JP2004342696A - 超電導磁石装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】起磁力が小さい、あるいは必要線材量が少ない超電導コイルよりなる超電導磁石装置およびその製造方法を得る。
【解決手段】オープン型の超電導磁石装置では、上側、下側真空断熱容器１ａ、１ｂに配置されるコイル郡を構成する超電導コイル１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａまたは１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂのうち、少なくとも一つを、二つの容器（１ａ、１ｂ。）の対向面から遠ざかるにつれて、その巻回し高さが小さくなるように巻回し、超電導コイルの断面形状が、略扇型または中高の略蒲鉾型となるように形成する。
【選択図】 図１
【解決手段】オープン型の超電導磁石装置では、上側、下側真空断熱容器１ａ、１ｂに配置されるコイル郡を構成する超電導コイル１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａまたは１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂのうち、少なくとも一つを、二つの容器（１ａ、１ｂ。）の対向面から遠ざかるにつれて、その巻回し高さが小さくなるように巻回し、超電導コイルの断面形状が、略扇型または中高の略蒲鉾型となるように形成する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁気共鳴画像診断装置（以下、ＭＲＩ装置とする。）に用いる超電導磁石装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高強度かつ高均一度で、時間的に安定した静磁界発生源として超電導磁石装置の使用が一般化している。特に、ＭＲＩ装置の静磁界発生源としての普及が著しい。ＭＲＩ装置に用いられる磁石では、精密でコントラストの高い人体（患者）断層像を高速で撮るため、また高機能画像取得のために、撮像空間である磁石中心における直径３０〜４５ｃｍ球状空間内で、０．５〜３Ｔｅｓｌａの磁界強度、１〜１０ｐｐｍの磁界均一度、０．０５ｐｐｍ／ｈの時間安定な静磁界特性が要求されている。
【０００３】
これらの特性は、無損失で高電流密度が可能な超電導コイルと、超電導現象特有の永久電流モード運転を利用し、厳密な磁界均一度設計に基づいたコイル配置を採用した超電導磁石装置でしか満たせない。
それと同時に、ＭＲＩ装置用磁石は、心臓ペースメーカー装着者や他の機器への磁界の影響を防止するため、磁石自体が発生する漏洩磁界を小さく抑制することが求められている。
【０００４】
このように、ＭＲＩ装置用磁石は、コイル設計にとって多くの必要条件を有するが、それを実現するコイル配置として、一般にヘルムホルツコイルが用いられている。これは、同軸に二つ以上のコイルを配置した構造となっている。従来では、そのヘルムホルツコイルを構成する各コイルは、その巻回し幅、巻回し高さが一定で、断面が略矩形形状となるように形成されていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
一方、ヘルムホルツコイルを用いずに、単一コイルで均一磁界を得る例も示されている。この例では、その単一コイルを、略矩形形状の断面構造とするのではなく、軸方向中心部から軸方向端部にかけて、徐々にコイル外径（コイル高さ。）が大きくなるように超電導線材を巻回して形成しており、そのコイル断面形状は、略矩形形状ではなく、部分的に巻回し高さを変化させた非矩形形状としている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０８−１６８４７６号公報
【特許文献２】
特開昭６１−０８２４２４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＭＲＩ装置に用いる、超電導磁石装置を構成する超電導コイルは、ヘルムホルツコイルの場合では、複数の超電導コイルの断面形状が略矩形形状であったため、より起磁力が小さい、あるいは必要線材量の少ない理想コイル形状やコイル配置があっても、それを採用できなかった。そのため、高価な超電導線材を必要以上に使用してコイルを形成していた。さらに、起磁力が大きくなるにつれ、副次的に、コイルの電磁力やコイル自身によって作られる自己磁界が大きくなり、より頑強な電磁力支持や、より高性能かつ高価な超電導線材が必要となるなどの問題があった。
また、コイルの断面形状が略矩形形状であることから、コイル群を収納配置する真空断熱容器の形状にも大きな制約があった。結果的に、超電導磁石装置の外形形状にも影響を及ぼしていた。
【０００８】
さらに、コイル断面形状が略矩形形状ではない例では、単一コイルにより電磁石コイルを構成する都合上、理想コイル形状やコイル配置を反映させることができず、巻線が必要でない部分にも巻線が施されたコイルとなってしまい、起磁力が小さい、あるいは必要線材量が少ないコイルを得ることは難しかった。
【０００９】
この発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、より起磁力が小さい、あるいは必要線材量が少ないＭＲＩ装置用の超電導磁石装置を得ること、また、被検者にとってより開放的な超電導磁石装置を得ること、さらに、それらを実現するための超電導磁石装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る超電導磁石装置は、所定空間をあけて対向配置された第一、第二の容器、上記第一、第二の容器内に同軸となるように配列収納され、上記第一、第二の容器の間に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなる第一、第二のコイル群を備え、少なくとも一つの上記超電導コイルは、上記第一、第二の容器の対向面から遠ざかるにつれて、その巻回し高さが小さくなるように形成されるものである。
【００１１】
また、この発明に係る超電導磁石装置は、筒状開口部が設けられた容器、上記容器内に同軸となるように配列収納され、上記容器の開口部内に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなるコイル群を備え、少なくとも一つの上記超電導コイルは、上記容器の筒状開口部の内側面から遠ざかるにつれて、その巻回し幅が小さくなるように形成されるものである。
【００１２】
さらに、この発明に係る超電導磁石装置は、所定空間をあけて対向配置された第一、第二の容器、上記第一、第二の容器内に同軸となるように配列収納され、上記第一、第二の容器の間に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなる第一、第二のコイル群を備え、上記第一、第二の容器の対向面外周部をテーパー状に形成するとともに、その対向面外周部に位置する上記超電導コイルを、テーパー形状に沿うように、上記第一、第二の容器の対向面から遠ざかるにつれて巻回し高さが大きくなるように、かつ上記第一、第二の容器の外周から軸に向かうにつれて巻回し幅が大きくなるように形成するものである。
【００１３】
また、この発明に係る超電導磁石装置は、筒状開口部が設けられた容器、上記容器内に同軸となるように配列収納され、上記容器の開口部内に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなるコイル群を備え、上記容器を、その両端部において、開口部内側から開口端に向かうにつれて、上記筒状開口部の開口径が大きくなるようにテーパー状に形成するとともに、その両端部に位置する上記超電導コイルを、テーパー形状に沿うように、上記容器の筒状開口部の内側面から遠ざかるにつれて、その巻回し幅が大きくなるように、かつ上記容器の最端部から開口部内側に向うにつれて、その巻回し高さが大きくなるように形成するものである。
【００１４】
さらに、この発明に係る超電導磁石装置は、所定空間をあけて対向配置された第一、第二の容器、上記第一、第二の容器内に同軸となるように配列収納され、上記第一、第二の容器の間に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなる第一、第二のコイル群を備え、上記第一、第二の容器内にそれぞれ配置される複数の上記超電導コイルのうち、近接する二つの上記超電導コイルは、最近接部分を削るように、角を落としたような断面形状となるように、巻回し形成されるものである。
【００１５】
また、この発明に係る超電導磁石装置は、筒状開口部が設けられた容器、上記容器内に同軸となるように配列収納され、上記容器の開口部内に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなるコイル群を備え、上記コイル群内で、近接する二つの上記超電導コイルは、最近接部分を削るように、角を落としたような断面形状となるように、巻回し形成されるものである。
【００１６】
さらに、この発明に係る超電導磁石装置の製造方法は、巻枠に超電導線材を巻回して超電導コイルを形成する際に、上記巻枠内に、各層毎に任意の領域に線材巻き付けスペースを確保するように、その他の領域にスペーサを配置する工程、上記スペース内に上記超電導線材を巻回す工程を含むものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１であるＭＲＩ装置用の超電導磁石装置を示す断面図である。図１に示すように、所定空間をあけて、外形が略円柱状の上側真空断熱容器（第一の容器に相当。）１ａと下側真空断熱容器（第二の容器に相当。）１ｂが対向配置され、それぞれの容器内には、図中Ｚ方向に沿う軸に対し、同軸となるよう、環状に巻回しされた複数の超電導コイルが配列収納される。二つの容器（１ａ、１ｂ。）は連通管３によって繋げられ、上側真空断熱容器１ａは、この連通管３によって支持される構造となっている。このような形態の超電導磁石装置は、オープン型または開放型と呼ばれる。このオープン型の超電導磁石装置の斜視図を図２に示す。図２中の、二つの容器（１ａ、１ｂ。）間へ向う矢印４ａは、ＭＲＩ装置による撮像を行う際に、この超電導磁石装置内に、被検者（人体）を挿入する方向を示している。
【００１８】
複数の超電導コイルは、上側、下側真空断熱容器１ａ、１ｂ内の低温容器２ａ、２ｂ内にそれぞれ収納される。また、低温容器２ａ、２ｂ内には、超電導コイルを冷却するための液体ヘリウムが入れられる。
この例では、超電導コイル１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａ（第一のコイル群に相当。）が上側真空断熱容器１ａ内に、同軸となるように配列収納され、同様に、超電導コイル１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ（第二のコイル群に相当。）が下側真空断熱容器１ｂ内に、同軸となるように配列収納されている。
【００１９】
上側、下側真空断熱容器１ａ、１ｂは、低温容器２ａ、２ｂをそれぞれ収容し、低温容器２ａ、２ｂから液体ヘリウムが蒸発するのを低減する。図示していないが、低温容器２ａ、２ｂと、上側、下側真空断熱容器１ａ、１ｂの間には、液体ヘリウムの蒸発を低減するために、通常、複数の熱シールド槽が設置される。また、低温容器２ａ、２ｂ内に配置された超電導コイルは、同軸配置された図示しない巻枠に、超電導線を巻回したものである。図１のような断面構造の超電導磁石装置は、それぞれまず個別に巻回した超電導コイルを、さらに別の支持構造体を介して緻密に組み合わせることで得られる。
図１のような構成の超電導磁石装置においては、上側、下側真空断熱容器１ａ、１ｂ内に収納された複数の超電導コイルによって、容器（１ａ、１ｂ。）間に位置する均一磁界空間４に上向きの均一磁界を発生する。
【００２０】
ＭＲＩ装置用超電導磁石装置には、高い磁界均一度や低い漏洩磁界が要求されるが、必要となる磁界をなるべく効率良く発生させるという条件、すなわち起磁力最小あるいは必要線材量最小という条件で、厳密な最適設計を行うと、コイル形状は、例えば図１に示したような、断面が非矩形形状（言い換えると、コイル巻回し幅および巻回し高さが一定ではない形状。）となる。
また、超電導磁石装置を構成するコイルは、なるべくＺ方向内側、すなわちＺ＝０（面）方向へ向いたがる性質を持つとともに、コイルのＲ方向（Ｚ＝０の面上で、Ｚ軸から遠ざかる方向。）最大外径寸法、すなわち超電導コイル１０ａ、１０ｂの最外周部分は、なるべく外側（Ｚ軸から遠ざかる方向。）へ行きたがる性質を持っている。
【００２１】
それぞれの容器（１ａ、１ｂ。）内では、超電導コイル１０ａ、１０ｂの巻回し径が最大となっており、例えば、超電導コイル１０ａは、図１に示すように、その断面形状が、略扇型となるように巻回し形成されている。この形状について、図３に超電導コイル１０ａの断面形状拡大図を示して説明する。二つの容器（１ａ、１ｂ。）の対向面に沿う方向におけるコイル巻回し高さが、対向面から遠ざかるにつれて小さくなるように、かつ、Ｚ方向に沿うコイル巻回し幅が、コイルの最外周（最大外周。）において最大となるように形成されている。なお、巻回し高さは、Ｚ軸上の任意の位置において、最大巻回し径から最小巻回し径をひいた寸法に相当している。
【００２２】
また、超電導コイルのうち、巻回し径が２番目以降に大きい超電導コイル１１ａ、１２ａ、１３ａおよび１１ｂ、１２ｂ、１３ｂは、その断面形状が略蒲鉾型となるように巻回し形成されている。この形状について、図４に超電導コイル１１ａの断面形状拡大図を示して説明する。二つの容器（１ａ、１ｂ。）の対向面に沿う方向におけるコイル巻回し高さが、対向面から遠ざかるにつれて小さくなるように、かつ、その巻回し幅が最大となる位置が、各コイルの最も対向面に近い側での巻回し高さの中間位置に相当するように形成されている。
【００２３】
なお、図１および図４では、超電導コイル１１ａ、１２ａ、１３ａおよび１１ｂ、１２ｂ、１３ｂの断面形状が、略蒲鉾型である例を示したが、超電導磁石装置を構成するコイル以外の構造体を配置する等の都合により、その構造体を回避するような形状とする場合もある。そのような場合には、図４に示したような略蒲鉾型の超電導コイル１１ａを、底辺位置を同じとして、頂点の位置をスライドさせて、その一部が重なるように二つ繋げて配置したような、例えば二コブ型となるように、コイルを巻回し形成することもできる。いずれの場合においても、オープン型の超電導磁石装置の場合は、これを構成する超電導コイルの断面形状は、二つの容器の対向面に沿う方向におけるコイル巻回し高さが、対向面から遠ざかるにつれて小さくなるように形成される。
【００２４】
図１では、例えば低温容器２と超電導コイル１０ａとの間に若干の隙間があるが、この隙間は超電導コイル１０ａの巻枠やその他必要部材を配置するためのスペースとなっており、コイルには使用できない領域である。
次に、図１の超電導コイル１０ａを囲む領域Ａの拡大断面図を図５に示し、その巻線の様子について説明する。図１では巻枠等を省略した略図が示されていたが、図５のように、全体として形状が環状であり、最大外周に相当する辺が開放された、断面形状がコの字型である巻枠２０に、超電導線材２１を巻回して超電導コイル１０ａが形成される。
【００２５】
略扇型の断面形状の超電導コイル１０ａを得るには、まず、巻枠２０内の底になる面（巻枠２０内の最内周面。）に、絶縁層２５を巻きつける。この絶縁層２５は、例えば後述する層間絶縁材２３と同じ絶縁材を巻枠２０内に数周巻きつけることで形成することができる。次に、層間絶縁材２３を絶縁層２５上に配置する（絶縁層２５が層間絶縁材２３と同じ材質のものであれば省略することも可。）。次に、巻枠２０内において、１層目の線材巻き付けスペースとなる領域を空けるように、その他の領域（巻枠２０内の両サイドに位置する。）にあらかじめ用意したスペーサ２２、２２ａを配置する。図５に示すように、巻枠２０と超電導線材２１とが直接接することがないように、巻枠２０内の一方の側面には、必要最小限となる寸法（幅）のスペーサ２２を、各層毎に同様に配置し、もう一方の巻枠２０内側面には、必要となる巻回し幅を残して、他の領域を覆うように、任意に寸法を調節したスペーサ２２ａを配置する。スペーサ２２、２２ａは、例えばガラスエポキシ材によって構成される。次に、超電導線材２１を巻回し、１層目を巻き終えたら、層間絶縁材２３を取り付ける。
【００２６】
次に、２層目のスペーサ２２、２２ａ（スペーサ２２ａの幅は１層目のものよりも１段階狭いものを用いる。）を配し、超電導線材２１を、１層目よりも幅広となるように巻回す。なお、各層によって、必ずしも巻回し幅は異なる寸法となるのではなく、線材の太さや、得ようとするコイルの寸法によって、連続する複数の層で同じ巻回し幅となる場合があることは言うまでもない。このように、各層に配置するスペーサ２２ａの幅を変化させることで、線材巻き付けスペースを調節することができ、段階的に、コイルの巻回し幅（層幅。）を変えることができる。なお、巻回し幅の微調整は、巻回すピッチで調整すると良い。３層目以降についても、同様に巻回し、巻き終えたら、超電導コイル１０ａの表面（上部）を、絶縁材を兼ねる上部押さえ２４で押さえて固定する。
【００２７】
また、このとき、超電導線材２１間の隙間には、例えば熱硬化型の充填材（接着剤）を十分塗布しておき、コイル成形後、乾燥炉などで高温にさらし硬化させることで、超電導線材２１群は、高い剛性を持った一つの剛体となる。
なお、略蒲鉾型の断面形状である超電導コイル（例えば超電導コイル１１ａ。）を形成する場合は、まず、上述した略扇型の場合と同様に、各層によってスペーサ２２ａの幅を変化させることで巻回し幅（層幅。）を調節し、巻回し高さ（層数に比例する寸法。）の中間位置に相当する層で最大の巻回し幅となるように巻線を行い、さらに上層に行くにつれて、コイルの巻回し幅が狭くなるように、段階的に幅の広いスペーサを配し、巻線作業を行うことで製作可能である。
【００２８】
上記のように、巻枠２０に超電導線材２１を巻回して超電導コイル１０ａを形成する際に、巻枠２０内に、各層毎に任意の領域に線材巻き付けスペースを確保するように、その他の領域にスペーサ２２、２２ａを配置し、スペーサ２２、２２ａによって確保されたスペース内に超電導線材２１を巻回すというコイルの製造方法を応用すれば、コイル断面に全く辺を持たない、例えば略円形の断面形状のコイルも製作することが可能である。
なお、巻枠２０の断面形状は、必ずしも直線的なコの字型である必要はなく、曲線を有していてもよい。その場合は、用いるスペーサ２２、２２ａの断面形状も、巻枠２０の曲線に沿う部分については、同様の曲線を反映させた形状に加工することで、巻線作業を効率良く行うことができる。
【００２９】
従来では、最初から断面が矩形形状であるコイルでしか最適化を行わなかったか、あるいは製造を容易にするなどの何らかの理由で、もともと非矩形形状だった最適コイル形状を近似的に矩形化していたために、超電導磁石装置を構成する各コイルは全て、その断面が矩形形状となるように製作されていた。そのため、より起磁力が小さい、あるいは必要線材量の少ない理想的なコイル形状やコイル配置があるにもかかわらず、それを採用していなかった。しかし、本発明では、超電導コイル１０ａをはじめ、他のコイルも、その断面が非矩形形状となるように、最適化された理想形状を反映するように巻回し形成されているため、効率上、最適な超電導コイルが実現でき、ＭＲＩ装置用の最適な超電導磁石装置を得ることができる。
【００３０】
なお、これら断面が非矩形形状である超電導コイルを近似的に矩形化すれば、最適計算された磁界均一度や漏洩磁界が悪化することになる。また、最初から断面が矩形形状のコイルで最適化した場合は、起磁力が小さい、あるいは必要線材量の最も少ないコイル配置は得られない。
【００３１】
以上、コイル断面形状を非矩形形状である略扇型または略蒲鉾型に成形することについて述べたが、超電導磁石装置を構成する全てのコイルにその形状を反映させる以外に、必要となるコイルのみ非矩形形状を反映させることもできる。例えば、複数の超電導コイルのうち、その断面形状を、矩形としても、非矩形としても大きな差が見られないようなものについては、スペース的な問題や製作の容易さなどから、いくつかのコイルを、その断面が略矩形形状となるように、一定の巻回し幅、一定の巻回し高さに巻回し形成することもでき。
【００３２】
実施の形態２．
上述の実施の形態１では、オープン型の超電導磁石装置について説明したが、ここでは、ソレノイド型あるいは水平型と呼ばれる超電導磁石装置について説明する。図６は、ソレノイド型超電導磁石装置の外形を示す斜視図であり、図中矢印４ｂは、円筒状の真空遮断容器５（容器に相当する。）の、筒状開口部に、撮像時に被検者を挿入する方向を示している。図７は、ソレノイド型超電導磁石装置の断面図であり、略円筒状の真空遮断容器５には、その内部に低温容器６が配置され、その低温容器６内には、環状の超電導コイル５１〜５９（コイル群に相当。）が同軸となるように（Ｚ軸に沿って。）、配列収納されている。この例では、円筒の両端部に配置された（同軸上において、コイル群の両端に位置する。）超電導コイル５１、５２は、その断面形状が略扇型であり、コイル群内で、同軸上における両端以外の位置に配置された超電導コイル５３〜５９は、その断面形状が略蒲鉾型である。
【００３３】
この場合も、コイル形状の最適化において、磁界均一度および漏洩磁界の条件が厳しくなるにつれて、言い換えれば、なるべく少ない起磁力あるいは必要線材量で必要な条件を満足しようとするにつれて、コイルはなるべくＲ方向（円筒の軸をＺ軸とすると、Ｒ方向とはＺ＝０（面）上の、Ｚ軸から遠ざかる方向に相当する。）内側へ行きたがる、すなわちＺ軸に向いたがるとともに、コイルのＺ軸方向最大寸法、すなわち、コイル群の両端部に位置する超電導コイル５１、５２のコイル外側、開口端側に位置する部分は、なるべく外側へ行きたがる。
従って、最適化された超電導コイルは、真空断熱容器５の筒状開口部の内側面から遠ざかるにつれて、その巻回し幅が小さくなるように形成される。
【００３４】
図８に超電導コイル５２の断面形状拡大図を示すように、超電導磁石装置を構成する全ての超電導コイル５１〜５９（コイル群に相当する。）のうち、同軸上においてコイル群の両端に位置する超電導コイル５１、５２は、上記のような、筒状開口部の内側面から遠ざかるにつれて、その巻回し幅が小さくなるという特徴に加え、その巻回し高さが、筒状開口部の開口端に近づくにつれて大きくなるように形成され、その断面形状は略扇型となる。
【００３５】
また、コイル群のうち、同軸上における両端以外の位置に配置される超電導コイル５３〜５９は、図９に、超電導コイル５３の断面形状拡大図を示すように、その巻回し高さが最大となる位置が、各コイルの、最も筒状開口部の内側面に近い側における巻回し幅の中間位置に相当し、そのコイルの断面形状が略蒲鉾型となるように形成される。
【００３６】
次に、図１０に、図７の超電導コイル５２を囲む領域Ｂの拡大断面図を示し、その巻線の様子について説明する。実施の形態１と同様に、断面形状がコの字型の巻枠２０に超電導線材２１を巻き付けてコイルを形成するが、ここでは、巻き枠２０内の片側に配置するスペーサ２２ｂの幅が、層が増す毎に徐々に大きくなるように、１層目の巻回し幅よりも、２層目、３層目と層数が増えるにつれて、超電導線材２１の巻回し幅が小さくなるように巻線作業を行い、最終的に断面形状が略扇型の超電導コイル５２を得る。
【００３７】
また、断面形状が略蒲鉾型となる超電導コイル５３〜５９を得るには、巻枠２０内の両側に配置する２つのスペーサの幅が同じになるように、かつ、層数が増す毎に徐々にスペーサ幅が大きくなるように調節し、層数が増す毎に、超電導線材２１の巻回し幅が小さくなるように巻線作業を行うことで、最終的に、断面形状が中高の略蒲鉾型コイル５３〜５９が得られる。
このように、超電導磁石装置を構成する超電導コイル５１〜５９の断面形状が、最適化した略扇型または略蒲鉾型などの非矩形形状となるように、巻回し形成することで、効率上、最適な超電導コイルを実現でき、最適な超電導磁石装置が得られる。
【００３８】
実施の形態３．
先述の実施の形態１では、オープン型電磁石装置の超電導コイルを収納する容器（１ａ、１ｂ。）の外形が円柱状であり、そのＺ軸に沿う断面形状が図１に示すように矩形形状である例について述べたが、この実施の形態３では、オープン型の超電導磁石装置へ被検者を挿入する開口端をより開放的にするために、容器の対向面側の外周角部を削り取ったようなテーパー状とする例について説明する。
【００３９】
図１１は、オープン型超電導磁石装置の断面図であり、この図において、上側、下側真空断熱容器３１ａ、３１ｂの対向面外周部はテーパー状となるように、それぞれ形成されている（テーパー部分を符号３０で図示する。）。これにともなって、その対向面外周部に位置する超電導コイル１０ｃ、１０ｄを、テーパー部分３０の形状に沿うように、二つの容器の対向面から遠ざかるにつれて巻回し高さが大きくなるように、かつ容器の外周から軸（円柱状容器の軸に相当する。）に向かうにつれて巻回し幅が大きくなるように形成する。
また、上側、下側真空断熱容器３１ａ、３１ｂのテーパー部分３０の形状に合わせて、低温容器３２ａ、３２ｂの形状もテーパーを反映させた形状とすることは言うまでもない。
【００４０】
図１１の超電導コイル１０ｄを含む領域Ｃの拡大断面図を図１２に示し、その巻線の様子について説明する。この場合は、超電導コイル１０ｃ、１０ｄの外形形状にテーパー形状を反映させるため、断面形状がコの字型の巻枠を用いることは不適当であり、図１２に示すような、断面形状がＬ字型の巻枠２０ａを用いる。
巻線作業は、次のように行う。まず、巻枠２０ａ内の底面（巻枠２０ａ内の最内周面。）に絶縁層２５および必要に応じて層間絶縁材２３を巻き付け、その上に、二つのスペーサ２２、２２ｃを、それぞれ両側に配置する。スペーサ２２は、巻枠２０ａの内側面（コイルの高さ方向に伸びる内側面。）に沿うように配置され、そこから１層目の超電導線材２１を巻き付けるスペースを空けて、スペーサ２２ｃを配置する。巻枠２０ａに沿っていない側に配置されるスペーサ２２ｃは、テーパー形状３０が反映される曲線的な面を持ち、その面は、コイルを巻き終わった段階でテーパー形状に沿うように、曲線的に加工された状態となる。
【００４１】
次に、１層目の二つのスペーサ２２、２２ｃ間に超電導線材２１を巻き付け、同様に、２層目、３層目と徐々に巻回し幅を小さくしつつ巻線作業を行い、巻き終わったら、テーパー形状を反映するように曲線的に加工した上部押さえ２４ａで、コイル表面を覆い、固定する。この段階で、超電導コイル１０ｄは、巻枠２０ａと上部押さえ２４ａで囲まれた状態となる。コイル内に充填する熱硬化性の接着剤を用いる処理については、巻枠２０ａの形状にかかわらず、実施の形態１と同様であるので説明は省略する。
【００４２】
このように、テーパー形状を反映させた外形の超電導コイル１０ｄを形成し、下側真空断熱容器３１ｂのテーパー部分３０に位置する低温容器３２ｂ内部に配置することで、起磁力最小あるいは必要線材量最小などの条件を満たしつつ、オープン型超電導磁石装置の外形を広い間口の、開放性に優れた形状とすることができる。開放性に優れた超電導磁石装置を備えたＭＲＩ装置を得られることで、被検者の不快感や恐怖心を和らげることができる。
なお、二つの容器（３１ａ、３１ｂ。）のうち、いずれか一方の対向面側外周部をテーパー形状とするだけでも、テーパー形状としない場合と比較して、より開放的な構造とできることは言うまでもない。
【００４３】
また、容器（３１ａ、３１ｂ。）のテーパー部分３０に配置するコイルの断面形状を、矩形ではなく略扇型に形成することで、矩形形状のコイルを配置する場合と比較すると、格段に起磁力が小さい、あるいは必要線材量の少ないコイルが実現でき、副次的に、コイルにかかる電磁力、コイル内の磁束密度などが軽減でき、支持構造体の簡素化、コスト低減、使用超電導線材の低コスト化などが実現できる。
【００４４】
実施の形態４．
次に、ソレノイド型超電導磁石装置の筒状開放部開口端をテーパー状に形成する場合について説明する。図１３はソレノイド型超電導磁石装置の断面図であり、真空断熱容器（容器に相当する。）４１を、その両端部において、開口部内側から開口端に向かうにつれて、筒状開口部の開口径が大きくなるようにテーパー状に形成する（テーパー部分４０。）とともに、その両端部に位置する超電導コイル５１ａ、５２ａを、テーパー部分４０の形状に沿うように、真空断熱容器４１の筒状開口部の内側面から遠ざかるにつれて、その巻回し幅が大きくなるように、かつ真空断熱容器４１の最端部から開口部内側に向うにつれて、その巻回し高さが大きくなるように形成する。
【００４５】
ここでは、円筒状の真空断熱容器４１の両端に位置する超電導コイル５１ａ、５２ａは、その断面が略矩形形状ではなく、テーパー形状を反映した、略扇型となるように形成される。図１４に、図１３の超電導コイル５２ａを囲む領域Ｄの拡大断面図を示す。実施の形態３のオープン型超電導磁石装置では、テーパー形状を反映した超電導コイル１０ｄを形成する場合は、図１２に示したような断面がＬ字型の巻枠２０ｂを用いることを示したが、このソレノイド型超電導磁石装置を構成する超電導コイル５１ａ、５２ａでは、テーパー面と巻回し方向との都合により、巻枠２０ｂは、その断面形状が、テーパー形状を反映した曲線を有するレの字型に形成されたものを用いる。巻枠２０ｂは、アルミニウムまたはステンレス等により形成され、断面形状が曲線となる部分については、あらかじめプレス加工によってテーパー部分４０の形状を反映するように加工し、溶接によって直線の部分と繋ぎ合わせることで得られる。
【００４６】
巻線作業では、まず、巻枠２０ｂ内に絶縁層２５ｂを巻き付け（場合によっては、巻枠２０ｂの曲線部分の内側全てに巻き付ける。）、さらに必要に応じて層間絶縁材２３を配置し、その上に、１層目、２層目と順次超電導線材２１を巻回して、断面形状が略扇型の超電導コイル５２ａを形成していく。この場合においても、実施の形態３と同様に、各層にスペーサ２２、２２ｄを配置し、そのスペーサ２２、２２ｄ間の幅がコイル巻回し幅（巻幅。）となるように調整している。スペーサ２２ｄは、テーパー部分４０の形状を反映した巻枠２０ｂの内側面に沿うように、あらかじめ一面が曲線的に加工されたものを用いる。
このように、テーパー形状４０を反映させた超電導コイル５１ａを形成し、真空断熱容器４１のテーパー部分４０に位置する低温容器４２内部に配置することで、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５について図１５を参照して説明する。
一般的に、超電導コイルは、コイル内の最大磁束密度が大きくなるにつれて、クエンチ（常電導転移）のリスクが高くなるため、なるべくコイル内の最大磁束密度が小さくなるように設計するか、なるべく高い磁束密度に耐えうる超電導線材を使用する。言い換えれば、コイル内の最大磁束密度に耐えうる超電導線材が存在しなければ、ＭＲＩ装置としての機能を有しないということになる。
例えば、超電導線材として比較的安価なＮｂＴｉ（ニオブチタン）は、６Ｔ（テスラ）程度がほぼ限界であり、それ以上の磁束密度になると、例えばＮｂ３Ｓｎ（ニオブ３スズ）などの超電導線材を使用せざるを得ない。しかし、現在Ｎｂ３ＳｎはＮｂＴｉに比べて３〜５倍のコスト高となり、経済的ではない。
【００４８】
一方、ＭＲＩ装置は、さらなる高磁場化に加えて、更なるコンパクト化、開放性の向上が求められており、コイル内の最大磁束密度もそれに伴って大きくなってきているのが現状である。
このとき、各コイル内の磁束密度分布を見てみると、自己磁界によってコイル表面に近づくにつれて磁束密度が高くなる性質がある他、図１５（ａ）にその断面図を示すように、複数のコイル７０がある場合には、互いに影響を及ぼし合うことから、近接する二つのコイル７０の最近接部分における磁束密度が高くなる傾向がわかる。高磁束密度となる部分は、断面形状が略矩形形状であるコイル７０では、最近接部分となる角部７０ａに相当することが多い。
【００４９】
一つのコイルは、なるべく１本（１種類）の超電導線で巻回すほうがよいため、使用する超電導線材は、最大磁束密度の値に耐えうるものを選択しなければならない。しかしながら、最大磁束密度となる角部７０ａは、一つのコイル内において一部の領域を占めるだけであり、それ以外の領域は、より低い磁束密度であるため、最大磁束密度に耐えうる超電導線材を用いることは、低い磁束密度の部分にとっては過剰性能になっているということができる。
【００５０】
そこで、図１５（ｂ）にコイルの断面図を示すように、近接する二つのコイル７０の、最近接部分を削るように、角部７０ａ（角に相当。）を落としたような断面形状となるように、巻回し形成した非矩形形状のコイル７０ｂを採用することによって、断面が略矩形形状のコイル７０を形成したときに、角部７０ａに発生していた磁束密度が大きな領域をなくし、コイル内の磁束密度をより低い値で均一化することができる。従って、使用する超電導線材の性能を抑え、安価にコイルを製作することが可能となる。
【００５１】
図１５（ｂ）に示したような、断面が非矩形形状のコイル７０ｂは、先述の実施の形態１〜４において示したような、断面形状が略扇型の超電導コイルを形成する場合と同じ容量で、その巻回し幅、巻回し高さを調節しつつ形成することができる。
【００５２】
その効果は、単に経済的に優れているというだけでなく、それによって生じた余裕分を高機能化（超電導磁石装置をコンパクト化すること、また、開放性に優れた外形とすることなど。）に転化することができるため、経済的かつ機能的な超電導コイルを同時に実現でき、この超電導コイルを超電導磁石装置や、他の技術に用いることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、この発明の超電導磁石装置によれば、所定空間をあけて対向配置された第一、第二の容器、上記第一、第二の容器内に同軸となるように配列収納され、上記第一、第二の容器の間に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなる第一、第二のコイル群を備え、少なくとも一つの上記超電導コイルは、上記第一、第二の容器の対向面から遠ざかるにつれて、その巻回し高さが小さくなるように形成されるため、起磁力が小さい、あるいは必要線材量が少ない超電導磁石装置を得ることができる。
【００５４】
また、この発明の超電導磁石装置によれば、筒状開口部が設けられた容器、上記容器内に同軸となるように配列収納され、上記容器の開口部内に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなるコイル群を備え、少なくとも一つの上記超電導コイルは、上記容器の筒状開口部の内側面から遠ざかるにつれて、その巻回し幅が小さくなるように形成されるため、起磁力が小さい、あるいは必要線材量が少ない超電導磁石装置を得ることができる。
【００５５】
さらに、この発明に係る超電導磁石装置は、所定空間をあけて対向配置された第一、第二の容器、上記第一、第二の容器内に同軸となるように配列収納され、上記第一、第二の容器の間に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなる第一、第二のコイル群を備え、上記第一、第二の容器の対向面外周部をテーパー状に形成するとともに、その対向面外周部に位置する上記超電導コイルを、テーパー形状に沿うように、上記第一、第二の容器の対向面から遠ざかるにつれて巻回し高さが大きくなるように、かつ上記第一、第二の容器の外周から軸に向かうにつれて巻回し幅が大きくなるように形成されるため、起磁力が小さい、あるいは必要線材量が少ない超電導磁石装置とした上で、さらに開放性に優れた超電導磁石装置が得られる。
【００５６】
また、この発明の超電導磁石装置によれば、筒状開口部が設けられた容器、上記容器内に同軸となるように配列収納され、上記容器の開口部内に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなるコイル群を備え、上記容器を、その両端部において、開口部内側から開口端に向かうにつれて、上記筒状開口部の開口径が大きくなるようにテーパー状に形成するとともに、その両端部に位置する上記超電導コイルを、テーパー形状に沿うように、上記容器の筒状開口部の内側面から遠ざかるにつれて、その巻回し幅が大きくなるように、かつ上記容器の最端部から開口部内側に向うにつれて、その巻回し高さが大きくなるように形成されるため、起磁力が小さい、あるいは必要線材量が少ない超電導磁石装置とした上で、さらに開放性に優れた超電導磁石装置が得られる。
【００５７】
さらに、この発明の超電導磁石装置によれば、所定空間をあけて対向配置された第一、第二の容器、上記第一、第二の容器内に同軸となるように配列収納され、上記第一、第二の容器の間に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなる第一、第二のコイル群を備え、上記第一、第二の容器内にそれぞれ配置される複数の上記超電導コイルのうち、近接する二つの上記超電導コイルは、最近接部分を削るように、角を落としたような断面形状となるように、巻回し形成されるため、超電導コイル内の磁束密度を均一化でき、使用する超電導線材の性能を抑え、安価な電磁石装置を製造することが可能となる。
【００５８】
また、この発明の超電導磁石装置によれば、筒状開口部が設けられた容器、上記容器内に同軸となるように配列収納され、上記容器の開口部内に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなるコイル群を備え、上記コイル群内で、近接する二つの上記超電導コイルは、最近接部分を削るように、角を落としたような断面形状となるように、巻回し形成されるため、超電導コイル内の磁束密度を均一化でき、使用する超電導線材の性能を抑え、安価な電磁石装置を製造することが可能となる。
【００５９】
さらに、この発明の超電導磁石装置の製造方法は、巻枠に超電導線材を巻回して超電導コイルを形成する際に、上記巻枠内に、各層毎に任意の領域に線材巻き付けスペースを確保するように、その他の領域にスペーサを配置する工程、上記スペース内に上記超電導線材を巻回す工程を含むため、任意の断面形状となるように、超電導コイルを巻回し形成でき、理想形状の超電導コイルを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるオープン型の超電導磁石装置を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるオープン型の超電導磁石装置を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１による、断面が略扇型の超電導コイルの断面形状拡大図である。
【図４】この発明の実施の形態１による、断面が略蒲鉾型である超電導コイルの断面形状拡大図である。
【図５】この発明の実施の形態１による、断面が略扇型である超電導コイルの巻線の様子を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２によるソレノイド型の超電導磁石装置を示す斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態２によるソレノイド型の超電導磁石装置を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態２による、断面が略扇型である超電導コイルの断面形状拡大図である。
【図９】この発明の実施の形態２による、断面が略蒲鉾型である超電導コイルの断面形状拡大図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による、断面が略扇型である超電導コイルの巻線の様子を示す断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態３によるオープン型の超電導磁石装置を示す断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態３による、断面が略扇型である超電導コイルの巻線の様子を示す断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態４によるソレノイド型の超電導磁石装置を示す断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態４による、断面が略扇型である超電導コイルの巻線の様子を示す断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態５による超電導コイルを示す断面図である。
【符号の説明】
１ａ、３１ａ 上側真空断熱容器
１ｂ、３１ｂ 下側真空断熱容器
２ａ、２ｂ、６、３２ａ、３２ｂ、４２ 低温容器
３ 連通管
４ 磁界均一空間
４ａ、４ｂ 矢印（被検者挿入方向）
５、４１ 真空断熱容器
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、５１〜５９ 超電導コイル
２０、２０ａ、２０ｂ 巻枠
２１ 超電導線材
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ スペーサ
２３ 層間絶縁材
２４、２４ａ、２４ｂ 上部押さえ
２５、２５ｂ 絶縁層
３０、４０ テーパー部分
７０ コイル（断面が略矩形形状）
７０ａ 角部
７０ｂ コイル（断面が非矩形形状）。
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁気共鳴画像診断装置（以下、ＭＲＩ装置とする。）に用いる超電導磁石装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高強度かつ高均一度で、時間的に安定した静磁界発生源として超電導磁石装置の使用が一般化している。特に、ＭＲＩ装置の静磁界発生源としての普及が著しい。ＭＲＩ装置に用いられる磁石では、精密でコントラストの高い人体（患者）断層像を高速で撮るため、また高機能画像取得のために、撮像空間である磁石中心における直径３０〜４５ｃｍ球状空間内で、０．５〜３Ｔｅｓｌａの磁界強度、１〜１０ｐｐｍの磁界均一度、０．０５ｐｐｍ／ｈの時間安定な静磁界特性が要求されている。
【０００３】
これらの特性は、無損失で高電流密度が可能な超電導コイルと、超電導現象特有の永久電流モード運転を利用し、厳密な磁界均一度設計に基づいたコイル配置を採用した超電導磁石装置でしか満たせない。
それと同時に、ＭＲＩ装置用磁石は、心臓ペースメーカー装着者や他の機器への磁界の影響を防止するため、磁石自体が発生する漏洩磁界を小さく抑制することが求められている。
【０００４】
このように、ＭＲＩ装置用磁石は、コイル設計にとって多くの必要条件を有するが、それを実現するコイル配置として、一般にヘルムホルツコイルが用いられている。これは、同軸に二つ以上のコイルを配置した構造となっている。従来では、そのヘルムホルツコイルを構成する各コイルは、その巻回し幅、巻回し高さが一定で、断面が略矩形形状となるように形成されていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
一方、ヘルムホルツコイルを用いずに、単一コイルで均一磁界を得る例も示されている。この例では、その単一コイルを、略矩形形状の断面構造とするのではなく、軸方向中心部から軸方向端部にかけて、徐々にコイル外径（コイル高さ。）が大きくなるように超電導線材を巻回して形成しており、そのコイル断面形状は、略矩形形状ではなく、部分的に巻回し高さを変化させた非矩形形状としている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平０８−１６８４７６号公報
【特許文献２】
特開昭６１−０８２４２４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＭＲＩ装置に用いる、超電導磁石装置を構成する超電導コイルは、ヘルムホルツコイルの場合では、複数の超電導コイルの断面形状が略矩形形状であったため、より起磁力が小さい、あるいは必要線材量の少ない理想コイル形状やコイル配置があっても、それを採用できなかった。そのため、高価な超電導線材を必要以上に使用してコイルを形成していた。さらに、起磁力が大きくなるにつれ、副次的に、コイルの電磁力やコイル自身によって作られる自己磁界が大きくなり、より頑強な電磁力支持や、より高性能かつ高価な超電導線材が必要となるなどの問題があった。
また、コイルの断面形状が略矩形形状であることから、コイル群を収納配置する真空断熱容器の形状にも大きな制約があった。結果的に、超電導磁石装置の外形形状にも影響を及ぼしていた。
【０００８】
さらに、コイル断面形状が略矩形形状ではない例では、単一コイルにより電磁石コイルを構成する都合上、理想コイル形状やコイル配置を反映させることができず、巻線が必要でない部分にも巻線が施されたコイルとなってしまい、起磁力が小さい、あるいは必要線材量が少ないコイルを得ることは難しかった。
【０００９】
この発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、より起磁力が小さい、あるいは必要線材量が少ないＭＲＩ装置用の超電導磁石装置を得ること、また、被検者にとってより開放的な超電導磁石装置を得ること、さらに、それらを実現するための超電導磁石装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る超電導磁石装置は、所定空間をあけて対向配置された第一、第二の容器、上記第一、第二の容器内に同軸となるように配列収納され、上記第一、第二の容器の間に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなる第一、第二のコイル群を備え、少なくとも一つの上記超電導コイルは、上記第一、第二の容器の対向面から遠ざかるにつれて、その巻回し高さが小さくなるように形成されるものである。
【００１１】
また、この発明に係る超電導磁石装置は、筒状開口部が設けられた容器、上記容器内に同軸となるように配列収納され、上記容器の開口部内に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなるコイル群を備え、少なくとも一つの上記超電導コイルは、上記容器の筒状開口部の内側面から遠ざかるにつれて、その巻回し幅が小さくなるように形成されるものである。
【００１２】
さらに、この発明に係る超電導磁石装置は、所定空間をあけて対向配置された第一、第二の容器、上記第一、第二の容器内に同軸となるように配列収納され、上記第一、第二の容器の間に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなる第一、第二のコイル群を備え、上記第一、第二の容器の対向面外周部をテーパー状に形成するとともに、その対向面外周部に位置する上記超電導コイルを、テーパー形状に沿うように、上記第一、第二の容器の対向面から遠ざかるにつれて巻回し高さが大きくなるように、かつ上記第一、第二の容器の外周から軸に向かうにつれて巻回し幅が大きくなるように形成するものである。
【００１３】
また、この発明に係る超電導磁石装置は、筒状開口部が設けられた容器、上記容器内に同軸となるように配列収納され、上記容器の開口部内に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなるコイル群を備え、上記容器を、その両端部において、開口部内側から開口端に向かうにつれて、上記筒状開口部の開口径が大きくなるようにテーパー状に形成するとともに、その両端部に位置する上記超電導コイルを、テーパー形状に沿うように、上記容器の筒状開口部の内側面から遠ざかるにつれて、その巻回し幅が大きくなるように、かつ上記容器の最端部から開口部内側に向うにつれて、その巻回し高さが大きくなるように形成するものである。
【００１４】
さらに、この発明に係る超電導磁石装置は、所定空間をあけて対向配置された第一、第二の容器、上記第一、第二の容器内に同軸となるように配列収納され、上記第一、第二の容器の間に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなる第一、第二のコイル群を備え、上記第一、第二の容器内にそれぞれ配置される複数の上記超電導コイルのうち、近接する二つの上記超電導コイルは、最近接部分を削るように、角を落としたような断面形状となるように、巻回し形成されるものである。
【００１５】
また、この発明に係る超電導磁石装置は、筒状開口部が設けられた容器、上記容器内に同軸となるように配列収納され、上記容器の開口部内に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなるコイル群を備え、上記コイル群内で、近接する二つの上記超電導コイルは、最近接部分を削るように、角を落としたような断面形状となるように、巻回し形成されるものである。
【００１６】
さらに、この発明に係る超電導磁石装置の製造方法は、巻枠に超電導線材を巻回して超電導コイルを形成する際に、上記巻枠内に、各層毎に任意の領域に線材巻き付けスペースを確保するように、その他の領域にスペーサを配置する工程、上記スペース内に上記超電導線材を巻回す工程を含むものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１であるＭＲＩ装置用の超電導磁石装置を示す断面図である。図１に示すように、所定空間をあけて、外形が略円柱状の上側真空断熱容器（第一の容器に相当。）１ａと下側真空断熱容器（第二の容器に相当。）１ｂが対向配置され、それぞれの容器内には、図中Ｚ方向に沿う軸に対し、同軸となるよう、環状に巻回しされた複数の超電導コイルが配列収納される。二つの容器（１ａ、１ｂ。）は連通管３によって繋げられ、上側真空断熱容器１ａは、この連通管３によって支持される構造となっている。このような形態の超電導磁石装置は、オープン型または開放型と呼ばれる。このオープン型の超電導磁石装置の斜視図を図２に示す。図２中の、二つの容器（１ａ、１ｂ。）間へ向う矢印４ａは、ＭＲＩ装置による撮像を行う際に、この超電導磁石装置内に、被検者（人体）を挿入する方向を示している。
【００１８】
複数の超電導コイルは、上側、下側真空断熱容器１ａ、１ｂ内の低温容器２ａ、２ｂ内にそれぞれ収納される。また、低温容器２ａ、２ｂ内には、超電導コイルを冷却するための液体ヘリウムが入れられる。
この例では、超電導コイル１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａ（第一のコイル群に相当。）が上側真空断熱容器１ａ内に、同軸となるように配列収納され、同様に、超電導コイル１０ｂ、１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ（第二のコイル群に相当。）が下側真空断熱容器１ｂ内に、同軸となるように配列収納されている。
【００１９】
上側、下側真空断熱容器１ａ、１ｂは、低温容器２ａ、２ｂをそれぞれ収容し、低温容器２ａ、２ｂから液体ヘリウムが蒸発するのを低減する。図示していないが、低温容器２ａ、２ｂと、上側、下側真空断熱容器１ａ、１ｂの間には、液体ヘリウムの蒸発を低減するために、通常、複数の熱シールド槽が設置される。また、低温容器２ａ、２ｂ内に配置された超電導コイルは、同軸配置された図示しない巻枠に、超電導線を巻回したものである。図１のような断面構造の超電導磁石装置は、それぞれまず個別に巻回した超電導コイルを、さらに別の支持構造体を介して緻密に組み合わせることで得られる。
図１のような構成の超電導磁石装置においては、上側、下側真空断熱容器１ａ、１ｂ内に収納された複数の超電導コイルによって、容器（１ａ、１ｂ。）間に位置する均一磁界空間４に上向きの均一磁界を発生する。
【００２０】
ＭＲＩ装置用超電導磁石装置には、高い磁界均一度や低い漏洩磁界が要求されるが、必要となる磁界をなるべく効率良く発生させるという条件、すなわち起磁力最小あるいは必要線材量最小という条件で、厳密な最適設計を行うと、コイル形状は、例えば図１に示したような、断面が非矩形形状（言い換えると、コイル巻回し幅および巻回し高さが一定ではない形状。）となる。
また、超電導磁石装置を構成するコイルは、なるべくＺ方向内側、すなわちＺ＝０（面）方向へ向いたがる性質を持つとともに、コイルのＲ方向（Ｚ＝０の面上で、Ｚ軸から遠ざかる方向。）最大外径寸法、すなわち超電導コイル１０ａ、１０ｂの最外周部分は、なるべく外側（Ｚ軸から遠ざかる方向。）へ行きたがる性質を持っている。
【００２１】
それぞれの容器（１ａ、１ｂ。）内では、超電導コイル１０ａ、１０ｂの巻回し径が最大となっており、例えば、超電導コイル１０ａは、図１に示すように、その断面形状が、略扇型となるように巻回し形成されている。この形状について、図３に超電導コイル１０ａの断面形状拡大図を示して説明する。二つの容器（１ａ、１ｂ。）の対向面に沿う方向におけるコイル巻回し高さが、対向面から遠ざかるにつれて小さくなるように、かつ、Ｚ方向に沿うコイル巻回し幅が、コイルの最外周（最大外周。）において最大となるように形成されている。なお、巻回し高さは、Ｚ軸上の任意の位置において、最大巻回し径から最小巻回し径をひいた寸法に相当している。
【００２２】
また、超電導コイルのうち、巻回し径が２番目以降に大きい超電導コイル１１ａ、１２ａ、１３ａおよび１１ｂ、１２ｂ、１３ｂは、その断面形状が略蒲鉾型となるように巻回し形成されている。この形状について、図４に超電導コイル１１ａの断面形状拡大図を示して説明する。二つの容器（１ａ、１ｂ。）の対向面に沿う方向におけるコイル巻回し高さが、対向面から遠ざかるにつれて小さくなるように、かつ、その巻回し幅が最大となる位置が、各コイルの最も対向面に近い側での巻回し高さの中間位置に相当するように形成されている。
【００２３】
なお、図１および図４では、超電導コイル１１ａ、１２ａ、１３ａおよび１１ｂ、１２ｂ、１３ｂの断面形状が、略蒲鉾型である例を示したが、超電導磁石装置を構成するコイル以外の構造体を配置する等の都合により、その構造体を回避するような形状とする場合もある。そのような場合には、図４に示したような略蒲鉾型の超電導コイル１１ａを、底辺位置を同じとして、頂点の位置をスライドさせて、その一部が重なるように二つ繋げて配置したような、例えば二コブ型となるように、コイルを巻回し形成することもできる。いずれの場合においても、オープン型の超電導磁石装置の場合は、これを構成する超電導コイルの断面形状は、二つの容器の対向面に沿う方向におけるコイル巻回し高さが、対向面から遠ざかるにつれて小さくなるように形成される。
【００２４】
図１では、例えば低温容器２と超電導コイル１０ａとの間に若干の隙間があるが、この隙間は超電導コイル１０ａの巻枠やその他必要部材を配置するためのスペースとなっており、コイルには使用できない領域である。
次に、図１の超電導コイル１０ａを囲む領域Ａの拡大断面図を図５に示し、その巻線の様子について説明する。図１では巻枠等を省略した略図が示されていたが、図５のように、全体として形状が環状であり、最大外周に相当する辺が開放された、断面形状がコの字型である巻枠２０に、超電導線材２１を巻回して超電導コイル１０ａが形成される。
【００２５】
略扇型の断面形状の超電導コイル１０ａを得るには、まず、巻枠２０内の底になる面（巻枠２０内の最内周面。）に、絶縁層２５を巻きつける。この絶縁層２５は、例えば後述する層間絶縁材２３と同じ絶縁材を巻枠２０内に数周巻きつけることで形成することができる。次に、層間絶縁材２３を絶縁層２５上に配置する（絶縁層２５が層間絶縁材２３と同じ材質のものであれば省略することも可。）。次に、巻枠２０内において、１層目の線材巻き付けスペースとなる領域を空けるように、その他の領域（巻枠２０内の両サイドに位置する。）にあらかじめ用意したスペーサ２２、２２ａを配置する。図５に示すように、巻枠２０と超電導線材２１とが直接接することがないように、巻枠２０内の一方の側面には、必要最小限となる寸法（幅）のスペーサ２２を、各層毎に同様に配置し、もう一方の巻枠２０内側面には、必要となる巻回し幅を残して、他の領域を覆うように、任意に寸法を調節したスペーサ２２ａを配置する。スペーサ２２、２２ａは、例えばガラスエポキシ材によって構成される。次に、超電導線材２１を巻回し、１層目を巻き終えたら、層間絶縁材２３を取り付ける。
【００２６】
次に、２層目のスペーサ２２、２２ａ（スペーサ２２ａの幅は１層目のものよりも１段階狭いものを用いる。）を配し、超電導線材２１を、１層目よりも幅広となるように巻回す。なお、各層によって、必ずしも巻回し幅は異なる寸法となるのではなく、線材の太さや、得ようとするコイルの寸法によって、連続する複数の層で同じ巻回し幅となる場合があることは言うまでもない。このように、各層に配置するスペーサ２２ａの幅を変化させることで、線材巻き付けスペースを調節することができ、段階的に、コイルの巻回し幅（層幅。）を変えることができる。なお、巻回し幅の微調整は、巻回すピッチで調整すると良い。３層目以降についても、同様に巻回し、巻き終えたら、超電導コイル１０ａの表面（上部）を、絶縁材を兼ねる上部押さえ２４で押さえて固定する。
【００２７】
また、このとき、超電導線材２１間の隙間には、例えば熱硬化型の充填材（接着剤）を十分塗布しておき、コイル成形後、乾燥炉などで高温にさらし硬化させることで、超電導線材２１群は、高い剛性を持った一つの剛体となる。
なお、略蒲鉾型の断面形状である超電導コイル（例えば超電導コイル１１ａ。）を形成する場合は、まず、上述した略扇型の場合と同様に、各層によってスペーサ２２ａの幅を変化させることで巻回し幅（層幅。）を調節し、巻回し高さ（層数に比例する寸法。）の中間位置に相当する層で最大の巻回し幅となるように巻線を行い、さらに上層に行くにつれて、コイルの巻回し幅が狭くなるように、段階的に幅の広いスペーサを配し、巻線作業を行うことで製作可能である。
【００２８】
上記のように、巻枠２０に超電導線材２１を巻回して超電導コイル１０ａを形成する際に、巻枠２０内に、各層毎に任意の領域に線材巻き付けスペースを確保するように、その他の領域にスペーサ２２、２２ａを配置し、スペーサ２２、２２ａによって確保されたスペース内に超電導線材２１を巻回すというコイルの製造方法を応用すれば、コイル断面に全く辺を持たない、例えば略円形の断面形状のコイルも製作することが可能である。
なお、巻枠２０の断面形状は、必ずしも直線的なコの字型である必要はなく、曲線を有していてもよい。その場合は、用いるスペーサ２２、２２ａの断面形状も、巻枠２０の曲線に沿う部分については、同様の曲線を反映させた形状に加工することで、巻線作業を効率良く行うことができる。
【００２９】
従来では、最初から断面が矩形形状であるコイルでしか最適化を行わなかったか、あるいは製造を容易にするなどの何らかの理由で、もともと非矩形形状だった最適コイル形状を近似的に矩形化していたために、超電導磁石装置を構成する各コイルは全て、その断面が矩形形状となるように製作されていた。そのため、より起磁力が小さい、あるいは必要線材量の少ない理想的なコイル形状やコイル配置があるにもかかわらず、それを採用していなかった。しかし、本発明では、超電導コイル１０ａをはじめ、他のコイルも、その断面が非矩形形状となるように、最適化された理想形状を反映するように巻回し形成されているため、効率上、最適な超電導コイルが実現でき、ＭＲＩ装置用の最適な超電導磁石装置を得ることができる。
【００３０】
なお、これら断面が非矩形形状である超電導コイルを近似的に矩形化すれば、最適計算された磁界均一度や漏洩磁界が悪化することになる。また、最初から断面が矩形形状のコイルで最適化した場合は、起磁力が小さい、あるいは必要線材量の最も少ないコイル配置は得られない。
【００３１】
以上、コイル断面形状を非矩形形状である略扇型または略蒲鉾型に成形することについて述べたが、超電導磁石装置を構成する全てのコイルにその形状を反映させる以外に、必要となるコイルのみ非矩形形状を反映させることもできる。例えば、複数の超電導コイルのうち、その断面形状を、矩形としても、非矩形としても大きな差が見られないようなものについては、スペース的な問題や製作の容易さなどから、いくつかのコイルを、その断面が略矩形形状となるように、一定の巻回し幅、一定の巻回し高さに巻回し形成することもでき。
【００３２】
実施の形態２．
上述の実施の形態１では、オープン型の超電導磁石装置について説明したが、ここでは、ソレノイド型あるいは水平型と呼ばれる超電導磁石装置について説明する。図６は、ソレノイド型超電導磁石装置の外形を示す斜視図であり、図中矢印４ｂは、円筒状の真空遮断容器５（容器に相当する。）の、筒状開口部に、撮像時に被検者を挿入する方向を示している。図７は、ソレノイド型超電導磁石装置の断面図であり、略円筒状の真空遮断容器５には、その内部に低温容器６が配置され、その低温容器６内には、環状の超電導コイル５１〜５９（コイル群に相当。）が同軸となるように（Ｚ軸に沿って。）、配列収納されている。この例では、円筒の両端部に配置された（同軸上において、コイル群の両端に位置する。）超電導コイル５１、５２は、その断面形状が略扇型であり、コイル群内で、同軸上における両端以外の位置に配置された超電導コイル５３〜５９は、その断面形状が略蒲鉾型である。
【００３３】
この場合も、コイル形状の最適化において、磁界均一度および漏洩磁界の条件が厳しくなるにつれて、言い換えれば、なるべく少ない起磁力あるいは必要線材量で必要な条件を満足しようとするにつれて、コイルはなるべくＲ方向（円筒の軸をＺ軸とすると、Ｒ方向とはＺ＝０（面）上の、Ｚ軸から遠ざかる方向に相当する。）内側へ行きたがる、すなわちＺ軸に向いたがるとともに、コイルのＺ軸方向最大寸法、すなわち、コイル群の両端部に位置する超電導コイル５１、５２のコイル外側、開口端側に位置する部分は、なるべく外側へ行きたがる。
従って、最適化された超電導コイルは、真空断熱容器５の筒状開口部の内側面から遠ざかるにつれて、その巻回し幅が小さくなるように形成される。
【００３４】
図８に超電導コイル５２の断面形状拡大図を示すように、超電導磁石装置を構成する全ての超電導コイル５１〜５９（コイル群に相当する。）のうち、同軸上においてコイル群の両端に位置する超電導コイル５１、５２は、上記のような、筒状開口部の内側面から遠ざかるにつれて、その巻回し幅が小さくなるという特徴に加え、その巻回し高さが、筒状開口部の開口端に近づくにつれて大きくなるように形成され、その断面形状は略扇型となる。
【００３５】
また、コイル群のうち、同軸上における両端以外の位置に配置される超電導コイル５３〜５９は、図９に、超電導コイル５３の断面形状拡大図を示すように、その巻回し高さが最大となる位置が、各コイルの、最も筒状開口部の内側面に近い側における巻回し幅の中間位置に相当し、そのコイルの断面形状が略蒲鉾型となるように形成される。
【００３６】
次に、図１０に、図７の超電導コイル５２を囲む領域Ｂの拡大断面図を示し、その巻線の様子について説明する。実施の形態１と同様に、断面形状がコの字型の巻枠２０に超電導線材２１を巻き付けてコイルを形成するが、ここでは、巻き枠２０内の片側に配置するスペーサ２２ｂの幅が、層が増す毎に徐々に大きくなるように、１層目の巻回し幅よりも、２層目、３層目と層数が増えるにつれて、超電導線材２１の巻回し幅が小さくなるように巻線作業を行い、最終的に断面形状が略扇型の超電導コイル５２を得る。
【００３７】
また、断面形状が略蒲鉾型となる超電導コイル５３〜５９を得るには、巻枠２０内の両側に配置する２つのスペーサの幅が同じになるように、かつ、層数が増す毎に徐々にスペーサ幅が大きくなるように調節し、層数が増す毎に、超電導線材２１の巻回し幅が小さくなるように巻線作業を行うことで、最終的に、断面形状が中高の略蒲鉾型コイル５３〜５９が得られる。
このように、超電導磁石装置を構成する超電導コイル５１〜５９の断面形状が、最適化した略扇型または略蒲鉾型などの非矩形形状となるように、巻回し形成することで、効率上、最適な超電導コイルを実現でき、最適な超電導磁石装置が得られる。
【００３８】
実施の形態３．
先述の実施の形態１では、オープン型電磁石装置の超電導コイルを収納する容器（１ａ、１ｂ。）の外形が円柱状であり、そのＺ軸に沿う断面形状が図１に示すように矩形形状である例について述べたが、この実施の形態３では、オープン型の超電導磁石装置へ被検者を挿入する開口端をより開放的にするために、容器の対向面側の外周角部を削り取ったようなテーパー状とする例について説明する。
【００３９】
図１１は、オープン型超電導磁石装置の断面図であり、この図において、上側、下側真空断熱容器３１ａ、３１ｂの対向面外周部はテーパー状となるように、それぞれ形成されている（テーパー部分を符号３０で図示する。）。これにともなって、その対向面外周部に位置する超電導コイル１０ｃ、１０ｄを、テーパー部分３０の形状に沿うように、二つの容器の対向面から遠ざかるにつれて巻回し高さが大きくなるように、かつ容器の外周から軸（円柱状容器の軸に相当する。）に向かうにつれて巻回し幅が大きくなるように形成する。
また、上側、下側真空断熱容器３１ａ、３１ｂのテーパー部分３０の形状に合わせて、低温容器３２ａ、３２ｂの形状もテーパーを反映させた形状とすることは言うまでもない。
【００４０】
図１１の超電導コイル１０ｄを含む領域Ｃの拡大断面図を図１２に示し、その巻線の様子について説明する。この場合は、超電導コイル１０ｃ、１０ｄの外形形状にテーパー形状を反映させるため、断面形状がコの字型の巻枠を用いることは不適当であり、図１２に示すような、断面形状がＬ字型の巻枠２０ａを用いる。
巻線作業は、次のように行う。まず、巻枠２０ａ内の底面（巻枠２０ａ内の最内周面。）に絶縁層２５および必要に応じて層間絶縁材２３を巻き付け、その上に、二つのスペーサ２２、２２ｃを、それぞれ両側に配置する。スペーサ２２は、巻枠２０ａの内側面（コイルの高さ方向に伸びる内側面。）に沿うように配置され、そこから１層目の超電導線材２１を巻き付けるスペースを空けて、スペーサ２２ｃを配置する。巻枠２０ａに沿っていない側に配置されるスペーサ２２ｃは、テーパー形状３０が反映される曲線的な面を持ち、その面は、コイルを巻き終わった段階でテーパー形状に沿うように、曲線的に加工された状態となる。
【００４１】
次に、１層目の二つのスペーサ２２、２２ｃ間に超電導線材２１を巻き付け、同様に、２層目、３層目と徐々に巻回し幅を小さくしつつ巻線作業を行い、巻き終わったら、テーパー形状を反映するように曲線的に加工した上部押さえ２４ａで、コイル表面を覆い、固定する。この段階で、超電導コイル１０ｄは、巻枠２０ａと上部押さえ２４ａで囲まれた状態となる。コイル内に充填する熱硬化性の接着剤を用いる処理については、巻枠２０ａの形状にかかわらず、実施の形態１と同様であるので説明は省略する。
【００４２】
このように、テーパー形状を反映させた外形の超電導コイル１０ｄを形成し、下側真空断熱容器３１ｂのテーパー部分３０に位置する低温容器３２ｂ内部に配置することで、起磁力最小あるいは必要線材量最小などの条件を満たしつつ、オープン型超電導磁石装置の外形を広い間口の、開放性に優れた形状とすることができる。開放性に優れた超電導磁石装置を備えたＭＲＩ装置を得られることで、被検者の不快感や恐怖心を和らげることができる。
なお、二つの容器（３１ａ、３１ｂ。）のうち、いずれか一方の対向面側外周部をテーパー形状とするだけでも、テーパー形状としない場合と比較して、より開放的な構造とできることは言うまでもない。
【００４３】
また、容器（３１ａ、３１ｂ。）のテーパー部分３０に配置するコイルの断面形状を、矩形ではなく略扇型に形成することで、矩形形状のコイルを配置する場合と比較すると、格段に起磁力が小さい、あるいは必要線材量の少ないコイルが実現でき、副次的に、コイルにかかる電磁力、コイル内の磁束密度などが軽減でき、支持構造体の簡素化、コスト低減、使用超電導線材の低コスト化などが実現できる。
【００４４】
実施の形態４．
次に、ソレノイド型超電導磁石装置の筒状開放部開口端をテーパー状に形成する場合について説明する。図１３はソレノイド型超電導磁石装置の断面図であり、真空断熱容器（容器に相当する。）４１を、その両端部において、開口部内側から開口端に向かうにつれて、筒状開口部の開口径が大きくなるようにテーパー状に形成する（テーパー部分４０。）とともに、その両端部に位置する超電導コイル５１ａ、５２ａを、テーパー部分４０の形状に沿うように、真空断熱容器４１の筒状開口部の内側面から遠ざかるにつれて、その巻回し幅が大きくなるように、かつ真空断熱容器４１の最端部から開口部内側に向うにつれて、その巻回し高さが大きくなるように形成する。
【００４５】
ここでは、円筒状の真空断熱容器４１の両端に位置する超電導コイル５１ａ、５２ａは、その断面が略矩形形状ではなく、テーパー形状を反映した、略扇型となるように形成される。図１４に、図１３の超電導コイル５２ａを囲む領域Ｄの拡大断面図を示す。実施の形態３のオープン型超電導磁石装置では、テーパー形状を反映した超電導コイル１０ｄを形成する場合は、図１２に示したような断面がＬ字型の巻枠２０ｂを用いることを示したが、このソレノイド型超電導磁石装置を構成する超電導コイル５１ａ、５２ａでは、テーパー面と巻回し方向との都合により、巻枠２０ｂは、その断面形状が、テーパー形状を反映した曲線を有するレの字型に形成されたものを用いる。巻枠２０ｂは、アルミニウムまたはステンレス等により形成され、断面形状が曲線となる部分については、あらかじめプレス加工によってテーパー部分４０の形状を反映するように加工し、溶接によって直線の部分と繋ぎ合わせることで得られる。
【００４６】
巻線作業では、まず、巻枠２０ｂ内に絶縁層２５ｂを巻き付け（場合によっては、巻枠２０ｂの曲線部分の内側全てに巻き付ける。）、さらに必要に応じて層間絶縁材２３を配置し、その上に、１層目、２層目と順次超電導線材２１を巻回して、断面形状が略扇型の超電導コイル５２ａを形成していく。この場合においても、実施の形態３と同様に、各層にスペーサ２２、２２ｄを配置し、そのスペーサ２２、２２ｄ間の幅がコイル巻回し幅（巻幅。）となるように調整している。スペーサ２２ｄは、テーパー部分４０の形状を反映した巻枠２０ｂの内側面に沿うように、あらかじめ一面が曲線的に加工されたものを用いる。
このように、テーパー形状４０を反映させた超電導コイル５１ａを形成し、真空断熱容器４１のテーパー部分４０に位置する低温容器４２内部に配置することで、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
【００４７】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５について図１５を参照して説明する。
一般的に、超電導コイルは、コイル内の最大磁束密度が大きくなるにつれて、クエンチ（常電導転移）のリスクが高くなるため、なるべくコイル内の最大磁束密度が小さくなるように設計するか、なるべく高い磁束密度に耐えうる超電導線材を使用する。言い換えれば、コイル内の最大磁束密度に耐えうる超電導線材が存在しなければ、ＭＲＩ装置としての機能を有しないということになる。
例えば、超電導線材として比較的安価なＮｂＴｉ（ニオブチタン）は、６Ｔ（テスラ）程度がほぼ限界であり、それ以上の磁束密度になると、例えばＮｂ３Ｓｎ（ニオブ３スズ）などの超電導線材を使用せざるを得ない。しかし、現在Ｎｂ３ＳｎはＮｂＴｉに比べて３〜５倍のコスト高となり、経済的ではない。
【００４８】
一方、ＭＲＩ装置は、さらなる高磁場化に加えて、更なるコンパクト化、開放性の向上が求められており、コイル内の最大磁束密度もそれに伴って大きくなってきているのが現状である。
このとき、各コイル内の磁束密度分布を見てみると、自己磁界によってコイル表面に近づくにつれて磁束密度が高くなる性質がある他、図１５（ａ）にその断面図を示すように、複数のコイル７０がある場合には、互いに影響を及ぼし合うことから、近接する二つのコイル７０の最近接部分における磁束密度が高くなる傾向がわかる。高磁束密度となる部分は、断面形状が略矩形形状であるコイル７０では、最近接部分となる角部７０ａに相当することが多い。
【００４９】
一つのコイルは、なるべく１本（１種類）の超電導線で巻回すほうがよいため、使用する超電導線材は、最大磁束密度の値に耐えうるものを選択しなければならない。しかしながら、最大磁束密度となる角部７０ａは、一つのコイル内において一部の領域を占めるだけであり、それ以外の領域は、より低い磁束密度であるため、最大磁束密度に耐えうる超電導線材を用いることは、低い磁束密度の部分にとっては過剰性能になっているということができる。
【００５０】
そこで、図１５（ｂ）にコイルの断面図を示すように、近接する二つのコイル７０の、最近接部分を削るように、角部７０ａ（角に相当。）を落としたような断面形状となるように、巻回し形成した非矩形形状のコイル７０ｂを採用することによって、断面が略矩形形状のコイル７０を形成したときに、角部７０ａに発生していた磁束密度が大きな領域をなくし、コイル内の磁束密度をより低い値で均一化することができる。従って、使用する超電導線材の性能を抑え、安価にコイルを製作することが可能となる。
【００５１】
図１５（ｂ）に示したような、断面が非矩形形状のコイル７０ｂは、先述の実施の形態１〜４において示したような、断面形状が略扇型の超電導コイルを形成する場合と同じ容量で、その巻回し幅、巻回し高さを調節しつつ形成することができる。
【００５２】
その効果は、単に経済的に優れているというだけでなく、それによって生じた余裕分を高機能化（超電導磁石装置をコンパクト化すること、また、開放性に優れた外形とすることなど。）に転化することができるため、経済的かつ機能的な超電導コイルを同時に実現でき、この超電導コイルを超電導磁石装置や、他の技術に用いることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、この発明の超電導磁石装置によれば、所定空間をあけて対向配置された第一、第二の容器、上記第一、第二の容器内に同軸となるように配列収納され、上記第一、第二の容器の間に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなる第一、第二のコイル群を備え、少なくとも一つの上記超電導コイルは、上記第一、第二の容器の対向面から遠ざかるにつれて、その巻回し高さが小さくなるように形成されるため、起磁力が小さい、あるいは必要線材量が少ない超電導磁石装置を得ることができる。
【００５４】
また、この発明の超電導磁石装置によれば、筒状開口部が設けられた容器、上記容器内に同軸となるように配列収納され、上記容器の開口部内に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなるコイル群を備え、少なくとも一つの上記超電導コイルは、上記容器の筒状開口部の内側面から遠ざかるにつれて、その巻回し幅が小さくなるように形成されるため、起磁力が小さい、あるいは必要線材量が少ない超電導磁石装置を得ることができる。
【００５５】
さらに、この発明に係る超電導磁石装置は、所定空間をあけて対向配置された第一、第二の容器、上記第一、第二の容器内に同軸となるように配列収納され、上記第一、第二の容器の間に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなる第一、第二のコイル群を備え、上記第一、第二の容器の対向面外周部をテーパー状に形成するとともに、その対向面外周部に位置する上記超電導コイルを、テーパー形状に沿うように、上記第一、第二の容器の対向面から遠ざかるにつれて巻回し高さが大きくなるように、かつ上記第一、第二の容器の外周から軸に向かうにつれて巻回し幅が大きくなるように形成されるため、起磁力が小さい、あるいは必要線材量が少ない超電導磁石装置とした上で、さらに開放性に優れた超電導磁石装置が得られる。
【００５６】
また、この発明の超電導磁石装置によれば、筒状開口部が設けられた容器、上記容器内に同軸となるように配列収納され、上記容器の開口部内に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなるコイル群を備え、上記容器を、その両端部において、開口部内側から開口端に向かうにつれて、上記筒状開口部の開口径が大きくなるようにテーパー状に形成するとともに、その両端部に位置する上記超電導コイルを、テーパー形状に沿うように、上記容器の筒状開口部の内側面から遠ざかるにつれて、その巻回し幅が大きくなるように、かつ上記容器の最端部から開口部内側に向うにつれて、その巻回し高さが大きくなるように形成されるため、起磁力が小さい、あるいは必要線材量が少ない超電導磁石装置とした上で、さらに開放性に優れた超電導磁石装置が得られる。
【００５７】
さらに、この発明の超電導磁石装置によれば、所定空間をあけて対向配置された第一、第二の容器、上記第一、第二の容器内に同軸となるように配列収納され、上記第一、第二の容器の間に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなる第一、第二のコイル群を備え、上記第一、第二の容器内にそれぞれ配置される複数の上記超電導コイルのうち、近接する二つの上記超電導コイルは、最近接部分を削るように、角を落としたような断面形状となるように、巻回し形成されるため、超電導コイル内の磁束密度を均一化でき、使用する超電導線材の性能を抑え、安価な電磁石装置を製造することが可能となる。
【００５８】
また、この発明の超電導磁石装置によれば、筒状開口部が設けられた容器、上記容器内に同軸となるように配列収納され、上記容器の開口部内に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなるコイル群を備え、上記コイル群内で、近接する二つの上記超電導コイルは、最近接部分を削るように、角を落としたような断面形状となるように、巻回し形成されるため、超電導コイル内の磁束密度を均一化でき、使用する超電導線材の性能を抑え、安価な電磁石装置を製造することが可能となる。
【００５９】
さらに、この発明の超電導磁石装置の製造方法は、巻枠に超電導線材を巻回して超電導コイルを形成する際に、上記巻枠内に、各層毎に任意の領域に線材巻き付けスペースを確保するように、その他の領域にスペーサを配置する工程、上記スペース内に上記超電導線材を巻回す工程を含むため、任意の断面形状となるように、超電導コイルを巻回し形成でき、理想形状の超電導コイルを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるオープン型の超電導磁石装置を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるオープン型の超電導磁石装置を示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１による、断面が略扇型の超電導コイルの断面形状拡大図である。
【図４】この発明の実施の形態１による、断面が略蒲鉾型である超電導コイルの断面形状拡大図である。
【図５】この発明の実施の形態１による、断面が略扇型である超電導コイルの巻線の様子を示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２によるソレノイド型の超電導磁石装置を示す斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態２によるソレノイド型の超電導磁石装置を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態２による、断面が略扇型である超電導コイルの断面形状拡大図である。
【図９】この発明の実施の形態２による、断面が略蒲鉾型である超電導コイルの断面形状拡大図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による、断面が略扇型である超電導コイルの巻線の様子を示す断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態３によるオープン型の超電導磁石装置を示す断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態３による、断面が略扇型である超電導コイルの巻線の様子を示す断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態４によるソレノイド型の超電導磁石装置を示す断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態４による、断面が略扇型である超電導コイルの巻線の様子を示す断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態５による超電導コイルを示す断面図である。
【符号の説明】
１ａ、３１ａ 上側真空断熱容器
１ｂ、３１ｂ 下側真空断熱容器
２ａ、２ｂ、６、３２ａ、３２ｂ、４２ 低温容器
３ 連通管
４ 磁界均一空間
４ａ、４ｂ 矢印（被検者挿入方向）
５、４１ 真空断熱容器
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、５１〜５９ 超電導コイル
２０、２０ａ、２０ｂ 巻枠
２１ 超電導線材
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ スペーサ
２３ 層間絶縁材
２４、２４ａ、２４ｂ 上部押さえ
２５、２５ｂ 絶縁層
３０、４０ テーパー部分
７０ コイル（断面が略矩形形状）
７０ａ 角部
７０ｂ コイル（断面が非矩形形状）。
Claims (11)
- 所定空間をあけて対向配置された第一、第二の容器、上記第一、第二の容器内に同軸となるように配列収納され、上記第一、第二の容器の間に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなる第一、第二のコイル群を備え、少なくとも一つの上記超電導コイルは、上記第一、第二の容器の対向面から遠ざかるにつれて、その巻回し高さが小さくなるように形成されることを特徴とする超電導磁石装置。
- 上記第一または第二のコイル群内で、最も巻回し径が大きい上記超電導コイルは、その巻回し幅が、それぞれの最大外周において最大となることを特徴とする請求項１記載の超電導磁石装置。
- 上記第一または第二のコイル群内で、巻回し径が２番目以降に大きい上記超電導コイルは、その巻回し幅が最大となる位置が、各コイルの上記対向面に近い側における巻回し高さの中間位置に相当し、その超電導コイルの断面形状が略蒲鉾型となることを特徴とする請求項１記載の超電導磁石装置。
- 筒状開口部が設けられた容器、上記容器内に同軸となるように配列収納され、上記容器の開口部内に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなるコイル群を備え、少なくとも一つの上記超電導コイルは、上記容器の筒状開口部の内側面から遠ざかるにつれて、その巻回し幅が小さくなるように形成されることを特徴とする超電導磁石装置。
- 同軸上において上記コイル群の両端に位置する上記超電導コイルは、その巻回し高さが、それぞれ筒状開口部の開口端に近づくにつれて大きくなることを特徴とする請求項４記載の超電導磁石装置。
- 上記コイル群内で、同軸上における両端以外の位置に配置される上記超電導コイルは、その巻回し高さが最大となる位置が、各コイルの上記内側面に近い側における巻回し幅の中間位置に相当し、その超電導コイルの断面形状が略蒲鉾型となることを特徴とする請求項４記載の超電導磁石装置。
- 所定空間をあけて対向配置された第一、第二の容器、上記第一、第二の容器内に同軸となるように配列収納され、上記第一、第二の容器の間に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなる第一、第二のコイル群を備え、上記第一、第二の容器の対向面外周部をテーパー状に形成するとともに、その対向面外周部に位置する上記超電導コイルを、テーパー形状に沿うように、上記第一、第二の容器の対向面から遠ざかるにつれて巻回し高さが大きくなるように、かつ上記第一、第二の容器の外周から軸に向かうにつれて巻回し幅が大きくなるように形成することを特徴とする超電導磁石装置。
- 筒状開口部が設けられた容器、上記容器内に同軸となるように配列収納され、上記容器の開口部内に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなるコイル群を備え、上記容器を、その両端部において、開口部内側から開口端に向かうにつれて、上記筒状開口部の開口径が大きくなるようにテーパー状に形成するとともに、その両端部に位置する上記超電導コイルを、テーパー形状に沿うように、上記容器の筒状開口部の内側面から遠ざかるにつれて、その巻回し幅が大きくなるように、かつ上記容器の最端部から開口部内側に向うにつれて、その巻回し高さが大きくなるように形成することを特徴とする超電導磁石装置。
- 所定空間をあけて対向配置された第一、第二の容器、上記第一、第二の容器内に同軸となるように配列収納され、上記第一、第二の容器の間に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなる第一、第二のコイル群を備え、上記第一、第二の容器内にそれぞれ配置される複数の上記超電導コイルのうち、近接する二つの上記超電導コイルは、最近接部分を削るように、角を落としたような断面形状となるように、巻回し形成されることを特徴とする超電導磁石装置。
- 筒状開口部が設けられた容器、上記容器内に同軸となるように配列収納され、上記容器の開口部内に均一磁界を発生する、環状に巻回しされた複数の超電導コイルよりなるコイル群を備え、上記コイル群内で、近接する二つの上記超電導コイルは、最近接部分を削るように、角を落としたような断面形状となるように、巻回し形成されることを特徴とする超電導磁石装置。
- 巻枠に超電導線材を巻回して超電導コイルを形成する際に、上記巻枠内に、各層毎に任意の領域に線材巻き付けスペースを確保するように、その他の領域にスペーサを配置する工程、上記スペース内に上記超電導線材を巻回す工程を含むことを特徴とする超電導磁石装置の製造方法。
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