JP2023074692A - 酸化物超電導線材、超電導コイル、および酸化物超電導線材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超電導コイルの運転時において酸化物超電導層に加わる圧縮力を軽減し、特性の低下を抑制できる酸化物超電導線材を提供する。【解決手段】酸化物超電導線材は、第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有する基板と、前記基板の前記第２面と対向する第３面および前記第３面とは反対側の第４面を有する酸化物超電導層と、を含むテープ状の超電導積層体と、前記基板の前記第１面と対向する第１の部分と、前記酸化物超電導層の前記第４面と対向する第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分とを接続する第３の部分と、を有し、前記超電導積層体を覆う安定化層と、金属テープと、を備え、前記金属テープの幅方向における寸法は、前記安定化層の幅方向における寸法よりも大きく、前記金属テープは、前記安定化層の前記第１の部分および前記第２の部分のうちいずれか一方にのみ接合されている。【選択図】図１

Description

本発明は、酸化物超電導線材、超電導コイル、および酸化物超電導線材の製造方法に関する。

特許文献１には、基板および酸化物超電導層を含む超電導積層体と、超電導積層体を覆う安定化層と、超電導積層体および安定化層を補強する金属テープと、を備える酸化物超電導線材が開示されている。また、特許文献２には、酸化物超電導線材を巻回して構成したパンケーキコイルを複数用意し巻胴の長さ方向に積層した超電導コイルが開示されている。

特開２０１１－４０１７６号公報 特開２０１４－２１６４１２号公報

ところで、特許文献２のような超電導コイルの運転時においては、酸化物超電導線材に流れる電流と発生する磁場との相互作用によってパンケーキコイルの積層方向に圧縮する力（圧縮力）が働くことが知られている。このときパンケーキコイルを構成する酸化物超電導線材においては、積層方向に隣り合うパンケーキコイルからの圧縮力を受けて酸化物超電導線材の幅方向端部の酸化物超電導層が劣化し、酸化物超電導線材の特性が低下するという問題があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされ、超電導コイルの運転時において酸化物超電導層に加わる圧縮力を軽減し、特性の低下を抑制できる酸化物超電導線材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、本発明の一態様に係る酸化物超電導線材は、第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有する基板と、前記基板の前記第２面と対向する第３面および前記第３面とは反対側の第４面を有する酸化物超電導層と、を含むテープ状の超電導積層体と、前記基板の前記第１面と対向する第１の部分と、前記酸化物超電導層の前記第４面と対向する第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分とを接続する第３の部分と、を有し、前記超電導積層体を覆う安定化層と、金属テープと、を備え、前記金属テープの幅方向における寸法は、前記安定化層の幅方向における寸法よりも大きく、前記金属テープは、前記安定化層の前記第１の部分および前記第２の部分のうちいずれか一方にのみ接合されている。

本発明の上記態様によれば、金属テープの幅が安定化層の幅よりも大きいため、隣り合うパンケーキコイルからの圧縮力は金属テープに対して加わり、金属テープよりも幅の小さい超電導積層体および安定化層には及ばない。したがって、超電導コイルの運転時において、酸化物超電導層の幅方向端部が劣化しにくくなり、酸化物超電導線材の特性低下を抑制することができる。

ここで、前記金属テープは、前記安定化層の前記第２の部分に接続されていてもよい。

この場合、例えば、金属テープが安定化層の第１の部分に接合されている場合と比較して、酸化物超電導層が、酸化物超電導線材の厚み方向における中立面に近づく。このため、酸化物超電導線材を曲げた際に酸化物超電導層に加わる応力が軽減される。

また、前記金属テープは、前記安定化層の少なくとも一部が収容される凹部を有していてもよい。

この場合、金属テープを介して酸化物超電導層にかかる圧縮力を軽減することができる。

また、本発明の一態様に係る超電導コイルにおいては、上記いずれかの酸化物超電導線材が巻回されていてもよい。

この場合、例えば金属テープの幅と安定化層の幅とが等しい酸化物超電導線材を用いた超電導コイルと比較して、超電導コイルの運転時において酸化物超電導層に加わる圧縮力を軽減することができる。したがって、酸化物超電導層が劣化しにくくなり、超電導コイルの特性の低下を抑制することができる。

また、本発明の一態様に係る酸化物超電導線材の製造方法は、酸化物超電導層を含む少なくとも一つ以上の層をテープ状の基板上に積層して超電導積層体を形成する積層工程と、前記超電導積層体の周囲に安定化層を形成する安定化層形成工程と、幅方向における寸法が前記安定化層の幅方向における寸法よりも大きい金属テープを、前記安定化層の一つの面にのみ接合する接合工程と、を含む。

この場合、安定化層に覆われた酸化物超電導層の端部が圧迫されにくくなり、超電導コイルの運転時において酸化物超電導層に加わる圧縮力を軽減することができる。

また、本発明の一態様に係る酸化物超電導線材の製造方法は、酸化物超電導層を含む少なくとも一つ以上の層をテープ状の基板上に積層して超電導積層体を形成する積層工程と、前記超電導積層体を長手方向に切断し、細線化した超電導積層体を切り出す切断工程と、前記細線化した超電導積層体の周囲に安定化層を形成する安定化層形成工程と、幅方向における寸法が前記安定化層の幅方向における寸法よりも大きい金属テープを、前記安定化層の一つの面にのみ接合する接合工程と、を含む。

この場合、安定化層に覆われた酸化物超電導層の端部が圧迫されにくくなり、超電導コイルの運転時において酸化物超電導層に加わる圧縮力を軽減することができる。

本発明の上記態様によれば、超電導コイルの運転時において酸化物超電導層に加わる圧縮力を軽減し、特性の低下を抑制できる酸化物超電導線材を提供できる。

第１実施形態に係る酸化物超電導線材を示す断面図である。 第１実施形態に係る超電導コイルを示す図である。 第１の変形例に係る酸化物超電導線材を示す断面図である。 第２実施形態に係る酸化物超電導線材を示す断面図である。 第２の変形例に係る酸化物超電導線材を示す断面図である。 第３の変形例に係る酸化物超電導線材を示す断面図である。 第４の変形例に係る酸化物超電導線材を示す断面図である。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態に係る酸化物超電導線材１、超電導コイルＣ、および酸化物超電導線材１の製造方法について図面に基づいて説明する。
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を覆う安定化層２０と、安定化層２０に接合された金属テープ３０と、を備える。超電導積層体１０は、基板１１と、中間層１２と、酸化物超電導層１３と、保護層１４と、を含む。基板１１、中間層１２、酸化物超電導層１３、および保護層１４の各々は、テープ状に形成されており、超電導積層体１０の厚み方向に積層されている。安定化層２０は、超電導積層体１０の外周を被覆しており、酸化物超電導層に過剰な電流が流れた際の迂回経路となる。金属テープ３０は、安定化層２０に接合されることで超電導積層体１０および安定化層２０を補強する。また、安定化層２０と電気的にも接合することで、安定化層２０と同様に過剰電流の迂回経路として機能する。

（方向定義）
ここで、本実施形態では、ＸＹＺ直交座標系を設定して各構成の位置関係を説明する。Ｚ軸方向は、超電導積層体１０の長手方向に沿う方向である。Ｙ軸方向は、Ｚ軸方向に直交する方向であって、超電導積層体１０の厚み方向に沿う方向である。Ｙ軸方向は、超電導積層体１０の各層１１～１４が積層される方向でもある。Ｘ軸方向は、Ｚ軸方向およびＹ軸方向の双方に直交する方向であって、超電導積層体１０の幅方向に沿う方向である。本明細書では、Ｘ軸方向を幅方向Ｘと称し、Ｙ軸方向を厚み方向Ｙと称し、Ｚ軸方向を長手方向Ｚと称する場合がある。幅方向Ｘに沿う一方の向きを、＋Ｘの向きまたは右方と称する。＋Ｘの向きとは反対の向きを、－Ｘの向きまたは左方と称する。厚み方向Ｙに沿って、基板１１から酸化物超電導層１３に向かう向きを、＋Ｙの向き、上方、または表側と称する。＋Ｙの向きとは反対の向きを、－Ｙの向き、下方、または裏側と称する。長手方向Ｚに沿う一方の向きを、＋Ｚの向きと称する。＋Ｚの向きとは反対の向きを、－Ｚの向きと称する。

以降、本明細書では、幅方向Ｘにおける寸法を、単に「幅」と称する場合がある。同様に、厚み方向Ｙにおける寸法を、単に「厚み」と称する場合がある。長手方向Ｚにおける寸法を、単に「長さ」と称する場合がある。

（酸化物超電導線材）
本実施形態に係る超電導積層体１０において、基板１１、中間層１２、酸化物超電導層１３、保護層１４は、下方から上方に向かう向きにおいてこの順に積層されている。ただし、超電導積層体１０は、中間層１２および保護層１４のうち少なくとも一方を含んでいなくてもよい。超電導積層体１０の幅は、例えば、２～１２ｍｍの範囲内である。超電導積層体１０の厚みは、例えば、１０～５００μｍの範囲内である。超電導積層体１０の長さは、例えば、１～１００ｍの範囲内である。

基板１１は、テープ状の金属基板である。基板１１は、第１面１１ａと、第１面１１ａとは反対側の第２面１１ｂと、を有する。基板１１を構成する金属の具体例としては、ハステロイ（登録商標）に代表されるニッケル合金、ステンレス鋼、およびニッケル合金に集合組織を導入した配向Ｎｉ－Ｗ合金等が挙げられる。本実施形態において、基板１１は、各層１１～１４の中で最も厚みが大きい。基板１１の厚みは、例えば、１０～５００μｍの範囲内である。

中間層１２は、基板１１の第２面１１ｂ上に積層されている。中間層１２の構成は、図１の例に限定されない。例えば、中間層１２は、多層構造を有していてもよい。この場合、中間層１２は、基板１１から酸化物超電導層１３に向かう方向において順に、拡散防止層、ベッド層、配向層、およびキャップ層等を有していてもよい。

酸化物超電導層１３は、中間層１２上に積層されている。酸化物超電導層１３は、第３面１３ａと、第３面１３ａとは反対側の第４面１３ｂと、を有する。第３面１３ａは、基板１１の第２面１１ｂと厚み方向Ｙにおいて対向する。ただし、本明細書において、文言「対向する」には、２つの部材の間に介在物が存在している場合、および２つの部材の間に介在物が存在していない場合の双方が含まれる。

酸化物超電導層１３は、酸化物超電導体から構成される。酸化物超電導層１３を構成する酸化物超電導体としては、例えば、一般式ＲＥ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｙ（ＲＥ１２３）等で表されるＲＥ－Ｂａ－Ｃｕ－Ｏ系酸化物超電導体（ＲＥＢＣＯ系酸化物超電導体）が挙げられる。希土類元素ＲＥとしては、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの１種または２種以上が挙げられる。ＲＥ１２３の一般式において、ｙは、７－ｘ（酸素欠損量ｘ：約０～１程度）である。酸化物超電導層１３の厚みは、例えば、０．５～５μｍの範囲内である。

保護層１４は、酸化物超電導層１３の第４面１３ｂ上に積層されている。保護層１４は、事故時に発生する過電流をバイパスしたり、酸化物超電導層１３と保護層１４の上に設けられる層との間で起こる化学反応を抑制したりする等の機能を有する。保護層１４の材質としては、例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、金と銀との合金、その他の銀合金、銅合金、金合金等が挙げられる。

本実施形態に係る安定化層２０は、長手方向Ｚに垂直な断面視において環状に形成されている。安定化層２０は、第１の部分２１と、第２の部分２２と、一対の第３の部分２３と、を有する。第１の部分２１は、幅方向Ｘに延びている。第１の部分２１は、基板１１の第１面１１ａと厚み方向Ｙにおいて対向している。第２の部分２２は、幅方向Ｘに延びている。第２の部分２２は、酸化物超電導層１３の第４面１３ｂと厚み方向Ｙにおいて対向している。一対の第３の部分２３は、厚み方向Ｙに延びている。第３の部分２３は、第１の部分２１の幅方向Ｘにおける両端部と、第２の部分２２の幅方向Ｘにおける両端部と、を接続している。

第１の部分２１は、下方（裏側）を向く裏面２１ａを有する。本実施形態において、第１の部分２１は、基板１１の第１面１１ａに接している。第２の部分２２は、上方（表側）を向く表面２２ａを有する。本実施形態において、第２の部分２２は、保護層１４の上面に接している。各第３の部分２３は、幅方向Ｘにおける外側を向く側面２３ａを有する。本実施形態において、各第３の部分２３は、超電導積層体１０の各層１１～１４の側面に接している。また、本実施形態において、酸化物超電導層１３の第４面１３ｂと第２の部分２２の表面２２ａとの間の厚み方向Ｙにおける距離は、酸化物超電導層１３の第３面１３ａと第１の部分２１の裏面２１ａとの間の厚み方向Ｙにおける距離よりも、短い。

安定化層２０は、酸化物超電導層１３が常電導状態に転移した際に発生する過電流を転流（バイパス）させる役割を有する。安定化層２０を構成する安定化材としては、銅、銅合金（例えばＣｕ－Ｚｎ合金、Ｃｕ－Ｎｉ合金等）、アルミニウム、アルミニウム合金、銀等の金属が挙げられる。第１の部分２１の厚さは、１０～５００μｍの範囲内である。第２の部分２２の厚さおよび各第３の部分２３の幅についても同様である。安定化層２０は、例えば、めっき（例えば電解めっき）によって形成することができる。本実施形態において、第１の部分２１、第２の部分２２、および一対の第３の部分２３は、一体に形成されている。

金属テープ３０は、厚み方向Ｙに垂直な接合面３０ａと、幅方向Ｘにおける外側に向く一対の側面３０ｂと、を有する。接合面３０ａは、安定化層２０の第１の部分２１（裏面２１ａ）および第２の部分２２（表面２２ａ）のいずれか一方にのみ接合されている。本実施形態において、金属テープ３０は、第２の部分２２の表面２２ａに接合されている。一方、第１の部分２１には金属テープが接合されていない。金属テープ３０を構成する金属としては、銅、銅合金（例えばＣｕ－Ｚｎ合金、Ｃｕ－Ｎｉ合金等）、アルミニウム、アルミニウム合金、銀等の金属が挙げられる。金属テープ３０の厚みは、例えば５０～５００μｍである。

金属テープ３０の接合面３０ａと、第２の部分２２の表面２２ａとは、接合層４０によって互いに接合されている。接合層４０を構成する接合材としては、例えば、はんだ、Ｓｎ、Ｓｎ合金、Ｉｎ（インジウム）、Ｉｎ合金等の金属が挙げられる。はんだとしては、Ｓｎ－Ｐｂ系、Ｐｂ－Ｓｎ－Ｓｂ系、Ｓｎ－Ｐｂ－Ｂｉ系、Ｂｉ－Ｓｎ系、Ｓｎ－Ｃｕ系、Ｓｎ－Ｐｂ－Ｃｕ系、Ｓｎ－Ａｇ系等の合金が挙げられる。ただし、安定化層２０と金属テープ３０とが電気的に接合されていれば、酸化物超電導線材１は接合層４０を有していなくてもよい。この場合、金属テープ３０と安定化層２０とが拡散接合等によって接合されていてもよい。

図１に示すように、金属テープ３０の幅Ｌ１は、安定化層２０の幅Ｌ２よりも大きい。言い換えれば、金属テープ３０の各側面３０ｂは、安定化層２０の各側面２３ａよりも幅方向Ｘにおける外側に位置する。

（超電導コイル）
次に、本実施形態に係る超電導コイルＣについて説明する。
図２に示すように、超電導コイルＣは、中心軸線Ｏと平行な方向に積層された複数の超電導コイルユニットＣＵ（パンケーキコイル）を有する。ただし、超電導コイルＣは、１つのみの超電導コイルユニットＣＵを有していてもよい。各超電導コイルユニットＣＵにおいては、上述した酸化物超電導線材１が、中心軸線Ｏまわりにコイル状に巻回されている。各超電導コイルユニットＣＵ間は、公知の接続構造によって電気的に接続されていてもよい。隣接する２つの超電導コイルユニットＣＵ間には、仕切り板（セパレータ）が設けられていてもよい。

以降の説明において、超電導コイルＣの中心軸線Ｏと平行な方向を、軸方向と称する場合がある。軸方向は、複数の超電導コイルユニットＣＵが積層される方向（積層方向）でもある。中心軸線Ｏに直交する方向を、径方向と称する場合がある。径方向に沿って、中心軸線Ｏに接近する向きを、径方向内側と称し、中心軸線Ｏから離反する方向を、径方向外側と称する場合がある。軸方向から見て、中心軸線Ｏまわりに周回する方向を、周方向または巻回方向と称する場合がある。

各超電導コイルユニットＣＵにおいて、酸化物超電導線材１は、酸化物超電導線材１の幅方向Ｘと超電導コイルＣの軸方向とが一致するように、中心軸線Ｏまわりに巻回されている。特に本実施形態において、酸化物超電導線材１は、表面２２ａ（酸化物超電導層１３）が径方向内側を向き、裏面２１ａ（基板１１）が径方向外側を向くように、中心軸線Ｏまわりに巻回されている。つまり、酸化物超電導線材１は、金属テープ３０が超電導積層体１０および安定化層２０よりも径方向内側に位置するように、中心軸線Ｏまわりに巻回されている。

（酸化物超電導線材の製造方法）
次に、本実施形態に係る酸化物超電導線材１の製造方法の一例について説明する。
本実施形態に係る酸化物超電導線材１の製造方法は、積層工程と、安定化層形成工程と、接合工程と、を有する。

積層工程においては、まず、テープ状の基板１１が準備される。次に、基板１１上に、中間層１２、酸化物超電導層１３、保護層１４が順に積層（成膜）される。基板１１上に各層１２～１４が積層されることにより、テープ状の超電導積層体１０が製造される。積層工程において用いられる積層（成膜）方法は、特に限定されず、公知の成膜方法を用いてよい。保護層１４を形成した後に、酸素アニール処理が行われてもよい。中間層１２および保護層１４は堆積されなくてもよい。

積層工程を終えたあとの超電導積層体１０に対して、切断工程を実施してもよい。切断工程を行うことにより、超電導積層体１０（酸化物超電導層１３）が長手方向Ｚに切断される。超電導積層体１０がこのように切断されることにより、超電導積層体１０から、超電導積層体１０よりも幅の小さいテープ状の細線化された超電導積層体１０´が切り出される。超電導積層体１０を長手方向Ｚに切断する方法は、特に限定されず、例えば、刃やレーザー等を用いて超電導積層体１０を切断してもよい。

安定化層形成工程においては、積層工程を終えたあとの超電導積層体１０、または切断工程を終えたあとの細線化された超電導積層体１０´の周囲に安定化材が堆積されて安定化層２０が形成される。安定化層２０の積層には、例えば、金属めっき法が用いられる。金属めっき法に用いられる金属（安定化材）としては、例えば、先述した金属を採用することができる。

接合工程においては、安定化層２０と、金属テープ３０とが、接合材によって互いに接合される。つまり、安定化層２０と金属テープ３０とを互いに接合する接合層４０が形成される。接合層４０を構成する接合材としては、例えば、先述した金属を用いることができる。接合工程においては、幅Ｌ１が安定化層２０の幅Ｌ２よりも大きい金属テープ３０が用いられる。金属テープ３０は、安定化層２０の裏面２１ａおよび表面２２ａのいずれか一方のみに接合される。本実施形態において、金属テープ３０は、安定化層２０の表面２２ａに接合される。

以上説明した積層工程、安定化層形成工程、接合工程が行われることにより、図１に示す酸化物超電導線材１が製造される。積層工程の後に、切断工程が行われてもよい。また、接合工程の後に、洗浄等の公知の工程が行われてもよい。

次に、以上のように構成された酸化物超電導線材１、超電導コイルＣの作用について説明する。

金属テープ３０の幅Ｌ１と安定化層２０の幅Ｌ２とが等しい酸化物超電導線材を用いてパンケーキコイルを作製し、このパンケーキコイルを積層した超電導コイルを製造した場合、超電導コイルの積層方向（酸化物超電導線材の幅方向Ｘ）において隣接する２つのパンケーキコイルのうち一方のパンケーキコイルと他方のパンケーキコイルとが仕切り板（セパレータ）を介して互いに向き合う状態となる。ここで、超電導コイルＣに電流が流れている際、超電導コイルＣには、酸化物超電導線材１中を流れる電流に起因する電磁力（ローレンツ力）が印加される。具体的には、超電導コイルＣには、超電導コイルＣを軸方向における内側に向けて押し縮めようとする力（圧縮力）と、超電導コイルＣを径方向における外側に向けて押し拡げようとする力（膨張力）と、が印加される。超電導コイルＣに上記のような圧縮力が印加されたとき、積層方向に隣り合うパンケーキコイル同士が互いを圧迫し、安定化層２０を介して酸化物超電導層１３に負荷が加わって酸化物超電導層１３に損傷や劣化が生じる可能性がある。

これに対して本実施形態に係る酸化物超電導線材１においては、金属テープ３０の幅Ｌ１が、安定化層２０の幅Ｌ２よりも大きい。この構成により、超電導コイルＣ内において、積層方向に隣り合うパンケーキコイル同士が互いを圧迫し合ったとしても、圧縮力は金属テープ３０に対して直接的に加わるものの、超電導積層体１０および安定化層２０に対しては直接的には作用しない。したがって、酸化物超電導層１３が幅方向Ｘにおいて圧迫されにくくなり、超電導コイルＣの運転時において酸化物超電導層１３に加わる圧縮力を軽減することができる。これにより、酸化物超電導層１３に損傷や劣化が生じる可能性を低減することができる。

ところで、前述したとおり、刃やレーザーを用いた切断加工によって細線化された超電導積層体１０´を製造する場合には、酸化物超電導層１３の幅方向Ｘにおける端部が劣化する可能性があり、酸化物超電導層１３が、幅方向Ｘにおける圧縮力に対して脆弱になることが考えられる。そのような場合においても、本実施形態に係る酸化物超電導線材１は、上記の特徴を備えているため、酸化物超電導層１３に加わる圧縮力が軽減され、酸化物超電導層１３の損傷を抑制しつつ好適に利用することができる。

また、本実施形態に係る酸化物超電導線材１においては、金属テープ３０が、安定化層２０の表面２２ａおよび裏面２１ａのうち一方のみに接合されている。このため、例えば、酸化物超電導線材１が２枚の金属テープ３０を有し、安定化層２０の表面２２ａおよび裏面２１ａの各々に対して１枚ずつ金属テープ３０が接合されている場合と比較して、酸化物超電導線材１の厚みを低減することができる。また、厚みが小さい酸化物超電導線材１を用いて超電導コイルＣを製造することで、酸化物超電導線材１の巻きをより密にすることができる（図２も参照）。

また、本実施形態に係る酸化物超電導線材１においては、金属テープ３０が、安定化層２０の表面２２ａに接合されている。これにより、例えば、金属テープ３０が安定化層２０の裏面２１ａに接合されている場合と比較して、酸化物超電導層１３が、酸化物超電導線材１の厚み方向Ｙにおける中立面に近づく。このため、酸化物超電導線材１を曲げた際に酸化物超電導層１３に加わる応力が軽減される。これにより、例えば、酸化物超電導線材１を巻回して超電導コイルＣを製造する際に、酸化物超電導層１３に生じる曲げ歪み（圧縮歪み、引張歪み）を低減することができる。また、金属テープ３０が安定化層２０の裏面２１ａに接合されている場合と比較して、金属テープ３０と酸化物超電導層１３との間の距離を短くすることができる。これにより、酸化物超電導層１３が常電導状態に転移した際に発生する過電流が、金属テープ３０に転流（バイパス）されやすくなる。

ただし、酸化物超電導線材１の構成は、金属テープ３０が安定化層２０の表面２２ａに接合される構成に限られない。例えば、図３に示す酸化物超電導線材１Ａのように、金属テープ３０が安定化層２０の裏面２１ａに接合されていてもよい。

先述したように、超電導コイルＣの各超電導コイルユニットＣＵにおいて、酸化物超電導線材１Ａは、表面２２ａが径方向内側を向き、裏面２１ａが径方向外側を向くように、中心軸線Ｏまわりに巻回される。したがって、金属テープ３０が安定化層２０の裏面２１ａに接合されている場合、安定化層２０および超電導積層体１０は、金属テープ３０よりも径方向内側に位置する。このため、酸化物超電導層１３と、超電導コイルＣの中心軸線Ｏとが近接する。これにより、酸化物超電導線材１を巻回した際、酸化物超電導層１３には、長手方向Ｚ（巻回方向）における圧縮歪みが生じる。

先述したように、超電導コイルＣに電流が流れている際、超電導コイルＣには、超電導コイルＣを径方向における外側に向けて押し拡げようとする膨張力が印加される。ここで、この膨張力は、酸化物超電導線材１Ａ（酸化物超電導層１３）を長手方向Ｚに伸長させるように働く。したがって、金属テープ３０を安定化層２０の裏面２１ａに接合することにより、超電導コイルＣの運転時に発生する膨張力を、酸化物超電導層１３の圧縮歪みで打ち消すことができる。つまり、金属テープ３０を安定化層２０の裏面２１ａに接合することで、超電導コイルＣの運転時において酸化物超電導層１３にかかる負荷を軽減することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る酸化物超電導線材１は、第１面１１ａおよび第１面１１ａとは反対側の第２面１１ｂを有する基板１１と、基板１１の第２面１１ｂと対向する第３面１３ａおよび第３面１３ａとは反対側の第４面１３ｂを有する酸化物超電導層１３と、を含むテープ状の超電導積層体１０と、基板１１の第１面１１ａと対向する第１の部分２１と、酸化物超電導層１３の第４面１３ｂと対向する第２の部分２２と、第１の部分２１と第２の部分２２とを接続する第３の部分２３と、を有し、超電導積層体１０を覆う安定化層２０と、金属テープ３０と、備え、金属テープ３０の幅Ｌ１は、安定化層２０の幅Ｌ１よりも大きく、金属テープ３０は、安定化層２０の第１の部分２１および第２の部分２２のうちいずれか一方にのみ接合されている。

この構成によれば、金属テープ３０の幅Ｌ１が安定化層２０の幅Ｌ２よりも大きいため、超電導コイルＣ内において、積層方向に隣り合うパンケーキコイルから受けた圧縮力は金属テープ３０に加わるものの、金属テープ３０より幅の小さい超電導積層体１０および安定化層２０には直接作用しない。したがって、酸化物超電導層１３の幅方向Ｘ端部が圧迫されにくくなり、超電導コイルＣの運転時において酸化物超電導層１３に加わる圧縮力を軽減することができる。

また、金属テープ３０は、安定化層２０の第２の部分２２に接合されている。この構成によれば、例えば、金属テープ３０が安定化層２０の第１の部分２１に接合されている場合と比較して、酸化物超電導層１３が、酸化物超電導線材１の厚み方向Ｙにおける中立面に近づく。このため、酸化物超電導線材１を曲げた際に酸化物超電導層１３に加わる応力が軽減される。

また、本実施形態に係る超電導コイルＣにおいては、上記した酸化物超電導線材１が巻回されている。この構成によれば、例えば金属テープ３０の幅Ｌ１と安定化層２０の幅Ｌ２とが等しい酸化物超電導線材を用いた超電導コイルと比較して、超電導コイルＣの運転時において酸化物超電導層１３に加わる圧縮力を軽減することができる。

また、本実施形態に係る酸化物超電導線材１の製造方法は、酸化物超電導層１３を含む少なくとも一つ以上の層１２～１４をテープ状の基板１１上に積層して超電導積層体１０を形成する積層工程と、超電導積層体１０の周囲に安定化層２０を形成する安定化層形成工程と、幅Ｌ１が安定化層２０の幅Ｌ２よりも大きい金属テープ３０を、安定化層２０の一つの面にのみ接合する接合工程と、を含む。
また、本実施形態に係る酸化物超電導線材１の別の製造方法は、酸化物超電導層１３を含む少なくとも一つ以上の層１２～１４をテープ状の基板１１上に積層して超電導積層体１０を形成する積層工程と、超電導積層体１０を長手方向Ｚに切断し、細線化した超電導積層体１０´を切り出す切断工程と、細線化した超電導積層体１０´の周囲に安定化層２０を形成する安定化層形成工程と、幅Ｌ１が安定化層２０の幅Ｌ２よりも大きい金属テープ３０を、安定化層２０の一つの面にのみ接合する接合工程と、を含む。
この構成によれば、安定化層２０に覆われた酸化物超電導層１３が圧迫されにくくなり、超電導コイルＣの運転時において酸化物超電導層１３に加わる圧縮力を軽減することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明するが、第１実施形態と基本的な構成は同様である。このため、同様の構成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４に示すように、本実施形態に係る酸化物超電導線材２においては、金属テープ３０に凹部３１が形成されている。凹部３１は、金属テープ３０の接合面３０ａから上方に向けて窪んでいる。接合層４０は、凹部３１の中に位置している。安定化層２０の少なくとも一部は、凹部３１の中に収容されている。

この構成によれば、安定化層２０の少なくとも一部が凹部３１の中に収容されているため、例えば、金属テープ３０に凹部３１が形成されていない場合と比較して、安定化層２０と接合層４０との接触面積が広くなる。これにより、超電導コイルＣの運転時において金属テープ３０を通じて安定化層２０（酸化物超電導層１３）に伝わる圧縮力が分散され、酸化物超電導層１３にかかる圧縮力がより軽減される。また、金属テープ３０に凹部３１が形成されていない場合と比較して、酸化物超電導線材２の厚みをより低減することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る酸化物超電導線材２は、安定化層２０の少なくとも一部が収容される凹部３１を有する。この構成により、金属テープ３０を介して酸化物超電導層１３にかかる圧縮力を軽減することができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、図５に示す酸化物超電導線材３Ａのように、接合層４０の側面は厚み方向Ｙに平行でなくてもよい。図５に示すように、接合層４０の側面は、金属テープ３０から安定化層２０に向かう方向において漸次幅方向Ｘにおける内側に向かうように傾斜していてもよい。なお、接合層４０の側面の形状は平坦面状であってもよいし、曲面状であってもよい。

図６に示す酸化物超電導線材３Ｂのように、接合層４０が安定化層２０の第３の部分２３の少なくとも一部を覆っていてもよい。あるいは、図７に示す酸化物超電導線材３Ｃのように、接合層４０が安定化層２０の第１の部分２１を覆っていてもよい。つまり、接合層４０は、安定化層２０の全体を覆っていてもよい。

また、超電導コイルＣにおいて、酸化物超電導線材１、１Ａは、表面２２ａ（酸化物超電導層１３）が径方向内側を向き、裏面２１ａ（基板１１）が径方向外側を向くように、中心軸線Ｏまわりに巻回されると説明したが、超電導コイルＣの構成はこれに限られない。酸化物超電導線材１、１Ａは、裏面２１ａが径方向内側を向き、表面２２ａが径方向外側を向くように巻回されてもよい。ただし、表面２２ａが径方向内側を向き、裏面２１ａが径方向外側を向いている場合、酸化物超電導層１３は、先述した電磁力に起因する膨張力によって基板１１に対して押し付けられる。このため、酸化物超電導層１３が基板１１から引き剥がされることに起因する超電導特性の低下を抑制することができる。

また、前記実施形態において、切断工程は、超電導積層体１０上に各層１２～１４の全てが堆積された状態において行われていたが、切断工程が行われるタイミングはこれに限られない。例えば、超電導積層体１０上に中間層１２および酸化物超電導層１３の２つの層が堆積された時点で切断工程が行われてもよい。この場合、テープ状に切り出された酸化物超電導層１３の上に保護層１４が堆積されてもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

例えば、第１実施形態の変形例に係る酸化物超電導線材１Ａと、第２実施形態に係る酸化物超電導線材２と、を組み合わせて、凹部３１を有する金属テープ３０が、安定化層２０の第１の部分２１（裏面２１ａ）に接合されていてもよい。また、凹部３１を有する金属テープ３０を備えた酸化物超電導線材２を巻回することで、超電導コイルＣが製造されてもよい。

１、１Ａ、２、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ…酸化物超電導線材 １０…超電導積層体 １１…基板 １１ａ…第１面 １１ｂ…第２面 １３…酸化物超電導層 １３ａ…第３面 １３ｂ…第４面 １３ｃ…側端部（端部） ２０…安定化層 ２１…第１の部分 ２２…第２の部分 ２３…第３の部分 ３０…金属テープ ３１…凹部 Ｃ…超電導コイル Ｘ…幅方向

Claims (6)

1. 第１面および前記第１面とは反対側の第２面を有する基板と、前記基板の前記第２面と対向する第３面および前記第３面とは反対側の第４面を有する酸化物超電導層と、を含むテープ状の超電導積層体と、
   前記基板の前記第１面と対向する第１の部分と、前記酸化物超電導層の前記第４面と対向する第２の部分と、前記第１の部分と前記第２の部分とを接続する第３の部分と、を有し、前記超電導積層体を覆う安定化層と、
   金属テープと、を備え、
   前記金属テープの幅方向における寸法は、前記安定化層の幅方向における寸法よりも大きく、
   前記金属テープは、前記安定化層の前記第１の部分および前記第２の部分のうちいずれか一方にのみ接合されている、酸化物超電導線材。
2. 前記金属テープは、前記安定化層の前記第２の部分に接続されている、請求項１に記載の酸化物超電導線材。
3. 前記金属テープは、前記安定化層の少なくとも一部が収容される凹部を有する、請求項１または２に記載の酸化物超電導線材。
4. 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が巻回されている、超電導コイル。
5. 酸化物超電導層を含む少なくとも一つ以上の層をテープ状の基板上に積層して超電導積層体を形成する積層工程と、
   前記超電導積層体の周囲に安定化層を形成する安定化層形成工程と、
   幅方向における寸法が前記安定化層の幅方向における寸法よりも大きい金属テープを、前記安定化層の一つの面にのみ接合する接合工程と、を含む、酸化物超電導線材の製造方法。
6. 酸化物超電導層を含む少なくとも一つ以上の層をテープ状の基板上に積層して超電導積層体を形成する積層工程と、
   前記超電導積層体を長手方向に切断し、細線化した超電導積層体を切り出す切断工程と、
   前記細線化した超電導積層体の周囲に安定化層を形成する安定化層形成工程と、
   幅方向における寸法が前記安定化層の幅方向における寸法よりも大きい金属テープを、前記安定化層の一つの面にのみ接合する接合工程と、を含む、酸化物超電導線材の製造方法。

Images