(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構成で、真空容器内の対象物を保持する駆動軸の熱伸びの影響を低減して真空容器内の対象物を高精度で位置決めすることのできる往復動機構を備えた真空装置を提供すること。【解決手段】遮へい体３の内部に、駆動軸６に面して空間部が形成され、該空間部に駆動軸の移動を案内する案内装置７が配設され、該案内装置に駆動軸の移動を停止させる機械的なストッパー６９を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を内部に配設する真空容器と、該真空容器内に配設した遮へい体と、該遮へい体を貫通し、一方端が前記対象物に連結された駆動軸と、該駆動軸の他方端が連結され、前記真空容器の外部に配置され、前記駆動軸を往復動駆動する駆動装置と、を備えた真空装置において、
前記遮へい体の内部に、前記駆動軸に面して空間部が形成され、該空間部に前記駆動軸の移動を案内する案内装置が配設され、該案内装置に前記駆動軸の移動を停止させる機械的なストッパーを設けたこと
を特徴とする真空装置。
【請求項２】
請求項１において、前記案内装置は、前記駆動軸に対峙する案内子を備えたリニアガイド装置であり、前記案内子は、前記空間部の端面に接触することによって停止し、これに伴って前記駆動軸の移動を機械的に停止させることを特徴とする真空装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記駆動軸の移動量を検出するリミットスイッチを有し、該リミットスイッチは予め定めた移動量を検出したときに、該駆動軸の移動速度を低速する制御信号を前記駆動装置に伝達することを特徴とする真空装置。
【請求項４】
対象物を内部に配設する真空容器と、該真空容器内に配設した遮へい体と、該遮へい体を貫通し、一方端が前記対象物に連結された駆動軸と、該駆動軸の他方端が連結され、前記真空容器の外部に配置され、前記駆動軸を往復動駆動する駆動装置と、を備えた真空装置において、
前記遮へい体の内部に、前記駆動軸に面して空間部が形成され、該空間部に前記駆動軸の移動を案内する案内装置が配設され、該案内装置に前記駆動軸の移動を停止させる機械的なストッパーを設け、一方端を自由端とし、他方端は前記駆動装置に軸方向の伸びを許容して連結されること
を特徴とする真空装置。
【請求項５】
請求項４において、自由端である一方端に連結された対象物の位置は前記ストッパーによって停止された位置からの距離によって設定されていることを特徴とする真空装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空容器内において対象物を保持する駆動軸を移動させる往復動機構を備えた真空装置に関する。この種の真空装置は、特に、大強度加速器装置や核融合装置のように、真空容器内の真空雰囲気中に遮へい体を内蔵し、遮へい体を貫通して対象物の往復動を行う装置に適している。
【背景技術】
【０００２】
このような真空装置の例として、下記非特許文献１に、真空容器の中に配置されている二次粒子発生用ターゲット装置の例が記載されている。
【０００３】
非特許文献１に示されている二次粒子発生用ターゲット装置では、二次粒子を取り出すためにビーム通過領域に対象物であるターゲットを挿入し、ビームにターゲットを衝突させて二次粒子を取り出す。二次粒子の取り出しが不要な時には、通過するビームに影響を与えないようにターゲットをビーム通過領域から退避させる。そのため、ターゲットには、真空容器の外部まで導出された駆動軸が取り付けられており、駆動軸を軸方向に往復駆動することにより、ターゲットを移動させることができる。真空容器外側の駆動装置と真空容器との間には、気密機構としてベローズなどが取り付けられ、真空容器の気密性が保たれている。
【０００４】
ビーム強度、即ち、エネルギーや電流値が大きくなるとターゲットに衝突して発生する二次粒子の量が増え、利用できる二次粒子の強度を増すと同時に利用できない二次粒子の発生量も増える。そのため、二次粒子発生用ターゲット装置の周辺には不要な二次粒子を止めると共に、二次粒子を止める際に発生するγ線などの放射線に対する遮へい体が周囲に配置される。二次粒子発生用ターゲット装置とその周囲に配置された遮へい体との間の空間は、漏れ出る放射線量を少なくするためにできるだけ小さくする必要があるため、遮へい体は真空容器の内部に収納されている。ターゲットを駆動する駆動軸はこの遮へい体を通って往復動することになるが、ビーム中心に対するターゲットの設置位置精度を確保するために、遮へい体を真空容器内に精度良く設置し、その遮へい体にターゲットの駆動軸をリニアガイド機構により移動可能に取り付け固定している。
【０００５】
また、特許文献１には真空容器に真空フランジを連結するための加工時の誤差や真空力による真空容器の変形などにより発生する真空フランジの位置ずれや傾きを吸収するための軸ずれ補正機構が記されている。
【０００６】
【特許文献１】特願２００５−１０４０６２「往復動機構を備えた真空装置」
【非特許文献１】KEK Proceedings 2004-2 「第２回  ミュオン科学実験検討委員会  発表資料集」  第１０３、１２５頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、駆動装置と駆動対象物間の距離が長くなるほど、熱が加わったときの熱伸び差で対象物が目標保持位置からずれてしまうという問題がある。例えば、遮へい体を貫通する装置の場合、駆動軸の全長が2mを超える場合がある。駆動軸や真空容器、遮へい体などがステンレス鋼で構成され、駆動軸と真空容器・遮へい体との間にビームにより３０℃の温度差が生じた場合、熱伸び差により駆動対象物は保持位置から約1mmずれてしまう。二次粒子発生用ターゲットの場合、この熱伸びによって  ターゲット位置が指定精度内から大きく外れるようなことがあると、発生する二次粒子の変質などが生じ、要求性能を満足できなくなる。
【０００８】
前記のように駆動対象物を高精度で位置決めするような場合、特に駆動機構に熱負荷が掛かるような場合、熱伸びの影響を低減させるためには対象物を保持する駆動軸を線膨張係数の低い材料に変えればよいが、非特許文献１に示されている二次粒子発生用ターゲット装置の場合には、γ線などの放射線によって材料が放射化されるという問題がある。また、駆動軸の温度を上げないように冷却構造を設ければよいが、真空容器内の駆動軸に冷却構造を設けると、構造が複雑になり、コストが高くなるという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、簡単な構成で、真空容器内の対象物を保持する駆動軸の熱伸びの影響を低減して真空容器内の対象物を高精度で位置決めすることのできる往復動機構を備えた真空装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、対象物を内部に配設する真空容器と、該真空容器内に配設した遮へい体と、該遮へい体を貫通し、一方端が前記対象物に連結された駆動軸と、該駆動軸の他方端が連結され、前記真空容器の外部に配置され、前記駆動軸を往復動駆動する駆動装置と、を備えた真空装置において、
前記遮へい体の内部に、前記駆動軸に面して空間部が形成され、該空間部に前記駆動軸の移動を案内する案内装置が配設され、該案内装置に前記駆動軸の移動を停止させる機械的なストッパーを設けたこと
を特徴とする真空装置を提供する。
【００１１】
上記の真空装置において、前記案内装置は、前記駆動軸に対峙する案内子を備えたリニアガイド装置であり、前記案内子は、前記空間部の端面に接触することによって停止し、これに伴って前記駆動軸の移動を機械的に停止させることを特徴としている。
【００１２】
上記の真空装置において、前記駆動軸の移動量を検出するリミットスイッチを有し、該リミットスイッチは予め定めた移動量を検出したときに、該駆動軸の移動速度を低速する制御信号を前記駆動装置に伝達することを特徴としている。
【００１３】
また、本発明は、対象物を内部に配設する真空容器と、該真空容器内に配設した遮へい体と、該遮へい体を貫通し、一方端が前記対象物に連結された駆動軸と、該駆動軸の他方端が連結され、前記真空容器の外部に配置され、前記駆動軸を往復動駆動する駆動装置と、を備えた真空装置において、
前記遮へい体の内部に、前記駆動軸に面して空間部が形成され、該空間部に前記駆動軸の移動を案内する案内装置が配設され、該案内装置に前記駆動軸の移動を停止させる機械的なストッパーを設け、一方端を自由端とし、他方端は前記駆動装置に軸方向の伸びを許容して連結されること
を特徴とする真空装置を提供する。
【００１４】
上述の真空装置において、自由端である一方端に連結された対象物の位置は前記ストッパーによって停止された位置からの距離によって設定されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成において、対象物を保持した駆動軸は機械的ストッパー位置で自重と真空力によって抑えられて固定される。また、真空容器外部に配置した駆動装置は高さ方向にフリーな保持構造とすることで該駆動装置から機械的ストッパー間の熱伸びは開放される。また、機械的なストッパー位置の手前に配置したリミットスイッチ作動後は低速駆動とすることで、機械的なストッパー位置で停止するときの衝撃力を小さくし、駆動装置へのストレスを小さくすることができる。
【００１６】
このようにすることで、機械的ストッパー位置で駆動停止させた位置を原点に取り、そこからモータを有する駆動装置を用いて原点以外でも位置決めできるようになる。さらに熱負荷が加わるような場合、真空容器内部の対象物に及ぼす熱伸びの影響を機械的なストッパーから対象物までの長さに限定することができ、駆動軸全長が熱伸びする場合と比較して位置決め精度への影響を低減することができる。
【００１７】
また、駆動軸の材質を変えたり、真空容器内部の構成を変えたりしなくても良くなり、信頼性が向上し、部品点数を増やすことがないためコストの上昇を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
前記の目的を達成するために、真空容器内の対象物に対して真空容器外部に配置した駆動装置によって往復動を行う真空装置であって、真空容器内の対象物を固定した駆動軸は該駆動軸を滑らかに上下動させるためのリニアガイド装置（リニアガイド機構）を介して遮へい体に案内され、リニアガイド装置は真空容器内の対象物を目標とする保持位置に近い位置で機械的なストッパーを用いて駆動停止させる。駆動装置としてモータを用いると、機械的ストッパー以外の位置でも位置決めすることが可能となる。
【００１９】
駆動軸が鉛直な場合、真空容器外部の駆動装置は電磁ブレーキを解除すると高さ方向にフリーとなる保持構造とする。
【００２０】
また、機械的なストッパーの位置の手前にリミットスイッチを配置し、リミットスイッチ作動後は低速駆動とする制御機構を有するものとする。
【実施例１】
【００２１】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本実施例の構成を示す図である。図１において、真空装置１００は、対象物であるターゲット４を内部に配設する真空容器２、真空容器２内に室の長手方向に配設され位置決め機構８を介して固定された柱状の遮へい体３、この遮へい体３に設けた貫通孔３１を貫通して設けられ、一方端がターゲット４が連結された駆動軸６、駆動軸６の他方端が連結され、真空容器２の外部に配置した駆動装置９、遮へい体３に位置決め機構１６によって位置決めされて、すなわち駆動装置９の軸心と駆動軸６の軸心とを軸心合せをするようにして気密に取りつけた第１の真空フランジ１４と、真空フランジ１４の上方の真空容器外にあって、駆動軸６が気密部３２を介して貫通し、固定され、駆動装置９によって駆動される第２の真空フランジ１１と、第１の真空フランジ１４と第２のフランジ１４との間に設けられて駆動軸６の往復のストローク中の気密を保持し、真空容器外に設けられた第１のベローズ１２と、真空容器と第１の真空フランジ１４の間であって真空容器外に設けられ、駆動装置９の軸心と駆動軸６の軸心合せに伴なって軸心方向に対して直角方向に発生した力、すなわち軸心のズレや傾きを吸収する第２のベローズ１７を備える。
【００２３】
第１の真空フランジ１４と真空容器２との間には第３の真空フランジ１３となる真空容器側取り合い真空フランジとこの上面に載置される第４の真空フランジ１５とが設けられ、第２のベローズ１７は第１の真空フランジ１４と第４の真空フランジ１５との間に設けられ、したがって第１の真空フランジ１４と真空容器２との間に設けられることになる。
【００２４】
第３の真空フランジ１３は真空容器２の上面に設けられており、第４の真空フランジ１５は第３の真空フランジ１３の上面に締結される。第２のベローズ１７は第４の真空フランジ１５上に設けられているので第３の真空フランジ１３が傾いている場合に一方側（図では右側）がより多く圧縮された状態となり、軸心方向に対して直角方向に発生する力を吸収することになる。反対側は逆の作用となる。
【００２５】
駆動装置９は駆動装置保持機構としての保持手段機構１０に連結手段２５によって連結され、保持手段機構１０を介して第１のフランジ１４に取り付けられており、また駆動軸６は、遮へい体３の内部に形成した空間部３３に配設したリニアガイド装置７によって案内される形で駆動装置９に固く保持され、かつ矢印で示すように軸方向に移動可能とされる。駆動装置９は保持手段機構１０によって駆動軸６を矢印のように軸方向に移動させ、駆動軸６に連結されたターゲット４を含めた内部機構を軸方向に移動させる。
【００２６】
遮へい体３には、貫通孔３１に連通する形で駆動軸６側で開放された空間部３３が設けてあり、この空間部３３にはストッパー部６９を構成する案内子７０が配置される。案内子７０は駆動軸６に固定され、駆動軸６を案内する。この案内子７０は、空間部３３の端面、すなわち下端面７１に接触し、この上に担持される。案内子７０は、下端面に担持された時、駆動軸６の異なる下方への移動を停止させる機械的なストッパーとして作用する。このようにして空間部３３には駆動軸６を案内する案内装置、例えばリニアガイド装置７が配設され、リニアガイド機能によって案内子７０は案内され、これによって駆動軸６が案内される。このようにしてこの案内装置に、駆動軸６の移動を停止させる機械的なストッパーとしての案内子７０が設けられる。
【００２７】
ターゲット４は駆動軸６の自由端である一方の端に設けられ、駆動軸６の他端には駆動軸６を往復動させる駆動装置９が設けられるが、駆動軸６は熱によって伸張したときに、この駆動装置９内を高さ方向（軸方向）にフリーに伸張できるようにされる。この伸張可能な駆動構造は、駆動装置９に、例えばモータを使用することによって可能とされる。そして、該モータは高さ方向にフリーに上下動させる保持手段機構１０に連結される。
【００２８】
このように、駆動軸６はリニアガイド装置７によって遮へい体３内で案内保持され、上下に移動可能とされる。リニアガイド装置７は駆動軸６に対峙して設けられ、駆動軸６の移動を停止させる案内子７０を備え、駆動軸は、機械的なストッパーである案内子７０が空間部３３の下端面７１上に担持される時、停止され、この停止に伴ってこの位置に位置決めされる。
【００２９】
駆動装置９は、真空容器２の外部に配置され、高さ方向に保持手段機構１０によってフリーな移動体とされており、保持手段機構１０にはリミットスイッチ２４が設けられる。保持手段機構１０は、第２の真空フランジ１１に固定される。リミットスイッチ２４は、案内子７０が下端面７１に接触する手前で作動し、リミットスイッチ作動後には駆動軸６の下方への移動速度を低速にする制御装置が別途設けてある。従って、案内子７０が下端面７１に接触し、担持される場合には、駆動軸６の移動速度は低速となっている。このように案内子７０は、機械的なストッパーとして作用してターゲット４である駆動対象物の位置決め機構として機能する。
【００３０】
上記構成において、ターゲット４を保持した駆動軸６は機械的ストッパー位置で自重と真空力によって抑えられて固定される。また、真空容器外部に配置した駆動装置９は高さ方向にフリーな保持構造とすることで該駆動装置９から機械的ストッパー間の熱伸びは開放される。また、機械的なストッパー位置の手前に配置したリミットスイッチ作動後は低速駆動とすることで、機械的なストッパー位置で停止するときの衝撃力を小さくし、駆動装置９へのストレスを小さくすることができる。
【００３１】
このようにすることで、機械的ストッパー位置で駆動停止させた位置を原点に取り、そこから例えばパルスモータを有する駆動装置９を用いて原点以外でも位置決めできるようになる。さらに熱負荷が加わるような場合、真空容器内部の対象物に及ぼす熱伸びの影響を機械的なストッパーから対象物までの長さに限定することができ、駆動軸全長が熱伸びする場合と比較してターゲット４あるいはビームモニター等に対して位置決め精度への影響を低減することができる。
【００３２】
また、駆動軸６の材質を変えたり、真空容器内部の構成を変えたりしなくても良くなり、信頼性が向上し、部品点数を増やすことがないためコストの上昇を抑えることができる。
【００３３】
第１の真空フランジ１４は、円板部１４ａとこれに一体化した円筒部１４ｂとからなり、円筒部１４ｂと遮へい体３との間には位置決め片４１を遮へい体３に設けた穴に差し込むようにした位置決め機構１６が設けてあり、このような構造によって第１の真空フランジ１４は遮へい体３に位置決めされ、固定される。
【００３４】
ターゲット４は駆動対象物保持台５を介して駆動軸６に固定され、駆動軸６の往復動に伴なって上下方向に移動可能とされる。ターゲット４に対向して真空容器２のターゲット収納室３４に連通する連通孔３５，３６が設けてあり、連通孔３５がビーム１の入射孔となり、連通孔３６が二次荷電粒子の出射孔となる。
【００３５】
以上の構成において、第２のベローズ１７の作用による力が第１の真空フランジ１４、駆動装置９を介して駆動軸６に作用し、駆動装置９の軸心と駆動軸６の軸心とについて軸心合せに伴う力を吸収することができる。
【００３６】
上記構成において、真空容器外部の駆動装置９は、真空容器内の駆動軸６を保持する遮へい体３に駆動軸６の軸心と同軸になるように位置決め機構１６を介して固定されている第１の真空フランジ１４に固定される。
【００３７】
このようにすることで、第１のベローズ１２のストロークは往復動分を保証するもので十分になり、軸ズレや軸心の傾きを吸収するための伸縮量が不必要となるため、第１のベローズの大型化が不要となり（小型化）、コストの上昇を抑える（低コスト化）ことができる。
【００３８】
また、ユニバーサルジョイントなどの軸ズレや軸の倒れを吸収する機構を真空中に設けなくてもよくなり、信頼性が向上し、部品点数を増やすことがないためコストの上昇を抑えることができる。
【実施例２】
【００３９】
図２に実施例２の構成を示す。実施例１と同一の構成には同一の番号を付し、その説明は実施例１の説明を採用するものとする。他の実施例についても同様である。
【００４０】
図２に示す例にあっては、駆動軸６は、実施例１に示す駆動軸６と同等の往復動駆動軸６１とこの往復動駆動軸６１に平行に配設された回転駆動軸６２とから構成される。往復動駆動軸６１は平行に配置した回転駆動軸６２を保持する作用を有する。往復動駆動軸６１は第２の真空フランジ１１に固定され、回転駆動軸６２は気密部３２Ａを介して貫通し、回転駆動装置２０（他の駆動装置）に固定される。駆動装置９は、その駆動軸６１が第２の真空フランジ１１に固定されることによって連結される。
【００４１】
回転駆動軸６２はその途中に往復動駆動軸６１に回転接触する回転体６３を有し、他端部にギア（図示せず）を介してターゲット４に連結される。ギアはギアボックス２２に収納されている。
【００４２】
このような構成によって、ターゲット４は回転駆動装置２０の回転力が回転駆動軸６２を介して伝えられて回転する。従って、ビーム１の照射位置が随時変られる。
【００４３】
駆動装置９あるいは回転駆動装置２０の軸心と駆動軸６の軸心（往復動駆動軸６１の軸心もしくは回転駆動軸の軸心）の軸心合せおよび軸心合せに伴う軸心方向に対して直角方向の力の吸収は実施例１と同様にして行われる。
【００４４】
具体的には、案内子７０は往復動駆動軸６１に固定して設けられる。
【実施例３】
【００４５】
図３は実施例３の構成を示し、実施例２の変形例を示す。実施例２にあっては往復動駆動軸６１と回転動駆動軸６２は隣接して配置されていたが、実施例３にあっては両者は隣接関係にあるが、回転駆動軸６２は往復動駆動軸６１の内部に同軸配置されている。機能は実施例２とまったく同一である。
【００４６】
具体的には、案内子７０は往復動駆動軸６１に固定して設けられる。
【００４７】
以上のように、対象物を内部に配設する真空容器２と、該真空容器内に配設した遮へい体３と、該遮へい体を貫通し、一方端が前記対象物に連結された駆動軸６と、該駆動軸の他方端が連結され、真空容器の外部に配置した駆動装置９と、を備えた真空装置１００であって、
真空容器２の外部で、駆動装置９の軸心と駆動軸６の軸心との軸心合せを行う位置決め機構１６によって位置決めされ、かつ遮へい体３に気密に取り付けた第１の真空フランジ１４と、該真空フランジ上方にあって駆動軸６が固定される第２の真空フランジ１１と、第１の真空フランジ１４と第２の真空フランジ１１との間に設けられて駆動軸６の往復のストローク中あるいは回転中の気密を保持し、真空容器２の外部に設けられた第１のベローズ１２と、真空容器２と第１の真空フランジ１４の間に軸心合せによって生じた軸心方向に対して直角方向の力を吸収する第２のベローズとを有して往復動機構を備えた真空装置１００が構成される。
【００４８】
更に、真空容器２に設けられる第３の真空フランジ１３と、この第３の真空フランジ１３の上面に傾斜して配設される第４の真空フランジ１５を有し、第２のべローズ１７は該第４の真空フランジ１５と第３の真空フランジ１３を介して真空容器２に配設されるようにした往復動機構を備えた真空装置が構成される。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例の構成を示す図。
【図２】他の実施例の構成を示す図。
【図３】他の実施例の構成を示す図。
【符号の説明】
【００５０】
１…ビーム、２…真空容器、３…遮へい体、４…ターゲット、５…ターゲット保持台、６…駆動軸、７…リニアガイド装置、８…位置決め機構、９…駆動装置、１０…保持手段機構、１１…第２の真空フランジ、１２…第１のベローズ、１３…第３の真空フランジ、１４…第１の真空フランジ、１５…第４の真空フランジ、１６…第１の真空フランジの位置決め機構、１７…第２のベローズ、２０…回転駆動装置（駆動装置）、２２…ギアボックス、２４…リミットスイッチ、２５…連結手段、３１…貫通孔、３２…気密部、３３…空間部、３４…ターゲット収納室、３５…連通孔、３６…連通孔、６１…往復動駆動軸、６２…回転駆動軸、６３…回転体、６９…ストッパー部、７０…案内子、７１…下端面（端面）、１００…真空装置。
【図１】
2007245313.tif 000003
【図２】
2007245313.tif 000004
【図３】
2007245313.tif 000005