JPH04252004A - Ｍｒ磁石の軸方向熱遮蔽部支持体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

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

【０００２】

【従来の技術】冷却式超伝導磁石を経済的に動作させる
には、熱負荷、従って磁石巻線に対する冷却負荷を最小
にすることが必要である。クライオク―ラ（ｃｒｙｏｃ
ｏｏｌｅｒ）によって冷却される軽量薄壁熱遮蔽部を有
する低温保持システムにおいては、熱遮蔽部を磁石カ―
トリッジから支持することが有益である。これは真空容
器に挿入する前に磁石カ―トリッジおよび熱遮蔽部を互
いに組み立てることを可能にする。磁石カ―トリッジは
、エンクロ―ジャ内の主要部であるが、真空容器によっ
て独立に支持されている。

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

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

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

【０００６】巻線の電流がその動作レベルまで増大する
磁石の立ち上がりの間、磁石カ―トリッジは一般に磁力
によって半径方向に膨張する。この立ち上がり動作の間
、磁石カ―トリッジと支持体との間に摩擦加熱があって
はならない。これは磁石に局部的な温度上昇を誘導し、
磁石のクエンチ（ｑｕｅｎｃｈ）を招くことになる（超
伝導巻線の超伝導状態から通常の抵抗状態に変化する）
。

【０００７】

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

【０００８】

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

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

【００１０】

【発明の詳しい説明】次に、同じ符号は全体を通して同
じ構成要素を示している図面、特に図１、図２および図
３を参照すると、冷却される超伝導磁気共鳴（ＭＲ）磁
石１１が示されている。この磁石は軸方向に延在した中
孔１５を有する円筒形の真空容器１３を含んでいる。真
空容器の内側には熱放射遮蔽部２１によって取り囲まれ
た円筒形の磁石カ―トリッジ１７が設けられている。磁
石カ―トリッジはカ―トリッジの軸中心線の周りに対称
に配設された複数の巻線を有している。好適実施例にお
いては、３対の超伝導Ｎｂ３　Ｓｎ巻線がガラスファイ
バ強化巻枠上に巻かれている。この巻枠は超伝導コイル
を巻くための周辺スロットおよびコイルを互いに接続す
る電気母線用の軸方向のスロットを備えるように加工さ
れている。この種の巻線は特開平第２−７２６０５号に
示されている。ステンレス鋼のエンドリング２３がねじ
付きボルトおよびエポキシ樹脂接合によってカ―トリッ
ジの両端部に取り付けられている。

【００１１】真空容器は、この真空容器から半径方向外
側に水平方向に突出している円筒形延長部２５を有して
いる。この延長部の中心軸は真空容器の軸方向の中央面
を通って延在している半径方向の線上に設けられている
。円筒形延長部は環状カバ―２７を有している。２段式
クライオク―ラ３１がカバ―に取り付けられ、このクラ
イオク―ラの冷却端部は真空容器の内側に延在している
。クライオク―ラ３１は、米国特許第４，９３０，３１
８号に示されている形式のインタフェ―スを使用して取
り付けられる。図２に示されているクライオク―ラの冷
却端部３２は、真空容器が真空になったとき、磁石カ―
トリッジの中心部分上に約１０００ポンドの力を伝達す
る。真空容器および円筒形延長部は炭素鋼で形成され、
中孔スリ―ブは例えばステンレス鋼で形成される。

【００１２】磁石カ―トリッジを真空容器から支持して
いる６個の磁石カ―トリッジ用放射状支柱がある。これ
らの支柱の内の２本は垂直方向に向けられ、クライオク
―ラに対向するカ―トリッジの側部の水平面において磁
石カ―トリッジの軸方向の両端に取り付けられている。 垂直支柱３３が図３に示されている。磁石カ―トリッジ
用支柱のうちの４本は横方向に延在している。２つの横
方向の支柱３５および３７が図２に示され、水平面の上
下において磁石カ―トリッジの一端に取り付けられ、水
平面から測定した場合、鋭角を形成している。両支柱３
５および３７の他端は真空容器に取り付けられ、支柱３
５は真空容器に対してある角度で上方へ延在し、支柱３
７は真空容器に対してある角度で下方へ延在している。 他の２つの横方向の支柱は磁石のクライオク―ラ側の真
空容器の水平中央面の周りに対称に設けられた水平面の
上下の磁石カ―トリッジの軸方向の他端に取り付けられ
ている。

【００１３】磁石カ―トリッジ用放射状支柱の各々は両
端に加工された内側ねじを有する薄い壁からなるＧ−１
０ガラスファイバ−エポキシ円筒体３９を有している。 このガラスファイバの円筒体の中央部分はその外径すな
わち壁の厚さを小さくし、従ってその熱伝導を低減する
ように加工されている。細い中央部と両端との間の変移
部は３／８インチの半径の応力立ち上がり部を有してい
る。両端のねじ部は円筒体の直径の小さな部分が開始す
る４分の１インチ前で停止している。ガラスファイバ−
エポキシ円筒体の両端にはイリノイ州のオ―ロラベアリ
ング社（ＡｕｒｏｒａＢｅａｒｉｎｇ　Ｃｏｒｐ．）か
ら入手し得る形式のボ―ルジョイントのような多軸ジョ
イント４１がねじ込まれている。支柱は多軸ジョイント
ねじ係合リング２３を通過する軸方向に延在した段付ボ
ルト４３によって磁石カ―トリッジに固定されている。 放射状支柱の各々の他端はＵ字形かぎ４５に取り付けら
れている。垂直支柱の各々は熱遮蔽部および真空容器の
開口部を通過し、垂直円筒形延長部４７および４９およ
び真空容器によって取り囲まれている。横方向支柱の各
々は熱遮蔽部および真空容器の開口部を通過し、円筒形
延長部５１，５２，５３および５４によって取り囲まれ
ている。Ｕ字形かぎ４５の一部は円筒形延長部の端部を
閉じるために使用されている。横方向に延在する放射状
支柱は真空容器の開口部を通過するとともに、支柱の端
部に取り付けられているＵ字形かぎの一部によって閉じ
られている円筒形延長部を通過している。

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

【００１５】動作においては、２つの垂直支持用支柱３
３が磁石カ―トリッジ１７の重量の半分を支持している
。０．５Ｔ（テスラ）の磁石の磁石カ―トリッジは一般
には約１０００ポンドの重量がある。２対の横方向支柱
３５および３７はクライオク―ラの冷却ヘッドの接触力
に対して反作用し、カ―トリッジの重量の半分を支持す
る。垂直支持体の多軸ジョイント４１は磁石カ―トリッ
ジの軸方向の中心線が冷却中に熱による縮みによってク
ライオク―ラ３１の方に移動することができるように旋
回する。横方向の支柱は水平面における半径方向の規制
されない動作を許容しない。磁石カ―トリッジの伸縮が
発生したとき、垂直支柱が垂直位置にあるように磁石カ
―トリッジの初期位置はずれる。磁石カ―トリッジは冷
却されると半径方向内側に収縮する。横方向の支柱は磁
石カ―トリッジの一方の側の動きを防止するので、磁石
カ―トリッジの中心および反対側はクライオク―ラに向
かって動く。全ての放射状支柱はカ―トリッジ自身の重
量によるカ―トリッジのたるみを最小にするために水平
中心平面近くの磁石カ―トリッジに取り付けられている
。組立の間、真空容器の端部はまだ所定位置にない。 磁石カ―トリッジ１７および熱遮蔽部２１は真空容器１
３内に設けられている。Ｕ字形かぎ４５は支柱の暖かい
端部に取り付けられ、円筒形延長部を通って真空容器内
に位置決めされている。熱ブレ―ド（ｂｒａｉｄ　）の
ヒ―トステ―ション５５は熱遮蔽部に取り付けられ、支
柱は段付ボルト４３を使用して磁石カ―トリッジに固定
されている。クライオク―ラ３１が設置されたり、また
は放射状支柱が調整されるとき、クライオク―ラに等し
い半径方向内側に向く力が磁石カ―トリッジにかかる。 あるいは、クライオク―ラは設置されていないが、半径
方向支柱の調整中に磁石カ―トリッジの変形が予想され
る。一度調整されると、半径方向支柱は調整されている
間半径方向の負荷を保持する。Ｕ字形かぎは磁石カ―ト
リッジの位置の半径方向の調整を達成するように回転す
る。Ｕ字形かぎを回転することによって、各支柱のねじ
部のある多軸支持体間の全体の長さが調整される。半径
方向の調整が達成されると、各Ｕ字形かぎの取り付け部
は真空密封を形成するように円筒形延長部の各端部に溶
接される。

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

【００１７】次に、図４および図５を参照すると、４つ
の磁石カ―トリッジ軸方向支持体６１および６３のうち
の２つが示されている。各支持体は平行な２つの高強度
鋼ロッド６５を有している。両ロッドは図２および図３
に示されている。充分な強度を有する単一のワイヤが入
手できる場合には、代わりに使用することができる。ロ
ッドは一端がバ―６７内にろう付けされている。バ―６
７は段部を有するねじ付スタッド７１によって磁石カ―
トリッジの端リング２３に取り付けられている。スタッ
ドはロ―ルピン７３によって所定位置に保持されている
。カ―トリッジへのバ―およびスタッドの取り付け部は
カ―トリッジおよび熱遮蔽部の間の環状ギャップ内には
め込むために半径方向の厚さが最小になるように設計さ
れる。

【００１８】鋼ロッドの他端はねじ付きスタッド７５内
にろう付けされている。このスタッドは真空容器に取り
付けられているブラケット８１にナット７７によって締
め付けられている。ブラケットが必要に応じてスタッド
の半径方向の位置を調整可能にしている。ねじ付きスタ
ッドは真空容器内のカ―トリッジの軸方向の位置決めを
可能にするように充分長い。ロッドは０．０１インチの
Ｇ／１０からなる５つの等しい間隔をあけて設けられた
熱離隔部８３によって中央長手部に沿ってカ―トリッジ
または遮蔽部に熱的に短絡されることを防止している。 離隔部はロッドが各面に直接接触しないことを保証し、
遮蔽部からまたはカ―トリッジへほんのわずかしか熱を
伝導しない。ワイヤは経済的な軸方向の支持体を構成す
る。別々の半径方向および軸方向の磁石カ―トリッジ支
持体を有することによって組立および調整を簡単にする
。長く細いワイヤは熱負荷を最小にし、熱遮蔽部に対す
る熱配備を必要としない。

【００１９】磁石カ―トリッジの軸方向支持体は直径方
向に対向する対で設けられ、図５および図６に第１の対
が示されている。各軸方向支持体は一方の軸方向への運
動を防止している。対の構成が両方向への軸方向の運動
を防止している。

【００２０】磁石カ―トリッジの垂直軸の周りの回転は
放射状支柱および軸方向のケ―ブルによって防止されて
いる。磁石カ―トリッジの水平面に存在する半径方向の
回転は横方向の支柱によって防止されている。軸方向に
延在する軸の周りの回転は垂直および横方向の放射状支
柱によって防止されている。

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

【００２２】４つの熱遮蔽部軸方向支持体８７の２つが
図６に示されている。１本のワイヤ９１が両端において
ねじ付スタッド９３および９５内にろう付けされている
。スタッド９５は磁石カ―トリッジの端部のリング２３
内の雌ねじを形成された孔内にねじ込まれている。フラ
ット部９７がスタッドの挿入及び除去を容易にするため
にろう付け前にスタッド上に加工されている。スタッド
９３が熱遮蔽部２１の端フランジ部のクリアランス孔を
通って延在している。さらばねワッシャ１０１はナット
１０３によって遮蔽部に対して圧縮されている。スタッ
ド９３は加工されたフラット部１０４を有し、ワイヤを
ひねることなくナットの締め付けを容易にしている。 スタッド９３と重ねられたばねワッシャ１０１との間の
カラ―１０５はワッシャと一列になり、スタッドのねじ
部と接触することを防止している。スタッド９３は遮蔽
部の軸方向の位置を調整可能とし、寸法上の許容差の積
み重ねを吸収するのに充分な長さである。２つの別の軸
方向支持体（図示せず）が磁石カ―トリッジの両端に使
用され、端フリンジ部上で１８０°離れて取り付けられ
ている。

【００２３】磁石カ―トリッジ１７の冷却前に、さらワ
ッシャ１０１が圧縮される。遮蔽部２１および磁石カ―
トリッジ１７が冷却されるに従って、遮蔽部は磁石カ―
トリッジに対して軸方向に収縮し、ワッシャの積み重ね
られた圧縮を緩める。ワイヤの張力は最大のプリテンシ
ョンから動作温度におけるわずかな張力に緩む。ワイヤ
は経済的な軸方向支持体を構成している。別々の半径方
向および軸方向の遮蔽支持体を持つことによって初期の
調整が簡単化される。

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

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

【図面の簡単な説明】

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

【図２】真空容器のクライオク―ラ側の横方向磁石カ―
トリッジ放射状支持体および磁石カ―トリッジ軸方向支
持体を示す図１の線２−２に沿ってとった部分断面端面
図である。

【図３】磁石カ―トリッジの垂直方向の放射状支柱およ
び磁石カ―トリッジの軸方向の支柱を示す図１の線３−
３に沿った部分断面端面図である。

【図４】放射状支柱対の磁石カ―トリッジの放射状支柱
の１つを示す図１の線４−４に沿った部分側面図である
。

【図５】放射状支柱対の磁石カ―トリッジの他の放射状
支柱を示す図１の線５−５に沿ってとった部分側面図で
ある。

【図６】軸方向熱遮蔽部支持体の線６−６に沿った部分
側面図である。

【符号の説明】

１１　　超伝導磁気共鳴（ＭＲ）磁石 １３　　真空容器 １５　　中孔 １７　　磁石カ―トリッジ ２１　　熱放射遮蔽部 ９１　　ワイヤ ９３，９５　　ねじ付きスタッド

Claims (3)

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