JPH0469493A

JPH0469493A - 極低温容器用の断熱支持部材

Info

Publication number: JPH0469493A
Application number: JP18219790A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Kashima; 鹿島　俊弘; Masako Nakai; 中井　正子
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1990-07-09
Filing date: 1990-07-09
Publication date: 1992-03-04

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】（産業上の利用分野）この発明は、液体ヘリウム、液体水素、液体窒素等の極
低温の寒剤が入った極低温容器と該極低温容器を囲む外
側容器との間に断熱空間が形成されるように極低温容器
を支持するための断熱支持部材に関し、上記極低温容器
内にスキッド磁束計の検出用素子または核磁気共鳴断層
撮影装置の超伝導マグネットのような微弱電磁場の検出
部を設置した場合、上記の極低温容器に寒剤を注入する
前後において極低温容器に位置ずれを生じさせないため
に利用される。

（従来技術）微弱な電磁場の検出部、例えば核磁気共鳴断層Ｉ最影装
置の超伝導マグネットを液体ヘリウム等の寒剤が入った
極低温容器内に設置し、この極低温容器を真空状態の外
側容器内に連結固定するための断熱支持部材として、ガ
ラス繊維およびエポキシ樹脂からなる繊維強化プラスチ
ック製のものが知られている。この断熱支持部材は、フ
ィラメントワインディング法によって偏平なループ状に
成形され、その両端にスプールを取付け、このスプール
を介して上記の極低温容器および外側容器間の複数箇所
に掛は渡され、両者を連結固定している。

上記の断熱支持部材は、極低温容器に液体ヘリウムが充
填されたとき、外側容器に接する部分が大気温度（２９
３Ｋ）に維持されるのに対し極低温容器に接する部分が
液体ヘリウム温度（４，２Ｋ）に冷却されるため、長さ
方向に収縮し、その収縮量が０．１〜０．２％に達する
。一方、ステンレス鋼板製の極低温容器および外側容器
のうち、外側容器は伸縮しないのに対し、極低温容器は
上記の冷却により、０．２〜０．３％収縮する。そのた
め、上記の断熱支持部材に引張り応力が発生して破断し
たり、極低温容器の位置がずれて撮影画像が乱れたりす
る等の問題があった。

この問題を解決する手段として、熱膨張率が正および負
の部材を直列に連結すること、並びに熱膨張率が正の部
材としてガラス繊維で補強された繊維強化プラスチック
を、また熱膨張率が負の部材としてアラミド繊維で補強
された繊維強化プラスチックをそれぞれ使用することが
開示されている（特開平１〜２８９１７９号公報参照）
。

（発明が解決しようとする課Ｂ）しかしながら、上記公知の手段は、熱膨張率が正の支持
部材を作る繊維強化プラスチックの補強繊維としてガラ
ス繊維を使用し、熱膨張率が負の支持部材を作る繊維強
化プラスチックの補強繊維としてアラミド繊維を使用す
るものであるが、アラミド繊維の熱伝導率が比較的大き
いので、所望の断熱効果が得られず、熱浸入が大きくな
って極低温容器の寒剤がリークし易くなるという問題が
あった。

この発明は、熱膨張率が負の繊維強化プラスチックの補
強繊維として高強力ポリエチレン繊維を使用することに
より、優れた寸法安定性を得ると共に、断熱効果を向上
し、かつ極低温容器における寒剤リーク量を減少させる
ものである。

（課題を解決するための手段）この発明の極低温容器用の断熱支持部材は、熱膨張率が
正の部材と熱膨張率が負の部材とを直列に連結してなり
、極低温容器と該極低温容器を囲む外側容器との間に断
熱空間が形成されるように上記の極低温容器および外側
容器の間の複数箇所に介設される極低温容器用の断熱支
持部材において、熱膨張率が正の部材は、熱膨張率が正
の繊維を部材の長さ方向と平行に配列した繊維強化プラ
スチックで作られ、熱膨張率が負の部材は、高強力ポリ
エチレン繊維を部材の長さ方向と平行に配列した繊維強
化プラス千ンクで作られていることを特徴とする。

この発明で使用される正の熱膨張率を有する繊維として
は、ガラス、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア
、シリコンナイトライド、シリコンカーバイド等のセラ
ミックスからなる繊維、およびアルミニウム、スチール
等の単体金属やその合金からなる金属繊維が例示される
が、ガラス、アルミナおよびシリカからなる繊維は、熱
伝導率が小さく、かつ機械的特性が優れている点で特に
好ましい。

また、負の熱膨張率を有する繊維としては、高強力ポリ
エチレン繊維が使用され、この高強力ポリエチレン繊維
は、以下の方法によって製造される。すなわち、重量平
均分子量が１０万以上、好ましくは１００万以上の可撓
性高分子鎖を有する超高分子量ポリエチレンをデリカン
に溶解して紡糸原液とし、この紡糸原液を紡糸口金から
室温の大気中、または水中に押し出し、冷却してゲル状
繊維を形成する。このデリカンを含有するゲル状繊維を
、該ゲル状繊維が溶断しない温度で１段または多段に、
かつ合計倍率３０〜４０倍に延伸する。

この発明では、上記の熱膨張率が正の繊維を使用して作
られた繊維強化プラスチック製の部材と、上記の高強力
ポリエチレン繊維を使用して作られた繊維強化プラスチ
ック製の部材とが繊維軸方向に直列に連結されるが、そ
の連結の手段は、各部材をループ状に形成し、各ループ
の端部にスプールを取付け、一方のループ端のスプール
と他方のループ端のスプールとを接合板で連結する手段
、各部材を棒状に形成し、一方の棒の端部と他方の棒の
端部とを目違い継ぎ、相欠ぎ継ぎもしくはほぞ差し継ぎ
と接着剤接着とを併用する手段、または一方の棒の端部
と他方の棒の端部とを筒状の接金具を介して連結する手
段等の任意の手段を採用することができる。なお、熱膨
張率が正および負の部材の個数は、各１個に限るもので
はなく、各部材ごとの熱膨張率および連結後の全体の熱
膨張率（目標値）に応して、その長さと共に適宜設定す
ることができる。

また、この発明に使用するマトリックス樹脂は、１４０
°Ｃ以下で硬化または脱溶媒により最終的に固化される
樹脂であればよく、特に限定されるものではない。例え
ば、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエ
ステル樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、ポリオレ
フィン樹脂またはその共重合樹脂、ウレタンアクリレー
ト樹脂などが挙げられるが、熱硬化性樹脂、特にエポキ
シ樹脂が好ましい。

（作用）熱膨張率が正の繊維Ａによって熱膨張率が正の繊維強化
プラスチツク製部材が得られ、熱膨張率が負の高強力ポ
リエチレン繊維Ｂによって熱膨張率が負の繊維強化プラ
スチツク製部材が得られ、これら熱膨張率が正および負
の部材が連結されるので、各部材の熱膨張率、長さおよ
び個数の組合わせにより、全体として任意の熱膨張率を
有する断熱支持部材が得られ、全体として熱膨張率が実
質的に零の場合は、極低温容器に寒剤を注入する前後に
おいて、断熱支持部材の伸縮がほとんど生じない。また
、熱膨張率が正の繊維Ａからなる部材の合計長を長くし
た場合は、上記の極＃：温容器に寒剤を注入することに
より、断熱支持部材に若干の収縮が生しる。また、熱膨
張率が負の高強力ポリエチレン繊維Ｂからなる部材の合
計長を長くした場合は、上記の極低温容器に寒剤を注入
した際、断熱支持部材に若干の伸びが生じる。したがっ
て、極低温容器に対する寒剤の注入に伴う極低温容器の
寸法変化、すなわち極低温容器および外側容器間の距離
の変化に応じて上記の繊維ＩＢの使用比率、各部材の長
さ、個数等を設定することにより、断熱支持部材にかか
る引張り応力または圧縮応力を無視できる程度に小さく
して破断を免れ、かつ極低温容器の位置ずれを防止する
ことができる。

（実施例）第２図および第３図は、従来から使用されている核磁気
共鳴断層撮影装置の一例を示し、外側容器１は、ステン
レス鋼板製の長さが等しい内筒２、外筒３およびその両
端を塞ぐドーナツ形の端板４．４からなり、内部が真空
に形成されている。この外側容器１の内側に位置する極
低温容器５は、同様にステンレス鋼板製の内筒６、外筒
７、端板８．８からなり、その内側にリング状の超電導
マグネット９が設置され、かつ液体ヘリウムが充填され
ている。また、外側容器１の端板４および極低温容器５
の端板４が４本の棒状支持部材ＩＯによって互いに連結
固定され、さらに外側容器１の外筒３および極低温容器
５の外筒７が４本の棒状支持部材１１によって互いに連
結固定されている。

熱膨張率が正の繊維Ａおよび負の繊維Ｂの種類を変え、
フィラメントワインディング法によって種々の繊維強化
プラスチックを成形し、これらの繊維強化プラスチック
からなる熱膨張率が正および負の部材を１個ずつ連結し
て実施例１〜３および比較例１〜２の合計５種類の断熱
支持部材を製作した。また、熱膨張率が正のガラス繊維
からなる部材を２個連結して比較例３の断熱支持部材を
製作した。すなわち、マンドレル上に熱膨張率が正の繊
維フィラメントＡを多層に巻付けながらエポキシ樹脂を
含浸して円筒状成形体を得、この成形体をマンドレルに
保持したまま、１３０°Ｃで３時間の硬化成形を行い、
得られた繊維強化プラスチックを繊維方向（円周方向）
と平行に１０ｍ＋間隔で切断し、第１図に示すように、
幅１ＯＩＩＩＩＩ＋、厚み１ｆｆＩＩｌ＋、長さ１００
ｍ、繊維体積含有率（Ｖｆ）が６５％の偏平なループ状
の熱膨張率が正の部材２１を作成し、その両端にステン
レスａ板製のスプール２２を嵌合した。同様に、熱膨張
率が負の繊維フィラメンＩ−Ｂを使用して熱膨張率が負
の部材２３を作成し、その両端にステンレス鋼板製のス
プール２４を嵌合した。

これらの部材２１．２３を直列に並べ、隣接するスプー
ル２２．２４をステンレス鋼板からなる厚み１ｍｌ、輻
１ｔｍ、長さ３０ｍの２枚の接合板２５で連結して断熱
支持部材２０を得、これを第２図および第３同の断熱支
持部材１０．１１の位置に従来と同様に取付けた。

得られた断熱支持部材を室温から液体ヘリウム温度まで
冷却したときの収縮率、液体ヘリウムのリーク性、耐破
断性、および核磁気共鳴断層撮影装置として使用したと
きのＩ最影像の状態を比較した。その結果を下記の表に
示す。ただし、表中のポリエチレン繊維は、重量平均分
子量１００万以上の超高分子量ポリエチレンから製造さ
れた高強力ポリエチレン繊維である。また、熱膨張率お
よび収縮率は、いずれも繊維軸方向のものである。また
、測定は以下の方法によった。

〔１〕繊維の熱膨張率各繊維を緊張しながらＴＭＡ法によって室温ＲＴ（２９
３Ｋ）から液体ヘリウム温度Ｌ）ＩｅＴ　（４，２Ｋ）
まで温度を下げながら長さの変化を測定し、上記温度範
囲の平均値を算出して熱膨張率とした。

（２）支持部材の熱収縮率各繊維強化プラスチックの支持部材をＴＭＡ法により、
室温から液体ヘリウム温度まで温度を下げながら上記断
熱支持部材の長さを測定し、室温から液体ヘリウム温度
までの寸法変化率を収縮率として算出した。

（３）熱伝導率熱膨張率が正および負の繊維強化プラスナックから１ｃ
ｉｓ角の試料を採取し、繊維軸方向の熱伝導率を室温か
ら液体ヘリウム温度まで測定し、各試料について７７Ｋ
における値を比較した。

（４）耐破断性各断熱支持部材の試料を第２図および第３図の核磁気共
鳴断層撮影装置に室温下で設置し、液体ヘリウムを充填
して上記試料を液体ヘリウム温度まで冷却し、この温度
に２時間保持したのち、液体ヘリウムを排出して容器の
温度を室温に戻し、この状態で２時間保持したのち再び
液体ヘリウムを充填し、これを繰り返して極低温まで合
計５回冷却し、しかるのち支持部材に損傷の有無を観察
し、損傷が皆無のものを○で、また少量でも存在するも
のを×で示した。

（５）断層描影像上記（４）の操作で液体ヘリウム温度に達した都度、核
磁気共鳴断層描影を行って像の状態を観察し、全く歪み
のないものを○で、また少しでも歪みのあるものを×で
示した。

（以下、空白）上記の表で明らかなように、この発明の実施例１〜３は
、いずれも液体ヘリウムで冷却したときの収縮率が極め
て小さく、ヘリウムのリーク量が少なく、かつ耐破断性
および断層撮影像が良好であった。これに対し、熱膨張
率が負の繊維としてカーボン繊維を使用した比較例Ｉは
、カーボン繊維の熱伝導率が大きいため、ヘリウムのリ
ーク量が大きく、また熱膨張率が負の繊維としてアラミ
ド繊維を使用した比較例２は、アラミド繊維の熱伝導率
が大きいため、ヘリウムのリーク量が大きく、また熱膨
張率が正のガラス繊維のみを使用した比較例３は、収縮
率が極めて大きく、耐破断性が低く、断層撮影像がぼけ
たり、歪みを生じたりして不良であった。

（発明の効果）この発明の断熱支持部材は、繊維強化プラスチック製で
あって、熱膨張率が正および負の繊維を使用したものを
直列に連結したものであるから、上記の繊維の使用比率
によって熱膨張率を実質的に零にしたり、または所望の
大きさにしたりすることができ、極低温容器に寒剤を入
れたとき、断熱支持部材に加わる応力を低く抑えて破断
を防ぎ、また極低温容器の位置ずれを防止することがで
きる。そして、熱膨張率が負の繊維として高強力ポリエ
チレン繊維を使用したので、熱膨張率が負の繊維として
カーボン繊維やアラミド繊維を使用したものに比べ、熱
伝導率が約１１５以下に小さ（なり、そのため液体ヘリ
ウムのリーク量が約ｌ／４以下に減少する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例の正面図、第２図は核磁気
共鳴断層撮影装置の一部破断側面図、第３図は第２図の
ｍ−ｍ線断面図である。ｌ：外側容器、５：極低温容器、９：超電導マグネット
、１０．１１．２０：断熱支持部材、２１：熱膨張率が
正の部材、２３：熱膨張率が負の部材。特許出願人　　　　東洋紡績株式会社代理人　弁理士　　　吉　１）了　司手続補正書平成３年３月ＩＩ日平成２年特許願第１８２１９７号２、発明の名称極低温容器用の断熱支持部材３、手続をする者事件との関係　　特許出願人居　所　大阪市北区堂島浜二丁目２番８号名　称　（３
１６）東洋紡績株式会社４、代理人居　所　大阪市中央区安土町１丁目７番２０号（新トヤ
マビル）を話０６（２６４）６５５５６、補正の対象〔１〕特許請求の範囲を別紙のとおり訂正。（２）明細書第５頁３〜５行目「正の繊維を・・・・・・繊維強化プラスチック」を「
正の繊維からなる繊維強化プラスチック」に訂正。（３）明細書第５頁５〜７行目Ｆ高強力ポリエチレン繊維を・・・・・・繊維強化プラ
スチック」を「高強力ポリエチレン繊維からなる繊維強
化プラスチック」に訂正。（４）明細書環６頁１２〜１３行目「部材とが・・・・・・直列に」を「部材とが直列に」
に訂正。（別紙）（特許請求の範囲）〔１〕熱膨張率か正の部材と熱膨張率か負の部材とを直
列に連結してなり、極低温容器と該極低温容器を囲む外
側容器との間に断熱空間が形成されるように上記の極低
温容器および外側容器の間の複数箇所に介設される極低
温容器用の断熱支持部材において、熱膨張率か正の部材
は、熱膨張率か正の繊維からなる繊維強化プラスチック
で作られ、熱膨張率か負の部材は、高協力ポリエチレン
繊維からなる繊維強化プラスチックで作られていること
を特徴とする極低温容器用の断熱支持部材。

Claims

【特許請求の範囲】〔１〕熱膨張率が正の部材と熱膨張率が負の部材とを直
列に連結してなり、極低温容器と該極低温容器を囲む外
側容器との間に断熱空間が形成されるように上記の極低
温容器および外側容器の間の複数箇所に介設される極低
温容器用の断熱支持部材において、熱膨張率が正の部材
は、熱膨張率が正の繊維を部材の長さ方向と平行に配列
した繊維強化プラスチックで作られ、熱膨張率が負の部
材は、高強力ポリエチレン繊維を部材の長さ方向と平行
に配列した繊維強化プラスチックで作られていることを
特徴とする極低温容器用の断熱支持部材。