(57)【要約】      （修正有）【課題】冷却時におけるエポキシ樹脂層の収縮による超電導層の破損を適切に防止することにより、Ｉｃが低下し難い超電導コイルを得る技術を提供する。【解決手段】超電導コイルは、金属基板２の表面に超電導層３が形成されたテープ状の超電導線材１を巻回した後、エポキシ樹脂組成物に含浸させることにより、巻回された超電導線材１の間にエポキシ樹脂層５が形成された超電導コイルであって、超電導線材１の少なくとも一方の面に、超電導層３の破壊強度よりも弱い力で破断するカーボン層４が、超電導線材１の両面に形成されている。テープ状の超電導線材１は、超電導コイルに用いられ、金属基板２の表面に超電導層３が形成されており、表面及び裏面の少なくとも一方の面に、超電導層３の破壊強度よりも弱い力で破断するカーボン層４が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板の表面に超電導層が形成されたテープ状の超電導線材を巻回した後、エポキシ樹脂組成物に含浸させることにより、巻回された前記超電導線材の間にエポキシ樹脂層が形成された超電導コイルであって、
前記超電導線材の少なくとも一方の面に、前記超電導層の破壊強度よりも弱い力で破断するカーボン層が設けられている超電導コイル。
【請求項２】
前記カーボン層が、前記超電導線材の両面に形成されている請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項３】
超電導コイルに用いられるテープ状の超電導線材であって、
金属基板の表面に超電導層が形成されており、
表面および裏面の少なくとも一方の面に、前記超電導層の破壊強度よりも弱い力で破断するカーボン層が設けられている超電導線材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導マグネットなどの超電導機器に広く用いられる超電導コイルおよび超電導線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、薄膜超電導線材（以下、単に「超電導線材」ともいう）が巻回された超電導コイルが、優れた通電特性の面から注目されている。
【０００３】
このような超電導コイルは、図２に示すように、金属基板上に超電導層が形成された長尺の超電導線材１が巻枠に巻回されることにより作製される。
【０００４】
巻回された超電導線材１に乱れが生じると、磁場の均一性や磁場の分布の乱れなどを招く恐れがあり、特に、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）機器にこのような乱れが生じていると、正確な検査が困難となる。
【０００５】
そこで、通常は、巻回されて隣り合った超電導線材１の間にエポキシ樹脂組成物を含浸させて硬化させることによりエポキシ樹脂層５を形成させて、超電導線材１を固定することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−０６５８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記したような超電導コイルは、液体窒素などの冷媒に浸漬して使用する際に、超電導層が破損して超電導コイルのＩｃの低下を招くことがあった。
【０００８】
具体的には、図３（ａ）に示すように、エポキシ樹脂層５の熱収縮率（熱膨張率）は１％と、金属基板２（０．３％）や超電導層３（０．３％以下）に比べて大きいため、エポキシ樹脂層５が冷却時に図３（ｂ）のように矢印方向に大きく収縮して、金属基板２や超電導層３に引張応力が掛かる。この結果、引張応力に対して最も弱い超電導層３のＣの箇所に破損が生じて、超電導コイルのＩｃの低下を招く。なお、図３は、図２中の符号Ｘの部分を拡大して模式的に示す図である。
【０００９】
そこで、本発明は、冷却時におけるエポキシ樹脂層の収縮による超電導層の破損を適切に防止することにより、Ｉｃが低下し難い超電導コイルを得ることができる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様に係る超電導コイルは、
金属基板の表面に超電導層が形成されたテープ状の超電導線材を巻回した後、エポキシ樹脂組成物に含浸させることにより、巻回された前記超電導線材の間にエポキシ樹脂層が形成された超電導コイルであって、
前記超電導線材の少なくとも一方の面に、前記超電導層の破壊強度よりも弱い力で破断するカーボン層が設けられている超電導コイルである。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る超電導線材は、
超電導コイルに用いられるテープ状の超電導線材であって、
金属基板の表面に超電導層が形成されており、
表面および裏面の少なくとも一方の面に、前記超電導層の破壊強度よりも弱い力で破断するカーボン層が設けられている超電導線材である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、冷却時におけるエポキシ樹脂層の収縮による超電導層の破損を適切に防止することにより、Ｉｃが低下し難い超電導コイルを得ることができる技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る超電導コイルの断面構造を模式的に示す図であり、（ａ）は冷却前の状態、（ｂ）は冷却後の状態を示す図である。
【図２】従来の超電導コイルの巻回構造を概念的に示す側面図である。
【図３】図２中の符号Ｘの部分を拡大して模式的に示す図であり、（ａ）は冷却前の状態、（ｂ）は冷却後の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１５】
（１）本発明の一態様に係る超電導コイルは、
金属基板の表面に超電導層が形成されたテープ状の超電導線材を巻回した後、エポキシ樹脂組成物に含浸させることにより、巻回された前記超電導線材の間にエポキシ樹脂層が形成された超電導コイルであって、
前記超電導線材の少なくとも一方の面に、前記超電導層の破壊強度よりも弱い力で破断するカーボン層が設けられている超電導コイルである。
【００１６】
本態様に係る超電導コイルでは、超電導層の破壊強度よりも弱い力で破断するカーボン層が、超電導線材の表面および裏面の少なくとも一方の面に形成されている。これにより、冷却によりエポキシ樹脂層が大きく収縮した場合、超電導層が破損するよりも先にカーボン層が破断するため、冷却時のエポキシ樹脂層の収縮により引張応力が発生しても、この引張応力が金属基板や超電導層に掛かることがなく、超電導層の破損を適切に防止することができ、超電導コイルのＩｃの低下を招くことが防止される。
【００１７】
（２）また、前記カーボン層は、前記超電導線材の両面に形成されていることが好ましい。
【００１８】
超電導線材の両面にカーボン層を形成することにより、エポキシ樹脂層の収縮時に破断するカーボン層が増えるため、超電導層の破損をより確実に防止することができる。
【００１９】
（３）また、本発明の一態様に係る超電導線材は、
超電導コイルに用いられるテープ状の超電導線材であって、
金属基板の表面に超電導層が形成されており、
表面および裏面の少なくとも一方の面に、前記超電導層の破壊強度よりも弱い力で破断するカーボン層が設けられている超電導線材である。
【００２０】
このような超電導線材を巻回し、間にエポキシ樹脂組成物を含浸させて超電導コイルを形成した場合、冷却時のエポキシ樹脂層の収縮により引張応力が発生しても、この引張応力が金属基板や超電導層に掛かることがなく、超電導層の破損が適切に防止されて、Ｉｃの低下を防止することができる。
【００２１】
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る超電導コイルの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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およ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。
【００２２】
１．超電導コイル
図１は本実施形態に係る超電導コイルを模式的に示す断面図であって、図１（ａ）は冷却前の状態を示す図、図１（ｂ）は冷却後の状態を示す図である。
【００２３】
（１）超電導線材
本実施形態に係る超電導コイルは、従来の超電導コイルと同様に、長尺の超電導線材を巻枠に巻回させることにより形成されており、巻回された超電導線材の外周がＣ型リングなどの外枠に固定されている。
【００２４】
本実施形態における超電導線材１は、図１に示すように、金属基板２と、金属基板２上に形成された超電導層３とを備えている。なお、図示は省略しているが、超電導線材１の周囲には銅などの良導電性金属材料からなる安定化層が形成されている。
【００２５】
金属基板２としては、例えば、ＳＵＳ上にＣｕ層、Ｎｉ層が形成されたクラッド材のような２軸配向性の金属基材の上に、ＣｅＯ２、ＹＳＺ、ＣｅＯ２を中間層として設けた配向金属基板などが用いられる。
【００２６】
超電導層３は、レア・アース系の酸化物超電導体により構成されている。レア・アース系の酸化物超電導体としては、ＲＥＢＣＯ（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ：ＲＥはレア・アース）で示される酸化物超電導体を挙げることができ、ＲＥとしては、イットリウム（Ｙ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリウム（Ｇｄ）、ホルミウム（Ｈｏ）、イッテルビウム（Ｙｂ）などを挙げることができる。
【００２７】
（２）カーボン層
本実施形態に係る超電導コイルは、超電導線材１の表裏両面に、カーボン層４が形成されている。カーボン層４の厚みは２００ｎｍ〜５０μｍであることが好ましく、２００ｎｍ〜５μｍであるとより好ましい。
【００２８】
この超電導線材１の表裏両面に形成されたカーボン層４は、超電導層３の破壊強度よりも弱い力で破断するように構成されている。これにより、図１（ｂ）の符号Ａに示すように、エポキシ樹脂層５が収縮した際に、カーボン層４が破断して金属基板２や超電導層３とエポキシ樹脂層５とが引き離され、金属基板２や超電導層３に引張応力が掛かることを防止することができる。
【００２９】
このようなカーボン層は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学蒸着）やＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：物理蒸着）等の気相法を用いて形成することができる。また、市販のグラファイトスプレー等を用いて形成してもよい。
【００３０】
（３）エポキシ樹脂層
本実施形態に係る超電導コイルにおけるエポキシ樹脂層５は、従来と同様に、コイル状に巻回された超電導線材１をエポキシ樹脂組成物に含浸させることにより、層状に巻き重ねられた超電導線材１の間に形成される。
【００３１】
２．超電導コイルの製造
本実施形態に係る超電導コイルは、例えば、以下のように製造することができる。
【００３２】
本実施形態に係る超電導コイルは、テープ状の金属基板を巻出リールから巻き出した後、巻取リールに巻き取られる迄の間に超電導層や安定化層を形成する、所謂リールｔｏリール方式を用いて超電導線材を作製した後、作製された超電導線材を巻枠に巻回してエポキシ樹脂組成物に含浸させて、エポキシ樹脂層により超電導線材を固定することにより製造される点において従来と同様である。
【００３３】
しかし、本実施形態における超電導コイルの製造は、上記のような超電導コイルの製造工程において、超電導線材を巻回してエポキシ樹脂組成物に含浸させる前に、超電導線材の両面にカーボン層を形成させる点で従来とは異なる。
【００３４】
例えば、カーボン層は、上記したリールｔｏリール方式の超電導線材の製造において、超電導層や安定化層が形成された後、巻取リールに巻き取られる前の超電導線材の両面に、上記したＣＶＤ法を用いることにより形成することができる。
【００３５】
なお、超電導層の形成方法としては、気相法（蒸着法、スパッタ法、ＰＬＤ法など）や液相法（ＭＯＤ法）を採用することができる。また、エポキシ樹脂層の形成方法としては、真空含浸を採用することができる。
【００３６】
３．本実施の形態の効果
上記したように、本実施形態に係る超電導コイルによれば、超電導層の破壊強度よりも弱い力で破断するカーボン層が形成されているため、冷却によりエポキシ樹脂層が大きく収縮した場合、超電導層が破損するよりも先にカーボン層が破断する。この結果、超電導層や金属基板がエポキシ樹脂層から引き離されるため、金属基板や超電導層に引張応力が掛かることがなく、エポキシ樹脂層の収縮による超電導層の破損を適切に防止して、Ｉｃが低下し難い超電導コイルを得ることができる。
【００３７】
また、本実施の形態においては、超電導線材の両面にカーボン層が形成されているため、超電導層の破損によるＩｃの低下をより確実に防止することができる。なお、超電導線材の少なくとも一方の面にカーボン層が形成されていても、超電導層の破損を充分に防止することができる。
【００３８】
なお、隣り合った超電導線材同士が短絡することを確実に防止するという観点から、超電導コイルの製造工程において、表面にカーボン層が形成された超電導線材を巻枠に巻回させる際に、超電導線材の間に絶縁テープを介在させることが好ましい。
【００３９】
なお、本実施の形態においては、超電導線材の表裏両面にカーボン層を設けているが、カーボン層は超電導線材の表裏面のどちらか一方にのみ選択的に設けてもよい。これにより、エポキシ樹脂層から離れる超電導線材の面を制御することができる。
【００４０】
［実験例］
以下、実験例に基づいて本発明をさらに具体的に説明する。
【００４１】
１．実験例１、２、３
（１）実験例１
幅１０ｍｍ、厚さ１００μｍのテープ状の金属基板の表面にＹＢＣＯからなる超電導層を形成して超電導線材（幅４ｍｍ、長さ２００ｍ）を作製した。そして、作製した超電導線材の裏面にＣＶＤ法を用いてカーボン層（１０μｍ）を形成した。
【００４２】
次に、裏面にカーボン層が形成された超電導線材を、巻枠（金属製ボビン）のまわりに巻回して、内径８０ｍｍ、外径約２７０ｍｍ、高さ約４．３ｍｍのシングルパンケーキ状のコイルを作製した。
【００４３】
次に、巻回された超電導線材の間に、エポキシ樹脂と硬化剤とが混ぜ合わされたエポキシ樹脂組成物を真空含浸により含浸させた後、室温で保持してエポキシ樹脂組成物を硬化させることによりエポキシ樹脂層を形成し、実験例１の超電導コイルを作製した。
【００４４】
（２）実験例２
裏面にカーボン層が形成された超電導線材の代わりに、ポリイミド絶縁テープを巻き付けた超電導線材を用いたことを除いて、実験例１と同じ手順で実験例２の超電導コイルを作製した。
【００４５】
（３）実験例３
実験例１と同じ手順で裏面にカーボン層を形成し、その後、実験例２と同様にポリイミド絶縁テープを巻き付けた超電導線材を用いたことを除いて、実験例１と同じ手順で実験例３の超電導コイルを作製した。
【００４６】
２．評価
作製した超電導コイルを液体窒素に浸漬させて冷却（７７Ｋ）した状態で、臨界電流（Ｉｃ）の測定を行った。測定後、液体窒素から超電導コイルを引き上げ、常温に戻るまで室温で放置して自然に温度を上昇させた。
【００４７】
実験例１、２、３のそれぞれの超電導コイルに対して、上記した操作（液体窒素への浸漬、液体窒素からの引き上げ、温度上昇）を９回行い、１０回目の液体窒素への浸漬時にＩｃを再度測定した。１回目と１０回目のＩｃの測定結果を表１に示す。
【００４８】
【表１】
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【００４９】
表１より、カーボン層が形成されていない実験例２では、１回目のＩｃ測定においてＩｃが著しく低くなっており、１０回目のＩｃ測定においてＩｃが更に低下していた。そして、１０回目のＩｃ測定後に超電導コイルを分解して、超電導層を光学顕微鏡で観察したところ多数の破損が観察された。
【００５０】
一方、実験例１および実験例３では、１回目のＩｃ測定と１０回目のＩｃ測定との間でのＩｃの低下がほとんど見られず、Ｉｃの低下が充分に抑制されていることが確認された。そして、１０回目のＩｃ測定後の分解による観察では超電導層の破損は確認されなかった。
【００５１】
このことから、超電導層の破壊強度よりも弱い力で破断するカーボン層を設けることにより、冷却時のエポキシ樹脂層の収縮による超電導層の破損を適切に防止してＩｃが低下し難い超電導コイルを製造できることが確認できた。
【００５２】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明によれば、冷却時におけるエポキシ樹脂層の収縮による超電導層の破損を適切に防止することにより、Ｉｃが低下し難い超電導コイルを得ることができる技術を提供することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１              超電導線材
２              金属基板
３              超電導層
４              カーボン層
５              エポキシ樹脂層
【図１】
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【図２】
2016134418.tif 000005
【図３】
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