住友重機械

技報
212

Feb. 2024
No.212

Sumitomo
Heavy Industries
Technical Review

医療・半導体関連技術特集

Printed in Japan

ISSN 0387-1304

Special Issue for Medical and Semiconductor Related Technologies

主要営業品目● イオン注入装置

メカトロニクス● ギヤモータ：サイクロ減速機，ハイポニッ

ク減速機，アステロギヤモータ● 大型ギヤボックス：パラマックス減速機，
特定用途向け減速機，カップリング● 精密制御用減速機：精密制御用サイクロ
減速機，精 密 制 御 用 E サ イ ク ロ 減 速 機 ，
サ ーボモータ用
遊星歯車減速機 IBシリーズ● モ ー タ・イ ン バ ー タ：イ ン バ ー タ，
Lafert/Invertek● ドライブソリューション：AGV/AMR用
ドライブソリューション Smartris● 自律移動ロボット：KeiganALI● 精密位置決め装置：SA/SL Series 小型
サ ー フ ェ イ ス ス テ ー ジ，TL Series ス
タック型リニアガイドステージ● レーザ関連装置● 制御システム：Roll to Roll 搬送装置向け駆動制御システム● モーションコンポーネント：高性能モーションコントローラ MG78，高精度サー
ボドライバ SDLN/SDPH，コアレスリ
ニアモータ SM/SL/SSL，エアアクチュ
エータ Airsonic 50N● 協働ロボット
サイクロ，サイクロ減速機，ハイポニック減速機，
アステロ，パラマックス，Smartris，AIRSONIC は，
住友重機械工業株式会社の登録商標です。

インダストリアル マシナリー

エネルギー＆ライフライン● PET 用サイクロトロンシステム● 循環流動層（CFB）ボイラ● PET 用薬剤合成システム● バブリング流動床（BFB）ボイラ● 陽子線治療システム● 液化空気エネルギー貯蔵（LAES）● 真空成膜装置● ロータリーキルン式再資源化設備● 鍛造プレス● 電気集じん機● STAF（Steel Tube Air Forming）● 灰処理設備● リフティングマグネット● 蒸発・晶析装置● 非破壊検査● 流動床ガス化炉：空気式 / 酸素 - 蒸気式● スピニングマシン● 廃熱ボイラ● クリーンルームシステム● 集塵装置：新型パルス式バグフィルタ エコパルサー● 圧延用ロール● 平面研削盤：CNC 門形平面研削盤 KSL
Series，CNC 門 形 平 面 研 削 盤 KSL-F
Series，立 軸 円 テ ー ブ ル 形 平 面 研 削 盤
SVR Series，立軸円テーブル形平面研削
盤 SPG Series● クーラント処理装置● ラミネータ装置：コンバイニングアダプ
ター， SPS7000 オートT ダイ，コンピュータコントロールシステム MACS-Win
Zero-molding，STAF は，住友重機械工業株式会社の登録商標です。
エコパルサーは，日本スピンドル製造株式会社の登録商標です。

ロジスティックス＆コンストラクション

ドライブシステム● 封止プレス● 極低温冷凍機：GM 冷凍機，パルスチュー
ブ冷凍機，GM-JT 冷凍機，ソルベイ冷凍機● クライオポンプ● CFB スクラバ
● バグフィルタ式排ガス処理装置● 排煙脱硝装置（選択接触還元法/無触媒脱硝法）● デジタルサービス（プラント運用支援シス

テム）● 産業排水処理施設● 下水処理施設：メンブレンパイプ式超微細気泡散気装置ミクラス● 蒸気タービン● プロセスポンプ● 蒸留・抽出設備● 反応容器● 攪拌槽● コークス炉機械● 食品・飲料製造設備● オイルタンカー● 油圧ショベル

ミクラスは，住友重機械エンバイロメント株式会社の登録商標です。

● 道路機械
● クローラクレーン● 射出成形機：Zero-molding，ダイレクト● 廃棄物発電プラント● 基礎工事用機械（アースドリル，地盤改

良機など）● 運搬荷役機械：連続式アンローダ（バケッ

トエレベータ型）● 物流システム● 機械式駐車場● フォークリフト※文章中のソフトウェア等の商標表示は，省略しております。

事業所
本
社
関西支社
中部支社
九州支社
田無製造所
千葉製造所
横須賀製造所
名古屋製造所
岡山製造所
愛媛製造所
新居浜工場
西条工場

〒 141-6025〒 530-0005〒 461-0005〒 812-0025〒 188-8585〒 263-0001〒 237-8555〒 474-8501〒 713-8501

東京都品川区大崎2丁目1番1号（ThinkPark Tower）
大阪市北区中之島 2丁目3番33号（大阪三井物産ビル）
名古屋市東区東桜1丁目10番24号（栄大野ビル）
福岡市博多区店屋町 8 番 30号（博多フコク生命ビル）
東京都西東京市谷戸町2丁目1番1号
千葉市稲毛区長沼原町731番 1号
神奈川県横須賀市夏島町19番地
愛知県大府市朝日町6丁目1番地
岡山県倉敷市玉島乙島 8230番地

技術研究所 〒 237-8555 神奈川県横須賀市夏島町19番地
技術研究所 〒 792-8588 愛媛県新居浜市惣開町5番2号（新居浜）

本号に関するお問い合わせは，技術本部技報編集事務局（電話番号は
下記）宛お願い致します。

〒 792-8588 愛媛県新居浜市惣開町5番2号〒 799-1393 愛媛県西条市今在家1501番地

住友重機械工業株式会社のホームページ https://www.shi.co.jp/

技報編集委員
委

員

鈴木 哲史
廣田 真人
井上 千晶
梶谷 純平
針ヶ谷 崇
有吉 政博
石川 賢治
諏訪 義和
幾島 悠喜
小林 友和

阿部 昌博
白澤 克年
野口 真人
中川
崇
霜鳥 貴之
坂根
剛
石倉 武久
志摩 孝洋
前野 亮一
事 務 局 技術本部
編集協力 （株）千代田プランニング委住 友 重 機 械 技 報

員

第212号

非売品

2024 年２月10日印刷発

発

行

２月20日発行

行

住友重機械工業株式会社〒 141-6025 東京都品川区大崎2丁目1番1号（ThinkPark Tower）
お問い合わせ電話 横須賀 046-869-2300

人

千々岩敏彦
無断転載・複製を禁ず©

住友重機械技報 212
No.

巻頭言

2024

「医療・半導体関連技術特集号」に寄せて

平岡和夫

医療・半導体関連技術特集
論文・報告 動く臓器の短時間照射を目指した次世代陽子線治療システム

佐々井健蔵

陽子線がん治療向け超電導 AVF サイクロトロン
江原悠太，筒井裕士，中島 秀，吉田 潤，鶴留武尚，宮下拓也
重粒子線治療用マルチイオン源の開発
野村真史，高橋伸明，坪松悟史

技 術 解 説 ５馬力級 水冷圧縮機

勢村健太，大谷祐貴

プロトン照射による SiC パワー半導体の順方向通電劣化抑制技術
坂根 仁，原田俊太，加藤正史
省スペース型BNCT（ホウ素中性子捕捉療法）
システム

新製品紹介 枚葉式超高エネルギーイオン注入装置 SS-UHEⅡ

楠岡新也

1
5

9

13
15
17
20

８インチウエハ一括照射対応レーザアニール装置 SWA-22USH

21

精密ステージ SA-GⅡシリーズ

22

Sumitomo Heavy Industries
Technical Review

No.

Message for "Special Issue for Medical and Semiconductor Related Technologies"

212

2024

Kazuo HIRAOKA

Special Issue for Medical and Semiconductor Related Technologies
T / PAPERS

Next-Generation Proton Therapy System for Short-Time Irradiation of Moving Organs
Kenzo SASAI

Superconducting AVF Cyclotron for Proton Therapy
Yuta EBARA，Hiroshi TSUTSUI，Shu NAKAJIMA，Jun YOSHIDA，Takehisa TSURUDOME，Takuya MIYASHITA

Development of Multi-Ion Source for Heavy-Ion Therapy
Shinji NOMURA，Nobuaki TAKAHASHI，Satoshi TSUBOMATSU

T/INVITATIONS

５HP Water Coolng Compressor
Kenta SEMURA，Yuki OOTANISuppression of Forward Degradation in SiC Power Semiconductor by Proton Beam
Irradiation
Hitoshi SAKANE，Shunta HARADA，Masashi KATO
Space-saving BNCT
（Boron Neutron Capture Therapy）
SystemShinya KUSUOKANEW PRODUCTS

1
5
9
13
15
17

Serial Ultra High Energy Ion Implanter SS-UHE Ⅱ

20

Laser Annealing System SWA-22USH Capable of 8-inch Wafer Batch Irradiation

21

High Precision Stage SA-GⅡseries

22「医療・半導体関連技術特集号」に寄せて

取
締役
専務執行役員平岡和夫

住友重機械工業株式会社は既存事業の収益基盤強化とともに，４つのセグメントのコア技術をベースに重点投資領域を伸長し，新たな価値創造と企業価値向上を目指しています。具体的にはロボティクス・自動化分野，半導体分野，先端医療機器分野，環境・エネル
ギー分野ですが，今回の特集号では「先端医療機器分野」と「半導体分野」についての製品・技術を紹介します。
現在，世界では，心臓，脳血管障害，がんが死因のトップ３であり今後も患者が増加すると見込まれていますが，日本では２人に１人ががんになり，３人に１人ががんで亡くなると言われています。一方で医療の進歩は日進月歩で早期発見によって「がんは治る病気」になりつつあります。当社では癌を発見するPET サイクロトロンとその周辺装置，発見した癌を治療する粒子線治療装置として陽子線治療装置，重粒子線治療用入射器，BNCT装置
を医療機器化しています。
日本は先進国のなかで放射線治療が選択される割合がまだまだ低いのが実情ですが，今後選択機会の増加が期待されます。また粒子線治療は，ピンポイントでがんを叩くため，副作用が少なく患者に優しい治療です。早期診断とQOL（Quality Of Life）の高い治療の提供
によりがんになっても健康で長生きできる社会を作ることが我々の目的です。SDGｓに直結した医療機種で今後とも人と社会に貢献していきます。
半導体については今更詳細を述べるまでもなく，社会の発展に必要不可欠であり，その市場は拡大の一途をたどり，2030年までに世界の半導体市場は100兆円規模に成長すると予測されています。当社グループでは複数の事業ユニットで半導体関係の事業を展開しており，イオン注入装置，レーザアニール装置，シリコン単結晶引き上げ装置などの半導体製造
装置事業，クライオポンプ，真空ロボットなどの半導体製造装置向けコンポーネント事業およびイオン照射サービス事業等を行っています。グローバル成長市場に対してSDGsやカー
ボンニュートラルといった社会変革に伴う顧客の要望にタイムリーに応え，社会課題の解決に貢献していきます。
本特集号では，当社における上述の取組みの一端を紹介させていただきますが，先端技術で社会に貢献する取組みに終わりはありません。今後とも皆様方のご指導，ご鞭撻をよろしくお願い申し上げます。

医療・半導体関連技術特集 論文・報告

動く臓器の短時間照射を目指した次世代陽子線治療システム

動く臓器の短時間照射を目指した次世代陽子線治療システム
Next-Generation Proton Therapy System for Short-Time Irradiation of Moving Organs
●佐々井

健蔵＊

Kenzo SASAI

図１

超高速照射技術のコンセプトイメージ
Conceptual image of ultra-fast irradiation technology

陽子線治療における課題には呼吸性移動臓器への照射，大きな建屋の必要性，患者スループットがある。当社は，これらの課題を解決すべく次世代陽子線治療システムを開発した。次世代システムの特長は，動く臓器への短時間照射，建屋体積の低減，患者位置決めのシンプ
ル化である。これらの特長によって陽子線治療に関する課題解決が期待される。

１

まえがき

め，その割合は増加傾向にある⑴。陽子線治療は，2022年度の診療報酬改定で大型の肝細胞癌，肝内胆管癌，局所進行膵

陽子線治療は，X線を利用した通常の放射線治療と比べて優癌または大腸癌術後局所再発に係るもの（いずれも切除不能

れた線量分布を与えるため，より良い治療効果が期待されるのものに限る）に適用範囲が拡大された。前三つは呼吸性移が，その導入台数は極めて少なく，保険収載されている疾患動を伴うがんである。

が限定されている。より多くのがん患者が陽子線治療を含め近年の陽子線治療では，スキャニング照射が採用されていた最適な治療方法を選択できる社会を実現するには，陽子線る。スキャニング照射では，腫瘍の形状に合わせて細い陽子

治療の臨床的有用性と事業性の改善が必要である。臨床的有線を走査することで周辺臓器に投与される線量の低減が可能

用性の改善の一つに呼吸性移動臓器への照射があり，事業性となる。その反面，陽子線が動的に走査されることから呼吸の改善には建屋体積の低減と患者スループットの向上がある。

に伴って動く臓器を治療する際には，インタープレイ効果と２陽子線治療の課題

2.1 臨床的有用性の改善 ─ 呼吸性移動臓器への照射─
呼吸性移動を伴うがんは世界のがん症例数の20 %以上を占1

Challenges in proton therapy include irradiationof respiratory organs, the need for large buildings,
and patient throughput. SHI has developed a nextgeneration proton therapy system to solve these
problems. The features of the next-generation system
are short-time irradiation for moving organs, reducedbuilding volume, and simplified patient positioning.
These features are expected to solve issues related toproton therapy.

＊産業機器事業部

呼ばれる塗りむらが発生する恐れがある。また，呼吸性移動を管理するために呼吸同期照射などの手技や装置が併用されることで，その管理を必要としない場合に比べて治療時間が長くなる傾向がある。これらの問題の解決に向けて，１回の住友重機械技報 No.212 2024

論文・報告図２

動く臓器の短時間照射を目指した次世代陽子線治療システム

新しく開発され，西条工場に設置された超電導サイクロトロン(SC230)
Newly developed superconducting cyclotron (SC230) installed at Saijo Works

Delivery time simulation (s) for 2Gy
Existing

Next-gen

25
20
15
10
5
0

図３

Liver

Prostate

Lung

従来モデルと次世代モデルで比較した部位ごとの照射時間のシミュレーション
Simulation of irradiation time per site compared between conventional and next-generation models

息止めのなかで照射を完了する手技が複数のユーザーから提③案された。１回の息止めのなかで照射が完了すれば，インタープレイ効果の対策をしながら治療時間が短縮できる。
事業性の改善 ─ 建屋体積の低減と患者スループットの

2.2

360 °回 転ガントリと大視野コーンビームCTによる患者位置決めのシンプル化
3.1

超高速スキャニングによる短時間照射

陽子線はそのエネルギーによって飛程が変化する。スキャ

増加 ─

ニング照射では，同一エネルギーの細い陽子線を横方向に走陽子線治療システムの導入が検討される際には，その投資査するプロセスと，陽子線のエネルギーを切り替えるプロセ

回収性の低さが指摘される。大規模な初期投資と，それに伴スを繰り返して３次元の標的に線量を投与する。このことかう長い回収期間が原因である。大規模な初期投資は大型の専ら，短時間照射を達成するには，横方向の走査速度と深さ方

用建屋とその建設費が一因であり，回収期間を短縮するには向のエネルギー切替え時間を高速化する必要がある。また，

患者スループットの改善が課題であった。建屋体積を低減し走査速度が増加すると，同じ陽子線強度では投与線量がそのて患者スループットが向上すれば，事業性の改善が期待でき分低下するので，陽子線強度も増強する必要がある。
次世代システムでは，走査速度を従来比５倍の100 m/sに ，る。

３

次世代陽子線治療システムの特長

エネルギー切替え時間を従来比３倍の100 msに高速化し，ビーム電流を従来比の３倍にした（図１）。加速器からの陽子線

当社は，前述した陽子線治療の問題を解決すべく次世代陽強度については，超電導サイクロトロン（図２）を新しく開発子線治療システムを開発した。その特長は次の３点である。

し，従来比3.3倍の1 000 nAに増強した。これらによって，大① 超高速スキャニングによる短時間照射型肝細胞がんのような大きな標的でも６秒以内に，肺がんで② 単一治療室に最適なシステムデザインによる建屋体積は２秒以内に照射が完了すると見込まれており，１回の息止の低減

めのなかで照射を完了させる手技が実現可能になる（図３）。
住友重機械技報 No.212 20242

論文・報告動く臓器の短時間照射を目指した次世代陽子線治療システム

（a）

図４

単一治療室モデル（a）と複数治療室モデル（b）のレイアウト図
複数治療室モデルは回転ガントリを含む治療室が複数設置可能
Layout of (a) single- and (b) multi-treatment room models
Multiple treatment room model allows for installation of multiple treatment rooms including rotating gantry

図５

3.2

治療室のイメージ
治療室には 360 °回転ガントリ，スキャニングノズル，コーンビーム CT，ロボット寝台を備える
Image of treatment room
Treatment room is equipped with 360-degree rotating gantry, scanning nozzle, cone-beam CT, and robotic bed

治療室数に応じた最適なシステムデザインによる建屋体
積の低減

複数治療室モデル（図４（b））や将来治療室を増設するオプションも選択可能である。

陽子線治療システム用の建屋体積を低減するには，各コン

また，超電導技術の採用で加速器の消費電力は従来比44%

ポーネントの小型化とシステムデザインの最適化が必要であとなり，省エネルギー性能が向上した。さらに，液体ヘリウ

る。次世代システム用に新たに超電導サイクロトロンと小型

ムフリーの超電導磁石によってメンテナンスが容易になって360 °回 転ガントリを開発した。この超電導サイクロトロン

いる。

は従来比64 %の直径2.8 mに小型化されている。さらに，治療3.3

室数に応じた最適なシステムデザイン
（図４
（a）
）
を採用するこ3（b）

360 °回 転ガントリと大視野コーンビームCTによる患者位置決めのシンプル化とで，単一治療室モデルで建屋体積を約30%低減することが可

陽子線治療では，陽子線の照射時間が短い反面，患者の位能になった。これにより建設費の低減や工期の短縮も期待でき

置決めに時間がかかっていた。特に180 °ガントリでは照射る。さまざまな集患ニーズや将来計画に対応できるように，方向ごとの再位置決めに時間がかかり，治療室内CTを利用
住友重機械技報 No.212 2024

論文・報告動く臓器の短時間照射を目指した次世代陽子線治療システム（a）Extracted beam current（nA）

1 200
1 000
800
600
400
200
0
0

10

20

30
Time
（s）

40

50

（b）
3
230

Dose Monitor（V）

2.5

225.6 221.1 216.8 212.4 208

204

200

196 192（ MeV）

2
1.5
1
0.5
0
0

2

4

6

8

10

Time
（s）

図６

性能試験の結果（a）
サイクロトロンの最大電流でのビーム安定性試験（b）
エネルギー切替え試験
Results of performance tests（a）Beam stability test at maximum cyclotron current（b）
Energy switching test

すると寝台の移動に時間がかかっていた。この問題を解決すべくコンパクトな360 °回転ガントリと，ガントリ搭載型の

５

むすび

大視野コーンビームCTを開発した。360 °回転ガントリはコ

当社は，陽子線治療システムの提供を通じてがん患者が陽ンパクトながら広い患者空間を確保しており，寝台の回転が子線治療を選択できる機会を増やし，がんになっても健康で±90 °可能で，さまざまな腫瘍の治療に対応可能である（図長生きできる社会の実現に貢献していく。

５）。大視野コーンビームCTの視野は従来比1.8倍に拡大し50cmとなった。大視野コーンビームCTによって，インルー（参考文献）

ムCTなしでも高精度な患者位置決めがガントリアイソセン(1)

Global Cancer Observatory - IARC

ターで可能になる。これらにより患者位置決めがシンプルになり，位置決め時間短縮，ひいては治療時間の短縮および患者スループットの向上が期待できる。

４

性能検証

2022年前半までに，当社の西条工場（愛媛県）
で次世代陽子
線治療システムの試験機を使用して陽子線を照射する試験を実施し，サイクロトロンからのビーム安定性，エネルギー切
替え時間，ビーム位置精度などの主要な性能を検証した（図６）。さらに，実際の標的を模擬した総合的な照射試験も行い，照射時間の短縮が実証された。
住友重機械技報 No.212 20244

医療・半導体関連技術特集 論文・報告

陽子線がん治療向け超電導 AVFサイクロトロン

陽子線がん治療向け超電導 AVFサイクロトロン
Superconducting AVF Cyclotron for Proton Therapy●江 原 悠 太＊
Yuta EBARA

筒 井 裕 士＊＊Hiroshi TSUTSUI

中 島

秀＊＊

Shu NAKAJIMA

吉 田

潤＊

Jun YOSHIDA

鶴 留 武 尚＊Takehisa TSURUDOME

宮 下 拓 也＊＊
Takuya MIYASHITA

陽子線がん治療向け超電導 AVF サイクロトロン SC230
Superconducting AVF cyclotron for proton therapy SC230

当社では，陽子線がん治療システムの製造・販売を行っており，これまで多くの病院でがん治療に貢献してきた。近年，より多くの病院への治療システム導入を可能にするため，主要コンポーネントの一つである陽子加速器の小型化が求められていた。このような背景のもと ，当社において，超電導マグネットを用いた超電導AVFサイクロトロンSC230が開発され，小型化が実現された 。
この開発では，当社で長年培われてきた加速器や超電導マグネットに関する技術が取り入れられ，超電導コイル

The SHI Group has developed cyclotrons for proton
therapy and has contributed to t reatment at hospitals.
A new superconducting AVF cyclotron SC230 was
developed. With a yoke diameter，height and weight of
2.8 m，1.7 m and 65 t ，respectively，it is currently themost compact isochronous cyclotron for proton therapy.
Size reduction was achieved by a high magnetic fieldusing cryogen-free superconducting coils. It has amaximum beam current of 1 000 nA. The total power
consumption of its system is lower than 200 kW. This
paper introduces the developed superconducting AVF
cyclotron SC230.

の冷却には当社製の極低温冷凍機が用いられている。開
発されたSC230は，陽子線治療向けAVFサイクロトロンのなかで世界最小サイズである（2024年1月現在）。小型化と同時に治療性能を向上させる「ビームの大電流化」，
運転費を下げる「システムの省エネ化」も実現された。
本報では，開発した超電導AVFサイクロトロンSC230を
紹介する。

１

5

まえがき

目されている。世界で稼働中の陽子線治療施設数はすでに100を超えており，今後もさらなる増加が見込まれている。

陽子線治療は，ブラッグピークを持つ特徴的な深度線量分

日本においても陽子線治療に対する期待は大きく，2022年４布により，正常細胞へのダメージを低く抑えることができる

月から新たな４疾患に対して保険適用範囲が拡大された。

放射線がん治療である。日常生活を送りながら通院治療を受その一方，陽子線治療の導入は大型病院に限られており，けることが可能になるなど，患者に優しいがん治療として注

中小規模の病院への導入は進んでいない。これは，陽子線治＊技術本部＊＊産業機器事業部

住友重機械技報 No.212 2024

論文・報告表１

陽子線がん治療向け超電導AVFサイクロトロン

SC230の主要仕様
Main specifications of SC230

φ4 400種類

AVF サイクロトロン

ビームエネルギー

233〜237 MeV（固定）

最大ビーム電流≥ 1 000 nA

ヨーク直径

2.8 m

ヨーク重量

65 t

コイル

NbTi超電導コイル（上下２つ）

運転 / 最大コイル電流

442/488 A

起磁力

1 × 106 AT/coil

最大蓄積エネルギー

5.3 MJ

冷却冷媒

無冷媒

コイル冷却方式

極低温冷凍機による伝導冷却

引出し半径

0.6 m

RF周波数

95.3 MHz（h=2）

Dee 電圧P235（従来機）

220 tons

φ2 800SC230（開発機）

50 kV
（内側）
75 kV
（外側）

RF 壁損失＜ 70 kW

システム全消費電力＜ 200 kW

65 tons

図１

超電導によるサイクロトロンの小型化
Size reduction of cyclotron by superconductivity

療装置が大型であり，建屋のための用地確保や建屋建設コス治療を提供することが可能になる。さらに，消費電力は従来

トがシステム導入の障壁となっていることによる。このようの3/5に相当する200 kW以下であり，低消費電力であることな背景のもと，陽子線治療システムにおける装置の小型化がも特長である。

求められている。なかでも主要コンポーネントの一つである
加速器について超電導コイルを用いて小型化する取組みが，メーカー各社で進められている。超電導コイルによる加速器の小型化により，建屋の敷地面積を小さくできるだけでなく，耐荷重に対する要求も下がることから，建屋建設費用の削減が期待されている。さらに，大きなアセンブリの状態で輸送

２

主要仕様

表１に，開発した陽子線治療向け超電導AVFサイクロトロ
ンSC230の主要仕様を示す。

３

特長できるので，分割や再組立ての工数が減り納期短縮が期待さ

SC230では，陽子線治療に必要な約235 MeVの陽子ビームれる。また，超電導コイルを用いることでコイル消費電力が生成とともに，小型化，ビームの大電流化，システムの省エ低減され，これによりランニングコストが低減できる。コイネ化が実現された。

ル消費電力の低減により夜間の連続通電も可能になることか（1）小型化ら，病院における日常的なコイルの励消磁が不要となり，ダサイクロトロンは磁場によって荷電粒子を周回させる

ウンタイムの削減に貢献できる。このように，加速器の超電が，引出しエネルギーにおける軌道半径は磁場の強さに導化は利点が多い。

反比例する。SC230では，超電導マグネットを用いて３

当社でも超電導技術による小型化を目指した超電導AVFサ～５ Tの高磁場を発生させることでサイクロトロンの小イクロトロンSC230の開発が行われた。SC230のヨーク重量型化が実現された。図１に，SC230と従来機P235を比は65 tであり，従来機の3/10に相当する。また，その特長は較した概念図を示す。SC230の引出し軌道における平均小型であることに加え，治療性能向上を目的とした大電流ビ

磁場は約3.9 T，引出し半径は0.6 mである。このサイクームにある。SC230の最大ビーム電流は，従来機の3.3倍にロトロンでは，起磁力源として上下２つのNbTi超電導相当する 1 000 nA以上であり，商用陽子線治療用加速器としコイルが用いられている。超電導コイルは真空断熱のたて最大である。ビーム電流の増大により治療時間が短縮されめクライオスタットの中に設置され，４台の極低温冷凍ることから患者の負担が軽減されるほか，より多くの患者へ

機による伝導冷却方式によって５K以下に冷却されてい住友重機械技報 No.212 20246

論文・報告陽子線がん治療向け超電導AVFサイクロトロン

（b）

（a）
4

磁場（T）

周平均磁場（T）

r＝0.6 m

3

ヒル

ヒル

5

3
バレー

バレー

0.0

0.6

半径
（m）

0

周平均磁場の半径依存性

図２

SC230における磁極形状の概念図
Schematic of pole shape in SC230

図３

360

磁場の角度依存性

SC230における磁場分布の概念図
Schematic of magnetic field distribution in SC230

る。冷媒冷却ではなく，冷凍機による伝導冷却方式が採

よって１つのセクターが形成される。図３に，SC230に用されたことで液体ヘリウムの扱いが不要となり保守性おける磁場分布の概念図を示す。図３（a）は周平均磁場のが高い。また，長期停電など避けられないクエンチ発生

半径依存性であり，等時性磁場（実線部）が形成されていがあっても，ヘリウム放出がなく安全性に優れている。

る様子を示している。図３（b）
は磁場の周方向分布であ

ヘリウムの枯渇問題に伴う価格高騰の影響を受けないこり，AVFが形成されている様子を示している。SC230でとも（冷媒方式に対する）優位性の一つである。この極低は，ヒル領域の磁極間距離は広い範囲で±10 mm，最近接

温冷凍機には，医療用MRIをはじめとした超電導マグネ部では±６ mmとし，最大約70 °の大きなスパイラル角

ットの冷却で多くの実績がある当社製の４KGM冷凍機を持つ磁極形状が採用された。精度の高い磁場分布を形が採用された。

成するため，0.01 mmオーダーの精密加工によって磁極小型化に伴い，複雑な磁極形状が採用されているのも製作が行われた。さらに，平均磁場における不確かさがこのサイクロトロンの特長である。SC230は４セクター

50 ppm以下となるような磁場測定・調整を行い，要求をのスパイラルセクター型AVFサイクロトロンである。古

満たす等時性磁場が形成された。図４に，SC230の加速

典的なサイクロトロンでは，粒子エネルギー上昇に伴い空間の写真を示す。バレー領域などの磁極がつくる空間

相対論的効果によって等時性が満たされなくなることから，加速エネルギーには限界がある。この上限を超えるに各コンポーネントが配置されている様子が確認できる。
（2）大電流ビーム

際に，シンクロトロンやシンクロサイクロトロンでは周SC230の最大ビーム電流は１μAであり，陽子線治療

波数を変調するが，ローレンツ因子に比例する磁場（等向け商用加速器で最大である。当社では，引出しコンポ時性磁場）によって等時性を補償するのが等時性サイクーネントの一つである静電デフレクタがビーム損失によ

ロトロンである。等時性が満たされているので，各エネって損傷しないよう最大ビーム電流を設定している。

ルギーの陽子を同時に加速することができる。シンクロ

SC230では，歳差引出し法によってターンセパレーショ

トロンやシンクロサイクロトロンではビームがパルス状

ンが広げられ，静電デフレクタにおけるビームの通過効となるのに対し，等時性サイクロトロンではビームは連率が向上したことで，大電流ビームが実現された。歳差

続的とみなせることから大電流ビームが生成できる 。し引出し法は，サイクロトロン径方向（r方向）のベータト

かし，等時性磁場はサイクロトロン軸方向（z方向）の

ロン振動における共鳴現象を利用したビーム引出し方法

ベータトロン振動を不安定にしてしまうことに注意がである。SC230ではνr =１の共鳴が用いられたため，軸必要である。これに対し，周方向に変動する磁場（AVF：

方向磁場の１次のハーモニック成分B Z 1は精密に調整さAzimuthally Varying Field）を用いた強集束の効果を利用れる必要があった。B Z 1は，事前に行われたシム調整・してビーム安定を実現した等時性サイクロトロンがAVF

コイル位置調整によって十分低減された後で，対向するサイクロトロンである。また，磁極を螺旋状にしてエッ

２組の引出しハーモニックコイルを用いて最終調整されジ集束の効果を利用し，ビーム安定性をさらに向上させた。また，前述の狭い磁極間隔によってフリンジ場を減たものがスパイラルセクター型 AVFサイクロトロン

衰させていることも，引出し後のビームを安定させ，効である。
図２に，SC230の磁極形状の概念図を示す。ヒル（磁極間隔の狭い領域）と，バレー（磁極間隔の広い領域）
に
7

角度
（ °）

率的なビーム引出しに貢献している。
（3）低システム消費電力
SC230システムの消費電力は200 kW以下であり，従来
住友重機械技報 No.212 2024

論文・報告図４

SC230の加速空間⑵Inside acceleration chamber of SC230

システムの3/5にまで低減されている。これは，超電導測定モジュールを用いてビーム電流やビームプロファイル，

コイルを用いることでコイル消費電力が小さいことに加エネルギーなどが測定された。高速スキャニング照射を実現

え，RFキャビティにおける消費電力が低減されたためする次世代陽子線治療システムに用いられることから，このである。サイクロトロンでは加速電場の形成にRFキャ

サイクロトロンでは，最大ビーム電流だけでなく電流安定性

ビティが用いられる。このRFキャビティは，Dee電極とや位置安定性も要求される。試験では最大ビーム電流が１μA

アース板によって構成されている。SC230は，商用で最を超えることに加え，ビーム引出し効率も仕様値の60 %を上少となる２つのDee電極数，印加されるDee電圧は内側回る67 %であることが確認された。このほか，電流安定性やで50 kV，外側で75 kVと比較的小さい値で設計され低消位置安定性についても測定され，要求されるすべての仕様を費電力化が実現された。しかし，Dee電極数が少ないこ達成するビームが得られていることが確認された⑵。

とやDee電圧が低いことは消費電力を抑制できる一方で ，
１ターン当たりのエネルギー利得の低下によってターン数が増大し，磁場の不確かさによる悪影響を大きくした

６

しを難しくしたりするなど，技術的な問題を生む。このトロンSC230が開発された。
（2）治療性能に関わるビーム電流は，商用陽子線治療加速器のなかで最大である。

ように挑戦的な設計であったが，調整によって等時性磁場に対する磁場の不確かさを十分に低減させ，歳差引出

むすび（1）世界最小サイズの陽子線治療向け超電導AVFサイクロ

り，ターンセパレーションが狭まることでビームの引出（3）ビーム引出しが成功し，生成されたビームがすべてのし法を採用しターンセパレーションを大きくすることで ，仕様を満たすことが確認された。
（4）SC230は次世代陽子線治療システムの主要コンポーネこれらの問題を解消した。

４

陽子線がん治療向け超電導AVFサイクロトロン

ントとして，今後，より多くの治療に貢献することが期

開発の経緯

待されている。

2013年にSC230の基本設計が報告された 。数年にわたる⑴

要素技術開発を経て，2015年から超電導マグネットを含む各（参考文献）

コンポーネントの設計や製作が進められた。2020年には愛媛(1)

製造所西条工場にテストサイトが新設され，コンポーネントの移設とコンディショニングが行われた。2020年末から開始
されたコミッショニングにおいてパラメータ調整が実施され ，2021年７月にフィルム感光によってサイクロトロン外部へのビーム引き出しが確認された。

５

H. Tsutsui, et al., Design study of a superconducting AVF

cyclotron for proton therapy, Proceedings of Cyclotrons 2013 (2013).
(2)

Y. Ebara, et al., First beam extraction from a superconducting

azimuthally varying field cyclotron for proton therapy,Nuclear
Instruments and Methods in Physics Research Section A:
Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment
1056 (2023).

性能試験

引き出されたビームの性能評価試験では，サイクロトロン
外部に設けられた測定エリアで，ビームプロファイラや飛程
住友重機械技報 No.212 20248

医療・半導体関連技術特集 論文・報告

重粒子線治療用マルチイオン源の開発

重粒子線治療用マルチイオン源の開発
Development of Multi-Ion Source for Heavy-Ion Therapy
●野

村

真

Shinji NOMURA

史＊

高

橋

伸

明＊

Nobuaki TAKAHASHI

坪

松

悟

史＊＊

Satoshi TSUBOMATSU

ターボ分子ポンプ
引出しチャンバ

永久磁石

ターボ分子ポンプ
進行波管アンプ

ガスパルスバルブ
ビーム

導波管

コントロールシステム

半導体アンプ

ガスボンベ

マルチイオン源の概略図
Schematic drawing of multi-ion source

がん治療の一種である重粒子線治療のさらなる治療効
果の向上を目指して，国立研究開発法人量子科学技術研
究開発機構（QST）を中心に量子メスプロジェクトが推進されている。量子メスプロジェクトでは，複数のイオンを用いるマルチイオン治療が開発され，より効果的で副作用の低い治療の実現が期待されている。当社はQSTと共同で，マルチイオン治療の実現に向けて極めて重要な役割を果たすマルチイオン源の開発に成功した。
マルチイオン源はコンパクトな１台のイオン源で４種類のイオン（ヘリウムイオン，炭素イオン，酸素イオン，
ネオンイオン）を高速に切り替えて生成することができ

The Quantum Scalpel project is primarily conductedby the National Institutes of Quantum Science andTechnology (QST) to enhance the therapeutic effectsof heavy-ion therapy. In the project, a multi-ion
therapy using various ion species has been alreadydeveloped to achieve more effective treatment withfewer side effects. In collaboration with QST, SHI has
successfully developed a multi-ion source that willplay a crucial role in realizing multi-ion radiotherapy.
The multi-ion source is a compact unit capable ofproducing four types of ions (helium, carbon, oxygen,and neon ions) with fast switching. This ion source
has been installed in HIMAC of QST, and its beam
performance has been tested.

る。開発したマルチイオン源をQSTの重粒子線治療装置（HIMAC：Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba）に設置し，ビーム性能の確認試験を実施した。

１

まえがき

がん治療の分野において，重粒子線治療はその高い線量集
中性と生体への影響を最小限に抑える特性から，有望な治療において先進的な技術を追求し，その安定性と効率性の向上に取り組んでおり，これらの技術で重粒子線治療法の普及とさらなる研究の推進に貢献してきた。

法として注目されている。日本国内においては，炭素イオン

重粒子線治療は，X線治療に比べて高い線量集中性と大きを用いた重粒子線がん治療施設が７施設，世界規模では14施

な細胞致死効果を有し，がん治療において優れた性質を備え設あり，これらの施設は多くの患者に新たな治療の可能性をている。このことから，患者の生活品質の向上と治療効果の提供している。

最大化を追求するうえで重要な役割を果たしている。近年，

当社は20年以上にわたり，重粒子線治療の発展に向けた研9究開発に従事してきた。特に，イオン源および入射器の開発＊技術本部＊＊産業機器事業部

さらなる治療効果の向上を目指し，QSTを中心に量子メスプ
住友重機械技報 No.212 2024

論文・報告表１

重粒子線治療用マルチイオン源の開発

マルチイオン源と従来機の比較
Comparison of multi-ion source with conventional ion
source used in heavy ion therapy
マルチイオン源

従来機

磁場生成方法

永久磁石

イオン種

He , C , O , Ne

C4+マイクロ波アンプ

半導体アンプ

進行波管アンプ

マイクロ波周波数14 GHz10 GHz

運転モード

パルス

パルス

繰返し周波数

1/3 – 2 Hz

1 Hz

運転パルス幅

50 ms

50 ms

ガス種切替え時間

60秒程度

2+

4+

永久磁石
6+

7+

-

リングマグネット

図１

マルチイオン照射による線量分布（左列）とLET分布
（右列）のシミュレーション結果⑴Simulation results of dose distribution (left) and LET distribution (right)
by multi-ion irradiation

引出し電極

６極磁石

ガス導入口
バイアスプローブ
導波管
磁場分布

ロジェクトが推進されており，複数のイオンを治療に用いる
マルチイオン照射の導入が決定し，より効果的な照射と副作

図２

用低減の実現が期待されている。

従来機 ECRイオン源の概略図
Schematic drawing of conventional ECR ion source

現在の重粒子線治療では炭素イオンのみが使用されている。
炭 素 イ オ ン は，X線 や 陽 子 線 に 比 べ て 線 エ ネ ル ギ ー 付 与（LET：Linear energy transfer）が高く，がん細胞に対してより致命的な損傷を与えることができる。近年，LETの異なる

ルチイオン照射が現実のものとなり，がん治療に新たな可能複数のイオンを組み合わせ，LETの分布を最適化することに性が開かれることが期待される。

より治療効果が向上することが分かってきた。図１に，マルチイオン照射をした場合の線量分布とLET分布のシミュレー

２

マルチイオン源の概要

ション結果を示す⑴。plan１，２，３は使用しているLETの数

表１に，マルチイオン源と現行の重粒子線治療に広く使用がそれぞれ１，２，３と異っている。plan１，２では，線量分されている炭素イオンの生成に最適設計されたイオン源（従来布については腫瘍（図１各画像中央の紫色の線で囲われた矢機）との比較を示す。マルチイオン源では１台のイオン源で印の部分）に対して均一であるが，LET分布については，腫He2+，C4+，O6+，Ne7+の４種類のイオン種を高速に切り替え

瘍の外側に局所的に高いLETが存在している。一方，plan３て生成することができる。60秒ほどでガス種の切替えを行う

では，線量分布はplan１，２と同様に均一で，かつ，LET分

ことにより，さまざまなイオン種を用いた治療を１回の治療

布も腫瘍に高いLETが集中している。このことから，複数のセッションで行うことが可能である。これにより，患者へのLETを用いることで線量分布だけでなく，LET分布も最適

治療効率が向上し，臨床的な応用が広がることが期待できる。

化できることが分かる。しかし，従来の治療では線量分布のマルチイオン源は，従来機と同様に電子サイクロトロン共均一性のみを求め，LETの分布にはあまり着目してこなかっ鳴（ECR：Electron Cyclotron Resonance）
を利用したECRイ

た。そこで，より高い自由度でLETの分布を最適化することオン源である。図２に，従来機の概略図を示す。導波管からを目的に，複数のイオン種を治療に用いるマルチイオン照射

導入したマイクロ波が電子サイクロトロン共鳴により電子をの開発を開始した⑴。

加熱することでプラズマが生成される。生成されたプラズマ

マルチイオン照射においては，複数のイオンを高速で切りは，リングマグネットと６極磁石から作られた磁場により閉替える必要がある。さらに，装置のコスト低減の観点から，じ込められ，導入したガス種の多価イオンが逐次的に生成さ複数のイオン種を１台のイオン源から生成することが重要とれる。マルチイオン源は，従来機と同様にリングマグネットなる。当社は，QSTとの共同研究を通じてマルチイオン照射をと６極磁石に永久磁石を使用することで電源や冷却システム可能にするマルチイオン源の設計および開発を進めてきた⑵。

を不要とし，コンパクトで費用対効果の高いイオン源を実現

そして2022年３月に，炭素イオンだけでなくヘリウム，酸素，

している。マルチイオン源ではHe2+，C4+，O6+，Ne7+のイオ

ネオンなど複数のイオン種を高速に切り替えて生成するマルン種を１台のイオン源から生成できる。永久磁石を用いたこ

チイオン源の開発に成功した 。この革新的な技術によりマとからイオン種ごとの磁場調整はできないが，すべてのイオ⑶

住友重機械技報 No.212 202410

論文・報告重粒子線治療用マルチイオン源の開発

同軸線

導波管

図３

２重周波数加熱
Two-frequency heating technique

HIMACに設置したマルチイオン源
Multi-ion source installed in HIMAC

ン種に最適化した同一の磁場分布を使用することで，１台のミラーコイルの電流値を840Aに設定し，下流のコイル電流依イオン源で４種類のイオン種の生成が可能となっている。こ存性を調べた結果，下流コイルが500 Aと520 AのときにNe7+のように，永久磁石を用いた設計により占有面積を従来機とのビーム電流量が要求値より高くなることが分かった⑵。こ

同程度に抑えている。このコンパクト設計は，施設内での設うしたNIRS-HECを用いた実験から，４種のイオンの要求値

置および運用において貴重なスペースを節約し，効率的な配を達成させる上流ミラーピーク（Binj），最小磁場（Bmin），下置を可能にすることで施設の建設費用にも影響を与え，経済の最適磁場の値をそれぞれ決定した。
流ミラーピーク（Bext）

的な利点をもたらすことが期待されている。

決定したBinj，Bmin，Bextの磁場を再現するように永久磁石

マルチイオン源では，ECRプラズマを発生させるためにの設計を行った。永久磁石とヨークを含む設計の制約条件を

出力マイクロ波周波数14 GHzの半導体アンプ（SSA：Solid-

直径400 mm，長さ400 mm以下として，電磁界解析ソフト

State Amplifier）を採用している。この半導体アンプはGaN

JMAGを使用して磁場の最適化を行った。磁石にはネオジム，

高電子移動度トランジスタ（HEMT：High Electron Mobility

鉄，ホウ素を主成分とする信越化学工業株式会社製のネオジ

Transistor）を使用しており，公称デューティ５%で最大

ム磁石を採用した。実際に製作したマルチイオン源の磁場分

１kWのマイクロ波を発生させる能力を備えている。また，

布は，Binj，Bmin，Bextの仕様値に対して1.5 %以下の精度を達従来機で使用されている進行波管アンプ（TWTA：Traveling

成することができた。これにより，要求されるイオン生成の

Wave Tube Amplifier）とは異なり，冗長性の高い設計とな精度が確保された。

っており，故障しても運転を継続できることから治療施設の3.2 ガス切替え

信頼性向上に寄与する。この冗長性は，患者に対して中断のない治療を提供する重要な要素となっている。

さまざまなイオン種を用いた治療を1回の治療セッション
で行うには，ガス種の切替えを60秒ほどで行う必要がある。

マルチイオン源は，従来機と同様にECRイオン源である

この要求を満たすべく，高速でイオン種を切り替えることをことから，比較的多価のイオンを生成することができる。こ

目的としたガスパルス法が開発された。この方法は，高速パ

れにより，現用の入射器においても，マルチイオン源で生成

ルスバルブを使用してプラズマチャンバに供給されるガス量したイオンを加速することが可能となる。既存の重粒子線がを制御する。高速パルスバルブはガス供給ラインと連結されん治療施設においてもマルチイオン源が導入できることから ，ており，ガス供給の開始および終了を正確に制御する。マルマルチイオン治療の普及促進につながることを期待している。

チイオン源ではHe2+，C4+，O6+，Ne7+の４種類のイオンの生３

マルチイオン源の特長

3.1 磁場分布
永久磁石の磁場分布の設計として，まずはQ ST に あ る

11

図４

成に，それぞれヘリウム，メタン，酸素，ネオンのガスが使用されている。高速パルスバルブの開時間を変更することでガスの総量を制御する。この制御によりイオン種の高速スイッチングが実現し，異なるイオン種を迅速に供給することがを用いて，ビーム電
18 GHzのECRイオン源（NIRS-HEC⑷ ）できる。

流量の要求値を満たすためのミラー磁場の最適値を調査した。

3.3 引出し電極の駆動

NIRS-HECは，軸方向磁場をミラー電磁石によって調整する

マルチイオン源では，質量と価数の異なる４種類のイオンことが可能である。マイクロ波を変化させてそれぞれのイオ

種を効率的に引き出すべく，引出し電極を駆動できるようなン種のビーム電流量を調べた結果，Ne7+の生成がほかのイオ設計とした。直線導入機を採用することにより，真空の外かンの生成に比べて困難であることが分かった。そこでNe7+のら引出し電極の位置を調整することができる。引出し電極を

ビーム電流量を要求値に達成させることを目的として，上流冷却することを目的とした配管にはフレキシブルチューブを
住友重機械技報 No.212 2024

論文・報告

（a）

1 000
He
742 eμA

H＋≥1 000 eμA
H2+693 eμA
ビーム電流量（eμA）

ビーム電流量
（eμA）

（b）

1 000

He＋
≥1 000 eμA

2+

重粒子線治療用マルチイオン源の開発

500

500

C3+
352 eμA
C4+
231 eμA

C2+
142 eμA

H＋
110 eμA
0

40

60

80

100

120

140

0

60

電磁石の電流値（A）

図５

80

100

120

140

電磁石の電流値（A）

ビーム試験時の価数分布（a）
ヘリウムイオン，（b）
炭素イオン
Charge state distribution at beam test (a) helium ion, (b) carbon ion

用いることで，引出し電極の駆動に合わせて可動する設計とした。

高速ガス種の切替えに優れた効率性と柔軟性を備えている。

3.4 ２重周波数加熱（two-frequency heating technique）（3）マルチイオン照射による治療の実現に向けて，今後もECRイオン源では，２つの周波数でマイクロ波を供給する

QST と協力しながら実用化を目指していく。また，当ことにより，プラズマの安定性が向上することが知られてい社がこれまで提供してきた入射器のラインナップにマルる⑸。この技術は，２重周波数加熱と呼ばれている。従来機

チイオン源を展開していく計画である。

では10 GHzの１つのマイクロ波のみを使用しているが，マル
チイオン源では従来のC4+に加えて，より重く，より多価の（参考文献）

イオンを生成すべく２重周波数加熱が導入された。前述した(1) Inaniwa, T., Kanematsu, N., Noda, K. & Kamada, T., Treatment

14 GHzの半導体アンプをメインのマイクロ波アンプとし，２重周波数加熱用に10～18 GHzの進行波管アンプをサブのマイplanning of intensity modulated composite particle therapy withdose and linear energy transfer optimization, Phys. Med. Biol., 62-12(2017), 5180.

クロ波アンプとした。サブのマイクロ波アンプは周波数帯が(2) Muramatsu, M. et al. Concept design of new compact electron

広いことから，２重周波数加熱に最適な周波数に容易に調整

cyclotron resonance ion source with permanent magnets for multi-

できる。プラズマチャンバへのマイクロ波の導入には，メインのマイクロ波は導波管をサブのマイクロ波は同軸線を用いて1/4波長（≃５mm）のアンテナを使用した
（図３）
。

４

ビーム試験

マルチイオン源は，2022年に製作が完了し，同年３月に

ion radiotherapy. in Journal of Physics : Conference Series, 2244
(2022), 012094.
(3) Iwata, Y. et al. Design of a compact superconducting accelerator
for advanced heavy-ion therapy. Nucl. Instrum. Meth. A, 1053 (2023),
168312.
(4) Kitagawa, A. et al. Development of 18 GHz electron cyclotron
resonance ion source with high-voltage extraction configuration.
Rev. Sci. Instrum., 69- 2 (1998), 674 -676.

QSTにあるHIMACに導入された（図４）。マルチイオン源を(5) Kitagawa, A. et al. Recent developments of ion sources for life-

現地に据え付けた後，検収のためのビーム試験を行った。

science studies at the Heavy Ion Medical Accelerator in Chiba.

図５に，試験で取得した価数分布の一部を示す。マルチイ

Rev. Sci. Instrum., 87- 2 (2016), 02C107.

オン源の据付け時において，He 2+ は700 eμA以上，C 4+ は
200 eμA以上のビーム電流量が引き出されることが確認され
た。

５

むすび

（1）複数のイオンを治療に用いるマルチイオン照射は，より効果的な照射と副作用の低減により，重粒子線治療の新たな可能性が期待されている。
（2）マルチイオン照射を可能にするマルチイオン源の開発に成功した。マルチイオン源は，永久磁石によるコンパ
クトな設計で，半導体アンプにより高い冗長性を備え，
住友重機械技報 No.212 202412

医療・半導体関連技術特集 技術解説

５馬力級 水冷圧縮機

５馬力級 水冷圧縮機
５HP Water Cooling Compressor
●勢

村

健

Kenta SEMURA

太＊

大

谷

祐

Yuki OOTANI

貴＊圧縮機ユニット E-77A
Compressor unit E-77A

１

はじめに

当社では，極低温冷凍機とその応用製品であるクライオポ
ン プ を 販 売 し て い る 。 G M（Gifford-McMahon）
冷凍機，パ
ルスチューブ冷凍機およびGM-JT（Joule -Thomson）
冷凍機をそろえ，医療用MRIなどに代表される超電導コイルの冷却，希釈冷凍機予冷や電波望遠鏡の素子冷却など先端技術製品に広く使用されている。

減につなげるといった考え方である。 本報では，APF向上を目的に開発されたインバータ圧縮機ユニットE-77Aについて紹介する。

２

インバータ圧縮機 E-77A の開発

E-77Aの開発は，顧客の省エネルギーのニーズに合わせて2021年度より着手した。当初の技術的課題は，コンパクト化

長年培ってきた極低温技術を用いた製品群は，小型かつ信であった。圧縮機ユニットは顧客装置に組み込まれることも頼性が高いことで市場から高評価を得ている。SDGsやカー多く，従来のインバータを搭載していない製品とのサイズ互

ボンニュートラルといった社会変革に伴う顧客の要望にタイ

換性を維持することが必要である。このことからインバータ

ムリーに応えるべく，製品の高効率化・高機能化や新規制にを搭載するスペースを確保しつつ部品の小型化を含めて全面対応した製品ラインアップの拡充に取り組んでいる。

的に見直し，互換性を考慮したアーキテクチャへと設計を進

極低温冷凍機は冷凍機（コールドヘッド）と圧縮機ユニット

めた。

で構成されており，圧縮機ユニット（図１）
はHeガスの再圧縮

オイルセパレータや熱交換器など，新たに開発した技術ににとどまらず，圧縮熱の排熱，油滴や異物のない清浄なガス

より通常運転時の動作も従来品質と遜色がないことが確認でを冷凍機に供給し続ける役割を担う。大きな電動機を持つこきた。また最小消費電力は3.75 kWとなり，省エネルギーをとにより，圧縮機の電力制御はシステム全体の消費電力量に印象づけるため型式頭文字となるEはEfficiencyから採ること大きな影響を及ぼすこととなる。

とした。
E-77Aの性能仕様と新たに採用された技術について解説す近年，省エネルギーが重要視されており，従来の効率評価

13

変更可能とすることで無駄な電力消費を抑制してCO2排出削指標であるCOP（Coefficient Of Performance）
だけでなく，通る。

年非効率の削減を加えたAPF（Annual Performance Factor）

2.1 性能仕様（RDE- 412D4との組合せ）という評価方法へのシフトが進んでいる。これは，たとえば圧縮機ユニットのスペックとして，代表機種であるRDE-

昼夜で使用頻度が大きく異なる医療機器に対し，冷凍能力を

412D4と組み合わせた性能を示す（図２）。通常時の冷凍能力＊精密機器事業部

住友重機械技報 No.212 2024

技術解説

５馬力級 水冷圧縮機

1段温度（２段熱負荷1.25W）

80
70

1st：60 W

1 段温度 (K)60

（60 Hz）
1 st：60 W
2nd：1.25 W

1st：40 W

50
40

圧縮機

1st：20 W

30
20
3ストレージタンク

Actual E-77A（30Hz）＋RDE-412D4（40Hz）
Rated value with F-50 series

1st：0 W
4

5
6
消費電力
（kW）
（１段ステージ）

冷凍機
熱交換器

２段温度(K)

アドゾーバ

水チラー

4.4

1st：60 W
1st：40 W

4.2

1st:20 W

4.0

3.6

圧縮機ユニットの構成
Compressor unit structure（60 Hz）
1st ：60W
2nd：1.25W

1st：0 W

Actual E-77A（30Hz）＋RDE-412D4（40Hz）
Rated value with F-50 series

3.8

図１

図２

8

２段温度
（２段熱負荷1.25 W）

4.6

オイルセパレータ

7

3

4

5
6
消費電力
（kW）
（２段ステージ）

78

省エネ運転による冷凍能力
Cooling performance with energy-saving operation

は従来と同等であり，入力周波数の可変により電力抑制（最冷凍機は現行UL471に準拠しているが，2024年９月末に大出力から約50 %減）
しつつ，安定的な動作の確認ができた 。

はその規格が廃止されることが決定している。E-77Aは ，・冷凍能力

より高い安全性が認証条件となるUL60335に準拠した設

１段ステージ

53 W at 43 K
（既存機種と同一）

２段ステージ

1.25 W at 4.2 K（既存機種と同一）

・消費電力

7.5 kW（既存機種と同一）から計とし，第三者認証機関による認証を得た。

３

最小3.75 kWまでの省エネルギー運転
・圧縮機外形寸法

E-77A の特長

・インバータを備え，熱負荷に合わせた電力抑制機能を搭

450（W）×485（D）×590（H）mm（既存

載している。

機種と同一）

・最小消費電力運転では，定格比50%となり消費電力を削

2.2 新たに採用された技術減した。

（1）オイルセパレータの効率化による小型化⑴

・顧客装置に組み込まれる既存機とのサイズ互換性を実現

圧縮時の冷却・潤滑を目的として冷媒ガスにはオイルした。

が注入される。オイルセパレータは，圧縮後の冷媒ガス

・より高い安全性を保証するUL60335の第三者機関認証済に含まれるオイルとガスを分離させる目的で用いられる。
本開発ではオイルセパレータ内部品の最適化を行い，従来品よりも分離性能を向上させたことで占有容積を約

みである。

４

30 % 縮小することができた。
（2）熱交換器の形状見直しによる小型化（特許出願中）おわりに本開発により，獲得した部品の小型化などの技術は他機種へ水平展開していく予定である。

従来は箱型かコイル状の熱交換器を採用し，機内レイ

近年市場要求が多様化するなかで極低温冷凍機にもさまざ

アウトでも広い容積を必要としていた。E-77Aの開発にまな機能が求められており，それらに対応すべく機能拡充とおいて熱交換器の方式や形状を見直して平面的な熱交換ともに安全性に配慮した製品提供を続けていく。

器を開発した。これにより隙間となるフレームパネル沿
いに配置することが可能となり，従来機比で占有容積を（参考文献）

約30 % 縮小することができた。

(1)

特許第 7292904 号（3）UL60335対応の電装部品
ULは米国の安全規格であり，顧客医療装置が北米医療認証規格に準拠しているかを審査される際に極低温冷凍機も評価対象となる。 圧縮機ユニットを含む極低温
住友重機械技報 No.212 202414

医療・半導体関連技術特集 技術解説

プロトン照射によるSiCパワー半導体の順方向通電劣化抑制技術

プロトン照射によるSiCパワー半導体の順方向通電劣化抑制技術
Suppression of Forward Degradation in SiC Power Semiconductor by Proton Beam Irradiation
●坂

根

仁＊

Hitoshi SAKANE

原

田

俊

Shunta HARADA

太＊＊

加

藤

Masashi KATO（b）
プロトン照射1014cm‑2のダイオード（a）プロトン照射のないダイオード

正

史＊＊＊

で報告されている。したがってSiCにおいても，転位との相互作用が強い不純物を導入して転位に固着させることで，転拡張した積層欠陥位の動きを制御できると考えた。本技術開発では，図１に示すようにSiC結晶中に導入した水素もしくは点欠陥といった不純物を基底面転位と相互作用させ，転位の動きを不活化させることを想定している。注入物として，SiCの電気伝導にほとんど影響を与えない水素を選択した。また，不純物導入
後に熱処理を施すことで，不必要な欠陥の発生を抑制し，転位不活化後のSiCの結晶品質を保つ。本技術は，SiCのデバ
1.0 mmイス特性を安定させつつ，デバイスの信頼性確保につなげる

1.0 mm

ことができる。

負荷試験の後のPiN ダイオードの電極窓から観察されたEL像
EL images of PiN diodes after the electrical stress３

転位欠陥の抑制効果観測

SiCにプロトン照射を施すことで，積層欠陥の拡張にどのような影響を与えているかを観察した。観察には，放射光ト１

ポグラフィによる欠陥の観察技術を用いた⑵。トポグラフィ

はじめに

画像は，SiCに放射光を照射して，回折した放射光の強度をシリコンカーバイド（SiC）
は，バンドギャップが広いこと

原子核乾板で記録するもので，非破壊で転位などの結晶欠陥 ，から耐熱性に優れており，搭載装置の小型化につながるパワ

貫通転位およびエピタキシャル（エピ）層の欠陥などを検出すー半導体材料として注目度が高い。近年普及が進んでいるが，ることができる。さらに，UV照射によりSiCエピ層にキャ

その一方で，高品質のSiCウエハでも結晶中には多数の転位

リア再結合エネルギーを付与しながら，積層欠陥拡張を観察という欠陥が存在しており，それらの転位がデバイスの製造する技術を活用し，プロトン照射の拡張運動への影響を時系

歩留まりおよび信頼性を低減させるという問題を抱えている。

列に沿って詳細に観察した。

転位のうち，特に基底面転位は順方向通電時の電流注入によ

図２に，UV光を120時間照射する前後の積層欠陥の比較をり積層欠陥となって拡張し，デバイスの電気特性を劣化させ（e，f）のプロトン照射を施すと概略図（g）示す。1×1011/cm-2

ることが広く知られており，この解決が産業応用上の課題とのように，UV照射前に存在していた水平方向に向かって存在なっている。

していた基底面転位から，図の下方向に向かって部分転位が転位の拡張を抑制する技術の一つとして，SiC結晶中に欠発生し，その双方の間に形成される積層欠陥が発生している陥を導入することでキャリア寿命を意図的に低減させ，基底（c，d），1×1013/cm-2（a，b）のプ
ことが分かる。1×1012/cm-2

面転位に流れるキャリアを抑制し，積層欠陥の拡張を抑える

ロトン照射ではUV120 hの照射後にも関わらず，まったく拡という方法があるが，キャリアを基底面転位に完全に到達さ張が見られない。通電状態や不純物濃度によって異なると思せないようにするのは難しい 。一方，本報におけるプロト

われるが，閾値以上のプロトン照射を施すことで抑制効果がン照射技術は，不純物の固着により基底面転位の積層欠陥へ発現することが分かる⑶。

⑴の拡張を抑制しつつ，アニーリングにより欠陥の発生を抑制
し，キャリア寿命を極力低減させないということを可能としプロトン照射プロセスの最適化ている。これにより長いキャリア寿命が高性能化につながる

プロトン照射には，現在シリコンパワー半導体への照射サ

デバイス，たとえばバイポーラトランジスタにおいて，高いービスに使用しているサイクロトロンもしくは静電加速器をデバイス性能を保ちつつ積層欠陥による信頼性の低減を回避用いる。このような加速器を用いることで，エピ層表面からすることができる。

数μmから数十μm程度の深さに存在するエピ層の基板界面２付近に水素および点欠陥といった不純物を導入することがで転位欠陥拡張抑制のイメージ

きる。この界面付近は基底面転位から積層欠陥への変換が生

一般的に半導体のみならず結晶材料中の転位は，点欠陥などの不純物と相互に作用することが知られている。その相互

15

４

じやすい領域に相当し，抑制効果を十分に発揮できる。
PiNダイオード製造における従来のイオン注入プロセスは ，作用により転位の電気伝導が変化することや，不純物と転位

電極取付け後にプロトン照射を施すが，電極へのダメージがが固着し，転位が動かなくなることが複数の半導体結晶材料

無視できない。そこで図３に示すように，基板側およびエピ＊住重アテックス株式会社＊＊国立大学法人東海国立大学機構名古屋大学＊＊＊国立大学法人名古屋工業大学

住友重機械技報 No.212 2024

技術解説 プロトン照射によるSiCパワー半導体の順方向通電劣化抑制技術

拡張（c）1×1012cm‑2w/oUV（d）1×1012cm‑2w/UV（e）1×1011cm‑2w/oUV（f）1×1011cm‑2w/UV

不純物

金属的伝導

金属的伝導なし

不純物導入なし
SiC 結晶転位により特性が不安定

不純物導入あり
SiC 結晶転位が不活化し特性が安定

不純物注入による SiC 結晶の不活性化イメージ
Image of inactivation of SiC crystals by impurity implantation（g）1×1011cm‑2w/UV

step ﬂow（1 120）

PiNダイオード

エピ側電極形成

基板側電極形成

アニール処理︵1 500 ℃以上︶

アルミイオン注入

プロトン照射エピウエハ
図３（b）1×1013cm‑2w/UV

拡張せず

転位

図１

（a）1×1013cm‑2w/oUV（1 100）

図２

PiNダイオード製造プロセス
Proceses for PiN diode with proton irradiation

100μm

プロトン照射（照射量1011〜1013cm－2）
後のSiCの積層欠陥拡張のトポグラフィ画像
（a）
（c）
,
（e）
,
はUV照射前，（b）（d）,（, f ）はUV照射後，
（g）
は
（f ）の
拡張イメージ図(a)–(f) X-ray topography images of specimens with proton
irradiation fluence ranging from 1011 to 1013cm-2 before（a,c,e)
and after UV(b,d,f). (g) is illustration of (f).

側への電極形成前にプロトン照射を行うことにした。プロトており，順方向通電時における劣化を解決する技術となり得

ン照射後，P層形成を目的として注入されたAl
（アルミ）
を活

ることが明らかとなった。

性化すべく1 500 ℃以上の高温アニールを施すが，転位欠陥に固着した不純物は残留することを想定している。その後，電極形成を行うことで，高性能な電極コンタクトが維持できる。

５

６

おわりに

（1）SiCパワー半導体の実用化の障害となっていた通電劣化に対して，その要因となる基底面転位の積層欠陥へのプロトン照射 PiN ダイオードへの電流注入評価⑷

拡張を抑制するプロトン照射技術を新たに提案すること

水素導入したPiNダイオードに対して温度上昇を抑えつつができた。

試験の負荷を高めることを目的として，実際の通電負荷と同（2）プロトン照射後に，高温のアニーリングにより欠陥の程度と考えられる200 A/cm2以上のパルス電流による通電試発生を抑制し，キャリア寿命を極力低減させないことを験を実施することにした。試験では，ダイオードの温度上昇可能とした。このことにより，長いキャリア寿命が高性を抑えながら212.5 A/cm2の負荷で10パルス/秒，２時間の通能化につながるデバイス，たとえばバイポーラトランジ電を行った。

スタにおいて高いデバイス性能を保ちつつ，積層欠陥にプロトン照射を新たに導入したプロセスで作製したPiNダ

よる信頼性の低減を回避することに成功した。

イオードに対して，長時間の電流負荷試験を実施した後のエ（3）本技術に対する国内外のパワー半導体デバイスメーカ

レクトロルミネッセンス（EL）
像を観測した。ELは，エピ面

ー，ウエハメーカーの関心度は高く，産業応用に向けたに形成したストライプ状の窓を有する電極を通して観測され試験がメーカー主導で開始されつつある。

るが，積層欠陥はEL像において暗部となることから，積層欠陥の拡張の有無が判定できる。
冒頭の図は，負荷試験後の「プロトン照射なし」および「プロトン照射あり（10 cm ）」のPiNダイオードのEL像で14-2ある。図中の暗部が基底面転位が拡張した積層欠陥に相当し（参考文献）(1)

T. Mii et al., Mater. Sci. Semicond. Process. 153, 107126 (2023).

(2)

S. Harada et al., Sci. Rep. 12, 13542 (2022).

(3)

S. Harada et al.. Appl. Phys. Express, 16, 021001 (2023).

(4)

M. Kato et al.. Sci. Rep. 12, 18790 (2022).

ており，プロトン照射なしでは積層欠陥が拡張し，プロトン
照射ありでは拡張が抑制されていることが分かる。また，プロトン照射をさらに増やしても積層欠陥の拡張が抑制されることも確認できた。プロトン照射が積層欠陥の拡張を抑制し
住友重機械技報 No.212 202416

医療・半導体関連技術特集 技術解説

省スペース型BNCT（ホウ素中性子捕捉療法）
システム

省スペース型 BNCT（ホウ素中性子捕捉療法）システム
Space-saving BNCT
（Boron Neutron Capture Therapy）
System
●楠

岡

新

也＊

Shinya KUSUOKA

BNCT Comfort Model の概観図
Overview of BNCT Comfort Model

１

はじめに

主要仕様

組織を切除することなく，臓器の形状や機能を保ちながら

表１に，BNCT Comfort Modelの主要仕様を示す。本装置

がんを治療できるのが放射線治療の利点であり，その治療法の特筆すべき点は装置全体の延床面積である。NeuCureとのの一つにBNCT（Boron Neutron Capture Therapy：ホウ素中比較で23 %削減を達成した。

性子補足療法）がある。BNCTは，がん細胞にホウ素原子を含有する薬剤を取り込ませ，そこに中性子線を当てることで中性子とホウ素原子を反応させ，そこで生じた高エネルギーのα粒子とLi原子核により，がん細胞を選択的に破壊する治療法である。
当社は2009年度に，世界初の病院に設置可能なBNCT用の中性子照射装置を国立大学法人京都大学原子炉実験所と共同で開発し，2014年度に一般財団法人脳神経疾患研究所付属南東北BNCT研究センター，2017年度には大阪医科薬科大学関

17

２

３

NeuCure の配置と機能最適化

すでに納入した２台のNeuCureから得られた知見により，
次の４項目について検討を行い，敷地面積を削減した。
① ビームトランスポートシステムの最適化② ターゲット交換システムの変更③ 建屋レイアウトの最適化④ 治療台機能の最適化
3.1 ビームトランスポートシステムの最適化

西BNCT共同医療センターに納入した。そして2020年度に医中性子を発生させることを目的として陽子ビームをターゲ

療機器「BNCT治療システム NeuCure」として承認され販売ットまで輸送するシステムをビームトランスポートシステムを開始した。しかし，本装置は高額な医療機器であり，また，と呼ぶ。これまで当社が納入してきたNeuCureのビームトラ

大型の装置であるため設置には敷地面積が広く専用の建屋もンスポートシステムは，図１に示すように偏向電磁石を用い必要となることから採算性が低く，これがBNCTの普及を妨てビーム軌道を曲げ，陽子ビームをターゲットまで輸送してげる一因となっている。そこで当社は，治療現場から得られいる。

たさまざまな知見をもとにNeuCureを構成する機器の配置・

本ビームトランスポートシステムは，偏向電磁石の磁場を機能・建築レイアウトの最適化を行い，省スペース・省コス

切り替えることにより異なる部屋へビームを輸送できるといトのBNCT Comfort Modelを開発した。本報では，このう利点はあるが，病院が所有する土地が狭小で治療室が１室

BNCT Comfort Modelについて紹介する。

しか用意できない場合，この偏向電磁石が装置面積を大きく＊産業機器事業部

住友重機械技報 No.212 2024

技術解説

表１

省スペース型BNCT（ホウ素中性子捕捉療法）
システム

BNCT Comfort Model の主要仕様
Main specifications of BNCT Comfort Model
項目

主仕様

ビーム電流値

１mA

ターゲット交換

手動

ビームトランスポート

直線

治療室数

１部屋

治療準備室数

１部屋

治療台種類

臥位

コリメータ

延長コリメータ

シミュレーション室

なし（BNCT Comfort Model導入後に追設可能）

年間想定治療人数

200人

装置延床面積23 %削減（NeuCure比）

偏向電磁石

図１

NeuCure（1-port type）のビームトランスポートシステム
Beam transport system of NeuCure (1-port type)から，すべての作業を手動で実施した場合でも放射化したターゲットから十分に距離を取り，視認性が良い鉛ガラスで局
所的に遮蔽していれば，作業者の被ばくをNeuCureと同等レベルに抑えることができる。そこでBNCT Comfort Modelでは，地上でターゲットから十分な距離を確保してターゲットを交換することが可能な交換台車を開発した。この交換台車を採用することによって，作業者の被ばく量をNeuCureと同等レベルに抑え，加えて地下のターゲット交換装置駆動部の
図２

BNCT Comfort Model のビームトランスポートシステム
Beam transport system of BNCT Comfort Model

スペースを不要とした。こうして空いたスペースに冷却システムを配置することによりNeuCure（１治療室モデル）との比較で，地下室の面積を17 %削減した。
3.3 建屋レイアウトの最適化
施設の採算性を改善するには，敷地面積の低減による建屋する要因となり客先の要望に応えることができない。

コストの削減とともに，治療患者数を増やすことが有効であそこでBNCT Comfort Modelでは，図２に示すように偏向る。そこでNeuCureで蓄積されたノウハウを生かし，治療フ電磁石を廃止し，ターゲット位置でのビームサイズを変える

ローに基づいて建屋レイアウトを最適化することで，建屋コことなくビームトランスポートシステムを直線型とした。こストの低減と効率的な治療フローの両立を実現した。この治の変更により，従来機（１治療室モデル）と比べ四極電磁石を療フローでは，準備室と治療室をそれぞれ１室設けて医師，

２台，偏向電磁石を１台，ステアリング電磁石を２台削減で技師，患者の動線を考慮し，準備室と治療室を含め医療行為

き，６ %の床面積削減を達成した。

に関係する部屋を最適位置に配置することで４人/週，200人/

3.2 ターゲット交換システムの変更

年の治療が可能となった。また装置導入後にシミュレーショ

BNCTでは中性子を発生させるターゲットを定期的に交換する必要がある。しかし，ターゲットは陽子ビームの照射にン室を追設し，治療前準備作業の効率を上げることで400人/
年の治療が可能になった。

より放射化していることから，ターゲット交換時の作業者のなお，建屋レイアウトを最適化するに当たり，株式会社フ

被ばくを低減する装置が必要である。NeuCureでは，地下かジタと協業しStandard Planを作成した。図３に，そのレイ

らターゲット受けが上昇してきてターゲットダクトを保持しアウトを示す。本レイアウトでは治療行為に必要最小限のサ

地下へと降ろすという半自動の装置を採用しており，これがイズ（27.5×34 m）の部屋を確保しており，従来機の27.5×

作業者の被ばく低減の一翼を担っていた。しかし，ターゲッ

44.2 mと比較してコンパクトに仕上がっている。また，本モトの交換は年に１～２回，作業時間は１～２時間であること

デルの加速器室には株式会社フジタの特殊技術を用いた低放住友重機械技報 No.212 2024

18

技術解説

省スペース型BNCT（ホウ素中性子捕捉療法）
システム

診察兼相談室

事務室・放射線管理室

個室待合い兼リカバリー室

吹抜け待合いホール

放射線管理室兼事務室

診察および相談・説明室

検査着への更衣や家族待機, 具合が悪くなられた際にはリカバリー室としても利用可能な多機能個室待合室

受付のある, アトリウム的空間の寛げるエントランスホール

装置制御室

医師控室

BNCT治療装置の運転, 治療準備室のX線操作, CT装置の操作など,
各種装置の制御室

医師の待機準備室

QA測定室

風除け室

放射線治療の品質保証検査室

施設の玄関となる出入口

血液検査室

採血した血中ホウ素濃度を測定し,照射中性子量を確定させる検査室

治療準備室

患者への治療シミュレーション, X 線
撮影, 固定具の調整や装着, 治療室へ向かう患者の固定, 治療中の患者への輸液などを行う多目的室

管理廊下

セキュリティにより管理されている
放射線管理区域内の廊下

治療室

CTシミュレーション室

加速器室

治療準備室２装置前室

廊下

治療計画用CT画像の撮影室

BNCT放射線治療室

会議や打合わせなど多目的に使用するが受入れ患者が増加した際はシミュレーシ
ョン室などに改修可能

荷電粒子を加速するサイクロトロン
加速器の設置室

加速器の電気室

既存施設に接続させる場合には, 接続廊下としても機能する

更衣室

男女別の更衣室

治療計画室

医学物理士などの計画・打合わせ室

汚染検査室

汚染検査
（放射線測定）室
汚染が検出された場合は, 隣接のシャワー室などで処置を行う

廃棄物庫

使用済みターゲットなどの保管庫

図３

装置メンテ控室・器材室
メンテ要因の控室, 器材置き場

低放射化コンクリート（FLASC）

フジタの特殊技術を用いたコンクリート（構造体）
高い遮蔽性を有するとともに放射化が低減されることから, 施設利用者の被ばく量が低減されるとともに, 施設の運用が終了し解体する際に発生する放射性廃棄物も劇的に低減される

ボンベ庫

医療ガス機器置き場

BNCT Comfort Model の標準レイアウト
BNCT Comfort Model Standard Plan

射化コンクリート（FLASC）を採用しており，施設の運用がト・省スペースの要望に対応できる製品となった。

終了し解体する際に発生する放射性廃棄物の低減も図ってい（3）BNCT Comfort Modelの上市によってBNCTの普及促る。

進が期待されるとともに，がん治療分野におけるウェル

3.4 治療台機能の最適化

ビーイングの実現にも貢献できる。

初期導入費用の削減を目的とし，NeuCureが展開している
治療台機能の最適化を行った。NeuCureでは頭頚部照射時に治療に必要な患者体位を得るために，ほとんどの場合で座位・※「NeuCure」
は，住友重機械工業株式会社の登録商標です。
「FLASC」
は，株式会社フジタの登録商標です。

立位治療台を使用し，臥位治療台は使用していなかった。しかし，2022年２月に延長コリメータが薬事承認された後では患者体位決定時の自由度が上がり，臥位での治療実績が急増した。これは，座位や立位と比べて臥位の方が患者の負担が軽減されることによる。また，位置決めの難易度が下がるので，医療スタッフの負担が軽減されることも臥位治療台が優先的に使用される一因となっている。そこで本モデルでは，臥位治療台と延長コリメータの組合わせを標準とし，座位・立位治療台はオプションとしたことで装置導入初期費用の低減を実現した。

４

おわりに（1）BNCTの普及促進を目的とし，採算性を向上させた
BNCT Comfort Modelの開発を行った。
（2）BNCT Comfort Modelは，NeuCureで得た治療現場のノウハウを生かして装置，建屋レイアウトの最適化を行った結果，従来比23 %の延床面積削減を実現し，省コス
19

住友重機械技報 No.212 2024

医療・半導体関連技術特集 新製品紹介

枚葉式超高エネルギーイオン注入装置 SS-UHEⅡ

枚葉式超高エネルギーイオン注入装置 SS-UHE Ⅱ
Serial Ultra High Energy Ion Implanter SS-UHEⅡ

本装置SS - UHEⅡは，超高エネルギーでのイオン注入プ

ながら中性子線が発生する。SS-UHEⅡでは，ビームロセスに対応した300 mmウエハ用枚葉式超高エネルギーイ

ライン各部の発生源に対しシミュレーション（PHITS）

オン注入装置SS-UHEの後継機である。従来機SS-UHEは，を繰り返して内部遮蔽の構造を決定し，中性子線発生源

CMOSイメージセンサデバイスの微細化や高性能化に伴い，近傍に遮蔽材を配置した。従来の外部遮蔽構造から内部

フォトダイオード部へのイオン注入がより深く，より正確に遮蔽構造に変更することにより，SS-UHE との比較で行えるように，注入エネルギーを旧機種の最大２倍に高め，重量を 75 %，部品点数を 80 % 削減した。

注入角度精度を大幅に向上させた。
SS-UHEⅡは，AIやIoT技術の普及拡大に伴う顧客の旺盛（2）新コントロールシステム
近年急速に普及しつつある ICT を活用したスマートフ

な設備投資による急激な装置需要拡大に対応し装置COOァクトリー化の実現に対応すべく，コントロールシステ

削減，（Cost Of Ownership：ウエハ１枚当たりの処理費用）

ムを全面的に刷新した。制御の応答性や拡張性が向上しリードタイム短縮，装置軽量化およびスマートファクトリー

たことで，大容量の装置センシングデータ収集や各装置化を実現すべく，SS-UHEをさらに進化させた装置として開をネットワークで接続することが可能となった。このシ

発され，すでに最先端のCMOSイメージセンサメーカーに複

ステムにより，生産工程で収集し蓄積されたデータを機

数台納入されている。

械学習・解析などの AI 技術を使って処理することにより，装置間の性能のバラツキ抑制および予防保全を可能

主要仕様

とする。

最大ビームエネルギー

14.4 MeV

ドーズレンジ

１×1010～１×1017 ions/cm2

ドーズ均一性，再現性

0.5 %以下

質量分解能

M /ΔM≧90

メカニカルスループット

450枚/Hr

特※「UHE」
は，住友重機械イオンテクノロジー株式会社の登録商標です。

長（1）中性子線内部遮蔽
超高エネルギーのホウ素イオン注入においては，微弱（住友重機械イオンテクノロジー株式会社岡本信介）

住友重機械技報 No.212 202420

医療・半導体関連技術特集 新製品紹介

8インチウエハ一括照射対応レーザアニール装置 SWA-22USH

8インチウエハ一括照射対応レーザアニール装置 SWA-22USH
Laser Annealing System SWA-22USH Capable of 8-inch Wafer Batch Irradiation

Si - IGBTパワー半導体に代わり，特性に優れたSiCパワー

差異を嫌う顧客も多く，φ８インチウエハ全面一括加工への半導体の需要が世界的に高まっている。SiCパワー半導体で対応が求められるようになった。その課題に対応すべく，ス

は，SiCと電極金属との間に低抵抗なオーミック・コンタク

キャンエリアを拡大しφ８インチウエハ一括照射を可能にトを形成することが求められており，レーザによるアニール

したレーザアニール装置SWA -22USHの開発を進めており，処理でシリサイド化することによってオーミック・コンタク

2024年初旬に上市を計画している。

ト形成を実現し，その結果としてデバイスの電気特性を改善

従来機との比較を次の表に示す。

することができる。SiCパワー半導体の需要が高まるなか，
レーザアニールプロセスにおいては生産性を上げるための高スループット化に対する既納顧客からの要求が増大している 。
このような要求に対応すべく，オーミック・コンタクト形成に特化した高スループットレーザアニール装置SWA 20USHを上市した。本製品は光学系の伝送効率を改善することにより，従来機と同じフットプリント・加工品質のままで
従来機比1.5倍のスループットを達成した。設計においては，
従来機からの変更を最小限とすることで，既納装置のバージ

項目

従来機

SWA-20USH

SWA-22USH

ビームサイズ

○

◎

◎

伝送効率

×

○

○

スループット（６インチ）○◎◎

スループット（８インチ）

×○◎８インチ一括加工

不可

不可

可

特

長

ョンアップ展開も容易としたほか，従来機同様のユーザイン（1）スキャンエリア境界部を拡大したことで分割境界部のターフェースを搭載し，操作性は変えずに生産性を向上させないφ８インチウエハ全面の一括照射を可能とした。

た。
一方，SiCパワー半導体の製造に用いられるSiCウエハは（2）装置フットプリントおよびユーザインターフェースは従来機と同等である。

近年大口径化が進んでおり，これまでの主流であったφ６イ

本レーザアニール装置は，国内外の主要なパワー半導体デンチからφ８インチの時代へと移行しつつある。従来の当社

バイスメーカへの販売を見込んでいる。今後もレーザアニー

装置では，φ８インチウエハの全面加工はスキャンエリアのル技術でパワー半導体の生産に貢献していく。

制約により4つに分割したエリアを順番に処理するプロセスとなり，ごく一部の範囲に分割境界部が生じる。境界部に未加工領域は生じないので電気特性に問題はないが，外観上の21（メカトロニクス事業部

大庭 卓）

住友重機械技報 No.212 2024

医療・半導体関連技術特集 新製品紹介

精密ステージ SA- GⅡシリーズ

精密ステージ SA-GⅡシリーズ
High Precision Stage SA- GⅡseries

高剛性冷却モータ

反力処理機構モータ反力支持機構
低床 X 軸
Y

θ

Z

X

177

00

15

10

00

当社はXYステージ（SA-GⅡシリーズ）を開発し，半導体装置市場向けに販売を開始した。半導体市場は年々プロセスの微細化が進み，製造装置の性能には生産性の確保を目的とした高速化ならびに高精度化が求められている。これらの要求

整定時間

特

370 ms@300 mm動作時（整定幅 ±0.1μm）

長（1）高速かつ高精度に対し，本製品は従来製品（SA/SLシリーズ）との比較で，最適構造の見直しによる高剛性および低床化により，ベースモデルにおける最大速度を1.5倍，最大加速度は1.8倍

アッベ誤差の低減とともに軽量化，高速化，高精度化をとし，高速化に対応した。また，高精度化については装置低床化によるアッベ誤差（装置計測点とワークポイントの高さの差で発生する誤差）の低減，高剛性冷却モータの標準搭載実現した。
（2）高位置決め精度（長時間運用時の安定性）
高剛性冷却モータを標準搭載し，長時間の運用でも高による長時間運用時の位置決め精度の向上を実現した。さら位置決め精度を維持できる構成とした。

に，従来技術の反力処理機構に加え，モータの駆動反力を下（3）高位置決め精度（短期間の安定性），高整定性

軸構造に伝えない独自構造を採用し，下軸構造のヒステリシ

上軸モータ駆動反力を下軸に伝えない独自構造（モース低減による位置決め精度の向上や整定時間性能の短縮も実

タ反力支持機構）を採用し，高加速度運用でも高位置決
め性能および整定性能を実現した。

現している。
半導体市場において，これまで市場のデザインルールをけん引してきたムーアの法則に限界説が唱えられるなか，AI時代が到来し，集積回路の実装技術は積層化・多様化へとプ（4）高スループット
従来技術の反力処理機構が搭載可能で，高スループッ
トに対応することができる。

ロセスが進化している。当社も長年培った精密駆動技術を進化させ，半導体製造装置市場に貢献していく。

主要仕様
速度

1 500 mm/s

加速度17 640 mm/s2

停止安定性±10 nm

位置決め精度 0.15μm（長期）（メカトロニクス事業部中島龍太）

住友重機械技報 No.212 202422住友重機械技報第212号発行に当たり

住友重機械技報第212 号をお届け致します。

本誌は，当社が常々ご指導いただいている方々へ，最近の新製品，新技術をご紹介申し上げ，
より一層のご理解とご協力をいただくよう編集したものです。
本誌の内容につきましては，さらに充実するよう努めたいと考えますので，なにとぞご意見キ

賜りたく，今後ともよろしくご支援下さるよう，お願い申し上げます。

リ

なお，貴組織名，ご担当部署などについては，変更がございましたら裏面の用紙にご記入
トのうえ，FA X でお知らせいただきたくお願い申し上げます。また，読後感や不備な点を簡単

リに裏面用紙にご記入願えれば幸いに存じます。

線

2024 年２月〒 141-6025 東京都品川区大崎 2丁目1番1号（ThinkPark Tower）
住友重機械工業株式会社
技術本部

技報編集事務局

（宛先）

（発信元）
貴組織名
担当部署
氏
名
TEL No.
FAX No.

住友重機械工業㈱技術本部 技報編集事務局 行
FAX 横須賀 046 − 869 − 2357

住友重機械技報第212号の送付先の確認と読後感などの件
送付先
変（旧送付先）（新送付先）

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特に興味なし部て主要営業品目● イオン注入装置

メカトロニクス● ギヤモータ：サイクロ減速機，ハイポニッ

ク減速機，アステロギヤモータ● 大型ギヤボックス：パラマックス減速機，
特定用途向け減速機，カップリング● 精密制御用減速機：精密制御用サイクロ
減速機，精 密 制 御 用 E サ イ ク ロ 減 速 機 ，
サ ーボモータ用
遊星歯車減速機 IBシリーズ● モ ー タ・イ ン バ ー タ：イ ン バ ー タ，
Lafert/Invertek● ドライブソリューション：AGV/AMR用
ドライブソリューション Smartris● 自律移動ロボット：KeiganALI● 精密位置決め装置：SA/SL Series 小型
サ ー フ ェ イ ス ス テ ー ジ，TL Series ス
タック型リニアガイドステージ● レーザ関連装置● 制御システム：Roll to Roll 搬送装置向け駆動制御システム● モーションコンポーネント：高性能モーションコントローラ MG78，高精度サー
ボドライバ SDLN/SDPH，コアレスリ
ニアモータ SM/SL/SSL，エアアクチュ
エータ Airsonic 50N● 協働ロボット
サイクロ，サイクロ減速機，ハイポニック減速機，
アステロ，パラマックス，Smartris，AIRSONIC は，
住友重機械工業株式会社の登録商標です。

インダストリアル マシナリー

エネルギー＆ライフライン● PET 用サイクロトロンシステム● 循環流動層（CFB）ボイラ● PET 用薬剤合成システム● バブリング流動床（BFB）ボイラ● 陽子線治療システム● 液化空気エネルギー貯蔵（LAES）● 真空成膜装置● ロータリーキルン式再資源化設備● 鍛造プレス● 電気集じん機● STAF（Steel Tube Air Forming）● 灰処理設備● リフティングマグネット● 蒸発・晶析装置● 非破壊検査● 流動床ガス化炉：空気式 / 酸素 - 蒸気式● スピニングマシン● 廃熱ボイラ● クリーンルームシステム● 集塵装置：新型パルス式バグフィルタ エコパルサー● 圧延用ロール● 平面研削盤：CNC 門形平面研削盤 KSL
Series，CNC 門 形 平 面 研 削 盤 KSL-F
Series，立 軸 円 テ ー ブ ル 形 平 面 研 削 盤
SVR Series，立軸円テーブル形平面研削
盤 SPG Series● クーラント処理装置● ラミネータ装置：コンバイニングアダプ
ター， SPS7000 オートT ダイ，コンピュータコントロールシステム MACS-Win
Zero-molding，STAF は，住友重機械工業株式会社の登録商標です。
エコパルサーは，日本スピンドル製造株式会社の登録商標です。

ロジスティックス＆コンストラクション

ドライブシステム● 封止プレス● 極低温冷凍機：GM 冷凍機，パルスチュー
ブ冷凍機，GM-JT 冷凍機，ソルベイ冷凍機● クライオポンプ● CFB スクラバ
● バグフィルタ式排ガス処理装置● 排煙脱硝装置（選択接触還元法/無触媒脱硝法）● デジタルサービス（プラント運用支援シス

テム）● 産業排水処理施設● 下水処理施設：メンブレンパイプ式超微細気泡散気装置ミクラス● 蒸気タービン● プロセスポンプ● 蒸留・抽出設備● 反応容器● 攪拌槽● コークス炉機械● 食品・飲料製造設備● オイルタンカー● 油圧ショベル

ミクラスは，住友重機械エンバイロメント株式会社の登録商標です。

● 道路機械
● クローラクレーン● 射出成形機：Zero-molding，ダイレクト● 廃棄物発電プラント● 基礎工事用機械（アースドリル，地盤改

良機など）● 運搬荷役機械：連続式アンローダ（バケッ

トエレベータ型）● 物流システム● 機械式駐車場● フォークリフト※文章中のソフトウェア等の商標表示は，省略しております。

事業所
本
社
関西支社
中部支社
九州支社
田無製造所
千葉製造所
横須賀製造所
名古屋製造所
岡山製造所
愛媛製造所
新居浜工場
西条工場

〒 141-6025〒 530-0005〒 461-0005〒 812-0025〒 188-8585〒 263-0001〒 237-8555〒 474-8501〒 713-8501

東京都品川区大崎2丁目1番1号（ThinkPark Tower）
大阪市北区中之島 2丁目3番33号（大阪三井物産ビル）
名古屋市東区東桜1丁目10番24号（栄大野ビル）
福岡市博多区店屋町 8 番 30号（博多フコク生命ビル）
東京都西東京市谷戸町2丁目1番1号
千葉市稲毛区長沼原町731番 1号
神奈川県横須賀市夏島町19番地
愛知県大府市朝日町6丁目1番地
岡山県倉敷市玉島乙島 8230番地

技術研究所 〒 237-8555 神奈川県横須賀市夏島町19番地
技術研究所 〒 792-8588 愛媛県新居浜市惣開町5番2号（新居浜）

本号に関するお問い合わせは，技術本部技報編集事務局（電話番号は
下記）宛お願い致します。

〒 792-8588 愛媛県新居浜市惣開町5番2号〒 799-1393 愛媛県西条市今在家1501番地

住友重機械工業株式会社のホームページ https://www.shi.co.jp/

技報編集委員
委

員

鈴木 哲史
廣田 真人
井上 千晶
梶谷 純平
針ヶ谷 崇
有吉 政博
石川 賢治
諏訪 義和
幾島 悠喜
小林 友和

阿部 昌博
白澤 克年
野口 真人
中川
崇
霜鳥 貴之
坂根
剛
石倉 武久
志摩 孝洋
前野 亮一
事 務 局 技術本部
編集協力 （株）千代田プランニング委住 友 重 機 械 技 報

員

第212号

非売品

2024 年２月10日印刷発

発

行

２月20日発行

行

住友重機械工業株式会社〒 141-6025 東京都品川区大崎2丁目1番1号（ThinkPark Tower）
お問い合わせ電話 横須賀 046-869-2300

人

千々岩敏彦
無断転載・複製を禁ず©

住友重機械

技報
212

Feb. 2024
No.212

Sumitomo
Heavy Industries
Technical Review

医療・半導体関連技術特集

Printed in Japan

ISSN 0387-1304

Special Issue for Medical and Semiconductor Related Technologies