JP2000266417A

JP2000266417A - 冷凍機用磁気シールド体

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Publication number: JP2000266417A
Application number: JP11067789A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Ishizuka; 正之石塚; Tomoyuki Yanagiya; 知之柳谷; Seiji Yasuhara; 征治安原
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2000-09-29

Abstract

(57)【要約】【課題】ＭＲＩなど磁気精度の高い低温機器にＧ
Ｍ冷凍機などの冷凍機を用いる場合、蓄冷材の移動によ
る磁気を外部磁場から遮断して、冷凍機の内部の磁気に
よる影響を低温機器など外部に及ぼさないようにすると
ともに、超電導線材１４による加工および製造を低コス
トで行い、シールドの程度を容易に調整可能とした冷凍
機用磁気シールド体を提供すること。【解決手段】磁気シールド体として超電導線材１４に
よるコイル１２を採用することに着目し、超電導線材１
４を冷凍機のシリンダー部６に巻く構成を工夫したもの
で、磁性体から構成した蓄冷材を移動することにより冷
却ステージに冷凍を発生する冷凍機のシリンダー部６に
超電導線材１４を所定回数で巻き付けて構成したコイル
１２を有するとともに、超電導線材１４の両端部を接続
したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷凍機用磁気シール
ド体にかかるもので、とくに蓄冷材を用いた、たとえば
ＧＭ冷凍機などの冷凍機において発生する磁気をシール
ドするための冷凍機用磁気シールド体に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＧＭ冷凍機などは、ディスプレーサーに
蓄冷材を収容し、このディスプレーサーを上下動させる
ことにより冷凍を発生している。この蓄冷材は、一般に
磁性体である。この種の冷凍機を低温機器、たとえば、
磁場を利用し、かつ磁場精度が要求されるＭＲＩ（磁気
共鳴画像装置）などに取り付けて使用する場合、磁性体
である蓄冷材の移動による変動磁場が問題となる。すな
わち、ＭＲＩの磁場の中において冷凍機のディスプレー
サー（蓄冷材）が上下動することにより、ＭＲＩの磁場
に変動が起こって画像を乱してしまうという問題があ
る。

【０００３】図９にもとづき概説する。図９は、従来か
らのＧＭ冷凍機１の概略断面図であり、ＧＭ冷凍機１
は、ハウジング２と、ディスプレーサー３と、蓄冷材４
と、被覆用のシールド体５と、を有する。

【０００４】ディスプレーサー３は、その内部に蓄冷材
４を収容し、蓄冷材４とともにハウジング２のシリンダ
ー部６内で図中、上下動をすることにより、冷却ステー
ジ（第２段冷却ステージ７）に所定温度の冷凍を発生す
る。

【０００５】蓄冷材４は、磁性体などからこれを構成す
るもので、たとえば磁性を有するＨｏＣｕ₂あるいはＥ
ｒ₃ＮｉＣｏなどの材料からなり、この蓄冷材４がディ
スプレーサー３とともに上下動することにより、その周
囲に磁場を発生し、ＭＲＩによる外部磁場に変動を生じ
てしまう。

【０００６】シールド体５は、これをＧＭ冷凍機１のシ
リンダー部６に取り付けるもので、ＭＲＩその他各種の
低温機器による外部磁場が蓄冷材４まで侵入しないよう
にして外部磁場の変動を抑制する。こうしたシールド体
については、たとえば特許第２６００８６９号あるいは
特開平９―３２６５１３号などにその開示がある。特許
第２６００８６９号においては、強磁性体または超電導
体からなる磁気シールドを蓄冷材の周囲に設けている
が、この磁気シールドは円筒体であって、加工が困難か
つ高価であるという問題がある。特開平９―３２６５１
３号においては、シート状の超電導体を筒状に巻き重ね
ることによりシールド体を構成するとしているが、シー
ト状の超電導体も市販されているものではなく、上記円
筒体による磁気シールドと同様に高価であるという問題
がある。なお、超電導線材を用いることも開示している
が、より具体的な構成の開示がない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、ＭＲＩなど磁気精度
の高い低温機器にＧＭ冷凍機などの冷凍機を用いる場合
の冷凍機用磁気シールド体を提供することを課題とす
る。

【０００８】また本発明は、蓄冷材の移動による磁気を
外部磁場から遮断することができる冷凍機用磁気シール
ド体を提供することを課題とする。

【０００９】また本発明は、冷凍機の内部の磁気による
影響を低温機器などの外部に及ぼさないようにした冷凍
機用磁気シールド体を提供することを課題とする。

【００１０】また本発明は、超電導線材による加工およ
び製造を低コストで行うことができるとともに、磁気シ
ールドの程度を容易に調整可能とした冷凍機用磁気シー
ルド体を提供することを課題とする。

【００１１】また本発明は、超電導線材による磁気シー
ルド体をＧＭ冷凍機のシリンダー部に取り付ける固定方
法を考慮した冷凍機用磁気シールド体を提供することを
課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、磁気
シールド体として超電導線材によるコイルを採用するこ
とに着目し、この超電導線材を冷凍機のシリンダー部に
巻く構成を工夫したもので、第一の発明は、ディスプレ
ーサーを収容したシリンダー部と、このシリンダー部に
設けた冷却ステージと、磁性体から構成した蓄冷材を上
記ディスプレーサーによって移動することによりこの冷
却ステージに冷凍を発生する冷凍機において、該蓄冷材
に発生する磁気をシールドするための冷凍機用磁気シー
ルド体であって、上記シリンダー部に超電導線材を所定
回数で巻き付けて構成したコイルを有するとともに、こ
の超電導線材の両端部を接続したことを特徴とする冷凍
機用磁気シールド体である。

【００１３】第二の発明は、上記コイルに加えてこのコ
イル用の卷枠を備えたもので、ディスプレーサーを収容
したシリンダー部と、このシリンダー部に設けた冷却ス
テージと、磁性体から構成した蓄冷材を上記ディスプレ
ーサーによって移動することによりこの冷却ステージに
冷凍を発生する冷凍機において、該蓄冷材に発生する磁
気をシールドするための冷凍機用磁気シールド体であっ
て、上記シリンダー部を被覆可能な巻枠と、この巻枠に
超電導線材を所定回数で巻き付けて構成したコイルと、
を有するとともに、この超電導線材の両端部を接続した
ことを特徴とする冷凍機用磁気シールド体である。

【００１４】上記コイルあるいは上記巻枠は、上記蓄冷
材の長さ方向にこれを複数個設けることができる。

【００１５】上記コイルは、上記蓄冷材の径方向にこれ
を複数個重ねて設けることができる。

【００１６】上記コイルの巻数は、その両端部において
これを増やすことができる。

【００１７】上記コイルは、上記超電導線材の両端部を
超電導接続するとともに、上記超電導線材どうしを互い
に固定することができる。

【００１８】上記超電導線材として、たとえば、市販さ
れているＮｂＴｉ超電導線材（超電導丸線）を採用する
ことにより、低コストかつ信頼性の高い上記コイルを製
作することができる。

【００１９】本発明による冷凍機用磁気シールド体にお
いては、巻枠を介して、あるいは巻枠を介さずに、超電
導線材をコイルとし、このコイルにより冷凍機のシリン
ダー部の蓄冷材部分を被覆するようにしたので、蓄冷材
の移動による磁場を消去するシールド電流がコイルに流
れるとともに、ＭＲＩその他の低温機器による外部磁場
が、コイルを通り、蓄冷材まで侵入することはないた
め、蓄冷材の移動により外部磁場が乱されることなく、
互いの影響を極力おさえるようにすることができる。

【００２０】とくに第二の発明のように、巻枠を設ける
ことにより、冷凍機とは別にコイルを製作することがで
き、既設の低温機器への取付けを可能とするとともに、
製作工程の自由度を増すことができる。

【００２１】さらに、コイルないし巻枠を蓄冷材の長さ
方向あるいは径方向に複数個配置することにより、この
コイルにおける磁場の強さを調節して、任意のレベルに
調整することが可能となり、それぞれの蓄冷材の特性に
応じた冷凍機用磁気シールド体とすることができる。ま
た、コイルの両端部において、その巻数を増やすことに
より、とくにコイルの端部においてコイルの内部に入り
込む外部磁場を減少させ、コイル内部の蓄冷材の移動に
よる影響を極力均一に減少させることができる。なおま
た、超電導線材によるコイルを形成する際に、超電導線
材を粗密をもって卷くことにより、外部磁場の影響の抑
制程度を調節することができる。

【００２２】当該コイルは、超電導線材の両端部を超電
導接続することによりシールド機能を良好に発揮するこ
とができるとともに、超電導線材どうしを互いに固定す
ることにより超電導線材の整列状態の乱れを回避するこ
とができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】つぎに本発明の第１の実施の形態
による冷凍機用磁気シールド体１０を図１および図２に
もとづき説明する。ただし、図９と同様の部分には同一
符号を付し、その詳述はこれを省略する。図１は、冷凍
機用磁気シールド体１０の側面図であって、冷凍機用磁
気シールド体１０は、円筒状の巻枠１１と、このまわり
に巻き付けたコイル１２と、を有する。

【００２４】巻枠１１は、鋼材（ＳＵＳ）、銅、あるい
は真鍮などの材料からこれを薄肉に構成するとともに、
その両端部にフランジ部１３を形成してある。

【００２５】コイル１２は、たとえば、金属系超電導体
であるＮｂＴｉ線材などの超電導線材１４を巻枠１１の
フランジ部１３の間の外周面に整列巻きし、一方のフラ
ンジ部１３において同じ巻き方向で折り返し、戻ってき
た端部を巻始めの端部と接続して短絡させる。すなわ
ち、超電導線材１４の第１層目１５を巻き始め、巻枠１
１の一方のフランジ部１３にまで達したところで折り返
し、第２層目１６を巻いてゆく。両端部を２００ｍｍ程
度を接続して短絡部分１７とする。

【００２６】この短絡部分１７の接続方法としては、必
要に応じて、超電導接続あるいは半田接続を行う。図１
に短絡部分１７を部分的に拡大して示すように、超電導
接続は、まず、超電導フィラメント１４Ａを覆っている
銅部分を硝酸などにより接続する長さ分だけ溶かし、超
電導フィラメント１４Ａだけを露出させる。露出した超
電導フィラメント１４Ａどうしをねじり、圧着するか、
スポット溶接を行って、外側を銅パイプ１８により多
い、パイプ空間を半田１９で埋める。この超電導接続で
は、超電導線材１４（その超電導フィラメント１４Ａ）
どうしのみが接触するので、一般的な半田接続より良好
な抵抗の少ない接続が可能である。

【００２７】図１に図示の状態は、理解しやすいように
超電導線材１４を互いに離した状態で示してあるが、実
際には超電導線材１４が乱れないように、半田あるいは
樹脂などを用いて隣りのあるいは上下の層の超電導線材
１４どうしを固定する。この固定処理は巻枠１１の全面
にわたって行う必要はなく、幅１０ｍｍ程度を縦に接続
するだけでもよい。

【００２８】当該冷凍機用磁気シールド体１０をＧＭ冷
凍機１のシリンダー部６に取り付けるには、各種の方法
を採用することができる。たとえば、半田を用いて巻枠
１１をシリンダー部６に固定する。さらに、シリンダー
部６の外周面および巻枠１１の内周面に互いにネジを切
っておき、締め付けにより冷凍機用磁気シールド体１０
をシリンダー部６に取り付けることもできる。なおこの
場合、熱伝導の良好なグリースを締め付ける前に塗布し
ておき、巻枠１１とシリンダー部６との接触を良好とす
る。あるいは、巻枠１１を用いることなく、超電導線材
１４をシリンダー部６に直接巻いて、コイル１２とする
こともできる。

【００２９】こうした構成の冷凍機用磁気シールド体１
０をＧＭ冷凍機１（シリンダー部６）に取り付けること
により、磁場の影響を減少させる。図２は、冷凍機用磁
気シールド体１０の軸方向の長さおよび磁場（内部磁場
および外部磁場）の関係を示すグラフであって、外径４
９ｍｍ、内径４６ｍｍ、長さ１４０ｍｍの真鍮製の巻枠
１１のまわりに、径０．４ｍｍのＮｂＴｉ製の超電導線
材１４を７００ターン巻き（第１層目１５が３５０ター
ン、および第２層目１６が３５０ターン）、両端の短絡
部分１７は通常の半田接続を行って冷凍機用磁気シール
ド体１０とした。この冷凍機用磁気シールド体１０をＧ
Ｍ冷凍機１のシリンダー部６に取り付けた結果、温度
４．２Ｋにおいては、磁場の最大強さ５０００ガウスを
冷凍機用磁気シールド体１０に印加しても、冷凍機用磁
気シールド体１０の中心部は、磁場がゼロガウスの状態
であった。

【００３０】ただし図２に示すように、磁気シールドす
る磁場が大きく変動するような場合がある。たとえば、
冷凍機用磁気シールド体１０の中心でピーク磁場３００
０ガウスをシールドするとき、冷凍機用磁気シールド体
１０は、その巻枠１１ないしコイル１２全体が一体型で
あるので、シールド電流がコイル１２全体にわたって流
れるため、冷凍機用磁気シールド体１０の中心からずれ
た位置、たとえば冷凍機用磁気シールド体１０の端部
（フランジ部１３）から内方２０ｍｍの位置において
も、磁場３０００ガウスをシールドする電流が流れてい
ることになる。すなわち、端部から内方２０ｍｍの位置
では、外部磁場が２８００ガウスであるため、２８００
−３０００＝―２００ガウス、の磁場がかかってしまう
ことになる。この磁場の符号は負となり、磁場の向きは
外部磁場に対して逆向きである。

【００３１】こうした場合に対応するためには、本発明
による冷凍機用磁気シールド体として巻枠およびコイル
をその長さ方向に分割した構成を取ることができる。た
とえば図３は、本発明の第２の実施の形態による冷凍機
用磁気シールド体２０の側面図であって、この冷凍機用
磁気シールド体２０は、前記巻枠１１（図１）と同様
の、その長さ方向における３個の第１の巻枠２１、第２
の巻枠２２および第３の第３の巻枠２３と、それぞれの
第１の巻枠２１、第２の巻枠２２および第３の巻枠２３
に巻き付けた第１のコイル２４、第２のコイル２５およ
び第３のコイル２６と、を有する。第１のコイル２４、
第２のコイル２５および第３のコイル２６は、図１に示
したコイル１２と同様に、超電導線材１４を短絡部分１
７により短絡したものである。

【００３２】また図４は、本発明の第３の実施の形態に
よる冷凍機用磁気シールド体３０の側面図であって、冷
凍機用磁気シールド体３０は長さ方向の１個の巻枠３１
と、巻枠３１に巻き付けた下層コイル３２と、径方向上
層の中間層コイル３３および上層コイル３４と、を有す
る。下層コイル３２、中間層コイル３３および上層コイ
ル３４は、図１に示したコイル１２と同様に、超電導線
材１４を短絡部分１７により短絡したものである。たと
えば、冷凍機用磁気シールド体３０全体として６層に巻
く場合、超電導線材１４の第１層目１５および第２層目
１６を短絡させて下層コイル３２とし、この一段目より
径を大きくした３層（第１層目１５に相当）および４層
（第２層目１６に相当）を短絡したものを中間層コイル
３３とし、同様にして三段目の上層コイル３４を作製す
る。一段目の下層コイル３２の外側に二段目の中間層コ
イル３３をかぶせ、さらに中間層コイル３３の外側に三
段目の上層コイル３４をかぶせる。この積層の際、外側
（上層側）に行くにしたがって、かつ、冷凍機用磁気シ
ールド体３０全体として対称になるように、下層コイル
３２、中間層コイル３３および上層コイル３４の長さを
順次短くしていけば、均一なシールドが可能である。

【００３３】こうした冷凍機用磁気シールド体２０（図
３）あるいは冷凍機用磁気シールド体３０（図４）の構
成を採用することにより、発生する磁場（シールド電
流）の強さの分布を任意に調整することができる。図３
の冷凍機用磁気シールド体２０のように分割してあれ
ば、冷凍機用磁気シールド体２０の中心では３０００ガ
ウスの磁場をシールドするためのシールド電流が流れ、
たとえば中心から内方にずれた２０ｍｍの位置では、２
８００ガウスの磁場を発生させるシールド電流が流れる
ように第１のコイル２４、第２のコイル２５および第３
のコイル２６の巻き数などを調節可能となり、図１に示
した一体型の冷凍機用磁気シールド体１０のような問題
は起こらない。

【００３４】図５に示すように、三分割型の冷凍機用磁
気シールド体２０の長さを設定して実験した結果、図２
と同様の、図６に示すグラフのようになった。すなわ
ち、冷凍機用磁気シールド体２０の端部における内部へ
の磁場の侵入が図２に比較しておさえられ、冷凍機用磁
気シールド体２０内部の磁場の均一性が確認される。

【００３５】図７に示すように、三層型の冷凍機用磁気
シールド体３０の長さを設定して実験した結果、図２と
同様の、図８に示すグラフのようになった。この場合も
同様に、冷凍機用磁気シールド体３０の端部における内
部への磁場の侵入が図２に比較してさらにおさえられ、
冷凍機用磁気シールド体３０内部の磁場の均一性が確認
される。

【００３６】なお図２に示すように、冷凍機用磁気シー
ルド体１０の端部においてその内部への磁場の入り込み
が見られるが、実際上この値であれば通常のＭＲＩには
影響を与えない。しかしながら、影響する低温機器があ
る場合には、冷凍機用磁気シールド体１０の端部（フラ
ンジ部１３）における超電導線材１４の巻き数を増やす
ことにより、コイル１２に流れるシールド電流の強さを
調節してこの問題を解決することができる。

【００３７】また、図３の冷凍機用磁気シールド体２０
のように巻枠２１、２２、２３およびコイル２４、２
５、２６を分割する場合には、端部どうしを突き合わせ
た部分において磁場の侵入が考えられるが、ＭＲＩには
問題がない侵入量である。低温機器によっては、この冷
凍機用磁気シールド体２０および冷凍機用磁気シールド
体３０など複数個接続型においても、各１個の冷凍機用
磁気シールド体（超電導線材１４によるコイル）の端部
の巻き総数を増やすことにより、外部磁場の侵入をおさ
えることが可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、超電導線
材によるコイルを形成したので、蓄冷材の移動による磁
場の乱れを抑制するために種々の微調整が低コストで可
能であるとともに、蓄冷材の移動に起因する、ＭＲＩな
ど低温機器への磁場の影響を極力少なくすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による冷凍機用磁気
シールド体１０の側面図である。

【図２】同、冷凍機用磁気シールド体１０の軸方向の長
さおよび磁場（内部磁場および外部磁場）の関係を示す
グラフである。

【図３】本発明の第２の実施の形態による冷凍機用磁気
シールド体２０の側面図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態による冷凍機用磁気
シールド体３０の側面図である。

【図５】同、三分割型の冷凍機用磁気シールド体２０
（図３）のそれぞれの長さを示す説明図である。

【図６】同、図２と同様の、冷凍機用磁気シールド体２
０（図３）の軸方向の長さおよび磁場（内部磁場および
外部磁場）の関係を示すグラフである。

【図７】同、三層型の冷凍機用磁気シールド体３０（図
４）のそれぞれの長さを示す説明図である。

【図８】同、図２と同様の、冷凍機用磁気シールド体３
０（図４）の軸方向の長さおよび磁場（内部磁場および
外部磁場）の関係を示すグラフである。

【図９】従来からのＧＭ冷凍機１の概略断面図である。

【符号の説明】

１ＧＭ冷凍機（冷凍機）（図９）２ハウジング３ディスプレーサー４蓄冷材５シールド体６シリンダー部７第２段冷却ステージ（冷却ステージ）１０冷凍機用磁気シールド体（第１の実施の形態、図
１）１１巻枠１２超電導線材１４によるコイル１３巻枠１１、２１、２２、２３、３１のフランジ部１４コイル１２を形成する超電導線材１４Ａ超電導線材１４の超電導フィラメント１５コイル１２の第１層目１６コイル１２の第２層目１７コイル１２の短絡部分１８短絡部分１７の銅パイプ１９半田２０冷凍機用磁気シールド体（第２の実施の形態、図
３）２１第１の巻枠２２第２の巻枠２３第３の巻枠２４第１のコイル２５第２のコイル２６第３のコイル３０冷凍機用磁気シールド体（第３の実施の形態、図
４）３１巻枠３２下層コイル３３中間層コイル３４上層コイル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディスプレーサーを収容したシリンダ
ー部と、このシリンダー部に設けた冷却ステージと、磁性体から構成した蓄冷材を前記ディスプレーサーによ
って移動することによりこの冷却ステージに冷凍を発生
する冷凍機において、該蓄冷材に発生する磁気をシール
ドするための冷凍機用磁気シールド体であって、前記シリンダー部に超電導線材を所定回数で巻き付けて
構成したコイルを有するとともに、この超電導線材の両端部を接続したことを特徴とする冷
凍機用磁気シールド体。
【請求項２】ディスプレーサーを収容したシリンダ
ー部と、このシリンダー部に設けた冷却ステージと、磁性体から構成した蓄冷材を前記ディスプレーサーによ
って移動することによりこの冷却ステージに冷凍を発生
する冷凍機において、該蓄冷材に発生する磁気をシール
ドするための冷凍機用磁気シールド体であって、前記シリンダー部を被覆可能な巻枠と、この巻枠に超電導線材を所定回数で巻き付けて構成した
コイルと、を有するとともに、この超電導線材の両端部を接続したことを特徴とする冷
凍機用磁気シールド体。
【請求項３】前記コイルは、前記蓄冷材の長さ方向
にこれを複数個設けたことを特徴とする請求項１あるい
は２記載の冷凍機用磁気シールド体。
【請求項４】前記巻枠は、前記蓄冷材の長さ方向に
これを複数個設けたことを特徴とする請求項２記載の冷
凍機用磁気シールド体。
【請求項５】前記コイルは、前記蓄冷材の径方向に
これを複数個重ねて設けたことを特徴とする請求項１あ
るいは２記載の冷凍機用磁気シールド体。
【請求項６】前記コイルの巻数は、その両端部にお
いてこれを増やしてあることを特徴とする請求項１ある
いは２記載の冷凍機用磁気シールド体。
【請求項７】前記コイルは、前記超電導線材の両端
部を超電導接続するとともに、前記超電導線材どうしを
互いに固定することを特徴とする請求項１あるいは２記
載の冷凍機用磁気シールド体。