(57)【要約】【課題】  本発明は、超電導磁石装置の永久電流スイッチの開、閉の動作を小さな電熱ヒータ容量で短時間に実現する安定な永久電流通電を実現する手段を備えた超電導磁石装置またはそれを用いたＭＲＩ装置を提供することを課題とする。【解決手段】超電導コイルと永久電流スイッチを有し、電熱ヒータで動作する永久電流スイッチにより永久電流通電を実現する超電導磁石装置、または、それを用いたＭＲＩ装置において、永久電流スイッチと冷却ステージの間の伝熱経路を外部電源からの給電により発熱する電気抵抗からなるヒータで構成することにより、冷却時は永久電流スイッチから冷却ステージへの伝熱部材として機能し、ヒータ発熱時は永久電流スイッチよりも高温となることで冷却を妨げる。【選択図】図１
2018010948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導線材を巻き回して形成される超電導コイルと、
前記超電導コイルと接続され回路を形成する永久電流スイッチと、
通電されることによって発熱する第１発熱抵抗部と、
伝導冷却部材が取り付けられた冷凍機、を備え、
前記第１発熱抵抗部は前記永久電流スイッチと前記伝導冷却部材との間に設けられ、
前記永久電流スイッチは前記第１発熱抵抗部を介して前記伝導冷却部材と熱的に接触する
超電導磁石装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超電導磁石装置であって、
前記永久電流スイッチと直接に接する第２発熱抵抗部を備え、
前記第１発熱抵抗部および前記第２発熱抵抗部は通電のための電源を共有する
超電導磁石装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超電導磁石装置であって、
前記永久電流スイッチと直接に接する第２発熱抵抗部を備え、
前記第１発熱抵抗部を含む回路と、前記第２発熱抵抗部を含む回路とは互いに電気的に独立している。
超電導磁石装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超電導磁石装置であって、
前記第１発熱抵抗部は、前記永久電流スイッチの肉厚よりも薄いシート状または細径の抵抗部材によって構成された
超電導磁石装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超電導磁石装置であって、
前記第１発熱抵抗部と前記永久電流スイッチとの間もしくは前記第１発熱抵抗部と前記伝導冷却部材との間に絶縁部材を備える
超電導磁石装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超電導磁石装置であって、
前記伝導冷却部材と前記永久電流スイッチとを覆う断熱部材を備える
超電導磁石装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超電導磁石装置を備える
磁気共鳴イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝導冷却で動作する超電導コイルの永久電流状態と電源接続状態を切り替える永久電流スイッチを有する超電導磁石またはそれを用いた磁気共鳴イメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開平８−１３８９２８号広報（特許文献１）がある。この広報には、永久電流スイッチの超電導線を加熱する為の加熱手段と、永久電流スイッチ部と冷却源で冷却される冷却ステージとを熱的に短絡および切り離すための熱スイッチを備えることで、超電導コイルが熱的に安定でヒータ容量を小さくする技術が開示されている。また、特開２００３−１４２７４４号広報（特許文献２）には、熱スイッチ伝熱板を介して冷却される永久電流スイッチにおいて、熱スイッチ伝熱板の材質に２０Ｋの温度で熱伝導が大きく、１００Ｋでは熱伝導率の小さい材質を用いることにより、熱スイッチの機能と動作を得る技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１３８９２８号広報
【特許文献２】特開２００３−１４２７４４号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１が示すように、永久電流スイッチを冷却源で冷却される冷却ステージから熱的に短絡および切離すための熱スイッチを設置することで、永久電流スイッチを加熱する電熱ヒータの発熱量を小さくすることができる。しかしながら、熱スイッチは磁石装置外部からの駆動機構を必要とし、駆動機構の磁石装置外部は常温であるために、冷却ステージへの熱侵入量が大きくなり、超電導磁石装置を極低温に維持するための冷媒の消費または冷凍機の負荷が増加する。また、磁石装置は超電導コイルを極低温に保つため、真空容器で囲まれている。このため、外部からの動作機構を設置するにはベローズといった真空を保ったままで動作できる駆動構造が必要となる。また、駆動することによる損傷・故障が生じた場合には真空容器を開封して補修する必要がある。
【０００５】
特許文献２では、冷却ステージからの伝熱板として、熱伝導率に温度依存性のある材質を使用することで、外部からの動作機構を不要としており、熱侵入量の増大や駆動動作に伴う故障の心配は無い。しかしながら、伝熱板は冷却ステージから常に冷却され続けており、永久電流スイッチが閉の低温状態から開の高温状態にするためには、冷却され続ける伝熱板を永久電流スイッチと同時に温度上昇させる必要があり、電熱ヒータ容量を小さくすることが困難である。このために、冷媒の消費や冷凍機の消費電力の増加原因となる。また、開の高温状態から閉の低温状態とする場合も、高温状態の伝熱板は熱伝導率が小さいため、永久電流スイッチを冷却するまでに時間を要する。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり永久電流スイッチの開、閉の動作を小さな電熱ヒータ容量で高速に実現すると同時に、外部からの駆動機構を設けないことで、超電導コイルへの熱侵入量が増大せず、冷媒消費や冷凍機の消費電力を低減することが可能にしつつ、安定な永久電流通電を実現する手段を備えた超電導磁石装置またはそれを用いた良好な画質を得る手段を備えたＭＲＩ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は様々な実施形態をとりうるが、その一例は「超電導線材を巻き回して形成される超電導コイルと、前記超電導コイルと接続され回路を形成する永久電流スイッチと、通電されることによって発熱する第１発熱抵抗部と、伝導冷却部材が取り付けられた冷凍機、を備え、前記第１発熱抵抗部は前記永久電流スイッチと前記伝導冷却部材との間に設けられ、前記永久電流スイッチは前記第１発熱抵抗部を介して前記伝導冷却部材と熱的に接触する超電導磁石装置」が挙げられる。
【発明の効果】
【０００８】
本構成の超電導磁石装置またはそれを用いたＭＲＩ装置によれば、機械的な動作を伴わずに小さな電熱ヒータ容量で永久電流スイッチの高速な動作が可能となる。すなわち、超電導コイルを極低温に維持する冷凍機の消費電力が抑えられ、冷媒の消費を伴わずに短時間で起動・停止が可能となる磁石装置、または、それを用いたＭＲＩ装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態である超電導磁石装置の永久電流スイッチ部分を示す模式外観斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態である超電導磁石装置を用いたＭＲＩ装置の摸式断面図である。
【図３】従来技術による超電導磁石装置の超電導コイルと永久電流スイッチおよび超電導コイル励磁用電源の回路構成と冷却の構成を示す概念図である。
【図４】第１実施形態の別の実施例を示すＭＲＩ装置の断面図である。
【図５】第１実施形態の永久電流スイッチの構造を示す断面図である。
【図６】第２実施形態である超電導磁石装置の永久電流スイッチ部分を示す模式外観斜視図である。
【図７】第２実施形態の永久電流スイッチの構造を示す断面図である。
【図８】第３実施形態である超電導磁石装置の永久電流スイッチ部分の構造を示す断面図である。
【図９】第３実施形態である超電導磁石装置の永久電流スイッチ部分のもう一つの構造を示す断面図である。
【図１０】第４実施形態である超電導磁石装置の永久電流スイッチ部分の構造を示す断面図である。
【図１１】第４実施形態である超電導磁石装置の永久電流スイッチ部分のもう一つの構造を示す断面図である。
【図１２】第５実施形態である超電導磁石装置の永久電流スイッチ部分の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
超電導磁石装置は、一般に極低温（絶対温度１００Ｋ以下）の環境において電気抵抗がほぼゼロの超電導状態となる物質で構成される超電導線材を使用してコイルを製作し、コイルに大電流を通電することによって強力な磁場を発生させる装置である。超電導コイルは極低温の超電導状態を維持するために、液体ヘリウム等の極低温の冷媒中に浸される場合と、金属等の熱良導体の固体を介して冷凍機で冷却される場合に大別される。
【００１１】
磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置という）は、均一な静磁場中に置かれた被検体に高周波パルスを照射したときに生じる核磁気共鳴現象を利用して、被検体の物理的、化学的性質を示す断面画像を得る装置であり、特に、医療用として用いられている。
【００１２】
ＭＲＩ装置は、主に被検体が挿入される撮像空間に均一な静磁場を生成する磁石装置と、撮像空間に位置情報を付与するために空間的に強度が勾配した磁場をパルス状に発生させる傾斜磁場コイル、被検体に高周波パルスを照射するＲＦコイル、被検体からの磁気共鳴信号を受信する受信コイル、および、受信した信号を処理して画像を表示するコンピュータシステムから構成されている。
【００１３】
ＭＲＩ装置の性能向上の手段として、磁石装置が発生する静磁場の強度または均一度の向上がある。静磁場がより強い程、鮮明な画像が得られ、また、静磁場の広い空間でより一様である程、広い範囲にわたって鮮明な画像を得ることが出来るため、ＭＲＩ装置は磁場の強度と均一性向上を指向して開発が続けられている。このため、現在主流のＭＲＩ装置の磁石装置には強力な磁場を発生することのできる超電導コイルが多く使用されている。
【００１４】
一方で、高画質な画像を取得するためには、磁石装置の発生する静磁場は時間的に安定でなければならない。静磁場が時間的に変動すると、たとえ強力な静磁場であっても画像が乱れ良好な画像を得ることが出来ない。電源装置の発生する電流は、外部からの擾乱を受け、時間的に微細な変動を生じており、電源装置と回路を一にする超電導コイルからなる磁石装置が発生する静磁場も微細に時間変動している。このため、ＭＲＩ装置に使用される超電導磁石装置は電流通電後に電源装置から切り離される。電源が切り離された磁石装置の回路は超電導コイルの抵抗がゼロであるために電流が流れ続け、この電流は永久電流と呼ばれる。
【００１５】
磁石装置の永久電流状態を実現するためには、超電導コイルと電源装置以外に永久電流スイッチが必要である。永久電流スイッチは電源装置から超電導コイルに電流を通電する場合には開（Ｏｆｆ）状態であり、超電導コイルと並列回路の状態で共に電源装置につながれている。この時、超電導コイルには電流が流れるが、永久電流スイッチには電流は流れない状態となっている。超電導コイルに所望の電流が流れると、永久電流スイッチを閉（Ｏｎ）とし、電源装置の電流を減少させていく。永久電流スイッチは超電導線材で構成され、閉（Ｏｎ）状態では電気抵抗はほぼゼロの状態となる。このため、超電導コイルに流れる電流は永久電流スイッチを介してほぼ電気抵抗ゼロの閉回路を循環し、電源装置から電流の供給がなくても一定の電流値を保持することが可能になる。
【００１６】
永久電流スイッチの開閉動作は永久電流スイッチを構成する超電導線材を超電導状態（閉）または常伝導状態（開）に切り替えることで実現する。すなわち、超電導状態では電気抵抗がほぼゼロのため電流が流れ、常伝導状態では電気抵抗が高くなるために電流が流れない状態となっている。永久電流スイッチの超電導線材を超電導状態または常伝導状態に切り替える方法としては、一般に電熱ヒータが用いられる。開の状態では永久電流スイッチを構成する超電導線材の温度を電熱ヒータで上昇させることにより、常伝導の高抵抗状態を維持する。閉の状態では電熱ヒータへの通電を止め、超電導線材を冷却することにより電気抵抗ゼロの超電導状態を実現する。
【００１７】
このため、永久電流スイッチの動作には、電熱ヒータ通電時の速やかな温度上昇と、電熱ヒータ切時の速やかな冷却が求められる。一般の超電導磁石を使用したＭＲＩ装置では、超電導コイルと永久電流スイッチを構成する超電導線材としてニオブチタン線材が使用されている。ニオブチタン線材は超電導状態とするために一般に温度約４Ｋの液体ヘリウム冷媒中に浸されている。ニオブチタン線材は比較的小さな温度上昇で超電導状態から常伝導状態に変化するため、小容量の電熱ヒータにより永久電流スイッチのみを常伝導転位させる動作が比較的容易である。しかしながら、電熱ヒータ通電時には、液体ヘリウム冷媒の蒸発と消費を伴うため、一般に永久電流通電状態となった後は緊急時やメインテナンスの場合を除き電熱ヒータに通電して超電導コイルの電流を減少させ、磁場を消滅させることはない。
【００１８】
一方で、現在精力的に開発が進められている高温超電導材料は、超電導状態から常伝導状態に変化する常伝導転位の温度が１０Ｋ以上と、ニオブチタン線に比べて高い温度まで超電状態を保つことが出来る。このため、高温超電導材料を線材とするコイルを持つ超電導磁石装置は、冷却に液体ヘリウム冷媒と液体冷媒を溜める容器が不要であり、極低温を維持する冷凍機の消費電力を低減することが出来る。また、電熱ヒータ通電時にも液体冷媒を消費しないことから、自由に磁場の発生・消滅が可能であるため、今後のＭＲＩ装置への適用が求められている。
【００１９】
しかしながら、高温超電導材料を使用した線材（高温超電導線材）は、安定に超電導状態を維持するため、常伝導転位の温度に対して余裕を持って冷却する必要がある。永久電流スイッチも同様に、超電導状態（閉）では充分に冷却する必要がある。一方で、常伝導状態（開）にするためには、ニオブチタン線材の場合と同様に電熱ヒータによって加熱されるが、ニオブチタン線材に対して常伝導転位するまでの温度差が大きいことと、比熱が大きいために、冷却に打ち勝って永久電流スイッチを常伝導転移させるためには、ヒータ出力を増す必要がある。このため、高温超電導線材を使用した永久電流スイッチは冷却と加熱の相反する能力を共に増強する必要がある。このような課題に関し、以降は本発明者が考案した発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２０】
図２に示すように、一般のＭＲＩ装置は中空で概略円筒形状の超電導磁石装置１と、超電導磁石装置１と概略同心円筒の傾斜磁場コイル２および高周波照射コイル３を有しており、超電導磁石装置は撮像空間４に静磁場方向５で示す方向に静磁場を発生する。被検者６は可動式のベッド７によって撮像空間４に運ばれて画像を取得する。図示されていないが、傾斜磁場コイル２は撮像空間に磁束密度が線形に変化するパルス状の動磁場を発生させることで位置情報を付与し、高周波照射コイル３は撮像空間４に高周波電磁場を照射することで磁気共鳴現象を誘起し、図に示されていない受信アンテナで磁気共鳴信号を取得し、図示されていない画像処理および表示装置で被検者の断層画像を取得する装置である。
【００２１】
超電導磁石装置１は図示されていない樹脂性のカバーで覆われた真空容器８によって内部を真空状態に維持され、さらに輻射シールド９によって外部からの輻射伝熱による入熱量を低減させることで超電導線材を巻き回して製作された超電導コイル１０を極低温に保持している。さらに、超電導コイル１０は良熱伝導材からなる冷却ステージ１１を介して冷凍機１２によって伝導冷却されるか、図示されていない液体ヘリウム等の冷媒を容器内に満たすことによって、超電導状態の温度が維持されている。図２のようなＭＲＩ装置は一般に水平磁場型と称されている。
【００２２】
超電導磁石装置１を静磁場発生源に持つＭＲＩ装置で良好な画像を取得するには、超電導コイル１０が発生する静磁場を空間的に均一にすると共に、時間的な変動を抑えることが重要である。このため、永久電流通電を実現する永久電流スイッチ１３が使用されている。永久電流スイッチ１３は超電導線材を磁場の発生しない無誘導の状態で巻き枠に巻いた構造を有しており、一般に超電導磁石装置１の外部に置かれたヒータ電源１４から電力を供給することにより、永久電流スイッチ１３に設置された電熱ヒータ１５に電流を通電し温度上昇させる。図３には超電導コイル１０と永久電流スイッチ１３および励磁用電源１６の回路構成を示す。
【００２３】
また、図３には永久電流スイッチ１３を加熱する電熱ヒータ１５の回路と冷却のための冷凍機１２および冷却ステージ１１の概念構成を示している。超電導コイル１０に電流を通電し励磁する場合、励磁用電源１６から電流を供給する。この際、永久電流スイッチ１３は電気的に独立した別回路である電熱ヒータ１５により加熱され、永久電流スイッチ１３を構成する超電導線材は常伝導状態となり大きな抵抗値が発生している。このため、永久電流スイッチ１３は開（Ｏｆｆ）状態となり、励磁用電源１６から供給される電流は超電導コイル１０を流れることになる。超電導コイル１０に所望の電流が流れると、その状態で電熱ヒータ１５への通電を止め、永久電流スイッチ１３は冷却機構である冷凍機１２および冷却ステージ１１または図示されていない冷媒によって冷却される。これにより、永久電流スイッチ１３を構成する超電導線材は超電導状態となり抵抗値がほぼゼロとなり、永久電流スイッチは閉（Ｏｎ）の状態となる。その後、励磁用電源１６の電流値を減少させても、超電導コイル１０に流れる電流は永久電流スイッチ１３を介して循環するため、励磁時の電流値を保持することが出来る。励磁用電源１６からの電流供給がゼロになった後は、励磁用電源１６を回路から切り離しても、超電導コイル１０と永久電流スイッチ１３で構成される閉回路に電流が流れ続ける永久電流状態を維持する。
【００２４】
図４には、解放型と呼ばれるＭＲＩ装置の別の構成形態の断面図を示している。本ＭＲＩの形態では、超電導磁石装置１は上下で一対の概略円盤形状の磁極で構成され、それぞれの磁極には磁極と同心の概略円盤形状をした真空容器８と輻射シールド９および概略円環形状をした超電導コイル１０で構成されており、上下磁極の間にある撮像空間４の鉛直方向を静磁場方向５として磁場を発生させる。上下其々の超電導コイル１０は冷凍機１２と冷却ステージ１１または図示していない冷媒によって冷却されることは、図２に示した水平磁場型のＭＲＩ装置と同様である。解放型のＭＲＩ装置では、傾斜磁場コイル２および高周波照射コイル３は上下磁極の撮像空間側に超電導コイルとほぼ同心の円板形状で設置される。被検者６は上下磁極の間の撮像空間４に移動式のベッド７により搬送されるが、撮像空間４の側面部は上下磁極をつなぐ支柱を除き解放されているので、被検者に閉所による圧迫感を与えないという特徴がある。
【００２５】
図１には、本発明の第１実施例である、図２および図３に示すＭＲＩ装置の永久電流スイッチ１３と電熱ヒータ１５および冷却ステージ１１の概略構成および動作状態を示した図である。本実施例において、永久電流スイッチ１３は概略円筒形状の巻き枠に一般に無誘導巻と呼ばれる磁場を発生しない構造で超電導線材が巻き回されて形成されている。永久電流スイッチ１３を構成する超電導線材両端１７は超電導コイル１０に接続され、図２に示したような電気回路構成となっている。永久電流スイッチ１３の表面には電熱ヒータ１５が設置されており、磁石装置外部に置かれたヒータ電源１４から電力が供給されることによって発熱により温度上昇させ超電導線材を常伝導状態にする。
永久電流スイッチ１３は冷却用伝熱部材を兼ねるヒータ１８によって、冷凍機が接続された冷却ステージ１１から支持されており、ヒータ電源１４がＯｆｆすなわち永久電流スイッチ１３が閉（Ｏｎ）の場合には、永久電流スイッチ１３は冷却用伝熱部材を兼ねるヒータ１８を介して超電導状態まで冷却される。なおヒータ１８も通電によって発熱する部材である。
【００２６】
上述するように、本実施例の超電導磁石装置１は、第１の発熱抵抗部であるヒータ１８と第２の発熱抵抗部である電熱ヒータ１５とを有し、これらが永久電流スイッチ１３と熱的に接触するように設置される。またヒータ１８は、永久電流スイッチ１３と伝導冷却部材である冷却ステージ１１との間に設けられ、永久電流スイッチ１３はヒータ１８を介して冷却ステージ１１と熱的に接触し冷却される構造となっている。また電熱ヒータ１５は、永久電流スイッチ１３に対してのみ接触面を有するように設けられる。なおここで言う「永久電流スイッチ１３に対してのみ接触面を有する」とは、特に加熱を目的として接触するような部材を永久電流スイッチ１３の他に有していないことを言う。このような構造は、永久電流スイッチ１３を閉状態から開（Ｏｆｆ）へ移行させる際に有用に機能する。
【００２７】
すなわち、永久電流スイッチ１３が開（Ｏｆｆ）の場合は、ヒータ電源１４から電力が供給され、電熱ヒータ１５が発熱する。また、冷却用伝熱部材を兼ねるヒータ１８にも外部電源１９から電力が供給され発熱する。これにより、永久電流スイッチ１３が温度上昇するが、冷却用伝熱部材を兼ねるヒータ１８の温度を永久電流スイッチ１３よりも高くすることにより、熱は温度の高い方から低い方にしか移動しないから、永久電流スイッチ１３から冷却ステージ１１への伝熱が防止され、温度上昇を加速する。これにより、より短時間で永久電流スイッチ１３を常伝導転移すなわち開状態（Ｏｆｆ）にすることができる。なお、冷却用伝熱部材を兼ねるヒータ１８に電力を供給する外部電源１９は、ヒータ電源１４を兼ねても良い。
【００２８】
図５には、第１実施例の永久電流スイッチ１３と冷却用伝熱部材を兼ねるヒータ１８の拡大断面図を示す。冷却用伝熱部材を兼ねるヒータ１８は、冷却ステージ１１と永久電流スイッチ１３の間を接続する部材であるが、電気抵抗体からなる発熱部材２０と、電熱ヒータ１５およびヒータ１８を、冷却ステージ１１および永久電流スイッチ１３から電気的に絶縁する絶縁部材２１、２２によって構成されている。発熱部材２０の材質としては、電気的に高抵抗部材であるステンレス材などのシートまたは細線を使用する場合と、銅やアルミ材などの低抵抗部材をより薄く・細く加工することでも発熱体とすることができる。
【００２９】
ステンレスなどの高抵抗金属材料を使用した場合は、同じ体積でも他の導電性材料に比べて通電時の発熱量を大きくすることができ、外部電源１９から電力を供給しない場合は絶縁物に対して熱伝導率が良いために冷却ステージ１１による冷却を妨げることがない。また、銅やアルミなどの低抵抗材料を使用すると発熱部材２０の厚さを薄くすることができ、外部電源１９から電力を供給しない場合の熱抵抗を高抵抗材料の場合に比べてさらに小さくすることができる。また、純度の高い銅やアルミ材の熱伝導率は、超電導状態に必要な２０Ｋ前後の温度で大きく、温度が高くになるにつれ小さくなっていくため、外部電源１９から電力供給時に熱抵抗が大きく、電力供給されない冷却時は小さな熱抵抗となり、より、効率的に永久電流スイッチ１３を冷却することができる。
【００３０】
絶縁部材２１および２２は、共に導電性部材である発熱部材２０と冷却ステージ１１とを電気的に絶縁し、永久電流スイッチ１３を構成する超電導線２３と電熱ヒータ１５や発熱部材２０とを電気的に絶縁することが目的である。このため、熱伝導のための経路としては出来るだけ薄い方が良い。絶縁部材２１、２２の主な材質としてはガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）またはポリイミドからなる薄いシートが適している。特に、冷却ステージ１１と発熱部材２０の間の絶縁部材２１に酸化アルミニウムや水晶からなるシートを使用すれば、これらの熱伝導率は極低温で大きく温度が上昇するにつれて小さくなるので、冷却時は冷却ステージ１１との間の熱抵抗が小さく、発熱時には熱抵抗が大きくなるため、より短時間で永久電流スイッチ１３を動作させることができる。絶縁部材２２は、永久電流スイッチ１３の表面が絶縁され、発熱部材２０との間で電気的に導通していなければ省くことができる。
【実施例２】
【００３１】
本発明における第２実施形態の超電導磁石装置１またはそれを用いたＭＲＩ装置における永久電流スイッチ１３の構成を図６と図７に示す。永久電流スイッチ１３、ヒータ電源１４、電熱ヒータ１５、および、超電導線２３の構成は第１実施形態と同じであるが、本実施例において、図７の断面図に示すように永久電流スイッチ１３を温度上昇させる電熱ヒータ１５が冷却用伝熱部材を兼ねるヒータ１８の発熱部材２０を兼ねており、発熱部材に給電する外部電源１９がヒータ電源１４と同一になっている。また、絶縁部材２１または２２は、発熱部材２０を構成するヒータ線の表面に被覆しても良い。
【００３２】
本構成により、部材の構成部品数を低減することができ、小型化による熱容量低減によって冷却・昇温の時間を短くすると共に、外部からの熱侵入量の低減により熱侵入量を減らすことが可能となる。
【実施例３】
【００３３】
本発明における第３実施形態の超電導磁石装置１またはそれを用いたＭＲＩ装置における永久電流スイッチ１３の構成を図８と図９に示す。第３実施形態では、電熱ヒータ１５は超電導線２３の内周側に設置されており、超電導線２３の外周部に冷却用部材を兼ねるヒータ１８が設置されている。冷却用伝熱部材を兼ねるヒータ１８が、図８では超電導線２３と冷却ステージ１１の間にシート状に設置されており、図９では線状の発熱部材２０が永久電流スイッチ１３に巻き回されている。これにより、永久電流スイッチ１３の内部での電熱ヒータ１５による発熱が冷却ステージ１１に逃げる効果を防ぐことが期待できる。
【００３４】
これらは、冷却用伝熱部材を兼ねるヒータ１８の発熱部材２０が直接的に超電導線２３を加熱すると同時に、冷却時の冷却ステージ１１と超電導線２３の伝熱距離を小さくすることができるため、永久電流スイッチ１３のＯｎ、Ｏｆｆの動作をより早くすることができる。本実施形態においても、発熱部材２０の外部電源１９は電熱ヒータ１５のヒータ電源１４と兼ねることができる。
【実施例４】
【００３５】
本発明における第４実施形態の超電導磁石装置１またはそれを用いたＭＲＩ装置における永久電流スイッチ１３の構成を図１０と図１１に示す。第４実施形態では、永久電流スイッチ１３の外側と冷却ステージ１１との間に冷却用伝熱部材を兼ねるヒータ１８を設置したさらに外側に、断熱部材２４を設置している。本実施形態により、電熱ヒータ１５の発熱が、冷却用伝熱部材を兼ねるヒータ１８により冷却ステージ１１側に向かって伝熱により失われることを防ぐと共に、断熱部材２４で断熱されることにより、より早く永久電流スイッチ１３を温度上昇させることができる。通常、超電導コイル１０および永久電流スイッチ１３は真空雰囲気中で冷却されるため、断熱部材２４は輻射率の小さくなるようにアルミシートなどで鏡面加工された部材が適している。
【実施例５】
【００３６】
本発明における第５実施形態の超電導磁石装置１またはそれを用いたＭＲＩ装置における永久電流スイッチ１３の構成を図１２に示す。第１〜第４実施形態では、永久電流スイッチ１３を構成する超電導線２３は冷却ステージ１１に平行な中心軸に沿って巻き回されていたが、第５実施形態では冷却ステージ１１に対して垂直軸方向に巻き回されている。このような場合であっても、永久電流スイッチ１３と冷却ステージ１１の間に冷却用伝熱部材を兼ねるヒータ１８を設置することで、永久電流スイッチ１３のＯｎ、Ｏｆｆに伴う温度上昇と冷却の時間を短くすることができる。
【００３７】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれている。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  超電導磁石装置
２  傾斜磁場コイル
３  高周波照射コイル
４  撮像空間
５  静磁場方向
６  被検者
７  ベッド
８  真空容器
９  輻射シールド
１０  超電導コイル
１１  冷却ステージ
１２  冷凍機
１３  永久電流スイッチ
１４  ヒータ電源
１５  電熱ヒータ
１６  励磁用電源
１７  超電導線材両端部
１８  ヒータ
１９  外部電源
２０  発熱部材
２１  絶縁部材
２２  絶縁部材
２３  超電導線
２４  断熱部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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