(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物超電導相が形成された化合物超電導裸線にエナメルが被覆された化合物超電導線であって、エナメルは、化合物超電導裸線に対して、該化合物超電導裸線の断面の最小幅に対し５０倍以上の曲げ半径で曲げを複数回施しかつ７０ＭＰａ以下の張力をかけた条件下において、被覆されたものであることを特徴とする化合物超電導線。
【請求項２】
化合物超電導相はＮｂ３Ｓｎ超電導相であることを特徴とする請求項１に記載の化合物超電導線。
【請求項３】
化合物超電導裸線は、化合物超電導細線の集合体部とその周囲に形成された金属もしくは合金からなる周辺部とからなり、化合物超電導細線の径は１μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の化合物超電導線。
【請求項４】
化合物超電導裸線は、化合物超電導細線の集合体部とその周囲に形成された金属もしくは合金からなる周辺部とからなり、上記集合体部の外径は、上記化合物超電導裸線の外径の３分の２以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の化合物超電導線。
【請求項５】
熱処理により化合物超電導相が生成された化合物超電導裸線に、該化合物超電導裸線の断面の最小幅に対し５０倍以上の曲げ半径で曲げを複数回施しかつ７０ＭＰａ以下の張力をかけた条件下において、エナメルを被覆することを特徴とする化合物超電導線の製造方法。
【請求項６】
化合物超電導相が形成された化合物超電導裸線に、該化合物超電導裸線の断面の最小幅に対し５０倍以上の曲げ半径で曲げを複数回施しかつ７０ＭＰａ以下の張力をかけた条件下において、エナメルを被覆可能な化合物超電導線の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導マグネットなどに用いられる絶縁被覆を施した超電導線に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、例えば特開平１０−１６２６６４号公報に示された従来の化合物超電導線の製造方法を示す図である。図において１は化合物超電導裸線でありこの化合物超電導裸線１は直線状のままでその表面に絶縁テープ２ａ，２ｂが施され化合物超電導線１０を得ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のように、化合物超電導裸線１は絶縁テープ２ａ，２ｂにより絶縁されているため絶縁テープ２ａ，２ｂの側端部が線長方向に存在し、絶縁テープ側端面に隙間ができやすくこの隙間により絶縁耐電圧が低下するという課題があった。
【０００４】
また、上記絶縁テープ２ａ，２ｂの隙間を無くするために側端面を重ね合わせる必要があり、この重ね合わせにより化合物超電導線１０の外径が大きくなり断面形状もいびつになるという課題もあった。
【０００５】
また、一般的に絶縁テープ２ａ，２ｂは５０μｍ以上と比較的厚いため化合物超電導裸線１の外径が例えば０．５ｍｍなどの細い線に適用すると線材の占積率が５５％程度となりコイルに巻線した場合の平均電流密度を向上させることができないという課題もあった。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、化合物超電導裸線に良好な絶縁被覆を施した化合物超電導線を得ることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る化合物超電導線は、化合物超電導相が形成された化合物超電導裸線にエナメルが被覆された化合物超電導線であって、エナメルは、化合物超電導裸線に対して、該化合物超電導裸線の断面の最小幅に対し５０倍以上の曲げ半径で曲げを複数回施しかつ７０ＭＰａ以下の張力をかけた条件下において、被覆されたものである。
【０００９】
又、化合物超電導相はＮｂ3Ｓｎ超電導相である。
【００１０】
又、化合物超電導裸線は、化合物超電導細線の集合体部とその周囲に形成された金属もしくは合金からなる周辺部とからなり、化合物超電導細線の径は１μｍ以上である。
【００１１】
又、化合物超電導裸線は、化合物超電導細線の集合体部とその周囲に形成された金属もしくは合金からなる周辺部とからなり、上記集合体部の外径は、上記化合物超電導裸線の外径の３分の２以下である。
【００１２】
本発明に係る化合物超電導線の製造方法は、熱処理により化合物超電導相が生成された化合物超電導裸線に、上記化合物超電導裸線の断面の最小幅に対し５０倍以上の曲げ半径で曲げを複数回施しかつ７０ＭＰａ以下の張力をかけた条件下において、エナメルを被覆するものである。
【００１３】
本発明に係る化合物超電導線の製造装置は、化合物超電導相が形成された化合物超電導裸線に、該化合物超電導裸線の断面の最小幅に対し５０倍以上の曲げ半径で曲げを複数回施しかつ７０ＭＰａ以下の張力をかけた条件下において、エナメルを被覆可能なものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１による化合物超電導線について説明する。
化合物超電導線は例えばＮｂ3Ｓｎ線やＮｂ3Ａｌ線などが市販されており、同じく一般的に市販されているＮｂＴｉ合金線に比べ臨界温度、臨界電流密度、上部臨界磁界が高い特性を有する。
【００１５】
また、近年ではＢｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2ＯyやＢｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏy、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏyなどの銀被覆高温超電導線材が試作されている。しかし、化合物超電導線はＮｂＴｉ合金線に比べ化合物超電導体が硬く脆いため、線材形状に成形後熱処理をし超電導相を生成もしくは超電導粒間の結合を行わなければならない。従って、化合物超電導線の製造方法においては、線引きからコイル完成の間に８００℃以上の高温での熱処理工程が必ず存在する。
【００１６】
例えば特開平１１−２５７８５号公報に示された従来の化合物超電導線の製造方法は、図１に示すように、線引きした後にガラス繊維などの耐高温性の絶縁材で被覆を施し、所定のコイル形状に巻線した後、例えばＮｂ3Ｓｎ超電導線の場合８５０℃で熱処理した後にエポキシ等で含浸して超電導線が動かないよう固定し完成するものである。
【００１７】
一方、本実施の形態における化合物超電導線の製造方法は、図１に示すように、線引き後所定の熱処理を行い、その線材をエナメル被覆した後、所定のコイル形状に巻線し、必要があればエポキシ含浸を施し完成するものである。
【００１８】
本実施の形態におけるエナメル被覆は、図２に示すような装置により実施される。以下に、この装置を用いたエナメル被覆の方法について説明する。まず、巻出しドラム５３から引き出された超電導線５１は、洗浄器５５を通過し、エナメルの被覆器５７を３から５回通過し、エナメルを焼き付けられ、巻取りドラム５９に巻取られる。このエナメル被覆の工程で、超電導線５１は少なくとも５回はプリー６１により繰り返し曲げを経験する。
【００１９】
このように何度も曲げを行う場合、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線のような化合物超電導線は歪みに弱いことから、断面内の応力を均等にし、応力がある部位に集中しないようにしなければならない。従って、超電導線材の断面形状が丸であることが最も望ましく、角線であっても縦横比がほぼ２以下にすることにより極端な応力集中が避けられる。尚、これらの断面形状に限らず、断面の最少幅に対する最大幅の比がほぼ２以下となる断面形状で有れば良く、楕円、５個以上の角を有する多角形、及びそれらを組み合わせた形状であってもかまわない。
【００２０】
特開平１１−２５７８５号公報に記載の従来の化合物超電導線は、上述のように高温で耐える絶縁材料としてガラス繊維で被覆されており、このガラス繊維の被覆厚さは少なくとも０．１ｍｍと厚く、図３のグラフに示すように、例えば０．５ｍｍ直径の超電導丸線に０．１ｍｍの被覆を付けると、単線だけでも約５５％の占積率、コイルに巻線した場合で約４０％の占積率となってしまう。このことは、コイル断面積が大きくなるのみならず、発生できるコイル中心磁場が低くなることを意味する。一方、本実施の形態におけるエナメル被覆の化合物超電導線の被覆厚さは、０．０３ｍｍ程度にすることが一般的であり、この場合、数ｋＶの耐電圧を有しコイル絶縁としては十分である。
【００２１】
図３に示すように、０．０３ｍｍ絶縁厚さの線材の占積率はコイル化しても６０％以上と従来のガラス絶縁に比べ１．５倍以上であり、同じ巻数のコイルであれば、コイル断面積は従来の化合物超電導線に比し６６％と小さくできる。また、従来例で示した化合物超電導線のように絶縁テープの厚さが０．０５ｍｍの場合、図３に示されるようにコイル化した占積率は５５％であり、実際にはテープの隙間が生じるため絶縁耐電圧を取るためにはテープの一部を重ねるか隙間部に再度テープを貼るため先のガラス絶縁と同様に０．１ｍｍの絶縁厚さとなり線材の占積率は４０％程度に低下してしまう。
【００２２】
実施の形態２．
次に本発明の実施の形態２による化合物超電導線について図に基づき説明する。図４は化合物超電導線にエナメル被覆を施したものの断面図であり、１０１の化合物超電導細線の集合体の周りには、当該集合体１０１を保護し超電導安定性を確保するための銅部材（周辺部）１０３が覆っている。化合物超電導細線の集合体１０１と銅部材１０３の間には熱処理時に超電導体の元素が拡散しないようにＴａなどのバリア材が施されていても良い。そして、この銅部材１０３の周囲にエナメル被覆１０５が施されている。
【００２３】
このように構成された化合物超電導線において化合物超電導細線集合体部１０１の直径ｄ１が銅部材１０３を加えた外直径ｄ２の３分の２以下にすることにより、エナメル被覆時やコイル巻線時の曲げにおける化合物超電導細線集合体に加わる最大曲げ歪みは、銅部材１０３を形成せず集合体部１０１のみで形成されている場合に比べて、３分の２以下に軽減できた。
【００２４】
実施の形態１にて説明したようなエナメル被覆の工程では、化合物超電導線に対し０．５％程度の曲げ歪みが加わる箇所がある。Ｎｂ3Ｓｎ超電導線の場合０．４％以上の曲げ歪みが加わると超電導特性が大きく劣化するので、上記のように集合体部１０１の直径ｄ１が銅部材１０３を加えた外直径ｄ２の３分の２以下となるようにしたことにより、エナメル被覆の工程において集合体部１０１に加わる最大曲げ歪みは０．３％程度になり、大きな超電導特性の低下は生じなかった。
【００２５】
実施の形態３．
次に本発明の実施の形態３による化合物超電導線について説明する。熱処理後の裸線での直径０．６５ｍｍのＮｂ3Ｓｎ線材を直径７５ｍｍの巻枠に２０Ｎの張力で数回巻き付けたものの超電導特性の測定を行った結果、臨界電流は曲げおよび張力を加えない場合の８５％以上が得られた。直径６０ｍｍ以下で２０Ｎ以上の張力を掛けたものの臨界電流は５０％以下と顕著な低下を示した。
【００２６】
そこで、本実施の形態では、本発明の実施の形態１の手法において、さらに、線材直径の５０倍以上の曲げ半径と７０ＭＰａ以下の張力を加え、エナメル絶縁処理を行った。ここで繰り返し曲げの回数はおよそ１２回であった。
【００２７】
上記手法により得られた線材を用いて、直径１２０ｍｍの巻枠に張力をほとんど掛けずに巻き付け臨界電流を測定したところ、上記測定結果とほぼ同じ特性が得られた。これらの結果から、実施の形態１の手法において、線材直径の５０倍以上の曲げ半径と７０ＭＰａ以下の張力を加えエナメル被覆処理を行うことにより、特性を著しく低下させることなく被覆された化合物超電導線を得ることができた。
【００２８】
尚、実施の形態３では、エナメル被覆加工時の条件について述べたが、エナメル絶縁後の化合物超電導線をコイルに巻線する場合においても、線材直径の５０倍以上の曲げ半径と７０ＭＰａ以下の張力の条件で、コイル巻線を実施することにより、超電導特性を低下させることなくコイル化できることは言うまでもない。
【００２９】
実施の形態４．
次に本発明の実施の形態４による化合物超電導線について説明する。超電導線は通電時の損失に伴う超電導安定性（常電導状態に転移することなく、超電導状態を維持する特性）を向上するために、超電導体を例えば数μｍという細い線にして銅などの金属に埋め込んでいる。さらにこの線を捻ることで、より安定性を向上させている。
【００３０】
これまで述べた実施の形態のように化合物超電導体は脆いため超電導細線の直径が１μｍ以下のものではエナメル被覆を施す場合に細線が切れやすくなり超電導特性が低下した。例えば、実施の形態１乃至３で述べた化合物超電導線は超電導細線の直径が２μｍ程度であった。以上の結果から、熱処理した化合物超電導線をエナメル被覆する場合は、超電導細線の直径が１μｍ以上であることが望ましい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明に係る化合物超電導線は、化合物超電導相が形成された化合物超電導裸線にエナメルが被覆された化合物超電導線であるので、絶縁被覆に隙間が無く、コイル化した場合に超電導線の占積率が大きく低下しないという効果がある。又、エナメルは、化合物超電導裸線に対して、該化合物超電導裸線の断面の最小幅に対し５０倍以上の曲げ半径で曲げを複数回施しかつ７０ＭＰａ以下の張力をかけた条件下において、被覆されたので、被覆処理時に超電導特性が顕著に劣化することがないという効果を有する。
【００３３】
又、化合物超電導相はＮｂ3Ｓｎ超電導相であるので、エナメル被覆処理を行う場合に引っ張り応力が加わっても超電導細線が切れにくく超電導特性が顕著に劣化することがないという効果がある。
【００３４】
又、化合物超電導裸線は、化合物超電導細線の集合体部とその周囲に形成された金属もしくは合金からなる周辺部とからなり、化合物超電導細線の径は１μｍ以上であるので、エナメル被覆処理を行う場合に引っ張り応力が加わっても超電導細線が切れにくく超電導特性が顕著に劣化することがないという効果がある。
【００３５】
又、化合物超電導裸線は、化合物超電導細線の集合体部とその周囲に形成された金属もしくは合金からなる周辺部とからなり、上記集合体部の外径は、上記化合物超電導裸線の外径の３分の２以下であるので、エナメル被覆時の複数回の曲げによる超電導特性の低下を防ぐことができるという効果がある。
【００３６】
本発明に係る化合物超電導線の製造方法は、熱処理により化合物超電導相が生成された化合物超電導裸線に、上記化合物超電導裸線の断面の最小幅に対し５０倍以上の曲げ半径で曲げを複数回施しかつ７０ＭＰａ以下の張力をかけた条件下において、エナメルを被覆するので、被覆処理時に超電導特性を顕著に劣化させることがないという効果を有する。
【００３７】
本発明に係る化合物超電導線の製造装置は、化合物超電導相が形成された化合物超電導裸線に、該化合物超電導裸線の断面の最小幅に対し５０倍以上の曲げ半径で曲げを複数回施しかつ７０ＭＰａ以下の張力をかけた条件下において、エナメルを被覆可能なので、被覆処理時に超電導特性を顕著に劣化させることがないという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１による化合物超電導線の加工工程と、従来の工程を比較した図である。
【図２】  本発明の実施の形態１による化合物超電導線のエナメル被覆処理装置を示す図である。
【図３】  絶縁厚さと超電導線の占積率の関係を示すグラフである。
【図４】  本発明の実施の形態２による化合物超電導線を示す断面図である。
【図５】  従来の化合物超電導線の被覆処理方法を示す図である。
【符号の説明】
１，５１  化合物超電導裸線、
２ａ，２ｂ  絶縁テープ、
１０  化合物超電導線、
５３  巻出しドラム、
５５  洗浄器、
５７  エナメル被覆器、
５９  巻取りドラム、
６１  プリー、
１０１  化合物超電導細線集合体部、
１０３  銅部材（周辺部）、
１０５  エナメル。
【図１】
0003674415.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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