(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ状に形成される基材と、前記基材の上に積層される中間層と酸化物超電導層と金属安定化層と、を有する超電導積層体と、
前記超電導積層体の外面を覆う絶縁被覆層と、
を備えた酸化物超電導線材であって、
前記絶縁被覆層の全外面及び全内面のうち一方が、フッ素樹脂で形成されるコーティング層で被覆されていることを特徴とする酸化物超電導線材。
【請求項２】
前記絶縁被覆層の全外面及び全内面が、前記コーティング層で被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導線材。
【請求項３】
前記コーティング層が被覆された絶縁テープが前記超電導積層体に巻き付けられることにより前記絶縁被覆層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導線材。
【請求項４】
少なくとも１枚の前記絶縁テープが前記超電導積層体の全外面を覆うように巻き付けられていることを特徴とする請求項３に記載の酸化物超電導線材。
【請求項５】
前記コーティング層の膜厚が１μｍ以上、１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の酸化物超電導線材。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の酸化物超電導線材を巻回して形成されるコイル体を備えることを特徴とする超電導コイル。
【請求項７】
請求項４に記載の酸化物超電導線材を巻回して形成されるコイル体を備える超電導コイルであって、
前記超電導コイルのコイル外径とコイル内径の比が２以上であることを特徴とする超電導コイル。
【請求項８】
前記コイル体が含浸樹脂で覆われていることを特徴とする請求項６または７に記載の超電導コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物超電導線材および超電導コイルに関する。
本願は、２０１２年６月１１日に、日本に出願された特願２０１２−１３１９２７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来から使用されてきたＮｂＴｉなどの金属系超電導線材は丸線または角線などの形態で提供されており、形状の自由度が高い。これに対し、Ｂｉ（ビスマス）系またはＹ（イットリウム）系などの臨界温度が９０〜１００Ｋ程度の酸化物超電導体は、酸化物超電導層がセラミックで形成されており、また、その酸化物超電導体で形成された線材の構造もアスペクト比の大きいテープ形状が好ましいとされている。
酸化物超電導層はセラミックスの一種であり、Ｙ系として知られている希土類酸化物系の超電導線材は、抗張力体として設ける金属製の基材上に薄膜が複数積層された構造を有する。一例として、希土類酸化物系の酸化物超電導線材は、テープ状の金属基材上に結晶配向性を制御した中間層を介して酸化物超電導層が積層され、その酸化物超電導層の上にＣｕなどの良導電材料で形成される安定化層が積層された構造が採用されている。【０００３】
上述の希土類酸化物系超電導線材を用いて超電導コイルが製造される。また、テープ状の酸化物系超電導線材をコイル加工した後、前記コイルを含浸樹脂で固めることで、上記超電導コイルの強度が向上される。
しかし、酸化物系超電導線材に適用されている金属製の基材は、抗張力体として有用なニッケル合金、例えばハステロイ（米国ヘインズ社商品名）で形成され、安定化層はＣｕなどの良導電性金属材料で形成されるのに対し、コイルを囲む含浸樹脂は、樹脂で形成される。そのため、これらの材料の線膨張係数差あるいは収縮率差に起因する応力が発生する。例えば、超電導コイルは液体窒素温度以下に冷却して低温で使用するため、これら材料の線膨張係数は非線形になる。このため、室温と低温との長さの比を百分率で表した収縮率を用いて対比すると、冷却時に超電導線材の厚さ方向に剥離応力が作用する。このため、超電導コイルを作製して樹脂含浸した構造を採用すると、冷却時に超電導線材の厚さ方向に剥離応力が作用し、超電導コイルを形成した後に超電導特性が劣化する可能性がある。【０００４】
この収縮率差に起因する剥離応力の問題を回避するため、以下の特許文献１には、超電導線材の全周面に絶縁被覆層を被覆し、絶縁被覆層表面の一部のみに離形材層を形成する技術が開示されている。図９は、特許文献１に記載されている平角素材で形成される酸化物超電導線素材１００を絶縁材層１０１によって全周を被覆し、その一面側に離型材層１０２を沿わせて設けた複合超電導線材１０３が示されている。また、特許文献１には、図９に示す複合超電導線材１０３をコイル加工した後、エポキシ樹脂などの熱硬化性合成樹脂を含浸、硬化させた図１０に示す構造の硬化樹脂層１０４により固めて形成される超電導コイル１０５が開示されている。
特許文献１には、絶縁材層１０１がポリエステルまたはポリウレタンで形成され、離型材層１０２がワックス類、シリコーンオイル、または各種樹脂で形成されることが開示されている。
また、以下の特許文献２には、超電導線材を巻回してコイル加工する場合にテープ状の超電導線材とともに絶縁テープを重ね巻きしてコイル加工する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２０１１−１９８４６９号公報
【特許文献２】日本国特開２０１０−２６７８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１、２に記載された技術は、超電導コイルの冷却時に超電導線材の厚さ方向に剥離応力が作用することで、超電導コイルの超電導特性が劣化するおそれがある場合に有効な技術であると推定できる。しかし、超電導線材をコイル状に形成する場合に離型材層１０２を新たに形成する必要があるので、コイル状に加工する時の工数がかかってしまう。また、特許文献１に記載の技術において離型材層１０２の厚さについて開示されていないが、離型材層１０２が厚い層であると、超電導コイルの横断面積に占める離型材層１０２の割合が高くなり、その分、超電導線材が占める専有面積が少なくなる。従って、離型材層１０２は厚さ１０μｍ程度以下とすることが好ましいと考えられる。
しかしながら、厚さ１０μｍ程度以下の離型材層１０２をコイル加工時に超電導線材と同時に巻き込むことはコイル加工の作業性から見て困難である。また、厚さ１０μｍ以下の離型材層１０２を均一な厚さで形成する方法が見つからない場合は、離型材層１０２に厚い部分と薄い部分が混在することとなり、超電導コイル内の一部に局所的に剥離応力に伴う歪が集中するおそれがある。従って、超電導線材の劣化に至る可能性が考えられる。【０００７】
本発明は、このような従来の実情に鑑みなされたものであり、超電導コイルを冷却して使用する場合、超電導線材に応力が作用し難い構造を有し、超電導特性が劣化するおそれが少ない構造の酸化物超電導線材及びそれを用いて形成される超電導コイルの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の第１態様に係る酸化物超電導線材は、テープ状に形成される基材と、前記基材の上に積層される中間層と酸化物超電導層と金属安定化層と、を有する超電導積層体と、前記超電導積層体の外面を覆う絶縁被覆層と、を備えた酸化物超電導線材であって、前記絶縁被覆層の全外面及び全内面のうち一方が、フッ素樹脂で形成されるコーティング層で被覆されている。
酸化物超電導線材がフッ素樹脂で形成されるコーティング層を備えれば、酸化物超電導線材の外方を含浸樹脂により覆った場合に、コーティング層と含浸樹脂との層間の接着力を小さくできる。この結果、酸化物超電導層を冷却して超電導状態で使用する場合、含浸樹脂の収縮に起因する応力を、コーティング層と含浸樹脂との界面で層間剥離を生じさせることで緩和できる。つまり、酸化物超電導積層体の厚さ方向に作用する剥離力を抑制できる。このため、冷却状態で使用した場合、超電導特性が劣化し難い酸化物超電導線材を提供できる。【０００９】
また、前記絶縁被覆層の全外面及び全内面が前記コーティング層で被覆されていることが好ましい。
また、前記コーティング層が被覆された絶縁テープが前記超電導積層体に巻き付けられることにより前記絶縁被覆層が形成されていることが好ましい。
コーティング層を絶縁被覆層の内外両面全体に形成した場合、外側を含浸樹脂により覆われた場合の上述の応力開放作用に加え、超電導積層体と絶縁被覆層の界面においても層間で滑りを生じさせることができる。従って、内側のコーティング層も利用し超電導積層体に作用しようとする応力の一部を緩和できる。
また、超電導積層体の外側に絶縁テープを巻き付けて絶縁被覆層を構成する場合に、巻き付け用の装置及び治具により超電導積層体の外面に絶縁被覆層を巻き付けて揃える際、巻き付け用の装置及び治具の金属部分と絶縁テープとが擦れを生じても、絶縁テープを切断することなく巻き付け操作及び端面揃えができる。このため、上述の構成を用いると、絶縁テープに巻き乱れ及び破断部分を生じていない、欠陥の少ない絶縁テープで形成される絶縁被覆層を備えた酸化物超電導線材を提供できる。【００１０】
また、少なくとも１枚の前記絶縁テープが前記超電導積層体の全外面を覆うように巻き付けられていることが好ましい。
また、前記コーティング層の膜厚が１μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましい。
コーティング層がディッピングにより形成されるフッ素樹脂で形成されるコーティング層であれば、絶縁被覆層の厚さの数分の一、例えば、１〜１０μｍ程度の厚さのフッ素樹脂で形成されるコーティング層を均一な膜厚で形成できる。このため、酸化物超電導線材をコイル状に形成して超電導コイルを構成する場合、コイルの横断面積に占めるコーティング層の割合を少なくすることができ、酸化物超電導積層体の横断面積における酸化物超電導層の面積分率を高い割合で確保できる。このため、コーティング層を設けたことによる電流密度の低下を抑制できる。
また、ディッピングによるコーティング層であるならば、均一な膜厚で形成することが容易であるので、コーティング層の膜厚の不均一な部分に応力集中が発生するおそれも少なくなる。
ディッピングによるコーティング層の膜厚が１〜１０μｍの範囲であれば、膜厚が均一でコスト面でも有利であるとともに、酸化物超電導線材が線材を取り扱う装置などの金属部分と擦れた場合に、切断または破断することのない絶縁層を備えた酸化物超電導線材を提供できる。
また、ディッピングによるコーティング層を表裏両面に備える絶縁被覆層であれば、絶縁被覆層にピンホールがあったとしても両面のコーティング層で埋めることができ、欠陥の無い被覆を形成できる。【００１１】
本発明の第２態様に係る超電導コイルは、本発明の第１態様の酸化物超電導線材を巻回して形成されるコイル体を備える。
本発明の第３態様に係る超電導コイルは、本発明の第１態様の酸化物超電導線材を巻回して形成されるコイル体を備え、前記超電導コイルは、前記超電導コイルのコイル外径とコイル内径の比が２以上である。
前記超電導コイルは、含浸樹脂で覆われていることが好ましい。
超電導コイルが酸化物超電導線材の外面に形成されているフッ素樹脂のコーティング層を有し、その外側に含浸樹脂層が設けられていれば、超電導層の臨界温度以下に冷却して使用する場合、冷却に伴う含浸樹脂層の収縮により酸化物超電導線材に層間剥離する方向に応力が作用しても、コーティング層と含浸樹脂との界面で剥離が生じ、応力を開放する。従って、酸化物超電導線材に作用する応力を緩和することができる。このため、冷却時に超電導特性の劣化を生じない超電導コイルを提供できる。
【発明の効果】
【００１２】
上記本発明の態様によれば、超電導積層体の外面全体を覆う絶縁被覆層の外面全体にフッ素樹脂で形成されるコーティング層を備えている。従って、超電導コイルの外側を含浸樹脂により覆った場合、コーティング層と含浸樹脂との層間の接着力を小さくできる。このため、酸化物超電導層を冷却して超電導状態で使用する場合、含浸樹脂の収縮力に起因する応力を、コーティング層と含浸樹脂との間で層間剥離を生じさせることで緩和できる。つまり、酸化物超電導積層体の厚さ方向に作用する剥離力を抑制できる。このため、酸化物超電導線材で超電導コイルを形成した後に含浸樹脂により固めして冷却して使用した場合、超電導特性が劣化し難い酸化物超電導線材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る酸化物超電導線材を用いて構成された超電導コイルの一例構造を示す斜視図である。
【図２】図１に示す超電導コイルの一部断面模式図である。
【図３】図１に示す超電導コイルに適用される第１実施形態の酸化物超電導線材の横断面図である。
【図４】図１に示す超電導コイルに適用される第２実施形態の酸化物超電導線材の部分断面斜視図である。
【図５】図１に示す超電導コイルに適用される第３実施形態の酸化物超電導線材の部分断面斜視図である。
【図６】図１に示す超電導コイルに適用される第４実施形態の酸化物超電導線材の部分断面斜視図である。
【図７】図１に示す超電導コイルに適用される第５実施形態の酸化物超電導線材の部分断面斜視図である。
【図８】薄膜超電導線材に絶縁被覆層を被覆する場合に適用する工程の一例を説明するための構成図。
【図９】剥離層を備えた従来の超電導線材に対する応力の負荷状態を説明する横断面図。
【図１０】図９に示す剥離層を備えた超電導線材を用いた超電導コイルの一例を示す部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態に係る酸化物超電導線材および超電導コイルについて図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係る酸化物超電導線材を巻回して形成される超電導コイル１を示し、この例の超電導コイル１は上段側のパンケーキ型のコイル体２と下段側のパンケーキ型のコイル体３とを積み重ねた２層パンケーキ型のコイルとして構成されている。
各コイル体２、３は、図２に断面構造を示すようなテープ状の酸化物超電導線材５を一方の面が内側に他方の面が外側になるように渦巻き状に巻回して形成される。図１の例では上段側のコイル体２は酸化物超電導線材５を時計回りに巻回して構成され、下段側のコイル体３は酸化物超電導線材５を反時計回りに巻回して構成されている。
また、酸化物超電導線材５は図２に示すように外面に後述するコーティング層６が設けられており、各コイル体２、３はそれぞれの外側を所定厚みの含浸樹脂７により覆われているが、図１では外側に設けられている含浸樹脂７を略して各コイル体２、３のみが示される。
【００１５】
図２と図３とに断面構造を示す酸化物超電導線材５においては、テープ状の基材１０の一面上に中間層１１と酸化物超電導層１２と第１の金属安定化層１３と第２の金属安定化層１４とを形成して超電導積層体１５が構成される。さらに、この超電導積層体１５の外面全体を覆うように絶縁被覆層１７が形成され、前記絶縁被覆層１７の内外両面にコーティング層６が形成されている。
第１の金属安定化層１３は、酸化物超電導層１２の上に積層され、第２の金属安定化層１４は、基材１０、中間層１１、酸化物超電導層１２、及び金属安定化層１３を積層した構造の全外面を覆うように形成され、更に、第２安定化層１４の外周を覆うように絶縁被覆層１７が形成されている。なお、この実施形態では絶縁被覆層１７が絶縁被覆層１７の内外両面に形成されるコーティング層６を含むが、コーティング層６は絶縁被覆層１７の外面側及び内面側の一方にのみ形成されていても良い。また、絶縁被覆層１７の側面については、コーティング層６が形成されていてもいなくてもよい。ここで、本願において、外面とは、各層（要素）の、基板から遠い側の面をいい、内面とは、各層（要素）の、基材に近い側の面を言う。
【００１６】
基材１０は、通常ｂの超電導線材の基板として使用できれば良く、可撓性を有するテープ状であることが好ましく、耐熱性の金属で形成されることが好ましい。耐熱性の金属の中でも、ニッケル（Ｎｉ）合金が好ましい。中でも、市販品であればハステロイ（商品名、ヘインズ社製）が好適であり、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）等の成分量が異なる、ハステロイＢ、Ｃ、Ｇ、Ｎ、及びＷ等のいずれの種類も使用できる。また、基材１０としてニッケル合金などに集合組織を導入した配向金属基板を用い、その上に中間層１１および酸化物超電導層１２を形成してもよい。
基材１０の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は、１０〜５００μｍであることが好ましく、２０〜２００μｍであることがより好ましい。
【００１７】
中間層１１は、その上に形成される酸化物超電導層１２との物理的特性（熱膨張率や格子定数等）の差を緩和するバッファー層として機能し、物理的特性が基材１０と酸化物超電導層１２との中間的な値を示す金属酸化物が好ましい。中間層１１として具体的には、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ３、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等の金属酸化物を例示できる。
中間層１１は、単層でも良いし、複数層でも良い。複数層である場合には、最外層（最も酸化物超電導層１２に近い層）が少なくとも単結晶と同等の結晶配向性を有していることが好ましい。
中間層１１は、基板１０が設けられている側にベッド層が介在された複数層構造であってもよい。ベッド層は、必要に応じて設けられ、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、「アルミナ」とも呼ぶ）等から構成される。ベッド層の厚さは例えば１０〜２００ｎｍである。
【００１８】
さらに、本発明において、中間層１１は、基材１０側に拡散防止層とベッド層とが積層された複数層構造であってもよい。この場合、基材１０とベッド層との間に拡散防止層が介在される。拡散防止層は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、あるいは希土類金属酸化物等の単層あるいは複層構造で形成され、その厚さは例えば１０〜４００ｎｍである。
中間層１１は、前記金属酸化物層の上に、さらにキャップ層が積層された複数層構造でも良い。キャップ層は、酸化物超電導層１２の配向性を制御する機能を有する。キャップ層は、特に限定されないが、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等を用いることが好ましい。キャップ層の材質がＣｅＯ２である場合、キャップ層は、Ｃｅの一部が他の金属原子又は金属イオンで置換されたＣｅ−Ｍ−Ｏ系酸化物を含んでいても良い。
【００１９】
酸化物超電導層１２は超電導材料として通常知られている組成の酸化物超電導体を広く適用することができ、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ等の希土類元素を表す）、具体的には、Ｙ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）又はＧｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）を例示できる。また、その他の酸化物超電導体、例えば、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ４＋２ｎ＋δで表される組成等で代表される臨界温度の高い酸化物超電導体を用いても良いのは勿論である。酸化物超電導層１２の厚みは、０．５〜５μｍ程度であって、均一な厚みであることが好ましい。
【００２０】
酸化物超電導層１２上に積層されている第１の金属安定化層１３は、ＡｇあるいはＡｇ合金などの良電導性かつ酸化物超電導層１２と接触抵抗が低くなじみの良い金属材料で形成される。
第１の金属安定化層１３を構成する材料にＡｇを用いる理由としては、酸化物超電導層１２に酸素をドープするアニール工程において、Ａｇがドープした酸素を酸化物超電導層１２から逃避し難くする性質を有する点を挙げることができる。Ａｇの第１の金属安定化層１３を成膜するには、スパッタ法などの成膜法を採用し、金属安定化層１３の厚さは１〜３０μｍ程度であることが好ましい。
【００２１】
第２の金属安定化層１４は、良導電性の金属材料で形成され、酸化物超電導層１２が超電導状態から常電導状態に転移する時に、第１の金属安定化層１３とともに、酸化物超電導層１２の電流が転流するバイパスとして機能する。
第２の金属安定化層１４を構成する金属材料としては、良導電性を有すればよく、特に限定されないが、銅、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ合金）、もしくはＣｕ−Ｎｉ合金等の銅合金、、またはステンレス等の比較的安価な材質を用いることが好ましく、中でも高い導電性を有し、安価であることから銅が好ましい。なお、超電導線材を超電導限流器に使用する場合は、第２の金属安定化層１４は抵抗金属材料により構成され、Ｎｉ−Ｃｒ等のＮｉ系合金などを使用できる。
【００２２】
第２の金属安定化層１４の形成方法は特に限定されず、例えば、銅などの良導電性材料で形成されるめっき層を形成することで、基材１０上に中間層１１と酸化物超電導層１２と第１の安定化層１３とを形成した超電導積層体の全周を覆うように第２の金属安定化層１４を形成できる。なお、第２の金属安定化層１４を第１の金属安定化層１３の上にのみＣｕテープなどで形成する構造、あるいは積層体の全周を覆うようにＣｕテープで覆う構造も採用できる。それらの構造については図４を元に説明する第２実施形態あるいは図５を元に説明する第３実施形態以降の実施形態において説明する。
第２の金属安定化層１４の厚さは特に限定されず、適宜調整可能であるが、１０〜３００μｍであることが好ましい。
【００２３】
第２の金属安定化層１４の外周に被覆されている絶縁被覆層１７は、超電導積層体１５の外周全体に絶縁樹脂テープを巻き付けて形成するか、あるいは、超電導積層体１５の外周全体に樹脂を塗布した後、焼付けすることにより形成することができる。
絶縁被覆層１７の厚さの上限は特に限定されないが、１００μｍ以下とすることが好ましい。絶縁被覆層１７の厚さを１００μｍ以下とすることにより、超電導積層体１５の横断面積に占める絶縁被覆層１７の割合を削減できる。従って、酸化物超電導線材５を小型化できるとともに、酸化物超電導線材５をコイル加工した場合に、オーバーオールの電流密度を高くすることができる。一例として絶縁テープの巻き付けにより絶縁被覆層１７を形成する場合、５〜２０μｍの範囲の厚さの絶縁テープを用いることができる。また、絶縁テープを巻き付ける際は、少なくとも１枚の前記絶縁テープが超電導積層体１５の全外面を覆うように突合せ巻き又はラップ巻きすることが好ましい。また、絶縁層の厚さを薄くできるので、テープを重ねないで巻く突合せ巻きがより好ましい。
ここで、突合せ巻きとはテープの幅方向の端部同士が重ならないように側面を突き合わせて超電導積層体に巻き付けることをいい、ラップ巻きとはテープの幅方向の端部同士が例えば、テープ幅の１／２程度重なるように超電導積層体に巻き付けることをいう。
【００２４】
なお、超電導積層体１５の横断面における４つの角部１５ａが曲面であることが好ましい。超電導積層体１５の角部１５ａが曲面にすることにより、絶縁被覆層１７を絶縁テープで構成する場合、鋭角に形成した角部で絶縁テープを切断してしまうことなく巻き付け形成できる。また、絶縁被覆層１７を樹脂液の焼き付け層で形成する場合、角部１５ａに必要厚みの樹脂液を塗布することができ、角部１５ａの外側にも焼付け後に必要厚みの絶縁被覆層１７を形成できる。
【００２５】
絶縁被覆層１７は、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリウレタン、ポリエステル、ポリビニルブチラール、もしくはポリビニルホルマールなどの樹脂製の絶縁テープ、または、ガラステープの巻き付けにより形成できる。絶縁被覆層１７は、焼付樹脂層であるならば、ホルマール樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂（ＰＥＥＫ樹脂）、またはエナメル樹脂等の焼付樹脂層を適用できる。
【００２６】
本実施形態の酸化物超電導線材５において、絶縁被覆層１７の内外両面はフッ素樹脂で形成されるコーティング層６により覆われている。ここで一例としてコーティング層６は、フッ素樹脂を含む塗料を必要な位置に必要な厚さ塗布して乾燥することにより得ることができる。
適用できるフッ素樹脂として、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体）、ＰＦＡ（ペルフロオロアルコキシフッ素樹脂）、ＥＴＦＥ（エチレン・四フッ化エチレン共重合体）などが挙げられる。
これらのフッ素樹脂に必要に応じて有機バインダーなどを添加して形成されるフッ素樹脂の塗料を必要な位置に塗布して乾燥することで、１〜１０μｍ程度の膜厚のコーティング層６を形成できる。また、フッ素樹脂を含む塗料を塗布する方法は、ディッピング法、スプレーコーティング法、ロールコーティング法、またはスピンフローコーティング法など、公知の塗布法を適用することができる。これらの方法の中でもディッピング法によれば、絶縁被覆層１７を樹脂テープで構成する場合、樹脂テープの内面及び外面のうち一方に各々１〜１０μｍ程度の膜厚の均質なコーティング層６を容易に形成できる。コーティング層の形成の容易性の観点から、樹脂テープの内外両面にコーティング層を設けてもよい。樹脂テープの一面に形成するコーティング層６の膜厚が１μｍ未満、換言すると、樹脂テープの表裏両面合わせて２μｍ以下になると、コーティング層６の均一性を確保できなくなり、海島構造となってしまうので、コーティング層６の厚さは樹脂テープの一面あたり、最低でも１μｍとすることが望ましい。また、コーティング層６の膜厚は厚くするほどコストアップするので、片面１０μｍ以下程度、両面合わせて２０μｍ以下とすることが望ましい。
【００２７】
前記絶縁被覆層１７を樹脂テープの巻き付けで形成する場合、樹脂テープにディッピング法などによりコーティング層６を形成し、このコーティング層が形成された樹脂テープを超電導積層体１５の外面に沿って突合せあるいはラップ巻きすることで、コーティング層６を備えた絶縁被覆層１７を形成できる。
また、絶縁被覆層１７を焼付樹脂の層から構成する場合は、焼付樹脂の層を形成し、絶縁被覆層１７としてからその外面にディッピング法などの塗布法によりコーティング層６を形成すればよい。なお、絶縁被覆層１７は上述の厚さであると、ピンホールを有するおそれがある。一方、ディッピングにより両面をコーティング層６で覆った構造とするならば、ピンホールを確実に埋め込むことができる。従って、ピンホールの無い絶縁被覆層１７で超電導積層体１５の周面を覆うことができる。
【００２８】
コーティング層６を最表面に有した酸化物超電導線材５を時計方向巻きして作成したコイルと、反時計方向巻きして構成したコイルとを用意し、それらを上下に組み合わせて２層パンケーキコイルとする。その後、必要個数分の２層パンケーキコイルを巻き枠等に積層し、これらの全体を覆うように真空含浸などの方法によりエポキシ樹脂を含浸固定すると、図２に示すような断面構造であり、含浸樹脂７により覆われた構造のコイル体２、３を備えた超電導コイル１を得ることができる。
この超電導コイル１は、超電導層１２の臨界温度以下、例えば液体窒素温度（７７Ｋ）以下の温度に冷却して使用する。冷却するには、液体窒素に浸漬して冷却しても良いし、冷凍機を備えた断熱容器に超電導コイル１を収容して冷却しても良い。酸化物超電導層１２を臨界温度以下に冷却すると超電導状態となるので、酸化物超電導層１２に通電することができる。この超電導コイル１は、超電導マグネットに適用した場合であれば超電導コイル１から磁力を発生させるためなどに使用することができる。
【００２９】
超電導コイル１は冷却して使用する前は常温に設置されているので、超電導コイル１は常温から液体窒素温度以下の温度領域まで冷却される。ここで、酸化物超電導線材５はその横断面のうち大部分を金属製の基材１０と安定化層１４が占めるので、概ね金属の熱膨張係数に近い値となる。これに対し、含浸樹脂７は、樹脂であり、金属よりも線膨張係数が大きいため、超電導コイル１を冷却すると、冷却に伴う含浸樹脂７の熱収縮により、酸化物超電導線材５に応力が作用する。
ここで酸化物超電導線材５の外面にはフッ素樹脂で形成されるコーティング層６が形成されており、コーティング層６と含浸樹脂７との界面の接着強度はそれほど高くない。従って、前述の応力が作用するとコーティング層６と含浸樹脂７との界面にて層間剥離が発生する。そして、この剥離を生じることで前述の応力の一部を開放できる結果、酸化物超電導線材５に対し層間剥離を誘起する応力を解消するまたは抑制することができる。このため、超電導コイル１を冷却して使用する場合、超電導特性の劣化が生じ難い。
なお、特に、超電導コイル１におけるコイルの外径と内径との比（コイル外径／コイルの内径）が２以上である場合、少なくとも１枚の絶縁テープ（絶縁被覆層１７）が超電導積層体１５の全外面を覆うように突合せ巻きされると、超電導特性の劣化が生じ難いため好ましい。
【００３０】
［第２実施形態］
図４は本発明の第２実施形態に係る超電導コイルを構成するための酸化物超電導線材の部分断面斜視図である。
図４に断面構造を示す酸化物超電導線材２０にあっては、テープ状の基材１０の一面上に中間層１１と酸化物超電導層１２と第１の金属安定化層１３と第２の金属安定化層１６とを積層して形成された超電導積層体２１と、この超電導積層体２１の外面全体を覆うように形成されたコーティング層付きの絶縁被覆層１７と、該絶縁被覆層１７の内外両面に形成されたコーティング層６とで構成されている。
また、第１の金属安定化層１３は、酸化物超電導層１２の上にのみ積層され、第２の金属安定化層１６は、第１の金属安定化層１３の上にのみ積層されている。
更に、超電導積層体２１の全周を覆うようにコーティング層６を備えた絶縁被覆層１７が形成されている。なお、この実施形態では絶縁被覆層１７の内外両面にコーティング層６が形成されているが、コーティング層６は絶縁被覆層１７の外面にのみ形成されていても良い。
【００３１】
本実施形態の酸化物超電導線材２０は、第２の金属安定化層１６が第１の金属安定化層１３の上にのみ形成されている点において前記第１実施形態の酸化物超電導線材５と異なっているがその他の構造は同様である。図４に示す酸化物超電導線材２０において図２、３に示す酸化物超電導線材５と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３２】
第２の金属安定化層１６は、酸化物超電導層１２が超電導状態から常電導状態に転移しようとした時に、第１の金属安定化層１３とともに、酸化物超電導層１２の電流を転流させるバイパスとして機能する。
第２の金属安定化層１６は、ＣｕまたはＣｕ合金などで形成される金属テープを第１の金属安定化層１３上に半田などの導電性接合材により一体に接合して構成される。
ここで、半田を介し金属テープを第１の金属安定化層１３上に積層して第２の金属安定化層１６を形成する場合に使用できる半田としては、特に限定されず、従来公知の半田を使用可能である。例えば、Ｓｎ、あるいは、Ｓｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｃｕ系合金、もしくはＳｎ−Ｚｎ系合金などのＳｎを主成分とする合金よりなる鉛フリー半田、Ｐｂ−Ｓｎ系合金半田、共晶半田、または低温半田などが挙げられ、これらの半田を１種または２種以上組み合わせて使用することができる。これらの中でも、融点が３００℃以下の半田を用いることが好ましい。これにより、３００℃以下の温度で金属テープと第１の金属安定化層１３を半田付けすることが可能となるので、半田付けの熱によって酸化物超電導層１２の特性が劣化することを抑止できる。
第２の金属安定化層１６の厚さは特に限定されず、適宜変更可能であるが、１０〜３００μｍ程度であることが好ましい。
【００３３】
図４に示す酸化物超電導線材２０においても、超電導積層体２１の横断面における角部２１ａを曲率半径を有する曲面にすることにより、絶縁被覆層１７を絶縁テープで形成する際に絶縁テープの切断を防止するなどの作用を奏する点は先の第１実施形態の場合と同様である。
【００３４】
本実施形態においては、コーティング層６を最表面に有した酸化物超電導線材２０を時計方向巻きして作製したコイルと、反時計方向巻きして作製したコイルとを用意し、それらを上下に組み合わせて２層パンケーキコイルとした後、必要個数分の２層パンケーキコイルを巻き枠等に積層し、これらの全体を覆うように真空含浸などの方法によりエポキシ樹脂を含浸固定する。その結果、第１実施形態において説明した超電導コイル１と同様の形状の超電導コイルを得ることができる。この超電導コイルを臨界温度以下に冷却して通電し使用することができる。
【００３５】
この超電導コイルを臨界温度以下に冷却して使用する場合、冷却に伴う含浸樹脂７の熱収縮により、酸化物超電導線材５に応力が作用する。
ここで酸化物超電導線材２０の外面にフッ素樹脂で形成されるコーティング層６が形成されていて、コーティング層６と含浸樹脂７との界面の接着強度はそれほど高くないので、前述の応力が作用するとコーティング層６と含浸樹脂７との界面にて層間剥離が発生する。そして、この剥離を生じることで前述の応力の一部を開放できる結果、酸化物超電導線材２０に対し層間剥離を誘起する応力を解消する、または抑制することができる。このため、超電導コイルを冷却して使用する場合、超電導特性の劣化が生じ難い。
【００３６】
［第３実施形態］
図５は本発明の第３実施形態に係る超電導コイルを構成するための酸化物超電導線材の部分断面斜視図である。
図５に断面構造を示す酸化物超電導線材２３は、テープ状の基材１０の一面上に中間層１１と酸化物超電導層１２と第１の金属安定化層１３とが形成され、それらの周囲を覆うように第２の金属安定化層２４が形成されることで構成される超電導積層体２５と、この超電導積層体２５の外面全体を覆うように形成される絶縁被覆層１７とを備える。また、絶縁被覆層１７はコーティング層６を含み、コーティング層６は絶縁被覆層１７の内外両面に形成されている。
本実施形態において、第１の金属安定化層１３は、酸化物超電導層１２の上にのみ積層され、第２の金属安定化層２４は、基材１０、中間層１１、酸化物超電導層１２、及び第１の金属安定化層１３を積層した積層物の全周を覆うように形成されている。更に、第２の金属安定化層２４の外周を覆うようにコーティング層を含む絶縁被覆層１７が形成されている。なお、この実施形態では絶縁被覆層１７の内外両面にコーティング層６が形成されているが、コーティング層６は絶縁被覆層１７の外面にのみ形成されていても良い。また、第２の金属安定化層２４の表裏両面に半田めっきする場合があるので、第２の金属安定化層２４の外面側にも半田層が形成されていても良い。
【００３７】
本実施形態の第２の金属安定化層２４は基材１０において中間層１１を形成していない側の裏面中央部を除いて積層物（基材１０と中間層１１と酸化物超電導層１２と第１の金属安定化層１３との積層物）の周面を横断面Ｃ字型をなすように覆っている。第２の金属安定化層２４は、先の第１実施形態の第２の金属安定化層１４と同様の材料で形成されるが、一例として金属テープをロール等でフォーミングして積層物の周囲に被着して形成することが挙げられる。第２の金属安定化層２４により覆われていない基板１０の裏面側の中央部は半田層２６により覆われ、半田層２６は第２の金属安定化層１４の端縁どうしが形成する凹部を埋めるように形成されている。
図５に示す酸化物超電導線材２３において図１に示す酸化物超電導線材５と同一の構成要素については同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。
第２の金属安定化層２４は金属テープをフォーミングにより成形して積層物の周囲に被着する場合、先に説明した第２実施形態の第２の金属安定化層１６を固定する際に用いた半田等の導電性接合材を用いて電気的かつ機械的に一体化することが好ましい。
【００３８】
本実施形態においてコーティング層６を最表面に有した酸化物超電導線材２３を時計方向巻きして作成したコイルと、反時計方向巻きして構成したコイルを用意し、それらを上下に組み合わせて２層パンケーキコイルとした後、必要個数分の２層パンケーキコイルを巻き枠等に積層し、これらの全体を覆うように真空含浸などの方法によりエポキシ樹脂を含浸固定すると、上述した超電導コイル１と同様の形状の超電導コイルを得ることができる。
この超電導コイルを臨界温度以下に冷却して通電することで磁力を発生させて使用することができる。
【００３９】
この超電導コイルを臨界温度以下に冷却して使用する場合、冷却に伴う含浸樹脂７の熱収縮により、酸化物超電導線材２３に応力が作用する。
ここで酸化物超電導線材２３の外面側にフッ素樹脂で形成されるコーティング層６が形成されていて、コーティング層６と含浸樹脂層との界面の接着強度はそれほど高くない。従って、前述の応力が作用するとコーティング層６と含浸樹脂層との界面にて層間剥離が発生する。
そして、この剥離を生じることで前述の応力の一部を開放できる結果、酸化物超電導線材２３に対し層間剥離を誘起する応力を解消する、または抑制することができる。このため、超電導コイルを冷却して使用する場合、超電導特性の劣化が生じ難い。
つまり、この第３実施形態の構造においても第１実施形態の構造と同様の作用効果を得ることができる。
【００４０】
［第４実施形態］
図６は本発明の第４実施形態に係る超電導コイルを構成するための酸化物超電導線材の部分断面斜視図である。
図６に断面構造を示す酸化物超電導線材３０にあっては、テープ状の基材１０の一面上に中間層１１と酸化物超電導層１２と第１の金属安定化層１３とを形成し、それらの周囲に第２の金属安定化層２４を形成して超電導積層体２５が構成されている。また、超電導積層体２５の一面側に第３の金属安定化層３２が設けられ、これらの全体を覆うようにコーティング層付きの絶縁被覆層１７が形成されている。本実施形態では絶縁被覆層１７の内外両面にコーティング層６が形成されている。なお、この実施形態では絶縁被覆層１７の内外両面にコーティング層６が形成されているが、コーティング層６は絶縁被覆層１７の外面にのみ形成されていても良い。
【００４１】
本実施形態の第２の金属安定化層２４が積層物を覆うように横断面Ｃ字型をなしているのは上述の実施形態と同様であるが、第２の金属安定化層２４に対し半田層２６が設けられた側の外側には金属テープで形成される第３の安定化層３２が積層され、超電導積層体２５と第３の安定化層３２とで形成される積層物の全体を覆って絶縁被覆層１７とコーティング層６とを設けている点が先の第２実施形態の構造と異なる。また、第２の金属安定化層２４の表裏両面に半田めっきする場合があるので、第２の金属安定化層２４の外面側にも半田層が形成されていても良い。
図６に示す酸化物超電導線材３０において図５に示す酸化物超電導線材２３と同一の構成要素については同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。
【００４２】
本実施形態においてコーティング層６を最表面に有した酸化物超電導線材３０を時計方向巻きして作製したコイルと、反時計方向巻きして作製したコイルを用意し、それらを上下に組み合わせて２層パンケーキコイルとした後、必要個数分の２層パンケーキコイルを巻き枠等に積層し、これらの全体を覆うように真空含浸などの方法によりエポキシ樹脂を含浸固定すると、上記で説明した超電導コイルと同様の形状の超電導コイルを得ることができる。
この超電導コイルを臨界温度以下に冷却し通電することで超電導コイルを超電導マグネットに適用した場合に所望の磁力を発生させることができる。
【００４３】
この超電導コイルを臨界温度以下に冷却して使用する場合、冷却に伴う含浸樹脂の熱収縮により、酸化物超電導線材３０に応力が作用する。
ここで酸化物超電導線材３０の外面側にフッ素樹脂で形成されるコーティング層６が形成されていて、コーティング層６と含浸樹脂層との界面の接着強度はそれほど高くないので、前述の応力が作用するとコーティング層６と含浸樹脂層の界面にて層間剥離が発生する。
そして、この剥離を生じることで前述の応力の一部を開放できる結果、酸化物超電導線材３０に対し層間剥離を誘起する応力を解消するか抑制することができる。このため、超電導コイルを冷却して使用する場合、超電導特性の劣化が生じ難い。
この第４実施形態の構造においても上述の第１実施形態の構造と同様の作用効果を得ることができる。
【００４４】
［第５実施形態］
図７は本発明の第５実施形態に係る超電導コイルを構成するための酸化物超電導線材の部分断面斜視図である。
図７に断面構造を示す酸化物超電導線材３３にあっては、テープ状の基材１０の一面上に中間層１１と酸化物超電導層１２と第１の金属安定化層１３とを形成し、それらの周囲に第２の金属安定化層３４を形成して超電導積層体３５が構成されている。また、超電導積層体３５の全体を覆うようにコーティング層を含む絶縁被覆層１７が形成され、前記絶縁被覆層１７の内外両面にコーティング層６が形成されている。なお、この実施形態では絶縁被覆層１７の内外両面にコーティング層６が形成されているが、コーティング層６は絶縁被覆層１７の外面にのみ形成されていても良い。
本実施形態において、第２の金属安定化層３４は、金属テープの端縁を突き合わせて半田付けあるいは溶接して超電導積層体３５の全周を横断面の形状がＣ字型をなすように縦添えされた状態で覆うように配置されている。また、第２の金属安定化層３４の表裏両面に半田めっきする場合があるので、第２の金属安定化層３４の外面側にも半田層が形成されていても良い。
図７に示す酸化物超電導線材３３において他の実施形態に示す酸化物超電導線材と同一の構成要素については同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。
【００４５】
本実施形態においてコーティング層６を最表面に有した酸化物超電導線材３３を時計方向巻きして作製したコイルと、反時計方向巻きして作製したコイルとを用意し、それらを上下に組み合わせて２層パンケーキコイルとした後、この２層パンケーキコイルを必要個数巻き枠等に積層し、これらの全体を覆うように真空含浸などの方法によりエポキシ樹脂を含浸固定すると、先に説明した超電導コイルと同様の形状の超電導コイルを得ることができる。
この超電導コイルを臨界温度以下に冷却し通電することで超電導コイルを超電導マグネットに適用した場合に所望の磁力を発生させることができる。
【００４６】
この例の超電導コイルを臨界温度以下に冷却して使用する場合、冷却に伴う含浸樹脂の熱収縮により、酸化物超電導線材３３に応力が作用する。
ここで酸化物超電導線材３３の外面側にフッ素樹脂で形成されるコーティング層６が形成されていて、コーティング層６と含浸樹脂層との界面の接着強度はそれほど高くないので、前述の応力が作用するとコーティング層６と含浸樹脂層との界面にて層間剥離が発生する。
そして、この剥離を生じることで前述の応力の一部を開放できる結果、酸化物超電導線材３３に対し層間剥離を誘起する応力を解消する、または抑制することができる。このため、超電導コイルを冷却して使用する場合、超電導特性の劣化が生じ難い。
この第５実施形態の構造においても上述の第１実施形態の構造と同様の作用効果を得ることができる。
【００４７】
図８は、超電導積層体の外周にコーティング層を含む絶縁被覆層を巻き付ける工程に適用される搬送ラインの一部について概略構成を示す図である。
この搬送ラインでは、超電導積層体１５の外面にコーティング層６を形成した絶縁テープを図示略の巻き付け装置で巻き付けることで超電導積層体１５に絶縁被覆層１７を形成し、酸化物超電導線材５を作製した後、酸化物超電導線材５がラインから外れないようにするための金属製のガイド部材５０で案内するラインとして構成される。
絶縁被覆層を含む酸化物超電導線材５をラインに沿ってコロ５１を介して方向変換し、ガイド部材５０によりラインから外れないように案内しつつ次のラインに搬送する。
【００４８】
この際、酸化物超電導線材５が搬送ラインから数ｍｍ程度外れる場合があり、この場合に強い力でガイド部材５０に押し付けられると、この押し付け力によって絶縁被覆層１７の外面とガイド部材５０との案内面が強く擦れる。その結果、絶縁被覆層１７の一部が切断される、または損傷するおそれがある。
ここで本実施形態では、絶縁被覆層１７の外面にフッ素樹脂のコーティング層６が設けられているので、上述のガイド部材５０に絶縁被覆層１７が強く擦り付けられたとしても、摩擦が減少する結果として、絶縁被覆層１７が切れる、または損傷することがない。
【実施例】
【００４９】
幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ５０ｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基材上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（拡散防止層；膜厚１５０ｎｍ）を成膜し、その上に、イオンビームスパッタ法によりＹ２Ｏ３（ベッド層；膜厚２０ｎｍ）を成膜した。次いで、このベッド層上に、イオンビームアシストスパッタ法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（中間層；膜厚１０ｎｍ）を形成し、その上に、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）により１．０μｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（酸化物超電導層）を形成し、さらに酸化物超電導層上にスパッタ法により８μｍ厚の銀層（第１の金属安定化層）を形成した。
その後、０．１ｍｍ厚の銅テープ（第２の金属安定化層）を錫半田（融点２３０℃）により銀層上に貼り合わせて超電導積層体を作製した。
次に、両面に厚さ１．２５μｍのＦＥＰコーティング層を形成した総厚１５μｍ、幅４ｍｍのポリイミドテープを用意し、このポリイミドテープを超電導積層体に突合せ巻きによって巻き付けて超電導積層体の外面を覆う絶縁被覆層を形成し、酸化物超電導線材を得た。
この酸化物超電導線材の長手方向の臨界電流特性を以下に説明する剥離試験の前後において磁化法により評価した。【００５０】
剥離試験は、上述の如く作製した酸化物超電導線材について、アルミニウム製のスタットピン（φ＝７．１ｍｍ）の先端にエポキシ樹脂を付着させ、そのスタッドピンを絶縁被覆層表面のＦＥＰコーティング層に押し付け、加熱硬化させてＦＥＰコーティング層付きの絶縁被覆層にスタッドピンを接着する。この後、スタッドピンを軸方向に沿って絶縁被覆層から離間する方向に引張り、スタットピンがＦＥＰコーティング層付きの絶縁被覆層から離れた際の剥離強度を測定した。また、試験後の試料のポリイミドテープが破壊されているかどうか、及び表面性について目視にて確認し、離型性として以下の表１に記載した。
「比較例」
先に製造した超電導線材に対し、ＦＥＰコーティングを施していないポリイミドテープ（厚み１２．５μｍ）を用い、このポリイミドテープを超電導線材に上述の実施例と同等条件で突合せ巻きによって巻き付けて超電導線材の外面を覆う絶縁被覆層を形成し、比較例の酸化物超電導線材を得た。
上述の実施例と同等の剥離試験を行い、剥離強度を測定し、試験後の試料のポリイミドテープが破壊されているかどうか、及び表面性について目視にて確認し、離型性として以下の表１に記載した。
表１において、試作前後臨界電流評価結果の欄に良と記載したのは、試作前に測定した酸化物超電導線材の臨界電流値（Ｉｃ0）と試作後に測定した酸化物超電導線材の臨界電流値（Ｉｃ）との比率を示す以下の関係式、Ｉｃ／Ｉｃ0≧０．９５の件を満たしたことを意味する。【００５１】
【表１】
0005501541.tif 000002
【００５２】
表１に示す試験結果において、比較例の試料においては、全数、スタットピンにポリイミドテープが付着したままポリイミドテープの部分で破断した。これに対し、実施例の試料においては、全数、スタットピンがＦＥＰコーティング層を含むポリイミドテープから剥離した。
この結果から、ＦＥＰコーティング層を含むポリイミドテープを絶縁被覆層として用いると、酸化物超電導線材に剥離方向の応力が作用した場合、エポキシ樹脂の部分がＦＥＰコーティング層から確実に剥離するので酸化物超電導線材の積層構造に作用する応力を緩和できることがわかる。これに対し、ＦＥＰコーティングを施していないポリイミドテープで形成される絶縁被覆層を適用すると、ポリイミドテープとエポキシ樹脂とが強く接着するので、ポリイミドテープが破れるかあるいは積層構造の酸化物超電導線材のいずれかの層が剥離するように応力が作用することがわかる。【００５３】
この試験結果から、酸化物超電導線材をコイル加工して作製した超電導コイルをエポキシ樹脂により含浸固定し、その超電導コイルを臨界温度以下に冷却すると、含浸樹脂の収縮による応力は酸化物超電導線材に直に作用すると考えられる。これに対し、実施例の構造では、酸化物超電導線材で形成される超電導コイルに含浸樹脂の収縮による応力が作用した場合、含浸樹脂とＦＥＰコーティング層との界面で剥離が生じるので、応力の一部を開放することができる。
このため、酸化物超電導線材で形成される超電導コイルを含浸樹脂により固めた構造の超電導コイルは超電導特性の劣化が生じ難いと思われる。
また、コイル加工の前後において酸化物超電導線材の臨界電流値を計測すると、Ｉｃ／Ｉｃ0≧０．９５の条件を満たしたので、超電導線材の臨界電流特性の劣化は観察されない。【００５４】
＜超電導コイルの試作＞
幅５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ５０ｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基材を用い、積層構造は上述の実施例と同等として酸化物超電導線材を作製した。この酸化物超電導線材の外周部は両面にＦＥＰコーティング層を形成したポリイミドテープからなる絶縁被覆層である。
この酸化物超電導線材を用い、内径７０ｍｍ、高さ１０．５ｍｍのダブルパンケーキコイルを作製し、ターン数を２００ターン（１００ターン×２層）として超電導コイルを試作した。
また、比較のために、ＦＥＰコーティング層を形成していないポリイミドテープからなる絶縁被覆層を設けた酸化物超電導線材を用いて同様に超電導コイルを試作した。試作条件を以下の表２に記載する。【００５５】
【表２】
0005501541.tif 000003
【００５６】
表２の実施例２はポリイミドテープ厚１２．５μｍ、フッ素樹脂コーティング層厚１．２５μｍ（表裏２層合計で２．５μｍ厚）である。
表２に示す結果から、実施例２の超電導コイルと比較例２の超電導コイルとを比較すると、通電電流は同等、コイル電流密度とコイル中心磁界は若干低下するが、ほぼ同等のサイズで同等の超電導特性を示すことがわかる。
【００５７】
次に、図８に示すコロとガイド部材を用いて長さ２５ｍの上述の構造の酸化物超電導線材をライン搬送した結果について説明する。
上述の超電導コイル試作用の酸化物超電導線材（実施例２）と同じ構造の長さ２５ｍの酸化物超電導線材を別途用意し、図８に示す構成の外径２００ｍｍのコロに対し張力２ｋｇで酸化物超電導線材を入る側と出る側で１８０°方向が変るように掛け渡し、図８に示すように立方体形状のガイド部材（縦４０ｍｍ×横２０ｍｍ×高さ２０ｍｍの金属製立方体）を用いて酸化物超電導線材を抑えながらライン搬送する試験を行った。ガイド部材は、コロの外面から酸化物超電導線材が離間する位置（超電導線材とコロ外周の接点位置）から１５ｃｍ離れた位置に設置した。
なお、ライン搬送試験に用いた酸化物超電導線材は、フッ素樹脂コーティング層を含む幅４ｍｍのポリイミドテープを突合せ巻きした絶縁被覆層付きの酸化物超電導線材である。
また、比較例２の超電導コイル試作に用いた構造と同等の長さ２５ｍの酸化物超電導線材を別途用意し、上述と同じ条件で突合せ巻きした絶縁被覆層付きの酸化物超電導線材を案内した。
これらの酸化物超電導線材は、実施例２の酸化物超電導線材にのみポリイミドテープの両面にフッ素樹脂コーティング層が存在している点で異なる。
【００５８】
ガイド部材を備えたライン搬送試験の結果、比較例２と同等構造のエッジ状態が鋭く、テープが切れやすい酸化物超電導線材を用いた場合、ロットにおいて絶縁テープが５箇所以上で破れてしまったが、フッ素樹脂コーティング層付きの酸化物超電導線材は被覆が破れることはなかった。
このライン搬送試験結果から、フッ素樹脂コーティング層を有する酸化物超電導線材をライン搬送した場合において、酸化物超電導線材を搬送する場合の優位性が明かになった。
なお、酸化物超電導線材は、用途に応じて長さ数１０ｍ〜数１００ｍに至る長尺体であるので、敷地面積の限られた生産現場において、方向転換し、搬送方向を変更しながら種々の被覆処理や作業を行う必要があるため、図８に示すようにコロとガイド部材を用いて方向転換することは必須とされる。【００５９】
＜超電導コイルの評価＞
幅５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ約５０ｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基材と０．１ｍｍ厚の銅テープ（第２の金属安定化層）とを用い、積層構造は上述の実施例１と同等として酸化物超電導線材を作製した。
この酸化物超電導線材を用い、表３に示す実施例Ａと実施例Ｂとの２種類のコイル外径／内径比が２以上の超電導コイル（ダブルパンケーキコイル）を試作した。
なお、実施例Ａと実施例Ｂとでは、絶縁被覆層の構成が相違している。
具体的には、実施例Ａでは、ポリイミドテープ（厚み１２．５μｍ）を超電導積層体に突合せ巻きで巻きつけて、さらに、フッ素樹脂コーティング層を含むポリイミドテープ（厚み１５μｍ）を一枚縦添えされた状態でその超電導線材の外面を覆うことで絶縁被覆層を形成し、酸化物超電導線材を得た。
一方、実施例Ｂでは、少なくとも１枚のフッ素樹脂コーティング層を含むポリイミドテープ（厚み１２．５μｍ）が超電導積層体を覆うように突合せ巻きで巻きつけることで絶縁被覆層を形成し、酸化物超電導線材を得た。
それらの含浸固定前後の７７Ｋにおけるコイル臨界電流及びｎ値を以下の表２に示す。さらに、７７Ｋの環境下で所定時間放置し、その後室温で所定時間放置することを１サイクルとするヒートサイクル試験において、上記サイクルを３回及び５回繰り返した後の７７Ｋにおけるコイル臨界電流及びｎ値も以下の表３に示す。【００６０】
【表３】
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【００６１】
コイル外径／内径比が２以上の場合、実施例Ａのようにフッ素樹脂コーティング層を含むポリイミドテープを１枚縦添えした超電導コイルは、含浸後及び繰り返しヒートサイクル試験後に臨界電流、ｎ値ともに低下しており、特性の低下が生じることがわかった。一方、実施例Ｂのように少なくとも１枚のフッ素樹脂コーティング層を含むポリイミドテープが超電導積層体を覆うように巻き付けられた酸化物超電導線材で形成された超電導コイルは、含浸後だけでなく、繰り返しヒートサイクル試験後の結果も良好であった。【００６２】
次にフッ素樹脂コーティング層の厚さについての評価結果を表４に示す。【００６３】
【表４】
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【００６４】
表４に示すようにコーティング層の厚さが厚くなるとテープ裁断時にライン上でつまりが発生してしまうため製造性に問題が生じてしまうことが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、例えば超電導マグネット装置、超電導モータ、限流器など、各種超電導機器に用いられる超電導コイルに利用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１…超電導コイル、２、３…コイル体、５…酸化物超電導線材、６…コーティング層、７…絶縁被覆層、１０…基材、１１…中間層、１２…酸化物超電導層、１３…第１の金属安定化層、１４、１６、２４、３４…第２の金属安定化層、１５、２１、２５、３５…超電導積層体、１７…絶縁被覆層、２０、２３、３０、３３、４０…酸化物超電導線材。
【要約】
テープ状に形成される基材と、前記基材の上に積層される中間層と酸化物超電導層と金属安定化層と、を有する超電導積層体と、前記超電導積層体の外面を覆う絶縁被覆層と、を備えた酸化物超電導線材であって、前記絶縁被覆層の全外面及び全内面のうち一方が、フッ素樹脂で形成されるコーティング層で被覆されている。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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