(57)【要約】【課題】本発明は冷凍機により冷却されることにより内包する超電導コイルを外部に対して熱シールドする熱シールド部材を有した冷凍機冷却型超電導マグネット装置に関し、ランニングコスト及び製造コストの低減を図ることを課題とする。【解決手段】超電導コイル１８と、内包した超電導コイル１８を外部に対して熱シールドする熱シールド部材１６と、超電導コイル１８が超電導状態となるよう冷却処理を行なうＧＭ冷凍機１２〜１４とを具備する冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、熱シールド部材１６を冷却する１段目冷却シリンダ１３Ａ，１４Ａと超電導コイル１８を冷却する２段目冷却シリンダ１３Ｂ，１４Ｂとを有する２段式冷凍機１３，１４と、熱シールド部材１６のみを冷却処理する１段式冷凍機１２とを有する構成とする。【選択図】    図２
2004296495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルと、
該超電導コイルを内包すると共に、該超電導コイルを外部に対して熱シールドする熱シールド部材と、
前記超電導コイルが超電導状態となるよう冷却処理を行なう冷却手段とを具備する冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、
前記冷却手段を、
前記熱シールド部材を冷却する１段目冷却部と、前記超電導コイルを冷却する２段目冷却部とを有する２段式冷凍機と、
前記熱シールドのみを冷却処理する１段式冷凍機と
により構成したことを特徴とする冷凍機冷却型超電導マグネット装置。
【請求項２】
請求項１記載の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、
前記１段式冷凍機及び前記２段式冷凍機は、ギフォード・マクマホンサイクル式冷凍機であることを特徴とする冷凍機冷却型超電導マグネット装置。
【請求項３】
請求項２記載の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、
前記１段式冷凍機は、
熱シールド部材を冷却する１段目冷却部と、超電導コイルを冷却する２段目冷却部とを有する２段式冷凍機から、該２段目冷却部を構成する全て或いは一部を取り除いた構成であることを特徴とする冷凍機冷却型超電導マグネット装置。
【請求項４】
超電導コイルと、
該超電導コイルを内包すると共に、該超電導コイルを外部に対して熱シールドする熱シールド部材と、
前記熱シールド部材を冷却する１段目冷却部と、前記超電導コイルを冷却する２段目冷却部とを有するギフォード・マクマホンサイクル式の２段式冷凍機とを具備する冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、
前記熱シールド部材と前記１段目冷却部との間に、着脱可能な構成とされた第１の熱伝導部材を配設したことを特徴とする冷凍機冷却型超電導マグネット装置。
【請求項５】
超電導コイルと、
該超電導コイルを内包すると共に、該超電導コイルを外部に対して熱シールドする熱シールド部材と、
前記熱シールド部材を冷却する１段目冷却部と、前記超電導コイルを冷却する２段目冷却部とを有するギフォード・マクマホンサイクル式の２段式冷凍機とを具備する冷凍機冷凍型超電導マグネット装置において、
前記超電導コイルと前記２段目冷却部との間に、着脱可能な構成とされた第２の熱伝導部材を配設したことを特徴とする冷凍機冷却型超電導マグネット装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷凍機冷却型超電導マグネット装置に係り、特に冷凍機により冷却されることにより内包する超電導コイルを外部に対して熱シールドする熱シールド部材を有した冷凍機冷却型超電導マグネット装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特許文献１に示されるようなギフォード・マクマホン式冷凍機（以下、ＧＭ冷凍機という）を用いた冷凍機冷却型超電導マグネット装置（以下、超電導マグネット装置という）は、液体ヘリウムを使用することなく，磁界発生が可能である。そのため、超電導マグネット装置は、様々な研究・産業用途（単結晶引き上げ装置等）に使用されている。
【０００３】
また、近年、産業用とに使用される超電導マグネット装置は大型する傾向があり、これに伴い冷却する必要がある超電導コイルも大型化している。このため、この超電導コイルを冷却するのに必要なＧＭ冷凍機も１台では十分な冷却が行なえず、よって複数のＧＭ冷凍機を搭載した超電導マグネット装置が提供されている。
【０００４】
図１は、この種の従来の超電導マグネット装置１００を示している。この超電導磁石装置１００は、例えばシリコン単結晶を磁界印加式チョクラルスキー法（ＭＣＺ法）を用いて成長させる際に用いられるものである。
【０００５】
図１に示されるように、超電導磁石装置１００は、大略すると真空容器１１１，熱シールド部材１１６，ＧＭ冷凍機１１２〜１１４，熱シールド部材１１６，超電導コイル１１８等により構成されている。熱シールド部材１１６は真空容器１１１に内設されており、この真空容器１１１には複数（図に示す例では３台）のＧＭ冷凍機１１２〜１１４が配設されている。
【０００６】
各ＧＭ冷凍機１１２〜１１４は、１段目冷却シリンダ１１２Ａ〜１１４Ａ及び２段目冷却シリンダ１１２Ｂ〜１１４Ｂを有した構成とされている。１段目冷却シリンダ１１２Ａ〜１１４Ａは、熱シールド部材１１６に熱的に接続された構成とされている。また、２段目冷却シリンダ１１２Ｂ〜１１４Ｂは、超電導コイル１１８が設けられた冷却ステージ１１５Ａ，１１５Ｂに熱的に接続された構成とされている。
【０００７】
この各ＧＭ冷凍機１１２〜１１４の冷却能力は、例えば１段目冷却シリンダ１１２Ａ〜１１４Ａでは３１Ｗで４０Ｋを出す能力を持つよう、また２段目冷却シリンダ１１２Ｂ〜１１４Ｂでは１．０Ｗで４．２Ｋを出す能力を持つよう設定されている。
【０００８】
上記構成により、１段目冷却シリンダ１１２Ａ〜１１４Ａは熱シールド部材１１６を冷却するため、超電導コイル１８へ輻射熱が印加されるのを抑制することができる。また、２段目冷却シリンダ１１２Ｂ〜１１４Ｂは冷却ステージ１１５Ａ，１１５Ｂを介して超電導コイル１１８に接続され、超電導コイル１１８を臨界温度以下に冷却する。これにより、超電導コイル１１８は超電導状態を実現する。
【０００９】
一方、真空容器１１１は、その中央に環状の空間を形成しており、この超電導コイル１１８はこの環状空間を囲繞するように配設されている。よって、超電導コイル１１８が励磁すると、真空容器１２１に形成された環状空間には磁場が発生し、よってこの環状空間は常温磁場空間１２３として機能する。
【００１０】
上記構成とされた超電導マグネット装置１００において、ＧＭ冷凍機の配設数を設定する際、従来では熱シールド部材１１６を所定の温度（以下、シールド板冷却温度という）まで冷却できると共に、超電導コイル１１８も所定の温度（以下、コイル冷却温度という）に冷却できる配設数としていた。
【００１１】
尚、このシールド板冷却温度及びコイル冷却温度は、超電導コイル１１８の臨界温度、超電導コイル１１８や熱シールド部材１１６に進入する熱進入量、熱シールド部材１１６及び超電導コイル１１８の重量等に基づき設定されていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の超電導マグネット装置１００では、複数配設される全てのＧＭ冷凍機１１２〜１１４が同一構成（１段目冷却シリンダ１１２Ａ〜１１４Ａと２段目冷却シリンダ１１２Ｂ〜１１４Ｂとを共に有する構成）とされていたため、超電導コイル１１８を冷却する２段目冷却シリンダ１１２Ｂ〜１１４Ｂ部分の熱設計と、超電導コイル１１８を冷却する１段目冷却シリンダ１１２Ａ〜１１４Ａ部分の熱設計を、いずれも良好となるよう適正に設計することができないという問題点があった。
【００１３】
具体的には、例えば超電導コイル１１８をコイル冷却温度まで３台のＧＭ冷凍機で冷却できる場合であっても、３台のＧＭ冷凍機では熱シールド部材１１６をシールド板冷却温度まで冷却できない場合には、ＧＭ冷凍機を４台配設することが行なわれていた。即ち、２段目冷却シリンダ部分では過剰な冷却能力であるにも拘わらず、１段目冷却シリンダ部分は冷却能力不足であるため、２段式のＧＭ冷凍機を追加することが行なわれていた。
【００１４】
しかしながら、この構成では２段目冷却シリンダ部分では過剰な冷却（無駄な冷却）となるため、超電導マグネット装置１００のランニングコストが高くなるという問題点があった。更に、ＧＭ冷凍機の数が増大するため、超電導マグネット装置１００の製造コストが上昇してしまうという問題点があった。
【００１５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ランニングコスト及び製造コストの低減を図った冷凍機冷却型超電導マグネット装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１記載の発明は、
超電導コイルと、
該超電導コイルを内包すると共に、該超電導コイルを外部に対して熱シールドする熱シールド部材と、
前記超電導コイルが超電導状態となるよう冷却処理を行なう冷却手段とを具備する冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、
前記冷却手段を、
前記熱シールド部材を冷却する１段目冷却部と、前記超電導コイルを冷却する２段目冷却部とを有する２段式冷凍機と、
前記熱シールドのみを冷却処理する１段式冷凍機とにより構成したことを特徴とするものである。
【００１８】
上記発明によれば、冷却手段として熱シールド部材及び超電導コイルを共に冷却する２段式冷凍機と、熱シールド部材のみを冷却処理する１段式冷凍機とを設けたことにより、熱シールド部材に対する冷却と、超電導コイルに対する冷却を分離して設計することが可能となる。これにより、熱シールド部材に対する冷却及び超電導コイルに対する冷却を共に最適な状態で行なうことができる。
【００１９】
また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、
前記１段式冷凍機及び前記２段式冷凍機は、ギフォード・マクマホンサイクル式冷凍機であることを特徴とするものである。
【００２０】
上記発明によれば、１段式冷凍機及び２段式冷凍機として、冷媒の使用量が少なく構成が簡単なギフォード・マクマホンサイクル式冷凍機を用いることにより、冷凍機冷却型超電導マグネット装置のランニングコストを低減できると共に装置の小型化を図ることができる。
【００２１】
また、請求項３記載の発明は、
請求項２記載の冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、
前記１段式冷凍機は、
熱シールド部材を冷却する１段目冷却部と、超電導コイルを冷却する２段目冷却部とを有する２段式冷凍機から、該２段目冷却部を構成する全て或いは一部を取り除いた構成であることを特徴とするものである。
【００２２】
上記発明によれば、１段目冷却部と２段目冷却部とを有する２段式冷凍機から、２段目冷却部を構成する全て或いは一部を取り除いたものを１段式冷凍機として用いているため、別個に１段式冷凍機を設計し製造する場合に比べ、装置コストの低減を図ることができる。また、部品の共通化を図ることも可能となり、これによっても装置コストの低減を図ることができる。
【００２３】
また、請求項４記載の発明は、
超電導コイルと、
該超電導コイルを内包すると共に、該超電導コイルを外部に対して熱シールドする熱シールド部材と、
前記熱シールド部材を冷却する１段目冷却部と、前記超電導コイルを冷却する２段目冷却部とを有するギフォード・マクマホンサイクル式の２段式冷凍機とを具備する冷凍機冷却型超電導マグネット装置において、
前記熱シールド部材と前記１段目冷却部との間に、着脱可能な構成とされた第１の熱伝導部材を配設したことを特徴とするものである。
【００２４】
上記発明によれば、熱シールド部材と１段目冷却部との間に第１の熱伝導部材を着脱可能な構成としたことにより、この第１の熱伝導部材を装着することにより熱シールド部材は冷却される状態となり、逆に第１の熱伝導部材を装着してな場合には熱シールド部材は冷却されない状態となる。よって、第１の熱伝導部材を装着するか否かにより、熱シールド部材の冷却を調整することが可能となる。
【００２５】
また、請求項５記載の発明は、
超電導コイルと、
該超電導コイルを内包すると共に、該超電導コイルを外部に対して熱シールドする熱シールド部材と、
前記熱シールド部材を冷却する１段目冷却部と、前記超電導コイルを冷却する２段目冷却部とを有するギフォード・マクマホンサイクル式の２段式冷凍機とを具備する冷凍機冷凍型超電導マグネット装置において、
前記超電導コイルと前記２段目冷却部との間に、着脱可能な構成とされた第２の熱伝導部材を配設したことを特徴とするものである。
【００２６】
上記発明によれば、超電導コイルと２段目冷却部との間に第２の熱伝導部材を着脱可能な構成としたことにより、この第２の熱伝導部材を装着することにより超電導コイルは冷却される状態となり、逆に第２の熱伝導部材を装着してな場合には超電導コイルは冷却されない状態となる。よって、第２の熱伝導部材を装着するか否かにより、超電導コイルの冷却を調整することが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００２８】
図２は、本発明の第１実施例である冷凍機冷却型超電導マグネット装置１０Ａ（以下、超電導マグネット装置という）を示している。この超電導マグネット装置１０Ａは、例えばシリコン単結晶を磁界印加式チョクラルスキー法（ＭＣＺ法）を用いて成長させる際に用いられるものである。
【００２９】
超電導マグネット装置１０Ａは、大略すると真空容器１１，熱シールド部材１６，複数（本実施例では３台）のギフォード・マクマホン式冷凍機１２〜１４（以下、ＧＭ冷凍機という），及び超電導コイル１８等により構成されている。
【００３０】
熱シールド部材１６は真空容器１１に内設されており、この真空容器には３台のＧＭ冷凍機１２〜１４が配設されている。このＧＭ冷凍機１２〜１４は、後に詳述するように、熱シールド部材１６または／及び超電導コイル１８を冷却する。これにより、超電導コイル１８は超電導状態とされる。
【００３１】
真空容器１１は、その中央に環状の空間を形成している。そして超電導コイル１８は、この環状空間を囲繞するように配設されている。具体的には、超電導コイル１８は冷却ステージ１５Ａ，１５Ｂに固定されており、この冷却ステージ１５Ａ，１５Ｂは熱シールド部材１６と共に、荷重支持体２５，２６により真空容器１１に支持された構成とされている。よって、超電導コイル１８は、真空容器１１に支持された構成となっている。
【００３２】
また、超電導コイル１８は、冷却ステージ１５Ａと熱シールド部材１６との間に配設された超電導電流リード２１、及び熱シールド部材１６と真空容器１１との間に配設された銅電流リード２４を介して励磁用電源装置（図示せず）に接続されている。この励磁用電源装置は、常温磁場空間２３に発生する磁界が所定の強さとなるよう超電導コイル１８に供給する電流を制御する。
【００３３】
よって、超電導コイル１８が励磁すると、真空容器２１に形成された環状空間には磁場が発生し、よってこの環状空間は常温磁場空間２３として機能する。ＭＣＺ法によるシリコン単結晶を製造する装置は、この常温磁場空間２３内に配設され、超電導コイル１８が発生する磁場内でシリコン単結晶のインゴッドが製造される。
【００３４】
続いて、ＧＭ冷凍機１２〜１４について説明する。本実施例では、前記のように冷凍機１２〜１４としてギフォード・マクマホン式冷凍機を用いている。このギフォード・マクマホン式冷凍機は、冷媒の使用量が少なく構成が簡単であるため、ランニングコストを低減できると共に装置の小型化を図ることができる。
【００３５】
このＧＭ冷凍機１２〜１４は、冷凍機コンプレッサ（図示せず）に接続されている。この冷凍機コンプレッサは冷媒を圧縮する機能を奏するものであり、高圧に圧縮された冷媒（例えば、ヘリウムガス）はＧＭ冷凍機１２〜１４に向け供給される。
【００３６】
各ＧＭ冷凍機１２〜１４は、モータ１２Ｃ〜１４Ｃにより内設されたディスプレーサをシリンダ内で往復動させることにより、冷凍機コンプレッサから供給された高圧冷媒を膨張させる。これにより、ＧＭ冷凍機１２〜１４内に寒冷が発生し、熱シールド部材１６または／及び超電導コイル１８は冷却される。尚、膨張することにより低圧となった冷媒は、冷媒配管４３を介して冷凍機コンプレッサ４１に戻されて再び高圧化される。
【００３７】
ここで、各ＧＭ冷凍機１２〜１４の構成に注目する。前記のように本実施例では３台のＧＭ冷凍機１２〜１４が用いられているが、この内２台のＧＭ冷凍機１３，１４は、図３（Ｂ）に示すように１段目冷却シリンダ１３Ａ，１４Ａと２段目冷却シリンダ１３Ｂ，１４Ｂを有する２段式のＧＭ冷凍機（以下、２段式冷凍機という）である。これに対してＧＭ冷凍機１２は、図３（Ａ）に示すように、１段目冷却シリンダ１２Ａのみを有する１段式のＧＭ冷凍機（以下、１段式冷凍機という）とされている。
【００３８】
各ＧＭ冷凍機１２〜１４に設けられている１段目冷却シリンダ１２Ａ〜１４Ａは、熱シールド板１６に熱的に接続されている。よって、熱シールド部材１６は、この１段目冷却シリンダ１２Ａ〜１４Ａにより冷却される。これに対し、２段式ＧＭ冷凍機１３，１４に設けられている２段目冷却シリンダ１３Ｂ，１４Ｂは、冷却ステージ１５Ａ，１５Ｂを介して超電導コイル１８に熱的に接続されている。超電導コイル１８は、この２段目冷却シリンダ１３Ｂ，１４Ｂにより臨界温度以下に冷却され、これにより超電導状態を実現する。
【００３９】
上記のように、本実施例に係る超電導マグネット装置１０Ａは、冷却処理を行なうのに１段式冷凍機１２と、２段式冷凍機１３，１４との２種類の冷凍機を設けた構成としている。このように、超電導マグネット装置１０Ａに熱シールド部材１６のみを冷却処理する１段式ＧＭ冷凍機１２と、熱シールド部材１６及び超電導コイル１８を共に冷却する２段式冷凍機１３，１４との２種類を設けることにより、熱シールド部材１６に対する冷却と、超電導コイル１８に対する冷却を分離して設計することが可能となる。
【００４０】
これにより、熱シールド部材１６に対する冷却及び超電導コイル１８に対する冷却を共に最適な状態で行なうことができる。以下、具体例を挙げて説明する。
【００４１】
いま、仮に１段式ＧＭ冷凍機及び２段式ＧＭ冷凍機の冷却能力が下記のようであったとする。
2004296495.tif 000003
但し、上記の記載において、「５４Ｗ＠４０Ｋ」の意味は、「５４Ｗ（ワット）で４０Ｋ（ケルビン）に冷却できる能力を有する」との意味である。
【００４２】
ここで、超電導マグネット装置において必要とする冷却能力量（以下、必要冷却能力量という）が、超電導コイル（２段目）においては４．０Ｋ−３．０Ｗで、熱シールド板（１段面）においては４０Ｋ−１４０Ｗであったとする。先ず、従来のように２段式ＧＭ冷凍機のみで超電導マグネット装置において必要冷却能力量を実現しようとした場合、何台の超電導マグネット装置が必要かを求める。
【００４３】
これは演算より求めることができ、２段目において４．０Ｋ−３．０Ｗを実現するには、３台の２段式ＧＭ冷凍機が必要となる。２段式ＧＭ冷凍機を３台用いた場合の冷却能力は下記の通りである。
2004296495.tif 000004
これより、２段目冷却シリンダの全冷却能力は、上記した必要冷却能力量を満足しているが、１段目冷却シリンダの全冷却能力が必要冷却能力量を満足していないことが判る。よってこのような場合、従来では１段目冷却シリンダの全冷却能力が必要冷却能力量を満足するまで、２段式ＧＭ冷凍機の数を増やすことが行なわれていた（即ち、５台以上となる）。しかしながら、１段目冷却シリンダの全冷却能力が必要冷却能力量を満足した段階で、２段目冷却シリンダの全冷却能力は必要冷却能力を超過してしまうことは前述した通りである。
【００４４】
これに対して本実施例のように、１段式ＧＭ冷凍機と２段式冷凍機との２種類を設け、熱シールド部材１６に対する冷却と超電導コイル１８に対する冷却を分離して設計することを可能とすることにより、２段式冷凍機を３台設けると共に１段式ＧＭ冷凍機を１台設ける組み合わせが可能となる。この場合の冷却能力は、下記の通りである。
2004296495.tif 000005
このように、本実施例に係る超電導マグネット装置１０Ａによれば、熱シールド部材１６に対する冷却及び超電導コイル１８に対する冷却を共に無駄の無い最適な状態で行なうことができる。また、必要冷却能力量を実現するために要するＧＭ冷凍機の数を少なくすることができる。これにより、超電導マグネット装置１０Ａのランニングコスト及び製造コストを低減することができる。
【００４５】
続いて、本発明の第２実施例について説明する。
図４及び図５は、第２実施例である超電導マグネット装置１０Ｂを説明するための図である。尚、図４及び図５、また後述する第３実施例の説明で用いる図６及び図７において、第１実施例の説明に用いた図２に示した構成と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ものとする。
【００４６】
前記した第１実施例で用いた１段式ＧＭ冷凍機１２は、２段目冷却シリンダを全て取り除いた構成のものを使用した。これに対して本実施例で用いている１段式ＧＭ冷凍機３０は、２段目冷却シリンダの一部を取り除くことにより１段式ＧＭ冷凍機としたことを特徴としている。
【００４７】
図５は、本実施例に係る超電導マグネット装置１０Ｂに用いられている１段式ＧＭ冷凍機３０を示している。このＧＭ冷凍機３０は、外見は通常の２段式ＧＭ冷凍機１３，１４と同一の構成とされている。即ち、１段目冷却シリンダ３０Ａと共に２段目冷却シリンダ３０Ｂを有した構成とされている。
【００４８】
しかしながら、本実施例で用いているＧＭ冷凍機３０は、１段目冷却シリンダ３０Ａには１段目ディスプレーサ３１が設けられているが、２段目冷却シリンダ３０Ｂからは２段目ディスプレーサ３２（図中、仮想線で示す）が取り除かれた構成とされている。
【００４９】
この２段目ディスプレーサ３２は、２段式ＧＭ冷凍機として用いる場合には、連結部３３において１段目ディスプレーサ３１と接続される。本実施例では、この連結部３３による連結を解除することにより２段目ディスプレーサ３２を２段目冷却シリンダ３０Ｂから取り出し、かつ２段目冷却シリンダ３０Ｂを蓋部３４で閉蓋した構成としたものである。
【００５０】
本実施例に係る超電導マグネット装置１０Ｂによれば、別個に１段式冷凍機を設計し製造する場合に比べ、１段式ＧＭ冷凍機３０の製造コストを低減でき、よって超電導マグネット装置１０Ｂの装置コストの低減も図ることができる。また、部品の共通化を図ることも可能となり、これによっても装置コストの低減を図ることができる。
【００５１】
続いて、本発明の第３実施例について説明する。
図６及び図７は、第３実施例である超電導マグネット装置１０Ｂを説明するための図である。前記した第１及び第２実施例に係る超電導マグネット装置１０Ａ，１０Ｂでは、１段式ＧＭ冷凍機１２，３０は２段式ＧＭ冷凍機と異なる構成とされていた。これに対して本実施例に係る超電導マグネット装置１０Ｃは、１段式ＧＭ冷凍機として用いるＧＭ冷凍機４０自体は、２段式ＧＭ冷凍機をそのまま用いていることを特徴としている。
【００５２】
本実施例に係る超電導マグネット装置１０Ｃは、ＧＭ冷凍機４０の配設位置に第１のスリーブ３５及び第２のスリーブ３６を設けた構成とされている。第１のスリーブ３５は円筒形状を有した部材であり、天板１９と熱シールド部材１６との間に配設されている。また、第２のスリーブ３６も円筒形状を有した部材であり、熱シールド部材１６と冷却ステージ１５Ａとの間に配設されている。更に、第１のスリーブ３５と第２のスリーブ３６は連通した構成とされている。
【００５３】
図６に示されるように、ＧＭ冷凍機４０が超電導マグネット装置１０Ｃに装着された状態において、ＧＭ冷凍機４０の１段目冷却シリンダ４０Ａは第１のスリーブ３５内に位置し、超電導マグネット装置１０Ｂは第２のスリーブ３６内に位置するよう構成されている。また、第１のスリーブ３５の内部は真空容器１１内の真空環境に対して隔離されており、同様に第２のスリーブ３６の内部は熱シールド部材１６内の環境に対して隔離されている。
【００５４】
この構成とすることにより、真空容器１１内及び熱シールド部材１６内を真空環境にしたままで、ＧＭ冷凍機４０を超電導マグネット装置１０Ｃに対して着脱することが可能となる。よって、熱シールド部材１６内及び超電導コイル１８を冷却した状態を維持しつつ、ＧＭ冷凍機４０の交換を行なうことができる。（このようなＧＭ冷凍機のメンテナンスタイプを低温メンテナンスタイプという）。
【００５５】
上記構成された低温メンテナンスタイプの超電導マグネット装置１０Ｃでは、ＧＭ冷凍機４０を２段式ＧＭ冷凍機として用いる場合には、図７（Ａ）に示すように、第１のインジウムシート４５と第２のインジウムシート４６とを共に配設する。第１のインジウムシート４５は、１段目冷却シリンダ４０Ａの下端と熱シールド部材１６との間に介装される。
【００５６】
第１のインジウムシート４５は高い熱伝導性を有するため、この第１のインジウムシート４５は１段目冷却シリンダ４０Ａと熱シールド部材１６とを熱的に接続する第１の熱伝導部材として機能する。この第１のインジウムシート４５は、超電導マグネット装置１０Ｃに対して着脱可能なものである。
【００５７】
また、第２のインジウムシート４６は、２段目冷却シリンダ４０Ｂの下端と冷却ステージ１５Ａとの間に介装される。第２のインジウムシート４６も第１のインジウムシート４５と同様に高い熱伝導性を有するため、第２のインジウムシート４６は２段目冷却シリンダ４０Ｂと冷却ステージ１５Ａとを熱的に接続する第２の熱伝導部材として機能する。この第２のインジウムシート４６も、超電導マグネット装置１０Ｃに対して着脱可能なものである。
【００５８】
本実施例に係る超電導マグネット装置１０Ｃは、図７（Ｂ）に拡大して示すように、第１のインジウムシート４５のみを配設し、第２のインジウムシート４６を配設しない構成したことを特徴とするものである。この構成とすることにより、１段目冷却シリンダ４０Ａと熱シールド部材１６は第１のインジウムシート４５により熱的に接続されるため、熱シールド部材１６はＧＭ冷凍機４０により冷却される。
【００５９】
これに対し、第２のインジウムシート４６は配設されないため、２段目冷却シリンダ４０Ｂと冷却ステージ１５Ａは熱的に接続されない状態となる。よって、冷却ステージ１５Ａ及びこれに熱的に接続した超電導コイル１８は、ＧＭ冷凍機４０により冷却されない状態となる。よって、ＧＭ冷凍機４０は、実質的に１段式ＧＭ冷凍機と等価の機能を奏する冷凍機となる。
【００６０】
一方、上記したように第１及び第２のインジウムシート４５，４６は、超電導マグネット装置１０Ｃに対して着脱可能であるため、図７（Ｃ）に示すように、第２のインジウムシート４６のみを配設し、第１のインジウムシート４５を配設しない構成とすることも可能である。この構成の場合、１段目冷却シリンダ４０Ａと熱シールド部材１６との間には、熱抵抗の高い材質よりなるスペーサ４７が配設されている。
【００６１】
この構成とすることにより、２段目冷却シリンダ４０Ｂと冷却ステージ１５Ａ（超電導コイル１８）は第２のインジウムシート４６により熱的に接続されるため、超電導コイル１８はＧＭ冷凍機４０により冷却される。これに対し、第１のインジウムシート４５は配設されないため１段目冷却シリンダ４０Ａと熱シールド部材１６は熱的に接続されず、よって熱シールド部材１６は冷却されないない状態となる。
【００６２】
上記したように、第１及び第２のインジウムシート４５，４６を第１及び第２のスリーブ３５，３６内に装着するか否かにより、超電導コイル１８の冷却状態を調整することが可能となる。この際、第１及び第２のインジウムシート４５，４６の着脱は自在であるため、超電導マグネット装置１０Ｃの製造完成後においても、超電導コイル１８の冷却状態を調整することが可能となる。
【００６３】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することができる。
【００６４】
請求項１記載の発明によれば、熱シールド部材に対する冷却と、超電導コイルに対する冷却を分離して設計することが可能となるため、熱シールド部材に対する冷却及び超電導コイルに対する冷却を共に最適な状態で行なうことができる。
【００６５】
また、請求項２記載の発明によれば、冷凍機冷却型超電導マグネット装置のランニングコストを低減できると共に装置の小型化を図ることができる。
【００６６】
また、請求項３記載の発明によれば、別個に１段式冷凍機を設計し製造する場合に比べて装置コストの低減を図ることができる。また、部品の共通化を図ることができるため、装置コストの低減を図ることができる。
【００６７】
また、請求項４及び請求項５記載の発明によれば、第１または第２の熱伝導部材を装着するか否かにより、熱シールド部材の冷却を調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の一例である冷凍機冷却型超電導マグネット装置の断面図である。
【図２】本発明の第１実施例である冷凍機冷却型超電導マグネット装置の断面図である。
【図３】本発明の第１実施例である冷凍機冷却型超電導マグネット装置に設けられるＧＭ冷凍機を拡大して示す図である。
【図４】本発明の第２実施例である冷凍機冷却型超電導マグネット装置の断面図である。
【図５】本発明の第２実施例である冷凍機冷却型超電導マグネット装置に設けられるＧＭ冷凍機を拡大して示す図である。
【図６】本発明の第３実施例である冷凍機冷却型超電導マグネット装置の断面図である。
【図７】本発明の第３実施例である冷凍機冷却型超電導マグネット装置に設けられるＧＭ冷凍機を拡大して示す図である。
【符号の説明】
１０Ａ〜１０Ｃ  超電導マグネット装置
１１  真空容器
１２，３０，４０  １段式ＧＭ冷凍機
１３，１４  ２段式ＧＭ冷凍機
１２Ａ〜１４Ａ，３０Ａ，４０Ａ  １段目冷却シリンダ
１３Ｂ，１４Ｂ，３０Ｂ，４０Ｂ  ２段目冷却シリンダ
１２Ｃ〜１４Ｃ，３０Ｃ，４０Ｃ  モータ
１５Ａ，１５Ｂ  冷却ステージ
１６  熱シールド部材
１８  超電導コイル
２１  超電導電流リード
２２  中空円筒
３３  常温強磁場空間
３１  １段目ディスプレーサ
３２  ２段目ディスプレーサ
３３  連結部
３４  蓋部
３５  第１のスリーブ
３６  第２のスリーブ
４５  第１のインジウムシート
４６  第２のインジウムシート
４７  スペーサ
【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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