特開 2024-100318 荷電粒子加速器用の多極電磁石

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024100318

(43)【公開日】2024-07-26

(54)【発明の名称】荷電粒子加速器用の多極電磁石

(51)【国際特許分類】

   H05H 7/04 20060101AFI20240719BHJP

   H05H 13/04 20060101ALI20240719BHJP

【ＦＩ】

H05H7/04

H05H13/04 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023004228

(22)【出願日】2023-01-16

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 令和４年２月７日を初回として複数回にわたって国立研究開発法人 量子科学技術研究開発機構に販売

(71)【出願人】

【識別番号】000134257

【氏名又は名称】株式会社トーキン

(74)【代理人】

【識別番号】100117341

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 拓哉

(74)【代理人】

【識別番号】100148840

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 健志

(74)【代理人】

【識別番号】100191673

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 久典

(72)【発明者】

【氏名】尾形 敢一郎

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 秀人

(72)【発明者】

【氏名】横山 淳也

【テーマコード（参考）】

2G085

【Ｆターム（参考）】

2G085AA13

2G085BA09

2G085BA14

2G085BA15

2G085BC04

2G085BC05

2G085BC06

2G085BE05

2G085EA07

(57)【要約】

【課題】中心点の位置を容易に測定可能な新たな構造を有する多極電磁石を提供すること。
【解決手段】多極電磁石２０は、所定数の磁極部３０を備えている。磁極部３０は、互いに同じ形状を有している。磁極部３０の夫々は、ヨークから多極電磁石２０の中心点２４に近づくように中心軸３８に沿って延びている。磁極部３０の夫々は、コイルが巻回された被巻回部と、コイルから露出した露出部３４とを有している。露出部３４の夫々は、中心点２４に近づくにつれて先細る先細り部４２を有している。先細り部４２の夫々には、２つの凹部４４が形成されている。磁極部３０の夫々において、２つの凹部４４は、中心軸３８を挟んでいる。凹部４４の夫々には、直線部４６が設けられている。直線部４６の夫々は、中心軸３８と平行に延びている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷電粒子加速器用の多極電磁石であって、
前記多極電磁石は、所定数の磁極部と、前記磁極部に夫々対応する前記所定数のコイルと、ヨークとを備えており、
前記磁極部は、互いに同じ形状を有しており、
前記磁極部の夫々は、前記ヨークから前記多極電磁石の中心点に近づくように中心軸に沿って延びており、
前記磁極部の夫々は、被巻回部と、露出部とを有しており、
前記被巻回部の夫々には、対応する前記コイルが巻回されており、
前記露出部の夫々は、前記被巻回部よりも前記中心点に近い位置にあり、
前記露出部の夫々は、前記コイルから露出しており、且つ、先細り部を有しており、
前記先細り部の夫々は、前記中心点に近づくにつれて先細っており、
前記先細り部の夫々には、２つの凹部が形成されており、
前記磁極部の夫々において、２つの前記凹部は、前記中心軸を挟んでおり、
前記凹部の夫々には、直線部が設けられており、
前記直線部の夫々は、前記中心軸と平行に延びている
多極電磁石。

【請求項2】

請求項１記載の多極電磁石であって、
前記多極電磁石は、互いに直交する水平方向及び垂直方向によって規定される垂直平面に沿って配置されており、
前記露出部の夫々は、２つの付加的直線部を有しており、
前記磁極部の夫々において、２つの前記付加的直線部は、前記中心軸を挟んでおり、
前記付加的直線部の夫々は、前記中心軸と交差する方向に沿って延びており、
前記磁極部は、磁極対を含んでおり、
前記磁極対は、前記垂直平面において互いに隣り合う２つの前記磁極部からなり、
前記磁極対において、一方の前記磁極部の前記付加的直線部のうちの１つ、及び、他方の前記磁極部の前記付加的直線部のうちの１つは、前記水平方向又は前記垂直方向に沿って互いに並行に延びている
多極電磁石。

【請求項3】

請求項１又は請求項２記載の多極電磁石であって、
前記磁極部の夫々は、２つの角部を有しており、
前記磁極部の夫々において、２つの前記角部は、前記中心軸を挟んでおり、
前記角部の夫々は、前記露出部の先端から前記中心点に近づくように突出している
多極電磁石。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、荷電粒子加速器用の多極電磁石に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特許文献１には、このタイプの多極電磁石が開示されている。

【0003】

多極電磁石を荷電粒子加速器に取り付ける際、多極電磁石の中心点を、荷電粒子の設計された軌道に対して正確に位置合わせする必要がある。特許文献１の多極電磁石は、回転可能に支持されている。また、特許文献１の多極電磁石の外周には、多極電磁石の極に夫々対応したターゲットが設けられている。多極電磁石を回転させつつ位置読み取り装置によってターゲットの位置を測定することで、多極電磁石の中心点の位置を測定できる。測定結果に基づいて中心点の位置を調整できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平５－１８０９９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

荷電粒子加速器用の多極電磁石について、より簡易な方法で中心点の位置を測定したいという要望がある。特に、スキュー４極電磁石のように磁極部が延びる中心軸が水平方向や垂直方向と一致する場合でも中心点の位置を容易に測定できることが好ましい。

【0006】

そこで、本発明は、中心点の位置を容易に測定可能な新たな構造を有する多極電磁石を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、第１の多極電磁石として、
荷電粒子加速器用の多極電磁石であって、
前記多極電磁石は、所定数の磁極部と、前記磁極部に夫々対応する前記所定数のコイルと、ヨークとを備えており、
前記磁極部は、互いに同じ形状を有しており、
前記磁極部の夫々は、前記ヨークから前記多極電磁石の中心点に近づくように中心軸に沿って延びており、
前記磁極部の夫々は、被巻回部と、露出部とを有しており、
前記被巻回部の夫々には、対応する前記コイルが巻回されており、
前記露出部の夫々は、前記被巻回部よりも前記中心点に近い位置にあり、
前記露出部の夫々は、前記コイルから露出しており、且つ、先細り部を有しており、
前記先細り部の夫々は、前記中心点に近づくにつれて先細っており、
前記先細り部の夫々には、２つの凹部が形成されており、
前記磁極部の夫々において、２つの前記凹部は、前記中心軸を挟んでおり、
前記凹部の夫々には、直線部が設けられており、
前記直線部の夫々は、前記中心軸と平行に延びている
多極電磁石を提供する。

【0008】

本発明は、第２の多極電磁石として、第１の多極電磁石であって、
前記多極電磁石は、互いに直交する水平方向及び垂直方向によって規定される垂直平面に沿って配置されており、
前記露出部の夫々は、２つの付加的直線部を有しており、
前記磁極部の夫々において、２つの前記付加的直線部は、前記中心軸を挟んでおり、
前記付加的直線部の夫々は、前記中心軸と交差する方向に沿って延びており、
前記磁極部は、磁極対を含んでおり、
前記磁極対は、前記垂直平面において互いに隣り合う２つの前記磁極部からなり、
前記磁極対において、一方の前記磁極部の前記付加的直線部のうちの１つ、及び、他方の前記磁極部の前記付加的直線部のうちの１つは、前記水平方向又は前記垂直方向に沿って互いに並行に延びている
多極電磁石を提供する。

【0009】

本発明は、第３の多極電磁石として、第１又は第２の多極電磁石であって、
前記磁極部の夫々は、２つの角部を有しており、
前記磁極部の夫々において、２つの前記角部は、前記中心軸を挟んでおり、
前記角部の夫々は、前記露出部の先端から前記中心点に近づくように突出している
多極電磁石を提供する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、磁極部の夫々に、中心軸を挟み且つ中心軸と平行に延びる２つの直線部が設けられている。この２つの直線部の中間位置を測定することで、中心軸の位置を測定できる。例えば、多極電磁石としてスキュー４極電磁石を荷電粒子加速器に取り付ける場合、２つの磁極部が水平方向に対向し、他の２つの磁極部が垂直方向に対向するように配置される。このとき、水平方向に対向する２つの磁極部の２つの中心軸の垂直方向における中間位置を測定することで、多極電磁石の中心点の垂直方向における位置を測定できる。加えて、垂直方向に対向する２つの磁極部の２つの中心軸の水平方向における中間位置を測定することで、多極電磁石の中心点の水平方向における位置を測定できる。

【0011】

上述のように、本発明によれば、磁極部の２つの直線部を使用して、スキュー４極電磁石の中心点を測定できる。測定した中心点を荷電粒子の設計された軌道に対して位置合わせすることで、スキュー４極電磁石を正確に配置できる。以上の説明から理解されるように、本発明によれば、スキュー４極電磁石のように磁極部が延びる中心軸が水平方向や垂直方向と一致する場合でも中心点の位置を容易に測定可能な新たな構造を有する多極電磁石を提供できる。

【0012】

また、本発明によれば、磁極部の夫々に、中心軸を挟み且つ中心軸と交差する方向に延びる２つの付加的直線部を設けることで、６極電磁石等の様々な多極電磁石の中心点の位置を容易に測定できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の形態による荷電粒子加速器を模式的に示す平面図である。荷電粒子の軌道を破線で描画している。

【図2】図１の荷電粒子加速器の多極電磁石のうちの１つを示す前面図である。隠れた磁極部の輪郭及び多極電磁石の中心点の位置を破線で描画している。

【図3】図２の多極電磁石の磁性部材のうちの１つを示す前面図である。コイル及びコイル位置決め部材の輪郭を１点鎖線で描画している。磁極部の中心線を２点鎖線で描画している。磁極部の一部（破線で囲んだ部分）を拡大して描画している。コイル位置決め部材を固定するために磁極部に形成した孔を描画していない。

【図4】図２の多極電磁石の磁極部の露出部を示す前面図である。磁極部の中心線、多極電磁石の中心点の位置および多極電磁石の中心領域の位置を破線で描画している。

【図5】図４の露出部の変形例を示す前面図である。

【図6】図２の多極電磁石の変形例を示す前面図である。隠れた磁極部の輪郭及び多極電磁石の中心点の位置を破線で描画している。

【図7】図６の多極電磁石の磁性部材のうちの１つを示す前面図である。コイル及びコイル位置決め部材の輪郭を１点鎖線で描画している。磁極部の中心線を２点鎖線で描画している。磁極部の一部（破線で囲んだ部分）を拡大して描画している。コイル位置決め部材を固定するために磁極部に形成した孔を描画していない。

【図8】図６の多極電磁石の磁極部の露出部を示す前面図である。磁極部の中心線、多極電磁石の中心点の位置および多極電磁石の中心領域の位置を破線で描画している。

【図9】図８の露出部の一部を示す前面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１を参照すると、本発明の実施の形態による多極電磁石２０は、荷電粒子加速器１０用の多極電磁石である。図示した荷電粒子加速器１０は、電子や陽子等の荷電粒子を円形の軌道１８に沿って周回させつつ光速に近い速度まで加速する。詳しくは、荷電粒子は、入射部１２から荷電粒子加速器１０に入射される。入射された荷電粒子は、軌道１８に沿って加速された後に、取り出し部１４から外部に取り出される。取り出された荷電粒子は、医学などの様々な分野における研究に使用される。

【0015】

図示した荷電粒子加速器１０は、８つの多極電磁石２０を備えている。但し、図１は模式的な図に過ぎず、実際の荷電粒子加速器１０は、より多数の様々な多極電磁石を備えている。例えば、実際の荷電粒子加速器１０は、軌道１８に沿って配置された多数の基本単位を備えている。例えば、基本単位の夫々は、荷電粒子の方向を曲げるための複数の偏向電磁石と、荷電粒子を集束するための複数の４極電磁石と、集束した粒子の収差を補正するための複数の６極電磁石とを備えている。

【0016】

多極電磁石２０は、軌道１８に沿って配置されている。軌道１８は、垂直方向と直交する水平面に沿って延びている。本実施の形態の垂直方向は、上下方向（Ｚ方向）であり重力方向である。本実施の形態において、「上方」は＋Ｚ方向であり、「下方」は－Ｚ方向である。本実施の形態の水平面は、ＸＹ平面である。

【0017】

図１を図２と併せて参照すると、多極電磁石２０の夫々は、軌道１８と直交する垂直平面と平行に配置されている。本実施の形態の垂直平面は、互いに直交する水平方向及び垂直方向によって規定される平面である。本実施の形態の水平方向は、軌道１８と直交し且つ水平面と平行な方向である。多極電磁石２０の夫々は、台８０の上に置かれており、台８０に固定されている。多極電磁石２０の夫々は、使用時に、荷電粒子を軌道１８に沿って加速するための磁場を生成する。即ち、多極電磁石２０によって、軌道１８に沿って周回する荷電粒子を収束するための磁場が生成される。多極電磁石２０の夫々は、発生する磁場の中心（即ち、中心点２４）が設計された軌道１８と一致するように配置されている。

【0018】

図２を参照すると、本実施の形態の多極電磁石２０は、スキュー４極電磁石であり、磁性材料からなる４つの磁性部材２２と、非磁性材料からなる頭部２８と、４つのコイル５０と、非磁性材料からなる４つのコイル位置決め部材７０とを備えている。頭部２８には、金属製の２つの鋼球２９が取り付けられている。コイル５０は、磁性部材２２に夫々対応して設けられている。コイル位置決め部材７０は、磁性部材２２に夫々対応して設けられている。

【0019】

本実施の形態の多極電磁石２０は、上述の部材を備えている。但し、本発明は、これに限られず、多極電磁石２０が磁性部材２２とコイル５０とを備えている限り、多極電磁石２０の構成は、様々に変形可能である。例えば、頭部２８及びコイル位置決め部材７０は、必要に応じて設ければよい。一方、多極電磁石２０は、上述した部材に加えて、別の部材を更に備えていてもよい。例えば、多極電磁石２０は、多極電磁石２０をクレーン等の機器で持ち上げるための吊具を備えていてもよい。

【0020】

磁性部材２２の夫々は、多数の鋼板を同じ形状に打ち抜いた後に水平面に沿った積層方向（図２においてＸ方向）に積層して形成されている。磁性部材２２の夫々は、部分ヨーク６２と、磁極部３０とを有している。本実施の形態の磁性部材２２の夫々において、部分ヨーク６２と磁極部３０とは、互いに一体に形成されている。部分ヨーク６２は、互いに接合されており、これにより、一つのヨーク６０が形成されている。ヨーク６０は、垂直平面において閉じた八角リング形状を有している。

【0021】

以上の説明から理解されるように、多極電磁石２０は、所定数の磁極部３０と、磁極部３０に夫々対応する所定数のコイル５０と、ヨーク６０とを備えている。本実施の形態の所定数は４である。本実施の形態のヨーク６０は、磁極部３０に夫々対応する部分ヨーク６２の組立体である。本実施の形態において、磁極部３０の夫々は、１つの磁性部材２２の一部であり、部分ヨーク６２の夫々は、対応する磁極部３０が形成された磁性部材２２の一部である。但し、本発明は、これに限られない。例えば、所定数は、後述するように６であってもよい。磁極部３０とヨーク６０とは、互いに別体に形成されていてもよい。より具体的には、ヨーク６０は、八角リング形状の単一の部材であってもよい。磁極部３０の夫々は、単一のヨーク６０に接合されていてもよい。

【0022】

コイル５０の夫々は、対応する磁極部３０に取り付けられている。詳しくは、本実施の形態のコイル５０の夫々は、被覆導線からなり、巻回部と、２つの端部（図示せず）とを有している。巻回部の夫々は、対応する磁極部３０に巻回されている。端部は、電源（図示せず）に接続されている。コイル５０の夫々に電源から電力が供給されると、対応する磁極部３０によって磁場が形成される。磁場は、少なくとも中心領域２６（図４参照）に生成される。中心領域２６は、垂直平面において実質的に円形状を有している。コイル５０に電流を流したときに設計された磁場が形成される限り、コイル５０の材料や巻回数等のパラメータは、特に限定されない。

【0023】

コイル位置決め部材７０の夫々は、ボルトを使用して対応する磁極部３０に固定されている。コイル位置決め部材７０の夫々が磁極部３０に固定されると、コイル５０は、垂直平面においてコイル位置決め部材７０とヨーク６０との間に挟み込まれ、これにより、磁極部３０及びヨーク６０に対して相対的に移動しないように固定される。この構造により、磁極部３０は、設計された磁場を設計された領域に生成する。コイル位置決め部材７０の夫々は、非磁性金属等の非磁性材料からなり、磁場に影響を与えない。

【0024】

本実施の形態のコイル５０の夫々は、上述のように磁極部３０に取り付けられており、且つ、磁極部３０に固定されている。但し、本発明は、これに限られない。例えば、コイル５０を位置決めする方法は、必要に応じて変形可能である。コイル位置決め部材７０の夫々は、樹脂等の絶縁体から形成してもよい。磁極部３０のうちコイル５０を取り付ける部位は、コイル５０の内周形状に合わせて面取りしてもよい。

【0025】

本実施の形態の多極電磁石２０は、例えば、以下に説明するように組み立てられる。まず、コイル５０を磁極部３０に夫々取り付ける。次に、コイル位置決め部材７０を磁極部３０に夫々固定する。次に、部分ヨーク６２を互いに接合してヨーク６０を形成する。この結果、磁極部３０の夫々の他の磁極部３０に対する相対的な位置が固定される。

【0026】

次に、ヨーク６０の上に頭部２８を取り付ける。次に、頭部２８に、２つの鋼球２９を取り付ける。鋼球２９の夫々は、実質的に真球形状を有している。図２を図１と併せて参照すると、次に、上述のように組み立てられた多極電磁石２０を台８０の上に設置する。次に、多極電磁石２０が設置された台８０を荷電粒子加速器１０の所定の位置に取り付ける。後述するように、台８０を荷電粒子加速器１０の所定の位置に取り付ける際、磁極部３０が生成する磁場の中心（中心点２４）が設計された軌道１８に一致するように調整する。このとき、多極電磁石２０は、垂直平面（図２においてＹＺ平面）と平行に延びている。本実施の形態によれば、上述のように台８０を取り付ける。但し、上述の取り付け方法は一例に過ぎず、必要に応じて変形可能である。

【0027】

図２を参照すると、磁極部３０は、互いに同じ形状を有しており、垂直平面において９０度回転対象に配置されている。詳しくは、４つの磁極部３０のうちの２つは、垂直方向に沿って互いに向かい合うように配置されており、４つの磁極部３０のうちの他の２つは水平方向に沿って互いに向かい合うように配置されている。磁極部３０の夫々は、ヨーク６０から多極電磁石２０の中心点２４に近づくように、仮想的な軸である中心軸３８に沿って延びている。上述した構造により、磁極部３０が生成する磁場の中心は、垂直平面における多極電磁石２０の図形上の中心点２４と実質的に一致する。従って、理論的には、多極電磁石２０の中心点２４の位置を正確に測定することで、磁極部３０が生成する磁場の中心位置を測定できる。

【0028】

以下、本実施の形態の磁性部材２２のうちの１つについて説明する。以下の説明は、磁性部材２２の夫々に適用可能である。

【0029】

図３を参照すると、磁性部材２２の磁極部３０は、中心軸３８に沿って中心点２４（図２参照）に向かって延びている。磁極部３０は、中心軸３８について線対称な形状を有している。磁極部３０は、被巻回部３２と、露出部３４とを有している。被巻回部３２は、ヨーク６０に繋がっており、ヨーク６０から中心軸３８に沿って中心点２４に向かって延びている。被巻回部３２には、対応するコイル５０が巻回されている。露出部３４は、被巻回部３２の端に繋がっており、被巻回部３２から中心軸３８に沿って中心点２４に向かって延びている。露出部３４は、コイル５０から露出している。

【0030】

本実施の形態によれば、磁極部３０のうちのコイル５０が巻回される部位が被巻回部３２であり、コイル５０が巻回されない部位が露出部３４である。被巻回部３２と露出部３４との間には、視認可能な境界が存在しない。但し、本発明は、これに限られない。例えば、被巻回部３２と露出部３４との間に凸部等の視認可能な境界を設けてもよい。

【0031】

露出部３４は、被巻回部３２よりも中心点２４（図２参照）に近い位置にある。露出部３４は、先細り部４２を有している。先細り部４２は、中心点２４に近づくにつれて垂直平面（図３においてＹＺ平面）において先細っている。

【0032】

本実施の形態の先細り部４２は、露出部３４全体と被巻回部３２の一部とを含んでいる。但し、本発明は、これに限られない。例えば、先細り部４２は、露出部３４の一部であってもよい。この場合、露出部３４は、先細り部４２に加えて矩形部を有していてもよい。矩形部は、被巻回部３２の端に繋がっていてもよく、被巻回部３２から中心軸３８に沿って中心点２４に向かって延びていてもよい。矩形部は、中心軸３８と直交する直交方向（図３においてＹ方向）において一定のサイズを有していてもよい。先細り部４２は、矩形部の端に繋がっていてもよく、矩形部から中心軸３８に沿って中心点２４に向かって延びていてもよい。

【0033】

先細り部４２の夫々には、２つの凹部４４が形成されている。磁極部３０において、２つの凹部４４は、中心軸３８を挟んでおり、中心軸３８について線対称に形成されている。凹部４４の夫々は、垂直平面において中心軸３８に向かって凹んでいる。凹部４４の夫々には、直線部４６が設けられている。２つの直線部４６は、中心軸３８を挟んでおり、中心軸３８について線対称に形成されている。直線部４６の夫々は、中心軸３８と平行に延びている。

【0034】

以下、多極電磁石２０（図４参照）の中心点２４の位置を測定する方法を説明する。

【0035】

図４を参照すると、従来のスキュー４極電磁石において、磁極部には凹部４４が形成されておらず、磁極部は、中心軸３８と平行に延びる直線部を有していなかった。このため、スキュー４極電磁石の中心点２４の位置を測定することが難しかった。一方、本実施の形態によれば、磁極部３０の夫々に、中心軸３８を挟み且つ中心軸３８と平行に延びる２つの直線部４６が設けられている。以下に説明するように、この２つの直線部４６の中間位置を測定することで、中心点２４の位置を測定できる。以下に説明する測定は、例えば、三次元測定機を使用して正確に実施できる。

【0036】

まず、本実施の形態のような多極電磁石２０（スキュー４極電磁石）を荷電粒子加速器１０（図１参照）に取り付けると、２つの磁極部３０が水平方向に対向し、他の２つの磁極部３０が垂直方向に対向する。この状態で、磁極部３０の夫々について、２つの直線部４６の中間位置を測定し、これにより、中心軸３８の位置を測定する。

【0037】

このとき、製造公差がない理想的な状態においては、水平方向に対向する２つの磁極部３０の２つの中心軸３８の垂直方向における位置は互いに等しい。加えて、垂直方向に対向する２つの磁極部３０の２つの中心軸３８の水平方向における位置は、互いに等しい。従って、水平方向に対向する２つの磁極部３０のうちの一方の中心軸３８の垂直方向における位置を測定し、且つ、垂直方向に対向する２つの磁極部３０のうちの一方の中心軸３８の水平方向における位置を測定することで、多極電磁石２０の中心点２４の垂直平面における位置を測定できる。

【0038】

但し、図５を参照すると、現実には、製造公差に起因して、水平方向に対向する２つの磁極部３０の２つの中心軸３８の垂直方向における位置は互いに異なる。同様に、垂直方向に対向する２つの磁極部３０の２つの中心軸３８の水平方向における位置は互いに異なる。この場合であっても、水平方向に対向する２つの磁極部３０の２つの中心軸３８の垂直方向における中間位置を測定することで、多極電磁石２０の中心点２４の垂直方向における位置を測定できる。加えて、垂直方向に対向する２つの磁極部３０の２つの中心軸３８の水平方向における中間位置を測定することで、多極電磁石２０の中心点２４の水平方向における位置を測定できる。即ち、多極電磁石２０の中心点２４の垂直平面における位置を測定できる。

【0039】

上述のように、本実施の形態によれば、磁極部３０の２つの直線部４６を使用して、スキュー４極電磁石である多極電磁石２０の中心点２４の位置を測定できる。測定した中心点２４を荷電粒子の設計された軌道１８（図１参照）に対して位置合わせすることで、スキュー４極電磁石を正確に配置できる。以上の説明から理解されるように、本実施の形態によれば、スキュー４極電磁石やスキュー８極電磁石のように磁極部３０が延びる中心軸３８が水平方向や垂直方向と一致する場合でも中心点２４の位置を容易に測定可能な新たな構造を有する多極電磁石２０を提供できる。

【0040】

図２を図１と併せて参照すると、中心点２４の軌道１８に対する位置合わせは、例えば、下記のように行うことができる。まず、多極電磁石２０を台８０の上に設置する。次に、多極電磁石２０を設置した台８０を荷電粒子加速器１０の所定の位置に取り付ける。次に、台８０に設けられている調整機構（図示せず）を使用して、中心点２４が荷電粒子の軌道１８と一致するように調整する。

【0041】

中心点２４が他の機構や機器の背後に隠れておらず視認可能な場合、上述のように調整できる。一方、中心点２４を調整する際、中心点２４が他の機構や機器の背後に隠れて視認できない場合がある。その場合、多極電磁石２０を設置した台８０を荷電粒子加速器１０の所定の位置に取り付ける前に、２つの鋼球２９の位置を測定する。加えて、中心点２４と鋼球２９との間の位置関係を計測する。この方法によれば、中心点２４が視認できない場合でも、鋼球２９を使用して、中心点２４が荷電粒子の軌道１８と一致するように調整できる。鋼球２９は、調整が終了した後に、取り外せばよい。また、中心点２４が視認可能な場合であっても、２つの鋼球２９を用いて中心点２４の３次元座標を計測でき、これにより、多極電磁石２０の位置調整を容易に且つ高精度に行える。

【0042】

上述した中心点２４の調整方法は、一例に過ぎず、必要に応じて変形可能である。

【0043】

上述した本実施の形態は、既に説明した様々な変形例に加えて、更に様々に変形可能である。また、上述した本実施の形態によれば、磁極部３０の数である所定数が４Ｎ（Ｎは自然数）であり、磁極部３０が中心点２４の周りに４Ｎ回転対称に配置されており、且つ、磁極部３０のうちの２つが垂直方向に並び磁極部３０のうちの他の２つが水平方向に並ぶ電磁石について、磁極部３０の２つの直線部４６（図３参照）のみを使用して、中心点２４の位置を測定できる。

【0044】

但し、本発明は、上述した本実施の形態に限られない。例えば、所定数が４Ｎ＋２（Ｎは自然数）であり、磁極部３０が中心点２４の周りに（４Ｎ＋２）回転対称に配置されており、且つ、磁極部３０のうちの２つが垂直方向または水平方向に並ぶ電磁石についても、磁極部３０の２つの直線部４６（図３参照）を使用して、中心点２４の位置を測定できる。以下、このような電磁石の一例として６極電磁石について説明する。

【0045】

図６を図２と比較すると、本変形例の多極電磁石２０Ａは、荷電粒子加速器１０（図１参照）用の６極電磁石であり、多極電磁石２０と同様に、互いに直交する水平方向（図６においてＹ方向）及び垂直方向（図６においてＺ方向）によって規定される垂直平面（図６においてＹＺ平面）と平行に配置されている。

【0046】

多極電磁石２０Ａは、磁性材料からなる６つの磁性部材２２Ａと、非磁性材料からなる頭部２８Ａと、６つのコイル５０と、非磁性材料からなる６つのコイル位置決め部材７０Ａとを備えている。頭部２８Ａには、金属製の２つの鋼球２９Ａが取り付けられている。コイル５０は、磁性部材２２Ａに夫々対応して設けられている。コイル５０の夫々は、多極電磁石２０のコイル５０と同様な構造を有しており、多極電磁石２０のコイル５０と同様に機能する。コイル位置決め部材７０Ａは、磁性部材２２Ａに夫々対応して設けられている。また、多極電磁石２０Ａには、多極電磁石２０Ａをクレーン等の機器で持ち上げるための２つの吊具８２Ａが取り付けられている。

【0047】

図６を参照すると、磁性部材２２Ａの夫々は、多数の鋼板を同じ形状に打ち抜いた後に水平面に沿った積層方向（図６においてＸ方向）に積層して形成されている。磁性部材２２Ａの夫々は、部分ヨーク６２Ａと、磁極部３０Ａとを有している。磁性部材２２Ａの夫々において、部分ヨーク６２Ａと磁極部３０Ａとは、互いに一体に形成されている。部分ヨーク６２Ａは、互いに接合されており、これにより、一つのヨーク６０Ａが形成されている。ヨーク６０Ａは、垂直平面において閉じた１２角リング形状を有している。

【0048】

以上の説明から理解されるように、多極電磁石２０Ａは、所定数の磁極部３０Ａと、磁極部３０Ａに夫々対応する所定数のコイル５０と、ヨーク６０Ａとを備えている。本変形例の所定数は６である。ヨーク６０Ａは、磁極部３０Ａに夫々対応する部分ヨーク６２Ａの組立体である。但し、本発明は、これに限られない。例えば、ヨーク６０Ａは、１２角リング形状の単一の部材であってもよい。磁極部３０Ａの夫々は、ヨーク６０Ａに接合されていてもよい。

【0049】

コイル５０の夫々は、多極電磁石２０（図２参照）と同様に、対応する磁極部３０Ａに取り付けられており、多極電磁石２０のコイル５０と同様に機能する。コイル位置決め部材７０Ａの夫々は、多極電磁石２０（図２参照）と同様に、ボルトを使用して対応する磁極部３０Ａに固定されている。この結果、コイル５０の夫々は、磁極部３０Ａ及びヨーク６０Ａに対して相対的に移動しないように固定されている。コイル位置決め部材７０Ａを磁極部３０Ａに取り付けた後、部分ヨーク６２Ａを互いに接合してヨーク６０Ａを形成する。この結果、磁極部３０Ａの夫々の他の磁極部３０Ａに対する相対的な位置が固定される。

【0050】

磁極部３０Ａは、互いに同じ形状を有しており、垂直平面において６０度回転対象に配置されている。詳しくは、６つの磁極部３０Ａのうちの２つは、垂直方向に沿って互いに向かい合うように配置されている。磁極部３０Ａの夫々は、ヨーク６０Ａから多極電磁石２０Ａの中心点２４に近づくように、仮想的な軸である中心軸３８に沿って延びている。上述した構造により、磁極部３０Ａが生成する磁場の中心は、垂直平面における多極電磁石２０Ａの図形上の中心点２４と実質的に一致する。従って、多極電磁石２０（図２参照）と同様に、多極電磁石２０Ａの中心点２４の位置を正確に測定することで、磁極部３０Ａが生成する磁場の中心位置を測定できる。

【0051】

以下、本変形例の磁性部材２２Ａのうちの１つについて説明する。以下の説明は、磁性部材２２Ａの夫々に適用可能である。

【0052】

図７を参照すると、磁性部材２２Ａの磁極部３０Ａは、中心軸３８に沿って中心点２４（図６参照）に向かって延びている。磁極部３０Ａは、中心軸３８について線対称な形状を有している。磁極部３０Ａは、被巻回部３２Ａと、露出部３４Ａとを有している。被巻回部３２Ａは、ヨーク６０Ａに繋がっており、ヨーク６０Ａから中心軸３８に沿って中心点２４に向かって延びている。被巻回部３２Ａには、対応するコイル５０が巻回されている。露出部３４Ａは、被巻回部３２Ａの端に繋がっており、被巻回部３２Ａから中心軸３８に沿って中心点２４に向かって延びている。露出部３４Ａは、コイル５０から露出している。

【0053】

露出部３４Ａは、被巻回部３２Ａよりも中心点２４（図６参照）に近い位置にある。露出部３４Ａは、先細り部４２Ａを有している。先細り部４２Ａは、中心点２４に近づくにつれて垂直平面（図３においてＹＺ平面）において先細っている。本変形例の先細り部４２Ａは、露出部３４Ａ全体と被巻回部３２Ａの大部分とを含んでいる。

【0054】

先細り部４２Ａの夫々には、２つの凹部４４Ａが形成されている。磁極部３０Ａにおいて、２つの凹部４４Ａは、中心軸３８を挟んでおり、中心軸３８について線対称に形成されている。凹部４４Ａの夫々は、垂直平面において中心軸３８に向かって凹んでいる。凹部４４Ａの夫々には、直線部４６Ａが設けられている。２つの直線部４６Ａは、中心軸３８を挟んでおり、中心軸３８について線対称に形成されている。直線部４６Ａの夫々は、中心軸３８と平行に延びている。

【0055】

以上の説明から理解されるように、本変形例の磁極部３０Ａは、磁極部３０（図３参照）と同様な構造を有しており、磁極部３０と同様に変形可能である。一方、磁極部３０Ａは、磁極部３０に設けられていない部位を有している。より具体的には、露出部３４Ａは、２つの付加的直線部４８Ａを有している。磁極部３０Ａにおいて、２つの付加的直線部４８Ａは、中心軸３８を挟んでおり、中心軸３８について線対称に形成されている。付加的直線部４８Ａの夫々は、露出部３４Ａの先端近傍に位置しており、中心軸３８と交差角θで交差する方向に沿って延びている。付加的直線部４８Ａは、中心点２４（図６参照）に近づくにつれて互いに接近するように延びている。

【0056】

本変形例の交差角θは、３０度である。但し、本発明は、これに限られず、交差角θは、磁極部３０Ａの数である所定数（Ｎ：Ｎは自然数）に応じて決まる。より具体的には、交差角θは、３６０度／２Ｎである。例えば、多極電磁石２０Ａが４極電磁石の場合、交差角θは、４５度である。

【0057】

本変形例の磁極部３０Ａは、２つの角部３６Ａを有している。磁極部３０Ａにおいて、２つの角部３６Ａは、中心軸３８を挟んでおり、中心軸３８について線対称に形成されている。角部３６Ａの夫々は、露出部３４Ａの先端から中心点２４（図６参照）に近づくように突出している。付加的直線部４８Ａの夫々は、角部３６Ａの水平方向外側の縁である。角部３６Ａを設けることで、磁場が均一に生成される範囲（均一範囲）を広げることができる。即ち、中心点２４（図６参照）から均一範囲の境界までの距離を長くできる。

【0058】

以下、多極電磁石２０Ａ（図８参照）の中心点２４の位置を測定する方法を説明する。

【0059】

図８を参照すると、本変形例のような多極電磁石２０Ａ（６極電磁石）を荷電粒子加速器１０（図１参照）に取り付ける場合、磁極部３０Ａのうちの２つが垂直方向または水平方向に対向するように配置する。図示した多極電磁石２０Ａは、磁極部３０Ａのうちの２つが垂直方向に対向するように配置されている。

【0060】

本変形例によれば、垂直方向に対向する磁極部３０Ａの夫々に、中心軸３８を挟み且つ中心軸３８と平行に延びる２つの直線部４６Ａが設けられている。この２つの直線部４６Ａの中間位置を測定することで、中心軸３８の位置を測定できる。また、垂直方向に対向する２つの磁極部３０Ａの２つの中心軸３８の水平方向における中間位置を測定することで、多極電磁石２０Ａの中心点２４の水平方向における位置を測定できる。

【0061】

更に、図９を参照すると、磁極部３０Ａは、２つの磁極対３０Ｐを含んでいる。磁極対３０Ｐの夫々は、垂直平面において互いに隣り合う２つの磁極部３０Ａからなる。特に本変形例の２つの磁極対３０Ｐは、水平方向において中心点２４の両側に夫々位置している。磁極対３０Ｐの夫々において、一方の磁極部３０Ａの付加的直線部４８Ａのうちの１つ、及び、他方の磁極部３０Ａの付加的直線部４８Ａのうちの１つは、水平方向に沿って互いに並行に延びている。磁極対３０Ｐの夫々において、上述した２つの付加的直線部４８Ａの垂直方向における中間位置を測定することで、仮想的な軸である中心軸３８Ａの位置を測定できる。更に、測定した２つの中心軸３８Ａの垂直方向における中間位置を測定することで、多極電磁石２０Ａの中心点２４の垂直方向における位置を測定できる。

【0062】

以上の説明を纏めると、本変形例によれば、磁極部３０Ａの２つの直線部４６Ａを使用することに加えて、磁極部３０Ａの夫々に、中心軸３８を挟み且つ中心軸３８と交差する方向に延びる２つの付加的直線部４８Ａを設けることで、製造公差の有無に拘らず、６極電磁石等の様々な多極電磁石の中心点２４の位置を容易に測定できる。本変形例によれば、４極電磁石や６極電磁石のように磁極部３０Ａが延びる中心軸３８が水平方向や垂直方向と一致しない場合でも中心点２４の位置を容易に測定可能な新たな構造を有する多極電磁石２０Ａを提供できる。

【0063】

本変形例の２つの磁極対３０Ｐは、水平方向に並んでいる。但し、本発明は、これに限られない。例えば、多極電磁石２０Ａがスキュー６極電磁石である場合、２つの磁極対３０Ｐは、中心点２４の上下に夫々位置する。この場合、磁極対３０Ｐの夫々において、一方の磁極部３０Ａの付加的直線部４８Ａのうちの１つ、及び、他方の磁極部３０Ａの付加的直線部４８Ａのうちの１つは、垂直方向に沿って互いに並行に延びていればよい。即ち、磁極対３０Ｐの夫々において、一方の磁極部３０Ａの付加的直線部４８Ａのうちの１つ、及び、他方の磁極部３０Ａの付加的直線部４８Ａのうちの１つは、水平方向又は垂直方向に沿って互いに並行に延びていればよい。

【0064】

図６を図１と併せて参照すると、中心点２４の軌道１８に対する位置合わせは、多極電磁石２０と同様に実施できる。例えば、まず、２つの鋼球２９Ａの位置を測定する。加えて、中心点２４と鋼球２９Ａとの間の位置関係を計測する。次に、多極電磁石２０Ａを荷電粒子加速器１０の台８０Ａの上に設置する。次に、台８０Ａに設けられている調整機構（図示せず）を使用して、中心点２４が荷電粒子の軌道１８と一致するように調整する。次に、鋼球２９Ａを取り外す。

【0065】

本変形例の多極電磁石２０Ａは、上述した構造を有しており、上述したように機能する。但し、本発明は、これに限られない。例えば、多極電磁石２０Ａは、多極電磁石２０と同様に様々に変形可能である。

【符号の説明】

【0066】

１０ 荷電粒子加速器
１２ 入射部
１４ 取り出し部
１８ 軌道
２０，２０Ａ 多極電磁石
２２，２２Ａ 磁性部材
２４ 中心点
２６ 中心領域
２８，２８Ａ 頭部
２９，２９Ａ 鋼球
３０，３０Ａ 磁極部
３０Ｐ 磁極対
３２，３２Ａ 被巻回部
３４，３４Ａ 露出部
３６Ａ 角部
３８，３８Ａ 中心軸
４２，４２Ａ 先細り部
４４，４４Ａ 凹部
４６，４６Ａ 直線部
４８Ａ 付加的直線部
５０ コイル
６０，６０Ａ ヨーク
６２，６２Ａ 部分ヨーク
７０，７０Ａ コイル位置決め部材
８０，８０Ａ 台
８２Ａ 吊具

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】