(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１極用の鉄心（以下、部分鉄心という。）を複数の打ち抜き鋼板（部分鉄心用の鋼板を以下、分割鋼板という。）を積層して構成し、該部分鉄心を複数個一体に連結して２ｎ極（ｎ≧１）の鉄心とし、該鉄心の両端に夫々端板を積層した鉄心積層型電磁石において、前記各部分鉄心の境界部分に突起部が形成されるようにそれぞれの前記分割鋼板が前記突起部を有し、隣り合う前記部分鉄心のそれぞれの前記突起部を間に挟んで配置された一対の当て板と、この一対の当て板を締め付けるボルトとを備え、
前記当て板は前記端板にのみ溶接されていることを特徴とする鉄心積層型電磁石。
【請求項２】
請求項１において、前記端板は打ち抜き鋼板を積層し接着材で一体化したものであることを特徴とする鉄心積層型電磁石。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記端板は打ち抜き鋼板と同一形状の非磁性材の板を積層し接着剤で一体化したものであることを特徴とした鉄心積層型電磁石。
【請求項４】
偏向電磁石と四極電磁石と六極電磁石と補正電磁石を備える加速器において、前記電磁石として請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の鉄心積層型電磁石を用いたことを特徴とする加速器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は鉄心積層型電磁石及びそれを用いた加速器に係り、特に、鉄心の変形による電磁石個体誤差を抑制するのに好適な鉄心積層型電磁石と加速器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、従来の加速器用鉄心積層型電磁石（四極電磁石の場合）の正面図（ａ）及び前部における側面図（ｂ）である。従来の加速器用鉄心積層型電磁石は、鋼帯をプレスで打ち抜いた多数の鋼板１５ｂを積層してその前端と後端に夫々端板３を積層することで積層鉄心１の本体を構成し、更に、側板１０を積層鉄心１の側面に当て、積層鉄心１及び端板３と側板１０を溶接した後、各積層鉄心１の側板１０間を鉄心一体化ボルト６を用いて締め付けることにより構成していた。
【０００３】
この場合、鉄心と側板の溶接部においては溶接時の熱変形により鉄心の形状が変化し、鉄心組立後では磁極間隔の組立精度が悪化することが問題となっていた。そこで従来は、積層鉄心と側板を溶接する部分にリップ構造等を採用し、鉄心の大幅な変形を抑える方法を主に採用してきた。しかしながら、熱変形による磁極寸法のずれは多少なりとも生じていたので、溶接部を削除するかまたは溶接部の残留応力を開放することにより、目的の磁極の組立精度を確保する調整を実施してきた。
【０００４】
また、従来の積層鉄心型電磁石において、側板の溶接とボルトを併用した一体化構造を採用していた主たる理由は、鋼板の積層方向の剛性を上げる必要があったためである。従来の電磁石は、磁極長が１ｍを越えるような大型のものが多く、また加速器特有の特徴として、電磁石をアライメントした後にビームが通る超高真空ダクトを磁極間に入れるため、鉄心を分割できるようにしておくことが必要である。この際、大型の積層鉄心では、剛性を有していないと再組立の再現性を確保できず、このため側板の溶接が必要となっている。
【０００５】
しかし、溶接箇所があると必然的に熱変形を避けることができないため、特開平６―１３２２１号公報記載の従来技術では、補強板の溶接作業を廃止し、補強板をテーパー形状を利用して積層鉄心側部にはめ込むようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
最近の加速器は、電磁石の小型化が要求されてきており、ビームの低エミッタンス化（ビームのサイズを小さくすること）を図ることによって、質のよいビームを利用できるようにすることが要望されている。例えば、放射光発生装置では、ビームの低エミッタンス化を図って放射光の輝度を上げ、短期間で精度のよい結果を得ることができるようにすることが強く要求されている。この低エミッタンス化に伴い、加速器用電磁石は、高強度で且つ各磁極間の空間に生ずる磁場の均一度を向上させることが必要となっている。上記要求を満足させるには、電磁石の磁極を高精度（数十μｍ）で組み立てる必要がある。
【０００７】
図１０に示す従来の様に、積層鉄心に側板を積層方向に渡って溶接していたのでは、溶接時の熱による鉄心の変形が生じ、電磁石組立後の磁極寸法にばらつきが生じ、上記精度で組み立てるには、調整作業に手間がかかってしまう。また、この調整作業は作業者個人の技量または手法に依存するところが大きく、作業者の個人差により電磁石の個体差を生じることになる。各電磁石間の個体差は、発生する磁場の偏差を生じる。
【０００８】
加速器においては、各電磁石を直列に接続して励磁する場合が多く、電磁石間の個体差はビームを安定に調整することに支障を与えるため、従来は、その調整のために、各電磁石に磁場補正コイルを設けるかまたは別途ビーム調整用の電磁石を設けていた。
【０００９】
また、上記特開平６―１３２２１号公報記載の従来技術では、補強板の溶接を廃止し、補強板をテーパー形状を利用して積層鉄心側部にはめ込む構成を採用しているが、補強に重点をおいているだけで、分割した磁極を如何にして高精度に組み立てるかについて配慮がない。このため、上述した電磁石の個体差を避けることができず、加速器組み立て時の電磁石の再組立の高精度化を図ることができない。
【００１０】
本発明の目的は、電磁石を高精度で再組立できて個体差が小さくなり、かつ鉄心の分解組立時における当て板の紛失を防止できる鉄心積層型電磁石とそれを用いた加速器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、少なくとも１極用の鉄心（以下、部分鉄心という。）を打ち抜き鋼板（部分鉄心用の鋼板を以下、分割鋼板という。）を積層して構成し、該部分鉄心を複数個一体に連結して２ｎ極（ｎ≧１）の鉄心とし、該鉄心の両端に夫々端板を積層した鉄心積層型電磁石において、前記各部分鉄心の境界部分に突起部が形成されるようにそれぞれの前記分割鋼板が前記突起部を有し、隣り合う前記部分鉄心のそれぞれの前記突起部を間に挟んで配置された一対の当て板と、この一対の当て板を締め付けるボルトとを備え、前記当て板は前記端板にのみ溶接されていることで、達成される。
【００１２】
【作用】
電磁石を部分鉄心毎に分解し、再度組み立てるとき、部分鉄心間の突起部を合わせ締め付けるだけで再組立できるようにしてあるため、打ち抜き鋼板の打ち抜き精度近くの高精度で電磁石を組み立てることができ、再組立時での個体差が小さくなる。また、当て板は前記端板にのみ溶接されているので、鉄心の分解組立時に当て板が紛失することを防止することができる。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る加速器用鉄心積層型電磁石の四極電磁石の場合の正面図（ａ）及び前部側面図（ｂ）である。図１の電磁石に用いる鋼板の打ち抜き形状を図５に示す。また、図６は、本発明実施例に係る電磁石の製作手順を示すフローチャートである。比較のために、図１１に従来の電磁石の製作手順を示すフローチャートを示す。以下、図１に示す電磁石を図６の製作手順に基づき説明する。
【００１４】
（１）無方向性電磁鋼帯（ＪＩＳ  Ｃ  ２５５２）、方向性けい素鋼帯（ＪＩＳ  Ｃ  ２５５３）、磁極用鋼板及び鋼帯（ＪＩＳ  Ｃ  ２５５５）等に規定されている鋼帯及び、２０μｍ以下の精度で製作した打ち抜き型治具をプレス機に取付け、鋼帯を圧延方向に対して１枚づつ打ち抜き、打抜き鋼板１５ａ及び打ち抜き鋼板１５ｂを製作する。
【００１５】
従来の例では、打ち抜き鋼板１５ａのみを製作するだけであるが、本実施例では打ち抜き鋼板１５ｂも製作する。これは打ち抜き型治具を多少改造するのみで対応できるため、量産時における経済性及び工程において両者の偏差は殆どない。小量の場合は、打ち抜き鋼板１５ａの突起部１００を切り落とすのみで打ち抜き鋼板１５ｂが製作できる。
【００１６】
（２）鋼板積層用治具上に多数の打ち抜き鋼板１５ａを積層し、ところどころに、複数枚の鋼板１５ｂを積層したものを介層して積層鉄心１とする。夫々の打ち抜き鋼板１５ａ，１５ｂの積層枚数を管理することにより、鉄心一体化ボルト６を取り付ける位置の鋼板として打抜き鋼板１５ｂを積層することができる。積層鉄心１は、積層方向に規定された厚さ分の打抜き鋼板１５ａ、１５ｂを積層した後、積層方向両端部に端板３を取り付ける。
【００１７】
従来の例（図１１）では、積層作業においても枚数管理を実施しており、量産時における経済性及び工程において両者の偏差は殆どない。
【００１８】
（３）積層治具上に一体となった積層鉄心１と端板３は、鉄心締付ボルト４を通して積層方向に均一に加圧を加える。加圧力は、鉄心締付ボルト４の締付トルクをトルクレンチを用いて管理することにより容易に得られる。
【００１９】
以上により積層鉄心１の一体化が図れたのであるが、さらに積層方向の鉄心の剛性を持たせ、当て板６を積層鉄心１に固定するために、あて板５と端板３とを溶接することもできる。この溶接は端板３とあて板５の溶接であるため、鋼板１５ａ，１５ｂが溶接により熱変形することはない。この溶接により、あて板５は鉄心と一体となり、鉄心の分解組立時に紛失することが無くなるとともに、鉄心締付ボルト６の伸びの経時変化を抑えることもできる。
【００２０】
従来の例（図１１）では、加圧プレス装置を製作する必要があること、及び側板１０の溶接作業を行う必要があるため、本実施例より経済性及び工程において劣る。
【００２１】
（４）積層鉄心１の積層厚のみの寸法測定を、ノギス等を用いて実施する。
従来の例（図１１）では、積層厚および磁極寸法を測定した後、積層鉄心と側板の溶接に伴う変形が生じているため溶接部を削除するかまたは溶接部の残留応力を開放させる修正作業を伴うため、本実施例より経済性及び工程において著しく劣る。修正作業は、規定寸法内に納まるまで調整が繰り返される。
【００２２】
（５）積層鉄心の各磁極にコイル２を入れて、コイルを鉄心に固定する。図１に示す四極電磁石の場合は、各磁極毎に分割する構造を採用したが、磁極及びコイルの形状の選び方によっては、２極分一体の構造（図９参照）を選択することもできる。この場合は、打抜き鋼板の形状が異なるのみであり、分割境界部分に突起部を設け、この突起部を利用して磁極を一体化する構成は同じである。
【００２３】
従来の例（図１１）では、本発明と同等であり経済性及び工程において両者の偏差はない。
【００２４】
（６）各磁極を組み立てて一体化するために当て板５を積層鉄心１の突起部に当てた後、鉄心一体化ボルト６を取り付け締め付ける。尚、各積層鉄心１の合わせ面には、４つの積層鉄心１の相対的な位置決めの役割を果たす１０μｍ程度の精度で製作したキー９を挿入する。電磁石のねじれ等が無いようにするために、鉄心一体化ボルト６の締付トルクをトルクレンチを用いて管理する。この時点で当て板５を積層鉄心１に固定するために、あて板５と端板３とを溶接することもできる。
【００２５】
従来の例（図１１）では、本実施例と同等の作業内容であり経済性及び工程において両者の偏差は殆どない。
【００２６】
（７）最終的に、電磁石の磁極寸法の測定をマイクロメータ等を用いて実施する。
従来の例（図１１）では、４つの積層鉄心１の組立後においても溶接変形の部分的な修正作業を行う場合があり、本実施例より経済性及び工程において多少劣る。
【００２７】
図３は、本発明の別実施例に係る電磁石の要部組立図である。本実施例では、積層鉄心１の積層方向を端板３および鉄心締付ボルト４を用いて締め付ける。但し、打ち抜き鋼板１５ｂのみを積層する。次に、積層鉄心１の外周部の４隅に夫々Ｌ字形の当て板５を当てた後、鉄心一体化ボルト６で隣接する当て板５を一体化する。当て板５の形状は、鉄心一体化ボルト６を締め付けた場合、締め付け力の合力が電磁石の中心を向くように設定する。
【００２８】
図４は、本発明の更に別実施例に係る電磁石の要部組立図である。積層鉄心１の積層方向を端板３および鉄心締付ボルト４を用いて締め付ける。次に、磁極分割境界部に外に行く程広がるテーパー状の突起部を持つ積層鉄心１に前記のテーパー形状にはめ合うテーパー状を持つ当て板５を積層方向から積層鉄心１のテーパー状突起部に挿入した後、鉄心一体化ボルト６を締め付ける。この締め付けで、当て板５が鉄心から離れる方向に離間すると、当て板５のテーパー形状部が磁極分割境界部の両突起部を締め付け、両者が一体化する。
【００２９】
図７は、本発明の更に別実施例に係る電磁石の組立図である。積層鉄心１の積層方向を端板３および鉄心締付ボルト４を用いて締め付ける。次に、帯状の薄板１６を用いて鉄心を一体化する。帯状の薄板１６は、積層方法に数カ所締め付ける。帯状の薄板１６は、ＳＵＳバンドや接着剤付きのテープ等の非磁性材料を用いることもできる。非磁性材料を用いることにより、積層方向の帯状の薄板による磁性体の偏差が無くなり、磁場性能が向上する。
【００３０】
尚、上述した実施例では、端板として特別に製作したものを使用したが、図８に示す様に、端板３に変えて、打ち抜き鋼板１５ａ叉は１５ｂを１０〜２０ｍｍの端板相当の厚さまで積層し接着材で一体化させたものを端板３として使用することもできる。接着剤は、鋼帯に熱硬化型の樹脂をコーティングされているものがあり、それを採用することもできる。これにより、特別に製作した端板３が不要となり、電磁石の積層方向の長さが小さくなると共に、電磁石の小型化が図れる。
【００３１】
この端板３の材質にＳＵＳ薄板等の非磁性材を用いることもできる。非磁性材の薄板は、打ち抜き鋼板１５ａ，１５ｂと同様に打ち抜いたものを使用してもよいし、積層方向の加圧力が均等にかかるものであれば別形状でもかまわない。
【００３２】
尚、締め付けボルトの本数及び締め付け位置は変更してもよい。また、上記説明では、単独で実施する場合について述べたが、いずれかの組み合わせで実施しても同様の効果が得られる。
【００３３】
図２は、加速器の平面図である。この加速器では、ビーム入射系２００から、偏向電磁石１１，四極電磁石１２，六極電磁石１３，補正電磁石１４等の電磁石を一定の間隔で周期的に並べて構成された円形加速器に入射し、このビームを周回する毎に加速して、出射系から取り出す様に構成されている。尚、放射光を取り出す場合には、偏向電磁石部分で急激に進行方向を曲げられたビームから発する放射光を取り出す装置を設ける。この加速器において、上述した鉄心積層型電磁石を適用することにより、各電磁石の再組立の際に生じる誤差が小さくなるので、従来必要とされている磁場補正用コイル及びビーム調整用の補正電磁石１４の仕様を低減でき又は削減でき、しかも、良質のビームや放射光が得られる。尚、補正電磁石１４の種類は、一般に２ｎ極（ｎ≧１）の電磁石に対して適用され、ここでは限定するものではない。
【００３４】
以上は、リング系加速器について述べたが、本発明は、この加速器に適用できる他、他の加速器にも一般に適用可能である。例えば、荷電粒子群を取り扱う線形加速器用電磁石、ビーム輸送系用電磁石、リング系用電磁石等を有する放射光発生装置、医療専用加速器、物理学実験用大型加速器等の加速器に適用される他、電子顕微鏡装置や半導体の製造装置等のビームをハンドリングする装置に使用される電磁石にも適用可能である。
【００３５】
以上に述べた各実施例によれば、以下の効果が得られる。
１）各磁極が数十μｍ程度の高精度の組立が可能となり、各磁極間に発生する磁場の均一性が向上する。従って、これを加速器に適用した場合、ビーム性能を向上させることができる。
２）鉄心に直接溶接を施さないため磁極の溶接による変形等が無くなり製作過程における磁極間隔の調整作業が省略でき、従来に比べて製作工程を短縮でき、経済性にも優れる。
３）容易に積層鉄心の組立が可能であり、従来に比べて製作工程を短縮でき、経済性にも優れる。
４）量産の際に問題となる電磁石間の個体差が低減でき、ビーム調整用電磁石または、各電磁石に設ける補正コイルの性能を低減または削減することができ、経済性、操作性、安定性等に優れた加速器を提供できる。
【発明の効果】
本発明によれば、電磁石を高精度で再組立できて個体差が小さくなり、鉄心の分解組立時における当て板の紛失を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る電磁石の正面図（ａ）と前部側面図（ｂ）である。
【図２】本発明の一実施例に係る加速器の平面図である。
【図３】本発明の別実施例に係る電磁石の要部組立図である。
【図４】本発明の更に別の実施例に係る電磁石の要部組立図である。
【図５】図１に示す電磁石で積層する鋼板の２種類の打ち抜き図である。
【図６】図１に示す電磁石の製作手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の更に別実施例に係る電磁石の正面図である。
【図８】端板の別実施例の説明図である。
【図９】本発明の更に別実施例に係る電磁石の正面図である。
【図１０】従来の電磁石の正面図（ａ）と前部側面図（ｂ）である。
【図１１】従来の電磁石の製作手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…積層鉄心、２…コイル、３…端板、４…鉄心締付ボルト、５…あて板、６…鉄心一体化ボルト、７…据付基準面、８…架台、９…キー、１０…側板、１１…偏向電磁石、１２…四極電磁石、１３…六極電磁石、１４…補正電磁石、１５ａ…打ち抜き鋼板、１５ｂ…打ち抜き鋼板、１６…帯板、１００…突起部。
【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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