(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、超伝導磁石がクエンチした場合、電磁誘導作用により液溜槽と熱シールドの配置がクエンチ以前の配置と一時的に変わる。それに伴い液溜槽と熱シールドとが恒久的に接触してしまい、液体ヘリウムの消費量を増加させてしまう問題があり、これが本発明の課題である。【解決手段】  荷重支持体を多数用いる方法によって液溜槽と熱シールドを接触させなくできる。しかし、荷重支持体からの伝導熱量が大きくなりすぎ寒剤の消費量が増えてしまう。そこで、超伝導磁石のクエンチ時のときのみ、一時的に接触させクエンチ終了時には荷重支持体の復元力、及び、液溜槽に設置した接触子と熱シールドに設置したビームとの接触バネ効果により、液溜槽と熱シールドとがクエンチする前の配置に戻る構造にした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体ヘリウムと超伝導コイルを収納する液溜槽と、この液溜槽を収納する熱シールドと、この熱シールドを収納する真空容器と、前記液溜槽と熱シールドとを冷却する冷凍機とを備えた超伝導磁石において、
前記液溜槽に設置された接触子と、前記熱シールドに設置されたビームとを備え、このビームは前記接触子と対向する位置に設けられていることを特徴とする超電導磁石。
【請求項２】
請求項１記載の超伝導磁石において、
前記接触子と前記ビームは超伝導磁石のクエンチ時に接触し、クエンチ後は離れることを特徴とする超伝導磁石。
【請求項３】
請求項１記載の超伝導磁石において、
前記ビームが２点以上のビームの節点で熱シールドに設置されていることを特徴とする超電導磁石。
【請求項４】
請求項１記載の超伝導磁石において、
前記ビームは弾性変形をする部材でできていることを特徴とする超電導磁石。
【請求項５】
請求項１乃至４記載のいずれかの超伝導磁石において、
前記接触子とビームとがお互いに接触することによりバネ性を備えたことを特徴とする超電導磁石。
【請求項６】
請求項１乃至５記載の超伝導磁石において、
一対の接触子とビームは、液溜槽の上部に３組と前記液溜槽の下部に３組設けられていることを特徴とする超伝導磁石。
【請求項７】
請求項１乃至６記載のいずれかに記載の超伝導磁石において、
接触する一部に低熱伝導率の材質でコーティングしたことを特徴とする超電導磁石。
【請求項８】
請求項１乃至７記載のいずれかに記載の超伝導磁石において、
前記接触子とビームによって接触される部分形状が線であることことを特徴とする超伝導磁石。
【請求項９】
請求項１乃至８記載のいずれかに記載の超伝導磁石において、
接触する接触子の形状が鋭角な凸または角で形成されていることを特徴とする超伝導磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＭＲＩまたはＮＭＲ等の超伝導磁石に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超伝導磁石の冷却に関する従来技術で、かつスペーサを利用した超伝導磁石については、特開平５−２５２７号公報（特許文献１）に記載されている。この特許に示した超伝導磁石は、超伝導コイルを収納している液溜槽とそれを取り囲む熱シールドとの間にスペーサを設けたもので、スペーサが超伝導コイルの軸方向に移動可能な超伝導磁石について記載されたものである。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の超伝導磁石は、１テスラ以上の高磁場を発生できるものであるが、超伝導線が超伝導状態から常伝導に転移してしまうことによって起こる急激な磁場の減少（以下、クエンチという）が発生してしまう場合がある。このクエンチ現象は超伝導コイル外周の熱シールドに誘導電流が流れて熱シールドに磁気力が作用する。このため、クエンチ直後に超伝導コイルと熱シールドとの間に磁気力により、超伝導コイルを収納している液溜槽と熱シールドが接触してしまう。液溜槽と熱シールド間の接触面圧に依存するがこの接触によって液溜槽への侵入熱量が約１０Ｗ以上にもなる場合もある。
【０００５】
本発明の目的は、超伝導コイルがクエンチしても液溜槽と熱シールド間の熱移動量が小さくなるので、荷重支持体の本数を少なくでき、液体ヘリウム温度の侵入熱量が小さい超伝導磁石を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、液体ヘリウムと超伝導コイルを収納する液溜槽と、この液溜槽を収納する熱シールドと、この熱シールドを収納する真空容器と、前記液溜槽と熱シールドとを冷却する冷凍機とを備えた超伝導磁石において、前記液溜槽に設置された接触子と、前記熱シールドに設置されたビームとを備え、このビームは前記接触子と対向する位置に設けられていることにより達成される。
【０００７】
前記接触子と前記ビームは超伝導磁石のクエンチ時に接触し、クエンチ後は離れることにより達成される。
【０００８】
前記ビームが２点以上のビームの節点で熱シールドに設置されていることにより達成される。
【０００９】
前記ビームは弾性変形をする部材でできていることにより達成される。
【００１０】
前記接触子とビームとがお互いに接触することによりバネ性を備えたことにより達成される。
【００１１】
一対の接触子とビームは、液溜槽の上部に３組と前記液溜槽の下部に３組設けられていることにより達成される。
【００１２】
接触する一部に低熱伝導率の材質でコーティングしたことにより達成される。
【００１３】
前記接触子とビームによって接触される部分形状が線であることにより達成される。
【００１４】
接触する接触子の形状が鋭角な凸または角で形成されていることにより達成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、荷重支持体の本数を少なくでき、液体ヘリウム温度の侵入熱量が小さい超伝導磁石を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施例を図を使って説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、ＭＲＩ用超伝導磁石の全体断面図である。  
図１において、超伝導磁石の液溜槽１には液体ヘリウム２と超伝導コイル３とが収納されている。４は２段式ヘリウム冷凍機である。５は冷凍機４の第１ステージで、６は第２ステージである。冷凍機４の冷凍性能は第１ステージ５の温度が６０Ｋのとき６０Ｗ、第２ステージ６の温度が４Ｋのとき１Ｗ程度以上の冷凍性能が望ましい。７は熱交換器である。熱交換器７は冷凍機４の第２ステージ６とインジューム箔（図なし）を介して熱的に接続されている。
【００１８】
図１に示した液溜槽１内の熱交換器７は蒸発したヘリウムガスを凝縮させて液化させることができる。また、液溜槽１内部の熱交換器７は熱交換器７の端部が液体ヘリウム２中にあるときは自然対流によって液体ヘリウムを冷却することも可能である。
【００１９】
第１ステージ５と熱シールド８とが熱的に接続されている。この熱シールド８の外周には積層断熱材９が設置されている。この積層断熱材９は室温の真空容器１０からの輻射熱を遮蔽するものである。熱シールド８は低熱侵入の荷重支持体１１によって支持固定されている。また、液溜槽１も真空容器１０から熱シールド８を介して荷重支持体１１によって支持固定されている。
【００２０】
１２は接触子であり、１３はビームである。液溜槽１の外周壁面と熱シールド８内周壁面とは通常接触することはない。ＭＲＩ用超伝導磁石及びＮＭＲ用超伝導磁石等の磁場は視覚的分解能の向上と計測時間の短縮化を図る目的でさらに高磁場化されている。磁場を高くするにはコイルの巻き数と電流値の積を増やすのが好ましいが、ＮｂＴｉ（ニオブチタン）の超伝導線においても電流密度には限界がある。また、巻き数を増やせば大型化に繋がってしまうことから、小さな病棟には設置することができなくなってしまう可能性がある。
【００２１】
従って、超伝導コイルの巻き数と電流は、ほぼ限界に近い設定にある。このため、超伝導線が液体ヘリウム中で冷却されている環境ではあっても、超伝導線が超伝導状態から常伝導に転移してしまうことが起こる。
【００２２】
図１に示した超伝導コイル３は水平に巻かれている。通常の場合、超伝導磁石はクエンチしない。万が一、この超伝導コイル３がクエンチした場合、超伝導コイルに流れていた電流は急激に減少する。
【００２３】
これに伴い磁場も急激に減少する。この磁場の変化によって低抵抗でできている熱シールド８内部に渦電流が流れる。この渦電流により磁場が発生され超伝導コイルの磁場と絡み合い誘導作用が起こる。この誘導作用の一つとして電磁力が起こり熱シールドを上下左右に動かす力が発生される。このクエンチが生じたとき、接触子１２とビーム１３は一時的に接触する。また、しばらくすると熱シールドに働いていた電磁力が減少し、荷重支持体１１の復元力によって熱シールド８の位置が元の位置に戻されるで、さも何にもなかったような状況を生む。この接触子１２とビーム１３は一対（一組）で役に立つ。図１の超伝導磁石の場合、上部に３組、下部に３組を設置するだけでよい。
【００２４】
図１では、接触子１２とビーム１３の形状が不明瞭であるため、図２で接触子の詳細を示す。  
図２は超伝導磁石の部分拡大斜視図である。  
図２において、液溜槽１の材質はオーステナイト系のステンレス鋼がよく使用されている。また、高磁場発生ＭＲＩ用超伝導磁石の場合、直径が約２ｍである。このステンレス鋼は疑弾性である。従って、０.２％〜０.５％以下の歪であれば応力を除去したとき元に戻ろうとする性質がある。熱シールド８の材質は熱伝導率の高いアルミニウムが使われている。これもステンレス鋼と同様歪が小さければ応力を解除したとき元に戻ろうとする。従って、接触子１２とビーム１３で形成される最大ギャップは直径が２０００mmの場合に１０mmとなる。つまり、この接触子とビームによって１０mm以下のギャップを管理することができる。
【００２５】
図３は、超伝導磁石の部分拡大断面図である。  
図３において、接触子１２とビーム１３の作用を説明すると、１２ａは接触子１２表面にコーティングした膜である。超伝導コイル３がクエンチしないときの液溜槽１，熱シールド８及び接触子１２とビーム１３の配置を実線で、クエンチしたときのビーム１３，熱シールド８の配置を点線で示した。また、接触子がビームに加わった力Ｆのベクトルとビーム１３が熱シールド８に力を分散した力Ｆ／２のベクトルを図３に示した。また、ビーム１３は接触子からの力によって変形している様子を点線で示した。接触子１２とビーム１３とが接触した部分は線状になる。線状の力Ｆはビーム端部に線状の力となって伝達され、力も半分に分散されるので熱シールドの変形量は小さくなる。
【００２６】
さらに、膜１２ａの材料が接触子１２より熱伝導率が小さければ接触による熱抵抗が大きくなるため、接触時、高温（６０Ｋ）の熱シールドから低温（４Ｋ）の液溜槽１への侵入熱量は小さくできる。これは、接触子１２と接触するビーム１３の表面にコーティングをしても同じ効果が得られる。さらに、接触する接触子１２，ビーム１３の面それぞれに膜を設ければ効果はさらに増加する。
【００２７】
この接触子１２とビーム１３の組合せは１組で２箇所の変位＋Δｒ，＋ΔＺを抑制できる。点対称な位置にこの接触子１２とビーム１３を設置することで２箇所の変位−Δｒ，−ΔＺを抑制できる。図１の超伝導磁石においては２組の接触子１２とビーム１３でクエンチ時の変位が抑制できる。
【００２８】
図４は他の実施例を備えた超伝導磁石の部分拡大斜視図である。  
図４において、液溜槽１の上面または下面が鏡板で形成されたときの接触子１２とビーム１３相当の働きをするものについて説明する。図４では、これまで述べてきた接触子
１２とビーム１３をＹ型接触子１４と丸型ビーム１５に変形させたものである。Ｙ型接触子１４は端部がネジ構造で、液溜槽１に雌ねじを設けることで簡単に設置できる。丸型ビーム１５も低温用接着材（エポキシ樹脂）によって容易に熱シールド８に取り付けることができる。
【００２９】
図５はＹ型接触子１４と丸型ビーム１５の配置を示した部分断面図である。このビーム１３と接触子１２の働きはこれまでのものと全く同じである。
【００３０】
図６は他の実施形態におけるＭＲＩ用超伝導磁石の断面図である。  
図６において、この実施形態はリング状の超伝導コイル１６が水平に設置されて、被測定者が中心の水平円筒内に入って検査するタイプのＭＲＩ用超伝導磁石である。これも図１と同様に、接触子１２とビーム１３とが一体となるように接触子１２とビーム１３とが相対する位置となっている。しかも、接触子１２は液溜槽１にビーム１３は熱シールド８に取り付けられている。
【００３１】
図７は、接触子１２とビーム１３の拡大斜視図である。  
図７において、ロッド１３ａによって形成されたビーム１３の形状は全体が三角錐となっている。この三角錐となったビーム１３の底面は熱シールド８に設置されている。また、三角錐底面と相対する面には接触子１２が設置されている。ビーム１３の三角錐の頂点と接触子１２は超伝導コイル３がクエンチしたときのみ一時的に接触する。図７のような三角錐のビームではビーム１３が液溜槽１側の接触子１２に接触したときに生じる力を三方向に分散できるので荷重が弱まり変形量を小さくできる効果がある。
【００３２】
三角錐を形成しているロッド１３ａの長さを調整することで伝導熱を変えることもできる。また、ロッド１３ａの断面積を小さくすればロッド１３ａが撓みやすくなるので、三角錐のビーム１３がバネの働きをする。接触する三角錐のように接触する部分が凸形状にすることで接触する部分の実接触面積が小さくなるので接触熱抵抗が増え易くなるので三角錐型ビーム１３と接触子１２との組合せた構成は侵入熱量を軽減できるメリットがある。
【００３３】
ここに示したのは三角錐であるが四角錐あるいは多角錘の場合においても三角錐と同様の働きがあり、クエンチ時の接触力緩和法として有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ＭＲＩ用超伝導磁石の断面図である。
【図２】図１に示したＭＲＩ用超伝導磁石の部分拡大斜視図である。
【図３】ＭＲＩ用超伝導磁石の部分拡大断面図である。
【図４】他の実施例を備えたＭＲＩ用超伝導磁石の部分拡大斜視図である。
【図５】図４に示したＭＲＩ用超伝導磁石の部分拡大断面図である。
【図６】他の実施例を備えたＭＲＩ用超伝導磁石の断面図である。
【図７】図６の部分拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  液溜槽
２  液体ヘリウム
３  超伝導コイル
４  冷凍機
８  熱シールド
１１  荷重支持体
１２  接触子
１３ａ  ロッド
１４  Ｙ型接触子
１５  丸型ビーム
１８  ビーム
【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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