JPH11337697A - Magnetic field type steerer - Google Patents
Magnetic field type steererInfo
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- JPH11337697A JPH11337697A JP10141059A JP14105998A JPH11337697A JP H11337697 A JPH11337697 A JP H11337697A JP 10141059 A JP10141059 A JP 10141059A JP 14105998 A JP14105998 A JP 14105998A JP H11337697 A JPH11337697 A JP H11337697A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、イオンビーム応用
機器において、イオンビームの走行方向の調節を行うた
めに用いる磁場形ステアラーに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic field type steerer used for adjusting a traveling direction of an ion beam in an ion beam applied device.
【0002】[0002]
【従来の技術】イオンビームを用いて物質の組成分析や
改質等を行うイオンビーム応用機器においては、イオン
ビームの輸送路の途中に必要に応じてステアラーを配置
して、ビームの走行方向を調節するようにしている。例
えば、イオン源から得られるイオンを質量分析器を通し
て加速器に導いて、該加速器により加速されたイオンビ
ームをターゲットチャンバ内のターゲットに照射するよ
うにしたイオンビーム応用機器においては、イオンが加
速器内を走行する過程で受ける径方向分力によりその軌
道の中心が加速管の中心軸線からずれてビームが発散す
るのを抑える目的で、質量分析器と加速器との間にステ
アラーを配置して、該ステアラーにより加速管に入射さ
せるイオンビームの方向を適当に調節することにより、
加速器の出口側におけるビームの軌道のずれ(加速管の
中心に対するずれ)を極力少なくするようにしている。2. Description of the Related Art In an ion beam application device for performing composition analysis, modification, and the like of a substance using an ion beam, a steerer is arranged as needed in the middle of an ion beam transport path to change the traveling direction of the beam. I try to adjust it. For example, in an ion beam application device in which ions obtained from an ion source are guided to an accelerator through a mass analyzer, and an ion beam accelerated by the accelerator is irradiated on a target in a target chamber, the ions pass through the accelerator. A steerer is arranged between the mass analyzer and the accelerator for the purpose of suppressing the divergence of the beam from the center of the orbit shifted from the center axis of the accelerating tube due to the radial component force received during traveling. By appropriately adjusting the direction of the ion beam incident on the accelerating tube,
The deviation of the beam trajectory on the exit side of the accelerator (the deviation from the center of the accelerator tube) is minimized.
【0003】図7は、従来用いられていた磁場形ステア
ラーの一例を示したもので、同図において1は図示しな
い質量分析器と加速器との間を接続するビームダクト、
2はイオンビームBの進行方向の後方側に配置された第
1の電磁石、3はイオンビームの進行方向の前方側に配
置された第2の電磁石であり、第1の電磁石2と第2の
電磁石3とにより磁場形ステアラーが構成されている。FIG. 7 shows an example of a conventionally used magnetic field type steerer. In FIG. 7, reference numeral 1 denotes a beam duct connecting between a mass analyzer (not shown) and an accelerator,
Reference numeral 2 denotes a first electromagnet disposed on the rear side in the traveling direction of the ion beam B. Reference numeral 3 denotes a second electromagnet disposed on the front side in the traveling direction of the ion beam. The electromagnet 3 constitutes a magnetic field type steerer.
【0004】第1の電磁石2は、ビームダクト1を間に
して図示のY方向(垂直方向)に相対向する対の磁極部
4a1,4b1を先端に備えた対のコイル巻装部4a,4b
と、これらのコイル巻装部間を連結するコの字形のヨー
ク4cとを一体に有するC字形鉄心4と、鉄心4のコイ
ル巻装部4a,4bにそれぞれ巻装された励磁コイル5
a,5bとからなっている。励磁コイル5a,5bは直
列に接続されていて、これらの励磁コイルに電流を流す
ことにより、磁極部4a1,4b1間に垂直方向の磁場を生
じさせて、イオンビームを図示のX方向(水平方向)に
偏向させるようになっている。The first electromagnet 2 has a pair of coil winding portions 4a, 4b each having a pair of magnetic pole portions 4a1, 4b1 opposed to each other in the Y direction (vertical direction) shown in FIG.
And a C-shaped iron core 4 integrally having a U-shaped yoke 4c connecting these coil winding portions, and an exciting coil 5 wound around the coil winding portions 4a and 4b of the iron core 4, respectively.
a and 5b. The exciting coils 5a and 5b are connected in series, and a current is caused to flow through these exciting coils to generate a vertical magnetic field between the magnetic pole portions 4a1 and 4b1, thereby causing the ion beam to travel in the illustrated X direction (horizontal direction). ).
【0005】また第2の電磁石3は、ビームダクト1を
間にしてX方向に相対する対の磁極部6a1,6b1を先端
に有する対のコイル巻装部6a,6bと、これらのコイ
ル巻装部間を連結するコの字形のヨーク6cとを一体に
有するC字形鉄心6と、鉄心6のコイル巻装部6a,6
bにそれぞれ巻装された励磁コイル7a,7bとからな
っている。励磁コイル7a及び7bは直列に接続され、
これらの励磁コイルに通電することにより、磁極部6a
1,6b1間にX方向の磁場を生じさせて、イオンビーム
をY方向に偏向させるようになっている。The second electromagnet 3 has a pair of coil winding portions 6a and 6b having a pair of magnetic pole portions 6a1 and 6b1 at the ends facing each other in the X direction with the beam duct 1 interposed therebetween. A C-shaped iron core 6 integrally having a U-shaped yoke 6c for connecting the parts, and coil winding portions 6a and 6 of the iron core 6
b, and the excitation coils 7a and 7b wound around the b. The exciting coils 7a and 7b are connected in series,
By energizing these exciting coils, the magnetic pole portions 6a
A magnetic field in the X direction is generated between 1,6b1, and the ion beam is deflected in the Y direction.
【0006】すなわち、図7に示したステアラーは、第
1の電磁石2及び第2の電磁石3によりそれぞれイオン
ビームを互いに直交するX方向及びY方向に偏向させ
て、加速器に入射させるイオンビームの走行方向を調整
するものである。That is, the steerer shown in FIG. 7 deflects the ion beam in the X direction and the Y direction orthogonal to each other by the first electromagnet 2 and the second electromagnet 3, respectively, and travels the ion beam incident on the accelerator. The direction is adjusted.
【0007】図8は、従来用いられていた他の磁場形ス
テアラーを示したもので、このステアラーは、X方向に
相対する対の脚部8a,8bと、Y方向に相対する対の
脚部8c,8dとを有して、ビームダクト1と中心軸線
を共有した状態で配置された正方形の鉄心8と、該鉄心
8の脚部8a,8bにそれぞれ巻回された励磁コイル9
a,9bと、鉄心8の脚部8c,8dにそれぞれ巻回さ
れた励磁コイル9c,9dとからなっている。FIG. 8 shows another conventional magnetic field type steerer. This steerer has a pair of legs 8a and 8b facing in the X direction and a pair of legs facing in the Y direction. 8c and 8d, and a square iron core 8 arranged so as to share the central axis with the beam duct 1, and exciting coils 9 wound around legs 8a and 8b of the iron core 8, respectively.
a, 9b, and exciting coils 9c, 9d wound around the legs 8c, 8d of the iron core 8, respectively.
【0008】図8のステアラーでは、励磁コイル9a,
9bを励磁して両励磁コイルから互いに逆方向の磁束を
生じさせることにより、鉄心8の内側に図示のY方向の
漏洩磁場を生じさせるとともに、励磁コイル9c,9d
を励磁して両励磁コイルから互いに逆方向の磁束を生じ
させることにより鉄心8の内側に図示のX方向の漏洩磁
場を生じさせ、これらの漏洩磁場をイオンビームに作用
させることにより、イオンビームをY方向及びX方向に
偏向させて、加速器に入射されるイオンビームの走行方
向を適宜に調整するようにしている。In the steerer shown in FIG. 8, the exciting coils 9a,
By exciting magnetic field 9b to generate magnetic fluxes in opposite directions from both exciting coils, a leakage magnetic field in the Y direction shown in the drawing is generated inside iron core 8, and exciting coils 9c and 9d are formed.
To generate magnetic fluxes in opposite directions from both exciting coils, thereby generating a leakage magnetic field in the illustrated X direction inside the iron core 8, and applying these leakage magnetic fields to the ion beam, thereby changing the ion beam. By deflecting in the Y direction and the X direction, the traveling direction of the ion beam incident on the accelerator is appropriately adjusted.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】図7に示した従来のス
テアラーでは、イオンビームをX方向及びY方向に偏向
させるために、ビームの走行方向に間隔を隔てて配置し
た2つの電磁石2,3を用いていたため、ステアラーが
ビームダクトの軸線方向に占めるスペースが大きくな
り、ステアラーが大形化するという問題があった。特
に、質量分析器と加速器との間のスペースのような狭い
スペースにステアラーを配置することが必要になる場合
には、図7に示したステアラーを用いることは困難なこ
とが多かった。これに対し、図8に示したステアラー
は、その軸線方向寸法が小さいため、質量分析器と加速
器との間のスペースのような狭いスペースにも容易に配
置することができるが、このステアラーでは、イオンビ
ームを偏向させるために十分な強さの漏れ磁場を得るた
めに励磁コイルに大電流を流す必要があるため、励磁コ
イルからの発熱が多くなり、該励磁コイルを冷却するた
めに特別の冷却装置を設ける必要があるという問題があ
った。In the conventional steerer shown in FIG. 7, in order to deflect the ion beam in the X direction and the Y direction, two electromagnets 2, 3 arranged at an interval in the traveling direction of the beam are used. However, there is a problem that the space occupied by the steerer in the axial direction of the beam duct becomes large, and the steerer becomes large. In particular, when it is necessary to arrange the steerer in a narrow space such as the space between the mass analyzer and the accelerator, it is often difficult to use the steerer shown in FIG. On the other hand, the steerer shown in FIG. 8 can be easily arranged in a narrow space such as the space between the mass analyzer and the accelerator because of its small axial dimension. Since it is necessary to supply a large current to the excitation coil to obtain a leakage magnetic field of sufficient strength to deflect the ion beam, heat generated from the excitation coil increases, and special cooling is performed to cool the excitation coil. There is a problem that a device must be provided.
【0010】また図8に示したステアラーでは、フリン
ジングがない均一な漏れ磁場を得ることが困難であるた
め、ステアラーを通過したイオンビームの断面形状がつ
ぶれた形に変形するという問題があった。Further, in the steerer shown in FIG. 8, it is difficult to obtain a uniform leakage magnetic field without fringing, so that there is a problem that the cross-sectional shape of the ion beam passing through the steerer is deformed into a collapsed shape. .
【0011】本発明の目的は、軸線方向寸法の縮小を図
ることができる磁場形ステアラーを提供することにあ
る。An object of the present invention is to provide a magnetic field type steerer capable of reducing the axial dimension.
【0012】本発明の他の目的は、励磁コイルに大電流
を流すことなく、ビームの偏向方向を調節できる磁場形
ステアラーを提供することにある。Another object of the present invention is to provide a magnetic field type steerer capable of adjusting the beam deflection direction without passing a large current through the exciting coil.
【0013】本発明の更に他の目的は、イオンビームに
均一な磁場を作用させて、ビームの断面形状を変形させ
ることなく、ビームの偏向方向を調整することができる
ようにした磁場形ステアラーを提供することにある。Still another object of the present invention is to provide a magnetic field type steerer capable of adjusting a beam deflection direction without deforming a cross-sectional shape of a beam by applying a uniform magnetic field to an ion beam. To provide.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は、ビームダクト
内を走行するイオンビームに磁場を作用させて該イオン
ビームを偏向させることにより該イオンビームの走行方
向を調整する磁場形ステアラーに係わるものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a magnetic field type steerer which adjusts a traveling direction of an ion beam by deflecting the ion beam by applying a magnetic field to the ion beam traveling in a beam duct. It is.
【0015】本発明においては、ビームダクトを間にし
て対向配置される対の磁極部を有する可動コアと該可動
コアに巻装された励磁コイルとを有して、励磁コイルに
通電した際に対の磁極部に互いに異極性の磁極が現れる
ように構成された可動電磁石と、可動電磁石をビームダ
クトの中心軸線を中心に回動させる電磁石回動機構と、
可動電磁石の励磁コイルを通して流す励磁電流の極性を
切換える励磁切換回路とが設けられて、励磁コイルに流
す励磁電流の大きさ及び極性と可動電磁石の回動角度と
を調整することによりビームダクト内におけるイオンビ
ームの偏向方向と偏向量とが調整される。According to the present invention, a movable core having a pair of magnetic pole portions opposed to each other with a beam duct interposed therebetween and an exciting coil wound around the movable core are provided. A movable electromagnet configured such that magnetic poles of different polarities appear in the magnetic pole portions of the pair, an electromagnet rotating mechanism for rotating the movable electromagnet about a central axis of the beam duct,
An excitation switching circuit for switching the polarity of the exciting current flowing through the exciting coil of the movable electromagnet is provided, and by adjusting the magnitude and polarity of the exciting current flowing through the exciting coil and the rotation angle of the movable electromagnet, the beam in the beam duct is adjusted. The direction and amount of deflection of the ion beam are adjusted.
【0016】上記のように構成すると、1つの可動電磁
石を設けるだけで、ステアラーを構成できるため、2つ
の電磁石を用いていた従来のステアラーに比べて軸線方
向寸法の縮小を図って、ステアラーの小形化を図ること
ができる。With the above configuration, a steerer can be configured by providing only one movable electromagnet. Therefore, the size of the steerer can be reduced by reducing the axial dimension compared with a conventional steerer using two electromagnets. Can be achieved.
【0017】また上記のように、可動コアに巻装した励
磁コイルにより可動コアの対の磁極部間に生じさせた磁
場をイオンビームに作用させるようにすると、漏洩磁場
を利用する従来のステアラーのように励磁コイルに大電
流を流すことなく、ビームの偏向方向を調整することが
できる。従って、励磁コイルからの発熱を抑制すること
ができ、励磁コイルを冷却するための冷却装置を省略す
ることができる。As described above, when the magnetic field generated between the magnetic poles of the movable core by the exciting coil wound on the movable core is applied to the ion beam, the conventional steerer utilizing the leakage magnetic field is used. Thus, the beam deflection direction can be adjusted without passing a large current through the exciting coil. Therefore, heat generation from the exciting coil can be suppressed, and a cooling device for cooling the exciting coil can be omitted.
【0018】また上記のように、可動コアの対の磁極部
間に生じさせた磁場をイオンビームに作用させる構造に
すると、対の磁極部の幅寸法をイオンビームの径に対し
て充分に大きくしておくことにより、フリンジングがな
い均一な磁場をイオンビームに作用させることができる
ため、ステアラーを通過したイオンビームの断面形状が
歪むのを防ぐことができる。As described above, when the magnetic field generated between the magnetic pole portions of the movable core is made to act on the ion beam, the width of the magnetic pole portions of the pair is sufficiently large with respect to the diameter of the ion beam. By doing so, a uniform magnetic field without fringing can be applied to the ion beam, so that the cross-sectional shape of the ion beam that has passed through the steerer can be prevented from being distorted.
【0019】上記可動電磁石は、ビームダクトと中心軸
線を共有した状態でビームダクトを外側から取り囲む環
状のヨークと該ヨークの内周部の相対する部分から内側
に突出した対の突極部とを有して該対の突極部の先端に
ビームダクトを間にして対向する対の磁極部が形成され
た可動コアと、該可動コアに巻装された励磁コイルとを
有して、励磁コイルに通電した際に可動コアの対の磁極
部に互いに異極性の磁極が現れるように構成されたもの
を用いるのが好ましい。The movable electromagnet includes an annular yoke surrounding the beam duct from the outside while sharing the central axis with the beam duct, and a pair of salient pole portions projecting inward from opposing portions of the inner periphery of the yoke. A movable core having a pair of magnetic pole portions opposed to each other with a beam duct interposed therebetween at an end of the pair of salient pole portions; and an exciting coil wound around the movable core. It is preferable to use a structure in which magnetic poles of different polarities appear at the pair of magnetic pole portions of the movable core when current is supplied to the movable core.
【0020】この場合、励磁コイルは、可動コアのいず
れかの個所に巻装されていればよいが、漏れ磁束を少な
くして、対の磁極部間に効率よく磁場を生じさせるため
には、可動コアの対の突極部にそれぞれ巻装されて互い
に直列に接続された対の単位コイルにより励磁コイルを
構成するのが好ましい。In this case, the excitation coil may be wound around any part of the movable core. In order to reduce the leakage magnetic flux and efficiently generate a magnetic field between the pair of magnetic poles, It is preferable that the exciting coil is constituted by a pair of unit coils wound around the pair of salient pole portions of the movable core and connected in series with each other.
【0021】イオンビームを任意の方向に偏向させて、
ビームの走行方向の調整を自在に行わせるため、上記可
動コアは少くとも180度(±90度)回動し得るよう
に設けるのが好ましい。By deflecting the ion beam in an arbitrary direction,
In order to freely adjust the traveling direction of the beam, the movable core is preferably provided so as to be able to rotate at least 180 degrees (± 90 degrees).
【0022】電磁石回動機構は、例えば、可動コアをビ
ームダクトの中心軸線を中心にして回転自在に支持する
コア支持機構と、回転方向が切換え可能な電動機と、該
電動機の回転を可動コアのヨークに伝達する動力伝達機
構とにより構成することができる。The electromagnet rotating mechanism includes, for example, a core supporting mechanism for rotatably supporting the movable core about the center axis of the beam duct, an electric motor whose rotation direction can be switched, and rotation of the electric motor by the movable core. And a power transmission mechanism for transmitting to the yoke.
【0023】[0023]
【発明の実施の形態】図1ないし図3は本発明に係わる
磁場形ステアラーの構成例を示したもので、図1は正面
図、図2は図1のA−A線断面図、図3は同ステアラー
で用いる励磁コイルに励磁電流を供給する回路の構成例
を示した回路図である。1 to 3 show a configuration example of a magnetic field type steerer according to the present invention. FIG. 1 is a front view, FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of a circuit for supplying an exciting current to an exciting coil used in the steerer.
【0024】図1及び図2において1は管状のビームダ
クト、10はステアラーのフレーム、11はフレーム1
0に回動自在に支持された可動電磁石である。図示のフ
レーム10は、水平方向に配置された基板部10aと、
基板部10aの一端から垂直に起立した起立壁10b
と、起立壁10bの上端から基板部10aと同じ側に突
出した状態で設けられた天板部10cとを有し、起立壁
10bに設けられた孔10dを貫通した状態でビームダ
クト1が配置されている。1 and 2, 1 is a tubular beam duct, 10 is a steerer frame, and 11 is a frame 1.
The movable electromagnet is rotatably supported at zero. The illustrated frame 10 includes a substrate unit 10a disposed in a horizontal direction,
An upright wall 10b that stands vertically from one end of the substrate portion 10a
And a top plate portion 10c provided so as to protrude from the upper end of the upright wall 10b to the same side as the substrate portion 10a, and the beam duct 1 is arranged in a state of passing through a hole 10d provided in the upright wall 10b. Have been.
【0025】可動電磁石11は、可動コア12と該可動
コア12に巻装された励磁コイル13とからなってい
る。可動コア12は、ビームダクト1と中心軸線を共有
した状態でビームダクト1を外側から取り囲むように配
置される円環状のヨーク12yと、該ヨーク12yの内
周部の相対する部分から内側に突出した対の突極部12
a及び12bとを有していて、対の突極部12a及び1
2bの先端に、ビームダクト1を間にして対向する対の
磁極部12a1及び12b1が形成されている。可動コア1
2の対の突極部12a及び12bにそれぞれ巻装された
単位コイル13A及び13Bが互いに直列に接続されて
励磁コイル13が構成され、励磁コイル13に直流の励
磁電流が流れた際に、可動コア12の対の磁極部12a
及び12bに互いに異極性の磁極が現れるように単位コ
イル13A及び13Bの巻方向が設定されている。The movable electromagnet 11 comprises a movable core 12 and an exciting coil 13 wound around the movable core 12. The movable core 12 has an annular yoke 12y arranged so as to surround the beam duct 1 from the outside while sharing the central axis with the beam duct 1, and protrudes inward from an opposing portion of an inner peripheral portion of the yoke 12y. Pair of salient poles 12
a and 12b, and a pair of salient pole portions 12a and 1
A pair of magnetic pole portions 12a1 and 12b1 facing each other with the beam duct 1 therebetween is formed at the tip of 2b. Movable core 1
The unit coils 13A and 13B wound around the two pairs of salient pole portions 12a and 12b, respectively, are connected in series with each other to form an exciting coil 13. When an exciting current of DC flows through the exciting coil 13, the coil is movable. A pair of magnetic pole portions 12a of the core 12
The winding directions of the unit coils 13A and 13B are set such that magnetic poles of different polarities appear on the first and second coils 12a and 12b.
【0026】図示の例では、可動電磁石11を支持する
ために磁石保持枠14が設けられている。磁石保持枠1
4は、円筒状に形成された周壁部14aと、周壁部14
aの軸線方向の一端側から径方向の内側に突出した環状
の内鍔部14bとを一体に備えていて、周壁部14aの
中心軸線をビームダクト1の中心軸線に一致させた状態
で配置されている。磁石保持枠14の周壁部14aの外
周には溝14cが周設され、フレーム10の天板部10
cの中央部に固定された支持腕16Aの先端部に取り付
けられた支持ローラ17Aと、フレーム10の基板部1
0aの両端に固定された支持腕16B及び16Cのそれ
ぞれの先端部に取り付けられた支持ローラ17B及び1
7Cとが磁石保持枠14の周壁部の外周の溝14cに嵌
合されている。支持ローラ17Aないし17Cはビーム
ダクト1の中心軸線と直交する垂直面上に120度の角
度間隔をもって並ぶように配置されていて、これらの支
持ローラにより磁石保持枠14が回動自在に支持されて
いる。可動電磁石11は、その可動コア12の継鉄部1
2yを磁石保持枠14の周壁部14aの内周に嵌合させ
た状態で配置されて、磁石保持枠14とともにビームダ
クト1の中心軸線を中心に回動させられるようになって
いる。In the illustrated example, a magnet holding frame 14 is provided to support the movable electromagnet 11. Magnet holding frame 1
4 is a peripheral wall portion 14a formed in a cylindrical shape;
and an annular inner flange portion 14b protruding inward in the radial direction from one end side in the axial direction of the beam duct a, and is arranged in a state where the central axis of the peripheral wall portion 14a coincides with the central axis of the beam duct 1. ing. A groove 14c is provided around the outer periphery of the peripheral wall portion 14a of the magnet holding frame 14, and the top plate portion 10 of the frame 10 is provided.
c, a support roller 17A attached to the distal end of a support arm 16A fixed to the center of the
0a, the supporting rollers 17B and 17 attached to the respective distal ends of the supporting arms 16B and 16C fixed to both ends.
7C is fitted into a groove 14c on the outer periphery of the peripheral wall of the magnet holding frame 14. The support rollers 17A to 17C are arranged so as to be arranged at an angular interval of 120 degrees on a vertical plane perpendicular to the center axis of the beam duct 1, and the magnet holding frame 14 is rotatably supported by these support rollers. I have. The movable electromagnet 11 is a yoke 1 of the movable core 12.
The magnet 2y is arranged so as to be fitted on the inner periphery of the peripheral wall portion 14a of the magnet holding frame 14, and can be rotated together with the magnet holding frame 14 about the central axis of the beam duct 1.
【0027】磁石保持枠14の内鍔部14bの外面には
少なくとも180度以上の円弧角を有する円弧状のウォ
ームホイール18が、その中心軸線を可動電磁石11及
び磁石保持枠14の中心軸線と一致させた状態で固定さ
れている。なおウォームホイール18は円環状に形成さ
れたものでもよい。An arc-shaped worm wheel 18 having an arc angle of at least 180 degrees is provided on the outer surface of the inner flange portion 14b of the magnet holding frame 14, and its center axis coincides with the center axes of the movable electromagnet 11 and the magnet holding frame 14. It is fixed in the state where it was made to be. The worm wheel 18 may be formed in an annular shape.
【0028】フレーム10の基板部10aには、電動機
19が取り付けられ、電動機19の出力軸19aに取り
付けられたウォーム歯車20がウォームホイール18の
外周の歯に噛み合わされている。磁石保持枠14と、支
持ローラ17A〜17Cと、ウォームホイール18と、
電動機19と、ウォーム歯車20とにより、可動電磁石
11をビームダクト1の中心軸線を中心にして回動させ
る電磁石回動機構21が構成されている。この電磁石回
動機構においては、磁石支持枠14と、支持ローラ17
A〜17Cとにより、可動コア12をビームダクト1の
中心軸線を中心にして回転自在に支持するコア支持機構
が構成され、ウォームホイール18と、ウォーム歯車2
0とにより、電動機19の回転を可動コア12のヨーク
に伝達する動力伝達機構が構成されている。可動電磁石
11は、電動機19により駆動されて、所定の回転角度
位置(例えば図1に示したように磁極部12a1及び12
b1が垂直方向(Y方向)に相対した状態になる位置)を
基準位置として、時計方向及び反時計方向に90度ずつ
(全体で180度)回動させられる。図示してないが、
可動電磁石11をその回動範囲の任意の回転角度位置で
停止させるように電動機19を制御する電動機制御装置
が設けられている。An electric motor 19 is mounted on the substrate 10 a of the frame 10, and a worm gear 20 mounted on an output shaft 19 a of the electric motor 19 meshes with teeth on the outer periphery of the worm wheel 18. A magnet holding frame 14, support rollers 17A to 17C, a worm wheel 18,
The electric motor 19 and the worm gear 20 constitute an electromagnet turning mechanism 21 that turns the movable electromagnet 11 about the center axis of the beam duct 1. In this electromagnet rotating mechanism, a magnet support frame 14 and a support roller 17
A to 17C constitute a core supporting mechanism that rotatably supports the movable core 12 about the central axis of the beam duct 1, and includes a worm wheel 18 and a worm gear 2
0 constitutes a power transmission mechanism that transmits the rotation of the electric motor 19 to the yoke of the movable core 12. The movable electromagnet 11 is driven by an electric motor 19 to rotate at a predetermined rotation angle position (for example, as shown in FIG. 1, the magnetic pole portions 12a1 and 12a1).
With reference to the reference position, which is the position where b1 is opposed to the vertical direction (the Y direction), it is rotated clockwise and counterclockwise by 90 degrees (180 degrees in total). Although not shown,
An electric motor control device is provided for controlling the electric motor 19 so as to stop the movable electromagnet 11 at an arbitrary rotation angle position within its rotation range.
【0029】図3に示したように、励磁コイル13は、
励磁切換回路22を通して直流電源23に接続されてい
る。図示の励磁切換回路22は、2つの切換スイッチ2
2A及び22Bからなっていて、直流電源23の正極側
の出力端子が切換スイッチ22Aにより励磁コイル13
の一端13a及び他端13bに切換接続され、直流電源
23の負極側端子が切換スイッチ22Bにより励磁コイ
ル13の他端13b及び一端13aに切換接続されるよ
うになっている。As shown in FIG. 3, the exciting coil 13
It is connected to a DC power supply 23 through an excitation switching circuit 22. The illustrated excitation switching circuit 22 includes two changeover switches 2
2A and 22B, and the output terminal on the positive side of the DC power source 23 is connected to the exciting coil 13 by the changeover switch 22A.
, And the negative terminal of the DC power supply 23 is connected to the other end 13b and the one end 13a of the exciting coil 13 by the changeover switch 22B.
【0030】上記のように磁場形ステアラーを構成する
と、可動電磁石11のコア12の磁極部12a1,12b1
間に磁界を生じさせた状態で、電動機19を回転させる
ことにより、磁極部12a1,12b1間の磁界からビーム
ダクト1内のイオンビームBが受ける力の方向を変化さ
せることができる。また励磁コイル13に流す励磁電流
の大きさを変化させることによりイオンビームが受ける
力の大きさを変化させることができ、励磁電流の極性を
切り換えることにより、イオンビームが受ける力の向き
を180度切り換えることができる。従って、ステアラ
ーに入射するイオンビームの走行方向に応じて、可動電
磁石11の回転角度を調整するとともに、励磁コイル1
3に流す励磁電流の大きさを調整し、必要に応じて(ビ
ームの偏向方向に応じて)励磁切換回路22により励磁
電流の極性を切り換えることにより、イオンビームの走
行方向を任意に調整することができる。When the magnetic field type steerer is constructed as described above, the magnetic pole portions 12a1 and 12b1 of the core 12 of the movable electromagnet 11 are formed.
By rotating the electric motor 19 in a state where a magnetic field is generated therebetween, the direction of the force applied to the ion beam B in the beam duct 1 from the magnetic field between the magnetic pole portions 12a1 and 12b1 can be changed. The magnitude of the force applied to the ion beam can be changed by changing the magnitude of the exciting current flowing through the exciting coil 13. The direction of the force applied to the ion beam can be changed by 180 degrees by switching the polarity of the exciting current. Can be switched. Accordingly, the rotation angle of the movable electromagnet 11 is adjusted according to the traveling direction of the ion beam incident on the steerer, and the exciting coil 1 is adjusted.
3. The traveling direction of the ion beam can be arbitrarily adjusted by adjusting the magnitude of the excitation current flowing through 3 and switching the polarity of the excitation current by the excitation switching circuit 22 as necessary (according to the beam deflection direction). Can be.
【0031】上記の磁場形ステアラーでは、半径rと角
度θとにより規定される極座標系において、可動電磁石
の磁極部12a1,12b1間の磁場の強さを調整すること
により半径rを調整し、可動電磁石の回転角により角度
θを調整して、イオンビームの向きを調整することにな
る。In the magnetic field type steerer described above, the radius r is adjusted by adjusting the strength of the magnetic field between the magnetic pole portions 12a1 and 12b1 of the movable electromagnet in the polar coordinate system defined by the radius r and the angle θ. The direction of the ion beam is adjusted by adjusting the angle θ according to the rotation angle of the electromagnet.
【0032】今、仮に垂直方向をY軸方向とし、図1に
示すように、可動電磁石の磁極部12a1及び12b1がY
軸方向に対向した状態になる可動電磁石の回転角度位置
を可動電磁石の基準位置とする。そして、図4に示すよ
うに、イオンビームBが或力F1 を受けてビームダクト
1の横断面上で目標位置Oからずれている場合に、この
ビームの位置を目標位置Oに一致させるものとする。こ
の場合、イオンビームBの位置を目標位置Oに一致させ
るためには、イオンビームBが、可動電磁石の磁極部1
2a1,12b1間の磁場から力F1 を打ち消す方向の力F
1 ´を受けるように、図4に破線で示した如く可動電磁
石12の回転角度位置をY軸に対して角度θだけ回転さ
せた状態で、励磁コイル13に流す励磁電流の大きさを
適値に調整すればよい。Now, suppose that the vertical direction is the Y-axis direction, and the magnetic pole portions 12a1 and 12b1 of the movable electromagnet are Y-axis, as shown in FIG.
The rotation angle position of the movable electromagnet that is in the axially opposed state is defined as the reference position of the movable electromagnet. As shown in FIG. 4, when the ion beam B is deviated from the target position O on the cross section of the beam duct 1 under a certain force F1, the position of the beam coincides with the target position O. I do. In this case, in order to make the position of the ion beam B coincide with the target position O, the ion beam B is applied to the magnetic pole portion 1 of the movable electromagnet.
Force F in the direction to cancel force F1 from the magnetic field between 2a1 and 12b1
In order to receive 1 ', the magnitude of the exciting current flowing through the exciting coil 13 is adjusted to an appropriate value while the rotational angle position of the movable electromagnet 12 is rotated by an angle θ with respect to the Y axis as shown by the broken line in FIG. Should be adjusted.
【0033】上記の調整を行う際には、イオンビームが
照射された個所が発光してビームスポットが形成される
イオンビームモニタをビームダクト1内に挿入して、ビ
ームダクトの横断面上でのビーム位置をモニタできるよ
うにしておき、可動電磁石11を基準位置(磁極部12
a1及び12b1がY軸方向に相対する状態になる位置)に
固定した状態で、ビームダクト1内にビームを通す。そ
の状態で励磁切換回路11により励磁コイル13に流す
励磁電流の極性を切り換えて、イオンビームの偏向方向
を見ることにより、イオンビームモニタ上でのビームス
ポットの位置を目標位置に合わせるために必要なビーム
の偏向方向がX軸の+方向か−方向かを判断する。次い
で、電動機19を駆動して可動電磁石11全体を+90
度または−90度回動させ、磁極部12a1および12b1
の対向方向を水平方向とする。この状態で、励磁切換回
路11により励磁コイル13に流す励磁電流の極性を切
り換えて、イオンビームモニタ上でのイオンビームの位
置を目標位置に合わせるために必要なビームの偏向方向
がY軸の+方向か−方向かを判断する。上記の結果か
ら、イオンビームの位置を目標位置に合わせるために最
も適切なビームの偏向方向がY軸に対してなす角度を最
適偏向角θとして求め、可動電磁石11を基準位置から
角度θだけ回動した位置に固定する。その後、ビームモ
ニタ上でビームスポットの位置を見ながら主として励磁
コイル13に流す励磁電流の大きさを調整して磁場強度
のみを調整し、ビームスポットを目標位置に一致させ
る。When performing the above adjustment, an ion beam monitor in which a portion irradiated with the ion beam emits light and a beam spot is formed is inserted into the beam duct 1, and the ion beam monitor is placed on the cross section of the beam duct. The movable electromagnet 11 is moved to the reference position (the magnetic pole portion 12) so that the beam position can be monitored.
The beam is passed through the beam duct 1 in a state where the a1 and 12b1 are fixed at a position where they face each other in the Y-axis direction). In this state, the polarity of the excitation current flowing through the excitation coil 13 is switched by the excitation switching circuit 11 and the deflection direction of the ion beam is observed to adjust the position of the beam spot on the ion beam monitor to the target position. It is determined whether the deflection direction of the beam is the + direction or the − direction of the X axis. Next, the motor 19 is driven to move the entire movable electromagnet 11 by +90.
Or −90 degrees, and the magnetic pole portions 12a1 and 12b1
Shall be the horizontal direction. In this state, the polarity of the excitation current flowing through the excitation coil 13 is switched by the excitation switching circuit 11 so that the beam deflection direction necessary for adjusting the position of the ion beam on the ion beam monitor to the target position is + Y-axis. It is determined whether the direction is -direction. From the above results, the angle formed by the most appropriate deflection direction of the beam with respect to the Y axis in order to adjust the position of the ion beam to the target position is determined as the optimum deflection angle θ, and the movable electromagnet 11 is rotated from the reference position by the angle θ. Secure in the moved position. Thereafter, while observing the position of the beam spot on the beam monitor, the magnitude of the exciting current mainly flowing through the exciting coil 13 is adjusted to adjust only the magnetic field strength, and the beam spot is made to coincide with the target position.
【0034】上記の磁場形ステアラーにおいて、可動電
磁石の磁極部間に働く力は磁極部どうしの吸引力のみで
あり、可動電磁石の回転方向には力が作用しないため、
可動電磁石11を回転させるために必要なトルクは小さ
くてよい。従って、可動電磁石11を回転駆動するため
の電動機19としては小形のものを用いることができ
る。In the above-described magnetic field type steerer, the force acting between the magnetic pole portions of the movable electromagnet is only the attractive force between the magnetic pole portions, and no force acts in the rotating direction of the movable electromagnet.
The torque required to rotate the movable electromagnet 11 may be small. Therefore, a small motor can be used as the electric motor 19 for driving the movable electromagnet 11 to rotate.
【0035】上記の例では、可動コア12として、円環
状のヨーク12yの内周部の相対する位置から突極部1
2a及び12bを突出させた形状のものを用いたが、図
5に示すように、ビームダクト1を間にして相対向する
対の磁極部12a1´,12b1´を先端に備えた対の突極
部12a´,12b´と、これらの突極部間を連結する
コの字形のヨーク12y´とを一体に有するC字形の可
動コア12´を用いて、この可動コアの突極部12a´
及び12b´にそれぞれ励磁コイル13を構成する単位
コイル13A及び13Bを巻装することにより、可動電
磁石11を構成するようにしてもよい。In the above example, as the movable core 12, the salient pole portion 1 is moved from the position opposite to the inner periphery of the annular yoke 12y.
A pair of salient poles having a pair of magnetic pole portions 12a1 'and 12b1' opposite to each other with the beam duct 1 interposed therebetween is used as shown in FIG. Using a C-shaped movable core 12 ′ integrally having portions 12 a ′ and 12 b ′ and a U-shaped yoke 12 y ′ connecting these salient pole portions, the salient pole portion 12 a ′ of this movable core is used.
The movable electromagnet 11 may be formed by winding the unit coils 13A and 13B forming the excitation coil 13 around 12b 'and 12b', respectively.
【0036】また図6に示したように、ビームダクト1
を間にして相対向する対の磁極部12a1´,12b1´を
先端に備えた対の突極部12a´,12b´と、これら
の突極部間を連結するコの字形のヨーク12y´とを一
体に有するC字形の可動コア12´を用いて、この可動
コアのヨークに励磁コイル13を巻回することにより、
可動電磁石11を構成するようにしてもよい。Also, as shown in FIG.
And a pair of salient pole portions 12a 'and 12b' each having a pair of opposed magnetic pole portions 12a1 'and 12b1' at the tip thereof, and a U-shaped yoke 12y 'connecting the salient pole portions. By using a C-shaped movable core 12 ′ integrally having a coil and winding an exciting coil 13 around a yoke of the movable core,
The movable electromagnet 11 may be configured.
【0037】図5または図6に示したように角形の可動
コアを用いる場合も、該可動コアの形状に適合した磁石
保持枠を用いることにより、可動電磁石11を回動自在
に支持することができる。Even when a rectangular movable core is used as shown in FIG. 5 or 6, the movable electromagnet 11 can be rotatably supported by using a magnet holding frame adapted to the shape of the movable core. it can.
【0038】上記の例では、支持ローラ17A〜17C
によりフレーム10に回転自在に支持される磁石保持枠
14に可動電磁石11を嵌合保持させるようにしたが、
可動電磁石11はビームダクト1の中心軸線を中心に回
動し得るように設けられていればよく、該可動電磁石1
1の支持構造は任意である。In the above example, the support rollers 17A to 17C
The movable electromagnet 11 is fitted and held in the magnet holding frame 14 rotatably supported by the frame 10 by
The movable electromagnet 11 only needs to be provided so as to be rotatable about the central axis of the beam duct 1.
The support structure of 1 is optional.
【0039】[0039]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、1つの
可動電磁石を設けるだけで、磁場形ステアラーを構成で
きるため、2つの電磁石を用いていた従来の磁場形ステ
アラーに比べて軸線方向寸法の縮小を図って、ステアラ
ーの小形化を図ることができる利点がある。As described above, according to the present invention, a magnetic field type steerer can be constructed only by providing one movable electromagnet. Therefore, compared to a conventional magnetic field type steerer using two electromagnets, the present invention can be used in the axial direction. There is an advantage that the size of the steerer can be reduced by reducing the size.
【0040】また本発明によれば、可動コアに巻装した
励磁コイルにより可動コアの対の磁極部間に生じさせた
磁場をイオンビームに作用させるので、漏洩磁場を利用
する従来のステアラーのように励磁コイルに大電流を流
すことなく、ビームの偏向方向を調整することができ
る。従って、励磁コイルからの発熱を抑制して、励磁コ
イルを冷却するための冷却装置を省略することができ
る。According to the present invention, the magnetic field generated between the pair of magnetic poles of the movable core by the exciting coil wound around the movable core acts on the ion beam, so that a conventional steerer utilizing a leakage magnetic field is used. Thus, the beam deflection direction can be adjusted without passing a large current through the exciting coil. Therefore, it is possible to suppress heat generation from the exciting coil and omit a cooling device for cooling the exciting coil.
【0041】また本発明によれば、可動コアの対の磁極
部のそれぞれの幅寸法をイオンビームの径に対して充分
に大きくしておくことにより、フリンジングがない均一
な磁場をイオンビームに作用させることができるため、
ステアラーを通過したイオンビームの断面形状が歪むの
を防ぐことができる。Further, according to the present invention, the width of each magnetic pole portion of the pair of movable cores is made sufficiently large with respect to the diameter of the ion beam, so that a uniform magnetic field free from fringing is formed on the ion beam. To be able to act
The cross-sectional shape of the ion beam that has passed through the steerer can be prevented from being distorted.
【図1】本発明に係わる磁場形ステアラーの構成例を示
した正面図である。FIG. 1 is a front view showing a configuration example of a magnetic field type steerer according to the present invention.
【図2】図1のA−A線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.
【図3】本発明に係わる磁場形ステアラーで用いる励磁
コイルの励磁回路の構成例を示した回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of an excitation circuit of an excitation coil used in a magnetic field type steerer according to the present invention.
【図4】本発明の磁場形ステアラーの原理を説明するた
めの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the principle of the magnetic field type steerer of the present invention.
【図5】本発明に係わる磁場形ステアラーで用いる可動
電磁石の変形例を概略的に示した構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram schematically showing a modified example of a movable electromagnet used in a magnetic field type steerer according to the present invention.
【図6】本発明に係わる磁場形ステアラーで用いる可動
電磁石の他の変形例を概略的に示した構成図である。FIG. 6 is a configuration diagram schematically showing another modification of the movable electromagnet used in the magnetic field type steerer according to the present invention.
【図7】従来の磁場形ステアラーの構成を概略的に示し
た斜視図である。FIG. 7 is a perspective view schematically showing a configuration of a conventional magnetic field type steerer.
【図8】従来の他の磁場形ステアラーの構成を概略的に
示した斜視図である。FIG. 8 is a perspective view schematically showing a configuration of another conventional magnetic field type steerer.
11…可動電磁石、12,12´…可動コア、12a,
12b,12a´,12b´…突極部、12a1,12b
1,12a1´,12b1´…磁極部、12y,12y´…
継鉄部、13…励磁コイル、13A,13B…励磁コイ
ルを構成する単位コイル、17A〜17C…支持ロー
ラ、18…ウォームホイール、19…電動機、20…ウ
ォーム歯車。11: movable electromagnet, 12, 12 ': movable core, 12a,
12b, 12a ', 12b' ... salient pole portions, 12a1, 12b
1, 12a1 ', 12b1' ... magnetic pole part, 12y, 12y '...
Yoke portion, 13: exciting coil, 13A, 13B: unit coils constituting the exciting coil, 17A to 17C: supporting rollers, 18: worm wheel, 19: electric motor, 20: worm gear.
Claims (2)
に磁場を作用させて該イオンビームを偏向させることに
より該イオンビームの走行方向を調整する磁場形ステア
ラーにおいて、 前記ビームダクトを間にして対向配置される対の磁極部
を有する可動コアと前記可動コアに巻装された励磁コイ
ルとを有して、前記励磁コイルに通電した際に前記対の
磁極部に互いに異極性の磁極が現れるように構成された
可動電磁石と、 前記可動電磁石を前記ビームダクトの中心軸線を中心に
回動させる電磁石回動機構と、 前記可動電磁石の励磁コイルを通して流す励磁電流の極
性を切換える励磁切換回路とを具備し、 前記励磁コイルに流す励磁電流の大きさ及び極性と前記
可動電磁石の回動角度とを調整することにより前記ビー
ムダクト内におけるイオンビームの偏向方向と偏向量と
を調整することを特徴とする磁場形ステアラー。1. A magnetic field type steerer that adjusts a traveling direction of an ion beam by applying a magnetic field to an ion beam traveling in a beam duct to deflect the ion beam. A movable core having a pair of magnetic pole portions and an exciting coil wound around the movable core, so that when the exciting coil is energized, magnetic poles of different polarities appear in the pair of magnetic pole portions. A movable electromagnet configured, an electromagnet rotating mechanism for rotating the movable electromagnet around a central axis of the beam duct, and an excitation switching circuit for switching the polarity of an excitation current flowing through an excitation coil of the movable electromagnet. By adjusting the magnitude and polarity of the exciting current flowing through the exciting coil and the rotation angle of the movable electromagnet, the ion current in the beam duct is adjusted. Field type steerer characterized by adjusting the deflection direction and deflection of the beam.
に磁場を作用させて、該イオンビームを偏向させること
により該イオンビームの走行方向を調整する磁場形ステ
アラーにおいて、 前記ビームダクトと中心軸線を共有した状態で前記ビー
ムダクトを外側から取り囲む環状のヨークと該ヨークの
内周部の相対する部分から内側に突出した対の突極部と
を有して該対の突極部の先端に前記ビームダクトを間に
して対向する対の磁極部が形成された可動コアと、前記
可動コアに巻装された励磁コイルとを有して、前記励磁
コイルに通電した際に前記対の磁極部に互いに異極性の
磁極が現れるように構成された可動電磁石と、 前記可動電磁石を前記ビームダクトの中心軸線を中心に
して回動させる電磁石回動機構と、 前記可動電磁石の励磁コイルを通して流す励磁電流の極
性を切換える励磁切換回路とを具備し、 前記励磁コイルに流す励磁電流の大きさ及び極性と前記
可動電磁石の回動角度とを調整することにより前記ビー
ムダクト内におけるイオンビームの偏向方向と偏向量と
を調整することを特徴とする磁場形ステアラー。2. A magnetic field type steerer which applies a magnetic field to an ion beam traveling in a beam duct and deflects the ion beam to adjust the traveling direction of the ion beam, wherein a central axis is shared with the beam duct. An annular yoke surrounding the beam duct from outside and a pair of salient pole portions projecting inward from opposing portions of an inner peripheral portion of the yoke in a state where the beam duct is provided at the tip of the pair of salient pole portions. A movable core having a pair of magnetic pole portions opposed to each other with a duct interposed therebetween, and an exciting coil wound around the movable core, wherein when the exciting coil is energized, the magnetic pole portions of the pair are attached to each other. A movable electromagnet configured such that magnetic poles of different polarities appear; an electromagnet rotating mechanism configured to rotate the movable electromagnet about a central axis of the beam duct; and an excitation coil of the movable electromagnet And an excitation switching circuit for switching the polarity of the excitation current flowing through the excitation coil, by adjusting the magnitude and polarity of the excitation current flowing through the excitation coil and the rotation angle of the movable electromagnet, the ion beam in the beam duct A magnetic field type steerer which adjusts a deflection direction and a deflection amount.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10141059A JPH11337697A (en) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | Magnetic field type steerer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10141059A JPH11337697A (en) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | Magnetic field type steerer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11337697A true JPH11337697A (en) | 1999-12-10 |
Family
ID=15283300
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10141059A Withdrawn JPH11337697A (en) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | Magnetic field type steerer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH11337697A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7005657B1 (en) | 2005-02-04 | 2006-02-28 | Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. | Wafer-scanning ion implanter having fast beam deflection apparatus for beam glitch recovery |
EP1766633B1 (en) * | 2004-05-30 | 2016-04-13 | Pebble Bed Modular Reactor (Proprietary) Limited | Nuclear plant and method |
CN111707690A (en) * | 2020-07-22 | 2020-09-25 | 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 | Precession magnetic field generating device for spin echo small-angle neutron scattering spectrometer |
-
1998
- 1998-05-22 JP JP10141059A patent/JPH11337697A/en not_active Withdrawn
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CN111707690B (en) * | 2020-07-22 | 2022-10-28 | 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 | Precession magnetic field generating device for spin echo small-angle neutron scattering spectrometer |
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