JP2007305386A - 超電導線材、超電導導体、超電導機器、超電導線材の製造方法、および超電導導体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】交流損失を低減できる超電導線材、超電導機器、超電導線材の製造方法、および超電導機器の製造方法を提供する。
【解決手段】多層構造のテープ状基板１１と、ａ面超電導層１２と、ｂ面超電導層１３とを備えている。ａ面超電導層１２は、テープ状基板１１の一方面１１ａ１上に形成されている。ｂ面超電導層１３は、テープ状基板１１の他方面１１ｂ１上に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、超電導線材、超電導導体、超電導機器、超電導線材の製造方法、および超電導導体の製造方法に関する。

従来、超電導線材は、基板と、基板上に形成される中間層と、中間層上に形成される超電導層とを備えている。このような超電導線材として、たとえば特開２００５−２７６４６５号公報（特許文献１）に開示の超電導線材が挙げられる。特許文献１に開示の超電導線材では、結晶配向性を有する基板と、２つ以上の中間層と、超電導層とを備えている。結晶性を有する基板としては、たとえばＮｉ，Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、およびＡｕなどを用いることが開示されている。
特開２００５−２７６４６５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示の超電導線材では、磁性を有する基板を用いている。そのため、該基板を備える超電導線材を変動磁界中に置いたとき、あるいは超電導線材に電流を流した場合の自己通電時の自己磁界中においては、磁場の影響を受けてヒステリシス損失、渦電流損失、および結合損失などの交流損失が大きくなるという問題がある。

それゆえ本発明の目的は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、交流損失を低減できる超電導線材、超電導導体、超電導機器、超電導線材の製造方法、および超電導導体の製造方法を提供することである。

本発明の一の局面における超電導線材によれば、テープ状の超電導線材であって、多層構造のテープ状基板と、テープ状基板の一方面上に形成される超電導層と、テープ状基板の他方面上に形成される超電導層とを備えている。

本発明の一の局面における超電導線材は、テープ状基材の両側に超電導層を備えている。一方面上に形成される超電導層および他方面上に形成される超電導層に挟まれた内側のテープ状基板などの内部には、超電導状態では外部磁場の侵入が低減される。そのため、超電導線材の内部、特にテープ状基板への磁場の侵入を遮蔽できる。よって、磁場の発生により生じる交流損失を低減できる。

上記超電導線材において好ましくは、超電導線材の幅は、超電導線材の厚みの１０倍以上である。

超電導状態では一方面上に形成される超電導層および他方面上に形成される超電導層に挟まれた内部への磁場侵入を防ぐために、超電導線材の幅を超電導線材の厚みの１０倍以上とすることによって、特に超電導線材の端部において、超電導状態での外部磁場の超電導線材の内部への侵入を防止できる。そのため、磁場の超電導線材への侵入をほぼ完全に遮蔽できる。よって、磁場の発生により生じる交流損失を著しく低減できる。

上記超電導線材において好ましくは、一方面上に形成される超電導層および他方面上に形成される超電導層の厚みは０．１μｍ以上１０μｍ以下である。

０．１μｍ以上とすることによって、磁場の侵入をほぼ完全に遮蔽できる。１０μｍ以下とすることによって、一方面上に形成される超電導層および他方面上に形成される超電導層の材料に欠陥（不完全性）が生じないので、磁場の遮蔽効果を維持できる。

上記超電導線材において好ましくは、テープ状基板は磁性を有する部分を含んでいる。
これにより、テープ状基板が磁性を有する部分を含む材料であっても、磁場の侵入を防止できる。また、磁性を有する部分を含む安価な材料を用いることができるので、交流電流損失を低減できる超電導線材におけるテープ状基板の材料の選択が大きい。

上記超電導線材において好ましくは、超電導線材の最表面を構成するように配置される絶縁被膜をさらに備えている。これにより、短絡を防止できる。

本発明の他の局面における超電導線材は、テープ状の超電導線材であって、基板と、基板上に形成される超電導層とを含む第１テープ状基材および第２テープ状基材を備えている。第１テープ状基材および第２テープ状基材の基板における超電導層が形成された面と反対側の面とが対向するように第１テープ状基材および第２テープ状基材が積層されている。

本発明の他の局面における超電導線材は、第１テープ状基材の超電導層および第２テープ状基材の超電導層に挟まれた内側の第１テープ状基材の基板および第２テープ状基材の基板には超電導状態では内部への磁場侵入が低減されるため、超電導状態での外部磁場の超電導線材の内部への侵入を防止できる。そのため、超電導線材の内部、特に基板への磁場の侵入を防止できる。よって、磁場の発生により生じる交流損失を低減できる。

本発明の超電導導体は、上記超電導線材を用いてなる。交流電流損失の低減された超電導線材を用いることにより、優れた特性となる。

本発明の超電導機器は、上記超電導線材を用いてなる。交流電流損失の低減された超電導線材を用いることにより、優れた特性となる。

本発明の超電導線材の製造方法によれば、テープ状の超電導線材を製造する方法であって、以下の工程を備えている。基板と、基板上に形成される超電導層とを含む第１テープ状基材および第２テープ状基材を準備する工程を実施する。準備する工程で準備される第１テープ状基材および第２テープ状基材の基板における超電導層が形成された面と反対側の面とが対向するように第１テープ状基材および第２テープ状基材を積層する工程を実施する。

本発明における超電導線材の製造方法は、基板同士を対向するように配置し対向させた面と反対の面側に超電導層を備えるように製造する。一方面上に形成される超電導層および他方面上に形成される超電導層に挟まれた領域は超電導状態では磁場の侵入がなくなるため、超電導状態での外部磁場の超電導線材の内部への侵入を防止できる。そのため、超電導線材、特に基板への磁場の侵入を遮蔽できる。よって、磁場の発生により生じる交流損失を低減できる超電導線材を製造できる。

本発明の超電導導体の製造方法によれば、上記超電導線材の製造方法により超電導線材を２以上製造する工程と、製造した超電導線材を集合または成形することにより成形体を得る工程とを備えている。成形体を得る工程は、成形体において超電導線材に流れる電流の向きと交差する方向における超電導線材の端部を含む一部分と、一部分と間隔を隔てて位置する成形体の他の部分との間の距離の平均が１ｍｍ以下となるように成形する工程を含んでいる。

距離の平均を１ｍｍ以下とすることによって、磁場の影響を受けにくい超電導導体を製造することができる。

本発明の超電導線材によれば、一方面上に形成される超電導層および他方面上に形成される超電導層に挟まれた領域は、超電導状態では磁場の侵入が低減されるため、超電導状態での外部磁場の超電導線材の内部への侵入を防止できる。よって、交流損失を低減できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における超電導線材を示し、（Ａ）は概略斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）における線分Ｉ（Ｂ）−Ｉ（Ｂ）での断面図である。図１を参照して、本発明の実施の形態１における超電導線材を説明する。本発明の実施の形態１における超電導線材１０は、図１に示すように、多層構造のテープ状基板１１と、ａ面超電導層１２と、ｂ面超電導層１３とを備えている。ａ面超電導層１２は、テープ状基板１１の一方面１１ａ１上に形成されている。ｂ面超電導層１３は、テープ状基板１１の他方面１１ｂ１上に形成されている。なお、一方面１１ａ１とはテープ状基板１１の表面を、他方面１１ｂ１とはテープ状基板１１の裏面を意味する。

テープ状基板１１は、多層構造である。多層構造とは、２以上の層からなる構造を意味する。実施の形態１では、図１に示すようにテープ状基板１１は基板１１ａ，１１ｂからなる２層構造としている。テープ状基板１１は２層以上の多層構造であれば特にこれに限定されず、たとえば、３層以上の層からなる構造であってもよい。たとえば図２に示すように、テープ状基板１１が３層構造である場合には、基板１１ａ，１１ｂの間に層１１ｃが配置されている。層１１ｃは、導電体からなっていても絶縁体からなっていてもよい。層１１ｃは特に限定されないが、基板１１ａと基板１１ｂとを接合するための接着層としてもよい。層１１ｃは、フレキシビリティが良好である観点から、Ｃｕまたはポリイミドからなる層や、カプトンテープ（Ｒ）を用いることが好ましい。なお、図２は、本発明の実施の形態１における他の例を示す断面図である。

詳細には、テープ状基板１１は、磁性を有する部分を含んでいてもよい。部分とは、テープ状基板１１の一部の層であっても全部の層であってもよく、一部の層とする場合には、一部の層のうちの全部であっても一部であってもよい。

テープ状基板１１は、たとえば金属配向テープを用いることができる。金属配向テープとは、テープ状基板１１を構成する金属原子が２軸配向している金属基板を意味する。

テープ状基板１１は、少なくとも表面層が、面内配向したニッケル、ニッケル系合金、銅、および銅合金のいずれかから構成されることが好ましい。なお、表面層とは、一方面および他方面を含む層である。これにより、面内の結晶配向性が良好であるため、テープ状基板１１上に形成されるａ面超電導層１２およびｂ面超電導層１３の結晶性が良好となる。実施の形態１では、テープ状基板１１を構成する基板１１ａ，１１ｂはＮｉ合金基板としている。なお、基板１１ａ，１１ｂの少なくとも一方は、それぞれ２層以上の層を含んでいてもよく、基板１１ａ，１１ｂが共に２層以上である場合には、基板１１ａの一方面１１ａ１、および基板１１ｂの他方面１１ｂ１を含む表面層を結晶配向したＮｉ、Ｎｉ系合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金のいずれかとすることが好ましい。

基板１１ａおよび１１ｂの表面層以外、または層１１ｃなどに相当するテープ状基板１１の表面層以外の層には、高強度材料であるＳＵＳなどを用いることもできる。

テープ状基板の厚みＤ１１は、０．０５μｍ以上２００μｍ以下とすることが好ましい。０．０５μｍ以上とすることによって、超電導線材１０の機械的強度を維持できる。２００μｍ以下とすることによって、超電導線材１０を薄膜とすることができる。なお、テープ状基板１１の厚みＤ１１は、構成するすべての層の厚みの合計である。

ａ面超電導層１２は、テープ状基板１１を構成する基板１１ａの一方面１１ａ１上に形成されている。ｂ面超電導層１３は、テープ状基板１１を構成する基板１１ｂの他方面１１ｂ１上に形成されている。ａ面超電導層１２およびｂ面超電導層１３は、レアアース系超電導体からなることが好ましい。レアアース系超電導体とは、ＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x（ｘは６〜８、より好ましくはほぼ７、ＲＥとはＧｄ、Ｓｍ、Ｈｏなどの希土類元素またはＹを意味する）として表される。ａ面超電導層１２およびｂ面超電導層１３がレアアース系超電導体であると、良好な超電導特性を維持しながら、交流損失の低減を図ることができる。

ａ面超電導層１２の厚みＤ１２およびｂ面超電導層１３の厚みＤ１３は、それぞれ０．１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。０．１μｍ以上とすることによって、磁場の侵入を完全に遮蔽できる。１０μｍ以下とすることによって、ａ面超電導層１２およびｂ面超電導層１３の材料に欠陥（不完全性）が生じず、磁場の遮蔽効果を維持できる。

超電導線材は、中間層を備えていてもよい。中間層を備えている場合には、図２に示すように、超電導線材２０は、テープ状基板１１の一方面１１ａ１上に形成されているａ面中間層１４と、テープ状基板１１の他方面１１ｂ１上に形成されているｂ面中間層１５とを備えている。

ａ面中間層１４およびｂ面中間層１５は、その上にａ面超電導層１２およびｂ面超電導層１３を形成できれば特に限定されず、１層または２層以上からなる。中間層が複数の層により構成される場合、中間層を構成するそれぞれの層は互いに異なる材質により構成されていてもよい。ａ面中間層１４およびｂ面中間層１５は、ａ面超電導層１２およびｂ面超電導層１３を安定して積層でき、かつ結晶配向した基板または中間層上にエピタキシャル成長して良好な結晶配向性を有するとともに結晶方位が安定する観点から、パイロクロマ型、蛍石型、岩塩型、又はペロブスカイト型の結晶構造を有する、１種以上の金属元素を含む金属酸化物であることが好ましい。酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、安定化ジルコニア、バリウムジルコネート（ＢａＺｒＯ_３）、アルミン酸ランタン（ＬａＡｌＯ_３）、Ｇｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７、ＳｍＧｄＯ_３、ＲＥ_２Ｏ_３（ＲＥ；Ｙ、ランタノイド）の群より選ばれる１種以上の単層若しくは複層からなるものが好ましい。

また、ａ面中間層１４およびｂ面中間層１５は、それぞれ０．３μｍ〜２．０μｍとすることが好ましい。０．３μｍ以上とすることによって、ａ面超電導層１２およびｂ面超電導層１３とテープ状基板１１との間で元素拡散を防止できる。２．０μｍ以下とすることによって、中間層にクラックが生じず、かつ結晶配向性を維持できる。

図２に示すように、超電導線材２０は、安定化層を備えていてもよい。安定化層を備えている場合には、図２に示すように、超電導線材２０は、ａ面超電導層１２上にａ面安定化層１６と、ｂ面超電導層１３上にｂ面安定化層１７とを備えている。ａ面安定化層１６およびｂ面安定化層１７は、ａ面超電導層１２およびｂ面超電導層１３を保護するとともに、外部電極との接触部として機能する。ａ面安定化層１６およびｂ面安定化層１７の材料は、特に限定されないが、たとえばＡｇ（銀）やＣｕ（銅）などを用いることができる。また、ａ面安定化層１６およびｂ面安定化層１７は、たとえば５μｍ〜３００μｍとすることができる。

図３に示すように、超電導線材の最表面を構成するように配置される絶縁被膜１８をさらに備えることが好ましい。超電導線材２０が絶縁被膜１８を備えていると、短絡を防止でき、特にコイルなどの超電導機器に用いる際に有効となる。絶縁被膜１８は、テープ状基板１１、ａ面超電導層１２、およびｂ面超電導層１３を囲むように配置される。ａ面安定化層１６、およびｂ面安定化層１７を備えている場合には、ａ面安定化層１６およびｂ面安定化層１７も囲むように配置されている。なお、図３は本発明の実施の形態１におけるさらに他の例を示す断面図である。

絶縁被膜１８は特に限定されないが、液体ヘリウムや液体窒素で形状を維持するとともに、絶縁性能も維持する観点から、有機系材料を用いることが好ましい。また、絶縁被膜１８の厚みは、超電導線材１０の可撓性を維持する観点から、２０μｍ〜１００μｍとすることが好ましい。

超電導線材１０の幅Ｌ１０は、超電導線材１０の厚みＷ１０の１０倍以上であることが好ましく、さらに好ましくは１００倍以上である。１０倍以上とすることによって、超電導線材１０の内部、特に磁性を有する基板へは外部に生じる磁場のまわり込みや侵入をより防いで、交流損失をより低減できる。１００倍以上とすることによって、交流損失をより一層低減できる。

なお、超電導線材の幅とは、超電導線材の延在する方向に垂直の短手方向の長さを意味する。また、超電導線材の厚みとは、図２のように中間層や安定化層を備えている場合にはａ面中間層１４、ｂ面中間層１５、ａ面超電導層１２、およびｂ面超電導層１３を含めた超電導線材３０の厚みを、図３のように絶縁被膜１８を備えている場合には絶縁被膜１８を含めた厚みを意味する。

次に、図１〜図４を参照して、実施の形態１における超電導線材１０の製造方法について説明する。なお、図４は、本発明の実施の形態１における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。

まず、基板１１ａと、基板１１ａ上に形成されるａ面超電導層１２とを含む第１テープ状基材Ｔ１、および、基板１１ｂと、基板１１ｂ上に形成されるｂ面超電導層１３とを含む第２テープ状基材Ｔ２を準備する工程（Ｓ１１）を実施する。準備する工程（Ｓ１１）で準備する第１テープ状基材Ｔ１は、ａ面中間層１４およびａ面安定化層１６の少なくとも一方を備えていてもよく、第２テープ状基材Ｔ２は、ｂ面中間層１５およびｂ面安定化層１７の少なくとも一方を備えていてもよい。

次に、準備する工程（Ｓ１１）で準備される第１テープ状基材Ｔ１および第２テープ状基材Ｔ２の基板１１ａ，１１ｂにおけるａ面超電導層１２およびｂ面超電導層１３が形成された面である一方面１１ａ１および他方面１１ｂ１とそれぞれ反対側の面１１ａ２，１１ｂ２とが対向するように第１テープ状基材Ｔ１および第２テープ状基材Ｔ２を積層する工程（Ｓ１２）を実施する。

積層する工程（Ｓ１２）では、たとえば反対側の面１１ａ２，１１ｂ２とが対向するように直接に配置することにより、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示す超電導線材１０を得ることができる。また、反対側の面１１ａ２，１１ｂ２との間に導電性接着剤、絶縁性接着剤、カプトンテープ（Ｒ）、ポリイミドなどの絶縁性層、およびＣｕなどの導電性層などを１層または複数層を介在させて、第１テープ状基材Ｔ１および第２テープ状基材Ｔ２を積層することにより、図２に示す超電導線材２０を得ることができる。

次に、図３に示すように、超電導線材の最表面を構成するように配置される絶縁被膜１８を形成する工程（Ｓ１３）を実施することが好ましい。この工程では、たとえばカプトンテープの半重ね合わせ巻きやカプトンテープの縦沿え巻きのようにして絶縁被膜１８を形成する。

以上の工程（Ｓ１１〜Ｓ１３）を実施することにより、本発明の実施の形態１における超電導線材１０，２０，３０を製造することができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態１における超電導線材によれば、テープ状の超電導線材１０，２０，３０であって、多層構造のテープ状基板１１と、テープ状基板１１の一方面１１ａ１上に形成されるａ面超電導層１２と、テープ状基板１１の他方面１１ｂ１上に形成されるｂ面超電導層１３とを備えている。ａ面超電導層１２およびｂ面超電導層１３に挟まれた領域は超電導状態では内部への磁場の侵入がなくなるので、テープ状基板１１の両側のａ面超電導層１２およびｂ面超電導層１３により、超電導状態で図１（Ｂ）における矢印Ｂのように外部磁場が侵入することを防止できる。そのため、外部磁場の超電導線材１０，２０，３０への侵入を遮蔽できる。よって、磁場の発生により生じる交流損失を低減できる。

また、本発明の実施の形態１における超電導線材は、テープ状の超電導線材１０，２０，３０であって、基板１１ａ，１１ｂと、基板１１ａ，１１ｂ上に形成される超電導層（ａ面超電導層１２およびｂ面超電導層１３）とを含む第１テープ状基材Ｔ１および第２テープ状基材Ｔ２を備え、第１テープ状基材Ｔ１および第２テープ状基材Ｔ２の基板１１ａ，１１ｂにおける超電導層が形成された面である一方面１１ａ１および他方面１１ｂ１と反対側の面１１ａ２，１１ｂ２とが対向するように第１テープ状基材Ｔ１および第２テープ状基材Ｔ２が積層されている。ａ面超電導層１２およびｂ面超電導層１３に挟まれた領域は超電導状態では内部への磁場の侵入がなくなるので、テープ状基板１１の両側のａ面超電導層１２およびｂ面超電導層１３により、超電導状態で図１（Ｂ）における矢印Ｂのように外部磁場が侵入することを防止できる。そのため、外部磁場の超電導線材１０，２０，３０への侵入を遮蔽できる。よって、磁場の発生により生じる交流損失を低減できる。

本発明の実施の形態１における超電導線材の製造方法によれば、テープ状の超電導線材１０，２０，３０を製造する方法であって、基板１１ａ，１１ｂと、基板１１ａ，１１ｂ上に形成される超電導層とを含む第１テープ状基材Ｔ１および第２テープ状基材Ｔ２を準備する工程（Ｓ１１）と、準備する工程（Ｓ１１）で準備される第１テープ状基材Ｔ１および第２テープ状基材Ｔ２の基板１１ａ，１１ｂにおける超電導層が形成された面である一方面１１ａ１および他方面１１ｂ１と反対側の面１１ａ２，１１ｂ２とが対向するように第１テープ状基材Ｔ１および第２テープ状基材Ｔ２を積層する工程（Ｓ１２）とを備えている。基板１１ａ，１１ｂを対向するように配置してなるテープ状基板１１の両側にａ面超電導層１２およびｂ面超電導層１３を備えるように超電導線材１０，２０，３０を製造する。よって、磁場の発生により生じる交流損失を低減できる。

（実施の形態２）
図５を参照して、本発明の実施の形態２における超電導線材を説明する。図５に示すように、実施の形態２の超電導線材４０は、基本的には実施の形態１における超電導線材１０と同様の構成を備えているが、中間層および超電導層が複数の層からなる点においてのみ異なる。なお、図５は、本発明の実施の形態２における超電導線材を示す断面図である。

詳細には、超電導線材４０において、テープ状基板１１の一方面１１ａ１上に形成されるａ面中間層１４は、ａ面第１中間層１４−１およびａ面第２中間層１４−２とを含んでいる。ａ面中間層１４の表面１４ａ上に形成されるａ面超電導層１２は、ａ面第１超電導層１２−１およびａ面第２超電導層１２−２を含んでいる。ａ面超電導層１２の表面１２ａ上にはａ面安定化層１６が形成されている。また、テープ状基板１１の他方面１１ｂ１上に形成されるｂ面中間層１５は、ｂ面第１中間層１５−１およびｂ面第２中間層１５−２を含んでいる。ｂ面中間層１５の表面１５ｂ上に形成されるｂ面超電導層１３は、ｂ面第１超電導層１３−１およびｂ面第２超電導層１３−２を含んでいる。ｂ面超電導層１３の表面１３ｂ上にはｂ面安定化層１７が形成されている。

ａ面超電導層１２、ｂ面超電導層１３、ａ面中間層１４、およびｂ面中間層１５は、２層含んでいることに特に限定されず、所望の特性を有するように、３層以上含んでいてもよいし、いずれかのみ１層であってもよい。

その他の構成および、超電導線材４０の製造方法については、実施の形態１と同様であるので、その説明は繰り返さない。なお、ａ面超電導層１２、ｂ面超電導層１３、ａ面中間層１４、およびｂ面中間層１５を、それぞれ２層含んでいる第１テープ状基材Ｔ１および第２テープ状基材Ｔ２を準備すれば、実施の形態１の超電導線材の製造方法と同様に実施できる。

以上説明したように、本発明の実施の形態２における超電導線材４０によれば、ａ面超電導層１２、ｂ面超電導層１３、ａ面中間層１４、およびｂ面中間層１５は複数の層を含んでいる。これにより、所望の性能を発現できる。

（実施の形態３）
図６、図７（Ａ）、および図７（Ｂ）を参照して、本発明の実施の形態３における超電導導体を説明する。図６は、本発明の実施の形態３における超電導導体を示す模式図である。図７（Ａ）は図６における領域ＶＩＩ（Ａ）の拡大図であり、（Ｂ）は図６における線分ＶＩＩ（Ｂ）−ＶＩＩ（Ｂ）での断面図である。実施の形態３における超電導導体７０は、実施の形態１における超電導線材１０を用いてなる。なお、実施の形態２における超電導線材４０を用いた超電導導体についても同様の効果を得られる。

図６に示すように、超電導導体７０は、多数本の超電導線材１０からそれぞれ構成される成形体７２〜７５を備えている。実施の形態３では、超電導導体７０は、４本の超電導導体を備えている。超電導線材１０はらせん状に巻かれることにより円筒となる成形体７２〜７５を構成する。そして、超電導導体７０の内側から順に芯材７１を中心として内側から順に成形体７２〜７４が配置されており、最外層には超電導線材１０からなる成形体７５が配置されている４層ケーブルとしている。なお、超電導導体７０を構成する成形体７２〜７５は、超電導導体７０の内側に位置するものほどその外径が小さくなっている。

なお、上記の構成に特に限定されず、超電導導体７０を構成する成形体７２〜７５のそれぞれは、２枚〜８０枚の超電導線材１０を組合せて形成してもよい。

また、図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示すように、超電導導体７０において、超電導線材に流れる電流の向き（図７（Ａ）における矢印の向き）と交差する方向における超電導線材の端部を含む一部分７２Ａと、一部分７２Ａと間隔を隔てて位置する超電導線材の他の部分７２Ｂとの間の距離Ｐの平均が１ｍｍ以下である。なお、距離Ｐの平均とは、任意の距離を１０点測定して得る距離の平均値を意味する。これにより、超電導導体７０は外部磁場の侵入をより防ぐことができるとともに、超電導線材１０の１本に印加される超電導線材の表面に垂直な磁場成分を低減でき、超電導線材に発生する通電損失や交流損失を低減できる。

なお、超電導導体７０は、超電導線材１０により製造されることに特に限定されず、ａ面中間層１４、ｂ面中間層１５、ａ面安定化層１６、およびｂ面安定化層１７を備えている超電導線材２０や、さらに絶縁被膜１８を備えている超電導線材３０を用いてなるものであってもよい。また、実施の形態２の超電導線材４０を用いてなるものであってもよい。

次に、図６〜図８を参照して、超電導導体７０の製造方法について説明する。図８は、本発明の実施の形態３における超電導ケーブルの製造方法を示すフローチャートである。

まず、超電導線材１０の製造方法（Ｓ１１〜Ｓ１３）により超電導線材を２以上製造する工程（Ｓ３１）を実施する。この工程（Ｓ１１〜Ｓ１３）により超電導線材１０を製造できる。これらの工程（Ｓ１１〜Ｓ１３）は、実施の形態１と同様であるのでその説明は繰り返さない。なお、実施の形態３では、４の超電導線材１０を製造している。

次に、製造した超電導線材１０を集合または成形することにより成形体を得る工程（Ｓ３２）を実施する。成形体を得る工程（Ｓ３２）は、成形体７２〜７５において超電導線材１０に流れる電流の向き（図７（Ａ）における矢印の方向）と交差する方向における超電導線材１０の端部を含む一部分７２Ａと、一部分７２Ａと間隔を隔てて位置する成形体の他の部分７２Ｂとの間の距離Ｐの平均が１ｍｍ以下となるように成形する工程を含んでいる。

実施の形態３では、図６に示すように、らせん状になるように超電導線材１０をらせん状になるように芯材７１と中心として円筒状に巻く成形体７２を形成している。この際に、超電導線材１０のそれぞれにおいて一部分７２Ａと、他の部分７２Ｂとの間の距離Ｐの平均が１ｍｍ以下となるように巻いている。すなわち、図６に示すようにらせん状に巻く場合には、超電導線材１０の長手方向の辺である境界線が重ならず、かつ隙間ができないように（距離Ｐの平均が１ｍｍ以下となるように）巻いている。

そして、図６に示すように、４つの超電導線材１０について工程（Ｓ３２）を実施することにより、それぞれの成形体７２〜７５を形成する。次に、図６に示すように、成形体７２〜７５を順に重ねる（同心円上に配置する）。具体的には、芯材７１の外周を覆うように成形体７２を配置する。さらに成形体７２の外周を覆うように成形体７３を配置する。さらに成形体７３の外周を覆うように成形体７４を配置する。さらに成形体７４の外周を覆うように成形体７５を配置する。

なお、「外周を覆うように配置」とは、外周の全部または一部を覆うように配置すればよい。なお、成形体７２〜７５は重なるに従ってその成形体の内径はその順に大きくなっている。

上記工程（Ｓ３２，Ｓ３３）を行なうことにより、実施の形態３における超電導導体７０を製造することができる。そして、成形体７２〜７５のａ面超電導層１２とｂ面超電導層１３とが互いに電気的に接続される。

なお、実施の形態３では、超電導導体の断面形状については、円形状の例を示したが、当該断面形状は円形状に限定されず、他の形状（三角形や四角形などの多角形状、あるいは曲面状部と直線状部とを組合せた形状など）であってもよい。

また、成形体としては、実施の形態３では超電導線材をらせん状に巻いてなる超電導導体について説明したが、並列に配置することにより成形体を得ることもできる。また、パンケーキ状に巻いてなる超電導コイル用などの超電導導体に用いることもできる。

また、距離Ｐは、たとえばらせん状に巻く場合には、図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示すように、電流が流れる方向に直交する方向において隣接する超電導線材の隙間である距離Ｐを意味する。たとえば複数枚の超電導線材を並列に並べる場合には、隣接する超電導線材の隙間の距離を意味する。

以上説明したように、本発明の実施の形態３における超電導導体７０によれば、実施の形態１における超電導線材１０を用いた超電導機器としている。そのため、超電導導体７０はａ面超電導層１２およびｂ面超電導層１３が両側に配置されている超電導線材１０を用いてなるので、超電導状態では外部から超電導線材１０内部への磁場の侵入を防ぐことができる。そのため、交流損失を低減できる超電導導体７０とできる。

また、本発明の実施の形態３における超電導導体７０の製造方法によれば、実施の形態１における超電導線材１０の製造方法により２以上の超電導線材１０を製造する工程（Ｓ１１〜Ｓ１３、Ｓ３１）と、超電導線材１０を集合または成形することにより成形体７２〜７５を得る工程（Ｓ３２）とを備え、成形体７２〜７５を得る工程（Ｓ３２）は、成形体７２〜７５において超電導線材１０に流れる電流の向きと交差する方向における超電導線材１０の端部を含む一部分と、一部分と間隔を隔てて位置する成形体の他の部分との間の距離の平均が１ｍｍ以下となるように成形する工程を含む。そのため、交流損失を低減できる超電導導体７０とできる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４における超電導機器は、実施の形態１または２の超電導線材１０，２０，３０，４０のいずれかを用いてなる。実施の形態３における超電導機器は、超電導ケーブルとしている。ただし、超電導機器は、超電導ケーブルに限定されず、たとえば、超電導コイルや電力貯蔵装置とすることもできる。

［実施例］
本発明による超電導線材の効果を確認するべく、以下の実施例１、比較例１〜３、および参考例１の超電導線材について交流損失および臨界電流値を測定した。

（実施例１の超電導線材）
実施例１では、実施の形態１の超電導線材とした。具体的には、実施例１の超電導線材は、Ｎｉ−Ｆｅからなる基板と、基板上に形成されるＨｏＢＣＯからなる超電導層とを含む第１テープ状基材および第２テープ状基材を準備する工程と、準備する工程で準備される第１テープ状基材および第２テープ状基材の基板における超電導層が形成された面と反対側の面とが対向するように第１テープ状基材および第２テープ状基材を積層する工程とを実施することにより得た。なお、第１テープ状基材および第２テープ状基材は、後述する比較例１の超電導線材を用いた。

得られる実施例１の超電導線材は、２の基板を含む２層構造のテープ状基板と、テープ状基板の一方面上に形成される第１中間層と、テープ状基板の他方面上に形成される第２中間層と、第１中間層上に形成される第１超電導層と、第２中間層上に形成される第２超電導層とを備えていた。なお、テープ状基板は磁性を有していた。また、超電導線材の幅は１ｃｍ、厚みは０．１ｍｍ、超電導層の厚みは１μｍとした。

（比較例１の超電導線材）
比較例１の超電導線材は、磁性のあるＮｉ−Ｆｅからなる基板と、基板上に形成されるＨｏＢＣＯからなる超電導層とを備えていた。なお、超電導線材の幅は１ｃｍ、厚みは０．１ｍｍ、超電導層の厚みは１μｍとした。

（参考例１の超電導線材）
参考例１の超電導線材は、基本的には比較例１の超電導線材と同様の構成を備えているが、基板として磁性のないハステロイからなる基板を用いた点においてのみ異なる。

（評価方法）
実施例１、比較例１、および参考例１の超電導線材の交流損失を測定した。その結果を図９および図１０などに示す。図９および図１０において、横軸は、通電電流（Ｉｐ）をそれぞれの臨界電流値（Ｉｃ）で割った正規化した値ｉを示し（単位：なし）、縦軸は交流損失をそれぞれの臨界電流値の２乗で割った正規化した値（規格化ロス）（単位：Ｊ／ｍ／ｃｙｃｌｅ／Ａ²）を示す。図９および図１０において規格化ロスが低いほど交流損失が低いことを意味する。なお、図９は、６０Ｈｚでの本発明の実施例の結果を示す図である。図１０は、３０Ｈｚ、６０Ｈｚ、および１２０Ｈｚでの本発明の実施例の結果を示す図である。

また、実施例１および比較例１の超電導線材について臨界電流値を測定した。実施例１および比較例１の超電導線材の臨界電流値は、それぞれ２２３．００Ａ、１１１．１８Ａであった。

図９に示すように、実施例１の超電導線材は、比較例１の超電導線材よりも規格化ロスを大きく低減できた。また、実施例１の超電導線材は、比較例１の超電導線材を用いてなるにも関わらず、比較例１よりも大きく規格化ロスを低減できた。また、実施例１の超電導線材は、磁性を有していない基板を備える参考例１とほぼ同様の規格化ロスを示し、磁性を有している基板を備えている場合においても規格化ロスを大きく低減できることがわかった。また、図１０に示すように、周波数の増減に関わらず、規格化損失は増加しないことがわかった。

以上説明したように、実施例１によれば、超電導層を基板の両側に備えることにより、磁性を有する基板の影響を受けずに、交流損失を低減できることの効果が確認できた。

今回開示された実施の形態および実施例はすべ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て特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１における超電導線材を示し、（Ａ）は概略斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）における線分Ｉ（Ｂ）−Ｉ（Ｂ）での断面図である。 本発明の実施の形態１における他の例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるさらに他の例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２における超電導線材を示す断面図である。 本発明の実施の形態３における超電導導体を示す模式図である。 （Ａ）は、図６における領域ＶＩＩ（Ａ）の拡大図であり、（Ｂ）は、図６における線分ＶＩＩ（Ｂ）−ＶＩＩ（Ｂ）での断面図である。 本発明の実施の形態３における超電導ケーブルの製造方法を示すフローチャートである。 ６０Ｈｚでの本発明の実施例の結果を示す図である。 ３０Ｈｚ、６０Ｈｚ、および１２０Ｈｚでの本発明の実施例の結果を示す図である。

符号の説明

１０，２０，３０，４０ 超電導線材、１１ テープ状基板、１１ａ１ 一方面、１１ｂ１ 他方面、１１ａ，１１ｂ 基板、１１ｃ 層、１１ａ２，１１ｂ２ 面、１２ ａ面超電導層、１２−１ ａ面第１超電導層、１２−２ ａ面第２超電導層、１２ａ，１３ｂ，１４ａ，１５ｂ 表面、１３ ｂ面超電導層、１３−１ ｂ面第１超電導層、１３−２ ｂ面第２超電導層、１４ ａ面中間層、１５ ｂ面中間層、１５−１ ｂ面第１中間層、１５−２ ｂ面第２中間層、１６ ａ面安定化層、１７ ｂ面安定化層、１８ 絶縁被膜、７０ 超電導導体、７１ 芯材、７２〜７５ 形成体、７２Ａ 一部分、７２Ｂ 他の部分、Ｐ 距離、Ｔ１ 第１テープ状基材、Ｔ２ 第２テープ状基材。

Claims (10)

1. テープ状の超電導線材であって、
   多層構造のテープ状基板と、
   前記テープ状基板の一方面上に形成される超電導層と、
   前記テープ状基板の他方面上に形成される超電導層とを備える、超電導線材。
2. 前記超電導線材の幅は、前記超電導線材の厚みの１０倍以上である、請求項１に記載の超電導線材。
3. 前記一方面上に形成される超電導層および前記他方面上に形成される超電導層の厚みは０．１μｍ以上１０μｍ以下である、請求項１または２に記載の超電導線材。
4. 前記テープ状基板は磁性を有する部分を含む、請求項１〜３のいずれかに記載の超電導線材。
5. 前記超電導線材の最表面を構成するように配置される絶縁被膜をさらに備える、請求項１〜４のいずれかに記載の超電導線材。
6. テープ状の超電導線材であって、
   基板と、前記基板上に形成される超電導層とを含む第１テープ状基材および第２テープ状基材を備え、
   前記第１テープ状基材および前記第２テープ状基材の前記基板における前記超電導層が形成された面と反対側の面とが対向するように前記第１テープ状基材および前記第２テープ状基材が積層された、超電導線材。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の超電導線材を２以上用いてなる、超電導導体。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の超電導線材を用いてなる、超電導機器。
9. テープ状の超電導線材を製造する方法であって、
   基板と、前記基板上に形成される超電導層とを含む第１テープ状基材および第２テープ状基材を準備する工程と、
   前記準備する工程で準備される前記第１テープ状基材および前記第２テープ状基材の前記基板における前記超電導層が形成された面と反対側の面とが対向するように前記第１テープ状基材および前記第２テープ状基材を積層する工程とを備える、超電導線材の製造方法。
10. 請求項９に記載の超電導線材の製造方法により超電導線材を２以上製造する工程と、
    製造した前記超電導線材を集合または成形することにより成形体を得る工程とを備え、
    前記成形体を得る工程は、前記成形体において前記超電導線材に流れる電流の向きと交差する方向における前記超電導線材の端部を含む一部分と、前記一部分と間隔を隔てて位置する前記成形体の他の部分との間の距離の平均が１ｍｍ以下となるように成形する工程を含む、超電導導体の製造方法。

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