(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板形状の超電導体から切り出され接続部を有することなく閉回路を構成する閉回路超電導導体を巻回してなる永久電流超電導コイルにおいて、
前記閉回路超電導導体は、基板層と、前記基板層上に形成された超電導体層と、前記超電導体層上に形成された安定化層とを有し、前記超電導体層は前記閉回路超電導導体の厚さ方向のひずみの中立軸線近傍に配置されていることを特徴とする永久電流超電導コイル。
【請求項２】
前記閉回路超電導導体の幅と形状は必要とされる臨界電流値に従って決定されていること特徴とする請求項１記載の永久電流超電導コイル。
【請求項３】
前記超電導体層はYBCOからなることを特徴とする請求項１又は２記載の永久電流超電導コイル。
【請求項４】
前記閉回路超電導導体の一部に超電導状態と常電導状態を移行制御するスイッチ機構を具備し、前記スイッチ機構の両端を通じて電流源から励磁するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の永久電流超電導コイル。
【請求項５】
前記スイッチ機構は加熱手段を有することを特徴とする請求項４記載の永久電流超電導コイル。
【請求項６】
前記閉回路超電導導体の前記スイッチ機構に対応する部分の単位長さ当りの常電導状態抵抗値が他の部分の抵抗値よりも高いことを特徴とする請求項４記載の永久電流超電導コイル。
【請求項７】
請求項１ないし６いずれかに記載の永久電流超電導コイルと、この永久電流超電導コイルを冷却する冷却手段とを備えていることを特徴とする永久電流超電導マグネット。
【請求項８】
前記冷却手段は、熱伝導により前記永久電流超電導コイルを冷却する冷凍機を備え、前記永久電流超電導コイルを30K以上80K以下の温度に保つようにしたことを特徴とする請求項７記載の永久電流超電導マグネット。
【請求項９】
前記冷却手段は、冷媒容器に貯留され前記永久電流超電導コイルを浸漬する液体窒素であることを特徴とする請求項７記載の永久電流超電導マグネット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医用、半導体製造、宇宙等の分野における超電導機器に使用される永久電流超電導コイルおよびマグネットに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）や半導体結晶引上装置においては、安定した高磁界の得られる永久電流超電導コイルあるいはマグネットが用いられている。図１２は、従来の永久電流超電導コイルの構成を示す図である。図示のように、超電導線を用いて永久電流超電導コイルを作る場合には、口出線１ａ，１ｂを接続する接続部２ａが必要である。また、超電導コイル１を励磁するための永久電流スイッチ３を接続する場合には接続部２ｂが必要となる（下記特許文献１参照）。
【０００３】
良好な電流維持性能を得るためには、接続部２ａ，２ｂを超電導接続する必要があるが、特定の超電導体以外、特に酸化物超電導体は超電導接続する技術がいまだ開発されていないため、酸化物超電導体を用いた永久電流超電導コイルは実現されていない。酸化物超電導体は臨界温度が高いため冷却設備を簡略化でき、この酸化物超電導体を用いた永久電流超電導コイルおよびマグネットは強く待望されている。
【特許文献１】特開昭６０−１５７２０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、酸化物超電導体を用いた場合にも接続部に起因する電流減衰のない永久電流超電導コイルおよびマグネットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係る永久電流超電導コイルは、薄板形状の超電導体から切り出され接続部を有することなく閉回路を構成する閉回路超電導導体を巻回してなる永久電流超電導コイルにおいて、前記閉回路超電導導体は、基板層と、前記基板層上に形成された超電導体層と、前記超電導体層上に形成された安定化層とを有し、前記超電導体層は前記閉回路超電導導体の厚さ方向のひずみの中立軸線近傍に配置されていることを特徴とする。
さらに、本発明に係る永久電流超電導マグネットは、上記永久電流超電導コイルと、この永久電流超電導コイルを冷却する冷却手段とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、酸化物超電導体を用いた場合にも接続部に起因する電流減衰のない永久電流超電導コイルおよびマグネットを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の第１ないし第４の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、本発明は、下記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施しうるものである。
【０００８】
（第１の実施の形態）
本実施の形態においては、薄板形状の超電導体から切り出した図１に示すような長方形枠状の閉回路超電導導体４を用いる。この閉回路超電導導体４を、巻き始め部５から巻き終り部６まで巻回することによって図２に示すように、要素コイル７と要素コイル８の２つのコイルからなる永久電流超電導コイルを作製する。この構成では、永久電流超電導コイルは、要素コイル７，８の磁場の向き９は反対方向となる。そこで、１方のコイルを反転、例えば図３に示すように要素コイル８の向きを反転させることによって同じ磁場の向き９を有する永久電流超電導コイル１を構成する。
【０００９】
なお、閉回路超電導導体４の形状を図４に示すようにくし状にすることによって、２つより多い数の要素コイルからなる永久電流超電導コイルを構成することができる。また、図１に示す巻き始め部５、巻き終り部６のように、閉回路の形状を変形させることによって閉回路超電導導体４の巻回や、要素コイルの反転を容易に行うことができる。また、温度や磁場の使用条件にしたがって閉回路超電導導体４の幅を変化させることによって臨界電流値を調整することができる。  
本実施の形態によれば、閉回路超電導導体４を用いることによって、接続部がなく、接続抵抗による電流減衰のない永久電流超電導コイルを提供することができる。
【００１０】
（第２の実施の形態）
本実施の形態においては、図５に示すような断面構成の閉回路超電導導体４を用いる。一般に超電導体は、許容値以上のひずみが加わると臨界電流が劣化する特性がある。本実施の形態においては、超電導体層１０は、ハステロイやＮｉ−Ｗ合金からなる基板層１１と銅や銀からなる安定化層１２に挟まれひずみの中立軸線上近傍に配置されているため、閉回路超電導導体４の曲げ変形に対して強い構成となっており、図３に示したように要素コイル８を反転させる場合など、永久電流超電導コイルを構成する際に大きな曲げ変形がかかる場合においても閉回路超電導導体４が劣化は少ない。また、超電導体層１０の材質としては、臨界電流密度が大きいYBCO（イットリウム、ホウ素、炭素および酸素を主成分とする酸化物超電導体）は、薄い層でも十分な電流を流すことが可能であるので、超電導体層１０を中立軸線の近傍のみに配置することが可能で、本実施の形態に特に適している。
【００１１】
本実施の形態によれば、超電導体層１０が厚さ方向の中立軸線上近傍に配置されているため、曲げ変形に強い閉回路超電導導体４が得られ、臨界電流値が大きく高品質な永久電流超電導コイルを提供することができる。
【００１２】
（第３の実施の形態）
本実施の形態の永久電流超電導コイルを図６に示す。すなわち、超電導コイルの一部に超電導状態および常電導状態の転移を制御するスイッチ機構１３を具備させて、その両端を通じて電流源１４から励磁するようにした構成である。常電導状態と超電導状態の転移を制御する方法としてはヒーター等の加熱手段１５を用いる。スイッチ機構１３は、常電導転移時の抵抗が大きいほど励消磁が容易になるので、図７に示すように、スイッチ機構１３の部分の閉回路超電導導体４には安定化層１２を設けない構成にして、高抵抗化させる。
【００１３】
本実施の形態によれば、閉回路超電導導体４を用いた超電導コイルの一部にスイッチ機構１３を具備させ、その両端を通じて電流源１４から通電するので、励消磁が容易な永久電流超電導コイルを提供することできる。また、スイッチ機構１３として加熱手段を用いたり、閉回路超電導導体４のスイッチ機構１３に対応する部分の安定化層１２を除去し常電導状態を高抵抗化させることでより容易に励消磁が可能な永久電流超電導コイルを提供することができる。
【００１４】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態である永久電流超電導マグネットを図８に示す。すなわち、永久電流超電導マグネットは、閉回路超電導導体４およびスイッチ機構１３等で構成された永久電流超電導コイル１６と、永久電流超電導コイル１６を包囲する輻射シールド１９と、輻射シールド１９を包囲する真空容器２０と、真空容器２０に取り付けられ冷却端が輻射シールド１９内に貫入した冷凍機１７と、冷凍機１７の冷却端と永久電流超電導コイル１６の間に設けられた銀や銅のブロックからなる伝熱手段１８から構成されている。
【００１５】
本実施の形態の永久電流超電導マグネットは、図９に示すように永久電流超電導コイル１６を冷媒容器２２の中に設置し、冷媒２１で冷却する構成としてもよい。閉回路超電導導体４を構成する超電導体層１０の材質として、YBCO等の高温超電導体を用いた場合、30K以上80K以下の温度においても実用的な臨界電流特性が得られる。したがって、図１０に示すような単段冷凍機２３を用いた単純な構成が可能となる。また図１１に示すように冷媒として液体窒素２４を用いた構成としてもよい。
【００１６】
本実施の形態によれば、閉回路超電導導体４を用いた永久電流超電導コイル１６を用いることで、電流維持性能が高い永久電流超電導マグネットを提供することが可能であり、閉回路超電導導体４を構成する超電導体層１０の材質としてYBCO等の高温超電導体を選択することによって、構造が単純で信頼性の高い永久電流超電導マグネットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態の永久電流超電導コイルを構成する閉回路超電導導体を示す平面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の永久電流超電導コイルの製作途中の状態を示す斜視図。
【図３】本発明の第１の実施の形態の永久電流超電導コイルを示す斜視図。
【図４】本発明の第１の実施の形態の永久電流超電導コイルを構成する閉回路超電導導体の他の例を示す平面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態の永久電流超電導コイルを構成する閉回路超電導導体を示す断面図。
【図６】本発明の第３の実施の形態の永久電流超電導コイルを示す斜視図。
【図７】本発明の第３の実施の形態の永久電流超電導コイルを構成する閉回路超電導導体を示す断面図。
【図８】本発明の第４の実施の形態の永久電流超電導マグネットを示す断面図。
【図９】本発明の第４の実施の形態の永久電流超電導マグネットの第１の変形例を示す断面図。
【図１０】本発明の第４の実施の形態の永久電流超電導マグネットの第２の変形例を示す断面図。
【図１１】本発明の第４の実施の形態の永久電流超電導マグネットの第３の変形例を示す断面図。
【図１２】従来例の永久電流超電導コイルの構成を示す結線図。
【符号の説明】
【００１８】
１…超電導コイル、１ａ，１ｂ…口出線、２ａ，２ｂ…接続部、３…永久電流スイッチ、４…閉回路超電導導体、５…巻き始め部、６…巻き終り部、７，８…要素コイル、９…磁場の向き、１０…超電導体層、１１…基板層、１２…安定化層、１３…スイッチ機構、１４…電流源、１５…加熱手段、１６…永久電流超電導コイル、１７…冷凍機、１８…伝熱手段、１９…輻射シールド、２０…真空容器、２１…冷媒、２２…冷媒容器、２３…単段冷凍機、２４…液体窒素。
【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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