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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-01
(45)【発行日】2023-12-11
(54)【発明の名称】超電導コイル
(51)【国際特許分類】
H01F 6/06 20060101AFI20231204BHJP
H01F 6/02 20060101ALI20231204BHJP
H01B 12/06 20060101ALI20231204BHJP
【ＦＩ】
H01F6/06 110
H01F6/02
H01F6/06 120
H01B12/06 ZAA
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020069791
(22)【出願日】2020-04-08
(65)【公開番号】P2021166268
(43)【公開日】2021-10-14
【審査請求日】2023-01-25
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(73)【特許権者】
【識別番号】317015294
【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001092
【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】石井 宏尚
(72)【発明者】
【氏名】岩井 貞憲
(72)【発明者】
【氏名】宮崎 寛史
(72)【発明者】
【氏名】小柳 圭
(72)【発明者】
【氏名】宇都 達郎
【審査官】井上 健一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１２９５１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０２６５１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－０６７６４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５８－２０６６４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１９７６８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０４７７３９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｆ ６／０６
Ｈ０１Ｆ ６／０２
Ｈ０１Ｂ １２／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸の周りに超電導線材が巻き回された巻線部材と、前記巻線部材において前記軸の径方向に並ぶ前記超電導線材の間を電気的に接続させることによって迂回路として機能する導電性樹脂層と
を備える超電導コイルであって、
前記導電性樹脂層は、
導電性の第１フィラーと、
前記第１フィラーより体積抵抗率が１００倍以上大きい材料から構成された第２フィラーと
を有する
超電導コイル。
【請求項2】
前記第１フィラーは、カーボンブラック、炭素繊維、グラファイト、金属からなる粒子、金属酸化物、金属からなる繊維、金属層でコートされた粒子、金属層でコートされた繊維のうち、少なくとも一つを含む請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項3】
前記第２フィラーは、シリカ、アルミナ、チッ化ケイ素、チッ化アルミナのうち、少なくとも一つを含む、請求項１または２に記載の超電導コイル。
【請求項4】
前記第１フィラーの比重は、前記第２フィラーの比重に対して、０．５倍以上、３．０倍以下の範囲である、請求項１から３のいずれかに記載の超電導コイル。
【請求項5】
前記第１フィラーと前記第２フィラーとを合計したフィラー総量のうち、前記第１フィラーが占める割合が２５体積％以上である、請求項１から４のいずれかに記載の超電導コイル。
【請求項6】
前記導電性樹脂層において、前記第１フィラーと前記第２フィラーとを合計したフィラー総量は、６０体積％以下である、請求項１から請求項５のいずれかに記載の超電導コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、超電導コイルに関する。
【背景技術】
【0002】
超電導コイルは、軸の周りに超電導線材が巻き回された巻線部材を備える。巻線部材において、超電導線材は、超電導状態を維持できる電流、温度、および、磁場の範囲、すなわち臨界電流、臨界温度、および、臨界磁場が存在する。このため、超電導線材は、超電導状態になって電気抵抗がほぼゼロになっても、無限に電流が流せるわけではなく、いずれかの臨界値を超えると、局所的に常電導状態へ転移する。常電導転移に伴うフラックスフロー抵抗は、ジュール損失による発熱が生ずる。その結果、超電導コイルにおいて熱暴走やクエンチが生ずる可能性がある。このため、熱暴走やクエンチに対する保護のために、さまざまな技術が提案されている。
【0003】
たとえば、超電導コイルと並列に保護抵抗をつなぐ方法が提案されている。この方法では、常電導状態に転移したときに発生するコイル電圧や温度上昇をトリガーとして、励磁電源を遮断する。励磁電源の遮断後は、超電導コイルと保護抵抗との閉回路になるため、室温部に配置した保護抵抗のジュール発熱で超電導コイルの蓄積エネルギーが消費され、コイルに流れる電流を減衰させることができる。
【0004】
高温超電導線材を用いた超電導コイルでは、従来のＮｂＴｉなどの低温超電導線材に比べ、２０Ｋ～５０Ｋといった高い温度でも高い臨界電流密度を有するため、高温での高電流密度運転が可能となる。しかしながら、高電流密度運転時にクエンチが生じた場合、２０Ｋ～５０Ｋの温度範囲では、低温超電導線材を使ったマグネットの運転温度よりも比熱が大きいために常電導転移領域の拡大が遅く、また、高電流密度運転を実行すると発熱密度も高くなる。その結果、従来においては、検知前に局所的に熱暴走が発生し、焼損が生ずる可能性がある。
【0005】
そこで、超電導コイルにおいて異なるターンの超電導線材同士を短絡させることによって、常電導転移が生じた部分に流れる電流を迂回させる技術が提案されている。たとえば、導電性粉末を混入させた導電性樹脂層を迂回路として設けることが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【0006】
また、臨界温度以下に冷却されたときに超電導線材の剥離が発生することを抑制するために、２９３Ｋから１４０Ｋへ冷却した時に長さが変化する割合を示す熱収縮率が、－０．５１７％以上であって－０．３３８％以下である含浸樹脂を用いることが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２０１８―１２９５１９号公報
【文献】国際公開第２０１４／１２９５８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
導電性樹脂層の抵抗は、フラックスフロー抵抗の発生時に迂回路として機能する導電性樹脂層へ十分な量の電流が転流できる程度に小さく、かつ、超電導コイルを非通電状態から定格電流値まで励磁する際に励磁時間が長くならない程度に大きい方が好ましい。
【0009】
しかしながら、従来において、導電性樹脂層の体積抵抗率を増加させるために導電性粉末の混入量を減少させたときには、高温超電導の臨界温度以下に冷却した時の導電性樹脂層の熱収縮率が増大する。その結果、超電導コイル運転温度へ冷却した場合に熱応力が作用して剥離が発生する可能性がある。このため、従来においては、導電性樹脂層の体積抵抗率を自在に変えることが容易でないため、コイル設計によっては、励磁時間が長くなる場合がある。
【0010】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、導電性樹脂層の体積抵抗率を容易に変えることが可能な超電導コイルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
実施形態の超電導コイルは、超電導コイルで軸の周りに超電導線材が巻き回された巻線部材と、巻線部材において軸の径方向に並ぶ超電導線材の間を電気的に接続させることによって迂回路として機能する導電性樹脂層とを備える。導電性樹脂層は、導電性の第１フィラーと、第１フィラーより体積抵抗率が１００倍以上大きい材料から構成された第２フィラーとを有する。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、導電性樹脂層の体積抵抗率を容易に変えることが可能な超電導コイルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
［Ａ－１］巻枠１１
巻枠１１は、軸Ｃ（中心軸）を有する略円筒形状であって、巻線部材１２を保持するために設けられている。
巻枠１１は、軸Ｃ（中心軸）を有する略円筒形状であって、巻線部材１２を保持するために設けられている。
【0018】
［Ａ－２］巻線部材１２
巻線部材１２は、超電導線材２０が巻枠１１において軸Ｃの周りに巻き回されている。具体的には、超電導線材２０は、巻枠１１の周囲において周方向θへ同心円状に巻き回されている。すなわち、超電導線材２０は、軸Ｃの径方向ｒにおいて、複数ターン分、順次積層されている。巻線部材１２において径方向ｒに積層された超電導線材２０のターン間は、たとえば、絶縁樹脂で形成された絶縁層２５が介在しており、電気的に絶縁されている。なお、超電導線材２０の詳細については後述する。
巻線部材１２は、超電導線材２０が巻枠１１において軸Ｃの周りに巻き回されている。具体的には、超電導線材２０は、巻枠１１の周囲において周方向θへ同心円状に巻き回されている。すなわち、超電導線材２０は、軸Ｃの径方向ｒにおいて、複数ターン分、順次積層されている。巻線部材１２において径方向ｒに積層された超電導線材２０のターン間は、たとえば、絶縁樹脂で形成された絶縁層２５が介在しており、電気的に絶縁されている。なお、超電導線材２０の詳細については後述する。
【0019】
［Ａ－３］導電性樹脂層１３
導電性樹脂層１３は、巻線部材１２において軸Ｃの径方向ｒに沿った側面に設けられている。詳細については後述するが、導電性樹脂層１３は、導電性樹脂混合物を硬化させることで形成されている。
導電性樹脂層１３は、巻線部材１２において軸Ｃの径方向ｒに沿った側面に設けられている。詳細については後述するが、導電性樹脂層１３は、導電性樹脂混合物を硬化させることで形成されている。
【0020】
導電性樹脂層１３は、超電導コイル１０の使用中に巻線部材１２に常電導部が生じた場合に電流が径方向ｒに迂回する迂回路として機能するように、巻線部材１２において径方向ｒに積層された超電導線材２０のターン間を電気的に接続している。導電性樹脂層１３が迂回路として機能した際には、常電導部に流れる電流が低減するため、超電導コイル１０の熱暴走やクエンチを抑制することができる。
【0021】
［Ａ－４］絶縁板１４
絶縁板１４は、巻線部材１２において軸Ｃの径方向ｒに沿った側面に、導電性樹脂層１３を介して設置されている。絶縁板１４は、たとえば、リング形状の板状体であって、導電性樹脂層１３を外界から保護するために設置されている。
絶縁板１４は、巻線部材１２において軸Ｃの径方向ｒに沿った側面に、導電性樹脂層１３を介して設置されている。絶縁板１４は、たとえば、リング形状の板状体であって、導電性樹脂層１３を外界から保護するために設置されている。
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
［Ｂ－１］基体層２１
基体層２１は、例えば、ニッケル基合金、ステンレスまたは銅などの高強度の金属で構成されている。
基体層２１は、例えば、ニッケル基合金、ステンレスまたは銅などの高強度の金属で構成されている。
【0026】
［Ｂ－２］超電導層２２
超電導層２２は、図３に示すように、基体層２１の面に形成されている。超電導層２２は、たとえば、レアメタル酸化物（ＲＥ酸化物）で構成されている。
超電導層２２は、図３に示すように、基体層２１の面に形成されている。超電導層２２は、たとえば、レアメタル酸化物（ＲＥ酸化物）で構成されている。
【0027】
［Ｂ－３］保護層２３
保護層２３は、図３に示すように、超電導層２２を介して、基体層２１の面に形成されている。保護層２３は、銀、金または白金などの材料で形成されている。保護層２３は、超電導層２２に含まれる酸素が超電導層２２から拡散することを防止し、超電導層２２の特性の変動を防止するために設けられている。
保護層２３は、図３に示すように、超電導層２２を介して、基体層２１の面に形成されている。保護層２３は、銀、金または白金などの材料で形成されている。保護層２３は、超電導層２２に含まれる酸素が超電導層２２から拡散することを防止し、超電導層２２の特性の変動を防止するために設けられている。
【0028】
［Ｂ－４］安定化層２４
安定化層２４は、図３に示すように、基体層２１と超電導層２２と保護層２３との積層体を被覆するように、銅またはアルミニウムなどの良伝導性金属で形成されている。安定化層２４は、超電導層２２への過剰通電電流の迂回経路となって熱暴走を防止するために設けられている。
安定化層２４は、図３に示すように、基体層２１と超電導層２２と保護層２３との積層体を被覆するように、銅またはアルミニウムなどの良伝導性金属で形成されている。安定化層２４は、超電導層２２への過剰通電電流の迂回経路となって熱暴走を防止するために設けられている。
【0029】
［Ｂ－５］その他
なお、図示を省略しているが、基体層２１と超電導層２２の間には、配向層や中間層を別途設けてもよい。 中間層は、基体層２１と超電導層２２との熱収縮の起因する熱歪みを緩和するように設けられる。配向層は、基体層２１の表面において中間層を配向させるために設けられる。
なお、図示を省略しているが、基体層２１と超電導層２２の間には、配向層や中間層を別途設けてもよい。 中間層は、基体層２１と超電導層２２との熱収縮の起因する熱歪みを緩和するように設けられる。配向層は、基体層２１の表面において中間層を配向させるために設けられる。
【0030】
［Ｃ］導電性樹脂層１３の詳細
導電性樹脂層１３の詳細について、図４を用いて説明する。
導電性樹脂層１３の詳細について、図４を用いて説明する。
【0031】
図４は、実施形態に係る超電導コイル１０において、導電性樹脂層１３の拡大断面図である。
【0032】
導電性樹脂層１３は、図４に示すように、バインダ樹脂層３１、第１フィラー３２、および、第２フィラー３３を有する。
【0033】
［Ｃ－１］バインダ樹脂層３１
バインダ樹脂層３１は、硬化した樹脂で構成されている。バインダ樹脂層３１は、たとえば、樹脂主剤、硬化剤、カップリング剤を含む樹脂混合物を用いて形成される。樹脂混合物は、必要に応じて、分散剤が添加される。
バインダ樹脂層３１は、硬化した樹脂で構成されている。バインダ樹脂層３１は、たとえば、樹脂主剤、硬化剤、カップリング剤を含む樹脂混合物を用いて形成される。樹脂混合物は、必要に応じて、分散剤が添加される。
【0034】
樹脂混合物において、樹脂主剤は、たとえば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂等の熱硬化性樹脂である。
【0035】
硬化剤は、室温あるいは低温で粘度が低い液状材料であって、樹脂主剤の硬化を促進するために添加される。
【0036】
カップリング剤は、有機材料と反応結合する官能基、および、無機材料と反応結合する官能基の両者を有する化合物である。カップリング剤は、たとえば、シランカップリング剤などの有機ケイ素化合物であって、樹脂主剤の接着性を向上するために添加される。
【0037】
［Ｃ－２］第１フィラー３２
第１フィラー３２は、導電性を有する。第１フィラー３２は、少なくとも一部が導電性材料で構成されており、導電性樹脂層１３の内部において分散されている。第１フィラー３２は、導電性樹脂層１３に導電性を付与するために添加されている。
第１フィラー３２は、導電性を有する。第１フィラー３２は、少なくとも一部が導電性材料で構成されており、導電性樹脂層１３の内部において分散されている。第１フィラー３２は、導電性樹脂層１３に導電性を付与するために添加されている。
【0038】
第１フィラーとして、カーボンブラック、炭素繊維、グラファイト、金属からなる粒子、金属酸化物、金属からなる繊維、金属層でコートされた粒子、金属層でコートされた繊維のうち、少なくとも一つを含む。上記材料を用いた場合には、それぞれの材料固有の体積抵抗率を反映して導電性樹脂層の体積抵抗率が１０－８～１０２Ωｍの範囲となり得る。
【0039】
上記のうち、金属コートした微粒子は、核が金属材料で被覆されている。金属コートした微粒子において、核は、無機材料または有機材料で形成されている。具体的には、無機材料として、ガラス、アルミニウムなどの金属、シリカなどの金属酸化物を用いて核が形成される。また、有機材料として、ナイロン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂を用いて核が形成される。核に被覆される金属材料としては、ニッケル、銅、銀、これらを含む合金（例えば、Ａｇ－Ｃｕ－Ｎｉ、Ｎｉ－Ｔｉ、Ｃｕ－Ｃｒ）が用いられる。核の表面に被覆した金属材料は、核の表面の少なくとも一部を被覆していればよい。
【0040】
第１フィラー３２の比重は、０．５～６．０の範囲にあることが好ましい。この範囲であれば、第１フィラー３２の比重と樹脂主剤の比重との差が小さいので、乾燥前の導電性樹脂混合物中において、第１フィラー３２の沈降が抑制される。
【0041】
第１フィラー３２は、平均粒径が異なる複数種を用いると、充填性が向上するので、体積抵抗率が低い導電性樹脂層１３を容易に作製可能である。
【0042】
［Ｃ－３］第２フィラー３３
第２フィラー３３は、第１フィラー３２より体積抵抗率が１００倍以上大きい材料で構成されている。第１フィラー３２が複数種である場合には、その複数種の第１フィラー３２のそれぞれの体積抵抗率に対して、第２フィラー３３の体積抵抗率が１００倍以上である。
これは、第２フィラー３３の体積抵抗率が１００倍以上である場合には、導電性樹脂層の体積抵抗率を容易に変えることが可能であるが、１００倍未満である場合は第１フィラーと第２フィラーの体積抵抗率が近いため導電性樹脂層の体積抵抗率を変えることが難しくなるからである。
第２フィラー３３は、第１フィラー３２より体積抵抗率が１００倍以上大きい材料で構成されている。第１フィラー３２が複数種である場合には、その複数種の第１フィラー３２のそれぞれの体積抵抗率に対して、第２フィラー３３の体積抵抗率が１００倍以上である。
これは、第２フィラー３３の体積抵抗率が１００倍以上である場合には、導電性樹脂層の体積抵抗率を容易に変えることが可能であるが、１００倍未満である場合は第１フィラーと第２フィラーの体積抵抗率が近いため導電性樹脂層の体積抵抗率を変えることが難しくなるからである。
【0043】
第２フィラー３３は、金属酸化物（例えば、シリカ）などの無機材料で形成されている。この他に、第２フィラー３３は、ナイロン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂などの有機材料で形成されていてもよい。
【0044】
特に、第２フィラー３３としては、シリカ、アルミナ、チッ化ケイ素、チッ化アルミナのうち、少なくとも一つを含むことが好ましい。上記材料は、熱膨張係数が小さいので、導電性樹脂層１３と巻線部材１２との間において剥離が生ずることを効果的に抑制可能である。
【0045】
［Ｃ－４］その他
なお、第１フィラー３２の比重は、第２フィラー３３の比重の０．５～３．０倍であることが好ましい。第１フィラー３２の比重と第２フィラー３３の比重とが互いに同程度であるので、第２フィラー３３は、樹脂組成物中で均一に分散され、第１フィラー３２同士が適切に接触する。たとえば、第１フィラー３２と第２フィラー３３とを同様な添加量にすることによって、体積抵抗率が高い導電性樹脂層１３を形成することが可能である。
なお、第１フィラー３２の比重は、第２フィラー３３の比重の０．５～３．０倍であることが好ましい。第１フィラー３２の比重と第２フィラー３３の比重とが互いに同程度であるので、第２フィラー３３は、樹脂組成物中で均一に分散され、第１フィラー３２同士が適切に接触する。たとえば、第１フィラー３２と第２フィラー３３とを同様な添加量にすることによって、体積抵抗率が高い導電性樹脂層１３を形成することが可能である。
【0046】
導電性樹脂層１３の体積抵抗率を上昇させるとき、第２フィラー３３を添加しない場合は、フィラー量を大幅に減らす必要があり、均一分散性が低下し、熱収縮率が増加する。これに対して、第２フィラー３３を添加することで、フィラー総量を維持して、均一分散性を向上させ、熱収縮率を低下させることができる。第１フィラー３２の比重と第２フィラー３３の比重が大きく異なると、樹脂組成物中で均一に分散せず、体積抵抗率の制御が困難になる。
【0047】
また、第１フィラー３２と第２フィラー３３とを合計したフィラー総量のうち、第１フィラー３２が占める割合が２５体積％以上であることが好ましい。これにより、第１フィラー３２同士が接触する確率が上昇するので、導電性樹脂層１３が迂回路として好適に機能することができる。
【0048】
さらに、導電性樹脂層１３において、第１フィラー３２と第２フィラー３３とを合計したフィラー総量が占める割合は、６０体積％以下であることが好ましい。これにより、導電性樹脂混合物の粘性が低いため、含浸性（塗布性）を向上させることが可能である。
【0049】
［Ｄ］超電導コイル１０の製造方法
超電導コイル１０の製造方法について説明する。
超電導コイル１０の製造方法について説明する。
【0050】
図５は、実施形態に係る超電導コイル１０の製造方法の一例を示すフロー図である。
【0051】
［Ｄ－１］巻線部材１２の作製（ステップＳＴ１１）
超電導コイル１０を製造する際には、まず、図５に示すように、巻線部材１２の作製を行う。
超電導コイル１０を製造する際には、まず、図５に示すように、巻線部材１２の作製を行う。
【0052】
ここでは、略円筒形状である巻枠１１の周りに、超電導線材２０を巻くことによって、巻線部材１２を作製する（図１，図２参照）。一般的に、巻線部材１２は、巻枠１１への巻回によって成形された後に、巻枠１１と共に、エポキシ樹脂などの絶縁材に含浸される。これにより、巻線部材１２において径方向ｒに積層された超電導線材２０のターン間に絶縁材が充填されて絶縁層２５が形成される（図２参照）。これと共に、巻線部材１２が絶縁材でコーティングされる。
【0053】
［Ｄ－２］導電性樹脂混合物の作製（ステップＳＴ１２）
つぎに、図５に示すように、導電性樹脂混合物の作製を行う。
つぎに、図５に示すように、導電性樹脂混合物の作製を行う。
【0054】
導電性樹脂混合物は、上述したように、導電性樹脂層１３の作製で用いる材料であって、バインダ樹脂層３１を構成する材料と共に、第１フィラー３２および第２フィラー３３を混合することで作製される（図４参照）。導電性樹脂混合物の作製では、たとえば、混合機が用いられる。
【0055】
［Ｄ－３］導電性樹脂層の形成（ステップＳＴ１３）
つぎに、図５に示すように、導電性樹脂層１３の形成を行う。
つぎに、図５に示すように、導電性樹脂層１３の形成を行う。
【0056】
【0057】
［Ｄ－４］絶縁板１４の取り付け（ステップＳＴ１４）
つぎに、図５に示すように、絶縁板１４の取り付けを行う。
つぎに、図５に示すように、絶縁板１４の取り付けを行う。
【0058】
【0059】
［Ｄ－５］導電性樹脂層の硬化（ステップＳＴ１５）
つぎに、図５に示すように、導電性樹脂層１３を硬化させる。
つぎに、図５に示すように、導電性樹脂層１３を硬化させる。
【0060】
ここでは、必要に応じて、加熱によって導電性樹脂層１３の硬化を促進させてもよい。
【実施例】
【0061】
実施例および比較例について、表１から表４を用いて説明する。
【0062】
【表1】
【0063】
【表2】
【0064】
【表3】
【0065】
【表4】
【0066】
表１から表４では、導電性樹脂層１３の作製で用いる導電性樹脂混合物の配合、フィラー総量、全フィラーに対する第１フィラーの含有割合（％）、および、試験結果を示している。
【0067】
［１］表１について
［１－１］導電性樹脂層１３の試料作製
表１に示す各例において導電性樹脂層１３の試料を作製した方法に関して説明する。
［１－１］導電性樹脂層１３の試料作製
表１に示す各例において導電性樹脂層１３の試料を作製した方法に関して説明する。
【0068】
［１－１－１］実施例１
実施例１では、まず、導電性樹脂層１３を構成する導電性樹脂混合物を作製するために、表１に示すように、樹脂主剤、カップリング剤、および、硬化剤と共に、第１フィラー３２と第２フィラー３３とを準備した。
実施例１では、まず、導電性樹脂層１３を構成する導電性樹脂混合物を作製するために、表１に示すように、樹脂主剤、カップリング剤、および、硬化剤と共に、第１フィラー３２と第２フィラー３３とを準備した。
【0069】
ここでは、下記のような材料を準備した。
・樹脂主剤：エポキシ樹脂
・カップリング剤：アルコキシシラン
・硬化剤：ポリエーテルアミン
・第１フィラー３２：シリカの粉体にＡｇメッキ層を被覆した粒状物質（比重２．９、体積抵抗率１０－６Ωｍ、平均粒径２μｍ）
・第２フィラー３３：球状シリカ（比重２．２、体積抵抗率１０１６Ωｍ、平均粒径２μｍ）
・樹脂主剤：エポキシ樹脂
・カップリング剤：アルコキシシラン
・硬化剤：ポリエーテルアミン
・第１フィラー３２：シリカの粉体にＡｇメッキ層を被覆した粒状物質（比重２．９、体積抵抗率１０－６Ωｍ、平均粒径２μｍ）
・第２フィラー３３：球状シリカ（比重２．２、体積抵抗率１０１６Ωｍ、平均粒径２μｍ）
【0070】
つぎに、各材料を表１に示す配合比で配合し、自転・公転式の混合機を用いて、５分間、混合することによって導電性樹脂混合物を作製した。
【0071】
つぎに、幅４ｍｍ、深さ１ｍｍ、長さ５０ｍｍである型（溝）に導電性樹脂混合物を塗布し硬化させることによって、導電性樹脂層１３の試料を作製した。
【0072】
［１－１－２］実施例２、実施例３、比較例１～４
実施例２、実施例３、および、比較例１～４では、各材料を表１に示す配合比で配合して導電性樹脂混合物を作製した。この点を除き、実施例１の場合と同様に、各例の試料を作製した。
実施例２、実施例３、および、比較例１～４では、各材料を表１に示す配合比で配合して導電性樹脂混合物を作製した。この点を除き、実施例１の場合と同様に、各例の試料を作製した。
【0073】
［１－２］評価結果
［１－２－１］体積抵抗率
上記のように作製した各例の試料について、体積抵抗率を四端子法で測定した（ＪＩＳ Ｋ ７１９４準拠）。
［１－２－１］体積抵抗率
上記のように作製した各例の試料について、体積抵抗率を四端子法で測定した（ＪＩＳ Ｋ ７１９４準拠）。
【0074】
図６は、表１に示す各例について測定された体積抵抗率の結果を示す図である。図６において、横軸は、第１フィラー３２の配合割合（体積％）であり、縦軸は、体積抵抗率（Ω・ｍ）である。図６では、第２フィラー３３を含有している場合（実施例１～３；第２フィラー有）と、第２フィラー３３を含有していない場合（比較例１～４；第２フィラー無）とを分けて示している。
【0075】
図６から判るように、第２フィラー３３を含有している場合（実施例１～３；第２フィラー有）は、第２フィラー３３を含有していない場合（比較例１～４；第２フィラー無）よりも、体積抵抗率の変化が大きい。この結果から、第２フィラー３３の添加によって、導電性樹脂層１３の体積抵抗率を容易に変えることが可能である。
【0076】
［１－２－２］熱収縮率
上記のように作製した各例の試料について、熱収縮率を測定した（ＪＩＳ Ｋ ７１９７準拠）。ここでは、２９３Ｋから１４０Ｋへ冷却したときの熱収縮率に関して測定した。
上記のように作製した各例の試料について、熱収縮率を測定した（ＪＩＳ Ｋ ７１９７準拠）。ここでは、２９３Ｋから１４０Ｋへ冷却したときの熱収縮率に関して測定した。
【0077】
２９３Ｋから１４０Ｋへ冷却した時の熱収縮率は、比較例４では、－０．５２１％であった。比較例４のように、熱収縮率の絶対値が０．５１７％より大きい場合には、超電導線材が臨界温度以下に冷却されて使用されるときに作用する熱応力によって、導電性樹脂層１３が巻線部材１２から剥離する可能性が高く、超電導特性が劣化し易い。これに対して、各実施例は、熱収縮率の絶対値が０．５１７％よりも小さく、かつ、各比較例よりも小さいので、剥離の発生を効果的に防止可能である。
【0078】
［２］表２について
［２－１］導電性樹脂層１３の試料作製
［２－１－１］実施例４
実施例４では、まず、導電性樹脂層１３を構成する導電性樹脂混合物を作製するために、表２に示すように、樹脂主剤、カップリング剤硬化剤、および、分散剤と共に、第１フィラー３２と第２フィラー３３とを準備した。
［２－１］導電性樹脂層１３の試料作製
［２－１－１］実施例４
実施例４では、まず、導電性樹脂層１３を構成する導電性樹脂混合物を作製するために、表２に示すように、樹脂主剤、カップリング剤硬化剤、および、分散剤と共に、第１フィラー３２と第２フィラー３３とを準備した。
【0079】
ここでは、分散剤、および、第１フィラー３２として下記のような材料を準備した点を除き、実施例１等と同様に、導電性樹脂層１３の試料を作製した。
・分散剤：ポリエーテルリン酸エステル化合物
・第１フィラー３２（棒状体）：ナイロン繊維にＡｇ電解メッキ層を被覆した棒状物質（比重１．５、体積抵抗率１０－６Ωｍ、長さ０．４ｍｍ）
・第１フィラー３２（球状体）：アクリル樹脂の粉体にＡｇメッキ層を被覆した粒状物質（比重４．１、体積抵抗率１０－６Ωｍ、平均粒径２μｍ）
・分散剤：ポリエーテルリン酸エステル化合物
・第１フィラー３２（棒状体）：ナイロン繊維にＡｇ電解メッキ層を被覆した棒状物質（比重１．５、体積抵抗率１０－６Ωｍ、長さ０．４ｍｍ）
・第１フィラー３２（球状体）：アクリル樹脂の粉体にＡｇメッキ層を被覆した粒状物質（比重４．１、体積抵抗率１０－６Ωｍ、平均粒径２μｍ）
【0080】
つぎに、各材料を表２に示す配合比で配合して導電性樹脂混合物を作製した後に、実施例１等と同様に、導電性樹脂混合物を硬化させることによって導電性樹脂層１３の試料を作製した。
【0081】
［２－１－２］比較例５
比較例５では、各材料を表２に示す配合比で配合して導電性樹脂混合物を作製した。この点を除き、実施例４の場合と同様に、各例の試料を作製した。
比較例５では、各材料を表２に示す配合比で配合して導電性樹脂混合物を作製した。この点を除き、実施例４の場合と同様に、各例の試料を作製した。
【0082】
［２－１－３］比較例６
比較例６では、各材料を表２に示す配合比で配合して導電性樹脂混合物を作製した。
比較例６では、各材料を表２に示す配合比で配合して導電性樹脂混合物を作製した。
【0083】
ここでは、第１フィラー３２として下記のような材料を準備した点を除き、実施例４の場合と同様に、導電性樹脂層１３の試料を作製した。
・第１フィラー３２：Ａｇナノ粒子（比重１０．５、体積抵抗率１０－８Ωｍ、平均粒径５μｍ）
・第１フィラー３２：Ａｇナノ粒子（比重１０．５、体積抵抗率１０－８Ωｍ、平均粒径５μｍ）
【0084】
比較例６は、第１フィラー３２の比重が、第２フィラー３３の比重の０．５～３．０倍の範囲外である。第１フィラー３２の比重と第２フィラー３３の比重とが上記範囲以外の場合は導電性樹脂混合物中で一方のフィラーが沈降し、体積抵抗率がばらつき、均一な導電性樹脂にならない。
【0085】
［２－２］評価結果
上記のように作製した実施例４の試料および比較例５の試料について、実施例１などと同様に、体積抵抗率および熱収縮率を測定した。
上記のように作製した実施例４の試料および比較例５の試料について、実施例１などと同様に、体積抵抗率および熱収縮率を測定した。
【0086】
実施例４は、第２フィラー３３を含有している場合であり、比較例５は、第２フィラー３３を含有していない場合である。また、実施例４において、第１フィラー３２の比重は、第２フィラー３３の比重の０．５～３．０倍の範囲である。体積抵抗率は、実施例４と比較例５との間で同程度である。熱収縮率の絶対値は、実施例４の方が比較例５よりも小さい。このため、実施例４では、超電導線材が臨界温度以下に冷却されて使用される際に、導電性樹脂層１３が巻線部材１２から剥離することを抑制可能である。
【0087】
［３］表３について
［３－１］導電性樹脂層１３の試料作製
実施例５から実施例１０では、導電性樹脂層１３を構成する導電性樹脂混合物を作製するために、実施例４等と同じ材料を準備した。そして、各材料を表３に示す配合比で配合して導電性樹脂混合物を作製した後に、実施例４等と同様に、導電性樹脂混合物を硬化させることによって導電性樹脂層１３の試料を作製した。
［３－１］導電性樹脂層１３の試料作製
実施例５から実施例１０では、導電性樹脂層１３を構成する導電性樹脂混合物を作製するために、実施例４等と同じ材料を準備した。そして、各材料を表３に示す配合比で配合して導電性樹脂混合物を作製した後に、実施例４等と同様に、導電性樹脂混合物を硬化させることによって導電性樹脂層１３の試料を作製した。
【0088】
［３－２］評価結果
上記のように作製した実施例５から実施例１０の試料について、実施例４等と同様に、体積抵抗率を測定した。実施例５から実施例９では２．７×１０－５～９．３×１０－３Ωｍの体積抵抗率が得られた。実施例１０では、体積抵抗率のバラツキが大きかったが、導通は得られた。この結果から、第１フィラー３２と第２フィラー３３とを合計したフィラー総量のうち、第１フィラー３２が占める割合が２５体積％以上であることが好ましいことが判る。
上記のように作製した実施例５から実施例１０の試料について、実施例４等と同様に、体積抵抗率を測定した。実施例５から実施例９では２．７×１０－５～９．３×１０－３Ωｍの体積抵抗率が得られた。実施例１０では、体積抵抗率のバラツキが大きかったが、導通は得られた。この結果から、第１フィラー３２と第２フィラー３３とを合計したフィラー総量のうち、第１フィラー３２が占める割合が２５体積％以上であることが好ましいことが判る。
【0089】
［４］表４について
［４－１］導電性樹脂層１３の試料作製
実施例１１から実施例１５では、導電性樹脂層１３を構成する導電性樹脂混合物を作製するために、実施例４等と同じ材料を準備した。そして、各材料を表４に示す配合比で配合して導電性樹脂混合物を作製した後に、実施例４等と同様に、導電性樹脂混合物を硬化させることによって導電性樹脂層１３の試料を作製した。
［４－１］導電性樹脂層１３の試料作製
実施例１１から実施例１５では、導電性樹脂層１３を構成する導電性樹脂混合物を作製するために、実施例４等と同じ材料を準備した。そして、各材料を表４に示す配合比で配合して導電性樹脂混合物を作製した後に、実施例４等と同様に、導電性樹脂混合物を硬化させることによって導電性樹脂層１３の試料を作製した。
【0090】
［４－２］評価結果
上記のように作製した実施例１１から実施例１５の試料について、実施例４等と同様に、体積抵抗率を測定した。
上記のように作製した実施例１１から実施例１５の試料について、実施例４等と同様に、体積抵抗率を測定した。
【0091】
表４には示していないが、実施例１１から実施例１５については、含浸性（塗布性）に関して評価した。実施例１１から実施例１３は、フィラー総量が３０～５０体積％であり、硬化前の導電性樹脂混合物は、粘性が低く、含浸性（塗布性）に優れていた。実施例１４は、フィラー総量が６０体積％であり、硬化前の導電性樹脂混合物は、粘性がやや高いが、含浸性（塗布性）は良好であった。実施例１５は、フィラー総量が６５体積％であり、硬化前の導電性樹脂混合物は、粘性が高いが、塗布可能であり、含浸性（塗布性）を保持していた。この結果から、導電性樹脂層１３において第１フィラー３２と第２フィラー３３とを合計したフィラー総量が占める割合は、６０体積％以下であることが好ましいことが判る。
【0092】
＜その他＞
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【0093】
たとえば、上記実施形態では、超電導コイル１０が、巻線部材１２が、いわゆるパンケーキ形状である場合について説明したが、これに限らない。
【0094】
図７は、実施形態の変形例に係る超電導コイル１０の巻線部材１２を示す斜視図である。
【0095】
図７に示すように、超電導コイル１０は、巻線部材１２がソレノイド型でもよい。その他、巻線部材１２は、非円形に巻回したレーストラック型、鞍型、楕円型などのように様々な形態であってもよい。
【0096】
また、上記実施形態では、迂回路である導電性樹脂層１３は、巻線部材１２において軸Ｃの径方向ｒに沿った両側面に設けられているが、これに限らない。両側面でなく、一方の側面に導電性樹脂層１３を設けてもよい（図２参照）。
【0097】
その他、超電導コイル１０においては、巻線部材１２において径方向ｒに積層された超電導線材２０のターン間に絶縁層２５が介在しているが、絶縁層２５に代わって導電性樹脂層１３を介在させてもよい（図２参照）。
【符号の説明】
【0098】
１０：超電導コイル、１１：巻枠、１２：巻線部材、１３：導電性樹脂層、１４：絶縁板、２０：超電導線材、２１：基体層、２２：超電導層、２３：保護層、２４：安定化層、２５：絶縁層、３１：バインダ樹脂層、３２：第１フィラー、３３：第２フィラー
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】