(57)【要約】      （修正有）【課題】超電導バルク体を備えた磁場発生装置を小型化すると共に冷却効率を向上させる。【解決手段】超電導バルク体２と、超電導バルク体２を冷却する冷却装置３と、内部を真空断熱する構成を有すると共に、超電導バルク体２を収納する先端部８ａおよび冷却装置３と超電導バルク体２との接続方向に対して伸縮性のあるフレキ管部８ｂから成る真空容器８と、フレキ管部８ｂの伸縮量を調整する調整部１３とを備えた磁場発生装置１に、さらに、超電導バルク体２と冷却装置３とを熱的に接続する少なくとも２つの棒状部材６ａ、６ｂ、６ｃが互いに組み合わされて成る熱伝導体６を設ける。熱伝導体６は、冷却装置３と超電導バルク体２との接続方向にスライド可能に構成され、かつ、調整部１３によりフレキ管部８ｂの伸縮量が調整されるに伴って、真空容器８と接触せずに当該接続方向の長さが変わる特徴を備える。【選択図】図１
2016118513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導バルク体と、
前記超電導バルク体を冷却する冷却装置と、
内部を真空断熱する構成を有すると共に、前記冷却装置と前記超電導バルク体との接続方向に対して伸縮性を有する真空容器と、
前記真空容器の伸縮量を調整する調整部と、
前記超電導バルク体と前記冷却装置とを熱的に接続する少なくとも２つの棒状部材が互いに組み合わされて成る熱伝導体と
を備え、
前記超電導バルク体の外側に設けられた外部磁場発生装置により前記超電導バルク体を着磁することで前記超電導バルク体の周囲に定常磁場を発生させる
磁場発生装置であって、
前記熱伝導体は、前記接続方向にスライド可能に構成され、かつ、前記調整部により前記真空容器の伸縮量が調整されるに伴って、前記真空容器と接触せずに前記接続方向の長さが変わる
ことを特徴とする磁場発生装置。
【請求項２】
請求項１において、
少なくとも１つのリング状の超電導バルク体がリング中央部に磁場発生空間を有するよう配置され、その周囲を囲むように外部磁場を印加して着磁される
ことを特徴とする磁場発生装置。
【請求項３】
請求項１において、
少なくとも１つの円柱状の超電導バルク体が円柱先端部に磁場発生空間を有するよう配置され、その周囲を囲むように外部磁場を印加して着磁される
ことを特徴とする磁場発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高磁場を発生可能な磁場発生装置に関し、特に磁場を空間・時間的に均一に発生させる核磁気共鳴(Nuclear Magnetic Resonance：ＮＭＲ)信号を用いる装置や、高磁場の磁気力を利用して磁性体を誘導または分離する磁気誘導装置あるいは磁気分離装置に用いられる磁場発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁場を利用した浄化装置の例として、固液分離等を目的として、細めの金網で編んだ網を通水分離膜として使用し、汚泥等の汚濁粒子を有する原水に凝集剤と磁性粉を添加して磁性フロックを生成し、磁性フロックを網で分離後、網で捕集した磁性フロックを磁場発生装置からの磁場で磁気分離・除去して高濃度スラッジを回収する磁気分離浄化装置があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来、磁場を利用した誘導装置の例として、薬剤の誘導等を目的として、薬剤を磁性体と結合させる等により磁化させた後血管等に注入し、腫瘍等の患部に磁場発生装置からの磁場を当て薬剤を集中させる磁気誘導装置があった（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、従来、小型かつ簡単な構成で強磁界を発生する手段として、従来の低温超電導体コイルによる超電導磁石に代わり、冷凍機で直接冷却する高温超電導バルク体を使用する装置があった（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２―２７３２６１号公報
【特許文献２】特開２００７−２９７２９０号公報
【特許文献３】特開平１１−２４８８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＮＭＲ装置は、各原子の化学シフト量やスピン−スピン結合定数等、あらゆる有機化合物の構造解析上有用なデータを得ることができるもので、強磁界を使うほど詳細で情報量の多い分析が可能なことから、超電導材料を用いた磁石が利用されている。ＮＭＲ装置は、静磁場を作る磁石、高周波パルスを発生しＮＭＲ信号を検出するコイル、ＮＭＲ信号を受ける受信機およびシステムコントローラ等から構成され、前記磁石としては、超電導磁石が磁場の強度および安定性と均一性の点から優位である。ＮＭＲ現象を利用して、組織や器官の中で起きている化学反応をそのままの状態で追跡し、例えば脳透視断層図を得るＭＲＩ装置は、このＮＭＲの医療への応用の代表例である。
【０００７】
ＭＲＩ装置は、静磁場発生手段である磁石、空間情報を信号に与えるための傾斜磁場、高周波電磁波照射系、ＮＭＲ信号検出系、人体等の検査対象を取り巻き高周波の電磁波照射や信号検出を行うプローブコイル、これらを制御しかつ得られた信号を処理するコントローラ等から構成され、静磁場存在下に置かれた検査対象に高周波電磁波を照射し、得られたＮＭＲ信号により信号を発生している核種の空間分布を映像化するものである。このＭＲＩ装置は、放射線を使用しないことから安全であり、かつ十分な解像度が得られ、実用価値が極めて高いものである。
【０００８】
また、従来、磁場を利用した浄化装置の例として、上記の特許文献１に記載の構成が、更に、磁場を利用した誘導装置の例として、上記の特許文献２に記載の構成が、それぞれあった。
【０００９】
これらの技術に用いる磁場発生装置は、一般に磁場強度が高いほど感度や誘導のための磁気力等の性能が向上する。このため磁場発生装置の主磁場の形成に、ニオブ・チタンなどの金属系超電導線材による超電導コイルを使用した超電導磁石が用いられることがある。このコイルは液体ヘリウムを使って極低温に冷却して利用するため、高価な液体ヘリウムが多量に必要であり、運転コストが高くなるという問題があった。一方で、上記金属系超電導線材による超電導コイルを使用した超電導磁石を冷凍機で直接冷却する場合もある。この冷却方式では、液体ヘリウムが不要のために液溜めを除くことができ、冷凍機との熱伝導構造によっては装置を小型化することが可能である。しかし、冷凍機により超電導コイルを液体ヘリウム温度まで冷却する必要があるために、冷凍機が大型となり、かつ大量の電力が消費され、結果として冷凍機を含めた装置全体の大型化や運転コストの増加問題があった。
【００１０】
小型かつ簡単な構成で強磁界を発生する手段として、従来の低温超電導体コイルによる超電導磁石に代わり、冷凍機で直接冷却する高温超電導バルク体を使用する装置が特許文献３に記載されている。高温超電導バルク体は、従来のヘリウム冷却型の超電導磁石に比べて高い温度で超電導遷移するために、冷凍機の運転温度を高くすることが可能である。このため、ヘリウム冷却型の超電導磁石に比べ断熱構造の簡易化や小型冷凍機が採用できるメリットがある。また、低い冷凍能力でも冷却可能なために、ヘリウム冷却型の超電導磁石に比べて小型かつ運転コストの低い磁場発生装置にすることができる。このとき高温超電導バルク体を冷却する冷凍機は、一般的にヘリウムガスを作動媒体とする冷凍サイクルを運転するものであり、ヘリウムガスを圧縮・膨張する機構が内蔵されている。この冷凍機のタイプとしては、放熱側の圧縮機とコールドヘッド部で冷却を行う膨張機とを直結した圧縮機一体型と、両者を細管で連結しそれぞれを離したスプリット型がある。このうちのスプリット型は、ヘリウムガスが細管内を流動する際に圧力損失が生じるため、圧縮機一体型に比べ冷却効率が劣る。また、圧縮機と膨張機とを離しているために、一体型と比べて冷凍機が大型となる問題がある。これらの問題から、高温超電導バルク体の冷却装置としては、圧縮機一体型の冷凍機が望ましい。
【００１１】
高温超電導バルク体を超電導磁石として用いるためには、永久磁石と同様に、着磁を行う必要がある。すなわち、高温超電導バルク体とは別に、高温超電導バルク体が必要とするだけの磁場を発生させることができる着磁装置により、磁場を印加しなければならない。このときの着磁方法としては大きく分けて２種類ある。一つは、室温の高温超電導バルク体を着磁装置に挿入し、その後着磁装置より磁場を印加し、その状態で高温超電導バルク磁石を冷却する方法である。もう一つは、冷却した高温超電導バルク体を着磁装置に挿入し、着磁装置からパルス磁場を印加する方法である。どちらの方法であっても、着磁装置から磁場を印加した状態で高温超電導バルク体を冷却する必要がある。
【００１２】
このとき、圧縮機一体型のスターリングサイクル冷凍機や、膨張機側に機械駆動部があるスプリット型ＧＭサイクル冷凍機等の場合、内部にモータが組み込まれているために、着磁装置からの漏洩磁場により、冷凍機が動作しない可能性がある。このために、冷凍機と着磁装置とを離さなければならない。また、膨張機内部に機械駆動部の無いスプリット型パルス管冷凍機の場合においても、接続のための細管は冷凍機に対して垂直に取り付けられるため、冷凍機は着磁装置より外部に取り付ける必要がある。このために、高温超電導バルク体と冷凍機との間は長尺の熱伝導体で熱的に接続される必要があり、結果として装置を小型化できないという問題があった。
【００１３】
さらに、超電導体は一般に温度が低い場合の方が内部に多く電流を流すことができるため強磁場を着磁できる。しかし、着磁した高温超電導バルク体は、磁場の時間減衰を防ぐために、数Ｋ〜１０Ｋ程度過冷却して使用する必要がある。このため、着磁する際は着磁後に比べて高温超電導バルク体の温度を数Ｋ〜１０Ｋ程度上げる必要がある。具体的には、着磁時は、冷凍機の冷却能力を下げる、または内部ヒーターに通電して高温超電導バルク体の温度を上げる。このために、高温超電導バルク体に流すことのできる最大電流が低下し、高温超電導バルク体の着磁磁場が制限される問題があった。
【００１４】
したがって、小型かつ冷却効率の高い磁場発生装置を得ることが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の磁場発生装置は、例えば、超電導バルク体と、前記超電導バルク体を冷却する冷却装置と、内部を真空断熱する構成を有すると共に、前記冷却装置と前記超電導バルク体との接続方向に対して伸縮性を有する真空容器と、前記真空容器の伸縮量を調整する調整部と、前記超電導バルク体と前記冷却装置とを熱的に接続する少なくとも２つの棒状部材が互いに組み合わされて成る熱伝導体とを備え、前記超電導バルク体の外側に設けられた外部磁場発生装置により前記超電導バルク体を着磁することで前記超電導バルク体の周囲に定常磁場を発生させる磁場発生装置であって、前記熱伝導体は、前記接続方向にスライド可能に構成され、かつ、前記調整部により前記真空容器の伸縮量が調整されるに伴って、前記真空容器と接触せずに前記接続方向の長さが変わることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、小型であり、かつ、冷却効率の高い磁場発生装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態である実施例１に係る磁場発生装置の構成を示す断面図である。
【図２】磁場発生装置の着磁作業のフローを示すフローチャート図である。
【図３】磁場発生装置を着磁装置に挿入したときの磁場発生装置と着磁装置との相対的な位置関係を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態である実施例１における着磁後の磁場発生装置の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態である実施例１に係る磁場発生装置の熱伝導体接続部の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態である実施例２に係る磁場発生装置の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態である実施例２における着磁後の磁場発生装置の構成を示す断面図である。
【図８】本発明の実施例１および２に係る磁場発生装置において超電導バルク体を別の超電導バルク体に変更した第３の実施形態である実施例３に係る磁場発生装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の磁場発生装置の特徴は、例えば、超電導バルク体と、それを冷却する冷却装置と、真空ポンプにより内部を真空断熱し、かつ冷却装置と超電導バルク体との接続方向に対して伸縮性を有する真空容器と、真空容器の伸縮量を調整する調整部と、超電導バルク体と冷却装置とを熱的に接続する少なくとも２つの棒状部材が互いに組み合わされて成る熱伝導体を備えて成り、別に設けられた外部磁場発生装置により超電導バルク体を着磁することで超電導バルク体の周囲に定常磁場を発生させる磁場発生装置において、熱伝導体は接続方向にスライドできるように組み合わされ、真空容器の伸縮にともなって、真空容器と接触せずに接続方向の長さを調節できることにある。 
この特徴を備えることによって、本発明の磁場発生装置は、着磁のために長尺化が必要だった冷凍機と超電導バルク体との間の長さを、接続方向に対して伸縮性を有する真空容器および複数の熱伝導体を設けることにより着磁後に短尺化できる構成となり、以て磁場発生装置を小型化することができる。より具体的には、本発明の磁場発生装置は、着磁のために長尺化する超電導バルク体と冷却装置との間の熱伝導体を、着磁後に接続方向にスライドさせることで短尺化でき、以て装置を小型化することができる。また、短尺化によって、熱伝導体の表面積が減少する。真空断熱空間では、表面積に比例する輻射熱により、室温部から低温部へ熱侵入が生じる。よって、本発明のように真空容器を短尺化することにより、輻射による侵入熱を減らすことができる。これの結果、冷却装置により、超電導バルク体を着磁時に比べて低い温度まで冷却することが可能となる。すなわち、従来技術のように着磁時に冷却能力を落として着磁する必要が無くなる。これによって、より低い温度で超電導バルク体を着磁することができるため、より高磁場の着磁が可能となる。
【００１９】
また、前記磁場発生装置において、少なくとも１つのリング状の超電導バルク体がリング中央部に磁場発生空間を有するように配置され、その周囲を囲むように外部磁場を印加して超電導バルク体を着磁することを特徴とする磁場発生装置により、超電導バルク体の軸方向に均一な磁場を発生できる。
【００２０】
また、前記磁場発生装置において、少なくとも１つの円柱状の超電導バルク体が円柱先端部に磁場発生空間を有するよう配置され、その周囲を囲むように外部磁場を印加して着磁されることを特徴とする磁場発生装置とすることで、円柱先端部に磁気誘導や磁気分離に優位な、磁気勾配の大きい磁場を発生させることができる。
【００２１】
以下、本発明の磁場発生装置の実施形態について、各実施例として図を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施形態である実施例１に係る磁場発生装置の構成を示す断面図である。磁場発生装置１は、後述する着磁を行うことにより、高温超電導バルク体(以下バルク体と記す)２を冷却し続ける限り、磁場発生空間９に磁場を発生する。
【００２３】
磁場発生装置１は、超電導バルク体２と、超電導バルク体２を冷却する冷却装置（例えば冷凍機）３と、内部を真空断熱する構成を有すると共に、超電導バルク体２を収納する先端部８ａおよび冷却装置３と超電導バルク体２との接続方向に対して伸縮性のあるフレキ管部８ｂから成る真空容器８と、フレキ管部８ｂの伸縮量を調整する調整部１３と、超電導バルク体２と冷却装置３とを熱的に接続する少なくとも２つの棒状部材６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが互いに組み合わされて成る熱伝導体６とを備える。磁場発生装置１は、超電導バルク体２の外側に設けられた外部磁場発生装置（例えば着磁装置）３０により超電導バルク体２が着磁されることで、超電導バルク体２の周囲に定常磁場を発生させるようになる。熱伝導体６は、冷却装置３と超電導バルク体２との接続方向にスライド可能に構成され、かつ、調整部１３によりフレキ管７の伸縮量が調整されるに伴って、フレキ管部８ｂと接触せずに当該接続方向の長さが変わる特徴を備える。
【００２４】
バルク体２を冷却する冷凍機３は、冷却端であるコールドヘッド３ａと冷凍機本体３ｂからなる。冷凍機３は電源ユニット４により冷凍機本体３ｂへ電力を供給することによりコールドヘッド３ａを冷却する。バルク体２は、冷却装置３と超電導バルク体２との接続方向に対して伸縮性のあるフレキ管部８ｂを有する真空容器８内でバルク体支持体１０により固定されており、真空容器８およびフレキ管７により大気側と真空断熱されている。またバルク体２は、真空断熱空間内にて、冷凍機の冷却端であるコールドヘッド３aとの間で、バルク体側熱伝導体６ａおよび冷凍機側熱伝導体６ｂにより熱的に接続され冷却される。バルク体側熱伝導体６ａは、円筒または角筒等の中空構造となっており、長手方向にスライドさせることにより内部に冷凍機側熱伝導体６ｂを収納することができる。図１では、バルク体側熱伝導体６ａと冷凍機側熱伝導体６ｂとは最大長まで伸ばされた状態であり、このとき両者の接続部分６ｃには引っ張り応力がかかり、熱抵抗が小さい状態で支持されている。更に接続部分の熱抵抗を低減するために、バルク体側熱伝導体６ａと冷凍機側熱伝導体６ｂとの接触部分にインジウムシートを挟む、もしくは熱伝導の高いグリース材を塗布しても良い。
【００２５】
冷却することにより超電導永久磁石として働くバルク体２の材料は、例えばその主成分をＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏで表せる酸化物超電導バルク体がある。ここで、ＲＥは、イットリウム（元素記号Ｙ）、サマリウム（Ｓｍ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、エルビウム（Ｅｒ）、イッテルビウム（Ｙｂ）を表し、そのうち少なくとも１種または２種以上を合わせてなるものである。
【００２６】
絶対温度で９０Ｋ以上の超電導遷移温度を持つイットリウム系、ネオジム系、サマリウム系などの酸化物超電導体を合成する際、原料をいったん融点よりも高く過熱して溶融し、再び凝固させるいわゆる溶融法で合成すると、粗大な結晶が成長し形成される高温超電導バルク体が得られる。超電導となる母相には絶縁相が微細に分散した組織が得られ、この分散層の存在に起因するピン止め点が磁束を捕捉して、超電導バルク体は擬似的な永久磁石として働く。超電導バルク体の合成には粒径５０μｍ以下の銀が添加されることもある。銀は、超電導相の性能を大きく損なうことなく組織中に分散し、試料のき裂の伝播を抑制して機械的強度を向上したり、融点を降下して結晶成長を早くしたり、種結晶との温度差を与えてその融点を抑制して結晶方位に寄与させることができる。
【００２７】
酸化物超電導体は、その結晶方位によって超電導特性に異方性があり、結晶軸のｃ軸に垂直な方向の臨界電流密度が他の結晶方位に比べて高い。このため結晶軸のｃ軸を一方向に配向すると優れた磁場の捕捉ができる。したがって、高温超電導バルク体をその着磁する磁場方向にｃ軸を配向することで優れた捕捉磁場特性が得られる。
【００２８】
その他の材料としては、例えば二ホウ化マグネシウム（MgB2）がある。これは絶対温度で約３９Ｋの超電導遷移温度であり、上記の酸化物超電導バルク体と比較して温度は低くより低温に冷却する必要がある。しかし、酸化物超電導バルク体と比較したメリットとして、バルク体を製造する過程において、原料粉末を混合し、バルク体に成型した後に熱処理を行うだけでよいので、大型のバルク体の製造が酸化物超電導バルク体に比べ容易であることや、複雑な結晶構造を持たないこと、金属でも軽い物質であることが挙げられる。
【００２９】
このバルク体２を例えば本実施例のように円筒形状に加工し、真空容器８内にバルク体支持体１０で固定する。バルク体２を着磁する際に、バルク体には内部に流れる電流と、外部磁場により内部にローレンツ力が働く。この力によるバルク体の破壊を防ぐために、高温超電導バルク体を樹脂やエポキシ系接着剤により含浸する、またはステンレスやアルミニウム等の金属製リングで周囲を固定する等してもよい。
【００３０】
冷凍機３は、例えば圧縮機一体型のスターリング式冷凍機を用いることにより小型化できる。その他に、スプリット型のＧＭサイクル冷凍機や、ソルベイサイクル冷凍機、スターリング冷凍機、パルス管冷凍機等を用いても同様の効果が得られる。このときの冷凍機本体３ｂは、膨張機と圧縮機およびそれらを接続しＨｅガスが循環する細管により構成される。このため、圧縮機一体型冷凍機に比べて装置の大型化や、細管の圧力損失による冷凍効率低下の問題がある。圧縮機放熱部は、空冷や水冷装置(図示せず)により放熱される。
【００３１】
熱伝導体６は、バルク体側熱伝導体６ａおよび冷凍機側熱伝導体６ｂからなる。これらの材質には、低温で熱伝導率の大きい、例えば無酸素銅やアルミニウム等を用いることが好適である。その他にも、バルク体側熱伝導体６ａと冷凍機側熱伝導体６ｂとが分割され、長手方向にスライドができれば、それぞれの熱伝導体に例えば低温で動作するヘリウムガスを作動媒体としたヒートパイプ等の構造を用いることもできる。バルク体側熱伝導体６ａは、バルク体２を介してバルク体支持体１０により真空容器の先端部８ａと固定されている。一方で冷凍機側熱伝導体６ｂは、冷凍機コールドヘッド３ａと固定支持されている。バルク体側熱伝導体６ａと冷凍機側熱伝導体６ｂとの間は固定されておらず、前述したように長手方向にスライドすることで熱伝導体６の全長を短尺化することができる。このスライド動作は、真空容器のフレキ管部８ｂの伸縮量を調整部１３で制御することで行われる。制御部１３は、例えばボールネジとモータにより構成され、モータの回転量によってボールネジの送り量を制御する。このときのボールネジは、フレキ管部８ｂの冷凍機側とバルク体側のフランジで固定されており、ボールネジの送り量によってバルク体側のフランジが軸方向にスライドすることで、フレキ管部８ｂの伸縮量を調整することができる。
【００３２】
バルク体支持体１０は、常温である真空容器の先端部８ａと低温に冷却されるバルク体２との間を支持する目的で設けられている。バルク体支持体１０の材質は、低温側へ熱を伝えないようにするために、熱伝導率の小さい材料を用いる必要があり、例えば繊維強化プラスチック（Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ、ＦＲＰ）が良い。このときの繊維には、例えばアルミナやガラス繊維、炭素繊維等を用いる。
【００３３】
真空容器８は、超電導バルク体２を収納する先端部８ａと、冷却装置３と超電導バルク体２との接続方向に対して伸縮性のあるフレキ管部８ｂを有する。真空容器８は、排気ポート１１、バルブ１２と図示しない真空ポンプとを接続し排気され、内部を真空断熱している。また、図示していないが、低温部分へ輻射熱の侵入を抑制するために、低温であるバルク体２、バルク体側熱伝導体６ａ、冷凍機側熱伝導体６ｂおよびコールドヘッド３ａと、常温である真空容器８との間に、スーパーインシュレータ（断熱シート）を積層させても良い。これにより、バルク体２を更に低温に維持できるため、超電導体へ流れる臨界電流密度を大きく取れるので、更にバルク体２へ高磁場を着磁できる。フレキ管部８ｂは、例えば金属ベローズで構成され、先端部８ａと接続されている。このときの接続は、真空断熱するためにフランジ部分をゴム製または金属製のＯリングによりシールし、着脱可能なクランプ等を用いて行っても良いが、フランジ部を溶接等により一体化させることで、大気からの真空リークを減らし、断熱性能を向上させることもできる。フレキ管部８ｂは、伸縮させることによりその軸長を変えることができる。このとき、フレキ管部８ｂは径方向へも変形するが、フレキ管部８ｂとバルク体側熱伝導体６ａおよび冷凍機側熱伝導体６ｂとが接触すると冷凍機３への熱負荷が増加し、バルク体２を十分に冷却することができない。このため、例えば図１に示すように、同心円筒を長手方向に組み合わせたレール１４でフレキ管部８ｂを覆うことにより、径方向の変形を防ぐことができる。なお、レール１４は同様の効果が得られれば同心円筒の形状に限定されるものでは無い。
【００３４】
次に磁場発生装置１の着磁について図２と図３を参照しながら説明する。図２は、磁場発生装置１の着磁作業のフローチャートを示す。
【００３５】
まず、着磁する磁場強度を設定し、図３に示すような着磁装置３０をその磁場強度となるまで励磁する（図２（ａ））。着磁装置３０は、例えば大型の超電導コイルによる電磁石により構成されており、図示しない外部冷却装置により超電導遷移温度以下に冷却されている。超電導コイルに流れる電流を図示しない外部電源装置により制御することにより、図３中のB0の向きに所定の静磁場を発生させることができる。また、発生させる磁場を空間的に均一にするために、超電導シムコイルにより磁場調整をするのが好ましい。超電導バルク体には、この着磁装置の励磁磁場以下の均一度で着磁されるため、着磁装置の磁場均一度は高い方が良く、例えばＮＭＲやＭＲＩ等で使用する場合は、設定した磁場強度に対して磁場発生装置１を挿入する空間内の分布を数ｐｐｍ程度以下にすることが望ましい。
【００３６】
次に、磁場発生装置１を着磁装置３０に挿入する（図２（ｂ））。着磁装置３０の磁場中心部には、バルク体により高い磁場を着磁させるために４〜１０テスラ程度の高い磁場を発生させる必要がある。このため、着磁装置３０の端部空間において、数テスラの漏れ磁場が存在し、０．１テスラ以下の空間は端部から０．４ｍ〜０．７ｍ離れた位置となる。このとき、冷凍機３が圧縮機一体型のスターリングサイクル冷凍機や、スプリット型のＧＭサイクル冷凍機等の場合は、冷凍機本体３ｃ内部に圧縮機や膨張機のモータが搭載されており、これらには鋼板や永久磁石が使用されているため、高い磁場空間内では運転できず、着磁装置端部磁場空間で運転しなければならない。また、内部に機械駆動部の無いスプリット型パルス管冷凍機や、ガスヘリウム等の冷媒を循環させる冷却の場合においても、接続のための細管が取り付けられ、これらが着磁装置内の空間には収まらないために、冷却装置は着磁装置３０より外部に取り付ける必要がある。よってこのときの磁場発生装置１は、バルク体側熱伝導体６ａと冷凍機側熱伝導体６ｂとを伸ばした、もっとも長尺化した状態である。磁場発生装置１は、着磁装置３０の磁場中心にバルク体２の中心が来るように配置し、必要に応じて着磁装置３０に非磁性、例えばアルミニウムやＦＲＰ製の支持治具(図示せず)により固定する。これにより、バルク体２の冷却が完了し、磁束がバルク体にトラップされた後、着磁装置３０の磁場を消磁する際に、磁気力によって着磁装置３０の中心に向かって磁場発生装置１が移動することを防ぐことができる。
【００３７】
次に、冷凍機３によりバルク体２を冷却する（図２（ｃ））。冷却することにより、バルク体２が超電導化し、ピン止め力が働き内部に侵入している磁束をトラップさせる。
【００３８】
所定の温度までバルク体２を冷却した後に、着磁装置３０を消磁する（図２（ｄ））。このときの温度は、磁場発生装置１の最低到達温度に対して数Ｋ〜１０Ｋ程度高いことが望ましい。これは、着磁後に最低到達温度まで過冷却させることにより、バルク体２の磁場の時間変動を抑えることができるためである。着磁装置３０の磁場を消磁していくと、バルク体２の内部では、電磁誘導により、トラップした磁場を維持するように誘導電流が生じ、超電導電流として流れ続ける。着磁装置３０の消磁が終わった後、磁場発生装置１を着磁装置３０から取外し、着磁を完了する（図２（ｅ）および（ｆ））。バルク体２は、内部に流れる電流が臨界電流値以下であれば、もとの磁場をコピーしたようにトラップできる。本実施例のようにバルク体２が円筒形である場合は、円筒内の磁場発生空間９では、着磁装置からの均一な磁場が生成されており、例えばＮＭＲやＭＲＩに有用である。
【００３９】
着磁完了後は、着磁装置の漏洩磁場を気にする必要がないために、磁場発生装置１を短尺化できる。調整部１３により真空容器８のフレキ管部８ｂを縮めることで、それに追従してバルク体側熱伝導体６ａの内部に冷凍機側熱伝導体６ｂが収納される。短尺化が完了したときの磁場発生装置を図４に示す。このとき、バルク体側熱伝導体６ａの冷凍機側端部は、冷凍機側熱伝導体６ｂの冷凍機側の端部と熱的に接続されている。また同様に、冷凍機側熱伝導体６ｂのバルク体側端部は、バルク体側熱伝導体６ａのバルク体側の端部と熱的に接続されている。図１の長尺での熱伝導体接続部６ｃと同様に、これらの熱伝導体の接続部に対しても、熱抵抗を低減する目的でインジウムシートを挟む、または熱伝導の高いグリース材を塗布しても良い。なお本実施例では、バルク体側熱伝導体６ａの内部に冷凍機側熱伝導体６ｂが収納される構造であるが、冷凍機側熱伝導体６ｂの内部にバルク体側熱伝導体６ａが収納される構造としてもよい。
【００４０】
図５は、本実施例における磁場発生装置１の熱伝導体接続部分６ｃを示す断面図である。本実施例では、着磁時のバルク体側熱伝導体６ａと冷凍機側熱伝導体６ｂとの熱抵抗を更に低減させるために、長尺化により引っ張り応力がかかるバルク体側熱伝導体６ａと冷凍機側熱伝導体６ｂとの接触面積を増加させた構造としている。このような構成とすることによって、着磁中の長尺時において熱伝導体部分での熱抵抗を更に低減することができる。この他にも、熱伝導体接続部分６ｃは表面積を増加させる構造であればよく、例えば櫛歯などの構造でもよい。しかし、短尺化のためバルク体側熱伝導体６ａと冷凍機側熱伝導体６ｂとがスライドするよう、接触部分のかみ合わせに注意する必要がある。
【００４１】
本実施例によれば、従来着磁のために長尺化していた冷凍機３とバルク体２との間の長さを、接続方向に対して伸縮性を有するフレキ管部８ｂおよびバルク体側熱伝導体６ａと冷凍機側熱伝導体６ｂを設けることにより着磁後に短尺化でき、磁場発生装置を小型化することができる。また、短尺化によって、バルク体側熱伝導体６ａ内部に冷凍機側熱伝導体６ｂが収納されるために、熱伝導体側面の表面積が減少する。真空断熱空間では、表面積に比例する輻射熱により室温部から低温部へ熱侵入する。よって、本実施例のように熱伝導体６を短尺化することにより、輻射による侵入熱を減らすことができる。これによって、冷凍機３によりバルク体２を冷却する際に、着磁時に比べて低い温度に冷却することが可能となる。すなわち、従来技術のように着磁時に冷却能力を落として着磁する必要が無くなる。これによって、より低い温度でバルク体２を着磁することができるため、バルク体２内部の臨界電流が増加し、より高磁場の着磁が可能となる。
【実施例２】
【００４２】
図６は、本発明の第２の実施形態である実施例２に係る磁場発生装置の構成を示す断面図である。本実施例は上記の実施例１の変形例であり、本実施例が実施例１と異なる部分は、熱伝導体６をバルク体側熱伝導体６ａ、冷凍機側熱伝導体６ｂ、中間熱伝導体６ｃの３つから構成している点である。それ以外の点は実施例１と共通である。
【００４３】
実施例１では、熱伝導体６がバルク体側熱伝導体６ａ、冷凍機側熱伝導体６ｂのみで構成されていたため、短尺化できる長さは最大でも冷凍機側熱伝導体の長さであった。一方で本実施例では、図７に示すようにバルク体側熱伝導体６ａの内部に冷凍機側熱伝導体６ｂと中間熱伝導体６ｃを収納できるため、更に短尺化が可能である。なお、４つ以上の熱伝導体で構成することにより更に短尺化できることは言うまでも無い。
【実施例３】
【００４４】
図８は、本発明の実施例１および２に係る磁場発生装置において超電導バルク体を別の超電導バルク体に変更した第３の実施形態である実施例３に係る磁場発生装置の構成を示す断面図である。本実施例は上記の実施例１および２の変形例であり、本実施例が実施例１および２と異なる部分は、バルク体２を円柱形に加工し、その円柱表面の磁場を用いる点である。それ以外の点は実施例１および２と共通である。実施例１および実施例２では、円筒形のバルク体２内部の磁場発生空間９で均一な磁場が生成されているのに対し、本実施例では、バルク体２表面から離れるに従って磁場が減衰し、磁場勾配が生じている。
【００４５】
このような構成とすることによって、本実施例に係る磁場発生装置は、磁場発生空間９の勾配のある磁場空間を利用した、小型の磁気分離装置や磁気誘導装置を実現できる。
【００４６】
以上、本発明の磁場発生装置は、磁場を空間・時間的に均一に発生させる核磁気共鳴(Nuclear Magnetic Resonance：ＮＭＲ)信号を用いる装置に適用して好適なものであり、特に、医療分野、工業用素材や農作物の成分・構造分析等に利用する磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging：ＭＲＩ）装置や、高磁場の磁気力を利用して磁性体を誘導または分離する磁気誘導装置および磁気分離装置、特に医療分野に利用する磁気ドラッグデリバリー装置および水浄化装置に適用して好適なものである。
【符号の説明】
【００４７】
１    磁場発生装置
２    超電導バルク体
３    冷凍機
３ａ  冷凍機コールドヘッド
３ｂ  冷凍機本体
４    電源ユニット
６    熱伝導体
６ａ  バルク体側熱伝導体
６ｂ  冷凍機側熱伝導体
６ｃ  熱伝導体接続部分
６ｄ  中間熱伝導体
８    真空容器
８ａ  先端部
８ｂ  フレキ管部
９    磁場発生空間
１０    バルク体支持体
１１    排気ポート
１２    バルブ
１３    調整部
１４    レール
３０    着磁装置
【図１】
2016118513.tif 000003
【図２】
2016118513.tif 000004
【図３】
2016118513.tif 000005
【図４】
2016118513.tif 000006
【図５】
2016118513.tif 000007
【図６】
2016118513.tif 000008
【図７】
2016118513.tif 000009
【図８】
2016118513.tif 000010