JP7409968B2 - 複合材料体およびこれを備える超電導磁石 - Google Patents

Description

本発明は、複合材料体およびこれを備える超電導磁石に関する。

従来、Ｎｂ・Ｔｉ（ニオブ・チタン）等の低温超電導線を使用した超電導磁石の冷却では、液体ヘリウムを利用していた。しかし、最近では、液体ヘリウムが枯渇し、液体ヘリウムの入手が難しくなっている。このため、液体ヘリウムの消費量を抑えるため、超電導磁石に入る侵入熱量を冷凍機の冷凍能力で補った伝導冷却型超電導磁石の開発が進んでいる。

一方、液体ヘリウムで冷却していたＮｂ・Ｔｉより高温で超電導転移が起こる高温超電導のＭｇＢ_２（ニホウ化マグネシウム）がある。ＭｇＢ_２の転移温度は約３９Ｋであり、超電導磁石として動作する温度は約２０Ｋの温度で運転ができる。ＭｇＢ_２は、冷凍機の消費電力を低減できるメリットがあり、今後の超電導磁石用超電導線として有望な材料である。

超電導磁石を適用した装置の中に、粒子線放射医療装置１００（図１４参照）がある。図１４に、従来の回転する超電導磁石と他の磁石を含めた粒子線放射医療装置１００の構造を示す。

図１５Ａに、従来のサイクロトロン１５０の部品である超電導磁石１５０Ａの断面図を示す。図１５Ｂに、従来のサイクロトロン１５０の部品である超電導磁石１５０Ａの側面図を示す。
サイクロトロン１５０の一部に超電導磁石１５０Ａが使われている。
回転支持枠１５２には、サイクロトロン１５０および粒子線の収束偏向手段を取り付けられ、回転自在とされている。軸受１５１（図１４参照）は、回転支持枠１５２に取り付けられるサイクロトロン１５０を水平方向の軸ｊに回転自在に支持している。

図１４に示す粒子線放射医療装置１００では、サイクロトロン１５０を軸ｊを中心に回転させると偏向電磁石１５３、１５４、放射線遮蔽板１５８、ビーム輸送ライン１５５、照射野形成装置１５６が一体となって回転する。照射野形成装置１５６が回転することで、角度を変えて患者のガンに粒子線を照射できる。

また、使用している超電導磁石１５０Ａ(図１５Ａ、図１５Ｂ)は、高速に磁場が変化するので、超電導線と冷凍機間を高熱伝導体の銅部材で接続すると、銅部材内の渦電流による発熱が冷凍機の熱負荷となり、冷凍機の冷凍能力が低下する。そこで、渦電流による発熱量を減らすため高熱伝導部材の代わりに、断面積が小さな銅網線を使用している。
粒子線放射医療装置１００は、超電導磁石１５０Ａの超電導巻線１６１にＭｇＢ_２を採用している。さらに、巻線１６１を冷凍機１６２で冷却し、超電導巻線１６１の冷却用液体ヘリウム容器が不要となっている。

図１５Ａ、１５Ｂに示すように、超電導磁石１５０Ａには、全部で８台の冷凍機１６２を搭載している。冷凍機１６２と一緒に密封構造とした真空容器１６３は内部を真空にして断熱する働きがある。真空容器１６３の外周には鉄ヨーク１６８を設置して漏れ磁場を遮蔽している。真空容器１６３内の熱シールド１６４は、冷凍機１６２の第１冷却部１６５と接続され、その温度が約５０Ｋ以下に保持されている。

超電導巻線１６１を、冷凍機１６２を用いて低温に冷却するため、冷凍機１６２の第２冷却部１６６と超電導巻線１６１との間を銅網線１６７で接続した。しかしながら、銅網線１６７は柔軟性があり、銅網線１６７の自重により銅網線１６７がたるむ。特に、超電導磁石１５０Ａが回転すると銅網線１６７が、柔軟性があるために動いてしまい、銅網線１６７の近傍にある熱シールド１６４に接触してしまう。

銅網線１６７と熱シールド１６４とが接触すると熱シールド１６４が第二冷却部１６６の冷熱で冷える代わりに超電導巻線１６１の温度が２０Ｋ以上に上昇する。このため、超電導巻線１６１の抵抗が大きくなり定格の磁場が得られなくなることが懸念される。なお、超電導巻線１６１（図１５Ａ参照）を支持固定するために、図１５Ｂに示すように、断熱支持体１６９が設けられている。超電導磁石１５０Ａは、架台１７０により垂直な壁に固定されている。

特開２０１０－６４３９７号公報

サイクロトロン１５０のように高速に磁場が変化する装置では比抵抗が小さく熱伝導率が高い金属部材は渦電流発熱により熱負荷が増加する。超電導磁石１５０Ａを冷却する冷凍機１６２にとって熱負荷が増えると冷凍機１６２の冷却性能が低下するため超電導磁石１５０Ａの温度が冷えないことが懸念される。また、回転する超電導磁石１５０Ａと冷凍機１６２間を柔軟性がある銅網線１６７で接続すると銅網線１６７がたわんで超電導磁石１５０Ａ内の高温部との接触により、超電導磁石１５０Ａが冷えない課題がある。

銅網線１６７のたわみを軽減する手法として、特許文献１には、金属と樹脂の複合体およびその製造についての構成が開示されている。しかし、金属と樹脂との間をボルト締結で接続した構造となっているが、樹脂の熱伝導率が小さいために、金属と複合体の接合間の熱抵抗が大きくなってしまう。このため、冷凍機１６２の冷却熱が超電導巻線１６１に効率良く伝達することが困難になっている。
従来の金属と複合材料の接続では、金属表面と複合材料表面とを接触させて重ねて接続するため、複合材料表面の樹脂が低熱伝導率であることから接触部の接触熱抵抗が大きく、熱を効率良く伝達できない課題がある。

本発明は上記実状に鑑み創案されたものであり、たわむことなく熱を効率良く伝達できる複合材料体およびこれを備える超電導磁石の提供を目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の複合材料体は、第一の複合材料体と第二の複合材料体とを有してなる複合材料体であって、一方の端から他方の端まで連続する金属の細線と、前記細線を内部に含んで成形されている樹脂と、前記第一の複合材料体と、前記第二の複合材料体との間に前記複合材料体間の熱伝導を担う伝熱板または網とを備えている。

本発明によれば、たわむことなく熱を効率良く伝達できる複合材料体およびこれを備える超電導磁石を提供することができる。

本発明の実施形態に係る粒子線放射医療装置の構造を示す図。 実施形態のサイクロトロンの一部の部品である超電導磁石の正面図。 サイクロトロンの一部の部品である超電導磁石の図２ＡのＩ－Ｉ断面図。 サイクロトロンの一部の部品である超電導磁石の図２ＡのＩＩ－ＩＩ断面図。 本発明の実施形態に係る複合材料体の樹脂と高熱伝導の伝熱板の鳥観図。 実施形態の複合材料体の内部構造を示す図。 高熱伝導の網を示す図。 実施形態の他例の複合材料体の鳥観図。 実施形態の複合材料体１の第１・第２複合材料体同士の接続構造の正面図。 実施形態の第１・第２複合材料体同士の接続構造の平面図。 直角に接続した第１・第２複合材料体の正面図。 直角に接続した第１・第２複合材料体の平面図。 複合材料体と高熱伝導の接続接手との接続構造の鳥観図。 直角を成す複合材料体と高熱伝導の接続接手との接続構造の鳥観図。 変形例の角付きＵ字状複合材料体を示す図。 変形例の角なしＵ字状複合材料体を示す図。 変形例の角付きＬ字状複合材料体を示す図。 変形例の角なしＬ字状複合材料体を示す図。 変形例のＺ字状複合材料体を示す図。 変形例のＳ字状複合材料体を示す図。 従来の回転する超電導磁石と他の磁石を含めた粒子線放射医療装置の構造を示す図。 従来のサイクロトロンの部品である超電導磁石の断面図。 従来のサイクロトロンの部品である超電導磁石の側面図。

本発明は、低温超電導線または高温超電導線を使用した超電導磁石に好適である複合材料体およびこれを備える超電導磁石に係る。本発明は、冷凍機で超電導磁石を冷却する伝導冷却型超電導磁石に好適であり、被冷却体の超電導巻線と冷凍機との間に接続されるものを含む。

本発明では、高熱伝導体の細線を一端部から他端部まで連続させた高熱伝導体の細線の周りを樹脂で成形した複合材料体を用いる。そして、複合材料体同士を接続する際、複合材料体の接続面を斜めに形成して、両者の斜めに形成した接続面の間に、高熱伝導体の伝熱板を介在させる。そして、形成した接続面の間に圧縮荷重をかけて接触圧を増すことで伝熱性を高める構造とした。

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に、本発明の実施形態に係る粒子線放射医療装置Ｒの構造を示す。
粒子線放射医療装置Ｒは、サイクロトロン５０と、サイクロトロン５０を水平軸ｊ（図１の左右方向の軸）周りに回転させる回転支持枠５２とを具備している。
サイクロトロン５０は、粒子線を患者Ｐの患部に照射するのに適した速度に加速する。

図２Ａに、実施形態のサイクロトロン５０の一部の部品である超電導磁石５０Ａの正面図を示す。図２Ｂに、サイクロトロン５０の一部の部品である超電導磁石５０Ａの図２ＡのＩ－Ｉ断面図を示す。図２Ｃに、サイクロトロン５０の一部の部品である超電導磁石５０Ａの図２ＡのＩＩ－ＩＩ断面図を示す。
サイクロトロン５０の一部には、図２Ａ、図２Ｂに示す超電導磁石５０Ａが使用されている。

回転支持枠５２には、サイクロトロン５０および粒子線の収束偏向手段（５３、５４、５５、５６）が取り付けられている。回転支持枠５２に固定されるサイクロトロン５０は、軸受５１により、水平軸ｊ廻りに回転自在に支持されている。超電導磁石５０Ａは、回転支持枠５２に固定されており、回転する。
サイクロトロン５０から取り出された粒子線が通る経路には、四極電磁石５３、偏向電磁石５４、ビーム輸送ライン５５、照射野形成装置５６が配置されている。

四極電磁石５３は粒子ビームを所定の大きさに収束する。
偏向電磁石５４は粒子ビームの進行方向をビーム輸送ライン５５の延在方向に偏向する。
ビーム輸送ライン５５は粒子線の輸送路を形成している。
照射野形成装置５６は粒子ビームを標的（患者Ｐの患部）に照射する。
放射線遮蔽板５８は、サイクロトロン５０から発生する放射線（粒子線）を遮蔽するものである。超電導磁石５０Ａは、回転支持枠５２に据え付けられ回転軸ｊと回転ローラ６０により回転して、粒子線の向きを変えることができる。

放射線遮蔽壁５９は、サイクロトロン５０および治療室を囲んで形成され、放射線を外部から遮蔽する。
回転支持枠５２は、その外周部にローラ６０が取り付けられ、回転自在に構成されている。
粒子線放射医療装置Ｒは、超電導磁石５０Ａの超電導巻線６１（図２Ｂ、図２Ｃ参照）にＭｇＢ_２を採用している。さらに、超電導巻線６１は冷凍機６２で超電導温度まで冷却する。そのため、巻線６１を超電導温度に冷却するための冷却用液体ヘリウム容器が不要となっている。このため、超電導磁石５０Ａの小型・軽量化が図れている。

図１に示す粒子線放射医療装置Ｒは大きな敷地面積とビル１個分以上の建屋が必要である。そこで、粒子線放射医療装置Ｒに使用される磁石装置の超電導磁石５０Ａの小型化を図ることは、建屋建設費等のイニシャルコストを低く抑えるメリットがあり、重要である。
粒子線放射医療装置Ｒは、患者Ｐを動かさず、粒子線を患者Ｐのガン（標的）に照射させる必要がある。そのため、粒子線を患者Ｐに供給するサイクロトロン５０を回転させる。

サイクロトロン５０が回転すると偏向電磁石５３、偏向電磁石５４、放射線遮蔽板５８、ビーム輸送ライン５５、照射野形成装置５６も一体となって回転する。照射野形成装置５６が回転することで、照射野形成装置５６の患者Ｐに対する角度を変えて患者Ｐのガン（患部）に粒子線を照射できる。

図２Ｂに示すように、超電導磁石５０Ａに使用される超電導巻線６１は、冷凍機６２から冷熱が実施形態の複合材料体１を介して伝達されて超電導温度に冷却されている。金属の細線４を含む複合材料体１を用いることで、超電導磁石５０Ａの回転による細線４の変形を抑制できる。

超電導磁石５０Ａの冷凍機６２（図２Ｂ参照）は、超電導巻線６１を冷却するための２段式の冷凍機である。図２Ａ、図２Ｂに示すように、超電導磁石５０Ａには、全部で８台の冷凍機６２を搭載している。そして、冷凍機６２と一緒に密封構造とされる真空容器６３が設けられている。真空容器６３は中心部に大気の空間が形成される中空円筒形状である。真空容器６３は内部を真空にして断熱する働きがある。真空容器６３の外周には鉄ヨーク６８（図２Ｂ、図２Ｃ参照）が設置されて漏れ磁場を遮蔽している。図２Ｂに示す真空容器６３内の熱シールド６４は、冷凍機６２の第１冷却部６５と接続され、その温度が約５０Ｋ以下に保持されている。

図２Ａ、図２Ｃに示すように、超電導磁石５０Ａに使用される超電導巻線６１は、断熱支持体６９によって支持されている。
＜複合材料体１＞
実施形態の複合材料体１について説明する。
図３に、本発明の実施形態に係る複合材料体１の樹脂２と伝熱板３の鳥観図を示す。図４に、実施形態の複合材料体１の内部構造を示す。複合材料体１の構成を分かり易く説明するために、複合材料体１の外観を図３で示し、複合材料体１の内部構造を図４で示す。図４では、樹脂２の外形状を仮想線（二点鎖線）で表す。

実施形態の複合材料体１は、立体形状の樹脂２と、高熱伝導の平板状の伝熱板３と、高熱伝導の細線４（図４参照）とで形成されている。樹脂２は、極低温装置の複合材料として使用されることから、液体ヘリウム温度（－２７３℃）でも劣化が少なく信頼性が高いエポキシ樹脂が最適である。

高熱伝導の細線４は、立体状の樹脂２の内部に一方端５から他方端６まで埋め込まれている。高熱伝導の細線４は、高熱伝導の網線で形成した細線４でもよい。細線４の材質は、銅、銅合金等が安価で扱い易い。
樹脂２は、高熱伝導の細線４を成形して固化して形成される。これにより、柔軟性に富んでいた高熱伝導の細線４は、樹脂の剛性により自重でも変形しない特性を得ている。樹脂２自体は熱伝導率が小さいため熱を伝達することは難しい。このため、複合材料体１を使って熱を伝達するためには、複合材料体１の細線４を高熱伝導のものを採用することが重要である。

前記したように、冷凍機６２の第１冷却部６５、第２冷却部６６と超電導磁石５０Ａの超電導巻線６１の間の渦電流を抑制するため、高熱伝導の細線４を使用している。しかし、高熱伝導の細線４のみでは剛性が低く、細線４の自重によりたわみが発生する（図１５
Ａの銅網線１６７参照）。そこで、本発明では、高熱伝導の細線４を樹脂で成形して剛性を付与した複合材料体１にすることで、従来の銅網線１６７のたわみ（図１５Ａ参照）を無くすことを可能としている。

高熱伝導の細線４は、複合材料体１の一方端５から他方端６まで連続して、網状に形成されている。細線４は、冷熱を一方端５から他方端６まで伝達する。
ところで、複合材料体１の端部を切断した場合、切断した面には高熱伝導の細線４の切断面が露われる。熱的に言えば、一方端（左端）５の熱は、切断面まで伝達する。また、切断した部分の切断面の熱は他方端（右端）６まで伝わる。

図３、図４に示す複合材料体１の端部を斜めに切断した理由は、斜めに切断することで高熱伝導の細線４の断面が楕円となり、複合材料体１を鉛直に切断した場合よりも断面積を大きくできる。これにより、高熱伝導の伝熱板３との接触面積が増加し、接触がし易くなる利点がある。複合材料体１を切断した切断面５ｃ、６ｃには高熱伝導の細線４の小さな断面が無数にある。

また、細線４周りは樹脂２で覆われており、細線４は一定の間隔で配列されている。切断した切断面５ｃ、６ｃ同士を接合しても細線４が細いために、互いの断面が少しずれた場合、確実に細線４同士が接合することは困難である。ところが、伝熱板３は、連続した面をもつので、切断した複合材料１の内部の細線４が細くても、隙間がない連続した面の伝熱板３と接触することで伝熱板３と細線４との連結が容易に行える。

また、伝熱板３は高熱伝導率の銅や銅合金でできており、その板厚は１ｍｍ以下の薄板でも、伝熱板３の面全体で金属細線４と接触できるので、金属細線４との熱的連結は可能である。
複合材料体１は、第１複合材料体１ａと、第２複合材料体１ｂと、第１・第２複合材料体１ａ、１ｂにそれぞれ接触する高熱伝導の伝熱板３とを備えている。
高熱伝導の伝熱板３は、第１複合材料体１ａと第２複合材料体１ｂとの間で熱を良く伝えるために設置している。高熱伝導の伝熱板３は熱伝導率が高い材料であれば限定されない。伝熱板３は例えば銅板や銅箔が一般に使用され易いが、低温下で熱伝導率が高いインジウムでも使用可能である。インジウムは、熱伝導率が高い銅に比べて熱伝導率が若干低いが、銅より柔らかく変形しやすい性質がある。このため、インジウムは切断された断面に少しの凹凸があってもその凹凸を変形することで吸収するので問題なく金属細線との接合（接触）ができる。

第１複合材料体１ａはその延在方向に対して切断面５ｃで斜めに切断されている。第２複合材料体１ｂはその延在方向に対して切断面６ｃで斜めに切断されている。
伝熱板３は、第１複合材料体１ａと第２複合材料体１ｂとの間で、冷熱の受け渡しを担っているため、切断面５ｃと切断面６ｃとに接触する形状に形成されている。

図４に示すように、第１複合材料体１ａは、立体状の樹脂２ａと、樹脂２ａに埋め込まれ一方端５から切断面５ｃまで形成される網状の細線４ａとを有している。
第２複合材料体１ｂは、立体状の樹脂２ｂと、樹脂２ｂに埋め込まれ切断面６ｃから他方端６まで形成される網状の細線４ｂとを有している。
高熱伝導の伝熱板３は、一方の第１複合材料体１ａの切断面５ｃの網状の細線４ａと、他方の第２複合材料体１ｂの切断面６ｃの網状の細線４ｂとに接触して、一方側の細線４ａと他方側の細線４ｂとの間で熱伝導を行う。

＜網７＞
図５に、伝熱板３の代わりに用いられる高熱伝導の網７を示す。
高熱伝導の網（メッシュ）７は、上述した高熱伝導の伝熱板３の代わりとして用いることができる。高熱伝導の網７の目の大きさは、高熱伝導の細線４の直径の１倍から２倍程度がよい。複合材料体１の高熱伝導の細線４ａ、４ｂと高熱伝導の網７との接続には例えばウッドメタル（低融点半田：融点温度６５℃）を使用することができる。

網７のメシュ構造は金属線と金属線で囲んだ中心には穴がある。また、複合材料体１の内部の細線４は約０．１ｍｍの細い金属線でできているので、金属細線がその穴に入ると金属細線の熱が金属メッシュ（７）に伝達しない場合がある。このとき網（メッシュ）７と細線４との間は真空であるため、熱が細線４と網７との間で伝達しなくなるため熱抵抗が大きい。そこで、網７と細線４とを接続するために、エポキシ樹脂の変形温度（約１３６℃）より低い温度で溶ける低融点はんだを用いる。

低融点はんだの熱伝導率は、エポキシ樹脂より高く熱を伝えやすい。低融点はんだとして例示した融点温度６５℃のウッドメタル等がある。
ウッドメタルのろう付けによる高熱伝導の網７の接続方法は、高熱伝導の伝熱板３と同程度の熱輸送効率が得られる。
樹脂２がエポキシ樹脂の場合、軟化温度が約１３６℃である。従って、融点温度６５℃のウッドメタルを高熱伝導の網７と高熱伝導の細線４との接続に使用しても、融点がエポキシ樹脂の軟化温度の約１３６℃より低いので、エポキシ樹脂の強度に影響を与えることはない。

＜他例の複合材料体１Ａ＞
図６に、実施形態の他例の複合材料体１Ａの鳥観図を示す。
複合材料体１Ａは図３、図４に示した複合材料体１と同様の構成をもつ。
複合材料体１Ａは複合材料体１の斜めに切断された切断面５ｃ、６ｃの角を取り除いた構造である。切断面５ｃ、６ｃの角を無くした理由は、断面積が小さい複合材料体１の角では、対向する角にぶつかったとき破損するおそれがあるからである。そこで、切断面５ｃ、６ｃの角を取り除いて複合材料体１Ａの全体の剛性を上げて、複合材料体１Ａが多少荒っぽく取り扱われても破損しない構造としている。

複合材料体１Ａは複合材料体１Ａａと複合材料体１Ａｂとを具備している。
複合材料体１Ａａの切断面５ｃ１は、凹段部５ｃ２と斜面５ｃ３と垂直面５ｃ４とを有している。複合材料体１Ａｂの切断面６ｃ１は、凹段部６ｃ２と斜面６ｃ３と垂直面６ｃ４とを有している。
複合材料体１Ａａの切断面５ｃ１における凹段部５ｃ２と斜面５ｃ３と垂直面５ｃ４とが、それぞれ複合材料体１Ａｂの切断面６ｃ１における凹段部６ｃ２と斜面６ｃ３と垂直面６ｃ４とに当接して接触して接続される構成である。

複合材料体１Ａａの切断面５ｃ１と複合材料体１Ａｂの切断面６ｃ１との間に、段部と斜面と垂直面とをもつ前記の伝熱板３と同様な高熱伝導の伝熱板、または、前記の網７と同様な高熱伝導の網が設けられる。

＜複合材料体１の接続構造＞
図７Ａに、実施形態の複合材料体１の第１・第２複合材料体１ａ、１ｂ同士の接続構造の正面図を示し、図７Ｂに、実施形態の複合材料体１の第１・第２複合材料体１ａ、１ｂ同士の接続構造の平面図を示す。図７Ｂは、図７Ａを参照しつつ、第１・第２複合材料体１ａ、１ｂの接続構造が把握し易いようしたものである。

図７Ａ、図７Ｂの例は、二つの第１・第２複合材料体１ａ、１ｂの端部を斜めに切断した切断面５ｃと切断面６ｃとの間に高熱伝導の伝熱板３を挟み込み、Ｌ字状の止板９（９ａ～９ｄ）を用いて接合した構成である。
第１複合材料体１ａの接合部にはボルト用の穴８ａ、８ｂが設けられている。また、第２複合材料体１ｂの接合部にはボルト用の穴８ｃ、８ｄが設けられている。このように、複合材料体１には全部で４本のボルト用の穴が設けられる。

第１複合材料体１ａと第２複合材料体１ｂとの接合には、１対のＬ字状の止板９ａ、９ｂと、１対のＬ字状の止板９ｃ、９ｄとが使用されている。
止板９は、一方板とこれに直角に連続する他方板をもつＬ字状に形成されている。
Ｌ字状の止板９には、ボルト用穴１０が全部で４つ設置されている。つまり、止板９の一方板には、２つのボルト用穴１０が形成され、他方板には、２つのボルト用穴１０が形成されている。

止板９ａと止板９ｂとは、第１・第２複合材料体１ａ、１ｂの上面に対向して設置されている。また、止板９ｃと止板９ｄとは、第１・第２複合材料体１ａ、１ｂの下面に対向して設置されている。
第１複合材料体１ａと第２複合材料体１ｂとの接合は、下記のように行われる。
左側の第１複合材料体１ａの上面に設置した止板９ａの２個のボルト用穴１０と、左側の第１複合材料体１ａに設けた２個のボルト用の穴８ａ、８ｂ、そして複合材料体１の下面に設置した止板９ｃの２個のボルト用穴１０に、固定用ボルト１１を挿入し、下側から固定用ナット１２で締め付けて、固定する。

同様にして、右側の第２複合材料体１ｂの上面に設置した止板９ｂの２個のボルト用穴１０と、右側の第２複合材料体１ｂに設けた２個のボルト用の穴８ｃ、８ｄ、そして複合材料体１の下面に設置した止板９ｄの２個のボルト用穴１０に、固定用ボルト１１を挿入し、下側から固定用ナット１２で締め付けて、固定する。
そして、第１・第２複合材料体１ａ、１ｂの上面に設置された二枚の止板９ａ、９ｂの他方板のそれぞれのボルト用穴１０に一対の面圧調整用ボルト１３を左側から挿入し、右側から調整ナット１４で締め付けて固定する。

また、第１・第２複合材料体１ａ、１ｂの下面に設置された二枚の止板９ａ、９ｂの他方板のそれぞれのボルト用穴１０に一対の面圧調整用ボルト１３を左側から挿入し、右側から調整ナット１４で締め付けて固定する。
こうして、ボルト（１１、１３）の締結により、第１・第２複合材料体１ａ、１ｂ間の接触面圧を大きくすることで、接触熱伝達率を向上している。

エポキシ等の樹脂２は金属に比べて剛性が小さい。このため、固定用ボルト１１と固定用ナット１２で挟まれた複合材料体１は大きなトルクで締め付けると樹脂２が破損してしまう。このため、破損に気をつけてトルクを調整する必要がある。
また、高熱伝導の伝熱板３に加わる面圧は面圧調整用ボルト１３と調整ナット１４間のトルクにより面圧を加減調整することが可能であり、樹脂２の破損を起こさないことに留意する。

＜直角に接続した第１・第２複合材料体１ｃ、１ｄ＞
図８Ａに、直角に接続した第１・第２複合材料体１ｃ、１ｄの正面図を示す。図８Ｂに、直角に接続した第１・第２複合材料体１ｃ、１ｄの平面図を示す。
第１複合材料体１ｃと第２複合材料体１ｄとは、それぞれ前記の第１複合材料体１ａと第２複合材料体１ｂと同様な構成をもつ。
第１複合材料体１ｃと第２複合材料体１ｄとは、９０度または約９０度の角度を成している。

第１複合材料体１ｃと第２複合材料体１ｄとが接合する第１複合材料体１ｃの斜めの切断面５ｃ１と、第２複合材料体１ｄの斜めの切断面６ｃ１との間には高熱伝導の伝熱板３が挟み込まれている。
第１複合材料体１ｃと第２複合材料体１ｄとは、３枚の止板９（９ｅ、９ｆ、９ｇ）を用いて固定されている。
第１複合材料体１ｃには、一対のボルト用の穴８ｃ、８ｃが形成されている。また、第２複合材料体１ｄには、一対のボルト用の穴８ｄ、８ｄが形成されている。

止板９ｅには、４つのボルト用穴１０が形成されている。止板９ｆには、４つのボルト用穴１０が形成されている。止板９ｇには、４つのボルト用穴１０が形成されている。
第１複合材料体１ｃと第２複合材料体１ｄとは、下記のように、止板９ｅ、９ｆ、９ｇを用いて固定されている。

図８Ａに示すように、固定用ボルト１１が止板９ｆのボルト用穴１０、第１複合材料体１ｃのボルト用の穴８ｃ、止板９ｅのボルト用穴１０に挿通され、固定用ナット１２で締め付けて、固定している。
固定用ボルト１１が止板９ｇのボルト用穴１０、第２複合材料体１ｄのボルト用の穴８ｄ、止板９ｅのボルト用穴１０に挿通され、固定用ナット１２で締め付けて、固定している。

第１複合材料体１ｃに固定された止板９ｆと、第２複合材料体１ｄに固定された止板９ｇとは、面圧調整用ボルト１３が止板９ｇのボルト用穴１０、止板９ｆのボルト用穴１０に挿通され、調整ナット１４で締め付けて固定している。切断面５ｃ１、６ｃ１の接触面圧をボルト（１１、１３）の締結で増やすことで接触熱伝達を増加させて、伝熱量を増やしている。

図７Ａと図７Ｂに示した接続構造と同じように、高熱伝導の伝熱板３の接触面圧を面圧調整用ボルト１３と調整ナット１４によって調整した後、固定することができる。
この構成によれば、第１複合材料体１ｃと第２複合材料体１ｄとを直角に接続固定できるために方向変更が容易に行え、汎用性の高い複合材料が得られる。

図９、図１０は、これまで複合材料同士の接続構造とは異なり、複合材料体１ｅ、１ｆと高熱伝導の接続接手１５ａ、１５ｂとの接続構造の鳥観図を示している。
＜複合材料体１ｅ、１ｆと高熱伝導の接続接手１５ａ、１５ｂとの接続構造＞
複合材料体１ｅ、１ｆは、それぞれ前記した複合材料体１と同様の構成を有している。

図９に、高熱伝導の接続接手１５ａと複合材料体１ｅとの接続構造の鳥観図を示す。
高熱伝導の接続接手１５ａは、銅、銅合金等の金属が用いられるが高熱伝導であれば他の材料を用いてもよい。
接続接手１５ａには、超電導巻線６１（図２Ｂ参照）等の被冷却体を冷却するために、接続接手１５ａを固定するための被冷却体固定用穴１７が設けられている。
複合材料体１ｅと高熱伝導の接続接手１５ａとの接続は、複合材料体１ｅと高熱伝導の接続接手１５ａとを同一方向につなぎ合わせて接続するために、斜めに切断（形成）した切断面５ｃ２と、斜めに切断（形成）した切断面６ｃ２とを合わせて複合材料体１ｅと接続接手１５ａとを重ねている。

切断面５ｃ２をもつ複合材料体１ｅと、切断面６ｃ２をもつ高熱伝導の接続接手１５ａの接続部には、固定用ボルト穴１６を複合材料体１ｅと接続接手１５ａとにまたがり貫通して形成している。
また、図７Ａに示す固定用ボルト１１を、図９に示す複合材料体１ｅと高熱伝導の接続接手１５ａとに貫通する固定用ボルト穴１６に挿通した後に固定用ナット１２を締結し、複合材料体１ｅと高熱伝導の接続接手１５ａとを固定する。

高熱伝導の接続接手１５ａは、被冷却体（図なし）である超電導巻線６１（図２Ｂ）に設けた接続接手（図なし）に固定して用いる。被冷却体に固定用穴を設ければ、接続接手１５ａの被冷却体固定穴１７を用いて固定できる。

図９に示す高熱伝導の接続接手１５ａは、図３に示す高熱伝導の伝熱板３と同じ働きがあるため、複合材料体１ｅと高熱伝導の接続接手１５ａとの間に高熱伝導の伝熱板３を挟み込むことは不要である。斜めに切削した複合材料体１ｅと高熱伝導の接続接手１５ａとの接合には、高い接触面圧が必要である。
この構成により、複合材料体１ｅを、接続接手１５ａを介して被冷却体に接続できる。

＜直角を成す複合材料体１ｆと高熱伝導の接続接手１５ｂとの接続構造＞
図１０に、直角を成す複合材料体１ｆと高熱伝導の接続接手１５ｂとの接続構造の鳥観図を示す。
複合材料体１ｆと高熱伝導の接続接手１５ｂとのなす角度は、９０°または約９０°である。
複合材料体１ｆは、前記した複合材料体１と同様の構成を有している。

図１０に示す複合材料体１ｆと高熱伝導の接続接手１５ｂと、図８Ａに示す第１複合材料体１ｃと第２複合材料体１ｄとの接触面積との接触面積を比較すると、複合材料体１ｆと高熱伝導の接続接手１５ｂとの接触面積の方が大きい。従って、複合材料体１ｆと高熱伝導の接続接手１５ｂ（図１０参照）の方が、接触面積が大きい分だけ伝導熱量が大きくなるために冷却熱量が大きくなるメリットがある。
複合材料体１ｆの斜めに切断（形成）した切断面５ｃ３と、高熱伝導の接続接手１５ｂの斜めに切断（形成）した切断面６ｃ３との接触部には、４本の固定用ボルト穴１６が貫通して設けられる。

複合材料体１ｆと接続接手１５ｂとの接触面間の接触面圧を高くして維持固定するには、図７Ａと図８Ａに示した場合と同じように面圧調整ボルト１３および調整ナット１４およびその他の固定用の部材が必要である。
この構成では、複合材料体１ｆと接続接手１５ｂとを直角に接続固定できるために方向変更が容易に行え、汎用性高く用いることができる。
以上の構成によれば、複合材料体１ｅ、１ｆと接続接手１５ａ、１５ｂとのそれぞれの接続または複合材料（１ａ、１ｂ）、（１ｃ、１ｄ）、（１Ａａ、１Ａｂ）同士の接続を利用することにより、冷凍機６２の冷熱を効率良く被冷却体に伝達すること可能となる。

また、複合材料（１ａ～１ｆ）の接続面（５ｃ～５ｃ３、６ｃ～６ｃ１）を斜めに切削したことで、高熱伝導の細線４の断面積を大きくした。また、斜めに切断された接続面（５ｃ～５ｃ１、６ｃ～６ｃ１）の間に挟み込んだ高熱伝導の伝熱板３が高熱伝導率の細線４と直接接触する。この構成より、高熱伝導材料同士の接触で接触熱抵抗が低減できるメリットがある。さらに、接触する接続面（５ｃ１～５ｃ３、６ｃ１～６ｃ３）の面圧を高めることにより、接触する接続面（５ｃ１～５ｃ３、６ｃ１～６ｃ３）の接触熱抵抗はさらに小さくなる効果がある。

＜変形例＞
図１１Ａに、変形例の角付きＵ字状複合材料体１ｇを示す。
変形例の角付きＵ字状複合材料体１ｇは、Ｕ字状複合材料体１ｇ１とＵ字状複合材料体１ｇ２とを備える。Ｕ字状複合材料体１ｇ１の斜めに形成される切断面１ｇａと、Ｕ字状複合材料体１ｇ２の斜めに形成される切断面１ｇｂとが前記した伝熱板３または網（メッシュ）７に接触して固定部材（図示せず）を用いて固定されている。

図１１Ｂに、変形例の角なしＵ字状複合材料体１ｈを示す。
変形例の角なしＵ字状複合材料体１ｈは、Ｕ字状複合材料体１ｈ１とＵ字状複合材料体１ｈ２とを備える。Ｕ字状複合材料体１ｈ１の斜めに形成される切断面１ｈａと、Ｕ字状複合材料体１ｈ２の斜めに形成される切断面１ｈｂとが前記した伝熱板３または網（メッシュ）７に接触して固定部材（図示せず）を用いて固定されている。

図１２Ａに、変形例の角付きＬ字状複合材料体１ｉを示す。
変形例の角付きＬ字状複合材料体１ｉは、Ｌ字状複合材料体１ｉ１とＬ字状複合材料体１ｉ２とを備える。Ｌ字状複合材料体１ｉ１の斜めに形成される切断面１ｉａと、Ｌ字状複合材料体１ｉ２の斜めに形成される切断面１ｉｂとが前記した伝熱板３または網（メッシュ）７に接触して固定部材（図示せず）を用いて固定されている。

図１２Ｂに、変形例の角なしＬ字状複合材料体１ｊを示す。
変形例の角なしＬ字状複合材料体１ｊは、Ｌ字状複合材料体１ｊ１とＬ字状複合材料体１ｊ２とを備える。Ｌ字状複合材料体１ｊ１の斜めに形成される切断面１ｊａと、Ｌ字状複合材料体１ｊ２の斜めに形成される切断面１ｊｂとが前記した伝熱板３または網（メッシュ）７に接触して固定部材（図示せず）を用いて固定されている。

図１３Ａに、変形例のＺ字状複合材料体１ｋを示す。
変形例のＺ字状複合材料体１ｋは、Ｚ字状複合材料体１ｋ１とＺ字状複合材料体１ｋ２とを備える。Ｚ字状複合材料体１ｋ１の斜めに形成される切断面１ｋａと、Ｚ字状複合材料体１ｋ２の斜めに形成される切断面１ｋｂとが前記した伝熱板３または網（メッシュ）７に接触して固定部材（図示せず）を用いて固定されている。

図１３Ｂに、変形例のＳ字状複合材料体１ｌを示す。
変形例のＳ字状複合材料体１ｌは、Ｓ字状複合材料体１ｌ１とＳ字状複合材料体１ｌ２とを備える。Ｓ字状複合材料体１ｌ１の斜めに形成される切断面１ｌａと、Ｓ字状複合材料体１ｌ２の斜めに形成される切断面１ｌｂとが前記した伝熱板３または網（メッシュ）７に接触して固定部材（図示せず）を用いて固定されている。
変形例の図１１Ａ～図１３Ｂに示すように、あらかじめＵ字、Ｌ字、Ｚ字、Ｓ字のような形状の複合材料体１ｇ～１ｌを準備できていれば、超電導磁石５０Ａ内の障害物に接触することなく、被冷却体への接続を容易にできるメリットがある。

＜＜その他の実施形態＞
１．前記実施形態では、様々な構成を説明したが、適宜選択して組み合わせてもよい。
２．前記実施形態で説明した構成は、具体例の一つを示したものであり、特許請求の範囲で様々な構成が可能である。

１ 複合材料体
１ａ 第１複合材料体（第一の前記複合材料体）
１ｂ 第２複合材料体（第二の前記複合材料体）
１ｃ 第１複合材料体（９０度または約９０度の角度を成す複合材料体）
１ｄ 第２複合材料体（９０度または約９０度の角度を成す複合材料体）
２ 樹脂
３ 伝熱板
４ 細線
７ 網
５ｃ、６ｃ 切断面（斜めに形成された端部）
５ｃ４ 垂直面（９０度未満の角を除去するように形成）
５ｃ２ 斜めに形成した切断面（斜めに形成された端部）切断面
５ｃ３ 斜めに形成した切断面（なす角度が９０°または約９０°の斜めに形成された端部）
６ｃ２ 斜めに形成した切断面（金属の接続接手の斜めに形成された端部）
６ｃ３ 高熱伝導の接続接手の斜めに形成した切断面（なす角度が９０°または約９０°の金属の接続接手の斜めに形成された端部）
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ ボルト用の穴（ボルト締結機構）
９ 止板（ボルト締結機構）
１０ ボルト用穴（ボルト締結機構）
１１ 固定用ボルト（ボルト締結機構）
１２ 固定用ナット（ボルト締結機構）
１３ 面圧調整用ボルト（ボルト締結機構）
１４ 調整ナット（ボルト締結機構）
１５ 高熱伝導の接続接手
１６ 固定用ボルト用穴（ボルト締結機構）
５０Ａ 超電導磁石
６１ 超電導巻線
６２ 冷凍機

Claims (9)

1. 第一の複合材料体と第二の複合材料体とを有してなる複合材料体であって、
   一方の端から他方の端まで連続する金属の細線と、
   前記細線を内部に含んで成形されている樹脂と、
   前記第一の複合材料体と、前記第二の複合材料体との間に前記複合材料体間の熱伝導を担う伝熱板または網とを備えていることを特徴とする複合材料体。
2. 請求項１に記載の複合材料体において、
   前記伝熱板は、銅、銅合金、またはインジウムで形成されている
   ことを特徴とする複合材料体。
3. 一方の端から他方の端まで連続する金属の細線と、
   前記細線を内部に含んで成形されている樹脂とを備えている複合材料体であって、
   第一の前記複合材料体の斜めに形成された端部と、第二の前記複合材料体の斜めに形成された端部との間に挟んで接合され、当該両複合材料体間の熱伝導を担う伝熱板を備えている
   ことを特徴とする複合材料体。
4. 一方の端から他方の端まで連続する金属の細線と、
   前記細線を内部に含んで成形されている樹脂とを備えている複合材料体であって、
   第一の前記複合材料体の斜めに形成された端部と、第二の前記複合材料体の斜めに形成された端部との間に挟んで設けられ、前記細線に低融点半田でろう付けして接続されている金属の網を備えている
   ことを特徴とする複合材料体。
5. 請求項１または請求項２記載の複合材料体において、
   前記第一の複合材料体の端部の角と前記第二の複合材料体の端部の角を除去して形成されている
   ことを特徴とする複合材料体。
6. 請求項１記載の複合材料体において、
   第一の前記複合材料体と第二の前記複合材料体とのなす角度が９０°または約９０°である
   ことを特徴とする複合材料体。
7. 一方の端から他方の端まで連続する金属の細線と、
   前記細線を内部に含んで成形されている樹脂とを備えている複合材料体であって、
   斜めに形成された端部が、金属の接続接手の斜めに形成された端部と接合されている
   ことを特徴とする複合材料体。
8. 一方の端から他方の端まで連続する金属の細線と、
   前記細線を内部に含んで成形されている樹脂とを備えている複合材料体であって、
   斜めに形成された端部が金属の接続接手の斜めに形成された端部と接合され、
   前記金属の接続接手となす角度が９０°または約９０°である
   ことを特徴とする複合材料体。
9. 請求項３、請求項６、請求項７、または請求項８記載の複合材料体において、
   接合されている面に面圧が加わることが可能なボルト締結機構が設けられている
   ことを特徴とする複合材料体。

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