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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】2024-07-04
(45)【発行日】2024-07-12
(54)【発明の名称】超電導線材保持構造
(51)【国際特許分類】
H10N 60/30 20230101AFI20240705BHJP
H01B 12/06 20060101ALN20240705BHJP
【ＦＩ】
H10N60/30
H01B12/06
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2021546579
(86)(22)【出願日】2020-08-31
(86)【国際出願番号】 JP2020032809
(87)【国際公開番号】W WO2021054093
(87)【国際公開日】2021-03-25
【審査請求日】2023-03-22
(31)【優先権主張番号】P 2019171839
(32)【優先日】2019-09-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２９年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、未来社会創造事業「高温超電導線材接合技術の超高磁場ＮＭＲと鉄道き電線への社会実装」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【識別番号】000002130
【氏名又は名称】住友電気工業株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】503359821
【氏名又は名称】国立研究開発法人理化学研究所
(73)【特許権者】
【識別番号】502147465
【氏名又は名称】ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山口 高史
(72)【発明者】
【氏名】大木 康太郎
(72)【発明者】
【氏名】永石 竜起
(72)【発明者】
【氏名】▲柳▼澤 吉紀
(72)【発明者】
【氏名】▲濱▼田 衞
【審査官】市川 武宜
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－１６５４３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／１８１５６１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－１６０８１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５１－０１２７９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１８２９５６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ１０Ｎ ６０／３０
Ｈ０１Ｂ １２／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
超電導線材保持構造であって、第１材料で構成された保持部材と、
前記保持部材の内部に配置された超電導線材と、
前記第１材料とは異なる第２材料で構成された充填材とを備え、
前記超電導線材は、基材と、前記基材上に形成された中間層と、前記中間層上に形成された超電導層と、前記超電導層上に形成された第１保護層及び第２保護層とを有し、
前記超電導層は、前記超電導線材の長手方向に沿って、第１部分と、第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間にある第３部分とを含んでおり、
前記第１保護層は、前記第１部分上に形成されており、
前記第２保護層は、前記第２部分上に形成されており、
前記充填材は、前記第３部分と前記保持部材との間に充填されている、超電導線材保持構造。
【請求項2】
前記第１材料は第１樹脂材料であり、前記第２材料は第２樹脂材料である、請求項１に記載の超電導線材保持構造。
【請求項3】
前記第２樹脂材料のガラス転移点は、前記第１樹脂材料のガラス転移点よりも低い、請求項２に記載の超電導線材保持構造。
【請求項4】
前記第２樹脂材料の粘度は、前記第１樹脂材料の粘度よりも低い、請求項２に記載の超電導線材保持構造。
【請求項5】
前記第１樹脂材料は熱硬化性樹脂であり、前記第２樹脂材料は熱可塑性樹脂である、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の超電導線材保持構造。
【請求項6】
前記第２樹脂材料はパラフィンである、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の超電導線材保持構造。
【請求項7】
前記超電導線材保持構造は、永久電流スイッチを構成している、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超電導線材保持構造。
【請求項8】
前記第１材料は樹脂材料であり、前記第２材料は金属材料であり、
前記金属材料の融点は、前記樹脂材料のガラス転移点よりも低い、請求項１に記載の超電導線材保持構造。
【請求項9】
前記樹脂材料は熱硬化性樹脂である、請求項８に記載の超電導線材保持構造。
【請求項10】
前記金属材料の融点は、２００℃以下である、請求項８又は請求項９に記載の超電導線材保持構造。
【請求項11】
前記金属材料はビスマス基合金である、請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載の超電導線材保持構造。
【請求項12】
第１超電導層を有する第１超電導線材と、第２超電導層を有する第２超電導線材と、
第１材料で構成された保持部材と、
前記第１材料とは異なる第２材料で構成された充填材とを備え、
前記第１超電導線材は、前記第１超電導線材の長手方向における端に、前記第１超電導層が前記第１超電導線材の表面から露出する第１部分を有し、
前記第２超電導線材は、前記第２超電導線材の長手方向における端に、前記第２超電導層が前記第２超電導線材の表面から露出する第２部分を有し、
前記第１部分及び前記第２部分は、前記保持部材の内部に配置されており、
前記第１部分にある前記第１超電導層と前記第２部分にある前記第２超電導層とは、互いに接続されており、
前記充填材は前記保持部材と前記第１部分及び前記第２部分との間に充填されており、
前記第１材料は、樹脂材料であり、
前記第２材料は、金属材料であり、
前記金属材料の融点は前記樹脂材料のガラス転移点よりも低い、超電導線材保持構造。
【請求項13】
前記樹脂材料は、熱硬化性樹脂である、請求項１２に記載の超電導線材保持構造。
【請求項14】
前記金属材料の融点は、２００℃以下である、請求項１２又は請求項１３に記載の超電導線材保持構造。
【請求項15】
前記金属材料は、ビスマス基合金である、請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の超電導線材保持構造。
【請求項16】
第１超電導層を有する第１超電導線材と、
第２超電導層を有する第２超電導線材と、
第１材料で構成された保持部材と、
前記第１材料とは異なる第２材料で構成された充填材とを備え、
前記第１超電導線材は、前記第１超電導線材の長手方向における端に、前記第１超電導層が前記第１超電導線材の表面から露出する第１部分を有し、
前記第２超電導線材は、前記第２超電導線材の長手方向における端に、前記第２超電導層が前記第２超電導線材の表面から露出する第２部分を有し、
前記第１部分及び前記第２部分は、前記保持部材の内部に配置されており、
前記第１部分にある前記第１超電導層と前記第２部分にある前記第２超電導層とは、互いに接続されており、
前記充填材は前記保持部材と前記第１部分及び前記第２部分との間に充填されており、
前記第１材料は、第１樹脂材料であり、
前記第２材料は、第２樹脂材料である、超電導線材保持構造。
【請求項17】
前記第２樹脂材料のガラス転移点は、前記第１樹脂材料のガラス転移点よりも低い、請求項１６に記載の超電導線材保持構造。
【請求項18】
前記第２樹脂材料の粘度は、前記第１樹脂材料の粘度よりも低い、請求項１６に記載の超電導線材保持構造。
【請求項19】
前記第１樹脂材料は熱硬化性樹脂であり、前記第２樹脂材料は熱可塑性樹脂である、請求項１６に記載の超電導線材保持構造。
【請求項20】
前記第２樹脂材料はパラフィンである、請求項１６から請求項１９のいずれか１項に記載の超電導線材保持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、超電導線材保持構造に関する。本出願は、２０１９年９月２０日に出願した日本特許出願である特願２０１９－１７１８３９号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
【背景技術】
【0002】
特許文献１（国際公開第２０１８／１８１５６１号）には、超電導線材保持構造が記載されている。特許文献１に記載の超電導線材保持構造は、保持部材と、保持部材の内部に配置された超電導線材とを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開第２０１８／１８１５６１号
【発明の概要】
【0004】
本開示の一態様に係る超電導線材保持構造は、第１材料で構成された保持部材と、保持部材の内部に配置された超電導線材と、第１材料とは異なる第２材料で構成された充填材とを備える。超電導線材は、基材と、基材上に形成された中間層と、中間層上に形成された超電導層と、超電導層上に形成された第１保護層及び第２保護層とを有している。超電導線材の長手方向に沿って、超電導層は、第１部分と、第２部分と、第１部分と第２部分との間にある第３部分とを含んでいる。第１保護層は、第１部分上に形成されており、第２保護層は、第２部分上に形成されている。充填材は、第３部分と保持部材との間に充填されている。
【図面の簡単な説明】
【0005】
【発明を実施するための形態】
【0006】
［本開示が解決しようとする課題］
超電導線材保持構造が極低温（例えば、液体窒素温度、液体ヘリウム温度）に保持された状態から常温に戻されたとき、保持部材と超電導線材との間に隙間がある場合、超電導線材保持構造が極低温から常温に戻される際に、超電導線材の表面に結露が生じる。超電導線材の表面に生じた結露は、超電導線材の超電導特性を劣化させる原因となる。
超電導線材保持構造が極低温（例えば、液体窒素温度、液体ヘリウム温度）に保持された状態から常温に戻されたとき、保持部材と超電導線材との間に隙間がある場合、超電導線材保持構造が極低温から常温に戻される際に、超電導線材の表面に結露が生じる。超電導線材の表面に生じた結露は、超電導線材の超電導特性を劣化させる原因となる。
【0007】
本開示は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本開示は、極低温から常温に戻した際に、超電導線材の表面に結露が生じることを抑制可能な超電導線材保持構造を提供する。
【0008】
［本開示の効果］
上記によれば、超電導線材保持構造を極低温から常温に戻した際に、超電導線材の表面に結露が生じることを抑制できる。
上記によれば、超電導線材保持構造を極低温から常温に戻した際に、超電導線材の表面に結露が生じることを抑制できる。
【0009】
［本開示の実施形態の説明］
まず、本開示の実施形態を列記して説明する。
まず、本開示の実施形態を列記して説明する。
【0010】
（１）一実施形態に係る超電導線材保持構造は、第１材料で構成された保持部材と、保持部材の内部に配置された超電導線材と、第１材料とは異なる第２材料で構成された充填材とを備える。超電導線材は、基材と、基材上に形成された中間層と、中間層上に形成された超電導層と、超電導層上に形成された第１保護層及び第２保護層とを有している。超電導線材の長手方向に沿って、超電導層は、第１部分と、第２部分と、第１部分と第２部分との間にある第３部分とを含んでいる。第１保護層は、第１部分上に形成されており、第２保護層は、第２部分上に形成されている。充填材は、第３部分と保持部材との間に充填されている。
【0011】
上記（１）の超電導線材保持構造によると、保持部材と超電導線材との間が充填材で充填されているため、極低温から常温に戻された際に、超電導線材の表面（より具体的には超電導層の第３部分の表面）に結露が生じることを抑制できる。
【0012】
（２）上記（１）の超電導線材保持構造において、第１材料は第１樹脂材料であってもよく、第２材料は第２樹脂材料であってもよい。
【0013】
（３）上記（２）の超電導線材保持構造において、第２樹脂材料のガラス転移点（第２樹脂材料が結晶性である場合には、融点）は、第１樹脂材料のガラス転移点（第１樹脂材料が結晶性である場合には、融点）よりも低くてもよい。この場合、充填材を保持部材と超電導線材との間に容易に充填することができる。
【0014】
（４）上記（２）の超電導線材保持構造において、第２樹脂材料の粘度は、第１樹脂材料の粘度よりも低くてもよい。この場合、充填材を保持部材と超電導線材との間に容易に充填することが可能となる。
【0015】
（５）上記（２）から（４）の超電導線材保持構造において、第１樹脂材料は熱硬化性樹脂であってもよく、第２樹脂材料は熱可塑性樹脂であってもよい。
【0016】
（６）上記（２）から（５）の超電導線材保持構造において、第２樹脂材料は、パラフィンであってもよい。
【0017】
（７）上記（１）から（６）の超電導線材保持構造は、永久電流スイッチを構成していてもよい。
【0018】
（８）上記（１）の超電導線材保持構造において、第１材料は、樹脂材料であってもよく、第２材料は、金属材料であってもよい。金属材料の融点は、樹脂材料のガラス転移点（樹脂材料が結晶性である場合、融点）よりも低くてもよい。この場合、充填材を保持部材と第１部分及び第２部分との間に容易に充填することが可能となる。
【0019】
（９）上記（８）の超電導線材保持構造において、樹脂材料は、熱硬化性樹脂であってもよい。
【0020】
（１０）上記（８）又は（９）の超電導線材保持構造において、金属材料の融点は、２００℃以下であってもよい。
【0021】
（１１）上記（８）から（１０）の超電導線材保持構造において、金属材料は、ビスマス基合金であってもよい。
【0022】
（１２）他の実施形態に係る超電導線材保持構造は、第１超電導層を有する第１超電導線材と、第２超電導層を有する第２超電導線材と、第１材料で構成された保持部材と、第１材料とは異なる第２材料で構成された充填材とを備える。第１超電導線材は、第１超電導線材の長手方向における端に、第１超電導層が第１超電導線材の表面から露出する第１部分を有している。第２超電導線材は、第２超電導線材の長手方向における端に、第２超電導層が第２超電導線材の表面から露出する第２部分を有している。第１部分及び第２部分は、保持部材の内部に配置されている。第１部分に位置する第１超電導層と第２部分にある第２超電導層とは、互いに接続されている。充填材は、保持部材と第１部分及び第２部分との間に充填されている。
【0023】
上記（１２）の超電導線材保持構造によると、保持部材と第１部分及び第２部分との間が充填材で充填されているため、極低温から常温に戻された際に、超電導層の表面に結露が生じることを抑制できる。
【0024】
（１３）上記（１２）の超電導線材保持構造において、第１材料は、樹脂材料であってもよく、第２材料は、金属材料であってもよい。金属材料の融点は、樹脂材料のガラス転移点（樹脂材料が結晶性である場合、融点）よりも低くてもよい。この場合、充填材を保持部材と第１部分及び第２部分との間に容易に充填することが可能となる。
【0025】
（１４）上記（１３）の超電導線材保持構造において、樹脂材料は、熱硬化性樹脂であってもよい。
【0026】
（１５）上記（１３）又は（１４）の超電導線材保持構造において、金属材料の融点は２００℃以下であってもよい。
【0027】
（１６）上記（１３）から（１５）の超電導線材保持構造において、金属材料はビスマス基合金であってもよい。
【0028】
（１７）上記（１２）の超電導線材保持構造において、第１材料は第１樹脂材料であってもよく、第２材料は第２樹脂材料であってもよい。
【0029】
（１８）上記（１７）の超電導線材保持構造において、第２樹脂材料のガラス転移点（第２樹脂材料が結晶性である場合には、融点）は、第１樹脂材料のガラス転移点（第１樹脂材料が結晶性である場合には、融点）よりも低くてもよい。この場合には、充填材を保持部材と超電導線材との間に容易に充填することができる。
【0030】
（１９）上記（１７）の超電導線材保持構造において、第２樹脂材料の粘度は第１樹脂材料の粘度よりも低くてもよい。この場合、充填材を保持部材と超電導線材との間に容易に充填することが可能となる。
【0031】
（２０）上記（１７）から（１９）の超電導線材保持構造において、第１樹脂材料は、熱硬化性樹脂であってもよく、第２樹脂材料は、熱可塑性樹脂であってもよい。
【0032】
（２１）上記（１７）から（２０）の超電導線材保持構造において、第２樹脂材料は、パラフィンであってもよい。
【0033】
［本開示の実施形態の詳細］
実施形態の詳細を、図面を参照して説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。
実施形態の詳細を、図面を参照して説明する。以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さない。
【0034】
（第１実施形態）
以下に、第１実施形態に係る超電導線材保持構造の構成を説明する。
以下に、第１実施形態に係る超電導線材保持構造の構成を説明する。
【0035】
図１は、第１実施形態に係る超電導線材保持構造の模式図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩにおける断面図である。図１及び２に示されるように、第１実施形態に係る超電導線材保持構造は、保持部材１と、超電導線材２と、充填材３とを有している。第１実施形態に係る超電導線材保持構造は、さらに、ヒータ４を有していてもよい。
【0036】
保持部材１は、第１材料で構成されている。第１材料は、例えば樹脂材料（第１樹脂材料）であってもよい。第１材料は、熱硬化性樹脂材料であってもよい。第１材料の具体例は、エポキシ樹脂である。第１材料は、例えば、エンジニアリングプラスチック、ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ、Fiber Reinforced Plastic）であってもよい。保持部材１は、超電導線材２に加わる電磁力による応力に起因した超電導線材の変形を抑制するための部材である。
【0037】
超電導線材２は、保持部材１の内部に配置されている。超電導線材２は、保持部材１の内部において、湾曲していてもよい。超電導線材２は、第１端２ａと、第２端２ｂとを有している。第１端２ａ及び第２端２ｂは、超電導線材２の長手方向における端である。第２端２ｂは、第１端２ａの反対側の端である。超電導線材２は、第１端２ａ及び第２端２ｂにおいて、保持部材１の外部に引き出されていてもよい。図３は、第１実施形態に係る超電導線材保持構造における超電導線材２の上面図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶにおける断面図である。図５は、図３のＶ－Ｖにおける断面図である。図６は、図３のＶＩ－ＶＩにおける断面図である。なお、図３中においては、保護層２４ａ及び保護層２４ｂは、点線で示されている。図３～６に示されるように、超電導線材２は、基材２１と、中間層２２と、超電導層２３と、保護層２４ａ及び保護層２４ｂとを有している。
【0038】
基材２１は、例えば第１層２１ａと、第２層２１ｂと、第３層２１ｃとを有している。第１層２１ａは、例えばステンレス鋼で構成されている。第２層２１ｂは、第１層２１ａ上に形成されている。第２層２１ｂは、例えば銅（Ｃｕ）で構成されている。第３層２１ｃは、第２層２１ｂ上に形成されている。第３層２１ｃは、例えばニッケル（Ｎｉ）で構成されている。
【0039】
中間層２２は、基材２１（より具体的には、第３層２１ｃ）上に形成されている。中間層２２は、絶縁材料により構成されている。中間層２２は、例えば安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）等により構成されている。中間層２２を構成する材料は、これに限られるものではない。
【0040】
超電導層２３は、超電導線材２の長手方向に沿って、第１部分２３ａと、第２部分２３ｂと、第３部分２３ｃとを有している。第３部分２３ｃは、超電導線材２の長手方向において第１部分２３ａ及び第２部分２３ｂの間に位置している。
【0041】
超電導層２３は、例えば、酸化物超電導体により構成されている。この酸化物超電導体の例は、ＲＥＢａＣｕ３Ｏｙ（なお、ＲＥは希土類元素）である。この希土類元素は、例えばイットリウム（Ｙ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロビウム（Ｅｕ）、ガドリウム（Ｇｄ）、ホルミウム（Ｈｏ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等である。
【0042】
保護層２４ａは、第１部分２３ａ上に形成されている。保護層２４ｂは、第２部分２３ｂ上に形成されている。第３部分２３ｃ上には、保護層が形成されていない（第３部分２３ｃ上において、保護層が部分的に除去されている）。これにより、保護層２４ａと保護層２４ｂとは、電気的に分離されている。その結果、ヒータ４で加熱することにより超電導層２３（第３部分２３ｃ）が常電導状態となっても、超電導層２３を流れていた電流が保護層２４ａ及び保護層２４ｂにバイパスされることがなく、ヒータ４による加熱で超電導線材２を高抵抗化することができる。保護層の部分的な除去は、例えばエッチングにより行われる。
【0043】
図７は、第１実施形態に係る超電導線材保持構造における超電導線材２及びヒータ４の分解斜視図である。図７に示されるように、ヒータ４は、第３部分２３ｃと対向するように超電導線材２に取り付けられている。なお、図１に示されるように、超電導線材２は、ヒータ４が取り付けられた状態において、保持部材１の内部に保持されている。ヒータ４は、例えばニクロム線等の電熱線で構成されている。
【0044】
超電導線材２及びヒータ４は、永久電流スイッチ５を構成している。図８は、永久電流スイッチ５の構成を示す模式図である。図８に示されるように、超電導線材２及び超電導コイル６は、電源ＰＷに並列に接続されている。
【0045】
ヒータ４がオフ状態にある場合（ヒータ４に電流が流れていない場合）、超電導コイル６はコイルインピーダンスを有しているため、電流は、もっぱら超電導状態となっている超電導線材２中の超電導層２３を流れる。そのため、超電導コイル６は、励磁されない（この状態を、第１状態という）。
【0046】
ヒータ４がオン状態にされると（ヒータ４に電流が流されると）、超電導線材２中の超電導層２３（第３部分２３ｃ）が常電導状態となる。この状態で徐々に電流を流すと、超電導コイル６にも、電流が流れ始める（この状態を、第２状態という）。そして、所望の電流が流れるようになってから所定の時間が経過すると、超電導線材２には電流が流れなくなり、電流はもっぱら超電導コイル６に流れるようになる（この状態を、第３状態という）。
【0047】
第３状態となった後にヒータ４を再びオフ状態にすると、超電導線材２中の超電導層２３（第３部分２３ｃ）は、超電導状態に戻る。この状態で電源ＰＷからの電流供給を徐々に減少させると、超電導コイル６に流れている電流の一部が、超電導線材２に流れるようになる（この状態を、第４状態という）。
【0048】
電源ＰＷからの電流供給が徐々に減少して０アンペアになると、電流は、超電導線材２及び超電導コイル６のみを流れるようになる（この状態を、第５状態という）。第５状態に達すると、電源ＰＷを遮断しても、電流は、超電導線材２及び超電導コイル６を流れ続ける（永久電流モード）。このように、永久電流スイッチ５は、超電導コイル６を永久電流モードで動作させることができる。
【0049】
図２に示されるように、充填材３は、保持部材１と超電導線材２（及びヒータ４）との間に充填されている。充填材３は、第２材料で構成されている。第２材料は、第１材料とは異なる材料である。
【0050】
第２材料は、例えば、樹脂材料（第２樹脂材料）である。第１材料が熱硬化性樹脂材料である場合、第２材料は、熱可塑性樹脂材料であってもよい。第１材料及び第２材料が樹脂材料である場合には、第２材料のガラス転移点（結晶性の樹脂材料である場合は、第２材料の融点。以下も同様。）は、第１材料のガラス転移点未満である。第２樹脂材料の粘度は、第１樹脂材料の粘度よりも低いことが好ましい。第１樹脂材料の粘度及び第２樹脂材料の粘度は、ＪＩＳ Ｚ ８８０３：２０１１に規定された方法により測定される。第１樹脂材料の粘度及び第２樹脂材料の粘度を同一温度で比較し、後者が前者よりも低い場合に、「第２樹脂材料の粘度が、第１樹脂材料の粘度よりも低い」ことになる。
【0051】
第２材料の具体例は、例えばパラフィンである。第２材料は、発泡樹脂材料であってもよい。第２材料は、金属材料であってもよい。金属材料の融点は、第１材料（樹脂材料）のガラス転移点よりも低くなっている。金属材料の融点は、好ましくは、２００℃以下である。金属材料の具体例は、ビスマス基合金である。なお、「ビスマス基合金」とは、ビスマス（Ｂｉ）を主成分（合金中における含有率が最も多い成分）とする合金である。ビスマス基合金には、例えば、ローズ合金、ニュートン合金等が含まれる。第２材料は、永久電流スイッチに求められる条件に応じて、その種類、成分、量等が適宜選択される。
【0052】
図１に示されるように、ケース７の内部に配置されて冷却されることにより、超電導線材２は、超電導転移温度以下の温度に保持されている。この冷却は、例えば液体窒素、液体ヘリウム等で行われる。
【0053】
以下に、第１実施形態に係る超電導線材保持構造の製造方法を説明する。図９は、第１実施形態に係る超電導線材保持構造の製造方法を示す工程図である。図９に示されるように、第１実施形態に係る超電導線材保持構造の製造方法は、準備工程Ｓ１と、充填工程Ｓ２とを有している。
【0054】
準備工程Ｓ１においては、内部に超電導線材２が保持された状態の保持部材１が準備される。図１０は、準備工程Ｓ１における第１実施形態に係る超電導線材保持構造の断面図である。図１０に示されるように、準備工程Ｓ１においては、保持部材１と超電導線材２との間には、空隙ＳＰが残存している。
【0055】
充填工程Ｓ２においては、超電導線材２と保持部材１との間に（空隙ＳＰに）充填材３が充填される。第１材料及び第２材料が樹脂材料である場合に関し、充填工程Ｓ２を具体的に説明する。
【0056】
充填工程Ｓ２においては、第１に、保持部材１及び充填材３が加熱される。この際の加熱温度は、第２材料のガラス転移点以上の温度であって、第１材料のガラス転移点未満の温度である。この加熱により、充填材３が容易に流動しうる状態となる。充填工程Ｓ２においては、この加熱が行われた後に、充填材３が保持部材１と超電導線材２との間に流し込まれる。
【0057】
なお、充填材３は、流動状態になるように加熱された充填材３に、内部に超電導線材２が保持された保持部材１を浸漬することにより、保持部材１と超電導線材２との間を充填材３で充填してもよい。
【0058】
流し込まれた充填材３が冷却されて固まることにより、保持部材１と超電導線材２との間が、充填材３により充填される。以上により、図１及び２に示される第１実施形態に係る超電導線材保持構造が形成される。
【0059】
以下に、第１実施形態に係る超電導線材保持構造の効果を説明する。超電導線材保持構造は、極低温に保持された状態から常温に戻される。保持部材と超電導線材との間に隙間がある場合、超電導線材保持構造が極低温から常温に戻される際に、超電導線材の表面に結露が生じる。超電導線材の表面に生じた結露は、超電導線材の超電導特性を劣化させる原因となる。
【0060】
第１実施形態に係る超電導線材保持構造においては、保持部材１と超電導線材２との間に、充填材３が充填されている。すなわち、超電導線材２の表面は、充填材３で被覆されている。そのため、第１実施形態に係る超電導線材保持構造が極低温から常温に戻されたとしても、超電導線材２の表面に結露が生じがたい。
【0061】
第１材料及び第２材料がともに樹脂材料であり、第２材料のガラス転移点が第１材料のガラス転移点よりも低い場合には、保持部材１は軟化していないが、充填材３を軟化して流動性がある状態にすることにより、充填材３を保持部材１と超電導線材２との間に充填しやすい。第２材料のガラス転移点が第１材料のガラス転移点よりも低い場合、保持部材１の変形（又は溶解）を抑制することができる。さらに、この場合、充填材３の充填に失敗した場合、充填材３を除去して充填工程Ｓ２をやり直すことが可能であるため、歩留まりが向上する。
【0062】
第２材料の粘度が相対的に低い（第２材料の粘度が、第１材料の粘度よりも低い）場合には、この充填がさらに行いやすい。また、この場合、充填材３を充填する際に、保持部材１の変形を抑制することができる。特に、パラフィンは融点が低いために、充填工程Ｓ２における取り扱いが容易である。
【0063】
第２材料がパラフィン、発泡樹脂材料である場合、超電導線材２を断熱することができるため、ヒータ４を低出力化することができるとともに、冷媒の蒸発を抑制することができる。第２材料がビスマス基合金等の低融点金属材料である場合、渦電流により超電導線材２にクエンチが発生した際の保護層として充填材３を機能させることができる。
【0064】
超電導線材２において第３部分２３ｃ上の保護層が除去されている場合、ヒータ４で第３部分２３ｃを加熱することにより、超電導線材２を効率的に高抵抗化することができるため、永久電流スイッチを構成しやすい。しかしながら、この場合、超電導層２３（第３部分２３ｃ）が保護層２４ａ及び保護層２４ｂから露出している。超電導層２３（第３部分２３ｃ）の表面に結露が生じると、超電導線材２の超電導特性の劣化が顕著に生じやすい。第１実施形態に係る超電導線材保持構造によると、超電導線材２において第３部分２３ｃ上の保護層が除去されている場合においても、超電導線材２の表面に結露による超電導線材２の超電導特性の劣化を抑制できる。
【0065】
（第２実施形態）
以下に、第２実施形態に係る超電導線材保持構造の構成を説明する。以下においては、第１実施形態に係る超電導線材保持構造の構成と異なる点を主として説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
以下に、第２実施形態に係る超電導線材保持構造の構成を説明する。以下においては、第１実施形態に係る超電導線材保持構造の構成と異なる点を主として説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
【0066】
図１１は、第２実施形態に係る超電導線材保持構造の断面模式図である。図１２は、図１１のＸＩＩ－ＸＩＩにおける断面図である。図１１及び１２に示されるように、第２実施形態に係る超電導線材保持構造は、超電導線材８と、超電導線材９と、保持部材１と、充填材３とを有している。第２実施形態に係る超電導線材保持構造は、治具１０をさらに有していてもよい。
【0067】
【0068】
【0069】
基材８１及び基材９１は、基材２１と同様の構成となっている。中間層８２及び中間層９２は、中間層２２と同様の構成となっている。超電導層８３及び超電導層９３は、超電導層２３と同様の構成を有している。保護層８４は、超電導層８３上に形成されている。保護層９４は、超電導層９３上に形成されている。
【0070】
超電導線材８は、超電導線材８の長手方向における端において、第１部分８ａを有している。第１部分８ａにおいては、保護層８４が除去されている。すなわち、第１部分８ａにおいては、超電導線材８の表面から超電導層８３が露出している。超電導線材９は、超電導線材９の長手方向における端において、第２部分９ａを有している。第２部分９ａにおいては、保護層９４が除去されている。すなわち、第２部分９ａにおいては、超電導線材９の表面から超電導層９３が露出している。
【0071】
図１１に示されるように、第１部分８ａ及び第２部分９ａは、保持部材１の内部に配置されている。第１部分８ａに位置する超電導層８３及び第２部分９ａに位置する超電導層９３は、超電導層８３及び超電導層９３と同一の酸化物超電導体で構成されている接続層（図示せず）を介して、互いに接続されている。充填材３は、保持部材１と第１部分８ａ及び第２部分９ａとの間に充填されている。
【0072】
保持部材１を構成する材料（第１材料）は、例えば樹脂材料である。第１材料は、好ましくは熱硬化性樹脂材料である。充填材３を構成する材料（第２材料）は、好ましくは、金属材料である。金属材料の融点は、第１材料（樹脂材料）のガラス転移点よりも低くなっている。この金属材料の融点は、好ましくは、２００℃以下である。第１材料の具体例は、エポキシ樹脂、エンジニアリングプラスチックであり、第２材料の具体例は、ローズ合金、ニュートン合金等のビスマス基合金である。なお、第２材料は、第１材料よりもガラス転移点が低い樹脂材料であってもよい。
【0073】
治具１０は、第１部材１０ａと、第２部材１０ｂと、固定部材１０ｃとを有している。第１部材１０ａ及び第２部材１０ｂは、例えば、平板状の部材である。第１部材１０ａ及び第２部材１０ｂは、超電導線材８及び超電導線材９を挟んで対向配置されている。固定部材１０ｃは、第１部材１０ａ及び第２部材１０ｂが超電導線材８及び超電導線材９を挟持するように、第１部材１０ａ及び第２部材１０ｂに取り付けられている。これにより、超電導線材８及び超電導線材９は、治具１０により保持されている。固定部材１０ｃは、例えばボルト及びナットにより構成されている。治具１０は、超電導線材８及び超電導線材９とともに、保持部材１の内部に配置されている。
【0074】
以下に、第２実施形態に係る超電導線材保持構造の製造方法を説明する。以下においては、第１実施形態に係る超電導線材保持構造の製造方法と異なる点を主として説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
【0075】
図１５は、第２実施形態に係る超電導線材保持構造の製造方法を示す工程図である。第２実施形態に係る超電導線材保持構造の製造方法は、準備工程Ｓ１と、充填工程Ｓ２とを有している。この点に関して、第２実施形態に係る超電導線材保持構造の製造方法は、第１実施形態に係る超電導線材保持構造の製造方法と共通している。
【0076】
第２実施形態に係る超電導線材保持構造の製造方法は、接続工程Ｓ３をさらに有している。接続工程Ｓ３は、準備工程Ｓ１の前に行われる。接続工程Ｓ３において、第１部分８ａに位置する超電導層８３と第２部分９ａに位置する超電導層９３との接続が行われる。この接続は、治具１０を用いて行われる。第２実施形態に係る超電導線材保持構造の製造方法では、準備工程Ｓ１において、第１部分８ａ及び第２部分９ｂが保持部材１の内部に配置される。第２実施形態に係る超電導線材保持構造の製造方法では、充填工程Ｓ２において、充填材３が充填材３を構成する第２材料（金属材料）の融点以上であって、保持部材１を構成する第１材料（樹脂材料）のガラス転移点未満の温度に加熱される。これらの点に関して、第２実施形態に係る超電導線材保持構造の製造方法は、第１実施形態に係る超電導線材保持構造の製造方法と異なっている。
【0077】
以下に、第２実施形態に係る超電導線材保持構造の効果を説明する。以下においては、第１実施形態に係る超電導線材保持構造の効果と異なる点を主として説明し、重複する説明は繰り返さないものとする。
【0078】
第１部分８ａにおいては超電導層８３が露出しているとともに、第２部分９ａにおいては超電導層９３が露出しているため、超電導層８３及び超電導層９３の表面に結露が生じるおそれがある。このような結露は、超電導層８３及び超電導層９３の超電導特性を劣化させる原因となる。第２実施形態に係る超電導線材保持構造においては、第１部分８ａ及び第２部分９ａと保持部材１との間に充填材３が充填されているため、上記のような結露の発生が抑制されている。
【0079】
第２実施形態に係る超電導線材保持構造においては、第１材料が樹脂材料（熱硬化性樹脂材料）であるとともに、第２材料が第１材料のガラス転移点よりも低い融点を有する金属材料であるため、保持部材１は軟化していないが、充填材３を溶融して流動性がある状態にすることにより、充填材３を保持部材１と超電導線材２との間に充填しやすい。
【0080】
第２実施形態に係る超電導線材保持構造が保持部材１の内部に配置された治具１０を有している場合には、超電導線材８と超電導線材９との間の接続強度を高めることが可能になる。また、この場合、接続工程Ｓ３が終了した後に治具１０を取り外す必要がなくなるため、製造工程を簡略化することができる。さらに、この場合、治具１０を取り外す際の作業ミスの発生による歩留まり低下を抑制することができる。
【0081】
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0082】
１ 保持部材、２ 超電導線材、２ａ 第１端、２ｂ 第２端、３ 充填材、４ ヒータ、５ 永久電流スイッチ、６ 超電導コイル、７ ケース、８ 超電導線材、８ａ 第１部分、８１ 基材、８２ 中間層、８３ 超電導層、８４ 保護層、９ 超電導線材、９ａ 第２部分、９１ 基材、９２ 中間層、９３ 超電導層、９４ 保護層、１０ 治具、１０ａ 第１部材、１０ｂ 第２部材、１０ｃ 固定部材、２１ 基材、２１ａ 第１層、２１ｂ 第２層、２１ｃ 第３層、２２ 中間層、２３ 超電導層、２３ａ 第１部分、２３ｂ 第２部分、２３ｃ 第３部分、２４，２４ａ，２４ｂ 保護層、ＰＷ 電源、Ｓ１ 準備工程、Ｓ２ 充填工程、Ｓ３ 接続工程、ＳＰ 空隙。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】