(57)【要約】【課題】クエンチが発生したときに超電導線材の保護機能に優れ、超電導特性を良好に維持することができる超電導線材及びそれを用いた超電導コイルを提供する。【解決手段】超電導線材１１は、基板１２上に中間層１３を介して希土類系酸化物超電導体による超電導層１４が形成され、該超電導層１４上に保護層１５を介して銅よりなる安定化層１６が被覆され、さらにその上に銅よりも柔らかい金属で形成された金属層１７が設けられて構成されている。金属層１７を形成する金属は、モース硬さが３．０未満の金属であることが好ましい。金属層１７を形成する金属として具体的には、インジウム、鉛、錫、ビスマス又は銀が好ましい。前記安定化層１６の厚さは５〜３０μｍに設定され、金属層１７の厚さは５〜２０μｍに設定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に中間層を介して希土類系酸化物超電導体による超電導層が形成され、該超電導層上に保護層を介して銅よりなる安定化層が形成されたテープ状の超電導線材であって、
前記安定化層上には銅よりも柔らかい金属で形成された金属層を設けたことを特徴とする超電導線材。
【請求項２】
前記金属層を形成する金属は、モース硬さが３．０未満の金属であることを特徴とする請求項１に記載の超電導線材。
【請求項３】
前記安定化層の厚さは５〜３０μｍであるとともに、金属層の厚さは５〜２０μｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超電導線材。
【請求項４】
前記金属層を形成する金属は、インジウム、鉛、錫、ビスマス又は銀であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の超電導線材。
【請求項５】
前記金属層を形成する金属は、安定化層を形成する銅よりも電気抵抗率が高い金属であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の超電導線材。
【請求項６】
前記安定化層は銅めっきによって形成されるとともに、金属層は銅よりも柔らかい金属のめっきによって形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の超電導線材。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の超電導線材は、その金属層が密着した状態で巻回されて形成されていることを特徴とする超電導コイル。
【請求項８】
前記超電導線材の内周面及び外周面には、超電導線材を巻回したときに係合する係合部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の超電導コイル。
【請求項９】
前記係合部は、超電導線材の長さ方向に延びる係合凸部及び係合凹部と、それらの係合凸部及び係合凹部間の段差部とにより形成されていることを特徴とする請求項８に記載の超電導コイル。
【請求項１０】
前記超電導線材の金属層は、金属ペーストの塗布及び乾燥により形成されていることを特徴とする請求項７に記載の超電導コイル。
【請求項１１】
前記超電導線材は内周枠の周りに巻回され、その外周に外周枠が配置されるとともに、巻回された超電導線材を跨ぐように内周枠と外周枠との間には規制プレートが固着され、内周枠、外周枠及び規制プレートにより形成されたコイルケース内には熱伝導性の充填剤が装填されていることを特徴とする請求項１０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、希土類系酸化物超電導体により形成された超電導線材を巻回してなる超電導コイルの使用時にクエンチが生じたとき、十分な保護機能を発揮することができる超電導線材及びそれを用いた超電導コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、希土類系酸化物超電導体による超電導線材を用いた超電導コイルにおいては、使用時にクエンチが発生しても拡大しないことから、クエンチの検出が難しい。このため、クエンチの検出までに局部的に高温部（ヒートスポット）が生じ、超電導コイルの特性が低下する。この超電導線材は、基板上に中間層を介して希土類系酸化物超電導体による超電導層が形成されて構成され、その超電導層上に銀等の保護層を介して銅等による安定化層を形成することにより、クエンチが発生したときにその安定化層にも電流が流れるようにすることで発熱を抑え、超電導線材の損傷を防止することが考えられる。
【０００３】
この種の超電導コイルを形成する超電導線材（超電導体）が、例えば特許文献１に記載されている。この超電導線材は、複数本の超電導体素線を撚り合せた超電導平角成形撚線の外周に安定化導電材を一体化したものである。安定化導電材は、高純度アルミニウム層と硬質導電金属としての銅層とから形成され、高純度アルミニウム層が超電導平角成形撚線の外周に密着され、銅層がその高純度アルミニウム層の外周に密着されている。そして、超電導コイルの使用時にクエンチが発生したとき、電流が電気抵抗の小さい高純度アルミニウム層へ流れ、超電導コイルにおける局部的な発熱を低減できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１６２６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した特許文献１に記載されている従来構成の超電導線材においては、超電導平角成形撚線の外周に電気抵抗の小さい高純度アルミニウム層が形成されているため、クエンチ発生時には電流が高純度アルミニウム層へ速やかに流れる。しかしながら、一般には超電導線材の外周に絶縁被覆が施されていることから、超電導層から高純度アルミニウム層へ流れる電流は超電導線材内に限られ、隣り合う超電導線材間に電流は移行しない。従って、クエンチに対する超電導線材の保護機能が不十分であり、超電導線材が局部的に損傷を受けるおそれがあって、超電導特性を良好に維持することは困難であった。
【０００６】
そこで、本発明の目的とするところは、クエンチが発生したときに超電導線材の保護機能に優れ、超電導特性を良好に維持することができる超電導線材及びそれを用いた超電導コイルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明の超電導線材は、基板上に中間層を介して希土類系酸化物超電導体による超電導層が形成され、該超電導層上に保護層を介して銅よりなる安定化層が形成されたテープ状の超電導線材であって、前記安定化層上には銅よりも柔らかい金属で形成された金属層を設けたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明の超電導線材は、請求項１に係る発明において、前記金属層を形成する金属は、モース硬さが３．０未満の金属であることを特徴とする。
請求項３に記載の発明の超電導線材は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記安定化層の厚さは５〜３０μｍであるとともに、金属層の厚さは５〜２０μｍであることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明の超電導線材は、請求項１から請求項３のいずれか一項に係る発明において、前記金属層を形成する金属は、インジウム、鉛、錫、ビスマス又は銀であることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明の超電導線材は、請求項１から請求項３のいずれか一項に係る発明において、前記金属層を形成する金属は、安定化層を形成する銅よりも電気抵抗率が高い金属であることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明の超電導線材は、請求項１から請求項５のいずれか一項に係る発明において、前記安定化層は銅めっきによって形成されるとともに、金属層は銅よりも柔らかい金属のめっきによって形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明の超電導コイルは、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の超電導線材は、その金属層が密着した状態で巻回されて形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明の超電導コイルは、請求項７に係る発明において、前記超電導線材の内周面及び外周面には、超電導線材を巻回したときに係合する係合部が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載の発明の超電導コイルは、請求項８に係る発明において、前記係合部は、超電導線材の長さ方向に延びる係合凸部及び係合凹部と、それらの係合凸部及び係合凹部間の段差部とにより形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に記載の発明の超電導コイルは、請求項７に係る発明において、前記超電導線材の金属層は、金属ペーストの塗布及び乾燥により形成されていることを特徴とする。
請求項１１に記載の発明の超電導コイルは、請求項１０に係る発明において、前記超電導線材は内周枠の周りに巻回され、その外周に外周枠が配置されるとともに、巻回された超電導線材を跨ぐように内周枠と外周枠との間には規制プレートが固着され、内周枠、外周枠及び規制プレートにより形成されたコイルケース内には熱伝導性の充填剤が装填されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の超電導線材によれば、クエンチが発生したときに超電導線材の保護機能に優れ、超電導特性を良好に維持することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態における超電導線材の構造を模式的に示す断面図。
【図２】超電導コイルとしてのシングルパンケーキコイルを示す斜視図。
【図３】シングルパンケーキコイルを示す部分断面図。
【図４】超電導コイルとしてのダブルパンケーキコイルを示す斜視図。
【図５】ダブルパンケーキコイルを示す部分断面図。
【図６】実施例１において、金属層を鉛により形成した超電導線材による超電導コイルに通電したときの電流と電圧との関係を示すグラフ。
【図７】比較例１において、金属層を形成しない超電導線材による超電導コイルに通電したときの電流と電圧との関係を示すグラフ。
【図８】実施例２において、金属層を錫により形成した超電導線材による超電導コイルに通電したときの電流と電圧との関係を示すグラフ。
【図９】第２実施形態における超電導コイルを示す部分拡大断面図。
【図１０】第２実施形態において、超電導線材の金属層をめっきによって製造する状態を模式的に示す断面図。
【図１１】実施例３において、超電導コイルに通電したときの電流と電圧との関係を示すグラフ。
【図１２】第３実施形態において、超電導線材の金属層をダイスによって製造する状態を模式的に示す断面図。
【図１３】第３実施形態における超電導線材の構造を模式的に示す断面図。
【図１４】第３実施形態の超電導コイルを示す部分拡大断面図。
【図１５】実施例４において、超電導コイルに通電したときの電流と電圧との関係を示すグラフ。
【図１６】第４実施形態において、超電導線材の金属層を金属ペーストによって製造した超電導線材を示す拡大断面図。
【図１７】第４実施形態において、超電導コイルをコイルケース内に収容した状態を示す部分拡大断面図。
【図１８】図１７の状態で、超電導コイルの端面と規制プレートとの間の隙間に熱伝導性の充填剤を装填した状態を示す部分拡大断面図。
【図１９】実施例５において、超電導コイルに通電したときの電流と電圧との関係を示すグラフ。
【図２０】本発明の超電導線材の別例を示す拡大断面図。
【図２１】本発明の超電導線材のさらなる別例を示す拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図１〜図５に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、テープ状をなす超電導線材１１は、基板１２上に中間層１３を介して超電導層１４が形成され、それらの外周部に保護層１５を介して銅製の安定化層１６が被覆され、その安定化層１６を覆うように銅より柔らかい金属製の金属層１７が形成されて構成されている。なお、図１、図３及び図５は、理解を容易にするため模式的に描かれ、各層の厚さは実際より厚く描かれている。後述する第２〜第４実施形態の各図においても、同様に模式的に描かれている。
【００１９】
前記基板１２は、ニッケル合金（ハステロイ）、銀、銀合金等の金属により、例えば厚さ１００μｍ、幅１０ｍｍに形成されている。中間層１３は、ガドリニウム・ジルコニウム酸化物（Ｇｄ・Ｚｒ酸化物）、マグネシウム（Ｍｇ）・ランタン（Ｌａ）・マンガン（Ｍｎ）系酸化物、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、イットリウム安定化ジルコニウム（ＹＳＺ）、バリウム・ジルコニウム酸化物（Ｂａ・Ｚｒ酸化物）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）等の化合物により、例えば厚さ５００ｎｍ、幅１０ｍｍに形成されている。
【００２０】
超電導層１４は、希土類系酸化物超電導体のＣＶＤ法（化学蒸着法）により、例えば厚さ約１μｍ、幅１０ｍｍに形成されている。希土類元素としては、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、イットリウム（Ｙ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等が挙げられる。希土類系酸化物としては、ＲＥ・Ｂａ・Ｃｕ・Ｏ等が挙げられる。但し、ＲＥは希土類元素を表す。この超電導層１４として具体的には、イットリウム・バリウム・銅酸化物（Ｙ・Ｂａ・Ｃｕ酸化物）、ランタン・バリウム・銅酸化物（Ｌａ・Ｂａ・Ｃｕ酸化物）等が挙げられる。
【００２１】
前記保護層１５は、銀、銀合金等の金属によって形成され、超電導層１４を被覆して保護するように構成されている。この保護層１５は、例えば銀等の金属のスパッタリングによって２〜８μｍ程度の厚さに形成される。
【００２２】
前記安定化層１６は銅により形成され、超電導状態が不安定になって抵抗が生じた場合でも、超電導層１４に流れている電流を保護層１５から安定化層１６に迂回させて後述する超電導コイル１０の超電導特性を安定化させる機能を有している。安定化層１６を形成する銅には銅合金も含まれる。この安定化層１６の厚さは通電電流の大きさに応じて厚くなるが、実用的には５〜３０μｍであることが好ましい。安定化層１６の厚さが５μｍより薄い場合には、安定化層１６を流れる電流量が低下し、安定化層１６としての機能が十分に発揮できなくなって好ましくない。その一方、安定化層１６の厚さが３０μｍより厚い場合には、超電導線材１１の剛性が高くなって取扱いが難しくなる傾向にあり、超電導コイル１０の形成が困難になったりして好ましくない。
【００２３】
この安定化層１６は、銅めっきによって形成されることが好ましい。銅めっきは電気めっきの常法に従って行われるが、硫酸銅等のめっき液を用い、電極間に所要の電流を流すことにより行われる。この銅めっきにより、安定化層１６を容易かつ安定した状態で形成することができる。
【００２４】
次に、前記金属層１７は、安定化層１６を形成する銅よりも柔らかい金属により形成され、超電導線材１１を巻回して超電導コイル１０を形成したとき、隣り合う超電導線材１１の金属層１７間の密着性が良く、超電導線材１１間の接触抵抗を低減できるようになっている。そして、超電導コイル１０の使用時にクエンチが生じた場合には、隣接する超電導線材１１の金属層１７へ電流を流して局部的な発熱を抑え、超電導線材１１を保護できるようになっている。
【００２５】
金属層１７を形成する金属としては、モース硬さ（モース硬度）が３．０未満の金属であることが好ましい。なお、銅のモース硬さは３．０である。この金属のモース硬さが３．０以上の場合には、超電導線材１１を巻回して超電導コイル１０を形成したとき、金属層１７間の密着性が悪くなって超電導線材１１間の接触抵抗が高くなり、クエンチが生じたときに発生電圧が高くなって超電導コイル１０を保護することが難しくなる。
【００２６】
金属層１７を形成する金属として具体的には、インジウム（Ｉｎ、モース硬さは１．２）、鉛（Ｐｂ、モース硬さは１．５）、錫（Ｓｎ、モース硬さは１．５〜１．８）、ビスマス（Ｂｉ、モース硬さは２．５）又は銀（Ａｇ、モース硬さは２．０）或いはそれらの金属を主成分として含む合金が好ましい。
【００２７】
また、金属層１７を形成する金属は、安定化層１６を形成する銅よりも電気抵抗率（体積抵抗率）が高い金属であることが好ましい。この電気抵抗率（Ω・ｍ）は、電気の通し難さを示す単位であり、銅の電気抵抗率は１．６８ｎΩ・ｍ（１．６８×１０−８Ω・ｍ）である。金属層１７を形成する金属が銅よりも電気抵抗率の高い金属であることにより、クエンチ時に超電導層１４から保護層１５、安定化層１６を経て金属層１７へ流れる電流を抑えて、超電導線材１１間の融着による結合を抑制することができる。
【００２８】
銅よりも電気抵抗率の高い金属としては、インジウム（電気抵抗率は８３．７ｎΩ・ｍ）、鉛（電気抵抗率は２０．８ｎΩ・ｍ）、錫（電気抵抗率は１０．９ｎΩ・ｍ）、ビスマス（電気抵抗率は１２．９ｎΩ・ｍ）等が挙げられる。
【００２９】
金属層１７を形成する金属の電気抵抗率の上限は、１００ｎΩ・ｍ程度であることが好ましい。この金属の電気抵抗率が１００ｎΩ・ｍより高い場合には、電気抵抗率が高くなり過ぎて、クエンチ時に安定化層１６から金属層１７へ流れる電流が過度に抑えられ、金属層１７によって超電導線材１１を保護することが困難になる。
【００３０】
金属層１７の厚さは５〜２０μｍであることが好ましい。金属層１７の厚さが５μｍより薄い場合には、金属層１７を流れる電流量が低下し、金属層１７としての機能が十分に発揮できなくなって好ましくない。その一方、金属層１７の厚さが２０μｍより厚い場合には、隣接する超電導線材１１の金属層１７間における密着性が低下し、超電導線材１１間の接触抵抗が高くなって好ましくない。
【００３１】
前記金属層１７は、銅より柔らかい金属のめっきにより形成されることが好ましい。この金属めっきは電気めっきの常法に従って行われるが、当該金属のめっき液を用い、電極間に所定電流を流すことにより行われる。この金属めっきにより、金属層１７を容易かつ安定した状態で形成することができる。
【００３２】
図２に示すように、超電導コイル１０としてのシングルパンケーキコイル１０Ａは、前述したテープ状の超電導線材１１をコイル状（渦巻状）に１段で巻回して形成される。この場合、シングルパンケーキコイル１０Ａの内径よりも小さい外径を有する図示しない内周枠を用い、その外周に超電導線材１１をコイル状に巻き付けてシングルパンケーキコイル１０Ａを形成してもよい。
【００３３】
図３に示すように、シングルパンケーキコイル１０Ａにおいては、隣接する超電導線材１１の最外層を形成する金属層１７が接触した状態で巻回されている。この場合、金属層１７は銅よりも柔らかい金属により形成されていることから、隣接する超電導線材１１の金属層１７間が密着され、接触抵抗が低減されるようになっている。
【００３４】
図４に示すように、超電導コイル１０としてのダブルパンケーキコイル１０Ｂは、テープ状の超電導線材１１が内周枠１９の周りに巻回されて形成されたコイル２０ａ，２０ｂがセパレート枠２１を介して上下２段に積層されて形成されている。
【００３５】
図５に示すように、このダブルパンケーキコイル１０Ｂにおいては、上下２段の各コイル２０ａ，２０ｂにおいて隣接する超電導線材１１の最外層を形成する金属層１７が前記シングルパンケーキコイル１０Ａの場合と同様に接触した状態で巻回されている。この場合、金属層１７は銅よりも柔らかい金属により形成されていることから、隣接する超電導線材１１の金属層１７間が密着され、接触抵抗が低減されるようになっている。
【００３６】
なお、シングルパンケーキコイル１０Ａ及びダブルパンケーキコイル１０Ｂのいずれにおいても、超電導コイル１０の外周部には、図示しない一対の電極が銅等の導電性の良い金属により設けられている。
【００３７】
次に、上記のように構成された超電導線材１１を用いた超電導コイル１０の作用を説明する。
さて、本実施形態の超電導コイル１０を常法に従い冷却して超電導状態とし、その超電導状態で超電導コイル１０の両電極間に所定の電流を通電することにより、電気抵抗のない状態で通電を継続することができ、高電流密度で大電流を通電し、強磁場を発生することができる。このとき、電流は超電導線材１１中の超電導層１４を流れる。
【００３８】
この超電導状態において、超電導コイル１０を構成する超電導線材１１の一部が何らかの理由で超電導状態を逸脱して常電導状態に移行する事態に到り、クエンチが発生する場合がある。この場合、クエンチが引き起された部位において、電流の一部は超電導層１４から保護層１５を経て安定化層１６へ流れる。
【００３９】
このとき、本実施形態では、安定化層１６の外周に金属層１７が設けられていることから、安定化層１６へ移行した電流の一部がさらに金属層１７へ流れ、その金属層１７へ流れた電流が隣接する超電導線材１１の金属層１７へ移行し、拡散される。この場合、金属層１７は、安定化層１６を形成する銅よりも柔らかい鉛や錫等の金属で形成されているため、隣り合う超電導線材１１の金属層１７同士が密着しやすく、金属層１７間の接触抵抗が抑えられる。
【００４０】
このため、超電導コイル１０の使用時に超電導状態を逸脱して常電導状態に移行するクエンチが超電導線材１１の一部に生じたとき、クエンチが引き起こされた部位の超電導層１４から電流を超電導コイル１０の全周に拡散させることができる。従って、超電導コイル１０の電圧上昇を抑えることができ、超電導線材１１の局部的な発熱を回避して、超電導線材１１の損傷を抑制することができる。
【００４１】
以上詳述した第１実施形態によって得られる効果を以下にまとめて記載する。
（１）本実施形態の超電導線材１１は、超電導層１４上に保護層１５を介して銅よりなる安定化層１６が形成されるとともに、その安定化層１６上には銅よりも柔らかい金属で形成された金属層１７が設けられている。
【００４２】
このため、超電導コイル１０の使用時にクエンチが発生したとき、クエンチの発生部位では電流が超電導層１４から保護層１５を経て安定化層１６へ移り、さらに金属層１７へと移行し、隣接する超電導線材１１の金属層１７へと流れる。従って、クエンチの発生部位における電流は安定化層１６から隣接する超電導線材１１の金属層１７まで導かれ、発熱に基づく損傷が抑制されて超電導線材１１が保護される。
【００４３】
よって、本実施形態の超電導線材１１によれば、クエンチが発生したときに超電導線材１１の保護機能に優れ、超電導特性を良好に維持することができるという優れた効果を奏する。
【００４４】
（２）前記金属層１７を形成する金属は、モース硬さが３．０未満の金属である。このため、金属層１７を形成する金属は十分な柔軟性を有し、超電導線材１１を巻回して超電導コイル１０を作製したとき、隣り合う金属層１７間の密着性を高めることができ、接触抵抗を低減させることができる。
【００４５】
（３）前記安定化層１６の厚さは５〜３０μｍに設定されるとともに、金属層１７の厚さは５〜２０μｍに設定される。従って、超電導線材１１を巻回して超電導コイル１０を形成する際に支障を来すことなく、安定化層１６及び金属層１７の機能を良好に発揮することができる。
【００４６】
（４）前記金属層１７を形成する金属は、インジウム、鉛、錫、ビスマス又は銀である。これらの金属は、銅に比べてモース硬さが小さく、銅よりも十分な柔軟性を発揮することができ、隣り合う超電導線材１１の金属層１７間の密着性を向上させることができる。
【００４７】
（５）前記金属層１７を形成する金属は、安定化層１６を形成する銅よりも電気抵抗率が高い金属である。この場合には、超電導線材１１の金属層１７と隣接する超電導線材１１の金属層１７との間に流れる電流を抑えて、金属層１７間の発熱による融着、結合を抑制することができる。
【００４８】
（６）前記安定化層１６は銅めっきによって形成されるとともに、金属層１７は銅よりも柔らかい金属のめっきによって形成されている。このため、保護層１５に対する安定化層１６の密着性及び安定化層１６に対する金属層１７の密着性を高めることができるとともに、安定化層１６及び金属層１７を容易かつ安定した状態で形成することができる。
【００４９】
（７）前記超電導コイル１０は、前述した超電導線材１１の金属層１７が密着した状態で巻回されて形成されている。従って、超電導コイル１０の使用時にクエンチが生じたとき、超電導線材１１の金属層１７から隣接する超電導線材１１の金属層１７へ電流を円滑に移行させることができ、超電導線材１１の損傷を抑制することができるとともに、超電導特性を良好に維持することができる。
【００５０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図９及び図１０に基づいて説明する。
図９及び図１０に示すように、この第２実施形態では、超電導線材１１の外周面及び内周面に係合部２２としての係合凸部２３及び係合凹部２４と、係合凸部２３及び係合凹部２４間の段差部２５とを設けた。そして、その超電導線材１１に張力（テンション）を加えて巻回し、超電導コイル１０を作製したとき、超電導コイル１０の中心部におけるせり出しを抑えるとともに、超電導コイル１０の両端面の凹凸を抑制するように構成した。
【００５１】
すなわち、図１０に示すように、超電導線材１１の外周面の第１半部（図１の右半分の二点鎖線部分）にマスキング材２６ａを配置するとともに、超電導線材１１の内周面の第２半部（図１の左半分の二点鎖線部分）にマスキング材２６ｂを配置する。その状態で、安定化層１６上に半田（鉛と錫の合金）によるめっきを常法に従って施す。めっき後にマスキング材２６ａを除去することにより、超電導線材１１の外周面においては第１半部に係合凹部２４及び第２半部に係合凸部２３が形成されるとともに、係合凹部２４及び係合凸部２３間に段差部２５が形成される。また、マスキング材２６ｂを除去することにより、超電導線材１１の内周面においては第１半部に係合凸部２３及び第２半部に係合凹部２４が形成されるとともに、係合凸部２３及び係合凹部２４間に段差部２５が形成される。
【００５２】
その後、図９に示すように、超電導線材１１を内周枠１９の周りに巻回して超電導コイル１０を作製する。このとき、超電導線材１１の外周面の係合凸部２３がその外周に位置する超電導線材１１の内周面の係合凹部２４に係合し、外周面の係合凹部２４がその外周に位置する超電導線材１１の内周面の係合凸部２３に係合する。同時に、超電導線材１１の外周面の段差部２５がその外周に位置する超電導線材１１の内周面の段差部２５に係合する。なお、超電導線材１１を巻回する際には、超電導線材１１の超電導層１４を内周側、基板１２を外周側にして巻回する。
【００５３】
この場合、超電導線材１１に張力を加えながら巻回すると、内周面に位置する超電導線材１１の係合部２２に対して外周面に位置する超電導線材１１の係合部２２が係合しつつ超電導線材１１が巻回されることから、超電導線材１１は超電導コイル１０の軸線ｘと直交する面に沿って巻回される。このとき、特に超電導線材１１の外周面の段差部２５がその外周に位置する超電導線材１１の内周面の段差部２５に係合することから、超電導線材１１が超電導コイル１０の軸線ｘ方向へ動くことが規制される。
【００５４】
従って、この第２実施形態によれば、超電導コイル１０における超電導線材１１の端面の凹凸を抑えることができるとともに、超電導コイル１０の中心部において超電導線材１１がせり出す現象を抑制することができる。
【００５５】
さらに、上記のようにして得られる超電導コイル１０の電流−電圧特性について、超電導線材１１を流れる電流値が過大になると電圧が発生し、超電導状態が失われるが、超電導線材１１の金属層１７間の導通により、急激な電圧上昇を抑えることができる。
【００５６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を図１２〜図１４に基づいて説明する。
この第３実施形態では、前記第２実施形態において、金属層１７をダイス２７（金型）によって形成するとともに、係合部２２の幅を変更したものである。
【００５７】
すなわち、図１２に示すように、ダイス２７は第１型２８、第２型２９等の複数の型で構成され、その出口側には、超電導線材１１の通過孔３０が透設されるとともに、第１型２８には通過孔３０に連通する短溝３１が凹設され、第２型２９には通過孔３０に連通する長溝３２が凹設されている。そして、超電導線材１１の安定化層１６の両面に、常法に従ってクリーム半田を塗布した後、クリーム半田による金属層１７を有する超電導線材１１をダイス２７の通過孔３０に通過させる。すると、超電導線材１１の金属層１７が第１型２８の短溝３１の形状に賦形された係合部２２が形成されると同時に、第２型２９の長溝３２の形状に賦形された係合部２２が形成される。
【００５８】
従って、図１３に示すように、超電導線材１１の外周面には幅の狭い係合凸部２３が形成されるとともに、金属層１７のない部分に幅の広い係合凹部２４が形成される。一方、超電導線材１１の内周面には幅の広い係合凸部２３が形成されるとともに、金属層１７のない部分に幅の狭い係合凹部２４が形成される。
【００５９】
そして、図１４に示すように、超電導線材１１を内周枠１９の周りに巻回して超電導コイル１０を形成したとき、超電導線材１１の外周面の幅の狭い係合凸部２３がその外周に巻回された超電導線材１１の内周面の幅の狭い係合凹部２４に係合し、外周面の幅の広い係合凹部２４がその外周の超電導線材１１の内周面の幅の広い係合凸部２３に係合する。
【００６０】
この場合にも、超電導線材１１に張力を加えながら巻回すると、内周側に位置する超電導線材１１の係合部２２に対して外周側に位置する超電導線材１１の係合部２２が係合しつつ超電導線材１１が巻回されることから、超電導線材１１は超電導コイル１０の軸線ｘと直交する面に沿って巻回される。
【００６１】
従って、第３実施形態によれば、超電導コイル１０における超電導線材１１の端面の凹凸を抑えることができるとともに、超電導コイル１０の中心部において超電導線材１１がせり出す現象を抑制することができる。
【００６２】
加えて、上記のようにして得られる超電導コイル１０の電流−電圧特性について、超電導状態が失われたとき、超電導線材１１の金属層１７間の導通により、急激な電圧上昇を抑えることができる。
【００６３】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を図１６〜図１８に基づいて説明する。
この第４実施形態では、超電導線材１１の安定化層１６の外周に金属ペーストを塗布して金属層１７を形成する。得られた超電導線材１１を内周枠１９の周りに巻回して超電導コイル１０を形成し、その外周に外周枠３３を配置するとともに、内周枠１９と外周枠３３との間に超電導コイル１０を跨ぐように規制プレート３４を固定してコイルケース３５を作製する。このコイルケース３５内には、熱伝導性の充填剤３６を装填する。熱伝導性の充填剤３６としては、パラフィン（炭素数１６〜４０程度のアルカン）、シリコーン、変性シリコーン等が用いられる。
【００６４】
すなわち、図１６に示すように、超電導線材１１の安定化層１６上に金属ペーストを塗布した後、加熱、乾燥させることにより、安定化層１６上に金属層１７を形成する。金属ペーストとしては、銀ペースト、銅ペースト等が用いられる。
【００６５】
図１７に示すように、この超電導線材１１を内周枠１９の周りに巻回して超電導コイル１０を製作した後、その外周に外周枠３３を配置し、さらに超電導コイル１０を跨ぐように、内周枠１９の端面と外周枠３３の端面との間に規制プレート３４を、図示しないボルト、ナット等の締付部材で締付固定し、コイルケース３５を作製する。なお、得られた超電導コイル１０においては、隣接する超電導線材１１間が密着されているが、金属層１７間で接着されている訳ではない。
【００６６】
続いて、図１８に示すように、前記コイルケース３５内に熱伝導性の充填剤３６を真空含浸することにより、超電導コイル１０の規制プレート３４側の端面と規制プレート３４との隙間に熱伝導性の充填剤３６が装填される。このとき、超電導線材１１間は金属ペーストによる各金属層１７が密接し、超電導線材１１間に熱伝導性の充填剤３６は存在しない。
【００６７】
従って、この第４実施形態によれば、真空断熱された極低温保持装置（クライオスタット）内において、規制プレート３４側から冷凍機に接続された冷却板を介して超電導コイル１０を伝導冷却すると、超電導コイル１０が熱伝導性の充填剤３６を介して冷却されることから、超電導コイル１０全体をほぼ均一に冷却することができる。
【００６８】
加えて、上記のようにして得られる超電導コイル１０の電流−電圧特性について、超電導状態が失われたときには、超電導線材１１の金属層１７間の導通により、急激な電圧上昇を抑えることができる。
【実施例】
【００６９】
次に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明する。
（実施例１及び比較例１）
実施例１では、幅４ｍｍ、厚さ５０μｍのニッケル合金（ハステロイ）製の基板１２上に厚さ１μｍのマグネシウム・ランタン・マンガン系酸化物の中間層１３を介して厚さ１μｍのイットリウム系の超電導物質による超電導層１４を形成した。次いで、それらの外周に厚さ４μｍの銀のスパッタリングによる保護層１５を形成し、その外周に厚さ１０μｍの銅めっきによる安定化層１６を形成した。その銅の安定化層１６の外周に厚さ１０μｍの鉛のめっきによる金属層１７を形成し、イットリウム系の超電導線材１１（液体窒素中、自己磁場での臨界電流１３０Ａ）を作製した（長さ５０ｍ）。次いで、この超電導線材１１を１段に巻回して、内径１２０ｍｍ、外径１３４ｍｍのシングルパンケーキコイル１０Ａを製作した。
【００７０】
一方、比較例１では、実施例１の超電導線材１１において、鉛の金属層１７を省略し、その超電導線材１１を巻回してシングルパンケーキコイル１０Ａを製作した。
そして、実施例１のシングルパンケーキコイル１０Ａを液体窒素が収容された真空槽内に移し、伝導冷却により７７Ｋまで冷却し、その温度において、外部磁場なしでシングルパンケーキコイル１０Ａに通電し、常法に従って電流（Ａ）−電圧（μＶ）特性を測定した。その結果を図６に示した。
【００７１】
また、比較例１のシングルパンケーキコイル１０Ａについて、実施例１と同様にして冷却し、その温度において、外部磁場なしでシングルパンケーキコイル１０Ａに通電し、常法に従って電流（Ａ）−電圧（μＶ）特性を測定した。その結果を図７に示した。
【００７２】
前記図６の結果より、実施例１の超電導線材１１では、電流値が４５Ａ程度で電圧が発生し、超電導状態が失われたが、その後超電導線材１１の金属層１７の効果に基づいて、急激な電圧上昇を十分に抑えることができた。
【００７３】
一方、図７の結果より、比較例１の超電導線材１１では、超電導状態が失われた後に、急激な電圧上昇が見られた。これは、比較例１の超電導線材１１では金属層１７が設けられていないため、電流の拡散が十分に図られず、電圧の上昇を抑制できなかったものと考えられる。
【００７４】
（実施例２）
実施例２では、前記実施例１の超電導線材１１の金属層１７を、錫のめっきにより形成した以外は、実施例１と同様の超電導線材１１を得た。得られた超電導線材１１を１段に巻回して、内径１２０ｍｍ、外径１３４ｍｍのシングルパンケーキコイル１０Ａを製作した。
【００７５】
そして、得られた実施例２のシングルパンケーキコイル１０Ａを液体窒素が収容された真空槽内に移し、伝導冷却により７７Ｋまで冷却し、その温度において、外部磁場なしでシングルパンケーキコイル１０Ａに通電し、常法に従って電流（Ａ）−電圧（μＶ）特性を測定した。その結果を図８に示した。
【００７６】
図８の結果より、実施例２の超電導線材１１では、電流値が約４５Ａで電圧が発生し、超電導状態が失われたが、その後超電導線材１１の金属層１７の効果により急激な電圧上昇を抑えることができた。この実施例２の結果を前記実施例１の結果と比較すると、実施例１の場合の方が電圧上昇の抑制効果は高い結果であった。これは、金属層１７を形成する金属として、鉛の方が錫よりも柔らかく、隣接する超電導線材１１の金属層１７間の密着性が良いためと考えられる。
【００７７】
（実施例３）
この実施例３においては、図９に示すように、前記実施例１の超電導線材１１の安定化層１６上に半田のめっきによって厚さ２０μｍの金属層１７を形成した。
【００７８】
すなわち、図１０に示すように、超電導線材１１の外周面の第１半部（図１の右半分の二点鎖線）にマスキング材２６ａを配置するとともに、超電導線材１１の内周面の第２半部（図１の左半分の二点鎖線）にマスキング材２６ｂを配置した状態で、安定化層１６上に半田によるめっきを常法に従って施した。その結果、超電導線材１１の外周面においては第１半部に係合凹部２４及び第２半部に係合凸部２３が形成されると同時に、係合凹部２４及び係合凸部２３間に段差部２５が形成された。また、超電導線材１１の内周面においては第１半部に係合凸部２３及び第２半部に係合凹部２４が形成されると同時に、係合凸部２３及び係合凹部２４間に段差部２５が形成された。
【００７９】
そして、図９に示すように、超電導線材１１を内周枠１９の周りに巻回してシングルパンケーキコイル１０Ａを形成したとき、超電導線材１１の外周面の係合凸部２３がその外周に位置する超電導線材１１の内周面の係合凹部２４に係合し、外周面の係合凹部２４がその外周に位置する超電導線材１１の内周面の係合凸部２３に係合した。
【００８０】
このとき、超電導線材１１に１．５ｋｇの引張荷重が加わるような張力を加えて超電導線材１１を巻回したが、シングルパンケーキコイル１０Ａの中心部がせり出す現象は見られなかった。また、シングルパンケーキコイル１０Ａにおける超電導線材１１の端面の凹凸は、１００μｍ以内に保持されていた。
【００８１】
また、得られたシングルパンケーキコイル１０Ａについて、実施例１と同様に外部磁場なしで通電し、常法に従って電流（Ａ）−電圧（μＶ）特性を測定した。その結果を図１１に示した。この図１１の結果より、実施例３の超電導線材１１では、電流値が４５Ａ程度で電圧が発生し、超電導状態が失われたが、その後超電導線材１１の金属層１７間の短絡により、急激な電圧上昇を抑えることができた。
【００８２】
（実施例４）
次に、実施例４においては、実施例１の超電導線材１１の安定化層１６上にクリーム半田を塗布した後、加熱したダイス２７を通過させ、係合凸部２３、係合凹部２４及び段差部２５を形成した。すなわち、超電導線材１１の安定化層１６の両面に、常法に従って、クリーム半田を厚さ３０μｍ以上となるように塗布した。
【００８３】
その後、図１２及び図１３に示すように、クリーム半田による金属層１７を有する超電導線材１１をダイス２７の通過孔３０に通過させると、第１型２８の短溝３１により幅の狭い係合凸部２３が形成されるとともに、第２型２９の長溝３２により幅の広い係合凸部２３が形成された。
【００８４】
すなわち、図１３に示すように、超電導線材１１の外周面には幅の狭い係合凸部２３が形成されるとともに、金属層１７のない部分に幅の広い係合凹部２４が形成された。一方、超電導線材１１の内周面には幅の広い係合凸部２３が形成されるとともに、金属層１７のない部分に幅の狭い係合凹部２４が形成された。
【００８５】
そして、図１４に示すように、超電導線材１１を内周枠１９の周りに巻回してシングルパンケーキコイルを形成したとき、超電導線材１１の外周面の幅の狭い係合凸部２３がその外周に巻回された超電導線材１１の内周面の幅の狭い係合凹部２４に係合し、外周面の幅の広い係合凹部２４がその外周の超電導線材１１の内周面の幅の広い係合凸部２３に係合した。
【００８６】
このとき、超電導線材１１に１．５ｋｇの引張荷重が加わるような張力を加えて超電導線材１１を巻回したが、シングルパンケーキコイル１０Ａの中心部がせり出す現象は見られなかった。また、シングルパンケーキコイル１０Ａにおける超電導線材１１の端面の凹凸は、１００μｍ以内に保持されていた。
【００８７】
上記のようにして得られたシングルパンケーキコイル１０Ａについて、実施例１と同様に外部磁場なしで通電し、常法に従って電流（Ａ）−電圧（μＶ）特性を測定した。その結果を図１５に示した。この図１５の結果より、実施例４の超電導線材１１では、電流値が４５Ａ程度で電圧が発生し、超電導状態が失われたが、その後超電導線材１１の金属層１７間の短絡により、急激な電圧上昇を抑えることができた。
【００８８】
（実施例５）
この実施例５では、実施例１の超電導線材１１の安定化層１６上に銅めっきにより厚さ２０μｍの金属層１７を均一に形成した。そして、超電導線材１１を内周枠１９の周りに巻回してシングルパンケーキコイル１０Ａを形成した。このとき、超電導線材１１に８００ｇの引張荷重が加わるような張力を加えて超電導線材１１を巻回したところ、シングルパンケーキコイル１０Ａの中心部に位置する超電導線材１１が若干せり出す程度に抑えられ、巻回された超電導線材１１の端面の凹凸は３００μｍ程度であった。
【００８９】
（実施例６）
次に、この実施例６では、図１６に示すように、実施例１の超電導線材１１において、安定化層１６の厚さを１５μｍに設定するとともに、その安定化層１６上に金属ペーストとして銀ペースト〔大研化学工業（株）製、CA6178、固形分である銀の含有量は８０質量％〕を１０μｍの厚さに塗布した。銀ペーストを塗布した後、１２０℃程度の加熱領域を通過させることにより、安定化層１６上に金属層１７を形成した。
【００９０】
図１７に示すように、この超電導線材１１を内周枠１９の周りに巻回してシングルパンケーキコイル１０Ａを製作した後、その外周に外周枠３３を配置した。さらに、前記シングルパンケーキコイル１０Ａを跨ぐように、内周枠１９の端面と外周枠３３の端面との間に規制プレート３４を締付固定した。
【００９１】
続いて、図１８に示すように、前記シングルパンケーキコイル１０Ａに熱伝導性の充填剤３６としてパラフィンを真空含浸し、シングルパンケーキコイル１０Ａの規制プレート３４側の端面と規制プレート３４との隙間にパラフィンを装填した。このとき、超電導線材１１間は銀ペーストによる各金属層１７が密接し、超電導線材１１間にパラフィンは存在しなかった。
【００９２】
この状態で、真空断熱された極低温保持装置（クライオスタット）内において、規制プレート３４側から冷凍機に接続された冷却板を介してシングルパンケーキコイル１０Ａを２０Ｋに伝導冷却した。その結果、シングルパンケーキコイル１０Ａの規制プレート３４とは反対側の端面の３箇所の温度は、２０．１Ｋ、２０．２Ｋ及び２０．２Ｋであり、シングルパンケーキコイル１０Ａがほぼ均一に冷却された。
【００９３】
得られたシングルパンケーキコイル１０Ａについて、実施例１と同様にして外部磁場なしで通電し、常法に従って電流（Ａ）−電圧（μＶ）特性を測定した。その結果を図１９に示した。この図１９の結果より、実施例６の超電導線材１１では、電流値が５０Ａ程度で電圧が発生し、超電導状態が失われたが、その後超電導線材１１の金属層１７間の短絡により、急激な電圧上昇を抑えることができた。
【００９４】
（実施例７）
この実施例７では、前記実施例６と同様にしてシングルパンケーキコイル１０Ａを製作した後、その外周に外周枠３３を配置するとともに、シングルパンケーキコイル１０Ａを跨ぐように、内周枠１９の端面と外周枠３３の端面との間に規制プレート３４を締付固定してコイルケース３５を作製した。
【００９５】
このようにして得られたシングルパンケーキコイル１０Ａを液体窒素中に浸漬し、実施例１と同様に外部磁場なしで通電し、常法に従って電流（Ａ）−電圧（μＶ）特性を測定した。その結果、実施例７の超電導線材１１では、実施例６と同様に電流値が５０Ａ程度で電圧が発生して超電導状態が失われたが、その後超電導線材１１の金属層１７間の短絡により、急激な電圧上昇を抑えることができた。
【００９６】
なお、前記実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。
・前記超電導線材１１の金属層１７を、銅よりも柔らかい金属により２層以上の複数層で構成してもよい。
【００９７】
・前記超電導線材１１の金属層１７を形成する金属の硬さの範囲を、ビッカース硬さ（ＨＶ）、ショア硬さ（ＨＳ）等で規定してもよい。
・前記超電導線材１１の金属層１７を金属のめっきによって形成する場合、めっき液の変更、高密度電流の使用等の方法により、金属層１７表面の平坦性を良くし、隣り合う超電導線材１１の金属層１７間の密着性を向上させるようにしてもよい。
【００９８】
・前記ダブルパンケーキコイル１０Ｂにおいて、超電導線材１１を内周枠１９に巻き付けた後、その内周枠１９を取り除いてもよい。
・図２０に示すように、超電導線材１１の外周面の中央部分における金属層１７に幅の広い係合凹部２４を設けるとともに、両端部分における金属層１７に幅の狭い係合凸部２３を設けてもよい。同時に、超電導線材１１の内周面の中央部分における金属層１７に幅の広い係合凸部２３を設けるとともに、両端部分における金属層１７に幅の狭い係合凹部２４を設けてもよい。前記係合凸部２３及び係合凹部２４の両端部の段差部２５はテーパ状に形成され、係合凸部２３と係合凹部２４との係合を容易にしている。
【００９９】
そして、超電導線材１１を巻回したとき、超電導線材１１の外周面の係合凹部２４がその外周に位置する超電導線材１１の内周面の係合凸部２３に係合し、外周面の係合凸部２３がその外周に位置する超電導線材１１の内周面の係合凹部２４に係合するようになっている。
【０１００】
なお、上記の超電導線材１１における外周面の形状と内周面の形状を入れ替えて構成してもよい。
・図２１に示すように、超電導線材１１の外周面の金属層１７に中央部が厚肉で両端部が薄肉となる断面円弧状の係合凸部２３を設けるとともに、内周面の金属層１７に中央部が薄肉で両端部が厚肉となる断面円弧状の係合凹部２４を設けてもよい。
【０１０１】
そして、超電導線材１１を巻回したとき、超電導線材１１の外周面の係合凸部２３がその外周に位置する超電導線材１１の内周面の係合凹部２４に係合するようになっている。
なお、上記の超電導線材１１における外周面の形状と内周面の形状を入れ替えて構成してもよい。
【０１０２】
・前記実施例３〜７において、超電導コイル１０として、ダブルパンケーキコイル１０Ｂで実施してもよい。
【符号の説明】
【０１０３】
１０…超電導コイル、１０Ａ…超電導コイルとしてのシングルパンケーキコイル、１０Ｂ…超電導コイルとしてのダブルパンケーキコイル、１１…超電導線材、１２…基板、１３…中間層、１４…超電導層、１５…保護層、１６…安定化層、１７…金属層、１９…内周枠、２２…係合部、２３…係合凸部、２４…係合凹部、２５…段差部、３３…外周枠、３４…規制プレート、３５…コイルケース、３６…熱伝導性の充填剤。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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