(57)【要約】【課題】  超電導線と絶縁シートとの間を充填する充填材と絶縁シートとの間の剥離や割れを低減して、超電導線のクエンチ発生を有効に防止した超電導コイルを提供する。【解決手段】  複数層にわたって巻回された超電導線３と、この超電導線３の各層間に介在される電気絶縁性の樹脂シートからなる絶縁シート４，５と、超電導線３と絶縁シート４，５との間に充填された接着性樹脂６とを含む超電導コイルにおいて、絶縁シート４，５は、その表面に易接着処理が施されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数層にわたって巻回された超電導線と、この超電導線の各層間に介在された電気絶縁性の樹脂シートからなる絶縁シートと、上記超電導線と絶縁シートとの間に充填された接着性樹脂とを含む超電導コイルにおいて、上記絶縁シートは、その表面に易接着処理が施されていることを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】
上記超電導線を保持する巻枠を備え、超電導線と上記巻枠と間には、超電導線側から巻枠側に向けて、上記絶縁シートおよびこの絶縁シートよりも接着強度の低い離間シートが順次介在されていることを特徴とする請求項１記載の超電導コイル。
【請求項３】
上記絶縁シートを構成する樹脂シートは、ポリオレフィン系の材料であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の超電導コイル。
【請求項４】
巻枠に易接着処理が施された絶縁シートを施工した後、この絶縁シートの上に複数層にわたって超電導線を巻回するとともに、この超電導線の各層間に易接着処理が施された絶縁シートを介在させ、その後、上記超電導線と絶縁シートとの隙間に接着性樹脂を充填することを特徴とする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、複数層にわたって巻回された超電導線の周りを接着性樹脂で充填固定した構造の超電導コイル、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超電導コイルには、巻枠の周りに複数層にわたって超電導線を巻回しつつ、超電導線と巻枠との間、および超電導線の各層間に絶縁シートをそれぞれ介在し、かつ、超電導線と絶縁シートとの間をエポキシ樹脂接着剤などの接着性樹脂を充填して一体化した構成のものがある。
【０００３】
ここに、上記の絶縁シートは、径方向に重なり合う超電導線が線間の窪みに落ち込んで巻き付け状態が不整列になるのを防止するとともに、超電導線の各層間や巻枠との間に十分な電気絶縁性を確保するなどのために設けられている。そして、この場合の絶縁シートとしては、従来、比較的低価格なポリエステルやポリエチレン等からなる電気絶縁性の樹脂シートが使用されている。
【０００４】
また、超電導線と絶縁シートとの間を接着性樹脂で充填するのは、超電導線の超電導状態が破壊される現象である、いわゆるクエンチを防止するためである。すなわち、超電導コイルの冷却時にはその構成部材の熱収縮差によって冷却応力が発生し、また、超電導コイルの励磁時には電磁応力が発生する。このとき、これらの応力によって超電導線が簡単に動くと、その機械的な動きに伴う発熱によって超電導線が局部的に臨界温度以上になってクエンチするので、超電導線が容易に動かないように接着性樹脂で強固に固定している。
【０００５】
一方、従来技術では、超電導線と絶縁シートとの間を接着性樹脂で充填する代わりに、超電導線の表面に接着性被膜を施し、この接着性被膜により超電導線を絶縁シートや巻枠に接着固定することにより超電導線の動きを抑制してクエンチ発生を防止するようにしたものも提案されている（例えば、特許文献１等参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１２５５２７号公報（２〜３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、超電導線と絶縁シートとの間を接着性樹脂で充填した従来構成のものは、超電導線と充填材との間の界面の接着強度が大きくても、絶縁シートと接着性樹脂との間の接着強度が小さい。そのため、上述した冷却応力や電磁応力が発生したときには両者間の界面が剥離したり割れが発生し、そのときの発熱が絶縁シートに近接する超電導線の表面に伝わって超電導線がクエンチし易いという問題がある。
【０００８】
また、特許文献１に記載されている従来技術のものは、超電導線と絶縁シートとの間に冷却通路が確保されているので超電導線に対する冷却能は高くなるものの、超電導線と絶縁シートとの間が接着性樹脂で充填されてない分だけ超電導コイル全体の固定強度が弱く、冷却応力や電磁応力が生じたとき超電導線が容易に動いてクエンチが生じ易い。また、超電導線の表面に接着性被膜を施していても、絶縁シートとの間の接着強度が高くなった分けではないので、冷却応力や電磁応力が発生したときには接着性被膜と絶縁シートとの間の界面が容易に剥離する。このため、超電導線の周りに冷却通路を確保して冷却能を高めただけでは超電導線のクエンチ発生を十分に抑制することができない。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、超電導線と絶縁シートとの間を接着性樹脂で充填する場合において、絶縁シートと接着性樹脂間の接着強度を従来よりも大幅に高めることにより、冷却応力や電磁応力が発生したときでも超電導線が容易に動かないようにして、クエンチが発生し難く、しかも、比較的低コストで実現することが可能な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】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明は、複数層にわたって巻回された超電導線と、この超電導線の各層間に介在される電気絶縁性の樹脂シートからなる絶縁シートと、上記超電導線と絶縁シートとの間に充填される接着性樹脂とを含む超電導コイルにおいて、絶縁シートの表面は接着性向上のための表面処理（すなわち、易接着処理）が施されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、超電導線の各層間に易接着処理が施された絶縁シートを介在させているので、超電導線と絶縁シートとの間を接着性樹脂で充填する場合に、絶縁シートと接着性樹脂間の接着強度を従来よりも大幅に高めることができる。このため、冷却応力や電磁応力が発生したときでも接着性樹脂と絶縁シートとの界面での剥離や割れなどが生じない。したがって、絶縁シートに近接した超電導線の表面に発熱が伝わるといったことはなく、超電導線のクエンチ発生を十分に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における超電導コイルの断面図、図２は同超電導コイルの一部を拡大して示す断面図である。
【００１３】
この実施の形態１における超電導コイル１は、ステンレス鋼等できた糸巻円筒状の巻枠２を備える。そして、この巻枠２の胴部外周には、複数層にわたって超電導線３が巻回されている。この場合の超電導線３としては、例えば、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎ等の線材が使用され、その表面には図示しない絶縁被膜が予め形成されている。また、巻枠２と超電導線３との間、および超電導線３の各層間にはそれぞれ絶縁シート４，５が介在されている。さらに、超電導線３と絶縁シート４，５との間にはエポキシ樹脂接着剤などの接着性樹脂６が充填されている。
【００１４】
この実施の形態１の特徴として、上記の絶縁シート４，５は、ポリエチレン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のポリオレフィン系樹脂でできた厚さ数百μｍ程度の樹脂シートを素材としたもので、その両面は接着性向上のための易接着処理が施されている。具体的な易接着処理として、この実施の形態１ではコロナ放電が生じる電界内を樹脂シートを通過させて表面の分子が他の樹脂と親和性をもつように改質させるコロナ放電処理が施されている。
【００１５】
このように、この実施の形態１の超電導コイル１は、巻枠２と超電導線３との間、および超電導線３の各層間に易接着処理が施された絶縁シート４，５を介在させているので、超電導線３と絶縁シート４，５との隙間を接着性樹脂６で充填する場合に、絶縁シート４，５と接着性樹脂間６の接着強度を従来よりも大幅に高めることができる。したがって、冷却応力や電磁応力が発生したときでも接着性樹脂６と絶縁シート４，５との界面での剥離や割れなどが生じないので、絶縁シート４，５に近接した超電導線３の表面に発熱が伝わるといったことはなく、超電導線３のクエンチ発生を十分に抑制することができる。
【００１６】
この構成の超電導コイル１の製作に際しては、まず、巻枠２の超電導線巻付側の面に易接着処理が施された絶縁シート５を施工する。なお、この実施の形態１の場合、絶縁シート５は、その両面が易接着処理されているが、巻枠２と対面する側の面は必ずしも易接着処理されていなくてもよい。
【００１７】
次に、絶縁シート５を施工した巻枠２の胴部外周に複数層にわたって超電導線３を巻き付けるが、その際、この超電導線３の各層間には、両面に易接着処理された絶縁シート４を介在させる。その後、例えば真空含漬法等によって超電導線３と絶縁シート４，５との隙間にエポキシ樹脂接着剤などの接着性樹脂６を充填して硬化させる。
【００１８】
この超電導コイル１の製造方法によれば、製造手順は従来と基本的に同じで、異なる点は易接着処理を施した絶縁シート４，５を使用するだけであり、それにもかかわらず超電導コイル１のクエンチ発生を有効に防止することができ、絶縁シート４，５と接着性樹脂６を溶着するなどの複雑な手法は不要である。したがって、所望の特性を有する超電導コイル１を比較的安価に製作することができる。
【００１９】
実施の形態２．
図３はこの実施の形態２における超電導コイルの一部を示す断面図であり、図１および図２に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一の符号を付す。
【００２０】
この実施の形態２における超電導コイルの特徴は、超電導線３を保持する巻枠２とこれに巻き付けられる超電導線３との間に、超電導線３側から巻枠２側に向けて、絶縁シート５およびこの絶縁シート５よりも接着強度の低い離間シート７が順次介在されていることである。
【００２１】
この実施の形態２の場合、絶縁シート５の両面が易接着処理されているが、巻枠２と対向する側の面は必ずしも易接着処理されていなくてもよい。また、離間シート７は、絶縁シート５と同じ素材で、かつ易接着処理を施していない樹脂シートを適用することができる。この場合は絶縁シート５と離間シート７の素材が同じになるので、取り扱いが容易でコストダウンを図る上で都合がよい。なお、離間シート７としては、接着性の低いテフロン（登録商標）などの樹脂シートを使用することも可能である。
【００２２】
このように、この実施の形態２では、巻枠７と絶縁シート５との間に離間シート７を介在させたので、超電導線３に冷却応力や電磁応力が加わっても、巻枠７と離間シート７との間で容易に滑りが生じて歪み応力が解放される。このため、超電導線３が機械的に動いて発熱することがない。しかも、その際の応力解放に伴う発熱は離間シート７や絶縁シート５によって断熱されるので、超電導線３の表面に発熱が伝わることはない。そのため、実施の形態１の場合よりもさらに超電導線のクエンチ発生を抑制することができる。
【００２３】
その他の構成および作用効果は実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。また、その製造方法についても、巻枠２の外周に易接着処理が施された絶縁シート５を施工する前に予め離間シート７を施工しておく点を除けば実施の形態１の場合と同様であるから、詳しい説明は省略する。
【００２４】
なお、上記の実施の形態１，２では、絶縁シート４，５の易接着処理としてコロナ放電処理を施した場合について説明したが、易接着処理としてはこのようなコロナ放電処理に限定されるものではなく、例えば、樹脂シートを移動させながらその表面に紫外線を照射して改質させる紫外線照射処理、または樹脂シートを移動させながらその表面をガス炎であぶって表面分子に酸素結合あるいは二重結合をさせるフレーム処理、あるいは樹脂シートを移動させながらその表面に微細粒子を照射して表面を粗すブラスト処理などを適用することができる。さらに、上記の各処理の前処理として予め樹脂シートの表面を塩素系溶剤などで洗浄して不純物を除去する溶剤処理などを組み合わせることも可能である。
【００２５】
次に、上記の実施の形態１，２で使用する易接着処理を施した絶縁シートの接着強度、およびこの絶縁シートを使用して超電導コイルを構成した場合のクエンチ抑制効果の確認実験を行った実施例について説明する。
【００２６】
実施例１．
この実施例１は、易接着処理としてコロナ放電処理を施した絶縁シートの接着強度を調べたものである。
【００２７】
測定対象となる試料は、易接着処理としてコロナ放電処理を施した一対の絶縁シートの対向面間を接着性樹脂となるべきエポキシ樹脂接着剤で接着したものを用いた。この場合の絶縁シートの厚さは１００μｍ、横幅は２５μｍのものを使用している。また、この試料の接着強度の測定には、互いに接着された一対の絶縁シートを互いに引き剥がす、いわゆるピーリング試験を実施した。このピーリング試験を実施して接着強度を測定した結果を表１に示す。なお、表１には、比較のために易接着処理を施していない絶縁シートについて同様にピーリング試験を実施した結果についても記載している。
【表１】
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【００２８】
この表１から明らかなように、易接着処理を施していないポリエステルやポリエチレンテレフタレートからなる絶縁シートは、接着強度が４Ｎ以下と低い値であるのに対して、易接着処理を施したポリエチレンテレフタレートからなる絶縁シートは、接着強度が１５Ｎ以上になり、非処理のものに比べて接着強度が４倍以上に向上していることが理解される。
【００２９】
実施例２．
この実施例２は、易接着処理を施した絶縁シートを使用して超電導コイルを構成した場合のクエンチ抑制効果の確認実験を行ったものである。
【００３０】
測定対象となる試料は、実際の超電導コイルを使用するとサイズが大き過ぎるので、模擬的に、巻付上下幅４０ｍｍ、巻付厚さ３０ｍｍ、奥行長１００ｍｍ寸法の箱型の容器を使用し、この容器に外径が１．４ｍｍの超電導線を複数層に積層して配列するとともに、各層間に絶縁シートを介在させた後、超電導線と絶縁シートとの隙間にエポキシ樹脂接着剤を真空含浸により充填して硬化させた。そして、この試料を液体窒素で冷却して、冷却応力による試料内部の絶縁シート界面の剥離や割れの有無をアコースティックエミッション（ＡＥ）により測定し、その経時変化を調べた。その結果を図４に示す。
【００３１】
ここに、同図（ａ）は、コロナ放電処理を施したポリエチレンテレフタレートからなる絶縁シートを用いた本発明に該当する試料（以下、本発明該当試料という）の測定結果を、同図（ｂ）は比較のために、易接着処理を施していないポリエステルからなる絶縁シートを用いた従来技術に該当する試料（以下、従来該当試料という）の測定結果をそれぞれ示している。
【００３２】
図４（ｂ）に示す従来該当試料では、初期冷却時のＡＥ発生のカウント数が１３３０カウントであるのに対して、図４（ａ）に示す本発明該当試料では初期冷却時のＡＥ発生のカウント数が２４５カウントであり、本発明該当試料のＡＥ発生頻度は、従来該当試料の比べて１／５以下である。また、従来該当試料は、約５日間の冷却保持期間中に１９回のＡＥが発生しているのに対して、本発明該当試料は約１３日間の冷却保持期間中でもＡＥの発生はなく、冷却保持期間中に絶縁シートと充填材との間で剥離や割れが生じていないことが分かる。
【００３３】
このように、超電導コイルに易接着処理を施した絶縁シート４，５を使用することにより、接着性樹脂６との界面での接着強度が高くなって剥離や割れが生じ難くなるので、超電導コイルのクエンチ発生を有効に防止できることが理解される。
【００３４】
なお、従来、樹脂シートとしてポリイミドアミド樹脂が市販されている。このポリイミドアミド樹脂は、特に易接着処理をしなくてもエポキシ樹脂接着剤などの接着性樹脂との間で比較的大きな接着強度を得ることができるが、この実施の形態１，２で使用しているポリオレフィン系樹脂に比べてはるかに高価（約一桁分の価格差）であるので、このようなポリイミドアミド樹脂を使用するのは実用上適切でない。この実施の形態１，２のように絶縁シート４，５の素材としてポリオレフィン系樹脂（例えばＰＥＴ）を使用する場合、易接着処理を施しても価格はせいぜい数１０％程度上昇するに留まるので実用上、極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１における超電導コイルを示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における超電導コイルの一部を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２における超電導コイルの一部を示す断面図である。
【図４】易接着処理を施した絶縁シートと易接着処理を施さない絶縁シートをそれぞれ使用して超電導コイルを構成した場合において、絶縁シートの剥離や割れ発生頻度の経時変化をアコースティックエミッション（ＡＥ）により測定した結果を示す特性図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  超電導コイル、２  巻枠、３  超電導線、４，５  絶縁シート、６  接着性樹脂、７  離間シート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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