JPH0559566B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】 本発明は冷却式磁気共鳴
（MR）磁石用の軸方向熱遮蔽部支持装置に関す
る。

【0002】

【従来の技術】 冷却式超伝導磁石を経済的に動
作させるには、熱負荷、従つて磁石巻線に対する
冷却負荷を最小にすることが必要である。クライ
オクーラ（cryocooler）によつて冷却される軽量
薄壁熱遮蔽部を有する低温保持システムにおいて
は、熱遮蔽部を磁石カートリツジから支持するこ
とが有益である。これは真空容器に挿入する前に
磁石カートリツジおよび熱遮蔽部を互いに組み立
てることを可能にする。磁石カートリツジは、エ
ンクロージヤ内の主要部であるが、真空容器によ
つて独立に支持されている。

【0003】 真空容器および熱遮蔽部から磁石カー
トリツジへの伝導熱の漏洩を最小にするために、
低い熱伝導率の材料で形成され、断面積が最小
で、長さが最大の支持体を使用することが必要で
ある。この支持体は該支持体の取り付け点におけ
る反作用力による磁石カートリツジおよび熱遮蔽
部の変形を最小にするように設計されなければな
らない。支持体は真空容器内の磁石カートリツジ
および熱遮蔽部の軸方向および半径方向の位置調
整ができなければならない。調整機構は全体の低
温保持装置組立手順と両立できるものでなければ
ならない。

【0004】 室温から動作温度に磁石を冷却する間
には、通常、磁石カートリツジ、熱遮蔽部および
外側真空容器の間に有限の熱収縮の差がある。支
持体はこの熱収縮の差を吸収し、動作温度におい
て適切な支持を維持しなければならない。

【0005】 支持体は積み出しおよび運搬中のシス
テムのダイナミツクな衝撃荷重による力に耐え得
ることができなければならない。積み出しの間の
衝撃荷重の測定結果は垂直方向が約２ｇであり、
水平方向が約１ｇである。

【0006】 巻線の電流がその動作レベルまで増大
する磁石の立ち上がりの間、磁石カートリツジは
一般に磁力によつて半径方向に膨張する。この立
ち上がり動作の間、磁石カートリツジと支持体と
の間に摩擦加熱があつてはならない。これは磁石
に局部的な温度上昇を誘導し、磁石のクエンチ
（quench）を招くことになる（超伝導巻線の超伝
導状態から通常の抵抗状態に変化する）。

【0007】

【発明の目的】 本発明の目的は、適切な機械的
強度および調整機能を維持しながら、磁石カート
リツジに対する熱入力を最小にする軸方向熱遮蔽
部支持体を提供することにある。

【0008】

【発明の概要】 本発明によれば軸方向に延在す
る中孔を画定する真空容器を含む冷却式超伝導
MR磁石が提供される。真空容器内には磁石カー
トリツジが中孔と同心に該中孔から隔たつて配置
されている。熱遮蔽部が磁石カートリツジを取り
囲み、かつ磁石カートリツジおよび真空容器から
隔たつて設けられている。一対の熱遮蔽部軸方向
支持体が設けられ、各支持体は磁石カートリツジ
の一端と熱遮蔽部の隣接する端との間に張力をか
けられたワイヤ、および熱遮蔽部の端と磁石カー
トリツジの端とが互いに向つて動いて前記ワイヤ
の張力が弾性的に減じるようにワイヤを熱遮蔽部
に固定する手段を有している。

【0009】 発明と見なされる内容は本明細書の特
許請求の範囲に特に記載されている。しかしなが
ら、本発明は構成および実施の方法についてその
他の目的および利点とともに添付図面を参照した
以下の説明からよく理解されるであろう。

【0010】

【発明の詳しい説明】 次に、同じ符号は全体を
通して同じ構成要素を示している図面、特に図
１、図２および図３を参照すると、冷却される超
伝導磁気共鳴（MR）磁石１１が示されている。
この磁石は軸方向に延在した中孔１５を有する円
筒形の真空容器１３を含んでいる。真空容器の内
側には熱放射遮蔽部２１によつて取り囲まれた円
筒形の磁石カートリツジ１７が設けられている。
磁石カートリツジはカートリツジの軸中心線の回
りに対称に配設された複数の巻線を有している。
好適実施例においては、３対の超伝導Nb₃Sn巻線
がガラスフアイバ強化巻枠上に巻かれている。こ
の巻枠は超伝導コイルを巻くための周辺スロツト
およびコイルを互いに接続する電気母線用の軸方
向のスロツトを備えるように加工されている。こ
の種の巻線は特開平第２−72605号に示されてい
る。ステンレス鋼のエンドリング２３がねじ付き
ボルトおよびエポキシ樹脂接合によつてカートリ
ツジの両端部に取り付けられている。

【0011】 真空容器は、この真空容器から半径方
向外側に水平方向に突出している円筒形延長部２
５を有している。この延長部の中心軸は真空容器
の軸方向の中央面を通つて延在している半径方向
の線上に設けられている。円筒形延長部は環状カ
バー２７を有している。２段式クライオクーラ３
１がカバーに取り付けられ、このクライオクーラ
の冷却端部は真空容器の内側に延在している。ク
ライオクーラ３１は、米国特許第4930318号に示
されている形式のインタフエースを使用して取り
付けられる。図２に示されているクライオクーラ
の冷却端部３２は、真空容器が真空になつたと
き、磁石カートリツジの中心部分上に約1000ポン
ドの力を伝達する。真空容器および円筒形延長部
は炭素鋼で形成され、中孔スリーブは例えばステ
ンレス鋼で形成される。

【0012】 磁石カートリツジを真空容器から支持
している６個の磁石カートリツジ用放射状支柱が
ある。これらの支柱の内の２本は垂直方向に向け
られ、クライオクーラに対向するカートリツジの
側部の水平面において磁石カートリツジの軸方向
の両端に取り付けられている。垂直支柱３３が図
３に示されている。磁石カートリツジ用支柱のう
ちの４本は横方向に延在している。２つの横方向
の支柱３５および３７が図２に示され、水平面の
上下において磁石カートリツジの一端に取り付け
られ、水平面から測定した場合、鋭角を形成して
いる。両支柱３５および３７の他端は真空容器に
取り付けられ、支柱３５は真空容器に対してある
角度で上方へ延在し、支柱３７は真空容器に対し
てある角度で下方へ延在している。他の２つの横
方向の支柱は磁石のクライオクーラ側の真空容器
の水平中央面の周りに対称に設けられた水平面の
上下の磁石カートリツジの軸方向の他端に取り付
けられている。

【0013】 磁石カートリツジ用放射状支柱の各々
は両端に加工された内側ねじを有する薄い壁から
なるＧ−10ガラスフアイバーエポキシ円筒体３９
を有している。このガラスフアイバの円筒体の中
央部分はその外径すなわち壁の厚さを小さくし、
従つてその熱伝導を低減するように加工されてい
る。細い中央部と両端との間の変移部は3/8イン
チの半径の応力立ち上がり部を有している。両端
のねじ部は円筒体の直径の小さな部分が開始する
４分の１インチ前で停止している。ガラスフアイ
バーエポキシ円筒体の両端にはイリノイ州のオー
ロラベアリング社（Aurora Bearing Corp.）か
ら入手し得る形式のボールジヨイントのような多
軸ジヨイント４１がねじ込まれている。支柱は多
軸ジヨイントねじ係合リング２３を通過する軸方
向に延在した段付ボルト４３によつて磁石カート
リツジに固定されている。放射状支柱の各々の他
端はＵ字形かぎ４５に取り付けられている。垂直
支柱の各々は熱遮蔽部および真空容器の開口部を
通過し、垂直円筒形延長部４７および４９および
真空容器によつて取り囲まれている。横方向支柱
の各々は熱遮蔽部および真空容器の開口部を通過
し、円筒形延長部５１，５２，５３および５４に
よつて取り囲まれている。Ｕ字形かぎ４５の一部
は円筒形延長部の端部を閉じるために使用されて
いる。横方向に延在する放射状支柱は真空容器の
開口部を通過するとともに、支柱の端部に取り付
けられているＵ字形かぎの一部によつて閉じられ
ている円筒形延長部を通過している。

【0014】 垂直および横方向の支柱は、クライオ
クーラ３１によつて約40°Kに冷却される遮蔽部
に伝導熱を伝える周囲温度になつている真空容器
からの伝導熱のいくらかを遮断するために熱遮蔽
部２１に中間位置において熱配備されている。熱
遮蔽部はアルミニウムのような熱伝導材料から構
成される。銅ブレード５５が支柱にエポキシ接合
され、熱を支柱から遮蔽部に伝導するように遮蔽
部に（適当なインタフエース材料によつて）半田
付けまたはボルト締めされている。

【0015】 動作においては、２つの垂直支持用支
柱３３が磁石カートリツジ１７の重量の半分を支
持している。0.5T（テスラ）の磁石の磁石カート
リツジは一般には約1000ポンドの重量がある。２
対の横方向支柱３５および３７はクライオクーラ
の冷却ヘツドの接触力に対して反作用し、カート
リツジの重量の半分を支持する。垂直支持体の多
軸ジヨイント４１は磁石カートリツジの軸方向の
中心線が冷却中に熱による縮みによつてクライオ
クーラ３１の方に移動することができるように旋
回する。横方向の支柱は水平面における半径方向
の規制されない動作を許容しない。磁石カートリ
ツジの伸縮が発生したとき、垂直支柱が垂直位置
にあるように磁石カートリツジの初期位置はずれ
る。磁石カートリツジは冷却されると半径方向内
側に収縮する。横方向の支柱は磁石カートリツジ
の一方の側の動きを防止するので、磁石カートリ
ツジの中心および反対側はクライオクーラに向か
つて動く。全ての放射状支柱はカートリツジ自身
の重量によるカートリツジのたるみを最小にする
ために水平中心平面近くの磁石カートリツジに取
り付けられている。組立の間、真空容器の端部は
まだ所定位置にない。磁石カートリツジ１７およ
び熱遮蔽部２１は真空容器１３内に設けられてい
る。Ｕ字形かぎ４５は支柱の暖かい端部に取り付
けられ、円筒形延長部を通つて真空容器内に位置
決めされている。熱ブレード（braid）のヒート
ステーシヨン５５は熱遮蔽部に取り付けられ、支
柱は段付ボルト４３を使用して磁石カートリツジ
に固定されている。クライオクーラ３１が設置さ
れたり、または放射状支柱が調整されるとき、ク
ライオクーラに等しい半径方向内側に向く力が磁
石カートリツジにかかる。あるいは、クライオク
ーラは設置されていないが、半径方向支柱の調整
中に磁石カートリツジの変形が予想される。一度
調整されると、半径方向支柱は調整されている間
半径方向の負荷を保持する。Ｕ字形かぎは磁石カ
ートリツジの位置の半径方向の調整を達成するよ
うに回転する。Ｕ字形かぎを回転することによつ
て、各支柱のねじ部のある多軸支持体間の全体の
長さが調整される。半径方向の調整が達成される
と、各Ｕ字形かぎの取り付け部は真空密封を形成
するように円筒形延長部の各端部に溶接される。

【0016】 横方向支柱に対して選択される角度
は、磁石カートリツジに対する伝導熱負荷を最小
にするように課せられる負荷のみならず支柱の長
さに依存している。長い支柱は熱伝導が少ない。
角度の選択における柔軟性は、水平面に対して測
定される角度を増大することによつて支柱の長
さ、支柱にかかる負荷および熱遮蔽部の開口部の
大きさを増大するという点において有効である。

【0017】 次の、図４および図５を参照すると、
４つの磁石カートリツジ軸方向支持体６１および
６３のうちの２つが示されている。各支持体は平
行な２つの高強度鋼ロツド６５を有している。両
ロツドは図２および図３に示されている。充分な
強度を有する単一のワイヤが入手できる場合に
は、代わりに使用することができる。ロツドは一
端がバー６７内にろう付けされている。バー６７
は段部を有するねじ付スタツド７１によつて磁石
カートリツジの端リング２３に取り付けられてい
る。スタツドはロールピン７３によつて所定位置
に保持されている。カートリツジのバーおよびス
タツドの取り付け部はカートリツジおよび熱遮蔽
部の間の環状ギヤツプ内にはめ込むために半径方
向の厚さが最小になるように設計される。

【0018】 鋼ロツドの他端はねじ付きスタツド７
５内にろう付けされている。このスタツドは真空
容器に取り付けられているブラケツト８１にナツ
ト７７によつて締め付けられている。ブラケツト
が必要に応じてスタツドの半径方向の位置を調整
可能にしている。ねじ付きスタツドは真空容器内
のカートリツジの軸方向の位置決めを可能にする
ように充分長い。ロツドは0.01インチのＧ／10か
らなる５つの等しい間隔をあけて設けられた熱離
隔部８３によつて中央長手部に沿つてカートリツ
ジまたは遮蔽部に熱的に短絡されることを防止し
ている。離隔部はロツドが各面に直接接触しない
ことを保証し、遮蔽部からまたはカートリツジへ
ほんのわずかしか熱を伝導しない。ワイヤは経済
的な軸方向の支持体を構成する。別々の半径方向
および軸方向の磁石カートリツジ支持体を有する
ことによつて組立および調整を簡単にする。長く
細いワイヤは熱負荷を最小にし、熱遮蔽部に対す
る熱配備を必要としない。

【0019】 磁石カートリツジの軸方向支持体は直
径方向に対向する対で設けられ、図５および図６
に第１の対が示されている。各軸方向支持体は一
方の軸方向への運動を防止している。対の構成が
両方向への軸方向の運動を防止している。

【0020】 磁石カートリツジの垂直軸の周りの回
転は放射状支柱および軸方向のケーブルのよつて
防止されている。磁石カートリツジの水平面に存
在する半径方向の回転は横方向の支柱によつて防
止されている。軸方向に延在する軸の周りの回転
は垂直および横方向の放射状支柱によつて防止さ
れている。

【0021】 図２に示す熱遮蔽部の半径方向緩衝部
８５は特開平第２−84396号に記載されているも
ので、磁石カートリツジから熱遮蔽部を支持する
のに使用されている。

【0022】 ４つの熱遮蔽部軸方向支持体８７の２
つが図６に示されている。１本のワイヤ９１が両
端においてねじ付スタツド９３および９５内にろ
う付けされている。スタツド９５は磁石カートリ
ツジの端部のリング２３内の雌ねじを形成された
孔内にねじ込まれている。フラツト部９７がスタ
ツドの挿入及び除去を容易にするためにろう付け
前にスタツド上に加工されている。スタツド９３
が熱遮蔽部２１の端フランジ部のクリアランス孔
を通つて延在している。さらばねワツシヤ１０１
はナツト１０３によつて遮蔽部に対して圧縮され
ている。スタツド９３は加工されたフラツト部１
０４を有し、ワイヤをひねることなくナツトの締
め付けを容易にしている。スタツド９３と重ねら
れたばねワツシヤ１０１との間のカラー１０５は
ワツシヤと一列になり、スタツドのねじ部と接触
することを防止している。スタツド９３は遮蔽部
の軸方向の位置を調整可能とし、寸法上の許容差
の積み重ねを吸収するのに充分な長さである。２
つの別の軸方向支持体（図示せず）が磁石カート
リツジの両端に使用され、端フリンジ部上で180°
離れて取り付けられている。

【0023】 磁石カートリツジ１７の冷却前に、さ
らワツシヤ１０１が圧縮される。遮蔽部２１およ
び磁石カートリツジ１７が冷却されるに従つて、
遮蔽部は磁石カートリツジに対して軸方向に収縮
し、ワツシヤの積み重ねられた圧縮を緩める。ワ
イヤの張力は最大のプリテンシヨンから動作温度
におけるわずかな張力に緩む。ワイヤは経済的な
軸方向支持体を構成している。別々の半径方向お
よび横方向の遮蔽支持体を持つことによつて初期
の調整が簡単化される。

【0024】 上述した説明は適当な機械的強度およ
び調整機能を維持しながら磁石カートリツジに対
する熱入力を最小にする軸方向熱遮蔽部支持シス
テムについて記述している。

【0025】 本発明は特にその実施例を参照して示
し説明したが、本技術分野に専門知識を有する者
にとつては本発明の精神および範囲から逸脱する
ことなく多くの変更を行うことができるであろ
う。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁石カートリツジの放射状
支柱および遮蔽部の軸方向支持体の位置を示す真
空容器の部分破断斜視図である。

【図２】真空容器のクライオクーラ側の横方向磁
石カートリツジ放射状支持体および磁石カートリ
ツジ軸方向支持体を示す図１の線２−２に沿つて
とつた部分断面端面図である。

【図３】磁石カートリツジの垂直方向の放射状支
柱および磁石カートリツジの軸方向の支柱を示す
図１の線３−３に沿つた部分断面端面図である。

【図４】放射状支柱対の磁石カートリツジの放射
状支柱の１つを示す図１の線４−４に沿つた部分
側面図である。

【図５】放射状支柱対の磁石カートリツジの他の
放射状支柱を示す図１の線５−５に沿つてとつた
部分側面図である。

【図６】軸方向熱遮蔽部支持体の線６−６に沿つ
た部分側面図である。

【符号の説明】

１１……超伝導磁気共鳴（MR）磁石 １３……真空容器 １５……中孔 １７……磁石カートリツジ ２１……熱放射遮蔽部 ９１……ワイヤ ９３，９５……ねじ付きスタツド。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向に延在する中孔を画定する
   ほぼ円筒形の真空容器と、 前記中孔と同心に該中孔から隔たつて前記真空容
   器内に設けられている磁石カートリツジと、 前記磁石カートリツジを取り囲み、かつ前記磁石
   カートリツジおよび前記真空容器から隔たつて設
   けられている熱遮蔽部と、 一対の熱遮蔽部軸方向支持体とを含み、 前記軸方向支持体の各々が、前記磁石カートリツ
   ジの一端と前記熱遮蔽部の隣接する端との間に張
   力をかけられたワイヤ、および前記熱遮蔽部の端
   と前記磁石カートリツジの端とが互いに向つて動
   いて前記ワイヤの張力が弾性的に減じるように前
   記ワイヤを前記熱遮蔽部に固定するワイヤ固定手
   段を有していることを特徴とする超伝導MR磁
   石。
2. 【請求項２】 前記一対の熱遮蔽部軸方向支持体
   が同じ軸方向線上に設けられている請求項１記載
   の超伝導MR磁石。
3. 【請求項３】 前記ワイヤ固定手段が、前記ワイ
   ヤに取り付けられたねじ付きスタツド、前記熱遮
   蔽部に形成された孔、ナツト、および一重ねの円
   錐形状のワツシヤを有し、該ねじ付きスタツドが
   前記熱遮蔽部の内部から外部へと延び出し、前記
   ナツトがそれと前記熱遮蔽部との間に前記一重ね
   のワツシヤを捕捉して前記ワイヤに弾性的に張力
   をかけている請求項１記載の超伝導MR磁石。