(57)【要約】【課題】絶縁皮膜で被覆する際に絶縁皮膜に気泡が発生しにくい超電導線材、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１１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に収容されている超電導芯線材３５とを備え、チャネル溝２１と超電導芯線材３５とが、チャネル溝２１の底部に形成されている接合材層４０を介して接合され、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の内部に接合材層４０が見られないことを特徴とする。【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超電導芯線材とを備え、
前記チャネル溝と前記超電導芯線材とが、前記チャネル溝の底部に形成されている接合材層を介して接合され、
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合材層が見られないことを特徴とする超電導線材。
【請求項２】
前記接合材層が、導電性接合材層である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】
前記導電性接合材層が、はんだペーストの硬化体もしくは銀ペーストの焼結体からなることを特徴とする請求項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、前記超電導線材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】
ＷＩＣ構造の超電導線材は、超電導多芯線材の超電導状態が部分的に破れて常電導状態に転移した場合には、超電導多芯線材を流れていた電流をチャネルに一時的に迂回させることができ、その間に超電導多芯線材を超電導状態に復帰させることが可能となる。このため、ＷＩＣ構造の超電導線材では、チャネルに迂回させた電流が外部に漏出しないように、超電導線材全体を絶縁皮膜で被覆することが必要となる。
【０００５】
特許文献１には、ＷＩＣ構造の絶縁超電導線材の製造方法として、超電導多芯線材とチャネル溝とをはんだを用いて接合して超電導線材を作製し、次いで超電導線材の表面を絶縁樹脂で被覆した後、絶縁樹脂が硬化して、はんだが溶融しない温度と時間で加熱する方法が開示されている。この特許文献１に開示されている絶縁超電導線材では、チャネル溝と超電導芯線材との間にはんだが充填されており、このはんだの表面を絶縁樹脂で被覆している。また、特許文献１には、超電導線材の表面を絶縁樹脂で被覆する方法として、超電導線材を絶縁塗料のタンクに通過させる方法や絶縁樹脂を押出し成形する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許第２１１８９４１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、絶縁超電導線材の絶縁皮膜に気泡が発生すると、気泡が発生した部分は膜厚が薄く、強度が低下するため、絶縁皮膜に欠損が生じやすくなり、絶縁超電導線材の超電導性を長期間にわたって維持するのが困難となるおそれがある。従って、絶縁皮膜は気泡が少ないことが好ましい。しかしながら、チャネル溝と超電導芯線材との間にはんだが充填されている超電導線材を絶縁樹脂で被覆すると、はんだのフラックスが揮発して、絶縁皮膜に気泡が発生しやすい傾向がある。
【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、絶縁皮膜で被覆する際に絶縁皮膜に気泡が発生しにくい超電導線材、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超電導芯線材とを備え、前記チャネル溝と前記超電導芯線材とが、前記チャネル溝の底部に形成されている接合材層を介して接合され、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合材層が見られないことを特徴としている。
【００１０】
本発明の超電導線材によれば、チャネル溝と超電導芯線材とが、チャネル溝の底部に形成されている接合材層を介して接合されており、接合材の上に直接、絶縁皮膜を形成する必要がない。このため、超電導線材を絶縁皮膜で被覆する際に、はんだのフラックスなど接合材に起因するガスが絶縁皮膜に入りにくくなり、絶縁皮膜に気泡が発生しにくくなる。また、チャネル溝と超電導芯線材とが、チャネル溝の底部に形成されている接合材層を介して接合されているので、チャネル溝と超電導芯線材との間にはんだを充填する場合と比較して、接合材の使用量を少なくすることができる。このため、超電導線材を絶縁皮膜で被覆する際に、接合材に起因するガスの生成量が少なくなり、絶縁皮膜に気泡が発生しにくくなる。さらに、チャネルのチャネル溝を溝開放側から平面視したときに、チャネル溝の内部に接合材層が見られないようにされていて、超電導線材を絶縁皮膜で被覆する際に、接合材層と絶縁樹脂が接触しないので、接合材に起因するガスが絶縁皮膜に入りにくくなり、絶縁皮膜に気泡がより発生しにくくなる。
【００１１】
ここで、本発明の超電導線材においては、前記接合材層が、導電性接合材層であることが好ましい。
この場合、接合材層が、導電性接合材層であり、超電導芯線材とチャネルとの導電性が向上するので、超電導芯線材の超電導状態が部分的に破れて常電導状態に転移したときは、超電導芯線材を流れていた電流をチャネルに効率よく迂回させることができる。
【００１２】
また、本発明の超電導線材においては、前記導電性接合材層が、はんだペーストの硬化体もしくは銀ペーストの焼結体であることが好ましい。
この場合、導電性接合材層が、はんだペーストの硬化体もしくは銀ペーストの焼結体であり、超電導芯線材とチャネルとの導電性が確実に向上するので、超電導芯線材の超電導状態が部分的に破れて常電導状態に転移したときは、超電導芯線材を流れていた電流をチャネルに効率よく確実に迂回させることができる。
【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維持することができる。
【００１４】
本発明の絶縁超電導線材は、上述の超電導線材と、前記超電導線材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、上述の超電導線材に絶縁被膜を形成するので、絶縁皮膜に気泡が発生しにくい。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維持することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、絶縁皮膜で被覆する際に絶縁皮膜に気泡が発生しにくい超電導線材、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。
【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超電導芯線材３５とを備える。チャネル溝２１と超電導芯線材３５とは、チャネル溝２１の底部に形成されている接合材層４０を介して接合されている。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。超電導芯線材３５は、金属母材３１と、金属母材３１に埋設されている複数本の超電導フィラメント３２とからなる超電導多芯線材３０とされている。超電導多芯線材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、超電導多芯線材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、超電導多芯線材３０に沿って湾曲した形状とすることによって、接合材層４０の厚さを薄くすることができ、接合材の使用量を少なくすることができる。なお、超電導多芯線材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３０の金属母材３１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３０の超電導フィラメント３２の材料としては、例えば、ＮｂＴｉ合金、Ｎｂ３Ｓｎを用いることができる。
【００２０】
接合材層４０は、チャネル溝２１の内壁面と超電導多芯線材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の内壁面と超電導多芯線材３０とが直接接触している部位よりも上側には接合材層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の内部には接合材層４０が見られない。
【００２１】
接合材層４０は、導電性接合材層であることが好ましい。導電性接合材層は、はんだペーストの硬化体もしくは銀ペーストの焼結体であることが好ましい。
はんだペーストは、はんだ粉末とフラックスとを含む組成物である。はんだ粉末としては、Ｓｎ系はんだ粉末を用いることができる。Ｓｎ系はんだ粉末としては、Ｓｂ、Ａｇ、Ｃｕの群より選ばれる１種以上の金属とＳｎの合金を用いることができる。はんだ粉は、Ｓｎ−Ｓｂ系はんだ粉、Ｓｎ−Ａｇ系はんだ粉、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はんだ粉であることが好ましい。フラックスの種類は特に制限はなく、樹脂系、有機系、無機系などの各種のフラックスを用いることができる。はんだペーストとしては、例えば、Ｓｎ３．０Ａｇ０．５Ｃｕ粉を８８．２〜８８．４質量％、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテルを２〜４質量％、２−エチル−１，３−ヘキサンジオールを１質量％未満、ロジンを４〜６質量％、その他微量成分を含む組成物を用いることができる。
【００２２】
銀ペーストは、銀粉と溶剤とを含む組成物である。銀粉は、１５０℃以上３００℃以下の温度で焼結可能な微粉末であることが好ましい。銀粉は、粒子径が０．１μｍ以上４０μｍ以下の範囲内にあることが好ましい。溶剤は、沸点が１５０℃以上３００℃以下の範囲内にあることが好ましい。溶剤としては、２−メチルプロパノエート、α−テルピネオール、酢酸２−エチルヘキシル、酢酸３−メチルブチルを用いることができる。
【００２３】
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。
図２に示すように、先ず、チャネル２０のチャネル溝２１に、接合材ペーストを塗布・乾燥して、接合材ペースト層４１を形成する。次に、チャネル溝２１に超電導多芯線材３０を収容する。次いで、超電導多芯線材３０をチャネル溝２１に押し付けながら、接合材ペースト層４１を加熱した後、冷却して、接合材ペースト層４１を硬化させて接合材層４０を生成させる。なお、接合材層４０の幅、厚さを調整することによって、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の内部に接合材層４０が見られないようにすることが望ましい。
【００２４】
接合材ペーストとしては、はんだペーストおよび銀ペーストを用いることができる。また、銀ペーストとして、酸化銀粉と還元剤と溶剤とを含む酸化銀ペーストを用いることができる。この酸化銀ペーストは、酸化銀粉が還元剤によって還元されて銀粉と変化することによって銀ペースト層を生成する。
【００２５】
接合材ペースト層４１の加熱温度は、接合材ペーストとして、はんだペーストを用いる場合は、はんだ粉の溶融温度以上で、かつ超電導多芯線材３０の耐熱温度以下の温度であることが好ましい。また、接合材ペーストとして、銀ペーストを用いる場合は、銀粉の焼結温度以上で、かつ超電導多芯線材３０の耐熱温度以下の温度であることが好ましい。
超電導多芯線材３０の耐熱温度は、超電導多芯線材３０を加熱したときに、温度４．２Ｋ（ケルビン）で測定される超電導臨界電流値が、加熱前のそれよりも５％低下する温度である。
【００２６】
次に、絶縁超電導線材について説明する。
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。
【００２７】
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。
【００２８】
超電導線材１１の表面に絶縁皮膜５０を形成する方法としては、例えば、塗布法または電着法を用いることができる。
塗布法は、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に焼き付ける方法である。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。
【００２９】
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に焼き付ける方法である。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。
【００３０】
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と超電導多芯線材３０とが、チャネル溝２１の底部に形成されている接合材層４０を介して接合されており、接合材の上に直接、絶縁皮膜を形成しないこととなる。このため、超電導線材１１を絶縁皮膜５０で被覆する際に、はんだのフラックスや酸化銀の還元剤など接合材に起因するガスが絶縁皮膜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。また、チャネル溝２１と超電導多芯線材３０とが、チャネル溝２１の底部に形成されている接合材層４０を介して接合されているので、チャネル溝と超電導芯線材との間にはんだを充填する場合と比較して、接合材の使用量を少なくすることができる。このため、超電導線材１１を絶縁皮膜５０で被覆する際に、接合材に起因するガスの生成量が少なくなり、絶縁皮膜５０に気泡が発生しにくくなる。
【００３１】
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の内部に接合材層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、接合材層４０と絶縁樹脂が接触しないので、接合材に起因するガスが絶縁皮膜５０に入りにくくなり、絶縁皮膜５０に気泡がより発生しにくくなる。
【００３２】
また、第一実施形態の超電導線材１１において、接合材層４０が、導電性接合材層である場合、超電導多芯線材３０とチャネル２０との導電性が向上するので、超電導多芯線材３０の超電導状態が部分的に破れて常電導状態に転移したときは、超電導多芯線材３０を流れていた電流をチャネル２０に効率よく迂回させることができる。
【００３３】
また、第一実施形態の超電導線材１１において、導電性接合材層が、はんだペーストの硬化体もしくは銀ペーストの焼結体である場合、超電導多芯線材３０とチャネルとの導電性が確実に向上するので、超電導多芯線材３０の超電導状態が部分的に破れて常電導状態に転移したときは、超電導多芯線材３０を流れていた電流をチャネル２０に効率よく確実に迂回させることができる。
【００３４】
また、第一実施形態の超電導線材１１において、超電導芯線材３５が、超電導多芯線材３０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維持することができる。
【００３５】
第二実施形態の絶縁超電導線材１２によれば、上述の超電導線材１１に絶縁皮膜５０を形成するので、絶縁皮膜５０に気泡が発生しにくい。このため、第二実施形態の絶縁超電導線材１２は、長期間にわたって高い超電導性を維持することができる。
【００３６】
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３５として超電導多芯線材３０を用いているが、この場合に限定されない。例えば、超電導芯線材３５として、単一の金属線を用いてもよい。
【実施例】
【００３７】
次に、本発明の作用効果を実施例により説明する。
【００３８】
［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。また、チャネルとして、底部が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：０．６６ｍｍ）を備えた銅製のチャネルを用意した。
【００３９】
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、はんだペースト（はんだ粉：Ｓｎ９５Ｓｂ５、はんだ粉の融点：２３８℃）を塗布して、幅０．５ｍｍ、厚さ０．０３ｍｍのはんだペースト層を形成した。次に、チャネル溝に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、はんだペースト層を２６０℃で３分間加熱して溶融させた後、冷却して、はんだペースト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、はんだペーストの硬化体は見られなかった。
【００４０】
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。
【００４１】
得られた絶縁超電導線材の絶縁皮膜の表面全体を、マイクロスコープ顕微鏡にて観察し、直径１００μｍ以上の気泡の数をカウントした。その結果、絶縁超電導線材１ｍあたりの気泡数は１個／ｍ未満であり、絶縁超電導線材の絶縁皮膜にはほとんど気泡が発生していなかった。
【００４２】
［本発明例２］
はんだペーストの代わりに、銀ペースト（銀粉の平均粒子径：１０μｍ、銀粉の焼結温度：２５０℃）を用いたこと以外は、本発明例１と同様にして超電導線材を作製し、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。そして、得られた絶縁超電導線材の絶縁皮膜の気泡の数を、本発明例１と同様にカウントした。その結果、絶縁超電導線材１ｍあたりの気泡数は１個／ｍ未満であり、絶縁超電導線材の絶縁皮膜にはほとんど気泡が発生していなかった。
【００４３】
［比較例１］
超電導線材を次のようにして作製したこと以外は、本発明例１と同様にして絶縁超電導線材を製造した。
チャネルのチャネル溝に、Ｓｎ９５Ｓｂ５はんだを２６０℃に加熱して生成させた溶融はんだを充填した。次に、チャネルのチャネル溝に超電導多芯線材を収容した。次いで、チャネル表面に付着した溶融はんだを除去した後、溶融はんだを冷却して硬化させて、絶縁超電導線材を作製した。得られた超電導線材のチャネルのチャネル溝を溝開放側から平面視したところ、チャネル溝と超電導多芯線材との間には、はんだ硬化体が露出していることが確認された。
【００４４】
得られた絶縁超電導線材のチャネル溝と超電導多芯線材との間のはんだ硬化体の上に形成された絶縁皮膜の気泡の数を、本発明例１と同様にカウントした。その結果、絶縁超電導線材１ｍあたりの気泡数は１０個／ｍであり、絶縁超電導線材のはんだ硬化体の上の絶縁皮膜には多数の気泡が発生していることが確認された。
【符号の説明】
【００４５】
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  超電導多芯線材
３１  金属母材
３２  超電導フィラメント
３３  電気絶縁層
３５  超電導芯線材
４０  接合材層
４１  接合材ペースト層
５０  絶縁皮膜
【図１】
2020009709.tif 000003
【図２】
2020009709.tif 000004
【図３】
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