JP2000312036A - Support structure for heavy structure arranged in low- temperature vessel - Google Patents

Support structure for heavy structure arranged in low- temperature vessel

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JP2000312036A
JP2000312036A JP11118380A JP11838099A JP2000312036A JP 2000312036 A JP2000312036 A JP 2000312036A JP 11118380 A JP11118380 A JP 11118380A JP 11838099 A JP11838099 A JP 11838099A JP 2000312036 A JP2000312036 A JP 2000312036A
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support
container
heavy
coil
load
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Hitoshi Mitsubori
仁志 三堀
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a support structure for a heavy structure which is applicable even to a large superconducting magnet device, wherein a large deformation takes place due to thermal shrinkage. SOLUTION: In a vacuum vessel 10, load supporters 16a are provided in the circumferential direction at a plurality of points, with intervals at the bottom part of the vacuum vessel for supporting superconducting coils 11a and 11b, as well as a coil cooling heat conductor 13 which is a winding frame. The load supporters and the coil cooling heat conductor 13 are connected with a support member 20. Moreover related to the support member 20, a plurality of plates are stacked over each other, with the top and bottom parts being alternately connected, so that the thermal shrinkage of the superconducting coils 11a and 11b as well as the coil cooling heat-conductor 13 under a low temperature is absorbed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は低温容器内に配置さ
れる重量構造物の支持構造に関し、特に冷凍機冷却型の
超電導磁石装置において超電導コイルを含む重量構造物
の支持構造に関する。この種の冷凍機冷却型超電導磁石
装置は、特に溶融シリコンから単結晶半導体を製造する
単結晶成長装置における溶融シリコンに磁界を与える磁
界発生源に適している。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure for supporting a heavy structure disposed in a low-temperature container, and more particularly to a structure for supporting a heavy structure including a superconducting coil in a superconducting magnet device of a refrigerator-cooled type. This type of refrigerator-cooled superconducting magnet device is particularly suitable as a magnetic field source for applying a magnetic field to molten silicon in a single crystal growth apparatus for producing a single crystal semiconductor from molten silicon.

【0002】[0002]

【従来の技術】シリコン単結晶製造においては、多結晶
シリコンを溶融し単結晶種結晶に結晶成長させるチョク
ラルスキー法(CZ法)が知られている。この方法で
は、溶融シリコンが坩堝内で溶融するために、熱対流が
発生して生成する単結晶の品質が低下する場合がある。
そこで、生成した単結晶の品質向上などを目的に、溶融
シリコンに磁界を印加し、電磁制動により対流を抑制す
る方法が知られている。この方法は、磁界印加式チョク
ラルスキー法(MCZ法)と呼ばれている。
2. Description of the Related Art In the production of silicon single crystals, there is known a Czochralski method (CZ method) in which polycrystalline silicon is melted and grown into a single crystal seed crystal. In this method, since the molten silicon is melted in the crucible, thermal convection is generated and the quality of the generated single crystal may be degraded.
Therefore, a method of applying a magnetic field to molten silicon and suppressing convection by electromagnetic braking has been known for the purpose of improving the quality of the generated single crystal. This method is called a magnetic field application type Czochralski method (MCZ method).

【0003】磁界の印加方式としては、縦磁界方式、横
磁界方式、カスプ磁界の3種類が知られており、その一
例が、特開平8−188493に開示されている。磁界
印加の手段としては、常電導磁石、超電導磁石が利用さ
れている。しかし、常電導磁石は、鉄心の利用が不可欠
なため重量が大きくなり、膨大な電力と冷却水とを必要
とする。一方、超電導磁石は、通常、液体へリウム冷却
が必要なため、装置が複雑、大型化する。また、液体へ
リウムの取り扱いが煩雑で、操作員の熟練が必要であ
る。更に、液体ヘリウムの補給が必要で、液体ヘリウム
費用が大きい。
[0003] As a method of applying a magnetic field, three types of a vertical magnetic field method, a horizontal magnetic field method, and a cusp magnetic field are known, and one example thereof is disclosed in JP-A-8-188493. As a means for applying a magnetic field, a normal conducting magnet and a superconducting magnet are used. However, the normal conducting magnet is heavy in weight because the use of an iron core is indispensable, and requires enormous power and cooling water. On the other hand, a superconducting magnet usually requires liquid helium cooling, so that the device becomes complicated and large. In addition, the handling of liquid helium is complicated and requires the skill of an operator. In addition, liquid helium must be replenished, and liquid helium costs are high.

【0004】ところで、酸化物超電導電流リードを使用
し、超電導コイルを小型冷凍機のみで伝導冷却する超電
導磁石(ヘリウムフリー超電導磁石)装置が提供されて
いる。この種の超電導磁石装置は、冷凍機冷却型超電導
磁石装置と呼ばれ、操作が簡単であり、シリコン単結晶
引き上げ装置に適していると考えられている。
Meanwhile, a superconducting magnet (helium-free superconducting magnet) device has been provided which uses an oxide superconducting current lead and conducts and cools a superconducting coil only with a small refrigerator. This type of superconducting magnet device is called a refrigerator-cooled superconducting magnet device, is easy to operate, and is considered to be suitable for a silicon single crystal pulling device.

【0005】冷凍機冷却型超電導磁石装置は、単結晶成
長装置の周囲に配置され、磁界を発生するための超電導
コイルを収容した真空容器と、この真空容器の上部に配
置され、超電導コイルを冷却するための冷凍機とを備え
ている。超電導コイルは、真空容器内で巻枠としてのコ
イル冷却用熱伝導体で支持されている。冷凍機の冷凍ス
テージは真空容器内にあってコイル冷却用熱伝導体に設
けられた接続部の近くまで延びている。真空容器内には
また、輻射熱の侵入を防止するための熱シールド板が配
置されている。
The refrigerator-cooled superconducting magnet device is arranged around a single crystal growing apparatus and houses a vacuum container containing a superconducting coil for generating a magnetic field, and is arranged above the vacuum container to cool the superconducting coil. And a refrigerating machine. The superconducting coil is supported by a coil cooling heat conductor as a winding frame in a vacuum vessel. The refrigerating stage of the refrigerating machine extends in the vacuum vessel to near a connection portion provided on the heat conductor for cooling the coil. A heat shield plate for preventing intrusion of radiant heat is also arranged in the vacuum vessel.

【0006】ところで、このような超電導磁石装置で
は、真空容器内の超電導コイル及び熱遮蔽を担う熱シー
ルド板は、極低温に冷却されると熱収縮のため各材料の
持つ物性により大きく変形をする。
In such a superconducting magnet apparatus, the superconducting coil in the vacuum vessel and the heat shield plate serving as a heat shield are greatly deformed due to the physical properties of each material due to thermal contraction when cooled to a very low temperature. .

【0007】真空容器内の重量物である超電導コイルや
熱シールド板は、真空容器側に固定された荷重支持体に
よって固定され所定の構造位置を保たれる。ここで、先
にあげた、熱収縮による変形に対して荷重支持体は、そ
の位置変化に追従するか、変形を逃がす構造が要求さ
れ、その構造は様々な工夫を必要としている。
[0007] The superconducting coil and the heat shield plate, which are heavy objects in the vacuum vessel, are fixed by a load support fixed to the vacuum vessel side, and a predetermined structural position is maintained. Here, the load supporting member is required to have a structure that follows the position change or releases the deformation with respect to the deformation due to the heat shrinkage described above, and the structure requires various contrivances.

【0008】通常、荷重支持体は、荷重に耐え得る剛性
力と常温部(300K)から極低温部(77K〜4.2
K)へ熱を侵入させ難い材料が必要である。これを考慮
して、従来の荷重支持体の材料は、金属の中でも熱侵入
量の少ない物性を持つステンレス材や、熱侵入量の少な
い材料である樹脂では剛性の高いGFRP(ガラス強化
繊維樹脂)が一般的であり、板状あるいは円柱形状の部
品として使われている。
Usually, the load support has a rigidity capable of withstanding a load and a room temperature part (300K) to a cryogenic part (77K to 4.2K).
A material that does not allow heat to easily enter K) is required. In consideration of this, the material of the conventional load support is a stainless steel material having physical properties with a small amount of heat penetration among metals or a GFRP (glass reinforced fiber resin) having a high rigidity with a resin having a small amount of heat penetration. Is generally used as a plate-shaped or column-shaped part.

【0009】一方、超電導コイルの巻枠や熱シールド板
に使用されている材料は、銅やステンレスであり、これ
らの熱収縮量は常温から77Kあるいは4.2Kに冷却
された場合、1mの長さのものが約3mm縮む物性を有
している。
On the other hand, the materials used for the winding frame of the superconducting coil and the heat shield plate are copper and stainless steel, and the amount of heat shrinkage thereof is 1 m long when cooled from room temperature to 77K or 4.2K. Has a physical property of shrinking about 3 mm.

【0010】図5は、熱収縮量が1mm以内で済むよう
な小型の超電導磁石装置を左側の部分について示してい
る。このような超電導磁石装置では、熱収縮による変形
が小さいため荷重支持体に曲げを与えることで対応する
ようにしている。
FIG. 5 shows a small superconducting magnet device in which the amount of heat shrinkage is less than 1 mm for the left portion. In such a superconducting magnet device, since the deformation due to the heat shrinkage is small, the load support is bent so as to cope with the deformation.

【0011】図5において、超電導磁石装置は、磁界を
発生するための超電導コイル51を収容した二重筒型の
真空容器50と、この真空容器50の上部に配置され、
超電導コイル51を冷却するための冷凍機(図示せず)
とを備えている。超電導コイル51は、筒状の巻枠52
に巻回されている。この例では、超電導コイル51及び
巻枠52を上方から吊り下げることで支えるようにして
いる。このために、真空容器50の上部蓋には、周方向
に間隔をおいて複数箇所に上部荷重支持体53が設けら
れている。上部荷重支持体53の下端部には環状の上部
支持板54が取り付けられている。上部支持板54の下
側には、上部荷重支持体53と対応する箇所に下部荷重
支持体55が設けられている。下部荷重支持体55の下
端部には環状の下部支持板56が取り付けられている。
この下部支持板56に巻枠52が固定されている。真空
容器50内にはまた、輻射熱の侵入を防止するために、
下部荷重支持体55、下部支持板56、及び超電導コイ
ル51を囲むように熱シールド板57が配置されてい
る。
In FIG. 5, a superconducting magnet device is provided with a double cylindrical vacuum vessel 50 containing a superconducting coil 51 for generating a magnetic field, and is disposed above the vacuum vessel 50.
Refrigerator for cooling superconducting coil 51 (not shown)
And The superconducting coil 51 includes a cylindrical winding frame 52.
It is wound around. In this example, the superconducting coil 51 and the winding frame 52 are supported by being suspended from above. For this purpose, the upper lid of the vacuum vessel 50 is provided with upper load supports 53 at a plurality of locations at intervals in the circumferential direction. An annular upper support plate 54 is attached to the lower end of the upper load support 53. A lower load support 55 is provided below the upper support plate 54 at a location corresponding to the upper load support 53. An annular lower support plate 56 is attached to the lower end of the lower load support 55.
The winding frame 52 is fixed to the lower support plate 56. In order to prevent radiant heat from entering the vacuum vessel 50,
A heat shield plate 57 is arranged so as to surround the lower load support 55, the lower support plate 56, and the superconducting coil 51.

【0012】この例では、上部支持板54、下部支持板
56に作用する熱収縮により上部荷重支持体53、下部
荷重支持体55に作用する変形を逃がす構造でなく、荷
重支持体自体が変形に対して追従する構造である。
In this example, the structure does not allow the deformation acting on the upper load support 53 and the lower load support 55 due to the thermal contraction acting on the upper support plate 54 and the lower support plate 56, but the load support itself is deformed. It is a structure that follows.

【0013】一方、熱収縮量が1mm以上生じる超電導
磁石装置に用いる荷重支持体は、それを逃がす構造を備
えることが必要である。
On the other hand, a load support used in a superconducting magnet device in which the amount of heat shrinkage is 1 mm or more needs to be provided with a structure for relieving the load.

【0014】図6は、熱収縮量が1mmを越えるような
超電導磁石装置を左側の部分について示している。図6
において、超電導磁石装置は、磁界を発生するための超
電導コイル61を収容した二重筒型の真空容器60と、
この真空容器60の上部に配置され、超電導コイル61
を冷却するための冷凍機(図示せず)とを備えている。
超電導コイル61は、筒状の巻枠62に巻回されてい
る。この例でも、超電導コイル61及び巻枠62を上方
から吊り下げることで支えるようにしている。このため
に、真空容器60の上部蓋には、円筒状の上部ハイムカ
ラム支持体63が設けられている。上部ハイムカラム支
持体63の下端部には環状の上部支持板64が取り付け
られている。上部支持板64の下側には、上部ハイムカ
ラム支持体63と対応する箇所に円筒状の下部ハイムカ
ラム支持体65が設けられている。下部ハイムカラム支
持体65の下端部には環状の下部支持板66が取り付け
られている。この下部支持板66に巻枠62が固定され
ている。真空容器50内にはまた、輻射熱の侵入を防止
するために、下部ハイムカラム支持体65、下部支持板
66、及び超電導コイル61を囲むように熱シールド板
67が配置されている。
FIG. 6 shows a superconducting magnet device in which the heat shrinkage exceeds 1 mm for the left portion. FIG.
In the superconducting magnet device, a double cylindrical vacuum vessel 60 containing a superconducting coil 61 for generating a magnetic field,
The superconducting coil 61 is disposed above the vacuum
And a refrigerator (not shown) for cooling the water.
The superconducting coil 61 is wound around a cylindrical winding frame 62. Also in this example, the superconducting coil 61 and the winding frame 62 are supported by being suspended from above. For this purpose, the upper lid of the vacuum vessel 60 is provided with a cylindrical upper Heim column support 63. An annular upper support plate 64 is attached to the lower end of the upper Heim column support 63. Below the upper support plate 64, a cylindrical lower Heim column support 65 is provided at a location corresponding to the upper Heim column support 63. An annular lower support plate 66 is attached to the lower end of the lower Heim column support 65. The bobbin 62 is fixed to the lower support plate 66. In the vacuum vessel 50, a heat shield plate 67 is arranged so as to surround the lower Heim column support 65, the lower support plate 66, and the superconducting coil 61 in order to prevent the invasion of radiant heat.

【0015】ここで、ハイムカラム支持体というのは、
図7に示されるように、複数の円筒63−1、63−
2、63−3をスペーサ63−4を介在させて多重筒構
造とすることで荷重支持体の許容できる曲げを増幅でき
るもので、軸方向の剛性も維持できる構造である。ま
た、多重筒構造であるため、熱侵入の軽減にも有利なも
のとなっている。
Here, the Heim column support is
As shown in FIG. 7, a plurality of cylinders 63-1, 63-
By forming a multi-cylinder structure with the spacer 63-4 interposed between 2, 63-3, the allowable bending of the load support can be amplified, and the rigidity in the axial direction can be maintained. Further, the multi-cylinder structure is advantageous in reducing heat intrusion.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図5の
荷重支持構造では、熱収縮量が1mmを越えるような大
型の超電導磁石装置には適用できない。一方、図6の荷
重支持構造では、ハイムカラム支持体の製作上の複雑さ
や、占有するスペースが大きいなどの問題点がある。
However, the load supporting structure shown in FIG. 5 cannot be applied to a large superconducting magnet device having a heat shrinkage exceeding 1 mm. On the other hand, the load supporting structure of FIG. 6 has problems such as the complexity of manufacturing the Heim column support and the occupying space is large.

【0017】そこで、本発明の課題は、熱収縮により大
きな変形を生じる大型の超電導磁石装置にも適用できる
重量構造物の支持構造を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a support structure for a heavy structure which can be applied to a large superconducting magnet device which undergoes large deformation due to thermal contraction.

【0018】本発明の他の課題は、上記の課題を簡単な
構造で実現できるようにすることにある。
Another object of the present invention is to enable the above-mentioned object to be realized with a simple structure.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明は、低温容器内に
重量構造物を収容し、該重量構造物を複数箇所において
荷重支持体で支持する支持構造において、前記重量構造
物と前記各荷重支持体との間を、複数の板を重ね合わ
せ、しかもそれらの上下端部を交互に接続して成る構造
体を持つ支持部材で連結することにより、低温に伴う前
記重量構造物の熱収縮を吸収するようにしたことを特徴
とする。
According to the present invention, there is provided a supporting structure in which a heavy structure is accommodated in a cryogenic container and the heavy structure is supported by a load support at a plurality of positions. By stacking a plurality of plates between the support and a support member having a structure formed by alternately connecting the upper and lower ends thereof, the heat shrinkage of the heavy structure due to low temperature is reduced. It is characterized in that it is absorbed.

【0020】前記低温容器が、内筒と外筒とを持つ二重
筒容器である場合、前記重量構造物は筒状である。
When the low-temperature container is a double-cylinder container having an inner cylinder and an outer cylinder, the heavy structure is cylindrical.

【0021】前記低温容器が超電導コイルを収容してい
ると共に、これを冷却するための冷凍機を備えた真空容
器である場合、前記重量構造物は前記超電導コイル及び
その巻枠としてのコイル冷却用熱伝導体であり、前記真
空容器の底部に周方向に間隔をおいて複数箇所に配置さ
れた前記各荷重支持体と前記コイル冷却用熱伝導体との
間が前記支持部材で連結される。
In the case where the low-temperature container is a vacuum container containing a superconducting coil and having a refrigerator for cooling the superconducting coil, the heavy structure is used for cooling the superconducting coil and a coil as a winding frame thereof. The support member connects the load-carrying body and the coil-cooling heat conductor, which are heat conductors and are arranged at a plurality of locations on the bottom of the vacuum vessel at intervals in the circumferential direction.

【0022】前記超電導コイル及び前記コイル冷却用熱
伝導体は更に、前記真空容器内において二重筒状の容器
を構成する熱シールド容器内に収容されており、前記荷
重支持体は前記熱シールド容器の底部に設けられた開口
を通して前記熱シールド容器内まで延びており、前記熱
シールド容器の底部と前記荷重支持体との間を、ハイム
カラム構造の支持体で連結する。
The superconducting coil and the heat conductor for cooling the coil are further housed in a heat shield container constituting a double cylindrical container in the vacuum container, and the load support is provided in the heat shield container. And extends into the heat shield container through an opening provided at the bottom of the heat shield container, and connects the bottom of the heat shield container and the load support with a support having a Heim column structure.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】本発明による支持構造を説明する
前に、本発明が適用されるのに適した冷凍機冷却型超電
導磁石装置について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Before describing a support structure according to the present invention, a refrigerator-cooled superconducting magnet device suitable for applying the present invention will be described.

【0024】図4を参照して、この冷凍機冷却型超電導
磁石装置は、図示しない単結晶成長装置の周囲に配置さ
れ、磁界を発生するための超電導コイル11a、11b
を収容した真空容器10と、真空容器10の上部に配置
され、超電導コイル11a、11bを冷却するための1
個以上の冷凍機12とを備えている。冷凍機12には、
冷媒であるヘリウムガスを圧縮して供給、循環するため
の圧縮機が接続される。簡単に言えば、図示されている
冷凍機12は、ヘリウムガスの導入及び排出を切換える
ためのロータリバルブを切換える電動機と、ディスプレ
ーサに連結されてその往復運動を回転運動に変え、その
往復運動の上下限を設定するための運動変換機構を備え
ている。詳しくは、特公昭63−53469に開示され
ているので、ここでは図示、説明は省略する。
Referring to FIG. 4, this refrigerator-cooled superconducting magnet device is disposed around a single crystal growing device (not shown) and has superconducting coils 11a and 11b for generating a magnetic field.
And a vacuum vessel 10 disposed above the vacuum vessel 10 for cooling the superconducting coils 11a and 11b.
And more than one refrigerators 12. In the refrigerator 12,
A compressor for compressing, supplying and circulating helium gas as a refrigerant is connected. Briefly, the refrigerator 12 shown in the drawings has an electric motor that switches a rotary valve for switching the introduction and discharge of helium gas, and is connected to a displacer to change its reciprocating motion into rotary motion, A motion conversion mechanism for setting a lower limit is provided. The details are disclosed in JP-B-63-53469, so that illustration and description are omitted here.

【0025】超電導コイル11a、11bは、真空容器
10内で巻枠としてのコイル冷却用熱伝導体13で支持
されている。コイル冷却用熱伝導体13は銅、アルミニ
ウムなどの熱伝導率の大きな材料で形成される。
The superconducting coils 11a and 11b are supported in the vacuum vessel 10 by a coil cooling heat conductor 13 as a winding frame. The coil cooling heat conductor 13 is formed of a material having a high heat conductivity such as copper or aluminum.

【0026】この例では、冷凍機12は、50Kの第一
段コールドヘッド12−11を持つ一段目の冷凍ステー
ジ12−1と4Kの第二段コールドヘッド12−21を
持つ二段目の冷凍ステージ12−2とを持つ2段式冷凍
機である。冷凍ステージ12−1、12−2は真空容器
10内にあり、特に冷凍ステージ12−2はコイル冷却
用熱伝導体13に設けられた接続部13−1の近くまで
延びている。そして、冷凍ステージ12−2の先端の第
二段コールドヘッド12−21と接続部13−1との間
を可撓性を有する伝熱部材14で接続している。
In this example, the refrigerator 12 comprises a first stage refrigeration stage 12-1 having a 50K first stage cold head 12-11 and a second stage refrigeration stage having a 4K second stage cold head 12-21. This is a two-stage refrigerator having a stage 12-2. The refrigeration stages 12-1 and 12-2 are located in the vacuum vessel 10, and particularly, the refrigeration stage 12-2 extends to near the connection portion 13-1 provided on the coil-cooling heat conductor 13. The second stage cold head 12-21 at the tip of the refrigeration stage 12-2 and the connection portion 13-1 are connected by a heat transfer member 14 having flexibility.

【0027】真空容器10は、単結晶成長装置の周囲を
囲むことのできる二重円筒構造を有しており、コイル冷
却用熱伝導体13も円筒形状に作られている。すなわ
ち、単結晶成長装置は、真空容器10の内側に形成され
る空間に配置される。超電導コイル11a、11bは、
単結晶成長装置の坩堝内の溶融シリコンに対してカプス
状磁界を与えるための2つのスプリット型コイルであ
る。これら2つのスプリット型コイルによる超電導コイ
ル11a、11bは、コイル冷却用熱伝導体13の上下
において真空容器10の中心と同心となるように巻回さ
れている。
The vacuum vessel 10 has a double cylindrical structure capable of surrounding the periphery of the single crystal growing apparatus, and the coil cooling heat conductor 13 is also formed in a cylindrical shape. That is, the single crystal growth apparatus is arranged in a space formed inside vacuum chamber 10. The superconducting coils 11a and 11b
Two split-type coils for applying a caps-like magnetic field to molten silicon in a crucible of a single crystal growth apparatus. The superconducting coils 11a and 11b formed by these two split type coils are wound so as to be concentric with the center of the vacuum vessel 10 above and below the coil cooling heat conductor 13.

【0028】更に、2つの超電導コイル11a、11b
及びコイル冷却用熱伝導体13は、冷凍ステージ12−
2及び伝熱部材14と共に、真空容器10内に配置され
た二重円筒型の熱シールド容器15に収容されている。
この熱シールド容器15は、輻射熱の侵入を防止するた
めのものである。2つの超電導コイル11a、11b、
コイル冷却用熱伝導体13、及び熱シールド容器15
は、真空容器10内の上下において周方向に間隔をおい
て設けられた複数の荷重支持体16a、16bで支持さ
れている。
Further, two superconducting coils 11a and 11b
The heat conductor 13 for cooling the coil is connected to the refrigeration stage 12-
2 and the heat transfer member 14 are housed in a double cylindrical heat shield container 15 arranged in the vacuum container 10.
The heat shield container 15 is for preventing radiant heat from entering. Two superconducting coils 11a, 11b,
Coil cooling heat conductor 13 and heat shield container 15
Is supported by a plurality of load supports 16a and 16b provided at intervals in the circumferential direction at the top and bottom in the vacuum vessel 10.

【0029】このような冷凍機冷却型超電導磁石装置
は、特願平10−5955号に開示されている。
Such a refrigerator-cooled superconducting magnet device is disclosed in Japanese Patent Application No. 10-5955.

【0030】本発明の実施の形態を、上述した冷凍機冷
却型超電導磁石装置の荷重支持体16bに対応する箇所
に適用する場合について説明する。
A case where the embodiment of the present invention is applied to a portion corresponding to the load support 16b of the above-described refrigerator-cooled superconducting magnet device will be described.

【0031】図1は、本発明が適用された冷凍機冷却型
超電導磁石装置を、図4に示されたものの右側について
示しており、図4と同じ部分には同じ番号を付してい
る。
FIG. 1 shows a refrigerator-cooled superconducting magnet apparatus to which the present invention is applied, on the right side of the apparatus shown in FIG. 4, and the same parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.

【0032】真空容器10の底部には周方向に間隔をお
いて複数箇所にGFRPによる荷重支持体16bが配置
されている。そして、各荷重支持体16bとコイル冷却
用熱伝導体13との間が支持部材20で連結されてい
る。
At the bottom of the vacuum vessel 10, load supports 16b made of GFRP are arranged at a plurality of locations at intervals in the circumferential direction. A support member 20 connects between each load support 16b and the coil cooling heat conductor 13.

【0033】支持部材20は、図2、図3にも示される
ように、複数の板21を重ね合わせ、しかもそれらの上
下端部を交互に接続して成る構造体を持つ。上下端部の
接続は、例えば溶接にて行われる。構造体の一端側(図
2中、左側)の板21は、固定金具22を介してコイル
冷却用熱伝導体13にボルト等で固定される。構造体の
他端側(図2中、右側)の板21は、その上端部におい
てL形の固定金具23に溶接固定されている。固定金具
23には、はすかい状の補強板24が設けられている。
固定金具23は荷重支持体16bの上端に固定されてい
る。
As shown in FIGS. 2 and 3, the support member 20 has a structure in which a plurality of plates 21 are overlapped and their upper and lower ends are connected alternately. The upper and lower ends are connected by, for example, welding. A plate 21 on one end side (the left side in FIG. 2) of the structure is fixed to the coil cooling heat conductor 13 via a fixing bracket 22 with bolts or the like. The plate 21 on the other end side (the right side in FIG. 2) of the structure is welded and fixed to an L-shaped fixture 23 at the upper end. The fixture 23 is provided with a reinforced reinforcing plate 24.
The fixing bracket 23 is fixed to the upper end of the load support 16b.

【0034】超電導コイル11a、11b及びコイル冷
却用熱伝導体13は、真空容器10内において二重筒状
の熱シールド容器15内に収容されている。荷重支持体
16bは熱シールド容器15の底部に設けられた開口を
通して熱シールド容器15内まで延びている。本例で
は、熱シールド容器15の底部と荷重支持体16bとの
間を、図7で説明した円筒状のハイムカラム構造の支持
体25−1、25−2で連結するようにしている。すな
わち、荷重支持体16bを間にして、その内側と外側に
支持体25−1、25−2が設けられている。
The superconducting coils 11a and 11b and the heat conductor 13 for cooling the coil are accommodated in a double cylindrical heat shield container 15 in the vacuum container 10. The load support 16 b extends into the heat shield container 15 through an opening provided at the bottom of the heat shield container 15. In this example, the bottom of the heat shield container 15 and the load support 16b are connected by the supports 25-1 and 25-2 having the cylindrical Heim column structure described with reference to FIG. That is, the supports 25-1 and 25-2 are provided inside and outside the load support 16b.

【0035】例えば、約2mの直径を有する大型の超電
導磁石装置において極低温に冷却される超電導コイル1
1a、11bやコイル冷却用熱伝導体13、熱シールド
容器15は、半径分で約3mm中心方向に縮むことにな
り、その変形を吸収する荷重支持体は、熱収縮を逃がす
構造を有することが必須である。
For example, a superconducting coil 1 cooled to a very low temperature in a large superconducting magnet device having a diameter of about 2 m
The heat conductors 1a and 11b, the heat conductor 13 for cooling the coil, and the heat shield container 15 are shrunk by about 3 mm in the radius direction toward the center, and the load support that absorbs the deformation may have a structure to release the heat shrinkage. Required.

【0036】本構成では、熱シールド容器15の支持は
周知のハイムカラム構造とし、超電導コイル11a、1
1b側は、ステンレスの板21を重ね合わせたアコーデ
オン構造の支持部材20で支持する構造とした。
In this configuration, the heat shield container 15 is supported by a well-known Heim column structure, and the superconducting coils 11a,
The 1b side was configured to be supported by a support member 20 having an accordion structure in which stainless steel plates 21 were overlapped.

【0037】この超電導磁石装置の構成は、内径約16
00mm、外径約2100mmのドーナツ形真空容器を
前提としているものである。真空容器(ステンレス)1
0の内部には、熱シールド容器(銅)15があり、真空
容器15と同様のドーナツ形をしている。荷重支持体1
6bは通常、支持される重量構造物の大きさにより配置
数を考慮するが、本形態の場合は、真空容器10その他
と同心円上に等配角度で8個所に設けている。
The structure of this superconducting magnet device has an inner diameter of about 16
It is based on a donut-shaped vacuum vessel having a diameter of 00 mm and an outer diameter of about 2100 mm. Vacuum container (stainless steel) 1
Inside 0, there is a heat shield container (copper) 15, which has the same donut shape as the vacuum container 15. Load support 1
Although the number of arrangements 6b is usually considered depending on the size of the heavy structure to be supported, in the case of the present embodiment, the arrangement is provided at eight locations at equal angles on the concentric circle with the vacuum vessel 10 and others.

【0038】アコーデオン構造たる支持部材20の特徴
は、超電導コイル11a、11b側が冷却されて中心方
向へ熱収縮していくに伴い、図2に示す如く、アコーデ
オン部分が拡張してGFRPによる荷重支持体16bに
かかる曲げ応力を緩和する仕組みである。アコーデオン
部の重ね板構造は、1mm〜2mm程度の厚みの四角形
板を数枚重ね合わせ、上下端部を交互に溶接したもので
ある。設計上、熱収縮量に応じて板21の厚み・重ね枚
数・板の縦横寸法を決定する。また、アコーデオン部の
持つバネ力は荷重支持体16bの持つ曲げ剛性よりも小
さくとるようにする。
The support member 20 having the accordion structure is characterized in that, as the superconducting coils 11a and 11b are cooled and thermally contracted toward the center, as shown in FIG. This is a mechanism for alleviating bending stress applied to 16b. The laminated plate structure of the accordion part is formed by laminating several square plates having a thickness of about 1 mm to 2 mm and welding the upper and lower ends alternately. In design, the thickness, the number of layers, and the vertical and horizontal dimensions of the plate 21 are determined according to the amount of heat shrinkage. Further, the spring force of the accordion portion is set to be smaller than the bending rigidity of the load support 16b.

【0039】以上の支持構造により、本形態において
は、1m当たり3mm以上の熱収縮が生じるような超電
導磁石装置でも、十分にその熱収縮を吸収し、荷重支持
体16bにかかる曲げ応力を緩和することができる。な
お、上記の形態では図4に示された上側の荷重支持体1
6aは不要であるが、上側の荷重支持体16aを備える
場合には、この上側の荷重支持体16aにも同様な支持
構造が適用される。
With the above-described support structure, in the present embodiment, even in a superconducting magnet device in which thermal contraction of 3 mm or more per m occurs, the thermal contraction is sufficiently absorbed and the bending stress applied to the load support 16b is reduced. be able to. In the above embodiment, the upper load support 1 shown in FIG.
6a is unnecessary, but when the upper load support 16a is provided, a similar support structure is applied to the upper load support 16a.

【0040】本発明は、上記のような大型の超電導磁石
装置のみならず、低温装置における真空容器内にある、
大きな熱収縮がおこる重量構造物の荷重支持に有効であ
り、荷重支持体には垂直荷重のみで横方向ににかかる曲
げ荷重がかからないため、荷重支持体の設計的剛性力を
過大にすること無く、その分、熱侵入量を抑えることが
可能となる。
According to the present invention, not only the large superconducting magnet device as described above, but also a vacuum container in a low-temperature device is provided.
Effective for supporting loads in heavy structures where large heat shrinkage occurs.Because only vertical loads do not apply lateral bending loads to load supports, the design rigidity of the load supports is not excessively increased. Accordingly, the amount of heat penetration can be reduced.

【0041】上記の形態のような構造であって、超電導
コイル(4.2K)と熱シールド容器(50〜70K)
の熱遮蔽を有するような複数の構造物を支持する場合、
超電導コイルを支持する部分のスペースを取らないた
め、設計が簡略化でき経済的である。
The superconducting coil (4.2K) and the heat shield container (50-70K) having the structure as in the above embodiment.
When supporting multiple structures that have a heat shield of
Since the space for the portion for supporting the superconducting coil is not taken up, the design can be simplified and economical.

【0042】[0042]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、熱収縮により大きな変形を生じる大型の超電導磁石
装置にも適用できる重量構造物の支持構造を簡単な構造
で実現できる。
As described above, according to the present invention, it is possible to realize, with a simple structure, a support structure for a heavy structure which can be applied to a large superconducting magnet device which undergoes large deformation due to thermal contraction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態を冷凍機冷却型超電導磁石
装置に適用した場合の縦断面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view when an embodiment of the present invention is applied to a refrigerator-cooled superconducting magnet device.

【図2】図1に示された支持部材の動作を説明するため
の図である。
FIG. 2 is a view for explaining the operation of the support member shown in FIG. 1;

【図3】図1に示された支持部材を上から見た図であ
る。
FIG. 3 is a top view of the support member shown in FIG. 1;

【図4】本発明が適用される冷凍機冷却型超電導磁石装
置を示した縦断面図である。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a refrigerator cooled superconducting magnet device to which the present invention is applied.

【図5】従来の冷凍機冷却型超電導磁石装置における超
電導コイルの支持構造の一例を示した縦断面図である。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing one example of a superconducting coil support structure in a conventional refrigerator-cooled superconducting magnet device.

【図6】従来の冷凍機冷却型超電導磁石装置における超
電導コイルの支持構造の他の例を示した縦断面図であ
る。
FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing another example of a superconducting coil support structure in a conventional refrigerator-cooled superconducting magnet device.

【図7】図6におけるハイムカラム支持体を示した図で
ある。
FIG. 7 is a diagram showing a Heime column support in FIG. 6;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 真空容器 11a、11b 超電導コイル 12 冷凍機 12−1 第一段の冷凍ステージ 12−2 第二段の冷凍ステージ 12−11 第一段コールドヘッド 12−21 第二段コールドヘッド 12−22 コールドヘッド延長部 13 コイル冷却用熱伝導体 13−1 接続部 14 伝熱部材 15 熱シールド容器 16a、16b 荷重支持体 20 支持部材 21 板 22、23 固定金具 24 補強板 25−1、25−2 支持体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vacuum container 11a, 11b Superconducting coil 12 Refrigerator 12-1 First stage refrigeration stage 12-2 Second stage refrigeration stage 12-11 First stage cold head 12-21 Second stage cold head 12-22 Cold head Extension portion 13 Heat conductor for coil cooling 13-1 Connection portion 14 Heat transfer member 15 Heat shield container 16a, 16b Load support 20 Support member 21 Plate 22, 23 Fixture 24 Reinforcement plate 25-1, 25-2 Support

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 低温容器内に重量構造物を収容し、該重
量構造物を複数箇所において荷重支持体で支持する支持
構造において、前記重量構造物と前記各荷重支持体との
間を、複数の板を重ね合わせ、しかもそれらの上下端部
を交互に接続して成る構造体を持つ支持部材で連結する
ことにより、低温に伴う前記重量構造物の熱収縮に起因
する応力を緩和するようにしたことを特徴とする重量構
造物の支持構造。
1. A supporting structure for accommodating a heavy-weight structure in a low-temperature container and supporting the heavy-weight structure with a load support at a plurality of locations, wherein a plurality of load-supports are provided between the heavy-weight structure and the load supports. By superposing the plates and connecting them by a support member having a structure in which the upper and lower ends are alternately connected, the stress caused by the thermal shrinkage of the heavy structure due to the low temperature is reduced. A support structure for a heavy structure, characterized in that:
【請求項2】 請求項1記載の支持構造において、前記
低温容器は、内筒と外筒とを持つ二重筒容器であり、前
記重量構造物は筒状であることを特徴とする重量構造物
の支持構造。
2. The support structure according to claim 1, wherein said low-temperature container is a double-cylinder container having an inner tube and an outer tube, and said weight structure is cylindrical. Support structure for things.
【請求項3】 請求項2記載の支持構造において、前記
低温容器は超電導コイルを収容していると共に、これを
冷却するための冷凍機を備えた真空容器であり、前記重
量構造物は前記超電導コイル及びその巻枠としてのコイ
ル冷却用熱伝導体であり、前記真空容器の底部に周方向
に間隔をおいて複数箇所に配置された前記各荷重支持体
と前記コイル冷却用熱伝導体との間が前記支持部材で連
結されていることを特徴とする重量構造物の支持構造。
3. A supporting structure according to claim 2, wherein said low-temperature container is a vacuum container containing a superconducting coil and having a refrigerator for cooling said superconducting coil, and said heavy structure is formed of said superconducting coil. A coil and a coil-cooling heat conductor as a winding frame, wherein the load support and the coil-cooling heat conductor are arranged at a plurality of locations spaced apart in the circumferential direction at the bottom of the vacuum vessel. A support structure for a heavy structure, wherein the space is connected by the support member.
【請求項4】 請求項3記載の支持構造において、前記
超電導コイル及び前記コイル冷却用熱伝導体は更に、前
記真空容器内において二重筒状の容器を構成する熱シー
ルド容器内に収容されており、前記荷重支持体は前記熱
シールド容器の底部に設けられた開口を通して前記熱シ
ールド容器内まで延びており、前記熱シールド容器の底
部と前記荷重支持体との間を、ハイムカラム構造の支持
体で連結したことを特徴とする重量構造物の支持構造。
4. The support structure according to claim 3, wherein the superconducting coil and the coil cooling heat conductor are further housed in a heat shield container constituting a double cylindrical container in the vacuum container. The load support extends through the opening provided in the bottom of the heat shield container to the inside of the heat shield container. Between the bottom of the heat shield container and the load support, a support of the Heim column structure is provided. A support structure for a heavy structure, which is connected by a body.
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