(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
立設する支柱の側面に上下一対の支持ビーム材を近接離反可能に片持ち支持させ、各支持ビーム材の対向面に、複数の磁石列を磁石取付ビームに着設して自転可能に配置しかつ所定長さの複数の磁石取付ビームに配置される回転シャフト端同士をカップリングを介して直列接続して長尺化可能にしたリボルバー型磁石ホルダーを有するリボルバー型挿入光源。
【請求項２】
請求項1において、磁石ホルダーに磁石列の搭載面、非搭載面を形成し、該非搭載面にバランスウェイトを設けたリボルバー型挿入光源。
【請求項３】
請求項1において、カップリングが精密位相調整機構を有するハーモニック減速機構を有するリボルバー型挿入光源。
【請求項４】
請求項1において、磁石取付ビームが正多角筒形状からなり、該ビーム内に回転シャフト、カップリングが内蔵されたリボルバー型挿入光源。
【請求項５】
請求項1において、リボルバー型磁石ホルダーの回転駆動源との接続に複リードウォーム減速機を用いたリボルバー型挿入光源。
【請求項６】
請求項1において、リボルバー型磁石ホルダーの回転駆動源との接続にバックラッシュレス減速機を用いたリボルバー型挿入光源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リボルバー型多極アンジュレータ、ウィグラー(Revolver type Multi‐Pole Undulator (interference wiggler))と称呼できる新規なリボルバー型挿入光源に係り、駆動架台の上下一対のIビーム材を立設する支柱に片持(オーバーハング)支持させ、各Iビーム材に複数の磁石列を旋回可能に配置し、ポールチェンジすることにより、特に、輝度とエネルギーの異なる複数のアンジュレータの機能を持たせることが可能なリボルバー型挿入光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日の電子ストレージリングには、より高いビーム電流、小さなビーム断面積による高輝度光源であるウィグラーまたはアンジュレータと呼ばれる挿入型光源が複数用いられている。
【０００３】
電子ビームは偏向磁石の作る磁場を垂直に感じると一定曲率で曲がり、軌道の接線方向に放射光を放出するもので、SORと呼ばれ、LSIの製作に利用することが試みられている。ウィグラーでは、上下一対の永久磁石列が作る一定ピッチで方向が反転する周期磁場を電子ビームに負荷する構成からなる。
【０００４】
リボルバー型多極ウィグラー(MPW)は、電子ストレージリングに挿入して、通常の放射光(SOR)の2ケタ程度高い強度の放射光を発生させる装置であり、両端を軸支するシャフトに放射状に4面の磁石列座を設けて各々ピッチの異なる4種の磁石列を配置して回転可能にしたリボルバー型磁石ホルダーを用い、これを上下一対の永久磁石列が対向するように、上下にリボルバー型磁石ホルダーを配置し、所望の永久磁石列を対向させることにより、4種類の放射スペクトルを選定できる。
【０００５】
アンジュレータは、ウィグラーより比較的弱い磁場を持つもので、全ての磁石同期ユニットから同時に干渉性の放射光が放出され、かつコヒーレント化されたビームであり、多くの特性においてレーザーに匹敵するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
物質の物性についての探求やその改良あるいは新材料の開発は、まず基本的にその物質の原子配列や原子が持つ電子状態がどのような構造となっているかを知る必要があり、これに利用するためのアンジュレータは、広範囲の物質に対して、挿入光源のエネルギー範囲を軟X線領域から硬X線領域まで広範囲のエネルギーを有していることが求められる。
【０００７】
しかし、放射光施設における限られたスペースに設置できる挿入光源に自ずと限定されるため、1台でアンジュレータの複数台に相当する挿入光源としてリボルバー型多極アンジュレータ(MPU)が求められている。
【０００８】
前述のMPWは、リボルバー型磁石ホルダーの支持構造が、4本の支柱に対して案内面を介して上下に昇降できるようにしたクロスビームを、ビームラインを対象軸として上下に二対、合計4本配置し、このクロスビームに磁石列を回転させるための軸受を設けて磁石列回転胴を支持させるとともに、歯車減速機を介してパルスモータにて磁石列の回転角度割出しを行い、また磁石列のギャップ調整は、右ねじまたは左ねじ加工された4本のボールねじをパルスモータにて駆動してギャップの位置決めを行う構成からなるものであった。
【０００９】
従来方式のリボルバー型磁石ホルダーは、超高真空チャンバーを上下の磁石列間のギャップ部に設けるが、上述の如く4本の支柱で主要部が支持されている構造のため、当該磁石ホルダーの内部に組込む作業がこの支柱の存在により極めて煩雑かつ手間を要し、又メンテナンスや調整作業が困難となるものであった。
【００１０】
また、リボルバー型磁石ホルダーには、厳しく要求される機能として上下の磁石列のビームラインに対する位置精度、例えばギャップ値、真直度、平面度の他、磁場測定による磁場性能の確認と調整作業などがあるが、磁場測定自体が支柱の存在のために困難になるなどの問題があった。従って、かかる従来構成でMPUを作製しても上記問題がそのまま残ることになる。
【００１１】
この発明は、放射光施設における限られたスペースに設置される挿入光源のエネルギー範囲を、例えば、軟X線領域から硬X線領域までの広範囲のエネルギーを1台のアンジュレータでもって利用できる構成を提供するもので、1台のアンジュレータに複数台分の機能を持たせることが可能であり、超高真空チャンバーの設置を容易にでき、特に、リボルバー型多極アンジュレータ(MPU)として利用できる構成からなるリボルバー型挿入光源を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、アンジュレータとして要求される上下の磁石列のビームラインに対する位置精度の高精度化とともに、超高真空チャンバーの設置を容易にでき、さらにはビームラインの長尺化が容易に達成できる構成を目的に、リボルバー型磁石ホルダー並びにその支持方法を種々検討した結果、Iビーム材を駆動架台として、立設する支柱の側面に上下一対のIビーム材を片持(オーバーハング)支持させ、各Iビーム材の対向面に複数の磁石列を旋回可能に配置した構成とすることにより、支柱とは反対側の空間が全て開放され、上下の磁石列間のギャップ部に超高真空チャンバーを設けることが極めて容易になることを知見し、さらにこの構成がMPUのみならずMPWにも適用できること知見し、この発明を完成した。
【００１３】
また、発明者らは、断面L字型や断面コ字型、角柱型、正多角筒型などの磁石取付ビームを用いて、2極又は3極のリボルバー型磁石ホルダー構成し、前記のIビーム材に装着することにより、容易にMPU、MPWとして利用できるリボルバー型挿入光源を提供できることを知見した。
【００１４】
さらに、発明者らは、上記の構成を採用することにより、所定長さの磁石取付ビームをリボルバーユニットとしてIビーム材上に軸支し、これにトルク伝達用のラインシャフトを接続、例えば固定用ブロックとキーを介して一体構造となし、トルク伝達可能にすれば、磁石取付ビームの磁石取付面と加工基準面を研削加工によって高精度に仕上げ、リボルバーユニットとしてこれを直列接続することで、容易に長尺化したMPU、MPWとして利用できるリボルバー型挿入光源を提供できることを知見した。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明によるリボルバー型多極アンジュレータの構成例を図1〜図4に基づいて詳述する。設置する建屋の床1上の基台2上に所定間隔で支柱3が立設され、各支柱3の所要側面には垂直方向に摺動する上下一対のリニアガイド装置4,4が設けられ、この各支柱3の上下一対のリニアガイド装置4,4にそれぞれサドル5,5を設けて、水平方向に隣接するサドル5群に一本のIビーム材6を固着してある。
【００１６】
アンジュレータの駆動架台となる上下一対のIビーム材6,6は、各支柱3に水平方向にオーバーハングされて配置され、前記の位置調整と固定保持が自在なリニアガイド装置4,4を介して垂直方向に相互に近接離反可能に構成してある。
【００１７】
各支柱3の上下一対のリニアガイド装置4,4の駆動系の詳細は省略するが、各支柱3の上端面に載置した高精度ウォーム式の減速機7を連動可能に接続し、かつ多回転式絶対値型のロータリーエンコーダ8を備えて角度検出可能な駆動系にモータ9を接続して駆動し、高精度の水平度を維持したままIビーム材6,6間の対向距離を任意に設定できる。
【００１８】
上下一対のIビーム材6,6は、その水平対向面にそれぞれ磁石ホルダー10,10を自転可能に配置する。また、図4Bに示す如く、Iビーム材6に軸受14を固着して回転シャフト15を軸支し、この回転シャフト15にキー溝嵌合で固定用ブロック16を着設し、これに断面L字型の磁石取付ビーム11を固定し、磁石取付ビーム11の外方面にそれぞれ磁石列12,13を配列してある。上記の固定用ブロック16は、ここでは脱着を容易にするため、ボス部が半割構造となっている。
【００１９】
この回転シャフト15は所定長さからなり、図4Aに示す例では3個の軸受14に軸支される長さで、両端はカップリング17を介して接続され、ここでは3本の回転シャフト15を接続して1本の長尺の回転シャフトを形成している。
【００２０】
磁石列12,13は、回転シャフト15の長さ単位をユニットとしてそれぞれ磁石取付ビーム11の外方面に磁石配列治具12a,13aを介して永久磁石12b,13bを配列、長手方向に接続し、所定の異なるピッチを有する2種の磁石列12,13となしてあり、上下の磁石列12,13の対向相手は常に特定される。
【００２１】
すなわち、ここでは、1台のアンジュレータに磁気回路性能の異なる2通りの磁石列を選択使用してアンジュレータ2台の機能を持たせるために、上下一対のIビーム材6,6に独立しての磁石取付ビームがビームライン中心のY軸上に設けた回転軸芯に対して時計回りおよび反時計回りに各々90°回転し角度割り出しが正確に位置決めできるようにしてある。
【００２２】
図1及び図3に示すごとく、上下一対のIビーム材6,6の一方端に固定用ブラケット20を着設して、減速機21を載置して前記回転シャフト15の端部に接続し、バックラッシュレス減速器付きのステッピングモータなどのモータ22を駆動源として回転シャフト15を90°回転させることができる。磁気回路のポールチェンジの際の回転トルクの変動に対し、セルフロック機能を有しバックラッシュのない減速機構、例えば、複リードウォーム減速機を上記の減速機21に採用することにより、いわゆるがたつきを排除できる。
【００２３】
角度割り出しは、減速機21と反対側の回転シャフト15端に例えば、1パルス当り1/1000度の分解能を有する高精度のロータリーエンコーダなどの角度検出器23を直結して角度変化の信号を取り出すように構成することができる。
【００２４】
上述のごとく、所定長さのユニットを直列接続して長尺リボルバー型アンジュレータを構成する場合、磁石取付ビームは磁石取付面と加工基準面を研削加工によって高精度に仕上げるが、磁石取付ビーム11は各磁石列長さに対してキー溝加工などの加工誤差によって、位相(面の傾き)のずれを生じる可能性があり、万一、位相ずれを生じた場合の面の傾きを調整可能にするため、固定シャフト15の接続部のカップリング17に、ハーモニック機構による精密位相調整用カップリングを設けるとよい。
【００２５】
磁気回路のポールチェンジは、図1〜図4に示す例では断面L字型の磁石取付ビーム11に固着した回転シャフト15の端部に減速機21を接続し、モータ22を駆動源として所要角度回転させて行う。上述の駆動機構の他、図5に示すごとく、固定用ブラケット20に固着した支持箱24内にステッピングモータ25を配置し、モータ軸に無励磁作動ブレーキ26を介して、Iビーム材6に軸支された回転シャフト15端に設けたバックラッシュレス減速器27と直結した構成が採用でき、直接回転シャフト15の軸芯に回転トルクを伝達可能となる。なお、支持箱24は放射線遮蔽機能を有する。
【００２６】
上記の構成も、バックラッシュレス減速器付きのステッピングモータ25を用い、ハーモニック減速機構によるバックラッシュレス減速器27と直結し、角度割り出し機構に多回転式絶対値型のロータリーエンコーダ28用いてスプロケットとチェーンで該モータ25と連動する構成を採用するため、また停電時や長期間の運転停止時における万一の磁石列の位置ずれを防止可能な無励磁作動ブレーキ26を用いていることから、極めて高精度の旋回位置決め精度を達成できる。
【００２７】
またさらに、図5に示す駆動機能には、図6に示すごとく、正四角筒状の磁石取付ビーム11を用いており、角筒状の磁石取付ビーム11は、2種の磁石列12,13を装着する際、磁石取付ビーム11における各磁石列12,13の対角面にそれぞれバランスウェイト18,18を着設することにより、回転時のアンバランストルクの消去を行うと同時に回転シャフト15の旋回駆動機構における駆動系のねじり変形を徹底して除去できる。
【００２８】
上述の図5、図6に示す角筒状の磁石取付ビーム11は、軽量化が容易で剛性を向上させることが可能なほか、回転シャフト15とシャフト同士の接続用カップリング17、当該ビーム11自体の軸受14、さらには減速器27を角筒内に内蔵でき、スペース効率にも優れる。
【００２９】
以上には2極型のアンジュレータを例に説明したが、断面コ字型磁石取付ビームを用いて3極構成とすることも、例えば、多角柱状、多角筒状の磁石取付ビームを用いることで、2極又は3極のリボルバー型などの多極化に容易に対応でき、また磁石列の装着用治具形状をビーム形状に合致させることにより、円筒型の磁石取付ビームを用いることも可能で、また回転シャフトを省略することも可能で、さらにはMPWとして適用できる。
【００３０】
上記のごとく磁石取付ビーム11には種々形状が採用できるが、いずれの形状を採用しても要求される磁石列数に応じて磁石列の搭載面、非搭載面を形成し、磁石列の非搭載面にバランスウェイトを設けることにより、回転時のアンバランストルクの消去と駆動系のねじり変形を排除した構成にすることができる。
【００３１】
【実施例】
上述した図1の構成において、磁石列長さ1500mmのリボルバーユニットを3台直列に搭載して、全長4.5mの長尺リボルバー型アンジュレータを作製した。回転シャフトの駆動源にはバックラッシュレス減速器付きのステッピングモータ、減速機には複リードウォーム型、角度検出器は分解能が1パルス当たり0.001度のものを使用し、上下磁石の磁気ギャップの調整域を20〜150mmに設定した。
【００３２】
得られたリボルバー型アンジュレータは、全長4.5mで水平精度が50μm以内、磁石取付ビームの剛性を向上させると30μm以内、回転精度は0.003°、磁石列間のギャップ精度が10μm以内の高精度が得られた。
【００３３】
ここでは、断面L字型の磁石取付ビームを用いた2極タイプの構成を実施したが、図5の角筒型の磁石取付ビームを用い、その3方の外方面にそれぞれ磁石列を設けた3極型の装置を作製したところ、上記の2極タイプと同等以上の高精度を得ることができた。
【００３４】
【発明の効果】
この発明のリボルバー型挿入光源は、実施例に示すごとく上下一対のIビーム材を立設する支柱に片持(オーバーハング)支持させ、各Iビーム材に複数の磁石列を旋回可能に配置した構成を採用することを特徴とし、Iビーム基準面に軸受支持部を数多く設置が可能でL字型や角筒型の磁石取付ビームの磁石吸引、反発力による変形を非常に小さくできるため、長尺のリボルバー式アンジュレータの実現が容易にできる。
【００３５】
また、この発明のリボルバー型挿入光源は、駆動架台を支柱に片持支持させる構成であるため、上下の磁石列間のギャップ部に超高真空チャンバーを設けることが極めて容易になることはもちろん、製造工程における組立作業、調整作業、磁場調整作業が大幅に改善され、特に磁気回路の磁場調整において、長尺磁場測定ベンチ上を走るホールプローブが移動時に支柱に邪魔されることもなく走行でき、信頼できるデータが得られ、確実な磁場調整が実施できる。
【００３６】
さらに、この発明のリボルバー型挿入光源は、1台で複数台のアンジュレータの機能を持たせることが可能となり、エネルギー範囲の広域化が実現でき、加速機のビームラインに対して挿入光源(リボルバー)の設置およびオフセットが容易となる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明によるリボルバー型挿入光源の構成例を示す正面説明図である。
【図２】  図１の右側面説明図である。
【図３】  図１の左側面説明図である。
【図４】  Ａは磁石取付ビームの詳細を示す正面説明図、ＢはＡのｂ−ｂ線における断面説明図である。
【図５】  この発明によるリボルバー型挿入光源における磁石取付ビームの回転駆動機構の他の構成例を示す一部縦断、要部正面説明図である。
【図６】  磁石取付ビームの他の構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
１  床
２  基台
３  支柱
４  リニアガイド装置
５  サドル
６  Ｉビーム材
７，２１，２７  減速機
８，２８  ロータリーエンコーダ
９，２２，２５  モータ
１０  磁石ホルダー
１１  磁石取付ビーム
１２，１３  磁石列
１２ａ，１３ａ  磁石配列治具
１２ｂ，１３ｂ  永久磁石
１４  軸受
１５  回転シャフト
１６  固定用ブロック
１７  カップリング
１８  バランスウェイト
２０  固定用ブラケット
２３  角度検出器
２４  支持箱
２６  無励磁作動ブレーキ
【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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