(57)【要約】【課題】軽量化、及びコンパクト化を図ることができる超伝導コイル体を提供する。【解決手段】超伝導コイル体は、超伝導材から形成された線材１１と、この線材１１を保持した平板状の樹脂製絶縁体１２とを有する複数のコイル構成部材１０を具備しており、これらコイル構成部材１０を連結し、かつ各線材１１を巻き方向が一方向になるようにコイル状に連結している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導材から形成された線材と、この線材を保持した平板状の樹脂製絶縁体とを有する複数のコイル構成部材を具備しており、
これらコイル構成部材を連結し、かつ各前記線材を巻き方向が一方向になるようにコイル状に連結していることを特徴とする超伝導コイル体。
【請求項２】
前記線材は、一部が開いた一重の環状に形成した環状部を有しており、この環状部を同心軸上に配置するように複数の前記コイル構成部材を積み重ねていることを特徴とする請求項１記載の超伝導コイル体。
【請求項３】
前記線材は長さ方向に直交する断面が層状である部分を含んでいることを特徴とする請求項１又は２記載の超伝導コイル体。
【請求項４】
前記樹脂製絶縁体は、前記線材を載置したフェノール樹脂製の平板と、前記線材を載置した状態で前記平板上に積層して硬化したエポキシ樹脂層とから形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の超伝導コイル体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超伝導コイル体に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は従来の高温超伝導コイル体を開示している。この高温超伝導コイル体は複数の高温超伝導薄膜線材プレートを積層して形成されている。高温超伝導薄膜線材プレートは、一部が切断されてスリット部を有するレーストラック形状であり、内径側がくり抜かれている。スリット部の端部を次層のプレートの端部に接続してコイルを形成している。高温超伝導コイル体は各高温超伝導薄膜線材プレートの間に絶縁材として絶縁材シートを介在している。
【０００３】
高温超伝導薄膜線材プレートは超伝導薄膜線材によって形成されている。超伝導薄膜線材は、金属基板と、この金属基板上に形成された高温超伝導薄膜と、この高温超伝導薄膜上に形成された安定化金属層とを有している。超伝導薄膜線材は、幅広に作製することが可能であるため、打ち抜き、切り出しなどの加工によって、歪みのない高温超伝導薄膜線材プレートを形成することができる。このため、超伝導特性を劣化させずに小さな空間に高い磁場を発生することができる高温超伝導コイル体を作製することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１１５６３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の高温超伝導コイル体は、各高温超伝導薄膜線材プレートを形成する高温超伝導薄膜線材が金属基板と安定化金属層との間に高温超伝導薄膜を挟み込む構造であるため、厚肉となり、重量が重くなる。また、高温超伝導薄膜線材プレートは、打ち抜き、切り出しなどの加工により作製するため、幅広の電流経路になる。このため、この高温超伝導コイル体は、軽量化、及びコンパクト化を図ることが困難である。
【０００６】
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、軽量化、及びコンパクト化を図ることができる超伝導コイル体を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の超伝導コイル体は、超伝導材から形成された線材と、この線材を保持した平板状の樹脂製絶縁体とを有する複数のコイル構成部材を具備しており、
これらコイル構成部材を連結し、かつ各前記線材を巻き方向が一方向になるようにコイル状に連結していることを特徴とする。
【０００８】
この超伝導コイル体は、超伝導材から形成された線材を樹脂製絶縁体で保持するため、軽量化を図ることができる。また、超伝導材から形成された線材を樹脂製絶縁体で保持しているため、この線材を歪み難くすることができ、断線を防止することができる。このため、線材を細線化して、超伝導コイル体をコンパクト化しても良好に電流を流すことができる。
【０００９】
したがって、本発明の超伝導コイル体は、軽量化、及びコンパクト化を図ることができる。
【００１０】
前記線材は、一部が開いた一重の環状に形成した環状部を有しており、この環状部を同心軸上に配置するように複数の前記コイル構成部材を積み重ね得る。この場合、コイル形状を容易に形成することができる。
【００１１】
前記線材は長さ方向に直交する断面が層状である部分を含み得る。この場合、形成された層に沿って線材の長さ方向に電流を良好に流すことができる。
【００１２】
前記樹脂製絶縁体は、前記線材を載置したフェノール樹脂製の平板と、前記線材を載置した状態で前記平板上に積層して硬化したエポキシ樹脂層とから形成され得る。この場合、フェノール樹脂製の平板、及びエポキシ樹脂層が線材を保持しつつ、かつ、各線材間を絶縁することができる。このため、超伝導コイル体を容易に形成することができるとともに軽量化を図ることができる。また、超伝導性を発現するための低温（液体窒素を使用する場合、７７Ｋ＝−１９６°Ｃ）と、生活温度（およそ３００Ｋ＝２７°Ｃ）との大きな温度差に対して、超伝導材から形成された線材と熱膨張係数等の特性が適合し、繰り返しの熱履歴にも耐え得るフェノール樹脂及びエポキシ樹脂を採用することによって、温度変化を繰り返しても、超伝導コイル体を良好に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１の高温超伝導コイル体を示す斜視図である。
【図２】実施例１の線材を作製する際の熱処理パターンを示すグラフである。
【図３】試験片の線材を示す写真である。
【図４】試験片を示す写真である。
【図５】試験片の温度−低効率の変化を示すグラフである。
【図６】実施例２の高温超伝導コイル体を示す分解斜視図である。
【図７】実施例２の高温超伝導コイル体を示す断面図である。
【図８】実施例３の高温超伝導コイル体を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の超伝導コイル体を具体化した実施例１〜３について、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
＜実施例１＞
実施例１の超伝導コイル体は、図１に示すように、複数のコイル構成部材１０を積み重ねて連結している。各コイル構成部材１０は、高温超伝導材から形成された線材１１と、この線材１１を保持した平面視が矩形の平板状に形成した樹脂製絶縁体１２とから形成されている。
【００１６】
線材１１は一部が開いた一重の環状に形成した環状部１１Ａを有する略Ｃ字状に形成されている。また、線材１１は環状部１１Ａの両端部を他の線材１１に電気的に連結するための連結端部１１Ｂにしている。この連結端部１１Ｂはコイル構成部材１０の側面から突出している。
【００１７】
コイル構成部材１０は、平面視が矩形状のフェノール樹脂製の平板１２Ａ上に線材１１を載置し、その上に積層したエポキシ樹脂層１２Ｂが硬化することによって、平板状に形成している。このように、フェノール樹脂製の平板１２Ａとエポキシ樹脂層１２Ｂとからなる樹脂製絶縁体１２で線材１１を保持しているため、超伝導コイル体（以下、高温超伝導コイル体という。）は軽量化を図ることができる。また、樹脂製絶縁体１２で線材１１を保持しているため、線材１１が歪み難くすることができ、断線を防止することができる。このため、線材１１を細線化して、高温超伝導コイル体をコンパクト化しても良好に電流を流すことができる。
【００１８】
高温超伝導コイル体は高温超伝導材から形成された線材１１の環状部１１Ａを同心軸上に配置するように各コイル構成部材１０を積層して連結している。この状態で、線材１１の連結端部１１Ｂの一方（図１において、右側に突出している連結端部１１Ｂ）と、下層の線材１１の連結端部１１Ｂの他方（図１において、左側に突出している連結端部１１Ｂ）とを銀製の導線１３で連結している。このようにして、各線材１１を巻き方向が一方向になるようにコイル状に連結することができる。このため、この高温超伝導コイル体はコイル形状を容易に形成することができる。
【００１９】
各線材１１は溶液紡糸法を用いて作製した繊維状のＤｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（以下、「Ｄｙ１２３」と示す。）超伝導体である。
【００２０】
この線材１１の作製方法を説明すると、先ず３種類の金属酢酸塩Ｄｙ（ＣＨ3ＣＯＯ)3・４Ｈ2Ｏ、Ｂａ（ＣＨ3ＣＯＯ）2、Ｃｕ（ＣＨ3ＣＯＯ）2・Ｈ2Ｏのモル比がＤｙ：Ｂａ：Ｃｕ＝１．１８：２．１２：３．０９で総量が１５ｇとなるように秤量する。
【００２１】
次に、これに、２−ハイドロキシイソ酪酸１．５ｇ、蒸留水約５５ｍｌ及びプロピオン酸６ｍｌを加えて溶解する。さらに、重合度２４５０のＰＶＡ（ポリビニルアルコール）水溶液（７ｗｔ％）５５ｇを加え、均一に混合する。その後、濃縮及び粘度調製により紡糸ドープを作製する。乾式紡糸によって繊維状に加工し、環状部１１Ａ及び連結端部１１Ｂに相当する形状に成形して風乾し、超伝導体の前駆体を作製する。
【００２２】
次に、有機物を熱分解させるために、この前駆体をプラチナ材で作製した焼成台上に水平に載置して、Ｏ2ガス（２５０ｍｌ／ｍｉｎ）雰囲気下で９００°Ｃ、１５分の熱処理を行う。さらに、図２に示す熱処理パターンを用いて、酸素濃度を調整した２０％Ｏ2＋Ａｒガス雰囲気（２００ｍｌ／ｍｉｎ）中で溶融温度Ｔｓを系統的に変化させ、部分溶融熱処理を行う。引き続き、５００°Ｃで５時間、３４０°Ｃで１０時間のＯ2アニールを行う。
【００２３】
コイル構成部材１０の特性を確認するために、図３及び図４に示すように、試験片１５を作製した。つまり、図３に示すように、Ｕ字状の線材１６を上述したように溶液紡糸法を用いて作製し、その線材１６に電圧測定用の銀製の電極１７と、電流測定用の銀製の電極１８とを接続した。そして、この線材１６をフェノール樹脂製の平板上に載置し、その上からエポキシ樹脂を積層して硬化させ、図４に示すように、試験片１５を作製した。
【００２４】
この試験片１５を利用して、臨界温度Ｔc、臨界電流Ｉc、臨界電流密度Ｊcを測定した結果を図５に示す。コイル構成部材１０の線材１１に相当する試験片１５の線材１６は、臨界温度Ｔcが９１．４Ｋであり、臨界電流Ｉcが０．２Ａ以上、臨界電流密度Ｊcが０．６×１０4Ａ／ｃｍ2以上であった。このように、この線材１６は、液体窒素を利用して冷却すれば超伝導性を発現し、かつ、大電流を流すことができる高温超伝導体である。このため、コイル構成部材１０の線材１１は細線化することができ、高温超伝導コイル体のコンパクト化を図ることができる。
【００２５】
したがって、実施例１の超伝導コイル体は、軽量化、及びコンパクト化を図ることができる。
【００２６】
＜実施例２＞
実施例２の高温超伝導コイル体は、図６及び図７に示すように、コイル構成部材２０の樹脂製絶縁体２１の構成が実施例１と相違する。他の点は実施例１と同様であり、同一の構成は同一の符号を付し詳細な説明を省略する。
【００２７】
この樹脂製絶縁体２１は、平面視が矩形状のフェノール樹脂製の平板の上面に線材１１が嵌り込む溝部２２を形成している。このため、線材１１を溝部２２に嵌め込んだコイル構成部材２０を積み重ねて連結することによって、高温超伝導コイル体を形成することができる。このように、線材１１を樹脂製絶縁体２１の溝部２２に嵌め込んで保持しているため、高温超伝導コイル体を軽量化することができる。また、線材１１を樹脂製絶縁体２１で保持しているため、線材１１が歪み難くすることができ、断線を防止することができる。このため、線材１１を細線化して、高温超伝導コイル体をコンパクト化しても良好に電流を流すことができる。
【００２８】
したがって、実施例２の超伝導コイル体も、軽量化、及びコンパクト化を図ることができる。
【００２９】
＜実施例３＞
実施例３の高温超伝導コイル体は、図８に示すように、内側が上下に貫通した空洞を有する三角柱状であり、３つのコイル構成部材３０を連結して形成している。各コイル構成部材３０は、縦長矩形状の平板であり、エポキシ樹脂からなる樹脂製絶縁体３２と、この樹脂製絶縁体３２内に水平方向に等間隔を空けて配置した高温超伝導材から形成された複数本の直線状の線材３１とから形成されている。各線材３１は、実施例１及び２と同様、溶液紡糸法を用いて作製した繊維状のＤｙ１２３超伝導体である。各線材３１は、両端部が樹脂製絶縁体の左右側面から突出しており、この両端部を他の線材３１に電気的に連結するための連結端部３１Ａにしている。
【００３０】
この高温超伝導コイル体は３つのコイル構成部材３０を三角柱の側面を形成するように連結している。この状態で、三角柱の２つのコーナー部Ｘでは同じ高さで隣り合う連結端部３１Ａ同士を銀製の導線３３で連結している。三角柱の残りの１つのコーナー部Ｙでは上下に一段ずれた連結端部３１Ａ同士を銀製の導線３３で連結している。このようにして、各線材３１を巻き方向が一方向になるようにコイル状に連結することができる。このため、この高温超伝導コイル体はコイル形状を容易に形成することができる。
【００３１】
この高温超伝導コイル体は、線材３１を樹脂製絶縁体３２で保持しているため、高温超伝導コイル体を軽量化することができる。また、線材３１を樹脂製絶縁体３２で保持しているため、線材が歪み難くすることができ、断線を防止することができる。このため、線材３１を細線化して、高温超伝導コイル体をコンパクト化しても良好に電流を流すことができる。
【００３２】
したがって、実施例３の超伝導コイル体も、軽量化、及びコンパクト化を図ることができる。
【００３３】
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）実施例１及び２では、線材が略Ｃ字状であるが、他の形状であってもよい。
（２）実施例１及び２では、樹脂製絶縁体が平面視において矩形の平板であるが、平面視において線材に沿った形状であってもよい。つまり、高温超伝導コイル体は線材の内側を上下方向に貫通するように空洞部を設けてもよい。また、高温超伝導コイル体の外形が円筒状であってもよい。
（３）実施例１では、樹脂製絶縁体をフェノール樹脂製の平板とエポキシ樹脂層で形成したが、樹脂製絶縁体をエポキシ樹脂のみで形成してもよい。
（４）実施例１〜３では、線材を銀製の導線で連結したが、電気伝導率の高い導線であればよい。例えば、金製等の導線を利用してもよい。
（５）実施例１〜３では、線材がＤｙ１２３超伝導体であったが、Ｓｍ元素サイトをＲＥ（ＲＥ＝ｒａｒｅ  ｅａｒｔｈ）に置換したＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ超伝導体であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は超伝導マグネット、発電機に利用可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１０、２０、３０…コイル構成部材
１１、３１…線材
１１Ａ…環状部
１２、２１、３２…樹脂製絶縁体
１２Ａ…（フェノール樹脂製の）平板
１２Ｂ…エポキシ樹脂層
【図１】
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【図２】
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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３】
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【図４】
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