(57)【要約】【課題】超電導芯線材とチャネル溝との間に隙間が発生しにくく、長期間にわたって高い超電導性を安定して維持することができる超電導線材およびその超電導線材を絶縁皮膜で被覆した絶縁超電導線材を提供する。【解決手段】超電導線材は、チャネル溝２１を備えたチャネル２０と、チャネル２０のチャネル溝２１に収容されている絶縁超電導芯線材３０とを備え、絶縁超電導芯線材３０は、超電導芯線材３１と、超電導芯線材３１の少なくとも一部を被覆する電気絶縁層３５とを有し、チャネル溝２１と絶縁超電導芯線材３０とが、チャネル溝２１の底部に形成されている接着剤層４０を介して接着されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャネル溝を備えたチャネルと、前記チャネルの前記チャネル溝に収容されている絶縁超電導芯線材とを備え、
前記絶縁超電導芯線材は、超電導芯線材と、前記超電導芯線材の少なくとも一部を被覆する電気絶縁層とを有し、
前記チャネル溝と前記絶縁超電導芯線材とが、前記チャネル溝の底部に形成されている接着剤層を介して接着されていることを特徴とする超電導線材。
【請求項２】
前記チャネルの前記チャネル溝を溝開放側から平面視したときに、前記チャネル溝の内部に前記接着剤層が見られないことを特徴とする請求項１に記載の超電導線材。
【請求項３】
前記接着剤層がアクリル系接着剤、シリコーン系接着剤、エポキシ系接着剤のいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の超電導線材。
【請求項４】
前記超電導芯線材が、金属母材、および前記金属母材に埋設されている複数本の超電導フィラメントからなる超電導多芯線材であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の超電導線材。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の超電導線材と、前記チャネルの少なくとも一部を被覆する絶縁皮膜とを備えることを特徴とする絶縁超電導線材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導線材および絶縁超電導線材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
絶縁電導線材の一つとして、超電導線材の表面を絶縁皮膜で被覆した絶縁超電導線材が知られている。この絶縁超電導線材は、例えば、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）装置、核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置、粒子加速器、リニアモーターカー、さらに電力貯蔵装置などの分野で使用されている。
【０００３】
超電導線材としては、金属母材と、この金属母材に埋設されている複数本の超電導フィラメントとからなる超電導多芯線材（超電導コア材ともいう）を、チャネル溝を備えたチャネル（安定化材ともいう）のチャネル溝に収容固定した構造（ワイヤー・イン・チャネル（ＷＩＣ）構造）のものが知られている。
【０００４】
特許文献１には、超電導多芯線材の周囲を電気絶縁層で被覆した状態で、チャネル溝に収容固定したＷＩＣ構造の超電導線材が開示されている。このＷＩＣ構造の超電導線材では、超電導多芯線材で発生する熱をチャネルに抜熱することで、超電導状態の安定化を図るようにされている。このため、外部の熱によって超電導線材の温度が上昇しないように、超電導線材を絶縁皮膜で被覆することが必要となる。
【０００５】
電導線材を絶縁皮膜で被膜を形成する方法として、ブレーディング法、塗布法、電着法が知られている。ブレーディング法は、複数本の繊維からなる編み紐を、電導線材を中心に編み込んで絶縁被覆する方法である。塗布法は、絶縁皮膜形成用の樹脂と溶剤とを含むワニスを、電導線材の表面に塗布して塗布層を形成し、次いで塗布層を加熱して、生成した絶縁皮膜を電導線材に焼き付ける方法である。電着法は、電荷を有する絶縁樹脂粒子が分散されている電着液に電導線材と電極とを浸漬し、この電導線材と電極との間に直流電圧を印加することによって、電導線材の表面に絶縁樹脂粒子を電着させて電着層を形成し、次いで電着層を加熱して、生成した絶縁皮膜を電導線材に焼き付ける方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１７−５３３５７９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、ブレーディング法は、編み紐を作製するための設備が必要となり、設備のコストが高くなるという問題がある。一方、塗布法や電着法は、ＷＩＣ構造の超電導線材に適用すると、加熱して絶縁皮膜を超電導線材に焼き付ける際に、超電導線材がチャネル溝内で移動して、超電導多芯線材とチャネル溝との間に隙間が発生するという問題があった。超電導多芯線材とチャネル溝との間に隙間が発生すると、熱伝導性が損なわれ、超電導多芯線材で発生した熱をチャネルに抜熱しにくくなることによって、超電導多芯線材の超電導状態の安定性が低下するおそれがある。
【０００８】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、超電導芯線材とチャネル溝との間に隙間が発生しにくく、長期間にわたって高い超電導性を安定して維持することができる超電導線材およびその超電導線材を絶縁皮膜で被覆した絶縁超電導線材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の超電導線材は、チャネル溝を備えたチャネルと、前記チャネルの前記チャネル溝に収容されている絶縁超電導芯線材とを備え、前記絶縁超電導芯線材は、超電導芯線材と、前記超電導芯線材の少なくとも一部を被覆する電気絶縁層とを有し、前記チャネル溝と前記絶縁超電導芯線材とが、前記チャネル溝の底部に形成されている接着剤層を介して接着されていることを特徴としている。
【００１０】
以上のような構成とされた本発明の超電導線材によれば、チャネル溝と絶縁超電導芯線材とが、チャネル溝の底部に形成されている接着剤層を介して接着されているので、絶縁超電導芯線材がチャネル溝内で移動しにくい。このため、本発明の超電導線材は、絶縁超電導芯線材とチャネル溝との間に隙間が発生しにくくなり、長期間にわたって高い超電導性を安定して維持することができる。
【００１１】
ここで、本発明の超電導線材においては、前記チャネルの前記チャネル溝を溝開放側から平面視したときに、前記チャネル溝の内部に前記接着剤層が見られないことが好ましい。
この場合、超電導線材を絶縁皮膜で被覆する際に、接着剤層と絶縁樹脂が接触しないので、接着剤層に起因するガスが絶縁皮膜に混入しにくくなり、絶縁皮膜に気泡が発生しにくくなる。
【００１２】
また、本発明の超電導線材においては、前記超電導芯線材が、金属母材、および前記金属母材に埋設されている複数本の超電導フィラメントからなる超電導多芯線材であることが好ましい。
この場合、超電導芯線材が超電導多芯線材であり、高い超電導性を有するので、長期間にわたってより高い超電導性を安定して維持することができる。
【００１３】
また、本発明の超電導線材においては、前記接着剤層が、アクリル系接着剤、シリコーン系接着剤、エポキシ系接着剤のいずれかであることが好ましい。
【００１４】
本発明の絶縁超電導線材は、上述の超電導線材と、前記チャネルの少なくとも一部を被覆する絶縁皮膜とを備えることを特徴としている。
本発明の絶縁超電導線材によれば、超電導線材が上述の超電導線材とされているので、絶縁超電導芯線材とチャネル溝との間に隙間が発生しにくい。このため、本発明の絶縁超電導線材は、長期間にわたって高い超電導性を安定して維持することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、超電導芯線材とチャネル溝との間に隙間が発生しにくく、長期間にわたって高い超電導性を安定して維持することができる超電導線材およびその超電導線材を絶縁皮膜で被覆した絶縁超電導線材を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第一実施形態に係る超電導線材の横断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る超電導線材の製造方法の一例を示す横断面図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係る絶縁超電導線材の横断面図である。
【図４】本発明の第三実施形態に係る絶縁超電導線材の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の一実施形態である超電導線材および絶縁超電導線材について、添付した図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、本発明の第一実施形態に係る超電導線材の横断面図である。
図１に示すように、第一実施形態に係る超電導線材１１は、チャネル溝２１を備えたチャネル２０と、チャネル溝２１に収容固定されている絶縁超電導芯線材３０とを備える。チャネル溝２１と絶縁超電導芯線材３０とは、チャネル溝２１の底部に形成されている接着剤層４０を介して接着されている。超電導線材１１の断面形状は、角部に曲率のある略四角形状とされている。絶縁超電導芯線材３０は、超電導芯線材３１と、超電導芯線材３１の少なくとも一部を被覆する電気絶縁層３５とを有する。超電導芯線材３１は、金属母材３２と、金属母材３２に埋設されている複数本の超電導フィラメント３３とからなる超電導多芯線材３４とされている。絶縁超電導芯線材３０は断面形状が円形とされていて、チャネル溝２１の底部は、絶縁超電導芯線材３０に沿って湾曲した形状とされている。チャネル溝２１の底部を、絶縁超電導芯線材３０に沿って湾曲した形状とすることによって、接着剤層４０の厚さを薄くすることができ、接着剤の使用量を少なくすることができる。なお、絶縁超電導芯線材３０の断面形状は特に制限はなく、例えば、角部に曲率のある平角形状であってもよい。
【００１９】
チャネル溝２１と絶縁超電導芯線材３０とが接着剤層４０で接着されていない従来のＷＩＣ構造の超電導線材では、加熱すると絶縁超電導芯線材３０がチャネル溝２１内で移動して、絶縁超電導芯線材３０とチャネル溝２１との間に隙間が発生することがあった。加熱によって絶縁超電導芯線材３０がチャネル溝２１内で移動する理由は、必ずしも明らかではないが、絶縁超電導芯線材３０の電気絶縁層３５から発生する揮発成分に絶縁超電導芯線材３０が押されること、超電導多芯線材３４の金属母材３２と超電導フィラメント３３の熱膨張係数の違いによって超電導多芯線材３４自体がねじれることなどが考えられる。そこで、本実施形態の超電導線材１１では、チャネル溝２１と絶縁超電導芯線材３０とを、接着剤層４０を介して接着することによって、絶縁超電導芯線材３０とチャネル溝２１との間に隙間が発生することを抑制している。
【００２０】
チャネル２０の材料としては、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金を用いることができる。超電導多芯線材３４の金属母材３２の材料としては、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金を用いることができる。超電導多芯線材３４の超電導フィラメント３３の材料としては、例えば、ＮｂＴｉ合金、Ｎｂ３Ｓｎを用いることができる。電気絶縁層３５の材料としては、例えば、ポリビニルアセタール樹脂、ポリエチレンイミン樹脂、ポリエチレンテレフタラート樹脂、ガラス繊維、ポリエステル樹脂、ホルマール化ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂などの絶縁樹脂を用いることができる。これらの絶縁樹脂は１種を単独で使用してもよいし、２種以上を組合せて使用してもよい。電気絶縁層３５の厚さは、例えば、５μｍ以上６０μｍ以下の範囲内である。
【００２１】
接着剤層４０は、チャネル溝２１の内壁面と絶縁超電導芯線材３０とが直接接触している部位よりもチャネル溝２１の底部側（図１において下側）に形成されている。チャネル溝２１の内壁面と絶縁超電導芯線材３０とが直接接触している部位よりも上側には接着剤層４０は形成されていない。よって、チャネル２０のチャネル溝２１を溝開放側から平面視したときに、チャネル溝２１の内部には接着剤層４０が見られない。
【００２２】
接着剤層４０の材料としては、例えば、アクリル系接着剤、シリコーン系接着剤、エポキシ系接着剤のいずれかを用いることができる。
【００２３】
チャネル溝２１は内壁に突出部２３が形成されていて、開口部２２の幅Ｗが超電導多芯線材３４の直径φよりも狭くなるように閉じられていることが好ましい。開口部２２の幅Ｗとは、チャネル溝２１の横断面において、溝側面の間隔が最も狭い部分の距離である。突出部２３は、絶縁超電導芯線材３０の電気絶縁層３５と接していることが好ましい。突出部２３が電気絶縁層３５と接することによって、絶縁超電導芯線材３０がチャネル溝２１内でより移動しにくくなる。
【００２４】
チャネル溝２１の開口部２２の幅Ｗは、下記の式（１）を満足することが好ましい。
（φ−５０μｍ）≦Ｗ＜φ・・・（１）
ここで、φは、超電導多芯線材３４の直径であり、一般に５００μｍ以上１５００μｍ以下の範囲内である。
【００２５】
次に、第一実施形態に係る超電導線材の製造方法について説明する。
図２は、第一実施形態に係る超電導線材の製造方法の一例を示す横断面図である。
第一実施形態に係る超電導線材１１は、例えば、次のようにして製造することができる。先ず、図２（ａ）に示すように、チャネル２０のチャネル溝２１に、接着剤を塗布して、接着剤塗布層４１を形成する。次に、チャネル溝２１に絶縁超電導芯線材３０を収容する。次いで、絶縁超電導芯線材３０をチャネル溝２１に押し付けながら、接着剤塗布層４１を硬化させて接着剤層４０を生成させる。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示すように、チャネル２０を側面から加圧して、チャネル溝２１の開口部２２の内壁に突出部２３を形成させる。この突出部２３を形成することによって、チャネル溝２１の開口部２２の幅を超電導多芯線材３４の直径よりも狭くする。
【００２７】
次に、絶縁超電導線材について説明する。
本実施形態の絶縁超電導線材は、上述の超電導線材と、超電導線材のチャネルの少なくとも一部を被覆する絶縁皮膜とを備える。
【００２８】
図３は、本発明の第二実施形態に係る絶縁超電導線材の横断面図である。
図３に示す絶縁超電導線材１２は、超電導線材１１と、超電導線材１１の表面全体を被覆する絶縁皮膜５０とを備える。超電導線材１１は、上述の第一実施形態の超電導線材１１と同じであるので、同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００２９】
絶縁皮膜５０は、膜厚が、５μｍ以上６０μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
絶縁皮膜５０の材料としては、例えば、ホルマール化ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂などの絶縁超電導線材の絶縁皮膜の材料として一般に利用されているものを用いることができる。
【００３０】
第二実施形態の絶縁超電導線材１２は、塗布法によって製造することができる。すなわち、絶縁皮膜形成用の絶縁樹脂と溶剤とを含むワニスを、超電導線材１１の表面に塗布して塗布層を形成し、次いで塗布層を加熱して、生成した絶縁皮膜を超電導線材１１に焼き付ける方法によって製造することができる。超電導線材１１の表面にワニスを塗布する方法としては、超電導線材１１をワニスに浸漬するディップ法を用いることができる。塗布層を加熱して、生成した絶縁皮膜を超電導線材１１に焼き付ける際の加熱温度は、例えば、２００℃以上４５０℃以下の範囲内であり、加熱時間は、例えば、０．５分間以上２０分間以下の範囲内である。
【００３１】
図４は、本発明の第三実施形態に係る絶縁超電導線材の横断面図である。
図４に示す絶縁超電導線材１３は、絶縁皮膜５０が超電導線材１１のチャネル２０の表面のみを被覆している点で、第２実施形態の絶縁超電導線材１２と相違する。この他の点は、第二実施形態の絶縁超電導線材１２と同じであるので、同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。
【００３２】
第三実施形態の絶縁超電導線材１３は、電着法によって製造することができる。すなわち、電荷を有する絶縁樹脂粒子が分散されている電着液に超電導線材１１と電極とを浸漬し、超電導線材１１と電極との間に直流電圧を印加することによって、超電導線材１１の表面に絶縁樹脂粒子を電着させて電着層を形成し、次いで電着層を加熱して、生成した絶縁皮膜を超電導線材１１に焼き付ける方法によって製造することができる。電着液は、例えば、絶縁樹脂の溶液に、絶縁樹脂の貧溶媒や水を添加することによって調製することができる。電着層を加熱して、生成した絶縁皮膜を超電導線材１１に焼き付ける際の加熱温度は、上記の塗布法の場合と同じである。電着法では、電気絶縁層３５で被覆されている超電導多芯線材３４の表面には絶縁樹脂粒子が電着しないので、チャネル２０の表面のみが絶縁皮膜５０で被覆される。
【００３３】
以上のような構成とされた第一実施形態の超電導線材１１によれば、チャネル溝２１と絶縁超電導芯線材３０とが、チャネル溝２１の底部に形成されている接着剤層４０を介して接着されているので、絶縁超電導芯線材３０がチャネル溝２１内で移動しにくい。このため、第一実施形態の超電導線材１１は、絶縁超電導芯線材３０とチャネル溝２１との間に隙間が発生しにくくなり、長期間にわたって高い超電導性を安定して維持することができる。
【００３４】
また、第一実施形態の超電導線材１１において、チャネル２０のチャネル溝２１を溝開放側から平面視したときに、チャネル溝２１の内部に接着剤層４０が見られない場合、超電導線材１１を絶縁皮膜５０で被覆する際に、接着剤層４０と絶縁樹脂が接触しないので、接着剤の分解生成物などのガスが絶縁皮膜５０に入りにくくなり、絶縁皮膜５０に気泡が発生しにくくなる。
【００３５】
また、第一実施形態の超電導線材１１において、超電導芯線材３１が、超電導多芯線材３４である場合、高い超電導性を有するので、長期間にわたってより高い超電導性を安定して維持することができる。
【００３６】
第二実施形態および第三実施形態の絶縁超電導線材１２、１３によれば、超電導線材が上述の超電導線材１１とされているので、絶縁超電導芯線材３０とチャネル溝２１との間に隙間が発生しにくい。このため、第二実施形態および第三実施形態の絶縁超電導線材１２、１３は、長期間にわたって高い超電導性を安定して維持することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、超電導芯線材３１として超電導多芯線材３４を用いているが、この場合に限定されない。例えば、超電導多芯線材３４として、単一の金属線を用いてもよい。
【実施例】
【００３８】
次に、本発明の作用効果を実施例により説明する。
【００３９】
［本発明例１］
超電導多芯線材として、銅製の母材と、この母材に埋設されているＮｂＴｉ合金フィラメントとからなる断面円形状の線材（直径：０．６６ｍｍ、耐熱温度：３００℃）を用意した。この超電導多芯線材の表面を、ホルマール化ポリビニルアルコール（電気絶縁層）で被覆して、絶縁超電導多芯線材（直径：０．７２ｍｍ）を得た。また、チャネルとして、底部が絶縁超電導多芯線材の形状に沿って湾曲しているチャネル溝（溝の幅：０．７０ｍｍ）を備えた銅製のチャネルを用意した。
【００４０】
チャネルのチャネル溝の底部にディスペンサーを用いて、接着剤塗布液（エポキシ系接着剤（日東電工社、型式：ＳＫ−２２９））を塗布して、幅０．５ｍｍ、厚さ０．０４ｍｍの接着剤塗布層を形成した。次に、チャネル溝に絶縁超電導多芯線材を収容した。次いで、超電導多芯線材をチャネル溝に押し付けながら、１００℃で２０分間加熱することで、接着剤塗布層を硬化させて超電導線材を作製した。得られた超電導線材のチャネル溝を溝開放側から平面視したところ、チャネル溝の内部に、接着剤層は見られなかった。
【００４１】
得られた超電導線材の表面に、電着法により絶縁皮膜を形成して絶縁超電導線材を製造した。具体的には、次のようにして絶縁皮膜を形成した。先ず、負の電荷を有するポリアミドイミド（ＰＡＩ）粒子と水を含有する電着液に、超電導線材と電極とを浸漬した。次いで、超電導線材を正極とし、電極を負極として直流電圧を印加して、超電導線材の表面に乾燥後の皮膜の厚さが４０μｍとなるようにＰＡＩ粒子を電着させて、電着層を形成した。そして、電着層を形成した超電導線材を、２８０℃の温度で４分間乾燥・焼き付け処理を行って、絶縁超電導線材を製造した。
【００４２】
得られた絶縁超電導線材を切断し、光学顕微鏡にて断面形状を観察した。その結果、絶縁超電導芯線材とチャネル溝の間には隙間が発生していないことが確認された。
【００４３】
［比較例１］
超電導線材の作製に際して、チャネル溝の底部に接着剤塗布層を形成しなかったこと以外は、本発明例１と同様にして、絶縁超電導線材を製造した。
得られた絶縁超電導線材について本発明例１と同様の評価を行った結果、絶縁超電導芯線材とチャネル溝の間には約１０〜４０μｍ幅の隙間が発生していることが確認された。
【符号の説明】
【００４４】
１１  超電導線材
１２  絶縁超電導線材
２０  チャネル
２１  チャネル溝
２２  開口部
３０  絶縁超電導芯線材
３１  超電導芯線材
３２  金属母材
３３  超電導フィラメント
３４  超電導多芯線材
３５  電気絶縁層
４０  接着剤層
４１  接着剤塗布層
５０  絶縁皮膜
【図１】
2020009668.tif 000003
【図２】
2020009668.tif 000004
【図３】
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【図４】
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