(57)【要約】【課題】超電導コイルの冷却時に超電導材料層が破損することが防止され得る超電導コイルを提供する。【解決手段】超電導コイルは、基板と基板上に設けられた超電導材料層とを含む超電導線材と、シリコーン樹脂からなる第１絶縁体とを備える。超電導線材は、周回毎に空間を置いて巻き回された渦巻形状を有している。超電導コイルの少なくとも内周部分における空間は第１絶縁体のみによって充たされている。第１絶縁体は、少なくとも内周部分において、超電導線材の渦巻形状を保持している。【選択図】図２
2018078210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルであって、
基板と前記基板上に設けられた超電導材料層とを含む超電導線材と、
シリコーン樹脂からなる第１絶縁体とを備え、
前記超電導線材は、周回毎に空間を置いて巻き回された渦巻形状を有し、
前記超電導コイルの少なくとも内周部分における前記空間は前記第１絶縁体のみによって充たされており、
前記第１絶縁体は、前記少なくとも内周部分において、前記超電導線材の前記渦巻形状を保持している、超電導コイル。
【請求項２】
前記空間の全ては、前記第１絶縁体のみによって充たされており、
前記超電導線材の前記渦巻形状は、前記第１絶縁体のみによって保持されている、請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項３】
前記第１絶縁体とは異なる材料からなる第２絶縁体をさらに備え、
前記超電導コイルの外周部分における前記空間は前記第２絶縁体のみによって充たされており、
前記第２絶縁体は、前記外周部分において、前記超電導線材の前記渦巻形状を保持している、請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項４】
前記第２絶縁体は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂及びこれらの組み合わせからなる群から選択される樹脂材料を含む、請求項３に記載の超電導コイル。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超電導コイルと、
前記超電導コイルを収容する断熱容器と、
前記超電導コイルに接続される電源とを備える、超電導機器。
【請求項６】
基板と前記基板上に設けられた超電導材料層とを含む超電導線材を形成することと、
前記超電導線材上にシリコーン樹脂組成物を含む第１絶縁樹脂層を設けることと、
前記第１絶縁樹脂層が設けられた前記超電導線材を渦巻形状に巻回することと、
前記超電導線材を前記渦巻形状に巻回した後に前記第１絶縁樹脂層を硬化して、シリコーン樹脂からなる第１絶縁体を形成することとを備える、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、超電導コイル、超電導機器及び超電導コイルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に超電導材料層が形成された超電導線材を渦巻形状に巻回し、巻回された超電導線材をエポキシ樹脂に含浸することによって形成された超電導コイルが知られている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２４４２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、超電導材料層を超電導状態に遷移させるために超電導コイルを冷却する際に、超電導材料層が破損するという問題があった。具体的には、エポキシ樹脂の熱膨張率は基板の熱膨張率及び超電導材料層の熱膨張率と異なるため、超電導コイルを冷却すると超電導材料層に応力が加わる。超電導材料層の超電導転移温度Ｔc以下である低温では、エポキシ樹脂は弾性を失う。そのため、このような低温において、エポキシ樹脂は上記応力を緩和することができず、応力によって超電導材料層が破損する。
【０００５】
本発明の一態様の目的は、超電導コイルの冷却時に超電導材料層が破損することが防止され得る超電導コイル及びその製造方法を提供することである。
【０００６】
本発明の別の態様の目的は、超電導コイルの冷却時に超電導材料層が破損することが防止され得る超電導コイルを備える超電導機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る超電導コイルは、基板と基板上に設けられた超電導材料層とを含む超電導線材と、シリコーン樹脂からなる第１絶縁体とを備える。超電導線材は、周回毎に空間を置いて巻き回された渦巻形状を有している。超電導コイルの少なくとも内周部分における空間は第１絶縁体のみによって充たされている。第１絶縁体は、少なくとも内周部分において、超電導線材の渦巻形状を保持している。
【０００８】
本発明の一態様に係る超電導機器は、上記超電導コイルと、超電導コイルを収容する断熱容器と、超電導コイルに接続される電源とを備える。
【０００９】
本発明の一態様に係る超電導コイルの製造方法は、基板と基板上に設けられた超電導材料層とを含む超電導線材を形成することと、超電導線材上にシリコーン樹脂組成物を含む第１絶縁樹脂層を設けることと、第１絶縁樹脂層が設けられた超電導線材を渦巻形状に巻回することと、超電導線材を渦巻形状に巻回した後に第１絶縁樹脂層を硬化して、シリコーン樹脂からなる第１絶縁体を形成することとを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様に係る超電導コイル及びその製造方法によれば、超電導コイルの冷却時に超電導材料層が破損することが防止され得る。
【００１１】
本発明の一態様に係る超電導機器によれば、超電導コイルの冷却時に超電導材料層が破損することが防止され得る超電導コイルを備える超電導機器が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る超電導コイルの概略平面図である。
【図２】実施の形態１及び実施の形態２に係る超電導コイルの、図１及び図５に示す断面線ＩＩ−ＩＩにおける概略断面図である。
【図３】実施の形態１に係る超電導コイルの製造工程のフローチャートを示す図である。
【図４】実施の形態１に係る超電導機器の概略図である。
【図５】実施の形態２に係る超電導コイルの概略平面図である。
【図６】実施の形態２に係る超電導コイルの、図５に示す断面線ＶＩ−ＶＩにおける概略断面図である。
【図７】実施の形態２に係る超電導機器の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１４】
（１）本発明の一態様に係る超電導コイル１，１ｂは、基板１１と基板１１上に設けられた超電導材料層１３とを含む超電導線材１０と、シリコーン樹脂からなる第１絶縁体２０とを備える。超電導線材１０は、周回毎に空間を置いて巻き回された渦巻形状を有している。超電導コイル１，１ｂの少なくとも内周部分３における空間は第１絶縁体２０のみによって充たされている。第１絶縁体２０は、少なくとも内周部分３において、超電導線材１０の渦巻形状を保持している。
【００１５】
超電導転移温度Ｔc以下である低温（例えば、液体窒素温度）において、シリコーン樹脂は、エポキシ樹脂よりも柔らかい。そのため、超電導コイル１，１ｂを超電導転移温度Ｔc以下である低温に冷却する際に超電導材料層１３に加わる応力を、シリコーン樹脂からなる第１絶縁体２０は緩和することができる。そのため、超電導コイル１，１ｂの冷却時に超電導材料層１３が破損することが防止され得る。
【００１６】
（２）上記（１）に係る超電導コイル１，１ｂでは、空間の全ては、第１絶縁体２０のみによって充たされている。超電導線材１０の渦巻形状は、第１絶縁体２０のみによって保持されている。そのため、超電導コイル１，１ｂの冷却時に超電導材料層１３が破損することが防止され得る。
【００１７】
（３）上記（１）に係る超電導コイル１ｂは、第１絶縁体２０とは異なる材料からなる第２絶縁体２５をさらに備える。超電導コイル１ｂの外周部分４における空間は第２絶縁体２５のみによって充たされている。第２絶縁体２５は、外周部分４において、超電導線材１０の渦巻形状を保持している。そのため、超電導コイル１ｂの冷却時に超電導材料層１３が破損することが防止され得るとともに、超電導コイル１ｂのコストが低減し得る。
【００１８】
（４）上記（３）に係る超電導コイル１ｂでは、第２絶縁体２５は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂及びこれらの組み合わせからなる群から選択される樹脂材料を含む。そのため、超電導コイル１ｂの冷却時に超電導材料層１３が破損することが防止され得るとともに、超電導コイル１ｂのコストが低減し得る。
【００１９】
（５）本発明の一態様に係る超電導機器３０，３０ｂは、上記（１）から（４）のいずれかに係る超電導コイル１，１ｂと、超電導コイル１，１ｂを収容する断熱容器３１と、超電導コイル１，１ｂに接続される電源３２とを備える。そのため、超電導コイル１，１ｂの冷却時に超電導材料層１３が破損することが防止され得る超電導コイル１，１ｂを備える超電導機器３０，３０ｂが提供され得る。
【００２０】
（６）本発明の一態様に係る超電導コイル１，１ｂの製造方法は、基板１１と基板１１上に設けられた超電導材料層１３とを含む超電導線材１０を形成することと、超電導線材１０上にシリコーン樹脂組成物を含む第１絶縁樹脂層を設けることと、第１絶縁樹脂層が設けられた超電導線材１０を渦巻形状に巻回することと、超電導線材１０を渦巻形状に巻回した後に第１絶縁樹脂層を硬化して、シリコーン樹脂からなる第１絶縁体２０を形成することとを備える。そのため、超電導コイル１，１ｂの冷却時に超電導材料層１３が破損することが防止され得る。
【００２１】
[本発明の実施形態の詳細]
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態の詳細について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。以下に記載する実施の形態の少なくとも一部の構成を任意に組み合わせてもよい。
【００２２】
（実施の形態１）
図１及び図２に示されるように、本実施の形態に係る超電導コイル１は、超電導線材１０と、第１絶縁体２０とを主に備える。
【００２３】
超電導線材１０は、基板１１と、基板１１上に設けられた超電導材料層１３とを含む。超電導線材１０は、中間層１２と、保護層１４と、安定化層１５とをさらに含んでもよい。
【００２４】
基板１１は、金属基板であってもよい。特定的には、基板１１は、配向金属基板であってもよい。配向金属基板は、基板の表面において、結晶方位が揃っている基板を意味する。配向金属基板は、例えば、ＳＵＳまたはハステロイ（登録商標）のベース基板上にニッケル層及び銅層などが配置されたクラッドタイプの金属基板であってもよい。基板１１の材料はこれらに限定されず、例えば金属以外の材料であってもよい。
【００２５】
基板１１は、第１主面１１ａと、第１主面１１ａと反対側の第２主面１１ｂと、第１主面１１ａと第２主面１１ｂとを接続する側面１１ｃとを有している。基板１１は、超電導線材１０に含まれる他の構成要素（中間層１２、超電導材料層１３、保護層１４、安定化層１５）よりも大きな厚さを有している。基板１１の厚さは特に限定されないが、３０μｍ以上であってもよく、特定的には５０μｍ以上であってもよい。基板１１の生産性及びコストを考慮して、基板１１の厚さは、１ｍｍ以下であってもよく、特定的には２００μｍ以下であってもよい。基板１１の厚さは、基板１１の第１主面１１ａと第２主面１１ｂとの間の距離として定義される。
【００２６】
中間層１２は、基板１１の第１主面１１ａ上に設けられている。中間層１２は、基板１１と超電導材料層１３との間に配置されている。中間層１２は、超電導材料層１３との反応性が極めて低く、超電導材料層１３の超電導特性を低下させないような材料を用いることができる。中間層１２は、高温プロセスを利用して超電導材料層１３を形成する際に、基板１１から超電導材料層１３へ金属原子が拡散することを抑制することができる。基板１１がその表面に結晶配向性を有するとき、中間層１２は、基板１１と超電導材料層１３との結晶配向性の差を緩和してもよい。中間層１２は、例えば、０．１μｍ以上３．０μｍ以下の厚さを有してもよい。
【００２７】
中間層１２は、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＣｅＯ２（酸化セリウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、Ｙ２Ｏ３（酸化イットリウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＬａＭｎＯ３（酸化ランタンマンガン）、Ｇｄ2Ｚｒ2Ｏ7（ジルコン酸ガドリニウム）およびＳｒＴｉＯ３（チタン酸ストロンチウム）の少なくとも一つから構成されてもよい。中間層１２は、複数の層により構成されていてもよい。中間層１２の各々が複数の層により構成される場合、複数の層は、互いに異なる材質により構成されてもよいし、一部が同じ材質により構成されかつ残りは互いに異なる材質により構成されてもよい。基板１１としてＳＵＳ基板またはハステロイ基板が用いられる場合、中間層１２は、例えば、ＩＢＡＤ（Ion  Beam  Assisted  Deposition）法にて形成された結晶配向層であってもよい。
【００２８】
中間層１２の、基板１１に面する主面と反対側の主面上に、超電導材料層１３が設けられてもよい。超電導材料層１３は、中間層１２を挟んで基板１１の第１主面１１ａ上に設けられてもよい。超電導材料層１３は、超電導線材１０のうち、超電導電流が流れる部分である。
【００２９】
超電導材料層１３を構成する超電導材料は特に限定されないが、例えば、ＲＥ−１２３系の酸化物超電導体とすることが好ましい。ＲＥ−１２３系の酸化物超電導体は、ＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏy（ｙは６〜８、より好ましくは６．８〜７、ＲＥとはイットリウム、またはＧｄ、Ｓｍ、Ｈｏなどの希土類元素を意味する）として表される超電導体を意味する。超電導材料層１３の厚さは特に限定されないが、超電導材料層１３に流れる超電導電流の臨界電流Ｉcを向上させるために、超電導材料層１３の厚さは、０．５μｍ以上であってもよく、特定的には１．０μｍ以上であってもよい。超電導材料層１３の生産性を考慮して、超電導材料層１３の厚さは１０μｍ以下であってもよく、特定的には５μｍ以下であってもよい。超電導材料層１３は、中間層１２よりも厚くてもよい。
【００３０】
保護層１４は、超電導材料層１３の、中間層１２に面する主面と反対側の主面上に形成されている。保護層１４は、導電材料で構成されてもよい。保護層１４は、例えば、銀（Ａｇ）または銀合金から構成されてもよい。保護層１４の厚さは、例えば、０．１μｍ以上であってもよく、特定的には１μｍ以上であってもよい。保護層１４の厚さは、例えば、２０μｍ以下であってもよく、特定的には１０μｍ以下であってもよい。保護層１４は、超電導材料層１３の側面上に設けられてもよい。保護層１４は、中間層１２の側面上にさらに設けられてもよい。保護層１４は、基板１１の側面１１ｃ上と第２主面１１ｂ上とにさらに設けられてもよい。保護層１４は、基板１１、中間層１２及び超電導材料層１３から構成される積層体（１１，１２，１３）を囲んでもよい。
【００３１】
安定化層１５は、保護層１４上に設けられてもよい。保護層１４は、超電導材料層１３と安定化層１５との間に配置されている。安定化層１５は、基板１１、中間層１２、超電導材料層１３及び保護層１４から構成される積層体（１１，１２，１３，１４）を囲んでもよい。
【００３２】
安定化層１５は、保護層１４とともに、超電導材料層１３が超電導状態から常電導状態に遷移する際に超電導材料層１３を流れていた電流が転流するバイパスとして機能する。安定化層１５は、良導電性の金属材料の箔またはめっき層などからなる。安定化層１５を構成する材料は、たとえば銅（Ｃｕ）または銅合金などが好ましい。安定化層１５の厚さは特に限定されないが、１０μｍ以上であってもよく、特定的には２０μｍ以上であってもよい。安定化層１５の厚さは、１００μｍ以下であってもよく、特定的には５０μｍ以下であってもよい。安定化層１５は、保護層１４よりも厚い。
【００３３】
超電導線材１０は、基板１１、中間層１２、超電導材料層１３、保護層１４及び安定化層１５から構成される積層体（１１，１２，１３，１４，１５）の外周を被覆する絶縁層（図示せず）をさらに含んでもよい。例えば、基板１１、中間層１２、超電導材料層１３、保護層１４及び安定化層１５から構成される積層体（１１，１２，１３，１４，１５）の外周に絶縁テープを巻きつけることによって、基板１１、中間層１２、超電導材料層１３、保護層１４及び安定化層１５から構成される積層体（１１，１２，１３，１４，１５）の外周が絶縁層で被覆されてもよい。
【００３４】
超電導線材１０は、周回毎に空間を置いて巻き回された渦巻形状を有している。超電導コイル１の少なくとも内周部分における互いに隣り合う超電導線材１０の間の空間は、第１絶縁体２０のみによって充たされている。超電導コイル１の少なくとも内周部分における互いに隣り合う超電導線材１０の間には、第１絶縁体２０の単一の層のみが介在している。第１絶縁体２０は、少なくとも内周部分において、超電導線材１０の渦巻形状を保持している。少なくとも内周部分において、第１絶縁体２０のみが、互いに隣り合う超電導線材１０の間に位置して、互いに隣り合う超電導線材１０の間を電気的に絶縁し、かつ、互いに隣り合う超電導線材１０を固着する。
【００３５】
本明細書において、超電導コイル１の内周部分は、超電導コイル１の中心Ｏに相対的に近い部分を意味し、超電導コイル１の外周部分は、超電導コイル１の中心Ｏから相対的に離れた部分を意味する。超電導コイル１の内径ｒ1（図１参照）は、超電導コイル１の中心Ｏと超電導コイル１の内周部分との間の最短距離として定義される。超電導コイル１の外径ｒ2（図１参照）は、超電導コイル１の中心Ｏと超電導コイル１の外周部分との間の最長距離として定義される。超電導コイル１の中心Ｏは、超電導線材１０の渦巻形状の中心であってもよい。
【００３６】
特定的には、本実施の形態の超電導コイル１では、空間の全ては、第１絶縁体２０のみによって充たされてもよい。超電導コイル１の内周部分及び外周部分における互いに隣り合う超電導線材１０の間の空間は、第１絶縁体２０のみによって充たされてもよい。超電導コイル１の内周部分及び外周部分における互いに隣り合う超電導線材１０の間には、第１絶縁体２０の単一の層のみが介在している。超電導線材１０の渦巻形状は、第１絶縁体２０のみによって保持されてもよい。巻回された超電導線材１０の全体にわたって、第１絶縁体２０のみが、互いに隣り合う超電導線材１０の間に位置して、互いに隣り合う超電導線材１０の間を電気的に絶縁し、かつ、互いに隣り合う超電導線材１０を固着してもよい。
【００３７】
第１絶縁体２０は、シリコーン樹脂（シリコーンゴム）からなる。本明細書において、第１絶縁体２０がシリコーン樹脂からなることは、第１絶縁体２０がシリコーン樹脂を主成分として含むことを意味する。具体的には、第１絶縁体２０がシリコーン樹脂からなることは、第１絶縁体２０がシリコーン樹脂に加えて、架橋剤、粘着付加剤、可塑剤、難燃剤、増粘剤、軟化剤のような添加剤と不可避不純物とのみを含み得ることを意味する。
【００３８】
超電導コイル１の内径ｒ1に対する外径ｒ2の比ｒ2／ｒ1は、例えば、１．２以上１０以下であってもよい。比ｒ2／ｒ1は、例えば、３以上８以下であってもよい。
【００３９】
図３を参照して、本実施の形態の超電導コイル１の製造方法の一例を説明する。超電導コイル１の製造方法は、基板１１と基板１１上に設けられた超電導材料層１３とを含む超電導線材１０を形成すること（Ｓ１）を含む。
【００４０】
基板１１と基板１１上に設けられた超電導材料層１３とを含む超電導線材１０を形成すること（Ｓ１）は、基板１１上に中間層１２を形成することを含んでもよい。具体的には、基板１１の第１主面１１ａ上に中間層１２が形成されてもよい。中間層１２の形成方法として、例えばスパッタ法などの物理蒸着法が用いられてもよい。基板１１の第１主面１１ａが配向結晶化されていない場合には、イオンビームアシスト蒸着（ＩＢＡＤ）法によって、配向された中間層１２が形成されてもよい。
【００４１】
超電導線材１０を形成すること（Ｓ１）は、中間層１２上に超電導材料層１３を形成することを含んでもよい。具体的には、中間層１２の基板１１に面する主面と反対側の主面上に、ＲＥ−１２３系の酸化物超電導体を含む超電導材料層１３が形成されてもよい。例えば、気相堆積法、液相堆積法、またはこれらの組合せにより、超電導材料層１３が形成されてもよい。気相堆積法としては、パルスレーザ蒸着法（ＰＬＤ法）、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などが例示され得る。液相堆積法として、有機金属堆積（ＭＯＤ）法が例示され得る。
【００４２】
超電導線材１０を形成すること（Ｓ１）は、超電導材料層１３上に保護層１４を形成することを含んでもよい。具体的には、超電導材料層１３の中間層１２に面する主面と反対側の主面上に、保護層１４が形成されてもよい。保護層１４は、例えば、スパッタなどの物理的蒸着法またはめっき法などにより形成されてもよい。保護層１４は、超電導材料層１３の側面、中間層１２の側面、基板１１の側面１１ｃ及び基板１１の第２主面１１ｂ上にさらに形成されてもよい。
【００４３】
超電導線材１０を形成すること（Ｓ１）は、超電導材料層１３を酸素雰囲気下でアニールすることを含んでもよい。超電導材料層１３を酸素雰囲気下でアニールすることによって、超電導材料層１３に酸素が導入される。
【００４４】
超電導線材１０を形成すること（Ｓ１）は、保護層１４上に安定化層１５を形成することを含んでもよい。保護層１４は、例えば、めっき法によって形成されてもよい。こうして、超電導線材１０が得られる。
【００４５】
図３を参照して、超電導コイル１の製造方法は、超電導線材１０上にシリコーン樹脂組成物を含む第１絶縁樹脂層を設けること（Ｓ２）を含む。例えば、超電導線材１０上に、シリコーン樹脂組成物を含む第１絶縁樹脂層が塗布されてもよい。第１絶縁樹脂層は、シリコーン樹脂組成物に加えて、架橋剤、粘着付加剤、可塑剤、難燃剤、増粘剤、軟化剤のような添加剤を含んでもよい。
【００４６】
図３を参照して、超電導コイル１の製造方法は、第１絶縁樹脂層が設けられた超電導線材１０を渦巻形状に巻回すること（Ｓ３）を含む。例えば、第１絶縁樹脂層が設けられた超電導線材１０を巻枠に巻きつけることにより、超電導線材１０が渦巻形状に巻回されてもよい。巻回された超電導線材１０における互いに隣り合う超電導線材１０の間の空間は、第１絶縁樹脂層のみによって充たされている。
【００４７】
図３を参照して、超電導コイル１の製造方法は、超電導線材１０を渦巻形状に巻回した（Ｓ３）後に第１絶縁樹脂層を硬化して、シリコーン樹脂からなる第１絶縁体２０を形成すること（Ｓ４）を備える。例えば、第１絶縁樹脂層に熱を印加することまたは第１絶縁樹脂層に紫外線を含む光を照射することによって第１絶縁樹脂層を硬化して、シリコーン樹脂からなる第１絶縁体２０が形成されてもよい。こうして、本実施の形態の超電導コイル１は製造され得る。
【００４８】
図４を参照して、本実施の形態の超電導機器３０の一例を説明する。超電導機器３０は、例えば、超電導マグネットであってもよい。本実施の形態の超電導機器３０は、超電導コイル１と、断熱容器３１と、電源３２とを備える。断熱容器３１は、超電導コイル１を収容している。電源３２は、超電導コイル１に接続されている。
【００４９】
超電導コイル１を、超電導材料層１３の超電導転移温度Ｔc以下の低温（例えば、液体窒素温度）に冷却するために、超電導機器３０は、一対の冷却板３４，３５と、冷凍機３７とをさらに備えてもよい。一対の冷却板３４，３５は、超電導コイル１と、冷凍機３７とを熱的に接続している。一対の冷却板３４，３５は、超電導コイル１を挟み、超電導コイル１に面接触している。第１絶縁体２０は、冷却板３４，３５と超電導線材１０との間に配置されて、冷却板３４，３５を超電導線材１０から電気的に絶縁している。冷却板３４，３５と超電導コイル１との間に絶縁板（図示せず）がさらに配置されてもよい。一対の冷却板３４，３５及び冷凍機３７に代えて、断熱容器３１に収容された冷却液（例えば、液体窒素）に超電導コイル１を浸漬することによって、超電導コイル１が冷却されてもよい。
【００５０】
本実施の形態の超電導コイル１及び超電導機器３０の作用及び効果について説明する。
本実施の形態の超電導コイル１は、基板１１と基板１１上に設けられた超電導材料層１３とを含む超電導線材１０と、シリコーン樹脂からなる第１絶縁体２０とを備える。超電導線材１０は、周回毎に空間を置いて巻き回された渦巻形状を有している。超電導コイル１の少なくとも内周部分における空間は第１絶縁体２０のみによって充たされている。第１絶縁体２０は、少なくとも内周部分において、超電導線材１０の渦巻形状を保持している。
【００５１】
超電導転移温度Ｔc以下である低温（例えば、液体窒素温度）において、シリコーン樹脂は、エポキシ樹脂よりも柔らかい。そのため、超電導コイル１を超電導転移温度Ｔc以下である低温に冷却する際に超電導材料層１３に加わる応力は、シリコーン樹脂からなる第１絶縁体２０によって緩和され得る。本実施の形態の超電導コイル１によれば、超電導コイル１の冷却時に超電導材料層１３が破損することが防止され得る。
【００５２】
超電導コイル１の内周部分における超電導線材１０の曲率半径は、超電導コイル１の外周部分における超電導線材１０の曲率半径よりも小さい。そのため、超電導コイル１を冷却する際に超電導コイル１の内周部分において超電導材料層１３に加わる応力は、超電導コイル１の外周部分において超電導材料層１３に加わる応力よりも相対的に大きくなる。本実施の形態の超電導コイル１では、超電導コイル１の少なくとも内周部分における空間はシリコーン樹脂からなる第１絶縁体２０のみによって充たされているため、超電導コイル１の内周部分において超電導材料層１３に発生する相対的に大きな応力は、シリコーン樹脂からなる第１絶縁体２０によって緩和され得る。本実施の形態の超電導コイル１によれば、超電導コイル１の冷却時に超電導材料層１３が破損することが防止され得る。
【００５３】
本実施の形態の超電導コイル１では、少なくとも内周部分における空間は、シリコーン樹脂からなる第１絶縁体２０のみによって充たされている。少なくとも内周部分における空間には、シリコーン樹脂からなる第１絶縁体２０以外の層は存在しない。そのため、互いに隣り合う超電導線材１０の間の間隔が減少し得る。こうして、超電導コイル１の大きさ当たりの超電導線材１０の巻き数が増加し得る。あるいは、超電導線材１０の巻き数当たりの超電導コイル１の大きさが小さくなり得る。
【００５４】
本実施の形態の超電導コイル１では、空間の全ては、第１絶縁体２０のみによって充たされてもよい。超電導線材１０の渦巻形状は、第１絶縁体２０のみによって保持されてもよい。本実施の形態の超電導コイル１によれば、超電導コイル１の冷却時に超電導材料層１３が破損することが防止され得る。超電導コイル１の大きさ当たりの超電導線材１０の巻き数が増加し得る。あるいは、超電導線材１０の巻き数当たりの超電導コイル１の大きさが小さくなり得る。
【００５５】
超電導線材１０の渦巻形状は、シリコーン樹脂からなる第１絶縁体２０のみによって保持されており、シリコーン樹脂からなる第１絶縁体２０は、超電導材料層１３に発生する応力を緩和することができる。そのため、本実施の形態の超電導コイル１によれば、超電導コイル１の内径ｒ1に対する外径ｒ2の比ｒ2／ｒ1が大きくなり得る。
【００５６】
本実施の形態の超電導機器３０は、超電導コイル１と、超電導コイル１を収容する断熱容器３１と、超電導コイル１に接続される電源３２とを備える。超電導コイル１の冷却時に超電導材料層１３が破損することが防止され得る超電導コイル１を備える超電導機器３０が提供され得る。
【００５７】
本実施の形態の超電導コイル１の製造方法は、基板１１と基板１１上に設けられた超電導材料層１３とを含む超電導線材１０を形成することと、超電導線材１０上にシリコーン樹脂組成物を含む第１絶縁樹脂層を設けることと、第１絶縁樹脂層が設けられた超電導線材１０を渦巻形状に巻回することと、超電導線材１０を渦巻形状に巻回した後に、第１絶縁樹脂層を硬化して、シリコーン樹脂からなる第１絶縁体２０を形成することとを備える。本実施の形態の超電導コイル１の製造方法によれば、超電導コイル１の冷却時に超電導材料層１３が破損することが防止され得る。
【００５８】
（実施の形態２）
図５及び図６を参照して、実施の形態２の超電導コイル１ｂについて説明する。本実施の形態の超電導コイル１ｂは、実施の形態１の超電導コイル１と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。
【００５９】
本実施の形態の超電導コイル１ｂでは、超電導コイル１ｂの内周部分３における互いに隣り合う超電導線材１０の間の空間は、第１絶縁体２０のみによって充たされている。超電導コイル１の内周部分における互いに隣り合う超電導線材１０の間には、第１絶縁体２０の単一の層のみが介在している。第１絶縁体２０は、内周部分３において、超電導線材１０の渦巻形状を保持している。内周部分３において、第１絶縁体２０のみが、互いに隣り合う超電導線材１０の間に位置して、互いに隣り合う超電導線材１０の間を電気的に絶縁し、かつ、互いに隣り合う超電導線材１０を固着する。
【００６０】
本実施の形態の超電導コイル１ｂは、第１絶縁体２０とは異なる材料からなる第２絶縁体２５をさらに備える。超電導コイル１ｂの外周部分４における互いに隣り合う超電導線材１０の間の空間は、第２絶縁体２５のみによって充たされている。超電導コイル１の外周部分における互いに隣り合う超電導線材１０の間には、第２絶縁体２５の単一の層のみが介在している。第２絶縁体２５は、外周部分４において、超電導線材１０の渦巻形状を保持している。外周部分４において、第２絶縁体２５のみが、互いに隣り合う超電導線材１０の間に位置して、互いに隣り合う超電導線材１０の間を電気的に絶縁し、かつ、互いに隣り合う超電導線材１０を固着する。
【００６１】
第２絶縁体２５は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂及びこれらの組み合わせからなる群から選択される樹脂材料を含んでもよい。内周部分３の径方向の長さｒ3と外周部分４の径方向の長さｒ4との比ｒ3／ｒ4は、例えば、５／６以上１０以下であってもよい。比ｒ3／ｒ4は、例えば、１以上８以下であってもよい。
【００６２】
本実施の形態の超電導コイル１ｂの製造方法は、実施の形態１の超電導コイル１ｂの製造方法と同様の工程を備えるが、以下の点で異なる。本実施の形態の超電導コイル１ｂの製造方法では、第１絶縁体２０は内周部分３に形成される。本実施の形態の超電導コイル１ｂの製造方法は、外周部分４に第２絶縁体２５を形成することをさらに備えている。外周部分４に第２絶縁体２５を形成することは、例えば、渦巻形状に巻き回された超電導線材１０の間の空間に、第２絶縁樹脂層を充填し、それから第２絶縁樹脂層を硬化することを含んでもよい。
【００６３】
図７を参照して、本実施の形態の超電導機器３０ｂを説明する。本実施の形態の超電導機器３０ｂは、実施の形態１の超電導機器３０と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。本実施の形態の超電導機器３０ｂは、実施の形態１の超電導機器３０における超電導コイル１に代えて、本実施の形態の超電導コイル１ｂを備えている。
【００６４】
本実施の形態の超電導コイル１ｂ及び超電導機器３０ｂの作用及び効果について説明する。
【００６５】
本実施の形態の超電導コイル１ｂは、第１絶縁体２０とは異なる材料からなる第２絶縁体２５をさらに備える。超電導コイル１ｂの外周部分４における空間は、第２絶縁体２５のみによって充たされている。第２絶縁体２５は、外周部分４において、超電導線材１０の渦巻形状を保持している。
【００６６】
超電導コイル１ｂの内周部分３における超電導線材１０の曲率半径は、超電導コイル１ｂの外周部分４における超電導線材１０の曲率半径よりも小さい。そのため、超電導コイル１ｂを冷却する際に超電導コイル１ｂの内周部分３において超電導材料層１３に加わる応力は、超電導コイル１ｂの外周部分４において超電導材料層１３に加わる応力よりも相対的に大きくなる。本実施の形態の超電導コイル１ｂでは、超電導コイル１ｂの内周部分３における空間はシリコーン樹脂からなる第１絶縁体２０のみによって充たされているため、超電導コイル１ｂの内周部分３において超電導材料層１３に発生する相対的に大きな応力は、シリコーン樹脂からなる第１絶縁体２０によって緩和され得る。本実施の形態の超電導コイル１ｂによれば、超電導コイル１ｂの冷却時に超電導材料層１３が破損することが防止され得る。
【００６７】
本実施の形態の超電導コイル１ｂでは、超電導コイル１ｂの外周部分４における空間は、第１絶縁体２０とは異なる材料からなる第２絶縁体２５のみによって充たされている。超電導コイル１ｂの外周部分４において超電導材料層１３に発生する応力は、超電導コイル１ｂを冷却する際に超電導コイル１ｂの内周部分３において超電導材料層１３に加わる応力よりも相対的に小さい。そのため、超電導コイル１ｂの外周部分４における空間が第１絶縁体２０とは異なる材料からなる第２絶縁体２５のみによって充たされていても、超電導コイル１ｂの冷却時に超電導コイル１ｂの外周部分４において超電導材料層１３が破損することが防止され得る。また、超電導コイル１ｂのコストが低減し得る。
【００６８】
本実施の形態の超電導コイル１ｂでは、第２絶縁体２５は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂及びこれらの組み合わせからなる群から選択される樹脂材料を含む。そのため、超電導コイル１ｂの冷却時に超電導材料層１３が破損することが防止され得るとともに、超電導コイル１ｂのコストが低減し得る。
【００６９】
本実施の形態の超電導機器３０ｂは超電導コイル１ｂを備えている。本実施の形態の超電導機器３０ｂによれば、超電導コイル１ｂの冷却時に超電導材料層１３が破損することが防止され得る超電導コイル１ｂを備える超電導機器３０ｂが提供され得るとともに、超電導機器３０ｂのコストが低減し得る。
【００７０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態の少なくとも２つを組み合わせてもよい。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７１】
１，１ｂ  超電導コイル
３  内周部分
４  外周部分
１０  超電導線材
１１  基板
１１ａ  第１主面
１１ｂ  第２主面
１１ｃ  側面
１２  中間層
１３  超電導材料層
１４  保護層
１５  安定化層
２０  第１絶縁体
２５  第２絶縁体
３０，３０ｂ  超電導機器
３１  断熱容器
３２  電源
３４，３５  冷却板
３７  冷凍機
【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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