JPS63289909A - 磁気共鳴用超導電磁石 - Google Patents

Abstract

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め要約のデータは記録されません。

Description

【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０３３．２
９３号、第０３３，４２３号、第０３３゜４２４号、第
０３３，３２９号及び第０３３，３３０号と関連を有す
る。

発明の背景 この発明は磁気共鳴作像分光法に使われる超厚電磁気共
鳴（ＭＲ）用磁石に関する。

磁気共鳴作像及び分光法では、磁気共鳴装置の要めの部
品が、被検体の原子核を整合させる為に、磁石の中孔の
中に一様な磁界を発生する超厚電磁石である。現在の磁
気共鳴用磁石の設計は、磁石の主コイルを支持する為に
コスト高のアルミニウムの鍛造品又は鋳物を利用してい
る。主コイルを巻装して、個別にエポキシ含浸し、その
後加工して、アルミニウムの支持構造にはめる。この手
順は時間かか＼ると共に労力を要する。

この発明の目的は、コイルを支持する為にアルミニウム
の鍛造品又は鋳物を利用しないＭＲ磁石を提供すること
である。

この発明の別の目的は、エポキシ含浸、コイルの精密加
工及びコイルの組立てを省くことにより、ＭＲ磁石のコ
イルの製造方法を簡単にすることである。

この発明の別の目的は、超導電ワイヤの継目の数を減ら
すことにより、磁石の信頼性を改善することである。

発明の要約 この発明の一面では、磁気共鳴用超導電磁石が、複数個
の円周方向の溝を持つ円筒形コイル蓚型を有する。各々
の円周方向の溝に超導電ワイヤを張力をかけて巻付ける
。各々の溝にある超導電ワイヤが磁石の主コイルを形成
する。重ね巻ワイヤの初め及び終りの端を電気的に短絡
する。

この発明の要旨は特許請求の範囲に具体的に且つ明確に
記載しであるが、この発明の目的並びに利点は、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。

発明の詳細な説明 図面全体にわたって、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１
１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、８０にの閉じた
円筒形の熱遮蔽体１７を取巻いている。２０　Ｋ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８０に８蔽体の内側に巣ごもりに
なっている。８０に遮蔽体、２０に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
っている。８０Ｋ及び２０に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図に全体か示されている。遮蔽体の円形端面
がボルト２７によってアルミニウム・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Ｍ、Ｅ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ット鉄を使ってもよい。

〕１空容器の圧延鋼板の端面か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憾溶接される。

強は性遮蔽体の鋼の全ての溶管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・
コーポレーションから入手し１するボンドＲ１１２３５
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
ことか出来る。

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ッ
ク複合体の支持ストラップ３１により、真空容器１３内
で半径方向に支持される。４つのストラップがヘリウム
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、繊維補強プラスチッ
ク複合体のストラッ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。繊維は強い強度と大きい弾性率
、及び極低温に於ける低い熱伝導度を持つべきである。

この用途にとっ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
ストラップは、カリフォルニア州のストラクチュラルψ
コンポジッツ・インダストリーズ社から入手し得る５Ｃ
Ｉ−・ＲＥＺ−０８１硝子エポキシ祠料を食滞したＳ−
２繊維哨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本のストラップ３１は同じ
平面内にあって、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ップは
、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。

各々のストラップが、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がねじ捧４１によって、ヘ
リウム容器２１の面に溶接されたブロック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
がブロック３７内の開口を通って、ナツト４３及びロッ
クナツトによって固定される。ストラップ３１の他端が
、真空容器１３内の凹部に枢管された球形支持体４５の
上を通る。この球形支持体が旋回して、ストラップを正
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、ストラップがその幅にわたって一
様に支持されることが保証され、こうして最大の疲労寿
命か得られる。Ｕリンク、ねじ棒及び球形支Ｔ、ｌｊ体
は、非磁性材料、好ましくはステンレス鋼で製造される
。ブロック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
トラップ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木のストラップ
がヘリウム容器の頂部の近くに係止され、２本か底部の
近くで係止される。頂部のストラップは水平平面より４
５°の角度たけ下方に伸び、底部のストラップは水平平
面より上方に４５９の角度で伸びる。ヘリウム容器の一
方の面にある１木の底部のストランプ及び１本の頂部ス
トラップが真空容器をｌｋ甲、中間ＣＩＬ而の近くで通
りぬけ、ヘリウム容器の一方の而にある他方の頂部のス
トランプ及び他方の底部のストラップか反対側で水平ゝ
１ス而の近くで真空容器を通りぬける。どのストラップ
も交差しない。ストラップ３１か２０　Ｋ及び８０に遮
蔽体の開口をも通る。

ストラップ３１は何れも編んだ銅ケーブル５１゜５３に
よって夫々２０Ｋ及び８０に遮蔽体をヒート・ステーシ
ョンとし、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・ステーション作用をするストラッ
プ５１．５３を持つ１つの支持ストラップ３１が第８図
に示されている。

ヒート・ステーション作用をするストラップ５１゜５３
が、ストラップ３１の長さに沿った場所で、伝熱性エポ
キシにより、複合体ストラップ３１のループの両側に固
定される。ストラップ５１．５３は、編組の孔を通るリ
ベットにより、遮蔽体に固定される。ブロック３７に設
けられたナツト４３の１週節により、ストラップの張力
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
ウム容器の軸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
ップ５５によって軸方向に支持される。ストラップ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。

ストラップ５５が、円筒形ヘリウム容２にの中心を通る
水平平面に沿って伸びる。４本のストラップ５５の各々
の１端がピン５７によって支持され、ストラップ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
ストラップに対するねし棒が、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ックナツト
がねじ棒６３に螺合し、張力を調節する。残り２本のス
トラッ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。ストラップ５５は、ヘリ
ウム容器から半径方向に伸びる、キャップ形フランジつ
きの４つのトラニオン６７の内の１つに、各々のストラ
ップの他端をループ状に通すことによって、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、
ストラップを取付けた後、ヘリウム容器の熱収縮によっ
てストラップに加えようとする予備イ’：ｆ　ｉＩの大
きさによって決定される。トラニオンが中心線から離れ
＼ば離れる程、円筒の中心に向う収縮が一層大きくなる
。支持ストラップ５５が２０　Ｋ及び８０　Ｋ遮蔽体の
開口を通り、夫々編んだ銅ケーブル７１．７３によって
２０Ｋ及び８０ＫＭ　４＆体をヒート・ステーションと
している。ストラップ７１．７３が、ストラップの長さ
に沿った場所で、ｉ（合体ストラップ５５のループの両
側に取付けられる。第１１図には、ヒート・ステーショ
ン作用をするス！・ラップ７１，７３を持つ軸方向支持
ストラップ５５が示されている。ヒーｉ・・ステーショ
ン作用をするストラップがリベットによって遮蔽体に固
定される。Ｕリンク６１及びトラニオン６７を用いた接
続により、ストラップ５５が回転出来る様にし、これに
よって製造時の変動を補償する。

５ｏＫｉ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
あって、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・ブロック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
からねじ俸が伸びている。１本の支柱が各々の面の上面
から垂直方向に伸び、２０に遮蔽体を通り８０Ｉ＜遮蔽
体に固定されている。他の２木の支柱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、２０に遮蔽体を通り、８０　Ｋ遮
蔽体に固定される。２本の支柱か水平に対して大体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、８０Ｉ＜遮蔽体に固定される。各々の支柱７５が編
んだケーブル７６によって２０に遮蔽体をヒート・ステ
ーションとする。８０ＫｊＭ蔽体が、第７図に示す様に
、容９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
面にねじ棒によって固定され、２０に遮蔽体を通り、支
柱７７の端から伸びるねじ棒に螺合する２個のナンドに
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、２０　Ｋ遮蔽体をヒート・
ステーションとする。

全ての支＋’−）ニア５．７７は熱伝導度の小さい非磁
性祠料で構成され、両端に内ねじを持つ肉厚の薄いＧ−
１ＯＣＲ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、２０Ｋｇ蔽体２１が６本の
非磁性支持体によってｇｏＫｉ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、上下に取付は孔
を持つ０／９０硝子工ポキシ積層体のＧＩＯ鐵維硝子板
８０で構成されることが好ましい。各々の板が、２ｏＫ
ｉ蔽休の円形面から伸びるアルミニウム・ブロック８１
にナツトとボルトによって固定される。板の他端が８０
Ｋｆｉ蔽体の内側にあるスペーサ・ブロック８３内に固
定される。ブロック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
の阪８０が円周方向に互いに等間隔であって、１つの板
が８０に、７蔽体の底から第７図に示す２０に遮蔽体の
底まで垂直に伸びる。

ボルト孔の間で測った板の半径方向の長さは、冷却した
時のアルミニウムの２０１＜及び８０に遮蔽体の相対的
な収縮を埋合せて、板に対する応力を減少する様に１個
節される。板は軸方向の支持作用を持つ位に厚手である
。

ストラップ３１．５５及び支柱７５に対する各々のねじ
取付は個所には、２つの部材からなる整合外れワンシャ
３８が使われている。これらのワッシャは非磁性材料、
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。こういうワッシャは、ストラ
ッ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。ワッシャは５″まで回転する
ことが出来る。

複合体の支持ストラップ３１．５５及び支柱７５．７７
のヒート・ステーションを設けたことにより、複合体ス
トラップ及び支柱に沿った温度分布を変えることが出来
る。ストラッ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、ストラップ及び支柱の一部分のヒー
ト・ステーション作用によって、一層低いｌｌＲ度では
、他の場合よりも一層長い、ストラップの長さにわたっ
て温度を一層低くするから、ストラップ及び支柱を介し
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図に超厚電磁石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、この管か８０
　Ｋ遮蔽体、２０　Ｋ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、超厚電ワイヤの巻線９
１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
によって変わる。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って、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イ争かであ
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
とか好ましく、コイルを直列に接続するが、更に！（雑
な蓚装順序も容易に用いること力・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
ｏ、ｏｏｓ乃至Ｃ１，０１０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
内張すされ、超厚電ワイヤの巻線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、
超厚電ワイヤと接触させてもよい。

超厚電ワイヤは、典型的には矩形断面を持つ裸線であっ
て、銅のマトリクスに８導電体のフィラメントを埋設し
たものでｔ１′ｌＳ成することが出来る。

超厚電ワイヤは、ノメソクスのレース巻テープ９５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って電気
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＋１２に
よって冷却される。

８導電体の安に性は、ワイヤの励きによる摩擦発熱があ
った場合、８導電体のフィ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って決定
される 磁石を付勢するＩｌ、買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か加わり、これと共
にコイルを磁石の中心平面へ引き付けるや１１１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
よって支えられる。半径方向の力は、超厚電ワイヤのフ
ープ張力と、大部分はステンレス鋼のワイヤの市ね巻９
７によって部分的に支えられる。ワイヤの重ね巻は、絶
縁耐力の大きい祠料の薄いシート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っている。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ックを使うことが出
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、超厚電ワイヤ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１０
７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、隣合っ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は繊維硝子制料で構成される。シート１
０７にある軸方向の溝が、磁石のクエンチングがあった
場合、コイルの内側から隣合ったスペーサの間の通気通
路へ、ヘリウム蒸気を逃がす。

小ね巻９７は、超厚電ワイヤ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聾の際、過ｌ
麿的な発熱の結果として、８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層８吋である時、８
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８導電体９１及び重ね巻
９７に比べて小さいので、８導電体及び重ね在に十分な
張力を加えて、７１ｉｌａ的な負荷か加わった時、コイ
ルか巻型から離れるのを防止することが出来る。史に、
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、８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硝子の繊維硝子フィラ
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−４５６の層で構成された４層か続き、その後円周
方向の巻線層が来て、更にその後十及び−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史に防止する。

小ね巻か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、ｍね巻の循環電流によって散逸される。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、山ね巻回路の誘起電流
の分／Ｉｉを−ト交にする為、を刀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１
２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っかりと圧縮する。板１１１，
１１３はねじ結合部材によって互いに綿付けられている
。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Ｍ
Ｒ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って決定
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か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の一部分か、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、ブロック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。更に、遮蔽体の設計は、ｉＩｉ量
と、フリンジ磁界（５ガウス線の位置）の大きさを決定
する遮蔽体の厚さとの兼合いである。ブロック１２５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・１し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ってよい。ブロッ
ク１３１で、ディジタル・イクイップメント・カンバニ
イによって製造されるＶＡＸの様なコンピュータによる
何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。判定ブロック１３３で、軸方向の磁束密度の１
３０一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、ブロッ
ク１３５で、遮蔽体の磁化を球面調和関数の球数展開を
行なって、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。この代りに、関心がある点の磁界は、有限要素
解析から直接的に決定することが出来る。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、有限要素解析によって決定された軸方
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。

ブロック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って決定された
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。繰返しニュートン・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。例えば、コイル６個の磁石は６つの自由度を持
っている。

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
数か一定であるが、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ュートン・ラフソ
ンの方式を用いて決定する。−見計算機で適当なアルゴ
リズムを使ってコイルの再合成か行なわれたら、ブロッ
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
ロック１３３で、関心のある容積内の計算された磁界の
ピークｐｐｍにそれ以上の改汲が認められないと判るま
で行なう。ブロック１４１の次の工程は、一番新しい再
合成に従ってコイルを装造し、その後ブロック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８０に遮蔽体は、へり１ウム容器２３から
のヘリウムの蒸発によって冷却される。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が通ってから、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′８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
によっ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１６１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
改博する。極低温冷却器の取付は方が、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であるが、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ッド・ハウ
ジングが２つのヒート・ステーション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２０にの温度に保つ。低温ヘッド・ハウジングが極
低温←Ｐ１１１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？Ｈ冷却器のハウジングにあるヒート
・ステーション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に直結になっている。

ケーブル１６９，１７１は、遮蔽体と極低温冷却器の低
温ヘッド・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・
ステーション１６５に溶接され、編んだケーブルの他端
が遮蔽体２１にボルト締めになっている。従って、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、銅の編組がヒート・ステーションに実質的に
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、８０　Ｋ遮蔽体の一部分は、遮蔽体を切取って、
低温端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って変更する。

ヒート・ステーション１６３がケーブル１６９に溶接さ
れる。ケーブル１６９が、アダプタ１７３にボルト締め
になっ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
と実効断面積の比か得られる様に、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
体と編組の間の圧力は、ボルトの数をｔｌｌに増やすこ
とによって、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、同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８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
、従っ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った時、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、軸方向支持ストラップは夫々キ
ャップつきフランジ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・ステーション作用をするスト
ラップ７１を２０に遮蔽体に固定する。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゜２１の内側に配置する。８０に容器には、
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・ステーション作用をするストラップを固
定した半径方向支持ストラップ３１を真空容器内の開口
から挿入し、球形支持体４５によって保持する。半径方
向ストラップか８０　Ｋ及び２０に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ック３７にス
トラップが固定される。半径方向支持ストラップの張力
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
出来る様になっているから、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ック７４に固定され、２０に遮蔽
体を通り、その他端が８０　Ｋ遮蔽体に固定される。半
径方向支持ス１−ラップ３１のヒート・ステーションを
持つストラップ５１．５３が２０Ｋ及び８０　Ｋ遮蔽体
に固定される。管状支柱のヒート・ステーション作用を
持つストラップ７６が２０に′ｉ３蔽体に固定される。

半径方向ストラッ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７゛ηいシート１８１によっ
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。２０に遮蔽体の円形端板がねじ２７によってリング
２５に固定され、半径方向ストラッ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・ステーション用ケーブル７９が２０Ｉ（遮蔽体
に固定される。

熱反射材料のシート１８１が、２０に、４蔽体を通る各
々のストラップの周りに配置される。スペーサ・ブロッ
ク８３がｇｏＫａ蔽体の内側に固定され、板８０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・ステーション１６５に溶接されているが、
これが２０に遮蔽体２１にボルト締めされる。

多層の絶縁物１７７で覆われた８０に遮蔽体の円形の端
か、ｇｏＫａ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
支持ストラップ５５のヒート・ステーション作用をする
ケーブル７３が、８０に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
、軸方向支持ストラップの張力を調節する。カバー６５
．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ップ支
持装置は、ヘリウム容器に液体ヘリウムを満たし、２０
Ｋ及び８０に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って、極低温槽を工場に戻
す必要が起ることがある。複合ストラップ支持装置は、
極低１．ｉ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、同等張力調節を必要と
せずに、板を単にボルト締めによっ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ッ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
トラン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−に、コイルを支持するのにアルミニウム鍛造品又は
鋳物を使わず、各々のコイル及びコイル集成体の精密加
工とエポキシ含浸を使わないＭＲ磁石を説明した。

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。従って、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１３０　Ｋ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２０に熱遮蔽体の斜
視図、 第５図は磁気共鳴作像用極低温１１１Ｉ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・ステーション作用をする編
んだケーブルを持つ半径方向支持ストラップの斜視図、 第９図は磁気共鳴用極低温槽に於けるヒー）・・ステー
ション作用をするケーブルの取付は方及び半径方向懸架
ストラップの１端の取付は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・ステーション作用をする
２木の編んだケーブルを持つ軸方向支持ストラップの斜
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４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電ね巻ワイ
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図は部分的な市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
ｔｊＰつＭＲ磁石を作る工程を示すブロック図、 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７１号の説明 ９１：超導電ワイヤ ９３；円筒形コイル巻型 ９７：重ね巻ワイヤ １０１：絶縁シート １０３：溝

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数個の円周方向の溝を持つ円筒形コイル巻型と、 各々の円周方向の溝に張力をかけて巻付けられた超導電
   ワイヤとを有し、各々の溝にある超導電ワイヤが主磁石
   コイルを形成し、更に、 各々の主コイルの周りに張力をかけて重ね巻した電流導
   電ワイヤを有し、該重ね巻ワイヤの初め及び終りの端を
   電気的に短絡した磁気共鳴用超導電磁石。 ２、前記重ね巻ワイヤがステンレス鋼で構成される請求
   項１記載の磁気共鳴用超導電磁石。 ３、前記円筒形コイル巻型が、超導電巻線及び重ね巻ワ
   イヤ巻線よりも円周方向の熱収縮が一層小さい様に巻装
   された、フィラメント巻装プラスチック含浸円筒で構成
   されている請求項１記載の磁気共鳴用超導電磁石。 ４、前記超導電ワイヤに電気絶縁テープを螺旋形に巻付
   けて、テープの隣合ったターンの間にスペースを残した
   請求項１記載の磁気共鳴用超導電磁石。 ５、前記電気絶縁テープが約５０％を覆っている請求項
   ４記載の磁気共鳴用超導電磁石。 ６、前記コイル巻型の溝と前記超導電ワイヤの間に低摩
   擦界面を設けた請求項３記載の磁気共鳴用超導電磁石。 ７、前記超導電ワイヤを前記重ね巻ワイヤから分離する
   非導電材料のシートを有し、該シートは通気用の軸方向
   に伸びる溝、及び該溝の軸方向の壁に隣接して互いに円
   周方向に隔たる半径方向に伸びるスペーサを持っていて
   、前記シートを軸方向の壁から遠ざける様に中心合せし
   、前記スペーサが隣合ったシートの間に、該シートから
   コイル巻型の外部までの通気通路を形成している請求項
   ６記載の磁気共鳴用超導電磁石。 ８、磁気共鳴用超導電磁石を作る方法に於て、プラスチ
   ック湿潤フィラメントを用いて、心棒の周りに円筒形コ
   イル巻型を巻き、該コイル巻型は超導電ワイヤ又は重ね
   巻ワイヤよりも円周方向の熱収縮が一層小さくなる様に
   巻装され、 前記コイル巻型を心棒から取外し、 主コイルの数に対応する複数個の円周方向の溝を前記コ
   イル巻型に加工し、 各々の前記溝に張力をかけて超導電ワイヤを巻付け、 各々の主コイルの超導電ワイヤに対して、導電ワイヤを
   用いて張力をかけて重ね巻し、 各々の主コイルを取巻く重ね巻の初め及び終りの端を電
   気的に短絡する工程を含む方法。 ９、前記超導電ワイヤを巻付ける工程が、コイル巻型の
   １端から他端まで逐次的に主コイルを巻装することを含
   む請求項８記載の方法 １０、前記超導電巻線に電気絶縁テープを螺旋形に巻付
   けて、該テープの隣合ったターンの間にスペースが残る
   様にする工程を含む請求項８記載の方法。 １１、超導電巻線の周りに非導電材料のシートを配置す
   る工程を含み、該シートは超導電巻線の側面に隣接して
   軸方向に伸びる溝を持ち、半径方向に伸び、円周方向に
   相隔たるスペーサを配置して、前記シートを前記溝の軸
   方向に伸びる溝から中心合せし、こうして隣合った半径
   方向スペーサの間に、前記シートからコイル巻型の外部
   までの通気通路を作り、シートを配置する工程及びスペ
   ーサを配置する工程が、重ね巻工程より前に行なわれる
   請求項９記載の方法。