JPH0550156B2

JPH0550156B2 -

Info

Publication number: JPH0550156B2
Application number: JP63118900A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Nishimura; Ryoichi Sawada
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1988-05-16
Filing date: 1988-05-16
Publication date: 1993-07-28
Also published as: JPH01289179A

Description

【発明の詳細な説明】Ａ産業上の利用分野この発明は、液体ヘリウム、液体窒素等を収納
する極低温容器の支持具に関する。

このような極低温容器は、例えば、核磁気共鳴
断層撮影装置（NMR−CT）の超電導マグネツ
トなどを冷却する等のために使用される。

Ｂ従来技術この種の支持具は、極低温容器を他の部材（例
えば真空容器）に連結するもので、他の部材から
支持具を介しての熱伝導による極低温容器への熱
侵入を極力防止する必要から、従来では、支持具
を熱伝導度のきわめて低いガラス繊維強化プラス
チツク（GFRP）を用いて作製していた。

従来の支持具A₀の一例を第７図に示す。

この支持具A₀は、GFRPで熱膨張率が正の支
持部材４１と、支持部材４１を直列に連結するス
テンレス鋼製の２つの端部ジヨイント４２，４３
とからで構成されている。

支持部材４１は、連続したガラス繊維を長環状
に多数回巻きつけたものをエポキシ樹脂等で固め
たGFRPであり、２つの互いに平行な直線部４１
ａと、両端の２つの半円係合部４１ｂとが一体と
なつている。

端部ジヨイント４２，４３の端部にはそれぞれ
ピン４４を介してプーリー状の溝付きリング４５
が回動自在に軸支されている。支持部材４１の各
半円係合部４１ｂは、端部ジヨイント４２，４３
の溝付きリング４５の溝に回動自在に係合されて
いる。

Ｃ発明が解決しようとする課題ガラス繊維強化プラスチツクは熱膨張率が比較
的小さいのであるが、ガラス繊維強化プラスチツ
ク製の支持具で支持する極低温容器が極低温にな
ると、収縮し、支持具も極低温容器から冷却され
収縮する。

例えば、第７図のGFRP製の支持具A₀を介し
て液体ヘリウム容器を室温の真空容器に懸架した
場合を考える。室温（約293K）の状態から液体
ヘリウム容器に液体ヘリウムを注入し、液体ヘリ
ウム容器は4.2K（液体ヘリウムの沸点）まで冷却
されると、ごく一般に使われているステンレス製
の液体ヘリウム容器では収縮割合は0.30％、ま
た、支持具は44.2Kから293Kまで温度分布をも
ち、全体としての収縮割合は0.1〜0.2％になる
が、真空容器は温度変化がないので収縮は起こら
ない。

このように真空容器は収縮しないのに対し、液
体ヘリウム容器および支持具は収縮するため、真
空容器および液体ヘリウム容器の中心位置が変化
しないとすれば、支持具に大きな引張り応力が加
わり、支持具が破断するおそれがあつた。

これを避けるためには支持部材４１の断面積を
大きくして耐引張り応力を増せばよいのである
が、強度を増加させるため断面積が増加すると伝
導熱量が増加し断熱性が損なわれ、また、端部ジ
ヨイント４２，４３等他の部分も補強する必要が
ある。

また、支持具と液体ヘリウム容器との収縮のた
め、液体ヘリウムの注入の前後において、液体ヘ
リウム容器の中心位置が所定の基準位置からずれ
る結果となつていた。

特に、液体ヘリウム容器が核磁気共鳴断層撮影
装置の超電導マグネツトを冷却するものである場
合には、超電導マグネツトが液体ヘリウム容器内
に収納されることから、超電導マグネツト自体の
中心位置も基準位置からずれ、中心磁場の均一度
が悪化し、画質の劣化、画像の歪み等を生じる結
果を招いていた。

この発明は、このような事情に鑑みてなされた
ものであつて、液体ヘリウム等の極低温液体を極
低温容器に注入した前後において、その極低温容
器の中心位置の変位を極力防止するとともに、耐
破断性のすぐれた極低温容器の支持具を提供する
ことを目的とする。

Ｄ課題を解決するための手段この発明は、このような目的を達成するため
に、次のような構成をとる。

すなわち、この発明の極低温容器の支持具は、
熱膨張率が正の支持部材と熱膨張率が負の支持部
材とを適当な長さ比で直列に連結してなるもので
ある。

熱膨張率が正の支持部材の材質としては、繊維
強化プラスチツクであつてもよいし、金属材料で
あつてもよい。また、熱膨張率が負の支持部材の
材質は、一般的には繊維強化プラスチツクであ
る。熱膨張率が正の支持部材の数と熱膨張率が負
の支持部材の数とは限定されず、いずれも１つあ
るいは２以上であつてもよい。

Ｅ作用この発明の構成による作用は、次のとおりであ
る。

極低温容器への極低温液体の注入に伴つて支持
具が冷却されると、熱膨張率が正の支持部材は収
縮するのに対し、熱膨張率が負の支持部材は伸長
する。

冷却による降下温度を考慮して、熱膨張率が正
の支持部材の長さや個数と熱膨張率が負の支持部
材の長さや個数を適当に設定しておくことによ
り、支持具全体としての長さ変化を充分に小さく
することが可能であり、また、全体として任意の
熱膨張率にすることも可能である。

これによつて、支持具自体にかかる引張り応力
や圧縮応力を充分に小さくして、支持具の破断を
免れることが可能となる。また、極低温液体を注
入した前後における極低温容器の中心位置の変位
も充分に小さくなる。

Ｆ実施例以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

第１実施例第３図Ａは使用対象の一例としての核磁気共鳴
断層撮影装置（NMR−CT）を示す縦断正面図、
第３図Ｂはその縦断側面図である。

このNMR−CTにおいて、超電導マグネツト
１を内蔵した液体ヘリウム容器２は、内筒２ａ、
外筒２ｂおよび両側の閉塞端版２ｃから二重円筒
状に構成されている。内部に液体ヘリウム容器２
を気密的に封入した真空容器３も、内筒３ａ、外
筒３ｂおよび両側の閉塞端版３ｃから二重円筒状
に構成されている。

超電導マグネツト１を内蔵した液体ヘリウム容
器２と真空容器３とは互いに同軸状になつてい
る。真空容器３の内部空間は患者挿入部Ｓとなつ
ている。

液体ヘリウム容器２と真空容器３との間に一定
幅の空間を確保した状態で、液体ヘリウム容器２
を真空容器３に対して同軸状にかつ軸方向中心を
合わせて支持するために、液体ヘリウム容器２の
両側の端版２ｃと、真空容器３の外筒３ｂの内周
面との間に８個の支持具A₁を、また、真空容器
３の外筒３ｂと液体ヘリウム容器２の外筒２ｂの
間に４個の支持具A₁′をそれぞれ左右前後対称に
掛け渡している。

支持具A₁，A₁′はそれぞれ上下方向、左右方
向、軸方向のゆれを防止し、液体ヘリウム容器２
の中心と真空容器３の中心とが一致するようにす
るためである。

なお、通常、二点鎖線で示すように、液体ヘリ
ウム容器２と真空容器３との間に、熱伝導率の高
いアルミニウム等の二重円筒状の熱シールド４を
配置して液体ヘリウム容器２を熱シールド４で覆
うことによつて外部から、液体ヘリウム容器２へ
の熱幅射を遮断する。

第３図では、一重の熱シールドにしているが、
二重以上でもかまわず、それらの熱シールドを冷
凍機にて冷却してもかまわない。

第４図Ａは核磁気共鳴断層撮影装置（NMR−
CT）の他の例を示す縦断正面図、第４図Ｂはそ
の縦断側面図である。

この第４図に示すNMR−CTは、内筒２ａ、
外筒２ｂおよび両側の閉塞端版２ｃから二重円筒
状に構成され、超電導マグネツト１を内蔵した液
体ヘリウム容器２の外側に内筒５ａ、外筒５ｂ、
閉塞端版５ｃからなる液体窒素容器５を套嵌させ
ている。内筒３ａ、外筒３ｂおよび両側の閉塞端
版３ｃから二重円筒状に構成された真空容器３の
内部に液体ヘリウム容器２および液体窒素容器５
が気密的に封入されている。

超電導マグネツト１を内蔵した液体ヘリウム容
器２と液体窒素容器５と真空容器３とは互いに同
軸状になつている。

液体ヘリウム容器２と液体窒素容器５との間に
は一定の空間を確保した状態で、液体ヘリウム容
器２を液体窒素容器５に対して同軸状に支持する
ために、液体ヘリウム容器２の両側の端版２ｃ
と、液体窒素容器５の内筒５ａの内周面との間に
支持具A₁を８つ左右前後対称に掛け渡している。

なお、第３図の支持具A₁′と同様のものを介在
させることもできる。

また、液体窒素容器５と真空容器３との間に一
定幅の空間を確保した状態で、液体窒素容器５を
真空容器３に対して同軸状に支持するために、液
体窒素容器５の両側の端版５ｃと、真空容器３の
外筒３ｂの内周面との間に支持具A₁を８つ左右
前後対称に掛け渡している。

なお、二点鎖線で示すように、液体窒素容器５
と液体ヘリウム容器２との間において、アルミニ
ウム製の二重円筒状の熱シールド４を配置して液
体ヘリウム容器２を熱シールド４で覆う場合もあ
る。

極低温容器の組み立て、立ち上げに際しては、
まず、液体ヘリウム容器２、液体窒素容器５、真
空容器３の中心合わせを行い、真空容器３内を真
空引きし、次いで、液体窒素容器５に液体窒素を
注入するとともに、液体ヘリウム容器２にも液体
窒素を注入して予備冷却を行い、その後、液体ヘ
リウム容器２から液体窒素を排出しその代わりに
液体ヘリウム容器２に液体ヘリウムを注入する。

次に、支持具A₁およびA₁′の具体的構造を第１
図に基づいて説明する。

この支持具A₁およびA₁′は、熱膨張率が正の支
持部材１１と、熱膨張率が負の支持部材１２と、
これら両支持部材１１，１２を直列に連結するス
テンレス鋼製の中間ジヨイント１３と、両支持部
材１１，１２の他端側に連結されたステンレス鋼
製の端部ジヨイント１４，１５とから構成されて
いる。

中間ジヨイント１３の両端部にはそれぞれピン
１６を介してプーリー状の溝付きリング１７が回
動自在に軸支されている。また、端部ジヨイント
１４，１５の各端部にもピン１８を介して溝付き
リング１９が回動自在に軸支されている。

熱膨張率が正の支持部材１１は、連続したガラ
ス繊維を長環状に多数回巻きつけたものをエポキ
シ樹脂等で固めたGFRP（ガラス繊維強化プラス
チツク）であり、２つの互いに平行な直線部１１
ａと、両端の２つの半円係合部１１ｂとが一体と
なつている。

熱膨張率が負の支持部材１２は、連続した芳香
族ポリアミド（アラミド）繊維を長環状に多数回
巻きつけたものをエポキシ樹脂等で固めたもので
あり、２つの互いに平行な直線部１２ａと、両端
の２つの半円係合部１２ｂとが一体となつてい
る。

芳香族ポリアミド繊維の好ましい例として、テ
クノーラ（登録商標：帝人(株)製）を挙げることが
できる。このテクノーラの化学名は、コポリパラ
フエニレン・３−4′オキシジフエニレン・テレフ
タライドで、その化学構造式を第２図に示す。こ
のテクノーラは、負の熱膨張率をもつており、加
熱によつて収縮する一方、冷却によつて伸長する
性質がある。テクノーラを樹脂で固めた強化繊維
をTFRPと略記する。

本実施例に用いるGFRP、TFRPを室温
（293K）から液体窒素の沸点（77K）まで温度降
下したところ、GFRPは収縮しその割合は0.18％
であり、TFRPは伸長しその割合は0.07％であつ
た。すなわち、GFRPの熱膨張率（線膨張率）は
＋0.18％、TFRPの熱膨張率（線膨張率）は−
0.07％である。

熱膨張率が正のGFRP製の支持部材１１の各半
円係合部１１ｂは、中間ジヨイント１３の一方の
溝付きリング１７の溝と、端部ジヨイント１４の
溝付きリング１９の溝に回動自在に係合され、熱
膨張率が負のTFRP製の支持部材１２の各半円係
合部１２ｂは、中間ジヨイント１３の他方の溝付
きリング１７の溝と、端部ジヨイント１５の溝付
きリング１９の溝に回動自在に係合されている。

中間ジヨイント１３、端部ジヨイント１４，１
５、溝付きリング１７，１９の収縮量と、支持具
A₁の長さ方向での温度分布と、両支持部材１１，
１２の熱膨張率とを考慮して、液体ヘリウムを注
入したときの支持具A₁全体の収縮量が適当な値
となり、支持具に引張り応力が生じたり、ゆるみ
が生じたり、さらに極低温容器が移動したりしな
いように両支持部材１１，１２の各寸法を定めて
ある。

なお、液体ヘリウム容器２、液体窒素容器５、
真空容器３は、径方向および軸方向に収縮する。
その収縮量は、同じ材料なら最も温度が低い液体
ヘリウム容器２で最大となる。この点を考慮する
と、支持具A₁の伸び縮みが全くないとすると、
液体ヘリウム容器２を少し浮き上げる可能性があ
る。

その浮き上がりを防止するには、その浮き上が
りを打ち消す量だけ支持具A₁が少し伸びた方が
よい。この場合、熱膨張率が負のTFRP製の支持
部材１２を少し長めに設定すればよい。

以上により、液体ヘリウムの注入によつて支持
具A₁が冷却されても支持具A₁に引張り応力が生
じたり、ゆるみが生じたりすることがなく、液体
ヘリウム容器２、液体窒素容器５、真空容器３の
各中心位置を所定の基準位置に維持させ、液体ヘ
リウム容器２内の超電導マグネツト１の中心位置
を所定の基準位置に一致させた状態を保つことが
できる。

すなわち、中心磁場の均一度を精度良く保つこ
とができるとともに、液体ヘリウム容器２、液体
窒素容器５、真空容器３が互いに接触することが
防止され、各容器間の断熱状態を良好に維持する
ことができる。

また、支持具A₁自体にかかる引張り応力やゆ
るみを実質的にゼロにして支持具A₁の破断を免
れることができる。そして、耐引張り応力増加の
ために支持具A₁の断面積を大きなものとする必
要がなく、むしろ、両支持部材１１，１２の断面
積を減少して断熱性の向上を期すことができる。

第２実施例次に、第２実施例を第５図に基づいて説明す
る。

GFRP製で熱膨張率が正の支持部材２１が、１
本の直線部２１ａと、この直線部２１ａの両端に
一体的に形成されたリング部２１ｂとからなり、
各リング部２１ｂに埋金２１ｃが嵌着固定されて
いる。また、TFRPで熱膨張率が負の支持部材２
２も、１本の直線部２２ａと、この直線部２２ａ
の両端に一体的に形成されたリング部２２ｂとか
らなり、各リング部２２ｂに埋金２２ｃが嵌着固
定されている。

これらの支持部材２１，２２も、連続した繊維
を長環状に多数回巻きつけたものを、その直線部
２１ａ，２２ａで互いに接触させた状戴で、エポ
キシ樹脂等で固めたものである。埋金２１ｃ，２
２ｃの材質はステンレス鋼である。

中間ジヨイント２３に対して両支持部材２１，
２２の埋金２１ｃ，２２ｃをピン２６を介して回
動自在に連結し、端部ジヨイント２４，２５に対
して両支持部材２１，２２の埋金２１ｃ，２２ｃ
をピン２８を介して回動自在に連結することによ
り、支持具A₂を構成している。

第３実施例次に、第３実施例を第６図に基づいて説明す
る。

GFRP製で熱膨張率が正の支持部材３１および
TFRP製で熱膨張率が負の支持部材３２が棒状に
構成され、それぞれの両端部に雄ネジ部３１ａ，
３２ａが形成されている。ステンレス鋼製の中間
ジヨイント３３も端部ジヨイント３４，３５も棒
状に構成され、それぞれに雄ネジ部３３ａ，３４
ａ，３５ａが形成されている。

支持部材３１の各雄ネジ部３１ａを中間ジヨイ
ント３３の雌ネジ部３３ａと端部ジヨイイント３
４の雌ネジ部３４ａに螺合するとともに、支持部
材３２の各雄ネジ部３２ａを中間ジヨイント３３
の雌ネジ部３３ａと端部ジヨイント３５の雌ネジ
部３５ａに螺合することにより、支持具A₃を構
成してある。

なお、上記いずれの実施例においても、熱膨張
率が負の支持部材としてTFRP製のものを挙げた
が、本発明はこれに限定されるものではなく、他
の負の熱膨張率の繊維強化プラスチツクであつて
もよい。また、熱膨張率が正の支持部材として
GFRP製のものを挙げたが、本発明はこれに限定
されるものではなく、他の正の熱膨張率の繊維強
化プラスチツクであつてもよいし、あるいは、熱
膨張率が負の支持部材が繊維強化プラスチツクで
断熱性を有していることから、熱膨張率が正の支
持部材としては金属製のものであつてもよい。

Ｇ発明の効果この発明によれば、次の効果が発揮される。

極低温容器の支持具を、熱膨張率が正の支持部
材と熱膨張率が負の支持部材との直列連結体とし
て構成してあるため、極低温容器への極低温液体
の注入に伴つて支持具が冷却されたとき、熱膨張
率が正の支持部材の収縮に対して、熱膨張率が負
の支持部材が伸長することとなり、その差し引き
によつて支持具全体としての長さ変化を抑制する
ことができる。

したがつて、支持具自体にかかる引張り応力や
圧縮応力を充分に小さくして支持具の破断を免れ
ることができる。その結果、耐引張り応力増加の
ために支持具の断面積を大きくする必要がなく、
断熱性の悪化を免れることができる。また、極低
温液体の注入前後における極低温容器の中心位置
の変位を極力防止することができる。

なお、極低温容器が核磁気共鳴断層撮影装置の
超電導マグネツトを冷却するものである場合に
は、極低温容器内の超電導マグネツト自体の中心
位置の変位が抑制されるから、中心磁場の均一度
を精度良く保つことができるし、極低温容器がそ
の外側の熱シールド等に接触することを防止しし
て良好な断面状態を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図はこの発明の第１実施例に
係り、第１図は極低温容器の支持具の一部破断の
正面図、第２図はテクノーラの化学構造式を表し
た図、第３図Ａは使用対象の一例としての核磁気
共鳴断層撮影装置（NMR−CT）を示す縦断正
面図、第３図Ｂはその縦断側面図、第４図Ａは核
磁気共鳴断層撮影装置の他の例を示す縦断正面
図、第４図Ｂはその縦断側面図である。第５図は
第２実施例の極低温容器の支持具の一部破断の正
面図、第６図は第３実施例の極低温容器の支持具
の一部破断の正面図である。第７図は従来の極低
温容器の支持具の一部破断の正面図である。１１，２１，３１……熱膨張率が正の支持部
材、１２，２２，３２……熱膨張率が負の支持部
材。

Claims

【特許請求の範囲】

１熱膨張率が正の支持部材と熱膨張率が負の支
持部材とを直列に連結してなる極低温容器の支持
具。