離形材付き高温超電導線材および超電導コイル
【課題】高温超電導線材に働く剥離力が十分に低減され、安定した超電導特性を得ることができる離形材付き高温超電導線材およびこの高温超電導線材を用いた超電導コイルを提供すること。
【解決手段】本発明に係る離形材付き高温超電導線材１は、テープ状の高温超電導線材１０の表面の少なくとも一部に離形材層２０が形成されたものである。本発明に係る超電導コイル７は、離形材付き高温超電導線材１を用いたものである。
【解決手段】本発明に係る離形材付き高温超電導線材１は、テープ状の高温超電導線材１０の表面の少なくとも一部に離形材層２０が形成されたものである。本発明に係る超電導コイル７は、離形材付き高温超電導線材１を用いたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、離形材付き高温超電導線材および超電導コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導技術の向上に伴い、例えば磁気共鳴画像診断装置（ＭＲＩ）、超電導磁気エネルギー貯蔵装置（ＳＭＥＳ）や単結晶引き上げ装置等の超電導応用機器が実用化されている。これらの超電導応用機器は、超電導線材を巻回してなる超電導コイルを内蔵している。超電導コイルは、一般的に、樹脂が含浸される。
【０００３】
近年、高磁場中での臨界電流特性に優れた高温超電導線材を用いた超電導コイルが開発されている。この高温超電導線材としては、たとえば、特許文献１（特開２００７−２８０７１０号公報）に、テープ状の金属基板、中間層、超電導層および保護金属層を有する多層構造の薄膜超電導線材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８０７１０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に開示された高温超電導線材を用いて超電導コイルを作製した場合、製造工程での冷却の際に、高温超電導線材のターン間に剥離力が働き、層間剥離が生じたり高温超電導線材内で亀裂が生じたりする可能性がある。この層間剥離や亀裂は、含浸された樹脂と高温超電導線材との熱収縮率の差に起因するものである。このため、得られた超電導コイルは、この層間剥離や亀裂のために安定した超電導特性が得られないおそれがあるという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高温超電導線材に働く剥離力が十分に低減され、安定した超電導特性を得ることができる離形材付き高温超電導線材およびこの高温超電導線材を用いた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】
【０００７】
本発明は、テープ状の高温超電導線材の表面の少なくとも一部に離形材層を形成すると、高温超電導線材に働く剥離力が十分に低減され、安定した超電導特性を得ることができる高温超電導線材が得られることを見出して完成されたものである。
【０００８】
本発明に係る離形材付き高温超電導線材は、上記問題点を解決するものであり、テープ状の高温超電導線材の表面の少なくとも一部に離形材層が形成されたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る超電導コイルは、上記問題点を解決するものであり、前記離形材付き高温超電導線材を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る離形材付き高温超電導線材および超電導コイルによれば、高温超電導線材に働く剥離力が十分に低減され、安定した超電導特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態の離形材付き高温超電導線材の断面図。
【図２】図１に示す離形材付き高温超電導線材に用いられる高温超電導線材の断面図。
【図３】本発明の第２実施形態の離形材付き高温超電導線材の断面図。
【図４】本発明の第３実施形態の離形材付き高温超電導線材の断面図。
【図５】本発明の第４実施形態の離形材付き高温超電導線材の断面図。
【図６】本発明の超電導コイルを示す図であり、（ａ）は軸方向中心に空間を有するパンケーキ状の超電導コイルの斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す超電導コイルの巻回途中部の拡大断面図。
【図７】本発明の超電導コイルを示す図であり、（ａ）は軸方向中心に空間を有するパンケーキ状の超電導コイルの斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す超電導コイルの巻き始め部の拡大断面図。
【図８】本発明の超電導コイルを示す図であり、（ａ）は軸方向中心に空間を有するパンケーキ状の超電導コイルの斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す超電導コイルの巻き終わり部の拡大断面図。
【図９】従来の超電導コイルを示す図であり、（ａ）は軸方向中心に空間を有するパンケーキ状の超電導コイルの斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す超電導コイルの巻回途中部の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜離形材付き高温超電導線材＞
図面を参照して本発明に係る離形材付き高温超電導線材を説明する。
【００１３】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の離形材付き高温超電導線材の第１実施形態の断面図である。図２は、図１に示す離形材付き高温超電導線材に用いられる高温超電導線材の断面図である。
【００１４】
図１に示すように、離形材付き高温超電導線材１は、テープ状の高温超電導線材１０の表面全体に離形材層２０が形成されている。離形材付き高温超電導線材１は、テープ状の外観を有する。
【００１５】
図２に示すように、高温超電導線材１０は、テープ状物の積層体である多層構造体１５の表面全体が、安定化金属層１７で被覆された構造になっている。この高温超電導線材１０は、一般的にCoated Conductorと呼ばれるものである。
【００１６】
多層構造体１５は、テープ状の金属基板１１と、この金属基板１１の表面に形成された中間層１２と、この中間層１２の表面に形成され高温超電導材料からなる超電導層１３と、この超電導層１３の表面に形成された保護金属層１４とを有する。
【００１７】
金属基板１１としては、たとえば、ハステロイ（登録商標）等のニッケル合金、ステンレス等からなるテープが用いられる。
【００１８】
中間層１２は表面に形成される超電導層１３の酸化物の結晶成長を促進する層である。中間層１２としては、たとえば、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム等からなる多結晶薄膜が用いられる。
【００１９】
超電導層１３は高温超電導を発現する層である。超電導層１３としては、たとえば、イットリウム等の希土類酸化物や、Ｒｅ１２３系等の高温超電導材料を主成分とする層が用いられる。
【００２０】
保護金属層１４は超電導層１３を保護する層である。保護金属層１４としては、たとえば、銀、金またはこれらの合金からなる層が用いられる。超電導層１３の高温超電導材料は、一般的に他の金属と反応しやすい活性な材料であるため、金、銀、これらの合金等以外の金属と直接接触させると、反応が生じて超電導層１３の性能が低下するおそれがある。保護金属層１４は、超電導層１３の性能低下を防止するものである。
【００２１】
このように高温超電導線材１０は、多層構造体１５が積層方向に対して非対称な構造になっている。以下、高温超電導線材１０の積層方向の２表面のうち、金属基板１１側の表面を金属基板側表面５１、超電導層１３や保護金属層１４側の表面を超電導層側表面５２という。
【００２２】
安定化金属層１７としては、たとえば銅、ステンレス等からなる層が用いられる。
【００２３】
離形材層２０は、離形材層２０とエポキシ樹脂硬化物等の樹脂硬化物との間の接着力が、高温超電導線材１０と前記樹脂硬化物との間の接着力に比べて弱くなるように形成された層である。
【００２４】
樹脂硬化物は、たとえば離形材付き高温超電導線材１を用いて超電導コイルを作製した場合において巻回した離形材付き高温超電導線材１の幅方向の周囲や離形材付き高温超電導線材１のターン間に塗布されたり含浸されたりする樹脂の硬化物である。
【００２５】
離形材層２０としては、例えば、テフロン（登録商標）等のフッ素系樹脂、パラフィン、グリースおよびシリコンオイルより選ばれた少なくとも１種からなる層が用いられる。フッ素系樹脂を用いる場合は、フッ素系樹脂テープを用いることが好ましい。離形材層２０が上記材質の２種以上を用いて形成される場合としては、例えば、離形材層２０を、グリース層およびシリコンオイル層の２層構造からなるものとする場合が挙げられる。
【００２６】
離形材付き高温超電導線材１は、図示しない共巻きテープ等とともに共巻きして巻回するとともに離形材付き高温超電導線材１と共巻きテープとの間に樹脂硬化物層を形成すると、パンケーキ状の超電導コイルを作製することができる。
【００２７】
離形材層２０は、パンケーキ状の超電導コイルにおいて離形材付き高温超電導線材１のターン間を剥離させようとする引張り力が加わった場合に、離形材層２０と樹脂硬化物層との間を積極的に剥離させることにより、高温超電導線材１０に引張り力が加わらないまたは加わりにくくするものである。
【００２８】
離形材付き高温超電導線材１の作用を説明する。
【００２９】
離形材付き高温超電導線材１は、たとえば、図示しない共巻きテープ等とともに共巻きして巻回するとともに離形材付き高温超電導線材１と共巻きテープとの間に樹脂硬化物層を形成すると、パンケーキ状の超電導コイルを作製することができる。
【００３０】
このパンケーキ状の超電導コイルでは、巻回された離形材付き高温超電導線材１の表面に対して垂直な強い引張り力が加わったときに、離形材層２０と図示しない樹脂硬化物層との界面で引張り力により剥離が生じる。しかし、この引張り力は、離形材層２０と樹脂硬化物層との界面の剥離により消費されるため、高温超電導線材１０には実質的に及ばない。
【００３１】
離形材付き高温超電導線材１によれば、離形材付き高温超電導線材１が周囲に設けられた樹脂硬化物と接触する構造の超電導コイルを作製した場合に、高温超電導線材１０中の多層構造体１５が剥離しにくく高温超電導線材１０の信頼性が高い離形材付き高温超電導線材１が得られる。
【００３２】
なお、図２には、多層構造体１５の表面全体が安定化金属層１７で被覆された構造の高温超電導線材１０の例を示したが、本発明の高温超電導線材１０は安定化金属層１７を備えない構造としてもよい。
【００３３】
［第２の実施形態］
図３は、本発明の離形材付き高温超電導線材の第２実施形態の拡大断面図である。
【００３４】
第２実施形態として示す離形材付き高温超電導線材１Ａは、図１に第１実施形態として示した高温超電導線材１に比較して、離形材層２０に代えて離形材層２０Ａを備える点、および高温超電導線材１０に代えて高温超電導線材１０Ａを備える点が異なり、他の点は同様である。このため、離形材付き高温超電導線材１Ａと離形材付き高温超電導線材１とで同じ構成には、同じ符号を付し、作用についての説明を簡略化する。
【００３５】
ここで、高温超電導線材１０Ａは、高温超電導線材１０から安定化金属層１７を除去したもの、すなわち高温超電導線材１０の多層構造体１５を意味する。
【００３６】
図３に示すように、離形材付き高温超電導線材１Ａは、テープ状の高温超電導線材１０の表面のうち、超電導層側表面５２のみの全面に離形材層２０Ａが形成されている。
【００３７】
離形材層２０Ａは、離形材層２０と同様の材質からなる。
【００３８】
離形材付き高温超電導線材１Ａの作用を説明する。
【００３９】
離形材付き高温超電導線材１Ａは、離形材付き高温超電導線材１と同様にしてパンケーキ状の超電導コイルを作製することができる。
【００４０】
このパンケーキ状の超電導コイルでは、高温超電導線材１０Ａの金属基板側表面５１の金属基板１１が、離形材付き高温超電導線材１Ａの周囲に設けられた図示しない樹脂硬化物と直接接着される。このため、巻回された離形材付き高温超電導線材１Ａの表面に対して垂直な強い引張り力が加わったときには、金属基板１１に直接強い引張り力が加わるが、金属基板１１と樹脂硬化物とは接着されているため高温超電導線材１０Ａの金属基板側表面５１は剥離しない。これに対し、高温超電導線材１０Ａの超電導層側表面５２では、引張り力により、離形材層２０Ａと樹脂硬化物層との界面で剥離が生じる。
【００４１】
このように、離形材付き高温超電導線材１Ａの表面に垂直方向に加わった引張り力は、離形材層２０Ａと樹脂硬化物層との界面の剥離により消費されるため、高温超電導線材１０Ａには実質的に及ばず、高温超電導線材１０Ａの積層構造は破損しない。特に高温超電導線材１０Ａ内の超電導層側表面５２の近傍には比較的衝撃に弱い超電導層１３が配置されているが、高温超電導線材１０Ａの超電導層側表面５２の離形材層２０Ａと樹脂硬化物層との界面が剥離しやすいことにより、引張り力が超電導層１３に及びにくくなり超電導層１３が破損しにくくなる。
【００４２】
なお、金属基板１１には一般的に強度の高い部材が用いられるため、金属基板１１に直接強い引張り力が加わっても、金属基板１１の変形に伴う高温超電導線材１０Ａの積層構造は破損しない。
【００４３】
また離形材付き高温超電導線材１Ａでは、金属基板１１と樹脂硬化物とが直接接するため、超電導コイルの熱伝導性が高くなる。
【００４４】
離形材付き高温超電導線材１Ａによれば、離形材付き高温超電導線材１Ａの周囲に樹脂硬化物層が設けられた構造の超電導コイルを作製した場合に、離形材付き高温超電導線材１を用いる場合に比べて、離形材付き高温超電導線材１Ａの積層方向、すなわち厚み方向の引張り力に対する抵抗力と伝熱性能とを向上させることができる。
【００４５】
［第３の実施形態］
図４は、本発明の離形材付き高温超電導線材の第３実施形態の拡大断面図である。
【００４６】
第３実施形態として示す離形材付き高温超電導線材１Ｂは、図３に第２実施形態として示した高温超電導線材１Ａに比較して、離形材層２０Ａに代えて離形材層２０Ｂを備える点が異なり、他の点は同様である。このため、離形材付き高温超電導線材１Ｂと離形材付き高温超電導線材１Ａとで同じ構成には、同じ符号を付し、作用についての説明を簡略化する。
【００４７】
図４に示すように、離形材付き高温超電導線材１Ｂは、テープ状の高温超電導線材１０Ａの表面のうち、超電導層側表面５２の一部のみに離形材層２０Ｂが形成されている。より具体的には、離形材層２０Ｂは、高温超電導線材１０Ａ中の超電導層１３と同じ幅になるように超電導層側表面５２に設けられている。これにより、離形材付き高温超電導線材１Ｂは、高温超電導線材１０Ａの幅方向の両端部５３、５４においては、離形材層２０Ｂが設けられず高温超電導線材１０Ａが露出した構造になっている。
【００４８】
離形材層２０Ｂは、離形材層２０と同様の材質からなる。
【００４９】
離形材付き高温超電導線材１Ｂの作用を説明する。
【００５０】
離形材付き高温超電導線材１Ｂは、離形材付き高温超電導線材１Ａと同様にしてパンケーキ状の超電導コイルを作製することができる。
【００５１】
このパンケーキ状の超電導コイルでは、高温超電導線材１０Ａの金属基板側表面５１の金属基板１１および高温超電導線材１０Ａの幅方向の両端部５３、５４が、離形材付き高温超電導線材１Ｂの周囲に設けられた樹脂硬化物と直接接着される。このため、巻回された離形材付き高温超電導線材１Ｂの表面に対して垂直な強い引張り力が加わったときには、金属基板１１および高温超電導線材１０Ａの幅方向の両端部５３、５４に直接強い引張り力が加わり、離形材付き高温超電導線材１Ａを用いた超電導コイルと同様に、離形材層２０Ｂと図示しない樹脂硬化物層との界面で引張り力により剥離が生じる。この界面を剥離させる力は、高温超電導線材１０Ａの幅方向の両端部５３、５４にも直接強い引張り力が加わる分、離形材付き高温超電導線材１Ａを用いた場合に比べてより強くなる。
【００５２】
また、離形材付き高温超電導線材１Ｂでは、離形材層２０Ｂが、高温超電導線材１０Ａ中の超電導層１３と同じ幅になるように超電導層側表面５２に設けられているため、引張り力が超電導層１３に及びにくく超電導層１３が破損しにくい。
【００５３】
さらに、離形材付き高温超電導線材１Ｂを用いた超電導コイルでは、離形材付き高温超電導線材１Ｂの周囲に設けられた樹脂硬化物が、高温超電導線材１０Ａの幅方向の両端部５３、５４と接着して両端部５３、５４を固定するため、離形材付き高温超電導線材１Ａを用いた超電導コイルに比べて、離形材付き高温超電導線材１Ｂの積層方向、すなわち厚み方向の引張力に対する抵抗力と伝熱性能とが向上する。
【００５４】
離形材付き高温超電導線材１Ｂによれば、離形材付き高温超電導線材１Ｂが周囲に設けられた樹脂硬化物と接触する構造の超電導コイルを作製した場合に、離形材付き高温超電導線材１Ａを用いる場合に比べて、離形材付き高温超電導線材１Ｂの積層方向、すなわち厚み方向の引張力に対する抵抗力と伝熱性能とを向上させることができる。
【００５５】
［第４の実施形態］
図５は、本発明の離形材付き高温超電導線材の第４実施形態の拡大断面図である。
【００５６】
第４実施形態として示す離形材付き高温超電導線材１Ｃは、図４に第３実施形態として示した高温超電導線材１Ｂに比較して、高温超電導線材１０Ａの金属基板側表面５１に熱伝導テープ４をさらに備える点が異なり、他の点は同様である。このため、離形材付き高温超電導線材１Ｃと離形材付き高温超電導線材１Ｂとで同じ構成には、同じ符号を付し、作用についての説明を簡略化する。
【００５７】
図５に示すように、離形材付き高温超電導線材１Ｃは、テープ状の高温超電導線材１０Ａの表面のうち、金属基板側表面５１に高温超電導線材１０Ａより幅の広い熱伝導テープ４が固着される。すなわち、離形材付き高温超電導線材１Ｃは、高温超電導線材１０Ａの幅方向の両端部５３、５４および熱伝導テープ４の表面においては、離形材層２０Ｂが設けられず高温超電導線材１０Ａが露出している。
【００５８】
熱伝導テープ４としては、たとえば、金属基板１１の材質であるハステロイ（登録商標）等よりも熱伝導率の良い部材が用いられる。この熱伝導率の良い部材としては、たとえば、銅、ステンレス、アルミ等が挙げられる。
【００５９】
離形材付き高温超電導線材１Ｃの作用を説明する。
【００６０】
離形材付き高温超電導線材１Ｃは、離形材付き高温超電導線材１と同様にしてパンケーキ状の超電導コイルを作製することができる。
【００６１】
このパンケーキ状の超電導コイルでは、高温超電導線材１０Ａの幅方向の両端部５３、５４、および熱伝導テープ４の表面が、離形材付き高温超電導線材１Ｃの周囲に設けられた樹脂硬化物と直接接着される。このため、巻回された離形材付き高温超電導線材１Ｃの表面に対して垂直な強い引張り力が加わったときには、高温超電導線材１０Ａの幅方向の両端部５３、５４、および熱伝導テープ４の表面に直接強い引張り力が加わり、離形材付き高温超電導線材１Ｂを用いた超電導コイルと同様に、離形材層２０Ｂと図示しない樹脂硬化物層との界面で引張り力により剥離が生じる。
【００６２】
また、離形材付き高温超電導線材１Ｃを用いた超電導コイルでは、熱伝導率の良い熱伝導テープ４を用いているため、離形材付き高温超電導線材１Ｂを用いた場合に比べて離形材付き高温超電導線材１Ｃの幅方向に対する伝熱性能がより高くなる。
【００６３】
離形材付き高温超電導線材１Ｃによれば、離形材付き高温超電導線材１Ｃが周囲に設けられた樹脂硬化物と接触する構造の超電導コイルを作製した場合に、離形材付き高温超電導線材１Ｂを用いる場合に比べて、離形材付き高温超電導線材１Ｃの幅方向に対する伝熱性能をより高くすることができる。
【００６４】
＜超電導コイル＞
図６〜図８を参照して本発明の超電導コイルを説明する。
【００６５】
図６は、本発明の超電導コイルとその断面を示す図である。具体的には、図６（ａ）は軸方向中心に筒状空間を有するパンケーキ状の超電導コイル７の斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す超電導コイル７の巻回途中部７９の拡大断面図である。
【００６６】
図６（ａ）に示す超電導コイル７は、図６（ｂ）に示すように、巻回途中部７９において、テープ状の離形材付き高温超電導線材１Ｂと絶縁テープ５とが、共巻きされて同心円状に巻回されるとともに周囲に設けられた樹脂硬化物層６で固定される。これにより、超電導コイル７は、外形が、軸方向中心を貫通する空間９５を有するいわゆるパンケーキ状に形成されている。なお、図６ではシングルパンケーキコイルを図示しているが、本発明は２枚のパンケーキ状に形成されたいわゆるダブルパンケーキコイルとしても良い。
【００６７】
なお、超電導コイル７は、巻回途中部７９以外の部分である巻き始め部７７や巻き終わり部７８では、離形材層２０Ｂを備えない高温超電導線材１０Ａが用いられ、この高温超電導線材１０Ａは巻回途中部７９の離形材付き高温超電導線材１Ｂに接合されている。このため、超電導コイル７では、離形材付き高温超電導線材１Ｂの両端に高温超電導線材１０Ａが電気的に接合されてなる構造、すなわち高温超電導線材１０Ａ―離形材付き高温超電導線材１Ｂ―高温超電導線材１０Ａの構造の高温超電導線材接合材料が用いられる。
【００６８】
絶縁テープ５としては、たとえばカプトン（登録商標）等が用いられる。
【００６９】
樹脂硬化物層６は、エポキシ樹脂等の硬化樹脂からなる絶縁層である。樹脂硬化物層６は、離形材付き高温超電導線材１Ｂと絶縁テープ５との幅方向を被覆して巻線側面部７２Ａ、７２Ｂを形成するとともに、離形材付き高温超電導線材１Ｂと絶縁テープ５との積層方向の間隙にも形成される。
【００７０】
樹脂硬化物層６は、高温超電導線材接合材料や絶縁テープ５が巻回されて形成されるコイル形状を接着により維持するとともに、高温超電導線材接合材料で発生した熱を導く伝熱経路としても作用する。
【００７１】
超電導コイル７は、外形が、筒状空間９５に面した内周面７５と、外周面７６と、軸方向の１対の端面であるリング状の１対の巻線側面部７２Ａ、７２Ｂとを備えるものになっている。巻線側面部７２Ａ、７２Ｂは、巻回された高温超電導線材接合材料や絶縁テープ５等の幅方向の両端部の集合体が、樹脂硬化物層で被覆される等により形成された面状部分である。
【００７２】
超電導コイル７において、高温超電導線材接合材料は、通常、内周面７５側から巻き始め、外周面７６で巻き終わるように巻回される。以下、高温超電導線材接合材料を巻き始める１ターン目の部分を巻き始め部７７という。また、高温超電導線材接合材料を巻き終わる最後の１ターンの部分を巻き終わり部７８という。さらに、巻回した高温超電導線材接合材料のうち、巻き始め部と巻き終わり部とを除いた部分を巻回途中部７９という。また、巻き始め部７７、巻回途中部７９および巻き終わり部７８からなる部分を巻線部７１という。
【００７３】
超電導コイル７では、高温超電導線材接合材料のうち、離形材付き高温超電導線材１Ｂの部分が巻回途中部７９に用いられ、高温超電導線材１０Ａの部分が巻き始め部７７および巻き終わり部７８に用いられている。
【００７４】
図７は、図６に示す超電導コイルとその断面を示す図である。具体的には、図７（ａ）は図６に示す超電導コイルと同じ超電導コイル７を示す斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）に示す超電導コイル７の巻き始め部７７の拡大断面図である。
【００７５】
図７（ｂ）に示すように、巻き始め部７７では、図６に示す巻回途中部７９と異なり、離形材層２０Ｂの設けられない高温超電導線材１０Ａが用いられる。
【００７６】
巻き始め部７７を構成する高温超電導線材１０Ａは、超電導層側表面５２が内周面７５側に向くように配置される。
【００７７】
この巻き始め部７７における高温超電導線材１０Ａの超電導層側表面５２が内周面７５側に向く配置は、図６（ｂ）に示す巻回途中部７９や図８（ｂ）に示す巻き終わり部７８において高温超電導線材１０Ａの超電導層側表面５２が外周面７６側に向く配置と、高温超電導線材１０Ａの配置が逆向きになっている。
【００７８】
また、巻き始め部７７では、高温超電導線材１０Ａが最も内周面７５側に位置するように配置され、内周面７５に高温超電導線材１０Ａが露出した構造になっている。
【００７９】
図８は、図６に示す超電導コイルとその断面を示す図である。具体的には、図８（ａ）は図６に示す超電導コイルと同じ超電導コイル７を示す斜視図、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す超電導コイル７の巻き終わり部７８の拡大断面図である。
【００８０】
図８（ｂ）に示すように、巻き終わり部７８では、図６に示す巻回途中部７９と異なり、離形材層２０Ｂの設けられない高温超電導線材１０Ａが用いられる。
【００８１】
巻き終わり部７８では、高温超電導線材１０Ａが最も外周面７６側に位置するように配置され、外周面７６に高温超電導線材１０Ａが露出した構造になっている。
【００８２】
このように、超電導コイル７は、巻き始め部７７および巻き終わり部７８では、離形材層２０Ｂが設けられないとともに、高温超電導線材１０Ａの超電導層側表面５２が内周面７５および外周面７６に露出した構造になっている。
【００８３】
超電導コイル７に用いられる高温超電導線材接合材料は、通常、巻き始め部７７用の高温超電導線材１０Ａと、巻回途中部７９用の離形材付き高温超電導線材１Ｂと、巻き終わり部７８用の高温超電導線材１０Ａとを、それぞれ別部材として用意し、これらの部材を巻回前、巻回中または巻回後に電気的に接続することにより作製される。
【００８４】
巻き始め部７７用の高温超電導線材１０Ａと、巻回途中部７９用の離形材付き高温超電導線材１Ｂとを電気的に接続する場合には、高温超電導線材１０Ａの超電導層側表面５２が内周面７５側と外周面７６側とに逆向きになるように接続する。
【００８５】
超電導コイル７によれば、図４に第３実施形態として示した離形材付き高温超電導線材１Ｂを高温超電導線材接合材料の一部に用いているため、離形材付き高温超電導線材１Ｂを用いてパンケーキ状の超電導コイルを作製した場合に同様の効果を奏する。
【００８６】
また、超電導コイル７によれば、巻き始め部７７および巻き終わり部７８に離形材層のない高温超電導線材１０Ａを用い、しかも、この高温超電導線材１０Ａは超電導層側表面５２が樹脂硬化物層６と直接接しないように形成されるため、高温超電導線材１０Ａが樹脂硬化物層６からの引張り力を受けて、高温超電導線材１０Ａ中の超電導層１３が破損するおそれが少ない。
【００８７】
さらに、超電導コイル７によれば、巻き始め部７７および巻き終わり部７８に離形材層のない高温超電導線材１０Ａを用いているため、離形材層の形成による伝熱性能の低下も小さい。
【００８８】
図９は、従来の超電導コイルとその断面を示す図である。具体的には、図９（ａ）は軸方向中心に筒状空間を有する従来のパンケーキ状の超電導コイル８の斜視図、図９（ｂ）は図９（ａ）に示す従来の超電導コイル８の巻回途中部８９の拡大断面図である。
【００８９】
図９（ａ）、（ｂ）に示すように、従来の超電導コイル８は、離形材層が設けられないテープ状の高温超電導線材１０Ａと絶縁テープ５とが、共巻きされて同心円状に巻回されるとともに周囲に設けられた樹脂硬化物層６で固定され、軸方向中心を貫通する空間９５を有するいわゆるパンケーキ状に形成されたものである。
【００９０】
従来の超電導コイル８は、離形材層が設けられないため、巻回された高温超電導線材１０Ａの表面に対して垂直な強い引張り力が加わったときに、高温超電導線材１０Ａ中の図示しない多層構造体が破損する可能性がある。
【００９１】
これに対し、超電導コイル７によれば、高温超電導線材接合材料の一部として図４に第３実施形態として示した離形材付き高温超電導線材１Ｂを用いているため、巻回された離形材付き高温超電導線材１Ｂの表面に対して垂直な強い引張り力が加わっても、離形材付き高温超電導線材１Ｂの高温超電導線材１０Ａ中の多層構造体１５が破損しにくいという効果を奏する。
【００９２】
なお、図６〜８に示す超電導コイル７は、離形材付き高温超電導線材として離形材付き高温超電導線材１Ｂを用いた例であるが、本発明の超電導コイルは離形材付き高温超電導線材１Ｂに代えて離形材付き高温超電導線材１、１Ａや１Ｃを用いてもよい。得られた超電導コイルは、用いられた離形材付き高温超電導線材の特長を備えるものになる。
【００９３】
また、上記図６から図８の実施形態においては通常のパンケーキコイルを例として示したがレーストラック形状のパンケーキコイルにおいても同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 離形材付き高温超電導線材
１０、１０Ａ 高温超電導線材
１１ 金属基板
１２ 中間層
１３ 超電導層
１４ 保護金属層
１５ 多層構造体
１７ 安定化金属層
２０、２０Ａ、２０Ｂ 離形材層
４ 熱伝導テープ
５ 絶縁テープ
５１ 金属基板側表面
５２ 超電導層側表面
５３、５４ 高温超電導線材１０の幅方向の端部
６ 樹脂硬化物層
７ 超電導コイル
７１ 巻線部
７２Ａ、７２Ｂ 巻線側面部
７５ 内周面
７６ 外周面
７７ 巻き始め部
７８ 巻き終わり部
７９ 巻回途中部
８ 従来の超電導コイル
８１ 従来の超電導コイルの巻線側面部
８１０ 従来の超電導コイルの巻線側面部部分
８５ 従来の超電導コイルの内周面
８６ 従来の超電導コイルの外周面
８７ 従来の超電導コイルの巻き始め部
８８ 従来の超電導コイルの巻き終わり部
８９ 従来の超電導コイルの巻回途中部
９５ 筒状空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、離形材付き高温超電導線材および超電導コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導技術の向上に伴い、例えば磁気共鳴画像診断装置（ＭＲＩ）、超電導磁気エネルギー貯蔵装置（ＳＭＥＳ）や単結晶引き上げ装置等の超電導応用機器が実用化されている。これらの超電導応用機器は、超電導線材を巻回してなる超電導コイルを内蔵している。超電導コイルは、一般的に、樹脂が含浸される。
【０００３】
近年、高磁場中での臨界電流特性に優れた高温超電導線材を用いた超電導コイルが開発されている。この高温超電導線材としては、たとえば、特許文献１（特開２００７−２８０７１０号公報）に、テープ状の金属基板、中間層、超電導層および保護金属層を有する多層構造の薄膜超電導線材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８０７１０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に開示された高温超電導線材を用いて超電導コイルを作製した場合、製造工程での冷却の際に、高温超電導線材のターン間に剥離力が働き、層間剥離が生じたり高温超電導線材内で亀裂が生じたりする可能性がある。この層間剥離や亀裂は、含浸された樹脂と高温超電導線材との熱収縮率の差に起因するものである。このため、得られた超電導コイルは、この層間剥離や亀裂のために安定した超電導特性が得られないおそれがあるという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、高温超電導線材に働く剥離力が十分に低減され、安定した超電導特性を得ることができる離形材付き高温超電導線材およびこの高温超電導線材を用いた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】
【０００７】
本発明は、テープ状の高温超電導線材の表面の少なくとも一部に離形材層を形成すると、高温超電導線材に働く剥離力が十分に低減され、安定した超電導特性を得ることができる高温超電導線材が得られることを見出して完成されたものである。
【０００８】
本発明に係る離形材付き高温超電導線材は、上記問題点を解決するものであり、テープ状の高温超電導線材の表面の少なくとも一部に離形材層が形成されたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る超電導コイルは、上記問題点を解決するものであり、前記離形材付き高温超電導線材を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る離形材付き高温超電導線材および超電導コイルによれば、高温超電導線材に働く剥離力が十分に低減され、安定した超電導特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態の離形材付き高温超電導線材の断面図。
【図２】図１に示す離形材付き高温超電導線材に用いられる高温超電導線材の断面図。
【図３】本発明の第２実施形態の離形材付き高温超電導線材の断面図。
【図４】本発明の第３実施形態の離形材付き高温超電導線材の断面図。
【図５】本発明の第４実施形態の離形材付き高温超電導線材の断面図。
【図６】本発明の超電導コイルを示す図であり、（ａ）は軸方向中心に空間を有するパンケーキ状の超電導コイルの斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す超電導コイルの巻回途中部の拡大断面図。
【図７】本発明の超電導コイルを示す図であり、（ａ）は軸方向中心に空間を有するパンケーキ状の超電導コイルの斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す超電導コイルの巻き始め部の拡大断面図。
【図８】本発明の超電導コイルを示す図であり、（ａ）は軸方向中心に空間を有するパンケーキ状の超電導コイルの斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す超電導コイルの巻き終わり部の拡大断面図。
【図９】従来の超電導コイルを示す図であり、（ａ）は軸方向中心に空間を有するパンケーキ状の超電導コイルの斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す超電導コイルの巻回途中部の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜離形材付き高温超電導線材＞
図面を参照して本発明に係る離形材付き高温超電導線材を説明する。
【００１３】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の離形材付き高温超電導線材の第１実施形態の断面図である。図２は、図１に示す離形材付き高温超電導線材に用いられる高温超電導線材の断面図である。
【００１４】
図１に示すように、離形材付き高温超電導線材１は、テープ状の高温超電導線材１０の表面全体に離形材層２０が形成されている。離形材付き高温超電導線材１は、テープ状の外観を有する。
【００１５】
図２に示すように、高温超電導線材１０は、テープ状物の積層体である多層構造体１５の表面全体が、安定化金属層１７で被覆された構造になっている。この高温超電導線材１０は、一般的にCoated Conductorと呼ばれるものである。
【００１６】
多層構造体１５は、テープ状の金属基板１１と、この金属基板１１の表面に形成された中間層１２と、この中間層１２の表面に形成され高温超電導材料からなる超電導層１３と、この超電導層１３の表面に形成された保護金属層１４とを有する。
【００１７】
金属基板１１としては、たとえば、ハステロイ（登録商標）等のニッケル合金、ステンレス等からなるテープが用いられる。
【００１８】
中間層１２は表面に形成される超電導層１３の酸化物の結晶成長を促進する層である。中間層１２としては、たとえば、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム等からなる多結晶薄膜が用いられる。
【００１９】
超電導層１３は高温超電導を発現する層である。超電導層１３としては、たとえば、イットリウム等の希土類酸化物や、Ｒｅ１２３系等の高温超電導材料を主成分とする層が用いられる。
【００２０】
保護金属層１４は超電導層１３を保護する層である。保護金属層１４としては、たとえば、銀、金またはこれらの合金からなる層が用いられる。超電導層１３の高温超電導材料は、一般的に他の金属と反応しやすい活性な材料であるため、金、銀、これらの合金等以外の金属と直接接触させると、反応が生じて超電導層１３の性能が低下するおそれがある。保護金属層１４は、超電導層１３の性能低下を防止するものである。
【００２１】
このように高温超電導線材１０は、多層構造体１５が積層方向に対して非対称な構造になっている。以下、高温超電導線材１０の積層方向の２表面のうち、金属基板１１側の表面を金属基板側表面５１、超電導層１３や保護金属層１４側の表面を超電導層側表面５２という。
【００２２】
安定化金属層１７としては、たとえば銅、ステンレス等からなる層が用いられる。
【００２３】
離形材層２０は、離形材層２０とエポキシ樹脂硬化物等の樹脂硬化物との間の接着力が、高温超電導線材１０と前記樹脂硬化物との間の接着力に比べて弱くなるように形成された層である。
【００２４】
樹脂硬化物は、たとえば離形材付き高温超電導線材１を用いて超電導コイルを作製した場合において巻回した離形材付き高温超電導線材１の幅方向の周囲や離形材付き高温超電導線材１のターン間に塗布されたり含浸されたりする樹脂の硬化物である。
【００２５】
離形材層２０としては、例えば、テフロン（登録商標）等のフッ素系樹脂、パラフィン、グリースおよびシリコンオイルより選ばれた少なくとも１種からなる層が用いられる。フッ素系樹脂を用いる場合は、フッ素系樹脂テープを用いることが好ましい。離形材層２０が上記材質の２種以上を用いて形成される場合としては、例えば、離形材層２０を、グリース層およびシリコンオイル層の２層構造からなるものとする場合が挙げられる。
【００２６】
離形材付き高温超電導線材１は、図示しない共巻きテープ等とともに共巻きして巻回するとともに離形材付き高温超電導線材１と共巻きテープとの間に樹脂硬化物層を形成すると、パンケーキ状の超電導コイルを作製することができる。
【００２７】
離形材層２０は、パンケーキ状の超電導コイルにおいて離形材付き高温超電導線材１のターン間を剥離させようとする引張り力が加わった場合に、離形材層２０と樹脂硬化物層との間を積極的に剥離させることにより、高温超電導線材１０に引張り力が加わらないまたは加わりにくくするものである。
【００２８】
離形材付き高温超電導線材１の作用を説明する。
【００２９】
離形材付き高温超電導線材１は、たとえば、図示しない共巻きテープ等とともに共巻きして巻回するとともに離形材付き高温超電導線材１と共巻きテープとの間に樹脂硬化物層を形成すると、パンケーキ状の超電導コイルを作製することができる。
【００３０】
このパンケーキ状の超電導コイルでは、巻回された離形材付き高温超電導線材１の表面に対して垂直な強い引張り力が加わったときに、離形材層２０と図示しない樹脂硬化物層との界面で引張り力により剥離が生じる。しかし、この引張り力は、離形材層２０と樹脂硬化物層との界面の剥離により消費されるため、高温超電導線材１０には実質的に及ばない。
【００３１】
離形材付き高温超電導線材１によれば、離形材付き高温超電導線材１が周囲に設けられた樹脂硬化物と接触する構造の超電導コイルを作製した場合に、高温超電導線材１０中の多層構造体１５が剥離しにくく高温超電導線材１０の信頼性が高い離形材付き高温超電導線材１が得られる。
【００３２】
なお、図２には、多層構造体１５の表面全体が安定化金属層１７で被覆された構造の高温超電導線材１０の例を示したが、本発明の高温超電導線材１０は安定化金属層１７を備えない構造としてもよい。
【００３３】
［第２の実施形態］
図３は、本発明の離形材付き高温超電導線材の第２実施形態の拡大断面図である。
【００３４】
第２実施形態として示す離形材付き高温超電導線材１Ａは、図１に第１実施形態として示した高温超電導線材１に比較して、離形材層２０に代えて離形材層２０Ａを備える点、および高温超電導線材１０に代えて高温超電導線材１０Ａを備える点が異なり、他の点は同様である。このため、離形材付き高温超電導線材１Ａと離形材付き高温超電導線材１とで同じ構成には、同じ符号を付し、作用についての説明を簡略化する。
【００３５】
ここで、高温超電導線材１０Ａは、高温超電導線材１０から安定化金属層１７を除去したもの、すなわち高温超電導線材１０の多層構造体１５を意味する。
【００３６】
図３に示すように、離形材付き高温超電導線材１Ａは、テープ状の高温超電導線材１０の表面のうち、超電導層側表面５２のみの全面に離形材層２０Ａが形成されている。
【００３７】
離形材層２０Ａは、離形材層２０と同様の材質からなる。
【００３８】
離形材付き高温超電導線材１Ａの作用を説明する。
【００３９】
離形材付き高温超電導線材１Ａは、離形材付き高温超電導線材１と同様にしてパンケーキ状の超電導コイルを作製することができる。
【００４０】
このパンケーキ状の超電導コイルでは、高温超電導線材１０Ａの金属基板側表面５１の金属基板１１が、離形材付き高温超電導線材１Ａの周囲に設けられた図示しない樹脂硬化物と直接接着される。このため、巻回された離形材付き高温超電導線材１Ａの表面に対して垂直な強い引張り力が加わったときには、金属基板１１に直接強い引張り力が加わるが、金属基板１１と樹脂硬化物とは接着されているため高温超電導線材１０Ａの金属基板側表面５１は剥離しない。これに対し、高温超電導線材１０Ａの超電導層側表面５２では、引張り力により、離形材層２０Ａと樹脂硬化物層との界面で剥離が生じる。
【００４１】
このように、離形材付き高温超電導線材１Ａの表面に垂直方向に加わった引張り力は、離形材層２０Ａと樹脂硬化物層との界面の剥離により消費されるため、高温超電導線材１０Ａには実質的に及ばず、高温超電導線材１０Ａの積層構造は破損しない。特に高温超電導線材１０Ａ内の超電導層側表面５２の近傍には比較的衝撃に弱い超電導層１３が配置されているが、高温超電導線材１０Ａの超電導層側表面５２の離形材層２０Ａと樹脂硬化物層との界面が剥離しやすいことにより、引張り力が超電導層１３に及びにくくなり超電導層１３が破損しにくくなる。
【００４２】
なお、金属基板１１には一般的に強度の高い部材が用いられるため、金属基板１１に直接強い引張り力が加わっても、金属基板１１の変形に伴う高温超電導線材１０Ａの積層構造は破損しない。
【００４３】
また離形材付き高温超電導線材１Ａでは、金属基板１１と樹脂硬化物とが直接接するため、超電導コイルの熱伝導性が高くなる。
【００４４】
離形材付き高温超電導線材１Ａによれば、離形材付き高温超電導線材１Ａの周囲に樹脂硬化物層が設けられた構造の超電導コイルを作製した場合に、離形材付き高温超電導線材１を用いる場合に比べて、離形材付き高温超電導線材１Ａの積層方向、すなわち厚み方向の引張り力に対する抵抗力と伝熱性能とを向上させることができる。
【００４５】
［第３の実施形態］
図４は、本発明の離形材付き高温超電導線材の第３実施形態の拡大断面図である。
【００４６】
第３実施形態として示す離形材付き高温超電導線材１Ｂは、図３に第２実施形態として示した高温超電導線材１Ａに比較して、離形材層２０Ａに代えて離形材層２０Ｂを備える点が異なり、他の点は同様である。このため、離形材付き高温超電導線材１Ｂと離形材付き高温超電導線材１Ａとで同じ構成には、同じ符号を付し、作用についての説明を簡略化する。
【００４７】
図４に示すように、離形材付き高温超電導線材１Ｂは、テープ状の高温超電導線材１０Ａの表面のうち、超電導層側表面５２の一部のみに離形材層２０Ｂが形成されている。より具体的には、離形材層２０Ｂは、高温超電導線材１０Ａ中の超電導層１３と同じ幅になるように超電導層側表面５２に設けられている。これにより、離形材付き高温超電導線材１Ｂは、高温超電導線材１０Ａの幅方向の両端部５３、５４においては、離形材層２０Ｂが設けられず高温超電導線材１０Ａが露出した構造になっている。
【００４８】
離形材層２０Ｂは、離形材層２０と同様の材質からなる。
【００４９】
離形材付き高温超電導線材１Ｂの作用を説明する。
【００５０】
離形材付き高温超電導線材１Ｂは、離形材付き高温超電導線材１Ａと同様にしてパンケーキ状の超電導コイルを作製することができる。
【００５１】
このパンケーキ状の超電導コイルでは、高温超電導線材１０Ａの金属基板側表面５１の金属基板１１および高温超電導線材１０Ａの幅方向の両端部５３、５４が、離形材付き高温超電導線材１Ｂの周囲に設けられた樹脂硬化物と直接接着される。このため、巻回された離形材付き高温超電導線材１Ｂの表面に対して垂直な強い引張り力が加わったときには、金属基板１１および高温超電導線材１０Ａの幅方向の両端部５３、５４に直接強い引張り力が加わり、離形材付き高温超電導線材１Ａを用いた超電導コイルと同様に、離形材層２０Ｂと図示しない樹脂硬化物層との界面で引張り力により剥離が生じる。この界面を剥離させる力は、高温超電導線材１０Ａの幅方向の両端部５３、５４にも直接強い引張り力が加わる分、離形材付き高温超電導線材１Ａを用いた場合に比べてより強くなる。
【００５２】
また、離形材付き高温超電導線材１Ｂでは、離形材層２０Ｂが、高温超電導線材１０Ａ中の超電導層１３と同じ幅になるように超電導層側表面５２に設けられているため、引張り力が超電導層１３に及びにくく超電導層１３が破損しにくい。
【００５３】
さらに、離形材付き高温超電導線材１Ｂを用いた超電導コイルでは、離形材付き高温超電導線材１Ｂの周囲に設けられた樹脂硬化物が、高温超電導線材１０Ａの幅方向の両端部５３、５４と接着して両端部５３、５４を固定するため、離形材付き高温超電導線材１Ａを用いた超電導コイルに比べて、離形材付き高温超電導線材１Ｂの積層方向、すなわち厚み方向の引張力に対する抵抗力と伝熱性能とが向上する。
【００５４】
離形材付き高温超電導線材１Ｂによれば、離形材付き高温超電導線材１Ｂが周囲に設けられた樹脂硬化物と接触する構造の超電導コイルを作製した場合に、離形材付き高温超電導線材１Ａを用いる場合に比べて、離形材付き高温超電導線材１Ｂの積層方向、すなわち厚み方向の引張力に対する抵抗力と伝熱性能とを向上させることができる。
【００５５】
［第４の実施形態］
図５は、本発明の離形材付き高温超電導線材の第４実施形態の拡大断面図である。
【００５６】
第４実施形態として示す離形材付き高温超電導線材１Ｃは、図４に第３実施形態として示した高温超電導線材１Ｂに比較して、高温超電導線材１０Ａの金属基板側表面５１に熱伝導テープ４をさらに備える点が異なり、他の点は同様である。このため、離形材付き高温超電導線材１Ｃと離形材付き高温超電導線材１Ｂとで同じ構成には、同じ符号を付し、作用についての説明を簡略化する。
【００５７】
図５に示すように、離形材付き高温超電導線材１Ｃは、テープ状の高温超電導線材１０Ａの表面のうち、金属基板側表面５１に高温超電導線材１０Ａより幅の広い熱伝導テープ４が固着される。すなわち、離形材付き高温超電導線材１Ｃは、高温超電導線材１０Ａの幅方向の両端部５３、５４および熱伝導テープ４の表面においては、離形材層２０Ｂが設けられず高温超電導線材１０Ａが露出している。
【００５８】
熱伝導テープ４としては、たとえば、金属基板１１の材質であるハステロイ（登録商標）等よりも熱伝導率の良い部材が用いられる。この熱伝導率の良い部材としては、たとえば、銅、ステンレス、アルミ等が挙げられる。
【００５９】
離形材付き高温超電導線材１Ｃの作用を説明する。
【００６０】
離形材付き高温超電導線材１Ｃは、離形材付き高温超電導線材１と同様にしてパンケーキ状の超電導コイルを作製することができる。
【００６１】
このパンケーキ状の超電導コイルでは、高温超電導線材１０Ａの幅方向の両端部５３、５４、および熱伝導テープ４の表面が、離形材付き高温超電導線材１Ｃの周囲に設けられた樹脂硬化物と直接接着される。このため、巻回された離形材付き高温超電導線材１Ｃの表面に対して垂直な強い引張り力が加わったときには、高温超電導線材１０Ａの幅方向の両端部５３、５４、および熱伝導テープ４の表面に直接強い引張り力が加わり、離形材付き高温超電導線材１Ｂを用いた超電導コイルと同様に、離形材層２０Ｂと図示しない樹脂硬化物層との界面で引張り力により剥離が生じる。
【００６２】
また、離形材付き高温超電導線材１Ｃを用いた超電導コイルでは、熱伝導率の良い熱伝導テープ４を用いているため、離形材付き高温超電導線材１Ｂを用いた場合に比べて離形材付き高温超電導線材１Ｃの幅方向に対する伝熱性能がより高くなる。
【００６３】
離形材付き高温超電導線材１Ｃによれば、離形材付き高温超電導線材１Ｃが周囲に設けられた樹脂硬化物と接触する構造の超電導コイルを作製した場合に、離形材付き高温超電導線材１Ｂを用いる場合に比べて、離形材付き高温超電導線材１Ｃの幅方向に対する伝熱性能をより高くすることができる。
【００６４】
＜超電導コイル＞
図６〜図８を参照して本発明の超電導コイルを説明する。
【００６５】
図６は、本発明の超電導コイルとその断面を示す図である。具体的には、図６（ａ）は軸方向中心に筒状空間を有するパンケーキ状の超電導コイル７の斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す超電導コイル７の巻回途中部７９の拡大断面図である。
【００６６】
図６（ａ）に示す超電導コイル７は、図６（ｂ）に示すように、巻回途中部７９において、テープ状の離形材付き高温超電導線材１Ｂと絶縁テープ５とが、共巻きされて同心円状に巻回されるとともに周囲に設けられた樹脂硬化物層６で固定される。これにより、超電導コイル７は、外形が、軸方向中心を貫通する空間９５を有するいわゆるパンケーキ状に形成されている。なお、図６ではシングルパンケーキコイルを図示しているが、本発明は２枚のパンケーキ状に形成されたいわゆるダブルパンケーキコイルとしても良い。
【００６７】
なお、超電導コイル７は、巻回途中部７９以外の部分である巻き始め部７７や巻き終わり部７８では、離形材層２０Ｂを備えない高温超電導線材１０Ａが用いられ、この高温超電導線材１０Ａは巻回途中部７９の離形材付き高温超電導線材１Ｂに接合されている。このため、超電導コイル７では、離形材付き高温超電導線材１Ｂの両端に高温超電導線材１０Ａが電気的に接合されてなる構造、すなわち高温超電導線材１０Ａ―離形材付き高温超電導線材１Ｂ―高温超電導線材１０Ａの構造の高温超電導線材接合材料が用いられる。
【００６８】
絶縁テープ５としては、たとえばカプトン（登録商標）等が用いられる。
【００６９】
樹脂硬化物層６は、エポキシ樹脂等の硬化樹脂からなる絶縁層である。樹脂硬化物層６は、離形材付き高温超電導線材１Ｂと絶縁テープ５との幅方向を被覆して巻線側面部７２Ａ、７２Ｂを形成するとともに、離形材付き高温超電導線材１Ｂと絶縁テープ５との積層方向の間隙にも形成される。
【００７０】
樹脂硬化物層６は、高温超電導線材接合材料や絶縁テープ５が巻回されて形成されるコイル形状を接着により維持するとともに、高温超電導線材接合材料で発生した熱を導く伝熱経路としても作用する。
【００７１】
超電導コイル７は、外形が、筒状空間９５に面した内周面７５と、外周面７６と、軸方向の１対の端面であるリング状の１対の巻線側面部７２Ａ、７２Ｂとを備えるものになっている。巻線側面部７２Ａ、７２Ｂは、巻回された高温超電導線材接合材料や絶縁テープ５等の幅方向の両端部の集合体が、樹脂硬化物層で被覆される等により形成された面状部分である。
【００７２】
超電導コイル７において、高温超電導線材接合材料は、通常、内周面７５側から巻き始め、外周面７６で巻き終わるように巻回される。以下、高温超電導線材接合材料を巻き始める１ターン目の部分を巻き始め部７７という。また、高温超電導線材接合材料を巻き終わる最後の１ターンの部分を巻き終わり部７８という。さらに、巻回した高温超電導線材接合材料のうち、巻き始め部と巻き終わり部とを除いた部分を巻回途中部７９という。また、巻き始め部７７、巻回途中部７９および巻き終わり部７８からなる部分を巻線部７１という。
【００７３】
超電導コイル７では、高温超電導線材接合材料のうち、離形材付き高温超電導線材１Ｂの部分が巻回途中部７９に用いられ、高温超電導線材１０Ａの部分が巻き始め部７７および巻き終わり部７８に用いられている。
【００７４】
図７は、図６に示す超電導コイルとその断面を示す図である。具体的には、図７（ａ）は図６に示す超電導コイルと同じ超電導コイル７を示す斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）に示す超電導コイル７の巻き始め部７７の拡大断面図である。
【００７５】
図７（ｂ）に示すように、巻き始め部７７では、図６に示す巻回途中部７９と異なり、離形材層２０Ｂの設けられない高温超電導線材１０Ａが用いられる。
【００７６】
巻き始め部７７を構成する高温超電導線材１０Ａは、超電導層側表面５２が内周面７５側に向くように配置される。
【００７７】
この巻き始め部７７における高温超電導線材１０Ａの超電導層側表面５２が内周面７５側に向く配置は、図６（ｂ）に示す巻回途中部７９や図８（ｂ）に示す巻き終わり部７８において高温超電導線材１０Ａの超電導層側表面５２が外周面７６側に向く配置と、高温超電導線材１０Ａの配置が逆向きになっている。
【００７８】
また、巻き始め部７７では、高温超電導線材１０Ａが最も内周面７５側に位置するように配置され、内周面７５に高温超電導線材１０Ａが露出した構造になっている。
【００７９】
図８は、図６に示す超電導コイルとその断面を示す図である。具体的には、図８（ａ）は図６に示す超電導コイルと同じ超電導コイル７を示す斜視図、図８（ｂ）は図８（ａ）に示す超電導コイル７の巻き終わり部７８の拡大断面図である。
【００８０】
図８（ｂ）に示すように、巻き終わり部７８では、図６に示す巻回途中部７９と異なり、離形材層２０Ｂの設けられない高温超電導線材１０Ａが用いられる。
【００８１】
巻き終わり部７８では、高温超電導線材１０Ａが最も外周面７６側に位置するように配置され、外周面７６に高温超電導線材１０Ａが露出した構造になっている。
【００８２】
このように、超電導コイル７は、巻き始め部７７および巻き終わり部７８では、離形材層２０Ｂが設けられないとともに、高温超電導線材１０Ａの超電導層側表面５２が内周面７５および外周面７６に露出した構造になっている。
【００８３】
超電導コイル７に用いられる高温超電導線材接合材料は、通常、巻き始め部７７用の高温超電導線材１０Ａと、巻回途中部７９用の離形材付き高温超電導線材１Ｂと、巻き終わり部７８用の高温超電導線材１０Ａとを、それぞれ別部材として用意し、これらの部材を巻回前、巻回中または巻回後に電気的に接続することにより作製される。
【００８４】
巻き始め部７７用の高温超電導線材１０Ａと、巻回途中部７９用の離形材付き高温超電導線材１Ｂとを電気的に接続する場合には、高温超電導線材１０Ａの超電導層側表面５２が内周面７５側と外周面７６側とに逆向きになるように接続する。
【００８５】
超電導コイル７によれば、図４に第３実施形態として示した離形材付き高温超電導線材１Ｂを高温超電導線材接合材料の一部に用いているため、離形材付き高温超電導線材１Ｂを用いてパンケーキ状の超電導コイルを作製した場合に同様の効果を奏する。
【００８６】
また、超電導コイル７によれば、巻き始め部７７および巻き終わり部７８に離形材層のない高温超電導線材１０Ａを用い、しかも、この高温超電導線材１０Ａは超電導層側表面５２が樹脂硬化物層６と直接接しないように形成されるため、高温超電導線材１０Ａが樹脂硬化物層６からの引張り力を受けて、高温超電導線材１０Ａ中の超電導層１３が破損するおそれが少ない。
【００８７】
さらに、超電導コイル７によれば、巻き始め部７７および巻き終わり部７８に離形材層のない高温超電導線材１０Ａを用いているため、離形材層の形成による伝熱性能の低下も小さい。
【００８８】
図９は、従来の超電導コイルとその断面を示す図である。具体的には、図９（ａ）は軸方向中心に筒状空間を有する従来のパンケーキ状の超電導コイル８の斜視図、図９（ｂ）は図９（ａ）に示す従来の超電導コイル８の巻回途中部８９の拡大断面図である。
【００８９】
図９（ａ）、（ｂ）に示すように、従来の超電導コイル８は、離形材層が設けられないテープ状の高温超電導線材１０Ａと絶縁テープ５とが、共巻きされて同心円状に巻回されるとともに周囲に設けられた樹脂硬化物層６で固定され、軸方向中心を貫通する空間９５を有するいわゆるパンケーキ状に形成されたものである。
【００９０】
従来の超電導コイル８は、離形材層が設けられないため、巻回された高温超電導線材１０Ａの表面に対して垂直な強い引張り力が加わったときに、高温超電導線材１０Ａ中の図示しない多層構造体が破損する可能性がある。
【００９１】
これに対し、超電導コイル７によれば、高温超電導線材接合材料の一部として図４に第３実施形態として示した離形材付き高温超電導線材１Ｂを用いているため、巻回された離形材付き高温超電導線材１Ｂの表面に対して垂直な強い引張り力が加わっても、離形材付き高温超電導線材１Ｂの高温超電導線材１０Ａ中の多層構造体１５が破損しにくいという効果を奏する。
【００９２】
なお、図６〜８に示す超電導コイル７は、離形材付き高温超電導線材として離形材付き高温超電導線材１Ｂを用いた例であるが、本発明の超電導コイルは離形材付き高温超電導線材１Ｂに代えて離形材付き高温超電導線材１、１Ａや１Ｃを用いてもよい。得られた超電導コイルは、用いられた離形材付き高温超電導線材の特長を備えるものになる。
【００９３】
また、上記図６から図８の実施形態においては通常のパンケーキコイルを例として示したがレーストラック形状のパンケーキコイルにおいても同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 離形材付き高温超電導線材
１０、１０Ａ 高温超電導線材
１１ 金属基板
１２ 中間層
１３ 超電導層
１４ 保護金属層
１５ 多層構造体
１７ 安定化金属層
２０、２０Ａ、２０Ｂ 離形材層
４ 熱伝導テープ
５ 絶縁テープ
５１ 金属基板側表面
５２ 超電導層側表面
５３、５４ 高温超電導線材１０の幅方向の端部
６ 樹脂硬化物層
７ 超電導コイル
７１ 巻線部
７２Ａ、７２Ｂ 巻線側面部
７５ 内周面
７６ 外周面
７７ 巻き始め部
７８ 巻き終わり部
７９ 巻回途中部
８ 従来の超電導コイル
８１ 従来の超電導コイルの巻線側面部
８１０ 従来の超電導コイルの巻線側面部部分
８５ 従来の超電導コイルの内周面
８６ 従来の超電導コイルの外周面
８７ 従来の超電導コイルの巻き始め部
８８ 従来の超電導コイルの巻き終わり部
８９ 従来の超電導コイルの巻回途中部
９５ 筒状空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ状の高温超電導線材の表面の少なくとも一部に離形材層が形成されたことを特徴とする離形材付き高温超電導線材。
【請求項２】
前記高温超電導線材は、テープ状の金属基板と、この金属基板表面に形成された中間層と、この中間層表面に形成され高温超電導材料からなる超電導層と、この超電導層表面に形成された保護金属層とを有する多層構造体であり、
前記離形材層は、前記高温超電導線材の表面のうち少なくとも前記保護金属層側の表面に形成されたことを特徴とする請求項１記載の離形材付き高温超電導線材。
【請求項３】
前記高温超電導線材の幅方向の両端部は、前記離形材層が設けられず高温超電導線材が露出していることを特徴とする請求項１記載の離形材付き高温超電導線材。
【請求項４】
前記離形材層は、フッ素系樹脂、パラフィン、グリースおよびシリコンオイルより選ばれた少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１記載の離形材付き高温超電導線材。
【請求項５】
前記高温超電導線材の少なくともいずれかの表面に、前記高温超電導線材より幅の広い熱伝導テープが固着されるとともに、前記高温超電導線材および熱伝導テープの幅方向の両端部は、前記離形材層が設けられず高温超電導線材および熱伝導テープが露出していることを特徴とする請求項１記載の離形材付き高温超電導線材。
【請求項６】
前記熱伝導テープは、前記高温超電導線材の金属基板側の表面に固着されたことを特徴とする請求項２記載の離形材付き高温超電導線材。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項記載の離形材付き高温超電導線材を用いたことを特徴とする超電導コイル。
【請求項８】
前記離形材付き高温超電導線材が巻回されることにより軸方向中心を貫通する空間を有するパンケーキ状に形成されたことを特徴とする請求項７に記載の超電導コイル。
【請求項９】
前記空間に面した内周面近傍にある前記離形材付き高温超電導線材の巻き始め部、および外周面近傍にある前記離形材付き高温超電導線材の巻き終わり部の少なくともいずれかには、前記離形材層の設けられない高温超電導線材が巻回されてなるターンが前記離形材付き高温超電導線材からなるターンに接続されたことを特徴とする請求項８に記載の超電導コイル。
【請求項１】
テープ状の高温超電導線材の表面の少なくとも一部に離形材層が形成されたことを特徴とする離形材付き高温超電導線材。
【請求項２】
前記高温超電導線材は、テープ状の金属基板と、この金属基板表面に形成された中間層と、この中間層表面に形成され高温超電導材料からなる超電導層と、この超電導層表面に形成された保護金属層とを有する多層構造体であり、
前記離形材層は、前記高温超電導線材の表面のうち少なくとも前記保護金属層側の表面に形成されたことを特徴とする請求項１記載の離形材付き高温超電導線材。
【請求項３】
前記高温超電導線材の幅方向の両端部は、前記離形材層が設けられず高温超電導線材が露出していることを特徴とする請求項１記載の離形材付き高温超電導線材。
【請求項４】
前記離形材層は、フッ素系樹脂、パラフィン、グリースおよびシリコンオイルより選ばれた少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１記載の離形材付き高温超電導線材。
【請求項５】
前記高温超電導線材の少なくともいずれかの表面に、前記高温超電導線材より幅の広い熱伝導テープが固着されるとともに、前記高温超電導線材および熱伝導テープの幅方向の両端部は、前記離形材層が設けられず高温超電導線材および熱伝導テープが露出していることを特徴とする請求項１記載の離形材付き高温超電導線材。
【請求項６】
前記熱伝導テープは、前記高温超電導線材の金属基板側の表面に固着されたことを特徴とする請求項２記載の離形材付き高温超電導線材。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項記載の離形材付き高温超電導線材を用いたことを特徴とする超電導コイル。
【請求項８】
前記離形材付き高温超電導線材が巻回されることにより軸方向中心を貫通する空間を有するパンケーキ状に形成されたことを特徴とする請求項７に記載の超電導コイル。
【請求項９】
前記空間に面した内周面近傍にある前記離形材付き高温超電導線材の巻き始め部、および外周面近傍にある前記離形材付き高温超電導線材の巻き終わり部の少なくともいずれかには、前記離形材層の設けられない高温超電導線材が巻回されてなるターンが前記離形材付き高温超電導線材からなるターンに接続されたことを特徴とする請求項８に記載の超電導コイル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２６７５５０（Ｐ２０１０−２６７５５０Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１９３０８（Ｐ２００９−１１９３０８）
【出願日】平成２１年５月１５日（２００９．５．１５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１５日（２００９．５．１５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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