JPH0335806B2 - - Google Patents

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【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
097572号、第033326号、第033424号及び第033330
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、互いに隔てゝ支持する必要が
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、最終的な調節によつ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ゝる作
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１端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
セスの影響を受け易く、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一様な磁界を発生し
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。米国特許第4516405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〓と云
う小さな変化によつ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
ツ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ツ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、極低温槽の中に円筒形ヘ
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つていて、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ゝ支持する。板
手段が、第１の遮蔽体の円形端面に沿つて円周方
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の遮蔽体から隔てゝ支持す
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
対称的に相隔たつている。４本のストラツプの
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。各々のストラツプの他端
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
ツ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つの取付け支持体を持ち、
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本のストラツプを用い、この
内の４本のストラツプの夫々の１端が、ヘリウム
容器の各々の端面にある各々の取付け支持体に回
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け支持体からの１本のス
トリツプ及び下側取付け支持体からの１本のスト
リツ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け
支持体からの１本のストラツプ及び下側取付け支
持体からの１本のストラツプの他端が、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ツプが、真空
容器及びヘリウム容器の円形端面と平行である。
ストラツ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
つ明確に記載してあるが、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。

発明の詳しい説明 図面全体にわたつて、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１１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、80Kの閉じた円筒形の熱遮蔽体１７
を取巻いている。20K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80K遮蔽体の内側に巣ごもりになつてい
る。80K遮蔽体、20K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
つている。80K及び20K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によつてアルミニウ
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
りにインゴツト鉄を使つてもよい。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・コーポレーシヨンから入
手し得るボンドRI1235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、極低温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ツク複合体の支持ストラツプ
３１により、真空容器１３内で半径方向に支持さ
れる。４つのストラツプがヘリウム容器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
スチツク複合体のストラツプに要求される熱的な
性能及び疲労寿命の性能を達成する。補強は強い
繊維と大きい弾性率、及び極低温に於ける低い熱
伝導度を持つべきである。この用途にとつて適切
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ツ
プは、カリフオルニア州のストラクチユラル・コ
ンポジツツ・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
ツプ３１は同じ平面内にあつて、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ツプは、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
ストラツプが、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によつ
て、ヘリウム容器２１の面に溶接されたブロツク
３７に固定される。ねじ棒４１の１端がＵリンク
３５に螺合し、他端がブロツク３７内の開口を通
つて、ナツト４３及びロツクナツトによつて固定
される。ストラツプ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、ストラツプを正
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、ストラツプがその幅
にわたつて一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。ブロツク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本のストラツプ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本のストラツ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。頂部のストラツプは水平平面より45°の角度
だけ下方に伸び、底部のストラツプは水平平面よ
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本の底部のストラツプ及び１本の
頂部ストラツ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
の頂部のストラツプ及び他方の底部のストラツプ
が反対側で水平平面の近くで真空容器を通りぬけ
る。どのストラツプも交差しない。ストラツプ３
１が20K及び80K遮蔽体の開口をも通る。

ストラツプ３１は何れも編んだ銅ケーブル５
１，５３によつて夫々20K及び80K遮蔽体をヒー
ト・ステーシヨンとし、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
シヨン作用をするストラツプ５１，５３を持つ１
つの支持ストラツプ３１が第８図に示されてい
る。ヒート・ステーシヨン作用をするストラツプ
５１，５３が、ストラツプ３１の長さに沿つた場
所で、伝熱性エポキシにより、複合体ストラツプ
３１のループの両側に固定される。ストラツプ５
１，５３は、編紐の孔を通るリベツトにより、遮
蔽体に固定される。ブロツク３７に設けられたナ
ツト４３の調節により、ストラツプの張力が変わ
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、ヘリウム容器の時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
孔に於ける一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本の複合ストラツプ５５によつて軸方向に
支持される。ストラツプ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
ツプ５５が、円筒形ヘリウム容器の中心を通る水
平平面に沿つて伸びる。４本のストラツプ５５の
各々の１端がその周りをストラツプ５５が通る４
本のピン５７の内の１つのピン５７によつて支持
され、ストラツプ５５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本のストラツプ
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ツクナツ
トがねじ棒６３に螺合し、張力を調節する。残り
２本のストラツ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
トラツプ５５は、ヘリウム容器から半径方向に伸
びる、キヤツプ形フランジつきの４つのトラニオ
ン６７の内の１つに、各々のストラツプの他端を
ループ状に通すことによつて、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、ストラツプを取付けた後、ヘ
リウム容器の熱収縮によつてストラツプに加えよ
うとする予備荷重の大きさによつて決定される。
トラニオンが中心線から離れゝば離れる程、円筒
の中心に向う収縮が一層大きくなる。支持ストラ
ツプ５５が20K及び80K遮蔽体の開口を通り、
夫々編んだ銅ケーブル７１，７３によつて20K及
び80K遮蔽体をヒート・ステーシヨンとしてい
る。ストラツプ７１，７３が、ストラツプの長さ
に沿つた場所で、複合体ストラツプ５５のループ
の両側に取付けられる。第１１図には、ヒート・
ステーシヨン作用をするストラツプ７１，７３を
持つ軸方向支持ストラツプ５５が示されている。
ヒート・ステーシヨン作用をするストラツプがリ
ベツトによつて遮蔽体に固定される。Ｕリンク６
１及びトラニオン６７を用いた接続により、スト
ラツプ５５が回転出来る様にし、これによつて製
造時の変動を補償する。

80K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
は圧縮状態にあつて、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・ブロツク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、20K遮蔽体を通り80K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、20K遮蔽体を通り、
80K遮蔽体に固定される。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、80K遮蔽体に固定される。
各々の支柱７５が編んだケーブル７６によつて
20K遮蔽体をヒート・ステーシヨンとする。80K
遮蔽体が、第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
棒によつて固定され、20K遮蔽体を通り、支柱７
７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、20K遮蔽体
をヒート・ステーシヨンとする。全ての支柱７
５，７７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−10CR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、20K遮蔽体２１が
６本の非磁性支持体によつて80K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、上下に取付け孔を持つ０／90硝子エポキシ積
層体のG10繊維硝子板８０で構成されることが好
ましい。各々の板が、20K遮蔽体の円形面から伸
びるアルミニウム・ブロツク８１にナツトとボル
トによつて固定される。板の他端が80K遮蔽体の
内側にあるスペーサ・ブロツク８３内に固定され
る。ブロツク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つ
て、１つの板が80K遮蔽体の底から第７図に示す
20K遮蔽体の底まで垂直に伸びる。ボルト孔の間
で測つ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80K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。

ストラツプ３１，５５及び支柱７５に対する
各々のねじ取付け個所には、２つの部材からなる
整合外れワツシヤ３８が使われている。これらの
ワツシヤは非磁性材料、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。こういうワツシヤは、ストラツプ及び支
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。ワツシヤは5°まで回
転することが出来る。

複合体の支持ストラツプ３１，５５及び支柱７
５，７７のヒート・ステーシヨンを設けたことに
より、複合体ストラツプ及び支柱に沿つた温度分
布を変えることが出来る。ストラツプ及び支柱の
熱伝導度が、一層低い温度では一層小さくなり、
ストラツプ及び支柱の一部分のヒート・ステーシ
ヨン作用によつて、一層低い温度では、他の場合
よりも一層長い、ストラツプの長さにわたつて温
度を一層低くするから、ストラツプ及び支柱を介
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80K遮蔽体、20K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
の一様性によつて変わる。磁界の一様性を一層高
くしようとすれば、一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つて、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りされ、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硫化モリブデン被覆を適用して、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
線であつて、銅のマトリクスに超導電体のフイラ
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、ノメツクスのレース巻テープ９
５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
ことによつて電気絶縁する。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つて冷却される。超
導電体の安定性は、ワイヤの動きによる摩擦発熱
があつた場合、超導電体のフイラメントから銅の
マトリクスへ電流が移る時の液体ヘリウムへの熱
散逸によつて決定される。

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。コイルの軸方向の力が、円周
方向の溝の肩によつて支えられる。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によつて部分的に
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つている。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ツクを
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１
０７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、隣合つたスペーサの間にシー
ト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１０７にある軸方向の溝が、磁石のクエンチ
ングがあつた場合、コイルの内側から隣合つたス
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 1/8吋である時、超導電体の巻線は30ポンド
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
わつた時、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硝子の繊維硝子フイラ
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＋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、一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つて散
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つかりと圧縮
する。板１１１，１１３はねじ結合部材によつて
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MR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つ
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、ブロツク１２３に示す様に、極低温槽の
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。ブロツク１２
５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
設計であつてよい。ブロツク１３１で、デイジタ
ル・イクイツプメント・カンパニイによつて製造
されるVAXの様なコンピユ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。判定ブロツク１
３３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、ブロツク
１３５で、遮蔽体の磁化を球面調和関数の球数展
開を行なつて、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、有限要素解析によつて決定
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。ブロツク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つ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。繰返しニユートン・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一
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ユート
ン・ラフソンの方式を用いて決定する。一旦計算
機で適当なアルゴリズムを使つてコイルの再合成
が行なわれたら、ブロツク１３１で、コイル及び
一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
ブロツク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。ブロツク１４１の次の工
程は、一番新しい再合成に従つてコイルを製造
し、その後ブロツク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80K遮蔽体は、ヘリウム容器
２３からのヘリウムの蒸発によつて冷却される。
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が通つてか
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１５５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
器によつ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１
６１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
温冷却器の取付け方が、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てあるが、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
低温ヘツド・ハウジングが２つのヒート・ステー
シヨン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20Kの温度に保
つ。低温ヘツド・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・ステーシヨン１６３，１６５が、夫々可撓
性の編んだ銅ケーブル１６９，１７１を介して熱
放射遮蔽体１７，２１に直結になつている。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
温ヘツド・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・ステーシヨン１６５に溶接され、編んだ
ケーブルの他端が遮蔽体２１にボルト締めになつ
ている。従つて、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、
銅の編紐がヒート・ステーシヨンに実質的に溶着
し、熱接触抵抗を除く。低温端ハウジングを収容
する為、80K遮蔽体の一部分は、遮蔽体を切取つ
て、低温槽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つて変更
する。ヒート・ステーシヨン１６３がケーブル１
６９に溶接される。ケーブル１６９が、アダプタ
１７３にボルト締めになつ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
遮蔽体と編紐の間の圧力は、ボルトの数を単に増
やすことによつて、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、何
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、従つて極低
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つた時、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、軸方向支持ストラツプ
は夫々キヤツプつきフランジ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
シヨン作用をするストラツプ７１を20K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１７，２
１の内側に配置する。80K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・ステーシヨン作用をするスト
ラツプを固定した半径方向支持ストラツプ３１を
真空容器内の開口から挿入し、球形支持体４５に
よつて保持する。半径方向ストラツプが80K及び
20K遮蔽体の開口を通り、ヘリウム容器の円形面
に溶接されたブロツク３７にストラツプが固定さ
れる。半径方向支持ストラツプの張力を調節し、
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
が出来る様になつているから、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
ロツク７４に固定され、20K遮蔽体を通り、その
他端が80K遮蔽体に固定される。半径方向支持ス
トラツプ３１のヒート・ステーシヨンを持つスト
ラツプ５１，５３が20K及び80K遮蔽体に固定さ
れる。管状支柱のヒート・ステーシヨン作用を持
つストラツプ７６が20K遮蔽体に固定される。半
径方向ストラツ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
によつて閉じられる。

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。20K遮蔽体の円形端板がねじ２７に
よつてリング２５に固定され、半径方向ストラツ
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・ステーシヨン
用ケーブル７９が20K遮蔽体に固定される。熱反
射材料のシート１８１が、20K遮蔽体を通る各々
のストラツプの周りに配置される。スペーサ・ブ
ロツク８３が80K遮蔽体の内側に固定され、板８
０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・ステーシヨン１６５
に溶接されているが、これが20K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80K遮蔽体の円
形の端が、80K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。軸方向支持ストラツプ５５のヒート・
ステーシヨン作用をするケーブル７３が、80K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
向支持ストラツプの張力を調節する。カバー６
５，４７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
ラツプ支持装置は、ヘリウム容器に液体ヘリウム
を満たし、20K及び80K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
の破損が起つて、極低温槽を工場に戻す必要が起
ることがある。複合ストラツプ支持装置は、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、何等張力調節
を必要とせずに、板を単にボルト締めによつて所
定位置に固定することにより、一層容易に組立て
が出来る。

然し、半径方向支持ストラツプの相互の向きは
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、ストラツプの全体として
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ツプ懸架装置である。この
軸方向ストラツ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。従つて、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80K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20K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・ステーシヨ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ツプの斜視
図、第９図は磁気共鳴用極低温槽に於けるヒー
ト・ステーシヨン作用をするケーブルの取付け方
及び半径方向懸架ストラツプの１端の取付け方を
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
ヨン作用をする２本の編んだケーブルを持つ軸方
向支持ストラツプの斜視図、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
る工程を示すブロツク図、第１８図は極低温冷却
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：支持ストラツプ、３３，
５７：ピン、４１，６３：ねじ棒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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本のストラツプとを有し、 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つており、 各々のストラツプの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
   ストラツ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本のストラツプが該端面に固定されて
   いる極低温槽。 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つ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つて、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 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本のストラツプを有し、該ストラツプの内の
   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つのストラツプ
   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つのストラツプ及び下側取付け支持
   体からの１つのストラツ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ツプは真空容
   器及びヘリウム容器の円形端面と平行であり、前
   記ストラツ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 各々の構成ストラツプに固定されて、ストラ
   ツプの長さに沿つた予定の部分を各々の放射遮蔽
   体に接続するヒート・ステーシヨン作用を持つコ
   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 ヒート・ステーシヨン作用をもつコネクタ
   が、伝熱性エポキシによつて複合体ストラツプに
   固定されると共にリベツト結合部材によつて放射
   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 ストラツプが、一方向が主力の繊維で補強さ
   れたプラスチツクで構成される請求項１乃至５記
   載の極低温槽。 ７ トラニオンがキヤツ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 ストラツプが、該ストラツプが通るピンを保
   持するＵリンクによつて、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 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。