JPH11340532A - 超電導マグネット装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超電導コイル８の断熱性、および縦方向
（軸方向）とともに横方向（径方向）における耐荷重性
を向上させ、室温磁場空間９中に置いた強磁性体Ｍと超
電導コイル８との間の磁気力が大きくなっても十分な機
械的支持強度を保有可能であるとともに、横方向耐荷重
性の方向依存性をなくすことができる超電導マグネット
装置３０を提供すること。 【解決手段】 コイル巻枠７と同内径を有するＧＦＲＰ
製の中空円筒体３４、３５、３９、４０をコイル巻枠７
の両端部に同心になるように配置することに着目したも
ので、コイル巻枠７と同内径を有するガラス繊維強化プ
ラスチック製の中空円筒状の荷重支持体３４、３５、３
９、４０をコイル巻枠７の両端部に、超電導コイル８と
同心的に配置し、荷重支持体３４、３５、３９、４０を
介してコイル巻枠７を真空容器２に取り付けたことを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超電導マグネット装
置にかかるもので、とくに冷媒として液体ヘリウムを用
いないタイプの超電導マグネット装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の、とくに超電導コイルを真空中に
おいてＧＭ冷凍機（ギフォード・マクマホン冷凍機）な
どにより冷却し、冷媒として液体ヘリウムを用いる必要
がないタイプの超電導マグネット装置（いわゆる、ヘリ
ウムフリーの超電導マグネット装置）については、その
超電導コイルと外部の磁性体との間に強い磁気力が作用
する場合に、超電導コイルの断熱支持構造が重要とな
る。すなわち、超電導マグネット装置本体の重量および
外部との間に働く磁気力を支持するための部材として
は、機械的強度のほかに、熱侵入量の低さが要求され
る。

【０００３】図４は、従来のヘリウムフリーの超電導マ
グネット装置１の概略断面図であって、超電導マグネッ
ト装置１は、最外層の真空容器２と、ＧＭ冷凍機３と、
円筒状の熱シールド板４と、上部支持部５と、下部支持
部６と、コイル巻枠７および超電導コイル８と、を有
し、その軸方向中央には円柱状の室温磁場空間９（室温
ボア）を形成している。

【０００４】真空容器２は、その上部フランジ１０にＧ
Ｍ冷凍機３および上部支持部５を設け、その下部フラン
ジ１１に下部支持部６を設けているとともに、その容器
ボア内筒１２内を上記室温磁場空間９としている。

【０００５】ＧＭ冷凍機３は、その第一段冷却ステージ
３Ａを熱シールド板４の上部フランジ１３に熱的に接続
するとともに、その第二段冷却ステージ３Ｂをコイル巻
枠７の巻枠支持板１４に熱的に接続している。

【０００６】熱シールド板４は、第二段冷却ステージ３
Ｂ、超電導コイル８および第２の中空ロッド１７部分、
さらに第３の中空ロッド１８の一部を収容するととも
に、その上部フランジ１３を上部支持部５により支持
し、その下部フランジ１５を下部支持部６により支持し
ている。

【０００７】すなわち、上部支持部５は、荷重支持体と
してたとえばＦＲＰ製（繊維強化プラスチック製）の第
１の中空ロッド１６および第２の中空ロッド１７を有
し、第１の中空ロッド１６は上部フランジ１０の円周方
向に等角度間隔で、たとえばその３本を取り付け、熱シ
ールド板４の上部フランジ１３を支持する。第２の中空
ロッド１７は、上部フランジ１３の円周方向に等角度間
隔で、たとえばその３本を取り付け、巻枠支持板１４を
支持する。

【０００８】また下部支持部６は、真空容器２の下部フ
ランジ１１において固定支持した、たとえばＦＲＰ製の
第３の中空ロッド１８（荷重支持体）を有し、第３の中
空ロッド１８は下部フランジ１１の円周方向に等角度間
隔で、たとえばその３本を取り付けるとともに、熱シー
ルド板４の下部フランジ１５を支持し、さらに取付け片
１９を介してコイル巻枠７を支持している。

【０００９】なお、熱シールド板４のシールド板内筒２
０は、真空容器２の容器ボア内筒１２の内側に位置して
いる。

【００１０】こうした構成の超電導マグネット装置１に
おいて、真空容器２および熱シールド板４により外部か
らの輻射熱による侵入熱を抑制するとともに、ＧＭ冷凍
機３の第一段冷却ステージ３Ａ（温度６０Ｋレベル）、
および第二段冷却ステージ３Ｂ（温度４Ｋレベル）によ
る熱シールド板４および超電導コイル８の冷却作用を行
う。

【００１１】上部支持部５および下部支持部６により熱
シールド板４、巻枠７および超電導コイル８を支持して
いるので、超電導マグネット装置１の軸方向の強度保持
については十分であるが、超電導マグネット装置１の使
用目的のひとつとして、室温磁場空間９内に置いた強磁
性体Ｍに磁場をかけて、これに着磁するというものがあ
る。このように室温磁場空間９の磁場中に強磁性体Ｍを
置いた場合には、その強磁性体Ｍと超電導マグネット装
置１の本体（超電導コイル８）との間に強力な磁気力が
発生する。

【００１２】この磁気力の方向および大きさは、強磁性
体Ｍの形状、および超電導コイル８との相対位置関係な
どによって決まるものである。たとえば、ソレノイド型
の超電導マグネット装置１の室温磁場空間９に直方体型
の強磁性体Ｍを置いた場合には、互いの中心位置と中心
軸とが一致していれば、対称性から両者の間に働く磁気
力はゼロとなるが、中心が径方向にズレを生じると両者
間には吸引力が作用する。かくして、引きつけ合う磁気
力によって強磁性体Ｍあるいは超電導コイル８の支持体
（コイル巻枠７、巻枠支持板１４、上部支持部５および
下部支持部６など）に変形が生じ、その結果、両者が互
いに近づけられた場合、磁気力はより強くなる。また、
強磁性体Ｍの形状が非対称である場合は、自ずと磁気力
が働くことになり、その非対称性が大きければ大きいほ
ど、超電導コイル８との間に作用する磁気力は大きくな
る。

【００１３】したがって、強磁性体Ｍおよび超電導マグ
ネット装置１（超電導コイル８）ともに、考え得る磁気
力の作用時においても変形を生じないように径方向に対
しても十分な剛性を有するもので保持する必要がある。

【００１４】しかしながら、上部支持部５および下部支
持部６における３本ないしはそれ以上のＦＲＰ円筒体
（第１の中空ロッド１６、第２の中空ロッド１７、第３
の中空ロッド１８）による荷重支持構造では、径方向の
荷重に対しては、中空ロッド１６、１７、１８の断面積
を大きくする必要があり、それに応じて、熱侵入の増加
を引き起こし、超電導マグネット装置１全体としての機
能を発揮することが不可能になってしまうという問題が
ある。

【００１５】なお図５は、液体ヘリウムを使用する従来
の他の超電導マグネット装置の支持構造２１を示す概略
断面図であって、この支持構造２１においては、真空容
器２内の支持体２２（荷重支持体）が、ヘリウム容器２
３を支持している。

【００１６】こうした構成の支持構造２１においても、
上述のような磁気力の働く方向が不確定であるために、
全方向における荷重を支持可能とする必要があるので、
支持体２２は強大なものとなって、熱侵入量の大幅な増
加は避けられないという問題がある。また、この支持構
造２１では横方向の支持体２２の長さを確保するため
に、装置全体が横方向に大きくなってしまい、この支持
構造２１のままをヘリウムフリータイプの超電導マグネ
ット装置１に応用しても、ヘリウムフリータイプとした
ときの利点である、装置の小型化を相殺してしまうとい
う問題がある。またこのような支持体２２は、その組み
立て時の位置決めに相当の作用を要し、コストの増大を
引き起こすという問題がある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、超電導コイルの断熱
性、および縦方向（軸方向）とともに横方向（径方向）
における耐荷重性を向上させた超電導マグネット装置を
提供することを課題とする。

【００１８】また本発明は、室温磁場空間中に置いた強
磁性体と超電導コイルとの間の磁気力が大きくなっても
十分な機械的支持強度を保有可能な超電導マグネット装
置を提供することを課題とする。

【００１９】また本発明は、横方向耐荷重性の方向依存
性をなくすことができる超電導マグネット装置を提供す
ることを課題とする。

【００２０】また本発明は、荷重支持体の位置決め作業
を容易にするとともに、装置全体を小型化可能な超電導
マグネット装置を提供することを課題とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、コイ
ル巻枠ないし超電導コイルと同じ内径を有するふたつの
ＧＦＲＰ製（ガラス繊維強化プラスチック製）の中空円
筒体をコイル巻枠ないし超電導コイルの両端部に同心に
なるように配置すること、コイル巻枠ないし超電導コイ
ルの両端部と真空容器とを接続し、荷重支持体とするこ
とに着目したもので、真空容器と、この真空容器内に設
けるとともに冷凍機により冷却可能とした超電導コイル
と、この超電導コイルを巻いたコイル巻枠と、を有する
超電導マグネット装置であって、上記コイル巻枠と同じ
内径を有するガラス繊維強化プラスチック製の中空円筒
状の荷重支持体を該コイル巻枠の両端部に、上記超電導
コイルと同心的に配置し、この荷重支持体を介して上記
コイル巻枠を上記真空容器に取り付けたことを特徴とす
る超電導マグネット装置である。

【００２２】上記荷重支持体は、中間取付け部において
第１の荷重支持体および第２の荷重支持体にこれを二分
割し、その分割部に銅その他の金属製の熱アンカーを熱
的に接触させて設け、この熱アンカーを上記冷凍機の冷
却ステージに熱的に接続することができる。

【００２３】上記熱アンカーと上記冷凍機の上記冷却ス
テージとの間の伝熱手段として、熱応力の防止機能を備
えた伝熱コンタクトバネを設けることができる。

【００２４】上記荷重支持体および上記真空容器は、そ
の一方の取付け部においては互いに機械的に強固に固定
し、他方の取付け部においては、互いに軸方向には移動
可能としてあることができる。

【００２５】上記コイル巻枠と上記真空容器との間に熱
シールド板を設け、上記コイル巻枠と上記真空容器の容
器ボア内筒との間に位置するこの熱シールド板のシール
ド板ボア内筒は、その一端部を上記熱アンカーのうちの
いずれか一方に機械的および熱的に強固に固定するとと
もに、この熱シールド板の他端部を、上記熱アンカーの
他方に熱的に、および径方向には固定し、軸方向には移
動可能としてあることができる。

【００２６】本発明による超電導マグネット装置におい
ては、ＧＦＲＰ製（ガラス繊維強化プラスチック製）の
中空円筒体などによる荷重支持体により超電導コイルお
よびコイル巻枠を支持するようにしたので、その軸方向
の荷重を支え得るとともに、室温磁場空間に置いた強磁
性体との磁気力の相互作用による径方向の荷重に対して
十分な耐荷重性を有することができる。

【００２７】たとえば、荷重支持体とコイル巻枠とをは
め込み、ピン止めなどにより機械的に強固に固定する。
荷重支持体と真空容器との取付け構造については、一方
はコイル巻枠との取付け構造と同様に機械的に強固に固
定するが、他方の取付け構造は、軸方向に移動すること
が可能なようにはめ込みのみとすることができる。かく
して、超電導コイル、コイル巻枠および荷重支持体が冷
却された場合の熱収縮による歪みを防止可能である。

【００２８】また、荷重支持体を中間取付け部で二分割
し、その分割部に金属製リングなどによる熱アンカーを
設け、冷凍機の冷却ステージ、あるいはこの冷却ステー
ジにより冷却する熱シールド板に熱的に接続することに
より、冷却ステージによる冷却作用によって熱シールド
板とともに荷重支持体を冷却し、荷重支持体を介した侵
入熱量を抑制可能である。

【００２９】なお真空容器とコイル巻枠との間に設置す
る熱シールド板は、その一端を熱アンカーの一方にハン
ダ付けやピン止めなどにより機械的および熱的に強固に
固定し、熱シールド板の他端を熱アンカーに接続はする
が、熱的および径方向には固定し、軸方向には自由度を
持たせた構造として、熱シールド板が冷却された場合の
熱収縮による歪みを防止可能である。

【００３０】

【発明の実施の形態】つぎに本発明の実施の形態による
超電導マグネット装置３０を図１ないし図３にもとづき
説明する。ただし、図４および図５と同様の部分には同
一符号を付し、その詳述はこれを省略する。図１は、超
電導マグネット装置３０の軸方向に沿った断面図であっ
て、その断面部分の一側（左側）のみを示す。超電導マ
グネット装置３０は、超電導マグネット装置１（図４）
と同様に、前記真空容器２、ＧＭ冷凍機３、熱シールド
板４、コイル巻枠７および超電導コイル８、を有し、そ
の軸方向中央には前記円柱状の室温磁場空間９を形成し
ている。当該超電導マグネット装置３０は、その荷重支
持構造３１として、上部支持部３２および下部支持部３
３を有する。

【００３１】上部支持部３２は、第１の上部荷重支持体
３４および第２の上部荷重支持体３５を有し、真空容器
２の上部フランジ１０との間の上部取付け部３６と、第
１の上部荷重支持体３４および第２の上部荷重支持体３
５の間の中間取付け部３７と、コイル巻枠７との間の巻
枠上部取付け部３８と、を構成している。

【００３２】下部支持部３３は、第１の下部荷重支持体
３９および第２の下部荷重支持体４０を有し、真空容器
２の下部フランジ１１との間の下部取付け部４１と、第
１の下部荷重支持体３９および第２の下部荷重支持体４
０の間の中間取付け部４２と、コイル巻枠７との間の巻
枠下部取付け部４３と、を構成している。

【００３３】図２は、上部支持部３２の要部拡大断面図
であって、第１の上部荷重支持体３４および第２の上部
荷重支持体３５は、中空円筒状のＧＦＲＰ製（ガラス繊
維強化プラスチック製）であるとともに、互いに同径、
同長、かつコイル巻枠７（超電導コイル８）と同心、さ
らにコイル巻枠７と同じ内径を有する。

【００３４】上部取付け部３６においては、径方向固定
リング４４および軸方向固定金具４５により第１の上部
荷重支持体３４の上部を真空容器２の上部フランジ１０
に強固に固定する。軸方向固定具４５は、単一のリング
部材ではなく、いくつかの部分に分割されており、第１
の上部荷重支持体３４の側面にある段差を押して、上部
フランジ１０に第１の上部荷重支持体３４の端部を押し
付けている。

【００３５】中間取付け部３７は、第１の上部荷重支持
体３４および第２の上部荷重支持体３５の分離部分（分
割部分）に位置しており、中間取付け部３７には、熱ア
ンカーリング４６（熱アンカー）と、上下一対の荷重支
持体押さえリング４７と、伝熱コンタクトバネ４８と、
熱シールド板固定リング４９と、を設けてある。

【００３６】熱アンカーリング４６は、銅、鋼その他の
金属製であって、第１の上部荷重支持体３４および第２
の上部荷重支持体３５さらにシールド板内筒２０に熱接
触しているとともに、ステンレス製の上下一対の荷重支
持体押さえリング４７により第１の上部荷重支持体３４
および第２の上部荷重支持体３５の間にこれを介在させ
て固定し、第１の上部荷重支持体３４および第２の上部
荷重支持体３５と熱アンカーリング４６との機械的拘束
状態をより強固なものとしてある。なお上下一対の荷重
支持体押さえリング４７は、第１の上部荷重支持体３４
のテーパー面３４Ａおよび第２の上部荷重支持体３５の
テーパー面３５Ａに当接しており、軸方向および径方向
の固定状態を確実にしている。

【００３７】熱シールド板４の上部フランジ１３に熱シ
ールド板固定リング４９を固定し、金メッキした銅製の
伝熱コンタクトバネ４８を熱シールド板固定リング４９
と荷重支持体押さえリング４７との間に介在させること
により、軸方向の拘束を行うとともに、上部フランジ１
３と熱アンカーリング４６との熱的な接続を行ってい
る。

【００３８】巻枠上部取付け部３８において、コイル巻
枠７の段部に第２の上部荷重支持体３５の下端部を挿入
するとともに、金属製のピン５０により軸方向に固定し
ている。

【００３９】図３は、下部支持部３３の要部拡大断面図
であって、第１の下部荷重支持体３９および第２の下部
荷重支持体４０は、図２の第１の上部荷重支持体３４お
よび第２の上部荷重支持体３５と同じく、中空円筒状の
ＧＦＲＰ製（ガラス繊維強化プラスチック製）であると
ともに、互いに同径、同長、かつコイル巻枠７（超電導
コイル８）と同心、さらにコイル巻枠７と同じ内径を有
する。

【００４０】下部取付け部４１においては、径方向固定
リング５１により第２の下部荷重支持体４０の下部を真
空容器２の下部フランジ１１に、軸方向には自由度を持
たせるとともに径方向には拘束するように固定する。

【００４１】径方向固定リング５１には気体流路５２を
貫通形成し、容器ボア内筒１２と、第１の上部荷重支持
体３４、シールド板内筒２０および第２の下部荷重支持
体４０との間に囲まれた容器内空間５３を真空排気可能
としている。なお、シールド板内筒２０には、上下二箇
所に貫通孔５４を形成し、シールド板内筒２０と、第２
の上部荷重支持体３５、コイル巻枠７および第１の下部
荷重支持体３９との間に囲まれたシールド板内空間５５
を容器内空間５３に連通可能とし、これを真空排気可能
としている。

【００４２】中間取付け部４２は、第１の下部荷重支持
体３９および第２の下部荷重支持体４０の分離部分（分
割部分）に位置しており、中間取付け部４２には、中間
取付け部３７と同様に、熱アンカーリング４６（熱アン
カー）と、上下一対の荷重支持体押さえリング４７と、
伝熱コンタクトバネ４８と、熱シールド板外筒下部板５
６と、を設けてある。

【００４３】熱アンカーリング４６は、中間取付け部３
７と同様に、第１の下部荷重支持体３９および第２の下
部荷重支持体４０さらにシールド板内筒２０に熱接触し
ているとともに、ステンレス製の上下一対の荷重支持体
押さえリング４７により第１の下部荷重支持体３９およ
び第２の下部荷重支持体４０の間にこれを介在させて固
定し、第１の下部荷重支持体３９および第２の下部荷重
支持体４０と熱アンカーリング４６との機械的拘束状態
をより強固なものとしてある。なお上下一対の荷重支持
体押さえリング４７は、第１の下部荷重支持体３９のテ
ーパー面３９Ａおよび第２の下部荷重支持体４０のテー
パー面４０Ａに当接しており、軸方向および径方向の固
定状態を確実にしている。

【００４４】熱シールド板４の下部フランジ１５に熱シ
ールド板外筒下部板５６を固定し、金メッキした銅製の
伝熱コンタクトバネ４８を熱シールド板外筒下部板５６
と荷重支持体押さえリング４７との間に介在させること
により、軸方向の拘束を行うとともに、下部フランジ１
５と熱アンカーリング４６との熱的な接続を行ってい
る。

【００４５】巻枠下部取付け部４３において、巻枠上部
取付け部３８と同様に、コイル巻枠７の段部に第１の下
部荷重支持体３９の上端部を挿入するとともに、金属製
のピン５０により軸方向に固定している。

【００４６】さらに、図１および図２に仮想線で示すよ
うに、ＧＭ冷凍機３の第一段冷却ステージ３Ａを熱シー
ルド板４の上部フランジ１３に熱的に接触させ、第二段
冷却ステージ３Ｂをコイル巻枠７の巻枠支持板１４に熱
的に接触させてある。したがって、超電導コイル８およ
び保護ダイオードなどの部品（図示せず）をとりまく形
で設置してある熱シールド板４の上部フランジ１３が、
熱シールド板固定リング４９および伝熱コンタクトバネ
４８を介して熱アンカーリング４６に熱的に接触されて
いることになる。

【００４７】またシールド板内筒２０の上端部は、中間
取付け部３７における熱アンカーリング４６にハンダ付
けあるいは接着により、熱的および機械的に固定されて
おり、その下端部は、中間取付け部４２における熱アン
カーリング４６に軸方向に移動可能に、はめ込まれてい
る。

【００４８】こうした構成の超電導マグネット装置３０
および荷重支持構造３１においては、超電導コイル８が
鉛直方向に設置された場合には、超電導コイル８は、上
部支持部３２の第１の上部荷重支持体３４および第２の
上部荷重支持体３５により吊り下げられる状態であり、
上下反転して設置された状態では第１の上部荷重支持体
３４および第２の上部荷重支持体３５（このときは下側
に位置している）の上に載置された状態となる。

【００４９】また、超電導コイル８が横向きの状態で
は、上部支持部３２の第１の上部荷重支持体３４および
第２の上部荷重支持体３５、さらに下部支持部３３の第
１の下部荷重支持体３９および第２の下部荷重支持体４
０による両持ち梁の状態で支持されることになる。

【００５０】さらに、超電導コイル８が上述の三方向以
外の斜めの状態であっても、上部支持部３２の第１の上
部荷重支持体３４および第２の上部荷重支持体３５、さ
らに下部支持部３３の第１の下部荷重支持体３９および
第２の下部荷重支持体４０のそれぞれの引っ張り作用お
よび圧縮作用による支持機能および両持ち梁の組み合わ
せにより超電導コイル８の重量が支持されることにな
る。

【００５１】第１の上部荷重支持体３４、第２の上部荷
重支持体３５、第１の下部荷重支持体３９および第２の
下部荷重支持体４０は回転対称体であるので、超電導コ
イル８と、室温磁場空間９に置かれた強磁性体Ｍとの間
に働く磁気力に対しては径方向のあらゆる方向の力を支
持することができ、両者が任意の相対位置関係にあつと
きでも、耐荷重性能を発揮可能である。なお磁気力は、
第１の上部荷重支持体３４、第２の上部荷重支持体３
５、第１の下部荷重支持体３９および第２の下部荷重支
持体４０を通して真空容器２に伝えられるので、室温磁
場空間９内の強磁性体Ｍの支持構造物（図示せず）と真
空容器２の荷重支持構造３１を磁気力に耐え得るように
その強度を設計する必要がある。

【００５２】超電導コイル８のコイル巻枠７と同内径の
第１の上部荷重支持体３４、第２の上部荷重支持体３
５、第１の下部荷重支持体３９および第２の下部荷重支
持体４０の中間取付け部３７および中間取付け部４２に
おいては、ここに設けられた熱アンカーリング４６を介
してＧＭ冷凍機３の第一段冷却ステージ３Ａにより冷却
され、熱伝導による超電導コイル８への侵入熱量を低く
抑えている。

【００５３】また、第１の上部荷重支持体３４、第２の
上部荷重支持体３５、第１の下部荷重支持体３９および
第２の下部荷重支持体４０の真空容器２への取付け構造
のうち、一方の端部（下部支持部３３における下部取付
け部４１および中間取付け部４２）を軸方向に自由度を
持たせてあることにより、コイル巻枠７や超電導コイル
８、第１の上部荷重支持体３４、第２の上部荷重支持体
３５、第１の下部荷重支持体３９および第２の下部荷重
支持体４０の熱収縮による変形を吸収して超電導マグネ
ット装置３０を構成する各部材に熱応力が発生すること
を防止している。

【００５４】さらに、熱シールド板４の固定について
も、荷重支持体３４、３５、３９、４０の取付け構造と
同様に、その一方の端部（下部支持部３３におけるシー
ルド板内筒２０と熱アンカーリング４６との間、および
伝熱コンタクトバネ４８と熱シールド板外筒下部板５６
との間）を軸方向に自由度を持たせてあることにより、
熱シールド板４の熱収縮による熱応力の発生を防止して
いる。

【００５５】本発明による超電導マグネット装置３０の
荷重支持構造３１、および従来の超電導マグネット装置
１（図４）について、その機械的強度および侵入熱の具
体的な数値を例示する。本発明における荷重支持体３
４、３５、３９、４０の内径を４７４ｍｍ、肉厚を２ｍ
ｍとし、ＦＲＰ材の弾性係数を２４１５Ｋｇ／ｃｍ²、
温度３００Ｋから６０Ｋまでの熱伝導積分値を１．３２
×１０^-1、温度６０Ｋから４Ｋまでの熱伝導積分値を
１．２４×１０^-1とし、その１本にかかる設計荷重を３
０００Ｋｇｆとすると、荷重支持体の最大たわみは、
０．０５ｍｍである。また、室温（３００Ｋ）からＧＭ
冷凍機３の第一段冷却ステージ３Ａ（６０Ｋ）への侵入
熱量は、５．６４Ｗであり、第一段冷却ステージ３Ａか
ら第二段冷却ステージ３Ｂ（４Ｋ）への侵入熱は、０．
２５Ｗである。

【００５６】一方、図４に示した従来の超電導マグネッ
ト装置１における荷重支持体（中空ロッド１６、１７、
１８）の内径を４６ｍｍ、肉厚を２ｍｍとして、最大た
わみが、たとえば１．０ｍｍ以下となるようにするに
は、１本あたりの荷重を６０Ｋｇｆにする必要があるの
で、上述のように設計荷重３０００Ｋｇｆを支持するた
めには、単純計算で５０本の中空ロッドが必要となる。
ここで、たとえば温度３００Ｋから６０Ｋまでの第１の
中空ロッド１６の長さを７０ｍｍ、温度６０Ｋから４Ｋ
までの第２の中空ロッド１７の長さを１５０ｍｍ、長さ
計２２０ｍｍとすると、中空ロッド１本あたりの侵入熱
量は、温度３００Ｋから６０Ｋまでは０．５７Ｗ、温度
６０Ｋから４Ｋまでは０．０２５Ｗであり、中空ロッド
が５０本として侵入熱量の合計は、温度３００Ｋから６
０Ｋまでは２８．５Ｗ、温度６０Ｋから４Ｋまでは１．
２５Ｗとなって、本発明の荷重支持体に比較して、たわ
みが大きいにもかかわらず、熱侵入量も大幅に増加する
ことがわかる。

【００５７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、荷重支持
体により超電導コイルないしコイル巻枠を支持するよう
にしたので、超電導マグネット装置の組み立て時におい
ては従来の複数本の中空ロッドの場合に比較して、位置
決めの作業量を大幅に削減することができる。さらに、
超電導コイルへの侵入熱量を大幅に増加させることな
く、荷重支持体の許容荷重を向上させることができると
ともに、横方向耐荷重の方向依存性をなくすことがで
き、かつ装置全体の小型化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による超電導マグネット装
置３０の軸方向に沿った断面図であって、その断面部分
の一側（左側）のみを示す。

【図２】同、上部支持部３２の要部拡大断面図である。

【図３】同、下部支持部３３の要部拡大断面図である。

【図４】従来のヘリウムフリーの超電導マグネット装置
１の概略断面図である。

【図５】液体ヘリウムを使用する従来の他の超電導マグ
ネット装置の支持構造２１を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１ 超電導マグネット装置（図４） ２ 真空容器 ３ ＧＭ冷凍機（ギフォード・マクマホン冷凍機） ３Ａ ＧＭ冷凍機３の第一段冷却ステージ ３Ｂ ＧＭ冷凍機３の第二段冷却ステージ ４ 円筒状の熱シールド板 ５ 上部支持部 ６ 下部支持部 ７ コイル巻枠 ８ 超電導コイル ９ 室温磁場空間（室温ボア） １０ 真空容器２の上部フランジ １１ 真空容器２の下部フランジ １２ 真空容器２の容器ボア内筒 １３ 熱シールド板４の上部フランジ １４ コイル巻枠７の巻枠支持板 １５ 熱シールド板４の下部フランジ １６ ＦＲＰ製（繊維強化プラスチック製）の第１の中
空ロッド １７ ＦＲＰ製（繊維強化プラスチック製）の第２の中
空ロッド １８ ＦＲＰ製（繊維強化プラスチック製）の第３の中
空ロッド １９ 取付け片 ２０ 熱シールド板４のシールド板内筒 ２１ 液体ヘリウムを使用する従来の超電導マグネット
装置の支持構造（図５） ２２ 支持体 ２３ ヘリウム容器 ３０ 超電導マグネット装置（実施の形態、図１） ３１ 超電導マグネット装置３０の荷重支持構造 ３２ 上部支持部 ３３ 下部支持部 ３４ ＧＦＲＰ製（ガラス繊維強化プラスチック製）の
第１の上部荷重支持体 ３４Ａ 第１の上部荷重支持体３４のテーパー面 ３５ ＧＦＲＰ製（ガラス繊維強化プラスチック製）の
第２の上部荷重支持体 ３５Ａ 第２の上部荷重支持体３５のテーパー面 ３６ 上部取付け部 ３７ 中間取付け部 ３８ 巻枠上部取付け部 ３９ ＧＦＲＰ製（ガラス繊維強化プラスチック製）の
第１の下部荷重支持体 ３９Ａ 第１の下部荷重支持体３９のテーパー面 ４０ ＧＦＲＰ製（ガラス繊維強化プラスチック製）の
第２の下部荷重支持体 ４０Ａ 第２の下部荷重支持体４０のテーパー面 ４１ 下部取付け部 ４２ 中間取付け部 ４３ 巻枠下部取付け部 ４４ 径方向固定リング ４５ 軸方向固定具 ４６ 熱アンカーリング（熱アンカー） ４７ 上下一対の荷重支持体押さえリング ４８ 伝熱コンタクトバネ ４９ 熱シールド板固定リング ５０ 金属製のピン ５１ 径方向固定リング ５２ 気体流路 ５３ 容器内空間 ５４ 貫通孔 ５５ シールド板内空間 ５６ 熱シールド板４の熱シールド板外筒下部板 Ｍ 室温磁場空間９に置く強磁性体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空容器と、 この真空容器内に設けるとともに冷凍機により冷却可能
   とした超電導コイルと、 この超電導コイルを巻いたコイル巻枠と、を有する超電
   導マグネット装置であって、 前記コイル巻枠と同じ内径を有するガラス繊維強化プラ
   スチック製の中空円筒状の荷重支持体を該コイル巻枠の
   両端部に、前記超電導コイルと同心的に配置し、 この荷重支持体を介して前記コイル巻枠を前記真空容器
   に取り付けたことを特徴とする超電導マグネット装置。
2. 【請求項２】 前記荷重支持体は、中間取付け部にお
   いて第１の荷重支持体および第２の荷重支持体にこれを
   二分割し、 その分割部に金属製の熱アンカーを熱的に接触させて設
   け、 この熱アンカーを前記冷凍機の冷却ステージに熱的に接
   続することを特徴とする請求項１記載の超電導マグネッ
   ト装置。
3. 【請求項３】 前記熱アンカーと前記冷凍機の前記冷
   却ステージとの間の伝熱手段として、熱応力の防止機能
   を備えた伝熱コンタクトバネを設けたことを特徴とする
   請求項２記載の超電導マグネット装置。
4. 【請求項４】 前記荷重支持体および前記真空容器
   は、その一方の取付け部においては互いに機械的に強固
   に固定し、他方の取付け部においては、互いに軸方向に
   は移動可能としてあることを特徴とする請求項１記載の
   超電導マグネット装置。
5. 【請求項５】 前記コイル巻枠と前記真空容器との間
   に熱シールド板を設け、 前記コイル巻枠と前記真空容器の容器ボア内筒との間に
   位置するこの熱シールド板のシールド板ボア内筒は、そ
   の一端部を前記熱アンカーのうちのいずれか一方に機械
   的および熱的に強固に固定するとともに、 この熱シールド板の他端部を、前記熱アンカーの他方に
   熱的に、および径方向には固定し、軸方向には移動可能
   としてあることを特徴とする請求項２記載の超電導マグ
   ネット装置。