JP2000182821A - 超電導マグネット及びその予冷方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷凍機直接冷却型超電導マグネットにおいて、
冷凍機の冷却能力を増大させたり、台数を増やさなくて
も予冷時間を大幅に短縮でき、かつ定常運転状態での侵
入熱を抑制できる高性能で取扱性に優れたものにする。 【解決手段】超電導コイル１と、この超電導コイル１を
包囲する輻射シールド２と、この輻射シールド２を包囲
する真空容器３と、この真空容器３に取着され超電導コ
イル１及び輻射シールド２を冷却する冷凍機４とを備え
た超電導マグネットにおいて、超電導コイル１の初期冷
却時に輻射シールド２と超電導コイル１とを熱的に接触
させる予冷用熱接触機構７を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超電導マグネット
に係り、特に冷凍機直接冷却型の超電導マグネットの改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導マグネットにおける超電導コイル
の冷却には、超電導コイルを冷媒中に浸漬して冷媒の蒸
発潜熱で冷却する浸漬冷却と、冷凍機直接冷却とが一般
に用いられている。

【０００３】図２３は特開平８−７８７３７号公報や特
開平６−１３２５６７号公報などに記載された従来の冷
凍機直接冷却型超電導マグネットの縦断面図である。同
図において、１は超電導線を巻回して形成された超電導
コイルで、輻射シールド２によってその外方が包囲さ
れ、さらにこの輻射シールド２は真空容器３に包囲され
ている。この真空容器３には冷凍機４が搭載され、この
冷凍機４の低温側ステージ４ａには熱伝導部材５を介し
て超電導コイル１が熱的に接続されるとともに、高温側
ステージ４ｂが輻射シールド２に熱的に接続され、それ
ぞれ約５Ｋ，８０Ｋに冷却されている。又、超電導コイ
ル１は、断熱支持材６によって真空容器３又は輻射シー
ルド２から支持されている。この断熱支持材６の材質と
しては、一般的にチタン合金やグラスファイバ強化プラ
スチック（ＧＦＲＰ）が用いられている。

【０００４】この様に冷凍機直接冷却型の超電導マグネ
ットは、液体ヘリウムを使用しないので、取り扱い性に
優れている反面、４．２Ｋ冷凍機の能力が現状では約１
Ｗ程度であることから、比較的小型すなわち熱容量の小
さい超電導マグネットに適用されている。

【０００５】次に、かかる超電導マグネットの動作につ
いて説明する。

【０００６】真空容器３内を所定の値まで真空排気後、
冷凍機４を運転し、高温側ステージ４ｂにより輻射シー
ルド２を冷却するとともに、低温側ステージ４ａにより
熱伝導部材５を介して熱伝導で超電導コイル１を冷却す
る。ここで、超電導コイル１が所定の温度例えば約５Ｋ
になるまで冷却するこの過程を予冷と称す。

【０００７】約５Ｋに冷却された超電導コイル１は、電
気抵抗がゼロ、いわゆる超電導状態になる。そこで外部
の図示しない励磁用電源から電流を超電導コイル１に供
給し、所用の磁場を発生させる。通常運転時には、超電
導コイル１は電気抵抗がゼロであるので、電流を流して
もそれ自身がジュール熱で発熱することがない。しか
し、外部から対流・伝導・輻射による超電導コイル１へ
の熱侵入があるが、この侵入熱は冷凍機４で除熱され
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記冷
凍機直接冷却型超電導マグネットでは、液体ヘリウムを
使用しないので、注液等の作業もなく取り扱い性に優れ
ている反面、冷却能力は搭載された冷凍機４の能力によ
って決定される。

【０００９】このため、熱容量の大きい大型超電導コイ
ル１を冷凍機４だけで冷却する場合、室温から極低温ま
で冷却するいわゆる予冷時には非常に長い時間を要する
という課題があった。すなわち、定常状態である超電導
コイル１が極低温すなわち超電導状態となっている時に
は、冷凍機４の低温側ステージ４ａへの熱侵入量（熱負
荷）は、一般的に１Ｗ以下と小さく十分に冷凍機４で冷
却できる値であるが、予冷時において低温側ステージ４
ａの冷却能力１Ｗ程度では、約５Ｋまで冷却するのに数
日から数週間を要する。

【００１０】又、冷凍機７の高温側ステージ４ｂは室温
から約５０Ｋまで数十Ｗの冷却能力があり、予冷過程に
おいて、熱容量の小さい輻射シールド２が超電導コイル
１よりもいち速く低温になり、定常状態とは逆に超電導
コイル１は輻射シールド２によって輻射で冷却される。
しかし、一般に超電導コイル１の外表面には輻射による
侵入熱を抑制するために、多層断熱材が装着されてお
り、輻射による冷却効果は極めて小さく、５０Ｋ付近ま
で大きな冷却能力を有する高温側ステージ４ｂを有効に
活用することができず、結果として、予冷時間が長くな
るという課題があった。

【００１１】そこで、本発明は、上記のような従来の課
題を解決するためになされたもので、定常状態での侵入
熱を抑制して予冷時間を短縮できる高性能で低コストの
超電導マグネットを提供することを目的とする。

【００１２】さらに、本発明は、大幅に予冷時間を短縮
できる超電導マグネットの予冷方法を提供することを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、超電
導コイルと、この超電導コイルを包囲する輻射シールド
と、この輻射シールドを包囲する真空容器と、この真空
容器に取着され超電導コイル及び輻射シールドを冷却す
る冷凍機とを備えた超電導マグネットにおいて、超電導
コイルの初期冷却時に輻射シールドと超電導コイルとを
熱的に接触させる予冷用熱接触機構を備えた超電導マグ
ネットである。

【００１４】このような超電導マグネットであれば、予
冷の際、輻射シールドと超電導コイルを熱的に接触させ
るので、冷却能力が数十Ｗと大きい高温側ステージで輻
射シールドと超電導コイルを約５０Ｋ付近まで同時に冷
却し、予冷時間を短縮できる。特に、超電導コイルの主
材料である銅の比熱は低温になるにしたがって小さくな
り、５０Ｋでは室温時の約１／４、２０Ｋでは１／５
０、４Ｋでは１／４０００になる。従って、比熱の大き
い室温から５０Ｋまでの冷却に要する時間を大幅に短縮
できる。

【００１５】請求項２によれば、請求項１記載の超電導
マグネットにおいて、予冷用熱接触機構は、真空容器に
取着された駆動部と、この駆動部の軸に結合し、真空容
器に対しベローズを介して取着された伸圧棒と、この伸
圧棒に連結されその他端に超電導コイルに固定された接
触板に対して押圧する接触子が取着され、押圧棒からの
荷重を超電導コイルに伝達するための断熱駆動体と、一
端が輻射シールドに取着され、他端が接触子に固着され
たサーマルアンカーとにより構成されている。

【００１６】このような超電導マグネットであれば、請
求項１記載の超電導マグネットの作用効果に加えて、初
期冷却時には、真空容器の外側の駆動部から押圧棒で断
熱駆動体を介して、輻射シールドとサーマルアンカーで
熱的に接続された接触子を、超電導コイルに固定された
接触板に押付けて輻射シールドと超電導コイルを共に５
０Ｋ付近まで冷却する。さらにその後、超電導コイルを
５Ｋまで冷却する際には、押圧棒を引抜き、接続子を超
電導コイルから離脱させるため超電導コイルから輻射シ
ールドへの伝導熱を遮断できる。

【００１７】請求項３によれば、請求項２記載の超電導
マグネットにおいて、一端が接触子に係合し、他端が輻
射シールドに取着された弾性体を装着している。

【００１８】このような超電導マグネットであれば、請
求項２記載の超電導マグネットの作用効果に加えて、押
圧棒を引抜くことにより、弾性体の復元力によって接続
子と接触板が確実に離れるようにしたので、超電導コイ
ルを５Ｋまで冷却する際、輻射シールドへの伝導熱を確
実に遮断できる。

【００１９】請求項４によれば、請求項３記載の超電導
マグネットにおいて、弾性体は、板バネである。

【００２０】このような超電導マグネットであれば、請
求項２記載の超電導マグネットの作用効果に加えて、板
ばねはコイルばねに比して熱伝導面積が大きく、かつ熱
伝導距離が小さいので、サーマルアンカと共に熱伝導部
材として活用できる。

【００２１】請求項５によれば、請求項２記載の超電導
マグネットにおいて、押圧棒と断熱筒との間に弾性体を
狭着した。

【００２２】このような超電導マグネットであれば、請
求項２記載の超電導マグネットの作用効果に加えて、接
触子と接触板との接触面に加わる荷重は弾性体のばね定
数に応じた荷重が作用するので、真空容器、超電導コイ
ル、予冷用熱接触機構等の間に熱膨脹差を生じても、弾
性体の変形で吸収し、冷却途中でほぼ一定の荷重で押圧
できる。さらに、熱収縮差によって各部材に生じる熱応
力を軽減できる。

【００２３】請求項６によれば、請求項１記載の超電導
マグネットにおいて、予冷用熱接触機構は、真空容器に
取着された駆動部と、この駆動部の軸に連結されかつ真
空容器に対してベローズを介して進退自在に運動するよ
うに設けられた可動板と、一端が可動板に連結されかつ
他端に超電導コイルに固定された接触板に対して押圧す
る接触子が取着され、駆動部から可動板を介して加わる
荷重を超電導コイルに伝達するための断熱駆動体と、一
端が輻射シ−ルドに取着されかつ他端が接触子に固着さ
れたサ−マルアンカ−とで構成されている。

【００２４】このような超電導マグネットであれば、請
求項１記載の超電導マグネットの作用効果に加えて、初
期冷却時には、真空容器に取着された架台に固定された
駆動部から可動板で断熱駆動体を介して、輻射シ−ルド
とサーマルアンカーで熱的に接続された接触子を、超電
導コイルに固定された接触板に押付けて輻射シールドと
超電導コイルを共に５０Ｋ付近まで冷却する。さらにそ
の後、超電導コイルを５Ｋまで冷却する際には、可動板
を上昇させて接触子を超電導コイルから離脱させるた
め、超電導コイルから輻射シールドへの伝導熱を遮断で
きる。

【００２５】請求項７によれば、請求項６記載の超電導
マグネットにおいて、駆動部の軸と可動板の間、又は可
動板と断熱駆動体の間の少なくともいずれか一方に弾性
体を挟着した。

【００２６】このような超電導マグネットであれば、請
求項６記載の超電導マグネットの作用効果に加えて、接
触子と接触板との接触面に加わる荷重は弾性体のばね定
数に応じた荷重が作用するので、真空容器、超電導コイ
ル、予冷用熱接触機構等の間に熱膨張差を生じても、弾
性体の変形で吸収し、冷却途中でほぼ一定の荷重で押圧
できる。さらに、熱収縮差によって各部材に生じる熱応
力を軽減できる。

【００２７】請求項８によれば、請求項１記載の超電導
マグネットにおいて、予冷用熱接触機構は、輻射シール
ドに取着された駆動部と、この駆動部に結合し、超電導
コイルに固定された接触板に押圧される接触子と、一端
が接触子に取着され、他端が輻射シールドに固定された
サーマルアンカーとにより構成されている。

【００２８】このような超電導マグネットであれば、請
求項１記載の超電導マグネットの作用効果に加えて、輻
射シールドに駆動部を取着したので、真空容器を貫いて
いる構造物がないため、機構も簡単にすることができ、
室温部から輻射シールドへの熱侵入量を低減させる事も
できるので、断熱性能が向上する。

【００２９】請求項９によれば、請求項２、６又は８の
うちいずれか１項記載の超電導マグネットにおいて、駆
動部は、モータと、このモータの回転を直線運動に変換
する変換部とで構成されている。

【００３０】このような超電導マグネットであれば、請
求項２、６又は８のうちいずれか１項記載の超電導マグ
ネットの作用効果に加えて、駆動源としてモータを使用
することで、安価で構造も簡単にすることができる。

【００３１】請求項１０によれば、請求項８記載の超電
導マグネットにおいて、駆動部は、圧電素子からなる。

【００３２】このような超電導マグネットであれば、請
求項８記載の超電導マグネットの作用効果に加えて、輻
射シールドに固定された圧電素子によって、接触子が超
電導コイルに押付けられ、輻射シールドと超電導コイル
はサーマルアンカーと接触子を介して熱的に接続される
ようにしたので、モータを使用したものよりも機構が簡
単で発熱も理論上のゼロのため、熱侵入量を低減させる
ためには有効である。また、電圧を印加して圧電素子を
変位させるため、機械的振動も発生せず、超電導コイル
を安価に運転できる。

【００３３】請求項１１によれば、請求項１記載の超電
導マグネットにおいて、予冷用熱接触機構は、一端が輻
射シールドに固定され、他端が超電導コイルに固定され
た接触板に対して押圧される接触子が固着された伸縮可
能な伸縮容器と、この伸縮容器に連通し、外部から伸縮
容器にヘリウムガスを供給するヘリウムガス供給管とに
より構成されている。

【００３４】このような超電導マグネットであれば、請
求項１記載の超電導マグネットの作用効果に加えて、伸
縮容器にヘリウムガスを供給して伸縮させ、接触子を接
触板に押圧するようにしたので、モータのように自己発
熱することもない。また、押圧力はヘリウムガスの圧力
に比例するので、所望の押圧力を容易に得ることができ
る。なお、輻射シールドから接触子への熱伝達は伸縮容
器の熱伝導とヘリウムガスの対流によるので、冷却能力
が向上する。

【００３５】請求項１２によれば、請求項２乃至１１の
うちいずれか１項記載の超電導マグネットにおいて、超
電導コイルに固定された接触板とこの接触板に接触する
接触子との各接触面のうち少なくともいずれか一方の接
触面に、凹凸が形成されている。

【００３６】このような超電導マグネットであれば、請
求項２乃至９のうちいずれか１項記載の超電導マグネッ
トの作用効果に加えて、凸部の接触面圧が大となり、接
触熱抵抗が小さくなるので、結果的に除熱能力が向上
し、予冷時間を短縮できる。

【００３７】請求項１３によれば、請求項２乃至請求項
１１のうちいずれか１項記載の超電導マグネットにおい
て、超電導コイルに固定された接触板とこの接触子との
各接触面の少なくともいずれか一方の接触面に、易融合
金を固着した。

【００３８】このような超電導マグネットであれば、請
求項２乃至請求項１１のうちいずれか１項記載の超電導
マグネットの作用効果に加えて、接触面に易融合金を固
着したので、除熱能力が向上し、予冷時間を短縮でき
る。すなわち、易融合金は軟金属で相手方表面とも良く
馴染み、さらに、金属との密着性に優れ、かつ、易融合
金の中でも特にインジウムは極低温での熱伝導率が大き
く接触面の接触熱抵抗を低減することができる。

【００３９】請求項１４によれば、請求項２乃至１１の
うちいずれか１項記載の超電導マグネットにおいて、易
融合金は、少なくともインジウム、半田、鉛又は錫のう
ちいずれかを固着した。

【００４０】このような超電導マグネットであれば、請
求項２乃至１１のうちいずれか１項記載の超電導マグネ
ットの作用効果に加えて、接触面に例えばインジウムを
固着すれば、除熱能力が向上し、予冷時間を短縮でき
る。すなわち、インジウムは極低温での熱伝導率が大き
く、かつ、軟金属で相手方表面とも良く馴染み、さら
に、金属との密着性に優れているので、接触面の接触熱
抵抗を低減することができる。

【００４１】請求項１５によれば、請求項２乃至請求項
１１のうちいずれか１項記載の超電導マグネットにおい
て、超電導コイルに固定された接触板にテーパー状の穴
を形成し、かつ接触子の外周をテーパー穴に嵌合するテ
ーパー状に形成した。

【００４２】このような超電導マグネットであれば、請
求項２乃至請求項１１のうちいずれか１項記載の超電導
マグネットの作用効果に加えて、楔効果で接触面圧が大
きくなる。

【００４３】請求項１６によれば、請求項２乃至請求項
１１のうちいずれか１項記載の超電導マグネットにおい
て、超電導コイルに固定された接触板に穴を形成し、か
つ接触子の外周に接触板の穴に係合するフィンガーコン
タクトを装着した。

【００４４】このような超電導マグネットにおいて、請
求項２乃至請求項１１のうちいずれか１項記載の超電導
マグネットの作用効果に加えて、接触子と接触板とは底
面の他に外周はフィンガーコンタクトでも接触するの
で、接触面積が増加して熱接触抵抗が小さくなるので、
除熱能力が向上し、予冷時間を短縮できる。さらにフィ
ンガーコンタクトは熱膨張差等で生じる接触子と接触板
との偏芯にも追従できる。

【００４５】請求項１７によれば、請求項２乃至請求項
１１のうちいずれか１項記載の超電導マグネットにおい
て、超電導コイルに固定された接触板に穴を形成し、か
つ接触子を接触板の穴に嵌合する円筒状に形成するとと
もにその周上に先端部が開口するスリットを複数本形成
した。

【００４６】このような超電導マグネットであれば、請
求項２乃至請求項１１のうちいずれか１項記載の超電導
マグネットの作用効果に加えて、接触子に複数本のスリ
ットを形成したので、接触子があたかも複数本の板ばね
で構成したのと同等で接触子と接触板との熱接触抵抗を
小さくできる。

【００４７】請求項１８によれば、請求項１７記載の超
電導マグネットにおいて、円筒状に形成された接触子の
内側に拡径機能を有する弾性体を装着した。

【００４８】このような超電導マグネットであれば、請
求項１７項記載の超電導マグネットの作用効果に加え
て、接触子のばね作用の他に、弾性体の拡径力が働き、
より接触子と接触板との熱接触抵抗を小さくできる。

【００４９】請求項１９によれば、請求項８又は１１記
載の超電導マグネットにおいて、駆動部に結合された可
動板に複数本のピンを装着して接触子を構成し、超電導
コイルに固定された固定板にピンと着脱可能に嵌合する
複数本のアダプタを装着して接触板を構成し、ピンと輻
射シールド、アダプタと超電導コイルとをそれぞれ直接
又は間接にサーマルアンカで熱的に接続した。

【００５０】このような超電導マグネットであれば、請
求項８又は１１記載の超電導マグネットの作用効果に加
えて、接触子と接触板との接触面は複数本のピンとそれ
に着脱可能に嵌合するアダプタとで構成されているの
で、熱接触抵抗が小さく効率良く予冷できる。

【００５１】請求項２０によれば、超電導コイルと、こ
の超電導コイルを包囲する輻射シールドと、この輻射シ
ールドを包囲する真空容器と、この真空容器に取着さ
れ、超電導コイル及び輻射シールドを冷却する冷凍機と
を備えた超電導マグネットにおいて、一端が輻射シール
ドに直接又は断熱体を介して固定され、他端が超電導コ
イルに固定された接触板に押圧される接触子が固着され
た伸縮可能な伸縮冷媒容器と、この伸縮冷媒容器に連通
し、外部から伸縮冷媒容器に冷媒を供給する冷媒供給管
と、伸縮冷媒容器に連通し、この伸縮冷媒容器から冷媒
を排出する冷媒排出管と、を備えた超電導マグネットで
ある。

【００５２】このような超電導マグネットであれば、伸
縮冷媒容器に例えば液体窒素あるいは液体ヘリウム等の
冷媒を供給して伸縮冷媒容器を伸長させ、接触子を接触
板に押圧するようにしたので、冷媒の蒸発潜熱で超電導
コイルを冷却できる。従って、冷凍機単独で予冷するの
に比して、大幅に予冷時間を短縮できる。

【００５３】請求項２１によれば、超電導コイルと、こ
の超電導コイルを包囲する輻射シールドと、この輻射シ
ールドを包囲する真空容器と、この真空容器に取着さ
れ、超電導コイル及び輻射シールドを冷却する冷凍機と
を備えた超電導マグネットにおいて、超電導コイルは、
輻射シールドから熱的なスイッチ機能を有する支持材に
より支持された超電導マグネットである。

【００５４】請求項２２によれば、請求項２１記載の超
電導マグネットにおいて、支持材は、カーボンファイバ
ー強化プラスティック（ＣＦＲＰ）により形成されてい
る。

【００５５】これら請求項２１及び２２の超電導マグネ
ットであれば、室温から約８０Ｋ付近までは、４Ｋ時に
比して熱伝導率が百から十倍大きいＣＦＲＰで超電導コ
イルを支持したので、構造簡単にして、熱スイッチ機能
を有する。従って、予冷時間を短縮でき、かつ、定常状
態の４Ｋでは断熱支持材として機能する。

【００５６】請求項２３によれば、超電導コイルと、こ
の超電導コイルを包囲する輻射シールドと、この輻射シ
ールドを包囲する真空容器と、この真空容器に取着さ
れ、超電導コイル及び輻射シールドを冷却する冷凍機と
を備えた超電導マグネットにおいて、輻射シールド内に
配設された冷媒容器と、この冷媒容器と真空容器の外部
に配設された冷媒供給系及び冷媒排出系とをそれぞれ連
通する冷媒供給管及び冷媒排出管とを具備し、冷媒容器
と超電導コイルとを直接又は熱伝導部材を介して熱的に
接続した超電導マグネットである。

【００５７】このような超電導マグネットであれば、超
電導コイルに熱的に接続された冷媒容器に、外部の冷媒
供給系から例えば液体窒素や液体ヘリウム等の冷媒を供
給して超電導コイルを予冷できるので、冷凍機単独で予
冷するのに比して、大幅に予冷時間を短縮できる。

【００５８】請求項２４によれば、請求項２３記載の超
電導マグネットにおいて、液体窒素用冷媒容器と液体ヘ
リウム用冷媒容器の少なくとも２種類の冷媒容器を配設
した。

【００５９】このような超電導マグネットであれば、請
求項２３記載の超電導マグネットの作用効果に加えて、
２種類の冷媒容器を配設したので、冷媒を真空置換する
必要がなく、かつ、冷媒の固化による冷媒供給系の閉塞
を防止し、作業が簡素化されて予冷時間が短縮する。

【００６０】請求項２５によれば、請求項２０記載の超
電導マグネットにおいて、初期冷却時に伸縮冷媒容器に
冷媒を供給する工程と、初期冷却終了後に伸縮冷媒容器
から前記冷媒を排気する工程と、を有する超電導マグネ
ットの予冷方法である。

【００６１】このような予冷方法であれば、冷媒として
液体窒素を使用することで８０Ｋまで、液体ヘリウムを
使用すると４．２Ｋまで予冷が可能になるので、大幅に
予冷時間が短縮する。

【００６２】請求項２６によれば、請求項２３記載の超
電導マグネットにおいて、初期冷却時に冷媒容器に冷媒
を供給する工程と、初期冷却終了後に冷媒容器から冷媒
を排気する工程と、を有する超電導マグネットの予冷方
法である。

【００６３】このような予冷方法でも、冷媒として液体
窒素を使用することで８０Ｋまで、液体ヘリウムを使用
すると４．２Ｋまで予冷が可能になるので、大幅に予冷
時間が短縮する。

【００６４】請求項２７によれば、請求項１、２０、２
１又は２３記載の超電導マグネットにおいて、超電導コ
イルを密封容器内に隙間を設けて保持し、これら超電導
コイルと密封容器内との隙間に冷却媒体を対流させる。

【００６５】このような超電導マグネットであれば、請
求項１、２０、２１又は２３記載の超電導マグネットの
作用効果に加えて、コイル巻線間での熱伝導が小さくコ
イルの一部を冷却しても全体が冷えにくい構造の超電導
コイルでも良く冷却される。

【００６６】請求項２８によれば、請求項１、２０、２
１又は２３記載の超電導マグネットにおいて、超電導コ
イルの超電導線間の隙間に蓄冷材を巻き込んだ。

【００６７】このような超電導マグネットであれば、請
求項１、２０、２１又は２３記載の超電導マグネットの
作用効果に加えて、超電導コイルの通電電流を速い速度
で増減でき、超電導コイルの超電導状態の壊れる状態を
減少でき、信頼性を向上できる。

【００６８】請求項２９によれば、請求項１、２０、２
１又は２３記載の超電導マグネットにおいて、超電導コ
イルに蓄冷材パックを巻いた。

【００６９】このような超電導マグネットであれば、請
求項１、２０、２１又は２３記載の超電導マグネットの
作用効果に加えて、超電導コイルの通電電流を速い速度
で増減でき、超電導コイルの超電導状態の壊れる状態を
減少でき、信頼性を向上できる。

【００７０】請求項３０によれば、請求項１、２０、２
１又は２３記載の超電導マグネットにおいて、超電導コ
イルの表面に短冊型の蓄冷材パックを付設した。

【００７１】このような超電導マグネットであれば、請
求項１、２０、２１又は２３記載の超電導マグネットの
作用効果に加えて、超電導コイルの通電電流を速い速度
で増減でき、超電導コイルの超電導状態の壊れる状態を
減少でき、信頼性を向上できる。

【００７２】請求項３１によれば、請求項１、２０、２
１又は２３記載の超電導マグネットにおいて、冷凍機よ
りも容量の大きい冷凍機を超電導コイルに対して熱的に
着脱自在に設け、初期冷却時に容量の大きい冷凍機を超
電導コイルに熱的に接続し、所定の温度まで冷却したと
ころで容量の大きい冷凍機を熱的に切断する。

【００７３】このような超電導マグネットであれば、請
求項１、２０、２１又は２３記載の超電導マグネットの
作用効果に加えて、容量の大きい冷凍機を超電導コイル
に対して熱的に着脱自在に設けることにより、設置場所
が狭いところでの使用や使用目的の度合いにより連続で
冷却したまま維持する場合には、容量の小さい冷凍機が
１台あればよく、占有面積を狭くし、取り扱いも容易に
できる等の利点がある。

【００７４】請求項３２によれば、請求項１、２０、２
１又は２３記載の超電導マグネットにおいて、超電導コ
イルの超電導線間に、熱伝導率の大きいシートを巻き込
んだ。

【００７５】このような超電導マグネットであれば、請
求項１、２０、２１又は２３記載の超電導マグネットの
作用効果に加えて、冷凍機への伝熱量を多くでき、超電
導コイルの外乱による熱の除去や冷却速度性能を向上で
きる。

【００７６】請求項３３によれば、請求項１、２０、２
１又は２３記載の超電導マグネットにおいて、超電導コ
イルの巻枠に、複数の開口部又は整流リブのうちいずれ
か一方又は両方を形成した。

【００７７】このような超電導マグネットであれば、請
求項１、２０、２１又は２３記載の超電導マグネットの
作用効果に加えて、冷却効果を高くでき、冷媒の流量に
アンバランスが生じても、流量の多い部分は乱流となり
易く、流れの抵抗が増し、アンバランスが解消される。

【００７８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
について図面を参照して説明する。

【００７９】図１は本発明に係わる超電導マグネットの
断面図であり、図２は予冷用熱接触機構の一例を示す断
面図である。

【００８０】超電導コイル１は、超電導線を巻回して形
成されている。この超電導コイル１は、輻射シールド２
によってその外方が包囲され、さらにこの輻射シールド
２が真空容器３に包囲されている。このうち真空容器３
には冷凍機４が設けられている。この冷凍機４には低温
ステージ４ａが接続されている。そして、この低温ステ
ージ４ａには熱伝導部材５を介して超電導コイル１が熱
的に接続され、かつ高温側ステージ４ｂには熱的に輻射
シールド２が接続され、超電導コイル１が低温ステージ
４ａによって約５Ｋまで冷却され、輻射シールド２及び
超電導コイル１が高温側ステージ４ｂによってほぼ同温
度の８０Ｋに冷却されるようになっている。

【００８１】又、上記超電導コイル１は、断熱支持材６
ａによって輻射シールド２から支持され、かつ輻射シー
ルド２は断熱支持材６ｂによって真空容器３から支持さ
れている。

【００８２】輻射シールド２と超電導コイル１との間に
は、予冷用熱接続機構７が具備されている。この予冷用
熱接続機構７は、超電導コイル１の初期冷却時に輻射シ
ールド２と超電導コイル１とを熱的に接触させるもの
で、その構成を図２を参照して説明する。

【００８３】真空容器３には架台８を介して駆動部９が
取着され、この駆動部９の軸９ａには押圧棒１１が結合
されている。この押圧棒１１の他端は、真空気密のため
のベローズ１０を介して真空容器３に伸縮可能に取着さ
れている。

【００８４】この押圧棒１１の下端は、弾性体１３を介
して断熱駆動体１２に係合し、さらに、この断熱駆動体
１２の下端には接触子１４が取着されている。ここで、
断熱駆動体１２の材質としては、例えばグラスファイバ
強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、カーボンファイバ強化
プラスチック（ＣＦＲＰ）、セラミックス等が好まし
い。又、弾性体１３としては、コイルバネでもよいが、
ばね定数が大きい皿ばねの方が適している。

【００８５】上記接触子１４にはサーマルアンカ１５の
一端が固着されており、このサーマルアンカ１５の他端
が輻射シールド２に取着されている。又、この接触子１
４は、輻射シールド２に固定された板ばね１６と係合し
ている。この板バネ１６は、常に接触子１４を接触板１
７から引離すような力を加えるものとなっている。な
お、サーマルアンカ１５は、例えば純度９９．９９％以
上の純アルミを使用し、接触子１４は例えば無酸素銅を
使用している。

【００８６】一方、超電導コイル１には、接触子１４に
対峙して接触板１７が固定されている。これら超電導コ
イル１に固定された接触板１７とこの接触板１７に接触
する接触子１４との各接触面の少なくともいずれか一方
には、図３に示すように凹凸１７ａが形成されている。
この凹凸１７ａは、レコード状の溝や同心溝、ローレッ
ト加工等その態様は、全面が平滑面でなければよい。

【００８７】又、超電導コイル１に固定された接触板１
７とこれに接触する接触子１４との各接触面の少なくと
もいずれか一方には、易融合金１４ａが固着されてい
る。この易融合金１４ａは、例えばインジウム、半田、
鉛、錫等である。特にインジウム１４ａは、極低温での
熱伝導率が大きく、かつ軟金属で相手方表面とも良く馴
染み、さらに金属との密着性に優れている。

【００８８】次に、上記の如く構成された超電導マグネ
ットの作用について説明する。

【００８９】超電導コイル１と輻射シールド２と真空容
器３とは、それぞれ通常熱的に離れている。

【００９０】初期冷却時（予冷）には、真空容器３の上
部に取付けられた駆動部９で、押圧棒１１を超電導コイ
ル１側に可動させ、弾性体１３、断熱駆動体１２を介し
てこの断熱駆動体１２の下端に取着された接触子１４を
超電導コイル１に固定された接触板１７に押付ける。

【００９１】この接触子１４には上記の如くサーマルア
ンカ１５が固着されており、このサーマルアンカ１５の
他端は輻射シールド２に固定されているので、接触子１
４が超電導コイル１に押付けられることにより、輻射シ
ールド２と超電導コイル１とはサーマルアンカ１５と接
触子１４を介して熱的に接続される。

【００９２】ここで、サーマルアンカ１５は純度９９．
９９％以上の純アルミを使用し、接触子１４は無酸素銅
を使用しているので、輻射シールド２と超電導コイル１
との間の熱伝導率は大きく、１Ｋの温度差で２０Ｗ以上
冷却できる。

【００９３】従って、冷凍機４の高温側ステージ４ａに
よって輻射シールド２と超電導コイル１とはほぼ同温度
で約５０Ｋまで冷却することが可能となる。

【００９４】そして、超電導コイル１の温度が高温側ス
テージ４ａの到達温度である約５０Ｋに達した時点で、
駆動部９を逆駆動し、接触子１４と接触板１７の接触を
離脱する。この離脱後は、超電導コイル１は冷凍機４の
低温側ステージ４ｂによってさらに約５Ｋまで冷却され
る。従って、比熱の大きい室温から５０Ｋまでの冷却に
要する時間を大幅に短縮できる。

【００９５】なお、断熱駆動体１２は、グラスファイバ
強化プラスティック（ＧＦＲＰ）製で、断熱性能が良
く、輻射シールド２と真空容器３との間の熱伝導を極力
押さえている。

【００９６】又、板バネ１６は、常に接触子１４を接触
板１７から引離すような力がかかっているので、断熱駆
動体１２や押圧棒１１を引き抜く機構がない場合でも確
実に接触子１４を接触板１７から引離すことができる。

【００９７】このように上記第１の実施の形態によれ
ば、予冷の際、予冷用熱接続機構７によって輻射シール
ド２と超電導コイル１を熱的に接触させるので、冷却能
力が数十Ｗと大きい高温側ステージ４ｂで輻射シールド
２と超電導コイル１を約５０Ｋ付近まで同時に冷却する
ので、予冷時間を短縮できる。特に、超電導コイル１の
主材料である銅の比熱は低温になるに従って小さくな
り、５０Ｋでは室温時の約１／４、２０Ｋでは１／５
０、４Ｋでは１／４０００になる。従って、比熱の大き
い室温から５０Ｋまでの冷却に要する時間を大幅に短縮
できる。

【００９８】又、初期冷却時には、真空容器３の外側の
駆動部９から押圧棒１１で断熱駆動体１２を介して、輻
射シールド２とサーマルアンカー１５で熱的に接続され
た接触子１４を、超電導コイル１に固定された接触板１
７に押付けて輻射シールド２と超電導コイル１を共に５
０Ｋ付近まで冷却し、その後、押圧棒１１を引抜き、接
触子１４を超電導コイル１から離脱させるので冷凍機４
の低温側ステージ４ａで超電導コイル１を５Ｋまで冷却
する際、超電導コイル１から輻射シールド２への伝導熱
を遮断できる。

【００９９】又、板ばね１６はコイルばねに比して熱伝
導面積が大きく、かつ熱伝導距離が小さいので、サーマ
ルアンカ１５と共に熱伝導部材として活用できる。

【０１００】又、接触子１４と接触板１７との接触面に
加わる荷重は弾性体１３のばね定数に応じた荷重が作用
するので、真空容器３、超電導コイル１、予冷用熱接触
機構７等の間に熱膨脹差を生じても、弾性体１３の変形
で吸収し、冷却途中でほぼ一定の荷重で押圧できる。さ
らに、熱収縮差によって各部材に生じる熱応力を軽減で
きる。

【０１０１】又、超電導コイル１に固定された接触板１
７とこの接触板１７に接触する接触子１４との各接触面
の少なくともいずれか一方に、凹凸１７ａを形成してい
るので、凸部の接触面圧が大となり、接触熱抵抗が小さ
くなるので、結果的に除熱能力が向上し、予冷時間を短
縮できる。

【０１０２】さらに、超電導コイル１に固定された接触
板１７とこれに接触する接触子１４との各接触面の少な
くともいずれか一方に、易融合金１４ａ例えばインジウ
ム１４ａが固着されているので、このインジウム１４ａ
は極低温での熱伝導率が大きく、かつ軟金属で相手方表
面とも良く馴染み、さらに金属との密着性に優れている
ので、接触面の接触熱抵抗を低減することができる。従
って、除熱能力がさらに向上し、予冷時間を短縮でき
る。

【０１０３】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。なお、図１及び図２と同一部分には同一符号
を付してその詳しい説明は省略する。

【０１０４】図４は超電導マグネットの予冷用熱接触機
構の断面図である。

【０１０５】この第２の実施の形態は、上記図２に示す
第１の実施の形態に対し、ベローズ１０の配設位置及び
接触子１４と接触板１７の接触構造を変えたものであ
る。その他の構成は、図２に示した第１の実施の形態と
同一である。

【０１０６】真空容器３には、架台８を介して駆動部９
が取着されている。この駆動部９には、この駆動部９の
一部を構成して進退運動する軸９ａが設けられている。
この軸９aの下端は、弾性体１３を介して架台８に係合
して進退運動する可動板６０が係合している。

【０１０７】この可動板６０には、断熱駆動体１２が接
続され、この断熱駆動体１２の下端には接触子１４が取
着されている。さらに、この可動板６０は、真空気密の
ためのベローズ１０を介して真空容器３に伸縮可能に取
着されている。

【０１０８】上記接触子１４にはサーマルアンカ１５の
一端が固着されており、このサーマルアンカ１５の他端
が輻射シールド２に取着されている。又、接触子１４の
外周にはフィンガーコンタクト６１が装着されている。

【０１０９】一方、超電導コイル１には接触子１４に対
峙して接触板６２が固定されている。この接触板６２に
は、接触子１４の外周に装着されたフィンガーコンタク
ト６１に嵌合する穴６２ａが形成されている。

【０１１０】次に、上記の如く構成された超電導マグネ
ットの作用について説明する。

【０１１１】超電導コイル１と輻射シールド２とは、通
常熱的に離れている。

【０１１２】初期冷却時（予冷）には、真空容器３の上
部に取付けられた駆動部９が駆動し、この駆動部９の駆
動によってその軸９ａが進退運動、この場合には軸９ａ
が下降する。この軸９ａの下降により弾性体１３を介し
て可動板６０が超電導コイル１側に可動し、この可動板
６０に接続された断熱駆動体１２の下端に取着された接
触子１４が超電導コイル１に固定された接触板６２の穴
６２ａに挿入される。この場合、接触子１４の外周には
フィンガーコンタクト６１が装着されているので、この
フィンガーコンタクト６１が接触板１７の穴１７bに挿
入し、さらにその下面が接触板６２の底面６２ｂに押付
けられる。

【０１１３】この接触子１4には上記の如くサーマルア
ンカ１５が固着されており、このサーマルアンカ１５の
他端は輻射シールド２に固定されているので、接触子１
４が接触板６２を介して超電導コイル１に押付けられる
ことにより、輻射シールド２と超電導コイル１はサーマ
ルアンカー１５と接触子１４を介して熱的に接続され
る。

【０１１４】従って、冷凍機４の高温側ステージ４bに
よって輻射シールド２と超電導コイル１とはほぼ同温度
で約５０Ｋまで冷却することが可能である。

【０１１５】そして、超電導コイル１の温度が高温側ス
テージ４ｂの到達温度である約５０Ｋに達した時点で、
駆動部９を逆駆動し、接触子１４と接触板６２との接触
を離脱する。

【０１１６】この離脱後、超電導コイル１は、冷凍機４
の低温側ステージ４aによってさらに約５Ｋまで冷却さ
れる。しかるに、比熱の大きい室温から５０Ｋまでの冷
却に要する時間を大幅に短縮できる。

【０１１７】なお、弾性体１３は、可動板６０と断熱駆
動体１２との間に装着してもよい。

【０１１８】このように上記第２の実施の形態によれ
ば、ベローズ１０の配設位置及び接触子１４と接触板１
７との接触構造すなわち接触子１４の下面のみならずそ
の外周にフィンガーコンタクト６１を設け、このフィン
ガーコンタクト６１により接触板６２に接触するように
したので、接触面積が増加して熱接触抵抗が小さくな
る。さらにフィンガーコンタクト６１は熱膨張差等で生
じる接触子１４と接触板６２との偏芯にも追従でき、確
実に熱接触を保持できる。

【０１１９】又、この第２の実施の形態によれば、上記
第１の実施の形態と同様に、予冷の際、予冷用熱接続機
構７によって輻射シールド２と超電導コイル１を熱的に
接触させるので、冷却能力が数十Ｗと大きい高温側ステ
ージ４ｂで輻射シールド２と超電導コイル１を約５０Ｋ
付近まで同時に冷却するので、予冷時間を短縮できる。
特に、超電導コイル１の主材料である銅の比熱は低温に
なるに従って小さくなり、５０Ｋでは室温時の約１／
４、２０Ｋでは１／５０、４Ｋでは１／４０００にな
る。従って、比熱の大きい室温から５０Ｋまでの冷却に
要する時間を大幅に短縮できる。

【０１２０】又、初期冷却時には、真空容器３の外側の
駆動部９により断熱駆動体１２を介して、輻射シールド
２とサーマルアンカー１５で熱的に接続された接触子１
４を、超電導コイル１に固定された接触板６２に押付け
て輻射シールド２と超電導コイル１を共に５０Ｋ付近ま
で冷却し、その後、接触子１４を超電導コイル１から離
脱させるので、冷凍機４の低温側ステージ４ａで超電導
コイル１を５Ｋまで冷却する際、超電導コイル１から輻
射シールド２への伝導熱を遮断できる。

【０１２１】又、接触子１４と接触板６２との接触面に
加わる荷重は、弾性体１３のばね定数に応じた荷重が作
用するので、真空容器３、超電導コイル１、予冷用熱接
触機構７等の間に熱膨張差を生じても、弾性体１３の変
形で吸収し、冷却途中でほぼ一定の荷重で押圧できる。
さらに、熱収縮差によって各部材に生じる熱応力を軽減
できる。

【０１２２】又、超電導コイル１に固定された接触板６
２とこの接触板６２に接触する接触子１４との各接触面
の少なくともいずれか一方に、上記図３に示すように凹
凸１７ａを形成すれば、凸部の接触面圧が大となり、接
触熱抵抗が小さくなるので、結果的に除熱能力が向上
し、予冷時間を短縮できる。

【０１２３】さらに、超電導コイル１に固定された接触
板６２とこれに接触する接触子１４との各接触面の少な
くともいずれか一方に、上記図３に示すように易融合金
１４ａ例えばインジウム１４ａが固着すれば、このイン
ジウム１４ａは極低温での熱伝導率が大きく、かつ軟金
属で相手方表面とも良く馴染み、さらに金属との密着性
に優れているので、接触面の接触熱抵抗を低減すること
ができる。従って、除熱能力がさらに向上し、予冷時間
を短縮できる。

【０１２４】次に、上記第２の実施の形態の変形例につ
いて説明する。

【０１２５】図５は上記第２の実施の形態における接触
子１４及び接触板６２をそれぞれ接触子７０及び接触板
７１に変形した断面図である。

【０１２６】接触板７１の穴７１ａは、末萎まりのテー
パー穴に形成されている。

【０１２７】又、接触子７０の外周は、接触板７１のテ
ーパー穴７１ａに嵌合するテーパー状に形成されてい
る。

【０１２８】このような構成であれば、初期冷却時（予
冷）には、真空容器３の上部に取付けられた駆動部９の
駆動によってその軸９ａが進退運動し、このときの軸９
ａの下降により断熱駆動体１２の下端に取着された接触
子７０が超電導コイル１に固定された接触板７１のテー
パー穴７１ａに挿入される。

【０１２９】従って、接触板７１のテーパー穴７１ａを
形成し、接触子７０の外周を接触板７１のテーパー穴７
１ａに嵌合するテーパー状に形成したので、楔効果で接
触面圧が大きくなり熱接触抵抗が小さくなるので、結果
的に除熱能力が向上し、予冷時間を短縮できる。

【０１３０】図６は上記第２の実施の形態における接触
子１４及び接触板６２をそれぞれ他の接触子７２及び接
触板７３に変形した断面図である。

【０１３１】接触板７３には、円筒状の穴７３ａが形成
されている。

【０１３２】又、接触子７２は、接触板７３の円筒状の
穴７３ａに嵌合する円筒状に形成し、かつその周上には
先端部が開口するスリット７２ａが複数本形成され、こ
れにより接触子７２があたかも複数本の板ばねで構成し
たのと同等で接触板７３との間の熱接触抵抗を小さくし
ている。

【０１３３】なお、この場合、接触子７２の材質として
は、ばね効果をより発揮するために高張力の銅合金が望
ましい。例えばアルミナ分散強化銅、銀入り銅、ベリリ
ウム銅等である。

【０１３４】さらに、円筒状に形成された接触子７２の
内側に拡径機能を有する弾性体７４を装着すると、接触
子７２のばね作用の他に、弾性体７４の拡径力が働き、
より接触子７２と接触板７３との熱接触抵抗を小さくで
きる。この場合の弾性体７４としてはＣ型スプリングが
構成上好ましい。

【０１３５】このような構成であれば、初期冷却時（予
冷）には、真空容器３の上部に取付けられた駆動部９の
駆動によってその軸９ａが進退運動し、このときの軸９
ａの下降により断熱駆動体１２の下端に取着された接触
子７２が超電導コイル１に固定された接触板７３の穴７
３ａに挿入される。

【０１３６】従って、接触板７３に円筒状の穴７３ａを
形成し、接触子７２に接触子７３の円筒状の穴７３ａに
嵌合する円筒状に形成してその周上に先端部が開口する
スリット７２ａを複数本形成したので、接触子７２と接
触板７３との接触面圧が大きくなり熱接触抵抗が小さく
なるので、結果的に除熱能力が向上し、予冷時間を短縮
できる。

【０１３７】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。

【０１３８】図７は超電導マグネットの予冷用熱接触機
構の断面図である。

【０１３９】この第２の実施の形態は、上記図２に示す
第１の実施の形態に対し、駆動部９を輻射シールド２に
取着したものである。その他の構成は、図２に示した第
１の実施の形態と同一であるので、同一要素には同一符
号を付してその説明は省略する。

【０１４０】駆動部９は、回転運動するモータ１８と、
このモータ１８の回転運動を直線運動に変換する変換部
１９とで構成されるもので、輻射シールド２に取着され
ている。この駆動部９の軸９ａには接触子１４が取着さ
れ、この接触子１４には、輻射シールド２に取着された
サーマルアンカ１５の一端が固着されている。

【０１４１】一方、超電導コイル１には接触子１４に対
峙する接触板１７が固定されている。

【０１４２】次に、上記の如く構成された超電導マグネ
ットの作用について説明する。

【０１４３】初期冷却時（予冷）には、輻射シールド２
に取付けられた駆動部９で、接触子１４を超電導コイル
１側に可動させ、超電導コイル１に固定された接触板１
７に押付ける。

【０１４４】この接触子１４にはサーマルアンカ１５が
固着されており、そのサーマルアンカ１５の他端は輻射
シールド２に固定されているので、接触子１４が超電導
コイル１に押付けられることにより、輻射シールド２と
超電導コイル１とはサーマルアンカ１５と接触子１４を
介して熱的に接続される。

【０１４５】超電導コイル１の温度が約５０Ｋと高温側
ステージ４ｂの到達温度に達した時点で、駆動部９を逆
駆動し、接触子１４と接触板１７の接触を離脱する。こ
の離脱後は、超電導コイル１は冷凍機４の低温側ステー
ジ４ａによってさらに約５Ｋまで冷却される。

【０１４６】従って、比熱の大きい室温から５０Ｋまで
の冷却に要する時間大幅に短縮できる。

【０１４７】このように上記第３の実施の形態によれ
ば、輻射シールド２に駆動部９を取着したので、上記第
１の実施の形態の作用効果に加えて、真空容器３を貫い
ている構造物がないため、機構も簡単にすることがで
き、室温部から輻射シールド２への熱侵入量を低減させ
る事もでき、断熱性能が向上する。

【０１４８】さらに、上記第１の実施の形態の作用効果
に加えて、輻射シールド２に駆動部９を取着したので、
真空容器３を貫いている構造物がないため、機構も簡単
にすることができ、室温部から輻射シールド２への熱侵
入量を低減させる事もできるので、断熱性能が向上す
る。

【０１４９】又、駆動部９をモータ１８と、このモータ
１８の回転を直線運動に変換する変換部１９とで構成し
たので、安価で構造も簡単にすることができる。

【０１５０】ここで、モータ１８としては電動機、流体
駆動モータ、超音波モータ等があり、特に磁場精度が要
求される超電導マグネットの場合は磁性材料を使用しな
い超音波モータが適している。

【０１５１】なお、上記第３の実施の形態は次の通り変
形してもよい。

【０１５２】図８は本発明の第３の実施の形態における
駆動部９に圧電素子２０を用いた場合の予冷用熱接触機
構の断面図である。

【０１５３】この圧電素子２０は、その一端を固定具２
１を介して輻射シールド２に固定し、他端を取付金具２
２を介して接触子１４に取着している。

【０１５４】このような構成であれば、輻射シールド２
に固定された圧電素子２０によって、接触子１４が超電
導コイル１に押付けられ、輻射シールド２と超電導コイ
ル１はサーマルアンカ１５と接触子１４を介して熱的に
接続されることになる。

【０１５５】上記モータを使用した駆動部９よりも機構
が簡単で発熱も理論上ゼロのため、熱侵入量を低減させ
るためには有効である。

【０１５６】又、電圧を印加して圧電素子２０を変位さ
せるため、機械的振動も発生せず、超電導コイル１を安
定に運転できる。

【０１５７】従って、モータを使用したものよりも機構
が簡単で発熱も理論上のゼロのため、熱侵入量を低減さ
せるためには有効であり、電圧を印加して圧電素子２０
を変位させるため、機械的振動も発生せず、超電導コイ
ル１を安価に運転できる。

【０１５８】次に、本発明の第４の実施の形態について
説明する。

【０１５９】図９は超電導マグネットの予冷用熱接触機
構の断面図である。

【０１６０】この第４の実施の形態は、上記図７の第３
の実施の形態に対し、駆動部９をヘリウムガスで駆動す
る伸縮可能な伸縮容器２３に代えたものである。

【０１６１】この伸縮容器２３は、その一端が輻射シー
ルド２に固定され、他端には接触子１４が固着されてい
る。この伸縮容器２３には真空容器３の外部から伸縮容
器２３にヘリウムガス２４を供給するヘリウムガス供給
管２５が装備されている。

【０１６２】次に、上記の如く構成された超電導マグネ
ットの作用について説明する。

【０１６３】初期冷却時（予冷）には、伸縮容器２３に
ヘリウムガス２４を供給して伸縮容器２３を伸長させ、
接触子１４を接触板１７に押圧する。すると、輻射シー
ルド２から接触子１４へ、伸縮容器２３の熱伝導とヘリ
ウムガス２４の対流熱伝達とにより熱が移動し、接触子
１４、接触板１７を介して超電導コイル１が冷却され
る。

【０１６４】超電導コイル１の温度が約５０Ｋと高温側
ステージ４ｂの到達温度に達した時点で、伸縮容器２３
内のヘリウムガス２４を排気すると、伸縮容器２３のば
ね効果で接触子１４と接触板１７の接触が離脱する。こ
の離脱によって、超電導コイル１は冷凍機４の低温側ス
テージ４ａによってさらに約５Ｋまで冷却される。

【０１６５】このように上記第４の実施の形態によれ
ば、伸縮容器２３の熱伝導とヘリウムガス２４の対流熱
伝達とにより冷却能力を向上でき、比熱の大きい室温か
ら５０Ｋまでの冷却に要する時間を大幅に短縮できる。

【０１６６】さらに、モータのように自己発熱すること
もなく、侵入熱を軽減できる。また、押圧力はヘリウム
ガスの圧力に比例するので、所望の押圧力を容易に得る
ことができる。

【０１６７】ここで、伸縮容器２３の材料としては、熱
伝導率の大きい銅やアルミニウムが好ましい。又、図１
０に示すように第１乃至第３の実施の形態と同様に輻射
シールド２と接触子１４とをサーマルアンカ１５で熱的
に接続しても良い。

【０１６８】次に、本発明の第５の実施の形態について
説明する。

【０１６９】図１１は超電導マグネットの予冷用熱接触
機構の断面図である。

【０１７０】この第５の実施の形態は、上記図９の第４
の実施の形態に対し、接触子１４と接触板１７との接触
構造を異ならせたものである。

【０１７１】輻射シールド２に固定された伸縮容器２３
に結合する可動板２６に複数本のピン２７を装着して接
触子１４を構成し、一方、超電導コイル１に固定された
固定板２９に、ピン２７と着脱可能にする複数本のアダ
プタ２８を装着して接触板１７を構成し、ピン２７と輻
射シールド２、アダプタ２８と超電導コイル１をそれぞ
れサーマルアンカ１５で熱的に接続している。

【０１７２】このような構成であれば、初期冷却時（予
冷）には、伸縮容器２３にヘリウムガス２４を供給して
伸縮容器２３を伸長させ、ピン２７をアダプタ２８に嵌
合させて熱接触させる。

【０１７３】これにより、熱は輻射シールド２からサー
マルアンカ１５、ピン２７、アダプタ２８、を経て超電
導コイル１に移動し超電導コイル１が冷却される。

【０１７４】このように上記第５の実施の形態によれ
ば、熱接触面は複数本のピン２７とそれに着脱可能に嵌
合するアダプタ２８とで構成されているので、確実に面
接触して熱接触抵抗が小さく、効率良く予冷できる。

【０１７５】なお、上記第５の実施の形態では、サーマ
ルアンカ１５を各ピン２７および各アダプタ２８毎に固
着したが、ピン２７およびアダプタ２８をそれぞれ熱伝
導良好な可動板２６又は固定板２９に半田やロー付けで
熱伝導良好に固着し、可動板２６と輻射シールド２、固
定板２９と超電導コイル１とをそれぞれサーマルアンカ
１５で熱的に接続してもよい。

【０１７６】次に、本発明の第６の実施の形態について
説明する。

【０１７７】図１２は超電導マグネットの予冷用熱接触
機構の断面図である。

【０１７８】この第６の実施の形態は、上記図９の第４
の実施の形態に対し、ヘリウムガスに代えて液体窒素ま
たは液体ヘリウム等の冷媒を用いたものである。

【０１７９】伸縮可能な伸縮冷媒容器３０は、その一端
が輻射シールド２に固定され、他端には接触子１４が固
着されている。この伸縮冷媒容器３０には、真空容器３
の外部に設置された冷媒供給系３３から伸縮冷媒容器３
０に液体窒素又は液体ヘリウム等の冷媒を供給する冷媒
供給管３１と、外部の冷媒排出系３４に冷媒を排出する
冷媒排出管３２とが装備されている。

【０１８０】さらに、冷媒排出管３２には、伸縮冷媒容
器３０内を真空置換するための排気系３５が装備されて
いる。

【０１８１】次に、上記の如く構成された超電導マグネ
ットの作用について説明する。

【０１８２】初期冷却時（予冷）には、伸縮冷媒容器３
０に液体窒素を供給して伸縮冷媒容器３０を伸長させ、
接触子１４を接触板１７に押圧する。

【０１８３】これにより、液体窒素の蒸発潜熱で接触子
１４、接触板１７を介して超電導コイル１を冷却でき
る。蒸発潜熱による冷却能力は、冷凍機の高温側ステー
ジ４ｂの冷却能力数１０Ｗに比して数ＫＷにもなるので
冷凍機４単独で予冷するのに比して、８０Ｋまでの予冷
時間を大幅に短縮できる。

【０１８４】この状態で、伸縮冷媒容器３０内の液体窒
素を排出して接触子１４と接触板１７を離脱してもよい
が、さらに伸縮冷媒容器３０を排気系３５で真空排気
し、次に液体ヘリウムを伸縮冷媒容器３０内に供給する
ことにより、超電導コイル１を約５Ｋまで冷却できる。
なお、液体ヘリウム温度まで冷却する場合には、伸縮冷
媒容器３０と輻射シールドの固定は断熱材を介して行
う。

【０１８５】予冷終了後、接触子１４と接触板１７は離
脱し、さらに伸縮冷媒容器３０、冷媒供給管３１及び冷
媒排出管３２内を真空排気することによって、外部から
輻射シールド２へ、輻射シールド２から超電導コイル１
への侵入熱を低減できる。

【０１８６】このように上記第６の実施の形態によれ
ば、伸縮冷媒容器３０に例えば液体窒素あるいは液体ヘ
リウム等の冷媒を供給して伸縮冷媒容器３０を伸長さ
せ、接触子１４を接触板１７に押圧するようにしたの
で、冷媒の蒸発潜熱で超電導コイル１を冷却できる。

【０１８７】従って、冷凍機単独で予冷するのに比し
て、大幅に予冷時間を短縮できる。例えば冷凍機４の冷
却能力に依存せず、２日程度の短時間で超電導コイル１
を所定の温度まで速やかに冷却できる。

【０１８８】なお、伸縮冷媒容器３０を液体ヘリウム用
と液体窒素用別々に装備してもよい。

【０１８９】この場合には、冷媒を真空置換する必要が
なく、かつ冷媒の固化（例えば、液体窒素と液体ヘリウ
ムとを使用する場合は、液体窒素が固化する）による冷
媒供給系の閉塞を防止し、作業が簡素化されて予冷時間
が短縮する。

【０１９０】次に、本発明の第７の実施の形態について
説明する。

【０１９１】図１３は超電導マグネットの断面図であ
る。

【０１９２】この第７の実施の形態は、上記図２３示す
超電導コイル１の支持構造を変えたものである。その他
の構成は、上記図２３に示した従来の超電導マグネット
と同一であるので、同一要素には同一符号を付してその
説明は省略する。

【０１９３】輻射シールド２は、真空容器３から断熱支
持材６で支持され、さらに、超電導コイル１は、輻射シ
ールド２から断熱支持材３６でそれぞれ独立して支持さ
れている。ここで、断熱支持材３６はその材質がカーボ
ンファイバー強化プラスティック（以下、ＣＦＲＰと称
する）で構成されている。

【０１９４】このＣＦＲＰは、室温から約８０Ｋ付近ま
では、４Ｋ時に比して熱伝導率が百から十倍大きいの
で、予冷時には輻射シールド２で超電導コイル１が冷却
される。

【０１９５】一方、４Ｋ運転時にはＣＦＲＰからなる断
熱支持材３６の熱伝導率が小さく、いわゆる熱的なスイ
ッチ機能を有するので、輻射シールド２から超電導コイ
ル１への侵入熱を抑制できる。

【０１９６】従って、構造簡単にして、超電導コイル１
の冷却時間を短縮でき、かつ定常状態の５Ｋでは断熱支
持材として機能する。

【０１９７】次に、本発明の第８の実施の形態について
説明する。

【０１９８】図１４は超電導マグネットの断面図であ
る。

【０１９９】この第８の実施の形態の基本構成は、上記
図２３に示した従来の超電導マグネットと同一であるの
で、同一要素には同一符号を付してその説明は省略す
る。

【０２００】冷媒容器３７は、超電導コイル１と熱的に
接続するように輻射シールド２内に配設されている。こ
の冷媒容器３７には、真空容器３の外部に設置された冷
媒供給系３３から冷媒容器３７に液体窒素又は液体ヘリ
ウム等の冷媒を供給する冷媒供給管３１と、外部の冷媒
排出系３４に冷媒を排出する冷媒排出管３２とが装備さ
れている。

【０２０１】さらに、冷媒排出管３２には、冷媒容器３
７内を真空置換するための排気系３５が装備されてい
る。

【０２０２】次に、上記の如く構成された超電導マグネ
ットの作用について説明する。

【０２０３】初期冷却時（予冷）には、冷媒容器３７に
液体窒素を供給し、冷媒容器３７内の液体窒素の蒸発潜
熱で超電導コイル１を冷却する。

【０２０４】蒸発潜熱による冷却能力は、冷凍機の高温
側ステージ４ｂの冷却能力数１０Ｗに比して数ｋＷにも
なるので、冷凍機４単独で予冷するのに比して、８０Ｋ
までの予冷時間を大幅に短縮できる。

【０２０５】さらに、冷媒容器３７を排気系３５で真空
排気し、次に液体ヘリウムを冷媒容器３７内に供給する
ことにより、超電導コイル１を４．２Ｋまで冷却でき
る。

【０２０６】予冷終了後は、冷媒容器３７、冷媒供給管
３１および冷媒排出管３２内を真空排気することによっ
て、外部から超電導コイル１への侵入熱を低減できる。

【０２０７】このように上記第８の実施の形態によれ
ば、超電導コイル１に熱的に接続された冷媒容器３７
に、外部の冷媒供給系３３から例えば液体窒素や液体ヘ
リウム等の冷媒を供給して超電導コイル１を予冷できる
ので、冷凍機単独で予冷するのに比して、大幅に予冷時
間を短縮できる。これにより冷凍機４の冷却能力に依存
せず、２日程度の短時間で超電導コイル１を所定の温度
まで速やかに冷却できる。

【０２０８】なお、冷媒容器３７を液体ヘリウム用と液
体窒素用別々に装備してもよい。この場合には、冷媒を
真空置換する必要がなく、かつ冷媒の固化（例えば、液
体窒素と液体ヘリウムとを使用する場合は、液体窒素が
固化する）による冷媒供給系の閉塞を防止し、作業が簡
素化されて予冷時間が短縮する。

【０２０９】又、冷媒容器３７と超電導コイル１とはサ
ーマルアンカを介して熱的に接続してもよい。

【０２１０】なお、上記各実施の形態において、上記図
７乃至図１０、及び図１２に示す超電導マグネットの予
冷用熱接触機構における接触子１４及び接触板１７は、
それぞれ上記図３に示すように、これら接触子１４又は
接触板１７の少なくともいずれか一方の接触面に凹凸１
７ａを形成してもよく、又、これら接触板１７又は接触
子１４の各接触面の少なくともいずれか一方に易融合金
１４ａを固着してもよい。

【０２１１】以下、上記第１乃至第８の実施の形態の超
電導マグネットに適用される構造について説明する。

【０２１２】先ず、本発明の第９の実施の形態について
説明する。

【０２１３】図１５は超電導マグネットの断面図であ
る。

【０２１４】この超電導マグネットは、上記第１乃至第
８の実施の形態の超電導マグネットに適用されるもので
ある。この超電導コイル１は、密閉容器４０内にその周
囲をヘリウムガス４１で覆われて保持されている。この
超電導コイル１は、密閉容器４０上部の斜線部に示す冷
却部４２が冷凍機により冷却されたヘリウムガス４１に
よって冷却される。

【０２１５】超電導コイル１と密閉容器４０との間に
は、十分な隙間が開けられた状態で固定されており、密
閉容器４０の上部の冷却部４２で冷却されたヘリウムガ
ス４１が、超電導コイル１の内側の隙間４３ａを下って
超電導コイル１の下方の隙間４３ｂ、同外側の隙間４３
ｃ、上側の隙間４３ｄを通り、再び冷却部４２へ戻ると
いう対流が起こり易くなっている。

【０２１６】このヘリウムガス４１の流れにより超電導
コイル１とヘリウムガス４１との熱伝導率が大きくな
り、冷却性能が向上する。

【０２１７】このように上記第９の実施の形態によれ
ば、超電導コイル１を密封容器４０内に隙間４３ａ〜４
３ｄを設けて保持し、これら超電導コイル１と密封容器
４０内との隙間４３ａ〜４３ｄにヘリウムガス４１を対
流させるので、超電導コイル１のコイル巻線間での熱伝
導が小さくコイルの一部を冷却しても全体が冷えにくい
構造の超電導コイル１でも良く冷却できる。すなわち、
非含浸コイルのようなコイル巻線間での熱伝導が小さく
コイルの一部を冷却しても全体が冷えにくい構造の超電
導コイルでもよく冷える。

【０２１８】特に初期冷却のときにはその効果が大き
く、短時間で冷却することができる。コイルを縦に分割
することにより、ヘリウムガス４１と超電導コイル１と
の接触面積が増加し、その効果はさらに大きくなる。

【０２１９】さらにヘリウムガス４１は、４Ｋ程度では
比熱が大きいので、次に説明する第９の実施の形態での
蓄熱材と同様な効果がある。

【０２２０】冷却時間のうち、ほとんどが室温から１０
０Ｋ付近まで冷却する時間であるので、この温度範囲で
熱容量が桁違いに小さく、しかも４Ｋ付近では逆に桁違
いに大きな比熱を有するヘリウムガス４１は、初期冷却
時には冷却の負担とならず熱伝導率を向上させる効果を
発揮でき、しかも低温では蓄冷材としての効果を示す。

【０２２１】次に、本発明の第１０の実施の形態につい
て説明する。

【０２２２】図１６は超電導マグネットの切断片形状の
主要拡大図である。

【０２２３】この超電導コイル１は、超電導線４４をコ
イル状に巻く工程の途中でシート状の蓄冷材４５をその
層間に巻いたものである。

【０２２４】この蓄冷材４５は、例えばＥｒ３Ｎｉ（エ
ルビニウムニッケル）の材質で形成されている。この層
間に巻くものは、テープ状のものでもよいし、層間では
なく超電導線材に巻いてもよい。この蓄冷材４５は、Ｅ
ｒ３Ｎｉ以外にも、例えばＥｒＮｉ２、Ｅｒ０．４Ｄｙ
０．６Ｎｉ２、ＥｒＮｉ、Ｅｒ０．２Ｄｙ０．８Ｎｉ
２、ＤｙＮｉ２、Ｐｂ、Ｇｄ０．５Ｅｒ０．５Ｒｈ等が
効果である。

【０２２５】一方、図１７は超電導マグネットの切断片
形状の主要拡大図であって、紐状の蓄冷材４６を超電導
線間の隙間に巻き込んだ例を示している。

【０２２６】この蓄冷材４６も上記同様に例えばＥｒ３
ＮｉやＥｒＮｉ２、Ｅｒ０．４Ｄｙ０．６Ｎｉ２、Ｅｒ
Ｎｉ、Ｅｒ０．２Ｄｙ０．８Ｎｉ２、ＤｙＮｉ２、Ｐ
ｂ、Ｇｄ０．５Ｅｒ０．５Ｒｈ等が効果である。

【０２２７】このような構成であれば、超電導コイル１
への通電電流を増加又は減少させるときにＡＣロスが生
じ、超電導コイル１が発熱し、なおかつ、ある速度以上
に速い速度でこの通電電流を増減させても、超電導コイ
ル１の超電導状態が壊れることはなくなる。

【０２２８】超電導コイル１の通電電流を速い速度で増
減できるということは、超電導コイル１の使用範囲が広
がり運転費用も安価になる。

【０２２９】このように上記第１０の実施の形態によれ
ば、超電導コイル１の超電導線間の隙間に蓄冷材４５又
は４６を巻き込んだので、超電導コイル１の通電電流を
速い速度で増減でき、超電導コイル１の超電導状態の壊
れる状態を減少でき、信頼性を向上できる。

【０２３０】すなわち、従来の方法で作製した超電導コ
イル１の一例では１０Ａ／ｓが限度だったのに対し、本
発明の超電導コイル１ではその３倍程度速く通電電流を
増減することができる。同じ通電電流の増減速度で使用
すれば、超電導コイル１の超電導状態が壊れる状態がほ
ぼ皆無と言えるまで減少でき、超電導マグネットとして
の信頼性を大幅に向上できる。

【０２３１】次に、本発明の第１１の実施の形態につい
て説明する。

【０２３２】図１８は超電導マグネットの主要部拡大図
である。

【０２３３】この超電導マグネットは、超電導コイル１
に、蓄冷材パック４７を巻いたもので、上記第９の実施
の形態の効果と同等の効果を奏することができ、かつそ
の施工が容易である。

【０２３４】次に、本発明の第１２の実施の形態につい
て説明する。

【０２３５】図１９は超電導マグネットの主要部拡大図
である。

【０２３６】この超電導マグネットは、超電導コイル１
の表面に短冊状の蓄冷材４８を付設したもので、上記第
１０の実施の形態と同等に超電導コイル１の通電電流を
速い速度で増減でき、超電導コイル１の超電導状態の壊
れる状態を減少でき、信頼性を向上でき、かつその施工
が容易である。

【０２３７】なお、この超電導マグネットは、上記図１
８に示す超電導マグネットと同様に超電導マグネット１
の外側に蓄冷材４８を付設した例を示したが、これに限
らず内側に貼り付けるようにすることも可能である。

【０２３８】又、上記図１８に示す蓄冷材パック４７は
超電導線材と同じ方向に貼り付けているので、蓄冷材パ
ック４７間に隙間がある場合には、隙間にある線材に対
する本発明の効果は低いが、本発明の超電導マグネット
のように短冊状の蓄冷材４８であれば、超電導線材にほ
ぼ垂直方向に貼り付けることができ、蓄冷材間に隙間が
あってもその効果は大きい。

【０２３９】次に、本発明の第１３の実施の形態につい
て説明する。

【０２４０】図２０は超電導マグネットの主要部拡大図
である。

【０２４１】この超電導マグネットは、定常冷却用の冷
凍機４とは別に、この冷凍機４よりも容量の大きな冷凍
機４９を着脱自在に付設したものである。

【０２４２】この大容量の冷凍機４９は、初期冷却時の
み、設置し稼働させ、４０〜５０Ｋ程度まで冷却したと
ころで取り外し、又は熱的に切断できるようになってい
る。この例では、冷凍機４９の高温側ステージ５０に直
接銅製の熱伝導板５１を取り付け、超電導コイル１に取
り付けた熱伝導板５２と接触する構造になっている。

【０２４３】このように第１３の実施の形態によれば、
定常冷却用の冷凍機４よりも容量の大きい冷凍機４９を
超電導コイル１に対して熱的に着脱自在に設け、初期冷
却時に容量の大きい冷凍機４９を超電導コイル１に熱的
に接続し、所定の温度まで冷却したところで容量の大き
い冷凍機４９を熱的に切断するので、設置場所が狭いと
ころでの使用や使用目的の度合いにより連続で冷却した
まま維持する場合には、容量の小さい冷凍機４が１台あ
ればよく、占有面積を狭くし、取り扱いも容易にでき、
さらに維持費も安価になる等の利点がある。

【０２４４】又、頻繁に冷却、昇温を繰り返す使い方
や、初期冷却の時間を短縮したい場合には、予冷用大容
量の冷凍機４９を稼働させることで、より速く冷却する
ことができる。

【０２４５】次に、本発明の第１４の実施の形態につい
て説明する。

【０２４６】図２１は超電導マグネットの切断片形状の
主要拡大図である。

【０２４７】この超電導マグネットは、超電導コイル１
の超電導線４４をコイル状に巻く工程の途中でアルミニ
ウム製シート５３をその層間に巻いたものである。

【０２４８】アルミニウムは、熱伝導率が大きいので、
冷凍機への伝熱量を多くすることができ、超電導コイル
１の外乱による熱の除去や冷却速度性能を向上でき、上
記図１０に示す超電導マグネットに適用すればその効果
を倍増することができる。

【０２４９】なお、アルミニウム製シート５３に限ら
ず、インジウムや鉛、低温半田として使用されるインジ
ウム・鉛合金も効果的である。

【０２５０】このように上記第１４の実施の形態によれ
ば、超電導コイル１の超電導線間に、熱伝導率の大きい
アルミニウム製シート５３を巻き込んだので、冷凍機へ
の伝熱量を多くでき、超電導コイル１の外乱による熱の
除去や冷却速度性能を向上できる。

【０２５１】次に、本発明の第１５の実施の形態につい
て説明する。

【０２５２】図２２は超電導マグネットにおける超電導
コイルの斜視図である。

【０２５３】超電導コイル１の巻枠５４には、複数の穴
５５が開けられている。これら穴５５は、一般に超電導
コイル軸方向に長い長穴やスリットの方が冷却効果が高
い。この例では、巻枠５４を出来るだけ薄く形成したの
で、各穴５５の径５６を巻枠５４の厚さ５７よりも十分
大きくすることができ、冷却効果の高い穴５５にするこ
とができる。

【０２５４】穴５５の径５６又はスリットの長さが巻枠
５４の厚さよりも小さいと巻枠５４の表面を流れるヘリ
ウムガスの流れが十分に超電導コイル表面に当たらず、
穴５５の効果が十分に生きない。

【０２５５】一方、この超電導コイル１の巻枠５４に
は、整流リブ５８が螺旋状に設けられている。

【０２５６】この整流リブ５８は、本来、冷媒の整流を
得ることを目的としているが、この整流リブ５８を付け
ることにより各整流リブ５８間の流量にアンバランスが
生じた場合に、流量の多い部分は乱流となり、流れの抵
抗が増し、アンバランスが解消されるように作用する。
又、乱流は、熱伝導率が大きいので、超電導コイル１全
体の冷却が損なわれることがない。

【０２５７】なお、図２２では整流リブ５８は十分な角
度が得られていないようになっているが、一つの整流リ
ブ５８が巻枠５４を最低一周以上するような角度で付設
することにより、たとえ前述の整流リブ５８間の流量に
アンバランスが生じたままであっても、その間のヘリウ
ムガスによる冷却だけで、超電導コイル１全長に亙って
冷却できる。

【０２５８】超電導コイル１は、円周方向にはその巻線
の熱伝導で十分に冷却されるが、軸方向は非常に熱伝導
の悪い構造となっているので、超電導コイル１全長に亙
ってヘリウムガスが流れると冷却の効果は大きくなる。

【０２５９】さらに、巻枠５４とコイル容器との隙間
が、巻枠５４の板厚よりも大きくしてある。これはヘリ
ウムガスの流量が十分に取れるようにするためである。

【０２６０】この状態で、巻枠５４とコイル容器との隙
間や整流リブ５８間に、乱流促進機構を設けると、巻枠
５４や超電導コイル１とヘリウムガスとの熱伝達がよく
なり、超電導コイル１の冷却がよくなり、信頼性が向上
する。

【０２６１】このように上記第１５の実施の形態によれ
ば、超電導コイル１の巻枠５４に、複数の穴５５又は整
流リブ５８のうちいずれか一方又は両方を形成したの
で、冷却効果を高くでき、冷媒の流量にアンバランスが
生じても、流量の多い部分は乱流となり、流れの抵抗が
増し、アンバランスが解消できる。

【０２６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、冷
凍機直接冷却型超電導マグネットにおいて、冷凍機の冷
却能力を増大させたり、台数を増やさなくても予冷時間
を大幅に短縮でき、かつ定常運転状態での侵入熱を抑制
できる高性能で取扱性に優れた超電導マグネットを提供
することができる。

【０２６３】又、本発明によれば、大幅に予冷時間を短
縮できる超電導マグネットの予冷方法を提供することが
できる。

【０２６４】又、本発明によれば、熱伝導性能を向上さ
せて初期冷却に要する時間をさらに短縮できる超電導マ
グネットを提供することができる。

【０２６５】又、本発明によれば、熱伝導性能を向上さ
せたり熱容量の大きな蓄冷材を付設することにより大き
な熱侵入や急激な発熱でも超電導状態が壊れない超電導
マグネットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる超電導マグ
ネットの縦断面図。

【図２】本発明の第１の実施の形態における予冷用熱接
触機構の一例を示す縦断面図。

【図３】本発明の第１の実施の形態における予冷用熱接
触機構の接触部の一例を示す縦断面図。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係わる超電導マグ
ネットの予冷用熱接触機構の縦断面図。

【図５】本発明の第２の実施の形態における接触子及び
接触板の変形例を示す断面図。

【図６】本発明の第２の実施の形態における接触子及び
接触板の他の変形例を示す断面図。

【図７】本発明の第３の実施の形態に係わる超電導マグ
ネットの予冷用熱接触機構の縦断面図。

【図８】本発明の第３の実施の形態における駆動部に圧
電素子を用いた場合の予冷用熱接触機構の縦断面図。

【図９】本発明の第４の実施の形態に係わる超電導マグ
ネットの予冷用熱接触機構の縦断面図。

【図１０】本発明の第４の実施の形態に係わる超電導マ
グネットの予冷用熱接触機構の変形例を示す縦断面図。

【図１１】本発明の第５の実施の形態に係わる超電導マ
グネットの予冷用熱接触機構の縦断面図。

【図１２】本発明の第６の実施の形態に係わる超電導マ
グネットの予冷用熱接触機構の縦断面図。

【図１３】本発明の第７の実施の形態に係わる超電導マ
グネットの縦断面図。

【図１４】本発明の第８の実施の形態に係わる超電導マ
グネットの縦断面図。

【図１５】本発明の第９の実施の形態に係わる超電導マ
グネットの縦断面図。

【図１６】本発明の第１０の実施の形態に係わる超電導
マグネットの切断片形状の主要拡大図。

【図１７】本発明の第１０の実施の形態に係わる超電導
マグネットの他の例を示す図。

【図１８】本発明の第１１の実施の形態に係わる超電導
マグネットの主要拡大図。

【図１９】本発明の第１２の実施の形態に係わる超電導
マグネットの主要拡大図。

【図２０】本発明の第１３の実施の形態に係わる超電導
マグネットの主要斜視図。

【図２１】本発明の第１４の実施の形態に係わる超電導
マグネットの切断片形状の主要拡大図。

【図２２】本発明の第１５の実施の形態に係わる超電導
マグネットにおける超電導コイルの斜視図。

【図２３】従来の冷凍機直接冷却型の超電導マグネット
の縦断面図。

【符号の説明】

１：超電導コイル ２：輻射シールド ３：真空容器 ４：冷凍機 ４ａ：低温側ステージ ４ｂ：高温側ステージ ５：熱伝導部材 ６ａ，６ｂ，３６：断熱支持材 ７：予冷用熱接触機構 ８：架台 ９：駆動部 ９ａ：軸 １０：ベローズ １１：押圧棒 １２：断熱筒 １３：弾性体 １４：接触子 １４ａ：インジューム １５：サーマルアンカ １６：板ばね １７：接触板 １７ａ：凹凸 １８：モータ １９：変換部 ２０：圧電素子 ２１：固定具 ２２：取付金具 ２３：伸縮容器 ２４：ヘリウムガス ２５：ヘリウムガス供給管 ２６：可動板 ２７：ピン ２８：アダプター ２９：固定板 ３０：伸縮冷媒容器 ３１：冷媒供給管 ３２：冷媒排出管 ３３：冷媒供給系 ３４：冷媒排出系 ３５：排気系 ３７：冷媒容器 ４０：密閉容器 ４１：ヘリウムガス ４２：冷却部 ４３ａ〜４３ｄ：隙間 ４５，４６，４８：蓄冷材 ４７：蓄冷材パック ４９：冷凍機 ５０：高温側ステージ ５１，５２：熱伝導板 ５４：巻枠 ５５：穴 ５８：整流リブ ６０：可動板 ６１：フィンガーコンタクト ６２：接触板 ６２ａ：穴 ６２ｂ：底面 ７０：接触子 ７１：接触板 ７１ａ：テーパー穴 ７２：接触子 ７３：接触板 ７３ａ：穴 ７４：弾性体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 京藤 誠 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 Ｆターム(参考） 4M114 AA02 AA17 AA20 AA22 AA31 AA40 CC03 CC12 CC13 CC16 CC18 DA02 DA07 DA09 DA10 DA12 DA51 DA54 DA55 DB62

Claims (33)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超電導コイルと、この超電導コイルを包
   囲する輻射シールドと、この輻射シールドを包囲する真
   空容器と、この真空容器に取着され前記超電導コイル及
   び前記輻射シールドを冷却する冷凍機とを備えた超電導
   マグネットにおいて、 前記超電導コイルの初期冷却時に前記輻射シールドと超
   電導コイルとを熱的に接触させる予冷用熱接触機構を具
   備したことを特徴とする超電導マグネット。
2. 【請求項２】 前記予冷用熱接触機構は、前記真空容器
   に取着された駆動部と、この駆動部の軸に結合し、前記
   真空容器に対しベローズを介して取着された伸圧棒と、
   この伸圧棒に連結されその他端に前記超電導コイルに固
   定された接触板に対して押圧する接触子が取着され、前
   記押圧棒からの荷重を前記超電導コイルに伝達するため
   の断熱駆動体と、一端が前記輻射シールドに取着され、
   他端が前記接触子に固着されたサーマルアンカーとによ
   り構成されたことを特徴とする請求項１記載の超電導マ
   グネット。
3. 【請求項３】 一端が前記接触子に係合し、他端が前記
   輻射シールドに取着された弾性体を装着したことを特徴
   とする請求項２記載の超電導マグネット。
4. 【請求項４】 前記弾性体は、板バネであることを特徴
   とする請求項３記載の超電導マグネット。
5. 【請求項５】 前記押圧棒と前記断熱駆動体との間に弾
   性体を狭着したことを特徴とする請求項２記載の超電導
   マグネット。
6. 【請求項６】 前記予冷用熱接触機構は、前記真空容器
   に取着された駆動部と、この駆動部の軸に連結されかつ
   前記真空容器に対してベローズを介して進退自在に運動
   するように設けられた可動板と、一端が前記可動板に連
   結されかつ他端に前記超電導コイルに固定された接触板
   に対して押圧する接触子が取着され、前記駆動部から前
   記可動板を介して加わる荷重を前記超電導コイルに伝達
   するための断熱駆動体と、一端が前記輻射シ−ルドに取
   着されかつ他端が前記接触子に固着されたサ−マルアン
   カ−とで構成されたこと特徴とする請求項１記載の超電
   導マグネット。
7. 【請求項７】 前記駆動部の軸と前記可動板の間、又は
   前記可動板と前記断熱駆動体の間の少なくともいずれか
   一方に弾性体を挟着したことを特徴とする請求項６記載
   の超電導マグネット。
8. 【請求項８】 前記予冷用熱接触機構は、前記輻射シー
   ルドに取着された駆動部と、この駆動部に結合し、前記
   超電導コイルに固定された接触板に押圧される接触子
   と、一端が接触子に取着され、他端が前記輻射シールド
   に固定されたサーマルアンカーとにより構成されたこと
   を特徴とする請求項１記載の超電導マグネット。
9. 【請求項９】 前記駆動部は、モータと、このモータの
   回転を直線運動に変換する変換部とで構成されたことを
   特徴とする請求項２、６又は８のうちいずれか１項記載
   の超電導マグネット。
10. 【請求項１０】 前記駆動部は、圧電素子からなること
    を特徴とする請求項８記載の超電導マグネット。
11. 【請求項１１】 前記予冷用熱接触機構は、一端が前記
    輻射シールドに固定され、他端が前記超電導コイルに固
    定された接触板に対して押圧される接触子が固着された
    伸縮可能な伸縮容器と、この伸縮容器に連通し、外部か
    ら前記伸縮容器にヘリウムガスを供給するヘリウムガス
    供給管とにより構成されたことを特徴とする請求項１記
    載の超電導マグネット。
12. 【請求項１２】 前記超電導コイルに固定された接触板
    とこの接触板に接触する接触子との各接触面のうち少な
    くともいずれか一方の接触面に、凹凸が形成されたこと
    を特徴とする請求項２乃至１１のうちいずれか１項記載
    の超電導マグネット。
13. 【請求項１３】 前記超電導コイルに固定された前記接
    触板とこの接触子との各接触面の少なくともいずれか一
    方の接触面に、易融合金を固着したことを特徴とする請
    求項２乃至請求項１１のうちいずれか１項記載の超電導
    マグネット。
14. 【請求項１４】 前記易融合金は、少なくともインジウ
    ム、半田、鉛又は錫のうちいずれかを固着したことを特
    徴とする請求項２乃至１１のうちいずれか１項記載の超
    電導マグネット。
15. 【請求項１５】 前記超電導コイルに固定された前記接
    触板にテーパー状の穴を形成し、かつ前記接触子の外周
    を前記テーパー穴に嵌合するテーパー状に形成したこと
    を特徴とする請求項２乃至請求項１１のうちいずれか１
    項記載の超電導マグネット。
16. 【請求項１６】 前記超電導コイルに固定された前記接
    触板に穴を形成し、かつ前記接触子の外周に前記接触板
    の穴に係合するフィンガーコンタクトを装着したことを
    特徴とする請求項２乃至請求項１１のうちいずれか１項
    記載の超電導マグネット。
17. 【請求項１７】 前記超電導コイルに固定された前記接
    触板に穴を形成し、かつ前記接触子を前記接触板の穴に
    嵌合する円筒状に形成するとともにその周上に先端部が
    開口するスリットを複数本形成したことを特徴とする請
    求項２乃至請求項１１のうちいずれか１項記載の超電導
    マグネット。
18. 【請求項１８】 円筒状に形成された前記接触子の内側
    に拡径機能を有する弾性体を装着したことを特徴とする
    請求項１７記載の超電導マグネット。
19. 【請求項１９】 前記駆動部に結合された可動板に複数
    本のピンを装着して接触子を構成し、前記超電導コイル
    に固定された固定板に前記ピンと着脱可能に嵌合する複
    数本のアダプタを装着して接触板を構成し、前記ピンと
    前記輻射シールド、前記アダプタと前記超電導コイルと
    をそれぞれ直接又は間接に前記サーマルアンカで熱的に
    接続したことを特徴とする請求項８又は１１記載の超電
    導マグネット。
20. 【請求項２０】 超電導コイルと、この超電導コイルを
    包囲する輻射シールドと、この輻射シールドを包囲する
    真空容器と、この真空容器に取着され、前記超電導コイ
    ル及び前記輻射シールドを冷却する冷凍機とを備えた超
    電導マグネットにおいて、 一端が前記輻射シールドに直接又は断熱体を介して固定
    され、他端が前記超電導コイルに固定された接触板に押
    圧される接触子が固着された伸縮可能な伸縮冷媒容器
    と、 この伸縮冷媒容器に連通し、外部から前記伸縮冷媒容器
    に冷媒を供給する冷媒供給管と、 前記伸縮冷媒容器に連通し、この伸縮冷媒容器から冷媒
    を排出する冷媒排出管と、を具備したことを特徴とする
    超電導マグネット。
21. 【請求項２１】 超電導コイルと、この超電導コイルを
    包囲する輻射シールドと、この輻射シールドを包囲する
    真空容器と、この真空容器に取着され、前記超電導コイ
    ル及び前記輻射シールドを冷却する冷凍機とを備えた超
    電導マグネットにおいて、 前記超電導コイルは、前記輻射シールドから熱的なスイ
    ッチ機能を有する支持材により支持されたことを特徴と
    する超電導マグネット。
22. 【請求項２２】 前記支持材は、カーボンファイバー強
    化プラスティックにより形成されたことを特徴とする請
    求項２１記載の超電導マグネット。
23. 【請求項２３】 超電導コイルと、この超電導コイルを
    包囲する輻射シールドと、この輻射シールドを包囲する
    真空容器と、この真空容器に取着され、前記超電導コイ
    ル及び前記輻射シールドを冷却する冷凍機とを備えた超
    電導マグネットにおいて、 前記輻射シールド内に配設された冷媒容器と、 この冷媒容器と前記真空容器の外部に配設された冷媒供
    給系及び冷媒排出系とをそれぞれ連通する冷媒供給管及
    び冷媒排出管とを具備し、 前記冷媒容器と前記超電導コイルとを直接又は熱伝導部
    材を介して熱的に接続したことを特徴とする超電導マグ
    ネット。
24. 【請求項２４】 液体窒素用冷媒容器と液体ヘリウム用
    冷媒容器の少なくとも２種類の冷媒容器を配設したこと
    を特徴とする請求項２３記載の超電導マグネット。
25. 【請求項２５】 請求項２０記載の超電導マグネットに
    おいて、初期冷却時に前記伸縮冷媒容器に冷媒を供給す
    る工程と、 冷却終了後に前記伸縮冷媒容器から前記冷媒を排気する
    工程と、 を有することを特徴とする超電導マグネットの予冷方
    法。
26. 【請求項２６】 請求項２３記載の超電導マグネットに
    おいて、初期冷却時に前記冷媒容器に冷媒を供給する工
    程と、 冷却終了後に前記冷媒容器から前記冷媒を排気する工程
    と、を有することを特徴とする超電導マグネットの予冷
    方法。
27. 【請求項２７】 前記超電導コイルを密封容器内に隙間
    を設けて保持し、これら超電導コイルと密封容器内との
    隙間に冷却媒体を対流させることを特徴とする請求項
    １、１３、１４又は１６記載の超電導マグネット。
28. 【請求項２８】 前記超電導コイルの超電導線間の隙間
    には、蓄冷材を巻き込んだことを特徴とする請求項１、
    ２０、２１又は２３のうちいずれか１項記載の超電導マ
    グネット。
29. 【請求項２９】 前記超電導コイルに蓄冷材パックを巻
    いたことを特徴とする請求項１、２０、２１又は２３の
    うちいずれか１項記載の超電導マグネット。
30. 【請求項３０】 前記超電導コイルの表面に短冊型の蓄
    冷材パックを付設したことを特徴とする請求項１、２
    ０、２１又は２３のうちいずれか１項記載の超電導マグ
    ネット。
31. 【請求項３１】 前記冷凍機よりも容量の大きい冷凍機
    を前記超電導コイルに対して熱的に着脱自在に設け、初
    期冷却時に容量の大きい前記冷凍機を前記超電導コイル
    に熱的に接続し、所定の温度まで冷却したところで容量
    の大きい前記冷凍機を熱的に切断することを特徴とする
    請求項１、２０、２１又は２３のうちいずれか１項記載
    の超電導マグネット。
32. 【請求項３２】 前記超電導コイルの超電導線間に、熱
    伝導率の大きいシートを巻き込んだことを特徴とする請
    求項１、２０、２１又は２３のうちいずれか１項記載の
    超電導マグネット。
33. 【請求項３３】 前記超電導コイルの巻枠に、複数の開
    口部又は整流リブのうちいずれか一方又は両方を形成し
    たことを特徴とする請求項１、２０、２１又は２３のう
    ちいずれか１項記載の超電導マグネット。