(57)【要約】【課題】超電導線材の層間剥離を抑制することができ、超電導特性を良好に維持することができる超電導線材の絶縁被覆構造を提供する。【解決手段】テープ状の超電導線材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の超電導層１４が形成され、その超電導層１４上に安定化層１５，１６が形成され、それらの外周に絶縁被覆層１７が形成されて構成されている。超電導線材１１の幅方向の端部における絶縁被覆層１７ａの厚さＤは、中間部における絶縁被覆層１７の厚さｄより厚くなるように構成されている。この絶縁被覆層１７ａの厚さＤは、中間部における絶縁被覆層１７の厚さｄより１５〜３５％厚く形成することが好ましい。さらに、絶縁被覆層１７ａの厚さＤは、１５〜１００μｍであることが好ましい。【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の超電導層が形成され、その超電導層上に安定化層が形成されるとともに、それらの外周部に絶縁被覆層が形成されたテープ状をなす超電導線材の絶縁被覆構造であって、
前記超電導線材の幅方向の端部における絶縁被覆層の厚さを中間部における絶縁被覆層の厚さより厚くなるように構成したことを特徴とする超電導線材の絶縁被覆構造。
【請求項２】
前記超電導線材の幅方向の端部における絶縁被覆層の厚さは、中間部における絶縁被覆層の厚さより１５〜３５％厚く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導線材の絶縁被覆構造。
【請求項３】
前記超電導線材の幅方向の端部における絶縁被覆層の厚さは、１５〜１００μｍ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の絶縁被覆構造。
【請求項４】
前記超電導線材の幅方向の端部における絶縁被覆層の外面を曲面で構成した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の絶縁被覆構造。
【請求項５】
前記超電導線材の幅方向の端部における絶縁被覆層の外面は断面円弧状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の超電導線材の絶縁被覆構造。
【請求項６】
前記絶縁被覆層は、ポリイミド樹脂を主成分とする合成樹脂により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の絶縁被覆構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば金属基板上に希土類系酸化物超電導体による超電導層が形成され、その上に絶縁被覆層が形成されたテープ状の超電導線材について幅方向の端部における超電導層の剥離を抑制して超電導特性を維持することができる超電導線材の絶縁被覆構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の希土類系酸化物超電導体を用いた超電導線材はテープ形状を有していることから、その超電導線材を巻回して超電導コイル（パンケーキコイル）を形成するときに超電導線材の幅方向の端部に曲げ応力が作用して剥離の起点となり、超電導層の剥離が起きやすい。さらに、超電導線材のテープを細線化するために、その長手方向に切断加工したとき、その切断加工による断面が剥離の起点となって超電導層の剥離が進行しやすい。
【０００３】
この種の絶縁被覆酸化物超電導線材が特許文献１に開示されている。すなわち、この超電導線材は、絶縁材層が全周面に略等厚に被覆形成され、その絶縁材層の外表面の一部に離形材層が形成されている。そして、当該超電導線材を巻回して超電導コイルを形成し、冷却した際に離形材層が剥離し、超電導線材には剥離力が働かず、超電導線材が劣化し難いようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１９８４６９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、離形材層が具体的には超電導線材の一面にのみ設けられ、その他の部分には設けられていない。超電導線材より形成した超電導コイルの冷却時や使用時、或いは超電導コイルの製造時には、超電導線材の幅方向の端部に曲げ応力等の応力が集中しやすい。このため、超電導線材の幅方向の端部が超電導線材の層間剥離の起点となり、その層間剥離が内部へと拡大し、超電導層に剥離が生ずる。従って、超電導線材はその超電導特性を維持することができないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的とするところは、超電導線材の層間剥離を抑制することができ、超電導特性を良好に維持することができる超電導線材の絶縁被覆構造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の絶縁被覆構造は、基板上に中間層を介して希土類系酸化物超電導体の超電導層が形成され、その超電導層上に安定化層が形成されるとともに、それらの外周部に絶縁被覆層が形成されたテープ状をなす超電導線材の絶縁被覆構造であって、前記超電導線材の幅方向の端部における絶縁被覆層の厚さを中間部における絶縁被覆層の厚さより厚くなるように構成し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の絶縁被覆構造は、請求項１に係る発明において、前記超電導線材の幅方向の端部における絶縁被覆層の厚さは、中間部における絶縁被覆層の厚さより１５〜３５％厚く形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明の超電導線材の絶縁被覆構造は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記超電導線材の幅方向の端部における絶縁被覆層の厚さは、１５〜１００μｍであることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明の超電導線材の絶縁被覆構造は、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、前記超電導線材の幅方向の端部における絶縁被覆層の外面を曲面で構成したことを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明の超電導線材の絶縁被覆構造は、請求項４に係る発明において、前記超電導線材の幅方向の端部における絶縁被覆層の外面は断面円弧状に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明の超電導線材の絶縁被覆構造は、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、前記絶縁被覆層は、ポリイミド樹脂を主成分とする合成樹脂により形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
本発明の超電導線材の絶縁被覆構造では、超電導線材の幅方向の端部における絶縁被覆層の厚さが中間部における絶縁被覆層の厚さより厚くなるように構成されている。このため、超電導線材をコイル状に形成するときの曲げ応力や超電導線材のコイルを冷却したときの応力が超電導線材に作用したとき、超電導線材の幅方向端部の肉厚に形成された絶縁被覆層がその応力を緩衝して超電導線材が元の形状を保持しやすく、幅方向端部において超電導線材の層間剥離の起点の発生が抑えられる。
【００１４】
従って、本発明の超電導線材の絶縁被覆構造によれば、超電導線材の層間剥離を抑制することができ、超電導特性を良好に維持することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を具体化した実施形態の超電導線材を示す断面図であって、（ａ）は第１実施形態の超電導線材を示す断面図、（ｂ）は第２実施形態の超電導線材を示す断面図。
【図２】第３実施形態の超電導線材を示す断面図。
【図３】（ａ）は超電導線材による超電導コイルを示す平面図、（ｂ）はその超電導コイルを示す断面図。
【図４】第１実施形態の超電導コイルの超電導特性を示し、電流と電圧との関係を示すグラフ。
【図５】第２実施形態の超電導コイルの超電導特性を示し、電流と電圧との関係を示すグラフ。
【図６】第３実施形態の超電導コイルの超電導特性を示し、電流と電圧との関係を示すグラフ。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の超電導線材における絶縁被覆層の別例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、本発明の超電導線材の絶縁被覆構造を具体化した第１実施形態に関し、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、第１実施形態の超電導線材１１はテープ形状をなし、基板１２上に中間層１３を介して超電導層１４が形成され、その超電導層１４上に第１安定化層１５及び第２安定化層１６が被覆され、それらの各層を覆うように絶縁被覆層１７が被覆されて構成されている。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。なお、ハステロイ（登録商標）は、ニッケルを主成分とし、クロム、モリブデン等を含む合金で、耐熱性、機械的強度等が良好である。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）、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。
【００１８】
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。
【００１９】
第１安定化層１５は、銀等の金属のスパッタリング等により、例えば厚さ約１５μｍ、幅１０ｍｍに形成されている。第２安定化層１６は、例えば厚さ１００μｍの銅箔が第１安定化層１５に貼り合せて形成されている。
【００２０】
絶縁被覆層１７は、柔軟性及び電気絶縁性を有する合成樹脂により前記各層の外周部を覆うように塗布法又は電着法により形成されている。超電導線材１１の幅方向の両端部の絶縁被覆層１７ａの厚さＤは、中間部における絶縁被覆層１７の厚さｄより厚くなるように構成されている。さらに、超電導線材１１の幅方向の端部における絶縁被覆層１７ａの外面は、断面円弧状をなす曲面１７ｂで構成されている。
【００２１】
前記絶縁被覆層１７、１７ａを形成する合成樹脂としては、ポリイミド樹脂を主成分とする合成樹脂が好ましく、ポリイミド樹脂単独、ポリイミド樹脂を主成分とし、エポキシ樹脂を含む合成樹脂等を用いることができる。このような柔軟性及び電気絶縁性を有する合成樹脂を用いることにより、超電導線材１１の幅方向端部で受ける曲げ応力等の応力を受け止め、形状を保持できるとともに、電界の集中を緩和することができる。
【００２２】
前記超電導線材１１の幅方向の端部における絶縁被覆層１７ａの厚さＤは、中間部における絶縁被覆層１７の厚さｄより１５〜３５％厚く形成されることが好ましい。幅方向端部における絶縁被覆層１７ａの厚さＤが中間部における絶縁被覆層１７の厚さｄより１５％未満である場合には、幅方向端部における絶縁被覆層の厚さが不足して、曲げ応力等の応力による超電導線材１１の層間剥離を抑制することが難しくなる。その一方、３５％を超える場合には、曲げ応力等の応力による超電導線材１１の層間剥離をそれ以上抑制することができず、かえって絶縁被覆層１７ａを均一に形成することが難しくなる。
【００２３】
また、超電導線材１１の幅方向の端部における絶縁被覆層１７ａの厚さＤは、１５〜１００μｍであることが好ましい。この絶縁被覆層１７ａの厚さＤが１５μｍを下回る場合、絶縁被覆層１７ａの厚さＤが不十分であり、応力による超電導線材１１の層間剥離を十分に抑制することが困難になる。一方、１００μｍを上回る場合、幅方向端部の絶縁被覆層１７ａを厚くする効果がそれ以上望めず、かえって絶縁被覆層１７ａの均一な形成が困難になる。
【００２４】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、テープ状の超電導線材１１を円筒状に巻回することにより超電導コイル（パンケーキコイル）２０が形成され、超電導線材１１の始端と終端にはそれぞれ図示しない電極が接続される。この場合、図示しない円筒状の内周枠を用い、その外周に超電導線材１１を巻回することにより、超電導コイル２０を容易に形成することができる。この超電導コイル２０の外周面に絶縁被覆層１７，１７ａ用の合成樹脂を塗布法又は電着法で被覆することにより絶縁被覆層１７，１７ａが形成される。塗布法では合成樹脂を加熱溶融させて超電導線材１１の外周に塗布し、電着法では合成樹脂に電荷を与えて逆の電荷を有する超電導線材１１の外周面を被覆する。なお、超電導コイル２０の外周に図示しない外周枠を配置することにより、超電導コイル２０が高磁場によるフープ応力（電磁応力）を受けたときに、超電導コイル２０の拡径を抑えることができる。
【００２５】
次に、上記のように構成された超電導線材１１について作用を説明する。
さて、本実施形態の超電導線材１１の幅方向端部における絶縁被覆層１７ａの厚さＤが中間部における絶縁被覆層１７の厚さｄより厚くなるように構成され、幅方向端部における超電導線材１１の保持力が高められている。このため、超電導線材１１から超電導コイル２０を製造する際に受ける曲げ応力や超電導コイル２０を液体ヘリウム、液体窒素等で冷却するときに受ける熱膨張率の差に基づく応力が超電導線材１１に作用したとき、その応力が超電導線材１１の幅方向端部で十分に受け止められ、緩衝されて、超電導線材１１は元の形状が保持される。従って、超電導線材１１の幅方向端部において超電導線材１１の各層間、特に超電導層１４の剥離の起点となることが回避される。
【００２６】
また、超電導線材１１の幅方向端部における絶縁被覆層１７ａの外面は円弧状をなす曲面１７ｂで構成されている。このため、超電導コイル２０を高磁場マグネット等として使用するときに超電導線材１１が電界を受けたとき、超電導線材１１の幅方向端部における絶縁被覆層１７ａの部分ではエッジがなく、電界が分散され、電界の局部的な集中が回避される。
【００２７】
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）この第１実施形態の超電導線材１１では、その幅方向の端部における絶縁被覆層１７ａの厚さＤが中間部における絶縁被覆層１７の厚さｄより厚くなるように構成されている。このため、超電導線材１１に曲げ応力等の応力が作用したとき、超電導線材１１の幅方向端部の肉厚に形成された絶縁被覆層１７ａがその応力を吸収し、超電導線材１１が原形状を保持でき、幅方向端部において超電導層１４の剥離の起点発生が抑えられる。
【００２８】
従って、第１実施形態の超電導線材１１の絶縁被覆構造によれば、超電導線材１１の層間剥離を抑制することができ、超電導特性を良好に維持することができるという効果を奏する。
（２）前記超電導線材１１の幅方向の端部における絶縁被覆層１７ａの厚さＤは、中間部における絶縁被覆層１７の厚さより１５〜３５％厚く形成されている。このため、超電導線材１１の幅方向端部の絶縁被覆層１７ａの肉厚部分に基づく超電導線材１１の層間剥離の抑制効果を十分に得ることができる。
（３）前記超電導線材１１の幅方向の端部における絶縁被覆層１７ａの厚さは、１５〜１００μｍに設定される。この場合、超電導線材１１の幅方向端部における絶縁被覆層１７ａの厚さを十分に確保することができ、特に曲げ応力や冷却時の応力に十分に対処できて元の形状を保持することができ、超電導線材１１の層間剥離を良好に抑制することができる。
（４）前記超電導線材１１の幅方向の端部における絶縁被覆層１７ａの外面が断面円弧状をなす曲面１７ｂで構成されている。このため、超電導線材１１による超電導コイル２０の使用時に電界を受けたとき、超電導線材１１の幅方向端部における絶縁被覆層１７ａの外面にエッジがなく、その電界が超電導線材１１の幅方向端部に集中することを抑制することができる。
（５）前記絶縁被覆層１７，１７ａは、ポリイミド樹脂を主成分とする合成樹脂により形成されている。このため、曲げ応力や冷却時の応力に対して元の形状を十分に保持することができるとともに、超電導線材１１の幅方向の端部における絶縁被覆層１７ａの外面を簡単に曲面形状に賦形でき、電界の集中を容易に抑制することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明の超電導線材１１の絶縁被覆構造を具体化した第２実施形態に関し、図面に基づいて説明する。なお、この第２実施形態では、主に前記第１実施形態と相違する部分について説明し、重複する部分について説明を省略する。
【００２９】
図１（ｂ）に示すように、第２安定化層１６は、銅等の金属のメッキにより基板１２、中間層１３、超電導層１４及び第１安定化層１５の全周を被覆するように構成されている。この第２安定化層１６は、例えば厚さ約１００μｍに形成されている。絶縁被覆層１７，１７ａは、第２安定化層１６を被覆するように形成され、超電導線材１１の幅方向両端部が中間部より厚くなるように断面円弧状に形成されている。
【００３０】
この第２実施形態では、第２安定化層１６が基板１２、中間層１３、超電導層１４及び第１安定化層１５の全周を被覆するように構成されるとともに、絶縁被覆層１７，１７ａがその第２安定化層１６の全周を覆うように形成されている。このため、超電導線材１１の幅方向端部に作用する応力や電界が第１実施形態の場合に比べて超電導層１４等の層間に達し難い。従って、超電導線材１１の層間剥離や絶縁破壊を第１実施形態の場合に比較して一層抑制することができ、超電導特性をさらに良好に維持することができる。
（第３実施形態）
次に、本発明の超電導線材１１の絶縁被覆構造を具体化した第３実施形態に関し、図面に基づいて説明する。なお、この第３実施形態では、主に前記第２実施形態と相違する部分について説明し、重複する部分について説明を省略する。
【００３１】
図２に示すように、この第３実施形態の超電導線材１１は、第２実施形態の超電導線材１１が幅方向の中間部で長手方向に切断加工され、その切断加工された幅方向の端部に絶縁被覆層１７，１７ａが被覆されて構成されている。絶縁被覆層１７，１７ａは、基板１２、中間層１３、超電導層１４、第１安定化層１５及び第２安定化層１６を被覆するように形成されている。この絶縁被覆層１７，１７ａは、超電導線材１１の幅方向の一端部では第２安定化層１６を被覆するように形成され、他端部では切断加工面を覆うように形成されている。
【００３２】
従って、この第３実施形態によれば、超電導線材１１の幅方向の一端部では第２実施形態の効果が得られ、他端部では第１実施形態の効果が得られる。よって、超電導線材１１を幅方向の中間部で長手方向に切断して細線化した場合でも、超電導線材１１の層間剥離や絶縁破壊を有効に抑制することができ、超電導特性を良好に維持することができる。
【実施例】
【００３３】
以下に、前記第１実施形態〜第３実施形態の超電導線材１１について、超電導特性を測定して評価した。
（実施例１）
実施例１では、前記第１実施形態の形状の超電導線材１１で、幅１０ｍｍ、長さが６ｍの超電導線材１１を用い、内径５０ｍｍのシングルパンケーキコイルを製造した。このシングルパンケーキコイルについて、液体窒素（７７Ｋ）と常温との間で１０回冷熱サイクルを繰り返した後、液体窒素中で通電特性（電流−電圧曲線）を測定し、臨界電流とｎ値を評価した。比較のため、冷熱サイクルを実施しないシングルパンケーキコイルについても同様の試験を行った。なお、ｎ値は電流−電圧曲線の臨界電流近傍での指数関数の指数を示し、超電導線材としての良否を判断する数値である。
【００３４】
その結果、ｎ値は２１〜２３を示し、超電導線材１１として良好であった。また、通電特性の結果を図４に示した。
図４において、×は冷熱サイクルを実施したシングルパンケーキコイルの結果を示し、△は冷熱サイクルを実施しないシングルパンケーキコイルの結果を示す。
【００３５】
図４に示した結果より、冷熱サイクルを実施したシングルパンケーキコイルは、冷熱サイクルを実施しないシングルパンケーキコイルとほぼ同等の特性が得られ、繰り返し応力を受けた後も超電導特性が保持された。
（実施例２）
実施例２では、前記第２実施形態の形状の超電導線材１１で、幅１０ｍｍ、長さが６ｍの超電導線材１１を用い、内径５０ｍｍのシングルパンケーキコイルを製造した。このシングルパンケーキコイルについて、実施例１と同様に冷熱サイクルを繰り返した後、液体窒素中で通電特性を測定し、臨界電流とｎ値を測定し、評価した。比較のため、冷熱サイクルを実施しないシングルパンケーキコイルについても同様の試験を行った。その結果、ｎ値は２２〜２３を示し、超電導線材１１として良好であった。また、通電特性の結果を図５に示した。
【００３６】
図５において、×は冷熱サイクルを実施したシングルパンケーキコイルの結果を示し、△は冷熱サイクルを実施しないシングルパンケーキコイルの結果を示す。
図５に示した結果より、冷熱サイクルを実施したシングルパンケーキコイルは、冷熱サイクルを実施しないシングルパンケーキコイルとほぼ同等の特性が得られ、超電導特性が維持された。
（実施例３）
実施例３では、前記第３実施形態の形状の超電導線材１１で、幅５ｍｍ、長さが６ｍの超電導線材１１を用い、内径５０ｍｍのシングルパンケーキコイルを製造した。このシングルパンケーキコイルについて、実施例１と同様に冷熱サイクルを５回又は１０回繰り返した後、液体窒素中で通電特性を測定し、臨界電流とｎ値を測定し、評価した。比較のため、冷熱サイクルを実施しないシングルパンケーキコイルについても同様の試験を行った。その結果、ｎ値は１８〜２１であり、超電導線材１１として良好であった。また、通電特性の結果を図６に示した。
【００３７】
図６において、○は冷熱サイクルを５回実施したシングルパンケーキコイルの結果を示し、破線は冷熱サイクルを１０回実施したシングルパンケーキコイルの結果を示し、×は冷熱サイクルを実施しないシングルパンケーキコイルの結果を示す。
【００３８】
図６に示した結果より、冷熱サイクルを５回又は１０回実施したシングルパンケーキコイルは、冷熱サイクルを実施しないシングルパンケーキコイルとほぼ同等の特性が得られた。
【００３９】
なお、前記各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。
・  図７（ａ）に示すように、超電導線材１１の幅方向端部における絶縁被覆層１７ａを断面略四角形状になるように形成してもよい。但し、絶縁被覆層１７ａのコーナ部は、エッジとならないように面取り（アール形状）されている。
【００４０】
・  図７（ｂ）に示すように、超電導線材１１の幅方向端部における絶縁被覆層１７ａを断面扇形状になるように形成してもよい。但し、絶縁被覆層１７ａのコーナ部は、エッジとならないように面取り（アール形状）されている。
【００４１】
・  前記超電導線材１１の幅方向の一端部における絶縁被覆層１７ａと他端部における絶縁被覆層１７ａの形状、厚さ等が異なるように構成してもよい。
・  前記超電導線材１１の幅方向端部における絶縁被覆層１７ａを、異なる合成樹脂を用い、２層以上に積層して形成してもよい。
【００４２】
・  前記超電導線材１１の幅方向端部における絶縁被覆層１７ａの厚さを全体に均一になるように構成してもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１１…超電導線材、１２…基板、１３…中間層、１４…超電導層、１５…第１安定化層、１６…第２安定化層、１７，１７ａ…絶縁被覆層、１７ｂ…曲面、Ｄ…幅方向端部における絶縁被覆層の厚さ、ｄ…幅方向中間部における絶縁被覆層の厚さ。
【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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