特許 7140839 荷電粒子輸送システム及びその据え付け方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-12

(45)【発行日】2022-09-21

(54)【発明の名称】荷電粒子輸送システム及びその据え付け方法

(51)【国際特許分類】

   H05H 13/04 20060101AFI20220913BHJP

   H05H 7/00 20060101ALI20220913BHJP

【ＦＩ】

H05H13/04 S

H05H7/00

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020553855

(86)(22)【出願日】2019-10-25

(86)【国際出願番号】 JP2019042006

(87)【国際公開番号】W WO2020090676

(87)【国際公開日】2020-05-07

【審査請求日】2021-03-16

(31)【優先権主張番号】P 2018204687

(32)【優先日】2018-10-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】390014568

【氏名又は名称】東芝プラントシステム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】衣笠 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 寛昌

(72)【発明者】

【氏名】田島 裕二郎

(72)【発明者】

【氏名】野中 智幸

【審査官】藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－２１１４９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０８５９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１４９４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０３３７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１４１４３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平１１－２４８８９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｈ ３／００－１５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基礎に固定される架台と、
前記架台の上部に、高さ調整可能な第１ネジで結合する第１プレートと、
前記第１プレートの水平面に、遊動自在で収容される第２プレートと、
前記第１プレートの周囲に位置する固定部材に形成されるネジ穴に螺入し、先端が第２プレートの外周面に当接する第２ネジと、
前記第１プレートに対し前記第２プレートを固定する第３ネジと、
荷電粒子が通過する機器を支持する支持部材と前記第２プレートとの各々に設けられた係合穴に係入して両者を係合する第１係合ピンと、を備え、
前記第１係合ピンは、円形断面を有し、
前記支持部材及び前記第２プレートのうちいずれか一方に設けられる前記係合穴は、円形断面を持つものと長円形断面を持つもので構成されている荷電粒子輸送システム。

【請求項2】

請求項１に記載の荷電粒子輸送システムにおいて、
前記支持部材は、
水平方向に整列する複数の前記機器の各々を支持する複数の第１支持部材と、
これら複数の前記第１支持部材を支持する第２支持部材と、から構成され、
前記第１支持部材と前記第２支持部材との各々に設けられた係合穴に係入して両者を係合する第２係合ピンを備える荷電粒子輸送システム。

【請求項3】

請求項２に記載の荷電粒子輸送システムにおいて、
前記第２係合ピンは円形断面を有している荷電粒子輸送システム。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の荷電粒子輸送システムにおいて、
前記支持部材は、複数に分割された前記第２プレートの各々に、前記第１係合ピンを介して係合し、
分割された前記第２プレートの各々は、同じく分割された前記第１プレートの各々に収容され、
分割された前記第１プレート及び前記第２プレートは、各々に設けられた前記第１ネジ及び前記第２ネジにより独立に調整することができる荷電粒子輸送システム。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の荷電粒子輸送システムにおいて、
前記架台の上部は、前記基礎と同じ高さレベルに形成されている荷電粒子輸送システム。

【請求項6】

架台を基礎に固定する工程と、
前記架台の上部に、高さ調整可能な第１ネジで、第１プレートを結合する工程と、
前記第１プレートの水平面に、第２プレートを遊動自在で収容する工程と、
前記第１プレートの周囲に位置する固定部材に形成されるネジ穴に第２ネジを螺入し、先端を前記第２プレートの外周面に当接させる工程と、
光学的位置調整機器から出力される光線が前記第２プレート上の基準位置に照射されるように前記第１ネジ及び前記第２ネジを調整する工程と、
前記第１プレートに対し前記第２プレートを第３ネジで固定する工程と、
荷電粒子が通過する機器を支持する支持部材と前記第２プレートのうちいずれか一方に設けられた円形断面を持つ係合穴と長円形断面を持つ係合穴に、円形断面を有する第１係合ピンを係入して両者を係合する工程と、を含む荷電粒子輸送システムの据え付け方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、荷電粒子輸送システム及びその据え付け方法に関する。

【背景技術】

【0002】

加速器では、荷電粒子の軌道を制御するために、偏向電磁石、四極電磁石、スクリーンモニターといった複数の構成機器が、この軌道に沿って設置される。そしてこれら構成機器は、荷電粒子軌道に対し、高精度で据え付けられることが要求される。このため、これら構成機器の据え付けに際し、建屋の固定点を基準とし位置決めするアライメント調整が行われる。そして、これら構成機器のアライメント調整は、各種の方法が従来から提案されている。

【0003】

例えば、次のような技術を開示した公知文献がある。重量物である電磁石は、水平方向及び高さ方向の調整が可能なアライメント用ブロックを介して、基礎に固定された架台に据え付けられる。ここで電磁石とアライメント用ブロックとは、ガイドピンで高精度に位置決めされる仕様を持つ。そして、アライメント用ブロックが水平方向及び高さ方向に微動することにより、アライメントが調整される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開昭６３－２１３３２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述の公知文献におけるアライメント作業は、重量物である電磁石等を設置する前に、アライメント用ブロック単体で実施できることが優れた点として強調されている。これにより、アライメント作業の繰り返しが避けられなくとも、アライメント調整の完了後に電磁石等が設置される作業手順となるために、作業負荷が軽減されるとしている。

【0006】

しかし、このようなアライメント調整方法の実効性を担保するには、前提として、アライメント用ブロックが軽量かつ剛性が高いことが必要である。さらに、電磁石を設置した後でもアライメントを容易に再調整できることが必要である。しかし、上述の公知文献で開示されたアライメント用ブロックは、複雑な構成を有する重量物であるため、簡単かつ短時間に荷電粒子輸送システムのアライメント作業を完了させることは困難であった。

【0007】

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、簡単かつ短時間にアライメントを調整できる荷電粒子輸送システム及びその据え付け方法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】

【0008】

荷電粒子輸送システムにおいて、基礎に固定される架台と、前記架台の上部に高さ調整可能な第１ネジで結合する第１プレートと、前記第１プレートの水平面に遊動自在で収容される第２プレートと、前記第１プレートの周囲に位置する固定部材に形成されるネジ穴に螺入し先端が第２プレートの外周面に当接する第２ネジと、前記第１プレートに対し前記第２プレートを固定する第３ネジと、荷電粒子が通過する機器を支持する支持部材と前記第２プレートとの各々に設けられた係合穴に係入して両者を係合する第１係合ピンと、を備え、前記第１係合ピンは、円形断面を有し、前記支持部材及び前記第２プレートのうちいずれか一方に設けられる前記係合穴は、円形断面を持つものと長円形断面を持つもので構成されている。

【発明の効果】

【0009】

本発明の実施形態により、簡単かつ短時間にアライメントを調整できる荷電粒子輸送システム及びその据え付け方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】（Ａ）本発明の第１実施形態に係る荷電粒子輸送システムを示すＹ－Ｚ断面図、（Ｂ）図１ＡのＢ－Ｂ断面を示すＸ－Ｙ断面図、（Ｃ）図１ＡのＣ－Ｃ断面を示すＸ－Ｚ断面図、（Ｄ）第１ネジの断面図。

【図2】（Ａ）（Ｂ）第１実施形態に係る荷電粒子輸送システムの据え付け方法の説明図。

【図3】（Ａ）（Ｂ）第１実施形態に係る荷電粒子輸送システムの据え付け方法の説明図。

【図4】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）第２実施形態に係る荷電粒子輸送システムの断面図。

【図5】（Ａ）第３実施形態に係る荷電粒子輸送システムを示すＹ－Ｚ断面図、（Ｂ）図５ＡのＢ－Ｂ断面を示すＸ－Ｚ断面図

【図6】各実施形態に係る荷電粒子輸送システムが適用されたシンクロトロンの全体図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１（Ａ）は第１実施形態に係る荷電粒子輸送システム１０ａを示すＹ－Ｚ断面図であり、図１（Ｂ）は図１ＡのＢ－Ｂ断面を示すＸ－Ｙ断面図であり、図１（Ｃ）は図１ＡのＣ－Ｃ断面を示すＸ－Ｚ断面図である。

【0012】

図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示されるように荷電粒子輸送システム１０ａは、基礎１５に固定される架台１６と、この架台１６の上部に高さ調整可能な第１ネジ１１で結合する第１プレート２１と、この第１プレート２１の水平面に遊動自在で収容される第２プレート２２と、第１プレート２１の周囲に位置する固定部材２５に形成されるネジ穴に螺入し先端が第２プレート２２の外周面に当接する第２ネジ１２と、第１プレート２１に対し第２プレート２２を固定する第３ネジ１３と、荷電粒子が通過する機器２６を支持する支持部材２７と第２プレート２２との各々に設けられた係合穴１７（１７ａ，１７ｂ）に係入して両者を係合する第１係合ピン３１と、を備えている。

【0013】

基礎１５は、荷電粒子輸送システム１０ａの荷重を地盤に伝え、この荷電粒子輸送システム１０ａを安全に支える機能をもち、コンクリート打設により築造されている。架台１６は、重量物である荷電粒子輸送システム１０ａを基礎１５に対し設置するための構造物である。図示においてこの架台１６は、互いに直交する方向にＨ型鋼を積み上げてボルト締結し、下部はボルトにより基礎１５に固定されている。

【0014】

しかし架台１６は、このような構成に限定されることは特になく、種々の形態を取り得る。また構造上、架台１６の上部を、基礎１５と同じ高さレベルとなるように形成し、外観上、架台１６と基礎１５との区別がない構成も取り得る。

【0015】

第１プレート２１は、上側にフラット面を有し、このフラット面に、第２プレート２２が遊動自在で収容されている。そして、この第１プレート２１は、高さ調整可能な第１ネジ１１で架台１６の上部に結合している。さらに第１プレート２１の周囲に位置する固定部材２５には、第２ネジ１２が螺合している。そして、第２プレート２２の上面には、第１係合ピン３１が係入する係合穴１７（１７ａ，１７ｂ）が設けられている。

【0016】

図１（Ｄ）に示すように第１ネジ１１は、頭部を有さない軸ボルト４４の一端が、第１プレート２１の下面に螺入し、第１ナット４１で固定される。さらに、軸ボルト４４のＹ方向の高さ調整をする第２ナット４２を螺入する。そして、この状態で、軸ボルト４４の他端を、第２プレート２２の孔部に挿入し、第３ナット４３を螺入して固定する。このようにして、複数の第１ネジ１１を調整することにより、第１プレート２１のＹ方向の高さ調整並びに傾き調整が行われる。再調整を行う場合は、第３ナット４３を緩めた状態にして、第２ナット４２のみを回転させる。

【0017】

第２ネジ１２は、第１プレート２１の周囲に位置する固定部材２５に形成されるネジ穴に螺入する。図１（Ｃ）において、この固定部材２５は、第１プレート２１の四隅に設けられたものを例示しているが、特に限定はなく、任意の位置に設けることができる。この第２ネジ１２が固定部材２５に螺入し、その先端を第２プレート２２の外周面に当接して、図中のＸ方向及びＺ方向それぞれ独立に第２プレート２２を位置調整する。これにより、第１プレート２１に対し第２プレート２２がＸ－Ｚ面内において相対移動する。

【0018】

このように、第１ネジ１１及び第２ネジ１２を調整することにより、機器２６の支持部材２７を設置前及び設置後においてアライメント作業を実施する事が可能となる。そして、アライメント作業を終了した後に、第１ネジ１１の第３ナット４３を増し締めし、第３ネジ１３を挿入して、第１プレート２１に対し第２プレート２２を固定する。

【0019】

荷電粒子が通過する機器２６としては、偏向電磁石、四極電磁石、スクリーンモニターが例示されるが、これらに限定されるものではない。これら機器２６は、荷電粒子を通過させる真空ダクト２３が軌道中心を貫くように、支持部材２７とともに一体的に組み立てられる。これら機器２６、真空ダクト２３及び支持部材２７の組み立ては、荷電粒子輸送システム１０ａの据え付け場所とは異なる場所で行われ、一体的に組み立てられた後に据え付け場所に輸送される。

【0020】

図１（Ｃ）に示されるように、支持部材２７と第２プレート２２との各々には、重ねると開口中心が一致する係合穴１７（１７ａ，１７ｂ）が設けられている。そして、第１係合ピン３１が、これら係合穴１７（１７ａ，１７ｂ）に係入することにより、機器２６の支持部材２７と第２プレート２２とを係合する。

【0021】

第１係合ピン３１は円形断面を有している。一方において、支持部材２７及び第２プレート２２のうちいずれか一方に設けられる係合穴１７は円形断面を持つもの（符号１７ａ）と長円形断面を持つもの（符号１７ｂ）で構成されている。なお、図示を省略しているが、長円形断面を持つ係合穴１７ｂと第１係合ピン３１を取り合う相手の係合穴は、円形断面を持つ。なお、全ての係合穴１７の断面は、上述した形状に限定されるものではなく、全てが第１係合ピン３１と同じ断面をとる場合もある。

【0022】

これにより、円形断面の係合穴１７ａの位置で第２プレート２２の二方向の移動が拘束される。さらにこの係合穴１７ａから離れた位置にある長円形断面の係合穴１７ｂの位置で第２プレート２２の一方向の移動が拘束される。これにより、重量物である機器２６の支持部材２７を吊り上げて、第２プレート２２上に移動し、無理なく配置することができる。さらに、第２プレート２２上に配置された機器２６の支持部材２７は、第２プレート２２に対し高精度で位置決めされる。

【0023】

図２（Ａ）（Ｂ）及び図３（Ａ）（Ｂ）を参照して第１実施形態に係る荷電粒子輸送システムの据え付け方法を説明する。

【0024】

図２（Ａ）に示すように、荷電粒子輸送システムの据え付けは、基礎１５に対し架台１６を固定する。そして、この架台１６の上部に、第１ネジ１１を介して、第１プレート２１を結合する。この段階で第１ネジ１１の第３ナット４３（図１（Ｄ）参照）は、未締結の状態である。そして、第１プレート２１の上面に、第２プレート２２を遊動自在で収容する。そして、この固定部材２５のネジ穴に第２ネジ１２を螺入し、先端が第２プレート２２の外周面に当接するようにしておく。

【0025】

次に図２（Ｂ）に示すように、基礎１５上の基準となる固定点に光学的位置調整機器３５を設置し、この光学的位置調整機器３５から出力される光線を第２プレート２２上の基準位置３６に向けて照射する。なお基準位置３６には、光線の受光機器が設置される場合の他に、第２プレート２２に基準線が直接罫書かれている場合もある。

【0026】

光学的位置調整機器３５から光線を出力した状態で、第１ネジ１１によりＹ方向の高さ及び傾斜のアライメントを調整し、第２ネジ１２によりＸ－Ｚ水平面のアライメントを調整する。そして、全方向のアライメント調整が終了したところで、第３ネジ１３を挿入して第１プレート２１に対し第２プレート２２を固定する。

【0027】

このように実施形態では、第１プレート２１及び第２プレート２２に対し直接的にアライメント調整を行うことができる。このため、一箇所に固定された光学的位置調整機器３５から出力する光線は、妨害されることなく、荷電粒子の軌道に沿って並べて配置された複数の第１プレート２１に照射される。これにより、アライメント作業において光学的位置調整機器３５の移動を少なくすることができる。

【0028】

時間的順番が前後する場合もあるが、図３（Ａ）に示すように、機器２６、真空ダクト２３及び支持部材２７の組み立てが、荷電粒子輸送システムの据え付け場所とは異なる場所で行われ、一体的に組み立てられた後に据え付け場所に輸送される。

【0029】

そして図３（Ｂ）に示すように、機器２６の支持部材２７に設けられた係合穴１７と第２プレート２２に設けられた係合穴１７とに、第１係合ピン３１を係入して両者を係合する。そして、この支持部材２７と第２プレート２２とを動かないようにボルトで固定し（図示略）、据え付け作業が終了する。なお、機器２６の支持部材２７をプレート２１，２２に据え付けた後でも、第３ネジ１３及び第３ナット４３を緩め、第１ネジ１１及び第２ネジ１２を再調整してアライメント作業をすることができる。

【0030】

（第２実施形態）
図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は第２実施形態に係る荷電粒子輸送システム１０ｂの断面図である。なお、図４において図１から図３と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

【0031】

第２実施形態の荷電粒子輸送システム１０ｂにおいて、支持部材２７（２７ａ，２７ｂ）は、水平方向に整列する複数の機器２６の各々を支持する複数の第１支持部材２７ａと、これら複数の第１支持部材２７ａを支持する第２支持部材２７ｂと、から構成される。さらに、第１支持部材２７ａと第２支持部材２７ｂとの各々に設けられた係合穴１７に係入して両者を係合する第２係合ピン３２を備えている。

【0032】

このように構成されることにより、図４（Ａ）に示すように、複数の機器２６の各々と、複数の第１支持部材２７ａの各々と、第２支持部材２７ｂと、の組み立ては、荷電粒子輸送システムの据え付け場所とは異なる場所で行うことができる。そして、図４（Ｂ）に示すように、一体的に組み立てられた後に輸送することができ、図４（Ｃ）に示すように、据え付け場所で、第２プレート２２上に設置される。

【0033】

（第３実施形態）
次に図５を参照して本発明における第３実施形態について説明する。図５（Ａ）は第３実施形態に係る荷電粒子輸送システム１０ｃを示すＹ－Ｚ断面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＢ－Ｂ断面を示すＸ－Ｚ断面図である。なお、図５において図１から図４と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

【0034】

第３実施形態の荷電粒子輸送システム１０ｃにおいて、支持部材２７は、複数に分割された第２プレート２２ａ，２２ｂの各々に、第１係合ピン３１を介して係合している。そして、分割された第２プレート２２ａ，２２ｂの各々は、同じく分割された第１プレート２１ａ，２１ｂの各々に収容される。そして、分割された第１プレート２１ａ，２１ｂ及び第２プレート２２ａ，２２ｂは、各々に設けられた第１ネジ１１及び第２ネジ１２により独立に調整することができる。

【0035】

図６は、各実施形態に係る荷電粒子輸送システム１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）が適用されたシンクロトロン５０の全体図である。このようにシンクロトロン５０は、周回軌道で荷電粒子を加速する円形加速器５１と、加速した荷電粒子を円形加速器５１から取り出して輸送する輸送ライン５２と、輸送された荷電粒子をターゲット（図示略）に照射する照射室５３と、から構成されている。

【0036】

円形加速器５１は、高周波電場の作用により荷電粒子を加速する加速空洞４６と、直流磁場の作用により荷電粒子を円形軌道にのせる偏向電磁石４５と、を少なくとも備えている。また輸送ライン５２は、拡散しようとする荷電粒子を収束させる四極電磁石４７を少なくとも備えている。

【0037】

そして、これら偏向電磁石４５、加速空洞４６、四極電磁石４７、真空ダクト２３及びその他の機器２６（図１、図４）は、荷電粒子輸送システム１０を構成して基礎１５（図１、図４）に固定支持されている。なお、実施形態において荷電粒子輸送システム１０は、シンクロトロン５０に適用されることを示しているが、円形加速器５１及び輸送ライン５２のいずれか一方のみに適用される場合もある。

【0038】

以上述べた少なくともひとつの実施形態の荷電粒子輸送システムによれば、水平方向の位置調整をする第２プレート２２に係合ピン３１を介して機器を固定し、さらに高さ方向及び傾斜を調整する第１プレート２１が架台１６に固定されることにより、簡単かつ短時間に荷電粒子輸送システムのアライメントを調整することが可能となる。

【0039】

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、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

【符号の説明】

【0040】

１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）…荷電粒子輸送システム、１１…第１ネジ、１２…第２ネジ、１３…第３ネジ、１５…基礎、１６…架台、１７（１７ａ，１７ｂ）…係合穴、２１（２１ａ，２１ｂ）…第１プレート、２２（２２ａ，２２ｂ）…第２プレート、２３…真空ダクト、２５…固定部材、２６…機器、２７…支持部材、２７ａ…第１支持部材、２７ｂ…第２支持部材、３１…第１係合ピン、３２…第２係合ピン、３５…光学的位置調整機器、３６…基準位置、４１…第１ナット、４２…第２ナット、４３…第３ナット、４４…軸ボルト、４５…偏向電磁石、４６…加速空胴、４７…四極電磁石、５０…シンクロトロン、５１…円形加速器、５２…輸送ライン、５３…照射室。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】