JP4187293B2 - 酸化物超電導コイルの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超電導コイルの製造方法に関し、特に大きな電磁力が加わる高磁界用に適した酸化物超電導コイルの製造方法の改良に関する。
【０００２】
【従来技術】
酸化物超電導線材をコイル化し、それを高磁界発生用のインサ−トコイルとして使用すると、このコイルには大きな電磁力がかかる。しかしながら、酸化物超電導線材は、その強度特性が低いため、この電磁力によって特性が劣化する。
【０００３】
また、電磁力により超電導線が動いてコイルがクエンチするという問題を発生する。
【０００４】
このような問題の発生を防ぐだめに、従来は、次のようにしてコイルを固定することが行われている。
【０００５】
まず、酸化物超電導線材を例えばＳＵＳ線のような補強線と一緒に巻き線してコイル形状にする。次に巻き線後のコイルにおける各線材の固定作業が行われる。具体的には、例えば含浸用ケース内に収容したコイルを真空容器内に配置して真空引きした後、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂をケース内部に充填して各線材間の隙間に樹脂液を含浸せしめ、必要に応じて真空状態を解除して圧力を付加した後、最後に、熱硬化性樹脂を充填したケースを真空容器から取出した後、所定温度で熱処理を施して樹脂を熱硬化することにより各線材を固定する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上の従来のコイル製造方法には次のような問題がある。
【０００７】
（イ）補強線として使用するＳＵＳ線などには電気絶縁性を付与することが必要となる、（ロ）コイルが含浸用ケース内に収容されるため、コイルのコンパクト化が困難となる、（ハ）樹脂の含浸時には、樹脂を収容する容器や真空引きを行うための特殊な設備などが必要となり、製造コストの上昇を招く、（ニ）コイルを構成する超電導線材間に樹脂を含浸させることに長時間を要する上、（ホ）超電導線材間に樹脂を充分に含浸させることは、線材の間隙と樹脂の粘度からみて非常に困難である。
【０００８】
本発明は、従来の酸化物超電導コイルの製造方法における以上の問題を解決し、補強線への電気絶縁施工作業や、樹脂含浸作業を省略することのできる酸化物超電導コイルの製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明においては、テープ状の酸化物超電導線材と、ガラス繊維を一方向に引き揃えて芯材とし、各ガラス繊維を熱硬化性樹脂で結合させた半硬化状のガラステープであって、半硬化状態で４５０ＭＰａ以上、硬化状態で７５０ＭＰａ以上の引張強さを有し、かつ３．５ｋＶ／０．１ｍｍ以上の絶縁破壊電圧を有するガラステープを重ね合わせ、巻線張力をガラステ−プにかけながら巻回してコイルを形成した後、このコイルに熱処理を施すことにより熱熱硬化性樹脂を硬化せしめて、酸化物超電導線材とガラステープとを一体に固化するようにしたものである。
【００１０】
上記の発明において、ガラステープは、平行に配置したガラスヤーンを熱硬化性樹脂で結合させた半硬化状のガラステープからなるものが用いられる。
【００１１】
また、このガラステープとして、半硬化状態で４５０ＭＰａ以上、硬化状態で７５０ＭＰａ以上の引張強さを有し、かつ３．５ｋＶ／０．１ｍｍ以上の絶縁破壊電圧を有するものが用いられる。
【００１２】
このようなガラステープとしては、（株）有沢製作所（新潟県上越市）製のＰＧテープを使用することができる。
【００１３】
このＰＧテープは、無アルカリガラスヤーンを平行に並べ熱硬化性樹脂で結合させたもので、絶縁性、柔軟性及び適度な粘着力を有する平らな半硬化状（セミキュア）ガラステープで、加熱することにより、結合されている樹脂が溶融され、さらに加熱すると硬化し一体となる性質を有する。また、このガラステープは、紡織テープでないため、高強度で高衝撃力を有する。具体的には、エポキシ樹脂を用いたＰＧ４０２（Ｆ種用：有沢製作所製商品名）があり、このテープは、例えば１０ｍｍ×０．３３ｍｍで半硬化状で５５０ＭＰａ以上、硬化状で約９５０ＭＰａの引張強さを有する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明においては、まず、テープ状の酸化物超電導線材と後述するリボン状ガラステ−プとを重ね合わせ、それをコイル状に巻回する。このとき、酸化物超電導線材へかかる応力負荷を抑制するために、巻線張力はガラステ−プにかけて巻回することが好ましい。
【００１５】
用いるリボン状ガラステ−プは、ガラスヤ−ンのようなガラス繊維を一方向に引き揃えて芯材とし、各ガラス繊維をエポキシ系樹脂やポリエステル系樹脂で結着した偏平な複合材である。従って、このテ−プは全体として電気絶縁性であり、また半硬化状の熱硬化性樹脂がマトリックスになっているので、常温下では柔軟性と適度の粘着力を備えている。そして、熱処理されると、熱硬化性樹脂は一旦流動化し、最後には非溶融性の樹脂硬化物に転化して、全体が高強度、高耐衝性の絶縁体になる。
【００１６】
次に、コイルに熱処理を行う。リボン状ガラステ−プの熱硬化性樹脂は一旦溶融状態になってコイルの各線材間の隙間に浸透していき、そして、そのまま熱硬化して線材を固定する。
【００１７】
この熱処理時の温度が低すぎると、樹脂の溶融状態が現出しないので線材間の隙間への樹脂含浸、換言すれば、線材の固定硬化が得られず、また温度が高すぎると、樹脂の発泡と急激な熱硬化が起こり、同じく線材の固定効果が得られない。また、温度が適正であっても処理時間が短すぎると、樹脂の溶融、その線材間の隙間への浸透が充分に進まず、逆に処理時間が長すぎると線材の固定効果は充分になるものの、時間の浪費であり生産性の低下を招く。
【００１８】
このようなことから、熱処理の温度と時間は、用いるリボン状ガラステ−プの性状にもよるが、例えばコイルの巻枠の予熱温度としては７０〜１００℃、エポキシ樹脂の硬化温度として１５０×３〜１５時間（ＰＧ４０２）を採用することができる。
【００１９】
【実施例】
銀シース法により製造したＢｉ系（２２１２相）超電導テープとリボン状ガラステ−プ（ＰＧ４０２）を重ね合わせたのちダブルパンケ−キ状に巻回してコイルを形成した。
【００２０】
このコイルを温度１５０度の恒温構内で１０時間熱処理して、下記仕様の超電導コイルを製造した。
【００２１】
コイル内経：４０ｍｍ、コイル外経：１００ｍｍ、コイル高さ：５０ｍｍ、パンケ−キ数：５、総タ−ン数：５６６、総線材長：１２５ｍ、動作電流：１００Ａ、発生磁界：０．８Ｔ（４．２Ｋ，ＯＴ）
一方、補強線としてＳＵＳ線を用い、含浸樹脂としてエポキシ系樹脂を用いて製造した同じ仕様の超電導コイルと比較した結果、外部磁界を印加しない場合のコイル特性は大差はなかったが、高磁界中でのコイル特性（安定性）が向上した。これは樹脂が線材間に充分に含浸されていることによるものと考えられる。さらに、コイルの製造作業時間は、含浸工程を必要としないため、大幅に短縮された。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の超電導コイルの製造方法の場合、従来のような補強線への電気絶縁性施行作業や樹脂含浸処理の工程が省略されているので、製造工程は大幅に簡略化し、製造コストは大幅に低減する。また、従来のように含浸用ケ−スを用いることがないので、コイル自身の大きさをコンパクトにすることができる。さらに、樹脂を線材間に充分に含浸することが可能となるため、コイル特性を向上させることができる。

Claims (1)

1. テープ状の酸化物超電導線材と、ガラス繊維を一方向に引き揃えて芯材とし、各ガラス繊維を熱硬化性樹脂で結合させた半硬化状のガラステープであって、半硬化状態で４５０ＭＰａ以上、硬化状態で７５０ＭＰａ以上の引張強さを有し、かつ３．５ｋＶ／０．１ｍｍ以上の絶縁破壊電圧を有するガラステープを重ね合わせ、巻線張力をガラステ−プにかけながら巻回してコイルを形成した後、前記コイルに熱処理を施すことにより前記熱硬化性樹脂を硬化せしめて、前記酸化物超電導線材と前記ガラステープとを一体に固化することを特徴とする酸化物超電導コイルの製造方法。