(57)【要約】      （修正有）【課題】焼成反応が必要な超電導コイルに伝導冷却部材の設置または熱良導体によるボビンへの受け替えを容易にし、かつ、焼成後の線材の巻崩れを防止することで、均一な磁場分布と安定な超電導状態の温度を維持することが可能な超電導磁石装置、これを利用した磁気共鳴イメージング装置を提供する。【解決手段】超電導磁石装置は、円環状の超電導コイルと、超電導コイルを冷却する冷凍機とを有する。超電導コイルは、複数ターン巻き回された超電導線材１７と、異なるターン間で超電導線材１７を互いに固定する接着剤１８とを構成に含む。超電導線材１７は、超電導材料が焼結された部材であって、かつ超電導転移温度が２５Ｋ以上の部材である。接着剤１８は、硬化温度が超電導線材１７の焼成温度よりも低く、軟化温度が超電導線材１７の焼成温度よりも高い。【選択図】図１
2017046987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状の超電導コイルと、
前記超電導コイルを冷却する冷凍機と、を有し、
前記超電導コイルは、
複数ターン巻き回された超電導線材と、
異なるターン間で前記超電導線材を互いに固定する接着剤と、を構成に含み、
前記超電導線材は、超電導材料が焼結された部材であって、かつ超電導転移温度が２５Ｋ以上の部材であって、
前記接着剤は、硬化温度が前記超電導線材の焼成温度よりも低く、軟化温度が前記超電導線材の焼成温度よりも高い
超電導磁石装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超電導磁石装置であって、
前記超電導コイルの内径側に配置された筒状部と、
前記筒状部から円環状に張り出したフランジ部と、
を備え、
前記超電導コイルは、前記フランジ部および前記筒状部から支持される
超電導磁石装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超電導磁石装置であって、
前記フランジ部は前記筒状部に対して着脱自在に取り付けられた
超電導磁石装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超電導磁石装置であって、
前記フランジ部を前記筒状部に対して、前記筒状部の軸方向から締結した締結具を有する
超電導磁石装置。
【請求項５】
請求項４に記載の超電導磁石装置であって、
前記締結具は、前記フランジ部に対して前記軸方向に押圧を印加する弾性部を有する
超電導磁石装置。
【請求項６】
請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の超電導磁石装置であって、
前記フランジ部は、前記筒状部よりも高い熱伝導率の材料から形成された部分を有する
超電導磁石装置。
【請求項７】
請求項２から請求項６のいずれか1項に記載の超電導磁石装置であって、
前記フランジ部と前記超電導コイルとの間に設置された伝熱冷却部材と、
前記伝熱部材と前記冷凍機とを接続する伝熱パス部材と、
を備える
超電導磁石装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の超電導磁石装置を静磁場装置として備える磁気共鳴イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超電導磁石装置、それを用いた磁気共鳴イメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開平８―３１６０２２号広報（特許文献１）がある。この広報には、超電導線に無機絶縁層あるいは無機化する絶縁層を被覆して絶縁導線を生成し、この絶縁導線をボビンに巻き回して巻線部を形成した後、熱処理を加えて焼成される超電導コイルにおいて、焼成温度で軟化または溶融するアルミニウム、あるいはアルミニウム合金等の固着材を絶縁導線の巻回時に巻線部に巻き込んでコイルを生成する技術が示されている。
【０００３】
また、本技術分野の背景技術として、特開昭６２−１９６８２号広報（特許文献２）がある。この広報には、分割構造のボビンと巻線との間に薄肉の巻枠を設置して焼成し、樹脂含浸して硬化する技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３１６０２２号広報
【特許文献２】特開昭６２−１９６８２号広報
【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の場合、焼成反応時に固着材がボビンにも固着するため、焼成反応後、ボビンと線材との熱収縮率の違いにより、せん断が生じて常伝導転移の原因となることが考えられる。また、コイルに対して冷却部材を設置する場合に、巻線がボビンから露出している部分のみ設置可能のため、ボビンと巻線の間に設置、または、ボビンそのものを熱良導体の金属製に交換することが難しく、ひいては超電導コイルを安定的に運転温度で維持することが困難になるおそれも考えられる。
【０００６】
また、特許文献２が示すように、分割構造のボビンと薄い巻枠による二重構造は、焼成時は線材間が固定されていないため、焼成後の工程で巻崩れが生じる可能性が考えられる。また、モールド後に冷却部材を設置する場合には、薄い巻枠の外側に設置する必要があり、伝導冷却経路の熱抵抗の原因となることが考えられる。
【０００７】
このように、従来技術では、超電導線材を巻き回し後に高温で焼成反応が必要な超電導コイルにおいて、焼成時または焼成後に巻線を一体化することはできるが、伝導冷却の為の冷却部材の設置に制限、または、線材巻崩れの原因となる場合が考えられた。
そこで、本発明は、焼成後の線材の巻崩れを抑制し、安定的に運転温度を維持することが可能な超電導磁石装置、これを利用した磁気共鳴イメージング装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する為に、本発明は様々な実施形態が検討されるが、その一例として本発明の超電導磁石装置は、円環状の超電導コイルと、前記超電導コイルを冷却する冷凍機と、を有し、前記超電導コイルは、複数ターン巻き回された超電導線材と、異なるターン間で前記超電導線材を互いに固定する接着剤と、を構成に含み、前記超電導線材は、超電導材料が焼結された部材であって、かつ超電導転移温度が２５Ｋ以上の部材であって、前記接着剤は、硬化温度が前記超電導線材の焼成温度よりも低く、軟化温度が前記超電導線材の焼成温度よりも高いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、焼成反応が必要な超電導コイルに伝導冷却部材の設置または熱良導体によるボビンへの受け替えを容易にし、かつ、焼成後の線材の巻崩れを防止することで、均一な磁場分布と安定な超電導状態の温度を維持することが可能な超電導磁石装置、これを利用した磁気共鳴イメージング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第1実施形態である超電導コイルの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態であるMRI装置の摸式外観斜視図である。
【図３】本発明の実施形態であるMRI装置の他の方式を示す摸式外観斜視図である。
【図４】本発明の第1実施形態であるMRI装置に使用される、超電導コイルと伝熱冷却部材の配置構成を示す部分断面時である。
【図５】本発明の第１実施形態である超電導コイルの焼成反応後の構造を示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態である超電導コイルの焼成前の状態を示す断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態である超電導コイルの焼成後の状態を示す断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態である超電導コイルの焼成後の状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に関し、その技術的意義を説明する。
【００１２】
超電導磁石装置は、極低温に冷却された超電導材質からなるコイルに電流を通電し、所望の磁場を発生させる装置である。超電導材質はある一定の温度以下となった場合に電気抵抗がゼロとなる物質であり、通常の常温での導電性金属よりも大きな電流を通電できるため、強い磁場が必要な装置、特に、磁気共鳴イメージング装置(以下、MRI装置という)等に使用されている。
【００１３】
MRI装置は、均一な静磁場中に置かれた被検体に高周波パルスを照射したときに生じる核磁気共鳴現象を利用して、被検体の物理的、化学的性質を示す断面画像を得る装置であり、特に、医療用として用いられている。
【００１４】
MRI装置は、主に被検体が挿入される撮像空間に均一な静磁場を生成する磁石装置と、撮像空間に位置情報を付与するために空間的に強度が勾配した磁場をパルス状に発生させる傾斜磁場コイル、被検体に高周波パルスを照射するRFコイル、被検体からの磁気共鳴信号を受信する受信コイル、および、受信した信号を処理して画像を表示するコンピュータシステムから構成されている。
【００１５】
MRI装置の主な性能向上の手段として、磁石装置が発生する静磁場の強度の向上がある。静磁場がより強い程、鮮明な画像が得られるため、MRI装置は磁場強度の向上を指向して開発が続けられている。特に、0.5テスラ以上の静磁場強度を有するMRI装置においては、超電導コイルを用いた磁石装置が主流となっている。
【００１６】
超電導コイルは、極低温に冷却すると電気抵抗がゼロとなる超電導物質でコイルを生成しているが、その温度は、材質により異なるものの、絶対温度で4ケルビンから77ケルビンまで冷却する必要がある。このため、現在一般的なMRI装置に使用されている超電導コイルの材質である、ニオブ・チタン材による超電導コイルは、4ケルビンに冷却した状態を保持するため、液体のヘリウム中に浸されている。
【００１７】
また、ヘリウムが液体状態を保持するため、超電導コイルと液体ヘリウムはヘリウム容器とよばれる金属容器とそれを取り囲み輻射による伝熱を遮蔽する輻射シールド、および、内部を真空状態として外部からの熱伝導による熱侵入を低減する真空容器内に収められている。さらに、冷凍機によって液体ヘリウムの蒸発を抑えることにより極低温の状態を保持している。
【００１８】
液体ヘリウムは収集することが困難であるために高価であり、また、装置の小型化の要請からも、液体ヘリウムの使用量を低減または使用しないMRI装置の開発が進められている。液体ヘリウムを使用しない方法の一つとして、冷凍機から固体熱伝導物質を介して冷却される伝導冷却型の超電導コイルの採用がある。特に、超電導状態となる温度が、熱の良導体である銅の熱伝導率が最大となる20ケルビン以上の超電導物質を線材に使用できれば好適である。このような超電導物質にニホウ化マグネシウム(MgB2)材がある。
【００１９】
これを超電導線材として使用する為に600℃以上の高温で熱処理、すなわち、焼成反応を必要とする。焼成反応後の線材は脆くなるため、コイルに巻くと通電性能が低下する場合がある。これを避けるため、焼成反応前の線材をボビンに巻き回した後に、ボビンと一緒に高温で焼成することにより、コイル化する方法がある。
【００２０】
焼成反応では線材が超電導化するが、巻き回した線材同士は互いに独立であるために、通電中に電磁力や熱応力によって摩擦熱が生じて常伝導転移を引き起こす可能性がある。常伝導転移はコイルの電流を失わせるため、結果として大きな電流を流すことが困難となる。また、素線間の熱抵抗が大きいために伝導方式でコイルを均一に冷却することが困難となる。
【００２１】
以降で説明する本構成の超電導コイルによれば、製作過程に高温による焼成反応が必要な超電導コイルにおいて、焼成反応後に巻崩れが生じにくい超電導磁石装置を提供できる。また、焼成反応時に巻線を一体としつつも巻線とボビンが固着することを防ぎ、焼成反応後の冷却部材の設置工程、ボビンの交換工程、または、樹脂モールド工程における線材の巻崩れを抑制することが可能になる。このように巻崩れする可能性を抑制することによって、伝導冷却部材の設置が容易になるとともに、巻崩れに伴う磁場精度の劣化を防ぐことができる。その結果、除熱手段である冷凍機の消費電力が抑えられ、かつ、安定な磁場発生状態を維持できる超電導磁石装置、および、それを用いたMRI装置を実現することができる。
【００２２】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２３】
図２に示すように、一般的なMRI装置は、超電導コイルからなる円筒状の磁極1を有しており、撮像空間2に矢印3で示す方向に静磁場を発生する。被検者4は可動式のベッド5によって、撮像空間3に運ばれて画像を取得する。MRI装置は、超電導コイルによる磁極の内部に同心円筒の傾斜磁場コイル6と高周波照射コイル7を有しており、これらは、それぞれ画像取得の位置情報と磁気共鳴を生じさせ信号を取得する常伝導のコイルである。これらは、磁極と一体で図示されていないカバーで覆われている。
【００２４】
なお、MRI装置には、これ以外の主要な構成器機として、傾斜磁場コイルや常伝導コイルに電流を供給する電源装置と操作や画像を表示するためのコンピュータシステムがあるが、これらは図では省略されている。
【００２５】
図３には、MRI装置のもう一つの一般的な方式である開放型と呼ばれるMRI装置の構造を示す。円盤形状の上下磁極1を撮像空間2の上下に配置し、撮像空間には矢印3の方向に静磁場を発生する。
【００２６】
被検者4が可動式のベッド5によって撮像空間3に運ばれて画像を取得するのは、図２と同様である。本形態のMRI装置では、上下磁極間は柱などの構造物で支持される他、図３のような概略C字形状を有する磁性体のリターンヨーク8で連結される場合があり、特に静磁場の磁場強度が1テスラ以下の装置に見られる。開放型のMRI装置では、傾斜磁場コイル6と高周波照射コイルは磁極と同じく撮像空間3の上下に配した円盤形状で、磁極と一体で図示していないカバーで覆われている。
【００２７】
磁極１は図４に示すように、円環状の超電導コイル9で構成されており、超電導コイルを互いに同心軸となるように単数または複数組み合わせることで、撮像空間3に所望の静磁場を発生させる。超電導コイル9は、超電導物質(例えば、二ホウ化マグネシウム)と銅や鉄、ニッケルなどの金属材料ととから構成される超電導線材と、超電導線材を巻き回した巻線をエポキシなど樹脂や蝋で一体化させた複合物である。また、超電導コイルは、通常、ステンレスやアルミ材または銅などの金属製のボビンと呼ばれる巻き枠10に巻かれており、その位置と形状を保持している。
【００２８】
超電導コイルは超電導線材の電気抵抗がゼロとなる温度（材質により異なるが通常は4から77ケルビン以下）まで冷却され、その温度を維持するため、液体ヘリウム(4ケルビン)や液体窒素(77ケルビン)などの液体冷媒に浸されて冷却される場合と、冷凍機３０などの除熱装置から構造物による伝熱冷却部材を介して超電導コイルを冷却する場合がある。双方が併用される場合もあるが、前者では超電導コイルをボビンごと液体冷媒中に封入するための容器が必要となるため、後者に対して磁極が大きくなる傾向にある。
【００２９】
一方、後者においては、液体冷媒容器は必要ないがコイルを冷却するための伝熱冷却部材11が必要となる。伝熱冷却部材は一般に銅やアルミなどの熱伝導率の良い金属が使用される。伝熱冷却部材により超電導コイル9を所望の温度まで冷却し、超電導状態を維持するためには、伝熱冷却部材と超電導コイル間の熱抵抗が充分小さい必要がある。特に、これら超電導コイルと伝熱冷却部材の界面は隙間が生じることで熱抵抗が大きくなりやすい。
【００３０】
超電導線材に二ホウ化マグネシウムまたはニオブスズ(Nb3Sn)を使用する場合、線材が極低温下で超電導特性を発揮する為には、400℃から600℃の環境下で焼成反応（焼結反応、単に焼結とも言う）を生じさせる必要がある。焼成反応後の線材をボビンに巻き回してコイルを生成する場合もあるが、焼成反応後の超電導物質は脆くなり、曲げや引っ張り等を伴う巻線工程で通電性能が低下しやすい。
【００３１】
このため、焼成反応前の線材をステンレスなどの焼成温度に耐える部材で構成される巻枠(ボビン)に巻き回して高温で焼成反応して生成する手法が採用される。なお、コイルの構造物は焼成温度に耐えうる必要があるため、ボビンの部材として熱伝導率の良い銅材やアルミ材を使用することは困難であった。また、焼成反応後に銅材やアルミ材からなる伝熱冷却部材を設置する為には、焼成時のボビンから受け替えまたは一部部材の交換が生じるが、その際、ボビンに巻き回された線材が巻崩れる場合がある。
【００３２】
このため、本実施例では、図１に示すように、焼成前の超電導線材17巻き回し(巻線工程)時において、ステンレス材などの耐熱部材から成るボビン10（筒状部10）、フランジ部13の表面に、薄い紙または樹脂などの有機物からなる部材19（有機物シート部材１９）を設置する。なお事前に、焼成温度に耐える（軟化温度が焼成温度よりも高い）耐熱接着剤18を焼成前の超電導線材17に塗布し（塗布工程）、その後で超電導線材17がボビン10に巻き回される。あるいは、超電導線材が巻き回された後に耐熱接着剤18を塗布する。なお、説明を簡単にするために、硬化前後で耐熱接着材16と耐熱接着剤18と異なる符号を付しているが、これらは同じ接着剤である。
【００３３】
ボビン10、フランジ部13は、焼成後に分解して巻線部20と分離できる構造とする。図１では、ボビンの巻軸部両端に設けられたフランジ部１３の少なくとも一方が、図１に示すようにボルト12の締結により取り外し可能な構造を有している。なお、巻線部２０とは、図１に示すように超電導線材17が複数ターン巻き回された構造を言う。
【００３４】
耐熱接着剤16（18）は例えばアルミナ系のものを使用できる。アルミナ系の耐熱接着剤は硬化温度が200℃程度、耐熱温度が1000℃以上である。そして、焼成反応前に、耐熱接着剤16を硬化温度（200℃程度）で硬化することで、超電導線材１７間が接着され巻線部２０が一体化する（第１硬化工程）。このように本実施例における耐熱接着剤18は、硬化温度が超電導線材17の焼成温度よりも低いため、超電導線材17の焼成反応前に硬化し、各ターンに属する超電導線材17を互いに固定する。さらに硬化した後の耐熱接着剤18は、軟化温度が焼成温度よりも高いため、超電導線材17を焼成温度まで加熱したとしても、各ターンの超電導線材17同士は強固に接着され、巻崩れが抑制される。
【００３５】
この時、巻線部20有機物シート部材19は、耐熱接着剤16によって一体化するが、ボビン10との間は有機物シート部材19が存在するため接触しておらず接着されていない。さらに、焼成温度付近まで上昇させ、酸素雰囲気中で還元反応によって紙または樹脂を焼失させる(ヒートクリーニング工程)。その後、所定の焼成温度と時間で焼成反応を生じさせた後、常温まで冷却する（焼成工程）。図５に示すように、焼成反応後の巻線部20は一体化されており、かつ、ボビン10、フランジ部13とは固着していないためにボルト締結部12の締結を解除して、ボビン10とフランジ部13を解体（分割工程）しても巻線部20は崩れる可能性が低い。
【００３６】
このため、ボビン10の一部（フランジ部13）または全部を、銅やアルミなどの良熱伝導部材に交換（ボビン交換工程あるいはフランジ部交換工程）、または、図４に示すように、巻線部20とフランジ部13との間に冷凍機３０からの冷却経路となる伝熱冷却部材11を設置する（設置工程）ことが容易となる。また、伝熱冷却部材11と巻線部20を樹脂で含浸し硬化させる（第２硬化工程）、すなわち一体でモールドすることで、伝熱冷却部材11と巻線部20間および超電導線材17間の熱抵抗を小さくでき、冷凍機３０の消費電力を小さく、かつ、超電導コイル９の温度を均一化しやすくなる。
【００３７】
なお、耐熱接着剤18を硬化温度で硬化した後は、図５のように線材巻き回し時に必要なボビン10から取り外しても巻線部20は巻崩れにくいため、焼成反応前に巻線部20をボビン10から取り外し、巻線部20のみで焼成した後に、熱伝導率の良い銅やアルミ材で生成されたボビン（図示せず）、または、伝熱冷却部材11を設置したボビン10に取り付けることが出来る。この場合も巻線部20とボビンまたは伝熱冷却部材11を一体で樹脂モールドまたは接着すれば、冷凍機３０からの熱伝導による冷却能力がより増加する。
【００３８】
以上、実施例１として、常温よりも低温に冷却することで超電導状態となる超電導コイル９を使用した磁石装置において、超電導コイル9は高温下で焼成反応することにより極低温で超電導状態の性質を有する超電導線材17をボビン１０に巻き回して生成され、超電導線材17には焼成反応温度よりも低温度で硬化しかつ硬化後に焼成温度に耐えるような耐熱接着剤18を塗布され、焼成温度以下の環境下にて超電導線材17に対して耐熱接着剤16が硬化されて一体化し、焼成反応によって極低温下で超電導特性を有するようにした超電導コイル9を説明した。
【００３９】
また、この超電導コイル９は、超電導線材１７とボビン１０との間に紙または樹脂などからなるシート状の有機物から成る部材を配置し、耐熱接着剤１８を塗布した超電導線材１７をボビン１０に巻き回した後に焼成反応させて、極低温下で超電導特性を有するようにした。
【００４０】
また、超電導コイル９は焼成反応前に焼成反応の温度よりも低い温度で耐熱性接着剤１８を硬化させて超電導線材１７部分からなる巻線部２０を一体化し、その後、焼成反応以下の温度の酸素雰囲気下で紙または樹脂などからなるシート状の有機物から成る部材を焼失させ、巻線部２０とボビン１０とが耐熱接着剤１６によって接着されないようにしている。また、巻線部２０は分割可能なボビン１０に巻き回され、巻線部２０とボビン１０とは分離される構造であってもよいなお、分割可能なボビン１０は、その一部（例えばフランジ部１３）を銅やアルミ材などの高熱伝導率部材で構成してもよい。あるいは分割可能なボビン１０を一度分割し、巻線部２０と接触するように銅やアルミ材などの高熱伝導率部材を配置し、その後分割したボビン１０を再度組み立てるようにしてもよい。
【００４１】
また、超電導コイル９は、焼成反応後、耐熱接着剤１６によって一体化された巻線部２０を更に樹脂で含浸し硬化させてもよい。この際に、分割可能なボビン１０のフランジ部１３を高熱伝導性の材質に置換または高熱伝導率部材２をフランジ部１３との間に配置するときに、樹脂で含浸して硬化または接着して一体化してもよい。
【実施例２】
【００４２】
図６には、本発明の第２実施形態における焼成反応前の超電導超電導コイルの例を示す。本実施形態では、巻線部20において、焼成反応前の超電導線材17の表面に耐熱接着剤18を塗布し、巻線部表面とボビン10、フランジ部13との間に紙または樹脂板19（有機物シート状部材）を設置しているのは実施例1と同様であるが、紙または樹脂版19と超電導超電導線材17の間には、耐熱性の絶縁部材21を設置している。
【００４３】
本形態により、耐熱接着剤18の硬化後は超電導線材17、絶縁部材21とおよび有機物シート状部材19が一体となった巻線部20を形成し、焼成反応後は巻線部20の表面は絶縁部材21に覆われ、熱伝導率の良い材質から成るボビンまたは伝熱冷却部材11と、超電導線材17との間に絶縁構造を生成することが出来る。これにより、超電導超電導コイル9の励消磁や常伝導転移に伴い、超電導線材17に過渡的な電圧が生じた場合でも、絶縁破壊の発生を抑えることができ、安定的に常伝導状態へ移行させることが可能になる。
【００４４】
耐熱絶縁部材21としては、例えばアルミナまたはガラス繊維またはセラミックなどから成るシートまたは板が使用できる。また、本実施形態においても、焼成反応後の巻線部20は、熱良導体で構成したボビンまたは伝熱冷却部材11と一体で樹脂モールドまたは接着することにより、冷凍機３０からの伝熱経路の熱抵抗を小さくすることが出来る。また、耐熱接着剤18の硬化後は、巻線部20をボビン10から取り外して単独で焼成反応させることが出来ることも第１実施形態と同様に可能である。
【実施例３】
【００４５】
図７には、本発明の第３実施形態における焼成反応後の超電導コイル9の例を示す。伝導冷却部材11は焼成反応後の巻線部20を受け替えるボビン、フランジ部の一部、または、全部をアルミや銅などの熱良導体から成る金属で構成しても良いが、本実施形態に示すように、ボビン22やフランジ部23はSUSや鉄またはセラミック材などの高抵抗または高強度の部材とし、巻線部20とボビン22およびフランジ部23との間に伝導冷却部材11を設置してもよい。
【００４６】
なお、実施例１および実施例２におけるボビン10、フランジ部13に対して、ボビン22およびフランジ部23という異なる記号を付したが、これは材質の相違があるため、これを明確化する意味で異なる符号を付したのであって、ボビンおよびフランジ部の形状や巻線部20を支持する部材であるという意味において両者は相違しない。
【００４７】
本実施形態によれば、ボビン22やフランジ部23の剛性を維持することで超電導コイル9の変形を先に述べた実施例以上に抑える事が出来、さらに伝導冷却部材11による冷却の効果を得ることが出来る。なお、本実施形態に置いても、巻線部20とボビン23および伝熱冷却部材11を、樹脂モールドまたは接着により一体化する事で、冷凍機３０からの熱抵抗を低減でき、極低温の状態を安定に保つことが可能となる。
【実施例４】
【００４８】
図８には、本発明の第４実施形態における焼成反応後の超電導コイルの例を示す。伝導冷却部材11は、焼成反応後の巻線部20を受け替えるボビン22、フランジ部23と巻線部20との間にあって、巻線部20と接している。本実施形態によれば、ボビン22とフランジ部23とをSUSや鉄またはセラミック材等の高強度の部材を使用しつつ、巻線部20は伝熱冷却部材11によって冷凍機３０に対する熱抵抗を小さく保つ事が可能であり、また、伝熱冷却部材11と焼成反応後の巻線部20とが一体となる（互いを固定し合う）ように樹脂モールドまたは接着することによって、巻線部20の熱抵抗をより小さくすることが出来、冷凍機３０による伝導冷却でも極低温の超電導超電導状態を安定に維持することが可能である。
【００４９】
また、ボビン22と伝導冷却部材11との間は固定されていないので、冷却時における、ボビン22およびフランジ部23の熱収縮率と巻線部20の熱収縮率との差に伴う超電導コイル9の変形や応力の集中を緩和でき、応力の開放や巻線部20とボビン22との間の摩擦に伴う発熱や、超電導コイル9の変形による磁場不均一を抑えることで、安定な超電導状態と磁場発生を可能にできる。また、更に巻線部20と冷却伝熱部材11との間の接触熱抵抗を下げるために、図８に示すように、押しばね24が締結具12に対して設置されてもよい。
【００５０】
なお、上述する各実施例で説明した超電導コイル９について、その製造方法を工程で整理すると例えば次のようになる。まず、超電導線材１７に耐熱接着材１８を塗布する塗布工程、超電導線材１７と紙や樹脂などの有機物シート部材19をボビン１０に巻き回す巻線工程、耐熱接着材１８の硬化温度以上であって超電導線材１７の焼成温度未満の温度にて耐熱接着剤１８を硬化させる第１硬化工程、超電導線材１７の焼成温度以上であって耐熱接着剤１６の軟化温度未満の温度にて超電導線材１７を焼結させる焼成工程、が基本的な工程となる。なお塗布工程と巻線工程とを入れ替えてもよい。なお、第１硬化工程と焼成工程との間に、焼成反応温度未満の酸素雰囲気下でシート状の有機部材を焼失させるヒートクリーニング工程を置いてもよい。
【００５１】
また、焼成工程後に、分割可能なボビン10の分割工程を設け、続いて、焼成反応に耐える耐熱性ボビン10を熱伝導性のよい励磁用のボビンと交換するボビン交換工程（あるいは熱伝導性のよいフランジ部に交換するフランジ部交換工程、もしくは高熱伝導性部材11をフランジ部13との間に設置する設置工程）を実施してもよい。なお、焼成工程前に分割工程を設け、巻線部20をボビン10から取り外し、巻線部20を別個に焼成する焼成工程を設け、その後、ボビン交換工程などを設けてもよい。またこれらの工程後に、巻線部２０を樹脂で含浸し、これを硬化させる第２硬化工程を設けてもよい
上述するような製造方法によれば、円環状の超電導コイル９と、超電導コイル９を冷却する冷凍機３０と、を有し、超電導コイル９は、複数ターン巻き回された超電導線材１７と、異なるターン間で超電導線材１７を互いに固定する接着剤１６と、を構成に含み、超電導線材１７は、超電導材料が焼結された部材であって、かつ超電導転移温度が２５Ｋ以上の部材であって、接着剤１８は、硬化温度が前記超電導線材の焼成温度よりも低く、軟化温度が超電導線材１７の焼成温度よりも高い超電導磁石装置を製造することができる。
【００５２】
この超電導磁石装置は、超電導線材１７の焼成前後において巻崩れが生じにくいため、例えば焼成に適した耐熱性ボビンを励磁用の高伝熱性のボビンに置き換えることや、あるいはボビンのフランジ部１３を取り外して高伝熱性のフランジ部へ置き換えることを容易に実施することができる。特に転移温度が２５K以上となるような高温超電導線材を利用する場合に、焼成後に巻線するようなコイル成型方式でなくとも、巻線崩れを抑制しつつも効果的な冷却構造を提供できる点で有用である。
【００５３】
また、先に述べたように、上述の実施例で説明する超電導コイル9を有する超電導磁石装置は、超電導コイル9の内径側に配置された筒状部（ボビン10、22）と、筒状部から円環状に張り出したフランジ部(フランジ部13、23)とを備え、超電導コイル9は、フランジ部および筒状部から支持される構造を採る。フランジ部は筒状部に対して、例えばボルト締結部12を介して着脱自在に取り付けられる。
【００５４】
これによって筒状部とフランジ部とを分割することが可能となるため、焼成工程後に、フランジ部を例えば銅やアルミに代表される高熱伝導性部材で作られたものに置換、あるいは筒状部とフランジ部との間に冷却伝熱部材11を設置した後に、フランジ部を再度固定することができる。また、図１に示すように、フランジ部は筒状部に対して、筒状部の軸方向(z軸方向)から締結具によって締結される構造とすると、フランジ部の取り外しが容易である。
【００５５】
また、締結具は、フランジ部に対して前記軸方向に押圧を印加する押しばねを有することで、巻線部と伝熱冷却部材11、もしくは高熱伝導率の材質で形成されたフランジ部との面圧を確保し、接触熱抵抗を抑制することができ、超電導コイル9を更に安定的に動作させることができる。なお、フランジ部は、筒状部よりも高い熱伝導率の材料から形成された部分を有するものであってもよい。
【００５６】
なお、フランジ部と巻線部20との間に設置された伝熱冷却部材11、もしくは高熱伝導率部材で作られたフランジ部は、冷凍機３０と接続される伝熱パス部材31を有する。
【００５７】
なお、上述の各実施例は、本発明の要旨を越えない範囲において適宜、形状や材料を変更することができる。また、磁気共鳴イメージング装置に利用される超電導コイルを想定し説明したが、これに限ることなく、例えば超電導コイルを利用する粒子捕獲装置や加速器などに広く応用できる。また、伝導冷却式の超電導コイルに限らず、浸漬冷却方式の超電導コイルに適用したとしても、巻線崩れが生じにくい超電導磁石装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１  磁極
２  撮像空間
３  静磁場およびその方向を示す矢印
４  被検者
５  可動式ベッド
６  傾斜磁場コイル
７  高周波照射コイル
８  リターンヨーク
９  超電導コイル
１０  ボビン（筒状部）
１１  伝熱冷却部材
１２  固定ボルト（締結部）
１３  フランジ部
１４  フランジ部取り外し方向
１５  ボビンの取り外し方向
１６  硬化後の耐熱接着剤
１７  超電導超電導線材
１８  硬化前の耐熱接着剤
１９  紙または樹脂板（有機物シート部材）
２０  巻線部
２１  耐熱絶縁部材
２２  焼成反応後に受け替えたボビン（高強度のボビン）
２３  焼成反応後に受け替えたボビン（高強度のフランジ部）
２４  押しばね
３０  冷凍機３０
３１  伝熱パス部材31
【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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