JPH09190912A - 極低温熱ジョイント用の確実に動作する牽引機構 - Google Patents
極低温熱ジョイント用の確実に動作する牽引機構Info
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- JPH09190912A JPH09190912A JP8240901A JP24090196A JPH09190912A JP H09190912 A JPH09190912 A JP H09190912A JP 8240901 A JP8240901 A JP 8240901A JP 24090196 A JP24090196 A JP 24090196A JP H09190912 A JPH09190912 A JP H09190912A
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- F25D19/006—Thermal coupling structure or interface
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
- G01R33/20—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
- G01R33/28—Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
- G01R33/38—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
- G01R33/381—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using electromagnets
- G01R33/3815—Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using electromagnets with superconducting coils, e.g. power supply therefor
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
- H01F6/065—Feed-through bushings, terminals and joints
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F2013/005—Thermal joints
- F28F2013/008—Variable conductance materials; Thermal switches
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 熱効率の良い極低温熱ジョイント用の確実に
動作する牽引機構を提供する。 【解決手段】 変形可能な界面（１４、５６）を含んで
いる極低温熱ジョイント（３２、５３）用の冷溶接した
ジョイントを分離するための確実に動作する牽引機構
が、可動な封入スリーブ（６７）と、アクチュエータ機
構（４３、４７、２６）とを圧縮されたベローズの力を
含めて利用している。牽引棒（３４）と係合するように
牽引フランジ（２６）を移動させると、牽引棒（３４）
は、牽引フランジ（２６）の制御された移動を介して熱
ジョイント（３２、５３）を強制的に分離する。
動作する牽引機構を提供する。 【解決手段】 変形可能な界面（１４、５６）を含んで
いる極低温熱ジョイント（３２、５３）用の冷溶接した
ジョイントを分離するための確実に動作する牽引機構
が、可動な封入スリーブ（６７）と、アクチュエータ機
構（４３、４７、２６）とを圧縮されたベローズの力を
含めて利用している。牽引棒（３４）と係合するように
牽引フランジ（２６）を移動させると、牽引棒（３４）
は、牽引フランジ（２６）の制御された移動を介して熱
ジョイント（３２、５３）を強制的に分離する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気共鳴作像システム
（以下、「ＭＲＩ」と呼ぶ）用の超伝導マグネット・ア
センブリに関し、具体的には、ＭＲＩマグネットに有用
な極低温熱ジョイント用の改良され単純化された確実に
動作する牽引アセンブリ（positive retraction assemb
ly）に関する。
（以下、「ＭＲＩ」と呼ぶ）用の超伝導マグネット・ア
センブリに関し、具体的には、ＭＲＩマグネットに有用
な極低温熱ジョイント用の改良され単純化された確実に
動作する牽引アセンブリ（positive retraction assemb
ly）に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、超伝導マグネットを極度
の低温環境に配置する、例えば超伝導マグネットを液体
ヘリウム又は他のクライオジェン（冷媒）を収納してい
るクライオスタット内又は圧力容器内に封入することに
より、超伝導マグネットを超伝導性にすることができ
る。極低温にすることにより、マグネット・コイルは確
実に超伝導性となり、最初に電源をコイルに接続して
（例えば、僅か１０分の間）コイル内に電流を導入する
と、電源を除去した後でも、超伝導温度においては電気
抵抗が存在しないので電流はコイル内を流れ続け、これ
により強力な磁場を保持するようになる。超伝導マグネ
ットは、ＭＲＩの分野で広く応用されている。
の低温環境に配置する、例えば超伝導マグネットを液体
ヘリウム又は他のクライオジェン（冷媒）を収納してい
るクライオスタット内又は圧力容器内に封入することに
より、超伝導マグネットを超伝導性にすることができ
る。極低温にすることにより、マグネット・コイルは確
実に超伝導性となり、最初に電源をコイルに接続して
（例えば、僅か１０分の間）コイル内に電流を導入する
と、電源を除去した後でも、超伝導温度においては電気
抵抗が存在しないので電流はコイル内を流れ続け、これ
により強力な磁場を保持するようになる。超伝導マグネ
ットは、ＭＲＩの分野で広く応用されている。
【０００３】超伝導マグネットの動作に必要な極低温を
提供するために、液体ヘリウムが用いられており、これ
はＭＲＩ動作については満足のいくものである。しかし
ながら、ヘリウムは数箇所でしか購入することができな
いものであって、全世界でＭＲＩ設備への液体ヘリウム
の安定供給に備えることは困難且つ高経費であることが
わかってきた。そのため、沸騰で失われるヘリウムを絶
えず交換するという要求を最低限にしながら、超伝導動
作に供して維持することのできる超伝導マグネット構造
に関して多大な努力が払われてきた。液体ヘリウムをク
ライオジェンとした冷却の代わりに、機械的なクライオ
クーラ（cryocooler、極低温冷却器）を用いて伝導冷却
を行うことに関しても又、多大な研究開発の試みが為さ
れてきた。しかしながら、現状のクライオクーラの冷却
能力は、液体ヘリウムによる冷却に比べると、冷却の大
きさ、即ち取得可能な冷却温度において不十分である。
このことから、このような超伝導マグネットにおいて断
熱性を良好にすると共に熱漏洩を防止する必要性が高ま
っている。
提供するために、液体ヘリウムが用いられており、これ
はＭＲＩ動作については満足のいくものである。しかし
ながら、ヘリウムは数箇所でしか購入することができな
いものであって、全世界でＭＲＩ設備への液体ヘリウム
の安定供給に備えることは困難且つ高経費であることが
わかってきた。そのため、沸騰で失われるヘリウムを絶
えず交換するという要求を最低限にしながら、超伝導動
作に供して維持することのできる超伝導マグネット構造
に関して多大な努力が払われてきた。液体ヘリウムをク
ライオジェンとした冷却の代わりに、機械的なクライオ
クーラ（cryocooler、極低温冷却器）を用いて伝導冷却
を行うことに関しても又、多大な研究開発の試みが為さ
れてきた。しかしながら、現状のクライオクーラの冷却
能力は、液体ヘリウムによる冷却に比べると、冷却の大
きさ、即ち取得可能な冷却温度において不十分である。
このことから、このような超伝導マグネットにおいて断
熱性を良好にすると共に熱漏洩を防止する必要性が高ま
っている。
【０００４】次いで、熱ジョイントを改良して、超伝導
マグネットに諸装置を一緒にして固定するときの熱抵抗
を回避する継続的な必要性が出てきた。本出願と共通の
譲受人に譲渡された１９９３年９月２８日発行のMichae
l T. Mruzek 、Phillip Eckels及びClyde Gouldsberry
による米国特許第５，２４７，８００号には、軟質のイ
ンジウム材料の使用が開示されており、例えば、一方の
部材上のインジウム材料と、他方の部材上の浮き彫りパ
ターン（例えば、イボ（knurl）又は渦パターン）とを
接触させて接合する。浮き彫りパターンは、軟質のイン
ジウムに食い込んで、クライオクーラとマグネット・ア
センブリとの接合のような複数の接合部材の間に極めて
良好な熱接点を確立する。実際、この接触は極めて良好
であるので、ジョイントはある期間を経ると付着又は
「冷溶接（cold weld）」する傾向があり、後に修理、
交換又は保全で必要なときに諸装置を分離するのが至難
になるほどである。
マグネットに諸装置を一緒にして固定するときの熱抵抗
を回避する継続的な必要性が出てきた。本出願と共通の
譲受人に譲渡された１９９３年９月２８日発行のMichae
l T. Mruzek 、Phillip Eckels及びClyde Gouldsberry
による米国特許第５，２４７，８００号には、軟質のイ
ンジウム材料の使用が開示されており、例えば、一方の
部材上のインジウム材料と、他方の部材上の浮き彫りパ
ターン（例えば、イボ（knurl）又は渦パターン）とを
接触させて接合する。浮き彫りパターンは、軟質のイン
ジウムに食い込んで、クライオクーラとマグネット・ア
センブリとの接合のような複数の接合部材の間に極めて
良好な熱接点を確立する。実際、この接触は極めて良好
であるので、ジョイントはある期間を経ると付着又は
「冷溶接（cold weld）」する傾向があり、後に修理、
交換又は保全で必要なときに諸装置を分離するのが至難
になるほどである。
【０００５】このような熱ジョイントと組み合わせてベ
ローズを利用することが知られている。ベローズは、諸
装置の組み立て及び接合の最中には圧縮されている。ベ
ローズは後に、諸装置を接合しているファスナを緩める
ときに分離力を伝達する。しかしながら、ある期間を経
て所定位置にあった熱ジョイントを破壊するのに、ベロ
ーズの力では信頼性が低い。これは、前述の付着又は冷
溶接の故であると共に、薄肉のベローズでは実質的な力
を伝達することはできないからである。
ローズを利用することが知られている。ベローズは、諸
装置の組み立て及び接合の最中には圧縮されている。ベ
ローズは後に、諸装置を接合しているファスナを緩める
ときに分離力を伝達する。しかしながら、ある期間を経
て所定位置にあった熱ジョイントを破壊するのに、ベロ
ーズの力では信頼性が低い。これは、前述の付着又は冷
溶接の故であると共に、薄肉のベローズでは実質的な力
を伝達することはできないからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、このような熱
ジョイントを分離するための確実に動作する牽引を提供
する改良された機構、好ましくはベローズの力を補い得
る機構が必要である。但し、いかなる牽引機構であれ、
異なる温度にある複数部分を備えた諸装置を連結してい
ることに起因する熱漏洩を最低限に抑えること、及びよ
り高い温度を有する周囲区域からこの機構を熱遮蔽する
ことも又重要である。更に、牽引機構は、突然の温度サ
ージを回避しつつ熱ジョイントを破壊するまでは、環境
又は周囲の空気を排除した真空下で動作しなければなら
ない。温度サージは、マグネットをクエンチするのに十
分な超伝導マグネットの熱的な均衡を崩し、超伝導動作
の突然の断絶を招く可能性がある。つまり、牽引機構
は、マグネット・アセンブリからクライオクーラを取り
外す最中にもマグネットの継続した超伝導動作を可能に
するものであることが重要である。
ジョイントを分離するための確実に動作する牽引を提供
する改良された機構、好ましくはベローズの力を補い得
る機構が必要である。但し、いかなる牽引機構であれ、
異なる温度にある複数部分を備えた諸装置を連結してい
ることに起因する熱漏洩を最低限に抑えること、及びよ
り高い温度を有する周囲区域からこの機構を熱遮蔽する
ことも又重要である。更に、牽引機構は、突然の温度サ
ージを回避しつつ熱ジョイントを破壊するまでは、環境
又は周囲の空気を排除した真空下で動作しなければなら
ない。温度サージは、マグネットをクエンチするのに十
分な超伝導マグネットの熱的な均衡を崩し、超伝導動作
の突然の断絶を招く可能性がある。つまり、牽引機構
は、マグネット・アセンブリからクライオクーラを取り
外す最中にもマグネットの継続した超伝導動作を可能に
するものであることが重要である。
【０００７】加えて、超伝導温度での超伝導マグネット
の動作において遭遇するその他の一般的な問題が数多く
ある。材料の熱膨張及び熱収縮の差の問題、経費を最低
限に抑える問題、及び所要の相当な磁場によって発生さ
れる力の取扱いの問題等である。これらの要求は、重な
り合い、時として相容れないものであるが、実用的且つ
満足のいくＭＲＩ超伝導マグネット構造については、こ
れらの要求すべてを満たさなければならないのである。
の動作において遭遇するその他の一般的な問題が数多く
ある。材料の熱膨張及び熱収縮の差の問題、経費を最低
限に抑える問題、及び所要の相当な磁場によって発生さ
れる力の取扱いの問題等である。これらの要求は、重な
り合い、時として相容れないものであるが、実用的且つ
満足のいくＭＲＩ超伝導マグネット構造については、こ
れらの要求すべてを満たさなければならないのである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、極低温
熱ジョイント用の改良された熱効率的な牽引機構を提供
することにある。本発明のもう１つの目的は、極低温ジ
ョイント用の牽引機構であって、付着したジョイントの
存在下で確実に動作可能な牽引機構を提供することにあ
る。
熱ジョイント用の改良された熱効率的な牽引機構を提供
することにある。本発明のもう１つの目的は、極低温ジ
ョイント用の牽引機構であって、付着したジョイントの
存在下で確実に動作可能な牽引機構を提供することにあ
る。
【０００９】本発明の更にもう１つの目的は、極低温ジ
ョイント用の改良された牽引機構であって、熱漏洩及び
接触抵抗を最低限に抑えると共に周囲雰囲気から熱遮蔽
しながらジョイントを破壊することを可能にする牽引機
構を提供することにある。本発明の更にもう１つの目的
は、極低温ジョイント用の牽引機構であって、複雑でな
い機構を利用して、圧縮された可撓性のベローズによっ
て伝達される力を補い、ジョイントの分離及び牽引を達
成するような牽引機構を提供することにある。
ョイント用の改良された牽引機構であって、熱漏洩及び
接触抵抗を最低限に抑えると共に周囲雰囲気から熱遮蔽
しながらジョイントを破壊することを可能にする牽引機
構を提供することにある。本発明の更にもう１つの目的
は、極低温ジョイント用の牽引機構であって、複雑でな
い機構を利用して、圧縮された可撓性のベローズによっ
て伝達される力を補い、ジョイントの分離及び牽引を達
成するような牽引機構を提供することにある。
【００１０】本発明の一形態によれば、封入容器を含ん
でいる超伝導温度に冷却された磁気共鳴作像マグネット
・アセンブリ内の極低温熱ジョイントに対して、確実に
動作する牽引機構が提供される。クライオクーラは、圧
縮された変形可能なインジウム層を含んでいる熱ジョイ
ントを介して、前記容器に着脱自在に連結されており、
インジウム層は、圧縮されて熱ジョイントを形成してい
る。
でいる超伝導温度に冷却された磁気共鳴作像マグネット
・アセンブリ内の極低温熱ジョイントに対して、確実に
動作する牽引機構が提供される。クライオクーラは、圧
縮された変形可能なインジウム層を含んでいる熱ジョイ
ントを介して、前記容器に着脱自在に連結されており、
インジウム層は、圧縮されて熱ジョイントを形成してい
る。
【００１１】クライオクーラの牽引機構は、圧縮された
ベローズと、牽引ねじとを含んでいる。牽引ねじは、牽
引フランジと協働するが、クライオクーラの動作時の連
結中には、クリアランス孔を貫いて牽引フランジから分
離されている。クライオクーラの取り外し中に、牽引フ
ランジは移動してねじと係合し、容器からクライオクー
ラを分離すると共に熱ジョイントを破壊するような確実
に作用する圧力を加える。
ベローズと、牽引ねじとを含んでいる。牽引ねじは、牽
引フランジと協働するが、クライオクーラの動作時の連
結中には、クリアランス孔を貫いて牽引フランジから分
離されている。クライオクーラの取り外し中に、牽引フ
ランジは移動してねじと係合し、容器からクライオクー
ラを分離すると共に熱ジョイントを破壊するような確実
に作用する圧力を加える。
【００１２】クライオクーラの周りに位置している圧縮
したベローズは、分離力を提供する助けになり、又、ア
センブリの周りに設けられているアクチュエータ・スリ
ーブであって、封入容器に隣接したその末端がフランジ
に連結されているアクチュエータ・スリーブが提供され
て、牽引ねじと係合するように牽引フランジを移動させ
ることを可能にしている。
したベローズは、分離力を提供する助けになり、又、ア
センブリの周りに設けられているアクチュエータ・スリ
ーブであって、封入容器に隣接したその末端がフランジ
に連結されているアクチュエータ・スリーブが提供され
て、牽引ねじと係合するように牽引フランジを移動させ
ることを可能にしている。
【００１３】
【実施例】図１及び図２を参照すると、超伝導マグネッ
ト・アセンブリ１０が、一対のトロイド形状をしたステ
ンレス鋼製のハウジング又はクライオスタット１及び２
を含んでいる。ハウジング又はクライオスタット１及び
２は、参照番号３のような軸方向に延在している３つ又
は４つの鋼製のスペーサによって隔てられており、これ
らのスペーサ３は、実質的に円筒形をした中央の患者用
ボア（中孔）４の軸の周りに約９０°ずつ隔てられて位
置している。
ト・アセンブリ１０が、一対のトロイド形状をしたステ
ンレス鋼製のハウジング又はクライオスタット１及び２
を含んでいる。ハウジング又はクライオスタット１及び
２は、参照番号３のような軸方向に延在している３つ又
は４つの鋼製のスペーサによって隔てられており、これ
らのスペーサ３は、実質的に円筒形をした中央の患者用
ボア（中孔）４の軸の周りに約９０°ずつ隔てられて位
置している。
【００１４】基体２２に固定されたクライオクーラ６及
び８は冷却用多岐管（マニフォールド）９を介して、ハ
ウジング１及び２内の超伝導マグネット・コイル５に極
低温を供給している。クライオクーラ６及び８は、Giff
ord-McMahon の２ステージ・クライオクーラであって、
これらのクライオクーラは、本発明を利用して、クライ
オクーラの第２のステージ１２と冷却用多岐管アセンブ
リ９との間に熱ジョイントを形成している。
び８は冷却用多岐管（マニフォールド）９を介して、ハ
ウジング１及び２内の超伝導マグネット・コイル５に極
低温を供給している。クライオクーラ６及び８は、Giff
ord-McMahon の２ステージ・クライオクーラであって、
これらのクライオクーラは、本発明を利用して、クライ
オクーラの第２のステージ１２と冷却用多岐管アセンブ
リ９との間に熱ジョイントを形成している。
【００１５】次に図２及び図３を参照すると、クライオ
クーラ８は、第１のステージ１１と、第２のステージ１
２とを含んでいる。モータ２５が、クライオクーラ８を
駆動して、第１のステージ１１から４０Ｋ（ケルビン
度）の温度を供給してハウジング１及び２内の熱遮蔽体
１３を冷却しており、第２のステージ１２から１０Ｋの
温度を供給してマグネット・コイル５を超伝導性にして
いる。インジウム層１４が、熱溜め１６のポケット５内
の咬合面又は界面に冶金的に結合されている。銅製の熱
溜め２０のイボ付き咬合面又は接触面１８は、イボ又は
渦パターンの浮き彫り付き部材を含んでおり、この部材
が軟質のインジウム層１４に食い込んで、極めて良好な
熱接点を確立すると共に熱ジョイント３２を確立してい
る。
クーラ８は、第１のステージ１１と、第２のステージ１
２とを含んでいる。モータ２５が、クライオクーラ８を
駆動して、第１のステージ１１から４０Ｋ（ケルビン
度）の温度を供給してハウジング１及び２内の熱遮蔽体
１３を冷却しており、第２のステージ１２から１０Ｋの
温度を供給してマグネット・コイル５を超伝導性にして
いる。インジウム層１４が、熱溜め１６のポケット５内
の咬合面又は界面に冶金的に結合されている。銅製の熱
溜め２０のイボ付き咬合面又は接触面１８は、イボ又は
渦パターンの浮き彫り付き部材を含んでおり、この部材
が軟質のインジウム層１４に食い込んで、極めて良好な
熱接点を確立すると共に熱ジョイント３２を確立してい
る。
【００１６】クライオクーラ８の第２のステージ１２を
取り巻いている円筒状のベローズ２８は、クライオクー
ラ８が所定の位置に固定されて冷却用多岐管９と熱的に
接合しているときには、牽引フランジ２６と熱溜め１６
との間に圧縮されている。多岐管９は入口１１を介し
て、ハウジング１及び２の内部と連結されており、コイ
ル５を超伝導温度に冷却している。
取り巻いている円筒状のベローズ２８は、クライオクー
ラ８が所定の位置に固定されて冷却用多岐管９と熱的に
接合しているときには、牽引フランジ２６と熱溜め１６
との間に圧縮されている。多岐管９は入口１１を介し
て、ハウジング１及び２の内部と連結されており、コイ
ル５を超伝導温度に冷却している。
【００１７】牽引フランジ２６の周りに円周状に隔設さ
れている肩付きねじ２４は、複数の皿ばね座金３０を案
内しており、座金３０は、肩付きねじのねじ山のない細
くなった部分を取り巻いていると共に、コップ形をして
ばねのように挙動し、弾力を提供していると共に保持環
２７に対して圧縮ばね様の力を提供している。熱ジョイ
ント３２は、熱部材１６を銅製熱溜め２０のイボ付き咬
合面１８に向かって圧迫し、ポケット５内のインジウム
層１４を圧縮すると共にこれに食い込ませることにより
形成されている。熱ジョイント３２は、熱損失接触抵抗
が最低限に抑えられた極めて良好なジョイントである。
熱ジョイント３２における温度（１０Ｋ）は、クライオ
クーラ８の第１のステージ１１の遠隔側の末端の周りの
温度と極めて大きな温度差にあることを特記しておく。
ベローズ２８によって熱漏洩を最低限に抑えるようにし
て長い熱経路が形成されている。テフロン製の漏斗形の
バンパ２３は、銅製熱溜め２０上の外側ねじ山１９と協
働する内側ねじ山２１によって所定位置に固定されてい
る。熱リンク７は、クライオクーラ８の１０Ｋの第２の
ステージ１２を、超伝導マグネット・コイル５を含んで
いる超伝導マグネット・アセンブリ１７に連結してい
る。テフロン製バンパ２３は、薄肉のベローズ２８の一
端を支持しており、ベローズがしぼむのを防止すると共
にアセンブリの機械的な整列性を推進する。第２の熱リ
ンク２９が、ハウジング１内の第２の超伝導マグネット
・アセンブリ１７と連結している。牽引ねじ３４（後
述）は、ベローズ２８の内側に位置している。
れている肩付きねじ２４は、複数の皿ばね座金３０を案
内しており、座金３０は、肩付きねじのねじ山のない細
くなった部分を取り巻いていると共に、コップ形をして
ばねのように挙動し、弾力を提供していると共に保持環
２７に対して圧縮ばね様の力を提供している。熱ジョイ
ント３２は、熱部材１６を銅製熱溜め２０のイボ付き咬
合面１８に向かって圧迫し、ポケット５内のインジウム
層１４を圧縮すると共にこれに食い込ませることにより
形成されている。熱ジョイント３２は、熱損失接触抵抗
が最低限に抑えられた極めて良好なジョイントである。
熱ジョイント３２における温度（１０Ｋ）は、クライオ
クーラ８の第１のステージ１１の遠隔側の末端の周りの
温度と極めて大きな温度差にあることを特記しておく。
ベローズ２８によって熱漏洩を最低限に抑えるようにし
て長い熱経路が形成されている。テフロン製の漏斗形の
バンパ２３は、銅製熱溜め２０上の外側ねじ山１９と協
働する内側ねじ山２１によって所定位置に固定されてい
る。熱リンク７は、クライオクーラ８の１０Ｋの第２の
ステージ１２を、超伝導マグネット・コイル５を含んで
いる超伝導マグネット・アセンブリ１７に連結してい
る。テフロン製バンパ２３は、薄肉のベローズ２８の一
端を支持しており、ベローズがしぼむのを防止すると共
にアセンブリの機械的な整列性を推進する。第２の熱リ
ンク２９が、ハウジング１内の第２の超伝導マグネット
・アセンブリ１７と連結している。牽引ねじ３４（後
述）は、ベローズ２８の内側に位置している。
【００１８】クライオクーラ８の第２のステージ１２の
低温ヘッド５４と連結熱部材１６との間の熱ジョイント
５３も又、インジウム層１４と同様の圧縮されたインジ
ウム層５６を含んでいる。インジウム層５６は、熱ジョ
イント５３の一方の側に位置している低温ヘッド５４の
ポケット５８内に収納されており、連結熱部材１６の隣
接した表面上のイボ付き表面６０とで熱ジョイント３２
と同様の熱ジョイント５３を形成している。テフロン製
の案内環６３及び６５は、クライオクーラ８をチューブ
６７内に中心決めするのを助けている。外側ベローズ６
９は、フランジ７１とフランジ７３との間を延在してい
る。
低温ヘッド５４と連結熱部材１６との間の熱ジョイント
５３も又、インジウム層１４と同様の圧縮されたインジ
ウム層５６を含んでいる。インジウム層５６は、熱ジョ
イント５３の一方の側に位置している低温ヘッド５４の
ポケット５８内に収納されており、連結熱部材１６の隣
接した表面上のイボ付き表面６０とで熱ジョイント３２
と同様の熱ジョイント５３を形成している。テフロン製
の案内環６３及び６５は、クライオクーラ８をチューブ
６７内に中心決めするのを助けている。外側ベローズ６
９は、フランジ７１とフランジ７３との間を延在してい
る。
【００１９】ある期間を経た後に、熱ジョイント３２及
び５３は、付着又は「冷溶接」し、保全、保守又は交換
のためにクライオクーラ８及びスリーブを取り外すのが
困難になる。この溶接点を破壊するためには大きな力が
必要である。熱ジョイントは、ハウジング１及び２内の
熱的な均衡を崩さないようにして破壊される。圧縮され
たベローズ２８の膨張力では、この熱破壊を適切に達成
するには不適当であることがわかった。ベローズ２８
は、熱漏洩を最低限に抑えるために比較的薄肉である必
要がある。ベローズが補助なしに熱ジョイント３２を破
壊するのに要求される適当な分離力又は膨張力を得るた
めには、ベローズ２８の壁面を剛性で厚くする必要があ
るが、こうすると受容できない熱漏洩が生ずる。ベロー
ズ２８は、その一端３５を連結熱部材１６に、及び他端
３７を牽引フランジ２６に蝋付けされている。
び５３は、付着又は「冷溶接」し、保全、保守又は交換
のためにクライオクーラ８及びスリーブを取り外すのが
困難になる。この溶接点を破壊するためには大きな力が
必要である。熱ジョイントは、ハウジング１及び２内の
熱的な均衡を崩さないようにして破壊される。圧縮され
たベローズ２８の膨張力では、この熱破壊を適切に達成
するには不適当であることがわかった。ベローズ２８
は、熱漏洩を最低限に抑えるために比較的薄肉である必
要がある。ベローズが補助なしに熱ジョイント３２を破
壊するのに要求される適当な分離力又は膨張力を得るた
めには、ベローズ２８の壁面を剛性で厚くする必要があ
るが、こうすると受容できない熱漏洩が生ずる。ベロー
ズ２８は、その一端３５を連結熱部材１６に、及び他端
３７を牽引フランジ２６に蝋付けされている。
【００２０】参照番号３４のような３つ〜６つの長い牽
引ねじは、クライオクーラ８の軸３１の周りに隔設され
ていると共に、その内部末端のねじ山又は溶接点によっ
て連結熱部材１６に固定されている。牽引ねじ３４の遠
隔側の末端は、牽引フランジ２６から垂下していると共
にその一部である牽引環３８内のクリアランス孔３６を
貫通している。牽引ねじ又は牽引棒３４は、長さ５イン
チで、ステンレス鋼製であって、４０Ｋと１０Ｋという
実質的に異なる温度にある牽引フランジ２６と熱ジョイ
ント３２との間の熱漏洩を最低限に抑えている。
引ねじは、クライオクーラ８の軸３１の周りに隔設され
ていると共に、その内部末端のねじ山又は溶接点によっ
て連結熱部材１６に固定されている。牽引ねじ３４の遠
隔側の末端は、牽引フランジ２６から垂下していると共
にその一部である牽引環３８内のクリアランス孔３６を
貫通している。牽引ねじ又は牽引棒３４は、長さ５イン
チで、ステンレス鋼製であって、４０Ｋと１０Ｋという
実質的に異なる温度にある牽引フランジ２６と熱ジョイ
ント３２との間の熱漏洩を最低限に抑えている。
【００２１】牽引環３８と牽引ねじ３４のヘッド４２と
の間の矢印４０で示す距離は、０．２５インチである。
このように、牽引ねじ３４は、クライオクーラ８の通常
動作中及び熱ジョイント３２の維持中には、牽引フラン
ジ２６とは接触していない。牽引用又は可動スリーブ・
アセンブリ４４が、熱ジョイント３２から遠隔にあるク
ライオクーラの末端を取り囲んでおり、スリーブ・アセ
ンブリ４４は、ベローズ２８及び牽引フランジ２６に追
加して、薄肉のチューブ状延長部６７と末端フランジ７
３とを含んでおり、延長部６７及びフランジ７３は、真
空密封容器内のクライオクーラの第１のステージ１１と
モータ２５とを取り巻いている。スリーブ４６は、一端
を牽引フランジ２６に、及び他端を牽引末端フランジ７
３に蝋付けされている。バンパ２９は、牽引フランジ２
６と外側スリーブ５１との間に位置しており、繊維ガラ
ス複合材料又はテフロンのような断熱材で作成されてい
ると共に、可動スリーブ４６と周囲の空気５３との間に
介在している外側スリーブ５１内での可動スリーブ・ア
センブリ４６の軸方向の動き又は摺動を案内し容易にし
ている。
の間の矢印４０で示す距離は、０．２５インチである。
このように、牽引ねじ３４は、クライオクーラ８の通常
動作中及び熱ジョイント３２の維持中には、牽引フラン
ジ２６とは接触していない。牽引用又は可動スリーブ・
アセンブリ４４が、熱ジョイント３２から遠隔にあるク
ライオクーラの末端を取り囲んでおり、スリーブ・アセ
ンブリ４４は、ベローズ２８及び牽引フランジ２６に追
加して、薄肉のチューブ状延長部６７と末端フランジ７
３とを含んでおり、延長部６７及びフランジ７３は、真
空密封容器内のクライオクーラの第１のステージ１１と
モータ２５とを取り巻いている。スリーブ４６は、一端
を牽引フランジ２６に、及び他端を牽引末端フランジ７
３に蝋付けされている。バンパ２９は、牽引フランジ２
６と外側スリーブ５１との間に位置しており、繊維ガラ
ス複合材料又はテフロンのような断熱材で作成されてい
ると共に、可動スリーブ４６と周囲の空気５３との間に
介在している外側スリーブ５１内での可動スリーブ・ア
センブリ４６の軸方向の動き又は摺動を案内し容易にし
ている。
【００２２】末端フランジ７３の円周の周りに、参照番
号４７のような３つ又はそれ以上のタイ・ロッドが等間
隔で隔設されており、これらのタイ・ロッドの各々は、
クリアランス孔４９を貫通しているねじ山付き部分４５
を含んでいる。ねじ４７は、アンカ７１によって基体２
２に留め付けることにより固定されている。固定ねじ山
４５上で熱ジョイント３２及び５３に最も近い末端フラ
ンジ７３の側にあるナット４３を末端フランジ７３と接
触するように駆動して、この末端フランジ７３を図２の
矢印５２によって示す右方に駆動することができる。
号４７のような３つ又はそれ以上のタイ・ロッドが等間
隔で隔設されており、これらのタイ・ロッドの各々は、
クリアランス孔４９を貫通しているねじ山付き部分４５
を含んでいる。ねじ４７は、アンカ７１によって基体２
２に留め付けることにより固定されている。固定ねじ山
４５上で熱ジョイント３２及び５３に最も近い末端フラ
ンジ７３の側にあるナット４３を末端フランジ７３と接
触するように駆動して、この末端フランジ７３を図２の
矢印５２によって示す右方に駆動することができる。
【００２３】保全又は交換のために超伝導マグネット１
０からクライオクーラ８を取り外す必要のあるときに
は、マグネット１０の熱溜め２０から遠去かるように末
端フランジ７３を矢印５２の方向に駆動するが、これ
は、ナット又はジャッキ用ねじ４３を回転させ、連結ス
リーブ４６を０．２５インチ又はそれ以上移動させるこ
とを介して、牽引フランジ２６を牽引ねじ３４のヘッド
４２と接触するように移動させることにより行われる。
この移動は、ベローズ２８の膨張力によって補助され
る。
０からクライオクーラ８を取り外す必要のあるときに
は、マグネット１０の熱溜め２０から遠去かるように末
端フランジ７３を矢印５２の方向に駆動するが、これ
は、ナット又はジャッキ用ねじ４３を回転させ、連結ス
リーブ４６を０．２５インチ又はそれ以上移動させるこ
とを介して、牽引フランジ２６を牽引ねじ３４のヘッド
４２と接触するように移動させることにより行われる。
この移動は、ベローズ２８の膨張力によって補助され
る。
【００２４】一旦、チューブ状延長部６７が、ねじ３４
のヘッド４２と接触するように牽引フランジ２６を移動
させてから、更にナット４３を回転させる又はひねる
と、牽引フランジ２６は、右方に確実に且つ制御可能に
移動し、これにより、牽引棒３４を介して均一な力が供
給されてクライオクーラの第２のステージ１２用の熱ジ
ョイント３２が破壊される。この破壊は、超伝導マグネ
ット１０のハウジング１及び２内の熱的な均衡を崩さず
に達成される。なぜなら、クライオクーラ８は、ベロー
ズ６９、フランジ７３、チューブ状延長部６７、フラン
ジ２６、ベローズ２８及び末端部品１６によって高温の
周囲の空気５３から分離されているからである。こうし
て、遠隔側の牽引末端プレート又はアクチュエータ７３
の移動により、牽引フランジ２６が牽引ねじ３４と動作
的に接触するように移動し、次いで牽引ねじ３４がクラ
イオクーラ８を「道連れにして」（"in tow"）、牽引フ
ランジ２６を確実に軸方向に移動させて熱ジョイント３
２を破壊することが可能になる。熱ジョイント３２を破
壊した後に、交換及び／又は修理のためにクライオクー
ラ８を取り外すことができる。
のヘッド４２と接触するように牽引フランジ２６を移動
させてから、更にナット４３を回転させる又はひねる
と、牽引フランジ２６は、右方に確実に且つ制御可能に
移動し、これにより、牽引棒３４を介して均一な力が供
給されてクライオクーラの第２のステージ１２用の熱ジ
ョイント３２が破壊される。この破壊は、超伝導マグネ
ット１０のハウジング１及び２内の熱的な均衡を崩さず
に達成される。なぜなら、クライオクーラ８は、ベロー
ズ６９、フランジ７３、チューブ状延長部６７、フラン
ジ２６、ベローズ２８及び末端部品１６によって高温の
周囲の空気５３から分離されているからである。こうし
て、遠隔側の牽引末端プレート又はアクチュエータ７３
の移動により、牽引フランジ２６が牽引ねじ３４と動作
的に接触するように移動し、次いで牽引ねじ３４がクラ
イオクーラ８を「道連れにして」（"in tow"）、牽引フ
ランジ２６を確実に軸方向に移動させて熱ジョイント３
２を破壊することが可能になる。熱ジョイント３２を破
壊した後に、交換及び／又は修理のためにクライオクー
ラ８を取り外すことができる。
【００２５】本発明が、熱ジョイントの通常動作中には
直接の熱接触を避けて、周囲の可動スリーブ・アセンブ
リ４４内の真空を破壊することなく達成されている熱ジ
ョイントの破壊動作中にのみ接触を起こすようにするこ
とにより、熱損失を最低限に抑えていることを銘記され
たい。熱損失及び従ってクライオクーラの負荷は、クラ
イオクーラ６及び８による伝導冷却の使用を介して超伝
導マグネット１０の超伝導動作を可能にする本設計によ
って最低限に抑えられている。より広く用いられている
従来の単一円筒マグネットを超伝導温度に冷却する場合
は問題が多かったが、本設計は、この場合ですらも、液
体ヘリウムによる冷却の使用の回避を支援すると共にオ
ープン・アーキテクチャの超伝導マグネット設計を容易
にする。又、ジャッキ用ねじ４７上の複数のナット４３
を継続的に漸次回転させることにより、牽引フランジ２
６を介してクライオクーラ８に対する圧力及びクライオ
クーラ８の移動を制御しながら熱ジョイント３２を破壊
することが可能になる。
直接の熱接触を避けて、周囲の可動スリーブ・アセンブ
リ４４内の真空を破壊することなく達成されている熱ジ
ョイントの破壊動作中にのみ接触を起こすようにするこ
とにより、熱損失を最低限に抑えていることを銘記され
たい。熱損失及び従ってクライオクーラの負荷は、クラ
イオクーラ６及び８による伝導冷却の使用を介して超伝
導マグネット１０の超伝導動作を可能にする本設計によ
って最低限に抑えられている。より広く用いられている
従来の単一円筒マグネットを超伝導温度に冷却する場合
は問題が多かったが、本設計は、この場合ですらも、液
体ヘリウムによる冷却の使用の回避を支援すると共にオ
ープン・アーキテクチャの超伝導マグネット設計を容易
にする。又、ジャッキ用ねじ４７上の複数のナット４３
を継続的に漸次回転させることにより、牽引フランジ２
６を介してクライオクーラ８に対する圧力及びクライオ
クーラ８の移動を制御しながら熱ジョイント３２を破壊
することが可能になる。
【００２６】本発明を、そのいくつかの好適な実施例に
関して記載してきたが、本発明の要旨から逸脱すること
なく、構成、部材の配置及び組み合わせ並びに使用材料
の種類の詳細に対して多数の変形がなされ得ることを理
解されたい。
関して記載してきたが、本発明の要旨から逸脱すること
なく、構成、部材の配置及び組み合わせ並びに使用材料
の種類の詳細に対して多数の変形がなされ得ることを理
解されたい。
【図１】本発明を組み込んだ超伝導マグネット・アセン
ブリの図である。
ブリの図である。
【図２】図１の一部の断面図である。
【図３】図１の一部を図２よりも拡大した断面図であ
る。
る。
１、２ ハウジング又はクライオスタット ３ スペーサ ４ 患者用ボア ５（図１） 超伝導マグネット・コイル ５（図２）、５８ ポケット ６、８ クライオクーラ ７、２９（図１） 熱リンク ９ 冷却用多岐管 １０ 超伝導マグネット・アセンブリ １１（図１） 入口 １１（図２） クライオクーラの第１のステージ １２ クライオクーラの第２のステージ １３ 熱遮蔽体 １４、５６ インジウム層 １６、２０ 熱溜め １７ 超伝導マグネット・アセンブリ １８ 熱溜め２０の咬合面 １９ 熱溜め２０の外側のねじ山 ２１ バンパ２３の内側のねじ山 ２２ 基体 ２３、２９（図２） バンパ ２４ 肩付きねじ ２５ モータ ２６ 牽引フランジ ２７ 保持環 ２８、６９ ベローズ ３０ 皿ばね座金 ３１ クライオクーラの軸 ３２、５３ 熱ジョイント ３４ 牽引ねじ ３５、３７ ベローズ２８の端 ３６、４９ クリアランス孔 ３８ 牽引環 ４０ 牽引環３８と牽引ねじのヘッド４２との間の距離 ４２ 牽引ねじ３４のヘッド ４３ ナット ４４ 作動手段 ４５ タイ・ロッドのねじ山付き部分 ４６ スリーブ ４７ タイ・ロッド ５１ 外側スリーブ ５２ 末端フランジ７３の移動方向 ５３ 周囲の空気 ５４ 低温ヘッド ６０ イボ付き表面 ６３、６５ 案内環 ６７ チューブ状延長部 ７１、７３ フランジ
Claims (10)
- 【請求項１】 磁気共鳴作像マグネット・アセンブリの
極低温熱ジョイント用の確実に動作する牽引機構であっ
て、 封入容器（１、２）を、当該アセンブリを超伝導温度に
冷却する手段（９）と共に含んでいる超伝導マグネット
・アセンブリ（１０）と、 熱ジョイント（３２、５３）を介して前記マグネットに
着脱自在に連結している装置（６、８）であって、前記
熱ジョイントは、前記マグネットと該装置との間に位置
している軟質材料（１４、５６）を含んでいる、装置
（６、８）と、 該装置を前記マグネットに着脱自在に固定して、前記軟
質材料を圧縮すると共に熱ジョイントを形成している手
段と、 前記装置を前記マグネットから分離する牽引機構部であ
って、該牽引機構部は、前記装置に固定されている少な
くとも１つの牽引ねじ（３４）と、牽引フランジ（３
８）とを含んでおり、前記少なくとも１つの牽引ねじ
は、前記熱ジョイントの動作中に、前記牽引フランジか
ら分離されていると共に該牽引フランジとは接触してい
ない、牽引機構部と、 前記牽引フランジと前記牽引ねじとを接触するように移
動させて、前記装置を前記マグネットから分離すると共
に前記熱ジョイントを破壊するように前記装置に圧力を
加えるアクチェータ手段（４３、４７、２６）とを備え
た極低温熱ジョイント用の確実に動作する牽引機構。 - 【請求項２】 前記フランジは、前記機構部が前記動作
する位置にあるときに前記牽引ねじと前記フランジとの
接触を妨げるためのクリアランス孔（３６）を含んでい
る請求項１に記載の極低温熱ジョイント用の確実に動作
する牽引機構。 - 【請求項３】 前記アクチュエータ手段は、スリーブ
（４６）と、前記装置の軸の周りに角度を成して隔設さ
れた複数の可動部材（４３）とを含んでおり、前記スリ
ーブを移動させて、前記フランジを前記牽引ねじに接触
させるように移動させている請求項２に記載の極低温熱
ジョイント用の確実に動作する牽引機構。 - 【請求項４】 前記アクチュエータ手段は、固定ねじ
（４７）の一部（４５）にねじ嵌めされた部材（４３）
を更に含んでおり、該部材が作動すると、前記スリーブ
と接触して該スリーブを移動させている請求項３に記載
の極低温熱ジョイント用の確実に動作する牽引機構。 - 【請求項５】 前記部材は、ナットであり、該ナットの
回転は、前記装置を前記熱ジョイントから遠去かるよう
に移動させるために、前記フランジと前記牽引ねじとを
介して該装置に制御可能な圧力を加えている請求項４に
記載の極低温熱ジョイント用の確実に動作する牽引機
構。 - 【請求項６】 磁気共鳴作像マグネット・アセンブリの
極低温熱ジョイント（３２、５３）用の確実に動作する
牽引機構であって、 封入容器（１、２）を、当該マグネット・アセンブリを
超伝導温度に冷却する伝導冷却式クライオクーラ（６、
８）と共に含んでいる超伝導マグネット・アセンブリ
（１０）であって、前記クライオクーラは、該クライオ
クーラの選択的な取り外しを可能にするように熱ジョイ
ント（３２、５３）を介して該マグネットに着脱自在に
連結しており、前記熱ジョイントは、前記容器と前記装
置との間に位置している軟質材料（１４、５６）を含ん
でいる、超伝導マグネット・アセンブリ（１０）と、 前記クライオクーラを前記容器に着脱自在に固定して、
前記軟質材料を圧縮すると共に熱ジョイントを形成して
いる手段と、 前記クライオクーラを前記容器から分離する牽引アセン
ブリであって、該牽引アセンブリは、少なくとも１つの
牽引部材（３４）と、協働する牽引フランジ（３８）と
を含んでおり、前記少なくとも１つの牽引部材は、前記
熱ジョイントの動作中に、前記牽引フランジから分離さ
れていると共に該牽引フランジとは接触しておらず、該
牽引フランジは、前記少なくとも１つの牽引部材と接触
するように移動可能である、牽引アセンブリと、 前記牽引フランジ及び前記クライオクーラを移動させ
て、前記クライオクーラを前記マグネットから分離する
と共に前記熱ジョイントを破壊するように前記熱ジョイ
ントに圧力を加えるアクチュエータ手段（４４）とを備
えており、 前記牽引アセンブリは、前記熱ジョイントの破壊中に前
記クライオクーラを周囲の空気から熱遮蔽する手段（６
９、７３、６７、２８、１６）を更に含んでいる極低温
熱ジョイント用の確実に動作する牽引機構。 - 【請求項７】 前記フランジは、前記熱ジョイントが動
作位置にあるときに前記牽引部材と前記フランジとの接
触を妨げるためのクリアランス孔（３６）を含んでいる
請求項６に記載のクライオクーラの熱ジョイント用の確
実に動作する牽引機構。 - 【請求項８】 前記アクチュエータ手段は、前記クライ
オクーラを封入しているスリーブ（６７）及び末端プレ
ート（７３）を含んでおり、前記スリーブは、前記フラ
ンジに連結されており、前記末端プレートが移動する
と、前記フランジを前記牽引部材に接触するように移動
させている請求項７に記載のクライオクーラの熱ジョイ
ント用の確実に動作する牽引機構。 - 【請求項９】 前記末端プレートを貫通している固定ね
じ（４７）上で回転可能なナット（４３）が、該ナット
が回転したときに、前記末端プレートを前記熱ジョイン
トから遠去かるように駆動して、前記クライオクーラを
前記熱ジョイントから遠去かるように移動させ該熱ジョ
イントを破壊するように形成されている請求項８に記載
のクライオクーラの熱ジョイント用の確実に動作する牽
引機構。 - 【請求項１０】 前記フランジと前記ジョイントの近く
の領域との間に位置していると共に前記クライオクーラ
の少なくとも一部を取り巻いている圧縮されたベローズ
（６９）が、前記牽引フランジを前記少なくとも１つの
牽引部材と接触するように移動させるのを補助する力を
付与している請求項９に記載のクライオクーラの熱ジョ
イント用の確実に動作する牽引機構。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/527,123 US5522226A (en) | 1995-09-12 | 1995-09-12 | Positive retraction mechanism for cryogenic thermal joints |
| US08/527123 | 1995-09-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09190912A true JPH09190912A (ja) | 1997-07-22 |
Family
ID=24100183
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8240901A Pending JPH09190912A (ja) | 1995-09-12 | 1996-09-12 | 極低温熱ジョイント用の確実に動作する牽引機構 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5522226A (ja) |
| EP (1) | EP0772013B1 (ja) |
| JP (1) | JPH09190912A (ja) |
| DE (1) | DE69630857T2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010506134A (ja) * | 2006-10-10 | 2010-02-25 | マサチューセッツ インスティテュート オブ テクノロジー | 極低温真空遮断熱カプラ |
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| DE102014218773B4 (de) | 2014-09-18 | 2020-11-26 | Bruker Biospin Gmbh | Automatische thermische Entkopplung eines Kühlkopfs |
| US9875826B2 (en) * | 2014-11-14 | 2018-01-23 | Novum Industria Llc | Field makeable cryostat/current connections for an HTS tape power cable |
| CN106641548B (zh) * | 2016-11-21 | 2018-10-23 | 上海宇航系统工程研究所 | 一种低温连接器 |
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1996
- 1996-09-12 JP JP8240901A patent/JPH09190912A/ja active Pending
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