JP6729303B2 - Superconducting wire and superconducting coil - Google Patents

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Description

本発明は、超電導線材及び超電導コイルに関する。 The present invention relates to a superconducting wire and a superconducting coil.

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）。 A superconducting wire including a substrate and a superconducting material layer provided on the substrate, and a superconducting coil including the superconducting wire are known (see Patent Document 1).

特開２０１５−２２８３５７号公報JP, 2005-228357, A

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。 However, since the width of the superconducting wire described in Patent Document 1 is 40 times or more the height of the superconducting wire, the handleability of the superconducting wire is poor. Further, since the superconducting wire described in Patent Document 1 has a wide width of 5 mm, the shielding current and the AC loss in the superconducting wire are large.

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。 Since it is difficult to handle the superconducting wire described in Patent Document 1, a complicated winding technique is required to manufacture such a superconducting coil by winding such a superconducting wire. Further, in the superconducting wire described in Patent Document 1, a large shielding current and a large AC loss occur, so in a superconducting coil in which such a superconducting wire is wound, the central magnetic field of the superconducting coil decreases.

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。 An object of one aspect of the present invention is to provide a superconducting wire which is easy to handle and has a reduced shielding current and a reduced AC loss.

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。 It is an object of another aspect of the present invention to provide a superconducting coil that can be easily manufactured and that has an increased central magnetic field.

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。 A superconducting wire according to one aspect of the present invention includes a plurality of superconducting wire portions. Each of the plurality of superconducting wire portions includes a substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, and a superconducting material layer provided on the first main surface. The plurality of superconducting wire portions are stacked on each other along the second direction orthogonal to the first main surface. The ratio w/h of the width w of the superconducting wire to the height h of the superconducting wire in the cross section orthogonal to the longitudinal direction of the superconducting wire is 0.7 or more and 3 or less. The width w is 2 mm or less. The width w is defined as the maximum width of the superconducting wire in the first direction in which the first main surface extends in this cross section. The height h is defined as the maximum height of the superconducting wire in the second direction orthogonal to the first direction in this cross section.

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。 A superconducting coil according to one aspect of the present invention includes a superconducting wire according to one aspect of the present invention and an insulator. The superconducting wire has a spiral shape in which a space is provided for each winding. The insulator fills the space and maintains the spiral shape of the superconducting wire.

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。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a superconducting wire which is easy to handle and has a reduced shielding current and a reduced AC loss.

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。 According to one aspect of the present invention, it is possible to provide a superconducting coil that can be easily manufactured and that has an increased central magnetic field.

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。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the superconducting wire in a cross section orthogonal to the longitudinal direction of the superconducting wire according to the first embodiment. 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。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a step in the method for manufacturing the superconducting wire according to the first embodiment. 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。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG. 2 in the method for manufacturing the superconducting wire according to the first embodiment. 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。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG. 3 in the method for manufacturing the superconducting wire according to the first embodiment. 実施の形態１に係る超電導コイルの概略平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view of the superconducting coil according to the first embodiment. 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。FIG. 6 is a schematic sectional view of the superconducting coil according to the first embodiment, taken along section line VI-VI shown in FIG. 5. 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。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a superconducting wire in a cross section orthogonal to the longitudinal direction of the superconducting wire according to the second embodiment. 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。FIG. 7 is a schematic cross sectional view showing a step in the method for manufacturing the superconducting wire according to the second embodiment. 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。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG. 8 in the method for manufacturing the superconducting wire according to the second embodiment. 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。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to the step shown in FIG. 9 in the method for manufacturing the superconducting wire according to the second embodiment. 実施の形態２に係る超電導コイルの概略平面図である。FIG. 5 is a schematic plan view of a superconducting coil according to the second embodiment. 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。FIG. 12 is a schematic sectional view of the superconducting coil according to the second embodiment, taken along section line XII-XII shown in FIG. 11.

[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。 [Description of Embodiments of the Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described.

（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。 (1) Superconducting wire rods 1 and 2 according to an aspect of the present invention include a plurality of superconducting wire rod portions 10 and 10b. The plurality of superconducting wire portions 10 and 10b are provided on the first main surface 11f and the substrate 11 having the first main surface 11f and the second main surface 11s opposite to the first main surface 11f, respectively. And a superconducting material layer 13. The plurality of superconducting wire portions 10 and 10b are stacked on each other along a second direction (y direction) orthogonal to the first major surface 11f. The ratio w/h of the width w of the superconducting wires 1 and 2 to the height h of the superconducting wires 1 and 2 in the cross section (xy plane) orthogonal to the longitudinal direction (z direction) of the superconducting wires 1 and 2 is 0. It is 7 or more and 3 or less. The width w is 2 mm or less. The width w is defined as the maximum width of the superconducting wires 1 and 2 in the first direction (x direction) in which the first major surface 11f extends in this cross section (xy plane). The height h is defined as the maximum height of the superconducting wires 1 and 2 in the second direction (y direction) orthogonal to the first direction (x direction) in this cross section (xy plane).

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。 Since the ratio w/h of the superconducting wire rods 1 and 2 is 0.7 or more and 3 or less, the superconducting wire rods 1 and 2 in a cross section (xy plane) orthogonal to the longitudinal direction (z direction) of the superconducting wire rods 1 and 2 can be obtained. The cross-sectional shape has improved symmetry. It is possible to provide superconducting wires 1 and 2 that are easy to handle. Further, the shielding current and the AC loss generated in the superconducting wires 1 and 2 decrease as the width w of the superconducting wires 1 and 2 becomes smaller. The width w of the superconducting wires 1 and 2 is 2 mm or less and has a narrow width. Therefore, the shield current and the AC loss generated in the superconducting wires 1 and 2 can be reduced.

（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。 (2) The superconducting wires 1 and 2 according to (1) above have a first surface 7 and a second surface 8 that face each other in the second direction (y direction). The plurality of superconducting wire portions 10 and 10b are laminated so that the first main surface 11f of the substrate 11 included in each of the plurality of superconducting wire portions 10 and 10b faces the first surface 7. Therefore, the superconducting wires 1 and 2 can be easily connected to other conductors at the ends of the superconducting wires 1 and 2 in the longitudinal direction (z direction).

（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。 (3) The superconducting wire rods 1 and 2 according to (1) or (2) above further include a conductive joint layer 20 for joining the plurality of superconducting wire rod portions 10 and 10b to each other. The conductive bonding layer 20 functions as a bypass by which the current flowing through the superconducting material layer 13 commutates when the superconducting material layer 13 transitions from the superconducting state to the normal conducting state. It is possible to prevent damage to the superconducting wires 1 and 2 when the superconducting material layer 13 transitions from the superconducting state to the normal conducting state.

（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。 (4) The superconducting wire rods 1 and 2 according to any of (1) to (3) above further include an insulating layer 30 that covers the outer peripheries of the plurality of superconducting wire rod portions 10 and 10b. The insulating layer 30 enables the plurality of superconducting wires 1 and 2 to be arranged at a high density without short-circuiting with each other.

（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。 (5) In the superconducting wire rod 2 according to any of (1) to (4) above, each of the plurality of superconducting wire rod portions 10 and 10b further includes a stabilizing layer 15. The stabilizing layer 15 functions as a bypass for commuting the current flowing through the superconducting material layer 13 when the superconducting material layer 13 transits from the superconducting state to the normal conducting state. Damage to the superconducting wire 2 when the superconducting material layer 13 transitions from the superconducting state to the normal conducting state can be further prevented.

（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。 (6) In the superconducting wires 1 and 2 according to any of (1) to (5) above, the ratio w/h is 0.8 or more and 2 or less. It is possible to provide superconducting wires 1 and 2 that are easy to handle.

（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。 (7) In the superconducting wires 1 and 2 according to any of (1) to (6), the width w is 1 mm or less. The shielding current and the AC loss generated in the superconducting wires 1 and 2 can be further reduced.

（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。 (8) Superconducting coils 5 and 6 according to an aspect of the present invention include the superconducting wire rods 1 and 2 according to any one of (1) to (7) above and an insulator 33. The superconducting wires 1 and 2 have a spiral shape in which a space is provided for each winding. The insulator 33 fills the space and holds the spiral shape of the wound superconducting wires 1 and 2. Since the cross-sectional shapes of the superconducting wires 1 and 2 have improved symmetry, the superconducting wires 1 and 2 have a cross-sectional shape that can be easily wound in a spiral shape. Therefore, the superconducting coils 5 and 6 can be easily manufactured. Since the width w of the superconducting wires 1 and 2 is 2 mm or less, the shielding current and the AC loss generated in the superconducting wires 1 and 2 can be reduced. In the superconducting coils 5 and 6 in which such superconducting wires 1 and 2 are wound, the central magnetic field of the superconducting coils 5 and 6 can increase.

[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。 [Details of the embodiment of the present invention]
Next, details of the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated. At least a part of the configurations of the embodiments described below may be arbitrarily combined.

（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。 (Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, superconducting wire rod 1 according to the present embodiment mainly includes a plurality of superconducting wire rod portions 10. The superconducting wire 1 may further include a conductive bonding layer 20 and an insulating layer 30.

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。 The plurality of superconducting wire portions 10 each have a substrate 11 having a first main surface 11f and a second main surface 11s opposite to the first main surface 11f, and a superconducting material provided on the first main surface 11f. And layer 13. Each of the plurality of superconducting wire rod portions 10 may further include an intermediate layer 12, a protective layer 14, and a base layer 16.

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。 The substrate 11 may be a metal substrate. Specifically, the substrate 11 may be an oriented metal substrate. The oriented metal substrate means a substrate in which crystal orientations are aligned in two directions (x direction and z direction) within the first principal surface 11f and the second principal surface 11s. The oriented metal substrate may be, for example, a clad-type metal substrate in which a nickel layer, a copper layer, and the like are arranged on a SUS or Hastelloy (registered trademark) base substrate. The material of the substrate 11 is not limited to these, and may be a material other than metal, for example.

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。 The substrate 11 has a greater thickness than the other constituent elements (intermediate layer 12, superconducting material layer 13, protective layer 14, underlayer 16) included in each of the plurality of superconducting wire portions 10. The thickness of the substrate 11 is not particularly limited, but may be 30 μm or more, and specifically 50 μm or more. Considering the productivity and cost of the substrate 11, the thickness of the substrate 11 may be 1 mm or less, and specifically 200 μm or less. The thickness of the substrate 11 is the thickness of the substrate 11 in the second direction (y direction) parallel to the normal to the first major surface 11f in the cross section (xy plane) orthogonal to the longitudinal direction (z direction) of the superconducting wire 1. Is defined as the maximum height of.

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。 The intermediate layer 12 is provided on the first major surface 11f of the substrate 11. The intermediate layer 12 is arranged between the substrate 11 and the superconducting material layer 13. The intermediate layer 12 can be made of a material that has extremely low reactivity with the superconducting material layer 13 and does not deteriorate the superconducting properties of the superconducting material layer 13. The intermediate layer 12 can suppress diffusion of metal atoms from the substrate 11 to the superconducting material layer 13 when the superconducting material layer 13 is formed using a high temperature process. When the substrate 11 has crystal orientation on its surface, the intermediate layer 12 may reduce the difference in crystal orientation between the substrate 11 and the superconducting material layer 13. The intermediate layer 12 may have a thickness of 0.1 μm or more and 3.0 μm or less, for example.

中間層１２は、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＣｅＯ２（酸化セリウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、Ｙ２Ｏ３（酸化イットリウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＬａＭｎＯ３（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ＳｒＴｉＯ３（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。 The intermediate layer 12 includes, for example, YSZ (yttria-stabilized zirconia), CeO 2 (cerium oxide), MgO (magnesium oxide), Y 2 O 3 (yttrium oxide), Al 2 O 3 (aluminum oxide), LaMnO 3 (oxide). Lanthanum manganese), Gd 2 Zr 2 O 7 (gadolinium zirconate), and SrTiO 3 (strontium titanate). The intermediate layer 12 may be composed of a plurality of layers. When each of the intermediate layers 12 is composed of a plurality of layers, the plurality of layers may be composed of different materials, or part of them may be composed of the same material and the rest may be composed of different materials. Good. When a SUS substrate or a Hastelloy substrate is used as the substrate 11, the intermediate layer 12 may be, for example, a crystal orientation layer formed by an IBAD (Ion Beam Assisted Deposition) method.

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。 The superconducting material layer 13 may be provided on the main surface of the intermediate layer 12 opposite to the main surface facing the substrate 11. The superconducting material layer 13 may be provided on the first major surface 11f of the substrate 11 with the intermediate layer 12 interposed therebetween. The superconducting material layer 13 is a portion of the superconducting wire 1 in which the superconducting current flows.

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、ＲＥＢａ2Ｃｕ3Ｏy（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Ｉc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。 The superconducting material forming the superconducting material layer 13 is not particularly limited, but it is preferable to use, for example, an RE-123-based oxide superconductor. The RE-123-based oxide superconductor means REBa 2 Cu 3 O y (y is 6 to 8, more preferably 6.8 to 7, RE means yttrium, or a rare earth element such as Gd, Sm, or Ho. Means a superconductor represented as. Although the thickness of the superconducting material layer 13 is not particularly limited, the thickness of the superconducting material layer 13 may be 0.5 μm or more in order to improve the critical current I c of the superconducting conductive current flowing through the superconducting material layer 13. Specifically, it may be 1.0 μm or more. Considering the productivity of the superconducting material layer 13, the thickness of the superconducting material layer 13 may be 10 μm or less, and specifically 5 μm or less. The superconducting material layer 13 may be thicker than the intermediate layer 12.

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。 The protective layer 14 is formed on the main surface of the superconducting material layer 13 opposite to the main surface facing the intermediate layer 12. The protective layer 14 may be made of a conductive material. The protective layer 14 may be made of, for example, silver (Ag) or a silver alloy. The thickness of the protective layer 14 may be, for example, 0.1 μm or more, and specifically 1 μm or more. The thickness of the protective layer 14 may be, for example, 20 μm or less, and specifically 10 μm or less. The protective layer 14 may be provided on the side surface (yz plane) of the superconducting material layer 13. The protective layer 14 may be further provided on the side surface (yz plane) of the intermediate layer 12. The protective layer 14 may be further provided on the side surface (yz plane) of the substrate 11 and on the second major surface 11s.

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。 The plurality of superconducting wire rod portions 10 are stacked on each other along the second direction (y direction) orthogonal to the first major surface 11f. At least three superconducting wire rod portions 10 may be stacked on each other along a second direction (y direction) orthogonal to the first major surface 11f. Superconducting wire 1 has a first surface 7 and a second surface 8 that face each other in the second direction (y direction). Specifically, the plurality of superconducting wire portions 10 are laminated so that the first main surface 11f of the substrate 11 included in each of the plurality of superconducting wire portions 10 faces the first surface 7. The first superconducting wire part (10) and the second superconducting wire part (10) adjacent to each other, the first main surface 11f of the substrate 11 of the first superconducting wire part (10), the second superconducting wire part The plurality of superconducting wire rod portions 10 are laminated so as to face the second main surface 11s of the substrate 11 of the portion (10).

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。 The superconducting wire rod 1 further includes a conductive joining layer 20 that joins the plurality of superconducting wire rod portions 10 to each other. The plurality of superconducting wire portions 10 are stacked on each other with the conductive bonding layer 20 interposed therebetween. The conductive bonding layer 20 functions, together with the protective layer 14, as a bypass for commutating the current flowing through the superconducting material layer 13 when the superconducting material layer 13 transitions from the superconducting state to the normal conducting state. The material of the conductive bonding layer 20 is not particularly limited, but may be solder, for example. The thickness of the conductive bonding layer 20 is not particularly limited, but may be, for example, 1 μm or more, and specifically 10 μm or more. The thickness of the conductive bonding layer 20 may be, for example, 100 μm or less, and specifically 50 μm or less.

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。 The base layer 16 improves the adhesion of the conductive bonding layer 20 to the substrate 11. The base layer 16 is provided on the second major surface 11s of the substrate 11. The base layer 16 may also be provided on the side surface (yz plane) of the substrate 11. The base layer 16 may be made of a conductive material similarly to the protective layer 14. The underlayer 16 may be made of, for example, silver (Ag) or a silver alloy. The underlayer 16 may have a thickness of, for example, 0.1 μm or more and 10 μm or less, or 1 μm or more and 5 μm or less. The base layer 16 may be integrated with the protective layer 14. The underlayer 16 may cover the protective layer 14 and the entire surface of the laminate portion (11, 12, 13) including the substrate 11, the intermediate layer 12, and the superconducting material layer 13.

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。 Superconducting wire 1 of the present embodiment further includes insulating layer 30 that covers the outer peripheries of a plurality of superconducting wire portions 10. The insulating layer 30 may be, for example, an insulating tape such as kraft paper or semi-synthetic insulating paper, or an insulating tape made of a resin such as polyimide, polyphenylene sulfide, or polyester. The insulating layer 30 may be formed by winding an insulating tape around the outer circumferences of the plurality of superconducting wire rod portions 10. The insulating layer 30 prevents the plurality of superconducting wires 1 from being short-circuited with each other.

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。 The superconducting wire 1 is a long wire extending in the longitudinal direction (z direction). The length of the superconducting wire 1 in the longitudinal direction (z direction) is much larger than the height h and the width w of the superconducting wire 1. The length of the superconducting wire 1 in the longitudinal direction (z direction) may be, for example, 1 m or more, specifically 100 m or more, and more specifically 1 km or more. In the present specification, the width w of the superconducting wire 1 is the first direction (x direction) in which the first major surface 11f extends in the cross section (xy plane) orthogonal to the longitudinal direction (z direction) of the superconducting wire 1. ) Is defined as the maximum width of the superconducting wire 1. In the present specification, the height h of the superconducting wire 1 is the second direction orthogonal to the first direction (x direction) in the cross section (xy plane) orthogonal to the longitudinal direction (z direction) of the superconducting wire 1. It is defined as the maximum height of the superconducting wire 1 in the (y direction).

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。 The ratio w/h of the width w to the height h of the superconducting wire 1 in the cross section (xy plane) orthogonal to the longitudinal direction (z direction) of the superconducting wire 1 is 0.7 or more and 3 or less. The plurality of superconducting wire rod portions 10 are stacked on each other along the second direction (y direction) orthogonal to the first major surface 11f so that the ratio w/h is 0.7 or more and 3 or less. The ratio w/h may be 0.8 or more, or 1 or more. The ratio w/h may be 2 or less, or 1.5 or less.

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。 The ratio of the width to the height of the stacked body (10, 20) in the cross section (xy plane) orthogonal to the longitudinal direction (z direction) of the superconducting wire 1 is 0.7 or more and 3 or less. The ratio of the width to the height of the laminate (10, 20) may be 0.8 or more and 2 or less. In the present specification, the width of the laminated body (10, 20) is the first direction in which the first major surface 11f extends in the cross section (xy plane) orthogonal to the longitudinal direction (z direction) of the superconducting wire 1. It is defined as the maximum width of the laminate (10, 20) in the (x direction). In the present specification, the height of the laminate (10, 20) is the first orthogonal to the first direction (x direction) in the cross section (xy plane) orthogonal to the longitudinal direction (z direction) of the superconducting wire 1. It is defined as the maximum height of the laminate (10, 20) in the 2 direction (y direction).

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。 In a cross section (xy plane) orthogonal to the longitudinal direction (z direction) of superconducting wire 1, superconducting wire 1 has a rectangular shape. Specifically, in a cross section (xy plane) orthogonal to the longitudinal direction (z direction) of superconducting wire 1, superconducting wire 1 may have a square shape. In the cross section (xy plane) orthogonal to the longitudinal direction (z direction) of the superconducting wire 1, the laminated body (10, 20) has a rectangular shape. Specifically, in the cross section (xy plane) orthogonal to the longitudinal direction (z direction) of the superconducting wire 1, the laminated body (10, 20) may have a square shape.

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。 The width w of the superconducting wire 1 is 2 mm or less. The width w of the superconducting wire 1 may be 1 mm or less. The width w of the superconducting wire 1 may be 0.7 mm or less. The width w of the superconducting wire 1 may be 0.5 mm or less. The width of the laminate (10, 20) is 2 mm or less. The width of the laminate (10, 20) may be 1 mm or less. The width of the laminate (10, 20) may be 0.7 mm or less. The width of the laminate (10, 20) may be 0.5 mm or less.

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。 An example of a method for manufacturing superconducting wire 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 4.
Referring to FIG. 2, superconducting wire portion 10 including intermediate layer 12, superconducting material layer 13, protective layer 14, and underlayer 16 is formed on substrate 11. Specifically, the intermediate layer 12 is formed on the first major surface 11f of the substrate 11. As a method of forming the intermediate layer 12, for example, a physical vapor deposition method such as a sputtering method may be used. When the first major surface 11f of the substrate 11 is not oriented and crystallized, the oriented intermediate layer 12 may be formed by an ion beam assisted vapor deposition (IBAD) method.

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。 Next, the superconducting material layer 13 is formed on the intermediate layer 12. In the present embodiment, superconducting material layer 13 including an RE-123-based oxide superconductor is formed on the main surface of intermediate layer 12 opposite to the main surface facing substrate 11. For example, the superconducting material layer 13 may be formed by a vapor deposition method, a liquid deposition method, or a combination thereof. Examples of the vapor deposition method include a pulse laser vapor deposition method (PLD method), a sputtering method, an electron beam vapor deposition method, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, and a molecular beam epitaxy (MBE) method. As a deposition method using a solution, a metal organic deposition (MOD) method can be exemplified.

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。 Next, the protective layer 14 is formed on the superconducting material layer 13. Specifically, protective layer 14 is formed on the main surface of superconducting material layer 13 opposite to the main surface facing intermediate layer 12. The protective layer 14 may be formed by, for example, a physical vapor deposition method such as sputtering or a plating method. The base layer 16 is formed on the second major surface 11s of the substrate 11. The base layer 16 may be formed by, for example, a physical vapor deposition method such as sputtering or a plating method. The base layer 16 may be formed in the same process as the protective layer 14. Then, in order to introduce oxygen into the superconducting material layer 13, the superconducting wire portion 10 may be annealed in an oxygen atmosphere.

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。 As shown in FIGS. 2 and 3, the superconducting wire portion 10 composed of the substrate 11, the intermediate layer 12, the superconducting material layer 13, the protective layer 14, and the underlayer 16 is divided by a dividing line 35. In one example, the superconducting wire portion 10 may be divided by irradiating the superconducting wire portion 10 with a laser beam. In another example, the superconducting wire rod portion 10 may be divided by mechanically cutting the superconducting wire rod portion 10 using a rotary blade (mechanical slitting).

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。 Then, as shown in FIG. 4, a plurality of divided superconducting wire portions 10 are stacked on each other using a conductive bonding layer 20 such as a solder layer. Specifically, the plurality of superconducting wire portions 10 are mutually connected via the conductive bonding layer 20 so that the first main surface 11 f of the substrate 11 included in each of the plurality of superconducting wire portions 10 faces the first surface 7. Stacked. The first superconducting wire part (10) and the second superconducting wire part (10) adjacent to each other, the first main surface 11f of the substrate 11 of the first superconducting wire part (10), the second superconducting wire part A plurality of superconducting wire rod portions 10 are laminated via a conductive bonding layer 20 so as to face the second main surface 11s of the substrate 11 of the portion (10).

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。 Finally, the outer circumferences of the plurality of superconducting wire rod portions 10 are covered with the insulating layer 30. For example, the outer periphery of the plurality of superconducting wire portions 10 may be covered with the insulating layer 30 by winding an insulating tape around the outer periphery of the plurality of superconducting wire portions 10. In this way, the superconducting wire 1 shown in FIG. 1 is obtained.

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。 As shown in FIGS. 5 and 6, superconducting coil 5 of the present embodiment mainly includes superconducting wire 1 of the present embodiment and insulator 33.

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。 The superconducting wire 1 has a spiral shape around the coil axis. The superconducting wire 1 is wound around the coil axis. The superconducting wire 1 is wound with a space for each winding. The superconducting wire 1 may be oriented such that the first main surface 11f and the second main surface 11s are located on the outer peripheral side and the inner peripheral side of the superconducting coil 5, respectively.

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。 The insulator 33 fills the space between the wound superconducting wires 1. The insulator 33 holds the spiral shape of the wound superconducting wire 1. Specifically, the superconducting wire 1 wound with a space in between is insulated and fixed to each other by the insulator 33. A resin, specifically, a thermosetting resin may be used as a material forming the insulator 33. An example of the thermosetting resin used for the insulator 33 is an epoxy resin.

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。 An example of a method of manufacturing superconducting coil 5 of the present embodiment will be described. By winding the superconducting wire 1 around the winding frame, the superconducting wire 1 is wound in a spiral shape. The superconducting wire 1 is wound with a space for each winding. Then, the space between the spirally wound superconducting wire 1 is filled with the insulating resin. For example, the epoxy resin is impregnated into the space between the superconducting wires 1 wound in a spiral shape. Then, the insulating resin is hardened to become the insulator 33 that holds the spiral shape of the wound superconducting wire 1. The insulator 33 insulates and fixes the superconducting wires 1 wound with a space therebetween. In this way, the superconducting coil 5 of the present embodiment may be manufactured.

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。 Another example of the method for manufacturing superconducting coil 5 of the present embodiment will be described. An insulating resin is applied to the outer surface of the superconducting wire 1. By winding the superconducting wire 1 coated with the insulating resin around the winding frame, the superconducting wire 1 is wound in a spiral shape. Then, the insulating resin is hardened to become the insulator 33 that holds the spiral shape of the wound superconducting wire 1. The insulator 33 insulates and fixes the superconducting wires 1 wound with a space therebetween. In this way, the superconducting coil 5 of the present embodiment may be manufactured.

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。 The operation and effect of superconducting wire 1 and superconducting coil 5 of the present embodiment will be described.
Superconducting wire rod 1 of the present embodiment includes a plurality of superconducting wire rod portions 10. The plurality of superconducting wire portions 10 each have a substrate 11 having a first main surface 11f and a second main surface 11s opposite to the first main surface 11f, and a superconducting material provided on the first main surface 11f. And layer 13. The plurality of superconducting wire rod portions 10 are stacked on each other along the second direction (y direction) orthogonal to the first major surface 11f. The ratio w/h of the width w of the superconducting wire 1 to the height h of the superconducting wire 1 in the cross section (xy plane) orthogonal to the longitudinal direction (z direction) of the superconducting wire 1 is 0.7 or more and 3 or less. .. The width w is 2 mm or less. The width w is the maximum width of the superconducting wire 1 in the first direction (x direction) in which the first major surface 11f extends in the cross section (xy plane) orthogonal to the longitudinal direction (z direction) of the superconducting wire 1. Is defined. The height h of the superconducting wire 1 in the second direction (y direction) orthogonal to the first direction (x direction) in the cross section (xy plane) orthogonal to the longitudinal direction (z direction) of the superconducting wire 1. Defined as maximum height.

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。 Since the ratio w/h of the superconducting wire 1 is 0.7 or more and 3 or less, the cross-sectional shape of the superconducting wire 1 in the cross section (xy plane) orthogonal to the longitudinal direction (z direction) of the superconducting wire 1 is improved. Have symmetry. A superconducting wire 1 that can be easily handled can be provided. Further, the shielding current and the AC loss generated in the superconducting wire 1 decrease as the width w of the superconducting wire 1 becomes smaller. The width w of the superconducting wire 1 of the present embodiment is 2 mm or less and has a narrow width. Therefore, the shielding current and the AC loss generated in the superconducting wire 1 can be reduced.

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。 Superconducting wire 1 of the present embodiment has first surface 7 and second surface 8 that face each other in the second direction (y direction). The plurality of superconducting wire portions 10 are laminated so that the first main surface 11f of the substrate 11 included in each of the plurality of superconducting wire portions 10 faces the first surface 7. Therefore, the superconducting wire 1 of the present embodiment can be easily connected to another conductor at the end portion in the longitudinal direction (z direction) of the superconducting wire 1.

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。 Superconducting wire rod 1 of the present embodiment further includes conductive bonding layer 20 that joins a plurality of superconducting wire rod portions 10 to each other. The conductive bonding layer 20 functions as a bypass by which the current flowing through the superconducting material layer 13 commutates when the superconducting material layer 13 transitions from the superconducting state to the normal conducting state. It is possible to prevent the superconducting wire 1 from being damaged when the superconducting material layer 13 transits from the superconducting state to the normal conducting state.

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。 Superconducting wire 1 of the present embodiment further includes insulating layer 30 that covers the outer peripheries of a plurality of superconducting wire portions 10. The insulating layer 30 enables the plurality of superconducting wires 1 to be arranged at a high density without short-circuiting with each other.

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。 The ratio w/h of superconducting wire 1 of the present embodiment may be 0.8 or more and 2 or less. The cross-sectional shape of superconducting wire 1 has further improved symmetry. A superconducting wire 1 that can be easily handled can be provided.

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。 The width w of superconducting wire 1 of the present embodiment may be 1 mm or less. The shield current and the AC loss generated in the superconducting wire 1 can be further reduced.

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。 Superconducting coil 5 of the present embodiment includes superconducting wire 1 of the present embodiment described above and insulator 33. The superconducting wire 1 has a spiral shape in which a space is provided for each winding. The insulator 33 fills the space and holds the spiral shape of the superconducting wire 1. Since the cross-sectional shape of the superconducting wire 1 has improved symmetry, the superconducting wire 1 has a cross-sectional shape that can be easily spirally wound. Therefore, the superconducting coil 5 can be easily manufactured. Since the width w of the superconducting wire 1 is 2 mm or less, the shielding current and the AC loss generated in the superconducting wire 1 can be reduced. In the superconducting coil 5 in which the superconducting wire 1 is wound, the central magnetic field of the superconducting coil 5 can increase.

（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。 (Embodiment 2)
The superconducting wire 2 of the second embodiment will be described with reference to FIG. 7. The superconducting coil 6 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 11 and 12. The superconducting wire 2 and the superconducting coil 6 of the present embodiment have the same configurations as the superconducting wire 1 and the superconducting coil 5 of the first embodiment, but mainly differ in the following points.

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。 As shown in FIG. 7, in the superconducting wire rod 2 of the present embodiment, each of the plurality of superconducting wire rod portions 10b further includes a stabilizing layer 15. As shown in FIGS. 11 and 12, superconducting coil 6 according to the present embodiment includes superconducting wire 2 according to the present embodiment.

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。 The stabilizing layer 15 may be provided on the protective layer 14. The stabilizing layer 15 may be formed on the main surface of the protective layer 14 opposite to the main surface facing the superconducting material layer 13. The protective layer 14 is arranged between the superconducting material layer 13 and the stabilizing layer 15. The stabilizing layer 15 may surround the laminated body portion (11, 12, 13, 14) including the substrate 11, the intermediate layer 12, the superconducting material layer 13, and the protective layer 14.

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。 The stabilizing layer 15 functions, together with the protective layer 14, as a bypass by which the current flowing through the superconducting material layer 13 commutates when the superconducting material layer 13 transitions from the superconducting state to the normal conducting state. The stabilizing layer 15 is made of a foil or a plating layer of a metal material having good conductivity. The material forming the stabilizing layer 15 is preferably copper (Cu) or a copper alloy, for example. The thickness of the stabilizing layer 15 is not particularly limited, but may be 10 μm or more, and specifically 20 μm or more. The thickness of the stabilizing layer 15 may be 100 μm or less, and specifically 50 μm or less. The stabilizing layer 15 is thicker than the protective layer 14.

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。 An example of a method of manufacturing superconducting wire 2 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 10.

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。 With reference to FIG. 8, an intermediate layer 12, a superconducting material layer 13, a protective layer 14, a stabilizing layer 15, and a base layer 16 are formed on a substrate 11. In this way, the superconducting wire portion 10b is obtained. The intermediate layer 12, the superconducting material layer 13, the protective layer 14 and the underlayer 16 of the present embodiment are formed by the same method as the intermediate layer 12, the superconducting material layer 13, the protective layer 14 and the underlayer 16 of the first embodiment. It may be manufactured. The stabilizing layer 15 may be formed by plating the protective layer 14, or by laminating a metal foil on the protective layer 14.

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。 Referring to FIGS. 8 and 9, superconducting wire rod portion 10 b is divided by dividing line 35. In one example, the superconducting wire portion 10b may be divided by irradiating the superconducting wire portion 10b with a laser beam. In another example, the superconducting wire rod portion 10b may be divided by mechanically cutting the superconducting wire rod portion 10b using a rotary blade (mechanical slitting).

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。 Then, referring to FIG. 10, a plurality of divided superconducting wire portions 10b are stacked on each other using a conductive bonding layer 20 such as a solder layer. Specifically, the plurality of superconducting wire portions 10b are mutually connected via the conductive bonding layer 20 so that the first main surface 11f of the substrate 11 included in each of the plurality of superconducting wire portions 10b faces the first surface 7. Stacked. The first superconducting wire portion (10b) and the second superconducting wire portion (10b) adjacent to each other, the first main surface 11f of the substrate 11 of the first superconducting wire portion (10b), the second superconducting wire material The plurality of superconducting wire rod portions 10b are stacked on each other with the conductive bonding layer 20 interposed therebetween so as to face the second main surface 11s of the substrate 11 of the portion (10b).

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。 Finally, the outer circumferences of the plurality of superconducting wire portions 10b are covered with the insulating layer 30. For example, the outer periphery of the plurality of superconducting wire portions 10b may be covered with the insulating layer 30 by winding an insulating tape around the outer periphery of the plurality of superconducting wire portions 10b. Thus, the superconducting wire 2 shown in FIG. 7 is obtained.

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。 The operation and effect of the superconducting wire 2 and the superconducting coil 6 of the present embodiment will be described. Superconducting wire 2 and superconducting coil 6 of the present embodiment have the following effects in addition to the effects of superconducting wire 1 and superconducting coil 5 of the first embodiment.

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。 In the superconducting wire 2 of the present embodiment, each of the plurality of superconducting wire portions 10b further includes a stabilizing layer 15. The stabilizing layer 15 functions as a bypass for commuting the current flowing through the superconducting material layer 13 when the superconducting material layer 13 transits from the superconducting state to the normal conducting state. Damage to the superconducting wire 2 when the superconducting material layer 13 transitions from the superconducting state to the normal conducting state can be further prevented.

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。 Superconducting coil 6 of the present embodiment includes superconducting wire 2 of the present embodiment and insulator 33. When the superconducting material layer 13 transitions from the superconducting state to the normal conducting state, the superconducting coil 6 can be further prevented from being damaged.

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。 The embodiments disclosed this time are to be considered as illustrative in all points and not restrictive. Unless there is a contradiction, at least two of the embodiments disclosed herein may be combined. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiments but by the scope of the claims, and is intended to include meanings equivalent to the scope of the claims and all modifications within the scope.

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 1, 2 Superconducting Wires 5, 6 Superconducting Coil 7 First Surface 8 Second Surface 10, 10b Superconducting Wire Part 11 Substrate 11f First Main Surface 11s Second Main Surface 12 Intermediate Layer 13 Superconducting Material Layer 14 Protective Layer 15 Stabilizing Layer 16 Underlayer 20 Conductive Bonding Layer 30 Insulating Layer 33 Insulator 35 Dividing Line

Claims (7)

複数の超電導線材部分と、
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と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、銀または銀合金で構成されており、かつ、前記超電導材料層上に設けられている保護層とを含み、
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、
前記複数の超電導線材部分に含まれる前記保護層は、前記第２の方向において互いに離間されており、
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。 A plurality of superconducting wire parts ,
A superconducting wire comprising a conductive bonding layer for bonding the plurality of superconducting wire parts to each other ,
Each of the plurality of superconducting wire portions has a substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, and a superconducting material layer provided on the first main surface , Comprised of silver or silver alloy, and including a protective layer provided on the superconducting material layer ,
The plurality of superconducting wire portions are stacked on each other along a second direction orthogonal to the first main surface,
The protective layers included in the plurality of superconducting wire portions are separated from each other in the second direction,
The ratio w/h of the width w of the superconducting wire to the height h of the superconducting wire in a cross section orthogonal to the longitudinal direction of the superconducting wire is 0.7 or more and 3 or less,
The width w is 2 mm or less,
The width w is defined as the maximum width of the superconducting wire in the first direction in which the first main surface extends in the cross section,
The height h is a superconducting wire rod defined as the maximum height of the superconducting wire rod in the second direction orthogonal to the first direction in the cross section. 前記超電導線材は、前記第２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。 The superconducting wire has a first surface and a second surface facing each other in the second direction,
The superconducting wire member according to claim 1, wherein the plurality of superconducting wire member portions are laminated so that the first main surface of the substrate included in each of the plurality of superconducting wire member portions faces the first surface. wire. 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または請求項２に記載の超電導線材。 The superconducting wire rod according to claim 1 or 2 , further comprising an insulating layer that covers outer peripheries of the plurality of superconducting wire rod portions. 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３のいずれか１項に記載の超電導線材。 The superconducting wire according to any one of claims 1 to 3 , wherein each of the plurality of superconducting wire portions further includes a stabilizing layer. 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４のいずれか１項に記載の超電導線材。 The superconducting wire according to any one of claims 1 to 4 , wherein the ratio w/h is 0.8 or more and 2 or less. 前記幅ｗは１ｍｍ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。 The width w is 1mm or less, the superconducting wire according to any one of claims 1 to 5. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の前記超電導線材と、
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。 Said superconducting wire according to any one of claims 1 to 6,
With an insulator,
The superconducting wire has a spiral shape wound with a space for each winding,
The superconducting coil, wherein the insulator fills the space and holds the spiral shape of the superconducting wire.
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