特許 6607120 超電導磁場発生装置及び核磁気共鳴装置

(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】6607120

(24)【登録日】2019年11月1日

(45)【発行日】2019年11月20日

(54)【発明の名称】超電導磁場発生装置及び核磁気共鳴装置

(51)【国際特許分類】

   H01F 6/06 20060101AFI20191111BHJP

   G01N 24/00 20060101ALI20191111BHJP

   H01F 6/00 20060101ALI20191111BHJP

   H01F 6/04 20060101ALI20191111BHJP

【ＦＩ】

   H01F6/06 110

   G01N24/00 600C

   H01F6/00 160

   H01F6/04ZAA

【請求項の数】13

【全頁数】34

(21)【出願番号】特願2016-67932(P2016-67932)

(22)【出願日】2016年3月30日

(65)【公開番号】特開2017-183480(P2017-183480A)

(43)【公開日】2017年10月5日

【審査請求日】2019年2月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】アイシン精機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000213

【氏名又は名称】特許業務法人プロスペック特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100155767

【弁理士】

【氏名又は名称】金井 憲志

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 佳孝

(72)【発明者】

【氏名】吉川 雅章

(72)【発明者】

【氏名】柳 陽介

【審査官】 秋山 直人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−００６８２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２８８５４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０２２６９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ ６／０６

Ｇ０１Ｎ ２４／００

Ｈ０１Ｆ ６／００

Ｈ０１Ｆ ６／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高温超電導材料により円筒状に形成され、超電導遷移温度以下の温度に冷却された状態で印加磁場を捕捉することにより、捕捉磁場を発生する外側超電導体と、
高温超電導材料により円筒状に形成され、前記外側超電導体の内周側に前記外側超電導体と同軸的に配置されるとともに、円筒周面内における臨界電流密度の均一性が、円筒周面内における前記外側超電導体の臨界電流密度の均一性よりも高い内側超電導体と、
前記外側超電導体と前記内側超電導体をそれぞれ超電導遷移温度以下の温度に冷却するための冷熱を発生する冷却装置と、
を備え、
前記冷却装置は、前記外側超電導体の内周空間内に前記外側超電導体と同軸的に配設された円筒部を有する円筒基材を備え、
前記内側超電導体は、前記円筒部の周面に巻き付けられ、且つ、前記円筒部の周面に部分的に接着された状態で、前記外側超電導体の内周側に前記外側超電導体と同軸的に配置されている、
超電導磁場発生装置。

【請求項2】

請求項１に記載の超電導磁場発生装置において、
前記内側超電導体は、前記円筒部の周面に、前記円筒部の軸方向を併進方向として螺旋状に巻き付けられた超電導薄帯により円筒状に形成されており、且つ、離間した複数の位置にて、前記円筒部の周面に部分的に接着されている、
超電導磁場発生装置。

【請求項3】

請求項２に記載の超電導磁場発生装置において、
前記円筒部の周面への前記内側超電導体の接着位置は、前記内側超電導体を構成する超電導薄帯の長手方向における両端位置である、
超電導磁場発生装置。

【請求項4】

請求項２に記載の超電導磁場発生装置において、
前記円筒部の周面への前記内側超電導体の接着位置は、周方向に離間し且つ軸方向成分を含む方向に線状に延びた複数の線状領域である、
超電導磁場発生装置。

【請求項5】

請求項２乃至４のいずれか１項に記載の超電導磁場発生装置において、
前記内側超電導体は、
前記円筒部の周面に、前記円筒部の軸方向を併進方向として螺旋状に巻き付けられた長尺状の超電導薄帯により円筒状に形成され、且つ、離間した複数の位置にて、前記円筒部の周面に部分的に接着されている第一内側超電導体と、
前記第一内側超電導体の周面に、前記円筒部の軸方向を併進方向として螺旋状に巻き付けられた長尺状の超電導薄帯により円筒状に形成され、且つ、離間した複数の位置にて、前記第一内側超電導体の周面に部分的に接着されている第二内側超電導体と、
を備え、
前記第二内側超電導体は、それを構成する超電導薄帯の各螺旋巻線の側縁の位置が、前記第一内側超電導体を構成する超電導薄帯の各螺旋巻線の側縁の位置に一致しないように、前記第一内側超電導体の周面に巻き付けられている、
超電導磁場発生装置。

【請求項6】

請求項５に記載の超電導磁場発生装置において、
前記円筒部の周面への前記第一内側超電導体の接着位置と、前記第一内側超電導体の周面への前記第二内側超電導体の接着位置とは、前記第一内側超電導体を挟んで異なる位置である、
超電導磁場発生装置。

【請求項7】

請求項５に記載の超電導磁場発生装置において、
前記円筒部の周面への前記第一内側超電導体の接着位置は、前記第一内側超電導体を構成する超電導薄帯の長手方向における両端位置であり、
前記第一内側超電導体の周面への前記第二内側超電導体の接着位置は、前記第二内側超電導体を構成する超電導薄帯の長手方向における両端位置である、
超電導磁場発生装置。

【請求項8】

請求項５に記載の超電導磁場発生装置において、
前記円筒部の周面への前記第一内側超電導体の接着位置は、周方向に離間し且つ軸方向成分を含む方向に線状に延びた複数の線状領域であり、
前記第一内側超電導体の周面への前記第二内側超電導体の接着位置は、周方向に離間し且つ軸方向成分を含む方向に線状に延びた複数の線状領域であり、
前記円筒部の周面への前記第一内側超電導体の接着位置と、前記第一内側超電導体の周面への前記第二内側超電導体の接着位置が、周方向にずれている、
超電導磁場発生装置。

【請求項9】

請求項５乃至８のいずれか１項に記載の超電導磁場発生装置において、
前記円筒部と前記第一内側超電導体との間の隙間、及び、前記第一内側超電導体と前記第二内側超電導体との間の隙間、の一部又は全部に、接着に使用した材料の弾性率よりも小さい弾性率を有する充填剤が充填されている、
超電導磁場発生装置。

【請求項10】

請求項９に記載の超電導磁場発生装置において、
前記第二内側超電導体の周面であって前記第一内側超電導体の周面に部分的に接着されている面とは反対側の周面に対面するように円筒状に形成されたカバー部が設けられており、
前記カバー部は、前記円筒基材に接続されている、
超電導磁場発生装置。

【請求項11】

請求項１０に記載の超電導磁場発生装置において、
前記第二内側超電導体と前記カバー部との間の隙間の一部又は全部に前記充填剤が充填されている、
超電導磁場発生装置。

【請求項12】

請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の超電導磁場発生装置において、
前記冷却装置は、前記外側超電導体の一方の端面に対面配置されるコールドヘッドを備え、
前記円筒基材は、前記円筒部の一方の端部を閉塞するように前記円筒部の前記一方の端部に接続された固定部を有し、
前記固定部が前記コールドヘッドに固定されている、
超電導磁場発生装置。

【請求項13】

請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の超電導発生装置を備える核磁気共鳴装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超電導磁場発生装置及び核磁気共鳴装置に関する。

【背景技術】

【0002】

核磁気共鳴（ＮＭＲ）は、強い磁場中に置かれた試料に電磁波を印加したときに発生する原子核スピン（磁気モーメント）のエネルギーの共鳴現象である。核磁気共鳴装置（ＮＭＲ装置）は、斯かる共鳴現象を利用して試料の構造を解析する機器である。磁場強度が大きい程、ＮＭＲ信号の感度と分解能が高くなるため、ＮＭＲ装置には強い磁場を発生するための磁場発生装置が備えられる。

【0003】

強磁場を発生する磁場発生装置として、超電導体を着磁させることにより磁場を発生する超電導磁場発生装置が開発されている。また、超電導磁場発生装置に備えられる超電導体としては、超電導遷移温度が高く、且つ冷却が比較的容易な高温超電導体が好ましく用いられる。

【0004】

ＮＭＲ装置によって試料の分子構造を解析するに当たり、試料が磁場中に置かれる。このとき場所によって磁場強度のばらつきが大きいと、得られるＮＭＲスペクトルがブロードとなり、試料の分子構造を適切に識別することができない。よって、ＮＭＲ装置に用いられる超電導磁場発生装置は、強磁場を発生することができ、且つ試料の測定空間の磁場強度が均一な磁場（均一磁場）を形成することができるように構成されているのが好ましい。

【0005】

なお、高分解能ＮＭＲ測定のためには、１ｐｐｍ以下の磁場の均一性が要求される。１ｐｐｍ以下の極めて均一性が高い磁場は、通常、超電導磁場発生装置に複数のシムコイル（磁場補正コイル）を追加することにより達成され得る。言い換えれば、超電導磁場発生装置により発生させられる磁場の均一性は、最低でも、シムコイルによる補正が可能なｐｐｍオーダーでなければならない。

【0006】

ＮＭＲ装置に用いられる超電導磁場発生装置に備えられる超電導体は、例えば円筒形状に形成される。この場合、円筒形状の超電導体の内周空間（ボア）内に、磁束が軸方向に通る磁場が発生するように、外部磁場発生装置により磁場（印加磁場）が超電導体に印加される。そして、磁場を印加したまま超電導体を超電導遷移温度以下の温度にまで冷却する。冷却完了後、外部磁場発生装置により発生されている印加磁場を取り除く。すると、印加磁場を維持するように超電導体が着磁され、超電導体内に超電導電流が誘起される。こうして超電導体内に超電導電流が流れることにより、超電導体のボア内に、軸方向に磁束が通る磁場（捕捉磁場）が形成される。捕捉磁場が形成されている超電導体のボア内には試料が置かれる空間（室温ボア空間）が形成される。室温ボア空間に配置された試料に電磁波を与えることにより、試料から微弱な電磁波が発せられる。この電磁波を検出することで、ＮＭＲスペクトルが得られる。

【0007】

試料の分析精度を向上させるため、円筒形状の超電導体のボア内に形成される捕捉磁場は、図２０に示すように軸対称な磁場強度分布（すなわち円筒形状の超電導体の中心軸に垂直ないずれの方向から見ても同一な磁場強度分布）であって、中央部分（試料が置かれる空間）の磁場強度が均一であるのがよい。こうした捕捉磁場を得るためには、着磁された超電導体内を流れる超電導電流が、円筒形状の超電導体の中心軸を中心として周方向に流れる円電流でなければならない。つまり、超電導体の軸方向に直交する断面により表されるリング形状と同心円状の超電導電流ループが超電導体内に形成されることが、超電導体のボア内に軸対象な磁場強度分布であって中央部分の磁場強度が均一な捕捉磁場を形成するために必要である。ところが、使用する超電導体の材料組織或いは超電導特性が不均一である場合、そのことによって超電導電流ループが同心円形状とは異なる歪な形状に形成される。すなわち超電導電流ループが乱れる。超電導電流ループが乱れた場合、超電導体のボア内の磁場の軸対称性が崩れるとともに均一性が悪化するため、磁場強度分布が軸対称であって且つ中央部分の磁場強度が均一な捕捉磁場を超電導体のボア内に形成することはできない。よって、超電導体の材料組織及び超電導特性は均一であるのがよい。

【0008】

ところで、高温超電導体として、溶融法により作製されたＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（ＲＥはＹを含む希土類元素）の超電導バルクが良く知られている。しかしながら、このような超電導バルクは、超電導電流ループを乱す以下のような特性（以下、不均一特性と言う）を有する。
（１）超電導バルクは、超電導体上に載置された種結晶から単結晶成長させることにより作製されるため、結晶成長境界を有する。例えば、超電導体上に結晶構造のｃ面が接するように載置された種結晶から結晶成長させて超電導バルクを作製した場合、上から見て種結晶を中心に十字状に結晶成長するため、十字状の結晶成長境界が超電導バルクに形成される。このようにして形成された超電導バルクを着磁した場合、超電導バルク内に形成される超電導電流ループの形状が、隣接する結晶成長境界をつなぐような四角形状となる。つまり、超電導電流が結晶成長境界部分で外側に膨らむように流れることによって超電導電流ループが乱れ、同心円状の超電導電流ループが形成されない。その結果、超電導体のボア内に形成される捕捉磁場の軸対称性が崩れるとともに均一性が悪化する。
（２）高温超電導体としての超電導バルクは、単結晶の超電導相内に非超電導相が微細に分散しているような組織構造を有する。非超電導相は強力な磁場を捕捉するピン止め点を形成するが、非超電導相のサイズや分布にばらつきがあり、そのようなばらつきによって超電導バルク内に形成される超電導電流ループが乱れる。
（３）超電導バルクは、空孔、不要な析出物、マイクロクラックの存在、結晶性の乱れ等の、材料組織の不均一性を有する。斯かる材料組織の不均一性により、超電導バルク内に形成される超電導電流ループが乱れる。
（４）超電導バルクは、超電導特性（超電導遷移温度Ｔｃ、臨界電流密度Ｊｃ等）の局所的なばらつきを有する。これによっても、超電導電流ループが乱れる。

【0009】

従って、超電導磁場発生装置に備えられる高温超電導体に超電導バルクを使用する場合、上記した不均一特性によって超電導電流ループが乱れるため、印加磁場が均一であっても、円筒形状の超電導体のボア内に均一な捕捉磁場を形成することが難しい。

【0010】

特許文献１は、高温超電導材料により円筒状に形成された外側超電導体と、高温超電導材料により円筒状に形成され、外側超電導体の内周側に外側超電導体と同軸的に配置された内側超電導体と、外側超電導体及び内側超電導体を超電導遷移温度以下の温度に冷却するための冷熱を発生する冷却装置と、を備える超電導磁場発生装置を開示する。この超電導磁場発生装置に備えられる内側超電導体は、円筒周面内における臨界電流密度の均一性が、円筒周面内における外側超電導体の臨界電流密度の均一性よりも高くなるように、構成される。ここで、円筒周面とは、円筒形状の超電導体の外周面及び内周面に平行な面、つまり、軸方向から見た場合に円筒形状の超電導体の外周及び内周を形成する円と一致する円或いは同心の円を形成する面である。

【0011】

特許文献１に記載の超電導磁場発生装置によれば、外側超電導体内に形成される超電導電流ループの乱れを、内側超電導体に任意の方向に形成される超電導電流ループで補うことにより、超電導体（内側超電導体）のボア内に形成される捕捉磁場の軸対称性及び均一性が保たれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開２０１６−００６８２５号公報

【発明の概要】

【0013】

（発明が解決しようとする課題）
特許文献１には、内側超電導体の内周側に円筒部を有する円筒基材が設けられた例が示されている（特許文献１の図８参照）。この円筒基材の円筒部の外周面に、超電導薄帯（超電導テープ線材）からなる内側超電導体が巻き付けられる。また、円筒基材は、冷却装置のコールドヘッドに接続される。従って、コールドヘッドで発生した冷熱は、円筒基材を経由して内側超電導体に伝達される。この場合、円筒基材から内側超電導体への冷熱の伝達効率を向上させるため、一般的には、内側超電導体が円筒基材の外周面の全面に接着剤で接着される。従って、コールドヘッドで発生した冷熱は、円筒基材の円筒部及び接着剤を介して内側超電導体に伝達されることになる。

【0014】

上記特許文献１の図８に示すように、内側超電導体が円筒基材の円筒部の外周面の全面に接着剤で接着された状態で円筒状に形成されている場合、冷却時に、円筒部の熱収縮率と内側超電導体の熱収縮率との差によって、内側超電導体に熱応力が作用する。斯かる熱応力により内側超電導体が損傷する虞がある。

【0015】

特に、内側超電導体が超電導薄帯により構成されている場合には、冷却時に熱応力が作用して内側超電導体が損傷する可能性が高い。なぜならば、高温超電導体、特にＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の高温超電導体を用いて作製される超電導薄帯は、金属薄膜基板上に、超電導膜を含め、複数の膜が積層された多層構造を有しているため、厚み方向（積層方向）に作用する引っ張り応力に弱く、冷却時に内側超電導体に熱応力として引っ張り応力が作用すると、内側超電導体を構成する超電導薄帯が容易に剥離するからである。

【0016】

本発明は、外側超電導体と内側超電導体とを備え、内側超電導体が円筒基材の円筒部に巻き付けられることにより構成された超電導磁場発生装置において、冷却時に作用する熱応力に起因する内側超電導体の損傷が抑制される構造の超電導磁場発生装置、及び、そのような超電導磁場発生装置を有する核磁気共鳴装置を提供することを、目的とする。

【0017】

（課題を解決するための手段）
本発明は、高温超電導材料により円筒状に形成され、超電導遷移温度以下の温度に冷却された状態で印加磁場を捕捉することにより、捕捉磁場を発生する外側超電導体（２）と、高温超電導材料により円筒状に形成され、外側超電導体の内周側に外側超電導体と同軸的に配置されるとともに、円筒周面内における臨界電流密度の均一性が、円筒周面内における外側超電導体の臨界電流密度の均一性よりも高い内側超電導体（３）と、外側超電導体と内側超電導体をそれぞれ超電導遷移温度以下の温度に冷却するための冷熱を発生する冷却装置（５）と、を備え、冷却装置は、外側超電導体の内周空間内に外側超電導体と同軸的に配設された円筒部（５３１）を有する円筒基材（５３）を備え、内側超電導体は、円筒部の周面に巻き付けられ、且つ、円筒部の周面に部分的に接着された状態で、外側超電導体の内周側に外側超電導体と同軸的に配置されている、超電導磁場発生装置（１００，１０１）を提供する。

【0018】

本発明によれば、円筒状の外側超電導体の内周側に、外側超電導体と同軸配置された円筒状の内側超電導体が設けられる。この内側超電導体は、円筒基材の円筒部の周面に巻き付けられることにより円筒状に形成される。また、内側超電導体は、円筒部の周面の全面に接着されているのではなく、円筒部の周面に部分的に接着されている。そのため、内側超電導体の冷却時に、円筒部の熱収縮率と内側超電導体の熱収縮率との差によって内側超電導体が接着部位を介して円筒部から熱応力（例えば引っ張り応力）を受ける領域が、全面接着の場合と比較して小さい。つまり、内側超電導体を円筒部に部分接着することによって、円筒部から内側超電導体に作用する熱応力（例えば引っ張り応力）が軽減される。その結果、冷却時に生じる熱応力に起因した内側超電導体の損傷、例えば、冷却時に生じる引っ張り応力に起因した内側超電導体を構成する超電導薄帯の剥離等が抑制される。

【0019】

本発明において、内側超電導体が巻き付けられる円筒部の周面は、外周面でも内周面でもよい。また、内側超電導体は、円筒状に形成することができるのであれば、どのような原型を呈していてもよい。例えば、シート状の超電導体（超電導シート）を円筒部の周面に巻き付けて円筒形状に変形することによって内側超電導体を構成してもよい。より好ましくは、内側超電導体は、長尺状の超電導薄帯（超電導テープ線材）（３Ａ）により構成されるとよい。超電導薄帯は、現存する超電導材料の中で、取り扱いが容易であり、且つ、所望の形状（例えば円筒形状）に容易に変形させることができるからである。なお、ここでいう超電導薄帯とは、テープ形状（すなわち厚さが非常に薄く、且つ一方向に長く形成された形状）を有し、且つ、超電導特性を発揮し得る材料をいう。

【0020】

内側超電導体として超電導薄帯を用いる場合、それを円筒状に形成するための態様は、どのような態様であってもよい。例えば、両端がつなげられてリング形状に形成された超電導薄帯を軸方向につなげることにより、内側超電導体を円筒状に形成してもよい。より好ましくは、内側超電導体は、超電導薄帯を螺旋状に円筒部の周面に巻き付けることにより円筒状に形成されているのがよい。すなわち、内側超電導体は、円筒部の周面に、円筒部の軸方向を併進方向として螺旋状に巻き付けられた長尺状の超電導薄帯により円筒状に形成されているとよい。そして、円筒状に形成された内側超電導体は、離間した複数の位置にて、円筒部の周面に部分的に接着されているとよい。すなわち、円筒部への内側超電導体の接着位置は、離間した複数の接着位置であるとよい。これによれば、１本の長尺状の超電導薄帯を円筒部の周面に螺旋巻きすることにより、簡単に、円筒状の内側超電導体を作製することができる。

【0021】

超電導薄帯を円筒部の周面に螺旋巻きすることによって内側超電導体が円筒状に形成されている場合、内側超電導体は、それを構成する超電導薄帯の長手方向における両端位置にて、円筒部の周面に部分的に接着されているとよい。すなわち、円筒部の周面への内側超電導体の接着位置は、それを構成する超電導薄帯の長手方向における両端位置であるのがよい。言い換えれば、超電導薄帯が円筒部の周面に螺旋巻きされることによって円筒状に形成されている内側超電導体は、円筒部の軸方向における両端位置にて、円筒部の周面に接着されているとよい。これによれば、円筒部の周面に螺旋巻きされた超電導薄帯を円筒部に固定するための必要最小限の領域、すなわち、円筒部の周面への超電導薄帯の巻き始めの位置と巻き終わりの位置のみにて内側超電導体が円筒部の周面に接着される。このようにして極力接着面積を小さくすることによって、冷却時に内側超電導体に作用する熱応力（例えば引っ張り応力）がより一層軽減される。よって、内側超電導体を構成する超電導薄帯の剥離等の損傷がより一層抑制される。また、円筒部の軸方向における両端に接着材を塗布しておいてから、円筒部の周面に超電導薄帯を螺旋巻きすることにより、簡単に、円筒部の周面に内側超電導体を部分接着することができる。

【0022】

また、円筒部に螺旋巻きされた超電導薄帯により円筒状に形成された内側超電導体は、周方向に離間し且つ軸方向成分を含む方向に線状に延びた複数の線状領域にて、円筒部の周面に部分的に接着されていてもよい。すなわち、円筒部の周面への内側超電導体の接着位置は、周方向に離間し且つ軸方向成分を含む方向に線状に延びた複数の線状領域であってもよい。この場合において、各線状領域は、円筒部の周面に螺旋巻きされた超電導薄帯の各螺旋巻線を跨ぐように、軸方向成分を含む方向に線状に延びた領域であるとよい。これによれば、円筒部の周面への内側超電導体の接着領域が、円筒状の内側超電導体の軸方向を含む方向に線状に延びているため、冷却時には、円筒状の内側超電導体が軸方向を含む方向に線状に延びた接着剤を介して軸方向に沿ってほぼ均一に冷却される。また、円筒部の周方向に離間した複数の位置にて、軸方向成分を含む方向に延びるように接着材を塗布しておいてから、円筒部に超電導薄帯を螺旋巻きすることにより、簡単に、円筒部の周面に内側超電導体を部分接着することができる。

【0023】

また、内側超電導体は、円筒部の周面に、円筒部の軸方向を併進方向として螺旋状に巻き付けられた長尺状の超電導薄帯により円筒状に形成され、且つ、離間した複数の位置にて、円筒部の周面に部分的に接着されている第一内側超電導体（３１）と、第一内側超電導体の周面に、円筒部の軸方向を併進方向として螺旋状に巻き付けられた長尺状の超電導薄帯により円筒状に形成され、且つ、離間した複数の位置にて、第一内側超電導体の周面に部分的に接着されている第二内側超電導体（３２）と、を備えていてもよい。この場合、第二内側超電導体は、それを構成する超電導薄帯の各螺旋巻線の側縁の位置が、第一内側超電導体を構成する超電導薄帯の各螺旋巻線の側縁の位置に一致しないように、第一内側超電導体の周面に巻き付けられているとよい。

【0024】

超電導薄帯が螺旋巻きされることにより内側超電導体が円筒状に形成されている場合、内側超電導体を構成する超電導薄帯の各螺旋巻線の側縁を跨ぐ位置には超電導電流ループを形成することができない。これに対し、上記のように、第一内側超電導体を構成する超電導薄帯の各螺旋巻線の側縁の位置と、第二内側超電導体を構成する超電導薄帯の各螺旋巻線の側縁の位置が一致しないように、それぞれの超電導体を構成する超電導薄帯が螺旋巻きされている場合、一方の内側超電導体を構成する超電導薄帯の螺旋巻線の側縁を跨ぐ位置に形成されるべき超電導電流ループは、他方の内側超電導体を構成する超電導薄帯に形成することができる。このため、形成できる超電導電流ループが増加し、その結果、より一層、内側超電導体の内部空間（室温ボア空間）の磁場の均一性が高められる。

【0025】

この場合、円筒部の周面への第一内側超電導体の接着位置と、第一内側超電導体の周面への第二内側超電導体の接着位置とは、第一内側超電導体を挟んで異なる位置である（すなわち同じ位置ではない）のがよい。別の言い方をすれば、第一内側超電導体が円筒部に接着される位置と、第一内側超電導体が第二内側超電導体に接着される位置とは、第一内側超電導体を構成する超電導薄帯の表裏面（テープ面）に垂直な方向における同一位置ではないのがよい。これによれば、円筒部の周面への第一内側超電導体の接着位置と、第一内側超電導体の周面への第二内側超電導体の接着位置が、第一内側超電導の表裏面に垂直な方向から見てずれている。このため、冷却時に第一内側超電導体が同じ位置にて両面側から熱応力（例えば引っ張り応力）を受けることがない。よって、第一内側超電導体を構成する超電導薄帯の剥離等の損傷をより一層抑制することができる。

【0026】

また、第一内側超電導体は、それを構成する超電導薄帯の長手方向における両端位置にて、円筒部の周面に部分的に接着され、第二内側超電導体は、それを構成する超電導薄帯の長手方向における両端位置にて、第一内側超電導体の周面に部分的に接着されていてもよい。すなわち、円筒部の周面への第一内側超電導体の接着位置は、第一内側超電導体を構成する超電導薄帯の長手方向における両端位置であり、第一内側超電導体の周面への第二内側超電導体の接着位置は、第二内側超電導体を構成する超電導薄帯の長手方向における両端位置であってもよい。言い換えれば、超電導薄帯が円筒部の周面に螺旋巻きされることによって円筒状に形成されている第一内側超電導体は、円筒部の軸方向における両端位置にて、円筒部の周面に接着され、超電導薄帯が第一内側超電導体の周面に螺旋巻きされることによって円筒状に形成されている第二内側超電導体は、第一内側超電導体の軸方向における両端位置にて、第一内側超電導体の周面に接着されているとよい。これによれば、円筒部に螺旋巻きされた超電導薄帯の巻き始めの位置と巻き終わりの位置のみの必要最小限の領域にて第一内側超電導体が円筒部の周面に接着され、第一内側超電導体に螺旋巻きされた超電導薄帯の巻き始めの位置と巻き終わりの位置のみの必要最小限の領域にて第二内側超電導体が第一内側超電導体の周面に接着される。このようにして極力接着面積を小さくすることによって、冷却時に内側超電導体に作用する熱応力（例えば引っ張り応力）がより一層軽減される。よって、第一内側超電導体及び第二内側超電導体を構成する超電導薄帯の剥離等の損傷がより一層抑制される。また、簡単に、第一内側超電導体と第二内側超電導体を部分接着することができる。

【0027】

また、円筒部の周面への第一内側超電導体の接着位置は、周方向に離間し且つ軸方向成分を含む方向に線状に延びた複数の線状領域であり、第一内側超電導体の周面への第二内側超電導体の接着位置は、周方向に離間し且つ軸方向成分を含む方向に線状に延びた複数の線状領域であってもよい。この場合、円筒部の周面への第一内側超電導体の接着位置と、第一内側超電導体の周面への第二内側超電導体の接着位置が、周方向にずれているとよい。さらにこの場合、円筒部の周面への第一内側超電導体の各接着領域は、円筒部の周面に螺旋巻きされた超電導薄帯の各螺旋巻線を跨ぐように、軸方向成分を含む方向に線状に延びた領域であるとよい。同様に、第一内側超電導体の周面への第二内側超電導体の各接着領域は、第一内側超電導体の周面に螺旋巻きされた超電導薄帯の各螺旋巻線を跨ぐように、軸方向成分を含む方向に線状に延びた領域であるとよい。

【0028】

これによれば、円筒部への第一内側超電導体の接着領域が、円筒状の第一内側超電導体の軸方向を含む方向に線状に延びているため、冷却時には、円筒状の第一内側超電導体が軸方向を含む方向に線状に延びた接着剤を介して軸方向に沿ってほぼ均一に冷却される。同様に、第一内側超電導体への第二内側超電導体の接着領域が、円筒状の第二内側超電導体の軸方向を含む方向に線状に延びているため、冷却時には、円筒状の第二内側超電導体が軸方向を含む方向に線状に延びた接着剤を介して軸方向に沿ってほぼ均一に冷却される。また、簡単に、第一内側超電導体と第二内側超電導体を部分接着することができる。さらに、第一内側超電導体の接着位置と第二内側超電導体の接着位置が周方向にずれているので、冷却時に第一内側超電導体が同じ位置にて両面側から熱応力（例えば引っ張り応力）を受けることがない。このため、第一内側超電導体の剥離等の損傷が効果的に抑制される。

【0029】

また、円筒部と第一内側超電導体との間の隙間、及び、第一内側超電導体と第二内側超電導体との間の隙間、の一部又は全部に、接着に使用した材料の弾性率よりも小さい弾性率を有する充填剤が充填されているとよい。これによれば、円筒部と第一内側超電導体との間であって未接着領域に形成される隙間、及び、第一内側超電導体と第二内側超電導体との間であって未接着領域に形成される隙間、の一部又は全部に、接着剤よりも変形しやすい充填剤が充填されているので、冷却時には、充填剤の充填領域に作用する熱応力（例えば引っ張り応力）は、接着領域に作用する熱応力（例えば引っ張り応力）よりも弱い。よって、全面接着の場合と比べ、冷却時における超電導薄帯の剥離等の損傷が抑制される。加えて、冷却時には、第一内側超電導体及び／又は第二内側超電導体が充填剤を介しても冷却されるため、効率良く且つ均一に第一内側超電導体及び／又は第二内側超電導体を冷却することができる。

【0030】

充填剤としては、弾性率が接着剤の弾性率よりも小さいものであれば、どのようなものであってもよい。例えば、エポキシ系接着剤が用いられている場合、充填剤としてグリース、ワックス、シリコーン等が好適に用いられる。

【0031】

また、第二内側超電導体の周面であって第一内側超電導体の周面に部分的に接着されている面とは反対側の周面に対面するように円筒状に形成されたカバー部が設けられていてもよい。この場合、カバー部は、円筒基材に接続されているとよい。これによれば、円筒基材に接続されたカバー部からも、第二内側超電導体を冷却することができる。よって、冷却効率がより向上する。

【0032】

さらにこの場合、第二内側超電導体とカバー部との間の隙間の一部又は全部に、接着に使用した材料の弾性率よりも小さい弾性率を有する充填剤が充填されているとよい。これによれば、冷却時に、充填剤を介して第二内側超電導体が冷却される。よって、冷却効率がより向上する。

【0033】

また、本発明に係る冷却装置は、外側超電導体の一方の端面に対面配置されるコールドヘッドを備え、円筒基材は、円筒部の一方の端部を閉塞するように円筒部の一方の端部に接続された固定部を有するとよい。そして、固定部がコールドヘッドに固定されているとよい。これによれば、円筒基材が直接コールドヘッドに固定されるので、外側超電導体及び内側超電導体を着磁する際における外側超電導体の発熱による円筒基材の加熱が抑えられる。このため、円筒基材の円筒部を通じて、内側超電導体が、効率良く、且つ、均一に冷却される。

【0034】

また、本発明は、上記構成の超電導磁場発生装置を備える核磁気共鳴装置を提供する。これによれば、外側超電導体及び内側超電導体の冷却時に作用する熱応力に起因する内側超電導体の損傷が抑制される構造の超電導磁場発生装置を備えた核磁気共鳴装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】第一実施形態に係る超電導磁場発生装置を上下方向に沿った中心線を含む平面で切断した断面を表す概略図である。

【図2】内側超電導体を構成する超電導薄帯を長手方向及び厚み方向を含む平面で切断した断面を示す概略図である。

【図3】超電導薄帯が円筒部の外周面に螺旋巻きされた状態を示す図である。

【図4】核磁気共鳴装置の概略構成を示す図である。

【図5】超電導磁場発生装置により超電導体のボア内に捕捉磁場が発生している場合に外側超電導体に流れている超電導電流を模式的に示す図である。

【図6】内側超電導体に形成される補正電流ループを模式的に示す図である。

【図7】第二実施形態に係る超電導磁場発生装置を上下方向に沿った中心線を含む平面で切断した断面を表す概略図である。

【図8】第三施形態に係る内側超電導体が、第二実施形態に係る円筒基材の円筒部に巻きつけられている状態を示す図である。

【図9】第三実施形態に係る第一内側超電導体と第二内側超電導体とを別々に示す図である。

【図10A】第四実施形態において、円筒部の外周面への第一内側超電導体の接着位置を示す図である。

【図10B】第四実施形態において、第一内側超電導体の外周面への第二内側超電導体の接着位置を示す図である。

【図11】第四実施形態に係る第一内側超電導体の接着及び第二内側超電導体の接着が完了した状態を示す斜視図である。

【図12】第四実施形態に係る第一内側超電導体の接着状態及び第二内側超電導体の接着状態を、円筒部の中心軸線を含む断面から示す概略図である。

【図13】第五実施形態に係る第一内側超電導体の接着状態及び第二内側超電導体の接着状態を、円筒部の中心軸線を含む断面から示す概略図である。

【図14】第六実施形態に係る内側超電導体の接着状態を、円筒部の中心軸線を含む断面から示す概略図である。

【図15】第七実施形態に係る内側超電導体が円筒基材の円筒部に接着されている状態を、円筒部の中心軸を含む断面から示す概略図である。

【図16A】第八実施形態において、円筒部の外周面への第一内側超電導体の接着位置を示す図である。

【図16B】第八実施形態において、第一内側超電導体の外周面への第二内側超電導体の接着位置を示す図である。

【図17】第八実施形態に係る第一内側超電導体の接着状態及び第二内側超電導体の接着状態を、円筒部の軸方向に垂直な断面から示す概略図である。

【図18】第八実施形態に係る第一内側超電導体の接着状態及び第二内側超電導体の接着状態を、円筒部の軸方向に垂直な断面から示す概略図である。

【図19A】図１８のＩ−Ｉ断面図である。

【図19B】図１８のＩＩ−ＩＩ断面図である。

【図20】超電導体のボア内に形成される捕捉磁場であって、磁場強度分布が軸対称であり且つ中央部分の磁場強度が均一な捕捉磁場を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

（第一実施形態）
まず、第一実施形態について説明する。図１は、第一実施形態に係る超電導磁場発生装置１００を上下方向に沿った中心線を含む平面で切断した断面を表す概略図である。図１に示すように、超電導磁場発生装置１００は、超電導体１と、ホルダ４と、冷却装置５と、真空断熱容器６と、外部磁場発生コイル７（外部磁場発生装置）とを備える。

【0037】

冷却装置５は、高温超電導体の超電導遷移温度Ｔｃ（例えば９０Ｋ）以下の低温、例えば５０Ｋ程度の低温（冷熱）を発生するものであればどのようなものであってもよい。冷却装置５として、パルス管冷凍機、ＧＭ冷凍機、スターリング冷凍機を例示することができる。冷却装置５は、冷凍サイクル運転の実施によって冷熱を発生するものであるのが好ましいが、液体窒素のような、高温超電導体の超電導遷移温度Ｔｃ以下の温度を提供することができる物質であってもよい。

【0038】

本実施形態において、冷却装置５は、内部に低温を発生するための機構を備える。また、冷却装置５は、コールドヘッド５２と、円筒基材５３とを備える。コールドヘッド５２は、冷却装置５の内部の機構の動作により冷却される。コールドヘッド５２は、例えば銅等の、熱伝導率が高く且つ非磁性の材質により形成される。コールドヘッド５２は、柱状の支柱部５２ａ及び円板状のステージ部５２ｂと、を有する。図１において、支柱部５２ａは冷却装置５の上側部分に設けられる。支柱部５２ａの上端（他方の端部）が、円板状のステージ部５２ｂの一方の端面に接続される。支柱部５２ａとステージ部５２ｂは一体的に形成されていてもよい。

【0039】

ステージ部５２ｂの他方の面（上面）に、ホルダ４及び円筒基材５３が載置される。円筒基材５３は、円筒状に形成されるとともに外周面５３１ａ及び内周面５３１ｂを有する円筒部５３１と、円筒部５３１の一方の端部に形成されたフランジ部５３２を有する。そして、フランジ部５３２が、コールドヘッド５２のステージ部５２ｂ上に載置される。円筒基材５３は、熱伝導率の高い非磁性金属により形成される。例えば、円筒基材５３の材質として、銅、アルミニウム、サファイア（アルミナ単結晶）を例示できる。

【0040】

超電導体１は、図１に示すように外側超電導体２と内側超電導体３を備える。外側超電導体２は、複数のリング形状の超電導バルク２ａを軸方向に沿って積み重ねることによって円筒状に形成される。なお、一つの超電導バルクによって円筒状の外側超電導体２を構成してもよい。円筒状の外側超電導体２の一方の端面（下端面）が、コールドヘッド５２のステージ部５２ｂ上に載置されている円筒基材５３のフランジ部５３２上に載置される。このとき、円筒基材５３の円筒部５３１が外側超電導体２の内周空間内に外側超電導体２と同軸配置するように、外側超電導体２がフランジ部５３２上に載置される。

【0041】

外側超電導体２の内周側に内側超電導体３が配設される。内側超電導体３も外側超電導体２と同様に円筒状に形成される。ただし、内側超電導体３の径方向における長さ（厚さ）は、外側超電導体２の径方向における長さ（厚さ）と比較して非常に薄い。この内側超電導体３は、円筒基材５３の円筒部５３１の外周面５３１ａに巻き付けられているとともに、円筒部５３１の外周面５３１ａに部分的に接着されている。上記したように円筒部５３１と外側超電導体２は同軸配置しているので、円筒部５３１の外周面５３１ａに巻き付けられた内側超電導体３は、外側超電導体２の内周側に外側超電導体２と同軸的に配置されることになる。内側超電導体３の外周面は外側超電導体２の内周面に接触していてもよく、接触していなくてもよい。

【0042】

外側超電導体２及び内側超電導体３は第２種超電導体であり、高温超電導材料により形成される。本実施形態においては、外側超電導体２は、ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（ＲＥはＹを含む希土類元素）系超電導体であり、周知の溶融法により形成される。外側超電導体２は、ｃ軸方向を積層方向（層に垂直な方向）とする層状の結晶構造を持つ高温超電導体であり、結晶構造のｃ軸の方向が外側超電導体２の軸方向に一致するように種結晶から結晶成長させることにより形成される。内側超電導体３はｃ軸方向を積層方向（層に垂直な方向）とする層状の結晶構造を持つ高温超電導体であり、結晶構造のｃ軸の方向が内側超電導体３の径方向に一致するように形成される。

【0043】

本実施形態において、内側超電導体３は、超電導薄帯（超電導テープ線材）により構成される。超電導薄帯とは、厚さが非常に薄く、一方向に長く形成され、且つ、超電導特性を発揮し得る材料をいう。図２は、内側超電導体３を構成する超電導薄帯３Ａを長手方向及び厚み方向を含む平面で切断した断面を示す概略図である。図２に示すように、超電導薄帯３Ａは、ハステロイ等により構成される薄膜金属基板３ａ上に、中間層３ｂ、ＲＥ−ＢＢａ−Ｃｕ−Ｏ系の超電導体により構成される超電導膜３ｃ、保護層３ｄ、Ｃｕ等により構成される安定化層３ｅが、この順に積層された多層構造を有する。超電導膜３ｃは、結晶構造のｃ軸の方向が、テープ面、すなわち超電導薄帯の厚み方向に垂直な面に垂直な方向（図２の矢印Ａ方向）に一致するように、形成される。

【0044】

超電導薄帯３Ａは、上述したように多層構造を有しているので、積層方向（厚み方向）に引っ張り応力が作用した場合に、超電導膜３ｃが剥離しやすい。すなわち、テープ面（厚み方向に垂直な面）に垂直な引っ張り応力により剥離しやすい。よって、超電導薄帯３Ａには、そのテープ面に垂直な方向に大きな引っ張り応力が作用しないのが好ましい。

【0045】

また、本実施形態においては、内側超電導体３は、図２に示す構造の長尺状の超電導薄帯３Ａが、円筒基材５３の円筒部５３１の外周面５３１ａに螺旋状に巻き付けられることにより、円筒状に形成される。図３は、超電導薄帯３Ａが円筒部５３１の外周面５３１ａに螺旋巻きされた状態を示す図である。図３において、円筒部５３１が一点鎖線で示され、螺旋巻きされた超電導薄帯３Ａが実線で示される。図３に示すように、超電導薄帯３Ａは、円筒部５３１の外周面５３１ａに、円筒部５３１の軸方向（図３において上下方向）を併進方向として螺旋状に巻き付けられる。この場合において、円筒状の内側超電導体３の内周面側が超電導薄帯３Ａの薄膜金属基板３ａ側となり、外周面側が超電導薄帯３Ａの安定化層３ｅ側となるように、超電導薄帯３Ａが螺旋巻きされる。なお、螺旋状に巻きつけられた超電導薄帯３Ａの併進方向における両端部は、円筒部５３１の軸方向端部に沿うように、斜めに切断されている。

【0046】

超電導薄帯３Ａの螺旋巻きによって円筒状の内側超電導体３を形成した場合、超電導薄帯３Ａのテープ面に垂直な方向、すなわち結晶構造のｃ軸方向が、円筒状の内側超電導体３の径方向に一致する。従って、内側超電導体３は、結晶構造のｃ軸方向が径方向に一致するように、形成される。

【0047】

また、円筒部５３１の外周面５３１ａに超電導薄帯３Ａを螺旋巻きする前に、円筒部５３１の外周面５３１ａに、例えば図３の黒丸で示すように、離間した複数の位置に部分的に接着剤９を塗布しておき、接着剤９の塗布後に円筒部５３１の外周面５３１ａに超電導薄帯３Ａが螺旋巻きされる。これにより、内側超電導体３の内周面が円筒部５３１の外周面５３１ａに、離間した複数の位置にて部分的に接着される。なお、接着剤としては、内側超電導体３（超電導薄帯３Ａ）の内周面を円筒部５３１の外周面５３１ａに接着することができるものであれば特に限定されないが、例えばエポキシ系の接着剤を用いることができる。

【0048】

図１に示すように、ホルダ４は、外側超電導体２の外径とほぼ同じ内径を有する円筒状の本体部４１と、本体部４１の図１において下端から径外方に放射状に延設されることによりリング状に形成された固定部４２と、本体部４１の図１において上端から径内方に放射状に延設されることによりリング状に形成された端面部４３とを有し、概して有底筒形状を呈する。ホルダ４の固定部４２がステージ部５２ｂに載置されることにより、ホルダ４がステージ部５２ｂに固定される。このホルダ４の本体部４１の内周空間内に超電導体１（外側超電導体２及び内側超電導体３）が配設される。ホルダ４がステージ部５２ｂ上に固定された状態においては、外側超電導体２の外周面がホルダ４の本体部４１の内周面に接触するとともに、外側超電導体２の図１において上側の端面がホルダ４の端面部４３の下面に接触する。このようにして外側超電導体２がホルダ４に保持される。ホルダ４もコールドヘッド５２と同様に、銅、アルミニウム等の熱伝導率が高く且つ非磁性の材質により形成される。

【0049】

真空断熱容器６は、ホルダ４の本体部４１の外径よりも大きい内径を有する円筒形状の本体部６１と、本体部６１の図１において下端から径外方に放射状に延設されることによりリング状に形成された固定部６２と、本体部６１の図１において上端から径内方に放射状に延設されることによりリング状に形成された上面部６３とを有する。また、固定部６２が冷却装置５に気密的に固定される。本体部６１の内周空間内に、超電導体１、ホルダ４、コールドヘッド５２及び円筒基材５３が収納される。

【0050】

図１に示すように、真空断熱容器６の上面部６３の内周壁に囲まれた円形の開口から円筒容器８が真空断熱容器６の内周空間内に挿入される。円筒容器８は、有底筒状の容器部８１と、容器部８１の開口端から径外方に放射状に延設された蓋部８２とを有し、蓋部８２が真空断熱容器６の上面部６３の図１において上面に載置される。そして、容器部８１が、円筒基材５３の円筒部５３１の内周面５３１ｂに対面するように、超電導体１のボア（内周空間）に進入している。つまり、容器部８１は超電導体１のボア内に配設される。容器部８１内の空間に、例えばＮＭＲ装置にて分析される試料が載置される。容器部８１内の空間は、超電導体１のボアのほぼ中央に設けられる。この空間を、室温ボア空間と呼ぶ。室温ボア空間の形状は、本実施形態では、円柱状である。

【0051】

また、容器部８１の図１において上側部分の外周面とリング状の上面部６３の内周面との隙間が図示しない封止手段により気密的に封止される。これにより上面部６３に形成された開口が塞がれる。また、上述のように真空断熱容器６の固定部６２は冷却装置５に気密的に固定されている。従って、真空断熱容器６、冷却装置５、及び円筒容器８によって仕切られた密閉空間が、冷却装置５の図１において上方に形成される。この密閉空間内に、超電導体１（外側超電導体２、内側超電導体３）、ホルダ４、コールドヘッド５２及び円筒基材５３が配設される。真空断熱容器６は、アルミニウム合金等の非磁性材料で形成される。

【0052】

また、図１に示すように、真空断熱容器６の円筒状の本体部６１の外周を囲むように、外部磁場発生コイル７が設けられる。外部磁場発生コイル７に通電することにより磁場が発生する。外部磁場発生コイル７への通電により発生した磁場を、以下、印加磁場と呼ぶ場合もある。印加磁場は少なくとも外部磁場発生コイル７の内周空間内に形成される。従って、外部磁場発生コイル７の作動によって、超電導体１に磁場が印加される。このとき、超電導体１のボア内に、外側超電導体２及び内側超電導体３の軸方向に沿って磁束が通るような磁場が形成される。

【0053】

上記構成の超電導磁場発生装置１００の作動について説明する。まず、図示しない排気装置を用いて、真空断熱容器６の本体部６１の内周空間内に形成される密閉空間の内部を排気する。これにより、密閉空間内の気圧が真空状態（例えば０．１Ｐａ以下）となるように減圧される。その後、外部磁場発生コイル７を作動させることにより印加磁場を発生させる。この場合において、上述したように、超電導体１のボア内の空間には、外側超電導体２及び内側超電導体３の軸方向に沿って磁束が通過するような磁場が形成される。また、超電導体１のボア内の空間に、磁場強度分布が軸対称であって、且つ、室温ボア空間内の磁場強度が径方向及び軸方向に均一に分布するように、磁場が印加される（磁場印加工程）。

【0054】

外部磁場発生コイル７の作動によって超電導体１に磁場が印加された状態のまま、冷却装置５を作動させる。これによりコールドヘッド５２が冷却され、さらにコールドヘッド５２のステージ部５２ｂに載置されている円筒基材５３及びホルダ４が冷却される。円筒基材５３の円筒部５３１の外周面５３１ａには、接着剤９を介して内側超電導体３が巻き付けられている。従って、内側超電導体３は、円筒部５３１及び接着剤を介して冷却される。また、外側超電導体２は、円筒基材５３のフランジ部５３２及びホルダ４を介して冷却される。この場合において、外側超電導体２及び内側超電導体３は、それぞれの超電導遷移温度以下の温度にまで冷却される（冷却工程）。

【0055】

冷却工程の途中であり、外側超電導体２の超電導遷移温度Ｔｃｏと内側超電導体３の超電導遷移温度Ｔｃｉのうちいずれか高い温度よりも僅かに高い温度（超電導直前温度Ｔｓ＞Ｔｃｏ，Ｔｃｉ）まで、外側超電導体２及び内側超電導体３が冷却されたときに、外部磁場発生コイル７を制御して、室温ボア空間内に、超電導体１（外側超電導体２及び内側超電導体３）の軸方向及び径方向における磁場強度分布が均一な均一磁場が形成されるように、印加磁場を調整する（磁場調整工程）。この磁場調整工程により、それまでに超電導体１に生じていた磁化の変化が印加磁場に与える影響が打ち消される。

【0056】

冷却装置５による冷却により外側超電導体２の温度及び内側超電導体３の温度がそれぞれの超電導遷移温度以下の温度にまで低下した場合、外側超電導体２及び内側超電導体３が超電導状態にされる。このとき、すなわち外側超電導体２の温度及び内側超電導体３の温度が超電導遷移温度以下であるときに、外部磁場発生コイル７の作動を停止して、印加磁場を取り除く。すると、印加磁場の除去に伴う磁場強度の変化を受けて、磁場の状態を復元するように外側超電導体２内に超電導電流が誘起される。このようにして誘起された超電導電流が外側超電導体２内を流れることにより磁場が発生する。すなわち外側超電導体２が着磁される。外側超電導体２の着磁により発生する磁場は、基本的には、外部磁場発生コイル７の作動により発生していた印加磁場と同じ磁場である。つまり、外側超電導体２に超電導電流が流れることにより、外側超電導体２が、外部磁場発生コイル７の作動により発生していた印加磁場を捕捉する（磁場捕捉工程）。外側超電導体２が印加磁場を捕捉することにより超電導体１のボア内に磁場が発生する。磁場の捕捉によって発生した磁場を、捕捉磁場と呼ぶこともある。

【0057】

次に、超電導磁場発生装置１００にて発生した捕捉磁場を利用した核磁気共鳴装置について簡単に説明する。図４は、核磁気共鳴装置１１０の概略構成を示す図である。核磁気共鳴装置１１０は、超電導磁場発生装置１００と、検出コイル１２０と、分析手段１３０とを備える。検出コイル１２０は、超電導体１のボア内に配設された円筒容器８の容器部８１内（室温ボア空間内）に配設される。検出コイル１２０の内周側に、測定すべき試料Ｐが配設される。また、分析手段１３０は、高周波発生装置１３１、パルスプログラマ（送信器）１３２、高周波増幅器１３３、プリアンプ（信号増幅器）１３４、位相検波器１３５、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１３６、及びコンピュータ１３７を備える。

【0058】

超電導磁場発生装置１００を作動させると、上述のようにして、超電導体１のボア内に捕捉磁場が形成される。次に、図示しないシムコイルにより捕捉磁場を調整することにより、捕捉磁場の磁場強度の均一性が高められる。このとき室温ボア空間内の磁場強度の均一性が１ｐｐｍ以下となるように、捕捉磁場がシムコイルにより調整される。そして、室温ボア空間内に試料Ｐが置かれる。この状態において、高周波発生装置１３１を作動させる。すると、高周波発生装置１３１により発生された高周波パルスがパルスプログラマ１３２及び高周波増幅器１３３を経て検出コイル１２０に通電され、試料Ｐにパルス電磁波（ラジオ波）が照射される。磁場中に置かれた試料Ｐにラジオ波を照射させた場合に起きる核磁気共鳴により、試料Ｐのまわりに設けられた検出コイル１２０に微小電流が流れる。この微小電流を表す信号（ＮＭＲ信号）が、プリアンプ１３４、位相検波器１３５、Ａ／Ｄ変換器１３６を経てコンピュータ１３７に受け渡される。コンピュータ１３７は、受け渡されたＮＭＲ信号に基づいてＮＭＲスペクトルを算出する。得られたＮＭＲスペクトルから試料Ｐの分子構造が解析される。

【0059】

後述するように、本実施形態に係る超電導磁場発生装置１００を用いた場合、室温ボア空間内に生じる捕捉磁場の均一性は高い。従って、検出コイル１２０により検出された微小電流から得られるＮＭＲスペクトルのピークは明瞭である。よって、試料Ｐの分子構造の解析精度が向上する。

【0060】

次に、超電導磁場発生装置１００により捕捉磁場が発生しているときに外側超電導体２に流れる超電導電流について説明する。図５は、超電導磁場発生装置１００の作動により超電導体１のボア内に捕捉磁場が発生している場合に外側超電導体２に流れている超電導電流を模式的に示す図である。上述したように、印加磁場は、超電導体１のボア内の空間に、外側超電導体２及び内側超電導体３の軸方向に沿って磁束が流れるように形成されていたので、捕捉磁場も同じように磁束が流れるように形成される。このような捕捉磁場は、外側超電導体２の中心軸周りを周方向に沿って超電導電流が流れ続けることにより維持される。このとき超電導電流は、外側超電導体２の中心軸の周りを回る円形の超電導電流ループを形成する。円形の超電導電流ループが形成されることにより、超電導体１のボア内を軸方向に磁束が流れるような捕捉磁場が形成される。

【0061】

なお、一般に、超電導電流は、円筒形状の超電導体の径外方から流れ始める。超電導電流が大きくなるにつれて、超電導電流が超電導体の径内方にも流れるようになる。また、超電導電流の大きさは捕捉磁場の大きさに比例する。従って、捕捉磁場が非常に大きい場合には、捕捉磁場を形成するための超電導電流は、外側超電導体２のみならず内側超電導体３にも流れる。しかしながら、本実施形態では、印加磁場と同じ大きさの捕捉磁場は、理論的には外側超電導体２のみに超電導電流が流れることにより形成され得るように構成される。すなわち、印加磁場は、外側超電導体２に理論的に最大の超電導電流を流すことができる場合に形成される磁場の大きさよりも小さく設定される。

【0062】

外部磁場発生コイル７によって、超電導体１のボア内に、磁場強度分布が軸対称であり且つ中央部分（室温ボア空間）における磁場強度が均一であるような磁場が印加されていた場合、そのような印加磁場と同一の捕捉磁場を得るために外側超電導体２に形成される超電導電流ループは、外側超電導体２の中心軸に垂直な断面内で、中心軸を中心として外側超電導体２の周方向に沿って外側超電導体２の外周形状（或いは内周形状）と同心の円を描く。図５に、このような理想的な超電導電流ループＲが示される。

【0063】

外側超電導体２の材料特性及び超電導特性が完全に均一であれば、図５に示すような理想的な超電導電流ループＲが形成されるはずである。しかし、外側超電導体２は超電導バルクにより形成されているので、上述した不均一特性を有し、電流が流れやすい部分と流れにくい部分が存在する。超電導電流は電流の流れ難い部分を避けて流れるために、超電導体が不均一特性を有する場合、超電導電流ループが上記した同心状の円ではなく歪な形状に形成される可能性が高い。すなわち、超電導電流ループが乱れる可能性が高い。従って、超電導体１のボア内に形成されていた印加磁場が、軸対称分布であり且つ中央部分（室温ボア部分）の磁場強度が均一である場合であっても、外側超電導体２の持つ不均一特性のために、実際に外側超電導体２に形成される超電導電流ループは乱れる。図５に点線で、乱れた超電導電流ループＲ’が示される。乱れた超電導電流ループにより得られる磁場は不均一である。このため捕捉磁場の軸対称性及び均一性が損なわれる。

【0064】

本実施形態においては、外側超電導体２の内側に内側超電導体３が同軸的に設けられている。そして、外側超電導体２に形成される超電導電流ループの乱れによって捕捉磁場の軸対称性及び均一性が損なわれた場合、捕捉磁場を補正するための超電導電流（補正電流）のループが内側超電導体３に形成される。内側超電導体３にこのような補正電流ループが形成されることによって、外側超電導体２に形成された乱れた超電導電流ループにより形成された不均一な捕捉磁場を均一な捕捉磁場に戻すような磁場が形成される。その結果、捕捉磁場の軸対称性及び均一性が保たれる。よって、磁場強度分布が軸対称であって且つ中央部分における磁場強度が均一な捕捉磁場が、超電導体１のボア内に形成される。

【0065】

図６は、内側超電導体３に形成される補正電流ループを模式的に示す図である。補正電流ループは、外側超電導体２に形成される超電導電流ループの乱れに応じて形成されるため、その形状は様々に変化する。例えば、図６の補正電流ループＬ１，Ｌ２に示すように、円筒周面内にて周方向における一部の領域のみを流れる超電導電流により形成される補正電流ループが形成され得る。すなわち、内側超電導体３には、その円筒周面内にて、任意形状の補正電流ループが形成される。なお、本実施形態のように、超電導薄帯３Ａが螺旋巻きされることによって円筒状の内側超電導体３が形成されているような場合には、補正電流ループは、螺旋巻きされた超電導薄帯３Ａの隣接する巻線の境界を横切らないような領域内にて、任意形状の補正電流ループが形成される。

【0066】

内側超電導体３の円筒周面に任意形状の補正電流ループが形成される理由について説明する。円筒形状の超電導体の臨界電流密度Ｊｃは、軸方向における臨界電流密度Ｊｃｚと、径方向における臨界電流密度Ｊｃｒと、周方向における臨界電流密度Ｊｃθとによって表される。また、ある点において、Ｊｃｚの方向、Ｊｃｒの方向、Ｊｃθの方向は、直交する。従って、ＪｃｚとＪｃｒとによって、Ｊｃθに直交する面が定義され、ＪｃｒとＪｃθとによって、Ｊｃｚに直交する面が定義され、ＪｃθとＪｃｚとによって、Ｊｃｒに直交する面が定義される。Ｊｃｒに直交する面は、円筒周面である。すなわち、ＪｃθとＪｃｚとにより円筒周面が定義される。ここで、円筒周面とは、円筒形状の超電導体の外周面及び内周面に平行な面、つまり、軸方向から見た場合に円筒形状の超電導体の外周及び内周を形成する円と一致する円或いは同心の円を形成する面である。

【0067】

また、内側超電導体３は、上述したように、その結晶構造のｃ軸の方向が径方向に一致するように形成されている。一般に、ｃ軸方向を積層方向（層に垂直な方向）とする層状の結晶構造を持つ超電導体において、ｃ軸方向における臨界電流密度は低く、ｃ軸方向に直交する方向における臨界電流密度は高い。さらに、ｃ軸方向に直交する面内における臨界電流密度はほぼ等しい。このことから、内側超電導体３においては、径方向における臨界電流密度Ｊｃｒ１が低く、軸方向における臨界電流密度Ｊｃｚ１及び周方向における臨界電流密度Ｊｃθ１が高く、且つ、Ｊｃｚ１とＪｃθ１はほぼ等しいと言える。つまり、Ｊｃθ１≒Ｊｃｚ１＞Ｊｃｒ１という関係が成立する。

【0068】

なお、外側超電導体２の結晶構造のｃ軸の方向は、上述したように外側超電導体２の軸方向に一致する。そのため、外側超電導体２の軸方向に流れる超電導電流の臨界電流密度Ｊｃｚ２は、外側超電導体２の径方向に流れる超電導電流の臨界電流密度Ｊｃｒ２及び周方向に流れる超電導電流の臨界電流密度Ｊｃθ２よりも小さい。また、Ｊｃｒ２とＪｃθ２はほぼ等しい。つまり、Ｊｃｒ２≒Ｊｃθ２＞Ｊｃｚ２という関係が成立する。

【0069】

円筒形状の超電導体の円筒周面における臨界電流密度の均一性は、軸方向における臨界電流密度Ｊｃｚに対する周方向における臨界電流密度Ｊｃθの比（Ｊｃθ／Ｊｃｚ）により表すことができ、比（Ｊｃθ／Ｊｃｚ）が１に近ければ近いほど、円筒周面における臨界電流密度は均一であるということができる。ここで、内側超電導体３においては、Ｊｃｚ１とＪｃθ１はほぼ等しいから、比（Ｊｃθ１／Ｊｃｚ１）は１に近い。一方、外側超電導体２においては、Ｊｃｚ２はＪｃθ２よりも小さいから、比（Ｊｃθ２／Ｊｃｚ２）は１よりかなり大きい。つまり、内側超電導体３の臨界電流密度についての比（Ｊｃθ１／Ｊｃｚ１）の大きさは、外側超電導体２の臨界電流密度についての比（Ｊｃθ２／Ｊｃｚ２）の大きさよりも、１に近い。要するに、内側超電導体３の円筒周面における臨界電流密度の均一性は、外側超電導体２の円筒周面における臨界電流密度の均一性よりも高い。

【0070】

面内における臨界電流密度が高く、且つ、その面内における臨界電流密度が均一である場合、その面内に超電導電流が流れ易い。すなわち、内側超電導体３の円筒周面内に超電導電流が流れ易い。よって、内側超電導体３の円筒周面内に、任意の形状の超電導電流ループ（補正電流ループ）が形成されるのである。

【0071】

内側超電導体３の円筒周面内に任意形状の補正電流ループが形成されることによって、超電導体１のボア内に、磁場強度分布が軸対称であって且つ中央部分の磁場強度が均一な捕捉磁場を形成することができる理由について言及する。超電導体１のボア内に形成されていた印加磁場の磁場強度分布が軸対称であって且つ中央部分における印加磁場の磁場強度が均一であった場合、外側超電導体２内には、その印加磁場と同一の捕捉磁場が形成されるように超電導電流ループが形成されるはずである。しかし、外側超電導体２の不均一特性に起因して印加磁場と同一の磁場を形成できないような超電導電流ループが外側超電導体２内に形成された場合、印加磁場と捕捉磁場との差分の磁場が、内側超電導体３に形成される補正電流ループによって捕捉される。ここで、上述したように、内側超電導体３は、その円筒周面内に任意の形状の超電導電流ループ（補正電流ループ）を形成することができる。よって、内側超電導体３の円筒周面内の領域であって超電導電流ループを形成することができる領域内の任意の位置に、任意の形状の超電導電流ループが一つ以上形成されることにより、任意の方向に磁束が通る任意の強度の磁場を形成することができる。つまり、差分の磁場がどのような磁場であっても、その磁場に応じた磁場が形成されるように、内側超電導体３内の円筒周面内に任意形状の超電導電流ループ（補正電流ループ）が形成される。その結果、不均一な捕捉磁場が補われて捕捉磁場の軸対称性及び均一性が保たれる。このため、超電導体１のボア内に、磁場強度分布が軸対称であって且つ中央部分の磁場強度が均一な捕捉磁場を形成することができる。よって、超電導体１のボアの中央部分に配置した室温ボア空間に、軸方向に及び径方向に沿って磁場強度が均一な捕捉磁場を形成することができる。

【0072】

また、本実施形態において、上述したように円筒形状の外側超電導体２の結晶構造のｃ軸の方向は軸方向に一致し、一方、円筒形状の内側超電導体３の結晶構造のｃ軸の方向は径方向に一致している。また、印加磁場の方向（磁束の流れる方向）は超電導体１の軸方向である。つまり、外側超電導体２には、ｃ軸方向に磁束が流れるように磁場が印加され、内側超電導体３には、ｃ軸方向に垂直に磁束が流れるように磁場が印加される。ここで、超電導体は、磁場の印加によって臨界電流密度が低下するという性質を持つが、さらに、超電導体は、磁場の印加方向によって臨界電流密度の低下量が変化するという性質をも持つ。ｃ軸方向に垂直に磁束が流れるように磁場が印加された場合における臨界電流密度の低下量は、ｃ軸方向に磁束が流れるように磁場が印加された場合における臨界電流密度の低下量よりも少ない。すなわち、内側超電導体３における臨界電流密度の低下量は、外側超電導体２における臨界電流密度の低下量よりも小さい。従って、外側超電導体２と内側超電導体３が同じ材料組成である場合であっても、ｃ軸方向の違いにより、内側超電導体３の臨界電流密度が外側超電導体２の臨界電流密度よりも大きくなる。このように、内側超電導体３の臨界電流密度が大きいので、臨界電流密度によって補正電流ループの大きさが制限されることを防止することができる。よって、外側超電導体２に形成される超電導ループの乱れに応じた適切な補正電流ループを内側超電導体３に形成することができ、その結果、より一層確実に、磁場強度分布が軸対称であって且つ中央部分の磁場強度が均一な捕捉磁場を形成することができる。

【0073】

ところで、上記したように、室温ボア空間に補足磁場を形成するために、超電導体１（外側超電導体２及び内側超電導体３）が、冷却工程にて超電導遷移温度以下の温度に冷却される。また、内側超電導体３は、接着剤９を介して円筒基材５３の円筒部５３１の外周面５３１ａに接着されている。従って、冷却工程では、内側超電導体３は、円筒部５３１及び接着剤を介して冷却される。

【0074】

また、冷却時には、内側超電導体３、円筒部５３１、及び接着剤９が、熱収縮する。この場合において、内側超電導体３、接着剤９、円筒部５３１のそれぞれの熱収縮率が異なる場合、熱収縮率の違いに起因して、内側超電導体３に熱応力が作用する。特に、円筒部５３１の熱収縮率が内側超電導体３の熱収縮率よりも大きい場合、冷却時に内側超電導体３が径内方に引っ張られるような引っ張り応力を円筒部５３１から受ける。

【0075】

上記した引っ張り応力は、接着剤９を介して内側超電導体３に作用する。つまり、内側超電導体３のうち、円筒部５３１の外周面５３１ａへの接着領域に引っ張り応力が作用する。従って、接着剤９による接着領域が大きい場合、大きな引っ張り応力が内側超電導体３に作用する。例えば、内側超電導体３の全面が接着剤９によって円筒部５３１の外周面５３１ａに接着されている場合、非常に大きな引っ張り応力が内側超電導体３に作用することになる。

【0076】

このような引っ張り応力は、内側超電導体３を構成する超電導薄帯３Ａのテープ面に垂直な方向に作用する。よって、引っ張り応力が大きい場合、超電導薄帯３Ａの剥離等の損傷が発生する可能性が高い。

【0077】

この点に関し、本実施形態においては、内側超電導体３が、円筒部５３１の外周面５３１ａに接着剤によって部分的に接着されている。従って、接着領域が、全面接着の場合と比較して小さい。よって、冷却時の熱収縮の違いにより円筒部５３１から内側超電導体３に作用する引っ張り応力も小さい。そのため、内側超電導体３を構成する超電導薄帯３Ａの剥離等損傷の発生が抑制される。

【0078】

以上のように、本実施形態に係る超電導磁場発生装置１００は、高温超電導材料により円筒状に形成され、超電導遷移温度以下の温度に冷却された状態で印加磁場を捕捉することにより、捕捉磁場を発生する外側超電導体２と、高温超電導材料により円筒状に形成され、外側超電導体２の内周側に外側超電導体２と同軸的に配置されるとともに、円筒周面内における臨界電流密度の均一性が、円筒周面内における外側超電導体２の臨界電流密度の均一性よりも高い内側超電導体３と、外側超電導体２と内側超電導体３をそれぞれ超電導遷移温度以下の温度に冷却するための冷熱を発生する冷却装置５と、を備える。更に、冷却装置５は、外側超電導体２の内周空間内に外側超電導体２と同軸的に配設された円筒部５３１を有する円筒基材５３を備える。そして、内側超電導体３は、円筒部５３１の外周面５３１ａに巻き付けられ、且つ、円筒部５３１の外周面５３１ａに部分的に接着された状態で、外側超電導体２の内周側に外側超電導体２と同軸的に配置される。

【0079】

本実施形態によれば、内側超電導体３が円筒部５３１の外周面５３１ａに部分的に接着されているため、内側超電導体３の冷却時に、円筒部５３１の熱収縮率と内側超電導体３の熱収縮率との差によって内側超電導体３が接着部位を介して円筒部５３１から熱応力（引っ張り応力）を受ける領域が、全面接着の場合と比較して小さい。つまり、内側超電導体３を円筒部５３１に部分接着することによって、円筒部５３１から内側超電導体３に作用する熱応力（引っ張り応力）が軽減される。その結果、冷却時に生じる熱応力（引っ張り応力）に起因した内側超電導体３の損傷、例えば内側超電導体３を構成する超電導薄帯３Ａの剥離等が抑制される。

【0080】

また、内側超電導体３は、円筒部５３１の外周面５３１ａに、円筒部５３１の軸方向を併進方向として螺旋状に巻き付けられた長尺状の超電導薄帯３Ａにより円筒状に形成されている。そして、こうして円筒状に形成された内側超電導体３は、離間した複数の位置にて、円筒部の周面に部分的に接着されている。このため、１本の長尺状の超電導薄帯３Ａから、簡単に、円筒形状の内側超電導体３を作製することができる。

【0081】

（第二実施形態）
次に、第二実施形態について説明するが、本実施形態に係る超電導場発生装置は、冷却装置の構造、より具体的にはコールドヘッド及び円筒基材の構成を除き、基本的には、上記第一実施形態に係る超電導磁場発生装置１００と同一構成である。従って、以下に説明する構成以外の構成については上記第一実施形態で示した構成と同一符号を用いることによりその具体的な説明は省略し、以下、相違点を中心に説明する。

【0082】

図７は、本実施形態に係る超電導磁場発生装置１０１を上下方向に沿った中心線を含む平面で切断した断面を表す概略図である。図７に示すように、本実施形態に係る超電導磁場発生装置１０１に備えられる冷却装置５は、第一実施形態に係る冷却装置５と同様に、支柱部５２ａ及びステージ部５２ｂを有するコールドヘッド５２と、円筒基材５３を備える。

【0083】

また、本実施形態においては、コールドヘッド５２のステージ部５２ｂの表面（図７において上面）の中央部には、図７の上下方向に垂直な断面が円形状の凹部５２ｃが形成されている。また、円筒基材５３は、外周面５３１ａ及び内周面５３１ｂを有する円筒状の円筒部５３１と、円筒部５３１の一方の端面（図７において下端面）を閉塞するように円筒部５３１の一方の端面に接続された円板状の固定部５３３とを有する。固定部５３３の径は、ステージ部５２ｂの表面に形成された凹部５２ｃの径よりも僅かに小さい。

【0084】

そして、円筒基材５３の固定部５３３が、コールドヘッド５２のステージ部５２ｂの表面に形成された凹部５２ｃに嵌め込まれている。凹部５２ｃに嵌め込まれた固定部５３３は、ボルトＢＴによってコールドヘッド５２のステージ部５２ｂに固定される。これにより、円筒基材５３の固定部５３３が、ステージ部５２ｂに埋設された状態でコールドヘッド５２（ステージ部５２ｂ）に直接的に固定される。また、外側超電導体２は、コールドヘッド５２のステージ部５２ｂ上に直接的に載置される。それ以外の構成は、上記第一実施形態と同様である。

【0085】

本実施形態によれば、円筒基材５３の固定部５３３がコールドヘッド５２のステージ部５２ｂに埋設状態で固定されているため、コールドヘッド５２から円筒基材５３への冷熱の伝達量を増大させることができる。このため、冷却工程時間の短縮化を図ることができる。さらに、外側超電導体２及び内側超電導体３を着磁する際における外側超電導体２の発熱による円筒基材５３の加熱が抑えられる。このため、円筒基材５３の円筒部５３１を通じて、内側超電導体３が、効率良く、且つ、均一に冷却される。

【0086】

（第三実施形態）
次に、第三実施形態について説明するが、本実施形態に係る超電導磁場発生装置は、内側超電導体３の構成を除き、基本的には第一実施形態又は第二実施形態に係る超電導磁場発生装置１００，１０１と同一である。以下、異なる点を中心に説明する。

【0087】

本実施形態において、内側超電導体は、超電導薄帯が螺旋巻きされることによって円筒状に形成された２つの超電導体を備える。これら２つの円筒状の超電導体が重ね合わされることによって、内側超電導体が構成される。

【0088】

図８は、本実施形態に係る内側超電導体３が、第二実施形態に係る円筒基材５３の円筒部５３１に巻きつけられている状態を示す図である。図８において円筒部５３１が一点鎖線で示される。図８に示すように、本実施形態に係る内側超電導体３は、第一内側超電導体３１と、第二内側超電導体３２とを備える。第一内側超電導体３１及び第二内側超電導体３２は、ともに円筒状である。第一内側超電導体３１は円筒部５３１の外周側に設けられ、第二内側超電導体３２は第一内側超電導体３１の外周側に設けられる。

【0089】

図９は、第一内側超電導体３１と第二内側超電導体３２とを別々に示す図であり、図９（ａ）が第一内側超電導体３１を示し、図９（ｂ）が第二内側超電導体３２を示す。図９（ａ）からわかるように、第一内側超電導体３１は、円筒部５３１の外周面５３１ａに、円筒部５３１の軸方向を併進方向として螺旋状に巻きつけられた長尺状の超電導薄帯３Ａにより円筒状に形成される。また、図９（ｂ）からわかるように、第二内側超電導体３２は、円筒状に形成された第一内側超電導体３１の外周面３１ａに、円筒部５３１の軸方向（すなわち第一内側超電導体３１の軸方向）を併進方向として螺旋状に巻き付けられた長尺状の超電導薄帯３Ａにより円筒状に形成される。

【0090】

また、図９（ａ）に示すように、第一内側超電導体３１を構成する螺旋巻きされた超電導薄帯３Ａの各螺旋巻線のうち、軸方向に隣接する巻き線の側縁どうしが隙間なく付き合わされる。このため隣接する側縁と側縁との境界線Ｂ１が螺旋状に形成される。同様に、図９（ｂ）に示すように、第二内側超電導体３２を構成する螺旋巻きされた超電導薄帯３Ａの各螺旋巻線のうち、軸方向に隣接する巻線の側縁どうしが隙間なく付き合わされる。このため隣接する側縁と側縁との境界線Ｂ２が螺旋状に形成される。

【0091】

また、図９（ａ）と図９（ｂ）とを比較してわかるように、第一内側超電導体３１に形成される螺旋状の境界線Ｂ１の形成位置（すなわち第一内側超電導体３１を構成する螺旋巻きされた超電導薄帯３Ａの各螺旋巻線の側縁の位置）と、第二内側超電導体３２に形成される螺旋状の境界線Ｂ２の形成位置（すなわち第二内側超電導体３２を構成する螺旋巻きされた超電導薄帯３Ａの各螺旋巻線の側縁の位置）が、一致しないように、境界線Ｂ１と境界線Ｂ２が円筒部５３１の軸方向にずらされている。従って、磁場の捕捉時に内側超電導体３に形成される補正電流ループのうち、第二内側超電導体３２に形成される螺旋状の境界線Ｂ２を跨ぐような補正電流ループＬ６は第一内側超電導体３１に形成され、第一内側超電導体３１に形成される境界線Ｂ１を跨ぐような補正電流ループＬ７は第二内側超電導体３２に形成される。

【0092】

このように、それぞれの側縁の位置が異なる位置に形成されるように、２本の長尺状の超電導薄帯を螺旋状に巻きつけて第一内側超電導体３１及び第二内側超電導体３２を備える内側超電導体３を構成することで、一方の側縁を跨ぐ位置に形成されるべき補正電流ループが他方の超電導薄帯に形成される。つまり、誘起される補正電流ループは、必ず、いずれかの超電導薄帯に形成される。このため、内側超電導体３に任意の形状の補正電流ループを内側超電導体３に形成することができる。

【0093】

また、第一内側超電導体３１は、円筒部５３１の外周面５３１ａに接着剤により部分的に接着されており、第二内側超電導体３２は、第一内側超電導体３１の外周面３１ａに接着剤により部分的に接着されている。図８には、円筒部５３１の外周面５３１ａへの第一内側超電導体３１の接着位置Ａが黒丸で表され、第一内側超電導体３１の外周面３１ａへの第二内側超電導体３２の接着位置Ｂが白丸で表されている。図８からわかるように、接着位置Ａと接着位置Ｂは、異なる位置にある。

【0094】

ここで、接着位置Ａは、第一内側超電導体３１が円筒部５３１に接着される位置であり、接着位置Ｂは、第二内側超電導体３２が第一内側超電導体３１に接着される位置である。接着位置Ａと接着位置Ｂが異なる位置ということは、接着位置Ａと接着位置Ｂが、第一内側超電導体３１を挟んで異なる位置、つまり、第一内側超電導体３１のテープ面に垂直な方向（径方向）における同一位置ではないということである。このため、テープ面に垂直な方向において、第一内側超電導体３１は、両面接着されていない。

【0095】

このように、接着位置Ａと接着位置Ｂとが第一内側超電導体３１を挟んで異なる位置となるように接着位置Ａと接着位置Ｂを調整することにより、冷却工程において、第一内側超電導体３１が、同じ位置で両面側から引っ張られることを防止することができる。このため、第一内側超電導体３１に局所的に大きな引っ張り応力が作用することが防止され、その結果、第一内側超電導体３１の剥離等の損傷が、効果的に抑制される。

【0096】

（第四実施形態）
次に、第四実施形態について説明するが、第四実施形態に係る超電導磁場発生装置は、円筒部の外周面への第一内側超電導体の接着位置、及び、第一内側超電導体の外周面への第二内側超電導体の接着位置、を除き、上記第三実施形態に係る超電導磁場発生装置の構成と基本的に同一である。以下、相違点を中心に説明する。

【0097】

本実施形態においても、上記第三実施形態と同様に、内側超電導体が、第一内側超電導体と第二内側超電導体を備える。また、第一内側超電導体は、円筒部の外周面に、円筒部の軸方向を併進方向として螺旋巻きされた超電導薄帯により円筒状に形成される。第二内側超電導体は、第一内側超電導体の外周面に、円筒部の軸方向を併進方向として螺旋巻きされた超電導薄帯により円筒状に形成される。さらに、第一内側超電導体は、円筒部の外周面に部分接着され、第二内側超電導体は、第一内側超電導体の外周面に部分接着される。

【0098】

図１０Ａは、第四実施形態において、円筒部５３１の外周面５３１ａへの第一内側超電導体３１の接着位置を示す図である。また、図１０Ｂは、第四実施形態において、第一内側超電導体３１の外周面３１ａへの第二内側超電導体３２の接着位置を示す図である。図１０Ａにおける接着位置及び図１０Ｂにおける接着位置は、それぞれ斜線で示される。

【0099】

図１０Ａに示すように、円筒部５３１の外周面５３１ａへの第一内側超電導体３１の接着位置Ｕ１，Ｄ１は、円筒部５３１の軸方向における両端位置である。ここで、円筒部５３１の一方の端部には、第一内側超電導体３１を構成する長尺状の超電導薄帯の長手方向における一方の端部が対面し、円筒部５３１の他方の端部には、第一内側超電導体３１を構成する長尺状の超電導薄帯の長手方向における他方の端部が対面する。従って、円筒部５３１の外周面５３１ａへの第一内側超電導体３１の接着位置Ｕ１，Ｄ１は、第一内側超電導体３１を構成する超電導薄帯の長手方向における両端位置であるとも言える。また、第一内側超電導体３１を構成する超電導薄帯は、円筒部５３１の外周面５３１ａの一方の端部から巻き始められ、他方の端部で巻き終わる。従って、接着位置Ｕ１，Ｄ１は、別の言い方をすれば、超電導薄帯が円筒部５３１の外周面５３１ａに螺旋巻きされる際における巻き始めの位置と巻き終わりの位置である。

【0100】

また、図１０Ｂに示すように、第一内側超電導体３１の外周面３１ａへの第二内側超電導体３２の接着位置Ｕ２，Ｄ２は、第一内側超電導体３１の軸方向における両端位置である。第一内側超電導体３１の一方の端部には、第二内側超電導体３２を構成する長尺状の超電導薄帯の長手方向における一方の端部が対面し、第一内側超電導体３１の他方の端部には、第二内側超電導体３２を構成する長尺状の超電導薄帯の長手方向における他方の端部が対面する。従って、第一内側超電導体３１の外周面３１ａへの第二内側超電導体３２の接着位置Ｕ２，Ｄ２は、第二内側超電導体３２を構成する超電導薄帯の長手方向における両端位置であるともいえる。また、第二内側超電導体３２を構成する超電導薄帯は、第一内側超電導体３１の外周面３１ａの一方の端部から巻き始められ、他方の端部で巻き終わる。従って、接着位置Ｕ２，Ｄ２は、別の言い方をすれば、超電導薄帯が第一内側超電導体３１の外周面３１ａに螺旋巻きされる際における巻き始めの位置と巻き終わりの位置である。

【0101】

図１１は、本実施形態に係る第一内側超電導体３１の接着及び第二内側超電導体３２の接着が完了した状態を示す斜視図である。また、図１２は、本実施形態に係る第一内側超電導体３１の接着状態及び第二内側超電導体３２の接着状態を、円筒部５３１の中心軸線を含む断面から示す概略図である。

【0102】

図１２に示すように、円筒部５３１の外周面５３１ａへの第一内側超電導体３１の接着位置Ｕ１と、第一内側超電導体３１の外周面３１ａへの第二内側超電導体３２の接着位置Ｕ２は、第一内側超電導体３１を挟んで同じ位置であり、円筒部５３１の外周面５３１ａへの第一内側超電導体３１の接着位置Ｄ１と、第一内側超電導体３１の外周面３１ａへの第二内側超電導体３２の接着位置Ｄ２は、第一内側超電導体３１を挟んで同じ位置である。

【0103】

また、円筒部５３１の外周面５３１ａと第一内側超電導体３１の内周面との間であって、円筒部５３１の軸方向における両端に位置する接着位置Ｕ１，Ｄ１の間の広い領域は未接着領域である。同様に、第一内側超電導体３１の外周面３１ａと第二内側超電導体３２の内周面との間であって、第一内側超電導体３１の軸方向における両端に位置する接着位置Ｕ２，Ｄ２の間の広い領域は未接着領域である。

【0104】

本実施形態においてはこのように、各内側超電導体３１，３２の接着位置を、それぞれが固定されるために必要最小限の位置である両端位置（超電導薄帯の長手方向における両端位置）に限定し、接着面積を極力小さくすることによって、冷却時に各内側超電導体３１，３２に作用する引っ張り応力をより一層軽減することができる。その結果、冷却時における各内側超電導体３１，３２の損傷がより一層抑制される。また、円筒部５３１の外周面５３１ａの両端に接着剤を塗布しておいてから、円筒部５３１の外周面５３１ａに超電導薄帯を螺旋巻きすることにより、円筒部５３１の外周面５３１ａに第一内側超電導体３１を簡単に接着することができる。同様に、第一内側超電導体３１の外周面３１ａの両端に接着剤を塗布しておいてから、第一内側超電導体３１の外周面３１ａに超電導薄帯を螺旋巻きすることにより、第一内側超電導体３１の外周面３１ａに第二内側超電導体３２を簡単に接着することができる。

【0105】

（第五実施形態）
次に、第五実施形態について説明するが、本実施形態に係る超電導磁場発生装置は、上記第四実施形態で示した円筒部と第一内側超電導体との間の未接着領域、及び、第一内側超電導体と第二内側超電導体との間の未接着領域に、充填剤が充填されていることを除き、上記第四実施形態と基本的には同一である。以下、相違点を中心に説明する。

【0106】

図１３は本実施形態に係る第一内側超電導体３１の接着状態及び第二内側超電導体３２の接着状態を、円筒部５３１の中心軸線を含む断面から示す概略図である。図１３に示すように、第一内側超電導体３１は、円筒部５３１の軸方向における両端の接着位置Ｕ１，Ｄ１にて、円筒部５３１の外周面５３１ａに接着されている。また、第二内側超電導体３２は、第一内側超電導体３１の軸方向における両端の接着位置Ｕ２，Ｄ２にて、第一内側超電導体３１の外周面３１ａに接着されている。

【0107】

また、円筒部５３１の外周面５３１ａと第一内側超電導体３１の内周面との間であって、接着位置Ｕ１，Ｄ１間に形成される隙間（未接着領域）に充填剤１０が充填されている。同様に、第一内側超電導体３１の外周面３１ａと第二内側超電導体３２の内周面との間であって、接着位置Ｕ２，Ｄ２間に形成される隙間（未接着領域）に充填剤１０が充填されている。

【0108】

充填剤１０は、その弾性率が、接着位置Ｕ１，Ｄ１，Ｕ２，Ｄ２に塗布される接着剤９の弾性率よりも小さいものを採用することができる。例えば、接着位置Ｕ１，Ｄ１，Ｕ２，Ｄ２に塗布される接着剤がエポキシ系接着剤である場合、充填剤１０として、グリース、ワックス、シリコーンを用いることができる。

【0109】

このように、本実施形態においては、円筒部５３１と第一内側超電導体３１との間の隙間、及び、第一内側超電導体３１と第二内側超電導体３２との間の隙間、の全部又は一部に、弾性率が接着剤よりも小さい充填剤１０が充填される。このように構成することにより、冷却工程にて、内側超電導体３が、各接着位置に塗布された接着剤のみならず隙間に充填された充填剤１０からも冷熱を受けることができる。このため、冷却効率をより向上させることができる。

【0110】

また、充填剤１０は接着剤よりも変形しやすいので、冷却時には、充填剤１０の充填領域に作用する引っ張り応力は、接着領域における引っ張り応力よりも弱い。よって、冷却時における内側超電導体３の剥離等の損傷が効果的に抑制される。

【0111】

（第六実施形態）
次に、第六実施形態について説明するが、本実施形態に係る超電導磁場発生装置は、第二内側超電導体の外周側にカバー部が設けられていることを除き、上記第五実施形態と基本的には同一である。以下、相違点を中心に説明する。

【0112】

図１４は、本実施形態に係る超電導磁場発生装置に備えられる第一内側超電導体３１及び第二内側超電導体３２の接着状態を、円筒部５３１の中心軸線を含む断面から示す概略図である。図１４に示すように、第一内側超電導体３１は、円筒部５３１の軸方向における両端の接着位置Ｕ１，Ｄ１にて、円筒部５３１の外周面５３１ａに接着され、第二内側超電導体３２は、第一内側超電導体３１の軸方向における両端の接着位置Ｕ２，Ｄ２にて、第一内側超電導体３１の外周面３１ａに接着される。

【0113】

また、円筒部５３１と第一内側超電導体３１との間の隙間、及び、第一内側超電導体３１と第二内側超電導体３２との間の隙間、の全部又は一部に、弾性率が接着剤よりも小さい充填剤１０が充填される。

【0114】

また、図１４からわかるように、第二内側超電導体３２の外側にカバー部５４が設けられる。このカバー部５４は円筒形状であり、熱伝導性の良好な材質により形成される。また、カバー部５４の図１４において下端部が円筒基材５３に接続される。

【0115】

カバー部５４は、第二内側超電導体３２を覆うように設けられている。すなわち、カバー部５４は、第二内側超電導体３２の外周面３２ａに対面するように、円筒状に形成されている。第二内側超電導体３２の外周面３２ａは、第二内側超電導体３２の内周面（第一内側超電導体３１の外周面３１ａに部分的に接着されている周面）と反対側の周面である。つまり、カバー部５４は、第二内側超電導体３２の周面であって第一内側超電導体３１の外周面３１ａに部分的に接着されている面（内周面）とは反対側の周面（外周面３２ａ）に対面するように円筒状に形成される。

【0116】

また、第二内側超電導体３２とカバー部５４との間に隙間が形成されており、この隙間内には、充填剤１０が充填される。この充填剤１０は、上述したように、各内側超電導体３１，３２の接着に用いられる接着剤の弾性率よりも小さい弾性率を有する。

【0117】

本実施形態によれば、冷却工程にて、内側超電導体３がカバー部５４側からも冷却される。よって、冷却効率がより向上するとともに、内側超電導体３を均一に冷却することができる。

【0118】

（第七実施形態）
次に、第七実施形態について説明するが、本実施形態に係る超電導磁場発生装置は、内側超電導体が円筒部の内周面側に配設されていることを除き、基本的には、第六実施形態と同一である。以下、相違点を中心に説明する。

【0119】

図１５は、本実施形態に係る内側超電導体３が円筒基材５３の円筒部５３１に接着されている状態を、円筒部５３１の中心軸を含む断面から示す概略図である。図１５に示すように、内側超電導体３は、第一内側超電導体３１及び第二内側超電導体３２を備える。

【0120】

第一内側超電導体３１は、円筒基材５３の円筒部５３１の内周面５３１ｂ側に配置されており、円筒部５３１の内周面５３１ｂの両端部における接着位置Ａ，Ａにて、円筒部５３１に部分的に接着される。また、第二内側超電導体３２は、第一内側超電導体３１の内周面３１ｂ側に配置されており、第一内側超電導体３１の内周面３１ｂの両端部における接着位置Ｂ，Ｂにて、第一内側超電導体３１に部分的に接着される。

【0121】

また、円筒部５３１の内周面５３１ｂと第一内側超電導体３１の外周面との間の隙間には充填剤１０が充填される。同様に、第一内側超電導体３１の内周面３１ｂと第二内側超電導体の外周面との間の隙間にも、充填剤１０が充填される。

【0122】

また、第二内側超電導体３２の内周側に、円筒状のカバー部５４が配設される。このカバー部５４は、熱伝導率の良好な材質により形成されており、その外周面が第二内側超電導体３２の内周面に対面配置する。また、カバー部５４の図１５において下端部が、円筒基材５３に接続される。さらに、第二内側超電導体３２とカバー部５４との間に隙間が設けられており、この隙間内に充填剤１０が充填される。

【0123】

本実施形態においては、上記第六実施形態と同様の作用効果を奏する。

【0124】

（第八実施形態）
次に、第八実施形態について説明するが、本実施形態に係る超電導磁場発生装置は、内側超電導体の接着位置が異なることを除き、基本的には、上記第三実施形態及び上記第四実施形態と同一である。以下、相違点を中心に説明する。

【0125】

本実施形態においても、上記第三実施形態及び第四実施形態と同様に、内側超電導体は、第一内側超電導体と、第二内側超電導体とを備える。第一内側超電導体は、円筒部の外周面に接着され、第二内側超電導体は、第一内側超電導体の外周面に接着される。

【0126】

図１６Ａは、第八実施形態において、円筒部５３１の外周面５３１ａへの第一内側超電導体３１の接着位置Ａを示す図である。また、図１６Ｂは、第八実施形態において、第一内側超電導体３１の外周面３１ａへの第二内側超電導体３２の接着位置Ｂを示す図である。図１６Ａにおける接着位置Ａ及び図１６Ｂにおける接着位置Ｂは、それぞれ斜線で示される。

【0127】

図１６Ａに示すように、円筒部５３１の外周面５３１ａへの第一内側超電導体３１の接着位置Ａは、円筒部５３１の周方向に離間し且つ円筒部５３１の軸方向に沿って線状に延びた複数の線状領域である。同様に、図１６Ｂに示すように、第一内側超電導体３１の外周面３１ａへの第二内側超電導体３２の接着位置Ｂは、第一内側超電導体３１の周方向に離間し且つ第一内側超電導体３１の軸方向に沿って線状に延びた複数の線状領域である。

【0128】

第一内側超電導体３１が円筒部５３１の外周面５３１ａに接着される複数の線状領域（接着位置Ａ）のそれぞれは、第一内側超電導体３１が接着されたとき、第一内側超電導体３１を構成する螺旋巻きされた超電導薄帯の各螺旋巻線間を、円筒部５３１の軸方向に沿って跨ぐ。従って、各螺旋巻線が、少なくとも一か所で円筒部５３１に接着されることになる。同様に、第二内側超電導体３２が第一内側超電導体３１に接着される複数の線状領域（接着位置Ｂ）のそれぞれは、第二内側超電導体３２が接着されたとき、第二内側超電導体３２を構成する螺旋巻きされた超電導薄帯の各螺旋巻線間を、円筒部５３１の軸方向に沿って跨ぐ。従って、各螺旋巻線が、少なくとも一か所で第一内側超電導体３１に接着されることになる。

【0129】

図１７は、本実施形態に係る第一内側超電導体３１の接着状態及び第二内側超電導体３２の接着状態を、円筒部５３１の軸方向に垂直な断面から示す概略図である。図１７に示すように、円筒部５３１の軸方向から見た場合、円筒部５３１の外周面５３１ａへの第一内側超電導体３１の接着位置Ａは、第一内側超電導体３１の外周面３１ａへの第二内側超電導体３２の接着位置Ｂとは異なる位置である。具体的にいうと、接着位置Ａと接着位置Ｂは、円筒部５３１の周方向において異なる位置である。つまり、接着位置Ａと接着位置Ｂは、円筒部５３１の周方向にずれている。このため、接着位置Ａと接着位置Ｂは、第一内側超電導体３１を挟んで同じ位置に来ない。

【0130】

本実施形態によれば、円筒部５３１への第一内側超電導体３１の接着領域（接着位置Ａ）は、第一内側超電導体３１の軸方向に線状に延びているため、冷却時には、第一内側超電導体３１が軸方向に線状に延びた接着領域（接着位置Ａ）に塗布された接着剤を介して、軸方向に沿ってほぼ均一に冷却される。同様に、第一内側超電導体３１への第二内側超電導体３２の接着領域（接着位置Ｂ）は、第二内側超電導体３２の軸方向に線状に延びているため、冷却時には、第二内側超電導体３２が軸方向に線状に延びた接着領域（接着位置Ｂ）に塗布された接着剤を介して軸方向に沿ってほぼ均一に冷却される。また、簡単に、第一内側超電導体３１と第二内側超電導体３２を部分接着することができる。さらに、第一内側超電導体３１が円筒部５３１に接着される位置（接着位置Ａ）と、第一内側超電導体３１が第二内側超電導体３２に接着される位置（接着位置Ｂ）が、第一内側超電導体３１を挟んで異なった位置である（周方向にずれている）ので、冷却時に第一内側超電導体３１が同じ位置にて両面側から引っ張られることがない。このため、第一内側超電導体３１の剥離等の損傷が効果的に抑制される。

【0131】

（第九実施形態）
次に、第九実施形態について説明するが、本実施形態に係る超電導磁場発生装置は、円筒部と第一内側超電導体との間の隙間、及び、第一内側超電導体と第二内側超電導体との間の隙間に、それぞれ充填剤が充填されていることを除き、上記第八実施形態に係る超電導磁場発生装置と基本的には同一である。以下、相違点を中心に説明する。

【0132】

本実施形態においても、第八実施形態と同様に、内側超電導体は、第一内側超電導体と、第二内側超電導体とを備える。第一内側超電導体は、円筒部の外周面に接着され、第二内側超電導体は、第一内側超電導体の外周面に接着される。

【0133】

また、円筒部の外周面への第一内側超電導体の接着位置、及び、第一内側超電導体の外周面への第二内側超電導体の接着位置も、第八実施形態と同様の位置である。つまり、本実施形態においても、図１６Ａに示すように、円筒部５３１の外周面５３１ａへの第一内側超電導体３１の接着位置Ａは、円筒部５３１の周方向に離間し且つ円筒部５３１の軸方向に沿って線状に延びた複数の線状領域である。同様に、図１６Ｂに示すように、第一内側超電導体３１の外周面３１ａへの第二内側超電導体３２の接着位置Ｂは、第一内側超電導体３１の周方向に離間し且つ第一内側超電導体３１の軸方向に沿って線状に延びた複数の線状領域である。

【0134】

図１８は、本実施形態に係る第一内側超電導体３１の接着状態及び第二内側超電導体３２の接着状態を、円筒部５３１の軸方向に垂直な断面から示す概略図である。図１８に示すように、円筒部５３１の軸方向から見た場合、円筒部５３１の外周面５３１ａへの第一内側超電導体３１の接着位置Ａは、第一内側超電導体３１の外周面３１ａへの第二内側超電導体３２の接着位置Ｂとは異なる位置である。具体的にいうと、接着位置Ａと接着位置Ｂは、円筒部５３１の周方向において異なる位置である。つまり、接着位置Ａと接着位置Ｂは、円筒部５３１の周方向にずれている。

【0135】

また、図１８からわかるように、円筒部５３１の外周面５３１ａと第一内側超電導体３１の内周面との間であって、接着位置Ａを除く部分に形成される隙間（未接着領域）に充填剤１０が充填されている。同様に、第一内側超電導体３１の外周面３１ａと第二内側超電導体３２の内周面との間であって、接着位置Ｂを除く部分に形成される隙間（未接着領域）に充填剤１０が充填されている。

【0136】

充填剤１０は、その弾性率が、接着位置Ａ，Ｂに塗布される接着剤の弾性率よりも小さいものを選定し得る。例えば、接着位置Ａ，Ｂに塗布される接着剤がエポキシ系接着剤である場合、充填剤１０として、グリース、ワックス、シリコーンを選定することができる。

【0137】

図１９Ａは、図１８のＩ−Ｉ断面図であり、図１９Ｂは、図１８のＩＩ−ＩＩ断面図である。図１９Ａに示す断面においては、円筒部５３１と第一内側超電導体３１との間に充填剤１０が充填されており、一方、第一内側超電導体３１と第二内側超電導体３２との間に接着剤が塗布されている。また、図１９Ｂに示す断面においては、円筒部５３１と第一内側超電導体３１との間に接着剤が塗布されており、一方、第一内側超電導体３１と第二内側超電導体３２との間に充填剤１０が充填されている。

【0138】

本実施形態によれば、上記第八実施形態と同様の作用効果を奏する。また、本実施形態においては、円筒部５３１と第一内側超電導体３１との間の隙間、及び、第一内側超電導体３１と第二内側超電導体３２との間の隙間、の全部又は一部に、弾性率が接着剤よりも小さい充填剤１０が充填される。このように構成することにより、冷却工程にて、内側超電導体３が、接着位置Ａ，Ｂに塗布された接着剤のみならず隙間に充填された充填剤１０からも冷熱を受けることができる。このため、冷却効率をより向上させることができる。

【0139】

また、充填剤１０は接着剤よりも変形しやすいので、冷却時には、充填剤１０の充填領域に作用する引っ張り応力は、接着領域における引っ張り応力よりも弱い。よって、冷却時における内側超電導体３の剥離等の損傷が効果的に抑制される。

【0140】

（参考例１）
本発明の課題は、図１に示す超電導磁場発生装置１００において、内側超電導体３を、その熱収縮率が円筒部５３１の熱収縮率よりも大きい材料により構成することによっても、或いは、円筒部５３１を、内側超電導体３の熱収縮率よりも小さい材料により構成することによっても、解決することもできる。

【0141】

つまり、参考例１に係る超電導磁場発生装置は、高温超電導材料により円筒状に形成され、超電導遷移温度以下の温度に冷却された状態で印加磁場を捕捉することにより、捕捉磁場を発生する外側超電導体２と、高温超電導材料により円筒状に形成され、外側超電導体２の内周側に外側超電導体２と同軸的に配置されるとともに、円筒周面内における臨界電流密度の均一性が、円筒周面内における外側超電導体２の臨界電流密度の均一性よりも高い内側超電導体３と、外側超電導体２と内側超電導体３をそれぞれ超電導遷移温度以下の温度に冷却するための冷熱を発生する冷却装置５と、を備え、冷却装置５は、外側超電導体２の内周空間内に外側超電導体２と同軸的に配設された円筒部５３１を有する円筒基材５３を備え、内側超電導体３は、その熱収縮率が円筒部５３１の熱収縮率よりも大きく、且つ、円筒部５３１の外周側に設けられている、超電導磁場発生装置である。

【0142】

本例によれば、円筒部５３１の外周側に内側超電導体３が設けられる。つまり、内周側に円筒部５３１が設けられ、外周側に内側超電導体３が設けられる。また、内周側の円筒部５３１の熱収縮量よりも外周側の内側超電導体３の熱収縮量が大きい。このため、冷却時には外周側の内側超電導体３が内周側の円筒部５３１よりも多く熱収縮して内側超電導体３が円筒部５３１に押し付けられる。つまり、冷却時には、内側超電導体３が円筒部５３１から圧縮応力を受ける。言い換えれば、冷却時には、円筒部５３１から内側超電導体３に引っ張り応力が作用しない。よって、引っ張り応力が内側超電導体３に作用することによる内側超電導体３の剥離等の損傷が効果的に抑制される。

【0143】

この場合において、内側超電導体３は、第一金属皮膜層と、超電導膜と、第一金属皮膜層の熱収縮率よりも大きい熱収縮率を有する第二金属皮膜層が、この順で積層された多層状の超電導薄帯により構成されており、且つ、第一金属皮膜層が内周側となるように、円筒状に形成されているとよい。これによれば、冷却時には、内側超電導薄帯内の第二金属皮膜層が外周側から超電導膜を圧縮する。このため、超電導膜には引っ張り応力が作用しない。よって、引っ張り応力が超電導膜に作用することによる内側超電導体の剥離等の損傷がより効果的に抑制される。

【0144】

なお、本例に係る超電導磁場発生装置の構成のうち、上記した特徴以外の構成については、上記第一実施形態に係る超電導磁場発生装置１００の説明を援用することができる。

【0145】

（参考例２）
また、本発明の課題は、図１に示す超電導磁場発生装置１００において、内側超電導体３を、円筒部５３１の円筒基材５３の内周側に配置し、且つ、内側超電導体３を、その熱収縮率が円筒部５３１の熱収縮率よりも小さい材料により構成し、或いは、円筒部５３１を、内側超電導体３の熱収縮率よりも大きい材料により構成することによっても、解決することもできる。

【0146】

つまり、参考例２に係る超電導磁場発生装置は、高温超電導材料により円筒状に形成され、超電導遷移温度以下の温度に冷却された状態で印加磁場を捕捉することにより、捕捉磁場を発生する外側超電導体２と、高温超電導材料により円筒状に形成され、外側超電導体２の内周側に外側超電導体２と同軸的に配置されるとともに、円筒周面内における臨界電流密度の均一性が、円筒周面内における外側超電導体２の臨界電流密度の均一性よりも高い内側超電導体３と、外側超電導体２と内側超電導体３をそれぞれ超電導遷移温度以下の温度に冷却するための冷熱を発生する冷却装置５と、を備え、冷却装置５は、外側超電導体２の内周空間内に外側超電導体２と同軸的に配設された円筒部５３１を有する円筒基材５３を備え、内側超電導体３は、その熱収縮率が円筒部５３１の熱収縮率よりも小さく、且つ、円筒部５３１の内周側に設けられている、超電導磁場発生装置である。

【0147】

本例によれば、円筒部５３１の内周側に内側超電導体３が設けられる。つまり、外周側に円筒部５３１が設けられ、内周側に内側超電導体３が設けられる。また、外周側の円筒部５３１の熱収縮量よりも内周側の内側超電導体３の熱収縮量が小さい。このため、冷却時には外周側の円筒部５３１が内周側の内側超電導体３よりも多く熱収縮して内側超電導体３が円筒部５３１に押し付けられる。つまり、冷却時には、内側超電導体３が円筒部５３１から圧縮応力を受ける。言い換えれば、冷却時には、円筒部５３１から内側超電導体３に引っ張り応力が作用しない。よって、引っ張り応力が内側超電導体３に作用することによる内側超電導体の剥離等の損傷が効果的に抑制される。

【0148】

この場合において、内側超電導体３は、第一金属皮膜層と、超電導膜と、第一金属皮膜層の熱収縮率よりも大きい熱収縮率を有する第二金属皮膜層が、この順で積層された多層状の超電導薄帯により構成されており、且つ、第一金属皮膜層が内周側となるように、円筒状に形成されているとよい。これによれば、冷却時には、内側超電導薄帯内の第二金属皮膜層が外周側から超電導膜を圧縮する。このため、超電導膜には引っ張り応力が作用しない。よって、引っ張り応力が超電導膜に作用することによる内側超電導体の剥離等の損傷がより効果的に抑制される。

【0149】

なお、本例に係る超電導磁場発生装置の構成のうち、上記した特徴以外の構成については、上記第一実施形態に係る超電導磁場発生装置１００の説明を援用することができる。

【0150】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記実施形態では、超電導薄帯３Ａを螺旋巻きすることにより円筒状に形成した内側超電導体３が例示されているが、リング状に形成された超電導薄帯を軸方向につなぎ合わせて円筒状の内側超電導体を構成してもよい。また、一枚のシート状の超電導体（超電導シート）を円筒部５３１にロール状に一周よりも多く巻き付けることにより円筒状の内側超電導体を構成してもよい。さらに、円筒状に形成された複数枚の超電導シートを、それぞれの継ぎ目が重ならないように、円筒部５３１の周面に積層上に巻き付けることによって、円筒状の内側超電導体を構成してもよい。また、上記第一実施形態では、内側超電導体３が円筒部５３１に複数の離間した位置で部分接着されている例を示したが、内側超電導体３が円筒部５３１の周面に部分的に接着されているのであれば、複数の接着箇所がつながっていてもよい。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。

【符号の説明】

【0151】

１…超電導体、２…外側超電導体、２ａ…超電導バルク、３…内側超電導体、３１…第一内側超電導体、３１ａ…外周面、３１ｂ…内周面、３２…第二内側超電導体、３２ａ…外周面、３Ａ…超電導薄帯、５…冷却装、５２…コールドヘッド、５２ａ…支柱部、５２ｂ…ステージ部、５２ｃ…凹部、５３…円筒基材、５３１…円筒部、５３１ａ…外周面、５３１ｂ…内周面、５３３…固定部、５４…カバー部、６…真空断熱容器、７…外部磁場発生コイル、９…接着剤、１０…充填剤、１００，１０１…超電導磁場発生装置、１１０…核磁気共鳴装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10A】

【図10B】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16A】

【図16B】

【図17】

【図18】

【図19A】

【図19B】

【図20】