反射断熱材、断熱容器および極低温装置
【課題】反射断熱材の表面の反射膜を高い反射率に維持できる優れた耐久性を確保できるようにすることである。
【解決手段】基材としての樹脂フィルム２の表面の反射膜３を、Ａｇを主成分とし、Ｂｉ、ＳｂおよびＮｄから選ばれる１種以上の合金元素を０．００５〜３．２原子％含有するＡｇ基合金で形成することにより、化学的安定性を純Ａｇよりも向上させて、反射膜３を高い反射率に維持できる優れた耐久性を確保できるようにした。
【解決手段】基材としての樹脂フィルム２の表面の反射膜３を、Ａｇを主成分とし、Ｂｉ、ＳｂおよびＮｄから選ばれる１種以上の合金元素を０．００５〜３．２原子％含有するＡｇ基合金で形成することにより、化学的安定性を純Ａｇよりも向上させて、反射膜３を高い反射率に維持できる優れた耐久性を確保できるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射断熱材、反射断熱材を用いた断熱容器、および断熱容器を備えた極低温装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
容器や建築物の壁等には、輻射による熱伝達を抑制して内部と外部を断熱するために、片側または両側の表面に反射率の高い反射膜を設けたシート状の反射断熱材を用いることがある。従来、反射膜を形成する材料にはアルミニウムが用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
特許文献１に記載されたものでは、反射断熱材を発泡ポリエチレンシートの表面にアルミニウムフィルムを付着させたものとし、建築物の外壁面に付着させるように施工して、建築物の内部と外部を断熱するようにしている。
【０００４】
また、特許文献２に記載されたものでは、反射断熱材をアルミニウムシートまたは表面をアルミナイズしたシートとし、間隔を開けて複数層に重ねた反射断熱材を、極低温装置であるＭＲＩ（磁気共鳴断層撮影装置）用超伝導磁石アセンブリのヘリウム容器等を収容する真空容器の中に配置して、外側の真空容器と内側のヘリウム容器との間を断熱するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１１−５２１１８７号公報
【特許文献２】特開２０００−１５２９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、２に記載されたもののように、従来の反射断熱材の反射膜はアルミニウムで形成されている。アルミニウムは金、銀とともに反射率の高い金属の代表であり、輻射熱エネルギの大きい赤外線等の長波長の電磁波に対しても高い反射率を示すが、金や銀に較べると反射率は低い。このため、例えば、高い断熱性が要求される超伝導磁石や冷凍機等の極低温装置の断熱容器を断熱する場合は、反射断熱材を重ねる層数を多くする必要があり、層間に隙間を必要とする断熱層の厚さが厚くなって、断熱容器の嵩が大きくなる問題がある。また、アルミニウムは金や銀に較べると化学的安定性と熱的安定性が劣り、反射率を維持する耐久性も劣る。
【０００７】
このような問題に対処するためには、反射膜を金や銀で形成することが考えられるが、金は非常に高価な金属であり実用的でない。一方、銀は金よりも安価で、高い反射率を維持できる耐久性もアルミニウムよりは優れているが、金よりは化学的安定性が劣り、耐久性を十分に確保することはできない。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、反射断熱材の表面の反射膜を高い反射率に維持できる優れた耐久性を確保できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は、片側または両側の表面に反射膜を設けたシート状の反射断熱材において、前記反射膜を、Ａｇを主成分とし、Ｂｉ、ＳｂおよびＮｄから選ばれる１種以上の合金元素を０．００５〜３．２原子％含有するＡｇ基合金で形成した構成を採用した。
【００１０】
本発明者は、種々の合金元素を添加したＡｇ基合金について、高温多湿試験と塩水浸漬試験を行い、高温多湿試験前後での反射率変化と塩水浸漬試験後の外観変化を調査した。この結果、後の表１に示すように、Ｂｉ、ＳｂおよびＮｄから選ばれる１種以上の合金元素を０．００５〜３．２原子％含有するＡｇ基合金で形成した反射膜は、初期の反射率が純Ａｇの反射率に近く、かつ、試験後の反射率の低下が純Ａｇよりも大幅に低減されることを確認した。
【００１１】
このような結果に基づいて、上記構成を採用することにより、化学的安定性を純Ａｇよりも向上させて、反射膜を高い反射率に維持できる優れた耐久性を確保できるようにした。なお、上記合金元素の添加量を０．００５〜３．２原子％としたのは、０．００５原子％未満では耐久性を十分に確保することができず、３．２原子％を超えると初期反射率の低下量が大きくなる恐れがあるからである。
【００１２】
前記反射膜をシート状の基材に蒸着で形成したものとすることにより、広い面積の反射断熱材を容易に得ることができる。蒸着方法としては、真空蒸発法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等を採用することができる。特に、スパッタリング法で形成した反射膜は、Ａｇ基合金の合金元素分布や膜厚の均一性に優れており、反射率をより高いレベルに維持することができる。
【００１３】
前記シート状の基材を、３００Ｋにおける平均体積熱伝導率が０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料で形成することにより、反射断熱材の支持部材等との接触による熱伝導で生じる伝熱を抑制することができる。平均体積熱伝導率が０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料としては、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、メタクリル樹脂等を挙げることができる。
【００１４】
前記反射膜の平均膜厚は１０〜１０００ｎｍの範囲とするのが好ましい。平均膜厚が１０ｎｍ未満では電磁波が透過する恐れがあり、１０００ｎｍを超えると必要以上に反射断熱材が厚くなるとともに、成膜過程等で生じる応力によるひずみ等によって表面粗さが粗くなり、反射率を低下させる原因となるからである。
【００１５】
前記反射膜の表面粗さＲａは１００ｎｍ以下とするのが好ましい。反射率は表面粗さＲａが粗くなるほど低下し、１００ｎｍを超えるとその低下量が大きくなるからである。
【００１６】
また、本発明は、少なくとも２重とした内側筐体と外側筐体と、これらの内側筐体と外側筐体を内外方向に隔てる断熱空間を設けた断熱容器において、上述したいずれかの反射断熱材を、前記断熱空間の内外方向に複数層に配置した構成も採用した。
【００１７】
温度差のある２枚の平行平板間の輻射熱流速は、これらの平板間に平板と同じ輻射率（１−反射率≪１）の断熱材をＮ層に配置すると、１／（Ｎ＋１）に低減されることが知られている。したがって、上述した高い反射率（低い輻射率）の反射断熱材を断熱空間の内外方向に複数層に配置することにより、非常に断熱性の高い断熱容器を得ることができる。
【００１８】
前記断熱空間を真空とすることにより、対流による伝熱をなくして、より高い断熱性を確保することができる。
【００１９】
前記複数層に配置した反射断熱材を前記内側筐体側に固定することにより、反射断熱材の固定を容易に行うことができる。また、より面積の小さい反射断熱材で内側筐体を断熱することができる。
【００２０】
さらに、本発明は、上述したいずれかの断熱容器を備えた極低温装置の構成も採用した。例えば、極低温装置を、超伝導磁石を液体ヘリウムに浸漬したマグネット槽を囲う熱シールド槽と呼ばれる内側筐体と、外気に曝される外側筐体との間に断熱空間を設けた断熱容器を備え、マグネット槽を冷却する極低温用冷凍機の１段冷却部で内側筐体を冷却するＭＲＩ用超伝導磁石アセンブリとする場合は、内側筐体と外側筐体を隔てる断熱空間に、上記高い反射率の反射断熱材を内外方向に複数層に配置することにより、外側筐体から内側筐体への熱侵入の大部分を占める熱輻射を効果的に遮断して、内側筐体を冷却する冷凍機の負荷を小さくすることができる。したがって、冷凍機の容量を小さくすることもでき、省エネルギに大きく貢献することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る反射断熱材は、反射膜を、Ａｇを主成分とし、Ｂｉ、ＳｂおよびＮｄから選ばれる１種以上の合金元素を０．００５〜３．２原子％含有するＡｇ基合金で形成したので、化学的安定性を純Ａｇよりも向上させて、反射膜を高い反射率に維持できる優れた耐久性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】反射断熱材の実施形態を示す縦断面図
【図２】図１の反射断熱材を用いた断熱容器を備えた極低温装置を示す縦断面図
【図３】図２のIII−III線に沿った断面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１に示すように、この反射断熱材１は、シート状の基材としての樹脂フィルム２の片側の表面に、Ｂｉ、ＳｂおよびＮｄから選ばれる１種以上の合金元素を０．００５〜３．２原子％含有するＡｇ基合金をスパッタリング法で蒸着して、反射膜３を形成したものである。
【００２４】
前記反射膜３の平均膜厚は１０〜１０００ｎｍの範囲とされ、表面粗さＲａは１００ｎｍ以下とされている。また、樹脂フィルム２は、３００Ｋでの平均体積熱伝導率が０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下のポリエステル樹脂とされている。樹脂フィルム２用の樹脂は、ポリイミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、メタクリル樹脂等とすることもできる。
【００２５】
図２は、前記反射断熱材１を用いた断熱容器を備えた極低温装置を示す。この極低温装置は、ＭＲＩ用超伝導磁石アセンブリであり、超伝導磁石１１を液体ヘリウム１２に浸漬したマグネット槽１３を囲う真空室１４を形成する熱シールド槽と呼ばれる内側筐体１５と、外気に曝される外側筐体１６との間に真空断熱空間１７を設けた断熱容器を備え、マグネット槽１３を冷却する極低温用冷凍機１８の１段冷却部でアルミニウム合金製の内側筐体１５を冷却するようになっており、真空断熱空間１７に内側筐体１５の外径側と軸方向外側を覆うように、反射断熱材１が内外方向に複数層に配置されている。マグネット槽１３、内側筐体１５および外側筐体１６はドーナツ状に形成され、外側筐体１６の中心孔１６ａを被検者や被検査物が通過するようになっている。
【００２６】
前記マグネット槽１３の上部には筒状の冷凍機スリーブ１９が取り付けられ、内側筐体１５と外側筐体１６の上部に設けられた筒状の各開口部１５ａ、１６ａを通して、冷凍機１８が冷凍機スリーブ１９内に着脱可能に挿入されている。各開口部１５ａ、１６ａは蓋部材２０で密閉されている。蓋部材２０は冷凍機１８に一体に取り付けられ、冷凍機１８を挿入したときに各開口部１５ａ、１６ａを密閉する。
【００２７】
前記冷凍機１８はギフォードマクマホン方式を利用した二段式冷凍機であり、駆動部２１と、駆動部２１の下に順に連結された第１シリンダ２２および第２シリンダ２３を有し、第１シリンダ２２の下端に１段目冷却ステージ２２ａが設けられ、第２シリンダ２３の下端に２段目冷却ステージ２３ａが設けられている。２段目冷却ステージ２３ａの下側にはヘリウムガスの再凝縮器２４が取り付けられている。
【００２８】
前記駆動部２１にはヘリウムガスが供給され、供給されたヘリウムガスは第１シリンダ２２および第２シリンダ２３の下端から噴出される。第１シリンダ２２は内側筐体１５の筒状の開口部１５ａ内に位置し、１段目冷却ステージ２２ａによって内側筐体１５を約４０Ｋに冷却する。また、第２シリンダ２３は冷凍機スリーブ１９内に位置し、２段目冷却ステージ２３ａによってマグネット槽１３内を約４Ｋに冷却する。
【００２９】
前記マグネット槽１３の上部には、内側筐体１５と外側筐体１６を貫通する安全排出管２５も設けられている。この安全排出管２５は、何らかの原因でマグネット槽１３への熱侵入量が増加して、マグネット槽１３内の圧力が過度に増加したときに、マグネット槽１３内のヘリウムガスを外部に排出するための安全手段である。安全排出管２５の先端には、圧力が過度に増加したときに破壊する破裂弁２６が設けられ、安全排出管２５の中には、破裂弁２６側からの輻射熱の侵入を抑制する複数のバッフル板２７が配設されている。
【００３０】
図３に示すように、前記真空断熱空間１７に複数層に配置された反射断熱材１は、複数のステーク４によって層間にわずかの間隔を開けて連結され、ドーナツ状の内側筐体１５の外周面に巻回固定されている。各反射断熱材１は反射膜３を外側に向けて固定されている。したがって、外周側の外側筐体１６から放射される赤外線等の電磁波が各反射断熱材１の高い反射率の反射膜３で反射され、内側筐体１５への輻射による熱侵入が効果的に遮断される。
【実施例】
【００３１】
実施例として、図１に示したように、反射膜３をＢｉ、ＳｂおよびＮｄから選ばれる１種以上の合金元素を０．００５〜３．２at（原子）％含有するＡｇ基合金をスパッタリング法で形成した反射断熱材（実施例１〜１８）を用意した。比較例として純Ａｇで反射膜を形成した反射断熱材（比較例１）も用意した。
【００３２】
上記実施例１〜１８と比較例１の各反射断熱材について、反射膜の初期反射率を測定した。また、これらの各反射断熱材に対して、加速耐久試験として高温多湿試験と塩水浸漬試験を行った。高温多湿試験では試験前後の反射膜の反射率と表面粗さＲａを測定し、反射率と表面粗さＲａの変化を調査した。塩水浸漬試験では試験後の外観を目視観察し、変色や剥離等の外観変化の有無を調査した。ここでは、赤外領域の長波長の電磁波に対する反射率を精度よく測定することが難しかったので、一般的に波長が長くなるほど反射率は高くなるという知見に基づいて、替りに可視領域の長波長側の波長が６５０ｎｍの赤色光の反射率を測定した。各試験の試験条件は以下の通りである。
（高温多湿試験）
・温度：８０℃
・湿度：９０％ＲＨ
・保持時間：４８時間
（塩水浸漬試験）
・塩水濃度：０．５ｍｏｌ／リットル（ＮａＣｌ）
・塩水温度：２０℃
・浸漬時間：５分間
【００３３】
【表１】
【００３４】
各実施例と比較例の反射断熱材の初期反射率の測定結果を表１に示す。この測定結果より、各実施例の初期反射率は、反射膜を純Ａｇで形成した比較例１の初期反射率に対して数％以内の低下量に納まっており、赤外領域の電磁波に対しても高い反射率を確保できることが推定できる。
【００３５】
上記高温多湿試験の試験結果を表１に併せて示す。試験前後の反射率変化は、反射膜を純Ａｇで形成した比較例１のものが−３％程度と大きく低下しているのに対して、各実施例のものは、いずれも−１％未満であり、高い反射率を維持できる耐久性が非常に優れていることが分かる。また、試験前後の表面粗さＲａの変化も、比較例１のものが３ｎｍ程度粗くなっているのに対して、各実施例のものはいずれも０．３ｎｍ以下となっており、合金の添加量を０．０１at％以上とした実施例１、５を除くものは、粗さＲａ変化が０．０５ｎｍ以下とほとんど変化していない。このことは高い反射率を維持できることを裏付けている。
【００３６】
上記塩水浸漬試験の試験結果も表１に併せて示す。反射膜を純Ａｇで形成した比較例１のものは顕著な外観変化が認められたのに対して、各実施例のものはいずれも外観変化が認められなかった。このことも、各実施例のものが高い反射率を維持できたことを裏付けている。なお、表１には、高温多湿試験と塩水浸漬試験の試験結果に基づく耐久性の総合評価も併記した。
【００３７】
上述した実施形態では、反射断熱材を片側の表面のみに反射膜を設けたものとしたが、反射断熱材は両側の表面に反射膜を設けたものとすることもできる。
【００３８】
上述した実施形態では、極低温装置を真空の断熱空間を有する断熱容器を備えたＭＲＩ用超伝導磁石アセンブリとし、真空断熱空間に反射断熱材を複数層に配置したが、本発明に係る断熱容器は、冷蔵庫や冷凍庫等の他の断熱容器に適用することもできる。これらの断熱容器は、気体が存在する断熱空間を有するものであってもよく、断熱空間に反射断熱材を単層に配置したものであってもよい。また、本発明に係る極低温装置はＭＲＩ用超伝導磁石アセンブリに限定されることはなく、他の超伝導磁石アセンブリや、液体窒素等を用いる他の極低温装置にも適用することができる。
【００３９】
また、上述した実施形態では、断熱容器の真空断熱空間に内側筐体を覆うように反射断熱材を配置したが、内側筐体等を固定するボルトやナット等、断熱容器の内部パーツも被覆するように、反射断熱材を一層または複数層に配置してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１ 反射断熱材
２ 樹脂フィルム
３ 反射膜
４ ステーク
１１ 超伝導磁石
１２ 液体ヘリウム
１３ マグネット槽
１４ 真空室
１５ 内側筐体
１６ 外側筐体
１５ａ、１６ａ 開口部
１７ 真空断熱空間
１８ 冷凍機
１９ 冷凍機スリーブ
２０ 蓋部材
２１ 駆動部
２２ 第１シリンダ
２２ａ １段目冷却ステージ
２３ 第２シリンダ
２３ａ ２段目冷却ステージ
２４ 再凝縮器
２５ 安全排出間
２６ 破裂弁
２７ バッフル板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射断熱材、反射断熱材を用いた断熱容器、および断熱容器を備えた極低温装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
容器や建築物の壁等には、輻射による熱伝達を抑制して内部と外部を断熱するために、片側または両側の表面に反射率の高い反射膜を設けたシート状の反射断熱材を用いることがある。従来、反射膜を形成する材料にはアルミニウムが用いられている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
特許文献１に記載されたものでは、反射断熱材を発泡ポリエチレンシートの表面にアルミニウムフィルムを付着させたものとし、建築物の外壁面に付着させるように施工して、建築物の内部と外部を断熱するようにしている。
【０００４】
また、特許文献２に記載されたものでは、反射断熱材をアルミニウムシートまたは表面をアルミナイズしたシートとし、間隔を開けて複数層に重ねた反射断熱材を、極低温装置であるＭＲＩ（磁気共鳴断層撮影装置）用超伝導磁石アセンブリのヘリウム容器等を収容する真空容器の中に配置して、外側の真空容器と内側のヘリウム容器との間を断熱するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１１−５２１１８７号公報
【特許文献２】特開２０００−１５２９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、２に記載されたもののように、従来の反射断熱材の反射膜はアルミニウムで形成されている。アルミニウムは金、銀とともに反射率の高い金属の代表であり、輻射熱エネルギの大きい赤外線等の長波長の電磁波に対しても高い反射率を示すが、金や銀に較べると反射率は低い。このため、例えば、高い断熱性が要求される超伝導磁石や冷凍機等の極低温装置の断熱容器を断熱する場合は、反射断熱材を重ねる層数を多くする必要があり、層間に隙間を必要とする断熱層の厚さが厚くなって、断熱容器の嵩が大きくなる問題がある。また、アルミニウムは金や銀に較べると化学的安定性と熱的安定性が劣り、反射率を維持する耐久性も劣る。
【０００７】
このような問題に対処するためには、反射膜を金や銀で形成することが考えられるが、金は非常に高価な金属であり実用的でない。一方、銀は金よりも安価で、高い反射率を維持できる耐久性もアルミニウムよりは優れているが、金よりは化学的安定性が劣り、耐久性を十分に確保することはできない。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、反射断熱材の表面の反射膜を高い反射率に維持できる優れた耐久性を確保できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は、片側または両側の表面に反射膜を設けたシート状の反射断熱材において、前記反射膜を、Ａｇを主成分とし、Ｂｉ、ＳｂおよびＮｄから選ばれる１種以上の合金元素を０．００５〜３．２原子％含有するＡｇ基合金で形成した構成を採用した。
【００１０】
本発明者は、種々の合金元素を添加したＡｇ基合金について、高温多湿試験と塩水浸漬試験を行い、高温多湿試験前後での反射率変化と塩水浸漬試験後の外観変化を調査した。この結果、後の表１に示すように、Ｂｉ、ＳｂおよびＮｄから選ばれる１種以上の合金元素を０．００５〜３．２原子％含有するＡｇ基合金で形成した反射膜は、初期の反射率が純Ａｇの反射率に近く、かつ、試験後の反射率の低下が純Ａｇよりも大幅に低減されることを確認した。
【００１１】
このような結果に基づいて、上記構成を採用することにより、化学的安定性を純Ａｇよりも向上させて、反射膜を高い反射率に維持できる優れた耐久性を確保できるようにした。なお、上記合金元素の添加量を０．００５〜３．２原子％としたのは、０．００５原子％未満では耐久性を十分に確保することができず、３．２原子％を超えると初期反射率の低下量が大きくなる恐れがあるからである。
【００１２】
前記反射膜をシート状の基材に蒸着で形成したものとすることにより、広い面積の反射断熱材を容易に得ることができる。蒸着方法としては、真空蒸発法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等を採用することができる。特に、スパッタリング法で形成した反射膜は、Ａｇ基合金の合金元素分布や膜厚の均一性に優れており、反射率をより高いレベルに維持することができる。
【００１３】
前記シート状の基材を、３００Ｋにおける平均体積熱伝導率が０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料で形成することにより、反射断熱材の支持部材等との接触による熱伝導で生じる伝熱を抑制することができる。平均体積熱伝導率が０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料としては、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、メタクリル樹脂等を挙げることができる。
【００１４】
前記反射膜の平均膜厚は１０〜１０００ｎｍの範囲とするのが好ましい。平均膜厚が１０ｎｍ未満では電磁波が透過する恐れがあり、１０００ｎｍを超えると必要以上に反射断熱材が厚くなるとともに、成膜過程等で生じる応力によるひずみ等によって表面粗さが粗くなり、反射率を低下させる原因となるからである。
【００１５】
前記反射膜の表面粗さＲａは１００ｎｍ以下とするのが好ましい。反射率は表面粗さＲａが粗くなるほど低下し、１００ｎｍを超えるとその低下量が大きくなるからである。
【００１６】
また、本発明は、少なくとも２重とした内側筐体と外側筐体と、これらの内側筐体と外側筐体を内外方向に隔てる断熱空間を設けた断熱容器において、上述したいずれかの反射断熱材を、前記断熱空間の内外方向に複数層に配置した構成も採用した。
【００１７】
温度差のある２枚の平行平板間の輻射熱流速は、これらの平板間に平板と同じ輻射率（１−反射率≪１）の断熱材をＮ層に配置すると、１／（Ｎ＋１）に低減されることが知られている。したがって、上述した高い反射率（低い輻射率）の反射断熱材を断熱空間の内外方向に複数層に配置することにより、非常に断熱性の高い断熱容器を得ることができる。
【００１８】
前記断熱空間を真空とすることにより、対流による伝熱をなくして、より高い断熱性を確保することができる。
【００１９】
前記複数層に配置した反射断熱材を前記内側筐体側に固定することにより、反射断熱材の固定を容易に行うことができる。また、より面積の小さい反射断熱材で内側筐体を断熱することができる。
【００２０】
さらに、本発明は、上述したいずれかの断熱容器を備えた極低温装置の構成も採用した。例えば、極低温装置を、超伝導磁石を液体ヘリウムに浸漬したマグネット槽を囲う熱シールド槽と呼ばれる内側筐体と、外気に曝される外側筐体との間に断熱空間を設けた断熱容器を備え、マグネット槽を冷却する極低温用冷凍機の１段冷却部で内側筐体を冷却するＭＲＩ用超伝導磁石アセンブリとする場合は、内側筐体と外側筐体を隔てる断熱空間に、上記高い反射率の反射断熱材を内外方向に複数層に配置することにより、外側筐体から内側筐体への熱侵入の大部分を占める熱輻射を効果的に遮断して、内側筐体を冷却する冷凍機の負荷を小さくすることができる。したがって、冷凍機の容量を小さくすることもでき、省エネルギに大きく貢献することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る反射断熱材は、反射膜を、Ａｇを主成分とし、Ｂｉ、ＳｂおよびＮｄから選ばれる１種以上の合金元素を０．００５〜３．２原子％含有するＡｇ基合金で形成したので、化学的安定性を純Ａｇよりも向上させて、反射膜を高い反射率に維持できる優れた耐久性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】反射断熱材の実施形態を示す縦断面図
【図２】図１の反射断熱材を用いた断熱容器を備えた極低温装置を示す縦断面図
【図３】図２のIII−III線に沿った断面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１に示すように、この反射断熱材１は、シート状の基材としての樹脂フィルム２の片側の表面に、Ｂｉ、ＳｂおよびＮｄから選ばれる１種以上の合金元素を０．００５〜３．２原子％含有するＡｇ基合金をスパッタリング法で蒸着して、反射膜３を形成したものである。
【００２４】
前記反射膜３の平均膜厚は１０〜１０００ｎｍの範囲とされ、表面粗さＲａは１００ｎｍ以下とされている。また、樹脂フィルム２は、３００Ｋでの平均体積熱伝導率が０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下のポリエステル樹脂とされている。樹脂フィルム２用の樹脂は、ポリイミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、メタクリル樹脂等とすることもできる。
【００２５】
図２は、前記反射断熱材１を用いた断熱容器を備えた極低温装置を示す。この極低温装置は、ＭＲＩ用超伝導磁石アセンブリであり、超伝導磁石１１を液体ヘリウム１２に浸漬したマグネット槽１３を囲う真空室１４を形成する熱シールド槽と呼ばれる内側筐体１５と、外気に曝される外側筐体１６との間に真空断熱空間１７を設けた断熱容器を備え、マグネット槽１３を冷却する極低温用冷凍機１８の１段冷却部でアルミニウム合金製の内側筐体１５を冷却するようになっており、真空断熱空間１７に内側筐体１５の外径側と軸方向外側を覆うように、反射断熱材１が内外方向に複数層に配置されている。マグネット槽１３、内側筐体１５および外側筐体１６はドーナツ状に形成され、外側筐体１６の中心孔１６ａを被検者や被検査物が通過するようになっている。
【００２６】
前記マグネット槽１３の上部には筒状の冷凍機スリーブ１９が取り付けられ、内側筐体１５と外側筐体１６の上部に設けられた筒状の各開口部１５ａ、１６ａを通して、冷凍機１８が冷凍機スリーブ１９内に着脱可能に挿入されている。各開口部１５ａ、１６ａは蓋部材２０で密閉されている。蓋部材２０は冷凍機１８に一体に取り付けられ、冷凍機１８を挿入したときに各開口部１５ａ、１６ａを密閉する。
【００２７】
前記冷凍機１８はギフォードマクマホン方式を利用した二段式冷凍機であり、駆動部２１と、駆動部２１の下に順に連結された第１シリンダ２２および第２シリンダ２３を有し、第１シリンダ２２の下端に１段目冷却ステージ２２ａが設けられ、第２シリンダ２３の下端に２段目冷却ステージ２３ａが設けられている。２段目冷却ステージ２３ａの下側にはヘリウムガスの再凝縮器２４が取り付けられている。
【００２８】
前記駆動部２１にはヘリウムガスが供給され、供給されたヘリウムガスは第１シリンダ２２および第２シリンダ２３の下端から噴出される。第１シリンダ２２は内側筐体１５の筒状の開口部１５ａ内に位置し、１段目冷却ステージ２２ａによって内側筐体１５を約４０Ｋに冷却する。また、第２シリンダ２３は冷凍機スリーブ１９内に位置し、２段目冷却ステージ２３ａによってマグネット槽１３内を約４Ｋに冷却する。
【００２９】
前記マグネット槽１３の上部には、内側筐体１５と外側筐体１６を貫通する安全排出管２５も設けられている。この安全排出管２５は、何らかの原因でマグネット槽１３への熱侵入量が増加して、マグネット槽１３内の圧力が過度に増加したときに、マグネット槽１３内のヘリウムガスを外部に排出するための安全手段である。安全排出管２５の先端には、圧力が過度に増加したときに破壊する破裂弁２６が設けられ、安全排出管２５の中には、破裂弁２６側からの輻射熱の侵入を抑制する複数のバッフル板２７が配設されている。
【００３０】
図３に示すように、前記真空断熱空間１７に複数層に配置された反射断熱材１は、複数のステーク４によって層間にわずかの間隔を開けて連結され、ドーナツ状の内側筐体１５の外周面に巻回固定されている。各反射断熱材１は反射膜３を外側に向けて固定されている。したがって、外周側の外側筐体１６から放射される赤外線等の電磁波が各反射断熱材１の高い反射率の反射膜３で反射され、内側筐体１５への輻射による熱侵入が効果的に遮断される。
【実施例】
【００３１】
実施例として、図１に示したように、反射膜３をＢｉ、ＳｂおよびＮｄから選ばれる１種以上の合金元素を０．００５〜３．２at（原子）％含有するＡｇ基合金をスパッタリング法で形成した反射断熱材（実施例１〜１８）を用意した。比較例として純Ａｇで反射膜を形成した反射断熱材（比較例１）も用意した。
【００３２】
上記実施例１〜１８と比較例１の各反射断熱材について、反射膜の初期反射率を測定した。また、これらの各反射断熱材に対して、加速耐久試験として高温多湿試験と塩水浸漬試験を行った。高温多湿試験では試験前後の反射膜の反射率と表面粗さＲａを測定し、反射率と表面粗さＲａの変化を調査した。塩水浸漬試験では試験後の外観を目視観察し、変色や剥離等の外観変化の有無を調査した。ここでは、赤外領域の長波長の電磁波に対する反射率を精度よく測定することが難しかったので、一般的に波長が長くなるほど反射率は高くなるという知見に基づいて、替りに可視領域の長波長側の波長が６５０ｎｍの赤色光の反射率を測定した。各試験の試験条件は以下の通りである。
（高温多湿試験）
・温度：８０℃
・湿度：９０％ＲＨ
・保持時間：４８時間
（塩水浸漬試験）
・塩水濃度：０．５ｍｏｌ／リットル（ＮａＣｌ）
・塩水温度：２０℃
・浸漬時間：５分間
【００３３】
【表１】
【００３４】
各実施例と比較例の反射断熱材の初期反射率の測定結果を表１に示す。この測定結果より、各実施例の初期反射率は、反射膜を純Ａｇで形成した比較例１の初期反射率に対して数％以内の低下量に納まっており、赤外領域の電磁波に対しても高い反射率を確保できることが推定できる。
【００３５】
上記高温多湿試験の試験結果を表１に併せて示す。試験前後の反射率変化は、反射膜を純Ａｇで形成した比較例１のものが−３％程度と大きく低下しているのに対して、各実施例のものは、いずれも−１％未満であり、高い反射率を維持できる耐久性が非常に優れていることが分かる。また、試験前後の表面粗さＲａの変化も、比較例１のものが３ｎｍ程度粗くなっているのに対して、各実施例のものはいずれも０．３ｎｍ以下となっており、合金の添加量を０．０１at％以上とした実施例１、５を除くものは、粗さＲａ変化が０．０５ｎｍ以下とほとんど変化していない。このことは高い反射率を維持できることを裏付けている。
【００３６】
上記塩水浸漬試験の試験結果も表１に併せて示す。反射膜を純Ａｇで形成した比較例１のものは顕著な外観変化が認められたのに対して、各実施例のものはいずれも外観変化が認められなかった。このことも、各実施例のものが高い反射率を維持できたことを裏付けている。なお、表１には、高温多湿試験と塩水浸漬試験の試験結果に基づく耐久性の総合評価も併記した。
【００３７】
上述した実施形態では、反射断熱材を片側の表面のみに反射膜を設けたものとしたが、反射断熱材は両側の表面に反射膜を設けたものとすることもできる。
【００３８】
上述した実施形態では、極低温装置を真空の断熱空間を有する断熱容器を備えたＭＲＩ用超伝導磁石アセンブリとし、真空断熱空間に反射断熱材を複数層に配置したが、本発明に係る断熱容器は、冷蔵庫や冷凍庫等の他の断熱容器に適用することもできる。これらの断熱容器は、気体が存在する断熱空間を有するものであってもよく、断熱空間に反射断熱材を単層に配置したものであってもよい。また、本発明に係る極低温装置はＭＲＩ用超伝導磁石アセンブリに限定されることはなく、他の超伝導磁石アセンブリや、液体窒素等を用いる他の極低温装置にも適用することができる。
【００３９】
また、上述した実施形態では、断熱容器の真空断熱空間に内側筐体を覆うように反射断熱材を配置したが、内側筐体等を固定するボルトやナット等、断熱容器の内部パーツも被覆するように、反射断熱材を一層または複数層に配置してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１ 反射断熱材
２ 樹脂フィルム
３ 反射膜
４ ステーク
１１ 超伝導磁石
１２ 液体ヘリウム
１３ マグネット槽
１４ 真空室
１５ 内側筐体
１６ 外側筐体
１５ａ、１６ａ 開口部
１７ 真空断熱空間
１８ 冷凍機
１９ 冷凍機スリーブ
２０ 蓋部材
２１ 駆動部
２２ 第１シリンダ
２２ａ １段目冷却ステージ
２３ 第２シリンダ
２３ａ ２段目冷却ステージ
２４ 再凝縮器
２５ 安全排出間
２６ 破裂弁
２７ バッフル板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
片側または両側の表面に反射膜を設けたシート状の反射断熱材において、前記反射膜を、Ａｇを主成分とし、Ｂｉ、ＳｂおよびＮｄから選ばれる１種以上の合金元素を０．００５〜３．２原子％含有するＡｇ基合金で形成したことを特徴とする反射断熱材。
【請求項２】
前記反射膜をシート状の基材に蒸着で形成したものとした請求項１に記載の反射断熱材。
【請求項３】
前記シート状の基材を、３００Ｋにおける平均体積熱伝導率が０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料で形成した請求項２に記載の反射断熱材。
【請求項４】
前記反射膜の平均膜厚を１０〜１０００ｎｍの範囲とした請求項１乃至３のいずれかに記載の反射断熱材。
【請求項５】
前記反射膜の表面粗さＲａを１００ｎｍ以下とした請求項１乃至４のいずれかに記載の反射断熱材。
【請求項６】
少なくとも２重とした内側筐体と外側筐体と、これらの内側筐体と外側筐体を内外方向に隔てる断熱空間を設けた断熱容器において、請求項１乃至５のいずれかに記載の反射断熱材を、前記断熱空間の内外方向に複数層に配置したことを特徴とする断熱容器。
【請求項７】
前記断熱空間を真空とした請求項６に記載の断熱容器。
【請求項８】
前記複数層に配置した反射断熱材を前記内側筐体側に固定した請求項６または７に記載の断熱容器。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれかに記載の断熱容器を備えた極低温装置。
【請求項１】
片側または両側の表面に反射膜を設けたシート状の反射断熱材において、前記反射膜を、Ａｇを主成分とし、Ｂｉ、ＳｂおよびＮｄから選ばれる１種以上の合金元素を０．００５〜３．２原子％含有するＡｇ基合金で形成したことを特徴とする反射断熱材。
【請求項２】
前記反射膜をシート状の基材に蒸着で形成したものとした請求項１に記載の反射断熱材。
【請求項３】
前記シート状の基材を、３００Ｋにおける平均体積熱伝導率が０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料で形成した請求項２に記載の反射断熱材。
【請求項４】
前記反射膜の平均膜厚を１０〜１０００ｎｍの範囲とした請求項１乃至３のいずれかに記載の反射断熱材。
【請求項５】
前記反射膜の表面粗さＲａを１００ｎｍ以下とした請求項１乃至４のいずれかに記載の反射断熱材。
【請求項６】
少なくとも２重とした内側筐体と外側筐体と、これらの内側筐体と外側筐体を内外方向に隔てる断熱空間を設けた断熱容器において、請求項１乃至５のいずれかに記載の反射断熱材を、前記断熱空間の内外方向に複数層に配置したことを特徴とする断熱容器。
【請求項７】
前記断熱空間を真空とした請求項６に記載の断熱容器。
【請求項８】
前記複数層に配置した反射断熱材を前記内側筐体側に固定した請求項６または７に記載の断熱容器。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれかに記載の断熱容器を備えた極低温装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１０８５７４（Ｐ２０１３−１０８５７４Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５４７９７（Ｐ２０１１−２５４７９７）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]