JP6766947B2 - 超電導線材、超電導コイルおよび超電導ケーブル導体 - Google Patents

Description

本発明は、超電導線材、超電導コイルおよび超電導ケーブル導体に関する。

従来、特開２０１３−２３５７６５号公報（特許文献１）に開示されている超電導線材が知られている。特許文献１に記載の超電導線材は、基板と、基板の主面上に中間層を介して配置された超電導層とを備える。

特開２０１３−２３５７６５号公報

本開示の一態様に係る超電導線材は、主面を有するテープ状の基板と、主面上に配置された超電導層とを備える。基板の延在方向に対して垂直な幅方向における端部での臨界電流値は、幅方向における中央部での臨界電流値より大きい。

図１は、本発明の実施の形態１に係る超電導線材の断面模式図である。 図２は、超電導線材における臨界電流値と最大臨界電流値との比と、超電導線材の中央から端面までの距離と外周部の幅との比の関係を示すグラフである。 図３は、超電導線材の幅方向における電流密度の分布を示すグラフである。 図４は、超電導線材における臨界電流値の測定方法を説明するための模式図である。 図５は、超電導線材の製造方法を説明するための模式図である。 図６は、超電導線材の製造方法を説明するための模式図である。 図７は、本発明の実施の形態２に係る超電導線材の断面模式図である。 図８は、超電導線材の製造方法を説明するための模式図である。 図９は、実施形態に係る超電導コイルのコイル軸に垂直な断面における断面模式図である。 図１０は、実施形態に係る超電導ケーブル導体の構成を示す斜視模式図である。

［本開示が解決しようとする課題］
特許文献１に開示された超電導線材では、高い臨界電流値を実現するため、厚膜の超電導層を形成している。そして、当該厚膜の超電導層を生産性高く形成するため、基板上に形成された酸化物超電導層上に、さらに有機金属化合物溶液を塗布して仮焼熱処理を行うことにより仮焼膜を複数積層してから本焼熱処理を実施するという超電導線材の製造方法が開示されている。

しかし、上述した超電導線材では、仮焼膜を複数積層するという複雑な工程により製造されており、製造コストが増大するという問題があった。

本開示に係る超電導線材、超電導コイルおよび超電導ケーブル導体は、上記のような従来技術の問題点に鑑みたものである。より具体的には、十分な超電導特性を有し、簡便な製造工程により製造可能な超電導線材、超電導コイルおよび超電導ケーブル導体を提供する。

［本開示の効果］
本開示に係る超電導線材、超電導コイルおよび超電導ケーブル導体によると、簡便な製造工程により製造でき、十分な超電導特性を得ることができる。

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

（１）本開示の一態様に係る超電導線材は、主面を有するテープ状の基板と、主面上に配置された超電導層とを備える。基板の延在方向に対して垂直な幅方向における端部での臨界電流値は、幅方向における中央部での臨界電流値より大きい。

ここで、超電導線材は通常、印加できる最大臨界電流値より低い電流値で使用される。この場合、超電導線材の幅方向における端部が主に電流の輸送を担う。この結果、超電導線材の幅方向における中央部では、端部と比べて流れる電流値が低く、電流密度も端部より低くなる。このような知見に基づき、上記超電導線材のように、超電導層の幅方向端部での臨界電流値を中央部での臨界電流値より大きくすることで、電流の輸送を担う端部に十分な電流を流せる特性を確保するとともに、中央部については端部より臨界電流値を低くしている。具体的には、たとえば中央部における超電導層の厚みを薄くする、あるいは中央部における超電導層の製造プロセスを簡略化して端部より超電導特性といった特性を劣化させる、といった対応が考えられる。このようにすれば、超電導線材において電流の輸送経路という観点では重要性の低い中央部について、端部より超電導特性という点で必要最低限の特性を得るようにすることができる。この結果、超電導線材の幅方向すべてについて端部と同様な特性となるように超電導線材を製造する場合より、十分な超電導特性を維持しつつ超電導線材の製造コストを低減できる。

（２）上記超電導線材では、基板の幅方向における中央から基板の端面までの距離をａ（単位：ｍｍ）としたときに、中央部は、上記中央からの距離が０．６×ａ以下となる領域である。また、上記端部は中央からの距離が０．６×ａを越え（ａ−０．１）以下となる領域である。端部での臨界電流値は、中央部での臨界電流値の１．１倍以上２．５倍以下である。

この場合、運転電流を臨界電流値の８０％以下とした条件下において、超電導線材を問題無く使用できる。なお、上記中央部を、幅方向中央からの距離が０．６×ａ以下となる領域としたのは、このようにすれば超電導線材全体として上記運転電流を問題無く流すために必要な端部の広さを確保できるためである。また、端部について、中央からの距離が０．６×ａを越え（ａ−０．１）ｍｍ以下となる領域と規定したのは、端部と中央部との境界を中央から０．６×ａの位置に設定することで端部の充分な広さを確保できるからである。また、端部の外周側の位置を中央から（ａ−０．１）としたのは、超電導線材の端面から０．１ｍｍの範囲については超電導線材に対するスリット加工などの影響により超電導特性が劣化している可能性が高く、十分に電流を流せない可能性が考えられるためである。

また、端部での臨界電流値の下限を中央部での臨界電流値の１．１倍としたのは、当該下限が中央部での臨界電流値の１．１倍未満では電流の主な流路となる端部において中央部より相対的に大きな電流を流すことが難しくなるためである。なお、端部での臨界電流値の下限は中央部での臨界電流値の１．３倍であってもよい。

端部での臨界電流値の上限を中央部での臨界電流値の２．５倍としたのは、以下の理由による。すなわち、端部での臨界電流値を中央部の臨界電流値よりも大きくする、逆から言えば中央部の臨界電流値を端部での臨界電流値の４０％以上にしておけば、超電導線材の運転電流を臨界電流値の５０％程度とすることができる。なお、端部での臨界電流値の上限を中央部での臨界電流値の１．６倍としてもよい。この場合、中央部の臨界電流値を端部での臨界電流値の６０％以上とすることになり、超電導線材の運転電流を臨界電流値の８０％程度とすることができる。

（３）上記超電導線材において、中央部に位置する超電導層は、端部に位置する超電導層の厚みより薄い厚みを有する部分を含む。この場合、超電導層の厚みを調整することで、端部と中央部との臨界電流値の分布を調整することができる。

（４）上記超電導線材において、中央部に位置する超電導層は、端部に位置する超電導線材より結晶の配向性が低い部分を含む。この場合、中央部における超電導層について、結晶の配向性が低い部分の大きさや配向性の程度を調整することで、端部と中央部との臨界電流値の分布を調整することができる。

（５）本開示の一態様に係る超電導コイルは、上記超電導線材と、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、空間に充填されている。

（６）本開示の一態様に係る超電導ケーブル導体は、上記超電導線材を備える。
このようにすれば、製造コストの低減された超電導線材を用いることにより、従来より低コストで超電導コイルまたは超電導ケーブル導体を得ることができる。

[本開示の実施形態の詳細]
次に、実施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。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

（実施の形態１）
（超電導線材の構成）
図１は、本実施形態に係る超電導線材１の断面模式図である。図１は、テープ状の超電導線材の長手方向に対して垂直な方向での断面を示している。図１に示すように、本実施形態に係る超電導線材１は、基板５と、中間層１０と、超電導層１１と、被覆導体層としての被覆層１３とを有している。

基板５は、第１の主面６をする。超電導層１１は、基板５の主面６上に中間層１０を介して配置される。基板５の延在方向に対して垂直な幅方向における端部２１での臨界電流値は、幅方向における中央部２０での臨界電流値より大きい。上記超電導線材１では、基板５の幅方向における中央１６から基板５の端面までの距離をａ（単位：ｍｍ）としたときに、中央部２０は、上記中央１６からの距離が０．６×ａ以下となる領域である。また、上記端部２１は中央１６からの距離が０．６×ａを越え（ａ−０．１）以下となる領域である。端部２１での臨界電流値は、中央部２０での臨界電流値の１．１倍以上２．５倍以下である。なお、端部２１での臨界電流値の上限を中央部２０での臨界電流値の１．６倍としてもよい。上記超電導線材１において、中央部２０に位置する超電導層１１ａは、端部２１に位置する超電導層１１ｂの厚みｔ１より薄い厚みｔ２を有する部分を含む。

図１に示すように、線材部１２の幅Ｗは上記距離ａを用いて２×ａと表すことができる。中央部２０の幅２ｂは、上記距離ａを用いて１．２×ａと表すことができる。また、端部２１の幅Ｗ_ｅ１は、上記距離ａを用いて０．４×ａ−０．１と表すことができる。端部２１の外周側に位置する縁部２４の幅Ｗ_ｅ２は、たとえば０．１ｍｍである。端部２１と縁部２４とを合わせた外周部２３の幅Ｗ_ｅは、上記ａを用いて０．４×ａと表すことができる。

基板５は、好ましくは、長手方向の長さと比較して厚さが小さいテープ状の形状を有している。基板５は、上記第１の主面６と、第２の主面７とを有している。第２の主面７は、第１の主面６の反対面である。中間層１０は、第１の主面６上に位置している。

基板５は、複数の層により構成されていてもよい。例えば、基板５は、基板５の厚さ方向に積層された第１層〜第４層により構成されていてもよい。第２の主面７側に位置する第１層には、例えばステンレス鋼が用いられる。第２層には、例えば銅（Ｃｕ）が用いられる。第３層には、例えばニッケル（Ｎｉ）が用いられる。第４層には、たとえば銀（Ａｇ）が用いられる。

中間層１０は、基板５上に超電導層１１を形成させるためのバッファとなる層である。中間層１０は、一様な結晶配向性を有していることが好ましい。また、中間層１０には、超電導層１１を構成する材料との格子定数のミスマッチの小さい材料が用いられる。より具体的には、中間層１０には、たとえば酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）が用いられる。

超電導層１１は、超電導体を含有する層である。超電導層１１に用いられる材料は、例えばレアアース系の酸化物超電導体である。超電導層１１に用いられるレアアース系の酸化物超電導体は、例えばＲＥＢＣＯ（ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｙ、ＲＥはイットリウム（Ｙ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロビウム（Ｅｕ）、ガドリウム（Ｇｄ）、ホルミウム（Ｈｏ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等のレアアース）である。基板５と中間層１０と超電導層１１とから線材部１２が構成される。

被覆層１３は、少なくとも超電導層１１を被覆する層である。被覆層１３は、第１導体層としての安定化層１４と第２導体層としての保護層１５とを含む。安定化層１４は、少なくとも超電導層１１上および基板５の第２の主面７上に形成される。保護層１５は、安定化層１４上に形成される。安定化層１４は、超電導層１１の表面上、基板５の第２の主面７上、および超電導層１１と基板５との側面８上に形成されている。つまり、安定化層１４は線材部１２の外周を覆うように形成されている。

安定化層１４は、超電導層１１を保護し、超電導層１１における局所的な発熱を発散させるとともに、超電導層１１にクエンチ（超電導状態から通常電導状態に移行する現象）が生じた際に、電流をバイパスさせる導電体として作用する。また、安定化層１４は、たとえばめっき法を用いて保護層１５を形成するときに、当該めっき法に用いるめっき液から超電導層１１を保護する機能も有する。安定化層１４に用いられる材料は、例えば銀（Ａｇ）である。

安定化層１４は、単層構造であってもよいが、多層構造であってもよい。また、安定化層１４は、超電導層１１や基板５の第２の主面７との密着性を高めることができれば、任意の構成を採用し得る。安定化層１４は、蒸着法またはスパッタリング法により形成された層を含んでいてもよく、めっき法により形成された層を含んでいてもよい。

保護層１５は、安定化層１４上に形成される。保護層１５は安定化層１４および線材部１２を保護する。さらに、保護層１５は、超電導層１１にクエンチが生じた際に、電流をバイパスさせる導電体としても作用し得る。安定化層１４を介して、保護層１５は、基板５と超電導層１１とを含む線材部１２の外周の少なくとも一部を覆うように形成される。図１では、保護層１５は線材部１２の外周全体を覆うように形成される。

（超電導線材の作用効果）
図１に示した超電導線材１では、超電導層１１の厚みｔ１、ｔ２を調整することで、超電導層１１の幅方向における端部２１での臨界電流値を中央部２０での臨界電流値より大きくしている。つまり、超電導線材１において電流の輸送を主に担う端部２１に十分な電流を流せる特性を確保するとともに、中央部２０については端部２１より超電導層１１の厚みｔ２を相対的に薄くすることで臨界電流値を低くしている。このようにすれば、超電導線材１において電流の輸送経路という観点では重要性の低い中央部２０について、端部２１より超電導特性という点で必要最低限の特性を得るようにすることができる。この結果、超電導線材１の幅方向すべてについて端部２１と同様な特性となるように超電導線材１を製造する場合より、十分な超電導特性を維持しつつ超電導線材１の製造コストを低減できる。

また、上記のように中央部２０と端部２１との幅を規定することで、運転電流を臨界電流値の８０％以下とした条件下において、超電導線材１を問題無く使用できる。さらに、超電導層１１の厚みｔ１、ｔ２を調整することで、端部２１と中央部２０との臨界電流値の分布を調整することができる。

（超電導線材における中央部および端部の決定方法）
図２は、超電導線材１における電流値Ｉと最大臨界電流値Ｉ_ｍａｘとの比と、超電導線材１の中央から端面までの距離ａと外周部２３の幅Ｗｅとの比の関係を示すグラフである。図３は、超電導線材１の幅方向における電流密度Ｊの分布を示すグラフである。図２および図３を用いて、超電導線材１における中央部２０および端部２１の決定方法を説明する。なお、図３に示したグラフに関連する参考文献として、参考論文１：Ｍ．Ｒ．Ｈａｌｓｅ，”ＡＣ ｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ ｌｏｓｓｅｓ ｉｎ ａ ｔｙｐｅ ＩＩ ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ”，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｄ：Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３ （１９７０）、および参考論文２：Ｅｒｎｓｔ Ｈｅｌｍｕｔ Ｂｒａｎｄｔ ａｎｄ Ｍｉｋｈａｉｌ Ｉｎｄｅｎｂｏｍ，”Ｔｙｐｅ−ＩＩ−ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｓｔｒｉｐ ｗｉｔｈ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ａ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ”，Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ，Ｖｏｌｕｍｅ ４８，Ｎｕｍｂｅｒ １７，１２８９３−（１９９３）を挙げることができる。図３に示したグラフの出典は上記参考論文２である。

ここで、超電導線材１においては、超電導状態における通電時に、幅方向の端部での電流密度Ｊはほぼ臨界電流密度Ｊｃと同等となる一方、幅方向の中央部では当該電流密度Ｊが臨界電流密度より小さくなる。そこで、超電導線材における幅方向の中央から端面までの距離をａとし、また幅方向の中央から、電流密度Ｊが臨界電流密度Ｊｃより小さくなる領域の端部までの距離をｂとする。なお、本実施形態では、電流密度Ｊが臨界電流密度Ｊｃより小さくなる領域を中央部２０とするため、当該距離ｂの位置は中央部２０と端部２１との境界部の位置となる。超電導線材の幅方向をｙ軸として、幅方向での位置ｙでの電流密度をＪ（ｙ）とすると、当該電流密度Ｊ（ｙ）は以下の式で表すことができる。

また、上記式より、超電導線材１におけるトータル電流値Ｉは以下の式で表すことができる。

上記式に基づき、図２に示すように、超電導線材１における電流値Ｉと最大臨界電流値Ｉ_ｍａｘとの比と、超電導線材１の中央から端面までの距離ａと外周部２３の幅Ｗｅとの比の関係を求めることができる。

図２において、横軸はＩ／Ｉ_ｍａｘを示し、縦軸はＷｅ／ａを示す。縦軸において１．０に近づくほど、電流密度Ｊが臨界電流密度Ｊｃと同等となる領域（端部２１）が大きくなることを意味する。また、横軸において、１．０に近づくほど、超電導線材１の電流値が最大臨界電流値Ｉ_ｍａｘに近づくことを意味する。

また、図３に示すように、Ｉ／Ｉ_ｍａｘの値が大きくなるほど、電流密度Ｊが臨界電流密度Ｊｃに近づく領域が超電導線材の幅方向における端面側から中央に向けて増えていく。ここで、図３の横軸は超電導線材１の幅方向を示し、縦軸は電流密度Ｊと臨界電流密度Ｊｃとの比（Ｊ／Ｊｃ）を示している。図３では、Ｉ／Ｉｍａｘが０．１、０．５、０．８、０．９５の場合のＪ／Ｊｃの幅方向における分布データを示している。

ここで、超電導線材の運転時の電流値Ｉの最大値を最大臨界電流値Ｉ_ｍａｘの８０％とする場合を考えると、図２から、対応するＷ_ｅ／ａの値は０．４となる。つまり、Ｗ_ｅ＝０．４×ａ以上としておけば、超電導線材１の運転時の電流値Ｉを最大臨界電流値Ｉ_ｍａｘの８０％程度とすることが可能であることがわかる。なお、この場合、中央部２０の幅２ｂは１．２×ａと表すことができる。つまり、中央部２０は、上記中央１６からの距離が０．６×ａ以下となる領域とすることが好ましい。また、上記端部２１は中央１６からの距離が０．６×ａを越え（ａ−０．１）以下となる領域である。これは、スリット加工などによる加工影響部である縁部２４の幅Ｗ_ｅ２が０．１ｍｍ程度であることから、良好な超電導特性を示す端部２１としては上記のような領域を用いることが好ましいためである。

このようにすれば、電流密度Ｊが臨界電流密度Ｊｃとなる端部の領域を端部２１として相対的に超電導層１１の厚みｔ１が厚い領域とし、電流密度Ｊが臨界電流密度Ｊｃより小さくなっている中央部２０については超電導層１１の厚みｔ２を相対的に上記厚みｔ１より小さくすることで、中央部２０での超電導層１１の材料使用量を削減できる。なお、運転電流Ｉを最大臨界電流値Ｉｍａｘの８０％よりさらに大きくする場合には、中央部２０の幅ｂをに小さくし、端部２１の幅Ｗｅを大きくしてもよい。

たとえば、超電導線材１の幅Ｗが４ｍｍである場合、中央部２０の幅２ｂは１．２ｍｍとすることができ、外周部２３の幅Ｗ_ｅは０．９ｍｍとすることができ、端部２１の幅Ｗ_ｅ１は０．８ｍｍとすることができる。また、超電導線材１の幅Ｗが３０ｍｍである場合、中央部２０の幅２ｂは１８ｍｍとすることができ、外周部２３の幅Ｗ_ｅは６ｍｍとすることができ、端部２１の幅Ｗ_ｅ１は５．９ｍｍとすることができる。

（超電導線材の臨界電流値の分布の測定方法）
図４は、超電導線材１における臨界電流値の測定方法を説明するための模式図である。図４を用いて、超電導線材１における臨界電流値の分布の測定方法を説明する。

超電導線材１における臨界電流値の分布を測定する方法として、自己磁場を利用する方法を用いることができる。具体的には、図４に示すように超電導線材に臨界電流値に相当する電流３３を流す。この状態では、超電導線材１の臨界電流の分布に従って中央部２０では電流３４が流れ、端部２１では電流３５が流れる。そして、当該電流３４、３５に起因する磁場（自己磁場）の分布を、ホール素子などの検出センサ３０を用いて測定する。検出センサ３０は、たとえば超電導線材１の幅方向に走査しながら磁場分布を測定してもよい。このようにして測定した磁場分布から、臨界電流Ｉｃの分布を求めることができる。

なお、臨界電流分布を測定する方法としては、上記の自己磁場を利用する方法以外の方法を用いてもよい。たとえば、超電導線材１に外部磁場を印加した場合、超電導線材の臨界電流分布に従って遮蔽電流が流れ、その結果外部磁場を打ち消す磁場が発生する。このため、当該磁場分布をホール素子などの検出センサにより測定することにより、臨界電流分布を測定してもよい。

また、臨界電流分布を測定する方法として、たとえば超電導線材１を幅方向において複数にスリット分割し、分割した個々の線材部分について臨界電流値を測定してもよい。臨界電流値の測定方法としては任意の方法を用いることができるが、たとえば４端子法を用いてもよい。

（超電導線材における超電導層の厚みの測定方法）
図１に示した超電導線材１では、超電導層１１の厚みが中央部２０と端部２１とで異なっているが、当該超電導層１１の厚みｔ１、ｔ２の測定方法としては、たとえば以下のような方法を用いることができる。具体的には、超電導線材１を、幅方向に沿って切断し、断面を観察する。たとえば、超電導線材１の当該断面における断面写真をとり、その写真から超電導層１１の厚みを測定してもよい。測定方法としては、中央部２０および端部２１のそれぞれについて、任意の複数個所、たとえば各領域の中心を含み等間隔に配置した５か所について超電導層１１の厚みを測定し、中央部２０および端部２１について当該測定データの平均値をそれぞれの領域の厚みｔ１、ｔ２とすることができる。

（超電導線材の製造方法）
図５および図６は、本実施の形態に係る超電導線材の製造方法を説明するための模式図である。以下に、図５および図６を用いて本実施形態に係る超電導線材１の製造方法について説明する。超電導線材１の製造方法としては、任意の方法を用いることができる。たとえば、超電導線材１の製造方法は、基板準備工程（Ｓ１００）、中間層形成工程（Ｓ２００）、超電導層形成工程（Ｓ３００）、および被覆層形成工程（Ｓ４００）を備えている。

工程（Ｓ１００）は、基板５を準備する工程である。基板５を準備する工程では、従来周知の任意の方法を用いて基板５を形成する。たとえば、ステンレスなどの金属製のテープからなる第１層を準備し、当該第１層上に第２層、第３層、第４層を順に形成し、積層構造の基板５を得てもよい。これらの層の形成方法としては、めっき法やスパッタ法など任意の方法を用いることができる。

工程（Ｓ２００）は、中間層１０を形成する工程である。この工程（Ｓ２００）では、基板５上に中間層１０を形成する。中間層１０の形成方法としては、めっき法やスパッタ法など任意の方法を用いることができる。

工程（Ｓ３００）では、中間層１０上に超電導層１１を形成する。この工程（Ｓ３００）では、従来周知の任意の方法を用いて超電導層１１を形成する。たとえば、ＭＯＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）金属有機化合物分解法により、超電導層１１を形成してもよい。このとき、図５および図６に示すように、超電導線材となるべき基板５の第１の主面６上に中間層１０が形成されたテープ状部材４６に、超電導層１１の原料溶液を塗布した後熱処理する製造装置を用いてもよい。図５および図６に示した製造装置は、上記テープ状部材４６のコイル４１を保持する入側設備、超電導層となるべき原料溶液をテープ状部材４６に塗布する塗布装置４７、原料溶液を加熱して超電導層１１にするための加熱装置５０、テープ状部材４６の中間層１０上に超電導層１１が形成された線材部１２をコイル４２として巻き取る出側設備、を主に備える。

図５および図６に示された製造装置では、入側設備に設置されたコイル４１から、テープ状部材４６が巻き戻される。巻き戻されたテープ状部材４６は、ガイドロール４４により案内されながら塗布装置４７の下に到達する。塗布装置４７は、図６に示すように基板５の幅方向に並んだ複数の塗布部４７ａ〜４７ｃを含む。塗布装置４７は、少なくとも超電導線材の中央部２０に対応する位置に原料溶液を塗布する塗布部４７ｂと、端部２１に対応する位置に原料溶液を塗布する塗布部４７ａ、４７ｃとを含む。このとき、塗布部４７ａ、４７ｃは、塗布部４７ｂより単位時間当たりに多くの原料溶液をテープ状部材４６に塗布する。この結果、テープ状部材４６において端部２１に対応する部分で原料溶液の塗布膜厚が、中央部２０に対応する部分での原料溶液の塗布膜厚より厚くなる。

その後、原料溶液が塗布されたテープ状部材４６は加熱装置５０に到達し、加熱される。この加熱装置５０により熱処理により、原料溶液から超電導層１１が形成される。そして、上記のように端部２１での原料溶液の塗布膜厚が相対的に厚くなっているため、図１に示すように端部２１での超電導層１１の厚みｔ１は、中央部２０での超電導層１１の厚みｔ２より厚くなる。

その後、加熱装置５０を通過し超電導層１１が形成されたテープ状部材４６は、ガイドロール４５に案内されて出側設備に到達する。出側設備では、当該テープ状部材４６をコイル状に巻き取り、コイル４２が形成される。

なお、上記の例では、中央部２０と端部２１とで原料溶液の塗布膜厚を変更したが、別のパラメタ、たとえば原料溶液の濃度を変更してもよい。具体的には、塗布部４７ｂにより塗布される原料溶液の濃度を、塗布部４７ａ、４７ｃにより塗布される原料溶液の濃度より低くしてもよい。この場合も、同様に中央部２０での超電導層１１の厚みｔ２を端部２１での超電導層１１の厚みｔ１より薄くすることができる。

次に、工程（Ｓ４００）は、被覆導体層としての被覆層１３を形成する工程であって、安定化層１４を形成する工程と、保護層１５を形成する工程とを含む。安定化層１４を形成する工程は、少なくとも超電導層１１の表面上および基板５の第２の主面７上に第１導体層としての安定化層１４を形成する。安定化層１４を形成する工程では、線材部１２の側面８全体を覆うように安定化層１４を形成してもよい。安定化層１４を形成する方法としては、スパッタ法やめっき法など任意の方法を用いることができる。

保護層１５を形成する工程としては、たとえばめっき法を用いて保護層１５を安定化層１４上に形成してもよい。保護層１５の形成方法としては上述しためっき法に替えて、任意の方法を用いてもよい。このようにして、図１に示した超電導線材を得ることができる。

（実施の形態２）
（超電導線材の構成）
図７は、本実施形態に係る超電導線材の断面模式図である。図７に示すように、超電導線材１ｂは、基本的には図１に示した超電導線材１と同様の構成を備えるが、超電導層１１の構成が図１に示した超電導線材１と異なっている。具体的には、超電導線材１ｂにおいて、超電導層１１の厚みは超電導線材１ｂの幅方向においてほぼ一定である。そして、中央部２０に位置する超電導層１１ａは、端部２１に位置する超電導層１１ｂより結晶の配向性が低い部分１１ｃを含む。上記配向性が低い部分１１ｃは、中央部２０の全面に形成されていてもよいが、中央部２０の一部のみに形成されていてもよい。

（超電導線材の作用効果）
この場合、図１に示した超電導線材１と同様に、中央部２０における超電導層１１ａについて、結晶の配向性が低い部分１１ｃの大きさや配向性の程度を調整することで、端部２１と中央部２０との臨界電流値の分布を調整することができる。また、結晶の配向性が低い部分１１ｃについては、後述する製造工程において、超電導層１１を形成するための熱処理においてヒータの加熱温度を低減する、あるいは当該部分１１ｃを加熱するヒータの電源を切るといったことにより、製造コストを低減できる。

なお、超電導線材における中央部および端部の位置は上述した実施の形態１に係る超電導線材と同様に決定する。また、臨界電流値の分布についても、上述した実施の形態１に係る超電導線材と同様の方法により測定できる。

（超電導線材における結晶の配向性の測定方法）
超電導線材１ｂの超電導層１１における結晶の配向性の測定方法としては、任意の方法を用いることができるが、たとえばＸＲＤ測定を用いることができる。具体的には、超電導線材１ｂの長手方向の任意の位置において、試料を採取する。そして、当該試料において被覆層１３をエッチングなどにより除去することにより、超電導層１１を露出させる。露出した超電導層１１の中央部２０および端部２１に対応する位置について、ＸＲＤ測定を実施する。具体的には、θ―２θ測定により観測される超電導層１１の（００５）ピーク強度から、測定位置の配向性を評価する。中央部２０および端部２１について、５回のＸＲＤ測定を実施し、得られたデータの平均値を評価してもよい。

（超電導線材の製造方法）
図８は、図７に示した超電導線材の製造方法を説明するための模式図である。図７に示した超電導線材１ｂの製造方法は、基本的には図１に示した超電導線材１の製造方法と同様であるが、工程（Ｓ３００）の内容が一部異なっている。すなわち、図７に示した超電導線材の製造方法では、工程（Ｓ３００）において、テープ状部材４６（図５参照）の幅方向にほぼ均一な厚さで超電導層１１の原料溶液を塗布する。そして、その後の加熱工程において、図８に示すように、テープ状部材４６を構成する基板５の幅方向に複数並んだ加熱部５０ａ〜５０ｃにより原料溶液は加熱される。このとき、中央部２０に対応する位置に配置された加熱部５０ｂは、端部２１に対応する位置に配置された他の加熱部５０ａ、５０ｃより加熱温度が低くセットされている。また、加熱部５０ｂをＯＦＦにしておいてもよい。なお、加熱部５０ａ〜５０ｃは、たとえばテープ状部材４６の延在方向に沿ったランプヒータなどの加熱部材であってもよい。

この結果、中央部２０に位置する原料溶液での反応が十分進まず、超電導層１１ａとともに結晶の配向性が低い部分１１ｃが形成される。この部分１１ｃは、超電導特性が端部２１に位置する超電導層１１ｂより劣化している。また、当該部分１１ｃは超電導特性を示さないようにしてもよい。

上述した工程以外の工程については、図１に示した超電導線材の製造方法と同様の工程を実施する。このようにして、図７に示した超電導線材１ｂを得ることができる。

（実施の形態３）
（超電導コイルの構成）
以下に、本実施形態に係る超電導コイル３００の構成について、図を参照して説明する。図９は、本実施形態に係る超電導コイル３００のコイル軸に垂直な断面における断面図である。図９に示すように、本実施形態に係る超電導コイル３００は、超電導線材１と、絶縁体１５０とを有している。

超電導線材１は、上述した実施の形態１または実施の形態２に示した超電導線材１であって、コイル軸を中心とした渦巻形状を有している。すなわち、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。

絶縁体１５０は、巻き回された超電導線材１の間の空間に充填されている。これにより、巻き回された超電導線材１が相互に絶縁され、相互に固着される。異なる観点から言えば、超電導線材１は、絶縁体１５０により挟み込まれている。

絶縁体１５０には、例えば熱硬化性樹脂が用いられる。絶縁体１５０に用いられる熱硬化性樹脂は、硬化前の状態において、巻き回された超電導線材１の間の空間に含浸されうる程度の低い粘度を有していることが好ましい。絶縁体１５０に用いられる熱硬化性樹脂は、例えばエポキシ樹脂である。

（超電導コイルの製造方法）
超電導コイル３００の製造方法としては、任意の方法を採用できる。たとえば、コイル軸を中心として超電導線材１を巻き回し、その後超電導線材１の間に絶縁体１５０となるべき樹脂を含浸させる。その後、樹脂の硬化処理を行う。硬化処理としては、たとえば熱処理を行う。なお、超電導線材１には図示していない電極端子などを接続してもよい。このようにして、図９に示した超電導コイル３００を得る。

（超電導コイルの作用効果）
図９に示した超電導コイル３００では、上述した製造コストの低減された超電導線材１を用いることにより、低コストで超電導コイル３００を実現できる。なお、上記超電導コイル３００では、図７に示した超電導線材１ｂを用いてもよい。

（実施の形態４）
（超電導ケーブル導体の構成）
以下に、本実施形態に係る超電導ケーブル導体４００の構成について、図を参照して説明する。図１０は、本実施形態に係る超電導ケーブル導体４００の構成を示す斜視模式図である。図１０に示すように、本実施形態に係る超電導ケーブル導体４００は、超電導線材１と円筒状のフォーマ６０とを有している。

超電導線材１は、上述した実施の形態１または実施の形態２に示した超電導線材１である。超電導線材１は、フォーマ６０の外周面上にスパイラル状に巻回されている。図１０では、複数本の超電導線材１をフォーマ６０上にスパイラル状に多層積層させることにより超電導ケーブル導体４００が構成される。なお、フォーマ６０に巻回される超電導線材１の本数は１本でもよく、上記のように複数本でもよい。

図１０に示すように、フォーマ６０の外周面に最も近い位置に配置された超電導線材１の第１層６１は図中右巻き、第２層６２は図中左巻き、第３層６３は図中右巻き、第４層６４は図中左巻きというように、各層毎に交互に向きを変えて超電導線材１は巻回されている。なお、この第１層６１〜第４層６４の巻回方向はこれに限定されるものではなく、如何なる方向でもよい。たとえば第１層６１および第２層６２が図中右巻きで、第３層６３および第４層６４が図中左巻きであってもよく、第１層６１〜第４層６４のすべてが同じ方向に巻回されていてもよい。超電導線材１の外周を囲むように、保護層が形成されていてもよい。保護層はたとえば絶縁体により構成されていてもよい。保護層の材質としては樹脂など任意の材料を用いることができる。

（超電導ケーブル導体の製造方法）
超電導ケーブル導体４００の製造方法としては、任意の方法を採用できる。たとえば、フォーマ６０の外周面上にスパイラル状に超電導線材１を巻き回し、その状態で超電導線材１をフォーマ６０に対して固定する。なお、超電導線材１には電極端子などを接続してもよい。このようにして、図１０に示した超電導ケーブル導体４００を得る。

（超電導ケーブル導体の作用効果）
図１０に示した超電導ケーブル導体４００では、上述した製造コストの低減された超電導線材１を用いることにより、低コストで超電導ケーブル導体４００を実現できる。なお、上記超電導ケーブル導体４００では、図７に示した超電導線材１ｂを用いてもよい。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、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を含むことが意図される。

１，１ｂ 超電導線材、５ 基板、６ 第１の主面、７ 第２の主面、８ 側面、１０ 中間層、１１，１１ａ，１１ｂ 超電導層、１１ｃ 部分、１２ 線材部、１３ 被覆層、１４ 安定化層、１５ 保護層、１６ 中央、２０ 中央部、２１ 端部、２３ 外周部、２４ 縁部、３０ 検出センサ、３３，３４，３５ 電流、４１，４２ コイル、４４，４５ ガイドロール、４６ テープ状部材、４７ 塗布装置、４７ａ，４７ｂ，４７ｃ 塗布部、５０ 加熱装置、５０ａ，５０ｂ，５０ｃ 加熱部、６０ フォーマ、６１ 第１層、６２ 第２層、６３ 第３層、６４ 第４層、１５０ 絶縁体、３００ 超電導コイル、４００ 超電導ケーブル導体。

Claims (6)

1. 主面を有するテープ状の基板と、
   前記主面上に配置された超電導層とを備え、
   前記基板の延在方向に対して垂直な幅方向における端部での臨界電流値が、前記幅方向における中央部での臨界電流値より大きい、超電導線材。
2. 前記基板の前記幅方向における中央から前記基板の端面までの距離をａ（単位：ｍｍ）としたときに、前記中央部は、前記中央からの距離が０．６×ａ以下となる領域であり、前記端部は前記中央からの距離が０．６×ａを越え（ａ−０．１）以下となる領域であり、
   前記端部での臨界電流値は、前記中央部での臨界電流値の１．１倍以上２．５倍以下である、請求項１に記載の超電導線材。
3. 前記中央部に位置する前記超電導層は、前記端部に位置する前記超電導層の厚みより薄い厚みを有する部分を含む、請求項１または請求項２に記載の超電導線材。
4. 前記中央部に位置する前記超電導層は、前記端部に位置する前記超電導線材より結晶の配向性が低い部分を含む、請求項１または請求項２に記載の超電導線材。
5. 請求項１〜請求項４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、前記空間に充填されている、超電導コイル。
6. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の前記超電導線材を備える、超電導ケーブル導体。

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