(57)【要約】      （修正有）【課題】超電導特性を劣化させずに巻回が正確になされた複雑形状の高温超電導コイルおよびその製造方法を提供する。【解決手段】高温超電導コイル１０は、少なくとも酸化物超電導層を含むテープ状の超電導線材２０と、巻回される超電導線材２０の対向面の間に形成されて剥離および再接着が可能な接着層と、対向面の間に、電気絶縁フィルムをさらに備え、接着層は、超電導線材と電気絶縁フィルムとの界面に形成される構成を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも酸化物超電導層を含むテープ状の超電導線材と、
巻回される前記超電導線材の対向面の間に形成されて剥離および再接着が可能な接着層と、を備えることを特徴とする高温超電導コイル。
【請求項２】
前記接着層は、シリコンまたはウレタンを含む材料からなることを特徴とする請求項１に記載の高温超電導コイル。
【請求項３】
前記対向面の間には、電気絶縁フィルムがさらに備えられ、前記接着層は、前記超電導線材と前記電気絶縁フィルムとの界面に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高温超電導コイル。
【請求項４】
前記電気絶縁フィルムの両面に予め前記接着層が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の高温超電導コイル。
【請求項５】
前記接着層の厚さのばらつきが４０％以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の高温超電導コイル。
【請求項６】
前記接着層および前記電気絶縁フィルムを合わせた厚さのばらつきが４０％以下であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の高温超電導コイル。
【請求項７】
前記超電導線材および前記超電導線材に接着する前記接着層の幅および幅方向の端部が揃えられて巻回されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の高温超電導コイル。
【請求項８】
少なくとも酸化物超電導層を含むテープ状の超電導線材と剥離および再接着が可能な接着層とを並列に組み合わせて巻回することを特徴とする高温超電導コイルの製造方法。
【請求項９】
前記接着層は、電気絶縁フィルムに予め形成された状態で前記超電導線材と並列に組み合わされて巻回されることを特徴とする請求項８に記載の高温超電導コイルの製造方法。
【請求項１０】
前記接着層は、前記対向面を０．３Ｎ／ｃｍ〜１０Ｎ／ｃｍの接着力で接着することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の高温超電導コイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温超電導物質を線材とする高温超電導コイルおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
第二世代の超電導線材と呼ばれるイットリウム系（ＲＥ系）の線材は、コイルとして様々な機器への適用が期待されている。
単純な丸型のコイルであれば、巻回の際、超電導線材（以下、単に「線材」という）にテンションをかけるだけで形状を維持できる。
【０００３】
よって、一般的には線材に電気絶縁フィルムを重ねて線材および電気絶縁フィルムにテンションをかけて巻回し、その後エポキシ樹脂などに含浸してコイルの形状を固定する。
または、線材と電気絶縁フィルムとの界面に硬化性の樹脂を塗布しながら重ねてテンションをかけて巻回してコイルにする。
【０００４】
しかし、コイルの形状は、コイルが適用される機器に合わせて部分的に内層側に凹んだ形状（負曲率部分を有する形状）が要求される場合もある。
さらに、円筒など湾曲したベースに線材を鞍型に配置するような三次元に歪曲した形状が要求される場合もある。
【０００５】
このように、負曲率部分を有するコイルは、線材を巻枠の形状に沿って随時固定して巻回しないと、線材にかかるテンションで負曲率部分が浮いてしまい、要求された形状を維持できない。
【０００６】
三次元に歪曲したコイルに関しても、線材にかかるテンションの分解成分が、巻枠または湾曲したベースを押しつける方向以外にかかると、コイル形状が維持されない。 
そこで、丸線の線材では、三次元に歪曲した形状のコイルを製造する場合、線材を湾曲したベースに融着して位置を固定しながら巻回していた（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１３５０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
線材を湾曲したベースに融着して固定しながら巻回する方法は、丸線には適用できるものの、ＲＥ系の線材のようにテープ状で幅を有する線材には適用することは困難である。
テープ状の線材は、幅方向には容易に湾曲しないため、巻回により、線材の幅方向の端部をベースの曲面に固定することが容易でないからである。
【０００９】
さらに、接着剤を融着させるこの方法をＲＥ系の線材に適用すると、熱または振動により超電導層に変性やクラックなどが生じて超電導特性を劣化させるおそれがある。
さらに、融着の後の巻き戻しが容易でなく、複雑形状に正確に巻回することが困難である。
【００１０】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、超電導特性を劣化させずに巻回が正確になされた複雑形状の高温超電導コイルおよびその製造方法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】
【００１１】
本発明にかかる超電導コイルは、少なくとも酸化物超電導層を含むテープ状の超電導線材と、巻回される前記超電導線材の対向面の間に形成されて剥離および再接着が可能な接着層と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、超電導特性を劣化させずに巻回が正確になされた複雑形状の高温超電導コイルおよびその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（Ａ）は負曲率部分を有する本発明の実施形態にかかる高温超電導コイルの上面図、（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＩ−Ｉ方向の切断図。
【図２】（Ａ）は本発明の実施形態にかかる高温超電導コイルが三次元に歪曲した状態を示す上面図、（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ方向の切断図。
【図３】本発明の実施形態にかかる高温超電導コイルの超電導線材の構成を示す斜視図。
【図４】本発明の実施形態にかかる高温超電導コイルの各部材の配置形状を示す断面図。
【図５】本発明の実施形態にかかる高温超電導コイルを構成する各部材の幅および幅方向の端部が揃えられた状態を示す断面図。
【図６】本発明の実施形態にかかる高温超電導コイルの製造手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１（Ａ）は負曲率部分１１を有する実施形態にかかる高温超電導コイル１０の上面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＩ−Ｉ方向の切断図である。
【００１６】
また、図２（Ａ）は実施形態にかかる高温超電導コイル１０が三次元に歪曲した状態を示す上面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＩＩ−ＩＩ方向の切断図である。
すなわち、図２は、円筒３５など湾曲したベースの曲面に沿って歪曲された高温超電導コイル１０を示している。
【００１７】
図２で示される高温超電導コイル１０のようにその巻枠１７が三次元に歪曲している場合、図２（Ｂ）の断面に負曲率部分１１を有する。
なお、図２（Ｂ）のＩＩ−ＩＩ方向に加え、図２（Ａ）の上面の部分にも図１（Ａ）のような負曲率部分１１を有することも想定できる。
【００１８】
図４は、実施形態にかかる高温超電導コイル１０の各部材の配置形状を示す断面図である。
本発明の実施形態にかかる高温超電導コイル１０は、図４に示されるように、少なくとも酸化物超電導層２５を含むテープ状の超電導線材２０と、巻回される超電導線材２０の対向面３０の間に形成されて剥離および再接着が可能な接着層１５と、を備える。
【００１９】
さらに実施形態にかかる高温超電導コイル１０の対向面３０の間には、電気絶縁フィルム１６がさらに備えられ、接着層１５は、超電導線材２０と電気絶縁フィルム１６との界面に形成されている。
【００２０】
図３は、実施形態にかかる高温超電導コイル１０の超電導線材２０の構成を示す斜視図である。
超電導線材２０は、図３に示されるように、例えば第二世代のＲＥ系の高温超電導物質からなる酸化物超電導層２５を含むテープ状の線材である。
【００２１】
超電導線材２０は、例えば、ステンレスまたは銅などの高強度の金属材質である基板２２と、基板２２の上に形成されて基板２２と酸化物超電導層２５の熱収縮の際に起因する熱歪みを防止する中間層２４と、中間層２４を基板２２の表面に配向させるマグネシウムなどからなる配向層２３と、中間層２４の上に形成される酸化物でできた酸化物超電導層２５と、銀、金または白金などで組成され、酸化物超電導層２５に含まれる酸素が酸化物超電導層２５から拡散することを防止して酸化物超電導層２５を保護する保護層２６と、銅またはアルミニウムなどの良伝導性の金属メッキであり酸化物超電導層２５への過剰電流の迂回経路となってクエンチ現象を防止する安定化層２１と、から構成される。
【００２２】
ただし、超電導線材２０を構成する各層の種類および数はこれに限定されるものではなく、必要に応じて多くても少なくてもよい。
これら超電導線材２０を構成する層は非常に剥離しやすいことが知られおり、超電導性はこの剥離やその他の応力などで容易に喪失する。
【００２３】
接着層１５は、巻回される超電導線材２０の対向面３０（３０ａ，３０ｂ）の間に形成されて剥離および再接着が可能な接着剤からなる。
シリコンまたはウレタンを含む接着剤は剥離性および再接着性に優れ、接着層１５として好適に使用される。
【００２４】
接着層１５は、電気絶縁フィルム１６の両面に予め形成されて絶縁両面テープとなっていると巻回の作業が容易になる。
ただし、接着層１５は、巻回した際に超電導線材２０と電気絶縁フィルム１６との界面に形成されれば、必ずしも電気絶縁フィルム１６の両面に予め形成されている必要はない。
【００２５】
例えば、巻回の際、速乾性のある接着剤を随時塗布または吹き付けて接着層１５を形成することも可能である。
さらに、接着層１５に十分な強度および絶縁性がある場合には電気絶縁フィルム１６を不要とすることもできる。
【００２６】
接着層１５の接着力は、試行実験の結果から０．３Ｎ／ｃｍ〜１０Ｎ／ｃｍにおいて、剥離した際の接着層１５の残留なく巻回しなおせることがわかった。
接着力が１０Ｎ／ｃｍを超えると、巻回しなおす際に、剥離方向に大きな応力がかかってしまい、超電導線材２０を構成する各層が、剥離することがある。
【００２７】
一方、接着力が０．３Ｎ／ｃｍを下回ると、例えば巻回が終盤になったとき、超電導線材２０の自重で接着層１５が剥離してしまう。
また、負曲率部分１１において、超電導線材２０に軽くテンションをかけただけで、接着層１５が剥離してしまう。
つまり、接着力が０．３Ｎ／ｃｍを下回ると、高温超電導コイル１０が要求された形状を維持できなくなってしまう。
【００２８】
例えば、寺島製作所の７６０Ｈまたは７６０２などのシリコンを含む接着剤を使用した両面絶縁テープで好適に巻回しなおすことに成功している。
接着力は、好ましくは１Ｎ／ｃｍ〜８Ｎ／ｃｍ、より好ましくは２Ｎ／ｃｍ〜５Ｎ／ｃｍである。
【００２９】
剥離および再接着が可能な接着層１５を備えることで、接着する位置を随時調整しながら、内層の対向面３０ａに外層の対向面３０ｂを即時に固定していくことができる。
また、超電導線材２０を融着せずに固定できるので、巻回で変性やクラックなどを生じて、超電導線材２０の超電導特性が劣化することもない。
なお、電気絶縁フィルム１６には、例えば、電気絶縁性に優れるポリイミドなどが好適である。
【００３０】
ところで、高温超電導コイル１０の使用の際、液体窒素温度までの冷却により、高温超電導コイル１０を構成する各部材は各々の熱収縮率で熱収縮しようとする。
熱収縮の際の各部材の熱収縮率の違いによって、超電導線材２０に剥離方向の応力がかかり、超電導線材２０の自由な熱収縮を妨げることがある。
【００３１】
しかし、上述のとおり、超電導線材２０を構成する各層は非常に剥離しやすいので、不要な応力が特定の箇所に偏ってかからないことが望ましい。
そこで、特定の箇所に偏った不要な応力を最小限に抑えるために、接着層１５および電気絶縁フィルム１６を合わせた厚さのばらつきを４０％以下とする。
【００３２】
ばらつきを抑えることで、熱収縮で接着層１５および電気絶縁フィルム１６に起因する応力が生じても、その応力が超電導線材２０の特定の箇所のみに偏ることを防止できる。
すなわち、超電導特性を劣化させずに巻回が正確になされた複雑形状の高温超電導コイル１０が提供される。
なお、電気絶縁フィルム１６を用いない場合は、接着層１５の厚さのばらつきを同様に４０％以下にする。
【００３３】
また、図５は、実施形態にかかる高温超電導コイル１０を構成する各部材の幅および幅方向の端部が揃えられた状態を示す断面図である。
図５に示すように、超電導線材２０、超電導線材２０に接着する接着層１５および電気絶縁フィルム１６の幅および幅方向の端部が揃えられて巻回される。
【００３４】
幅および幅方向の端部が揃えられていない場合、巻回されてできる超電導線材２０の対向面３０の間には空隙ができる。
すると、この空隙によって、熱収縮の際に応力に偏りが生じ、上述のように超電導線材２０の各層が剥離して超電導性が喪失しやすくなる。
【００３５】
そこで、接着しあう超電導線材２０、接着層１５および電気絶縁フィルム１６の幅を揃え、平面板３２などで端部を揃えて巻回する。
このように、超電導線材２０の端部に空隙をつくらないために端部を揃えることで高温超電導コイル１０の超電導特性を劣化させずに巻回できる。
【００３６】
次に、実施形態にかかる高温超電導コイル１０の製造手順を、図１および図６を用いて説明する。
図６は実施形態にかかる高温超電導コイル１０の製造手順を示すフローチャートである。
【００３７】
まず、超電導線材２０および電気絶縁フィルム１６を図１（または図２）に示すような負曲率部分１１をもつ巻枠１７に並列に組み合わせて設置する（ステップＳ１１）。
電気絶縁フィルム１６の両面には接着層１５が予め形成され、接着防止フィルム３１（３１ａ，３１ｂ）で被覆しているものとする。
【００３８】
ただし、上述のとおり、必要に応じて、電気絶縁フィルム１６を用いずに電気絶縁性の高い速乾性の接着剤を随時塗布するなどして接着層１５を形成してもよい。
その際、超電導線材２０および電気絶縁フィルム１６の端部に空隙をつくらないために端部を揃える。
【００３９】
巻枠１７は、平面上に回転する回転プレート（図示せず）の回転中心に設置されている。
例えば、製造機器の壁面３３に固定された滑車３４ａ（３４）に超電導線材２０および電気絶縁フィルム１６を重ねて掛ける。
【００４０】
そして、可動な滑車３４ｂ（３４）で、超電導線材２０および電気絶縁フィルム１６を巻枠１７に軽く押しつける。
【００４１】
そして、接着防止フィルム３１の一部を剥離し（ステップＳ１２）、回転プレートを回転させて巻枠１７に合わせて超電導線材２０および電気絶縁フィルム１６を巻回する（ステップＳ１３）。
【００４２】
可動な滑車３４ｂは、巻枠１７の回転に合わせて壁面３３からの脚の長さを変化させて不要な負荷をかけないよう調整されて超電導線材２０を押しつける。
負曲率部分１１が浮いている場合（ステップＳ１４；ＹＥＳ）、超電導線材２０を接着層１５ごと剥離させて巻回しなおす（ステップＳ１６；ステップＳ１３へ）。
【００４３】
負曲率部分１１が浮かずに巻回できている場合は（ステップＳ１４；ＮＯ）、接着防止フィルム３１を剥離しながら巻回を続ける（ステップＳ１５；ＮＯ；ステップＳ１２へ）。
超電導線材２０が全て巻回し終えたら高温超電導コイル１０の製造を終了する（ステップＳ１５；ＹＥＳ）。
【００４４】
なお、巻枠１７は、巻回の後に必要に応じて外す場合と、そのまま残す場合とがある。
また、製造された高温超電導コイル１０の機械的な強度が不十分である場合には、巻回の後に、高温超電導コイル１０の全体を樹脂に含浸するなどして補強してもよい。
【００４５】
以上のように、本発明の実施形態にかかる高温超電導コイル１０は、剥離および再接着が可能な接着層１５を備えることで、超電導特性を劣化させずに複雑形状をとれる。
【００４６】
さらに、接着層１５および電気絶縁フィルム１６を合わせた厚さのばらつきを抑えることで、熱収縮の際に生じる応力が超電導線材２０の特定の箇所のみに偏ることを防止できる。
【００４７】
同様に、超電導線材２０の端部にできる空隙をなくすことで、熱収縮の際に生じる応力が超電導線材２０の特定の箇所のみに偏ることを防止できる。
すなわち、超電導線材２０を構成する各層が剥離して、超電導線材２０の超電導性の喪失を防止でき、高温超電導コイル１０の超電導特性の劣化を防止できる。
【００４８】
また、本発明の実施形態にかかる高温超電導コイル１０の製造方法によれば、超電導線材２０を融着せずに固定できるので、巻回の際に超電導線材２０に変性やクラックなどを生じさせずに負曲率部分１１をもつ高温超電導コイル１０を製造できる。
すなわち、超電導線材２０の超伝導性を劣化させずに複雑形状の高温超電導コイル１０を製造することができる。
【００４９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５０】
１０…高温超電導コイル、１１…負曲率部分、１５…接着層、１６…電気絶縁フィルム、１７…巻枠、２０…超電導線材、２１…安定化層、２２…基板、２３…配向層、２４…中間層、２５…酸化物超電導層、２６…保護層、３０（３０ａ，３０ｂ）…対向面、３１…接着防止フィルム、３２…平面板、３３…壁面、３４（３４ａ，３４ｂ）…滑車、３５…円筒。
【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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