JP2010033821A - 超電導線材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的強度を確実に向上させるとともに、ジョイント時の半田接合に起因した補強用テープの接合不良の発生を抑制することが可能な超電導線材およびその製造方法を提供する。
【解決手段】超電導線材１は、超電導体からなるフィラメント１２が銀からなるシース部１１に覆われて構成されたテープ状の形状を有する金属被覆超電導部材１０と、ステンレス鋼からなり、金属被覆超電導部材１０の両方の主面上に配置されたテープ状の形状を有する補強部材２０と、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０との間に配置され、銀と、ステンレス鋼を構成する鉄、クロムなどの金属との合金を含む合金部４０とを備えている。そして金属被覆超電導部材１０と補強部材２０とは、合金部４０により接合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、超電導線材およびその製造方法に関し、より特定的には、金属製の補強部材により補強された超電導線材およびその製造方法に関する。

近年、たとえばＢｉ２２２３相などを含む酸化物超電導体を金属被覆した多芯線からなる超電導線材は、液体窒素温度での使用が可能であるとともに、高い臨界電流密度が得られること、長尺化が容易であること等の利点を有していることから、超電導ケーブルやマグネットへの応用が期待されている。

このような超電導線材は、たとえば次のように製造される。まず、超電導体の前駆体粉末を銀などからなる金属管に充填する。次に、前駆体粉末が充填された金属管を伸線加工することにより、単芯線材を作製する。さらに、複数の単芯線材を束ねて金属管内に挿入し、伸線加工して多芯線材とする。そして、当該多芯線材に対して圧延と熱処理（焼結処理）とを繰り返して実施することにより前駆体粉末から超電導相が生成し、超電導体が金属に覆われて構成されたテープ状の超電導線材が得られる。

ここで、超電導体を覆う金属としては、一般に銀や銀合金などが採用される。一方、超電導線材においては、ケーブル等として用いられた場合の破断等を回避するため、十分な引張強度などの機械的性質の確保が求められる。しかし、超電導体を覆う銀や銀合金などの金属は十分な強度を有していないため、超電導線材は必ずしも十分な機械的性質を有しているとはいえない。

これに対し、超電導線材にステンレス鋼などの強度の高い素材からなるテープを半田接合によりはり合わせる方策が提案されている（たとえば特許文献１参照）。これにより、超電導線材の機械的性質を向上させることができる。
米国特許第５８０１１２４号明細書

しかしながら、補強用のテープを構成する素材によっては、当該テープを超電導線材に対して十分な強度で接合できない場合がある。特に、補強用テープの素材としてステンレス鋼を採用した場合、ステンレス鋼と半田との接合性が十分でないことに起因して接合不良が発生し易く、超電導線材の強度を確実に向上させることが難しいという問題がある。さらに、超電導線材をケーブルやコイルとして実際に使用する場合、超電導線材同士のジョイントが必要となる。一般に、超電導線材同士のジョイントは半田付けにより実施される場合が多い。しかし、補強用テープと超電導線材との接合が半田付けにより実施されている場合、ジョイントの半田付けの際に超電導線材と補強用テープとを接合する半田が溶融し、ジョイント付近において補強用テープと超電導線材との接合不良が発生するという問題が生じ得る。

そこで、本発明の目的は、機械的強度を確実に向上させるとともに、ジョイント時の半田接合に起因した補強用テープの接合不良の発生を抑制することが可能な超電導線材およびその製造方法を提供することである。

本発明に従った超電導線材は、第１の金属により被覆されたテープ状の金属被覆超電導部材と、第１の金属とは異なる第２の金属からなり、金属被覆超電導部材の少なくとも一方の主面上に配置されたテープ状の形状を有する補強部材と、金属被覆超電導部材と補強部材との間に配置され、第１の金属と第２の金属との合金を含む合金部とを備えている。そして、金属被覆超電導部材と補強部材とは、当該合金部により接合されている。

本発明の超電導線材においては、金属被覆超電導部材と補強部材との間に超電導体を被覆する第１の金属と補強部材を構成する第２の金属との合金を含む合金部が形成されており、当該合金部によって金属被覆超電導部材と補強部材とが接合されている。そのため、金属被覆超電導部材と補強部材とが強固に接合され、超電導線材の機械的強度を確実に向上させることができる。また、合金部の融点は半田の融点よりも高くなるため、ジョイントの半田付けの際に金属被覆超電導部材と補強部材との接合不良の発生が抑制される。その結果、本発明の超電導線材によれば、機械的強度を確実に向上させるとともに、ジョイント時の半田接合に起因した補強用テープの接合不良の発生を抑制することが可能な超電導線材を提供することができる。

ここで、超電導体を覆う第１の金属としては、銀、銀合金などを採用することができる。銀合金としては、たとえば銀とマンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）などとの合金が挙げられる。また、補強部材を構成する素材としては、ステンレス鋼、ステンレス合金、銅合金（たとえば黄銅、Ｃｕ−Ｓｎ（スズ）、Ｃｕ−Ｂｅ（ベリリウム）など）、ニッケル（Ｎｉ）合金、アルミニウム（Ａｌ）合金などを採用することができる。また、上記合金部は、たとえば金属被覆超電導部材と補強部材とを溶接することにより形成することができる。

上記超電導線材においては、上記金属被覆超電導部材は複数積層されることにより積層構造を形成していてもよい。これにより、金属被覆超電導部材の断面積を拡大し、超電導線材の電流容量を大きくすることができる。

上記超電導線材において好ましくは、上記積層構造は、他の補強部材をさらに含んでいる。これにより、金属被覆超電導部材の断面積を拡大した場合でも、十分な機械的強度を確保することが容易となる。

本発明に従った超電導線材の製造方法は、第１の金属により被覆されたテープ状の金属被覆超電導部材を準備する工程と、金属被覆超電導部材の少なくとも一方の主面に、第１の金属とは異なる第２の金属からなり、テープ状の形状を有する補強部材の主面を接触させつつ、金属被覆超電導部材と補強部材とが接触する領域に通電することにより、金属被覆超電導部材と補強部材とを溶接する工程とを備えている。

本発明の超電導線材の製造方法においては、金属被覆超電導部材と補強部材とが接触する領域に通電して両者を溶接することにより、金属被覆超電導部材と補強部材との間に合金部が形成される。そして、当該合金部によって金属被覆超電導部材と補強部材とを接合することができる。そのため、金属被覆超電導部材と補強部材とが強固に接合され、超電導線材の機械的強度を確実に向上させることができる。また、合金部の融点は半田の融点よりも高くなるため、ジョイントの半田付けの際における金属被覆超電導部材と補強部材との間の接合不良の発生が抑制される。その結果、本発明の超電導線材の製造方法によれば、機械的強度を確実に向上させるとともに、ジョイント時の半田接合に起因した補強用テープの接合不良の発生を抑制した超電導線材を製造することができる。ここで、金属被覆超電導部材と補強部材とを溶接するための上記通電は、たとえば金属被覆超電導部材と補強部材とに電極を接触させて実施してもよいし、金属被覆超電導部材および補強部材の近傍に配置したコイルに高周波電流を流すことにより電磁誘導作用を利用して実施してもよい。

上記超電導線材の製造方法において好ましくは、金属被覆超電導部材と補強部材とを溶接する工程よりも前に、金属被覆超電導部材の上記少なくとも一方の主面（補強部材と接触する主面）および補強部材の上記主面（金属被覆超電導部材と接触する主面）の少なくともいずれか一方の粗さを大きくする工程をさらに備えている。

補強部材と接触する金属被覆超電導部材の主面および金属被覆超電導部材と接触する補強部材の主面の少なくともいずれか一方の表面粗さを溶接前に大きくしておくことにより、接触部分の接触面積を減少させ、当該部分の電気抵抗を上昇させることができる。その結果、金属被覆超電導部材と補強部材との間に通電した際における発熱を金属被覆超電導部材と補強部材との接触部に集中させることが可能となり、確実な溶接が可能となるとともに、当該発熱の他の領域への影響を低減することができる。

なお、上述のように、表面粗さを大きくするのは金属被覆超電導部材であってもよいし、補強部材であってもよく、また両方であってもよいが、超電導線材の機械的強度を向上させる観点から、強度の高い補強部材の主面の表面粗さを大きくすることが好ましい。また、粗さを大きくするための手段は特に限定されないが、たとえばサンドペーパーを用いて金属被覆超電導部材および／または補強部材の主面の粗さを大きくすることができる。

上記超電導線材の製造方法において好ましくは、金属被覆超電導部材と補強部材とを溶接する工程よりも前に、金属被覆超電導部材の上記少なくとも一方の主面を洗浄する工程をさらに備えている。

一般に、作製されたテープ状の金属被覆超電導部材は、渦巻状に巻かれた状態で取り扱われる。このとき、渦巻状に巻かれたテープ状の金属被覆超電導部材の癒着等を防止する目的で、金属被覆超電導部材の表面にはＺｒ酸化物（ジルコニウム酸化物）などからなるセパレータが付着している場合が多い。このセパレータは、金属被覆超電導部材と補強部材とを溶接する際の接合不良の原因となり得る。そのため、金属被覆超電導部材と補強部材とを溶接する工程よりも前に、金属被覆超電導部材の上記少なくとも一方の主面を洗浄してセパレータを除去しておくことにより、金属被覆超電導部材と補強部材とを一層強固に接合することができる。この洗浄は、たとえば金属被覆超電導部材を構成する第１の金属を溶解可能な溶液を用いて、第１の金属からなる金属被覆超電導部材の一部とともにセパレータを除去することにより、実施することができる。

上記超電導線材の製造方法においては、上記第１の金属は銀または銀合金とすることができる。この場合、金属被覆超電導部材の上記少なくとも一方の主面を洗浄する工程では、金属被覆超電導部材がアンモニア水と過酸化水素水との混合液中に浸漬されることにより、金属被覆超電導部材の上記少なくとも一方の主面が洗浄されることが好ましい。

アンモニア水と過酸化水素水との混合液は、銀や銀合金を溶解する作用を有している。そのため、金属被覆超電導部材を当該混合液に浸漬することにより、銀または銀合金とともにセパレータを除去できるため、セパレータの残留による接合不良の発生をより確実に抑制することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の超電導線材およびその製造方法によれば、機械的強度を確実に向上させるとともに、ジョイント時の半田接合に起因した補強用テープの接合不良の発生を抑制することが可能な超電導線材およびその製造方法を提供することができる。

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番号を付し、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
以下、本発明の一実施の形態である実施の形態１ついて説明する。図１は、実施の形態１における超電導線材の構成を示す概略図である。

図１を参照して、本実施の形態における超電導線材１は、テープ状の形状を有する金属被覆超電導部材１０と、金属被覆超電導部材１０の両側の主面上に配置されたテープ状の形状を有する補強部材２０と、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０との間に配置された合金部４０とを備えている。金属被覆超電導部材１０は、線状の形状を有し、超電導体からなる複数のフィラメント１２と、フィラメント１２を覆い、第１の金属としての銀からなるシース部１１とを含んでいる。つまり、金属被覆超電導部材１０は、第１の金属としての銀により被覆されたテープ状の金属被覆超電導部材である。

補強部材２０は、銀よりも引張強度が高い金属であるステンレス鋼からなっている。この補強部材２０は、金属被覆超電導部材１０を挟むように配置されている。また、合金部４０は、シース部１１を構成する銀と補強部材２０を構成するステンレス鋼に含まれる鉄、クロムなどの金属元素との合金を含んでいる。この合金部４０は、たとえば後述するように、金属被覆超電導部材１０のシース部１１と補強部材２０とを溶接することにより形成することができる。そして、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０とは、合金部４０により接合（たとえば溶接）されている。

本実施の形態における超電導線材１においては、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０との間に合金部４０が形成されており、当該合金部４０によって金属被覆超電導部材１０と補強部材２０とが接合されている。そのため、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０とが強固に接合され、超電導線材１の機械的強度が確実に向上している。また、合金部４０の融点は半田の融点よりも高いため、ジョイントの半田付けの際に金属被覆超電導部材１０と補強部材２０との間に接合不良が発生することが抑制されている。その結果、本実施の形態における超電導線材１は、機械的強度が確実に向上するとともに、ジョイント時の半田接合に起因した補強用テープの接合不良の発生が抑制された超電導線材となっている。

次に、実施の形態１における超電導線材の製造方法について説明する。図２は、実施の形態１における超電導線材の製造方法の概略を示すフローチャートである。また、図３、図５および図６は、実施の形態１における超電導線材の製造方法を説明するための概略断面図である。また、図４は、実施の形態１における超電導線材の製造装置の構成を示す概略図である。

図２を参照して、まず、工程（Ｓ１０）として超電導部材準備工程が実施される。この工程（Ｓ１０）では、図３を参照して、線状の超電導体であるフィラメント１２が第１の金属としての銀からなるシース部１１に覆われて構成されたテープ状の形状を有する金属被覆超電導部材１０が準備される。具体的には、金属被覆超電導部材１０は以下のように作製することができる。

まず、前駆体粉末としてたとえばＢｉ２２１２を準備し、当該前駆体粉末を銀からなる金属管に充填する。ここで、Ｂｉ２２１２とは、ビスマス（Ｂｉ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）、銅（Ｃｕ）および酸素（Ｏ）を含み、さらに必要に応じて鉛（Ｐｂ）を含むＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系またはＢｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の化合物（酸化物）であって、原子比でＢｉ（およびＰｂ）：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕが２：２：１：２の比率で近似的に表されるものをいう。次に、前駆体粉末が充填された金属管を伸線加工することにより、単芯線材を作製する。

さらに、複数の単芯線材を束ねて金属管内に挿入し、伸線加工して多芯線材とする。そして、当該多芯線材に対して圧延と熱処理（焼結処理）とを繰り返して実施することにより前駆体粉末から超電導相であるＢｉ２２２３相が生成し、フィラメント１２がシース部１１に覆われたテープ状の形状を有する金属被覆超電導部材１０が得られる。ここで、Ｂｉ２２２３とは、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系またはＢｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の化合物（酸化物）であって、原子比でＢｉ（およびＰｂ）：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕが２：２：２：３の比率で近似的に表されるものをいう。

次に、図２を参照して、工程（Ｓ２０）〜（Ｓ６０）として、補強部材表面処理工程、超電導部材洗浄工程、積層工程、溶接工程および巻き取り工程が順次実施される。この工程（Ｓ２０）〜（Ｓ６０）は、以下に説明する実施の形態１における超電導線材の製造装置を用いて連続的に実施される。

図４を参照して、実施の形態１における超電導線材の製造装置９０は、超電導部材保持リール９１と、一対の補強部材保持リール９２と、線材巻き取りリール９３と、洗浄槽９４と、洗浄液除去槽９５と、一対のロール状電極９６と、表面処理部材９７とを備えている。超電導部材保持リール９１は、テープ状の形状を有する金属被覆超電導部材１０が巻きつけられることにより金属被覆超電導部材１０を保持する機能を有している。一対の補強部材保持リール９２は、図５に示すようにテープ状の形状を有する補強部材２０が巻き付けられることにより補強部材２０を保持する機能を有しており、一対の補強部材保持リール９２から引き出された補強部材２０によって、超電導部材保持リール９１から引き出された金属被覆超電導部材１０を両方の主面側から挟みつけることが可能な位置に配置されている。

洗浄槽９４は、超電導部材保持リール９１から引き出した金属被覆超電導部材１０を浸漬することにより、表面のセパレータ等を除去する洗浄液９４Ａを保持する機能を有している。洗浄液除去槽９５は、洗浄槽９４から見て超電導部材保持リール９１とは反対側に配置され、金属被覆超電導部材１０が浸漬されることにより金属被覆超電導部材１０に付着した洗浄液９４Ａを除去する洗浄液除去液９５Ａを保持する機能を有している。表面処理部材９７は、一対の補強部材保持リール９２から引き出された補強部材２０を両方の主面側から挟みつけることが可能な位置にそれぞれ配置され、表面にサンドペーパーが設置された第１部材９７Ａと、第１部材９７Ａに設置されたサンドペーパーに対向するように配置された第２部材９７Ｂとを含んでいる。そして、第１部材９７Ａと第２部材９７Ｂとの間に補強部材２０を挟んで補強部材２０の主面にサンドペーパーを押し付けることにより、当該主面の粗さを大きくする機能を有している。

一対のロール状電極９６は、洗浄液除去槽９５から見て洗浄槽９４とは反対側に配置され、金属被覆超電導部材１０を補強部材２０により挟むように金属被覆超電導部材１０および補強部材２０を積層するとともに、金属被覆超電導部材１０および補強部材２０の厚み方向に通電することにより金属被覆超電導部材１０と補強部材２０との間に合金部４０を形成して、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０とを溶接する機能を有している。線材巻き取りリール９３は、ロール状電極９６から見て洗浄液除去槽９５とは反対側に配置され、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０とが溶接されて完成した超電導線材１を巻き取る機能を有している。

次に、工程（Ｓ２０）〜（Ｓ６０）の具体的手順について説明する。図２を参照して、工程（Ｓ２０）では、補強部材２０の一方の主面の粗さを大きくする表面処理が実施される。具体的には、図４を参照して、補強部材保持リール９２から引き出されたテープ状の補強部材２０が表面処理部材９７の第１部材９７Ａおよび第２部材によって挟まれつつ第１部材９７Ａおよび第２部材の間を通過することにより、金属被覆超電導部材１０に接触する側の主面にサンドペーパーが押し付けられる。これにより、補強部材２０の一方の主面が荒らされて当該主面の粗さ、たとえば主面の表面粗さＲａが大きくなる。この工程（Ｓ２０）は、後述する工程（Ｓ３０）と並行して実施することができる。

一方、図２を参照して、工程（Ｓ３０）では金属被覆超電導部材１０を洗浄することにより、セパレータなどを除去する処理が実施される。具体的には、図４を参照して、まず金属被覆超電導部材１０が洗浄槽９４に保持された洗浄液９４Ａ中に浸漬される。ここで、洗浄液９４Ａとしては、たとえばアンモニア水と過酸化水素水とを２：１の割合で混合した混合液を採用することができる。これにより、金属被覆超電導部材１０のシース部１１を構成する銀が僅かに溶解し、溶解した銀とともに表面に付着したセパレータが除去される。その後、金属被覆超電導部材１０が洗浄液除去槽９５に保持された洗浄液除去液９５Ａ中に浸漬される。ここで、洗浄液除去液９５Ａとしては、たとえば水（純水）を採用することができる。これにより、金属被覆超電導部材１０に付着した洗浄液９４Ａが除去される。以上の手順により、工程（Ｓ３０）が完了する。

次に、図２を参照して、工程（Ｓ４０）では一対の補強部材２０により金属被覆超電導部材１０を挟むように、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０とを積層する工程が実施される。具体的には、図４を参照して、一対の補強部材保持リール９２から引き出された補強部材２０が金属被覆超電導部材１０を両方の主面側から挟むように、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０とが一対のロール状電極９６の間において積層される。これにより、図６を参照して、金属被覆超電導部材１０の両側の主面に接触して補強部材２０が積層された状態となる。このとき、後述する工程（Ｓ５０）における溶接を容易に実施するため、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０との間にフラックスを供給してもよい。フラックスとしては、たとえば銀ロウ用フラックスを採用することができる。

次に、図２を参照して、工程（Ｓ５０）では、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０との溶接が実施される。具体的には、図４を参照して、一対のロール状電極９６の間に電流が流される。これにより、図６を参照して、金属被覆超電導部材１０および補強部材２０の厚み方向に電流が流れる。このとき、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０との界面付近は電気抵抗が高いため、当該領域における発熱が大きくなる。その結果、図１を参照して、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０との間において金属被覆超電導部材１０を構成する銀と補強部材２０を構成するステンレス鋼とが溶融する。そして、その後冷却されることにより、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０との間に、銀と、ステンレス鋼を構成する鉄、クロムなどの金属との合金からなる合金部４０が形成される。すなわち、合金部４０は、溶接により形成される溶接部である。この合金部４０により、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０とは強固に接合（溶接）される（シーム溶接）。

特に、本実施の形態では、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０とが積層される前に、金属被覆超電導部材１０と接触する補強部材２０の主面の粗さを大きくする処理が実施されているため、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０との界面付近の電気抵抗が一層高くなっており、当該領域に発熱が集中する。その結果、図１を参照して、超電導体からなるフィラメント１２に与える影響を抑制しつつ、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０との溶接を実施することができる。この工程により、本実施の形態における超電導線材１が完成する。

次に、図２を参照して工程（Ｓ６０）では、工程（Ｓ５０）が実施されて完成した超電導線材１が巻き取られる。具体的には、図４を参照して、一対のロール状電極９６の間を通過して完成した超電導線材１が線材巻き取りリール９３に巻き取られる。以上の手順により、本実施の形態における超電導線材の製造方法は完了し、渦巻状に巻き取られた上記本実施の形態における超電導線材１が得られる。

（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態である実施の形態２について説明する。実施の形態２における超電導線材およびその製造方法は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態２における超電導線材の製造方法においては、使用される製造装置の構成が実施の形態１とは一部相違しており、これに起因して工程（Ｓ４０）および（Ｓ５０）の手順が一部異なっている。

図７は、実施の形態２における超電導線材の製造装置の構成を示す概略図である。図７および図４を参照して、実施の形態２における超電導線材の製造装置９０は、実施の形態１の場合と基本的には同様の構成を有し、同様に動作する。しかし、実施の形態２における超電導線材の製造装置９０は、一対のロール状電極９６に代えて、一対のロール９８と、高周波コイル９９とが配置されている点において、実施の形態１の場合とは異なっている。

図７を参照して、実施の形態２における超電導線材の製造装置９０が備える一対のロール９８は、洗浄液除去槽９５から見て洗浄槽９４とは反対側に配置され、金属被覆超電導部材１０を補強部材２０により挟みつけるように金属被覆超電導部材１０および補強部材２０を積層する機能を有している。また、高周波コイル９９は、一対のロール９８から見て洗浄液除去槽９５とは反対側に配置されており、電磁誘導作用により金属被覆超電導部材１０および補強部材２０の厚み方向に電流を流すことにより、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０とを溶接する機能を有している。

次に、実施の形態２における超電導線材の製造方法について説明する。図２を参照して、まず、工程（Ｓ１０）〜（Ｓ３０）が実施の形態１の場合と同様に実施される。そして、工程（Ｓ４０）では、図７を参照して、一対の補強部材保持リール９２から引き出された補強部材２０が金属被覆超電導部材１０を両方の主面側から挟むように、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０とが一対のロール９８の間において積層される。これにより、図６を参照して、実施の形態１の場合と同様に金属被覆超電導部材１０の両側の主面に接触して補強部材２０が積層された状態となる。

次に、工程（Ｓ５０）では、電源装置（図示しない）から供給される高周波電流が高周波コイル９９に流される。これにより、電磁誘導作用によって図６に示すように積層された金属被覆超電導部材１０および補強部材２０の厚み方向に電流が流れる。その結果、実施の形態１の場合と同様に、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０との間に合金部４０が形成され、この合金部４０により、金属被覆超電導部材１０と補強部材２０とが強固に接合（溶接）される。

（実施の形態３）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態３について説明する。実施の形態３における超電導線材は、基本的には実施の形態１の場合と同様の構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態３における超電導線材においては、金属被覆超電導部材１０の構成において、実施の形態１の場合とは異なっている。

図８は、実施の形態３における超電導線材の構成を示す概略図である。図８を参照して、実施の形態３における超電導線材１においては、金属被覆超電導部材１０が２層積層されることにより、積層構造が形成されている。そして、積層構造を構成する金属被覆超電導部材１０同士の間には、金属被覆超電導部材１０のシース部１１を構成する銀が溶融した後凝固することにより形成された溶接部５０が配置されている。この溶接部５０により、積層構造を構成する金属被覆超電導部材１０同士は強固に接合されている。実施の形態３における超電導線材１によれば、超電導線材１の長手方向に垂直な断面において、金属被覆超電導部材１０の断面積が大きくなるため、超電導線材の電流容量を大きくすることができる。

次に、実施の形態３における超電導線材の製造方法を説明する。上記実施の形態３における超電導線材は、実施の形態１の場合と基本的には同様に製造することができる。すなわち、実施の形態３においては、図４を参照して、金属被覆超電導部材１０が巻き付けられた超電導部材保持リール９１をさらに１つ準備し、２つの補強部材２０に挟まれるようにロール状電極９６の間に金属被覆超電導部材１０をさらに１つ供給することにより、実施の形態３における超電導線材１を製造することができる。なお、図２を参照して、実施の形態３における工程（Ｓ５０）においては、金属被覆超電導部材１０同士の界面の電気抵抗も大きくなるため、金属被覆超電導部材１０および補強部材２０の厚み方向に通電されることにより、金属被覆超電導部材１０同士の界面付近において金属被覆超電導部材１０のシース部１１を構成する銀が溶融し、溶接部５０が形成される。

（実施の形態４）
次に、本発明のさらに他の実施の形態である実施の形態４について説明する。実施の形態４における超電導線材は、基本的には実施の形態３の場合と同様の構成を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態４における超電導線材においては、積層構造の構成において、実施の形態３の場合とは異なっている。

図９は、実施の形態４における超電導線材の構成を示す概略図である。図９を参照して、実施の形態４における超電導線材１においては、積層構造を構成する金属被覆超電導部材１０の間に他の補強部材である補強部材２０が配置されている点において、実施の形態３の場合とは異なっている。そして、当該補強部材２０と金属被覆超電導部材１０との間には、シース部１１を構成する銀と補強部材２０を構成するステンレス鋼に含まれる鉄、クロムなどの金属元素との合金を含む合金部４０が配置されている。この合金部４０により、積層構造を構成する金属被覆超電導部材１０と当該補強部材２０とは強固に接合されている。

次に、実施の形態４における超電導線材の製造方法を説明する。上記実施の形態４における超電導線材は、実施の形態３の場合と基本的には同様に製造することができる。すなわち、実施の形態４においては、図４を参照して、金属被覆超電導部材１０が巻き付けられた超電導部材保持リール９１をさらに１つ準備し、２つの補強部材２０に挟まれるようにロール状電極９６の間に金属被覆超電導部材１０をさらに１つ供給するとともに、補強部材２０が巻き付けられた補強部材保持リール９２をさらに１つ準備し、２つの金属被覆超電導部材１０に挟まれるようにロール状電極９６の間に補強部材２０をさらに１つ供給することにより、実施の形態４における超電導線材１を製造することができる。なお、図２を参照して、実施の形態４における工程（Ｓ５０）においては、積層構造を構成する金属被覆超電導部材１０と、当該金属被覆超電導部材１０に挟まれる補強部材２０との界面の電気抵抗も大きくなるため、金属被覆超電導部材１０および補強部材２０の厚み方向に通電されることにより、金属被覆超電導部材１０と当該金属被覆超電導部材１０に挟まれる補強部材２０との界面付近において合金部４０が形成される。

なお、上記実施の形態においては、金属被覆超電導部材と補強部材とが溶接される前に金属被覆超電導部材に接触する補強部材の主面の粗さを大きくする工程が実施される場合について説明したが、本発明の超電導線材の製造方法はこれに限られない。超電導体への影響を抑制しつつ十分な強度で金属被覆超電導部材と補強部材とを接合できる場合、当該工程を省略することができる。また、上記実施の形態においては、金属被覆超電導部材と補強部材とが溶接される前に金属被覆超電導部材が洗浄される工程が実施される場合について説明したが、本発明の超電導線材の製造方法はこれに限られない。洗浄を実施することなく十分な強度で金属被覆超電導部材と補強部材とを接合できる場合、当該工程を省略することができる。

さらに、上記実施の形態においては、金属被覆超電導部材が補強部材により挟まれた構成を有する超電導線材について説明したが、超電導線材の用途等を考慮して十分な強度が得られる場合、金属被覆超電導部材の一方の主面上にのみ補強部材が配置されてもよい。また、実施の形態３および４における超電導線材１は、実施の形態１における超電導線材の製造装置９０と同様の製造装置を用いて製造可能であることを説明したが、実施の形態２における超電導線材の製造装置と同様の装置を用いて製造することも可能である。

以下、本発明の実施例１について説明する。金属被覆超電導部材と補強部材とが溶接される前に実施される金属被覆超電導部材を洗浄する工程の効果を確認する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。

まず、実施の形態１の工程（Ｓ１０）と同様のプロセスにより超電導線材の金属被覆超電導部材を作製し、リールに巻き付けた。このとき、金属被覆超電導部材同士の癒着を防止する目的でＺｒ酸化物からなるセパレータを供給しつつ巻き付けを実施した。次に、リールに巻き付けられた金属被覆超電導部材の一部を試験片として採取した。そして、当該試験片をアンモニア水と過酸化水素水とを２：１の割合で混合した混合液中に５秒間浸漬した後、取り出して水洗した。混合液の温度は２０℃とした。以上のようにして得られたサンプルの表面をＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；走査型電子顕微鏡）により観察し、洗浄前のサンプルと比較することにより、洗浄の効果を確認した。

次に、実験の結果について説明する。図１０は、洗浄前における金属被覆超電導部材の表面のＳＥＭ写真である。また、図１１は、洗浄後における金属被覆超電導部材の表面のＳＥＭ写真である。図１０および図１１において、白く見える部分がセパレータの付着した部分に相当する。

図１０を参照して、洗浄前においては、金属被覆超電導部材の表面の全域にセパレータが付着していることが分かる。これに対し、図１１を参照して、上記洗浄後においては、金属被覆超電導部材の表面にはセパレータがほとんど観察されない。このことから、上記洗浄を実施することにより、金属被覆超電導部材の表面に付着したセパレータをほぼ完全に除去可能であることが確認された。したがって、溶接の実施前に金属被覆超電導部材の洗浄を行なうことにより、溶接を阻害するおそれのあるセパレータを除去し、強固な接合（溶接）を達成可能であることが分かった。

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説明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。

本発明の超電導線材およびその製造方法は、金属製の補強部材により補強された超電導線材およびその製造方法に、特に有利に適用され得る。

実施の形態１における超電導線材の構成を示す概略図である。 実施の形態１における超電導線材の製造方法の概略を示すフローチャートである。 実施の形態１における超電導線材の製造方法を説明するための概略断面図である。 実施の形態１における超電導線材の製造装置の構成を示す概略図である。 実施の形態１における超電導線材の製造方法を説明するための概略断面図である。 実施の形態１における超電導線材の製造方法を説明するための概略断面図である。 実施の形態２における超電導線材の製造装置の構成を示す概略図である。 実施の形態３における超電導線材の構成を示す概略図である。 実施の形態４における超電導線材の構成を示す概略図である。 洗浄前における金属被覆超電導部材の表面のＳＥＭ写真である。 洗浄後における金属被覆超電導部材の表面のＳＥＭ写真である。

符号の説明

１ 超電導線材、１０ 金属被覆超電導部材、１１ シース部、１２ フィラメント、２０ 補強部材、４０ 合金部、５０ 溶接部、９０ 製造装置、９１ 超電導部材保持リール、９２ 補強部材保持リール、９３ 線材巻き取りリール、９４ 洗浄槽、９４Ａ 洗浄液、９５ 洗浄液除去槽、９５Ａ 洗浄液除去液、９６ ロール状電極、９７ 表面処理部材、９７Ａ 第１部材、９７Ｂ 第２部材、９８ ロール、９９ 高周波コイル。

Claims (7)

1. 第１の金属により被覆されたテープ状の金属被覆超電導部材と、
   前記第１の金属とは異なる第２の金属からなり、前記金属被覆超電導部材の少なくとも一方の主面上に配置されたテープ状の形状を有する補強部材と、
   前記金属被覆超電導部材と前記補強部材との間に配置され、前記第１の金属と前記第２の金属との合金を含む合金部とを備え、
   前記金属被覆超電導部材と前記補強部材とは、前記合金部により接合されている、超電導線材。
2. 前記金属被覆超電導部材は複数積層されることにより積層構造を形成している、請求項１に記載の超電導線材。
3. 前記積層構造は、他の補強部材をさらに含んでいる、請求項２に記載の超電導線材。
4. 第１の金属により被覆されたテープ状の金属被覆超電導部材を準備する工程と、
   前記金属被覆超電導部材の少なくとも一方の主面に、前記第１の金属とは異なる第２の金属からなり、テープ状の形状を有する補強部材の主面を接触させつつ、前記金属被覆超電導部材と前記補強部材とが接触する領域に通電することにより、前記金属被覆超電導部材と前記補強部材とを溶接する工程とを備えた、超電導線材の製造方法。
5. 前記金属被覆超電導部材と前記補強部材とを溶接する工程よりも前に、前記金属被覆超電導部材の前記少なくとも一方の主面および前記補強部材の前記主面の少なくともいずれか一方の粗さを大きくする工程をさらに備えた、請求項４に記載の超電導線材の製造方法。
6. 前記金属被覆超電導部材と前記補強部材とを溶接する工程よりも前に、前記金属被覆超電導部材の前記少なくとも一方の主面を洗浄する工程をさらに備えた、請求項４または５に記載の超電導線材の製造方法。
7. 前記第１の金属は銀または銀合金であり、
   前記金属被覆超電導部材の前記少なくとも一方の主面を洗浄する工程では、前記金属被覆超電導部材がアンモニア水と過酸化水素水との混合液中に浸漬されることにより、前記金属被覆超電導部材の前記少なくとも一方の主面が洗浄される、請求項６に記載の超電導線材の製造方法。