(57)【要約】  臨界電流や臨界磁場の低下が抑制された超電導コイルを備えた高性能の永久電流スイッチを提供する。  解決手段は以下の通りである。スイッチ部に超電導コイルを備えた永久電流スイッチ。超電導コイル５は、基材５０の外周面上に成膜された超電導体薄膜からなる巻線部５３を有する。巻線部５３は、互いに並行する二重螺旋状に形成された第１巻線部５１と第２巻線部５２とを有する。互いに隣接する第１巻線部５１の終端部５１ｂと第２巻線部５２の始端部５２ａとが接続されている。
2016042821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルを備えた永久電流スイッチであって、
前記超電導コイルは、基材の外周面に成膜された超電導体薄膜からなる巻線部を有し、
前記巻線部は、互いに並行する二重螺旋状に形成された第１巻線部と第２巻線部とを有し、互いに隣接する前記第１巻線部の終端部と前記第２巻線部の始端部とが接続されていることを特徴とする永久電流スイッチ。
【請求項２】
前記基材は、前記外周面に螺旋状の溝を有し、
前記外周面は、前記溝の外側の外側外周面と前記溝の内側の内側外周面とを有することを特徴とする請求項１に記載の永久電流スイッチ。
【請求項３】
前記第１巻線部は、前記外側外周面に形成され、
前記第２巻線部は、前記内側外周面に形成され、
前記第１巻線部の終端部と前記第２巻線部の始端部とは、前記外側外周面と前記内側外周面とに平滑に連続する接続面を介して接続されていることを特徴とする請求項２に記載の永久電流スイッチ。
【請求項４】
前記第１巻線部は、前記外側外周面に形成され、
前記第２巻線部は、絶縁膜を介して前記第１巻線部に積層され、
前記第１巻線部の終端部と前記第２巻線部の始端部とは、前記絶縁膜を貫通する貫通孔を介して接続されていることを特徴とする請求項２に記載の永久電流スイッチ。
【請求項５】
螺旋状の溝を有する円筒状の基材の外周面に成膜された超電導体薄膜からなる巻線部を有することを特徴とする超電導コイル。
【請求項６】
前記外周面は、前記溝の外側の外側外周面と前記溝の内側の内側外周面とを有し、
前記巻線部は、前記外側外周面に形成されていることを特徴とする請求項５に記載の超電導コイル。
【請求項７】
前記巻線部は、互いに並行する二重螺旋状に形成された第１巻線部と第２巻線部とを有し、
前記第１巻線部は、前記外側外周面に形成され、
前記第２巻線部は、前記内側外周面に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の超電導コイル。
【請求項８】
前記巻線部は、互いに並行する二重螺旋状に形成された第１巻線部と第２巻線部とを有し、
前記第１巻線部は、前記外側外周面に形成され、
前記第２巻線部は、絶縁膜を介して前記第１巻線部に積層されていることを特徴とする請求項６に記載の超電導コイル。
【請求項９】
前記第１巻線部の終端部と前記第２巻線部の始端部とが接続されていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の超電導コイル。
【請求項１０】
前記第１巻線部の始端部と前記第２巻線部の始端部とが接続され、
前記第１巻線部の終端部と前記第２巻線部の終端部とが接続されていることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の超電導コイル。
【請求項１１】
前記溝は、幅方向に沿う断面形状が矩形であることを特徴とする請求項５から請求項１０のいずれか一項に記載の超電導コイル。
【請求項１２】
前記溝は、幅方向に沿う断面において深さ方向に対して傾斜する傾斜面を有し、底部の幅が開口部の幅よりも拡大されていることを特徴とする請求項５から請求項１０のいずれか一項に記載の超電導コイル。
【請求項１３】
前記溝は、幅方向に沿う断面において矩形のアンダーカット部を有し、底部の幅が開口部の幅よりも拡大されていることを特徴とする請求項５から請求項１０のいずれか一項に記載の超電導コイル。
【請求項１４】
前記溝は、幅方向に沿う断面において深さ方向に沿う縦壁面と前記深さ方向に対して傾斜する傾斜面とを有し、開口部の幅が底部の幅よりも拡大されていることを特徴とする請求項５に記載の超電導コイル。
【請求項１５】
前記溝は、互いに並行する二重螺旋状に形成された第１溝と第２溝とを有し、
前記巻線部は、互いに並行する二重螺旋状に形成された第１巻線部と第２巻線部とを有し、
前記第１巻線部は、前記第１溝の前記傾斜面に形成され、
前記第２巻線部は、前記第２溝の前記傾斜面に形成され、
前記基材は、前記第１溝の前記傾斜面と前記第２溝の前記傾斜面との間に接続面を有し、該接続面を介して前記第１巻線部の終端部と前記第２巻線部の始端部とが接続されていることを特徴とする請求項１４に記載の超電導コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久電流スイッチ及び超電導コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導体は、極低温で電気抵抗がゼロになる超電導現象を発現し、銅線等の通常の導体と比較して大電流を流すことができるため、超電導体の線材をコイル状に加工した超電導コイルは、強力な電磁石として使用することができる。超電導コイルは、例えば、ＭＲＩ（magnetic resonance imaging）等の医療診断機器、ＮＭＲ（nuclear magnetic resonance）等の科学計測機器、リニアモーター式の磁気浮上鉄道等に使用されている。【０００３】
このような超電導コイルの一例として、金属基板の片面に、中間層、超電導層、安定化金属層を積層した薄膜状超電導線材からなる超電導導体が円筒状の巻枠の周面に巻回された巻回部を備えたものが知られている（下記特許文献１を参照）。この超電導コイルでは、超電導導体が金属テープからなる安定化材を共巻きしてなるとともに、該超電導導体の少なくとも内径側に安定化材を配置している。超電導導体は、安定化金属層面及び金属基板面がそれぞれ内径側及び外形側となるようにして巻回されている。【０００４】
永久電流回路の開閉には、例えば、無誘導型の超電導コイルを有する永久電流スイッチが用いられている（下記特許文献２を参照）。このような永久電流スイッチは、例えば、環境条件を設定することによって超電導状態と常電導状態との間をいずれの方向にも転移し得る導体から形成されている。この導体は、超電導状態にあるときは電気抵抗がゼロになるので電流が減衰せずに導通してスイッチオンの状態になり、導体を常電導状態に転移させると電気抵抗が高くなって実質的にスイッチオフの状態が実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１９５４１３号公報
【特許文献２】特開平１０−１０７３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の超電導コイルでは、金属テープからなる安定化材が、超電導導体が温度上昇した際における熱容量として機能する。これにより、超電導コイルに過大な電流が流れた際における超電導導体の温度上昇が抑制され、超電導導体の焼損、劣化を防止できるので、熱的に信頼性の高い巻線構造を実現できる、とされている。【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の超電導コイルでは、超電導導体として、セラミック状の比較的脆い酸化物高温超電導体、ＭｇＢ2、鉄系超電導体等の高温超電導体を用いた場合に、超電導導体を巻枠に巻回する際の曲げ応力によって巻線の歪が大きくなる。そのため、超電導状態が破壊される電流値である臨界電流や、超電導状態が破壊される外部からの磁場の値である臨界磁場が低下する虞がある。【０００８】
また、永久電流スイッチに用いられる超電導コイルでは、不要な磁場を発生させないために、特許文献２に記載の永久電流スイッチのように、無誘導型コイルを用いるのが一般的である。無誘導型コイルでは、巻線の折り返し部で曲率が大きくなる。そのため、超電導コイルの巻線の歪がより大きくなりやすく、臨界電流や臨界磁場が低下し、永久電流スイッチの性能が劣化する虞がある。【０００９】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、臨界電流や臨界磁場の低下が抑制された超電導コイルを備えた高性能の永久電流スイッチ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】
【００１０】
前記目的を達成すべく、本発明の永久電流スイッチは、スイッチ部に超電導コイルを備えた永久電流スイッチであって、前記超電導コイルは、基材の外周面に成膜された超電導体薄膜からなる巻線部を有し、前記巻線部は、互いに並行する二重螺旋状に形成された第１巻線部と第２巻線部とを有し、互いに隣接する前記第１巻線部の終端部と前記第２巻線部の始端部とが接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の永久電流スイッチによれば、巻線部が基材の表面に成膜されているので、巻線部に歪が生じることが防止され、臨界電流や臨界磁場の低下が抑制された超電導コイルを備えた高性能の永久電流スイッチを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一般的な永久電流回路の構成を示す概略図。
【図２】本発明の実施形態１に係る永久電流スイッチを備えた永久電流回路の概略図。
【図３Ａ】図２に示す超電導コイルの概略正面図。
【図３Ｂ】図３Ａに示す超電導コイルの断面構造を示す概略断面図。
【図４】成膜装置の概略図。
【図５Ａ】薄膜加工装置の概略正面図。
【図５Ｂ】図５Ａに示す薄膜加工装置の概略斜視図。
【図６Ａ】本発明の実施形態２に係る超電導コイルの概略正面図。
【図６Ｂ】図６Ａに示す超電導コイルの断面構造を示す概略断面図。
【図７Ａ】図６Ｂに示す溝の変形例を示す模式断面図。
【図７Ｂ】図６Ｂに示す溝の変形例を示す模式断面図。
【図７Ｃ】図６Ｂに示す溝の変形例を示す模式断面図。
【図７Ｄ】図６Ｂに示す溝の変形例を示す模式断面図。
【図８Ａ】本発明の実施形態３に係る超電導コイルの概略正面図。
【図８Ｂ】図８Ａに示す超電導コイルの断面構造を示す概略断面図。
【図９】本発明の実施形態４に係る超電導コイルの断面構造を示す概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の永久電流スイッチ及び超電導コイルの実施の形態を説明する。なお、以下の図面では、発明の構成を分かりやすくするために、各構成の縮尺を適宜変更している。
【００１４】
［実施形態１］
図１は、一般的な永久電流回路１００の構成を説明する概略図である。
永久電流回路１００は、一般に、磁場出力用の超電導コイル１と、外部電源２と、外部スイッチ３と、永久電流スイッチ４とを備えている。
【００１５】
磁場出力用の超電導コイル１は、超電導体によって製作されたコイルであり、超電導現象による大電流を流すことで強力な電磁石として利用することができる。磁場出力用の超電導コイル１は、例えば、ＭＲＩ（magnetic resonance imaging）等の医療診断機器、ＮＭＲ（nuclear magnetic resonance）等の科学計測機器、リニアモーター式の磁気浮上鉄道等に使用され、大きな磁場を出力するのに用いられる。
【００１６】
磁場出力用の超電導コイル１は、例えば、臨界温度９．８ＫのＮｂＴｉ合金や臨界温度１８．２ＫのＮｂ3Ｓｂ金属間化合物などのいわゆる金属系低温超電導体の線材によって製作され、例えば、沸点が４．２Ｋの液体ヘリウムに浸漬して使用される。また、磁場出力用の超電導コイル１は、近年開発が進んでいる高温超電導材料及びその線材によって製作することができる。
【００１７】
高温超電導材料としては、例えば、臨界温度が液体窒素温度７７Ｋを超えるＲＥ系（ＲＥは希土類元素。代表的にはＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7）やＢｉ系（代表的にはＢｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏ7やＢｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏ10）等の酸化物高温超電導体、金属系であるが臨界温度が３９Ｋと高いＭｇＢ2、さらには、臨界温度５０Ｋ程度の鉄系超電導体（ＬａＦｅＡｓＯなど）等を用いることができる。
【００１８】
このような高温超電導体によって超電導コイル１を製作することで、比較的高価な液体ヘリウムを用いる必要がなく、安価に使用できる冷凍機技術による、例えば、１０Ｋから２０Ｋ程度の比較的高温での動作を可能にすることができる。
【００１９】
外部電源２は、外部スイッチ３を介して磁場出力用の超電導コイル１に電力を供給する。外部スイッチ３は、スイッチを閉じたオンの状態で外部電源２からの電流を磁場出力用の超電導コイル１に流し、スイッチを開いたオフの状態で外部電源２と磁場出力用の超電導コイル１との間の電流を遮断する。
【００２０】
永久電流スイッチ４は、後述するように、超電導体からなるコイル状の巻線部を備えている。永久電流スイッチ４は、熱式又は磁界式の永久電流スイッチであり、巻線部の臨界温度又は臨界磁場を跨いで巻線部の温度（熱式）又は外部の磁場（磁界式）を制御することができるように構成されている。永久電流スイッチ４は、巻線部の温度又は外部の磁場を制御することで、巻線部が超電導状態となったスイッチオンの状態と、超電導状態が破壊されて巻線部が常電導状態となったスイッチオフの状態とを切り替えて、永久電流をスイッチングする。
【００２１】
永久電流回路１００を永久電流モードに切り替える場合には、まず、外部スイッチ３をオンにして磁場発生用の超電導コイル１を励磁する。磁場発生用の超電導コイル１が励磁された後、外部スイッチ３をオフにすると共に永久電流スイッチ４をオンにすることで、超電導閉回路が形成され、永久電流回路１００が永久電流モードに切り替わる。熱式の永久電流スイッチ４では、巻線部は、温度制御用のヒーターと共にコイル状に形成される。一方、磁界式の永久電流スイッチ４は、以下に詳細に説明するように、スイッチ用の超電導コイルと制御磁界発生用の超電導電コイル等によって構成される。
【００２２】
図２は、本発明の実施形態１に係る磁界式の永久電流スイッチ４を備えた永久電流回路１００の概略図である。
【００２３】
図２に示す本実施形態に係る永久電流回路１００は、図１に示す永久電流スイッチ４として、磁界式の永久電流スイッチ４を備えている。永久電流回路１００のその他の構成は、図１に示す永久電流回路１００の構成と同一であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２４】
本実施形態の永久電流スイッチ４は、スイッチ用の超電導コイル５と、スイッチ用の超電導コイル５を制御する制御磁界を発生するための制御用の超電導コイル６と、制御用の超電導コイル６に電流を供給する制御用電源７と、を備えている。スイッチ用の超電導コイル５と制御用の超電導コイル６とは、例えば、螺旋状の超電導体からなる巻線部５３，６１を有している。スイッチ用の超電導コイル５の巻線部５３は、制御用の超電導コイル６の巻線部６１の内側に、制御用の超電導コイル６の巻線部６１の中心軸ＣＬと同軸に配置されている。
【００２５】
スイッチ用の超電導コイル５は、超電導体からなるリード線８を介して永久電流回路１００に接続され、制御用の超電導コイル６は、超電導体からなるリード線９を介して制御用電源７に接続されている。スイッチ用の超電導コイル５の巻線部５３、制御用の超電導コイル６の巻線部６１、及びリード線８，９を構成する超電導体としては、例えば、前記金属系低温超電導体の他、前記高温超電導材料を用いることができる。
【００２６】
本実施形態の永久電流スイッチ４は、制御用電源７を介して制御用の超電導コイル６に電流を流して磁界を発生させ、又は制御用の超電導コイル６へ流す電流を遮断して磁界を消滅させることで、オンとオフを切り替える。より具体的には、制御用の超電導コイル６に電流が流れて磁界が発生すると、スイッチ用の超電導コイル５の超電導状態が破壊され、スイッチ用の超電導コイル５が常電導状態になり、永久電流スイッチ４がオフの状態になる。また、制御用の超電導コイル６に流れる電流が遮断されて磁界が消滅すると、スイッチ用の超電導コイル５の超電導状態が回復し、永久電流スイッチ４がオンの状態になる。
【００２７】
図３Ａは、図２に示す永久電流スイッチ４が備える本実施形態のスイッチ用の超電導コイル５の概略的な正面図である。図３Ｂは、図３Ａに示す超電導コイル５を中心軸ＣＬに沿う紙面に垂直な面と中心軸ＣＬに沿う紙面に平行な面で切断した超電導コイル５の一部の断面構造を示す概略的な断面図である。
【００２８】
本実施形態のスイッチ用の超電導コイル５は、円筒状の基材５０と、基材５０の外周面５０ａ上に成膜された超電導体薄膜Ｔからなる巻線部５３とを有している。超電導コイル５のボビンである基材５０としては、例えば、熱伝導性のよい金属によって製作した円筒の表面を絶縁処理したものや、熱伝導性のよいマシナブルセラミック等を用いることができる。
【００２９】
より具体的には、例えば、熱伝導性に優れたＪＩＳ合金番号Ｃ１０２０等の銅や、ＪＩＳ合金番号Ａ５０５２等のアルミニウム合金の円筒表面にポリイミド膜などの絶縁テープを貼り付けたものや絶縁膜を塗布したもの、ＪＩＳ合金番号Ａ５０５２等のアルミニウム合金の表面に無孔質の陽極酸化膜を形成して絶縁したもの、窒化アルミニウム等によって製作した円筒状のセラミック等を、超電導コイル５の基材５０として用いることができる。
【００３０】
巻線部５３は、例えば、前記した金属系低温超電導体や、前記した高温超電導材料を基材５０の外周面５０ａ上に成膜することによって製作されている。巻線部５３は、互いに並行する二重螺旋状に形成された第１巻線部５１と第２巻線部５２とを有している。超電導体薄膜Ｔからなる長尺帯状の第１巻線部５１と第２巻線部５２とは、円筒状の基材５０の中心軸ＣＬ方向の一端５０Ａで、第１巻線部５１の始端部５１ａと第２巻線部５２の終端部５２ｂとが、互いに間隔をあけて隣接して配置されている。第１巻線部５１の始端部５１ａと第２巻線部５２の終端部５２ｂとは、それぞれ超電導体からなるリード線８に接続されている。
【００３１】
なお、第１巻線部５１及び第２巻線部５２において、始端部５１ａ，５２ａとは、電流Ｃの流れる方向における上流側の端部を意味し、終端部５１ｂ，５２ｂとは、電流Ｃの流れる方向における下流側の端部を意味する。
【００３２】
第１巻線部５１と第２巻線部５２とは、図３Ａに示すように、円筒状の基材５０の中心軸ＣＬに垂直な方向から見て、基材５０の径Ｒ方向に対して所定の角度αで傾斜した状態で、互いに並行して基材５０の外周面５０ａの周方向に沿って延在している。これにより、第１巻線部５１と第２巻線部５２とは、基材５０の中心軸ＣＬ方向の一端５０Ａから他端５０Ｂまで交互に配置され、基材５０の外周面５０ａの周方向に沿って並行する二重螺旋状に形成されている。
【００３３】
基材５０の中心軸ＣＬ方向の一端５０Ａにおいて、互いに隣接する第１巻線部５１の始端部５１ａと第２巻線部５２の終端部５２ｂとは、それぞれリード線８に接続されている。基材５０の中心軸ＣＬ方向の一端５０Ａと反対側の他端５０Ｂでは、互いに隣接する第１巻線部５１の終端部５１ｂと第２巻線部５２の始端部５２ａとが、基材５０の外周面５０ａ上で接続されている。これにより、巻線部５３に電流Ｃが流れたときに、電流Ｃの往路となる第１巻線部５１に発生する磁界の向きと、電流Ｃの復路となる第２巻線部５２に発生する磁界の向きとが逆になり、互いの磁界を打ち消し合う。すなわち、超電導コイル５は、無誘導型の巻線部５３を備えた無誘導型の超電導コイルである。
【００３４】
巻線部５３は、第１巻線部５１の終端部５１ｂと第２巻線部５２の始端部５２ａとの接続部５３Ｃにおいて、第１巻線部５１及び第２巻線部５２の幅と同等の極めて大きい曲率で曲折され、逆方向に反転するようにＵターンしている。以下、巻線部５３を備えた本実施形態のスイッチ用の超電導コイル５の製造方法について説明する。
【００３５】
図４は、円筒状の基材５０の外周面５０ａ上に超電導体薄膜Ｔを形成する薄膜形成工程を説明する成膜装置２００の概略図である。図５Ａは、薄膜形成工程で成膜した超電導体薄膜Ｔを螺旋状の巻線部５３に加工する巻線部形成工程を説明する薄膜加工装置３００の概略的な正面図である。図５Ｂは、図５Ａに示す薄膜加工装置３００の概略的な斜視図である。
【００３６】
本実施形態のスイッチ用の超電導コイル５の製造方法は、基材５０の外周面５０ａ上に超電導体からなる超電導体薄膜Ｔを形成する薄膜形成工程と、薄膜形成工程で成膜した超電導体薄膜Ｔを螺旋状の巻線部５３に加工する巻線部形成工程とを有している。
【００３７】
薄膜形成工程では、例えば、前記した円筒状の基材５０の外周面５０ａ上に、成膜装置２００によって超電導体薄膜Ｔを形成する。円筒状の基材５０の径Ｒは、例えば、数ｃｍから数十ｃｍ程度とすることができる。成膜装置２００は、成膜室に基材５０を収容し、電子銃２０１から電子ビームｅを射出し、成膜室内に形成された磁場によって電子ビームｅをターゲットである蒸発源２１０に向け、電子ビームｅによって蒸発源２１０を加熱する。
【００３８】
また、成膜装置２００は、円筒状の基材５０を蒸発源２１０上で保持し、基材５０の内部又は蒸発源２１０と反対側に設置された不図示のヒーターによって、基材５０を、例えば、２２０℃から３００℃程度の温度に加熱して回転させる。これにより、成膜装置２００は、蒸発源２１０を構成する材料を基材５０の外周面５０ａ上に直接蒸着させて、超電導体からなる超電導体薄膜Ｔを外周面５０ａ上に成膜する。外周面５０ａ上に形成する超電導体薄膜Ｔの膜厚は、例えば、数μｍから数十μｍ、又は数十μｍから数百μｍ程度とすることができる。
【００３９】
薄膜形成工程で基材５０の外周面５０ａ上に、例えば、高温超電導体であるＭｇＢ2からなる超電導体薄膜Ｔを形成する場合には、Ｍｇからなる蒸発源２１０とＢからなる蒸発源２１０の２つの蒸発源を用い、基材５０の外周面５０ａ上にＭｇとＢを共蒸着する。これにより、高温超電導体であるＭｇＢ2からなる超電導体薄膜を基材５０の外周面５０ａ上に直接形成することができる。なお、図示は省略するが、基材５０の外周面５０ａ上に成膜された超電導体薄膜Ｔの表面には、ＣｕやＡｌ等の安定化層が積層されている。
【００４０】
薄膜形成工程で基材５０の外周面５０ａ上に超電導体薄膜Ｔを成膜する方法は、本実施形態で説明した電子ビーム蒸着法に限定されず、スパッタ法、パルスレーザー蒸着法等の公知の成膜法を用いることができる。また、基材５０の外周面５０ａ上に成膜する超電導体は、ＭｇＢ2に限定されず、ＲＥ系、Ｂｉ系、鉄系等の高温超電導体のいずれもが成膜可能である。また、高温超電導体に限られず、前記した金属系低温超電導体を成膜してもよい。
【００４１】
巻線部形成工程では、薄膜加工装置３００として、例えば、レーザー加工装置を用い、薄膜形成工程で成膜した超電導体薄膜Ｔを、レーザーカット法によって螺旋状の巻線部５３に加工することができる。レーザーカット法に用いるレーザーとしては、例えば、波長が約３５５ｎｍのＵＶパルスレーザーを用いることができる。これにより、例えば、幅Ｗ３が約２０μｍ程度の巻線部５３を形成することができる。なお、薄膜加工装置３００は、レーザー加工装置に限定されず、例えば、スクライバ装置を用い、切削刃によってレーザー加工と同様に巻線部５３を形成してもよい。
【００４２】
レーザーカット法によって無誘導型の二重螺旋構造の巻線部５３を形成するには、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、中心軸ＣＬを中心として基材５０を回転させながら、レーザーユニット３０１を基材５０の中心軸ＣＬに沿って、基材５０の中心軸ＣＬ方向の一端５０Ａから他端５０Ｂまで移動させる。これにより、基材５０の一端５０Ａから他端５０Ｂまで、基材５０の外周面５０ａ上に形成された超電導体薄膜Ｔに螺旋状の第１溝５４を形成する。
【００４３】
第１溝５４のピッチＰ１は、例えば、後工程で形成される第１巻線部５１の幅Ｗ１と、第２巻線部５２の幅Ｗ２と、第１巻線部５１と第１巻線部５１との間の第２溝５５の幅Ｗ５とに基づいて決定される。より具体的には、第１溝５４のピッチＰ１は、例えば、第１溝５４の幅Ｗ４と、第１巻線部５１の幅Ｗ１と、第２溝５５の幅Ｗ５と、第２巻線部５２の幅Ｗ２と、の合計とすることができる。
【００４４】
基材５０の外周面５０ａ上の超電導体薄膜Ｔに第１溝５４を形成した後、基材５０の外周面５０ａ上の超電導体薄膜Ｔに第１巻線部５１の終端部５１ｂと第２巻線部５２との始端部５２ａとを接続する接続部５３Ｃを形成する。接続部５３Ｃを形成は、レーザーユニット３０１の移動、レーザーの射出、及び基材５０の回転等を適宜調整することにより行う。その後、基材５０の回転を第１溝５４の形成時の回転方向と逆方向に回転させながら、レーザーユニット３０１を基材５０の中心軸ＣＬに沿って、基材５０の中心軸ＣＬ方向の他端５０Ｂから一端５０Ａまで移動させる。これにより、接続部５３Ｃを跨いで第１巻線部５１と第２巻線部５２とを分割する第２溝５５を形成する。第２溝５５の幅Ｗ５は、第１溝５４の幅Ｗ４と等しくすることができる。以上により、互いに並行する二重螺旋状に形成された第１巻線部５１と第２巻線部５２とを備えた無誘導型の巻線部５３が形成される。
【００４５】
また、本実施形態の永久電流スイッチ４に用いられる制御用の超電導コイル６の巻線部６１は、例えば、スイッチ用の超電導コイル５の基材５０の外周面５０ａに第１巻線部５１と第１溝５４を形成する方法と同様の方法で形成することができる。この場合、制御用の超電導コイル６の基材として、超電導コイル５の基材５０と同様の円筒状の基材を用いることができる。この場合、制御用の超電導コイル６の基材には、スイッチ用の超電導コイル５を同軸に収容可能な中空部を備えるものを用いる。
【００４６】
次に、本実施形態の永久電流スイッチ４及びスイッチ用の超電導コイル５の作用について説明する。
【００４７】
従来の超電導コイルでは、超電導コイルが小型化して巻線部の曲率半径が小さくなった場合や、巻線部の材料として比較的脆い高温超電導体を用いる場合等に、基材に超電導体からなる線材を巻回して巻線部を形成すると、巻線部の歪が大きくなる。特に、無誘導型コイルでは、巻線部を形成する線材の折り返し部で曲率が大きくなり、巻線部の歪が大きくなりやすい。巻線部の歪が大きくなると、超電導コイルの臨界電流や臨界磁場が低下し、永久電流スイッチの性能が劣化する虞があった。
【００４８】
これに対し、本実施形態の永久電流スイッチ４は、超電導コイル５を備え、その超電導コイル５は、基材５０の外周面５０ａ上に成膜された超電導体薄膜Ｔからなる巻線部５３を有している。そのため、超電導体からなる線材を基材５０に巻回する場合と異なり、巻線部５３を基材５０の曲率に沿って曲げる工程を有しない。したがって、例えば、超電導コイル５が小型化して巻線部５３の曲率が大きくなった場合や、巻線部５３の材料として比較的脆い高温超電導体を用いる場合でも、基材５０の外周面５０ａ上に成膜される超電導体薄膜Ｔには、曲げ応力等の負荷が作用しない。よって、線材を巻回する場合のような歪が巻線部５３に発生せず、巻線部５３の損傷が防止され、巻線部５３の超電導特性の劣化を防止することができる。
【００４９】
さらに、超電導コイル５の巻線部５３は、互いに並行する二重螺旋状に形成された第１巻線部５１と第２巻線部５２とを有し、互いに隣接する第１巻線部５１の終端部５１ｂと第２巻線部５２の始端部５２ａとが接続されている。これにより、超電導コイル５は、第１巻線部５１の始端部５１ａと第２巻線部５２の終端部５２ｂに接続したリード線８を介して巻線部５３に電流Ｃが流れると、第１巻線部５１に発生する磁界を、第２巻線部５２に発生する磁界が打ち消すように作用する、無誘導型の超電導コイル５となる。無誘導型の超電導コイル５では、巻線部５３の折り返し部、すなわち、第１巻線部５１の終端部５１ｂと第２巻線部５２の始端部５２ａとの接続部５３Ｃにおいて、巻線部５３の曲率が大きくなる。
【００５０】
しかし、本実施形態の超電導コイル５の巻線部５３は、基材５０の外周面５０ａ上に成膜された超電導体薄膜Ｔによって形成されている。そのため、線材によって形成された巻線部に曲げ加工を施して折り返し部を設ける場合と異なり、超電導体薄膜Ｔをパターン加工することで巻線部５３に折り返し部を設けることができ、巻線部５３に曲げ応力を作用させる必要がない。したがって、巻線部５３の材料として比較的脆い高温超電導体を用いる場合でも、基材５０の外周面５０ａ上に成膜される超電導体薄膜Ｔには、線材を巻回する場合のような歪は発生せず、超電導体薄膜Ｔからなる巻線部５３の損傷が防止され、巻線部５３の超電導特性の劣化を防止することができる。
【００５１】
したがって、本実施形態の永久電流スイッチ４及び超電導コイル５によれば、巻線部５３に歪が生じることを防止し、巻線部５３の超電導特性の劣化を防止して、臨界電流や臨界磁場の低下を抑制することができる。よって、高性能の永久電流スイッチ４を実現することができる。また、永久電流回路の磁場出力用の超電導コイル１、永久電流スイッチ４のスイッチ用の超電導コイル５及び制御用の超電導コイル６に比較的脆い高温超電導材料を用いることができ、磁場出力用の超電導コイル１から安定した磁場を継続的に出力することができる。
【００５２】
また、巻線部５３が互いに並行する二重螺旋状に形成された第１巻線部５１と第２巻線部５２とを有し、互いに隣接する第１巻線部５１の終端部５１ｂと第２巻線部５２の始端部５２ａとが接続されているので、無誘導型の超電導コイル５を構成する巻線部５３の形成を容易に行うことができる。
【００５３】
［実施形態２］
以下、本発明の永久電流スイッチ及び超電導コイルの実施形態２について、図１から図４を援用し、図６Ａ及び図６Ｂを参照して説明する。
【００５４】
図６Ａは、本発明の実施形態２に係る超電導コイル５Ａの概略的な正面図である。図６Ｂは、図６Ａに示す超電導コイルを中心軸ＣＬに沿う紙面に垂直な面と中心軸に沿う紙面に平行な面で切断した超電導コイルの一部の断面構造を示す概略的な断面図である。
【００５５】
本実施形態の永久電流スイッチ及び超電導コイル５Ａは、超電導コイル５Ａの巻線部５３が形成される基材５０の外周面５０ａに螺旋状の溝５０ｂが形成されている点で、前述の実施形態１で説明した永久電流スイッチ４及び超電導コイル５と異なっている。本実施形態の永久電流スイッチ及び超電導コイル５Ａのその他の点は、実施形態１の永久電流スイッチ４及び超電導コイル５と同一であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００５６】
本実施形態において、基材５０は、外周面５０ａに螺旋状の溝５０ｂを有している。これにより、基材５０の外周面５０ａは、溝５０ｂの外側の外側外周面５０ａ１と溝５０ｂの内側の内側外周面５０ａ２とを有している。すなわち、外側外周面５０ａ１は、溝５０ｂと溝５０ｂとの間に残された凸状部分５０ｃの頂面であり、内側外周面５０ａ２は、溝５０ｂの底面である。本実施形態の溝５０ｂは、図６Ｂに示す断面において、断面形状が矩形に形成されている。基材５０に溝５０ｂを形成する方法は、特に限定されないが、例えば、エッチング等の化学的な方法、レーザーを用いる方法、又は、切削等の機械的な方法等を用いることができる。
【００５７】
また、本実施形態の超電導コイル５Ａは、実施形態１の超電導コイル５と同様に無誘導型であり、巻線部５３は、互いに並行する二重螺旋状に形成された第１巻線部５１と第２巻線部５２とを有している。第１巻線部５１は、基材５０の外側外周面５０ａ１に形成され、第２巻線部５２は、基材５０の内側外周面５０ａ２に形成されている。第１巻線部５１の終端部５１ｂと第２巻線部５２の始端部５２ａとは、外側外周面５０ａ１と内側外周面５０ａ２とに平滑に連続する接続面５０ａ３を介して接続されている。
【００５８】
すなわち、円筒状の基材５０の一方の端部５０Ｂにおいて、溝５０ｂの外側の外側外周面５０ａ１と溝５０ｂの内側の内側外周面５０ａ２とが接続されるように、外側外周面５０ａ１と内側外周面５０ａ２との間の段差形状を変え、凸状部分５０ｃの高さを徐々に低くしている。これにより、第１巻線部５１と第２巻線部５２とが接続部５３Ｃで接続され、接続部５３Ｃで折り返された巻線部５３が得られる。
【００５９】
第１巻線部５１と第２巻線部５２とが接続面５０ａ３における接続部５３Ｃ以外の箇所で接続されることを防止する観点から、溝５０ｂの深さｄは、巻線部５３の厚さｔと比較して十分に深いことが好ましい。例えば、巻線部５３の幅Ｗ３が数ｍｍ程度、巻線部５３の厚さｔが数十μｍから数百μ程度であった場合、溝５０ｂの深さｄは数百μｍから数ｍｍ程度とすることができる。
【００６０】
より具体的には、溝５０ｂの深さは、巻線部５３の厚さｔの１０倍程度、又は１０倍以上とすることができる。例えば、巻線部５３の厚さｔが１０μｍの場合、溝５０ｂの深さは１００μｍ以上とすることができる。なお、前記した巻線部５３の厚さｔと溝５０ｂの深さｄとの関係は、１０倍以上に限定されず、基材５０の外側外周面５０ａ１に形成された第１巻線部５１と、内側外周面５０ａ２に形成された第２巻線部５２との間の短絡を防止できる関係であれば、１０倍未満であってもよい。
【００６１】
また、溝５０ｂ内の内側内周面５０ａ２に超伝導体薄膜Ｔを形成して第２巻線部５２を確実に形成する観点から、本実施形態の永久電流スイッチ及び超電導コイル５Ａでは、超電導コイル５Ａの円筒状の基材５０の中心軸ＣＬに沿う断面、すなわち溝５０ｂの幅Ｗｂ方向に沿う断面において、溝５０ｂの幅Ｗｂは、溝５０ｂの間に残された凸状部分５０ｃの幅Ｗｃと同等又は同一であることが好ましい。換言すると、円筒状の基材５０の中心軸ＣＬに沿う断面、すなわち溝５０ｂの幅Ｗｂ方向に沿う断面において、外側外周面５０ａ１の幅Ｗｃと内側外周面５０ａ２の幅Ｗｂは、同等又は同一であることが好ましい。
【００６２】
以下、本実施形態の永久電流スイッチ及び超電導コイル５Ａの作用について説明する。
本実施形態の永久電流スイッチ及び超電導コイル５Ａでは、巻線部５３が形成される基材５０の外周面５０ａに螺旋状の溝５０ｂが形成されることで、基材５０の外周面５０ａは、溝５０ｂの外側の外側外周面５０ａ１と溝５０ｂの内側の内側外周面５０ａ２とを有している。これにより、外側外周面５０ａ１と内側外周面５０ａ２との間の溝５０ｂの内側壁が、これらの外周面に対して急峻に切り立った状態、本実施形態では、これらの外周面に対して垂直又は略垂直になり、外側外周面５０ａ１と内側外周面５０ａ２との間に段差が形成されている。
【００６３】
そのため、前述の実施形態１と同様に基材５０の外周面５０ａに超電導体薄膜Ｔを成膜すると、溝５０ｂの内側壁に対する超電導体薄膜Ｔのつきまわりが悪くなる。すなわち、外側外周面５０ａ１と内側外周面５０ａ２との間の溝５０ｂの内側壁に超電導体薄膜Ｔが殆ど形成されず、外側外周面５０ａ１と内側外周面５０ａ２にそれぞれ超電導体薄膜Ｔからなる第１巻線部５１と第２巻線部５２が形成される。
【００６４】
これにより、基材５０の外周面５０ａ上に超電導体薄膜Ｔを形成する薄膜形成工程において、巻線部５３の第１巻線部５１と第２巻線部５２とが自動的かつ自己整合的に形成される。したがって、本実施形態の永久電流スイッチ及び超電導コイル５Ａによれば、基材５０の外周面５０ａに成膜した超電導体薄膜Ｔを螺旋状の巻線部５３に加工する巻線部形成工程を省略することができる。
【００６５】
また、外側外周面５０ａ１に形成された第１巻線部５１の終端部５１ｂと、内側外周面５０ａ２に形成された第２巻線部５２の始端部５２ａとは、外側外周面５０ａ１と内側外周面５０ａ２とに平滑に連続する接続面５０ａ３を介して接続されている。これにより、基材５０の外周面５０ａ上に超電導体薄膜Ｔを形成する薄膜形成工程において、第１巻線部５１と第２巻線部５２との接続部５３Ｃが自動的かつ自己整合的に形成される。したがって、本実施形態の永久電流スイッチ及び超電導コイル５Ａによれば、超電導体薄膜Ｔに第１巻線部５１と第２巻線部５２との接続部５３Ｃを形成する工程を省略することができる。
【００６６】
なお、成膜条件によっては、基材５０の溝５０ｂの内側壁に微量の超電導体が付着することが考えられる。しかし、巻線部５３の断面積と比較して、溝５０ｂの内側壁に付着した超電導体薄膜Ｔの断面積は極端に小さい。そのため、超電導コイル５Ａの巻線部５３が超電導状態を維持している状態でも、溝５０ｂの内側壁に付着した超電導体薄膜Ｔは、臨界電流を超える電流Ｃによって常電導状態になり、極めて高い電気抵抗を示すことになる。したがって、巻線部５３の超電導状態において、電流Ｃは、超電導状態の第１巻線部５１と第２巻線部５２のみに流れ、溝５０ｂの内側壁に付着した常電導状態の超電導体薄膜Ｔには流れない。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態の永久電流スイッチ及び超電導コイル５Ａによれば、実施形態１の永久電流スイッチ４及び超電導コイル５と同様の効果が得られるだけでなく、巻線部形成工程を省略し、生産性を向上させることができる。
【００６８】
なお、本実施形態では、第１巻線部５１の終端部と第２巻線部５２の始端部５２ａとが接続された無誘導型の巻線部５３を有する無誘導型の超電導コイル５Ａについて説明した。しかし、第２巻線部５２の始端部５２ａと終端部５２ｂとを逆にして、第１巻線部５１の始端部５１ａと第２巻線部５２の始端部５２ａとを接続し、第１巻線部５１の終端部５１ｂと第２巻線部５２の終端部５２ｂとを接続することで、巻線部５３の第１巻線部５１と第２巻線部５２とが並列に接続された無誘導型ではない二重螺旋構造の超電導コイル６Ａを作製することもできる。第１巻線部５１と第２巻線部５２を並列に接続することで、巻線部５３に流すことができる超電導電流を倍増させ、より高い磁場を発生させることができる制御用の超電導コイル６Ａを得ることができる。
【００６９】
また、本実施形態では、基材５０の中心軸ＣＬに沿う方向の断面、すなわち溝５０ｂの幅Ｗｂ方向に沿う断面において、溝５０ｂの断面形状は矩形状であり、外側外周面５０ａ１の幅Ｗｃと内側外周面５０ａ２の幅Ｗｂが同等又は等しい場合について説明したが、溝５０ｂの断面形状はこれに限定されない。以下、溝５０ｂの断面形状の変形例について説明する。
【００７０】
図７Ａから図７Ｄは、溝５０ｂの断面形状の変形例を示す模式的な拡大断面図である。
図７Ａに示すように、溝５０ｂの幅方向に沿う断面形状が矩形である場合、溝５０ｂの幅Ｗｂと溝５０ｂの間の凸状部分５０ｃの幅Ｗｃ、すなわち外側外周面５０ａ１の幅Ｗｃと内側外周面５０ａ２の幅Ｗｂは、異なっていてもよい。この場合、第１巻線部５１に発生する磁界と第２巻線部５２に発生する磁界とが、可能な限り打ち消し合うように、外側外周面５０ａ１の幅Ｗｃと内側外周面５０ａ２の幅Ｗｂを決定することができる。
【００７１】
また、図７Ｂに示すように、溝５０ｂは、幅Ｗｂ１，Ｗｂ２方向に沿う断面において深さｄ方向に対して傾斜する傾斜面５０ｄを有し、底部の幅Ｗｂ１が開口部の幅Ｗｂ２よりも拡大されていてもよい。また、図７Ｃに示すように、溝５０ｂは、幅Ｗｂ１，Ｗｂ２方向に沿う断面において矩形のアンダーカット部５０ｅを有し、底部の幅Ｗｂ１が開口部の幅Ｗｂ２よりも拡大されていてもよい。これにより、溝５０ｂの傾斜面５０ｄ及びアンダーカット部５０ｅに付着する超電導体を減少させることができる。
【００７２】
また、図７Ｄに示すように、溝５０ｂは、幅Ｗｂ方向に沿う断面において深さｄ方向に沿う縦壁面５０ｆと、深さｄ方向に対して傾斜する傾斜面５０ｇとを有し、開口部の幅Ｗｂ２が底部の幅Ｗｂ１よりも拡大されていてもよい。この場合、巻線部５３は、無誘導型でない一重螺旋の通常の巻線部５３としてもよいが、以下のように無誘導型の巻線部５３とすることもできる。
【００７３】
すなわち、溝５０ｂは、互いに並行する二重螺旋状に形成された第１溝５０ｂ１と第２溝５０ｂ２とを有している。巻線部５３は、互いに並行する二重螺旋状に形成された第１巻線部５１と第２巻線部５２とを有している。第１巻線部５１は、第１溝５１ｂ１の傾斜面５０ｇに形成され、第２巻線部５２は、第２溝５０ｂ２の傾斜面５０ｇに形成されている。さらに、基材５０は、第１溝５０ｂ１の傾斜面５０ｇと第２溝５０ｂ２の傾斜面５０ｇとの間に接続面５０ａ３を有し、この接続面５０ａ３を介して第１巻線部５１の終端部５１ｂと第２巻線部５２の始端部５２ａとが接続されている。
【００７４】
以上、図７Ａから図７Ｄに示す断面形状の溝５０ｂを基材５０に形成した場合でも、前述の本実施形態の永久電流スイッチ及び超電導コイル５Ａと同様の効果を得ることができる。
【００７５】
［実施形態３］
以下、本発明の永久電流スイッチ及び超電導コイルの実施形態３について、図１から図４を援用し、図８Ａ及び図８Ｂを参照して説明する。
【００７６】
図８Ａは、本発明の実施形態３に係る超電導コイル６の概略的な正面図である。図８Ｂは、図８Ａに示す超電導コイル６を中心軸ＣＬに沿う紙面に垂直な面と中心軸ＣＬに沿う紙面に平行な面で切断した超電導コイル６の一部の断面構造を示す概略的な断面図である。
【００７７】
本実施形態の永久電流スイッチ及び超電導コイル６は、超電導コイル６が無誘導型ではない通常の超電導コイル６である点で、前述の実施形態２で説明した永久電流スイッチ及び超電導コイル５Ａと異なっている。本実施形態の超電導コイル６は、例えば、制御用の超電導コイル６として使用することができる。本実施形態の永久電流スイッチ及び超電導コイル６のその他の点は、実施形態２の永久電流スイッチ及び超電導コイル５Ａと同一であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００７８】
本実施形態の超電導コイル６は、実施形態２の超電導コイル５Ａと同様に、螺旋状の溝５０ｂを有する円筒状の基材５０の外周面５０ａ上に成膜された超電導体薄膜Ｔからなる巻線部６１を有している。また、基材５０の外周面５０ａは、溝５０ｂの外側の外側外周面５０ａ１と溝５０ｂの内側の内側外周面５０ａ２とを有している。本実施形態の超電導コイル６は、外側外周面５０ａ１に形成された超電導体薄膜Ｔのみを巻線部６１として用い、内側外周面５０ａ２に形成された超電導体薄膜Ｔは使用していない。すなわち、本実施形態の超電導コイル６の巻線部６１は、外側外周面５０ａ１のみに形成され、二重螺旋構造を有していない。
【００７９】
したがって、円筒状の基材５０の中心軸に沿う溝５０ｂの幅Ｗｂ方向において、内側外周面５０ａ２の幅Ｗｂは外側外周面５０ａ１の幅Ｗｃに対して十分に小さくされている。すなわち、基材５０の外周面５０ａに形成された溝５０ｂの幅Ｗｂは、溝５０ｂの間の凸状部分５０ｃの幅に対して十分に狭くされている。より具体的には、溝５０ｂの幅Ｗｂは、外側外周面５０ａ１上に成膜される超電導体薄膜Ｔが溝５０ｂによって分断される範囲で、可能な限り狭くすることが望ましい。例えば、巻線部６１の厚さｔが数十μｍから数百μｍ程度である場合には、溝５０ｂの幅Ｗｂを約１００μｍ程度、溝５０ｂの深さｄを約２００μｍ程度にすることができる。
【００８０】
本実施形態の永久電流スイッチ及び超電導コイル６によれば、例えば、図２に示す制御用の超電導コイル６のように無誘導型でない超電導コイル６において、実施形態１及び２の無誘導型の超電導コイル５，５Ａと同様に、臨界電流や臨界磁場の低下を抑制し、永久電流スイッチ４の性能を向上させることができる。
【００８１】
［実施形態４］
以下、本発明の永久電流スイッチ及び超電導コイルの実施形態４について、図１から図４を援用し、図９を参照して説明する。
【００８２】
図９は、超電導コイル５Ｂを基材５０の中心軸に沿う紙面に垂直な面と中心軸に沿う紙面に平行な面で切断した超電導コイル５Ｂの一部の断面構造を示す概略的な断面図である。
【００８３】
本実施形態の永久電流スイッチ及び超電導コイル５Ｂは、基材５０の外周面５０ａ上で巻線部５３を構成する第１巻線部５１と第２巻線部５２とが、絶縁膜５６を介して積層されている点で、前述の実施形態３で説明した超電導コイル６と異なっている。本実施形態の超電導コイル５Ｂのその他の点は、実施形態３の超電導コイル６と同一であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００８４】
本実施形態の超電導コイル５Ｂ，６Ａは、スイッチ用の無誘導型の超電導コイル５Ｂ又は制御用の無誘導型ではない超電導コイル６Ａであり、巻線部５３は、互いに並行する二重螺旋状に形成された第１巻線部５１と第２巻線部５２とを有している。基材５０は、外周面５０ａに螺旋状の溝５０ｂを有し、溝５０ｂの外側の外側外周面５０ａ１と溝５０ｂの内側の内側外周面５０ａ２とを有している。第１巻線部５１は、外側外周面５０ａ１に形成されている。第２巻線部５２は、絶縁膜５６を介して第１巻線部５１に積層されている。本実施形態において、溝５０ｂの深さｄは、少なくとも絶縁膜５６と第２巻線部５２とを合わせた厚さｔ１の分だけ、図８Ｂに示す実施形態３の超電導コイル６の基材５０の溝５０ｂよりも深くされている。
【００８５】
無誘導型の超電導コイル５Ｂの場合、第１巻線部５１の終端部５１ｂと第２巻線部５２の始端部５２ａとは、絶縁膜５６を貫通する貫通孔５６ａすなわちスルーホールを介して接続されている。無誘導型でない超電導コイル６Ａの場合、第１巻線部５１の始端部５１ａと第２巻線部５２の始端部５２ａ、及び、第１巻線部５１の終端部５１ｂと第２巻線部５２の終端部５２ｂとは、絶縁膜５６を貫通する貫通孔５６ａを介して接続される。
【００８６】
本実施形態の超電導コイル５Ｂ，６Ａを製作する際には、実施形態３の超電導コイル６と同様に、基材５０の外周面５０ａに超電導体薄膜Ｔを成膜して、溝５０ｂの外側の外側外周面５０ａ１に第１巻線部５１を形成する。その後、第１巻線部５１上に絶縁膜５６を成膜して第１巻線部５１に積層させ、絶縁膜５６に貫通孔５６ａを形成する。
【００８７】
無誘導型の超電導コイル５Ｂを製作する場合には、絶縁膜５６の貫通孔５６ａは、第１巻線部５１の終端部５１ｂに対応する位置に形成する。また、無誘導型でない超電導コイル６Ａを製作する場合には、絶縁膜５６の貫通孔５６ａは、第１巻線部５１の始端部５１ａと終端部５１ｂに対応する位置に形成する。次に、絶縁膜５６上に超電導体薄膜Ｔを成膜する。以上により、第１巻線部５１と第２巻線部５２とが直列に接続された無誘導型の超電導コイル５Ｂ、又は第１巻線部５１と第２巻線部５２とが並列に接続された無誘導型でない超電導コイル６Ａを製作することができる。
【００８８】
本実施形態の超電導コイル５Ｂ，６Ａ及びそれを用いた永久電流スイッチによれば、実施形態１から３の超電導コイル５，５Ａ，６及びそれを用いた永久電流スイッチ４と同様の効果を得ることができる。また、第１巻線部５１と第２巻線部５２を並列に接続することで、巻線部５３に流すことができる超電導電流を倍増させ、より高い磁場を発生させることができる制御用の超電導コイル６Ａを得ることができる。この場合、溝５０ｂの深さｄを十分に深くすることができれば、巻線部５３は、第１巻線部５１と第２巻線部５２との二層による二並列の巻線部５３に限られず、絶縁膜５６を介して三層以上の超電導体薄膜Ｔを積層させ、三並列以上の巻線部５３としてもよい。
【００８９】
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。例えば、前述の実施形態では、磁界式の永久電流スイッチについて説明したが、本発明の無誘導型の超電導コイルは、熱式の永久電流スイッチに適用することもできる。
【符号の説明】
【００９０】
４  永久電流スイッチ、５，５Ａ，５Ｂ  超電導コイル（スイッチ用）、６，６Ａ  超電導コイル（制御用）、５０  基材、５０ａ  外周面、５０ａ１  外側外周面、５０ａ２  内側外周面、５０ａ３  接続面、５０ｂ  溝、５０ｄ  傾斜面、５０ｅ  アンダーカット部、５０ｆ  縦壁面、５０ｇ  傾斜面、５１  第１巻線部、５１ａ  始端部、５１ｂ  終端部、５２  第２巻線部、５２ａ  始端部、５２ｂ  終端部、５３  巻線部、５４  第１溝、５５  第２溝、５６  絶縁膜、５６ａ  貫通孔、６１  巻線部、ｄ  深さ、Ｔ  超電導体薄膜、Ｗｂ  幅、Ｗｂ１  底部の幅、Ｗｂ２  開口部の幅
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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