JPH0478175A - 防振型クライオスタツト - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超電導マグネットを内蔵した冷凍機付きクラ
イオスタットに関し、そして、特に、振動を伴う冷凍機
を搭載しながら低騒音で、軽量化を可能にした核磁気共
鳴撮像装置等に用いられる冷凍機付きの防振型クライオ
スタットに関する。

〔従来の技術〕

従来の冷凍機付きのクライオスタンド、特に、特開昭６
３−５１８４９号公報、特願昭６３−２３０００９号明
細書に記載されている医療分野で使用する人体診断用の
核磁気共鳴袋！（以下、単にＭＲＩ装置と称す）には、
均一な高磁界を得るため超電導マグネット（以下単にマ
グネットと称す）を使用する。

このため、該マグネットを冷却収納する真空断熱したク
ライオスタンドが必要である。マグネットは超電導状態
を保つため、極低温の冷媒、例え−ば液体ヘリウムに浸
漬して冷却する。液体ヘリウムはクライオスタットの常
温の真空容器からクライオスタット内に浸入する熱で徐
々に蒸発するため、定期的に液体ヘリウムを注入補充す
る必要がある。

この液体ヘリウムの蒸発量を低減すれば、液体ヘリウム
の消費量は低減し、運転コストは大幅に低減する。この
ため、クライオスタットに冷凍機等を取り付け、真空容
器から侵入する熱を冷凍機の寒冷で吸収し、液体ヘリウ
ムの蒸発量を低減する手段が取られる。この冷凍機は一
般に往復動式の膨張機タイプなので、運転中にピストン
の駆動音や衝突音が生−１これが、クライオスタットの
真空容器に伝搬してかなりの騒音が発生する。

〔発明が解決しようとする課題〕

このため、低騒音化対策として冷凍機をクライオスタッ
トの外周部に所定の間隔で配設した磁気シールド板群の
１枚に固定支持し、クライオスタットと冷凍機とをベロ
ーズで気密接続していた。

しかし、平板状の磁気シールド板のほぼ中央部に冷凍機
を固定しかつ、冷凍機の加振に対し磁気シールド板の面
内曲げ方向に変形しやすいようになっていたので、振動
振幅が大きく磁気シールド板自身が冷凍機の低周波数域
の振動で共鳴し、磁気シールド板から騒音が発生すると
ともに、磁気シールド板群の下部で連結したクライオス
タットにも振動が伝わり、クライオスタットからも騒音
を発生するという問題があった。

また、従来例では、磁気シールド体の板厚を増して、振
動振幅を小さくするとともに磁気シールド体の固有振動
数を高くし、共鳴現象を防止するケースがあるが、この
場合、磁気シールド体の重量が増加してしまうという問
題があった。

本発明の目的は、冷凍機支持構造に防振手段を施し、冷
凍機の運転振動による騒音発生を少なくして、軽量の低
騒音の防振型クライオスタンドを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために１本発明の冷凍機付きクライ
オスタットは、冷凍機の頭部を直接又は支持体を介して
磁気シールド体の端部に固定すると共に、ベローズを介
して真空容器に接続したものである。

すなわち、本発明の冷凍機付きクライオスタットは、被
冷却体及び被冷却体を冷却する冷凍機の低温端を断熱槽
に納めたものであって、断熱槽以外の構成部材の端部に
前記冷凍機を結合手段で一体化したことを特徴とする。

尚、冷凍機と断熱槽外壁とは弾性支持手段で結合するこ
とが好ましい′。また、冷凍機と断熱槽外壁とを、装脱
着可能な結合手段で一時的に一体化することが望ましい
。

上記構成において、自重数百キログラム以上の磁気シー
ルド体の長手方向端部に直接、又は、支持アームを介し
て冷凍機の頭部を固定して冷凍機全体を支持するので、
磁気シールド体の固有振動数は、従来例に比へて、さら
に高周波数域に移動するとともに、支持アームの固有振
動数を低く設定し、支持アームの共鳴振動をも防止する
。したがって、低周波数域にある冷凍機の運転振動によ
って、磁気シールド体の共鳴騒音を低減することができ
、かつ、真空容器に共鳴する騒音をも低減することがで
きる。

いっぽう、本構造によれば、磁気シールド体の板厚を厚
くしなくても磁気シールド体の固有振動数を高くするこ
とができるので、磁気シールド体を軽量にすることがで
きる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を第１図により説明する。被検
体が入る大気に導通した空洞部１を中心部に有するクラ
イオスタットは、その内部に被冷却体の超電導マグネッ
ト２を冷却する液体ヘリウム３、この液体ヘリウム３を
貯蔵する液体ヘリウム槽４．複数温度レベル（実施例で
は約７０にと約１５にの２温度レベル）の他の被冷却体
である熱シールド筒５，６を内蔵し、真空容器７で大気
と隔離され内部を断熱処理例えば、積層断熱材８を巻き
付は真空断熱している。冷凍機、例えば、ツルベイ式の
冷凍装置は、ガス加圧源の圧縮機ユニット９と冷凍機で
あるピストン往復動式の膨張機１０、及び、両者を連通
ずる高圧配管１１と低圧配管１２とから成る。膨張機の
低温部は、クライオスタット内に挿入され、温度約７０
Ｋに冷却した第１ステージ１３と温度約１５Ｋに冷却し
た第２ステージ１４を、銅網等の伝熱体１５．１６を介
して熱シールド筒５，６に一体化している。

クライオスタット外側に、断熱槽以外の構成部材である
磁性体、例えば、鉄製の磁気シールド体１７を設置し漏
えい磁界を小空間内に留めている。

この磁気シールド体の板厚は５０閣以上であり。

重量は数トンに達する。膨張機１０はステンレス環の支
持アーム１８ａに固定され、さらに支持アーム１８ａは
支持体１８ｂを介して磁気シールド体１７に剛結合手段
、例えば、ボルトで完全締結されているとともに、弾性
支持手段のベローズ１９及び、支持アーム１８ａを介し
て真空容器７に一体化されている。磁気シールド体１７
の端部は磁気シールド端板２４の外周部に固定されてい
る。

また、空洞部１の外周には、ボビン２０に巻き付けられ
た核磁気共鳴用高周波コイル２１が配置されており、ベ
ツド２２上を摺動するスライダ２３が被検体を乗せて、
ボビン２０内に移動できるようになっている。

膨張機１０の運転移動は、支持アーム１８ａ及び支持体
１８ｂを介して、磁気シールド体１７の両端部に伝搬す
る。

ここで、磁気シールド板等の振動数ｆはＡ＝Ｗｈ で表わされる。ここでＱは板の長さ、Ｅはヤング率、■
は断面慣性モーメント、ｂは板の幅、ｈは板厚、Ａは断
面積、γは比重量１ｇは重力加速度、λ＝πである。こ
の式から明らかな様に、板厚りを大きく、Ｑを小さくす
れば、振動数は高くなる。

したがって、本実施例のように、冷凍機支持点を端部に
置けば、冷凍機運転振動の大半を磁気シールド端板２４
で受ける。端板２４では、この加振方向が板平面方向で
あるため、断面慣性メーメントＩが非常に大きく、振動
振幅は小さく、かつ、振動数ｆは非常に高くなる。した
がって、磁気シールド板全体の振動振幅は小さく、共鳴
振動数も高くなる。よって、本実施例の支持構造によれ
ば、支持体１８ｂを介さずに磁気シールド板１７の中央
部に支持アーム１８ａを固定し、膨張機１０の運転振動
を磁気シールド板の中央部で受ける場合に比べ、振動振
幅は小さく、かつ、磁気シールド板１７の固有振動数は
４００ヘルツ〜数千ヘルツで共鳴周波数が高くなる。一
般に膨張機のガス切換え周期は数ヘルツで、かつ、この
ガス切換え用駆動モータにステッピングモータやシンク
ロナスモータを使用しているため、これらのモータ駆動
による運転運動周波数は２５０ヘルツの低周波数域にあ
る。したがって、磁気シールド板１７の共鳴周波数と膨
張機１０の運転周波数が大幅に離れているので、膨張機
１０の運転振動によって磁気シールド板１７は共振する
ことなく、運転騒音が増幅されない。よって、騒音のレ
ベルは大幅に低減する。また、膨張機１０は、クライオ
スタットとベローズ１９で気密一体化されているので、
膨張機の運転振動はクライオスタットにほとんで伝搬し
ない。

いっぽう、磁気シールド板１７の板厚は薄くても、本発
明の構造によれば、加振点が端部にある磁気シールド板
の固有振動数は高くなるので、磁気シールド板の板厚を
磁気シールド効果を確保できる最小の板厚で構成できる
。したがって、軽量な磁気シールド板でＭＨＩを構成し
て、冷凍機付きクライオスタットを軽量化することがで
きる。

または、膨張機の自重及び真空圧力荷重は、支持アーム
１８ａ及び支持体１８ｂを介して剛な磁気シールド体１
７で支持されているので、膨張機の運転荷重が作用して
も膨張機はほとんど変化しない。したがって、膨張機の
運転時においても大きな変位をともなって振動する部分
がないので疲労破壊等は発生せず、ベローズにき裂が生
じて真空がリークしたり、伝熱体にき裂が生じて冷却性
能が低下し熱シールド簡の温度が上昇する様なトラブル
が起らない信頼性の高いクライオスタットを提供できる
。

本実施例によれば、冷凍機の振動に起因する騒音を低減
でき、冷凍機付きクライオスタットの信頼性を高め、磁
気シールド体を軽量化できる効果がある。

なお、本実施例では、膨張機と真空容器をベローズで弾
性的に結合したが、振動は磁気シールド体で吸収するの
で薄肉円筒で結合しても、低騒音化を図ることができる
。

また、膨張機に、シリンダを２重構造にしてその間に伝
熱媒体のガスヘリウムを補充した２重シリンダ形を使用
しても同様な効果を生じる。

本発明になる他の実施例を第２図に示す。本構造では、
支持アーム１８ａは、支持体１８ｃに固定され、支持体
１８ｃは、磁気シールド端板２４の外周端部に固定され
ている。本構造では、支持体１８ｃとの固定部を加振源
とした場合の磁気シールド端板２４の共鳴振動数は、さ
らに高くなるので、膨張機１０の運転振動が増幅されず
、Ｎ音のレベルがさらに低減する。

また、本実施例では、磁気シールド端板２４に比べて支
持体１８ｃの剛性を小さくできるので、支持体１８ｃの
振動数を非常に小さくでき膨張機１０の運転振動と共鳴
振動することなく、かつ運転振動が、端板まで伝搬する
間に支持体１８ｃ内に吸収され、小さくなる効果も生じ
る。したがって、支持体１８ｃに制振材を使用すれば、
さらに騒音の低減に有効である。

本発明になる他の実施例を第３図に示す。本構造では、
支持体１８ｄをＬ型鋼で構成し、支持アーム１８ａと膨
張機１０とは、フランジ１０ｂを介してボルトで締結さ
れている。支持体１８ｄは、８角形の磁気シールド端板
２４の外周部に固定されている。支持アーム１８ａは、
支持体１８ｄにボルト締結されているので、支持アーム
１８ａを支持体１８ｄの面上をスライドさせることによ
り、膨張［１０を、クライオスタット７の円中心部に移
動させ、膨張機１０の固定位置を調整する。

般に、熱シールド筒５，６は、クライオスタット７内部
が低温になるにしたがって、クライオスタット７の円中
心部に向って熱収縮で変形する。熱シールド筒５，６は
、伝熱体１５を介して膨張機１０のコールドステーショ
ン１３．１４と連結されているので、熱シールド筒５，
６が熱収縮方向に変位を受ける。この変位を受けると、
膨張機１０の運転作動が変調し、正常運転時以上の騒音
を発生する。したがって、本構造によれば、変位方向に
膨張機１０を適切な位置に移動できるので。

運転騒音の増加を防止できる効果がある。

第４図に本発明になる他の実施例を示す。本構造では、
上部及び側部の磁気シールド板１７を、締結部材２５で
一体化している。また、膨張機１０は、支持アーム１８
ａで磁気シールド板１７にボルト等で締結されている。

締結された磁気シールド板１７の剛性は、締結前に比へ
て高くなり。

共鳴周波数も高くなる。したがって、支持アーム１８ａ
を磁気シールド板の中央部に固定し、ここで、膨張機１
０の運転振動を受けてもこれを増幅することはなく、騒
音レベルを低減することができ、運転騒音も小さくなる
。

また、膨張機は、ギホード・クマホンサイクル。

ソルベーサイクル、スターリングサイクル、ビルマイヤ
ーサイクル、パルスチューブサイクルなどを適用したも
のであって、室温部にモータ等の駆動手段が配置されて
いる。

なお１本発明においては、磁気シールド体を、円筒体で
構成しても同様な効果を生じる。

一方、磁気シールド体を必要としないクライオスタット
の場合、非磁性体のステレンス鋼で磁気シールド体を構
成し、これを冷凍機支持体として使用しても低騒音化の
効果を生じる。

第５図は本発明になる他の実施例を示すもので、フラン
ジ１０ｂ及びフランジ１０ｃを支持ワイヤ又は支持スポ
ーク２６を介して磁気シールド板１７で支持し、冷凍機
１０を固定したものである。

本実施例によれば、支持ワイヤ又はスポーク２６の本数
、線径を変えることで共鳴振動数を、膨張機１０の運転
振動数からはずれる様に、容易に選定できる効果がある
。また、支持ワイヤ又はスポーク２６で振動を吸収でき
る効果もある。いっぽう、軽量化にも効果がある。

第６図は本発明になる他の実施例を示すもので、磁気シ
ールド板１７がクライオスタット７を円筒状に取り囲む
場合の冷凍機支持構造に関するもので、円筒状のシール
ド板２７の端部に支持プレート２８を一体化し、この支
持プレート２８に膨張機１０を固定する構造である。膨
張機１０とクライオスタット凸部とは、ベローズ１９で
気密一体化している。本実施例によれば、加振点が、剛
性の大きい円筒体の端部になるので、磁気シールド板の
共鳴周波数を高くし、膨張機１０の運転振動数から容易
にはずすことができ、騒音の発生を防止できる。

第７図は本発明になる他の実施例を示すもので。

磁気シールド端板２４に直接膨張機１０をフランジｌｏ
ｂをボルト固定して支持したものであり、膨張機１０と
クライオスタット凸部とはベローズで気密一体化されて
いる０本実施例によれば、膨張機１０の運転振動が側板
２４の面内平行方向に作用するため、側板２４の剛性が
大きく、共鳴周波数を高くして、膨張機１ｏの運転振動
による共鳴騒音を防止できる効果がある。

〔発明の効果〕

上記構成から明らかなように、膨張機と真空容器とをベ
ローズで弾性的に一体化し、膨張機の自重及び真空圧力
荷重をクライオスタットの外に配置した質量の大きい磁
気シールド板の長手方向端部に、直接又は支持体を介し
て支持したので、膨張機の運転運動周波数と、磁気シー
ルド板の固有撮動数が合致せず、磁気シールド板が膨張
機の運転によって共鳴せず、騒音を低減できると共に、
膨張機を固定できるので撮動変位が小さく信頼性が高く
、かつ、磁気シールド板の板厚を薄くしても磁気シール
ド板の固有振動数を高くできるので、軽量は防振型クラ
イオスタットを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す超電導マグネットを内
蔵した冷凍機付きクライオスタットの部分的に切除した
斜視図、第２図は本発明の他の実施例を説明する斜視図
、第３図は本発明の他の実施例を説明する部分側断面図
、第４図は本発明の他の実施例を示す部分斜視図、第５
図は本発明の更に他の実施例を示す部分斜視図、第６図
は本発明の更に他の実施例を示す斜視図、第７図は本発
明の更に他の実施例を示す部分斜視図である。 ２・・・超電導マグネット、３・・・液体ヘリウム、４
・・・液体ヘリウム槽、８・・・積層断熱材、９・・・
圧縮機ユニット、１０・・・膨張機、１７・・・磁気シ
ールド体。 １８ａ・・・支持アーム、１８ｂ・・・支持体、１９・
・・ベローズ、２４・・・磁気シールド端板、２４・・
・側板、冨 図 χ 図 １’／ ２乙 安之千ス氷°−７ 冨 図 Ｆｆ′鮎肝欣 不 乙 図 ｆＩ 多才１フ・し−ト

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被冷却体及び被冷却体を直接、間接的に冷却する冷
   凍機の低温端を断熱槽に納めた冷凍機付きクライオスタ
   ットにおいて、前記断熱槽以外の、断熱槽とある間隙を
   もつて覆う構成体の長手方向端部に、直接又は支持手段
   を介して該冷凍機を、一体化したことを特徴とする防振
   型クライオスタット。 ２、前記冷凍機と前記断熱槽外壁とを弾性支持手段で結
   合したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の防
   振型クライオスタット。 ３、前記支持手段を前記構成体間をまたぐように該構成
   体に一体化したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の防振型クライオスタット。 ４、前記クライオスタット内部の熱変形の変位方向に、
   前記冷凍機が移動できる様に前記支持手段を配置したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の防振型クラ
   イオスタット。 ５、前記複数の構成体間を剛性連結手段で一体化し、構
   成体群全体の剛性を高めたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の防振型クライオスタット。 ６、前記支持手段を、制振素材で構成したことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の防振型クライオスタッ
   ト。 ７、前記構成体を円筒状に構成したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の防振型クライオスタット。 ８、前記構成体の長手方向端部から、長手方向全長の１
   ／３以内で該冷凍機を直接又は間接的に支持したことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の防振型クライオ
   スタット。９、被冷却体及び被冷却体を直接、間接的に
   冷却する冷凍機の低温端を断熱槽に納めた冷凍機付きク
   ライオスタットにおいて、前記断熱槽以外の、断熱槽と
   ある間隙をもつて覆う構成体に、細線状の支持手段を介
   して該冷凍機を一体化したことを特徴とする防振型のク
   ライオスタット。 １０、被冷却体及び被冷却体を直接、間接的に冷却し、
   ほぼ水平に配置された冷凍機の低温部を断熱槽に納めた
   冷凍機付きクライオスタットにおいて、該冷凍機を、前
   記断熱槽以外の、断熱槽とある間隙をもつてほぼ垂直に
   配置された構成体に、直接、又は、支持手段を介して間
   接的に一体化したことを特徴とする防振型クライオスタ
   ット。