(57)【要約】      （修正有）【課題】ワインド＆リアクト型超電導コイルのコイル部材間の隙間を解消し、超電導コイルの内部でコイル巻線がボビンに対して相対変位することを避けて、信頼性の高いワインド＆リアクト型超電導コイル、およびその製造方法を提供する。【解決手段】ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａは、周方向に複数に分割されたボビン（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）と、所定の環境において超電導体として機能する線材をボビンに巻回したコイル巻線４と、ボビンと同心円状にボビンの内側に配置されたリング３と、を備え、ボビン（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）の外径側とコイル巻線４の内径側とが密着している。【選択図】図２Ｃ
2020202316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に複数に分割されたボビンと、
所定の環境において超電導体として機能する線材を前記ボビンに巻回したコイル巻線と、
前記ボビンと同心円状に前記ボビンの内側に配置されたリングと、
を備え、
前記ボビンの外径側と前記コイル巻線の内径側とが密着している、
ことを特徴とするワインド＆リアクト型超電導コイル。
【請求項２】
請求項１において、
前記ボビンが固定されるベースプレートと、
前記ボビンと前記ベースプレートを締結する締結機構と、
を備える、
ことを特徴とするワインド＆リアクト型超電導コイル。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記ボビンが４分割されている、
ことを特徴とするワインド＆リアクト型超電導コイル。
【請求項４】
周方向に複数に分割されたボビンと、
所定の環境において超電導体として機能する線材を前記ボビンの内径側に配置されたコイル巻線と、
前記ボビンと同心円状に前記ボビンの外側に配置されたリングと、
を備え、
前記ボビンの内径側と前記コイル巻線の外径側が密着している、
ことを特徴とするワインド＆リアクト型超電導コイル。
【請求項５】
請求項４において、
前記ボビンが固定されるベースプレートと、
前記ボビンと前記ベースプレートを締結する締結機構と、
を備える、
ことを特徴とするワインド＆リアクト型超電導コイル。
【請求項６】
請求項１または請求項２において、
前記リングの熱膨張率は、前記コイル巻線の熱膨張率と同じかそれ以下である、
ことを特徴とするワインド＆リアクト型超電導コイル。
【請求項７】
請求項４または請求項５において、
前記リングの熱膨張率は、前記コイル巻線の熱膨張率と同じかそれ以上である、
ことを特徴とするワインド＆リアクト型超電導コイル。
【請求項８】
請求項１または請求項４において、
前記コイル巻線は、ニホウ化マグネシウムを含んでなる、
ことを特徴とするワインド＆リアクト型超電導コイル。
【請求項９】
周方向に複数に分割されたボビンと、超電導体として機能する線材を前記ボビンに巻回したコイル巻線と、前記ボビンと同心円状に前記ボビンの内側に配置されたリングとを備えるワインド＆リアクト型超電導コイルを、前記ボビンが配置されるベースプレートと、前記ボビンを前記ベースプレートに締結する締結機構と、前記リングの温度調整をする温度調整機構と、前記ワインド＆リアクト型超電導コイルの全体を加熱して熱処理を行う熱処理装置とを用いて製造するワインド＆リアクト型超電導コイルの製造方法であって、
前記ボビンと前記リングと前記コイル巻線は、前記ベースプレートの上に配置され、
前記ベースプレートと前記ボビンとの締結を解除し、
前記熱処理装置が、前記ボビンと前記コイル巻線と前記リングと前記ベースプレートとを含めて、前記コイル巻線に保持された前記超電導体として機能する前段階の物質が超電導体を生成する所定の温度を加えて所定の時間保持する熱処理を行い、
前記リングと前記コイル巻線とで所定の温度差を保つように前記温度調整機構をオンして調整しながら、前記熱処理装置が前記ボビンと前記コイル巻線と前記リングと前記ベースプレートとを含めて冷却し、
前記コイル巻線の温度が常温に戻った後に前記温度調整機構をオフし、
前記ボビンと前記コイル巻線と前記リングと前記ベースプレートが常温に戻った後に、前記ボビンと前記ベースプレートとを再び締結する、
ことを特徴とするワインド＆リアクト型超電導コイルの製造方法。
【請求項１０】
周方向に複数に分割された第１のボビンと、超電導体として機能する線材を前記第１のボビンの内径側に配置したコイル巻線と、前記第１のボビンと同心円状に前記第１のボビンの外側に配置されたリングとを備えるワインド＆リアクト型超電導コイルを、前記コイル巻線の内径側に仮配置された第２のボビンと、前記第１のボビンと前記第２のボビンが配置されるベースプレートと、前記第１のボビンと前記第２のボビンを前記ベースプレートに締結する締結機構と、前記リングの温度調整をする温度調整機構と、前記ワインド＆リアクト型超電導コイルの全体を加熱して熱処理を行う熱処理装置とを用いて製造するワインド＆リアクト型超電導コイルの製造方法であって、
前記第１ボビンと前記コイル巻線と前記第２のボビンと前記リングとは、前記ベースプレートの上に配置され、
前記ベースプレートと前記第１のボビンおよび前記第２のボビンの前記締結機構による締結を解除し、
前記熱処理装置が、前記第１のボビンと前記コイル巻線と前記第２のボビンと前記リングと前記ベースプレートとを含めて、前記コイル巻線に保持された前記超電導体として機能する前段階の物質が超電導体を生成する所定の温度を加えて所定の時間保持する熱処理を行い、
前記リングと前記コイル巻線とで所定の温度差を保つように前記温度調整機構で調整しながら、前記熱処理装置が前記第１のボビンと前記コイル巻線と前記第２のボビンと前記リングと前記ベースプレートとを含めて冷却し、
前記コイル巻線の温度が常温に戻った後に前記温度調整機構をオフし、
前記第１のボビンと前記コイル巻線と前記第２のボビンと前記リングと前記ベースプレートが常温に戻った後に、前記第１のボビンと前記ベースプレートとを再び締結し、
前記第２のボビンを除去する、
ことを特徴とするワインド＆リアクト型超電導コイルの製造方法。
【請求項１１】
周方向に複数に分割されたボビンと、超電導体として機能する線材を前記ボビンに巻回したコイル巻線とを備えるワインド＆リアクト型超電導コイルを、前記ボビンと同心円状に前記ボビンの内側に配置され前記同心円状の中心部にもリング構成部材を有するリングと、前記ボビンが配置されるベースプレートと、前記ボビンを前記ベースプレートに締結する締結機構と、前記リングの温度調整をする温度調整機構と、前記ワインド＆リアクト型超電導コイルの全体を加熱して熱処理を行う熱処理装置とを用いて製造するワインド＆リアクト型超電導コイルの製造方法であって、
前記ボビンと前記コイル巻線は、前記ベースプレートの上に配置され、
前記ベースプレートと前記ボビンの締結を解除し、
前記熱処理装置が、前記ボビンと前記コイル巻線と前記リングと前記ベースプレートとを含めて、前記コイル巻線に保持された前記超電導体として機能する前段階の物質が超電導体を生成する所定の温度を加えて所定の時間保持する熱処理を行い、
前記リングと前記コイル巻線とで所定の温度差を保つように前記温度調整機構をオンして調整しながら、前記熱処理装置が前記ボビンと前記コイル巻線と前記リングと前記ベースプレートとを含めて冷却し、
前記コイル巻線の温度が常温に戻った後に前記温度調整機構をオフし、
前記コイル巻線を構成するすべての部材が常温に戻った後に、前記ボビンと前記ベースプレートとを再び締結し、
前記リングを除去する、
ことを特徴とするワインド＆リアクト型超電導コイルの製造方法。
【請求項１２】
請求項９または請求項１１において、
前記温度調整機構は、加熱手段である、
ことを特徴とするワインド＆リアクト型超電導コイルの製造方法。
【請求項１３】
請求項１０において、
前記温度調整機構は、冷却手段である、
ことを特徴とするワインド＆リアクト型超電導コイルの製造方法。
【請求項１４】
請求項９から請求項１１のいずれか一項において、
前記コイル巻線に保持された前記超電導体として機能する前段階の物質が超電導体を生成する所定の温度は、５００℃以上である、
ことを特徴とするワインド＆リアクト型超電導コイルの製造方法。
【請求項１５】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のワインド＆リアクト型超電導コイルを備える、
ことを特徴とする超電導電磁石装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワインド＆アンドリアクト型超電導コイル、ワインド＆リアクト型超電導コイルの製造方法、超電導電磁石装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導電磁石装置は、銅製の電力ケーブルを用いた磁石装置と比較して数十〜数百倍の電流密度の電流を通電可能で、より強力な磁場を発生することが可能である。そして、このような超電導電磁石装置は、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置やＮＭＲ（Nuclear Magnetic Resonance）装置、粒子加速器用マグネットといった強磁場が必要される製品に適用されている。
前記のような超電導電磁石は、ニオブチタン(ＮｂＴｉ)、ニオブ酸スズ(Ｎｂ3Ｓｎ)、ニホウ化マグネシウム（ＭｇＢ2）、ビスマス系超電導体(ＢＳＣＣＯ)、イットリウム系超電導体(ＹＢＣＯ)に代表される超電導線を用いた超電導コイルから構成される。ただし、これらの超電導線のなかでもＮｂ3ＳｎやＭｇＢ2を利用したものは歪みに弱く、０．２％程度の歪みを印加されるだけでもその超電導性能を失ってしまう。そこで、寸法等の制約からコイル製作中に超電導線に過大な歪みが印加される恐れがある場合、まず最初に超電導体として機能する前段階の物質を保持した線材をボビンに巻線し、その後、ボビンごと線材を高温で熱処理して超電導体を生成させ、超電導線として利用するワインド＆リアクト法が採用されている。
【０００３】
前記のように歪みに弱い超電導線を超電導電磁石装置に適用可能とするワインド＆リアクト法であるが、その超電導体を生成するには巻線と、この巻線が巻回されたボビンとを共に５００℃以上の高温で熱処理する必要がある。そして、その熱処理の際にコイル構成部材の熱膨張差や焼きなましを起因とする熱変形や、超電導体の生成反応による体積変化によって、コイル構成部材の間に隙間が生じる場合がある。
【０００４】
一例を、図１０を参照して具体的に説明する。図１０は、従来例のワインド＆リアクト法で超電導体のコイル巻線４を形成した状態の一例を示す図である。図１０において、ボビン２７にコイル巻線４を巻きつけた状態を示している。当初（熱処理前）において、コイル巻線４は、ボビン２７に密着して巻かれていたが、超電導線とするために、コイル巻線４を５００℃以上の高温で熱処理した際に、コイル巻線４とボビン２７との熱膨張差や焼きなましを起因とする熱変形の差によって、コイル巻線４とボビン２７との間に隙間１１が形成された様子を示している。
【０００５】
このような隙間が生じると、熱処理後のボビンに対して、コイル巻線が相対変位して超電導線材の一部に過度な歪みが生じることがあり、超電導性能が損なわれたりすることがある。
また、コイル巻線は、ボビンと同心円上に位置すべきだが、相対変位により異なる仕様の磁場が発生し、例えばＭＲＩ装置では撮像不可となったり、加速器用マグネットではビームが加速できなくなったりするといった問題が発生することがある。
このようなコイル部材間の隙間や熱処理および冷却中に、過大な歪みに対処するものとして特許文献１や特許文献２がある。
【０００６】
特許文献１の［要約］には、「超伝導物質の製造方法及びシステムが記載される。１つの実施形態において、耐火クッション層は、スプールの上に配置される。超伝導ケーブルの第１層ル耐火クロスの第１層上に巻かれる。スプール上の超伝導ケーブルを熱処理反応する。耐火ファブリックの第１層を耐火クッション層上に配置することができる。１つ以上の調節機構を超伝導ケーブルの第１層とスプールとの間に配置することができる。」と記載され、超伝導物質の製造方法の技術が開示されている。
【０００７】
特許文献２の［要約］には、「［目的］製造工程での超電導特性の劣化を抑制でき、高磁界中での電磁力に耐えることのできる酸化物超電導コイルの製造方法を提供する。［構成］酸化物超電導コイルの短絡防止のために用いるターン間絶縁層３の材料として、熱処理過程で酸化物超電導体２と反応せず、その冷却過程においても超電導体に熱歪みを生じさせない耐熱性セラミックスを使用し、その後極低温にコイルを冷却した場合に絶縁層３の熱収縮率が酸化物超電導体の熱収縮率が同程度となるように絶縁性樹脂をターン間に含浸する。」と記載され、酸化物超電導コイルの製造方法の技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２０１７−５１７８９９号公報
【特許文献２】特開平９−６３８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示された技術においても、超電導コイルの製造中、製造後におけるコイル巻線がボビンに対して相対変位して超電導線材の一部に過度な歪みが生じて超電導性能が損なわれたり、コイル内部で所定の位置にコイル巻線を配置できなくなるといった課題（問題）に対して、不充分であること、および製造工程が複雑であるという課題（問題）があった。
【００１０】
本発明は、ワインド＆リアクト型超電導コイル（ワインド・アンド・リアクト型超電導コイル）の熱処理後に生じるコイル部材間の隙間を解消し、超電導コイルの内部でコイル巻線がコイルボビンに対して相対変位することを避けて、信頼性の高いワインド＆リアクト型超電導コイル、および、その製造方法を提供することを課題（目的）とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の課題を解決するために、本発明を以下のように構成した。
すなわち、本発明のワインド＆リアクト型超電導コイルは、周方向に複数に分割されたボビンと、所定の環境において超電導体として機能する線材を前記ボビンに巻回したコイル巻線と、前記ボビンと同心円状に前記ボビンの内側に配置されたリングと、を備え、前記ボビンの外径側と前記コイル巻線の内径側とが密着している、ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のワインド＆リアクト型超電導コイルの製造方法は、周方向に複数に分割されたボビンと、超電導体として機能する線材を前記ボビンに巻回したコイル巻線と、前記ボビンと同心円状に前記ボビンの内側に配置されたリングとを備えるワインド＆リアクト型超電導コイルを、前記ボビンが配置されるベースプレートと、前記ボビンを前記ベースプレートに締結する締結機構と、前記リングの温度調整をする温度調整機構と、前記ワインド＆リアクト型超電導コイルの全体を加熱して熱処理を行う熱処理装置とを用いて製造するワインド＆リアクト型超電導コイルの製造方法であって、前記ボビンと前記リングと前記コイル巻線は、前記ベースプレートの上に配置され、前記ベースプレートと前記ボビンとの締結を解除し、前記熱処理装置が、前記ボビンと前記コイル巻線と前記リングと前記ベースプレートとを含めて、前記コイル巻線に保持された前記超電導体として機能する前段階の物質が超電導体を生成する所定の温度を加えて所定の時間保持する熱処理を行い、前記リングと前記コイル巻線とで所定の温度差を保つように前記温度調整機構をオンして調整しながら、前記熱処理装置が前記ボビンと前記コイル巻線と前記リングと前記ベースプレートとを含めて冷却し、前記コイル巻線の温度が常温に戻った後に前記温度調整機構をオフし、前記ボビンと前記コイル巻線と前記リングと前記ベースプレートが常温に戻った後に、前記ボビンと前記ベースプレートとを再び締結する、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の超電導電磁石装置は、前記ワインド＆リアクト型超電導コイルを備える、ことを特徴とする。
【００１４】
また、その他の手段は、発明を実施するための形態のなかで説明する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ワインド＆リアクト型超電導コイルの熱処理後に生じるコイル部材間の隙間を解消し、超電導コイルの内部でコイル巻線がボビンに対して相対変位することを避けて、信頼性の高いワインド＆リアクト型超電導コイル、およびその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイルの構成例を側面から見た図２ＡのＩ−Ｉ軸における断面の一部を示す図である。
【図２Ａ】本発明の第１実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイルの熱処理前の構成例を上面から見た図１のＩＩ−ＩＩ軸における断面を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の第１実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイルの熱処理中の構成例を上面から見た図１のＩＩ−ＩＩ軸における断面を示す図である。
【図２Ｃ】本発明の第１実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイルの熱処理後の構成例を上面から見た図１のＩＩ−ＩＩ軸における断面を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイルの製造方法のフローチャート例を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイルの構成例を側面から見た図５ＡのＩＶ−ＩＶ軸における断面の一部を示す図である。
【図５Ａ】本発明の第２実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイルの熱処理前の構成例を上面から見た図４のＶ−Ｖ軸における断面を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の第２実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイルの熱処理中の構成例を上面から見た図４のＶ−Ｖ軸における断面を示す図である。
【図５Ｃ】本発明の第２実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイルの熱処理後の構成例を上面から見た図４のＶ−Ｖ軸における断面を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイルの製造方法のフローチャート例を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイルの構成例を側面から見た図８ＡのＶＩＩ−ＶＩＩ軸における断面の一部を示す図である。
【図８Ａ】本発明の第３実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイルの熱処理前の構成例を上面から見た図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ軸における断面を示す図である。
【図８Ｂ】本発明の第３実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイルの熱処理中の構成例を上面から見た図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ軸における断面を示す図である。
【図８Ｃ】本発明の第３実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイルの熱処理後の構成例を上面から見た図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ軸における断面を示す図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る超電導電磁石装置のワインド＆リアクト型超電導コイルに関連する部分の概略の構成例を示す図である。
【図１０】従来例のワインド＆リアクト法で超電導体のコイル巻線を形成した状態の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態（以下においては「実施形態」と表記する）を、適宜、図面を参照して説明する。
【００１８】
≪第１実施形態≫
本発明の第１実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイル、およびワインド＆リアクト型超電導コイルの製造方法について図１〜図３を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの構成例を側面から見た後記する図２ＡのＩ−Ｉ軸における断面の一部を示す図である。
図１において、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａは、ボビン（コイルボビン）２、リング３、コイル巻線４、ベースプレート５、温度調整機構６Ａ、締結機構７を備えて構成される。なお、温度調整機構６Ａは、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａが形成された後に除去される場合もある。また、中心軸２２は、後記する図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃの断面図における二つのＩ−Ｉ軸の交点に位置するワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの中心軸を示している。
【００１９】
図１に示すワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａは、後記する図２Ａの中心軸２２から４方向のＩ軸における断面構造を示している。つまり、前記の図２Ａの中心軸２２から４方向のＩ軸におけるワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの断面構造は、４方向において、図１に示す断面構造を有している。
なお、図１におけるＩＩ−ＩＩ軸の水平方向の断面が、後記する図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃのそれぞれの断面構造となる。
図１において、リング３とボビン２とコイル巻線４は、ベースプレート５の上に配置されている。
リング３は、ボビン２に対して径方向内側に配置されている。
ボビン２は、コイル巻線４の巻回時の巻枠として使用される。
また、ボビン２は、締結機構７によってベースプレート５に締結される。リング３は、ヒータ等の加熱手段である温度調整機構６Ａによって温度を調整される。
【００２０】
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、本発明の第１実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの構成例を上面から見た図１のＩＩ−ＩＩ軸における断面を示す図である。
図２Ａは、熱処理前のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの構成を示している。図２Ｂは、熱処理中（温度調整機構作動）のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの構成を示している。図２Ｃは、熱処理後のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの構成を示している。
なお、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃにおいて、リング３とボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）とコイル巻線４が示されている。ただし、図１のＩＩ−ＩＩ軸の断面図である図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃでは、ベースプレート５、温度調整機構６Ａ、締結機構７は、示されない。
また、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃに示すように、ボビン２は、ボビン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに均等に４分割されている。
【００２１】
なお、図１と図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃには図示されていないが、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの全体を加熱して熱処理を行う熱処理装置が、ワインド＆リアクト型超電導コイルの製造装置（不図示）に備えられ、製造工程において用いられる。
また、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの全体が置かれている雰囲気中の温度や、リング３、コイル巻線４のそれぞれの温度を計測する温度計測装置（不図示）が、ワインド＆リアクト型超電導コイルの製造装置に備えられ、製造工程において用いられる。
【００２２】
《熱処理前》
前記したように図２Ａは、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａが前記した熱処理装置によって行われる熱処理前の状態を示している。
図２Ａにおいては、ボビン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、接触してボビン２を構成している。また、リング３とボビン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとは、離れて配置されている。
なお、コイル巻線４は、超電導体として機能する前段階の物質を保持した線材を、ボビン２に巻回して構成されている。
また、コイル巻線４は、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）に巻回されて構成されるので、コイル巻線４とボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）との間には隙間がある可能性がある。
また、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）とベースプレート５との締結機構７による締結を解除する。
【００２３】
《熱処理中》
前記したように、図２Ｂは、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａが熱処理中の状態を示している。なお、温度調整機構６Ａは、加熱手段として作動（ＯＮ）する。
また、前記したように、図２Ｂには図示していないが、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの全体を加熱して熱処理を行う熱処理装置がある。つまり、図示していない熱処理装置がワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの全体を加熱処理する。また、温度調整機構６Ａは、リング３とコイル巻線４との温度差を制御する。
【００２４】
ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａのコイル巻線４を超電導体とするために、熱処理装置によって熱処理を行う。この熱処理装置による熱処理は、図１および図２Ｂで示したワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａを高温にして行う。この熱処理によって、超電導体として機能する前段階の物質を保持していた線材を有するコイル巻線４は、超電導コイルとなる。
なお、超電導コイルとなるコイル巻線４は、熱処理によって、例えば超電導体として、ニホウ化マグネシウム（ＭｇＢ2）を有することになる。また、熱処理前に超電導体として機能する前段階の物質とは、例えば熱処理によって、ニホウ化マグネシウム（ＭｇＢ2）を構成する基となる物質である。
【００２５】
また、この熱処理とは別に、リング３を温度調整機構６Ａの加熱手段によって、さらに温度を上昇させる。この温度調整機構６Ａによる温度上昇によって、リング３は膨張し、図２Ｂに矢印で示した外力１４Ａが発生する。
なお、温度調整機構６Ａは、リング３とコイル巻線４とで規定（所定）の温度差を保つように制御して、リング３を加熱する。
このリング３の膨張に起因する外力１４Ａによって、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）は、径方向外側に圧力を受ける。なお、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）は、ベースプレート５に締結されていない状態である。
周方向に分割されていたボビン２ａ〜２ｄは、径方向にそれぞれ単独に変位することが可能であるので、径方向外側に変位する。この変位によって、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）は、コイル巻線４との隙間を解消する。
なお、図２Ｂに示した外力１４Ａの発生の仕方の補足、詳細は後記する。
また、温度調整機構６Ａの調整の仕方の補足と詳細は後記する。
【００２６】
《熱処理後》
前記したように、図２Ｃは、熱処理後のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの構成を示している。
ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａのコイル巻線４を超電導体とするため熱処理後においては、リング３とコイル巻線４との間を規定（所定）の温度差を保つように温度調整機構６Ａで調整しながら、熱処理装置による熱処理を停止してワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの全体を冷却する。
そして、コイル巻線４の温度が常温（室温、冷却後の所定の温度）に戻った後、温度調整機構６Ａをオフ（ＯＦＦ）にする。
ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの構成部材のすべてが常温に戻ってから、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）とベースプレート５とを、締結機構７で再び締結する。
【００２７】
図２Ｃに示す熱処理後のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａにおいては、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）の外径側とコイル巻線４の内径側とが、隙間なく密着している。すなわち、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの内部でコイル巻線４がボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）に対して相対変位することが避けられる。
そのため、超電導線であるコイル巻線４に過大な歪が生じることによる超電導状態や超電導性能が失われることが防止できる。
なお、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａを、完成後において、超電導状態で使用する場合には、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの全体を所定の低温状態（超電導の臨界温度以下）にする。
【００２８】
＜ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの製造方法のフローチャート＞
以上のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの製造方法について、熱処理前の工程から熱処理後の工程までをフローチャートとして説明する。
図３は、本発明の第１実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの製造方法のフローチャート例を示す図である。
図３において、ステップＳ１００〜ステップＳ１１０について順に説明する。
【００２９】
《ステップＳ１００》
ステップＳ１００においては、熱処理前の状態である図２Ａに示すワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａのボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）とリング３をコイル巻線４の内周側に設置する。
【００３０】
《ステップＳ１０１》
ステップＳ１０１においては、図２Ａに示すワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａのベースプレート５とボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）との固定を解除する。つまり、締結機構７による締結を解除する。
【００３１】
《ステップＳ１０２》
ステップＳ１０２においては、熱処理装置によって熱処理を開始する。すなわち、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの全体を所定の温度、例えば５００℃以上の高温とする。
【００３２】
《ステップＳ１０３》
ステップＳ１０３においては、熱処理装置によってワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの全体を所定の温度、例えば５００℃以上の高温を維持して、コイル巻線４の線材に超電導体として機能する前段階の物質を反応させる。そして、コイル巻線４を超電導線とする。
【００３３】
《ステップＳ１０４》
ステップＳ１０４においては、温度調整機構６Ａをオン（ＯＮ）する。すなわち、リング３をコイル巻線４より所定の温度だけ高温にする。
するとリング３が膨張して、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）に外力１４Ａ（図２Ｂ）を及ぼし、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）をコイル巻線４に押しつけるように作用する。
【００３４】
《ステップＳ１０５》
コイル巻線４が超電導線となってステップＳ１０２で開始した熱処理装置による熱処理を終了する段階に至るとステップＳ１０５が始まる。
ステップＳ１０５においては、温度調整機構６Ａをオンしたまま、すなわちリング３とコイル巻線４との温度差を規定値（所定値）になるように温度調整機構６Ａの温調ヒータ出力を制御しつつ、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの全体を熱処理装置による熱処理を停止して冷却する。
【００３５】
《ステップＳ１０６》
ステップＳ１０６においては、ステップＳ１０５で開始したワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの全体を冷却したことによって、コイル巻線４の温度が常温（室温、冷却後の所定の温度）になったことを確認する。
【００３６】
《ステップＳ１０７》
ステップＳ１０７においては、ステップＳ１０６のコイル巻線４の温度が常温（室温、冷却後の所定の温度）になったことの確認後、温度調整機構６Ａをオフ（ＯＦＦ）する。
【００３７】
《ステップＳ１０８》
ステップＳ１０８においては、リング３の温度が常温（室温、冷却後の所定の温度）になったことを確認する。
【００３８】
《ステップＳ１０９》
ステップＳ１０９においては、図２Ｃに示したボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）、リング３、コイル巻線４の位置関係となるので、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）とベースプレート５とを、締結機構７によって再び締結する。
【００３９】
《ステップＳ１１０》
ステップＳ１１０において、以上の熱処理を終了する。
【００４０】
＜外力１４Ａの発生の仕方の補足と詳細＞
図２Ｂで示した外力１４Ａの発生の仕方について、補足、詳細の説明をする。
例えば、直径１ｍのリング３（図２Ｂ）を非磁性で耐熱性が高いニッケル合金(モネル４００、線膨張係数１４．２×１０-6［１／Ｋ］（１００℃−２１℃間）)で構成した場合において、コイル巻線４およびボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）が常温（２１℃）であるのに対し、リング３を温度調整機構６Ａによって１００℃に保持すれば、常温（２１℃）での寸法に対して、リング３の直径が１．１２ｍｍ大きくなる。
そのため、周方向に分割されたボビン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを内側から０．５６ｍｍずつ径方向外側へ変位させることが可能となる。
【００４１】
なお、ボビン２の径方向内側にリング３が配置された本（第１）実施形態では、リング３の線膨張率は、コイル巻線４の線膨張率と同等か、それより小さいことが望ましい。
その理由は、リング３の線膨張率がコイル巻線４の線膨張率より大きい場合、超電導体を生成する際の熱処理時にリング３がコイル巻線４を押し広げる寸法まで熱膨張するためコイル巻線４の超電導線を損傷する可能性があるからである。
【００４２】
＜温度調整機構６Ａの調整の仕方の補足、詳細＞
図１で示した温度調整機構６Ａによって、制御されるリング３とコイル巻線４との温度差は、熱処理によって生じる隙間（例えば図１０における隙間１１）の大きさに合わせて設定され、隙間が大きくなればなるほど温度差を大きく制御する。
【００４３】
＜第１実施形態の総括＞
本発明の第１実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａは、図１、図２Ａ〜２Ｃに示した構造、および図３に示した熱処理手順を採用することで、周方向に分割されたボビン２ａ〜２ｄは、周方向に連続した従来のボビンとは異なり、外力１４Ａ（図２Ｂ）によって径方向にそれぞれ単独に変位することが可能となっている。
そのため、ベースプレート５との固定を解除してから熱処理装置による熱処理を開始し、その熱処理の途中で温度調整機構６Ａの加熱による外力１４Ａを加えることで、図２Ｂに示すように、コイル巻線４との隙間を解消するようにボビン２ａ〜２ｄを変位させることが可能となる。
【００４４】
なお、本発明において、図２Ｂに前記した外力１４Ａは、規定温度に超電導コイルを保持して超電導体を生成した後、温度調整機構６Ａによって、コイル巻線４とリング３とで温度差が生じるように調整してリング３の直径を変化させる。この外力１４Ａによるリング３の直径の変化によって、リング３をボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）に接触させ、隙間を解消することが可能である。
また、周方向に連続した前記のリング３を用いてボビン２ａ〜２ｄを変位させることで、周方向に分割されたボビン２ａ〜２ｄ、コイル巻線４、リング３のそれぞれを同心円上に配置させることが可能となる。
なお、前記リング３を用いるさらなる効果として、一様の材料で製作されたリングは真円の形状を保ったまま熱膨張するため、リング３の中心を基準とした同心円上に周方向に分割された複数のボビンおよびコイル巻線を配置することが可能となり、超電導コイル内部におけるコイル巻線の相対変位を解消することが可能となる。
【００４５】
＜第１実施形態の効果＞
本発明の第１実施形態によれば、ワインド＆リアクト型超電導コイル（ワインド・アンド・リアクト型超電導コイル）の熱処理後に生じるコイル部材間の隙間を解消し、超電導コイルの内部でコイル巻線がボビン（コイルボビン）に対して相対変位することを避けて、信頼性の高い超電導コイルを提供することができる。
【００４６】
≪第２実施形態≫
次に、本発明の第２実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイル、およびワインド＆リアクト型超電導コイルの製造方法について、図４、図５Ａ〜図５Ｃ、図６を参照して説明する。
図４は、本発明の第２実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの構成例を側面から見た後記する図５ＡのＩＶ−ＩＶ軸における断面の一部を示す図である。この「断面の一部」とは、後記する図５Ａの中心軸２２から４方向のＩＶ軸における断面構造を示している。つまり、前記の図５Ａの中心軸２２から４方向のＩＶ軸におけるワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの断面構造は、４方向において、図４に示す断面構造を有している。
図４において、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂは、ボビン２（第１のボビン）、ボビン１７（第２のボビン、コイルボビン）、リング３、コイル巻線４、ベースプレート５、温度調整機構６Ｂ、締結機構７を備えて構成される。
【００４７】
なお、図４のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂが図１のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａと異なるのは、リング３がボビン２の径方向外側に配置され、コイル巻線４の径方向内側にボビン１７が配置されている点である。ボビン１７は、コイル巻線４の巻回時の巻枠として使用される。
また、ボビン１７は、温度調整機構６Ｂと共に熱処理の終了後には取り除かれる。
また、図４における温度調整機構６Ｂは、冷媒２３を循環させる冷却手段である。図１における温度調整機構６Ａが加熱手段であったのに対して、図４における温度調整機構６Ｂは、冷却手段であることが異なる。
また、図４においては、ボビン２とボビン１７とがベースプレート５に締結機構７によって、締結される。
【００４８】
また、図４における中心軸２２は、後記する図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃの断面図における二つのＩＶ−ＩＶ軸の交点に位置するワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの中心軸を示している。
図４に示すワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂは、後記する図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃの中心軸２２から４方向のＩＶ軸における断面構造を示している。つまり、前記の図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃの中心軸２２から４方向のＩＶ軸におけるワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの断面構造は、４方向において、図４に示す断面構造を有している。
なお、図４におけるＶ−Ｖ軸の水平方向の断面が、後記する図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃのそれぞれの断面構造となる。
【００４９】
図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは、本発明の第２実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの構成例を上面から見た図４のＶ−Ｖ軸における断面を示す図である。
図５Ａは、熱処理前のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの構成を示している。図５Ｂは、熱処理中（温度調整機構作動）のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの構成を示している。図５Ｃは、熱処理後のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの構成を示している。
なお、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃにおいて、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）とボビン１７とリング３とコイル巻線４が示されている。ただし、図４のＶ−Ｖ軸の断面図である図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃでは、ベースプレート５、温度調整機構６Ｂ、締結機構７は示されない。
また、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃに示すように、ボビン２は、ボビン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに４分割されている。
【００５０】
なお、図４と図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃには図示されていないが、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの全体を加熱して熱処理を行う熱処理装置が、ワインド＆リアクト型超電導コイルの製造装置（不図示）に備えられ、製造工程において用いられる。
また、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの全体が置かれている雰囲気中の温度や、リング３、コイル巻線４、（ボビン１７）のそれぞれの温度を計測する温度計測装置（不図示）が、ワインド＆リアクト型超電導コイルの製造装置に備えられ、製造工程において用いられる。
【００５１】
《熱処理前》
前記したように、図５Ａは、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂが熱処理前の状態を示している。
図５Ａにおいては、ボビン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、分割して配置されている。また、リング３とボビン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとは、離れて配置されている。
なお、コイル巻線４は、超電導体として機能する前段階の物質を保持した線材をボビン１７に巻回して構成されている。
また、ボビン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとボビン１７を、ベースプレート５との締結機構７による締結を解除する。
【００５２】
《熱処理中》
前記したように、図５Ｂは、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂが熱処理中の状態を示している。なお、温度調整機構６Ｂは、冷却手段として作動する。
なお、図４、および図５Ｂ（図５Ａ、図５Ｃ）には図示していないが、前記したように、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの全体を加熱して熱処理を行う熱処理装置がある。つまり、図示していない熱処理装置がワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの全体を加熱処理し、温度調整機構６Ｂは、リング３とコイル巻線４との温度差を制御する。
ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂのコイル巻線４を超電導体とするために熱処理を行う。この熱処理は、図４および図５Ｂで示したワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂを高温にして行う。この熱処理によって、超電導体として機能する前段階の物質を保持していたコイル巻線４は、超電導コイルとなる。
【００５３】
また、この熱処理とは別に、リング３を温度調整機構６Ｂの冷却手段によって、リング３の温度を下降させる。この温度調整機構６Ｂによる温度下降によって、リング３は、ボビン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに対しては相対的に収縮する。そのため、図５Ｂに示した外力１４Ｂが発生する。なお、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの全体を高温で熱処理する工程では、リング３とボビン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとは共に膨張するが、リング３を温度調整機構６Ｂによって冷却するために、リング３の膨張率はボビン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの膨張率よりも低くなる。そのため前記したように、「リング３はボビン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに対しては相対的に収縮する。」のである。
また、温度調整機構６Ｂは、リング３とコイル巻線４とで規定（所定）の温度差を保つように制御して、リング３を冷却する。
【００５４】
このリング３の収縮に起因する矢印で示した外力１４Ｂによって、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）は、径方向内側に圧力を受ける。なお、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）はベースプレート５に締結されていない状態である。
周方向に分割されていたボビン２ａ〜２ｄは、径方向にそれぞれ単独に変位することが可能であるので、径方向内側に変位する。この変位によって、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）は、コイル巻線４と密着して、隙間を解消する。
なお、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）とコイル巻線４とが密着して、隙間を解消することが重要であるが、ボビン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが互いの密着することは、必須要件ではない。
【００５５】
《熱処理後》
前記したように、図５Ｃは、熱処理後のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの構成を示している。
ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂのコイル巻線４を超電導体とするため、熱処理後においては、リング３とコイル巻線４との間を規定（所定）の温度差を保つように温度調整機構６Ｂで調整しながら、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの全体を、熱処理装置によって冷却する。
そして、コイル巻線４の温度が常温（室温、冷却後の所定の温度）に戻った後、温度調整機構６Ｂをオフ（ＯＦＦ）にする。
ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの構成部材のすべてが常温に戻ってから、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）とベースプレート５に締結機構７で再び締結する。
【００５６】
図５Ｃに示す熱処理後のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂにおいては、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）の内径側とコイル巻線４の外径側とが、隙間なく密着している。すなわち、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの内部でコイル巻線４がボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）に対して相対変位することが避けられる。
そのため、超電導線であるコイル巻線４に過大な歪が生じることによる超電導状態や超電導性能が失われることが防止できる。
また、リング３とボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）との間には隙間がある。また、コイル巻線４とボビン１７との間には隙間ができるので、熱処理後、ボビン１７を削除する。
なお、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂを、完成後において、超電導状態で使用する場合には、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの全体を所定の低温状態（超電導の臨界温度以下）にする。
【００５７】
＜ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの製造方法のフローチャート＞
以上のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの製造方法について、熱処理前の工程から熱処理後の工程までをフローチャートとして説明する。
図６は、本発明の第２実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの製造方法のフローチャート例を示す図である。
図６において、ステップＳ２００〜ステップＳ２１１について順に説明する。
【００５８】
《ステップＳ２００》
ステップＳ２００においては、熱処理前の状態である図５Ａに示すワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂのボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）とリング３をコイル巻線４の外周側に配置（設置）する。なお、コイル巻線４は、ボビン１７に巻回されている。また、ボビン１７は、コイル巻線４の内周側に配置（設置）されていることに相当する。
【００５９】
《ステップＳ２０１》
ステップＳ２０１においては、図５Ａに示すワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂのベースプレート５と、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）およびボビン１７との固定を解除する。つまり、締結機構７による締結を解除する。
【００６０】
《ステップＳ２０２》
ステップＳ２０２においては、熱処理を開始する。すなわち、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの全体を、熱処理装置によって所定の温度、例えば５００℃以上の高温とする。
【００６１】
《ステップＳ２０３》
ステップＳ２０３においては、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの全体を所定の温度、例えば５００℃以上の高温を維持して、コイル巻線４の線材に超電導体として機能する前段階の物質を反応させる（超電導体生成）。そして、コイル巻線４を超電導線とする。
【００６２】
《ステップＳ２０４》
ステップＳ２０４においては、温度調整機構６Ｂをオン（ＯＮ）する。すなわち、リング３をコイル巻線４（ボビン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）より所定の温度だけ低温にする。
するとリング３がボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）に対して、相対的に収縮して、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）に外力１４Ｂ（図５Ｂ）を及ぼし、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）をコイル巻線４に押しつけるように作用する。
【００６３】
《ステップＳ２０５》
コイル巻線４が超電導線となってステップ２０２で開始した熱処理を終了する段階に至るとステップＳ２０５が始まる。
ステップＳ２０５においては、温度調整機構６Ｂをオンしたまま、すなわちリング３とコイル巻線４との温度差を規定値（所定値）になるように温度調整機構６Ｂの温調ヒータ出力を制御しつつ、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの全体を熱処理装置によって冷却する。
【００６４】
《ステップＳ２０６》
ステップＳ２０６においては、ステップＳ２０５で開始したワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂの全体を冷却したことによって、コイル巻線４の温度が常温（室温、冷却後の所定の温度）になったことを確認する。
【００６５】
《ステップＳ２０７》
ステップＳ２０７においては、ステップＳ２０６のコイル巻線４の温度が常温（室温、冷却後の所定の温度）になったことの確認後、温度調整機構６Ｂをオフ（ＯＦＦ）する。
【００６６】
《ステップＳ２０８》
ステップＳ２０８においては、リング３の温度が常温（室温、冷却後の所定の温度）になったことを確認する。
【００６７】
《ステップＳ２０９》
ステップＳ２０９においては、図５Ｃに示したボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）、リング３、コイル巻線４の位置関係となるので、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）とベースプレート５（図４）とを再び締結する。
【００６８】
《ステップＳ２１０》
ステップＳ２１０において、ボビン１７を除去する。
【００６９】
《ステップＳ２１１》
ステップＳ２１１において、以上の熱処理を終了する。
【００７０】
＜リング３の線膨張率の補足＞
ボビン２の径方向外側にリング３が配置された本（第２）実施形態では、リング３の線膨張率は、コイル巻線４の線膨張率と同等かそれより大きいことが望ましい。
その理由は、超電導体を生成する際の熱処理時にリング３の熱膨張が、コイル巻線４の熱膨張より小さいと、コイル巻線４がリング３に押し潰されるように変形して、超電導線を損傷する可能性があるからである。
【００７１】
＜第２実施形態の総括＞
第２実施形態のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂは、第１実施形態のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａと以下の構成と制御において、主に異なっている。
すなわち、第２実施形態のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｂは、図４〜図６に示すように、周方向に分割されたボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）がコイル巻線４の径方向外側に位置し、リング３はボビン２の径方向外側に配置されている。また、温度調整機構６Ｂは、冷媒等を循環させた冷却手段である。また、コイル巻線４の径方向内側には熱処理後に取り除かれるボビン１７が配置されている。また、規定（所定）の温度を保持して超電導体を生成した後の冷却過程は、リング３の温度をコイル巻線４より低く保つように温度調整機構６Ｂを制御する。
【００７２】
このような構造をとることで、図５Ｂに示すように熱処理中にリング３を熱収縮させ、周方向に分割されたボビン２に径方向外側から外力１４Ｂを加えてコイル巻線４と密着させることが可能となる。この構成と制御によって、第１実施形態と同様に、熱処理で発生するコイル部材間の隙間を解消することが可能となる。また、径方向外側からコイル巻線４を支持するボビン２が設置可能となる。なお、コイル巻線４の径方向内側に設置されるボビン１７は、コイル巻線４の卷回時の巻枠として使用し、熱処理後には除去することが可能である。
【００７３】
＜第２実施形態の効果＞
本発明の第２実施形態によれば、ワインド＆リアクト型超電導コイル（ワインド・アンド・リアクト型超電導コイル）の熱処理後に生じるコイル部材間の隙間を解消し、超電導コイルの内部でコイル巻線がボビンに対して相対変位することを避けて、信頼性の高い超電導コイルを提供することができる。
【００７４】
≪第３実施形態≫
本発明の第３実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイル、およびワインド＆リアクト型超電導コイルの製造方法について図７、図８Ａ〜図８Ｃを参照して説明する。
図７は、本発明の第３実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃの構成例を側面から見た図８ＡのＶＩＩ−ＶＩＩ軸における断面の一部を示す図である。
図７において、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃは、ボビン２、リング３Ｂ、コイル巻線４、ベースプレート５、温度調整機構６Ａ、締結機構７を備えて構成される。
【００７５】
また、図７のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃが、図１のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａと異なるのは、リング３Ｂをベースプレート５の上部ではなく、超電導コイル（ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃ）から独立して配置したことである。
図７において、リング３Ｂが、図８Ａにおける断面視として、リング３（図２Ａ）のような輪ではなく、円形状で構成されている。なお、円形状で構成されるリング３Ｂの中心を基準点２０として表記している。リング３Ｂは前記のように円形状で構成されているので同心円状の中心部（基準点２０）にもリング構成部材を有している。この点が第１実施形態における輪の形状のリング３（図２Ａ〜図２Ｃ）と異なる。リング３Ｂは、中心部（基準点２０）のリング構成部材を利用して、ベースプレート５とは独立に配置できる。
この基準点２０を中心に円形状のリング３Ｂ（図７Ａ）を配置し、ボビン２、ベースプレート５、温度調整機構６Ａ、締結機構７の構造物も、基準点２０を中心として規定し、配置される。また、コイル巻線４は、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）を巻枠として巻回される。
【００７６】
なお、温度調整機構６Ａとリング３Ｂは、熱処理時のみに必要であり、共に、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃが形成された後に除去される場合もある。
また、中心軸２２は、円形状であるリング３Ｂの基準点２０を通過している。また、中心軸２２は、後記する図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃの断面図における二つのＶＩＩ−ＶＩＩ軸の交点に位置するワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃの中心軸を示している。
【００７７】
図７に示すワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃは、後記する図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃの中心軸２２（基準点２０）から４方向のＶＩＩ軸における断面構造を示している。つまり、前記の図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃの中心軸２２（基準点２０）から４方向のＶＩＩ軸におけるワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃの断面構造は、４方向において、図７に示す断面構造を有している。
なお、図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ軸の水平方向の断面が、後記する図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃのそれぞれの断面構造となる。
図７において、ボビン２とコイル巻線４は、ベースプレート５の上に配置されている。また、ボビン２は、締結機構７によってベースプレート５に締結される。リング３Ｂは、温度調整機構６Ａによって温度を調整される。
また、リング３Ｂは、ボビン２に対して径方向内側に配置されている。
【００７８】
図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃは、本発明の第３実施形態に係るワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃの構成例を上面から見た図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ軸における断面を示す図である。
図８Ａは、熱処理前のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃの構成を示している。図８Ｂは、熱処理中（温度調整機構作動）のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃの構成を示している。図８Ｃは、熱処理後のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃの構成を示している。
なお、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃにおいて、ボビン２とリング３Ｂとコイル巻線４が示されている。ただし、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ軸の断面図である図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃでは、ベースプレート５、温度調整機構６Ａ、締結機構７は示されない。
また、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃに示すように、ボビン２は、ボビン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに４分割されている。
【００７９】
《熱処理前》
前記したように、図８Ａは、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃが熱処理前の状態を示している。
図８Ａにおいては、ボビン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、接触してボビン２を構成している。また、リング３Ｂとボビン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとは、離れて配置されている。
なお、コイル巻線４は、超電導体として機能する前段階の物質を保持した線材をボビン２に巻回して構成されている。
また、コイル巻線４は、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）に巻回されて構成されるので、コイル巻線４とボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）との間には隙間がある可能性がある。
また、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）とベースプレート５の締結機構７による締結を解除する。
【００８０】
《熱処理中》
前記したように、図８Ｂは、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃが熱処理装置（不図示）による熱処理中の状態を示している。なお、温度調整機構６Ａは加熱手段として作動する。
ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃのコイル巻線４を超電導体とするために、熱処理装置による熱処理を行う。この熱処理は図７および図８Ｂで示したワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃを高温にして行う。この熱処理によって、超電導体として機能する前段階の物質を保持していたコイル巻線４は、超電導コイルとなる。
【００８１】
また、この熱処理とは別に、リング３Ｂを温度調整機構６Ａの加熱手段によって、さらに温度を上昇させる。この温度調整機構６Ａによる温度上昇によって、リング３Ｂは膨張し、図８Ｂに示した外力１４Ａが発生する。
なお、温度調整機構６Ａは、リング３Ｂとコイル巻線４とで規定（所定）の温度差を保つように制御して、リング３Ｂを加熱する。
このリング３Ｂの膨張に起因する矢印で示した外力１４Ａによって、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）は、径方向外側に圧力を受ける。なお、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）は、ベースプレート５に締結されていない状態である。
周方向に分割されていたボビン２ａ〜２ｄは、径方向にそれぞれ単独に変位することが可能であるので、径方向外側に変位する。この変位によって、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）は、コイル巻線４との隙間を解消する。
【００８２】
《熱処理後》
前記したように、図８Ｃは、熱処理後のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃの構成を示している。
ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃのコイル巻線４を超電導体とするための熱処理の後においては、リング３Ｂとコイル巻線４（ボビン２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）との間を規定（所定）の温度差を保つように温度調整機構６Ａで調整しながら、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃの全体を、熱処理装置によって冷却する。
そして、コイル巻線４の温度が常温（室温、冷却後の所定の温度）に戻った後、温度調整機構６Ａをオフ（ＯＦＦ）にする。
ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃの構成部材のすべてが常温（室温、冷却後の所定の温度）に戻ってから、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）とベースプレート５とを、締結機構７で再び締結する。
また、リング３Ｂを除去する。
【００８３】
図８Ｃに示す熱処理後のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃにおいては、ボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）の外径側とコイル巻線４の内径側とが、隙間なく密着している。すなわち、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃの内部でコイル巻線４がボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）に対して相対変位することが避けられる。
そのため、超電導線であるコイル巻線４に過大な歪が生じることによる超電導状態や超電導性能が失われることが防止できる。
なお、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃを完成後において、超電導状態で使用する場合には、ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃの全体を所定の低温状態（超電導の臨界温度以下）にする。
【００８４】
＜第３実施形態の総括＞
第３実施形態のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃは、第１実施形態のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａと以下の構成において、異なっている。
すなわち、第３実施形態のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ｃは、図７〜図８Ｃに示すように、リング３Ｂをベースプレート５の上部ではなく、コイル巻線（超電導コイル）４から独立した基準点２０に固定して配置した点で異なる。
このような構造をとることで、第１実施形態と同様の効果を得られるだけでなく、図８Ｂに示すように、コイル巻線（超電導コイル）４以外の構造物を基準点２０にコイル巻線（超電導コイル）４の中心位置を規定することが可能となる。なお、第３実施形態においては、リング３Ｂは熱処理時にのみ必要であり、コイル巻線４の巻回時および熱処理後には省略することが可能である。
【００８５】
＜第３実施形態の効果＞
本発明の第３実施形態によれば、ワインド＆リアクト型超電導コイル（ワインド・アンド・リアクト型超電導コイル）の熱処理後に生じるコイル部材間の隙間を解消し、超電導コイルの内部でコイル巻線がボビン（コイルボビン）に対して相対変位することを避けて、信頼性の高い超電導コイルを提供することができる。
また、コイル巻線４以外の構造物を基準点２０にコイル巻線（超電導コイル）４の中心位置を規定することが可能であり、製造工程が容易になる。
【００８６】
≪第４実施形態≫
次に、本発明のワインド＆リアクト型超電導コイルを備えた超電導電磁石装置について説明する。
図９は、本発明の第４実施形態に係る超電導電磁石装置４０のワインド＆リアクト型超電導コイル１０に関連する部分の概略の構成例を示す図である。
図９において、超電導電磁石装置４０は、複数の超電導コイル（ワインド＆リアクト型超電導コイル）１０（１０ａ，１０ｂ）、真空容器４１、輻射シールド４２、冷凍機４３を備えて構成される。
超電導コイル（ワインド＆リアクト型超電導コイル）１０（１０ａ，１０ｂ）は、第１実施形態〜第３実施形態のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａ〜１Ｃに相当する。また、図９の超電導電磁石装置４０の中心軸２２は、図１、図４、図７に示したワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａ，１Ｂ，１Ｃの中心軸２２と一致している。
【００８７】
図９において、ワインド＆リアクト型超電導コイル）１０（１０ａ，１０ｂ）は、輻射シールド４２に内包されている。また、輻射シールド４２は、真空容器４１に内包されている。
冷凍機４３は、真空容器４１と輻射シールド４２とを貫いて、ワインド＆リアクト型超電導コイル１０（１０ａ，１０ｂ）に熱的に接触している。
ワインド＆リアクト型超電導コイル１０（１０ａ，１０ｂ）は、冷凍機４３、真空容器４１、輻射シールド４２によって超電導の臨界温度以下に保持されることで、超電導状態となっている。
超電導電磁石装置４０の外部の電力供給装置（不図示）から、ワインド＆リアクト型超電導コイル１０（１０ａ，１０ｂ）に通電することで、ワインド＆リアクト型超電導コイル１０（１０ａ，１０ｂ）は、超電導状態で磁場を発生する。そして、超電導電磁石装置４０は、電力効率のよい超電導状態の電磁石装置となる。
【００８８】
＜第４実施形態の効果＞
本発明の第４実施形態によれば、信頼性の高く、電力効率のよい超電導電磁石装置を提供できる。
【００８９】
≪その他の実施形態≫
なお、本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものでなく、さらに様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために、詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成の一部で置き換えることが可能であり、さらに、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成の一部または全部を追加・削除・置換をすることも可能である。
以下に、その他の実施形態や変形例について、さらに説明する。
【００９０】
《ボビンの分割》
第１〜第３実施形態において、ボビン２を４分割（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）にする実施形態を示した。しかし４分割に限定されない。例えば３分割でも５分割以上でも可能である。
【００９１】
《ボビンとコイル巻線》
第１実施形態においては、図１に示すように、ベースプレート５と締結機構７とによって、ボビン２とコイル巻線４との配置関係を確保していた。
しかし、図２Ｃで示すボビン２とコイル巻線４との配置関係を形成する方法として、ベースプレート５と締結機構７が不可欠な要素であると限定されない。他の機構によって、図２Ｃに示すボビン２とコイル巻線４との配置関係を確保できれば、他の方法でもよい。
【００９２】
《リング》
第１実施形態において、図２Ｃに示すボビン２とコイル巻線４との配置関係を確保できた場合には、図２Ｃにおけるリング３は必須の構成要素ではない。リング３を除去できる場合には取り除いてもよい。
【００９３】
《リングの材質》
第１実施形態の説明において、リング３の材質を非磁性で耐熱性が高いニッケル合金(モネル４００、線膨張係数１４．２×１０-6［１／Ｋ］（１００℃−２１℃間）)で構成した場合を説明したが、前記のニッケル合金に限定されない。他の金属、合金を用いてもよい。
【００９４】
《製造工程後の部品の除去》
第２実施形態のワインド＆リアクト型超電導コイルの製造における熱処理後においては、ボビン１７と温度調整機構６Ａを除去する例を示した。また、第３実施形態のワインド＆リアクト型超電導コイルの製造における熱処理後においては、リング３Ｂと温度調整機構６Ｂを除去する例を示した。しかし、製造における熱処理後において除去できるものは前記の部品に限定されない。例えば、ベースプレート５および締結機構７を除去することも可能である。
【００９５】
《ワインド＆リアクト型超電導コイルの材質》
第１実施形態においては、ワインド＆リアクト型超電導コイルの超電導体の材質の例として、ニホウ化マグネシウム（ＭｇＢ2）を示したが、ニホウ化マグネシウムに限定されない。例えば、ニオブチタン(ＮｂＴｉ)、ニオブ酸スズ(Ｎｂ3Ｓｎ)、ビスマス系超電導体(ＢＳＣＣＯ)、イットリウム系超電導体(ＹＢＣＯ)でもよい。
【００９６】
《熱処理装置による熱処理温度》
第１実施形態のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの製造方法においては、ステップＳ１０３では、熱処理装置による熱処理温度を５００℃以上と説明したが、超電導体を形成する物質の素材によっては、前記の温度に限定されない。５００℃未満で超電導体が形成されるものもありうる。
また、熱処理装置による熱処理温度は、一定の温度であるとは限らない。熱処理の前半、中間、後半において、適宜、熱処理温度を変える場合もある。
また、超電導体が形成される高温を維持する時間も、超電導体を形成する物質の素材によって様々に設定されることがある。
【００９７】
《熱処理装置の冷却温度》
第１実施形態のワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａの製造方法においては、超電導体の形成後において、コイル巻線４の温度が常温（室温、冷却後の所定の温度）に戻った後に温度調整機構６Ａをオフにすると説明した。
しかし、温度調整機構６Ａをオフにするのは、常温（室温）に限定されない。ワインド＆リアクト型超電導コイル１Ａが所定の形状になれば、常温（室温）に戻らなくとも、作業効率の観点から次の工程（例えば、温度調整機構６Ａのオフ）に移ってもよい。
【００９８】
《ワインド＆リアクト型超電導コイルの応用》
第４実施形態においては、本発明のワインド＆リアクト型超電導コイルを超電導電磁石装置に備える例を説明した。しかし、本発明のワインド＆リアクト型超電導コイルの応用（適用）は、超電導電磁石装置に限定されない。例えば、電動機（モータ）や発電機の回転機器のコイルにも応用できる。また、磁気浮上式鉄道用コイルやＮＭＲやＳＭＥＳ（Superconducting Magnetic Energy Storage）の超電導コイルにも適用できる。また超電導電磁石装置としても加速器用マグネットやＭＲＩ用マグネットなどに広く展開できる。
【符号の説明】
【００９９】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１０，１０ａ，１０ｂ    ワインド＆リアクト型超電導コイル
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ    ボビン、第１のボビン
３，３Ｂ    リング
４    コイル巻線
５    ベースプレート
６Ａ，６Ｂ    温度調整機構
７    締結機構
１７    ボビン、第２のボビン
２７    ボビン
４０    超電導電磁石装置
４１    真空容器
４２    輻射シールド
４３    冷凍機
【図１】
2020202316.tif 000003
【図２Ａ】
2020202316.tif 000004
【図２Ｂ】
2020202316.tif 000005
【図２Ｃ】
2020202316.tif 000006
【図３】
2020202316.tif 000007
【図４】
2020202316.tif 000008
【図５Ａ】
2020202316.tif 000009
【図５Ｂ】
2020202316.tif 000010
【図５Ｃ】
2020202316.tif 000011
【図６】
2020202316.tif 000012
【図７】
2020202316.tif 000013
【図８Ａ】
2020202316.tif 000014
【図８Ｂ】
2020202316.tif 000015
【図８Ｃ】
2020202316.tif 000016
【図９】
2020202316.tif 000017
【図１０】
2020202316.tif 000018