WO2007034686A1 - 超電導テープ線材の製造方法、超電導テープ線材、および超電導機器 - Google Patents

超電導テープ線材の製造方法、超電導テープ線材、および超電導機器 Download PDF

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Kazuya Ohmatsu
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a superconducting tape wire, a superconducting tape wire, and a superconducting device.
  • Patent Document 1 discloses a method for producing an oxide superconducting coil.
  • Patent Document 1 when a straight line connecting the inner diameter and the outer shape of the coil with respect to the central axis of the coil rotates with respect to the central axis, the intersection force between the straight line and the central axis extends in the vertical direction of the central axis.
  • a method is disclosed in which a non-superconductor substrate having a moving spiral continuous surface is prepared and an oxide superconductor is formed on the substrate.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 6-120025
  • an object of the present invention has been made to solve the above-described problems, and a method for producing a superconducting tape wire having the same effect as that of a long wire, a superconducting tape wire, and a superconducting material Is to provide equipment.
  • a step of preparing a tape-shaped substrate, a step of forming an intermediate thin film layer on the tape-shaped substrate, and a superconductivity on the intermediate thin film layer Forming a layer and a superconducting layer extending to one end force to the other end and forming at least one divided region extending from the one end to the other end in the superconducting layer.
  • the divided region is a region that does not enter a superconducting state at the critical temperature of the superconducting layer.
  • a step of preparing a tape-shaped substrate, a step of forming an intermediate thin film layer on the tape-shaped substrate, and the intermediate thin film layer are at one end.
  • the superconducting layer region on the intermediate layer dividing region is a region that does not enter the superconducting state at the critical temperature of the superconducting layer.
  • a superconducting tape wire according to one aspect of the present invention is formed on a tape-shaped substrate, an intermediate thin film layer formed on the tape-shaped substrate, and the intermediate thin film layer, from one end to the other end. And a superconducting layer including at least one divided region extending to one end portion and extending to the other end portion. The divided region is a region that does not enter the superconducting state at the critical temperature of the superconducting layer.
  • a superconducting tape wire includes a tape-shaped substrate and a tape-shaped substrate.
  • An intermediate thin film layer formed on the intermediate thin film layer including at least one divided region extending from one end to the other end and extending from the one end to the other end; and a superconducting layer formed on the intermediate thin film layer,
  • the superconducting layer region on the intermediate layer division region is a region that does not become a superconducting state at the critical temperature of the superconducting layer.
  • a superconducting device of the present invention uses the superconducting tape wire.
  • the divided region or the intermediate layer divided region is formed by a processing step. Therefore, a wide superconducting tape wire can be processed into a plurality of relatively narrow superconducting tape wires arranged in parallel or one in series. For example, if a device such as a coil is manufactured using a plurality of superconducting tape wires arranged in parallel or a single superconducting tape wire arranged in series, the plurality of superconducting tape wires are connected in series. Coils with the same number of turns as when coils are manufactured using long tape wires can be easily manufactured. That is, a superconducting tape wire having the same effect as that of a long wire can be easily manufactured.
  • the superconducting tape wire of the present invention includes a divided region or an intermediate layer divided region. Therefore, it is possible to obtain a wide superconducting tape wire having the same effect as that obtained by collecting a plurality of wires in parallel.
  • the divided region or the intermediate layer divided region is formed. Therefore, a superconducting device having the same effect as a superconducting device using a long wire can be manufactured using a relatively short and wide superconducting tape wire. For this reason, manufacturing cost can be reduced compared with the case where a long wire is used.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing a superconducting tape wire according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a flow chart showing a method for manufacturing a superconducting tape wire according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a processing step in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing a superconducting tape wire in a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view showing the superconducting tape wire according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a method for manufacturing a superconducting tape wire according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic perspective view showing a superconducting device in a third embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a method for manufacturing a superconducting coil in the third embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic view of a single-layer coil manufactured using a single superconducting tape wire.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for producing a three-layered coil by using a wound body formed from three superconducting tape wires.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a method for manufacturing a superconducting coil in a modification of the third embodiment.
  • FIG. 12 is a flowchart showing a method of manufacturing a superconducting coil in the fourth embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a processing step in the fourth embodiment.
  • FIG. 14 is a flowchart showing a method for manufacturing a superconducting coil according to Embodiment 5 of the present invention.
  • FIG. 15A is a schematic top view showing the superconducting coil in the sixth embodiment.
  • FIG. 15B is a schematic front view showing the superconducting coil in the sixth embodiment. Explanation of symbols
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing a superconducting tape wire according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a superconducting tape wire 10 according to Embodiment 1 of the present invention includes a tape-like substrate 11, an intermediate thin film layer 12, and a superconducting layer 13 as shown in FIG.
  • the intermediate thin film layer 12 is formed on the tape-like substrate 11.
  • Superconducting layer 13 is formed on intermediate thin film layer 12, and includes at least one divided region 13a extending from one end 13c to the other end 13d and extending from one end 13c to the other end 13d.
  • the divided region 13a is a region that does not become a superconducting state at the critical temperature of the superconducting layer 13b.
  • one or a plurality of divided regions 13a are formed in parallel in the longitudinal direction of superconducting layer 13 (the direction in which one end 13c force extends to other end 13d in FIG. 1).
  • the one end portion 13c and the other end portion 13d face each other.
  • end means both the case of an end and the case of not reaching the end but in the vicinity of the end.
  • one end 13c and the other end 13d are ends.
  • the divided region 13a is in a state in which its crystallinity is disturbed by the technique when the superconducting layer 13 is irradiated with laser light (as shown in the manufacturing method described later) (the superconducting state is higher than the superconducting layer 13b).
  • the critical temperature is low, or the state of the crystal structure that does not enter the superconducting state), or the existence of the superconducting layer itself corresponding to the divided region 13a is absent, In the depth direction to the tape-shaped substrate 11, the material is not connected (the state in which there is no or all of the intermediate thin film layer below the divided region 13 a or the back surface of the tape-shaped substrate 11 is reached.
  • the intermediate thin film layer below the divided region 13a and the part of the tape-shaped substrate are not present). That is, the divided region 13a is a portion where the superconducting layer 13 is present and where the crystallinity of the superconducting layer is disturbed, that is, the superconducting layer corresponding to the divided region 13a is not present.
  • the superconducting layer corresponding to the divided region 13a and a part of the intermediate thin film layer 12 thereunder are not present (the remainder of the intermediate thin film layer 12 and the substrate 11 are present).
  • the superconducting layer corresponding to the divided region 13a The superconducting layer corresponding to the divided region 13a and the intermediate thin film layer underneath it are in a state (the substrate 11 is present), or the intermediate thin film layer 12 is present. All of 12 and a part of the substrate 11 thereunder are present, and are in a state of being in a state of being (the remainder of the substrate 11 is present).
  • the first embodiment four rows of divided regions 13a are formed, and five rows of superconducting layers 13b other than the divided regions 13a are formed. Therefore, this is the same as when five rows of superconducting tape wires are formed in which the divided regions 13a are not formed (having the same width as the width of the superconducting layer 13b in the direction orthogonal to the longitudinal direction). For this reason, the superconducting tape wire 10 is wide enough to form the divided regions 13a.
  • the divided region 13a is not particularly limited to this configuration.
  • a plurality of divided regions 13a are formed in parallel in the short direction of the superconducting layer 13 (the direction perpendicular to the longitudinal direction in FIG. 1, that is, the direction parallel to the one end 13c and the other end 13d) !, etc!
  • the tape-like substrate 11 uses Ni (nickel) or Ni alloy-based oriented tape.
  • the intermediate thin film layer 12 is made of a small amount of CeO (ceria) and YsZ (yttria stable zirconia).
  • the one containing at least one is used.
  • the superconducting layer 13 uses HoBCO (holmium-based high-temperature superconducting material: HoBa Cu 2 O 3).
  • the material of the tape-like substrate 11 is not limited to the above-mentioned N or Ni alloy, but other materials
  • the intermediate thin film layer 12 is not limited to the above-described material as long as the superconducting layer 13 can be formed thereon. Further, the intermediate thin film layer 12 is not limited to one layer, and may be a plurality of layers of two or more layers.
  • a rare earth superconducting material other than the HoBCO described above, or a conventional metal superconducting material or other oxide superconducting material may be used.
  • an Ag (silver) stable layer or a Cu layer is formed on the superconducting layer 13.
  • the surface protective layer on the divided region 13a may be in the same state as the surface protective layer on the superconducting layer 13b other than the divided region 13a, or may be in the same state as the divided region 13a.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a method of manufacturing the superconducting tape wire 10 according to the first embodiment. It is a chart.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the processing steps in the first embodiment.
  • the step (S10) of preparing the tape-shaped substrate 11 is performed.
  • this step (S10) the tape-shaped substrate 11 described above is prepared.
  • a step (S20) of forming the intermediate thin film layer 12 is performed.
  • the intermediate thin film layer 12 is formed on the tape-like substrate 11 by the physical vapor deposition method, the organic metal deposition method, or the like using the material described above.
  • a step (S30) of forming superconducting layer 13 is performed.
  • the superconducting layer 13 is formed on the intermediate thin film layer 12 by at least one of a physical vapor deposition method such as a PLD (Pulsed Laser Deposition) method or a sputtering method and a metal organic deposition method (MOD method). It is formed by the method of inclusion.
  • a physical vapor deposition method such as a PLD (Pulsed Laser Deposition) method or a sputtering method and a metal organic deposition method (MOD method. It is formed by the method of inclusion.
  • superconducting layer 13 extends from one end 13c to the other end 13d, and forms at least one divided region 13a extending from one end 13c to the other end 13d in superconducting layer 13 Step (S40) is performed.
  • the divided region 13a is formed so as not to be in a superconducting state at the critical temperature of the superconducting layer 13b.
  • the step (S40) is performed by a laser. Specifically, as shown in FIG. 3, a plurality of lasers (arrows in FIG. 3) are irradiated in parallel in the longitudinal direction of the superconducting layer 13 (four rows in FIG. 3). The portion irradiated with the laser becomes a divided region 13a. In other words, the superconducting layer 13 locally melts and solidifies in the part irradiated with the laser, resulting in a disordered crystallinity of that part (the crystal structure is disturbed compared to other parts). State).
  • the part where the crystallinity is disturbed has a lower critical temperature than the other part (superconducting layer 13b), or the superconducting property is deteriorated from the other part so that it does not become the superconducting state.
  • the superconducting material itself of the superconducting layer is scattered by the laser irradiation, and the material is lost. For this reason, the portion irradiated with the laser becomes the divided region 13a.
  • the step (S40) is not particularly limited to being performed by a laser as long as the divided region 13a can be formed.
  • the divided region 13a can change the crystallinity in the superconducting layer 13 by applying mechanical stress to the portion (for example, pressing a blade-shaped jig corresponding to the planar shape of the divided region 13a). May be formed.
  • the tape-shaped substrate 11 is left without being cut, while the step (S20) is performed by cutting, removing, or cutting a portion of the superconducting layer 12 where the divided region 13a is to be formed.
  • a step of forming a surface protective layer on the superconducting layer 13 is performed.
  • the surface protective layer is formed after the division region 13a is formed.
  • the surface protective layer on the divided region 13a is in the same state as the surface protective layer on the superconducting layer 13b other than the divided region 13a.
  • the step of forming the surface protective layer may be performed after the step of forming superconducting layer 13 (S30). In this case, after the surface protective layer is formed, the processing step (S40) is performed. In this case, the surface protective layer on the divided region 13a is in the same state as the divided region 13a.
  • the operation of superconducting tape wire 10 in the first embodiment will be described.
  • a voltage is applied between the one end 13c and the other end 13d of the superconducting tape wire 10 to cause a current to flow
  • a certain condition e.g., to a temperature at which the superconducting layer 13b enters a superconducting state.
  • a current can be passed in the superconducting state to the superconducting layer 13b in a portion other than the divided region 13a.
  • the plurality of superconducting layers 13b can be regarded as conductive wires that are electrically independent from each other, and thus are equivalent to a state in which the plurality of superconducting wires are arranged in parallel.
  • the operation of the superconducting tape wire 10 is not limited to the operation described above.
  • the five superconducting layers 13b other than the divided region 13a can be connected in series. Specifically, it is electrically connected to another superconducting layer 13b in the vicinity at the end of each superconducting layer 13b.
  • a current When a current is passed, it can be regarded as a single conductive wire, so that it is equivalent to a single long wire.
  • the step (S10) of preparing tape-shaped substrate 11 and the intermediate on tape-shaped substrate 11 are performed.
  • superconducting layer 13 extends from one end 13c to the other end 13d, and forms at least one divided region 13a extending from one end 13c to the other end 13d in superconducting layer 13
  • a processing step (S40) is a region that does not enter a superconducting state at the critical temperature of the superconducting layer 13b.
  • the divided region 13a by forming the divided region 13a, the same effect as that obtained by superposing the superconducting tape wire 10 of the number of regions constituting the superconducting layer 13b of the portion other than the divided region 13a with one superconducting tape wire 10 is obtained.
  • the existing superconducting tape wire 10 can be easily manufactured.
  • a wide superconducting tape wire 10 it is possible to manufacture a superconducting tape wire 10 having the same effect as collecting superconducting tape wires of the number of regions even if it is not long ( It is possible to manufacture a structure in which a plurality of superconducting tape wires are arranged in parallel with the total length force (the length in the longitudinal direction of the wide superconducting tape wire 10) X (the number of regions of the superconducting layer 13b). ). Therefore, it is possible to divide the wide superconducting tape wire 10 without using a long wire, and to form a structure having a plurality of parallel narrow and superconducting tape wires. In such a structure, the total length of the superconducting tape wire can be increased by increasing the number of divisions. Therefore, the superconducting tape wire 10 that can be used in the same manner as a long superconducting tape wire is manufactured. It becomes possible.
  • the processing step (S40) is performed by a laser.
  • the divided region 13a can be easily formed.
  • the width, position, or depth of the divided region 13a can be easily changed by changing the width, position, or depth of the laser irradiation region. For this reason, the width and the number of divisions of the superconducting layer 13b that can be regarded as superconducting tape wires arranged in parallel can be easily changed.
  • the processing step (S40) is preferably performed so as to form one or a plurality of divided regions 13a in parallel in the longitudinal direction of the superconducting layer 13. .
  • a plurality of current paths can be secured in the plurality of superconducting layers 13b other than the divided region 13a.
  • a wire equivalent to one long wire can be realized. Therefore, since an inexpensive and high-performance superconducting tape wire 10 can be manufactured, industrial manufacturing becomes possible.
  • the intermediate thin film layer 12 is preferably a physical layer. It is formed by vapor deposition.
  • a physical vapor deposition method a method capable of forming a film having excellent characteristics such as a PLD method or a sputtering method can be used, so that an intermediate thin film layer 12 having excellent film quality can be easily formed.
  • superconducting layer 13 is formed by a method including at least one of a physical vapor deposition method and an organometallic deposition method.
  • Physical vapor deposition for example, PLD
  • MOD is superior in terms of low cost. Therefore, it is possible to manufacture the superconducting tape wire 10.
  • superconducting tape wire 10 in Embodiment 1 of the present invention is formed on tape-shaped substrate 11, intermediate thin film layer 12 formed on tape-shaped substrate 11, and intermediate thin film layer 12.
  • a superconducting layer 13 including at least one divided region 13a extending from the end 13c to the other end 13d and extending from the one end 13c to the other end 13d, and the divided region 13a is a criticality of the superconducting layer 13b. It is characterized by a region that is not superconductive at temperature. Therefore, by forming the divided region 13a, one superconducting tape wire 10 has an effect similar to that obtained by collecting the superconducting tape wires of the number of regions constituting the superconducting layer 13b of the portion other than the divided region 13a.
  • the superconducting tape wire 10 having a wide width is used, even if it is not long, the same effect as that obtained by collecting superconducting tape wires having the number of regions of the length is obtained. For this reason, the superconducting tape 10 need not be long. Therefore, the industrial process of the superconducting tape wire 10 becomes easy.
  • the tape-shaped substrate 11 is preferably an M or Ni alloy-based oriented metal tape, and the intermediate thin film layer is made of CeO and yttria-stabilized zirco.
  • the superconducting layer 12 includes at least one of your, and includes the HoBCO. As a result, a structure utilizing the orientation of the tape-like substrate 11 can be obtained. Therefore, the superconducting tape wire 10 can obtain a large critical current value (Ic) and critical current density (Jc) which are practically required. Furthermore, the degree of freedom in selecting the material used for the tape-like substrate 11 can be increased. Therefore, the superconducting tape wire 10 can be manufactured.
  • Ic critical current value
  • Jc critical current density
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing a superconducting tape wire according to a modification of the first embodiment.
  • the configuration of the superconducting tape wire 20 in the modified example is basically the same as that of the superconducting tape wire 10 in Embodiment 1 of the present invention, but the shape of the divided region 13a is shown in FIG. Different from superconducting tape wire 10.
  • the divided region 13a does not reach the end but extends from one end 13c, which is near the end, to the other end 13d.
  • the width W between the tip of the divided region 13a in the vicinity of the end and the end in the vicinity thereof is 5 cm to 20 cm.
  • the width W is preferably 5 cm to 20 cm regardless of the length of the superconducting tape wire 20 or the length of the divided regions 13a.
  • the divided region 13a in the superconducting tape wire 20 of the modified example includes a superconducting layer corresponding to the divided region 13a, in addition to the divided region 13a in the superconducting tape wire 10 of Embodiment 1.
  • the superconducting layer corresponding to is not present, and there is no superconducting layer corresponding to the divided region 13a and a part of the intermediate thin film layer 12 below (the remainder of the intermediate thin film layer 12).
  • the substrate 11 are present, and there is a superconducting layer corresponding to the divided region 13a and the entire intermediate thin film layer 12 thereunder (the substrate 11 is present).
  • there is a superconducting layer corresponding to the divided region 13a, the entire intermediate thin film layer 12 below it, and a part of the substrate 11 below it. (The remainder of the substrate 11 is present), or the superconductivity corresponding to the divided region 13a And an intermediate thin layer 12 and the substrate 11 thereunder exist! This is the part that is in the state of a cunning ⁇ (with a break)! /.
  • the configuration of the method for manufacturing the superconducting tape wire 20 is basically the same as the method for manufacturing the superconducting tape wire 10 according to Embodiment 1 of the present invention in the force processing step (S40). This is different from the manufacturing method of the superconducting tape wire 10 shown in FIG.
  • the tape-like substrate 11, the intermediate thin film layer 12 and the superconducting layer 13 corresponding to the width W are cut.
  • the operation similar to that of superconducting tape 10 of the first embodiment is performed.
  • the tape-shaped substrate 11, the intermediate thin film layer 12, and the superconducting layer 13 corresponding to the width W are not particularly limited.
  • one long superconducting tape wire can be manufactured by connecting the tip of the region divided into two regions by dividing region 13a without cutting one end or both ends. it can.
  • the divided region 13a is formed leaving the width W. Therefore, practicality can be improved.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view showing the superconducting tape wire according to the second embodiment.
  • the superconducting tape wire 30 according to the second embodiment of the present invention includes a tape-shaped substrate 31, an intermediate thin film layer 32, and a superconducting layer 33 as shown in FIG.
  • the intermediate thin film layer 32 is formed on the tape-like substrate 31, extends from one end 32c to the other end 32d, and extends from one end 32c to the other end 32d. Includes split area 32a.
  • the intermediate thin film layer 32 has one layer or two or more layers.
  • the superconducting layer 33 is formed on the intermediate thin film layer 32.
  • the superconducting layer region 33a on the intermediate layer dividing region 32a is a region that does not enter the superconducting state at the critical temperature of the superconducting layer 33b. That is, in the intermediate layer division region 32a, when the superconducting layer 33b on the intermediate thin film layer 32b other than the intermediate layer division region 32a is in the superconducting state, the superconducting layer region 33a on the intermediate layer division region 32a is not in the superconducting state.
  • the structure is as follows.
  • a plurality of intermediate layer division regions 32 a are formed in parallel in the longitudinal direction of superconducting layer 33.
  • four rows of intermediate layer division regions 32a are formed, and five rows of intermediate thin film layers 32b other than the intermediate layer division region 32a are formed.
  • the superconducting layer region 33a on the intermediate layer division region 32a is the longitudinal direction of the intermediate layer division region 32a. Are formed in parallel.
  • four rows of superconducting layer regions 33a on the intermediate layer division region 32a are formed, and five rows of superconducting layers 33b on regions other than the intermediate layer division region 32a are formed. Therefore, this is the same as the case where five rows of superconducting tape wires having the same length, in which the intermediate layer division region 32a is not formed, are arranged in parallel.
  • the tape-shaped substrate 31, the intermediate thin film layer 32, and the superconducting layer 33 are formed using the same materials as the tape-shaped substrate 11, the intermediate thin film layer 12, and the superconducting layer 13 in the first embodiment.
  • the second embodiment is the same as the first embodiment in that the configuration is not particularly limited.
  • superconducting tape wire 30 is similar to Embodiment 1 in that it includes a surface protective layer.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a method of manufacturing superconducting tape wire 30 in the second embodiment.
  • step (S10) of preparing the tape-shaped substrate 31 is performed.
  • step (S20) of forming the intermediate thin film layer 32 on the tape-shaped substrate 31 is performed. Since this step (SIO, S20) is similar to the step (SIO, S20) in the manufacturing method of the first embodiment, the description thereof will not be repeated.
  • the intermediate thin film layer 32 extends from one end 32c to the other end 32d, and extends to the intermediate thin film layer 32 from at least one end 32c to the other end 32d.
  • the processing step (S50) for forming is performed.
  • the superconducting layer region 33a on the intermediate layer dividing region 32a is performed so as to be a region that does not enter the superconducting state at the critical temperature of the superconducting layer 33b.
  • the step (S50) is not particularly limited to being performed by the force laser performed by the laser, similarly to the step (S40) in the first embodiment. Any method such as the mechanical processing method described in the description of the step (S40) in the state 1 can be used.
  • the intermediate layer division region 32a is formed at least in the uppermost layer (the layer formed farthest from the tape-like substrate 31). That's fine.
  • the intermediate layer division region 32a is a superconducting layer 3 formed on the intermediate thin film layer 32b. Any superconducting layer region 33a can be formed on the superconducting layer region 33a having a lower crystallinity than 3b (a crystal structure having inferior superconducting properties or not exhibiting superconducting properties).
  • the intermediate layer division region 32a may be different in film quality on the upper surface (surface on the superconducting layer 33 side) and on the upper surface of the intermediate thin film layer 32b.
  • the intermediate layer division region 32a may be formed on the uppermost layer contacting the superconducting layer 33 or on the surface of the uppermost superconducting layer 33 side, The intermediate layer division region 32a is formed so as to penetrate the plurality of layers described above!
  • a step (S 30) of forming superconducting layer 33 on intermediate thin film layer 32 is performed.
  • this step (S30) is performed, the crystallinity of the superconducting layer region 33a on the intermediate layer dividing region 32a is different from the crystallinity of the superconducting layer 33b on the intermediate thin film layer 32b other than the intermediate layer dividing region 32a.
  • a step of forming a surface protective layer is performed.
  • the superconducting tape wire 30 in Embodiment 2 can be manufactured.
  • the step (S10) of preparing tape-shaped substrate 31 and the intermediate on tape-shaped substrate 31 are performed.
  • Step (S20) for forming the thin film layer 32, and the intermediate thin film layer 32 extends from one end to the other end, and the intermediate thin film layer 32 has one end force and the other end.
  • a process (S30) for forming the superconducting layer 33 on the intermediate thin film layer 32, and the superconducting layer region 33a on the intermediate layer dividing region 32a includes the superconducting layer 33b. It is characterized by a region that is not in the superconducting state at the critical temperature.
  • the superconducting tape wires 30 of the number of the superconducting layer 33b on the intermediate thin film layer 32b other than the intermediate layer division region 32a were collected in one superconducting tape wire 30 (arranged in series)
  • the superconducting tape wire 30 having the same effect as the above can be easily manufactured. Therefore, since the wide superconducting tape wire 30 can be used without using a long wire, the superconducting tape wire 30 can be industrialized.
  • tape-shaped substrate 31 is formed on tape-shaped substrate 31, and extends from one end to the other end, and from one end to the other end.
  • An intermediate thin film layer 32 including at least one intermediate layer division region 32a extending to a portion, and a superconducting layer 33 formed on the intermediate thin film layer 32, and the superconducting layer 33a on the intermediate layer division region 32a includes:
  • the superconducting layer 33b is characterized in that it is a region that does not enter the superconducting state at the critical temperature.
  • the superconducting tape wire 30 of 1 becomes the number of the superconducting tape wire rods constituting the superconducting layer 33b on the intermediate thin film layer 32b divided by the intermediate layer division region 32a. It has the same effect as that of
  • FIG. 7 is a schematic perspective view showing a superconducting device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • a superconducting device according to Embodiment 3 of the present invention will be described.
  • the superconducting device in Embodiment 3 of the present invention is a superconducting coil.
  • Superconducting coil 40 in the third embodiment is manufactured using superconducting tape wire 10 in the first embodiment.
  • the superconducting coil 40 is wound by winding a superconducting tape wire 10 (see FIG. 1) including the superconducting layer 13 and the tape-like substrate 11 in which the divided regions 13a are formed. Shaped bodies 41, 42, and 43 are formed, and the divided region 13a has a structure that does not enter the superconducting state when the superconducting layer 13b other than the divided region 13a is in the superconducting state.
  • the "rolled body” is a cylindrical or non-hollow rod body, and its cross-sectional shape means any shape such as a circle, a polygon, or a partially concave shape.
  • superconducting coil 40 includes wound bodies 41 to 43 each of which is composed of three superconducting tape wires 10.
  • the superconducting tape wire 10 constitutes wound bodies 41 to 43 that are wound into a spiral to form a cylinder.
  • wound bodies 41, 42, 43 are arranged in order from the inside of the superconducting coil 40, and the outermost layer is a three-layer coil in which the wound body 43 made of the superconducting tape wire 10 is arranged.
  • the outer diameters of the wound bodies 41 to 43 constituting the superconducting coil 40 are smaller as they are positioned on the inner peripheral side of the superconducting coil 40.
  • the superconducting tape wires 10 constituting the wound-shaped bodies 41, 42, 43 are respectively divided regions.
  • Embodiment 3 in the wound body 43 made of the superconducting tape wire 10 that is the outermost layer, four rows of divided regions 13a are formed and divided into five rows of regions. Attention is paid to an arbitrary region 13B in the superconducting layer 13b.
  • the arbitrary region 13B of the wound body 43 is connected to the region corresponding to the region 13B of the wound body 42 by, for example, solder.
  • the region corresponding to the region 13B of the wound shape body 42 is connected to the region corresponding to the region 13B of the wound shape member 41 with, for example, solder. In this way, the respective regions in the wound bodies 41 to 43 are connected.
  • the present invention is not particularly limited to the above-described configuration, and for example, the coil may be a single layer (a single wound physical strength may also be configured). Further, as long as the divided region 13a is 2 or more, it may be divided into as many regions as can be formed.
  • each of the wound bodies 41 to 43 constituting the coil may be formed by combining two or more (for example, three) superconducting tape wires 10 instead of one. For example, after one end 13c of each of the three superconducting tape wires 10 is subjected to a predetermined processing (processing such as cutting the end diagonally so as to be spirally wound), The ends of the end faces are connected to each other to form a circular opening at the end of the wound body.
  • three superconducting tape wires are spirally connected to form one coil (that is, the outer peripheral side surface of one coil is composed of a plurality of (for example, three) superconducting tape wires 10).
  • a large-diameter coil can be formed using a plurality of superconducting tape wires 10.
  • superconducting coil 40 includes a surface protective layer on superconducting layer 13.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a method of manufacturing superconducting coil 40 in the third embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic view of a single-layer coil manufactured using a single superconducting tape wire 10.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for producing a three-layer coil using wound bodies 41 to 43 formed from three superconducting tape wires. First, a process of manufacturing a superconducting coil that is the wound body 41 that is the innermost layer by the method of manufacturing the superconducting tape wire 10 is performed. In the third embodiment, the superconducting coil uses the superconducting tape wire 10 in the first embodiment. Therefore, specifically, as shown in FIG.
  • a step (S10) of preparing the tape-shaped substrate 11 is performed.
  • a step (S20) of forming an intermediate thin film layer on the tape-like substrate 11 is performed.
  • the step (S30) of forming the superconducting layer 13 is performed.
  • the superconducting layer 13 extends from one end portion 13c to the other end portion 13d, and the superconducting layer 13 forms at least one divided region 13a extending from the one end portion 13c to the other end portion 13d (S40). ). Since these steps (S10 to S40) are similar to the steps (S10 to S40) in the first embodiment, description thereof will not be repeated.
  • step (S60) of winding superconducting tape wire 10 is performed.
  • the wound body 41 is formed.
  • the superconducting tape wire material 10 in which the divided regions 13a are formed so as to form two or more region forces S spirals divided by the divided regions 13a is cylindrical. Wrap around. At this time, the boundary line 41a, which is the side in the longitudinal direction of the superconducting tape wire 10, is not overlapped and no gap is formed, so that it is spirally formed.
  • the wound bodies 41, 42, 43 are formed, respectively.
  • the wound bodies 41, 42, and 43 are sequentially stacked (disposed concentrically or arranged so as to cover the outer periphery of the wound body 41, and further wound
  • the roll-shaped body 43 is arranged so as to cover the outer periphery of the body 42).
  • the inner diameters of the cylinders are increased in that order so that the wound bodies 41, 42, and 43 can be stacked.
  • the superconducting coil 40 is connected to each of the divided regions 12a, 42, and 43 where the divided regions 12a are formed. region In the wound bodies 41, 42, and 43 connected to each other, the connected tip and the power source are connected.
  • the end portion of an arbitrary region 13B (for example, the lower side in Fig. 7) of the superconducting layer 13b of five regions formed by dividing four rows of divided regions 13a in the wound body 43 is formed. ) And the end of the region 13B (for example, the lower side in FIG. 7) in the wound body 42 are connected. Similarly, the other end portion (for example, the upper side in FIG. 7) of the region 13B in the wound shape body 42 is connected to the end portion (for example, the upper side in FIG. 7) of the region 13B in the wound shape body 41. Thereby, the winding-shaped bodies 41-43 are electrically connected.
  • the present invention is not particularly limited to the above-described configuration.
  • the wound bodies 41, 42, and 43 when they are connected, they can be regarded as one conductive wire. In other words, it is equivalent to one long wire.
  • a power supply when a power supply is connected to the tip, only one power supply is needed. As a result, the number of power supplies can be reduced, and an inexpensive superconducting coil can be manufactured.
  • a current is passed through the superconducting coil, a superconducting state can be established in one channel under certain conditions.
  • the superconducting device using superconducting tape wire 10 in the first embodiment is used. Therefore, by forming the divided region 13a, the superconducting tape wire 10 of 1 has the same effect as a collection of superconducting tape wires of the number of regions constituting the superconducting layer 13b of the portion other than the divided region 13a. It becomes a superconducting tape wire, and the superconducting coil 40 can be easily manufactured using the superconducting tape wire.
  • the superconducting tape wire 10 is manufactured by the method of manufacturing the superconducting tape wire 10 according to the first embodiment (S10 to S40), and the superconducting tape wire 10 is wound (S60). . Therefore, the formation of the divided region 13a has the same effect as that obtained by collecting the superconducting tape wires 10 of the number of regions constituting the superconducting layer 13b of the portion other than the divided region 13a with one superconducting tape wire 10.
  • the superconducting coil 40 can be easily manufactured using the superconducting tape wire 10. Therefore, since the wide superconducting tape wire 10 can be used without using a long wire, the superconducting coil 40 can be industrialized.
  • the configuration of the superconducting coil as an example of the superconducting device in the modification basically includes the same configuration as that of the superconducting coil 40 in the embodiment 3 of the present invention, but the intermediate thin film layer has an intermediate layer division region. It differs from the superconducting coil 40 shown in FIG. 7 in that it is formed.
  • the superconducting tape wire 30 in the second embodiment is used.
  • the superconducting tape wire 30 includes a tape-shaped substrate 31, an intermediate thin film layer 32, and a superconducting layer 33.
  • the superconducting tape wire 30 is wound in a cylindrical shape so that two or more regions divided by the superconducting layer 33a on the intermediate layer division region 32a are spiral.
  • the superconducting coil in the modified example is formed as the wound shape body.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a method for manufacturing a superconducting coil in a modification.
  • the configuration of the superconducting coil manufacturing method in the modification of the third embodiment is basically the same as the manufacturing method of the superconducting coil 40 in the third embodiment of the present invention. This is different from the method of manufacturing the superconducting coil 40 shown in FIG. 8 in that it is manufactured using the superconducting tape wire.
  • a step (S10) of preparing a tape-like substrate 31 is performed.
  • an intermediate thin film layer 32 is formed on the tape-shaped substrate 31.
  • the forming step (S20) is performed.
  • the intermediate thin film layer 32 extends from one end to the other end, and the intermediate thin film layer 32 is formed with at least one intermediate layer divided region 32a extending from one end to the other end (S50). ).
  • a step (S30) of forming superconducting layer 33 on intermediate thin film layer 32 is performed. Since these steps (S10, S20, S50, S30) are similar to the steps (S10, S20, S50, S30) in the manufacturing method of the second embodiment, description thereof will not be repeated.
  • step of winding the superconducting tape wire 30 (S60) is performed. Since this step (S60) is the same as step (S60) in the manufacturing method of Embodiment 3, the description thereof will not be repeated.
  • the superconducting tape wire 30 in the second embodiment is used.
  • a superconducting coil including the intermediate thin film layer 32 having the intermediate layer division region 32a is obtained.
  • the superconducting tape wire 30 is manufactured by the method of manufacturing the superconducting tape wire 30 according to the second embodiment. 30 (S10, S20, S50, S30) and a step (S60) of winding the superconducting tape wire 30 manufactured in the manufacturing process (S10, S20, S50, S30). Therefore, a superconducting coil including the intermediate thin film layer 32 having the intermediate layer division region 32a can be easily manufactured.
  • Embodiment 4 of the present invention is a superconducting coil which is an example of a superconducting device.
  • the superconducting coil in the fourth embodiment of the present invention has basically the same configuration as the superconducting coil 40 in the third embodiment shown in FIG. 7, but the manufacturing method is different. Therefore, the description of the superconducting coil in Embodiment 4 will not be repeated.
  • FIG. 12 shows a superconducting coil according to Embodiment 4 of the present invention. It is a flowchart which shows the manufacturing method of a tablet.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a processing process in the fourth embodiment.
  • a step (S10) of preparing a tape-shaped substrate is performed.
  • a step (S20) of forming an intermediate thin film layer on the tape-like substrate is performed.
  • a step (S30) of forming superconducting layer 33 on intermediate thin film layer 32 is performed. Since these steps (S10 to S30) are the same as the steps (S10 to S30) in the manufacturing method of Embodiment 1, the description thereof will not be repeated.
  • step (S60) of spreading a superconducting tape wire is performed. Since this step (S60) is similar to step (S60) in the manufacturing method of the third embodiment, description thereof will not be repeated.
  • a processing step (S40) for forming a divided region divided into two or more regions extending to the end is performed.
  • the divided region is formed so as to be a region that is not in the superconducting state at the critical temperature of the superconducting layer.
  • both ends of the rolled shape body formed in the step (S60) are fixed.
  • a fixing member may be provided.
  • the shape of the superconducting coil can be easily maintained.
  • this step (S20) there is no particular limitation as long as a divided region can be formed in the wound shape. For example, if the superconducting tape wire can be kept in a rolled state, the divided regions can be formed.
  • superconducting layer 53 of a superconducting tape wire is irradiated with a laser to form divided regions 53a.
  • the laser irradiates the superconducting layer 53 in a spiral shape in a spiral manner to form the divided region 53a.
  • the divided regions 53a are formed in four rows in parallel. As a result, it is possible to manufacture a wound body that is wound in a cylindrical shape so that the five superconducting layers 52b divided by the divided regions 53a are spiral.
  • the step of preparing the tape-shaped substrate (S10), and the intermediate thin film layer on the tape-shaped substrate Forming the superconducting layer 33 on the intermediate thin film layer 32 (S30), winding the superconducting tape wire (S60), and the superconducting layer 53 of the wound superconducting tape wire.
  • the superconducting layer 53 extends from one end located at one end to the other end located at the other end, and the superconducting layer 53 extends from one end to the other end.
  • a processing step (S40) for forming a divided region 53a to be divided wherein the processing step (S40) includes a portion of the superconducting layer 53 to be the divided region 53a, and the superconducting layer 53b other than the divided region is in a superconducting state. Then, the process of processing into a structure that does not become superconducting is included. As a result, the processing step (S40) can be carried out after the superconducting tape wire is formed into a spiral shape.
  • the segmented region 53a by forming the segmented region 53a, the same effect as that of the superconducting tape wire of the number of regions constituting the superconducting layer 53b of the portion other than the segmented region 53a can be obtained with one superconducting tape wire.
  • a superconducting coil can be easily manufactured using the superconducting tape wire. Therefore, it is possible to industrialize superconducting coils.
  • Embodiment 5 of the present invention is a superconducting coil which is an example of a superconducting device.
  • the superconducting coil in the fifth embodiment of the present invention has basically the same configuration as that of the superconducting coil 40 in the third embodiment shown in FIG. 7, except that an intermediate thin film layer is provided and the manufacturing method is the same. Different.
  • the superconducting coil in the fifth embodiment includes a tape-shaped substrate, an intermediate thin film layer, and a superconducting layer.
  • the intermediate thin film layer is formed on the tape-like substrate and includes at least one intermediate layer dividing region extending from one end to the other end and extending to one end force to the other end.
  • the superconducting layer is formed on the intermediate thin film layer.
  • a superconducting tape wire including an intermediate thin film layer, a tape-like substrate and a superconducting layer in which an intermediate layer dividing region is formed is to be wound. Thus, a wound body is configured.
  • the superconducting layer region on the intermediate layer division region is a region that does not become a superconducting state at the critical temperature of the superconducting layer.
  • a superconductivity including a tape-shaped substrate, an intermediate thin film layer in which an intermediate layer division region is formed such that two or more regions divided by the intermediate layer division region are spiral, and a superconducting layer A wound body wound in a cylindrical shape by a tape wire is configured.
  • FIG. 14 is a flowchart showing a method of manufacturing a superconducting coil according to Embodiment 5 of the present invention.
  • step (S10) of preparing a tape-shaped substrate is performed.
  • step (S20) of forming an intermediate thin film layer on the tape-like substrate is performed. Since this step (S10, S20) is the same as step (S10, S20) in the manufacturing method of the second embodiment, description thereof will not be repeated.
  • a step (S70) of rolling a tape-shaped substrate is performed.
  • the tape-shaped substrate is wound into a cylindrical shape so that the tape-shaped substrate including the tape-shaped substrate and the intermediate thin film layer is spiral.
  • the intermediate thin film layer of the tape-shaped substrate is extended from one end located at one end to the other end located at the other end.
  • a processing step (S50) for forming an intermediate layer division region divided into two or more regions extending from one end to the other end is performed.
  • This step (S50) is basically the same step as the step (S50) of the fourth embodiment, but the intermediate layer split region is formed on the intermediate thin film layer of the tape-shaped substrate formed in the wound shape.
  • both ends of the wound body are fixed, and the intermediate thin film layer is irradiated with a laser to form the intermediate layer divided region.
  • step (S30) of forming a superconducting layer on the intermediate thin film layer is performed.
  • this step (S30) the same method as in step (S30) in the manufacturing method of the second embodiment can be used.
  • a plurality of wound-shaped bodies on which a superconducting layer is formed are prepared, and a superconducting coil is manufactured by combining these wound-shaped bodies.
  • the processing step (S50) can be carried out after the tape-like base material is made into a rolled shape.
  • the intermediate layer division region by forming the intermediate layer division region, the same effect as that of collecting the superconducting tape wires of the number of regions constituting the superconducting layer on the region other than the intermediate layer division region with one superconducting tape wire material is obtained.
  • a superconducting coil equipped with the superconducting tape wire can be easily manufactured. Therefore, it is possible to industrialize superconducting coils.
  • FIG. 15A is a schematic top view showing the superconducting coil in the sixth embodiment
  • FIG. 15B is a schematic front view showing the superconducting coil in the sixth embodiment.
  • the superconducting device in Embodiment 6 of the present invention is a superconducting coil.
  • Superconducting coil 60 in the sixth embodiment is formed of a wound shape using superconducting tape wire 10 in the first embodiment.
  • superconducting coil 60 includes tape-shaped substrate 11, intermediate thin film layer 12, and superconducting layer 13.
  • the superconducting layer 13 includes divided regions 12a formed in four rows in parallel so as to be divided into five regions of the superconducting layer 13b.
  • the superconducting layer 13 including the superconducting layer 13 in which the divided regions 13a are formed and the tape-like substrate 11 is included.
  • the superconducting tape wire 10 is wound into a cylindrical shape so that the tape wire 10 is wound around in a spiral shape with the one side in the short direction as an axis and the center being hollow.
  • a superconducting coil is composed of one wound shape.
  • the method for manufacturing a superconducting coil includes the steps (S10 to S40) of manufacturing the superconducting tape wire 10 according to the first embodiment and the step (S60) of winding the superconducting tape wire according to the third embodiment.
  • a winding step (S60) is performed.
  • the superconducting tape wire 10 on which the divided regions 13a are formed is wound in a cylindrical shape so that two or more regions divided by the divided regions 13a are spiral.
  • the superconducting tape wire 10 is spirally wound, the superconducting tape wire 10 is wound in a cylindrical shape so that the divided region 13a is spirally formed.
  • the superconducting coil according to Embodiment 6 can be manufactured.
  • the operation of the superconducting coil in the sixth embodiment is the same as that of the superconducting coil in the third embodiment.
  • the winding method is a spiral shape in the winding step (S60). for that reason
  • the superconducting coil which is an example of the superconducting device in the sixth embodiment, it is configured by winding a spirally wound body into a spiral shape. Therefore, a coil having a desired shape can be obtained.
  • Embodiments 3 to 6 have been described by taking a superconducting coil as an example of a superconducting device, it is not particularly limited to a superconducting coil.
  • a superconducting device for example, a superconducting cable or a power storage device can be used.
  • a superconducting coil or wound body Regarding the cross-sectional shape, an example of a circular shape has been shown, but the cross-sectional shape is not limited to a circular shape, and other shapes (a polygonal shape such as a triangle or a quadrangle, or a shape in which a curved surface portion and a linear portion are combined) Etc.)! / ⁇ .
  • Example 1 a superconducting coil was manufactured according to the manufacturing method of Embodiment 1. Specifically, first, a step (S10) of preparing a tape-shaped substrate was performed. As the tape substrate, a Ni—W (tungsten) oriented metal tape, which is a Ni alloy oriented tape, was used. Next, a step (S20) of forming an intermediate thin film layer on the tape-like substrate was performed. In this step (S20), the intermediate thin film layer is formed on the tape-like substrate by the CeO layer by RF sputtering and by the PLD method.
  • a step (S10) of preparing a tape-shaped substrate was performed.
  • a Ni—W (tungsten) oriented metal tape which is a Ni alloy oriented tape
  • a step (S20) of forming an intermediate thin film layer on the tape-like substrate was performed. In this step (S20), the intermediate thin film layer is formed on the tape-like substrate by the CeO layer by RF sputtering and by the PLD method.
  • a YSZ layer was formed, and a three-layer structure intermediate layer (CeOZYSZZCeO) was formed. next,
  • a step (S30) of forming a superconducting layer on the intermediate thin film layer was performed.
  • a HoBCO film having a thickness of about 1.0 m was epitaxially grown on the intermediate thin film layer by the PLD method.
  • Ic (77K, 0T) 100A
  • Ic (4.2K , 25 T) 1000A
  • a superconducting tape wire with a 5 ⁇ m silver strength film and a 20 ⁇ m copper plating on the superconducting layer has a width of 0.1 mm and a width of 5 cm. did.
  • the processing step (S40) was performed.
  • the superconducting layer was continuously irradiated with a YAG laser to form four divided regions in parallel so as to divide five lcm wide regions in the longitudinal direction.
  • a winding step (S60) was performed. In this process (S60), it is divided by the divided area.
  • the superconducting tape wire was wound in a cylindrical shape so that area 4 was spiral. By connecting 20 layers of coils, a 1 GHz NMR coil can be obtained. Thus, the superconducting coil in Example 1 was manufactured.
  • Bi-2212 includes bismuth, lead, strontium, calcium, copper and oxygen, and its atomic ratio (excluding oxygen) is (bismuth and lead): strontium: calcium: copper 2: 2: 1 : Approximate to 2 -31: -110 and 0110 oxide superconductivity (sometimes referred to as (Bi, Pb) 2212). More specifically, (BiPb) Sr Ca Cu O and
  • Z indicates the oxygen content, and it is known that the critical temperature (Tc) and critical current (Ic) change as z changes.
  • Comparative Example 2 the same steps as the steps (S10 to S30) in the manufacturing method of Example 1 were performed except that a superconducting tape wire having a width of 1 cm was used.
  • the superconducting coil in Example 1 could be manufactured with a short length of superconducting tape wire of 10 m per layer.
  • a current of 160 A is passed through each superconducting layer in the region divided by lcm width by the processing step (S20)
  • the total current in each of the five areas was 800A.
  • this energization was performed by parallel energization with 5 power supplies in 5 areas divided into 1 cm width, and connected to the series (5 areas connected in series) and 1 power supply Conducted series energization with. As a result, it was possible to carry 800A in either case.
  • Comparative Example 2 a 1 cm wide tape-shaped HoBCO film is used, so a long wire with a single length of 500 m is required although it is shorter than the length of the wire required in Comparative Example 1. When became.
  • Example 2 a superconducting coil was manufactured according to the manufacturing method of Embodiment 2. Specifically, in the superconducting coil in Example 2, the step of preparing a tape-shaped substrate (S10) and the step of forming an intermediate thin film layer on the tape-shaped substrate (S20) were performed. In this step (S10, 20), the same tape-like substrate and intermediate thin film layer as in Example 1 were used.
  • the intermediate thin film layer is extended to one end force to the other end, and a processing step of forming at least one intermediate layer division region extending from the one end to the other end in the intermediate thin film layer (S5 0) was carried out.
  • the intermediate thin film layer was irradiated with a YAG laser to form an intermediate layer divided region.
  • a step (S30) of forming a superconducting layer was performed.
  • a superconducting layer was formed in the same manner as in Example 1 on the intermediate thin film layer in which the intermediate layer division region was formed.
  • Example 3 For the superconducting coil in Example 3, the superconducting tape wire material used in Example 1 was used to produce a single-layer superconducting coil shown in Table 2 below.
  • Example 2 As shown in Table 2, the performance of the superconducting coil manufactured in Example 2 (superconducting tape wire manufactured in accordance with Embodiment 2) was the same as that in Example 3 (embodiment 1).
  • the superconducting coil made of superconducting tape wire) showed the same performance. Therefore, the method of manufacturing the superconducting coil and the effect of the superconducting coil in Embodiment 2 of the present invention were confirmed.
  • a divided region or an intermediate layer divided region is formed. Therefore, a superconducting tape wire having the same effect as that of a long wire can be easily manufactured using a wide superconducting tape wire having a relatively short length. Further, by using a superconducting tape wire having the same effect as this long wire, a superconducting device having the same effect as a superconducting device using the long wire can be produced at low cost.

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Abstract

テープ状基板を準備する工程と、テープ状基板上に中間薄膜層１２を形成する工程と、中間薄膜層上に超電導層を形成する工程と、超電導層は一方端部から他方端部まで伸び、超電導層に一方端部から他方端部まで延在する少なくとも１つの分割領域を形成する加工工程とを備え、分割領域は、超電導層の臨界温度では超電導状態とならない領域である超電導テープ線材の製造方法により、長尺な線材と同様の効果を有する超電導テープ線材、およびこれらの超電導線材を用いた超電導機器を提供する。

Description

明 細 書
超電導テープ線材の製造方法、超電導テープ線材、および超電導機器 技術分野
[0001] 本発明は、超電導テープ線材の製造方法、超電導テープ線材、および超電導機 器に関する。
背景技術
[0002] 従来、高磁界コイルにビスマス系高温超電導線材が用いられて!/ヽる。また、最近は 、 Y (イットリウム)系薄膜テープ高温超電導線材が用いられることもある。また、金属 形超電導線材を用いて、周波数 900MHz〜920MHzの NMRコイルを作製して!/ヽ る。このような NMRコイルを作製するためには、長尺で均一な線材が必要である。
[0003] 長尺で均一な特性の線材の製造方法として、特開平 6— 120025号公報 (特許文 献 1)では、酸化物超電導コイルの製造方法が開示されている。特許文献 1には、コィ ルの中心軸に対してコイルの内径と外形とを結ぶ直線が中心軸に対して回転したと きに、その直線と中心軸との交点力 中心軸の上下方向に移動するらせん状の連続 面を有する非超電導体製基板を用意し、その基板上に酸化物超電導体を成膜する 方法が開示されている。
特許文献 1：特開平 6 - 120025号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] しかしながら、周波数 1GHzの NMRコイルを作製するためには、たとえば Bi— 221 2組成の Bi (ビスマス）系線材では、温度が 4. 2K、磁束密度が 25T、 Ic (臨界電流） = 300Aの条件下で、内径 lmmの丸線の場合、単長が 1600mという長尺な線材が 必要となる。また、 Y系薄膜線材では、同様の条件下で、幅 lcmのテープ線材の場 合、単長が 500m必要となる。そのため、超電導線材を用いてコイルを作製するため には、長尺で均一な特性の線材が必要となる。特に高磁界コイルを作製する際には 、そのような線材が要求される。
[0005] しかし、上記超電導線材では、上述のような長尺の線材を作成することは困難であ る。また、上記のような長尺な線材を実現した場合であっても、製造するのに非常に 高価なものとなるため、工業製品とすることは非常に困難であるという問題がある。
[0006] また、上記特許文献 1に記載の酸化物超電導コイルの製造方法では、らせん状の 連続面を有する非超電導体製基板上に酸化物超電導体を成膜して!/ヽるので、長尺 な線材を製造することはできる。しかし、この場合も上述したように工業ィ匕が困難であ るという問題がある。
[0007] それゆえ本発明の目的は、上記のような課題を解決するためになされたものであり 、長尺な線材と同様の効果を有する超電導テープ線材の製造方法、超電導テープ 線材、および超電導機器を提供することである。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明の一の局面における超電導テープ線材の製造方法によれば、テープ状基 板を準備する工程と、テープ状基板上に中間薄膜層を形成する工程と、中間薄膜層 上に超電導層を形成する工程と、超電導層は一方端部力 他方端部まで伸び、超 電導層に一方端部から他方端部まで延在する少なくとも 1つの分割領域を形成する 加工工程とを備える。分割領域は、超電導層の臨界温度では超電導状態とならない 領域であることを特徴とする。
[0009] 本発明の他の局面における超電導テープ線材の製造方法によれば、テープ状基 板を準備する工程と、テープ状基板上に中間薄膜層を形成する工程と、中間薄膜層 は一方端部から他方端部まで伸び、中間薄膜層に一方端部から他方端部まで延在 する少なくとも 1つの中間層分割領域を形成する加工工程と、中間薄膜層上に超電 導層を形成する工程とを備える。中間層分割領域上の超電導層領域は、超電導層 の臨界温度では超電導状態とならない領域であることを特徴とする。
[0010] 本発明の一の局面における超電導テープ線材は、テープ状基板と、テープ状基板 上に形成された中間薄膜層と、中間薄膜層上に形成され、一方端部から他方端部ま で伸び、一方端部力 他方端部まで延在する少なくとも 1つの分割領域を含む超電 導層とを備える。分割領域は、超電導層の臨界温度では超電導状態とならない領域 であることを特徴とする。
[0011] 本発明の他の局面における超電導テープ線材は、テープ状基板と、テープ状基板 上に形成され、一方端部から他方端部まで伸び、一方端部から他方端部まで延在 する少なくとも 1つの分割領域を含む中間薄膜層と、中間薄膜層上に形成された超 電導層とを備え、中間層分割領域上の超電導層領域は、超電導層の臨界温度では 超電導状態とならな 、領域であることを特徴とする。
[0012] 本発明の超電導機器は、上記超電導テープ線材を用いている。
発明の効果
[0013] 本発明の超電導テープ線材の製造方法によれば、加工工程により分割領域または 中間層分割領域を形成する。そのため、幅広の超電導テープ線材を相対的に幅の 狭い複数の並列に配置された、または 1本の直列に配置された超電導テープ線材に 加工することができる。このような並列に配置された複数の、または直列に配置された 1本の超電導テープ線材を用いてたとえばコイルなどの機器を製造すれば、上記複 数の超電導テープ線材を直列に接続したような長尺のテープ線材を使ってコイルを 製造した場合と同様の巻き数のコイルを容易に製造できる。つまり、長尺な線材と同 様の効果を有する超電導テープ線材を容易に製造することができる。
[0014] 本発明の超電導テープ線材によれば、分割領域または中間層分割領域を備えて いる。そのため、線材を並列に複数枚集めたものと同様の効果を有する幅広の超電 導テープ線材とすることができる。
[0015] 本発明の超電導機器によれば、分割領域または中間層分割領域が形成されてい る。そのため、長尺な線材を用いた超電導機器と同様の効果を有する超電導機器を 、比較的長さの短い、幅広の超電導テープ線材を用いて製造できる。このため、長尺 な線材を用いる場合より製造コストを低減できる。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]図 1は、実施の形態 1における超電導テープ線材を示す概略斜視図である。
[図 2]図 2は、実施の形態 1における超電導テープ線材の製造方法を示すフローチヤ ートである。
[図 3]図 3は、実施の形態 1での加工工程を示す概略模式図である。
[図 4]図 4は、実施の形態 1の変形例における超電導テープ線材を示す概略斜視図 である。 [図 5]図 5は、実施の形態 2における超電導テープ線材を示す概略斜視図である。
[図 6]図 6は、実施の形態 2における超電導テープ線材の製造方法を示すフローチヤ ートである。
[図 7]図 7は、実施の形態 3における超電導機器を示す概略斜視図である。
[図 8]図 8は、実施の形態 3における超電導コイルの製造方法を示すフローチャートで ある。
[図 9]図 9は、 1枚の超電導テープ線材を用いて製造された 1層のコイルの模式図で ある。
[図 10]図 10は、 3枚の超電導テープ線材からそれぞれ形成された巻き形状体を用い て 3層のコイルを製造する模式図である。
[図 11]図 11は、実施の形態 3の変形例における超電導コイルの製造方法を示すフロ 一チャートである。
[図 12]図 12は、実施の形態 4における超電導コイルの製造方法を示すフローチヤ一 トである。
[図 13]図 13は、実施の形態 4での加工工程を示す概略模式図である。
[図 14]図 14は、本発明の実施の形態 5における超電導コイルの製造方法を示すフロ 一チャートである。
[図 15A]図 15Aは、実施の形態 6における超電導コイルを示す概略上面図である。
[図 15B]図 15Bは、実施の形態 6における超電導コイルを示す概略正面図である。 符号の説明
[0017] 10, 20, 30 超電導テープ線材、 11, 31 テープ状基板、 13, 13b, 33, 33b, 5 2, 52b 超電導層、 13a, 53a 分割領域、 13c, 32c 一方端部、 13d, 32d 他方 端部、 13B 領域、 22, 32, 32b 中間薄膜層、 30, 40, 60 超電導コイル、 32a 中間層分割領域、 33a 超電導層領域、 41a 境界線、 41, 42, 43 巻き形状体。 発明を実施するための最良の形態
[0018] 以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面におい て同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない 。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。 [0019] (実施の形態 1)
図 1は、本発明の実施の形態 1における超電導テープ線材を示す概略斜視図であ る。図 1を参照して、本発明の実施の形態 1における超電導テープ線材を説明する。 本発明の実施の形態 1における超電導テープ線材 10は、図 1に示すように、テープ 状基板 11と、中間薄膜層 12と、超電導層 13とを備えている。
[0020] 中間薄膜層 12は、テープ状基板 11上に形成されている。超電導層 13は、中間薄 膜層 12上に形成され、一方端部 13cから他方端部 13dまで伸び、一方端部 13cから 他方端部 13dまで延在する少なくとも 1つの分割領域 13aを含む。分割領域 13aは、 超電導層 13bの臨界温度では超電導状態とならな 、領域である。
[0021] 詳細には、分割領域 13aは、超電導層 13の長手方向（図 1において一方端部 13c 力も他方端部 13dに延びる方向）に 1つまたは複数並列に形成されている。実施の 形態 1では、一方端部 13cと他方端部 13dとは互いに対向している。
[0022] なお、「端部」とは、端である場合、および、端までは達しておらず端近傍である場 合の両方を意味する。実施の形態 1では、図 1に示すように、一方端部 13cおよび他 方端部 13dは、端としている。
[0023] 分割領域 13aは、後述する製造方法からも分力るように、超電導層 13にレーザ光を 照射するといつた手法によりその結晶性が乱された状態 (超電導層 13bより超電導状 態となる臨界温度が低い、あるいは超電導状態にならないような結晶構造の状態）に なって 、る部分、若しくは分割領域 13aに相当する超電導層そのものの存在が無!ヽ 状態になって 、る部分や、テープ状基板 11までの深さ方向にぉ 、て材料がつながら ない状態 (分割領域 13a下の中間薄膜層の一部または全部の存在が無い状態、ま たはテープ状基板 11の裏面まで達して切断される場合を除き分割領域 13a下の中 間薄膜層およびテープ状基板の一部の存在が無い状態を含む）になっている部分 である。すなわち、分割領域 13aは、超電導層 13が存在している場合であって超電 導層の結晶性が乱された状態になっている部分、分割領域 13aに相当する超電導 層が存在しない状態になっている部分、分割領域 13aに相当する超電導層とその下 の中間薄膜層 12の一部とが存在していない（中間薄膜層 12の残部と基板 11とは存 在している）状態になっている部分、分割領域 13aに相当する超電導層とその下の 中間薄膜層 12の全部とが存在して 、な 、（基板 11は存在して 、る）状態になって!/ヽ る部分、または分割領域 13aに相当する超電導層とその下の中間薄膜層 12の全部 とその下の基板 11の一部とが存在して 、な ヽ (基板 11の残部は存在して 、る）状態 になっている部分である。
[0024] 実施の形態 1では、分割領域 13aが 4列形成されており、分割領域 13a以外の部分 の超電導層 13bが 5列形成されている。そのため、分割領域 13aが形成されていない (長手方向と直交する方向における超電導層 13bの幅と同じ幅を有する）超電導テー プ線材が 5列並列されている場合と同様のものとなる。そのため、超電導テープ線材 10では、分割領域 13aが形成できる程度の幅広としている。なお、分割領域 13aは、 特にこの構成に限定されない。たとえば、分割領域 13aは、超電導層 13の短手方向 (図 1において長手方向と直交する方向、すなわち一方端部 13cおよび他方端部 13 dと平行な方向）に複数並列に形成されて!、てもよ!/、。
[0025] また、テープ状基板 11は、 Ni (ニッケル)または Ni合金系の配向テープを用いてい る。中間薄膜層 12は、 CeO (セリア）および YsZ (イットリア安定ィ匕ジルコユア）の少な
2
くとも一方を含んでいるものを用いている。超電導層 13は、 HoBCO (ホルミウム系高 温超電導材料： HoBa Cu O )を用いている。
2 3
[0026] なお、テープ状基板 11の材料は上述した Nほたは Ni合金系に限られず他の材料
(たとえば他の金属材料、あるいはその他のフレキシブルな材料）を用いてもよい。中 間薄膜層 12は、その上に超電導層 13を形成できれば上述した材料に限られない。 また、中間薄膜層 12は 1層に限らず、 2層以上の複数層としてもよい。超電導層 12と しては上述した HoBCO以外のレア ·アース系超電導材料、若しくは従来の金属系超 電導材料や他の酸化物系超電導材料を用いてもょ ヽ。
[0027] また、超電導層 13の表面保護のために、超電導層 13上に Ag (銀)安定ィ匕層や Cu
(銅)安定化層などの表面保護層や安定化層（図示せず)を設けて!ヽる。分割領域 1 3a上の表面保護層は、分割領域 13a以外の部分の超電導層 13b上の表面保護層と 同様の状態としてもよいし、分割領域 13aと同様の状態としてもよい。
[0028] 次に、図 2および図 3を参照して、超電導テープ線材 10の製造方法について説明 する。図 2は、実施の形態 1における超電導テープ線材 10の製造方法を示すフロー チャートである。図 3は、実施の形態 1での加工工程を示す概略模式図である。
[0029] まず、テープ状基板 11を準備する工程 (S10)を実施する。この工程 (S 10)では、 上述したテープ状基板 11を準備する。
[0030] 次に、中間薄膜層 12を形成する工程 (S20)を実施する。この工程 (S20)では、中 間薄膜層 12は、物理蒸着法や有機金属堆積法などによりテープ状基板 11上に上 述した材料を用いて形成される。
[0031] 次に、超電導層 13を形成する工程 (S30)を実施する。この工程 (S30)では、超電 導層 13は、中間薄膜層 12上に PLD (Pulsed Laser Deposition)法またはスパッタ法 などの物理蒸着法および有機金属堆積法 (MOD法)の少なくともいずれか一方を含 む方法で形成される。
[0032] 次に、超電導層 13は一方端部 13cから他方端部 13dまで伸び、超電導層 13に一 方端部 13cから他方端部 13dまで延在する少なくとも 1つの分割領域 13aを形成する 加工工程 (S40)を実施する。この工程 (S40)では、分割領域 13aは、超電導層 13b の臨界温度では超電導状態とならな 、領域となるように行なう。
[0033] 実施の形態 1では、工程 (S40)は、レーザにより行なっている。具体的には、図 3に 示すように、レーザ（図 3において矢印）は、超電導層 13の長手方向に複数（図 3に おいて 4列）並列に照射している。レーザを照射した部分は、分割領域 13aとなる。つ まり、レーザが照射された部分では、超電導層 13が局所的に溶融 ·凝固することによ つて、当該部分の結晶性が乱れた状態 (他の部分と対比するとその結晶構造に乱れ が発生した状態）となる。このような結晶性が乱れた部分は、他の部分 (超電導層 13b )より超電導状態に遷移する臨界温度が低い、あるいは超電導状態にならないという ようにその超電導特性が他の部分より劣化して 、る。あるいはレーザ照射によって、 超電導層の超電導材料そのものが飛散されて材料が無くなつている。そのため、この ようにレーザが照射された部分が分割領域 13aとなる。
[0034] なお、工程 (S40)は、分割領域 13aを形成できれば、レーザにより行なわれること に特に限定されない。たとえば、分割領域 13aは、当該部分に機械的な応力を加え る（たとえば分割領域 13aの平面形状に対応するブレード状の治具を押圧する）こと により、超電導層 13において結晶性を変更することにより形成してもよい。または、（ テープ状基板 11は切断せずに残存させる一方)超電導層 12における分割領域 13a を形成すべき部分を切断、除去、あるいは切削加工することにより、工程 (S20)を実 施することちでさる。
[0035] 最後に、超電導層 13上に表面保護層を形成する工程を実施する。この工程では、 分割領域 13aを形成した後に表面保護層を形成する。この場合は、分割領域 13a上 の表面保護層は、分割領域 13a以外の部分の超電導層 13b上の表面保護層と同様 の状態となる。
[0036] なお、表面保護層を形成する工程は、超電導層 13を形成する工程 (S30)の後に 実施してもよい。この場合は、表面保護層が形成されたのちに、加工工程 (S40)を 実施する。この場合は、分割領域 13a上の表面保護層は、分割領域 13aと同様の状 態となる。
[0037] 上記工程 (S10〜S40)を行なうことにより、実施の形態 1における超電導テープ線 材 10を製造することができる。
[0038] 次に、実施の形態 1における超電導テープ線材 10の動作について説明する。超電 導テープ線材 10にお ヽて一方端部 13cと他方端部 13dとの間に電圧を印加して電 流を流すと、一定の条件 (たとえば超電導層 13bが超電導状態になる温度にまで超 電導テープ線材 10を冷却した状態)では、分割領域 13a以外の部分の超電導層 13 bに超電導状態で電流を流すことができる。このとき、複数の超電導層 13bは互いに 電気的に独立した導電線とみなすことができるので、複数の超電導線が並列に配置 された状態と等価な状態となる。
[0039] また、超電導テープ線材 10の動作については、上述した動作に限られない。たとえ ば、分割領域 13a以外の部分の 5の超電導層 13bを直列に接続することもできる。具 体的にはそれぞれの超電導層 13bの端部で近接の他の超電導層 13bと電気的に接 続する。そして、電流を流すと、 1本の導電線とみなすことができるので、 1本の長尺 な線材と等価な状態となる。
[0040] 以上説明したように、本発明の実施の形態 1における超電導テープ線材 10の製造 方法によれば、テープ状基板 11を準備する工程 (S 10)と、テープ状基板 11上に中 間薄膜層 12を形成する工程 (S20)と、中間薄膜層 12上に超電導層 13を形成する 工程 (S30)と、超電導層 13は一方端部 13cから他方端部 13dまで伸び、超電導層 1 3に一方端部 13cから他方端部 13dまで延在する少なくとも 1つの分割領域 13aを形 成する加工工程 (S40)とを備えている。分割領域 13aは、超電導層 13bの臨界温度 では超電導状態とならない領域であることを特徴とする。そのため、分割領域 13aを 形成することにより、 1の超電導テープ線材 10で、分割領域 13a以外の部分の超電 導層 13bを構成する領域数の超電導テープ線材^^めたものと同様の効果を有す る超電導テープ線材 10を容易に製造することができる。また、幅広の超電導テープ 線材 10を用いれば、たとえ長尺でなくてもその長さの領域数の超電導テープ線材を 集めたのと同様の効果を有する超電導テープ線材 10を製造することができる (そのト 一タル長さ力 （幅広の超電導テープ線材 10の長手方向の長さ） X (超電導層 13b の領域数)となる、複数の超電導テープ線材が並列に配置された構造体を製造でき る）。よって、長尺な線材を用いずに、幅広の超電導テープ線材 10を分割して、並列 な複数の幅の狭 、超電導テープ線材カもなる構造体を形成できる。このような構造 体では分割数を増やすことによって超電導テープ線材のトータル長さを長くすること ができるので、長尺な超電導テープ線材と同様に用いることができる超電導テープ線 材 10を工業ィ匕することは可能となる。
[0041] 上記超電導テープ線材 10の製造方法において好ましくは、加工工程 (S40)は、レ 一ザにより行なわれる。これにより、分割領域 13aを容易に形成することができる。ま た、レーザの照射領域の幅、位置、または深さを変更することで、分割領域 13aの幅 、位置、または深さを容易に変更できる。このため、並列に配置された超電導テープ 線材とみなせる超電導層 13bの幅や分割数を容易に変更できる。
[0042] 上記超電導テープ線材 10の製造方法にぉ 、て好ましくは、加工工程 (S40)は、超 電導層 13の長手方向に 1つまたは複数並列に分割領域 13aを形成するように行な われる。これにより、分割領域 13a以外の部分の複数の超電導層 13bにおいて、複 数本の電流パスを確保できる。または、超電導層 13bを直列に接続して電流を流す ことによって、 1本の長尺な線材と等価な線材を実現することができる。よって、安価 で高性能な超電導テープ線材 10を製造できるので、工業ィ匕が可能となる。
[0043] 上記超電導テープ線材 10の製造方法において好ましくは、中間薄膜層 12は物理 蒸着法により形成されている。物理蒸着法としては、 PLD法ゃスパッタ法などの特性 に優れた膜を形成できる手法を用いることができるので、優れた膜質の中間薄膜層 1 2を容易に形成することができる。
[0044] 上記超電導テープ線材 10の製造方法において好ましくは、超電導層 13は、物理 蒸着法および有機金属堆積法の少なくともいずれか一方を含む方法により形成され る。物理蒸着法 (たとえば PLD法など）は超電導層の特性に優れ、 MOD法は、低コ ストという点で優れている。そのため、超電導テープ線材 10の工業ィ匕が可能となる。
[0045] また、本発明の実施の形態 1における超電導テープ線材 10は、テープ状基板 11と 、テープ状基板 11上に形成された中間薄膜層 12と、中間薄膜層 12上に形成され、 一方端部 13cから他方端部 13dまで伸び、一方端部 13cから他方端部 13dまで延在 する少なくとも 1つの分割領域 13aを含む超電導層 13とを備え、分割領域 13aは、超 電導層 13bの臨界温度では超電導状態とならな 、領域であることを特徴として 、る。 そのため、分割領域 13aを形成することにより、 1の超電導テープ線材 10は、分割領 域 13a以外の部分の超電導層 13bを構成する領域数の超電導テープ線材を集めた ものと同様の効果を有する。
[0046] また、幅広の超電導テープ線材 10を用いれば、たとえ長尺でなくてもその長さの領 域数の超電導テープ線材を集めたものと同様の効果を有する。そのため、超電導テ 一プ線材 10は、長尺である必要がない。よって、超電導テープ線材 10の工業ィ匕は 容易となる。
[0047] 上記超電導テープ線材 10において好ましくは、テープ状基板 11は、 Mまたは Ni 合金系の配向金属テープであり、中間薄膜層は CeOおよびイットリア安定ィ匕ジルコ
2
ユアの少なくとも一方を含んでおり、超電導層 12は、 HoBCOを含んでいる。これに より、テープ状基板 11の配向性を生かす構造とすることができる。そのため、超電導 テープ線材 10は、実用上必要とされる大きな臨界電流値 (Ic)および臨界電流密度（ Jc)を得ることができる。さらに、テープ状基板 11として用いる材料の選択の自由度を 大きくできる。よって、超電導テープ線材 10の工業ィ匕が可能となる。
[0048] 次に、図 4を参照して、実施の形態 1の超電導テープ線材 10の変形例について説 明する。図 4は、実施の形態 1の変形例における超電導テープ線材を示す概略斜視 図である。変形例における超電導テープ線材 20の構成は、基本的には本発明の実 施の形態 1における超電導テープ線材 10と同様の構成を備えるが、分割領域 13aの 形状にお 、て、図 1に示した超電導テープ線材 10と異なる。
[0049] 詳細には、分割領域 13aは、端までは達しておらず端近傍である一方端部 13cから 他方端部 13dまで延在している。変形例では、端近傍である分割領域 13aの先端と その近傍である端との幅 Wは、 5cm〜20cmとしている。なお、幅 Wは超電導テープ 線材 20の長さや分割領域 13aの形成される長さによらず、 5cm〜20cmとすることが 好ましい。
[0050] なお、変形例の超電導テープ線材 20における分割領域 13aは、実施の形態 1の超 電導テープ線材 10における分割領域 13aの場合に加えて、分割領域 13aに相当す る超電導層、その下の中間薄膜層 12および基板 11が、レーザ加工や機械加工など で切れ目を入れる手法により存在していない状態を含む。すなわち、端までは達して V、な 、場合の分割領域 13aは、超電導層 13が存在して 、る場合であって超電導層 の結晶性が乱された状態になっている部分、分割領域 13aに相当する超電導層が 存在しな 、状態になっている部分、分割領域 13aに相当する超電導層とその下の中 間薄膜層 12の一部とが存在していない（中間薄膜層 12の残部と基板 11とは存在し て 、る）状態になって 、る部分、分割領域 13aに相当する超電導層とその下の中間 薄膜層 12の全部とが存在して 、な 、（基板 11は存在して 、る）状態になって!/、る部 分、分割領域 13aに相当する超電導層とその下の中間薄膜層 12の全部とその下の 基板 11の一部とが存在して 、な 、（基板 11の残部は存在して 、る）状態になって ヽ る部分、または分割領域 13aに相当する超電導とその下の中間薄膜層 12とその下の 基板 11とが存在して！/ヽな ヽ (切れ目が入った)状態になって!/、る部分である。
[0051] また、超電導テープ線材 20の製造方法の構成は、基本的には本発明の実施の形 態 1における超電導テープ線材 10の製造方法と同様の構成を備える力 加工工程（ S40)において、図 2に示した超電導テープ線材 10の製造方法と異なる。
[0052] 詳細には、実施の形態 1における超電導テープ線材 10の製造方法における加工 工程 (S40)で、分割領域 13aを、図 4に示すように、端近傍 (端力も幅 W)まで延在す るように形成する。上記工程を行なうことにより、実施の形態 1の変形例における超電 導テープ線材 20を製造することができる。
[0053] 超電導テープ線材 20を動作させるときには、幅 Wに相当するテープ状基板 11、中 間薄膜層 12、および超電導層 13を切断する。これにより、実施の形態 1の超電導テ 一プ線材 10と同様の動作となる。なお、幅 Wに相当するテープ状基板 11、中間薄膜 層 12、および超電導層 13を切断することに特に限定されない。たとえば、一方端部 または両端部を切断せずに、分割領域 13aで 2の領域に区分された領域の先端を接 続すること〖こより、 1本の長尺な超電導テープ線材を製造することもできる。
[0054] 以上説明したように、実施の形態 1の変形例における超電導テープ線材 20によれ ば、幅 Wを残して分割領域 13aを形成する。そのため、実用性を向上することができ る。
[0055] (実施の形態 2)
図 5は、実施の形態 2における超電導テープ線材を示す概略斜視図である。図 5を 参照して、本発明の実施の形態 2における超電導テープ線材を説明する。本発明の 実施の形態 2における超電導テープ線材 30は、図 5に示すように、テープ状基板 31 と、中間薄膜層 32と、超電導層 33とを備えている。
[0056] 中間薄膜層 32は、テープ状基板 31上に形成され、一方端部 32cから他方端部 32 dまで伸び、一方端部 32cから他方端部 32dまで延在する少なくとも 1つの中間層分 割領域 32aを含む。中間薄膜層 32は、 1層または 2層以上としている。超電導層 33 は、中間薄膜層 32上に形成される。
[0057] 中間層分割領域 32a上の超電導層領域 33aは、超電導層 33bの臨界温度では超 電導状態とならない領域としている。すなわち、中間層分割領域 32aは、中間層分割 領域 32a以外の部分の中間薄膜層 32b上の超電導層 33bが超電導状態となるとき、 中間層分割領域 32a上の超電導層領域 33aが超電導状態とならないような構造とし ている。
[0058] 詳細には、中間層分割領域 32aは、超電導層 33の長手方向に複数並列に形成さ れている。実施の形態 2では、中間層分割領域 32aが 4列形成されており、中間層分 割領域 32a以外の部分の中間薄膜層 32bが 5列形成されている。
[0059] 中間層分割領域 32a上の超電導層領域 33aは、中間層分割領域 32aの長手方向 に複数並列に形成されている。実施の形態 2では、中間層分割領域 32a上の超電導 層領域 33aが 4列形成されており、中間層分割領域 32a以外の領域上の超電導層 3 3bが 5列形成されている。そのため、中間層分割領域 32aが形成されていない同じ 長さの超電導テープ線材が 5列並列されている場合と同様のものとなる。
[0060] 実施の形態 2では、テープ状基板 31、中間薄膜層 32、超電導層 33は、実施の形 態 1におけるテープ状基板 11、中間薄膜層 12、超電導層 13と同様の材料を用いて いるが、特にこの構成に限定されない点についても実施の形態 1と同様である。なお 、図示していないが、超電導テープ線材 30は表面保護層を含む点においても実施 の形態 1と同様である。
[0061] 次に、図 6を参照して、超電導テープ線材 30の製造方法について説明する。図 6 は、実施の形態 2における超電導テープ線材 30の製造方法を示すフローチャートで ある。
[0062] まず、テープ状基板 31を準備する工程 (S10)を実施する。次に、テープ状基板 31 上に中間薄膜層 32を形成する工程 (S20)を実施する。この工程 (SIO, S20)は、実 施の形態 1の製造方法における工程 (SIO, S20)と同様であるので、その説明は繰 り返さない。
[0063] 次に、中間薄膜層 32は一方端部 32cから他方端部 32dまで伸び、中間薄膜層 32 に一方端部 32cから他方端部 32dまで延在する少なくとも 1つの中間層分割領域 32 aを形成する加工工程 (S50)を実施する。この工程 (S50)では、中間層分割領域 32 a上の超電導層領域 33aは、超電導層 33bの臨界温度では超電導状態とならない領 域となるように実施する。
[0064] 実施の形態 2では、工程 (S50)は、実施の形態 1における工程 (S40)と同様に、レ 一ザにより行なっている力 レーザにより行なわれることに特に限定されず、実施の形 態 1における工程 (S40)に関する説明で述べた機械的加工法など任意の方法を用 いることがでさる。
[0065] また、中間薄膜層 32が 2層以上の複数層からなる場合、少なくとも最上層 (テープ 状基板 31から最も離れた位置に形成された層）に中間層分割領域 32aが形成され ていればよい。中間層分割領域 32aは、中間薄膜層 32b上に形成される超電導層 3 3bより結晶性の劣る（超電導特性の劣る、あるいは超電導特性を発揮しない結晶構 造である)超電導層領域 33aをその上に形成できれば、どのような構造であってもよ い。たとえば、中間層分割領域 32aはその上部表面 (超電導層 33側の表面)の膜質 力 中間薄膜層 32bの上部表面の膜質と異なっていてもよい。また、中間薄膜層 32 が複数の層からなる場合、超電導層 33に接触する最上層または当該最上層の超電 導層 33側の表面に中間層分割領域 32aが形成されていてもよいし、中間層分割領 域 32aは上述した複数の層を貫通するように形成されて!、てもよ!/、。
[0066] 次に、中間薄膜層 32上に超電導層 33を形成する工程 (S30)を実施する。このェ 程 (S30)を行なうと、中間層分割領域 32a上の超電導層領域 33aの結晶性は、中間 層分割領域 32a以外の部分の中間薄膜層 32b上の超電導層 33bの結晶性と異なる
[0067] 次に、表面保護層を形成する工程を実施する。上記工程 (S 10, S20, S50, S30) を行なうことにより、実施の形態 2における超電導テープ線材 30を製造することがで きる。
[0068] 超電導テープ線材 30の動作は、実施の形態 1における超電導テープ線材 10の動 作と同様であるので、その説明は繰り返さない。
[0069] 以上説明したように、本発明の実施の形態 2における超電導テープ線材 30の製造 方法によれば、テープ状基板 31を準備する工程 (S 10)と、テープ状基板 31上に中 間薄膜層 32を形成する工程 (S20)と、中間薄膜層 32は一方端部から他方端部まで 伸び、中間薄膜層 32に一方端部力 他方端部まで延在する少なくとも 1つの中間層 分割領域 32aを形成する加工工程 (S50)と、中間薄膜層 32上に超電導層 33を形 成する工程 (S30)とを備え、中間層分割領域 32a上の超電導層領域 33aは、超電 導層 33bの臨界温度では超電導状態とならな 、領域であることを特徴として 、る。中 間層分割領域 32aを形成することにより、 1の超電導テープ線材 30で、中間層分割 領域 32a以外の中間薄膜層 32b上の超電導層 33bの領域数の超電導テープ線材を 集めた (直列に配置した)ものと同様の効果を有する超電導テープ線材 30を容易に 製造することができる。よって、長尺な線材を用いずに、幅広の超電導テープ線材 30 を用いることができるので、超電導テープ線材 30を工業ィ匕することは可能となる。 [0070] 本発明の実施の形態 2における超電導テープ線材 30によれば、テープ状基板 31 と、テープ状基板 31上に形成され、一方端部から他方端部まで伸び、一方端部から 他方端部まで延在する少なくとも 1つの中間層分割領域 32aを含む中間薄膜層 32と 、中間薄膜層 32上に形成された超電導層 33とを備え、中間層分割領域 32a上の超 電導層 33aは、超電導層 33bの臨界温度では超電導状態とならない領域であること を特徴としている。中間層分割領域 32aを形成することにより、 1の超電導テープ線 材 30は、中間層分割領域 32aにより区分された中間薄膜層 32b上の超電導層 33b を構成する領域数の超電導テープ線材^^めたものの効果と同様の効果を有する。
[0071] (実施の形態 3)
図 7は、本発明の実施の形態 3における超電導機器を示す概略斜視図である。図7 を参照して、本発明の実施の形態 3における超電導機器を説明する。本発明の実施 の形態 3における超電導機器は超電導コイルとしている。実施の形態 3における超電 導コイル 40は、実施の形態 1における超電導テープ線材 10を用いて製造されて 、る
[0072] 超電導コイル 40は、図 7に示すように、分割領域 13aが形成された超電導層 13とテ ープ状基板 11とを含む超電導テープ線材 10 (図 1参照）が巻かれることにより巻き形 状体 41 , 42, 43が構成され、分割領域 13aは、分割領域 13a以外の部分の超電導 層 13bが超電導状態となるとき、超電導状態とならないような構造としている。
[0073] なお、上記「巻き形状体」とは、筒状または中空でない棒体であり、その断面形状は 丸、多角形、一部凹の形状など任意の形状であることを意味する。
[0074] 実施の形態 3では、超電導コイル 40は、 3枚の超電導テープ線材 10からそれぞれ が構成される巻き形状体 41〜43を備えている。超電導テープ線材 10は、らせん状 に巻かれることにより円筒となる巻き形状体 41〜43を構成する。そして、超電導コィ ル 40の内側から順に巻き形状体 41, 42, 43が配置されており、最外層には超電導 テープ線材 10からなる巻き形状体 43が配置されている 3層コイルとしている。なお、 超電導コイル 40を構成する巻き形状体 41〜43は、超電導コイル 40の内周側に位 置するものほどその外径が小さくなつて 、る。
[0075] 巻き形状体 41, 42, 43を構成する超電導テープ線材 10は、それぞれ、分割領域 13aにより区分された 2以上の領域がらせん状になるように、分割領域 13aが形成さ れた超電導層 12とテープ状基板 11とを含む超電導テープ線材 10が円筒状に巻か れている。これにより、巻き形状体 41〜43を形成している。
[0076] 実施の形態 3では、図 7に示すように、最外層である超電導テープ線材 10からなる 巻き形状体 43において、 4列の分割領域 13aが形成されて区分された 5列の領域の 超電導層 13bのうち、任意の領域 13Bに着目する。巻き形状体 43の任意の領域 13 Bは、巻き形状体 42の領域 13Bに相当する領域と、たとえばはんだで接続されてい る。同様に、巻き形状体 42の領域 13Bに相当する領域は、巻き形状体 41の領域 13 Bに相当する領域と、たとえばはんだで接続されている。このようにして、巻き形状体 41〜43におけるそれぞれの領域が接続されて 、る。
[0077] なお、上記の構成に特に限定されず、たとえばコイルは 1層であってもよい（1つの 巻き形状体力も構成されていてもよい)。また、分割領域 13aは 2以上であれば、形成 可能な数の領域に分割してもよい。また、コイルを構成する巻き形状体 41〜43のそ れぞれは、 1枚ではなく 2枚以上 (たとえば 3枚)の超電導テープ線材 10を組合せて 形成してもよい。たとえば、 3枚の超電導テープ線材 10のそれぞれの一方端部 13c につ 、て所定の加工（らせん状に巻くため端部を斜めに切断するなどの加工)を行な つたあと、当該加工後の端面の端を互いに接続して、巻き形状体の端部の円形開口 部を構成する。そして、 3つの超電導テープ線材をらせん状に巻きながら接続して 1 つのコイルを形成する（つまり、 1つのコイルの外周側面を複数（たとえば 3つ）の超電 導テープ線材 10により構成する)。このようにすれば、複数の超電導テープ線材 10 を用いて大口径のコイルを形成することができる。
[0078] なお、図示していないが、超電導コイル 40は、表面保護層を超電導層 13上に備え ている。
[0079] 次に、図 8〜図 10を参照して、超電導コイル 40の製造方法について説明する。図 8 は、実施の形態 3における超電導コイル 40の製造方法を示すフローチャートである。 図 9は、 1枚の超電導テープ線材 10を用いて製造された 1層のコイルの模式図である 。図 10は、 3枚の超電導テープ線材からそれぞれ形成された巻き形状体 41〜43を 用いて 3層のコイルを製造する模式図である。 [0080] まず、超電導テープ線材 10の製造方法により最内層である巻き形状体 41である超 電導コイルを製造する工程を実施する。実施の形態 3では、超電導コイルは、実施の 形態 1における超電導テープ線材 10を用いている。そのため、具体的には、図 8に 示すように、まず、テープ状基板 11を準備する工程 (S10)を実施する。次に、テープ 状基板 11上に中間薄膜層を形成する工程 (S20)を実施する。次に、超電導層 13を 形成する工程 (S30)を実施する。次に、超電導層 13は一方端部 13cから他方端部 1 3dまで伸び、超電導層 13に一方端部 13cから他方端部 13dまで延在する少なくとも 1つの分割領域 13aを形成する加工工程 (S40)を実施する。これらの工程 (S10〜S 40)は、実施の形態 1における工程 (S10〜S40)と同様であるため、その説明は繰り 返さない。
[0081] 次に、超電導テープ線材 10を巻く工程 (S60)を実施する。この工程 (S60)では、 巻き形状体 41を形成する。
[0082] 実施の形態 3では、図 9に示すように、分割領域 13aにより区分された 2以上の領域 力 Sらせん状になるように、分割領域 13aが形成された超電導テープ線材 10を円筒状 に巻く。この際に、超電導テープ線材 10の長手方向の辺である境界線 41aが重なら ず、かつ隙間ができな 、ようにらせん状に卷 、て 、る。
[0083] そして、図 10に示すように、 3つの超電導テープ線材 10について工程（S60)を実 施することにより、それぞれ巻き形状体 41, 42, 43を形成する。次いで、図 10に示 すように、巻き形状体 41, 42, 43を順に重ねる（同心円状に配置する、あるいは巻き 形状体 41の外周を覆うように巻き形状体 42を配置し、さらに巻き形状体 42の外周を 覆うように巻き形状体 43を配置する）。なお、巻き形状体 41, 42, 43を重ねることが できるように、その円筒の内径をその順に大きくして 、る。
[0084] 上記工程 (S10〜S60)を行なうことにより、実施の形態 3における超電導コイル 40 を製造することができる。そして、上述したように各巻き形状体 41〜43の対応する領 域 (超電導層 13b)が互 ヽに電気的に接続される。
[0085] 次に、図 7を参照して、超電導コイル 40の動作について説明する。超電導コイル 40 に電流を流すために、電源を接続する。超電導コイル 40は、各巻き形状体 41, 42, 43において分割領域 12aが形成されて区分された領域ごとに接続されている。領域 ごとに接続された巻き形状体 41、 42, 43において、接続された先端と電源とを接続 する。
[0086] 実施の形態 3では、巻き形状体 43における 4列の分割領域 13aが形成されて区分 された 5の領域の超電導層 13bのうち任意の領域 13Bの端部（図 7においてたとえば 下側）と、巻き形状体 42における領域 13Bの端部（図 7にお 、てたとえば下側）とを接 続している。同様に、巻き形状体 42における領域 13Bの他方の端部（図 7において たとえば上側）と、巻き形状体 41における領域 13Bの端部（図 7においてたとえば上 側）とを接続している。これにより、巻き形状体 41〜43は、電気的に接続される。
[0087] そして、接続されてなる超電導コイル 40において、電源を ONにすると、巻き形状体 41の領域 13B (図 7においてたとえば上方向）、巻き形状体 42の領域 13B (図 7にお いてたとえば下方向）、巻き形状体 43の領域 13B (図 7においてたとえば上方向）を 電流が流れる。このようにして、 5列の領域それぞれに電流を流し、一定の条件下で 超電導状態とすることができる。
[0088] なお、上記構成に特に限定されず、たとえば巻き形状体 41, 42, 43のそれぞれの 超電導テープ線材 10において分割領域 13a以外の部分の 5の超電導層 13bの端部 で近接の他の超電導層 13bを直列に接続する。そして、巻き形状体 41, 42, 43を接 続すると、 1本の導電線とみなすことができる。すなわち、 1本の長尺な線材と等価な 状態となる。そして、電源をその先端に接続すると、必要な電源は 1つとなる。これに より、電源の数を減らすことができるので、安価な超電導コイルを製造することができ る。この超電導コイルに電流を流すと、一定の条件下、 1の流路において超電導状態 とすることができる。
[0089] 以上説明したように、本発明の実施の形態 3における超電導機器の一例である超 電導コイル 40によれば、実施の形態 1における超電導テープ線材 10を用いた超電 導機器としている。そのため、分割領域 13aを形成することにより、 1の超電導テープ 線材 10は、分割領域 13a以外の部分の超電導層 13bを構成する領域数の超電導テ 一プ線材を集めたものと同様の効果を有する超電導テープ線材となり、当該超電導 テープ線材を用いて超電導コイル 40を容易に製造できる。
[0090] また、本発明の実施の形態 3における超電導機器の一例である超電導コイル 40の 製造方法によれば、実施の形態 1における超電導テープ線材 10の製造方法により 超電導テープ線材 10を製造する工程 (S 10〜S40)と、超電導テープ線材 10を巻く 工程 (S60)とを備えている。そのため、分割領域 13aを形成することにより、 1の超電 導テープ線材 10で、分割領域 13a以外の部分の超電導層 13bを構成する領域数の 超電導テープ線材を集めたものと同様の効果を有する超電導テープ線材 10を用い て超電導コイル 40を容易に製造することができる。よって、長尺な線材を用いずに、 幅広の超電導テープ線材 10を用いることができるので、超電導コイル 40を工業化す ることは可能となる。
[0091] 次に、実施の形態 3の超電導コイル 40の変形例について説明する。変形例におけ る超電導機器の一例である超電導コイルの構成は、基本的には本発明の実施の形 態 3における超電導コイル 40と同様の構成を備えるが、中間薄膜層において中間層 分割領域が形成されて ヽる点にぉ ヽて、図 7に示した超電導コイル 40と異なる。
[0092] 詳細には、実施の形態 2における超電導テープ線材 30を用いている。具体的には 、図 5に示すように、超電導テープ線材 30は、テープ状基板 31と、中間薄膜層 32と 、超電導層 33とを備えている。超電導テープ線材 30を中間層分割領域 32a上の超 電導層 33aにより区分された 2以上の領域がらせん状になるように、中間層分割領域 32aが形成された超電導テープ線材 30を円筒状に巻かれた巻き形状体として、変形 例における超電導コイルを形成して ヽる。
[0093] 次に、図 11を参照して、実施の形態 3の変形例における超電導コイルの製造方法 について説明する。図 11は、変形例における超電導コイルの製造方法を示すフロー チャートである。
[0094] 実施の形態 3の変形例における超電導コイルの製造方法の構成は、基本的には本 発明の実施の形態 3における超電導コイル 40の製造方法と同様の構成を備えるが、 実施の形態 2における超電導テープ線材を用いて製造して 、る点にぉ 、て、図 8に 示した超電導コイル 40の製造方法と異なる。
[0095] まず、実施の形態 2における超電導テープ線材 30の製造方法により超電導テープ 線材 30を製造する工程を実施する。具体的には、図 11に示すように、テープ状基板 31を準備する工程 (S10)を実施する。次に、テープ状基板 31上に中間薄膜層 32を 形成する工程 (S20)を実施する。次に、中間薄膜層 32は一方端部から他方端部ま で伸び、中間薄膜層 32に一方端部から他方端部まで延在する少なくとも 1つの中間 層分割領域 32aを形成する加工工程 (S50)を実施する。次に、中間薄膜層 32上に 超電導層 33を形成する工程（S30)を実施する。これらの工程（S10, S20, S50, S 30)は、実施の形態 2の製造方法における工程（S10, S20, S50, S30)と同様であ るので、その説明は繰り返さない。
[0096] 次に、超電導テープ線材 30を巻く工程 (S60)を実施する。この工程 (S60)は、実 施の形態 3の製造方法における工程 (S60)と同様であるので、その説明は繰り返さ ない。
[0097] 上記工程（S10, S20, S50, S30, S60)を行なうことにより、各卷き形状体 41〜4 3を形成し、これらの巻き形状体 41〜43を組合せることによって実施の形態 3の変形 例における超電導コイルを製造することができる。
[0098] 以上説明したように、実施の形態 3の変形例における超電導機器の一例である超 電導コイルによれば、実施の形態 2における超電導テープ線材 30を用いている。こ れにより、中間層分割領域 32aを有する中間薄膜層 32を備える超電導コイルとなる。
[0099] 以上説明したように、実施の形態 3の変形例における超電導機器の一例である超 電導コイルの製造方法によれば、実施の形態 2における超電導テープ線材 30の製 造方法により超電導テープ線材 30を製造する工程 (S10, S20, S50, S30)と、製 造する工程 (S10, S20, S50, S30)により製造された超電導テープ線材 30を巻く 工程 (S60)とを備えている。そのため、中間層分割領域 32aを有する中間薄膜層 32 を備える超電導コイルを容易に製造することができる。
[0100] (実施の形態 4)
本発明の実施の形態 4は、超電導機器の一例である超電導コイルである。本発明 の実施の形態 4における超電導コイルは、基本的には図 7に示す実施の形態 3にお ける超電導コイル 40と同様の構成であるが、製造方法が異なる。そのため、実施の 形態 4における超電導コイルにっ 、てその説明は繰り返さな 、。
[0101] 次に、図 12および図 13を参照して、本発明の実施の形態 4における超電導コイル の製造方法について説明する。図 12は、本発明の実施の形態 4における超電導コィ ルの製造方法を示すフローチャートである。図 13は、実施の形態 4における加工ェ 程を示す概略模式図である。
[0102] まず、テープ状基板を準備する工程 (S10)を実施する。次に、テープ状基板上に 中間薄膜層を形成する工程 (S20)を実施する。次に、中間薄膜層 32上に超電導層 33を形成する工程 (S30)を実施する。これらの工程 (S10〜S30)は、実施の形態 1 の製造方法における工程 (S10〜S30)と同様であるので、その説明は繰り返さない
[0103] 次に、超電導テープ線材を卷く工程 (S60)を実施する。この工程 (S60)は、実施 の形態 3の製造方法における工程 (S60)と同様であるので、その説明は繰り返さな い。
[0104] 次に、巻いた超電導テープ線材の超電導層において、一方の端部に位置する一 方端部から他方の端部に位置する他方端部まで伸び、超電導層を一方端部から他 方端部まで延在する 2以上の領域に区分する分割領域を形成する加工工程 (S40) を実施する。この工程 (S40)では、分割領域は、超電導層の臨界温度では超電導 状態とならな 、領域となるように行なわれる。
[0105] 実施の形態 4における工程 (S40)では、たとえば、工程 (S60)により形成された卷 き形状体の両端を固定する。固定するために、固定部材を設けてもよい。固定部材 を設けることにより、超電導コイルの形状を維持しやすくなる。なお、この工程 (S20) では、巻き形状体に分割領域を形成できれば、特にこれに限定されない。たとえば、 超電導テープ線材を卷 ゝた状態を維持できれば、分割領域を形成できる。
[0106] そして、図 13に示すように、たとえば超電導テープ線材の超電導層 53をレーザで 照射して分割領域 53aを形成している。具体的には、レーザは、巻き形状体の超電 導層 53をらせん状に照射して、分割領域 53aを形成する。実施の形態 4では、分割 領域 53aは 4列並列に形成している。これにより、分割領域 53aにより区分された 5の 領域の超電導層 52bがらせん状になるように円筒状に巻かれる巻き形状体を製造す ることがでさる。
[0107] 上記工程（S10, S20, S30, S60, S40)を行なうことにより、卷き形状体を製造で き、当該巻き形状体を組合せることによって実施の形態 4における超電導コイルを製 造することができる。
[0108] 実施の形態 4における超電導コイルの動作は、実施の形態 3における超電導コイル 40と同様であるので、その説明は繰り返さない。
[0109] 以上説明したように、実施の形態 4における超電導機器の一例である超電導コイル の製造方法によれば、テープ状基板を準備する工程 (S10)と、テープ状基板上に中 間薄膜層を形成する工程 (S20)と、中間薄膜層 32上に超電導層 33を形成するェ 程 (S30)と、超電導テープ線材を卷く工程 (S60)と、巻いた超電導テープ線材の超 電導層 53にお 、て、一方の端部に位置する一方端部から他方の端部に位置する他 方端部まで伸び、超電導層 53を一方端部から他方端部まで延在する 2以上の領域 に区分する分割領域 53aを形成する加工工程 (S40)とを備え、加工工程 (S40)は、 超電導層 53のうち分割領域 53aとなるべき部分を、分割領域以外の部分の超電導 層 53bが超電導状態となるとき、超電導状態とならないような構造に加工する工程を 含む。これにより、超電導テープ線材を卷き形状体とした後に、加工工程 (S40)を実 施することができる。そのため、分割領域 53aを形成することにより、 1の超電導テー プ線材で、分割領域 53a以外の部分の超電導層 53bを構成する領域数の超電導テ ープ線材^^めたもののと同様の効果を有する超電導テープ線材を用いて超電導 コイルを容易に製造することができる。よって、超電導コイルを工業化することは可能 となる。
[0110] (実施の形態 5)
本発明の実施の形態 5は、超電導機器の一例である超電導コイルである。本発明 の実施の形態 5における超電導コイルは、基本的には図 7に示す実施の形態 3にお ける超電導コイル 40と同様の構成であるが、中間薄膜層を備えている点および製造 方法が異なる。
[0111] 実施の形態 5における超電導コイルは、テープ状基板と、中間薄膜層と、超電導層 とを備えている。中間薄膜層は、テープ状基板上に形成され、一方端部から他方端 部まで伸び、一方端部力 他方端部まで延在する少なくとも 1つの中間層分割領域 を含む。超電導層は、中間薄膜層上に形成されている。中間層分割領域が形成され た中間薄膜層とテープ状基板と超電導層とを含む超電導テープ線材が卷かれること により巻き形状体が構成されている。中間層分割領域上の超電導層領域は、超電導 層の臨界温度では超電導状態とならな 、領域として 、る。
[0112] そして、テープ状基板と、中間層分割領域により区分された 2以上の領域がらせん 状になるように中間層分割領域が形成された中間薄膜層と、超電導層とを含む超電 導テープ線材により円筒状に巻かれた巻き形状体が構成されている。
[0113] 次に、本発明の実施の形態 5における超電導コイルの製造方法について説明する 。図 14は、本発明の実施の形態 5における超電導コイルの製造方法を示すフローチ ヤートである。
[0114] 図 14に示すように、まず、テープ状基板を準備する工程 (S 10)を実施する。次に、 テープ状基板上に中間薄膜層を形成する工程 (S20)を実施する。この工程 (S10, S20)は、実施の形態 2の製造方法における工程 (S 10, S20)と同様であるのでその 説明は繰り返さない。
[0115] 次に、テープ状基材を卷く工程 (S70)を実施する。この工程 (S70)では、テープ状 基板と中間薄膜層とを備えたテープ状基材がらせん状になるように、テープ状基材を 円筒状に巻く。
[0116] 次に、卷 、たテープ状基材の中間薄膜層にお!/、て一方端部に位置する一方端部 から他方の端部に位置する他方端部まで伸び、中間薄膜層を一方端部から他方端 部まで延在する 2以上の領域に区分する中間層分割領域を形成する加工工程 (S50 )を実施する。この工程 (S50)では、基本的には実施の形態 4の工程 (S50)と同様 の工程であるが、巻き形状体に形成されたテープ状基材の中間薄膜層に中間層分 割領域を形成する。具体的には、実施の形態 4の工程 (S40)と同様に、巻き形状体 の両端を固定し、中間薄膜層にレーザで照射することにより、中間層分割領域を形 成する。
[0117] その後、中間薄膜層上に超電導層を形成する工程 (S30)を行なう。この工程 (S30 )では、実施の形態 2の製造方法における工程 (S30)と同様の方法を用いることがで きる。そして、超電導層が形成された巻き形状体を複数用意し、それらの巻き形状体 を組合せることによって、超電導コイルを製造する。
[0118] 上記工程（S10, S20, S70, S50, S30)を行なうことにより、実施の形態 5におけ る超電導コイルを製造することができる。
[0119] 実施の形態 5における超電導コイルの動作は、実施の形態 3における超電導コイル 40と同様であるので、その説明は繰り返さない。
[0120] 以上説明したように、実施の形態 5における超電導機器の一例である超電導コイル の製造方法によれば、テープ状基板を準備する工程 (S10)と、テープ状基板上に中 間薄膜層を形成する工程 (S20)と、テープ状基材を卷く工程 (S70)と、巻いたテー プ状基材の中間薄膜層にお 、て一方端部に位置する一方端部から他方の端部に 位置する他方端部まで伸び、中間薄膜層を一方端部から他方端部まで延在する 2 以上の領域に区分する中間層分割領域を形成する加工工程 (S50)と、中間薄膜層 上に超電導層を形成する工程 (S30)とを備え、中間層分割領域上の超電導層領域 は、超電導層の臨界温度では超電導状態とならない領域であることを特徴としている 。これにより、テープ状基材を卷き形状体とした後に、加工工程 (S50)を実施するこ とができる。そのため、中間層分割領域を形成することにより、 1の超電導テープ線材 で、中間層分割領域以外の領域上の超電導層を構成する領域数の超電導テープ線 材を集めたものの効果と同様の効果を有する超電導テープ線材を備えた超電導コィ ルを容易に製造することができる。よって、超電導コイルを工業ィ匕することは可能とな る。
[0121] (実施の形態 6)
図 15Aは、実施の形態 6における超電導コイルを示す概略上面図であり、図 15B は、実施の形態 6における超電導コイルを示す概略正面図である。図 15Aおよび図 15Bを参照して、本発明の実施の形態 6における超電導機器を説明する。本発明の 実施の形態 6における超電導機器は超電導コイルとして 、る。実施の形態 6における 超電導コイル 60は、実施の形態 1における超電導テープ線材 10を用いて巻き形状 体が構成されている。
[0122] 詳細には、図 15Aおよび図 15Bに示すように、超電導コイル 60は、テープ状基板 1 1と、中間薄膜層 12と、超電導層 13とを備えている。超電導層 13は、 5の領域の超 電導層 13bに区分するように 4列並列に形成された分割領域 12aを含んで 、る。
[0123] そして、分割領域 13aが形成された超電導層 13と、テープ状基板 11を含む超電導 テープ線材 10が短手方向の一方の辺を軸として、中心を中空としてその周囲を渦巻 状に囲むように、超電導テープ線材 10が円筒状に巻かれることにより巻き形状体が 構成されている。図 15Aおよび 15Bでは、 1つの巻き形状体により超電導コイルが構 成されている。
[0124] 次に、実施の形態 6における超電導コイルの製造方法について説明する。当該超 電導コイルの製造方法は、実施の形態 1における超電導テープ線材 10を製造する 工程 (S10〜S40)と、実施の形態 3における超電導テープ線材を卷く工程 (S60)と を備える。
[0125] 詳細には、まず、実施の形態 1における超電導テープ線材 10を製造する工程 (S1 0〜S40)を実施する。
[0126] 次に、巻く工程 (S60)を実施する。この工程 (S60)では、分割領域 13aにより区分 された 2以上の領域が渦巻状になるように、分割領域 13aが形成された超電導テー プ線材 10を円筒状に巻く。実施の形態 6では、超電導テープ線材 10を渦巻状に卷 くことにより、分割領域 13aが渦巻状になるように超電導テープ線材 10を円筒状に卷 くこととなる。
[0127] 上記工程（S10, S20, S30, S40, S60)を行なうことにより、実施の形態 6におけ る超電導コイルを製造することができる。
[0128] 実施の形態 6における超電導コイルの動作は、実施の形態 3における超電導コイル
40と同様であるので、その説明は繰り返さない。
[0129] 以上説明したように、実施の形態 6における超電導機器の一例である超電導コイル の製造方法によれば、巻く工程 (S60)において巻き方を渦巻状としている。そのため
、所望の形状のコイルに製造することが容易となる。
[0130] また、実施の形態 6における超電導機器の一例である超電導コイルによれば、巻き 形状体を渦巻状に円筒状となるように巻くことにより構成されている。そのため、所望 の形状のコイルとすることが可能となる。
[0131] なお、上記実施の形態 3〜6は、超電導機器として、超電導コイルを例に挙げて説 明したが、特に超電導コイルに限定されない。超電導機器として、たとえば、超電導 ケーブル、電力貯蔵装置とすることもできる。また、超電導コイルまたは巻き形状体の 断面形状については、円形状の例を示したが、当該断面形状は円形状に限定され ず、他の形状 (三角形や四角形などの多角形状、あるいは曲面状部と直線状部とを 組合せた形状など)であってもよ!/ヽ。
実施例 1
[0132] 本発明による超電導機器の製造方法の効果を確認するべぐ表 1の下段に示す超 電導テープ線材を用いて、以下の実施例 1および比較例 1, 2のような、表 1上段に 示す超電導コイルを製造した。なお、実施例 1および比較例 1, 2の超電導コイルは、 1 GHzの NMRコイルに適用するものとして製造した。
[0133] (実施例 1における超電導コイルの製造）
実施例 1では、実施の形態 1の製造方法にしたがって超電導コイルを製造した。具 体的には、まず、テープ状基板を準備する工程 (S10)を実施した。テープ状基板は 、 Ni合金系配向テープである Ni—W (タングステン)配向金属テープを用いた。次に 、テープ状基板上に中間薄膜層を形成する工程 (S20)を実施した。この工程 (S20) では、中間薄膜層は、テープ状基板上に RFスパッタ法により CeO層を、 PLD法によ
2
り YSZ層を形成させ、 3層構造中間層（CeOZYSZZCeO )を形成させた。次に、
2
中間薄膜層上に超電導層を形成する工程 (S30)を実施した。この工程 (S30)では、 超電導層は、中間薄膜層上に PLD法により厚みが約 1. 0 mの HoBCO膜をェピ タキシャル成長させた。
[0134] この超電導テープ線材は、膜厚が 1 μ mのとき Jc (臨界電流密度） = IMA/cm2
(77K, 0T)と仮定すると、 Ic (77K, 0T) = 100Aとなり、 1GHzの NMRコイルでの 適用条件である温度が 4. 2K,磁束密度が 25Tの磁場環境下では、 Ic (4. 2K, 25 T) = 1000Aに相当する。
[0135] また、超電導層上に 5 μ mの銀力もなる膜と 20 μ mの銅めつきを形成した超電導テ 一プ線材は、厚みが 0. 1mmで幅が 5cmである幅広の寸法とした。
[0136] 次に、加工工程 (S40)を実施した。この工程 (S40)では、超電導層において、連 続的に YAGレーザを照射することにより、長手方向に lcm幅の領域を 5つ区分する ように分割領域を 4列並列に形成した。
[0137] 次に、巻く工程 (S60)を実施した。この工程 (S60)では、分割領域により区分され た 4の領域がらせん状になるように、超電導テープ線材を円筒状に巻いた。コイルを 20層積層'接続することにより、 1GHzの NMRコイルとすることができる。これにより、 実施例 1における超電導コイルを製造した。
[0138] (比較例 1における超電導コイルの製造）
比較例 1では、径が 2. Ommの Bi— 2212丸線を用いて、 14層の超電導コイルを製 造した。ここで、 Bi— 2212とは、ビスマスと鉛とストロンチウムとカルシウムと銅と酸素 とを含み、その原子比（酸素を除く）として (ビスマスと鉛）：ストロンチウム:カルシウム： 銅が 2 : 2 : 1 : 2と近似して表ゎされる ー31：—じ&ーじ11 0系の酸化物超電導のこと である（（Bi, Pb) 2212と記すこともある）。より具体的には、 (BiPb) Sr Ca Cu O と
2 2 1 2 8+Z
V、う化学式で示されるものが含まれる。
式中 Zは、酸素含有量を示し、 zが変化することで臨界温度 (Tc)や臨界電流 (Ic)が 変化することが知られて 、る。
[0139] (比較例 2における超電導コイルの製造）
比較例 2では、超電導テープ線材の幅が lcmのものを用いた点を除き、実施例 1の 製造方法における工程 (S10〜S30)と同様の工程を実施した。
[0140] 次に、加工工程 (S40)を行なわずに、巻く工程 (S60)を実施した。これにより、比 較例 2における 20層の超電導コイルを製造した。
[0141] [表 1]
実施例 1 比較例 1 比較例 2 コイル
内径 (nrn) 75 75 75 外径 (mm) 126 126 126 長さ（mm) 600 600 600 ターン数 1260 4095 1260 層数 20 14 20
通電電流 (A) 160 x 5本直列通電 300 1000 自己磁界 (T) 2. 5 2. 5 2. 5
A' 'yクアツフ'磁界 (T) 21. 0 21. 0 21. 0 コイル電流密度（A/mm2) 〉100 層 〉100 線材
構成 HoBCOテ-フ '線 B i系線材 HoBCO亍-フ'線
(Bi-2212 線）
寸法 0. 1画 X 5cm幅 2. 0圍 ø 0. 1mm X 1 cm幅 単長 (m) 10 1600 500
(20単長） (1単長） (1単長） l c (A) (4. 2K, 25T) 雇 >300 >800
[0142] (評価結果）
表 1に示すように、実施例 1における超電導コイルは、 1層あたり 10mという短い単 長の超電導テープ線材により製造することができた。また、加工工程 (S20)により lc mの幅に区分された領域の超電導層に、それぞれ 160Aの電流を流して通電すると
、 5の領域それぞれの合計で 800Aの通電電流となった。
[0143] さらに、超電導層への要求仕様が低くなつたため、実施例 1における超電導コイル を製造するコストを低減することもできた。
[0144] なお、この通電は、 1cm幅に区分された 5の領域に 5個の電源による並列通電を実 施した他、シリーズに接続 (5の領域を直列に接続)して 1個の電源による直列通電を 実施した。その結果、いずれの場合においても 800Aの通電が可能であった。
[0145] 一方、比較例 1における超電導コイルは、丸線形状の Bi系線材を用いているので、 単長が 1600mという非常に長い線材が必要となった。
[0146] また、比較例 2では、 1cm幅テープ形状の HoBCO膜を用いてレ、るので、比較例 1 で必要となった線材の長さよりは短いものの、単長が 500mという長い線材が必要と なった。
実施例 2
[0147] (実施例 2における超電導コイルの製造）
実施例 2では、実施の形態 2の製造方法にしたがって超電導コイルを製造した。具 体的には、実施例 2における超電導コイルは、テープ状基板を準備する工程 (S 10) 、テープ状基板上に中間薄膜層を形成する工程 (S20)を実施した。この工程 (S10 , 20)では、実施例 1と同様のテープ状基板および中間薄膜層を用いた。
[0148] 次に、中間薄膜層は一方端部力 他方端部まで伸び、中間薄膜層に一方端部か ら他方端部まで延在する少なくとも 1つの中間層分割領域を形成する加工工程 (S5 0)を実施した。この工程 (S50)では、中間薄膜層に YAGレーザを照射して中間層 分割領域を形成した。
[0149] 次に、超電導層を形成する工程 (S30)を実施した。この工程 (S30)では、中間層 分割領域が形成された中間薄膜層上に、実施例 1と同様に超電導層を形成した。
[0150] 次に、超電導テープ線材を卷く工程 (S60)を実施した。これにより、下記の表 2に 示す実施例 2における 1層の超電導コイルを製造した。
[0151] (実施例 3における超電導コイルの製造）
実施例 3における超電導コイルは、実施例 1で用いた超電導テープ線材を用いて、 下記の表 2に示す 1層の超電導コイルを製造した。
[0152] [表 2]
実施例 1 実施例 3
コイル
内径 (mm) 75 75
外径 (mm) 80 80
長さ（mm) 600 600
タ-ン数 60 60
層数 1 1
通電電流 (A) 200 x 5本直列通電 200 x 5本直列通電 自己磁界 (T) 0. 15 0. 15
線材
構成 HoBCOテ-フ '線 HoBGO亍-フ '線
(実施の形態 2によるもの） (実施の形態 1によるもの） 寸法 0. 1mm X 5cm幅 0. 1 mm X 5cm幅 単長（m) 10 10
ic (A) (4. 2 , ΟΤ) 〉1200 〉1200
[0153] (評価結果）
実施例 2における超電導コイルに用いている超電導テープ線材において、 YAGレ 一ザの照射により中間層分割領域は結晶性を乱れた状態とした。そのため、中間層 分割領域上の超電導層は、アモルファス化、または面内の結晶性が不十分であるの で、超電導状態とならな力つた。そのため、実施例 2における超電導コイルに通電さ せると、中間層分割領域以外の部分の中間薄膜層上の超電導層が超電導状態とな るとき、中間薄膜層のうち中間層分割領域となるべき部分上の超電導層が超電導状 態とならなかった。
[0154] また、表 2に示すように、実施例 2 (実施の形態 2によって製作された超電導テープ 線材）によって製作された超電導コイルの性能は実施例 3 (実施の形態 1によって製 作された超電導テープ線材）によって製作された超電導コイルと同等の性能を示した 。よって、本発明の実施の形態 2における超電導コイルの製造方法および超電導コィ ルの効果が確認できた。
[0155] 今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的な ものではな!/、と考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく て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 のすベての変更が含まれることが意図される。
産業上の利用可能性
本発明の超電導テープ線材の製造方法によれば、分割領域または中間層分割領 域を形成する。そのため、比較的長さの短い、幅広の超電導テープ線材を用いて、 長尺な線材と同様の効果を有する超電導テープ線材を容易に製造することができる 。また、この長尺な線材と同様の効果を有する超電導テープ線材を用いることで、長 尺な線材を用いた超電導機器と同様の効果を有する超電導機器を低コストで製造す ることがでさる。

Claims

請求の範囲
[1] テープ状基板を準備する工程と、
前記テープ状基板上に中間薄膜層を形成する工程と、
前記中間薄膜層上に超電導層を形成する工程と、
前記超電導層は一方端部から他方端部まで伸び、前記超電導層に前記一方端部 力 前記他方端部まで延在する少なくとも 1つの分割領域を形成する加工工程とを 備え、
前記分割領域は、前記超電導層の臨界温度では超電導状態とならない領域であ ることを特徴とする、超電導テープ線材の製造方法。
[2] テープ状基板を準備する工程と、
前記テープ状基板上に中間薄膜層を形成する工程と、
前記中間薄膜層は一方端部から他方端部まで伸び、前記中間薄膜層に前記一方 端部から前記他方端部まで延在する少なくとも 1つの中間層分割領域を形成する加 ェ工程と、
前記中間薄膜層上に超電導層を形成する工程とを備え、
前記中間層分割領域上の超電導層領域は、前記超電導層の臨界温度では超電 導状態とならな 、領域であることを特徴とする、超電導テープ線材の製造方法。
[3] テープ状基板と、
前記テープ状基板上に形成された中間薄膜層と、
前記中間薄膜層上に形成され、一方端部から他方端部まで伸び、前記一方端部 から前記他方端部まで延在する少なくとも 1つの分割領域を含む超電導層とを備え、 前記分割領域は、前記超電導層の臨界温度では超電導状態とならない領域であ ることを特徴とする、超電導テープ線材。
[4] テープ状基板と、
前記テープ状基板上に形成され、一方端部から他方端部まで伸び、前記一方端 部から前記他方端部まで延在する少なくとも 1つの中間層分割領域を含む中間薄膜 層と、
前記中間薄膜層上に形成された超電導層とを備え、 前記中間層分割領域上の超電導層領域は、前記超電導層の臨界温度では超電 導状態とならな 、領域であることを特徴とする、超電導テープ線材。
請求項 3または 4に記載の超電導テープ線材を用いた、超電導機器。
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