JP6201080B1 - 酸化物超電導線材 - Google Patents

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Abstract

酸化物超電導線材であって、基材と、前記基材の主面上に積層され、配向性を有する１以上の層から構成されるとともに前記基材の長さ方向に沿って延びる一本以上の第１非配向領域を有する中間層と、前記中間層上に積層され、かつ、前記中間層により結晶配向制御されるとともに前記中間層の前記第１非配向領域上に位置する第２非配向領域を有する酸化物超電導層と、を備えた積層体と、前記積層体の、少なくとも前記酸化物超電導層の表面および側面を覆う金属層と、を備える。

Description

本発明は、酸化物超電導線材に関する。
本願は、２０１５年１１月６日に出願された特願２０１５−２１８９１１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
ＲＥ−１２３系の酸化物超電導体（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ：ＲＥはＹを含む希土類元素）は、液体窒素温度で超電導性を示し、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、ＲＥ−１２３系の酸化物超電導体を線材に加工して電力供給用の導体あるいは電磁コイル等として使用することが要望されている。
ＲＥ−１２３系の酸化物超電導線材の構造の一例として、機械的強度の高い金属製の基材を用い、基材の表面にイオンビームアシスト蒸着法（ＩＢＡＤ法）により結晶配向性の良好な中間層を形成し、中間層の表面に成膜法により酸化物超電導層を形成し、酸化物超電導層の表面にＡｇなどの良導電材料から構成される金属安定化層を形成した酸化物超電導線材が知られている。
酸化物超電導線材に、面と垂直な方向の時間的に変化する磁界成分が加わると、酸化物超電導層の面内に、ループ状の遮蔽電流が流れる。遮蔽電流は、熱の形で放出される磁化損失をもたらす。したがって大きな遮蔽電流が生じると、酸化物超電導線材のエネルギー効率が低下するという問題があった。また、酸化物超電導線材をコイル状に加工して通電して磁場を発生させた際に、遮蔽電流により磁場が遮蔽されて設計通りの磁場が発生できないという問題があった。
また、遮蔽電流は、時間とともに減衰する。したがって、時間的に変動しない静磁場を生じさせる超電導装置に適用する場合に、遮蔽電流の減衰により磁場が経時変化してしまうという問題があった。
遮蔽電流、及び遮蔽電流に起因する磁化損失の大きさは、酸化物超電導層の幅に依存する。したがって、酸化物超電導線材を細線化することで、遮蔽電流及び磁化損失を低減できる。また、酸化物超電導線をモータや変圧器などの交流応用機器に利用する場合は、酸化物超電導線材を細線化することで、流れる交流電流に基づく発生磁界による交流損失を低減できる。
特許文献１、２には、酸化物超電導層を複数に分割することによって細線化された酸化物超電導線材が開示されている。
日本国特開２００７−１４１６８８号公報 日本国特開２０１１−９６５６６号公報
しかしながら、特許文献１または特許文献２に記載の酸化物超電導線材では、次のような問題があった。
（１）細線化された酸化物超電導層では、欠陥が生じた場合に、欠陥の影響が大きくなるため、小さな欠陥でもクエンチが起こりやすくなる。
（２）酸化物超電導層を複数に分割するための溝を形成する際に基板が損傷を受け、線材の強度が低下することがある。
（３）酸化物超電導層の側面が水分に触れることにより酸化物超電導層が劣化することがある。
（４）酸化物超電導層の分割とともに安定化層も分割されるため、安定化層の電流バイパス機能がなくなり、クエンチが起こりやすくなる。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、酸化物超電導線材の特性を低下させることなく、クエンチを防ぎ、かつ線材の強度を高め、しかも劣化が起こりにくい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、本発明の一態様に係る酸化物超電導線材は、基材と、前記基材の主面上に積層され、配向性を有する１以上の層から構成されるとともに前記基材の長さ方向に沿って延びる一本以上の第１非配向領域を有する中間層と、前記中間層上に積層され、かつ、前記中間層により結晶配向制御されるとともに前記中間層の前記第１非配向領域上に位置する第２非配向領域を有する酸化物超電導層と、を備えた積層体と、前記積層体の、少なくとも前記酸化物超電導層の表面および側面を覆う金属層と、を備える。
上記態様に係る構成によれば、次の効果を奏する。
（１）酸化物超電導層が超電導状態から常電導状態に遷移しようとしたときに、金属層は、酸化物超電導層の電流を転流するバイパスとして機能することができる。そのため、分割により形成されたフィラメントが細い場合でも、局所的な欠陥がある場合に、欠陥の悪影響を抑制し、クエンチを防ぐことができる。
（２）金属層が形成されているため、溝部による基材の機械的強度の低下を補い、酸化物超電導線材の機械的強度を高めることができる。
（３）金属層が酸化物超電導線材に形成されることによって酸化物超電導層の露出がなくなるため、外部から酸化物超電導線材に浸入した水分によって酸化物超電導層が劣化するのを防ぐことができる。
（４）金属層は酸化物超電導層の電流を転流するバイパスとして機能するため、酸化物超電導線材が複数のフィラメントに分割されていても、電流バイパス機能を高め、クエンチを確実に防ぐことができる。
前記基材の主面又は前記中間層のうち何れかの層の主面は配向阻害領域を有し、前記配向阻害領域は、前記配向阻害領域の上に積層される層の結晶配向性を阻害して前記第１非配向領域および前記第２非配向領域を形成させる領域であってもよい。
上記態様に係る構成によれば、配向阻害領域を形成することで、配向阻害領域の上の層に非配向領域を形成できる。したがって、酸化物超電導層を積層後に直接加工を行う必要がなく、酸化物超電導線材における非配向領域以外の領域の特性が悪化することがない。
前記配向阻害領域が、前記基材の前記主面又は前記中間層のうち何れかの層の前記主面に形成された凹溝部であってもよい。
上記態様に係る構成によれば、基材又は中間層に凹溝部を形成することで、酸化物超電導線材を容易に細線化できる。
前記中間層が、配向層と、前記配向層上に積層されたキャップ層と、を有し、前記キャップ層上に前記酸化物超電導層が積層され、前記凹溝部が、前記キャップ層により覆われていてもよい。
上記態様に係る構成によれば、凹溝部がキャップ層に覆われていることで、基材の金属材料の酸化物超電導層への拡散を、キャップ層により抑制できる。キャップ層の存在により、酸化物超電導層の特性劣化を抑制できる。
前記積層体は、前記酸化物超電導層上に積層された金属安定化層を有し、前記金属層は、前記金属安定化層を覆って形成されていてもよい。
上記態様に係る構成によれば、金属安定化層が、酸化物超電導層が超電導状態から常電導状態に遷移しようとしたときに、金属層とともに、酸化物超電導層の電流を転流するバイパスとして機能する。そのため、クエンチを防ぐ効果を高めることができる。
上記態様に係る酸化物超電導線材は、金属層を有するため、次の効果を奏する。
（１）金属層は、酸化物超電導層が超電導状態から常電導状態に遷移しようとしたときに、酸化物超電導層の電流を転流するバイパスとして機能することができる。そのため、分割により形成されたフィラメントが細い場合でも、局所的な欠陥がある場合に欠陥の悪影響を抑制し、クエンチを防ぐことができる。
（２）金属層が形成されているため、溝部による基材の機械的強度の低下を補い、酸化物超電導線材の機械的強度を高めることができる。
（３）金属層が酸化物超電導線材に形成されることによって酸化物超電導層の露出がなくなるため、外部から酸化物超電導線材に浸入した水分によって酸化物超電導層が劣化するのを防ぐことができる。
（４）金属層は酸化物超電導層の電流を転流するバイパスとして機能するため、酸化物超電導線材が複数のフィラメントに分割されていても、電流バイパス機能を高め、クエンチを確実に防ぐことができる。
第１実施形態に係る酸化物超電導線材を模式的に示す断面傾視図である。 第１実施形態に係る酸化物超電導線材を模式的に示す断面図である。 第１実施形態に係る酸化物超電導線材を模式的に示す断面拡大図である。 第１実施形態に係る酸化物超電導線材の製造方法に係る第１凹溝部加工装置の概略図である。 第１実施形態に係る酸化物超電導線材の変形例を模式的に示す断面傾視図である。 第１実施形態に係る酸化物超電導線材の変形例を模式的に示す断面図である。 第２実施形態に係る酸化物超電導線材を模式的に示す断面図である。 第２実施形態に係る酸化物超電導線材を模式的に示す断面拡大図である。 第２実施形態に係る酸化物超電導線材の変形例を模式的に示す断面図である。
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。
なお、以下の説明において、ＸＹＺ直交座標系を採用する。Ｙ方向は線材の長手方向である。Ｘ方向は、線材表面の面内であってＹ方向と直交する方向であり、線材の幅方向である。Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向であり、線材の厚み方向である。
＜第１実施形態＞
図１に本実施形態に係る酸化物超電導線材８の断面斜視図を示す。図２Ａに本実施形態に係る酸化物超電導線材８の横断面模式図を示す。図２Ｂは本実施形態に係る酸化物超電導線材８の断面拡大図である。
図１、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、本実施形態に係る酸化物超電導線材８は、積層体５と、積層体５の外周に形成された金属層６と、を備えている。
積層体５は、基材１の主面１ｂ（第１面）に、中間層２、酸化物超電導層３、及び金属安定化層４（第１の金属安定化層）がこの順に積層され、基材１の裏面１ｃ（第２面）に下地層（基材下地層）７が形成されて構成されている。換言すれば、積層体５において、下地層７上に基材１が形成され、基材１上に中間層２が形成され、中間層２上に酸化物超電導層３が形成され、酸化物超電導層３上に金属安定化層４が形成されている。
基材１の主面１ｂには、間隔をおいて平行に配置された複数本の第１凹溝部１ａが形成されている。第１凹溝部１ａは、配向阻害領域として機能する。配向阻害領域により、第１凹溝部１ａ上に形成される中間層２と酸化物超電導層３の配向性が阻害され、第１凹溝部１ａの上の中間層２に非配向領域（第１非配向領域）２ｂが形成され、酸化物超電導層３に非配向領域（第２非配向領域）３ｂが形成される。
酸化物超電導層３の非配向領域３ｂは、超電導特性を有さないため、使用時には高抵抗領域となり電流が流れにくくなる。したがって、酸化物超電導層３は、実質的に分断され細線化される。非配向領域３ｂに起因する分断・細線化により、酸化物超電導線材８は、並行する複数のフィラメント１０に分割された構成となる。
なお、本明細書において、非配向領域とは、結晶が配向性を示す領域を含む層において、配向性を示さない領域を意味する。また、配向阻害領域とは、配向阻害領域上に積層される層の結晶配向性を阻害する領域である。なお、配向阻害領域は、配向阻害領域上に別の層が積層された場合に、別の層を介して積層された層（例えば、別の層上に積層された層）の配向性をも阻害する。
以下、各部の構成について詳細に説明する。
基材１は、超電導線材の基材として使用し得る材料であればよく、耐熱性の金属から構成される材料が好ましい。基材１は、耐熱性を有する金属の中でも、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よい。
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よい。基材１の厚みは、目的に応じて適宜調整すればよく、１０〜５００μｍの範囲とすることができる。
基材１の主面１ｂには、複数本の第１凹溝部（配向阻害領域）１ａが形成されている。
第１凹溝部１ａは、基材１の主面１ｂに形成された溝であり、基材１の長手方向に直線状に延びている。複数の第１凹溝部１ａは、互いに間隔をおいて平行に形成されている。
図２Ａおよび図２Ｂに示すように、第１凹溝部１ａは、向かい合う一対の傾斜内側面１ｄ，１ｄを有する断面Ｖ字状の溝である。傾斜内側面１ｄ，１ｄは、溝深さ方向に向かって、Ｚ方向（酸化物超電導線材８の厚さ方向）に対して内側方に傾斜している。
ここでいう内側方とは、一方の傾斜内側面（第１の傾斜内側面）１ｄから見て他方の傾斜内側面（第２の傾斜内側面）１ｄに近づく方向である。
第１凹溝部１ａの深さＤは０．３μｍ以上１０μｍ以下とすることが好ましく、幅Ｗ１は１０μｍ以上５００μｍ以下とすることが好ましい。
第１凹溝部１ａの深さＤを０．３μｍ以上とすることで第１凹溝部１ａ上に形成される部分の中間層２に非配向領域２ｂを形成できる。また、第１凹溝部１ａの深さＤを１０μｍ以下とすることで、基材１の強度を維持することができる。
第１凹溝部１ａの幅Ｗ１を１０μｍ以上とすることで十分な幅を有する非配向領域２ｂを形成できる。また、第１凹溝部１ａの幅Ｗ１を５００μｍ以下とすることで、酸化物超電導層３の非配向領域３ｂの幅を狭くして線材全体の臨界電流を確保することができる。
なお、本実施形態において、第１凹溝部１ａは、Ｖ字状の溝としたが、第１凹溝部１ａの形状はＶ字状に限られず、中間層２に非配向領域２ｂを形成できる形状であれば第１凹溝部１ａの形状は限定されない。
中間層２は、基材１の主面１ｂ上に形成される。中間層２は、下地層２Ａと、配向層２Ｂ、及びキャップ層２Ｃがこの順に積層された構造を適用することができる。換言すれば、基材１上に下地層２Ａが形成され、下地層２Ａ上に配向層２Ｂが形成され、配向層２Ｂ上にキャップ層２Ｃが形成された構造を適用することができる。
下地層２Ａは、拡散防止層及びベッド層のうち少なくとも一つから構成される。
拡散防止層は、拡散防止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に混入することを抑制する機能を有する。拡散防止層は、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＧＺＯ（Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７）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、ベッド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、ベッド層の上に形成される膜の配向性を得るため層であり、Ｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３等から構成される。ベッド層の厚みは例えば１０〜１００ｎｍである。
配向層２Ｂは、配向層２Ｂの上に形成されるキャップ層２Ｃ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２Ｂは、配向層２Ｂの上のキャップ層２Ｃ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２Ｂの材質としては、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ３、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等の金属酸化物を例示することができる。配向層２ＢはＩＢＡＤ（Ion-Beam-Assisted Deposition）法で形成することが好ましい。
キャップ層２Ｃは、酸化物超電導層３の結晶配向性を配向層２Ｂと同等以上に強く制御するために設けられる。キャップ層２Ｃは、上述の配向層２Ｂ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構成される。キャップ層２Ｃは、具体的に、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＹＳＺ、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、ＬａＭｎＯ３等から構成される。キャップ層２Ｃの膜厚は５０〜５０００ｎｍの範囲に形成できる。なお、キャップ層は複数の層で構成してもよい。
中間層２において、特に配向層２Ｂ及びキャップ層２Ｃは、中間層２の上に形成される酸化物超電導層３の配向性を制御するために設けられている。配向層２Ｂ及びキャップ層２Ｃが配向性を有することで、中間層２上の酸化物超電導層３の配向性を制御できる。したがって、配向層２Ｂ及びキャップ層２Ｃが配向性を有していない場合には、中間層２上に形成される酸化物超電導層３も配向性を有することができない。
中間層２の配向性は、中間層２が積層される基材１の主面１ｂの表面性状（表面の特性）に依存する。
主面１ｂの表面が傾いている場合または主面１ｂの表面が粗い場合には、中間層２の層内で結晶の成長方向が乱れて、中間層２は酸化物超電導層３の下地として好適な配向性を有する層にならない。
本実施形態においては、基材１の主面１ｂに第１凹溝部１ａが形成され、被成膜面に傾いた面が形成されているため、第１凹溝部１ａ上に形成される中間層２の配向が乱れる。第１凹溝部１ａ上に形成された中間層２の配向の乱れにより、中間層２において、基材１の第１凹溝部１ａ上に形成される部分には、第１凹溝部１ａに対応する非配向領域２ｂが形成される。また、第１凹溝部１ａ上に形成される中間層２においては、第１凹溝部１ａを転写するように第１凹溝部１ａの表面に第２凹溝部２ａが形成される。第２凹溝部２ａは、第１凹溝部１ａと同様に、Ｖ字状の溝となる。
中間層２の厚みに対して、基材１の第１凹溝部１ａの深さＤが浅い場合には、中間層２の積層により、第１凹溝部１ａが埋め込まれ、中間層２の表面に第２凹溝部２ａが形成されない場合がある。第２凹溝部２ａが形成されない場合であっても中間層２の表面に非配向領域２ｂが形成されていれば、酸化物超電導層３に非配向領域３ｂを形成できる。
酸化物超電導層３を構成する材料としては、公知の材料が挙げられ、具体的には、ＲＥ−１２３系と呼ばれるＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ（ＲＥは希土類元素であるＳｃ、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。酸化物超電導層３として、Ｙ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）又はＧｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−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において、中間層２の非配向領域２ｂ上に形成される部分は、結晶の配向が乱れた非配向領域３ｂとなる。また、非配向領域３ｂには、中間層２の第２凹溝部２ａを転写するように第３凹溝部３ａが形成されている。
酸化物超電導層３は、中間層２（特に配向層２Ｂ、キャップ層２Ｃ）によって配向性が制御されている。したがって、中間層２の非配向領域２ｂ上に形成された部分は、超電導状態を発現するのに十分な結晶配向性を有さない。
加えて、中間層２の非配向領域２ｂの表面にはＶ字状の溝である線状の第２凹溝部２ａが形成されている。酸化物超電導層３の配向性は、中間層２の配向性のみならず、中間層２の表面性状にも依存する。このように中間層２の非配向領域２ｂ上に第２凹溝部２ａが形成されていることで、第２凹溝部２ａの上に形成される酸化物超電導層３を構成する結晶は、より配向しにくくなる。なお、中間層２の表面に第２凹溝部２ａが形成されていない場合であっても、非配向領域２ｂが形成されていれば、非配向領域２ｂ上に形成される酸化物超電導層３にも、非配向領域３ｂが形成される。しかしながら、第２凹溝部２ａがあることで酸化物超電導層３の非配向領域３ｂの非配向性が顕著となる。
非配向領域３ｂは、配向性が乱されていることにより、超電導特性を有さない、又は臨界電流が著しく低い。したがって、極低温で酸化物超電導線材８に電流を流すと、非配向領域３ｂには電流が流れにくく、酸化物超電導層３を実質的に分断する。
非配向領域３ｂによって酸化物超電導層３が幅方向に区画されていることによって、酸化物超電導層３は、非配向領域３ｂによって細線化された複数本の超電導線として機能する。
非配向領域３ｂは、酸化物超電導層３を幅方向に区画するように形成されていれば、第２凹溝部２ａ上の部分全体に形成されていなくてもよい。即ち、非配向領域３ｂは、非配向領域３ｂを挟んで隣り合う配向性の高い酸化物超電導層３同士の電流を阻害できれば、部分的に幅が広くなったり、狭くなったりしてもよい。
金属安定化層（保護層）４は、Ａｇ又はＡｇ合金などの良電導性の材料から形成され、酸化物超電導層３に対する接触抵抗が低くなじみの良い層として形成される。金属安定化層４は、スパッタ法などの成膜法により積層されて、金属安定化層４の厚さは、１〜３０μｍ程度とされる。
金属安定化層４の表面（主面４ａ）には、酸化物超電導層３の第３凹溝部３ａを転写するように、第４凹溝部４ｂが形成される。主面４ａは、積層体５の表面のうち酸化物超電導層３側の表面である。
なお、金属安定化層は、積層体５の側面５ｂおよび裏面５ｃに設けられていてもよい。
金属安定化層が積層体５の側面５ｂに設けられる場合には、金属安定化層は、少なくとも酸化物超電導層３の側面から基材１の側面までの領域を覆うように形成されているのが好ましい。
下地層７は、銅、銅合金、銀、銀合金などから形成される。下地層７の厚さは例えば０．１〜１０μｍとされる。下地層７はスパッタ法などにより形成することができる。下地層７によって、積層体５に対する金属層６の密着性を高めることができる。
金属層６（第２の金属安定化層）は、少なくとも積層体５の主面５ａ（金属安定化層４の主面４ａ）および側面５ｂ（基材１、中間層２、酸化物超電導層３、金属安定化層４および下地層７の側面）を覆って形成される。
詳しくは、図１および図２Ａに示すように、金属層６は、主面部６ａと、側面部６ｂ，６ｂと、裏面部６ｃとを有する。主面部６ａは、金属安定化層４の主面４ａ側（主面４ａ上）に設けられており、主面４ａを覆っている。側面部６ｂは、積層体５の側面５ｂに設けられており、側面５ｂを覆っている。裏面部６ｃは、積層体５の裏面５ｃ（下地層７の表面７ｃ）に設けられ、裏面５ｃを覆っている。
金属層６を構成する金属材料としては、銅、銅合金、ニッケル、金、銀、クロム、錫などを挙げることができ、これらのうち１または２以上を組み合わせて用いてもよい。銅合金としては、Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｎｉ合金等がある。銅および銅合金は、高い導電性を有し、安価であるため好ましい。
金属層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とき、金属安定化層４とともに、酸化物超電導層３の電流を転流するバイパスとして機能する。
金属層６を構成する金属材料としては、銅よりも抵抗が高い金属（高抵抗金属）、例えばＮｉ−Ｃｒ合金を用いてもよい。高抵抗金属を使用すると、遮蔽電流及び遮蔽電流に起因する磁化損失、並びに交流損失が低減されやすくなる。
金属層６の厚さは例えば１０〜３００μｍとすることができる。
金属層６の厚さを１０〜３００μｍの範囲とすることによって、ピンホールが発生しにくくなるため水分の浸入を防ぐことができ、しかも全体の厚みを抑えて屈曲性を良好にすることができる。
金属層６は、めっきにより形成されためっき被覆層である。金属層６は、例えば積層体５を硫酸銅水溶液から構成されるめっき浴に浸漬し、電気めっきにより形成することができる。
金属層６は、めっきにより形成されるため、積層体５の全周において十分な厚さを確保することができる。よって、金属層６は、積層体５の全周を確実に覆い、水分による酸化物超電導層３の劣化を効果的に防ぐことができる。
酸化物超電導線材８は、さらに、全体が絶縁性の被覆層で被覆されていてもよい（図示略）。被覆層で被覆することにより、全体が保護され、安定した性能の酸化物超電導線材８が得られる。
被覆層は、例えば、酸化物超電導線材等の絶縁被覆に通常使用される、各種樹脂や酸化物等の公知の材質から構成される層でよい。
前記樹脂として具体的には、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ケイ素樹脂、シリコン樹脂、アルキッド樹脂、ビニル樹脂等が例示できる。また、紫外線硬化性樹脂が好ましい。
前記酸化物としては、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、Ｇｄ２Ｏ３、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３等が例示できる。
被覆層による被覆の厚さは特に限定されず、被覆対象部位等に応じて、適宜調節すればよい。
被覆層は、被覆層の材質に応じて公知の方法で形成すればよく、例えば、原料を酸化物超電導線材８に塗布して、塗布された原料を硬化させればよい。また、シート状の被覆層が入手できる場合には、シート状の被覆層を使用して酸化物超電導線材８上に積層してもよい。
酸化物超電導線材８の酸化物超電導層３には、間隔をおいて並行に延びる複数本の非配向領域３ｂが形成されている。非配向領域３ｂにより、酸化物超電導層３は分断され、酸化物超電導線材８は、複数のフィラメント１０に分割されている。各フィラメント１０は、機械的に分断されていないが、酸化物超電導層３に非配向領域３ｂが形成されているために、超電導状態において各フィラメント１０の単位で電流が流れることとなる。非配向領域３ｂの存在により、酸化物超電導線材８は、個別の超電導線（フィラメント１０）が並行に配置された構成となる。
第１凹溝部１ａの本数（即ち、第１凹溝部１ａの上に形成される非配向領域２ｂ、３ｂの本数）を多くすることで、酸化物超電導線材８に形成されるフィラメント１０の本数は増加し、フィラメント１０の本数に反比例して交流損失が低減する。また、フィラメント１０の本数は増加すると遮蔽電流及び遮蔽電流に起因する磁化損失が低減する。したがって、線状に形成される第１凹溝部１ａは、本数を増加させて形成することが好ましい。しかしながら、細線化を進めすぎると、酸化物超電導層３において、非配向領域３ｂが占める割合が多くなり、臨界電流密度が低くなってしまう。また、酸化物超電導層３において、互いに隣り合う非配向領域３ｂ同士がつながり、長さ方向に電流が流れなくなってしまう虞がある。
したがって、基材１の第１凹溝部１ａ及び第１凹溝部１ａの上に形成される非配向領域２ｂ、３ｂによって分断されたフィラメント１０の幅は、１００μｍ以上とすることが好ましい。
なお、各フィラメント１０の幅は、それぞれ互いに同一でも異なっていてもよいが、通常はほぼ同一とされる。
このように、非配向領域３ｂによって酸化物超電導層３が分割されて細線化されることで、酸化物超電導線材８の遮蔽電流及び遮蔽電流に起因する磁化損失、並びに交流損失が低減される。
酸化物超電導線材８は、複数の線状の非配向領域３ｂにより複数のフィラメント１０に分割された各酸化物超電導層３間の１ｃｍ長あたりのフィラメント抵抗は、１Ω／ｃｍ以上となる。
なお、複数のフィラメント１０は、金属安定化層４および金属層６によって互いに電気的に接続されるが、金属安定化層４および金属層６は超電導特性を有さないため、酸化物超電導線材８の使用時には相対的に高抵抗となり電流が流れにくくなる。したがって、酸化物超電導層３が分割された状態が損なわれることはない。
酸化物超電導線材８は、次の効果を奏する。
（１）金属層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ときに、金属安定化層４とともに、酸化物超電導層３の電流を転流するバイパスとして機能することができる。そのため、分割により形成された複数のフィラメント１０が細い場合でも、局所的な欠陥がある場合に局所的な欠陥に起因する悪影響を抑制し、クエンチを防ぐことができる。
（２）金属層６が形成されているため、第１凹溝部１ａによる基材１の機械的強度の低下を補い、酸化物超電導線材８の機械的強度を高めることができる。
（３）積層体５の側面５ｂに金属層６が形成されることによって酸化物超電導層３の露出がなくなるため、外部から浸入した水分によって酸化物超電導層３が劣化するのを防ぐことができる。
（４）金属層６は、金属安定化層４とともに、酸化物超電導層３の電流を転流するバイパスとして機能するため、酸化物超電導線材８が複数のフィラメント１０に分割されているにもかかわらず、電流バイパス機能を高め、クエンチを確実に防ぐことができる。
なお、その他の実施態様として、金属安定化層４は第３凹溝部３ａに沿って分断された構成としてもよい。このような金属安定化層４は、例えば金属安定化層４の上にマスキングを行い、第３凹溝部３ａに対応する部分のマスキングを除去してエッチングを行うことで形成できる。これにより、金属安定化層４の第３凹溝部３ａに対応する部分を除去でき、酸化物超電導層３における配向性の高い部分の上にのみに金属安定化層４を積層した状態とできる。
このような実施態様においては、各フィラメント１０同士が電気的に接続されないため、遮蔽電流及び遮蔽電流に起因する磁化損失、並びに交流損失をより効果的に低減できる。
次に、本実施形態に係る酸化物超電導線材８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８の製造方法は、基材１に第１凹溝部１ａを形成する工程を有している。以下に具体的な製造方法を説明する。
まず、テープ状の基材１を用意して、テープ状の基材１の主面１ｂを研磨して、その算術平均粗さＲａを３ｎｍ〜４ｎｍとする。さらに、前記基材の主面１ｂをアセトンにより脱脂、洗浄する。以上の工程を経ることで、基材１の主面が、中間層２を基材１上に積層した際に、中間層２の配向性を得やすいように準備をする。
次に、テープ状の基材１の主面１ｂに線状の第１凹溝部１ａを形成する。
図３は、本実施形態において、基材１の主面１ｂに第１凹溝部１ａを形成する第１凹溝部加工装置１０９を示す概略図である。
第１凹溝部加工装置１０９は、送出しリール１０６と巻取りリール１０７と送出しリール１０６および巻取りリール１０７の間に配置される中継リール１０８Ａと加工工具１０８とから概略構成されている。
基材１は、送出しリール１０６に巻回されている。巻取りリール１０７には、モータ（図示略）等の搬送装置が取り付けられている。巻取りリール１０７に基材１の一端を巻き掛けて、搬送装置を動作させることで基材１を送出しリール１０６から巻取りリール１０７へ送り出して、中継リール１０８Ａを介し巻取りリール１０７で基材１を巻き取ることができる。
加工工具１０８は、加工工具１０８の先端が中継リール１０８Ａに向けられた金属加工用の刃物である。加工工具１０８の先端は、例えばＶ字状を有し、かつ、鋭利な形状とされる。
基材１を巻取りリール１０７に巻き取りながら、加工工具１０８の先端を、中継リール１０８Ａの外周に沿って搬送される基材１に押し当てることで、基材１に直線状の溝（第１凹溝部１ａ、図１参照）を形成することができる。
なお、加工工具１０８を図３の奥行方向（Ｘ軸方向）に並べて複数の加工工具を配置することで、テープ状の基材１の長手方向に沿って平行な複数の第１凹溝部１ａを形成することができる。
このように、第１凹溝部１ａを形成した酸化物超電導線材８に、従来公知の方法で中間層２を積層する（積層工程）。さらに、中間層２の主面に酸化物超電導層３を積層する。
中間層２の成膜工程において、第１凹溝部１ａ上には、配向性を有さない非配向領域２ｂが形成される。同様に酸化物超電導層３の成膜工程において、中間層２の非配向領域２ｂ上に酸化物超電導層３の非配向領域３ｂが形成される。
酸化物超電導層３上に、金属安定化層４を積層する。次いで、基材１の裏面１ｃに、スパッタ法などにより下地層７を形成する。
これによって、非配向領域３ｂにより複数のフィラメント１０を有するように細線化された積層体５を作製することができる。
積層体５の外周に金属層６を形成する。金属層６は、例えば積層体５を硫酸銅水溶液から構成されるめっき浴に浸漬し、電気めっきにより形成することができる。
本実施形態に係る酸化物超電導線材８の製造方法は、酸化物超電導層３の積層後にレーザ等による機械的な加工、又はエッチング等による化学的な加工が加えられていないため、酸化物超電導層３の配向領域以外の領域の超電導特性が悪化することがない。また、同様の理由から、各層の密着性が悪化することがない。
＜第１実施形態の変形例＞
図４Ａおよび図４Ｂに、第１実施形態に係る酸化物超電導線材８の変形例である酸化物超電導線材１８の断面図を示す。
酸化物超電導線材１８は、めっきにより形成された金属層６に代えて、金属テープから構成される金属層１６が用いられている点で、図１に示す酸化物超電導線材８と異なる。以下、第１実施形態に係る酸化物超電導線材８と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
金属層１６は、少なくとも積層体５の主面５ａおよび側面５ｂを覆って形成される。
詳しくは、図４Ｂに示すように、金属層１６は、主面部１６ａと、側面部１６ｂ，１６ｂと、裏面部１６ｃとを有する。主面部１６ａは、金属安定化層４の主面４ａ側に設けられており、主面４ａを覆っている。側面部１６ｂは、積層体５の側面５ｂ側に設けられており、側面５ｂを覆っている。裏面部１６ｃは、積層体５の裏面５ｃ側に設けられ、裏面５ｃを覆っている。
金属層１６を構成する金属材料としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼などを挙げることができ、これらのうち１または２以上を組み合わせて用いてもよい。銅合金としては、Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｎｉ合金等がある。銅および銅合金は、高い導電性を有し、安価であるため好ましい。
金属層１６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とき、金属安定化層４とともに、酸化物超電導層３の電流を転流するバイパスとして機能する。
金属層１６を構成する金属材料としては、銅よりも抵抗が高い金属（高抵抗金属）、例えばＮｉ−Ｃｒ合金を用いてもよい。高抵抗金属を使用すると、遮蔽電流及び遮蔽電流に起因する磁化損失、並びに交流損失が低減されやすくなる。
金属層１６の厚さは例えば１０〜３００μｍとすることができる。
金属層１６の厚さを１０〜３００μｍの範囲とすることによって、ピンホールが発生しにくくなるため酸化物超電導線材１８への水分の浸入を防ぐことができ、しかも酸化物超電導線材１８の全体の厚みを抑えて屈曲性を良好にすることができる。
金属層１６は、半田層９を介して積層体５の表面（主面５ａ、側面５ｂ、裏面５ｃ）に接合されている。
金属層１６は、例えば次のようにして形成することができる。積層体５の表面にめっきにより半田層を形成した後、半田層の上に金属テープを配置し、金属テープを横断面略Ｃ字型をなすように積層体５を包み込んで折り曲げ加工する。半田層を加熱溶融させるとともに、半田層により金属テープを積層体５に接合する。これによって、半田層９を介して積層体５に接合された金属層１６を得る。
金属層１６は、金属テープにより形成されるため、積層体５の全周において十分な厚さを確保することができる。よって、積層体５の全周を確実に覆い、水分による酸化物超電導層３の劣化を効果的に防ぐことができる。
＜第２実施形態＞
次に第２実施形態について説明する。
図５Ａに、第２実施形態に係る酸化物超電導線材２８の断面図を示す。また、図５Ｂは、酸化物超電導層３３の非配向領域３３ｂの拡大図である。以下、図５Ａおよび図５Ｂを基に、酸化物超電導線材２８について説明する。
第２実施形態に係る酸化物超電導線材２８は、第１実施形態に係る酸化物超電導線材８と比較して、凹溝部３２Ｂａの構成が異なる。以下、第１実施形態および第１実施形態の変形例である酸化物超電導線材８，１８と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
図５Ａおよび図５Ｂに示すように、酸化物超電導線材２８は、積層体１５と、積層体１５の外周に形成された金属層６と、を備えている。
積層体１５は、基材３１の主面３１ｂ（第１面）に、中間層３２（下地層３２Ａ、配向層３２Ｂ、キャップ層３２Ｃ）、酸化物超電導層３３、及び金属安定化層３４がこの順に積層され、基材３１の裏面３１ｃ（第２面）に下地層７が形成されて構成されている。換言すれば、積層体１５において、下地層７上に基材３１が形成され、基材３１上に中間層３２が形成され、中間層３２上に酸化物超電導層３３が形成され、酸化物超電導層３３上に金属安定化層３４が形成されている。
基材３１は、第１実施形態に係る酸化物超電導線材８の基材１と同様の構成を採用することができる。
下地層３２Ａは、第１実施形態に係る酸化物超電導線材８の下地層２Ａと同様に、拡散防止層及びベッド層のうち少なくとも１つから構成される。下地層３２Ａは、下地層２Ａと同様の構成を採用することができる。
凹溝部３２Ｂａが形成された部分の下地層３２Ａは、幅方向（Ｘ方向）に不連続であってもよい。すなわち、下地層３２Ａは幅方向（Ｘ方向）において分断されていてもよい。
配向層３２Ｂは、第１実施形態に係る酸化物超電導線材８の配向層２Ｂと同様に、配向層３２Ｂの上に形成されるキャップ層３２Ｃや酸化物超電導層３３の結晶配向性を制御するために設けられる。
配向層３２Ｂの主面３２Ｂｂには、基材３１まで達する複数の凹溝部３２Ｂａが形成されている。凹溝部３２Ｂａは、基材３１の長手方向に直線状に延びている。複数の凹溝部３２Ｂａは、互いに間隔をおいて平行に形成されている。凹溝部３２Ｂａは、配向層３２Ｂの主面３２Ｂｂに加工工具を押し当てて基材３１を移動させることで形成できる。凹溝部３２Ｂａの形成方法は、第１実施形態に係る第１凹溝部１ａの形成方法と同様である。
図５Ｂに示すように、凹溝部３２Ｂａの断面形状は、例えば略円弧状である。凹溝部３２Ｂａは、向かい合う一対の内側面３２Ｂｄ，３２Ｂｄを有する。内側面３２Ｂｄ，３２Ｂｄの少なくとも一部は、溝深さ方向に向かって、Ｚ方向（酸化物超電導線材２８の厚さ方向）に対して内側方に傾斜している。ここでいう内側方とは、一方の内側面（第１の内側面）３２Ｂｄから見て他方の内側面（第２の内側面）３２Ｂｄに近づく方向である。
凹溝部３２Ｂａが形成された部分の配向層３２Ｂは、断面円弧状に湾曲した形状となる。
凹溝部３２Ｂａが形成されることで、凹溝部３２Ｂａの直下及び凹溝部３２Ｂａの周囲の配向層３２Ｂは、配向性が乱され、配向層３２Ｂに非配向領域が形成される。図５Ｂに拡大して示すように、凹溝部３２Ｂａの縁部には、配向層３２Ｂが盛り上がった隆起部３２Ｂｃが形成されている。隆起部３２Ｂｃは、加工工具を配向層３２Ｂに押し当てて凹溝部３２Ｂａを形成する際に、加工工具により押圧された配向層３２Ｂ、下地層３２Ａ及び基材３１の一部が凹溝部３２Ｂａの外側に押されて盛り上がることで形成される。したがって、配向層３２Ｂは、凹溝部３２Ｂａと隆起部３２Ｂｃにおいて配向性を有さない。即ち、凹溝部３２Ｂａと隆起部３２Ｂｃが形成された領域は、非配向領域として機能する。また、凹溝部３２Ｂａと隆起部３２Ｂｃは、凹溝部３２Ｂａおよび隆起部３２Ｂｃの上に積層される酸化物超電導層３３の配向性を阻害する配向阻害領域として機能する。
凹溝部３２Ｂａの幅Ｗ２は、０．３μｍ以上４０μｍ以下とすることが好ましい。
凹溝部３２Ｂａの幅Ｗ２を０．３μｍ以上とすることで酸化物超電導層３３に確実に非配向領域３３ｂを形成できる。また、凹溝部３２Ｂａの幅Ｗ２を４０μｍ以下とすることで、酸化物超電導層３３の非配向領域３３ｂの幅を狭くして臨界電流密度を確保することができる。
なお、本明細書において、凹溝部３２Ｂａとは、配向層３２Ｂが凹み、成膜厚さより薄くなっている領域を意味する。したがって、隆起部３２Ｂｃは、凹溝部３２Ｂａに含まれず、凹溝部３２Ｂａの両側に形成された領域となる。凹溝部３２Ｂａの幅Ｗ２は、隆起部３２Ｂｃを含まず、配向層３２Ｂが凹んだ部分の幅である。凹溝部３２Ｂａの深さＤ４は、配向層３２Ｂの主面３２Ｂｂから凹溝部３２Ｂａの最も深い部分までの深さ方向の距離である。
凹溝部３２Ｂａの深さＤ４は、０．３μｍ以上１０μｍ以下とすることが好ましい。
凹溝部３２Ｂａの深さＤ４を０．３μｍ以上とすることで酸化物超電導層３３に確実に非配向領域３３ｂを形成できる。また、凹溝部３２Ｂａの深さＤ４を１０μｍ以下とすることで、基材３１の強度を維持することができる。
配向層３２Ｂは、その他の構成については、酸化物超電導線材８の配向層２Ｂと同様の構成を採用することができる。
なお、凹溝部３２Ｂａの断面形状は、図５Ａ、図５Ｂに示された略円弧形状に限られず、例えばＶ字状であってもよい。
図５Ｂに示すように、基材３１の主面３１ｂには、凹溝部３２Ｂａに対応する位置に、凹溝部３２Ｂａの形状に対応した断面円弧状を有する第１凹溝部３１ａが形成されている。
第１凹溝部３１ａは、向かい合う一対の内側面３１ｄ，３１ｄを有する。内側面３１ｄ，３１ｄの少なくとも一部は、溝深さ方向に向かって、Ｚ方向（酸化物超電導線材２８の厚さ方向）に対して内側方に傾斜している。ここでいう内側方とは、一方の内側面（第一の内側面）３１ｄから見て他方の内側面（第二の内側面）３１ｄに近づく方向である。
基材３１は、その他の構成については、酸化物超電導線材８の基材１と同様の構成を採用することができる。
なお、第１凹溝部３１ａの断面形状は、略円弧形状に限られず、例えばＶ字状であってもよい。
凹溝部３２Ｂａが形成された部分の配向層３２Ｂは、凹溝部３２Ｂａの幅方向（Ｘ方向）に連続して形成されていてもよいが、凹溝部３２Ｂａの方向（Ｘ方向）に不連続であってもよい。すなわち、配向層３２Ｂは、第１凹溝部３１ａ内で、幅方向（Ｘ方向）において分断されていてもよい。また、配向層３２Ｂは、第１凹溝部３１ａ内に形成されていなくてもよい。
キャップ層３２Ｃのうち、配向層３２Ｂの凹溝部３２Ｂａ及び隆起部３２Ｂｃの上に積層される部分は、配向性を有さない。中間層３２は、全体として非配向領域３２ｂを有する。また、非配向領域３２ｂは、凹溝部３２Ｂａ及び凹溝部３２Ｂａの縁部に位置する３２Ｂｃに対応する領域である。
凹溝部３２Ｂａが形成された部分におけるキャップ層３２Ｃは、凹溝部３２Ｂａの形状に対応した断面円弧状に湾曲した形状となる。凹溝部３２Ｂａが形成された部分におけるキャップ層３２Ｃは、凹溝部３２Ｂａの幅方向（Ｘ方向）において分断されておらず、凹溝部３２Ｂａの幅方向に連続して形成されている。
キャップ層３２Ｃは、その他の構成については、酸化物超電導線材８のキャップ層２Ｃと同様の構成を採用することができる。
酸化物超電導層３３は、中間層３２（特に配向層３２Ｂ、キャップ層３２Ｃ）によって配向性が制御されているため、中間層３２の非配向領域３２ｂ上に形成された部分は配向性を有することができない。酸化物超電導層３３において、中間層３２の非配向領域３２ｂ上に形成される部分は、配向性を有していない非配向領域３３ｂとなる。
凹溝部３２Ｂａが形成された部分における酸化物超電導層３３は、凹溝部３２Ｂａの形状に対応した断面円弧状に湾曲した形状となる。凹溝部３２Ｂａが形成された部分における酸化物超電導層３３は、凹溝部３２Ｂａの幅方向（Ｘ方向）において分断されておらず、凹溝部３２Ｂａの幅方向に連続して形成されている。
酸化物超電導層３３は、その他の構成については、酸化物超電導線材８の酸化物超電導層３と同様の構成を採用することができる。
凹溝部３２Ｂａが形成された部分の金属安定化層３４は、凹溝部３２Ｂａの形状に対応した断面円弧状に湾曲した形状となる。凹溝部３２Ｂａが形成された部分における金属安定化層３４は、凹溝部３２Ｂａの幅方向（Ｘ方向）において分断されておらず、凹溝部３２Ｂａの幅方向に連続して形成されている。
金属安定化層（保護層）３４の表面（主面３４ａ）には、配向層３２Ｂの凹溝部３２Ｂａを転写するように、凹溝部３２Ｂａの形状に対応した断面円弧状を有する第４凹溝部３４ｂが形成されている。
主面３４ａは、積層体１５の表面のうち酸化物超電導層３３側の表面である。
金属安定化層３４は、その他の構成については、酸化物超電導線材８の金属安定化層４と同様の構成を採用することができる。
図５Ａに示すように、金属層６は、めっきにより形成されためっき被覆層であり、少なくとも積層体１５の主面１５ａ（金属安定化層３４の主面３４ａ）および側面１５ｂ（基材３１、中間層３２、酸化物超電導層３３、金属安定化層３４および下地層７の側面）を覆って形成される。
金属層６の主面部６ａは、金属安定化層３４の主面３４ａ側に設けられており、主面３４ａを覆っている。側面部６ｂは、積層体１５の側面１５ｂ側に設けられており、側面１５ｂを覆っている。裏面部６ｃは、積層体１５の裏面１５ｃ（下地層７の表面７ｃ）側に設けられ、裏面１５ｃを覆っている。
金属層６は、めっきにより形成されるため、積層体１５の全周において十分な厚さを確保することができる。よって、積層体１５の全周を確実に覆い、水分による酸化物超電導層３３の劣化を効果的に防ぐことができる。
第２実施形態に係る酸化物超電導線材２８は、酸化物超電導層３３が非配向領域３３ｂにより、酸化物超電導層３３は実質的に分断されている。非配向領域３３ｂの存在により、酸化物超電導線材２８は、複数のフィラメント４０に分割され並行に配置された構成となる。このように、非配向領域３３ｂによって酸化物超電導層３３が分割されて細線化されることで、酸化物超電導線材２８の遮蔽電流及び遮蔽電流に起因する磁化損失、並びに交流損失が低減される。
また、第２実施形態に係る酸化物超電導線材２８は、酸化物超電導層３３の配向性を制御する中間層３２の一部を直接的に加工して、凹溝部３２Ｂａを形成している。凹溝部３２Ｂａの存在により、中間層３２により確実に非配向領域３２ｂを形成することができる。
本実施形態に係る酸化物超電導線材２８は、酸化物超電導層３３の積層後にレーザ等による機械的な加工、又はエッチング等による化学的な加工が加えられていないため、酸化物超電導層３３における配向領域以外の領域の超電導特性が悪化することがない。また、各層の間の密着性が悪化することがない。
一般的に積層された酸化物超電導層３３は、下の層に対する密着性が弱いことが知られている。本実施形態に係る酸化物超電導線材２８は、酸化物超電導層３３と酸化物超電導層３３の下に設けられた中間層３２との密着性を高めることができる。即ち、酸化物超電導層３３の剥離を抑制できる。配向層３２Ｂにおける凹溝部３２Ｂａは、配向層３２Ｂの主面３２Ｂｂに加工工具を押し当てることで形成されており、表面に加工に起因する微細な凹凸が形成されている。凹凸を有する凹溝部３２Ｂａ上に形成されたキャップ層３２Ｃは、配向層３２Ｂの微細な凹凸に倣って表面に微細な凹凸が形成される。キャップ層３２Ｃ上に酸化物超電導層３３が形成されると、微細な凹凸のアンカー効果によりキャップ層３２Ｃと酸化物超電導層３３との接合強度が大きくなるため、キャップ層３２Ｃと酸化物超電導層３３との密着性が高まる。キャップ層３２Ｃ上の微細な凹凸により、キャップ層３２Ｃから酸化物超電導層３３が剥離しにくくなると考えられる。
酸化物超電導線材２８は、第１の実施形態に係る酸化物超電導線材８と同様に、次の効果を奏する。
（１）金属層６が、金属安定化層３４とともに、酸化物超電導層３３の電流を転流するバイパスとして機能するため、局所的な欠陥がある場合に局所的な欠陥の悪影響を抑制し、クエンチを防ぐことができる。
（２）金属層６によって、第１凹溝部３１ａによる基材３１の強度低下を補い、酸化物超電導線材２８の機械的強度を高めることができる。
（３）金属層６によって酸化物超電導層３３の露出がなくなるため、水分によって酸化物超電導層３３が劣化するのを防ぐことができる。
（４）金属層６は、金属安定化層３４とともに、酸化物超電導層３の電流を転流するバイパスとして機能するため、電流バイパス機能を高め、クエンチを確実に防ぐことができる。
なお、本実施形態では、中間層３２のうち、配向層３２Ｂに凹溝部３２Ｂａを形成する構成を例示した。中間層３２に形成される凹溝部は、中間層３２のうち何れかの層の主面に形成されていればよい。これにより、凹溝部は、中間層３２に非配向領域３２ｂを構成できる。即ち、中間層３２の非配向領域３２ｂは、中間層３２のうち何れかの層に形成された凹溝部により配向が乱された領域であればよい。
また、本実施形態に例示したように、配向層３２Ｂに凹溝部３２Ｂａを形成することで、凹溝部３２Ｂａは、配向層３２Ｂ上に形成されたキャップ層３２Ｃにより覆われる。配向層３２Ｂに凹溝部３２Ｂａを形成する場合、凹溝部３２Ｂａの部分における配向層３２Ｂおよび配向層３２Ｂの下の中間層の各層が薄くなったり、あるいは配向層３２Ｂが部分的に除去されることにより基材３１が露出したりして、基材３１の元素が酸化物超電導層３３に拡散しやすくなる。凹溝部３２Ｂａにキャップ層３２Ｃを形成することで、凹溝部３２Ｂａの領域内で基材３１と酸化物超電導層３３が直接接触することがない。キャップ層３２Ｃの形成により、基材３１の金属材料が、酸化物超電導層３３へ拡散することを抑制できる。したがって、凹溝部３２Ｂａが、配向層３２Ｂに形成され、キャップ層３２Ｃにより凹溝部３２Ｂａを覆う構造とすることが好ましい。
＜第２実施形態の変形例＞
図６に、第２実施形態に係る酸化物超電導線材２８の変形例である酸化物超電導線材３８の断面図を示す。以下、第２実施形態に係る酸化物超電導線材２８と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
酸化物超電導線材３８は、めっきにより形成された金属層６に代えて、金属テープから構成される金属層１６が用いられている点で、図５Ａおよび図５Ｂに示す酸化物超電導線材２８と異なる。
図６に示すように、金属層１６は、少なくとも積層体１５の主面１５ａおよび側面１５ｂを覆って形成される。
金属層１６の主面部１６ａは、金属安定化層３４の主面３４ａ側に設けられており、主面３４ａを覆っている。側面部１６ｂは、積層体１５の側面１５ｂ側に設けられており、側面１５ｂを覆っている。裏面部１６ｃは、積層体１５の裏面１５ｃ側に設けられ、裏面１５ｃを覆っている。
金属層１６は、半田層９を介して積層体５の表面（主面１５ａ、側面１５ｂ、裏面１５ｃ）に接合されている。
金属層１６は、例えば次のようにして形成することができる。積層体１５の表面にめっきにより半田層を形成した後、半田層の上に金属テープを配置し、金属テープを横断面略Ｃ字型をなすように積層体１５を包み込んで折り曲げ加工する。半田層を加熱溶融させるとともに、半田層により金属テープを積層体１５に接合する。これによって、半田層９を介して積層体１５に接合された金属層１６を得る。
金属層１６は、金属テープにより形成されるため、積層体１５の全周において十分な厚さを確保することができる。よって、積層体１５の全周を確実に覆い、水分による酸化物超電導層３の劣化を効果的に防ぐことができる。
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＞
＜サンプルＮｏ．１＞
まず、ハステロイＣ−２７６（米国ヘインズ社商品名）から構成される幅４ｍｍ、厚み０．０７５ｍｍ、長さ１０００ｍｍのテープ状の基材の主面を平均粒径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。
洗浄後の基材の主面上にスパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（拡散防止層；膜厚１００ｎｍ）を成膜し、成膜されたＡｌ２Ｏ３の上に、イオンビームスパッタ法によりＹ２Ｏ３（ベッド層；膜厚３０ｎｍ）を成膜した。
次いで、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（配向層；膜厚５〜１０ｎｍ）を成膜し、成膜されたＭｇＯの上にパルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）により５００ｎｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により２．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ層（酸化物超電導層）を形成した。酸化物超電導層上にスパッタ法によりＡｇから構成される金属安定化層（膜厚２μｍ）を形成し、さらに５００℃で１０時間の酸素アニールを行い２６時間炉冷後に取り出した。
以上の手順を経て、サンプルＮｏ．１の酸化物超電導線材を得た。
＜サンプルＮｏ．２＞
サンプルＮｏ．１の酸化物超電導線材の作製手順において、ＭｇＯ層（配向層；膜厚５〜１０ｎｍ）を形成して積層構造物（基材、拡散防止層、ベッド層、および配向層）を得た後、積層構造物の表面に、図３に示す第１凹溝部加工装置を用いて、基材の長手方向に延びる第１凹溝部（凹溝部）を形成した。
加工工具としては厚さ１００μｍの刃物を用いた。積層構造物を送出しリールと巻取りリールの間に搬送させながら、刃物を積層構造物に押し当てて、長手方向に延びる傷（断面Ｖ字状を有する第１凹溝部）を形成した。傷により積層構造物の酸化物超電導層等を幅方向に４分割した。傷の幅は約２０μｍであり、深さは約１０μｍであった。
次いで、サンプルＮｏ．１と同様にして、ＭｇＯ層の上に、ＣｅＯ２層（キャップ層）、ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ層（酸化物超電導層）、金属安定化層を形成し、酸素アニールを行った。
以上の手順を経て、サンプルＮｏ．２の酸化物超電導線材を得た。
＜サンプルＮｏ．３＞
サンプルＮｏ．１の酸化物超電導線材と同様の酸化物超電導線材を作製し、基材の裏面にスパッタによりＣｕから構成される下地層（膜厚１μｍ）を形成して積層体を得た。
積層体の外周に、積層体の全周を覆うようにＣｕから構成される金属層（膜厚２０μｍ）を電気めっきにより形成した。
以上の手順を経て、サンプルＮｏ．３の酸化物超電導線材を得た。
＜サンプルＮｏ．４＞
サンプルＮｏ．２の酸化物超電導線材と同様の酸化物超電導線材を作製し、基材の裏面にスパッタによりＣｕから構成される下地層（膜厚１μｍ）を形成して積層体を得た。
積層体の外周に、積層体の全周を覆うようにＣｕから構成される金属層（膜厚２０μｍ）を電気めっきにより形成した。
以上の手順を経て、サンプルＮｏ．４の酸化物超電導線材を得た。
＜サンプルＮｏ．５＞
サンプルＮｏ．１の酸化物超電導線材と同様の酸化物超電導線材を作製し、基材の裏面にスパッタによりＣｕから構成される下地層（膜厚１μｍ）を形成して積層体を得た。
積層体の外周に、積層体の全周を覆うようにＣｕから構成される金属層（膜厚２０μｍ）を電気めっきにより形成し、酸化物超電導線材を得た。
酸化物超電導線材において、金属層の主面部の表面に、ポリイミドテープで、線材の長手方向に延びる隙間を形成してマスキングを行った。次に、硝酸を用いて、金属層、金属安定化層、および酸化物超電導層をエッチングして溝を形成することにより幅方向において分割することによって、４本のフィラメント（幅約１ｍｍ）に分割された酸化物超電導線材を得た。
以上の手順を経て、サンプルＮｏ．５の酸化物超電導線材を得た。
＜評価＞
＜引張強度＞
サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．４の酸化物超電導線材の引張強度を測定した。
引張強度の測定は液体窒素中で行い、Ｉｃ不可逆応力（引張前の臨界電流Ｉｃ０と、引張後の臨界電流Ｉｃ１との比（Ｉｃ１／Ｉｃ０）が０．９９未満となる応力）を求めた。
金属層があるサンプルＮｏ．３、Ｎｏ．４について引張強度の比（サンプルＮｏ．４／サンプルＮｏ．３）を求めた。同様に、金属層がないサンプルＮｏ．１、Ｎｏ．２について引張強度の比（サンプルＮｏ．２／サンプルＮｏ．１）を求めた。結果を表１に示す。
Figure 0006201080
表１に示すように、引張強度の比に基づいて、線材の細線化が線材の引張強度に与える影響を評価した。
金属層がある場合には、２つのサンプルの引張強度の差が小さいことから、線材の細線化を行っても強度低下が起こりにくいことがわかった。
これに対し、金属層がない場合には、線材の細線化を行うと、強度低下が起こりやすかった。
＜水分による劣化の有無＞
サンプルＮｏ．４、Ｎｏ．５の酸化物超電導線材について、以下の手順で試験を行った。
（１）四端子法を用いて、サンプルの臨界電流Ｉｃ０を測定した。
（２）サンプルを純水中に１時間浸漬させた。
（３）純水から取り出したサンプルについて、四端子法を用いて臨界電流Ｉｃ１を測定した。
各サンプルについてＩｃ１／Ｉｃ０を求めた。結果を表２に示す。
Figure 0006201080
表２より、金属層を形成したサンプルＮｏ．４では、Ｉｃ１／Ｉｃ０が高く、水分による劣化が起こりにくかったことがわかる。
以上に、本発明の実施形態を説明したが、実施形態における各構成及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、及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。
例えば、上述の実施形態においては、特定の層に配向阻害領域を形成する場合を例示している。しかしながら、配向阻害領域が形成される層は、基材又は、中間層のうち何れの層であってもよい。即ち、酸化物超電導層の下に形成される層であれば、どの層であってもよい。
図１等では、酸化物超電導線材８は、複数の第１凹溝部１ａにより複数のフィラメント１０に分割されているが、凹溝部は１本でもよい。凹溝部は１本である場合は、酸化物超電導線材は２つのフィラメントに分割される。
なお、図１等に示す酸化物超電導線材８，１８，２８，３８は下地層７を有するが、本発明の酸化物超電導線材は下地層がなくてもよい。
１、３１…基材
１ａ、３２Ｂａ…（第１）凹溝部（配向阻害領域）
１ｂ、３１ｂ…主面
２、３２…中間層
２Ａ、３２Ａ…下地層
２Ｂ、３２Ｂ…配向層
２Ｃ、３２Ｃ…キャップ層
２ｂ、３ｂ、３２ｂ、３３ｂ…非配向領域
３、３３…酸化物超電導層
４、３４…金属安定化層
５、１５…積層体
６、１６…金属層
８、１８、２８、３８…酸化物超電導線材
１０、４０…フィラメント

Claims (5)

  1. 酸化物超電導線材であって、
    基材と、前記基材の主面上に積層され、配向性を有する１以上の層から構成されるとともに前記基材の長さ方向に沿って延びる一本以上の第１非配向領域を有する中間層と、前記中間層上に積層され、かつ、前記中間層により結晶配向制御されるとともに前記第１非配向領域上に位置する第２非配向領域を有する酸化物超電導層と、を備えた積層体と、
    前記積層体の、少なくとも前記酸化物超電導層の表面および側面を覆う金属層と、を備える、酸化物超電導線材。
  2. 前記基材の主面又は前記中間層のうち何れかの層の主面は配向阻害領域を有し、前記配向阻害領域は、前記配向阻害領域の上に積層される層の結晶配向性を阻害して前記第１非配向領域および前記第２非配向領域を形成させる領域である、請求項１に記載の酸化物超電導線材。
  3. 前記配向阻害領域が、前記基材の前記主面又は前記中間層のうち何れかの層の前記主面に形成された凹溝部である、請求項２に記載の酸化物超電導線材。
  4. 前記中間層が、配向層と、前記配向層上に積層されたキャップ層と、を有し、前記キャップ層上に前記酸化物超電導層が積層され、
    前記凹溝部が、前記キャップ層により覆われている請求項３に記載の酸化物超電導線材。
  5. 前記積層体は、前記酸化物超電導層上に積層された金属安定化層を有し、
    前記金属層は、前記金属安定化層を覆って形成されている請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の酸化物超電導線材。
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