(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコイル（１２、５２、５４）を備えたマグネットアセンブリ（１０、９０、１１０）であって、
前記各コイル（１２、５２、５４）は、ワイヤを巻回してなる巻回部を有し、前記巻回部には含浸材料（１４）が含浸されており、かつ、前記各コイル（１２、５２、５４）は、その軸方向に位置合わせされていると共に、その径方向厚さの中間点が前記軸方向内側に隣接するコイルの径方向範囲の一部と前記軸方向で位置合わせされており、
前記軸方向に隣接する前記コイル（１２、５２、５４）同士の間であってそれら隣接する両コイルにおける前記軸方向で対向する面同士の間に、周方向に間隔（１７）を隔てて複数の圧縮ブロック（１６、５６）が配設され、それら複数の圧縮ブロック（１６、５６）によって、前記複数のコイル（１２、５２、５４）が所定の相対位置に保持されている
ことを特徴とするマグネットアセンブリ。
【請求項２】
前記コイル（１２、５２、５４）の前記巻回部に含浸されている前記含浸材料が、前記圧縮ブロック（１６）にも含浸されており、その含浸材料が、硬化材料（１４）である
請求項１記載のマグネットアセンブリ。
【請求項３】
前記圧縮ブロック（１６）は、前記硬化材料（１４）と当該硬化材料（１４）が含浸された多孔質予備成形体（３４）自体との複合材料からなるものであり、前記コイル（１２、５２、５４）および前記圧縮ブロック（１６）が、前記硬化材料（１４）によるモノリシックな含浸構造体を形成している
請求項２記載のマグネットアセンブリ。
【請求項４】
前記圧縮ブロック（１６）には、当該圧縮ブロック（１６）の選択的な取り外しを容易にする応力上昇部（４０）が設けられている
請求項３記載のマグネットアセンブリ。
【請求項５】
前記コイル（１２、５２、５４）のうちの少なくとも１つに接続されるワイヤは、当該１つのコイルに隣接するコイルへ向けて前記圧縮ブロック（１６）を通過している
請求項３記載のマグネットアセンブリ。
【請求項６】
前記コイル（１２、５２、５４）の巻回部においては、
前記ワイヤは、前記複数のコイル（１２、５２、５４）のうちの第１のコイル（Ｂ）が形成されるべき位置に巻回されていて、それが当該第１のコイル（Ｂ）の第１のワイヤ層を成しており、かつ
前記ワイヤは、前記第１のコイル（Ｂ）に隣接する第２のコイル（Ｃ）が形成されるべき位置へ向かって前記圧縮ブロック（１６）を通過しており、さらに、前記第２のコイル（Ｃ）が形成されるべき位置に巻回されていて、それが当該第２のコイル（Ｃ）の第１のワイヤ層を成しており、かつ
前記複数のコイル（１２、５２、５４）の一つ一つである前記第１のコイル（Ｂ）から最後のコイル（Ｅ）までの、第１のワイヤ層として設けられている全てのコイル（Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅが上記と同様のパターンで以て前記ワイヤを巻回してなるものであり、かつ
前記ワイヤは、前記最後のコイル（Ｅ）の前記第１のワイヤ層上にさらに巻回されていて、それが前記最後のコイル（Ｅ）の第２のワイヤ層を成しており、かつ
前記ワイヤは、前記最後のコイル（Ｅ）に隣接するコイル（Ｄ）に向かって前記圧縮ブロック（１６）を通過しており、さらに、前記隣接するコイル（Ｄ）の前記第１のワイヤ層上にさらに巻回されていて、それが当該隣接するコイル（Ｄ）の第２のワイヤ層を成しており、かつ
前記ワイヤは、前記隣接するコイル（Ｄ）にさらに隣接するコイル（Ｃ）に向かって前記圧縮ブロック（１６）を通過しており、さらに、前記さらに隣接するコイル（Ｃ）の前記第１のワイヤ層上にさらに巻回されていて、それが当該さらに隣接するコイル（Ｃ）の第２のワイヤ層を成しており、かつ
前記複数のコイル（１２、５２、５４）の一つ一つである前記最後のコイル（Ｅ）から前記第１のコイル（Ｂ）までの、第２のワイヤ層として設けられている全てのコイル（Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）が、上記と同様のパターンで以て前記ワイヤを巻回してなるものであり、かつここに
全ての前記複数のコイル（１２、５２、５４）の全てのワイヤ層が、前記ワイヤで以て連続したものとして形成されている
請求項５記載のマグネットアセンブリ。
【請求項７】
前記コイル（１２、５２、５４）の巻回部においては、
前記ワイヤは、前記複数のコイル（１２、５２、５４）のうちの第１のコイル（Ｂ）が形成されるべき位置に巻回されていて、それが当該第１のコイル（Ｂ）を成しており、かつ
前記ワイヤは、前記第１のコイル（Ｂ）に隣接する第２のコイル（Ｃ）が形成されるべき位置に向かって前記圧縮ブロック（１６）を通過しており、さらに、前記第２のコイル（Ｃ）が形成されるべき位置に巻回されていて、それが当該第２のコイル（Ｃ）を成しており、かつここに
前記複数のコイル（１２、５２、５４）の一つ一つである前記第１のコイル（Ｂ）から前記最後のコイル（Ｅ）までの、全てのコイル（Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）が、上記と同様のパターンで以て前記ワイヤを巻回してなるものであり、かつここに
全ての前記複数のコイル（１２、５２、５４）の全てのワイヤ層が、前記ワイヤで以て連続したものとして形成されている
請求項５記載のマグネットアセンブリ。
【請求項８】
前記複数のコイル（５２、５４）は、その一つ一つが個別に成形されたものであってかつ硬化材料（１４）が含浸されたものであり、かつ、前記コイル（５２、５４）の外周に亘って間隔を隔てて配置された中実圧縮ブロック（５６）が前記圧縮ブロック（１６）として配置されて前記軸方向に結合されたものである
請求項１または２記載のマグネットアセンブリ。
【請求項９】
前記中実圧縮ブロック（５６）が、前記コイル（５２、５４）に、接着材料を介して結合されている
請求項８記載のマグネットアセンブリ。
【請求項１０】
前記中実圧縮ブロック（５６）が、アルミニウムから形成されたものであり、かつ当該中実圧縮ブロック（５６）の表面が陽極酸化処理されている
請求項８または９記載のマグネットアセンブリ。
【請求項１１】
前記中実圧縮ブロック（５６）が、幅広の「Ｉ」断面形状を有するものである
請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項１２】
各前記中実圧縮ブロック（５６）全体が、直方体を前記径方向に湾曲してなる形状となっており、その四隅の各角部付近には、前記コイルの径方向に貫通する穴（５９）が設けられている
請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項１３】
電気絶縁シート材料から成るアーク（５８）が、各前記中実圧縮ブロック（５６）とそのそれぞれの接するコイル（５２、５４）との間に設けられる
請求項８記載のマグネットアセンブリ。
【請求項１４】
電気絶縁シート材料から成るアーク（５８）が、前記中実圧縮ブロック（５６）に取り付けられており、かつ、前記コイル（５２、５４）が、前記アーク（５８）に、接着材料を介して結合されている
請求項１３記載のマグネットアセンブリ。
【請求項１５】
前記中実圧縮ブロック（５６）の少なくとも一部には、前記コイル（５２、５４）の周方向に貫通すると共に前記軸方向に延びるスロット（７０）が設けられており、前記スロット（７０）によって、対応する前記中実圧縮ブロック（５６）のそれぞれが、前記軸方向における両端部分で互いに結合される複数の前記径方向に分かれた細いブロックへと分割されており、それによって前記中実圧縮ブロック（５６）が前記径方向に撓み易くなり、以て前記軸方向においては隣接する前記コイル（５２、５４）同士が所定位置に保持されつつ、前記径方向においては隣接する前記コイル（５２、５４）同士の間での前記径方向における位置的な変位に起因して生じる曲げ応力またはせん断応力が前記中実圧縮ブロック（５６）の径方向の撓みによって緩和されるように設定されている
請求項８から１４のいずれか１項に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項１６】
前記コイル（５２、５４）が、補強層（７４）を含み、それにより、前記コイル（５２、５４）の機械的強度が増大すると共に、前記コイル（５２、５４）の径方向寸法が増大するようにした
請求項８から１５のいずれか１項に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項１７】
前記コイル（１２、５２、５４）が、管状支持構造体（１６０）に結合される
請求項１から１６のいずれか１項に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項１８】
前記コイル（１２、５２、５４）のそれぞれの径方向外側の面が、前記管状支持構造体（１６０）の内面に結合される
請求項１７記載のマグネットアセンブリ。
【請求項１９】
前記コイル（１２、５２、５４）のそれぞれの径方向内側の面が、前記管状支持構造体（１６０）の外面に結合される
請求項１７記載のマグネットアセンブリ。
【請求項２０】
前記複数のコイル（１２、５２、５４）から成るコイルアセンブリよりも大きい半径のシールドコイル（９８）を更に備え、当該シールドコイル（９８）が、前記複数の圧縮ブロック（１６、５６）のうちの前記軸方向に位置合わせされる圧縮ブロックに装着される
請求項１から１９のいずれか１項に記載のマグネットアセンブリ。
【請求項２１】
軸方向に位置合わせされる複数のコイル（１２、５２、５４）から成るマグネットアセンブリ（１０、９０、１１０）を形成するための方法であって、
径方向外面（外周面）を有するボビン（２０）を設けるステップと、
前記ボビン（２０）に、少なくとも１つが取り外し可能である端部フランジ（２２）を設けるステップと、
前記ボビン（２０）の前記外周面上における、当該ボビン（２０）の周方向に沿って離間した位置毎に結合チャネル（２６）を画定すると共に、前記軸方向に沿った位置毎に離間して巻回チャネル（２８）を画定するべく、巻回チーク（２４）を前記ボビン（２０）の前記外周面上に配置するステップと、
前記結合チャネル（２６）内に、多孔質予備成形体（３４）を配置するステップと、
前記コイル（１２、５２、５４）の巻回部を形成するために、ワイヤ（１２）を前記巻回チャネル（２８）内に巻回するステップと、
前記コイル（１２、５２、５４）の巻回部と前記多孔質予備成形体（３４）とに硬化材料（１４）を含浸させるステップと、
前記硬化材料（１４）が硬化できるようにするステップと、
上記のステップによる結果として得られる、前記巻回部に前記硬化材料（１４）を含浸硬化してなるコイル（１２、５２、５４）と前記多孔質予備成形体（３４）に前記硬化材料（１４）を含浸硬化してなる圧縮ブロック（１６）であって前記軸方向で隣接するコイルの対向する面同士の間に周方向に間隔（１７）を隔てて配設された複数の圧縮ブロック（１６）とを含んでなる含浸構造体から、前記ボビン（２０）、前記端部フランジ（２２）、および、前記巻回チーク（２４）を取り外すステップと
を備えたことを特徴とする、軸方向に位置合わせされる複数のコイルから成るマグネットアセンブリを形成するための方法。
【請求項２２】
前記巻回チーク（２４）は、前記ボビン（２０）の径方向における外側端面と内側端面とを有すると共に前記ボビン（２０）の外周面に沿って円弧状を成すようにその全体が形成されており、かつ当該巻回チーク（２４）の前記外側端面の前記軸方向における幅ａ１が、前記巻回チーク（２４）における前記内側端面の前記軸方向における幅ａ２よりも大きくなるような、テーパ面（３０）を有する
請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記巻回チーク（２４、１２２）が、巻回ガイドコム（１２０）の特徴形態として設けられ、
各巻回ガイドコム（１２０）は、隣接する前記コイル（５２、５４）間に前記結合チャネル（２８、１２８）を形成するための対応するキャビティを画定する外周部分（１２６）によって分離される少なくとも２つの前記巻回チーク（２４、１２２）を具備している
請求項２１または２２記載記載の方法。
【請求項２４】
軸方向に位置合わせされる複数のコイル（１２、５２、５４）から成るマグネットアセンブリ（１０、９０、１１０）を形成するための方法であって、
筒状の径方向外面（外周面）を有するボビン（２０）を設けるステップと、
前記ボビン（２０）に、少なくとも１つを取り外すことができる端部フランジ（２２）を設けるステップと、
前記ボビン（２０）の外周面上の所定の軸方向位置に、当該ボビン（２０）の外周に亘って互いに離間されると共に巻回チャネル（８２）を画定するために互いに軸方向に離間される中実圧縮ブロック（５６）を配置するステップと、
前記周方向で隣接する前記中実圧縮ブロック（５６）同士の間毎に、それぞれディスプレーサ（６０）を配置するステップと、
前記コイル（１２、５２、５４）の巻回部を形成するためにワイヤを前記巻回チャネル（８２）内へ巻回するステップと、
上記のステップによる結果として得られる構造体に硬化材料（１４）を含浸させるステップと、
前記硬化材料（１４）が硬化できるようにするステップと、
上記のステップによる結果として得られる、前記巻回部に前記硬化材料（１４）を含浸硬化してなるコイル（１２、５２、５４）と前記中実圧縮ブロック（５６）であって前記軸方向で隣接するコイルの対向する面同士の間に周方向に離間して配設された中実圧縮ブロック（５６）とを含んでなるモノリシックな含浸構造体から、前記ボビン（２０）、前記端部フランジ（２２）、および、前記ディスプレーサ（６０）を取り外すステップと
を備えたことを特徴とする、軸方向に位置合わせされる複数のコイルから成るマグネットアセンブリを形成するための方法。
【請求項２５】
軸方向に位置合わせされる複数のコイル（５２、５４）から成るマグネットアセンブリ（１０、９０、１１０）を形成するための方法であって、
筒状の径方向外面（外周面）を有するボビン（２０）を設けるステップと、
前記ボビン（２０）に、少なくとも１つを取り外すことができる端部フランジ（２２）を設けるステップと、
予備成形された含浸コイル（５２、５４）を、前記ボビン（２０）の外周面上における、その軸方向に互いに離間すると共にその周方向に互いに離間した複数の位置毎にそれぞれ配置される中実圧縮ブロック（５６）によってそれぞれ画定される、所定の軸方向位置毎に、前記ボビン（２０）の外周を取り巻くように配置するステップと、
前記ボビン（２０）の外周面上における、その周方向に隣接する前記中実圧縮ブロック（５６）同士の間に、ディスプレーサ（６０）を配置するステップと、
上記のステップによる結果として得られる構造体に硬化材料（１４）を含浸させるステップと、
前記硬化材料（１４）が硬化できるようにするステップと、
上記のステップによる結果として得られる、前記含浸コイル（５２、５４）と前記中実圧縮ブロック（５６）であって前記軸方向で隣接する前記含浸コイル（５２、５４）の対向する面同士の間に周方向に離間して配設された中実圧縮ブロック（５６）とを含んでなる含浸構造体から、前記ボビン（２０）、前記端部フランジ（２２）、および、前記ディスプレーサ（６０）を取り外すステップと
を備えて、軸方向に位置合わせされる複数のコイルから成るマグネットアセンブリを形成するための方法。
【請求項２６】
前記コイル（１２、５２、５４）が前記ボビン（２０）の外周面上に配置されあるいは形成される前に、多孔質ＰＴＦＥの層（８０）を、前記ボビン（２０）の径方向外面（外周面）上であって前記端部フランジ（２２）の軸方向内側に亘って配置する、請求項２４または２５記載の方法。
【請求項２７】
前記硬化材料（１４）を前記構造体に含浸させるステップの前に、電気絶縁アーク（５８）を前記圧縮ブロック（５６）と前記コイル（５２、５４）との間に配置する、請求項２４から２６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記硬化材料（１４）を前記構造体に含浸させるステップの前に、前記コイル（１２、５２、５４）の周囲で環状成形キャビティ（３８）を取り囲むために閉塞プレート（３６）を配置し、その後、前記硬化材料（１４）を含浸させるステップにおいて、前記環状成形キャビティ（３８）に前記硬化材料（１４）を充填し、それにより、一定の外半径を有する前記含浸構造体を形成する、請求項２１から２７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記閉塞プレート（３６）を配置する前に、前記コイル（１２、５２、５４）を共通の外半径にするために、前記コイル（１２、５２、５４）の少なくとも一部の径方向外周面上に亘って充填材料を設ける、請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
前記ボビン（２０、２０ａ、２０ｂ）を、その外面がテーパ状を成すように形成しておき、
前記含浸構造体が形成された後、前記ボビン（２０、２０ａ、２０ｂ）を、前記含浸構造体の軸方向の中心から離れるように、当該ボビン（２０、２０ａ、２０ｂ）の直径の大きい方の端部の方向（１６０）に向かってスライドさせることで、前記含浸構造体から取り外すステップを備えた、請求項２１から２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３１】
前記ボビン（２０）が、２つの部分（２０ａ、２０ｂ）から成るものであり、それら各部分（２０ａ、２０ｂ）の外面が、それぞれテーパ状を成しており、
前記含浸構造体が形成された後、前記各部分（２０ａ、２０ｂ）を、それぞれ前記含浸構造体の軸方向の中心から離れるように、当該各部分（２０ａ、２０ｂ）の直径の大きい方の端部の方向（１７０ａ、１７０ｂ）に向かってそれぞれスライドさせることで、前記含浸構造体から取り外すステップを備えた、請求項２１から２９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
軸方向に位置合わせされる複数のコイル（１２、５２、５４）から成るマグネットアセンブリ（１０、９０、１１０）を形成するための方法であって、
２つの部分的なマグネットアセンブリを、それぞれ請求項３０に記載のマグネットアセンブリを形成するための方法によって形成するステップと、
前記２つの部分的なマグネットアセンブリを、互いに結合して１つのマグネットアセンブリ（１０、９０、１１０）とするステップと
を備えた方法。
【請求項３３】
前記２つの部分的なマグネットアセンブリのそれぞれの大径端部が、互いに結合される、請求項３２記載の方法。
【請求項３４】
前記２つの部分的なマグネットアセンブリのそれぞれの小径端部が、互いに結合される、請求項３２記載の方法。
【請求項３５】
前記中実圧縮ブロック（５６）を、押出成形によって成形し、所定の長さにカットして形成するステップを含む
請求項２４または２５記載の方法。
【請求項３６】
前記中実圧縮ブロック（５６）を、押出成形によって幅広の「Ｉ」断面を有するものとして形成するステップを含む
請求項２４または２５記載のマグネットアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、幾つかの軸方向に位置合わせされるコイルから成るソレノイドマグネットを形成するための方法、および、そのようにして形成されるソレノイドマグネットに関する。
【０００２】
本発明は、特に、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムにおいて磁場発生器として使用するための、そのようなソレノイドマグネットに関する。特に、本発明は、超電導ワイヤで形成されるそのようなマグネットに関する。
【背景技術】
【０００３】
既知のマグネット構成において、ソレノイドマグネットは、一般に、巻き数が比較的多く、そのため、断面が大きい端部コイルと、巻き数が少なく、そのため断面が小さい多数の内部コイルとを備えている。従来、アルミニウムチューブなどの正確に機械加工された成形機には、適切に形成されたスロットが設けられ、コイルを形成するために、前記のスロット内にワイヤが巻回される。コイルには、ワイヤが成形機上に巻回される前に樹脂槽に通される湿潤巻回によって、熱硬化性樹脂が含浸されてもよく、あるいは、コイルは、乾燥状態で巻回され、その後、完成したコイルと成形機とが樹脂槽中に浸漬されてもよい。同様の含浸が、蝋を用いて行なわれてもよいが、本明細書本文では、略して単に「樹脂」と称する。
【０００４】
もう１つの方法として、成形コイルの構成が知られている。これらの構成では、コイルがモールド内に巻回され、仕上がったコイルにモールド内で樹脂が含浸される。その後、樹脂が硬化され、樹脂中に埋め込まれる中実コイルが形成される。これらの成形コイルは、その後、例えば成形機または他の機械的な支持構造体上にクランプすることによって、マグネットへと組み付けられる。
【０００５】
既知の折衷案的な構成は、マグネットの軸方向の中心へ向かう内部コイルが成形機上に配置され、この場合、端部コイルが成形されて、成形機に機械的に取り付けられる。端部コイルは、断面が大きくなる傾向があり、それらの配置はあまり重要でない。この折衷案的な構成により、内部コイル間の正確な相対的位置を維持しつつ、より小型で安価な成形機を使用することができる。
【０００６】
これらの既知の構成には、特定の欠点がある。
【０００７】
使用時、マグネットコイルは、生成される磁場とコイルとの相互作用に起因して大きな力に晒される。これらの力の一部は、軸方向に作用して、コイルを成形機の壁の方へ付勢し、一方、他の力は、径方向に作用してコイルを更に大きい直径へと拡張させる傾向があり、あるいは、コイルを成形機の方へ圧縮させる。これらの力は、コイルを成形機に対して移動させる場合がある。そのような移動は、コイルの加熱を引き起こす場合があり、これに起因して、超電導マグネットではクエンチが生じる場合がある。
【０００８】
コイルに作用する力は、成形機を屈曲させる場合がある。成形機は、これらの力に耐えるために、大型で、重く、機械的に頑丈である必要がある。成形機における屈曲に起因して、コイル力に耐える力反作用経路は、その後、コイルのほぼ内側縁部で作用し、この経路は、コイル断面の径方向中間点を通じて軸方向に作用すると考えられ得るコイル体積力の作用線から位置ずれされる。これは、成形機を屈曲させる傾向に寄与する。また、力は、コイルの限られた表面積によっても支えられる。これがコイル自体の変形を引き起こす場合があり、それに因って、やはり、超電導コイルにおいてクエンチが生じる場合がある。
【０００９】
力の大部分は、マグネットの端部コイルに作用し、またシールドコイルが存在する場合には、シールドコイルに作用する。内部コイルには比較的軽い荷重が作用するが、内部コイルは、イメージングにおいて必要とされるような均一な磁場を形成するために、空間内に最も正確に位置決めされる必要がある。
【００１０】
従来から使用されるような正確に機械加工される成形機は、高価であり、限られた数の供給元からしか入手できない。成形機工場からマグネット巻回設備への輸送コストもかなりの費用になる場合がある。大型成形機の保管が困難で費用が高くなる場合がある。
【００１１】
従来、成形機内に巻回される別個のコイル、または、個別に成形されるコイルは、コイルの巻回および含浸が完了した後に行なわれる配線および接続によって、互いに接続される。これらの接続部が所定位置に強固に保持されるようにするために、また、マグネットが作動しているときに接続部が移動できないようにするために、多大な時間と空間とが捧げられてきた。これらのワイヤの僅かな移動は、マグネットにクエンチを生じさせるのに十分なものとなり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
したがって、本発明は、コイルを製造するため、及び、コイルをそれらの意図される相対位置に保持するための、新規な構成を提供する。
【００１４】
本発明の構成は、配線および接続のための強固な保持も提供する。
【００１５】
かくして本発明は、添付の特許請求の範囲に規定される方法および装置を提供する。
【００１６】
本発明の前述した及び更なる目的、特徴、並びに利点は、添付図面と併せて本発明の特定の実施形態の以下の説明を考慮することによって、更に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係るコイルアセンブリの部分軸方向断面図を示す図である。。
【図２】図１に示されるコイルアセンブリを巻回するためのモールドの図１の図に対応する部分軸方向断面図を示す図である。
【図３】図２の装置の部分的な軸方向および径方向の断面を示す図である。
【図４】本発明のコイルアセンブリの交差部材における応力上昇部を示す図である。
【図５】本発明の実施形態の他のシリーズに係るコイルアセンブリを示す図である。
【図６】圧縮ブロックを示す図５の実施形態の更なる詳細を示す図である。
【図６Ａ】代替的な態様の圧縮ブロックを示す図である。
【図７】図５に示される圧縮ブロックのうちの１つの屈曲を示す図である。
【図８】図８Ａ−図８Ｄは、本発明の一実施形態に係るマグネットコイルのアセンブリを構成する方法の一例におけるステップを示す図である。
【図９】前述したコイルアセンブリを完成マグネット構造体の状態へと、どのようにして組み込むことができるのかを示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るコイルアセンブリを製造する方法のステップを示す図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係るコイルアセンブリを製造する方法のステップを示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係るコイルアセンブリを製造する方法のステップを示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係るコイルアセンブリを製造する方法のステップを示す図である。
【図１４】図１０−１３に関して説明した方法に従って製造されることの可能な本発明の一実施形態に係るコイルアセンブリの断面斜視図を示す図である。
【図１５】外側管状コイル支持体内に装着される図１４に示されるコイルアセンブリなどの、本発明に係るコイルアセンブリを示す図である。
【図１６】テーパボビンを使用する本発明の一実施形態に係るコイルアセンブリを製造する方法のステップを示す図である。
【図１７】対向テーパ部分ボビンを使用する本発明の一実施形態に係るコイルアセンブリを製造する方法のステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態に係る内部コイルアセンブリ１０の部分軸方向断面図を示している。コイルには「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」、「Ｅ」のラベルが付されている。これらはマグネットの内部コイルである。「Ａ」および「Ｆ」として知られる端部コイルは、別個に形成されて、完成マグネットを形成するために図示の内部コイルアセンブリと組み付けられてもよい。
【００１９】
図１に示されるように、コイルは、熱硬化性樹脂１４内に埋め込まれるワイヤ１２の複数の巻回部から形成される。コイルのサイズおよび意図される用途に適するように他の含浸材料が使用されてもよい。コイル間には、交差部材１６または圧縮ブロックが設けられる。これらは、コイルの外周に亘って間隔を隔てて配置され、コイルを互いに対して所定の位置に保持する役目を果たす。
【００２０】
図示の実施形態において、圧縮ブロック１６は、ガラス繊維予備成形体あるいはガラス繊維フェルトまたは布などの多孔質材料、または、熱硬化性樹脂１４または同等な材料が含浸されたガラスビーズなどの粒状遊離材料から形成される。含浸プロセスを改善するために、ガラス繊維の予備成形体にスターチが吹き付けられてもよい
熱硬化性樹脂１４または同等な材料は、コイルを取り囲んでコイルをそれらのそれぞれの相対位置に保持するソリッド構造を形成する。
【００２１】
図２は、図１に示されるようなコイルアセンブリを巻回するためのモールドの図１の図に対応する部分軸方向断面図を示している。ボビン２０には端部フランジ２２が設けられ、端部フランジのうちの少なくとも１つを取り外すことができる。これらの端部フランジは内部コイルアセンブリ１０の軸方向範囲を規定する。巻回チーク２４がボビン２０の外周に亘って所定の軸方向位置に配置される。巻回チークは、結合チャネル２６を画定するために互いに外周に亘って離間されるとともに、巻回チャネル２８を画定するために互いに軸方向に離間される。更なる巻回チャネル２８’が各端部フランジ２２と軸方向で最も近い巻回チーク２４の組との間に形成される。
【００２２】
巻回チーク２４は、好ましくは、径方向に向けられる端面２９を有して周方向に円弧状を成している。巻回チークにはテーパ面３０が設けられてもよく、それにより、チークのその径方向外側面における軸方向範囲ａ１は、後述する理由により、その径方向内側面におけるその軸方向範囲ａ２よりも大きい。
【００２３】
チークは、取り外すことができるとともに、ボビン３０の径方向内側面から、ボビンを通り、チーク内の相補的なネジ穴へと通過するネジ３２などの機械的な保持手段によって所定位置に保持されてもよい。
【００２４】
使用時、ワイヤ１２は、コイルを形成するために巻回チャネル２８、２８’内へ巻回される。ワイヤは、特にＭＲＩイメージングのためのマグネットを形成するようになっている場合には、それ自体良く知られる超電導ワイヤであってもよい。結合チャネル２６には、発泡体またはガラス繊維成形品などの多孔質予備成形体３４が充填されてもよい。巻回中、多孔質予備成形体は、巻回されるワイヤが巻回チャネル２８、２８’内にとどまるようにする。
【００２５】
巻回が完了すると、例えば閉塞プレートによって成形キャビティ３８が閉じられる。コイル構造体および多孔質予備成形体には、硬化させられるあるいは硬化させることができるエポキシ樹脂などの固化材料が含浸される。結果として得られる構造体は、ワイヤ１２および多孔質予備成形体３４を取り囲む硬化材料のモノリシック構造体である。含浸ステップ中、環状の成形キャビティを画定するために、コイルおよび成形チーク上に亘って配置される閉塞プレートによってコイルが取り囲まれてもよい。図３は、密閉成形キャビティ３８を形成する閉塞プレート３６を示す、図２の構造体の部分軸方向断面を示している。
【００２６】
図示のケースでは、全てのコイルは、含浸が完了すると、等しい外半径および等しい内半径を有する。構造体のコイルが異なる外半径を有することができるようにする他の構成が与えられてもよい。
【００２７】
含浸プロセスが完了すると、閉塞プレート３６が使用される場合には、該閉塞プレートが取り外される。巻回チーク２４も取り外される。テーパ面３０および径方向に向けられる端面２９は、硬化材料からの取り外しに役立つ。巻回チークは、それらの取り外しに役立つゴムなどの変形可能な材料で覆われあるいは該材料から形成されてもよい。巻回チーク２４には、固化材料からのそれらの取り外しに役立つべく適切な離型剤がコーティングされてもよい。
【００２８】
結果として得られる含浸コイルアセンブリ１０は、その後、例えば端部フランジ２２のうちの１つを取り外してアセンブリをボビン２０から離れるように軸方向にスライドさせることによりモールドから取り外される。端部フランジおよびボビンの外面には、固化したコイルアセンブリの取り外しに役立つべく適切な離型剤がコーティングされてもよい。
【００２９】
図１に戻って参照すると、このときに、結合チャネル２６が設けられた場所に交差部材１６が形成されるのが分かる。コイルは正確な相対位置に保持され、また、これは比較的低コストで達成された。成形機は、コイルを周方向であるいはそれらの相対的な軸方向位置に保持する必要がない。交差部材１６は、コイルに作用する電磁気力を支え、したがって、コイルに作用する体積力に反作用する圧縮ブロックの機能を果たす。交差部材１６が軸力の面内に設けられるため、外的構造がそれらの荷重を支える必要がない。コイルを周方向に拡張させるあるいは収縮させるように作用する力は、コイル自体の機械的強度により抑制される。内部コイルアセンブリ１０は、必要に応じて、内径の内側にあるいは外径の外側に適用される単純な管状支持体上で支えられてもよい。しかしながら、軸方向荷重を支える成形機は必要とされない。
【００３０】
完成構造体は、巻回チーク２４の成形機位置に対応するボイド１７によって離間される交差部材１６を有する。ボイドは有利な特徴である。これは、ボイドによってそれぞれのコイルが比較的独立して径方向に拡張または収縮できるからである。また、ボイドの存在は、ボイドが設けられなかった構成と比較して、使用される樹脂の量を減少させる。これにより、使用される樹脂のコストおよび環境的影響が減少される。
【００３１】
正確に形成される部分は、ボビン２０、端部フランジ２２、および、巻回チーク２４である。これらの全ては何回でも使用できる。各コイルは、固有の量のワイヤに加えて、安価な構成要素、すなわち、硬化材料、一般的にはエポキシ樹脂、および、一般的にはガラス繊維および樹脂の多孔質予備成形体だけを消費する。モノリシック構造体は、コイル１２がそれらのそれぞれの相対位置にしっかり保持されるようにする。
【００３２】
図１６は、コイル１２および交差部材１６がボビン２０の外面上に形成される本発明の一実施形態に係るマグネットアセンブリを貫く軸方向断面を示している。この場合、ボビンはテーパ状を成して円錐形状になっている。しかしながら、図では例示のためにテーパがかなり誇張されており、１ｍの軸方向長さに亘って直径が１ｍｍ〜２ｍｍしか変化しないテーパに相当する場合には、ボビンの外面が依然として略円筒状と見なされてもよい。本明細書中で説明した方法によってマグネットアセンブリが形成されたら、ボビンが方向１６０で取り外されてもよい。ボビンのテーパにより、ボビンは、それが移動すると直ぐにマグネット構造体から自由になることができ、また、ボビンのテーパは、それが取り外されるときにマグネット構造体に損傷を与えない。ボビンが正確に円筒状であった場合には、取り外しが困難であるとともに、ボビンが取り外される際にボビンの表面がマグネット構造体の内面に亘って擦れ、それにより、マグネット構造体を損傷させる場合がある。無論、このようにして形成されるマグネット構造体は、他のコイル（この例では、Ｄ、Ｅ）よりも大きい直径を伴う幾つかのコイル（この例では、Ｂ、Ｃ）を有する。これが構造体により発生される磁場に与え得る影響は、コイルの一部または全部の巻き数または軸方向位置を適合させることによって予め補償されてもよい。
【００３３】
図１７は、コイル１２および交差部材１６がボビンの外面上に形成される本発明の一実施形態に係るマグネットアセンブリを貫く他の軸方向断面を示している。この場合、ボビンは２つの別個の部分２０ａ、２０ｂから形成される。両方の部分がテーパ状を成して円錐形状になっている。部分２０ａ、２０ｂの細い端部がマグネット構造体の軸方向の中心へ向けて互いに隣り合って配置される。図では例示のためにテーパがかなり誇張されており、１ｍの軸方向長さに亘って直径が１ｍｍ〜２ｍｍしか変化しないテーパに相当する場合には、ボビンの外面が依然として略円筒状と見なされてもよい。
【００３４】
本明細書中で説明した方法によってマグネットアセンブリが形成されたら、それぞれのボビン部分２０ａ、２０ｂがマグネット構造体の軸方向の中心から軸方向で離れるようにそれぞれの方向１７０ａ、１７０ｂで取り外されてもよい。各ボビン部分のテーパにより、ボビンは、それが移動すると直ぐにマグネット構造体から自由になることができ、また、各ボビン部分のテーパは、それが取り外されるときにマグネット構造体に損傷を与えない。ボビンが正確に円筒状であった場合には、取り外しが困難であるとともに、ボビンが取り外される際にボビンの表面がマグネット構造体の内面に亘って擦れ、それにより、マグネット構造体を損傷させる場合がある。
【００３５】
無論、このようにして形成されるマグネット構造体は、他のコイル（この例では、Ｃ、Ｄ）よりも大きい直径を伴う幾つかのコイル（この例では、Ｂ、Ｅ）を有する。これが構造体により発生される磁場に与え得る影響は、コイルの一部または全部の巻き数または軸方向位置を適合させることによって予め補償されてもよい。しかしながら、この例では、構造体の対称性により、名目上同一なコイルＣおよびＤ；並びにＢおよびＥが同じ半径を有し、それにより、この補償が簡略化される。このことは、両方のボビン部分が、同じテーパを有するとともに、マグネットの軸方向の中間点で相対することを前提とする。
【００３６】
図１７に示される構造と同様の構造を形成する別の態様は、図１６に示される態様で２つの部分マグネット構造体を形成した後に、それらの部分マグネット構造体同士を例えば樹脂接着剤によって結合することである。これは、特に、僅かな数で製造される大型マグネットに適用されてもよい。しかしながら、そのような結合ステップは、必要とされる精度をもって接着を形成することが多大な時間を要して困難であるため好ましくない。大量生産においては、一体品の状態でマグネット構造体を形成して該構造体の含浸を行なうことが好ましい。それぞれが図１６に示されるものと同様である２つの別個の部品の状態でマグネット構造体を形成した後にそれらを互いに結合する利点は、マグネットの軸方向の中心に最も近いコイルがマグネットの端部に近いコイルよりも大きい直径を有するように部品の大径端部をマグネットの軸方向の中心へ向けて互いに結合させることができるという点であり、これは、ＭＲＩイメージングにおいて必要とされるような均一な磁場の生成に役立つと従来から見なされている。
【００３７】
図４は本発明の一実施形態の特徴を示しており、この場合、成形されたコイルの分離が容易になる。適切に形成された巻回チークを使用することにより、応力上昇部、この場合には切り欠き４０が、交差部材１６に形成されてもよい。これらの応力上昇部の存在は、例えば、のみあるいはハンマーの一撃を使用すること、握ってポキッと折ること、あるいは、のこぎりで切ることにより、必要に応じて交差部材１６を破壊することを更に容易にする。応力上昇部４０は、隣接する巻回ワイヤ１２からある距離を隔てて形成されるのが好ましく、それにより、硬化材料１４に与えられる損傷がコイル自体に対して影響を何ら及ぼさない。図４に示される取り外し可能な交差部材は、製造欠陥または損傷の場合にコイルの取り外しをもたらすことに加えて、コイル間の相対的な動きが必要であることが明らかになる場合には、そのような動きを可能にするように取り外されてもよい。取り外し可能な交差部材が取り外されると、コイルをそれらの相対位置に保持するために、より従来型の構成が必要とされる。
【００３８】
例えば図示のようなコイルアセンブリを形成する際に一般に使用される幾らかの長さのワイヤ間に結合部を形成するプロセスは、高価であり時間がかかることが知られており、有毒な化学物質を必要とするとともに、結果として得られるマグネット構造体の故障原因となる。本発明の幾つかの実施形態は、超電導結合部を形成する必要性を減らす。
【００３９】
結合部の形成は、内部コイルアセンブリ１０のコイルＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅのうちの幾つかあるいは全てを単一の長さのワイヤから巻回することにより減少されてもよい。全てのコイルが直列に接続されるべき場合には、第１のコイルＢが前記ワイヤから巻回され、その後、該ワイヤは、例えば予備成形体に適切なカットまたはキャビティを形成することにより結合チャネル２６に通されて、隣のコイルＣを巻回するために使用され、以下同様になされる。しかしながら、そのような構成は、ワイヤが１つのコイルの外半径を次のコイルの内半径に結合する場所に、欠陥の影響を受け易い部位をもたらす場合がある。２つのコイルを結合するワイヤの部分がコイルの巻回部に作用する過剰な圧力に耐えるのを防止するために、例えば成形プラスチックの保護ガイドが設けられてもよい。そのような構成では、図４の取り外し可能な交差部材が使用されるべきではない。これは、ワイヤが交差部材を通過するからである。
【００４０】
同等な最終結果は、最初に第１のワイヤ層をコイルＢの状態へと巻回した後、ワイヤを結合チャネル２６に通して、第１のワイヤ層をコイルＣの状態へと巻回し、以下、第１のワイヤ層がコイルＥの状態へと巻回されるまで同様になされ、その後、第２のワイヤ層をコイルＥ上に巻回した後、ワイヤを交差部材１６に通して、第２のワイヤ層をコイルＤの状態へと巻回し、以下、第２のワイヤ層がコイルＢの状態へと巻回されるまで同様になされることによって得られてもよい。この構成では、ワイヤが決して複数の層を移行せず、そのため、１つのコイルの外半径を隣接するコイルの内半径に結合することによりもたらされる想定し得る不具合部位が生じない。この場合も先と同様、図４の取り外し可能な交差部材が使用されるべきでない。
【００４１】
図５は、本発明の実施形態の他のシリーズに係るコイルアセンブリを示している。図５は、６コイルマグネットの軸方向部分断面を示している。端部コイルＡが５２で示され、それと共に、内部コイルＢ、Ｃが５４で示される。対応する更なるコイルＤ、Ｅ、Ｆがそれぞれ設けられるが、図面に示されていない。これらの実施形態において、コイルＡ〜Ｆは、別個の成形コイルを形成するために個別に成形される。これらのコイルは、コイルに作用する軸力の面内に軸方向で自立するアセンブリを設けるために、コイルの外周に亘って間隔を隔てて配置される圧縮ブロック５６により互いに結合される。このことは、依然としてそれらの軸方向荷重に耐えることができる更に軽量な構造が設けられてもよいことを意味する。大型で重い高価な耐力成形機が必要とされない。
【００４２】
一般に、エポキシ樹脂が含浸材料として使用され、また、結果して得られる含浸コイルは非常に高い固有の機械的強度を有する。本発明は、マグネットアセンブリ全体の強度が成形機の強度に大きく依存する従来の成形機ベースのマグネット構造とは対照的に、この固有の機械的強度を使用する。本発明のこの実施形態によれば、多くの圧縮ブロック５６が、コイル５２、５４間に設けられてコイルを支持している。これらのブロックは圧縮に強い。これらのブロックは、ブロックの材料に適合し且つコイルの含浸のために使用される材料に適合する接着材料を使用してコイルに接着結合されてもよい。
【００４３】
図６は、圧縮ブロックを含むアセンブリの更なる詳細を示している。圧縮ブロック５６は、安価で且つ磁性でないアルミニウム押出材として形成されてもよい。好ましくは、押出材は、幅広い「Ｉ」断面を伴って方向６０で予備成形され、また、結果として得られる押出材が圧縮ブロック５６を形成するようにスライスされる。ブロックの寸法の大部分は、重大ではなく、そのため、押出成形などの安価な製造技術に良く適する。逆に、圧縮ブロックの軸方向寸法ｂは正確でなければならない。これは、その寸法が、仕上がったマグネットのコイル間の距離間隔を決定するからであり、この距離間隔は、発生される磁場において設計された均一性を達成するのに極めて重要である。好ましい実施形態において、押出材は、この寸法ｂが若干大きめに形成され、それから、押出材から形成される圧縮ブロックが、この寸法にのみサイズが合うように切削される。そのような切削は、比較的簡単で安価なプロセスであるが、比較的正確である。結果として生じる表面は、隣接する構成要素に対する接着結合のために、例えば陽極酸化処理によって特別に前処理されてもよい。
【００４４】
図６Ａは別のタイプの圧縮ブロック５７を示している。該圧縮ブロックは、方向６０において略長方形断面を成しており、押出成形によって形成されてもよい。圧縮ブロックは、略長方形断面の角の付近に形成される穴５９を略径方向に有する。これらの穴により、何らかの柔軟性を圧縮ブロックに与えることができるとともに、圧縮力６１は、圧縮ブロック５６の応力経路と同様、圧縮ブロック５７の本体を通じて優先的に伝わる。穴５９によってもたらされる屈曲は、図６の圧縮ブロック５７の径方向に向けられる縁部の屈曲と同様、圧縮ブロック５７の径方向に向けられる縁部６３に高い圧縮力が作用するのを防止する。表面６５は、機械加工されてもよく、また、この表面は、図６の圧縮ブロックに関して説明した態様と同様の態様で前処理されてもよい。
【００４５】
圧縮ブロック５６は、コイルに対して直接に取り付けられないことが好ましい。図６に示されるように、シート電気絶縁体のアーク５８、好ましくはコイルの含浸のために使用される樹脂と効果的に結合するアークが、各圧縮ブロック５６と隣接するコイル５２、５４との間に設けられる。適した材料の例としては、ガラス繊維、強化エポキシ樹脂、フェノール樹脂のシート、例えば「ＴＵＦＮＯＬ  Ｇｒａｄｅ  １０Ｇ／４０」の名前で販売されるフェノール樹脂のシートが挙げられる。シート電気絶縁体は、対応するコイルと適合するための曲率を有し且つ圧縮ブロック５６の中心間の周方向距離の倍数に相当する周方向範囲を有する円弧形状５８にカットされる。アーク５８は、圧縮ブロック５６に対して接着であるいは機械的に取り付けられる。図６に示されるように、これは、圧縮ブロック５６の耐力面に穴６２をドリル加工してネジ切りするとともに、対応するネジ無しの皿穴６４をアーク５８に設けて、ナイロンネジ６６を用いてアーク５８をブロック５６に取り付けることにより達成されてもよい。圧縮ブロック５６がアーク５８に接着結合されてもよい。ブロック５６およびアーク５８が完成リングの状態へと組み付けられてもよく、その後、完成リングは、このプロセス部分のための冶具または同様の構造体に正確に配置される隣接するコイルに接着結合される。
【００４６】
押出材５６の幅広い「Ｉ」断面は、高い局部的な圧縮力を引き起こす場合がある急激な縁部を与えることなく、隣接するコイル５２、５４の表面上に圧縮力の有用な分布を与えると考えられる。
【００４７】
図５にはインアウトブロック６７が示されている。これらのブロックは既知の構造を成している。これらのブロックは、コイルから突出する超電導ワイヤの部分、一般的には、各コイルの始端および終端、並びに、ワイヤの複数の長さの間に結合を形成するために必要とされる接続部を保護する役目を果たす。例えば、それぞれのインアウトブロック６７は、コイルで使用されるような超電導ワイヤを受け入れるのに適する１つ以上のガイドチャネルをそれぞれが備える熱可塑性プレートの積層体から形成されてもよい。超電導ワイヤの突出部分は、ワイヤがコイルから突出するポイントと一致する径方向位置で、チャネルのうちの１つに配置される。インアウトブロックは、コイルが巻回されるときに形成されるとともに、コイルに強固に結合されるようになるためにコイルに含浸されてもよい。
【００４８】
圧縮ブロック５６の変形例が、図５に示され、コイルＡとコイルＢとの間に配置されるとともに、図７に更に詳しく示されている。端部コイルＡは、内部コイルＢ、Ｃよりもかなり大きく、フープ応力として一般に知られる更に大きな径方向力に晒される。これにより、端部コイルＡは、隣接するコイルＢよりも大きい度合まで径方向に拡張する場合がある。これは、大きな径方向の曲げ荷重を中実圧縮ブロック５６に作用させる。この荷重を減らすため、また、荷重がコイル５２、５４にもたらす応力を減らすため、図５および図７に示されるように改良された圧縮ブロックが使用されてもよい。改良された圧縮ブロック５６には、圧縮ブロック５６を貫通して延びる軸方向延在スロット７０が設けられる。これらのスロット７０は、ブロックを、それらの軸方向端部が結合される複数の径方向に細いブロックへとほぼ分割する。そのような構成は、中実ブロックよりも容易に変形され得る。図７は、図５に示される圧縮ブロックのうちの１つの屈曲を示している。明確にするために、屈曲度合が誇張されている。
【００４９】
図７に示されるように、スロット７０は、端部コイルＡが内部コイルＢよりも大きい度合まで径方向に拡張できるようにする。好ましい実施形態において、スロット７０は、ブロックの屈曲に役立つとともにスロットの端部での金属疲労の発生を減らすための拡大部７２をその各端部に有する。スロット７０および任意の拡大部７２は、高圧水ジェットの操作によって形成されてもよい。同様に、これらは、ドリル加工および切断など、より従来型の手段によって形成されてもよい。
【００５０】
従来の超電導結合部７３が圧縮ブロック５６間の位置に設けられてもよい。
【００５１】
図５に示されるように、コイルＣ、Ｄは、他のコイルよりもかなり小さい断面を有する。コイルＡおよびＢ、並びに、コイルＥおよびＦに作用する軸方向荷重は、コイルＣ、Ｄの構造体によって支えられなければならない。これらのコイルは比較的小さい断面を有するため、例えばコイルＣ、Ｄの径方向内側面及び／又は径方向外側面の周囲に亘って補強層７４が設けられてもよい。これは、コイルと共に巻回されて含浸ステップで含められる例えばアルミニウムまたはステンレス鋼の強化ワイヤの形態を成してもよい。これらの強化ワイヤの効果は、コイル自体の機械的強度を増大させるとともに、コイルの径方向寸法を増大させ、それにより、より厚い、より強力な圧縮ブロック５６を使用できるようにすることである。
【００５２】
図８Ａ〜８Ｄは、図５〜７に関連して説明した実施形態に類似するが、コイルが圧縮ブロックおよびアークの間にその場で巻回される、本発明の一実施形態に係るマグネットコイルのアセンブリを構成する方法の一例におけるステップを示している。
【００５３】
図８Ａはモールドを準備する最初のステップを示している。多孔質ＰＴＦＥの層８０が、モールドの内面上に亘って、すなわち、ボビン２０上および端部フランジ２２上に亘って位置している。この層は、モールドからの完成品の解放を助ける。圧縮ブロック５６は、巻回チャネル８２を画定するために所定の軸方向位置で一定の周方向間隔を隔ててボビン２０上に亘って配置される。対応する貫通穴８４が設けられ、これにより、保持ネジ３２が圧縮ブロックの対応するネジ孔８６内へとボビン２０を貫通できる。各圧縮ブロックごとに１つ以上の穴８６およびネジ３２が設けられてもよい。
【００５４】
図８Ｂに示されるように、ここで、巻回チャネル８２を画定するためにアーク５８が配置される。図６に関連して説明したように、アーク５８は、ナイロンネジ６６などの固定手段によって圧縮ブロック５６に取り付けられてもよい。
【００５５】
図８Ｃに示されるように、適したサイズおよび形状の変形可能なディスプレーサ６０が隣接する圧縮ブロック５６とアーク５８との間に挿入されてもよい。これらのディスプレーサは、コイル５２、５４が巻回されるときに巻回チャネル８２の壁を形成するアークを支持する。ディスプレーサ６０を含む、図８Ｃに示されるアセンブリにはエポキシ樹脂などの硬化材料が含浸され、それにより、コイルに含浸させて、コイルをアーク５８に結合させるとともに、アークを圧縮ブロック５６に結合させる。
【００５６】
図３に示される構成と同様に、コイルの周囲で中空の円筒成形キャビティを取り囲むために閉塞プレートが設けられてもよい。
【００５７】
成形キャビティに硬化材料を充填するとともに、硬化材料が固化できるようにするあるいは硬化材料を固化させることにより、一定の外半径を有する含浸構造体が形成されてもよい。巻回コイルを共通の外半径へと至らせるために、巻回コイルの外面上に亘って充填材料が設けられてもよい。例えば、ガラス繊維テープが使用されてもよい。これは、コイルアセンブリが外側円筒支持構造体に取り付けられるようになっている場合に有益である。その場合、前記支持構造体が一定の内半径の単純なチューブであれば済むからである。硬化材料が硬化したら、変形可能なディスプレーサ６０が取り外されてもよい。
【００５８】
別の実施形態では、より複雑な閉塞プレート構成が使用されてもよく、それにより、コイルが異なる外半径を有するように含浸されて成形されるようになっていてもよい。
【００５９】
含浸ステップが完了すると、コイルアセンブリがモールドから取り外される。ネジ３２が圧縮ブロック５６から取り外されるとともに、端部フランジ２２が取り外される。結果として得られるコイルアセンブリの表面は、成形品の取り外しに役立つ多孔質ＰＴＦＥ層８０で覆われる。ボビン２０からのコイルアセンブリの取り外しを助けるために、ボビンの表面が僅かにテーパ状を成すことが好ましい。
【００６０】
テーパボビンの利点は、特定の例と共に図１６〜１７に示されており、対応する説明がなされた。そのようなテーパボビンは、本発明の方法および構造体の任意の例と共に使用されてもよい。
【００６１】
図９は、前述したコイルアセンブリを完成マグネット構造体の状態へとどのようにして組み込むことができるのかを示している。内部コイルアセンブリ９０が前述した方法のいずれかにしたがって設けられる。図９に示される例では、内部コイルアセンブリに３つのコイルが示されている。しかしながら、本発明は、任意の数のコイルを有する内部コイルアセンブリに適用されてもよい。奇数の数のコイルを有する内部コイルアセンブリでは、内部コイルが存在する。内部コイルアセンブリが偶数の数のコイルを有する場合には、アセンブリの軸方向の中間点が一般に２つのコイル間に位置する。図９の例では、別個の端部コイル９２が設けられる。これらの端部コイルは、一般に、モールド内に巻回されて、エポキシ樹脂等の硬化材料が含浸される。材料が硬化すると、コイルは頑丈な自立コイルになる。これらのコイルは、例えば前述したアルミニウム押出材の圧縮ブロック９６を使用して内部コイルアセンブリに取り付けられてもよい。一般に、端部コイル５２は内部コイルアセンブリのコイル５４と比べて異なる寸法を有し、また、圧縮ブロック９６は、端部コイル５２および内部コイルアセンブリ９０と許容できるように界面を成すべく径方向に特別に形成される必要があるかもしれない。図９に示される例では、使用時に様々なコイルに作用する体積力ＢＦが、マグネットの軸方向中間点にある中心面へ向けてコイル５２、５４を付勢する傾向がある。これにより、圧縮ブロック５６、９６が全て圧縮状態になる。圧縮ブロックは大きな圧縮強度を有するが、圧縮ブロックに対してコイルを保持する結合は、張力があまり強力でない。各コイルに作用する力の方向は、各マグネットの構造の特徴である。
【００６２】
多くの超電導マグネットでは、アクティブシールドコイル９８が設けられる。これらのコイルは、内部コイル５４または端部コイル５２のいずれかよりも大きい半径を有する。使用時、シールドコイル９８は、一般に内部コイル５４によって伝えられる電流の方向と反対の方向で電流を伝える。図示の例では、体積力ＢＦは、シールドコイルをマグネットの軸方向中央面から離れるように付勢するべく作用する。
【００６３】
図９は、本発明のコイルアセンブリの周囲の所定位置に保持されたシールドコイル９８の構成例を示している。図示の構成において、シールドコイル９８は、図５にも示される保持ウェブ１０２によってそれら自体が本発明のコイルアセンブリに取り付けられる対応するジャーナル１００内に保持される。シールドコイルを所定位置に保持するために、他の構成、例えば、軸方向に位置合わせされる圧縮ブロック５６上の対応する位置に装着される単純なフレームが設けられてもよい。シミュレーションにより計算されてもよい関与する機械的な力に応じて、フレームまたはウェブが、例えば、軸方向に位置合わせされる圧縮ブロック５６の各組に対して、あるいは、軸方向に位置合わせされる圧縮ブロック５６の１つおきの組に対して、あるいは、軸方向に位置合わせされる圧縮ブロックの３番目の組ごとに装着されてもよい。一般に、圧縮ブロック５６は、圧縮ブロックが軸方向に位置合わせされなかった場合のように任意の曲げモーメントがコイルに加えられるのを回避するべく軸方向に位置合わせされるのが好ましい。
【００６４】
例えば図９に示されるような構成は、図１に示されるようなモノリシック樹脂含浸アセンブリの内部コイルアセンブリ９０を用いて、あるいは、図５に示されるように成形コイルおよび押出圧縮ブロックから成るアセンブリの内部コイルアセンブリ９０を用いて構成されてもよい。内部コイルアセンブリ９０は本発明の任意の実施形態にしたがってもよい。
【００６５】
本発明のコイルアセンブリおよび方法の好ましい実施形態について図１０〜図１２を参照して説明する。
【００６６】
好ましい実施形態にしたがって形成される構造体は、ワイヤ１２の複数の巻回部から形成されるコイルが熱硬化性樹脂１４または同様のものの内部に埋め込まれる図１に示される構造体に類似している。コイル間には、交差部材１６または圧縮ブロックが設けられる。これらは、コイルの外周に亘って間隔を隔てて配置されるとともに、コイルを互いに対して所定位置に保持する役目を果たす。
【００６７】
図１０は、本発明に係るコイルアセンブリを巻回するためのモールドの図２の図に対応する部分軸方向断面図を示している。ボビン２０には端部フランジ２２が設けられ、端部フランジのうちの少なくとも１つを取り外すことができる。これらの端部フランジは内部コイルアセンブリ１０の軸方向範囲を規定する。巻回ガイドコム１２０がボビン２０の外周に亘って所定の軸方向位置に配置される。巻回ガイドコムは、キャビティによって互いから離間されて外周部分１２６によって結合される巻回チーク１２２を含む。キャビティは結合チャネル１２８を画定する。巻回ガイドコムは、巻回チャネル２８を画定するために互いに軸方向に離間される。更なる巻回チャネル２８’が各端部フランジ２２と軸方向で最も近い巻回ガイドコム１２０との間に形成される。巻回ガイドコムは、周方向に円弧状を成すことが好ましい。巻回ガイドコム１２０、特に巻回チーク１２２には、後のコムの取り外しを助けるために、チークのその径方向外側面の軸方向範囲がチークの径方向内側面のその軸方向範囲よりも大きくなるようにテーパ面が設けられてもよい。同様に、巻回チーク１２２には、チークのその径方向外側面の周方向範囲がチークの径方向内側面のその周方向範囲よりも大きくなるようにテーパ端部が設けられてもよい。チークは取り外しできる。
【００６８】
図２の例の場合と同様に、ワイヤ１２は、コイルを形成するために巻回チャネル２８、２８’内へ巻回される。ワイヤは、特にＭＲＩイメージングのためのマグネットを形成するようになっている場合には、それ自体良く知られる超電導ワイヤであってもよい。キャビティ１２８には、発泡体またはガラス繊維成形品などの多孔質予備成形体が充填されてもよい。巻回中、巻回ガイドコムおよび多孔質予備成形体は、巻回されるワイヤが巻回チャネル２８、２８’内にとどまるようにする。多孔質予備成形体は、この例では、巻回コイルの径方向寸法の一部だけに達する。
【００６９】
巻回が完了すると、コイル構造体および多孔質予備成形体には、硬化させることができるエポキシ樹脂などの固化材料が含浸される。結果として得られる構造体は、ワイヤ１２および多孔質予備成形体３４を取り囲む硬化材料のモノリシック構造体である。含浸ステップ中、環状の成形キャビティを画定するために、コイルおよび成形チーク上に亘って配置される円筒状の閉塞プレートによってコイルが取り囲まれてもよい。図示のケースでは、全てのコイルは、含浸が完了すると、等しい外半径を有する。構造体のコイルが異なる外半径を有することができるようにする他の構成が与えられてもよい。
【００７０】
含浸プロセスが完了すると、閉塞プレート３６が使用される場合には、該閉塞プレートは取り外される。巻回ガイドコム１２０が取り外されてもよい。巻回チーク１２２のテーパ面およびテーパ端部、並びに、コムの径方向に向けられる端面は、硬化材料からの取り外しに役立つ。巻回ガイドコムは、それらの取り外しに役立つゴムなどの変形可能な材料で覆われあるいは該材料から形成されてもよい。巻回ガイドコムには、固化材料からのそれらの取り外しに役立つべく適切な離型剤がコーティングされてもよい。あるいは、巻回ガイドコムが所定の位置に残されてもよい。
【００７１】
図１１、１２、１３は、想定し得る巻回ガイドコム配置を示している。各巻回ガイドコムは、隣接するコイル間に結合チャネル１２８を形成するための対応するキャビティを画定する外周部分１２６によって分離される少なくとも２つの巻回チーク１２２を備える。
【００７２】
図１１の左側には、ボビン２０の表面の９０°に亘って延びる巻回ガイドコム１２０−１が示されている。巻回ガイドコム１２０−１は、矢印の方向１３０−１で取り外すことができるように形成される。径方向に向けられる端面１２９は、巻回ガイドコムのうちの１つの取り外しが隣接する巻回ガイドコムに支障を来さないようにする。キャビティは、取り外し方向１３０−１と平行な端部を有する。これにより、巻回ガイドコムは、それが取り外されるときに結合チャネル１２８内に形成される交差部材１６に影響を与えない。キャビティは、これよりも幅広い径方向内側端部を有するようにテーパ状を成していてもよい。含浸材料が硬化されると、巻回ガイドコム１２０−１が方向１３０−１で取り外され、それにより、結合チャネル１２８の交差部材１６により結合された含浸コイルが残存する。
【００７３】
図１１の右側には、一対の別の巻回ガイドコム１２０−２が示されており、それぞれの巻回ガイドコムはボビン２０の表面の４５°に亘って延びる。巻回ガイドコム１２０−２は、それぞれの矢印の方向１３０−２で取り外すことができるように形成される。径方向に向けられる端面１２９は、巻回ガイドコムのうちの１つの取り外しが隣接する巻回ガイドコムに支障を来さないようにする。キャビティは、それぞれの取り外し方向１３０−２と平行な端部を有する。これにより、巻回ガイドコムは、それが取り外されるときに結合チャネル１２８内に形成される交差部材１６に影響を与えない。キャビティは、これよりも幅広い径方向内側端部を有するようにテーパ状を成していてもよい。
【００７４】
図１２は、それぞれがボビン２０の表面の９０°に亘って延びる巻回ガイドコム１２０−３を示している。各巻回ガイドコム１２０−３は、それぞれの矢印の方向１３０−３で取り外すことができるように形成される。径方向に向けられる端面１２９は、巻回ガイドコムのうちの１つの取り外しが隣接する巻回ガイドコムに支障を来さないようにする。キャビティは、それぞれの取り外し方向１３０−３と平行な端部を有する。これにより、巻回ガイドコムは、それが取り外されるときに結合チャネル１２８内に形成される交差部材１６に影響を与えない。キャビティは、これよりも幅広い径方向内側端部を有するようにテーパ状を成していてもよい。
【００７５】
図１３は、ボビン２０の表面の全周に亘って延びる巻回ガイドコム１２０−４を示している。そのような巻回ガイドコムは、例えば適した材料の押し出しによって形成できる。そのような巻回ガイドコムをボビン２０の外径よりも僅かに小さい内径を伴って弾性材料から形成することにより、巻回ガイドコム１２０−４はボビン上の所定の位置にとどまる。図示の巻回ガイドコム１２０−４は、巻回ガイドコムがコイル含浸後に所定の位置に残される実施形態において適している。これに代えて、また、巻回ガイドコムのために選択される材料に応じて、巻回ガイドコムが破断されて廃棄されてもよい。更なる他の変形において、巻回ガイドコムは、柔軟な材料から成り、含浸材料が硬化したときに含浸コイルから剥離されてもよい。そのような実施形態において、巻回ガイドコムは、ボビン２０の周囲で適切に一括して保持される幾つかの部分を成して形成されてもよい。キャビティは径方向の端部を有する。これにより、巻回ガイドコムは、それが取り外されるときに結合チャネル１２８内に形成される交差部材１６に影響を与えない。キャビティは、これよりも幅広い径方向内側端部を有するようにテーパ状を成していてもよい。
【００７６】
巻回ガイドコムが所定の位置に残されるようになっている場合、巻回ガイドコムは、コイルが巻回されるときにワイヤを巻回チャネルに位置合わせするように十分強力であるが作業時にコイルの屈曲および相対的な動きを防止するほど強力ではない材料から形成されなければならない。材料の例は、例えば建設業で使用される構造ポリウレタンフォームである。
【００７７】
結果として得られる含浸コイルアセンブリは、その後、例えば端部フランジ２２のうちの１つを取り外してアセンブリをボビン２０から離れるように軸方向にスライドさせることによりモールドから取り外される。端部フランジおよびボビンの外面には、固化したコイルアセンブリの取り外しに役立つべく適切な離型剤がコーティングされてもよい。
【００７８】
結果として得られるコイルアセンブリの例が図１４に１１０で示されている。結合チャネル１２８が設けられた場合には、このときに、コイルの径方向寸法の一部だけに亘って延びる交差部材１６が形成される。モノリシック構造により、コイル１２はそれらのそれぞれの相対位置に強固に保持される。
【００７９】
図４の特徴が例えば図１４に示されるコイルアセンブリに適用されてもよい。切り欠き４０などの応力上昇部によって成形コイルの分離が容易にされてもよい。
【００８０】
前述した実施形態の場合と同様、内部コイルアセンブリ１０のコイルＢ、Ｃ、Ｄ、Ｅの幾つかあるいは全てが単一の長さのワイヤから巻回されてもよい。しかしながら、単一の長さのワイヤから巻回される場合には、そのワイヤを１つのコイルから交差部材１６を介して次のコイルへと通すのが都合良いと考えられ得る。そのような解決策が使用される場合には、交差部材１６を破断すべきでない。
【００８１】
ほぼ同一の外半径のコイル１２を伴うコイルアセンブリ１０は、前述した方法のいずれかによって形成されると、例えば図１５に示されるように外側管状コイル支持体１６０内に装着されてもよい。このようにして前述したコイル構成のいずれかが装着されてもよいが、図１５は、例えば図１４に示される外側支持コイル構造１１０の軸方向断面を示している。図１５には、コイル１２と、交差部材１６の多孔質予備成形体３４と、コイルをほぼ同じ外半径に至らせるために使用される充填材料１１８の例との相対位置が示されている。これらの構造体の全ては、エポキシ樹脂などの硬化材料１４中にモノリシックに埋め込まれる。
【００８２】
交差部材１６は、外側管状コイル支持体１６０内に組み付けられると、図４に関連して説明した態様で破断されてもよく、それにより、コイルは、外側管状コイル支持体１６０に関して、比較的独立して更に自由に拡張または収縮できる。コイル１２の径方向高さの一部だけに亘って延びる交差部材１６の使用は、この目的のために有益である。図１に示されるようなコイルの径方向高さ全体の交差部材１６が外側管状コイル支持体１６０に結合されると、それを必要に応じて取り外すことは非常に困難である。
【００８３】
図１５のアセンブリは、外側管状コイル支持体１６０の内面、または、コイル１２の径方向外側面、または、これらの両方に対して接着剤、例えばエポキシ樹脂を塗布した後に、コイルアセンブリ１１０を外側管状コイル支持体１６０内へとスライドさせることにより構成されてもよい。あるいは、コイルアセンブリが外側管状コイル支持体１６０内に乾燥配置されて、コイルアセンブリを外側管状コイル支持体１６０に結合するために含浸プロセスが適用されてもよい。
【００８４】
本発明のコイルアセンブリは、径方向および軸方向の安定性を与えるためにコイル自体の構造的強度に依存する。コイルを成形機に適合させる必要がないため、例えばテーパコイル断面および他の非長方形コイル断面の非従来型の断面のコイルを本発明の方法によって形成することができる。
【００８５】
シールドコイルは、例えば図５および図９に示される支持構造と同様の支持構造を外側管状コイル支持体１６０の外面上に装着することにより、図１５の構造体に加えられてもよい。
【００８６】
特定の非限定的な例に特に関連して本発明を説明してきたが、本発明は、以下の利点のうちの少なくとも一部を与える。
【００８７】
支持構造体は、ほぼ一軸の荷重に反作用しさえすればよい。これにより、更に軽い構造体を使用できる。
【００８８】
樹脂含浸コイルの構造的強度が使用される。すなわち、含浸コイルは、本発明のコイルアセンブリにおいて一体構造要素としての機能を果たす。樹脂含浸複合コイルの固有の圧縮強度は、コイル体積力をマグネットの軸方向中央面に伝えるために利用される。
【００８９】
本発明は、端部フランジ２２を有する単一のボビン２０などの非常に簡単な工具だけを使用する。したがって、工具は、比較的安価であるとともに、比較的頑丈である。多くのコイルアセンブリを形成するために同じ工具が使用されるため、本発明は、マグネット間で一貫したベアマグネット均一性を伴ってマグネットを形成する。
【００９０】
巻回マグネットのために従来から使用される大型の精密機械加工成形機は、材料費および人件費が高い。これらの成形機は、世界中の数か所からしか調達できない。成形機は、大型であり、輸送に高い費用がかかる。本発明は、マグネットコイルの含浸中にその場で形成される樹脂含浸ガラス繊維などの複合材料から成る圧縮ブロックを使用してもよい。そのような圧縮ブロックは、非常に安価であり、その場で形成され、機械加工、第三者供給元からの入手、輸送、または、保管を必要としない。構成部品、必要に応じて、充填材料、硬化材料、および、硬化剤の十分なストックだけを維持しさえすればよい。あるいは、例えば押出アルミニウムの圧縮ブロックが使用されてもよい。これらは、軸方向で正確に機械加工されれば済む。これらは、多くの製造者のうちのいずれか１つで安価に製造されてもよい。これらは、軽量であり、輸送時にほんの僅かの空間しか必要としない。押し出し後のアルミニウム圧縮ブロックの処理は、正確な軸方向長さのための２つの向き合う面の切削、場合により角部での応力緩和のための穴加工のみから成る。押出ダイにおける圧縮ブロックの形状は、ブロックの縁部での応力集中を減少させるようになっていてもよい。
【００９１】
超電導コイルを内部マグネットアセンブリへと互いに組み付けるための従来の方法は、一般に、複数の含浸ステップまたは結合ステップを必要とし、それにより、長い製造期間になるとともに、コイルへの損傷の機会が増大する。本発明は、コイルに含浸させ、圧縮ブロックの形態を成すスペーサおよび機械的支持構造体を製造して取り付ける単一ステップ法を提供し、それにより、かなりスピードが上がり、製造プロセスが簡略化される。
【００９２】
当業者であれば明らかなように、本発明は他の変形および改良にまで及び、そのような改良の幾つかの例を以下の段落で説明する。
【００９３】
本発明により提供されるコイルアセンブリは、液体凍結剤を収容する凍結剤容器を使用して効果的に冷却されてもよい。あるいは、伝導冷却または熱サイフォン冷却などの他の冷却システムが本発明のコイルアセンブリと共に使用されてもよい。これは、コイルの表面に容易にアクセスできるからである。
【００９４】
本発明の内部コイルアセンブリは、結果として得られるマグネットの安定性を高めるために、支持構造体、例えば管状非磁性構造体に対して内的にあるいは外的に結合されてもよい。内部コイルアセンブリは、内部コイルアセンブリ内でのコイルの正確な相対的位置決めを確保する。
【００９５】
磁場の大部分は、端部コイル５２およびシールドコイル９８によって発生される。本明細書中に記載される内部コイルアセンブリの内部コイルには、比較的低い荷重が作用するが、イメージングのために必要とされる均一な磁場を形成するために空間内に最も正確に配置される必要がある。本発明によれば、内部コイルは、単一のユニット、すなわち本発明の内部コイルアセンブリとして製造されてもよい。これにより、これらの重要なコイルの相対位置を確保することができ、また一方で、比較的低い固有の荷重により、構造体は、従来の成形機などの外部荷重支持構造を伴うことなく作動できる。図９の例図から分かるように、各コイルの径方向中間点は、内側に隣接するコイルの径方向範囲の一部と軸方向で位置合わせされ、それにより、圧縮ブロックは、いずれかのコイルに曲げモーメントを与えることなく、各コイルの体積力に反作用することができる。
【００９６】
４つの内部コイル５４と、一対の端部コイル５２と、一対のシールドコイル９８とを有するマグネットに関して本発明を特に説明してきた。無論、本発明は、異なる数のコイルを有するマグネットに適用されてもよい。同様に、本発明の方法で説明されるボビン２０は、円筒状または略円筒状であってもよく、好ましくはテーパ状を成し、それにより、円形コイルを形成してもよいが、コイルを巻回するのに適した表面であるという要件をボビンが満たし、したがって、完成したコイル内からボビンを取り外すことができるようにボビンが形成される場合には、他の外面形状を有するボビンが使用されてもよい。
【００９７】
前述したマグネットアセンブリおよび方法の多くの他の変形および改良は、当業者に明らかであり、添付の請求項により規定される本発明の範囲内に入る。
【符号の説明】
【００９８】
１０  内部コイルアセンブリ
１２  コイル
１４  熱硬化性樹脂
１６  交差部材
１７  ボイド
２０  ボビン
２０ａ  ボビン部分
２２  端部フランジ
２４  巻回チーク
２６  結合チャネル
２８  巻回チャネル
２９  端面
３０  テーパ面
３２  ネジ
３４  多孔質予備成形体
３６  閉塞プレート
３８  密閉成形キャビティ
４０  切り欠き
５２  端部コイル
５４  内部コイル
５６、５７、９６  圧縮ブロック
５８  アーク
５９、６２、８６  穴
６０  ディスプレーサ
６１  圧縮力
６３  縁部
６４  皿穴
６５  表面
６６  ナイロンネジ
６７  インアウトブロック
７０  軸方向延在スロット
７２  拡大部
７３  超電導結合部
７４  補強層
８０  多孔質ＰＴＦＥ層
８２  巻回チャネル
８４  貫通穴
９０  内部コイルアセンブリ
９２  端部コイル
９８  アクティブシールドコイル
１００  ジャーナル
１０２  保持ウェブ
１１０  外側支持コイル構造
１１８  充填材料
１２０  巻回ガイドコム
１２２  巻回チーク
１２６  外周部分
１２８  結合チャネル
１２９  端面
１６０  外側管状コイル支持体
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ  コイル
ａ１、ａ２  軸方向範囲
ｂ  軸方向寸法
【図１】
0006023702.tif 000002
【図２】
0006023702.tif 000003
【図３】
0006023702.tif 000004
【図４】
0006023702.tif 000005
【図５】
0006023702.tif 000006
【図６】
0006023702.tif 000007
【図６Ａ】
0006023702.tif 000008
【図７】
0006023702.tif 000009
【図８Ａ】
0006023702.tif 000010
【図８Ｂ】
0006023702.tif 000011
【図８Ｃ】
0006023702.tif 000012
【図８Ｄ】
0006023702.tif 000013
【図９】
0006023702.tif 000014
【図１０】
0006023702.tif 000015
【図１１】
0006023702.tif 000016
【図１２】
0006023702.tif 000017
【図１３】
0006023702.tif 000018
【図１４】
0006023702.tif 000019
【図１５】
0006023702.tif 000020
【図１６】
0006023702.tif 000021
【図１７】
0006023702.tif 000022