(57)【要約】      （修正有）【課題】コイルの熱収縮に対応させるための調整作業の手間を削減する超伝導電磁石を提供する。【解決手段】超伝導電磁石は、鉛直中心軸Ａ周りの環状をなすコイル１０と、コイル１０の所定の支持部位１１を支持するマウント部２３，２４と、マウント部２３，２４からの鉛直中心軸Ａ方向への押圧力を支持部位１１に付与する皿バネと、を備え、マウント部２３，２４は、支持部位１１がコイル１０の中心に向かって進退する方向に滑動可能であるように支持部位１１を支持していることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定軸周りの環状をなすコイルと、
前記コイルの所定の支持部位を支持するマウント部と、
前記マウント部からの前記所定軸方向への押圧力を前記支持部位に付与する押圧力付与部と、を備え、
前記マウント部は、
前記支持部位が前記コイルの中心に向かって進退する方向に滑動可能であるように前記支持部位を支持していることを特徴とする超伝導電磁石。
【請求項２】
前記押圧力付与部は、復元力によって前記押圧力を発生する弾性部材を有することを特徴とする請求項１に記載の超伝導電磁石。
【請求項３】
前記支持部位と前記マウント部との間に挟まれて配置され、前記マウント部の表面よりも前記支持部位に対する摩擦係数が小さい低摩擦部材を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の超伝導電磁石。
【請求項４】
前記マウント部は、前記支持部位における前記コイルの延在方向に直交する面内で屈曲した屈曲形状をなすことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の超伝導電磁石。
【請求項５】
マウント部は、前記所定軸方向に前記コイルの前記支持部位を挟んで配置される一対の第１及び第２のマウント部を有し、
前記押圧力付与部は、第１及び前記第２のマウント部の両方にそれぞれ設けられ、前記支持部位を挟み込む挟持力を発生させていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の超伝導電磁石。
【請求項６】
前記マウント部に対して滑動する前記支持部位上の滑動面に取り付けられたボルトと、
前記マウント部に形成され、前記滑動面の滑動方向に延在すると共に、前記ボルトが挿通される長穴と、を備え、
前記押圧力付与部は、
前記ボルトの軸に挿通されると共に、前記ボルトの頭と前記長穴の縁部との間に配置され、前記マウント部を前記滑動面に向けて付勢する皿バネを有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の超伝導電磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導電磁石に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような分野の技術として、下記特許文献１に記載の超伝導電磁石が知られている。この超伝導電磁石では、コイルとヨークとの間にくさびが挿入され、くさびは、コイルが冷却時に熱収縮した際に、コイルの収縮量よりも大きい圧縮変位をコイルに与えるように、その打ち込み荷重が設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１７６８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の超伝導電磁石では、打ち込み荷重の設定が困難である。また、くさびが適切に動作しなかった場合には、人手でくさびを打ち込む必要がある。このように特許文献１の超伝導電磁石においては、コイルの熱収縮の調整作業に手間がかかるといった問題があった。この問題に鑑み、本発明は、コイルの熱収縮に対応させるための調整作業の手間を削減する超伝導電磁石を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の超伝導電磁石は、所定軸周りの環状をなすコイルと、コイルの所定の支持部位を支持するマウント部と、マウント部からの所定軸方向への押圧力を支持部位に付与する押圧力付与部と、を備え、記マウント部は、支持部位がコイルの中心に向かって進退する方向に滑動可能であるように支持部位を支持していることを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、コイルが冷却され中心に向かって収縮したときに、支持部位がマウント部に対して滑動することにより、自動的にコイルの収縮分が吸収される。また、押圧力付与部による押圧力によって滑動方向への摩擦力が発生するので、コイルがマウント部に対して容易に変位することも抑制される。具体的には、押圧力付与部は、復元力によって押圧力を発生する弾性部材を有することとしてもよい。
【０００７】
また、本発明の超伝導電磁石は、支持部位とマウント部との間に挟まれて配置され、マウント部の表面よりも支持部位に対する摩擦係数が小さい低摩擦部材を更に備えたこととしてもよい。この構成によれば、支持部位とマウント部との摩擦が低減され、コイルの収縮時には円滑に支持部位がマウント部に対して滑動する。また、マウント部は、支持部位におけるコイルの延在方向に直交する面内で屈曲した屈曲形状をなすこととしてもよい。
【０００８】
マウント部は、所定軸方向にコイルの支持部位を挟んで配置される一対の第１及び第２のマウント部を有し、押圧力付与部は、第１及び第２のマウント部の両方にそれぞれ設けられ、支持部位を挟み込む挟持力を発生させていることとしてもよい。この構成によれば、コイルの支持部位を、第１及び第２のマウント部で挟持して支持することができる。
【０００９】
具体的には、本発明の超伝導電磁石は、マウント部に対して滑動する支持部位上の滑動面に取り付けられたボルトと、マウント部に形成され、滑動面の滑動方向に延在すると共に、ボルトが挿通される長穴と、を備え、押圧力付与部は、ボルトの軸に挿通されると共に、ボルトの頭と長穴の縁部との間に配置され、マウント部を滑動面に向けて付勢する皿バネを有することとしてもよい。この構成によれば、コイルの収縮時には、支持部位に取り付けられたボルトがマウント部の長穴内を移動する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、コイルの熱収縮に対応させるための調整作業の手間を削減する超伝導電磁石を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る超伝導電磁石を採用したマグネット装置を示す斜視図である。
【図２】超伝導電磁石のクライオスタットを示す斜視図である。
【図３】図２におけるIII-III断面図である。
【図４】超伝導電磁石１００のコイル１０とその支持構造を示す斜視図である。
【図５】荷重支持部近傍の分解斜視図である。
【図６】荷重支持部近傍の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明による超伝導電磁石の一実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以降の説明においては、各図に示す状態の超伝導電磁石１の姿勢を基準として「上」「下」の語を用いる。ただし、超伝導電磁石１の姿勢は図に示すものに限定されず、適宜変更してもよい。図１は、本実施形態に係る超伝導電磁石１を採用したマグネット装置１００を示す斜視図である。図２は、超伝導電磁石１のクライオスタット３を示す斜視図である。図３は、図２におけるIII-III断面図である。図４は、超伝導電磁石１のコイル１０とその支持構造を示す斜視図であり、クライオスタット３から真空容器３ａと熱シールド１３とを取り除いた状態を示す。
【００１３】
図１〜図４に示されるように、マグネット装置１００は、上下一対の超伝導電磁石１を対向配置すると共に、超伝導電磁石１を支持台１０１で支持することによって構成されている。超伝導電磁石１は、内部にコイル１０を収容する真空容器３ａを有するクライオスタット３と、クライオスタット３の外側に設けられるヨーク４と、を備えている。上側の超伝導電磁石１のクライオスタット３と下側の超伝導電磁石１のクライオスタット３とは、互いに上下を逆転した状態で対向し、支柱６を介して互いに離間するように連結されている。マグネット装置１００は、一対のクライオスタット３の間を通過する荷電粒子線Ｂの軌道を切り替える偏向磁石として機能する。例えば、マグネット装置１００は、加速器から出射された荷電粒子線Ｂの軌道を、軌道Ｔ１と軌道Ｔ２との間で切り替えることができる。荷電粒子線Ｂを出射する加速器として、リングサイクロトロン、ＡＶＦサイクロトロン、シンクロトロン、ベータトロン等の円形加速器や、ライナック等の線形加速器などが挙げられる。
【００１４】
超伝導電磁石１は、鉛直中心軸Ａ周りの環状をなし磁束を発生させるコイル１０と、コイル１０の荷重を支持する荷重支持部７と、コイル１０を冷却する冷凍機８と、コイル１０に電流を導入する電流導入部９と、を備えている。コイル１０は、超伝導線材を巻回した構成のコイル本体を有しており、超伝導線材として高温超伝導線材を用いてよい。高温超伝導線材として、例えばＢｉ２２２３、Ｂｉ２２１２、Ｙ１２３、ＭｇＢ２、酸化物超伝導体等を用いてよい。なお、超伝導線材として低温超伝導線材を用いてもよい。このような超伝導線材が用いられるコイル１０を約２０Ｋまで効率よく冷却するため、超伝導電磁石１は、クライオスタット３の真空容器３ａの内部において、コイル１０を覆う熱シールド１３を備えている。熱シールド１３は、冷凍機８によって約５０Ｋに冷却される。
【００１５】
続いて、図４〜図６を参照しながら、荷重支持部７について更に詳細に説明する。図５は、荷重支持部７近傍の分解斜視図であり、図６は、荷重支持部７近傍の断面図である。本実施形態に係るコイル１０は平面視において略矩形状をなしており、当該略矩形の４つの角部に対応する４つの支持部位１１において、コイル１０の荷重が荷重支持部７によって支持されている。
【００１６】
荷重支持部７は、コイル１０の荷重を支持する支柱２１と、支柱２１に取り付けられコイル１０の支持部位１１を上下に挟み込む一対のマウント部２３，２４と、を備えている。マウント部２３，２４は、支持部位１１を上下に挟んで支持しており、支持部位１１は、マウント部２３，２４に挟まれた状態でコイル１０の中心に向かって進退する方向に滑動可能である。すなわち、支持部位１１がコイル１０の中心に向かう方向に進退移動するとき、支持部位１１の上面１１ａ及び下面１１ｂは、マウント部２３，２４の支持面２９，３０を滑動する。具体的な構成は後述するが、上記のような支持部位１１の滑動が許容されるように、マウント部２３，２４と支持部位１１とが接合されている。以下、マウント部２３，２４を滑動する支持部位１１の上面１１ａ及び下面１１ｂを、それぞれ滑動面１１ａ，１１ｂと呼ぶ場合がある。
【００１７】
特に図６に示されるように、マウント部２３，２４は、支持部位１１におけるコイル１０の延在方向に直交する平面（図６に示される断面（紙面）に平行な面）内で屈曲した屈曲形状をなす。すなわち、マウント部２３，２４は、支柱２１に取り付けられる基端側においては、互いの距離はコイル１０の上下幅よりも小さく、先端側において互いの距離が拡がるようになっている。
【００１８】
なお、各図にも示される通り、マウント部２３（第１のマウント部）とマウント部２４（第２のマウント部）とは、構成が互いに上下対称であり、また、支柱２１及びコイル１０に対する取付構造も互いに上下対称である。従って、以下においてはマウント部２３の構成を説明し、その説明に重複するマウント部２４についての説明を省略する。
【００１９】
マウント部２３の基端側には、支柱２１に固定されるための取付穴２７が設けられており、マウント部２３は、コイル１０の中心側に向けて水平に張り出すように支柱２１に取り付けられる。また、マウント部２３の幅方向の両端には、補強のための鉛直リブ２３ａが設けられている。前述したように、マウント部２３は屈曲形状をなしており、マウント部２３の基端側が先端側よりも下方にある。この屈曲形状の構成により、マウント部２３，２４全体の上下幅を小さく抑えながらも、特にマウント部２３の基端側において鉛直リブ２３ａの上下幅を大きく確保することで、コイル１０の荷重に対するマウント部２３の剛性及び強度を確保し易くすることができる。
【００２０】
マウント部２３の先端側は支持部位１１の滑動面１１ａに固定される。具体的には、マウント部２３の先端側には、マウント部２３の張り出し方向に延びる２つの長穴３３が設けられている。この長穴３３に挿通されるボルト３５が、滑動面１１ａに形成されたボルト孔３６に螺着されることで、マウント部２３と支持部位１１とがボルト止め接合されている。ボルト３５とボルト孔３６との間が接着剤で回り止めされてもよい。なお、１つの長穴３３に対して２本のボルト３５が挿通され、合計４本のボルト３５によってマウント部２３と支持部位１１とが締結されるが、図５においてはそのうちの１つの長穴３３に対応する２本のボルトのみを図示している。
【００２１】
マウント部２３の支持面２９と、滑動面１１ａとの間には、シート状の低摩擦部材３１が挟み込まれている。低摩擦部材３１は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン製のシートであり、低摩擦部材３１の表面の面粗さは、例えば０．８ａとする。支持面２９と低摩擦部材３１との摩擦係数、及び滑動面１１ａと低摩擦部材３１との摩擦係数は、いずれも支持面２９と滑動面１１ａとの摩擦係数よりも小さい。なお、低摩擦部材３１にはボルト３５を挿通させる長穴３１ａが形成されている。
【００２２】
更に、長穴３３には、ボルト３５を挿通させるカラー部３７が挿入されており、カラー部３７の上にはボルト３５を挿通させる座金３９が設置されている。カラー部３７は、例えばポリテトラフルオロエチレン製であり、マウント部２３及び滑動面１１ａとの摩擦係数が小さく抑えられている。カラー部３７の上端には、長穴３３の幅よりも大きい幅をもつ鍔部３７ａが形成されており、鍔部３７ａの下面が長穴３３の縁部３３ａに接している。なお、カラー部３７の底面は、低摩擦部材３１の長穴３３を通じて滑動面１１ａに接している。更に、座金３９の上方において、ボルト３５の１本当たり４つの皿バネ４１が挿通されている。カラー部３７及び座金３９の長さは長穴３３の長さよりも短くなっており、カラー部３７は長穴３３内を長手方向にスライドである。コイル１０の熱収縮に起因する支持部位１１の移動量は、例えば４ｍｍであれば、カラー部３７の長穴３３内でのスライド量が４ｍｍ以上に設定される。
【００２３】
皿バネ４１は、マウント部２３を滑動面１１ａに向けて付勢している。すなわち、皿バネ４１は、ボルト３５の頭３５ａと座金３９との間で圧縮されており、その復元力によってマウント部２３からの鉛直な（鉛直中心軸Ａ方向の）押圧力を支持部位１１の滑動面１１ａに付与する押圧力付与部として機能する。なお、１本のボルト３５に挿通された４つの皿バネ４１（弾性部材）は、１枚ずつ交互に上下反転する向きで配列され、４つの皿バネ４１の付勢力が直列に作用する。同じ構成によって滑動面１１ｂもマウント部２４から押圧されている。よって、コイル１０の支持部位１１は、皿バネ４１の付勢力によりマウント部２３，２４によって上下に挟み込まれて支持されている。
【００２４】
皿バネ４１は、例えば、ＳＵＳ３０４−ＣＳＰを材料とし、皿バネ４１の高さ方向の自由長は４．２ｍｍであり、圧縮後の皿バネ４１の高さを３ｍｍとする。皿バネ４１の圧縮により、例えば、コイル１０は、荷重支持部７の１箇所当たり１２５ｋｇの圧縮力で挟持される。このように、マウント部２３とマウント部２４とでコイル１０の支持部位１１を挟み込む挟持力を、皿バネ４１の高さによって管理することができる。そして、低摩擦部材３１の介在による摩擦係数を考慮すれば、上記の挟持力に対応して、マウント部２３，２４と支持部位１１との摩擦力はマウント部１つ当たり、例えば、１２．５ｋｇとなる。この摩擦力によって、通常時においては、コイル１０が荷重支持部７に対して容易に水平に変位せず、コイル１０の熱収縮時には支持部位１１が荷重支持部７に対して円滑に移動する。
【００２５】
続いて、上述した超伝導電磁石１による作用効果について説明する。
【００２６】
コイル１０が冷却され熱収縮したとき、支持部位１１がコイル１０の中央に向けて移動し、支持部位１１に取り付けられたボルト３５、当該ボルト３５に挿通されているカラー部３７、座金３９及び皿バネ４１が、支持部位１１と一緒にコイルの１０中央に向けて移動する。このとき、カラー部３７が長穴３３内及び長穴３３の縁部３３ａを摺動することにより、上記のような支持部位１１の移動が許容される。
【００２７】
上記のように、マウント部２３，２４が、支持部位１１がコイル１０の中心に向かって進退する方向に滑動可能であるように当該支持部位１１を支持しているので、コイル１０の熱収縮時には、支持部位１１がマウント部２３，２４に対して円滑に滑動し、自動的にコイル１０の収縮分が吸収される。従って、何らかの手動操作を行う必要がなく、コイル１０の熱収縮に対応させるための調整作業の手間が低減される。また、皿バネ４１を含む機構による押圧力によって支持部位１１の滑動方向への摩擦力が発生するので、コイル１０がマウント部２３，２４に対して容易に変位することも抑制される。
【００２８】
また、低摩擦部材３１の存在により、支持部位１１とマウント部２３，２４との摩擦が低減され、コイル１０の収縮時には支持部位１１がマウント部２３，２４に対して円滑に移動する。
【００２９】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。例えば、皿バネ４１の復元力によってマウント部２３，２４からコイル１０への押圧力を発生させる機構（押圧力付与部）は、マウント部２３，２４の両方に設けられているが、押圧力付与部は、マウント部２３，２４の何れか一方だけに設けられてもよい。また、押圧力付与部には、皿バネに限られずコイルバネや他の弾性部材を採用してもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１…超伝導電磁石、１０…コイル、１１…支持部位、１１ａ…滑動面、２３…第１のマウント部、２４…第２のマウント部、３１…低摩擦部材、３３…長穴、３３ａ…縁部、３５…ボルト、４１…皿バネ（押圧力付与部、皿バネ）、Ａ…鉛直中心軸。
【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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