特許 6602717 冷凍ユニットのメンテナンス方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6602717

(24)【登録日】2019年10月18日

(45)【発行日】2019年11月6日

(54)【発明の名称】冷凍ユニットのメンテナンス方法

(51)【国際特許分類】

   H01F 6/04 20060101AFI20191028BHJP

   A61B 5/055 20060101ALI20191028BHJP

   G01N 24/00 20060101ALI20191028BHJP

   H01L 39/04 20060101ALI20191028BHJP

【ＦＩ】

   H01F6/04ZAA

   A61B5/055 360

   A61B5/055 331

   G01N24/00 600D

   H01L39/04

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-68758(P2016-68758)

(22)【出願日】2016年3月30日

(65)【公開番号】特開2017-183526(P2017-183526A)

(43)【公開日】2017年10月5日

【審査請求日】2018年8月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】502147465

【氏名又は名称】ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100067828

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 悦司

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100176315

【弁理士】

【氏名又は名称】荒田 秀明

(72)【発明者】

【氏名】宮田 斉

(72)【発明者】

【氏名】糸木 温子

【審査官】 田中 崇大

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２５２３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−００４１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２３０４５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１２７２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１２３３１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ５／０５５

Ｇ０１Ｎ２２／００−２２／０４

２４／００−２４／１４

Ｇ０１Ｒ３３／２８−３３／６４

Ｈ０１Ｆ６／００−６／０６

Ｈ０１Ｌ３９／０２−３９／０４

３９／１４−３９／１６

３９／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超電導コイルと、前記超電導コイルを収容する輻射シールドと、前記輻射シールドを収容する真空容器と、を備える超電導マグネット装置に用いられる冷凍ユニットであって、前記輻射シールドを冷却する第１冷却ステージ、前記超電導コイルを冷却する第２冷却ステージ、及び、前記真空容器に取り付けられることが可能な冷凍機本体を有するもののメンテナンス方法であって、
前記第１冷却ステージと前記輻射シールドとが熱的に接触した状態で前記冷凍機本体を前記真空容器に接続する接続工程を備え、
前記接続工程では、前記第１冷却ステージの温度を検出して、その検出値を確認しながら、前記第１冷却ステージの温度が目標温度となるように、前記冷凍機本体を前記真空容器に固定するための部材であって締付力の調整により前記第１冷却ステージの前記輻射シールド又は前記輻射シールドに対して熱的に接触している熱伝導部材への接触圧力を調整可能な締付部材の締付力を調整する、冷凍ユニットのメンテナンス方法。

【請求項2】

請求項１に記載の冷凍ユニットのメンテナンス方法において、
前記接続工程では、前記目標温度として、前記輻射シールドの温度から予め設定された設定値を引いた温度が用いられる、冷凍ユニットのメンテナンス方法。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の冷凍ユニットのメンテナンス方法において、
前記接続工程では、前記第１冷却ステージと前記輻射シールド又は前記熱伝導部材との隙間を埋めることが可能な熱伝導シートと、前記熱伝導シートに積層された熱伝導剥離層と、を介して前記第１冷却ステージと前記輻射シールドとが熱的に接触した状態で前記冷凍機本体を前記真空容器に接続する、冷凍ユニットのメンテナンス方法。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれかに記載の冷凍ユニットのメンテナンス方法において、
前記冷凍ユニットは、前記超電導マグネット装置として、前記輻射シールド内において前記超電導コイル及び液体ヘリウムを収容するヘリウム槽をさらに備えるものに用いられ、
前記接続工程の前に前記冷凍ユニットを前記真空容器から取外す取外し工程をさらに備え、
前記取外し工程では、前記ヘリウム槽内が正圧に維持された状態で前記冷凍ユニットを取り外す、冷凍ユニットのメンテナンス方法。

【請求項5】

請求項４に記載の冷凍ユニットのメンテナンス方法において、
前記取外し工程では、前記ヘリウム槽内が負圧であるときに、前記ヘリウム槽内が正圧となるまで当該ヘリウム槽内にヘリウムガスを供給した後、前記ヘリウム槽内が正圧に維持された状態で前記冷凍ユニットを取外す、冷凍ユニットのメンテナンス方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超電導マグネット装置に用いられる冷凍ユニットに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、超電導コイルを超電導状態で使用することによって高い磁場を生じさせる超電導マグネット装置が知られている。例えば、特許文献１には、超電導コイルと、超電導コイル及び液体ヘリウムを収容する低温容器と、低温容器を収容する熱シールドと、熱シールドを収容する真空容器と、真空容器に装着されており熱シールド及び超電導コイルを冷却するための冷凍機と、を備える超電導マグネット装置が開示されている。冷凍機は、伝熱部材を介して熱シールドを冷却する第１冷却ステージと、ヘリウムを介して超電導コイルを冷却する第２冷却ステージと、伝熱部材を介して第１冷却ステージと熱シールドとが互いに熱的に接触した状態で真空容器に固定される冷凍機本体と、を有している。冷凍機本体の真空容器への固定は、ボルト等の締付部材によって行われることが多い。

【0003】

この超電導マグネット装置では、締付部材が取り外され、冷凍機が真空容器から引き抜かれる（取外される）ことにより、冷凍機のメンテナンスが行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７−１９４２５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載されるような超電導マグネット装置では、冷凍ユニットのメンテナンスないし交換後、第１冷却ステージが輻射シールドに対して適切に熱的に接触した状態となるように冷凍機を真空容器に再装着することが困難である。具体的に、第１冷却ステージが高い接触圧で輻射シールドに接触されることにより、第１冷却ステージと輻射シールドとの良好な熱的接触状態が得られるが、前記締付部材による締付力が大き過ぎる場合、第１冷却ステージが破損する恐れがある。逆に、締付部材による締付力が不足している場合、第１冷却ステージと輻射シールドとの熱的接触が不十分となるので、輻射シールドの冷却が不十分となる。このため、締付部材による締付力が大きくなり過ぎずかつ小さくなり過ぎないように当該締付部材が締め付けられる必要があるが、このような好適な範囲となるように締付部材を締め付けることは困難である。

【0006】

以上の課題は、液体ヘリウム及びこれを収容するヘリウム槽を備えていないもの、すなわち、液体ヘリウムではなく熱伝導率の高い部材からなるプレート等を介して第２冷却ステージにより超電導コイルが冷却される超電導マグネット装置においても同様に生じ得る。

【0007】

本発明の目的は、第１冷却ステージが輻射シールドに対して適切に熱的に接触した状態で冷凍機本体を真空容器に取り付けることが可能な冷凍ユニットのメンテナンス方法及び冷凍ユニットを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記課題を解決するための手段として、本発明は、超電導コイルと、前記超電導コイルを収容する輻射シールドと、前記輻射シールドを収容する真空容器と、を備える超電導マグネット装置に用いられる冷凍ユニットであって、前記輻射シールドを冷却する第１冷却ステージ、前記超電導コイルを冷却する第２冷却ステージ、及び、前記真空容器に取り付けられることが可能な冷凍機本体を有するもののメンテナンス方法であって、前記第１冷却ステージと前記輻射シールドとが熱的に接触した状態で前記冷凍機本体を前記真空容器に接続する接続工程を備え、前記接続工程では、前記第１冷却ステージの温度を検出して、その検出値を確認しながら、前記第１冷却ステージの温度が目標温度となるように、前記冷凍機本体を前記真空容器に固定するための部材であって締付力の調整により前記第１冷却ステージの前記輻射シールド又は前記輻射シールドに対して熱的に接触している熱伝導部材への接触圧力を調整可能な締付部材の締付力を調整する、冷凍ユニットのメンテナンス方法を提供する。

【0009】

本メンテナンス方法では、接続工程において、第１冷却ステージの温度を確認しながら当該温度が目標温度（例えば冷凍ユニットのメンテナンス前の第１冷却ステージの温度）になるように締付部材の締付力を調整するので、締付力が大きくなり過ぎることによって第１冷却ステージが破損すること、及び、締付力が小さくなり過ぎることによって第１冷却ステージと輻射シールドとの熱的接触が不十分となることの双方が抑制される。例えば、第１冷却ステージの温度が目標温度よりも低い場合、第１冷却ステージの輻射シールド又は熱伝導部材に対する熱的な接触状態（接触圧力）が不十分であることに起因して第１冷却ステージから輻射シールドへの冷熱の伝達が不十分となっている（第１冷却ステージが冷え過ぎている）と考えられる。このため、第１冷却ステージの温度が目標温度よりも低い場合、締付部材の締付力を大きくする。

【0010】

前記冷凍ユニットのメンテナンス方法において、前記接続工程では、前記目標温度として、前記輻射シールドの温度から予め設定された設定値を引いた温度が用いられることが好ましい。

【0011】

この態様では、第１冷却ステージの輻射シールドへの良好な熱的接触状態が得られていることの判断を、第１冷却ステージの温度のみに基づいて行われる場合に比べて高い精度で行うことが可能である。具体的に、第１冷却ステージと輻射シールドとは互いに熱的に接触しているため、この熱的な接触状態が十分であれば、輻射シールドの温度と第１冷却ステージの温度との温度差は非常に小さくなる。よって、この非常に小さな値が前記設定値に設定されることにより、第１冷却ステージと輻射シールドとの熱的な接触状態を高い精度で判断することができる。例えば、前記温度差が前記設定値よりも大きい場合、すなわち、第１冷却ステージの温度が輻射シールドの温度から前記設定値を引いた温度よりも低い場合、第１冷却ステージと輻射シールドとの熱的な接触状態が不十分と考えられる。よって、その場合、第１冷却ステージの温度が輻射シールドの温度から前記設定値を引いた温度に等しくなるように締付部材の締付力が調整される。

【0012】

また、前記冷凍ユニットのメンテナンス方法において、前記接続工程では、前記第１冷却ステージと前記輻射シールド又は前記熱伝導部材との隙間を埋めることが可能な熱伝導シートと、前記熱伝導シートに積層された熱伝導剥離層と、を介して前記第１冷却ステージと前記輻射シールドとが熱的に接触した状態で前記冷凍機本体を前記真空容器に接続することが好ましい。

【0013】

このようにすれば、接続工程において熱伝導シートを介して第１冷却ステージと輻射シールドとの良好な熱的接触状態が確保され、しかも、熱伝導剥離層が介在しているので、冷凍ユニットのメンテナンス時に第１冷却ステージを輻射シールド又は前記熱伝導部材から容易に離間させることができる。

【0014】

また、前記冷凍ユニットのメンテナンス方法において、前記冷凍ユニットは、前記超電導マグネット装置として、前記輻射シールド内において前記超電導コイル及び液体ヘリウムを収容するヘリウム槽をさらに備えるものに用いられ、前記接続工程の前に前記冷凍ユニットを前記真空容器から取外す取外し工程をさらに備え、前記取外し工程では、前記ヘリウム槽内が正圧に維持された状態で前記冷凍ユニットを取り外すことが好ましい。

【0015】

このようにすれば、取外し工程において冷凍ユニットを取外すときのヘリウム槽内への空気の流入が抑制される。このため、ヘリウム槽内へ流入した空気に含まれる水分が凝固することにより形成された氷のヘリウム槽ないしその近傍への付着が抑制される。

【0016】

具体的に、前記取外し工程では、前記ヘリウム槽内が負圧であるときに、前記ヘリウム槽内が正圧となるまで当該ヘリウム槽内にヘリウムガスを供給した後、前記ヘリウム槽内が正圧に維持された状態で前記冷凍ユニットを取外すことが好ましい。

【0017】

また、本発明は、超電導コイルと、前記超電導コイルを収容する輻射シールドと、前記輻射シールドを収容する真空容器と、を備える超電導マグネット装置に用いられる冷凍ユニットであって、前記輻射シールドを冷却する第１冷却ステージ、前記超電導コイルを冷却する第２冷却ステージ、及び、前記第１冷却ステージが前記輻射シールドに熱的に接触した状態で前記真空容器に取り付けられることが可能な冷凍機本体を有する冷凍機と、前記第１冷却ステージに接続された温度センサと、前記冷凍機本体を前記真空容器に対して着脱自在に接続可能な部材であって締付力の調整により前記第１冷却ステージの前記輻射シールド又は前記輻射シールドに対して熱的に接触している熱伝導部材への接触圧力を調整可能な締付部材と、前記締付部材と前記真空容器との間に設けられており、前記締付部材と接触することにより前記締付部材を締め付ける際の締付抵抗を生じさせ、かつ、前記締付抵抗を生じさせた状態から前記締付部材の締付力が大きくなるにしたがって次第に前記締付部材と前記真空容器との距離が小さくなるように弾性的に圧縮変形するストローク調整部材と、を有する、冷凍ユニットを提供する。

【0018】

本冷凍ユニットでは、締付部材の増し締め（締付ストロークの調整）が可能であり、また、この増し締めにより第１冷却ステージの温度の調整が可能であるので、第１冷却ステージの温度が目標温度（例えば冷凍ユニットのメンテナンス前の第１冷却ステージの温度）となるように締付部材の締付力を調整することにより、第１冷却ステージが輻射シールドに対して適切に熱的に接触した状態で当該冷凍ユニットのメンテナンスないし交換を完了することができる。具体的に、ストローク調整部材は、締付部材と接触することにより締付抵抗を生じさせるので、メンテナンス作業者は、前記締付抵抗を感じた時点（締付トルクが所定値になった時点）で締付部材の締め付けを停止することができる。そして、その時点での温度センサの検出値（第１冷却ステージの温度）を確認し、この温度が目標温度よりも低い場合、第１冷却ステージの輻射シールドに対する熱的な接触状態（接触圧力）が不十分であることに起因して第１冷却ステージから輻射シールドへの冷熱の伝達が不十分となっている（第１冷却ステージが冷え過ぎている）と考えられるので、この場合に締付部材を増し締めする（締付部材の締付力を大きくする）。その結果、締付部材と真空容器との距離が小さくなるので、第１冷却ステージの輻射シールド又は前記熱伝導部材への接触圧力が増大するとともに前記検出値が目標温度に近づくように大きくなる。このように第１冷却ステージの温度を調整することが可能であるので、締付部材の締付力が大きくなり過ぎることによって第１冷却ステージが破損すること、及び、締付力が小さくなり過ぎることによって第１冷却ステージと輻射シールドとの熱的接触が不十分となることの双方が抑制される。

【発明の効果】

【0019】

以上のように、本発明によれば、第１冷却ステージが輻射シールドに対して適切に熱的に接触した状態で冷凍機本体を真空容器に取り付けることが可能な冷凍ユニットのメンテナンス方法及び冷凍ユニットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施形態の超電導マグネット装置の概略を示す断面図である。

【図2】図５のＩＩ−ＩＩ線での断面を含む冷凍ユニットの近傍の拡大図である。

【図3】熱伝導シート及び熱伝導剥離層を示す図である。

【図4】冷凍ユニットの概略を示す図である。

【図5】冷凍ユニットの平面図である。

【図6】図５のＶＩ−ＶＩ線での断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明の一実施形態の超電導マグネット装置について、図１〜図６を参照しながら説明する。

【0022】

図１に示されるように、超電導マグネット装置は、超電導コイル１０と、ヘリウム槽１４と、輻射シールド２０と、真空容器３０と、電極部材４０と、導電部材５０と、第１冷凍機６０と、第２冷凍機８０を含む冷凍ユニット７０と、を備えている。

【0023】

超電導コイル１０は、超電導体（超電導物質）からなる線材を巻枠に巻回することにより得られるコイルである。

【0024】

ヘリウム槽１４は、超電導コイル１０と液体ヘリウム１２とを収容する。ヘリウム槽１４は、ステンレスからなる。図１に示されるように、ヘリウム槽１４は、超電導コイル１０の中心軸が水平となる姿勢で超電導コイル１０を収容している。このヘリウム槽１４には、第１冷凍機６０の一部を包囲する第１内筒部１５Ａと、冷凍ユニット７０の一部を包囲する第２内筒部１５Ｂと、が接続されている。各内筒部１５Ａ，１５Ｂは、これら内筒部１５Ａ，１５Ｂの中心軸がヘリウム槽１４の軸方向と直交する姿勢でヘリウム槽１４の上部に接続されている。第２内筒部１５Ｂは、ヘリウム槽１４の軸方向について第１内筒部１５Ａから離間した位置に設けられている。ヘリウム槽１４で液体ヘリウム１２が蒸発することにより生じたヘリウムガスは、各内筒部１５Ａ，１５Ｂ内の各冷凍機６０，８０で冷却されることにより凝縮する。これにより生じた液体ヘリウム１２は、ヘリウム槽１４に滴下する。

【0025】

輻射シールド２０は、ヘリウム槽１４及び各内筒部１５Ａ，１５Ｂを被覆する形状を有している。輻射シールド２０は、アルミニウムからなる。輻射シールド２０は、当該輻射シールド２０外からヘリウム槽１４への熱の侵入を抑制する。輻射シールド２０は、ヘリウム槽１４を収容する内胴部２１と、第１内包囲部２２Ａと、第２内包囲部２２Ｂと、を有している。

【0026】

第１内包囲部２２Ａは、内胴部２１に接続されており第１内筒部１５Ａを取り囲む形状を有する。第１内包囲部２２Ａは、当該第１内包囲部２２Ａの軸方向が内胴部２１の軸方向と直交する姿勢で内胴部２１の上部に接続されている。第１内包囲部２２Ａの上端部には、第１内上壁２３Ａが接続されている。

【0027】

第２内包囲部２２Ｂは、内胴部２１に接続されており第２内筒部１５Ｂを取り囲む形状を有する。第２内包囲部２２Ｂは、当該第２内包囲部２２Ｂの軸方向が内胴部２１の軸方向と直交する姿勢で内胴部２１の上部に接続されている。第１内包囲部２２Ｂの上端部には、第２内上壁２３Ｂが接続されている。本実施形態では、第２内上壁２３Ｂには、熱伝導率が高い材料（銅等）からなる冷却プレート２４Ｂが接続されている。冷却プレート２４Ｂの上面に温度センサＴ２が取り付けられている。また、冷却プレート２４Ｂの上面には、第２内筒部１５Ｂの上端部に接続されており熱伝導率が高い材料（銅等）からなるフランジ２５Ｂが接続されている。

【0028】

真空容器３０は、輻射シールド２０を被覆する形状を有している。真空容器３０内は真空に保たれる。これにより真空容器３０内への熱の侵入が抑制される。真空容器３０は、外胴部３１と、第１外包囲部３２Ａと、第２外包囲部３２Ｂと、を有する。

【0029】

外胴部３１は、ヘリウム槽１４及び内胴部２１を収容する。具体的に、外胴部３１は、円筒状の内周壁及び円筒状の外周壁を有しており、これら内周壁及び外周壁間の空間に超電導コイル１０、ヘリウム槽１４及び内胴部２１を収容している。外胴部３１は、ステンレスからなる。

【0030】

第１外包囲部３２Ａは、外胴部３１に接続されており第１内包囲部２２Ａを取り囲む形状を有する。本実施形態では、第１外包囲部３２Ａは、円筒状に形成されている。この第１外包囲部３２Ａの上端部には、第１外上壁３５Ａが接続されており、第１外上壁３５Ａには、電極部材４０及び第１冷凍機６０が接続されている。電極部材４０は、導電部材５０を介して超電導コイル１０に接続されている。

【0031】

第２外包囲部３２Ｂは、外胴部３１に接続されており第２内包囲部２２Ｂを取り囲む形状を有する。本実施形態では、第２外包囲部３２Ｂは、円筒状に形成されている。この第１外包囲部３２Ｂの上端部には、第２外上壁３５Ｂが接続されており、第２外上壁３５Ｂには、ヘリウムガス流路１７Ｂ及び冷凍ユニット７０が接続されている。第２外上壁３５Ｂとフランジ２５Ｂとの間には、冷凍ユニット７０の一部を取り囲む第２外筒部１６Ｂが設けられている。

【0032】

第１冷凍機６０は、真空容器３０の第１外上壁３５Ａに対して着脱自在に接続可能である。第１冷凍機６０は、第１冷却ステージ６１と、第２冷却ステージ６２と、第１外上壁３５Ａに接続される冷凍機本体６３と、を有する。

【0033】

第１冷却ステージ６１は、輻射シールド２０の第１内上壁２３Ａに熱的に接続される。第２冷却ステージ６２は、ヘリウム槽１４から上方に延びる第１内筒部１５Ａ内に配置される。冷凍機本体６３が駆動されると、第１冷却ステージ６１の温度は、３０Ｋ〜６０Ｋとなり、第２冷却ステージ６２の温度は、４Ｋ程度となる。本実施形態では、冷凍機本体６３が駆動されると、輻射シールド２０は、当該輻射シールド２０の温度が約４０Ｋ〜９０Ｋとなるまで冷却され、また、ヘリウム槽１４内の液体ヘリウム１２の気化により生じたヘリウムガスは、第２冷却ステージ６２に冷却されることによって凝縮する。

【0034】

ヘリウムガス流路１７Ｂは、図１及び図２に示されるように、ヘリウム槽１４の上部から第２外上壁３５Ｂに至るように延びる形状を有する。ヘリウムガス流路１７Ｂの上部には、当該ヘリウムガス流路１７Ｂを通じてヘリウム槽１４内にヘリウムガスを供給可能なヘリウムガス供給ライン１８Ｂが接続されている。このヘリウムガス供給ライン１８Ｂには、逆止弁Ｖが設けられている。逆止弁Ｖは、ヘリウムガス流路１７Ｂから真空容器３０外へのヘリウムガスの流出を許容する一方、真空容器３０外からヘリウムガス流路１７Ｂ内への空気の流入を禁止する。このため、ヘリウム槽１４内における液体ヘリウム１２の蒸発量が多くなることによってヘリウム槽１４内の圧力が基準値を上回ると、逆止弁Ｖを通じてヘリウムガスが真空容器３０外に流出する。また、ヘリウムガス流路１７Ｂの上部には、差圧計Ｐが設けられている。この差圧計Ｐは、ヘリウム槽１４内の圧力と、真空容器３０外の圧力と、の差を算出する。

【0035】

冷凍ユニット７０は、真空容器３０の第２外上壁３５Ｂに対して着脱自在に接続可能である。冷凍ユニット７０は、第２冷凍機８０を含む。第２冷凍機８０の構造は、第１冷凍機６０の構造とほぼ同じである。すなわち、第２冷凍機８０は、第１冷却ステージ８１と、第２冷却ステージ８２と、第２外上壁３５Ｂに接続される冷凍機本体８３と、を有する。

【0036】

第１冷却ステージ８１は、図２に示されるように、第２内筒部１５Ｂの上端部に接続されたフランジ２５Ｂに接続されている。第１冷却ステージ８１の下面及びフランジ２５Ｂの上面は、それぞれ平坦である。本実施形態では、第１ステージ８１は、フランジ２５Ｂ及び冷却プレート２４Ｂを介して輻射シールド２０に対して熱的に接続されている。つまり、本実施形態では、フランジ２５Ｂ及び冷却プレート２４Ｂが「熱伝導部材」を構成する。

【0037】

図３に示されるように、第１冷却ステージ８１とフランジ２５Ｂとの間には、熱伝導グリス９５、熱伝導シート９６及び熱伝導剥離層９７が設けられている。熱伝導シート９６は、第１冷却ステージ８１とフランジ２５Ｂとの隙間を埋めることが可能なシートであり、例えば、インジウムシートが挙げられる。熱伝導剥離層９７は、第１冷却ステージ８１をフランジ２５Ｂから離間させやすくするものであり、例えば、二硫化モリブデンのパウダーが挙げられる。

【0038】

第２冷却ステージ８２は、第２内筒部１５Ｂ内に配置されており、当該第２内筒部１５Ｂ内においてヘリウムガスを凝縮させる。

【0039】

冷凍機本体８３は、第１冷却ステージ８１が輻射シールド２０に熱的に接触した状態で真空容器３０に対して着脱自在に接続可能である。冷凍機本体８３は、駆動部８４と、駆動部８４の下面に接続されており当該駆動部８４の径方向の外向きに張り出す張出部８５と、を有している。張出部８５は、円環状である。

【0040】

本実施形態の冷凍ユニット７０は、第２冷凍機８０に加え、温度センサＴ１と、複数の固定部材８８と、複数の締付部材９０と、ストローク調整部材９４と、をさらに有している。

【0041】

温度センサＴ１は、第１冷却ステージ８１の上面に取り付けられている。この温度センサＴ１は、第１冷却ステージ８１の温度を検出する。温度センサＴ１に接続された配線８６は、張出部８５に形成されており配線８６の挿通を許容する配線挿通孔８５ａ（図４を参照）を通じて張出部８５外に導出される。本実施形態では、第２冷却ステージ８２にも温度センサＴ３が取り付けられており、この温度センサＴ３に接続された配線８７も、配線挿通孔８５ａから張出部８５外に導出される。

【0042】

複数の固定部材８８及び複数の締付部材９０は、第１冷却ステージ８１が輻射シールド２０に熱的に接触した状態（本実施形態では、第１冷却ステージ８１がフランジ２５Ｂに接触した状態）で冷凍機本体８３を真空容器３０に固定する部材である。なお、図４では、固定部材８８の図示は省略されている。

【0043】

各固定部材８８は、張出部８５を第２外上壁３５Ｂ上に設けられた固定部３６Ｂ（図２を参照）に固定する。図５に示されるように、複数の固定部材８８は、張出部８５の周方向に沿って間欠的に並ぶように配置されている。なお、図１、図２及び図４は、固定部材８８と、配線挿通孔８５ａと、を通る面での断面図であり、図６は、締付部材９０を通る面での断面の拡大図である。

【0044】

各締付部材９０は、図２及び図６に示されるように、張出部８５を第２外上壁３５Ｂ上に設けられた固定台３８Ｂに固定する。各締付部材９０は、締付力の調整が可能である。図５に示されるように、複数の（本実施形態では４つの）締付部材９０は、張出部８５の周方向に沿って等間隔に並ぶように配置されている。本実施形態では、締付部材９０は、ボルト９１と、ナット９２と、を有している。ボルト９１の軸部は、張出部８５及び固定部３６Ｂを貫通し固定台３８Ｂにねじ込まれることが可能な長さを有する。ナット９２は、ボルト９１の軸部のうち固定台３８Ｂ上の部位に取り付けられる。このため、ナット９２に対してボルト９１が締め付けられるにしたがって、次第に第１冷却ステージ８１のフランジ２５Ｂに対する接触圧力が増大する。

【0045】

ストローク調整部材９４は、締付部材９０と冷凍機本体８３との間に配置されている。より具体的には、図６に示されるように、ストローク調整部材９４は、ボルト９１の頭部と張出部８５との間に設けられている。ストローク調整部材９４は、締付部材９０のボルト９１と接触することにより締付部材９０を締め付ける際の締付抵抗を生じさせ、かつ、締付抵抗を生じさせた状態からボルト９１の締付力が大きくなるにしたがって（ボルト９１が増し締めされるにしたがって）次第にボルト９１の頭部と張出部８５との距離が小さくなるように弾性的に圧縮変形する。ストローク調整部材９４は、複数の（本実施形態では１３個の）皿ばね座金９４ａを有している。

【0046】

次に、冷凍ユニット７０のメンテナンス方法について説明する。このメンテナンス方法は、冷凍ユニット７０を取外す取外し工程と、冷凍ユニット７０のメンテナンスないし交換後に冷凍ユニット７０を再度接続する接続工程と、を備えている。

【0047】

前記取外し工程では、まず、ヘリウム槽１４内が正圧か否かが判断される。この判断は、差圧計Ｐの値に基づいて行われる。差圧計Ｐの値が負圧であることを示している場合、ヘリウムガス供給ライン１８Ｂを通じてヘリウム槽１４内にヘリウムガスが供給される。

【0048】

そして、ヘリウム槽１４内が正圧に維持された状態で冷凍ユニット７０が取外される。具体的には、各固定部材８８及び各締付部材９０が取外された後、図１の矢印で示される向き（上向き）沿って、冷凍ユニット７０が第２内筒部１５Ｂ及び第２外筒部１６Ｂ内から引き抜かれる。

【0049】

ここで、第１冷却ステージ８１とフランジ２５Ｂとの間には、熱伝導剥離層９７が設けられているので、第１冷却ステージ８１をフランジ２５Ｂから容易に離間させることができる。また、冷凍ユニット７０の取外しは、ヘリウム槽１４内が正圧に維持された状態で行われるので、冷凍ユニット７０の取外し時におけるヘリウム槽１４内への空気の流入が抑制される。このため、ヘリウム槽１４内へ流入した空気に含まれる水分が凝固することにより形成された氷のヘリウム槽１４ないしその近傍（第２内筒部１５Ｂの下部等）への付着が抑制される。

【0050】

続いて、前記取外し工程の後、前記接続工程が行われる。つまり、冷凍ユニット７０のメンテナンスないし交換後、その冷凍ユニット７０が再び真空容器３０に装着される。この接続工程は、ヘリウム槽１４内の液体ヘリウム１２の減少を抑えるという観点から、前記取外し工程後、できるだけ速やかに行われることが望ましい。本実施形態では、冷凍ユニット７０は、第２冷凍機８０や温度センサＴ１等が一体となっているので、取外し工程から接続工程までの所要時間が短縮される。

【0051】

具体的に、接続工程では、まず、熱伝導グリス９５、熱伝導シート９６及び熱伝導剥離層９７を介して第１冷却ステージ８１がフランジ２５Ｂに接触した状態（輻射シールド２０に熱的に接触した状態）において、各固定部材８８により張出部８５が固定部３６Ｂに固定される。

【0052】

そして、第１冷却ステージ８１の温度が目標温度となるように、締付部材９０の締付力が調整される。本実施形態では、前記目標温度として、メンテナンス前、つまり、取外し工程の前における第１冷却ステージ８１の温度が採用される。前記締付力の調整は、以下のようにして行われる。すなわち、ボルト９１の頭部と張出部８５との間にストローク調整部材９４が介在した状態において、ボルト９１がストローク調整部材９４に接触することによって所定の締付抵抗が生じるまで当該ボルト９１がナット９２に対して締め付けられ、このときの第１冷却ステージ８１の温度、つまり、温度センサＴ１の検出値が確認される。ここで、前記検出値が目標温度よりも低い場合、第１冷却ステージ８１の輻射シールド２０に対する熱的な接触状態（接触圧力）が不十分であることに起因して第１冷却ステージ８１から輻射シールド２０への冷熱の伝達が不十分となっている（第１冷却ステージ８１が冷え過ぎている）と考えられる。このため、第１冷却ステージ８１の温度が目標温度よりも低い場合、ボルト９１の締付力が大きくされる（ボルト９１が増し締めされる）。そうすると、ボルト９１の頭部と張出部８５との距離が小さくなるようにストローク調整部材９４が弾性的に圧縮変形するので、第１冷却ステージ８１のフランジ２５Ｂに対する接触圧力が高くなり、これにより第１冷却ステージ８１と輻射シールド２０との熱的接触状態がより強固になる。その後、温度センサＴ１の検出値が再度確認される。この操作が、第１冷却ステージ８１の温度が目標温度になるまで続けられる。そして、前記検出値が目標温度になったときにボルト９１の増し締めが停止される。

【0053】

以上のようにして冷凍ユニット７０のメンテナンスが行われる。

【0054】

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【0055】

例えば、接続工程では、各固定部材８８の取り付け後、冷却プレート２４Ｂの温度（温度センサＴ２の検出値）と第１冷却ステージ８１の温度（温度センサＴ１の検出値）との温度差が予め設定された設定値となるように、ボルト９１の締付力が調整されてもよい（ボルト９１が増し締めされてもよい）。換言すれば、前記目標温度が、冷却プレート２４Ｂの温度（輻射シールド２０の温度）から前記設定値を引いた温度とされてもよい。この態様では、第１冷却ステージ８１の輻射シールド２０への良好な熱的接触状態が得られたことが、上記実施形態のように第１冷却ステージ８１の温度のみに基づいて行われる場合に比べて高い精度で判断可能である。具体的に、第１冷却ステージ８１と輻射シールド２０とは互いに熱的に接触しているため、この熱的な接触状態が十分であれば、前記温度差は非常に小さくなる。よって、この非常に小さな値が前記設定値に設定されることにより、第１冷却ステージ８１と輻射シールド２０との熱的な接触状態を高い精度で判断することができる。すなわち、前記温度差が前記設定値よりも大きい場合、第１冷却ステージ８１と輻射シールド２０との熱的な接触状態が不十分と考えられる。よって、前記温度差が前記設定値よりも大きい場合、この温度差が設定値となるまでボルト９１が増し締めされる。

【0056】

また、ストローク調整部材９４は、ボルト９１の増し締め時に弾性的に圧縮変形可能であれば、皿ばね座金９４ａに限られない。例えば、ストローク調整部材９４として、コイルばねが用いられてもよい。

【0057】

また、第１冷却ステージ８１の接続位置は、フランジ２５Ｂに限られない。第１冷却ステージ８１は、直接輻射シールド２０に、すなわち、第２内上壁２３Ｂに接続されてもよい。

【0058】

また、液体ヘリウム１２及びヘリウム槽１４は省略されてもよい。この場合、超電導コイル１０は、各冷凍機６０，８０の第２冷却ステージ６２，８２に接続されたプレート（銅プレート等）を介して冷凍機６０，８０に冷却される。

【符号の説明】

【0059】

１０ 超電導コイル
１４ ヘリウム槽
２０ 輻射シールド
２１ 内胴部
２２Ａ 第１内包囲部
２２Ｂ 第２内包囲部
３０ 真空容器
３１ 外胴部
３２Ａ 第１外包囲部
３２Ｂ 第２外包囲部
４０ 電極部材
５０ 導電部材
６０ 第１冷凍機
６１ 第１冷却ステージ
６２ 第２冷却ステージ
７０ 冷凍ユニット
８０ 第２冷凍機
８１ 第１冷却ステージ
８２ 第２冷却ステージ
８３ 冷凍機本体
９０ 締付部材
９１ ボルト
９２ ナット
９４ ストローク調整部材
９４ａ 皿ばね座金
９６ 熱伝導シート
９７ 熱伝導剥離層
Ｔ１ 温度センサ
Ｔ２ 温度センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】