フォイルストリッパー
【課題】フォイルの移動及び切替えを一の駆動系により実現することができるフォイルストリッパーを提供する。
【解決手段】本発明に係るフォイルストリッパー４６は、少なくとも２枚のフォイル４７を回転軸７２まわりに回転可能に備え、一のフォイルを加速粒子軌道上に配置するカセットロール７１と、カセットロール７１を加速粒子軌道に沿って移動させる駆動機構５６と、回転軸７２まわりに設けられた複数のインデクスピン７４ａ〜７４ｄと、カセットロール７１の移動軌道上に設けられ、インデクスピンの１つと当接可能なレバー８３であって、第１の当接面８７及び第２の当接面８８を備え、第１の当接面８７でインデクスピンと当接する場合には動作が規制され、第２の当接面８８で当接する場合には、第２の当接面８８とインデクスピンとの当接状態を解消するように移動可能なレバー８３と、を備えている。
【解決手段】本発明に係るフォイルストリッパー４６は、少なくとも２枚のフォイル４７を回転軸７２まわりに回転可能に備え、一のフォイルを加速粒子軌道上に配置するカセットロール７１と、カセットロール７１を加速粒子軌道に沿って移動させる駆動機構５６と、回転軸７２まわりに設けられた複数のインデクスピン７４ａ〜７４ｄと、カセットロール７１の移動軌道上に設けられ、インデクスピンの１つと当接可能なレバー８３であって、第１の当接面８７及び第２の当接面８８を備え、第１の当接面８７でインデクスピンと当接する場合には動作が規制され、第２の当接面８８で当接する場合には、第２の当接面８８とインデクスピンとの当接状態を解消するように移動可能なレバー８３と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速粒子を取り出すためのフォイルを移動させ、かつ、加速粒子の軌道上に配置されるフォイルを切替えるフォイルストリッパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
サイクロトロンなどの粒子加速器に備えられるフォイルストリッパーは、加速された陽子や重陽子のビームをカーボンフォイルにより、Ｈ−（Ｄ−）からＨ＋（Ｄ＋）に荷電変換して軌道の曲率を反転して系外に引き出す。このカーボンフォイルが長期使用などにより消耗した場合、加速器を止めて真空を大気に開放し、新品のカーボンフォイルに付け替える作業が強いられる。この作業は、マシン操業時間が減ることや、作業者の被爆などのデメリットがある。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１には、フォイルを自動的に切り替える手法が開示されている。この手法では、４枚のフォイルを装填できるフォイルホルダが設けられており、使用していたフォイルが破損した場合等には、外部よりこのフォイルホルダを回転して、フォイルを入れ替えることができる。
【特許文献１】特開平１０−２５６０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、粒子加速器において、１つのフォイルストリッパーで、より多くのターゲットに対応することができれば好ましい。そこで、マグネットの外周における円周方向に複数のターゲットを設け、１個のフォイルストリッパーを加速粒子の軌道に沿って移動させることにより、各ターゲットに加速粒子を誘導することが考えられる。
【０００５】
しかしながら、フォイルストリッパーを移動させて複数のターゲットに加速粒子を誘導する手法に、さらに特許文献１のようなフォイル切替え機構を適用した場合に、フォイルストリッパーを移動させるための駆動系と、フォイルを切り替えるための駆動系とが個別に必要となり、これらの駆動系を設置するスペースを考慮しなければならないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決し、フォイルの移動及び切替えを一の駆動系により実現することができるフォイルストリッパー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】
本発明に係るフォイルストリッパーは、加速粒子を取り出すためのフォイルを移動させ、かつ、加速粒子の軌道上に配置されるフォイルを切り替えるフォイルストリッパーであって、少なくとも２枚のフォイルを回転軸まわりに回転可能に備え、一のフォイルを加速粒子の軌道上に配置するよう構成された回転体と、回転体を加速粒子の軌道に沿って移動させる移動手段と、回転体の回転軸まわりに設けられた複数の突起部と、回転体の移動軌道上に設けられ、複数の突起部の一の突起部と当接可能なレバーであって、一の突起部と当接可能な第１の当接面及び第２の当接面を備え、第１の当接面で一の突起部と当接する場合には動作が規制され、第２の当接面で一の突起部と当接する場合には、第２の当接面と一の突起部との当接状態を解消するように移動可能なレバーと、を備えている。
【０００８】
この構成により、移動手段によりフォイルを備える回転体をレバーの方向へ移動させて、回転体の一の突起部をレバーの第１の当接面と当接させた状態からさらにレバーの方向へ回転体を移動させることにより、第１の当接面と当接している突起部にレバーからの反力が伝えられ、回転体が回転されてフォイルが切替えられる。また、フォイル切替え後には、移動手段により回転体をレバーと反対方向へ移動させると、回転体の他の突起部がレバーの第２の当接面に接触するが、この場合レバーは、第２の当接面とこの突起部との当接状態を解消するように移動するので、回転体はもとの方向に回転することなくレバーから離れる。移動手段はフォイルストリッパーを移動させる駆動系でもあるので、フォイルの移動及び切替えを一の駆動系により実現することができる。また、駆動系を一つにまとめることにより、コストダウンや省スペース化にもつながる。
【０００９】
本発明に係るフォイルストリッパーでは、レバーは、支持点を中心に回動可能に支持され、該支持点周りの一の方向の回動は基準回動位置よりも回動しないように回動規制部材により規制されると共に、該支持点周りの他の方向に回動したときには基準回動位置に戻るように付勢部材により弾性的に付勢されており、レバーは、第１の当接面で一の突起部と当接する場合には、基準回動位置に位置して一の方向への回動が規制され、第２の当接面で一の突起部と当接する場合には、第２の当接面と一の突起部との当接状態を解消するように付勢部材の付勢力に抗して他の方向に回動可能であるのが好適である。
【００１０】
この構成により、フォイル切替え後に、移動手段により回転体がレバーと反対方向へ移動して、回転体の一の突起部がレバーの第２の当接面に接触した場合に、レバーが突起部から伝わる力の向きに沿って回動するので、第２の当接面と一の突起部との当接状態をスムーズに解消させることができる。また、第２の当接面と一の突起部との当接状態が解消された後には、付勢部材の付勢力によってレバーを基準回動位置まで自動的に戻すことができる。
【００１１】
本発明に係るフォイルストリッパーは、回転体の回転軸と直交するように設けられ、回転体と連動して回転可能な円板であって、その周面上に設けられた少なくとも１つの凹部を備える円板と、円板の向心方向に弾性的に付勢され、円板の周面に当接されており、凹部と嵌合可能なローラと、をさらに備えるのが好適である。
【００１２】
この構成により、フォイルが切替えられる際には、ローラが、円板の周面に沿って回転して、新たなフォイルが所望の位置まで回転したときに周面上の凹部に嵌合される。これにより、フォイルが切替えられた後に、回転体やフォイルが回動するのを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るフォイルストリッパーによると、フォイルの移動及び切替えを一の駆動系により実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係るフォイルストリッパーを備える粒子加速器としてのサイクロトロン１０の本体部１２の構成を示す正面図である。図１に示すように、サイクロトロン１０は、一対の磁極１６と、図示しない一対のコイルと、真空箱２０と、一対の加速電極２２と、フォイルストリッパー４６と、ターゲット４８ａ〜４８ｃと、を備えている。
【００１６】
一対の磁極１６は、図１及び図２に示すように、それぞれ円板状の外形を有する。これら磁極１６の対向する面には、それぞれ谷領域１６ａと山領域１６ｂとが交互に連続して設けられている。より詳細には、これら磁極１６の対向する面は、それぞれ４つの谷領域１６ａと４つの山領域１６ｂとが交互に現れる８つの扇形のセクタに分割されている。このように構成することで、セクターフォーカシングを利用して加速粒子の軌道の収束効果を高めている。
【００１７】
真空箱２０は、図１に示すように、箱本体２１と図示しない箱蓋とを有している。箱本体２１の底壁部２１ａには、磁極１６の外形と略同径の開口部２１ｂが設けられており、この開口部２１ｂから、一方の磁極１６の谷領域１６ａ及び山領域１６ｂを備える面が、真空箱２０に突出されている。また、箱本体２１には真空排気用の排気口（図示せず）が設けられており、この排気口には図示しない真空ポンプが接続されている。箱蓋は、真空ポンプによって真空箱２０内を真空化できるように、箱本体２１の上部開口を塞いでいる。箱蓋には、箱本体２１と同様に、他方の磁極１６の谷領域１６ａ及び山領域１６ｂを備える面を真空箱２０に突出させるために、磁極１６の外形と略同径の開口部が設けられている。
【００１８】
図示しない一対のコイルは、一対の磁極１６の側面の周りにそれぞれ設けられており、電磁石が構成されている。
【００１９】
一対の加速電極２２は、図１に示すように、それぞれ正面視において三角形状をなす。各加速電極２２は、例えば銅等の電気導体から構成されており、上下２枚の三角板を底辺で連結して構成されている。そして、加速電極２２の板面には冷却用の冷媒を通すための管３２が設けられている。
【００２０】
これら一対の加速電極２２は、一対の磁極１６の谷領域１６ａに位置する。そして、加速電極２２の先端部同士が、図１に示すように、蝶の羽のような外形を有する接続部材３４により、機械的且つ電気的に接続されている。
【００２１】
加速電極２２の一方の側方には、加速粒子を取り出すためのフォイルストリッパー４６が設けられている。フォイルストリッパー４６にはカセットロール交換式の４枚のフォイル４７（図３参照）が備えられており、そのうちの１枚のフォイルが、加速粒子の軌道上に配置されている。このフォイルは、加速粒子の軌道上の第１の所定位置１０１ａ、第２の所定位置１０１ｂ、第３の所定位置１０１ｃ及び第４の所定位置１０１ｄに位置決めされるように、フォイルストリッパー４６により移動される。
【００２２】
フォイルストリッパー４６は、フォイル４７を第４の所定位置１０１ｄに移動する際に、加速粒子の軌道上にあるフォイルを別のものに切替え可能である。その詳細は図５、図７〜１０を参照して後述する。
【００２３】
フォイルストリッパー４６のフォイル４７が第１の所定位置１０１ａ、第２の所定位置１０１ｂ及び第３の所定位置１０１ｃに位置決めされたときのフォイル４７通過後の加速粒子の軌道上には、放射性同位元素を生成するための第１のターゲット４８ａ、第２のターゲット４８ｂ、第３のターゲット４８ｃがそれぞれ設けられている。各ターゲットには、加速粒子を導入する入口に、ターゲットに導入される加速粒子のビーム幅を限定するためのコリメータ４９ａ、４９ｂ、４９ｃが設けられている。
【００２４】
次に、図３〜図６を参照して、フォイルストリッパー４６の詳細について説明する。図３は、フォイルストリッパー４６の詳細な構成を示す図である。図４は、図３のIV−IV断面図である。図５は、フォイル切替えに関する構成要素を示す図である。図６は、図５のVI―VI断面図である。
【００２５】
フォイルストリッパー４６は、図３に示すように、ガイド５１と、移動体５２と、駆動機構５６と、フォイルチェンジャ６３と、図示しない制御装置と、を備えている。
【００２６】
ガイド５１は、一対の磁極１６の外周側に配置され、弧状の形状に沿った外側、内側に側面５１ａ、５１ｂをもつ板材である。ガイド５１がなす弧は、ガイド５１近傍の加速粒子のビーム軌道上の３点１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを通る円弧と同一の中心点をもつように設計してある。ガイド５１のなす弧の曲率中心は、磁極１６の中心Ｏとは異なる点Ｐであり、また、その曲率半径は、磁極１６の半径より小さい。
【００２７】
ガイド５１には、移動体５２がガイド５１に沿って移動可能に係合されている。移動体５２は、４枚のフォイル４７を有するフォイルカセットユニット５０を備える。フォイルカセットユニット５０は、４枚のフォイル４７のうち１枚のフォイルがガイド５１のなす弧より内側に位置し、加速粒子の軌道上に配置されるように移動体５２に備えられている。この１枚のフォイルが、加速粒子を通過させて軌道を磁極１６の遠心方向に曲げるために用いられ、残りの３枚のフォイルは交換用の予備フォイルとしてフォイルカセットユニット５０に備えられている。
【００２８】
フォイルカセットユニット５０は、図４及び図５に示すように、４枚のフォイル４７を格納するカセットロール（回転体）７１を備える。カセットロール７１は、一対の磁極１６の対向方向と平行な回転軸７２まわりに回転可能に設置されており、回転軸７２まわりに略９０度間隔で第１のホルダー７３ａ、第２のホルダー７３ｂ、第３のホルダー７３ｃ及び第４のホルダー７３ｄを備える。第１〜第４のホルダー７３ａ〜７３ｄのそれぞれには、フォイル４７が１枚ずつ付着されている。図４〜図６では、第１〜第４のホルダー７３ａ〜７３ｄのうち第３のホルダー７３ｃに付着されているフォイル４７が加速粒子の軌道上に配置されている。
【００２９】
図５及び図６に示すように、カセットロール７１のガイド５１側の面には、回転軸７２まわりに略９０度間隔で第１のインデクスピン７４ａ、第２のインデクスピン７４ｂ、第３のインデクスピン７４ｃ及び第４のインデクスピン７４ｄが設けられている。第１〜第４のインデクスピン（突起部）７４ａ〜７４ｄのそれぞれは、第１〜第４のホルダー７３ａ〜７３ｄが配置されている近辺のカセットロール７１の下部に設けられている。
【００３０】
カセットロール７１のガイド５１と反対側の面には、回転軸７２を中心とするインデクスホイール（円板）７５が連結されている。インデクスホイール７５は、回転軸７２と直交するように設けられ、カセットロール７１と連動して回転する。インデクスホイール７５の周面には、回転軸７２まわりに略９０度間隔で第１の凹部７６ａ、第２の凹部７６ｂ、第３の凹部７６ｃ及び第４の凹部７６ｄが設けられている。
【００３１】
また、インデクスホイール７５の周面には、サプレッションローラ（ローラ）７７が当接されている。図４に示すように、サプレッションローラ７７は、コイルばね７８と連結されており、インデクスホイール７５の向心方向に弾性的に付勢されている。また、サプレッションローラ７７は、図示しない治具などによってインデクスホイール７５の円周方向への動作を規制されている。したがって、サプレッションローラ７７は、インデクスホイール７５が回転すると、位置を固定したまま周面に沿って回転することができる。
【００３２】
また、サプレッションローラ７７は、インデクスホイール７５の周面に設けられた第１〜第４の凹部７６ａ〜７６ｄのいずれか１つと嵌合可能である。この場合、第１〜第４のホルダー７３ａ〜７３ｄのいずれか１つのフォイル４７が、加速粒子の軌道上に位置決めされることになる。図５の例では、サプレッションローラ７７が第１の凹部７６ａと嵌合しているときには、第３のホルダー７３ｃのフォイルが加速粒子の軌道上に位置決めされている。
【００３３】
図３及び図４に示すように、移動体５２には、フォイルカセットユニット５０を搭載する面の裏面に、二対のつば付ローラ５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂが、それぞれ移動体５２の裏面と直交する回転軸で回転自在に設けられている。このうち、ローラ５３ａ、５４ａは、ガイドの外側面５１ａと係合するように配置されており、ローラ５３ｂ、５４ｂは、ガイドの内側面５１ｂと係合するように配置されている。すなわち、移動体５２は、図４に示すように、一対のつば付ローラ５３ａ、５３ｂのそれぞれによって、ガイド５１の外側の側面５１ａ及び内側の側面５１ｂからガイドに係合されている。また、移動体５２は、一対のつば付ローラ５４ａ、５４ｂのそれぞれによって、ガイド５１の外側の側面５１ａ及び内側の側面５１ｂからガイドに係合されている。これにより、移動体５２は、ガイド５１に沿って移動可能となる。
【００３４】
また、移動体５２は、ガイド５１の弧状の軌道に沿って外周面を備えており、この外周面にはセクターギア５５が設けられている。
【００３５】
移動体５２のセクターギア５５を介して、移動体５２を移動させるための駆動力を与える駆動機構５６が、移動体５２に連結されている。駆動機構５６は、図４に示すように、ステッピングモータ５７と、回転を減速するとともに、直交方向の回転に変換する歯車機構を有している。この歯車機構は、ステッピングモータ５７の回転軸である第１の軸５８と、この第１の軸５８に取り付けられた第１のかさ歯車５９と、第１のかさ歯車５９に噛み合わされ、これと直交する第２のかさ歯車６０と、第２のかさ歯車６０の回転中心である第２の軸６１と、この第２の軸６１に取り付けられたピニオンギア６２と、を備えている。図３に示すように、ピニオンギア６２が、移動体５２のセクターギア５５と噛み合わされている。
【００３６】
フォイルストリッパー４６は、図示しない制御装置を有しており、この制御装置により、フォイル４７の位置のフィードバック制御を行う。具体的には、各ターゲット４８ａ〜４８ｃの入口に備えられた一対のコリメータ４９ａ〜４９ｃによって、電流値が検出される。これらの電流値はビームが当たる面積が多いほど大きな値をとるので、これらの電流値を比較することで、ビーム径の中心とターゲット入口の中心との相対的なずれを検知することができる。すなわち、一方の電流値が大きいときには、その電流値の検出箇所の方向にビームが偏っていることを示し、また、両方の電流値が同一のときには、ビーム径の中心とターゲット入口の中心が一致して、ビームが所望のターゲットに正確に導入されていることを示す。
【００３７】
フォイルストリッパー４６の図示しない制御装置は、ターゲット４８ａ〜４８ｃのうちビームを導入させたいターゲットの入口に備えられた一対のコリメータにより測定された電流値の差分に応じて、ステッピングモータ５７への制御指令をフィードバック制御する。これにより、ビーム軌道上のフォイル４７の位置が調整されて、ビーム径の中心がターゲット入口の中心と一致するようになる。
【００３８】
また、フォイルストリッパー４６には、フォイルチェンジャ６３が設けられている。フォイルストリッパー４６は、加速粒子の軌道上に配置されるフォイル４７が長期使用などにより消耗して劣化や破損を生じた場合に、フォイルチェンジャに６３を利用して新たなフォイルに交換することができる。フォイルチェンジャ６３は、フォイル４７が第３の所定位置１０１ｃから第４の所定位置１０１ｄまで移動されるときに、フォイルカセットユニット５０と接触することにより、加速粒子の軌道上に配置されるフォイル４７を交換するよう構成されている。
【００３９】
図５及び図６に示すように、フォイルチェンジャ６３は、ガイド５１に固定される台座８１を備える。台座８１にはフォイルカセットユニット５０のカセットロール７１の回転軸７２と平行な向きに支持軸８２が設けられており、さらにこの支持軸（支持点）８２を中心として回動可能に支持されたレバー８３が連結されている。
【００４０】
レバー８３は、図６に示すように、支持軸８２を介して台座８１に対して回動可能に取り付けられている基部８４と、フォイルカセットユニット５０のカセットロール７１のインデクスピン７４ａ〜７４ｄの１つと当接可能な作動部８６と、基部８４及び作動部８６を連結する連結部８５からなる。
【００４１】
レバー８３の作動部８６は、図５に示すように、カセットロール７１に対向する第１の当接面８７と、この第１の当接面８７に対して、カセットロール７１と反対側で鋭角に対向する第２の当接面８８と、によって、インデクスピン７４ａ〜７４ｄの１つと当接することができる。
【００４２】
レバー８３は、支持軸８２まわりに回動された場合には、支持軸８２まわりに設けられたねじりコイルばね（付勢部材）８９によって反力が与えられ、回動方向と反対側に回転して所定位置に戻るように構成されている。ここで、レバー８３の所定位置（基準回動位置）とは、例えば第１の当接面８７及び第２の当接面８８の両方が、カセットロール７１の移動軌道上に配置される位置のことである。
【００４３】
レバー８３が所定位置にある場合には、台座８１に設けられたストッパー（回動規制部材）９０が基部８４の側部に当接している。このストッパー９０は、レバーが所定位置から支持軸８２まわりの一方向に回動するのを規制している。すなわち、本実施形態では、図５に示すように、第１の当接面８７に力が加えられた場合には、ストッパー９０は、レバー８３が支持軸８２を中心として所定位置から時計回り方向に回動するのを規制している。
【００４４】
一方、第２の当接面８８に力が加えられた場合には、レバー８３は、ねじりコイルばね８９により基準位置に戻るよう弾性的に付勢されつつ、支持軸８２を中心として所定位置から反時計回り方向に回動する。そして第２の当接面８８に力が加えられなくなると、コイルばね８９の反力によって所定位置に戻される。
【００４５】
次に、上述したような構成のサイクロトロン１０及びフォイルストリッパー４６の作用について説明する。
【００４６】
磁極１６の中心部に設けられたビーム引出し部Ｏから、陽子或いは重陽子といった加速粒子が、磁極１６により一様な磁場がかけられている空間に引き出され、ＲＦキャビティにより生成される電界により多重加速される。加速粒子は、加速に伴って軌道半径が大きくなっていく。
【００４７】
フォイルストリッパー４６において、駆動機構５６のステッピングモータ５７が駆動されて、駆動機構５６内の歯車機構を介してピニオンギア６２が回転する。このピニオンギア６２に噛み合っている移動体５２のセクターギア５５が連動し、移動体５２がガイド５１に沿って移動する。そして、移動体５２に搭載されたフォイルカセットユニット５０のフォイル４７は、第１の所定位置１０１ａ、第２の所定位置１０１ｂまたは第３の所定位置１０１ｃに位置決めされる。
【００４８】
次に、図５、図７〜図１０を参照して、フォイルストリッパー４６によるフォイル切替え動作について説明する。
【００４９】
図５に、フォイルカセットユニット５０が第３の所定位置１０１ｃにある場合の、カセットロール７１とフォイルチェンジャ６３との位置関係を示す。図５に示すように、フォイルカセットユニット５０が第３の所定位置１０１ｃにある場合には、フォイルチェンジャ６３のレバー８３は、カセットロール７１のインデクスピン７４ａ〜７４ｄのいずれとも当接していない。
【００５０】
駆動機構５６により、移動体５２に搭載されたフォイルカセットユニット５０が第４の所定位置１０１ｄへ向けて駆動されると、図７に示すように、フォイルチェンジャ６３のレバー８３が、第１の当接面８７で第１のインデクスピン７４ａと当接する。このとき、フォイルカセットユニット５０は、駆動機構５６によってフォイルチェンジャ６３に近づく方向に移動しているので、第１の当接面８７には第１のインデクスピン７４ａから力が加えられる。また、ストッパー９０によりレバー８３が回動するのが規制されているので、第１の当接面８７から第１のインデクスピン７４ａに反力が加えられる。そして、サプレッションローラ７７が第１の凹部７６ａから外れて、カセットロール７１が時計回りに回転しはじめる。このとき、サプレッションローラ７７は、インデクスホイール７５の周面に沿って回転している。
【００５１】
フォイルカセットユニット５０が第４の所定位置１０１ｄに到達すると、図８に示すように、カセットロール７１が略９０度回転してフォイル切替えが完了し、加速粒子の軌道上に第四のホルダー７３ｄが配置される。このとき、サプレッションローラ７７は、第２の凹部７６ｂに嵌合されている。
【００５２】
続いて、フォイルカセットユニット５０をフォイルチェンジャ６３から離すべく、駆動機構５６によって再び第３の所定位置１０１ｃの方向へ駆動されると、図９に示すように、フォイルチェンジャ６３のレバー８３が、第２の当接面８８で第２のインデクスピン７４ｂと当接する。このとき、フォイルストリッパー４６は、駆動機構５６によってフォイルチェンジャ６３から離れる方向に移動しているので、第２の当接面８８には第２のインデクスピン７４ｂから力が加えられる。これにより、レバー８３が、第２の当接面８８と第２のインデクスピン７４ｂとの当接状態を解消すべく、ねじりコイルばね８９による反力を受けつつ、支持軸８２を中心として反時計回りに回動される。レバー８３が反時計回りに回動されている間に、第２のインデクスピン７４ｂが第２の当接面８８上を端部まで移動する。このとき、カセットロール７１は回転しておらず、サプレッションローラ７７は第２の凹部７６ｂに嵌合されたままである。
【００５３】
第２のインデクスピン７４ｂが第２の当接面８８の端部を越えて、第２の当接面８８が第２のインデクスピン７４ｂから離れると、第２の当接面８８にインデクスピン７４ｂから加えられていた力が無くなり、図１０に示すように、ねじりコイルばね８９の反力によってレバー８３が支持軸８２を中心として時計回りに回動してもとの所定位置に戻される。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態に係るフォイルストリッパー４６は、駆動機構５６によりフォイル４７を備えるカセットロール７１をフォイルチェンジャ６３のレバー８３の方向へ移動させて、カセットロール７１のインデクスピン７４ａ〜７４ｄの１つをレバー８３の第１の当接面８７と当接させた状態からさらにレバー８３の方向へカセットロール７１を移動させることにより、第１の当接面８７と当接しているインデクスピンにレバー８３からの反力が伝えられ、カセットロール７１が回転されてフォイル４７が切替えられる。駆動機構５６はフォイル４７を移動させる駆動系でもあるので、フォイル４７の移動及び切替えを一の駆動系により実現することができる。また、駆動系を一つにまとめることにより、コストダウンや省スペース化にもつながる。
【００５５】
また、フォイル切替え後には、駆動機構５６によりカセットロール７１をレバー８３と反対方向へ移動させると、カセットロール７１の他のインデクスピンがレバー８３の第２の当接面８８に接触する。この場合、レバー８３がインデクスピンから伝わる力の向きに沿って回動するので、第２の当接面及８８とインデクスピンとの当接状態をスムーズに解消させることができる。また、第２の当接面８８とインデクスピンとの当接状態が解消された後には、ねじりコイルばね８９の付勢力によってレバー８３を所定位置まで自動的に戻すことができる。
【００５６】
また、本実施形態に係るフォイルストリッパー４６は、フォイル４７が切替えられる際には、サプレッションローラ７７が、インデクスホイール７５の周面に沿って回転して、新たなフォイルが所望の位置まで回転したときに周面上の凹部７６ａ〜７６ｄのいずれかに嵌合される。これにより、フォイル４７が切替えられた後に、カセットロール７１やフォイル４７が回転するのを抑制することができる。
【００５７】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、フォイルストリッパー４６に備えられるフォイル４７の枚数は、４枚に限らず、複数の枚数であれば他の任意の枚数であってもよい。また、上記の実施形態では、複数のフォイル４７が回転軸７２まわりに略９０度の等間隔で配置されているが、回転軸７２まわりに任意の間隔で配置してよい。
【００５８】
また、カセットロール７１を回転させるためのインデクスピン７６ａ〜７６ｄは、フォイルチェンジャ６３のレバー８３と当接可能であればよく、ピン以外の突起状の部材でもよい。また、上記実施形態では、インデクスピン７６ａ〜７６ｄは、フォイルストリッパー４６に備えられるフォイル４７の枚数や同一の個数を、フォイル４７と同様に回転軸７２まわりに略９０度の等間隔で配置したが、フォイルの数と異なってもよいし、回転軸７２まわりに任意の間隔で配置してもよい。
【００５９】
さらに、フォイルチェンジャ６３のレバー８３は、第２の当接面８８がインデクスピンにより押された場合に、上記の実施形態のように支持軸８２を中心に回動してインデクスピンを回避するのではなく、例えば、第２の当接面８８が受ける力のうちカセットロール７１の移動軌道の遠心方向の分力を利用して、遠心方向に直線状に設けられたレールに沿って水平移動するなどの他の動作により、インデクスピンを回避する形式でもよい。
【００６０】
また、フォイルストリッパー４６の駆動機構５６は、ギヤ機構以外のフリクション機構などでもよく、また、クランクを利用したシリンダ機構でもよい。
【００６１】
また、１個のフォイルストリッパー４６から加速粒子を導入するターゲットの数は、３個以外の複数個でもよい。
【００６２】
さらに、上記実施形態では、１個のフォイルストリッパー４６を用いて１箇所から加速粒子を取り出していたが、複数のフォイルストリッパーを加速粒子の軌道上に等間隔に配列して、同時に複数箇所から加速粒子を取り出すように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本実施形態に係る粒子加速器としてサイクロトロンの構成を示す正面図である。
【図２】一対の磁極の構成を示す斜視図である。
【図３】フォイルストリッパーの詳細な構成を示す図である。
【図４】図３のIV−IV断面図である。
【図５】フォイル切替えに関する構成要素を示す図であり、フォイルカセットユニットが第３の所定位置にある場合の、カセットロールとフォイルチェンジャとの位置関係を示す図である。
【図６】図５のVI―VI断面図である。
【図７】フォイルチェンジャがカセットロールを回転させている状態を示す図である。
【図８】フォイルカセットユニットが第４の所定位置にあり、フォイル切替え直後である場合の、カセットロールとフォイルチェンジャとの位置関係を示す図である。
【図９】フォイルカセットユニットがフォイルチェンジャから離れるときに、フォイルチェンジャのレバーの第２の当接面がカセットロールのインデクスピンと当接している状態を示す図である。
【図１０】フォイルカセットユニットがフォイルチェンジャから離れるときに、フォイルチェンジャのレバーの第２の当接面がカセットロールのインデクスピンから離れた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０…サイクロトロン、１６…磁極、２２…加速電極、４６…フォイルストリッパー、４７…フォイル、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ…ターゲット、５０…フォイルカセットユニット、５１…ガイド、５１ａ…外側面、５１ｂ…内側面、５２…移動体、５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ…つば付ローラ、５５…セクターギア、５６…駆動機構（移動手段）、６３…フォイルチェンジャ、７１…カセットロール（回転体）、７２…回転軸、７４ａ〜７４ｄ…インデクスピン（突起部）、７５…インデクスホイール（円板）、７６ａ〜７６ｄ…凹部、７７…インデクスローラ（ローラ）、８２…支持軸、８３…レバー、８７…第１の当接面、８８…第２の当接面、８９…ねじりコイルばね（付勢部材）、９０…ストッパー（回動規制部材）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加速粒子を取り出すためのフォイルを移動させ、かつ、加速粒子の軌道上に配置されるフォイルを切替えるフォイルストリッパーに関する。
【背景技術】
【０００２】
サイクロトロンなどの粒子加速器に備えられるフォイルストリッパーは、加速された陽子や重陽子のビームをカーボンフォイルにより、Ｈ−（Ｄ−）からＨ＋（Ｄ＋）に荷電変換して軌道の曲率を反転して系外に引き出す。このカーボンフォイルが長期使用などにより消耗した場合、加速器を止めて真空を大気に開放し、新品のカーボンフォイルに付け替える作業が強いられる。この作業は、マシン操業時間が減ることや、作業者の被爆などのデメリットがある。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１には、フォイルを自動的に切り替える手法が開示されている。この手法では、４枚のフォイルを装填できるフォイルホルダが設けられており、使用していたフォイルが破損した場合等には、外部よりこのフォイルホルダを回転して、フォイルを入れ替えることができる。
【特許文献１】特開平１０−２５６０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、粒子加速器において、１つのフォイルストリッパーで、より多くのターゲットに対応することができれば好ましい。そこで、マグネットの外周における円周方向に複数のターゲットを設け、１個のフォイルストリッパーを加速粒子の軌道に沿って移動させることにより、各ターゲットに加速粒子を誘導することが考えられる。
【０００５】
しかしながら、フォイルストリッパーを移動させて複数のターゲットに加速粒子を誘導する手法に、さらに特許文献１のようなフォイル切替え機構を適用した場合に、フォイルストリッパーを移動させるための駆動系と、フォイルを切り替えるための駆動系とが個別に必要となり、これらの駆動系を設置するスペースを考慮しなければならないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決し、フォイルの移動及び切替えを一の駆動系により実現することができるフォイルストリッパー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】
本発明に係るフォイルストリッパーは、加速粒子を取り出すためのフォイルを移動させ、かつ、加速粒子の軌道上に配置されるフォイルを切り替えるフォイルストリッパーであって、少なくとも２枚のフォイルを回転軸まわりに回転可能に備え、一のフォイルを加速粒子の軌道上に配置するよう構成された回転体と、回転体を加速粒子の軌道に沿って移動させる移動手段と、回転体の回転軸まわりに設けられた複数の突起部と、回転体の移動軌道上に設けられ、複数の突起部の一の突起部と当接可能なレバーであって、一の突起部と当接可能な第１の当接面及び第２の当接面を備え、第１の当接面で一の突起部と当接する場合には動作が規制され、第２の当接面で一の突起部と当接する場合には、第２の当接面と一の突起部との当接状態を解消するように移動可能なレバーと、を備えている。
【０００８】
この構成により、移動手段によりフォイルを備える回転体をレバーの方向へ移動させて、回転体の一の突起部をレバーの第１の当接面と当接させた状態からさらにレバーの方向へ回転体を移動させることにより、第１の当接面と当接している突起部にレバーからの反力が伝えられ、回転体が回転されてフォイルが切替えられる。また、フォイル切替え後には、移動手段により回転体をレバーと反対方向へ移動させると、回転体の他の突起部がレバーの第２の当接面に接触するが、この場合レバーは、第２の当接面とこの突起部との当接状態を解消するように移動するので、回転体はもとの方向に回転することなくレバーから離れる。移動手段はフォイルストリッパーを移動させる駆動系でもあるので、フォイルの移動及び切替えを一の駆動系により実現することができる。また、駆動系を一つにまとめることにより、コストダウンや省スペース化にもつながる。
【０００９】
本発明に係るフォイルストリッパーでは、レバーは、支持点を中心に回動可能に支持され、該支持点周りの一の方向の回動は基準回動位置よりも回動しないように回動規制部材により規制されると共に、該支持点周りの他の方向に回動したときには基準回動位置に戻るように付勢部材により弾性的に付勢されており、レバーは、第１の当接面で一の突起部と当接する場合には、基準回動位置に位置して一の方向への回動が規制され、第２の当接面で一の突起部と当接する場合には、第２の当接面と一の突起部との当接状態を解消するように付勢部材の付勢力に抗して他の方向に回動可能であるのが好適である。
【００１０】
この構成により、フォイル切替え後に、移動手段により回転体がレバーと反対方向へ移動して、回転体の一の突起部がレバーの第２の当接面に接触した場合に、レバーが突起部から伝わる力の向きに沿って回動するので、第２の当接面と一の突起部との当接状態をスムーズに解消させることができる。また、第２の当接面と一の突起部との当接状態が解消された後には、付勢部材の付勢力によってレバーを基準回動位置まで自動的に戻すことができる。
【００１１】
本発明に係るフォイルストリッパーは、回転体の回転軸と直交するように設けられ、回転体と連動して回転可能な円板であって、その周面上に設けられた少なくとも１つの凹部を備える円板と、円板の向心方向に弾性的に付勢され、円板の周面に当接されており、凹部と嵌合可能なローラと、をさらに備えるのが好適である。
【００１２】
この構成により、フォイルが切替えられる際には、ローラが、円板の周面に沿って回転して、新たなフォイルが所望の位置まで回転したときに周面上の凹部に嵌合される。これにより、フォイルが切替えられた後に、回転体やフォイルが回動するのを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るフォイルストリッパーによると、フォイルの移動及び切替えを一の駆動系により実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係るフォイルストリッパーを備える粒子加速器としてのサイクロトロン１０の本体部１２の構成を示す正面図である。図１に示すように、サイクロトロン１０は、一対の磁極１６と、図示しない一対のコイルと、真空箱２０と、一対の加速電極２２と、フォイルストリッパー４６と、ターゲット４８ａ〜４８ｃと、を備えている。
【００１６】
一対の磁極１６は、図１及び図２に示すように、それぞれ円板状の外形を有する。これら磁極１６の対向する面には、それぞれ谷領域１６ａと山領域１６ｂとが交互に連続して設けられている。より詳細には、これら磁極１６の対向する面は、それぞれ４つの谷領域１６ａと４つの山領域１６ｂとが交互に現れる８つの扇形のセクタに分割されている。このように構成することで、セクターフォーカシングを利用して加速粒子の軌道の収束効果を高めている。
【００１７】
真空箱２０は、図１に示すように、箱本体２１と図示しない箱蓋とを有している。箱本体２１の底壁部２１ａには、磁極１６の外形と略同径の開口部２１ｂが設けられており、この開口部２１ｂから、一方の磁極１６の谷領域１６ａ及び山領域１６ｂを備える面が、真空箱２０に突出されている。また、箱本体２１には真空排気用の排気口（図示せず）が設けられており、この排気口には図示しない真空ポンプが接続されている。箱蓋は、真空ポンプによって真空箱２０内を真空化できるように、箱本体２１の上部開口を塞いでいる。箱蓋には、箱本体２１と同様に、他方の磁極１６の谷領域１６ａ及び山領域１６ｂを備える面を真空箱２０に突出させるために、磁極１６の外形と略同径の開口部が設けられている。
【００１８】
図示しない一対のコイルは、一対の磁極１６の側面の周りにそれぞれ設けられており、電磁石が構成されている。
【００１９】
一対の加速電極２２は、図１に示すように、それぞれ正面視において三角形状をなす。各加速電極２２は、例えば銅等の電気導体から構成されており、上下２枚の三角板を底辺で連結して構成されている。そして、加速電極２２の板面には冷却用の冷媒を通すための管３２が設けられている。
【００２０】
これら一対の加速電極２２は、一対の磁極１６の谷領域１６ａに位置する。そして、加速電極２２の先端部同士が、図１に示すように、蝶の羽のような外形を有する接続部材３４により、機械的且つ電気的に接続されている。
【００２１】
加速電極２２の一方の側方には、加速粒子を取り出すためのフォイルストリッパー４６が設けられている。フォイルストリッパー４６にはカセットロール交換式の４枚のフォイル４７（図３参照）が備えられており、そのうちの１枚のフォイルが、加速粒子の軌道上に配置されている。このフォイルは、加速粒子の軌道上の第１の所定位置１０１ａ、第２の所定位置１０１ｂ、第３の所定位置１０１ｃ及び第４の所定位置１０１ｄに位置決めされるように、フォイルストリッパー４６により移動される。
【００２２】
フォイルストリッパー４６は、フォイル４７を第４の所定位置１０１ｄに移動する際に、加速粒子の軌道上にあるフォイルを別のものに切替え可能である。その詳細は図５、図７〜１０を参照して後述する。
【００２３】
フォイルストリッパー４６のフォイル４７が第１の所定位置１０１ａ、第２の所定位置１０１ｂ及び第３の所定位置１０１ｃに位置決めされたときのフォイル４７通過後の加速粒子の軌道上には、放射性同位元素を生成するための第１のターゲット４８ａ、第２のターゲット４８ｂ、第３のターゲット４８ｃがそれぞれ設けられている。各ターゲットには、加速粒子を導入する入口に、ターゲットに導入される加速粒子のビーム幅を限定するためのコリメータ４９ａ、４９ｂ、４９ｃが設けられている。
【００２４】
次に、図３〜図６を参照して、フォイルストリッパー４６の詳細について説明する。図３は、フォイルストリッパー４６の詳細な構成を示す図である。図４は、図３のIV−IV断面図である。図５は、フォイル切替えに関する構成要素を示す図である。図６は、図５のVI―VI断面図である。
【００２５】
フォイルストリッパー４６は、図３に示すように、ガイド５１と、移動体５２と、駆動機構５６と、フォイルチェンジャ６３と、図示しない制御装置と、を備えている。
【００２６】
ガイド５１は、一対の磁極１６の外周側に配置され、弧状の形状に沿った外側、内側に側面５１ａ、５１ｂをもつ板材である。ガイド５１がなす弧は、ガイド５１近傍の加速粒子のビーム軌道上の３点１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを通る円弧と同一の中心点をもつように設計してある。ガイド５１のなす弧の曲率中心は、磁極１６の中心Ｏとは異なる点Ｐであり、また、その曲率半径は、磁極１６の半径より小さい。
【００２７】
ガイド５１には、移動体５２がガイド５１に沿って移動可能に係合されている。移動体５２は、４枚のフォイル４７を有するフォイルカセットユニット５０を備える。フォイルカセットユニット５０は、４枚のフォイル４７のうち１枚のフォイルがガイド５１のなす弧より内側に位置し、加速粒子の軌道上に配置されるように移動体５２に備えられている。この１枚のフォイルが、加速粒子を通過させて軌道を磁極１６の遠心方向に曲げるために用いられ、残りの３枚のフォイルは交換用の予備フォイルとしてフォイルカセットユニット５０に備えられている。
【００２８】
フォイルカセットユニット５０は、図４及び図５に示すように、４枚のフォイル４７を格納するカセットロール（回転体）７１を備える。カセットロール７１は、一対の磁極１６の対向方向と平行な回転軸７２まわりに回転可能に設置されており、回転軸７２まわりに略９０度間隔で第１のホルダー７３ａ、第２のホルダー７３ｂ、第３のホルダー７３ｃ及び第４のホルダー７３ｄを備える。第１〜第４のホルダー７３ａ〜７３ｄのそれぞれには、フォイル４７が１枚ずつ付着されている。図４〜図６では、第１〜第４のホルダー７３ａ〜７３ｄのうち第３のホルダー７３ｃに付着されているフォイル４７が加速粒子の軌道上に配置されている。
【００２９】
図５及び図６に示すように、カセットロール７１のガイド５１側の面には、回転軸７２まわりに略９０度間隔で第１のインデクスピン７４ａ、第２のインデクスピン７４ｂ、第３のインデクスピン７４ｃ及び第４のインデクスピン７４ｄが設けられている。第１〜第４のインデクスピン（突起部）７４ａ〜７４ｄのそれぞれは、第１〜第４のホルダー７３ａ〜７３ｄが配置されている近辺のカセットロール７１の下部に設けられている。
【００３０】
カセットロール７１のガイド５１と反対側の面には、回転軸７２を中心とするインデクスホイール（円板）７５が連結されている。インデクスホイール７５は、回転軸７２と直交するように設けられ、カセットロール７１と連動して回転する。インデクスホイール７５の周面には、回転軸７２まわりに略９０度間隔で第１の凹部７６ａ、第２の凹部７６ｂ、第３の凹部７６ｃ及び第４の凹部７６ｄが設けられている。
【００３１】
また、インデクスホイール７５の周面には、サプレッションローラ（ローラ）７７が当接されている。図４に示すように、サプレッションローラ７７は、コイルばね７８と連結されており、インデクスホイール７５の向心方向に弾性的に付勢されている。また、サプレッションローラ７７は、図示しない治具などによってインデクスホイール７５の円周方向への動作を規制されている。したがって、サプレッションローラ７７は、インデクスホイール７５が回転すると、位置を固定したまま周面に沿って回転することができる。
【００３２】
また、サプレッションローラ７７は、インデクスホイール７５の周面に設けられた第１〜第４の凹部７６ａ〜７６ｄのいずれか１つと嵌合可能である。この場合、第１〜第４のホルダー７３ａ〜７３ｄのいずれか１つのフォイル４７が、加速粒子の軌道上に位置決めされることになる。図５の例では、サプレッションローラ７７が第１の凹部７６ａと嵌合しているときには、第３のホルダー７３ｃのフォイルが加速粒子の軌道上に位置決めされている。
【００３３】
図３及び図４に示すように、移動体５２には、フォイルカセットユニット５０を搭載する面の裏面に、二対のつば付ローラ５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂが、それぞれ移動体５２の裏面と直交する回転軸で回転自在に設けられている。このうち、ローラ５３ａ、５４ａは、ガイドの外側面５１ａと係合するように配置されており、ローラ５３ｂ、５４ｂは、ガイドの内側面５１ｂと係合するように配置されている。すなわち、移動体５２は、図４に示すように、一対のつば付ローラ５３ａ、５３ｂのそれぞれによって、ガイド５１の外側の側面５１ａ及び内側の側面５１ｂからガイドに係合されている。また、移動体５２は、一対のつば付ローラ５４ａ、５４ｂのそれぞれによって、ガイド５１の外側の側面５１ａ及び内側の側面５１ｂからガイドに係合されている。これにより、移動体５２は、ガイド５１に沿って移動可能となる。
【００３４】
また、移動体５２は、ガイド５１の弧状の軌道に沿って外周面を備えており、この外周面にはセクターギア５５が設けられている。
【００３５】
移動体５２のセクターギア５５を介して、移動体５２を移動させるための駆動力を与える駆動機構５６が、移動体５２に連結されている。駆動機構５６は、図４に示すように、ステッピングモータ５７と、回転を減速するとともに、直交方向の回転に変換する歯車機構を有している。この歯車機構は、ステッピングモータ５７の回転軸である第１の軸５８と、この第１の軸５８に取り付けられた第１のかさ歯車５９と、第１のかさ歯車５９に噛み合わされ、これと直交する第２のかさ歯車６０と、第２のかさ歯車６０の回転中心である第２の軸６１と、この第２の軸６１に取り付けられたピニオンギア６２と、を備えている。図３に示すように、ピニオンギア６２が、移動体５２のセクターギア５５と噛み合わされている。
【００３６】
フォイルストリッパー４６は、図示しない制御装置を有しており、この制御装置により、フォイル４７の位置のフィードバック制御を行う。具体的には、各ターゲット４８ａ〜４８ｃの入口に備えられた一対のコリメータ４９ａ〜４９ｃによって、電流値が検出される。これらの電流値はビームが当たる面積が多いほど大きな値をとるので、これらの電流値を比較することで、ビーム径の中心とターゲット入口の中心との相対的なずれを検知することができる。すなわち、一方の電流値が大きいときには、その電流値の検出箇所の方向にビームが偏っていることを示し、また、両方の電流値が同一のときには、ビーム径の中心とターゲット入口の中心が一致して、ビームが所望のターゲットに正確に導入されていることを示す。
【００３７】
フォイルストリッパー４６の図示しない制御装置は、ターゲット４８ａ〜４８ｃのうちビームを導入させたいターゲットの入口に備えられた一対のコリメータにより測定された電流値の差分に応じて、ステッピングモータ５７への制御指令をフィードバック制御する。これにより、ビーム軌道上のフォイル４７の位置が調整されて、ビーム径の中心がターゲット入口の中心と一致するようになる。
【００３８】
また、フォイルストリッパー４６には、フォイルチェンジャ６３が設けられている。フォイルストリッパー４６は、加速粒子の軌道上に配置されるフォイル４７が長期使用などにより消耗して劣化や破損を生じた場合に、フォイルチェンジャに６３を利用して新たなフォイルに交換することができる。フォイルチェンジャ６３は、フォイル４７が第３の所定位置１０１ｃから第４の所定位置１０１ｄまで移動されるときに、フォイルカセットユニット５０と接触することにより、加速粒子の軌道上に配置されるフォイル４７を交換するよう構成されている。
【００３９】
図５及び図６に示すように、フォイルチェンジャ６３は、ガイド５１に固定される台座８１を備える。台座８１にはフォイルカセットユニット５０のカセットロール７１の回転軸７２と平行な向きに支持軸８２が設けられており、さらにこの支持軸（支持点）８２を中心として回動可能に支持されたレバー８３が連結されている。
【００４０】
レバー８３は、図６に示すように、支持軸８２を介して台座８１に対して回動可能に取り付けられている基部８４と、フォイルカセットユニット５０のカセットロール７１のインデクスピン７４ａ〜７４ｄの１つと当接可能な作動部８６と、基部８４及び作動部８６を連結する連結部８５からなる。
【００４１】
レバー８３の作動部８６は、図５に示すように、カセットロール７１に対向する第１の当接面８７と、この第１の当接面８７に対して、カセットロール７１と反対側で鋭角に対向する第２の当接面８８と、によって、インデクスピン７４ａ〜７４ｄの１つと当接することができる。
【００４２】
レバー８３は、支持軸８２まわりに回動された場合には、支持軸８２まわりに設けられたねじりコイルばね（付勢部材）８９によって反力が与えられ、回動方向と反対側に回転して所定位置に戻るように構成されている。ここで、レバー８３の所定位置（基準回動位置）とは、例えば第１の当接面８７及び第２の当接面８８の両方が、カセットロール７１の移動軌道上に配置される位置のことである。
【００４３】
レバー８３が所定位置にある場合には、台座８１に設けられたストッパー（回動規制部材）９０が基部８４の側部に当接している。このストッパー９０は、レバーが所定位置から支持軸８２まわりの一方向に回動するのを規制している。すなわち、本実施形態では、図５に示すように、第１の当接面８７に力が加えられた場合には、ストッパー９０は、レバー８３が支持軸８２を中心として所定位置から時計回り方向に回動するのを規制している。
【００４４】
一方、第２の当接面８８に力が加えられた場合には、レバー８３は、ねじりコイルばね８９により基準位置に戻るよう弾性的に付勢されつつ、支持軸８２を中心として所定位置から反時計回り方向に回動する。そして第２の当接面８８に力が加えられなくなると、コイルばね８９の反力によって所定位置に戻される。
【００４５】
次に、上述したような構成のサイクロトロン１０及びフォイルストリッパー４６の作用について説明する。
【００４６】
磁極１６の中心部に設けられたビーム引出し部Ｏから、陽子或いは重陽子といった加速粒子が、磁極１６により一様な磁場がかけられている空間に引き出され、ＲＦキャビティにより生成される電界により多重加速される。加速粒子は、加速に伴って軌道半径が大きくなっていく。
【００４７】
フォイルストリッパー４６において、駆動機構５６のステッピングモータ５７が駆動されて、駆動機構５６内の歯車機構を介してピニオンギア６２が回転する。このピニオンギア６２に噛み合っている移動体５２のセクターギア５５が連動し、移動体５２がガイド５１に沿って移動する。そして、移動体５２に搭載されたフォイルカセットユニット５０のフォイル４７は、第１の所定位置１０１ａ、第２の所定位置１０１ｂまたは第３の所定位置１０１ｃに位置決めされる。
【００４８】
次に、図５、図７〜図１０を参照して、フォイルストリッパー４６によるフォイル切替え動作について説明する。
【００４９】
図５に、フォイルカセットユニット５０が第３の所定位置１０１ｃにある場合の、カセットロール７１とフォイルチェンジャ６３との位置関係を示す。図５に示すように、フォイルカセットユニット５０が第３の所定位置１０１ｃにある場合には、フォイルチェンジャ６３のレバー８３は、カセットロール７１のインデクスピン７４ａ〜７４ｄのいずれとも当接していない。
【００５０】
駆動機構５６により、移動体５２に搭載されたフォイルカセットユニット５０が第４の所定位置１０１ｄへ向けて駆動されると、図７に示すように、フォイルチェンジャ６３のレバー８３が、第１の当接面８７で第１のインデクスピン７４ａと当接する。このとき、フォイルカセットユニット５０は、駆動機構５６によってフォイルチェンジャ６３に近づく方向に移動しているので、第１の当接面８７には第１のインデクスピン７４ａから力が加えられる。また、ストッパー９０によりレバー８３が回動するのが規制されているので、第１の当接面８７から第１のインデクスピン７４ａに反力が加えられる。そして、サプレッションローラ７７が第１の凹部７６ａから外れて、カセットロール７１が時計回りに回転しはじめる。このとき、サプレッションローラ７７は、インデクスホイール７５の周面に沿って回転している。
【００５１】
フォイルカセットユニット５０が第４の所定位置１０１ｄに到達すると、図８に示すように、カセットロール７１が略９０度回転してフォイル切替えが完了し、加速粒子の軌道上に第四のホルダー７３ｄが配置される。このとき、サプレッションローラ７７は、第２の凹部７６ｂに嵌合されている。
【００５２】
続いて、フォイルカセットユニット５０をフォイルチェンジャ６３から離すべく、駆動機構５６によって再び第３の所定位置１０１ｃの方向へ駆動されると、図９に示すように、フォイルチェンジャ６３のレバー８３が、第２の当接面８８で第２のインデクスピン７４ｂと当接する。このとき、フォイルストリッパー４６は、駆動機構５６によってフォイルチェンジャ６３から離れる方向に移動しているので、第２の当接面８８には第２のインデクスピン７４ｂから力が加えられる。これにより、レバー８３が、第２の当接面８８と第２のインデクスピン７４ｂとの当接状態を解消すべく、ねじりコイルばね８９による反力を受けつつ、支持軸８２を中心として反時計回りに回動される。レバー８３が反時計回りに回動されている間に、第２のインデクスピン７４ｂが第２の当接面８８上を端部まで移動する。このとき、カセットロール７１は回転しておらず、サプレッションローラ７７は第２の凹部７６ｂに嵌合されたままである。
【００５３】
第２のインデクスピン７４ｂが第２の当接面８８の端部を越えて、第２の当接面８８が第２のインデクスピン７４ｂから離れると、第２の当接面８８にインデクスピン７４ｂから加えられていた力が無くなり、図１０に示すように、ねじりコイルばね８９の反力によってレバー８３が支持軸８２を中心として時計回りに回動してもとの所定位置に戻される。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態に係るフォイルストリッパー４６は、駆動機構５６によりフォイル４７を備えるカセットロール７１をフォイルチェンジャ６３のレバー８３の方向へ移動させて、カセットロール７１のインデクスピン７４ａ〜７４ｄの１つをレバー８３の第１の当接面８７と当接させた状態からさらにレバー８３の方向へカセットロール７１を移動させることにより、第１の当接面８７と当接しているインデクスピンにレバー８３からの反力が伝えられ、カセットロール７１が回転されてフォイル４７が切替えられる。駆動機構５６はフォイル４７を移動させる駆動系でもあるので、フォイル４７の移動及び切替えを一の駆動系により実現することができる。また、駆動系を一つにまとめることにより、コストダウンや省スペース化にもつながる。
【００５５】
また、フォイル切替え後には、駆動機構５６によりカセットロール７１をレバー８３と反対方向へ移動させると、カセットロール７１の他のインデクスピンがレバー８３の第２の当接面８８に接触する。この場合、レバー８３がインデクスピンから伝わる力の向きに沿って回動するので、第２の当接面及８８とインデクスピンとの当接状態をスムーズに解消させることができる。また、第２の当接面８８とインデクスピンとの当接状態が解消された後には、ねじりコイルばね８９の付勢力によってレバー８３を所定位置まで自動的に戻すことができる。
【００５６】
また、本実施形態に係るフォイルストリッパー４６は、フォイル４７が切替えられる際には、サプレッションローラ７７が、インデクスホイール７５の周面に沿って回転して、新たなフォイルが所望の位置まで回転したときに周面上の凹部７６ａ〜７６ｄのいずれかに嵌合される。これにより、フォイル４７が切替えられた後に、カセットロール７１やフォイル４７が回転するのを抑制することができる。
【００５７】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、フォイルストリッパー４６に備えられるフォイル４７の枚数は、４枚に限らず、複数の枚数であれば他の任意の枚数であってもよい。また、上記の実施形態では、複数のフォイル４７が回転軸７２まわりに略９０度の等間隔で配置されているが、回転軸７２まわりに任意の間隔で配置してよい。
【００５８】
また、カセットロール７１を回転させるためのインデクスピン７６ａ〜７６ｄは、フォイルチェンジャ６３のレバー８３と当接可能であればよく、ピン以外の突起状の部材でもよい。また、上記実施形態では、インデクスピン７６ａ〜７６ｄは、フォイルストリッパー４６に備えられるフォイル４７の枚数や同一の個数を、フォイル４７と同様に回転軸７２まわりに略９０度の等間隔で配置したが、フォイルの数と異なってもよいし、回転軸７２まわりに任意の間隔で配置してもよい。
【００５９】
さらに、フォイルチェンジャ６３のレバー８３は、第２の当接面８８がインデクスピンにより押された場合に、上記の実施形態のように支持軸８２を中心に回動してインデクスピンを回避するのではなく、例えば、第２の当接面８８が受ける力のうちカセットロール７１の移動軌道の遠心方向の分力を利用して、遠心方向に直線状に設けられたレールに沿って水平移動するなどの他の動作により、インデクスピンを回避する形式でもよい。
【００６０】
また、フォイルストリッパー４６の駆動機構５６は、ギヤ機構以外のフリクション機構などでもよく、また、クランクを利用したシリンダ機構でもよい。
【００６１】
また、１個のフォイルストリッパー４６から加速粒子を導入するターゲットの数は、３個以外の複数個でもよい。
【００６２】
さらに、上記実施形態では、１個のフォイルストリッパー４６を用いて１箇所から加速粒子を取り出していたが、複数のフォイルストリッパーを加速粒子の軌道上に等間隔に配列して、同時に複数箇所から加速粒子を取り出すように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本実施形態に係る粒子加速器としてサイクロトロンの構成を示す正面図である。
【図２】一対の磁極の構成を示す斜視図である。
【図３】フォイルストリッパーの詳細な構成を示す図である。
【図４】図３のIV−IV断面図である。
【図５】フォイル切替えに関する構成要素を示す図であり、フォイルカセットユニットが第３の所定位置にある場合の、カセットロールとフォイルチェンジャとの位置関係を示す図である。
【図６】図５のVI―VI断面図である。
【図７】フォイルチェンジャがカセットロールを回転させている状態を示す図である。
【図８】フォイルカセットユニットが第４の所定位置にあり、フォイル切替え直後である場合の、カセットロールとフォイルチェンジャとの位置関係を示す図である。
【図９】フォイルカセットユニットがフォイルチェンジャから離れるときに、フォイルチェンジャのレバーの第２の当接面がカセットロールのインデクスピンと当接している状態を示す図である。
【図１０】フォイルカセットユニットがフォイルチェンジャから離れるときに、フォイルチェンジャのレバーの第２の当接面がカセットロールのインデクスピンから離れた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０…サイクロトロン、１６…磁極、２２…加速電極、４６…フォイルストリッパー、４７…フォイル、４８ａ、４８ｂ、４８ｃ…ターゲット、５０…フォイルカセットユニット、５１…ガイド、５１ａ…外側面、５１ｂ…内側面、５２…移動体、５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ…つば付ローラ、５５…セクターギア、５６…駆動機構（移動手段）、６３…フォイルチェンジャ、７１…カセットロール（回転体）、７２…回転軸、７４ａ〜７４ｄ…インデクスピン（突起部）、７５…インデクスホイール（円板）、７６ａ〜７６ｄ…凹部、７７…インデクスローラ（ローラ）、８２…支持軸、８３…レバー、８７…第１の当接面、８８…第２の当接面、８９…ねじりコイルばね（付勢部材）、９０…ストッパー（回動規制部材）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速粒子を取り出すためのフォイルを移動させ、かつ、加速粒子の軌道上に配置されるフォイルを切り替えるフォイルストリッパーであって、
少なくとも２枚のフォイルを回転軸まわりに回転可能に備え、一のフォイルを前記加速粒子の軌道上に配置するよう構成された回転体と、
前記回転体を前記加速粒子の軌道に沿って移動させる移動手段と、
前記回転体の回転軸まわりに設けられた複数の突起部と、
前記回転体の移動軌道上に設けられ、前記複数の突起部の一の突起部と当接可能なレバーであって、該一の突起部と当接可能な第１の当接面及び第２の当接面を備え、前記第１の当接面で前記一の突起部と当接する場合には動作が規制され、前記第２の当接面で前記一の突起部と当接する場合には、前記第２の当接面と前記一の突起部との当接状態を解消するように移動可能なレバーと、
を備えるフォイルストリッパー。
【請求項２】
前記レバーは、支持点を中心に回動可能に支持され、該支持点周りの一の方向の回動は基準回動位置よりも回動しないように回動規制部材により規制されると共に、該支持点周りの他の方向に回動したときには前記基準回動位置に戻るように付勢部材により弾性的に付勢されており、
前記レバーは、前記第１の当接面で前記一の突起部と当接する場合には、前記基準回動位置に位置して前記一の方向への回動が規制され、
前記第２の当接面で前記一の突起部と当接する場合には、前記第２の当接面と前記一の突起部との当接状態を解消するように前記付勢部材の付勢力に抗して前記他の方向に回動可能である、請求項１に記載のフォイルストリッパー。
【請求項３】
前記回転体の回転軸と直交するように設けられ、前記回転体と連動して回転可能な円板であって、その周面上に設けられた少なくとも１つの凹部を備える円板と、
前記円板の向心方向に弾性的に付勢され、前記円板の周面に当接されており、前記凹部と嵌合可能なローラと、
をさらに備える、請求項１又は２に記載のフォイルストリッパー。
【請求項１】
加速粒子を取り出すためのフォイルを移動させ、かつ、加速粒子の軌道上に配置されるフォイルを切り替えるフォイルストリッパーであって、
少なくとも２枚のフォイルを回転軸まわりに回転可能に備え、一のフォイルを前記加速粒子の軌道上に配置するよう構成された回転体と、
前記回転体を前記加速粒子の軌道に沿って移動させる移動手段と、
前記回転体の回転軸まわりに設けられた複数の突起部と、
前記回転体の移動軌道上に設けられ、前記複数の突起部の一の突起部と当接可能なレバーであって、該一の突起部と当接可能な第１の当接面及び第２の当接面を備え、前記第１の当接面で前記一の突起部と当接する場合には動作が規制され、前記第２の当接面で前記一の突起部と当接する場合には、前記第２の当接面と前記一の突起部との当接状態を解消するように移動可能なレバーと、
を備えるフォイルストリッパー。
【請求項２】
前記レバーは、支持点を中心に回動可能に支持され、該支持点周りの一の方向の回動は基準回動位置よりも回動しないように回動規制部材により規制されると共に、該支持点周りの他の方向に回動したときには前記基準回動位置に戻るように付勢部材により弾性的に付勢されており、
前記レバーは、前記第１の当接面で前記一の突起部と当接する場合には、前記基準回動位置に位置して前記一の方向への回動が規制され、
前記第２の当接面で前記一の突起部と当接する場合には、前記第２の当接面と前記一の突起部との当接状態を解消するように前記付勢部材の付勢力に抗して前記他の方向に回動可能である、請求項１に記載のフォイルストリッパー。
【請求項３】
前記回転体の回転軸と直交するように設けられ、前記回転体と連動して回転可能な円板であって、その周面上に設けられた少なくとも１つの凹部を備える円板と、
前記円板の向心方向に弾性的に付勢され、前記円板の周面に当接されており、前記凹部と嵌合可能なローラと、
をさらに備える、請求項１又は２に記載のフォイルストリッパー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２３１００７（Ｐ２００９−２３１００７Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７４０１８（Ｐ２００８−７４０１８）
【出願日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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