JPH0198202A - 極低温槽 - 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】 関連出願との関係 この出願は、係属中の米国特許出願通し番号第０９７．
５７２号、第０３３，３２６号、第０３３．４２４号及
び第０３３，３３０号と関係を有する。

発明の背景 この発明は磁気共鳴用磁石に対する極低温槽の放射熱遮
蔽体懸架装置に関する。

極低温槽はその内部を外部の周囲温度状態から熱的に隔
離する様に設計された収容容器である。

希望する程度の熱隔離作用を達成する為、幾つもの巣ご
もり形の容器を用いることが出来る。各々の容器が一連
の温度の１つの温度で作用し、一番内側の容器の内部温
度が一番低温である。内側容器は、輸送時の荷重に十分
耐える頑丈さを持ち、しかも内部容器と外側容器の間の
物理的な接続部の数を少なくして、互いに隔て〜支持す
る必要がある。

一番内側の容器は典型的には超導電磁石を収容するヘリ
ウム容器である。ヘリウム容器が巣ごもり形の２つの熱
遮蔽体に取巻かれている。従来の支持装置では、熱遮蔽
体は、肉厚の薄い繊維硝子管を用い、この管の端を支持
するのにピン及びＵリンクを用いて、外側の真空容器か
ら支持されていた。両方の遮蔽体に対する支持体の張力
を最初に定め、最終的な調節によって再び調整しなけれ
ばならない。極低温槽の組立ては、遮蔽体を支持するの
に多数の部品を必要とする時間のか＼る作業である。

軸方向位置ぎめ装置の１つの方式は、３つの同心の円筒
を使い、内側の円筒の１端を内側容器に接続し、外側の
円筒の１ｍを外側容器に接続する。

中間の円筒が内側及び外側円筒の他端を接続し、２つの
容器の間の熱通路の実効長を長くする。この方式は多数
の部品で構成されること、位置ぎめ装置の円筒を接続す
る結合用の継手がプロセスの影響を受は易く、最後に組
立て誤差又は許容交差の積重ねに対して余り寛容でない
と云う欠点がある。

この発明の実施例では、自己遮蔽形超導電磁石と共に半
径方向懸架装置を用いる。超導電磁石が一番内側の容器
の中に配置されていて、磁気共鳴作像及び分光法に於け
る要めの部品である。超導電磁石が磁石の中孔の中に−
様な磁界を発生して、被検体の原子核を整合させる。自
己遮蔽形磁石では、磁石が外側真空容器に対して不動で
あることが、磁石の磁界の均一性の観点から重要である
。

この外側真空容器が、自己遮蔽形磁石では遮蔽体として
作用する。米国特許節４，５１６．４０５号に記載され
ている様な従来の懸架装置は、外側真空容器の垂直及び
水平中心線に対して対称的ではない。この様に対称性が
ない結果、温度の５′Ｆと云う小さな変・化によって外
側真空容器に起る熱膨張の結果として、超導電磁石を収
容した容器の軸方向中心線が、外側真空容器の軸方向中
心線に対してかなりの量だけ移動する惧れがある。

この発明の目的は、必要な部品が少なく、組立て時間が
短縮される遮蔽体支持装置を提供することである。

この発明の目的は、輸送時の荷重に耐える十分な強度を
持つと共に、部品が少ない軸方向ストラップ懸架装置を
提供することである。

この発明の別の目的は、製造時の許容公差の組立て誤差
を吸収し、疲労荷重サイクルの性能が改善された軸方向
ストラップ懸架装置を提供することである。

この発明の別の目的は、輸送時の荷重に耐える位の強度
があるが、熱伝導並びに放射熱の漏れを少なくする為に
、極低温槽に対する物理的な接続部を出来るだけ少なく
した半径方向懸架装置を提供することである この発明の別の目的は、自己遮蔽形磁石に使う懸架装置
として、温度変化による、遮蔽体に対する磁石の動きを
最小限に抑えた懸架装置を提供することである。

発明の要約 この発明の一面では、極低温槽の巾に円筒形ヘリウム容
器を同心°に配置した磁気共鳴用磁石に対する極低温槽
を提供する。極低温槽内には、ヘリウム容器を取巻いて
第１の円筒形遮蔽体が配置される。複数個の管状支柱が
ヘリウム容器の円形端面と第２の遮蔽体の両方に固定さ
れる。管状支柱は円周方向に相隔たっていて、ヘリウム
容器の端の遮蔽体と平行に半径方向に伸びる。支柱が第
２の遮蔽体をヘリウム容器から隔てＮ支持する。板子段
が、第１の遮蔽体の円形端面に沿って円周方向に相隔た
り、この端面に固定されている。板は、第１の遮蔽体の
端面と平行に半径方向に伸び、第２の遮蔽体の内側の円
形端面に固定され、第１の遮蔽体を第２の遮蔽体から隔
てＮ支持する。

この発明の一面では、極低温槽が、外側の閉じた円筒形
真空容器と、この真空容器の内側に配置されたヘリウム
容器とで構成される。ヘリウム容器の外面には、ヘリウ
ム容器の中心を通る水平平面上に配置された、半径方向
に伸びる４つのトラニオンがある。トラニオンが、ヘリ
ウム容器の軸方向の中心平面に対して、ヘリウム容器の
両側に対称的に相隔たっている。４本のストラップの夫
々の１端が４つのトラニオンの夫々１つの周りにループ
状に通される。各々のストラップの他端が真空容器の円
形端面に回転自在に固定され、ある端面に一番近いトラ
ニオンからの２本のストラップがこの端面に固定される
。

この発明の一面では、極低温槽が、閉じた円筒形真空容
器と、この真空容器の内側に配置されたヘリウム容器と
で構成される。ヘリウム容器はその夫々の円形面上に４
つの取付は支持体を持ち、上側部分に２つの支持体があ
り、下側部分に２つの支持体がある。８本のストラップ
を用い、この内の４本のストラップの夫々の１端が、ヘ
リウム容器の各々の端面にある各々の取付は支持体に回
転自在に取付けられる。ヘリウム容器の垂直中心線の片
側にある上側取付は支持体からの１本のストリップ及び
下側取付は支持体からの１本のストリップの他端が接近
する向きに伸びるが、出会い又は交差せず、真空容器の
中心を通る水平平面の上下で回転自在に固定される。ヘ
リウム容器の両方の面上で垂直中心線の反対側にある上
側取付は支持体からの１本のストラップ及び下側取付は
支持体からの１本のストラップの他端が、互いに接近す
る向きに伸びるが、出会い又は交差せず、真空容器の中
心線を通る水平平面の上下で回転自在に固定される。各
々の面上のストラップが、真空容器及びヘリウム容器の
円形端面と平行である。

ストラップはヘリウム容器の垂直及び水平軸線に対して
対称的に配置されている。この半径方向懸架装置は、極
低温槽の温度が変化する時、真空容器の軸方向中心線に
対して、ヘリウム容器の軸方向中心線を移動させない。

この発明の容器は特許請求の範囲に具体的に且つ明確に
記載しであるが、この発明の目的及び利点は、以下図面
について好ましい実施例を説明する所から、更によく理
解されよう。

図面全体にわたって、同様な部分には同じ参照数字を用
いているが、第１図及び第２図に磁気共鳴用極低温槽１
１が示されている。密閉された軸方向の中孔１５を持つ
外側の閉じた円筒形の真空容器１３が、８０にの閉じた
円筒形の熱遮蔽体１７を取巻いている。２０にの閉じた
円筒形の熱遮蔽体２１及び磁石を収めた閉じた円筒形の
ヘリウム容器２３が８０に遮蔽体の内側に巣ごもりにな
っている。８０に遮蔽体、２０に遮蔽体及びヘリウム容
器は何れもその中を通る密閉された軸方向の中孔を持っ
ている。８０Ｋ及び２０に遮蔽体は何れもアルミニウム
の様な非磁性の熱伝導材料で作られていて、夫々第３図
及び第４図に全体が示されている。遮蔽体の円形端面が
ボルト２７によってアルミニウム・リング２５に固定さ
れ、このリングが、第３図及び第４図に示す様に、円筒
形遮蔽体の端に溶接されている。ヘリウム容器２３はア
ルミニウムの様な非磁性の熱伝導材料で作られていて、
第５図に全体が示されている。ヘリウム容器の円形端面
が円筒上の所定位置に溶接される。強磁性遮蔽体として
も作用する真空容器１３が圧延軟鋼板で作られており、
軸方向の中孔部分１５が非磁性のステンレス鋼で構成さ
れている。

圧延軟鋼板の代りにインゴット鉄を使ってもよい。

真空容器の圧延鋼板の端面がステンレス鋼の中孔１５及
び圧延鋼板の円筒形の殻体の所定位置に溶接される。強
磁性遮蔽体の鋼の全ての溶着部は真空漏れがない様にし
なければならない。遮蔽体の内面は、真空中での脱ガス
を少なくする為に、防錆剤で処理する。脱ガスを少なく
するのに有効な防錆剤の被覆は、シールド・エアーφコ
ーポレーションから入手し得るボンドＲ１１２３５及び
コンテツクである。この代りに、遮蔽しない実施例では
、真空容器全体を非磁性のステンレス鋼で製造すること
が出来る。

次に第２図、第６図、第７図及び第９図について、極低
ｌΔｌ槽の内側にあるヘリウム容器の半径方向支持装置
を説明する。ヘリウム容器２３が８本の繊維補強プラス
チック複合体の支持ストラップ３１により、真空容器１
３内で半径方向に支持される。４つのストラップがヘリ
ウム容器２３の夫々の円形面にある。エポキシ・マトリ
クス中の繊維の容積割合を６０％にした一方向繊維を主
力とする複合体を選択することにより、繊維補強プラス
チック複合体のストラップに要求される熱的な性能及び
疲労乃命の性能を達成する。繊維は強い強度と大きい弾
性率、及び極低温に於ける低い熱伝導度を持つべきであ
る。この用途にとって適切な繊維材料は、アルミナ、黒
鉛、炭化シリコーン及びＳ−硝子である。好ましい実施
例のストラップは、カリフォルニア州のストラクチュラ
ル・コンポジッツ・インダストリーズ社から入手し得る
ＳＣＩ−ＲＥＺ−０８１硝子エポキシ材料を含浸したＳ
−２繊維硝子の細長いループとして形成されている。ヘ
リウム容器の夫々の端にある４本のストラップ３１は同
じ平面内にあって、円筒形の真空容器１３の円形端面と
平行である。ヘリウム容器の夫々の端にあるストラップ
は、外側真空容器の中間平面に対して対称的に配置され
ている。

各々のストラップが、Ｕリンク３５に保持されたピン３
３から伸びる。Ｕリンク３５がねじ棒４１によって、ヘ
リウム容器２１の面に溶接されたブロック３７に固定さ
れる。ねじ棒４１の１端がＵリンク３５に螺合し、他端
がブロック３７内の開口を通って、ナツト４３及びロッ
クナツトによって固定される。ストラップ３１の他端が
、真空容器１３内の凹部に枢着された球形支持体４５の
上を通る。この球形支持体が旋回して、ストラップを正
しく整合させ、こうして製造部品の変動を補償する。こ
の正しい整合により、ストラップがその幅にわたって−
様に支持されることが保証され、こうして最大の疲労寿
命が得られる。Ｕリンク、ねじ棒及び球形支持体は、非
磁性材料、好ましくはステンレス鋼で製造される。ブロ
ック３７は非磁性材料、好ましくアルミニウムで製造さ
れる。

軟鋼のカバー４７が真空容器の開口に溶接され、真空状
態を保持する。ヘリウム容器の各々の端にある４本のス
トラップ３１の夫々が、水平平面と４５＠の角度を成す
。ヘリウム容器の円形の各々の端で、２本のストラップ
がヘリウム容器の頂部の近くに係止され、２本が底部の
近くで係止される。頂部のストラップは水平平面より４
５°の角度だけ下方に伸び、底部のストラップは水平平
面より上方に４５＠の角度で伸びる。ヘリウム容器の一
方の面にある１本の底部のストラップ及び１本の頂部ス
トラップが真空容器を水平中間平面の近くで通りぬけ、
ヘリウム容器の一方の面にある他方の頂部のストラップ
及び他方の底部のストラップが反対側で水平平面の近く
で真空容器を通りぬける。どのストラップも交差しない
。ストラップ３１が２０Ｋ及び８０Ｋａ蔽体の開口をも
通る。

ストラップ３１は何れも編んだ銅ケーブル５１゜５３に
よって夫々２０Ｋ及び８０に遮蔽体をヒート・ステーシ
ョンとし、室温を持つ真空容器１３から伝わる伝導によ
る熱を遮る。ヒート・ステーション作用をするストラッ
プ５１．５３を持つ１つの支持ストラップ３１が第８図
に示されている。

ヒート・ステーション作用をするストラップ５１゜５３
が、ストラップ３１の長さに沿った場所で、伝熱性エポ
キシにより、複合体ストラップ３１のループの両側に固
定される。ストラップ５１，５３は、編組の孔を通るリ
ベットにより、遮蔽体に固定される。ブロック３７に設
けられたナツト４３の調節により、ストラップの張力が
変わる。半径方向支持体が対称的に配置されることによ
り、外側真空容器が小さな温度変化を受けた時、ヘリウ
ム容器の軸方向中心線が外側真空容器の軸方向中心線に
対して動かないことが保証される。外側真空容器がヘリ
ウム容器内の磁石に対する自己遮蔽作用を行ない、作像
に必要な磁石の中孔に於ける−様な磁界の均質性を保と
うとすれば、２つの中心線の間の相対運動を許すことが
出来ないから、これは重要なことである。

次に第６図、第７図及び第１０図を参照して、極低温槽
内のヘリウム容器２３の軸方向支持装置を説明する。ヘ
リウム容器２３が真空容器１３から、４本の裏金ストラ
ップ５５によって軸方向に支持される。ストラップ５５
は、ヘリウム容器を半径方向に支持する場合と同じ材料
の細長いループとして形成されるが、半分の幅である。

ストラップ５５が、円筒形ヘリウム容器の中心を通る水
平平面に沿って伸びる。４本のストラップ５５の各々の
１端がその周りをストラップ５５が通る４本のピン５７
の内の１つのピン５７によって支持され、ストラップ５
５がその周りを通る。ピンがＵリンク６１に保持されて
おり、このＵリンクがねじ棒６３に固定されている。２
本のストラップに対するねじ棒が、真空容器の一方の円
形面を通り、ナツト６５及び図面に示してないロックナ
ツトがねじ棒６３に螺合し、張力を調節する。残り２本
のストラップに対するねじ棒が真空容器の反対側の円形
面を通り、同様に固定されている。ストラップ５５は、
ヘリウム容器から半径方向に伸びる、キャップ形フラン
ジつきの４つのトラニオン６７の内の１つに、各々のス
トラップの他端をループ状に通すことによって、ヘリウ
ム容器に接続される。トラニオン６７は、円筒の中心を
通る水平平面上にあり、円筒の中心平面の両側にある２
つのトラニオンが、軸方向に対称的に配置されている。

中心平面の夫々の側に於けるトラニオンの軸方向の位置
は、ストラップを取付けた後、ヘリウム容器の熱収縮に
よってストラップに加えようとする予備荷重の大きさに
よって決定される。

トラニオンが中心線から離れ＼ば離れる程、円筒の中心
に向う収縮が一層大きくなる。支持ストラップ５５が２
０Ｋ及び８０に遮蔽体の開口を通り、夫々編んだ銅ケー
ブル７１．７３によって２０Ｋ及び８０に遮蔽体をヒー
ト・ステーションとしている。ストラップ７１．７３が
、ストラップの長さに沿った場所で、複合体ストラップ
５５のループの両側に取付けられる。第１１図には、ヒ
ート−ステーション作用をするストラップ７１．７３を
持つ軸方向支持ストラップ５５が示されている。

ヒート・ステーション作用をするストラップがリベット
によって遮蔽体に固定される。Ｕリンク６１及びトラニ
オン６７を用いた接続により、ストラップ５５が回転出
来る様にし、これによって製造時の変動を補償する。

８０に遮蔽体１７は管状支柱７５により、ヘリウム容器
２３から半径方向に支持される。支柱７５は圧縮状態に
あって、ヘリウム容器の各々の円形面上の３個所で、ヘ
リウム容器に溶接されたアルミニウム・ブロック７４に
固定されている。支柱は各々の端に内ねじを持ち、それ
からねじ棒が伸びている。１本の支柱が各々の面の上面
から垂直方向に伸び、２０に遮蔽体を通り８０に遮蔽体
に固定されている。他の２本の支柱７５が、互いに並び
に垂直の支柱から等間隔で、ヘリウム容器の各々の面に
取付けられていて、２０に遮蔽体を通り、ｇｏＫｉ蔽体
に画体される。２本の支柱が水平に対して大体４５″の
角度をなし、遮蔽体の中心を通る水平平面の直ぐ下で、
５ｏＫｉ蔽体に固定される。各々の支柱７５が編んだケ
ーブル７６によって２０に遮蔽体をヒート−ステーショ
ンとする。ａｏＫｉ蔽体が画体７図に示す様に、容器の
１端にだけ配置された２本の支柱７７により、軸方向に
支持される。この支柱がヘリウム容器の円形面にねじ棒
によって固定され、２０に遮蔽体′を通り、支柱７７の
端から伸びるねじ棒に螺合する２個のナツトにより、軸
方向支持カバー７８に固定される。支柱７７は編んだケ
ーブル７９により、２０に遮蔽体をヒート・ステーショ
ンとする。

全ての支柱７５．７７は熱伝導度の小さい非磁性材料で
構成され、両端に内ねじを持つ肉厚の薄いＧ−１ＯＣＲ
硝子繊維管であることが好ましい。

第７図について説明すると、２０に遮蔽体２１が６本の
非磁性支持体によって８０に遮蔽体１７から支持される
。これらの支持体は熱伝導度が小さく、上下に取付は孔
を持つ０／９０硝子工ポキシ積層体のＧＩＯ繊維繊維板
子板８０成されることが好ましい。各々の板が、２０　
Ｋ遮蔽体の円形面から伸びるアルミニウム・ブロック８
１にナツトとボルトによって固定される。板の他端が８
０に遮蔽体の内側にあるスペーサ・ブロック８３内に固
定される。ブロック８１．８３は、板８０が遮蔽体の円
形面と平行に伸びる様に保証する。各々の端にある３つ
の板８０が円周方向に互いに等間隔であって、１つの板
が８ＱＩ（ｉ画体の底から第７図に示す２０に遮蔽体の
底まで垂直に伸びる。

ボルト孔の間で測った板の半径方向の長さは、冷却した
時のアルミニウムの２０Ｋ及び８０に遮蔽体の相対的な
収縮を埋合せて、板に対する応力を減少する様に調節さ
れる。板は軸方向の支持作用を持つ位に厚手である。

ストラップ３１．５５及び支柱７５に対する各々のねじ
取付は個所には、２つの部材からなる整合外れワッシャ
３８が使われている。これらのワッシャは非磁性材料、
好ましくはステンレス鋼で製造され、製造部品の変動に
よる整合外れを補償する。こういうワッシャは、ストラ
ップ及び支柱が正しく整合して取付けられる様に保証し
、こうして組立て時に支持体に損傷を招く惧れのある荷
重が加わらない様にする。ワッシャは５°まで回転する
ことが出来る。

複合体の支持ストラップ３１．５５及び支柱７５．７７
のヒート・ステーションを設けたことにより、複合体ス
トラップ及び支柱に沿った温度分布を変えることが出来
る。ストラップ及び支柱の熱伝導度が、−層低い温度で
は一層小さくなり、ストラップ及び支柱の一部分のヒー
ト・ステーショ、ン作用によって、−層低い温度では、
他の場合よりも一層長い、ストラップの長さにわたって
温度を一層低くするから、ストラップ及び支柱を介して
伝導する熱が減少する。熱を遮り、それを遮蔽体に方向
転換することにより、ヘリウム容器に対する熱伝導を更
に減少する。

第１２図に超導電磁石８５がヘリウム容器内にある状態
が示されている。真空容器の外側に設けられる、第１図
に示した充填管８７を介して、ヘリウム容器に途中まで
液体ヘリウムを充填する。

充填ポート８６が充填管８７に結合され、この管が８０
に遮蔽体、２０に遮蔽体を通り、第３図、第４図及び第
５図に示す様に、ヘリウム容器の下側部分に入込む。第
１２図について説明すると、超導電ワイヤの巻線９１が
非磁性の円筒形コイル巻型９３の外側の周りに直接に張
力を加えて巻装されている。この巻型には別々の主コイ
ルを受入れる溝が加工されている。第１２図には、６個
の別々の主コイルが示されている。巻型は繊維硝子で製
造することが好ましい。設けるコイルの数は、磁石の中
孔に希望する所定の作像容積にわたる磁界の一様性によ
って変わる。磁界の一様性を一層高くしようとすれば、
−層多くのコイルが必要である。鋳物又は鍛造品を変更
するのに比べて、繊維硝子の巻型に溝を加工するのは簡
単である為、コイルの数を増やすことによって、磁石の
中孔に於ける磁石の磁界の一様性を容易に改善すること
が出来、しかも製造コストの増加は極く僅かである。

主コイルは巻型の１端から他端まで逐次的に巻装するこ
とが好ましく、コイルを直列に接続するが、更に複雑な
巻装順序も容易に用いることが出来る。第１２図乃至第
１５図について説明すると、円周方向の溝は、厚さ０．
００５乃至０．０１０吋のポリテトラフルオロエチレン
（ＰＴＦＥ）テープ９５の様な減摩材料の薄膜で内張す
され、超導電ワイヤの巻線９１とコイル巻型の間に摩擦
の小さい界面を作る。この代りに、コイル巻型の表面に
ＰＴＦＥ又は２硫化モリブデン彼覆を適用して、超導電
ワイヤと接触させてもよい。

超導電ワイヤは、典型的には矩形断面を持つ裸線であっ
て、銅のマトリクスに超導電体のフィラメントを埋設し
たもので構成することが出来る。

超導電ワイヤは、ノメックスのレース巻テープ９５の様
な耐熱性の芳香族ポリアミド繊維のレース巻テープを約
５０％を覆う様に、螺旋形に巻付けることによって電気
絶縁する。この時、ワイヤの表面の半分が、磁石の動作
中、液体ヘリウムと接触し、核発生プールの沸騰によっ
て冷却される。

超導電体の安定性は、ワイヤの動きによる摩擦発熱があ
った場合、超導電体のフィラメントから銅のマトリクス
へ電流が移る時の液体ヘリウムへの熱散逸によって決定
される 磁石を付勢する時、各々のコイルに対する電磁的な負荷
により、半径方向外向きの力が加わり、これと共にコイ
ルを磁石の中心平面へ引き付ける軸方向の力が働く。フ
ィルの軸方向の力が、円周方向の溝の肩によって支えら
れる。半径方向の力は、超導電ワイヤのフープ張力と、
大部分はステンレス鋼のワイヤの重ね巻９７によって部
分的に支えられる。ワイヤの重ね巻は、絶縁耐力の大き
い材料の薄いシート１０１により、コイルの外面から隔
てられている。この材料は、液体ヘリウム温度でもその
性質を保っている。誘電体材料としては、繊維硝子のシ
ート又は積層プラスチックを使うことが出来る。シート
１０１は、このシートを所定位置に配置する前に、コイ
ルの方を向く面に軸方向の溝１０３が加工される。シー
トは円周方向に２個又は３個の部材として適用すること
が出来る。前と同じく、超導電ワイヤ９１と接触するシ
ート１０１の面にＰＴＦＥの内張り１０５を使う。シー
ト１０１は半径方向に伸びるスペーサ１０７により、コ
イルの溝の壁から軸方向に隔てられる。スペーサが、隣
合ったスペーサの間にシー）１０１の軸方向の溝に対す
る通気通路を作る。

スペーサ１０７は繊維硝子材料で構成される。シート１
０７にある軸方向の溝が、磁石のクエンチングがあった
場合、コイルの内側から隣合ったスペーサの間の通気通
路へ、ヘリウム蒸気を逃がす。

重ね巻９７は、超導電ワイヤ９１を普通の動作中に支持
する為だけでなく、磁石のクエンチング状態の際、過渡
的な発熱の結果として、超導電体のターンが座屈して互
いに乗り上げない様に拘束する為にも、張力を加えて巻
装される。例えば、０．５Ｔの磁石で、コイル巻型の内
径が４６．５吋、外径が５０　１層８吋である時、超導
電体の巻線は３０ボンドの張力で巻装し、これに対して
重ね巻は４０ポンドの張力で巻装する。

繊維硝子の巻型９３は弾性率が超導電体９１及び重ね巻
９７に比べて小さいので、超導電体及び重ね巻に十分な
張力を加えて、電磁的な負荷が加わった時、コイルが巻
型から離れるのを防止することが出来る。更に、繊維硝
子の巻型は、巻型の繊維を巻装する方向を制御すること
により、超導電体及び重ね巻の両方よりも、円周方向の
熱収縮が一層小さくなる様に巻装する。繊維硝子の巻型
は、エポキシで湿潤したＥ硝子の繊維硝子フィラメント
を用いて、心棒に巻装した。９０′のループを形成する
円周方向の巻線層に続いて、何れも＋４５°の層及び−
４５″の層で構成された４層が続き、その後円周方向の
巻線層が来て、更にその後生及び−４５″の４層が続く
と云う巻線パターンを、所望の厚さが達成されるまで用
いた。その結果、巻線及び重ね巻の張力は、−層低い温
度で増加して、超導電磁石を付勢した時、コイルと巻型
が離れるのを更に防止する。

重ね巻が電磁的にコイルに対して密結合であるから、ク
エンチング状態の際、コイルのエネルギのかなりの部分
が、重ね巻の循環電流によって散逸される。この為、コ
イルの重ね巻が、クエンチングの際の磁石保護回路とし
て作用する。クエンチングの際、重ね巻回路の誘起電流
の分布を一様にする為、初め及び終りの導線は、巻型に
固定した２つの板１１１，１１３の間で、第１２図に示
す様に電気的に短絡しなければならない。これらの板は
、真鍮の様な非磁性材料で製造されるが、重ね巻のワイ
ヤの交差する両端を、ワイヤの直径より小さい予め形成
した溝の中にしっかりと圧縮する。板１１１，１１３は
ねじ結合部材によって互いに締付けられている。各々の
主コイルに対するステンレス鋼の重ね巻は、短絡した１
ターンに電気的に相当するものである。

一体の遮蔽体を用いると、極低温槽の外側容器１３がＭ
Ｒ磁石の強磁性遮蔽体として作用する。

極低温槽の形状が極低温条件及び真空条件によって決定
されるから、超導電の主巻線は、強磁性遮蔽体が存在す
る状態で磁界の均質性が最大になる様に合成しなければ
ならない。第１６図には、遮蔽体１３の一部分が、主コ
イル９１の位置、並びに磁界の高い一様性を希望する中
孔の中心の容積に対して示されている。非磁性放射遮蔽
体１７゜２１、ヘリウム容器２３及び支持体は、それら
が存在しても、磁界の決定には影響しないので、図面に
示してない。極低温槽の外側容器が強磁性遮蔽体として
作用する様な１体遮蔽形の磁気共鳴用磁石を製造する工
程が第１７図に示されている。

最初に、ブロック１２３に示す様に、極低？ＦＡ槽の条
件並びに極低温槽の外側真空容器の真空条件に基づいて
、遮蔽体の形を決定する。ブロック１２５で、所望の磁
界強度を持つ磁石に対する主コイルの数、その軸方向及
び半径方向の位置並びにアンペアターン数の最初の近似
を選ぶ。この最初の近似は、同じ磁界強度を持つ磁石に
対する空心の設計であってよい。ブロック１３１で、デ
ィジタル拳イクイップメントーカンパニイによって製造
されるＶＡＸの様なコンピュータによる有限要素アルゴ
リズムによる主コイル及び鉄の遮蔽体の有限要素解析を
行ない、第１６図の容積１２７で示す様な、磁石の中孔
内の高い一様性を持つ容積に於ける関心のある種々の点
に於ける軸方向の磁束密度を決定する。この有限要素ア
ルゴリズムが、鉄の遮蔽体の磁化をも決定する。判定ブ
ロック１３３で、軸方向の磁束密度の高い一様性を持つ
容積内に於ける種々の点の間のピークｐｐｍ誤差を検査
して、幾らかでも改善があるかどうかを調べる。ｐｐｍ
誤差が最小値に達しなければ、ブロック１３５で、遮蔽
体の磁化を球面調和関数の球数展開を行なって、磁界の
一様性が高い容積１２７内の関心が持たれる各点に於け
る遮蔽体の軸方向磁束密度の寄与を決定する。特定され
た軸方向の磁束密度から、遮蔽体の軸方向の磁束密度に
対する寄与を減算して、コイルによる所望の寄与を決定
する。所望の寄与は、を限要素解析によって決定された
軸方向の磁束密度ではなく、例えば０゜５テスラと云う
、特定された軸方向の磁束密度を使うから、実際の寄与
ではない。ブロック１３７で、特定された軸方向の磁束
密度から、計算による鉄の寄与を減算することによって
決定された鉄の寄与の近似を考慮に入れる為に、主コイ
ルの設計を変更する。繰返しニュートン・ラフソンの方
式を用いて、コイルの合成を行なう。この合成の自由度
は、コイルの対の数の２倍である。これは、各々のコイ
ルの対に２つの自由度、すなわち半径方向の位置は一定
であるが、可変の軸方向の位置とアンペアターン数か、
又はアンペアターン数は一定であるが、可変の軸方向の
位置と半径方向の位置が許されるからである。空間内の
任意の所定の点に於ける軸方向磁束密度ＢＺをビオサバ
ールの法則を用いて計算する。関心のある容積内に−様
な磁界を達成する為、関心のある容積内に、自由度の数
と同じ数の点を選び、これらの点に於ける軸方向磁束密
度を特定する。その後、希望に応じて、半径方向の位置
は一定であるが、軸方向の位置とアンペアターン数又は
アンペアターン数が一定であるが、可変の軸方向の位置
と半径方向の位置と云うコイルの対のパラメータをニュ
ートン・ラフソンの方式を用いて決定する。−旦計算機
で適当なアルゴリズムを使ってコイルの再合成が行なわ
れたら、ブロック１３１で、コイル及び−定の鉄の遮蔽
体の形状の有限要素解析を再び実施する。鉄の寄与を再
び近似し、コイルを再合成して、再合成されたコイル及
び一定の鉄の遮蔽体の形状に対して有限要素解析を適用
した時、判定ブロック１３３で、関心のある容積内の計
算された磁界のピークｐｐｍにそれ以上の改善が認めら
れないと判るまで行なう。ブロック１４１の次の工程は
、一番新しい再合成に従ってコイルを製造し、その後ブ
ロック１４３に示す様に、コイルを１体の遮蔽体の中に
位置ぎめすることである。

第１図、第３図、第４図及び第５図について説明すると
、２０Ｋ及び８０に遮蔽体は、ヘリウム容器２３からの
ヘリウムの蒸発によって冷却される。これが、軸方向に
前後に動きながら、各々の遮蔽体の周りを円周方向に通
気配管１５７が通ってから、極低温槽の外側に達する様
にする蛇行通路を通る間、熱を吸収した後に、通気口１
５５を介して真空容器の外へ逃がされる。第６図及び第
７図には充填及び通気配向を示してない。第１図及び第
１８図について説明すると、２段の極低温冷却器によっ
て余分の冷却作用が行なわれる。内部の動作部品を取除
いた極低温冷却器のハウジング１６１が示されている。

この２段形極低温冷却器を、動作中、２つの遮蔽体１７
．２１に結合して、極低温槽１１の熱的な性能を改善す
る。極低温冷却器の取付は方が、基部の近くにある真空
容器の１端の近くにある場合を示しであるが、任意の向
きにすることが可能であり、装置を一体化することが容
易になる。極低温冷却器は、直結界面を用いて極低温槽
に結合される。極低温冷却器の低温ヘッド・ハウジング
が２つのヒート・ステーション１６３，１６５を持ち、
これらを取付けられた極低温冷却器が夫々８０Ｋ及び２
０にの温度に保つ。低温ヘッド・ハウジングが極低温槽
１１の真空空間内に直接的に取付けられている。極低温
冷却器のハウジング１６１のフランジ１６７が真空容器
に溶接され、低温端が極低温槽の真空内に来る様にする
。極低温冷却器のハウジングにあるヒート・ステーショ
ン１６３，１６５が、夫々可撓性の編んだ銅ケーブル１
６９，１７１を介して熱放射遮蔽体１７．２１に直結に
なっている。

ケーブル１６９．１７１は、磁石の輸送の間、並びに熱
収縮の結果として、遮蔽体と極低温冷却器の低温ヘッド
・ハウジングの間の相対運動が出来る様にしながら、熱
抵抗を最小限に抑える様な寸法である。

編んだケーブル１７１の１端が極低温冷却器のヒート中
ステーション１６５に溶接され、編んだケーブルの他端
が遮蔽体２１にボルト締めになっている。従って、合計
の熱界面の抵抗は、溶着部、編んだケーブル及びボルト
締め継目の抵抗で構成される。電子ビーム溶接を使うこ
とにより、銅の編組がヒート−ステーションに実質的に
溶着し、熱接触抵抗を除く。低温端ハウジングを収容す
る為、８０に遮蔽体の一部分は、遮蔽体を切取って、低
温端を挿入する為の場所を作るアダプタ片１７３を遮蔽
体１７に溶接することによって変更する。

ヒート・ステーション１６３がケーブル１６９に溶接さ
れる。ケーブル１６９が、アダプタ１７３にボルト締め
になっているリング形アダプタ１７５に溶接される。好
ましい実施例で使う編んだケーブル１７１は所要の可撓
性、並びに熱コンダクタンスを最大にする為の銅の長さ
と実効断面積の比が得られる様に、小さいワイヤ寸法（
ＡＷ１３６）で作られる。ボルト締め継目に於ける遮蔽
体と編組の間の圧力は、ボルトの数を単に増やすことに
よって、強めることが出来る。この為、界面の熱的な性
能は、最小限のコストで、同等余計な複雑化を伴わずに
制御することが出来る。

極低温槽と極低温冷却器の間で共通の真空を使い、極低
温冷却器のハウジングのフランジを真空容器に溶接する
ことにより、真空の漏れの惧れが最小限になる。ヘリウ
ム容器は大きな極低温ポンプ面を持ち、これは真空空間
内に空気又は湿気があれば、それを凍結させ、極低温槽
、従って極低温冷却器内に高真空を保つ助けになる。極
低温冷却器の修理又は手入れが必要になった時、極低温
冷却器の内部部品をハウジング１６１から取出しても、
真空を壊すことはない。

極低温槽を組立てる際、軸方向支持ストラップは夫々キ
ャップつきフランジ６７を持つ１つのトラニオンの上に
ループ状に通す。ヒート・ステーション作用をするスト
ラップ７１を２０に遮蔽体に固定する。磁石８５を収容
したヘリウム容器２３を、真空容器１３内にある２つの
遮蔽体１７゜２１の内側に配置する。８０に容器には、
第９図及び第１０図に見られる多層絶縁物１７７を巻付
ける。遮蔽体及び真空容器の円形の端は未だ所定位置に
ない。ヒート・ステーション作用をするストラップを固
定した半径方向支持ストラップ３１を真空容器内の開口
から挿入し、球形支持体４５によって保持する。半径方
向ストラップが８０Ｋ及び２０に遮蔽体の開口を通り、
ヘリウム容器の円形面に溶接されたブロック３７にスト
ラップが固定される。半径方向支持ストラップの張力を
調節し、ヘリウム容器を真空容器内で中心合せする。

この発明の設計は、ヘリウム容器を直接観察することが
出来る様になっているから、ヘリウム容器がその周囲の
円筒に囲まれていて、ヘリウム容器の位置を確認する為
にプローブを使わなければならない様な支持装置よりも
、位置ぎめが一層容易で一層確実である。管状支柱７５
がヘリウム容器のブロック７４に固定され、２０に遮蔽
体を通り、その他端がｓｏＫｍ蔽体に画体される。半径
方向支持ストラップ３１のヒート・ステーションを持つ
ストラップ５１．５３が２０Ｋ及び８０に遮蔽体に固定
される。管状支柱のヒート・ステーション作用を持つス
トラップ７６が２０に遮蔽体に固定される。半径方向ス
トラップが通る遮蔽体の開口が、アルミ化マイラーの様
な熱反射材料の薄いシート１８１によって閉じられる。

軸方向支柱７７がヘリウム容器の円形の１端に固定され
る。２０に遮蔽体の円形端板がねじ２７によってリング
２５に固定され、半径方向ストラップが円形の端の開口
を通り、軸方向支柱７７が一方の円形の端を通抜ける。

ヒート・ステーション用ケーブル７９が２０に遮蔽体に
固定される。

熱反射材料のシート１８１が、２０に遮蔽体を通る各々
のストラップの周りに配置される。スペーサ・ブロック
８３が８０に遮蔽体の内側に固定され、板８０がそれに
取付けられる。編んだケーブル１７１が、極低温冷却器
のヒート・ステーション１６５に溶接されているが、こ
れが２０に遮蔽体２１にボルト締めされる。

多層の絶縁物１７７で覆われたｌｌｌ０Ｋ遮蔽体の円形
の端が、８０に遮蔽体の夫々の端に固定される。軸方向
支柱７７が軸方向支持体のカバー７８に固定される。軸
方向支持ストラップ５５のヒート・ステーション作用を
するケーブル７３が、８ｔ）Ｋ遮蔽体の円形の端に固定
される。極低温冷却器の界面のアダプタ片１７５が所定
位置に固定される。真空容器の円形の端が所定位置に溶
接され、軸方向支持ストラップの張力を調節する。カバ
ー６５．４７を所定位置に溶接し、この後真空容器を真
空に引くことが出来る。

この発明で使う半径方向及び軸方向の複合ストラップ支
持装置は、ヘリウム容器に液体ヘリウムを満たし、２０
Ｋ及び８０に遮蔽体が通常の動作温度にある時、その設
計張力を持つ様に設計されている。極低温槽は、真空容
器を真空に引いて、低温で輸送される。然し、現場での
作業中、極低温槽の破損が起って、極低温槽を工場に戻
す必要が起ることがある。複合ストラップ支持装置は、
極低温槽が動作温度にない時でも、容器を支持する様に
作用することが出来、疲労荷重が支持装置の設計寿命に
悪影響を及ぼすことがない。

遮蔽体に対する懸架装置により、同等張力調節を必要と
せずに、板を単にボルト締めによって所定位置に固定す
ることにより、−層容易に組立てが出来る。

然し、半径方向支持ストラップの相互の向きは重要であ
る。極低温槽の軸方向中心線に対して何れも垂直な９０
″離れた２本の軸線（これらは必ずしも垂直軸線及び水
平軸線ではない）の間の対称性が保たれている限り、ス
トラップの全体としての形は縦軸線の周りに回転するこ
とが出来る。

以上は、必要な部品の数が少なく、組立て時間が短縮さ
れる様な遮蔽体支持装置を説明したものである。

上に説明したのは、輸送時の荷重に耐える位の頑丈さが
あるが、部品が少ない、磁気共鳴用磁石に対する軸方向
ストラップ懸架装置である。この軸方向ストラップ懸架
装置は製造時の許容公差の積重ねの誤差を吸収し、疲労
荷重サイクルの性能が改善されている。

更に、輸送時の荷重に耐える位の頑丈さがあるが、熱伝
導及び放射熱の漏れを少なくする為に、極低温槽に対す
る物理的な接続部を出来るだけ少なくした、半径方向極
低温槽懸架装置を説明した。

この半径方向極低温槽懸架装置は、温度変化による、遮
蔽体に対する磁石の動きを最小限に抑える為に、１体遮
蔽形の磁石に使うのに適している。

この発明を好ましい実施例について説明したが、この発
明の範囲内で種々の変更が可能であることは明らかであ
る。従って、特許請求の範囲は、この発明の範囲内に含
まれるこの様な全ての変更を包括するものであることを
承知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の磁気共鳴作像用極低温槽の斜視図、 第２図は第１図の端面断面図、 第３図は磁気共鳴作像用極低温槽の８０に放射熱遮蔽体
の斜視図、 第４図は磁気共鳴作像用極低温槽の２０に熱遮蔽体の斜
視図、 第５図は磁気共鳴作像用極低温槽のヘリウム容器の斜視
図、 第６図は第１図の磁気共鳴作像用極低温槽の１端の一部
分を切欠いた斜視図、 第７図は第１図の磁気共鳴作像用極低温槽の他端の一部
分を切欠いた斜視図、 第８図はこの発明のヒート・ステーション作用をする編
んだケーブルを持つ半径方向支持ストラップの斜視図、 第９図は磁気共鳴用極低温槽に於けるヒート・ステーシ
ョン作用をするケーブルの取付は方及び半径方向懸架ス
トラップの１端の取付は方を示す一部分を切欠いた斜視
図、 第１０図は極低温槽の部分的な断面図で、軸方向支持装
置の一部分を示す。 第１１図はこの発明のヒート・ステーション作用をする
２本の編んだケーブルを持つ軸方向支持ストラップの斜
視図、 第１２図は第５図の一部分を切欠いた断面図で、この発
明による超導電磁石巻線を示す。 第１３図は超導電ワイヤ及びステンレス鋼の重ね巻ワイ
ヤを所定位置に配置した磁石巻線支持体の部分的な、軸
線に対して垂直な断面図、第１４図は超導電ワイヤを持
つが、ステンレス鋼の重ね巻を持たない場合の磁石巻線
支持型の一部分を半径方向の断面図、 第１５図は部分的な重ね巻テープを持つ超導電ワイヤの
一部分の斜視図、 第１６図は１体の遮蔽体として作用する真空容器、磁石
巻線、及び所望の磁界の一様性が高い容積の相対的な位
置を示す極低温槽の断面図、第１７図は１体の遮蔽体を
持つＭＲ磁石を作る工程を示すブロック図、 第１８図は極低）ｎ冷却器との界面を示す極低温槽の断
面図である。 主な符号の説明 １３：真空容器 ２３：ヘリウム容器 ３１．５５：支持ストラップ ３３．５７：ピン ４１．６３：ねじ棒

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．外側の閉じた円筒形真空容器と、 該真空容器の内側にある内側の円筒形ヘリウム容器と、 ４本のストラップとを有し、 前記ヘリウム容器の外面には、該ヘリウム容器の中心を
   通る水平平面上に半径方向に伸びる４つのトラニオンが
   設けられており、該トラニオンはヘリウム容器の軸方向
   中心平面に対して、ヘリウム容器の両側に対称的に相隔
   たっており、 各々のストラップの１端が前記４つのトラニオンの夫々
   １つの周りにループ状に通され、各々のストラップの他
   端が前記真空容器の円形端面に回転自在に固定され、あ
   る端面に一番近いトラニオンからの２本のストラップが
   該端面に固定されている極低温槽。
2. ２．前記ヘリウム容器を取巻く様に極低温槽内に配置さ
   れた第１の円筒形遮蔽体と、 該第１の遮蔽体を取巻く様に極低温槽内に配置された第
   ２の円筒形遮蔽体と、 前記ヘリウム容器の円形端面及び第２の遮蔽体の両方に
   固定された複数個の管状支柱と、 前記第１の遮蔽体の各々の円形端面の外側の周囲に円周
   方向に相隔たって該端面に固定された板手段とを有し、 前記管状支柱が円周方向に相隔たって、前記ヘリウム容
   器の端の遮蔽体と平行に、前記第２の遮蔽体まで半径方
   向に伸び、該支柱が前記第２の遮蔽体を前記ヘリウム容
   器から隔てゝ支持し、前記板手段が、前記第１の遮蔽体
   の端面と平行に半径方向に伸びていて、第２の遮蔽体の
   内側の円形端面に固定され、前記第１の遮蔽体を前記第
   ２の遮蔽体から隔てゝ支持している請求項１記載の極低
   温槽。
3. ３．前記真空容器の内側にあるヘリウム容器が該ヘリウ
   ム容器の夫々の円形端面にある４つの取付け支持体を持
   ち、２つの支持体は上側部分にあり、２つの支持体が下
   側部分にあり、更に ８本のストラップを有し、該ストラップの内の４本の夫
   々の１端が前記ヘリウム容器の各々の端面にある各々の
   取付け支持体に取付けられ、前記ヘリウム容器の両方の
   面上で垂直中心線の片側にある下側の取付け支持体から
   の１つのストラップの他端が互いに接近する向きに伸び
   るが、出会い又は交差せず、真空容器の中心を通る水平
   平面の上下で固定されており、前記ヘリウム容器の両方
   の面上で垂直中心線の反対側にある上側取付け支持体か
   らの１つのストラップ及び下側取付け支持体からの１つ
   のストラップの他端が互いに接近する向きに伸びるが、
   出会い又は交差せず、前記真空容器の中心線を通る水平
   平面の上下で回転自在に固定され、各々の面にあるスト
   ラップは真空容器及びヘリウム容器の円形端面と平行で
   あり、前記ストラップはヘリウム容器の垂直軸線及び水
   平軸線の周りに対称的に配置されていて、極低温槽の温
   度が変化する時、真空容器の軸方向中心線に対してヘリ
   ウム容器の軸方向中心線を動かさない半径方向懸架装置
   となる様にした請求項１又は２記載の極低温槽。
4. ４．各々の構成ストラップに固定されて、ストラップの
   長さに沿った予定の部分を各々の放射遮蔽体に接続する
   ヒート・ステーション作用を持つコネクタを有し、こう
   して真空容器からの熱の流れをヘリウム容器に達する前
   に遮ることが出来る様にした請求項１、２又は３記載の
   極低温槽。
5. ５．ヒート・ステーション作用をもつコネクタが、伝熱
   性エポキシによって複合体ストラップに固定されると共
   にリベット結合部材によって放射遮蔽体に固定された編
   んだ金属のケーブルで構成されている請求項４記載の極
   低温槽。
6. ６．ストラップが、一方向が主力の繊維で補強されたプ
   ラスチックで構成される請求項１乃至５記載の極低温槽
   。
7. ７．トラニオンがキャップ又はフランジを有する請求項
   １乃至６記載の極低温槽。
8. ８．ストラップが、該ストラップが通るピンを保持する
   Ｕリンクによって、真空容器の円形端面に軸方向に調節
   自在に固定されており、ねじ棒がＵリンクと係合し、真
   空容器の円形端面を通抜ける請求項１乃至７記載の極低
   温槽。
9. ９．真空容器が強磁性材料で作られている請求項１乃至
   ８記載の極低温槽。