JP5269694B2

JP5269694B2 - 超電導コイル装置

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Publication number: JP5269694B2
Application number: JP2009118070A
Authority: JP
Inventors: 貞憲岩井; 泰造戸坂; 圭小柳; 寛史宮崎; 賢司田崎; 通隆小野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2009-05-14
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2029-05-14
Also published as: JP2010267822A

Description

本発明は超電導コイル装置に係り、特に磁気共鳴画像診断装置、超電導磁気エネルギ貯蔵装置、単結晶引き上げ装置等の超電導応用機器に適用される超電導コイル装置に関する。

近年、超電導技術の向上に伴い、例えば磁気共鳴画像診断装置（ＭＲＩ）、超電導磁気エネルギ貯蔵装置（ＳＭＥＳ）、金属の単結晶引き上げ装置等の超電導応用機器が実用化されている。

これらの機器は、超電導線材を巻回した超電導コイルを内蔵した構成となっており、さらに高磁場中での臨界電流特性に優れた高温超電導線材を使用した超電導コイルの開発が進められている。

超電導コイルを構成する高温超電導線材としては、例えばテープ状の金属基板、中間層、超電導層および保護金属層を積層した多層構造の薄膜超電導線材が提案されている（特許文献１参照）。

ところで、超電導コイルは一般に樹脂を含浸した状態で使用されることが多く、このような薄膜超電導線材においては、冷却時に樹脂と線材との熱収縮率の差に起因する積層方向に対する引張り力（剥離力）が働き、層間剥離あるいは超電導薄膜内で亀裂が生じて、安定した超電導特性を得られない可能性がある。

なお、これまでには超電導線材に働く剥離力を低減する対策として、共巻きする絶縁材の表面を全面離形処理することにより、離形材と樹脂との界面で意図的に剥離を起こし、超電導線材自体が引張られないようにする手段が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−２８０７１０号公報特開２００８−２４３５８８号公報

しかしながら、絶縁材を全面離形処理してしまうと、冷却時等に巻き数が異なる超電導線材同士のコイル径方向の伝熱経路が断たれてしまうため、コイル発熱時に熱損傷が発生する虞れがある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、樹脂含浸された超電導コイル装置において、超電導線材に働く剥離力を十分に低減することができとともに、巻き数が異なる超電導線材同士のコイル径方向の伝熱経路を確保し、超電導線材の径方向に対する伝熱性能を向上させることを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明では、テープ状の超電導線材と絶縁材とを巻回してなる超電導コイル装置において、前記絶縁材の表面に前記超電導線材に働く剥離力を低減する離形処理を、前記テープ状絶縁材の面内におけるテープ状の部材の長手方向に垂直な方向の両端部を除く部分の少なくとも一部に施してなることを特徴とする超電導コイル装置を提供する。

また、本発明では、絶縁被覆が成されたテープ状の超電導線材と金属テープとを巻回してなる超電導コイル装置において、前記金属テープの表面に前記超電導線材に働く剥離力を低減する離形処理を、前記金属テープの面内におけるテープ状の部材の長手方向に垂直な方向の両端部を除く部分の少なくとも一部に施してなることを特徴とする超電導コイル装置を提供する。

また、本発明では、前記超電導線材は、テープ状の金属基板と、この金属基板上に中間層を介して形成された高温超電導線材からなる超電導層と、この超電導層の上に形成された保護金属層とを有し、前記超電導層に近い側の絶縁材表面のみが離形処理されている超電導コイル装置を提供する。

また、本発明では、前記離形材は、フッ素系樹脂テープ、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からなる超電導コイル装置を提供する。

また、本発明では、超電導線材に超電導線材よりも幅広な幅広テープ線が取付けられ、この幅広テープ線のテープ面内で長手方向と垂直な方向の両端が非離形処理部とされている超電導コイル装置を提供する。

また、本発明では、前記テープ線は超電導線材の金属基板に近い側に取付けられている超電導コイル装置を提供する。

本発明によれば、絶縁材の表面に超電導線材に働く剥離力を低減する離形処理を、テープ状絶縁材または金属テープの面内におけるテープ状の部材の長手方向に垂直な方向の両端部を除く部分の少なくとも一部に施し、テープ状の超電導線材がこの超電導線材の幅方向の両端において樹脂と接する構成とすることにより、巻き数が異なる超電導線材同士のコイル径方向の伝熱経路を確保することができ、超電導線材の幅方向に対する伝熱性能を向上させることができる。

本発明の第１実施形態による超電導コイル装置を示す構成図。図１に示した超電導線材の構成を示す拡大断面図。本発明の第２実施形態による超電導コイル装置を示す構成図。本発明の第３実施形態による超電導コイル装置を示す構成図。

以下、本発明に係る超電導コイル装置の実施形態について、図面を参照して説明する。

［第１実施形態］（図１，図２）
図１は本発明の第１実施形態による超電導コイル装置１Ａの全体を示す構成図であり、図２は図１に示した超電導コイル装置１Ａの円環状部分を径方向で切断した状態を示す拡大縦断面図である。

図１に示すように、本実施形態の超電導コイル装置１Ａは、全体として円環状をなす超電導コイル２から構成されている。

図１において、超電導コイル２は内径側から外径側に向って順次に、テープ状の超電導線材４、絶縁材５および離形材６を備えている。これらの超電導線材４、絶縁材５および離形材６は、樹脂７によって固定されている。

そして、テープ状の超電導線材４と、離形材６により離形処理された絶縁材５とを巻き回した構成としてあり、これらの間に樹脂７が充填されている。なお、保護金属層４ｄの上にまたは上記多層構造体の周囲にさらに安定化金属層４ｅ（銅、ステンレス鋼等）を形成してもよい。

そして、超電導線材４は図２に示すように、テープ状の金属基板４ａと、この金属基板４ａ上に中間層４ｂを介して形成された高温超電導線材からなる超電導層４ｃと、この超電導層４ｃの上（表面）に形成された保護金属層４ｄとを有する多層構造体から成り、超電導層４ｃに接している側の絶縁材５表面のみが離形処理されている。なお、保護金属層４ｄの上にまたは上記多層構造体の周囲にさらに安定化金属層４ｅ（銅、ステンレス鋼等）を形成してもよい。

これにより、本実施形態ではテープ状の絶縁材５がテープ面内で長手方向と垂直な方向、すなわち幅方向の両端が離形されない構成となる。なお、図１においては両端以外の全てが離形処理されている例で示したが、本発明の効果が得られるよう、少なくとも一部に離形処理が成されて良いのはもちろんである。

このように、テープ状の超電導線材４にこれと同幅の絶縁材５を重合してリング状に巻回することにより、絶縁材５表面に部分的に超電導線に働く剥離力を低減する離形処理を施してあり、テープ状の絶縁材５におけるテープ面内で、長手方向と垂直な方向の両端を除いて離形処理されている。

なお、離形材６としては、フッ素系樹脂テープ、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る少なくとも一種が適用されている。また、テフロン（登録商標）製のテープの適用も可能である。

また、超電導線材４が絶縁被覆されている場合は、絶縁材５は不要となる。さらに、補強の目的でＣｕ、ステンレス鋼などの金属テープを共巻きしても良く、この場合、金属テープに離形処理を施しても良い。

このように構成された本実施形態において、離形材６によって離形処理された絶縁材５の表面は樹脂７と直接接することがない。

また、離形材６と樹脂７との接着力は、絶縁材５と樹脂７との直接の接着力に比べて相対的に弱いため、超電導線材４と絶縁材５との間にある樹脂７が収縮した時、離形材６と樹脂７との界面で剥離が生じ、両者の間に空間が形成される。一方、離形処理されていない絶縁材５の幅方向両端は、樹脂７と直接接する。

本実施形態の超電導コイル装置１Ａによれば、超電導線材４と絶縁材５との間に設けられた樹脂７が収縮した時、通常では超電導線材４の表面が引張られるが、本実施形態では離形材６と樹脂７との界面で剥離が生じ、これら離形材６と樹脂７との間に空間が生じるため、超電導線材４に働く剥離力を大幅に低減することができる。

また、絶縁材５の幅方向両端は離形処理されていないため、巻き数が異なる超電導線材４同士のコイル径方向の伝熱経路を確保することができる。

［第２実施形態］（図３）
図３は、本発明の第２実施形態による超電導コイル装置１Ｂの全体を示す構成図である。

なお、本実施形態において、第１実施形態と同一の構成については図１および図２と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図３において、本実施形態では超電導線材４が、図２に示したテープ状の金属基板４ａと、この金属基板４ａ上に中間層４ｂを介して形成された高温超電導線材からなる超電導層４ｃと、この超電導層４ｃの上（表面）に形成された保護金属層４ｄとを有する多層構造体から成り、前記超電導層４ｃに接している側の絶縁材５表面のみが離形処理されている。

高温超電導線材は、一般的にCoated Conductorと呼ばれる線材構造をしており、積層された複数の部材により構成されている。すなわち、金属基板４ａ（ハステロイ（登録商標）等）と、この上に中間層４ｂ（多結晶薄膜等）を介して形成された超電導層４ｃ（Re１２３系等の高温超電導薄膜等）、およびこの超電導層４ｃの上に形成された保護金属層４ｄ（金、銀等）である。なお、保護金属層４ｄの上にまたは上記多層構造体の周囲にさらに安定化金属層４ｅ（銅、ステンレス鋼等）を形成してもよい。

このように構成された高温超電導線材４は積層方向に対して非対称であり、本実施形態では、超電導層４ｃに近い側の絶縁材５表面のみが離形材６によって部分的に離形処理された構成となる。

そして、超電導層４ｃに近い側の絶縁材５表面は離形処理されているが、金属基板４ａに近い側の絶縁材５表面は離形処理されておらず、樹脂７と直接接する構成としてある。

金属基板４ａには強度の高い部材が使用されることが多く、超電導線材４は、超電導層４ｃに近い側の線材表面に垂直な引張り力に比べて、金属基板４ａに近い側の線材表面に垂直な引張り力には強い。

このため、本実施形態の超電導コイル装置１Ｂによれば、巻き数の異なる超電導線材４同士のコイル径方向の伝熱経路が確保できるだけでなく、金属基板４ａに近い側の超電導線材４の表面からの伝熱性能を向上させることができる。

［第３実施形態］（図４）
図４は本発明の第３実施形態による超電導コイル装置１Ｃの全体を示す構成図である。

なお、第１実施形態１および第２実施形態までの構成と同一の構成については、図示の同一部分に同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図４に示すように、本実施形態の超電導コイル装置１Ｃにおいては、超電導線材４に、この超電導線材４よりも幅広な幅広テープ線８が取付けられ、この幅広テープ線８において、テープ面内で長手方向と垂直な方向の両端は非離形処理部としてある。

また、幅広テープ線８は超電導線材４の金属基板４ａに近い側に取付けられている。

このように、本実施形態によれば、金属基板４ａに近い側の線材表面において、超電導線材４よりも幅広な幅広テープ線８が取付けられている。なお、幅広テープ線８としては、金属基板（ハステロイ（登録商標）等）よりも熱伝導率の良い部材（銅、ステンレス鋼、アルミニウム等）が好ましい。

本実施形態の超電導コイル装置１Ｃによれば、超電導線材４に線材よりも幅広な幅広テープ線８が取付けられることにより、この幅広テープ線８の幅方向両端で樹脂７と多く接する構成とすることができる。

１Ａ〜１Ｃ超電導コイル装置
１超電導線材
２超電導コイル
４ａ金属基板
４ｂ中間層
４ｃ超電導層
４ｄ保護金属層
４ｅ安定化金属層
４超電導線材
５絶縁材
６離形材
７樹脂
８幅広テープ線

Claims

テープ状の超電導線材と絶縁材とを巻回してなる超電導コイル装置において、前記絶縁材の表面に前記超電導線材に働く剥離力を低減する離形処理を、前記テープ状絶縁材の面内におけるテープ状の部材の長手方向に垂直な方向の両端部を除く部分の少なくとも一部に施してなることを特徴とする超電導コイル装置。
絶縁被覆が成されたテープ状の超電導線材と金属テープとを巻回してなる超電導コイル装置において、前記金属テープの表面に前記超電導線材に働く剥離力を低減する離形処理を、前記金属テープの面内におけるテープ状の部材の長手方向に垂直な方向の両端部を除く部分の少なくとも一部に施してなることを特徴とする超電導コイル装置。
前記超電導線材は、テープ状の金属基板と、この金属基板上に中間層を介して形成された高温超電導線材からなる超電導層と、この超電導層の上に形成された保護金属層とを有し、前記超電導層に近い側の絶縁材表面のみが離形処理されている請求項１または２記載の超電導コイル装置。
前記離形材は、フッ素系樹脂、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からなる請求項１または２記載の超電導コイル装置。
前記超電導線材に前記超電導線材よりも幅広な幅広テープ線が取付けられ、この幅広テープ線において、テープ面内で長手方向と垂直な方向の両端が非離形処理部とされている請求項１または２記載の超電導コイル装置。
前記テープ線は前記超電導線材の金属基板に近い側に取付けられている請求項１または２記載の超電導コイル装置。