JP2012048850A - 酸化物超電導線材、酸化物超電導線材の製造装置、並びに酸化物超電導線材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超電導線材の外気に対する気密性を維持しつつ、超電導線材の位置決めを容易かつ正確に行うことができる酸化物超電導線材の製造方法を提供する。
【解決手段】酸化物超電導線材の製造方法は、テープ状の安定化層および安定化層上に形成されたはんだ層を有する保護用線材を、はんだ層が内側となるように保護用線材の幅方向の中間部を中心に折り曲げて折り曲げ部を有する折り曲げ体を形成する折り曲げ工程Ｓ１と、金属基材と中間層と酸化物超電導層と保護層とを積層させて備えたテープ状の超電導積層体を折り曲げ体の内面に沿わせて折り曲げ体の内側に超電導積層体を収容する収容工程Ｓ２と、折り曲げ体により超電導積層体を囲み、超電導積層体の周囲に存在するはんだ層を溶融凝固させて超電導積層体を固定する固定工程Ｓ３とを備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、酸化物超電導線材、酸化物超電導線材の製造装置、並びに酸化物超電導線材の製造方法に関する。

酸化物超電導線材は、一例として、テープ状の金属基材の上に、イットリウム系などの希土類系（Ｒｅ１２３）超電導体の薄膜を設けることによって製造される。この種の酸化物超電導線材として、図１３に示す如く、銀の安定化層上にはんだを介して安価な銅の安定化層を設けた構造の超電導線材が知られている（たとえば、特許文献１参照）。この従来の超電導線材２００は、基板２０１上に、中間層２０２、キャップ層２０３、超電導層２０４、保護層２０５がこの順に設けられ、該保護層２０５の表面に金属製の安定化層２０６が設けられ、全体が絶縁被膜２１０により覆われている。
ここでたとえば、安定化層２０６は、良導電性を有する銅などの金属層からなり、たとえば、はんだ付の銅の金属テープを銀からなる保護層２０５の表面２０５ａに貼り合わせてはんだ付けすることで形成されている。

また、特許文献２に記載の高温超電導線材では、２枚の安定化金属層の間に２つの高温超電導線材部品が、安定化金属層に平行に並べて配置されている。高温超電導線材部品と、２枚の安定化金属層の間は、はんだで満たされている。高温超電導線材部品は、金属基板の上に中間層を介して、Ｒｅ１２３系等の高温超電導材料を含む高温超電導層が形成されたものである。

特許文献３に記載の構造においても、導電性を有し板状に形成された２枚のスタビライザストリップの間に、スタビライザストリップに垂直に２つの高温超電導体（ＨＴＳ）インサートが並べて配置された構造が提案されている。２枚のスタビライザストリップの間は、導電性で通気性のない充填剤材料で充填されている。ＨＴＳインサートは、基板、１または複数の緩衝層、ＨＴＳ層、キャップ層を含んで多層構造に形成されている。
特許文献４に記載の導体では、超電導複合セラミックテープの周りにシートが配置されている。シート同士を溶接することで、密封構造を構成することができる。

特開２００８−６００７４号公報 特開２００８−２４３５８８号公報 特表２００９−５０３７９４号公報 特許第３９４９９６０号公報

前記安定化層２０６として用いられる銅は、事故電流のバイパスとして使用するため、２０μｍ〜１５０μｍの厚さが必要とされる。メッキは電界を使った結晶成長であるため、プロセスに時間がかかる。なおかつ、超電導線材のように長いものをメッキするためにはバッチ処理が難しいため、通常より大型のメッキ浴を使用しなければならない。また、超電導層は、水分によりダメージを受けることが避けられないため、液相プロセスなどでメッキ浴などの水溶液に浸す前に、あらかじめ超電導層の周面を保護するなどの工夫が必要となる。
超電導層を含む線材を直接はんだ浴中に投入する方法も提案されているが、この方法では線材全体にはんだが載ってしまい、線材の厚さを制御することが困難である。また、はんだ浴を維持するためには大電力が必要であり、銅のシートを貼り合わせて使用するときには不要な電力を消費するため、環境負荷が大きい問題がある。

特許文献２および３における高温超電導線材等では、板状の２枚の部材の間に充填されたはんだ内に高温超電導線材部品を配置しているので、板状部材に対して高温超電導線材部品を精度良く配置することが困難である。
また、特許文献４に記載された導体では、セラミックテープの周りにシートを配置しているので、セラミックテープに対するシートの端部の位置が安定せず、導体を再現性高く製造することができない。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、超電導積層体の外気に対する気密性を維持しつつ、超電導積層体の保護用線材に対する位置決めを容易かつ正確に行うことができる酸化物超電導線材、そしてこの酸化物超電導線材を製造する酸化物超電導線材の製造装置、並びに酸化物超電導線材の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の酸化物超電導線材の製造方法は、テープ状の安定化層および前記安定化層上に形成されたはんだ層を有する保護用線材を、前記はんだ層が内側となるように前記保護用線材の幅方向の中間部を中心に折り曲げて折り曲げ部を有する折り曲げ体を形成する折り曲げ工程と、金属基材と中間層と酸化物超電導層と保護層とを積層させて備えたテープ状の超電導積層体を前記折り曲げ体の内面に沿わせて前記折り曲げ体の内側に前記超電導積層体を収容する収容工程と、前記折り曲げ体により前記超電導積層体を囲み、前記超電導積層体の周囲に存在する前記はんだ層を溶融凝固させて前記超電導積層体を固定する固定工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の酸化物超電導線材の製造方法において、前記収容工程では、前記超電導積層体の一方の側面を折り曲げ部の内面に突き当てることが好ましい。
本発明の酸化物超電導線材の製造方法において、前記折り曲げ工程において、前記保護用線材が幅方向の両端部が揃うように折り曲げられて前記折り曲げ体が形成され、前記固定工程では、前記折り曲げ体の前記両端部間を前記はんだ層により閉塞することが好ましい。
本発明の酸化物超電導線材の製造方法において、前記収容工程の前に、前記超電導積層体を幅方向に分割する分割工程を備え、前記収容工程では、前記分割後の前記超電導積層体を前記折り曲げ体の内面に沿わせることが好ましい。
本発明の酸化物超電導線材の製造方法において、前記収容工程では、前記分割後の前記超電導積層体の分割した側の側面が前記折り曲げ部側となるように、前記折り曲げ体に対して前記分割後の前記超電導積層体を配置することが好ましい。

また、本発明の酸化物超電導線材の製造装置は、テープ状の安定化層および前記安定化層上に形成されたはんだ層を有する保護用線材を、前記はんだ層が内側となるように前記保護用線材の幅方向の中間部を中心に折り曲げて折り曲げ部を有する折り曲げ体を形成する折り曲げ機構と、金属基材と中間層と酸化物超電導層と保護層とを積層させて備えたテープ状の超電導積層体を前記折り曲げ体の内面に沿わせて前記折り曲げ体の内側に前記超電導積層体を収容する収容機構と、前記折り曲げ体により前記超電導積層体を囲み、前記超電導積層体の周囲に存在する前記はんだ層を溶融凝固させて前記超電導積層体を固定する固定機構と、を備えることを特徴とする。

本発明の酸化物超電導線材の製造装置において、テープ状の前記超電導積層体を巻き付けて備え、前記超電導積層体を送り出し可能な第１リール装置と、テープ状の前記保護用線材を巻き付けて備え、前記保護用線材を送り出し可能な第２リール装置と、送り出された前記超電導積層体および前記折り曲げ体を、前記超電導積層体が前記折り曲げ体の内側に配置されるように案内する搬送ローラと、前記固定機構により形成された酸化物超電導線材を巻き取る巻き取り装置と、を備え、前記折り曲げ機構は、前記折り曲げ体を送り出す送り出し方向に直交する方向の中間部に曲がった形状の曲がり支持部を有する支持台と、前記曲がり支持部の内面に対して接近および離間可能とされた押し当て部材と、を有し、記収容機構は、前記超電導積層体を前記折り曲げ体の内面に沿わせて移動させる押し出し部材を有し、前記固定機構は、前記折り曲げ体および前記折り曲げ体の内側に収容された前記超電導積層体を加熱する加熱部と、前記超電導積層体に前記折り曲げ体を押し付ける加圧ローラと、を有することが好ましい。

また、本発明の酸化物超電導線材は、金属基材と中間層と酸化物超電導層と保護層とを積層させて備えたテープ状の超電導積層体と、テープ状の安定化層および前記安定化層上に形成されたはんだ層を有する保護用線材に、前記はんだ層が内側となるように前記保護用線材の幅方向の中間部を中心に折り曲げて折り曲げ部を形成した折り曲げ体と、を備える酸化物超電導線材であって、前記超電導積層体は、前記折り曲げ体の内面に沿わせるとともに、前記保護用線材により囲われた状態で前記はんだ層により前記安定化層に接続されていることを特徴とする。

本発明の酸化物超電導線材において、前記折り曲げ体は、幅方向の両端部を揃えて形成され、前記両端部間は前記はんだ層により閉塞されていることが好ましい。

本発明の酸化物超電導線材の製造方法および酸化物超電導線材の製造装置によれば、折り曲げ部を形成した折り曲げ体の内面に超電導積層体を沿わせて、折り曲げ体に対して超電導積層体を位置決めする。このため、超電導積層体の位置決めを容易かつ正確に行うことができる。折り曲げ体により超電導積層体を囲んだ状態で、はんだ層により超電導積層体の外周面に折り曲げ体の安定化層を気密に接続することができる。
収容工程では、超電導積層体を折り曲げ部の内面に突き当てるので、折り曲げ体に対して超電導積層体を確実に位置決めすることができる。
また、本酸化物超電導線材の製造方法では、折り曲げ工程において折り曲げ体は幅方向の両端部が揃うように折り曲げられ、固定工程では折り曲げ体の両端部間ははんだ層により閉塞される。したがって、超電導積層体を確実に気密に保持するとともに、製造された酸化物超電導線材の外形をコンパクトにすることができる。

収容工程の前に分割工程を備え、収容工程では分割後の超電導積層体を前記折り曲げ体の内面に沿わせるため、超電導積層体が幅方向に長い場合であっても幅寸法を好適に調節することができる。
酸化物超電導線材の製造方法において、収容工程では、分割後の超電導積層体の分割された側の側面が折り曲げ部側となるように超電導積層体を配置する。超電導積層体の分割された側の側面には保護層は形成されていないので、超電導積層体の分割された側の側面を折り曲げ部側に配置することで、この分割された側の側面を確実に保護することができる。
酸化物超電導線材の製造装置は、第１リール装置、第２リール装置、搬送ローラおよび巻き取り装置を備えるので、超電導積層体、保護用線材および酸化物超電導線材を容易に搬送し、巻き取ることができる。

また、本発明の酸化物超電導線材によれば、折り曲げ体の内面に超電導積層体を沿わせることで、折り曲げ体に対して超電導積層体が位置決めされる。超電導積層体は折り曲げ体により囲われた状態ではんだ層により折り曲げ体の安定化層と接続されているので、超電導積層体を外気から密封することができる。
折り曲げ体は幅方向の両端部を揃えて形成され、両端部間ははんだ層により閉塞されているため、超電導積層体を確実に気密に保持するとともに、酸化物超電導線材の外形をコンパクトにすることができる。

本発明の第１実施形態の酸化物超電導線材の横断面図である。 同酸化物超電導線材の超電導積層体の斜視図である。 保護用線材の一例を示す横断面図である。 同酸化物超電導線材を製造する本発明の製造装置の一例を示す構成図である。 同製造装置の折り曲げ機構の一例を説明する図である。 同製造装置の収容機構の一例を説明する図である。 本発明の実施形態の酸化物超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。 本発明に係る製造装置の折り曲げ機構の他の例を説明する図である。 同製造装置を使用した酸化物超電導線材の製造方法の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態の酸化物超電導線材の横断面図である。 本発明に係る酸化物超電導線材の製造方法において超電導積層体を分割する場合の一例を示す図である。 本発明に係る酸化物超電導線材の製造方法において超電導積層体を幅狭の構成とした場合を示す図である。 従来の酸化物超電導線材の斜視図である。

（第１実施形態）
以下、本発明に係る酸化物超電導線材の第１実施形態を、図１から図９を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態の酸化物超電導線材１の横断面図であり、図２は、同酸化物超電導線材１の一部を構成する超電導積層体１０の斜視図である。
図１に示すように、酸化物超電導線材１は、テープ状の超電導積層体１０と、超電導積層体１０の外周面を囲うように取り付けられた折り曲げ体２０Ａとを備えている。

図２に示すように、本実施形態の超電導積層体１０は、テープ状の金属基材１１の上に、拡散防止層１２、ベッド層１３、中間層１４、キャップ層１５、酸化物超電導層１６および保護層１７をこの順に積層させて構成されている。

本実施形態の超電導積層体１０に適用できる金属基材１１は、通常の超電導積層体の基材として使用でき、高強度で一定の柔軟性があればよく、長尺のケーブルとするためにテープ状であることが好ましく、耐熱性の金属からなるものが好ましい。例えば、ステンレス鋼、ハステロイ（登録商標、米国ヘインズ社製商品名）等のニッケル合金等の各種金属材料、もしくはこれら各種金属材料上にセラミックスを配したもの等が挙げられる。各種耐熱性の金属の中でも、ニッケル合金が好ましい。
なかでも、市販品であれば、ハステロイが好適であり、ハステロイとして、モリブデン、クロム、鉄、コバルト等の成分量が異なる、ハステロイＢ、Ｃ、Ｇ、Ｎ、Ｗ等のいずれの種類も使用できる。金属基材１１の厚さは、目的に応じて適宜調整すればよく、通常は、１０〜５００μｍである。

ベッド層１３は、耐熱性が高く、界面反応性を低減するためのものであり、その上に配される膜の配向性を得るために用いる。このようなベッド層１３は、必要に応じて配され、例えば、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３、「アルミナ」とも呼ぶ）等から構成される。このベッド層１３は、例えばスパッタ法等の成膜法により形成され、その厚さは例えば１０〜２００ｎｍである。
本実施形態においては、金属基材１１とベッド層１３との間に拡散防止層１２が介在されているが、この拡散防止層１２は必須の構成ではない。拡散防止層１２は、金属基材１１の構成元素拡散を防止する目的で形成されたもので、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、あるいは希土類金属酸化物等から構成され、その厚さは例えば１０〜４００ｎｍである。なお、拡散防止層の結晶性は問われないので、通常のスパッタ法等の成膜法により形成すればよい。

このように金属基材１１とベッド層１３との間に拡散防止層１２を介在させるのは、中間層１４やキャップ層１５及び酸化物超電導層１６等の他の層を形成する際に、加熱されたり、熱処理されたりする結果として熱履歴を受けるが、そのときに金属基材１１の構成元素の一部がベッド層１３を介して酸化物超電導層１６側に拡散することを抑制するためである。本実施形態のように、拡散防止層１２とベッド層１３の２層構造とすることで、金属基材１１側からの元素拡散を効果的に抑制することができる。金属基材１１とベッド層１３との間に拡散防止層１２を介在させる場合の例としては、拡散防止層１２としてＡｌ_２Ｏ_３、ベッド層１３としてＹ_２Ｏ_３を用いる組み合わせを挙げることができる。

中間層１４は、単層構造あるいは複層構造のいずれでも良く、その上に積層される酸化物超電導層１６の結晶配向性を制御するために２軸配向する物質から選択される。中間層１４の好ましい材質として具体的には、Ｇｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２−Ｙ_２Ｏ_３（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ_３、ＣｅＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｚｒ_２Ｏ_３、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３等の金属酸化物を例示することができる。
この中間層１４をイオンビームアシスト蒸着法（ＩＢＡＤ法）により良好な結晶配向性（例えば結晶配向度１５゜以下）で成膜するならば、中間層１４の上に形成するキャップ層１５の結晶配向性を良好な値（例えば結晶配向度５゜前後）とすることができ、これによりキャップ層１５の上に成膜する酸化物超電導層１６の結晶配向性を良好なものとして優れた超電導特性を発揮できるようにすることができる。

中間層１４の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良いが、通常は、０．００５〜２μｍの範囲とすることができる。
中間層１４は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法（以下、ＩＢＡＤ法と略記する）、化学気相成長法（ＣＶＤ法）等の物理的蒸着法；塗布熱分解法（ＭＯＤ法）；溶射等、酸化物薄膜を形成する公知の方法で積層できる。特に、ＩＢＡＤ法で形成された金属酸化物層は結晶配向性が高く、酸化物超電導層１６やキャップ層１５の結晶配向性を制御する効果が高い点で好ましい。ＩＢＡＤ法とは、蒸着時に、下地の蒸着面に対して所定の角度でイオンビームを照射することにより、結晶軸を配向させる方法である。通常は、イオンビームとして、アルゴン（Ａｒ）イオンビームを使用する。例えば、Ｇｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７、ＭｇＯ又はＺｒＯ_２−Ｙ_２Ｏ_３（ＹＳＺ）からなる中間層１４は、ＩＢＡＤ法における結晶配向度を表す指標であるΔΦ（ＦＷＨＭ：半値全幅）の値を小さくできるため、特に好適である。

キャップ層１５は、中間層１４の表面に対してエピタキシャル成長し、結晶粒が面内方向に選択成長するという過程を経て形成されたものが好ましい。このようなキャップ層１５は、前記金属酸化物層からなる中間層１４よりも高い面内配向度が得られる。
キャップ層１５の材質は、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、好ましいものとして具体的には、ＣｅＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｚｒ_２Ｏ_３、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３等が例示できる。キャップ層１５の材質がＣｅＯ_２である場合、キャップ層１５は、Ｃｅの一部が他の金属原子又は金属イオンで置換されたＣｅ−Ｍ−Ｏ系酸化物を含んでいても良い。

このキャップ層１５は、ＰＬＤ法（パルスレーザ蒸着法）、スパッタ法等で成膜することができる。ＰＬＤ法によるキャップ層１５の成膜条件としては、金属基材１１の温度約５００〜１０００℃、約０．６〜１００Ｐａの酸素ガス雰囲気中で行うことができる。
キャップ層１５の膜厚は、５０ｎｍ以上であればよいが、十分な配向性を得るには１００ｎｍ以上が好ましく、３００ｎｍ以上であれば更に好ましい。但し、厚すぎると結晶配向性が悪くなるので、３００〜１０００ｎｍとすることが好ましい。

酸化物超電導層１６は公知のもので良く、具体的には、ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｙ（ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ等の希土類元素を表す）なる材質のものを例示できる。この酸化物超電導層１６として、他にＹ１２３（ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−Ｘ）又はＧｄ１２３（ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−Ｘ）等を例示することができる。また、その他の酸化物超電導体、例えば、Ｂｉ_２Ｓｒ_２Ｃａ_ｎ−１Ｃｕ_ｎＯ_{４＋２ｎ＋δ}なる組成等に代表される臨界温度の高い他の酸化物超電導体からなるものを用いても良いのは勿論である。
酸化物超電導層１６の厚みは、０．５〜５μｍ程度であって、均一な厚みであることが好ましい。
酸化物超電導層１６は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）等の物理的蒸着法；塗布熱分解法（ＭＯＤ法）等で積層することができ、なかでも生産性の観点から、ＴＦＡ−ＭＯＤ法（トリフルオロ酢酸塩を用いた有機金属堆積法、塗布熱分解法）、ＰＬＤ法又はＣＶＤ法を用いることが好ましい。

ここで前述のように、良好な配向性を有するキャップ層１５上に酸化物超電導層１６を形成すると、このキャップ層１５上に積層される酸化物超電導層１６もキャップ層１５の配向性に整合するように結晶化する。よってキャップ層１５上に形成された酸化物超電導層１６は、結晶配向性に乱れが殆どなく、この酸化物超電導層１６を構成する結晶粒の１つ１つにおいては、金属基材１１の厚さ方向にｃ軸が配向し、金属基材１１の長さ方向にａ軸どうしあるいはｂ軸どうしが配向している。従って、得られた酸化物超電導層１６は、結晶粒界における超電導特性の劣化が殆どないので、金属基材１１の長さ方向に電気を流し易くなり、十分に高い臨界電流密度が得られる。

酸化物超電導層１６の上に積層されている保護層１７は、Ａｇ等の良電導性を有し、かつ酸化物超電導層１６と接触抵抗が低くなじみの良い金属材料からなる層として形成される。保護層１７は、良導電性の金属材料からなり、酸化物超電導層１６が超電導状態から常電導状態に遷移しようとした時に、酸化物超電導層１６の電流が転流するバイパスとして機能する。
これまで説明してきた超電導積層体１０の各構成のうち、拡散防止層１２、ベッド層１３及びキャップ層１５は必須の要素ではなく、超電導積層体１０の設計条件により適宜用いられるものである。

図１に示すように、折り曲げ体２０Ａは、テープ状の安定化層２１と、安定化層２１上に形成されたはんだ層２２とを有している。折り曲げ体２０Ａには、はんだ層２２が内側となるように、後述する保護用線材２０の幅方向の中間部を中心に２つ折りに折り曲げて折り曲げ部２３が形成されている。なお、保護用線材２０は、図３に示すように、テープ状の安定化層２１上にはんだ層２２が配置され、全体として平坦なシート状に形成されているものである。
安定化層２１を構成する金属材料としては、良導電性を有するものであればよく、特に限定されないが、Ｃｕ等の比較的安価なものを用いるのが好ましい。これにより、材料コストを低く抑えながら安定化層２１を厚膜化することが可能となる。安定化層２１の厚さは、２０〜１５０μｍが好ましく、５０μｍ程度がより好ましい。
はんだ層２２は、たとえば錫で形成され、その厚さは、２〜１０μｍが好ましく、６μｍ程度がより好ましい。

図１に示すように、超電導積層体１０は、折り曲げ体２０Ａの内面に沿わせ、かつ、一方の側面１０ａを折り曲げ部２３の内面に突き当てて形成されるとともに、折り曲げ体２０Ａにより囲われた状態で、その周囲を覆っているはんだ層２２により安定化層２１に一体的に接続されている。
折り曲げ体２０Ａの安定化層２１の両端部２１ａ、２１ｂは、超電導積層体１０の他方の側面１０ｂを越えて、揃えた形状に延出されている。両端部２１ａ、２１ｂ間は、はんだ層２２の一端縁２２ａにより閉塞されている。

次に、以上のように構成された酸化物超電導線材１を製造する酸化物超電導線材の製造装置３０（以下、「製造装置３０」と称する。）について説明する。
図４に示すように、本実施形態の製造装置３０は、テープ状の保護用線材２０を折り曲げて折り曲げ部２３を有する折り曲げ体２０Ａを形成する折り曲げ機構４０と、折り曲げ体２０Ａの内側に超電導積層体１０を収容する収容機構５０と、折り曲げ体２０Ａに超電導積層体１０を固定する固定機構６０とを備えている。
さらに詳しくは、製造装置３０は、超電導積層体１０を巻き付けて備え、超電導積層体１０を送り出し可能な第１リール装置３１と、保護用線材２０を巻き付けて備え、保護用線材２０を送り出し可能な第２リール装置３２と、送り出された超電導積層体１０および折り曲げ体２０Ａを、超電導積層体１０が折り曲げ体２０Ａの内側に配置されるように案内する搬送ローラ５１と、固定機構６０により形成された酸化物超電導線材１を巻き取る巻き取り装置３３とを備えている。

第１リール装置３１は、収容機構５０に対する超電導積層体１０を送り出す送り出し方向Ｄの上流Ｄ１側に配置され、第２リール装置３２は、折り曲げ機構４０に対する上流Ｄ１側に配置されている。第１リール装置３１および第２リール装置３２は、超電導積層体１０の幅方向（水平面に沿う方向）にずらして配置されている。

図５に示すように、折り曲げ機構４０は、保護用線材２０を支持する支持台４１と、保護用線材２０の幅方向の中間部を押し当てる押し当て部材４２とを有している。支持台４１は、支持台４１における送り出し方向Ｄに直交する方向の中間部に配置され下方に湾曲した湾曲部（曲がり支持部）４１ａと、湾曲部４１ａの端部に接続され、湾曲部４１ａの端部における接線方向に延びる一対の線状部４１ｂとで構成されている。
押し当て部材４２は、支持台４１の上方に配置され、上下方向に延びるように形成されている。押し当て部材４２は、下端に湾曲部４１ａの上方の面より小さな曲率半径で円柱を軸線方向に２分割した形状に形成された先端部４２ａを有している。押し当て部材４２は、不図示の駆動機構により上下方向に移動することで、湾曲部４１ａの内面に対して接近および離間可能とされている。

図４に示すように、収容機構５０、固定機構６０は、折り曲げ機構４０の、上流Ｄ１とは反対側の下流Ｄ２側にこの順で配置されている。
図６に示すように、収容機構５０は、水平面に沿う方向に延びる押し出し部材５２と、押し出し部材５２を水平面に沿う方向に移動させる不図示の駆動機構とを有している。なお、収容機構５０が、折り曲げ部２３を形成することにより２つ折りに折り曲げられた折り曲げ体２０Ａを保持する折り曲げ形状保持機構を有するように構成してもよい。

図４に示すように、固定機構６０は、折り曲げ体２０Ａおよび超電導積層体１０をはんだ層２２の融点以上の温度に加熱する本加熱機構（加熱部）６１と、超電導積層体１０に折り曲げ体２０Ａを押し付けながら折り曲げ体２０Ａを徐々に冷却する一対の加圧ローラ６２とを有している。
超電導積層体１０および折り曲げ体２０Ａは、本加熱機構６１内を挿通することにより所定の温度に加熱される。加圧ローラ６２は、不図示のヒータ、および加圧ローラ６２の外周面上に取付けられた不図示のブラシを有している。

次に、本実施形態の酸化物超電導線材１の製造方法について説明する。以下では、製造装置３０を使用した製造方法について説明する。図７は、本実施形態の酸化物超電導線材１の製造方法を示すフローチャートである。
本製造方法は、保護用線材２０を折り曲げて折り曲げ部２３を有する折り曲げ体２０Ａを形成する折り曲げ工程Ｓ１と、折り曲げ体２０Ａの内側に超電導積層体１０を収容する収容工程Ｓ２と、折り曲げ体２０Ａに超電導積層体１０を固定する固定工程Ｓ３とを備えている。
超電導積層体１０および保護用線材２０は、一対の搬送ローラ５１、および一対の加圧ローラ６２の間をそれぞれ通され、一対の搬送ローラ５１および巻き取り装置３３により下流Ｄ２側に搬送される。

まず、折り曲げ工程Ｓ１において、図５に示すように、安定化層２１が支持台４１側に位置するように支持台４１上に保護用線材２０を配置した状態で、不図示の駆動機構により、上方からはんだ層２２に押し当て部材４２の先端部４２ａを押し当てる。これにより、保護用線材２０が、はんだ層２２が内側となるように保護用線材２０の幅方向の中間部を中心に折り曲げられて、折り曲げ部２３を有する折り曲げ体２０Ａが形成される。このとき、折り曲げ体２０Ａは、幅方向の両端部２１ａ、２１ｂが揃うように折り曲げられる。
本実施形態では、折り曲げ部２３は、保護用線材２０の幅方向に湾曲した形状となっている。
次に、収容工程Ｓ２において、図６に示すように、不図示の駆動機構により押し出し部材５２を移動させ、折り曲げ体２０Ａの内面に沿わせて超電導積層体１０を挿入し、超電導積層体１０の一方の側面１０ａを折り曲げ部２３の内面に突き当てる。

続いて、固定工程Ｓ３において、本加熱機構６１によりはんだ層２２を錫の融点以上の温度まで加熱することで、超電導積層体１０の周囲に存在するはんだ層２２を溶融させる。そして、加圧ローラ６２により超電導積層体１０の両側から保護用線材２０を押し当てることで、超電導積層体１０の外形に沿って折り曲げ体２０Ａを変形させ、折り曲げ体２０Ａにより超電導積層体１０を囲ませる。そして、ヒータの温度を調節してはんだ層２２の温度を錫の融点より低い温度に徐々に冷却することで溶融させたはんだ層２２を凝固させる。図１に示すように、安定化層２１の両端部２１ａ、２１ｂ間をはんだ層２２の一端縁２２ａにより閉塞し、この両端部２１ａ、２１ｂを圧着することで、はんだ層２２により超電導積層体１０に折り曲げ体２０Ａの安定化層２１を気密に接続する。
このとき、両端部２１ａ、２１ｂから外側にはみ出たはんだ層２２を加圧ローラ６２の外周面上に取付けられたブラシで除去する。
以上の工程により、酸化物超電導線材１が製造される。

以上説明したように、本実施形態の酸化物超電導線材１の製造方法および酸化物超電導線材の製造装置３０によれば、折り曲げ部２３を形成した折り曲げ体２０Ａの内面に超電導積層体１０を沿わせて、折り曲げ体２０Ａに対して超電導積層体１０を位置決めする。このため、超電導積層体１０の位置決めを容易に行うことができる。折り曲げ体２０Ａにより超電導積層体１０を囲んだ状態で、はんだ層２２により超電導積層体１０の外周面に折り曲げ体２０Ａの安定化層２１を気密に接続することができる。
収容工程Ｓ２では、超電導積層体１０の一方の側面１０ａを折り曲げ部２３の内面に突き当てるので、折り曲げ体２０Ａに対して超電導積層体１０を確実に位置決めすることができる。
また、本酸化物超電導線材の製造方法では、折り曲げ工程Ｓ１において折り曲げ体２０Ａは両端部２０ａ、２０ｂが揃うように折り曲げられ、固定工程Ｓ３では折り曲げ体２０Ａの両端部２０ａ、２０ｂ間ははんだ層２２により閉塞される。したがって、超電導積層体１０を確実に気密に保持するとともに、製造された酸化物超電導線材１の外形をコンパクトにすることができる。

超電導積層体１０が、拡散防止層１２、ベッド層１３、およびキャップ層１５を有するので、製造された酸化物超電導層１６の結晶配向性を良好にして、酸化物超電導線材１の電気的特性を向上させることができる。
製造装置３０は、第１リール装置３１、第２リール装置３２、搬送ローラ５１および巻き取り装置３３を備えるので、超電導積層体１０、保護用線材２０および酸化物超電導線材１を容易に搬送し、巻き取ることができる。

また、本実施形態の酸化物超電導線材１によれば、折り曲げ体２０Ａの内面に超電導積層体１０を沿わせることで、折り曲げ体２０Ａに対して超電導積層体１０が位置決めされる。超電導積層体１０は折り曲げ体２０Ａにより囲われた状態ではんだ層２２により折り曲げ体２０Ａの安定化層２１と接続されているので、超電導積層体１０を外気から密封することができる。
そして、折り曲げ体２０Ａは両端部２０ａ、２０ｂを揃えて形成され、両端部２０ａ、２０ｂ間ははんだ層２２により閉塞されているため、超電導積層体１０を確実に気密に保持するとともに、酸化物超電導線材１の外形をコンパクトにすることができる。

なお、本実施形態の製造装置３０においては、折り曲げ機構４０に代えて図８に示すような折り曲げ機構７０を備えてもよい。この折り曲げ機構７０は、支持台４１の湾曲部４１ａに代えて下方に屈曲した屈曲部（曲がり支持部）７１ａを有する支持台７１と、押し当て部材４２に代えて、下方に向けて略Ｖ字状に尖って形成された先端部７２ａを有する押し当て部材７２とを有している。
折り曲げ機構７０をこのように構成することで、折り曲げ機構７０により保護用線材２０に形成される折り曲げ部７３は、保護用線材２０の幅方向に屈曲した形状となり、折り曲げ部７３を有する折り曲げ体２０Ｂが形成される。

図９に示すように、折り曲げ体２０Ｂは、本実施形態と同様に、収容工程Ｓ２において、押し出し部材５２を移動させ、折り曲げ体２０Ｂの内面に沿わせて超電導積層体１０を挿入し、超電導積層体１０の一方の側面１０ａを折り曲げ部７３の内面に突き当てる。
この場合においても、固定工程Ｓ３において、加圧ローラ６２により超電導積層体１０の両側から折り曲げ体２０Ｂを押し当てることで、超電導積層体１０の外形に沿って折り曲げ体２０Ｂが変形し、図１に示す酸化物超電導線材１が製造される。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図１０から図１２を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図１０に示すように、本実施形態の酸化物超電導線材８１は、前記実施形態の酸化物超電導線材１より幅が狭く構成されていることのみが異なる。
本酸化物超電導線材８１は、幅が超電導積層体１０の幅の半分になるように形成された（半裁された）テープ状の超電導積層体９０と、超電導積層体９０の外周面を囲うように取り付けられた折り曲げ体１００Ａとを備えている。
折り曲げ体１００Ａは、テープ状の安定化層１０１と、安定化層１０１上に形成されたはんだ層１０２とを有している。折り曲げ体１００Ａには、はんだ層１０２が内側となるように、保護用線材１００の幅方向の中間部を中心に折り曲げて折り曲げ部１０３が形成されている。

次に、本実施形態の酸化物超電導線材８１の製造方法について説明する。
本酸化物超電導線材８１の製造方法は、前記実施形態の酸化物超電導線材１の製造方法の各工程に加えて、収容工程Ｓ２の前に、超電導積層体１０を幅方向に分割する分割工程を備えている。
まず、図１１に示すように、超電導積層体１０を幅方向に分割して一対の超電導積層体９０を形成する。そして、図４に示すように製造装置３０の第１リール装置３１に超電導積層体９０を、第２リール装置３２に保護用線材１００を、それぞれ巻き付けておく。ここで、保護用線材１００は、保護用線材２０を幅方向に２分割したものである。

続いて行われる折り曲げ工程Ｓ１は、前記第１実施形態と同様なので説明を省略する。
次に、収容工程Ｓ２において、図１２に示すように、折り曲げ体１００Ａの内面に沿わせて超電導積層体９０を挿入し、超電導積層体９０の分割された側の側面９０ａを折り曲げ部１０３の内面に突き当てる。
続いて行われる固定工程Ｓ３は、前記第１実施形態と同様なので説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態の酸化物超電導線材８１の製造方法によれば、超電導積層体９０の外気に対する気密性を維持しつつ、超電導積層体９０の位置決めを容易に行うことができる。
さらに、収容工程Ｓ２の前に分割工程を備え、収容工程では超電導積層体９０を折り曲げ体１００Ａの内面に沿わせるため、超電導積層体１０が幅方向に長い場合であっても幅寸法を好適に調節することができる。
収容工程Ｓ２では、超電導積層体９０の分割された側の側面９０ａが折り曲げ部１０３側となるように超電導積層体９０を配置する。超電導積層体９０の側面９０ａには保護層１７は形成されていないので、超電導積層体９０の側面９０ａを折り曲げ部１０３側に配置することで、この分割された側の側面９０ａを確実に保護することができる。

なお、本実施形態では、折り曲げ体１００Ａ内において、超電導積層体９０の分割された側の側面９０ａが折り曲げ部１０３とは反対側に配置されるように構成してもよい。固定工程Ｓ３において、超電導積層体９０がはんだ層２２により十分に閉塞できる場合などが考えられるからである。

以上、本発明の第１実施形態および第２実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更等も含まれる。
例えば、前記第１実施形態および第２実施形態では、はんだ層として錫を用いたが、はんだ層の材料は特に限定されず、錫−銀系合金や錫−ビスマス系合金等を適宜用いることができる。
また、前記第１実施形態および第２実施形態では、折り曲げ体の内面に沿わせて超電導積層体を挿入し、超電導積層体の一方の側面を折り曲げ部の内面に突き当てるとした。しかし、超電導積層体の一方の側面を折り曲げ部の内面に突き当てることは必須ではない。く、折り曲げ部の内面に突き当てなくても、折り曲げ体に対する超電導積層体の位置決めは可能であるからである。

以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
前記第２実施形態の酸化物超電導線材８１を、以下に説明するような手順で作製した。
保護用線材１００として、Ｃｕ製の安定化層１０１の厚さが５０μｍ、はんだ層１０２の厚さが１０μｍにそれぞれ設定されたものを用いた。
幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのハステロイ（米国ヘインズ社、商品名）製の金属基材１１の上に、ＩＢＡＤ法により１．２μｍ厚のＧｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７（ＧＺＯ；中間層１４）を形成し、さらに中間層１４の上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＣｅＯ_２（キャップ層１５）を成膜した。次に、キャップ層１５の上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−Ｘ（酸化物超電導層１６）を形成し、さらに酸化物超電導層１６の上に１０μｍ厚の銀層（保護層１７）を形成して超電導積層体１０を作製した。
超電導積層体１０を幅方向に半裁することで５ｍｍ幅の超電導積層体９０を作製した。なお、超電導積層体９０の臨界電流（超電導状態で流すことができる最大の電流量）は、１００Ａであった。
保護用線材１００に折り曲げ部１０３を形成して折り曲げ体１００Ａとし、超電導積層体９０を折り曲げ体１００Ａで囲み、折り曲げ体１００Ａを超電導積層体９０に溶融させたはんだ層２２で接続させることで、酸化物超電導線材８１を１０ｍ作製した。作製した酸化物超電導線材８１内の超電導積層体９０の臨界電流は、超電導積層体９０単体での臨界電流から低下することはなかった。

１０ｍの酸化物超電導線材８１から３０ｃｍのサンプルを切り出し、サンプルの端面に銀によるスッパタを施し、さらにこの端面にゴムキャップにより封をした。このように準備したサンプルを、温度８５℃、湿度８５％の雰囲気中で、１０００時間保持したが、臨界電流の低下は見られなかった。
この試験経過から、酸化物超電導線材８１が十分な気密性（防水性）を有することが分かった。

１、８１ 酸化物超電導線材
１０、９０ 超電導積層体
１０ａ、９０ａ 側面
１１ 金属基材
１４ 中間層
１６ 酸化物超電導層
１７ 保護層
２０、１００ 保護用線材
２０Ａ、２０Ｂ、１００Ａ 折り曲げ体
２１、１０１ 安定化層
２２、１０２ はんだ層
２３、７３ 折り曲げ部
３０ 酸化物超電導線材の製造装置
３１ 第１リール装置
３２ 第２リール装置
３３ 巻き取り装置
４０、７０ 折り曲げ機構
４１ａ 湾曲部（曲がり支持部）
４２、７２ 押し当て部材
５０ 収容機構
５１ 搬送ローラ
５２ 押し出し部材
６０ 固定機構
６１ 本加熱機構（加熱部）
６２ 加圧ローラ
７１ 支持台
７１ａ 屈曲部（曲がり支持部）
Ｄ 送り出し方向
Ｓ１ 折り曲げ工程
Ｓ２ 収容工程
Ｓ３ 固定工程

Claims (9)

1. テープ状の安定化層および前記安定化層上に形成されたはんだ層を有する保護用線材を、前記はんだ層が内側となるように前記保護用線材の幅方向の中間部を中心に折り曲げて折り曲げ部を有する折り曲げ体を形成する折り曲げ工程と、
   金属基材と中間層と酸化物超電導層と保護層とを積層させて備えたテープ状の超電導積層体を前記折り曲げ体の内面に沿わせて前記折り曲げ体の内側に前記超電導積層体を収容する収容工程と、
   前記折り曲げ体により前記超電導積層体を囲み、前記超電導積層体の周囲に存在する前記はんだ層を溶融凝固させて前記超電導積層体を固定する固定工程と、
   を備えることを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法。
2. 前記収容工程では、前記超電導積層体の一方の側面を折り曲げ部の内面に突き当てることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
3. 前記折り曲げ工程において、前記保護用線材が幅方向の両端部が揃うように折り曲げられて前記折り曲げ体が形成され、
   前記固定工程では、前記折り曲げ体の前記両端部間を前記はんだ層により閉塞することを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
4. 前記収容工程の前に、前記超電導積層体を幅方向に分割する分割工程を備え、
   前記収容工程では、前記分割後の前記超電導積層体を前記折り曲げ体の内面に沿わせることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
5. 前記収容工程では、前記分割後の前記超電導積層体の分割された側の側面が前記折り曲げ部側となるように、前記折り曲げ体に対して前記分割後の前記超電導積層体を配置することを特徴とする請求項４に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
6. テープ状の安定化層および前記安定化層上に形成されたはんだ層を有する保護用線材を、前記はんだ層が内側となるように前記保護用線材の幅方向の中間部を中心に折り曲げて折り曲げ部を有する折り曲げ体を形成する折り曲げ機構と、
   金属基材と中間層と酸化物超電導層と保護層とを積層させて備えたテープ状の超電導積層体を前記折り曲げ体の内面に沿わせて前記折り曲げ体の内側に前記超電導積層体を収容する収容機構と、
   前記折り曲げ体により前記超電導積層体を囲み、前記超電導積層体の周囲に存在する前記はんだ層を溶融凝固させて前記超電導積層体を固定する固定機構と、
   を備えることを特徴とする酸化物超電導線材の製造装置。
7. テープ状の前記超電導積層体を巻き付けて備え、前記超電導積層体を送り出し可能な第１リール装置と、
   テープ状の前記保護用線材を巻き付けて備え、前記保護用線材を送り出し可能な第２リール装置と、
   送り出された前記超電導積層体および前記折り曲げ体を、前記超電導積層体が前記折り曲げ体の内側に配置されるように案内する搬送ローラと、
   前記固定機構により形成された酸化物超電導線材を巻き取る巻き取り装置と、
   を備え、
   前記折り曲げ機構は、前記保護用線材を送り出す送り出し方向に直交する方向の中間部に曲がった形状の曲がり支持部を有する支持台と、前記曲がり支持部の内面に対して接近および離間可能とされた押し当て部材と、を有し
   前記収容機構は、前記超電導積層体を前記折り曲げ体の内面に沿わせて移動させる押し出し部材を有し、
   前記固定機構は、前記折り曲げ体および前記折り曲げ体の内側に収容された前記超電導積層体を加熱する加熱部と、前記超電導積層体に前記折り曲げ体を押し付ける加圧ローラと、を有することを特徴とする請求項６に記載の酸化物超電導線材の製造装置。
8. 金属基材と中間層と酸化物超電導層と保護層とを積層させて備えたテープ状の超電導積層体と、
   テープ状の安定化層および前記安定化層上に形成されたはんだ層を有する保護用線材に、前記はんだ層が内側となるように前記保護用線材の幅方向の中間部を中心に折り曲げて折り曲げ部を形成した折り曲げ体と、
   を備える酸化物超電導線材であって、
   前記超電導積層体は、前記折り曲げ体の内面に沿わせるとともに、前記保護用線材により囲われた状態で前記はんだ層により前記安定化層に接続されていることを特徴とする酸化物超電導線材。
9. 前記折り曲げ体は、幅方向の両端部を揃えて形成され、
   前記両端部間は前記はんだ層により閉塞されていることを特徴とする請求項８に記載の酸化物超電導線材。

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