JPWO2016092882A1 - ダブルパンケーキコイル位置出し部材、超電導電磁石装置の製造方法及び超電導電磁石装置 - Google Patents

Abstract

この超電導電磁石装置は、真空容器と、この真空容器内に収納され複数のダブルパンケーキコイルが積層されて構成されたコイル体と、コイル体の内径側に設けられたダブルパンケーキコイル位置出し部材と、を備えている。このダブルパンケーキコイル位置出し部材は、外周面に周方向に延びた複数の溝がコイル体の軸線の方向に沿って間隔を空けて形成されており、この溝に各絶縁スペーサの突出部が嵌入している。

Description

この発明は、ＭＲＩ(Magnetic Resonance Imaging)やＮＭＲ(Nuclear Magnetic Resonance)等の核磁気共鳴現象を利用して生体内部画像や物質の分子構造等を取得する分野で用いられる超電導電磁石装置のダブルパンケーキコイルの位置出しに用いられるダブルパンケーキコイル位置出し部材、このダブルパンケーキコイル位置出し部材を用いて超電導電磁石装置を製造する超電導電磁石装置の製造方法、及び前記ダブルパンケーキコイル位置出し部材が組み込まれた超電導電磁石装置に関する。

ＭＲＩやＮＭＲ等の核磁気共鳴現象を利用するような超電導電磁石装置は電磁石内部の撮像空間である磁石中心部において、数ｐｐｍオーダの高均一度磁界が要求される。しかし、超電導コイルの積層組立時に超電導コイルの位置誤差が生じると、数１０〜数１００ｐｐｍオーダで磁界が変動してしまう問題点がある。
そこで、この問題点を解消すべく、超電導コイル外周側の連結された外周壁円筒を、中央部の深いところほど内径を小さくして段差を設け、この段差により超電導コイルの軸線方向の位置出しをした超電導電磁石装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、ボビンの筒部に複数のパンケーキコイルを外嵌し、複数のパンケーキコイルを積層した超電導電磁石装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００８−０３４５２５号公報 特開平０６−１５１１６８号公報

上記特許文献１の超電導電磁石装置では、コイル外径が中央部になるに従って小さくする必要があり、また上記特許文献２の超電導電磁石装置では、複数のパンケーキコイルを軸線方向の一方から外嵌して積層しており、パンケーキコイル間に隙間を空けることができないことから、電磁石内部空間に高磁界均一度を得ることができる超電導電磁石装置の設計自由度が低いという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、軸線の方向位置によるコイル体の外径の制限、及び軸線方向のダブルパンケーキコイルの位置の制限がなくダブルパンケーキコイルの配置が可能で、コイル体の組立時の位置誤差を低減し、磁石内部空間に高均一度磁界を得ることが可能とする、ダブルパンケーキコイル位置出し部材を得ることを目的とする。

また、このダブルパンーキコイル位置出し部材を用いて超電導電磁石装置を製造する、超電導電磁石装置の製造方法を得ることを目的とする。

さらに、このダブルパンケーキコイル位置出し部材が組み込まれた超電導電磁石装置を得ることを目的とする。

この発明に係るダブルパンケーキコイル位置出し部材は、
真空容器内に、複数のダブルパンケーキコイルがこの軸線に沿って積層されて構成された中空円柱形状のコイル体が収納された超電導電磁石装置における、前記ダブルパンケーキコイルの位置出しに用いるダブルパンケーキコイル位置出し部材であって、
各前記ダブルパンケーキコイルは、中空円板状の絶縁スペーサと、この絶縁スペーサの前記軸線の方向の両側に設けられた中空円板状の第１のシングルパンケーキコイル及び第２のシングルパンケーキコイルと、を有し、
前記絶縁スペーサ、前記第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキコイルは、それぞれ前記軸線が一致し、
各前記絶縁スペーサは、内径側端部に、前記第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキコイルのそれぞれの内周面から径内側方向に突出した突出部を有し、かつ前記軸線の方向において前記第１のシングルパンケーキコイルの電流及び前記第２のシングルパンケーキコイルの電流の密度中心となる位置に配置され、
前記コイル体の内周面に面接触して、各前記絶縁スペーサの前記突出部に嵌入する、周方向に延びた複数の溝が前記軸線の方向に沿って間隔を空けて外周面に形成されている。

この発明に係るダブルパンケーキコイル位置出し部材は、
真空容器内に、複数のダブルパンケーキコイルがこの軸線に沿って積層されて構成された中空円柱形状のコイル体が収納された超電導電磁石装置における、前記ダブルパンケーキコイルの位置出しに用いるダブルパンケーキコイル位置出し部材であって、
各前記ダブルパンケーキコイルは、中空円板状の絶縁スペーサと、この絶縁スペーサの前記軸線方向の両側に設けられた中空円板状の第１のシングルパンケーキコイル及び第２のシングルパンケーキコイルと、を有し、
前記絶縁スペーサ、前記第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキコイルは、それぞれ前記軸線が一致し、
各前記絶縁スペーサは、外径側端部に、前記第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキコイルのそれぞれの外周面から径外側方向に突出した突出部を有し、かつ前記軸線の方向において前記第１のシングルパンケーキコイルの電流及び前記第２のシングルパンケーキコイルの電流の密度中心となる位置に配置され、
前記コイル体の外周面に面接触して、各前記絶縁スペーサの前記突出部に嵌入する、周方向に延びた複数の溝が前記軸線の方向に沿って間隔を空けて内周面に形成されている。

この発明に係る超電導電磁石装置の製造方法は、
ダブルパンケーキコイル位置出し部材を用いて電導電磁石装置を製造する、電導電磁石装置の製造方法であって、
複数のダブルパンケーキコイルを軸線に沿って積層する工程と、
コイル体にダブルパンケーキコイル位置出し部材を面接触して各絶縁スペーサの突出部に溝を嵌入する工程と、を備えている。

この発明に係る超電導電磁石装置は、
真空容器と、
この真空容器内に収納され複数のダブルパンケーキコイルがこの軸線の方向に沿って積層されて構成された中空円柱形状のコイル体と、
このコイル体の内径側に前記軸線に沿って延びて設けられた、周方向に延びた複数の溝が前記軸線の方向に沿って間隔を空けて外周面に形成されているダブルパンケーキコイル位置出し部材と、を備え、
各前記ダブルパンケーキコイルは、中空円板状の絶縁スペーサと、この絶縁スペーサの前記軸線の方向の両側に設けられた中空円板状の第１のシングルパンケーキコイル及び第２のシングルパンケーキコイルと、を有し、
前記絶縁スペーサ、前記第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキコイルは、それぞれ前記軸線が一致し、
各前記絶縁スペーサは、内径側端部に、前記第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキコイルのそれぞれの内周面から径内側方向に突出した突出部を有し、
前記ダブルパンケーキコイル位置出し部材は、前記溝に前記突出部が嵌入している。

この発明に係る超電導電磁石装置は、
真空容器と、
この真空容器内に収納され複数のダブルパンケーキコイルがこの軸線の方向に沿って積層されて構成された中空円柱形状のコイル体と、
このコイル体の外径側に前記軸線に沿って延びて設けられた、周方向に延びた複数の溝が前記軸線の方向に沿って間隔を空けて内周面に形成されているダブルパンケーキコイル位置出し部材と、を備え、
各前記ダブルパンケーキコイルは、中空円板状の絶縁スペーサと、この絶縁スペーサの前記軸線の方向の両側に設けられた中空円板状の第１のシングルパンケーキコイル及び第２のシングルパンケーキコイルと、を有し、
前記絶縁スペーサ、前記第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキコイルは、それぞれ前記軸線が一致し、
各前記絶縁スペーサは、外径側端部に、前記第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキコイルのそれぞれの外周面から径外側方向に突出した突出部を有し、
前記ダブルパンケーキコイル位置出し部材は、前記溝に前記突出部が嵌入している。

この発明に係るダブルパンケーキコイル位置出し部材によれば、コイル体の周面に面接触して、各絶縁スペーサの突出部に嵌入する、複数の溝がダブルパンケーキコイル位置出し部材に形成されているので、複数のダブルパンケーキコイルの積層組立時には、このダブルパンケーキコイル位置出し部材を用いることで、各ダブルパンケーキコイルの位置は、溝の位置で決定される。
従って、各ダブルパンケーキコイルの積層時の位置の誤差が低減され、これによりダブルパンケーキコイルの電流中心のずれを改善でき、超電導電磁石装置の製造時に磁石内部空間の磁界不均一性を低減することができ、シミングによる空間均一度の調整作業をなくし、または調整負荷を低減することも可能となる。

また、この発明に係る超電導電磁石装置の製造方法によれば、複数のダブルパンケーキコイルをこの軸線に沿って積層した後、コイル体にダブルパンケーキコイル位置出し部材を面接触して、各絶縁スペーサの突出部にダブルパンケーキコイル位置出し部材の溝を嵌入するので、各ダブルパンケーキコイルの積層作業時間を短縮でき、各ダブルパンケーキコイルは、簡単な作業で高い位置精度で積層される。

また、この発明に係る超電導電磁石装置によれば、コイル体の周面に面接触したダブルパンケーキコイル位置出し部材の溝には、各絶縁スペーサの突出部が嵌入しているので、各ダブルパンケーキコイルは、コイル体の製造工程において所定の位置で保持されるとともに長期にわたって固定され、これによりダブルパンケーキコイルの電流中心のずれを長期にわたって防止でき、磁石内部空間の磁界均一性を長期にわたって確保することができる。

超電導電磁石装置を示す正面図である。 図１の側断面図である。 超電導コイルの位置誤差と磁界均一度との関係を示す図である。 この発明の実施の形態１の超電導電磁石装置のコイル体を示す正面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿った矢視断面図である。 この発明の実施の形態２の超電導電磁石装置のコイル体を示す要部側断面図である。 図６のコイル体の変形例を示す要部側断面図である。 この発明の実施の形態３の超電導電磁石装置のコイル体を示す正面図である。 この発明の実施の形態４の超電導電磁石装置のコイル体を示す正面図である。 図９のＸ−Ｘ線に沿った矢視断面図である。 この発明の実施の形態４の超電導電磁石装置からダブルパンケーキコイル位置出し部材を取り除いた場合の超電導電磁石装置のコイル体を示す正面図である。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った矢視断面図である。

以下、この発明の各実施の形態の超電導電磁石装置について図に基いて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、従来のＭＲＩ用超電導電磁石装置１を示す正面図、図２は図１の側断面図である。
この超電導電磁石装置１は、中空円柱形状の極低温容器６の中に複数の超電導コイルにより構成されるコイル体４が封入されている。極低温容器６の中央部には、コイル体４の軸線５の方向に貫通した磁石内部空間７を有しており、この磁石内部空間７に断面画像を取得する被検体が入る。
極低温容器６の上部には冷凍機２が取付けられている。この冷凍機２は、極低温容器６を貫通した伝導冷却部材３を介してコイル体４に熱的に接続されている。

コイル体４を形成する超電導コイルは、抵抗のない超電導状態になるためには超電導コイルに用いられている超電導線の臨界温度以下に冷やす必要があり、冷凍機２からの冷熱が伝導冷却部材３を介してコイル体４に伝導し、コイル体４は、超電導線の臨界温度以下に冷却される。
なお、極低温容器６の内部は、外気からの熱侵入を少なくするため、真空状態にしている。

ＭＲＩ用超電導電磁石装置１は、ＮＭＲ現象により被検体内部の水素原子核スピンが放出する核磁気共鳴信号を計測することにより、被検体内部を水素原子核密度によって断面画像化する。
その際、被検体が入る磁石内部空間７には、撮像する空間において高強度であり、高安定であり、高均一度な磁界が必要である。臨床にて用いられているＭＲＩ装置の磁場強度は０．２Ｔ以上であり、現在のところ１．５Ｔの磁場強度が主流である。
１．５Ｔという高強度な磁界を発生させるため、磁石として大電流を通電することができる超電導コイルを用いた超電導電磁石が用いられる。
また、鮮明な画像を得るための撮像空間内の高均一度な磁界は、一般的に２ｐｐｍ以下という高精度な空間磁界が求められている。

設計限界による磁界均一度の未達や、製造時のばらつきにより磁界均一度が悪くなった場合には、磁界不均一性を取り除くためにシムによる調整が行われる。
シム調整には積極的なシム調整と消極的なシム調整の２種類があり、積極的なシム調整は超電導電磁石装置に追加のコイルを配置し、その追加したコイルの電流値で撮像空間の磁界均一度を調整する。この追加するコイルは銅コイルであったり、超電導コイルであったりする。
消極的なシム調整は磁石内部空間７の外壁部等によい磁気的性質を有する鉄片や超電導片を配置し、電磁石によって磁化されて自身の磁場を作り出す。この磁場を利用し、撮像空間内の磁界均一度を調整する。
どちらのシム調整の方法であっても、追加のコイルや鉄片等が必要であり、またシム調整作業も必要であることから、製造コストを増加させてしまう。
そのため、２ｐｐｍ以下の磁界均一度を有するコイル体４の設計および超電導電磁石製造時のばらつきを低減させる製造方法が求められている。

製造時のばらつきによる磁界均一度の悪化の例を図３に示す。
図３はコイル体４を形成する超電導コイルの１つのコイルにおいて、軸線５の方向に位置誤差があった場合の磁界不均一度を計算した例である。
このケースでは超電導コイルが位置誤差なしの時は空間均一度が２ｐｐｍ以下を満足しているが、超電導コイルに０．５ｍｍの誤差が生じただけで、１００ｐｐｍ以上に空間均一度が悪化してしまっている。
このように超電導コイルの軸線５の方向の位置誤差が空間均一度に与える影響は大きく、超電導コイルを誤差をより小さくして組み立てる方法が必要である。

図４はこの発明の実施の形態１の超電導電磁石装置１のコイル体４を示す正面図、図５は図４中のＶ−Ｖ線に沿った矢視断面図であり、この超電導電磁石装置１は、軸線５の方向及び径方向の誤差をより小さくして各ダブルパンケーキコイル１３が積層された例である。
この中空円柱状のコイル体４は、複数のダブルパンケーキコイル１３が同一の間隔をあけて同一の軸線５上に配置されて構成されている。
各ダブルパンケーキコイル１３は、同一の、軸線５と内径を有して高温超電導線材を巻回した、中空円板状の第１のシングルパンケーキコイル１１ａ及び第２のシングルパンケーキコイル１１ｂと、第１のシングルパンケーキコイル１１ａと第２のシングルパンケーキコイル１１ｂとの間に配置され、第１及び第２のシングルパンケーキイル１１ａ，１１ｂと同一の軸線５を有する、中空円板状の絶縁スペーサ１２により構成されている。なお、隣接したダブルパンケーキコイル１３同士は、同一の、軸線５及び内径を有しているものの、外径は異なる。
各絶縁スペーサ１２は、その内径が第１及び第２のシングルパンケーキコイル１１ａ，１１ｂの内径よりも小さく、その内径側端部に全周にわたって第１及び第２のシングルパンケーキコイル１１ａ，１１ｂから径内側方向に突出した突出部１２ａを有している。

コイル体４の内径側には、周方向に沿って等分間隔であって軸線５の方向に沿ってコイル体４の全域にわたって延びた３個のダブルパンケーキコイル位置出し部材２１が設けられている、
断面蒲鉾状の各ダブルパンケーキコイル位置出し部材２１は、外周面に軸線５の方向に沿って１２０°の等分間隔であって、かつ周方向に全域にわたって延びた溝２１ａが形成されている。この溝２１ａを、絶縁スペーサ１２の突出部１２ａに嵌入することで、各ダブルパンケーキコイル１３は、軸線５の方向及び径方向に誤差をより小さくして位置決め、固定される。
なお、溝２１ａの深さは、突出部１２ａの高さよりも大きくなっている。
ダブルパンケーキコイル位置出し部材２１は、例えばステレス鋼、またはガラスエポキシ樹脂で構成される。

ダブルパンケーキコイル１３は、この電流中心３１が絶縁スペーサ１２の軸線５の方向において絶縁スペーサ１２の中央にくるように作製されている。
ここで、ダブルパンケーキコイル１３の電流中心３１とは、第１のシングルパンケーキコイル１１ａの電流及び第２のシングルパンケーキコイル１１ｂの電流の密度の中心となる位置であり、例えば第１のシングルパンケーキコイル１１ａと第２のシングルパンケーキコイル１１ｂとが同一の幅である超電導線材を同一のターン巻かれたもので構成することにより、ダブルパンケーキコイル１３の電流中心３１は、絶縁スペーサ１２の軸線５の方向において中央にある。

この実施の形態１の超電導電磁石装置１によれば、コイル体４内周面に面接触したダブルパンケーキコイル位置出し部材２１の溝２１ａには、各絶縁スペーサ１２の突出部１２ａが嵌入している。
このダブルパンケーキコイル位置出し部材２１は、コイル体４の内周面に面接触して、各絶縁スペーサ１２の突出部１２ａに嵌入する、周方向に延びた複数の溝２１ａが外周面に形成されているので、複数のダブルパンケーキコイル１３の積層組立時には、このダブルパンケーキコイル位置出し部材２１を用いることで、各ダブルパンケーキコイル１３の位置は、溝２１ａの位置で決定される。
従って、各ダブルパンケーキコイル１３の積層時の位置の誤差が低減され、これによりダブルパンケーキコイル１３の電流中心３１のずれを改善でき、超電導電磁石装置１の製造時に磁石内部空間７の磁界不均一性を低減することができ、シミングによる空間均一度の調整作業をなくし、または調整負荷を低減することも可能となる。

また、各ダブルパンケーキコイル１３は、コイル体４の製造工程において所定の位置で保持されるとともに、長期にわたって固定され、これによりダブルパンケーキコイルの電流中心３１のずれを長期にわたって防止でき、磁石内部空間７の磁界均一性を長期にわたって確保することができる。

また、この実施の形態１の超電導電磁石装置１では、複数のダブルパンケーキコイル１３をこの軸線５に沿って積層した後、コイル体４にダブルパンケーキコイル１３を面接触して、各絶縁スペーサ１２の突出部１２ａにダブルパンケーキコイル位置出し部材２１の溝２１ａを嵌入するので、各ダブルパンケーキコイル１３は、短時間の簡単な作業で高い位置精度で積層される。

また、この実施の形態１の超電導電磁石装置１では、複数のダブルパンケーキコイル１３を軸線５に沿って積層した後、３個のダブルパンケーキコイル位置出し部材２１をドーナツ状のコイル体４の内側から面接触して周方向に沿って３等分間隔で配置されている。
従って、各ダブルパンケーキコイル１３は、より確実に所定の位置に位置決め、固定される。

また、この実施の形態１の超電導電磁石装置１によれば、第１のシングルパンケーキコイル１１ａ及び第２のシングルパンケーキコイル１１ｂは、各内径が同一であり、溝２１aは、突出部１２ａの高さよりも深い。
従って、各絶縁スペーサ１２の突出部１２ａにダブルパンケーキコイル位置出し部材２１の溝２１ａを嵌入した際には、ダブルコイルコイル位置出し部材２１の外周面は必然的に第１及び第２のシングルパンケーキコイル１１ａ，１１ｂの内周面に面接触し、コイル体４の内周面は軸線５の方向の全域において均一となり、ダブルパンケーキコイル１の径方向の位置ずれによる磁石内部空間７の撮像空間の磁界均一度の悪化を防ぐことができる。

また、第１及び第２のシングルパンケーキコイル１１ａ，１１ｂを構成する超電導線材は、高温超電導線材であるので、シングルパンケーキコイル１１ａ，１１ｂを冷却すべき温度が高くなり、冷凍機２の能力を下げることができる。そのため、より安価な冷凍機２で超電導電磁石装置１を構成することが可能となり、製造コストを抑制することができる。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２の超電導電磁石装置１の要部を示す側断面図である。
この実施の形態では、各ダブルパンケーキコイル１３の軸線５の方向の一方の側面に、両側面が第１及び第２の絶縁板１４ａ，１４ｂで挟まれ、互いに接着された冷却板１５が設けられている。第２のシングルパンケーキコイル１１ｂは、第１の絶縁板１４ａと接着されている。
この冷却板１５の径方向の外側端部は、第１及び第２の絶縁板１４ａ，１４ｂよりも径方向外側に突出しており、伝導冷却部材３と熱的に接続されている。
他の構成は実施の形態１の超電導電磁石装置１と同じである。

この実施の形態２の超電導電磁石装置１によれば、各ダブルパンケーキコイル１３は、冷却板１５を介して通じて冷凍機２からの冷熱が伝導されるので、効率良く冷却される。
なお、冷却板１５の外側にも絶縁板１４ｂを配置したが、絶縁板１４ｂは省略してもよい。

また、図７に示すように、両側面が第１及び第２の絶縁板１４ａ，１４ｂで接着された冷却板１５を各ダブルパンケーキコイル１３の軸線５の方向の両側面にそれぞれ配置してもよい。
この超電導電磁石装置１のコイル体４では、各ダブルパンケーキコイル１３はそれぞれ一対の冷却板１５を介して伝導冷却部材３と熱的に接続されており、図６のものと比較してより各ダブルパンケーキコイル１３は効率よく冷却される。
また、冷却板１５は、ダブルパンケーキコイル１３の軸線５の方向の側面の片面のみに配置するか、両面に配置するかをダブルパンケーキコイル１３毎に変えてもよい。

実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３の超電導電磁石装置１のコイル体４を示す正面図である。
この実施の形態３の超電導電磁石装置１では、実施の形態１の内径側のダブルパンケーキコイル位置出し部材２１に加えて外径側にもダブルパンケーキコイル位置出し部材２２が配置されている。
この実施の形態の各第１のシングルパンケーキコイル１１ａ及び各第２のシングルパンケーキコイル１１ｂは、内径、外径がそれぞれ同一である。
コイル体４の構成要素である、絶縁スペーサ１２は、その内径寸法が第１及び第２のシングルパンケーキコイル１１ａ，１１ｂの外径寸法よりも小さく、その内径側端部に全周にわたって第１及び第２のシングルパンケーキコイル１１ａ，１１ｂの内周面から径内側方向に突出した突出部１２ａを有している。また、絶縁スペーサ１２は、その外径寸法が第１及び第２のシングルパンケーキコイル１１ａ，１１ｂの外径寸法よりも大きく、その外径側端部に全周にわたって第１及び第２のシングルパンケーキコイル１１ａ，１１ｂの内周面から径外側方向に突出した突出部１２ｂを有している。

コイル体４の外径側には、コイル体４の内径側と同様に、周方向に沿って等分間隔であって軸線５に沿って延びた３個のダブルパンケーキコイル位置出し部材２２が設けられている、
断面蒲鉾状のダブルパンケーキコイル位置出し部材２２は、内周面に軸線５に沿って等分間隔であって周方向に延びた溝が形成されている。この溝を絶縁スペーサ１２の突出部１２ｂに嵌入することで、各ダブルパンケーキコイル１３は、ダブルパンケーキコイル位置出し部材２２により、位置出し、固定されている。
なお、溝の深さは、突出部１２ｂの高さよりも大きくなっており、溝を突出部１２ｂに嵌入した際には、第１及び第２のシングルパンケーキコイル１１ａ，１１ｂの外周面がダブルパンケーキコイル位置出し部材２２の内周面に面接触しているので、各第１及び第２のシングルパンケーキコイル１１ａ，１１ｂの外径は必然的に同一となるようになっている。
他の構成は、実施の形態１の超電導電磁石装置１と同じである。

この実施の形態３の超電導電磁石装置１によれば、コイル体４の内径側及び外径側の両方にダブルパンケーキコイル位置出し部材２１，２２を配置したことにより、実施の形態１のものと比較してより確実に各ダブルパンケーキコイル１３の軸線５、及び径方向の位置ずれが防止され、磁石内部空間７の撮像空間の磁界均一度の悪化をより防ぐことができる。

また、この実施の形態３の超電導電磁石装置１についても、実施の形態２で記載した、冷却板１５及び絶縁板１４ａ、１４ｂをダブルパンケーキコイル１３の軸線５の方向の側面の片面もしくは両面側に配置してもよい。

実施の形態４．
図９は、この発明の実施の形態４の超電導電磁石装置１のコイル体４を示す正面図、図１０は、図９のＸ-Ｘ線に沿った矢視断面図である。
この実施の形態では、ダブルパンケーキコイル１３の構成要素である第１のシングルパンケーキコイル１１ａと第２のシングルパンケーキコイル１１ｂの径方向の寸法が異なる。また、隣接したダブルパンケーキコイル１３の、互いに対向した第１及び第２のシングルパンケーキコイル１１ａ，１１ｂの径方向の寸法は同一である。
ダブルパンケーキコイル１３の構成要素である中空円板状の絶縁スペース１２の内径側には、第１及び第２のシングルパンケーキコイル１１ａ，１１ｂの内径面から内側に突出した突出部１２ａを有している。また、絶縁スペーサ１２の突出部１２ａの一部には、第１及び第２のシングルパンケーキコイル１１ａ，１１ｂの内径面と同一面になるように切欠き部１２ｃが形成されている。
第１のシングルパンケーキコイル１１ａと絶縁スペーサ１２を介して対面した第２のシングルパンケーキコイル１１ｂとは、切欠き部１２ｃで第１の接続線材２３ａにより電気的に接続されている。隣接したダブルパンケーキコイル１３は、径方向の寸法が同一の、第１のシングルパンケーキコイル１１ａと第２のシングルパンケーキコイル１１ｂとが、ダブルパンケーキコイル１３の外径面で第２の接続線材２３ｂにより電気的に接続されている。
なお、第１及び第２の接続線材２３ａ，２３ｂは、超電導線が望ましいが、銅線等の超電導でない線材であってもよい。
他の構成は、実施の形態１の超電導電磁石装置１と同じである。

この実施の形態４の超電導電磁石装置１によれば、ダブルパンケーキコイル１３の構成要素である第１のシングルパンケーキコイル１１ａと第２のシングルパンケーキコイル１１ｂの径方向の寸法が異なる場合でも、絶縁スペーサ１２の切欠き部１２ｃで第１の接続部材２３ａを用いて接続することができるので、ダブルパンケーキコイル１３の形状の設計自由度が高くなり、それだけ磁石内部空間７の撮像空間の磁界均一度の設計が容易となり、さらには超電導線材の使用量を削減することができる。
なお、第１のシングルパンケーキコイル１１ａと第２のシングルパンケーキコイル１１ｂの径方向の寸法が異なるダブルパンケーキコイル１３の電流中心位置３１を絶縁スペーサ１２の中央部にする方法として、例えば二つのシングルパンケーキコイルの幅を変化させ、シングルパンケーキコイル内の電流密度を変化させたり、コイルターン内に層間シート等を挿入し、巻数とコイル高さを調整したりすることにより、達成することが可能である。

なお、この発明の実施の形態１〜４の超電導電磁石装置１では、ダブルパンケーキコイル位置出し部材２１，２２は、例えば、コイル体４に接着剤で固定されており、超電導電磁石装置１の構成要素であるが、ダブルパンケーキコイル位置出し部材２１，２２をダブルパンケーキコイル１３の積層組立時の治具として用いることもできる。
この場合には、ダブルパンケーキコイル１３の積層後には、ダブルパンケーキコイル位置出し部材２１，２２は、コイル体４から除かれる。
図１１は、図９に示したダブルパンケーキコイル位置出し部材２１が除かれた状態のコイル体４を示す正面図、図１２は、図１１のＸＩＩ-ＸＩＩ線に沿った矢視断面図である。
治具として用いた場合には、このダブルパンケーキコイル位置出し部材２１，２２は、コイル体４に面接触して、各絶縁スペーサ１２の突出部１２ａ，１２ｂに嵌入する、周方向に延びた複数の溝２１ａが周面に形成されているので、複数のダブルパンケーキコイル１３の積層組立時には、このダブルパンケーキコイル位置出し部材を用いることで、各ダブルパンケーキコイル１３の位置は、溝２１ａの位置で決定される。
従って、各ダブルパンケーキコイル１３の積層時の位置の誤差が低減され、これによりダブルパンケーキコイル１３の電流中心３１のずれを防止でき、超電導電磁石装置１の製造時に磁石内部空間７の磁界不均一性を低減することができ、シミングによる空間均一度の調整作業をなくす、または調整負荷を低減することが可能となる。

また、各実施の形態１，２及び４の超電導電磁石装置１では、何れもコイル体４の内径側のみにダブルパンケーキコイル位置出し部材２１が設けられていたが、コイル体４の外径側のみにダブルパンケーキコイル位置出し部材２２が設けられたものであってもよい。
即ち、この場合の超電導電磁石装置１では、各ダブルパンケーキコイル１３は、中空円板状の絶縁スペーサ１２と、この絶縁スペーサ１２の軸線５の方向の両側に設けられた中空円板状の第１のシングルパンケーキコイル１１ａ及び第２のシングルパンケーキコイル１１ｂと、を有し、絶縁スペーサ１２、第１のシングルパンケーキコイル１１ａ及び第２のシングルパンケーキコイル１１ｂは、それぞれ軸線５が一致し、各絶縁スペーサ１２は、外径側端部に、第１のシングルパンケーキコイル１１ａ及び第２のシングルパンケーキコイル１１ｂの外周面から径外側方向に突出した突出部１２ｂを有しており、ダブルパンケーキコイル位置出し部材２２は、コイル体４の外周面に面接触しているとともに、各絶縁スペーサ１２の突出部１２ｂが嵌入した、周方向に延びた複数の溝が内周面に形成されている。

また、各実施の形態１〜４の超電導電磁石装置１では、ダブルパンケーキコイル１３間に隙間があるが、隙間は必ずしもなければならないことはなく、例えば隙間に絶縁板を挿入し、接着していてもよいし、エポキシ剤などの充填剤を挿入し、隙間を埋めていてもよい。
また、軸線５の方向のダブルパンケーキコイル１３側面全てに絶縁板を配置し、その隣接した絶縁板間を充填剤で埋めてもよい。
また、ダブルパンケーキコイル位置出し部材２１，２２を４個以上でもよい。
また、ダブルパンケーキコイル位置出し部材２１，２２を１個または２個であってもよい。

また、各実施の形態１〜４の超電導電磁石装置のコイル体４では、第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキコイルの各内径は、同一であり、ダブルパンケーキコイル位置出し部材２１の外周面は、軸線５の方向に方向の全域において同一径であるが、これは一例である。
例えば、ダブルパンケーキコイルの内径が軸線の方向の中央部に向かうに従って段階的に径が大きくなるコイル体の場合には、この内径面に外周面が面接触するダブルパンケーキコイル位置出し部材を用いればよい。
また、コイル体４の外径側に配置される、ダブルパンケーキコイル位置出し部材２２についても、ダブルパンケーキコイル位置出し部材２１と同様である。
例えば、コイル体の外周面が軸の方向に沿って凸凹形状の場合には、この外周面に内周面が面接触するダブルパンケーキコイル位置出し部材を用いればよい。

１ 超電導電磁石装置、２ 冷凍機、３ 伝導冷却部材、４ コイル体、５ コイル軸、６ 極低温容器、７ 磁石内部空間、１１ａ 第１のシングルパンケーキコイル、１１ｂ 第２のシングルパンケーキコイル、１２ 絶縁スペーサ、１２ａ，１２ｂ 突出部、１２ｃ 切欠き部、１３ ダブルパンケーキコイル、１４ａ 第１の絶縁板、１４ｂ 第２の絶縁板、１５ 冷却板、２１，２２ ダブルパンケーキコイル位置出し部材、２１ａ 溝、２３ａ 第１の接続線材、２３ｂ 第２の接続部材、３１ 電流中心。

ダブルパンケーキコイル１３は、電流中心３１が絶縁スペーサ１２の軸線５の方向において絶縁スペーサ１２の中央にくるように作製されている。
ここで、ダブルパンケーキコイル１３の電流中心３１とは、第１のシングルパンケーキコイル１１ａの電流及び第２のシングルパンケーキコイル１１ｂの電流の密度の中心となる位置であり、例えば第１のシングルパンケーキコイル１１ａと第２のシングルパンケーキコイル１１ｂとが同一の幅である超電導線材を同一のターン巻かれたもので構成することにより、ダブルパンケーキコイル１３の電流中心３１は、絶縁スペーサ１２の軸線５の方向において中央にある。

また、この実施の形態１の超電導電磁石装置１では、複数のダブルパンケーキコイル１３をこの軸線５に沿って積層した後、ダブルパンケーキコイル１３の第１のシングルパンケーキコイル１１ａ及び第２のシングルパンケーキコイル１１ｂにダブルパンケーキコイル位置出し部材２１を面接触して、各絶縁スペーサ１２の突出部１２ａにダブルパンケーキコイル位置出し部材２１の溝２１ａを嵌入するので、各ダブルパンケーキコイル１３は、短時間の簡単な作業で高い位置精度で積層される。

実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３の超電導電磁石装置１のコイル体４を示す正面図である。
この実施の形態３の超電導電磁石装置１では、実施の形態１の内径側のダブルパンケーキコイル位置出し部材２１に加えて外径側にもダブルパンケーキコイル位置出し部材２２が配置されている。
この実施の形態の各第１のシングルパンケーキコイル１１ａ及び各第２のシングルパンケーキコイル１１ｂは、内径、外径がそれぞれ同一である。
コイル体４の構成要素である、絶縁スペーサ１２は、その内径寸法が第１及び第２のシングルパンケーキコイル１１ａ，１１ｂの内径寸法よりも小さく、その内径側端部に全周にわたって第１及び第２のシングルパンケーキコイル１１ａ，１１ｂの内周面から径内側方向に突出した突出部１２ａを有している。また、絶縁スペーサ１２は、その外径寸法が第１及び第２のシングルパンケーキコイル１１ａ，１１ｂの外径寸法よりも大きく、その外径側端部に全周にわたって第１及び第２のシングルパンケーキコイル１１ａ，１１ｂの内周面から径外側方向に突出した突出部１２ｂを有している。

Claims (12)

1. 真空容器内に、複数のダブルパンケーキコイルがこの軸線に沿って積層されて構成された中空円柱形状のコイル体が収納された超電導電磁石装置における、前記ダブルパンケーキコイルの位置出しに用いるダブルパンケーキコイル位置出し部材であって、
   各前記ダブルパンケーキコイルは、中空円板状の絶縁スペーサと、この絶縁スペーサの前記軸線の方向の両側に設けられた中空円板状の第１のシングルパンケーキコイル及び第２のシングルパンケーキコイルと、を有し、
   前記絶縁スペーサ、前記第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキコイルは、それぞれ前記軸線が一致し、
   各前記絶縁スペーサは、内径側端部に、前記第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキコイルのそれぞれの内周面から径内側方向に突出した突出部を有し、かつ前記軸線の方向において前記第１のシングルパンケーキコイルの電流及び前記第２のシングルパンケーキコイルの電流の密度中心となる位置に配置され、
   前記コイル体の内周面に面接触して、各前記絶縁スペーサの前記突出部に嵌入する、周方向に延びた複数の溝が前記軸線の方向に沿って間隔を空けて外周面に形成されているダブルパンケーキコイル位置出し部材。
2. 真空容器内に、複数のダブルパンケーキコイルがこの軸線に沿って積層されて構成された中空円柱形状のコイル体が収納された超電導電磁石装置における、前記ダブルパンケーキコイルの位置出しに用いるダブルパンケーキコイル位置出し部材であって、
   各前記ダブルパンケーキコイルは、中空円板状の絶縁スペーサと、この絶縁スペーサの前記軸線の方向の両側に設けられた中空円板状の第１のシングルパンケーキコイル及び第２のシングルパンケーキコイルと、を有し、
   前記絶縁スペーサ、前記第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキコイルは、それぞれ前記軸線が一致し、
   各前記絶縁スペーサは、外径側端部に、前記第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキコイルのそれぞれの外周面から径外側方向に突出した突出部を有し、かつ前記軸線の方向において前記第１のシングルパンケーキコイルの電流及び前記第２のシングルパンケーキコイルの電流の密度中心となる位置に配置され、
   前記コイル体の外周面に面接触して、各前記絶縁スペーサの前記突出部に嵌入する、周方向に延びた複数の溝が前記軸線の方向に沿って間隔を空けて内周面に形成されているダブルパンケーキコイル位置出し部材。
3. 請求項１または２に記載のダブルパンケーキコイル位置出し部材を用いて前記超電導電磁石装置を製造する、超電導電磁石装置の製造方法であって、
   複数の前記ダブルパンケーキコイルを前記軸線に沿って積層する工程と、
   前記コイル体に前記ダブルパンケーキコイル位置出し部材を面接触して各前記絶縁スペーサの前記突出部に前記溝を嵌入する工程と、を備えた超電導電磁石装置の製造方法。
4. 真空容器と、
   この真空容器内に収納され複数のダブルパンケーキコイルがこの軸線の方向に沿って積層されて構成された中空円柱形状のコイル体と、
   このコイル体の内径側に前記軸線に沿って延びて設けられた、周方向に延びた複数の溝が前記軸線の方向に沿って間隔を空けて外周面に形成されているダブルパンケーキコイル位置出し部材と、を備え、
   各前記ダブルパンケーキコイルは、中空円板状の絶縁スペーサと、この絶縁スペーサの前記軸線の方向の両側に設けられた中空円板状の第１のシングルパンケーキコイル及び第２のシングルパンケーキコイルと、を有し、
   前記絶縁スペーサ、前記第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキコイルは、それぞれ前記軸線が一致し、
   各前記絶縁スペーサは、内径側端部に、前記第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキコイルのそれぞれの内周面から径内側方向に突出した突出部を有し、
   前記ダブルパンケーキコイル位置出し部材は、前記溝に前記突出部が嵌入している超電導電磁石装置。
5. 前記第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキコイルは、各内径が同一であり、
   前記溝は、前記突出部の高さよりも深い請求項４に記載の超電導電磁石装置。
6. 真空容器と、
   この真空容器内に収納され複数のダブルパンケーキコイルがこの軸線の方向に沿って積層されて構成された中空円柱形状のコイル体と、
   このコイル体の外径側に前記軸線に沿って延びて設けられた、周方向に延びた複数の溝が前記軸線の方向に沿って間隔を空けて内周面に形成されているダブルパンケーキコイル位置出し部材と、を備え、
   各前記ダブルパンケーキコイルは、中空円板状の絶縁スペーサと、この絶縁スペーサの前記軸線の方向の両側に設けられた中空円板状の第１のシングルパンケーキコイル及び第２のシングルパンケーキコイルと、を有し、
   前記絶縁スペーサ、前記第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキコイルは、それぞれ前記軸線が一致し、
   各前記絶縁スペーサは、外径側端部に、前記第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキコイルのそれぞれの外周面から径外側方向に突出した突出部を有し、
   前記ダブルパンケーキコイル位置出し部材は、前記溝に前記突出部が嵌入している超電導電磁石装置。
7. 前記第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキコイルは、各外径が同一であり、
   前記溝は、前記突出部の高さよりも深い請求項６に記載の超電導電磁石装置。
8. 前記ダブルパンケーキコイルの前記軸線の方向の少なくとも片側側面に、絶縁板を介して前記ダブルパンケーキコイルを冷却するための中空円板状の冷却板が設けられている請求項４〜７の何れか１項に記載の超電導電磁石装置。
9. 前記ダブルパンケーキコイル位置出し部材は、前記コイル体の周方向に沿って間隔を空けて複数配置されている請求項４〜８の何れか1項に記載の超電導電磁石装置。
10. 前記絶縁スペーサの前記突出部は、周方向において隣接した前記ダブルパンケーキコイル位置出し部材間に切欠き部を有している請求項９項に記載の超電導電磁石装置。
11. 真空容器と、
    この真空容器内に収納され複数のダブルパンケーキコイルがこの軸線の方向に沿って積層されて構成された中空円柱形上のコイル体と、を備え、
    各前記ダブルパンケーキコイルは、中空円板状の絶縁スペーサと、この絶縁スペーサの前記軸線の方向の両側に設けられた中空円板状の第１のシングルパンケーキコイル及び第２のシングルパンケーキコイルと、を有し、
    前記絶縁スペーサ、前記第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキコイルは、それぞれ前記軸線が一致し、
    各前記絶縁スペーサは、内径側端部に、前記第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキコイルのそれぞれの内周面から径内側方向に突出した突出部を有している超電導電磁石装置。
12. 前記第１のシングルパンケーキコイル及び前記第２のシングルパンケーキは、高温超電導線材で構成されている請求項４〜１１の何れか１項に記載の超電導電磁石装置。

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