(57)【要約】  高磁場においても、部材間の剥離により発生するジュール熱を低減し、クエンチフリーな超電導コイル及び磁気共鳴イメージング装置を提供することが課題である。本発明に係る超電導コイルは、巻枠と、前記巻枠に巻きつけられた超電導線とを有し、前記巻枠と前記超電導線との間に、熱可塑性樹脂を含む第１の樹脂層と、熱硬化性樹脂を含む第２の樹脂層と、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層の間に位置し、前記熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の混合物を含む混合層と、を有する。
2015194576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻枠と、前記巻枠に巻きつけられた超電導線とを有する超電導コイルにおいて、
前記巻枠と前記超電導線との間に、
熱可塑性樹脂を含む第１の樹脂層と、
熱硬化性樹脂を含む第２の樹脂層と、
前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層の間に位置し、前記熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の混合物を含む混合層と、
を有することを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】
請求項１に記載の超電導コイルにおいて、
前記混合層の厚さが１０ｎｍ以上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に記載の超電導コイルにおいて、
前記混合層の厚さが３０ｎｍ以上であることを特徴とする超電導コイル。
【請求項４】
請求項１に記載の超電導コイルにおいて、
前記混合層の厚さが１００ｎｍ以上であることを特徴とする超電導コイル。
【請求項５】
請求項１に記載の超電導コイルにおいて、
前記熱可塑性樹脂はフェノキシであり、
前記混合層の厚さが１０ｎｍ以上であることを特徴とする超電導コイル。
【請求項６】
請求項１に記載の超電導コイルにおいて、
前記熱可塑性樹脂はフェノキシであり、
前記混合層の厚さが２０ｎｍ以上であることを特徴とする超電導コイル。
【請求項７】
請求項１に記載の超電導コイルにおいて、
前記熱可塑性樹脂はフェノキシであり、
前記混合層の厚さが５０ｎｍ以上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に記載の超電導コイルにおいて、
前記熱可塑性樹脂はナイロンであり、
前記混合層の厚さが２５ｎｍ以上であることを特徴とする超電導コイル。
【請求項９】
請求項１に記載の超電導コイルにおいて、
前記熱可塑性樹脂はナイロンであり、
前記混合層の厚さが１００ｎｍ以上であることを特徴とする超電導コイル。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の超電導コイルにおいて、
前記第１の樹脂層は自己融着性を有することを特徴とする超電導コイル。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の超電導コイルにおいて、
前記第２の樹脂層はプリプレグシートであることを特徴とする超電導コイル。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれかに記載の超電導コイルにおいて、
さらに絶縁被覆と絶縁板を有し、
前記超電導線、前記絶縁被覆、前記第１の樹脂層、前記混合層、前記第２の樹脂層、前記絶縁板、前記巻枠が順に形成されていることを特徴とする超電導コイル。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の超電導コイルにおいて、
前記第１の樹脂層と前記混合層の間のせん断接着強度、及び前記混合層と前記第２の樹脂層の間のせん断接着強度が３０ＭＰａ以上であることを特徴とする超電導コイル。
【請求項１４】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の超電導コイルにおいて、
前記第１の樹脂層と前記混合層の間のせん断接着強度、及び前記混合層と前記第２の樹脂層の間のせん断接着強度が６０ＭＰａ以上であることを特徴とする超電導コイル。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれかに記載の超電導コイルと、
被検体を載せるベッドと、
前記ベッドに載せられた被検体を撮像領域へ搬送する搬送手段と、
前記搬送手段により撮像領域に搬送された被検体からの核磁気共鳴信号を解析する解析手段と、
を備えたことを特徴とする磁気共鳴イメージング装置。
【請求項１６】
巻枠と、前記巻枠に巻きつけられた超電導線とを有する超電導コイルの製造方法において、
前記巻枠と前記超電導線との間に、
熱可塑性樹脂を含む第１の樹脂層を形成する工程と、
熱硬化性樹脂を含む第２の樹脂層を形成する工程と、
前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層の間に、前記熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の混合物を含む混合層を形成する工程と、
を有することを特徴とする超電導コイルの製造方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の超電導コイルの製造方法において、
前記混合層の厚さが１０ｎｍ以上であることを特徴とする超電導コイルの製造方法。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載の超電導コイルの製造方法において、
前記混合層を形成する工程において、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層との間に、０．２〜０.５ＭＰａの圧力をかけることを特徴とする超電導コイルの製造方法。
【請求項１９】
請求項１６または１７に記載の超電導コイルの製造方法において、
前記混合層を形成する工程において、前記第１の樹脂層と前記混合層の間のせん断接着強度、及び前記混合層と前記第２の樹脂層の間のせん断接着強度が３０ＭＰａ以上となるように、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層との間に圧力をかけることを特徴とする超電導コイルの製造方法。
【請求項２０】
金属管内に超電導体を収容した超電導線において、
前記金属管の表面に、
熱可塑性樹脂を含む第１の樹脂層と、
熱硬化性樹脂を含む第２の樹脂層と、
前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層の間に位置し、前記熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の混合物を含む混合層と、
を有することを特徴とする超電導線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導線、超電導コイル及び磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）のクエンチ低減に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導線を用いた超電導コイルに求められている出力は、年々上昇しており、それに伴って電磁力も増加している。このため、超電導線自身や超電導コイルの部材間に発生するせん断応力が増加し、超電導線を覆う材料や、超電導コイルを構成する部材間で剥離が生じ、剥離の際に発生するジュール熱が、クエンチを誘発するという問題がある。この問題の解決のため、超電導線を覆う材料や、超電導コイルを構成する部材間の接着力を強固にすることにより部材間の剥離を防止し、クエンチを抑制する必要がある。【０００３】
従来技術では、例えば超電導線の巻線部と絶縁板との接着力強化に対しては、超電導導体と絶縁板との間に、接着材となる樹脂材料を挿入し、せん断応力に耐えうるような工夫がなされている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３４０６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の構成を採用したとしても、部材界面の接着力を増加させた効果以上にせん断応力が増加した場合には、部材間が剥離してその際に発生するジュール熱によりクエンチが発生する恐れがある。【０００６】
そこで、本発明は、クエンチの原因の一つである部材間の界面剥離を回避するために、部材間の接着力を従来以上に強固にさせた超電導線、超電導コイル及びＭＲＩ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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る超電導コイルは、巻枠と、前記巻枠に巻きつけられた超電導線とを有し、前記巻枠と前記超電導線との間に、熱可塑性樹脂を含む第１の樹脂層と、熱硬化性樹脂を含む第２の樹脂層と、前記第１の樹脂層と前記第２の樹脂層の間に位置し、前記熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の混合物を含む混合層と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、部材間の接着力を従来以上に強固にした超電導線、超電導コイル及びＭＲＩ装置を提供でき、クエンチの原因の一つである部材間の界面剥離を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】超電導コイルの断面図である。
【図２】超電導コイルの断面拡大図である。
【図３】丸線を用いた場合の超電導コイルの断面拡大図である。
【図４】ＭＲＩ装置の全体斜視図である。
【図５】超電導線の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の説明は本実施形態の内容の具体例を示すものであり、本実施形態がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る超電導コイルの断面図である。図２は図１の超電導コイルの電導線の断面拡大図である。図１に示されているように、超電導コイルは、巻枠１と巻枠１に巻きつけられた超電導線２とを有し、超電導線２を固着する樹脂で構成する自己融着層３により、一体化されている。巻枠１を構成する材料は、ステンレス鋼やアルミなどの非磁性金属を用いる。電気的絶縁と断熱性を確保するために、巻枠１と超電導線２との間に絶縁板５、絶縁板６を挿入する。また、巻枠１と超電導線２との間には、摩擦力を低減するために、ふっ素樹脂などの摩擦材を挿入する場合もある。  ここで、絶縁板５は巻枠１の内周面に接する位置に配置され、絶縁板６は巻枠１のフランジ側の表面と接する位置に配置されている。
【００１２】
絶縁板５、絶縁板６は、ガラス繊維からなる強化材と伝熱抵抗を高くするために熱伝導率が低い絶縁材とを積層して構成する。絶縁材には厚さの調整が容易で、樹脂などで含浸させることもできることからポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミドなどが適している。
【００１３】
超電導線２の表面上には絶縁被覆８が施され、さらにこの絶縁被覆８の表面上には、自己融着層３を設ける。絶縁被覆８には厚さ１０〜１００μｍ程度のポリビニルホルマール、エポキシ、ポリイミド、ポリアミドイミド等や、これらの上にガラスやポリエステル等の繊維を巻回したもの等を用いる。自己融着層３には厚さ１０〜１００μｍ程度のフェノキシ、エポキシ、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ナイロン等の熱可塑性樹脂を用いる。融着させるための加熱温度は絶縁被覆８の軟化温度よりも低い７５℃以上１５０℃以下とする。厚さは接着力を確保し、かつ熱伝導を損なわない程度の範囲としている。
【００１４】
超電導コイルに用いる絶縁被覆８を施した超電導線２の表面に自己融着層３を設けることにより得られた超電導線２は、超電導線２どうしが強固に固着されるため、超電導線２間の剥離が起らずクエンチを抑制できる。また、樹脂の含浸が必要なくなるため、工程数と製造時間を大幅に削減できる。
【００１５】
超電導コイルの内周面の曲面部には、シート状のガラス強化材および絶縁材を一層ずつ積層したものに樹脂を含浸させたプリプレグシート７を配置する。プリプレグシート７に含浸する樹脂は、例えばビスフェノールＡジグリシジルエーテル（ＢＰＡＤＧＥ）等のエポキシを主剤とし、硬化剤に無水フタル酸やジシアンジアミドを混合し、溶媒としてエタノール等を使用したものを使用する。そして、プリプレグシート７は、７５℃から１５０℃程度に加熱することにより、絶縁板５、絶縁板６を構成する部材と固着させることができる。このようにすることで積層されたシートが互いに接着され、一体化し、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）のような状態になり、それぞれの間で剥離が生じることを防ぐことができる。
【００１６】
プリプレグシート７を、７５℃から１５０℃程度に加熱する際はコイル全体を加熱する。このため、自己融着層３が軟化し、室温に戻した際に自己融着層３が硬化することにより、自己融着層３で超電導線２どうしが固着する。更に、自己融着層３とプリプレグシート７に含まれる樹脂がコイルを７５℃から１５０℃程度に加熱する際に混じり合い、自己融着層３とプリプレグシート７の混合層９が形成される。これは、自己融着層３とプリプレグシート７との間に圧力をかけることによって、熱可塑型の自己融着層３と熱硬化型の樹脂液を含むプリプレグシート７が接触する界面で、７５℃から１５０℃程度加熱した初期に、自己融着層３が溶解し、プリプレグシート７に含まれた樹脂液と混じるためである。なお、適切な厚さの混合層９を作成するためには、自己融着層３とプリプレグシート７との間にかける圧力は、例えば０．２〜０.５ＭＰａとすることが好ましい。この範囲よりも小さい圧力、大きい圧力をかけた場合でも一定の厚さの混合層を作成できるが、巻枠１に超電導線を巻きつけた際に超電導線が崩れ、超電導コイルがＭＲＩ装置の運用に十分な磁界を得られない可能性がある。そこで、十分な磁界を得られるように圧力を０．２〜０.５ＭＰａとすることが好ましい。
【００１７】
なお、各図では自己融着層３、混合層９の厚さ、プリプレグシート７の厚さが同じオーダーのように表わされているが、これは分かりやすさを重視した表現のためであり、実際には混合層９の厚さは自己融着層３、プリプレグシート７の厚さよりもかなり小さい。
【００１８】
表１、表２、表３に比較例及び実施例を示す。実験により、超電導コイルの巻枠１と超電導線２の間の接着強度は混合層９の厚さや自己融着層３を構成する樹脂の種類に依存することが分かった。なお、表１、表２、表３ではプリプレグシート７に含まれる樹脂として、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル（ＢＰＡＤＧＥ）のみを例示している。実験の結果、超電導コイルの巻枠１と超電導線２の間の接着強度のプリプレグシート７に含まれる樹脂への依存性は小さいことが判明しているため、プリプレグシート７に含まれる樹脂は、エポキシを主剤とする熱硬化性の樹脂であれば差し支えない。
【００１９】
比較例１では自己融着層３を構成する樹脂としてフェノキシを用い、プリプレグシート７が含む樹脂としてビスフェノールＡジグリシジルエーテルを用いた。しかし、混合層９は設けなかった。このとき、超電導コイルの巻枠１と超電導線２の間のせん断接着強度は２４ＭＰａであった。なお、本実施形態において、超電導コイルの巻枠１と超電導線２の間のせん断接着強度とは、「絶縁被覆８と自己融着層３の間のせん断接着強度、自己融着層３と混合層９の間のせん断接着強度、混合層９とプリプレグシート７の間のせん断接着強度、プリプレグシート７と絶縁板５（絶縁板６）の間のせん断接着強度のうちで最も小さい強度」を指す。
【００２０】
実施例１−１〜実施例１−７では自己融着層３を構成する樹脂としてフェノキシを用い、プリプレグシート７が含む樹脂としてビスフェノールＡジグリシジルエーテルを用いた。各実施例ではさらに厚さの異なる混合層９を設けた。超電導コイルの巻枠１と超電導線２の間のせん断接着強度を測定した（表１参照）。混合層９の厚さを１０ｎｍにしたとき、せん断接着強度６１ＭＰａであった。混合層９を厚くすれば厚くするほど、せん断接着強度は向上した。
【００２１】
比較例２では自己融着層３を構成する樹脂としてナイロンを用い、プリプレグシート７が含む樹脂としてビスフェノールＡジグリシジルエーテルを用いた。しかし、混合層９は設けなかった。このとき、超電導コイルの巻枠１と超電導線２の間のせん断接着強度は２１ＭＰａであった。
【００２２】
実施例２−１〜実施例２−４では自己融着層３を構成する樹脂としてナイロンを用い、プリプレグシート７が含む樹脂としてビスフェノールＡジグリシジルエーテルを用いた。各実施例ではさらに厚さの異なる混合層９を設けた。超電導コイルの巻枠１と超電導線２の間のせん断接着強度を測定した（表２参照）。混合層９の厚さを１０ｎｍにしたとき、せん断接着強度４３ＭＰａであった。混合層９を厚くすれば厚くするほど、せん断接着強度は向上した。
【００２３】
比較例３では自己融着層３を構成する樹脂としてポリイミドを用い、プリプレグシート７が含む樹脂としてビスフェノールＡジグリシジルエーテルを用いた。しかし、混合層９は設けなかった。このとき、超電導コイルの巻枠１と超電導線２の間のせん断接着強度は５ＭＰａであった。
【００２４】
実施例３−１〜実施例３−３では自己融着層３を構成する樹脂としてポリイミドを用い、プリプレグシート７が含む樹脂としてビスフェノールＡジグリシジルエーテルを用いた。各実施例ではさらに厚さの異なる混合層９を設けた。超電導コイルの巻枠１と超電導線２の間のせん断接着強度を測定した（表３参照）。混合層９の厚さを１０ｎｍにしたとき、せん断接着強度２０ＭＰａであった。混合層９を厚くすれば厚くするほど、せん断接着強度は向上した。
【００２５】
本方式では混合層９が所定以上の厚さになり、自己融着層３とプリプレグシート７に含まれる樹脂との分子が相互に絡み合い、超電導線２と絶縁板５、絶縁板６とが、自己融着層３、プリプレグシート７及び混合層９によって強固に接着される。これにより、超電導コイルにおける超電導線２と絶縁板５、絶縁板６の間の剥離を防止することができ、クエンチを大幅に低減することが可能となる。
【００２６】
自己融着層３を構成する樹脂がフェノキシ、ナイロン、ポリイミドのいずれであっても、混合層９の厚さを大きくすればするほど、超電導コイルの巻枠１と超電導線２の間のせん断接着強度は向上する。なお、実験結果によれば混合層９を少なくとも１０ｎｍ以上にすれば、混合層９を設けない場合と比較して、せん断接着強度は２倍以上向上することが分かった。また、混合層９を少なくとも３０ｎｍ以上にすれば、混合層９を設けない場合と比較して、せん断接着強度は３倍以上向上することが分かった。また、混合層９を少なくとも１００ｎｍ以上にすれば、混合層９を設けない場合と比較して、せん断接着強度は４倍以上向上することが分かった。なお、表には示していないが、エポキシ、ポリアミド、ポリエステルなどの他の熱可塑性樹脂でも同様の傾向があることが分かっている。
【００２７】
さらに、超電導コイルの巻枠１と超電導線２の間のせん断接着強度の絶対値に着目すると、以下のように分析できる。
【００２８】
＜強度Ａ＞
（１）自己融着層３を構成する樹脂にフェノキシを用い、混合層９の厚さを１０ｎｍ以上にした場合、（２）自己融着層３を構成する樹脂にナイロンを用い、混合層９の厚さを２５ｎｍ以上にした場合、超電導コイルの巻枠１と超電導線２の間のせん断接着強度が６０ＭＰａ以上となる。
【００２９】
＜強度Ｂ＞
（１）自己融着層３を構成する樹脂にフェノキシを用い、混合層９の厚さを２０ｎｍ以上にした場合、（２）自己融着層３を構成する樹脂にナイロンを用い、混合層９の厚さを１００ｎｍ以上にした場合、超電導コイルの巻枠１と超電導線２の間のせん断接着強度が８０ＭＰａ以上となる。
【００３０】
＜強度Ｃ＞
自己融着層３を構成する樹脂にフェノキシを用い、混合層９の厚さを５０ｎｍ以上にした場合、超電導コイルの巻枠１と超電導線２の間のせん断接着強度が１００ＭＰａ以上となる。
【００３１】
【表１】
2015194576.tif 000003
【００３２】
【表２】
2015194576.tif 000004
【００３３】
【表３】
2015194576.tif 000005
【００３４】
また、プリプレグシート７の効果は、シート状のものを貼り付けるため、巻枠１の内周面に倣った形状を作ることができ、隙間が生じない構造にすることができる。それに加え、このように複数の材料を組み合わせることにより、部材界面の接着力や部材自体の線膨張係数や伝熱抵抗を制御することができ、後述するようなスペーサに必要な特性を持った、好適な部材を形成できる。
【００３５】
一方、巻枠１のフランジ側の平面に形成される絶縁板５には、予め成型したＦＲＰを配置してもよい。このＦＲＰの構成材料は、前述したシート状の部材と同等の特性を持つ材料とする。
【００３６】
このように圧力を負荷して成型したＦＲＰは、樹脂の含有量を調整することができ、また、樹脂の間にボイドが入ることを防げるため密着性が向上し、高強度にでき、厚さなども調整しやすい。
【００３７】
このため、絶縁板の特性を安定化させることができる。また、製作時の扱いも容易であるため、組立工程を短縮でき、コストを低減することができる。
【００３８】
絶縁板５、絶縁板６は、室温から極低温（液体ヘリウム温度：４.２Ｋ）までの熱ひずみが、超電導線２の熱ひずみ−０.４％に対して、±０.１％の−０.３〜−０.５％となるように絶縁材と強化材とを構成するとよい。
【００３９】
一般的に超電導コイルの含浸に用いる樹脂のヤング率は１０ＧＰａ程度で、含浸不良などで０.１ｍｍ程度の欠陥が存在する可能性を考慮すると、樹脂の強度は１０〜２０ＭＰａ程度となることが予想される。そのため超電導線２と絶縁板５、絶縁板６との間で０.１％〜０.２％の熱ひずみが発生すると、含浸樹脂の割れが生じて発熱したり、励磁時に部材間の剥離が発生して発熱が起こり、クエンチの要因となる可能性がある。
【００４０】
そのため、このように絶縁板５、絶縁板６の熱ひずみを超電導線２に対して±０.１％以下に調整し、熱ひずみ差を制御することにより、含浸樹脂の割れを防ぎ、クエンチの原因となる発熱を抑制することができる。例えば、絶縁材としてポリイミドのフィルムを用いる場合には、室温から極低温で発生する熱ひずみは、それぞれガラスは−０.１５％、ポリイミドのフィルムは−０.６％であるため、ガラスとポリイミドのフィルムとの比率が決まり、ガラスが１に対して、ポリイミドのフィルムは０.５以上３.５以下となる。
【００４１】
このような構造にすることにより、超電導コイルを冷却した場合でも、超電導線２と絶縁板５、絶縁板６とが一体となったままで変位し、超電導導体での発熱を避けることができる。
【００４２】
超電導コイルの磁場強度は、コイルの形状、大きさ、構造により異なるが、本構造では、自己融着層３により超電導線間を固着しているため、自己融着層３の強度以下で使用することが好ましい。
【００４３】
自己融着層３の強度は、一般的に１００〜２００ＭＰａ程度なので、それ以下となるような条件で設計される。
【００４４】
安全率を２倍取ると考えると、５０ＭＰａ以下が適当である。より厳しい条件で用いられる場合でも１００ＭＰａ以上で用いることは現実的ではないため、上限は１００ＭＰａ程度と考えられる。
【００４５】
絶縁板５、絶縁板６の伝熱抵抗を大きくするほど伝熱量は小さくなるため、超電導コイルを高磁場で使用する場合は、超電導コイルに用いる絶縁材は伝熱抵抗を大きくする必要がある。しかし、絶縁材を増やしすぎるとコイル全体の剛性が低くなり、また、コスト上昇にもつながってしまう。そのため、磁場に応じて適正な絶縁抵抗を設定する必要がある。巻枠１と絶縁板５、絶縁板６との間で部材間の剥離発熱が生じた場合、発熱は巻枠１と絶縁板５、絶縁板６とに伝熱するが、その量はそれぞれの伝熱抵抗により決まる。
【００４６】
巻枠１は、一般的にステンレス鋼を用いて製作されることが多いため、ここではこのような構造について説明する。
【００４７】
絶縁板５、絶縁板６の厚さを変えた時の伝熱抵抗と限界入熱量との関係は、ほぼ線形の関係となる。コイルの仕様をもとに発熱量を推定し、それに応じて伝熱抵抗を設定するとよい。磁場を増加させた場合、線材の温度裕度が低下するため、それを考慮した伝熱抵抗とする。
【００４８】
このように超電導線２と巻枠１との間の部材間の剥離部に接着強度が高い自己融着層３、プリプレグシート７、十分大きな伝熱抵抗をもつ、熱ひずみを調整した絶縁板５、絶縁板６を挿入することにより、高磁場を発生する負荷の大きい超電導コイルにおいても、クエンチのない安定した状態で使用することができる。
【００４９】
このような超電導コイルの全体を、超電導線２を超電導転移温度以下の温度に保つために、液体ヘリウムなどの極低温の液体中に浸漬させる。このように冷却することにより超電導コイルが超電導状態となり、そこに電流を流すことにより磁場を発生させる。
【００５０】
このように極低温下においては、各部材の比熱が著しく小さくなるため、わずかな発熱で超電導状態から常電導状態に転移するクエンチが生じる可能性がある。
【００５１】
極低温下の超電導コイルでクエンチが生じる原因としては機械的擾乱が挙げられる。超電導コイルを含浸している樹脂の割れや、超電導コイルを構成している部材どうし、あるいは、その周辺の部材との間で相対的変位が発生した場合の部材間の剥離などの機械的擾乱が起こると、それに伴い発熱が生じクエンチを引き起こす。
【００５２】
このような樹脂の割れや部材間の剥離は、超電導コイルを冷却することにより、超電導コイルを構成する各部材が熱収縮し、それぞれ収縮率が異なるため、自己融着層３が熱応力により割れて、構成部材間で剥離が生じ、さらに励磁時に電磁力を受けることにより、剥離が進展し、構成部材間で相対的な変位が生じるために起こると考えられる。
【００５３】
なお、超電導線２を巻枠１に巻きつける際に電磁力を受けた場合の対策の一つとして、超電導線２に張力が残り、巻枠１に対して滑らないように、予め一定以上の張力を負荷した状態で巻き付ける方法を採用してもよい。
【００５４】
図２は角線を用いた超電導コイルの断面拡大図である。図１の一部を拡大した図２の超電導コイルは、超電導線２、自己融着層３、絶縁被覆８、絶縁板５、プリプレグシート７、混合層９を有する。
【００５５】
図３は丸線を用いた超電導コイルの断面拡大図である。超電導コイルは、図２の角線の場合と同様に、超電導線２、絶縁被覆８、自己融着層３、混合層９、プリプレグシート７、絶縁板６を有する。
【００５６】
ＭＲＩ装置には、オープン型とトンネル型の２種類があり、本実施形態の超電導コイルを用いると、どちらのＭＲＩ装置においてもクエンチ発生を抑止できる。特にオープン型では上下に超電導コイルを配置するため、筒状にコイルを配置するトンネル型に比べて超電導コイルに加わる磁場によるせん断応力が大きくなる。このため、超電導コイルを形成する部材間の剥離や樹脂の割れによるジュール熱によってクエンチ発生の可能性が高まるので、接着力向上によりクエンチ発生を抑止する本実施形態の効果は高い。本実施形態の採用により、ＭＲＩ装置でのクエンチ発生率を１％未満にまで低減することができる。
【００５７】
図４を用いて、磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置という）を説明する。
【００５８】
ＭＲＩ装置２０は、一対の静磁場発生部２１と、連結部材２２を有し、これらは垂直方向を指す中心軸Ｚが回転対称軸となるように連結される。一対の静磁場発生部２１と連結部材２２により形成された空間を撮像領域２３という。この撮像領域２３を挟むようにして傾斜磁場発生部２４が存在する。また、ＭＲＩ装置２０は、被検体２５を載せるベッド２６と、ベッド２６に載せられた被検体２５を撮像領域２３へ搬送する搬送手段２７を有する。
【００５９】
一対の静磁場発生部２１は、実施例１で説明した超電導コイルを備えており、この超電導コイルにより静磁場を発生する。
【００６０】
さらに、ＭＲＩ装置１０は、図４の全体斜視図に表わされない他の構成要素として、被検体２５にＮＭＲ現象を発現させる共鳴周波数の電磁波を撮像領域２３に向けて照射するＲＦ発振部（ＲＦ；Radio Frequency）２８と、ＮＭＲ現象が発現し水素原子核のスピンの状態が変化する際に放出される応答信号を受信する受信コイル２９と、ＭＲＩ装置１０の各部を制御する制御装置３０、受信した信号を処理して解析を行う解析装置３１を備える。
【００６１】
そして、静磁場発生部２１は、撮像領域２３に均一な静磁場（均一磁場）を発生させるものであって、傾斜磁場発生部２４は、撮像領域２３における磁場強度が傾斜するように均一磁場に対して傾斜磁場を重畳させるものである。このように構成されることによりＭＲＩ装置１０は、撮像領域２３の関心領域（通常１ｍｍ厚のスライス面）だけにＮＭＲ現象を発現させて、被検体２５の断層を画像化するものである。
【００６２】
傾斜磁場発生部２４は、一対の静磁場発生部２１の対向面にそれぞれ設けられた一対の収容空間に配置されている。この傾斜磁場発生部２４は、ＭＲＩ装置２０の動作時に撮像領域２３の直交する三方向に対し、任意に切り替えて、傾斜磁場を重畳させるものである
このように撮像領域２３における磁場の強度が、直交する三方向に任意に切り替わって傾斜することにより、ＮＭＲ現象が発現する三次元位置が明らかになる。
【００６３】
ここでは垂直磁場型のＭＲＩ装置を例示して説明したが、図示しない水平磁場型のＭＲＩ装置でも本実施形態の構成を利用可能である。
【００６４】
図５は、超電導線の断面図である。図５に示されているように、超電導線は、超電導原料１０、金属シース１１、金属シース１１を覆う絶縁被覆１２、自己融着層１３、樹脂の混合層１４、プリプレグシート１５、絶縁体１６から成る。
【００６５】
図１〜図３では、超電導コイルを主体とした発明とした説明をしてきたが、図４では「自己融着層１３、樹脂の混合層１４、プリプレグシート１５を備えた超電導線」として発明を説明する。
【００６６】
本実施形態の金属シース超電導線では、金属シース１１中に少なくとも１個以上の超電導原料１０がフィラメント状に埋め込まれた構造を有している。また、超電導線材の形状としては、丸型もしくは、角型、テープ形状、もしくは、これら丸線を撚り合わせた集合形状のものとすることができる。
【００６７】
超電導原料１０としては、ＮｂＴｉ、ＭｇＢ2や、酸化物超電導体、有機超電導体等、幅広い範囲から選択することが可能である。
【００６８】
金属シース１１としては、具体的には、純Ｆｅ、純Ｎｉ、純Ｃｕ等の金属管が好ましい。金属シース１１の表面には絶縁被覆１２が施され、さらにこの絶縁被覆１２表面上には、自己融着層１３を設ける。絶縁被覆１２には厚さ１０〜１００μｍ程度のポリビニルホルマール、エポキシ、ポリイミド、ポリアミドイミド等や、これらの上にガラスやポリエステル等の繊維を巻回したもの等を用いる。自己融着層１３には厚さ１０〜１００μｍ程度のフェノキシ、エポキシ、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド、ナイロン等の熱可塑性樹脂を用いる。融着させるための加熱温度は絶縁被覆８の軟化温度よりも低い７５℃以上１５０℃以下とする。厚さは接着力を確保し、かつ熱伝導を損なわない程度の範囲としている。
【００６９】
自己融着層１３の外側に形成されるプリプレグシート１５に含浸する樹脂は、例えばビスフェノールＡジグリシジルエーテル等のエポキシを主剤とし、硬化剤に無水フタル酸やジシアンジアミドを混合し、溶媒としてエタノール等を使用したものを使用する。そして、超電導線全体を７５℃から１５０℃程度に加熱することにより、プリプレグシート１５は、プリプレグシート１５の外側に形成される絶縁体１６と固着させることができる。このようにすることで積層されたシートが互いに接着され、一体化し、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）のような状態になり、それぞれの間で剥離が生じることを防ぐことができる。
【００７０】
プリプレグシート１５の外側に形成される絶縁体１６は、ガラス繊維からなる強化材と伝熱抵抗を高くするために熱伝導率が低い絶縁材とを積層して構成する。絶縁材には厚さの調整が容易で、樹脂などで含浸させることもできることからポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミドなどが適している。
【００７１】
また、超電導線全体を７５℃から１５０℃程度に加熱する際に、自己融着層１３とプリプレグシート１５に含まれる樹脂が混じり合い、自己融着層１３とプリプレグシート１５に含まれる樹脂の混合層１４が形成される。これは、熱可塑型の自己融着層１３と熱硬化型の樹脂液を含むプリプレグシート１５が接触する界面で、超電導線を７５℃から１５０℃程度加熱した初期に、自己融着層１３が溶解し、プリプレグシート１５に含まれた樹脂液と混じるためである。
【００７２】
本方式では混合層１４が所定以上の厚さになり、自己融着層１３とプリプレグシート１４に含まれる樹脂との分子が相互に絡み合い、金属シース１１と絶縁体１６とが、自己融着層１３とプリプレグシート１５、およびそれらの樹脂の混合層１４によって強固に接着される。これにより、超電導線における金属シース１１と絶縁体１６間の剥離を防止することができ、クエンチを大幅に低減することが可能となる。
【符号の説明】
【００７３】
１…巻枠、２…超電導線、３…自己融着層、５…絶縁板、６…絶縁板、
７…プリプレグシート、８…絶縁被覆、９…混合層、
１０…超電導原料、１１…金属シース、１２…絶縁被覆、１３…自己融着層
１４…混合層、１５…プリプレグシート、１６…絶縁体
２０…ＭＲＩ装置、２１…一対の静磁場発生部、２２…連結部材、
２３…撮像領域、２４…傾斜磁場発生部、２５…被検体、２６…ベッド
２７…搬送手段、２８…ＲＦ発振部、２９…受信コイル、
３０…制御装置、３１…解析装置
【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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【国際調査報告】
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