軌跡の接線方向に放射光を発光し、これをシンクロトロン放射光と呼んでいる。このようなシンクロトロン放射光を発生させる光源を、電子貯蔵リング（電子ビーム蓄積リング）の直線部に設置し、高指向性、高強度、高偏光性などの特性を生かした種々の技術の実用化のための研究が行われている。今日の電子貯蔵リングには、より高いビーム電流、より小さなビーム断面積による高輝度光源である挿入光源（アンジュレータ）が複数設けられている。 When an electron beam accelerated to near the speed of light in a vacuum is bent in a magnetic field, it emits synchrotron radiation in the tangential direction of the trajectory of the electron beam, which is called synchrotron radiation. Practical use of various technologies by installing a light source that generates such synchrotron radiation in the straight part of an electron storage ring (electron beam storage ring) and taking advantage of its characteristics such as high directivity, high intensity, and high polarization. Research is being conducted to Today's electron storage rings are equipped with multiple insertion sources (undulators), which are bright sources with higher beam currents and smaller beam cross-sections.

かかる挿入光源として、例えば、下記特許文献１に開示される挿入光源が知られている。この挿入光源は、多数の磁石が列状に配置される第１磁石列と、多数の磁石が列状に配置される第２磁石列がギャップを介して向かいあう構成を備えており、内部が超高真空に維持される真空槽内に配置されている。第１磁石列と第２磁石列の間には電子ビームが通過するギャップ空間が形成されていて、第１磁石列と第２磁石列は真空槽外部に設けられた駆動機構と気密封止可能な昇降シャフトを介して連結している。第１磁石列と第２磁石列を前記駆動機構により垂直方向に昇降させることで、前記ギャップの大きさを変えて磁場を調整し、放射光の波長を選択することができる（ギャップ調整式挿入光源）。特許文献１の装置においては、第１および第２磁石列が、間に何もはさむことなく向かい合って真空槽内に配置されているので、磁石列間のギャップを４ｍｍ程度まで小さくすることが可能である。さらに、磁石列以外の駆動機構やガイド機構等が真空槽の外に配置されているので、高い真空度が得られやすい、という特徴がある。しかしながら、特許文献１に開示の挿入光源において、磁場強度を変えるためにギャップを変えると、磁場分布の積分値が変動し、電子軌道が変動してしまう。電子軌道を一定に保つため、挿入光源の両端部に設けられた補正電磁石で軌道補正を行う必要がある。この操作はギャップ調整ごとに必要であり、挿入光源を電子貯蔵リングに導入するときに、軌道補正のための調整に多大な手間と時間を要してしまう。 As such an insertion light source, for example, an insertion light source disclosed in Patent Document 1 below is known. This insertion light source has a configuration in which a first magnet row in which a large number of magnets are arranged in a row and a second magnet row in which a large number of magnets are arranged in a row face each other across a gap. It is placed in a vacuum chamber maintained at high vacuum. A gap space through which the electron beam passes is formed between the first magnet row and the second magnet row, and the first magnet row and the second magnet row can be hermetically sealed with a drive mechanism provided outside the vacuum chamber. connected via a vertical lift shaft. By moving the first magnet array and the second magnet array vertically by the drive mechanism, the size of the gap can be changed to adjust the magnetic field and select the wavelength of the radiated light (gap adjustment type insertion light source). In the apparatus of Patent Document 1, the first and second magnet rows are arranged in the vacuum chamber facing each other without anything in between, so the gap between the magnet rows can be reduced to about 4 mm. is. Furthermore, since the drive mechanism, the guide mechanism, and the like other than the magnet array are arranged outside the vacuum chamber, there is a feature that a high degree of vacuum can be easily obtained. However, in the insertion light source disclosed in Patent Document 1, when the gap is changed to change the magnetic field strength, the integrated value of the magnetic field distribution fluctuates and the electron trajectory fluctuates. In order to keep the electron trajectory constant, it is necessary to correct the trajectory with correction electromagnets provided at both ends of the insertion light source. This operation is necessary for each gap adjustment, and when the insertion light source is introduced into the electron storage ring, adjustment for orbit correction requires a great deal of labor and time.

一方、挿入光源で磁場を調整する方法として、ギャップ調整式以外に、ギャップの大きさは固定で、磁石列を電子ビーム方向（水平方向、長手方向）に動かしてビーム進行方向の磁石列間の位相を調整することで磁場を変える方法（位相調整式挿入光源）が特許文献２に開示されている。特許文献２に開示の挿入光源では、位相調整の際に挿入光源が持つ積分磁場を一定に保つことができるため、磁場強度を変更する度ごとの補正電磁石による軌道補正は修正する必要がない。この方法は、磁石列間に超高真空のビームダクトを配置する楕円偏光アンジュレータ等で実用化されている。楕円偏光アンジュレータでは、磁気回路がビームダクト（真空槽）外にあるため、磁石列を水平方向に動かす駆動機構やガイド機構を容易に設けることができる。しかしながらこの方法では、磁石列間にビームダクトが挟まれる構造であるため、ビームダクトの厚み以下にギャップを小さくすることができず、磁場強度の大きさに限界がある。 On the other hand, as a method of adjusting the magnetic field with the insertion light source, other than the gap adjustment method, the size of the gap is fixed, and the magnet row is moved in the electron beam direction (horizontal direction, longitudinal direction) to move the magnet row in the beam traveling direction. Patent Document 2 discloses a method of changing the magnetic field by adjusting the phase (phase-adjustable insertion light source). In the insertion light source disclosed in Patent Document 2, since the integrated magnetic field of the insertion light source can be kept constant during phase adjustment, there is no need to correct the trajectory correction by the correction electromagnet each time the magnetic field strength is changed. This method has been put to practical use in elliptically polarized undulators, etc., in which ultra-high-vacuum beam ducts are arranged between magnet arrays. In the elliptically polarized undulator, since the magnetic circuit is outside the beam duct (vacuum chamber), it is easy to provide a drive mechanism and a guide mechanism to move the magnet row in the horizontal direction. However, in this method, since the beam duct is sandwiched between the magnet arrays, the gap cannot be made smaller than the thickness of the beam duct, and there is a limit to the magnitude of the magnetic field strength.

位相調整式挿入光源を、真空槽内に磁石列を配置して実現したものが特許文献３に開示されている。特許文献３の挿入光源では、リニアベアリング（Miniature linear bearings：ガイド機構に相当）と、駆動機構が磁石列とともに真空槽内に配置され、真空槽外のモータと気密封止可能なシャフト（tube component）によって連結されており、真空槽内の駆動機構を動かすことによって磁石列を水平方向に動かすことができる。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200003 discloses a phase-adjustable insertion light source that is realized by arranging a magnet array in a vacuum chamber. In the insertion light source of Patent Document 3, a linear bearing (miniature linear bearings: equivalent to a guide mechanism) and a drive mechanism are arranged in a vacuum chamber together with a magnet array, and a shaft (tube component) that can be airtightly sealed with a motor outside the vacuum chamber. ), and the magnet array can be moved horizontally by moving the drive mechanism in the vacuum chamber.

特開２００１－３２６０９９号公報JP-A-2001-326099 特開２０１４－１３６５８号公報JP 2014-13658 A ＵＳ２０１４／０１７６２７０公報US2014/0176270 publication

しかしながら、この方法では、真空槽内にガイド機構や駆動機構等の摩擦が起こる部材を配置しているので、高い真空度が得られにくい。この方法で達成される最終的な真空度は５×１０^－９ｔｏｒｒ（６×１０^－７Ｐａ）であり、近年の挿入光源で必要とされる１０^－８Ｐａ台に達していない。また、真空槽外に設けられたモータと真空槽内の駆動機構が１か所のtube componentで連結される構造であり、１つの駆動機構で磁石列全体を動かしているため、大型化が難しい。 However, in this method, it is difficult to obtain a high degree of vacuum because members that generate friction, such as guide mechanisms and drive mechanisms, are arranged in the vacuum chamber. The final degree of vacuum achieved by this method is 5×10 ⁻⁹ torr (6×10 ⁻⁷ Pa), which is below the order of 10 ⁻⁸ Pa required by modern insertion light sources. In addition, the motor installed outside the vacuum chamber and the drive mechanism inside the vacuum chamber are connected by one tube component. .

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、磁石列を電子ビーム方向に動かして磁場を変える挿入光源において、従来よりも高い真空度を達成可能な挿入光源を提供することである。さらに好ましくは、例えば磁石列の長さが２ｍ以上に大型化が可能な挿入光源を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to provide an insertion light source capable of achieving a higher degree of vacuum than conventional insertion light sources in which the magnetic field is changed by moving the magnet array in the direction of the electron beam. is. More preferably, it is desirable to provide an insertion light source that can be enlarged, for example, to a magnet row length of 2 m or more.

上記課題を解決するため本発明に係る挿入光源は、
多数の磁石が列状に配置される第１磁石列と、
この第１磁石列が取り付け支持される第１磁石支持体と、
多数の磁石が列状に配置されると共に、前記第１磁石列に対してギャップを介して向かい合う第２磁石列と、
この第２磁石列が取り付け支持される第２磁石支持体と、
第１磁石列、第２磁石列、第１磁石支持体、第２磁石支持体が内部に配置される真空槽と、
第１磁石支持体と第１連結機構を介して一体的に連結され、真空槽の外部に配置された第１ビームと、
第２磁石支持体と第２連結機構を介して一体的に連結され、真空槽の外部に配置された第２ビームと、
前記第１連結機構と第２連結機構の少なくとも一方に設けられ、柔軟性を有する部材により気密封止されたシャフトと、
第１ビームおよび第２ビームの少なくとも一方を前記多数の磁石の配列方向である水平方向に駆動する水平駆動機構と、を備え、
水平駆動機構により前記ギャップを維持したまま、第１磁石列と第２磁石列を相対的に水平方向に移動可能に構成し、かつ、前記気密封止されたシャフトにより前記水平方向の移動中における真空槽内の真空度を維持することを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, the insertion light source according to the present invention includes:
a first magnet row in which a large number of magnets are arranged in a row;
a first magnet support to which the first magnet row is attached and supported;
a second magnet row in which a large number of magnets are arranged in a row and faces the first magnet row across a gap;
a second magnet support to which the second magnet row is attached and supported;
a vacuum chamber in which the first magnet array, the second magnet array, the first magnet support, and the second magnet support are arranged;
a first beam integrally connected to the first magnet support via a first connection mechanism and disposed outside the vacuum chamber;
a second beam integrally connected to the second magnet support via a second connecting mechanism and disposed outside the vacuum chamber;
a shaft provided in at least one of the first coupling mechanism and the second coupling mechanism and hermetically sealed with a flexible member;
a horizontal drive mechanism for driving at least one of the first beam and the second beam in the horizontal direction, which is the direction in which the plurality of magnets are arranged;
The first magnet row and the second magnet row are configured to be relatively movable in the horizontal direction while maintaining the gap by a horizontal drive mechanism, and the hermetically sealed shaft during the horizontal movement It is characterized by maintaining the degree of vacuum in the vacuum chamber.

かかる構成による挿入光源の作用・効果を説明する。第１磁石支持体と第２磁石支持体は、それぞれ、第１連結機構、第２連結機構を介して第１ビーム、第２ビームに連結される。第１磁石支持体と第２磁石支持体は真空槽の内部に配置されるが、第１ビーム、第２ビームは真空槽の外部に配置される。水平駆動機構により、第１ビームおよび第２ビームの少なくとも一方を前記多数の磁石の配列方向である水平方向に移動させることで、磁場を変えることができる。この場合、真空槽に対して、第１連結機構と第２連結機構の少なくとも一方には、柔軟性を有する部材により気密封止されたシャフトが設けられている。これにより、真空度を維持したまま、磁石列の水平移動を行うことができる。 Actions and effects of the inserted light source with such a configuration will be described. The first magnet support and the second magnet support are respectively connected to the first beam and the second beam via a first connection mechanism and a second connection mechanism. The first and second magnet supports are located inside the vacuum chamber, while the first and second beams are located outside the vacuum chamber. The magnetic field can be changed by moving at least one of the first beam and the second beam in the horizontal direction, which is the direction in which the multiple magnets are arranged, by the horizontal drive mechanism. In this case, at least one of the first connecting mechanism and the second connecting mechanism with respect to the vacuum chamber is provided with a shaft hermetically sealed with a flexible member. As a result, the magnet row can be horizontally moved while maintaining the degree of vacuum.

さらに、磁石列および磁石支持体を水平移動するためのビームや水平駆動機構は、真空槽の外部に配置されている。真空槽の内部で摩擦が発生しないため高い真空度を達成することができる。その結果、磁石列を電子ビーム方向に動かして磁場を変える挿入光源において、従来よりも高い真空度を達成可能な挿入光源を提供することができる。 Furthermore, the beam and horizontal drive mechanism for horizontally moving the magnet row and magnet support are arranged outside the vacuum chamber. A high degree of vacuum can be achieved because no friction occurs inside the vacuum chamber. As a result, in the insertion light source that changes the magnetic field by moving the magnet array in the direction of the electron beam, it is possible to provide an insertion light source capable of achieving a higher degree of vacuum than before.

本発明において、真空槽内の真空度は１０^－７Ｐａ以下であることが好ましい。 In the present invention, the degree of vacuum in the vacuum chamber is preferably 10 ⁻⁷ Pa or less.

かかる構成により、近年真空封止型アンジュレータとして要求されている真空度を十分満足することができる。 With such a configuration, it is possible to sufficiently satisfy the degree of vacuum required in recent years for a vacuum-sealed undulator.

本発明において、第１ビームと第２ビームの少なくとも一方は、水平ガイド機構を介してビーム支持基台に支持されており、水平駆動機構により第１ビームと第２ビームの少なくとも一方がビーム支持基台に対して水平移動するように構成されていることが好ましい。 In the present invention, at least one of the first beam and the second beam is supported by the beam support base through the horizontal guide mechanism, and at least one of the first beam and the second beam is moved to the beam support base by the horizontal drive mechanism. It is preferably configured for horizontal movement with respect to the platform.

かかる構成により、ビーム支持基台に対してビームを水平移動させて、これと一体的に磁石列を水平移動させることができる。 With such a configuration, the beam can be horizontally moved with respect to the beam support base, and the magnet row can be horizontally moved integrally therewith.

本発明に係る水平駆動機構は、モータと、モータにより回転されるボールねじと、ボールねじに係合するブラケットとを含み、モータ及びボールネジが前記ビームに固定され、ブラケットがビーム支持基台に固定されることが好ましい。 A horizontal drive mechanism according to the present invention includes a motor, a ball screw rotated by the motor, and a bracket engaging the ball screw, wherein the motor and the ball screw are fixed to the beam, and the bracket is fixed to the beam support base. preferably.

かかる構成により、ビームに固定されたモーターによりボールネジを回転させることで、ボールネジに係合したブラケットを相対的に水平移動させることができる。この場合、ブラケットは、ビーム支持基台に固定されているので、ビーム支持基台に対してビームを水平移動させることができる。 With such a configuration, the bracket engaged with the ball screw can be relatively horizontally moved by rotating the ball screw with the motor fixed to the beam. In this case, since the bracket is fixed to the beam support base, the beam can be horizontally moved with respect to the beam support base.

第１実施形態に係る挿入光源の正面側の斜視図1 is a front perspective view of an insertion light source according to a first embodiment; FIG. 第１実施形態に係る挿入光源の正面図1 is a front view of an insertion light source according to a first embodiment; FIG. 第１実施形態に係る挿入光源の上方から見た平面図FIG. 2 is a plan view of the insertion light source according to the first embodiment as seen from above; 第１実施形態に係る挿入光源の側面図Side view of the insertion light source according to the first embodiment 第１実施形態に係る挿入光源の縦断面図FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the insertion light source according to the first embodiment; 水平駆動機構の構成を示す拡大斜視図Enlarged perspective view showing the configuration of the horizontal drive mechanism 磁石列の水平駆動について説明する概略図Schematic diagram explaining the horizontal drive of the magnet array ベローズシャフトとベローズの状態を示す図Diagram showing the state of the bellows shaft and bellows ベローズシャフトとベローズの状態を示す図Diagram showing the state of the bellows shaft and bellows ベローズシャフトとベローズの状態を示す図Diagram showing the state of the bellows shaft and bellows 図８Ｃの断面図Cross-sectional view of FIG. 8C 磁石列における各永久磁石の配列と移動態様を示す図The figure which shows the arrangement|sequence and movement mode of each permanent magnet in a magnet row. 磁石列における各永久磁石の配列と移動態様を示す図The figure which shows the arrangement|sequence and movement mode of each permanent magnet in a magnet row. 磁石列における各永久磁石の配列と移動態様を示す図The figure which shows the arrangement|sequence and movement mode of each permanent magnet in a magnet row. 磁場特性を示すグラフGraph showing magnetic field characteristics

本発明に係る挿入光源の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る挿入光源の正面側の斜視図である。図２は、本実施形態に係る挿入光源の正面図である。図３は、本実施形態に係る挿入光源の上方から見た平面図である。図４は、本実施形態に係る挿入光源の側面図である。図５は、本実施形態に係る挿入光源の縦断面図である。図６は、水平駆動機構の構成を示す拡大斜視図である。 A preferred embodiment of an insertion light source according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a front perspective view of an insertion light source according to this embodiment. FIG. 2 is a front view of the insertion light source according to this embodiment. FIG. 3 is a top plan view of the insertion light source according to the present embodiment. FIG. 4 is a side view of the insertion light source according to this embodiment. FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the insertion light source according to this embodiment. FIG. 6 is an enlarged perspective view showing the configuration of the horizontal drive mechanism.

＜挿入光源の全体構成＞
図５に示すように、挿入光源は、多数の磁石が列状に配置される第１磁石列Ｍ１と、同じく多数の磁石が列状に配置される第２磁石列Ｍ２がギャップδを介して向かい合っている。このギャップ空間を電子ビームが通過する。なお、磁石列の具体的な配列は後述するが、特許文献２に挙げたものが例示される。ただし、特定の磁石の配置に限定されるものではない。 <Overall configuration of insertion light source>
As shown in FIG. 5, the insertion light source consists of a first magnet row M1 having a large number of magnets arranged in a row and a second magnet row M2 having a large number of magnets arranged in a row through a gap δ. facing each other. An electron beam passes through this gap space. Although the specific arrangement of the magnet arrays will be described later, those listed in Patent Document 2 are exemplified. However, it is not limited to a specific magnet arrangement.

第１磁石列Ｍ１は、第１磁石支持体１により支持され、第２磁石列Ｍ２は、第２磁石支持体２により支持される。例えば、第１磁石列Ｍ１を構成する個々の磁石が第１磁石支持体１に対してボルト等により結合される。第２磁石列Ｍ２も同様である。 The first magnet row M1 is supported by the first magnet support 1 and the second magnet row M2 is supported by the second magnet support 2 . For example, the individual magnets forming the first magnet row M1 are coupled to the first magnet support 1 by bolts or the like. The same applies to the second magnet row M2.

また、第１磁石列Ｍ１と第２磁石列Ｍ２の磁石が向かい合う方向は垂直方向であるが、挿入光源としては、上記に限定されるものではなく、水平方向や傾斜方向、また、複数の方向の組み合わせを有していてもよい。図２は、真空槽３が取り外された状態で第１磁石列Ｍ１と第２磁石列Ｍ２の配列状態を示している。 Also, the direction in which the magnets of the first magnet row M1 and the second magnet row M2 face each other is the vertical direction, but the insertion light source is not limited to the above. may have a combination of FIG. 2 shows the arrangement state of the first magnet array M1 and the second magnet array M2 with the vacuum chamber 3 removed.

第１磁石列Ｍ１と第２磁石列Ｍ２は、内部が超高真空（１０^－５Ｐａ～１０^－８Ｐａ）に維持される真空槽３の内部に設置される。真空槽３は、形状が円筒形であり、図１、図３などに示すように図の左右方向（電子ビームの進行方向）に沿った細長い形状を有している。真空槽３内部の真空度は１０^－７Ｐａ以下であることが好ましい。真空度が１０^－７Ｐａ以下であれば、近年真空封止型アンジュレータとして要求されている真空度を十分満足することができる。なお、ギャップδの大きさは後述するギャップ駆動機構により変更することができる。ベース１０は、複数個の台座４により載置面の上に載置される。台座４は、前側と後側に適宜の個数を配置することができる。 The first magnet array M1 and the second magnet array M2 are installed inside a vacuum chamber 3 whose interior is maintained in an ultra-high vacuum (10 ⁻⁵ Pa to 10 ⁻⁸ Pa). The vacuum chamber 3 has a cylindrical shape, and as shown in FIGS. 1 and 3, has an elongated shape extending in the left-right direction (direction in which the electron beam travels). The degree of vacuum inside the vacuum chamber 3 is preferably 10 ⁻⁷ Pa or less. If the degree of vacuum is 10 ⁻⁷ Pa or less, it is possible to sufficiently satisfy the degree of vacuum demanded in recent years for sealed vacuum undulators. The size of the gap .delta. can be changed by a gap drive mechanism, which will be described later. The base 10 is mounted on the mounting surface by a plurality of pedestals 4 . An appropriate number of pedestals 4 can be arranged on the front side and the rear side.

なお、真空槽３は、支持体６０によりベース１０の上に支持されている。図１などにも示すように、支持体６０の上には支持部材６１が設けられており、真空槽３の下部を受け止めている。支持体６０、支持部材６１、真空槽３は、不図示の機械的手段（例えば、ボルトナット）により結合されている。また、支持体６０もベース１０に対して適宜の機械的手段（例えば、ボルトナット）により結合されている。 The vacuum chamber 3 is supported on the base 10 by a support 60. As shown in FIG. As shown in FIG. 1 and other figures, a support member 61 is provided on the support 60 to receive the lower portion of the vacuum chamber 3 . The support 60, the support member 61, and the vacuum chamber 3 are connected by mechanical means (for example, bolts and nuts) (not shown). Further, the support 60 is also coupled to the base 10 by appropriate mechanical means (for example, bolts and nuts).

第１磁石支持体１の上部は、第１連結機構１５０を介して第１ビーム１００に連結される。同様に、第２磁石支持体２の下部は、第２連結機構２５０を介して第２ビーム２００に連結される。なお、第１ビーム１００と第２ビーム２００は同じ構造であるので、第１ビーム１００に関してのみ説明し、第２ビーム２００の説明は省略する。第１連結機構１５０と第２連結機構２５０も同じ構造であるので、第１連結機構１５０に関してのみ説明し、第２連結機構２５０の説明は省略する。 The top of the first magnet support 1 is connected to the first beam 100 via the first connecting mechanism 150 . Similarly, the lower part of the second magnet support 2 is connected to the second beam 200 via the second connecting mechanism 250 . Since the first beam 100 and the second beam 200 have the same structure, only the first beam 100 will be described, and the description of the second beam 200 will be omitted. Since the first coupling mechanism 150 and the second coupling mechanism 250 have the same structure, only the first coupling mechanism 150 will be explained, and the explanation of the second coupling mechanism 250 will be omitted.

第１ビーム１００および第２ビーム２００は、水平方向に長い直方体の形状を呈している。第１ビーム１００には、第１磁石列Ｍ１および第１磁石支持体１を水平方向に駆動するための水平駆動機構５が設けられる。第２ビーム２も同様に水平駆動機構５が配置される。 The first beam 100 and the second beam 200 have a rectangular parallelepiped shape elongated in the horizontal direction. The first beam 100 is provided with a horizontal drive mechanism 5 for horizontally driving the first magnet row M1 and the first magnet support 1 . A horizontal driving mechanism 5 is similarly arranged for the second beam 2 .

図５は磁石位置が後述のニュートラルな状態の時のべローズシャフトの中心を通る断面図である。第１連結機構１５０は、ベローズシャフト１５１とベローズ１５２を備えている。ベローズシャフト１５１の下部は第１磁石支持体１に連結され、上部はリニアテーブル１５３に連結される。ベローズ１５２は、蛇腹形状を有する筒状体であり、柔軟性を有する。ベローズ１５２の下部は、真空槽３に対して気密封止するように固定され、上部はベローズシャフト１５１に気密封止するように固定される。この構成により、ベローズシャフト１５１の水平方向および垂直方向の移動を許容し、かつ、真空槽３の内部の真空度を維持している。第１連結機構１５０は、水平方向に沿って７か所配置されている。なお配置個数は適宜設定できる。 FIG. 5 is a sectional view through the center of the bellows shaft when the magnet position is in a neutral state, which will be described later. The first coupling mechanism 150 has a bellows shaft 151 and a bellows 152 . The bellows shaft 151 has a lower portion connected to the first magnet support 1 and an upper portion connected to the linear table 153 . The bellows 152 is a tubular body having a bellows shape and has flexibility. The lower portion of the bellows 152 is hermetically fixed to the vacuum chamber 3 and the upper portion is hermetically fixed to the bellows shaft 151 . This configuration allows the horizontal and vertical movement of the bellows shaft 151 and maintains the degree of vacuum inside the vacuum chamber 3 . The first connecting mechanism 150 is arranged at seven locations along the horizontal direction. In addition, the number of arrangement|positioning can be set suitably.

リニアテーブル１５３の上面と、第１ビーム１００の下面は、リニアガイド１５４により連結されている。このリニアガイド１５４は、本来、真空槽３の内部を高温にすることによる磁石支持体１の延びを吸収するためのものであり、磁石列により構成される磁気回路に悪影響が出ないようにしている。後述の通り第１磁石列Ｍ１および第１磁石支持体１が水平駆動するに際しては、リニアガイド１５４はリニアテーブル１５３および第１ビーム１００に固定されており、複数のリニアテーブル１５３を第１ビーム１００に連結する役割を担っている。 A linear guide 154 connects the upper surface of the linear table 153 and the lower surface of the first beam 100 . The linear guide 154 is originally intended to absorb the extension of the magnet support 1 due to the high temperature inside the vacuum chamber 3. there is As will be described later, when the first magnet row M1 and the first magnet support 1 are horizontally driven, the linear guide 154 is fixed to the linear table 153 and the first beam 100 so that the plurality of linear tables 153 move to the first beam 100. It plays a role of connecting to

第１ビーム１００は、第１サドル３００（ビーム支持基台に相当）にリニアガイド３０１を介して支持されている。リニアガイド３０１は、図５に示すように、上下に２か所設けられている。第２ビーム２００も同様に第２サドル４００に支持されている。リニアガイド３０１により、第１ビーム１００は水平方向に移動可能であり、第１磁石列Ｍ１を水平方向に移動可能である。第１サドル３００は、図１に示すように、水平方向に２か所設けられている。 The first beam 100 is supported by a first saddle 300 (corresponding to a beam support base) via a linear guide 301 . As shown in FIG. 5, the linear guides 301 are provided at two upper and lower positions. A second beam 200 is similarly supported by a second saddle 400 . The linear guide 301 allows the first beam 100 to move horizontally and the first magnet row M1 to move horizontally. As shown in FIG. 1, the first saddles 300 are provided at two locations in the horizontal direction.

第１ビーム１００を水平方向に移動させるための水平駆動機構５が図２、図５、図６等に示される。水平駆動機構５は、ステッピングモーター５０、このステッピングモーター５０により回転駆動されるボールネジ５１と、このボールネジ５１に係合するブラケット５２を有している。第２ビーム２００にも同じ水平駆動機構５が設けられているが、第１ビーム１００と同じであるので説明を省略する。本実施形態では水平駆動機構５が第１ビーム１００に設置される例を示したが、水平駆動機構が設置される箇所はこれに限られない。例えば、第１サドル３００に設置されてもよい。 A horizontal drive mechanism 5 for horizontally moving the first beam 100 is shown in FIGS. 2, 5, 6 and the like. The horizontal drive mechanism 5 has a stepping motor 50 , a ball screw 51 rotationally driven by the stepping motor 50 , and a bracket 52 engaged with the ball screw 51 . Although the second beam 200 is also provided with the same horizontal drive mechanism 5, it is the same as the first beam 100, so the description is omitted. Although the example in which the horizontal driving mechanism 5 is installed on the first beam 100 is shown in this embodiment, the location where the horizontal driving mechanism is installed is not limited to this. For example, it may be installed on the first saddle 300 .

ステッピングモーター５０とボールネジ５１は、第１ビーム１００に適宜の手段で固定されている。ブラケット５２は、図５に示すように、係合部５２ａと連結部５２ｂを有し、連結部５２ｂが第１サドル３００に固定される。連結部５２ｂは、第1ビーム１００に形成された穴１００ａを貫通しており、第１ビーム１００とは干渉しない。連結部５２の上下にリニアガイド３０１が配置されている。ボールネジ５１が回転すると、相対的にブラケット５２が水平移動する。本実施形態においては、ブラケット５２に対して、ボールネジ５１が水平方向に移動する。すなわち、第１ビーム１００が水平方向に移動し、第１連結機構１５０を介して連結されている第１磁石支持体１、第１磁石列Ｍ１が一体的に水平方向に移動する。このとき、べローズシャフト１５１が移動しても柔軟性を有するべローズ１５２が変形して追随するので真空槽３は動かない。すなわち、真空槽３の位置はそのままで第１磁石支持体１、第１磁石列Ｍ１を移動させることができる。同様に第２磁石列Ｍ２も真空槽３の位置はそのままで第１磁石列Ｍ１と逆方向に移動させることができる。これにより、第１磁石列Ｍ１と、第２磁石列Ｍ２の相対的な位置を変化させることができる。 The stepping motor 50 and the ball screw 51 are fixed to the first beam 100 by appropriate means. The bracket 52 has an engaging portion 52a and a connecting portion 52b, and the connecting portion 52b is fixed to the first saddle 300, as shown in FIG. The connecting portion 52b passes through a hole 100a formed in the first beam 100 and does not interfere with the first beam 100. As shown in FIG. Linear guides 301 are arranged above and below the connecting portion 52 . When the ball screw 51 rotates, the bracket 52 relatively moves horizontally. In this embodiment, the ball screw 51 moves horizontally with respect to the bracket 52 . That is, the first beam 100 moves in the horizontal direction, and the first magnet support 1 and the first magnet row M1, which are connected via the first connecting mechanism 150, move together in the horizontal direction. At this time, even if the bellows shaft 151 moves, the flexible bellows 152 deforms and follows the movement, so the vacuum chamber 3 does not move. That is, the first magnet support 1 and the first magnet row M1 can be moved while the position of the vacuum chamber 3 remains unchanged. Similarly, the second magnet array M2 can also be moved in the opposite direction to the first magnet array M1 while maintaining the position of the vacuum chamber 3 . Thereby, the relative positions of the first magnet array M1 and the second magnet array M2 can be changed.

本実施形態では、２個で１組のべローズシャフト１５１がリニアテーブル１５３に連結されており、リニアテーブル１５３はリニアガイド１５４を介して複数個（本実施形態では７個）第１ビーム１００に連結されている。すなわち、第１ビーム１００を移動させることによってそれに連結された複数組のべローズシャフト１５１を移動させることが可能である。この構成によって、例えば２ｍ以上の長い磁石列でも無理なく移動させることができ、挿入光源の大型化が可能となる。 In this embodiment, a set of two bellows shafts 151 is connected to a linear table 153 , and a plurality of (seven in this embodiment) linear tables 153 are connected to the first beam 100 via linear guides 154 . Concatenated. That is, by moving the first beam 100, it is possible to move the sets of bellows shafts 151 connected thereto. With this configuration, even a long magnet row of, for example, 2 m or more can be moved without difficulty, and the size of the insertion light source can be increased.

本実施形態の挿入光源は、磁石列を水平方向に駆動する水平駆動機構５のほかに、ギャップを調整するギャップ駆動機構６も設けられている。これは、磁石列を垂直方向に駆動するためのものである。ギャップ駆動機構６は、本体フレーム１１に搭載されており、さらに、第１サドル３００はリニアガイド３０２により垂直方向に移動可能にガイドされる。第２サドル４００に関しても同じである。ギャップ駆動機構６を駆動することで、第１サドル３００が垂直方向に駆動され、これにより、第１ビーム１００、第１連結機構１５０、第１磁石支持体１、第１磁石列Ｍ１も一体的に垂直方向に駆動される。ギャップ駆動機構６は、例えば、特開２０１７－０３３７６９号公報に開示されている機構を用いることができ、詳細は省略する。本実施形態の挿入光源は、位相調整式でありながらギャップ駆動も可能である。ギャップ駆動機構により必要に応じてギャップを広げることができるため、例えば試運転時に電子ビームが磁気回路に当たらないように回避することが可能である。 The insertion light source of this embodiment is provided with a gap drive mechanism 6 for adjusting the gap, in addition to the horizontal drive mechanism 5 for driving the magnet row in the horizontal direction. This is for driving the magnet array vertically. The gap drive mechanism 6 is mounted on the body frame 11, and the first saddle 300 is guided by a linear guide 302 so as to be vertically movable. The same is true for the second saddle 400 as well. By driving the gap drive mechanism 6, the first saddle 300 is driven in the vertical direction, whereby the first beam 100, the first coupling mechanism 150, the first magnet support 1, and the first magnet row M1 are also integrated. is driven vertically to For the gap drive mechanism 6, for example, the mechanism disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-033769 can be used, and details thereof will be omitted. The insertion light source of this embodiment is of a phase adjustment type and can also be driven by a gap. A gap drive allows the gap to be widened as required, so that the electron beam can be prevented from impinging on the magnetic circuit, for example during commissioning.

＜磁石列の水平駆動＞
次に、磁場の調整のために行う磁石列の水平駆動に関して説明する。図７は、水平駆動について説明する概略図である。第１磁石列Ｍ１と第２磁石列Ｍ２のギャップδは維持したまま、第１磁石列Ｍ１と第２磁石列Ｍ２を水平方向に移動する。第１磁石列Ｍ１と第２磁石列Ｍ２の移動方向は、互いに逆である。図７は、第１磁石列Ｍ１が右に移動するとき、第２磁石列Ｍ２は左に移動することを示す。 <Horizontal drive of magnet row>
Next, the horizontal drive of the magnet row for adjusting the magnetic field will be described. FIG. 7 is a schematic diagram illustrating horizontal drive. The first magnet row M1 and the second magnet row M2 are horizontally moved while maintaining the gap δ between the first magnet row M1 and the second magnet row M2. The moving directions of the first magnet row M1 and the second magnet row M2 are opposite to each other. FIG. 7 shows that when the first magnet row M1 moves to the right, the second magnet row M2 moves to the left.

図９Ａ～図９Ｃは、磁石列における各永久磁石の配列と移動態様を示す図である。個々の磁石は５ｍｍピッチで配列されている。図において白抜きの矢印は、着磁されている磁場の方向を示す。この着磁の方向は４通りであり、これを１組として、周期的に繰り返し配置されている。本実施形態では周期は２０ｍｍである。図９Ｂは、ニュートラルな状態を示す。図９Ａは、ニュートラルに対して、第１磁石列Ｍ１が右に２．５ｍｍ、第２磁石列Ｍ２が左に２．５ｍｍ移動した状態、図９Ｃは、ニュートラルに対して、第１磁石列Ｍ１が左に２．５ｍｍ、第２磁石列Ｍ２が右に２．５ｍｍ移動した状態を示す。すなわち、ニュートラルに対して±２．５ｍｍの範囲で磁石列を移動させて磁場を調整する。 9A to 9C are diagrams showing the arrangement and movement of each permanent magnet in the magnet array. Individual magnets are arranged at a pitch of 5 mm. The white arrows in the figure indicate the direction of the magnetized magnetic field. There are four directions of magnetization, and these are set as one set and arranged periodically and repeatedly. In this embodiment the period is 20 mm. FIG. 9B shows the neutral state. FIG. 9A shows a state in which the first magnet row M1 has moved to the right by 2.5 mm and the second magnet row M2 has moved to the left by 2.5 mm with respect to neutral. indicates a state in which has moved 2.5 mm to the left, and the second magnet row M2 has moved 2.5 mm to the right. That is, the magnetic field is adjusted by moving the magnet row within a range of ±2.5 mm with respect to the neutral.

図８Ａ～図８Ｃは、それぞれ、図９Ａ～図９Ｃの状態におけるベローズシャフト１５１とベローズ１５２の状態を示す。図８Ｄは、図８Ｃの断面図を示す。ベローズシャフト１５１が水平駆動に移動するのに対応して、柔軟性を有するベローズ１５２が変形して追従する。これにより、真空槽３の内部の真空度を維持しつつ、磁石列の水平駆動を行うことができる。 8A-8C show the states of bellows shaft 151 and bellows 152 in the states of FIGS. 9A-9C, respectively. FIG. 8D shows a cross-sectional view of FIG. 8C. As the bellows shaft 151 moves in horizontal drive, the flexible bellows 152 deforms to follow. As a result, the magnet array can be driven horizontally while maintaining the degree of vacuum inside the vacuum chamber 3 .

図１０は、ニュートラルに対して±２．５ｍｍの範囲で移動させたときの磁場特性を示すグラフ（計算値）である。Ｂｙは水平方向の磁場の大きさ、Ｂｚは垂直方向の磁場の大きさを示す。図１０の例は周期長２０ｍｍの場合であるが、±２．５ｍｍの磁石列の移動により磁場をゼロから最大に変化させられることがわかる。例えば周期長が２４ｍｍ以下の位相調整式挿入光源では、動作量が±３ｍｍ以下であり、本発明の方法を採用できる。
また、１Ｔ以上の挿入光源磁場強度が得られることがわかり、十分な実用性を有している。 FIG. 10 is a graph (calculated values) showing magnetic field characteristics when moved within a range of ±2.5 mm with respect to neutral. By indicates the magnitude of the horizontal magnetic field, and Bz indicates the magnitude of the vertical magnetic field. In the example of FIG. 10, the periodic length is 20 mm, and it can be seen that the magnetic field can be changed from zero to the maximum by moving the magnet array by ±2.5 mm. For example, in a phase-adjustable insertion light source with a periodic length of 24 mm or less, the operation amount is ±3 mm or less, and the method of the present invention can be employed.
In addition, it is found that an insertion light source magnetic field strength of 1 T or more can be obtained, and it has sufficient practicality.

＜別実施形態＞
本実施形態に係る挿入光源は、水平駆動機構とギャップ駆動機構の双方を有しているが、水平駆動機構のみを有する挿入光源であってもよい。 <Another embodiment>
Although the insertion light source according to this embodiment has both the horizontal driving mechanism and the gap driving mechanism, it may be an insertion light source having only the horizontal driving mechanism.

本実施形態では、第１磁石列と第２磁石列の両方を水平駆動機構により移動させているが、いずれか一方のみを駆動する構成を採用してもよい。 In this embodiment, both the first magnet row and the second magnet row are moved by the horizontal drive mechanism, but a configuration in which only one of them is driven may be employed.

Ｍ１第１磁石列
Ｍ２第２磁石列
δ ギャップ
１第１磁石支持体
２第２磁石支持体
３真空槽
４台座
５水平駆動機構
５０ステッピングモーター
５１ボールネジ
５２ブラケット
１００第１ビーム
１５０第１連結機構
１５１ベローズシャフト
１５２ベローズ
１５３リニアテーブル
２００第２ビーム
２５０第２連結機構
３００第１サドル
３０１リニアガイド
４００第２サドル
M1 First magnet row M2 Second magnet row δ Gap 1 First magnet support 2 Second magnet support 3 Vacuum chamber 4 Pedestal 5 Horizontal drive mechanism 50 Stepping motor 51 Ball screw 52 Bracket 100 First beam 150 First coupling mechanism 151 Bellows shaft 152 Bellows 153 Linear table 200 Second beam 250 Second coupling mechanism 300 First saddle 301 Linear guide 400 Second saddle

Claims

a first magnet row in which a large number of magnets are arranged in a row;
a first magnet support to which the first magnet row is attached and supported;
a second magnet row in which a large number of magnets are arranged in a row and faces the first magnet row across a gap;
a second magnet support to which the second magnet row is attached and supported;
a vacuum chamber in which the first magnet array, the second magnet array, the first magnet support, and the second magnet support are arranged;
a first beam integrally connected to the first magnet support via a first connection mechanism and disposed outside the vacuum chamber;
a second beam integrally connected to the second magnet support via a second connecting mechanism and disposed outside the vacuum chamber;
a shaft provided in at least one of the first coupling mechanism and the second coupling mechanism and hermetically sealed with a flexible member;
a horizontal drive mechanism for driving at least one of the first beam and the second beam in the horizontal direction, which is the direction in which the plurality of magnets are arranged;
The first magnet row and the second magnet row are configured to be relatively movable in the horizontal direction while maintaining the gap by a horizontal drive mechanism, and the hermetically sealed shaft during the horizontal movement An insertion light source characterized by maintaining the degree of vacuum in a vacuum chamber.

At least one of the first beam and the second beam is supported by the beam support base via a horizontal guide mechanism, and at least one of the first beam and the second beam is moved relative to the beam support base by the horizontal drive mechanism. 2. An insertion light source as recited in claim 1, wherein said insertion light source is configured for horizontal movement.

The horizontal drive mechanism includes a motor, a ball screw rotated by the motor, and a bracket engaging the ball screw, wherein the motor and ball screw are fixed to the beam and the bracket is fixed to the beam support base. 3. An insertion light source according to claim 2.

4. The insertion light source according to any one of claims 1 to 3, wherein the degree of vacuum in the vacuum chamber is 10 ^-7 Pa or less.