JP5326573B2 - 超電導テープおよび超電導テープの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、超電導テープおよび超電導テープの製造方法に関し、たとえば許容張力が高く、かつ接続抵抗が低い超電導テープおよび超電導テープの製造方法に関する。

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超電導線材（超電導テープ）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、超電導コイルやマグネットへの応用が期待されている。

たとえば超電導コイルを製造する際に超電導テープはコイル状に巻かれ、このとき超電導テープには大きな張力（曲げ応力）が加わる。このため、超電導テープには、超電導体の性能を維持できる最大の張力である大きな許容張力が要求されている。超電導テープにおいては、シース部が許容張力を確保する役割や、セラミックである超電導体に可撓性を持たせる役割を果たしている。

しかし、シース部は超電導体との電気的接触を良好にする役割をも果たしているので、シース部の材料を自由に選択することはできず、超電導テープの許容張力を向上することには限度があった。そこで、超電導テープの機械的強度を向上し得る技術が、たとえば米国特許第５，８０１，１２４号明細書（特許文献１）および米国特許第６，６４９，２８０号明細書（特許文献２）に開示されている。特許文献１および２には、超電導テープ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、超電導テープとステンレス鋼とを半田で接合した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

しかしながら、上記特許文献１および２の超電導テープを長尺化するために超電導テープ同士を接続する場合には、超電導テープに貼り付けられたステンレス鋼の薄板同士を接続した時の抵抗（接続抵抗）が高くなるという問題があった。ここで、接続抵抗を低減するためには、それぞれの超電導テープにおける接続部分においてステンレス鋼の薄板と超電導テープとの半田による接合を解いて、それぞれの超電導テープを直接接続する方法が考えられる。しかしこの方法を採用する場合には、接続するための作業が煩雑であるため、超電導テープを劣化させる危険性が高いという問題や、接続部分での強度が低下するという問題があった。そのため、超電導テープ同士を接続することは難しかった。

また、ステンレス鋼の薄板よりも接続抵抗が低い黄銅などの固溶強化型銅合金の薄板を用いる場合には、固溶強化型銅合金はステンレス鋼に比べて機械的強度が低いので、ステンレス鋼の薄板を備えた超電導テープと比べて許容張力が低いという問題があった。すなわち、固溶強化型銅合金の薄板を備えた超電導テープがステンレス鋼の薄板を備えた超電導テープと同程度の許容張力に耐え得るためには、固溶強化型銅合金の薄板の厚さを大きくする必要がある。固溶強化型銅合金の薄板の厚さを大きくすると、接続抵抗が高くなるとともに、固溶強化型銅合金の薄板を含む断面積当たりの臨界電流密度が低下してしまう。

そこで、本発明の目的は、高い許容張力を維持するとともに、低い接続抵抗を維持する超電導テープおよび超電導テープの製造方法を提供することである。

本発明の超電導テープは、超電導体を有するテープ状の本体部と、本体部の少なくとも一方の表面側に形成された析出硬化型銅合金、または錫（Ｓｎ）と銅（Ｃｕ）との合金よりなる補強部とを備えている。

本発明の超電導テープの製造方法は、超電導体を有するテープ状の本体部を準備する工程と、本体部の少なくとも一方の表面側に析出硬化型銅合金、または錫と銅との合金よりなる補強部を形成する工程とを備えている。

本発明者は、超電導体を有するテープ状の本体部の表面に形成される補強部として、高い許容張力を維持できるとともに、低い接続抵抗を維持できる材料を鋭意研究した結果、析出硬化型銅合金、または錫と銅との合金を用いることを見出した。析出硬化型銅合金、および、錫と銅との合金はステンレス鋼に近い機械的強度を有しており、かつ超電導テープを使用する低温環境でステンレス鋼と比べておよそ２桁低い比抵抗を有している。そのため、本発明の超電導テープおよび超電導テープの製造方法によれば、高い許容張力を維持するとともに、低い接続抵抗を維持することができる。また、高い許容張力を維持できるので、補強部の厚みを抑制できるため、臨界電流密度の低下を抑制できる。

上記超電導テープにおいて好ましくは、析出硬化型銅合金は、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）およびジルコニウム（Ｚｒ）よりなる群から選ばれた少なくとも１種の物質と銅との合金よりなる。

上記超電導テープの製造方法において好ましくは、形成する工程は、銀、クロムおよびジルコニウムよりなる群から選ばれた少なくとも１種の物質と銅との合金からなる析出硬化型銅合金よりなる補強部を準備する工程を含む。

銀、クロムおよびジルコニウムよりなる群から選ばれた少なくとも１種の物質と銅との合金は特に低抵抗であるため、接続抵抗を低減できる。

上記超電導テープにおいて好ましくは、本体部と補強部との間に形成された半田層をさらに備えている。

上記超電導テープの製造方法において好ましくは、本体部と補強部との間に半田層を形成する工程をさらに備えている。

これにより、本体部と補強部とをより確実に接合できる。また、ステンレス鋼の薄板を超電導テープに貼り付けるために通常用いられる半田層は、強酸性のフラックスを含んでいるのに対して、本発明の析出硬化型銅合金、または錫と銅との合金よりなる補強部と本体部との接合に用いられる半田層は、強酸性のフラックスを含んでいなくても補強部と本体部とを接合できる。そのため、補強部と本体部とを半田層を用いて接合した場合であっても、接合後に強酸性のフラックスが残留しないので、時間の経過とともに超電導テープの内部で腐食が起こることを防止できる。さらに、超電導テープを製造するための設備の腐食が起こることを防止できる。

なお、本明細書において「析出硬化型銅合金」とは、添加元素または添加元素と銅からなる金属間化合物を時効処理によって析出させることによって高強度化した銅合金を意味し、高強度でかつ低抵抗が得られることが特長である。また、「固溶強化型銅合金」とは、添加元素が銅に固溶した状態の銅合金を意味する。この固溶強化型銅合金は、たとえば銅と亜鉛との合金である黄銅が挙げられる。

本発明の超電導テープおよび超電導テープの製造方法によれば、高い許容張力を維持できるとともに、低い接続抵抗を維持できる。

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の製造方法を示すフローチャートである。 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。 本発明の実施の形態２における超電導テープの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３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４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５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。 実施例における接続抵抗の測定方法を説明するための断面図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ 超電導テープ、３ 超電導体、３ａ，７ａ 上面、４ 中間層、５ シース部、６ 基板、６ｂ，７ｂ 下面、７ 本体部、９ 補強部、１１ 半田層、ｘ ラップ。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。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符号を付し、その説明は繰り返さない。

（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９とを備えている。補強部９は、本体部７の上面７ａ側に配置されており、本体部７の長手方向に沿って配置されている。

本体部７はテープ状であり、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−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ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、たとえば銀や銀合金よりなっている。

補強部９は、析出硬化型銅合金、または錫と銅との合金よりなる。析出硬化型銅合金は、たとえば、ベリリウム銅、クロム銅、チタン銅、ジルコニウム銅、クロムチタン銅、クロムジルコニウム銅、クロムジルコニウムチタン銅などが挙げられる。液体窒素の温度以下の低温で低抵抗が得られることと、超電導テープ１ａを半田で接続する時の熱によって強度が低下しない耐熱性を持っていることとから、銀、クロム、錫およびジルコニウムよりなる群から選ばれた少なくとも１種の物質と銅との合金よりなることが好ましく、錫と銅との合金、銀が添加された銅、クロム銅、ジルコニウム銅およびクロムジルコニウム銅を用いることがより好ましい。

補強部９は、本体部７よりも機械的強度が高いため、超電導テープ１ａの機械的強度を向上して、高い許容張力を維持する役割を果たしている。

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９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の製造方法を示すフローチャートである。続いて、本実施の形態における超電導テープ１ａの製造方法について、図１および図２を用いて説明する。

図１および図２に示すように、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（ステップＳ１０）。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。

次に、本体部７の少なくとも一方の表面側に析出硬化型銅合金、または錫と銅との合金よりなる補強部を形成する（ステップＳ２０）。具体的には、析出硬化型銅合金、または錫と銅との合金よりなる板状の補強部９を準備する。その後、本体部７の上面７ａ側に補強部９を配置して、本体部７と補強部９とを接合する。本体部７と補強部９とを接合する方法は、特に限定されず、熱や圧力を加えるなど一般公知の方法を採用できる。以上の工程（ステップＳ１０、ステップＳ２０）により、図１に示す超電導テープ１ａが得られる。

形成する工程（ステップＳ２０）は、銀、クロム、錫およびジルコニウムよりなる群から選ばれた少なくとも１種の物質と銅との合金よりなる補強部９を準備する工程を含んでいることが好ましい。

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は、超電導体３を有するテープ状の本体部７と、本体部７の少なくとも一方の表面側に形成された析出硬化型銅合金、または錫と銅との合金よりなる補強部９とを備えている。

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、超電導体３を有するテープ状の本体部７を準備する工程（Ｓ１０）と、本体部７の少なくとも一方の表面側に析出硬化型銅合金、または錫と銅との合金よりなる補強部９を形成する工程（Ｓ２０）とを備えている。

本実施の形態の超電導における超電導テープ１ａおよびその製造方法によれば、析出硬化型銅合金および錫と銅との合金はステンレス鋼と同程度の機械的強度を有しているので、析出硬化型銅合金、または錫と銅との合金よりなる補強部９を本体部７上に形成することによって、高い許容張力を維持できる。そのため、所要の許容張力を得るために、補強部９の厚みを大きくする必要がないので、超電導テープ１ａの臨界電流密度の低下を抑制できる。さらに、析出硬化型銅合金および錫と銅との合金はステンレス鋼よりも高い電気伝導率を有しているので、複数の超電導テープ１ａにおける補強部９同士を接続したときの低い接続抵抗を維持できる。

（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、本体部７と補強部９との間に形成された半田層１１をさらに備えている点においてのみ異なる。

半田層１１は、本体部７と補強部９とを接合できる材料であれば特に限定されず、たとえばＳｎ−Ｐｂ（鉛）共晶半田、Ｓｎ−Ｃｕ系あるいはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のＰｂフリー半田など一般公知の半田を用いることができる。半田層１１の厚さは、たとえば２．０μｍ〜５．０μｍである。

図４は、本発明の実施の形態２における超電導テープの製造方法を示すフローチャートである。続いて、本実施の形態における超電導テープ１ｂの製造方法について、図３および図４を用いて説明する。

図３および図４に示すように、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（ステップＳ１０）。ステップＳ１０は、実施の形態１と同様であるので、その説明を繰り返さない。

次に、半田層１１を形成する（ステップＳ３０）。具体的には、本体部７上に、たとえばメッキ法や蒸着法などで半田層１１を形成する。

なお、ステップＳ３０では、本体部７上に半田層１１を形成するステップに限定されない。たとえば、補強部９を準備して、補強部９において本体部７と対向する面に半田層１１を形成してもよい。また、本体部７において補強部９と対向する面、および補強部９において本体部７と対向する面の両方にそれぞれ半田層１１となるべき層を形成してもよい。

次に、補強部９を形成する（ステップＳ２０）。具体的には、たとえば、本体部７または補強部９上に形成された半田層１１に熱を加えて、硬化させることにより、本体部７と補強部９とを接合する。

ステップＳ２０とステップＳ３０とは上述した方法に特に限定されない。上記ステップＳ２０およびステップＳ３０を実質的に同時に行なうことが好ましい。具体的には、本体部７と補強部９とを半田層１１の材料が溶融された溶融半田槽を通過させ、その後、これらを一体化させるために集合ダイスを通して、半田層１１を介して本体部７と補強部９とを接合する。このとき、本体部７および補強部９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。

この場合のステップＳ３０では、半田層１１とともにフラックスを用いてもよい。すなわち、たとえば、本体部７と補強部９とを溶融半田槽に入れる前に、フラックス槽を通過させて補強部９の表面を活性化させる。フラックスは、補強部９と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。

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１ｂによれば、本体部７と補強部９との間に形成された半田層１１をさらに備えている。また本実施の形態における超電導テープ１ｂの製造方法によれば、本体部７と補強部９との間に半田層１１を形成する工程（ステップＳ３０）をさらに備えている。半田層１１により、本体部７と補強部９とをより確実に接合できる。

ここで、ステンレス鋼の薄板を超電導テープに貼り付けるために通常用いられる半田層は、強酸性のフラックスの残渣を含んでいる。その理由として、ステンレス鋼の表面には含有するクロムと空気中の酸素とが結合してなるクロム酸化物の不動態膜が形成されており、このクロム酸化物の不動態膜と半田層との濡れ性が悪いため、容易に超電導テープとステンレス鋼とを接合することができなかった。超電導テープを容易に製造するために、強酸性のフラックスを用いることでクロム酸化物の不動態膜を除去することができる。しかし、この場合には接合後に残留したフラックスが原因となって、時間の経過とともに超電導テープの本体部が腐食するという問題があった。この接合部の内部に残留するフラックスは接合後に外部から洗浄しても除去することはできなかった。

一方、本実施の形態の析出硬化型銅合金、または錫と銅との合金よりなる補強部９にはステンレス鋼に見られるような強固な不動態膜は形成されないので、半田層１１を用いて接合する際に強酸性のフラックスを用いる必要がない。そのため、補強部９と本体部７との接合に用いられる半田層１１は、強酸性のフラックスを含んでいなくても析出硬化型銅合金および錫と銅との合金の表面に形成される不動態を除去できる。そのため、補強部９と本体部７とを半田層１１を用いて接合した場合であっても、接合後に強酸性のフラックスが残留しないので、時間の経過とともにシース部５に腐食が起こることを防止できる。また、超電導テープ１ｂを製造するための設備の腐食が起こることを防止できる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３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５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、本体部７の全周を覆うように形成された半田層１１と、本体部７の下面７ｂ側に配置されている補強部９とをさらに備えている点においてのみ異なる。

本実施の形態における超電導テープ１ｃの製造方法は、基本的には実施の形態２における超電導テープ１ｂの製造方法と同様であるが、半田層１１を形成するステップＳ３０において本体部７の全周を覆うように半田層１１を形成する点においてのみ異なる。

具体的には、半田層１１を形成するステップＳ３０では、本体部７の全周を覆うように半田層１１を形成する。

なお、本実施の形態では半田層１１が本体部７の全周に形成されている場合について示したが、補強部９が本体部７の上面７ａ側および下面７ｂ側に配置される場合には、半田層１１は少なくとも本体部７の上面７ａおよび下面７ｂに形成されていればよい。

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１ｃおよびその製造方法によれば、半田層１１が本体部７の全周に形成され、補強部９が本体部７の上面７ａ側および下面７ｂ側に配置されている。本体部７の上面７ａ側と下面７ｂ側とにそれぞれ補強部９が配置されることにより、超電導テープ１ｃの機械的強度が一層向上される。そのため、許容張力を向上できる。

（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４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６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２における超電導テープ１ｂと同様の構成を備えているが、本体部７が薄膜系テープである点においてのみ異なる。

図６に示すように、本実施の形態の本体部７は、基板６と、基板６上に接して設けられた中間層４と、中間層４上に接して設けられた超電導体３よりなる層とを有している。

基板６は、たとえばステンレス鋼、ニッケル合金（たとえばハステロイ）、または銀合金などの金属よりなっている。中間層４は、たとえばイットリア安定化ジルコニア、酸化セリウム、酸化マグネシウムまたはチタン酸ストロンチウムなどよりなっている。なお、中間層４は省略されてもよい。

超電導体３はたとえばＲＥ１２３系超電導体よりなっている。ＲＥ１２３系超電導体とは、ＲＥ_xＢａ_yＣｕ_zＯ_7-dにおいて、０．７≦ｘ≦１．３、１．７≦ｙ≦２．３、２．７≦ｚ≦３．３であることを意味する。また、ＲＥ１２３系超電導体のＲＥとは、希土類元素およびイットリウム元素の少なくともいずれかを含む材質を意味する。また、希土類元素としては、たとえばネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ホルミニウム（Ｈｏ）、サマリウム（Ｓｍ）などが含まれる。ＲＥ１２３系超電導線材は、液体窒素温度（７７．３Ｋ）での臨界電流密度がビスマス系の超電導線材よりも高いという利点を有している。また、低温下および一定磁場下における臨界電流値が高いという利点を有している。一方で、ＲＥ１２３系超電導体はビスマス系超電導体のようにシース部で被覆することができないので、配向金属基板上に気相法のみまたは液相法のみによって超電導体（超電導薄膜材料）を成膜する方法で製造される。

また、本体部７は、超電導体３よりなる層上に安定化層（図示せず）をさらに有していてもよい。安定化層は、超電導体３の表面保護のために設けられる層であり、たとえば銀や銅などよりなっている。

補強部９は、半田層１１を介して、超電導体３からなる層の上面３ａ側に設けられている。析出硬化型銅合金、または錫と銅との合金よりなる補強部９は超電導体３からなる層との電気的接続を良好にできるためである。なお、補強部９は、基板６の下面６ｂ側に設けられていてもよい。

本実施の形態における超電導テープ１ｄの製造方法は、基本的には実施の形態２の超電導テープ１ｂと同様であるが、本体部を準備する工程（ステップＳ１０）においてのみ異なる。

具体的には、基板６を準備する。その後、たとえば蒸着法により、基板６上に中間層４を形成する。次いで、たとえば蒸着法により、中間層４上に超電導体３からなる層を形成する。

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１ｄおよびその製造方法によれば、本体部７として、薄膜系テープを用いている。薄膜系テープを用いた本体部７を備える超電導テープ１ｄは、析出硬化型銅合金、または錫と銅との合金よりなる補強部９を備えているので、高い許容張力を維持できるとともに、低い接続抵抗を維持できる効果を同様に有している。本発明の本体部７を構成する超電導体３に特に制限はなく、任意の超電導材料を用いることができる。よって、用途に応じて超電導体を選択できる。

（実施の形態５）
図７は、本発明の実施の形態５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７に示すように、本実施の形態における超電導テープ１ｅは、基本的には実施の形態３における超電導テープ１ｃと同様の構成を備えているが、本体部７が薄膜系テープを用いている点においてのみ異なる。また、本実施の形態における超電導テープ１ｅは、基本的には実施の形態４における超電導テープ１ｄと同様の構成を備えているが、本体部７の全周を覆うように形成された半田層１１と、本体部７の上面７ａ側および下面７ｂ側に配置されている補強部９とをさらに備えている点においてのみ異なる。

本実施の形態における超電導テープ１ｅの製造方法は、基本的には実施の形態３における超電導テープ１ｃの製造方法と同様の構成を備えているが、本体部７を準備する工程（ステップＳ１０）において薄膜系テープを準備する点においてのみ異なる。また、本実施の形態における超電導テープ１ｅの製造方法は、基本的には実施の形態４における超電導テープ１ｄの製造方法と同様の構成を備えているが、半田層１１を形成する工程（ステップＳ３０）において半田層１１が本体部７の全周を覆うように形成される点と、補強部９を形成する工程（ステップＳ２０）において本体部７の上面７ａ側および下面７ｂ側に補強部９を形成する点においてのみ異なる。

本実施の形態における超電導テープ１ｅおよびその製造方法によれば、本体部７を構成する超電導体３として薄膜系テープを用い、補強部９は本体部７の上面７ａ側および下面７ｂ側に補強部９が形成されている。薄膜系テープを本体部７として用いた場合においても、機械的強度をさらに向上することにより許容張力を向上できる超電導テープ１ｅが得られる。

本実施例では、析出硬化型銅合金、または錫と銅との合金よりなる補強部を備えることによる効果について調べた。具体的には、本発明例１、比較例１および比較例２の各々の超電導テープを作成し、それぞれの超電導テープの許容張力および接続抵抗を測定した。

（本発明例１）
本発明例１では、図５に示す実施の形態３における超電導テープ１ｃの製造方法に従って、超電導テープ１ｃを製造した。具体的には、本体部７を準備する工程（ステップＳ１０）では、Ｂｉ２２２３相を主相とし、残部がＢｉ２２１２相および非超電導相からなる超電導体３と、銀からなるシース部５とを有するテープ状の本体部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、補強部９を形成する工程（ステップＳ２０）および半田層１１を形成する工程（ステップＳ３０）では、まず、析出硬化型銅合金として９７％の銅と３％の銀よりなる補強部９を２枚準備した。２枚の補強部９の厚さは０．０２ｍｍであり、幅は４．３ｍｍであった。これらを有機酸系フラックス槽、９９．３％のＳｎと０．７％の銅よりなる半田を溶融させた溶融半田槽を通過させた。その後、一体化させるために集合ダイスに通して、本体部７の上面７ａと下面７ｂとにそれぞれ半田層１１を介して補強部９を接合した。半田層１１の厚さは約３μｍであった。

（本発明例２）
本発明例２の超電導テープは、本発明例１において補強部が銅に錫を０．１５％添加した銅合金よりなる点において異なっていた。補強部を形成する工程では、厚さは０．０２ｍｍであり、幅は４．３ｍｍの錫と銅との合金のテープを用いた。

（比較例１）
比較例１の超電導テープは、本発明例１において本体部を準備する工程（ステップＳ１０）のみ実施した。そのため、厚さは０．２２ｍｍであり、幅は４．２ｍｍの補強部９および半田層１１を備えていない超電導テープを得た。

（比較例２）
比較例２の超電導テープは、本発明例１において補強部がステンレスからなる点およびフラックスとして無機酸系フラックスを用いた点において異なっていた。補強部を形成する工程では、厚さは０．０２ｍｍであり、幅は４．３ｍｍのステンレステープを用いた。

（比較例３）
比較例３の超電導テープは、本発明例１において補強部が黄銅（３４％の銅および６６％の亜鉛からなる黄銅２種のＣ２６８０）からなる点において異なっていた。補強部を形成する工程では、厚さは０．０２ｍｍであり、幅は４．３ｍｍの黄銅テープを用いた。

（測定方法）
本発明例１、本発明例２、比較例１および比較例２の超電導テープについて、許容張力および接続抵抗を測定した。許容張力は、室温にて、張力を加える前の超電導テープの臨界電流値に対して、９５％の臨界電流値となった時の張力を測定した。

図８は、実施例における接続抵抗の測定方法を説明するための断面図である。なお、図８は、本発明例１の超電導テープ１ｃの接続抵抗を測定する状態を示す。図８に示すように、本発明例１、本発明例２、比較例１および比較例２の２枚の超電導テープの端を、ラップｘを５０ｍｍとなるように重ねて接続した。その状態で、７７Ｋにて、抵抗値を接続抵抗として測定した。その結果を表１に示す。

（測定結果）
表１に示すように、本発明例１および本発明例２の超電導テープの許容張力は、比較例１および３よりも大きく、かつ比較例２に次いで高い値であった。また、本発明例１および本発明例２の超電導テープの接続抵抗は、比較例２よりも大きく低減でき、かつ比較例１と同程度であった。

以上より、本実施例によれば、析出硬化型銅合金、または錫と銅との合金よりなる補強部を備えることにより、高い許容張力を維持でき、低い接続抵抗を維持できることが確認できた。また、本発明例１および本発明例２の補強部の厚みと、比較例２の補強部の厚みとは同じであったことから、超電導テープが補強部９を備えていることによる断面積当たりの臨界電流密度の低下を抑制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請求の範囲によって示され、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。

Claims (6)

1. 超電導体を有するテープ状の本体部と、
   前記本体部の少なくとも一方の表面側に形成された析出硬化型銅合金、または錫と銅との合金よりなる補強部とを備えた、超電導テープ。
2. 前記析出硬化型銅合金は、銀、クロムおよびジルコニウムよりなる群から選ばれた少なくとも１種の物質と銅との合金よりなる、請求項１に記載の超電導テープ。
3. 前記本体部と前記補強部との間に形成された半田層をさらに備えた、請求項１に記載の超電導テープ。
4. 超電導体を有するテープ状の本体部を準備する工程と、
   前記本体部の少なくとも一方の表面側に析出硬化型銅合金、または錫と銅との合金よりなる補強部を形成する工程とを備えた、超電導テープの製造方法。
5. 前記形成する工程は、銀、クロムおよびジルコニウムよりなる群から選ばれた少なくとも１種の物質と銅との合金からなる前記析出硬化型銅合金よりなる前記補強部を準備する工程を含む、請求項４に記載の超電導テープの製造方法。
6. 前記本体部と前記補強部との間に半田層を形成する工程をさらに備えた、請求項４に記載の超電導テープの製造方法。

Images