(57)【要約】【課題】本発明は超電導コイルを内包する真空容器と超電導コイルで発生する磁場が外部に漏洩するのを防止する磁気シールドとを有した冷凍機付超電導磁石装置に関し、部品点数の削減及び小型化を図りつつ装置の製造性、信頼性の向上を図ることを課題とする。【解決手段】磁場を発生させる超電導コイル１２と、この超電導コイル１２を内包すると共に内部が真空環境とされる真空容器１４と、超電導コイル１２で発生した磁場が装置外部に漏洩するのを防止する磁気シールド１５とを有する冷凍機付超電導磁石装置１１において、内筒部２０と、外筒部２１と、この内筒部２０及び外筒部２１の上端及び下端を覆う磁気シールド１５を構成する上板部１８と下板部１９とにより真空容器１４を構成する。【選択図】        図３
2004281469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場を発生させる超電導コイルと、該超電導コイルを内包すると共に内部が真空環境とされる真空容器と、前記超電導コイルで発生した磁場が装置外部に漏洩するのを防止する磁気シールドと、を有する超電導磁石装置において、
前記真空容器を第１の胴体部材と第２の胴体部材とその両端を覆う一対の部材とから構成し、
前記第１及び第２の胴体部の両端を覆う一対の部材の少なくとも一方と、前記磁気シールドを構成する部材とを一体化した構成としたことを特徴とする冷凍機付超電導磁石装置。
【請求項２】
前記磁気シールドを、胴体部と、該胴体部の高さ方向に対する上端部に配設される上板部と、該胴体部の高さ方向に対する下端部に配設される下板部とにより構成し、
前記上板部または前記下板部の少なくとも一方を前記真空容器の一部として
用いたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍機付超電導磁石装置。
【請求項３】
前記上板部または前記下板部と前記胴体部とをボルト固定したことを特徴とする請求項２記載の冷凍機付超電導磁石装置。
【請求項４】
前記超電導コイルと前記磁気シールドの胴体部との間に、前記真空容器の変形を防止する支持部材を設置したことを特徴とする請求項１に記載の冷凍機付超電導磁石装置。
【請求項５】
前記磁気シールドの胴体部を分割したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の冷凍機付超電導磁石装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍機付超電導磁石装置に係り、特に超電導コイルを内包する真空容器と、超電導コイルで発生する磁場が外部に漏洩するのを防止する磁気シールドとを有した冷凍機付超電導磁石装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液体ヘリウム等の冷媒或いは冷凍機を用いて超電導コイルを冷却し、これにより強い磁場を発生させる構成とされた超電導磁石装置が知られている。図９は、冷凍機を用いた従来の冷凍機付超電導磁石装置１の一例を示す断面図である。尚、図９では、冷凍機付超電導磁石装置１の構成要素の内、特に超電導コイル２の近傍を拡大して示している。
【０００３】
冷凍機付超電導磁石装置１は、超電導コイル２、真空容器３、磁気シールド４、及び輻射シールド５等を有した構成とされている。超電導コイル２は、図示しない冷凍機により例えば４．２Ｋ程度の極低温に冷却される構成とされており、これにより超電導コイル２は超電導状態となる。この超電導コイル２は、後述する真空容器３の変形を防止する機能をも奏する支持部材７により固定されている。
【０００４】
超電導コイル２は、真空容器３の内部に配設されている。真空容器３は、図示しない真空ポンプにより内部を真空とされており、これにより外部からの熱を遮断し、超電導コイル２の冷却効率を高める構成とされている。また、図９に示す冷凍機付超電導磁石装置１では、更に冷却効率を高めるために輻射シールド５も設けた構成とされている。
【０００５】
従来、この真空容器３は、筒形状とされた内筒部３ａと、この内筒部３ａよりも大径とされた外筒部３ｂと、内筒部３ａと外筒部３ｂの上端部を覆う上板部３ｃと、内筒部３ａと外筒部３ｂの下端部を覆う下板部３ｄとにより構成されていた。また、真空容器３は非磁性材料により形成されており、よって超電導コイル２で発生する磁場は、内筒部３ａを介して高磁場空間６（磁界を印加する物が装着される空間）に印加される構成とされていた。
【０００６】
ところで近年、冷凍機付超電導磁石装置１で発生する磁場が装置外部に漏洩し、冷凍機付超電導磁石装置１の周囲に設備されるモータや計測機器に悪影響を及ぼすことが問題となってきた。このため、周囲に磁場が漏れることを嫌う環境下での使用を可能とするため、冷凍機付超電導磁石装置１に磁気シールド４を設けることが行われている。
【０００７】
従来、この磁気シールド４は図９に示されるように、真空容器３とは別個の構成とされており、胴体部４ａと、この胴体部４ａの上部に配設されるシールド上板部４ｂと、下部に配設されるシールド下板部４ｃとにより構成されていた。
【０００８】
しかしながら、図９に示すような磁気シールド４と真空容器３とを別個の構成とした場合には、冷凍機付超電導磁石装置１が大型化してしまう。具体的には、磁気シールド４は超電導コイル２で発生する強い磁界を遮蔽するために５ｃｍ以上の厚さを有している。よって、このような肉厚のシールド内に真空容器３を内設させると、必然的に装置が大型化してしまう。このような問題点を解決する手段として、磁気シールドと真空容器とを完全に一体化することにより、小型化を図った超電導磁石装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−２３３３３２号公報（第４，５頁、第１，２図）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、磁気シールドと真空容器とを完全に一体化すると、真空力を磁気シールドで受ける必要が生じ、溶接部分を強固に溶接する必要がある。
【００１１】
しかしながら、磁気シールドの漏洩磁場の抑制を確実に行うためには、磁気シールドの肉厚を厚くする必要があり、一般に５０〜８０ｍｍという肉厚の磁気シールドを用いるため、漏れの無い（真空を維持しうる）剛性力を確保する為の溶接を行うのは困難である。
【００１２】
また、真空容器は一般に非磁性体材料であるオーステナイト系ステンレス鋼などで作製されるため、利点として金属に含有するガスの放出が少ないことが挙げられる。例えば磁性材料である軟鋼と比較した場合、非磁性体材料は磁性材料の約２０分の１の放出ガス量である。しかしながら、磁気シールドは磁性体で形成する必要があり、磁性体は非磁性体よりもガスを保持する量が多くなる。よって、特に面積の大きな磁気シールドの胴体部からガスが放出され、真空容器の真空度が保てないという問題点が生じる。
【００１３】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、部品点数の削減及び小型化を図りつつ、装置の製造性、信頼性の向上を図り得る冷凍機付超電導磁石装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、磁場を発生させる超電導コイルと、該超電導コイルを内包すると共に内部が真空環境とされる真空容器と、前記超電導コイルで発生した磁場が装置外部に漏洩するのを防止する磁気シールドと、よりなる冷凍機を用いた超電導磁石装置において、
前記真空容器を第１の胴体部と第２の胴体部とその両端を覆う一対の板材とから構成し、
前記両端を覆う一対の板材の少なくとも一方が前記磁気シールドに一体化した構成であることを特徴とする。
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、真空容器を第１の胴体部と第２の胴体部とその両端を覆う一対の板材の少なくとも一方を磁気シールドに一体化したことにより、冷凍機付超電導磁石装置の部品を減少することができ、装置の小型化及び製品コスト低減を図ることができる。また、真空容器を構成する第１及び第２の胴体部は、磁気シールドに比べて肉厚を薄くできるため、第１及び第２の胴体部と磁気シールドとを容易に気密に接合することができる。
【００１６】
請求項２に記載された発明は、前記磁気シールドを、胴体部と、該胴体部の高さ方向に対する上端部に配設される上板部と、該胴体部の高さ方向に対する下端部に配設される下板部とにより構成し、
前記上板部または前記下板部の少なくとも一方を前記真空容器の一部として
用いたことを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、磁気シールドの胴体部と真空容器の外筒部とが別体になっているので、面積が大きい磁気シールドの胴体部からの真空劣化を防ぐことができる。
【００１８】
請求項３に記載された発明は、前記上板部または前記下板部と前記胴体部とをボルト固定したことを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の発明によれば、磁気シールドの胴体部の壁と真空容器との間は、真空となっていないため、磁気シールドの胴体部は、ボルトで磁気シールドの上下板部に固定することができる。超電導コイルと磁気シールド間で発生する吸引力が及ぼす荷重が掛かったときでも、気密構造の確保の心配が無い。
【００２０】
請求項４に記載された発明は、前記超電導コイルと前記磁気シールドの胴体部との間に、前記真空容器の変形を防止する支持部材を設置したことを特徴とする。
【００２１】
請求項４記載の発明によれば、真空容器は支持部材を介して磁気シールドの胴体部に支持されるため、真空容器に変形が発生することを防ぐことができる。
【００２２】
請求項５に記載された発明は、前記磁気シールドの胴体部を分割したことを特徴とする。
【００２３】
請求項５記載の発明によれば、外部に障害物が存在するような場合であっても、磁気シールドの胴体部を分割することにより容易にこれに対応することができる。また、磁気シールドの胴体部に開口部を形成した場合、開口部を介して支持部材２４の調整処理を行うことが可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２５】
図１乃至図３は、本発明の一実施例である冷凍機付超電導磁石装置１１（以下、超電導磁石装置１１という）を示している。図１は超電導磁石装置１１の平面図であり、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図を示しており、図３は超電導コイル１２の近傍を拡大して示している。
【００２６】
超電導磁石装置１１は、大略すると超電導コイル１２、冷凍機１３、真空容器１４、磁気シールド１５、及び常温強磁場空間２３等を有した構成とされている。この超電導磁石装置１１は、計測器等の磁気を嫌う電子機器の近傍に設置されるものである。
【００２７】
超電導コイル１２は円形コイルであり、本実施例では４個配設された構成とされている。この超電導コイル１２は、２個づつがペアとなって水平磁場を発生するよう構成されている。また、超電導コイル１２は、コイルホルダー１７に固定された構成とされている。このコイルホルダー１７は、真空容器１４に内設された環状の輻射シールド１６内に配設されている。輻射シールド１６は、熱伝導の良い銅やアルミニウムで作製されている。
【００２８】
冷凍機１３は、後述する磁気シールド１５の上板部１８に搭載されている。この冷凍機１３はギフォードマクマホン式（ＧＭ式）の冷凍機であり、図１に示すように超電導磁石装置１１を平面視した状態において、常温強磁場空間２３を挟んで右側に３個、左側に２個取り付けられている。尚、冷凍機１３の場所と個数は、超電導コイル１２の冷却仕様に応じて任意に変更することができる。
【００２９】
このＧＭ式の冷凍機１３はモータ１３ａを有しており、このモータ１３ａを駆動させることにより、内設されたディスプレーサが冷凍機１３内で上下に往復移動する構成とされている。そして、このディスプレーサの往復移動により、図示しない冷凍機コンプレッサから供給される高圧冷媒を冷凍機１３内で膨張させ、これにより冷却を行う構成とされている。
【００３０】
このＧＭ冷凍機１３は、１段目冷却シリンダ１３ｂと２段目冷却シリンダ１３ｃとを有している。１段目冷却シリンダ１３ｂは輻射シールド１６と熱的に接続され、２段目冷却シリンダ１３ｃは伝熱板１３ｄを介してコイルホルダー１７に熱的に接続されている。よって、冷凍機１３の１段目冷却シリンダ１３ｂが輻射シールド１６を冷却することにより外部の熱が熱シールド板１６内に侵入するのを防止し、かつ超電導コイル１２はコイルホルダー１７を介して冷凍機１３の２段目冷却シリンダ１３ｃにより臨界温度以下（例えば、４．２Ｋ）に冷却される。これにより超電導コイル１２は、超電導状態を実現する。
【００３１】
次に、本発明の要部となる真空容器１４及び磁気シールド１５の構成について説明する。
【００３２】
磁気シールド１５は、胴体部２２と円形の上板部１８と下板部１９とにより構成されている。また、真空容器１４は、内側に位置する筒状の内筒部２０と、この内筒部２０に対して大径とされた筒状の外筒部２１と、上記した磁気シールド１５を構成する上板部１８及び下板部１９とにより構成されている。
【００３３】
図３に拡大して示すように、内筒部２０及び外筒部２１の上端は磁気シールド１５を構成する上板部１８により覆われており、内筒部２０及び外筒部２１の下端は磁気シールド１５を構成する下板部１９により覆われている。即ち、本実施例に係る超電導磁石装置１１は、内筒部２０及び外筒部２１の両端を覆う部材の双方が、磁気シールド１５を構成する上板部１８及び下板部１９とを一体化した構成となっている。
【００３４】
真空容器１４を構成する内筒部２０及び外筒部２１は、磁気シールド１５としても機能する上板部１８及び下板部１９に溶接により接合される。即ち、真空容器１４は、密閉容器とする必要があり、よって内筒部２０及び外筒部２１の上板部１８及び下板部１９の接合手段としては、気密性の高い接合手段である溶接を用いている。
【００３５】
この溶接の際、内筒部２０及び外筒部２１は、磁気シールドを行う必要がないため、オーステナイト系ステンレス鋼等の非磁性材料により形成されており、またその厚さは磁気シールド１５に比べて薄くなっている。具体的には、磁気シールド１５を構成する上板部１８，下板部１９，及び胴体部２２が５ｃｍ以上と厚いのに対し、真空容器１４を構成する内筒部２０及び外筒部２１の厚さは１ｃｍ程度である。
【００３６】
このように、内筒部２０及び外筒部２１はその肉厚が薄いため、内筒部２０及び外筒部２１に対し上板部１８及び下板部１９を容易に溶接することができる。尚、本実施例では、上板部１８及び下板部１９の外筒部２１が接合される位置に段差部１８ａ，１９ａを形成しており、更に溶接の容易化を図っている。
【００３７】
一方、磁気シールド１５を構成する上板部１８及び下板部１９を胴体部２２に固定する手段としては、ボルト接合を用いている。即ち、真空容器１４の外筒２１と磁気シールド１５の胴体部２２との間３１は真空にする必要が無いので、よって気密性の低いボルト接合を用いても問題は生じない。
【００３８】
このため、上板部１８及び下板部１９と胴体部２２とは、ボルト３２を用いて固定される。このようにボルト接合を用いることにより、肉厚が厚い上板部１８，下板部１９，及び胴体部２２を容易に固定することができる。更に、上板部１８，下板部１９，及び胴体部２２をボルト接合することにより磁気シールド１５を形成しても、超電導コイル１２で発生する磁界が磁気シールド１５の外部に漏れ出すようなことはない。よって、本実施例に係る超電導磁石装置１１の周囲にモータや計測機器等の磁場を嫌う電子機器を配設しても、これらの電子機器に悪影響を及ぼすことを防止できる。
【００３９】
更に、磁気シールド１５は例えば軟鋼のような磁性材料で作製されるが、この種の磁性材料は、前記したように多量のガスを保持（担持）することが知られている。しかしながら、磁気シールド１５の内、特に上板部１８及び下板部１９に比べて面積が広い胴体部２２は真空に触れないため、真空容器１４内に磁性材料に保持された不純物（ガス）が多量に侵入することを防止できる。これにより、真空容器１４内の真空度を維持することができると共に、超電導コイル１２を極低温に維持でき、高い信頼性をもって高磁場を発生させることができる。
【００４０】
尚、超電導コイル１２の磁石は、磁性材料で作製された磁気シールド１５とお互いに非常に大きな力で吸引し合うので、その動きを止める為、超電導コイル１２と磁気シールド１５の胴体部２２との間に支持部材２４が設置されている。
【００４１】
常温高磁場空間２３に接する面は、真空容器１４の内筒部２０であり、磁気シールド１５で覆われていない。したがって、超電導コイル１２で発生する磁場は、内筒部２０を介して常温高磁場空間２３に印加される。
【００４２】
図４及び図５は、超電導磁石装置１１の他の実施例を示している。図４及び図５において、図１乃至図３に示した構成を同一構成については、同一符号を付して、その説明を省略する。
【００４３】
図４に示す超電導磁石装置は、真空容器４１の上板部と磁気シールド１５の上板部１８とを一体化し、真空容器４１の下板部４２と磁気シールド１５の下板部１９とを別体としたものである。
【００４４】
本実施例の構成によれば、真空容器４１と磁気シールド１５とが一体になっている部分が上板部１８だけであるので、磁性材料である磁気シールド１５の面積が小さくなり、放出ガスにより超電導磁石装置の内部の真空劣化を抑制できる。また、部品を減少させることができるため、超電導磁石装置を安価に製造することができる。
【００４５】
また、図５に示す超電導磁石装置は、真空容器５１の下板部と磁気シールド１５の下板部１９とを一体し、真空容器５１の上板部５２と磁気シールド１５の上板部１８とが別体としたものである。本実施例の構成としても、放出ガスにより超電導磁石装置１１の内部の真空劣化を抑制できると共に、超電導磁石装置１１を安価に製造することができる。
【００４６】
図６乃至図８は、磁気シールド１５の胴体部２２の変形例を示している。
【００４７】
図６に示す磁気シールド１５の胴体部６１は、縦切りにすることにより分割した構成のものである。また、図７に示す磁気シールド１５の胴体部７１は、輪切りすることにより分割した構成のものである。このように、本実施例では、磁気シールド１５内に真空容器１４，４１，５１が存在するため、磁気シールド１５に気密性を持たせる必要がない。このため、磁気シールド１５の胴体部６１，７１を分割することができる。
【００４８】
この図６及び図７に示す実施例に係る胴体部６１，７１によれば、上記のように磁気シールドの胴体部６１，７１が分割できるため、胴体部６１，７１の設計に自由度を持たせることができ、例えば超電導磁石装置１１が設置されるスペースの外周に何らかの障害物があっても、胴体部６１，７１の分割を適宜行うことにより、これを避ける形状とすることができる。
【００４９】
更に、図８に示す磁気シールドの胴体部８１は、筒状形の開口部８２を複数形成したものである。この開口部８２の形成位置は、前記した支持部材２４の形成位置に対応するよう構成されている。よって、開口部８２を介して支持部材２４の調整処理を行うことが可能となり、真空容器１４，４１，５１の変形防止を確実に行うことができる。
【００５０】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、部品点数の削減を図ることができると共に、超電導磁石装置の気密確保のための溶接を容易化し、真空の劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷凍機付超電導磁石装置の平面図を示している。
【図２】図１におけるＡ−Ａ断面図を示している。
【図３】超電導コイルの近傍を拡大して示している。
【図４】冷凍機付超電導磁石装置の他の実施例を示している。
【図５】冷凍機付超電導磁石装置の他の実施例を示している。
【図６】磁気シールドの胴体部の変形例を示している。
【図７】磁気シールドの胴体部の変形例を示している。
【図８】磁気シールドの胴体部の変形例を示している。
【図９】冷凍機を用いた従来の冷凍機付超電導磁石装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１１  冷凍機付超電導磁石装置
１２  超電導コイル
１３  冷凍機
１４  真空容器
１５  磁気シールド
１６  輻射シールド
１７  コイルホルダー
１８  上板部
１９  下板部
２０  内筒部
２１  外筒部
２２  胴体部
２３  常温高磁場空間
２４  支持部材
３２  ボルト
８２  開口部
【図１】
2004281469.tif 000003
【図２】
2004281469.tif 000004
【図３】
2004281469.tif 000005
【図４】
2004281469.tif 000006
【図５】
2004281469.tif 000007
【図６】
2004281469.tif 000008
【図７】
2004281469.tif 000009
【図８】
2004281469.tif 000010
【図９】
2004281469.tif 000011