(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルが冷媒と共に収納されたコイル容器と、該コイル容器を包囲して設けられた真空容器と、該真空容器の外部に設置され前記コイル容器内の冷媒を冷却する冷凍機と、該冷凍機を駆動するモータと、該モータを前記超電導コイルの漏れ磁束から保護する磁気シールドとを備えてなり、
前記磁気シールドは、前記モータを挟んで対向配置された一対の強磁性体板を有し、
前記一対の強磁性体板は、前記モータの回転軸に平行な方向に延在され前記真空容器から最も離れた上端と、前記モータの回転軸に平行な方向に延在され前記真空容器に最も接近した下端を有し、
前記モータの回転軸に平行な方向に延在された前記一対の各強磁性体板の前記上端の長さは、前記モータの回転軸に平行な方向に延在された前記一対の各強磁性体板の前記下端の長さよりも長く構成されてなる超電導電磁石。
【請求項２】
請求項1に記載の超電導電磁石において、
前記真空容器は、一対のドーナツ状に形成され、
前記冷凍機は、前記真空容器の鉛直方向上側部分に設置され、前記真空容器内に概略鉛直に挿入されたピストンを往復動して前記冷媒の断熱膨張により該冷媒を冷却するものであり、
前記モータは、モータ軸を水平にして前記ピストンを往復動するクランク機構に連結して配置され、
前記一対の強磁性体板は、鉛直方向に延在させて配置されてなることを特徴とする超電導電磁石。
【請求項３】
請求項２に記載の超電導電磁石において、
前記磁気シールドは、前記モータに対し、前記ピストンとは反対側の前記一対の強磁性体板の側縁に渡して設けられた強磁性体板を有してなることを特徴とする超電導電磁石。
【請求項４】
請求項２に記載の超電導電磁石において、
前記磁気シールドは、前記モータに対し、前記ピストン側の前記一対の強磁性体板の側縁に渡して設けられた強磁性体板を有してなることを特徴とする超電導電磁石。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の超電導電磁石において、
前記磁気シールドの前記一対の強磁性体板を除く他の強磁性体板の板厚は、前記一対の強磁性体板の板厚よりも薄いことを特徴とする超電導電磁石。
【請求項６】
超電導コイルが冷媒と共に収納されたコイル容器と、該コイル容器を包囲して設けられた真空容器と、該真空容器の外部に設置され前記コイル容器内の冷媒を冷却する冷凍機と、該冷凍機を駆動するモータと、該モータを前記超電導コイルの漏れ磁束から保護する磁気シールドとを備えてなり、
前記冷凍機は、前記真空容器の外表面に設置され、前記真空容器内に概略鉛直に挿入されたピストンを備え、該ピストンを前記モータで往復動して前記冷媒の断熱膨張により該冷媒を冷却するものであり、
前記磁気シールドは、前記モータを挟んでモータ回転軸に平行に前記真空容器の上表面に鉛直方向に延在させて一対の強磁性体板を対向配置し、該一対の強磁性体板の前記モータの後方の側縁に他の強磁性体板を渡して設け、該他の強磁性体板の前記モータの後方に開口を形成し、該他の強磁性体板の反モータ側の前記一対の強磁性体板の側縁には強磁性体板を設けずに開口空間が形成されてなることを特徴とする超電導電磁石。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れかに記載の超電導電磁石において、
前記電磁シールドは、前記真空容器の外表面に平行な方向に移動可能に設けられていることを特徴とする超電導電磁石。
【請求項８】
請求項２又は６に記載の超電導電磁石において、
前記超電導コイルは、主コイルと該主コイルよりも大径で逆方向の電流が通流されるシールドコイルとを有してなり、
前記ピストンは、前記主コイルの内径より外側で、前記シールドコイルの外径よりも内側の位置に挿入されていることを特徴とする電磁石装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導電磁石に係り、特に、超電導電磁石に設けられる冷凍機を駆動するモータの磁気シールド構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導電磁石の用途としては、例えば、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ）装置が知られている。ＭＲＩ装置は、核磁気共鳴（以下、ＮＭＲという）現象により水素原子核スピンが放出する電磁波のＮＭＲ信号を計測し、その信号を演算処理することによって、被検者体内中の水素原子核密度分布を画像化するものである。ＮＭＲ信号を計測する際には、被検体が置かれた観測領域内に強い静磁場（０．２Ｔ以上）を印加すると共に、その静磁場の磁場均一度を高く（例えば、１０ppm 程度）保持する必要がある。
【０００３】
ここで、水素原子核スピンが放出するＮＭＲ信号の強度は静磁場強度に比例するから、画像の分解能を上げるためには静磁場強度を上げる必要がある。特に、撮像領域に高磁場（例えば、１Ｔ以上）を発生するには、超電導コイルを用いた超電導電磁石が必要となる。超電導コイルは、常に極低温に保持する必要があることから、例えば液体ヘリウムなどの冷媒が充填されたコイル容器内に収納し、そのコイル容器を真空容器内に収納して、外部からの熱侵入を防ぐようにしている（特許文献1）。
【０００４】
しかしながら、真空断熱をしても、幅射による熱侵入を避けることができない。また、超電導コイルを支持する部材からの熱伝導を避けることは困難である。このように、超電導コイルが収納されたコイル容器の極低温系への入熱を避けることができないから、一般に、入熱量を上回る冷凍能力を有する冷凍機を設置して、コイル容器内の冷媒を冷却することが行われている。このような冷凍機としては、非特許文献１に記載されているギフォード・マクマホン冷凍機等が知られている。ギフォード・マクマホン冷凍機は、シリンダ内にディスプレッサを挿入して膨張室を画成し、ディスプレッサをモータにより往復動させて膨張室の体積を変えて、断熱膨張により極低温を発生させるように構成されている。そして、膨張室を取り囲むシリンダ壁をコールドヘッドとして、コイル容器内に挿入して冷媒を冷却することができる。
【０００５】
一方、このように構成される冷凍機のモータに、コイル容器内に収納された超電導コイルからの漏れ磁場が作用すると、漏れ磁場強度によってはモータの停止、或いはトルクが劣化するなどの問題が発生する。このような問題を回避するため、特許文献２に、モータを強磁性体の平板で取り囲み、モータとディスプレッサを連結する部分に穴を開けた磁気シールド構造が提案されている。また、特許文献３には、モータの一部を強磁性体で覆い、モータヘ進入する磁力線を迂回させる磁気シールド構造が提案されている。
【０００６】
また、非特許文献2には、強磁性体の形状と磁力線の通し易さ（反磁界係数）の関係が記載されている。
【０００７】
【特許文献１】米国特許公報第６５７０４７５号
【特許文献２】特開平６−１８８４６６号公報
【特許文献３】特開２００４−３４９４７７号公報
【非特許文献１】荻原宏康著、「低温工学概論」、東京電機大学、（1999）
【非特許文献２】R．M．Bozorth： Ferromagnetism，D．van Nostrand, Princeton，NJ, p849，1951
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、モータの片側部分を強磁性体で覆う特許文献３の磁気シールド構造は、強磁性体で覆われていない部分から漏れ磁場が進入するため、モータの略全体を強磁性体により覆う特許文献２の磁気シールド構造が好ましい。
【０００９】
しかし、特許文献２のように、モータの略全体を強磁性体で覆う磁気シールド構造であっても、次のような問題が発生する。
（１）モータを覆う強磁性体板には、モータ駆動軸又はリンク機構などの動力伝達軸が貫通する開口部が必要であり、その開口部からモータに漏れ磁場が進入する。
（２）モータをほぼ完全に囲ってしまうと、モータのメンテナンスが困難となる。
【００１０】
特に、駆動機構を有する冷凍機は、一般に、超電導電磁石よりも寿命が短いから冷凍機の交換作業が必要となる。冷凍機には、冷媒を圧縮するコンプレッサとの接続配管、モータに接続される電源ケーブルなどが設置されるから、冷凍機の交換作業時には、磁気シールドとモータを一緒に取外すことが必要となる。
【００１１】
しかし、超電導電磁石の運転中は、モータを覆う強磁性体に例えば略１トン程度の電磁力が働いているため、磁気シールドを取り外すことが困難である。一般に、超電導電磁石は消磁することなく連続運転するのが好ましいが、磁気シールドを取り外すために、超電導電磁石を消磁しなければならず、メンテナンス作業時間の増大を招くという問題がある。
【００１２】
本発明の課題は、超電導電磁石を消磁することなく、冷凍機のメンテナンスが可能で、冷凍機を駆動するモータを超電導電磁石の漏れ磁束から保護することができる磁気シールド構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の課題を解決する原理について説明する。本発明は、非特許文献2に記載された技術に基づいて検討した結果、磁力線の方向に延在させて板状の強磁性体を配置した場合、強磁性体の板厚に対して延在方向（磁力線の方向）の長さが長いと、強磁性体の反磁界係数が小さくなり、より多くの磁力線を通すことを知見した。したがって、空間に形成される磁界中に板状の強磁性体を配置すると、周囲の磁力線も強磁性体に集められて透過するため、強磁性体の周囲の磁界を低減できることが判明した。
【００１４】
そこで、本発明の超電導電磁石は、超電導コイルが冷媒と共に収納されたコイル容器と、該コイル容器を包囲して設けられた真空容器と、該真空容器の外部に設置され前記コイル容器内の冷媒を冷却する冷凍機と、該冷凍機を駆動するモータと、該モータを前記超電導コイルの漏れ磁束から保護する磁気シールドとを備えてなり、前記磁気シールドは、前記モータを挟んで対向配置された一対の強磁性体板を有し、前記一対の強磁性体板は、前記モータの回転軸に平行な方向に延在され前記真空容器から最も離れた上端と、前記モータの回転軸に平行な方向に延在され前記真空容器に最も接近した下端を有し、前記モータの回転軸に平行な方向に延在された前記一対の各強磁性体板の前記上端の長さは、前記モータの回転軸に平行な方向に延在された前記一対の各強磁性体板の前記下端の長さよりも長く構成されてなることを特徴とする。
【００１５】
すなわち、モータを挟んで一対の強磁性体板を対向配置することにより、一対の強磁性体板に挟まれる開口空間が形成される。磁力線方向に延在する強磁性体板は反磁界係数が小さいため、磁気抵抗が小さくなる。これにより、モータ周囲の漏れ磁束は、一対の強磁性体板を通ることになる。その結果、一対の強磁性体板に挟まれたモータ周囲の漏れ磁束密度を大幅に低減させて、モータを磁気シールドすることができる。
【００１６】
また、一対の強磁性体板を真空容器の外表面に固定して設けても、一対の強磁性体板に挟まれる空間の両端及び上端が開口されているので、磁気シールドを取り外すことなく、冷凍機及びモータのメンテナンスを容易に行うことができる。また、超電導電磁石を消磁する必要がないから、メンテナンス時間を短縮できる。また、モータ位置の漏れ磁場を低減できるため、冷凍性能を決めるモータトルクを損なわず、より高い冷凍性能を発揮できる。
【００１７】
本発明の磁気シールドは、一対の強磁性体板の両端開口の少なくとも一方を閉塞する強磁性体板を設けることができる。この場合、両端開口を閉塞する強磁性体板には、適宜開口を設けることができる。さらに、一対の強磁性体板の上端部を閉塞する強磁性体板を設けることができる。これらの場合、一対の強磁性体板以外の強磁性体板の板厚を薄くすることができる。
【００１８】
上記の場合において、前記真空容器は、一対のドーナツ状に形成され、前記冷凍機は、前記真空容器の鉛直方向上側部分に設置され、前記真空容器内に概略鉛直に挿入されたピストンを往復動して前記冷媒の断熱膨張により該冷媒を冷却するものとし、前記モータは、モータ軸を水平にして前記ピストンを往復動するクランク機構に連結して配置された構成とすることができる。この場合、前記磁気シールドは、前記モータを挟んでモータ回転軸に平行に前記真空容器の上表面に鉛直方向に延在させて一対の強磁性体板を対向配置し、該一対の強磁性体板の前記モータの後方の側縁に他の強磁性体板を渡して設け、該他の強磁性体板の前記モータの後方に開口を形成し、該他の強磁性体板の反モータ側の前記一対の強磁性体板の側縁には強磁性体板を設けずに開口空間が形成されてなる構成とすることができる。
【００１９】
上記いずれの場合においても、前記磁気シールドは、前記真空容器の外表面に平行な方向に移動可能に設けることが好ましい。これによれば、磁気シールドを真空容器の外表面に沿って吸引磁力の弱い方向に移動することにより、冷凍機及びモータの全体を開放することができ、メンテナンスが一層容易になる。つまり、磁気シールドを冷凍機とは独立に移動できるため、冷凍機交換時の作業が容易となる。
【００２０】
ここで、本発明の超電導電磁石において、前記超電導コイルは、主コイルと該主コイルよりも大径で逆方向の電流が通流されるシールドコイルとを有してなる場合、冷凍機のピストンシリンダは、主コイルの内径より外側で、シールドコイルの外径よりも内側の位置に挿入することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、超電導電磁石を消磁することなく、冷凍機のメンテナンスが可能で、冷凍機を駆動するモータを超電導電磁石の漏れ磁束から保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る超電導電磁石の実施形態を図面を用いて説明する。
（実施形態１）
図1に、本発明の特徴部である冷凍機を駆動するモータの一実施形態の磁気シールド構造の斜視図を示す。図2に、本発明の一実施形態の超電導電磁石を適用したＭＲＩ装置の概要構成図を示す。図3に、本発明の超電導電磁石に適用した冷却システムの主要部の断面構成図を示す。
【００２３】
図２に示すように、被験者１はベッド２に横臥され、上下に対向する一対の真空容器３の間に搬送され、予め定められた観測領域４に撮像する領域が一致するように位置決めされる。これら真空容器３は支柱５で連結される。図３は、図２の線Ａ−Ａにおける断面図であり、ベッド2の図示は省略している。真空容器３内部には静磁場発生源が格納されており、観測領域４に図示矢印の方向の静磁場を生成する。真空容器３の内部には、超電導主コイル６と漏洩磁場を抑えるため超電導主コイルと逆向きの電流を流す超電導シールドコイル７を収納し、液体ヘリウム等の冷媒で満たされたコイル容器８が有能されている。これらの構造物は、軸Ｚに対して概ね軸対称に配置されている。また、真空容器３は通常、ステンレス鋼で構成される。また、図示していないが、ＮＭＲ信号に被検者の空間位置情報を付与するための傾斜磁場を印加する傾斜磁場コイル、及びＮＭＲ現象を引起すための共鳴周波数の電磁波を印加する高周波照射コイルが、一対の真空容器３のベッド２側に設置されている。
【００２４】
このように構成されるＭＲＩ装置により、被験者１の所望の断層面を撮像して画像化する。具体的には、静磁場発生源で観測領域４に生成した均一静磁場に、傾斜磁場コイルの傾斜磁場を重畳させることにより、所望の断層領域（通常1mm厚のスライス面）だけに所定の磁場強度を形成する。続いて、その領域に共鳴周波数の電磁波を照射して、スライス面にだけＮＭＲ現象を引き起こさせ、水素原子核スピンが放出するＮＭＲ信号を受信して画像を再構成する。
【００２５】
一般に、水素原子核スピンが放出する電磁波の強度は静磁場強度に比例するため、画像の分解能を上げるためには静磁場強度を上げる必要があり、観測領域４に高磁場（例えば、１Ｔ以上）を形成するために、超電導電磁石が用いられる。超電導電磁石は、常に極低温に保持する必要があるが、真空断熱としても必ず幅射は避けられない。また、超電導コイル支持部からの伝導も避けることは困難であり、少なからず極低温系への入熱が発生する、そこで、通常、長時間極低温を保持するために、入熱を上回る冷凍能力を有する冷凍機を設置する。
【００２６】
図３に、本発明の一実施形態の冷却システムの構成図を示し、図４に、真空容器３の外側から見たギフォード・マクマホン冷凍機の鳥瞰図を示す。図５に、モータとディスプレッサの鳥瞰図を示す。本実施形態は、ギフォード・マクマホン冷凍機を適用した例である。ギフォード・マクマホン冷凍機に関しては、前述の非特許文献１に詳しく説明されている。図３に示すように、ギフォード・マクマホン冷凍機は、円筒状のシリンダ１２内にピストンであるディスプレッサ１０を軸方向に摺動可能に嵌装して、ディスプレッサ１０とシリンダ１２の底部壁との間に膨張室９を形成した構造になっている。そして、ディスプレッサ１０を軸方向に往復動させて膨張室９の体積を変えることにより、断熱膨張により極低温を発生させるようになっている。ディスプレッサ１０は、多孔質の蓄冷材を用いて形成され、内部に通流される冷媒の冷熱を蓄える蓄冷器を兼用する構成となっている。
【００２７】
また、シリンダ１２の上部には、図４に示すように、フランジ１９を介して角形のシリンダヘッド１２aが気密に取り付けられ、シリンダヘッド１２aの一面にモータ１１が取り付けられ、モータ１１の回転軸がシリンダヘッド１２a内に挿通されている。モータ１１の回転軸は、図５に示すように、回転運動を往復運動に変換するクランク機構１７を介してディスプレッサ１０に連結され、モータ１１の回転によってディスプレッサ１０を往復動するようになっている。クランク機構としては、例えば、スコッチ・ヨーク機構を用いることができる。また、シリンダ１２内へ圧縮ガスを送るコンプレッサ１３と、コンプレッサ１３とシリンダ１２を結ぶパイプ１４と、パイプ１４の途中に配置され、モータ１１と同期して動作する排気バルブ１５と吸気バルブ１６が設けられている。
【００２８】
このように構成される冷凍機の動作について、ディスプレッサ１０が下死点にある状態から極低温を生成するまでの手順を説明する。まず、ディスプレッサ１０が下死点にある場合、つまり膨張室９の体積最小のとき、排気バルブ１５が閉じ、吸気バルブ１６が開いて、コンプレッサ１３で圧縮された高圧冷媒ガスがシリンダ１２内に流入する。次に、ディスプレッサ１０が上死点に移動する過程で、高圧冷媒ガスが蓄冷器を兼ねたディスプレッサ１０を通って膨張室９へ流入する。その際、蓄冷器に充填されている蓄冷材と熱交換して冷却される。次に、吸気バルブ１６を閉じ、排気バルブ１５を開くと、膨張室９内の高圧冷媒ガスは、ディスプレッサ１０を通ってコンプレッサ１３へ流出する。このとき、高圧冷媒ガスが断熱膨張して、膨張室９に極低温が生成される。これにより、膨張室９を画成するシリンダヘッド１２ａの底部をコールドヘッド１８として、熱侵入により気化された液体ヘリウムガスなどの冷媒ガスを液化し、真空容器内への入熱を除去することができる。
【００２９】
ところで、膨張室９の体積を変化させるためには十分なモータトルクが必要となる。力を効率よく伝達するためには、膨張室９の近くにモータ１１を配置する必要がある。また、熱効率を向上させる上でもモータ１１と膨張室９を近接して配置する必要がある。しかし、コールドヘッド１８の近くには液体ヘリウム等の冷媒の液面が存在し、その近くには超電導主コイル６や超電導シールドコイル７が配置されている。この場合、前述したように、超電導コイル６、７からの漏れ磁場により、モータ１１の位置での磁場が高くなり、モータ１１が停止、又はトルクが劣化する。
【００３０】
例えば、モータ１１とコールドヘッド１８を結ぶ方向には、モータ１１の駆動力をシリンダピストンであるディスプレッサ１０ヘ伝達する駆動機構や、コンプレッサからの圧縮冷媒ガスが通過する管などが通る。それらのために、モータ１１の周囲に配設する磁気シールドには、比較的大きな開口部が必要となり、そこからモータ位置に漏れ磁場が進入する。特に、冷凍機のシリンダ１２は、超電導主コイル６の内径より外側で超電導シールドコイル７の外径より内側の半径位置に配置される場合が多い。この場合、モータ位置の磁力線は、図６に示すように、シリンダ１２の軸方向にほぼ平行となる。図６では、冷凍機の図示を省略しているが、超電導主コイル６には、観測領域４に上向き磁場を生成するように電流が流れ、超電導シールドコイル７にはその逆向き電流が流れ、図示のような磁力線２０が形成される。この磁力線２０が、モータ１１に進入すると、前述のような問題が生ずる。そうかといって、モータ１１をほぼ完全に囲ってしまうと、モータ１１のメンテナンスが困難となる。
【００３１】
このような問題を解決できる本発明の特徴部である冷凍を駆動するモータの一実施形態の磁気シールド構造について、図１を参照して説明する。図１は、図４で示した真空容器３の上部の大気側から冷凍機を見た鳥瞰図である。モータ１１の周りに磁気シールド２１が、一対のドーナツ状に形成された真空容器３の外表面にボルト２２を介して固定されている。すなわち、磁気シールド２１は、モータ１１をモータ軸の側面側から挟んで、図６の漏れ磁束の主方向に延在させて対向配置された一対の強磁性体板２１a、２１ｂを有し、さらに、モータ１１に対して反ディスプレッサ側に強磁性体板２１ｃが渡して設けられている。これらの強磁性体板２１a、２１ｂに挟まれた真空容器３の外表面には、磁性体が設けられていない領域が形成され、これによって強磁性体板２１a、２１ｂに挟まれた鉛直方向に開口空間２３が形成されている。この開口空間２３をシリンダ１２が貫通している。また、一対の強磁性体板２１a、２１ｂの下端には、それぞれ真空容器３の外表面に設置する２つの脚板２１ｄが、モータ１１から見て外側に張り出して設けられている。この脚板２１ｄは、一対の強磁性体板の２１a、２１ｂのモータ軸方向の最大長よりも短く形成され、これに合わせて、一対の強磁性体板２１a、２１ｂのモータ１１の下端面よりも下の部位が切り欠いて形成されている。そして、この切り欠き形状に合わせて、一対の強磁性体板の２１a、２１ｂのモータ１１の後方の側縁に、つまり、モータ１１の反冷凍機側の側縁に、曲折された強磁性体板２１ｅが渡して設けられている。この強磁性体板２１ｅのモータ１１の後方、つまり、曲折された位置よりも上方に開口が設けられ、これによって強磁性体板２１a、２１ｂに挟まれたモータ軸方向に延在する開口空間２４が形成されている。なお、一対の強磁性体板の２１a、２１ｂの開口空間２４の反モータ側の側縁には、磁性体板を設けずに、開口空間２５が形成されている。
【００３２】
このように構成されることから、本実施形態の磁気シールド２１によれば、次に説明する作用により、効果的にモータ１１を磁気シールドすることができる。つまり、磁気シールド２１は、ピストンであるディスプレッサ１０の往復動方向に強磁性体板２１ａ、２１ｂが長く伸びた構造を有しており、強磁性体板２１ａ、２１ｂの板厚がディスプレッサ１０の往復運動方向の長さよりも十分に小さいことから、一対の強磁性体板２１a、２１ｂの反磁界係数が小さくなり、より多くの磁力線を通すようになる。これにより、一対の強磁性体板２１a、２１ｂに平行方向な磁力線は、反磁界係数か小さい強磁性体板２１a、２１ｂを通過することになり、モータ１１位置への漏れ磁場を低減できる。
【００３３】
同様に、モータ１１の後方の強磁性体板２１ｅに形成した開口と開口空間２５によって、強磁性体板２１a、２１ｂのモータ回転軸と平行方向にも開口空間２４が形成されるから、これによりモータ１１の回転軸方向に平行な磁力線は、開口空間２４を構成する反磁界係数の小さい強磁性体板２１a、２１ｂを通過するので、モータ１１位置への漏れ磁場を低減できる。また、この開口空間２４により、コンプレッサ１３ヘのパイプ１４や図示しないモータ駆動用電源ケーブルなどが容易に敷設できる。
【００３４】
また、真空容器３の外表面上に複数のレール２６を配置し、磁気シールド２１の脚板２１ｄにレール２６に合わせた溝２７を設け、磁気シールド２１を図示矢印２８の方向に移動させるようにすることが好ましい。これによれば、ボルト２２を取り外し、磁気シールド２１をレール２６に沿って移動させることにより、冷凍機及びモータの全体を磁気シールド２１の外部に引き出すことができるから、メンテナンスが容易になる。つまり、磁気シールド２１に働く電磁力は、磁場強度の空間的な勾配に比例するので、超電導主コイル６や超電導シールドコイル７から離れる方向、即ち真空容器３から遠ざかる方向よりも、真空容器３の面上を移動する方向の方が電磁力が小さい。したがって、磁場発生中に冷凍機を交換する場合を考えると、レール２６上を磁気シールド２１を移動させて冷凍機を取り出してメンテナンスする方が、磁気シールド２１と共に冷凍機を取り出すよりも、電磁力か小さくて作業し易くなる。また、超電導電磁石を消磁する必要がないから、メンテナンス時間を短縮できる。
【００３５】
さらに、冷凍機側のフランジ１９と取り合う真空容器側のフランジ２９を、シリンダ１２の軸方向に伸ばし、開口空間２３をさらにシリンダ１２の方向に伸ばせば、開口空間２３からの磁場の侵入をより防ぐことが可能となる。
【００３６】
ここで、開口空間２３を形成する強磁性体板２１ａ、２１ｂのディスプレッサ１０の往復動方向の長さについて説明する。図７に、強磁性体板２１ａ、２１ｂをモータ１１の回転軸方向から見た図を示す。図において、モータ１１の下方の空間が開口空間２３である。強磁性体板２１ａ、２１ｂとモータ１１がない場合の漏れ磁場３６が図に示すように紙面に平行な上向きの場合、強磁性体板２１ａ、２１ｂの表面に紙面垂直方向の表面磁化電流３７が流れていると見做すことができる。表面磁化電流３７は、強磁性体板２１ａ、２１ｂの外表面に、紙面裏から表側方向に、又は内表面には紙面表から裏側方向に流れる。この表面磁化電流３７が作る磁場により、モータ１１の下面位置の磁束密度３９が漏れ磁場３６よりも小さくなるから、モータ１１が磁気シールドされる。
【００３７】
次に、モータ１１の下面位置の磁束密度３９を求める。強磁性体板２１ａ、２１ｂの内面の間隔を２ｂ、外面間隔を２ａ、モータ１１の下面から強磁性体板２１ａ、２１ｂの下端までの距離をhとすると、モータ１１の下面位置における磁束密度３９は、数１で表せる。ここで、漏れ磁場３６は、Ｂext（Ｔ）、真空透磁率をμ0（Ｈ／ｍ）、飽和磁化Ｂｓ（Ｔ）とする。
【００３８】
【数１】
0004796393.tif 000002
【００３９】
数１においては、表面磁化電流３７の紙面垂直方向の長さを無限長とし、飽和磁化Ｂｓに相当する電流を考えている。さらに、モータ１１より下側の強磁性体板２１ａ、２１ｂの効果を見るために、モータ１１の下面から強磁性体板２１ａ、２１ｂの下端までの距離ｈの間の表面磁化電流３７が作る磁場のみ考慮した。
【００４０】
数１の積分を実行すると、数２が得られる。強磁性体板２１ａ、２１ｂの内面間隔２ｂと、外面間隔２ａの間には、式３の関係がある。これは、強磁性体板２１ａ、２１ｂの外面間隔２ａの間を通過する磁束が、全て強磁性体板２１ａ、２１ｂを通過すると考えると導出できる。
【００４１】
【数２】
0004796393.tif 000003
【００４２】
【数３】
0004796393.tif 000004
【００４３】
数２と数３を使って得られる距離ｈと、磁束密度３９の関係を図８に示す。また、計算で用いた数値を図８中に示す。縦軸はモータ１１の下面の磁束密度３９を表し、横軸はモータ１１の下面から強磁性体板２１ａ、２１ｂの下端までの距離ｈを表す。曲線４５はそれらの関係を表している。
【００４４】
図８から分かるように、モータ１１の下面から強磁性体板２１ａ、２１ｂの下端までの距離ｈが、強磁性体板２１ａ、２１ｂの外面間隔２ａの半分aと等しくなると、磁束密度３９が極小点になる。しかも、モータ１１の下面から強磁性体板２１ａ、２１ｂの下端までの距離ｈが、強磁性体板２１ａ、２１ｂの外面間隔２ａの１／４〜３／２の間であれば、上述した極小値の約８割まで低減できている。したがって、モータ１１の下面から磁気シールド下面までの距離ｈは、磁気シールドの側板３５の外面間隔２ａの１／４〜３／２程度で十分であることが判る。
【００４５】
（実施形態２）
図９に、本発明に係る磁気シールド構造の他の実施形態の斜視図を示す。本実施形態と図１に示した実施形態の相違点は、磁気シールド２１の開口空間２５を強磁性体板２１ｆで塞いだこと、磁気シールド２１を一対のボルト２２を結んだ面３１で２つ割可能に構成したことにある。その他の点は、図１の実施形態と同一であることから、同一の符号を付して、説明を省略する。
【００４６】
このように構成されることから、本実施形態の磁気シールド２１は、図１と同様に、ディスプレッサ１０の往復動方向に長く延びた開口空間２３を有し、開口空間２３は一対の強磁性体板２１ａ、２１ｂと強磁性体板２１ｅ，２１ｆにより囲まれて形成される。しかも、開口空間２３の長さが、それらの強磁性体板の板厚に比べて十分に長いから、それらの強磁性体板の反磁界係数が小さくなり、より多くの磁力線を通すようになる。これにより、モータ１１位置への漏れ磁場を十分に低減できる。
【００４７】
また、開口空間２４が設けられているから、図１の実施形態と同様に、コンプレッサヘのパイプ１４やモータ駆動用電源ケーブルなどを容易に敷設できる。
【００４８】
しかも、本実施形態によれば、磁気シールド２１を面３１を境に２つに分離できるので、ボルト２２を取り外すことにより、磁気シールド２１をレール２６に沿って２つ割りすることにより、冷凍機及びモータの全体を磁気シールド２１の外部に引き出すことができるから、メンテナンスが容易になる。
【００４９】
（実施形態３）
図１０に、本発明に係る磁気シールド構造の他の実施形態の斜視図を示す。本実施形態と図１に示した実施形態の相違点は、磁気シールド２１の強磁性体板２１ａ、２１ｂの上端に渡して開口空間２３の上方を塞いで設けられた強磁性体板２１ｃの板厚が、他の強磁性体板の板厚よりも薄くしたことにある。その他の点は、図１の実施形態と同一であることから、同一の符号を付して、説明を省略する。
【００５０】
このように構成しても、強磁性体板２１ｃにおける磁力線は鉛直上向きのため、強磁性体板２１ｃの広い面と磁力線はほぼ垂直となる。したがって、非特許文献２に記載されているように、強磁性体板２１ｃの反磁界係数が大きくなる。その結果、強磁性体板２１ｃの磁性体の効果が小さくなるから、薄くしても図１の実施形態の効果と同等の効果が得られる。
【００５１】
なお、本実施形態は、図９の実施形態と組み合わせることもできる。すなわち、磁気シールド２１の強磁性体板２１ｃの板厚を薄くしても、反磁界係数が十分に大きいので、磁力線はその部分を通過するから、図９の実施形態と同等の効果を奏することができる。
【００５２】
（実施形態４）
図１１に、本発明に係る磁気シールド構造の他の実施形態の斜視図を示す。本実施形態と図１に示した実施形態の相違点は、磁気シールド２１を、一対の強磁性体板２１ａ、２１ｂのみとしたことにある。その他の点は、図１の実施形態と同一であることから、同一の符号を付して、説明を省略する。
【００５３】
本実施形態は、図８の実施形態で説明した強磁性体板２１ｃの板厚を薄くする効果をさらに推し進めて、強磁性体板２１ｃを除去すると共に、強磁性体板２１ｅを除去したことにある。すなわち、一対の強磁性体板２１ａ、２１ｂの位置における磁力線は、強磁性体板２１ａ、２１ｂの広い面に平行であるから、それらの強磁性体板の反磁界係数を小さくすることができる。その結果、モータ１１位置の磁力線を充分引き込むことが可能となり、実施形態１〜３と同等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態１の磁気シールド構造の斜視図である。
【図２】本発明に係る超電導電磁石を適用した一実施形態のＭＲＩ装置の概要構成図である。
【図３】本発明の超電導電磁石に適用した一実施形態の冷却システムの主要部の断面構成図である。
【図４】真空容器の外部に表れる冷凍機頂部の鳥瞰図である。
【図５】ディスプレッサとモータを連結するクランク機構の構成を説明する図である。
【図６】超電導コイルにより生ずる磁場の状態を説明する図である。
【図７】本発明の特徴である一対の強磁性体板のシールド効果を説明するための図である。
【図８】図７の一対の強磁性体板により形成される開口空間における磁場分布を示す線図である。
【図９】本発明の実施形態２の磁気シールド構造の斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態３の磁気シールド構造の斜視図である。
【図１１】本発明の実施形態４の磁気シールド構造の斜視図である。
【符号の説明】
【００５５】
３  真空容器
１１  モータ
１２ａ  シリンダヘッド
２１  磁気シールド
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｅ、２１ｆ  強磁性体板
２１ｄ  脚板
２２  ボルト
２３、２４，２５  開口空間
２６  レール
２７  溝
【図１】
0004796393.tif 000005
【図２】
0004796393.tif 000006
【図３】
0004796393.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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