(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の磁石が列状に配置された第１磁石列と、
この第１磁石列の複数が円周方向に沿って取り付け支持された第１支持体と、
多数の磁石が列状に配置された第２磁石列と、
この第２磁石列の複数が円周方向に沿って取り付け支持された第２支持体と、
前記第１支持体を回転することにより前記複数の第１磁石列のうちの１つを選択すると共に、前記第２支持体を回転することにより前記複数の第２磁石列のうち１つを選択することにより、これら選択された前記第１磁石列と前記第２磁石列との間に形成される電子ビームが通過するためのギャップ空間と、
前記複数の第１磁石列と前記複数の第２磁石列とを真空封止する真空槽と、
前記第１磁石列と前記第２磁石列の選択をするために前記第１支持体及び前記第２支持体を回転駆動する回転駆動装置と、
前記ギャップ空間のギャップ間隔又は位置を変更するために前記第１支持体及び前記第２支持体を直線駆動する直線駆動装置と、
前記第１支持体と前記第２支持体にそれぞれ一体形成された回転駆動軸と、
この回転駆動軸の前記真空槽から突出する部分に設けられたベローズ継手と、
このベローズ継手の軸方向外側に軸方向に沿って順に配置された第２真空軸シール室及び第１真空軸シール室とを備え、
前記回転駆動装置と前記直線駆動装置が前記真空槽の外側の大気中に設けられていることを特徴とするリボルバー式挿入光源。
【請求項２】
前記回転駆動装置は、前記第１支持体を回転駆動する第１回転駆動装置と、前記第２支持体を回転駆動する第２回転駆動装置を備えていることを特徴とする請求項１に記載のリボルバー式挿入光源。
【請求項３】
前記直線駆動装置は、前記第１支持体を直線駆動する第１直線駆動装置と、前記第２支持体を直線駆動する第２直線駆動装置とを備えていることを特徴とする請求項２に記載のリボルバー式挿入光源。
【請求項４】
前記第１直線駆動装置により上下方向に移動する第１移動ベースと、
この第１移動ベースと前記第１支持体とを連結する第１連結機構と、
前記第２直線駆動装置により上下方向に移動する第２移動ベースと、
この第２移動ベースと前記第２支持体とを連結する第２連結機構とを備え、
前記第１移動ベースに前記第１回転駆動装置が支持され、前記第２移動ベースに前記第２回転駆動装置が支持されることを特徴とする請求項３に記載のリボルバー式挿入光源。
【請求項５】
前記ベローズ継手の内部空間と前記第２真空軸シール室との境界部分に、耐熱性及び耐放射線性を有する合成樹脂製のシールリングが前記回転駆動軸の外周部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のリボルバー式挿入光源。
【請求項６】
前記合成樹脂はポリイミドであることを特徴とする請求項５に記載のリボルバー式挿入光源。
【請求項７】
前記シールリングの前記回転駆動軸の外周部に対する押圧力を調整可能に構成していることを特徴とする請求項５又は６に記載のリボルバー式挿入光源。
【請求項８】
前記真空槽内に前記回転駆動軸を支持するベアリングを備え、前記ベアリングの少なくとも転がり接触部分に金被膜が施されていることを特徴とする請求項１、５、６、７のいずれか１項に記載のリボルバー式挿入光源。
【請求項９】
前記第１磁石列及び前記第２磁石列の列方向の端部と、前記真空槽の電子ビームが導入される開口部との間のビーム路を滑らかに接続するためのビーム路形状変換部が備えられ、
このビーム路形状変換部が前記第１磁石列及び第２磁石列の前記端部に押圧される状態と、前記端部から切り離される状態とに切り換えるための着脱装置が設けられていることを特徴とする請求項１、４〜８のいずれか１項に記載のリボルバー式挿入光源。
【請求項１０】
前記第１磁石列及び前記第２磁石列の列方向の端部と、前記真空槽の電子ビームが導入される開口部との間のビーム路を滑らかに接続するためのビーム路形状変換部が備えられ、このビーム路形状変換部が前記第１磁石列及び第２磁石列の前記端部に押圧される状態と、前記端部から切り離される状態とに切り換えるための着脱装置が設けられ、前記着脱装置は、前記第１移動ベースに支持される第１着脱装置と、前記第２移動ベースに支持される第２着脱装置とからなることを特徴とする請求項４に記載のリボルバー式挿入光源。
【請求項１１】
前記第１支持体と前記第２支持体は、それぞれ、その軸線方向の両側に前記回転駆動軸が形成されていると共に、その軸芯を貫通する冷却水通過往路と冷却水通過復路が形成され、
一方の側の前記回転駆動軸の前記真空槽から突出した部分に設けられた冷却水導入部を備え、
この冷却水導入部から導入された冷却水を前記冷却水通過往路を通過させて他方の側の回転駆動軸の前記真空槽から突出した部分にまで導くと共に反転させ、この反転された冷却水を前記冷却水通過復路を通過させて前記一方の側の前記回転駆動軸の前記真空槽から突出した部分に設けられた冷却水排出部から排出するように構成されていることを特徴とする請求項１、５〜１０のいずれか１項に記載のリボルバー式挿入光源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リボルバー式挿入光源に関するものであり、特に磁石列を真空槽に真空封止する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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】
ここで、挿入光源にはリボルバー式と呼ばれるものがあり、これは、多数の磁石が列状に配置された第１磁石列と、この第１磁石列の複数が円周方向に沿って取り付け支持された第１支持体と、多数の磁石が列状に配置された第２磁石列と、この第２磁石列の複数が円周方向に沿って取り付け支持された第２支持体とを備えている。そして、第１支持体を回転することにより複数の第１磁石列のうちの１つを選択すると共に、第２支持体を回転することにより複数の第２磁石列のうち１つを選択することにより、これら選択された第１磁石列と第２磁石列との間に形成される真空のギャップ空間を電子ビームが通過することにより、前述したシンクロトロン放射光を発生させる。上記第１磁石列と第２磁石列との組み合わせを適宜選択することにより、所望の放射光を得ることができるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術におけるリボルバー式挿入光源は、第１、第２磁石列が取り付け支持された第１、第２支持体が大気中に配置され、ギャップ空間に真空槽を配置して、この真空槽内を電子ビームが通過するようにしていた。したがって、ギャップ間隔を短くして装置を小型化したり高輝度光を得ようとしても、ギャップ空間の真空槽を配置しなければならないことから自ずと限界があった。本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置全体の小型化に寄与できると共に従来よりも高輝度光を得ることのできるリボルバー式挿入光源を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明に係るリボルバー式挿入光源は、
多数の磁石が列状に配置された第１磁石列と、
この第１磁石列の複数が円周方向に沿って取り付け支持された第１支持体と、
多数の磁石が列状に配置された第２磁石列と、
この第２磁石列の複数が円周方向に沿って取り付け支持された第２支持体と、前記第１支持体を回転することにより前記複数の第１磁石列のうちの１つを選択すると共に、前記第２支持体を回転することにより前記複数の第２磁石列のうち１つを選択することにより、これら選択された前記第１磁石列と前記第２磁石列との間に形成される電子ビームが通過するためのギャップ空間と、
前記複数の第１磁石列と前記複数の第２磁石列とを真空封止する真空槽と、
前記第１磁石列と前記第２磁石列の選択をするために前記第１支持体及び前記第２支持体を回転駆動する回転駆動装置と、
前記ギャップ空間のギャップ間隔又は位置を変更するために前記第１支持体及び前記第２支持体を直線駆動する直線駆動装置とを備え、
前記回転駆動装置と前記直線駆動装置が前記真空槽の外側の大気中に設けられていることを特徴とするものである。
【０００６】
この構成によると、真空槽の内部に複数の第１磁石列及び第２磁石列が封止されている。したがって、選択された第１磁石列と第２磁石列との間のギャップ空間を従来に比べて小さくすることができ、装置全体の小型化に寄与できると共に従来よりも高輝度光を得ることのできるリボルバー式挿入光源を提供することができた。
【０００７】
なお、前記第１支持体及び前記第２支持体を回転駆動する回転駆動装置は、真空槽の外側の大気中に設けられており、これによって複数ある第１磁石列と第２磁石列のうちの任意のものを選択することができる。また、前記第１支持体と第２支持体とを直線駆動する直線駆動装置も大気中に設けられており、これにより、ギャップ間隔又は位置を変更することができる。例えば、回転駆動装置を作動させるときに、第１磁石列と第２磁石列との干渉を防ぐために、直線駆動装置を作動させてギャップ間隔を広げるようにする。
【０００８】
本発明の好適な実施形態として、前記回転駆動装置は、前記第１支持体を回転駆動する第１回転駆動装置と、前記第２支持体を回転駆動する第２回転駆動装置を備えているものがあげられる。
この構成によると、第１支持体と第２支持体とをそれぞれ独立して回転駆動することができるので、各支持体を個別に精度良く位置決め制御することができる。
【０００９】
本発明の別の好適な実施形態として、前記直線駆動装置は、前記第１支持体を直線駆動する第１直線駆動装置と、前記第２支持体を直線駆動する第２直線駆動装置とを備えているものがあげられる。
この構成によると、第１支持体と第２支持体とをそれぞれ独立して直線駆動することができるので、ギャップ間隔及びギャップ位置を精度良く設定することができる。
【００１０】
本発明の更に別の好適な実施形態として、前記第１直線駆動装置により上下方向に移動する第１移動ベースと、
この第１移動ベースと前記第１支持体とを連結する第１連結機構と、
前記第２直線駆動装置により上下方向に移動する第２移動ベースと、
この第２移動ベースと前記第２支持体とを連結する第２連結機構とを備え、
前記第１移動ベースに前記第１回転駆動装置が支持され、前記第２移動ベースに前記第２回転駆動装置が支持されるものがあげられる。
【００１１】
この構成によると、第１直線駆動装置により第１移動ベースを上下方向に移動させ、この第１移動ベースの移動により第１連結機構を介して第１支持体を上下方向に移動させることができる。そして、この第１移動ベースに第１回転駆動装置が支持されているから、第１支持体の上下移動に連動して第１回転駆動装置も上下移動させることができる。したがって、第１支持体の上下動に関わらず、常に第１回転駆動装置からの駆動力を適切に第１支持体に対して伝達させることができる。また、第１回転駆動装置を上下動させるための機構を専用に設ける必要がないから、上記構成によりコスト低減に寄与することができる。
以上の点は、第２移動ベース、第２直線駆動装置、第２回転駆動装置に関しても同様である。
【００１２】
本発明の更に別の好適な実施形態として、前記第１支持体と前記第２支持体にそれぞれ一体形成された回転駆動軸と、
この回転駆動軸の前記真空槽から突出する部分に設けられたベローズ継手と、
このベローズ継手の軸方向外側に軸方向に沿って順に配置された第２真空軸シール室及び第１真空軸シール室とを備えているものがあげられる。
【００１３】
所望の高輝度光を得るためには、真空槽の内部を超高真空に維持する必要がある。しかも、大気中に設けられた回転駆動装置、直線駆動装置により真空槽内部の第１支持体、第２支持体を回転、直線駆動させる必要がある。そのために、まず、各支持体に一体形成された回転駆動軸が真空槽から突出する部分にベローズ継手を設けることで、各支持体の上下移動を可能にしている。このベローズ継手の内部空間は真空槽の内部と連通した超高真空となっており、さらに、このベローズ継手の軸方向外側に軸方向に沿って順に（少なくとも）第２真空軸シール室、第１真空軸シール室を配置する。このように、（少なくとも）二段の差動排気システムを採用することにより、真空槽内部を超高真空に保持した状態で、各支持体を大気中に設けられた回転駆動装置により回転させることができた。
【００１４】
本発明の更に別の好適な実施形態として、前記ベローズ継手の内部空間と前記第１真空軸シール室との境界部分に、耐熱性及び耐放射線性を有する合成樹脂製のシールリングが前記回転駆動軸の外周部に設けられているものがあげられる。
真空槽及びベローズ継手の内部の超高真空を保持しつつ回転駆動軸を回転できるようにするには、ベローズ継手の内部空間と第２真空軸シール室との境界部分であって、回転駆動軸の外周部にシールリングを設ける必要がある。ただし、シールリングの素材として通常のゴムを用いたのでは、ゴムの性能劣化等により所望の超高真空を維持することができない。真空槽内部を超高真空とするための過熱排気時のベーキング温度に耐え、しかも、放射線にさらされる条件下での使用に耐えるような耐熱性及び耐放射線性を有する合成樹脂をシールリングの素材として採用することにより、所望の超高真空を維持することができる。かかる合成樹脂としては例えばポリイミドが好ましくは採用される。
【００１５】
本発明の更に別の好適な実施形態として、前記シールリングの前記回転駆動軸の外周部に対する押圧力を調整可能に構成しているものがあげられる。これによって、真空槽の内部を常時、所望の超高真空に維持できるようにすることができる。
【００１６】
本発明の更に別の好適な実施形態として、前記真空槽内に前記回転駆動軸を支持するベアリングを備え、前記ベアリングの少なくとも転がり接触部分に金被膜が施されているものがあげられる。
真空槽内は超高真空であるから、そこに用いられるベアリングに潤滑油を使用することはできない。そこで、ベアリングの少なくとも転がり接触部分に金被膜を施すことにより、無潤滑でベアリングを使用することができ、所望の超高真空を維持することができる。金被膜を作成する技術としては、メッキ、イオンプレーティング、蒸着、スパッタリング等があげられる。
【００１７】
本発明の更に別の好適な実施形態として、前記第１磁石列及び前記第２磁石列の列方向の端部と、前記真空槽の電子ビームが導入される開口部との間のビーム路を滑らかに接続するためのビーム路形状変換部が備えられ、
このビーム路形状変換部が前記第１磁石列及び第２磁石列の前記端部に押圧される状態と、前記端部から切り離される状態とに切り換えるための着脱装置が設けられているものがあげられる。
【００１８】
真空槽内にその開口部を通じて電子ビームが導入される場合に、そのビーム路の断面形状は略楕円形となっている。一方、選択された第１磁石列と第２磁石列との間に形成されるギャップ空間におけるビーム路の断面形状は略長方形である。したがって、楕円形の断面形状と長方形の断面形状を滑らかにつなぐためにビーム路形状変換部が設けられる。このビーム路形状変換部は、通常は、第１磁石列と第２磁石列の列方向の端部に押圧されている状態である。これは、第１、第２磁石列に発生する電流をビーム路形状変換部を介してアースに逃がすために設けられているものであるが、ビーム路形状変換部が各磁石列の端部に押圧された状態だと、第１、第２支持体を回転駆動することが困難である。そこで、着脱装置を設けて、ビーム路形状変換部を各磁石列の端部から切り離すことができるようにすることで、第１、第２支持体をスムーズに回転させることができる。
【００１９】
本発明の更に別の好適な実施形態として、前記着脱装置は、前記第１移動ベースに支持される第１着脱装置と、前記第２移動ベースに支持される第２着脱装置とからなるものがあげられる。
着脱装置を第１、第２着脱装置に分けて、それぞれを第１、第２移動ベースに支持させるようにすることで、第１、第２支持体が直線駆動装置により上下駆動されたとしても、着脱装置の着脱機能を常に適切に保持することができる。
【００２０】
本発明の更に別の好適な実施形態として、前記第１支持体と前記第２支持体は、それぞれ、その軸線方向の両側に前記回転駆動軸が形成されていると共に、その軸芯を貫通する冷却水通過往路と冷却水通過復路が形成され、
一方の側の前記回転駆動軸の前記真空槽から突出した部分に設けられた冷却水導入部を備え、
この冷却水導入部から導入された冷却水を前記冷却水通過往路を通過させて他方の側の回転駆動軸の前記真空槽から突出した部分にまで導くと共に反転させ、この反転された冷却水を前記冷却水通過復路を通過させて前記一方の側の前記回転駆動軸の前記真空槽から突出した部分に設けられた冷却水排出部から排出するように構成されているものがあげられる。
【００２１】
高輝度光の発生に伴い第１、第２支持体は加熱されてくるので冷却をする必要があるが、これら各支持体は真空槽内部に設けられていることから、冷却機構には特別の配慮が必要となる。そこで、第１、第２支持体にその軸線方向の両側にそれぞれ回転駆動軸を一体形成する。そして、一方の側の回転駆動軸から他方の側の回転駆動軸へと軸芯を貫通するように冷却水通過往路と冷却水通過復路からなる冷却水通路を形成する。
【００２２】
冷却水は一方の側の回転駆動軸の真空槽から突出した（大気中に露出した）部分に冷却水導入部を設けて、ここから冷却水を導入する。導入された冷却水は、冷却水通過往路を通過して他方の側の回転駆動軸の真空槽から突出した部分まで導き、ここで反転させる。冷却水通路における反転させる場所はナット等により封止しておく。また、この反転させる場所は真空槽の外側であるから、仮に水漏れがあったとしても超高真空に対して影響を与えなくてすむ。反転した冷却水は、冷却水通過復路を通過して再び、一方の側の回転駆動軸の真空槽から突出した部分に戻り、冷却水排出部から排出される。
【００２３】
以上のように、真空槽内部の超高真空性能に影響を与えることなく、真空槽内部に設けられた第１、第２支持体及びこれらに取り付け支持された第１、第２磁石列を冷却させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
＜リボルバー式挿入光源の全体構成＞
本発明に係るリボルバー式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、リボルバー式挿入光源の全体構成を示す正面図、図２は、同じく側面図である。
このリボルバー式挿入光源Ｒは、床面に設置される共通ベース１と、この共通ベース１の上に組み付けられる門型の本体フレーム２と、内部が超高真空に維持される真空槽３とを備えている。真空槽３は、支持機構１６により共通ベース１に対して固定して取り付けられている。
【００２５】
真空槽３の内部には、多数の磁石列が列状に配置された第１磁石列の４つが円周方向に沿って取り付け支持された第１支持体４と、同じく多数の磁石列が列状に配置された第２磁石列の４つが円周方向に沿って取り付け支持された第２支持体５とが配置される。この磁石列の構成に関して図３で説明する。
【００２６】
＜磁石列の構成＞
図３は、磁石列の構成を模式的に示す図である。第１支持体３には、断面が正方形であり、円周方向に沿って等間隔に第１磁石列ａ，ｂ，ｃ，ｄが取り付け支持されている。第２支持体４にも同様に第２磁石列ｅ，ｆ，ｇ，ｈが取り付け支持されている。これら第１、第２支持体３，４をそれぞれ回転させることにより、特定の第１、第２磁石列を選択することができる。選択された第１、第２磁石列の間には電子ビームが通過するギャップ空間が形成されている。図３では、第１磁石列ｄと第２磁石列ｈとが選択されている。
【００２７】
ここで磁石列の構成を説明すると、第１磁石列ａにおいては主磁石列Ｍ１と、この主磁石列Ｍ１の両側に補助磁石列Ｍ２，Ｍ３が配置されている。第２磁石列ｅに関しても同様に主磁石列Ｍ４と、補助磁石列Ｍ５，Ｍ６が配置されている。図３に示すように各磁石列は、多数の磁石が列状に配置されている。主磁石列Ｍ１，Ｍ２の間には吸引力が作用して、この吸引力が第１、第２支持体３，４をひずませるので、この吸引力を打ち消すような反発力を補助磁石列Ｍ２，Ｍ５及びＭ３，Ｍ６により発生させるようにしている。これにより、第１，第２支持体３，４の変形を防止して所望のギャップ間隔δが得られるようにしているのである。第１、第２支持体３，４の断面形状は正方形に限らず、六角形、八角形等の正多角形を採用して、より多くの磁石列を搭載できるように構成しても良い。なお、この磁石列に関しての更なる詳細は、特願平１１−８１８３号に開示されている。
【００２８】
図１，２に戻り、本体フレーム２の上部には、第１支持体４を上下方向に直線駆動させるための第１直線駆動装置６が設けられており、共通ベース１の内部には第２支持体５を上下方向に直線駆動させるための第２直線駆動装置（不図示）が設けられている。これら第１、第２直線駆動装置は、真空槽３内部で向かい合っている第１磁石列と第２磁石列との間に形成される電子ビームが通過するためのギャップ空間の間隔や位置を変更するためのものである。また、第１、第２直線駆動装置は、それぞれ独立して駆動させることができる。
【００２９】
第１直線駆動装置６の概略を説明すると、本体フレーム２の上部に設けられたパルスモータ７と、減速機８，９（減速機９は一対設けられている。）と、減速機９の下方に設けられたボールネジ１０と、ボールナット１１と、ボールネジ１０の両端を支持する一対のベアリング１２が備えられている。ボールナット１１に連結されたサドル１３がリニアガイドにより上下方向にスムーズに移動可能に設けられており、このサドル１３に対して更に上側Ｉビーム１４（第１移動ベースに相当する。）が組み付けられている。なお、下側Ｉビーム１５に関しても同様に構成されている。
【００３０】
上側Ｉビーム１４と、第１支持体４との連結は、昇降用シャフト１７、熱伝導抑止用のサポータ１８、リニアガイド１９（これらは、第１連結機構に相当する。）により行なわれている。下側Ｉビーム１５と、第２支持体５との連結を行なう第２連結機構も同様の構成である。
【００３１】
また、第１支持体４を回転駆動するための第１回転駆動装置２０と、第２支持体５を回転駆動するための第２回転駆動装置２１とがそれぞれ設けられており、第１、第２支持体４，５は、それぞれ独立して回転駆動させることが可能である。また、第１回転駆動装置２０は、上側Ｉビーム１４に対してリニアガイド２２を介して取り付け支持されており、第２回転駆動装置２１は、下側Ｉビーム１５に対してリニアガイド２２を介して取り付け支持されている。つまり、第１、第２支持体４，５の上下移動に連動して第１、第２回転駆動装置２０，２１も連動して上下移動する。なお、リニアガイド２２を介して取り付け支持するのは、真空槽３の超高真空立ち上げ時における加熱排気の際に第１、第２支持体４，５の熱膨張に対してスライド移動できるようにするためである。
【００３２】
以上の構成によると、第１直線駆動装置６のパルスモータ７を駆動してボールネジ１０を回転させることで、上側Ｉビーム１４を上下移動させ、これにより第１支持体４を上下移動させることができる。また、真空槽３の内部に第１、第２磁石列を配置しているから、ギャップ間隔を０．３〜０．８ｍｍ程度まで縮めることが可能となる。ギャップ間隔を狭くすると、電子ビームの軌道が上下方向に変動した場合に、ギャップ空間の位置を追従して調整する必要があるが、直線駆動装置を上下の第１、第２直線駆動装置に分けて、第１、第２支持体４，５をそれぞれ独立して上下移動させることができるようにすることで、上記の調整を可能にしている。
【００３３】
回転駆動装置２０，２１により、真空槽３の内部にある第１、第２支持体４，５に対して超高真空を保持しつつ回転を伝達するために二段式差動排気機構を備えており、これは真空槽３の外側に設けられた一対の上側差動排気機構２３と、同じく一対の下側差動排気機構２４とから構成されている。詳しくは後述するが、これにより駆動軸部の確実な真空シールを実現している。上側差動排気機構２３は、支持フレーム２５とリニアガイド２６により上側Ｉビーム１４に支持されている。下側差動排気機構２４は、同じく支持フレーム２５とリニアガイド２６により下側Ｉビーム１５に支持されている。
【００３４】
＜二段式差動排気機構の詳細構成＞
次に、二段式差動排気機構２３，２４、回転駆動装置２０，２１等の詳細を説明する。図４は、図１の左側に位置するリボルバー式挿入光源の構成を示す図である。図５は、図１の右側に位置するリボルバー式挿入光源の構成を示す図である。図６は、差動排気機構の詳細構成を示す図である。図７は、シールリングの構成を示す拡大図である。
図４と図５において回転駆動装置２０，２１が設けられている点を除いて、その他の構造は基本的に同様である。
【００３５】
第１支持体４及び第２支持体５の軸線方向の両側には、それぞれ、回転駆動軸３０，３１が一体形成されている。第１、第２支持体４，５のたわみ変形を最小に押さえるために、各支持体４，５の両端部のすぐ外側の位置に一対のベアリング３２を設けている。このベアリング３２は、金メッキが施された転がり軸受であり、無潤滑により各支持体４，５を支持しており、真空槽３内部に摩耗粉が飛散しないように構成している。
【００３６】
また、ベアリング３２は、昇降用シャフト１７の端部に固定された軸受チョック３３に対して軸受固定用ナット３４により固定されている。つまり、昇降用シャフト１７の上下移動により各支持体４，５を上下移動させることができる。また、昇降用シャフト１７の周囲には公知のベローズ継手３５を設けている。これにより、真空槽３の内部を超高真空に維持した状態で昇降用シャフト１７の上下移動を許容している。
【００３７】
また、真空槽３の両端部には、真空槽開口部蓋２８が設けられており、この真空槽開口部蓋２８の開口部２８ａと各差動排気機構２３，２４との間にＩＣＦフランジ方式のベローズ継手２７を設けている。真空槽３の内部とベローズ継手２７の内部とは連通した超高真空状態となっている。
【００３８】
さて、真空槽３の内部は、１０-11 Ｔｏｒｒのレベルであると共に、真空槽３における第１、第２磁石列のギャップ間隔の位置決め精度は０．００５ｍｍ、回転角度の位置決めは０．００２゜のレベルの高精度が要求される。しかも、第１、第２磁石列４ａ，５ａ（第１、第２支持体４，５）を回転駆動するための回転駆動装置２０，２１は、真空槽３の外部の大気中にある。したがって、各支持体４，５を回転させるための回転駆動軸３０，３１の軸周りを真空シールする機構は重要な技術となる。
【００３９】
そのために、本発明においては二段式の差動排気機構２３，２４を採用している。これを、図６，７を中心として説明する。つまり、この二段式の差動排気機構２３は、初段目真空軸シール室（第１真空軸シール室に相当する。）４０と、二段目真空軸シール室（第２真空軸シール室に相当する。）４１とを備えている。真空槽３及びベローズ継手２７の内部は、三段目の真空シール室に相当し、真空槽３の内部は、９×１０-11 Ｔｏｒｒ以下の超高真空環境に維持される。初段目真空軸シール室４０における真空排気の圧力レベルはターボ分子ポンプによる排気レベルとし、二段目真空軸シール室４１における真空排気のレベルをイオンポンプによる排気レベルとする。第１支持体４から軸方向に突出した回転駆動軸３０の軸線方向に沿って、真空槽３の外側にベローズ継手２７が配置され、さらにその軸方向外側に二段目真空軸シール室４１が配置され、更にその軸方向外側に初段目真空軸シール室４０が配置されるようにしている。
【００４０】
初段目真空軸シール室４０の蓋としての機能を有する軸受ハウジング４２が回転駆動軸３０の外周部に設けられ、この軸受ハウジング４２に形成された凹部に円錐コロ軸受４３が軸受止め輪４４により固定されている。また、回転駆動軸３０の外周と軸受ハウジング４２との間には、耐熱性と耐放射線性を有するＯリング４６が設けられている。さらに、円錐コロ軸受４３の外側には押圧力調整ナット４５が設けられている。
【００４１】
初段目真空軸シール室４０を構成するハウジング４７が、軸受ハウジング４２に隣接して設けられており、その凹部に針状コロ軸受４８が軸受止め輪４９により固定されている。軸受ハウジング４２は、ボルト５１によりハウジング４７に対して締結されている。軸受ハウジング４２とハウジング４７との間には、固定用で耐熱性・耐放射線性を有するＯリング５２が設けられている。また、ハウジング４７と回転駆動軸３０との間には、運動用（回転駆動軸３０が回転摺動する。）で耐熱性・耐放射線性を有するＯリング５３が設けられている。
【００４２】
二段目真空軸シール室４１を構成するハウジング５０が、ハウジング４７とベローズ継手２７との間に設けられている。ハウジング５０内には、特殊形状をしたシールリング５５と、ハウジング５０内にシールリング５５をボルト５７により取り付けるシールリング押え蓋５６とが設けられている。ハウジング５０は、ボルト５８によりハウジング４７に対して締結される。ハウジング４７とハウジング５０との間の壁面には、固定用で耐熱性・耐放射線性を有するＯリング５４が設けられている。
【００４３】
二段目真空軸シール室４１の低圧側は、ベローズ継手２７により、真空槽３の両側に設けられた真空槽開口部蓋２８に対して接続しており、これによって真空槽３の内部を所望の超高真空に保持するようにしている。ベローズ継手２７は、ボルト５９によりハウジング５０に対して締結されている。
【００４４】
初段目真空軸シール室４０には、初段目真空排気口としてのＩＣＦフランジ６０が設けられており、ターボ分子ポンプ系の配管が接続される。この初段目真空軸シール室４０においては、ターボ分子ポンプにより真空排気できる高真空圧領域の真空レベルを維持する。
【００４５】
二段目真空軸シール室４１は、初段目真空軸シール室４０との差圧による回転駆動軸部分の真空シールを行なうものであり、Ｏリング５３からの真空リークや、初段目、二段目真空軸シール室４０，４１の間に設けられたＯリング５２からの真空リークや、二段目真空軸シール室４１を構成する部品や材料の表面や内部からの脱ガス等をイオンポンプにより加熱排気する。二段目真空軸シール室４１には、二段目真空排気口としてのＩＣＦフランジ６１が設けられており、イオンポンプ系の配管が接続される。これにより、二段目真空軸シール室４１の内部を超高真空状態に維持する。
【００４６】
二段目真空軸シール室４１と真空槽３の内部とは、図７にその形状が詳細に示される、特殊形状のシールリング５５により別々の真空室として仕切られている。図７に示すように、回転駆動軸３０の大径部３０ａと小径部３０ｂとをつなぐ４５度の傾斜部３０ｃがあり、この部分にシールリング５５が押しつけられている。シールリング５５には、傾斜押圧部５５ａと垂直押圧部５５ｂとが形成されており、垂直押圧部５５ｂはシールリング押え蓋５５によりハウジング５０の垂直面に押圧されている。また、傾斜押圧部５５ａは押圧力調整ナット４５（図６参照）により、回転駆動軸３０の傾斜部３０ｃに押圧される。
【００４７】
シールリング５５は、真空槽３の内部を９×１０-11 Ｔｏｒｒ以下の超高真空を維持するために耐超高真空性を有するとともに、超高真空とするための加熱排気時のベーキング温度に耐える耐熱性を有し、また放射線にさらされる条件下での使用に耐える耐放射線性を有する必要がある。さらに、シールリング５５は、無潤滑での耐摩耗性が良好で、高温におけるクリープが小さく、超高真空中での耐ガス放出性優れていて、機械要素としての物性（引張り強さ、伸び、曲げ強さ、曲げ弾性率、圧縮弾性率、圧縮応力−歪特性、疲労限界等の特性）に優れ、また、優れた機械加工性を持ち合わせた材料であることが要求される。そこで、本発明では、かかるシールリング５５の素材として図７に示される特殊形状に加工したポリイミド樹脂を選択した。
【００４８】
先ほど説明したように、ポリイミド製のシールリング５５を回転駆動軸３０の傾斜部３０ｃに押圧する場合の押圧力の調整は、押圧力調整ナット４５により行なうものである。この押圧力調整ナットは、差動排気機構２３を構成している、軸受ハウジング４２と、ハウジング４７，５０の全体を軸方向から押すことにより押圧力を調整するようにしている。そして、シールリング５５の傾斜押圧部５５ａから真空リークが発生した場合においても、大気中に設けた押圧力調整ナット４５の増し締めにより、傾斜部３０ｃへの押圧力を増加させることができるので、容易に真空リークを止めることができる。なお、シールリング５５の形状は図７の構成に限定されることなく，回転駆動軸３０との当接部の形状等に応じて選定することが望ましい。
【００４９】
円錐コロ軸受４３は、上述した押圧力によるスラスト荷重、および、回転駆動軸３０と差動排気機構２３との間に発生するラジアル荷重を受ける。また、初段目真空軸シール室４０に設けられた針状コロ軸受４８は、円錐コロ軸受４３と共に回転駆動軸３０の軸芯に対して差動排気機構２３の軸芯とを同芯となし、ラジアル荷重を回転支持する。さらに、針状コロ軸受４８は、ポリイミド製のシールリング５５を回転駆動軸３０の傾斜部３０ｃに押し付ける際の差動排気機構２３の軸芯方向への微小運動（わずかな滑り移動）に対する案内の役割も有する。
【００５０】
なお、針状コロ軸受４８は超高真空環境内で使用されるので、グリス等の潤滑油の使用は厳禁され、かつ、軸受からのガス放出をなくすために無潤滑での使用を可能にするため金メッキが施されたものを使用している。これは、他の真空槽３内で用いられるベアリングについても同様である。
【００５１】
なお、真空槽３の内部に設けられたベアリング３２と、差動排気機構２３に設けられた円錐コロ軸受４３と、針状コロ軸受４８とはその軸芯が同一直線上に存在するように、きわめて精度良く回転駆動軸３０に支持されている。
これまでの説明では、上側の差動排気機構２３に関して説明してきたが、下側の差動排気機構２４に関しても同じ構成である。また、各差動排気機構２３，２４は、各支持体４，５の両側に設けられているが、これらの構成についても同じである（図４、図５参照）。
【００５２】
＜回転駆動装置＞
次に回転駆動装置について説明する。図４に示されるように、第１回転駆動装置２０は、バックラッシュレスのギヤードパルスモータ６３と、ギヤードパルスモータ６３の出力軸に取り付けられた第１ギヤ６４と、第１ギヤ６４と噛み合い回転軸芯が回転駆動軸３０にある第２ギヤ６５と、ハーモニックドライブ減速機構６６と、バックラッシュレスのカップリング６７とを備えている。これにより、パルスモータ６３を駆動することで、回転駆動軸３０、即ち、第１支持体４及び第１磁石列４ａを回転させることができる。
【００５３】
また、ギヤードパルスモータ６３の出力軸とは反対側に設けられたスプロケット６８と、絶対値型のロータリエンコーダ６９に設けられたスプロケット７０とにチェーン７１が巻回されている。このロータリエンコーダ６９により、ギヤードパルスモータ６３の高精度の回転制御を行なうことができる。
【００５４】
第２回転駆動装置２１も同じ構成を備えており、パルスモータ６３を駆動することで、回転駆動軸３０、即ち、第２支持体５及び第２磁石列５ａを回転させることができる。
【００５５】
＜各支持体の昇降機構＞
すでに説明したが、第１支持体４と昇降用シャフト１７との連結部の機構を図１０に拡大して示す。第１支持体４と一体形成された回転駆動軸３０が設けられ、回転駆動軸３０を支持するためのベアリング３２が取り付けられる軸受チョック３３が設けられる。軸受チョック３３は、昇降用シャフト１７と一体的にネジ機構により連結されている。ベアリング３２は、軸受固定用ナット３４により軸受チョック３３に固定される。
【００５６】
＜着脱装置＞
次に、ビーム路形状変換部の着脱装置について説明する。図４に示される様に、電子ビームは左側からビーム通路７４を通じて導入され真空槽３の開口部３ａに至る。この開口部３ａにおいては、ビーム径は略楕円形状となっている。この電子ビームは、第１支持体４において選択されている第１磁石列４ａと第２支持体５において選択されている第２磁石列５ａの間のギャップ空間に導かれるが、このギャップ空間においてビーム径の断面形状は略長方形である。したがって、ビーム径の断面形状が楕円形から長方形にスムーズにつながるようにビーム路形状変換部７３を設けている。
【００５７】
このビーム路形状変換部７３の機能としては上記のほか、電子ビームによる発熱を抑制するための冷却機能と、第１、第２磁石列４ａ，５ａに発生する電流をビーム路形状変換部７３を介してアースに逃がす機能も有している。そのため、ビーム路形状変換部７３の端部は、第１、第２磁石列４ａ，５ａの端部Ｍに押圧するようにしている。
【００５８】
ところが、第１、第２支持体４，５を回転駆動させようとすると、ビーム路形状変換部７３を押圧しているために、このままでは回転させることができない。そこで、ビーム路形状変換部７３を各磁石列４ａ，５ａの端部に押圧される状態と、端部から切り離される状態とに切り換えるための着脱装置を設けている。
【００５９】
このビーム路形状変換部７３の詳細形状を図１３に示す。この図では、通路形成部７５と、この通路形成部７５の外周に設けられている冷却用パイプ７６とが示されている。通路形成部７５は、ベリリウム銅の薄板を材料としており、これに数カ所のスリット切り込みを行なって帯状材の集合構造とし、これにより楕円形状と長方形形状を滑らかに接続している。図４においては、図１３に示されるビーム路形状変換部７３が上下に設けられている。
【００６０】
着脱装置は、上側に位置する第１着脱装置７８と、下側に位置する第２着脱装置７９とに分かれており（図４参照）、第１着脱装置７８は上側Ｉビーム１４に支持されており、第２着脱装置７９は下側Ｉビーム１５に支持されている。これにより、第１、第２支持体４，５の上下移動に連動して第１、第２着脱装置７８，７９を上下移動させることができる。なお、第１着脱装置７８と第２着脱装置７９とは同じ構成である。
【００６１】
＜着脱装置の具体的構成＞
図８は、第１着脱装置７８の一部を示す正面図、図９は、第１着脱装置７９の残りの一部を示す図、図１１は、第１着脱装置７８におけるリンク機構を示す側面図、図１２は、リンク機構の構成を示す斜視図である。
エアーアクチュエータを構成するピストンロッド８２の下端に熱伝導抑止サポータ８１が連結され、さらに熱伝導抑止サポータ８１の下端に昇降用シャフト８０が連結されている。
【００６２】
次にリンク機構の詳細を説明する。図１１、図１２に示されるように、このリンク機構は、昇降用シャフト８０の下部に連結される、門型の形状をした２列リンク同期用の駆動ブラケット８３と、上側の第１揺動リンク８７と、下側の第２揺動リンク８８と、第１、第２揺動リンク８７，８８を同期駆動させる駆動リンク８５と、駆動リンク８５と駆動ブラケット８３とを連結するための連結揺動リンク８４と、第１、第２揺動リンク８７，８８の揺動支点を定義するための支持フレーム８６と、ビーム路形状変換部７３の着脱プレートを駆動するための駆動リンク８９とを備えている。
【００６３】
支持フレーム８６は、その支持部８６ａが軸受チョック３３に固定されている。支持フレーム８６に、第１、第２揺動リンク８７，８８の揺動支点８７ａ，８８ａが設けられているが、これは固定された支点である。第１揺動リンク８７の一方の腕部は支点８７ｂにて、第２揺動リンク８８の一方の腕部は支点８８ｂにて、それぞれ相対的に揺動可能に駆動リンク８５に支持されている。連結揺動リンク８４は、その一端部が支点８４ａにより駆動ブラケット８３に、他端部が支点８４ｂにより駆動リンク８５に、それぞれ相対的に揺動可能に支持されている。また、駆動リンク８９には一対の第１腕部８９ａと第２腕部８９ｂが形成されており、第１腕部８９ａの支点８９ｃに第１揺動リンク８７の他方の腕部が、第２腕部８９ｂの支点８９ｄに第２揺動リンク８８の他方の腕部が、それぞれ相対的に揺動可能に支持されている。
【００６４】
図１１に示すように、駆動リンク８９は溶接等の適宜の手法によりビーム路形状変換部７３と着脱プレート９０と連結している。この図１１においては、着脱プレート９０の端部と第１磁石列４ａの端部との間に隙間Δが形成されており、第１支持体４を回転できる状態である。
【００６５】
昇降用シャフト８０を上下移動させると、第１、第２揺動リンク８７，８８を揺動支点８７ａ，８８ａ周りに揺動させる。これにより、駆動リンク８９を水平方向に移動させる。駆動リンク８９の水平方向の移動に連動して、着脱プレート９０も水平移動する。このとき、駆動リンク８５も水平移動しようとするが、連結揺動リンク８４を設けることにより、駆動リンク８５の水平移動を可能にしている。なお、昇降用シャフト８０の一部を取り囲むようにベローズ継手７７を設けており、これにより真空槽３内を超高真空に維持したまま昇降用シャフト８０を上下移動可能にしている。
【００６６】
したがって、着脱プレート９０を端部Ｍに押圧したり、端部Ｍから切り離したりした状態とを切り換えることができる。つまり、ビーム路形状変換部７３は、着脱プレート９０を介して第１、第２磁石列４ａ，５ａの端部Ｍに押圧されたり、端部Ｍから切り離したりされることになる。なお、隙間Δとしては１〜２ｍｍ程度で良い。
【００６７】
なお、図示はされていないが、リンク機構を構成する各支点には、金メッキされた転がり軸受が採用されている。これにより、超高真空環境での無潤滑支持を可能としている。
【００６８】
＜エアーアクチュエータの構成＞
次に、図９により第１着脱装置７８におけるエアーアクチュエータの構成を示す。図９に示される機構は、図８に示される機構の上側に位置する。
このエアーアクチュエータは、円筒状に形成された第１ブラケット９２と、この第１ブラケット９２の下端部にボルト９４により締結される第２ブラケット９３と、第１ブラケット９２の上端部に設けられたシリンダカバー９５とを備えている。また、ピストンロッド８２の上端部に設けられた押圧力調整ネジ９６と、押圧力調整ネジ９６のすぐ下側に設けられたピストン９７と、ピストン９７と第２ブラケット９３との間に作用する圧縮バネ９８とを備えている。
【００６９】
シリンダカバー９５と第１ブラケット９２と接合部の間にはＯリング９９が設けられている。ピストン９７の外周面と第１ブラケット９２との間にはピストンシール１００が、ピストン９７の内周面とピストンロッド８２との間にはロッドシール１０１が、それぞれ設けられている。第２ブラケット９３の内周面とピストンロッド８２との間にはダクトシール１０２が設けられている。第１ブラケット９２の上方側面部には圧縮空気を導入するための供給ポート９２ａが形成されている。また、第１ブラケット９２の下方側面部には排気ポート９２ｂが設けられている。圧縮力調整ネジ９６により圧縮バネ９８の圧縮力及び着脱プレート９０を着脱する際のストロークを調整することができる。
【００７０】
第２ブラケット９３のすぐ下側にベース１０３が設けられており、両者はボルト１０４により締結されている。また、ベース１０３には、ピストンロッド８２をガイドするための案内ブッシュ１０５が設けられている。なお、上記ベース１０３と案内ブッシュ１０５は、ピストンロッド８２の下側にも設けられている（図８参照）。
【００７１】
以上の構成により、供給ポート９２ａから圧縮空気を導入することにより、ピストンロッド８２を押し下げることができる。図９は、ピストンロッド８２が押し下げられた状態を示す。これにより、サポータ８１と昇降用シャフト８０も下方に押し下げられる。これにより、図１１において、第１、第２揺動リンク８７，８８を揺動支点８７ａ，８８ａ周りに反時計方向に回転させる。これに連動して、駆動リンク８９は図１１の左方向に移動するように作用するので、着脱プレート９０が第１磁石列４ａの端部Ｍから離脱する。また、圧縮空気を供給しない状態では、圧縮バネ９８のバネ力によりピストンロッド８２は上方に押しやられる。これにより、着脱プレート９０は端部Ｍに押圧させられる。
【００７２】
＜支持体の冷却機構＞
第１、第２支持体４，５を冷却するために冷却水通路が設けられている。ここで、第１、第２支持体４，５は、真空槽３の内部に取り付けられていることから、冷却水通路を構成する際には特別な配慮が必要となる。
図１４により本発明特有の冷却機構について説明する。図１４（ａ）は、第１支持体４の断面図であり、（ｂ）は、冷却水通路の側面図を示す。
【００７３】
すでに説明したように、第１支持体４の軸線方向の両側には回転駆動軸３０，３１が一体形成されている（図４，５参照）。この一体化された回転駆動軸３０，３１及び第１支持体４の軸芯を貫通するように冷却水通路用の貫通穴が形成されている。
【００７４】
上記貫通穴にパイプ３７が設けられ、放射方向に突出した４本の支持部３７ａにより第１支持体４に支持されている。パイプ３７の内部は冷却水通過往路３７ｂとして機能し、外側は冷却水通過復路３７ｃとして機能する。長手状のパイプ３７の一端部には冷却水が導入される冷却水導入部Ｉが設けられており、また、そのすぐ近傍に冷却水排出部Ｏが設けられている。冷却水導入部Ｉと冷却水排出部Ｏは、回転駆動軸３１の真空槽３から突出した部分に設けられており（図５参照）、大気中から冷却水の導入・排出を行なうことができる。
【００７５】
また、各磁石列を回転駆動するときに冷却水の供給源は回転してはいけないので、図１４（ｂ）に示すように固定された冷却水分配箱３９を設けている。この冷却水分配箱３９には、冷却水を導入する導入部３９ａと、冷却水を排出する排出部３９ｂとが形成されており、さらに、回転駆動軸３１の外周面との間には水漏れ防止用のＯリング３９ｃが設けられている。
【００７６】
冷却水導入部Ｉから導入された冷却水は、冷却水通過往路３７ｂを通過して、第１支持体４の内部を通過してもう一方の側の回転駆動軸３０の端部に到達する。この端部には冷却水通路封止用の蓋部材３８が設けられている。冷却水はこの部分で反転し、冷却水通過復路３７ｃを通過して、冷却水排出部Ｏから排出される。蓋部材３８は、回転駆動軸３１の真空槽３から突出した部分、つまり大気中に設けられている。このように、真空槽３の超高真空性能に影響を与えることなく第１支持体４の冷却を行なうことができる。
【００７７】
＜別実施形態＞
本実施形態に用いられているベアリングは金メッキが施されているが、メッキ以外にイオンプレーティング、蒸着、スパッタリング等により金被膜を施すようにしてもよい。
【００７８】
【発明の効果】
以上のように本発明の構成によると、真空槽３の内部に複数の第１磁石列及び第２磁石列が封止されている。したがって、選択された第１磁石列と第２磁石列との間のギャップ空間δを従来に比べて小さくすることができ、装置全体の小型化に寄与できると共に従来よりも高輝度光を得ることのできるリボルバー式挿入光源Ｐを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るリボルバー式挿入光源の構成を示す正面図
【図２】実施形態に係るリボルバー式挿入光源の構成を示す側面図
【図３】磁石列の構成を模式的に示す図
【図４】図１の左側に位置するリボルバー式挿入光源の構成を示す図
【図５】図１の右側に位置するリボルバー式挿入光源の構成を示す図
【図６】差動排気機構の詳細構成を示す図
【図７】シールリングの構成を示す拡大図
【図８】第１着脱装置の一部を示す正面図
【図９】第１着脱装置の残りの一部を示す図
【図１０】支持体の昇降機構を示す拡大図
【図１１】第１着脱装置におけるリンク機構を示す側面図
【図１２】リンク機構の構成を示す斜視図
【図１３】ビーム路形状変換部の詳細を示す図
【図１４】支持体の冷却機構の構成を示す図
【符号の説明】
３      真空槽
４      第１支持体
４ａ    第１磁石列
５      第２支持体
５ａ    第２磁石列
６      第１直線駆動装置
１４    上側Ｉビーム
１５    下側Ｉビーム
２０    第１回転駆動装置
２１    第２回転駆動装置
２３    差動排気機構
２４    差動排気機構
２７    ベローズ継手
３０，３１    回転駆動軸
３７ａ  冷却水通過往路
３７ｂ  冷却水通過復路
４０    初段目真空軸シール室
４１    二段目真空軸シール室
５５    シールリング
７３    ビーム路形状変換部
７８    第１着脱装置
７９    第２着脱装置
Ｉ      冷却水導入部
Ｏ      冷却水排出部
Ｐ      リボルバー式挿入光源
δ      ギャップ間隔
【図１】
0004347966.tif 000002
【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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