(57)【要約】【課題】耐久性が高く、高速回転可能な回転コンデンサによる円形加速器を提供すること。【解決手段】ステータ電極と、このステータ電極のステータ電極面との間で静電容量を形成するロータ電極面を有するロータ電極と、を備え、このロータ電極が回転することにより、静電容量が変化する回転コンデンサが筐体内に設けられた円形加速器において、ロータ電極は、筐体内に固定された金属の軸受により回転可能に保持されるシャフトによって保持され、シャフトは軸方向の少なくとも一部の領域が直流を絶縁する絶縁材料で構成され、軸受と筐体との間に、少なくとも一部の領域が直流を絶縁する絶縁材料で形成された軸受ホルダが配置されるようにした。【選択図】図１
2020095772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を磁場により螺旋軌道に沿って周回させながら、ディー電極によって発生する高周波電界により加速する円形加速器において、
前記高周波電界を発生させる高周波電力を供給するための高周波整合回路の部材として、ステータ電極と、このステータ電極のステータ電極面との間で静電容量を形成するロータ電極面を有するロータ電極と、を備え、このロータ電極が回転することにより、前記静電容量が変化する回転コンデンサが、当該円形加速器を構成する筐体の内部に設けられ、
前記ロータ電極は、前記筐体の内部に固定された金属の軸受により回転可能に保持されるシャフトによって保持され、前記シャフトは軸方向の少なくとも一部の領域が直流を絶縁する絶縁材料で構成され、前記軸受と前記筐体との間に、少なくとも一部の領域が直流を絶縁する絶縁材料で形成された軸受ホルダが配置されていることを特徴とする円形加速器。
【請求項２】
前記シャフトの一部が導電材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の円形加速器。
【請求項３】
前記シャフトの前記絶縁材料の少なくとも一部の表面に導電材料が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の円形加速器。
【請求項４】
前記軸受ホルダの少なくとも一部の表面に導電材料が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の円形加速器。
【請求項５】
前記シャフトは、前記ロータ電極に固定される部分が前記絶縁材料で形成されるとともに、前記ロータ電極に固定される近傍の外周形状が凸となる凸部、または凹となる凹部を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の円形加速器。
【請求項６】
前記軸受は、前記シャフト側に配置された内輪と、前記軸受ホルダ側に配置された外輪とを備え、前記外輪に接続され、前記ロータ電極との間で静電容量を構成する第一金属部材が配置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の円形加速器。
【請求項７】
前記軸受は、前記シャフト側に配置された内輪と、前記軸受ホルダ側に配置された外輪とを備え、前記内輪に接続され、前記筐体との間で静電容量を構成する第二金属部材が配置されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の円形加速器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子線治療装置などに利用される高エネルギーの粒子線を出射する円形加速器であるシンクロサイクロトロン加速器の、特にキャパシタンス変調素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
シンクロサイクロトロン加速器は、周波数変調を用いたサイクロトロン加速器である。荷電粒子の速度上昇とそれに伴う相対論的質量増加によって起こる周回周波数の低下に対して、高周波電源から投入されるＤｅｅ電極間の高周波電界の周波数を同期させる。
【０００３】
高周波電界の周波数を変化させる場合、共振空洞内の電気的な共振周波数を高速に変化させる必要があった。上記の問題を解決するため、シンクロサイクロトロンでは電源と負荷であるＤｅｅ電極との間に挿入された変調素子によって、共振周波数を変化させてきた。
【０００４】
上記の変調素子としては、時間的に静電容量を変化させる回転コンデンサなどが用いられ、回転コンデンサを構成する電極対の一方が高速に回転することにより、共振周波数を変化させる。（例えば、特許文献１、特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１４−５３３８８４号公報
【特許文献２】特開２０１３−１５７５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
シンクロサイクロトロンの共振周波数を変調する回転コンデンサには、その回転軸を受けるために軸受が用いられる。この軸受に直流もしくは交流の電流が流れた場合、軸受内の鋼球もしくは円筒（コロ）の狭い接触箇所に電流が集中するため、軸受が損傷し易く、コンデンサの寿命が短いという問題があった。一方、軸受にセラミックを用いた場合は、電流は流れないが、最高回転数や耐荷重が金属の軸受より劣り、回転コンデンサが所望の周期で、所望の静電容量の変化を達成できない懸念がある。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、耐久性が高い、高速回転可能な回転コンデンサによる円形加速器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、荷電粒子を磁場により螺旋軌道に沿って周回させながら、ディー電極によって発生する高周波電界により加速する円形加速器において、高周波電界を発生させる高周波電力を供給するための高周波整合回路の部材として、ステータ電極と、このステータ電極のステータ電極面との間で静電容量を形成するロータ電極面を有するロータ電極と、を備え、このロータ電極が回転することにより、静電容量が変化する回転コンデンサが、当該円形加速器を構成する筐体の内部に設けられ、ロータ電極は、筐体の内部に固定された金属の軸受により回転可能に保持されるシャフトによって保持され、シャフトは軸方向の少なくとも一部の領域が直流を絶縁する絶縁材料で構成され、軸受と筐体との間に、少なくとも一部の領域が直流を絶縁する絶縁材料で形成された軸受ホルダが配置されているものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、回転コンデンサの回転シャフトを絶縁材料、軸受を金属で構成したため、耐久性が高く、高速回転可能な回転コンデンサによる円形加速器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１による円形加速器の要部である回転コンデンサの概略構成を示す断面模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１による円形加速器であるシンクロサイクロトロンの概略構成を示す上面断面模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１による円形加速器であるシンクロサイクロトロンの概略構成を示す側面断面模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１による円形加速器の回転コンデンサの電極の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１による円形加速器の回転コンデンサのステータ電極面の形状の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１による円形加速器の回転コンデンサの電極形状の別の例を示す分解斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態１による円形加速器の回転コンデンサの等価回路を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２による円形加速器の回転コンデンサの等価回路を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３による円形加速器の回転コンデンサの概略構成を示す断面模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態４による円形加速器の回転コンデンサの概略構成を示す断面模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態５による円形加速器の回転コンデンサの要部の構成を示す拡大断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態５による円形加速器の回転コンデンサの等価回路を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態５による円形加速器の回転コンデンサのセットカラーの形状の一例を示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施の形態５による円形加速器の回転コンデンサのホルダキャップの形状の一例を示す斜視図である。
【図１５】本発明が適用される一例としての粒子線治療装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
まず、本発明が適用される一例としての粒子線治療装置の概要を、図１５を参照して説明する。本発明が適用される粒子線治療装置１００は、図１５のブロック図に示すように、治療計画部４と、粒子線発生部５と、粒子線輸送部６と、粒子線照射部７などを備える。粒子線輸送部６は、粒子線発生部５と、粒子線照射部７とを連結し、粒子線発生部５において加速器２００を用いて加速させた荷電粒子の束である粒子線を粒子線照射部７に輸送する粒子線輸送路を有する。粒子線照射部７は、粒子線を患者の患部である照射目標へ照射する照射ノズル７１、治療台７２、位置決め装置７３などを備えている。また、粒子線発生部５および粒子線照射部７は、治療計画部４で設定した照射線量に基づき治療制御部８を介して制御される。
【００１２】
荷電粒子の束である粒子線を照射目標である患者の患部に照射したとき、その荷電粒子のエネルギーに応じて、患者の患部の深さ方向の照射位置が決まる。したがって、荷電粒子のエネルギーを変えることにより、深さ方向の照射位置を変えることができる。また、照射ノズル７１には粒子線を偏向して、粒子線の進行方向に対して垂直な方向に粒子線を走査するためのビーム走査装置を備えている。ビーム走査装置は、治療制御部８のビーム走査制御部からの指令により粒子線を粒子線の進行方向に対して垂直な２次元方向に走査する。このようにして、３次元の領域である患者の患部に粒子線を照射することができる。以下で説明するように、加速器２００がシンクロサイクロトロンの場合、荷電粒子を加速するためにＤｅｅ電極の高周波電界の周波数を変調する必要があり、加速空洞内の電気的な共振周波数を機械的に変調する機構を有する。本発明は、円形加速器であるシンクロサイクロトロンにおいて、共振周波数変調素子である回転コンデンサの軸受における直流電流、交流電流と発熱による損傷抑制に関するものである。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による円形加速器の要部である回転コンデンサ３００の概略構成を示す断面模式図である。また、図２は、粒子線治療装置に用いる本発明の実施の形態１による円形加速器であるシンクロサイクロトロン２００の概略構成を示す上面断面模式図であり、図３は側面断面模式図である。図２および図３に示すように円形加速器であるシンクロサイクロトロン２００は、上下に対向して配置された一対のコイル９とヨーク１０から成る偏向電磁石４００と高周波電力が供給される共振空洞１１とを備えている。共振空洞１１は、加速電極であるＤｅｅ電極（ディー電極とも称する）１、回転コンデンサ３００を有する。偏向電磁石４００によってＤｅｅ電極１にＺ軸方向の磁場が形成される。イオン源１２から取出された荷電粒子は、コイル９により発生したＺ軸方向の磁場によってＤｅｅ電極１内を周回し、半周期ごとにＤｅｅ電極１間の加速ギャップ３０へ到達する。Ｄｅｅ電極１間の加速ギャップ３０に発生する高周波電界は荷電粒子の周回周期と同期するよう調整されているため、荷電粒子は加速ギャップ３０を通過する毎に加速され、荷電粒子の加速軌道は図２の破線で示すような、螺旋軌道となる。
【００１４】
円形加速器であるシンクロサイクロトロン２００は、真空装置１３、高周波電源１４、入力カプラ１５、回転コンデンサ３００と制御回路を備える。真空装置１３は共振空洞１１の内部を低圧に維持し、加速される荷電粒子の散乱や放電を抑制する。高周波電源１４は入力カプラ１５を介して共振空洞１１内に高周波電力を供給し、制御回路は加速される荷電粒子のエネルギーに対応した周波数の高周波電力を出力できるよう電源を調整する。
【００１５】
共振周波数の変調素子として、例えば可変インダクタンス素子や可変キャパシタンス素子を考えることができる。変調素子のインダクタンスやキャパシタンスを荷電粒子の周回周波数の変化に対応するように変調させることで共振空洞１１の共振周波数が変調される。可変キャパシタンス素子としては、回転コンデンサ３００があげられる。図１に示すように回転コンデンサ３００はロータ電極３とステータ電極２を有する。ロータ電極３はモータ１６によって駆動する。ステータ電極２は伝送線路１７に固定される。回転コンデンサ３００の形成する静電容量は、以下の式（１）からステータ電極２とロータ電極３の対向面積Ｓと電極間距離ｄと誘電率εにより規定される。
C=ε S/d        （１）
【００１６】
図１が示す回転コンデンサ３００の駆動機構はロータ電極３を保持するシャフト１８と、シャフト１８を回転保持する軸受１９と、軸受１９を保持する軸受ホルダ２０と、軸受ホルダ２０を保持し、共振空洞１１と連結する筐体２１から構成される。シャフト１８はモータ１６から伝達される動力によって回転し、ロータ電極３を回転させる。上記駆動機構は真空槽である共振空洞１１内に設置される。モータ１６は共振空洞１１の外部に設置し、図に示すような、例えば磁気カプラ２２、磁気流体やＯリングのような運動用シールを用いた動力伝達機構によりシャフト１８に動力を伝達する。ただし、動力を発生させるモータ１６を、共振空洞１１内に設置し、シャフト１８を直接回転させるようにしても良い。
【００１７】
図４（ａ）は、本発明の実施の形態１による円形加速器の回転コンデンサの電極部を回転軸方向から見た模式図である。また、図４（ｂ）は回転軸Ｃｅを含む位置での断面図である。ロータ電極３は、回転軸Ｃｅに対して垂直方向に伸びる電極部を複数有する円盤形状のロータ電極面３１が回転軸Ｃｅ方向に複数配置された構成となっている。ステータ電極２は伝送線路１７の端部に接続され、回転軸Ｃｅに対して垂直方向に伸びる電極部を複数有する円盤形状のステータ電極面２３が回転軸Ｃｅ方向に複数配置された構成となっている。ステータ電極２とロータ電極３は、ステータ電極面２３とロータ電極面３１が互い違いに位置するように配置されており、ロータ電極面３１とステータ電極面２３が対向したときに、電極間距離ｄを形成する。上記の電極配置とロータ電極３の回転により、ロータ電極面３１とステータ電極面２３の対向面積Ｓを時間的に変化させることができ、ステータ電極２とロータ電極３とで形成される静電容量は時間的に変化する。一般に共振周波数ｆはインダクタンスＬとキャパシタンスＣから以下の式（２）で定義されるため、静電容量が増加すると共振周波数は低下する。
f=1/(2π√(LC))      （２）
【００１８】
よってＤｅｅ電極１と回転コンデンサ３００を含む共振空洞１１は静電容量の変化により、その共振周波数を変化させることができる。ロータ電極３は、伝送線路１７の端部に接続されたステータ電極２と直流絶縁される。また、ロータ電極３およびステータ電極２は電気伝導性材料によって構成される。この材料は例えば銅やアルミニウムなどの電気伝導率の高い材料が好ましい。
【００１９】
図５にステータ電極面の形状の一例を示す、図５のステータ電極面２３は、一部がカットされた形状となっている。このように、周波数変調に必要な静電容量変化のプロファイルを生成するため、ステータ電極２のステータ電極面２３の形状を適当な形状に調整することで対向面積Ｓの変化プロファイルを調整することができる。形状を調整するのは、ロータ電極３のロータ電極面３１であってもよく、またステータ電極面２３およびロータ電極３のロータ電極面３１の両方の形状を調整しても良い。さらにまた、ロータ電極とステータ電極の積層数を変更することによって静電容量を調整しても良い。
【００２０】
また、図６に、ロータ電極３とステータ電極２の別の例の分解斜視図を示す。ロータ電極３は、円筒形状であり内面に回転軸Ｃｅの方向に伸びる凸部を複数有することにより、回転軸Ｃｅから一定半径の位置に、円筒状にロータ電極面３１が複数配置された構成となっている。また、ステータ電極２は伝送線路１７の端部で接続され、回転軸Ｃｅからの距離がロータ電極３のロータ電極面３１とは異なる一定の距離の位置に、回転軸方向に伸びた複数の板状のステータ電極面２３が円筒状に配置された構成となっている。図６ではステータ電極２をロータ電極３の内部から引き出した状態を示しているが、実際には、ステータ電極２がロータ電極３の内部に挿入された配置となっており、ロータ電極３のロータ電極面３１とステータ電極２のステータ電極面２３が対向したときに、電極間距離ｄを形成する。
【００２１】
ロータ電極３を保持するシャフト１８は絶縁材料から形成される。これにより、共振空洞１１内を流れる直流電流から軸受１９を絶縁することができる。このとき用いる絶縁材料は、例えば、アルミナ、窒化ケイ素やサファイアなどのセラミックから成る絶縁材料でよい。上記セラミック材料を用いることで、ロータ電極３の回転に必要な機械強度を保つとともに直流絶縁を実現する。シャフト１８にて直流絶縁を実現することにより、シャフト１８を回転保持する軸受１９はセラミックの軸受と比較して高速回転が可能で耐荷重が大きな金属軸受を用いることができる。なお、上記絶縁材料は機械的な強度を満たすものであれば良く、ガラス、樹脂などの材料や、ＦＲＰのように上記材料を組合せたものを用いても良い。
【００２２】
また、ロータ電極３は回転するロータ電極３と筐体２１の間に、図１の符号２４で示すように短絡コンデンサを有する。このため、ロータ電極３から筐体２１へ流れる高周波電流は、シャフト１８から軸受１９を介して筐体２１へ流れる高周波電流と、ロータ電極３から短絡コンデンサ２４を介して筐体２１へ流れる高周波電流に分割して流れる。
【００２３】
図７に回転コンデンサ３００の等価回路を示す。回転コンデンサ３００はロータ電極３とステータ電極２から形成される可変静電容量Ｃｖ、ロータ電極３と筐体２１の間で形成される短絡コンデンサ２４の静電容量Ｃｓと、シャフト１８を絶縁材料としたことで、ロータ電極３と軸受１９の間で形成される静電容量Ｃｐから構成される。ＣｓとＣｐはＣｖに対して直列に配置され、ＣｐはＣｓに対して、並列に配置される。ＣｖおよびＣｓは共振空洞１１内の真空によって、Ｃｐはシャフト１８を構成する絶縁材料によって直流絶縁される。一方、共振空洞１１内を流れる交流の高周波電流はＣｖを介して、ＣｓとＣｐの２つの経路に分流し、筐体２１へと流れる。このときＣｖを流れる高周波電流は、ＣｓとＣｐの比の大きさに応じて分流するため、静電容量の比Ｃｓ／Ｃｐを大きくすることで軸受１９を通過する交流である高周波電流を小さくできる。具体的には、Ｃｓの値を大きくするため、ロータ電極３と筐体２１に凹凸形状を追加し、筐体２１との対向面積を増やしても良い。或いはロータ電極３と筐体２１間との距離を可能な限り小さくすることによりＣｓの値を大きくすることもできる。
【００２４】
以上説明したように、実施の形態１の円形加速器では、回転コンデンサ３００のシャフト１８を絶縁材料とすることによって、軸受１９に流れる電流量が低下することによって、軸受１９の損傷が抑制される。また、シャフト１８にて絶縁されることで、金属ベアリングを使用することができる。
【００２５】
実施の形態２．
実施の形態２ではより好適な軸受部分における高周波電流の抑制機構を示す。実施の形態２においては駆動機構の内、軸受１９と筐体２１の間に絶縁構造を有する。具体的には、絶縁材料から成るシャフト１８に加えて軸受ホルダ２０も絶縁材料とする。この構成によれば、ロータ電極３と軸受１９の間に形成される静電容量Ｃｐに対して、軸受１９と筐体２１の間に形成される静電容量Ｃｐｐが直列に追加される構成となっている。図８の等価回路に示すように軸受ホルダ２０を絶縁材料とすることで、筐体２１とロータ電極３と間に軸受１９を挟んでＣｐとＣｐｐから成る直列コンデンサを形成することができる。このときＣｐとＣｐｐの合成容量Ｃallは下記の式（３）で表現される。
Ｃall=Cp X Cpp/(Cp+Cpp) = Cp/((Cp/Cpp) + 1)    （３）
【００２６】
この式より合成容量ＣallはＣｐよりも値が小さくなるため、ロータ電極３と筐体２１との間の静電容量Ｃｓとの比Ｃｓ／Ｃallをより大きくとることができる。また、この比の値は、絶縁材料から成る軸受ホルダ２０の構成を調整してＣｐｐの値を制御することによって制御可能である。具体的には例えば円筒形状から成る軸受ホルダ２０の厚さを制御することでＣｐｐの値を制御することが可能である。また、軸の直径や長さを調整することにより、Ｃｐの値を調整して比Ｃｓ／Ｃallの値を調整してもよい。実施の形態２では実施の形態１で示した軸のみを直流絶縁する場合と比べ、軸と軸受ホルダの静電容量比によって合成容量の値が決定するため、軸受周りの構造的な制約条件に対して、そのいずれか、もしくは両方を調整することができ、さらに高周波電流を抑制できる。また、軸受ホルダ２０およびシャフト１８の絶縁材料を変更することにより、誘電率εによって静電容量を制御することも可能である。以上説明したように、軸受１９と筐体２１の間に絶縁材料を挿入することで、直列の静電容量を形成し、軸のみを絶縁する場合と比較して軸受１９に流れる高周波電流をより小さくできるため、軸受１９の損傷を抑制することができる。
【００２７】
実施の形態３．
実施の形態３ではより好適な軸受損傷の抑制機構を示す。例えば、図１に示す駆動機構の内、アルミナなどの絶縁材料から成るシャフト１８や軸受ホルダの一部を金属膜化、即ちメタライズする。メタライズしたシャフト１８はロウ付や溶接によって金属との接合が可能となるため、シャフト１８をセラミックと金属から形成することでロータ電極３と軸受１９の間の静電容量Ｃｐを高精度に制御できる。このとき、実施の形態２における静電容量Ｃｓとの比Ｃｓ／Ｃallを大きくすることができるため、軸受に流れる高周波電流をさらに抑制できる。また、図９に示すように、軸受１９とロータ電極３の直流絶縁を維持する範囲において、シャフト１８をセラミック部分１８１と金属部分１８２から形成することによって、強度が必要な部分のみを金属とすることもできる。具体的には、図９に示すシャフト１８の金属部分１８２のように、軸受１９と接触する部分を金属、残りの部分をセラミック部分１８１とすることができる。さらに、セラミック材料から成る軸受ホルダ２０と筐体２１の界面もメタライズ後、例えばロウ付により接合しても良い。軸受ホルダ２０と筐体２１の接合界面は密に結合するため、軸受ホルダ２０を筐体２１にネジ締結などによって固定した場合と比較して、軸受１９の高周波電流貫通による発熱を効率よく筐体２１へと伝達することができる。これによって、熱による軸受１９の損傷を抑制することができる。さらにまた、軸受ホルダ２０は軸受１９と筐体２１の直流絶縁を維持する範囲においてセラミックと金属から形成しても良い。
【００２８】
実施の形態４．
図１０（ａ）は本発明の実施の形態４による円形加速器の回転コンデンサ３００の概略構成を示す断面模式図である。実施の形態４では好適な軸受１９の絶縁機構を示す。例えば、図１０（ａ）に示す駆動機構の内、シャフト１８は回転軸Ｃｅに対して垂直方向に突き出したフランジ形状２５を有する。シャフト１８が絶縁材料で構成される場合、ロータ電極３と軸受１９の間には電位差が生じ、この距離が小さい場合には絶縁体の表面に沿って放電する沿面放電が懸念される。沿面放電抑制の手段として図１０（ｂ）に示すように、沿面経路の長さ、すなわち沿面距離を長くすることが考えられるため、ロータ電極３と軸受１９の間にフランジ形状２５を追加する。このとき沿面距離はシャフト１８のフランジ径に比例するため、ロータ電極３と軸受１９の間の電位差から、必要な沿面距離に応じた大きさのフランジ形状２５をシャフト１８に追加することにより沿面放電を抑制することができる。また、沿面距離を長くする方法としてはフランジ形状２５でなくともよく、ロータ電極３と軸受１９の間に凸形状や凹形状をシャフト１８に追加することにより沿面距離を長くしても良い。
【００２９】
実施の形態５．
図１１は本発明の実施の形態５による円形加速器の回転コンデンサ３００の要部を示す断面図である。実施の形態５では、好適な軸受１９の絶縁機構を示す。図１１は、軸受１９の周辺を拡大して示す断面図であり、Ｄｅｅ電極に接続されるステータ電極の部分は図示されていない。図１１に示す駆動機構は、軸受１９をシャフト上に固定するセットカラー２６を有する。セットカラー２６は軸受１９の内輪１９１に接触し、軸受１９の内輪１９１と等電位となる。また、駆動機構は軸受ホルダ２０内に軸受１９を固定する金属製のホルダキャップ２７を有する。このホルダキャップ２７は、軸受１９の外輪１９２と接触し、軸受１９の外輪１９２と等電位となる。このときセットカラー２６は筐体に対して静電容量Ｃ１をもち、ホルダキャップ２７はロータ電極３に対して静電容量Ｃ２をもつ。
【００３０】
図１２に軸受１９周りの等価回路を示す。この回路はホイートストンブリッジとして知られ、構成する４つのキャパシタンスＣｐ、Ｃｐｐ、Ｃ１、Ｃ２が、下記の式（４）を満たすとき、接点１と接点２をつなぐ線路上の電流Ｉが０となる。
Cp×Cpp=C1×C2      （４）
このときＣｐとＣｐｐについてはシャフト１８と軸受ホルダを形成するセラミックが、Ｃ１とＣ２については真空ギャップが誘電体として作用する。ホイートストンブリッジ回路では、４種のキャパシタンスの内、少なくとも１つのキャパシタンスを調整可能にすることによって、上記の式を実現する。調整可能とするために、例えば、Ｃ２は静電容量の調整機構を有する。この調整機構は、軸受１９をシャフト１８上に固定するセットカラー２６によって構成される。
【００３１】
図１３にセットカラー２６の一例を示す。セットカラー２６は軸受１９固定するため、例えば止めネジによる固定機構を有する。または２分割され、シャフト１８を挟み込むような構造でもよい。さらにセットカラー２６は複数の電極面を有する。図１１に示すように、セットカラー２６は回転軸Ｃｅに対して垂直方向に延びる複数の電極面が筐体２１の溝と噛み合うことによって静電容量を形成する。また、この電極面の枚数を調整することによって、ホイートストンブリッジの調整可能なキャパシタンスとして作用する。この静電容量の調整は、電極面の一部に切欠きを設けることによって実現しても良い。このとき、回転時のアンバランスを抑制するため電極面の切欠きはシャフト１８に対して軸対象が望ましい。また、電極面は図６に示すステータ電極２の電極面のように回転軸Ｃｅ方向に延びるものでもよい。
【００３２】
また、図１４に斜視図として示すような形状のホルダキャップ２７によって静電容量の調整を行うこともできる。図１４に示すホルダキャップ２７は、図１１に示すように、ロータ電極３との間に複数の電極面を有する形状によって、ロータ電極３とホルダキャップ２７の静電容量Ｃ１を調整することができる。また、セットカラー２６とホルダキャップ２７の電極面は共に回転軸Ｃｅに対して垂直方向に延びるものでもよく、もしくは回転軸Ｃｅに対して平行に延びるものでもよい。さらに、その両方を組み合わせても良い。さらに電極面の切欠きはセットカラー２６とホルダキャップ２７のどちらか一方、もしくはその両方にあっても良い。また、軸受ホルダ２０の厚さやシャフト１８の径を変更することによって、静電容量の調整を実現しても良い。
【００３３】
以上をまとめると、式（４）を満足するように、Ｃ１またはＣ２の少なくとも一方を調整できる構造とすれば良い。すなわち、軸受１９の外輪１９２に接続され、ロータ電極３との間で静電容量Ｃ１を構成する第一金属部材２７（図１１の例ではホルダキャップ２７）を設け、第一金属部材２７とロータ電極３との対向面積・距離を調整することにより静電容量Ｃ１を調整する。または軸受１９の内輪１９１に接続され、筐体２１との間で静電容量Ｃ２を構成する第二金属部材２６（図１１の例ではセットカラー２６）を設け、第二金属部材２６と筐体２１との対向面積・距離を調整することにより静電容量Ｃ２を調整する。Ｃ１に相当する静電容量は、第一金属部材２７を設けなくても、軸受１９の外輪１９２とロータ電極３の間でごくわずかであるが値を有する。同様に、Ｃ２に相当する静電容量は、第二金属部材２６を設けなくても、軸受１９の内輪１９１と筐体２１の間でごくわずかであるが値を有する。従って、原理的には少なくとも第一金属部材２７または第二金属部材２６のいずれかを設けることで、式（４）を満足するようにできる。ただし、第一金属部材または第二金属部材の一方を設けない場合、設けない側の静電容量がごく小さい値となるため、式（４）を満足するためには、他方の金属部材により形成される静電容量をかなり大きくする必要がある。よって、第一金属部材２７および第二金属部材２６の両方の金属部材を設けるのが好ましい。
【００３４】
上記のようにホイートストンブリッジ回路を構成する軸受１９周りの構造を調整することによって、流れる電流を０とすることができるため、軸受１９に流れる電流の導通による損傷を抑制することができる。
【００３５】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１  Ｄｅｅ電極（ディー電極）、２  ステータ電極、３  ロータ電極、１６  モータ、１７  伝送線路、１８  シャフト、１９  軸受、１９１  内輪、１９２  外輪、２０  軸受ホルダ、２１  筐体、２２  磁気カプラ、２３  ステータ電極面、２４  短絡コンデンサ、２５  フランジ形状、２６  第二金属部材（セットカラー）、２７  第一金属部材（ホルダキャップ）、３１  ロータ電極面、２００  シンクロサイクロトロン（円形加速器）、３００  回転コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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