JPH10312919A - 超電導コイル用のテープ材、超電導コイル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プリプレグ材を用いた絶縁方式の超電導コイル
の利点を活用しつつ、テープ材の樹脂硬化時の剥離等を
容易に修復すると共に、その導体への巻き付け時の作業
性を改善する。 【解決手段】超電導コイルＳＣは、ステンレス製のコン
ジット１ａ内に複数条の超電導線１ｂ…１ｂを収納した
構造を有する導体１と、その導体１の外側表面を覆う融
着テープ材２を備える。このテープ材２を、基材と、こ
の基材に含浸させる熱可塑性樹脂と、この熱可塑性樹脂
と共に上記基材に含浸させるアセトン等の溶剤とで構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、超電導コイル用
のテープ材、超電導コイル及びその製造方法に係り、特
に熱可塑性樹脂を含む融着テープ材の材料構成とその応
用に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、超電導コイルには、ステンレス金
属製のパイプ（以下「コンジット」と呼ぶ）内に複数条
の超電導素線を収納させた構造を有する導体を使用す
る、いわゆる強制冷却形のものが注目されている。この
場合のコイル製造法としては、例えばその超電導導体の
外側周囲にプリプレグ材を用いた絶縁層を一体に接着形
成させるプリプレグ方式のものが知られている。

【０００３】このプリプレグ材による絶縁方式のコイル
製造法では、強制冷却形導体の外側にコイル用プリプレ
グテープ（絶縁性テープ）を巻き回し、これを所定の温
度条件で加熱処理して絶縁層として接着固定させるた
め、その接着剤として熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を使
用するものが提案されている（例えば、特開昭６２−１
１５６１２号公報）。この従来例のテープの一例を図７
に示す。

【０００４】図７に示すプリプレグテープ１００は、絶
縁性フィルム（絶縁シート）１０２の両面（又は一面）
に接着剤として熱硬化性樹脂（又は熱可塑性樹脂）１０
３、１０３を塗布した後に熱硬化性樹脂を半硬化させた
テープ材（基材）１０４、１０４を配置したものであ
る。このようなテープ１００を導体に巻回した後に管理
された処理温度条件、例えば図８に示すコイル全体を格
納可能な加熱装置１０６を用いて加熱することにより、
導体外側に絶縁層を一体に形成した超電導コイル１０８
が製造される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
プリプレグテープの場合には、その熱硬化性樹脂の特性
上、即ち一旦硬化させれば温度をそれ以上に上げても軟
化はするが、溶融状態にはならないため、硬化時に外乱
等の何らかの理由で剥離や空孔等が生じれば、その後に
剥離面を接着する等の修復が困難となるといった不都合
があった。

【０００６】これに対して、熱可塑性樹脂の場合には再
度加熱処理を施せば再び融着させることができるが、そ
のまま基材に塗布しても絶縁テープの可とう性を発現さ
せることができず、導体への巻き付け性が非常に悪くな
るといった問題があった。

【０００７】いずれの場合においても、加熱硬化条件に
関する温度管理が厳しいため、上述のようにコイル全体
を格納する大型の加熱装置が必要となり、その結果、設
備の大型化や工程の長期化を招く等の問題もあった。

【０００８】この発明は、このような従来の問題を考慮
してなされたもので、プリプレグ材を用いた絶縁方式の
超電導コイルの利点を活用しつつ、テープ材の樹脂硬化
時の剥離等を容易に修復すると共に、その導体への巻き
付け時の作業性を改善することを、目的とする。

【０００９】また、この発明は、設備の縮小化および工
程の短縮化を図ることを、別の目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明に係る超電導コイル用のテープ材は、超電
導コイルの導体の外側周囲に配置される構成であって、
基材と、この基材に含浸させる熱可塑性樹脂と、この熱
可塑性樹脂と共に上記基材に含浸させる溶剤とで構成し
た融着テープ材を備えたことを特徴とする。

【００１１】この融着テープ材を用いれば、熱可塑性樹
脂に付与した溶剤により可とう性を発揮させてテープ巻
き付け作業性を大幅に良くすることができるためであ
る。この溶剤は、テープ巻き付け後に揮発するため、こ
の溶剤量が低下した絶縁テープを巻き回して構成される
絶縁層を熱可塑性樹脂の融点以上の温度に加熱処理して
融着一体化させることができる。

【００１２】溶剤として、好ましくはアセトンを使用す
る。このアセトンは、テープ巻き付け後に比較的早期に
揮発するため、その後の加熱処理をより早く実施でき、
工程をより短縮化できるためである。

【００１３】また、溶剤として、更に好ましくはアセト
ン等の第１の溶剤と、この第１の溶剤よりも沸点の高い
シクロヘキサノン等の第２の溶剤とを含むものを使用す
る。このように沸点の高い溶剤を加えれば、貯蔵安定性
により優れた融着テープ材を提供できるためである。

【００１４】基材として、好ましくはアルミナ繊維、炭
化ケイ素繊維、およびボロン繊維の少なくとも１種を含
む基材を使用する。このような繊維の高弾性率により、
剛性をより一層高めた超電導コイルを提供できるためで
ある。

【００１５】また、基材に予め熱可塑性の繊維を織り込
んでおけば、加熱工程時に各基材間の接着性をより高め
ることができる。

【００１６】この発明の別の態様として、融着テープ材
を少なくとも一方の面に配置した絶縁シート材を更に備
える。この絶縁シート材を主絶縁層とすれば、絶縁特性
をより一層高めたテープ材を提供できるためである。絶
縁特性を高めれば、機器のより一層の信頼性やその高電
圧化も実現可能となる。

【００１７】絶縁シート材として好ましくは、熱融着形
のポリイミドフィルムを用いる。このポリイミドフィル
ムの熱融着特性により、加熱時に隣接する融着テープ材
同士をより一層強固に固着させることができるためであ
る。

【００１８】この発明に係る超電導コイルは、超電導導
体と、上述のテープ材とを備え、このテープ材を超電導
導体の外側周囲に配置したことを特徴とする。

【００１９】この発明に係る超電導コイルの製造方法
は、上述のテープ材を超電導導体の外側に巻き回し、そ
のテープ材を加熱して超電導導体に一体に融着させるこ
とを特徴とする。

【００２０】望ましくは、超電導導体で構成した導体束
の外側周囲に熱収縮性テープを巻き付ける工程を更に備
える。この工程を加えれば、例えば加熱工程時に超電導
コイルの各導体間の圧縮成形と導体間の融着一体化とを
同時に実施でき、工程をより短縮化できるためである。

【００２１】前記テープ材を加熱する装置として、超電
導コイルに対してその周方向に移動自在な機構を有する
装置を用いる。この装置を用いれば、コイル全体を覆う
加熱装置が不要となり、設備の縮小化が可能となるため
である。

【００２２】前記熱収縮性テープを巻き回す装置とし
て、超電導コイルに対してその周方向に移動自在な機構
を有する装置を用いる。この装置を上述の加熱装置と共
に用いれば、熱収縮性テープを巻き回す工程と加熱工程
とを同時に実施でき、工程をより短縮化できるためであ
る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る超電導コイ
ル用のテープ材、超電導コイル及びその製造方法の実施
形態を具体的に図面を参照して説明する。

【００２４】（第１実施形態）図１に示す強制冷却形の
超電導コイルＳＣは、ステンレス製コンジット１ａ内に
複数条の超電導線１ｂ…１ｂを収納した構造を有する導
体１と、その導体１の外側表面を覆う、この発明のテー
プ材を成す融着テープ材（図２参照）２で構成されてい
る。この融着テープ材２は、ガラス基材中にアセトン等
の沸点が８０℃以下の溶剤とフェノキシ樹脂等の熱可塑
性樹脂とを含浸させて形成したものである。

【００２５】この超電導コイルＳＣの製造法を説明す
る。まず、導体１の外側表面に融着テープ材２をスパイ
ラル状に巻き付ける。この巻き付け作業が終了すると、
融着テープ材２のガラス基材中に含浸させた溶剤がガラ
スシートを貫通して揮発していくように、室温の温度条
件を一定時間以上維持させる。

【００２６】そこで、フェノキシ樹脂を溶融させて隣接
する融着テープ材２や導体１に広範囲に分布して接する
ように、フェノキシ樹脂の融点以上となる条件で加熱処
理を施す。このとき、融着テープ材２中の溶剤は殆ど残
らずにガス化してしまうため、そのテープ材２中には空
包が殆ど形成されない。その後、この加熱させたコイル
を室温に戻すことにより、テープ材２のフェノキシ樹脂
が固化し、それが導体に接着固定され、その結果、超電
導コイルＳＣが形成される。

【００２７】従って、この実施形態によれば、フェノキ
シ樹脂に加え、沸点の低い溶剤を含浸させた融着テープ
材を用いたため、熱可塑性樹脂を用いた場合の利点を生
かしつつ、例えばフェノキシ樹脂のみをガラス基材に加
えた場合の問題、即ち樹脂の硬さのために巻き付け性が
悪く、導体の角部に隙間が生じやすい等の事態も殆ど回
避でき、導体への巻き付け性を大幅に改善できる。

【００２８】なお、この実施形態では溶剤としてアセト
ン等の沸点の低い溶剤のみを使用してあるが、この発明
はこれに限定されるものではなく、この溶剤に加え、例
えばシクロヘキサン等の沸点の高い溶剤を付与してもよ
く、この場合には融着テープ材の貯蔵安定性をより一層
高める利点がある。

【００２９】（第２実施形態）この実施形態では、融着
テープ材として、図３に示す多層テープ材２ａを使用し
ている。この多層テープ材２ａは、図示の如く、上記と
構成と同様の融着テープ２を２層配置し、その２層のテ
ープ２、２間に熱融着形のポリイミドフィルム等の絶縁
シート４を配置したものである。

【００３０】この多層テープ材２ａを用いれば、その絶
縁シート４により融着テープ材２中の熱可塑性樹脂が貫
層方向に含浸して導体間の絶縁性を劣化させるといった
事態を殆ど回避できる利点がある。仮に融着テープ材２
中に空孔が形成され、その空孔が隣接する導体間を連絡
可能な場合でも、その空孔遮断用の防壁として絶縁シー
トをより有効に機能させることができるため、絶縁特性
の劣化をより一層抑制できる。

【００３１】また、絶縁シートとして熱融着形のポリイ
ミドフィルムを使用した場合には、融着テープ材との間
の接着力もより一層高める利点もある。

【００３２】なお、上記第１及び第２実施形態では、融
着テープ材の基材をガラスで構成してあるが、この発明
はこれに限定されず、例えばアルミナ繊維、炭化ケイ素
繊維、及びボロン繊維の少なくとも１種で構成してもよ
い。

【００３３】この場合には、融着テープ材または多層テ
ープ材の強度および弾性率をより一層高める利点があ
る。その結果、導体への巻き付け力もより効果的に高め
ることができ、このような高い巻き付け力により導体と
融着テープ間や、そのテープ同士間の密着力もより一層
高めることができる。また繊維を用いたことにより、加
熱処理後に特に繊維方向に対してより強固な絶縁層を形
成できるといった利点もある。その結果、超電導コイル
運転時に発生する電磁力や、超電導コイルの極低温冷却
時に生じる熱応力を受けて絶縁層が破壊するといった不
都合な事態もより効果的に回避できる。

【００３４】また、融着テープ材の基材として熱可塑性
の繊維を織り込んだものを使用してもよい。この場合に
は、加熱処理時に熱可塑性の繊維を隣接する基材または
熱可塑性樹脂と融着することにより、融着テープ材また
は多層テープ材の接着強度をより一層高める利点があ
る。

【００３５】（第３実施形態）この実施形態では、上記
と同様のコイル製造工程に加え、図４に示すように、上
記構成と同様の超電導コイルＳＣを構成する導体束の外
側周囲に加熱により数％の収縮を示す熱収縮ルミラー等
の熱収縮性テープ５を巻き付け、その後に加熱処理を行
う工程を採用する。

【００３６】このように熱収縮テープを用いた工程を加
え、その加熱時に熱収縮テープを収縮させることによ
り、超電導コイルの導体束の外周側から内側に圧縮さ
せ、その導体束内の各導体間に面圧力が発生させる。そ
の結果、テープの融着時に成形圧力を発生させて各導体
間を強固に固着させることができるため、超電導コイル
の剛性がより一層向上するようになる。また加熱工程で
各導体間の圧縮成形と導体間の融着一体化を同時に達成
できることから、工程のより一層の短縮化に寄与できる
利点がある。

【００３７】なお、融着テープの加熱工程で用いる装置
として、図５に示すように超電導コイルＳＣの一部分を
覆う加熱炉６を使用してもよい。この加熱炉６は、超電
導コイルＳＣに対してその周方向に移動可能な機構（図
示しない）を備え、超電導コイルＳＣを逐次加熱しなが
ら、その周方向に少なくとも１周分移動させることによ
り、テープの加熱処理を行う。

【００３８】この場合には、従来のようにコイル全体を
覆う大型の加熱装置が不要となり、設備全体を小形化で
きる利点がある。また、加熱炉６内で熱可塑性樹脂の融
点以上に加熱した後でその加熱炉６を移動させることに
より、加熱温度から室温までの絶縁層一体化に関する冷
却工程を同時に実施でき、工程をより短縮化できる利点
もある。

【００３９】また、図６に示すように、上記の加熱炉６
に加え、熱収縮性のテープを巻き回す作業機７を同時に
配置してもよい。この作業機７は、加熱炉６と同様に超
電導コイルＳＣに対してその周方向に移動可能な機構
（図示しない）を備え、上述の加熱炉６を用いた工程と
同時に熱収縮テープの巻き回し作業を実施できるため、
工程をより一層短縮化できる利点がある。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、熱可塑性樹脂により樹脂硬化時の剥離等を容易に修
復できると共に、アセトン等の溶剤によりテープの可と
う性を容易に発現させることができるため、テープ巻き
回し作業性を大幅に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る超電導コイルの構成を示す概略
断面図。

【図２】融着テープを説明する概略図。

【図３】多層テープの構成を説明する概略断面図。

【図４】熱収縮性テープを用いた工程を説明する概略斜
視図。

【図５】加熱装置を用いた構成を説明する概略側面図。

【図６】熱収縮性テープの巻き回し作業機を加えた工程
を説明する概略平面図。

【図７】従来のプリプレグシートの構成を説明する概略
断面図。

【図８】従来のコイル製造法を説明する概略図。

【符号の説明】

ＳＣ 超電導コイル １ 導体 １ａ コンジット １ｂ 超電導素線 ２ 融着テープ材 ２ａ 多層テープ材 ４ 絶縁シート ５ 熱収縮性テープ ６ 加熱装置 ７ 熱収縮性テープの巻き回し作業機

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超電導コイルの導体の外側周囲に配置さ
   れるテープ材であって、基材と、この基材に含浸させる
   熱可塑性樹脂と、この熱可塑性樹脂と共に上記基材に含
   浸させる溶剤とで構成した融着テープ材を備えたことを
   特徴とする超電導コイル用のテープ材。
2. 【請求項２】 前記溶剤は、アセトンである請求項１記
   載の超電導コイル用の融着テープ材。
3. 【請求項３】 前記溶剤は、第１の溶剤と、この第１の
   溶剤よりも沸点の高い第２の溶剤とを含む請求項１記載
   の融着テープ材。
4. 【請求項４】 前記基材は、アルミナ繊維、炭化ケイ素
   繊維、およびボロン繊維の少なくとも１種を含む基材で
   ある請求項１記載の超電導コイル用の融着テープ材。
5. 【請求項５】 前記基材は、熱可塑性の繊維を予め織り
   込んだ基材である請求項１記載の超電導コイル用の融着
   テープ材。
6. 【請求項６】 前記融着テープ材を少なくとも一方の面
   に配置した絶縁シート材を更に備えた請求項１から５ま
   でのいずれか１項記載の超電導コイル用のテープ材。
7. 【請求項７】 前記絶縁シート材は、熱融着形のポリイ
   ミドフィルムである請求項６記載の超電導コイル用のテ
   ープ材。
8. 【請求項８】 超電導導体と、請求項１から７までのい
   ずれか１項記載のテープ材とを備え、このテープ材を上
   記超電導導体の外側周囲に配置したことを特徴とする超
   電導コイル。
9. 【請求項９】 請求項１から７までのいずれか１項記載
   のテープ材を超電導導体の外側に巻き回し、そのテープ
   材を加熱して上記超電導導体に一体に融着させることを
   特徴とする超電導コイルの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記超電導導体で構成した導体束の外
    側周囲に熱収縮性テープを巻き付ける工程を更に備えた
    請求項９記載の超電導コイルの製造方法。
11. 【請求項１１】 前記テープ材を加熱する装置として、
    超電導コイルに対してその周方向に移動自在な機構を有
    する装置を用いる請求項１０記載の超電導コイルの製造
    方法。
12. 【請求項１２】 前記熱収縮性テープを巻き回す装置と
    して、超電導コイルに対してその周方向に移動自在な機
    構を有する装置を用いる請求項１１記載の超電導コイル
    の製造方法。