WO2011065431A1 - 超電導コイル及び超電導コイルの製造方法 - Google Patents

超電導コイル及び超電導コイルの製造方法 Download PDF

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    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/048—Superconductive coils

Definitions

  • the present invention relates to a superconducting coil configured using a superconducting wire having a tape-like structure, and a method for manufacturing the superconducting coil.
  • the superconducting coil may be destroyed by electromagnetic force generated when energized. Therefore, in the manufacture of superconducting coils, after winding a superconducting wire, in order to ensure sufficient strength, a thermosetting resin such as an epoxy resin is impregnated between the superconducting wires, and the thermosetting resin is heated. The entire coil is fixed by curing.
  • a thermosetting resin such as an epoxy resin
  • thermosetting resin In the conventional method of impregnating a coil with a thermosetting resin, the thermosetting resin is impregnated under reduced pressure, and further, the thermosetting resin is impregnated under normal pressure or under pressure.
  • a container for storing a thermosetting resin, a superconducting coil impregnation layer, and special equipment for performing vacuuming are required, which is complicated.
  • Patent Document 1 discloses a manufacturing method that can omit the step of impregnating a coil with a thermosetting resin.
  • a glass tape impregnated with a thermosetting resin in a semi-cured state is prepared, and this glass tape is superposed on a tape-shaped superconducting wire while winding tension is applied, and wound together with the superconducting wire. .
  • the glass tape is interposed between the superconducting wires. Therefore, although the superconducting wires are sufficiently fixed to each other, neither the glass tape nor the thermosetting resin exists on the upper end surface and the lower end surface of the coil, and the insulation is insufficient.
  • the present invention is proposed in view of the above-described circumstances, and in a superconducting coil using a tape-shaped superconducting wire, it is possible to simplify equipment necessary for manufacturing, facilitate manufacturing, It is an object of the present invention to provide a superconducting coil and a method of manufacturing a superconducting coil that can ensure sufficient insulation and prevent a reduction in critical current value.
  • a first aspect of the present invention is a superconducting coil, which includes a superconducting wire main body including a substrate, a superconducting layer, and a stabilization protective layer, and a glass tape wound around the superconducting wire main body without a gap, and is wound around a winding frame.
  • a tape-like superconducting wire is provided, and the glass tape is impregnated with a thermosetting resin.
  • a second aspect of the present invention is a method for manufacturing a superconducting coil, wherein a glass tape is impregnated with a semi-cured thermosetting resin, and the glass tape is wound around the superconducting wire main body while applying winding tension. And forming a tape-like superconducting wire, winding the superconducting wire, and curing the thermosetting resin after the winding of the superconducting wire.
  • the superconducting layer may be made of a RE-based oxide superconducting material.
  • the thickness of the glass tape may be equal to or less than the thickness of the superconducting wire main body.
  • the width in which the glass tapes wound around the superconducting wire main body overlap each other may be not less than 0 and not more than the width of the glass tape.
  • the superconducting wire main body has a glass tape impregnated with a thermosetting resin in a semi-cured state with a winding tension applied during winding. Since the thermosetting resin is cured after the winding of the superconducting wire, the thermosetting resin and glass tape are applied not only to the front and back surfaces of the superconducting wire body but also to the side surfaces. Even when a plurality of superconducting coils are stacked and connected in multiple stages and integrated, it is not necessary to perform insulation (interlayer insulation) between the superconducting coils. Moreover, when winding a superconducting wire, the layers of the thermosetting resin and the glass tape are in contact with each other, so that the fixing force between the superconducting wires can be improved.
  • the present invention provides a superconducting coil using a tape-shaped superconducting wire, which simplifies the equipment necessary for manufacturing, facilitates manufacturing, and ensures sufficient insulation to achieve a critical current value. It is possible to provide a superconducting coil and a method of manufacturing the superconducting coil that can prevent the reduction.
  • FIG. 1 is a side view showing a structure of a superconducting wire 10 constituting the superconducting coil according to the present embodiment.
  • the superconducting wire 10 has a tape-shaped superconducting wire main body 20 with the superconducting layer 3 sandwiched between the substrate 1 and the stabilization protective layer 2. Further, an intermediate layer 4 may be formed together with the superconducting layer 3 between the substrate 1 and the superconducting layer 3.
  • the superconducting wire main body 20 has a structure in which the substrate 1, the intermediate layer 4, the superconducting layer 3, and the stabilization protective layer 2 are sequentially laminated.
  • the superconducting layer 3 may be a known high-temperature superconductor that is an oxide superconductor.
  • the superconducting layer 3 is formed of an RE (rare earth) superconductor such as REBa 2 Cu 3 O y .
  • RE is a rare earth element such as Y, La, Nd, Sm, Er, or Gd. That is, examples of the material of the superconducting layer 3 include Y123 (YBa 2 Cu 3 O 7-x ) and Gd123 (GdBa 2 Cu 3 O 7-x ).
  • the substrate 1 is made of a metal material such as a nickel (Ni) -based alloy having good mechanical strength.
  • the intermediate layer 4 is made of a metal oxide material such as cerium (Ce).
  • the stabilizing protective layer 2 protects the superconducting layer 3 and prevents damage due to overcurrent.
  • the stabilization protective layer 2 is made of, for example, a metal material such as silver (Ag), and may be combined with a metal
  • the superconducting wire main body 20 has a semi-cured thermosetting resin, for example, a glass tape 6 impregnated with an epoxy resin, wound around the superconducting wire main body 20 without any gaps.
  • the glass tape 6 is spirally wound around the superconducting wire main body 20 and covers the entire outer surface of the superconducting wire main body 20.
  • a wrap winding in which the glass tape 6 is spirally wound around the superconducting wire main body 20 may be performed. Therefore, in this superconducting wire 10, a layer of epoxy resin and glass tape 6 is formed not only on the front and back surfaces of the superconducting wire main body 20 but also on the side surfaces.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a superconducting coil 30 according to this embodiment using the superconducting wire 10.
  • the superconducting coil 30 is obtained by winding the superconducting wire 10 having the structure shown in FIG. 1 around the winding frame (reel) 7 having an axis (for example, a rotationally symmetric axis) o.
  • an insulating layer made of epoxy resin and glass tape 6 is sufficiently thick on the upper end surface 3a, lower end surface 3b, side surface 3c, and 3d between the superconducting wire main bodies 20 of each superconducting wire main body 20. Formed.
  • the insulating layers are formed on the upper end surface and the lower end surface of the superconducting coil 30, so that a plurality of superconducting coils according to the present embodiment can be connected to each other in a multi-stage manner and integrated. There is no need for new insulation (interlayer insulation).
  • FIG. 3 is a side view for explaining a method of manufacturing a superconducting coil according to an embodiment of the present invention.
  • the winding frame 8 for feeding the superconducting wire main body 20 and the superconducting wire main body 20 are wound up.
  • a device for wrapping the glass tape 6 around the superconducting wire main body 20 is disposed between the winding frame 7.
  • the winding frame 7 can be used as one member constituting the superconducting coil 30, the superconducting coil 30 can be easily manufactured.
  • the wrapping of the glass tape 6 around the superconducting wire main body 20 is performed after the superconducting wire main body 20 is fed from the reel 8 and before being wound by the reel 7. Therefore, the adhesiveness of the glass tape 6 does not hinder the feeding of the superconducting wire main body 20.
  • the superconducting wire main body 20 sent out from the wound state may be warped with bending wrinkles remaining. Therefore, when the glass tape 6 is wrapped around the superconducting wire main body 20, it is desirable to wrap the glass tape 6 in a state in which the warp is corrected by applying an appropriate tension to the superconducting wire main body 20.
  • the outer surface of the superconducting wire main body 20 is covered with at least one glass tape 6 without a gap. That is, as shown in FIG. 1, when the width of the glass tape 6 is defined as d and the width of each of the portions overlapping the adjacent glass tape 6 on both sides of the glass tape 6 is defined as the wrap width w, It is wound around the superconducting wire body 20 so that 0 ⁇ w ⁇ (1/2) d] holds. In other words, the total width in which the glass tapes 6 wound around the superconducting wire main body 20 overlap each other is not less than 0 and not more than the width d of the glass tape 6.
  • the wrap width w is 0, the adjacent glass tapes 6 do not overlap each other, and when the wrap width w is (1/2) d In the adjacent glass tapes 6, the halves on one side are overlapped with each other, and the entire structure is almost two-layered.
  • the wrap width w is a value between 0 and (1/2) d, the portion having the one-layer structure and the portion having the two-layer structure are alternately formed along the longitudinal direction of the superconducting wire body 20.
  • the wrap width w is 1 / 2
  • the other glass tape (second glass tape) 6 is placed on one glass tape (first glass tape) 6 along the longitudinal direction of the superconducting wire main body 20 (1 / 2) It is wound so as to be shifted by d.
  • the wrap width w is a value between 0 and (1/2) d, the one-layer structure using the first glass tape 6 and the two layers using the first and second glass tapes 6 and 6 are used.
  • a structure, a one-layer structure by the second glass tape 6, and a two-layer structure by the first and second glass tapes 6 and 6 are formed in order along the longitudinal direction of the superconducting wire main body 20.
  • the production speed of the superconducting wire 10 can be improved.
  • the glass tape 6 is wound around the superconducting wire main body 20 without any gap. Accordingly, it is possible to improve the adhesion and insulation of the coil.
  • the glass tape 6 needs to be tightly wound around the superconducting wire main body 20. Therefore, when the thickness of the superconducting wire main body 20 is t1, and the thickness of the glass tape 6 is t2, the thickness t2 of the glass tape 6 is equal to or less than the thickness t1 of the superconducting wire main body 20 (t2 ⁇ t1). Is desirable. This is because if the thickness t2 of the glass tape 6 is thicker than the thickness t1 of the superconducting wire main body 20 (t2> t1), the flexibility of the glass tape 6 decreases, and the glass tape 6 is brought into close contact with the superconducting wire main body 20. This is because it may be difficult to wind.
  • the thickness of the superconducting wire main body 20 is 0.21 mm
  • the thickness of the glass tape 6 is 0.25 mm
  • it is difficult to tightly wrap and the thickness of the glass tape 6 is 0.00. If it is about 15 mm, it can closely wrap and wrap.
  • the glass tape 6 impregnated with the semi-cured epoxy resin has an effect of ensuring insulation between the superconducting wire bodies 20 as well as fixing the superconducting wires 10 to each other.
  • the insulation between the superconducting wire main bodies 20 can be improved.
  • the glass tape 6 is wound around the superconducting wire main body 20 while applying an appropriate winding tension. Therefore, it is desirable that the superconducting wire main body 20 has a laminated structure including the substrate 1.
  • the superconducting layer 3 is preferably formed of an yttrium-based (Y-based) oxide superconductor.
  • the glass tape 6 may be one in which a polyester-based synthetic fiber (“Tetron cloth” (trade name)) is blended in a glass cloth and stretched.
  • Tetron cloth (trade name)
  • a superconducting coil was manufactured using a superconducting wire main body 20 including a superconducting layer 3 of an yttrium oxide superconductor.
  • the superconducting wire body 20 has a width of 5 mm and a thickness of 0.21 mm
  • the superconducting wire body 20 has a laminated structure shown in FIG. That is, this laminated structure includes a substrate 1, an intermediate layer 4 formed on the substrate 1, a superconducting layer 3 formed on the intermediate layer 4, and a stabilization protective layer 2 formed on the superconducting layer 3.
  • the substrate 1 is a nickel (Ni) based alloy having a thickness of 0.1 mm.
  • the stabilization protective layer 2 is made of silver (Ag), and further, copper (Cu) having a thickness of 0.1 mm is composited thereon.
  • a glass tape 6 having a width of 5 mm and a thickness of 0.15 mm impregnated with a semi-cured epoxy resin was wrapped around the superconducting wire main body 20 without a gap (see FIG. 3).
  • the superconducting wire 10 was wound around the winding frame 7 while applying a predetermined tension.
  • the reel 7 has a diameter of 65 mm and a height of 10 mm, and is made of GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastics). After winding on the winding frame 7, the epoxy resin was cured by heating under predetermined conditions, and the superconducting wire 10 was fixed to obtain a superconducting coil 30.
  • GFRP Glass Fiber Reinforced Plastics
  • Table 1 shows each example of the present invention.
  • a superconducting coil in which the glass tape 6 was not wrapped and wound on the superconducting wire main body 20 and wound to cure the epoxy resin was used.
  • the glass tape 6 was wrapped around the superconducting wire main body 20 and wound to cure the epoxy resin.
  • the overlapping of the glass tapes 6 in each example and the number of the glass tapes 6 covering the superconducting wire main body 20 are as follows. In Example 1 and Example 3, there is no overlap between the glass tapes 6. That is, the wrap width w (see FIG. 1) is zero. However, in Example 1, one glass tape 6 is wound on the superconducting wire main body 20. On the other hand, in Example 3, the two glass tapes 6 are wound on the superconducting wire main body 20 while maintaining a state parallel to each other. That is, in Example 3, when the superconducting wire 10 is viewed from the longitudinal direction, the two glass tapes 6 are alternately arranged without a gap so as to straddle the longitudinal direction.
  • Example 2 and Example 4 the wrap width w (see FIG. 1) was set to 1 ⁇ 2 of the width d of the glass tape 6.
  • one glass tape 6 is wound on the superconducting wire main body 20.
  • the wrap width w is (1/2) d
  • both the left portion and the right portion of the glass tape 6 overlap with the adjacent glass tape 6. Therefore, a substantially two-layer structure is formed with one glass tape 6.
  • two glass tapes 6 are wound on the superconducting wire main body 20. In this case, one glass tape 6 is wound around the superconducting wire main body 20 without a gap, and the other one glass tape 6 is wound around there without a gap.
  • the two glass tapes 6 are displaced from each other by (1/2) d along the longitudinal direction.
  • the present invention is applied to a superconducting coil configured using a superconducting wire having a tape-like structure and a method of manufacturing the superconducting coil.

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Abstract

半硬化状態の熱硬化性樹脂が含浸されたガラステープ６が巻線張力をかけながら超電導線材１０に隙間なく巻き付けられる。巻き付けの後に、前記熱硬化性樹脂が硬化され、超電導コイル３０が形成される。

Description

超電導コイル及び超電導コイルの製造方法
　本発明は、テープ状の構造を有する超電導線材を用いて構成された超電導コイル及び超電導コイルの製造方法に関する。
　超電導コイルは、通電したときに生ずる電磁力により破壊される可能性がある。そのため、超電導コイルの製造においては、十分な強度を確保するため、超電導線材を巻線した後、超電導線材の間にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させ、熱硬化性樹脂を加熱して硬化させることにより、コイル全体を固着させている。
　熱硬化性樹脂をコイルに含浸させる従来の方法では、熱硬化性樹脂を減圧下で含浸させ、さらに、常圧下または加圧下で熱硬化性樹脂を含浸させている。この製造方法においては、熱硬化性樹脂を収納する容器、超電導コイルの含浸層及び真空引きを行うための特殊な設備が必要となり、煩雑である。
　特許文献１には、熱硬化性樹脂をコイルに含浸させる工程を省略できる製造方法が示されている。この製造方法では、熱硬化性樹脂を半硬化状態で含浸させたガラステープを用意し、巻線張力をかけながらこのガラステープをテープ状の超電導線材に重ね合わせ、超電導線材とともに巻線している。
特許第４１８７２９３号公報
　ところで、特許文献１に記載された製造方法により製造された超電導コイルは、ガラステープが超電導線材同士の間に介在している。従って、超電導線材同士は十分に固着されているが、コイルの上端面及び下端面にはガラステープも熱硬化性樹脂も存在せず、絶縁が不十分である。
　また、この超電導コイルにおいて、超電導線材に重ね合わせるガラステープの厚さが薄い場合には、超電導線材同士の間の絶縁も不十分となり、通電した際の臨界電流値が低減することが実験により確認されている。
　本発明は、前述の実情に鑑みて提案されるものであって、テープ状の超電導線材を用いた超電導コイルにおいて、製造に必要な設備を簡素化し、製造を容易化することができ、また、十分な絶縁性が確保されて臨界電流値の低減を防止することができる超電導コイル及び超電導コイルの製造方法を提供することを目的とする。
　本発明の第１の態様は超電導コイルであって、基板、超電導層、安定化保護層を含む超電導線材本体と、前記超電導線材本体に隙間なく巻かれたガラステープとを含み、巻枠に巻かれるテープ状の超電導線材を備え、前記ガラステープには熱硬化性樹脂が含浸されていることを要旨とする。
　本発明の第２の態様は超電導コイルの製造方法であって、半硬化状態の熱硬化性樹脂をガラステープに含浸させ、前記ガラステープを巻線張力をかけながら超電導線材本体に隙間なく巻き付けることでテープ状の超電導線材を形成し、前記超電導線材を巻線し、前記超電導線材の巻線の後に前記熱硬化性樹脂を硬化させることを要旨とする。
　前記超電導層は、ＲＥ系酸化物の超電導材料からなってもよい。
　前記ガラステープの厚さは前記超電導線材本体の厚さ以下であってもよい。
　前記超電導線材本体に巻かれた前記ガラステープ同士が重なる幅は０以上で前記ガラステープの幅以下であってもよい。
　本発明に係る超電導コイル及び超電導コイルの製造方法によれば、超電導線材本体には、巻線の際に、半硬化状態の熱硬化性樹脂が含浸されたガラステープが巻線張力をかけながら隙間なく巻き付けられて超電導線材とされ、この超電導線材の巻線の後に、熱硬化性樹脂が硬化されるので、超電導線材本体の表面及び裏面のみならず、側面にも、熱硬化性樹脂及びガラステープの層が十分な厚さを有して形成され、複数の超電導コイルを多段に重ねて接続して一体化する場合においても、各超電導コイルの間の絶縁（層間絶縁）を行う必要がない。また、超電導線材を巻線するときには、熱硬化性樹脂及びガラステープの層同士が接することにより、超電導線材同士の固着力の向上が図られる。
　すなわち、本発明は、テープ状の超電導線材を用いた超電導コイルにおいて、製造に必要な設備を簡素化し、製造を容易化することができ、また、十分な絶縁性が確保されて臨界電流値の低減を防止することができる超電導コイル及び超電導コイルの製造方法を提供することができるものである。
本発明の一実施形態に係る超電導コイルを構成する超電導線材の構造を示す側面図である。 図１に示した超電導線材を用いた本発明の一実施形態に係る超電導コイルの構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る超電導コイルの製造方法を説明する側面図である。
　以下、本発明の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
　図１は、本実施形態に係る超電導コイルを構成する超電導線材１０の構造を示す側面図である。
　図１に示すように、超電導線材１０は、基板１及び安定化保護層２により、超電導層３を挟んだテープ状の超電導線材本体２０を有する。また、基板１及び超電導層３の間には、超電導層３とともに、中間層４を形成してもよい。この場合には、超電導線材本体２０は、基板１、中間層４、超電導層３及び安定化保護層２が順次積層された構造を有している。
　超電導層３は、酸化物超電導体である高温超電導体として公知のものでよい。例えば、超電導層３は、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ等のＲＥ（レアアース）系超電導体により形成される。ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ等の希土類元素である。即ち、超電導層３の材質としては、Ｙ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－ｘ）やＧｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－ｘ）などを例示できる。基板１は、機械的強度の良好なニッケル（Ｎｉ）基合金などの金属材料からなる。中間層４はセリウム（Ｃｅ）などの金属酸化物材料からなる。安定化保護層２は、超電導層３を保護し、過電流での傷損を防止する。安定化保護層２は、例えば、銀（Ａｇ）などの金属材料からなり、さらに銅（Ｃｕ）などの金属材料が複合されていてもよい。
　この超電導線材本体２０には、半硬化状態の熱硬化性樹脂、例えば、エポキシ樹脂が含浸されたガラステープ６が、超電導線材本体２０上に隙間なく巻き付けられている。換言すれば、ガラステープ６は超電導線材本体２０に対して螺旋状に巻きつき、超電導線材本体２０の外面全体を覆っている。ガラステープ６を隙間なく巻き付けるには、超電導線材本体２０の周りに、ガラステープ６を螺旋状に巻き付けるいわゆるラップ巻きを行うとよい。したがって、この超電導線材１０においては、超電導線材本体２０の表面及び裏面のみならず、側面にも、エポキシ樹脂及びガラステープ６の層が形成される。
　図２は、前記超電導線材１０を用いた、本実施形態に係る超電導コイル３０の構造を示す断面図である。
　図２に示すように、超電導コイル３０は、軸線（例えば、回転対称軸）ｏを有する巻枠（リール）７の周囲に、図１に示した構造を有する超電導線材１０を多重に巻くことで作製される。この超電導コイル３０において、各超電導線材本体２０の上端面３ａ、下端面３ｂ、側面３ｃ、及び、超電導線材本体２０同士の間３ｄに、エポキシ樹脂及びガラステープ６からなる絶縁層が十分な厚さを有して形成される。
　従って、超電導コイル３０の上端面及び下端面に絶縁層が形成されることにより、本実施形態に係る複数の超電導コイルを多段に重ねて接続して一体化する場合においても、各超電導コイルの間の絶縁（層間絶縁）を新たに行う必要がない。
　また、超電導線材１０を巻線するときには、エポキシ樹脂及びガラステープ６の層同士が接するので、超電導線材１０同士の固着力が向上する。
　図３は、本発明の一実施形態に係る超電導コイルの製造方法を説明する側面図である。
　半硬化状態のエポキシ樹脂を含浸させたガラステープ６を超電導線材にラップ巻きするには、例えば、図３に示すように、超電導線材本体２０を送り出す巻枠８と、超電導線材本体２０を巻き取る巻枠７との間に、超電導線材本体２０にガラステープ６をラップ巻きする装置が配置される。この場合、巻枠７を、超電導コイル３０を構成する一部材として用いることができるので、超電導コイル３０の製造が容易になる。
　このように、超電導線材本体２０に対するガラステープ６のラップ巻きは、超電導線材本体２０が巻枠８からの送り出された後で、且つ、巻枠７によって巻き取られる前に行われる。従って、ガラステープ６が有する粘着性が、超電導線材本体２０の送り出しを阻害することはない。
　なお、巻かれた状態から送り出された超電導線材本体２０は、曲げ癖が残って反っていることがある。従って、超電導線材本体２０にガラステープ６をラップ巻きするときには、超電導線材本体２０にも適度の張力をかけてこの反りを矯正した状態で、ガラステープ６をラップ巻きすることが望ましい。
　本実施形態において、超電導線材本体２０の外面は少なくとも１枚以上のガラステープ６で隙間なく覆われる。即ち、図１に示すように、ガラステープ６の幅をｄ、同ガラステープ６の両側において隣接するガラステープ６と重なる部分のそれぞれの幅をラップ幅ｗと定義したとき、ガラステープ６は〔０≦ｗ≦（１／２）ｄ〕が成立するように超電導線材本体２０に巻き付けられる。換言すれば、超電導線材本体２０に巻かれたガラステープ６同士が重なるトータルの幅は、０以上でガラステープ６の幅ｄ以下である。
　例えば、１枚のガラステープ６で超電導線材本体２０の外面を覆う場合、ラップ幅ｗが０のときには、隣接するガラステープ６は互いに重ならず、ラップ幅ｗが（１／２）ｄのときには、隣接するガラステープ６においてその片側半分が互いに重なり、全体としてほぼ２層構造になる。ラップ幅ｗが０と（１／２）ｄとの間の値である場合、１層構造になる部分と２層構造になる部分とが超電導線材本体２０の長手方向に沿って交互に形成される。
 更に、例えば、２枚のガラステープ６で超電導線材本体２０の外面を覆う場合、ラップ幅ｗが０のときには２枚のガラステープ６が互いに重なることなく並列に巻かれ、ラップ幅ｗが（１／２）ｄのときには、一方のガラステープ（第１のガラステープ）６の上に他方のガラステープ（第２のガラステープ）６が、超電導線材本体２０の長手方向に沿って互いに（１／２）ｄだけずれるように巻かれる。また、ラップ幅ｗが０と（１／２）ｄとの間の値である場合には、第１のガラステープ６による１層構造、第１及び第２のガラステープ６、６による２層構造、第２のガラステープ６による１層構造、第１及び第２のガラステープ６、６による２層構造、が超電導線材本体２０の長手方向に沿って順番に形成される。２枚のガラステープ６で超電導線材本体２０を巻いた場合、超電導線材１０の製造速度を向上させることができる。
 上記何れの場合においても超電導線材本体２０上にガラステープ６が隙間なく巻付けられる。従って、コイルの固着性、絶縁性の向上を図ることができる。
　また、ガラステープ６は、超電導線材本体２０に対して密着して巻付ける必要がある。そのために、超電導線材本体２０の厚さをｔ１、ガラステープ６の厚さをｔ２とすると、ガラステープ６の厚さｔ２は、超電導線材本体２０の厚さｔ１以下であること（ｔ２≦ｔ１）が望ましい。なぜなら、ガラステープ６の厚さｔ２が超電導線材本体２０の厚さｔ１よりも厚い（ｔ２＞ｔ１）と、ガラステープ６の可撓性が低下し、ガラステープ６を超電導線材本体２０に密着させて巻付けることが困難となる場合があるからである。
　例えば、超電導線材本体２０の厚さが０．２１ｍｍであるとき、ガラステープ６の厚さが０．２５ｍｍでは、密着してラップ巻きすることが困難となりやすく、ガラステープ６の厚さが０．１５ｍｍ程度であれば、密着してラップ巻きすることができる。
　前述したように、半硬化状態のエポキシ樹脂が含浸されたガラステープ６は、超電導線材１０同士の固着のみならず、超電導線材本体２０同士の絶縁を確保する効果がある。ガラステープ６を超電導線材本体２０に隙間なく巻付けることにより、超電導線材本体２０同士間の絶縁性を向上させることができる。
　なお、このガラステープ６は、適度の巻線張力をかけながら超電導線材本体２０に巻き付ける。従って、超電導線材本体２０としては、基板１を含む積層構造を有することが望ましい。この場合、超電導層３はイットリウム系（Ｙ系）酸化物超電導体によって形成されていることが好適である。
　また、このガラステープ６は、ガラスクロス中にポリエステル系合成繊維（「テトロンクロス」（商標名））が混紡され、伸縮性が付加されたものでもよい。
　本発明の実施例として、イットリウム系酸化物超電導体の超電導層３を含む超電導線材本体２０を用いて、超電導コイルを作製した。この実施例において、超電導線材本体２０の幅は５ｍｍ、厚さは０．２１ｍｍであり、超電導線材本体２０は図１に示す積層構造を有している。即ち、この積層構造は、基板１と、基板１上に形成される中間層４と、中間層４上に形成される超電導層３と、超電導層３上に形成される安定化保護層２を有する。基板１は、厚さ０．１ｍｍのニッケル（Ｎｉ）基合金である。安定化保護層２は銀（Ａｇ）によって形成されており、更にその上に、厚さ０．１ｍｍの銅（Ｃｕ）が複合されている。超電導線材１０を形成するために、半硬化状態のエポキシ樹脂を含浸させた幅５ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍのガラステープ６を、超電導線材本体２０に隙間なくラップ巻きした（図３参照）。次に、所定の張力をかけながら、この超電導線材１０を巻枠７に巻線した。なお、巻枠７は直径６５ｍｍ、高さ１０ｍｍで、ＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastics）製である。巻枠７への巻線を行った後、所定の条件で加熱することによりエポキシ樹脂を硬化させ、超電導線材１０を固着させて、超電導コイル３０とした。
　表１は、本発明の各実施例を示している。各実施例に対する比較例としては、ガラステープ６をラップ巻きせずに、超電導線材本体２０に重ね合わせて巻線を行い、エポキシ樹脂の硬化を行った超電導コイルを用いた。実施例１乃至実施例４では、ガラステープ６を超電導線材本体２０にラップ巻きし、巻線を行い、エポキシ樹脂の硬化を行った。
　各実施例におけるガラステープ６同士の重なり、及び、超電導線材本体２０を覆うガラステープ６の枚数については下記の通りである。実施例１及び実施例３では、ガラステープ６同士の重なりがない。即ち、ラップ幅ｗ（図１参照）は０である。ただし、実施例１では、１枚のガラステープ６が超電導線材本体２０上に巻きついている。一方、実施例３では、２枚のガラステープ６が、互いに平行な状態を保ったまま超電導線材本体２０上に巻きついている。つまり実施例３では、超電導線材１０を長手方向から見た場合、２本のガラステープ６がこの長手方向を跨ぐように交互に隙間なく並んでいることになる。
　実施例２及び実施例４では、ラップ幅ｗ（図１参照）をガラステープ６の幅ｄの１／２とした。実施例２では、１枚のガラステープ６が超電導線材本体２０上に巻きついている。この場合、ラップ幅ｗを（１／２）ｄとしているので、ガラステープ６の左部分及び右部分の何れもが隣接するガラステープ６と重なる。従って、１枚のガラステープ６でほぼ２層構造が形成される。一方、実施例４では、２枚のガラステープ６が超電導線材本体２０上に巻きついている。この場合、１枚のガラステープ６が超電導線材本体２０上に隙間なく巻きつき、その上に他の１枚のガラステープ６が隙間なく巻きついている。なお、超電導線材本体２０の長手方向を含む断面において、上記２枚のガラステープ６は当該長手方向に沿って（１／２）ｄだけ互いにずれている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　半硬化状態のエポキシ樹脂を含浸させたガラステープ６が超電導線材本体２０上に隙間なくラップ巻きされている各実施例においては、所定時間の通電を行った後において、超電導線材本体２０同士の絶縁性が十分に確保されており、臨界電流値の低減が防止されていた。
　本発明は、テープ状の構造を有する超電導線材を用いて構成された超電導コイル及び超電導コイルの製造方法に適用される。

Claims (8)

  1. 超電導コイルであって、
    　基板、超電導層、安定化保護層を含む超電導線材本体と、前記超電導線材本体に隙間なく巻かれたガラステープとを含み、巻枠に巻かれるテープ状の超電導線材を備え、
    　前記ガラステープには熱硬化性樹脂が含浸されていることを特徴とする。
  2. 請求項１記載の超電導コイルであって、
    　前記超電導層は、ＲＥ系酸化物の超電導材料からなることを特徴とする。
  3. 請求項１または請求項２記載の超電導コイルであって、
    　前記ガラステープの厚さは前記超電導線材本体の厚さ以下であることを特徴とする。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の超電導コイルであって、
    　前記超電導線材本体に巻かれた前記ガラステープ同士が重なる幅は０以上で前記ガラステープの幅以下であることを特徴とする。
  5. 超電導コイルの製造方法であって、
    　半硬化状態の熱硬化性樹脂をガラステープに含浸させ、
    前記ガラステープを巻線張力をかけながら超電導線材本体に隙間なく巻き付けることでテープ状の超電導線材を形成し、
    　前記超電導線材を巻線し、
    　前記超電導線材の巻線の後に前記熱硬化性樹脂を硬化させる
    ことを特徴とする。
  6. 請求項５記載の超電導コイルの製造方法であって、
    　前記超電導線材本体として、ＲＥ系酸化物の超電導材料からなる超電導線材本体を用いることを特徴とする。
  7. 請求項５または請求項６記載の超電導コイルの製造方法であって、
    　前記ガラステープの厚さは前記超電導線材本体の厚さ以下であることを特徴とする。
  8. 請求項５乃至請求項７のいずれか一に記載の超電導コイルの製造方法であって、
    　前記超電導線材本体に巻かれた前記ガラステープ同士が重なる幅は０以上で前記ガラステープの幅以下であることを特徴とする。
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