(57)【要約】【課題】  本発明はコイル本体を形成する超電導線の一部を電極に接続する構成の超電導コイル及び超電導マグネット装置に関し、ローレンツ力等の外力が電極に印加されても電極及び電極近傍に配設された構成物の損傷を防止することを課題とする。【解決手段】  巻枠５８に超電導線６９を巻回したコイル本体５９と、超電導線６９に配設される樹脂部材６１と、この樹脂部材６１に配設されると共に超電導線６９が接続される電極６２〜６５とを有した超電導コイルであって、通電時に発生する外力（例えばローレンツ力）による電極６２〜６５の移動に追従して動作する構成とされており、この電極６２〜６５を巻枠５８に対して移動可能に保持する可撓変形部材７０を設けた構成とする。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻枠に超電導線を巻回したコイル本体と、
前記超電導線に配設される絶縁体と、
該前記絶縁体に配設されると共に前記超電導線が接続される電極とを有した超電導コイルであって、
通電時に発生する外力による前記電極の移動に追従して動作する構成とされており、前記電極を前記巻枠に対して移動可能に保持する電極保持部材を設けたことを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】
請求項１記載の超電導コイルにおいて、
前記電極保持部材は、一端が前記電極に固定されると共に、他端が前記巻枠に固定された可撓変形部材であることを特徴とする超電導コイル。
【請求項３】
請求項１または２記載の超電導コイルにおいて、
前記巻枠に開口部を形成すると共に前記絶縁体に突出形成された凸部に前記電極を配設し、
該凸部と前記開口部の内壁との間に間隙が形成されるよう構成したことを特徴とする超電導コイル。
【請求項４】
請求項３記載の超電導コイルにおいて、
前記凸部に前記電極の一部を埋設すると共に、該電極の前記凸部への埋設部分に粗面部を形成したことを特徴とする超電導コイル。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超電導コイルにおいて、
前記電極は、非導電性材料部と、前記超電導線が接続される導電性材料部との複合構造とされていることを特徴とする超電導コイル。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超電導コイルにおいて、
前記外力による前記電極の移動に伴い該電極に作用し、前記電極の転倒を規制する転倒規制部材を設けたことを特徴とする超電導コイル。
【請求項７】
請求項６記載の超電導コイルにおいて、
前記転倒規制部材は、一端が前記巻枠に固定されると共に、他端が前記枠体に固定されており、前記外力による前記電極の移動に伴い張力を発生させることにより、前記電極の転倒を規制する紐状部材であることを特徴とする超電導コイル。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の超電導コイルを備えたことを特徴とする超電導マグネット装置。
【請求項９】
請求項８記載の超電導マグネット装置において、
前記電極保持部材は、冷凍機により冷却される冷却ステージに熱的に接続されていることを特徴とする超電導マグネット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超電導コイル及び超電導マグネット装置に係り、特にコイル本体を形成する超電導線の一部を電極に接続する構成の超電導コイル及び超電導マグネット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１乃至図３は、従来の一例である超電導コイル１０を説明するための図である。図１は超電導コイル１の正面図であり、図２は入口電極１３が形成された領域の拡大図であり、図３は中間電極１５が形成された領域の拡大図である。尚、図１に示したＹ−Ｙ方向は超電導コイル１０の軸方向を示している。
【０００３】
超電導コイル１０は、大略すると巻枠１１、コイル本体１２、入口電極１３、出口電極１４、及び中間電極１５等により構成されている。コイル本体１２は、巻枠１１に巻回された超電導線１９により構成されている。入口電極１３、出口電極１４及び中間電極１５は、銅電極１７に超電導線１９が接続された構成となっている。
【０００４】
入口電極１３は、図２に示すように、銅電極２１に設けられた溝２１Ａに巻き始め端である超電導線１９が半田付けにより接続されている。銅電極２１は、巻枠１１のフランジ１６に接着剤等を用いて固定されており、フランジ１６の開口部には、樹脂１８が配設されている。尚、出口電極１４は上記の入口電極１３と略同一構成であり、銅電極２１の溝２１Ａに巻き終わり端である超電導線１９が接続される。入口電極１３及び出口電極１４は、コイル本体１２に電流を外部から供給する電源装置（図示せず）に接続されている。
【０００５】
中間電極１５は、図３に示すように、銅電極２１に設けられた溝２１Ａに２本の超電導線１９が半田付けにより接続された構成とされている。銅電極２１は、接着剤等を用いて巻枠１１のフランジ１６に固定されており、フランジ１６の開口部には樹脂１８が配設されている（例えば、特許文献１参照。）。この中間電極１５は、クエンチした際に、コイルの内部電圧を抑制して、コイルが破壊されることを防ぐため設けられている。
【特許文献１】特開２００１−２１７１１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、超電導コイル１０は、入口電極１３と出口電極１４との間に電流を流すことにより強力な磁場が発生する。また、コイル本体１２に巻回された超電導線１９は、入口電極１３，出口電極１４，及び中間電極１５に引き出され、各電極１３〜１５に接続された構成とされている。従って、各電極１３〜１５に接続された超電導線１９内も電流が流れる。更に、各電極１３〜１５の配設位置は、超電導コイル１０が発生する磁場の内部となっている。
【０００７】
このため、各電極１３〜１５の配設位置においては、コイル本体１２が発生する磁場が超電導線１９を流れる電流に作用することによりローレンツ力（外力）が発生する。このローレンツ力は、各電極１３〜１５を図１に矢印Fで示す方向、即ちコイル本体１２の中心に向かう方向に作用する。このローレンツ力は、特にクエンチが発生した場合や励磁時等の磁場の強さが変化するときに大きく作用し、この場合各電極１３〜１５は矢印Ｆ方向に大きく変位しようとする。このため、各電極１３〜１５と巻枠１１のフランジ１６との接着面が剥離してしまい、コイル本体１２の破損や超電導線１９の切断が起こる可能性があるという問題点があった。
【０００８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、外力が電極に印加されても電極及び電極近傍に配設された構成物の損傷を防止しうる超電導コイル及び超電導マグネット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】
【０００９】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項１記載の発明は、
巻枠に超電導線を巻回したコイル本体と、
前記超電導線に配設される絶縁体と、
該前記絶縁体に配設されると共に前記超電導線が接続される電極とを有した超電導コイルであって、
通電時に発生する外力による前記電極の移動に追従して動作する構成とされており、前記電極を前記巻枠に対して移動可能に保持する電極保持部材を設けたことを特徴とする超電導コイル。
【００１１】
上記発明によれば、通電時に発生する外力により電極が移動付勢されても、電極は電極保持部材により巻枠に対して移動可能に保持されているため、電極が移動しても電極と絶縁体との間で応力が発生することを防止できる。これにより、絶縁体に対して電極が転倒したり、また超電導線が切断されたりすることを防止できる。
【００１２】
また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載の超電導コイルにおいて、
前記電極保持部材は、一端が前記電極に固定されると共に、他端が前記巻枠に固定された可撓変形部材であることを特徴とするものである。
【００１３】
上記発明によれば、外力により電極が移動する際、可撓変形部材が可撓変形することにより電極の移動を受けるため、外力が急激に印加された場合であっても電極，コイル本体，及び絶縁体に損傷が発生するのを確実に防止できる。
【００１４】
また、請求項３記載の発明は、
請求項１または２記載の超電導コイルにおいて、
前記巻枠に開口部を形成すると共に前記絶縁体に突出形成された凸部に前記電極を配設し、該凸部と前記開口部の内壁との間に間隙が形成されるよう構成したことを特徴とするものである。
【００１５】
上記発明によれば、絶縁体に突出形成された凸部と開口部の内壁との間に間隙が形成されているため、凸部に配設された電極に外力が印加されても、凸部は間隙内においては自由に移動でき、凸部と巻枠との間に応力が発生することを防止できる。
【００１６】
また、請求項４記載の発明は、
請求項３記載の超電導コイルにおいて、
前記凸部に前記電極の一部を埋設すると共に、該電極の前記凸部への埋設部分に粗面部を形成したことを特徴とするものである。
【００１７】
上記発明によれば、電極の凸部への埋設部分に粗面部を形成したことにより、電極と凸部との接触面積を広くでき、凸部に対する電極の取り付け強度を高めることができる。よって、電極に外力が印加されても、電極が凸部から離脱することを防止できる。
【００１８】
また、請求項５記載の発明は、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超電導コイルにおいて、
前記電極は、前記超電導線を接続する導電性材料よりも低効率の大きい材料と、前記超電導線が接続される導電性材料部との複合構造とされていることを特徴とするものである。
【００１９】
上記発明によれば、非導電性材料部に外力は発生せず、電極全部を導電性材料部にした構成に比べ、電極に発生する力を低減することができる。
【００２０】
また、請求項６記載の発明は、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超電導コイルにおいて、
前記外力による前記電極の移動に伴い該電極に作用し、前記電極の転倒を規制する転倒規制部材を設けたことを特徴とするものである。
【００２１】
上記発明によれば、電極に外力が印加されても、転倒規制部材により電極の転倒は防止されるため、超電導コイルの信頼性を高めることができる。
【００２２】
また、請求項７記載の発明は、
請求項６記載の超電導コイルにおいて、
前記転倒規制部材は、一端が前記巻枠に固定されると共に、他端が前記枠体に固定されており、前記外力による前記電極の移動に伴い張力を発生させることにより、前記電極の転倒を規制する紐状部材であることを特徴とするものである。
【００２３】
上記発明によれば、電極と巻枠との間に配設された紐状部材により電極の転倒を防止するため、簡単な構成で電極の転倒防止を図ることができる。
【００２４】
また、請求項８記載の発明に係る超電導マグネット装置は、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の超電導コイルを備えたことを特徴とするものである。
【００２５】
上記発明によれば、外力が発生しても電極の転倒や電極と巻枠との間で不要な応力が発生しないため、信頼性の高い超電導マグネット装置を実現することができる。
【００２６】
また、請求項９記載の発明は、
請求項８記載の超電導マグネット装置において、
前記電極保持部材は、冷凍機により冷却される冷却ステージに熱的に接続されていることを特徴とするものである。
【００２７】
上記発明によれば、電極保持部材が冷凍機により冷却される冷却ステージに熱的に接続されているため、電極を効率よく冷却することができる。
【発明の効果】
【００２８】
上述の如く本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することができる。
【００２９】
請求項１記載の発明によれば、通電時に発生する外力により電極が移動付勢されても、絶縁体に対して電極が転倒したり、また超電導線が切断されたりすることを防止できる。
【００３０】
また、請求項２記載の発明によれば、外力が急激に印加された場合であっても電極，コイル本体，及び絶縁体に損傷が発生するのを確実に防止できる。
【００３１】
また、請求項３記載の発明によれば、凸部に配設された電極に外力が印加されても、凸部は間隙内においては自由に移動でき、凸部と巻枠との間に応力が発生することを防止できる。
【００３２】
また、請求項４記載の発明によれば、凸部に対する電極の取り付け強度を高めることができ、よって電極に外力が印加されても電極が凸部から離脱することを防止できる。
【００３３】
また、請求項５記載の発明によれば、非導電性材料部には外力は発生しないため、電極全部を導電性材料部にした構成に比べ、電極に発生する外力を低減することができる。
【００３４】
また、請求項６記載の発明によれば、電極に外力が印加されても、転倒規制部材により電極の転倒は防止されるため、超電導コイルの信頼性を高めることができる。
【００３５】
また、請求項７記載の発明によれば、簡単な構成で確実に電極の転倒防止を図ることができる。
【００３６】
また、請求項８記載の発明によれば、信頼性の高い超電導マグネット装置を実現することができる。
【００３７】
また、請求項９記載の発明によれば、電極を効率よく冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。
【００３９】
図４は、本発明の第１実施例である超電導コイル５０Ａを適用した超電導マグネット装置３０の概略構成を示した図である。図４に示すように、超電導マグネット装置３０は、大略すると真空容器３１、ＧＭ（ギュフオード・マクマホン）冷凍機３２、熱シールド部材３７、及び超電導コイル５０等により構成されている。
【００４０】
真空容器３１は、大略すると容器本体３３と、天板３６とにより構成されている。天板３６は、容器本体３３の開口部を覆うように形成されている。真空容器３１の中央部には円筒壁３４で仕切られ、図４中の上下方向に貫通した円筒状空間３５が形成されている。この円筒状空間３５は、通電された際、高磁場空間として利用されるものである。天板３６には、ＧＭ冷凍機３２が配設されている。
【００４１】
また、真空容器３１内には、熱を遮断するための熱シールド部材３７が、後述する支柱４２とコールドヘッド部４５Ｂとで吊設されている。熱シールド部材３７の図４中の上方には高温側冷却ステージ４１が形成されている。熱シールド部材３７の中央部に形成された円筒壁３８は、円筒壁３４に対して隙間を介在させた状態で形成されている。
【００４２】
ＧＭ冷凍機３２の図４中の下方には、一段目冷却手段４５が形成されている。一段目冷却手段４５は、大略するとシリンダ部４５Ａと、コールドヘッド部４５Ｂとにより構成されている。シリンダ部４５Ａは、ＧＭ冷凍機３２の図４中の下方にＧＭ冷凍機３２と一体に形成されている。シリンダ部４５Ａの下方には、コールドヘッド部４５Ｂが形成されている。コールドヘッド部４５Ｂは、取り付けフランジを介してボルト４８により高温側冷却ステージ４１に固定されている。コールドヘッド部４５Ｂは、取り付けフランジ４７を介して高温側冷却ステージ４１を冷却するためのものである。
【００４３】
コールドヘッド部４５Ｂの図４中の下方には、二段目冷却手段４６が形成されている。二段目冷却手段４６は、大略するとシリンダ部４６Ａと、コールドヘッド部４６Ｂとにより構成されている。シリンダ部４６Ａは、コールドヘッド部４５Ｂの下方に形成されており、コールドヘッド部４５Ｂの下方にはコールドヘッド部４６Ｂが形成されている。
【００４４】
コールドヘッド部４６Ｂは、取り付けフランジ５３を介してボルト５４により低温側冷却ステージ４４に固定されている。コールドヘッド部４６Ｂは、取り付けフランジ５３及び低温冷却ステージを介して、後述する超電導コイル５０Ａを冷却するためのものである。低温側冷却ステージ４４の下方には、超電導コイル５０Ａが形成されている
次に、図５乃至図７を参照して、超電導コイル５０Ａについて説明する。図５は第１実施例に係る超電導コイル５０Ａの斜視図であり、図６は超電導コイル５０Ａを構成する巻枠５８の斜視図であり、更に図７は超電導コイル５０Ａに配設される各電極６２〜６４の内、中間電極６４を拡大して示す斜視図である。
【００４５】
図５に示すように、超電導コイル５０Ａは、大略すると巻枠５８、コイル本体５９、入口電極６２、出口電極６３、中間電極６４，６５、及び可撓変形部材７０等により構成されている。
【００４６】
巻枠５８は、図６に示されるように、コイル形成領域５８Ｂとフランジ６０とにより構成されている。巻枠５８の中央部には、巻枠５８の軸方向に貫通する円筒状開口部５８Ａが形成されている。またフランジ６０には、４個の開口部６０Ａが形成されている。この各開口部６０Ａは３つの面６０Ｂから構成されている。また、その形成位置は、後述する入口電極６２、出口電極６３、及び中間電極６４，６５（この各電極を総称する場合には、電極６２〜６５という）の配設位置に設定されている。
【００４７】
コイル本体５９は、巻枠５８のコイル形成領域５８Ｂに巻回された超電導線６９と、超電導線６９を覆うように形成された樹脂部材６１とにより構成されている（尚、図５では超電導線６９は樹脂部材６１に被覆されているため図に現れず）。この樹脂部材６１は、絶縁体であるエポキシ樹脂に導電性のない無機材料であるファインセラミック粉末が混合されたものである。
【００４８】
このファインセラミック粉末には、粒径が０．０１〜１００μｍの範囲内のものを用いることができる。尚、粒径０．０１μｍは製造方法の限界値であり、一方粒径が１００μｍよりも大きいと樹脂部材６１の強度が低下する。
【００４９】
また、粒径が０．０１〜１００μｍの範囲内のファインセラミック粉末を、エポキシ樹脂に対して０．１〜３０％の範囲内で混合することにより、熱伝導性を向上させることができる。このため、上記構成の樹脂部材６１を用いることにより、電極６２〜６５を形成する際に必要な強度及び接着能力を保った状態で、効率良くコイル本体５９を冷却することが可能となる。
【００５０】
この樹脂部材６１の上部には、４個の凸部６１Ａが形成されている。この凸部６１Ａはコイル本体５９の上面から上方に向け突出するよう形成されており、その形成位置は前記した巻枠５８に形成された開口部６０Ａ内に位置するよう設定されている。
【００５１】
また、凸部６１Ａは開口部６０Ａ内に位置した状態において、その上面がフランジ６０の上面と略面一となるよう形成されている。更に、凸部６１Ａを平面視したときの面積は、開口部６０Ａを平面視した面積の比べて小さくなっている。このため、凸部６１Ａを構成する面６０Ｂと凸部６１Ａの側面との間には間隙７６が形成されている（図５及び図７に詳しい）。
【００５２】
次に、主に図５及び図７を用いて入口電極６２、出口電極６３、及び中間電極６４，６５について説明する。尚、各電極６２〜６５の相違点は、超電導線６９のどの端部を銅電極７０に接続するかである。即ち、入口電極６２は超電導線６９の一端部と接続され、出口電極６３は超電導線６９の他端部と接続され、中間電極６４，６５はこの両端部の間に接続される。従って、入口電極６２及び出口電極６３は１本の超電導線６９が接続され、中間電極６４，６５は２本の超電導線６９が接続される構成となる（図２及び図３参照）。このように、各電極６２〜６５は超電導線６９の接続本数が異なるのみで、他の構成は同一であるため、以下の説明においては、主に中間電極６５を例に挙げて説明し、他の電極６２〜６４の説明は省略するものとする。
【００５３】
中間電極６５は本実施例では導電性の高い銅により形成されており、２本の超電導線６９が電気的に接続されるものである（前記のように、入口電極６２及び出口電極６３では１本の超電導線６９が接続される）。中間電極６５には溝部６５Ａが形成されており、この溝部６５Ａに超電導線６９が半田付けにより接続される。また、中間電極６５の下端所定部分は凸部６１Ａ内に埋設された構成となっている（以下、この中間電極６５の凸部６１Ａ内に埋設された部分を埋設部６５Ｄという）。これにより、中間電極６５は凸部６１Ａに立設された状態となり、樹脂部材６１に固定された構成となる。
【００５４】
この際、本実施例では中間電極６５の凸部６１Ａに埋設される埋設部６５Ｄに粗面部を形成した構成としている。これにより、中間電極６５と凸部６１Ａ（樹脂部材６１）との接触面積を広くでき、凸部６１Ａに対する中間電極６５の取り付け強度を高めることができる。よって、冷却時の各材質の熱収縮率の違いによる力や中間電極６５に後述するローレンツ力などの外力が印加されても、中間電極６５が凸部６１Ａから離脱することを防止できる。
【００５５】
また、上記のように中間電極６５と凸部６１Ａとの接触面積を広くなることにより、中間電極６５と凸部６１Ａとの間における熱伝導性が向上して、効率良く樹脂部材６１及び超電導線６９の冷却を行うことができる。尚、埋設部６５Ｄに形成される粗面の具体的形状は、特に限定されものではなく、規則的な凹凸形状であっても、波型形状であっても、また針状の突起部を形勢した形状や櫛状の突起部を形成した形状としてもよい。
【００５６】
次に、可撓変形部材７０（請求項１に記載の電極保持部材に相当する）について説明する。可撓変形部材７０は、例えば銅やアルミニウムのような伝導率の高い材料により形成されている。この可撓変形部材７０は、大略するとばね部７０Ａと固定部７０Ｂとにより構成されている。
【００５７】
ばね部７０Ａは略Ｕ字上に曲げられた部分であり、これによりばね部７０Ａは可撓変形（弾性変形）可能な構成とされている。中間電極６５の上部所定範囲は、このばね部７０Ａに固定されている。従って、後述するように中間電極６５が移動した場合、ばね部７０Ａもこれに追従して移動しうる構成となっている。
【００５８】
固定部７０Ｂは可撓変形部材７０をフランジ６０（巻枠５８）に固定する部分である。本実施例では、低温側冷却ステージ４４の一部がフランジ６０の上部にも延出するよう構成されており、この低温側冷却ステージ４４に固定部７０Ｂは固定されている。低温側冷却ステージ４４はフランジ６０に固定されており、また固定部７０Ｂは低温側冷却ステージ４４に固定（溶接等による）されているため、固定部７０Ｂは低温側冷却ステージ４４を介してフランジ６０に固定される。
【００５９】
前記したように、低温側冷却ステージ４４はＧＭ冷凍機３２を構成する二段目冷却手段４６のフランジ５３に熱的に接続されている。低温側冷却ステージ４４は、ＧＭ冷凍機３２により例えば４Ｋの極低温とされている。また、可撓変形部材７０（可撓変形部材７０）はこの低温側冷却ステージ４４に固定されているため、熱的に低温側冷却ステージ４４と接続された構成となっている。
【００６０】
よって、中間電極６５は可撓変形部材７０及び低温側冷却ステージ４４を介してＧＭ冷凍機３２により冷却される構成となる。このように、本実施例では中間電極６５をＧＭ冷凍機３２により直接的に冷却することができるため、特に中間電極６５およびこの近傍位置の冷却効率を高めることができる。
【００６１】
続いて、上記構成とされた超電導コイル５０Ａにおいて、電極６２〜６５にローレンツ力が作用したときの動作について、主に図７を用いて説明する。
【００６２】
超電導コイル５０Ａは、入口電極６２と出口電極６３との間に電流を流すことにより強力な磁場を発生させる。また、超電導線６９が接続される各電極６２〜６５は、コイル本体５９が発生する磁場の領域内に配設された構成となっている。このため、各電極６２〜６５には、コイル本体５９で発生する磁場が作用し、よって各６２〜６５にはローレンツ力が作用する。
【００６３】
このローレンツ力は、各電極６２〜６５を図中矢印Fで示す方向、即ちコイル本体５９の中心に向かう方向に作用する。このローレンツ力は、特にクエンチが発生した場合や励磁時等の磁場の強さが変化するときに大きく作用することは前述した通りである。
【００６４】
中間電極６５にローレンツ力が作用すると、中間電極６５は図中矢印Ｆで示す方向に移動しようとする。しかしながら、本実施例では中間電極６５には可撓変形部材７０が接続されている。よって、中間電極６５にローレンツ力が作用し、中間電極６５がＦ方向に移動しようとしても、可撓変形部材７０のばね部７０Ａが可撓変形（弾性変形）することによりローレンツ力を吸収する。よって、ローレンツ力が比較的小さい場合は、中間電極６５の移動を伴うことなく、ローレンツ力を吸収することができる。
【００６５】
これに対し、発生したローレンツ力が大きい場合には、ばね部７０Ａの可撓変形（弾性変形）だけではこれを全部吸収できず、中間電極６５が矢印Ｆ方向に移動する。しかしながら、ローレンツ力により中間電極６５が移動したとしても、可撓変形部材７０のばね部７０Ａはこれに追従して可撓変形する。このため、可撓変形部材７０により中間電極６５の移動は緩衝され、これにより中間電極６５が転倒したり、また超電導線６９が切断されたり、またコイル本体５９及び樹脂部材６１が損傷することを防止できる。
【００６６】
更に、前記したように中間電極６５が設けられた凸部６１Ａと、開口部６０Ａの面６０Ｂとの間には間隙７６が形成されている。このため、ローレンツ力により凸部６１Ａが移動したとしても、凸部６１Ａは間隙７６内においては自由に移動できるため、凸部６１Ａが巻枠５８とが衝突して損傷が生じたり、凸部６１Ａが巻枠５８を押圧して応力が発生したりすることを防止できる。
【００６７】
上記した作用は、中間電極６５ばかりでなく、他の全ての電極６２〜６４においても同様に作用する。よって、本実施例に係る超電導コイル５０Ａ及びこれを設けた超電導マグネット装置３０によれば、磁場の影響により各電極６２〜６５にローレンツ力が発生しても、これによる損傷や応力の発生を抑制でき、信頼性の向上を図ることができる。
【００６８】
次に、本発明の第２乃至第４実施例について順次説明する。
【００６９】
図８乃至図１０は、本発明の第２乃至第４実施例に係る超電導コイル１０Ｂを示している。尚、第２乃至第４実施例に係る発明は、中間電極６５の近傍の構成に特徴を有し、他の構成は図４乃至図７を用いて説明した第１実施例の構成と同一構成である。このため以下の説明では、中間電極６５の近傍のみを拡大して示して説明し、他の部分の構成については説明を省略するものとする。また、図８乃至図１０において、図４乃至図７に示した構成と同一構成については、同一符号を付してその説明を省略するものとする。
【００７０】
図８は、第２実施例に係る超電導コイル５０Ｂの中間電極６５の近傍を拡大して示している。本実施例に係る超電導コイル５０Ｂは、中間電極６５の背面側に背面絶縁部材７５（非導電性材料部）を形成したことを特徴とするものである。ここで、中間電極６５の背面とは、中間電極６５においてコイル本体５９の中心側に近い側面、換言すると超電導線６９が接続される面に対し反対側の面である。
【００７１】
背面絶縁部材７５は、ステンレス（具体的には、SUS304）やＧＦＲＰ等の絶縁性部材により形成されている。この背面絶縁部材７５は、本実施例では超電導線６９の背面の略全面に形成されている。即ち、本実施例に係る中間電極６５は、ステンレス等の非導電性材料よりなる背面絶縁部材７５と、高導電性材料（例えば、銅，金，アルミニウム等）よりなる高導電性材料部７７との複合構造とされている。
【００７２】
中間電極６５を本実施例の構成とすることにより、非導電性材料よりなる背面絶縁部材７５ではローレンツ力は発生せず、ローレンツ力は高導電性材料部７７のみに発生することとなる。このため、中間電極の全部を導電性材料にした構成に比べ、中間電極６５に発生するローレンツ力を低減することができる。
【００７３】
ところで、上記のように中間電極６５に印加されるローレンツ力を低減する面からは、高導電性材料部７７の体積は小さいほうが望ましい。しかしながら、一般に非導電性材料は導電性材料に比べて熱伝導性が低いため、中間電極６５の全体に対する背面絶縁部材７５（非導電性材料）の割合が多くなると中間電極６５の冷却効率が低下してしまう。よって、中間電極６５の全体に対する背面絶縁部材７５の割合を決定する場合、励磁の際にコイル本体５９が発生する熱量Ｑによる温度上昇を抑制するため、中間電極６５に接続している各超電導線６９の磁場と電流値によって決まる臨界温度Ｔｅを超えないように考慮することが必要である。この臨界温度ＴＣは、下式により求められる。
【００７４】
ＴＣ={Ｑ・Ｌ／（Ａ・λ）}+Ｔl
但し、上式において、
Ｑ：コイル本体５９に発生する熱量
Ｌ：低温側冷却ステージ４４から中間電極６５の先端（背面絶縁部材７５と接触子している側）までの距離
Ａ：中間電極６及び可撓変形部材７０の平均断面積
λ：中間電極６及び可撓変形部材７０の平均熱伝導率
Ｔl：低温側冷却ステージ４４の温度
図９は、第３実施例に係る超電導コイル５０Ｃの中間電極６５の近傍を拡大して示している。本実施例に係る超電導コイル５０Ｃは、前記したローレンツ力により中間電極６５がＦ方向に移動した際、この中間電極６５に当接（作用）して、中間電極６５の転倒を規制する支持部材８０（転倒規制部材）を設けたことを特徴とするものである。
【００７５】
この支持部材８０は、ＧＦＲＰ等の絶縁性部材により形成されている。このため、支持部材８０にローレンツ力が発生するようなことはない。また、支持部材８０は、アーム部材８０Ａと脚部８０Ｂとを一体的に形成した構成とされている。一対の脚部８０Ｂの下端部はフランジ６０（巻枠５８）に溶接等により固定されており、その間にアーム部材８０Ａが間隙７６を跨ぐように配設されている。
【００７６】
また、アーム部材８０Ａのフランジ６０上面からの高さは、中間電極６５のフランジ６０上面からの高さに比べて小さく設定されている。この際、アーム部材８０Ａの高さは、中間電極６５のフランジ６０上面からの高さの中央位置より高い位置となるよう設定されている。これにより、中間電極６５が転倒しても、中間電極６５を支持部材８０で確実に支持することができる。
【００７７】
上記した本実施例に係る超電導コイル５０Ｃによっても、中間電極６５にローレンツ力が印加されても、支持部材８０により中間電極６５の転倒は防止されるため、超電導マグネット装置３０の信頼性を高めることができる。また、単に略コ字状形状で枠状の支持部材８０をフランジ６０に固定するだけでよいため、安価かつ容易に中間電極６５の転倒防止を図ることができる。
【００７８】
図１０は、第４実施例に係る超電導コイル５０Ｄの中間電極６５の近傍を拡大して示している。本実施例に係る超電導コイル５０Ｄは、前記したローレンツ力により中間電極６５がＦ方向に移動した際、この中間電極６５に当接（作用）して、中間電極６５の転倒を規制する支持ワイヤー８２（転倒規制部材）を設けたことを特徴とするものである。
【００７９】
本実施例では、支持ワイヤー８２は中間電極６５の両側に１本づつ配設されているが、この支持ワイヤー８２の配設数はこれに限定されものではなく、中間電極６５の両側にそれぞれ複数本設けた構成としてもよい。この支持ワイヤー８２は、上端部８２Ａが中間電極６５の上面６５Ｃに固定されており、下端部支持ワイヤー８２Ｂがフランジ６０（巻枠５８）に固定されている。これにより、中間電極６５はフランジ６０に対し支持ワイヤー８２を介して支持された構成となる。この支持部材８２の材料としては、非導電性金属よりなる金属ワイヤー、絶縁性材料からなる紐状部材、或は布状のＧＦＲＰ等を用いることが考えられる。
【００８０】
ローレンツ力が印加されていない状態では、支持ワイヤー８２は緩んだ状態となっている。しかしながら、ローレンツ力が印加され、これに伴い中間電極６５がＦ方向に移動すると、これに追従して支持ワイヤー８２は引っ張られ、緩みが無くなった状態において中間電極６５の移動を規制するよう張力を発生させる。この支持ワイヤー８２の張力が中間電極６５に印加されることにより、ローレンツ力と張力は相殺され、よって中間電極６５の転倒が防止される。
【００８１】
よって本実施例に係る超電導コイル５０Ｄによっても、中間電極６５にローレンツ力が印加された際に支持ワイヤー８２により中間電極６５の転倒は防止されるため、超電導マグネット装置３０の信頼性を高めることができる。また、単に中間電極６５の上面６５Ｃとフランジ６０との間にワイヤー，紐，布等よりなる支持ワイヤー８２を配設するだけでよいため、安価かつ容易に中間電極６５の転倒防止を図ることができる。
【００８２】
尚、上記した各実施例の説明においては、中間電極６５を例に挙げて説明したが、他の電極６２〜６４においても同様の構成であり、中間電極６５の構成と同様の作用効果を実現することができる。
【００８３】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】図１は、従来の超電導コイルの概略図である。
【図２】図２は、従来の超電導コイルの入口電極が形成された領域の拡大図である。
【図３】図３は、従来の超電導コイルの中間電極が形成された領域の拡大図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施例である超電導コイルを適用した超電導マグネット装置の概略図である。
【図５】図５は、第１実施例に用いる超電導コイルの斜視図である。
【図６】図６は、第１実施例に用いる超電導コイルに用いられる巻枠の斜視図である。
【図７】図７は、第１実施例の超電導コイルに設けられた中間電極を拡大して示す斜視図である。
【図８】図８は、第２実施例の超電導コイルに設けられた中間電極を拡大して示す斜視図である。
【図９】図９は、第３実施例の超電導コイルに設けられた中間電極を拡大して示す斜視図である。
【図１０】図１０は、第４実施例の超電導コイルに設けられた中間電極を拡大して示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８５】
３０  超電導マグネット装置
３１  真空容器本体
３２  冷凍機
３７  熱シールド部材
４１  高温側冷却ステージ
４４  低温側冷却ステージ
４５  一段目冷却手段
４６  二段目冷却手段
５０  超電導コイル
５８  巻枠
５９  コイル本体
６２  入口電極
６３  出口電極
６４、６５  中間電極
６５Ａ  溝部
６５Ｂ  背面
６５Ｃ  上面
６０  フランジ
６９  超電導線
７０  可撓変形部材
７０Ａ  バネ部
７０Ｂ  固定部
７０Ｃ  接合部
【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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