JP2014022693A - 超電導コイル及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄膜超電導線材に作用する剥離応力を低減し、且つコイル径方向の伝熱経路を確保して、超電導特性の安定性を向上させることができること。
【解決手段】多層構造で且つテープ形状の超電導テープ線とテープ形状の絶縁テープ線とが共に巻枠１３に巻き回されて形成された巻線部１４を有し、この巻線部の超電導テープ線及び絶縁テープ線が、伝熱性を備えた絶縁性樹脂（エポキシ樹脂）により含浸硬化されて接着される超電導コイル１０であって、巻線部１４には、周方向の一部において、前記絶縁性樹脂による接着力が周方向の他の部分よりも低い離形層２３が、径方向に複数設けられたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は超電導コイル及びその製造装置に係り、更に詳しくは、多層構造で且つテープ形状の薄膜超電導線材とテープ形状の絶縁材とが共に巻枠に巻き回されて形成された巻線部を有し、この巻線部の薄膜超電導線材及び絶縁材が、伝熱性を備えた絶縁性樹脂により含浸硬化されて接着される超電導コイル、及びこの超電導コイルを製造する超電導コイルの製造装置に関する。

超電導コイルの巻線部を構成する超電導線材としては、例えばテープ形状で、金属基板、中間層、ＲＥ系酸化物超電導層及び保護金属層を積層した多層構造の薄膜超電導線材が用いられる。

ところで、超電導コイルの巻線部は、一般に、エポキシ等の絶縁性樹脂（例えばエポキシ樹脂）を含浸した状態で使用されることが多い。この場合、多層構造の薄膜超電導線材においては、冷却時に薄膜超電導線材とエポキシ樹脂との熱収縮差に起因して積層方向に引張り応力（剥離応力）が作用し、層間剥離あるいは亀裂が生じて、安定した超電導特性が得られなくなる恐れがある。

これまでには、薄膜超電導線材に作用する剥離応力を低減する対策として、薄膜超電導線材の表面に離形材を用いて離形処理を施すことにより、離形材とエポキシ樹脂との界面で意図的に剥離を起こし、薄膜超電導線材自体が引っ張られないようにする超電導コイルが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２６７５５０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の超電導コイルでは、離形材とエポキシ樹脂との界面で伝熱性能が低下してしまう。そのため、通電時などに発生する薄膜超電導線材の発熱が拡散されにくく、効率的な冷却が不十分となって、超電導特性の安定性が損なわれる恐れがある。更に、冷却時における超電導コイルの径方向の伝熱経路を十分に確保できない事態も想定される。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、薄膜超電導線材に作用する剥離応力を低減し、且つコイル径方向の伝熱経路を確保して、超電導特性の安定性を向上させることができる超電導コイル及びその製造装置を提供することにある。

本発明に係る超電導コイルは、多層構造で且つテープ形状の薄膜超電導線材とテープ形状の絶縁材とが共に巻枠に巻き回されて形成された巻線部を有し、この巻線部の前記薄膜超電導線材及び前記絶縁材が、伝熱性を備えた絶縁性樹脂により含浸硬化されて接着される超電導コイルであって、前記巻線部には、周方向の一部において、前記絶縁性樹脂による接着力が周方向の他の部分よりも低い箇所が、単数または径方向に複数設けられたことを特徴とするものである。

また、本発明に係る超電導コイルの製造装置は、巻枠を装着して回転可能な巻線手段と、薄膜超電導線材が巻き付けられた第１リールを回転して、前記薄膜超電導線材を前記第１リールから送り出し可能な第１送出し手段と、絶縁材が巻き付けられた第２リールを回転して、前記絶縁材を前記第２リールから送り出し可能な第２送出し手段とを有し、前記巻線手段の回転により、前記第１リール、前記第２リールからそれぞれ送り出される前記薄膜超電導線材、前記絶縁材を巻枠に、熱可塑性樹脂により仮接着した状態で巻き回して巻線部を形成する超電導コイルの製造装置であって、前記巻線手段の付近には、前記熱可塑性樹脂を加熱する加熱手段が配設され、この加熱手段の制御により、前記巻線部の周方向の一部において、前記巻線部を構成する前記薄膜超電導線材と前記絶縁材との間に空隙部を形成するよう構成されたことを特徴とするものである。

本発明に係る超電導コイル及びその製造装置によれば、薄膜超電導線材に作用する剥離応力を低減し、且つコイル径方向の伝熱経路を確保して、超電導特性の安定性を向上させることができる。

本発明に係る超電導コイルの第１実施形態を示す平面図。 図１の超電導コイルの巻線部を構成する超電導テープ線と絶縁テープ線との複合テープを示す側面図。 図２の超電導テープ線の多層構造を示す斜視図。 図２の超電導テープ線の剥離応力を説明するグラフ。 一般的な超電導コイルの内部に発生する最大応力（最大剥離応力）と内外径比との関係を示すグラフ。 図１のＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図。 図１のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図。 離形層の第１変形形態を示す部分断面図。 離形層の第２変形形態を示す部分断面図。 図１に示す超電導コイルと形状を異にする別形態の超電導コイルを示す平面図。 本発明に係る超電導コイルの第２実施形態を示す平面図。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿う断面図。 本発明に係る超電導コイルの第３実施形態を示す平面図。 （Ａ）は図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿う断面図、（Ｂ）は図１２（Ａ）の冷却板の変形形態を示す断面図。 図１１に示す超電導コイルを製造する超電導コイルの製造装置における一実施形態を概略して示す構成図。

以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１〜図１０）
図１は、本発明に係る超電導コイルの第１実施形態を示す平面図である。図２は、図１の超電導コイルの巻線部を構成する超電導テープ線と絶縁テープ線との複合テープを示す側面図である。

図１及び図２に示す超電導コイル１０は、多層構造で且つテープ形状の薄膜超電導線材としての超電導テープ線１１と、テープ形状の絶縁材としての絶縁テープ線１２とが、共に巻枠１３に巻き回されて形成された巻線部１４を有し、この巻線部１４の超電導テープ線１１及び絶縁テープ線１２が、伝熱性を備えた絶縁性樹脂（例えば図６に示すエポキシ樹脂１５）により含浸硬化されて接着され、例えばパンケーキ形状に構成される。

ここで、超電導テープ線１１及び絶縁テープ線１２は、図２に示すように、巻枠１３に巻き回される前に、熱可塑性樹脂（後述）により重ね合わされて仮接着され、複合テープ２２とされた状態で巻枠１３に巻き回される。

超電導テープ線１１は、多層構造でテープ形状に形成され、図３に示すように、少なくとも、テープ基板１６と中間層１７と超電導層１８とを有し、これらの両側が安定化層１９で被覆されている。また、超電導テープ線１１は、必要に応じて、テープ基板１６と中間層１７との間に配向層２０を、超電導層１８と一方の安定化層１９との間に保護層２１をそれぞれ設けることもできる。

テープ基板１６は、例えば、ステンレス鋼、ハステロイ等のニッケル合金、銀合金等の材質で形成される。また、中間層１７は拡散防止層であり、例えば、酸化セリウム、ＹＳＺ（イットリア）、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、バリウムジルコニアなどの材質からなり、テープ基板１６上に形成される。

超電導層１８は、例えば、ＲＥ１２３系の組成（ＲＥ１Ｂ２Ｃ３Ｏ７等）を有する超電導体薄膜からなる。尚、「ＲＥ１Ｂ２Ｃ３Ｏ７」の「ＲＥ」は希土類元素（例えば、ネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ホルミニウム（Ｈｏ）、サマリウム（Ｓｍ）等）及びイットリウム元素の少なくともいずれかを、「Ｂ」はバリウム（Ｂａ）を、「Ｃ」は銅（Ｃｕ）を、「Ｏ」は酸素（Ｏ）をそれぞれ意味している。また、安定化層１９は、超電導層１８に過剰に電気が流れた場合に、この超電導層１８が燃焼するのを防止する目的で設けられ、導電性の銀等から構成される。

配向層２０は、テープ基板１６上に中間層１７を配向させて形成する目的で設けられ、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等から形成される。尚、テープ基板１６が配向された層を有する基板の場合には、配向層２０を省略することができる。また、保護層２１は、超電導層１８が空気中の水分に触れて劣化するのを防止する等の目的で設けられ、銀等から形成される。尚、この保護層２１も、超電導層１８に過剰に電気が流れた場合に超電導層１８が燃焼するのを防止する役割を果たす。

このような多層構造からなるテープ形状の超電導テープ線１１の幅（テープ幅）Ｗは例えば１０ｍｍ、厚さＴは例えば０．１ｍｍとされる。また、超電導テープ線１１は、長手方向の機械強度に優れるが、長手方向に対し垂直な方向の引張応力（剥離応力）に対しては脆弱である。

図４は、図３に示す超電導テープ線１１の５つのサンプルについて、剥離方向の横引張強度を測定した結果について示したものである。この結果から、超電導テープ線１１が剥離するときの応力は２８〜４０ＭＰａとばらつきがあるものの、少なくとも２８ＭＰａを超える剥離応力により超電導テープ線１１の性能が低下する可能性があるため、この超電導テープ線１１の許容剥離応力は２８ＭＰａであることが分かる。

図２に示す絶縁テープ線１２は、例えばポリイミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリビニルホルマール、ポリビニルブチラール等の絶縁フィルム、またはＧＦＲＰ、ＣＦＲＰのような繊維強化プラスチック、または熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂等）で含浸されたガラスクロスにて形成される。

巻枠１３は、ガラス繊維強化プラスチックや補強型ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の絶縁材から構成される。

上述のように構成された巻線部１４では、前述の如く、絶縁性樹脂であるエポキシ樹脂１５（図６）を用いて、巻線部１４（特に超電導テープ線１１と絶縁テープ線１２）が一体的に含浸硬化されて接着される。これにより、超電導コイル１０の使用時における超電導テープ線１１の機械的動きが抑制されてコイル強度が確保されると共に、巻線部１４の超電導テープ線１１相互間における絶縁保護がなされる。これらにより、超電導コイル１０の超電導状態が壊れる状態である「クエンチ」を有効に防止することが可能になる。

ところで、巻線部が上述のようにエポキシ樹脂により含浸硬化された一般的な超電導コイルでは、室温から液体窒素温度まで冷却されると、超電導テープ線とエポキシ樹脂との線膨張率の異方性により、超電導テープ線に剥離応力が発生する。この剥離応力は、超電導コイルの内外径比（外径／内径）が大きいほど増大する。

図５に、一般的な超電導コイルに発生する最大剥離応力と内外径比との関係を示す。この結果から、超電導コイルの内外径比が大きくなるに従って、最大剥離応力が増大していることがわかる。また、この図５から、超電導テープ線の許容剥離応力である２８Ｍｐａとなる超電導コイルの内外径比は３．１であることが判明した。従って、超電導コイルの内外径比を３．１未満とすることで、超電導テープ線に作用する剥離応力を２８Ｍｐａ以下に低減可能であることが分かる。

上述の事情を踏まえ、図１に示す本実施形態の超電導コイル１０の巻線部１４には、周方向の一部において、例えばエポキシ樹脂１５による接着力が周方向の他の部分よりも低い箇所（本実施形態では離形層２３）が、単数または超電導コイル１０の径方向に複数設けられている。本実施形態では、離形層２３が超電導コイル１０の径方向に２本ずつ、巻枠１３を挟む位置に略対称に設けられている。尚、内側の離形層２３を内側離形層２３Ａとし、外側の離形層２３を外側離形層２３Ｂとする。

離形層２３は、エポキシ樹脂１５との接着性を低下させるものであり、エポキシ樹脂１５の含浸前に、巻線部１４を構成する超電導テープ線１１と絶縁テープ線１２との少なくとも一方に、離形材２４（図７）を用いた離形処理が施されることで設けられる。即ち、例えば図７に示すように、巻線部１４を構成する超電導テープ線１１の表面に離形材２４が貼着または塗布されることで離形層２３が設けられる。または、巻線部１４を構成する絶縁テープ線１２の表面、若しくは図８に示すように、巻線部１４を構成する超電導テープ線１１と絶縁テープ線１２とのそれぞれの表面に、離形材２４がそれぞれ貼着または塗布されることで離形層２３が設けられる。

また、離形層２３は、図９に示すように、エポキシ樹脂１５の含浸前に、巻線部１４を構成する超電導テープ線１１と絶縁テープ線１２との間に、離形材２４を用いて離形処理した離形処理絶縁材２５を挿入することで設けられてもよい。この離形処理絶縁材２５は、本実施形態では、例えばＦＲＰテープなどの絶縁テープ２７の両側に離形材２４が貼着または塗布されたものである。

ここで、前述の離形材２４としては、フッ素樹脂、パラフィン、グリース、シリコンオイルからなる群より選ばれた少なくとも一種を用いることが好ましい。

図１及び図７に示すように、離形層２３（内側離形層２３Ａ、外側離形層２３Ｂ）が設けられた巻線部１４における周方向の一部は、離形層２３によって巻線部１４の径方向に複数の巻線分断部、例えば巻線分断部２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃに分断される。巻線分断部２６Ａは、巻枠１３と内側離形層２３Ａとの間に設けられた部分であり、巻線分断部２６Ｂは、内側離形層２３Ａと外側離形層２３Ｂとの間に設けられた部分であり、巻線分断部２６Ｃは、外側離形層２３Ｂの外側に設けられた部分である。

このとき、各巻線分断部２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃでは、内外径比、即ち内径に対する外径の比（外径／内径）が３．１未満に設定されている。つまり、巻線分断部２６Ａの外径Ｒ２／内径Ｒ１、巻線分断部２６Ｂの外径Ｒ４／内径Ｒ３、巻線分断部２６Ｃの外径Ｒ６／内径Ｒ５が、共に３．１未満に設定されている。

以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）を奏する。
（１）図１及び図７に示すように、超電導コイル１０における巻線部１４の周方向の一部には、エポキシ樹脂１５による接着力が周方向の他の部分よりも低い離形層２３が、巻線部１４の径方向に複数設けられている。このため、超電導コイル１０の冷却時に、離形層２３の離形材２４とエポキシ樹脂１５との境界で剥離が生じて隙間ができ、この巻線部１４の周方向の一部に発生する径方向の応力が分断される。更に、この巻線部１４の周方向の一部では、離形層２３により分断された部分、例えば巻線分断部２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃのそれぞれで内外径比（内径に対する外径の比）が３．１未満に設定されている。これらのことから、この巻線部１４の周方向の一部において、超電導テープ線１１に作用する剥離応力を許容剥離応力２８ＭＰａ以下に低減することができる。

一方、超電導コイル１０の巻線部１４は、離形層２３が設けられていない周方向の他の部分において、離形層２３の離形材２４よりも伝熱性の高いエポキシ樹脂１５によって、巻線部１４の径方向の伝熱経路を確保できる。

上述のように、超電導コイル１０の巻線部１４を構成する超電導テープ線１１に作用する剥離応力を許容剥離応力以下に低減でき、且つ超電導コイル１０の径方向の伝熱経路を確保できるので、超電導コイル１０の超電導特性の安定性を向上させることができる。

なお、超電導コイル１０の形状はパンケーキ型に限らず、レーストラック型、鞍型、楕円形状のような非円形型であってもよい。非円形型の超電導コイルの例を図１０に示す。

この図１０に示す超電導コイル３０は、周方向で半径が異なり、直線部Ｌ１や逆方向の湾曲部（即ち凹み部）Ｌ２を有する超電導コイルである。この超電導コイル３０においても、巻線部１４における周方向の一部は、離形層２３（内側離形層２３Ａ、外側離形層２３Ｂ）を備えると共に、この離形層２３により例えば巻線分断部２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃに分断され、各巻線分断部２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃのそれぞれの内外径比（内径に対する外径の比）が３．１未満に設定されている。また、この超電導コイル３０においては、緩やかな曲線部Ｌ３のように内径が大きく内外径比が元々３．１未満を満たす部分は、離形層２３を設けない周方向の他の部分とされている。

これらのことから、この超電導コイル３０においては、次の効果（２）を奏する。
（２）巻線部１４における周方向の一部のみならず、周方向の他の部分においても、巻線部１４を構成する超電導テープ線１１に作用する剥離応力を、許容剥離応力２８ＭＰａ以下に低減することができる。更に、前記超電導コイル１０と同様に、巻線部１４において離形層２３を設けない周方向の他の部分において径方向の伝熱経路を確保できる。これらの結果、超電導コイル３０における超電導特性の安定性をより一層向上させることができる。

［Ｂ］第２実施形態（図１１、図１２）
図１１は、本発明に係る超電導コイルの第２実施形態を示す平面図である。この第２実施形態において第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第２実施形態の超電導コイル３５が第１実施形態と異なる点は、巻線部１４の周方向の一部において、エポキシ樹脂１５による接着力が周方向の他の部分によりも低い箇所が、巻線部１４を構成する超電導テープ線１１と絶縁テープ線１２との間に形成された空隙部３６である点である。

空隙部３６は、巻線部１４の内側に位置するものが内側空隙部３６Ａとされ、外側に位置するものが外側空隙部３６Ｂとされる。これらの内側空隙部３６Ａ及び外側空隙部３６Ｂは、巻枠１３を挟んで対称に巻線部１４に設けられる。この空隙部３６（内側空隙部３６Ａ、外側空隙部３６Ｂ）は、実際には、図１２に示すように、巻線部１４における超電導テープ線１１と絶縁テープ線１２との間に含浸されるエポキシ樹脂１５の存在によっても、空隙部として維持されるものである。

更に、空隙部３６（内側空隙部３６Ａ、外側空隙部３６Ｂ）を備える巻線部１４の周方向の一部は、空隙部３６により複数の巻線分断部、例えば３つの巻線分断部３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃに巻線部１４の径方向に分断される。巻線分断部３７Ａは、巻枠１３と内側空隙部３６Ａとの間に設けられた部分であり、巻線分断部３７Ｂは、内側空隙部３６Ａと外側空隙部３６Ｂとの間に設けられた部分であり、巻線分断部３７Ｃは、外側空隙部３６Ｂの外側に設けられた部分である。

そして、巻線分断部３７Ａの内外径比（内径Ｓ１に対する外径Ｓ２の比）と、巻線分断部３７Ｂの内外径比（内径Ｓ３に対する外径Ｓ４の比）と、巻線分断部３７Ｃの内外径比（内径Ｓ５に対する外径Ｓ６の比）は、共に３．１未満に設定されている。

従って、本実施形態では、次の効果（３）を奏する。
（３）超電導コイル３５における巻線部１４の周方向の一部には、エポキシ樹脂１５による接着力が周方向の他の部分よりも低い空隙部３６（内側空隙部３６Ａ、外側空隙部３６Ｂ）が、巻線部１４の径方向に複数設けられている。このため、超電導コイル３５の冷却時に、巻線部１４の周方向の一部に発生する径方向の応力が空隙部３６によって分断される。更に、この巻線部１４の周方向の一部では、空隙部３６により分断された部分、例えば巻線分断部３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃのそれぞれで内外径比（内径に対する外径の比）が３．１未満に設定されている。これらのことから、この巻線部１４の周方向の一部において、超電導テープ線１１に作用する剥離応力を許容剥離応力２８ＭＰａ以下に低減することができる。

一方、超電導コイル３５の巻線部１４は、空隙部３６が設けられていない周方向の他の部分において、空隙部３６内の空気よりも伝熱性の高いエポキシ樹脂１５によって、巻線部１４の径方向の伝熱経路を確保できる。

上述のように、超電導コイル３５の巻線部１４を構成する超電導テープ線１１に作用する剥離応力を許容剥離応力以下に低減でき、且つ超電導コイル３５の径方向の伝熱経路を確保できるので、超電導コイル３５の超電導特性の安定性を向上させることができる。

［Ｃ］第３実施形態（図１３、図１４）
図１３は、本発明に係る超電導コイルの第３実施形態を示す平面図である。この第３実施形態において、第１実施形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第３実施形態の超電導コイル４０は、図１３及び図１４（Ａ）に示すように、その構造の大部分が第１実施形態の別形態の超電導コイル３０（図１０）と同様であるが、巻線部１４において離形層２３が形成された周方向の一部の軸方向端面に、冷却手段としての冷却板４１が設置された点が前記超電導コイル３０と異なる。

冷却板４１は、巻線部１４を構成する超電導テープ線１１及び絶縁テープ線１２、並びに離形層２３を構成する離形材２４よりも熱伝導率の高い材質、例えばアルミニウムにて構成される。この冷却板４１は、図１４（Ｂ）に示すように、表面が絶縁材４２により被覆されて絶縁処理され、これにより巻線部１４との電気的な短絡を防止できるようにしてもよい。

以上のように構成されたことから、本第３実施形態の超電導コイル４０によれば、第１実施形態の効果（２）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）を奏する。
（４）巻線部１４において離形層２３を備える周方向の一部は、離形層２３の離形材２４によって径方向の伝熱性が低下する。この巻線部１４の周方向の一部の軸方向端面に冷却板４１が設置されたことで、この巻線部１４の周方向の一部においても、超電導コイル４０の径方向の伝熱経路を冷却板４１によって確保することができる。この結果、超電導コイル４０の超電導特性の安定性をより一層向上させることができる。

［Ｄ］第４実施形態（図１５）
図１５は、図１１に示す超電導コイルを製造する超電導コイルの製造装置における一実施形態を、第４実施形態として概略して示す構成図である。この第４実施形態において第１実施形態と同様の部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第４実施形態は、巻枠１３の形状は異なるものの、第２実施形態の超電導コイル３５を製造するための超電導コイルの製造装置４５に関するものであり、この超電導コイルの製造装置４５は、巻線手段４６、第１送出し手段４７、第２送出し手段４８、塗布手段４９、及び加熱手段としての超音波加熱装置５０を有して構成される。

巻線手段４６は、巻枠１３を装着し且つ矢印Ｐ方向に回転させる回転台５３を有する。第１送出し手段４７は、超電導テープ線１１が巻き付けられた第１リール５１を回転して、超電導テープ線１１を第１リール５１から回転台５３の巻枠１３へ矢印Ａ方向に送り出す。第２送出し手段４８は、絶縁テープ線１２が巻き付けられた第２リール５２を回転して、絶縁テープ線１２を第２リール５２から回転台５３の巻枠１３へ矢印Ｂ方向に送り出す。

巻線手段４６の回転台５３が矢印Ｐ方向に回転し、第１送出し手段４７が第１リール５１から超電導テープ線１１を矢印Ａ方向に送り出し、第２送出し手段４８が第２リール５２から絶縁テープ線１２を矢印Ｂ方向に送り出す。このようにして、回転台５３に装着された巻枠１３に超電導テープ線１１及び絶縁テープ線１２が巻き回される過程で、塗布手段４９が超電導テープ線１１と絶縁テープ線１２の少なくとも一方（本実施形態では超電導テープ線１１及び絶縁テープ線１２）に熱可塑性樹脂を塗布する。

ここで、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、アクリロニトル・ブタジエン・スチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、メタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタラート、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリカボネート、ポリアセタール、変成ポリフェリンエーテル、ポリブチレンテレフタラート、ポリサルフォン、ＧＦ強化ポリエチレンテレフタート、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリヒドロキシポリエーテルからなる群より選ばれた少なくとも一種が用いられる。

超電導加熱装置５０は、回転台５３付近に進退移動可能に配設された超音波ホーン５４を備える。この超音波加熱装置５０は、超電導テープ線１１及び絶縁テープ線１２が巻枠１３に巻き回される過程で、超音波ホーン５４が発生する超音波振動によって熱可塑性樹脂を超音波溶融し、これにより、巻枠１３に巻き回される超電導テープ線１１及び絶縁テープ線１２を、複合テープ２２の状態にしつつ仮接着して絶縁部１４を形成する。

更に、本実施形態の超音波加熱装置５０は、発振周波数、発振時間、出力、プレス圧力、及び回転台５３に対する超音波ホーン５４の位置を変更して制御可能に構成される。尚、これらのパラメータはプログラム制御されてもよい。特に超音波加熱装置５０は、その出力を低下させ、または回転台５３に対して超音波ホーン５４を離反させるよう制御することで、巻枠１３に超電導テープ線１１及び絶縁テープ線１２が巻き回されて形成される巻線部１４の周方向の一部において、超電導テープ線１１と絶縁テープ線１２との間に空隙部３６（図１１）を形成することが可能になる。

以上のように構成された超電導コイルの製造装置４５によれば、超音波加熱装置５０の出力等が制御されることで、巻線部１４における周方向の一部に空隙部３６を備えた超電導コイル３５を容易に製造することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０ 超電導コイル
１１ 超電導テープ線（薄膜超電導線材）
１２ 絶縁テープ線（絶縁材）
１３ 巻枠
１４ 巻線部
１５ エポキシ樹脂（伝熱性を備えた絶縁性樹脂）
２３ 離形層
２３Ａ 内側離形層
２３Ｂ 外側離形層
２４ 離形材
２５ 離形処理絶縁材
２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ 巻線分断部
３５ 超電導コイル
３６ 空隙部
３６Ａ 内側空隙部
３６Ｂ 外側空隙部
３７Ａ、３７Ｂ、３７Ｃ 巻線分断部
４０ 超電導コイル
４１ 冷却板（冷却手段）
４５ 超電導コイルの製造装置
４６ 巻線手段
４７ 第１送出し手段
４８ 第２送出し手段
５０ 超音波加熱装置（加熱手段）
Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５ 内径
Ｒ２、Ｒ４、Ｒ６ 外径
Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５ 内径
Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６ 外径

Claims (12)

1. 多層構造で且つテープ形状の薄膜超電導線材とテープ形状の絶縁材とが共に巻枠に巻き回されて形成された巻線部を有し、
   この巻線部の前記薄膜超電導線材及び前記絶縁材が、伝熱性を備えた絶縁性樹脂により含浸硬化されて接着される超電導コイルであって、
   前記巻線部には、周方向の一部において、前記絶縁性樹脂による接着力が周方向の他の部分よりも低い箇所が、単数または径方向に複数設けられたことを特徴とする超電導コイル。
2. 前記巻線部における周方向の一部では、接着力の低い箇所によって前記巻線部が分断され、この分断された各部分における内径に対する外径の比が、３．１未満に設定されたことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル。
3. 前記巻線部における接着力の低い箇所は、前記巻線部を構成する薄膜超電導線材と絶縁材の少なくとも一方に、離形材を用いた離形処理が施されることで設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の超電導コイル。
4. 前記巻線部における接着力の低い箇所は、前記巻線部を構成する薄膜超電導線材と絶縁材との間に、離形材を用いて離形処理を施した離形処理絶縁材を挿入することで設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の超電導コイル。
5. 前記巻線部における接着力の低い箇所は、前記巻線部を構成する薄膜超電導線材と絶縁材との間に形成された空隙部であることを特徴とする請求項１または２に記載の超電導コイル。
6. 前記離形材は、フッ素樹脂、パラフィン、グリース、シリコンオイルからなる群より選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする請求項３または４に記載の超電導コイル。
7. 前記巻線部における周方向の一部の軸方向端面には、冷却手段が設けられたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の超電導コイル。
8. 前記冷却手段は、巻線部を構成する薄膜超電導線材及び絶縁材よりも熱伝導率の高い冷却板であることを特徴とする請求項７に記載の超電導コイル。
9. 前記冷却手段は、絶縁処理が施されたことを特徴とする請求項７または８に記載の超電導コイル。
10. 巻枠を装着して回転可能な巻線手段と、
    薄膜超電導線材が巻き付けられた第１リールを回転して、前記薄膜超電導線材を前記第１リールから送り出し可能な第１送出し手段と、
    絶縁材が巻き付けられた第２リールを回転して、前記絶縁材を前記第２リールから送り出し可能な第２送出し手段とを有し、
    前記巻線手段の回転により、前記第１リール、前記第２リールからそれぞれ送り出される前記薄膜超電導線材、前記絶縁材を巻枠に、熱可塑性樹脂により仮接着した状態で巻き回して巻線部を形成する超電導コイルの製造装置であって、
    前記巻線手段の付近には、前記熱可塑性樹脂を加熱する加熱手段が配設され、
    この加熱手段の制御により、前記巻線部の周方向の一部において、前記巻線部を構成する前記薄膜超電導線材と前記絶縁材との間に空隙部を形成するよう構成されたことを特徴とする超電導コイルの製造装置。
11. 前記熱可塑性樹脂は、ポリエチレン、アクリロニトル・ブタジエン・スチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、メタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタラート、ポリ塩化ビニル、ポリアミド、ポリカボネート、ポリアセタール、変成ポリフェリンエーテル、ポリブチレンテレフタラート、ポリサルフォン、ＧＦ強化ポリエチレンテレフタート、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリヒドロキシポリエーテルからなる群より選ばれた少なくとも一種を用いたことを特徴とする請求項１０に記載の超電導コイルの製造装置。
12. 前記加熱手段は、超音波振動によって熱可塑性樹脂を超音波溶融させる超音波加熱装置であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の超電導コイルの製造装置。

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