JP2001015324A

JP2001015324A - 超電導コイルおよびその製造方法

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Publication number: JP2001015324A
Application number: JP2000009759A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kurusu; 努来栖; Koji Ito; 孝治伊藤; Taizo Tosaka; 泰造戸坂; Tsukasa Wada; 司和田; Shigeo Nakayama; 茂雄中山; Tomoyuki Hattori; 伴之服部
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 2000-01-19
Publication date: 2001-01-19
Anticipated expiration: 2020-01-19
Also published as: JP4282196B2

Abstract

(57)【要約】【課題】絶縁上有害な炭化物が残留しない信頼性の高
い超電導コイルおよびその製造方法を提供することを目
的とする。【解決手段】超電導コイル１は、巻き芯５の両側に巻
き鍔６を有する巻枠７に絶縁被覆超電導線４を多数巻回
して形成される。その巻枠７には流体が流通する複数個
の貫通孔９が設けられており、酸素含有気体はその複数
個の貫通孔９から超電導コイル１の内部まで容易に拡散
して絶縁被覆３に混入する有機物を一次熱処理工程でガ
ス化して放出する。したがって、絶縁不良を回避でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属間化合物超電
導線にガラスやセラミックス絶縁を施した絶縁被覆超電
導線を巻枠に巻回し、その後に超電導生成熱処理を施し
て形成される超電導コイルおよびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、極低温下で使用する超電導線と
しては、ＮｂＴｉ等の金属超電導線とＮｂ₃ＳｎやＮｂ
Ａｌ等の金属間化合物超電導線が用いられる。この内Ｎ
ｂ₃ＳｎやＮｂＡｌ等の金属間化合物超電導線を巻枠に
巻回して形成する超電導コイルは高磁界中でも超電導特
性に優れている。その反面長手方向の引っ張り力や曲げ
歪に非常に弱く、臨界電流が急激に小さくなる欠点があ
る。

【０００３】したがって、事前に熱処理を施した超電導
線を巻枠に巻回して超電導コイルを形成することは曲げ
歪が０．２％以下になるような大径コイルで一部実用化
されているものの、一般的には未熱処理の超電導線を巻
枠に巻回後に超電導生成熱処理を施して超電導コイルを
製造する。超電導生成熱処理はアルゴンガス等の不活性
ガスや真空炉中で６００℃から７００℃の高温で数十時
間処理されるために、超電導線の電気絶縁にはその温度
でも熱劣化の起きにくいセラミックス繊維やガラス繊維
が使用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超電導
線に被覆するガラス繊維には製紐作業等を容易にするた
めに、一般に、澱粉等の有機材料が数％混入されてい
る。このような絶縁被覆超電導線で形成された超電導コ
イルを前記したように、アルゴンガスや真空雰囲気中の
無酸素状態で６００℃から７００℃の超電導生成熱処理
をすると、これら有機物は所謂蒸し焼き状態になって、
導電性の炭素となってガラス繊維からなる絶縁被覆に残
留する。したがって、超電導線間や沿面方向に導電性の
電流パスができて絶縁破壊電圧が低下し、絶縁不良や絶
縁破壊が起き易くなる。

【０００５】これを避けるために、超電導生成熱処理の
前に、超電導コイルを一度約３００℃大気中で熱処理
し、有機物を一酸化炭素や二酸化炭素等にガス化して放
出する所謂一次熱処理工程が施される。しかし、この一
次熱処理工程を実施しても、絶縁被覆超電導線が幾重に
も多層に巻回された超電導コイルでは、巻き芯近傍の内
層まで大気が十分拡散浸透せず、この部分の有機物は酸
素欠乏によって未反応でそのまま残留したり、一部は蒸
し焼き状態での炭化物として残留する。この未反応で残
留した有機物は超電導生成熱処理（以下、二次熱処理工
程と称す）で当然炭化してしまい、結果として絶縁不良
や絶縁破壊が起き易くなる。

【０００６】一方、内層と外気が自然対流や分圧で相互
拡散するために、一次熱処理工程を長時間行うと、超電
導線を構成する銅等の酸化膜が厚くなって正味の銅が減
少し、超電導特性が不安定な超電導線になる。

【０００７】また、一次熱処理工程で有機物が完全にガ
ス化して放出したかの確認方法がなく、これまでは経験
に基づいて処理時間が決定されていた。そのために、超
電導コイルの形状や寸法によっては、有機物が炭化物と
して残留して絶縁不良箇所が生じ、それが原因で絶縁破
壊による放電やジュール発熱で超電導線が溶断する虞が
あった。

【０００８】さらに、超電導線を巻枠に巻回する際には
一定の張力を加えながら行うが、ガラス被覆絶縁は非常
に弱くて巻回時に巻線機や隣接する超電導線同士がこす
れて破損しやすく、加える張力に限界がある。したがっ
て、例えば、レーストラック状の超電導コイルを製造す
る場合など直線部の膨らみが大きく、寸法精度の悪い超
電導コイルになる。

【０００９】そこで、本発明は、超電導線の絶縁被覆に
混入している有機物を超電導線が損傷劣化しない比較的
短時間の加熱によりガス化して放出し、絶縁上有害な炭
化物が残留しない信頼性の高い超電導コイルおよびその
製造方法を提供することを目的とする。

【００１０】さらに、本発明は、巻回時に超電導線に過
度な張力を加えることなく、寸法精度の高い超電導コイ
ルの製造方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係わる
超電導コイルは、巻き芯の両側に巻き鍔を有する巻枠
に、絶縁被覆超電導線を多数回巻回して形成した超電導
コイルにおいて、巻枠に流体が流通する無数の貫通孔を
設けたことを特徴とする。

【００１２】本発明では、酸素含有気体が巻枠に設けら
れた複数個の貫通孔から超電導コイルの内部まで容易に
拡散して、絶縁被覆に混入する有機物を一次熱処理工程
でガス化して放出できるので、絶縁不良等を回避でき
る。

【００１３】請求項２の発明に係わる超電導コイルは、
請求項１の発明において、貫通孔は、巻き芯の内周と外
周を連通する穴、または巻きつばのコイル側と反コイル
側とを連通する穴の少なくともいずれか一方であること
を特徴とする。

【００１４】本発明では、請求項１記載の発明の作用効
果に加えて、酸素含有気体が巻き芯の内周と外周を連通
する穴、または巻きつばのコイル側と反コイル側とを連
通する穴から超電導コイルの内部まで容易に拡散して絶
縁被覆に混入する有機物を一次熱処理工程でガス化して
放出できるので、絶縁不良等を回避できる。

【００１５】特に、酸素が欠乏し易い巻き芯側の内層側
でも、酸素含有気体との反応面積が増加するとともに、
超電導コイルの内部まで容易に酸素含有気体が浸透す
る。

【００１６】請求項３の発明に係わる超電導コイルは、
請求項１の発明において、貫通孔は、巻き芯の外周に軸
方向に沿う複数本の溝を形成し、一方巻き鍔には溝に対
峙する位置にコイル側と反コイル側とを連通する穴を設
けたことを特徴とする。

【００１７】本発明では、請求項１記載の発明の作用効
果に加えて、巻き芯が無空の場合でも、酸素含有気体は
巻き鍔に設けられた穴から巻き芯に形成された溝に流入
し、この溝から超電導コイルの内部まで容易に拡散して
絶縁被覆に混入する有機物を一次熱処理工程でガス化し
て放出できるので、絶縁不良等を回避できる。

【００１８】請求項４の発明に係わる超電導コイルは、
巻枠の側面の貫通孔と多数回巻回された絶縁被覆超電導
線との間、または絶縁被覆超電導線間に、銀からなるシ
ート状の板を設けたことを特徴とする。

【００１９】本発明では、請求項１の発明の作用効果に
加え、酸素含有気体の透過通路は最外層から各層の絶縁
被覆を通り最内層の絶縁被覆から銀シート板を通り貫通
孔から外へ出る。また超電導線間に銀シート板を設けて
いる場合には最外層から最内層への酸素含有気体の透過
をスムーズにする。

【００２０】請求項５の発明に係わる超電導コイルは、
巻き芯の両側に巻き鍔を有する巻枠に、絶縁被覆超電導
線を多数回巻回して形成した超電導コイルにおいて、巻
枠はその材質として銀を用いたことを特徴とする。

【００２１】本発明では、酸素含有気体が酸素透過性の
優れた銀材質の巻枠から超電導コイルの内部まで容易に
拡散して絶縁被覆に混入する有機物を一次熱処理工程で
ガス化して放出できるので、絶縁不良等を回避できる。

【００２２】請求項６の発明に係わる超電導コイルの製
造方法は、巻き芯の両側に巻き鍔を有する巻枠に、絶縁
被覆超電導線を多数回巻回して形成した超電導コイルの
製造方法において、巻枠に流体が流通する複数個の貫通
孔を設ける工程と、巻枠へのコイル巻回に先立って巻枠
に絶縁材を被着する工程と、この絶縁材の上に絶縁被覆
超電導線を巻回する巻回工程と、絶縁材および絶縁被覆
に含まれる有機物をガス化して放出させる一次熱処理工
程と、一次熱処理工程が終了したことを判定する一次熱
処理完了判定工程と、超電導線を超電導体化するための
二次熱処理工程とを具備したことを特徴とする。

【００２３】本発明では、一次熱処理工程中に絶縁被覆
に含まれる有機物がほぼガス化して放出されたことを判
定する工程を具備したので、残留有機物が二次熱処理工
程で炭化し、絶縁不良等を起こすのを回避できる。

【００２４】請求項７の発明に係わる超電導コイルの製
造方法は、巻き芯の両側に巻き鍔を有する巻枠に、絶縁
被覆超電導線を多数回巻回して形成した超電導コイルの
製造方法において、巻枠に流体が流通する複数個の貫通
孔を設ける工程と、巻枠へのコイル巻回に先立って離型
剤を介して金属箔を装着する工程と、この金属箔の上に
絶縁材を被着する工程と、この絶縁材の上に絶縁被覆超
電導線を巻回する巻回工程と、絶縁材および絶縁被覆に
含まれる有機物をガス化して放出させる一次熱処理工程
と、一次熱処理工程が終了したことを判定する一次熱処
理完了判定工程と、超電導線を超電導体化するための二
次熱処理工程と、絶縁材および絶縁被覆超電導線を絶縁
物で含浸一体化する工程と、その後巻枠をコイルから分
解する工程とを具備したことを特徴とする。

【００２５】本発明では、請求項６の発明の作用効果に
加え、巻枠をコイルから分解して使用する超電導コイル
でも、コイル巻回に先立って巻枠に離型剤を介して金属
箔を装着したので、絶縁物で含浸一体化した後でも容易
に巻枠を分解できる。

【００２６】すなわち、分解の際に、まず最初に巻き枠
を金属箔から分離し、次に金属箔を絶縁物で含浸された
超電導コイルから剥離する。この場合、薄い金属箔は可
撓性に富むので、僻開力で含浸絶縁物から容易に引き剥
がすことができる。したがって、二次熱処理終了後の脆
くなっている超電導線に過度の力が加わることもなく、
超電導性能の劣化を回避できる。

【００２７】請求項８の発明に係わる超電導コイルの製
造方法は、請求項６または請求項７の発明において、巻
枠に流体が流通する複数個の貫通孔を設ける工程に代え
て、巻枠を銀で形成する工程としたことを特徴とする。

【００２８】本発明では、請求項６または請求項７の発
明の作用効果に加え、一次熱処理工程において、絶縁材
および絶縁被覆に含まれる有機物を適切にガス化して放
出させることができる。

【００２９】請求項９の発明に係わる超電導コイルの製
造方法は、請求項６または請求項７の発明において、巻
枠に流体が流通する複数個の貫通孔を設ける工程と、巻
枠の側面の貫通孔と多数回巻回された絶縁被覆超電導線
との間、または絶縁被覆超電導線間に、銀からなるシー
ト状の板を設ける工程と追加して設けたことを特徴とす
る。

【００３０】本発明では、請求項６または請求項７の発
明の作用効果に加え、一次熱処理工程において、絶縁材
および絶縁被覆に含まれる有機物を適切にガス化して放
出させることができる。

【００３１】請求項１０の発明に係わる超電導コイルの
製造方法は、請求項６または請求項７の発明において、
一次熱処理工程は、酸素を含有する気体中で炉中加熱す
る工程であり、一次熱処理完了判定工程は、炉内の一酸
化炭素あるいは二酸化炭素濃度が規定値以下であること
確認する工程であることを特徴とする。

【００３２】本発明では、請求項６または請求項７の発
明の作用効果に加え、一次熱処理完了判定を炉内の一酸
化炭素あるいは二酸化炭素濃度を測定し、その値が例え
ば炉内に供給する酸素含有気体のレベルとほぼ同等であ
る規定値以下であることを確認し、一次熱処理を完了す
る。仮に酸素含有気体が大気の場合は、通常の二酸化濃
度は約４００ｐｐｍであり、これを規定値にする。

【００３３】このように、有機物の残留がないことを確
認するので、超電導コイルの形状や寸法に影響しない方
法で判定できる。したがって、残留炭化物による絶縁不
良等を回避できる。

【００３４】請求項１１の発明に係わる超電導コイルの
製造方法は、請求項６または請求項７の発明において、
一次熱処理工程は、酸素を含有する気体中で炉中加熱す
る工程であり、一次熱処理完了判定工程は、炉内の酸素
濃度が規定値以上であることを確認する工程であること
を特徴とする。

【００３５】本発明では、請求項６または請求項７の発
明の作用効果に加え、一次熱処理完了判定を炉内の酸素
濃度を測定し、その値が例えば炉内に供給する酸素含有
気体のレベルとほぼ同等である規定値以上であることを
確認し、一次熱処理を完了する。仮に酸素含有気体が大
気の場合は、通常、酸素濃度は約２１％であることか
ら、これを規定値にする。

【００３６】このように、有機物の残留がないことを、
超電導コイルの形状や寸法に影響しない絶対法で判定で
きる。したがって、残留炭化物による絶縁不良等を回避
できる。

【００３７】請求項１２の発明に係わる超電導コイルの
製造方法は、請求項６または請求項７の発明において、
一次熱処理完了判定工程後に、さらに、炉内を減圧脱気
して再び炉内を酸素含有気体に置換して加熱する追加の
熱処理工程を具備したことを特徴とする。

【００３８】本発明では、請求項６または請求項７の発
明の作用効果に加え、一次熱処理完了判定をさらに信頼
性を高めるために、例えば、二酸化炭素濃度が規定値以
下になった後に、炉内を減圧脱気して再び炉内を酸素含
有気体に置換して加熱する。減圧脱気することによりコ
イル内部の気体が排出され、酸素含有気体に容易に置換
される。この状態で加熱を続行すると、もし未反応の有
機物が残留している場合には、置換された酸素含有気体
と酸化反応して、炉内の二酸化濃度が再び上昇する。二
酸化濃度が規定値以下になるまでこの工程を繰り返して
実施する。一方、残留有機物が完全に放出されている場
合には、置換した後も二酸化濃度が規定値以下になる。
本方法によれば、一次熱処理完了判定の信頼性が格段に
向上し、絶縁不良のない超電導コイルを製造できる。

【００３９】請求項１３の発明に係わる超電導コイルの
製造方法は、請求項６または請求項７の発明において、
一次熱処理工程は、真空中に微量の水素を含有する炉中
加熱する工程であることを特徴とする。

【００４０】本発明では、炉内を真空にして不要な成分
を除去した雰囲気中で、水素を供給して加熱するので、
絶縁被覆に混入した有機物が効率よく水素と反応し、ガ
ス化して放出できる。

【００４１】請求項１４の発明に係わる超電導コイルの
製造方法は、請求項６または請求項７の発明において、
一次熱処理工程は、水素プラズマ雰囲気を保持している
炉中加熱する工程であることを特徴とする。

【００４２】本発明では、水素プラズマを使用すること
により水素を使用する場合よりも、さらに効率よく、絶
縁被覆に混入する有機物が水素と反応し、ガス化して放
出できる。

【００４３】請求項１５の発明に係わる超電導コイルの
製造方法は、請求項６または請求項７の発明において、
請求項１乃至請求項３記載の超電導コイルを製造するた
めの超電導コイルの製造方法において、一次熱処理工程
は、巻き鍔に設けられた貫通孔をジャケットで覆い、こ
のジャケットに接続された給気管で外部から酸素含有気
体を強制給気しながら加熱する工程であることを特徴と
する。

【００４４】本発明では、請求項６または請求項７の発
明の作用効果に加え、外部から酸素含有気体を強制給気
しながら加熱するので、コイル内部に常に酸素が供給さ
れ、絶縁被覆に混入する有機物を効率よくガス化して放
出できる。また、強制給気することによって、酸化反応
で生成した二酸化炭素等のガスもコイル内部に滞留する
ことなく、外部に排出される。したがって、残留炭化物
による絶縁不良等を回避できる。

【００４５】請求項１６の発明に係わる超電導コイルの
製造方法は、請求項６または請求項７の発明において、
請求項１または請求項２記載の超電導コイルを製造する
ための超電導コイルの製造方法において、一次熱処理工
程は、巻き芯の両端部を蓋で覆い、この蓋に接続された
給気管で外部から酸素を含有した気体を強制給気しなが
ら加熱する工程であることを特徴とする。

【００４６】本発明では、請求項６または請求項７の発
明の作用効果に加え、外部から強制給気された酸素含有
気体は、巻き芯内側からコイル最内層に流れ、コイルの
絶縁被覆内を貫流して巻き鍔に設けられた穴やコイルの
外周から排出される。したがって、コイル内部に常に酸
素が供給され、絶縁被覆に混入する有機物を効率よくガ
ス化して放出できる。また、強制給気することによっ
て、酸化反応で生成した二酸化炭素等のガスもコイル内
部に滞留することなく、外部に排出される。その結果、
残留炭化物による絶縁不良等を回避できる。

【００４７】請求項１７の発明に係わる超電導コイルの
製造方法は、請求項６または請求項７の発明において、
巻き芯の両側に巻き鍔を有する巻枠に、絶縁被覆超電導
線を多数回巻回して形成した超電導コイルの製造方法に
おいて、巻回工程は絶縁被覆超電導線が巻枠に巻回され
る手前で絶縁被覆超電導線を加熱する工程と、巻枠に巻
回された後、速やかに絶縁被覆超電導線を冷却する工程
とを具備したことを特徴とする。

【００４８】本発明では、巻回前と巻回後の超電導線の
熱膨張差を利用して超電導線に一定の張力を加えること
ができる。したがって、絶縁被覆の破損による絶縁不良
を回避できる。さらに、レーストラック状の超電導コイ
ルで起こりがちの直線部の膨らみも抑止できる。

【００４９】請求項１８の発明に係わる超電導コイルの
製造方法は、巻き芯の両側に巻き鍔を有する巻枠に、絶
縁被覆超電導線を多数回巻回して形成した超電導コイル
の製造方法において、超電導線に絶縁被覆を編付ける製
紐工程と、絶縁被覆内に残存する有機物質を除去する工
程と、有機物質を除去された絶縁被覆超電導線を巻き取
り手段に巻き取る工程と、絶縁被覆超電導線を巻き取り
手段から巻枠に巻回する巻回工程とを具備したことを特
徴とする。

【００５０】本発明では、超電導線の絶縁被覆には有機
物が含まれていないので、絶縁不良が抑制できると共
に、一次熱処理工程が省略できる。さらに、一次熱処理
が省略できることから、超電導線を構成する銅等の酸化
膜が厚くなって正味の銅が減少し、超電導特性が不安定
となることも避けることができる。

【００５１】請求項１９の発明に係わる超電導コイルの
製造方法は、請求項１８の発明において、有機物質除去
工程は、水を用いて有機物質を洗浄する工程であること
を特徴とする。

【００５２】本発明では、澱粉などの有機物質が水に溶
けやすい性質を利用しているので、室温付近の比較的低
温で有機物質を除去することができる。また、作業が容
易であるためにコイル巻回作業の前に行うことができ、
コイル巻回後よりも、短時間で有機物質を除去すること
ができる。

【００５３】請求項２０の発明に係わる超電導コイルの
製造方法は、巻き芯の両側に巻き鍔を有する巻枠に、絶
縁被覆超電導線を多数回巻回して形成した超電導コイル
の製造方法において、超電導線に絶縁被覆を編付ける製
紐工程と、絶縁被覆超電導線を巻き取り手段に巻き取る
工程と、絶縁被覆超電導線を巻き取り手段から巻枠に巻
回する間に、絶縁被覆内に残存する有機物質を除去する
工程とを具備したことを特徴とする。

【００５４】本発明では、超電導線の絶縁被覆には有機
物が含まれていないので、絶縁不良が抑制できると共
に、一次熱処理工程が省略できる。さらに、一次熱処理
が省略できることから、超電導線を構成する銅等の酸化
膜が厚くなって正味の銅が減少し、超電導特性が不安定
となることも避けることができる。

【００５５】請求項２１の発明に係わる超電導コイルの
製造方法は、請求項２０の発明において、有機物質除去
工程は、水を用いて有機物質を洗浄する工程であること
を特徴とする。

【００５６】本発明では、澱粉などの有機物質が水に溶
けやすい性質を利用しているので、室温付近の比較的低
温で有機物質を除去することができる。また、作業が容
易であるためにコイル巻回の間に行うことができ、コイ
ル巻回後よりも、短時間で有機物質を除去することがで
きる。

【００５７】請求項２２の発明に係わる超電導コイルの
製造方法は、請求項１または請求項２記載の超電導コイ
ルを製造するための超電導コイルの製造方法において、
超電導線に絶縁被覆を編付ける製紐工程と、絶縁被覆超
電導線を巻枠に巻回する巻回工程と、巻回された絶縁被
覆超電導線の絶縁被覆内に残存する有機物質を除去する
工程とを具備したことを特徴とする。

【００５８】本発明では、超電導線の絶縁被覆には有機
物が含まれていないので、絶縁不良が抑制できると共
に、一次熱処理工程が省略できる。さらに、一次熱処理
が省略できることから、超電導線を構成する銅等の酸化
膜が厚くなって正味の銅が減少し、超電導特性が不安定
となることも避けることができる。

【００５９】請求項２３の発明に係わる超電導コイルの
製造方法は、請求項２２の発明において、有機物質除去
工程は、水を用いて有機物質を洗浄する工程であること
を特徴とする。

【００６０】本発明では、澱粉などの有機物質が水に溶
けやすい性質を利用しているので、室温付近の比較的低
温で有機物質を除去することができる。

【００６１】請求項２４の発明に係わる超電導コイルの
製造方法は、請求項２３の発明において、有機物質除去
工程は、超音波またはバブルを併用することを特徴とす
る。

【００６２】本発明では、水洗いのときに超音波または
バブルを併用するので、有機物を効果的に除去すること
ができ、超電導コイルとしての絶縁性能が高く、電気的
に安定となり、高性能な超電導コイルを製造できる。

【００６３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わる超電導
コイルの説明図であり、図１（ａ）は超電導コイルの断
面図、図１（ｂ）は絶縁被覆超電導線の斜視図である。

【００６４】図１（ａ）に示すように、超電導コイル１
は超電導コイル本体１ａと巻枠７とら構成される。超電
導コイル本体１ａは絶縁被覆超電導線４と絶縁材８とか
ら構成され、巻枠７は中空の巻き芯５とその端部に形成
された巻き鍔６とから構成されている。すなわち、巻枠
７の巻き芯５には貫通孔９ｂが設けられ、また巻枠７の
巻き鍔６には貫通孔９ａが設けられている。

【００６５】絶縁被覆超電導線４は、図１（ｂ）に示す
ように、超電導線２に絶縁被覆３が施されたものであ
り、超電導線２の素線材料としてＮｂ_３ＳｎやＮｂＡｌ
等の金属間化合物超電導線が用いられ、その超電導線２
に素線絶縁としてガラス繊維やセラミックス繊維等の絶
縁被覆３が施される。

【００６６】このように構成された絶縁被覆超電導線４
を、図１（ａ）に示すように、巻き芯５の両側に巻き鍔
６を有する巻枠７に対して、絶縁材８を介して幾重にも
多層に巻回して超電導コイル本体１ａは形成されてい
る。そして、巻枠７には前述したように、流体が流通す
る複数個の貫通孔９が設けられている。

【００６７】このように形成された超電導コイル１は、
絶縁材８や絶縁被覆３に含まれる澱粉等の有機物を酸素
含有気体と酸化反応させ、ガス化して放出するために一
次熱処理工程が実施される。

【００６８】図２は、その一次熱処理工程の説明図であ
る。この一次熱処理工程は、超電導コイル１を酸素含有
気体雰囲気の加熱炉１０中に置き、酸素含有気体を補給
しながら、約３００℃で約十時間加熱する。その後、ガ
ス濃度計１１で二酸化炭素や一酸化炭素濃度を測定し、
その濃度が規定値以下であることを判定して一次熱処理
工程を完了する。

【００６９】ここで、酸素含有気体が大気の場合、通常
の大気中の二酸化濃度は約４００ｐｐｍであり、これを
規定値にする。大気以外の酸素含有気体の場合の規定値
も同様に、その気体に元々含まれる二酸化炭素濃度でよ
い。

【００７０】そして、一次熱処理完了判定後に降温し、
加熱炉１０内の気体を排気装置１２で排気してアルゴン
ガス等の不活性ガス１３や真空に置換した後、超電導生
成処理として、加熱炉１０中で６００℃から７００℃の
高温で数十時間二次熱処理を行う。

【００７１】次に、このような貫通孔９を有する超電導
コイル１の熱処理の際の作用を説明する。一次熱処理工
程の際には、酸素含有気体が巻枠７に設けられた複数個
の貫通孔９から超電導コイル本体１ａの内部まで容易に
拡散していく。すなわち、巻き鍔６に設けられた貫通孔
９ａおよび巻き芯５に設けられた貫通孔９ｂから、酸素
含有気体は超電導コイル本体１ａの内部まで拡散し、絶
縁材８や絶縁被覆３に含有する有機物をガス化して放出
する。

【００７２】これにより、特に、酸素が欠乏し易い巻き
芯５側に近接する超電導コイル本体１ａの内層１a側で
も、酸素含有気体との反応面積が増加するとともに、超
電導コイル本体１ａの内部まで容易に酸素含有気体が浸
透する。したがって、残存有機物を適正に除去できるの
で、残存有機物が前記した二次熱処理で炭化することに
よって起こる絶縁不良等を回避できる。

【００７３】以上の説明では、中空の巻き芯５に貫通孔
９ｂを設けたものを示したが、図３に示すように、巻き
芯５が中実である場合には、貫通孔９ｂに代えて溝５ａ
を設ける。すなわち、中実の巻き芯５の外周に軸方向に
沿う複数本の溝５aを形成し、巻き鍔６には、その溝５a
に対峙する位置にコイル側と反コイル側とを連通する穴
９aが設けられている。

【００７４】このように構成された超電導コイル１の場
合にも、一次熱処理工程の際には、酸素含有気体は巻き
鍔６に設けられた穴９ａから巻き芯５に形成された溝５
aに流入し、この溝５aから超電導コイル１の内部まで容
易に拡散し、絶縁材８や絶縁被覆３に含有する有機物を
ガス化して放出する。特に、酸素が欠乏し易い巻き芯５
側に近接する超電導コイル本体１ａの内層側でも、酸素
含有気体との反応面積が増加するとともに、超電導コイ
ル本体１ａの内部まで容易に酸素含有気体が浸透する。
したがって、残存有機物が前記した二次熱処理で炭化す
ることによって起こる絶縁不良等を回避できる。

【００７５】さらに、ガス濃度計１１を二酸化炭素や一
酸化炭素濃度計に代えて酸素濃度計にしてもよい。この
場合は、一次熱処理完了判定を炉内の酸素濃度を測定
し、その値が例えば炉内に供給する酸素含有気体のレベ
ルとほぼ同等である規定値以上であることを確認し、一
次熱処理を完了することになる。仮に酸素含有気体が大
気の場合は、通常、酸素濃度は約２１％であることか
ら、これを規定値にする。

【００７６】このように、超電導コイル１を構成する巻
枠７に複数個の貫通孔９を設けておくので、一次熱処理
の際の酸素含有気体の透過性が格段に向上する。酸素含
有気体の透過通路は最外層から各層の絶縁被覆３を通
り、最内層の絶縁被覆３から貫通孔９へ至る。また、そ
の逆の経路も可能である。

【００７７】したがって、超電導コイル本体１ａを形成
する絶縁被覆超電導線４の各層中の絶縁被覆３に含まれ
る有機物に酸素が十分に行き渡り、ガス化して放出され
る。このため、絶縁不良や絶縁破壊の原因となる炭素材
の存在は皆無となる。なお、貫通孔９の大きさは穴開け
作業上１〜３ｍｍぐらいが妥当である。

【００７８】また、絶縁被覆超電導線４の各層が多い場
合には、中間層に酸素透過性の高い銀シートを挿入して
最内層への酸素含有気体の透過をスムーズに起こるよう
にしてもよい。

【００７９】また、巻枠７の材料を酸素透過性の優れた
銀材料にすることも可能である。この場合の酸素含有気
体の透過通路は最外層から各層の絶縁被覆３を通り最内
層の絶縁被覆３から銀材料の巻枠７を通り外へ出る。こ
の場合においても、超電導が多い場合、中間層に銀シー
トを挿入し、最内層への酸素含有気体の透過をスムーズ
に起こるようにしてもよい。

【００８０】ここで、巻枠７に複数個の貫通孔９を設け
てから有機物を炭化する一次熱処理と超電導生成のため
の二次熱処理とを行った後、このコイルを超電導状態に
して磁場を発生すると、フープ力が発生する。このフー
プ力による超電導線２の材料の劣化を防ぐためにエポキ
シ樹脂を超電導コイル１の巻枠７全体に含浸する。

【００８１】この場合、巻枠７に複数個の貫通孔９を明
けたままでいると、エポキシ樹脂が貫通孔９から漏れ出
て含浸できなくなるので、巻枠７の貫通孔９を設けた箇
所に酸素透過性の優れたシート状の銀材料を介在させ
る。その後に、絶縁被覆超電導線４を多層にソレノイド
状に巻く作業を行う。これにより、一連の熱処理後にエ
ポキシ樹脂を含浸してもエポキシ樹脂は銀シートに阻ま
れて漏れ出ることはなく、正常な含浸作業が完了できる
利点がある。

【００８２】一次熱処理する温度は２５０℃から５００
℃位がよい。２５０℃の場合は４０〜１００時間程度、
５００℃では５時間程度の熱処理でよいが、超電導コイ
ル１の大きさ、つまり絶縁被覆超電導線４の絶縁被覆３
に含まれる有機物の絶対量によって熱処理温度と時間を
決めることになる。

【００８３】次に、本発明の第１の実施の形態における
実施例１乃至実施例３および比較例をについて説明す
る。

【００８４】（実施例１）図４に示すように、巻き鍔６
の外径３００ｍｍ、巻き芯５の外径５０ｍｍ、巻き芯５
の内径４０ｍｍ、巻き芯５の長さ２５０ｍｍのステンレ
ス製からなる巻枠７を用意し、巻き芯５および巻き鍔６
に直径２ｍｍの複数個の貫通穴９を約１０ｍｍ間隔で設
けた。そして、この巻枠７の巻き芯５および巻き鍔６に
板厚さ２ｍｍの銀シートを設け、直径１ｍｍの絶縁被覆
超電導線４を２５層巻き付けた。

【００８５】これを３００℃で２０時間、酸素含有気体
中（大気中）で一次熱処理を行い、各層の絶縁被覆（ガ
ラス繊維）中の有機物を大気中の酸素と反応させ、炭酸
ガス化してガラス繊維から除いた。次に巻かれた絶縁被
覆超電導線４中の超電導相の生成のために７００℃で５
０時間真空中（１×１０^-6ｔｏｒｒ）で熱処理を行っ
た。

【００８６】そして、各層の絶縁被覆超電導線４におけ
る絶縁被覆（ガラス繊維）の絶縁性を確認するために巻
きほぐし、各層の絶縁被覆超電導線４をサンプリングし
た。これらの絶縁被覆超電導線４を絶縁抵抗計で測り、
絶縁被覆（ガラス繊維）の絶縁性を調べた。各層の絶縁
抵抗は５００Ｖの印加に対し無限大を示し、極めて良好
な絶縁性があることが判った。

【００８７】（実施例２）巻き鍔６の外径３００ｍｍ、
巻き芯５の外径５０ｍｍ、巻き芯５の内径４０ｍｍ、巻
き芯５の長さ２５０ｍｍのステンレス製からなる巻枠７
を用意し、巻き芯５および巻き鍔６の絶縁被覆超電導線
４が配置される部分に板厚さ１ｍｍの銀シートを設け、
直径１ｍｍの絶縁被覆超電導線４を２５層巻き付けた。

【００８８】これを３００℃で２０時間、酸素含有気体
中（大気中）で一次熱処理を行い、各層の絶縁被覆（ガ
ラス繊維）中の有機物を大気中の酸素と反応させ、炭酸
ガス化してガラス繊維から除いた。次に巻かれた絶縁被
覆超電導線４中の超電導相の生成のために７００℃で５
０時間真空中（１×１０^-6ｔｏｒｒ）で二次熱処理を行
った。

【００８９】そして、各層の絶縁被覆超電導線４におけ
るガラス繊維の絶縁性を確認するために巻きほぐし、各
層の絶縁被覆超電導線４をサンプリングした。これらの
絶縁被覆超電導線４を絶縁抵抗計で測り、ガラス繊維の
絶縁性を調べた。各層の絶縁抵抗は無限大を示し、極め
て良好な絶縁性があることが判った。

【００９０】（実施例３）巻き鍔６の外径３００ｍｍ、
巻き芯５の外径５０ｍｍ、巻き芯５の内径４０ｍｍ、巻
き芯５の長さ２５０ｍｍの銀製からなる巻枠７を用意
し、直径１ｍｍの絶縁被覆超電導線４を２５層巻き付け
た。

【００９１】これを３００℃で２０時間、酸素含有気体
中（大気中）で一次熱処理を行い、各層の絶縁被覆（ガ
ラス繊維）中の有機物を大気中の酸素と反応させ、炭酸
ガス化してガラス繊維から除いた。次に巻かれた絶縁被
覆超電導線４中の超電導相の生成のために７００℃で５
０時間真空中（１×１０^-6ｔｏｒｒ）で二次熱処理を行
った。

【００９２】そして、各層の絶縁被覆超電導線４におけ
るガラス繊維の絶縁性を確認するために巻きほぐし、各
層の絶縁被覆超電導線４をサンプリングした。これらの
絶縁被覆超電導線４を絶縁抵抗計で測り、ガラス繊維の
絶縁性を調べた。各層の絶縁抵抗は無限大を示し、極め
て良好な絶縁性があることが判った。

【００９３】また、本発明のこれらの実施例１乃至実施
例３との比較のため、実施例１乃至実施例３で採用した
巻枠７と同等寸法の貫通孔９のないステンレス製の巻枠
７を作り、銀シートを使用しない巻枠７に直径１ｍｍの
絶縁被覆超電導線４を２５層巻き付けた。

【００９４】これに、実施例１乃至実施例３で述べた同
等の一次熱処理および二次熱処理を行った後、各層の絶
縁被覆超電導線４におけるガラス繊維の絶縁性を確認す
るために巻きほぐし、各層の絶縁被覆超電導線４をサン
プリングした。これらの絶縁被覆超電導線４を絶縁抵抗
計で測り、ガラス繊維の絶縁性を調べた。

【００９５】図５は本発明の実施例での各層のガラス繊
維の電気絶縁抵抗、および比較例での各層のガラス繊維
の電気絶縁抵抗を示している。本発明の実施例では、各
層のガラス繊維の絶縁抵抗は無限大を示し、極めて良好
な絶縁性示しているのに対し、比較例では、大気（酸
素）と一番接する最外層は無限大の絶縁抵抗を示した
が、各層のガラス繊維の絶縁抵抗は最内層へいくほど抵
抗値が低下し、層全体的に不均一な絶縁性であることが
判った。

【００９６】第１の実施の形態によれば、超電導コイル
１を構成する巻枠７に複数個の貫通孔９を設けたり、絶
縁被覆超電導線４と接する部分に銀材料を設けることに
より、巻枠７に多層に巻かれた絶縁被覆超電導線４の最
外層から最内層まで酸素透過性のよい構造体になる。こ
のため、酸素含有気体中で熱処理を行うことにより、絶
縁被覆超電導線４の絶縁被覆（セラミックスやガラス繊
維）に含まれている有機物をガス化して蒸発させること
が可能になる。したがって、絶縁被覆３中に導電性の炭
素が残留することがなく、絶縁被覆超電導線４間の絶縁
性の優れた超電導コイルを提供することが可能となる。

【００９７】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。第２の実施の形態は、第１の実施の形態にお
ける超電導コイルの製造方法の工程に対し、一次熱処理
完了判定工程後に、さらに、加熱炉１０内を減圧脱気し
て再び加熱炉１０内を酸素含有気体に置換して加熱する
熱処理工程を追加して設けたものである。

【００９８】一次熱処理完了判定工程で、二酸化炭素や
一酸化炭素あるいは酸素の濃度が規定値に達してほぼ一
定になると、絶縁材８や絶縁被覆３に含有する有機物と
酸素との酸化反応がほぼ終了したことを示す。この状態
になったとしても、超電導コイル１の内部等酸素が十分
供給されない部分では、未反応のまま有機物が残留して
いる虞がある。

【００９９】そこで、例えば、二酸化炭素濃度が規定値
以下になった後に、加熱炉１０の炉内を排気装置１２で
減圧脱気して再び加熱炉１０の炉内雰囲気を酸素含有気
体に置換して加熱する。減圧脱気することにより超電導
コイル本体１ａの内部の絶縁材８や絶縁被覆３に存在す
る二酸化炭素の豊富な気体が排出され、酸素含有気体に
容易に置換される。

【０１００】この状態で加熱を続行すると、もし未反応
の有機物が残留している場合には、置換された酸素含有
気体と酸化反応して加熱炉１０内の二酸化濃度が再び上
昇する。この二酸化濃度をガス濃度系１１でモニター
し、二酸化濃度が規定値以下になるまでこの工程を繰り
返して実施する。一方、残留有機物が完全に放出されて
いる場合には、置換した後も二酸化濃度が規定値以下に
なる。

【０１０１】この第２の実施の形態によれば、一次熱処
理完了判定の信頼性が格段に向上し、絶縁不良のない超
電導コイルを製造できる。

【０１０２】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。第３の実施の形態は、第１の実施の形態にお
ける超電導コイルの製造方法の工程に対し、巻枠７に絶
縁材８を被着する前工程として、巻枠７と絶縁材８との
間に金属箔を被着する工程を追加している。超電導コイ
ル１の完成姿としては巻枠７を装着したままのものと、
絶縁物を含浸後に巻枠７を分解するものとがある。この
第３の実施の形態は巻枠７を分解する超電導コイル１の
製造方法に適用させるものである。

【０１０３】図６は、第３の実施の形態に係わる超電導
コイルの製造方法を適用する超電導コイル１の断面図で
ある。図６において、超電導コイル１は、コイル巻回に
先立って巻枠７に離型剤１４を介在して金属箔１５を装
着し、さらに、この金属箔１５の上に絶縁材８を被着し
て絶縁被覆超電導線４を幾重にも多層に巻回される。以
後、第１の実施の形態と同様に一次熱処理工程と、一次
熱処理完了判定工程と、二次熱処理工程を経て、絶縁材
８および絶縁被覆超電導線４を絶縁物で含浸一体化す
る。その後巻枠７を超電導コイル１から分解する製造方
法である。

【０１０４】この第３の実施の形態によれば、第１の実
施の形態の作用効果に加えて、巻枠７を超電導コイル１
から分解して使用する超電導コイルでも、絶縁被覆超電
導線４の巻回に先立って巻枠７に離型剤１４を介在して
金属箔１５を装着したので、超電導コイル１を絶縁物で
含浸一体化した後でも容易に巻枠７を分解できる。

【０１０５】すなわち、分解の際に、まず最初に巻枠７
を金属箔１５から分離し、次に金属箔１５を絶縁物で含
浸された超電導コイル１から剥離する。この場合、薄い
金属箔１５は可撓性に富むので、僻開力で含浸絶縁物か
ら容易に引き剥がすことができる。したがって、二次熱
処理終了後の脆くなっている絶縁被覆超電導線４に過度
の力が加わることもなく、超電導性能の劣化を回避でき
る。

【０１０６】ここで、離型剤１４としては、二次熱処理
温度である６００℃から７００℃に耐え、かつ、含浸絶
縁物と離型し易いボロンナイトライド粉末や窒化クロム
コーティングが適している。また、金属箔１５として
は、耐食性に優れ、かつ強度の高いステンレス鋼やイン
コネル等のニッケル合金が適している。

【０１０７】次に本発明の第４の実施の形態について説
明する。図７は、本発明の第４の実施の形態における、
一次熱処理工程時の超電導コイル１を示す断面図であ
る。第４の実施の形態は、第１の実施の形態における超
電導コイルの製造方法の工程に対し、一次熱処理工程
は、巻き鍔６に設けられた貫通孔９aをジャケット16で
覆い、このジャケット16に接続された給気管17で外部か
ら酸素含有気体を強制給気しながら加熱する工程とした
ものである。

【０１０８】図７において、一次熱処理工程は、巻き鍔
６に設けられた貫通孔９aをジャケット16で覆い、この
ジャケット16に接続された給気管17で図示しない加熱炉
の外部から酸素含有気体を強制給気しながら加熱する。

【０１０９】一次熱処理工程の際、加熱炉の外部から給
気管１７でジャケット１６内に強制給気された酸素含有
気体は、巻枠７に設けられた複数個の貫通孔９ａ、９ｂ
から超電導コイル１の内部に流入し、超電導コイル１内
を貫流して外周から加熱炉内に排出される。この過程
で、超電導コイル１の内部まで酸素含有気体が容易に拡
散して絶縁材８や絶縁被覆３に含有する有機物と酸化反
応し、有機物を一酸化炭素や二酸化炭素にガス化して放
出する。特に、酸素が欠乏し易い巻き芯５側に近接する
超電導コイル１の内層側でも、酸化反応が活発に行われ
る。さらに、酸化反応で生成した二酸化炭素等の反応ガ
スも超電導コイル１の内部に滞留することなく外部に排
出される。

【０１１０】このように、第４の実施の形態によれば、
絶縁材８絶縁被覆３に含有する有機物を一次熱処理でほ
ぼ完全に除去できるので、残存有機物が二次熱処理で炭
化することによって起こる絶縁不良等を回避できる。

【０１１１】以上の説明では、ジャケット１６を用いた
ものを示したが、図８に示すように、ジャケット１６に
代えて、蓋１８を使用するようにしてもよい。

【０１１２】図８において、一次熱処理工程において巻
き芯５の両端部を蓋１８で覆い、この蓋１８に接続され
た給気管１７で図示しない加熱炉の外部から酸素含有気
体を強制給気しながら加熱する。一次熱処理工程の際、
加熱炉の外部から蓋１８に接続された給気管１７で巻き
芯５内に強制給気された酸素含有気体は、巻き芯５に設
けられた複数個の孔９bから超電導コイル１の最内層に
流れ、超電導コイル１の絶縁材８や絶縁被覆３内を貫流
して巻き鍔６に設けられた穴９aや超電導コイル１の外
周から加熱炉内に排出される。

【０１１３】この過程で、超電導コイル１の内部まで酸
素含有気体が容易に拡散して絶縁材８や絶縁被覆３に含
有する有機物と酸化反応し、有機物を一酸化炭素や二酸
化炭素にガス化して放出する。特に、酸素が欠乏し易い
巻き芯５側に近接する超電導コイル１の内層側でも、酸
化反応が活発に行われる。さらに、酸化反応で生成した
二酸化炭素等の反応ガスも超電導コイル１の内部に滞留
することなく、外部に排出される。

【０１１４】したがって、絶縁材８や絶縁被覆３に含有
する有機物を一次熱処理でほぼ完全に除去できるので、
残存有機物が二次熱処理で炭化することによって起こる
絶縁不良等を回避できる。

【０１１５】次に、本発明の第５の実施の形態を説明す
る。図９は、第５の実施の形態に係る超電導コイルの製
造方法の工程のうち、絶縁被覆超電導線の巻回工程を示
す構成図である。

【０１１６】図９において、絶縁被覆超電導線４はボビ
ン１９に巻かれており、ボビン１９から所定の張力で巻
枠７に巻き取られる。ボビン１９には張力付加装置２３
が取り付けられており、この張力付加装置２３で一定の
張力がかけられ、巻枠７に取り付けられた巻線機２０で
ボビン１９に巻かれた絶縁被覆超電導線４を巻枠７に巻
回して超電導コイル１を製造する。

【０１１７】第５の実施の形態では、絶縁被覆超電導線
４が巻枠７に巻回される手前に、絶縁被覆超電導線４を
加熱する加熱手段２１が設けられており、さらに、巻枠
７に巻回された後、速やかに絶縁被覆超電導線４を冷却
するための冷却手段２２が設けられている。

【０１１８】加熱手段２１で加熱された絶縁被覆超電導
線４は、巻線する場所（巻枠７）の雰囲気温度より数℃
高く、巻枠７に巻回されると同時に速やかに冷却手段２
２で冷却される。したがって、熱膨張差により巻枠７に
巻回される絶縁被覆超電導線４は緩みなく適切に巻回さ
れる。

【０１１９】この際の熱膨張差に起因して超電導線２に
働く張力Ｆは、以下の（１）式のように示される。Ｆ＝Ｅ・α・Ｔ・Ａ …（１）ここで、Ｅは超電導線２のヤング率、αは超電導線２の
線膨張係数、Ｔは雰囲気と加熱された超電導線２との温
度差、Ａは超電導線２の断面積である。

【０１２０】また、張力Ｆは、Ｆ＝σ・Ａでも表わすこ
とができる。ここで、σは超電導線２に生じる応力で、
σ＝Ｅ・α・Ｔとなる。一般に、ガラス絶縁被覆の超電
導線２に負荷できる張力は、絶縁被覆の健全性の点から
５ｋgに抑えられる。しかし、寸法精度を上げるには、
１０ｋg以上の張力が望ましい。そこで、超電導線２に
Ｔ＝５０℃の温度差を与えた場合の応力は、σ＝８．５
ｋg/mm²にもなる。したがって、張力付加装置２３との
併用で１０ｋｇ以上の張力を付加できる。

【０１２１】さらに、超電導コイル１の形状が円形でな
く、直線部を有するレーストラック状の場合は、レース
トラック状の超電導コイルで起こりがちの直線部の膨ら
み防止に対しても効果大である。一例として、直線部の
長さが１５０ｍｍのレーストラック状超電導コイルの場
合について説明する。直線部の膨らみが１ｍｍとする
と、約３℃の温度差で膨らみをほぼゼロにできる。

【０１２２】以上の説明では、加熱手段２１はボビン１
９と巻線機２０との間に配設し、絶縁被覆超電導線４を
加熱するようにしているが、ボビン１９自体を加熱する
ようにしてもよい。また、冷却手段２２としては、巻枠
７に冷却流体を流すか、あるいは、外部から冷却流体を
吹き付けて強制冷却してもよい。

【０１２３】このように、第５の実施の形態によれば、
巻回前と巻回後の超電導線の熱膨張差を利用して超電導
線に一定の張力を加えることができる。したがって、絶
縁被覆の破損による絶縁不良を回避できる。さらに、レ
ーストラック状の超電導コイルで起こりがちの直線部の
膨らみも抑止でき、寸法精度が高くなる。

【０１２４】次に、本発明の第６の実施の形態を説明す
る。図１０は、第６の実施の形態に係る超電導コイルの
製造方法の工程のうち、水素使用による一次熱処理工程
を示す構成図である。一次熱処理工程において、一旦、
加熱炉１０内を１Pa程度まで、真空排気装置１１で排気
し、その後、水素ボンベ２４から加熱炉１０内へ水素ガ
スを少量供給する。このとき、絶縁材８や絶縁被覆３に
含有する有機物は、Ｃ＋２Ｈ₂ → ＣＨ₄ のように反応し、有機物中の炭素がガス化する。加熱炉
１０内は水素の圧力分だけの低い圧力になっているの
で、生成されたガスは、そのほとんどが超電導コイル１
から加熱炉１０内へ放出される。超電導コイル１内の残
留ガスも排出するためには反応が完了した後に、再び、
真空排気装置１１により発生ガスを排気する。

【０１２５】反応の完了は、前述した酸素濃度や一酸化
炭素濃度の検出により行うことができる。また、加熱炉
１０にマイクロ波発生器２５を取り付けることにより水
素ガスをプラズマ化することが可能になる。水素プラズ
マは、Ｃ＋４Ｈ⁺ → ＣＨ₄ のように反応し、水素よりも激しく反応するために短時
間でより確実に炭素がガス化する。

【０１２６】さらに、この方法においては、二次熱処理
である真空雰囲気中の無酸素状態で６００℃から７００
℃で行う超電導生成と同時に処理することができ、一次
熱処理工程について省略できる利点がある。一次熱処理
工程を長時間行うと、超電導線を構成する銅等の酸化膜
が厚くなって正味の銅が減少し、超電導特性が不安定と
なることがあるが、一次熱処理工程を省略できるので、
信頼性の高い安価な超電導コイルの製造が可能となる。

【０１２７】次に本発明の第７の実施の形態について説
明する。図１１は、本発明の第７の実施の形態における
絶縁被覆内に残存する有機物質除去作業を含む製紐作業
を示す説明図である。超電導線に製紐機を用いて絶縁被
覆を編付けた後、ボビンに絶縁被覆超電導線を巻き付け
る前に、水洗い工程および乾燥工程を行う。

【０１２８】図１１において、超電導線２に製紐機２６
で絶縁被覆を編付けた後、ボビン１９に絶縁被覆超電導
線４を巻き付ける前に、水洗い工程および乾燥工程を行
う。

【０１２９】水洗い工程では、微細化した水２７を吹き
付けて製紐作業用に混入した澱粉等の有機物質を洗い落
とす。次いで乾燥工程において乾燥機（図示せず）で温
度を高めた空気２８を送り、絶縁被覆内あるいは超電導
線の表面に残っている水分を除去する。水洗いの方法
は、シャワー式によらないときは浴槽に水を張り、浸漬
してもよい。また、水に代えて、水蒸気を使用してもよ
い。

【０１３０】この方法においては一次熱処理工程を省略
できるので、長時間にわたる一次熱処理工程のために超
電導線を構成する銅等の酸化膜が厚くなって正味の銅が
減少し、超電導特性が不安定となるのを抑制することが
でき、信頼性の高い安価な超電導コイルの製造が可能と
なる。

【０１３１】このように、第７の実施の形態によれば、
二次熱処理後に炭化物として残留し、絶縁不良の原因と
なる有機物を含まない超電導線をコイルに巻回すことが
できるので、絶縁不良が確実に抑えられると共に、一次
熱処理工程が省略できるので、信頼性の高い安価な超電
導コイルの製造が可能になる。

【０１３２】次に本発明の第８の実施の形態について説
明する。図１２は、本発明の第８の実施の形態における
絶縁被覆内に残存する有機物質除去作業を含むコイル巻
回作業を示す説明図である。絶縁被覆超電導線を巻き付
けてあるボビンから巻線機を用いて巻枠に巻回する間
に、水洗い工程および乾燥工程を行う。

【０１３３】図１２において、絶縁被覆超電導線４を巻
き取っているボビン１９から巻線機（図示せず）で巻枠
７に巻回する間に、水洗い工程および乾燥工程を行う。
水洗い工程では、微細化した水２７を吹き付けて製紐作
業用に混入した澱粉等の有機物質を洗い落とす。次いで
乾燥工程において乾燥機（図示せず）で温度を高めた空
気２８を送り、絶縁被覆内あるいは超電導線の表面に残
っている水分を除去する。水洗いの方法は、シャワー式
によらないときは容器に水を張り、浸漬してもよい。ま
た、水に代えて、水蒸気を使用してもよい。

【０１３４】この方法においては一次熱処理工程を省略
できるので、長時間にわたる一次熱処理工程のために超
電導線を構成する銅等の酸化膜が厚くなって正味の銅が
減少し、超電導特性が不安定となるのを抑制することが
でき、信頼性の高い安価な超電導コイルの製造が可能と
なる。

【０１３５】このように、第８の実施の形態によれば、
二次熱処理後に炭化物として残留し、絶縁不良の原因と
なる有機物を含まない超電導線をコイルに巻回すことが
できるので、絶縁不良が確実に抑えられると共に、一次
熱処理工程が省略できるので、信頼性の高い安価な超電
導コイルの製造が可能となる。

【０１３６】次に本発明の第９の実施の形態について説
明する。図１３は、本発明の第９の実施の形態における
絶縁被覆内に残存する有機物質除去作業を含むコイル巻
回作業を示す構成図である。超電導コイルを巻回した
後、二次熱処理を行う前に、超電導コイルを水槽に入
れ、超音波発生器を用いて超音波洗浄する。

【０１３７】図１３において、通常の手順で超電導コイ
ル１を巻回した後、二次熱処理を行う前に、超電導コイ
ル１を水を張った水槽２９に入れる。超電導コイル１を
水中に置くだけでは超電導コイル１の内層側の絶縁材や
絶縁被覆に含有する有機物が十分に水に溶ける可能性が
ない。そこで、超音波発生器３０から超電導コイル１に
超音波を発射して超音波洗浄する。

【０１３８】このような超音波を利用することにより超
電導コイル１の内層側の絶縁材や絶縁被覆に含有する有
機物が十分に水に溶け出し、有機物を除去することがで
きる。使用する水は、温度の高い温水を使用すること
で、より効果を高めることができる。なお、本実施の形
態は超音波発生器３０に代えて、バブル発生器によりバ
ブルを発生させる方法を用いてもよい。

【０１３９】本実施の形態によれば、超音波またはバブ
ルを併用するので、有機物を効果的に除去することがで
きる。したがって、超電導コイルとしての絶縁性が高
く、電気的に安定となり、高性能な超電導コイルを製造
できる。

【０１４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
絶縁被覆超電導線を巻回して形成した超電導コイルにお
いて、絶縁被覆などに含有している有機物を超電導線が
損傷劣化しない比較的短時間の加熱によりガス化して確
実に放出でき、あるいは、特別な加熱処理を施さずに、
電気絶縁上有害な炭化物が残留しない信頼性の高い超電
導コイルおよびその製造方法を提供することができる。

【０１４１】また、本発明によれば、絶縁被覆超電導線
の巻回時に過度な張力を加えなくとも高い寸法精度を実
現でき、絶縁被覆の損傷がない高性能、高精度の超電導
コイルの製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超電導コイル
を示すもので、（ａ）は超電導コイルの断面図、（ｂ）
は絶縁被覆超電導線の斜視図。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る超電導コイル
を形成する際の一次熱処理工程を示す説明図。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る超電導コイル
の他の一例を示す断面図。

【図４】本発明の第１の実施の形態における実施例１で
使用した巻枠を示す斜視図。

【図５】本発明の第１の実施の形態にける実施例での各
層のガラス繊維の電気絶縁特性を従来例との比較で示し
た特性図。

【図６】本発明の第３の実施の形態に係る超電導コイル
の製造方法を適用した超電導コイルを示す断面図。

【図７】本発明の第４の実施の形態に係る超電導コイル
の製造方法を適用した場合の一次熱処理工程時の超電導
コイルを示す断面図。

【図８】本発明の第４の実施の形態に係る超電導コイル
の製造方法を適用した場合の一次熱処理工程時の超電導
コイルの他の例を示す断面図。

【図９】本発明の第５の実施の形態に係る超電導コイル
の製造方法の工程のうち、絶縁被覆超電導線の巻回工程
を示す構成図。

【図１０】本発明の第６の実施の形態に係る超電導コイ
ルの製造方法の工程のうち、水素使用による一次熱処理
工程を示す構成図。

【図１１】本発明の第７の実施の形態に係る超電導コイ
ルの製造方法の工程のうち、有機物質除去工程を示す説
明図。

【図１２】本発明の第８の実施の形態に係る超電導コイ
ルの製造方法の工程のうち、有機物質除去工程を示す説
明図。

【図１３】本発明の第９の実施の形態に係る超電導コイ
ルの製造方法の工程のうち、有機物質除去工程を示す構
成図。

【符号の説明】

１超電導コイル１ａ超電導コイル本体２超電導線３絶縁被覆４絶縁被覆超電導線５巻き鍔６巻き芯７巻枠８絶縁材９貫通孔１５金属箔１６ジャケット１８蓋

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者戸坂泰造神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者和田司神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者中山茂雄神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号株式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者服部伴之神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号株式会社東芝浜川崎工場内Ｆターム(参考） 5G321 AA11 AA12 BA03 CA48 CA99

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】巻き芯の両側に巻き鍔を有する巻枠に、
絶縁被覆超電導線を多数回巻回して形成した超電導コイ
ルにおいて、前記巻枠に流体が流通する複数個の貫通孔
を設けたことを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】前記貫通孔は、巻き芯の内周と外周を連
通する穴、または巻き鍔のコイル側と反コイル側とを連
通する穴の少なくともいずれか一方であることを特徴と
する請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項３】前記貫通孔は、巻き芯の外周に軸方向に
沿う複数本の溝を形成し、一方前記巻き鍔には前記溝に
対峙する位置にコイル側と反コイル側とを連通する穴を
設けたことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイ
ル。
【請求項４】前記巻枠の側面の貫通孔と多数回巻回さ
れた絶縁被覆超電導線との間、または絶縁被覆超電導線
間に、銀からなるシート状の板を設けたことを特徴とす
る請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項５】巻き芯の両側に巻き鍔を有する巻枠に、
絶縁被覆超電導線を多数回巻回して形成した超電導コイ
ルにおいて、前記巻枠はその材質として銀を用いたこと
を特徴とする超電導コイル。
【請求項６】巻き芯の両側に巻き鍔を有する巻枠に、
絶縁被覆超電導線を多数回巻回して形成した超電導コイ
ルの製造方法において、前記巻枠に流体が流通する複数
個の貫通孔を設ける工程と、前記巻枠へのコイル巻回に
先立って巻枠に絶縁材を被着する工程と、この絶縁材の
上に絶縁被覆超電導線を巻回する巻回工程と、絶縁材お
よび絶縁被覆に含まれる有機物をガス化して放出させる
一次熱処理工程と、前記一次熱処理工程が終了したこと
を判定する一次熱処理完了判定工程と、前記超電導線を
超電導体化するための二次熱処理工程とを具備したこと
を特徴とする超電導コイルの製造方法。
【請求項７】巻き芯の両側に巻き鍔を有する巻枠に、
絶縁被覆超電導線を多数回巻回して形成した超電導コイ
ルの製造方法において、前記巻枠に流体が流通する複数
個の貫通孔を設ける工程と、前記巻枠へのコイル巻回に
先立って離型剤を介して金属箔を装着する工程と、この
金属箔の上に絶縁材を被着する工程と、この絶縁材の上
に絶縁被覆超電導線を巻回する巻回工程と、絶縁材およ
び絶縁被覆に含まれる有機物をガス化して放出させる一
次熱処理工程と、前記一次熱処理工程が終了したことを
判定する一次熱処理完了判定工程と、前記超電導線を超
電導体化するための二次熱処理工程と、絶縁材および絶
縁被覆超電導線を絶縁物で含浸一体化する工程と、その
後巻枠をコイルから分解する工程とを具備したことを特
徴とする超電導コイルの製造方法。
【請求項８】前記巻枠に流体が流通する複数個の貫通
孔を設ける工程に代えて、前記巻枠を銀で形成する工程
としたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載
の超電導コイルの製造方法。
【請求項９】前記巻枠に流体が流通する複数個の貫通
孔を設ける工程と、前記巻枠の側面の貫通孔と多数回巻
回された絶縁被覆超電導線との間、または絶縁被覆超電
導線間に、銀からなるシート状の板を設ける工程と追加
して設けたことを特徴とする請求項６または請求項７に
記載の超電導コイルの製造方法。
【請求項１０】前記一次熱処理工程は、酸素を含有す
る気体中で炉中加熱する工程であり、前記一次熱処理完
了判定工程は、炉内の一酸化炭素あるいは二酸化炭素濃
度が規定値以下であることを確認する工程であることを
特徴とする請求項６または請求項７記載の超電導コイル
の製造方法。
【請求項１１】前記一次熱処理工程は、酸素を含有す
る気体中で炉中加熱する工程であり、前記一次熱処理完
了判定工程は、炉内の酸素濃度が規定値以上であること
を確認する工程であることを特徴とする請求項６または
請求項７に記載の超電導コイルの製造方法。
【請求項１２】前記一次熱処理完了判定工程後に、さ
らに、炉内を減圧脱気して再び炉内を酸素を含有した気
体に置換して加熱する追加の熱処理工程を具備したこと
を特徴とする請求項６または請求項７記載の超電導コイ
ルの製造方法。
【請求項１３】前記一次熱処理工程は、真空中に微量
の水素を含有する炉中加熱する工程であることを特徴と
する請求項６または請求項７に記載の超電導コイルの製
造方法。
【請求項１４】前記一次熱処理工程は、水素プラズマ
雰囲気を保持している炉中加熱する工程であることを特
徴とする請求項６または請求項７に記載の超電導コイル
の製造方法。
【請求項１５】請求項１乃至請求項３記載の超電導コ
イルを製造するための超電導コイルの製造方法におい
て、前記一次熱処理工程は、前記巻き鍔に設けられた貫
通孔をジャケットで覆い、このジャケットに接続された
給気管で外部から酸素を含有した気体を強制給気しなが
ら加熱する工程であることを特徴とする請求項６または
請求項７に記載の超電導コイルの製造方法。
【請求項１６】請求項１または請求項２記載の超電導
コイルを製造するための超電導コイルの製造方法におい
て、前記一次熱処理工程は、前記巻き芯の両端部を蓋で
覆い、この蓋に接続された給気管で外部から酸素を含有
した気体を強制給気しながら加熱する工程であることを
特徴とする請求項６または請求項７に記載の超電導コイ
ルの製造方法。
【請求項１７】巻き芯の両側に巻き鍔を有する巻枠
に、絶縁被覆超電導線を多数回巻回して形成した超電導
コイルの製造方法において、前記巻回工程は、前記絶縁
被覆超電導線が巻枠に巻回される手前で前記絶縁被覆超
電導線を加熱する工程と、前記巻枠に巻回された後、速
やかに前記絶縁被覆超電導線を冷却する工程とを具備し
たことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の超
電導コイルの製造方法。
【請求項１８】巻き芯の両側に巻き鍔を有する巻枠
に、絶縁被覆超電導線を多数回巻回して形成した超電導
コイルの製造方法において、超電導線に絶縁被覆を編付
ける製紐工程と、前記絶縁被覆内に残存する有機物質を
除去する工程と、有機物質を除去された絶縁被覆超電導
線を巻き取り手段に巻き取る工程と、前記絶縁被覆超電
導線を前記巻き取り手段から前記巻枠に巻回する巻回工
程とを具備したことを特徴とする超電導コイルの製造方
法。
【請求項１９】前記有機物質除去工程は、水を用いて
有機物質を洗浄する工程であることを特徴とする請求項
１８に記載の超電導コイルの製造方法。
【請求項２０】巻き芯の両側に巻き鍔を有する巻枠
に、絶縁被覆超電導線を多数回巻回して形成した超電導
コイルの製造方法において、超電導線に絶縁被覆を編付
ける製紐工程と、絶縁被覆超電導線を巻き取り手段に巻
き取る工程と、前記絶縁被覆超電導線を前記巻き取り手
段から前記巻枠に巻回する間に、前記絶縁被覆内に残存
する有機物質を除去する工程とを具備したことを特徴と
する超電導コイルの製造方法。
【請求項２１】前記有機物質除去工程は、水を用いて
有機物質を洗浄する工程であることを特徴とする請求項
２０に記載の超電導コイルの製造方法。
【請求項２２】請求項１または請求項２記載の超電導
コイルを製造するための超電導コイルの製造方法におい
て、超電導線に絶縁被覆を編付ける製紐工程と、絶縁被
覆超電導線を巻枠に巻回する巻回工程と、巻回された前
記絶縁被覆超電導線の絶縁被覆内に残存する有機物質を
除去する工程とを具備したことを特徴とする超電導コイ
ルの製造方法。
【請求項２３】前記有機物質除去工程は、水を用いて
有機物質を洗浄する工程であることを特徴とする請求項
２２に記載の超電導コイルの製造方法。
【請求項２４】前記有機物質除去工程は、超音波また
はバブルを併用することを特徴とする請求項２３に記載
の超電導コイルの製造方法。