JP2016110893A

JP2016110893A - 酸化物超電導線材および酸化物超電導線材の製造方法

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Publication number: JP2016110893A
Application number: JP2014248735A
Authority: JP
Inventors: 渉平田; Wataru Hirata
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2016-06-20
Anticipated expiration: 2034-12-09
Also published as: JP6279459B2

Abstract

【課題】酸化物超電導層の剥離を抑制した酸化物超電導線材の提供を目的とする。【解決手段】帯状の基材の一方の面に、中間層、酸化物超電導層、および保護層が積層された積層体と、前記積層体の前記保護層の上面に半田接合された安定化層と、を備えた酸化物超電導線材であって、前記酸化物超電導層を厚さ方向に貫通し前記酸化物超電導層より下側に位置する層と前記安定化層とを溶融接合する溶接領域を有する酸化物超電導線材。また、前記溶接領域が、前記基材と前記安定化層とを溶融接合してもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、酸化物超電導線材および酸化物超電導線材の製造方法に関する。

ＲＥ−１２３系酸化物超電導体（ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−Ｘ：ＲＥはＹを含む希土類元素）は、液体窒素温度以上で超電導性を示し、電流損失が低いため、実用上極めて有望な素材とされており、これを線材に加工して電力供給用の導体あるいは磁気コイル等として使用することが要望されている。この酸化物超電導体を線材に加工するための方法として、金属基材テープ上に酸化物超電導層を形成する方法が研究されている。

酸化物超電導線材にあっては、酸化物超電導層の上に薄いＡｇの保護層を形成し、その上にＣｕ合金からなる金属テープを半田接合し、Ａｇの保護層上にＣｕ合金の安定化層を形成する技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００９−４８９８７号公報

このような構造の酸化物超電導線材は、線材の製造工程や超電導コイルへの加工工程などにおいて、線材に対し曲げ応力等の外的負荷や、熱収縮に起因する内的負荷が加わった場合に、積層された各層同士が剥離する場合がある。基材、中間層、酸化物超電導層および保護層は、それぞれ全く異なる構成材料からなる。したがって、これらはヤング率や熱膨張率が異なり応力の作用による歪みの影響も一様ではない。このため外的負荷又は内的負荷が作用した場合に各層の界面に応力が集中して層間剥離につながる虞がある。特に酸化物超電導層の剥離は、超電導特性を劣化させるという問題があった。
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みなされたものであり、酸化物超電導層の剥離を抑制した酸化物超電導線材の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の酸化物超電導線材は、帯状の基材の上面に、中間層、酸化物超電導層、および保護層が積層された積層体と、前記積層体の前記保護層の上面に半田接合された安定化層と、を備えた酸化物超電導線材であって、前記酸化物超電導層を厚さ方向に貫通し前記酸化物超電導層より下側に位置する層と前記安定化層とを溶融接合する溶接領域を有する。
この構成によれば、安定化層が酸化物超電導層より下側の層と溶接領域により溶融接合される。上下で溶融接合された層同士の間に酸化物超電導層が挟まれた構造となり、酸化物超電導層を補強することができる。したがって、酸化物超電導層と中間層との剥離、ならびに酸化物超電導層と保護層との剥離を抑制した酸化物超電導線材を提供できる。

上記の酸化物超電導線材は、前記溶接領域が、前記基材と前記安定化層とを溶融接合していてもよい。
この構成によれば、安定化層が強度の高い基材と溶融接合されることで、溶融接合された層同士の間に、中間層および酸化物超電導が挟まれた構造となる。これにより、中間層と基材との剥離、中間層を構成する各層間の剥離、中間層と酸化物超電導層との剥離、酸化物超電導層と中間層との剥離、ならびに酸化物超電導層と保護層との剥離を抑制した酸化物超電導線材を提供できる。

上記の酸化物超電導線材は、前記溶接領域が、前記溶接領域が、線材の幅方向の少なくとも一部に形成され、線材の長さ方向に延びていてもよい。
この構成によれば、酸化物超電導層を長さ方向に亘り補強して、長さ方向に亘って酸化物超電導層の剥離を抑制できる。

上記の酸化物超電導線材の一実施形態に係る酸化物超電導線材の製造方法は、帯状の基材の一方の面に、中間層、酸化物超電導層、および保護層を積層して積層体を形成する工程と、前記積層体の前記保護層の面上に金属テープを半田接合して安定化層を形成する工程と、前記基材側の面、又は前記安定化層側の面の幅方向の少なくとも一部にレーザ光を照射し、前記安定化層を酸化物超電導層より下の層と溶接して、前記酸化物超電導層を厚さ方向に貫通する溶接領域を形成する溶接工程と、を有する。
この構成によれば、レーザ光を照射することで容易に溶接領域を形成することができる。また、溶接にレーザ光を用いることで、局所的に加熱して、溶接領域を幅方向に狭く形成できる。

上記の酸化物超電導線材の製造方法において、前記溶接工程は、前記レーザ光を照射しながら線材を長さ方向に搬送して長さ方向に延びる前記溶接領域を形成しても良い。
この構成によれば、酸化物超電導線材を長さ方向に搬送しながら連続的に溶接領域を形成することができるため、酸化物超電導線材の生産効率を高めることができる。

本発明の酸化物超電導線材によれば、安定化層が酸化物超電導層より下側の層と溶接領域を介して溶融接合される。したがって、酸化物超電導層が上下から溶融接合された層に挟まれた構造となり、酸化物超電導層を補強し酸化物超電導層の剥離を抑制した酸化物超電導線材を提供できる。

実施形態の酸化物超電導線材を模式的に示す断面傾視図である。実施形態の酸化物超電導線材の溶接工程の一例を示す図であり、図２（ａ）は、レーザ光照射装置と搬送装置の概略図であり、図２（ｂ）は、レーザ光照射装置により溶接される酸化物超電導線材の断面傾視図である。変形例１の酸化物超電導線材を模式的に示す断面傾視図である。変形例２の酸化物超電導線材を模式的に示す断面傾視図である。変形例３の酸化物超電導線材を模式的に示す断面傾視図である。

以下、本発明に係る酸化物超電導線材の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
また、本明細書中の各図において、線材の幅方向をＸ方向、長手方向をＹ方向、厚さ方向をＺ方向とする。

図１に本実施形態の酸化物超電導線材５の断面斜視図を示す。
図１に示すように、本実施形態の酸化物超電導線材（線材）５は、積層体１０と、安定化層６とを備えている。積層体１０は、帯状の基材１の上面１ａに、中間層２、酸化物超電導層３、および保護層４が積層されてなる。安定化層６は、積層体１０の保護層４の上面に半田接合されている。また、安定化層６と積層体１０には、中間層２および酸化物超電導層３を貫通して基材１と安定化層６とを溶融接合する溶接領域７が形成されている。溶接領域７は、中間層２および酸化物超電導層３を厚さ方向に貫通している。溶接領域７は、酸化物超電導線材５の幅方向の少なくとも２か所に形成され、長さ方向に延びている。

以下、各部の構成について詳細に説明する。
基材１は、酸化物超電導線材５の基材として使用し得るものであれば良く、耐熱性の金属からなるものが好ましい。基材１は、耐熱性の金属の中でも、合金が好ましく、ニッケル（Ｎｉ）合金又は銅（Ｃｕ）合金がより好ましい。なかでも、市販品であればハステロイ（商品名、ヘインズ社製）が好適であり、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）等の成分量が異なる、ハステロイＢ、Ｃ、Ｇ、Ｎ、Ｗ等の何れの種類も使用できる。また、基材１として、金属結晶の配向をそろえた配向基板を用いても良い。
本実施形態においては、基材１の形状は、長尺のテープ形状であるが、例えば、シート形状であっても良い。基材１の厚みは、目的に応じて適宜調整すれば良く、１０〜５００μｍの範囲とすることができる。

中間層２は、基材１の上面１ａ上に形成される。中間層２は、下地層と、配向層およびキャップ層がこの順に積層された構造を適用することができる。下地層は、拡散防止層およびベッド層の何れか一方又は両方からなる。

拡散防止層は、この層よりも上面に他の層を形成する際に加熱処理した結果、基材１や他の層が熱履歴を受ける場合に、基材１の構成元素の一部が拡散し、不純物として酸化物超電導層３側に混入することを抑制する機能を有する。拡散防止層は、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ＧＺＯ（Ｇｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７）等から構成され、例えば厚み１０〜４００ｎｍに形成される。
ベッド層は、基材１と酸化物超電導層３との界面における構成元素の反応を抑え、この層よりも上面に設ける層の配向性を向上させるために設けられる。ベッド層は、界面反応性を低減し、その上に形成される膜の配向性を得るため層であり、Ｙ_２Ｏ_３、Ｅｒ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｄｙ_２Ｏ_３、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｅｕ_２Ｏ_３、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３等からなり、その厚みは例えば１０〜１００ｎｍである。
配向層は、その上に形成されるキャップ層や酸化物超電導層３の結晶配向性を制御するために設けられる。配向層は、その上のキャップ層の結晶配向性を制御するために２軸配向する物質から形成される。配向層の材質としては、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。この配向層はＩＢＡＤ（Ion-Beam-Assisted Deposition）法で形成することが好ましい。
キャップ層は、酸化物超電導層３の結晶配向性を配向層と同等ないしそれ以上に強く制御するために設けられる。キャップ層は、上述の配向層の表面に成膜されて結晶粒が面内方向に自己配向し得る材料からなり、具体的には、ＣｅＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＹＳＺ、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３、ＬａＭｎＯ_３等からなる。キャップ層の膜厚は５０〜５０００ｎｍの範囲に形成できる。

酸化物超電導層３は酸化物超電導体として公知のもので良く、具体的には、ＲＥ−１２３系と呼ばれるＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−Ｘ（ＲＥは希土類元素であるＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの１種又は２種以上を表す）を例示できる。この酸化物超電導層３として、Ｙ１２３（ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−Ｘ）又はＧｄ１２３（ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−Ｘ）などを例示できる。
酸化物超電導層３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３の上面には、保護層４が形成されている。保護層４は、Ａｇ又はＡｇ合金などの良電導性からなり、酸化物超電導層３との接触抵抗が低くなじみの良い層として形成される。保護層４は、スパッタ法などの成膜法により積層されて、その厚さは、１〜３０μｍ程度とされる。

上述した、基材１、中間層２、酸化物超電導層３、保護層４により積層体１０が構成されている。

安定化層６は、積層体１０を構成する保護層４の上面に金属テープを半田接合することで形成されている。なお、各図において、半田接合に用いた半田の図示を省略する。安定化層６を構成する金属テープは、良導電性を有する材料からなり、例えば、銅、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ合金）、Ｃｕ−Ｎｉ合金等の銅合金、ステンレス等の比較的安価な材質からなるものを用いることが好ましく、中でも高い導電性を有し、安価であることから銅製が好ましい。安定化層６は、酸化物超電導層３が超電導状態から常電導状態に遷移しようとした時に、保護層４とともに、酸化物超電導層３の電流が転流するバイパスとして機能する。また、酸化物超電導線材５をコイル状に巻回して超電導限流器に使用する場合において、安定化層６は、クエンチが起こり常電導状態に転移した時に発生する過電流を瞬時に抑制するために用いられる。この場合、安定化層６を構成する金属テープに用いられる材料は、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ等のＮｉ系合金等の高抵抗金属を用いる事が好ましい。
また、安定化層６は、積層体１０の周囲に断面視略Ｃ字型に金属テープで覆う構成としても良い。この場合、金属テープは、積層体１０の外周（横断面四方）に半田接合され、安定化層６を構成する。
安定化層６を構成する金属テープの厚さは特に限定されず、適宜調整可能であるが、１０〜３００μｍとすることができる。

安定化層６は、基材１と溶融接合（溶接）されており、安定化層６と基材１とを接合するように溶接領域７が形成されている。溶接領域７は、中間層２、酸化物超電導層３、保護層４を厚さ方向に貫通する。溶接領域７は、酸化物超電導線材５の幅方向の２か所に形成され、長さ方向に延びている。

溶接領域７は、安定化層６の上面６ａ、又は基材１の下面１ｂにレーザ光Ｌを照射して加熱することで形成できる。溶接領域７は、安定化層６の下面側の一部、半田の一部、保護層４の一部、酸化物超電導層３の一部、中間層２の一部、基材１の上面１ａ側の一部が溶融、固化してなる。したがって、溶接領域７の組成は、各層の構成元素が混ざり合った合金組成となっている。

酸化物超電導層３のうち、溶接領域７は、超電導特性を有さず、溶接領域７以外の領域が、超電導特性を有する超電導領域３ａとなる。溶接領域７の幅寸法Ｗ７を大きくすることで、溶接領域７の剛性を高め各層に加わる剥離応力を抑制できる一方で、超電導領域３ａが小さくなり酸化物超電導線材５の臨界電流値Ｉｃが低下する。溶接領域７の幅寸法Ｗ７は、十分な剛性を得つつ、超電導領域３ａを小さくし過ぎない範囲として、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることが好ましい。

本実施形態の酸化物超電導線材５によれば、溶接領域７により、安定化層６と基材１とが溶融接合されているため、各層の積層方向に加わる応力は、溶接領域７によって支持される。このため、安定化層６と基材１とが互いに離間しにくく、酸化物超電導線材５の各層の層間に加わる剥離応力を抑制できる。即ち、安定化層６と基材１との間に設けられた各層（中間層２、酸化物超電導層３および保護層４）の層間に剥離応力が生じにくくなる。また、中間層２を構成する各層（例えば下地層、配向層およびキャップ層）の層間においても剥離応力が生じにくくなる。加えて、安定化層６と保護層４の層間、基材１と中間層２の層間にも応力が生じにくくなる。これにより、酸化物超電導線材５は、各層の剥離を抑制できる。

なお、本実施形態では、溶接領域７が酸化物超電導層３と中間層２とを貫通して設けられており、基材１と安定化層６とを互いに溶融接合した構造を例示した。しかしながら、溶接領域７が中間層２を貫通せずに、中間層２と安定化層６とを溶融接合する構造としても良い。即ち、溶接領域７は、酸化物超電導層３を厚さ方向に貫通し酸化物超電導層３より下側（−Ｚ側）に位置する層と安定化層とを溶融接合するものであればよい。積層構造を有する酸化物超電導線材５においては、中間層２と酸化物超電導層３との剥離が最も顕著に生じやすい。中間層２と安定化層６とを溶接領域７によって溶融接合して、中間層２と酸化物超電導層３との層間に剥離応力を生じにくくすることで、中間層２と安定化層６との剥離を抑制しても良い。溶接領域７が中間層２を貫通するか否かは、溶接領域７の形成工程において、レーザ光Ｌのスポットのエネルギー密度や照射時間により制御できる。
なお、本実施形態に示すように、溶接領域７が安定化層６と基材１を溶融接合する構造とする場合には、安定化層６と基材１との間に含まれる全ての層間に生じる剥離応力を抑制できるため、より好ましい。

酸化物超電導線材５の横断面において、溶接領域７は、酸化物超電導層３の２か所に形成されており、酸化物超電導線材５の長さ方向に延びている。したがって、酸化物超電導層３は、幅方向に分割された構成となる。しかしながら溶接領域７は、線材５の長さ方向全域に形成されている必要は無い。例えば、溶接領域７は、線材５を屈曲させる所定の長さの領域に選択的に形成されていても良い。また、溶接領域７は、線材５の長さ方向に対して、スポット的に複数設けられていても良い。このような場合は、溶接領域７を必要な箇所のみに形成することで、溶接領域７が設けられることによる電気特性の低下を抑制できる。一方で、酸化物超電導線材５の長さ方向全域にわたり、剥離応力が生じることが予想される場合は、溶接領域７は、長さ方向に延びた形状とすることが好ましい。

また、本実施形態において、溶接領域７は、酸化物超電導層３の幅方向の２か所に設けられているが、少なくとも一部に形成されていれば、剥離応力を抑制する一定の効果を得ることができる。ただし、溶接領域７を酸化物超電導層３の幅方向の２か所以上に設けることで、安定化層６と基材１とをより強固に溶融接合することができ、より好ましい。

＜製造方法＞
次に、この酸化物超電導線材５の製造方法の一例について説明する。
まず、帯状の基材１を用意し、基材１の上面１ａ側に、従来公知の方法により、中間層２、酸化物超電導層３、保護層４を積層し、積層体１０を形成する。
次に、前記酸化物超電導層に酸素を供給する酸素アニール処理工程を行い、酸化物超電導層３に酸素を供給して、その結晶構造を整え、超電導特性を向上させる。
次に、積層体１０の保護層４の上面に金属テープを半田接合して安定化層６を形成する。

次に、安定化層６の上面６ａからレーザ光Ｌを照射し、安定化層６と基材１とを溶接して、中間層２および酸化物超電導層３を貫通する溶接領域７を形成する溶接工程を行う。
図２（ａ）、（ｂ）を基に溶接工程について説明する。
図２（ａ）は、線材５にレーザ光Ｌを照射するレーザ光照射装置２０と、線材５を長さ方向に搬送する搬送装置２１と、を示す概略図である。

搬送装置２１は、繰出しリール２６と巻取りリール２７とを有している。また、レーザ光照射装置２０は、繰出しリール２６と巻取りリール２７との間に配置されている。線材５は、繰出しリール２６に巻回されている。巻取りリール２７には、モータ（図示略）等の駆動装置が取り付けられており、巻取りリール２７に巻き掛けて、駆動装置を動作させることで線材５を繰出しリール２６から繰り出し巻取りリール２７で巻き取ることができる。

図２（ｂ）に示すように、レーザ光照射装置２０は、繰出しリール２６から巻き出された線材５の安定化層６の上面６ａにレーザ光Ｌを照射する。本実施形態においては、レーザ光照射装置２０は、線材５の幅方向に対し２基配置されており、各レーザ光照射装置２０により、安定化層６の幅方向の異なる位置にレーザ光Ｌを照射する。

酸化物超電導線材５の安定化層６は、レーザ光Ｌが照射することで溶融し、保護層４、酸化物超電導層３、中間層２を貫通して基材１と溶融接合される。これにより、酸化物超電導線材５には、溶接領域７が形成される。

溶接工程に用いるレーザ光照射装置２０としては、例えばファイバーレーザ（波長１０６５ｎｍ、出力３００Ｗ）を用いることができる。また、溶接条件として、例えば、スポット径５０μｍ、溶接速度：３０ｍ／分とすることができる。溶接工程は、アシストガスとして窒素ガスを溶接部に吹きつけながら溶接を行ってもよい。このような条件で溶接工程を行うことで、レーザ光Ｌは、安定化層６の表面のみを加熱することなく熱が内部にまで侵入し安定化層６から基材１に達する溶接領域７を形成できる。また、酸化物超電導層３の超電導領域３ａを劣化させることがなく、溶接領域７を効率よく形成できる。

以上に説明した酸化物超電導線材５の製造方法によれば、レーザ光照射装置２０によりレーザ光Ｌを照射することで容易に溶接領域７を形成することができる。また、レーザ光Ｌは、安定化層６を形成後に照射されるために、酸化物超電導層３が、保護層４および安定化層６に守られて、溶接工程において酸化物超電導層３が損傷することを抑制できる。また、溶接工程として、レーザ光照射装置２０を用いることで、レーザ光Ｌによる局所的な加熱が可能となり、幅寸法Ｗ７（図１参照）が狭い溶接領域７を形成できる。

また、以上に説明した酸化物超電導線材５の製造方法によれば、線材５を長さ方向に搬送しながら連続的に溶接領域７を形成することができるため、酸化物超電導線材５の生産効率を高めることができる。
なお、上述の溶接工程においては、レーザ光Ｌを安定化層６の上面６ａ側から照射する場合について説明した。しかしながら、レーザ光Ｌは、基材１の下面１ｂ側から照射して溶接領域７を形成してもよい。
また、上述の溶接工程においては、レーザ光照射装置２０を２基並べて線材５に照射する場合を例示した。しかしながら、溶接工程を複数回の工程に分け、１基のレーザ光照射装置２０により、複数の溶接領域７を形成してもよい。

＜変形例１＞
次に上述した実施形態の変形例１について説明する。図３は、変形例１の酸化物超電導線材１０５の断面斜視図である。
変形例１の酸化物超電導線材１０５は、上述の実施形態と比較して、線材１０５の幅方向における溶接領域１０７の位置が異なる。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。

変形例１の酸化物超電導線材１０５において、溶接領域１０７は、中間層２および酸化物超電導層３を貫通して基材１と安定化層６とを接続している。溶接領域１０７は、酸化物超電導線材１０５の幅方向の両端の２か所に形成され、酸化物超電導線材１０５の長さ方向に延びている。

酸化物超電導線材１０５の溶接領域１０７は、酸化物超電導層３の幅方向両端に形成されている。したがって酸化物超電導層３の超電導領域３ａは、その全領域が溶接領域１０７の間に挟まれている。このように配置することで、酸化物超電導層３の超電導領域３ａは、その全域が溶接領域１０７により補強されて、剥離の発生をより効果的に抑制できる。また、各層の幅方向両端は、層間の剥離の起点となりやすい。本変形例においては、剥離の起点となりやすい幅方向両端に溶接領域１０７が設けられていることで、層間の剥離の起点発生を抑制できる。

＜変形例２＞
次に上述した実施形態の変形例２について説明する。図４は、変形例２の酸化物超電導線材２０５の断面斜視図である。
変形例２の酸化物超電導線材２０５は、上述の実施形態と比較して、線材２０５の長さ方向に亘る溶接領域２０７の構成が異なる。なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。

変形例２の酸化物超電導線材２０５において、溶接領域２０７は、中間層２および酸化物超電導層３を貫通して基材１と安定化層６とを溶融接合している。また、酸化物超電導線材２０５の横断面において、溶接領域２０７は、酸化物超電導層３の幅方向中央の１か所に形成されている。酸化物超電導層３において、溶接領域２０７の幅方向両側には、超電導領域３ａが配置されている。
また、溶接領域２０７は、酸化物超電導線材２０５の長さ方向に延びている。線材２０５の長さ方向に延びる溶接領域２０７は、間欠的に形成されている。ここで、長さ方向に対し隣り合う溶接領域２０７、２０７同士が途切れる部分を間欠部２１１と呼ぶこととする。

溶接領域２０７が、線材２０５の長さ方向に間欠的に設けられていることで、溶接領域２０７の幅方向両側に位置する酸化物超電導層３の超電導領域３ａ同士は、間欠部２１１において電気的に接続されている。したがって、溶接領域２０７の両側に位置する超電導領域３ａのうち、一方が損傷した場合などであっても、間欠部２１１を介し他方の超電導領域３ａで酸化物超電導線材２０５の電流をバイパスできる。したがって、損傷が生じた一方の超電導領域３ａの全長に電流が流れなくなることがなく、酸化物超電導線材２０５の全幅、全長を有効に利用できる。

＜変形例３＞
変形例２においては、長さ方向に隣り合う溶接領域２０７、２０７同士の、幅方向の位置が同じ場合について、説明した。しかしながら、図５に示す変形例３の超電導線材３０５の様に、長さ方向に隣り合う溶接領域３０７Ａ、３０７Ｂは、幅方向の位置が異なっていても良い。また、この場合において、図５に示すように溶接領域３０７Ａ、３０７Ｂは、長さ方向で重複する領域があっても良い。重複した領域では、横断面において２か所の溶接領域３０７Ａ、３０７Ｂが形成されている。

以上に、本発明の様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。

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。
＜試料の作製＞
まず、ハステロイＣ−２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚み０．０７５ｍｍ、長さ１０００ｍｍのテープ状の基材の表面を平均粒径３μｍのアルミナを使用し研磨した。次に、前記基材の表面をアセトンにより脱脂、洗浄した。
この基材の上面上にスパッタ法によりＡｌ_２Ｏ_３（拡散防止層；膜厚１００ｎｍ）を成膜し、その上に、イオンビームスパッタ法によりＹ_２Ｏ_３（ベッド層；膜厚３０ｎｍ）を成膜した。
次いで、このベッド層上に、イオンビームアシスト蒸着法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（金属酸化物層；膜厚５〜１０ｎｍ）を形成し、その上にパルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）により５００ｎｍ厚のＣｅＯ_２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ_２層上にＰＬＤ法により２．０μｍ厚のＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｘ（酸化物超電導層）を形成した。
次に、スパッタ法により酸化物超電導層上に厚さ２μｍのＡｇの保護層を形成し、酸素アニールを５００℃で１０時間行い、２６時間炉冷後、取り出した。
次に、保護層の上面に、７５μｍ厚、１０ｍｍ幅の銅テープを半田接合し安定化層を形成した。
このように作製したサンプルを比較例の酸化物超電導線材とした。

次に、上述した比較例の酸化物超電導線材に、さらに溶接工程を行い実施例１および実施例２の酸化物超電線材を作製した。
溶接工程は、酸化物超電導線材を長手方向に送りながら、レーザ光照射装置によりレーザ光を照射して行った。線材の幅方向の中央の一か所にレーザを照射しながら線材を送り、酸化物超電導層を２分割するように溶接領域を形成したものを実施例１の酸化物超電導線材とした。また、レーザ光を２か所に照射して、酸化物超電導層を均等に３分割するように溶接領域を形成したものを実施例２の酸化物超電導線材とした。実施例１、実施例２ともに、形成された溶接領域の幅寸法（図１の幅寸法Ｗ７に相当）は、０．５ｍｍ〜１ｍｍとなっていた。

次に、実施例１、実施例２および比較例の酸化物超電導線材をコイル状に巻回してそれぞれ、実施例１、実施例２および比較例のコイルとした。

＜評価＞
実施例１、実施例２および比較例のコイルに対し、四端子法を用いてこれらの臨界電流値（Ｉｃ）を測定した。各サンプルのコイルに対し液体窒素に１０分、常温で１５分放置するヒートサイクル試験を、１０サイクル繰り返した。ヒートサイクル試験後の各サンプルを再度上記と同様の臨界電流値測定を行った。
ヒートサイクル前の臨界電流値と、ヒートサイクル後の臨界電流値の低下率を表１にまとめて示す。

表１に示すように、溶接領域を有する実施例１、実施例２のコイルは、溶接領域を有さない比較例に対して、臨界電流値の低下が抑制された。ヒートサイクル試験を行うと、酸化物超電導線材を構成する各層が、それぞれの熱膨張係数に応じて収縮する。収縮により、各層（特に酸化物超電導層）が層間で剥離し酸化物超電導層が損傷し、臨界電流値が低下する場合がある。溶接領域を形成することで、酸化物超電導層の層間剥離が抑制されたために、実施例１、実施例２のヒートサイクル後の臨界電流値の低下率が、比較例の低下率より低減されていると考察される。

また、実施例１と実施例２とを比較すると、ヒートサイクル後の臨界電流値の低下率は、幅方向に２か所の溶接領域を形成した実施例２のサンプルで、より効果的に抑制されている。このことから、１か所のみの溶接領域より、２か所の溶接領域を形成することで、層間剥離抑制の効果が高まると考察される。

１…基材、１ａ、６ａ…上面、１ｂ…下面、２…中間層、３…酸化物超電導層、３ａ…超電導領域、４…保護層、５、１０５、２０５、３０５…酸化物超電導線材（線材）、６…安定化層、７、１０７、２０７、３０７Ａ、３０７Ｂ…溶接領域、１０…積層体、２０…レーザ光照射装置、２１…搬送装置、２１１…間欠部、Ｌ…レーザ光、Ｗ７…幅寸法

Claims

帯状の基材の上面に、中間層、酸化物超電導層、および保護層が積層された積層体と、前記積層体の前記保護層の上面に半田接合された安定化層と、を備えた酸化物超電導線材であって、
前記酸化物超電導層を厚さ方向に貫通し前記酸化物超電導層より下側に位置する層と前記安定化層とを溶融接合する溶接領域を有する酸化物超電導線材。
前記溶接領域が、前記基材と前記安定化層とを溶融接合する請求項１に記載の酸化物超電導線材。
前記溶接領域が、線材の幅方向の少なくとも一部に形成され、線材の長さ方向に延びている請求項１又は２に記載の酸化物超電導線材。
帯状の基材の一方の面に、中間層、酸化物超電導層、および保護層を積層して積層体を形成する工程と、
前記積層体の前記保護層の面上に金属テープを半田接合して安定化層を形成する工程と、
前記基材側の面、又は前記安定化層側の面の幅方向の少なくとも一部にレーザ光を照射し、前記安定化層を酸化物超電導層より下の層と溶接して、前記酸化物超電導層を厚さ方向に貫通する溶接領域を形成する溶接工程と、を有する酸化物超電導線材の製造方法。
前記溶接工程は、前記レーザ光を照射しながら線材を長さ方向に搬送して長さ方向に延びる前記溶接領域を形成する請求項４に記載の酸化物超電導線材の製造方法。