(57)【要約】  超電導線材（１０）は、主面を有する基板（１）および上記主面上に形成された超電導材料層（５）を含む積層体（２０）と、基板（１）の幅方向における積層体（２０）の両側面上に配置された補強層（１２）とを備える。補強層（１２）は、積層体（２０）の底面（２０Ｂ）および上面（２０Ａ）の少なくとも一方側に位置する端面が露出している。基板（１）の幅方向での断面において、積層体（２０）の幅に対する補強層（１２）の幅の合計の比率は１％以上１５％以下である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面を有する基板および前記主面上に形成された超電導材料層を含む積層体と、
前記基板の幅方向における前記積層体の両側面上に配置された補強層とを備え、
前記積層体は、前記基板が位置する底面と前記底面と反対側の上面とを有し、
前記補強層は、前記積層体の前記底面および前記上面の少なくとも一方側に位置する端面が露出しており、かつ、
前記基板の幅方向での断面において、前記積層体の幅に対する前記補強層の幅の合計の比率は１％以上１５％以下である、超電導線材。
【請求項２】
前記積層体の前記上面および前記底面のいずれか一方側に配置された被覆層をさらに備え、
前記基板の幅方向での断面において、前記被覆層の幅は、前記積層体の幅より広く、
前記補強層は、前記積層体と前記被覆層とを接合する導電性の接合部材である、請求項１に記載の超電導線材。
【請求項３】
前記補強層は、
前記積層体の両側面に接合された金属部材と、
前記積層体および前記金属部材の外周面を覆う被覆層とを含む、請求項１に記載の超電導線材。
【請求項４】
前記補強層は、前記積層体の延在方向に沿って延びる前記金属部材を前記積層体の両側面に接合する接合層をさらに含む、請求項３に記載の超電導線材。
【請求項５】
前記被覆層は、前記積層体および前記金属部材の外周面を覆うように設けられた、金属材料からなる箔またはめっき層により構成される、請求項３または請求項４に記載の超電導線材。
【請求項６】
前記補強層は、前記積層体の両側面上から前記底面および前記上面の一部上にまで延びる延在部をさらに含む金属層である、請求項１に記載の超電導線材。
【請求項７】
前記積層体の前記上面および前記底面を覆う被覆層をさらに備え、
前記金属層は、前記被覆層と一体的に形成される、請求項６に記載の超電導線材。
【請求項８】
前記金属層および前記被覆層は、めっき層により構成される、請求項７に記載の超電導線材。
【請求項９】
前記積層体の前記上面および前記底面を覆う被覆層をさらに備え、
前記補強層は、前記被覆層と一体的に形成される、請求項１に記載の超電導線材。
【請求項１０】
前記被覆層は、半田層により構成される、請求項９に記載の超電導線材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超電導線材に関し、より特定的には、基板上に超電導材料層が形成された超電導線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、金属基板上に超電導材料層が形成された超電導線材の開発が進められている。中でも、転位温度が液体窒素以上の高温超電導体である酸化物超電導体からなる超電導材料層が設けられた酸化物超電導線材が注目されている。【０００３】
このような酸化物超電導線材は、一般的に、金属基板上に超電導材料層を形成し、さらに、銀（Ａｇ）や銅（Ｃｕ）の金属層を形成することにより製造されている（たとえば国際公開第２００１／００８２３４号（特許文献１）および特開２０１２−８４４７８号公報（特許文献２）参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００１／００８２３４号
【特許文献２】特開２０１２−８４４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した構成の酸化物超電導線材をコイル状に巻回して臨界温度にまで冷却する際、金属層と超電導材料層との熱膨張係数の違いに起因して、超電導材料層に対してコイルの径方向に引張応力が働くために、超電導材料層に局所的な剥がれが発生するという問題があった。これにより、超電導材料層の一部に破損や変形等が生じ易くなり、結果として超電導特性の劣化につながっていた。【０００６】
超電導材料層の剥がれ対策としては、たとえば、超電導線材の外周全体を、膜厚の金属テープで覆う構成を採用することができる。しかしながら、上記構成では、金属テープの厚みによって超電導線材全体の断面積が大きくなってしまうため、臨界電流密度（Ｊｃ）が低下するという不具合が生じ得る。【０００７】
この発明は、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、この発明の目的は、超電導線材の臨界電流密度を低下させることなく、超電導線材の剥離を抑制することが可能な超電導線材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る超電導線材は、主面を有する基板および上記主面上に形成された超電導材料層を含む積層体と、基板の幅方向における積層体の両側面上に配置された補強層とを備える。積層体は、基板が位置する底面と、底面と反対側の上面とを有する。補強層は、積層体の底面および上面の少なくとも一方側に位置する端面が露出している。基板の幅方向での断面において、積層体の幅に対する補強層の幅の合計の比率は１％以上１５％以下である。
【発明の効果】
【０００９】
上記によれば、超電導線材の臨界電流密度を低下させることなく、超電導線材の剥離を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る超電導線材の構成を示す断面模式図である。
【図２】実施例に係る超電導線材の構成を示す断面模式図である。
【図３】比較例１に係る超電導線材の構成を示す断面模式図である。
【図４】比較例２に係る超電導線材の構成を示す断面模式図である。
【図５】超電導線材に働く引張応力を説明するための模式図である。
【図６】実施の形態２に係る超電導線材の構成を示す断面模式図である。
【図７】実施の形態２に係る超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図８】実施の形態２に係る超電導線材の製造方法を説明するための断面模式図である。
【図９】実施の形態２に係る超電導線材の製造方法を説明するための断面模式図である。
【図１０】実施の形態２に係る超電導線材の製造方法を説明するための断面模式図である。
【図１１】実施の形態２に係る超電導線材の製造方法を説明するための断面模式図である。
【図１２】実施の形態２の変形例に係る超電導線材の構成を示す断面模式図である。
【図１３】実施の形態３に係る超電導線材の構成を示す断面模式図である。
【図１４】実施の形態３に係る超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図１５】実施の形態３の変形例に係る超電導線材の構成を示す断面模式図である。
【図１６】実施の形態４に係る超電導線材の構成を示す断面模式図である。
【図１７】実施の形態４に係る超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図１８】実施の形態４におけるマスク層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図１９】実施の形態５に係る超電導線材の構成を示す断面模式図である。
【図２０】実施の形態５に係る超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図２１】実施の形態５に係る超電導線材の製造方法を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１２】
（１）本発明の一態様に係る超電導線材１０（図１参照）は、積層体２０と、補強層１２とを備える。積層体２０は、主面を有する基板１と、上記主面上に形成された超電導材料層５とを含む。補強層１２は、基板１の幅方向における積層体２０の両側面上に配置される。積層体２０は、基板１が位置する底面２０Ｂと、底面２０Ｂと反対側の上面２０Ａとを有する。補強層１２は、積層体２０の底面２０Ｂおよび上面２０Ａの少なくとも一方側に位置する端面が露出している。基板１の幅方向での断面において、積層体２０の幅に対する補強層１２の幅の合計の比率は１％以上１５％以下である。
【００１３】
このようにすれば、積層体２０に働く引張応力を、積層体２０の両側面上に配置された補強層１２に分散させることができるため、超電導線材１０の引張強度が向上する。したがって、超電導線材１０をコイル状に巻回して臨界温度以下の極低温に冷却した場合に、積層体２０に局所的な剥離が発生することを抑制することができる。これにより、積層体２０の外周面を覆う厚膜の金属テープが不要となるため、引張強度の向上のために超電導線材の断面積が増えることを抑制することができる。この結果、臨界電流密度を低下させることなく、超電導線材に剥離が発生することを抑制することができる。
【００１４】
なお、基板１の幅方向での断面において、積層体２０の幅に対する補強層１２の幅の合計の比率は１％以上１５％以下、好ましくは３％以上１５％以下、より好ましくは５％以上１２％以下とすることができる。
【００１５】
（２）上記（１）に係る超電導線材１０Ａ（図６参照）において好ましくは、積層体２０の上面２０Ａおよび底面２０Ｂのいずれか一方側に配置された被覆層９をさらに備える。基板１の幅方向での断面において、被覆層９の幅は、積層体２０の幅より広い。補強層１２は、積層体２０と被覆層９とを接合する導電性の接合部材２８である。
【００１６】
このようにすれば、接合部材２８が補強層１２として機能するため、積層体２０の上面および底面のいずれか一方側に被覆層９を配置する構成としても、超電導線材に剥離が発生することを抑制することができる。
【００１７】
（３）上記（１）に係る超電導線材１０Ｂ（図１３参照）において好ましくは、補強層１２は、積層体２０の両側面に接合された金属部材３０と、積層体２０および金属部材３０の外周面を覆う被覆層３４とを含む。
【００１８】
このようにすれば、金属部材３０が補強層１２として機能するため、薄膜の被覆層３４を配置する構成としても、超電導線材１０Ｂに剥離が発生することを抑制することができる。
【００１９】
（４）上記（３）に係る超電導線材１０Ｂにおいて好ましくは、補強層１２は、積層体２０の延在方向に沿って延びる金属部材３０を積層体２０の両側面に接合する接合層３２をさらに含む。
【００２０】
このようにすれば、金属部材３０および接合層３２が補強層１２として機能するため、超電導線材１０Ｂに剥離が発生することを抑制することができる。
【００２１】
（５）上記（３）または（４）に係る超電導線材１０Ｂにおいて好ましくは、被覆層３４は、積層体２０および金属部材３０の外周面を覆うように設けられた、金属材料からなる箔またはめっき層により構成される。
【００２２】
このようにすれば、被覆層３４を薄膜とすることができるため、臨界電流密度を低下させることなく、超電導線材１０Ｂに剥離が発生することを抑制することができる。
【００２３】
（６）上記（１）に係る超電導線材１０Ｃ（図１６参照）において好ましくは、補強層１２は、積層体２０の両側面上から底面２０Ｂおよび上面２０Ａの一部上にまで延びる延在部をさらに含む金属層３８である。
【００２４】
このようにすれば、金属層３８が補強層１２として機能するため、超電導線材１０Ｃに剥離が発生することを抑制することができる。
【００２５】
（７）上記（６）に係る超電導線材１０Ｃにおいて好ましくは、積層体２０の上面２０Ａおよび底面２０Ｂを覆う被覆層３６をさらに備える。金属層３８は、被覆層３６と一体的に形成される。
【００２６】
このようにすれば、金属層３８および被覆層３６が補強層１２として機能するため、超電導線材１０Ｃに剥離が発生することを抑制することができる。
【００２７】
（８）上記（７）に係る超電導線材１０Ｃにおいて好ましくは、金属層３８および被覆層３６は、めっき層により構成される。
【００２８】
このようにすれば、金属層３８に補強層１２としての必要な厚みを持たせつつ、被覆層３６を薄膜とすることができるため、臨界電流密度を低下させることなく、超電導線材１０Ｃに剥離が発生することを抑制することができる。
【００２９】
（９）上記（１）に係る超電導線材１０Ｄ（図１９参照）において好ましくは、積層体２０の上面２０Ａおよび底面２０Ｂを覆う被覆層４２をさらに備える。補強層１２は、被覆層４２と一体的に形成される。
【００３０】
このようにすれば、積層体２０の両側面上に位置する被覆層４２が補強層１２として機能するため、超電導線材１０Ｄに剥離が発生することを抑制することができる。
【００３１】
（１０）上記（９）に係る超電導線材１０Ｄにおいて好ましくは、被覆層４２は、半田層により構成される。
【００３２】
このようにすれば、積層体２０の両側面上に位置する被覆層４２に補強層１２としての必要な厚みを持たせつつ、積層体２０の上面および底面上に位置する被覆層４２を薄膜とすることができるため、臨界電流密度を低下させることなく、超電導線材１０Ｄに剥離が発生することを抑制することができる。
【００３３】
[本発明の実施形態の詳細]
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てその説明は繰返さない。
【００３４】
＜実施の形態１＞
実施の形態１では、本発明の実施の形態に係る超電導線材１０の基本構成について説明し、その後実施の形態２〜４において、超電導線材１０の具体的構成およびその製造方法について説明する。
【００３５】
（超電導線材の基本構成）
図１は、実施の形態１に係る超電導線材の構成を示す断面模式図である。図１は、実施の形態１に係る超電導線材１０の延在する方向に交差する方向に切断した断面を示している。このため、紙面に交差する方向が超電導線材の長手方向であり、超電導材料層５の超電導電流が紙面に交差する方向に沿って流れるものとする。また、図１および以降の断面模式図においては、図を見やすくするために矩形状の断面における上下方向（以下「厚み方向」とも称する）と左右方向（以下「幅方向」とも称する）との長さの差を小さくしているが、実際は当該断面の厚み方向の長さは幅方向の長さに比べて十分に小さい。
【００３６】
図１に示されるように、実施の形態１に係る超電導線材１０は、断面が矩形をなす長尺形状（テープ状）であり、ここでは長尺形状の長手方向に延在する相対的に大きな表面を主面とする。超電導線材１０は、基板１と、中間層３と、超電導材料層５と、保護層７と、被覆層９と、補強層１２とを備える。
【００３７】
基板１は、第１の主面と、第２の主面とを有する。第２の主面は、第１の主面とは反対側に位置する。基板１は、たとえば金属からなり、断面が矩形をなす長尺形状（テープ状）とすることが好ましい。コイルに巻回するためには、基板１はたとえば２ｋｍ程度に長尺化されていることが好ましい。
【００３８】
基板１は、配向金属基板を用いることがさらに好ましい。なお、配向金属基板とは、基板表面の面内の２軸方向に関して、結晶方位が揃っている基板を意味する。配向金属基板としては、たとえばニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、銀（Ａｇ）、および金（Ａｕ）のうちの２以上の金属からなる合金が好適に用いられる。これらの金属を他の金属または合金と積層することもでき、たとえば高強度材料であるＳＵＳなどの合金を用いることもできる。なお、基板１の材料は特にこれに限定されず、たとえば金属以外の材料を用いてもよい。
【００３９】
超電導線材１０の幅方向の長さは、たとえば４ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。超電導線材１０に流れる電流密度を大きくするためには、基板１の断面積が小さい方が好ましい。ただし、基板１の厚み（図１における上下方向）を薄くしすぎると、基板１の強度が劣化する可能性がある。したがって、基板１の厚みはたとえば１００μｍ程度にすることが好ましい。
【００４０】
中間層３は、基板１の第１の主面上に形成されている。超電導材料層５は、中間層３の、基板１と対向する主面と反対側の主面（図１における上側の主面）上に形成されている。すなわち、超電導材料層５は、中間層３を挟んで基板１の第１の主面上に配置されている。中間層３を構成する材料は、たとえばイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）およびチタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）などが好ましい。これらの材料は、超電導材料層５との反応性が極めて低く、超電導材料層５と接触している境界面においても超電導材料層５の超電導特性を低下させない。特に、基板１を構成する材料として金属を用いる場合には、表面に結晶配向性を有する基板１と超電導材料層５との配向性の差を緩和して、超電導材料層５を高温で形成する際に、基板１から超電導材料層５への金属原子の流出を防止する役割を果たすことができる。なお、中間層３を構成する材料は特にこれに限定されない。
【００４１】
また、中間層３は、複数の層により構成されていてもよい。中間層３が複数の層により構成される場合、中間層３を構成するそれぞれの層は互いに異なる材質または一部が同じ材質により構成されていてもよい。
【００４２】
超電導材料層５は、超電導線材１０のうち、超電導電流が流れる薄膜層である。超電導材料は特に限定されないが、たとえばＲＥ−１２３系の酸化物超電導体とすることが好ましい。なお、ＲＥ−１２３系の酸化物超電導体とは、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ｙは６〜８、より好ましくは６．８〜７、ＲＥとはイットリウム、またはＧｄ、Ｓｍ、Ｈｏなどの希土類元素を意味する）として表される超電導体を意味する。また、超電導材料層５に流れる超電導電流の値を向上させるためには、超電導材料層５の厚みは０．５μｍ〜１０μｍであることが好ましい。
【００４３】
保護層７は、超電導材料層５の、中間層３と対向する主面と反対側の主面（図１における上側の主面）上に形成されている。保護層７は、たとえば銀または銀合金からなる。保護層７の厚みは０．１μｍ以上５０μｍ以下とすることが好ましい。
【００４４】
以上に述べた基板１、中間層３、超電導材料層５および保護層７により積層体２０が形成されている。積層体２０は、基板１が位置する底面２０Ｂと、底面２０Ｂと反対側の上面２０Ａとを有する。この積層体２０の上面２０Ａ上に被覆層９が形成されている。被覆層９は、上面２０Ａに代えて、または上面２０Ａに加えて積層体２０の底面２０Ｂ上に形成されていてもよい。基板１の幅方向での断面において、被覆層９の幅Ｗ２は、積層体２０の幅Ｗ１と等しい、もしくは積層体２０の幅Ｗ１よりも広いことが好ましい（Ｗ２≧Ｗ１）。
【００４５】
被覆層９は、良導電性の金属材料の箔またはめっき層などからなる。被覆層９は、保護層７とともに、超電導材料層５が超電導状態から常電導状態に遷移する際に超電導材料層５の電流が転流するバイパスとして機能する。被覆層９を構成する材料は、たとえば銅または銅合金、半田などが好ましい。被覆層９の厚みは、保護層７および超電導材料層５を物理的に保護しつつ、超電導線材１０の断面積を小さくする観点から２０μｍ〜１００μｍ程度であることが好ましい。
【００４６】
補強層１２は、基板１の幅方向における積層体２０の両側面上に配置される。補強層１２は、良導電性の金属材料からなる。補強層１２を構成する材料は、たとえば銅または銅合金、ニッケルまたはニッケル合金、半田などが好ましい。
【００４７】
図１に示す超電導線材１０では、被覆層９の幅Ｗ２は、積層体２０の幅Ｗ１よりも広くなっている（Ｗ２＞Ｗ１）。そのため、被覆層９の幅方向における両端部は、積層体２０の両側面から突出している。補強層１２は、積層体２０の両側面および被覆層９の突出した部分に接続するように設けられている。したがって、補強層１２の幅Ｗ３の合計は、被覆層９の幅Ｗ２と積層体２０の幅Ｗ１との差分に相当する（Ｗ３×２＝Ｗ２−Ｗ１）。
【００４８】
補強層１２は、積層体２０の上面２０Ａおよび底面２０Ｂの少なくとも一方側に位置する端面が露出している。図１に示す超電導線材１０では、積層体２０の上面２０Ａ上に、積層体２０よりも幅広の被覆層９を配置したことで、積層体２０の底面側に位置する端面が露出している。なお、図示を省略するが、被覆層９の幅Ｗ２が積層体２０の幅Ｗ１と等しい場合（Ｗ１＝Ｗ２）には、補強層１２の両端面がそれぞれ露出することになる。
【００４９】
基板１の幅方向での断面において、積層体２０の幅Ｗ１に対する補強層１２の幅Ｗ３の合計の比率（Ｗ３×２／Ｗ１）は、１％以上１５％以下であることが好ましい。当該比率は、より好ましくは３％以上１５％以下、さらに好ましくは５％以上１２％以下とすることができる。
【００５０】
このように、本実施の形態に係る超電導線材１０においては、積層体２０の両側面上に補強層１２が配置されている。これにより、超電導線材１０の臨界電流密度（Ｊｃ）を低下させることなく、超電導線材１０をコイル状に巻回して臨界温度以下の極低温に冷却した場合において、積層体２０に局所的な剥離が発生することを抑制することができる。
【００５１】
以下、図２に示す実施例と、図３および図４に示す比較例とを参照しながら、本実施の形態に係る超電導線材１０の作用効果について説明する。ただし、本実施の形態に係る超電導線材はこれらの例によって限定されるものではない。
【００５２】
（実施例）
図２は、実施例に係る超電導線材の構成を示す断面模式図である。図２は、超電導線材の幅方向に切断した断面を示している。
【００５３】
図２に示されるように、実施例として、積層体２０と、補強層１２と、被覆層９とを備える超電導線材を準備した。実施例に係る超電導線材において、積層体２０は、幅４ｍｍ（Ｗ１＝４ｍ）とし、厚み１００μｍ（Ｌ１＝１００μｍｍ）とした。また、補強層１２は、銅からなり、幅０．２ｍｍ（Ｗ３＝０．２ｍｍ）とし、厚みを積層体２０の厚みと同じとした。被覆層９は、幅４．４ｍｍ（Ｗ２＝４，４ｍｍ）とし、厚みを３０μｍ（Ｌ２＝３０μｍ）とした。すなわち、実施例では、積層体２０の幅Ｗ１に対する補強層１２の幅Ｗ３の合計の比率を１０％とした（Ｗ３×２／Ｗ１＝１０％）。
【００５４】
（比較例１）
図３は、比較例１に係る超電導線材の構成を示す断面模式図である。図３に示されるように、比較例１として、従来の３ｐｌｙ構造の超電導線材を準備した。３ｐｌｙ構造は、たとえば特許文献１に示されるように、超電導テープの上面および底面上に超電導テープよりも幅広の金属テープを積層した後、超電導テープおよび金属テープを一体化したものである。
【００５５】
比較例１において、積層体２０は、実施例における積層体２０と同様の構造とした。積層体２０の外周面は、金属テープ２３，２５によって覆われている。金属テープ２３は、積層体２０の上面側および底面側にそれぞれ配置されている。金属テープ２３の幅Ｗ２は積層体２０の幅Ｗ１より広く、金属テープ２３の両端部は積層体２０の両側面から突出している。金属テープ２５は、金属テープ２３の突出した部分の間に配置されている。金属テープ２３は、幅４．４ｍｍ（Ｗ２＝４．４ｍｍ）とし、厚み２００μｍ（Ｌ３＝２００μｍ）とした。
【００５６】
すなわち、比較例１における金属テープ２５を、実施例における補強層１２と同じ形状としている。一方、比較例１では、積層体２０の上面および底面にそれぞれ金属テープ２３を配置したことで、実施例に比べて超電導線材の厚みが厚くなっている。
【００５７】
（比較例２）
図４は、比較例２に係る超電導線材の構成を示す断面模式図である。図４に示されるように、比較例２として、実施例と同様の構造からなる積層体２０を準備した。すなわち、比較例２において、積層体２０の外周面は被覆されていない。
【００５８】
実施例および比較例１および２の各々について、超電導線材の引張強度および臨界電流密度をシミュレーションにより評価した。各超電導線材のシミュレーション結果を表１に示す。
【００５９】
【表１】
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【００６０】
図５に示されるように、コイル状に巻回された超電導線材を極低温に冷却した場合、積層体２０において、基板１および保護層７を形成する金属材料と、中間層３および超電導材料層５を形成するセラミックス材料との熱膨張係数の違いに起因して、積層体２０の上面および底面に引張応力Ｆ１が働く。積層体２０は、たとえば１Ｍｐａ（１Ｎ／ｍｍ２）程度の引張強度を有する。
【００６１】
積層体２０に引張応力Ｆ１が働いているとき、積層体２０の両側面上に配置された補強層１２に対しても引張応力Ｆ２が働く。補強層１２は金属材料から構成されているため、積層体２０の引張強度よりも高い引張強度を有している。たとえば補強層１２が銅からなる場合、補強層１２は２２０ＭＰａ程度の引張強度を有する。
【００６２】
実施例において、超電導線材の引張強度は、積層体２０の引張強度および補強層１２の引張強度を、超電導線材の主面における積層体２０と補強層１２との面積比率で足し合わせることにより算出した。同様に、比較例１に係る超電導線材の引張強度は、積層体２０の引張強度および金属テープ２５の引張強度を、超電導線材の主面における積層体２０と金属テープ２５との面積比率で足し合わせることにより算出した。金属テープ２５が銅からなる場合、金属テープ２５は２２０ＭＰａ程度の引張応力を有する。
【００６３】
また、各超電導線材の臨界電流密度は、積層体２０を流れる臨界電流Ｉｃを２００Ａに設定し、設定した臨界電流Ｉｃを、各々の超電導線材の断面積で除算することにより算出した。
【００６４】
表１を参照して、実施例は、補強層１２を有しない比較例２と比較して、高い引張強度を有している。これは、実施例では、積層体２０よりも引張強度が高い補強層１２を積層体２０の両側面上に配置したことによって、積層体２０にかかる引張応力の大部分を補強層１２が受け持つことになり、結果的に引張応力を補強層１２に分散させることができることによる。比較例１においても、実施例と同様に、積層体２０にかかる引張応力が、積層体２０の側面上に配置された金属テープ２５に分散されるため、実施例と同等の引張強度が得られている。
【００６５】
その一方で、超電導線材の臨界電流密度は、比較例２が最も高く、実施例、比較例１の順で低くなっている。実施例は、比較例１に比べて、積層体２０の上面および底面側に設けられる金属層の厚みが薄いため、超電導線材の厚みが薄型化されている。そのため、実施例は、比較例１と同程度の引張強度を確保しながら、比較例１よりも高い臨界電流密度を実現している。
【００６６】
そして、実施例は比較例１に比べて超電導線材の断面積が小さいため、超電導線材を巻回してコイルを形成する場合、実施例は、比較例１と比べて、同じターン数であってもコイルの直径が小さくなる。また、同じコイルの直径であれば、実施例は、比較例１と比べて、超電導線材のターン数が多くなる。
【００６７】
以上のように、本実施の形態に係る超電導線材１０によれば、臨界電流密度を低下させることなく、超電導線材をコイル状に巻回して臨界温度以下の極低温に冷却した場合において、積層体２０に剥離が発生することを抑制することができる。
【００６８】
本実施の形態に係る超電導線材１０は、基板１の幅方向での断面において、積層体２０の幅Ｗ１に対する補強層１２の幅Ｗ３の合計の比率（Ｗ３×２／Ｗ１）が、１％以上１５％以下であることが好ましい。当該比率は、より好ましくは３％以上１５％以下、さらに好ましくは５％以上１２％以下とすることができる。
【００６９】
＜実施の形態２＞
実施の形態２〜５では、実施の形態１に係る超電導線材１０（図１参照）を実現するための具体的な構成およびその製造方法を説明する。
【００７０】
（超電導線材の構成）
図６は、実施の形態２に係る超電導線材１０Ａの構成を示す断面模式図である。図６は、超電導線材１０Ａを幅方向に切断したときの断面を示している。
【００７１】
図６に示されるように、超電導線材１０Ａは、積層体２０と、被覆層９と、接合部材２８とを備える。被覆層９は、積層体２０の上面２０Ａ上に配置されている。被覆層９の幅は、積層体２０の幅よりも広くなっている。
【００７２】
積層体２０と被覆層９とは、導電性の接合部材２８によって接合されている。接合部材２８の材料としては、たとえば半田が用いられる。図６に示されるように、接合部材２８は、被覆層９と積層体２０の上面２０Ａとの間から積層体２０の側面上にまで延在している。
【００７３】
超電導線材１０Ａにおいては、積層体２０の側面上に位置する接合部材２８が、図１に示す超電導線材１０における補強層１２を構成する。そして、補強層１２は、積層体２０の底面側に位置する端面が露出した構成となっている。
【００７４】
上記構成とすることにより、実施の形態２では、コイル状に巻回した超電導線材１０Ａを極低温にまで冷却したときに積層体２０に働く引張応力を、積層体２０の両側面上に位置する接合部材２８に分散させることができる。これにより、積層体２０に剥離が発生することを抑制することができる。また、薄膜の被覆層９を積層体２０の上面２０Ａ上にのみ配置した構成とすることで、引張強度の向上のために超電導線材の断面積が増えることを抑制することができる。この結果、臨界電流密度を低下させることなく、超電導線材１０Ａに剥離が発生することを抑制することができる。
【００７５】
（超電導線材の製造方法）
図７は、実施の形態２に係る超電導線材１０Ａの製造方法を示すフローチャートである。図７に示されるように、超電導線材１０Ａの製造方法は、積層体形成工程（Ｓ１０）と、被覆層貼り合せ工程（Ｓ２０）とを備える。
【００７６】
積層体形成工程（Ｓ１０）では、まず基板準備工程（Ｓ１１）が実施される。具体的には、図８を参照して、配向金属基板からなる基板１が準備される。基板１は、第１の主面と、第１の主面とは反対側に位置する第２の主面とを有する。基板１の厚みは目的に応じて適宜調整すればよく、通常は１０μｍ〜５００μｍの範囲とすることができる。
【００７７】
次に、中間層形成工程（図７のＳ１２）が実施される。具体的には、図９を参照して、基板１の第１の主面上に中間層３が成膜される。中間層３の成膜方法としては、任意の成膜方法を用いることができるが、たとえばパルスレーザ蒸着法（Pulsed  Laser  Deposition：ＰＬＤ法）などの物理蒸着法を用いることができる。
【００７８】
次に、超電導材料層形成工程（図７のＳ１３）が実施される。具体的には、図１０を参照して、中間層３の基板１と対向する主面と反対側の主面上に、ＲＥ−１２３系の酸化物超電導体からなる超電導材料層５を形成する。超電導材料層５の成膜方法としては、任意の成膜方法を用いることができるが、たとえば気相法および液相法、またはそれらの組合せにより形成する。気相法としては、たとえばレーザ蒸着法、スパッタリング法、および電子ビーム蒸着法などが挙げられる。
【００７９】
次に、保護層形成工程（図７のＳ１４）が実施される。具体的には、図１１を参照して、超電導材料層５の中間層３と対向する主面と反対側の主面上に、銀（Ａｇ）または銀合金からなる保護層７を、たとえばスパッタなどの物理的蒸着法や電気めっき法などにより形成する。その後、酸素雰囲気下で加熱処理する酸素アニールを行ない（酸素導入工程）、超電導材料層５に酸素を導入する。以上の工程Ｓ１１〜Ｓ１４を実施することにより、積層体２０が形成される。
【００８０】
次に、被覆層貼り合せ工程（図７のＳ２０）が実施される。具体的には、まず、積層体２０の幅よりも大きい幅を有する被覆層９が準備される。被覆層９は、たとえば銅または銅合金からなる箔であり、その厚みはたとえば３０μｍである。
【００８１】
次に、半田などの接合部材２８を用いて、積層体２０の上面２０Ａおよび底面２０Ｂのいずれかに被覆層９を貼り合わせる。被覆層９を貼り合わせる方法については特に制限されず、加熱により接合部材２８を溶融させ、必要に応じて加圧すればよい。たとえば、積層体２０の上面２０Ａに被覆層９を貼り合せる場合、まず、積層体２０の底面２０Ｂを覆うようにマスク層を形成する。マスク層の形成方法は特に限定されず、たとえば、コーターやスプレー方式により塗布することができる。次に、積層体２０および被覆層９を半田浴に通過させる。その後、底面２０Ｂからマスク層を剥がし、積層体２０および被覆層９を一体として一対の加熱・加圧ロール間を通過させる。
【００８２】
あるいは、最初に、被覆層９の、積層体２０の上面２０Ａと対向する側の主面上に接合部材２８を形成する。その後、積層体２０、接合部材２８および被覆層９を一体として一対の加熱・加圧ロール間を通過させる。
【００８３】
上記２通りの方法のいずれにおいても、被覆層９は積層体２０の両側面から突出しているため、被覆層９と積層体２０の両側面との間の空間が半田で満たされる。これにより、積層体２０の両側面上に補強層１２（図１）が形成される。
【００８４】
（実施の形態２の変形例）
図１２は、実施の形態２の変形例に係る超電導線材１０Ａ♯の構成を示す断面模式図である。実施の形態２の変形例に係る超電導線材１０Ａ♯は、基本的には図６に示した超電導線材１０Ａと同様の構造を備えるが、被覆層９が、積層体２０の底面側に配置されている点が、図６に示した超電導線材１０Ａとは異なっている。このような構造によっても、図６に示した超電導線材１０Ａと同様の効果を得ることができる。
【００８５】
なお、本変形例に係る超電導線材１０Ａ♯は、被覆層貼り合せ工程（図７のＳ２０）において、積層体２０の底面２０Ｂに被覆層９を貼り合せることによって製造することができる。
【００８６】
＜実施の形態３＞
（超電導線材の構成）
図１３は、実施の形態３に係る超電導線材１０Ｂの構成を示す断面模式図である。図１３は、超電導線材１０Ｂの延在方向に交差する方向に切断した断面を示している。
【００８７】
図１３に示されるように、超電導線材１０Ｂは、積層体２０と、金属部材３０と、接合層３２と、被覆層３４とを備える。金属部材３０は、積層体２０の延在方向に沿って延びる、柱状の外形を有している。金属部材３０の延在方向に垂直な方向における断面の形状は、矩形状である。金属部材３０を構成する材料は、たとえば銅または銅合金、ニッケルまたはニッケル合金などが好ましい。
【００８８】
柱状の金属部材３０は、たとえば半田接合材または導電性接着剤などの導電性接合材によって積層体２０の両側面に接合される。金属部材３０と積層体２０の両側面との間には接合層３２が形成される。
【００８９】
被覆層３４は、積層体２０の上面２０Ａおよび底面２０Ｂを覆うとともに、金属部材３０の外周面をも覆うように設けられる。被覆層３４は、金属材料からなる箔またはめっき層により構成される。被覆層３４の厚みは２０μｍ〜１００μ程度である。被覆層３４を構成する金属材料は、たとえば銅または銅合金などが好ましい。
【００９０】
超電導線材１０Ｂにおいては、金属部材３０、接合層３２、および金属部材３０の外周面上に位置する被覆層３４が、図１に示す超電導線材１０における補強層１２を構成する。そして、補強層１２は、積層体２０の上面側および底面側に位置する端面が露出した構成となっている。
【００９１】
上記構成とすることにより、実施の形態３では、コイル状に巻回した超電導線材１０Ｂを極低温にまで冷却したときに積層体２０に働く引張応力を、積層体２０の両側面上に位置する金属部材３０に主に分散させることができる。これにより、積層体２０に剥離が発生することを抑制することができる。したがって、被覆層３４の厚みを薄くすることができるため、引張強度の向上のために超電導線材の断面積が増えることを抑制することができる。この結果、臨界電流密度Ｊｃを低下させることなく、超電導線材１０Ｂに剥離が発生することを抑制することができる。
【００９２】
（超電導線材の製造方法）
図１４は、実施の形態３に係る超電導線材１０Ｂの製造方法を示すフローチャートである。図１４に示されるように、超電導線材１０Ｂの製造方法は、積層体形成工程（Ｓ１０）と、金属部材貼り合せ工程（Ｓ３０）と、被覆層めっき工程（Ｓ４０）とを備える。
【００９３】
まず、図７に示した積層体形成工程（Ｓ１０）を実施することにより、積層体２０が形成される。次に、金属部材貼り合せ工程（Ｓ２０）が実施される。金属部材貼り合せ工程（Ｓ２０）において、金属部材３０を貼り合わせる方法について特に制限されず、加熱により導電性接合材を溶融させ、必要に応じて加圧すればよい。たとえば、積層体２０を半田浴に通過させ、その後、積層体２０および金属部材３０を一体として一対の加熱・加圧ロール間を通過させる。あるいは、最初に、金属部材３０の、積層体２０の側面と対向する側の表面上に導電性の接合部材からなる接合層３２を形成する。その後、積層体２０および金属部材３０を一体として一対の加熱・加圧ロール間を通過させる。これにより、半田からなる接合層３２を介して積層体２０の両側面に金属部材３０が接合される。
【００９４】
最後に、被覆層めっき工程（Ｓ４０）が実施される。具体的には、めっき法により積層体２０および金属部材３０の外周面に金属層（めっき層）からなる被覆層３４が形成される。なお、被覆層３４を形成する工程として、上述しためっき工程に代えて、積層体２０および金属部材３０の外周面を、金属材料からなる箔で一体的に覆う工程を実施してもよい。
【００９５】
（実施の形態３の変形例）
図１５は、実施の形態３の変形例に係る超電導線材１０Ｂ♯の構成を示す断面模式図である。図１５は、超電導線材１０Ｂ♯の延在方向に交差する方向に切断した断面を示している。
【００９６】
図１５に示されるように、本変形例に係る超電導線材１０Ｂ♯は、基本的には図１３に示した超電導線材１０Ｂと同様の構造を備えるが、金属部材３０の形状が図１３に示した超電導線材１０Ｂとは異なっている。本変形例に係る超電導線材１０Ｂ♯では、金属部材３０の延在方向に垂直な方向における断面の形状が円形状となっている。このため、超電導線材１０Ｂ♯の側面も円弧状に形成されている。このような構造によっても、図１３に示した超電導線材１０Ｂと同様の効果を得ることができる。なお、金属部材３０の延在方向に垂直な方向における断面の形状は、矩形状または円形状に限定されず、矩形以外の多角形状および楕円形状など任意の形状とすることができる。
【００９７】
＜実施の形態４＞
（超電導線材の構成）
図１６は、実施の形態４に係る超電導線材１０Ｃの構成を示す断面模式図である。図１６は、超電導線材１０Ｃの幅方向に切断した断面を示している。
【００９８】
図１６に示されるように、超電導線材１０Ｃは、積層体２０と、被覆層３６と、金属層３８とを備える。
【００９９】
被覆層３６は、積層体２０の上面２０Ａおよび底面２０Ｂを覆うとともに、積層体２０の側面をも覆うように設けられる。被覆層３６は、金属材料からなるめっき層により構成される。被覆層３６の厚みは２０μｍ〜１００μ程度である。被覆層３６を構成する金属材料は、たとえば銅または銅合金などが好ましい。
【０１００】
金属層３８は、積層体２０の両側面上に配置される。金属層３８は、積層体２０の底面２０Ｂおよび上面２０Ａの一部上にまで延びる延在部を有している。すなわち、金属層３８は、積層体２０の上面２０Ａおよび底面２０Ｂを覆う被覆層３６と一体的に形成される。金属層３８は、金属材料からなるめっき層により構成される。金属層３８を構成する材料は、たとえば銅または銅合金などが好ましい。
【０１０１】
超電導線材１０Ｃにおいては、積層体２０の側面上に位置する被覆層３６および金属層３８が、図１に示す超電導線材１０における補強層１２を構成する。そして、補強層１２は、積層体２０の上面側および底面側に位置する端面が露出した構成となっている。
【０１０２】
上記構成とすることにより、実施の形態４では、コイル状に巻回した超電導線材１０Ｃを極低温にまで冷却したときに積層体２０に働く引張応力を、積層体２０の両側面上に位置する金属層３８および被覆層３６に分散させることができる。これにより、積層体２０に剥離が発生することを抑制することができる。また、薄膜の被覆層３６を積層体２０の上面側および底面側に配置した構成とすることで、引張強度の向上のために超電導線材の断面積が増えることを抑制することができる。この結果、臨界電流密度を低下させることなく、超電導線材１０Ｃに剥離が発生することを抑制することができる。
【０１０３】
（超電導線材の製造方法）
図１７は、実施の形態４に係る超電導線材１０Ｃの製造方法を示すフローチャートである。図１７に示されるように、超電導線材１０Ｃの製造方法は、積層体形成工程（Ｓ１０）と、被覆層めっき工程（Ｓ５０）と、金属層めっき工程（Ｓ６０）とを備える。
【０１０４】
まず、図７に示した積層体形成工程（Ｓ１０）を実施することにより、積層体２０が形成される。次に、被覆層めっき工程（Ｓ５０）が実施される。具体的には、めっき法により積層体２０の外周面に金属層（めっき層）からなる被覆層３６が形成される。なお、被覆層３６を形成する工程で、上述しためっき層を形成する工程に代えて、積層体２０の外周面を、金属材料からなる箔で一体的に覆う工程を実施してもよい。
【０１０５】
次に、金属層めっき工程（Ｓ６０）が実施される。具体的には、まず、図１８に示されるように、被覆層３６の一部分を覆うようにマスク層４０を形成する。マスク層４０の形成方法は特に限定されず、たとえば、コーターやスプレー方式により塗布することができる。マスク層４０は、積層体２０の上面側および底面側にそれぞれ配置されており、その幅は積層体２０の幅よりも狭い。
【０１０６】
その後、マスク層４０を形成した被覆層３６を覆うようにめっき層（金属層３８）を形成する。めっき層は、積層体２０の底面２０Ｂおよび上面２０Ａの一部上にまで延びる延在部を有している。ただし、めっき層は、積層体２０の両側面側に形成すればよく、積層体２０の上面側および底面側には形成されていなくてもよい。めっき層の形成方法は特に限定されず、たとえば電気めっき法により形成される。その後、マスク層４０を除去する。マスク層４０の除去方法は特に限定されず、たとえばエッチングなどにより除去することができる。これにより、めっき層からなる金属層３８を積層体２０の両側面上に形成することができる。
【０１０７】
なお、図１７のフローチャートでは、被覆層めっき工程（Ｓ５０）を実施した後に金属層めっき工程（Ｓ６０）を実施する構成について説明したが、金属層めっき工程（Ｓ６０）を実施した後に被覆層めっき工程（Ｓ５０）を実施してもよい。この場合、積層体２０の両側面上に金属層３８となるめっき層が形成された後、積層体２０および金属層３８の外周面を覆うように被覆層３６となるめっき層が形成される。
【０１０８】
＜実施の形態５＞
図１９は、実施の形態５に係る超電導線材１０Ｄの構成を示す断面模式図である。図１９は、超電導線材１０Ｄの幅方向に切断した断面を示している。
【０１０９】
図１９に示されるように、超電導線材１０Ｄは、積層体２０と、被覆層４２とを備える。
【０１１０】
被覆層４２は、積層体２０の外周面を覆うように設けられる。被覆層４２は、半田層により構成される。基板１の幅方向における断面において、積層体２０の両側面上に位置する被覆層４２の厚みは、積層体２０の上面側および底面側上に位置する被覆層４２の厚みよりも厚くなっている。
【０１１１】
超電導線材１０Ｄにおいては、積層体２０の両側面上に位置する被覆層４２によって補強層１２が構成される。言い換えば、補強層１２は被覆層４２と一体的に形成される。
【０１１２】
上記構成とすることにより、実施の形態５では、コイル状に巻回した超電導線材１０Ｄを極低温にまで冷却したときに積層体２０に働く引張応力を、積層体２０の両側面上に位置する被覆層４２（半田層）に分散させることができる。これにより、積層体２０に剥離が発生することを抑制することができる。また、薄膜の被覆層３６を積層体２０の上面側および底面側に配置した構成とすることによって、引張強度の向上のために超電導線材の断面積が増えることを抑制することができる。この結果、臨界電流密度を低下させることなく、超電導線材１０Ｄに剥離が発生することを抑制することができる。
【０１１３】
（超電導線材の製造方法）
図２０は、実施の形態５に係る超電導線材１０Ｄの製造方法を示すフローチャートである。図２０に示されるように、超電導線材１０Ｄの製造方法は、積層体形成工程（Ｓ１０）と、半田層形成工程（Ｓ７０）とを備える。
【０１１４】
まず、図７に示した積層体形成工程（Ｓ１０）を実施することにより、積層体２０が形成される。次に、半田層形成工程（Ｓ７０）が実施される。半田層形成工程（Ｓ７０）では、図２１に示されるように、積層体２０全体を半田浴１００内の溶融された半田液１１０中に浸漬しながら、ロール１１２，１１４を用いて半田浴１００を通過させる。半田浴１００の出側には、一対のリンガーロール１１６，１１８が設けられている。積層体２０の上面２０Ａおよび底面２０Ｂに付着した半田が、一対のリンガーロール１１６，１１８によって絞り取られることにより、半田層からなる被覆層４２が形成される。積層体２０の上面および底面上に位置する半田層の厚み、および、積層体２０の両側面上に位置する半田層の厚みは、一対のリンガーロール１１６，１１８における加圧条件、積層体２０を搬送させる速度などによって調整することができる。
【０１１５】
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い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および実施例ではなく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が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１１６】
１  基板、３  中間層、５  超電導材料層、７  保護層、９，３４，３６  被覆層、１０，１０Ａ〜１０Ｄ  超電導線材、１２  補強層、２０  積層体、３０  金属部材、３２  接合層、３８  金属層、４０  マスク層、１００  半田浴、１１０  半田液、１１２，１１４  ロール、１１６，１１８  リンガーロール
【図１】
2016185751.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
2016185751.tif 000025
2016185751.tif 000026
2016185751.tif 000027