(57)【要約】【課題】従来、低熱伝導性のため交流損失熱を放熱できなかった高温超電導体の放熱性を高め、かつ破断しやすい欠点を改善し、安定な高温超電導線材および高温超電導コイルを提供する。【解決手段】酸化物超電導材料が７７Ｋにおける繊維方向の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上である有機高分子繊維で補強されてなることを特徴とする高温超電導線材であり、さらに酸化物超電導材料が７７Ｋにおける繊維方向の熱伝導率が５Ｗ／ｍＫ以上である樹脂または繊維に接着またはコーティングされてなることが好ましい。また、これらの高温超電導線材を用いてなることを特徴とする高温超電導コイルである。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物超電導材料が７７Ｋにおける繊維方向の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上である有機高分子繊維で補強されてなることを特徴とする高温超電導線材。
【請求項２】
酸化物超電導材料が７７Ｋにおける繊維方向の熱伝導率が５Ｗ／ｍＫ以上である樹脂または繊維に接着またはコーティングされてなることを特徴とする請求項１記載の高温超電導線材。
【請求項３】
請求項１または２記載の高温超電導線材を用いてなることを特徴とする高温超電導コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化物超電導材料が補強材で補強された高温超電導材料に関し、さらに詳しくは高熱伝導性有機高分子繊維などで補強された高温超電導線材および高温超電導線材を用いた安定性に優れた高温超電導コイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビスマス系酸化物を主体とするが酸化物超電導体は、脆く扱いにくいという問題点があるため、マトリクスとして延性的な性質をもつ銀を用いてテープまたは線材とされている（例えば、特許文献１など参照）。しかしながら、超電導コイルでは磁場による電磁力が発生し、これによる引張り応力の発生で破断することが多い。また、酸化物超電導体は、金属系超伝導体に比べ熱伝導率が大幅に低いため冷却効率や交流損失熱の放熱が応用開発上の重要な課題である。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２４３７４５号公報（請求項１など）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来、低熱伝導性のため交流損失熱を放熱できなかった高温超電導体の放熱性を高め、かつ破断しやすい欠点を改善し、安定な高温超電導線材および高温超電導コイルを提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果到達できたものであり、以下の構成を採用するものである。すなわち、
１．酸化物超電導材料が７７Ｋにおける繊維方向の熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上である有機高分子繊維で補強されてなることを特徴とする高温超電導線材。
２．酸化物超電導材料が７７Ｋにおける繊維方向の熱伝導率が５Ｗ／ｍＫ以上である樹脂または繊維に接着またはコーティングされてなることを特徴とする第１記載の高温超電導線材。
３．第１または２記載の高温超電導線材を用いてなることを特徴とする高温超電導コイル。
本発明は、熱伝導率が金属なみに高い有機繊維を用いて酸化物超伝導体を補強することにより、破断しにくく高い安定性をもつ高温超電導コイルを得ることができたのである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
熱伝導性繊維としては、伸びきり鎖構造を有する熱伝導性の高い有機高分子繊維であれば用いることができるが、繊維方向の熱伝導性が１０Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは２０Ｗ／ｍＫ以上の繊維であり、具体的には、超高分子量ポリエチレン繊維やポリパラフェニレンベンズビスチアゾール系繊維、ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール系繊維（ＰＢＯ繊維）などのポリアゾール系繊維が挙げられる。
【０００７】
超電導線材、超電導コイルの補強形態としては、当該有機繊維を用いてなるプリプレグテープを作製し、これを高温超電導テープに接着する形態を採用することができる。この場合、プリプレグ用マトリクス樹脂としてはエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、ウレタンアクリレート樹脂などが挙げられるが、特に好ましいのはエポキシ樹脂である。
【０００８】
プリプレグテープにおける繊維と樹脂の体積混合比率は、繊維の体積比率で２０〜８５％が好ましく、より好ましくは、３０〜７０％である。繊維体積率（Ｖｆ）が２０％より少ないと繊維による熱伝達効果、補強効果が発現しにくく、８５％を越えるとマトリクス樹脂が含浸しにくくプリプレグテープとしての形態を保持しにくくなる。
【０００９】
また、当該有機繊維により筒状織物を作製し、これの中に高温超電導テープを挿入する形態をとってもよい。筒状織の形態としては平織り、朱子織、ニット編等が挙げられるが、いずれでもよい。また筒状織物の横糸にウレタン繊維、ポリエステル繊維等を使用することができる。さらに筒状織物と高温超電導テープ線材との密着性を上げるために緯糸に弾性糸を用いてもかまわない。
【００１０】
本発明に使用する高温超電導体としてはビスマス系酸化物超電導体、たとえばＢｉ２２１２、  Ｂｉ２２２３でも、イットリウム系酸化物超電導体、たとえばＹＢＣＯでもよい。また超電導線の形状はテープ状でも線材でもよい。
【００１１】
本発明における高温超電導コイルとは、上記高温超電導テープを用いてなるコイルであり、パンケーキ型コイル、円筒型コイル、ソレノイドコイル、基盤蒸着型コイルなどを意味する。
【００１２】
本発明における高温超電導コイルの冷却方法は、液体ヘリウム、液体窒素等冷媒による直接冷却方法でもよい。また伝導冷却方式、冷媒層との熱接触による方式を含む間接冷却方式でもよい。さらにまたコンジットチューブを用いる強制冷却方式でもよい。
【００１３】
本発明における高温超電導コイルに流す電流は、直流、交流、パルスである。
【００１４】
【実施例】
以下に、本発明の高温超電導コイルの実施例を記載するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００１５】
本発明で用いた実験方法を以下に示す。
（実験方法）
（１）熱伝導率の測定
有機繊維の熱伝導率の測定はヒーターに２点間の温度差ΔＴが１Ｋとなるように一定の電流を流し、κ＝ＱＬ／（ΔＴＳ）を用いて定常熱流法により測定した．定常熱流法とは藤代、内藤、池部、能登らにより低温工学，２８，  ５３３  （１９９３）に記載された方法である。ここでＱは流す熱量、Ｌは温度計間の距離、Ｓは試料の断面積である。
【００１６】
（２）高温超電導パーンケーキコイルの作製方法
高温超電導パーンケーキコイルは、以下の実施例に従って補強した高温超電導テープを用いて作製した。作製したパーンケーキコイル諸元を表１に示す。
【００１７】
【表１】
2004296304.tif 000002
【００１８】
（３）高温超電導コイルの評価方法
作製した高温超電導コイルはＧＭ２０Ｋ冷凍機を用いて２０Ｋまで冷却し、６０Ｈｚで交流通電を行い、安定性を評価した。なお、通電試験は１０００回まで実施し、異常が発生しなかったものは、表２中で、◎で表示した。
【００１９】
（実施例１）
幅４ｍｍ、厚み０．１５ｍｍのＢｉ２２２３テープ（高温超電導テープ）を高強度ポリエチレン繊維（東洋紡績社製；ダイニーマＳＫ−６０）使いのプリプレグテープでＢｉ２２２３テープの上下左右を覆って補強高温超電導テープ（図１）とした。これを用いてパンケーキコイルを作製した後、１２０℃、２時間の加熱硬化を施して表１に示す諸元のパンケーキコイルを完成させた。
なお、用いたプリプレグテープは、以下の構成のものである。
厚み：０．１ｍｍ、幅：５ｍｍ、ダイニーマＳＫ−６０の含有率（体積％）：５０、マトリクス樹脂：
［エピコート１００１（ジャパンエポキシレジン社）：４０部、エピコート８２８（ジャパンエポキシレジン社）：１０部、エピコート１５４（ジャパンエポキシレジン社）：５０部、ジシアンジアミド：４部、ジクロルフェニルジメチルウレア（保土ヶ谷化学社）：４部］
（実施例２）
幅４ｍｍ、厚み０．１５ｍｍのＢｉ２２２３テープを高強度ポリエチレン繊維（東洋紡績社；ダイニーマＳＫ−６０）筒状織物で覆って補強したものを用いて表１に示す諸元のパンケーキコイルを得た。
なお、筒状織物は、経、緯とも各々、１３２０ｄｔｅｘのダイニーマ１５本（２．５４ｃｍ当り）とした平織であり、周長８ｍｍとした。この織物をテープ線材の長手方向に引張り、両端をアラルダイトラピート（チバガイギー社）により接着して固定した。
（実施例３）
幅４ｍｍ、厚み０．１５ｍｍのＢｉ２２２３テープを経糸が高強度ポリエチレン繊維（東洋紡績社；ダイニーマＳＫ−６０）で緯糸がポリエステル繊維からなる以外は実施例２と同じ筒状織物で補強したものを用いて、実施例２と同様にして表１に示す諸元のパンケーキコイルを得た。
（実施例４）
幅４ｍｍ、厚み０．１５ｍｍのＹＢＣＯテープを実施例１と同じプリプレグテープで補強したものを用いて、実施例１と同様にして表１に示す諸元のパンケーキコイルを得た。
（実施例５）
幅４ｍｍ、厚み０．１５ｍｍのＢｉ２２２３テープを高強度ＰＢＯ繊維（東洋紡績社；ザイロンＨＭ）使いのプリプレグテープで補強したものを用いて、実施例１と同様にして表１に示す諸元のパンケーキコイルを得た。
（実施例６）
幅４ｍｍ、厚み０．１５ｍｍのＢｉ２２２３テープを高強度ポリエチレン繊維（強度６０ＧＰａ）使いのプリプレグテープで補強したものを用いて、実施例１と同様にして表１に示す諸元のパンケーキコイルを得た。
【００２０】
（比較例１）
幅４ｍｍ、厚み０．１５ｍｍのＢｉ２２２３テープをポリイミドテープで補強したものを用いて、表１に示す諸元のパンケーキコイルを得た。なお接着剤は用いず、巻線時の圧力のみで固定した。
（比較例２）
幅４ｍｍ、厚み０．１５ｍｍのＢｉ２２２３テープをガラス繊維（日東紡社；Ｅ−ガラス２８０ｔｅｘ）使いのプリプレグテープで補強したものを用いて実施例１と同様にして、表１に示す諸元のパンケーキコイルを得た。なお、プリプレグテープのマトリクス樹脂は実施例１と同じである。
（比較例３）
幅４ｍｍ、厚み０．１５ｍｍのＢｉ２２２３テープをＣｕＡｇで補強したものを用いて表１に示す諸元のパンケーキコイルを得た。なお、接着剤は用いず巻線面圧により固定した。
（比較例４）
幅４ｍｍ、厚み０．１５ｍｍのＢｉ２２２３テープをチッカアルミ粉末混入エポキシ（エピコート８２８使用、ジャパンエポキシレジン社）で補強したものを用いて実施例１と同様にして表１に示す諸元のパンケーキコイルを得た。
【００２１】
上記のパンケーキコイルの評価結果を表２に示す。
【表２】
2004296304.tif 000003
以上から、本発明の高温超電導線材およびコイルが耐久性に優れ、安定性にも優れていることが明らかである。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、耐久性、安定性に優れた高温超電導線材およびコイルの作製が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】プリプレグテープによる高温超電導テープの補強状態を模式的に示す斜面図である。
【符号の説明】
１・・・補強高温超電導テープ
２・・・高温超電導テープ
３・・・プリプレグ
４・・・補強繊維
【図１】
2004296304.tif 000004