WO2018150469A1 - 超電導線材および超電導コイル - Google Patents

超電導線材および超電導コイル Download PDF

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superconducting
superconducting wire
substrate
conductor layer
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高史 山口
永石　竜起
昌也 小西
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住友電気工業株式会社
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    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
    • H01B12/06—Films or wires on bases or cores
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • the present invention relates to a superconducting wire and a superconducting coil.
  • Patent Document 1 a superconducting wire disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-157686.
  • the superconducting wire described in Patent Document 1 includes a substrate, a plurality of superconducting layers disposed on the main surface of the substrate, and a metal layer covering at least the superconducting layer, and bonds the main surface of the substrate and the metal layer.
  • a metal reinforcing part is provided between the superconducting layers, and the constituent material of the reinforcing part is the same as that of the metal layer.
  • the superconducting wire includes a substrate, a superconducting layer, and a coated conductive layer.
  • the substrate has a first surface and a second surface that is the opposite surface of the first surface.
  • the superconducting layer has a third surface and a fourth surface that is the opposite surface of the third surface.
  • the superconducting layer is disposed on the substrate such that the third surface faces the second surface.
  • the covering conductive layer is disposed on the first surface and the fourth surface.
  • the peeling force required to peel at least a part of the coated conductor layer from the superconducting wire is 0.25 N / mm (width) or more.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a superconducting wire according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG. Drawing 3 is a flowchart for explaining the manufacturing method of the superconducting wire concerning an embodiment.
  • FIG. 4 is a process diagram for explaining an example of a coating layer forming process in the method of manufacturing the superconducting wire shown in FIG.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the superconducting wire according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a process diagram for explaining a method of manufacturing the superconducting wire shown in FIG.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view in a cross section perpendicular to the coil axis of the superconducting coil according to the embodiment.
  • the peeling resistance of the superconducting wire is improved by providing a reinforcing portion that joins the metal layer covering the superconducting layer and the main surface of the substrate between the plurality of superconducting layers.
  • a reinforcing portion in Patent Document 1, a part of the superconducting layer formed on the substrate is removed using a pulse laser or the like, and the reinforcing portion is removed from the portion where the superconducting layer is removed. Is forming.
  • the superconducting wire and the superconducting coil according to the present disclosure are in view of the above-described problems of the prior art. More specifically, a superconducting wire and a superconducting coil having improved peel resistance while suppressing a decrease in critical current value are provided.
  • a superconducting wire includes a substrate, a superconducting layer, and a coated conductive layer.
  • the substrate has a first surface and a second surface that is the opposite surface of the first surface.
  • the superconducting layer has a third surface and a fourth surface that is the opposite surface of the third surface.
  • the superconducting layer is disposed on the substrate such that the third surface faces the second surface.
  • the covering conductive layer is disposed on the first surface and the fourth surface.
  • the peeling force required to peel at least part of the coated conductor layer from the superconducting wire is 0.25 N / mm or more.
  • the peeling force is a value obtained by dividing the force (N) required to peel the coated conductor layer from the superconducting wire by the width (mm) of the superconducting wire.
  • the coated conductor layer has peel resistance, it is possible to reduce the probability of occurrence of a defect in which at least a part of the coated conductor layer is peeled from the superconducting wire when the superconducting wire is bent. As a result, the probability of occurrence of an accident such as burning of the superconducting wire resulting from the peeling of the coated conductor layer can be reduced.
  • the coated conductor layer may include a first conductor layer and a second conductor layer.
  • the first conductor layer may be disposed on the first surface and the fourth surface.
  • the second conductor layer may be disposed on the first conductor layer.
  • the peeling force may be an adhesive strength between the first conductor layer and the second conductor layer.
  • the second conductor layer may be a sputtered film.
  • the adhesion of the second conductor to the first conductor can be improved.
  • the surface portion of the first conductor layer that contacts the second conductor layer may be formed of a strike plating layer.
  • the second conductor layer may be composed of a plating layer.
  • the plating layer is formed as the second conductor layer on the strike plating layer, the adhesion of the second conductor layer to the first conductor layer can be enhanced.
  • a superconducting coil according to an aspect of the present disclosure includes the superconducting wire and an insulator.
  • the superconducting wire has a spiral shape wound with a space for each turn.
  • An insulator is a superconducting coil filled in the space.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a superconducting wire 100 according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1, and shows a cross section in the direction along the longitudinal direction of the superconducting wire.
  • a superconducting wire 100 according to the present embodiment has a substrate layer 1, a superconducting layer 2, and a covering layer 3 as a covering conductor layer.
  • the substrate layer 1 preferably has a tape-like shape with a small thickness compared to the length in the longitudinal direction.
  • the substrate layer 1 has a first surface 1a and a second surface 1b.
  • the second surface 1b is the opposite surface of the first surface 1a.
  • the substrate layer 1 may be composed of a plurality of layers. More specifically, the substrate layer 1 may include a substrate 11 and an intermediate layer 12. The substrate 11 is located on the first surface 1a side, and the intermediate layer 12 is located on the second surface 1b side.
  • the substrate 11 may be composed of a plurality of layers.
  • the substrate 11 includes a first layer 11a, a second layer 11b, and a third layer 11c.
  • stainless steel is used for the first layer 11a.
  • copper (Cu) is used for the second layer 11b.
  • nickel (Ni) is used for the third layer 11c.
  • the intermediate layer 12 is a layer serving as a buffer for forming the superconducting layer 2 on the substrate 11.
  • the intermediate layer 12 preferably has a uniform crystal orientation.
  • the intermediate layer 12 is made of a material having a small lattice constant mismatch with the material constituting the superconducting layer 2. More specifically, for example, cerium oxide (CeO 2 ) and yttria-stabilized zirconia (YSZ) are used for the intermediate layer 12.
  • the superconducting layer 2 is a layer containing a superconductor.
  • the material used for the superconducting layer 2 is, for example, a rare earth oxide superconductor.
  • REBCO REBa 2 Cu 3 O y
  • RE is yttrium (Y), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), eurobium (Eu). ), Rare earth such as gadolinium (Gd), holmium (Ho), ytterbium (Yb)).
  • the superconducting layer 2 has a third surface 2a and a fourth surface 2b.
  • the fourth surface 2b is the opposite surface of the third surface 2a.
  • Superconducting layer 2 is disposed on substrate layer 1. More specifically, the superconducting layer 2 is disposed on the substrate layer 1 so that the third surface 2a faces the second surface 1b.
  • a wire portion 10 is constituted by the substrate layer 1 and the superconducting layer 2.
  • the covering layer 3 is a layer covering the substrate layer 1 and the superconducting layer 2.
  • the covering layer 3 is disposed on the first surface 1 a of the substrate layer 1 and the fourth surface 2 b of the superconducting layer 2. From another point of view, the covering layer 3 is formed so as to cover the outer periphery of the substrate layer 1 and the superconducting layer 2.
  • the covering layer 3 includes a stabilization layer 31 as a first conductor layer formed on the first surface 1a of the superconducting layer 2 and the substrate layer 1, and a protection as a second conductor layer formed on the stabilization layer 31.
  • the stabilization layer 31 is formed on the fourth surface 2 b of the superconducting layer 2, on the first surface 1 a of the substrate layer 1, and on the side surfaces of the superconducting layer 2 and the substrate layer 1. That is, the stabilization layer 31 is formed so as to cover the outer periphery of the wire portion 10.
  • the stabilization layer 31 protects the superconducting layer 2 and radiates local heat generation in the superconducting layer 2, and also when a quench occurs in the superconducting layer 2 (a phenomenon that shifts from the superconducting state to the normal conducting state). It acts as a conductor that bypasses.
  • the stabilization layer 31 also has a function of protecting the superconducting layer 2 from a plating solution used for the plating method when the protective layer 32 is formed using, for example, a plating method.
  • the material used for the stabilization layer 31 is, for example, silver (Ag).
  • the stabilizing layer 31 may have a single layer structure or a multilayer structure. In addition, the stabilization layer 31 may adopt any configuration as long as the adhesion with the superconducting layer 2 and the first surface 1a of the substrate 11 can be improved.
  • the stabilization layer 31 may include a layer formed by a vapor deposition method or a sputtering method, or may include a layer formed by a plating method.
  • the adhesion between the stabilization layer 31 and the superconducting layer 2 or the adhesion between the stabilization layer 31 and the substrate 11 may be improved by performing a heat treatment after forming a layer made of silver as the stabilization layer 31.
  • the protective layer 32 is formed on the stabilization layer 31.
  • the protective layer 32 protects the stabilizing layer 31 and the wire portion 10. Furthermore, the protective layer 32 can also act as a conductor that bypasses the current when quenching occurs in the superconducting layer 2.
  • the protective layer 32 is formed so as to cover at least a part of the outer periphery of the wire portion composed of the substrate layer 1 and the superconducting layer 2 via the stabilization layer 31. In FIG. 1, the protective layer 32 is formed so as to cover the entire outer periphery of the wire portion.
  • the peeling force required to peel at least part of the stabilizing layer 31 and the protective layer 32 as the coated conductor layers from the superconducting wire 100 shown in FIGS. 1 and 2 is 0.25 N / mm or more.
  • the peeling force is measured based on JIS standard K6854-2 as described later.
  • the lower limit of the peeling force may be 0.3 N / mm or 0.35 N / mm.
  • the reason for determining the lower limit of the peeling force as described above is to give sufficient resistance to peeling.
  • the peeling force may be a force required for the protective layer 32 to peel from the stabilization layer 31, that is, an adhesive strength between the stabilization layer 31 and the protective layer 32.
  • the peeling force may be a force required for the stabilization layer 31 to peel from the superconducting layer 2.
  • the following method As a method for measuring the peeling force of the superconducting wire 100, the following method can be used. Specifically, a sample 4 mm wide ⁇ 300 mm long was prepared. After the stabilization layer and protective layer adhering to the edge of the sample were removed by polishing, the coating layer located on the superconducting layer was peeled off 170 mm from the end. At this time, the peeled coating layer was peeled with great care so as not to break. The end portion of the peeled coating layer and the end portion of the sample where the coating layer was not peeled were fixed to the grip portion of the tensile tester. In this state, the grip portion was moved at a speed of 50 mm / min. In the method for determining the peel strength, the number of samples was 5, and the average value of the measurement results was taken as the peel strength.
  • FIG. 3 is a process diagram of the method for manufacturing the superconducting wire 100 according to the present embodiment.
  • the method of manufacturing the superconducting wire 100 includes a substrate preparation step (S10), an intermediate layer forming step (S20), a superconducting layer forming step (S30), and a covering layer forming step (S40).
  • Step (S10) is a step of preparing the substrate 11.
  • the substrate 11 is formed using any conventionally known method.
  • the 1st layer 11a which consists of metal tapes, such as stainless steel, is prepared, and the 2nd layer 11b and the 3rd layer 11c are formed in order on the said 1st layer 11a.
  • an arbitrary method such as a plating method or a sputtering method can be used.
  • Step (S20) is a step of forming an intermediate layer.
  • the intermediate layer 12 is formed on the third layer 11c of the substrate 11.
  • any method such as a plating method or a sputtering method can be used. In this way, the substrate layer 1 composed of the substrate 11 and the intermediate layer 12 is obtained.
  • the superconducting layer 2 is formed on the intermediate layer 12.
  • superconducting layer 2 is formed using any conventionally known method. In this way, the wire portion 10 is obtained.
  • Step (S40) is a step of forming the covering layer 3 as the covering conductor layer, and includes a step of forming the stabilization layer 31 and a step of forming the protective layer 32.
  • the step of forming the stabilization layer 31 forms the stabilization layer 31 as the first conductor layer on at least the fourth surface 2 b of the superconducting layer 2 and the first surface 1 a of the substrate layer 1.
  • the stabilization layer 31 may be formed so as to cover the entire side surface of the wire portion 10.
  • any method such as a sputtering method or a plating method can be used.
  • an Ag layer forming step (S411) as the stabilizing layer 31 is performed using, for example, a vapor deposition method.
  • the heat treatment step (S412) shown in FIG. 4 is performed.
  • the heating temperature is 200 ° C. or more and 700 ° C. or less
  • the atmosphere is O 2 concentration 20% or more under atmospheric pressure
  • the heating time is 18 hours.
  • the protective layer 32 may be formed on the stabilizing layer 31 by using, for example, a plating method.
  • the protective layer 32 may be formed by performing a copper (Cu) layer forming step (S413) as shown in FIG.
  • Cu copper
  • S413 copper
  • any method may be used instead of the plating method described above. In this way, the superconducting wire shown in FIG. 1 can be obtained.
  • the arbitrary methods which raise the peeling force (peeling strength) of the coating layer 3 can be implemented.
  • the protective layer 32 as the second conductor layer may be formed using a sputtering method. From a different point of view, the protective layer 32 may be a sputter layer. In this case, since the sputtered layer can increase the adhesion to the stabilization layer 31 as the underlayer, the peeling force that is a force required for the protective layer 32 to peel from the stabilization layer 31 can be increased.
  • the protective layer 32 is formed, a heat treatment for improving the adhesion between the protective layer 32 and the stabilizing layer 31 may be performed.
  • the protective layer 32 is formed by a plating method, the protective layer 32 is made of a metal layer that is difficult to oxidize as the material of the stabilization layer 31 that is the base of the protective layer 32.
  • a material of the stabilization layer 31 for example, silver (Ag), nickel (Ni), gold (Au) can be used.
  • a step of removing the oxide layer from the surface of the wire portion 10 may be performed before the coating layer forming step (S40) described above is performed.
  • this process for example, an acid cleaning process and a rinsing process may be performed.
  • a step of forming a metal layer or alloy layer having a relatively low melting point may be performed.
  • zinc, tin, bismuth and alloys containing them can be used as the metal layer or alloy layer having a low melting point.
  • Such a layer may be formed between the protective layer and the stabilization layer, or may be used as it is as a protective layer.
  • the covering layer 3 has sufficient peeling resistance, at least a part of the covering layer 3 is peeled off from the superconducting wire 100 when the superconducting wire 100 is bent. The probability of occurrence can be reduced. As a result, the probability of occurrence of an accident such as burning of the superconducting wire 100 due to the peeling of the coating layer 3 can be reduced.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the superconducting wire according to the present embodiment.
  • FIG. 5 corresponds to FIG.
  • the superconducting wire shown in FIG. 5 basically has the same configuration as the superconducting wire shown in FIGS. 1 and 2, but the configuration of the stabilizing layer 31 is different from the superconducting wire shown in FIGS. Yes. That is, in the superconducting wire shown in FIG. 5, the stabilization layer 31 has a multilayer structure.
  • the superconducting wire stabilizing layer 31 shown in FIG. 5 includes a base layer 31a and a strike plating layer 31b.
  • the underlayer 31 a is formed on the superconducting layer 2.
  • the underlayer 31a is made of, for example, silver or a silver alloy.
  • any method such as a manufacturing method of the underlayer 31a, any method such as a sputtering method, a vapor deposition method, or a plating method can be used.
  • the strike plating layer 31b is formed on the outer peripheral surface of the foundation layer 31a.
  • the material of the strike plating layer 31b is, for example, silver or a silver alloy.
  • the thickness of the strike plating layer 31b is, for example, 5 ⁇ m or less.
  • the protective layer 32 of the coating layer 3 is formed on the strike plating layer 31b.
  • the upper limit of the thickness of the strike plating layer 31b may be 4 ⁇ m or 3 ⁇ m, for example.
  • the lower limit of the thickness of the strike plating layer 31b may be, for example, 0.02 ⁇ m, 0.03 ⁇ m, or 0.05 ⁇ m.
  • the reason why the upper limit value of the thickness of the strike plating layer 31b is determined is that if the thickness is excessively increased, the strike plating layer 31b may be peeled off due to internal stress.
  • the reason why the lower limit value of the thickness of the strike plating layer 31b is determined is to reliably cover the surface of the wire with the strike plating layer 31b.
  • the superconducting wire shown in FIG. 5 also has a peel strength (peel strength) of 0.5 N / mm or more when the peel strength of the coating layer 3 is measured using the peel strength measurement method described in the first embodiment. .
  • the superconducting wire manufacturing method shown in FIG. 5 is basically the same as the superconducting wire manufacturing method shown in FIGS. 1 and 2, except that the coating layer forming step (S40) is partly shown in FIGS. It differs from the manufacturing method of the superconducting wire shown in the above. That is, in the method of manufacturing a superconducting wire shown in FIG. 5, after the steps (S10) to (S30) shown in FIG. 3 are performed, the step shown in FIG. 6 is performed as the coating layer forming step (S40).
  • the Ag layer forming step (S421) shown in FIG. 6 is performed.
  • the base layer 31a shown in FIG. 5 is formed. Any method can be adopted as a method of forming the underlayer 31a.
  • an Ag strike plating layer forming step (S422) is performed.
  • a strike plating layer 31b made of silver is formed.
  • a copper (Cu) layer forming step (S423) as the protective layer 32 is performed.
  • the protective layer 32 made of a copper layer is a plating layer and is formed on the strike plating layer 31b. For this reason, the protective layer 32 has improved adhesion to the strike plating layer 31b.
  • the protective layer 32 may be made of a material other than copper.
  • the protective layer 32 made of a plating layer is formed as the second conductor layer on the strike plating layer 31b as described above, the adhesion of the protective layer 32 to the stabilization layer 31 can be improved.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view in a cross section perpendicular to the coil axis of the superconducting coil 300 according to the present embodiment.
  • the superconducting coil 300 according to the present embodiment includes a superconducting wire 100 and an insulator 150.
  • the superconducting wire 100 has a spiral shape centered on the coil axis. That is, the superconducting wire 100 is wound around the coil axis. The superconducting wire 100 is wound with a space for each turn.
  • the insulator 150 is filled in the space between the wound superconducting wire 100. Thereby, the wound superconducting wire 100 is insulated from each other and fixed to each other. Speaking from a different point of view, the superconducting wire 100 is sandwiched between insulators 150.
  • thermosetting resin for the insulator 150
  • a thermosetting resin is used for the insulator 150. It is preferable that the thermosetting resin used for the insulator 150 has a viscosity that is low enough to be impregnated in the space between the wound superconducting wires 100 before being cured.
  • the thermosetting resin used for the insulator 150 is, for example, an epoxy resin.
  • the superconducting coil 300 is configured using the superconducting wire 100, but the superconducting coil 300 may be configured using the superconducting wire shown in FIG. 7
  • any method can be adopted.
  • the superconducting wire 100 is wound around the coil axis, and then the resin to be the insulator 150 is impregnated between the superconducting wires 100. Thereafter, the resin is cured.
  • the curing treatment for example, heat treatment is performed.
  • the superconducting wire 100 may be connected to an electrode terminal (not shown). In this way, the superconducting coil 300 shown in FIG. 7 is obtained.

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Abstract

超電導線材は、基板と超電導層と被覆導電層とを備える。基板は、第１面と、当該第１面の反対面である第２面とを有する。超電導層は、第３面と、当該第３面の反対面である第４面とを有する。超電導層は、第３面が第２面に対向するように基板上に配置される。被覆導電層は、第１面上及び第４面上に配置される。超電導線材から被覆導体層の少なくとも一部を剥離させるために要する剥離力が０．２５Ｎ／ｍｍ以上である。

Description

超電導線材および超電導コイル
　本発明は、超電導線材および超電導コイルに関する。
　従来、特開２０１６－１５７６８６号公報（特許文献１）に開示されている超電導線材が知られている。特許文献１に記載の超電導線材は、基板と、基板の主面上に配置された複数の超電導層と、少なくとも超電導層を覆う金属層とを備え、基板の主面と金属層とを結合する金属製の補強部が超電導層の間に設けられ、当該補強部の構成材料は金属層と同一である。
特開２０１６－１５７６８６号公報
　本開示の一態様に係る超電導線材は、基板と超電導層と被覆導電層とを備える。基板は、第１面と、当該第１面の反対面である第２面とを有する。超電導層は、第３面と、当該第３面の反対面である第４面とを有する。超電導層は、第３面が第２面に対向するように基板上に配置される。被覆導電層は、第１面上及び第４面上に配置される。超電導線材から被覆導体層の少なくとも一部を剥離させるために要する剥離力が０．２５Ｎ／ｍｍ（幅）以上である。
図１は、実施形態に係る超電導線材の断面模式図である。 図２は、図１の線分ＩＩ－ＩＩにおける断面模式図である。 図３は、実施形態に係る超電導線材の製造方法を説明するための工程図である。 図４は、図３に示した超電導線材の製造方法における被覆層形成工程の一例を説明するための工程図である。 図５は、実施形態に係る超電導線材の断面模式図である。 図６は、図５に示した超電導線材の製造方法を説明するための工程図である。 図７は、実施形態に係る超電導コイルのコイル軸に垂直な断面における断面模式図である。
　［本開示が解決しようとする課題］
　特許文献１に開示された超電導線材では、超電導層を覆う金属層と基板の主面とを結合する補強部を複数の超電導層の間に設けることで超電導線材の耐剥離力を向上させている。しかし、このような補強部を形成するため、特許文献１では基板上に形成した超電導層の一部をパルスレーザなどを用いて除去する工程を実施し、当該超電導層を除去した部分に補強部を形成している。このように補強部を形成するために超電導層の一部を除去しているため、超電導線材の断面における超電導層の割合が低下する。この結果、超電導線材の断面積あたりの電流値（臨界電流値）が低下するという課題もあった。
　本開示に係る超電導線材及び超電導コイルは、上記のような従来技術の問題点に鑑みたものである。より具体的には、臨界電流値の低下を抑制しながら耐剥離力が向上された超電導線材及び超電導コイルを提供する。
　［本開示の効果］
　本開示に係る超電導線材及び超電導コイルによると、超電導線材における被覆層の剥離に起因する損傷の発生を抑制することができる。
　［本開示の実施形態の説明］
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
　（１）本開示の一態様に係る超電導線材は、基板と超電導層と被覆導電層とを備える。基板は、第１面と、当該第１面の反対面である第２面とを有する。超電導層は、第３面と、当該第３面の反対面である第４面とを有する。超電導層は、第３面が第２面に対向するように基板上に配置される。被覆導電層は、第１面上及び第４面上に配置される。超電導線材から被覆導体層の少なくとも一部を剥離させるために要する剥離力が０．２５Ｎ／ｍｍ以上である。なお、ここで剥離力は、超電導線材から被覆導体層を剥離するために要する力（Ｎ）を超電導線材の幅（ｍｍ）で割った値である。
　このようにすれば、被覆導体層が耐剥離性を有するため、超電導線材を屈曲させたときに被覆導体層の少なくとも一部が超電導線材から剥離するという不良の発生確率を低減できる。この結果、被覆導体層が剥離することに起因する超電導線材の焼損といった事故の発生確率を低減できる。
　（２）　被覆導体層は、第１導体層と第２導体層とを含んでもよい。第１導体層は、第１面及び第４面上に配置されてもよい。第２導体層は、第１導体層上に配置されてもよい。剥離力は第１導体層と第２導体層との接着強度であってもよい。
　この場合、第２導体層と第１導体層との接着強度が十分高くなっているため、超電導線材を屈曲させたときに超電導線材から第２導体層が剥離するといった不良の発生確率を低減できる。
（３）　上記超電導線材において、第２導体層はスパッタ膜であってもよい。
　この場合、第２導電体の第１導電体に対する密着性を高めることができる。
（４）　上記超電導線材において、第１導体層は、第２導体層と接触する表面部分がストライクめっき層により構成されてもよい。第２導体層はめっき層により構成されていてもよい。
　この場合、ストライクめっき層上に第２導体層としてめっき層を形成するので、第２導体層の第１導体層に対する密着性を高めることができる。
　（５）　本開示の一態様に係る超電導コイルは、上記超電導線材と、絶縁体とを備える。超電導線材は、周回毎に空間を置いて巻き回された渦巻形状を有する。絶縁体は、前記空間に充填されている、超電導コイル。
　このようにすれば、屈曲させた場合の被覆導体層の剥離が抑制されている超電導線材を用いることにより、当該被覆導体層の剥離という問題の発生確率が低減された超電導コイルを実現できる。このため、超電導コイルにおける上記剥離に起因する超電導線材の焼損などの不良発生確率を低減できる。
　[本開示の実施形態の詳細]
　次に、実施形態の詳細について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
　（実施の形態１）
　（超電導線材の構成）
　図１は、本実施形態に係る超電導線材１００の断面図である。図２は、図１の線分ＩＩ－ＩＩにおける断面模式図であり、超電導線材の長手方向に沿った方向での断面を示している。図１および図２に示すように、本実施形態に係る超電導線材１００は、基板層１と、超電導層２と、被覆導体層としての被覆層３とを有している。
　基板層１は、好ましくは、長手方向の長さと比較して厚さが小さいテープ状の形状を有している。基板層１は、第１面１ａと、第２面１ｂとを有している。第２面１ｂは、第１面１ａの反対面である。基板層１は、複数の層により構成されていてもよい。より具体的には、基板層１は、基板１１と、中間層１２とを含んでいてもよい。基板１１は、第１面１ａ側に位置しており、中間層１２は、第２面１ｂ側に位置している。
　基板１１は、複数の層により構成されていてもよい。例えば、基板１１は、第１層１１ａと、第２層１１ｂと、第３層１１ｃとにより構成されている。第１層１１ａには、例えばステンレス鋼が用いられる。第２層１１ｂには、例えば銅（Ｃｕ）が用いられる。第３層１１ｃには、例えばニッケル（Ｎｉ）が用いられる。
　中間層１２は、基板１１上に超電導層２を形成させるためのバッファとなる層である。中間層１２は、一様な結晶配向性を有していることが好ましい。また、中間層１２には、超電導層２を構成する材料との格子定数のミスマッチの小さい材料が用いられる。より具体的には、中間層１２には、たとえば酸化セリウム（ＣｅＯ２）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）が用いられる。
　超電導層２は、超電導体を含有する層である。超電導層２に用いられる材料は、例えばレアアース系の酸化物超電導体である。超電導層２に用いられるレアアース系の酸化物超電導体は、例えばＲＥＢＣＯ（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ、ＲＥはイットリウム（Ｙ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジウム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロビウム（Ｅｕ）、ガドリウム（Ｇｄ）、ホルミウム（Ｈｏ）、イッテルビウム（Ｙｂ）等のレアアース）である。
　超電導層２は、第３面２ａと、第４面２ｂとを有している。第４面２ｂは、第３面２ａの反対面である。超電導層２は、基板層１上に配置されている。より具体的には、超電導層２は、第３面２ａが第２面１ｂと対向するように、基板層１上に配置されている。基板層１と超電導層２とから線材部１０が構成される。
　被覆層３は、基板層１及び超電導層２を被覆している層である。被覆層３は、基板層１の第１面１ａ及び超電導層２の第４面２ｂ上に配置されている。また、異なる観点から言えば、被覆層３は基板層１および超電導層２の外周を覆うように形成されている。
　被覆層３は、超電導層２および基板層１の第１面１ａ上に形成された第１導体層としての安定化層３１と、安定化層３１上に形成された第２導体層としての保護層３２とを含む。安定化層３１は、超電導層２の第４面２ｂ上、基板層１の第１面１ａ上、および超電導層２と基板層１との側面上に形成されている。つまり、安定化層３１は線材部１０の外周を覆うように形成されている。安定化層３１は、超電導層２を保護し、超電導層２における局所的な発熱を発散させるとともに、超電導層２にクエンチ（超電導状態から通常電導状態に移行する現象）が生じた際に、電流をバイパスさせる導電体として作用する。また、安定化層３１は、たとえばめっき法を用いて保護層３２を形成するときに、当該めっき法に用いるめっき液から超電導層２を保護する機能も有する。安定化層３１に用いられる材料は、例えば銀（Ａｇ）である。
　安定化層３１は、単層構造であってもよいが、多層構造であってもよい。また、安定化層３１は、超電導層２や基板１１の第１面１ａとの密着性を高めることができれば、任意の構成を採用し得る。安定化層３１は、蒸着法またはスパッタリング法により形成された層を含んでいてもよく、めっき法により形成された層を含んでいてもよい。
　たとえば、安定化層３１として銀からなる層を形成した後、熱処理を行うことで安定化層３１と超電導層２の密着性または安定化層３１と基板１１との密着性を高めてもよい。
　保護層３２は、安定化層３１上に形成される。保護層３２は安定化層３１および線材部１０を保護する。さらに、保護層３２は、超電導層２にクエンチが生じた際に、電流をバイパスさせる導電体としても作用し得る。安定化層３１を介して、保護層３２は、基板層１と超電導層２とからなる線材部の外周の少なくとも一部を覆うように形成される。図１では、保護層３２は線材部の外周全体を覆うように形成される。
　図１および図２に示した超電導線材１００から被覆導体層としての安定化層３１および保護層３２の少なくとも一部を剥離させるために要する剥離力は０．２５Ｎ／ｍｍ以上である。当該剥離力は、後述するようにＪＩＳ規格Ｋ６８５４－２に基づき測定される。
　当該剥離力の下限は０．３Ｎ／ｍｍでもよく、０．３５Ｎ／ｍｍでもよい。上記のように剥離力の下限を決定した理由は剥離に対して十分な耐性を持たせるためである。
　なお、剥離力は、安定化層３１から保護層３２が剥離するのに要する力、すなわち安定化層３１と保護層３２との接着強度であってもよい。あるいは、剥離力は、安定化層３１が超電導層２から剥離するのに要する力であってもよい。
　（剥離強度の測定方法）
　超電導線材１００の上記剥離力の測定方法としては、以下のような方法を用いることができる。具体的には、４ｍｍ幅×３００ｍｍ長の試料を用意した。試料のエッジに付着した安定化層、保護層を研磨にて除去した後、超電導層上に位置する被覆層を端部から１７０ｍｍ剥離させた。このとき、剥離させた被覆層は切れないように十分注意して剥離させた。剥離させた被覆層の端部と、試料において被覆層を剥離させてない端部とをそれぞれ引張試験機のつかみ部へ固定した。その状態で、５０ｍｍ／ｍｉｎの速度でつかみ部を移動させた。剥離強度の決定方法は、試料数を５として測定結果の平均値を剥離力とした。
　（超電導線材の製造方法）
　以下に、本実施形態に係る超電導線材１００の製造方法について説明する。図３は、本実施形態に係る超電導線材１００の製造方法の工程図である。図３に示すように、超電導線材１００の製造方法は、基板準備工程（Ｓ１０）、中間層形成工程（Ｓ２０）、超電導層形成工程（Ｓ３０）、および被覆層形成工程（Ｓ４０）を備える。
　工程（Ｓ１０）は、基板１１を準備する工程である。基板１１を準備する工程では、従来周知の任意の方法を用いて基板１１を形成する。たとえば、ステンレスなどの金属製のテープからなる第１層１１ａを準備し、当該第１層１１ａ上に第２層１１ｂ、第３層１１ｃを順に形成する。これらの層の形成方法としては、めっき法やスパッタ法など任意の方法を用いることができる。
　工程（Ｓ２０）は、中間層を形成する工程である。この工程（Ｓ２０）では、基板１１の第３層１１ｃ上に中間層１２を形成する。中間層１２の形成方法としては、めっき法やスパッタ法など任意の方法を用いることができる。このようにして、基板１１と中間層１２とからなる基板層１を得る。
　工程（Ｓ３０）では、中間層１２上に超電導層２を形成する。この工程（Ｓ３０）では、従来周知の任意の方法を用いて超電導層２を形成する。このようにして、線材部１０が得られる。
　工程（Ｓ４０）は、被覆導体層としての被覆層３を形成する工程であって、安定化層３１を形成する工程と、保護層３２を形成する工程とを含む。安定化層３１を形成する工程は、少なくとも超電導層２の第４面２ｂ上および基板層１の第１面１ａ上に第１導体層としての安定化層３１を形成する。安定化層３１を形成する工程では、線材部１０の側面全体を覆うように安定化層３１を形成してもよい。
　安定化層３１を形成する方法としては、スパッタ法やめっき法など任意の方法を用いることができる。たとえば、図４に示すように、安定化層３１としてＡｇ層を形成する場合、たとえば蒸着法などを用いて安定化層３１としてのＡｇ層形成工程（Ｓ４１１）を実施する。その後、本実施形態では、図４に示す熱処理工程（Ｓ４１２）を実施する。熱処理工程（Ｓ４１２）の条件としては、たとえば加熱温度を２００℃以上７００℃以下、大気圧下で雰囲気をＯ２濃度２０％以上とし、加熱時間を１８時間とした条件を用いる。
　保護層３２を形成する工程としては、たとえばめっき法を用いて保護層を安定化層３１上に形成してもよい。保護層３２は、たとえば図４に示すように銅（Ｃｕ）層形成工程（Ｓ４１３）を実施して形成されてもよい。保護層３２の形成方法としては上述しためっき法に替えて、任意の方法を用いてもよい。このようにして、図１に示した超電導線材を得ることができる。
　なお、この被覆層形成工程（Ｓ４０）においては、被覆層３の剥離力（剥離強度）を高める任意の方法を実施することができる。たとえば、第２導体層としての保護層３２を、スパッタ法を用いて形成してもよい。異なる観点から言えば、保護層３２はスパッタ層であってもよい。この場合、スパッタ層は下地層としての安定化層３１に対する密着性を高くすることできるので、保護層３２が安定化層３１から剥離するために要する力である剥離力を高めることができる。
　また、他の方法として、保護層３２を形成した後、保護層３２と安定化層３１との密着性を高めるための熱処理を実施してもよい。あるいは、保護層３２をめっき法により形成する場合には、当該保護層３２の下地となる安定化層３１の材料として酸化しにくい金属層により構成する。この場合の安定化層３１の材料としては、たとえば銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）を用いることができる。
　また、上述した被覆層形成工程（Ｓ４０）を実施する前に、線材部１０の表面から酸化物層を除去する工程を実施してもよい。当該工程では、たとえば酸洗浄工程およびリンス工程などを実施してもよい。このように線材部１０の表面から酸化物を予め除去してから被覆層３を形成すれば、上記酸化物層が存在することに起因する被覆層の剥離を抑制できる。この結果、被覆層３の少なくとも一部の剥離力を大きくすることができる。
　また、被覆層形成工程（Ｓ４０）において、相対的に融点の低い金属層や合金層を形成する工程を実施してもよい。たとえば、亜鉛、錫、ビスマスやそれらを含む合金を上記融点の低い金属層や合金層として使用できる。このような層は、保護層と安定化層との間に形成しても良いし、そのまま保護層として用いても良い。
　（超電導線材の作用効果）
　本実施形態に係る超電導線材によれば、被覆層３が十分な耐剥離性を有するため、超電導線材１００を屈曲させたときに被覆層３の少なくとも一部が超電導線材１００から剥離するという不良の発生確率を低減できる。この結果、被覆層３が剥離することに起因する超電導線材１００の焼損といった事故の発生確率を低減できる。
　（実施の形態２）
　（超電導線材の構成）
　図５は、本実施形態に係る超電導線材の断面模式図である。図５は図１に対応する。図５に示す超電導線材は、基本的には図１および図２に示した超電導線材と同様の構成を備えるが、安定化層３１の構成が図１および図２に示した超電導線材と異なっている。すなわち、図５に示した超電導線材では、安定化層３１が、多層構造となっている。図５に示した超電導線材の安定化層３１は、下地層３１ａと、ストライクめっき層３１ｂとを含む。下地層３１ａは超電導層２上に形成されている。下地層３１ａはたとえば銀または銀合金からなる。下地層３１ａの製造方法はスパッタ法、蒸着法、めっき法など任意の方法を用いることができる。
　ストライクめっき層３１ｂは、下地層３１ａの外周面上に形成されている。ストライクめっき層３１ｂの材料はたとえば銀または銀合金である。ストライクめっき層３１ｂの厚みはたとえば５μｍ以下である。被覆層３の保護層３２は、ストライクめっき層３１ｂ上に形成されている。
　ストライクめっき層３１ｂの厚みの上限は、たとえば４μｍでもよく、３μｍでもよい。また、ストライクめっき層３１ｂの厚みの下限は、たとえば０．０２μｍでもよく、０．０３μｍでもよく、０．０５μｍでもよい。なお、ストライクめっき層３１ｂの厚みの上記上限値を決定した理由は、当該厚みを厚くしすぎるとストライクめっき層３１ｂの内部応力により剥離してしまう恐れがあるためである。また、ストライクめっき層３１ｂの厚みの上記下限値を決定した理由は、確実に線材の表面をストライクめっき層３１ｂで覆うためである。
　図５に示した超電導線材も、実施の形態１において説明した剥離強度の測定方法を用いて被覆層３の剥離力を測定すると、当該剥離力（剥離強度）は０．５Ｎ／ｍｍ以上となる。
　（超電導線材の製造方法）
　図５に示した超電導線材の製造方法は、基本的には図１および図２に示した超電導線材の製造方法と同様であるが、被覆層形成工程（Ｓ４０）が一部図１および図２に示した超電導線材の製造方法と異なる。すなわち、図５に示した超電導線材の製造方法では、図３に示した工程（Ｓ１０）～工程（Ｓ３０）を実施した後、被覆層形成工程（Ｓ４０）として図６に示す工程を実施する。
　すなわち、まず図６に示すＡｇ層形成工程（Ｓ４２１）を実施する。当該工程（Ｓ４２１）では、図５に示した下地層３１ａが形成される。下地層３１ａの形成方法は任意の方法を採用できる。
　その後、Ａｇストライクめっき層形成工程（Ｓ４２２）を実施する。この工程（Ｓ４２２）では、銀からなるストライクめっき層３１ｂを形成する。
　その後、保護層３２としての銅（Ｃｕ）層形成工程（Ｓ４２３）を実施する。銅層からなる保護層３２は、めっき層であって、ストライクめっき層３１ｂ上に形成される。このため、保護層３２は当該ストライクめっき層３１ｂに対する密着性が向上している。なお、保護層３２は銅以外の材料を用いてもよい。
　（超電導線材の作用効果）
　上記のようにストライクめっき層３１ｂ上に第２導体層としてめっき層からなる保護層３２を形成するので、保護層３２の安定化層３１に対する密着性を高めることができる。
　（実施の形態３）
　以下に、本実施形態に係る超電導コイル３００の構成について、図を参照して説明する。図７は、本実施形態に係る超電導コイル３００のコイル軸に垂直な断面における断面図である。図７に示すように、本実施形態に係る超電導コイル３００は、超電導線材１００と、絶縁体１５０とを有している。
　超電導線材１００は、コイル軸を中心とした渦巻形状を有している。すなわち、超電導線材１００は、コイル軸を中心として巻き回されている。超電導線材１００は、周回毎に空間を置いて巻き回されている。
　絶縁体１５０は、巻き回された超電導線材１００の間の空間に充填されている。これにより、巻き回された超電導線材１００が相互に絶縁され、相互に固着される。異なる観点から言えば、超電導線材１００は、絶縁体１５０により挟み込まれている。
　絶縁体１５０には、例えば熱硬化性樹脂が用いられる。絶縁体１５０に用いられる熱硬化性樹脂は、硬化前の状態において、巻き回された超電導線材１００の間の空間に含浸されうる程度の低い粘度を有していることが好ましい。絶縁体１５０に用いられる熱硬化性樹脂は、例えばエポキシ樹脂である。
　なお、図７では超電導線材１００を用いて超電導コイル３００を構成しているが、図５に示した超電導線材を用いて超電導コイル３００を構成してもよい。
　（超電導コイルの製造方法）
　超電導コイル３００の製造方法としては、任意の方法を採用できる。たとえば、コイル軸を中心として超電導線材１００を巻き回し、その後超電導線材１００の間に絶縁体１５０となるべき樹脂を含浸させる。その後、樹脂の硬化処理を行う。硬化処理としては、たとえば熱処理を行う。なお、超電導線材１００には図示していない電極端子などを接続してもよい。このようにして、図７に示した超電導コイル３００を得る。
　（超電導コイルの作用効果）
　図７に示した超電導コイル３００では、耐剥離力の高い超電導線材１００を用いることにより、磁場に起因する応力に対する耐久性を向上させることができる。このため、高磁場を形成することが可能な超電導コイル３００を実現できる。
　以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
　１　基板層、１ａ　第１面、１ｂ　第２面、２　超電導層、２ａ　第３面、２ｂ　第４面、３　被覆層、１０　線材部、１１　基板、１１ａ　第１層、１１ｂ　第２層、１１ｃ　第３層、１２　中間層、３１　安定化層、３１ａ　下地層、３１ｂ　ストライクめっき層、３２　保護層、１００　超電導線材、１５０　絶縁体、３００　超電導コイル。

Claims (5)

  1. 　超電導線材であって、
    　第１面と、前記第１面の反対面である第２面とを有する基板と、
    　第３面と、前記第３面の反対面である第４面とを有し、前記第３面が前記第２面に対向するように前記基板上に配置される超電導層と、
    　前記第１面上及び前記第４面上に配置される被覆導体層とを備え、
    　前記超電導線材から前記被覆導体層の少なくとも一部を剥離させるために要する剥離力が０．２５Ｎ／ｍｍ以上である、超電導線材。
  2. 　前記被覆導体層は、前記第１面及び前記第４面上に配置される第１導体層と、
    　前記第１導体層上に配置される第２導体層とを含み、
    　前記剥離力は前記第１導体層と前記第２導体層との接着強度である、請求項１に記載の超電導線材。
  3. 　前記第２導体層はスパッタ膜である、請求項２に記載の超電導線材。
  4. 　前記第１導体層は、前記第２導体層と接触する表面部分がストライクめっき層により構成され、
    　前記第２導体層はめっき層により構成されている、請求項２に記載の超電導線材。
  5. 　請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の前記超電導線材と、
    　絶縁体とを備え、
    　前記超電導線材は、周回毎に空間を置いて巻き回された渦巻形状を有し、
    　前記絶縁体は、前記空間に充填されている、超電導コイル。
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