(57)【要約】      （修正有）【課題】熱暴走またはクエンチの発生を抑制し、かつ伝熱板を用いた伝導冷却が可能な超電導コイルを提供する。【解決手段】超電導線材が巻回により、巻回の径方向に積層されることで形成される巻回径方向に沿った一対の巻線側面部１８を有する巻線部材１２と、この巻線部材１２の一方の前記巻線側面部１８に設けられて異なるターンの前記超電導線材同士を径方向に電気的に接続する迂回路１９を有する超電導コイル１０であって、巻線部材１２の迂回路１９が設けられていない他方の巻線側面部１８には巻線部材１２から絶縁板１６を介して電気的に絶縁された伝熱板１７が設けられている。【選択図】図６
2020013960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導線材が巻回により、巻回の径方向に積層されることで形成される巻回径方向に沿
った一対の巻線側面部を有する巻線部材と、この巻線部材の一方の前記巻線側面部に設け
られて異なるターンの前記超電導線材同士を径方向に電気的に接続する迂回路を有する超
電導コイルであって、前記巻線部材の前記迂回路が設けられていない他方の前記巻線側面
部には巻線部材から電気的に絶縁された伝熱板が設けられていることを特徴とする超電導
コイル。
【請求項２】
前記伝熱板は、電気的にこの伝熱板を絶縁する絶縁部材を介して前記巻線部材に設けら
れることを特徴とする請求項１記載の超電導コイル。
【請求項３】
請求項１もしくは２に記載の前記超電導コイルを、前記伝熱板を備えた方の前記巻線側
面部同士もしくは前記迂回路を備えた方の前記巻線側面部同士が対向するようにして、巻
回中心軸に沿って積層させたことを特徴とする超電導コイル。
【請求項４】
積層させた前記超電導コイルの隣接した前記伝熱板または前記迂回路は一体化させた部
材としたことを特徴とする請求項３記載の超電導コイル。
【請求項５】
積層させた前記超電導コイルの、隣接して対向した前記迂回路はその対向面に電気的に
この迂回路を絶縁する迂回路絶縁部材が設けられていることを特徴とする請求項３記載の
超電導コイル。
【請求項６】
積層させた前記超電導コイルの、隣接して対向した前記迂回路はその対向面に電気的に
この迂回路を絶縁し、かつ隣接した前記超電導コイル内の温度を均一に保つ絶縁均熱板が
設けられていることを特徴とする請求項３記載の超電導コイル。
【請求項７】
前記迂回路は導電性樹脂からなることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１
項記載の超電導コイル。
【請求項８】
前記絶縁部材はエポキシ樹脂または繊維強化プラスチックからなることを特徴とする請
求項２から請求項７のいずれか１項記載の超電導コイル。
【請求項９】
前記迂回路絶縁部材はエポキシ樹脂または繊維強化プラスチックからなることを特徴と
する請求項５から請求項８のいずれか１項記載の超電導コイル。
【請求項１０】
前記巻線部材のターン間には隣接する前記超電導線材同士の接着力を弱める離型材が挿
入されていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項記載の超電導コイル
。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の超電導コイルを備えることを特徴とす
る超電導コイル装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の超電導コイルを含む複数の超電導コイ
ルが巻回中心に沿って積層されたことを特徴とする超電導コイル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超電導線材がコイル状に巻回された超電導コイル及びこの超電導
コイルを使用する超電導コイル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導線材には、超電導状態を維持できる電流、温度、磁場の範囲、いわゆる臨界電流
、臨界温度、臨界磁場が存在する。したがって電気抵抗がほぼゼロといえども無限に電流
が流せるわけではなく、いずれかの臨界値を超えると、常電導状態への転移現象、すなわ
ちクエンチが発生する。このようなクエンチによる常電導転移領域のジュール発熱は、瞬
時に超電導コイルを熱暴走させ、最悪の場合、焼損に至る危険性があるため、クエンチに
対する保護技術が不可欠である。
【０００３】
クエンチ保護に関する従来技術としては、たとえば超電導コイルと並列に保護抵抗をつ
なぐ方法がある。この方法は、常電導状態に転移することで発生するコイル電圧や温度上
昇を検出し、これをトリガーとして励磁電源を遮断するものである。遮断後は超電導コイ
ルと保護抵抗の閉回路となるため、室温部に配置した保護抵抗のジュール発熱で超電導コ
イルの蓄積エネルギーが消費され、コイルに流れる電流を減衰させることができる。
【０００４】
このような超電導コイルに使用する超電導線材としては、たとえばＢｉ２Ｓｒ２Ｃａ２
Ｃｕ３Ｏ１０+x線材やＲＥ1Ｂ２Ｃ３Ｏ７線材（ＲＥＢＣＯ線材）といった高温超電導線
材がある。高温超電導線材を用いた超電導コイルでは、従来のＮｂＴｉなどの低温超電導
線材に比べ、２０Ｋ〜５０Ｋといった高い温度でも高い臨界電流密度を有するため、高温
での高電流密度運転が可能となる。
【０００５】
なお、「ＲＥ１Ｂ２Ｃ３Ｏ７」の「ＲＥ」は希土類元素（例えば、ネオジム（Ｎｄ）、
ガドリニウム（Ｇｄ）、ホルミニウム（Ｈｏ）、サマリウム（Ｓｍ）等）及びイットリウ
ム元素の少なくともいずれかを、「Ｂ」はバリウム（Ｂａ）を、「Ｃ」は銅（Ｃｕ）を、
「Ｏ」は酸素（Ｏ）を意味している。
【０００６】
しかしながら、高電流密度運転時にクエンチが生じた場合、２０Ｋ〜５０Ｋの温度範囲
では、低温超電導線材を使ったマグネットの運転温度よりも比熱が大きいために常電導転
移領域の拡大が遅く、また、高電流密度運転すると発熱密度も高くなるため、前記従来技
術のクエンチ保護方法では、検知する前に局所的に熱暴走が発生し焼損してしまう可能性
がある。
【０００７】
そこで、超電導コイル内部の異なるターンの超電導線材同士がターン間で短絡されてい
れば、常電導転移した部分に流れる電流を異なるターンの超電導線材に迂回させることが
できる。電流が常電導部分を迂回することで、常電導転移領域での局所的な発熱、および
熱暴走を抑制することが可能である。具体的には、超電導コイルのコイル径方向に沿った
巻線部材の側面に超電導線材と電気的に接続された迂回路を設けることにより、迂回路を
介して異なるターンの超電導線材同士を短絡する技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１７―１０３３５２号公報
【特許文献２】国際公開第２０１７／０６１５６３号
【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、超電導コイルの伝導冷却に用いる伝熱板を超電導コイル側面に設けた場
合、コイル側面の迂回路と伝熱板が電気的に導通し、伝熱板と接続された冷凍機が故障し
てしまう課題があった。一方、迂回路と伝熱板の間に絶縁材を挿入した場合でも、超電導
コイルの負荷率が上昇した際に迂回路に過大な電圧がかかり、絶縁破壊を起こして迂回路
が伝熱板と導通してしまう恐れがあった。
【００１０】
迂回路と伝熱板の間の絶縁材の厚みを大きくすることで絶縁破壊の恐れを小さくするこ
とができるが、絶縁材の厚みを大きくするほど超電導コイルの電流密度が低下してしまう
。
【００１１】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、熱暴走またはクエンチの発生を抑
制し、かつ伝熱板を用いた伝導冷却が可能な超電導コイル及び超電導コイル装置を提供す
ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本実施形態にかかる超電導コイルは、超電導線材が巻回により、巻回の径方向に積層さ
れることで形成される巻回径方向に沿った一対の巻線側面部を有する巻線部材と、この巻
線部材の一方の前記巻線側面部に設けられて異なるターンの前記超電導線材同士を径方向
に電気的に接続する迂回路を有する超電導コイルであって、前記巻線部材の前記迂回路が
設けられていない他方の前記巻線側面部には巻線部材から電気的に絶縁された伝熱板が設
けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、本実施形態にかかる超電導コイル装置は、上記超電導コイルを備えることを特徴
とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、熱暴走またはクエンチの発生を抑制し、かつ伝熱板を用いた伝導冷却が
可能な超電導コイル及び超電導コイル装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一般的な高温超電導線材の一部切欠き斜視図。
【図２】高温超電導線材を巻回した巻線部材からなる超電導コイルの一例を簡略的に示す斜視図。
【図３】超電導コイルを示す図２のＩＩ−ＩＩ線のコイル径方向断面を示す断面図。
【図４】図３のΩ部を拡大して示すコイル径方向断面図。
【図５】導電性樹脂の概略断面図。
【図６】本発明の第１実施形態に係る超電導コイルの要部を拡大して示すコイル径方向断面図。
【図７】本発明の第２実施形態に係る超電導コイルの要部を拡大して示すコイル径方向断面図。
【図８】本発明の第２実施形態の他の例に係る超電導コイルの要部を拡大して示すコイル径方向断面図。
【図９】本発明の第２実施形態の他の例に係る超電導コイルの要部を拡大して示すコイル径方向断面図。
【００１６】
【図１０】本発明の第３実施形態に係る超電導コイルの要部を拡大して示すコイル径方向断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１８】
実施形態にかかる超電導コイルは、高温超電導線材および低温超電導線材のいずれにお
いても効果を発揮する。ただし、以下では、特に高い効果を発揮する高温超電導線材を用
いた場合を例にして説明する。
【００１９】
（実施例１）
まず、図１の高温超電導線材２０の構成斜視図を用いて、高温超電導線２０の構成を説
明する。高温超電導線材２０は、図１に示されるように、薄膜状の層が積層されたテープ
形状の薄膜線材２０を構成している。この薄膜線材２０は、例えばレアメタル酸化物（Ｒ
Ｅ酸化物）（以下、「高温超電導層２５」という）を含むＲＥＢＣＯ線材などの線材であ
る。
【００２０】
薄膜線材２０は、例えば、ニッケル基合金、ステンレスまたは銅などの高強度の金属材
質である基板２２と、基板２２の上に形成される中間層２４と、中間層２４を基板２２の
表面に配向させるマグネシウムなどからなる配向層２３と、中間層２４の上に形成される
酸化物でできた高温超電導層２５と、銀、金または白金などで組成される保護層２６と、
銅またはアルミニウムなどの良伝導性金属である安定化層２１と、から構成される。
【００２１】
中間層２４は、基板２２と超電導層２５の熱収縮の際に起因する熱歪みを防止する。保
護層２６は、高温超電導層２５に含まれる酸素が超電導層２５から拡散することを防止し
て、超電導層２５を保護している。また、安定化層２１は、超電導層２５への過剰通電電
流の迂回経路となって熱暴走を防止する。ただし、薄膜線材２０を構成する各層の種類お
よび数はこれに限定されるものではなく、必要に応じて多くても少なくてもよい。
【００２２】
図３は、超電導コイル１０の構成を示すもので、図２のＩＩ−ＩＩ線に沿うコイル径方
向断面を示す断面図である。また、図４は、図３のΩ部を拡大して示す断面図である。
【００２３】
図３に示される超電導コイル１０は、薄膜線材２０が巻枠１４へ巻回されることにより
、巻回軸方向中心Ｃを貫通する空間を有するパンケーキ状の巻線部材１２を形成すること
によって得られる。この、薄膜線材２０を同心円状に巻回してパンケーキ状に形成された
コイルをパンケーキコイルと呼ぶ。
【００２４】
巻線部材１２は、薄膜線材２０が巻回によって積層されることで形成される一対の巻線
側面部１８を有する。また、超電導コイル１０において隣接する別のターンの薄膜線材２
０同士の間隙のことを単にコイルターン間と呼ぶ。図４に示すように、薄膜線材２０の間
には、隣接するターン間の絶縁のために、絶縁性部材３３が挿入配置される。絶縁性部材
３３としては、例えばポリイミド等により形成された絶縁性のテープが好適に用いられる
。テープ状の絶縁性部材３３は、薄膜線材２０と共巻することによりコイルターン間に挿
入されている。
【００２５】
超電導コイル１０は、エポキシ樹脂などの粘着性を有する絶縁材料で含浸されることも
ある。粘着性のある樹脂で含浸されることにより、超電導コイル１０内の隣接する薄膜線
材２０と絶縁性部材３３が固着され、超電導コイル１０の熱伝導度及び機械的強度が向上
する。なお、エポキシ樹脂などの粘着性を有する絶縁材料もターン間に挿入されることで
絶縁性部材３３として働きうるが、超電導コイルターン間の確実な絶縁の為には、テープ
状のポリイミド等により確実にコイルターン間を絶縁することが好ましい。
【００２６】
なお、超電導コイル１０は、図４に示されるように、一対の巻線側面部１８の片面に、
超電導コイル１０内の異なる位置の薄膜線材２０同士を電気的に接続する迂回路１９を備
える。迂回路１９の材料は、通常運転時においての超電導コイル１０の抵抗より大きく、
かつこの超電導コイル１０の常電導転移時の抵抗よりも小さい抵抗の材料が選択される。
【００２７】
この迂回路１９の材料は、例えば、銅、ステンレス、アルミもしくはインジウムなどの
常電導金属、半導体、導電性プラスチック、セラミックス材、導電性樹脂または超電導材
料などである。また、グラファイト、炭素繊維または炭素繊維複合材などのカーボン材料
なども迂回路１９として好適に用いることができる。これらの材料は、板材または箔など
にして圧着またはハンダ接続などによって電気的に巻線部材１２に接続される。
【００２８】
また、一方の巻線側面部１８にメッキまたは塗布して、迂回路１９を形成してもよい。
特にメッキによって迂回路１９を形成すると、迂回路１９を薄くすることができ、超電導
コイル１０の自由な変形を阻害しない。また、この迂回路１９は図５に示すような導電性
樹脂３６を塗布して形成してもよい。
【００２９】
この導電性樹脂３６は例えば、導電性を持たない樹脂３７に導電性粉末３５を混入させ
たものを用いることが出来る。この場合は、導電性樹脂３６に配合される導電性粉末３５
の割合や種類を変更することにより、導電性樹脂３６の体積抵抗率を容易に調整すること
が出来る。導電性粉末３５としては、例えばカーボンブラック、炭素繊維またはグラファ
イトなどのカーボン系の粉末が用いられる。また、導電性粉末３５には、金属微粒子、金
属酸化物、金属繊維またはウィスカーなどの金属系の粉末が用いられてもよい。さらに、
微粒子または合成繊維を金属コートすることで導電性粉末３５にしてもよい。また、巻線
側面部１８の位置ごとに異なる組成の導電性樹脂層３６を塗布して迂回路１９を形成して
もよい。
【００３０】
ここで、迂回路１９を設けることで熱暴走等が発生することを抑制できる効果について
述べる。薄膜線材２０は、通電電流の限界である臨界電流に近づくにつれ、徐々に外部磁
場が侵入し、局所的に超電導状態が破壊された部分が常電導転移する。この局所的な常電
導転移に伴うフラックスフロー抵抗は、ジュール損失による発熱を発生するため、コイル
温度の上昇などで増大すると熱暴走またはクエンチ（以下、まとめて「熱暴走等」という
）を誘引する。
【００３１】
迂回路１９を設けることで、薄膜線材２０の一部で常電導転移による局所的なフラック
スフロー抵抗が発生したときに、コイル周方向に流れていた通電電流Ｉの一部Ｉａが、迂
回路１９を介して隣接する他のターンの薄膜線材２０に、コイル径方向へ迂回することが
できる。ここで、コイル周方向に流れる通電電流はＩからＩ−Ｉａに減少する。このとき
、迂回路１９の抵抗をＲａ、フラックスフロー抵抗をＲとすると、コイル径方向に迂回す
る電流Ｉａは、Ｒ／(Ｒ＋Ｒａ)に比例する。そして、フラックスフロー抵抗の増大に伴い
、より多くの通電電流がコイル径方向に迂回することになる。
【００３２】
よって、局所的に常電導状態に転移した常電導箇所に多量の通電電流Ｉが流れるのを未
然に防止することができ、熱暴走等が発生することを抑制することができる。
【００３３】
なお、コイルターン間を、迂回路１９を介して電気的に接続すると、フラックスフロー
抵抗が発生したときだけでなく、超電導コイル１０を非通電状態から定格電流値まで励磁
する際にも、誘導電圧により電源から供給される通電電流Ｉの一部I’が、迂回路１９を
介して他のターンの薄膜線材２０に、コイル径方向へ迂回してしまう。励磁完了後は誘導
電圧が発生しないため、迂回路１９に流れた電流I’は徐々にコイル周方向に流れ込むこ
ととなり、設計した磁場の値に到達するまでに時間を要する。したがって、コイルターン
間の抵抗を低くすればするほど、より多くの電流が励磁中に迂回してしまい、不要に励磁
時間が長くなってしまう。迂回路１９の抵抗Ｒａはフラックスフロー抵抗発生時に十分な
量の電流が迂回路へ転流できる程度に小さな抵抗で、かつ、超電導コイル１０を非通電状
態から定格電流値まで励磁する際に不要に励磁時間が長くしないほどに大きな抵抗となる
ように設定することが好ましい。
【００３４】
図６は、第１実施形態にかかる超電導コイル１０のコイル径方向断面を示したものであ
る。第１実施形態にかかる超電導コイル１０においては、伝熱板１７が超電導コイル１０
の一対の巻線側面部１８の内、迂回路１９が設けられていない他方の巻線側面部１８に設
けられており、巻線部材１２と伝熱板１７が電気的に絶縁されている。伝熱板１７の材料
としては熱伝導率が高い物質が好ましく、アルミニウム、銅などの金属が好適に用いられ
る。これらの材料は板材または箔などにして超電導コイル１０の他方の巻線側面部１８に
接着される。
【００３５】
伝熱板１７は図示しない冷凍機に直接、もしくは他の伝熱部材を介して間接的に熱的に
接続されており、超電導コイル１０で発生した熱を取り除く作用がある。巻線部材１２と
伝熱板１７を電気的に絶縁する方法としては、エポキシ樹脂等の電気的に絶縁性の接着剤
を用いて巻線部材１２に伝熱板１７を接着することができる。もちろん、巻線部材１２を
エポキシ樹脂等の絶縁性の含侵材を用いて含浸してもよい。巻線部材１２と伝熱板１７の
間に電気的な絶縁板１６を挿入してもよく、絶縁板１６としては繊維強化プラスチック等
が好適に用いられる。巻線部材１２と伝熱板１７の間に絶縁板１６を挿入する場合、巻線
部材１２、絶縁板１６、伝熱板１７を互いにエポキシ樹脂で接着することで、巻線部材１
２と伝熱板１７を熱的に接続しつつ、電気的な絶縁性を向上させることができる。
【００３６】
上述したように、迂回路１９の材料は、通常運転時においての超電導コイル１０の抵抗
より大きく、かつこの超電導コイル１０の常電導転移時の抵抗よりも小さい抵抗の材料が
選択される。例として、薄膜線材２０が全長にわたり常電導転移した時の、超電導コイル
全長にわたるフラックスフロー抵抗をＲnとして、迂回路１９の抵抗Ｒａ＝Ｒ／１０とし
た場合、Ｒ／(Ｒ＋Ｒａ)＝０．９となり、通電電流の約９０％がコイル径方向に迂回する
。この状態で迂回路１９に過大な電圧が発生した際に、伝熱板１７が迂回路１９と同じ側
の巻線部側面１８に設けられている場合、仮に伝熱板１７が絶縁されていたとしても、絶
縁破壊によりコイル径方向に迂回している電流（通電電流の９０％）が伝熱板１７に流れ
る恐れがある。
【００３７】
第１実施形態にかかる超電導コイル１０では、伝熱板１７が迂回路１９とは巻線部材１
２を隔てて反対側の側面に絶縁されて設けられているため、この状態で迂回路１９に過大
な電圧が発生したとしても、迂回路１９を流れる電流が伝熱板１７に直接流れ込む恐れが
ない。また、仮に巻線部材１２と伝熱板１７の間で絶縁破壊を起こしたとしても、伝熱板
１７に流れる電流は通電電流の１０％程度であり、伝熱板１７が迂回路１９と同じ側の巻
線部側面１８に設けられている場合に比べて大幅に低減できる。
【００３８】
したがって、従来例よりも絶縁破壊が生じた際に伝熱板１７に流れる電流を軽減するこ
とができるため、伝熱板１７につながれた冷凍機等の機器の故障確率を低減することがで
きる。
【００３９】
（実施例２）
次に、図７、図８、図９を用いて実施例２を説明する。なお、実施例１と同一の構成に
は同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４０】
第２実施形態にかかる超電導コイル４０は、図７に示されるように、図６の超電導コイ
ル１０を、伝熱板１７を備えた方の巻線側面部１８同士もしくは迂回路１９を備えた方の
巻線側面部１８同士が対向するようにして、巻回中心軸に沿って積層される。この際、隣
接して対向する2つの伝熱板１７を一体化させて1つの伝熱板１７に置き換えてもよい。
【００４１】
また、隣接して対向する2つの迂回路１９を一体化させて1つの迂回路１９に置き換えて
もよい。この場合、隣り合う超電導コイル１０同士が電気的に接続されるため、超電導コ
イル１０を流れる電流が隣り合う超電導コイル１０へ迂回路１９を通って転流することが
できる。ただし、超電導コイル１０間を電気的に接続した場合、超電導コイル１０のター
ン間を電気的に接続した場合と同様に励磁時間が長くなってしまう。このことから、励磁
時間を増加させないためには、他の実施例として図８に示すように超電導コイル４１の迂
回路１９と迂回路１９の間の対向面に迂回路絶縁板４２を挿入してもよい。
【００４２】
迂回路絶縁板４２としては、板形状の繊維強化プラスチック等を用いることができる。
また、迂回路絶縁部材４２としてエポキシ樹脂等を塗布して形成することができる。
【００４３】
また、他の実施例として図９に示すように超電導コイル４３の迂回路１９が対向してい
る間隙に、巻回軸方向の伝熱性能を鑑みて薄く形成されたエポキシ樹脂、繊維強化プラス
チック等の絶縁材によって迂回路１９との対向面が絶縁された絶縁均熱板１３が設けられ
ていてもよい。絶縁均熱板１３の材料としては伝熱板１７と同様にアルミニウムや銅など
の熱伝導率が高い金属が好的に用いられる。そして、絶縁均熱板１３は熱を伝えやすくす
るために迂回路１９よりも厚く構成されている。よって、絶縁均熱板１３は冷凍機等の超
電導コイルの外部の機器には絶縁材によって電気的に接続されておらず、隣り合う超電導
コイル１０間を電気的に絶縁し、かつ隣り合う超電導コイル１０内の温度を均一に保つ効
果を得ることができる。
【００４４】
第２実施形態にかかる積層された超電導コイル４０、４１、４３においても、伝熱板１
７が迂回路１９とは巻線部材１２を隔てて反対側の巻線側面部１８に絶縁されて設けられ
ているため、この状態で迂回路１９に過大な電圧が発生したとしても、迂回路１９を流れ
る電流が伝熱板１７に直接流れ込む恐れがない。また、仮に隣接して対向する迂回路１９
同士の間に設けられた絶縁板１６や、絶縁均熱板１３を迂回路１９から絶縁するための絶
縁体が絶縁破壊を起こしたとしても、伝熱板１７は巻線部材１２を隔てて迂回路１９とは
反対側の巻線側面部１８に位置しているので、迂回路１９を流れる電流が伝熱板１７に流
れ込む恐れがない。
【００４５】
したがって、実施例１の場合と同様に絶縁破壊が生じた際に従来例よりも伝熱板１７に
流れる電流を軽減することができるため、伝熱板１７につながれた冷凍機等の機器の故障
確率を低減することができる。
【００４６】
（実施例３）
次に、図１０を用いて実施例３を説明する。なお、実施例１および実施例２と同一の構
成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４７】
第３実施形態にかかる積層された超電導コイル５０は、図４対応の図１０に示されるよ
うに、超電導コイル１０の少なくとも一部のコイルターン間に離形材３４が挿入されてお
り、前記離型材３４と隣接する薄膜線材２０との接着力を弱めて構成されている。離形材
３４とは、離形材３４と隣接する薄膜線材２０との間の離形性がよいものであれば何でも
よい。例えば、絶縁材部材３３にフッ素樹脂、パラフィン、グリース、シリコンオイル等
を接着もしくは塗布したものを用いることができる。
【００４８】
超電導コイル１０の使用時には、超電導コイル１０内において運転温度までの冷却時に
発生するコイル径方向の熱応力および励磁により発生する電磁応力などの剥離応力がかか
る。特に、超電導コイル１０を樹脂含浸する場合に、薄膜線材２０の熱収縮率と超電導コ
イル１０の含侵に用いた樹脂の熱収縮率との差に起因して生じる熱応力で、薄膜線材２０
に許容値以上の剥離応力がかかることがある。
【００４９】
この薄膜線材２０に許容値以上の剥離応力がかかると、薄膜線材２０内部の高温超電導
層２５が機械的に破壊されるため、超電導特性の低下（劣化）が生じる。超電導特性が劣
化すると、臨界電流値が著しく低下するため、通常、発生しないはずの通電電流値におい
てもフラックスフロー抵抗が発生してしまうため、定格運転時においても迂回路１９に電
流が迂回し、コイル周方向に流れる通電電流が減ってしまう。超電導コイル１０が発生す
る磁場は、コイル周方向に流れる通電電流に比例することから、この超電導コイル１０で
設計した磁場を発生することができない。
【００５０】
よって、超電導コイル１０に薄膜線材２０を用いる場合、剥離応力が許容値以上になら
ないように工夫する必要がある。ここで、冷却時に発生するコイル径方向の熱応力は、コ
イルの内径と外径の比に依存する。第９実施形態にかかる超電導コイル５０（１０）では
、離形材３４によって巻線部材１２を複数に分割することで、分割された各々の巻線部材
の内径と外径比の比を小さく設定することができ、剥離応力を許容値以下にすることがで
きる。
【００５１】
第３実施形態にかかる超電導コイル５０によれば、実施例１で説明したコイルターン間
に離形材３４を挿入することにより、薄膜線材２０に加わる剥離応力を許容値以下にする
ことができる。したがって、超電導特性の劣化を防止できるため、定格運転時には設計し
た磁場の発生が可能になるとともに、局所的な常電導転移に伴うフラックスフロー抵抗が
発生した際には熱暴走を回避することができる。
【００５２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したも
のであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様
々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、
置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の
範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含
まれるものである。
【００５３】
例えば、本実施例１から３では、迂回路、導電性部材及び絶縁材が設けられた巻線部材
の形状として、いわゆるパンケーキ形状の超電導コイルを例示した。しかし、適用できる
巻線部材は、パンケーキ形状のものに限定されない。また、レーストラック型、鞍型、楕
円型などの非円形形状コイルなどにも適用することができる。
【００５４】
また上記超電導コイルを重粒子治療装置等の磁場発生源として必要な装置に組み込むこ
とによって、所望の磁場を発生させる超電導コイル装置とすることが可能である。
【００５５】
さらに、必要に応じて通常の超電導コイルと組み合わせて積層させ、熱暴走またはクエ
ンチの発生の可能性が高い部分のみに本発明の超電導コイルを採用して配置することも可
能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０…超電導コイル、１２…巻線部材、１３…絶縁均熱板、１４…巻枠、１６…絶縁板（
絶縁部材）、１７…伝熱板、１８…巻線側面部、１９…迂回路、２０…高温超電導線材（
薄膜線材）、２１…安定化層、２２…基板、２３…配向層、２４…中間層、２５…高温超
電導層、２６…保護層、３３…絶縁性部材、３４…離形材、３５…導電性粉末、３６…導
電性樹脂、３７…導電性を持たない樹脂、４０，４１，４３…超電導コイル、４２…迂回
路絶縁板（迂回路絶縁部材）、５０…超電導コイル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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