(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルと、
前記超電導コイルと閉回路を構成する永久電流スイッチと、
前記永久電流スイッチに取り付けられる第１の電熱ヒータと、
前記永久電流スイッチに対して固定される支持部材と、
前記支持部材に取り付けられる第２の電熱ヒータと、
冷媒または冷凍機によって冷却される第１の冷却部材と、
前記永久電流スイッチと前記第１の冷却部材との間に設置され、前記永久電流スイッチまたは前記第１の冷却部材のいずれか一方と固定される第１の柱状部材と、
を備え、
前記支持部材の熱膨張率が前記第１の柱状部材の熱膨張率よりも高い、
超電導磁石装置。
【請求項２】
前記支持部材は前記第１の冷却部材に固定され、
前記永久電流スイッチは前記第１の冷却部材から前記支持部材を介して支持されている
請求項１に記載の超電導磁石装置。
【請求項３】
前記永久電流スイッチと前記支持部材は略同心の略円筒形状を有し、
前記支持部材が前記第１の冷却部材に対して固定され、
前記永久電流スイッチは前記支持部材に対して固定される
請求項１または請求項２に記載の超電導磁石装置。
【請求項４】
前記永久電流スイッチと前記支持部材とは外径が略同一であって、
前記永久電流スイッチと前記支持部材とは略円筒形状様の外形を有する一個の部材を形成する
請求項３に記載の超電導磁石装置。
【請求項５】
前記第１の柱状部材は、
略円筒形状もしくは略円柱形状を有し、
前記支持部材と略同心上で、かつ前記支持部材の内径側に設置され、
前記永久電流スイッチの内筒面に接する
請求項３または請求項４に記載の超電導磁石装置。
【請求項６】
前記第１の柱状部材は前記第１の冷却部材に固定される
請求項５に記載の超電導磁石装置。
【請求項７】
前記永久電流スイッチに一端が固定され、他端がボルト頭部様の形状を有する第２の柱状部材と、
前記第２の柱状部材が通る孔を形成し、かつ前記ボルト頭部様の部分が前記孔の周囲と接触し固定されうる第２の冷却部材と、
を有し、
前記第２の冷却部材は、前記永久電流スイッチの常伝導転移温度よりも高い温度を有する
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。
【請求項８】
前記第１の柱状部材は前記第２の柱状部材の一部を構成し、
前記第１の柱状部材は前記永久電流スイッチに固定される
請求項７に記載の超電導磁石装置。
【請求項９】
前記永久電流スイッチと前記支持部材との間に設置される板状部材を有し、
前記板状部材は前記支持部材よりも熱伝導率が低く、
前記永久電流スイッチは前記板状部材を介して前記支持部材に固定される
請求項１から請求項８のいずれか1項に記載の超電導磁石装置。
【請求項１０】
前記支持部材が前記第２の電熱ヒータの停止によって収縮した状態において、前記第１の冷却部材と前記第１の柱状部材との接触面に作用する圧力は、
前記支持部材が前記第２の電熱ヒータによる発熱で膨張した状態において、前記第１の冷却部材と前記第１の柱状部材との接触面に作用する圧力よりも高い
請求項１から請求項９のいずれか1項に記載の超電導磁石装置。
【請求項１１】
前記支持部材が前記第２の電熱ヒータの停止によって収縮した状態において、
前記第１の柱状部材は、前記第１の冷却部材および前記永久電流スイッチと接続され、
前記支持部材が前記第２の電熱ヒータによる発熱で膨張した状態において、
前記第１の柱状部材は、前記第１の冷却部材または前記永久電流スイッチと一端で固定され、かつ他端が解放されている
請求項１から請求項１０のいずれか1項に記載の超電導磁石装置。
【請求項１２】
冷媒または冷凍機によって冷却される冷却手段と、
前記冷却手段による冷却によって超伝導状態を維持する、超電導コイルおよび永久電流スイッチと、
を構成に有する超電導磁石装置であって、
前記永久電流スイッチは、
前記冷却手段によって冷却される第１の伝熱部材と、熱スイッチと、
を備え、
前記熱スイッチは、
前記永久電流スイッチを開状態にする際に通電され、前記永久電流スイッチを閉状態にする際に通電が停止される電熱ヒータと、
前記電熱ヒータが取り付けられ、前記永久電流スイッチもしくは前記冷却手段に対して固定される柱状部材と、
を備え、
前記電熱ヒータによる発熱によって前記柱状部材が膨張すると、前記第１の伝熱部材は前記冷却手段との間に空隙を形成し、
前記電熱ヒータの停止によって前記柱状部材が収縮すると、前記第１の伝熱部材は前記冷却手段と接触する
超電導磁石装置。
【請求項１３】
前記超電導磁石装置は、前記冷却手段から断熱された常温部材を有し、
前記永久電流スイッチは第２の伝熱部材を備え、
前記電熱ヒータによる発熱によって前記柱状部材が膨張すると、前記第２の伝熱部材は前記常温部材と接触し、
前記電熱ヒータの停止によって前記柱状部材が収縮すると、前記第２の伝熱部材は前記常温部材との間に空隙を形成する
請求項１２に記載の超電導磁石装置。
【請求項１４】
前記超電導コイルと前記永久電流スイッチを構成する超電導線材の転移温度が25K以上である
請求項１から請求項１３のいずれか1項に記載の超電導磁石装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれか1項に記載の超電導磁石装置を有する静磁場装置と、
前記静磁場装置によって発生する静磁場に傾斜磁場を重畳させる傾斜磁場コイルと、
前記傾斜磁場が重畳された領域に高周波を印加する高周波照射コイルと、
を有す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、超電導磁石装置またはそれを用いた磁気共鳴イメージング装置において、伝導冷却で動作する超電導コイルを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２００３−１３８９２８号広報
【特許文献２】特開２００４−１４２７４４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、超伝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できる超電導磁石装置を提供することを課題とする。また、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できる超電導磁石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、本発明の超電導磁石装置は、超電導コイルと、前記超電導コイルと閉回路を構成する永久電流スイッチと、前記永久電流スイッチに取り付けられる第１の電熱ヒータと、前記永久電流スイッチに対して固定される支持部材と、前記支持部材に取り付けられる第２の電熱ヒータと、冷媒または冷凍機によって冷却される第１の冷却部材と、前記永久電流スイッチと前記第１の冷却部材との間に設置され、前記永久電流スイッチまたは前記第１の冷却部材のいずれか一方と固定される第１の柱状部材と、を備え、前記支持部材の熱膨張率が前記第１の柱状部材の熱膨張率よりも高いものとしている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、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超電導磁石装置を提供できる。また、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超電導磁石装置を提供できる。
【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実施形態の構成要素である永久電流スイッチを構成する熱スイッチの構造を示す部分図である。
【図６】第１実施形態の構成要素である永久電流スイッチを構成する冷却伝熱部材と冷却ステージの接触部分の構造を示す部分断面図である。
【図７】第２実施形態の超電導磁石装置の構成要素である永久電流スイッチ部分の構造と動作を示す模式斜視図である。
【図８】第３実施形態の超電導磁石装置の永久電流スイッチ部分の構造を示す模式斜視図である。
【図９】第３実施形態の超電導磁石装置の永久電流スイッチ部分の構造と動作を示す断面図である。
【図１０】第４実施形態の超電導磁石装置の永久電流スイッチ部分の構造と動作を示す断面図である。
【図１１】第５実施形態の超電導磁石装置の永久電流スイッチ部分の構造と動作を示す断面図である。
【図１２】第６実施形態の超電導磁石装置の永久電流スイッチ部分の構造と動作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との向上が要求される。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】
さらに、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は難しい。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るため、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、超伝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、超伝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。
【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ことから、今後のMRI装置への適用が考えられる。
【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、超伝導状態(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、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。
【００２０】
以下、実施形態を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２１】
図２に示すように、一般のMRI装置１は中空で概略円筒形状の超電導磁石装置100と、超伝導磁石装置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、超伝導磁石装置は撮像空間4に矢印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4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。
【００２２】
超電導磁石装置100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電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(第１の冷却部材)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、超伝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。なお、本実施例においては、冷凍機１２や冷媒によって冷却され、冷却対象物との間に設けられる部材を第１の冷却手段と呼ぶ。
【００２３】
超電導磁石装置１００を静磁場発生源に持つMRI装置１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100外部に置かれた永久電流スイッチ用ヒータ電源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および超電導コイル励磁用電源16の回路構成を示す。
【００２４】
同時に、図３には永久電流スイッチ13を加熱する電熱ヒータ15(第１の電熱ヒータ)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。この時、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。
【００２５】
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13は閉(On)の状態となる。その後、超電導コイル励磁用電源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。超電導コイル励磁用電源16からの電流供給がゼロになった後は、超電導コイル励磁電源16を回路から切り離しても、超電導コイル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。
【００２６】
図４には、解放型と呼ばれるMRI装置１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１００は上下で１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3の鉛直方向5に静磁場を発生させる。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１と同様である。解放型のMRI装置１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3に移動式のベッド7により搬送されるが、撮像空間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。
【００２７】
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１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図示されていない超電導線材が巻き回されている。永久電流スイッチ13を構成する超電導線材の両端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。
【００２８】
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永久電流スイッチ用ヒータ電源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18（第１の柱状部材）によって冷凍機12と接続された冷却ステージ11との間で伝熱経路を形成し、図1(a)に示すように、永久電流スイッチ用ヒータ電源14がOffすなわち永久電流スイッチ13が閉(On)の場合には、冷却用伝熱部材18によって超伝導状態まで冷却される。この時、冷却用伝熱部材18と冷却ステージ11との間は接触21により伝熱経路が構成され、永久電流スイッチ13からは矢印22に示すような熱の流れが生じる。
【００２９】
永久電流スイッチ13はまた、主に熱収縮率の大きな材質からなる熱スイッチ19（支持部材）によって冷却ステージ11から支持されている。熱スイッチ19は、例えばPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)材などの熱収縮の大きな材料を使用する。熱スイッチ19には熱スイッチ加熱用ヒータ20が設置され、永久電流スイッチ13用の電熱ヒータ15および永久電流スイッチ用ヒータ電源14と同一の電気回路を構成している。
【００３０】
なお、加熱スイッチ用ヒータ電源と、永久電流スイッチ用ヒータ電源14とは別の電源でも同一のものであってもよい。一つの電源から電熱ヒータ15および熱スイッチ加熱用ヒータ20の両方に対して電流が供給される回路構成とすることで、後述する永久電流スイッチ13のオンオフ制御と、冷却用電熱部材18を構成に含む伝熱経路の熱伝導率の上昇、抑制の制御を容易に実現することができ、外部からの熱侵入量を増加せずに回路構成も簡単なものとすることができる。
【００３１】
なお、熱スイッチ19は永久電流スイッチ13に一端が固定され、永久電流スイッチ13の位置を決定する部材である。本実施例においては、熱スイッチ19の他端は冷却ステージ11に固定される。なお、冷却用伝熱部材18は、永久電流スイッチ13と冷却ステージ11との間に設置される柱状の部材であって、永久電流スイッチ13または冷却ステージ11のいずれか一方と一端のみで固定される。また、図１において冷却用伝熱部材18は柱状の部材として描写しているが、これは一例に過ぎず、永久電流スイッチ13と冷却ステージ11間との間に設置され、両部材と接触することで一つ伝熱経路を形成可能な部材であれば柱状に限らず任意の形状をとってよい。
【００３２】
図１(a)の永久電流スイッチ13が閉(On)の場合には、永久電流スイッチ用ヒータ電源14からの電力供給は無く、電熱ヒータ15と熱スイッチ加熱用ヒータ20（第２の電熱ヒータ）は共に発熱しない。このため、熱スイッチ19は冷却ステージ11により冷却されるため熱収縮23し、冷却用伝熱部材18と冷却ステージ11間の接触状態21を強固にする。
【００３３】
永久電流スイッチ13が開(Off)の場合は、図1(b)に示すように、永久電流スイッチ用ヒータ電源14から電力が供給され、電熱ヒータ15と熱スイッチ加熱用ヒータ20が発熱する。これにより、永久電流スイッチ13と熱スイッチ19が温度上昇すると共に、熱スイッチ19は矢印23に示すように熱膨張する。
【００３４】
一方、冷却用伝熱部材18と冷却ステージ11間には空隙21が生じ、換言すると冷却用伝熱部材18が他部材に対して固定されていない端部が解放状態となり、冷却用伝熱部材18を介した永久電流スイッチ13から冷却ステージへの熱の流れが妨げられる。従って、永久電流スイッチ13の冷却経路(伝熱経路)が無くなることにより温度上昇が加速される。なお、図1(c)に示すように、永久電流スイッチ13開(Off)時の空隙は冷却ステージ11に設置された冷却用伝熱部材18と永久電流スイッチ13の間にあっても良い。
【００３５】
なお、熱スイッチ19の熱収縮の特性、すなわち熱膨張率は冷却用伝熱部材18よりも高いことが望ましい。熱スイッチ19が冷却用伝熱部材18よりも収縮しやすい材質であることによって、熱スイッチ加熱用ヒータ20の発熱を停止し、熱スイッチ19が冷却ステージ11と温度が等しくなった場合においても、冷却用伝熱部材18を冷却ステージ11に押し付ける圧力が発生する。この圧力があることによって、冷却ステージ11、永久電流スイッチ13および冷却用伝熱部材18によって形成される伝熱経路の熱抵抗を低くすることができる。なお、この圧力を高めるという観点からは、特に永久電流スイッチ13から冷却ステージ11に向かう方向軸において、熱スイッチ19として説明した永久電流スイッチ13の支持部材の線膨張率が、同方向軸において、冷却用伝熱部材18として説明した第１の柱状部材の線膨張率よりも高いことが望ましい。
【００３６】
また、熱スイッチ19と冷却用伝熱部材18との高さ、つまり永久電流スイッチ13から冷却ステージ11に向かう軸における長さは、本実施例の超電導磁石装置を利用する環境下において、熱スイッチ13を最大に膨張させたときに冷却用伝熱部材18は熱スイッチ19と等しいかもしくは少し短くなる程度がよい。長さが等しい場合は、熱スイッチ19が最大に膨張したときも冷却用伝熱部材18と冷却ステージ11との間に空隙が形成されず、冷却用伝熱部材18と冷却ステージ11から形成される伝熱経路の熱伝導率は、各部材間にはたらく面圧の大きさが熱スイッチ19の膨張度合によって変化し調整される。熱スイッチ19の強度を十分に高くできない場合は、このような構造を採用し、冷却用伝熱部材18も支持構造として利用し、永久電流スイッチ13を取り巻く構造を強固なものにできる。
【００３７】
一方、冷却用伝熱部材18を熱スイッチ19よりも短くすると、熱スイッチ19が最大に膨張したときに、冷却用伝熱部材18と冷却ステージ11との間は空隙が形成され、これらから形成される伝熱経路は物理的に遮断される。このような構造を採ることで、伝熱経路を物理的に遮断、接続することが可能となって、永久電流スイッチ13の高速なオン・オフが可能となる。
【００３８】
このように本実施例の超電導磁石装置100は、電熱ヒータ15の発熱によって永久電流スイッチ13を常伝導転移させるタイミングに同期して、熱スイッチ用加熱ヒータ20に対し通電させ、その発熱によって熱スイッチ19を膨張させることによって、冷却用伝熱部材18を介した永久電流スイッチ13と冷却ステージ11間の伝熱速度を低減させ、永久電流スイッチ13に対して電熱ヒータ15から付与される熱量が冷却ステージ11に逃げる割合を減らし、永久電流スイッチ13を高速に常伝導転移させることができる。
【００３９】
また電熱ヒータ15を停止し永久電流スイッチ13を超電導状態に移行させるタイミングに同期して、熱スイッチ用加熱ヒータ20の通電を停止し、熱スイッチ19が冷却ステージ11から冷却を受け収縮することによって、冷却用伝熱部材18を介した永久電流スイッチ13と冷却ステージ11間の伝熱速度を増大させ、永久電流スイッチ13から冷却ステージ11へ熱量を移動させる効率を上昇させることによって、永久電流スイッチ13を高速に超電導状態に移行させることができる。
【００４０】
図５には、第１実施例の熱スイッチ部分の拡大図を示す。熱スイッチ19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、冷却ステージ11側に熱収縮・膨張部材24、永久電流スイッチ13側に断熱部材25(板状部材)が積層されて構成されている。熱収縮・膨張部材24は、熱収縮率の大きな材料(例えばPTFE)が使用され、断熱部材25には例えばガラス繊維強化樹脂等が用いられる。熱スイッチ加熱用ヒータ20は、熱収縮・膨張部材24に対して設置され、熱収縮・膨張部材24を温度変化させる。断熱部材25は永久電流スイッチ13から冷却ステージ11への熱の流れを防ぎ、電熱ヒータ15の通電加熱時に熱スイッチ19を介して永久電流スイッチ13が冷却されることを防止する。また、熱収縮・膨張部材24が直接冷却ステージ11に対して固定されているため、熱スイッチ加熱用ヒータ20の通電を停止すると、速やかに熱収縮・膨張部材24から冷却ステージ11へ熱が吸収され温度が低下し、熱収縮・膨張部材24は収縮する。
【００４１】
なお、断熱部材25は冷却ステージ11側に設置されていてもよい。また、断熱部材25と熱収縮・膨張部材24との接触面方向における熱膨張率は近しいことが望ましい。この特性が近しいことによって、２つの部材間の接着強度を維持することが可能となり、剥離を防止する効果を奏するためである。
【００４２】
なお、上述の例では、熱スイッチ19と冷却用伝熱部材18とが共に永久電流スイッチ13と冷却ステージ１１との間に設置される例を説明したが、熱スイッチ19は例えば冷却ステージ11とは異なる部材に他端が固定されていてもよい。この場合、熱スイッチ19の膨張・収縮の動きの方向が、永久電流スイッチ13から冷却ステージ11に向かう軸方向とおおよそ一致していれば、永久電流スイッチ13を冷却ステージ11に近づけることと遠ざけることの両方の動きが実現できる。
【００４３】
したがって、例えば、図１に示す例であれば、熱スイッチ19の一端が永久電流スイッチ13に固定され、熱スイッチ19は鉛直線方向の上側に向かって伸び、他端が冷却ステージ11とは異なる部材に固定されていてもよい。なお、他端が固定されている部材の温度が冷却ステージ11よりも高い場合は、他端側にも断熱部材25を設けておくとよい。また、熱収縮・膨張部材24を冷却するために気化した冷媒環境下に配置しておくとよい。
【００４４】
図６には、第１実施例の冷却用伝熱部材18と冷却ステージ11の間の接触または空隙を生じさせる構造の例を示している。永久電流スイッチが閉(On)の場合、冷却用伝熱部材18と冷却ステージ11の間は接触による熱伝達が生じる。接触熱伝達は一般に固体の熱伝導に対して熱抵抗が大きいのでこれを小さくする必要がある。
【００４５】
図６(a)は接触部分の面積を小さくした例である。本実施形態では熱スイッチ19の熱収縮に伴う変位量では充分な面圧が期待できない場合に好適な形状である。図６(b)には、接触熱伝達を向上させるために、接触面に熱伝導率の良好な柔軟性部材26を使用した例である。
【００４６】
熱スイッチ19の熱収縮により冷却用伝熱部材18と冷却ステージ11の間に面圧が発生すると、柔軟性部材26が変形し、接触面の隙間が原因で生じる接触熱抵抗を低減することが出来る。柔軟性部材の材質としては、例えばインジウムなどの極低温においても柔軟で熱伝導率の良好な金属が適当である。
【００４７】
図６(c)には、冷却ステージ11に形成された穴に、先端がテーパー状の冷却用伝熱部材18をはめ込む構造を示している。本形態は熱スイッチ19により大きな熱収縮量が得られる場合に好適な方法である。接触面がテーパー状となることにより、熱スイッチ19が熱収縮するに従い、接触面圧が徐々に増加する。これにより、冷却用伝熱部材18と冷却ステージ11との接触を強固にする。
【００４８】
図６(d)または(e)には、冷却用伝熱部材18と冷却ステージ11との接触面のどちらかが、バネ状に変形するような薄板部を形成した実施形態を示している。図６(d)は冷却用伝熱部材18が、図６(e)は冷却ステージ11の接触部分がバネ形状27となっており、熱スイッチ19が熱収縮することによる変位でバネ形状部分が変形することで接触面積を大きくしつつ、バネの反発力により接触面圧を保持することが出来る。
【００４９】
なお、図６の各形状は冷却用伝熱部材18と冷却ステージ11の間の接触熱伝達を大きくする形状について述べたが、接触・空隙部分が永久電流スイッチ13と冷却用伝熱部材18の間に設置される場合も同様に適用できる。
【００５０】
なお、上述の例では、冷却ステージ11が伝熱経路の一部を構成する超電導磁石装置100について説明したが、冷却ステージ11の代わりに液体もしくは固体の冷媒を用いてもよい。この場合、冷却用伝熱部材18は永久電流スイッチ13に固定されるか、もしくは冷媒を貯留するための冷媒容器の底部に固定される。したがって、この場合は、冷却ステージ11に代わって、冷媒容器が第１の冷却部材としてふるまう。なお、冷媒は冷媒容器内を完全に充填する必要はない。例えば永久電流スイッチ13には接触しない程度が貯留されていれば、先に説明した熱スイッチ19によって伝熱経路の熱伝導率が調整され、永久電流スイッチ13のオン・オフ制御を速やかに実行することができる。また冷媒を冷媒容器内に充填させる必要が無いため、冷媒の使用量を抑制する効果を奏する。
【００５１】
以上で説明したように本実施例の超電導磁石装置１００は、超電導コイル１０と、超電導コイル１０と閉回路を構成する永久電流スイッチ１３と、永久電流スイッチ13に取り付けられた電熱ヒータ15(第１の電熱ヒータ)と、永久電流スイッチ１３に固定され、永久電流スイッチを支持する熱スイッチ19（支持部材）と、熱スイッチ19に取り付けられる熱スイッチ加熱用ヒータ20（第２の電熱ヒータ）と、冷媒または冷凍機によって冷却される冷却ステージ11（第１の冷却部材）と、永久電流スイッチ13と冷却ステージ11との間に設置され、永久電流スイッチ13または冷却ステージ11のいずれか一方と固定された冷却用伝熱部材18(第１の柱状部材)とを構成に有する。また熱スイッチ19の熱膨張率が冷却用伝熱部材18の熱膨張率よりも高くなるように設計される。
【００５２】
このような超電導磁石装置１００によれば、永久電柱スイッチ13を開状態にする場合は、永久電流スイッチ13に取り付けられた電熱ヒータ15が通電され発熱する。これと同期して、熱スイッチ19に取り付けられた熱スイッチ加熱用ヒータ20が通電され発熱する。この発熱によって温度が上昇した熱スイッチ19は膨張し、永久電流スイッチ13、冷却ステージ11および冷却用電熱部材18とから形成される伝熱経路を遮断、あるいは伝熱経路の熱伝導率を低下させ、永久電流スイッチ13に対して電熱ヒータ15から効率的に熱が付与されるような状態を作るため、永久電流スイッチ13は速やかに常伝導転移する。
【００５３】
また、永久電柱スイッチ13を閉状態にする場合は、永久電流スイッチ13に取り付けられた電熱ヒータ15の通電が停止し発熱も停止する。これと同期して、熱スイッチ19に取り付けられた熱スイッチ加熱用ヒータ20も同様に停止する。これによって温度が上昇し膨張していた熱スイッチ19は、冷却ステージ11に熱を奪われ温度が低下し収縮する。それによって永久電流スイッチ13、冷却ステージ11および冷却用電熱部材18とから形成される伝熱経路が接続、あるいは伝熱経路の熱伝導率が上昇し、永久電流スイッチ13から効率的に冷却ステージ11に向かって熱を効率的に移動させることができ、永久電流スイッチ13を速やかに転移温度以下へ変化させることができる。
【００５４】
すなわち、本実施例の超電導磁石装置100は、速やかに永久電流スイッチ13のオン・オフを切り替えることができる。また、伝熱経路の接続・遮断、もしくは熱伝導率を調整する機構が真空容器もしくは輻射シールド内部のみで構成されえるため、外部と接続された駆動機構等が無く、熱の進入路の少ない安定的な超電導磁石装置100を提供することができる。また侵入熱が少ないため、冷凍機12の消費電力等を抑制することも可能となる。
【００５５】
また、本実施例で説明した超電導磁石装置100は、転移温度が25K以上であるいわゆる高温超電導線材を利用する場合に特に有用である。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、常伝導転移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、超伝導状態(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、ヒータ出力を増す必要があったが、本実施例で説明した構造によれば、超電導状態を維持すべき期間は伝熱経路の熱伝導率を高めて冷却性能を向上させ、常伝導転移すべき期間は伝熱経路の熱伝導率を下げる又は伝熱経路を遮断することによって、加熱の効率を高めることができる。
【００５６】
また本実施例で説明した超電導磁石装置100を利用したMRI装置１であれば、安定な永久電流通電を実現できるため、良好な画質を得ることが可能となる。
【実施例２】
【００５７】
本発明における第２実施形態の超電導磁石装置またはそれを用いたMRI装置における永久電流スイッチ部分の構成と動作を図７に示す。
【００５８】
永久電流スイッチ13、永久電流スイッチ用ヒータ電源14、電熱ヒータ15、熱スイッチ19および熱スイッチ加熱用ヒータ20の構成は第１実施形態と同じである。本実施例における永久電流スイッチ13は、図７(a)に示すように、永久電流スイッチ13が閉(On)時では冷却ステージ11aから冷却用伝熱部材18aを介して冷却され、永久電流スイッチが開(Off)時では図７(b)に示すように加熱用伝熱部材18b（第２の柱状部材）を介して加熱ステージ11b（第２の冷却部材）から熱が流入することにより、温度上昇を加速することが出来る。
【００５９】
冷却ステージ11aは、超電導磁石装置の冷却手段に２段冷凍機を使用している場合、冷凍機の低温端(2ndステージ)に接続され、液体冷媒を使用している場合は液体冷媒で冷却されている。一方加熱ステージ11bは、２段冷凍機の場合は高温端(1stステージ)、輻射シールドまたは真空容器など永久電流スイッチの常伝導転位温度よりも高い部材に接続されている。
【００６０】
すなわち、図７(a)の永久電流スイッチが閉(On)時では、熱スイッチ19の熱収縮により冷却用伝熱部材18aと冷却ステージ11aの間が接触21aし、加熱用伝熱部材18bと加熱ステージ11bの間に空隙21bが生じる。一方、図７(b)の永久電流スイッチが開(Off)時では、熱スイッチ19の熱膨張により、加熱用伝熱部材18bと加熱ステージ11bが接触21bし、冷却用伝熱部材18aと冷却ステージ11aとの間に空隙が生じる。
【００６１】
なお、加熱用伝熱部材18bは、図７に示すように、一端が永久電流スイッチ13に固定され、かつ他端がボルトの頭部様の形状を有する部材であって、加熱ステージ11bに形成された孔を貫くように設置される。なお、加熱ステージ11bに形成された孔は、ボルトの頭部様の形状を有する部分よりも小さいため、熱スイッチ19が収縮する際には、この部分が加熱ステージ11bに嵌めこまれ、このボルト頭部様の底面が加熱ステージ11bに押し当てられるように動作する。なお、ここでいるボルト頭部様という表現は、図７を簡単に説明するために用いている語であって、他端が膨大部を有していればよい。
【００６２】
また加熱用伝熱部材18bの他端と、加熱ステージ11bとの接合部は図７に示すようにテーパー形状を有することで接触面積を拡大し、また加熱ステージ11bに対する加熱用伝熱部材18bの設置精度に有る程度の余裕を持たせることができる。
【００６３】
本実施例によれば、より小さい電熱ヒータ容量とヒータ電源を使用して永久電流スイッチ13の開閉が可能となり、超伝導磁石装置100の冷媒消費や冷凍機12の消費電力を低減することが可能である。
【実施例３】
【００６４】
本発明における第３実施形態の超電導磁石装置100またはそれを用いたMRI装置１に適用される永久電流スイッチ13に関し、図８に部分斜視図、図９に部分断面図を示す。
【００６５】
本実施形態では、永久電流スイッチ13と熱スイッチ19は概略同心の概略円筒を重ねて設置しており、冷却用伝熱部材18はそれらの円筒と概略同一中心軸を持ち、それらの円筒の内筒面に接する筒状の部材として、あるいはそれらの円筒の内径側に設置される柱状の部材である。また、永久電流スイッチ13と熱スイッチ19とは外径が略同一とした場合、永久電流スイッチ13と熱スイッチ19とを積層した構造は、略円筒形状様の外形を有する一個の部材とも見なすことができる。なお、冷却用伝熱部材18は内部が密な中実部材であってもよい。
【００６６】
なお、ここで言う概略同心とは、厳密に同心であることに限らず、現実の設計上、同心とみなしうる配置関係を言う。また、ここでいう円筒とは、厳密な円筒形状であることに限らず、例えば角柱であってもよいし、熱スイッチ19に関して言えば環状に複数の柱状部材が設置されているものであってもよい。
【００６７】
永久電流スイッチ13は熱スイッチ19を介して冷却ステージ11から支持され、永久電流スイッチ13が閉(On)の場合は熱スイッチ19の熱収縮により冷却用伝熱部材18と冷却ステージ11間が接触し、永久電流スイッチ13が開(Off)時は熱スイッチ19の熱膨張により冷却用伝熱部材18と冷却ステージ11間に隙間を生じるのは第１実施形態と同様である。また、隙間21を形成せずとも、冷却用伝熱部材18と冷却ステージ11間の面圧が、永久電流スイッチ13が閉の場合は高い状態で維持され、永久電流スイッチ13が開の場合は低い状態で維持されるように構成してもよい。
【００６８】
なお、図9に示すように、本実施例においては、冷却用伝熱部材18の高さ方向の長さは、永久電流スイッチ18と最大に膨張した熱スイッチ19とを積層した高さよりもわずかに短いことが望ましい。また、冷却用伝熱部材18は永久電流スイッチ13の内筒面に少なくとも端部の側面が固定され、冷却ステージ11と反対側の端部面が揃うように設置するとよい。このように設置することによって、熱スイッチ19を最大に膨張させたときに空隙21が形成され、すなわち永久電流スイッチ13と冷却ステージ11との伝熱経路を遮断することができる。
【００６９】
このような構成とすることで、永久電流スイッチ13の支持構造を簡略化でき、装置の振動等に対してより強固に支持することができる。
【実施例４】
【００７０】
本発明における第４実施形態の部分断面図を図１０に示す。
【００７１】
本実施形態では、永久電流スイッチ13は第３実施形態と同様に熱スイッチ19と同一の中心軸を持つ円筒形状で互いに接続されている。また、冷却ステージ11を底とした場合、冷却ステージ11に対して断熱部材25が設置され、この上に永久電流スイッチ13側が設置され、更にその上部に熱スイッチ19が積層される。
【００７２】
また、冷却用伝熱部材18は断面がT字形状を有しており、T字の縦線部分が永久電流スイッチ13および熱スイッチ19によって形成された円筒状部材の内筒面に接触するように挿入され、T字の横線部分が熱スイッチ19の上端部を覆うように張り出した構造を採る。またT字形状の冷却ステージ11に近い方の端部と、冷却ステージ11との間には空隙21が形成されるように、熱スイッチ19の最大膨張時における大きさを考慮して、冷却用伝熱部材18の大きさを設計するとよい。
【００７３】
このような構造を採る本実施形態においては、熱スイッチ19の熱収縮・熱膨張に伴う永久電流スイッチ13の位置の移動がないため、永久電流スイッチ13を構成する超電導線材には変形に伴う応力が発生せず、永久電流スイッチが閉(On)である超伝導状態において、より安定な通電動作が期待できる。
【実施例５】
【００７４】
本発明における第５実施形態の部分断面図を図１１に示す。
【００７５】
本実施形態では、永久電流スイッチ13は第３実施形態と同様に熱スイッチ19と同一の中心軸を持つ円筒形状で断熱部材25を介して接続されている。永久電流スイッチ13は、熱スイッチ19を介して冷却ステージ11から支持されている。
【００７６】
また、冷却用伝熱部材18は第３実施形態と同様の永久電流スイッチ13と熱スイッチ19と同じ中心軸を持つ概略円筒形状で中心軸側に設置されているが、冷却用伝熱部材18は冷却ステージ11に固定されており、熱スイッチ19の熱収縮または熱膨張に伴い、冷却用伝熱部材と永久電流スイッチの間に接触または空隙21を生じる。
【００７７】
すなわち図11に示すように、本実施例では、冷却用伝熱部材18は冷却ステージ11との接触面に対して、これと反対の端面が小さくなるような円錐あるいは円錐台の形状を有している。したがってその断面は図11に示すようなテーパー形状を成す。一方で、永久電流スイッチ13の内筒面は、この冷却用伝熱部材18のテーパー形状に対する逆テーパー形状を有し、これによって、熱スイッチ19の最大膨張時において、冷却用伝熱部材18と永久電流スイッチ13との接触面積を広く確保することができるため、永久電流スイッチ13から、より速やかに熱を吸収し温度を下げることができる。
【００７８】
本実施例によれば、永久電流スイッチが開(Off)時の熱容量を低減すると共に、冷却用伝熱部材が常に冷却ステージで低温に保たれているために、電熱ヒータ容量の低減と、永久電流スイッチを高速に開閉することができる。
【実施例６】
【００７９】
本発明における第６実施形態の部分断面図を図１２に示す。
【００８０】
本実施形態では、永久電流スイッチ13は第３実施形態と同様に熱スイッチ19と同一の中心軸を持つ円筒形状で、断熱部材25を介して互いに接続されている。冷却ス永久電流スイッチ13は、熱スイッチ19を介して冷却ステージ11から支持されている。
【００８１】
また、冷却用伝熱部材18は第３実施形態と同様の永久電流スイッチ13と熱スイッチ19と同じ中心軸を持つ概略円筒形状で中心軸側に設置され、永久電流スイッチ13に対して少なくとも端部側面が固定されている。
【００８２】
本実施例では、永久電流スイッチ13が閉(On)となる、すなわち熱スイッチ19の熱収縮時には、冷却用伝熱部材18は冷却ステージ11aと接触21aし、加熱ステージ11bとの間には空隙21bを生じる。一方、永久電流スイッチ13が開(Off)の場合には、冷却用伝熱部材18は冷却ステージ11aとの間に空隙21aが生じ、加熱ステー11bジと接触する。したがって、冷却用伝熱部材18は先に述べた加熱用伝熱部材18ｂを一部に取り込んだ部材、あるいは兼ねたものであって、冷却ステージ11aと加熱ステージ11ｂ(第２の冷却部材)のいずれと接触するかによって果たす役割が異なる。なお、加熱ステージ11ｂは例えば常温の部材であってもよい。このような構造を採用することで部品点数を減らしながらも、永久電流スイッチ13の速やかなオン・オフ制御を実現することが可能となる。
【００８３】
なお、本実施例における冷却用伝熱部材18は、例えば図12に示すように、永久電流スイッチ13および熱スイッチ19の内筒側に設置される部分は、柱状もしくは筒状の形状を有し、冷却ステージ11aを通過する部分は緩やかに細くなるような逆テーバー形状を有し、そこから加熱ステージ11bを通過する部分までは緩やかに太くなるようテーパー形状を有している。
【００８４】
また、冷却ステージ11aは冷却用伝熱部材18が通過するための孔が設けられ、この孔の周囲は先に述べた冷却用伝熱部材18に形成された逆テーパー形状に対して接触面積を広く確保できる形状を有し、加熱ステージ11ｂも同様に冷却用伝熱部材18が通過するための孔が設けられ、この孔の周囲は先に述べた冷却用伝熱部材18に形成されたテーパー形状に対して広く接触面積を確保できる形状を有している。
【００８５】
そのため、本実施例においては、永久電流スイッチ19を閉状態にする場合は、冷却用伝熱部材18と冷却ステージ11aとの接触面積を広く確保できるため、速やかに永久電流スイッチ19の温度を低下させることができる。また、永久電流スイッチ19を開状態にする場合は、冷却用伝熱部材18と加熱ステージ11bとの接触面積を広く確保できるため、速やかに永久電流スイッチ19の温度を上昇させることができる。
【００８６】
本実施形態によれば、冷却用伝熱部材18は永久電流スイッチ13の冷却だけでなく、加熱にも利用可能であるため、電熱ヒータ容量の低減による冷媒消費または冷凍機消費電力の削減と、永久電流スイッチ13の高速な開閉動作が可能となる。なお、第２から第６の何れの実施形態においても、図６に示した各構造により、冷却用伝熱部材18と冷却・加熱ステージ11a,11b間、または冷却用伝熱部材18と永久電流スイッチ13間の固体接触に伴う熱抵抗を低減することができる。
【００８７】
なお、以上で説明した各実施形態はいずれも自由に組み合わせて利用することができる。また、磁気共鳴イメージング装置に限ることなく、超電導体を使う加速器をはじめ超電導応用機器一般に広く適用することが可能である。
【００８８】
いずれの実施形態であっても超電導磁石装置100は、速やかに永久電流スイッチ13のオン・オフを切り替えることができる。また、伝熱経路の接続・遮断、もしくは熱伝導率を調整する機構が真空容器もしくは輻射シールド内部のみで構成されえるため、外部と接続された駆動機構等が無く、熱の進入路の少ない安定的な超電導磁石装置100を提供することができる。また侵入熱が少ないため、冷凍機12の消費電力等を抑制することも可能となる。
【００８９】
また、各実施例で説明した超電導磁石装置100は、転移温度が25K以上であるいわゆる高温超電導線材を利用する場合に特に有用である。本実施例で説明した構造によれば、超電導状態を維持すべき期間は伝熱経路の熱伝導率を高めて冷却性能を向上させ、常伝導転移すべき期間は伝熱経路の熱伝導率を下げる又は伝熱経路を遮断することによって、加熱の効率を高めることができるため、超電導磁石装置100の動作環境における定常温度と、超電導線材の転位温度との間に差があったとしても、速やかな励磁、消磁作業を実現し、作業効率の向上に貢献することができる。
【符号の説明】
【００９０】
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  静磁場の方向を示す矢印
６  被検者
７  可動式ベッド
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
１１a 冷却ステージ（第１の冷却部材）
１１b 加熱ステージ（第２の冷却部材）
１２  冷凍機
１３  永久電流スイッチ
１４  永久電流スイッチ用ヒータ電源
１５  電熱ヒータ（第１の電熱ヒータ）
１６  超電導コイル励磁用電源
１７  永久電流スイッチを構成する超電導線材の両端部
１８  冷却用伝熱部材（第１の柱状部材）
１８a 冷却用伝熱部材
１８b 加熱用伝熱部材（第２の柱状部材）
１９  熱スイッチ（支持部材）
２０  熱スイッチ加熱用ヒータ（第２の電熱ヒータ）
２１  接触または空隙位置を示す
２２  熱の流れを示す矢印
２３  熱スイッチの熱収縮または膨張を示す矢印
２４  熱収縮・膨張部材
２５  断熱部材
２６  柔軟性部材
２７  バネ形状部分
１００  超電導磁石装置
【図１】
0006453185.tif 000002
【図２】
0006453185.tif 000003
【図３】
0006453185.tif 000004
【図４】
0006453185.tif 000005
【図５】
0006453185.tif 000006
【図６】
0006453185.tif 000007
【図７】
0006453185.tif 000008
【図８】
0006453185.tif 000009
【図９】
0006453185.tif 000010
【図１０】
0006453185.tif 000011
【図１１】
0006453185.tif 000012
【図１２】
0006453185.tif 000013