特許 6548916 高温超電導コイル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6548916

(24)【登録日】2019年7月5日

(45)【発行日】2019年7月24日

(54)【発明の名称】高温超電導コイル

(51)【国際特許分類】

   H01F 6/06 20060101AFI20190711BHJP

   H01B 12/06 20060101ALI20190711BHJP

【ＦＩ】

   H01F6/06 110

   H01F6/06 500

   H01F6/06 140

   H01B12/06ZAA

【請求項の数】14

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-43799(P2015-43799)

(22)【出願日】2015年3月5日

(65)【公開番号】特開2016-163026(P2016-163026A)

(43)【公開日】2016年9月5日

【審査請求日】2017年8月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】特許業務法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 寛史

(72)【発明者】

【氏名】戸坂 泰造

(72)【発明者】

【氏名】岩井 貞憲

(72)【発明者】

【氏名】田崎 賢司

【審査官】 木下 直哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１０９２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０３８８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２２３４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０６７９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５５−１６７６１５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１２−１５１３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９８４６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３４６１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ ６／０６

Ｈ０１Ｂ １２／０６

Ｈ０１Ｒ ４／６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも高温超電導層を含む積層体で構成される薄膜超電導テープ線が巻回されてなるパンケーキコイルと、
巻回軸方向に積み重ねられた複数の前記パンケーキコイルのうち隣接する２つに架設される金属板と、
前記パンケーキコイルの最外周の外表面と前記金属板の間に貼り合され、前記薄膜超電導テープ線の変形とともに変形する可撓性を有する常電導体の補強線材と、を備えることを特徴とする高温超電導コイル。

【請求項2】

少なくとも高温超電導層を含む積層体で構成される薄膜超電導テープ線が巻回されてなるパンケーキコイルと、
巻回軸方向に積み重ねられた複数の前記パンケーキコイルのうち隣接する２つに架設される金属板と、
前記パンケーキコイルの最外周の外表面と前記金属板の間に貼り合され、前記薄膜超電導テープ線の変形とともに変形する可撓性を有するビスマス系超電導線材から成る補強線材と、を備えることを特徴とする高温超電導コイル。

【請求項3】

前記補強線材の端辺には、前記パンケーキコイルの径方向に対してテーパが設けられる請求項１または請求項２に記載の高温超電導コイル。

【請求項4】

前記テーパは、前記外表面と接触する前記補強線材を最大表面積とする複数の前記補強線材が積層されて形成される請求項３に記載の高温超電導コイル。

【請求項5】

前記補強線材の端辺は、前記パンケーキコイルの前記巻回軸方向に対して勾配を有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の高温超電導コイル。

【請求項6】

前記補強線材の前記パンケーキコイルの周方向の長さは、前記金属板の前記周方向の長さよりも長い請求項４に記載の高温超電導コイル。

【請求項7】

前記補強線材および前記金属板の材料の少なくとも一方は、インジウム、銅、銀および金の少なくとも１つから選択される請求項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】

前記補強線材は、前記金属板よりも前記パンケーキコイルの径方向の厚さが薄い請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の高温超電導コイル。

【請求項9】

前記積層体は層として基板を含み、
前記薄膜超電導テープ線の側面のうち前記基板に関して前記高温超電導層と反対側の側面に前記補強線材を設ける請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の高温超電導コイル。

【請求項10】

巻回されて対向する薄膜超電導テープ線の対向面間の間隙に接着材が配置され、
前記接着材は、前記対向面への接着力を抑制する離形処理が施されている請求項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】

前記離形処理は、フッ素樹脂テープ、パラフィン、グリース、シリコンオイルからなる群より選ばれた少なくとも一種で構成される離形層の形成による請求項１０に記載の高温超電導コイル。

【請求項12】

１つの前記金属板と１つの前記補強線材とは、一体に形成される請求項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。

【請求項13】

前記積層体の両端の層は、常電導体で組成される安定化層であり、
前記両端の前記安定化層は、互いに電気的に接続されている請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の高温超電導コイル。

【請求項14】

前記金属板および前記補強線材は、一体に形成される請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の高温超電導コイル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、積層された薄層から構成されてテープ状に成形された高温超電導線材を用いた高温超電導コイルに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、レアアース（ＲＥ：Ｒｅａｒ Ｅａｒｔｈ）を含む（ＲＥ）Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ₇を用いたＲＥＢＣＯ線材を代表とする高温超電導線材を用いた高温超電導コイルの研究が盛んにされている。

【0003】

特に、厚さ百μｍ程度の基板上に、複数の種類の層を形成して作製される高温超電導線材（以下、「薄膜テープ線」という）は、高磁場下での電流容量が大きいという特性がある。
よって、高磁場を発生させるために必要な高い電流密度および高い許容応力を有する高温超電導コイルの実現が期待されている。
実用される高温超電導コイルの形成方法は、薄膜テープ線の巻回方法の違いによっていくつかに大別することができる。

【0004】

これらの形成方法で代表的なものに、薄膜テープ線を同心円状に巻回したパンケーキコイルを巻回軸方向に複数積み重ねて１つの高温超電導コイルにする方法がある。
隣接するパンケーキコイルは、その最内周または最外周のいずれかにおいて、段違いに金属板が架設されて、電気的に接続される。
この金属板によって積み重ねられた全てのパンケーキコイルは、超電導電流が通流する１つの経路を形成する。

【0005】

薄膜テープ線は、また、テープ長手方向に高い外力をかけても超電導特性が失われないという特徴もある。
一方、この薄膜テープ線は、上述した複数の層の積層方向にかかる外力に対しては脆弱であり、微小な外力で容易に超電導特性を劣化させてしまう。
例えば、薄膜テープ線に局部的に曲げ応力がかかった場合、容易に層の剥離や層の破断が発生して、超電導特性が低下する。
従来から、薄膜テープ線の始端に接続する電極を巻枠に固定するなどして、薄膜テープ線が不要に歪むことを防止する工夫がなされている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０−９８２６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、薄膜テープ線に金属板を架設する場合、金属板の周縁周辺の薄膜テープ線が劣化するという課題があった。
薄膜テープ線にかかる応力は、金属板が接合されている部分と接合されていない部分との境界である金属板の周縁で不連続になる。
この場合、薄膜テープ線のうちこの周縁の近傍が微小に変形するなどして、応力が周縁周辺に集中する。

【0008】

上述したように、薄膜テープ線は、層の積層方向の応力に脆弱であるので、この応力によって薄膜テープ線の層の剥離や破断が発生するおそれがある。
つまり、薄膜テープ線に金属板が架設されることで、金属板をはんだ付けする際の熱応力または冷却時の応力集中等により、金属板の周縁周辺の薄膜テープ線が劣化する可能性がある。
このような劣化は、特に積層体の最上層または最下層に貼り合される安定化層が薄く形成されている場合に顕著となる。

【0009】

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、パンケーキコイルの最外周における金属板の架設による薄膜テープ線の耐劣化性能を向上した高温超電導コイル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】

本実施形態にかかる高温超電導コイルは、少なくとも高温超電導層を含む積層体で構成される薄膜超電導テープ線が巻回されてなるパンケーキコイルと、巻回軸方向に積み重ねられた複数の前記パンケーキコイルのうち隣接する２つに架設される金属板と、前記パンケーキコイルの最外周の外表面と前記金属板の間に貼り合され、前記薄膜超電導テープ線の変形とともに変形する可撓性を有する常電導体またはビスマス系超電導線材から成る補強線材と、を備えるものである。

【発明の効果】

【0011】

本発明により、パンケーキコイルの最外周における金属板の架設による薄膜テープ線の耐劣化性能を向上した高温超電導コイルが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一般的な薄膜テープ線の構成斜視図。

【図2】第１実施形態にかかる高温超電導コイルの断面斜視図。

【図3】第１実施形態にかかる高温超電導コイルに用いられる積み重ねられたパンケーキコイルの斜視図。

【図4】（Ａ）は巻回軸方向からみた補強線材の好適な例を示す側面図、（Ｂ）は巻回軸方向からみた補強線材の変形例を示す側面図。

【図5】（Ａ）は径方向からみた補強線材の形状の例を示す正面図、（Ｂ）は径方向からみた補強線材の形状の変形例を示す正面図、（Ｃ）は径方向からみた補強線材の形状の変形例を示す正面図、（Ｄ）は径方向からみた補強線材の形状の変形例を示す正面図。

【図6】第１実施形態にかかる高温超電導コイルに用いられる積み重ねられたパンケーキコイルの変形例の斜視図。

【図7】第２実施形態にかかる高温超電導コイルの金属板の架設箇所を巻回軸方向からみた拡大断面図。

【図8】第２実施形態において補強線材として用いられるビスマス系超電導線材の断面斜視図。

【図9】第３実施形態にかかる高温超電導コイルの金属板の架設箇所を巻回軸方向からみた拡大断面図。

【図10】第３実施形態にかかる高温超電導コイルで用いられる薄膜テープ線の変形例の断面斜視図。

【図11】第４実施形態にかかる高温超電導コイルを構成するパンケーキコイルの上面断面図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
まず、層構造をとるテープ形状の高温超電導線材２０（以下、「薄膜テープ線２０」という）の構成を、図１を用いて説明する。
図１は、一般的な薄膜テープ線２０の構成斜視図である。
薄膜テープ線２０は、例えば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。

【0014】

薄膜テープ線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の上に形成されて基板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、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を保護する保護層２６と、銅またはアルミニウムなどの良電導性金属であり超電導層２５への過剰超電導電流の迂回経路となってクエンチ現象を防止する安定化層２１と、から構成される。
ただし、薄膜テープ線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。

【0015】

（第１実施形態）
図２は、第１実施形態にかかる高温超電導コイル１０（以下、単に「超電導コイル１０」という）の断面斜視図である。
図３は、第１実施形態にかかる超電導コイル１０に用いられる積み重ねられたパンケーキコイル１１の斜視図である。
なお、図２では、図３に示される巻枠１９は省略している。

【0016】

第１実施形態にかかる超電導コイル１０は、図１〜図３に示されるように、少なくとも超電導層２５を含む積層体４０で構成される薄膜超電導テープ線２０（薄膜テープ線２０）が巻回されてなるパンケーキコイル１１と、パンケーキコイル１１の最外周の外表面１２に貼り合される可撓性を有する導体の補強線材１３と、巻回軸方向Ａに積み重ねられた複数のパンケーキコイル１１のうち隣接する２つにそれぞれ貼り合された補強線材１３に架設される金属板１４と、を備える。

【0017】

パンケーキコイル１１は、巻回軸方向Ａに絶縁体(図示せず)などで絶縁されて複数積み重ねられる。
積み重ねられたパンケーキコイル１１は、通常、巻回軸方向Ａの両端からフランジ１６で固定される。
フランジ１６に接触するパンケーキコイル１１には口出し電極１７が接続されて、パンケーキコイル１１を通流する超電導電流Ｉを流入または流出させる。

【0018】

隣接するパンケーキコイル１１は、その最内周または最外周のいずれかにおいて、段違いに金属板１４が架設されて、電気的に接続される。
金属板１４は、例えばインジウム、銅、銀または金やこれらの合金で好適に構成される金属である。
この金属板１４によって、積み重ねられた全てのパンケーキコイル１１は、超電導電流Ｉが通流する１つの経路を形成する。

【0019】

つまり、例えば、パンケーキコイル１１の最内周に接続された口出し電極１７から流入した超電導電流Ｉは、このパンケーキコイル１１を内周から外周に向けて周回しながら通流する。
このパンケーキコイル１１の最外周に到達した超電導電流Ｉは、金属板１４によって隣接するパンケーキコイル１１の最外周に流入する。
パンケーキコイル１１に流入した超電導電流Ｉは、外周から内周に向けて周回しながら通流する。
パンケーキコイル１１の最内周に到達した超電導電流Ｉは、最内周の内側面１８に設けられた金属板１４からさらに隣接するパンケーキコイル１１に流入する。

【0020】

この金属板１４は、薄膜テープ線２０の外表面１２に直接接合されるのではなく、外表面１２のそれぞれに半田などで貼り合わせられた補強線材１３に接合される。
補強線材１３は、例えば、金属板１４と同様に、インジウム、銅、銀、金またはこれらの合金などで好適に構成される線材である。
補強線材１３は薄く可撓性を有するので、薄膜テープ線２０の変形とともに変形する層が追加されることになる。
つまり、補強線材１３は、通常外表面１２になる安定化層２１のうち、金属板１４の架設される部分を実質的に厚くして補強する効果を有する。

【0021】

この補強線材１３の線材幅は、薄膜テープ線２０の線材幅と同一または僅かに狭く調整し、薄膜テープ線２０からはみ出させないのが望ましい。
薄膜テープ線２０からはみ出した部分による薄膜テープ線２０への局所的な応力の発生、および隣接するパンケーキコイル１１への短絡を防止するためである。
なお、薄膜テープ線２０の線材幅とは、薄膜テープ線２０をパンケーキコイル１１にしたときの巻回軸方向Ａの長さを指す。
同様に、補強線材１３の線材幅とは、補強線材１３をパンケーキコイル１１の最外周に沿って貼り合わせたときの巻回軸方向Ａの長さを指す。

【0022】

一方、補強線材１３の周方向Ｂの長さは、金属板１４の周方向Ｂの長さよりも長く調整される。
補強線材１３の周方向Ｂの長さを長くすることで、金属板１４を直接薄膜テープ線２０に接合するよりも、広い接触面積で貼り合される。
接触面積を広くすることで、接続抵抗を小さくするとともに、後述するように接続部分における薄膜テープ線２０にかかる応力を分散させる。
補強線材１３は、外表面１２を一周被覆してもよい。

【0023】

ところで、前述したように、薄膜テープ線２０に直接金属板１４を設けた場合、金属板１４の周辺にかかる外力は、金属板１４の周縁に偏在した応力を発生させる。
このような応力の偏在は、補強線材１３の端辺２７でも同様に発生し得る。
しかし、超電導コイル１０で用いられる補強線材１３は、径方向Ｃの厚さが金属板１４と比較して薄い。

【0024】

補強線材１３を薄くすることで、薄膜テープ線２０の上に設けられた補強線材１３による不連続な段差が小さくなり、薄膜テープ線２０と補強線材１３との接続形状が滑らかになる。
接続形状が滑らかになることで、端辺２７の周辺への応力の集中を防止することができる。

【0025】

また、補強線材１３は、可撓性を有するので、薄膜テープ線２０の変形とともに変形し、金属板１４を直接接合した場合ほどには補強線材１３が薄膜テープ線２０を拘束しない。
よって、補強線材１３の端辺２７による薄膜テープ線２０の劣化は、金属板１４を直接接合させたときよりも大幅に軽減される。

【0026】

次に、図４〜図５を用いて、補強線材１３の好適な例について説明する。
図４（Ａ）は、巻回軸方向Ａからみた補強線材１３の好適な例を示す側面図である。
図４（Ａ）に示されるように、補強線材１３の端辺２７に、パンケーキコイル１１の径方向Ｃに対してテーパ２８を設けることで、さらに連続的で滑らかな接続形状にすることができる。
また、図４（Ｂ）は、巻回軸方向Ａからみた補強線材１３の変形例を示す側面図である。
図４（Ｂ）に示されるように、外表面１２と接触する補強線材１３が、最大表面積を有する複数の補強線材１３を積層してテーパ２８として形成してもよい。

【0027】

また、図５（Ａ）〜図５（Ｄ）は、いずれも径方向Ｃからみた補強線材１３の形状の例を示す正面図である。
補強線材１３の端辺２７は、できるだけ長くして端辺２７の周辺にかかる応力を分散させるのが望ましい。
そこで、図５（Ａ）に示されるように、端辺２７に、巻回軸方向Ａからの角度θが有限となるような勾配をつけて端辺２７の長さを長くするのが望ましい。

【0028】

また、図５（Ｂ）のように、端辺２７の中央部を突出させて周方向Ｂに最長となるようにすることでも、端辺２７の長さを長くすることができる。
さらに、図５（Ｃ）のように、端辺２７は曲率を有していてもよい。
なお、図５（Ｄ）に示されるように、巻回軸方向Ａに対して角度θをもたずに切断されても当然よい。

【0029】

また、図６は、第１実施形態にかかる超電導コイル１０に用いられる積み重ねられたパンケーキコイル１１の変形例の斜視図である。
補強線材１３のうち、端辺２７の形状の工夫や接合面積の考慮による保護が特に必要になるのは、超電導電流Ｉの通流経路になる部分である。

【0030】

例えば図６のように、図中上段の第１パンケーキコイル１１ａ（１１）に設けられた第１補強線材１３ａ（１３）を超電導電流Ｉの進行方向に対して、金属板１４の前側部分および後側部分をそれぞれ第１区間Ｅおよび第２区間Ｆに区分けして考える。
同様に、第１パンケーキコイル１１ａと金属板１４で接続された第２パンケーキコイル１１ｂ（１１）に設けられた第２補強線材１３ｂ（１３）を金属板１４の前側部分および後側部分をそれぞれ第３区間Ｇおよび第４区間Ｈに区分けする。

【0031】

超電導電流Ｉは、第１区間Ｅに流入した後、金属板１４を介して大半が第４区間Ｈに流出する。
よって、第２区間Ｆおよび第３区間Ｇにはほとんど超電導電流Ｉが流れない。
つまり、第２区間Ｆおよび第３区間Ｇの端辺２７においては、超電導層２５などが多少破断しても、超電導コイル１０の超電導特性に及ぼす影響は小さい。

【0032】

一方、第１区間Ｅおよび第４区間Ｈは、超電導電流Ｉの経路となるので、これらの端辺２７の周辺に応力が集中することによる積層体４０の剥離や破断は防止される必要がある。
そこで、コイル設計による形状的な要請を考慮しながら、例えば図６のように、必要に応じてこれらの区間の大きさおよびその形状を決定してもよい。

【0033】

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、パンケーキコイル１１の最外周における金属板１４の架設による薄膜テープ線２０の耐劣化性能を向上させ、また劣化を防止することができる。

【0034】

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態にかかる超電導コイル１０の金属板１４の架設箇所を巻回軸方向Ａからみた拡大断面図である。

【0035】

第２実施形態にかかる超電導コイル１０の補強線材１３は、図７に示されるように、積層体４０の積層方向にかかる剥離応力に対する超電導特性の低下比率が薄膜テープ線２０と比較して低い超電導テープ線３０が用いられる。

【0036】

図８は、第２実施形態において補強線材１３として用いられるビスマス系超電導線材３０Ａ（３０）の断面斜視図である。
なお、図８において、テープ状のビスマス系超電導線材３０Ａの一部をテープ長手方向に切断して切断断面を表示している。
超電導テープ線３０は、例えば図８に示したビスマス系超電導線材３０Ａである。

【0037】

ビスマス系超電導線材３０Ａは、積層構造の薄膜テープ線２０の構造とは大きく異なり、母材である銀マトリクス３１に超電導フィラメント３２が平行に複数埋め込まれた構造を有する。
一般に、超電導フィラメント３２の材質として、Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ₁₀などが用いられる。

【0038】

ビスマス系超電導線材３０Ａは、積層構造になっていないので、許容される剥離方向Ｃの応力が薄膜テープ線２０と比較して大きい。
よって、薄膜テープ線２０に合わせてテープ形状にした線材片にして補強線材１３として用いることができる。

【0039】

ビスマス系超電導線材３０Ａは超電導線材であるので、極低温において、第１実施形態で例示した常電導体と比較して低い抵抗で電流を流すことができる。
つまり、薄膜テープ線２０がビスマス系超電導線材３０Ａを貼り合わせた部分において劣化した場合でも、超電導電流Ｉはビスマス系超電導線材３０Ａに迂回することができる。
さらに、ビスマス系超電導線材３０Ａは、薄膜テープ線２０と異なり基板２２（図１）のような高抵抗な層を含まない。
つまり、極低温において、薄膜テープ線２０と比較しても低い電気抵抗で、超電導フィラメント３２に垂直な方向に超電導電流Ｉを横断させることができる。

【0040】

なお、補強線材１３としてビスマス系超電導線材３０Ａを用いること以外は、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。

【0041】

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、より低い電気抵抗で超電導電流Ｉを金属板１４に流入させることができる。

【0042】

（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の金属板１４の架設箇所を巻回軸方向Ａからみた拡大断面図である。

【0043】

第３実施形態にかかる超電導コイル１０は、図９および図１に示されるように、第１実施形態などの構成において、薄膜テープ線２０の側面のうち基板２２に関して超電導層２５と反対側の側面３８（以下、「裏面３８」という）に補強線材１３が設けられる。

【0044】

通常、層の形成を容易にするために、基板２２の表面に超電導層２５などの他の層を形成する。
つまり、通常、積層体４０である薄膜テープ線２０は、層として基板２２を含む。
ステンレスなどの常電導体で組成されて層厚が厚い基板２２は、電気抵抗が高い。

【0045】

一方、安定化層２１などの他の層は薄く、超電導層２５を通流した超電導電流Ｉを容易に通す。
よって、薄膜テープ線２０は、薄膜テープ線２０の側面のうち基板２２に関して超電導層２５と同一側の側面３９（以下、「表面３９（おもてめん）」という）から電流が流出する。
そこで、通常、超電導電流Ｉを他の導体に流出させる場合、この導体を表面３９に接合する。

【0046】

しかし、安定化層２１など基板２２以外の層は薄いため、容易に受けた外力を他の層へ伝播させてしまう。
特に、安定化層２１が薄く形成された薄膜テープ線２０を使用した場合、薄膜テープ線２０の超電導特性の劣化が顕著になる。
そこで、パンケーキコイル１１の最外周において裏面３８が外表面１２となるように薄膜テープ線２０を巻回して、補強線材１３を薄膜テープ線２０のこの裏面３８に接合する。
補強線材１３を裏面３８に接合することで、端辺２７（図６等）の周辺に集中する応力が剥離または破断しやすい層などに外力が伝播するのを基板２２で阻止することができる。

【0047】

また、図１０は、第３実施形態にかかる超電導コイル１０で用いられる薄膜テープ線２０の変形例の断面斜視図である。
なお、図１０では、超電導層２５、基板２２および安定化層２１以外の図１において示した各層は省略している。

【0048】

図１０に示されるように、安定化層２１を除く積層体４０の外周を安定化層２１で被覆した薄膜テープ線２０を用いてもよい。
外周を安定化層２１で被覆することで、超電導層２５を通流した超電導電流Ｉは、安定化層２１を流れることで基板２２を迂回して裏面３８に到達することができる。
つまり、安定化層２１で被覆することで、超電導電流Ｉが基板２２を直接横断する場合よりも低い電気抵抗で、超電導電流Ｉを金属板１４に流入させることができる。

【0049】

なお、薄膜テープ線２０の裏面３８が外表面１２となるように薄膜テープ線２０を巻回することおよびこの裏面３８に補強線材１３を接合すること以外は、第３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３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、補強線材１３を設けることによる薄膜テープ線２０の劣化をさらに効果的に防止することができる。

【0051】

（第４実施形態）
図１１は、第４実施形態にかかる超電導コイル１０を構成するパンケーキコイル１１の上面断面図である。

【0052】

第４実施形態にかかる超電導コイル１０は、図１１に示されるように、巻回されて対向する薄膜テープ線２０の対向面間の間隙に接着材（図示せず）が配置され、接着材は、対向面への接着力を抑制する離形処理が施される。
例えば、フッ素樹脂テープ、パラフィン、グリース、シリコンオイルなどを塗布して接着材の表面の一部に離形層４３を形成して接着材の一部が容易に離形させる。

【0053】

例えば、超電導コイル１０に超電導電流Ｉが通流して高い磁場が発生している場合、超電導コイル１０には、径方向Ｃの外向きに外力がかかる。
また、超電導コイル１０を極低温まで冷却するときにも、薄膜テープ線２０に固定されている種々の部材の熱収縮の差異によって不均一な応力が発生することがある。

【0054】

前述したように、薄膜テープ線２０は剥離方向Ｃ（すなわち径方向Ｃ）の応力に対して非常に脆弱であるので、このような応力で容易に超電導特性を劣化させてしまう。
よって、熱収縮率の異なる接着材に拘束されて薄膜テープ線２０の自由な熱収縮が阻害されて、薄膜テープ線２０に不要な剥離応力が発生しないように、接着材に離形処理をすることがある。

【0055】

しかし、離形処理を施すと、パンケーキコイル１１の変形の自由度が上がる。また、離形を繰り返すうちに、パンケーキコイル１１の剛性も低下する。
よって、金属板１４を架設することで金属板１４の周縁にパンケーキコイル１１の変形による応力の集中がより発生しやすくなる。
よって、このような離形処理が施されているパンケーキコイル１１を用いる場合には特に第１実施形態から第３実施形態までで示した補強線材１３を用いることが効果的になる。

【0056】

なお、超電導コイル１０を構成するパンケーキコイル１１に離形処理が施されていること以外は、第４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。

【0057】

このように、第４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、離形処理が施されて変形の自由度の高いパンケーキコイル１１においても超電導特性の低下を防止することができる。

【0058】

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、補強線材１３を介して金属板１４を架設することにより、パンケーキコイル１１の最外周における金属板１４の架設による薄膜テープ線２０の耐劣化性能を向上することが可能となる。

【0059】

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。

【0060】

例えば、補強線材１３および金属板１４は、一体にして形成してもよい。
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】

【0061】

１０…高温超電導コイル（超電導コイル）、１１…パンケーキコイル、１１ａ（１１）…第１パンケーキコイル、１１ｂ（１１）…第２パンケーキコイル、１２…外表面、１３（１３ａ，１３ｂ）…補強線材（第１補強線材，第２補強線材）、１４…金属板、１６…フランジ、１７…口出し電極、１８…内側面、１９…巻枠、２０…高温超電導線材（薄膜超電導テープ線，薄膜テープ線）、２１…安定化層、２２…基板、２３…配向層、２４…中間層、２５…高温超電導層（超電導層）、２６…保護層、２７…端辺、２８…テーパ、３０（３０Ａ）…超電導テープ線（ビスマス系超電導線材）、３１…銀マトリクス、３２…超電導フィラメント、３８…裏面、３９…表面、４０…積層体、４３…離形層、Ａ…巻回軸方向、Ｂ…周方向、Ｃ…径方向（剥離方向）、Ｅ…第１区間、Ｆ…第２区間、Ｇ…第３区間、Ｈ…第４区間、Ｉ…超電導電流、θ…角度。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】