JP7472067B2 - 超電導層の接続構造、超電導線材、超電導コイル、及び超電導機器 - Google Patents
超電導層の接続構造、超電導線材、超電導コイル、及び超電導機器 Download PDFInfo
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Description
本発明の実施形態は、超電導層の接続構造、超電導線材、超電導コイル、及び超電導機器に関する。
例えば、核磁気共鳴装置（ＮＭＲ）や磁気共鳴画像診断装置（ＭＲＩ）では、強い磁場を発生させるために超電導コイルが用いられる。超電導コイルは、巻枠に超電導線材を巻き回すことにより形成されている。
超電導線材を長尺化するために、例えば、複数の超電導線材を接続する。例えば、２本の超電導線材の端部を接続構造を用いて接続する。超電導線材を接続する接続構造には、低い電気抵抗と高い機械的強度が求められる。
本発明が解決しようとする課題は、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる超電導層の接続構造を提供することにある。
実施形態の超電導層の接続構造は、第１の超電導層と、前記第１の超電導層を支持する第１の基板と、を含み第１の方向に延びる第１の超電導部材と、前記第１の超電導層に対向する第２の超電導層と、前記第２の超電導層を支持する第２の基板と、を含み前記第１の方向に延びる第２の超電導部材であって、前記第１の方向に垂直な第２の方向の幅が第１の幅である第１の領域と、前記第２の方向の幅が第２の幅である第２の領域と、前記第２の領域に対し前記第２の方向に離間し前記第２の方向の幅が第３の幅である第３の領域を有し、前記第２の幅は前記第１の幅よりも小さく、前記第３の幅は前記第１の幅よりも小さく、前記第２の領域の前記第１の方向の端部は前記第１の領域に接し、前記第３の領域の前記第１の方向の端部は第１の領域に接する、第２の超電導部材と、前記第１の超電導層と前記第２の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む接続層と、を備え、前記第２の領域及び前記第３の領域は前記第２の超電導層及び前記第２の基板を含み、前記第２の領域と前記第３の領域の間の部分には前記第２の超電導層及び前記第２の基板は存在せず、前記第２の領域と前記第３の領域の間の部分の、前記第１の方向に垂直で前記第２の方向に垂直な第３の方向に、前記第１の超電導層が存在する。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材などには同一の符号を付し、一度説明した部材などについては適宜その説明を省略する場合がある。
本明細書中、結晶等に含まれる元素の検出及び元素の原子濃度の測定は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）又は波長分散型Ｘ線分析法（ＷＤＸ）を用いて行うことが可能である。また、粒子等に含まれる物質の同定は、例えば、粉末Ｘ線回折法を用いて行うことが可能である。
（第１の実施形態）
第１の実施形態の超電導層の接続構造は、第１の超電導層と、第１の超電導層を支持する第１の基板と、を含み第１の方向に延びる第１の超電導部材と、第１の超電導層に対向する第２の超電導層と、第２の超電導層を支持する第２の基板と、を含み第１の方向に延びる第２の超電導部材であって、第１の方向に垂直な第２の方向の幅が第１の幅である第１の領域と、第２の方向の幅が第２の幅である第２の領域と、第２の領域に対し第２の方向に離間し第２の方向の幅が第３の幅である第３の領域を有し、第２の幅は第１の幅よりも小さく、第３の幅は前記第１の幅よりも小さく、第２の領域の第１の方向の端部は第１の領域に接し、第３の領域の第１の方向の端部は第１の領域に接する、第２の超電導部材と、第１の超電導層と第２の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む接続層と、を備え、第２の領域と第３の領域の間の部分の、第１の方向に垂直で第２の方向に垂直な第３の方向に、第１の超電導層が存在する。また、第１の実施形態の超電導層の接続構造は、第２の超電導層に対向する第３の超電導層と、第３の超電導層を支持する第３の基板と、を含み第１の方向に延びる第３の超電導部材であって、第２の方向の幅が第４の幅である第４の領域と、第２の方向の幅が第５の幅である第５の領域と、第５の領域に対し第２の方向に離間し第２の方向の幅が第６の幅である第６の領域を有し、第５の幅は第４の幅よりも小さく、第６の幅は第４の幅よりも小さく、第５の領域の第１の方向の端部は第４の領域に接し、第６の領域の第１の方向の端部は第４の領域に接する、第３の超電導部材を、更に備え、第３の超導電層と第２の超電導層との間に接続層が設けられ、第５の領域と第６の領域の間の部分の、第３の方向と反対方向に、第２の超電導層が存在する。
第１の実施形態の超電導層の接続構造は、第１の超電導層と、第１の超電導層を支持する第１の基板と、を含み第１の方向に延びる第１の超電導部材と、第１の超電導層に対向する第２の超電導層と、第２の超電導層を支持する第２の基板と、を含み第１の方向に延びる第２の超電導部材であって、第１の方向に垂直な第２の方向の幅が第１の幅である第１の領域と、第２の方向の幅が第２の幅である第２の領域と、第２の領域に対し第２の方向に離間し第２の方向の幅が第３の幅である第３の領域を有し、第２の幅は第１の幅よりも小さく、第３の幅は前記第１の幅よりも小さく、第２の領域の第１の方向の端部は第１の領域に接し、第３の領域の第１の方向の端部は第１の領域に接する、第２の超電導部材と、第１の超電導層と第２の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む接続層と、を備え、第２の領域と第３の領域の間の部分の、第１の方向に垂直で第２の方向に垂直な第３の方向に、第１の超電導層が存在する。また、第１の実施形態の超電導層の接続構造は、第２の超電導層に対向する第３の超電導層と、第３の超電導層を支持する第３の基板と、を含み第１の方向に延びる第３の超電導部材であって、第２の方向の幅が第４の幅である第４の領域と、第２の方向の幅が第５の幅である第５の領域と、第５の領域に対し第２の方向に離間し第２の方向の幅が第６の幅である第６の領域を有し、第５の幅は第４の幅よりも小さく、第６の幅は第４の幅よりも小さく、第５の領域の第１の方向の端部は第４の領域に接し、第６の領域の第１の方向の端部は第４の領域に接する、第３の超電導部材を、更に備え、第３の超導電層と第２の超電導層との間に接続層が設けられ、第５の領域と第６の領域の間の部分の、第３の方向と反対方向に、第２の超電導層が存在する。
また、第１の実施形態の超電導線材は、第１の実施形態の超電導層の接続構造を備える。
図１は、第１の実施形態の超電導線材の模式断面図である。第１の実施形態の超電導線材１００は、第１の超電導線材１０、第２の超電導線材２０、及び、第３の超電導線材３０を備える。
第１の超電導線材１０は、第１の超電導部材の一例である。第２の超電導線材２０は、第２の超電導部材の一例である。第３の超電導線材３０は、第２の超電導部材の一例である。
第１の超電導線材１０は、第１の方向に延びる。第２の超電導線材２０は、第１の方向に延びる。第３の超電導線材３０は、第１の方向に延びる。第１の実施形態の超電導線材１００は、第１の超電導線材１０と第３の超電導線材３０が、第２の超電導線材２０を用いて接続されることで、第１の方向に長尺化されている。
第２の超電導線材２０の第１の方向の長さは、例えば、第１の超電導線材１０の第１の方向の長さよりも短い。また、第２の超電導線材２０の第１の方向の長さは、例えば、第３の超電導線材３０の第１の方向の長さよりも短い。第２の超電導線材２０は、第１の超電導線材１０と第３の超電導線材３０を接続する接続部材として機能する。
第１の実施形態の超電導線材１００は、接続構造５０を備える。接続構造５０において、第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０が接続される。接続構造５０において、第２の超電導線材２０と第３の超電導線材３０が接続される。
第１の超電導線材１０は、第１の基板１１、第１の中間層１２、第１の超電導層１３、第１の保護層１４を備える。第２の超電導線材２０は、第２の基板２１、第２の中間層２２、第２の超電導層２３を備える。第３の超電導線材３０は、第３の基板３１、第３の中間層３２、第３の超電導層３３、第３の保護層３４を備える。
第１の基板１１は、例えば、金属である。第１の基板１１は、例えば、ニッケル合金又は銅合金である。第１の基板１１は、例えば、ニッケルタングステン合金である。
第１の超電導層１３は、例えば、酸化物超電導層である。第１の超電導層１３は、例えば、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第１の超電導層１３は、例えば、酸化物超電導層である。第１の超電導層１３は、例えば、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む結晶を含む。第１の超電導層１３は、例えば、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）から成る群のうちの少なくとも１つの希土類元素（ＲＥ）を含む。
第１の超電導層１３は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶を含む。
第１の超電導層１３は、例えば、第１の中間層１２の上に、Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ法（ＭＯＤ法）、Ｐｕｌｓｅ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｏｐｎ法（ＰＬＤ法）、又は、Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて形成される。
第１の中間層１２は、第１の基板１１と第１の超電導層１３との間に設けられる。第１の中間層１２は、例えば、第１の超電導層１３に接する。第１の中間層１２は、第１の中間層１２の上に形成される第１の超電導層１３の結晶配向性を向上させる機能を有する。
第１の中間層１２は、例えば、希土類酸化物を含む。第１の中間層１２は、例えば、複数の膜の積層構造を備える。第１の中間層１２は、例えば、第１の基板１１側から、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）が積層された構造を有する。
第１の保護層１４は、第１の超電導層１３の上に設けられる。第１の保護層１４は、例えば、第１の超電導層１３に接する。第１の保護層１４は、第１の超電導層１３を保護する機能を有する。
第１の保護層１４は、例えば、金属である、第１の保護層１４は、例えば、銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）を含む。
第２の基板２１は、例えば、金属である。第２の基板２１は、例えば、ニッケル合金又は銅合金である。第２の基板２１は、例えば、ニッケルタングステン合金である。
第２の超電導層２３は、第１の超電導層１３に対向する。第２の超電導層２３は、例えば、酸化物超電導層である。第２の超電導層２３は、例えば、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第２の超電導層２３は、例えば、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む結晶を含む。第２の超電導層２３は、例えば、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）から成る群のうちの少なくとも１つの希土類元素（ＲＥ）を含む。
第２の超電導層２３は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶を含む。
第２の超電導層２３は、例えば、第２の中間層２２の上に、金属有機物堆積法ＭＯＤ法、ＰＬＤ法、又は、ＭＯＣＶＤ法を用いて形成される。
第２の中間層２２は、第２の基板２１と第２の超電導層２３との間に設けられる。第２の中間層２２は、例えば、第２の超電導層２３に接する。第２の中間層２２は、第２の中間層２２の上に形成される第２の超電導層２３の結晶配向性を向上させる機能を有する。
第２の中間層２２は、例えば、希土類酸化物を含む。第２の中間層２２は、例えば、複数の膜の積層構造を備える。第２の中間層２２は、例えば、第２の基板２１側から、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）が積層された構造を有する。
第３の基板３１は、例えば、金属である。第３の基板３１は、例えば、ニッケル合金又は銅合金である。第３の基板３１は、例えば、ニッケルタングステン合金である。
第３の超電導層３３は、第２の超電導層２３に対向する。第３の超電導層３３は、例えば、酸化物超電導層である。第３の超電導層３３は、例えば、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第３の超電導層３３は、例えば、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む結晶を含む。第３の超電導層３３は、例えば、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）から成る群のうちの少なくとも１つの希土類元素（ＲＥ）を含む。
第３の超電導層３３は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶を含む。
第３の超電導層３３は、例えば、第３の中間層３２の上に、ＭＯＤ法、ＰＬＤ法、又は、ＭＯＣＶＤ法を用いて形成される。
第３の中間層３２は、第３の基板３１と第３の超電導層３３との間に設けられる。第３の中間層３２は、例えば、第３の超電導層３３に接する。第３の中間層３２は、第３の中間層３２の上に形成される第３の超電導層３３の結晶配向性を向上させる機能を有する。
第３の中間層３２は、例えば、希土類酸化物を含む。第３の中間層３２は、例えば、複数の膜の積層構造を備える。第３の中間層３２は、例えば、第３の基板３１側から、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）が積層された構造を有する。
第３の保護層３４は、第３の超電導層３３の上に設けられる。第３の保護層３４は、例えば、第３の超電導層３３に接する。第３の保護層３４は、第３の超電導層３３を保護する機能を有する。
第３の保護層３４は、例えば、金属である、第３の保護層３４は、例えば、銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）を含む。
接続層４０は、第１の超電導層１３と第２の超電導層２３との間に設けられる。接続層４０は、第１の超電導層１３に接する。接続層４０は、第２の超電導層２３に接する。
接続層４０は、第２の超電導層２３と第３の超電導層３３との間に設けられる。接続層４０は、第２の超電導層２３に接する。接続層４０は、第３の超電導層３３に接する。
第１の超電導層１３と第２の超電導層２３との間の接続層４０と、第２の超電導層２３と第３の超電導層３３との間の接続層４０は、例えば、連続している。第１の超電導層１３と第２の超電導層２３との間の接続層４０と、第２の超電導層２３と第３の超電導層３３との間の接続層４０は、例えば、分離されていても構わない。
接続層４０は、例えば、第１の超電導層１３と第３の超電導層３３との間に存在しない。第１の超電導層１３と第３の超電導層３３との間は、例えば、空隙（ａｉｒ ｇａｐ）である。
接続層４０は、酸化物超電導層である。接続層４０は、超電導体を含む。
接続層４０は、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。接続層４０は、例えば、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む結晶を含む。結晶は、希土類酸化物である。結晶は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶又は多結晶である。結晶は、例えば、（ＲＥ）Ｂａ２Ｃｕ３Ｏδ（ＲＥは希土類元素、６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。
接続層４０は、例えば、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）から成る群のうちの少なくとも１つの希土類元素（ＲＥ）を含む。
図２は、第１の実施形態の超電導層の接続構造の模式平面図及び模式断面図である。図２（ａ）は表面図、図２（ｂ）は裏面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）及び図２（ｂ）のＡＡ’断面図である。なお、図１は、図２（ａ）及び図２（ｂ）のＢＢ’断面を含む断面である。
図３は、第１の実施形態の超電導層の接続構造の模式断面図である。図３（ａ）は、図２（ａ）及び図２（ｂ）のＣＣ’断面図である。図３（ｂ）は、図２（ａ）及び図２（ｂ）のＤＤ’断面図である。
図２（ａ）では、第２の超電導線材２０のみにハッチングを施している。また、図２（ｂ）では、第１の超電導線材１０及び第３の超電導線材３０のみにハッチングを施している。
また、超電導線材１００の第２の超電導線材２０が設けられた側の面を表面、反対側の面を裏面と称する。
また、第１の方向に対し、垂直な方向を第２の方向と定義する。また、第１の方向に垂直で第２の方向に垂直な方向を、第３の方向と定義する。
第３の超電導線材３０は、第１の超電導線材１０の第１の方向に位置する。また、第１の超電導線材１０は、第２の超電導線材２０の第３の方向に位置する。また、第２の超電導線材２０は、第３の超電導線材３０の第３の方向の反対方向に位置する。
第１の実施形態の接続構造５０は、２つの超電導層を物理的及び電気的に接続する構造である。
接続構造５０は、第１の超電導線材１０、第２の超電導線材２０、第３の超電導線材３０、及び、接続層４０を備える。
第１の超電導線材１０は、第１の超電導部材の一例である。第２の超電導線材２０は、第２の超電導部材の一例である。第３の超電導線材３０は、第３の超電導部材の一例である。
第１の超電導線材１０は、第１の基板１１、第１の中間層１２、第１の超電導層１３、第１の保護層１４を備える。第２の超電導線材２０は、第２の基板２１、第２の中間層２２、第２の超電導層２３を備える。第３の超電導線材３０は、第３の基板３１、第３の中間層３２、第３の超電導層３３、第３の保護層３４を備える。
第２の超電導線材２０は、幅広領域２０ａ、第１の幅狭領域２０ｂ、第２の幅狭領域２０ｃ、スリット部２０ｘを含む。
幅広領域２０ａは、第１の領域の一例である。第１の幅狭領域２０ｂは、第２の領域の一例である。第２の幅狭領域２０ｃは第３の領域の一例である。スリット部２０ｘは、第２の領域と第３の領域との間の部分の一例である。
幅広領域２０ａの第２の方向の幅は、第１の幅ｗ１である。第１の幅狭領域２０ｂの第２の方向の幅は、第２の幅ｗ２である。第２の幅狭領域２０ｃの第２の方向の幅は、第３の幅ｗ３である。
第２の幅ｗ２は第１の幅ｗ１よりも小さい。第３の幅ｗ３は第１の幅ｗ１よりも小さい。
第１の幅狭領域２０ｂの第１の方向の端部は幅広領域２０ａに接する。第２の幅狭領域２０ｃの第１の方向の端部は幅広領域２０ａに接する。第２の幅狭領域２０ｃは、第１の幅狭領域２０ｂに対し、第２の方向に離間する。第１の幅狭領域２０ｂの第２の超電導層２３と、第２の幅狭領域２０ｃの第２の超電導層２３は、第２の方向に離間する。
スリット部２０ｘは、第１の幅狭領域２０ｂと第２の幅狭領域２０ｃの間に設けられる。スリット部２０ｘは、第１の幅狭領域２０ｂと第２の幅狭領域２０ｃの間の部分に対応する。スリット部２０ｘは、第２の超電導線材２０に設けられた溝である。第２の超電導層２３は、スリット部２０ｘで分断されている。
スリット部２０ｘの第３の方向には、接続層４０及び第１の超電導層１３が存在する。第１の幅狭領域２０ｂと第２の幅狭領域２０ｃの間の部分の第３の方向には、接続層４０及び第１の超電導層１３が存在する。
スリット部２０ｘの第１の方向と反対方向には、第２の超電導線材２０は存在しない。第１の幅狭領域２０ｂと第２の幅狭領域２０ｃの間の部分の第１の方向と反対方向には、第２の超電導線材２０は存在しない。
第３の超電導線材３０は、幅広領域３０ａ、第１の幅狭領域３０ｂ、第２の幅狭領域３０ｃ、スリット部３０ｘを含む。
幅広領域３０ａは、第４の領域の一例である。第１の幅狭領域３０ｂは、第５の領域の一例である。第２の幅狭領域３０ｃは第６の領域の一例である。スリット部３０ｘは、第５の領域と第６の領域との間の部分の一例である。
幅広領域３０ａの第２の方向の幅は、第４の幅ｗ４である。第１の幅狭領域３０ｂの第２の方向の幅は、第５の幅ｗ５である。第２の幅狭領域３０ｃの第２の方向の幅は、第６の幅ｗ６である。
第５の幅ｗ５は第４の幅ｗ４よりも小さい。第６の幅ｗ６は第４の幅ｗ４よりも小さい。
第１の幅狭領域３０ｂの第１の方向の端部は幅広領域３０ａに接する。第２の幅狭領域３０ｃの第１の方向の端部は幅広領域３０ａに接する。第２の幅狭領域３０ｃは、第１の幅狭領域３０ｂに対し、第２の方向に離間する。第１の幅狭領域３０ｂの第３の超電導層３３と、第２の幅狭領域３０ｃの第３の超電導層３３は、第２の方向に離間する。
スリット部３０ｘは、第１の幅狭領域３０ｂと第２の幅狭領域３０ｃの間に設けられる。スリット部３０ｘは、第１の幅狭領域３０ｂと第２の幅狭領域３０ｃの間の部分に対応する。スリット部３０ｘは、第３の超電導線材３０に設けられた溝である。第３の超電導層３３は、スリット部３０ｘで分断されている。
スリット部３０ｘの第３の方向と反対方向には、接続層４０及び第２の超電導層２３が存在する。第１の幅狭領域３０ｂと第２の幅狭領域３０ｃの間の部分の第３の方向と反対方向には、接続層４０及び第２の超電導層２３が存在する。
スリット部３０ｘの第１の方向と反対方向には、第３の超電導線材３０は存在しない。第１の幅狭領域３０ｂと第２の幅狭領域３０ｃの間の部分の第１の方向と反対方向には、第３の超電導線材３０は存在しない。
図４は、第１の実施形態の超電導層の接続構造の説明図である。図４（ａ）、図４（ｂ）、及び図４（ｃ）は、それぞれ、図２（ａ）、図２（ｂ）、及び図２（ｃ）に対応する図である。
第２の超電導線材２０の形状は、例えば、第２の超電導線材２０の第２の方向の中心を通り第１の方向に平行な線分ＳＳ’に対して、線対称である。
第２の超電導線材２０の接続層４０と接する部分の面積をＳ１と定義する。第２の超電導線材２０の第１の方向の反対方向の端部Ｅ１と第１の超電導線材１０の第１の方向の端部Ｅ２との間の第１の方向の距離ｄ１と、第２の超電導線材２０の第２の方向の幅ｗａとの積をＳ２と定義する。例えば、Ｓ１は、Ｓ２の５０％以上である。
スリット部２０ｘの面積をＳ３と定義する。例えば、スリット部２０ｘの面積Ｓ３は、Ｓ２の５０％未満である。
第２の超電導線材２０の第１の方向の反対方向の端部Ｅ１と第１の幅狭領域２０ｂの第１の方向の端部Ｅ３との間の距離は、第２の超電導線材２０の第１の方向の反対方向の端部Ｅ１と第１の超電導線材１０の第１の方向の端部Ｅ２との間の第１の方向の距離ｄ１よりも小さい。言い換えれば、スリット部２０ｘの第１の方向の長さは、第２の超電導線材２０の第１の方向の反対方向の端部Ｅ１と第１の超電導線材１０の第１の方向の端部Ｅ２との間の第１の方向の距離ｄ１よりも短い。
例えば、第１の幅狭領域２０ｂの第１の方向の端部Ｅ３と第１の超電導線材１０の第１の方向の端部Ｅ２との間の第１の方向の距離ｄ２は、第２の超電導線材２０の第２の方向の幅ｗａよりも小さい。言い換えれば、例えば、スリット部２０ｘと第１の超電導線材１０の第１の方向の端部Ｅ２との間の第１の方向の距離ｄ２は、第２の超電導線材２０の第２の方向の幅ｗａよりも小さい。
例えば、第１の幅狭領域２０ｂの第１の方向の端部Ｅ３と第１の超電導線材１０の第１の方向の端部Ｅ２との間の第１の方向の距離ｄ２は、第２の超電導線材２０の第２の方向の幅ｗａの４分の１以上である。言い換えれば、例えば、スリット部２０ｘと第１の超電導線材１０の第１の方向の端部Ｅ２との間の第１の方向の距離ｄ２は、第２の超電導線材２０の第２の方向の幅ｗａの４分の１以上である。
第３の超電導線材３０の形状は、例えば、第３の超電導線材３０の第２の方向の中心を通り第１の方向に平行な線分ＳＳ’に対して、線対称である。
第３の超電導線材３０の接続層４０と接する部分の面積をＳ４と定義する。第３の超電導線材３０の第１の方向の反対方向の端部Ｅ４と第２の超電導線材２０の第１の方向の端部Ｅ５との間の第１の方向の距離ｄ３と、第３の超電導線材３０の第２の方向の幅ｗｂとの積をＳ５と定義する。例えば、Ｓ４は、Ｓ５の５０％以上である。
スリット部３０ｘの面積をＳ６と定義する。例えば、スリット部３０ｘの面積Ｓ６は、Ｓ５の５０％未満である。
第３の超電導線材３０の第１の方向の反対方向の端部Ｅ４と第１の幅狭領域３０ｂの第１の方向の端部Ｅ６との間の距離は、第３の超電導線材３０の第１の方向の反対方向の端部Ｅ４と第２の超電導線材２０の第１の方向の端部Ｅ５との間の第１の方向の距離ｄ３よりも小さい。言い換えれば、スリット部３０ｘの第１の方向の長さは、第３の超電導線材３０の第１の方向の反対方向の端部Ｅ４と第２の超電導線材２０の第１の方向の端部Ｅ５との間の第１の方向の距離ｄ３よりも短い。
例えば、第１の幅狭領域３０ｂの第１の方向の端部Ｅ６と第２の超電導線材２０の第１の方向の端部Ｅ５との間の第１の方向の距離ｄ４は、第３の超電導線材３０の第２の方向の幅ｗｂよりも小さい。言い換えれば、例えば、スリット部３０ｘと第２の超電導線材２０の第１の方向の端部Ｅ５との間の第１の方向の距離ｄ４は、第３の超電導線材３０の第２の方向の幅ｗｂよりも小さい。
例えば、第１の幅狭領域３０ｂの第１の方向の端部Ｅ６と第２の超電導線材２０の第１の方向の端部Ｅ５との間の第１の方向の距離ｄ４は、第３の超電導線材３０の第２の方向の幅ｗｂの４分の１以上である。言い換えれば、例えば、スリット部３０ｘと第２の超電導線材２０の第１の方向の端部Ｅ５との間の第１の方向の距離ｄ４は、第３の超電導線材３０の第２の方向の幅ｗｂの４分の１以上である。
次に、第１の実施形態の超電導層の接続方法の一例について説明する。
図５、図６、図７、図８、図９、及び図１０は、第１の実施形態の超電導層の接続方法の説明図である。図５は、第１の実施形態の超電導層の接続方法の第１の超電導線材、第２の超電導線材、及び第３の超電導線材の準備の説明図である。図６は、第１の保護層、第２の保護層、及び第３の保護層の除去の説明図である。図７は、第１の実施形態の超電導層の接続方法の第２の超電導層の上へのスラリーの塗布の説明図である。図８は、第１の実施形態の超電導層の接続方法の第１の超電導層と第２の超電導層、及び、第３の超電導層と第２の超電導層を向き合わせた状態の説明図である。図９は、第１の実施形態の超電導層の接続方法の第１の超電導層と第２の超電導層、及び、第３の超電導層と第２の超電導層を重ね合わせた状態の説明図である。図１０は、第１の実施形態の超電導層の接続方法の第１の超電導層と第２の超電導層、及び、第３の超電導層と第２の超電導層を加圧した状態の説明図である。
第１の実施形態の超電導層の接続方法は、第１の超電導層と、第１の超電導層を支持する第１の基板と、を含む第１の超電導部材と、第２の超電導層と、第２の超電導層を支持する第２の基板と、を含み第１の方向に延びる第２の超電導部材であって、第１の方向に垂直な第２の方向の幅が第１の幅である第１の領域と、第２の方向の幅が第２の幅である第２の領域と、第２の領域に対し第２の方向に離間し第２の方向の幅が第３の幅である第３の領域を有し、第２の幅は第１の幅よりも小さく、第３の幅は第１の幅よりも小さく、第２の領域の第１の方向の端部は第１の領域に接し、第３の領域の第１の方向の端部は第１の領域に接する、第２の超電導部材と、を準備し、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含むスラリーを作製し、第１の超電導層又は第２の超電導層の上に、スラリーを塗布し、スラリーを間に挟んで、第１の超電導層と第２の超電導層を重ね合わせ、第１の温度で第１の熱処理を行い、第１の熱処理と同じ酸素分圧、又は、第１の熱処理よりも高い酸素分圧を有する雰囲気中で、第２の温度の第２の熱処理を行う。
最初に、第１の超電導線材１０、第２の超電導線材２０、及び、第３の超電導線材３０を準備する（図５）。
第１の超電導線材１０は、第１の基板１１、第１の中間層１２、第１の超電導層１３、第１の保護層１４を備える。第２の超電導線材２０は、第２の基板２１、第２の中間層２２、第２の超電導層２３、第２の保護層２４を備える。第３の超電導線材３０は、第３の基板３１、第３の中間層３２、第３の超電導層３３、第３の保護層３４を備える。
次に、第１の超電導層１３の上の第１の保護層１４を一部除去する。また、第３の超電導層３３の上の第３の保護層３４を一部除去する。さらに、第２の超電導層２３の上の第２の保護層２４を除去する（図６）。第１の保護層１４、第２の保護層２４、及び第３の保護層３４は、例えば、ウェットエッチング法を用いて除去する。
次に、スラリー３９を作製する。スラリー３９は、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。
スラリー３９は、例えば、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む粒子を含む。また、スラリー３９は、例えば、希土類元素（ＲＥ）と酸素（Ｏ）を含む第１の粒子、バリウム（Ｂａ）と酸素（Ｏ）を含む第２の粒子、又は、銅（Ｃｕ）と酸素（Ｏ）を含む第３の粒子を含む。
スラリー２９は、例えば、焼結助剤及び増粘剤を含む。焼結助剤は、例えば、アルギン酸ナトリウムである。
次に、第２の超電導層２３の上に、スラリー３９を塗布する（図７）。
次に、例えば、第２の超電導線材２０を反転し、スラリー３９を間に挟んで、第１の超電導層１３と第２の超電導層２３、及び、第３の超電導層３３と第２の超電導層２３を向き合わせる（図８）。そして、第１の超電導層１３と第２の超電導層２３、及び、第３の超電導層３３と第２の超電導層２３を重ね合わせる（図９）。
次に、重ね合わせた第１の超電導層１３と第２の超電導層２３、及び、第３の超電導層３３と第２の超電導層２３を、加圧する（図１０）。例えば、重ね合わせた部分に錘を乗せることで加圧する。例えば、プレス機を用いて加圧する。例えば、加圧のための冶具を作製し、挟み込むことで加圧することもできる。冶具を用いた場合には、接続の後に冶具を取り外しても良いし、冶具を取り付けたままでも良い。冶具を取り外すとコイルを巻回しやすくなるため、取り外すことが好ましい。
次に、第１の温度で第１の熱処理を行う。第１の熱処理は、第１の超電導層１３と第２の超電導層２３、及び、第３の超電導層３３と第２の超電導層２３が加圧された状態で行う。
第１の温度は、例えば、５００℃以上８５０℃以下である。第１の温度は、例えば、６００℃以上８００℃以下が好ましい。第１の熱処理は、例えば、大気圧で行う。第１の熱処理は、例えば大気雰囲気中、Ａｒ雰囲気中、窒素雰囲気中、酸素雰囲気中、Ａｒと酸素の混合雰囲気中、又は窒素と酸素の混合雰囲気中で行う。
第１の熱処理により、スラリー３９中の粒子が反応又は焼結する。
第１の熱処理により、例えば、スラリー３９中に含まれていた有機物が脱離する。第１の熱処理により、例えば、スラリー３９中に含まれていた炭素（Ｃ）が脱離する。
次に、第２の温度で第２の熱処理を行う。第２の熱処理は酸素を含む雰囲気中で行われる。第２の熱処理は、第１の熱処理と同じ酸素分圧、又は、第１の熱処理よりも高い酸素分圧を有する雰囲気中で行われる。第２の熱処理は酸素アニールである。
第２の温度は、例えば、第１の温度よりも低い。第２の温度は、例えば、４００℃以上６００℃以下である。第２の熱処理は、第１の熱処理の後に第２の温度よりも低い温度まで冷却してから、第２の温度に再加熱して行っても良い。また、第２の熱処理は、第１の熱処理の後に第２の温度まで連続的に降温させて行っても良い。
第２の熱処理は、例えば、大気圧中で行われる。第２の熱処理の雰囲気の酸素分圧は、例えば、３０％以上である。
第１の熱処理及び第２の熱処理により、接続層４０が形成される。接続層４０に酸化物超電導体の結晶が形成される。
接続層４０に形成される結晶は、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。結晶は、希土類酸化物である。結晶は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶又は多結晶である。結晶は、例えば、（ＲＥ）Ｂａ２Ｃｕ３Ｏδ（ＲＥは希土類元素、６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。
以上の方法により、第１の超電導層１３と第２の超電導層２３とが接続される。また、第３の超電導層３３と第２の超電導層２３とが接続される。以上の方法により、第１の実施形態の接続構造５０が形成される。
次に、第１の実施形態の超電導層の接続構造５０、及び、第１の実施形態の超電導線材１００の作用及び効果について説明する。
例えば、核磁気共鳴装置（ＮＭＲ）や磁気共鳴画像診断装置（ＭＲＩ）では、強い磁場を発生させるために超電導コイルが用いられる。超電導コイルは、巻枠に超電導線材を巻き回すことにより形成されている。
超電導線材を長尺化するために、例えば、複数の超電導線材を接続する。例えば、２本の超電導線材の端部を、接続構造を用いて接続する。超電導線材を接続する接続構造には、低い電気抵抗と高い機械的強度が求められる。
図１１は、比較例の超電導層の接続構造の模式図である。図１１（ａ）は表面図、図１１（ｂ）は裏面図、図１１（ｃ）は、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）のＥＥ’断面図である。図１１は、第１の実施形態の超電導層の接続構造の図２に対応する図である。
比較例の超電導層の接続構造９０は、第２の超電導線材２０が、幅広領域２０ａ、第１の幅狭領域２０ｂ、第２の幅狭領域２０ｃ、スリット部２０ｘを含まない点で第１の実施形態の超電導層の接続構造５０と異なる。また、比較例の超電導層の接続構造９０は、第３の超電導線材３０が、幅広領域３０ａ、第１の幅狭領域３０ｂ、第２の幅狭領域３０ｃ、スリット部３０ｘを含まない点で第１の実施形態の超電導層の接続構造５０と異なる。
超電導層の接続構造９０を製造する際、スラリー３９を、第１の超電導層１３と第２の超電導層２３との間、及び、第３の超電導層３３と第２の超電導層２３との間に挟んだ状態で、熱処理を行う。熱処理の際、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に黒矢印で示すように、第１の超電導線材１０、第２の超電導線材２０、又は第３の超電導線材３０の端部から、酸素が接続層４０となるスラリー３９に供給される。酸素が接続層４０となるスラリー３９に供給されることで、酸化物超電導体が形成され、接続層４０が低抵抗化する。また、接続層４０の機械的強度が高くなる。
また、熱処理の際、接続層４０となるスラリー３９から炭素又は有機物が脱離することにより、酸化物超電導体の形成が促進され、接続層４０の電気抵抗が低くなる。また、接続層４０の機械的強度が高くなる。
比較例の超電導層の接続構造９０の場合、熱処理の際、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に点線で囲まれる領域Ｒへの酸素の供給が不足するおそれがある。また、比較例の超電導層の接続構造９０の場合、熱処理の際、領域Ｒからの炭素又は有機物の脱離が不十分となるおそれがある。領域Ｒは、第１の超電導線材１０、第２の超電導線材２０、及び第３の超電導線材３０の端部からの距離が遠い領域である。
また、比較例の超電導層の接続構造９０の場合、領域Ｒへの酸素の供給不足、又は、不十分な炭素又は有機物の脱離により、接続層４０の電気抵抗が高くなったり、接続層４０の機械的強度が低くなったりするおそれがある。
図１２は、第１の実施形態の超電導層の接続構造の作用及び効果の説明図である。図１２は、第１の実施形態の超電導層の接続構造の酸素供給効果の説明図である。図１２は、図２に対応する図である。
第１の実施形態の超電導層の接続構造５０は、第２の超電導線材２０が、幅広領域２０ａ、第１の幅狭領域２０ｂ、第２の幅狭領域２０ｃ、及びスリット部２０ｘを含む。また、超電導層の接続構造５０は、第３の超電導線材３０が、幅広領域３０ａ、第１の幅狭領域３０ｂ、第２の幅狭領域３０ｃ、及びスリット部３０ｘを含む。
スリット部２０ｘ及びスリット部３０ｘが存在することで、比較例の接続構造９０と比べ、接続構造５０を製造する際、接続層４０となるスラリー３９に第１の超電導線材１０、第２の超電導線材２０、及び第３の超電導線材３０の端部からの距離が遠い領域がなくなる。
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に黒矢印で示すように、熱処理の際に、スリット部２０ｘ及びスリット部３０ｘから、接続層４０となるスラリー３９に十分な量の酸素が供給される。したがって、酸化物超電導体の形成が促進され、接続層４０の電気抵抗が低くなる。また、接続層４０の機械的強度が高くなる。
また、接続層４０となるスラリー３９から、炭素又は有機物の脱離が十分に行われる。したがって、酸化物超電導体の形成が促進され、接続層４０の電気抵抗が低くなる。また、接続層４０の機械的強度が高くなる。
図１３は、第１の実施形態の超電導層の接続構造の作用及び効果の説明図である図１３は、第１の実施形態の超電導層の接続構造の電流特性向上効果の説明図である。図１３は、図２に対応する図である。
図１３において、黒矢印は電子の流れを示す。第１の実施形態の超電導層の接続構造５０は、図１３に示すように、電流密度が高くなる領域Ｚの第２の超電導線材２０には、スリット部２０ｘが設けられない。また、電流密度が高くなる領域Ｚの第３の超電導線材３０には、スリット部３０ｘが設けられない。したがって、接続構造５０に大電流を流すことが可能となる。
超電導層の接続構造５０において、第２の超電導線材２０の形状は、第２の超電導線材２０の第２の方向の中心を通り第１の方向に平行な線分ＳＳ’に対して、線対称であることが好ましい。第２の超電導線材２０の形状が、線対称であることで、電流の流れが均一化し、超電導層の接続構造５０の電流特性が安定する。
第２の超電導線材２０の接続層４０と接する部分の面積をＳ１と定義する。超電導層の接続構造５０において、第２の超電導線材２０の第１の方向の反対方向の端部Ｅ１と第１の超電導線材１０の第１の方向の端部Ｅ２との間の第１の方向の距離ｄ１と、第２の超電導線材２０の第２の方向の幅ｗａとの積をＳ２と定義する。Ｓ１は、Ｓ２の５０％以上であることが好ましい。また、スリット部２０ｘの面積をＳ３と定義する。スリット部２０ｘの面積Ｓ３は、Ｓ２の５０％未満であることが好ましい。
上記態様により、第２の超電導線材２０の接続層４０と接する部分の面積の割合が高くなる。よって、超電導層の接続構造５０の機械的強度が更に高くなる。
超電導層の接続構造５０において、第１の幅狭領域２０ｂの第１の方向の端部Ｅ３と第１の超電導線材１０の第１の方向の端部Ｅ２との間の第１の方向の距離ｄ２は、第２の超電導線材２０の第２の方向の幅ｗａよりも小さいことが好ましい。言い換えれば、超電導層の接続構造５０において、スリット部２０ｘと第１の超電導線材１０の第１の方向の端部Ｅ２との間の第１の方向の距離ｄ２は、第２の超電導線材２０の第２の方向の幅ｗａよりも小さいことが好ましい。
上記態様により、接続層４０となるスラリー３９への酸素の供給が更に促進される。また、上記態様により、接続層４０となるスラリー３９から、炭素又は有機物の脱離が更に促進される。よって、超電導層の接続構造５０の電気抵抗が更に低くなり、超電導層の接続構造５０の機械的強度が更に高くなる。
超電導層の接続構造５０において、第１の幅狭領域２０ｂの第１の方向の端部Ｅ３と第１の超電導線材１０の第１の方向の端部Ｅ２との間の第１の方向の距離ｄ２は、第２の超電導線材２０の第２の方向の幅ｗａの４分の１以上であることが好ましい。言い換えれば、スリット部２０ｘと第１の超電導線材１０の第１の方向の端部Ｅ２との間の第１の方向の距離ｄ２は、第２の超電導線材２０の第２の方向の幅ｗａの４分の１以上であることが好ましい。
上記態様により、電流密度が高くなる領域Ｚに大電流を流すことが可能になる。
超電導層の接続構造５０において、第３の超電導線材３０の形状は、第３の超電導線材３０の第２の方向の中心を通り第１の方向に平行な線分ＳＳ’に対して、線対称であることが好ましい。第３の超電導線材３０の形状が、線対称であることで、電流の流れが均一化し、超電導層の接続構造５０の電流特性が安定する。
第３の超電導線材３０の接続層４０と接する部分の面積をＳ４と定義する。超電導層の接続構造５０において、第３の超電導線材３０の第１の方向の反対方向の端部Ｅ４と第２の超電導線材２０の第１の方向の端部Ｅ５との間の第１の方向の距離ｄ３と、第３の超電導線材３０の第２の方向の幅ｗｂとの積をＳ５と定義する。Ｓ４は、Ｓ５の５０％以上であることが好ましい。また、スリット部３０ｘの面積をＳ６と定義する。超電導層の接続構造５０において、スリット部３０ｘの面積Ｓ６は、Ｓ５の５０％未満であることが好ましい。
上記態様により、第３の超電導線材３０の接続層４０と接する部分の面積の割合が高くなり、超電導層の接続構造５０の機械的強度が更に高くなる。
超電導層の接続構造５０において、第１の幅狭領域３０ｂの第１の方向の端部Ｅ６と第２の超電導線材２０の第１の方向の端部Ｅ５との間の第１の方向の距離ｄ４は、第３の超電導線材３０の第２の方向の幅ｗｂよりも小さいことが好ましい。言い換えれば、例えば、スリット部３０ｘと第２の超電導線材２０の第１の方向の端部Ｅ５との間の第１の方向の距離ｄ４は、第３の超電導線材３０の第２の方向の幅ｗｂよりも小さいことが好ましい。
上記態様により、接続層４０となるスラリー３９への酸素の供給が更に促進される。また、上記態様により、接続層４０となるスラリー３９から、炭素又は有機物の脱離が更に促進される。よって、超電導層の接続構造５０の電気抵抗が更に低くなり、機械的強度が更に高くなる。
超電導層の接続構造５０において、第１の幅狭領域３０ｂの第１の方向の端部Ｅ６と第２の超電導線材２０の第１の方向の端部Ｅ５との間の第１の方向の距離ｄ４は、第３の超電導線材３０の第２の方向の幅ｗｂの４分の１以上であることが好ましい。言い換えれば、スリット部３０ｘと第２の超電導線材２０の第１の方向の端部Ｅ５との間の第１の方向の距離ｄ４は、第３の超電導線材３０の第２の方向の幅ｗｂの４分の１以上であることが好ましい。
上記態様により、電流密度が高くなる領域Ｚに大電流を流すことが可能になる。
超電導層の接続構造５０では、第２の超電導線材２０にスリット部２０ｘを設け、第３の超電導線材３０にスリット部３０ｘを設ける。第２の超電導線材２０に２つのスリット部を設ける構造としないことにより、超電導層の接続構造５０の機械的強度が高くなる。
図１４は、第１の実施形態の超電導層の接続構造の変形例の模式断面図である。図１４は、図２（ｃ）に対応する図である。
変形例の超電導層の接続構造５１は、スリット部２０ｘの第３の方向には、接続層４０が存在しない点で、第１の実施形態の超電導層の接続構造５０と異なる。
以上、第１の実施形態の超電導層の接続構造、その変形例、及び超電導線材によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる。
（第２の実施形態）
第２の実施形態の超電導層の接続構造及び超電導線材は、第２の幅は第１の方向に向かって大きくなり、第３の幅は第１の方向に向かって大きくなる点、及び、第５の幅は第１の方向に向かって大きくなり、第６の幅は第１の方向に向かって大きくなる点で、第１の実施形態の超電導層の接続構造と異なる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。
第２の実施形態の超電導層の接続構造及び超電導線材は、第２の幅は第１の方向に向かって大きくなり、第３の幅は第１の方向に向かって大きくなる点、及び、第５の幅は第１の方向に向かって大きくなり、第６の幅は第１の方向に向かって大きくなる点で、第１の実施形態の超電導層の接続構造と異なる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。
図１５は、第２の実施形態の超電導層の接続構造の模式平面図である。図１５（ａ）は表面図、図１５（ｂ）は裏面図である。図１５（ａ）は、第１の実施形態の図２（ａ）に対応する図である。図１５（ｂ）は、第１の実施形態の図２（ｂ）に対応する図である。
第２の実施形態の超電導層の接続構造５２は、第２の超電導線材２０の第１の幅狭領域２０ｂの第２の幅ｗ２が、第１の方向に向かって大きくなる。また、第２の幅狭領域２０ｃの第３の幅ｗ３が、第１の方向に向かって大きくなる。スリット部２０ｘの形状は、台形である。
また、第２の実施形態の超電導層の接続構造５２は、第３の超電導線材３０の第１の幅狭領域３０ｂの第５の幅ｗ５が、第１の方向に向かって大きくなる。また、第３の超電導線材３０の第２の幅狭領域３０ｃの第の幅ｗ６が、第１の方向に向かって大きくなる。スリット部３０ｘの形状は、台形である。
第２の実施形態の超電導層の接続構造５２によれば、電流密度が高くなる領域の抵抗が低下し、大電流を流すことが可能になる。
図１６は、第２の実施形態の超電導層の接続構造の変形例の模式平面図である。図１６（ａ）は表面図、図１６（ｂ）は裏面図である。図１６（ａ）は、図１５（ａ）に対応する図である。図１６（ｂ）は、図１５（ｂ）に対応する図である。
変形例の超電導層の接続構造５３において、スリット部２０ｘの形状は、三角形である。また、スリット部３０ｘの形状は、三角形である。
以上、第２の実施形態の超電導層の接続構造、その変形例、及び超電導線材によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる。
（第３の実施形態）
第３の実施形態の超電導層の接続構造及び超電導線材は、第２の超電導部材が２つのスリット部を有する点、及び、第３の超電導部材が２つのスリット部を有する点で、第１の実施形態の超電導層の接続構造と異なる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。
第３の実施形態の超電導層の接続構造及び超電導線材は、第２の超電導部材が２つのスリット部を有する点、及び、第３の超電導部材が２つのスリット部を有する点で、第１の実施形態の超電導層の接続構造と異なる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。
図１７は、第３の実施形態の超電導層の接続構造の模式平面図である。図１７（ａ）は表面図、図１７（ｂ）は裏面図である。図１７（ａ）は、第１の実施形態の図２（ａ）に対応する図である。図１７（ｂ）は、第１の実施形態の図２（ｂ）に対応する図である。
第３の実施形態の超電導層の接続構造５４の第２の超電導線材２０は、幅広領域２０ａ、第１の幅狭領域２０ｂ、第２の幅狭領域２０ｃ、第３の幅狭領域２０ｄ、スリット部２０ｘ、及びスリット部２０ｙを含む。
幅広領域２０ａの第２の方向の幅は、第１の幅ｗ１である。第３の幅狭領域２０ｄの第２の方向の幅は、第７の幅ｗ７である。第７の幅ｗ７は第１の幅ｗ１よりも小さい。
第３の幅狭領域２０ｄの第１の方向の端部は幅広領域２０ａに接する。第３の幅狭領域２０ｄは、第２の幅狭領域２０ｃに対し第２の方向に離間する。第２の幅狭領域２０ｃの第２の超電導層２３と、第３の幅狭領域２０ｄの第２の超電導層２３は、第２の方向に離間する。
スリット部２０ｙは、第２の幅狭領域２０ｃと第３の幅狭領域２０ｄの間に設けられる。スリット部２０ｙは、第２の幅狭領域２０ｃと第３の幅狭領域２０ｄの間の部分に対応する。スリット部２０ｙは、第２の超電導線材２０に設けられた溝である。
第３の実施形態の超電導層の接続構造５４の第３の超電導線材３０は、幅広領域３０ａ、第１の幅狭領域３０ｂ、第２の幅狭領域３０ｃ、第３の幅狭領域３０ｄ、スリット部３０ｘ、及びスリット部３０ｙを含む。
幅広領域３０ａの第２の方向の幅は、第４の幅ｗ４である。第３の幅狭領域３０ｄの第２の方向の幅は、第８の幅ｗ８である。第８の幅ｗ８は第４の幅ｗ４よりも小さい。
第３の幅狭領域３０ｄの第１の方向の端部は幅広領域３０ａに接する。第３の幅狭領域３０ｄは、第２の幅狭領域３０ｃに対して第２の方向に離間する。第２の幅狭領域３０ｃの第３の超電導層３３と、第３の幅狭領域３０ｄの第３の超電導層３３は、第２の方向に離間する。
スリット部３０ｙは、第２の幅狭領域３０ｃと第３の幅狭領域３０ｄの間に設けられる。スリット部３０ｙは、第２の幅狭領域３０ｃと第３の幅狭領域３０ｄの間の部分に対応する。スリット部３０ｙは、第３の超電導線材３０に設けられた溝である。
以上、第３の実施形態の超電導層の接続構造、及び超電導線材によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる。
（第４の実施形態）
第４の実施形態の超電導層の接続構造及び超電導線材は、第２の超電導部材がスリット部にかえて開口部を備える点、及び、第３の超電導部材がスリット部にかえて開口部を備える点で、第１の実施形態の超電導層の接続構造と異なる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。
第４の実施形態の超電導層の接続構造及び超電導線材は、第２の超電導部材がスリット部にかえて開口部を備える点、及び、第３の超電導部材がスリット部にかえて開口部を備える点で、第１の実施形態の超電導層の接続構造と異なる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。
図１８は、第４の実施形態の超電導層の接続構造の模式平面図及び模式断面図である。図１８（ａ）は表面図、図１８（ｂ）は裏面図である。図１８（ａ）は、第１の実施形態の図２（ａ）に対応する図である。図１８（ｂ）は、第１の実施形態の図２（ｂ）に対応する図である。
第４の実施形態の超電導層の接続構造５５の第２の超電導線材２０は、幅広領域２０ａ、第１の幅狭領域２０ｂ、第２の幅狭領域２０ｃ、及び開口部２０ｚを含む。
開口部２０ｚは、第１の幅狭領域２０ｂと第２の幅狭領域２０ｃの間に設けられる。開口部２０ｚは、第２の超電導線材２０に設けられた穴である。開口部２０ｚの穴の数を複数とすることも可能である。
開口部２０ｚの第３の方向には、接続層４０及び第１の超電導層１３が存在する。第２の超電導層２３は、開口部２０ｚで分断されている。開口部２０ｚの第１の方向と反対方向には、第２の超電導線材２０が存在する。
第４の実施形態の超電導層の接続構造５５の第３の超電導線材３０は、幅広領域３０ａ、第１の幅狭領域３０ｂ、第２の幅狭領域３０ｃ、及び開口部３０ｚを含む。
開口部３０ｚは、第２の幅狭領域３０ｃと第３の幅狭領域３０ｄの間に設けられる。開口部３０ｚは、第３の超電導線材３０に設けられた穴である。開口部３０ｚの穴の数を複数とすることも可能である。
開口部３０ｚの第３の方向と反対方向には、接続層４０及び第２の超電導層２３が存在する。第３の超電導層３３は、開口部３０ｚで分断されている。開口部３０ｚの第１の方向と反対方向には、第３の超電導線材３０が存在する。
以上、第４の実施形態の超電導層の接続構造、及び超電導線材によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる。
（第５の実施形態）
第５の実施形態の超電導層の接続構造及び超電導線材は、第３の超電導部材を備えない点で、第１の実施形態の超電導層の接続構造と異なる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。
第５の実施形態の超電導層の接続構造及び超電導線材は、第３の超電導部材を備えない点で、第１の実施形態の超電導層の接続構造と異なる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。
図１９は、第５の実施形態の超電導線材の模式断面図である。第５の実施形態の超電導線材２００は、第１の超電導線材１０及び第２の超電導線材２０を備える。
第１の超電導線材１０は、第１の方向に延びる。第２の超電導線材２０は、第１の方向に延びる。第５の実施形態の超電導線材２００は、第１の超電導線材１０が第２の超電導線材２０と接続されることで、第１の方向に長尺化されている。
第５の実施形態の超電導線材２００は、接続構造６０を備える。接続構造６０において、第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０が接続される。
図２０は、第５の実施形態の超電導層の接続構造の模式平面図及び模式断面図である。図２０（ａ）は表面図、図２０（ｂ）は裏面図、図２０（ｃ）は、図２０（ａ）及び図２０（ｂ）のＧＧ’断面図である。なお、図１９は、図２０（ａ）及び図２０（ｂ）ののＨＨ’断面を含む断面である。
図２０（ａ）では、第２の超電導線材２０のみにハッチングを施している。また、図２０（ｂ）では、第１の超電導線材１０のみにハッチングを施している。
第５の実施形態の接続構造６０は、第１の超電導線材１０、第２の超電導線材２０、及び、接続層４０を備える。
第１の超電導線材１０は、第１の超電導部材の一例である。第２の超電導線材２０は、第２の超電導部材の一例である。
第１の超電導線材１０は、第１の基板１１、第１の中間層１２、第１の超電導層１３、第１の保護層１４を備える。第２の超電導線材２０は、第２の基板２１、第２の中間層２２、第２の超電導層２３を備える。
第２の超電導線材２０は、幅広領域２０ａ、第１の幅狭領域２０ｂ、第２の幅狭領域２０ｃ、スリット部２０ｘを含む。
以上、第５の実施形態の超電導層の接続構造、及び超電導線材によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる。
（第６の実施形態）
第６の実施形態の超電導層の接続構造及び超電導線材は、補強材を備える点で、第１の実施形態の超電導層の接続構造と異なる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。
第６の実施形態の超電導層の接続構造及び超電導線材は、補強材を備える点で、第１の実施形態の超電導層の接続構造と異なる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。
図２１は、第６の実施形態の超電導線材の模式断面図である。第６の実施形態の超電導線材３００は、第１の超電導線材１０、第２の超電導線材２０、及び、第３の超電導線材３０を備える。
第６の実施形態の超電導線材３００は、接続構造６１を備える。接続構造６１において、第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０が接続される。接続構造６１において、第２の超電導線材２０と第３の超電導線材３０が接続される。
図２２は、第６の実施形態の超電導層の接続構造の模式断面図である。図２２（ａ）は、第１の実施形態の図３（ａ）に対応する図である。図２２（ｂ）は、第１の実施形態の図３（ｂ）に対応する図である。
接続構造６１の外周部に、接続構造６１を囲むように、補強材７０が設けられる。補強材７０は、接続構造６１の機械的強度を向上する機能を有する。
補強材７０は、第２の超電導線材２０の第１の幅狭領域２０ｂと第２の幅狭領域２０ｃとの間に設けられる。補強材７０は、スリット部２０ｘを埋める。
補強材７０は、第３の超電導線材３０の第１の幅狭領域３０ｂと第２の幅狭領域３０ｃとの間に設けられる。補強材７０は、スリット部３０ｘを埋める。
補強材７０は、例えば、金属又は樹脂である。補強材７０は、例えば、はんだである。補強材７０は、例えば、エポキシ樹脂である。
以上、第６の実施形態の超電導層の接続構造、及び超電導線材によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる。
（第７の実施形態）
第７の実施形態の超電導コイルは、第１ないし第６の実施形態の超電導線材を備える。以下、第１ないし第６の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。
第７の実施形態の超電導コイルは、第１ないし第６の実施形態の超電導線材を備える。以下、第１ないし第６の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。
図２３は、第７の実施形態の超電導コイルの模式斜視図である。図２４は、第７の実施形態の超電導コイルの模式断面図である。
第７の実施形態の超電導コイル７００は、例えば、ＮＭＲ、ＭＲＩ、重粒子線治療器、又は、超電導磁気浮上式鉄道車両などの超電導機器の磁場発生用のコイルとして用いられる。
超電導コイル７００は、巻枠１１０、第１の絶縁板１１１ａ、第２の絶縁板１１１ｂ、及び巻線部１１２を備える。巻線部１１２は、超電導線材１２０と、線材間層１３０を有する。
図２３は、第１の絶縁板１１１ａ、及び第２の絶縁板１１１ｂを除いた状態を示す。
巻枠１１０は、例えば、繊維強化プラスチックで形成される。超電導線材１２０は、例えば、テープ形状である。超電導線材１２０は、図２３に示すように、巻回中心Ｃを中心に、同心円状のいわゆるパンケーキ形状に巻枠１１０に巻き回される。
線材間層１３０は、超電導線材１２０を固定する機能を有する。線材間層１３０は、超電導線材１２０が、超電導機器の使用中の振動や、互いの摩擦により破壊されることを抑制する機能を有する。
第１の絶縁板１１１ａ及び第２の絶縁板１１１ｂは、例えば、繊維強化プラスチックで形成される。第１の絶縁板１１１ａ及び第２の絶縁板１１１ｂは、巻線部１１２を外部に対して絶縁する機能を有する。巻線部１１２は、第１の絶縁板１１１ａと第２の絶縁板１１１ｂとの間に位置する。
超電導線材１２０には、第１ないし第６の実施形態の超電導線材が用いられる。
以上、第７の実施形態によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える超電導線材を備えることで、特性の向上した超電導コイルが実現できる。
（第８の実施形態）
第８の実施形態の超電導機器は、第７の実施形態の超電導コイルを備えた超電導機器である。以下、第７の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
第８の実施形態の超電導機器は、第７の実施形態の超電導コイルを備えた超電導機器である。以下、第７の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
図２５は、第８の実施形態の超電導機器のブロック図である。第８の実施形態の超電導機器は、重粒子線治療器８００である。重粒子線治療器８００は、超電導機器の一例である。
重粒子線治療器８００は、入射系８０、シンクロトロン加速器８２、ビーム輸送系８４、照射系８６、制御系８８を備える。
入射系８０は、例えば、治療に用いる炭素イオンを生成し、シンクロトロン加速器８２に入射するための予備加速を行う機能を有する。入射系８０は、例えば、イオン発生源と線形加速器を有する。
シンクロトロン加速器８２は、入射系８０から入射された炭素イオンビームを治療に適合したエネルギーまで加速する機能を有する。シンクロトロン加速器８２に、第７の実施形態の超電導コイル７００が用いられる。
ビーム輸送系８４は、シンクロトロン加速器８２から入射された炭素イオンビームを照射系８６まで輸送する機能を有する。ビーム輸送系８４は、例えば、偏向電磁石を有する。
照射系８６は、ビーム輸送系８４から入射された炭素イオンビームを照射対象である患者に照射する機能を備える。照射系８６は、例えば、炭素イオンビームを任意の方向から照射可能にする回転ガントリーを有する。回転ガントリーに、第７の実施形態の超電導コイル７００が用いられる。
制御系８８は、入射系８０、シンクロトロン加速器８２、ビーム輸送系８４、及び照射系８６の制御を行う。制御系８８は、例えば、コンピュータである。
第８の実施形態の重粒子線治療器８００は、シンクロトロン加速器８２及び回転ガントリーに、第７の実施形態の超電導コイル７００が用いられる。したがって、特性の優れた重粒子線治療器８００が実現される。
第８の実施形態では、超電導機器の一例として、重粒子線治療器８００の場合を説明したが、超電導機器は、核磁気共鳴装置（ＮＭＲ）、磁気共鳴画像診断装置（ＭＲＩ）、又は、超電導磁気浮上式鉄道車両であっても構わない。
（実施例１）
図１ないし図４に示す第１の実施形態の超電導層の接続構造を形成した。ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を３本用意した。１本の線材の長さを１．６ｃｍ、残りの２本の線材の長さを１０ｃｍとした。１．６ｃｍの線材は両方の端部の間の全体を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。１０ｃｍの２本の線材は片方の端部から０．８ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
図１ないし図４に示す第１の実施形態の超電導層の接続構造を形成した。ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を３本用意した。１本の線材の長さを１．６ｃｍ、残りの２本の線材の長さを１０ｃｍとした。１．６ｃｍの線材は両方の端部の間の全体を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。１０ｃｍの２本の線材は片方の端部から０．８ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
１．６ｃｍの線材の一方の端部から０．６ｃｍの長さで、線材の中心部分を切り取り、幅０．１ｃｍのスリット部を作成した。さらに、１０ｃｍの線材のうちの１本の線材の超電導層を、露出した端部から０．６ｃｍの長さで、線材の中心部分を切り取り、幅０．１ｃｍのスリット部を作成した。
粒径がサブミクロン程度のＧｄ２Ｏ３とＢａＣＯ３とＣｕＯの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、乳鉢を用いて十分混合した。得られた混合粉に水とアルギン酸ナトリウムを加え、スラリーとした。
得られたスラリーを、上記１．６ｃｍの線材の、露出させた酸化物超電導層に塗布した。その後、図８に示す構造となるように、１．６ｃｍの線材のスラリーを塗布した部分と、１０ｃｍの線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせ、上下から板で挟み込んだ。板で挟み込んだまま炉に入れ、板の上面に錘を乗せて接続部分に加重を印加した。
錘を乗せたまま、大気雰囲気中で７８０℃に加熱する第１の熱処理を行った。その後、室温付近まで冷却し、炉に酸素ガスを導入して、酸素雰囲気中で５００℃に加熱する第２の熱処理を行い、超電導層の接続構造を形成した。
接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、９３Ｋ付近、転移幅約１Ｋで明確な超電導転移を確認した。実施例１の接続構造の、超電導転移後の臨界電流値を基準値１．０として、以下実施例、比較例において相対臨界電流値を示す。
（実施例２）
図１５に示す第２の実施形態の超電導層の接続構造を形成した。ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を３本用意した。１本の線材の長さを１．６ｃｍ、残りの２本の線材の長さを１０ｃｍとした。１．６ｃｍの線材は両方の端部の間の全体を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。１０ｃｍの２本の線材は片方の端部から０．８ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
図１５に示す第２の実施形態の超電導層の接続構造を形成した。ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を３本用意した。１本の線材の長さを１．６ｃｍ、残りの２本の線材の長さを１０ｃｍとした。１．６ｃｍの線材は両方の端部の間の全体を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。１０ｃｍの２本の線材は片方の端部から０．８ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
１．６ｃｍの線材の一方の端部の角から０.１２ｃｍ、端部から０．６ｃｍ、縁から０．１８ｃｍの位置まで第１の切り込みを入れた。次に、１．６ｃｍの線材の一方の端部のもう一方の角から０.１２ｃｍ、端部から０．６ｃｍ、縁から０．１８ｃｍの位置まで第２の切り込みを入れた。端部から０．６ｃｍの位置にある二つの切り込みを繋げるように切り落とすことでスリット部を作成した。スリット部の形状は端部に向かって広がる台形状である。さらに１０ｃｍの線材のうち１本の超電導層も同様にスリット部を作成した。
台形状のスリット部を作製したこと以外は、実施例１と同様にして接続構造を形成し、測定、観察をおこなったところ、９３Ｋ付近、転移幅約１Ｋで明確な超電導転移を確認した。相対臨界電流値は１．０であった。
（実施例３）
図１７に示す第３の実施形態の超電導層の接続構造を形成した。ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を３本用意した。１本の線材の長さを１．６ｃｍ、残りの２本の線材の長さを１０ｃｍとした。１．６ｃｍの線材は両方の端部の間の全体を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。１０ｃｍの２本の線材は片方の端部から０．８ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
図１７に示す第３の実施形態の超電導層の接続構造を形成した。ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を３本用意した。１本の線材の長さを１．６ｃｍ、残りの２本の線材の長さを１０ｃｍとした。１．６ｃｍの線材は両方の端部の間の全体を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。１０ｃｍの２本の線材は片方の端部から０．８ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
１．６ｃｍの線材の一方の端部から０．６ｃｍまで、端部の角から０.０７５ｃｍを中心に幅０．０５ｃｍを切り取り、スリット部を形成した。また、線材の一方の端部から０．６ｃｍまで、端部のもう一方の角から０.０７５ｃｍを中心に幅０．０５ｃｍを切り取り、もう一つのスリット部を形成した。
スリット部を２か所作製したこと以外は、実施例１と同様にして接続構造を形成し、測定、観察をおこなったところ、９３Ｋ付近、転移幅約１Ｋで明確な超電導転移を確認した。相対臨界電流値は１．０であった。
（実施例４）
図１８に示す第４の実施形態の超電導層の接続構造を形成した。ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を３本用意した。１本の線材の長さを１．６ｃｍ、残りの２本の線材の長さを１０ｃｍとした。１．６ｃｍの線材は両方の端部の間の全体を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。１０ｃｍの２本の線材は片方の端部から０．８ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
図１８に示す第４の実施形態の超電導層の接続構造を形成した。ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を３本用意した。１本の線材の長さを１．６ｃｍ、残りの２本の線材の長さを１０ｃｍとした。１．６ｃｍの線材は両方の端部の間の全体を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。１０ｃｍの２本の線材は片方の端部から０．８ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
１．６ｃｍの線材の一方の端部から０．１ｃｍの位置に、長さ０．５ｃｍで幅０．１ｃｍのスリット部をパンチングで作成した。さらに１０ｃｍの線材のうち１本の超電導層を露出した端部から０．１ｃｍの位置に、長さ０．５ｃｍで幅０．１ｃｍのスリット部をパンチングで作成した。
スリット部が線材端部にかかっていないこと以外は、実施例１と同様にして接続構造を形成し、測定、観察をおこなったところ、９３Ｋ付近、転移幅約１Ｋで明確な超電導転移を確認した。相対臨界電流値は１．０であった。
（実施例５）
図１９及び図２０に示す第５の実施形態の超電導層の接続構造を形成した。ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、１０ｃｍの酸化物超電導線材を２本用意した。２本の線材は、片方の端部から０．８ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
図１９及び図２０に示す第５の実施形態の超電導層の接続構造を形成した。ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、１０ｃｍの酸化物超電導線材を２本用意した。２本の線材は、片方の端部から０．８ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
１本の超電導層を露出した端部から０．６ｃｍまで、中心０．１ｃｍを切り取り、スリット部を作成した。
粒径がサブミクロン程度のＧｄ２Ｏ３とＢａＣＯ３とＣｕＯの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、乳鉢を用いて十分混合した。得られた混合粉に水とアルギン酸ナトリウムを加え、スラリーとした。
得られたスラリーを、スリット部を作製した線材の露出させた酸化物超電導層に塗布した後、線材のスラリーを塗布した部分と、もう１本の線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせ、上下から板で挟み込んだ。板で挟み込んだまま炉に入れ、板の上面に錘を乗せて接続部分に加重を印加した。
錘を乗せたまま、大気雰囲気中で７８０℃に加熱し、第１の熱処理を行った。その後、室温付近まで冷却し、炉に酸素ガスを導入して、酸素雰囲気中で５００℃に加熱し、第２の熱処理を行い、超電導線層の接続構造を形成した。
接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、９３Ｋ付近、転移幅約１Ｋで明確な超電導転移を確認した。相対臨界電流値は１．０であった。
（比較例１）
図１１に示す比較例の超電導層の接続構造を形成した。ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を３本用意した。１本の線材の長さを１．６ｃｍ、残りの２本の線材の長さを１０ｃｍとした。１．６ｃｍの線材は両方の端部の間の全体を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。１０ｃｍの２本の線材は片方の端部から０．８ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
図１１に示す比較例の超電導層の接続構造を形成した。ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を３本用意した。１本の線材の長さを１．６ｃｍ、残りの２本の線材の長さを１０ｃｍとした。１．６ｃｍの線材は両方の端部の間の全体を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。１０ｃｍの２本の線材は片方の端部から０．８ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。
粒径がサブミクロン程度のＧｄ２Ｏ３とＢａＣＯ３とＣｕＯの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、乳鉢を用いて十分混合した。得られた混合粉に水とアルギン酸ナトリウムを加え、スラリーとした。
得られたスラリーを、上記１．６ｃｍの線材の、露出させた酸化物超電導層に塗布した後、図８に示す構造となるように、１．６ｃｍの線材のスラリーを塗布した部分と、１０ｃｍの線材の超電導層を露出させた部分とを向かい合わせて重ね合わせ、上下から板で挟み込んだ。板で挟み込んだまま炉に入れ、板の上面に錘を乗せて接続部分に加重を印加した。
錘を乗せたまま、大気雰囲気中で７８０℃に加熱する第１の熱処理を行った。その後、室温付近まで冷却し、炉に酸素ガスを導入して、酸素雰囲気中で５００℃に加熱する第２の熱処理を行い、超電導線層の接続構造を形成した。
接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、９３Ｋ以下で超電導転移を確認した。実施例１よりも温度変化に対して電気抵抗の変化が緩やかになり転移幅は約５Ｋに広がった。相対臨界電流値は０．７に低下した。
接続部断面をＳＥＭ及びＳＥＭ－ＥＤＸで観察したところ、ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ組成で、接合部の中心付近に残存した炭酸Ｂａと推測されるＢａの偏析が確認された。
（実施例６）
図２１及び図２２に示す第６の実施形態の接続構造を形成した。実施例１の手順に従い接続構造を形成した後、接続構造を含む長さ２．６ｃｍを銀（Ａｇ）及びインジウム（Ｉｎ）を含むハンダに埋め込むことで補強構造とした。
図２１及び図２２に示す第６の実施形態の接続構造を形成した。実施例１の手順に従い接続構造を形成した後、接続構造を含む長さ２．６ｃｍを銀（Ａｇ）及びインジウム（Ｉｎ）を含むハンダに埋め込むことで補強構造とした。
補強を施した超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、９３Ｋ付近、転移幅約１Ｋで明確な超電導転移を確認した。相対臨界電流値は１．０であった。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０ 第１の超電導線材
１１ 第１の基板
１３ 第１の超電導層
２０ 第２の超電導線材
２０ａ 第２の超電導線材の幅広領域
２０ｂ 第２の超電導線材の第１の幅狭領域
２０ｃ 第２の超電導線材の第２の幅狭領域
２１ 第２の基板
２３ 第２の超電導層
３０ 第３の超電導線材
３０ａ 第３の超電導線材の幅広領域
３０ｂ 第３の超電導線材の第１の幅狭領域
３０ｃ 第３の超電導線材の第２の幅狭領域
３１ 第３の基板
３３ 第３の超電導層
４０ 接続層
５０ 接続構造
７０ 補強材
１００ 超電導線材
７００ 超電導コイル
８００ 重粒子線治療器
１１ 第１の基板
１３ 第１の超電導層
２０ 第２の超電導線材
２０ａ 第２の超電導線材の幅広領域
２０ｂ 第２の超電導線材の第１の幅狭領域
２０ｃ 第２の超電導線材の第２の幅狭領域
２１ 第２の基板
２３ 第２の超電導層
３０ 第３の超電導線材
３０ａ 第３の超電導線材の幅広領域
３０ｂ 第３の超電導線材の第１の幅狭領域
３０ｃ 第３の超電導線材の第２の幅狭領域
３１ 第３の基板
３３ 第３の超電導層
４０ 接続層
５０ 接続構造
７０ 補強材
１００ 超電導線材
７００ 超電導コイル
８００ 重粒子線治療器
Claims (21)
- 第１の超電導層と、前記第１の超電導層を支持する第１の基板と、を含み第１の方向に延びる第１の超電導部材と、
前記第１の超電導層に対向する第２の超電導層と、前記第２の超電導層を支持する第２の基板と、を含み前記第１の方向に延びる第２の超電導部材であって、
前記第１の方向に垂直な第２の方向の幅が第１の幅である第１の領域と、前記第２の方向の幅が第２の幅である第２の領域と、前記第２の領域に対し前記第２の方向に離間し前記第２の方向の幅が第３の幅である第３の領域を有し、
前記第２の幅は前記第１の幅よりも小さく、前記第３の幅は前記第１の幅よりも小さく、
前記第２の領域の前記第１の方向の端部は前記第１の領域に接し、前記第３の領域の前記第１の方向の端部は前記第１の領域に接する、第２の超電導部材と、
希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含み、前記第１の超電導層と前記第２の超電導層とを接続する接続層と、
を備え、
前記第２の領域及び前記第３の領域は前記第２の超電導層及び前記第２の基板を含み、
前記第２の領域と前記第３の領域の間の部分には前記第２の超電導層及び前記第２の基板は存在せず、
前記第２の領域と前記第３の領域の間の部分の、前記第１の方向に垂直で前記第２の方向に垂直な第３の方向に、前記第１の超電導層が存在する、超電導層の接続構造。 - 前記第２の領域と前記第３の領域との間の部分の、前記第１の方向と反対方向に前記第２の超電導部材は存在しない請求項１記載の超電導層の接続構造。
- 前記第２の領域と前記第３の領域との間の部分の、前記第３の方向に前記接続層が存在する請求項１又は請求項２記載の超電導層の接続構造。
- 前記第２の幅は前記第１の方向に向かって大きくなり、前記第３の幅は前記第１の方向に向かって大きくなる請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超電導層の接続構造。
- 前記第２の超電導部材の形状は、前記第２の超電導部材の前記第２の方向の中心を通り前記第１の方向に平行な線分に対して、線対称である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超電導層の接続構造。
- 前記第２の超電導部材の前記接続層と接する部分の面積は、前記第２の超電導部材の前記第１の方向の反対方向の端部と前記第１の超電導部材の前記第１の方向の端部との間の前記第１の方向の距離と前記第２の超電導部材の前記第２の方向の幅との積の５０％以上である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超電導層の接続構造。
- 前記第２の領域の前記第１の方向の端部と前記第１の超電導部材の前記第１の方向の端部との間の前記第１の方向の距離は、前記第２の超電導部材の前記第２の方向の幅よりも小さい請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超電導層の接続構造。
- 前記第２の領域の前記第１の方向の端部と前記第１の超電導部材の前記第１の方向の端部との間の前記第１の方向の距離は、前記第２の超電導部材の前記第２の方向の幅の４分の１以上である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の超電導層の接続構造。
- 前記第２の領域と前記第３の領域との間に設けられた補強材を、更に備える請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の超電導層の接続構造。
- 前記第２の超電導層に対向する第３の超電導層と、前記第３の超電導層を支持する第３の基板と、を含み前記第１の方向に延びる第３の超電導部材であって、
前記第２の方向の幅が第４の幅である第４の領域と、前記第２の方向の幅が第５の幅である第５の領域と、前記第５の領域に対し前記第２の方向に離間し前記第２の方向の幅が第６の幅である第６の領域を有し、
前記第５の幅は前記第４の幅よりも小さく、前記第６の幅は前記第４の幅よりも小さく、
前記第５の領域の前記第１の方向の端部は前記第４の領域に接し、前記第６の領域の前記第１の方向の端部は前記第４の領域に接する、第３の超電導部材を、更に備え、
前記第３の超電導層と前記第２の超電導層との間に前記接続層が設けられ、
前記第５の領域と前記第６の領域の間の部分の、前記第３の方向と反対方向に、前記第２の超電導層が存在する、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の超電導層の接続構造。 - 前記第５の領域と前記第６の領域との間の部分の、前記第１の方向と反対方向に前記第３の超電導部材は存在しない請求項１０記載の超電導層の接続構造。
- 前記第５の領域と前記第６の領域との間の部分の、前記第３の方向の反対方向に前記接続層が存在する請求項１０又は請求項１１記載の超電導層の接続構造。
- 前記第５の幅は前記第１の方向に向かって大きくなり、前記第６の幅は前記第１の方向に向かって大きくなる請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の超電導層の接続構造。
- 前記第３の超電導部材の形状は、前記第３の超電導部材の前記第２の方向の中心を通り前記第１の方向に平行な線分に対して、線対称である請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載の超電導層の接続構造。
- 前記第３の超電導部材の前記接続層と接する部分の面積は、前記第３の超電導部材の前記第１の方向の反対方向の端部と前記第２の超電導部材の前記第１の方向の端部との間の前記第１の方向の距離と前記第３の超電導部材の前記第２の方向の幅との積の５０％以上である請求項１０から請求項１４のいずれか１項に記載の超電導層の接続構造。
- 前記第５の領域の前記第１の方向の端部と前記第２の超電導部材の前記第１の方向の端部との間の前記第１の方向の距離は、前記第３の超電導部材の前記第２の方向の幅よりも小さい請求項１０から請求項１５のいずれか１項に記載の超電導層の接続構造。
- 前記第５の領域の前記第１の方向の端部と前記第２の超電導部材の前記第１の方向の端部との間の前記第１の方向の距離は、前記第３の超電導部材の前記第２の方向の幅の４分の１以上である請求項１０から請求項１６のいずれか１項に記載の超電導層の接続構造。
- 前記第５の領域と前記第６の領域との間に設けられた補強材を、更に備える請求項１０から請求項１７のいずれか１項に記載の超電導層の接続構造。
- 請求項１から請求項１８のいずれか１項に記載の超電導層の接続構造を備える超電導線材。
- 請求項１９記載の超電導線材を備える超電導コイル。
- 請求項２０記載の超電導コイルを備える超電導機器。
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