(57)【要約】      （修正有）【課題】キャンセルバネ機構の配置の最適化を図り、連結ビームの変形を最小化する。【解決手段】磁石列間のギャップを変更するため、磁石支持体を垂直駆動するギャップ駆動機構と、磁石支持体と連結された第１・第２連結ビームと、連結ビームと、ギャップ駆動機構とを連結する機構と、磁石列間に作用する吸引力をキャンセルするキャンセルバネ機構４０と、これを磁石支持体に連結するバネ連動機構３０と、を備え、この機構は、第１連結ビームと一対の第１連結部９１Ａを介して連結される第１補助フレーム９１と、第２連結ビームと一対の第２連結部９２Ａを介して連結される第２補助フレーム９２と、第１・第２補助フレーム９１，９２に取り付けられる第１・第２バネ支持フレーム３１，３２とを備え、これらにキャンセルバネ機構４０が取り付けられる。【選択図】図９
2020161240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の磁石が列状に配置される第１磁石列と、
この第１磁石列が取り付け支持される第１磁石支持体と、
多数の磁石が列状に配置されると共に、前記第１磁石列に対してギャップを介して向かい合う第２磁石列と、
この第２磁石列が取り付け支持される第２磁石支持体と、
前記ギャップの大きさを変更するため、前記第１磁石支持体及び／又は前記第２磁石支持体を磁石列が向かい合う方向に駆動するためのギャップ駆動機構と、
前記第１磁石支持体と一体的に連結された第１連結ビームと、
前記第２磁石支持体と一体的に連結された第２連結ビームと、
前記第１連結ビームと前記第２連結ビームの少なくとも一方と、前記ギャップ駆動機構とを連結するための駆動連動機構と、
第１磁石列と第２磁石列間に作用する吸引力をキャンセルする方向に作用するキャンセルバネ機構と、
キャンセルバネ機構と前記連結ビームを連結するためのバネ連動機構と、を備え、
前記バネ連動機構は、前記第１連結ビーム、第２連結ビームのいずれか一方と一対の第１連結部を介して連結される第１補助フレームと、
前記第１連結ビーム、第２連結ビームのいずれか他方と一対の第２連結部を介して連結される第２補助フレームと、
前記第１補助フレームに取り付けられる第１バネ支持フレームと、
前記第２補助フレームに取り付けられる第２バネ支持フレームと、
これら第１バネ支持フレームと第２バネ支持フレームの前記磁石列が向かい合う方向の相対移動をガイドするためのガイド機構と、を備え、
前記第１バネ支持フレームと第２バネ支持フレームの双方に前記キャンセルバネ機構が取り付けられており、前記ギャップの大きさを変更したときに、前記第１バネ支持フレームと第２バネ支持フレームの磁石列が向かい合う方向の相対移動を許容することでキャンセルバネ機構が動作するように構成され、
前記第１補助フレームは、前記一対の第１連結部の間に、前記第１磁石支持体と前記第１連結ビームとを連結するための機構を配置可能であり、
前記第２補助フレームは、前記一対の第２連結部の間に、前記第２磁石支持体と前記第２連結ビームとを連結するための機構を配置可能であることを特徴とする挿入光源。
【請求項２】
前記第１補助フレームは、前後方向に延びる一対の第１前後プレートと、この一対の第１前後プレートを連結するための左右方向に延びる第１左右プレートとを備え、
前記第２補助フレームは、前後方向に延びる一対の第２前後プレートと、この一対の第２前後プレートを連結するための左右方向に延びる第２左右プレートとを備え、
前記一対の第１前後プレートが前記第１連結部を介して前記第１連結ビームに連結され、
前記一対の第２前後プレートが前記第２連結部を介して前記第２連結ビームに連結されることを特徴とする請求項１に記載の挿入光源。
【請求項３】
前記第１補助フレーム及び前記第２補助フレームは、平面視で門型形状を呈していることを特徴とする請求項１又は２に記載の挿入光源。
【請求項４】
前記第１左右プレート及び前記第２左右プレートは、前記第１バネ支持フレームを取り付けるための取り付け穴と前記第２バネ支持フレームを取り付けるための取り付け穴の双方が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の挿入光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の磁石が列状に配置される第１磁石列と、この第１磁石列が取り付け支持される第１磁石支持体と、多数の磁石が列状に配置されると共に、前記第１磁石列に対してギャップを介して向かい合う第２磁石列と、この第２磁石列が取り付け支持される第２磁石支持体と、前記ギャップの大きさを変更するため、前記第１磁石支持体及び／又は前記第２磁石支持体を磁石列が向かい合う方向に駆動するためのギャップ駆動機構と、このギャップ駆動機構と前記磁石支持体を連結するための駆動連動機構と、を有する挿入光源（insertion device）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
真空中において光速近くまで加速された電子ビームが磁界中で曲げられると、電子ビームの移動軌跡の接線方向に放射光を発光し、これをシンクロトロン放射光と呼んでいる。このようなシンクロトロン放射光を発生させる光源を、電子貯蔵リング（電子ビーム蓄積リング）の直線部に設置し、高指向性、高強度、高偏光性などの特性を生かした種々の技術の実用化のための研究が行われている。今日の電子貯蔵リングには、より高いビーム電流、より小さなビーム断面積による高輝度光源である挿入光源（アンジュレータ）が複数設けられている。
【０００３】
かかる挿入光源として、例えば、下記非特許文献１に開示される挿入光源が知られている。この挿入光源は、多数の磁石が列状に配置される第１磁石列と、多数の磁石が列状に配置される第２磁石列がギャップを介して向かいあう構成を備えている。このように多数の磁石列が向かい合っているために、両者の間には大きな吸引力が作用する。この吸引力の作用により、ギャップ駆動機構に大きな負荷が生じることにより精密なギャップ駆動が損なわれるだけでなく、磁石列が支持されている磁石支持体が変形することになり、磁界発生空間（ギャップ）において初期に設定した電子ビーム方向の磁界強度分布が乱れてしまう。その結果、所望の特性を有するシンクロトロン放射光が得られなくなるという問題があった。
【０００４】
かかる問題を解決するためにキャンセルバネ（補償バネ：compensation spring）機構を設けた構成が下記特許文献１に開示されている。上記の磁石支持体は連結ビームに対して垂直方向の機構（連結軸）を介して連結されており、連結ビームを垂直方向に移動させることでギャップの大きさを変更する。一方、キャンセルバネ機構も連結部を介して連結ビームに連結される。
【０００５】
下記特許文献１の図３を見ても理解されるように、複数の連結軸の間に、キャンセルバネ機構の連結部が配置されている。これは、両者が物理的に干渉するためである。従って、連結軸の配置が決まってしまうと、必然的に連結部およびキャンセルバネ機構の配置もほぼ決まってしまうことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２０１８／１４３２５３Ａ１
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Winick, Herman; George Brown; Klaus Halbach; John Harris (May 1981). "Synchrotron Radiation Wiggler and Undulator Magnets”  Physics Today, May 1981, Volume 34, Issue 5, pp. 50- 63
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の構成を有する挿入光源において、本発明者らは、連結軸の配置に対して、最適なキャンセルバネ機構の配置がシミュレーションにより求められることを見出した。すなわち、連結ビームの長さや連結軸の取り付け位置、配置するキャンセルバネ機構の個数等により、連結ビームの変形を最も抑制できる最適なキャンセルバネ機構の位置があることが分かった。
【０００９】
しかしながら、前述のように、連結軸が配置される箇所には連結部を配置することはできないため、連結軸の最適位置とキャンセルバネ機構の最適位置が競合することがある。そのため、キャンセルバネ機構を最適位置に配置することができず、連結ビームの変形を最小にすることができないという問題があった。
【００１０】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、キャンセルバネ機構の配置の最適化を図り、連結ビームの変形を最小化することが可能な挿入光源を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため本発明に係る挿入光源は、
多数の磁石が列状に配置される第１磁石列と、
この第１磁石列が取り付け支持される第１磁石支持体と、
多数の磁石が列状に配置されると共に、前記第１磁石列に対してギャップを介して向かい合う第２磁石列と、
この第２磁石列が取り付け支持される第２磁石支持体と、
前記ギャップの大きさを変更するため、前記第１磁石支持体及び／又は前記第２磁石支持体を磁石列が向かい合う方向に駆動するためのギャップ駆動機構と、
前記第１磁石支持体と一体的に連結された第１連結ビームと、
前記第２磁石支持体と一体的に連結された第２連結ビームと、
前記第１連結ビームと前記第２連結ビームの少なくとも一方と、前記ギャップ駆動機構とを連結するための駆動連動機構と、
第１磁石列と第２磁石列間に作用する吸引力をキャンセルする方向に作用するキャンセルバネ機構と、
キャンセルバネ機構と前記連結ビームを連結するためのバネ連動機構と、を備え、
前記バネ連動機構は、前記第１連結ビーム、第２連結ビームのいずれか一方と一対の第１連結部を介して連結される第１補助フレームと、
前記第１連結ビーム、第２連結ビームのいずれか他方と一対の第２連結部を介して連結される第２補助フレームと、
前記第１補助フレームに取り付けられる第１バネ支持フレームと、
前記第２補助フレームに取り付けられる第２バネ支持フレームと、
これら第１バネ支持フレームと第２バネ支持フレームの前記磁石列が向かい合う方向の相対移動をガイドするためのガイド機構と、を備え、
前記第１バネ支持フレームと第２バネ支持フレームの双方に前記キャンセルバネ機構が取り付けられており、前記ギャップの大きさを変更したときに、前記第１バネ支持フレームと第２バネ支持フレームの磁石列が向かい合う方向の相対移動を許容することでキャンセルバネ機構が動作するように構成され、
前記第１補助フレームは、前記一対の第１連結部の間に、前記第１磁石支持体と前記第１連結ビームとを連結するための機構を配置可能であり、
前記第２補助フレームは、前記一対の第２連結部の間に、前記第２磁石支持体と前記第２連結ビームとを連結するための機構を配置可能であることを特徴とするものである。
【００１２】
この構成による挿入光源の作用・効果は以下の通りである。第１磁石支持体は第１連結ビームに一体的に連結され、第２磁石支持体は第２連結ビームに一体的に連結される。ギャップ駆動機構は、第１連結ビームと第２連結ビームの少なくとも一方を駆動することで、ギャップの大きさを変更する。一方、バネ連動機構は、第１バネ支持フレームと第２バネ支持フレームを有しており、それぞれ、第１補助フレームと第２補助フレームに取り付けられる。これら、第１補助フレームと第２補助フレームがそれぞれ一対の第１連結部と第２連結部を介して第１連結ビームと第２連結ビームに連結される。また、第１バネ支持フレームと第２バネ支持フレームはガイド機構により相対的に磁石列が向かい合う方向に移動できるようになっている。かかる構成にすることで、キャンセルバネ機構の動作により生ずるモーメントをガイド機構で受け止めるようにすることができ、第１・第２連結部を介してのギャップ駆動機構への影響を抑制することができる。これにより、キャンセルバネの動作が精密なギャップ駆動に影響を与えないようにすることができる。
【００１３】
さらに、前記第１補助フレームと第２補助フレームは、前記磁石支持体と前記連結ビームとを連結するための機構を配置可能な空間を確保できるようになっている。これにより、キャンセルバネ機構を上記空間以外の場所に配置可能になり、最適なキャンセルバネ機構の配置を実現可能になる。
【００１４】
なお、磁石列が向かい合う方向とは、磁石列が設置される態様に依存するものであり、例えば、垂直方向、水平方向、任意の傾斜方向が含まれる。また、磁石列が向かい合う方向の移動は、磁石列が接近する場合と遠ざかる場合の両方がある。
【００１５】
本発明において、前記第１補助フレームは、前後方向に延びる一対の第１前後プレートと、この一対の第１前後プレートを連結するための左右方向に延びる第１左右プレートとを備え、
前記第２補助フレームは、前後方向に延びる一対の第２前後プレートと、この一対の第２前後プレートを連結するための左右方向に延びる第２左右プレートとを備え、
前記一対の第１前後プレートが前記第１連結部を介して前記第１連結ビームに連結され、
前記一対の第２前後プレートが前記第２連結部を介して前記第２連結ビームに連結されることが好ましい。
【００１６】
かかる構成を有する補助フレームによれば、一対の前後プレートの間に、前記磁石支持体と前記連結ビームとを連結するための機構を配置することができる。また、左右プレートにバネ支持フレームを取り付けることができ、その取り付け位置として最適な位置を決めることができる。
【００１７】
本発明において、前記第１補助フレーム及び前記第２補助フレームは、平面視で門型形状を呈していることが好ましい。
【００１８】
門型形状を呈することで、磁石支持体と前記連結ビームとを連結するための機構を配置する空間を確保することができる。
【００１９】
本発明において、前記第１左右プレート及び前記第２左右プレートは、前記第１バネ支持フレームを取り付けるための取り付け穴と前記第２バネ支持フレームを取り付けるための取り付け穴の双方が形成されていることが好ましい。
【００２０】
これにより、第１左右プレートと第２左右プレートを共通の部材で製造することが可能になり、部材管理やコストダウンに資することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態に係る挿入光源の正面側の斜視図
【図２】本実施形態に係る挿入光源の背面側の斜視図
【図３】本実施形態に係る挿入光源の正面図
【図４】本実施形態に係る挿入光源の上方から見た平面図
【図５】本実施形態に係る挿入光源の側面図
【図６】図３のＡ−Ａ断面図
【図７】図３のＢ−Ｂ断面図
【図８】図３のＣ−Ｃ断面図
【図９】バネ連動機構の構成を示す正面側の斜視図
【図１０】バネ連動機構の構成を示す背面側の斜視図
【図１１】バネ連動機構の構成を示す側面図
【図１２】バネ連動機構の構成を示す背面図
【図１３】図１２のＦ−Ｆ断面図
【図１４】バネ連動機構の構成を示す上方から見た平面図
【図１５】図１２のＥ−Ｅ断面図
【図１６】図１１のＤ−Ｄ断面図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係る挿入光源の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る挿入光源の正面側の斜視図である。図２は、背面側の斜視図である。図３は、正面図である。図４は、上方から見た平面図である。図５は、右側から見た側面図である。図６は図３のＡ−Ａ断面図である。図７は、図３のＢ−Ｂ断面図である。図８は、図３のＣ−Ｃ断面図である。なお、以下の説明において、説明の便宜上、図３の紙面の左右方向を挿入光源の左右方向とし、それに直交する方向を前後方向であるとする。
【００２３】
図５に示すように、挿入光源は、多数の磁石が列状に配置される第１磁石列Ｍ１と、同じく多数の磁石が列状に配置される第２磁石列Ｍ２がギャップδを介して向かい合っている。このギャップ空間を電子ビームが通過する。なお、磁石列としては、例えば、特許文献１に挙げたもののほか、特開２００１−１４３８９９号公報や特開２０１４−１３６５８号公報に開示されるものなど、種々の構成例が考えられる。従って、特定の磁石の配置に限定されるものではない。
【００２４】
第１磁石列Ｍ１は、第１磁石支持体１により支持され、第２磁石列Ｍ２は、第２磁石支持体２により支持される。例えば、第１磁石列Ｍ１を構成する個々の磁石が第１磁石支持体１に対してボルト等により結合される。第２磁石列Ｍ２も同様である。
【００２５】
また、第１磁石列Ｍ１と第２磁石列Ｍ２の磁石列が向かい合う方向は垂直方向であるが、挿入光源としては、上記に限定されるものではなく、水平方向や傾斜方向、また、複数の方向の組み合わせを有していてもよい。
【００２６】
なお、真空槽３は、支持体６００によりベース１０の上に支持されている。図５にも示すように、支持体６００の上には支持部材６１０が設けられており、真空槽３の下部を受け止めている。支持体６００、支持部材６１０、真空槽３は、不図示の機械的手段（例えば、ボルトナット）により結合されている。また、支持体６００もベース１０に対して適宜の機械的手段（例えば、ボルトナット）により結合されている。
【００２７】
第１磁石支持体１の上部には、連結軸１００が取り付けられ、連結軸１００の上端は連結プレート１０１に連結されている。図３に示すように、連結軸１００は、左右方向に沿って１４個配置され、連結プレート１０１も同じく１４個配置される。図５等に示すように連結軸１００は正面側から見て前後方向に沿って２個配置され、この２個の連結軸１００が１個の連結プレート１０１により連結される。すなわち、図３と図５により示す例では、連結軸１００は合計２８個配置され、この２８個の連結軸１００が２個ずつ、１４個の連結プレート１０１により連結される。
【００２８】
連結軸１００が配置された上方には第１連結ビーム１０３が配置される。第１連結ビーム１０３と連結プレート１０１は、リニアガイド等の磁石支持体ガイド機構１０２により連結される。これは、第１磁石支持体１が熱膨張で水平方向に長さが変化したときに、その変化を吸収するために設けている。従って、熱膨張の影響がギャップ駆動機構や駆動連動機構に及ばないようにしている。以上のように、第１磁石支持体１と第１連結ビーム１０３は、一体的に連結されている。第１連結ビーム１０３が垂直方向（磁石列が向かい合う方向の一例：以下も同様）に移動すれば、それに連動して第１磁石支持体１も一体的に垂直方向に移動する。垂直方向の移動量は同じになる。なお、第１連結ビーム１０３と第１磁石支持体１を一体的に連結させる機構は上記に限定されるものではなく、種々の変形例が適用可能である。
【００２９】
第２磁石支持体２も連結軸２００、連結プレート２０１、磁石支持体ガイド機構２０２を介して第２連結ビーム２０３と一体的に連結されている。その構成は、第１連結ビーム１０３の場合と同じであるので説明は省略する。以下の説明に関しても同様である。
【００３０】
図１に示すように、第１連結ビーム１０３は、左右方向に沿って伸びる直方体形状を有した本体フレーム１０３ａを有している。さらに、本体フレーム１０３ａの後方側に２か所支持フレーム１０３ｂが連結されており、正面側から見て前後方向に沿って伸びている。
【００３１】
＜ギャップ駆動機構＞
挿入光源の後方上部に前述のギャップδの大きさを変更するためのギャップ駆動機構５０が設けられている。ギャップ駆動機構５０は、フレーム５００を介してベース１０の上に設置されている。図２に示すように、フレーム５００は、水平方向の断面が矩形の直方体形状を有しており、２本設けられている。フレーム５００の上部に載置プレート５０１が設けられており、その上にギャップ駆動機構５０が載置される。
【００３２】
ギャップ駆動機構５０は、駆動モータ５１と、変換部５２，５３，５４を有している。変換部５２は、駆動伝達の方向を９０゜変換する。変換部５３は、駆動伝達の方向を変換するとともに左右に分岐して動力を伝達する。変換部５４は左右に一対設けられており、水平方向の駆動を垂直方向に変換する。具体的な構成は、傘歯車等の公知の機械要素により行われるものである。
【００３３】
変換部５４により垂直方向の駆動伝達に変換されるが、例えば、図８に示すように、垂直軸を有するボールネジ機構７を駆動する。ボールネジ機構７は、周知の構造であり、ねじ軸部７０とナット部７１により構成される。ねじ軸部７０の上下は軸受７０ａに支持されており、この軸受７０ａはフレーム５００に取り付けられている。ナット部７１は支持フレーム１０３ｂに取り付けられている。
【００３４】
ボールネジ機構７を駆動することで、ねじ軸部７０が回転してナット部７１が上下動することができる。したがって、第１連結ビーム１０３を垂直方向に移動させることができる。第１連結ビーム１０３を垂直方向に移動させるために支持フレーム１０３ｂが設けられている（図１、図８等参照）。正面側から見て支持フレーム１０３ｂの後方側は、２つのフレームガイド機構１０３ｃにより正面側から見てフレーム５００の前方側に取り付けされている。正面側から見て支持フレーム１０３ｂの前方側は、第１連結ビーム１０３に取り付けされる。
【００３５】
以上のように、フレームガイド機構１０３ｃと、変換部５４により駆動されるボールネジ機構７は、第１連結ビーム１０３とギャップ駆動機構５０とを連結するための駆動連動機構に相当する。駆動モータ５１を駆動することで、第１連結ビーム１０３を垂直方向に移動させることができ、第１磁石支持体１及び第１磁石列Ｍ１を垂直方向に移動させることができる。すなわち、ギャップδの大きさを変えることができる。
【００３６】
なお、下側に位置する第２連結ビーム２０３も同様に下側に配置されたギャップ駆動機構（不図示）により垂直方向に移動させることができ、その構成は基本的には第１連結ビーム１０３の場合と同じであるので説明は省略する。以上のような構成で第１連結ビーム１０３と第２連結ビーム２０３を垂直方向に移動させることでギャップδの大きさを変えることができる。第１連結ビーム１０３と第２連結ビーム２０３を互いに近づける方向に移動させるとギャップδは小さくなり、互いに遠ざける方向に移動させることでギャップδは大きくなる。
【００３７】
＜補償モジュール＞
次に、本発明に係る補償モジュールの好適な実施形態として、補償モジュール８を構成するキャンセルバネ機構４０とバネ連動機構３０のうち、まずバネ連動機構３０について図９〜図１５を中心に説明する。図９は、バネ連動機構３０の構成を示す正面側から見た斜視図である。図１０は、同じく背面側から見た斜視図である。図１１は、側面図である。図１２は、正面図である。図１３は、図１２のＦ−Ｆ断面図である。図１４は、平面図（上方から見た図）である。図１５は、図１２のＥ−Ｅ断面図である。図１６は、図１１のＤ−Ｄ断面図である。これらの図面は、補償モジュールを説明するための図面であり、それ以外の機構は、省略している。
【００３８】
バネ連動機構３０は、第１バネ支持フレーム３１と第２バネ支持フレーム３２により構成される。第２バネ支持フレーム３２は、一対の第２プレート部３２０を有しており、その厚みの方向は左右方向に対応する。第２プレート部３２０は、垂直方向にプレートを立てたような態様で設置される。第２プレート部３２０は、上部突出部３２０ａ、下部突出部３２０ｂ、これらの中央に形成される凹部３２０ｃを有している。図５にも示すように、凹部３２０ｃは、真空槽３が配置される空間を確保するための形状である。図９、図１１等に示すように、下部突出部３２０ｂと上部突出部３２０ａの磁石列側への突出量は同じである。
【００３９】
図９に示すように、一対の第２プレート部３２０は、軸状の間隔部材３２２を介してボルト３２１により結合されている。ボルト３２１は、下側に２カ所、上側に２カ所設けられている。間隔部材３２２の長さにより、一対の第２プレート部３２０の間隔が設定される。
【００４０】
図１０に示すように、一対の第２プレート部３２０の背面側（磁石列から遠い側）は、連結プレート３４（プレート結合部に相当）により一体的に連結されている。連結プレート３４と一対の第２プレート部３２０は、多数のボルト３２３により結合される。
【００４１】
第１バネ支持フレーム３１は、１つの第１プレート部３１０を有しており、垂直方向にプレートを立てたような態様で設置される。第１プレート部３１０の上部には上部突出部３１０ａが磁石列に近い側に設けられている（図１３参照）。この上部突出部３１０ａは、第２プレート部３２０の上部突出部３２０ａと同じ量だけ突出している。図１２からも分かるように第１プレート部３１０は、一対の第２プレート部３２０の間に挟まれるように配置されており、これらは所定の隙間を有した状態で配置される。第１プレート部３１０は、一対の第２プレート部３２０のちょうど真ん中に位置する。
【００４２】
図１３に示すように、下側の間隔部材３２２は、第１プレート部３１０と干渉しない位置に設けられている。上側の間隔部材３２２（２カ所）は、上下方向に長い長穴３１０ｂを形成することで、第１プレート部３１０と干渉しないようにしている。穴を長穴３１０ｂにしているのは、後述するように、第１プレート部３１０と第２プレート部３２０の相対的な上下移動を許容するためである。
【００４３】
図１３に示すように、磁石列に遠い側となる第１プレート部３１０の後方側には、載置プレート３５が配置され、この載置プレート３５と連結プレート３４との間にガイド機構３６が配置される。載置プレート３５と、第１プレート部３１０とは、多数のボルト３５０により結合されている。なお、以下の説明では他の部分に設置されるガイド機構と区別してわかりやすくするためにこのガイド機構３６を垂直ガイド機構３６と称する。ただしガイド機構３６が垂直方向に設置されることに限定することを意味するものではない。
【００４４】
垂直ガイド機構３６は、例えば、リニアガイドを用いることができ、そのガイドレール３６０が連結プレート３４に配置され、ガイドブロック３６１が第１プレート部３１０に配置される（図１３、図１５参照）。なお、ガイドレールとガイドブロックの配置は逆にしてもよい。垂直ガイド機構３６は、リニアガイド以外のガイド機構を用いてもよい。垂直ガイド機構３６は、第１バネ支持フレーム３１と第２バネ支持フレーム３２の垂直（磁石列が向かい合う）方向の相対移動をガイドするためのガイド機構に相当する。
【００４５】
以上のように構成することで、第１バネ支持フレーム３１を第２バネ支持フレーム３２に対して垂直方向に相対的に移動させることができる。
【００４６】
第２プレート部３２０の上端面にはバネ載置部３２０ｄが設けられている。また、第１プレート部３１０の上端部には圧縮力作用部３１０ｂが設けられている。圧縮力作用部３１０ｂは水平面を有するプレート状に形成されている。バネ載置部３２０ｄと圧縮力作用部３１０ｂの間にキャンセルバネ４２が配置される。したがって、圧縮力作用部３１０ｂもバネ載置部として機能する。
【００４７】
図９を用いてバネ連動機構３０とともに補償モジュール８を構成するキャンセルバネ機構４０について説明する。バネ載置部３２０ｄの上面にはバネ設置プレート４１が設けられている。このバネ設置プレート４１の上に多数のキャンセルバネ４２が設置される。キャンセルバネ４２は、正面側から見て前後方向に６個配置される。なお、この配置個数は適宜設定することができる。図４の上方から見た平面図に示すように、補償モジュール８（バネ連動機構３０及びキャンセルバネ機構４０）は、左右方向（電子ビームの進行方向）に４か所配置される。なお、この配置個数は挿入光源の左右方向の長さに応じて適宜設定することができる。１か所のキャンセルバネ機構４０に関して、キャンセルバネ４２は２列（第２プレート部３２０が一対あるため）に配列されており、合計１２個が配置される。
【００４８】
キャンセルバネ４２は、圧縮コイルバネが用いられる。キャンセルバネ４２の下端部はバネ設置プレート４１の上に載置される。キャンセルバネ４２の上端部には、プッシャー４３が配置される。プッシャー４３は、押圧部４３ａとボルト部４３ｂが一体形成されている。押圧部４３ａがキャンセルバネ４２の上端部を押圧するように構成される。ボルト部４３ｂにより、プッシャー４３を圧縮力作用部３１０ｂに締結することができる。ナット４４によりプッシャー４３を位置決め固定することができる。プッシャー４３により、個々のキャンセルバネ４２の初期圧縮量を調整することができる。なお、圧縮力作用部３１０ｂは、６カ所のボルト３１０ｄにより第１プレート部３１０の上端面に結合されている。
【００４９】
次に、バネ連動機構３０と第１・第２連結ビーム１０３，２０３との連結構造について説明する。図９に示すように、第１バネ支持フレーム３１は、上側にある第１補助フレーム９１に取り付けられ、第２バネ支持フレーム３２は、下側にある第２補助フレーム９２に取り付けられる。すなわち、第１・第２バネ支持フレーム３１，３２は、直接第１・第２連結ビーム１０３，２０３に取り付けられるのではなく、第１・第２補助フレーム９１，９２を介して取り付けられる。なお、第１補助フレーム９１と第２補助フレーム９２の基本構造は同じであるので、第１補助フレーム９１を主に説明する。
【００５０】
第１補助フレーム９１は、第１左右プレート９１０と一対の第１前後プレート９１１により構成される。第１左右プレート９１０の左右端部において一対の第１前後プレート９１１がボルト９１２（図１０参照）により結合される。これらのプレートが結合された状態で、上方からの平面視で門型形状を呈している。これにより、一対の第１前後プレート９１１の間に空間が形成される。第２補助フレーム９２も同様に、第２左右プレート９２０と一対の第２前後プレート９２１により構成される。
【００５１】
第１左右プレート９１０には、上下方向に５つの穴が形成された穴列が左右方向に３列形成される。なお、穴の個数や穴列の数等はこの実施形態に限定されるものではない。図１２に示すように、第１バネ支持フレーム３１の第１プレート部３１０は、３列の穴列のうち真ん中の穴列を利用してボルト９１３（図１２参照）により第１左右プレート９１０に結合される。
【００５２】
また、第２バネ支持フレーム３２の第２プレート部３２０は、３列の穴列の内の左右の穴列を利用してボルト９２３（図１２参照）により結合される。従って、第１左右プレート９１０と第２左右プレート９２０は、同じ部材を用いることができる。
【００５３】
第１補助フレーム９１を第１連結ビーム１０３に結合するために、一対の第１連結部９１Ａが設けられる。第１連結部９１Ａは、左右一対の第１前後プレート９１１の先端部に設けられている。第１連結部９１Ａは、連結部材９１４と連結軸９１５を備えている。連結部材９１４は、軸穴部９１４ａ（図１０参照）と平面部９１４ｂが一体形成されている。平面部９１４ｂが第１連結ビーム１０３の下面側からボルト９１６により連結される。
【００５４】
図１６に示すように、連結軸９１５は、第１前後プレート９１１に形成された穴９１１ａに摺動を許容するように挿入される。連結軸９１５の外径の大きさと連結部材９１４の穴９１４ｃの間には隙間が形成されるような嵌合である。連結軸９１５の下方にはボルト９１７が位置しており、ボルト９１７により連結部材９１４と連結軸９１５を固定するようにしている。第１前後プレート９１１は固定されず回転が許容される。
【００５５】
下側の第２補助フレーム９２を第２連結ビーム２０３に結合するために、一対の第２連結部９２Ａが設けられる。第２連結部９２Ａは、第２連結ビーム２０３の上側に位置する。第２連結部９２Ａの構成は、第１連結部９１Ａと同じであるので説明を省略する。
【００５６】
以上のような構成により、バネ連動機構３０と第１・第２連結ビーム１０３，２０３とが連結される。すなわち、キャンセルバネ機構４０と、第１磁石支持体１，第２磁石支持体２は、連結ビーム１０３，２０３等の種々の部材を介して、バネ連動機構３０により連結される。第１補助フレーム９１および第２補助フレーム９２は、それぞれ、第１連結ビーム１０３及び第２連結ビーム２０３に対して完全に固定されるのではなく、回転移動が許容される。
【００５７】
なお、図１〜図８では、補償モジュール８はいずれも磁石列の後方側（真空槽３に対してフレーム５００側）に設置されているが、補償モジュール８が設置される挿入光源の構成や必要とされるバネ力の大きさに応じて、前方側（真空槽３に対してフレーム５００の反対側）に設置してもよいし、真空槽３の両側に設置してもよい。
【００５８】
図５に示すように、第１磁石支持体１と第１連結ビーム１０３とを連結するための磁石／ビーム連結機構として、連結軸１００、連結プレート１０１、磁石支持体ガイド機構１０２などが備えられている。第２磁石支持体２と第２連結ビーム２０３を連結するための磁石／ビーム連結機構も同様である。
【００５９】
図３に示すように、第１連結部９１Ａと第２連結部９２Ａは、磁石／ビーム連結機構の間の空間に配置されている（図１４も参照）。しかしながら、キャンセルバネ機構４０は、その空間には配置されていない。仮に、補助フレームがない場合には、第１バネ支持フレーム３１と第２バネ支持フレーム３２を、隣接する磁石／ビーム連結機構の間に配置することになり、当然、キャンセルバネ機構４０もこの空間に配置することになる。しかしながら、磁石支持体の変形を最小にできるキャンセルバネ機構４０の配置が隣接する磁石／ビーム連結機構の間であるとは限らない。
【００６０】
本発明者らは、最適なキャンセルバネ機構４０の配置がシミュレーションにより求められることを見出した。すなわち、連結ビーム１０３，２０３の長さや連結軸１００，２００の取り付け位置、配置するキャンセルバネ機構４０の個数等により、連結ビーム１０３，２０３の変形を最も抑制できる最適なキャンセルバネ機構４０の位置があることが分かった。
【００６１】
しかしながら、前述のように、磁石／ビーム連結機構（連結軸１００，２００等）が配置される箇所には第１・第２連結部９１Ａ，９２Ａを配置することはできないため、連結軸１００，２００の最適位置と連結部９１Ａ，９２Ａの最適位置が競合することがある。そのため、従来においては、キャンセルバネ機構４０を最適位置に配置することができず、連結ビーム１０３，２０３の変形を最小にすることができないという問題があった。
【００６２】
しかしながら、本発明の構成によれば、キャンセルバネ機構４０の配置可能箇所に融通性がある。図１４に示すように、本実施形態では、連結軸１００のほぼ後ろにキャンセルバネ機構４０が配置されている。従って、補助フレームがなければ本来この箇所（正面視で連結軸１００と配置が競合する位置）にはキャンセルバネ機構４０を配置できないが、本発明の構成によれば、そのような配置が可能になる。
【００６３】
また、キャンセルバネ機構４０の取り付け個所は、図１４からも理解されるように、第１左右プレート９１０の幅Ｗの範囲内で変更可能である。第１・第２バネ支持フレーム３１，３２を取り付けるための穴列を最適な位置にあわせて設計変更すればよい。
【００６４】
＜ギャップ変更動作＞
ギャップδを変更するときの動作を図６〜図８を用いて説明する。ギャップ駆動機構５０により、第１連結ビーム１０３を下方に移動させるとともに、第２連結ビーム２０３を上方に移動させる。これにより、第１磁石支持体１と第１磁石列Ｍ１が下方に移動するとともに、第２磁石支持体２と第２磁石列Ｍ２が上方に移動する。これにより、第１磁石列Ｍ１と第２磁石列Ｍ２が接近しギャップδが小さくなる。それと同時に、磁石の吸引力も大きくなる。
【００６５】
また、第１連結ビーム１０３が下方に移動することで第１プレート部３１０が下方に移動するとともに、第２連結ビーム２０３が上方に移動することで第２プレート部３２０が上方に移動する。その結果、キャンセルバネ機構４０のキャンセルバネ４２が圧縮されていく。ギャップδが小さくなると磁石の吸引力も大きくなるが、それに連動してキャンセルバネ機構４０のバネ力も大きくなるように構成されている。吸引力が大きくなると磁石列が支持されている磁石支持体と一体的に連結された連結ビームが変形しようとする力が作用する。連結ビームが変形すると磁石支持体も変形し、ギャップδの大きさが電子ビーム方向である左右方向において一定でなくなるため、初期に設定した電子ビーム方向の磁界強度分布を保てなくなる。そこで、吸引力による連結ビームの変形を抑制するためにキャンセルバネ機構４０が設けられている。
【００６６】
キャンセルバネ４２の圧縮力の増大に伴い、第１連結部９１Ａと第２連結部９２Ａのそれぞれに方向が正反対のモーメントが作用する可能性が生じる。この両モーメントを垂直ガイド機構３６の部分で相殺するようにしている。したがって、第１・第２連結部９１Ａ，９２Ａには、それほど大きなモーメントは作用しない。また、本実施形態では、第１・第２連結部９１Ａ，９２Ａは、軸と嵌合穴による連結構造であるから、相殺誤差による残留モーメントが作用した場合でも、若干の軸と嵌合穴の相対回転によりモーメントが吸収される。したがって、キャンセルバネ機構４０がもたらすモーメントが、ギャップ駆動機構５０に悪影響を及ぼすことを抑制し、精密なギャップ駆動に影響を与えないようにすることができる。
【００６７】
また、本実施形態において、第１・第２連結部９１Ａ，９２Ａは、それぞれ第１連結ビーム１０３の下端部と第２連結ビーム２０３の上端部とに設けられている。すなわち、いずれも磁石列に近い側に設けられている。したがって、第１バネ支持フレーム３１と第２バネ支持フレーム３２が上下方向に大型化することを抑制することができる。さらに、キャンセルバネ機構４０は、真空槽３よりも正面側から見て後方側に設けており、真空槽３の正面側から見て前方側は開放されている。したがって、正面側から見て前方側から真空槽３や磁石列にアクセスする作業に邪魔になることがない。
【００６８】
なお、バネ連動機構３０を構成する各要素については、素材やその製法、部品をどのように構成するか、例えば、１部品で構成するのか、複数部品を組み合わせて構成するのかについては、適宜設定することができる。例えば、１つの部品で一体形成されていてもよいし、複数の部品をボルト等で繋いで形成してもよい。また、プレート部の構成についても同様であり、その形状が、完全なプレート（平板）に限定されるものではない。
【００６９】
本明細書において、図面に沿って部品の個数を説明している個所があるが、それらの個数は図面の個数に限定されず、適宜設定される。
【００７０】
＜別実施形態＞
本実施形態では、すべての補償モジュール８に関して補助フレームを用いて連結しているが、シミュレーション結果に応じて、補助フレームを用いる場合と補助フレームを用いない補償モジュール８が混在して配置されていてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
Ｍ１        第１磁石列
Ｍ２        第２磁石列
δ          ギャップ
１          第１磁石支持体
２          第２磁石支持体
３          真空槽
４          台座
１０        ベース  
１００      連結軸（磁石支持体連結軸）
１０１      連結プレート（磁石支持体連結プレート）
１０２      磁石支持体ガイド機構
１０３      第１連結ビーム
１０４      連結プレート（ビーム連結プレート）
１０５      連結軸（ビーム連結軸）
２００      連結軸（磁石支持体連結軸）
２０１      連結プレート（磁石支持体連結プレート）
２０２      磁石支持体ガイド機構
２０３      第２連結ビーム
２０４      連結プレート（ビーム連結プレート）
２０５      連結軸（ビーム連結軸）
３０        バネ連動機構
３１        第１バネ支持フレーム
３２        第２バネ支持フレーム
３３        連結ブロック
３３ａ      嵌合穴
３４        連結プレート
３６        ガイド機構（垂直ガイド機構）
３１０      第１プレート部
３１０ａ    上部突出部
３１０ｂ    下部突出部
３１０ｄ    バネ載置部
３１０ｅ    突出部
３１０ｆ    嵌合穴
３２０      第２プレート部
３２０ａ    上部突出部
３２０ｂ    圧縮力作用部
３２０ｅ    突出部
３２０ｆ    嵌合穴
４０        キャンセルバネ機構
４２        キャンセルバネ
４３        プッシャー
４３ａ      押圧部
５０        ギャップ駆動機構
６０        固定フレーム
６１        支持フレーム
６２        固定フレーム
７          ボールネジ機構
７０        ねじ軸部
７１        ナット部
８          補償モジュール
９１        第１補助フレーム
９１Ａ      第１連結部
９１０      第１左右プレート
９１１      第１前後プレート
９１４      連結部材
９１５      連結軸
９２        第２補助フレーム
９２Ａ      第２連結部
９２０      第２左右プレート
９２１      第２前後プレート
【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】
2020161240.tif 000016
【図１５】
2020161240.tif 000017
【図１６】
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