(57)【要約】【課題】磁場の均一性を向上させることが可能な超電導コイル集合体および超電導機器を提供する。【解決手段】超電導コイル集合体１０は、積層配置された複数の超電導コイル１ａ〜１ｄを備える。複数の超電導コイル１ａ〜１ｄのそれぞれの厚さＴ１〜Ｔ４と複数の超電導コイルの厚さの平均値Ｔａｖとの差（Ｔ１−Ｔａｖ）、（Ｔ２−Ｔａｖ）、（Ｔ３−Ｔａｖ）、（Ｔ４−Ｔａｖ）の絶対値の平均値の、上記厚さの平均値Ｔａｖに対する割合が１％以下である。【選択図】図１
2019212864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層配置された複数の超電導コイルを備え、
前記複数の超電導コイルの数をｎ、前記複数の超電導コイルのそれぞれの厚さをＴｉとし、ｉは１からｎまでの任意の整数とし、前記複数の超電導コイルの前記厚さの平均値をＴａｖとしたときに、下記の式（１）を満足する、超電導コイル集合体。
【数１】
2019212864.tif 000010
【請求項２】
前記複数の超電導コイルのすべてにおいて、前記厚さと前記厚さの前記平均値との差の絶対値の、前記厚さの前記平均値に対する割合が１％以下である、請求項１に記載の超電導コイル集合体。
【請求項３】
下記の式（２）を満足する、請求項１または請求項２に記載の超電導コイル集合体。
【数２】
2019212864.tif 000011
【請求項４】
前記複数の超電導コイルのすべてにおいて、前記厚さと前記厚さの前記平均値との差の絶対値の、前記厚さの前記平均値に対する割合が０．３％以下である、請求項３に記載の超電導コイル集合体。
【請求項５】
前記複数の超電導コイルの少なくとも１つはダブルパンケーキコイルであり、
前記ダブルパンケーキコイルは、
第１超電導コイル要素と、
前記第１超電導コイル要素と電気的に接続されるとともに、前記第１超電導コイル要素と間隔を隔てて積層された第２超電導コイル要素と、
前記間隔を充填するように配置され、樹脂の内部にガラス繊維が埋設された中間層と、を含む、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の超電導コイル集合体。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の超電導コイル集合体を備える、超電導機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超電導コイル集合体および超電導機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸化物超電導体を含む超電導線材を巻回した超電導コイルを複数積層した超電導コイル集合体が知られている。特開２０１７−３３９７７号公報には、このような超電導コイル集合体を、たとえば磁場共鳴診断装置（MRI：Magnetic  Resonance  Imaging）や核磁気共鳴分析装置（NMR：Nuclear  Magnetic  Resonance）などの超電導機器に適用することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−３３９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した超電導機器の一例であるＭＲＩでは、特に磁場の均一性が求められる。磁場の均一性を向上させるためには、当該超電導コイル集合体の形状および寸法を設計値に沿って正確に設定する必要がある。
【０００５】
一方、超電導コイル集合体が従来適用されてきた、たとえば検査装置や実験装置などの用途においては、高い磁場強度が求められる一方で、上述したＭＲＩにおいて求められるような高いレベルでの磁場の均一性は求められていなかった。そのため、超電導コイル集合体を構成する超電導コイルの厚さ等の寸法については、ある程度の製造ばらつきが許容されていた。しかし、このような超電導コイルを積層して超電導コイル集合体を構成した場合、たとえば超電導コイル集合体の中心軸方向の厚さが設計値に対してばらつき、上述したＭＲＩなどにおいて要求される高いレベルの磁場の均一性を確保することは困難であった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、磁場の均一性を向上させることが可能な超電導コイル集合体および超電導機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る超電導コイル集合体は、積層配置された複数の超電導コイルを備える。複数の超電導コイルの数をｎ、複数の超電導コイルのそれぞれの厚さをＴｉとし、ｉは１からｎまでの任意の整数とし、複数の超電導コイルの厚さの平均値をＴａｖとしたときに、下記の式（１）を満足する。
【０００８】
【数１】
2019212864.tif 000003
【発明の効果】
【０００９】
上記によれば、磁場の均一性を向上させることが可能な超電導コイル集合体および超電導機器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る超電導コイル集合体の斜視模式図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る超電導機器の模式図である。
【図３】図２に示した超電導機器の超電導コイル部の模式図である。
【図４】超電導コイル集合体を構成する超電導コイルの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】超電導コイルの製造方法を説明するための平面模式図である。
【図６】図５の線分ＶＩ−ＶＩにおける断面模式図である。
【図７】実施例において検討した超電導コイル集合体の配置を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１２】
（１）本発明の一態様に係る超電導コイル集合体は、積層配置された複数の超電導コイルを備える。複数の超電導コイルの数をｎ、複数の超電導コイルのそれぞれの厚さをＴｉとし、ｉは１からｎまでの任意の整数とし、複数の超電導コイルの厚さの平均値をＴａｖとしたときに、下記の式（１）を満足する。
【００１３】
【数２】
2019212864.tif 000004
【００１４】
このようにすれば、超電導コイル集合体を構成する超電導コイルの厚さのばらつきが小さくなっているので、超電導コイル集合体の厚さ（複数の超電導コイルの積層方向における厚さ）が、複数の超電導コイルの厚さのばらつきに起因して変動することを抑制できる。このため、超電導コイル集合体の厚さの寸法精度を向上させることができる。したがって、たとえば複数の超電導コイル集合体をその厚さ方向に並べて磁場を発生させる場合に、当該超電導コイル集合体の厚さ方向における寸法や配置の設計値に対するばらつきを抑制できる。この結果、発生させる磁場の分布について設計値からのずれを抑制でき、高い均一性を有する磁場を形成できる。
【００１５】
（２）上記超電導コイル集合体では、複数の超電導コイルのすべてにおいて、厚さと上記厚さの平均値との差の絶対値の、上記厚さの平均値に対する割合が１％以下であってもよい。この場合、超電導コイル集合体を構成するすべての超電導コイルについて厚さのばらつきが抑制されているので、高い寸法精度を有する超電導コイル集合体を実現できる。このため、発生させる磁場の分布について設計値からのずれを抑制でき、高い均一性を有する磁場を形成できる。
【００１６】
（３）上記超電導コイル集合体では、下記の式（２）を満足するように構成されていてもよい。
【００１７】
【数３】
2019212864.tif 000005
【００１８】
この場合、超電導コイル集合体を構成する超電導コイルの厚さのばらつきが抑制されているので、超電導コイル集合体の厚さ（複数の超電導コイルの積層方向における厚さ）が、複数の超電導コイルの厚さのばらつきに起因して変動することを抑制できる。このため、超電導コイル集合体の厚さの寸法精度を向上させることができる。したがって、たとえば複数の超電導コイル集合体をその厚さ方向に並べてにより磁場を発生させる場合に、当該超電導コイル集合体の厚さ方向における寸法や配置の設計値に対するばらつきを抑制できる。この結果、発生させる磁場の分布について設計値からのずれを抑制でき、高い均一性を有する磁場を形成できる。
【００１９】
（４）上記超電導コイル集合体では、複数の超電導コイルのすべてにおいて、厚さと上記厚さの平均値との差の絶対値の、上記厚さの平均値に対する割合が０．３％以下であってもよい。この場合、超電導コイル集合体を構成するすべての超電導コイルについて厚さのばらつきが抑制されているので、高い寸法精度を有する超電導コイル集合体を実現できる。このため、発生させる磁場の分布について設計値からのずれを抑制でき、より高い均一性を有する磁場を形成できる。
【００２０】
（５）上記超電導コイル集合体において、複数の超電導コイルの少なくとも１つはダブルパンケーキコイルである。ダブルパンケーキコイルは、第１超電導コイル要素と、第２超電導コイル要素と、中間層とを含む。第２超電導コイル要素は、第１超電導コイル要素と電気的に接続されるとともに、第１超電導コイル要素と間隔を隔てて積層される。中間層は、上記間隔を充填するように配置される。中間層は、樹脂の内部にガラス繊維が埋設されたものである。この場合、第１超電導コイル要素および第２超電導コイル要素を構成する超電導線材のサイズにばらつきがあっても、中間層において当該ばらつきを吸収して、超電導コイルの厚さを設計値に近い値となるように調整できる。
【００２１】
（６）本発明の一態様に係る超電導機器は、上記超電導コイル集合体を備える。この場合、高い均一性を有する磁場を形成可能な超電導機器を実現できる。
【００２２】
[本発明の実施形態の詳細]
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰返さない。
【００２３】
＜超電導コイル集合体の構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係る超電導コイル集合体の斜視模式図である。図１に示すように、超電導コイル集合体１０は、複数の超電導コイル１ａ〜１ｄと、複数の伝熱板２とを主に備える。超電導コイル１ａ〜１ｄは超電導線材が中心軸を中心に巻回されたコイル体である。超電導線材としては、たとえばテープ状の形状を有する酸化物超電導線材を用いることができる。酸化物超電導線材は、たとえば、その延在方向に延びるビスマス（Ｂｉ）系超電導体と、この超電導体を被覆するシースとを有する。シースは、たとえば銀や銀合金により形成されている。超電導コイル１ａ〜１ｄはいわゆるパンケーキコイルであってもよい。
【００２４】
超電導コイル集合体１０は、超電導コイル１ａ〜１ｄの中心軸に沿って超電導コイル１ａ〜１ｄと伝熱板２とが交互に積層されている。伝熱板２は、冷却装置と接続されて超電導コイル１ａ〜１ｄを冷却するために用いられる。伝熱板２の材料は、たとえば金属などの良好な熱伝導率を有する材料であれば任意の材料を用いることができる。たとえば、伝熱板２の材料として銅、アルミニウム、および銅またはアルミニウムを含む合金などを用いることができる。また、伝熱板２の厚さＴ５は、任意の値に設定できる。
【００２５】
積層された超電導コイル１ａ〜１ｄおよび伝熱板２の固定方法は、任意の方法を採用できる。たとえば、積層方向の両端に、複数の超電導コイルおよび伝熱板２を挟むようにフランジ部材を配置し、当該フランジ部材間を繋ぐフランジ固定部材を配置してもよい。当該フランジ固定部材は、複数の超電導コイル１ａ〜１ｄに対してフランジ部材が押圧力を発生させるように構成されていてもよい。
【００２６】
超電導コイル集合体１０を構成する超電導コイル１ａ〜１ｄの中心軸方向または積層方向における厚さＴ１〜Ｔ４の平均値をＴａｖとする。超電導コイル１ａについて、厚さＴ１と平均値Ｔａｖとの差（Ｔ１−Ｔａｖ）を算出する。また、他の超電導コイル１ｂ〜１ｄについても、同様に厚さと平均値Ｔａｖとの差を算出する。これらの差の絶対値を合計し、超電導コイル１ａ〜１ｄの個数である４で当該合計を割り算することで、上記差の絶対値の平均値を算出する。上記超電導コイル集合体１０では、上記厚さの平均値Ｔａｖに対する上記差の絶対値の平均値の割合は１％以下となっている。
【００２７】
なお、超電導コイル集合体１０を構成する超電導コイル１ａ〜１ｄの個数は４以外でもよい。たとえば、２以上の任意の個数の超電導コイルにより超電導コイル集合体１０を構成してもよい。この場合も、超電導コイル集合体１０は上記の条件を満足する。すなわち、超電導コイル集合体１０は、積層配置された複数の超電導コイル１ａ〜１ｄを備える。複数の超電導コイル１ａ〜１ｄのそれぞれの厚さＴ１〜Ｔ４と複数の超電導コイルの厚さの平均値Ｔａｖとの差（Ｔ１−Ｔａｖ）、（Ｔ２−Ｔａｖ）、（Ｔ３−Ｔａｖ）、（Ｔ４−Ｔａｖ）の絶対値の平均値の、上記厚さの平均値Ｔａｖに対する割合が１％以下である。具体的には、以下の式（１）を超電導コイル集合体１０は満足する。
【００２８】
【数４】
2019212864.tif 000006
【００２９】
また、上記超電導コイル集合体１０は、上記割合が０．３％以下であってもよい。すなわち、複数の超電導コイル１ａ〜１ｄのそれぞれの厚さＴ１〜Ｔ４と複数の超電導コイルの厚さの平均値Ｔａｖとの差の絶対値の平均値の、上記厚さの平均値Ｔａｖに対する割合が０．３％以下であってもよい。具体的には、下記の式（２）を超電導コイル集合体１０が満足してもよい。
【００３０】
【数５】
2019212864.tif 000007
【００３１】
なお、上記式（１）および式（２）において、ｎは超電導コイル集合体を構成する超電導コイルの数を示し、Ｔｉはｉ番目の超電導コイルの厚さを示す。
【００３２】
上記超電導コイル集合体１０では、複数の超電導コイル１ａ〜１ｄのすべてにおいて、厚さＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４と上記厚さの平均値Ｔａｖとの差の絶対値の、上記厚さの平均値Ｔａｖに対する割合が１％以下であってもよい。すなわち、超電導コイル集合体１０を構成するすべての超電導コイル１ａ〜１ｄそれぞれの厚さと上記厚さの平均値Ｔａｖとの差（Ｔ１−Ｔａｖ）、（Ｔ２−Ｔａｖ）、（Ｔ３−Ｔａｖ）、（Ｔ４−Ｔａｖ）の絶対値が、それぞれ上記厚さの平均値Ｔａｖに対して１％以下となっていてもよく、０．３％以下となっていてもよい。
【００３３】
上述した複数の超電導コイル１ａ〜１ｄの厚さＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、たとえば以下のような方法により測定できる。すなわち、たとえば超電導コイル１ａについて、その周方向に等間隔で位置する４カ所において、当該超電導コイル１ａの端部での厚みを測定する。そして、４つの測定値の平均値を超電導コイル１ａの厚さＴ１とする。
【００３４】
＜超電導機器の構成＞
図２は、本発明の実施の形態に係る超電導機器の模式図である。図３は、図２に示した超電導機器の超電導コイル部の模式図である。図２および図３を用いて本発明の実施の形態に係る超電導機器の構成を説明する。
【００３５】
図２に示す超電導機器は、超電導マグネット装置であって、たとえばＭＲＩ装置に適用され得る。図２を参照して、実施の形態に係る超電導機器１００は、超電導コイル部９１と、断熱容器１１１と、冷却装置１２１と、ホース１２２と、コンプレッサ１２３と、ケーブル１３１と、電源１３２と、制御装置１４０とを主に備える。
【００３６】
断熱容器１１１は、中空円筒状の形状を有しており、その内部に超電導コイル部９１を収容する。断熱容器１１１の内部は、真空状態に維持されている。真空状態とは、大気圧よりも断熱を維持できる程度の減圧状態であることを意味する。
【００３７】
超電導コイル部９１は、図１に示した超電導コイル集合体を含む。つまり、超電導機器１００は図１に示した超電導コイル集合体１０を備える機器である。なお、超電導コイル部９１の具体的な構成は後述する。超電導コイル部９１は、冷却装置１２１によって冷却される。冷却装置１２１は、超電導コイル部９１に熱的に接続された冷却ヘッド１２０を有する。冷却装置１２１は、たとえばギフォード・マクマホン式冷凍機、パルス管冷凍機またはスターリング式冷凍機である。冷却装置１２１は、ホース１２２を介して、コンプレッサ１２３につながっている。冷却装置１２１は、超電導コイル部９１を構成する超電導コイル集合体に含まれる酸化物超電導材料の臨界温度以下の極低温を冷却ヘッド１２０に発生させる。冷却ヘッド１２０で得られた極低温は、伝熱板を介して超電導コイル部９１に伝熱される。なお、超電導コイル部９１を冷却する冷却部としては、冷却装置１２１を用いずに、断熱容器１１１内に収容された液体ヘリウムまたは液体窒素などの冷媒に超電導コイル部９１を浸漬させる構成としてもよい。
【００３８】
ケーブル１３１は、超電導コイル部９１と電源１３２との間に配設される。電源１３２からケーブル１３１を経由して超電導コイル部９１に通電電流が与えられることにより、超電導コイル部９１は磁場（磁束）を発生する。断熱容器１１１の円筒中心部の空間には、図中の点線で示す範囲内に、ＭＲＩ装置の撮像領域ＦＯＶ（Field  of  View）が形成されている。撮像領域ＦＯＶは、断熱容器１１１の外側に位置し、室温かつ大気圧に保持可能である。このため、被検者は、自身の被検査領域を撮像領域ＦＯＶの中に収めることができる。
【００３９】
制御装置１４０は、超電導コイル部９１の通電電流を制御する。一例として、制御装置１４０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）と、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）やＲＡＭ（Random  Access  Memory）などの記憶部とを含むマイクロコンピュータを主体として構成される。
【００４０】
図３は、図２に示した超電導コイル部９１の構成例を概略的に示す図である。図３を参照して、超電導コイル部９１は、複数の超電導コイル集合体と、傾斜磁場コイル２１と、シム２２，２４とを含む。
【００４１】
図３の構成例では、複数の超電導コイル集合体は、６個の超電導コイル集合体１０，１２，１４，１６，１８，２０により構成されている。６個の超電導コイル集合体１０，１２，１４，１６，１８，２０は、基本的に図１に示した超電導コイル集合体１０と同様の構成を備え、コイル中心軸を共通にして、互いに間隔を隔てて配置される。コイル中心軸は、赤道面８に垂直となるＺ軸に一致するように設定されている。
【００４２】
超電導コイル集合体１４，１６は、赤道面８を対称面として対向配置されている。超電導コイル集合体１２，１８は、赤道面８を対称面として対向配置されている。超電導コイル集合体１０，２０は、赤道面８を対称面として対向配置されている。６個の超電導コイル集合体１０，１２，１４，１６，１８，２０にそれぞれ一定電流を流すことにより、撮像領域ＦＯＶにＺ軸方向の磁場を発生させることができる。
【００４３】
超電導コイル集合体１０，１２，１４，１６，１８，２０の内周側には、コイル中心軸をＺ軸に一致させて傾斜磁場コイル２１が配置されている。傾斜磁場コイル２１は、撮像領域ＦＯＶ内の位置情報を得る目的で、撮像領域ＦＯＶの均一磁場に重畳する形で、磁場を空間的に変化させた傾斜磁場を生成する。
【００４４】
シム２２，２４は、傾斜磁場コイル２１と超電導コイル集合体１０，１２，１４，１７，１８，２０との間に設けられる。シム２２は、傾斜磁場コイル２１の外周側の側壁に沿うように配置される。シム２４は、断熱容器１１１の内周側の側壁に沿うように配置される。シム２２，２４は、撮像領域ＦＯＶの均一磁場の均一度をさらに向上させるための磁場調整用鉄材である。撮像領域ＦＯＶに発生している磁場の測定結果に基づいてシムを取り付ける位置およびシムの厚さを調整することにより、撮像領域ＦＯＶの均一度を調整することができる。
【００４５】
超電導機器１００が稼働すると、撮像領域ＦＯＶには、白矢印方向の静磁場Ｂｃが発生する。超電導機器１００がＭＲＩ装置である場合には、静磁場Ｂｃは、３Ｔ程度の高強度であって、５ｐｐｍ程度の高い均一度を有することが求められる。本実施の形態に係る超電導機器１００では、超電導コイル部９１を構成する超電導コイル集合体１０、１２，１４，１６，１８，２０の寸法精度が高く、上述した磁場の均一度を得ることができる。
【００４６】
＜超電導コイル集合体の製造方法＞
図４は、超電導コイル集合体を構成する超電導コイルの製造方法を説明するためのフローチャートである。図５は、超電導コイルの製造方法を説明するための平面模式図である。図６は、図５の線分ＶＩ−ＶＩにおける断面模式図である。図４〜図６を用いて、本発明の実施の形態に係る超電導コイルおよび超電導コイル集合体の製造方法を説明する。
【００４７】
図４に示すように、本発明の実施の形態に係る超電導コイルの製造方法では、まずコイル準備工程（Ｓ１０）を実施する。この工程（Ｓ１０）では、中心軸を中心として超電導線材を巻回したコイル体を準備する。当該コイル体は、第１超電導コイル要素２１０ａ（図６参照）と第２超電導コイル要素２１０ｂ（図６参照）とが電気的に接続され、互いに中心軸が揃うように配置された、ダブルパンケーキコイルを構成する。
【００４８】
次に、コイル体を冶具に固定する工程（Ｓ２０）を実施する。この工程（Ｓ２０）では、図６に示すように、当該コイル体の中心軸に沿った方向から一対の冶具２０１によりコイル体を挟む。このとき、第１超電導コイル要素２１０ａと第２超電導コイル要素２１０ｂとの間には緩衝部材としてのガラス繊維紙２１１を配置しておく。さらに、コイル体を挟むようにセパレータ部材２１２を配置する。セパレータ部材２１２は、第１超電導コイル要素２１０ａと冶具２０１との間、および第２超電導コイル要素２１０ｂと冶具２０１との間に配置される。セパレータ部材２１２の材料としては、任意の絶縁体を用いることができるが、たとえばガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）や他の樹脂などを用いてもよい。
【００４９】
また、冶具２０１の間にはスペーサ２０３がコイル体とともに配置されている。このスペーサ２０３は、得られる超電導コイルの厚さを規定する。スペーサ２０３は、コイル体の外周側および内周側にそれぞれ複数個配置されていてもよい。
【００５０】
一対の冶具２０１は、固定部材２０２ａ、２０２ｂにより互いに固定される。また、固定部材２０２ａ、２０２ｂは、矢印２２０に示す方向の力を一対の冶具２０１に加える。固定部材２０２ａ、２０２ｂは、たとえばそれぞれボルトとナットとの組であってもよい。
【００５１】
図５および図６に示すように、一対の冶具２０１の平面形状は、コイル体の平面形状に対応した円環状の形状である。平面視において複数の固定部材２０２ａはコイル体の外周を囲むように環状に配置されている。複数の固定部材２０２ｂはコイル体の内周側において環状に配置されている。コイル体の中心軸から見て、内周側の固定部材２０２ｂと外周側の固定部材２０２ａとは重ならない位置に配置されている。すなわち、コイル体の中心軸から見て、内周側に位置する複数の固定部材２０２ｂの周方向における位置は、外周側に位置する複数の固定部材２０２ａの周方向における位置とずれている。
【００５２】
このようにすれば、コイル体の中心軸から見て径方向に重なるように外周側の固定部材２０２ａと内周側の固定部材２０２ｂとを配置する場合より、固定部材２０２ａ、２０２ｂを平面視において冶具２０１の表面に分散して配置できる。このため、固定部材２０２ａ、２０２ｂにより冶具２０１を矢印２２０に示す方向に押圧する力を、冶具２０１全体により均等に加えることができる。このため、一対の冶具２０１間の間隔、つまり得られる超電導コイルの厚さの精度を向上させることができる。
【００５３】
つぎに、樹脂含浸工程（Ｓ３０）を実施する。この工程（Ｓ３０）では、冶具２０１により挟まれたコイル体に樹脂を含浸する。この結果、コイル体の表面を覆うように樹脂が配置される。また、第１超電導コイル要素２１０ａと第２超電導コイル要素２１０ｂとの間に位置する緩衝部材としてのガラス繊維紙２１１に樹脂が含浸される。この状態で樹脂を硬化させる。その後、当該樹脂が硬化してコイル体と一体となった超電導コイルを冶具２０１から取り外す。このようにして、本実施の形態に係る超電導コイルが得られる。得られた超電導コイルはダブルパンケーキコイルである。超電導コイルは、第１超電導コイル要素２１０ａと、第２超電導コイル要素２１０ｂと、ガラス繊維紙２１１に樹脂が含浸された中間層とを含む。第２超電導コイル要素２１０ｂは、第１超電導コイル要素２１０ａと電気的に接続されるとともに、第１超電導コイル要素２１０ａと間隔を隔てて積層される。中間層は、上記間隔を充填するように配置される。中間層は、樹脂の内部にガラス繊維の一例であるガラス繊維紙２１１が埋設されたものである。
【００５４】
超電導コイルの厚さはスペーサ２０３により規定された一対の冶具２０１の間隔により正確に規定されている。また、第１超電導コイル要素２１０ａおよび第２超電導コイル要素２１０ｂを構成する超電導線材のサイズ（幅）に製造誤差がある場合、第１超電導コイル要素２１０ａおよび第２超電導コイル要素２１０ｂのサイズにばらつきが発生する。このような場合であっても、緩衝部材としてのガラス繊維紙２１１は十分柔らかく変形可能であるため、第１超電導コイル要素２１０ａおよび第２超電導コイル要素２１０ｂのサイズのばらつきをガラス繊維紙２１１により吸収できる。
【００５５】
上記のような工程により複数の超電導コイルを準備し、当該複数の超電導コイルを伝熱板２とともに積層配置し固定することで、図１に示すような超電導コイル集合体１０を得ることができる。なお、積層された超電導コイルの固定方法は、任意の方法を採用できる。たとえば、積層方向の両端に、複数の超電導コイルを挟むようにフランジ部材を配置し、当該フランジ部材間を繋ぐフランジ固定部材を配置してもよい。
【００５６】
＜作用効果＞
上述した本実施の形態に係る超電導コイル集合体１０，１２，１４，１６，１８，２０は、積層配置された複数の超電導コイルを備え、下記の式（１）を満足する。
【００５７】
【数６】
2019212864.tif 000008
【００５８】
また、上記超電導コイル集合体１０，１２，１４，１６，１８，２０は、下記の式（２）を満足してもよい。
【００５９】
【数７】
2019212864.tif 000009
【００６０】
このようにすれば、超電導コイル集合体１０，１２，１４，１６，１８，２０を構成する超電導コイル１ａ〜１ｄの厚さＴ１〜Ｔ４のばらつきが小さくなっているので、超電導コイル集合体１０，１２，１４，１６，１８，２０の厚さ（図３に示す複数の超電導コイル集合体１０，１２，１４，１６，１８，２０の積層方向における厚さ）が、複数の超電導コイル１ａ〜１ｄの厚さＴ１〜Ｔ４のばらつきに起因して変動することを抑制できる。このため、超電導コイル集合体１０，１２，１４，１６，１８，２０の厚さの寸法精度を向上させることができる。したがって、図３に示すように複数の超電導コイル集合体１０，１２，１４，１６，１８，２０をその厚さ方向に並べてにより磁場を発生させる場合に、当該超電導コイル集合体１０，１２，１４，１６，１８，２０の厚さ方向における寸法や配置の設計値に対するばらつきを抑制できる。この結果、発生させる磁場の分布について設計値からのずれを抑制でき、高い均一性を有する磁場を形成できる。
【００６１】
超電導コイル集合体１０，１２，１４，１６，１８，２０では、複数の超電導コイル１ａ〜１ｄのすべてにおいて、厚さと上記厚さの平均値Ｔａｖとの差の絶対値の、上記厚さの平均値Ｔａｖに対する割合が１％以下であってもよく、当該割合が０．３％以下であってもよい。この場合、超電導コイル集合体１０，１２，１４，１６，１８，２０を構成するすべての超電導コイルについて厚さのばらつきが抑制されているので、高い寸法精度を有する超電導コイル集合体１０，１２，１４，１６，１８，２０を実現できる。このため、発生させる磁場の分布について設計値からのずれを抑制でき、高い均一性を有する磁場を形成できる。
【００６２】
上記超電導コイル集合体１０，１２，１４，１６，１８，２０において、複数の超電導コイル１ａ〜１ｄの少なくとも１つはダブルパンケーキコイルである。この場合、第１超電導コイル要素２１０ａ（図６参照）および第２超電導コイル要素２１０ｂ（図６参照）を構成する超電導線材のサイズにばらつきがあっても、樹脂含浸工程（Ｓ３０）において、中間層となるガラス繊維紙２１１により当該ばらつきを吸収して、超電導コイル１ａ〜１ｄの厚さを設計値に近い値となるように調整できる。
【００６３】
本実施の形態に係る超電導機器１００は、上記超電導コイル集合体１０，１２，１４，１６，１８，２０を備える。この場合、高い均一性を有する磁場を形成可能な超電導機器を実現できる。
【００６４】
本実施の形態に係る超電導コイルの製造方法では、図４〜図６に示すように、中心軸を中心として超電導線材を巻回したコイル体を準備する工程であるコイル準備工程（Ｓ１０）を実施する。次に、当該コイル体を、中心軸に沿った方向から一対の冶具２０１により挟む工程である冶具に固定する工程（Ｓ２０）を実施する。次に、冶具２０１により挟まれたコイル体に樹脂を含浸する樹脂含浸工程（Ｓ３０）を実施する。工程（Ｓ２０）では、一対の冶具２０１の間にコイル体とともにスペーサ２０３を配置する。当該スペーサ２０３は、得られる超電導コイルの厚さを規定する。
【００６５】
このようにすれば、樹脂含浸工程（Ｓ３０）において冶具２０１の間隔をスペーサ２０３により正確に規定できるので、樹脂含浸後の超電導コイルの厚さを正確に規定することができる。この結果、厚さの寸法精度の高い超電導コイル１ａ〜１ｄを得ることができる。
【００６６】
上記超電導コイル集合体１０の製造方法では、上記超電導コイルの製造方法を用いて複数の超電導コイル１ａ〜１ｄを製造する工程を実施する。次に、複数の超電導コイル１ａ〜１ｄを積層する工程を実施する。
【００６７】
このようにすれば、正確に厚さが規定された複数の超電導コイル１ａ〜１ｄを用いるので、厚さの寸法精度の高い超電導コイル集合体１０を得ることができる。
【００６８】
（実施例）
本発明の実施の形態の効果を確認するためにシミュレーション計算を行った。以下、具体的に説明する。
【００６９】
＜シミュレーション条件＞
図７は、実施例において検討した超電導コイル集合体の配置を説明するための図である。図７の横軸は、超電導コイル集合体を６個並べて構成される超電導コイル部の、中心軸に沿った方向であるＺ軸を示している。当該Ｚ軸の原点は、超電導コイル部の中心になっている。図７の縦軸は、超電導コイル部の中心軸から径方向に向かうＸ軸を示している。図７に示すように、超電導コイル部は６個の超電導コイル集合体２３１〜２３６を含む。
【００７０】
超電導コイル集合体２３１〜２３６の内周側半径は３４５ｍｍである。超電導コイル集合体２３１について、外周側半径は４１０ｍｍ、Ｚ軸方向における両端部の位置は−５３９ｍｍおよび−３７７ｍｍである。超電導コイル集合体２３２について、外周側半径は３９６ｍｍ、Ｚ軸方向における両端部の位置は−２３８ｍｍおよび−１６２ｍｍである。超電導コイル集合体２３３について、外周側半径は３８１ｍｍ、Ｚ軸方向における両端部の位置は−９９ｍｍおよび−２３ｍｍである。超電導コイル集合体２３４について、外周側半径は３８１ｍｍ、Ｚ軸方向における両端部の位置は２３ｍｍおよび９９ｍｍである。超電導コイル集合体２３５について、外周側半径は３９６ｍｍ、Ｚ軸方向における両端部の位置は１６２ｍｍおよび２３８ｍｍである。超電導コイル集合体２３６について、外周側半径は４１０ｍｍ、Ｚ軸方向における両端部の位置は３７７ｍｍおよび５３９ｍｍである。超電導コイル集合体２３１〜２３３と超電導コイル集合体２３６，２３５，２３４とは、Ｚ軸方向の原点を通り、当該Ｚ軸に垂直な面に対して面対称となるように配置されている。
【００７１】
また、各超電導コイル集合体２３１〜２３６について、超電導コイル集合体２３１，２３６のターン数が１３０〜１３５、超電導コイル集合体２３２，２３５のターン数が１００〜１０５、超電導コイル集合体２３３，２３４のターン数が７０〜７５、通電電流が２９５Ａ〜３００Ａ、という条件を用いた。
【００７２】
シミュレーションの対象とした構成としては、超電導コイル集合体２３１〜２３６を構成する超電導コイルの厚さがすべて１％小さくなった場合、つまり超電導コイル集合体２３１〜２３６のＺ軸方向における長さが１％小さくなった場合を構成例１とした。また、超電導コイル集合体２３１〜２３６のＺ軸方向における長さが１％長くなった場合を構成例２とした。また、超電導コイル集合体２３１〜２３６のＺ軸方向における長さが０．３％短くなった場合を構成例３とした。また、超電導コイル集合体２３１〜２３６のＺ軸方向における長さが０．３％長くなった場合を構成例４とした。
【００７３】
各構成例１〜４について、Ｚ軸方向の原点（Ｚ＝０の点）を通りＺ軸に垂直な面において、Ｚ軸を中心としＸ軸方向に沿った短軸を２００ｍｍ、Ｘ軸およびＺ軸にそれぞれ垂直なＹ軸方向に沿った長軸を２５０ｍｍとした楕円の評価領域を設定した。なお、当該評価領域は図２に示した撮像領域ＦＯＶに対応する。当該評価領域における、磁場強度のばらつきを評価した。評価方法としては、当該評価領域の中心（Ｚ軸との交点）における磁場強度に対する、評価領域内の他の位置での磁場強度の差分を求めた。当該差分の、上記中心における磁場強度に対する割合を評価値として算出した。
【００７４】
＜結果＞
構成例１および構成例２に関して、評価領域内の各位置における上記評価値は、概ね±４ｐｐｍの範囲に入っていた。また、構成例３および構成例４に関して、評価領域内の各位置における上記評価値は、概ね±３ｐｐｍの範囲に入っていた。このような評価値のばらつきの程度であれば、図３に示したシム２２，２４などによる調整によって実用上問題の無い均一な磁場とすることができる。
【００７５】
今回開示された実施の形態および実施例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の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。
【符号の説明】
【００７６】
１ａ，１ｂ，１ｄ  超電導コイル
２  伝熱板
８  赤道面
１０，１２，１４，１６，１７，１８，２０，２３１，２３２，２３３，２３４，２３５，２３６  超電導コイル集合体
２１  傾斜磁場コイル
２２，２４  シム
９１  超電導コイル部
１００  超電導機器
１１１  断熱容器
１２０  冷却ヘッド
１２１  冷却装置
１２２  ホース
１２３  コンプレッサ
１３１  ケーブル
１３２  電源
１４０  制御装置
２０１  冶具
２０２ａ，２０２ｂ  固定部材
２０３  スペーサ
２１０ａ  第１超電導コイル要素
２１０ｂ  第２超電導コイル要素
２１１  ガラス繊維紙
２１２  セパレータ部材
２２０  矢印
【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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