(57)【要約】【課題】荷電粒子ビームの照射野を広く確保できること。【解決手段】荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に対して直交するＸ方向またはＹ方向に荷電粒子ビーム１を偏向させて走査するＸ方向走査コイル２１Ａ、２１ＢまたはＹ方向走査コイル２２Ａ、２２Ｂを備え、これらの走査コイルは、荷電粒子ビームの軌道位置を挟んで、進行方向（Ｓ方向）及びビーム偏向方向（Ｘ方向またはＹ方向）に対し直交する方向に対向して配置され、これらの走査コイルは、その内径（例えばＲｃ、Ｒｏ）が、荷電粒子ビームの進行方向（Ｓ方向）に沿って上流側から下流側へ漸次増大して設けられると共に、その内周位置Ｐが、荷電粒子ビーム１に対して一定の距離Ｒｃ以上に保持されるよう構成されたものである。【選択図】図８
2020041971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームの進行方向に対して直交する第１方向に前記荷電粒子ビームを偏向させて走査する走査コイルを備え、
前記走査コイルは、前記荷電粒子ビームの軌道位置を挟んで、前記進行方向及び前記第１方向に対し直交する方向に対向して複数配置され、
これらの走査コイルは、その内径が、前記荷電粒子ビームの前記進行方向に沿って上流側から下流側へ漸次増大して設けられると共に、その内周位置が、前記荷電粒子ビームに対して一定の距離以上に保持されるよう構成されたことを特徴とする走査電磁石装置。
【請求項２】
荷電粒子ビームの進行方向に対して直交する第１方向に前記荷電粒子ビームを偏向させて走査する第１走査コイルを備えた第１走査電磁石装置と、
前記進行方向及び前記第１方向に対して直交する第２方向に前記荷電粒子ビームを偏向させて走査する第２走査コイルを備えた第２走査電磁石装置とを有し、
前記第２走査電磁石装置が、前記第１走査電磁石装置に対し、外側または内側で且つ前記進行方向における同一位置に配置され、
前記第１走査コイルが、前記荷電粒子ビームの軌道位置を挟んで前記第２方向に対向して複数配置され、前記第２走査コイルが、前記荷電粒子ビームの軌道位置を挟んで前記第１方向に対向して複数配置され、
これらの第1及び第２走査コイルは、その内径が、前記荷電粒子ビームの前記進行方向に沿って上流側から下流側へ漸次増大して設けられると共に、その内周位置が、前記荷電粒子ビームに対し一定の距離以上に保持されるよう構成されたことを特徴とする走査電磁石装置。
【請求項３】
前記走査コイル、前記第1走査コイルまたは前記第２走査コイルは、荷電粒子ビームの進行方向に沿う上流端の内径をＲｃとし、下流端の内径をＲｏとし、軸方向長さの半分をＬとし、軸方向長さの中央位置から照射位置までの軸方向に沿う距離をＬｓとし、前記照射位置での荷電粒子ビームの最大偏向寸法をＲｓとしたとき、
前記下流端の内径Ｒｏが
Ｒｏ≧Ｒｃ＋Ｒｓ・(Ｌ／Ｌｓ)
Ｒｏ≦Ｒｓ
に設定されて、前記走査コイル、第1走査コイルまたは第２走査コイルの内周位置が、前記荷電粒子ビームに対し一定の距離以上に保持されるよう構成されたことを特徴とする走査電磁石装置。
【請求項４】
前記走査コイル、前記第1走査コイルまたは前記第２走査コイルは、その内径が、荷電粒子ビームの進行方向に沿って上流側から下流側へ連続して、または非連続に漸次増大して設けられたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の走査電磁石装置。
【請求項５】
前記走査コイル、前記第1走査コイルまたは前記第２走査コイルは、非金属材料からなるコイル支持体により所定位置に保持されるよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の走査電磁石装置。
【請求項６】
前記走査コイル、前記第１走査コイルまたは前記第２走査コイルは、表面が絶縁材で絶縁された導体である素線を複数本撚り合せて形成されるリッツ線が巻き回されて構成されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の走査電磁石装置。
【請求項７】
前記走査コイル、前記第１走査コイルまたは前記第２走査コイルを構成するリッツ線が、液体冷媒に浸漬されて構成されたことを特徴とする請求項６に記載の走査電磁石装置。
【請求項８】
前記走査コイル、前記第1走査コイルまたは前記第２走査コイルを構成するリッツ線が樹脂に含浸され、この樹脂が液体冷媒に接触して構成されたことを特徴とする請求項６に記載の走査電磁石装置。
【請求項９】
前記液体冷媒を流動する冷媒流路を備え、この冷媒流路が非金属材料にて構成されたことを特徴とする請求項７または８に記載の走査電磁石装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の走査電磁石装置を備えたビーム照射装置を有し、前記走査電磁石装置により荷電粒子ビームを偏向して走査し照射対象に照射するよう構成されたことを特徴とする荷電粒子ビーム照射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、荷電粒子ビームを走査する走査電磁石装置、及びこの走査電磁石装置を備えたビーム照射装置を有する荷電粒子ビーム照射システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
癌などの患者の患部（照射対象）に重粒子線等の荷電粒子ビームを照射する治療では、ビーム発生装置で生成した荷電粒子ビームをビーム加速装置で加速し、この荷電粒子ビームを、ビーム輸送装置を経て治療室のビーム照射装置により患部に照射している。ビーム照射装置は、照射対象である患部の立体形状に合わせて荷電粒子ビームを照射する装置であり、２組の走査電磁石装置（水平方向走査電磁石装置及び垂直方向走査電磁石装置）を、荷電粒子ビームの進行方向における同一位置に配置するものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−８３３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ビーム照射装置と照射対象との距離を短縮する目的で、水平方向走査電磁石装置及び垂直方向走査電磁石装置を、荷電粒子ビームの進行方向における同一位置に配置する方式が採用されている。患部の様々な部位や異なる大きさの患部に荷電粒子ビームを照射するためには、荷電粒子ビームの照射可能な領域(照射野)は広く確保することが望ましい。この照射野を広くするためには、上述の走査電磁石装置の走査コイルを荷電粒子ビームに接近させて、荷電粒子ビームに作用する磁場強度を高めることが望ましい。
【０００５】
そのため、上述の走査電磁石装置においては、荷電粒子ビームが走査される前である上流側では走査コイルの内径を小さく、荷電粒子ビームが走査されて広がった状態となる下流側では、荷電粒子ビームの軌道に沿って走査コイルの内径を大きくしている。走査コイルの内径を小さくすることで荷電粒子ビームに作用する磁場強度が高くなり、照射野を拡大することが可能になる。しかしながら、走査コイルの内径を小さくし過ぎると、荷電粒子ビームが走査電磁石装置の内周に衝突し、照射野が削れて小さくなってしまうという課題がある。
【０００６】
本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、荷電粒子ビームの照射野を広く確保できる走査電磁石装置及び荷電粒子ビーム照射システム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】
本発明の実施形態における走査電磁石装置は、荷電粒子ビームの進行方向に対して直交する第１方向に前記荷電粒子ビームを偏向させて走査する走査コイルを備え、前記走査コイルは、前記荷電粒子ビームの軌道位置を挟んで、前記進行方向及び前記第１方向に対し直交する方向に対向して複数配置され、これらの走査コイルは、その内径が、前記荷電粒子ビームの前記進行方向に沿って上流側から下流側へ漸次増大して設けられると共に、その内周位置が、前記荷電粒子ビームに対して一定の距離以上に保持されるよう構成されたことを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の実施形態における荷電粒子ビーム照射システムは、前記発明の実施形態における走査電磁石装置を備えたビーム照射装置を有し、前記走査電磁石装置により荷電粒子ビームを偏向して走査し照射対象に照射するよう構成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、荷電粒子ビームの照射野を広く確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る走査電磁石装置を備えたビーム照射装置を有する荷電粒子ビーム照射システムを示す構成図。
【図２】図１におけるビーム照射装置を示す構成図。
【図３】図２のＸ方向走査電磁石装置を示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が側面図。
【図４】（Ａ）が図３（Ｂ）のIVＡ−IVＡ線に沿う断面図、（Ｂ）が図３（Ｂ）のIVＢ−IVＢ線に沿う断面図。
【図５】図２のＹ方向走査電磁石装置を示し、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が側面図。
【図６】（Ａ）が図５（Ｂ）のVIＡ−VIＡ線に沿う断面図、（Ｂ）が図５（Ｂ）のVIＢ−VIＢ線に沿う断面図。
【図７】図３のＸ方向走査電磁石装置及び図５のＹ方向走査電磁石装置の各部位などを示す説明図。
【図８】図３のＸ方向走査電磁石装置及び図５のＹ方向走査電磁石装置と荷電粒子ビームとの関係を示す説明図。
【図９】第２実施形態に係る走査電磁石装置を示し、（Ａ）が一部を切り欠いた平面図、（Ｂ）が一部を切り欠いた側面図。
【図１０】（Ａ）が図９（Ｂ）のXＡ−XＡ線に沿う断面図、（Ｂ）が図９（Ｂ）のXＢ−XＢ線に沿う断面図。
【図１１】第３実施形態に係る走査電磁石装置を、一部を切り欠いて示す平面図。
【図１２】第４実施形態に係る走査電磁石装置の走査コイルに用いられるリッツ線を示す斜視図。
【図１３】比較形態の走査電磁石装置の走査コイルに用いられるホローコンダクタを示す斜視図。
【図１４】第５実施形態に係る走査電磁石装置の走査コイルに用いられるリッツ線の第１配置構造を示す断面図。
【図１５】第５実施形態に係る走査電磁石装置の走査コイルに用いられるリッツ線の第２配置構造を示し、図３のα−α線に沿う断面図。
【図１６】第５実施形態に係る走査電磁石装置の走査コイルに用いられるリッツ線の第３配置構造を示し、図１５に対応する断面図。
【図１７】第６実施形態に係る走査電磁石装置の走査コイルに用いられるリッツ線の配置構造であり、（Ａ）が第１配置構造、（Ｂ）が第２配置構造をそれぞれ示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１〜図８）
図１は、第１実施形態に係る走査電磁石装置を備えたビーム照射装置を有する荷電粒子ビーム照射システムを示す構成図である。この図１に示す荷電粒子ビーム照射システム１０は、例えば負パイ中間子、陽子、ヘリウムイオン、炭素イオン、ネオンイオン、シリコンイオン、またはアルゴンイオンを治療照射用の荷電粒子ビーム１とする照射システムである。この荷電粒子ビーム照射システム１０は、ビーム発生装置１１、ビーム加速装置１２、ビーム輸送装置１３、及びビーム照射装置１４を備え、照射対象２としての患者の患部に荷電粒子ビーム１を照射する。
【００１２】
ビーム発生装置１１は、荷電粒子ビーム１を発生する装置であり、例えば電磁波やレーザなどを用いて生成したイオンを引き出す装置などがある。
【００１３】
ビーム加速装置１２は、荷電粒子ビーム１を所定のエネルギに加速する装置である。このビーム加速装置１２の一例としては、図示しない前段加速装置と後段加速装置の２段で構成される。前段加速装置は、線形加速器(ドリフトチューブリニアックＤＴＬや高周波四重極型線形加速器ＲＦＱ)で、後段加速装置は、シンクロトンやサイクロトロンでそれぞれ構成される例がある。
【００１４】
このビーム加速装置１２は、具体的には、荷電粒子ビーム１の通過空間を真空気密に保持する図示しないビームダクト（配管）、荷電粒子ビーム１を電場によって加速する図示しない高周波加速空洞、荷電粒子ビーム１を安定的に誘導するいずれも図示しない偏向装置（二極電磁石）、ビーム集束・発散装置（四極電磁石）、ビーム軌道補正装置（ステアリング電磁石）、及びその制御装置などで構成される。
【００１５】
ビーム輸送装置１３は、加速された荷電粒子ビーム１を、治療室内に設置されたビーム照射装置１４へ輸送する装置であり、いずれも図示しないビームダクト、偏向装置、ビーム集束・発散装置、ビーム軌道補正装置、及びその制御装置などで構成される。
【００１６】
ビーム照射装置１４は、ビーム輸送装置１３の下流側に設けられる。このビーム照射装置１４は、ビーム輸送装置１３を通過した特定エネルギの荷電粒子ビーム１が照射対象２の照射点に正しく照射されるように荷電粒子ビーム１の軌道を調整すると共に、照射対象２における荷電粒子ビーム１の照射位置及び照射線量を監視する。このビーム照射装置１４は、図２に示すように、Ｘ方向走査電磁石装置１５、Ｙ方向走査電磁石装置１６、走査電磁石電源１７、位置モニタ１８Ａ、線量計１８Ｂ及び制御装置１９を有して構成される。
【００１７】
Ｘ方向走査電磁石装置１５及びＹ方向走査電磁石装置１６は、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に沿って直列に配置されて、走査電磁石装置２０を構成する。Ｘ方向走査電磁石装置１５は、後に詳説するが、荷電粒子ビーム１の軌道を、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に対して直交する第１方向（このＸ方向走査電磁石装置１５ではＸ方向；例えば水平方向）に偏向させて調整し走査する。Ｙ方向走査電磁石装置１６は、後に詳説するが、荷電粒子ビーム１の軌道を、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に対して直交する第１方向（このＹ方向走査電磁石装置１６には、進行方向（Ｓ方向）及びＸ方向に直交するＹ方向；例えば垂直方向）に偏向させて調整し走査する。
【００１８】
走査電磁石電源１７は、Ｘ方向走査電磁石装置１５に対して荷電粒子ビーム１の走査に必要な励磁電流を供給する走査電磁石電源１７Ｘと、Ｙ方向走査電磁石装置１６に対して荷電粒子ビーム１の走査に必要な励磁電流を供給する走査電磁石電源１７Ｙとを有する。また、位置モニタ１８Ａは、この位置モニタ１８Ａを通過した荷電粒子ビーム１の位置、即ち照射対象２における荷電粒子ビーム１の照射位置の指標となる信号を制御装置１９へ出力する。更に、線量計１８Ｂは、この線量計１８Ｂを通過した荷電粒子ビーム１の強度または線量に応じた信号を制御装置１９へ出力する。
【００１９】
制御装置１９は、位置モニタ１８Ａ及び線量計１８Ｂからの両信号に基づき、走査電磁石装置２０から照射される荷電粒子ビーム１が照射対象２の所定位置に照射されるように走査電磁石電源１７を制御して、Ｘ方向走査電磁石装置１５及びＹ方向走査電磁石装置１６へ供給される励磁電流の値を制御する。
【００２０】
Ｘ方向走査電磁石装置１５は、図３及び図４に示すように、コイル支持体としての構造体２３の外表面に、一対のＸ方向走査コイル２１Ａ及び２１Ｂが対向して配置されて構成される。構造体２３は、渦電流が発生しない非金属、例えばＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ）にて形成され、Ｘ方向走査コイル２１Ａ及び２１Ｂを外表面の所定位置に保持する構成となっている。
【００２１】
構造体２３は中空形状で、且つ内径が荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に沿って上流側から下流側へ連続して漸次増大する形状に形成される。従って、この構造体２３の外表面に保持されるＸ方向走査コイル２１Ａ及び２１Ｂも、内径が、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に沿って上流側から下流側へ連続して漸次増大するよう設けられる。
【００２２】
また、Ｘ方向走査コイル２１Ａ及び２１Ｂは、荷電粒子ビーム１の軌道位置３を挟んで、Ｓ方向及びＸ方向に直交するＹ方向（例えば垂直方向）に対向して配置される。このうち、Ｘ方向走査コイル２１Ａは、最も内側に設けられたコイルエレメント２１Ａ１と、このコイルエレメント２１Ａ１の外側に設けられたコイルエレメント２１Ａ２と、このコイルエレメント２１Ａ２の外側に設けられたコイルエレメント２１Ａ３と、を有して構成される。また、Ｘ方向走査コイル２１Ｂは、最も内側に設けられたコイルエレメント２１Ｂ１と、このコイルエレメント２１Ｂ１の外側に設けられたコイルエレメント２１Ｂ２と、このコイルエレメント２１Ｂ２の外側に設けられたコイルエレメント２１Ｂ３と、を有して構成される。
【００２３】
上述のコイルエレメント２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３、２１Ｂ１、２１Ｂ２及び２１Ｂ３は、それぞれ、複数本の導体２４が鞍型形状に巻き回されて構成される。これらのコイルエレメント２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３、２１Ｂ１、２１Ｂ２及び２１Ｂ３に、走査電磁石電源１７Ｘから励磁電流が供給されることで、Ｘ方向走査電磁石装置１５にＹ方向の磁場Ｂｙが形成され、この磁場Ｂｙにより荷電粒子ビーム１がＸ方向に偏向して走査される。なお、Ｘ方向走査コイル２１Ａ及び２１Ｂは、それぞれ３個のコイルエレメントにより構成されたが、１個、２個または４個以上のコイルエレメントにより構成されてもよい。
【００２４】
Ｙ方向走査電磁石装置１６は、図５及び図６に示すように、構造体２３の外表面に、一対のＹ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂが対向して配置されて構成される。これらのＹ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂは、荷電粒子ビーム１の軌道位置３を挟んで、Ｓ方向及びＹ方向に直交するＸ方向（例えば水平方向）に対向して配置される。また、Ｙ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂは、構造体２３の外表面の所定位置に保持されることで、内径が荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に沿って上流側から下流側へ連続して漸次増大するよう設けられる。
【００２５】
Ｙ方向走査コイル２２Ａは、最も内側に設けられたコイルエレメント２２Ａ１と、このコイルエレメント２２Ａ１の外側に設けられたコイルエレメント２２Ａ２と、このコイルエレメント２２Ａ２の外側に設けられたコイルエレメント２２Ａ３と、を有して構成される。また、Ｙ方向走査コイル２２Ｂは、最も内側に設けられたコイルエレメント２２Ｂ１と、このコイルエレメント２２Ｂ１の外側に設けられたコイルエレメント２２Ｂ２と、このコイルエレメント２２Ｂ２の外側に設けられたコイルエレメント２２Ｂ３と、を有して構成される。
【００２６】
上述のコイルエレメント２２Ａ１、２２Ａ２、２２Ａ３、２２Ｂ１、２２Ｂ２及び２２Ｂ３は、それぞれ、複数本の導体２４が鞍型形状に巻き回されて構成される。これらのコイルエレメント２２Ａ１、２２Ａ２、２２Ａ３、２２Ｂ１、２２Ｂ２及び２２Ｂ３に、走査電磁石電源１７Ｙから励磁電流が供給されることで、Ｙ方向走査電磁石装置１６にＸ方向の磁場Ｂｘが形成され、この磁場Ｂｘにより荷電粒子ビーム１がＹ方向に偏向して走査される。なお、Ｙ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂは、それぞれ３個のコイルエレメントにより構成されたが、１個、２個または４個以上のコイルエレメントにより構成されてもよい。
【００２７】
ところで、ビーム照射装置１４におけるＸ方向走査電磁石装置１５及びＹ方向走査電磁石装置１６では、Ｘ方向走査電磁石装置１５のＸ方向走査コイル２１Ａ及び２１Ｂと、Ｙ方向走査電磁石装置１６のＹ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂは、それぞれの内径位置Ｐが荷電粒子ビーム１に対して一定の距離以上に保持されて構成される。
【００２８】
つまり、ビーム照射装置１４から荷電粒子ビーム１を照射対象２である患部の様々な部位や異なる大きさの患部に照射するためには、荷電粒子ビーム１の照射野４（図２）を広く確保することが望ましい。照射野４を広くするためには、Ｘ方向走査コイル２１Ａ（コイルエレメント２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３）、Ｘ方向走査コイル２１Ｂ（コイルエレメント２１Ｂ１、２１Ｂ２、２１Ｂ３）、Ｙ方向走査コイル２２Ａ（コイルエレメント２２Ａ１、２２Ａ２、２２Ａ３）、及びＹ方向走査コイル２２Ｂ（コイルエレメント２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｂ３）を荷電粒子ビーム１に接近させ、荷電粒子ビーム１に作用する磁場強度を高めることが好ましい。一方、Ｘ方向走査コイル２１Ａ及び２１Ｂ、Ｙ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂを荷電粒子ビーム１に接近させ過ぎると、荷電粒子ビーム１がこれらのＸ方向走査コイル２１Ａ、２１Ｂ、Ｙ方向走査コイル２２Ａ、２２Ｂに衝突して照射野４が削られ小さくなってしまう。
【００２９】
そこで、Ｘ方向走査コイル２１Ａ及び２１ＢとＹ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂは、荷電粒子ビーム１が照射される前の上流側では内径を小さく設定し、荷電粒子ビーム１が走査されて荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に対して直交する方向に広がった下流側では、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に沿って内径を連続して漸次大きく設定する。更に、Ｘ方向走査コイル２１Ａ及び２１ＢとＹ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂは、それぞれの内周位置Ｐが荷電粒子ビーム１に対して一定の距離以上に保持されることで、荷電粒子ビーム１との衝突を回避しながら、荷電粒子ビーム１に作用する磁場強度を高めることが可能になる。
【００３０】
具体的には、図７及び図８に示すように、Ｘ方向走査コイル２１Ａ及び２１ＢとＹ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂは、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に沿う上流端の内径をＲｃとし、下流端の内径をＲｏとし、軸方向（荷電粒子ビーム１の進行方向と同一）長さの半分をＬとし、軸方向長さの中央位置Ａ（後述）から照射対象２が位置する照射位置Ｃまでの軸方向に沿う距離をＬｓとし、照射位置Ｃでの荷電粒子ビーム１の最大偏向寸法をＲｓとしたとき、荷電粒子ビーム１は最大でもＲｓまでしか偏向されないため、下流端の内径ＲｏはＲｓより大きくする必要はなく、
Ｒｏ≦Ｒｓ
に設定されると共に、荷電粒子ビーム１との衝突を回避するために下流端の内径Ｒｏは
Ｒｏ≧Ｒｃ＋Ｒｓ・（Ｌ／Ｌｓ）…（１）
に設定される。この設定された式（１）によって、Ｘ方向走査コイル２１Ａ及び２１ＢとＹ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂのそれぞれの下流端での内周位置Ｐが、荷電粒子ビーム１に対して一定の距離Ｒｃ以上に保持される。
【００３１】
ここで、式（１）の算出は次の通りである。荷電粒子ビーム１における走査コイル２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂの下流端での偏向位置を点Ｄとし、荷電粒子ビーム１における照射位置Ｃでの最大偏向位置をＢとしたとき、点Ｄ、点Ｂを結ぶ線分は直線である。この直線ＤＢを走査コイル２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂ側に延長した延長線（破線表示）が走査コイル２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂの中心軸と交わる点Ａは、走査コイル２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂの軸方向長さの略中央位置となる。尚、点Ｅは、点Ｄを走査コイル２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂの中心軸に投影した点である。
【００３２】
点Ｄと点Ｅ間の寸法をＲとしたとき、走査コイル２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂの内径が荷電粒子ビーム１と一定の距離Ｒｃ以上に保持されるためには、
Ｒｏ≧Ｒｃ＋Ｒ…（２）
とする必要がある。また、三角形△ＡＢＣと三角形△ＡＤＥとが相似関係にあるため、
Ｒ＝Ｒｓ・（Ｌ／Ｌｓ）…（３）
となる。式（２）に式（３）を代入して、
Ｒｏ≧Ｒｃ＋Ｒｓ・（Ｌ／Ｌｓ）
となって、式（１）が導かれる。
【００３３】
以上のように構成されたことから、本第１実施形態によれば、次の効果（１）を奏する。
（１）図８に示すように、荷電粒子ビーム１をその進行方向（Ｓ方向）に対して直交するＸ方向、Ｙ方向に偏向させて走査するＸ方向走査コイル２１Ａ、２１Ｂ、Ｙ方向走査コイル２２Ａ、２２Ｂは、その内径が、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に沿って上流側から下流側へ連続して漸次増大して設けられる。そのため、Ｘ方向走査コイル２１Ａ、２１Ｂ、Ｙ方向走査コイル２２Ａ、２２Ｂは、進行方向（Ｓ方向）に対して直交するＸ方向、Ｙ方向に偏向する荷電粒子ビームに接近することになるので、荷電粒子ビーム１に作用する磁場強度を高めることができ、従って、荷電粒子ビーム１の照射野４を広くできる。
【００３４】
また、Ｘ方向走査コイル２１Ａ、２１Ｂ、Ｙ方向走査コイル２２Ａ、２２Ｂは、その内周位置Ｐが、荷電粒子ビーム１に対し一定の距離（Ｘ方向走査コイル２１Ａ、２１Ｂ、Ｙ方向走査コイル２２Ａ、２２Ｂの上流端の半径Ｒｃ）以上に保持される。このため、進行方向（Ｓ方向）に対して直交するＸ方向、Ｙ方向に偏向する荷電粒子ビーム１がＸ方向走査コイル２１Ａ、２１Ｂ、Ｙ方向走査コイル２２Ａ、２２Ｂに衝突して、この荷電粒子ビーム１の照射野４が削られることもない。
【００３５】
上述のように、荷電粒子ビーム１に作用する磁場強度が高められることと、荷電粒子ビーム１の走査コイル２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ、２２Ｂへの衝突が回避されることによって、Ｘ方向走査コイル２１Ａ、２１Ｂ、Ｙ方向走査コイル２２Ａ、２２Ｂにより荷電粒子ビーム１の照射野４を広く確保できる。
【００３６】
［Ｂ］第２実施形態（図９、図１０）
図９は、第２実施形態に係る走査電磁石装置を示し、（Ａ）が一部を切り欠いた平面図、（Ｂ）が一部を切り欠いた側面図である。また、図１０は、（Ａ）が図９（Ｂ）のXＡ−XＡ線に沿う断面図、（Ｂ）が図９（Ｂ）のXＢ−XＢ線に沿う断面図である。この第２実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００３７】
本第２実施形態の走査電磁石装置２５が第１実施形態と異なる点は、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に対して直交する第１方向としてのＸ方向に荷電粒子ビーム１を偏向させる第１走査コイルとしての一対のＸ方向走査コイル２１Ａ及び２１Ｂを備えた第１走査電磁石装置としてのＸ方向走査電磁石装置１５と、上述のＳ方向及びＸ方向に直交する第２方向としてのＹ方向に荷電粒子ビーム１を偏向させる第２走査コイルとしての一対のＹ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂを備えた第２走査電磁石装置としてのＹ方向走査電磁石装置１６とが、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）における略同一位置に配置された点である。
【００３８】
この場合、Ｙ方向走査電磁石装置１６はＸ方向走査電磁石装置１５の外側または内側、本実施形態では外側に配置されている。また、本第２実施形態において、Ｘ方向走査電磁石装置１５のＸ方向走査コイル２１Ａ及び２１Ｂは、コイル支持体としての構造体２６の外表面に、荷電粒子ビーム１の軌道位置３を挟んでＹ方向に対向して配置される。Ｙ方向走査電磁石装置１６のＹ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂは、コイル支持体としての構造体２７の外表面に、荷電粒子ビーム１の軌道位置３を挟んでＸ方向に対向して配置される。
【００３９】
この構造体２６及び２７は、渦電流が発生しない非金属、例えばＦＲＰにて中空形状に形成され、構造体２６がＸ方向走査コイル２１Ａ及び２１Ｂを外表面の所定位置に保持する。構造体２７は、Ｙ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂを外表面の所定位置に保持すると共に、その内側にＸ方向走査電磁石装置１５（構造体２６及びＸ方向走査コイル２１Ａ及び２１Ｂ）を内包する。
【００４０】
また、構造体２６及び２７は、内径が、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に沿って上流側から下流側へ連続して漸次増大する形状に形成される。従って、構造体２６の外表面に保持されるＸ方向走査コイル２１Ａ及び２１Ｂも、内径が、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に沿って上流側から下流側へ連続して漸次増大する形状に形成される。同様に、構造体２７の外表面に保持されるＹ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂも、内径が、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に沿って上流側から下流側へ連続して漸次増大する形状に形成される。
【００４１】
更に、Ｘ方向走査電磁石コイル１５のＸ方向走査コイル２１Ａ及び２１ＢとＹ方向走査電磁石装置１６のＹ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂは、それぞれの内周位置Ｐが、荷電粒子ビーム１に対し一定の距離以上に保持されている。つまり、図８に示すように、本第２実施形態のＸ方向走査コイル２１Ａ及び２１ＢとＹ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂについても、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に沿う上流端の内径をＲｃとし、下流端の内径をＲｏとし、軸方向（荷電粒子ビーム１の進行方向と同一）長さの半分をＬとし、軸方向長さの中央位置Ａ（後述）から照射対象２が位置する照射位置Ｃまでの軸方向に沿う距離をＬｓとし、照射位置Ｃでの荷電粒子ビーム１の最大偏向寸法をＲｓとしたとき、Ｒｏ≦Ｒｓに設定されると共に、式（１）が成立する。このため、本第２実施形態のＸ方向走査コイル２１Ａ及び２１ＢとＹ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂのそれぞれの内周位置Ｐが、荷電粒子ビーム１に対して一定の距離以上に保持される。
【００４２】
また、本第２実施形態では、Ｙ方向走査電磁石コイル１６の外側にヨーク２８が設置されている。このヨーク２８は、鉄などの磁性体で構成されると共に、内周面がＹ方向走査電磁石コイル１６の外周に接触するかまたは接近する大きさに形成され、外周面が外径一定に形成される。このヨーク２８が設けられることで、荷電粒子ビーム１に強い磁場を作用することが可能になるほか、外部への磁場の漏れを抑制することが可能になる。
【００４３】
以上のように構成されたことから、本第２実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）と同様な効果を奏するほか、次の効果（２）を奏する。
【００４４】
（２）Ｘ方向走査電磁石装置１５とＹ方向走査電磁石装置１６とが荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）の略同一位置に配置されたことで、これらのＸ方向走査電磁石装置１５及びＹ方向走査電磁石装置１６を有するビーム照射装置１４における荷電粒子ビーム１の進行方向に沿う長さを短縮できると共に、ビーム照射装置１４から照射対象２までの距離も短縮できる。
【００４５】
［Ｃ］第３実施形態（図１１）
図１１は、第３実施形態に係る走査電磁石装置を、一部を切り欠いて示す平面図である。この第３実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００４６】
本第３実施形態の走査電磁石装置３０が第１実施形態と異なる点は、第１走査電磁石装置としてのＸ方向走査電磁石装置３１が、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に沿って直列に配置された複数段、例えば３段のＸ方向走査電磁石装置（第１Ｘ方向走査電磁石装置３１−１、第２Ｘ方向走査電磁石装置３１−２、第３Ｘ方向走査電磁石装置３１−３）を有して構成され、第２走査電磁石装置としてのＹ方向走査電磁石装置３２が、荷電粒子ビーム１の進行方向に沿って直列に配置された複数段、例えば３段のＹ方向走査電磁石装置（第１Ｙ方向走査電磁石装置３２−１、第２Ｙ方向走査電磁石装置３２−２、第３Ｙ方向走査電磁石装置３２−３）を有して構成された点である。
【００４７】
この走査電磁石装置３０では、第１Ｙ方向走査電磁石装置３２−１が第１Ｘ方向走査電磁石装置３１−１に対して、第２Ｙ方向走査電磁石装置３２−２が第２Ｘ方向走査電磁石装置３１−２に対して、第３Ｙ方向走査電磁石装置３２−３が第３Ｘ方向走査電磁石装置３１−３に対して、それぞれ外側または内側、本第３実施形態では外側で、且つ荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）における同一位置に配置されている。
【００４８】
第１Ｘ方向走査電磁石装置３１−１、第２Ｘ方向走査電磁石装置３１−２、第３Ｘ方向走査電磁石装置３１−３では、コイル支持体としてのそれぞれの構造体３３の外周面に、第１走査コイルとしてのＸ方向走査コイル３４が対向して一対保持されている。各構造体３３は円筒形状に形成される。更に、この構造体３３の内径は、荷電粒子ビーム１の進行方向に沿う上流側の第１Ｘ方向走査電磁石装置３１−１から下流側の第３Ｘ方向走査電磁石装置３１−３へ向かって非連続に、即ち階段状に漸次増大して設けられる。
【００４９】
従って、構造体３３に保持されるＸ方向走査コイル３４の内径も、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に沿う上流側の第１Ｘ方向走査電磁石装置３１−１から下流側の第３Ｘ方向走査電磁石装置３１−３へ向かって非連続に、即ち階段状に漸次増大して設けられる。つまり、Ｘ方向走査コイル３４の内径は、第１Ｘ方向走査電磁石装置３１−１よりも第２Ｘ方向走査電磁石装置３１−２が大きく、この第２Ｘ方向走査電磁石装置３１−によりも第３Ｘ方向走査電磁石装置３１−３が大きく設定される。
【００５０】
第１Ｙ方向走査電磁石装置３２−１、第２Ｙ方向走査電磁石装置３２−２、第３Ｙ方向走査電子装置３２−３では、コイル支持体としてのそれぞれの構造体３５の外表面に、第２走査コイルとしてのＹ方向走査コイル３６が対向して一対保持されている。各構造体３５は円筒形状に形成される。更に、この構造体３５の内径は、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に沿う上流側の第１Ｙ方向走査電磁石装置３２−１から下流側の第３Ｙ方向走査電子装置３２−３へ向かって非連続に、即ち階段状に漸次増大して設けられる。
【００５１】
従って、構造体３５に保持されるＹ方向走査コイル３６の内径も、荷電粒子ビーム１の進行方向（Ｓ方向）に沿う上流側の第１Ｙ方向走査電磁石装置３２−１から下流側の第３Ｙ方向走査電子装置３２−３へ向かって非連続に、即ち階段状に漸次増大して設けられる。つまり、Ｙ方向走査コイル３６の内径は、第１Ｙ方向走査電磁石装置３２−１よりも第２Ｙ方向走査電磁石装置３２−２が大きく、この第２Ｙ方向走査電磁石装置３２−２よりも第３Ｙ方向走査電磁石装置３２−３が大きく設定される。
【００５２】
更に、第１Ｘ方向走査電磁石コイル３１−１、第２Ｘ方向走査電磁石コイル装置３１−２、第３Ｘ方向走査電磁石装置３１−３のそれぞれのＸ方向走査コイル３４の内周位置と、第１Ｙ方向走査電磁石装置３２−１、第２Ｙ方向走査電磁石装置３２−２、第３Ｙ方向走査電磁石装置３２−３のそれぞれのＹ方向走査コイル３６の内周位置は、進行方向（Ｓ方向）に対し直交する方向に偏向する荷電粒子ビーム１に対して、全体として略一定の距離に保持される。
【００５３】
以上のように構成されたことから、本第３実施形態においても、第１実施形態の効果（１）と同様な効果を奏するほか、次の効果（３）を奏する。
【００５４】
（３）第１Ｘ方向走査電磁石装置３１−１、第２Ｘ方向走査電磁石装置３１−２、第３Ｘ方向走査電磁石装置３１−３において、構造体３３に保持されるＸ方向走査コイル３４の内周位置を荷電粒子ビーム１に対して略一定の距離以上に保持するために、それぞれ構造体３３が、異なる内径の円筒体にて構成されている。また、第１Ｙ方向走査電磁石装置３２−１、第２Ｙ方向走査電磁石装置３２−２、第３Ｙ方向走査電磁石装置３２−３において、構造体３５に保持されるＹ方向走査コイル３６の内周位置を荷電粒子ビーム１に対して略一定の距離に保持するために、それぞれの構造体３５が、異なる内径の円筒体にて構成されている。これらの結果、第１Ｘ方向走査電磁石装置３１−１、第２Ｘ方向走査電磁石装置３１−２、第３Ｘ方向走査電磁石装置３１−３、第１Ｙ方向走査電磁石装置３２−１、第２Ｙ方向走査電磁石装置３２−２、第３Ｙ方向走査電磁石装置３２−３の製作を容易化できる。
【００５５】
［Ｄ］第４実施形態（図１２）
図１２は、第４実施形態に係る走査電磁石装置の走査コイルに用いられるリッツ線を示す斜視図である。この第４実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００５６】
本第４実施形態の走査電磁石装置４０が第１実施形態と異なる点は、Ｘ方向走査コイル２１Ａのコイルエレメント２１Ａ1、２１Ａ２及び２１Ａ３と、Ｘ方向走査コイル２１Ｂのコイルエレメント２１Ｂ１、２１Ｂ２及び２１Ｂ３と、Ｙ方向走査コイル２２Ａのコイルエレメント２２Ａ１、２２Ａ２及び２２Ａ３と、Ｙ方向走査コイル２２Ｂのコイルエレメント２２Ｂ１、２２Ｂ２及び２２Ｂ３とをそれぞれ巻き回して構成する導体２４がリッツ線４１である点である。
【００５７】
比較形態としての走査電磁石装置では、一対の走査コイルは、図１３に示す導体としてのホローコンダクタ１００が巻き回されて構成される。このホローコンダクタ１００は、一辺が数ｍｍ程度の矩形断面形状で中空に形成され、中空部１０１に冷却水が通水可能に設けられる。しかしながら、上述の比較形態の走査電磁石装置では、走査コイルを構成するホローコンダクタ１００に流れる電流値が変化して、走査コイル間に生ずる磁場が変化すると、ホローコンダクタ１００に渦電流１０２が発生する。この渦電流１０２により生じた磁場が走査コイル間の磁場を乱して、走査電磁石コイルの磁場精度が低下する恐れがある。
【００５８】
これに対し、本第４実施形態の走査電磁石装置４０（Ｘ方向走査電磁石装置１５(図３、図４)、Ｙ方向走査電磁石装置１６(図５、図６)）では、それぞれのＸ方向走査コイル２１Ａ及び２１Ｂのコイルエレメント２１Ａ１〜２１Ａ３、２１Ｂ１〜２１Ｂ３、Ｙ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂのコイルエレメント２２Ａ１〜２２Ａ３、２２Ｂ１〜２２Ｂ３が、図１２に示すリッツ線４１を巻き回して構成される。このリッツ線４１は、絶縁材（例えばエナメル等）で外表面が絶縁された導体である細い素線４２を複数本撚り合せて形成された導体である。
【００５９】
Ｘ方向走査コイル２１Ａ及び２１Ｂのコイルエレメント２１Ａ１〜２１Ａ３、２１Ｂ１〜２１Ｂ３とＹ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂのコイルエレメント２２Ａ１〜２２Ａ３、２２Ｂ１〜２２Ｂ３とがそれぞれリッツ線４１にて構成されたので、このリッツ線４１に流れる電流値が変化して、Ｘ方向走査コイル２１Ａ、２１Ｂ間の磁場Ｂｙ、Ｙ方向走査コイル２２Ａ、２２Ｂ間の磁場Ｂｘがそれぞれ変化しても、リッツ線４１の各素線４２には、渦電流１０２よりも小さなループの渦電流４３が発生することになる。
【００６０】
従って、この小さなループの渦電流４３により発生する磁場が抑制されることで、この渦電流４３により発生した磁場によって、Ｘ方向走査コイル２１Ａ、２１Ｂ間の磁場Ｂｙ、Ｙ方向走査コイル２２Ａ、２２Ｂ間の磁場Ｂｘが乱されることが低減される。
【００６１】
以上のように構成されことから、本第４実施形態においても、第１実施形態の効果（１）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）を奏する。
【００６２】
（４）図３〜図６及び図１２に示すように、Ｘ方向走査電磁石装置１５のＸ方向走査コイル２１Ａ及び２１Ｂのコイルエレメント２１Ａ１〜２１Ａ３、２１Ｂ１〜２１Ｂ３、Ｙ方向走査電磁石装置１６のＹ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂのコイルエレメント２２Ａ１〜２２Ａ３、２２Ｂ１〜２２Ｂ３がそれぞれリッツ線４１にて構成され、このリッツ線４１の素線４２に発生する渦電流４３のループが小さいので、この渦電流４３により生ずる磁場が抑制される。このように渦電流４３による磁場が抑制されることで、Ｘ方向走査電磁石装置１５の磁場Ｂｙの磁場精度及びＹ方向走査電磁石装置１６の磁場Ｂｘの磁場精度を向上させることができる。この結果、Ｘ方向走査電磁石装置１５及びＹ方向走査電磁石装置１６を備えたビーム照射装置１４による荷電粒子ビーム１の照射精度を向上させることができる。
【００６３】
［Ｅ］第５実施形態（図１４、図１５、図１６）
図１４は、第５実施形態に係る走査電磁石装置に用いられるリッツ線の第１配置構造を示す断面図である。図１５は、第５実施形態に係る走査電磁石装置に用いられるリッツ線の第２配置構造を示し、図３のα−α線に沿う断面図である。図１６は、第５実施形態に係る走査電磁石装置に用いられるリッツ線の第３配置構造を示し、図１５に対応する断面図である。この第５実施形態において第１及び第４実施形態と同様な部分については、第１及び第４実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００６４】
本第５実施形態の走査電磁石装置５０が第１実施形態と異なる点は、Ｘ方向走査コイル２１Ａ及び２１Ｂのコイルエレメント２１Ａ１〜２１Ａ３、２１Ｂ１〜２１Ｂ３、Ｙ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂのコイルエレメント２２Ａ１〜２２Ａ３、２２Ｂ１〜２２Ｂ３をそれぞれ構成するリッツ線４１が、水等の液体冷媒５に浸漬されるリッツ線の配置構造を有する点である。
【００６５】
つまり、図１４に示すリッツ線４１の第１配置構造では、リッツ線４１は、非金属材料からなる冷媒流路としての冷却配管５１内に配置され、この冷却配管５１内を流れる液体冷媒５に浸漬されて冷却される。
【００６６】
図１５に示すリッツ線の第２配置構造では、構造体２３の外表面に複数の溝５２が形成され、Ｘ方向走査電磁石装置１５のＸ方向走査コイル２１Ａ、２１Ｂのコイルエレメント２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３、２１Ｂ１、２１Ｂ２、２１Ｂ３、Ｙ方向走査電磁石装置１６のＹ方向走査コイル２２Ａ、２２Ｂのコイルエレメント２２Ａ１、２２Ａ２、２２Ａ３、２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｂ３のそれぞれが、各溝５２に収容される。図１５には、コイルエレメント２１Ａ３が溝５２に収容された状態を示している。
【００６７】
そして、構造体２３の外表面を覆うように非金属材料製の蓋部材５３が配置されることで、構造体２３の外表面と蓋部材５３との間に、液体冷媒５が流れる冷媒流路５４が形成される。これにより、構造体２３の溝５２内に収容されたコイルエレメント２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３、２１Ｂ１、２１Ｂ２、２１Ｂ３、２２Ａ１、２２Ａ２、２２Ａ３、２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｂ３をそれぞれ構成するリッツ線４１が、冷媒流路５４内の液体冷媒５に浸漬されて冷却される。
【００６８】
図１６に示すリッツ線の第３配置構造では、構造体２３の外表面に、リッツ線４１を１本ずつ収容可能な溝５５が複数形成される。コイルエレメント２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３、２１Ｂ１、２１Ｂ２、２１Ｂ３、２２Ａ１、２２Ａ２、２２Ａ３、２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｂ３のそれぞれのリッツ線４１が１本ずつ各溝５５に収容される。図１６では、コイルエレメント２１Ａ３を構成するリッツ線４１が、１本ずつ各溝５５に収容された状態を示している。
【００６９】
そして、構造体２３の外表面を覆うように蓋部材５３が配置されることで、構造体２３の外表面と蓋部材５３との間に、液体冷媒５が流れる冷媒流路５６が形成される。これにより、構造体２３の溝５５内に収容されたコイルエレメント２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３、２１Ｂ１、２１Ｂ２、２１Ｂ３、２２Ａ１、２２Ａ２、２２Ａ３、２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｂ３をそれぞれ構成するリッツ線４１が、冷媒流路５６内の液体冷媒５に浸漬されて冷却される。
【００７０】
以上のように構成されたことから、本第５実施形態によれば、第１及び第４実施形態の効果（１）及び(４)と同様な効果を奏するほか、次の効果（５）を奏する。
【００７１】
（５）例えば、冷却配管の外周に導体である細い素線を複数本撚り合せてリッツ線を形成した場合には、素線が巻ほぐれ等で内側に隣接する素線から浮き上がってしまったとき、この素線は、冷却配管を流れる液体冷媒により冷却されず、温度上昇して焼損する恐れがある。
【００７２】
これに対し、前述のリッツ線の第１、第２及び第３配置構造のように、リッツ線４１が液体冷媒５に浸漬されることで、リッツ線４１を形成する全ての素線４２が液体冷媒５に接触することになる。この結果、リッツ線４１を形成する素線４２が例え巻ほぐれ等で隣接する素線４２から浮き上がってしまっても、全ての素線４２を液体冷媒５により好適に冷却でき、リッツ線４１の冷却不良を回避できる。
【００７３】
［Ｆ］第６実施形態（図１７）
図１７は、第６実施形態に係る走査電磁石装置を構成するリッツ線の配置構造であり、（Ａ）が第１配置構造、（Ｂ）が第２配置構造をそれぞれ示す断面図である。この第６実施形態において第１、第４及び第５実施形態と同様な部分については、第１、第４及び第５実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。
【００７４】
本第６実施形態の走査電磁石装置６０が第１、第４及び第５実施形態と異なる点は、Ｘ方向走査コイル２１Ａ及び２１Ｂのコイルエレメント２１Ａ１〜２１Ａ３、２１Ｂ１〜２１Ｂ３、Ｙ方向走査コイル２２Ａ及び２２Ｂのコイルエレメント２２Ａ１〜２２Ａ３、２２Ｂ１〜２２Ｂ３をそれぞれ構成するリッツ線４１が、樹脂６１に含浸され、この樹脂６１が液体冷媒５に接触するリッツ線の配置構造を有する点である。
【００７５】
つまり、図１７（Ａ）に示すリッツ線の第１配置構造では、構造体２３の外表面に複数の溝６２が形成され、Ｘ方向走査電磁石装置１５、Ｙ方向走査電磁石装置１６のコイルエレメント２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３、２１Ｂ１、２１Ｂ２、２１Ｂ３、２２Ａ１、２２Ａ２、２２Ａ３、２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｂ３のそれぞれが各溝６２に収容されて、樹脂６１により含浸される。図１７（Ａ）では、コイルエレメント２１Ａ３が溝６２内に収容されて樹脂６１により含浸された状態を示している。
【００７６】
そして、構造体２３の外表面と蓋部材５３との間に、液体冷媒５が流れる冷媒流路６３が形成され、この冷媒流路６３内の液体冷媒５が樹脂６１に接触する。これにより、構造体２３の溝６２内に収容されて樹脂６１に含浸されたコイルエレメント２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３、２１Ｂ１、２１Ｂ２、２１Ｂ３、２２Ａ１、２２Ａ２、２２Ａ３、２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｂ３を構成するリッツ線４１が、樹脂６１を介して液体冷媒５により冷却される。
【００７７】
図１７（Ｂ）に示すリッツ線の第２配置構造では、構造体２３の外表面に、リッツ線４１を１本ずつ収容可能な溝６４が複数形成される。コイルエレメント２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３、２１Ｂ１、２１Ｂ２、２１Ｂ３、２２Ａ１、２２Ａ２、２２Ａ３、２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｂ３のそれぞれのリッツ線４１が、１本ずつ各溝６４内に収容され樹脂６１に含浸される。図１７（Ｂ）では、コイルエレメント２１Ａ３を構成するリッツ線４１が１本ずつ各溝６４に収容され樹脂６１に含浸された状態を示している。
【００７８】
そして、構造体２３の外表面と蓋部材５３との間に、液体冷媒５が流れる冷媒流路６５が形成される。これにより、構造体２３の溝６４内に収容され樹脂６１に含浸されたコイルエレメント２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３、２１Ｂ１、２１Ｂ２、２１Ｂ３、２２Ａ１、２２Ａ２、２２Ａ３、２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｂ３のそれぞれを構成するリッツ線４１が、１本ずつ、冷媒流路６５内の液体冷媒５に樹脂６１を介して接触して冷却される。
【００７９】
以上のように構成されたことから、本第６実施形態によれば、第１及び第４実施形態の効果（１）及び(４)と同様な効果を奏するほか、次の効果（６）を奏する。
【００８０】
（６）リッツ線の第１及び第２配置構造では、リッツ線４１が樹脂６１に含浸され、この樹脂６１が液体冷媒５に接触している。これにより、リッツ線４１を形成する全ての素線４２が、樹脂６１を介して液体冷媒５により好適に冷却される。更に、リッツ線４１が構造体２３の溝６２、６４内に収容され且つ樹脂６１に含浸されることで、リッツ線４１に電磁力が作用した場合にも、リッツ線４１の振動を確実に抑制することができる。
【００８１】
以上、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。これらの実施形態は、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、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。
【符号の説明】
【００８２】
１…荷電粒子ビーム、２…照射対象、１０…荷電粒子ビーム照射システム、１４…ビーム照射装置、１５…Ｘ方向走査電磁石装置、１６…Ｙ方向走査電磁石装置、２０…走査電磁石装置、２１Ａ、２１Ｂ…Ｘ方向走査コイル、２２Ａ、２２Ｂ…Ｙ方向走査コイル、２３…構造体(コイル支持体)、２４…導体、２５…走査電磁石装置、２６、２７…構造体(コイル支持体)、３０…走査電磁石装置、３１…Ｘ方向走査電磁石装置、３２…Ｙ方向走査電磁石装置、３４…Ｘ方向走査コイル、３６…Ｙ方向走査コイル、４０…走査電磁石装置、４１…リッツ線、４２…素線、５０…走査電磁石装置、５１…冷却配管、５４、５６…冷媒流路、６０…走査電磁石装置、６１…樹脂、６３、６５…冷媒流路
【図１】
2020041971.tif 000003
【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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【図１６】
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【図１７】
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