JP2018073698A - 超電導線材及び超電導コイル - Google Patents

Abstract

【課題】取り扱いが容易でありかつ低減された遮蔽電流と交流損失とを有する超電導線材を提供する。【解決手段】超電導線材は、複数の超電導線材部分を備える。複数の超電導線材部分は、各々、第１主面と第１主面とは反対側の第２主面とを有する基板と、第１主面上に設けられた超電導材料層とを含む。複数の超電導線材部分は、第１主面に直交する第２の方向に沿って互いに積層される。超電導線材の長手方向に直交する断面における、超電導線材の高さｈに対する超電導線材の幅ｗの比ｗ／ｈは０．７以上３以下である。幅ｗは２ｍｍ以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、超電導線材及び超電導コイルに関する。

基板と基板上に設けられた超電導材料層とを含む超電導線材、及び、この超電導線材を含む超電導コイルが知られている（特許文献１を参照）。

特開２０１５−２２８３５７号公報

しかしながら、特許文献１に記載された超電導線材の幅は超電導線材の高さの４０倍以上であるため、超電導線材のハンドリング性が劣っている。また、特許文献１に記載された超電導線材は５ｍｍのような広い幅を有しているため、超電導線材における遮蔽電流及び交流損失が大きい。

特許文献１に記載された超電導線材の取扱いが難しいため、このような超電導線材を巻き回して超電導コイルを製造するためには、複雑な巻き回し技術が必要である。また、特許文献１に記載された超電導線材では大きな遮蔽電流と大きな交流損失とが発生するため、このような超電導線材が巻き回された超電導コイルでは、超電導コイルの中心磁場が減少する。

本発明の一態様の目的は、取り扱いが容易でありかつ低減された遮蔽電流と低減された交流損失とを有する超電導線材を提供することである。

本発明の別の態様の目的は、簡単に製造され得るとともに増加された中心磁場を有する超電導コイルを提供することである。

本発明の一態様に係る超電導線材は、複数の超電導線材部分を備える。複数の超電導線材部分は、各々、第１主面と第１主面とは反対側の第２主面とを有する基板と、第１主面上に設けられた超電導材料層とを含む。複数の超電導線材部分は、第１主面に直交する第２の方向に沿って互いに積層される。超電導線材の長手方向に直交する断面における、超電導線材の高さｈに対する超電導線材の幅ｗの比ｗ／ｈは０．７以上３以下である。幅ｗは２ｍｍ以下である。幅ｗは、この断面において第１主面が延在する第１の方向における超電導線材の最大幅として定義される。高さｈは、この断面において第１の方向に直交する第２の方向における超電導線材の最大高さとして定義される。

本発明の一態様に係る超電導コイルは、本発明の一態様に係る超電導線材と、絶縁体とを備える。超電導線材は、周回毎に空間を置いて巻き回された渦巻形状を有する。絶縁体は、空間を充たしており、かつ、超電導線材の渦巻形状を保持する。

本発明の一態様によれば、取り扱いが容易でありかつ低減された遮蔽電流と低減された交流損失とを有する超電導線材を提供することができる。

本発明の一態様によれば、簡単に製造され得るとともに増加された中心磁場を有する超電導コイルを提供することができる。

実施の形態１に係る超電導線材の長手方向に直交する断面における、超電導線材の概略断面図である。 実施の形態１に係る超電導線材の製造方法の一工程を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る超電導線材の製造方法における、図２に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る超電導線材の製造方法における、図３に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態１に係る超電導コイルの概略平面図である。 実施の形態１に係る超電導コイルの、図５に示す断面線ＶＩ−ＶＩにおける概略断面図である。 実施の形態２に係る超電導線材の長手方向に直交する断面における、超電導線材の概略断面図である。 実施の形態２に係る超電導線材の製造方法の一工程を示す概略断面図である。 実施の形態２に係る超電導線材の製造方法における、図８に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態２に係る超電導線材の製造方法における、図９に示す工程の次工程を示す概略断面図である。 実施の形態２に係る超電導コイルの概略平面図である。 実施の形態２に係る超電導コイルの、図１１に示す断面線ＸＩＩ−ＸＩＩにおける概略断面図である。

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

（１）本発明の一態様に係る超電導線材１，２は、複数の超電導線材部分１０，１０ｂを備える。複数の超電導線材部分１０，１０ｂは、各々、第１主面１１ｆと第１主面１１ｆとは反対側の第２主面１１ｓとを有する基板１１と、第１主面１１ｆ上に設けられた超電導材料層１３とを含む。複数の超電導線材部分１０，１０ｂは、第１主面１１ｆに直交する第２の方向（ｙ方向）に沿って互いに積層される。超電導線材１，２の長手方向（ｚ方向）に直交する断面（ｘ−ｙ面）における、超電導線材１，２の高さｈに対する超電導線材１，２の幅ｗの比ｗ／ｈは０．７以上３以下である。幅ｗは２ｍｍ以下である。幅ｗは、この断面（ｘ−ｙ面）において第１主面１１ｆが延在する第１の方向（ｘ方向）における超電導線材１，２の最大幅として定義される。高さｈは、この断面（ｘ−ｙ面）において第１の方向（ｘ方向）に直交する第２の方向（ｙ方向）における超電導線材１，２の最大高さとして定義される。

超電導線材１，２の比ｗ／ｈは０．７以上３以下であるため、超電導線材１，２の長手方向（ｚ方向）に直交する断面（ｘ−ｙ面）における超電導線材１，２の断面形状は、向上された対称性を有する。取り扱いが容易である超電導線材１，２が提供され得る。また、超電導線材１，２において発生する遮蔽電流と交流損失とは、超電導線材１，２の幅ｗが小さくなるにつれて減少する。超電導線材１，２の幅ｗは２ｍｍ以下であり、狭い幅を有している。そのため、超電導線材１，２において発生する遮蔽電流と交流損失とは低減され得る。

（２）上記（１）に係る超電導線材１，２は、第２の方向（ｙ方向）において互いに対向する第１表面７と第２表面８とを有する。複数の超電導線材部分１０，１０ｂの各々に含まれる基板１１の第１主面１１ｆが第１表面７に対向するように、複数の超電導線材部分１０，１０ｂは互いに積層されている。そのため、超電導線材１，２は、超電導線材１，２の長手方向（ｚ方向）の端部において、他の導体と容易に接続され得る。

（３）上記（１）または（２）に係る超電導線材１，２は、複数の超電導線材部分１０，１０ｂを互いに接合する導電接合層２０をさらに備えている。導電接合層２０は、超電導材料層１３が超電導状態から常電導状態に遷移する際に超電導材料層１３を流れていた電流が転流するバイパスとして機能する。超電導材料層１３が超電導状態から常電導状態に遷移する際に超電導線材１，２が破損することが防止され得る。

（４）上記（１）から（３）のいずれかに係る超電導線材１，２は、複数の超電導線材部分１０，１０ｂの外周を被覆する絶縁層３０をさらに備える。絶縁層３０は、複数の超電導線材１，２が互いに短絡することなく高い密度で配置されることを可能にする。

（５）上記（１）から（４）のいずれかに係る超電導線材２では、複数の超電導線材部分１０，１０ｂは、各々、安定化層１５をさらに含む。安定化層１５は、超電導材料層１３が超電導状態から常電導状態に遷移する際に超電導材料層１３を流れていた電流が転流するバイパスとして機能する。超電導材料層１３が超電導状態から常電導状態に遷移する際に超電導線材２が破損することがさらに防止され得る。

（６）上記（１）から（５）のいずれかに係る超電導線材１，２では、比ｗ／ｈは０．８以上２以下である。取り扱いが容易である超電導線材１，２が提供され得る。

（７）上記（１）から（６）のいずれかに係る超電導線材１，２では、幅ｗは１ｍｍ以下である。超電導線材１，２において発生する遮蔽電流と交流損失とはさらに低減され得る。

（８）本発明の一態様に係る超電導コイル５，６は、上記（１）から（７）のいずれかに係る超電導線材１，２と、絶縁体３３とを備える。超電導線材１，２は、周回毎に空間を置いて巻き回された渦巻形状を有する。絶縁体３３は、空間を充たしており、かつ、巻き回された超電導線材１，２の渦巻形状を保持する。超電導線材１，２の断面形状は向上された対称性を有するため、超電導線材１，２は、容易に渦巻き状に巻き回され得る断面形状を有している。そのため、超電導コイル５，６は簡単に製造され得る。超電導線材１，２の幅ｗは２ｍｍ以下であるため、超電導線材１，２において発生する遮蔽電流と交流損失とは低減され得る。このような超電導線材１，２が巻き回された超電導コイル５，６では、超電導コイル５，６の中心磁場が増加し得る。

[本発明の実施形態の詳細]
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態の詳細について説明する。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、その説明は繰返さない。以下に記載する実施の形態の少なくとも一部の構成を任意に組み合わせてもよい。

（実施の形態１）
図１に示されるように、本実施の形態に係る超電導線材１は、複数の超電導線材部分１０を主に備える。超電導線材１は、導電接合層２０と、絶縁層３０とをさらに備えてもよい。

複数の超電導線材部分１０は、各々、第１主面１１ｆと第１主面１１ｆとは反対側の第２主面１１ｓとを有する基板１１と、第１主面１１ｆ上に設けられた超電導材料層１３とを含む。複数の超電導線材部分１０は、各々、中間層１２と、保護層１４と、下地層１６とをさらに含んでもよい。

基板１１は、金属基板であってもよい。特定的には、基板１１は、配向金属基板であってもよい。なお、配向金属基板は、第１主面１１ｆ及び第２主面１１ｓ内の２つの方向（ｘ方向及びｚ方向）に関して、結晶方位が揃っている基板を意味する。配向金属基板は、例えば、ＳＵＳまたはハステロイ（登録商標）のベース基板上にニッケル層及び銅層などが配置されたクラッドタイプの金属基板であってもよい。基板１１の材料はこれらに限定されず、例えば金属以外の材料であってもよい。

基板１１は、複数の超電導線材部分１０の各々に含まれる他の構成要素（中間層１２，超電導材料層１３，保護層１４，下地層１６）よりも大きな厚さを有している。基板１１の厚さは特に限定されないが、３０μｍ以上であってもよく、特定的には５０μｍ以上であってもよい。基板１１の生産性及びコストを考慮して、基板１１の厚さは、１ｍｍ以下であってもよく、特定的には２００μｍ以下であってもよい。基板１１の厚さは、超電導線材１の長手方向（ｚ方向）に直交する断面（ｘ−ｙ面）において第１主面１１ｆの法線に平行な第２の方向（ｙ方向）における基板１１の最大高さとして定義される。

中間層１２は、基板１１の第１主面１１ｆ上に設けられている。中間層１２は、基板１１と超電導材料層１３との間に配置されている。中間層１２は、超電導材料層１３との反応性が極めて低く、超電導材料層１３の超電導特性を低下させないような材料を用いることができる。中間層１２は、高温プロセスを利用して超電導材料層１３を形成する際に、基板１１から超電導材料層１３へ金属原子が拡散することを抑制することができる。基板１１がその表面に結晶配向性を有するとき、中間層１２は、基板１１と超電導材料層１３との結晶配向性の差を緩和してもよい。中間層１２は、例えば、０．１μｍ以上３．０μｍ以下の厚さを有してもよい。

中間層１２は、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＣｅＯ_２（酸化セリウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、Ｙ_２Ｏ_３（酸化イットリウム）、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）、ＬａＭｎＯ_３（酸化ランタンマンガン）、Ｇｄ₂Ｚｒ₂Ｏ₇（ジルコン酸ガドリニウム）およびＳｒＴｉＯ_３（チタン酸ストロンチウム）の少なくとも一つから構成されてもよい。中間層１２は、複数の層により構成されていてもよい。中間層１２の各々が複数の層により構成される場合、複数の層は、互いに異なる材質により構成されてもよいし、一部が同じ材質により構成されかつ残りは互いに異なる材質により構成されてもよい。基板１１としてＳＵＳ基板またはハステロイ基板が用いられる場合、中間層１２は、例えば、ＩＢＡＤ（Ion Beam Assisted Deposition）法にて形成された結晶配向層であってもよい。

中間層１２の、基板１１に面する主面と反対側の主面上に、超電導材料層１３が設けられてもよい。超電導材料層１３は、中間層１２を挟んで基板１１の第１主面１１ｆ上に設けられてもよい。超電導材料層１３は、超電導線材１のうち、超電導電流が流れる部分である。

超電導材料層１３を構成する超電導材料は特に限定されないが、例えば、ＲＥ−１２３系の酸化物超電導体とすることが好ましい。ＲＥ−１２３系の酸化物超電導体は、ＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y（ｙは６〜８、より好ましくは６．８〜７、ＲＥとはイットリウム、またはＧｄ、Ｓｍ、Ｈｏなどの希土類元素を意味する）として表される超電導体を意味する。超電導材料層１３の厚さは特に限定されないが、超電導材料層１３に流れる超電導電流の臨界電流Ｉ_cを向上させるために、超電導材料層１３の厚さは、０．５μｍ以上であってもよく、特定的には１．０μｍ以上であってもよい。超電導材料層１３の生産性を考慮して、超電導材料層１３の厚さは１０μｍ以下であってもよく、特定的には５μｍ以下であってもよい。超電導材料層１３は、中間層１２よりも厚くてもよい。

保護層１４は、超電導材料層１３の、中間層１２に面する主面と反対側の主面上に形成されている。保護層１４は、導電材料で構成されてもよい。保護層１４は、例えば、銀（Ａｇ）または銀合金から構成されてもよい。保護層１４の厚さは、例えば、０．１μｍ以上であってもよく、特定的には１μｍ以上であってもよい。保護層１４の厚さは、例えば、２０μｍ以下であってもよく、特定的には１０μｍ以下であってもよい。保護層１４は、超電導材料層１３の側面（ｙ−ｚ面）上に設けられてもよい。保護層１４は、中間層１２の側面（ｙ−ｚ面）上にさらに設けられてもよい。保護層１４は、基板１１の側面（ｙ−ｚ面）上と第２主面１１ｓ上とにさらに設けられてもよい。

複数の超電導線材部分１０は、第１主面１１ｆに直交する第２の方向（ｙ方向）に沿って互いに積層されている。少なくとも３つの超電導線材部分１０が、第１主面１１ｆに直交する第２の方向（ｙ方向）に沿って互いに積層されてもよい。超電導線材１は、第２の方向（ｙ方向）において互いに対向する第１表面７と第２表面８とを有する。特定的には、複数の超電導線材部分１０の各々に含まれる基板１１の第１主面１１ｆが第１表面７に対向するように、複数の超電導線材部分１０は互いに積層されている。互いに隣り合う第１の超電導線材部分（１０）と第２の超電導線材部分（１０）とが、第１の超電導線材部分（１０）の基板１１の第１主面１１ｆが、第２の超電導線材部分（１０）の基板１１の第２主面１１ｓに対向するように、複数の超電導線材部分１０は互いに積層されている。

超電導線材１は、複数の超電導線材部分１０を互いに接合する導電接合層２０をさらに備えている。複数の超電導線材部分１０は、導電接合層２０を介して互いに積層されている。導電接合層２０は、保護層１４とともに、超電導材料層１３が超電導状態から常電導状態に遷移する際に超電導材料層１３を流れていた電流が転流するバイパスとして機能する。導電接合層２０の材料は特に限定されないが、例えば、はんだであってもよい。導電接合層２０の厚さは特に限定されないが、例えば、１μｍ以上であってもよく、特定的には１０μｍ以上であってもよい。導電接合層２０の厚さは、例えば、１００μｍ以下であってもよく、特定的には５０μｍ以下であってもよい。

下地層１６は、基板１１に対する導電接合層２０の密着性を向上させる。下地層１６は、基板１１の第２主面１１ｓ上に設けられている。下地層１６は、基板１１の側面（ｙ−ｚ面）上にも設けられてもよい。下地層１６は、保護層１４と同様に、導電材料で構成されてもよい。下地層１６は、例えば、銀（Ａｇ）または銀合金から構成されてもよい。下地層１６の厚さは、例えば、０．１μｍ以上１０μｍ以下であってもよく、１μｍ以上５μｍ以下であってもよい。下地層１６は、保護層１４に一体化されてもよい。下地層１６は、保護層１４とともに、基板１１、中間層１２及び超電導材料層１３から構成される積層体部分（１１，１２，１３）の全ての表面を覆ってもよい。

本実施の形態の超電導線材１は、複数の超電導線材部分１０の外周を被覆する絶縁層３０をさらに備える。絶縁層３０は、例えば、クラフト紙もしくは半合成絶縁紙のような絶縁テープ、または、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイドもしくはポリエステルなどのような樹脂からなる絶縁テープであってもよい。絶縁層３０は、絶縁テープを複数の超電導線材部分１０の外周に巻きつけることによって構成されてもよい。絶縁層３０は、複数の超電導線材１が互いに短絡することを防止する。

超電導線材１は、長手方向（ｚ方向）に延在する長尺線材である。超電導線材１の長手方向（ｚ方向）の長さは、超電導線材１の高さｈ及び幅ｗよりもはるかに大きい。超電導線材１の長手方向（ｚ方向）の長さは、例えば、１ｍ以上であってもよく、特定的には１００ｍ以上であってもよく、さらに特定的には１ｋｍ以上であってもよい。本明細書において、超電導線材１の幅ｗは、超電導線材１の長手方向（ｚ方向）に直交する断面（ｘ−ｙ面）において第１主面１１ｆが延在する第１の方向（ｘ方向）における超電導線材１の最大幅として定義される。本明細書において、超電導線材１の高さｈは、超電導線材１の長手方向（ｚ方向）に直交する断面（ｘ−ｙ面）において第１の方向（ｘ方向）に直交する第２の方向（ｙ方向）における超電導線材１の最大高さとして定義される。

超電導線材１の長手方向（ｚ方向）に直交する断面（ｘ−ｙ面）における、超電導線材１の高さｈに対する幅ｗの比ｗ／ｈは０．７以上３以下である。比ｗ／ｈが０．７以上３以下となるように、複数の超電導線材部分１０は、第１主面１１ｆに直交する第２の方向（ｙ方向）に沿って互いに積層されている。比ｗ／ｈは、０．８以上であってもよく、１以上であってもよい。比ｗ／ｈは、２以下であってもよく、１．５以下であってもよい。

超電導線材１の長手方向（ｚ方向）に直交する断面（ｘ−ｙ面）における積層体（１０，２０）の高さに対する幅の比は、０．７以上３以下である。積層体（１０，２０）の高さに対する幅の比は、０．８以上２以下であってもよい。本明細書において、積層体（１０，２０）の幅は、超電導線材１の長手方向（ｚ方向）に直交する断面（ｘ−ｙ面）において第１主面１１ｆが延在する第１の方向（ｘ方向）における積層体（１０，２０）の最大幅として定義される。本明細書において、積層体（１０，２０）の高さは、超電導線材１の長手方向（ｚ方向）に直交する断面（ｘ−ｙ面）において第１の方向（ｘ方向）に直交する第２の方向（ｙ方向）における積層体（１０，２０）の最大高さとして定義される。

超電導線材１の長手方向（ｚ方向）に直交する断面（ｘ−ｙ面）において、超電導線材１は長方形の形状を有している。特定的には、超電導線材１の長手方向（ｚ方向）に直交する断面（ｘ−ｙ面）において、超電導線材１は正方形の形状を有してもよい。超電導線材１の長手方向（ｚ方向）に直交する断面（ｘ−ｙ面）において、積層体（１０，２０）は長方形の形状を有している。特定的には、超電導線材１の長手方向（ｚ方向）に直交する断面（ｘ−ｙ面）において、積層体（１０，２０）は正方形の形状を有してもよい。

超電導線材１の幅ｗは、２ｍｍ以下である。超電導線材１の幅ｗは、１ｍｍ以下であってもよい。超電導線材１の幅ｗは、０．７ｍｍ以下であってもよい。超電導線材１の幅ｗは、０．５ｍｍ以下であってもよい。積層体（１０，２０）の幅は、２ｍｍ以下である。積層体（１０，２０）の幅は、１ｍｍ以下であってもよい。積層体（１０，２０）の幅は、０．７ｍｍ以下であってもよい。積層体（１０，２０）の幅は、０．５ｍｍ以下であってもよい。

図２から図４を参照して、本実施の形態の超電導線材１の製造方法の一例を説明する。
図２を参照して、基板１１上に、中間層１２と、超電導材料層１３と、保護層１４と、下地層１６とを含む超電導線材部分１０が形成される。具体的には、基板１１の第１主面１１ｆ上に中間層１２が形成される。中間層１２の形成方法として、例えばスパッタ法などの物理蒸着法が用いられてもよい。基板１１の第１主面１１ｆが配向結晶化されていない場合には、イオンビームアシスト蒸着（ＩＢＡＤ）法によって、配向された中間層１２が形成されてもよい。

次に、中間層１２上に超電導材料層１３が形成される。本実施の形態では、中間層１２の基板１１に面する主面と反対側の主面上に、ＲＥ−１２３系の酸化物超電導体を含む超電導材料層１３が形成される。例えば、気相堆積法、液相堆積法、またはこれらの組合せにより、超電導材料層１３が形成されてもよい。気相堆積法としては、パルスレーザ蒸着法（ＰＬＤ法）、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などが例示され得る。溶液を用いた堆積法として、有機金属堆積（ＭＯＤ）法が例示され得る。

次に、超電導材料層１３上に保護層１４が形成される。具体的には、超電導材料層１３の中間層１２に面する主面と反対側の主面上に、保護層１４が形成される。保護層１４は、例えば、スパッタなどの物理的蒸着法またはめっき法などにより形成されてもよい。基板１１の第２主面１１ｓ上に下地層１６が形成される。下地層１６は、例えば、スパッタなどの物理的蒸着法またはめっき法などにより形成されてもよい。下地層１６は、保護層１４と同一の工程で形成されてもよい。それから、超電導材料層１３に酸素を導入するために、超電導線材部分１０が酸素雰囲気下でアニールされてもよい。

図２及び図３に示されるように、基板１１、中間層１２、超電導材料層１３、保護層１４及び下地層１６から構成される超電導線材部分１０が分割線３５で分割される。一例では、超電導線材部分１０にレーザビームを照射することにより、超電導線材部分１０が分割されてもよい。別の例では、回転刃を用いて超電導線材部分１０を機械的に切断すること（機械スリット加工）により、超電導線材部分１０が分割されてもよい。

それから、図４に示されるように、はんだ層のような導電接合層２０を用いて、分割された複数の超電導線材部分１０が互いに積層される。特定的には、複数の超電導線材部分１０の各々に含まれる基板１１の第１主面１１ｆが第１表面７に対向するように、複数の超電導線材部分１０は導電接合層２０を介して互いに積層される。互いに隣り合う第１の超電導線材部分（１０）と第２の超電導線材部分（１０）とが、第１の超電導線材部分（１０）の基板１１の第１主面１１ｆが、第２の超電導線材部分（１０）の基板１１の第２主面１１ｓに対向するように、複数の超電導線材部分１０は導電接合層２０を介して互いに積層される。

最後に、複数の超電導線材部分１０の外周が絶縁層３０で被覆される。例えば、複数の超電導線材部分１０の外周に絶縁テープを巻きつけることによって、複数の超電導線材部分１０の外周が絶縁層３０で被覆されてもよい。こうして、図１に示される超電導線材１が得られる。

図５及び図６に示されるように、本実施の形態の超電導コイル５は、本実施の形態の超電導線材１と、絶縁体３３とを主に備える。

超電導線材１は、コイル軸を中心とした渦巻形状を有している。超電導線材１は、コイル軸を中心として巻き回されている。超電導線材１は、周回毎に空間を置いて巻き回されている。第１主面１１ｆ及び第２主面１１ｓがそれぞれ超電導コイル５の外周側及び内周側に位置するように、超電導線材１は配向されてもよい。

絶縁体３３は、巻き回された超電導線材１の間の空間を充たしている。絶縁体３３は、巻き回された超電導線材１の渦巻形状を保持する。具体的には、空間を置いて巻き回された超電導線材１は、絶縁体３３によって、互いに絶縁されかつ固着される。絶縁体３３を構成する材料として、樹脂、特定的には熱硬化性樹脂が用いられてもよい。絶縁体３３に用いられる熱硬化性樹脂の一例は、エポキシ樹脂である。

本実施の形態の超電導コイル５の製造方法の一例を説明する。超電導線材１を巻枠に巻きつけることにより、超電導線材１が渦巻形状に巻き回される。超電導線材１は、周回毎に空間を置いて巻き回されている。それから、渦巻形状に巻き回された超電導線材１の間の空間に、絶縁樹脂が充填される。例えば、渦巻形状に巻き回された超電導線材１の間の空間に、エポキシ樹脂が含浸される。それから、絶縁樹脂は硬化されて、巻き回された超電導線材１の渦巻形状を保持する絶縁体３３となる。絶縁体３３は、空間を置いて巻き回された超電導線材１を、互いに絶縁しかつ固着する。こうして、本実施の形態の超電導コイル５は製造されてもよい。

本実施の形態の超電導コイル５の製造方法の別の一例を説明する。超電導線材１の外表面に絶縁樹脂を塗布する。絶縁樹脂が塗布された超電導線材１を巻枠に巻きつけることにより、超電導線材１が渦巻形状に巻き回される。それから、絶縁樹脂は硬化されて、巻き回された超電導線材１の渦巻形状を保持する絶縁体３３となる。絶縁体３３は、空間を置いて巻き回された超電導線材１を、互いに絶縁しかつ固着する。こうして、本実施の形態の超電導コイル５は製造されてもよい。

本実施の形態の超電導線材１及び超電導コイル５の作用及び効果について説明する。
本実施の形態の超電導線材１は、複数の超電導線材部分１０を備える。複数の超電導線材部分１０は、各々、第１主面１１ｆと第１主面１１ｆとは反対側の第２主面１１ｓとを有する基板１１と、第１主面１１ｆ上に設けられた超電導材料層１３とを含む。複数の超電導線材部分１０は、第１主面１１ｆに直交する第２の方向（ｙ方向）に沿って互いに積層されている。超電導線材１の長手方向（ｚ方向）に直交する断面（ｘ−ｙ面）における、超電導線材１の高さｈに対する超電導線材１の幅ｗの比ｗ／ｈは０．７以上３以下である。幅ｗは２ｍｍ以下である。幅ｗは、超電導線材１の長手方向（ｚ方向）に直交する断面（ｘ−ｙ面）において第１主面１１ｆが延在する第１の方向（ｘ方向）における超電導線材１の最大幅として定義される。高さｈは、超電導線材１の長手方向（ｚ方向）に直交する断面（ｘ−ｙ面）において第１の方向（ｘ方向）に直交する第２の方向（ｙ方向）における超電導線材１の最大高さとして定義される。

超電導線材１の比ｗ／ｈは０．７以上３以下であるため、超電導線材１の長手方向（ｚ方向）に直交する断面（ｘ−ｙ面）における超電導線材１の断面形状は、向上された対称性を有する。取り扱いが容易である超電導線材１が提供され得る。また、超電導線材１において発生する遮蔽電流と交流損失とは、超電導線材１の幅ｗが小さくなるにつれて減少する。本実施の形態の超電導線材１の幅ｗは２ｍｍ以下であり、狭い幅を有する。そのため、超電導線材１において発生する遮蔽電流と交流損失とは低減され得る。

本実施の形態の超電導線材１は、第２の方向（ｙ方向）において互いに対向する第１表面７と第２表面８とを有する。複数の超電導線材部分１０の各々に含まれる基板１１の第１主面１１ｆが第１表面７に対向するように、複数の超電導線材部分１０は互いに積層されている。そのため、本実施の形態の超電導線材１は、超電導線材１の長手方向（ｚ方向）の端部において、他の導体と容易に接続され得る。

本実施の形態の超電導線材１は、複数の超電導線材部分１０を互いに接合する導電接合層２０をさらに備えている。導電接合層２０は、超電導材料層１３が超電導状態から常電導状態に遷移する際に超電導材料層１３を流れていた電流が転流するバイパスとして機能する。超電導材料層１３が超電導状態から常電導状態に遷移する際に超電導線材１が破損することが防止され得る。

本実施の形態の超電導線材１は、複数の超電導線材部分１０の外周を被覆する絶縁層３０をさらに備える。絶縁層３０は、複数の超電導線材１が互いに短絡することなく高い密度で配置されることを可能にする。

本実施の形態の超電導線材１の比ｗ／ｈは、０．８以上２以下であってもよい。超電導線材１の断面形状は、さらに向上された対称性を有する。取り扱いが容易である超電導線材１が提供され得る。

本実施の形態の超電導線材１の幅ｗは、１ｍｍ以下であってもよい。超電導線材１において発生する遮蔽電流と交流損失とはさらに低減され得る。

本実施の形態の超電導コイル５は、以上に述べた本実施の形態の超電導線材１と、絶縁体３３とを備える。超電導線材１は、周回毎に空間を置いて巻き回された渦巻形状を有する。絶縁体３３は、空間を充たしており、かつ、超電導線材１の渦巻形状を保持する。超電導線材１の断面形状は向上された対称性を有するため、超電導線材１は、容易に渦巻き状に巻き回され得る断面形状を有している。そのため、超電導コイル５は簡単に製造され得る。超電導線材１の幅ｗは２ｍｍ以下であるため、超電導線材１において発生する遮蔽電流と交流損失とは低減され得る。このような超電導線材１が巻き回された超電導コイル５では、超電導コイル５の中心磁場が増加し得る。

（実施の形態２）
図７を参照して、実施の形態２の超電導線材２について説明する。図１１及び図１２を参照して、実施の形態２の超電導コイル６について説明する。本実施の形態の超電導線材２及び超電導コイル６は、実施の形態１の超電導線材１及び超電導コイル５と同様の構成を備えるが、以下の点で主に異なる。

図７に示されるように、本実施の形態の超電導線材２では、複数の超電導線材部分１０ｂは、各々、安定化層１５をさらに含んでいる。図１１及び図１２に示されるように、本実施の形態に係る超電導コイル６は、本実施の形態の超電導線材２を備えている。

安定化層１５は、保護層１４上に設けられてもよい。保護層１４の、超電導材料層１３に面する主面と反対側の主面上に、安定化層１５が形成されてもよい。保護層１４は、超電導材料層１３と安定化層１５との間に配置されている。安定化層１５は、基板１１、中間層１２、超電導材料層１３及び保護層１４から構成される積層体部分（１１，１２，１３，１４）を囲んでもよい。

安定化層１５は、保護層１４とともに、超電導材料層１３が超電導状態から常電導状態に遷移する際に超電導材料層１３を流れていた電流が転流するバイパスとして機能する。安定化層１５は、良導電性の金属材料の箔またはめっき層などからなる。安定化層１５を構成する材料は、たとえば銅（Ｃｕ）または銅合金などが好ましい。安定化層１５の厚さは特に限定されないが、１０μｍ以上であってもよく、特定的には２０μｍ以上であってもよい。安定化層１５の厚さは、１００μｍ以下であってもよく、特定的には５０μｍ以下であってもよい。安定化層１５は、保護層１４よりも厚い。

図８から図１０を参照して、本実施の形態の超電導線材２の製造方法の一例を説明する。

図８を参照して、基板１１上に、中間層１２と、超電導材料層１３と、保護層１４と、安定化層１５と、下地層１６とを形成する。こうして、超電導線材部分１０ｂが得られる。本実施の形態の中間層１２、超電導材料層１３、保護層１４及び下地層１６は、実施の形態１の中間層１２、超電導材料層１３、保護層１４及び下地層１６と、同様に方法によって製造されてもよい。安定化層１５は、保護層１４上にめっきを施すこと、または、保護層１４上に金属箔を貼り合せること等によって、形成されてもよい。

図８及び図９を参照して、超電導線材部分１０ｂが、分割線３５で分割される。一例では、超電導線材部分１０ｂにレーザビームを照射することにより、超電導線材部分１０ｂが分割されてもよい。別の例では、回転刃を用いて超電導線材部分１０ｂを機械的に切断すること（機械スリット加工）により、超電導線材部分１０ｂが分割されてもよい。

それから、図１０を参照して、はんだ層のような導電接合層２０を用いて、分割された複数の超電導線材部分１０ｂが互いに積層される。特定的には、複数の超電導線材部分１０ｂの各々に含まれる基板１１の第１主面１１ｆが第１表面７に対向するように、複数の超電導線材部分１０ｂは導電接合層２０を介して互いに積層される。互いに隣り合う第１の超電導線材部分（１０ｂ）と第２の超電導線材部分（１０ｂ）とが、第１の超電導線材部分（１０ｂ）の基板１１の第１主面１１ｆが、第２の超電導線材部分（１０ｂ）の基板１１の第２主面１１ｓに対向するように、複数の超電導線材部分１０ｂは導電接合層２０を介して互いに積層される。

最後に、複数の超電導線材部分１０ｂの外周が絶縁層３０で被覆される。例えば、複数の超電導線材部分１０ｂの外周に絶縁テープを巻きつけることによって、複数の超電導線材部分１０ｂの外周が絶縁層３０で被覆されてもよい。こうして、図７に示される超電導線材２が得られる。

本実施の形態の超電導線材２及び超電導コイル６の作用及び効果について説明する。本実施の形態の超電導線材２及び超電導コイル６は、実施の形態１の超電導線材１及び超電導コイル５の効果に加えて、以下の効果を奏する。

本実施の形態の超電導線材２では、複数の超電導線材部分１０ｂは、各々、安定化層１５をさらに含んでいる。安定化層１５は、超電導材料層１３が超電導状態から常電導状態に遷移する際に超電導材料層１３を流れていた電流が転流するバイパスとして機能する。超電導材料層１３が超電導状態から常電導状態に遷移する際に超電導線材２が破損することがさらに防止され得る。

本実施の形態の超電導コイル６は、本実施の形態の超電導線材２と、絶縁体３３とを備える。超電導材料層１３が超電導状態から常電導状態に遷移する際に、超電導コイル６が破損することがさらに防止され得る。

今回開示された実施の形態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。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態の少なくとも２つを組み合わせてもよい。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく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。

１，２ 超電導線材
５，６ 超電導コイル
７ 第１表面
８ 第２表面
１０，１０ｂ 超電導線材部分
１１ 基板
１１ｆ 第１主面
１１ｓ 第２主面
１２ 中間層
１３ 超電導材料層
１４ 保護層
１５ 安定化層
１６ 下地層
２０ 導電接合層
３０ 絶縁層
３３ 絶縁体
３５ 分割線

Claims (8)

1. 複数の超電導線材部分を備える超電導線材であって、
   前記複数の超電導線材部分は、各々、第１主面と前記第１主面とは反対側の第２主面とを有する基板と、前記第１主面上に設けられた超電導材料層とを含み、
   前記複数の超電導線材部分は、前記第１主面に直交する第２の方向に沿って互いに積層され、
   前記超電導線材の長手方向に直交する断面における、前記超電導線材の高さｈに対する前記超電導線材の幅ｗの比ｗ／ｈは０．７以上３以下であり、
   前記幅ｗは２ｍｍ以下であり、
   前記幅ｗは、前記断面において前記第１主面が延在する第１の方向における前記超電導線材の最大幅として定義され、
   前記高さｈは、前記断面において前記第１の方向に直交する前記第２の方向における前記超電導線材の最大高さとして定義される、超電導線材。
2. 前記超電導線材は、前記第１の方向において互いに対向する第１表面と第２表面とを有し、
   前記複数の超電導線材部分の各々に含まれる前記基板の前記第１主面が前記第１表面に対向するように、前記複数の超電導線材部分は互いに積層されている、請求項１に記載の超電導線材。
3. 前記複数の超電導線材部分を互いに接合する導電接合層をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の超電導線材。
4. 前記複数の超電導線材部分の外周を被覆する絶縁層をさらに備える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超電導線材。
5. 前記複数の超電導線材部分は、各々、安定化層をさらに含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超電導線材。
6. 前記比ｗ／ｈは０．８以上２以下である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超電導線材。
7. 前記幅ｗは１ｍｍ以下である、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。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の超電導線材と、
   絶縁体とを備え、
   前記超電導線材は、周回毎に空間を置いて巻き回された渦巻形状を有し、
   前記絶縁体は、前記空間を充たしており、かつ、前記超電導線材の前記渦巻形状を保持する、超電導コイル。

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