JP5040668B2 - 超電導テープの製造方法および超電導テープの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は超電導テープの製造方法および超電導テープの製造装置に関し、たとえば補強部を備えた超電導テープの製造方法および超電導テープの製造装置に関する。

従来、たとえばＢｉ２２２３相などを有する酸化物超電導体を銀などのシース部で被覆した多芯線からなるテープ状のセラミックス超電導線は、液体窒素温度での使用が可能であり、比較的高い臨界電流密度が得られること、長尺化が比較的容易であることから、超電導コイルやケーブル等への応用が期待されている。

たとえば超電導コイル、ケーブル等を製造する際に超電導線には大きな張力、曲げなどが加わるため、超電導線には歪みが生じる。また超電導コイル、ケーブル等の運転中、または、運転のための冷却時にも、超電導線には歪みが加わる。このため、超電導線には、超電導体の性能を維持できる最大の歪みの向上が要求されている。

超電導線においては、シース部が許容される曲げを確保する役割や、外部端子と超電導体との電気的接触を良好にする役割を果たしている。しかし、超電導体をシース部で被覆した後に、超電導体の焼成を高温かつ酸素含有雰囲気で行なうため、シース部に使用できる材料は貴金属とその合金とに限定され、シース部による補強で得られる曲げには限界があった。

そこで、超電導線の曲げに対して超電導特性が劣化することを防止するための技術が、たとえば米国特許第５，８０１，１２４号明細書（特許文献１）、米国特許第６，６４９，２８０号明細書（特許文献２）および特開平４−４３５１０号公報（特許文献３）に開示されている。特許文献１には、超電導線の一方または両方の主面にステンレス鋼、銅、銅合金および銅超合金よりなる薄板を貼り付け、超電導線と薄板とを金属を含む接合剤で接合した超電導テープの構造が開示されている。

また、特許文献２には、超電導線の一方または両方の主面にステンレス鋼の薄板を貼り付け、超電導線とステンレス鋼とをＳｕ（錫）−Ｐｂ（鉛）よりなる半田で接合した超電導テープの構造が開示されている。

また、特許文献３には、ニッケル、ニッケル合金およびステンレス鋼よりなる補強金属材を超電導線の片面に貼り付けた超電導テープの構造が開示されている。
米国特許第５，８０１，１２４号明細書 米国特許第６，６４９，２８０号明細書 特開平４−４３５１０号公報

しかし、上記特許文献１〜３の超電導テープでは、耐引張歪み特性が十分ではないという問題があった。その１つ目の理由として、超電導線に曲げが加えられる場合、セラミックス超電導線は圧縮歪みに強く、引張歪みに弱い性質を有している。このため、超電導線の両方の主面に薄板を貼り付ける超電導テープに曲げが加えられる場合に、超電導テープの引張歪みが弱いという問題を有している。

２つ目の理由として、超電導線の一方の主面に金属板を貼り付ける超電導テープでは、薄板または金属補強材の厚みが小さい場合には、セラミックス超電導線に引張歪みが加わることを防ぐために、薄板または金属補強材が外周側になるように曲げを与えたとしても、歪量が零となる中立線が外周側にほとんどずれない。このため、超電導テープに曲げが加えられる場合に、超電導テープの耐引張歪み特性が十分でないという問題を有している。

このように、超電導テープの耐引張歪み特性が低いと、超電導体の超電導特性を維持する程度に超電導テープを曲げたときの直径（許容曲げ直径）が大きくなる。このため、この超電導テープを用いてなる超電導機器の小型化を図ることができないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、耐引張歪み特性を改善するとともに、許容曲げ直径を小さくできる、超電導テープの製造方法および超電導テープの製造装置を提供することである。

本発明の超電導テープの製造方法は、以下の工程を備えている。まず、超電導体を有するテープ状の本体部が準備される。そして、補強部が準備される。そして、２００℃以上の融点を有する半田層を用いて、本体部と補強部とが接合される。本体部と補強部とを接合する工程では、半田層の融点以上に半田層が加熱される。補強部を準備する工程では、室温以上半田層の融点以下において、本体部の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有する補強部が準備される。本体部と補強部とを接合する工程では、補強部の降伏応力以下の張力が、補強部の延在方向に沿って補強部に加えられる。

本発明の超電導テープの製造方法によれば、補強部の熱膨張率は本体部の熱膨張率よりも大きいので、半田層の融点以上に加熱して補強部と本体部とを接合すると、補強部は本体部よりも長さ方向（延在方向）に伸びた状態で接合される。このため、補強部が形成された本体部が室温まで冷却される過程で、本体部の超電導体には予め圧縮歪みが加えられた状態になり、超電導テープの耐引張歪み特性を向上できる。この効果は、半田層の融点が２００℃以上の高温で顕著に現れる。この超電導テープに曲げを加えると、中立軸を境に曲げ中心に近い領域に位置する本体部の超電導体は圧縮歪みを受け、中心から遠い領域に位置する超電導体は引張歪みを受ける。本体部の超電導体は、圧縮側の許容歪みよりも、引張側の許容歪みが小さいため、本体部の許容引張歪みによって超電導テープの許容曲げ直径が決まる。本発明の超電導テープでは、本体部の超電導体に予め圧縮歪みが加えられた状態になっており、曲げに対しても強い特性を有するので、超電導テープの許容曲げ直径は小さくなる。
また補強部の延在方向に沿って補強部に張力を加えながら本体部と接合することにより、本体部に含まれる超電導体に加えられる圧縮残留応力および圧縮残留歪みが大きくなる。このため、補強部が接合された超電導テープは、引張応力および引張歪みに対して強くなる。また、超電導テープに曲げを加えたときも、本体部に含まれる超電導体に加えられる引張り歪みに対して強くなるため、許容曲げ直径を小さくすることができる。

なお、半田層の融点を２００℃以上とすることにより、この超電導テープを電極等と接続する際に、融点が１８０℃程度の一般的な半田を用いても、この超電導テープの構造を維持できる。このため、汎用性の高い超電導テープが得られる。

上記超電導テープの製造方法において好ましくは、上記補強部を準備する工程では、半田層を加熱する温度よりも高い軟化温度を有する補強部を準備する。

これにより、半田層を融点以上に加熱することにより補強部と本体部とを接合する際に、補強部が軟化することを防止できるので、容易に上記超電導テープが得られる。

上記超電導テープの製造方法において好ましくは、上記本体部と補強部とを接合する工程では、本体部の一方の主面側のみに補強部を形成する。

本体部の一方の主面が外側になるように曲げると、超電導テープにおいて歪みが零になる中立線がこの一方の主面側にずれるため、本体部の超電導体に加えられる最大の引張り歪みを低減できる。このため、耐引張歪み特性をより向上できる。その結果、超電導テープを臨界電流の低下を抑制した状態でより小さな直径になるように曲げることができるので、許容曲げ直径をより小さくすることができる。

また、超電導テープにおいて補強部の占める体積割合を減少できるので、超電導テープの全断面積当たりの臨界電流密度を向上できる。

上記超電導テープの製造方法において好ましくは、上記本体部と補強部とを接合する工程は、本体部の延在方向に沿って本体部に張力を加える工程と、本体部に加える張力よりも大きな張力を、補強部の延在方向に沿って補強部に加える工程とを含んでいる。

これにより、本体部に張力を加える場合であっても、補強部をより収縮させて本体部に接合することができるので、本体部には予めより大きな圧縮歪みが加えられた状態になる。このため、この超電導テープに応力を加えると、超電導テープの耐引張歪み特性を向上できる。その結果、この超電導テープに曲げを加えた場合であっても、本体部の超電導体の超電導特性の低下を抑制できる。したがって、許容曲げ直径を小さくすることができる。

本発明の超電導テープの製造方法および超電導テープの製造装置によれば、耐引張歪み特性を改善するとともに、許容曲げ直径を小さくすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における超電導テープの構成を概略的に示す部分断面斜視図である。図１に示すように、本実施の形態における超電導テープ１ａは、本体部７と、補強部９ａ、９ｂと、半田層１１とを備えている。補強部９ａ、９ｂは本体部７の上面７ａ側と下面７ｂ側とにそれぞれ配置されており、本体部７の長手方向（延在方向）に沿って配置されている。本体部７と補強部９ａ、９ｂの各々とは半田層１１によって接合されている。

本体部７は、一軸方向に延在する形状であるテープ状であり、長手方向に延びる複数本の超電導体３と、複数の超電導体３の全周を被覆するシース部５とを有している。シース部５は超電導体３に接触している。複数本の超電導体３の各々は、たとえばＢｉ（ビスマス）−Ｐｂ−Ｓｒ（ストロンチウム）−Ｃａ（カルシウム）−Ｃｕ（銅）−Ｏ（酸素）系の組成を有するビスマス系超電導体が好ましく、特に、（ビスマスと鉛）：ストロンチウム：カルシウム：銅の原子比がほぼ２：２：２：３の比率で近似して表されるＢｉ２２２３相を含む材質が最適である。シース部５の材質は、たとえば銀（Ａｇ）や銀合金よりなっている。

半田層１１は、加熱および冷却により本体部７と補強部９ａ、９ｂとを接合するためのものである。半田層１１の融点は２００℃以上であり、２２７℃以上であることが好ましい。半田層１１の材料は、融点が２００℃以上であれば特に限定されないが、たとえば、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｓｂ（アンチモン）、Ｓｎ−Ａｇ−Ａｕ（金）、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉ（ニッケル）、Ｓｎ−Ａｇ−Ｎｉ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ（インジウム）−Ｂｉなどが用いられ、作業環境および使用環境への影響が軽減される観点からＰｂを含んでいないＳｎ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ａｇ−Ａｕ、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｎｉ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｉｎ−Ｂｉが好適に用いられる。

補強部９ａ、９ｂは、超電導テープ１ａの機械的強度を向上し、高い許容引張応力を維持する役割を果たしている。超電導テープ１ａの機械的強度を向上する観点から、補強部９ａ、９ｂは、本体部７よりも高い機械的強度を有していることが好ましい。

補強部９ａ、９ｂの各々はテープ状であり、室温以上半田層１１の融点以下において、本体部７の熱膨張率（つまり、超電導体３とシース部５とを合わせた熱膨張率）よりも大きい熱膨張率を有している。このような補強部９ａ、９ｂの材料は、ステンレス鋼、銅合金、ニッケル合金などが用いられ、熱膨張率が大きい観点からステンレス鋼、銅合金などが好適に用いられる。なお、室温とは、たとえば０℃以上４０℃以下である。

補強部９ａは、半田層１１の融点よりも高い軟化温度を有しており、半田層１１の軟化温度よりも高い軟化温度を有していることが好ましい。補強部９ａの軟化温度は、半田層１１の融点よりも２０℃以上高いことが好ましい。ここで、軟化温度（軟化点）とは、物質が加熱により変形、軟化を起こし始める温度である。

なお、上記においては本体部７が複数本の超電導体３を有している構造（多芯線）である場合について説明したが、本体部７は１本の超電導体のみを有している構造（単芯線）であってもよい。

ここで、超電導テープ１ａの具体的寸法の一例を示すと、補強部９ａの厚さ（図中縦方向の長さ）は０．０２ｍｍであり、幅（図中横方向の長さ）は４．３ｍｍである。本体部７の厚さは０．２２ｍｍであり、幅は４．２ｍｍである。

図２は、本発明の実施の形態１における超電導テープを製造するための装置を示す模式図である。続いて、図２を参照して、本実施の形態における超電導テープ１ａを製造するための装置１００について説明する。

図２に示すように、装置１００は、超電導テープ１ａを製造する工程順に（図２において左側から右側にかけて）、第１の送り部１０１と、支持部１０２、１０３と、第１の張力印加部１０４と、支持部１０５と、第２の送り部１０６と、支持部１０７〜１０９と、第３の送り部１１０と、支持部１１１、１１２と、第３の張力印加部１１３と、支持部１１４と、フラックス槽１１５と、接合部１１６と、集合部１１７と、洗浄槽１１８と、巻取り部１１９と、受け部１２０とが設けられている。

第１の送り部１０１は、補強部９ａを受け部１２０へ送り、たとえば補強部９ａを巻き付けて保持するためのリールである。

第１の送り部１０１から送られた補強部９ａが支持部１０２、１０３、１０５を通る際に、支持部１０３に取り付けられた第１の張力印加部１０４は、補強部９ａの降伏応力以下の張力を、補強部９ａの延在方向に加える。第１の張力印加部１０４は、補強部１０９ａの降伏歪み以下の歪みを、補強部９ａの延在方向に加えることが好ましい。支持部１０２、１０５は、たとえば定滑車であり、支持部１０３はたとえば動滑車であり、第１の張力印加部１０４は、支持部１０３に掛けられた重りである。

第２の送り部１０６は、超電導体を有するテープ状の本体部７を受け部１２０へ送り、たとえば本体部７を巻き付けて保持するためのリールである。第２の送り部１０６から送られた本体部７は支持部１０７〜１０９を通って、支持部１０９で第１の送り部１０１から送られた補強部９ａと第２の送り部１０６から送られた本体部７とが積層された状態になる。支持部１０７、１０９は、たとえば定滑車であり、支持部１０８はたとえば動滑車である。支持部１０８には、本体部７の降伏応力以下で、かつ本体部７に加えられる張力未満の張力を、本体部７の延在方向に加えるための第２の張力印加部（図示せず）が配置されていてもよい。

第３の送り部１１０は、補強部９ｂを受け部１２０へ送る。第３の送り部１１０は、たとえば補強部９ｂを巻き付けて保持するためのリールである。第３の送り部１１０から送られた補強部９ｂが支持部１１１、１１２、１１４を通る際に、支持部１１２に取り付けられた第３の張力印加部１１３は、補強部９ｂの降伏応力以下の張力を、補強部９ｂの延在方向に加える。第３の送り部１１０から送られた補強部９ｂは、支持部１１１、１１２、１１４を通って、支持部１１４で、第１の送り部１０１から送られた補強部９ａと、第２の送り部１０６から送られた本体部７と、第３の送り部１１０から送られた補強部９ｂとがこの順で積層された状態になる。

この積層された状態でフラックス槽１１５に送られる。このフラックス槽１１５には、補強部９ａ、９ｂの接合面の酸化皮膜を除去するためのフラックスが内部に収容されている。

フラックス槽１１５により補強部９ａ、９ｂの接合面の酸化皮膜が除去された状態で、接合部１１６に送られる。この接合部１１６の内部には、上述した半田層１１となるべき材料が収容されている。この接合部１１６は、半田層１１を介して本体部７の上面７ａおよび下面７ｂと補強部９ａ、９ｂとを接合する。

半田層１１により本体部７と、補強部９ａ、９ｂとが接合された状態で、集合部１１７により一体化する。この集合部１１７は、接合部１１６の出口に取り付けられており、たとえば集合ダイスなどである。これにより、超電導テープ１ａが得られる。

集合部１１７により一体化された超電導テープ１ａは、洗浄槽１１８に送られる。洗浄槽１１８は、超電導テープ１ａを洗浄するために、たとえば温水などの洗浄液を内部に収容している。

洗浄槽１１８から送られた超電導テープ１ａは、巻取り部１１９を用いて、受け部１２０で受けられる。

続いて、図１および図２を参照して、本実施の形態における超電導テープの製造方法について説明する。

まず、超電導体３を有するテープ状の本体部７を準備する。具体的には、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｒ、ＣａおよびＣｕが所定の組成比となるように、酸化物あるいは炭酸化物の原料粉を混合する。この混合粉に熱処理と粉砕とを繰り返すことにより、Ｂｉ２２２３相とＢｉ２２１２相と非超電導相とから構成される前駆体粉末が作製される。次に、この前駆体粉末を金属管に充填する。その後、前駆体粉末が金属管に充填されたものに対して伸線加工を行なう。この際には伸線加工と中間軟化処理とを繰り返し、前駆体フィラメントを芯材として金属管で被覆されたクラッド線となる。次に、複数のクラッド線を束ねて再び金属管に嵌合する。これにより、たとえば５５芯を有する多芯線が作製される。次に多芯線に対して伸線加工を施す。これにより、Ｂｉ２２２３相を含む酸化物超電導体の前駆体粉末をシース部５で被覆した形態を有する線材が作製される。その後、この多芯線に対して複数回の圧延加工と熱処理とを繰り返す。この熱処理は酸素雰囲気中で行なわれ、雰囲気中の酸素分圧はたとえば０．０１ＭＰａ以下とされる。その結果、前駆体粉末が変化し、超電導体３となる。また、圧延加工により線材がテープ状となる。以上の工程により、超電導体３と、超電導体３の全周を被覆するシース部５とを有するテープ状の本体部７が形成される。このような本体部７は、第２の送り部１０６に配置する。

次に、室温以上半田層１１の融点以下において、本体部７の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有する補強部９ａ、９ｂを準備する。補強部９ａ、９ｂを準備する工程では、半田層１１の軟化温度よりも高い軟化温度を有する補強部９ａ、９ｂを準備する。補強部９ａ、９ｂの軟化温度は、後述する半田層１１を用いて本体部７と補強部９ａ、９ｂとを接合する時に半田層１１を加熱する温度よりも高い。また、補強部９ａ、９ｂの軟化温度は、半田層１１の融点よりも２０℃以上高いことが好ましい。具体的には、たとえば、上述した材料よりなる補強部９ａ、９ｂを準備して、第１および第３の送り部１０１、１１０に配置する。

次に、２００℃以上の融点を有する半田層１１を用いて本体部７と補強部９ａ、９ｂとを接合する。具体的には、たとえば以下の工程が実施される。

まず、フラックス槽１１５を通過させて補強部９ａ、９ｂの接合面の酸化皮膜を除去して、補強部９ａ、９ｂの表面を活性化させる。フラックスは、補強部９ａ、９ｂの本体部７への接合性が良好になる材料であることが好ましい。また、シース部５や製造設備に悪影響を及ぼさないことを目的として、非強酸性のフラックスを用いることが好ましい。このようなフラックスとして、たとえば有機酸系フラックス、樹脂系フラックスなどが挙げられる。

その後、本体部７と補強部９ａ、９ｂとを、内部で半田層１１の材料が溶融された接合部１１６を通過させる。このとき、融点が２００℃以上の半田層１１の材料が溶融しているので、接合部１１６の内部を通過する補強部９ａ、９ｂおよび本体部７は膨張する。室温以上半田層１１の融点以下において、補強部９ａ、９ｂの熱膨張率は本体部７の熱膨張率よりも大きい。このため、少なくとも接合部１１６では、補強部９ａ、９ｂは本体部７よりも膨張している。

その後、半田層１１の融点未満の雰囲気にし、半田層１１の材料を冷却し硬化させることによって、この材料を半田層１１にする。これにより、半田層１１を介して本体部７と補強部９ａ、９ｂとが一体化される。このとき、室温以上半田層１１の融点以下において、補強部９ａ、９ｂの熱膨張率は本体部７の熱膨張率よりも大きい。このため、補強部９ａ、９ｂは本体部７よりも収縮するので、補強部９ａ、９ｂに引張歪みが生じ、本体部７に圧縮歪みが生じる。

本実施の形態では、接合部１１６の出口部に設けられた集合部１１７を半田層１１の材料の融点未満としているので、接合部１１６を通過した本体部７、補強部９ａ、９ｂ、および半田層１１を一体化させるために集合部１１７を通して、半田層１１を介して本体部７と補強部９ａ、９ｂとを接合している。

なお、半田層１１を形成する方法は、上述しためっき法に特に限定されず、たとえば蒸着法などで形成される。

図２に示す装置１００を用いると、本体部７および補強部９ａ、９ｂは接合部以外の面も半田層１１でめっきされるので、耐蝕性が改善され、端末における半田による接続が容易になる。

また、補強部９ａ、９ｂの降伏応力以下の張力（引張応力）を、補強部９ａ、９ｂの延在方向に沿って補強部９ａ、９ｂに加えた状態で、本体部７と補強部９ａ、９ｂとを接合することが好ましい。また、補強部９ａ、９ｂの降伏歪み以下の引張歪みを、補強部９ａ、９ｂの延在方向に沿って補強部９ａ、９ｂに加えた状態で、本体部７と補強部９ａ、９ｂとを接合することが好ましい。なお、補強部の降伏応力以下で引張応力を補強部に加えることにより、補強部の塑性変形を防止できる。

本実施の形態では、第１および第３の張力印加部１０４、１１３により補強部９ａ、９ｂにそれぞれ張力を加えている。このため、接合部１１６において、補強部９ａ、９ｂに引張歪みが加えられた状態で、本体部７と補強部９ａ、９ｂとが接合される。また、第１および第３の張力印加部１０４、１１３の重りを変更することにより、補強部９ａ、９ｂの延在方向に加える張力を容易に制御できる。

また、支持部１０８に掛けられた重りなどの第２の張力印加部（図示せず）を装置１００が備えている場合には、本体部７の延在方向に沿って本体部７に張力を加える工程と、本体部７に加える張力よりも大きな張力を、補強部９ａ、９ｂの延在方向に沿って補強部９ａ、９ｂに加える工程とを含んでいてもよい。この場合、接合部１１６において、補強部９ａ、９ｂに本体部７よりも大きな引張張力が加えられた状態で、本体部７と補強部９ａ、９ｂとが接合される。

以上の工程を実施することにより、図１に示す本実施の形態における超電導テープ１ａを製造できる。

以上説明したように、本実施の形態における超電導テープ１ａにおいて、半田層１１の融点は２００℃以上であり、補強部９ａ、９ｂは、室温以上半田層１１の融点以下において、本体部７の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有している。

また本実施の形態における超電導テープ１ａの製造方法は、２００℃以上の融点を有する半田層１１を用いて本体部７と補強部９ａ、９ｂとを接合する工程を備え、補強部９ａ、９ｂを準備する工程では、室温以上半田層１１の融点以下において、本体部７の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有する補強部９ａ、９ｂを準備し、本体部７と補強部９ａ、９ｂとを接合する工程では、半田層１１の融点以上に半田層１１を加熱する。

本実施の形態における超電導テープ１ａおよび超電導テープ１ａの製造方法によれば、補強部９ａ、９ｂの熱膨張率は本体部７の熱膨張率よりも大きいので、半田層１１（本実施の形態では半田層１１の材料）を融点以上に加熱することによって半田層１１を溶融し、その後半田層１１を硬化させると、冷却によって、補強部９ａ、９ｂは本体部７よりも収縮した状態で本体部７に接合される。また、半田層１１の融点が２００℃以上であるので、補強部９ａ、９ｂが十分収縮した状態で本体部７に接合される。言い換えると、室温で張力が加えられていないときの超電導テープ１ａにおいて、本体部７には予め圧縮歪みが加えられた状態になる。本体部７は圧縮歪みには強く、引張歪みには弱い性質を有しているので、超電導テープ１ａに曲げを加えるときの耐引張歪み特性を向上できる。その結果、この超電導テープ１ａに直径を小さくするように曲げを加えた場合であっても、本体部７の超電導特性の低下を抑制できる。したがって、超電導テープ１ａの許容曲げ直径を小さくすることができる。

また、補強部９ａ、９ｂおよび半田層１１の材料を選択するという非常に簡便な方法によって、耐引張歪み特性を改善でき、許容曲げ直径を小さくすることができる。

さらに、用いる半田層１１の融点を２００℃以上とすることにより、融点が１８０℃のＳｎ−３７％Ｐｂ共晶半田などの一般的な半田を用いても、この半田を１９０℃程度に溶融することにより超電導テープ１ａの構造を維持して、この超電導テープ１ａと電極等とを接続できる。このため、汎用性の高い超電導テープが得られる。

また、補強部９ａ、９ｂを本体部７の上面７ａ側および下面７ｂ側に配置することにより、超電導テープ１ａの耐引張応力を向上することができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における超電導テープの構成を概略的に示す部分断面斜視図である。図３に示すように、本実施の形態における超電導テープ１ｂは、基本的には実施の形態１における超電導テープ１ａと同様の構成を備えているが、補強部９ａは、本体部７の一方の主面側のみに形成された点においてのみ異なる。本実施の形態では、図３に示すように、補強部９ａは、本体部の上面７ａ側のみに配置されている。

本実施の形態における超電導テープ１ｂの製造方法は、基本的には実施の形態１における超電導テープ１ａの製造方法と同様の構成を備えているが、本体部７と補強部９ａとを接合する工程では、本体部７の一方の主面（本実施の形態では上面７ａ）側のみに補強部９ａを形成する点においてのみ異なる。

なお、これ以外の超電導テープ１ｂおよびその製造方法は、実施の形態１における超電導テープ１ａおよびその製造方法の構成と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

図４（Ａ）は本発明の実施の形態２における超電導テープ１ｂに曲げを加えた状態を示す模式図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）における領域ＩＶＢの拡大図である。続いて、図４（Ａ）および（Ｂ）を参照して、本実施の形態における超電導テープ１ｂの効果について説明する。

図４（Ａ）に示すように、本実施の形態における超電導テープ１ｂを補強部９ａが外周側になるように曲げを加えると、図４（Ｂ）に示すように、外周側には引張歪みが加えられ、内周側には圧縮歪みが加えられる。このように、外周側に補強部９ａが位置するので、歪量が零となる中立線Ｂは本体部７から補強部９ａへずれた位置になる。言い換えると、中立線Ｂが半田層１１近傍に位置しているので、本体部７には圧縮歪みが加えられ、本体部７に加えられる引張歪みを低減できる。

なお、臨界電流密度の低下を抑制するために、補強部９ａの厚みを小さくする場合には、中立線Ｂは本体部７側に位置する場合もある。しかし、上面７ａのみに補強部９ａが形成されているので、両面に補強部９ａが配置されている場合と比較して、中立線Ｂを補強部９ａ側に位置することができる。このため、本体部７に加えられる引張歪みを低減できる。

また、実施の形態１の本体部７の両側に補強部９ａ、９ｂを配置した場合と比較して、超電導テープ１ｂにおいて補強部９ａ、９ｂの占める体積割合を減少できる。このため、本実施の形態における超電導テープ１ｂは、臨界電流密度を向上できる。

このように、超電導テープ１ｂの引張歪みを低減できるので、図４（Ａ）に示すように、超電導テープ１ｂの超電導特性を維持して曲げを加えたときの許容曲げ直径Ｒ（曲げ中心Ａから超電導テープ１ｂまでの距離の２倍）を小さくすることができる。

本実施例では、半田層の融点が２００℃以上で、補強部が室温以上半田層の融点以下において、本体部の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有することによる効果について調べた。具体的には、実施例１〜４、および比較例１〜３の各々の超電導テープを製造し、その超電導テープの許容引張歪み、許容引張応力および許容曲げ直径を測定した。

（実施例１、２）
実施例１、２は、実施の形態１にしたがって図１に示す超電導テープを製造した。詳細には、まず、Ｂｉ２２２３超電導体３を銀よりなるシース部５で被覆したテープ状の本体部７を準備した。本体部７の厚さは０．２２ｍｍであり、幅は４．２ｍｍであった。

次に、ＳＵＳ３０４よりなる２枚の補強部９ａ、９ｂを準備した。補強部９ａ、９ｂの厚さは０．０２ｍｍであり、幅は４．３ｍｍであった。

次に、融点が２２７℃のＳｎ−０．７％Ｃｕよりなる半田層１１の材料を３００℃まで加熱することにより溶融した状態で、本体部７と補強部９ａ、９ｂとを浸漬し、その後、この材料を硬化することにより、本体部７と補強部９ａ、９ｂとを半田層１１により接合した。この接合の際に、実施例１では本体部７および補強部９ａ、９ｂに張力を加えず、実施例２では補強部９ａ、９ｂのみに３０Ｎの張力を加えた。以上の工程により、実施例１、２の超電導テープを製造した。

（実施例３、４）
実施例３、４は、実施の形態２にしたがって超電導テープを製造した。詳細には、まず、実施例１、２と同じ超電導テープを準備した。次に、実施例１、２と同じ材料の補強部９ａを１枚準備した。

次に、実施例１、２と同様に、半田層１１を用いて本体部７と補強部９ａとを接合した。この接合の際に、実施例３では本体部７および補強部９ａ、９ｂに張力を加えず、実施例４では補強部９ａのみに３０Ｎの張力を加えた。以上の工程により、実施例３、４の超電導テープを製造した。

（比較例１）
比較例１では補強部を形成せず、実施例１、２と同じ本体部を準備し、この本体部を比較例１の超電導テープとした。

（比較例２、３）
比較例２、３は、基本的には実施例１、２とそれぞれ同様の製造方法で製造したが、半田層が１８３℃の融点を有するＳｎ−３７％Ｐｂである点において異なっていた。詳細には、実施例１、２と同様の本体部および２枚の補強部を準備した。その後、半田層を１９０℃まで加熱して溶融し、この半田層の材料に本体部および補強部を浸漬させることにより、本体部と補強部とを接合した。これにより、比較例２、３の超電導テープとした。

（測定方法）
実施例１の超電導テープについて、応力を加えない状態で、本体部に生じた圧縮歪みを測定した。また、実施例１〜４および比較例１〜３の超電導テープについて、それぞれ許容引張歪み、許容引張応力および許容曲げ直径を測定した。

具体的には、許容引張歪みは、室温にて超電導テープに引張歪みを加えて、初期の超電導テープの臨界電流値の９５％を維持できる最大の歪みとした。

許容引張応力は、室温にて超電導テープに超電導テープの長手方向に引張応力を加えて、初期の超電導テープの臨界電流値の９５％を維持できる最大の応力とした。

許容曲げ直径は、室温にて超電導テープに曲げを加えて、初期の超電導テープの臨界電流値の９５％を維持できる最小の直径（図４（Ａ）における直径Ｒ）とした。これらの結果を下記の表１に示す。

（測定結果）
実施例１の超電導テープ（本体部）には、０．０５％の圧縮歪みが生じていた。このことから、本発明の超電導テープの製造方法によれば、予め本体部に圧縮歪みを形成した超電導テープを製造できることがわかった。

また、表１に示すように、実施例１〜４は、補強部を備えなかった比較例１よりも、許容引張応力、許容引張歪みおよび許容曲げ直径のすべてについて向上できた。

２枚の補強部を備え、接合した際に補強部に張力を加えなかった実施例１と比較例２とを比較すると、融点が２００℃以上の半田層を備えた実施例１の超電導テープは、融点が２００℃未満の半田層を備えた比較例２と同様の許容引張応力を維持し、かつ許容引張歪みおよび許容曲げ直径を比較例２よりも向上できた。

２枚の補強部を備え、接合した際に補強部に張力を加えた実施例２と比較例３とを比較すると、融点が２００℃以上の半田層を備えた実施例２の超電導テープは、融点が２００℃未満の半田層を備えた比較例３と同様の許容引張応力を維持し、かつ許容引張歪みおよび許容曲げ直径を向上できた。

２枚の補強部を備えた実施例１、２と、１枚の補強部を備えた実施例３、４とをそれぞれ比較すると、超電導テープにおいて補強部の占める体積割合が増加するので、許容引張応力および許容引張歪みを向上できた。

補強部を一方の主面のみに形成した実施例３および４は、超電導テープにおいて補強部が占める体積割合が少ないにも関わらず、許容曲げ直径を大きく向上できた。

特に、本体部と補強部とを接合する際に張力を加えた実施例２および４は、実施例１および３よりも許容引張応力、許容引張歪みおよび許容曲げ直径をさらに向上することができた。

以上より、本実施例によれば、半田層の融点が２００℃以上で、補強部が室温以上半田層の融点以下において、本体部の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有することによって、予め本体部に圧縮歪みを加えた状態にできるので、超電導テープの耐引張歪み特性を改善するとともに、許容曲げ直径を小さくすることができることが確認できた。

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実施の形態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。

本発明の超電導テープは、ビスマス系の超電導材料を含む超電導テープに関連する技術として特に適している。

本発明の実施の形態１における超電導テープの構成を概略的に示す部分断面斜視図である。 本発明の実施の形態１における超電導テープを製造するための装置を示す模式図である。 本発明の実施の形態２における超電導テープの構成を概略的に示す部分断面斜視図である。 （Ａ）は、本発明の実施の形態２における超電導テープ１ｂに曲げを加えた状態を示す模式図であり、（Ｂ）は、（Ａ）における領域ＩＶＢの拡大図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ 超電導テープ、３ 超電導体、５ シース部、７ 本体部、７ａ 上面、７ｂ 下面、９ａ，９ｂ 補強部、１１ 半田層、１００ 装置、１０１ 第１の送り部、１０２，１０３，１０５，１０７〜１０９，１１１，１１２，１１４ 支持部、１０４ 第１の張力印加部、１０６ 第２の送り部、１１０ 第３の送り部、１１３ 第３の張力印加部、１１５ フラックス槽、１１６ 接合部、１１７ 集合部、１１８ 洗浄槽、１１９ 巻取り部、１２０ 受け部。

Claims (5)

1. 超電導体を有するテープ状の本体部を準備する工程と、
   補強部を準備する工程と、
   ２００℃以上の融点を有する半田層を用いて前記本体部と前記補強部とを接合する工程とを備え、
   前記本体部と前記補強部とを接合する工程では、前記半田層の融点以上に前記半田層を加熱し、
   前記補強部を準備する工程では、室温以上前記半田層の融点以下において、前記本体部の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有する前記補強部を準備し、
   前記本体部と前記補強部とを接合する工程では、前記補強部の降伏応力以下の張力を、前記補強部の延在方向に沿って前記補強部に加える、超電導テープの製造方法。
2. 前記補強部を準備する工程では、前記半田層を加熱する温度よりも高い軟化温度を有する前記補強部を準備する、請求項１に記載の超電導テープの製造方法。
3. 前記本体部と前記補強部とを接合する工程では、前記本体部の一方の主面側のみに前記補強部を形成する、請求項１または２に記載の超電導テープの製造方法。
4. 前記本体部と前記補強部とを接合する工程は、
   前記本体部の延在方向に沿って前記本体部に張力を加える工程と、
   前記本体部に加える張力よりも大きな張力を、前記補強部の延在方向に沿って前記補強部に加える工程とを含む、請求項１に記載の超電導テープの製造方法。
5. ２００℃以上の融点を有する半田層を用いて、超電導体を有するテープ状の本体部と、室温以上前記半田層の融点以下において前記本体部の熱膨張率よりも大きい熱膨張率を有する補強部とを接合して超電導テープを製造するための超電導テープの製造装置であって、
   前記半田層の融点以上に前記半田層を加熱して、前記半田層を用いて前記本体部と前記補強部とを接合するための接合部と、
   前記接合部における前記本体部と前記補強部との接合時において、前記補強部の降伏応力以下の張力を、前記補強部の延在方向に沿って前記補強部に加えるための張力印加部とを備えた、超電導テープの製造装置。

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