JPH0464163B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ 本発明は、超電導マグネツトを形成するのに好
適な超電導線材に関する。

［発明の背景］ 第１図は、超電導マグネツト用巻線の一例を示
したものである。超電導巻線１０は、超電導線材
１２を数100回巻回して形成されている。従来の
超電導線材１２は、第２図に示すように矩形の超
電導導体１４の表面に絶縁層１６，１８が被覆し
てある。この絶縁層１６，１８は、通常超電導導
体１４をエナメル処理することにより形成する
か、もしくはポリイミドフイルム、ポリアミドフ
イルムを超電導導体１４の表面にテーピングして
形成する。そして、絶縁層１６，１８を設けた超
電導線材１２は、第２図に示すように整列巻され
た後モールデイング樹脂２０を真空注入方式等に
より含浸し、超電導導体１４と絶縁層１６との間
や各絶縁層間の空隙を充填するのが一般的である
（東芝レビユ第36巻第７号「浮上式鉄道用超電導
マグネツト」、特公昭57−18419号公報）。このモ
ールデイング樹脂は、極低温特性が比較的良好な
エポキシ、ポリエステルあるいはポリビニールフ
オルマール等の注入、モールデイング性の優れた
ものが用いられている。

超電導マグネツトの高磁界化をコンパクトに達
成するための研究は、例えば「超大型加速器を支
える超電導技術」（科学技術館発行Vol・23，No.
216、1982年７〜８月号、平林洋美著）に見られ
る如く急速に進められ、核融合装置において是非
達成しなければならない重要なテーマとなつてい
る。コンパクトで高磁界を発生させる超電導マグ
ネツト用巻線は、稼動時に発生する高磁界と高密
度の電流により、巻線自身に従来の数倍の高さの
応力が発生する。このため超電導線材の能力が高
くても、形成した巻線が構造的に剛性の低いもの
である場合には、いわゆるクエンチ現象を起こし
て常電導化し、高磁界が得られない。そこで、巻
線の剛性を向上させるために、超電導線材に施す
絶縁層を極力薄くすると共に、巻線に形成した線
材自身のミクロな動きを少なくするため、巻線の
製作過程において稼動時に発生する荷重を予め印
加しつつ巻線を形成するようにしている。このよ
うにして荷重を加えつつ巻線を形成すると、巻線
の剛性が増し、第３図に示すように発生させうる
磁界をより大きくすることができる。しかし、従
来の超電導導体及び絶縁構成においては、上記し
た加圧成型を行なうと導体間の絶縁短絡が発生し
やすい欠点がある。すなわち、線材を巻回する際
に線材の変形や蛇行あるいは傾きを生じ、加圧成
型時に超電導導体の角部が絶縁層を傷めやすい。

〔発明の目的〕

本発明は、前記従来技術の欠点を解消するため
になされたもので、加圧成型した巻線のレヤーシ
ヨートを防止することができる巻線用超電導線材
を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は、超電導導体とこの超電導導体の表面
を覆う絶縁被膜との間に、超電導導体と絶縁被膜
との中間の硬さの金属膜を介在させ、巻線の加圧
成型時に金属膜が塑性変形するようにして絶縁被
膜の損傷を防止し、レヤーシヨートの発生を防止
できるように構成したものである。

〔発明の実施例〕

本発明に係る巻線用超電導線材の好ましい実施
例を、添付図面に従つて詳説する。

第４図は、本発明に係る超電導線材を用いて形
成した超電導巻線の加圧成型前の一部断面図であ
る。第４図において超電導線材１２は、超電導導
体１４が高純度の薄膜アルミニウム層２２に被覆
されており、この薄膜アルミニウム層２２の外面
を２層の銅被覆膜２４が覆つている。上記した薄
膜アルミニウム層２２の厚さは、一般的な超電導
導体に対して0.1〜0.3mmが好ましく、銅被覆膜２
４の厚さは0.1〜0.2mmが好ましいが、超電導導体
１４の寸法により厚さを増減させる。

さらに、銅被覆膜２４の表面には、主絶縁であ
る導体絶縁材２６が設けてある。この導体絶縁材
２６は、プリプレグ樹脂２８によるプリプレグ処
理がされたポリイミドフイルム又は芳香族ポリア
ミドフイルムを銅被膜層２４の表面にテーピング
又はコーテイングしたものである。そして、この
導体絶縁材２６の外周には、外周素線絶縁層３０
が設けてある。この外周素線絶縁層３０は、芳香
族ポリアミド、ガラス、カーボン等の硬い繊維を
材料としたクロス状又はローピング状のテープを
巻回するか、挿入して設けたものである。

上記の如く形成してある超電導線材は、第４図
にその一部断面を示した如く整列して巻回し巻線
とする。そして、この巻線は、最終工程である加
圧成型がなされる。この加圧成型は、次の如くし
て行なう。まず、第５図に示すように超電導巻線
１０のＸ方向とＹ方向とから0.5Kg／mm²毎に加圧
力を増加させ、３Kg／mm²の圧力を超電導巻線１０
に加える。すなわち、Ｘ方向に0.5Kg／mm²の圧力
を加え、次にＸ方向に加えた圧力を維持しつつＹ
方向に0.5Kg／mm²の圧力を加える。その後、Ｙ方
向の圧力を維持しつつＸ方向の圧力を0.5Kg／mm²
だけ増加させて1.0Kg／mm²とする。このようにし
て超電導コイル１０にＸ方向とＹ方向からそれぞ
れ３Kg／mm²の常温加圧をした後は、第６図に示す
ように20〜25分間の間に80℃まで全体を昇温す
る。そして、この80℃において10〜15分間維持し
た後、再び超電導巻線１０に加える圧力を増加さ
せると共に、温度を上昇させる。この加圧は、超
電導巻線１０の発生させる磁界の大きさ等により
20Kg／mm²の任意の値に選ぶことができ、例えば第
６図に示すように１Kg／mm²毎に前記と同様に増加
させ、最終的に８Kg／mm²まで加圧する。そして、
この加圧圧力の上昇と共に、成型温度を漸次上昇
させる。この温度上昇は、加圧の設定圧力上昇終
段に達したときに、設定温度の終段に達するよう
に、加圧力の増加と温度の増加割合とを設定する
ことが好ましい。また、成形温度は、一般に130
℃前後に設定されるが、プリプレグ樹脂の性質に
より100〜180℃の適切な温度を選ぶ。

このようにして超電導巻線１０に圧力を加えた
状態において樹脂が硬化するまで一定時間所定の
温度に維持する。この間にプリプレグ樹脂は、超
電導線材間のギヤツプ部を充填すると共に、超電
導巻線１０の外部に流出し、超電導巻線１０の体
積寸法が減少する。そして、外周素線絶縁層３０
を形成しているガラス又はカーボン繊維が導体絶
縁材２６内に食い込み、導体絶縁材２６の中に沈
んだ状態となり、複合材と同様な作用をし、剛性
が向上する。さらに、超電導導体１４の周囲に被
覆した薄膜アルミニウム層２２は、超電導線材１
２が蛇行したり傾いた状態で巻かれているときに
は、第７図に示すように塑性変形し、隣接する超
電導線材１２が相互に密接できるようになる。ま
た、薄膜銅層２４は、塑性変形する薄膜アルミニ
ウム層２２が絶縁層の外部に流出するのを防止
し、薄膜銅層２４の一部が部分的に移動して超電
導線材１２間の角部を充填する。

超電導巻線１０を高温高圧状態に維持して樹脂
を完全に硬化さ、樹脂が完全に硬化したならば、
超電導巻線１０に圧力を加えた状態を維持しつつ
温度を常温まで低下させ、超電導巻線１０の温度
が常温になつた段階において加えている圧力を除
く。

このようにして成型した超電導巻線１０は、第
６図の２点鎖線に示したように巻線完成後の寸法
がそれぞれの構成材料の基材厚さの集積値より小
さくなり、コンパクトかつ高密度な超電導巻線１
０をうることができる。しかも、第７図に示すよ
うに超電導導体１４が傾いた状態で巻かれたとし
ても、薄膜アルミニウム層２２と薄膜銅層２４と
の塑性変形により、レヤーシヨートの発生なしに
超電導巻線１０を製作することができる。このた
め、超電導巻線１０の製作上の歩留りが大幅に向
上し、性能の優れた超電導マグネツト巻線を安価
に製作することができる。しかも、第８図に示す
ように超電導巻線１０に高い圧縮圧力を加えるこ
とにより、巻線の仕上り寸法を小さくできるのに
従い、巻線全体としての弾性係数を１×10⁵Kg／
cm²以上にすることができ、高剛性の巻線をうるこ
とができる。従つて磁界発生能力を従来に比較し
10〜20％向上させることができる。

なお、上記のような高密度な巻線をうるために
は、成型用雇の寸法が基材寸法の集積基値より数
％小さくしておくことが必要である。そして、高
剛性の超電導巻線１０をうるためには、外周素線
絶縁層３０を形成する繊維状のクロステープの厚
さが導体絶縁材２６の厚さの30〜65％にすること
が望ましい。また、外周素線絶縁層３０を構成す
る繊維クロステープの加圧前、すなわち元の材料
としての厚さ方向に対する体積占積率は、30〜45
％のものを選定することが望ましい。体積占積率
が45％を越えてしまうと、繊維が導体絶縁材２６
に食い込んだ場合に、導体絶縁材２６を引きちぎ
つてしまう現象が発生しやすく、また、体積占積
比率が30％以下の材料にあつては、剛性を向上さ
せるための効果が小さくなる。

前記実施例においては、超電導導体１４の周囲
に被覆した金属膜が薄膜アルミニウム層２２であ
る場合について説明したが、テープ状の錫等の導
体形状緩和材や酸化アルミニウムを有するアルミ
等の高圧高温成型下において部分偏荷重による絶
縁材の機械的な損傷、破壊を緩和できる材料を用
いることができる。また、絶縁材は、線材を巻回
する際に挿入、テーピング等を行つてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、超電導導
体とこの超電導導体の周囲に被覆した絶縁被膜と
の間に超電導導体より軟らかな金属膜を介在させ
たことにより、巻線成型時におけるレヤーシヨー
トの発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は超電導巻線の斜視図、第２図は従来の
超電導巻線の一部断面図、第３図は巻線の剛性と
発生しうる磁界の大きさとの関係を示す図、第４
図は本発明に係る巻線用超電導線材を用いた超電
導巻線の一部断面図、第５図は巻線の加圧成型に
おける加圧方法の説明図、第６図は巻線成型の実
施例の説明図、第７図は本発明に係る巻線用超電
導線材を用いた超電導巻線の成型後の一部断面
図、第８図は巻線の基材厚さの集積値に対する寸
法比と圧縮弾性率との関係を示す図である。 １０……超電導巻線、１２……超電導線材、１
４……超電導導体、１６，１８……絶縁層、２２
……薄膜アルミニウム層、２４……薄膜銅層、２
６……導体絶縁材、３０……外周素線絶縁層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 線状の超電導導体と、この超電導導体を覆う
   絶縁被膜とからなる巻線用超電導線材において、
   前記超電導導体と前記絶縁被膜との間に前記超電
   導導体より軟らかな金属膜を介在させたことを特
   徴とする巻線用超電導線材。 ２ 前記金属膜は前記絶縁被膜側に銅薄膜を備え
   たアルミニウムにより形成され、前記絶縁被覆は
   プリプレグであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の巻線用超電導線材。