JP6611342B2 - 超電導マグネット装置およびその製法 - Google Patents

Description

本発明は、超電導マグネット装置およびその製法に関する。

従来、超電導マグネット装置として、特許文献１に記載されるように、超電導コイルを含むマグネットアセンブリと、当該アセンブリを収容する真空容器とを備えたものが知られている。

前記アセンブリは、超電導コイルと、当該超電導コイルを液体ヘリウムなどの冷媒とともに収容する冷媒容器と、当該冷媒容器を全体的に覆って外部から冷媒容器への熱の輻射を遮断する熱シールドとを備える。

特開２０１３−３１６５８号公報

前記アセンブリは、真空容器から当該アセンブリへの熱の侵入を抑えるために、真空容器の内部において、真空容器と接触せずに宙に浮いた状態で支持される必要がある。しかし、アセンブリは、超電導コイルおよび冷媒容器などを含むので、非常に重い。そのため、アセンブリの大きい重量を受けることと、真空容器からアセンブリへの熱の侵入を抑えることを同時に満たすことが可能なアセンブリの支持構造を考える必要がある。

例えば、真空容器に固定され、アセンブリの大きな重量を受けることが可能な曲げ剛性を有するステンレスなどからなる高強度の支持部材と、当該支持部材とアセンブリとを連結する熱伝導性の低い連結部材とを組み合わせた支持構造が考えられる。

しかし、上記の大きな重量を受ける支持部材は、剛性確保のためのサイズを必要とするので、当該支持部材の小型化が難しい。したがって、そのような大きな重量を受ける支持部材を真空容器の内部においてアセンブリと干渉しないように収容するためには、真空容器の内部空間を大きくせざるを得ない。その結果、真空容器の小型化が難しくなる。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、真空容器の小型化を可能にする超電導マグネット装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明の超電導マグネット装置は、筒状の胴部を有する真空容器と、超電導コイル、当該超電導コイルを冷媒とともに収容する冷媒槽、および当該冷媒槽を収容する輻射シールドを備え、前記真空容器に収容されているマグネットアセンブリと、前記胴部に固定され、当該胴部から前記真空容器の内部に突出する支持部材と、前記マグネットアセンブリが前記真空容器の内部において前記胴部から離間する位置になるように、当該マグネットアセンブリと前記支持部材とを連結する連結部とを備えており、前記連結部の熱伝導性は、前記支持部材の熱伝導性よりも低く、前記支持部材は、前記マグネットアセンブリの少なくとも前記輻射シールドの外周面よりも内側に突出した状態で、前記連結部を介して前記マグネットアセンブリの重量を受けることを特徴とする。

この構成では、真空容器の内部においてマグネットアセンブリの重量を受ける支持部材がマグネットアセンブリの少なくとも輻射シールドの外周面よりも内側に突出することにより、支持部材の剛性維持に必要な大きさを確保しながら真空容器の小径化を図ることが可能である。すなわち、超電導コイルおよび冷媒槽を含むマグネットアセンブリを真空容器の中で宙に浮かせて支持するために、当該マグネットアセンブリの重量を受ける支持部材が真空容器の内部に設けられている。支持部材は、マグネットアセンブリの重量を受けることができる程度の曲げ剛性が必要であるため、当該曲げ剛性を得ることが可能な大きさを確保する必要がある。また、当該支持部材からマグネットアセンブリへの熱の侵入を抑えるために、支持部材はマグネットアセンブリとの接触を避ける必要があるので、支持部材とマグネットアセンブリとは当該支持部材よりも熱伝導性が低い連結部によって連結される。このような支持構造において、上記の構成では、支持部材は、マグネットアセンブリの少なくとも輻射シールドの外周面よりも内側に突出した状態で、連結部を介してマグネットアセンブリの重量を受けるので、真空容器の内部において、支持部材を収容可能なスペースが確保される。その結果、支持部材の剛性維持に必要な大きさとして、真空容器からの内向きの突出量を確保しながら真空容器の筒状の胴部の外径を抑えることができるので、真空容器の小型化を達成することが可能である。

前記胴部には、貫通孔が形成され、前記支持部材は、前記貫通孔に挿入された状態で、前記胴部から前記真空容器の内部に突出するのが好ましい。

この構成では、真空容器の筒状の胴部にマグネットアセンブリを挿入した後に、支持部材を当該胴部の貫通孔に挿入して当該支持部材を胴部から真空容器の内部に突出するように配置することが可能になる。そのため、マグネットアセンブリを真空容器の胴部に挿入する作業を支持部材と干渉することなく円滑に行うことが可能である。

前記胴部における前記貫通孔の周囲の部分と前記支持部材とを連結する周囲連結部材をさらに備えているのが好ましい。

この構成では、周囲連結部材を介して支持部材から真空容器の胴部における貫通孔の周囲の部分にかかる応力を広い範囲に分散することが可能である。

前記支持部材は、前記胴部の軸方向における前記マグネットアセンブリの両側の端部の位置において、前記マグネットアセンブリの少なくとも前記輻射シールドの外周面よりも内側に突出した状態で、前記連結部を介して前記マグネットアセンブリの重量を受けるのが好ましい。

この構成では、支持部材は、マグネットアセンブリの重量を真空容器の胴部の軸方向においてマグネットアセンブリの両側から受けることにより、マグネットアセンブリを安定して支持することが可能になる。

前記輻射シールドは、前記軸方向に延びるように配置された筒状のシールド本体を有し、前記シールド本体は、前記軸方向における両側の端部において、当該シールド本体の外周面から内方へ凹む凹部を有し、前記支持部材は、当該支持部材の先端が前記凹部に挿入されることにより前記輻射シールドの外周面よりも内側に突出しているのが好ましい。

この構成では、支持部材の先端が輻射シールドの筒状のシールド本体の軸方向端部に形成された凹部に挿入されることにより、支持部材は、真空容器の胴部の軸方向において当該輻射シールドと重なった位置に配置される。そのため、真空容器の軸方向の長さを低減して当該真空容器のさらなる小型化が可能である。

前記冷媒槽は、前記輻射シールドの内側において前記胴部の軸方向に延びる外周面を有する筒状の槽本体と、当該槽本体の外周面から前記輻射シールドに向けて突出する凸部とを有し、前記超電導マグネット装置は、前記輻射シールドと前記槽本体との隙間において前記軸方向に延び、前記支持部材と前記凸部とを連結する軸方向連結部材をさらに備えるのが好ましい。

この構成では、上記のように支持部材が輻射シールドの外周面よりも内側に突出する構成において、当該支持部材は、輻射シールドと冷媒槽の槽本体との隙間において軸方向に延びる軸方向連結部材を介して、冷媒槽の槽本体の外周面から突出する凸部に連結される。これにより、支持部材は、軸方向連結部材を介して冷媒槽を上記軸方向の変位を規制した状態で固定することが可能になる。しかも、支持部材とは別に軸方向連結部材を固定するためのブロックを新たに真空容器内部に設ける必要がなくなるので、真空容器の小型化への影響を抑えることが可能である。

前記軸方向連結部材は、チタンまたはチタン合金からなるのが好ましい。

軸方向連結部材は、支持部材と冷媒槽とを連結した状態では大きい重量を有する冷媒槽から大きな曲げ荷重と引張荷重を受けるので、高い引張強度および曲げ強度が要求される。チタンまたはチタン合金は、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）などの材料と比較して、曲げ剛性および引張剛性の点で優れているので、チタンまたはチタン合金からなる軸方向連結部材を用いることにより、上記のＧＦＲＰなどからなる部材よりも細くしても大きな重量を有する冷媒槽の支持が可能である。これにより、真空容器と軸方向連結部材との干渉を避けながら当該真空容器の小型化を達成することが可能である。

前記支持部材は、前記冷媒槽の外周面よりも内側に突出するのがより好ましい。

この構成では、支持部材は、輻射シールドに収容された冷媒槽の外周面よりも内側に突出するので、真空容器の内部において、支持部材を収容可能なスペースがより十分に確保される。その結果、真空容器の筒状の胴部の外径をより抑えて真空容器のさらなる小型化が可能である。

本発明の超電導マグネット装置の製法は、超電導コイル、当該超電導コイルを冷媒とともに収容する冷媒槽、および当該冷媒槽を収容する輻射シールドを備えたマグネットアセンブリと、筒状の胴部を有し、当該胴部に貫通孔が形成された真空容器とを準備する準備工程と、前記マグネットアセンブリを前記真空容器に収納する収納工程と、前記収納工程の後に、前記マグネットアセンブリの少なくとも前記輻射シールドの外周面よりも内側に突出するように、前記支持部材を前記胴部の前記貫通孔に挿入する支持部材挿入工程と、前記マグネットアセンブリが前記真空容器の内部において前記胴部から離間する位置になるように、連結部によって当該マグネットアセンブリと前記支持部材とを連結する連結工
程とを含み、前記支持部材挿入工程は、前記輻射シールドが有し前記軸方向に延びるように配置された筒状のシールド本体が前記軸方向における両側の端部において当該シールド本体の外周面から内方へ凹む凹部に、前記支持部材の先端が挿入される工程を含むことを特徴とする。

上記の製法では、真空容器の筒状の胴部にマグネットアセンブリを挿入した後に、支持部材を当該胴部の貫通孔に挿入して当該支持部材を胴部から真空容器の内部に突出するように配置することが可能になるので、支持部材とマグネットアセンブリとを胴部の径方向にオーバーラップさせながらマグネットアセンブリを真空容器の胴部に挿入する作業を支持部材と干渉することなく円滑に行うことが可能である。また、支持部材を、マグネットアセンブリの少なくとも輻射シールドの外周面よりも内側に突出するように、真空容器の胴部の貫通孔に挿入することにより、支持部材の剛性維持に必要な大きさとして、真空容器からの内向きの突出量を確保しながら真空容器の筒状の胴部の外径を抑えることができるので、真空容器の小型化を達成することが可能である。

以上説明したように、本発明の超電導マグネット装置およびその製法によれば、真空容器の小型化を達成することができる。

さらに、本発明の超電導マグネット装置の製法では、支持部材とマグネットアセンブリとを胴部の径方向にオーバーラップさせながらマグネットアセンブリを真空容器の胴部に挿入する作業を支持部材と干渉することなく円滑に行うことができる。

本発明の実施形態に係る超電導マグネット装置におけるマグネットアセンブリの支持構造を模式的に示す説明図である。 図１の支持構造を備えた超電導マグネット装置における真空容器の内部の構造を示す正面図であって輻射シールドの端板を一部切り欠いた状態の図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図３の支持部材が輻射シールドの軸方向端部における凹部に挿入されている部分を示す拡大図である。 図２のＶ−Ｖ線断面図である。 図２のＶＩ−ＶＩ線断面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 図２の支持部材４およびその周辺部を矢印Ｐの方向から見た図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係る超電導マグネット装置の製法の手順を示す説明図、（ｂ）は本発明の製法の比較例として、支持部材があらかじめ真空容器内部に溶接された状態で当該真空容器にマグネットアセンブリを挿入する工程を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る超電導マグネット装置の製法における支持部材を挿入する工程を示す説明図である。 図１０のＸＩ−ＸＩ線断面図である。 図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の超電導マグネット装置およびその製法の実施形態についてさらに詳細に説明する。

本実施形態の超電導マグネット装置１は、図１〜５に示されるように、真空容器２と、当該真空容器２に収容されるマグネットアセンブリ３（以下、簡単にアセンブリ３という）と、アセンブリ３の重量を受ける支持部材として機能する単数（１個）または、複数（本実施形態では４個）の支持ブロック４と、アセンブリ３と支持ブロック４とを連結する複数の連結部５と、テンションロッド１０と、支持ブロック４の周囲に設けられた応力分散板１１とを備えている。

真空容器２は、ステンレスなどからなる気密性の高い容器である。真空容器２は、筒状の胴部２ａと、当該胴部２ａの両端の開口を閉じる一対の端板２ｂとを有する。真空容器２は、筒状の胴部２ａの軸方向Ｑが水平方向と平行になるように配置される。胴部２ａには、胴部２ａの軸方向Ｑにおけるアセンブリ３の両側の端部で、かつ、水平方向に互いに対向する位置において、支持ブロック４が挿入される貫通孔２ｃがそれぞれ形成されている。

本実施形態では、真空容器２は、中央部において軸方向Ｑに貫通する筒状の内筒２ｄを備えている。そのため、筒状の胴部２ａおよび内筒２ｄと一対の端板２ｂとによって、環状の内部空間２ｅが形成されている。環状の内部空間２ｅは、図示しない真空ポンプなどによって真空状態に維持される。

アセンブリ３は、真空容器２の環状の内部空間２ｅに収容されている。アセンブリ３は、超電導コイル９およびヘリウム槽８を有するマグネット本体６と、当該マグネット本体６を収容する輻射シールド７とを備えている。

超電導コイル９は、巻き枠と、当該巻き枠に巻かれた超電導材料からなる線材とを備えている。超電導コイル９は、後述の液化ヘリウムによって極低温（約４Ｋ）に冷却されて超電導状態で使用することによって高い磁場を生じさせる。

ヘリウム槽８は、超電導コイル９とともに液化ヘリウムを収容する冷媒槽である。液化ヘリウムは、超電導コイル９を極低温に冷却する冷媒である。なお、超電導コイル９を超電導状態になるまで低温に冷却することが可能な冷媒であれば液化ヘリウム以外の冷媒が使用されてもよい。

ヘリウム槽８は、輻射シールド７の内側において胴部２ａの軸方向Ｑに延びる外周面を有する筒状の槽本体８ａと、当該槽本体８ａの両端の開口を閉じる一対の端板８ｂと、当該槽本体８ａの外周面から輻射シールド７に向けて突出する連結突起８ｃとを有する。

輻射シールド７は、当該ヘリウム槽８を収容することにより、外部からヘリウム槽８への熱の輻射を遮断する。輻射シールド７は、熱の輻射を遮断することが可能なアルミニウムなどの材料によって製造される。

輻射シールド７は、軸方向Ｑに延びるように配置された筒状のシールド本体７ａと、当該シールド本体７ａの両端の開口を閉じる一対の端板７ｂとを有する。

図２〜４に示されるように、シールド本体７ａは、軸方向Ｑにおける両側の端部において、当該シールド本体７ａの外周面から内方へ凹む凹部７ｃを有する。この凹部７ｃを形成するために、シールド本体７ａは、第１壁７ｅおよび第２壁７ｆを有する。第１壁７ｅは、シールド本体７ａの端部から内方（図４の矢印Ｒ１の方向）へ延び、軸方向Ｑを向いている。第２壁７ｆは、第１壁７ｅの端部と端板７ｂの端部とをつなぐように軸方向Ｑに延び、シールド本体７ａの径方向外側（図４の矢印Ｒ２の方向）を向いている。第１壁７ｅおよび第２壁７ｆによって形成された凹部７ｃは、軸方向Ｑおよび径方向外側（矢印Ｒ２の方向）にそれぞれ開放する。

図２に示されるように、第１壁７ｅには、輻射シールド７およびヘリウム槽８内部の超電導コイル９に熱的に接続される端子１２が配置されている。

支持ブロック４は、アセンブリ３の重量を受ける支持部材として機能するために、曲げ剛性および引張剛性の高い材料、例えばステンレス合金などの金属材料で製造された厚い板状または直方体形状の部材である。支持ブロック４は、図２および図１０に示されるように、先端４ａと、当該先端４ａに形成された凹部４ｂと、連結部５が取り付けられる取付部４ｃとを有する。凹部４ｂは、テンションロッド１０の外径よりも大きい幅を有する。

支持ブロック４は、真空容器２の胴部２ａに固定されている。具体的には、支持ブロック４は、軸方向Ｑにおけるアセンブリ３の両側の端部の位置であって、真空容器２の軸中心Ｏ（図２参照）を挟んで左右両側において、胴部２ａの貫通孔２ｃを通して、当該胴部２ａから真空容器２の内部に突出している。その状態で、支持ブロック４は、胴部２ａに溶接などによって固定されている。支持ブロック４の先端４ａが輻射シールド７のシールド本体７ａの凹部７ｃに挿入されることにより、当該支持ブロック４は、当該シールド本体７ａの外周面７ｄよりも内側に突出する位置に配置される。なお、支持ブロック４は、真空容器２の軸中心Ｏ（図２参照）を挟んで左右両側だけでなく、軸中心Ｏを挟んで上下両側またはその他の位置に配置することも可能である。

本実施形態では、図２および図８に示されるように、応力分散板１１が支持ブロック４の周囲に設けられている。応力分散板１１は、ステンレスなどの金属からなる板状の部材であり、貫通孔２ｃと同じ形状、大きさの貫通孔を有する。応力分散板１１は、その内周縁において支持ブロック４に溶接されるとともに、その外周縁において真空容器２の胴部２ａに溶接される。

各支持ブロック４は、図１〜２に示されるように、２個の連結部５を介してアセンブリ３の軸方向Ｑの端部に連結されている。

連結部５は、アセンブリ３が真空容器２の内部において胴部２ａから離間する位置になるように、当該アセンブリ３と支持ブロック４とを連結することが可能な構造を有する。しかも、連結部５の熱伝導性は、支持ブロック４の熱伝導性よりも低いので、支持ブロック４からアセンブリ３への熱の伝導を抑制する。

各連結部５は、具体的には、図２および図６〜７に示されるように、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）などからなる無端帯状の２つのレーストラック５ａと、端末部材５ｂと、台座部５ｃと、中間部材５ｄとを有する。各連結部５のうちレーストラック５ａの一部を除いた大半の部分は、アセンブリ３を構成するヘリウム槽８と支持ブロック４とを連結するために、輻射シールド７の内部（具体的には、図６に示されるように、輻射シールド７の端板７ｂとヘリウム槽８の端板８ｂとの隙間）に収容されている。

レーストラック５ａは、支持ブロック４の材料（ステンレス合金など）の熱伝導性よりも低いＣＦＲＰなどからなる無端の帯状の部材である。２つのレーストラック５ａは、それらの長手方向に並んで配置され、中間部材５ｄを介して連結されている。

中間部材５ｄは、レーストラック５ａを固定するために互いに離間する一対の対向部５ｄ１と、当該一対の対向部５ｄ１を連結する平板部５ｄ２とを有する。一対の対向部５ｄ１の隙間には、レーストラック５ａの端部が挿入され、レーストラック５ａは当該隙間から抜けないようにピンなどによって固定される。平板部５ｄ２は、輻射シールド７の端板７ｂにボルトなどによって固定される。この構成では、輻射シールド７の重量を中間部材５ｄおよびレーストラック５ａを介して支持ブロック４によって受けることが可能である。

一連のレーストラック５ａにおける支持ブロック４側の端部は、輻射シールド７のシールド本体７ａの第２壁７ｆ（図４および図６参照）を貫通して輻射シールド７の外部に出ており、かつ、支持ブロック４の取付部４ｃにピンなどによって連結される。一連のレーストラック５ａのうちアセンブリ３側の端部は、端末部材５ｂに取り付けられる。

端末部材５ｂは、図６に示されるように、レーストラック５ａに連結する部分５ｂ１と、おねじ部５ｂ２とを有する。

台座部５ｃは、図２および図６に示されるように、ヘリウム槽８の端板８ｂに連結されている。台座部５ｃは、端板８ｂに固定された脚部５ｃ１と、端板７ｂから離れる方向へ当該脚部５ｃ１から突出する突出部５ｃ２とを有する。台座部５ｃの脚部５ｃ１は、端板８ｂに溶接などによって固定されることにより、ヘリウム槽８の製造時から当該ヘリウム槽８にあらかじめ取り付けられている。

端末部材５ｂのおねじ部５ｂ２は、台座部５ｃの突出部５ｃ２を貫通している。おねじ部５ｂ２の先端にナット１５が締結されることにより、端末部材５ｂが台座部５ｃに連結される。ナット１５の締め付けによって、端末部材５ｂにおける台座部５ｃに対する相対位置が変位し、それによって、レーストラック５ａの張力を調節することが可能である。なお、ナット１５の締め付け動作は、輻射シールド７の端板７ｂが取り付けられる前の状態で行われる。

図２に示されるように、４個の連結部５は、アセンブリ３の軸方向Ｑの両側の端部において、真空容器２の軸中心Ｏの周囲に互いに異なる角度で所定の方向へアセンブリ３を引っ張るように配置されている。これにより、アセンブリ３は、軸方向Ｑの両側では、４個の支持ブロック４および８個の連結部５を用いて、真空容器２の内部において宙に浮いた状態で支持される。

テンションロッド１０は、ヘリウム槽８の槽本体８ａの軸方向Ｑに延び、支持ブロック４と当該ヘリウム槽８の連結突起８ｃとを連結する部材である。具体的には、テンションロッド１０は、輻射シールド７と槽本体８ａとの隙間ｇ（図３参照）において軸方向Ｑに延びる。テンションロッド１０は、その両端部においておねじ部１０ａを有する。一方の端部のおねじ部１０ａは、連結突起８ｃに形成されたねじ穴に螺合している。他方のおねじ部１０ａは、図３〜４に示されるように、輻射シールド７の凹部７ｃにおいて軸方向Ｑを向く第１壁７ｅを貫通して輻射シールド７の外部に出て、かつ、支持ブロック４の凹部４ｂに挿入された状態で、ナット１４が締結される。これにより、テンションロッド１０は、支持ブロック４と連結突起８ｃとの間に張力を与えながら両者を連結する軸方向連結部材として機能することが可能である。

テンションロッド１０は、チタンまたはチタン合金などによって製造されている。チタンまたはチタン合金は、従来の超電導マグネット装置の分野においてヘリウム槽の支持のために用いられるＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）と比較して曲げ剛性および引張剛性が高い。そのため、チタンまたはチタン合金で製造されたテンションロッド１０は、ＧＦＲＰで製造されたテンションロッドよりも細くしても曲げ剛性および引張剛性の維持が可能である。

上記のように構成された本実施形態の超電導マグネット装置１は、真空容器２の胴部２ａから当該真空容器２の内部に突出する支持ブロック４と、アセンブリ３が真空容器２の内部において胴部２ａから離間する位置になるように、当該アセンブリ３と支持ブロック４とを連結する当該支持ブロック４の熱伝導性よりも低い連結部５とを備えている。支持ブロック４は、アセンブリ３の少なくとも輻射シールド７の外周面７ｄよりも内側に突出した状態で、連結部５を介してアセンブリ３の重量を受ける。そのため、真空容器２の内部において、支持ブロック４を収容可能なスペースが確保される。その結果、支持ブロック４の剛性維持に必要な大きさとして、真空容器２からの内向きの突出量を確保しながら真空容器２の筒状の胴部２ａの外径を抑えることができるので、真空容器２の小型化を達成することが可能である。

なお、本発明では支持ブロック４（支持部材）はアセンブリ３の少なくとも輻射シールド７の外周面７ｄよりも内側に突出していればよいので、支持ブロック４は、輻射シールド７の外周面７ｄだけでなく、さらにヘリウム槽８の外周面よりも内側に突出していてもよい。この場合、支持ブロック４は、輻射シールド７に収容されたヘリウム槽８の外周面よりも内側に突出するので、真空容器２の内部において、支持ブロック４を収容可能なスペースがより十分に確保される。その結果、真空容器２の筒状の胴部２ａの外径をより抑えて真空容器２のさらなる小型化が可能である。

本実施形態の超電導マグネット装置１は、胴部２ａには、貫通孔２ｃが形成され、支持ブロック４は、貫通孔２ｃに挿入された状態で、胴部２ａから真空容器２の内部に突出する構成を有しているので、真空容器２の筒状の胴部２ａにアセンブリ３を挿入した後に、支持ブロック４を当該胴部２ａの貫通孔２ｃに挿入して当該支持ブロック４を胴部２ａから真空容器２の内部に突出するように配置することが可能になる。そのため、アセンブリ３を真空容器２の胴部２ａに挿入する作業を支持ブロック４と干渉することなく円滑に行うことが可能である。

本実施形態の超電導マグネット装置１は、真空容器２の胴部２ａにおける貫通孔２ｃの周囲の部分と支持ブロック４とを連結する応力分散板１１を備えている。そのため、この応力分散板１１を介して支持ブロック４から真空容器２の胴部２ａにおける貫通孔２ｃの周囲の部分にかかる応力を広い範囲に分散することが可能である。

さらに、本実施形態では、図２〜３に示されるように、胴部２ａの内周面における貫通孔２ｃの近傍の位置には、内部補強リング１３が当該内周面に溶接などによって固定されている。内部補強リング１３は、ステンレスなどの曲げ剛性の高い金属で製造されたリング状の部材である。したがって、胴部２ａにおける貫通孔２ｃの近傍の部分は、内部補強リング１３によって補強されるので、支持ブロック４がアセンブリ３から受ける荷重によって当該胴部２ａが変形するおそれが低減する。

本実施形態の超電導マグネット装置１では、支持ブロック４は、胴部２ａの軸方向Ｑにおけるアセンブリ３の両側の端部の位置において、アセンブリ３の輻射シールド７の外周面７ｄよりも内側に突出した状態で、連結部５を介してアセンブリ３の重量を受ける。したがって、支持ブロック４は、アセンブリ３の重量を真空容器２の胴部２ａの軸方向Ｑにおいてアセンブリ３の両側から受けることにより、アセンブリ３を安定して支持することが可能になる。

本実施形態の超電導マグネット装置１では、輻射シールド７は、軸方向Ｑに延びるように配置された筒状のシールド本体７ａを有している。シールド本体７ａは、軸方向Ｑにおける両側の端部において、当該シールド本体７ａの外周面から内方へ凹む凹部７ｃ（図２〜４参照）を有している。支持ブロック４は、当該支持ブロック４の先端が凹部７ｃに挿入されることにより輻射シールド７の外周面７ｄよりも内側に突出している。そのため、支持ブロック４の先端が輻射シールド７の筒状のシールド本体７ａの軸方向（軸方向Ｑと同じ方向）端部に形成された凹部７ｃに挿入されることにより、支持ブロック４は、真空容器２の胴部２ａの軸方向Ｑにおいて当該輻射シールド７と重なった位置に配置される。これにより、真空容器２の軸方向の長さを低減して当該真空容器２のさらなる小型化が可能である。

なお、本発明では、支持ブロック４は、上記のように真空容器２の内部において胴部２ａの軸方向Ｑにおいて当該輻射シールド７と重なった位置に配置されていることに限定されない。例えば、支持ブロック４は、輻射シールド４から軸方向Ｑに離れた位置に配置されてもよい。

本実施形態の超電導マグネット装置１では、上記のように支持ブロック４が輻射シールド７の外周面７ｄよりも内側に突出する構成において、当該支持ブロック４は、輻射シールド７とヘリウム槽８の槽本体８ａとの隙間ｇにおいて軸方向Ｑに延びるテンションロッド１０を介して、ヘリウム槽８の槽本体の外周面から突出する連結突起８ｃに連結される。これにより、支持ブロック４は、テンションロッド１０を介してヘリウム槽８を上記軸方向Ｑの変位を規制した状態で固定することが可能になる。しかも、支持ブロック４とは別にテンションロッド１０を固定するためのブロックを新たに真空容器２内部に設ける必要がなくなるので、真空容器２の小型化への影響を抑えることが可能である。

本実施形態の超電導マグネット装置１では、チタンまたはチタン合金からなるテンションロッド１０を用いることにより、上記のＧＦＲＰなどからなる部材よりも細くしても大きな重量を有するヘリウム槽８の支持が可能である。これにより、真空容器２とテンションロッド１０との干渉を避けながら当該真空容器２の小型化を達成することが可能である。

つぎに、本実施の形態の超電導マグネット装置１の製法について説明する。

まず、上記の超電導コイル９、ヘリウム槽８、および輻射シールド７を備えたアセンブリ３と、筒状の胴部２ａを有し、当該胴部２ａの軸方向端部において合計４個の貫通孔２ｃが形成された真空容器２とを準備する（準備工程）。ここで、真空容器２については、貫通孔２ｃ(図８参照)に応力分散板１１が、また、胴部２ａ(図５参照)の内周面に内部補強リング１３が溶接などによってあらかじめ固定されたものを準備する。また、ヘリウム槽８については、その端板８ｂに連結部５の台座部５ｃ（図１０参照）が溶接などによってあらかじめ固定されたものを準備する。輻射シールド７の端板７ｂは、シールド本体７ａから取り外した状態にしておく。

上記の準備工程では、真空容器２の胴部２ａの両側の開口を塞ぐ一対の端板２ｂは取り付けない状態にしておく。

また、準備工程では、テンションロッド１０は、アセンブリ３の輻射シールド７とヘリウム槽８の外周面の隙間ｇ（図１１参照）に挿入しておく。さらに、テンションロッド１０の一方のおねじ部１０ａは、ヘリウム槽８の連結突起８ｃに螺合し、他方のおねじ部１０ａは、輻射シールド７のシールド本体７ａの第１壁７ｅ（図４参照）を貫通して、輻射シールド７の外部に露出しておく、
ついで、図９（ａ）に示されるように、アセンブリ３を真空容器２に収納する（収納工程）。具体的には、真空容器２の筒状の胴部２ａの軸方向Ｑが水平方向を向くように配置する。そして、アセンブリ３を水平方向Ｑへ移動して当該アセンブリ３を真空容器２の胴部２ａに挿入する。このとき、アセンブリ３は、真空容器２の胴部２ａの内部において、当該アセンブリ３の軸中心と胴部２ａの軸中心とが一致するように、当該胴部２ａから離間した位置に保持される。

収納工程の後に、図９（ａ）、図１０〜１２に示されるように、少なくとも輻射シールド７の外周面よりも内側に突出するように、支持ブロック４を胴部２ａの貫通孔２ｃに挿入する（支持ブロック挿入工程）。具体的には、４個の支持ブロック４を胴部２ａの軸方向Ｑの端部に形成された４個の貫通孔２ｃにそれぞれ挿入し、支持ブロック４の先端４ａを輻射シールド７のシールド本体ａの軸方向Ｑの両端部に形成された凹部７ｃに挿入する。これにより、支持ブロック４を輻射シールド７の外周面７ｄよりも内側に突出するように配置することが可能である。

支持ブロック４を貫通孔２ｃに挿入するときには、それと同時にテンションロッド１０のおねじ部１０ａが支持ブロック４の凹部４ｂに挿入される。このとき、貫通孔２ｃの加工誤差などによりおねじ部１０ａが凹部４ｂに円滑に挿入できないときは、支持ブロック４の位置や角度を微調整することにより、おねじ部１０ａの挿入を容易に行うことが可能である。

その後、支持ブロック４を容器２の胴部２ａにあらかじめ取り付けられた応力分散板１１に溶接で固定する。さらに、容器２ａ内周面と支持ブロック４を溶接で固定する。

ついで、アセンブリ３が真空容器２の内部において胴部２ａから離間する位置になるように、連結部５によって当該アセンブリ３と支持ブロック４とを連結する（連結工程）。

具体的には、輻射シールド７の端板７ｂを取り外した状態で、連結部５の一連のレーストラック５ａのうち一方の端部が輻射シールド７の外部で支持ブロック４の取付部４ｃにピンなどを用いて連結される。一方、輻射シールド７の内部では、一連のレーストラック５ａのうち他方の端部に取り付けられた端末部材５ｂは、ヘリウム槽８の端板８ｂに固定された台座部５ｃに連結される。すなわち、端末部材５ｂのおねじ部５ｂ２は、台座部５ｃの突出部５ｃ２に貫通した状態でナット１５によって締め付けられる。ナット１５の締め付け力を調整することにより、アセンブリ３と支持ブロック４とを連結する連結部５（具体的にはレーストラック５ａ）の張力を調整する。その後、輻射シールド７の端板７ｂによって輻射シールド７のシールド本体７ａの軸方向端部の開口を閉じる。ついで、連結部５の中間部材５ｄを端板７ｂにボルトなどで固定する。

ついで、テンションロッド１０の端部のおねじ部１０ａの先端にナット１４を螺合し、ナット１４の締め付けによって、支持ブロック４とヘリウム槽８の連結突起８ｃとを連結するテンションロッド１０の張力を調整する。テンションロッド１０の張力によって、ヘリウム槽８は、軸方向Ｑにおいて安定して支持される。なお、レーストラック５ａの張力調整の前に、テンションロッド１０の張力調整を行ってもよい。

最後に、真空容器２の端板２ｂを胴部２ａの軸方向Ｑの両端に溶接などによって固定することにより、超電導マグネット装置１の一連の製造工程が終了する。

上記のように、本実施形態の超電導マグネット装置１の製法では、収納工程において真空容器２の筒状の胴部２ａにアセンブリ３を挿入した後に、支持ブロック挿入工程において支持ブロック４を当該胴部２ａの貫通孔２ｃに挿入することにより、当該支持ブロック４を胴部２ａから真空容器２の内部に突出するように配置することが可能になる。そのため、支持ブロック４とアセンブリ３とを胴部２ａの径方向にオーバーラップさせながらアセンブリ３を真空容器２の胴部２ａに挿入する作業を支持ブロック４と干渉することなく円滑に行うことが可能である。

また、支持ブロック４を、アセンブリ３の少なくとも輻射シールド７の外周面７ｄよりも内側に突出するように、真空容器２の胴部２ａの貫通孔２ｃに挿入することにより、支持ブロック４の剛性維持に必要な大きさとして、真空容器２からの内向きの突出量を確保しながら真空容器２の筒状の胴部２ａの外径を抑えることができるので、真空容器２の小型化を達成することが可能である。

例えば、図９（ａ）に示されるように、本実施形態の超電導マグネット装置１の製法では、真空容器２の筒状の胴部２ａに外径φ１のアセンブリ３を挿入した後に、アセンブリ３の軸方向Ｑの両側の端部において、支持ブロック４を当該胴部２ａの貫通孔２ｃを通してアセンブリ３の外周面（すなわち前記輻射シールド７の外周面７ｄ）よりも内側になるように突出させる（すなわち、支持ブロック４とアセンブリ３とをオーバーラップさせる）ことが可能である。これにより、支持ブロック４とアセンブリ３との干渉を避けながら当該装置１の組み立てを行うことが可能である。よって、支持ブロック４の内側への内向きの突出量を確保しながら真空容器２の筒状の胴部２ａの外径を抑えることが可能になる。

一方、本発明の製法の比較例として、図９（ｂ）に示されるように、真空容器２の筒状の胴部２ａにあらかじめ４個の支持ブロック４を溶接などによって固定しておき、そのような胴部２ａに上記と同様の外径φ１のアセンブリ３を挿入する製法が考えられる。この比較例の製法では、外径φ１のアセンブリ３を支持ブロック４との干渉を避けながら真空容器２の胴部２ａに挿入するためには、当該胴部２ａの内径は、アセンブリの外径φ１と左右両側の支持ブロック４の突出長さとの和よりも大きく設定する必要がある。そのため、支持ブロック４の内側への突出量の確保と真空容器２の筒状の胴部２ａの外径を抑えることを同時に達成することが困難であることがわかる。

上記の図９（ｂ）の比較例と比べて、図９（ａ）に示される本実施形態の製法では、アセンブリ３を胴部２ａに収納した後に支持ブロック４をアセンブリ３の外周面よりも内側に突出するように取り付けることによって、支持ブロック４の内側へ突出量の確保と真空容器２の筒状の胴部２ａの外径を抑えることを両立でき、真空容器２の小径化が可能になることがわかる。

１ 超電導マグネット装置
２ 真空容器
２ａ 胴部
２ｃ 貫通孔
３ マグネットアセンブリ
４ 支持ブロック（支持部材）
５ 連結部
７ 輻射シールド
７ａ シールド本体
７ｃ 凹部
７d 外周面
８ ヘリウム槽（冷媒槽）
８ａ 槽本体
８ｃ 連結突起
９ 超電導コイル
１０ テンションロッド（軸方向連結部材）

Claims (8)

1. 筒状の胴部を有する真空容器と、
   超電導コイル、当該超電導コイルを冷媒とともに収容する冷媒槽、および当該冷媒槽を収容する輻射シールドを備え、前記真空容器に収容されているマグネットアセンブリと、
   前記胴部に固定され、当該胴部から前記真空容器の内部に突出する支持部材と、
   前記マグネットアセンブリが前記真空容器の内部において前記胴部から離間する位置になるように、当該マグネットアセンブリと前記支持部材とを連結する連結部と
   を備えており、
   前記連結部の熱伝導性は、前記支持部材の熱伝導性よりも低く、
   前記支持部材は、前記マグネットアセンブリの少なくとも前記輻射シールドの外周面よりも内側に突出した状態で、前記連結部を介して前記マグネットアセンブリの重量を受け、
   前記支持部材は、前記胴部の軸方向における前記マグネットアセンブリの両側の端部の位置において、前記マグネットアセンブリの少なくとも前記輻射シールドの外周面よりも内側に突出した状態で、前記連結部を介して前記マグネットアセンブリの重量を受け、
   前記輻射シールドは、前記軸方向に延びるように配置された筒状のシールド本体を有し、
   前記シールド本体は、前記軸方向における両側の端部において、当該シールド本体の外周面から内方へ凹む凹部を有し、
   前記支持部材は、当該支持部材の先端が前記凹部に挿入されることにより前記輻射シールドの外周面よりも内側に突出している、
   超電導マグネット装置。
2. 前記胴部には、貫通孔が形成され、
   前記支持部材は、前記貫通孔に挿入された状態で、前記胴部から前記真空容器の内部に突出する、
   前記請求項１に記載の超電導マグネット装置。
3. 前記胴部における前記貫通孔の周囲の部分と前記支持部材とを連結する周囲連結部材をさらに備えている、
   請求項２に記載の超電導マグネット装置。
4. 前記冷媒槽は、前記輻射シールドの内側において前記胴部の軸方向に延びる外周面を有する筒状の槽本体と、当該槽本体の外周面から前記輻射シールドに向けて突出する凸部とを有し、
   前記超電導マグネット装置は、前記輻射シールドと前記槽本体との隙間において前記軸方向に延び、前記支持部材と前記凸部とを連結する軸方向連結部材をさらに備える、
   前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の超電導マグネット装置。
5. 筒状の胴部を有する真空容器と、
   超電導コイル、当該超電導コイルを冷媒とともに収容する冷媒槽、および当該冷媒槽を収容する輻射シールドを備え、前記真空容器に収容されているマグネットアセンブリと、
   前記胴部に固定され、当該胴部から前記真空容器の内部に突出する支持部材と、
   前記マグネットアセンブリが前記真空容器の内部において前記胴部から離間する位置になるように、当該マグネットアセンブリと前記支持部材とを連結する連結部と
   を備えており、
   前記連結部の熱伝導性は、前記支持部材の熱伝導性よりも低く、
   前記支持部材は、前記マグネットアセンブリの少なくとも前記輻射シールドの外周面よりも内側に突出した状態で、前記連結部を介して前記マグネットアセンブリの重量を受け、
   前記冷媒槽は、前記輻射シールドの内側において前記胴部の軸方向に延びる外周面を有する筒状の槽本体と、当該槽本体の外周面から前記輻射シールドに向けて突出する凸部とを有し、
   前記超電導マグネット装置は、前記輻射シールドと前記槽本体との隙間において前記軸方向に延び、前記支持部材と前記凸部とを連結する軸方向連結部材をさらに備える、
   超電導マグネット装置。
6. 前記軸方向連結部材は、チタンまたはチタン合金からなる、
   請求項４または５に記載の超電導マグネット装置。
7. 前記支持部材は、前記冷媒槽の外周面よりも内側に突出する、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の超電導マグネット装置。
8. 超電導コイル、当該超電導コイルを冷媒とともに収容する冷媒槽、および当該冷媒槽を収容する輻射シールドを備えたマグネットアセンブリと、筒状の胴部を有し、当該胴部に貫通孔が形成された真空容器とを準備する準備工程と、
   前記マグネットアセンブリを前記真空容器に収納する収納工程と、
   前記収納工程の後に、前記マグネットアセンブリの少なくとも前記輻射シールドの外周面よりも内側に突出するように、前記支持部材を前記胴部の前記貫通孔に挿入する支持部材挿入工程と、
   前記マグネットアセンブリが前記真空容器の内部において前記胴部から離間する位置になるように、連結部によって当該マグネットアセンブリと前記支持部材とを連結する連結工程と、
   を含み、
   前記支持部材挿入工程は、前記輻射シールドが有し前記軸方向に延びるように配置された筒状のシールド本体が前記軸方向における両側の端部において当該シールド本体の外周面から内方へ凹む凹部に、前記支持部材の先端が挿入される工程を含む、
   超電導マグネット装置の製法。

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