(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻枠と、
前記巻枠に巻回されたコイルと、
前記コイルの中心軸に沿った方向の一端側に設けられた伝熱部材と、
前記コイルの前記中心軸に沿った方向の他端側に設けられたコイル支持部材と、
前記伝熱部材を支持する第１荷重支持部と、
前記コイル支持部材を支持する第２荷重支持部と、
前記伝熱部材に熱的に接続された冷却源と、を備え、
前記伝熱部材は、前記コイル支持部材より伝熱性が高く、前記コイルの前記一端側において、前記巻枠に熱的に接続され、
前記コイル支持部材は、前記伝熱部材より剛性が高く、前記コイルの前記他端側において、前記巻枠に接続され、
前記コイルの前記他端側において、前記巻枠と前記コイル支持部材とは熱的に遮断されて接続される、超伝導電磁石装置。
【請求項２】
巻枠と、
前記巻枠に巻回されたコイルと、
前記コイルの中心軸に沿った方向の一端側に設けられた伝熱部材と、
前記コイルの前記中心軸に沿った方向の他端側に設けられたコイル支持部材と、
前記伝熱部材を支持する第１荷重支持部と、
前記コイル支持部材を支持する第２荷重支持部と、
前記伝熱部材に熱的に接続された冷却源と、を備え、
前記伝熱部材は、前記コイル支持部材より伝熱性が高く、前記コイルの前記一端側において、前記巻枠に熱的に接続され、
前記コイル支持部材は、前記伝熱部材より剛性が高く、前記コイルの前記他端側において、前記巻枠に接続され、
前記コイルの前記他端側において、前記巻枠と前記コイル支持部材とは断熱部材を介して接続される、超伝導電磁石装置。
【請求項３】
前記コイルの前記他端側において、前記巻枠と前記コイル支持部材とはバネ部材を介して接続される、請求項１に記載の超伝導電磁石装置。
【請求項４】
前記中心軸を中心にして同心状に配置された複数の前記巻枠を備え、
複数の前記巻枠のそれぞれに前記コイルが卷回され、
前記コイル支持部材は、それぞれの前記コイルの前記他端側において、複数の前記巻枠に接続される、請求項１〜３の何れか一項に記載の超伝導電磁石装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導電磁石装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超伝導電磁石装置として、例えば特許文献１に記載された装置が知られている。この装置は、軸線を中心にして同心状に配置された複数の超伝導コイルを備え、コイルの軸線方向における両端には熱伝導性を有する伝熱部材が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−９３３０８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、上述のような超伝導電磁石装置では、クエンチが発生しコイルに強大な電磁力が作用した際、コイルに接続された伝熱部材が変形してしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は、クエンチが発生しコイルに強大な電磁力が作用しても、コイルに接続された伝熱部材の変形を抑制することができる超伝導電磁石装置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】
【０００６】
本発明に係る超伝導電磁石装置は、巻枠と、巻枠に巻回されたコイルと、コイルの中心軸に沿った方向の一端側に設けられた伝熱部材と、コイルの中心軸に沿った方向の他端側に設けられたコイル支持部材と、伝熱部材を支持する第１荷重支持部と、コイル支持部材を支持する第２荷重支持部と、伝熱部材に熱的に接続された冷却源と、を備え、伝熱部材は、コイル支持部材より伝熱性が高く、コイルの一端側において、巻き枠に熱的に接続され、コイル支持部材は、伝熱部材より剛性が高く、コイルの他端側において、巻き枠に接続される。
【０００７】
超伝導電磁石装置では、コイルの中心軸に沿った方向の一端側には伝熱部材が設けられ、コイルの中心軸に沿った方向の他端側には伝熱部材より剛性が高いコイル支持部材が設けられている。超伝導電磁石装置では、クエンチの発生に伴ってコイルに強大な電磁力が作用する場合がある。従って、上述の巻枠を介してコイルに接続された伝熱部材にも強大な荷重が作用する可能性がある。コイルの中心軸に沿った方向の他端側に設けられているコイル支持部材は、剛性が伝熱部材より高いため、クエンチの発生に伴ってコイルに強大な電磁力が作用しても、コイルを安定して支持することができコイルに接続された伝熱部材の変形を抑制することができる。
【０００８】
超伝導電磁石装置は、中心軸を中心にして同心状に配置された複数の巻枠を備え、複数の巻き枠のそれぞれにコイルが卷回され、コイル支持部材は、それぞれのコイルの他端側において、複数の巻き枠に接続されてもよい。複数のコイルを備えている場合、クエンチの発生に伴って複数のコイルに更に強大な電磁力が作用する。このような場合であっても複数のコイルを安定して支持することができ巻枠を介してコイルに接続された伝熱部材の変形を抑制することができる。
【０００９】
超伝導電磁石装置では、コイルの他端側において、巻枠とコイル支持部材とは熱的に遮断されて接続されてもよい。これにより、励磁の際にコイル支持部材で発生した渦電流によるジュール熱がコイルに移動することを抑制し、冷却源の冷却効率を向上させることができる。
【００１０】
超伝導電磁石装置では、コイルの他端側において、巻枠とコイル支持部材とは断熱部材を介して接続されてもよい。これにより、励磁の際にコイル支持部材で発生した渦電流によるジュール熱がコイルに移動することを抑制し、冷却源の冷却効率を向上させることができる。
【００１１】
超伝導電磁石装置では、コイルの他端側において、巻枠とコイル支持部材とはバネ部材を介して接続されてもよい。これにより、クエンチの発生に伴ってコイルに強大な電磁力が作用しても、コイルを更に安定して支持することができ、巻枠を介してコイルに接続された伝熱部材の変形を抑制することができる。また、励磁の際にコイル支持部材で発生した渦電流によるジュール熱がコイルに移動することを抑制し、冷却源の冷却効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、超伝導電磁石装置において、クエンチが発生しコイルに強大な電磁力が作用しても、コイルに接続された伝熱部材の変形を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る超伝導電磁石装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１のＡ部を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明に係る超伝導電磁石装置を用いたサイクロトロンの概略構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１５】
図１は、本発明に係る超伝導電磁石装置の概略構成を示す断面図である。超伝導電磁石装置１は、強磁場を発生させるための装置であり、例えば、強磁場発生用電磁石に用いられる。図１に示されるように、超伝導電磁石装置１は、円環状の真空容器２と、真空容器２内に配置された円環状の熱シールド３と、熱シールド３の中心部に設けられた胴体４と、熱シールド３内に配置された超伝導電磁石１０と、ＧＭ冷凍機（冷却源）６と、伝熱板７と、第１荷重支持部８と、第２荷重支持部９と、を備えている。真空容器２は、クライオスタットとも呼ばれる。胴体４は、例えばＳＵＳ３０４やアルミ製であり、その内部は室温領域となっている。
【００１６】
超伝導電磁石１０は、中心軸Ｘを中心にして同心状に配置された４個の円環状のコイル１１、１２、１３及び１４を備えている。コイル１１、１２、１３及び１４は、径方向に重なるように配置された多層のコイル体である。超伝導電磁石１０は、ＧＭ冷凍機６により冷却されて超伝導状態とされたコイル１１、１２、１３及び１４に電流を流すことにより、強力な磁場を発生させる。
【００１７】
以下、超伝導電磁石１０の構成についてより詳しく説明する。超伝導電磁石１０は、第１コイル部５０Ａ、第２コイル部５０Ｂ、第３コイル部５０Ｃ、第４コイル部５０Ｄ、伝熱部材２０、コイル支持部材３０及び中間部材４０を有している。
【００１８】
第１コイル部５０Ａは、コイル１１および巻枠１５を有し、超伝導電磁石１０の最も内側（すなわち中心軸Ｘ側）に設けられている。第１コイル部５０Ａの径方向外方には、第１コイル部５０Ａと同様にして構成された第２コイル部５０Ｂと、第３コイル部５０Ｃと、第４コイル部５０Ｄとがこの順に配置されている。第２コイル部５０Ｂは、コイル１２及び巻枠１６を有している。第３コイル部５０Ｃは、コイル１３及び巻枠１７を有している。第４コイル部５０Ｄは、コイル１４及び巻枠１８を有している。
【００１９】
巻枠１５はステンレス製の筒状部材であり、本体部１５ａを有し、その中心軸Ｘ方向における両端には伝熱部材２０及び中間部材４０を接触させるフランジ部１５ｂ及びフランジ部１５ｃが設けられている。図１に示されるように、巻枠１６、１７及び１８も巻枠１５と同様に形成されている。コイル１１、１２、１３及び１４は、巻枠１５、１６、１７及び１８の外周側に巻線が巻回されて、この巻線がエポキシ樹脂等の接着剤により固化されることにより形成される。
【００２０】
第１コイル部５０Ａ、第２コイル部５０Ｂ、第３コイル部５０Ｃ及び第４コイル部５０Ｄにおいて、巻線の材質は同じであってもよいし、巻線の材質を異ならせてもよい。たとえば、コイル１１，１２はニオブ３スズ（Ｎｂ３Ｓｎ）超伝導線材からなる巻線を用い、コイル１３，１４はニオブチタン（ＮｂＴｉ）超伝導線材からなる巻線を用いてもよい。
【００２１】
コイル１１と、コイル１２と、コイル１３と、コイル１４とでは、中心軸Ｘ方向の長さ、すなわち高さが異なっている。コイル１１、１２、１３及び１４の高さは、径方向外方に向かうにつれて大きくなっている。言い換えれば、コイル１１の高さは、コイル１２の高さよりも小さい。コイル１２の高さは、コイル１３の高さよりも小さい。コイル１３の高さは、コイル１４の高さよりも小さい。コイル１１とコイル１２との高さの差、コイル１２とコイル１３との高さの差、コイル１３とコイル１４との高さの差は、同程度であってもよいし、異なっていてもよい。
【００２２】
さらに、コイル１１と、コイル１２と、コイル１３と、コイル１４とでは、中心軸Ｘ方向すなわち高さ方向における中心の位置が一致している。コイル１１、１２、１３及び１４の高さ方向における中心位置は、中心軸Ｘに直交する仮想平面Ｙに一致している。
【００２３】
上記の構成により、第１コイル部５０Ａ、第２コイル部５０Ｂ、第３コイル部５０Ｃおよび第４コイル部５０Ｄの中心軸Ｘに沿った方向の一端側（図１における上端）と他端（図１における下端）側とは、径方向外方に向かうにつれて中心軸Ｘ方向に突出する階段状をなしている。
【００２４】
伝熱部材２０は、中心軸Ｘに沿った方向においてコイル１１、１２、１３及び１４の一端側に設けられている。具体的には、伝熱部材２０は、コイル１１、１２、１３及び１４の一端側において、巻枠１５、１６、１７及び１８のそれぞれのフランジ部１５ｂ、１６ｂ、１７ｂ及び１８ｂに熱的に接続されている。伝熱部材２０は、巻枠１５、１６、１７及び１８のそれぞれのフランジ部１５ｂ、１６ｂ、１７ｂ及び１８ｂにボルト等により固定されている。つまり、コイル１１、１２、１３及び１４で発生した熱は、巻枠１５、１６、１７及び１８の一端側のフランジ部１５ｂ、１６ｂ、１７ｂ及び１８ｂを通して、伝熱部材２０に移動することができる。伝熱部材２０は、後述するコイル支持部材３０より伝熱性が高く、材質として、例えば銅、アルミニウム等を採用してよい。後述するコイル支持部材３０としてＳＵＳ３０４を採用する場合、伝熱部材２０の伝熱性は、例えば４Ｋにて０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）より大きければよい。
【００２５】
伝熱部材２０は、最外周側のコイル１４よりも大きい径を有しており、コイル１１、１２、１３及び１４から径方向外方に延出する延出部分２０ａを有している。伝熱部材２０の延出部分２０ａには、周方向における１箇所において、伝熱板７を介してＧＭ冷凍機６の冷却ステージが接続されている。伝熱部材２０は、ＧＭ冷凍機６によって冷却される。なお、伝熱部材２０には、複数の冷却手段が接続されてもよい。
【００２６】
伝熱部材２０のコイル１１、１２、１３及び１４に面する接触部分２０ｂは、第１コイル部５０Ａ、第２コイル部５０Ｂ、第３コイル部５０Ｃ及び第４コイル部５０Ｄの中心軸Ｘに沿った方向の一端側の階段状の形状に対応して階段状の形状をなしている。伝熱部材２０の当該接触部分２０ｂは、径方向内方に向かうにつれて中心軸Ｘ方向内側に突出する階段状をなしている。なお、伝熱部材２０のコイル１１、１２、１３及び１４との接触部分２０ｂに対して反対側の端部２０ｃは、平面状をなしている。
【００２７】
図２は、図１のＡ部を拡大して示す断面図である。図１及び２に示されるように、コイル支持部材３０は、中心軸Ｘに沿った方向においてコイル１１、１２、１３及び１４の他端側に設けられている。
【００２８】
コイル支持部材３０のコイル１１、１２、１３及び１４に面する接触部分３０ｂは、第１コイル部５０Ａ、第２コイル部５０Ｂ、第３コイル部５０Ｃ及び第４コイル部５０Ｄの中心軸Ｘに沿った方向の他端側の階段状の形状に対応して階段状の形状をなしている。コイル支持部材３０の当該接触部分３０ｂは、径方向内方に向かうにつれて中心軸Ｘ方向内側に突出する階段状をなしている。なお、コイル支持部材３０のコイル１１、１２、１３及び１４との接触部分３０ｂに対して反対側の端部３０ｃは、平面状をなしている。
【００２９】
コイル支持部材３０は、伝熱部材２０より剛性が高く、材質として、例えばＳＵＳ３０４、チタン合金等を採用することができる。伝熱部材２０として銅を採用する場合、コイル支持部材３０の剛性は、例えば４Ｋにて１３９ＧＰａよりも大きければよい。コイル支持部材３０は、剛性が高いため、クエンチの発生に伴ってコイル１１、１２、１３及び１４に強大な電磁力が作用しても、コイル１１、１２、１３及び１４を安定して支持することができる。また、コイル支持部材３０は、巻枠１５、１６、１７及び１８を介してコイル１１、１２、１３及び１４に接続された伝熱部材２０の変形を抑制することができる。
【００３０】
図１及び２に示されるように、コイル支持部材３０と、第１コイル部５０Ａ、第２コイル部５０Ｂ、第３コイル部５０Ｃ及び第４コイル部５０Ｄとの間には、中間部材４０が設けられている。つまり、コイル１１、１２、１３及び１４の他端側において、巻枠１５、１６、１７及び１８の他端側のフランジ部１５ｃ、１６ｃ、１７ｃ及び１８ｃとコイル支持部材３０とは、中間部材４０を介して接続されている。中間部材４０は、コイル支持部材３０で発生した熱が第１コイル部５０Ａ、第２コイル部５０Ｂ、第３コイル部５０Ｃ及び第４コイル部５０Ｄに移動することを遮断している。中間部材４０は、具体的には断熱部材４０及びバネ部材４０の少なくとも一方にすることができる。断熱部材４０としては、例えば、ＧＦＲＰ、ＣＦＲＰ、セラミック材料（アルミナ）等の断熱板を用いることができる。なお、コイル１１、１２、１３及び１４の他端側において、巻枠１５、１６、１７及び１８の他端側のフランジ部１５ｃ、１６ｃ、１７ｃ及び１８ｃとコイル支持部材３０とは、断熱部材４０を介してボルトにより接続されてもよい。また、断熱部材４０は、コイル支持部材３０で発生した熱が第１コイル部５０Ａ、第２コイル部５０Ｂ、第３コイル部５０Ｃ及び第４コイル部５０Ｄに移動することを遮断することができればよく、その材質及び形状等は特に限定されない。
【００３１】
バネ部材４０としては、例えば市販のバネを用いることができる。その他、バネ部材４０としてＳＵＳ３０４ばね座金等を採用してもよい。コイル支持部材３０と、第１コイル部５０Ａ、第２コイル部５０Ｂ、第３コイル部５０Ｃ及び第４コイル部５０Ｄとの間に、バネ部材４０を配置することができる。この際、コイル１１、１２、１３及び１４の他端側において、巻枠１５、１６、１７及び１８の他端側のフランジ部１５ｃ、１６ｃ、１７ｃ及び１８ｃとコイル支持部材３０とは、バネ部材４０の両端面と接触している。しかし、バネ部材４０の両端面の面積が小さいため、コイル支持部材３０で発生した熱が第１コイル部５０Ａ、第２コイル部５０Ｂ、第３コイル部５０Ｃ及び第４コイル部５０Ｄに移動することを有効に遮断することができる。また、コイル支持部材３０と、第１コイル部５０Ａ、第２コイル部５０Ｂ、第３コイル部５０Ｃ及び第４コイル部５０Ｄとの間に、バネ部材４０を配置する際は、バネ部材４０の中心部を貫通して設けられるピンにより、中心軸Ｘと垂直する方向においてコイル支持部材３０と、第１コイル部５０Ａ、第２コイル部５０Ｂ、第３コイル部５０Ｃ及び第４コイル部５０Ｄとを固定してもよい。なお、バネ部材４０は、コイル支持部材３０の周方向において、適切な間隔を持って設けられてもよく、その数は特に限定されることはない。また、バネ部材４０のバネ定数、直径、長さ等は、第１コイル部５０Ａ、第２コイル部５０Ｂ、第３コイル部５０Ｃ及び第４コイル部５０Ｄを支持することができるように適宜選定すればよく、特に限定されることはない。
【００３２】
以上の構成により、コイル支持部材３０は、コイル１１、１２、１３及び１４の他端側において、巻枠１５、１６、１７及び１８のそれぞれの他端側のフランジ部１５ｃ、１６ｃ、１７ｃ及び１８ｃに熱的に遮断されて接続されている。
【００３３】
上記の構成により一体化された超伝導電磁石１０は、伝熱部材２０の周方向の複数箇所において、第１荷重支持部８によって支持されている。言い換えれば、超伝導電磁石１０は、複数の第１荷重支持部８によって、真空容器２に対して吊り下げられている。第１荷重支持部８としては、例えば樹脂などの断熱部材、ＧＦＲＰ、ＣＦＲＰ等を用いることができる。
【００３４】
超伝導電磁石１０の下部の側方には、コイル支持部材３０の周方向の複数箇所に第２荷重支持部９が配置されている。第２荷重支持部９は、径方向における超伝導電磁石１０の動きを規制する。第２荷重支持部９としては、第１荷重支持部８と同様に、例えば樹脂などの断熱部材、ＧＦＲＰ、ＣＦＲＰ等を用いることができる。
【００３５】
上述のように伝熱部材２０の延出部分２０ａには、周方向における１箇所において、伝熱板７を介してＧＭ冷凍機６の冷却ステージが接続されている。つまり、ＧＭ冷凍機６は、伝熱部材２０に熱的に接続されている。ＧＭ冷凍機６は、部材を冷却するものである。ＧＭ冷凍機６としては、部材を冷却することができれば、従来のものを用いることができ、特に限定されることはない。
【００３６】
伝熱板７は、ＧＭ冷凍機６の冷却ステージと伝熱部材２０とに熱的に接続されている。ＧＭ冷凍機は伝熱板７を介して、伝熱部材２０を冷却することができる。つまり、コイル１１、１２、１３及び１４は、巻枠１５、１６、１７及び１８と、伝熱部材２０と、伝熱板７と、を介して、ＧＭ冷凍機６により冷却される。
【００３７】
次に、本実施形態に係る超伝導電磁石装置１の作用・効果について説明する。
【００３８】
超伝導電磁石装置１では、コイル１１、１２、１３及び１４の中心軸Ｘに沿った方向の一端側には伝熱部材２０が設けられ、コイル１１、１２、１３及び１４の中心軸Ｘに沿った方向の他端側には伝熱部材２０より剛性が高いコイル支持部材３０が設けられている。超伝導電磁石装置１では、クエンチの発生に伴ってコイル１１、１２、１３及び１４に強大な電磁力が作用する場合がある。従って、上述の巻枠１５、１６、１７及び１８を介してコイル１１、１２、１３及び１４に接続された伝熱部材２０にも強大な荷重が作用する可能性がある。コイル１１、１２、１３及び１４の中心軸Ｘに沿った方向の他端側に設けられているコイル支持部材３０は、剛性が伝熱部材２０より高いため、クエンチの発生に伴ってコイル１１、１２、１３及び１４に強大な電磁力が作用しても、コイル１１、１２、１３及び１４を安定して支持することができ、コイル１１、１２、１３及び１４に接続された伝熱部材２０の変形を抑制することができる。
【００３９】
超伝導電磁石装置１では、コイル１１、１２、１３及び１４の他端側において、巻枠１５、１６、１７及び１８とコイル支持部材３０とは熱的に遮断されて接続されてもよい。これにより、励磁の際にコイル支持部材３０で発生した渦電流によるジュール熱がコイル１１、１２、１３及び１４に移動することを抑制し、ＧＭ冷凍機６の冷却効率を向上させることができる。
【００４０】
超伝導電磁石装置１では、コイル１１、１２、１３及び１４の他端側において、巻枠１５、１６、１７及び１８とコイル支持部材３０とは断熱部材４０を介して接続されてもよい。これにより、励磁の際にコイル支持部材３０で発生した渦電流によるジュール熱がコイル１１、１２、１３及び１４に移動することを抑制し、ＧＭ冷凍機６の冷却効率を向上させることができる。
【００４１】
超伝導電磁石装置１では、コイル１１、１２、１３及び１４の他端側において、巻枠１５、１６、１７及び１８とコイル支持部材３０とはバネ部材４０を介して接続されてもよい。これにより、クエンチの発生に伴ってコイル１１、１２、１３及び１４に強大な電磁力が作用しても、コイル１１、１２、１３及び１４を更に安定して支持することができ、巻枠１５、１６、１７及び１８を介してコイル１１、１２、１３及び１４に接続された伝熱部材２０の変形を抑制することができる。また、励磁の際にコイル支持部材３０で発生した渦電流によるジュール熱がコイル１１、１２、１３及び１４に移動することを抑制し、ＧＭ冷凍機６の冷却効率を向上させることができる。
【００４２】
以上、本発明の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い。例えば、第１コイル部５０Ａ、第２コイル部５０Ｂ、第３コイル部５０Ｃ及び第４コイル部５０Ｄは同じ高さであってもよい。
【００４３】
また、超伝導電磁石装置１は、図１に示す方向から例えば１８０°、又は任意の角度を回転した状態で運転してもよい。
【００４４】
また、第１コイル部５０Ａ、第２コイル部５０Ｂ、第３コイル部５０Ｃ及び第４コイル部５０Ｄは、巻線を巻枠１５、１６、１７及び１８の外周側に卷回して形成されているが、これに限定されない。例えば、巻線は巻枠１５、１６、１７及び１８の内周側において卷回されてもよい。第１コイル部５０Ａ、第２コイル部５０Ｂ、第３コイル部５０Ｃ及び第４コイル部５０Ｄは、例えば弾性の高い巻線を巻枠１５、１６、１７及び１８の内周側に卷回し、径方向の外方に向けて拡張しようとする巻線を巻枠１５、１６、１７及び１８の内周側により径方向の内側に向けて支持することにより形成されてもよい。
【００４５】
また、本実施形態では、超伝導電磁石装置１では、４個の巻枠及び４個のコイルから４個のコイル部を形成している例を説明したが、これに限定されることはない。巻枠及びコイル部は１個でもよいし、４個以上でもよい。この際、コイル支持部材３０は、コイル部の数に対応して設けられる。これにより、クエンチの発生に伴って一個の、又は、複数のコイルに強大な電磁力が作用しても、コイル支持部材３０は、一個、又は、複数のコイルを安定して支持することができ、巻枠を介してコイルに接続された伝熱部材２０の変形を抑制することができる。
【００４６】
また、超伝導電磁石装置１は、例えば、ＭＣＺ（磁場印加チョクラルスキー）法によるシリコン単結晶引き上げ装置に適用されてもよい。また、超伝導電磁石装置１は、荷電粒子を加速して荷電粒子ビームを出力するサイクロトロンに適用されてもよい。また、超伝導電磁石装置１は、陽子線治療装置ＢＴＫに配置される変更電磁石として適用されてもよい。超伝導電磁石装置１は、強磁場が求められる装置であれば、どのような装置にでも適用することが可能である。
【００４７】
一例として、図３を参照しながら、超伝導電磁石装置１を用いたサイクロトロンについて説明する。図３は、本発明に係る超伝導電磁石装置１を用いたサイクロトロン１Ａの概略構成を示す断面図である。図３に示されるように、サイクロトロン１Ａは、イオン源（不図示）から荷電粒子を加速空間Ｇ内に供給し、加速空間Ｇ内の荷電粒子を加速して荷電粒子ビームを出力する横置きの円形加速器である。荷電粒子としては、例えば陽子、重粒子（重イオン）などが挙げられる。サイクロトロン１Ａは、例えば荷電粒子線治療用の加速器として用いられる。
【００４８】
サイクロトロン１Ａは、イオン源の他に、超伝導電磁石装置１を備えている。超伝導電磁石装置１は、ポール３ａ及び３ｂと、ヨーク５と、超伝導電磁石１０と、真空容器２と、を有する。
【００４９】
ポール３ａ及び３ｂは、コイル１１及び１２の中心軸Ｘ方向に離間して配置されている。なお、サイクロトロン１Ａでは、中心軸Ｘ方向は、上下方向に沿って配置されている。ポール３ａは、加速空間Ｇより上方に配置された上ポールであり、ポール３ｂは、加速空間Ｇより下方に配置された下ポールである。また、ポール３ａ及び３ｂ間には、電極（ディ電極、不図示）が設けられている。この電極に高周波を付与することで、電場が形成される。
【００５０】
ヨーク５は、中空の円盤型のブロックであり、その内部にポール３ａ、３ｂ及び真空容器２が配置されている。ヨーク５は、円筒部５ａと、円筒部５ａの一方の開口を閉じるように形成された天部５ｂと、円筒部５ａの他方の開口を閉じるように形成された底部５ｃと、を備える。ヨーク５は、コイル１１及び１２とポール３ａ及び３ｂで生成した磁力線が外部に漏れないようにするためのものである。
【００５１】
超伝導電磁石１０は、コイル１１、コイル１２、コイル支持枠（巻枠）１９、伝熱部材２０、コイル支持部材３０及び中間部材４０を有する。
【００５２】
コイル１１及び１２は、ポール３ａ及び３ｂの外周を覆うように巻かれている。コイル１１及び１２は、中心軸Ｘ方向に並んで配置されている。上側のコイル１１は、ポール３ａの外周を覆うように巻かれ、下側のコイル１２は、ポール３ｂの外周を覆うように巻かれている。
【００５３】
コイル支持枠１９は、コイル１１の外周面を覆う側板部１９ａと、コイル１１の上面を覆う上リング部材１９ｂと、コイル１２の外周面を覆う側板部１９ｃと、コイル１２の下面を覆う下リング部材１９ｄと、上下の側板部１９ａ及び１９ｃを連結する中間部１９ｅと、を備える。コイル支持枠１９は、コイル１１及び１２の周方向において全周に亘って形成されている。
【００５４】
伝熱部材２０は、中心軸Ｘに沿った方向においてコイル１１及び１２の一端側に設けられている。具体的には、伝熱部材２０は、コイル１１及び１２の一端側において、上リング部材１９ｂに熱的に接続され、上リング部材１９ｂにボルト等により固定されている。伝熱部材２０は、周方向における１箇所において、ＧＭ冷凍機６が接続されている。
【００５５】
コイル支持部材３０は、中心軸Ｘに沿った方向においてコイル１１及び１２の他端側に設けられている。
【００５６】
コイル支持部材３０と、下リング部材１９ｄとの間には、中間部材４０が設けられている。つまり、コイル１１及び１２の他端側において、下リング部材１９ｄとコイル支持部材３０とは、中間部材４０を介して接続されている。
【００５７】
上記の構成により一体化された超伝導電磁石１０は、伝熱部材２０の周方向の複数箇所において、第１荷重支持部８によって支持されている。言い換えれば、超伝導電磁石１０は、複数の第１荷重支持部８によって吊り下げられている。
【００５８】
一方、超伝導電磁石１０は、コイル支持部材３０の周方向の複数箇所において、第２荷重支持部９によって支持されている。
【００５９】
なお、コイル１１及び１２、伝熱部材２０、コイル支持部材３０、中間部材４０、第１荷重支持部８及び第２荷重支持部９のその他の特徴については、図１及び２に示される超伝導電磁石装置１と同様である。
【符号の説明】
【００６０】
１…超伝導電磁石装置、２…真空容器、３…熱シールド、４…胴体、６…ＧＭ冷凍機（冷却源）、７…伝熱板、８…第１荷重支持部、９…第２荷重支持部、１０…超伝導電磁石、１１，１２，１３，１４…コイル、１５，１６，１７，１８…巻枠、２０…伝熱部材、３０…コイル支持部材、４０…中間部材，断熱部材，バネ部材、Ｘ…中心軸、Ｙ…仮想平面、５０Ａ…第１コイル部、５０Ｂ…第２コイル部、５０Ｃ…第３コイル部、５０Ｄ…第４コイル部。
【図１】
0006534630.tif 000002
【図２】
0006534630.tif 000003
【図３】
0006534630.tif 000004