(57)【要約】【課題】端部において水分の浸入による超電導特性の低下を防ぐ酸化物超電導線材の提供を目的とする。【解決手段】テープ状の基材と中間層と酸化物超電導層とを備えた酸化物超電導積層体と、導電性接合層を介し少なくとも前記酸化物超電導積層体の側面及び酸化物超電導層側の主面を覆う金属テープと、を有し、前記酸化物超電導積層体の周囲に形成された金属テープの少なくとも一部が、前記酸化物超電導積層体の長手方向端部から延び延長部を形成し、当該延長部が、前記酸化物超電導積層体の長手方向端部を覆うように折り曲げられ接合層を介して接合されていることを特徴とする酸化物超電導線材。【選択図】図３
2014167847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ状の基材と中間層と酸化物超電導層とを備えた酸化物超電導積層体と、
導電性接合層を介し少なくとも前記酸化物超電導積層体の側面及び酸化物超電導層側の主面を覆う金属テープと、を有し、
前記酸化物超電導積層体の周囲に形成された金属テープの少なくとも一部が、前記酸化物超電導積層体の長手方向端部から延び延長部を形成し、当該延長部が、前記酸化物超電導積層体の長手方向端部を覆うように折り曲げられ接合層を介して接合されていることを特徴とする酸化物超電導線材。
【請求項２】
前記酸化物超電導積層体の周囲に形成された金属テープのうち、前記酸化物超電導積層体の前記主面側に形成された部分の金属テープが、前記酸化物超電導積層体の長手方向端部から延び延長部を形成していることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導線材。
【請求項３】
前記酸化物超電導積層体の周囲に形成された金属テープのうち、前記酸化物超電導積層体の前記主面側に形成された部分と前記側面側に形成された部分の金属テープが、前記酸化物超電導積層体の長手方向端部から延び延長部を形成し、
前記延長部が、前記主面側の金属テープを延出した主面側延長部と、前記側面側の金属テープを延出した側面側延長部とからなり、
前記主面側延長部と前記側面側延長部とが、それぞれ前記酸化物超電導積層体の端部側に折り曲げて成形され、折り曲げた前記主面側延長部と前記側面側延長部とが、前記接合層により接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の酸化物超電導線材。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載の酸化物超電導線材を有することを特徴とする超電導コイル。
【請求項５】
テープ状の基材上に中間層と酸化物超電導層とを積層してなる酸化物超電導積層体の少なくとも側面及び酸化物超電導層側の主面とを導電性接合層を介し覆う金属テープとからなる酸化物超電導線材を用い、
前記酸化物超電導線材の長手方向端部の金属テープを前記酸化物超電導積層体から剥離する工程と、
前記酸化物超電導線材の長手方向端部において、金属テープの一部を残し、金属テープの他部及び前記酸化物超電導積層体を切断、除去し、前記酸化物超電導積層体の長手方向端部から金属テープの一部を延出させた延長部を形成する工程と、
前記延長部を酸化物超電導積層体の端部を覆うように折り曲げて成形する工程と、
前記酸化物超電導積層体と前記延長部とを接合層により接合する工程と、を含むことを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物超電導線材及び超電導コイル並びに酸化物超電導線材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年Ｂｉ系超電導線材Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８＋δ（Ｂｉ２２１２）、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋δ（Ｂｉ２２２３）やＲＥ−１２３系超電導線材ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ（ＲＥ１２３：ＲＥはＹやＧｄなどを含む希土類元素）といった酸化物超電導線材の開発が進んでいる。これら酸化物超電導線材は、臨界温度が９０〜１００Ｋ程度であり、液体窒素温度以上で超電導性を示すため、実用上極めて有望な素材とされており、これを線材に加工して電力供給用の導体あるいは超電導コイル等として使用することが要望されている。
【０００３】
Ｂｉ系の超電導線材は、Ｂｉ系の超電導層をＡｇのシース材で被覆した状態となるようにＰｏｗｄｅｒ  Ｉｎ  Ｔｕｂｅ法（ＰＩＴ法）などにより製造された構造となっている。一方、ＲＥ−１２３系超電導線材は、テープ状の金属基材上に中間層を介し成膜法により酸化物超電導層を積層し、さらに前記酸化物超電導層上に薄い銀の保護層を形成し、その上に銅などの良導電性金属材料からなる安定化層を設けた構造が採用されている。
【０００４】
ところで、ＲＥ−１２３系酸化物超電導線材は水分と接触すると水分と反応し超電導特性が低下することが知られている。したがって、酸化物超電導線材に水分を付着させることが無いように保管及び使用することが求められる。しかしながら、長期間の使用において室温と低温のヒートサイクルに伴う結露などで水分が付着する虞があるため、酸化物超電導線材の長期的信頼性を確保するためには、酸化物超電導層の全周を何らかの層で保護する構造を採用する必要がある。例えば、金属基材上に中間層と酸化物超電導層を積層したテープ状の酸化物超電導積層体を備え、両縁部を折り曲げた横断面Ｃ型形状の金属テープで前記酸化物超電導積層体を覆い重なり部を半田付けすることで、前記酸化物超電導積層体を外部から遮断した構造が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１６９２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の酸化物超電導線材は、線材の外周部を金属テープにより覆っていて外周部からの水分浸入を防ぐことができる。しかしながら、線材の長手方向端部においては酸化物超電導層が露出しており当該端部から水分が浸入し超電導特性が劣化する虞があった。
本発明は、以上のような実情に鑑みなされたものであり、各酸化物超電導線材の端部からの水分浸入による超電導特性の低下を防ぐ酸化物超電導線材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため本発明の酸化物超電導線材は、テープ状の基材と中間層と酸化物超電導層とを備えた酸化物超電導積層体と、導電性接合層を介し少なくとも前記酸化物超電導積層体の側面及び酸化物超電導層側の主面を覆う金属テープと、を有し、前記酸化物超電導積層体の周囲に形成された金属テープの少なくとも一部が、前記酸化物超電導積層体の長手方向端部から延び延長部を形成し、当該延長部が、前記酸化物超電導積層体の長手方向端部を覆うように折り曲げられ接合層を介して接合されていることを特徴とする。
本発明によれば、酸化物超電導積層体端部から延出して設けた金属テープの延長部が、酸化物超電導積層体の端部を接合層を介し被覆する構造を有するため、酸化物超電導積層体端部の酸化物超電導層が露出することなく、線材端部からの水分浸入による超電導特性の劣化を抑制できる。
【０００８】
また、本発明の酸化物超電導線材は、前記酸化物超電導積層体の周囲に形成された金属テープのうち、前記酸化物超電導積層体の前記主面側に形成された部分の金属テープが、前記酸化物超電導積層体の長手方向端部から延び延長部を形成していることを特徴とする。
本発明によれば、酸化物超電導積層体主面側の金属テープを延出することで延長部を形成することで、幅広で一体の延長部により、確実に酸化物超電導積層体端部を被覆することができ、線材端部からの水分浸入による超電導特性の劣化を抑制できる。
【０００９】
また、本発明の酸化物超電導線材は、前記酸化物超電導積層体の周囲に形成された金属テープのうち、前記酸化物超電導積層体の前記主面側に形成された部分と前記側面側に形成された部分の金属テープが、前記酸化物超電導積層体の長手方向端部から延び延長部を形成し、前記延長部が、前記主面側の金属テープを延出した主面側延長部と、前記側面側の金属テープを延出した側面側延長部とからなり、前記主面側延長部と前記側面側延長部とが、それぞれ前記酸化物超電導積層体の端部側に折り曲げて成形され、折り曲げた前記主面側延長部と前記側面側延長部とが、前記接合層により接合されていることを特徴とする。
本発明の酸化物超電導線材の延長部は、酸化物超電導積層体の主面側の金属テープから延びる主面側延長部と側面側の金属テープから延びる側面側延長部を有し、それぞれが酸化物超電導積層体の端部側を覆っている。この構成により、酸化物超電導線材の端部と側面を連続した繋ぎ目のない金属テープで覆った構造にできる。したがって、酸化物超電導線材の端部と側面の間を完全に封止することができ、水分の浸入を許すことがなくより確実に超電導特性の劣化を抑制できる。
【００１０】
本発明の超電導コイルは、前記酸化物超電導線材を有することを特徴とする。
本発明によれば、酸化物超電導線材の端末部分において水分浸入のおそれの少ない構造を具備するので、水分による超電導特性の劣化を生じない超電導コイルを提供できる。
【００１１】
本発明の酸化物超電導線材の製造方法は、テープ状の基材上に中間層と酸化物超電導層とを積層してなる酸化物超電導積層体の少なくとも側面及び酸化物超電導層側の主面とを導電性接合層を介し覆う金属テープとからなる酸化物超電導線材を用い、前記酸化物超電導線材の長手方向端部の金属テープを前記酸化物超電導積層体から剥離する工程と、前記酸化物超電導線材の長手方向端部において、金属テープの一部を残し、金属テープの他部及び前記酸化物超電導積層体を切断、除去し、前記酸化物超電導積層体の長手方向端部から金属テープの一部を延出させた延長部を形成する工程と、前記延長部を酸化物超電導積層体の端部を覆うように折り曲げて成形する工程と、前記酸化物超電導積層体と前記延長部とを接合層により接合する工程と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、酸化物超電導積層体の端部から延出する金属テープの延長部を形成し、当該延長部により酸化物超電導積層体の端部を接合層を介し被覆するため、新たな部材を用意することなく、簡易に酸化物超電導積層体の端部を被覆することが可能となり、端部からの水分浸入による超電導特性の劣化を抑制した酸化物超電導線材を提供できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、酸化物超電導積層体端部から延出して設けた金属テープの延長部が、酸化物超電導積層体の端部を接合層を介し被覆する構造を有するため、酸化物超電導積層体端部の酸化物超電導層が露出することなく、線材端部からの水分浸入による超電導特性の劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の酸化物超電導線材に組み込まれている酸化物超電導積層体の一例構造を示す断面斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態である酸化物超電導線材の断面を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態である酸化物超電導線材の長手方向端部を示し、図３（ａ）は斜視図であり、図３（ｂ）は縦断面斜視図であり、図３（ｃ）は横断面斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態である酸化物超電導線材の長手方向端部の被覆手順を示す斜視図であり、図４（ａ）は、酸化物超電導積層体の一部を切断、除去した状態を示し、図４（ｂ）は、金属テープの延長部で酸化物超電導積層体の端部を被覆した状態を示す。
【図５】本発明の一実施形態である酸化物超電導線材の長手方向端部の被覆手順の変形例を示す斜視図であり、図５（ａ）は、酸化物超電導積層体の一部を切断、除去した状態を示し、図５（ｂ）は、金属テープの側壁部を折り曲げた状態を示し、図５（ｃ）は、金属テープの延長部で酸化物超電導積層体の端部を被覆した状態を示す。
【図６】本発明に係る酸化物超電導線材を巻胴に巻回してコイル加工した超電導コイルの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る酸化物超電導線材の一実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１５】
図１は、本実施形態における酸化物超電導積層体１５を示す模式図である。本発明は、係る酸化物超電導積層体１５の外周を金属テープ２０からなる安定化層１４により被覆した酸化物超電導線材１（図２参照）の端部被覆構造（図３、図４参照）に関するものである。酸化物超電導積層体１５は、テープ状の基材１０に中間層１１、酸化物超電導層１２、保護層１３が積層された構造を有する。
図１を基に、テープ状の酸化物超電導積層体１５の各構成要素に関して詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１６】
基材１０は、通常の酸化物超電導線材の基材として使用し得るものであれば良く、可撓性を有する長尺のテープ状であることが好ましい。また、基材１０に用いられる材料は、機械的強度が高く、耐熱性があり、線材に加工することが容易な金属を有しているものが好ましく、例えば、ステンレス鋼、ハステロイ等のニッケル合金等の各種耐熱性金属材料、もしくはこれら各種金属材料上にセラミックスを配した材料などが挙げられる。中でも、市販品であれば、ハステロイ（商品名、米国ヘインズ社製）が好適である。このハステロイの種類には、モリブデン、クロム、鉄、コバルト等の成分量が異なる、ハステロイＢ、Ｃ、Ｇ、Ｎ、Ｗ等が挙げられ、ここではいずれの種類も使用できる。また、基材１０として、ニッケル合金に集合組織を導入した配向Ｎｉ−Ｗ合金テープ基材等を適用することもできる。基材１０の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は１０〜５００μｍ、好ましくは２０〜２００μｍである。
【００１７】
中間層１１は、拡散防止層、ベッド層、配向層、及びキャップ層がこの順に積層された構造を適用することができる。
拡散防止層は、この層よりも上面に他の層を形成する際に加熱処理した結果、基材１０や他の層が熱履歴を受ける場合に、基材１０の構成元素の一部が拡散し、不純物として酸化物超電導層１２側に混入することを抑制する機能を有する。拡散防止層の具体的な構造としては、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、不純物の混入を防止する効果が比較的高いＡｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、又はＧＺＯ（Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７）等から構成される単層構造あるいは複層構造が望ましい。
【００１８】
ベッド層は、基材１０と酸化物超電導層１２との界面における構成元素の反応を抑え、この層よりも上面に設ける層の配向性を向上させるために用いられる。ベッド層の具体的な構造としては、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、耐熱性が高いＹ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、などの希土類酸化物から構成される単層構造あるいは複層構造が望ましい。
【００１９】
配向層は、その上に形成されるキャップ層や酸化物超電導層１２の結晶配向性を制御したり、基材１０の構成元素が酸化物超電導層１２へ拡散することを抑制したり、基材１０と酸化物超電導層１２との熱膨張率や格子定数といった物理的特性の差を緩和したりする機能等を有するものである。配向層の材料には、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）等の金属酸化物を用いると、後述するイオンビームアシスト蒸着法（以下、ＩＢＡＤ法と呼ぶことがある。）において、結晶配向性の高い層が得られ、キャップ層や酸化物超電導層１２の結晶配向性をより良好なものとすることができるため、特に好適である。
【００２０】
キャップ層は、酸化物超電導層１２の結晶配向性を配向層よりも強く制御したり、酸化物超電導層１２を構成する元素の中間層１１への拡散や、酸化物超電導層１２の積層時に使用するガスと中間層１１との反応を抑制したりする機能等を有するものである。キャップ層の材料には、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、ＣｅＯ２、ＬａＭｎＯ３、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＹＳＺ、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等の金属酸化物が酸化物超電導層１２との格子整合性の観点から好適である。
そのなかでも、中間層１１の配向度よりもさらに配向度の優れた層を得られることから、ＣｅＯ２、ＬａＭｎＯ３が特に好適である。
ここで、キャップ層にＣｅＯ２を用いる場合、キャップ層は、Ｃｅの一部が他の金属原子又は金属イオンで置換されたＣｅ−Ｍ−Ｏ系酸化物を含んでいても良い。
【００２１】
酸化物超電導層１２は、超電導状態の時に電流を流す機能を有するものである。酸化物超電導層１２に用いられる材料には、通常知られている組成の酸化物超電導体からなるものを広く適用することができ、例えば、ＲＥ−１２３系超電導体、Ｂｉ系超電導体などの銅酸化物超電導体などが挙げられる。ＲＥ−１２３系超電導体の組成は、例えば、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ（７−ｘ）（ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ等の希土類元素、ｘは酸素欠損を表す。）が挙げられ、具体的には、Ｙ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ（７−ｘ））、Ｇｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ（７−ｘ））が挙げられる。Ｂｉ系超電導体の組成は、例えば、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ４＋２ｎ＋δ（ｎはＣｕＯ２の層数、δは過剰酸素を表す。）が挙げられる。この銅酸化物超電導体は、母物質が絶縁体であるが、酸素を取り込むことで超電導体となり、超電導特性を示す性質を持っている。ここで、本発明に用いられる酸化物超電導層１２の材料は、銅酸化物超電導体であり、以下、特に指定がなければ、酸化物超電導層１２に用いる材料を銅酸化物超電導体とする。
【００２２】
保護層１３は、事故時に発生する過電流をバイパスしたり、酸化物超電導層１２とこの層よりも上面に設ける層との間で起こる化学反応を抑制し、一方の層の元素の一部が他方の層側に侵入して組成がくずれることにより起こる超電導特性が低下するのを防いだりするなどの機能を有するものである。また、酸化物超電導層１２に酸素を取り込ませやすくするために、加熱時には酸素を透過しやすくさせる機能も有する。このため、保護層１３には、少なくともＡｇを含む材料が用いられる。本実施形態に用いられる保護層１３の材料はＡｇであり、以下、特に指定がなければ、保護層１３に用いる材料をＡｇとする。
なお、図１の保護層１３は、酸化物超電導層１２の上面のみに設けられているが、スパッタ法などの成膜法により保護層１３を形成した場合、基材１０、中間層１１、酸化物超電導層１２の側面側並びに基材１０の裏面側にＡｇ粒子が回り込んでＡｇの薄い層が形成されることとなり、係る構成を有していても良い。
【００２３】
上述の基材１０、中間層１１、酸化物超電導層１２、保護層１３によって、酸化物超電導積層体１５を構成する。この酸化物超電導積層体１５は、側面１５ｂ、１５ｂ並びに保護層１３側の主面１５ａと基材１０側の裏面１５ｃの幅方向端部近傍を導電性接合層（低融点金属層）２４を介し安定化層１４（金属テープ２０）が形成されることで図２に断面図として示す酸化物超電導線材１を構成する。
【００２４】
安定化層１４は、酸化物超電導層１２が何らかの原因で超電導状態から常電導状態に遷移しようとした時に、保護層１３とともに、酸化物超電導層１２の電流が転流するバイパスとして機能する。保護層１３はその機能により安定化層１４の一部とみなすことができる。
【００２５】
安定化層１４は、金属テープ２０を横断面Ｃ字型をなすように成形し導電性接合層２４を介し酸化物超電導積層体１５の保護層１３側の主面１５ａ、側面１５ｂ、１５ｂ及び基材１０側裏面１５ｃの幅方向端部を被覆して形成される。
図３に断面図として示すように酸化物超電導線材１は、酸化物超電導積層体１５の保護層１３側に導電性接合層２４を設けた金属テープ２０を配置し、当該金属テープ２０を酸化物超電導積層体１５の周面を横断面略Ｃ字型をなすように包み込んで折り曲げ加工し、導電性接合層２４を加熱溶融させてロールにより加圧することにより安定化層１４が形成されたものである。
酸化物超電導線材１の基材１０側裏面の両側端部には、金属テープ２０により被覆された裏面被覆部１ｂ、１ｂが形成される。また、酸化物超電導線材１の基材１０側裏面中央において、金属テープ２０の両縁部２０ｂ、２０ｂ同士を離間して配置することにより、酸化物超電導積層体１５の裏面１５ｃ（即ち基材１０）が露出した酸化物超電導線材１の裏面露出部１ｃが形成される。
なお、本実施形態においては、酸化物超電導線材１の基材側裏面中央に酸化物超電導積層体１５の裏面１５ｃ（即ち基材１０）が露出した酸化物超電導線材１の裏面露出部１ｃが形成されるが、例えば裏面露出部１ｃを導電性接合層２４を構成する半田によって埋め込むことによって、酸化物超電導積層体１５の外周を完全に被覆した構成としても良い。
【００２６】
酸化物超電導線材１は、酸化物超電導積層体１５の少なくとも保護層１３側の主面１５ａ及び側面１５ｂ、１５ｂが金属テープ等からなる安定化層１４で覆われて構成されていることで、酸化物超電導積層体１５の側面からの水分の浸入を防ぎ、酸化物超電導層１２の劣化を抑制できる。
【００２７】
金属テープ２０の被着に用いる導電性接合層２４は半田のような低融点金属を使用することができる。導電性接合層２４を構成する半田は、特に限定されるものではなく従来公知の半田を使用可能である。例えば、Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ｚｎ系合金などのＳｎを主成分とする合金よりなる鉛フリー半田、Ｐｂ−Ｓｎ系合金半田、共晶半田、低温半田などが挙げられ、これらの半田を一種又は二種以上組み合わせて使用することができる。これらの中でも、融点が３００℃以下の半田を用いることが好ましい。これにより、３００℃以下の温度で金属テープ２０と保護層１３を半田付けすることが可能となるので、半田付けの熱により酸化物超電導層１２の特性が劣化することを抑止できる。
【００２８】
金属テープ２０（安定化層１４）を構成する金属材料としては、良導電性を有するものであればよく、特に限定されないが銅、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ合金）、Ｃｕ−Ｎｉ合金等の銅合金、ステンレス等の比較的安価な材質からなるものを用いることが好ましく、中でも高い導電性を有し、安価であることから銅製が好ましい。また、酸化物超電導線材１を超電導限流器に使用する場合、安定化層１４は、クエンチが起こり常電導状態に転移した時に発生する過電流を瞬時に抑制するために用いられる。この用途の場合、安定化層１４に用いられる材料は、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ等のＮｉ系合金等の高抵抗金属が挙げられる。
安定化層１４の厚さは特に限定されず、適宜調整可能であるが、１０〜３００μｍとすることができる。
【００２９】
図３（ａ）に、本実施形態における酸化物超電導線材１の長手方向端部１ａの被覆構造を示す斜視図を示す。図３（ａ）に示すように酸化物超電導線材１の長手方向端部１ａには、金属テープ２０の延長部２０ａが構成されている。
【００３０】
図３（ｂ）に縦断面斜視図として示すように、酸化物超電導線材１の金属テープ２０は、酸化物超電導積層体１５の長手方向端部１５ｄにおいて、保護層１３上に積層された部分が延出して延長部２０ａを形成し、この延長部２０ａを酸化物超電導積層体１５の長手方向端部１５ｄを被覆するように上方に折り曲げ、更に、酸化物超電導積層体１５の裏面１５ｃ側に折り返すように成形することにより先端安定化層１４ａを構成している。
延長部２０ａは、酸化物超電導積層体１５の端部１５ｄを被覆する先端被覆部２０ｃと、酸化物超電導線材１の基材１０側裏面（裏面被覆部１ｂ、１ｂ及び裏面露出部１ｃ）の面上を被覆する折返部２０ｄとから構成される。
金属テープ２０の先端被覆部２０ｃは接合層２１を介して酸化物超電導積層体１５の端部１５ｄと接合される。
【００３１】
また、同様に金属テープ２０の折返部２０ｄは接合層２１を介して酸化物超電導線材１の基材１０側裏面（裏面被覆部１ｂ、１ｂ及び裏面露出部１ｃ）と接合される。
図３（ｃ）に酸化物超電導線材１の端部であって金属テープ２０の延長部２０ａが折り返された部分での横断面斜視図を示す。図３（ｃ）に示すように、金属テープ２０の折返部２０ｄと酸化物超電導線材１の基材１０側裏面との間には、前記裏面露出部１ｃを埋めるように、接合層２１の埋込部２１ａが形成されている。埋込部２１ａを形成することにより、酸化物超電導積層体１５と金属テープ２０とを接合し水分の浸入を確実に防ぐことができる。
【００３２】
接合層２１を構成する材料として半田を使用することができる。接合層２１としての半田は、安定化層１４としての金属テープ２０を酸化物超電導積層体１５の外周に被着させる際に用いる導電性接合層２４を構成する半田と同じものを使用することができる。また、接合層２１は、エポキシ樹脂等からなる接着剤であっても良く、水分が浸入しないように隙間を防ぎ溶接する手法も採用可能である。
なお、本実施形態に用いられる接合層２１の材料は半田であり、以下特に指定がなければ接合層２１構成する材料は、半田であるとする。
【００３３】
酸化物超電導線材１の長手方向端部１ａの被覆手順の一例を、図１、図２、図４（ａ）、（ｂ）を基に説明する。
まず、図１に示す酸化物超電導積層体１５を用意し、この酸化物超電導積層体１５の外周を導電性接合層２４を介して金属テープ２０で覆うように構成する。この段階で、酸化物超電導線材１は、その端部において酸化物超電導積層体の端面が露出した状態である。
【００３４】
次に、酸化物超電導線材１の端部を加熱し、導電性接合層２４を構成する半田を溶融させ端部の金属テープ２０（安定化層１４）を剥離させる。導電性接合層２４が半田のような低融点金属から構成されることによって、加熱により容易に金属テープ２０を剥離させることができる。さらに、端部１ａ近傍の金属テープ２０のうち、酸化物超電導積層体１５の保護層１３側の主面１５ａに積層された金属テープ２０の延長部２０ａを残し、端部から距離Ｌの酸化物超電導積層体１５及び金属テープ２０の一部を、切断工具を用いて切断、除去し、図４（ａ）に示す状態にする。
【００３５】
次に、図４（ａ）に示す矢印Ａの方向に金属テープ２０の延長部２０ａを折り曲げて成形し、先端被覆部２０ｃと折返部２０ｄを形成する。また、先端被覆部２０ｃと酸化物超電導積層体１５の端部１５ｄの間、並びに折返部２０ｄと酸化物超電導線材１の基材１０側裏面（裏面被覆部１ｂ、１ｂ及び裏面露出部１ｃ）の間に、半田からなる箔を挟み込む。なお、酸化物超電導線材１の基材１０側裏面と、折返部２０ｄとの間には、上述した接合層２１の埋込部２１ａを形成するために（図３（ｃ）参照）、埋込部２１ａに当たる部分は半田からなる箔を複数枚重ねて挟み込むなどして、十分量の半田を供給する。
【００３６】
さらに、酸化物超電導線材１の端部１ａ近傍を加熱し、前記半田からなる箔を溶融することで、酸化物超電導積層体１５と金属テープ２０の延長部２０ａの間に、接合層２１を形成し、図４（ｂ）に示す酸化物超電導線材１の端部構造を形成する。
【００３７】
酸化物超電導積層体１５を構成する基材１０及び酸化物超電導層１２は、半田との密着性が悪い場合がある。したがって、金属テープ２０の延長部２０ａは、酸化物超電導積層体１５の端部１５ｄの外周に形成された金属テープ２０の切断縁部２０ｅ（図４（ｃ）参照）と接合層２１を介して接合することが望ましい。
【００３８】
また、酸化物超電導積層体１５の端部１５ｄから、長手方向に延出する金属テープ２０の延長部２０ａの長さＬ（図４（ａ）参照）は、当該延長部２０ａを酸化物超電導積層体１５の基材１０側裏面１５ｃ側に折り返して接合層２１を介して確実に接合することが可能であれば特に限定されるものではないが、作業性を考慮すると酸化物超電導積層体１５の厚さの５倍以上であることが望ましい。
【００３９】
上述した酸化物超電導線材１の端部１ａの被覆手順のように、酸化物超電導積層体１５の一部を切断して金属テープ２０の延長部２０ａを形成する他、酸化物超電導積層体１５の外周を被覆する金属テープ２０を予め長く構成し、酸化物超電導積層体１５の端部１５ｄから突出させ、酸化物超電導積層体１５の一部を切断、除去することなく金属テープ２０の延長部２０ａを形成しても良い。このように当該延長部２０ａを形成することにより、切断により酸化物超電導層１２の結晶構造が破損することが無く、超電導特性の劣化を抑制できる。
【００４０】
なお、本実施形態の酸化物超電導線材１は、前記酸化物超電導積層体１５の主面１５ａ側（図１参照）に形成された金属テープ２０が前記酸化物超電導積層体１５の端部１５ｄから延出して延長部２０ａを形成しているが、本発明は、係る構成に限定されるものではない。例えば酸化物超電導積層体１５の側面１５ｂ側又は裏面１５ｃ側（図１参照）に形成された金属テープ２０が延出して延長部を形成し、当該延長部により、前記酸化物超電導積層体１５の端部１５ｄを接合層２１を介し被覆する構成であっても良い。
【００４１】
（変形例）
上述した本発明に係る一実施形態の酸化物超電導線材１の変形例である酸化物超電導線材２について説明する。図５（ｃ）に示す酸化物超電導線材２の端部２ａは、上述した酸化物超電導線材１の端部１ａと比較してその端部の被覆構造が異なる。なお、上述の実施形態と同一の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４２】
図５（ａ）〜（ｃ）に、本実施形態の変形例である酸化物超電導線材２の端部２ａの被覆手順を示す。この被覆手順に沿って酸化物超電導線材２の端部２ａに関して詳しく説明する。
まず、上述した酸化物超電導線材１と同様に、酸化物超電導積層体１５の外周を金属テープ３０によって被覆し、図２に断面として示す酸化物超電導線材１と同構造の酸化物超電導線材２を形成する。
次に、酸化物超電導線材２の端部を加熱し、導電性接合層２４を構成する半田を溶融させ端部近傍の金属テープ３０（安定化層１４）を剥離する。さらに、端部から距離Ｌにおいて、金属テープ３０の酸化物超電導積層体１５の裏面１５ｃに積層された部分を幅方向に切断し開くことで、酸化物超電導積層体１５の裏面１５ｃを完全に露出させる。さらに、端部から距離Ｌの酸化物超電導積層体１５を、切断工具を用いて切断、除去し、酸化物超電導積層体１５の端部１５ｄから長手方向に延出する延長部３０ａを形成した図５（ａ）に示す状態にする。
【００４３】
延長部３０ａは、酸化物超電導積層体１５の側面１５ｂ及び（図１参照）及び裏面１５ｃに被着する部分の金属テープ３０を延出した側面側延長部３０ｂと、酸化物超電導積層体１５の主面１５ａ（図１参照）に被着する部分の金属テープ３０を延出した主面側延長部３０ｃとから構成される。
【００４４】
次に、金属テープ３０の側面側延長部３０ｂ、３０ｂを酸化物超電導積層体１５の端部１５ｄ側（即ち図５（ａ）に示す矢印Ｂの方向）に折り曲げて成形し、側面側延長部３０ｂ、３０ｂの内側面を酸化物超電導積層体１５の端部１５ｄ側に対向させた図５（ｂ）に示す状態とする。また、側面側延長部３０ｂ、３０ｂと酸化物超電導積層体１５の端部１５ｄの間に、半田からなる箔（図示略）を挟み込む。
【００４５】
更に、金属テープ３０の主面側延長部３０ｃを、酸化物超電導積層体１５の端部１５ｄ側に折り曲げ、更に側面側延長部３０ｂ、３０ｂと重ねて、酸化物超電導積層体１５の裏面１５ｃ側に折り返す。換言すると、金属テープ３０の主面側延長部３０ｃ及び側面側延長部３０ｂ、３０ｂを図５（ｂ）に示す矢印Ｃの方向に折り曲げて成形する。また、折り曲げる際に、金属テープ３０の内側に、半田からなる箔を挟み込む。
さらに、酸化物超電導線材２の端部２ａを加熱し、前記半田からなる箔を溶融させることで接合層３１を形成し、酸化物超電導線材２の端部２ａの金属テープ３０の延長部３０ａを固定することで、先端安定化層１４ａを構成する。
以上の工程を経て、図５（ｃ）に示す酸化物超電導線材２を構成することができる。
【００４６】
変形例の酸化物超電導線材２は、上述した酸化物超電導線材１と同様に、酸化物超電導積層体１５の端部１５ｄから、金属テープ３０を延出させ延長部３０ａを形成するが、当該延長部３０ａの構成が異なる。即ち、延長部３０ａは、酸化物超電導積層体１５の主面１５ａ（図１参照）側の金属テープ３０である主面側延長部３０ｃのみならず、側面１５ｂ（図１参照）と裏面１５ｃ側の金属テープ３０である側面側延長部３０ｂを有する。この側面側延長部３０ｂを酸化物超電導積層体１５の端部１５ｄ側に折り曲げて成形することで、酸化物超電導線材２の端部（端面）２ａと側面は、連続した繋ぎ目のない金属テープで覆われた構造となる。したがって、酸化物超電導線材２の端部（端面）２ａと側面の間には、完全に封止されており、水分の浸入を許すことがなく、より確実に超電導特性の劣化を抑制できる。
【００４７】
（超電導コイル）
上述したように作製された酸化物超電導線材１を巻回して作成する超電導コイルの一例を図６に示す。
酸化物超電導線材１は、図４を基に被覆手順を説明したように端部１ａが金属テープ２０の延長部２０ａにより被覆されている。また、図６に示す酸化物超電導線材１を、図５（ｃ）を基に変形例として説明した酸化物超電導線材２としても良い。
酸化物超電導線材１は、巻胴４１に螺旋状に巻きつけられることによって、超電導コイル４０を構成している。
【００４８】
超電導コイル４０において、酸化物超電導線材１は、端部１ａから距離Ｄだけ離間して、超電導コイル４０に外部電源（図示略）を接続するための電流リード４２が接続される。電流リード４２と酸化物超電導線材１との接続は、酸化物超電導線材１の安定化層１４（図２参照）と電流リード４２との半田接合によりなされる。
酸化物超電導線材１の端部１ａ近傍において、図４（ａ）、（ｂ）を基に説明したように酸化物超電導積層体１５を切断工具によって切断して被覆する場合、切断した箇所に近い酸化物超電導層１２は、結晶構造が破損し超電導特性が劣化している虞がある。そこで、酸化物超電導線材１を電流リード４２と接続する際には、酸化物超電導線材１の端部１ａから距離Ｄだけ離間した領域で半田により接合することが望ましい。
距離Ｄは、切断工具の刃の状態にも依存するが２ｍｍ以上、より好ましくは５ｍｍ以上であれば、酸化物超電導線材１が劣化した領域に電流が流れることが無く、酸化物超電導線材１から電流リード４２に電流が流れる経路において、過大な抵抗値が生じることを抑制できる。
なお、距離Ｄとしては、２ｍｍ以上、より好ましくは５ｍｍ以上であることが望ましいのは、酸化物超電導積層体１５を、切断工具により切断、除去し酸化物超電導線材１の端部１ａを構成した場合に限る。即ち、酸化物超電導積層体１５の長手方向端部において、安定化層１４となる金属テープ２０を予め長手方向に突出するように形成し、当該突出した部分をもって酸化物超電導線材１の端部１ａを構成した場合はこの限りではなく、距離Ｄの長さは問わない。
【００４９】
本発明の酸化物超電導線材１は、図６を基に説明したように巻胴４１に螺旋状に巻きつけた超電導コイル４０に限らず、様々な形態の超電導コイルに適応可能である。これらの超電導コイルを備えたものとして、超電導モーター、超電導変圧器、超電導限流器等の様々な超電導機器を例示できる。
【実施例】
【００５０】
以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（試料の作製）
まず、ハステロイＣ−２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ１０００ｍｍのテープ状の基材の表面を平均粒径３μｍのアルミナを使用し研磨した。次に、前記基材の表面をアセトンにより脱脂、洗浄した。
この基材の主面上にスパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（拡散防止層；膜厚１００ｎｍ）を成膜し、その上に、イオンビームスパッタ法によりＹ２Ｏ３（ベッド層；膜厚３０ｎｍ）を成膜した。
次いで、このベッド層上に、イオンビームアシスト蒸着法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（金属酸化物層；膜厚５〜１０ｎｍ）を形成し、その上にパルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）により５００ｎｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により２．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ（酸化物超電導層）を形成した。
さらに酸化物超電導層側からスパッタ法により酸化物超電導層上に２μｍ厚のＡｇからなる保護層を形成し、さらに、５００℃で１０時間、酸素雰囲気中において酸素アニール処理を行い、２６時間の炉冷却後に取り出し酸化物超電導積層体（図１に示す酸化物超電導積層体１５）を作製した。
【００５１】
上述の手順を経て得た酸化物超電導積層体の外周を導電性接合層を介して金属テープにより被覆し、図２に示す酸化物超電導線材１と同じ断面構造を有する酸化物超電導線材を作製した。
まず、片面に厚さ２μｍのＳｎめっき（融点２３０℃、導電性接合層）が形成された幅２０ｍｍ、厚さ２０μｍ、長さ１０００ｍｍのＣｕからなる金属テープを用意する。この金属テープのＳｎめっきが施された面上に、前記酸化物超電導線材を長手方向を一致させ、しかも保護層が下になるように載置し、加熱・加圧ロールに通過させて金属テープ上のＳｎを溶融させて導電性接合層を形成し、酸化物超電導線材の保護層と金属テープを接合させた。
次に、金属テープの幅方向両端側を曲げてコ字型に加工し、さらに金属テープの両端側を基材裏面側に折り曲げて横断面略Ｃ字型をなすよう成形した。
次に、再度、加熱・加圧ロールに通過させて、金属テープ上のＳｎを溶融させて導電性接合層を形成し、酸化物超電導線材の側端部及び基材側の一部を金属テープと接合させた。この加熱・加圧ロールによる加熱・加圧処理により、金属テープ（安定化層）とその内側に設けた酸化物超電導線材との間の隙間をＳｎで埋め、図２の酸化物超電導線材１と同じ断面構造の酸化物超電導線材を得た。この酸化物超電導線材を実施例及び比較例において共通して使用する。
【００５２】
（比較例１）
上述の酸化物超電導線材に端部に被覆を行わず、図２に示す断面が外部に露出した状態のサンプルを比較例１の酸化物超電導線材とした。
【００５３】
（実施例１）
上述の酸化物超電導線材の端部から、１０ｍｍの酸化物超電導積層体と金属テープの一部を切断工具により切断、除去し、酸化物超電導積層体の端部から酸化物超電導積層体の保護層側の金属テープが、１０ｍｍだけ突出した状態（図４（ａ）において、Ｌ＝１０ｍｍの状態）とした。
さらに、この突出した金属テープの延長部を半田からなる箔を挟んで、酸化物超電導線材側に折り返し、加熱することで、金属テープの延長部と酸化物超電導線材を半田からなる接合層により接合し、実施例１の酸化物超電導線材（図４（ｂ）の酸化物超電導線材１）を作製した。
【００５４】
（プレッシャークッカー試験）
比較例１及び実施例１に対し、高温（１２１℃）・高湿（１００％）・高圧力（２気圧）下に２４〜１００時間放置するプレッシャークッカー試験を行い、その前後での臨界電流値及び接続抵抗値の比を測定した。放置前の臨界電流値（Ｉｃ０）に対する放置後の臨界電流値（Ｉｃ）の比をＩｃ／Ｉｃ０として、表１に測定結果を示す。
なお、各実施例及び比較例は２個のサンプルを用意し測定を行い、各サンプルの平均値をとった。
なお、このような過酷な試験条件において、Ｉｃ／Ｉｃ０≧０．９５であれば、実使用において殆ど劣化は起こらないものと考えられる。
【００５５】
【表１】
2014167847.tif 000003
【００５６】
実施例１は、Ｉｃ／Ｉｃ０≧０．９５であり１００時間のプレッシャークッカー試験により、臨界電流値の低下はみられなかった。一方比較例１においては、プレッシャークッカー試験を２４時間行った時点での測定結果において臨界電流値が著しく劣化している。
これらの結果から、金属テープの延長部により長手方向端部が気密に被覆されているため、酸化物超電導線材の長手方向端部から水分が浸入することが抑制され、超電導特性の低下を抑制することができることを確認した。
【符号の説明】
【００５７】
１、２…酸化物超電導線材、１ａ、２ａ、１５ｄ…端部、１０…基材、１１…中間層、１２…酸化物超電導層、１３…保護層、１４…安定化層、１４ａ…先端安定化層、１５…酸化物超電導積層体、１５ａ…主面、１５ｂ…側面、１５ｃ…裏面、２０、３０…金属テープ、２０ａ、３０ａ…延長部、２０ｃ…先端被覆部、２０ｄ…折返部、２１、３１…接合層、２４…導電性接合層、３０ｂ…側面側延長部、３０ｃ…主面側延長部、４０…超電導コイル、４１…巻胴、４２…電流リード、Ｄ、Ｌ…距離
【図１】
2014167847.tif 000004
【図２】
2014167847.tif 000005
【図３】
2014167847.tif 000006
【図４】
2014167847.tif 000007
【図５】
2014167847.tif 000008
【図６】
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