(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
湾曲した軌道の形状に沿って湾曲するとともに巻回軸に略平行な側面を有して並置された一対の沿湾枠部が設けられた鞍型の巻枠と、
前記巻枠に沿って巻回されることで前記巻回軸にテープ幅広面が平行になる立線部を有するテープ状の高温超電導線材と、
前記沿湾枠部に平行な面を有して設けられて前記高温超電導線材を前記巻枠に固定するカラーと、
前記カラーは、前記立線部にのみ設けられることを特徴とする高温超電導コイル。
【請求項２】
前記巻枠は、対向する前記沿湾枠部の端部同士を接続する捻れ枠部を備える請求項１に記載の高温超電導コイル。
【請求項３】
前記軌道の外表を被覆して前記巻枠が固定されるベースを備える請求項１に記載の高温超電導コイル。
【請求項４】
前記巻枠が固定されるベースは、前記巻枠のうち前記捻れ枠部のみに設けられる請求項２に記載の高温超電導コイル。
【請求項５】
湾曲した軌道の形状に沿って湾曲するとともに巻回軸に略平行な側面を有して並置された一対の沿湾枠部が設けられた鞍型の巻枠と、
前記巻枠に沿って巻回されることで前記巻回軸にテープ幅広面が平行になる立線部を有するテープ状の高温超電導線材と、
前記沿湾枠部に平行な面を有して設けられて前記高温超電導線材を前記巻枠に固定するカラーと、
前記軌道の外表を被覆して前記巻枠が固定されるベースと、を備え、
前記巻枠は、対向する前記沿湾枠部の端部同士を接続する捻れ枠部を有し、
前記ベースは、前記巻枠のうち前記捻れ枠部のみに設けられることを特徴とする高温超電導コイル。
【請求項６】
前記カラーは前記捻れ枠部に設けられた２以上の前記ベースを架橋して設けられる請求項４または請求項５に記載の高温超電導コイル。
【請求項７】
前記巻枠の環状の周縁の双方の一ターン分の周長の差の比が０．２％以下に設定された請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の高温超電導コイル。
【請求項８】
前記捻れ枠部に沿わされた前記高温超電導線材は、巻回数の増加に伴う前記テープ幅広面の線材周縁の双方の長さの差の比が０．２％以下に設定された請求項２、請求項４、請求項５、及び請求項６のいずれか１項に記載の高温超電導コイル。
【請求項９】
湾曲した軌道の形状に沿って湾曲するとともに巻回軸に略平行な側面を有して並置された一対の沿湾枠部が設けられた鞍型の巻枠と、
前記巻枠に沿って巻回されることで前記巻回軸にテープ幅広面が平行になる立線部を有するテープ状の高温超電導線材と、
前記沿湾枠部に平行な面を有して設けられて前記高温超電導線材を前記巻枠に固定するカラーと、を備え、
前記巻枠は、対向する前記沿湾枠部の端部同士を接続する捻れ枠部を有し、
前記捻れ枠部に沿わされた前記高温超電導線材は、巻回数の増加に伴う前記テープ幅広面の線材周縁の双方の長さの差の比が０．２％以下に設定されたことを特徴とする高温超電導コイル。
【請求項１０】
前記巻枠の材質に、ステンレス、銅、アルミニウムおよびこれらを含む合金材料の少なくとも１つを使用する請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の高温超電導コイル。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の高温超電導コイルが、最内周の線材周縁が１つの円上に配置されるように複数固定される高温超電導磁石。
【請求項１２】
前記軌道を請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の高温超電導コイルごと包囲して前記高温超電導コイルを冷却する冷却器を備える高温超電導磁石。
【請求項１３】
前記冷却器に設けられた冷凍機の冷却ステージは、
前記カラーに熱的に接続されて前記カラーを伝導冷却する請求項１２に記載の高温超電導磁石。
【請求項１４】
前記巻枠は、輻射を遮断する断熱層を介して前記軌道に直接固定される請求項１２または請求項１３に記載の高温超電導磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複雑な曲面上に設置される高温超電導コイル、高温超電導磁石および高温超電導コイルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
第二世代の超電導線材と呼ばれるイットリウム系（ＲＥ系）の高温超電導線材は、コイルとして様々な機器への適用が期待されている。
例えば、重粒子線がん治療装置を構成する円形加速器の軌道には、偏向マグネットが配置される。
この偏向マグネットに高温超電導コイルを適用すれば、軌道を周回する重粒子線にかかる磁場を従来よりも強力にすることができる。
【０００３】
磁場を強力にすることで、より強く重粒子線を偏向することができ、重粒子線ビームの軌道半径の小さい小型な加速器にすることができる。
重粒子線ビームとマグネットのコイル巻線部との距離をできるだけ近づけることで、重粒子線ビームに対して効率的に磁場を印加することができるため、コイルは、この円筒状のビーム軌道の通過断面の曲線に沿って鞍型に巻回されることが望ましい。
【０００４】
薄膜層が複数積層したテープ形状の高温超電導線材とは異なり、低温超電導線材は、円形または正方形など曲げ力に対する異方性が少ない断面を有するように成形することができる。
よって、このような低温超電導線材では、曲げる方向を自由に変更しながら巻回することができるので、容易に鞍型に成形することができる。
また、低温超電導線材は、加熱しても超電導線材としての性能の劣化が少ないため、接着材で曲面に融着して位置を固定しながら巻回することもできる。
【０００５】
一方、加熱によって性能が劣化しやすい高温超電導線材の場合は、加熱に代えて、接着材に紫外線硬化樹脂を用いるなどの工夫が必要になる。
また、高温超電導線材では、テープ幅広面に垂直なテープ厚み面を湾曲させるいわゆるエッジワイズに湾曲させることに限界がある点で巻回態様には制約がある。
【０００６】
ところで、コイルの使用時には、コイルを膨張させる向きに、コイルに電磁力がかかる。
このような電磁力によってコイルが変形すると、コイルが劣化するとともに、設計通りの磁場形成が困難になる。
そこで、コイルの完成後には、コイルの適所にカラーを設けて、コイルの変形を防止している。
【０００７】
また、円形加速器のビーム軌道は、通常、地面に沿って半径数十ｍ程度の円形に湾曲されている。
よって、コイルは、上述した通過断面の曲面とは別に、重粒子線の周回方向にも、円筒経路に沿って湾曲して形成される。
このように湾曲して形成されることでできる線材の凹形状部には、巻回によって超電導線材にかかる張力によって超電導線材の法線方向に応力の分力が発生する。
この法線方向の分力によって、超電導線材は、この凹形状部において剥離して湾曲した形状を維持できなくなる。
カラーは、凹形状部においては、磁場に基づく応力に加えて、このような応力にも対抗して超電導コイルを機械的に支持する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１３５０６０号公報
【特許文献２】特開昭６１−３３４４０３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、テープ形状の高温超電導線材を重粒子線の周回方向およびそれに垂直な方向の２方向に湾曲した鞍型にすると、カラーなど超電導コイルに付属する付属部品の形状が複雑になるという課題があった。
エッジワイズ歪みを含む複雑な曲面を有する高温超電導コイルに電磁力が発生すると、薄膜層で構成される高温超電導線材に複雑な応力が発生する。
【００１０】
高温超電導線材に偏在した不均一な応力が発生すると、これらの剥離方向の応力に脆弱な薄膜層が剥離して、超電導性能が劣化することがある。
特に、凹形状部には、このような複雑な応力に加えて、湾曲状態を解消しようとする、いわゆるスプリングバックしようとする応力も発生する。
【００１１】
カラーは、これら電磁力および張力による応力の合力に対抗してコイルの形状を維持させるため、形状の精密さとともに配置決定の精密さが要求されることになる。
また、コイルおよびカラーの精密な配置関係を維持するため、コイルおよびカラーが設置されるベース、またはこれらを包囲するヨークなどの付属部品の形状も制限される。
【００１２】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、３次元的に湾曲した曲面上でも形状の維持が容易な高温超電導コイル、高温超電導磁石および高温超電導コイルの製造方法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】
【００１３】
本実施形態にかかる高温超電導コイルは、湾曲した軌道の形状に沿って湾曲するとともに巻回軸に略平行な側面を有して並置された一対の沿湾枠部が設けられた鞍型の巻枠と、前記巻枠に沿って巻回されることで前記巻回軸にテープ幅広面が平行になる立線部を有するテープ状の高温超電導線材と、前記沿湾枠部に平行な面を有して設けられて前記高温超電導線材を前記巻枠に固定するカラーと、前記カラーは、前記立線部にのみ設けられるものである。
【００１４】
本実施形態にかかる他の高温超電導コイルは、湾曲した軌道の形状に沿って湾曲するとともに巻回軸に略平行な側面を有して並置された一対の沿湾枠部が設けられた鞍型の巻枠と、前記巻枠に沿って巻回されることで前記巻回軸にテープ幅広面が平行になる立線部を有するテープ状の高温超電導線材と、前記沿湾枠部に平行な面を有して設けられて前記高温超電導線材を前記巻枠に固定するカラーと、前記軌道の外表を被覆して前記巻枠が固定されるベースと、を備え、前記巻枠は、対向する前記沿湾枠部の端部同士を接続する捻れ枠部を有し、前記ベースは、前記巻枠のうち前記捻れ枠部のみに設けられるものである。
また、本実施形態にかかる他の高温超電導コイルは、高温超電導コイル湾曲した軌道の形状に沿って湾曲するとともに巻回軸に略平行な側面を有して並置された一対の沿湾枠部が設けられた鞍型の巻枠と、前記巻枠に沿って巻回されることで前記巻回軸にテープ幅広面が平行になる立線部を有するテープ状の高温超電導線材と、前記沿湾枠部に平行な面を有して設けられて前記高温超電導線材を前記巻枠に固定するカラーと、を備え、前記巻枠は、対向する前記沿湾枠部の端部同士を接続する捻れ枠部を有し、前記捻れ枠部に沿わされた前記高温超電導線材は、巻回数の増加に伴う前記テープ幅広面の線材周縁の双方の長さの差の比が０．２％以下に設定されたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、３次元的に湾曲した曲面上でも形状の維持が容易な高温超電導コイル、高温超電導磁石および高温超電導コイルの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一般的な高温超電導線材の構成斜視図。
【図２】重粒子線を加速する加速器の部分的な概略上面図。
【図３】第１実施形態にかかる超電導コイルが備える巻枠の概略斜視図。
【図４】第１実施形態にかかる超電導コイルの概略斜視図。
【図５】第１実施形態にかかる超電導コイルの概略上面図。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図。
【図７】第１実施形態の超電導コイルの変形例を示す断面図。
【図８】第２実施形態にかかる超電導コイルの概略構成図。
【図９】第３実施形態にかかる超電導コイルが備えるベースおよびカラーの概略構成図。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿う断面図。
【図１１】第３実施形態にかかる超電導コイルの変形例を示す断面図。
【図１２】第４実施形態にかかる超電導コイルを含む高温超電導磁石の概略構成図。
【図１３】第１実施形態にかかる超電導コイルの製造方法の動作手順を示すフローチャート。
【図１４】従来の超電導コイルの配置例を示す断面図。
【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】
まず、図１の一般的な高温超電導線材２０の構成斜視図を用いて、高温超電導線材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、一般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（ＲＥ酸化物）からなる高温超電導層２５（以下、「超電導層２５」という）を含むＲＥＢＣＯ線材などの線材である。
【００１９】
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。
【００２０】
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ものである。
保護層２６は、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を保護するものである。
安定化層２１は、超電導層２５への過剰超電導電流の迂回経路となって熱暴走を防止するものである。
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。
【００２１】
このように形成された薄膜線材２０は、各層（２１〜２６）に沿ったテープ幅広面２０ａ（２０）、このテープ幅広面２０ａに垂直な側面でテープ長手方向に沿った線材周縁２０ｂ（２０）、およびこれらテープ幅広面２０ａおよび線材周縁２０ｂのいずれにも垂直な切断端面２０ｃ（２０）を有する。
【００２２】
（第１実施形態）
図２は、重粒子線ｑを加速する加速器１１の部分的な概略上面図である。
図２に示されるように、重粒子線ｑは加速器１１が備える直径数十ｍ程度の円形に湾曲している円筒状の軌道１２を周回する。
軌道１２を形成するビームダクト１３の外表面には、重粒子線ｑを加速または偏向させる強力な磁場を発生させるマグネット１４が配置される。
【００２３】
重粒子線ｑは、この磁場によるローレンツ力を軌道１２の周回方向に受けて、周回しながら徐々に加速される。
このマグネット１４は、図３に示す巻回軸Ｃの周りに巻回された高温超電導コイル１０（以下、単に「超電導コイル１０」という）によって磁場を発生させる。
図３は、第１実施形態にかかる超電導コイル１０が備える巻枠１８の概略斜視図である。
【００２４】
第１実施形態にかかる超電導コイル１０は、図３に示されるような湾曲した鞍型の巻枠１８を備える。
つまり、巻枠１８は、重粒子線ｑが周回する軌道１２の湾曲形状に沿って湾曲する一対の沿湾枠部１９の端部同士が、捻れ枠部３２によって接続されて環状の枠を形成している。
一対の沿湾枠部１９は、同心円状で曲率半径の異なる円弧形状をした２本が対向して並置される。
【００２５】
一対の捻れ枠部３２は、軌道１２の通過断面の曲面に沿って部分的にエッジワイズに曲げられながら、それぞれ沿湾枠部１９を接続する。
巻枠１８は、ビームダクト１３を被服するベース３３を介してビームダクト１３に載置される。
そして、巻枠１８の両端の周縁３４のうちベース３３に接触する一方（以下、「設置周縁３４ａ」という）が接着材などでベース３３に固定される。
【００２６】
巻枠１８は、設置周縁３４ａの周長とベース３３に接触しない他端の周縁３４（以下、「非設置周縁３４ｂ」という）との周長とが同一の長さになるように、捻れ枠部３２が巻回軸Ｃと有限角θ（θ≠０）を有して成形される。
ここで同一の長さとは、設置周縁３４ａと非設置周縁３４ｂとの一ターン分の周長の差の比が０．２％以下であることをいう。
【００２７】
設置周縁３４ａと非設置周縁３４ｂとの一ターン分の周長が同一であることを等周条件という。
等周条件を満足すると、巻枠１８に沿って巻回される薄膜線材２０には、エッジワイズ歪みなどの歪みが一ターン分で吸収されることになる。
【００２８】
また、沿湾枠部１９は、それぞれ巻回軸Ｃに略平行な側面を有して設置される。
つまり、沿湾枠部１９の側面は、設置周縁３４ａの環状の曲線がのる平面Ωに垂直に立設される。
【００２９】
巻枠１８の材質には、ステンレス、銅、アルミニウムおよびこれらを含む合金材料などが好適に用いられる。
なお、巻枠１８は、ベース３３に一体化されてもよい。
【００３０】
また、図４は、第１実施形態にかかる超電導コイル１０の概略斜視図である。
そして、図５は、第１実施形態にかかる超電導コイル１０の概略上面図、図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。
なお、図４では、カラー３６の図示を省略している。
【００３１】
超電導コイル１０は、図４から図６に示されるように、さらに、巻枠１８に沿って巻回されることで巻回軸Ｃにテープ幅広面２０ａが平行になる立線部３７を有するテープ状の薄膜線材２０と、沿湾枠部１９に平行な面を有して設けられて薄膜線材２０を巻枠１８に押し返すカラー３６と、を備える。
【００３２】
薄膜線材２０は、巻枠１８に沿って巻回されることで、巻枠１８のうち沿湾枠部１９の部分で、テープ幅広面２０ａが巻回軸Ｃに平行になる。
この薄膜線材２０の巻回軸Ｃに平行な部分を立線部３７という。
立線部３７においては、薄膜線材２０が内周側のターンの線材周縁２０ｂに外周側のターンの線材周縁２０ｂを揃えて巻回される。
このように巻回されることで、薄膜線材２０は平面Ωに沿って、軌道１２の外表から離れる向きに積層される。
【００３３】
このような形状の立線部３７においては、発生する磁場による応力は、立線部３７を主に放射線方向に押し広げる単純なものになる。
立線部３７における線材周縁２０ｂの群が平面Ωに沿った形状を維持するために、ベース３３には、平面Ωに沿った支持板３９が設けられていてもよい。
支持板３９は、立線部３７に限定されずその他の薄膜線材２０の線材周縁２０ｂまで延在されて支持してもよい。
【００３４】
なお、捻れ枠部３２に沿わされた薄膜線材２０も、巻回数の増加に伴うテープ幅広面２０ａの線材周縁２０ｂの双方の長さの差の比が０．２％以下になるように形状が調節される。
例えば、巻回を繰り返すことで、一方の線材周縁２０ｂが他方と比較して長くなる場合は、巻回の途中で、図示しない形状補正枠４１をターン間に設けるなどして、長さを揃える。
【００３５】
また、薄膜線材２０は、絶縁材とともに巻回されるなどして、隣接するターン間が絶縁される。
絶縁材は、例えば、ポリエステル、ポリイミド、アクリル樹脂、ポリビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリアセタール樹脂、ウレタンフィルムまたはガラスなどが好適に用いられる。
【００３６】
カラー３６は、立線部３７に平行に、すなわち沿湾枠部１９に平行に設けられる。
立線部３７は、上述したように、磁場による応力によって、巻回軸Ｃに対して放射線方向に押し広げられる。
カラー３６は、押し広げられようとする薄膜線材２０を巻枠１８に垂直に押し返して超電導コイル１０の形状を想定している形状に維持する。
【００３７】
図１４の従来の超電導コイルの配置例を示す断面図に示されるように、３次元に湾曲した曲面に沿って薄膜線材２０を巻回すると、薄膜線材２０は、曲面に沿った扇形などの複雑な形状になる。
よって、薄膜線材２０の形状に合わせて多数の板材をずらしながら積層させてカラーを成形する方法や、軌道１２よりも一回り大きな円筒を薄膜線材２０の形状に合わせて削りだす方法を用いていた。
これらいずれの方法でも、カラーの製造は、困難であった。
【００３８】
しかし、上述のように立線部３７を有して巻回することで、従来複雑な形状であったカラー３６を、立線部３７においては沿湾枠部１９に沿って湾曲するのみの単純な湾曲板にすることができる。
【００３９】
また、図７の第１実施形態の超電導コイル１０の変形例を示す断面図に示されるように、カラー３６を９０度に屈曲させてＬ字状にして、カラー３６に図６に示した支持板３９の支持する機能をもたせてもよい。
また、カラー３６を鉄などの磁性体にすることで、発生した磁場の磁路の機能をもたせてもよい。
【００４０】
次に、第１実施形態にかかる超電導コイル１０の製造方法の動作手順を、図１３のフローチャートを用いて説明する（適宜図４から図６を参照）。
【００４１】
まず、上述した鞍型の巻枠１８に薄膜線材２０の端部を密着させる（密着ステップＳ１１）。
そして、薄膜線材２０にこの薄膜線材２０のテープ幅広面２０ａと同一の線材幅を有する絶縁材（図示せず）を線材周縁２０ｂを揃えて重ね合せながら接着をする（接着ステップＳ１２）。
接着には、シリコーン系またはウレタン系の接着剤などが好適に用いられる。なお、接着材が絶縁材料である場合は、絶縁材を別個設けなくてもよい。
【００４２】
次に、薄膜線材２０および絶縁材を接着しながら巻回する（巻回ステップＳ１３）。
所定の巻数だけ巻回した後、巻回を中断して、超電導コイル１０の外周の少なくとも一部に形状補正枠４１を設ける（形状維持ステップＳ１４）。
形状補正枠４１が設けられることによって、線材周縁２０ｂの周長のずれが調整されて、薄膜線材２０が等周条件を満足するようになる。
【００４３】
そして、形状補正枠４１の外側面に引き続き薄膜線材２０を巻回する（巻回再開ステップＳ１５）。
そして、沿湾枠部１９にカラー３６の側面を平行にして装着し（装着ステップＳ１６）、超電導コイル１０の製造を終了する。
【００４４】
以上のように、第１実施形態にかかる超電導コイル１０によれば、薄膜線材２０を重粒子線ｑの周回方向およびそれに垂直な方向の２方向に湾曲した鞍型にしても、簡素な形状のカラー３６で超電導コイル１０の形状を設計通りに維持することができる。
薄膜線材２０を重粒子線ｑの周回方向およびそれに垂直な方向の２方向に湾曲した鞍型にすることで、重粒子線ｑを強力に偏向することができる。
また、簡素な形状のカラー３６で超電導コイル１０の形状を維持することで、超電導コイル１０の製造、設置および保守が容易になる。
【００４５】
（第２実施形態）
図８は、第２実施形態にかかる超電導コイル１０の概略構成図である。
【００４６】
第２実施形態にかかる超電導コイル１０は、図８に示されるように、カラー３６が、立線部３７にのみ設けられる。
カラー３６による薄膜線材２０の押し返しが特に必要になるのは、スプリングバックが発生する凹形状部である立線部３７である。
つまり、必ずしも超電導コイル１０の外周の全周にわたってカラー３６を設ける必要はない。
【００４７】
また、例えば捻れ枠部３２に巻回される薄膜線材２０は、エッジワイズに湾曲したり、または内側のターンからずらされて巻回されたりする。
よって、立線部３７よりも複雑な形状になり、発生する応力も複雑になることが予想される。
【００４８】
そこで、第２実施形態においては、カラー３６を立線部３７のみに設ける。
カラー３６は、凹形状部を有しスプリングバックのおそれのある内周側の立線部３７にのみ設けてもよい。
カラー３６を立線部３７のみに設けることで、捻れ枠部３２の部分については別製品の押え手段の設置、または何ら押え手段を設けないなどの自由な対策をとることができる。
【００４９】
なお、カラー３６が、立線部３７にのみ設けられること以外は、第２実施形態は第１実施形態と同じ構造および動作手順となるので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または機能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。
【００５０】
このように、第２実施形態にかかる超電導コイル１０によれば、第１実施形態の効果に加え、薄膜線材２０の形状が複雑になる捻れ枠部３２の部分に設けられる付属部品の設計の自由度を上げることができる。
【００５１】
（第３実施形態）
図９は、第３実施形態にかかる超電導コイル１０が備えるベース３３およびカラー３６の概略構成図である。
なお、図９においては、後述する断熱層４２は省略している。
また、図１０は、図９のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。図１０では、ベース３３およびカラー３６に加えて、巻枠１８、薄膜線材２０および断熱層４２も図示している。
【００５２】
第３実施形態にかかる超電導コイル１０は、図９および図１０に示されるように、第２実施形態において、ベース３３が、巻枠１８のうち捻れ枠部３２のみに設けられる。
そして、カラー３６は、捻れ枠部３２に設けられた２以上のベース３３を架橋して設けられる。
【００５３】
第２実施形態では、カラー３６は、立線部３７にのみ設けられていた。
上述のように立線部３７および立線部３７におけるカラー３６の形状は、軌道１２に沿って湾曲するのみの単純形状をしている。
よって、カラー３６の製造および設置位置の調節は容易であり、必ずしもカラー３６の周縁の全部をベース３３に固定しなくてもよい。
【００５４】
そこで、第３実施形態では、ベース３３を巻枠１８の捻れ枠部３２の部分にのみ設け、カラー３６は、分断されたベース３３を架橋して設けられる。
ベース３３には電磁力によって変形しようとする超電導コイル１０およびカラー３６などを強固に固定して支持するため、十分な強度および硬度を維持するだけの厚さが必要になる。
【００５５】
立線部３７においてベース３３が除去されることで、立線部３７を重粒子線ｑのより近くに配置することができる。
また、このようなベース３３が除去された部分においては、巻枠１８は、輻射を遮断してベース３３よりも薄い断熱層４２を介してビームダクト１３に固定されてもよい。
【００５６】
また、図１１は、第３実施形態にかかる超電導コイル１０の変形例を示す断面図である。
図１１は、ビームダクト１３が配置されない軌道１２において、超電導コイル１０を複数配置した断面図である。
重粒子線ｑの経路は、必ずしもビームダクト１３によって形成されている必要はない。
例えば、ビームダクト１３の一部または全部がなくても、適所に適当な磁場がかかっていれば、重粒子線ｑを周回させて加速することができる。
【００５７】
そこで、立線部３７においては、ベース３３に加えてビームダクト１３も配置しない構成にする。
ベース３３は、立線部３７の前後に配置されたビームダクト１３に設けられる。
そして、カラー３６は、立線部３７の前後に設けられたこのベース３３に架橋される。
【００５８】
また、配置される複数の超電導コイル１０は、最内周の線材周縁２０ｂが１つの円上に配置されるのが好ましい。
最内周の線材周縁２０ｂが１つの円上に配置されることで、それぞれの超電導コイル１０がこの円の中心について対称な磁場を形成し、磁場形状の調節が容易だからである。
【００５９】
このように、第３実施形態にかかる超電導コイル１０によれば、第２実施形態の効果に加え、超電導コイル１０を重粒子線ｑに接近させることができるので、重粒子線ｑが受ける磁場の強度を高めることができる。
また、ビームダクト１３およびベース３３を配置せず、超電導コイル１０を軌道１２に近づけることで、加速器１１を小型にすることができる。
【００６０】
（第４実施形態）
図１２は、第４実施形態にかかる超電導コイル１０を含む高温超電導マグネット５０（以下、「高温超電導磁石５０」という）の概略構成図である。
【００６１】
第４実施形態にかかる超電導コイル１０は、図１２に示されるように、冷却器５１に収納される。
冷却器５１は、軌道１２を超電導コイル１０ごと包囲して超電導コイル１０を冷却する。
そして、冷却器５１に設けられた冷凍機５２の冷却ステージ５３は、純度の高いアルミニウムまたは銅などの熱伝導箔５４などを介して、カラー３６に熱的に接続される。
【００６２】
そして、冷却ステージ５３は、カラー３６を伝導冷却する。
カラー３６は、特にＬ字状に屈曲して超電導コイル１０を支持している場合は、薄膜線材２０に広い密着面積を有する。
そこで、カラー３６を伝導冷却することで、超電導コイル１０を冷却する。
カラー３６の材質は、熱伝導の観点から、ステンレス、銅、アルミニウムまたはこれらの合金などが望ましい。
【００６３】
このように、第４実施形態にかかる高温超電導磁石５０によれば、第１実施形態の効果に加え、冷却時に通常使用する冷却板などの冷却手段の数量を減らすことができる。
【００６４】
以上述べた少なくとも一つの実施形態の超電導コイル１０によれば、立線部３７および立線部３７の形状に合わせたカラー３６を設けることにより、３次元的に湾曲した曲面上でも形状の維持を容易にすることが可能となる。
【００６５】
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。
【符号の説明】
【００６６】
１０…高温超電導コイル（超電導コイル）、１１…加速器、１２…軌道、１３…ビームダクト、１４…マグネット、１８…巻枠、１９…沿湾枠部、２０…高温超電導線材（薄膜線材）、２０ａ（２０）…テープ幅広面、２０ｂ（２０）…線材周縁、２０ｃ（２０）…切断端面、２１（２０）…安定化層、２２（２０）…基板、２３（２０）…配向層、２４（２０）…中間層、２５（２０）…超電導層（高温超電導層）、２６（２０）…保護層、３２…枠部、３３…ベース、３４（３４ａ，３４ｂ）…周縁（設置周縁，非設置周縁）、３６…カラー、３７…立線部、３９…支持板、４１…形状補正枠、４２…断熱層、５０…高温超電導マグネット（高温超電導磁石）、５１…冷却器、５２…冷凍機、５３…冷却ステージ、５４…熱伝導箔、Ｃ…巻回軸、ｑ…重粒子線、Ω…平面、θ…有限角。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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