(57)【要約】      （修正有）【課題】超伝導線材が極低温環境下に配されたとき、その絶縁性の低下を抑制可能な超伝導線材用被覆材、これを備えた超伝導電線及び電気機器を提供する。【解決手段】超伝導線材を被覆するための被覆材であって、２５℃における引張弾性率が６．０ＧＰａ以下であることを特徴とする超伝導線材用被覆材１０。超伝導線材用被覆材は、表面１１ａと表面１１ａと反対側の裏面１１ｂとを有する基材１１と、基材１１の表面１１ａ上に形成された粘弾性体層１２とを備えている。なお、基材１１と粘弾性体層１２との間には、別の層がさらに形成されていてもよい。また、粘弾性体層１２の表面１２ａ上に、表面１２ａを保護するための剥離ライナー（図示せず）が形成されていてもよい。また、基材１１の裏面１１ｂには、粘弾性体層１２は形成されていないことが好ましい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導線材を被覆するための被覆材であって、
２５℃における引張弾性率が６．０ＧＰａ以下であることを特徴とする超伝導線材用被覆材。
【請求項２】
２０℃〜−１５０℃における線膨張係数が１０×１０-6／℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の超伝導線材用被覆材。
【請求項３】
基材と、該基材の一面側に形成された粘弾性体層とを備え、前記基材は、ポリイミド樹脂からなることを特徴とする請求項１または２に記載の超伝導線材用被覆材。
【請求項４】
前記粘弾性体層は、シリコーン系粘弾性体組成物を含有することを特徴とする請求項３に記載の超伝導線材用被覆材。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の超伝導線材用被覆材と、
前記超伝導線材用被覆材で被覆された超伝導線材とを備えていることを特徴とする超伝導電線。
【請求項６】
請求項５に記載の超伝導電線を用いて作製されていることを特徴とする電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導線材用被覆材、超伝導電線及び電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気機器に使用される回転機器、磁石等のコイル機器には、平角線材を絶縁性の被覆材で被覆した平角電線が用いられている。
【０００３】
この種の絶縁性の被覆材としては、例えば、室温での引張弾性率や伸びが所定値以上であるポリイミド基材の一面に粘着層が積層されてなる粘着テープが開示されている（特許文献１参照）。かかる被覆材によれば、製造中の切断の抑制と粘着性とを維持することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２５８８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、超伝導線材は、液体窒素温度での使用が可能であり、比較的高い臨界電流密度が得られ、長尺化が可能なまでに開発が進んでいる。このため、超伝導線材を電気機器に用いることが期待されている。
【０００６】
しかし、上記特許文献１に示すような被覆材を螺旋状に巻回することにより超伝導線材を被覆して超伝導電線を作製し、この超伝導電線を用いてさらに電気機器を作製し、作製された電気機器を液体窒素温度下に配したとき、超伝導電線の絶縁性が低下する場合がある。そして、このように絶縁性が低下すると、電気機器の動作不良等を招くことになる。特に、例えばコイル等の電気機器を作製するために用いる場合等において超伝導電線を屈曲させた場合には、該超伝導電線の絶縁性が一層低下し易くなる。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、超伝導線材が極低温環境下に配されたとき、その絶縁性の低下を抑制可能な超伝導線材用被覆材、これを備えた超伝導電線及び電気機器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】
【０００８】
本発明者は、液体窒素温度のような極低温下における超伝導線材及び被覆材の特性に着目して鋭意研究した結果、超伝導線材は液体窒素温度領域において収縮し易く、この収縮に超伝導線材用被覆材が追従できないことから巻きズレが生じ、かかる巻きズレが絶縁性の低下に大きな影響を及ぼすことを見出し、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち、本発明に係る超伝導線材用被覆材は、超伝導線材を被覆するための被覆材であって、２５℃における引張弾性率が６．０ＧＰａ以下であることを特徴とする。
【００１０】
このように、２５℃での引張弾性率が上記範囲であることにより、超伝導線材用被覆材が、室温領域から液体窒素温度領域への環境温度変化によって超伝導線材よりも大きく収縮することが可能となる。これにより、超伝導線材に対する巻き締まり作用を発揮することができるため、巻きズレを防止することができる。従って、超伝導線材が極低温環境下に配されたとき、その絶縁性の低下を抑制することが可能となる。
【００１１】
また、本発明に係る超伝導線材用被覆材は、２０℃〜−１５０℃における線膨張係数が１０×１０-6／℃以上であることが好ましい。
【００１２】
このように、超伝導線材用被覆材の２０℃〜−１５０℃における線膨張係数が上記範囲であることにより、液体窒素温度領域において、より大きく収縮することが可能となるため、超伝導線材に対する巻き締まり作用をより発揮し得る。
【００１３】
上記超伝導線材用被覆材において好ましくは、基材と、該基材の一面側に形成された粘弾性体層とを備えており、前記基材は、ポリイミド樹脂を含有する。
【００１４】
ポリイミド樹脂は、耐熱性を有すると共に、不燃性材料であることから、電気機器に使用する絶縁材料として優れた難燃性を有するため、ポリイミド樹脂を含有する基材を備えていることにより、超伝導線材用被覆材に難燃性を付与することが可能となる。また、粘弾性体層を備えていることにより、超伝導線材用被覆材で超伝導線材を被覆する際、超伝導線材用被覆材と超伝導線材との間、及び超伝導線材用被覆材同士の間の密着性を高めることができるため、超伝導線材に対する巻き締まり作用をより発揮し得る。
【００１５】
上記超伝導線材用被覆材において好ましくは、前記粘弾性体層は、シリコーン系粘弾性体組成物を含有する。
【００１６】
シリコーン系粘弾性体組成物は、耐寒性、耐放射性、耐熱性及び耐腐食性に優れるため、粘弾性体層の特性を向上できる。
【００１７】
本発明の超伝導電線は、上記超伝導線材用被覆材と、該超伝導線材用被覆材で被覆された超伝導線材とを備えていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の超伝導電線によれば、２５℃における引張弾性率が上記範囲である超伝導線材用被覆材を備えているため、超伝導電線を電気機器に用い、液体窒素温度下で動作させたときに、超伝導電線の絶縁性の低下を抑制することが可能となる。
【００１９】
本発明の電気機器は、上記超伝導電線を用いて作製されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の電機機器によれば、液体窒素温度で動作させたときに、絶縁性の低下が抑制された超伝導電線を備えているため、かかる絶縁性の低下に起因する動作不良等を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明によれば、超伝導線材が極低温環境下に配されたとき、その絶縁性の低下を抑制可能な超伝導線材用被覆材、これを備えた超伝導電線及び電気機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態における超伝導線材用被覆材を概略的に示す側面図である。
【図２】本発明の第１実施形態における超伝導線材用被覆材を概略的に示す断面図であり、図１における領域ＩＩの拡大断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態における超伝導電線を概略的に示す斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態における超伝導電線を概略的に示す平面図である。
【図５】本発明の第２実施形態における超伝導電線を概略的に示す、図３及び図４におけるＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態における電気機器の一例である超伝導コイルを概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。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符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２４】
（第１実施形態）
図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態における超伝導線材用被覆材について説明する。図１及び図２に示すように、本発明の第１実施形態における超伝導線材用被覆材１０は、超伝導線材を被覆するための被覆材である。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態における超伝導線材用被覆材１０は、テープ状であり、例えば巻芯２０にロール状に巻回されている。なお、超伝導線材用被覆材１０は、テープ状に限定されず、シート状、フィルム状などの他の形状であってもよい。
【００２６】
図２に示すように、超伝導線材用被覆材１０は、表面１１ａと表面１１ａと反対側の裏面１１ｂとを有する基材１１と、基材１１の表面１１ａ上に形成された粘弾性体層１２とを備えている。なお、基材１１と粘弾性体層１２との間には、別の層がさらに形成されていてもよい。また、粘弾性体層１２の表面１２ａ上に、表面１２ａを保護するための剥離ライナー（図示せず）が形成されていてもよい。また、基材１１の裏面１１ｂには、粘弾性体層１２は形成されていないことが好ましい。
【００２７】
基材１１は、絶縁性を有していれば特に限定されないが、耐放射性及び耐熱性を有していることが好ましい。このような基材１１として、例えばポリイミド樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。これらの樹脂のうち、特にポリイミド樹脂を基材１１として用いることが好ましい。ポリイミド樹脂は、耐熱性と共に、不燃性材料であるので、電気機器に使用する絶縁材料としては、優れた難燃性を有するという点で、本実施形態の超伝導線材用被覆材１０の基材１１として優れた特性を有する。
【００２８】
上記ポリイミド樹脂は、公知または慣用の方法により得ることができる。例えば、ポリイミドは有機テトラカルボン酸二無水物とジアミノ化合物（ジアミン）とを反応させてポリイミド前駆体（ポリアミド酸）を合成し、このポリイミド前駆体を脱水閉環することにより得ることができる。
【００２９】
上記有機テトラカルボン酸二無水物としては、例えば、ピロメリット酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、２，２−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン二無水物、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン二無水物、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エーテル二無水物、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルホン二無水物等が挙げられる。これらの有機テトラカルボン酸二無水物は１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００３０】
上記ジアミノ化合物としては、例えば、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、３，４−ジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、３，３’−ジアミノジフェニルスルホン、２，２−ビス（４−アミノフェノキシフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−アミノフェノキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、２，４−ジアミノトルエン、２，６−ジアミノトルエン、ジアミノジフェニルメタン、２，２’−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニル、２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ジアミノビフェニル等が挙げられる。これらのジアミノ化合物は１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００３１】
上記ジアミノ化合物としては、エーテル結合を含有する化合物が好ましく、具体的には４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）を用いることが好ましい。ＯＤＡを含むことで超伝導線材用被覆材１０の伸びが向上し、柔らかいフィルムに設計することができる。ジアミノ化合物成分中のＯＤＡの添加量としては、１０モル％以上１００モル％以下が好ましく、５０モル％以上１００モル％以下がより一層好ましい。
【００３２】
なお、本実施形態において用いるポリイミド樹脂としては、有機テトラカルボン酸二無水物として、ピロメリット酸二無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を用い、ジアミノ化合物としてｐ−フェニレンジアミン、４，４’−ジアミノジフェニルエーテルを用いることが好ましい。
【００３３】
このようなポリイミド樹脂は、「カプトン（登録商標）Ｈ」（東レ・デュポン社製）、「カプトン（登録商標）ＥＮ」（東レ・デュポン社製）などの市販品を用いることもできる。
【００３４】
基材１１は、５μｍ以上２５μｍ以下の厚みを有することが好ましく、７μｍ以上１５μｍ以下の厚みを有することがより好ましく、７．５μｍ以上１２．５μｍ以下の厚みを有することがより一層好ましい。厚みがこの範囲内であると、十分な絶縁性を確保でき、超伝導線材を被覆したときに超伝導線材の機能を十分に発揮できる。
具体的には、基材１１の厚みが２５μｍ以下であると、超伝導線材用被覆材１０を超伝導線材に被覆した際に形成される超伝導電線における超伝導線材の線占積率を高めることができるので、超伝導電線の特性の低下をより抑制できる。基材１１の厚みが１５μｍ以下であると、超伝導電線の特性の低下をさらに抑制できる。基材１１の厚みが１２．５μｍ以下であると、超伝導電線の特性の低下をより一層抑制できる。
一方、基材１１の厚みが５μｍ以上であると、超伝導線材用被覆材１０を超伝導線材に被覆した際に形成される超伝導電線の絶縁性を高めることができるので、作動中に絶縁破壊することを抑制できる。基材１１の厚みが７μｍ以上であると、絶縁破壊をより抑制できる。基材１１の厚みが７．５μｍ以上であると、絶縁破壊をより一層抑制できる。
【００３５】
なお、本実施形態における基材１１は、後述する粘弾性体層１２との投錨力を向上させるために、スパッタエッチング処理、コロナ処理、プラズマ処理などの化学的処理がされていてもよく、下塗り剤などが塗布されていてもよい。
【００３６】
また、本実施形態における基材１１は、１層で構成されていてもよく、複数層で構成されていてもよい。
【００３７】
粘弾性体層１２は、粘弾性体を構成するベースポリマーを含む。このようなベースポリマーとしては、特に限定されず、公知のベースポリマーから適宜選択して用いることができ、例えばアクリル系ポリマー、ゴム系ポリマー、ビニルアルキルエーテル系ポリマー、シリコーン系ポリマー、ポリエステル系ポリマー、ポリアミド系ポリマー、ウレタン系ポリマー、フッ素系ポリマー、エポキシ系ポリマー等が挙げられる。これらのベースポリマーは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。これらのベースポリマーのうち、耐寒性、耐放射線性、耐熱性及び耐腐食性に優れる観点から、シリコーン系ポリマーを粘弾性体層１２として用いることが好ましい。つまり、粘弾性体層１２は、シリコーン系ポリマーを含有する粘弾性体組成物（シリコーン系粘弾性体組成物）を含むことが好ましく、シリコーン系粘弾性体組成物を主成分とし、残部が不可避的不純物からなることがより好ましい。
【００３８】
ここで、上記シリコーン系粘弾性体組成物は、シリコーンガム及びシリコーンレジンを主成分とする配合物の架橋構造を含有している。
【００３９】
シリコーンガムとしては、例えば、ジメチルシロキサンを主な構成単位とするオルガノポリシロキサンを好適に用いることができる。オルガノポリシロキサンには必要に応じてビニル基、または他の官能基が導入されてもよい。オルガノポリシロキサンの重量平均分子量は通常１８万以上であるが、２８万以上１００万以下が好ましく、５０万以上９０万以下がより好ましい。これらのシリコーンガムは、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。重量平均分子量が低い場合には、架橋剤の量によりゲル分率を調整することができる。
【００４０】
シリコーンレジンとしては、例えば、Ｍ単位（Ｒ3ＳｉＯ1/2）、Ｑ単位（ＳｉＯ2）、Ｔ単位（ＲＳｉＯ3/2）及びＤ単位（Ｒ2ＳｉＯ）から選ばれるいずれか少なくとも１種の単位（上記単位中、Ｒは一価炭化水素基または水酸基を示す）を有する共重合体からなるオルガノポリシロキサンを好適に用いることができる。この共重合体からなるオルガノポリシロキサンは、ＯＨ基を有する他に、必要に応じてビニル基等の種々の官能基が導入されていてもよい。導入する官能基は架橋反応を起こすものであってもよい。共重合体としては、Ｍ単位とＱ単位とからなるＭＱレジンが好ましい。
【００４１】
シリコーンガムとシリコーンレジンとの配合割合（重量比）は特に限定されないが、シリコーンガム：シリコーンレジン＝１００：０〜２０：８０程度が好ましく、１００：０〜３０：７０程度がより好ましい。シリコーンガム及びシリコーンレジンは、単にそれらを配合してもよく、それらの部分縮合物であってもよい。
【００４２】
上記配合物には、それを架橋構造物とするために、通常、架橋剤を含む。架橋剤により、シリコーン系粘弾性体組成物のゲル分率を調整することができる。
【００４３】
粘弾性体層１２のゲル分率は、シリコーン系粘弾性体組成物の種類によっても異なるが、概ね２０％以上９９％以下程度が好ましく、３０％以上９８％以下程度がより好ましい。ゲル分率がこの範囲内であると、接着力と保持力とのバランスがとりやすいという利点がある。具体的には、ゲル分率が９９％以下の場合、初期接着力が低くなることを抑制できるので、貼り付きが良好になる。ゲル分率が２０％以上の場合、十分な保持力が得られるので、超伝導線材用被覆材１０のずれを抑制できる。
【００４４】
本実施形態におけるシリコーン系粘弾性体組成物のゲル分率（重量％）は、シリコーン系粘弾性体組成物から乾燥重量Ｗ1（ｇ）の試料を採取し、これをトルエンに浸漬した後、この試料の不溶分をトルエン中から取り出し、乾燥後の重量Ｗ2(ｇ)を測定し、(Ｗ2／Ｗ1)×１００の式より求められる値である。
【００４５】
本実施形態におけるシリコーン系粘弾性体組成物は、一般に用いられる、過酸化物系架橋剤による過酸化物硬化型架橋と、Ｓｉ−Ｈ基を含有するシロキサン系架橋剤による付加反応型架橋を用いることができる。
【００４６】
過酸化物系架橋剤の架橋反応はラジカル反応であるため、通常１５０℃以上２２０℃以下の高温下で架橋反応が進められる。一方、ビニル基含有のオルガノポリシロキサンとシロキサン系架橋剤との架橋反応は付加反応であるので、通常８０℃以上１５０℃以下の低温で反応が進む。本実施形態においては、特に低温短時間で架橋を完了できる観点から、付加反応型架橋が好ましい。
【００４７】
上記過酸化物系架橋剤としては、従来よりシリコーン系粘弾性体組成物に使用されている各種のものを特に制限なく使用でき、例えば過酸化ベンゾイル、ｔ-ブチルパーオキシベンゾエート、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ−ｔ−ブチルパーオキシヘキサン、２，４−ジクロロ−ベンゾイルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキシ−ジイソプロピルベンゼン、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）−３，３，５−トリメチル−シクロヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ−ｔ−ブチルパーオキシヘキシン−３等が挙げられる。これらの過酸化物系架橋剤は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。過酸化物系架橋剤の使用量は、通常、シリコーンゴム１００重量部に対して０．１５重量部以上２重量部以下であることが好ましく、０．５重量部以上１．４重量部以下であることがより好ましい。
【００４８】
シロキサン系架橋剤として、例えば、ケイ素原子に結合した水素原子を分子中に少なくとも平均２個有するポリオルガノハイドロジエンシロキサンが用いられる。ケイ素原子に結合した有機基としてはアルキル基、フェニル基、ハロゲン化アルキル基等が挙げられるが、合成及び取り扱いが容易である観点から、メチル基が好ましい。シロキサン骨格構造は、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよいが、直鎖状が好ましい。
【００４９】
シロキサン系架橋剤の添加量は、シリコーンゴム及びシリコーンレジン中のビニル基１個に対して、ケイ素原子に結合した水素原子が好ましくは１個以上３０個以下、より好ましくは４個以上１７個以下になるように配合する。ケイ素原子に結合した水素原子が１個以上の場合には十分な凝集力が得られ、４個以上の場合にはより十分な凝集力が得られる。ケイ素原子に結合した水素原子が３０個以下の場合には接着特性の低下を抑制でき、１７個以下の場合には接着特性の低下をより抑制できる。
シロキサン系架橋剤を用いる場合には、通常、白金触媒が用いられるが、その他種々の触媒を使用することができる。
なお、シロキサン系架橋剤を用いる場合には、シリコーンゴムとしてビニル基を有するオルガノポリシロキサンを用い、そのビニル基は０．０００１モル／１００ｇ以上０．０１モル／１００ｇ以下程度であることが好ましい。
【００５０】
本発明の粘弾性体層には、上記ベースポリマーの他に、本発明の効果を阻害しない範囲で、粘着付加剤、可塑剤、分散剤、老化防止剤、酸化防止剤、加工助剤、安定剤、消泡剤、難燃剤、増粘剤、顔料、軟化剤、充填剤などの従来公知の各種の添加剤を適宜配合することができる。
【００５１】
粘弾性体層１２は、１μｍ以上２５μｍ以下の厚みを有することが好ましく、２μｍ以上１０μｍ以下の厚みを有することがより好ましい。粘弾性体層１２の厚みがこの範囲内であると、適度な接着性が得られるという利点がある。
具体的には、粘弾性体層１２の厚みが２５μｍ以下であると、超伝導線材用被覆材１０を超伝導線材に被覆した際に形成される超伝導電線における超伝導線材の線占積率を高めることができるので、超伝導電線の特性の低下をより抑制できる。粘弾性体層１２の厚みが１０μｍ以下であると、特性の低下をより一層抑制できる。
一方、粘弾性体層１２の厚みが１μｍ以上であると、超伝導線材への密着度を高めることができ、超伝導線材と超伝導線材用被覆材１０との間に形成される隙間をより抑制できる。粘弾性体層１２の厚みが２μｍ以上であると、超伝導線材と超伝導線材用被覆材１０との間に形成される隙間をより一層抑制できる。
【００５２】
超伝導線材用被覆材１０は、２５℃における引張弾性率が６．０ＧＰａ以下であり、４．０ＧＰａ以下であることが好ましい。２５℃における引張弾性率が６．０ＧＰａ以下であると、超伝導線材用被覆材１０が、室温領域から液体窒素温度領域への環境温度変化によって超伝導線材よりも大きく収縮することが可能となる。これにより、超伝導線材に対する巻き締まり作用を発揮することができるため、巻きズレを防止することができる。従って、超伝導線材用被覆材１０で超伝導線材を被覆し、該超伝導線材が極低温環境下に配されたとき、その絶縁性の低下を抑制することが可能となる。また、２５℃における引張弾性率が４．０ＧＰａ以下であると、超伝導線材の巻きズレをより防止することが可能となる。
【００５３】
なお、超伝導線材用被覆材１０の２５℃での引張弾性率は小さいほど好ましいが、巻き付け精度の観点から、下限は、例えば２．５ＧＰａである。
【００５４】
ここで、上記「２５℃における引張弾性率」は、ＡＳＴＭ−Ｄ８８２に準じて２５℃の雰囲気下で引張試験を行うことにより測定される。
【００５５】
上記「２５℃における引張弾性率」は、基材のポリマー設計、製膜条件、延伸条件等に応じて基材を構成する分子構造中に−Ｏ−（エーテル結合）を適宜挿入することによって調整することができる。
【００５６】
上記引張弾性率において２５℃を基準にしているのは、超伝導線材用被覆材で超伝導線材を被覆し、被覆された超伝導線材を用いてコイル等を作製するのは、一般的に室温で行われることから、液体窒素環境下での巻き締め作用を発揮させるような引張弾性率を、室温での値でもって特定するためである。
【００５７】
また、超伝導線材用被覆材１０は、２０℃〜−１５０℃における線膨張係数が１０×１０-6／℃以上であることが好ましい。２０℃〜−１５０℃における線膨張係数が１０×１０-6／℃以上であることにより、液体窒素温度下で超伝導線材用被覆材がより大きく収縮するため、超伝導線材用被覆材１０の巻き締め作用をより発揮させることが可能となる。
【００５８】
ここで、上記「２０℃〜−１５０℃における線膨張係数」は、幅が５ｍｍで長さが２５ｍｍの超伝導線材用被覆材１０を２０℃〜−１５０℃の雰囲気下に配置した状態で、超伝導線材用被覆材１０の温度を１℃下降させたときの体積膨張率を意味し、数値が大きいほど低温にしたときに収縮し易いことを示す。なお、上記「線膨張係数」は、超伝導線材に巻回されるときと同じ状態にある超伝導線材用被覆材１０の線膨張係数を意味する。すなわち、超伝導線材用被覆材１０が剥離ライナーを備えている場合には、かかる剥離ライナーが剥離された状態での超伝導線材用被覆材１０の線膨張係数を意味する。
【００５９】
上記「２０℃〜−１５０℃における線膨張率」は、基材のポリマー設計、製膜条件、延伸条件等に応じて基材を構成する分子構造中に−Ｏ−（エーテル結合）を適宜挿入することによって調整することができる。
【００６０】
また、超伝導線材用被覆材１０は、７μｍ以上４０μｍ以下の厚みを有することが好ましく、１０μｍ以上３０μｍ以下の厚みを有することがより好ましく、１０μｍ以上２０μｍ以下の厚みを有することがさらに好ましい。超伝導線材用被覆材１０の厚みが７μｍ以上であると、強度が十分であり、取り扱い性に優れ、１０μｍ以上であると、強度がより十分であり、取り扱い性により優れる。超伝導線材用被覆材１０の厚みが４０μｍ以下であると、超伝導線材用被覆材１０を超伝導線材に被覆した際に形成される超伝導電線における超伝導線材の線占積率を高めることができるので、超伝導電線の特性の低下をより抑制できる。
【００６１】
巻き回し角度が２０°以上８０°以下で、且つ超伝導線材用被覆材１０の一部が重なり合うハーフラップで螺旋状に被覆される場合において、超伝導線材の幅と、巻き回し角度とを考慮すると、超伝導線材用被覆材１０は、被覆する超伝導線材の幅の１倍以上２倍以下の幅を有することが好ましい。このような超伝導線材用被覆材１０の幅は、例えば、１ｍｍ以上８０ｍｍ以下であることが好ましく、１．５ｍｍ以上６０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００６２】
超伝導線材用被覆材１０は、超伝導線材を被覆する際の接続部分であるつなぎ目を設けないことが好ましいことから、長尺であることが好ましい。このような超伝導線材用被覆材１０の長さは、例えば５００ｍ以上であることが好ましく、１０００ｍ以上であることがより好ましく、３０００ｍ以上であることが一層好ましい。本実施形態の超伝導線材用被覆材１０は巻芯２０にロール状に巻回されて保持されているが、１つの巻芯２０に複数列に亘って巻回する、いわゆるボビン巻きにより保持されていてもよい。
【００６３】
続いて、図１及び図２を参照して、本実施形態における超伝導線材用被覆材１０の製造方法について説明する。
【００６４】
まず、上述したように、表面１１ａと、この表面１１ａと反対側の裏面１１ｂとを有する基材１１を準備する。
【００６５】
次に、基材１１の表面１１ａ上に、粘弾性体層１２を形成する。粘弾性体層１２の形成方法は特に限定されないが、例えばシリコーン系粘弾性体組成物を基材１１の表面１１ａ上にコーティングする方法により、粘弾性体層１２を形成することができる。
【００６６】
具体的には、シリコーンゴム、シリコーンレジン、架橋剤、触媒等を含むシリコーン系粘弾性体組成物をトルエン等の溶剤に溶解した溶液を基材１１の表面１１ａに塗布し、次いで上記配合物を加熱することで溶剤の留去と架橋とを行う。本実施形態におけるシリコーン系粘弾性体組成物を含む粘弾性体層１２の形成方法としては、例えば、ロールコート、キスロールコート、グラビアコート、リバースコート、ロールブラッシュ、スプレーコート、ディップロールコート、バーコート、ナイフコート、エアーナイフコート、カーテンコート、リップコート、ダイコーター等による押出しコート法などの方法が挙げられる。
【００６７】
以上の工程を実施することにより、図２に示す超伝導線材用被覆材１０を製造することができる。なお、超伝導線材用被覆材１０の製造方法は、上述した方法に特に限定されない。超伝導線材用被覆材１０が剥離ライナーを備えている場合には、例えば以下の方法で製造してもよい。
【００６８】
具体的には、まず剥離ライナーを準備する。剥離ライナーとしては、例えば、紙、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート等の合成樹脂フィルム、ゴムシート、紙、布、不織布、ネット、発泡シート、金属箔、またはそれらのラミネート体等が挙げられる。
【００６９】
次に、剥離ライナー上に、例えばシリコーン系粘弾性体組成物を含む粘弾性体層１２を形成する。粘弾性体層１２を形成する方法は特に限定されないが、トルエンを溶剤に用い、加熱により付加反応型架橋を行う場合には、加熱温度は、例えば８０℃以上１５０℃以下が好ましく、１００℃以上１３０℃以下がより好ましい。なお、加熱温度は、溶剤を留去でき、所定の架橋反応が進行できる温度であれば特に限定されない。
【００７０】
次に、剥離ライナー上に形成された粘弾性体層１２を、基材１１に転写する。以上の工程を実施することにより、図２に示す超伝導線材用被覆材１０を製造することができる。
【００７１】
なお、本実施形態では、図１に示すように、図２に示す超伝導線材用被覆材１０を巻芯２０に巻き付ける工程をさらに実施する。この工程は、超伝導線材用被覆材１０の形状等により省略されてもよい。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態における超伝導線材用被覆材１０は、超伝導線材を被覆するための被覆材であって、２５℃における引張弾性率が６．０ＧＰａ以下である。
【００７３】
本実施形態における超伝導線材用被覆材１０によれば、基材１１の２５℃での引張弾性率が上記範囲であることから、超伝導線材用被覆材１０が、室温領域から液体窒素温度領域への環境温度変化によって超伝導線材よりも大きく収縮することが可能となる。これにより、超伝導線材に対する巻き締まり作用を発揮することができるため、巻きズレを防止することができる。従って、超伝導線材が極低温環境下に配されたとき、その絶縁性の低下を抑制することが可能となる。
【００７４】
（第２実施形態）
図３〜図５を参照して、本発明に係る第２実施形態における超伝導電線１００について説明する。本実施形態における超伝導電線１００は、図３に示すように、第１実施形態の超伝導線材用被覆材１０と、この超伝導線材用被覆材１０により被覆された超伝導線材１１０とを備えている。
【００７５】
超伝導線材１１０が超伝導線材用被覆材１０に被覆される態様は特に限定されず、螺旋状に巻回されてもよく、超伝導線材用被覆材１０の長さ方向に超伝導線材１１０を添わせるように（タテ添えされるように）巻回されてもよい。本実施形態における超伝導線材１１０は、図３〜図５に示すように、超伝導線材用被覆材１０に螺旋状に巻回されるように被覆されている。
【００７６】
ここで、超伝導線材１１０が超伝導線材用被覆材１０に螺旋状に巻回された場合の好ましい態様について、図３〜図５を参照して説明する。
【００７７】
図４に示すように、超伝導線材１１０の延在方向と超伝導線材用被覆材１０の巻回する方向とのなす角度θ（巻き角度θまたは巻き回し角度θとも言う）は、例えば２０°以上８０°以下である。
【００７８】
超伝導線材１１０は、テープ状の線材であり、各頂点は角張っていてもよく、湾曲していても（Ｒが設けられていても）よい。また、超伝導線材１１０は、ビスマス系、イットリウム系、ニオブ系などの各種超伝導材料からなるものを適宜用いることができる。
【００７９】
超伝導線材１１０の具体的寸法の一例を示すと、厚みは例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であり、幅は例えば１ｍｍ以上２０ｍｍ以下であり、アスペクト比（断面形状における幅／厚みの比）は例えば１以上６０以下程度である。
【００８０】
続いて、本実施形態における超伝導電線１００の製造方法について説明する。
【００８１】
まず、第１実施形態に従って超伝導線材用被覆材１０を製造する。
【００８２】
次に、超伝導線材１１０を準備して、図３〜図５に示すように、超伝導線材用被覆材１０の一部が重なり合うハーフラップで螺旋状に巻回する。超伝導線材用被覆材１０が粘弾性体層１２を備えていない場合には、超伝導線材用被覆材１０の基材１１の表面１１ａ（裏面１１ｂ）の一部が超伝導線材１１０に接触するように、且つ、超伝導線材用被覆材１０の基材１１の表面１１ａ（裏面１１ｂ）の残部が超伝導線材１１０と表面１１ａで接触している超伝導線材用被覆材１０の基材１１の裏面１１ｂ（表面１１ａ）の一部上に接触するように、超伝導線材用被覆材１０を配置する。また、超伝導線材用被覆材１０が粘弾性体層１２を備えている場合には、粘弾性体層１２の一部が超伝導線材１１０に接触するように、且つ、粘弾性体層１２の残部が超伝導線材１１０と接触している超伝導線材用被覆材１０の基材１１の裏面１１ｂの一部上に接触するように、超伝導線材用被覆材１０を配置する。
【００８３】
なお、超伝導線材用被覆材１０が剥離ライナーを備えている場合には、超伝導線材１１０に巻回する際に、剥離ライナーと粘弾性体層１２の表面１２ａとを剥離しながら、超伝導線材１１０を巻回する。
【００８４】
上記工程を実施することにより、図３〜図５に示す本実施形態の超伝導電線１００を製造することができる。
【００８５】
以上説明したように、本実施形態における超伝導電線１００は、第１実施形態の超伝導線材用被覆材１０と、この超伝導線材用被覆材１０に被覆された超伝導線材１１０とを備えている。
【００８６】
本実施形態における超伝導電線１００によれば、２５℃における引張弾性率が上記範囲である超伝導線材用被覆材１０を備えているため、超伝導線材１１０に超伝導線材用被覆材１０を被覆した超伝導電線１００を電気機器に用い、液体窒素温度下で動作させたときに、超伝導電線１００の絶縁性の低下を抑制することが可能となる。
【００８７】
（第３実施形態）
図６を参照して、本発明の第３実施形態における電気機器の一例であるコイル２００を説明する。図６に示すように、本実施形態のコイル２００は、巻枠２１０と、この巻枠２１０に巻きつけられた第２実施形態の超伝導電線１００とを備えている。
【００８８】
巻枠２１０は、超伝導電線１００を巻装できれば特に限定されないが、例えば円筒型、レーストラック型等である。超伝導電線１００は、１本であってもよく、必要な長さに応じて、複数本が接続されていてもよい。コイルは、複数のコイル２００が積層されていてもよい。
【００８９】
第３実施形態におけるコイル２００の製造方法は、巻枠２１０を準備する工程と、この巻枠２１０に超伝導電線１００を巻きつける工程とを備えている。
【００９０】
ここで、本実施形態では、電気機器の一例としてコイル２００を例に挙げて説明したが、本発明の電気機器は超伝導コイル２００に限定されず、例えば超伝導マグネット、超伝導ケーブル、電力貯蔵装置などであってもよい。
【００９１】
以上説明したように、本実施形態の電気機器の一例であるコイル２００は、第２実施形態の超伝導電線１００を用いて作製されている。
【００９２】
本発明の電機機器の一例であるコイル２００によれば、液体窒素温度下において動作させたときに絶縁性の低下が抑制された超伝導電線を備えているため、かかる絶縁性の低下に起因する動作不良等を抑制することが可能となる。
【実施例】
【００９３】
（実施例１）
第１実施形態と同様の超伝導線材用被覆材を製造した。具体的には、シリコーン系粘弾性体として「Ｘ−４０−３２２９」（シリコーンガム、固形分６０％、信越化学工業社製）７０重量部及び「ＫＲ−３７００」（シリコーンレジン、固形分６０％、信越化学工業社製）３０重量部と、白金触媒として「ＰＬ−５０Ｔ」（信越化学工業社製）０．５重量部と、溶剤としてトルエン３１５重量部とを配合し、ディスパーで攪拌して、シリコーン系粘弾性体組成物を含有する混合液を得た。また、基材としてポリイミド樹脂フィルム「カプトン５０Ｈ」（厚み１２．５μｍ、東レ・デュポン社製）を用いた。次に、該基材に上記混合液を、ファウンテンロールで乾燥後の厚みが３μｍとなるように塗布し、乾燥温度１５０℃、乾燥時間１分の条件でキュアー・乾燥して、基材１１上にゲル分率が７４％の粘弾性体層１２を形成した超伝導線材用被覆材１０を作製した。これを巻芯２０（内径７６ｍｍ）に巻き取り、図１に示すようなロール状の巻回体を得た。
【００９４】
（実施例２）
基材として、ポリイミド樹脂フィルム「カプトン５０ＥＮ」（厚み１２．５μｍ、東レ・デュポン社製）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例２の超伝導線材用被覆材を製造した。
【００９５】
（実施例３）
基材として、ポリイミド樹脂フィルム「カプトン４０ＥＮ」（厚み１０μｍ、東レ・デュポン社製）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例３の超伝導線材用被覆材を製造した。
【００９６】
（実施例４）
基材として、ポリイミド樹脂フィルム「カプトン３０ＥＮ」（厚み７．５μｍ、東レ・デュポン社製）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例４の超伝導線材用被覆材を製造した。
【００９７】
（実施例５）
基材として、ポリイミド樹脂フィルム「カプトン１００Ｈ」（厚み２５μｍ、東レ・デュポン社製）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例５の超伝導線材用被覆材を製造した。
【００９８】
（実施例６）
基材として、ポリイミド樹脂フィルム「カプトン１００ＥＮ」（厚み２５μｍ、東レ・デュポン社製）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例６の超伝導線材用被覆材を製造した。
【００９９】
（実施例７）
基材として、ポリイミド樹脂フィルム「ユーピレックス−２５Ｒ」（厚み２５μｍ、宇部興産社製）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、実施例７の超伝導線材用被覆材を製造した。
【０１００】
（比較例１）
基材として、ポリイミド樹脂フィルム「ユーピレックス（登録商標）−１２．５Ｓ」（厚み１２.５μｍ、宇部興産社製）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、比較例１の超伝導線材用被覆材を製造した。
【０１０１】
（比較例２）
基材として、ポリイミド樹脂フィルム「ユーピレックス（登録商標）−２５Ｓ」（厚み２５μｍ、宇部興産社製）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、比較例２の超伝導線材用被覆材を製造した。
【０１０２】
（評価方法）
実施例１〜７及び比較例１、２について、引張弾性率、線膨張係数をそれぞれ以下のように測定すると共に、巻きズレを以下のように評価した。結果を表１に示す。
【０１０３】
（引張弾性率）
実施例１〜７及び比較例１、２において用いた基材の引張弾性率は、２５℃の雰囲気下でＡＳＴＭ−Ｄ８８２に準じて測定した。
【０１０４】
（線膨張係数）
実施例１〜７及び比較例１、２において作製した超伝導線材用被覆材を、２５ｍｍ×４ｍｍに打ち抜いて評価サンプルを作製した。これら評価サンプルについて、熱機械測定装置ＴＭＡ４０００Ａ（ブルカー・エイエックス社製）を用い、引張法にて、測定荷重３ｇ、昇温速度５℃／分、２０〜−１５０℃の降温過程の条件で測定し、各評価サンプルの線膨張係数を算出した。
【０１０５】
（室温での巻きズレ評価）
実施例１〜７及び比較例１、２で作製した超伝導線材用被覆材について、幅５ｍｍの試験片とし、超伝導線材として「Ｄｉ−ＢＳＣＣＯ」（線材：ビスマス系超伝導線、厚み０．２３ｍｍ×幅４．３ｍｍ、住友電気工業社製）に対し、巻き回し角度（図４における角度θ）を６０度、超伝導線材用被覆材同士の重なり（図５におけるラップ部１２０の幅Ｗ１２０）を約２．０ｍｍで螺旋状に被覆して、長さ１０ｃｍの評価サンプルを作製した。
この評価サンプルを外径３０ｍｍのマンドレルに巻き付けた。その後、室温で１時間放置したのち、マンドレルに巻き付けた評価サンプルの外周部を目視観察することで、超伝導線材用被覆材の巻きズレの有無を確認した。巻きズレが見られなかった場合を「○」、巻きズレが見られた場合を「×」とした。結果を表１に示す。
【０１０６】
（液体窒素浸漬後の巻きズレ評価）
実施例１〜７及び比較例１、２で作製した超伝導線材用被覆材について、上記した室温での巻きズレ評価と同様にして、評価サンプルを作製し、この評価サンプルをマンドレルに巻き付けた。その後、液体窒素中に１時間浸漬したのち、マンドレルに巻き付けた評価サンプルの外周部を目視観察することで、上記した室温での巻きズレ評価と同様にして、超伝導線材用被覆材の巻きズレの有無を確認した。結果を表１に示す。
【０１０７】
【表１】
2013033716.tif 000003
【０１０８】
表１に示すように、２５℃における基材の引張弾性率が６．０ＧＰａ以下である実施例１〜７の超伝導線材用被覆材を、室温で超伝導線材に巻回した後、室温で放置した場合、巻きズレは発生しなかった。また、かかる実施例１〜７の超伝導線材用被覆材を、室温で超伝導線材に巻回した後、液体窒素に浸漬して極低温環境下に曝したところ、かかる極低温環境下に曝された場合においても巻きズレは発生しなかった。従って、実施例１〜７の超伝導線材用被覆材を用いて超伝導線材を被覆して超伝導電線を作製することにより、該超伝導線材の絶縁性の低下を抑制し得ることがわかった。
これに対し、２５℃における基材の引張弾性率が上記範囲を満たさない比較例１では、室温で放置された場合に巻きズレが発生し、また、極低温環境下に曝された場合においても巻きズレが発生した。該比較例１と同様に上記引張弾性率が上記範囲を満たさない比較例２では、極低温環境下に曝された場合に巻きズレが発生した。
【０１０９】
以上のように本発明の実施形態及び実施例について説明を行なったが、各実施形態及び実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施形態及び実施例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。本発明の範囲は上記した実施形態及び実施例ではなくて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及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】
【０１１０】
１０  超伝導線材用被覆材、１１  基材、１１ａ，１２ａ  表面、１１ｂ  裏面、１２  粘弾性体層、２０  巻芯、１００  超伝導電線、１１０  超伝導線材、１２０  ラップ部、２００  コイル、２１０  巻枠、Ｗ１２０  幅、θ  角度。
【図１】
2013033716.tif 000004
【図２】
2013033716.tif 000005
【図３】
2013033716.tif 000006
【図４】
2013033716.tif 000007
【図５】
2013033716.tif 000008
【図６】
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