(57)【要約】  超電導線材において、超電導材料接合層は、第１の線材の第１の超電導材料層の第１の端部と、第２の線材の第２の超電導材料層の第２の端部とを接合する。第１の線材と第２の線材とは、第１の線材の長手方向における一方端に第１の端部と隣接して位置する第１の端面と、第２の線材の長手方向における一方端に第２の端部と隣接して位置する第２の端面とが同じ方向を向くように配置される。第１の線材は、第１の主面上の第１の端部と隣接する位置に配置された第１の導体層をさらに含む。第２の線材は、第２の主面上に第２の端部と隣接する位置に配置された第２の導体層をさらに含む。第１の導体層と前記第２の導体層とは互いに接続される。
2018211700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面を有する第１の超電導材料層を含む第１の線材と、
第２の主面を有する第２の超電導材料層を含む第２の線材と、
前記第１の主面の第１の端部と前記第２の主面の第２の端部とを接合する超電導材料接合層とを備え、
前記第１の線材は、前記第１の線材の長手方向における一方端に前記第１の端部と隣接して位置する第１の端面を有し、
前記第２の線材は、前記第２の線材の長手方向における一方端に前記第２の端部と隣接して位置する第２の端面を有し、
前記第１の線材と前記第２の線材とは、前記第１の端面および前記第２の端面が同じ方向を向くように配置され、
前記第１の線材は、前記第１の主面上の前記第１の端部と隣接する位置に配置された第１の導体層をさらに含み、
前記第２の線材は、前記第２の主面上に前記第２の端部と隣接する位置に配置された第２の導体層をさらに含み、
前記第１の導体層と前記第２の導体層とは互いに接続される、超電導線材。
【請求項２】
前記第１の線材と前記第２の線材との間の間隔は、前記超電導材料接合層から離れるにつれて大きくなる、請求項１に記載の超電導線材。
【請求項３】
前記第１の導体層と前記第２の導体層とは拡散接合により互いに接続される、請求項１または請求項２に記載の超電導線材。
【請求項４】
前記第１の導体層は、前記第１の主面上に配置された第１の保護層を含み、
前記第２の導体層は、前記第２の主面上に配置された第２の保護層を含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超電導線材。
【請求項５】
前記第１の導体層は、
前記第１の主面上に配置された第１の保護層と、
前記第１の保護層上に配置された第１の安定化層とを含み、
前記第２の導体層は、
前記第２の主面上に配置された第２の保護層と、
前記第２の保護層上に配置された第２の安定化層とを含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超電導線材。
【請求項６】
前記第１の超電導材料層は、ＲＥ１１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ１（６．０≦ｙ１≦８．０、ＲＥ１：希土類元素）により構成されており、
前記第２の超電導材料層は、ＲＥ２１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ２（６．０≦ｙ２≦８．０、ＲＥ２：希土類元素）により構成されており、
前記超電導材料接合層は、ＲＥ３１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ３（６．０≦ｙ３≦８．０、ＲＥ３：希土類元素）により構成されている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超電導線材。
【請求項７】
中心軸を有する超電導コイルであって、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の超電導線材を備え、
前記超電導線材は、前記中心軸周りに巻き回されている、超電導コイル。
【請求項８】
請求項７に記載の超電導コイルと、
前記超電導コイルを収容するクライオスタットと、
前記超電導コイルを冷却する冷凍機とを備える、超電導マグネット。
【請求項９】
請求項８に記載の超電導マグネットを備える、超電導機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導線材、超電導コイル、超電導マグネットおよび超電導機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際公開第２０１６／１２９４６９号（特許文献１）は、第１の超電導材料層を含む第１の線材と、第２の超電導材料層を含む第２の線材と、第１の超電導材料層と第２の超電導材料層とを接合する超電導材料接合層とを備える超電導線材を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１２９４６９号
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一態様に係る超電導線材は、第１の線材と、第２の線材と、超電導材料接合層とを備える。第１の線材は、第１の主面を有する第１の超電導材料層を含む。第２の線材は、第２の主面を有する第２の超電導材料層を含む。超電導材料接合層は、前記第１の主面の第１の端部と前記第２の主面の第２の端部とを接合する。前記第１の線材は、前記第１の線材の長手方向における一方端に前記第１の端部と隣接して位置する第１の端面を有する。前記第２の線材は、前記第２の線材の長手方向における一方端に前記第２の端部と隣接して位置する第２の端面を有する。前記第１の線材と前記第２の線材とは、前記第１の端面および前記第２の端面が同じ方向を向くように配置される。第１の線材は、前記第１の主面上の前記第１の端部と隣接する位置に配置された第１の導体層をさらに含む。前記第２の線材は、前記第２の主面上に前記第２の端部と隣接する位置に配置された第２の導体層をさらに含む。第１の導体層と前記第２の導体層とは互いに接続される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、実施の形態１に係る超電導線材の概略断面図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る超電導線材の、図１に示される領域ＩＩの概略部分拡大断面図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る超電導線材に流れる電流を説明するための概略断面図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る超電導線材の製造方法のフローチャートを示す図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係る超電導線材の製造方法における微結晶を形成する工程のフローチャートを示す図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係る超電導線材の製造方法における載置工程を説明するための図である。
【図７】図７は、実施の形態１に係る超電導線材の製造方法における加熱加圧工程を説明するための図である。
【図８】図８は、実施の形態１の変形例に係る超電導線材の概略断面図である。
【図９】図９は、実施の形態２に係る超電導マグネットの概略断面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態３に係る超電導機器の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
[本開示が解決しようとする課題]
本開示の第１の目的は、超電導材料接合層のクエンチによる焼損を防止することができる超電導線材を提供することである。本開示の第２の目的は、このような超電導線材を含む超電導コイル、超電導マグネット及び超電導機器を提供することである。
【０００７】
[本開示の効果]
本発明の一態様に係る超電導線材によれば、超電導材料接合層のクエンチによる焼損を防止することができる。本発明の一態様に係る超電導コイルは、高い信頼性を有する。本発明の一態様に係る超電導マグネットは、高い信頼性を有する。本発明の一態様に係る超電導機器は、高い信頼性を有する。
【０００８】
[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。
【０００９】
（１）本発明の一態様に係る超電導線材１（図１および図８参照）は、第１の線材１０と、第２の線材２０と、超電導材料接合層４０とを備える。第１の線材１０は、第１の主面１３ｓを有する第１の超電導材料層１３を含む。第２の線材２０は、第２の主面２３ｓを有する第２の超電導材料層２３を含む。超電導材料接合層４０は、第１の主面１３ｓの第１の端部１７と第２の主面２３ｓの第２の端部２７とを接合する。第１の線材１０は、第１の線材１０の長手方向における一方端に第１の端部１７と隣接して位置する第１の端面１０ｅを有する。第２の線材２０は、第２の線材２０の長手方向における一方端に第２の端部２７と隣接して位置する第２の端面２０ｅを有する。第１の線材１０と第２の線材２０とは、第１の端面１０ｅおよび第２の端面２０ｅが同じ方向を向くように配置される。第１の線材１０は、第１の主面１３ｓ上の第１の端部１７と隣接する位置に配置された第１の導体層（１４）をさらに含む。第２の線材２０は、第２の主面２３ｓ上に第２の端部２７と隣接する位置に配置された第２の導体層（２４）をさらに含む。第１の導体層と前記第２の導体層とは互いに接続される。
【００１０】
上記（１）に係る超電導線材１では、超電導材料接合層４０にクエンチが発生した場合、第１の超電導材料層１３、超電導材料接合層４０および第２の超電導材料層２３を流れていた電流は、第１の超電導材料層１３、第１の導体層、第２の導体層および第２の超電導材料層２３を流れるため、この電流が超電導材料接合層４０に流れ込むことが防止される。すなわち、第１の導体層と第２の導体層との接続部分は、超電導材料接合層４０を流れていた電流が転流するバイパスとして機能し得る。これにより、超電導材料接合層４０にクエンチ（超電導状態から常電導状態に移行する現象）が発生した際に、超電導材料接合層４０の焼損を防ぐことができる。
【００１１】
また、第１の導体層と第２の導体層との接続部分は、第１の線材１０および第２の線材２０の超電導接合部における機械的強度を高めることができる。
【００１２】
（２）上記（１）に係る超電導線材１において、第１の線材１０と第２の線材２０との間の間隔は、超電導材料接合層４０から離れるにつれて大きくなる。
【００１３】
上記（２）に係る超電導線材１は、永久電流モードで使用可能な超電導コイルに適用され得る。たとえば、超電導線材１は、超電導線材を螺旋状に巻き回して形成されたソレノイドコイルに適用され得る。この場合、ソレノイドコイルの一方の引き出し線を構成する第１の線材１０の第１の端部１７と、他方の引き出し線を構成する第２の線材２０の第２の端部２７とは、超電導材料接合層４０を介して接合され得る。
【００１４】
あるいは、超電導線材１は、複数のダブルパンケーキコイルを積層して形成された超電導コイルに適用され得る。この場合、ダブルパンケーキコイルの一方の引き出し線を構成する第１の線材１０の第１の端部１７と、該ダブルパンケーキコイルに隣接するダブルパンケーキコイルの一方の引き出し線を構成する第２の線材２０の第２の端部２７とは、超電導材料接合層４０を介して接合され得る。
【００１５】
なお、本発明の実施態様には、第１の線材１０と第２の線材２０とが共通の線材である場合も含まれる。たとえば、第１の線材１０の第１の端部１７が１本の線材の一方端部を構成し、第２の線材２０の第２の端部２７が該１本の線材の他方端部を構成する場合がこれに該当する。本実施態様は、該１本の線材を巻き回して超電導コイルが形成される場面において適用され得る。
【００１６】
（３）上記（１）または（２）に係る超電導線材１において、第１の導体層（１４，１５）と第２の導体層（２４，２５）とは拡散接合により互いに接続される。上記（３）に係る超電導線材１では、第１の超電導材料層１３の第１の端部１７と第２の超電導材料層２３の第２の端部２７とを超電導接合するために実施される加熱加圧工程において、第１の導体層と第２の導体層とを接続させることができる。
【００１７】
（４）上記（１）から（３）に係る超電導線材１において、第１の導体層（１４，１５）は、第１の主面１３ｓ上に配置された第１の保護層１４を含む。第２の導体層（２４，２５）は、第２の主面２３ｓ上に配置された第２の保護層２４を含む。上記（４）に係る超電導線材１では、第１の保護層１４と第２の保護層２４との接続部分が、超電導材料接合層４０に流れていた電流を転流させるバイパスとして機能し得る。
【００１８】
（５）上記（１）から（３）に係る超電導線材１において、第１の導体層（１４，１５）は、第１の主面１３ｓ上に配置された第１の保護層１４と、第１の保護層１４上に配置された第１の安定化層１５とを含む。第２の導体層（２４，２５）は、第２の主面２３ｓ上に配置された第２の保護層２４と、第２の保護層２４上に配置された第２の安定化層２５とを含む。
【００１９】
上記（５）に係る超電導線材１では、第１の保護層１４と第２の保護層２４との接続部分、および第１の安定化層１５と第２の安定化層２５との接続部分が、超電導材料接合層４０に流れていた電流を転流させるバイパスとして機能し得る。
【００２０】
（６）上記（１）から（５）に係る超電導線材１において、第１の超電導材料層１３は、ＲＥ１１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ１（６．０≦ｙ１≦８．０、ＲＥ１：希土類元素）により構成される。第２の超電導材料層２３は、ＲＥ２１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ２（６．０≦ｙ２≦８．０、ＲＥ２：希土類元素）により構成される。超電導材料接合層４０は、ＲＥ３１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ３（６．０≦ｙ３≦８．０、ＲＥ３：希土類元素）により構成される。上記（６）に係る超電導線材１は、高温超電導線材同士の超電導接合に適用することができる。
【００２１】
（７）本発明の一態様に係る超電導コイル７０は、上記（１）から（６）に係る超電導線材１のいずれかを備える。超電導線材１は、超電導コイル７０の中心軸周りに巻き回されている。上記（７）に係る超電導コイル７０は、高い信頼性を有する。
【００２２】
（８）本発明の一態様に係る超電導マグネット１００は、上記（７）に係る超電導コイル７０と、超電導コイル７０を収容するクライオスタット１０５と、超電導コイル７０を冷却する冷凍機１０２とを備える。上記（８）に係る超電導マグネット１００は、高い信頼性を有する。
【００２３】
（９）本発明の一態様に係る超電導機器２００は、上記（８）に係る超電導マグネット１００を備える。上記（９）に係る超電導機器２００は、高い信頼性を有する。
【００２４】
[本発明の実施形態の詳細]
以下、本発明の実施の形態に係る超電導線材１を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。以下に記載する実施の形態の少なくとも一部の構成を任意に組み合わせてもよい。
【００２５】
（実施の形態１）
図１および図２を参照して、本実施の形態に係る超電導線材１は、第１の線材１０と、第２の線材２０と、超電導材料接合層４０とを主に備える。本実施の形態に係る超電導線材１は、導電部材５０をさらに備えてもよい。
【００２６】
第１の線材１０は、第１の主面１３ｓを有する第１の超電導材料層１３を含む。特定的には、第１の線材１０は、第１の金属基板１１と、第１の金属基板１１上に設けられた第１の中間層１２と、第１の中間層１２上に設けられた第１の超電導材料層１３と、第１の超電導材料層１３の第１の主面１３ｓ上に設けられた第１の保護層１４と、第１の保護層１４上に設けられた第１の安定化層１５とを含んでもよい。第１の線材１０は、さらに、第１の金属基板１１上において、第１の中間層１２と反対側に設けられた第１の安定化層１５を含んでもよい。
【００２７】
第２の線材２０は、第２の主面２３ｓを有する第２の超電導材料層２３を含む。特定的には、第２の線材２０は、第２の金属基板２１と、第２の金属基板２１上に設けられた第２の中間層２２と、第２の中間層２２上に設けられた第２の超電導材料層２３と、第２の超電導材料層２３の第２の主面２３ｓ上に設けられた第２の保護層２４と、第２の保護層２４上に設けられた第２の安定化層２５を含んでもよい。第２の線材２０は、さらに、第２の金属基板２１上において、第２の中間層２２と反対側に設けられた第２の安定化層２５を含んでもよい。第２の線材２０は、第１の線材１０と同様に構成されてもよい。
【００２８】
第１の金属基板１１および第２の金属基板２１は、各々、配向金属基板であってもよい。配向金属基板は、金属基板の表面において、結晶方位が揃っている金属基板を意味する。配向金属基板は、例えば、ＳＵＳまたはハステロイ（登録商標）のベース金属基板上にニッケル層及び銅層などが配置されたクラッドタイプの金属基板であってもよい。
【００２９】
第１の中間層１２は、第１の超電導材料層１３との反応性が極めて低く、第１の超電導材料層１３の超電導特性を低下させないような材料を用いることができる。第２の中間層２２は、第２の超電導材料層２３との反応性が極めて低く、第２の超電導材料層２３の超電導特性を低下させないような材料を用いることができる。第１の中間層１２および第２の中間層２２は、各々、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＣｅＯ２（酸化セリウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、Ｙ２Ｏ３（酸化イットリウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＬａＭｎＯ３（酸化ランタンマンガン）、Ｇｄ2Ｚｒ2Ｏ7（ジルコン酸ガドリニウム）およびＳｒＴｉＯ３（チタン酸ストロンチウム）の少なくとも一つから構成されてもよい。第１の中間層１２および第２の中間層２２は、各々、複数の層により構成されてもよい。
【００３０】
第１の金属基板１１および第２の金属基板２１としてＳＵＳ基板またはハステロイ基板が用いられる場合、第１の中間層１２および第２の中間層２２は、例えば、ＩＢＡＤ（Ion  Beam  Assisted  Deposition）法にて形成された結晶配向層であってもよい。第１の金属基板１１がその表面に結晶配向性を有するとき、第１の中間層１２は、第１の金属基板１１と第１の超電導材料層１３との結晶配向性の差を緩和してもよい。第２の金属基板２１がその表面に結晶配向性を有するとき、第２の中間層２２は、第２の金属基板２１と第２の超電導材料層２３との結晶配向性の差を緩和してもよい。
【００３１】
第１の超電導材料層１３は、第１の線材１０のうち、超電導電流が流れる部分である。第２の超電導材料層２３は、第２の線材２０のうち、超電導電流が流れる部分である。第１の超電導材料層１３および第２の超電導材料層２３は、特に限定されないが、酸化物超電導材料で構成されてもよい。特定的には、第１の超電導材料層１３は、ＲＥ１1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy1（６．０≦ｙ１≦８．０、ＲＥ１は希土類元素を表す）により構成されてもよい。第２の超電導材料層２３は、ＲＥ２1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy2（６．０≦ｙ２≦８．０、ＲＥ２は希土類元素を表す）により構成されてもよい。ＲＥ１は、ＲＥ２と同じであってもよいし、異なってもよい。さらに特定的には、ＲＥ１およびＲＥ２は、各々、イットリウム（Ｙ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、サマリウム（Ｓｍ）またはホルミウム（Ｈｏ）であってもよい。さらに特定的には、ｙ１およびｙ２は、各々、６．８以上７．０以下であってもよい。
【００３２】
第１の保護層１４は、第１の超電導材料層１３の第１の主面１３ｓ上に、超電導材料接合層４０に接触する第１の端部１７に隣接して配置されている。第１の保護層１４は、第１の超電導材料層１３の第１の端部１７上に設けられていない。第１の超電導材料層１３の第１の端部１７は、第１の保護層１４から露出している。第１の保護層１４は、銀（Ａｇ）または銀合金のような導電材料で構成されている。第１の保護層１４は、第１の超電導材料層１３が超電導状態から常電導状態に遷移する際に第１の超電導材料層１３を流れていた電流が転流するバイパスとして機能する。
【００３３】
第２の保護層２４は、第２の超電導材料層２３上に、超電導材料接合層４０に接触する第２の端部２７に隣接して配置されている。第２の保護層２４は、第２の超電導材料層２３の第２の端部２７上に設けられていない。第２の超電導材料層２３の第２の端部２７は、第２の保護層２４から露出している。第２の保護層２４は、銀（Ａｇ）または銀合金のような導電材料で構成されている。第２の保護層２４は、第３の超電導材料層３３が超電導状態から常電導状態に遷移する際に第３の超電導材料層３３を流れていた電流が転流するバイパスとして機能する。
【００３４】
第１の安定化層１５は、第１の保護層１４上に配置されている。第１の安定化層１５は、超電導材料接合層４０に接触する第１の超電導材料層１３の第１の端部１７上に設けられていない。第１の超電導材料層１３の第１の端部１７は、第１の安定化層１５から露出している。第１の線材１０の第１の端部１７を除く第１の線材１０の一部において、第１の安定化層１５は、第１の超電導材料層１３を取り囲んでいる。特定的には、第１の線材１０の第１の端部１７を除く第１の線材１０の一部において、第１の安定化層１５は、第１の保護層１４、第１の超電導材料層１３、第１の中間層１２及び第１の金属基板１１からなる第１の積層体を取り囲んでいる。
【００３５】
第２の安定化層２５は、第２の保護層２４に接触している。第２の安定化層２５は、超電導材料接合層４０に接触する第２の超電導材料層２３の第２の端部２７上に設けられていない。第２の超電導材料層２３の第２の端部２７は、第２の安定化層２５から露出している。第２の線材２０の第２の端部２７を除く第２の線材２０の一部において、第２の安定化層２５は、第２の超電導材料層２３を取り囲んでいる。特定的には、第２の線材２０の第２の端部２７を除く第２の線材２０の一部において、第２の安定化層２５は、第２の保護層２４、第２の超電導材料層２３、第２の中間層２２及び第２の金属基板２１からなる第２の積層体を取り囲んでいる。
【００３６】
第１の安定化層１５及び第２の安定化層２５は、例えば、銅（Ｃｕ）または銅合金のような良導電性を有する金属の層であってもよい。第１の安定化層１５は、第１の保護層１４とともに、第１の超電導材料層１３が超電導状態から常電導状態に遷移する際に第１の超電導材料層１３を流れていた電流が転流するバイパスとして機能する。第２の安定化層２５は、第２の保護層２４とともに、第２の超電導材料層２３が超電導状態から常電導状態に遷移する際に第２の超電導材料層２３を流れていた電流が転流するバイパスとして機能する。第１の安定化層１５および第２の安定化層２５は、それぞれ、第１の保護層１４および第２の保護層２４よりも厚い。
【００３７】
超電導材料接合層４０は、第１の超電導材料層１３の第１の主面１３ｓの第１の端部１７と第２の超電導材料層２３の第２の主面２３ｓの第２の端部２７とを接合する。超電導材料接合層４０は、特に限定されないが、酸化物超電導材料で構成されてもよい。特定的には、超電導材料接合層４０は、ＲＥ３1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy3（６．０≦ｙ３≦８．０、ＲＥ３は希土類元素を表す）により構成されてもよい。ＲＥ３は、ＲＥ１と同じであってもよいし、異なってもよい。ＲＥ３は、ＲＥ２と同じであってもよいし、異なってもよい。さらに特定的には、ＲＥ３は、イットリウム（Ｙ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、サマリウム（Ｓｍ）またはホルミウム（Ｈｏ）であってもよい。さらに特定的には、ｙ３は、６．８以上７．０以下であってもよい。
【００３８】
第１の線材１０は、第１の線材１０の長手方向の一方端に位置する第１の端面１０ｅを有する。第１の端面１０ｅは第１の端部１７に隣接する。第２の線材２０は、第２の線材２０の長手方向の一方端に位置する第２の端面２０ｅを有する。第２の端面２０ｅは第２の端部２７に隣接する。
【００３９】
第１の線材１０と第２の線材２０とは、第１の端面１０ｅと第２の端面２０ｅとが同じ方向を向くように配置される。すなわち、第１の線材１０および第２の線材２０は、超電導材料接合層４０において折り返された形状を有する。超電導材料接合層４０から離れるにつれて、第１の線材１０と第２の線材２０との間隔は次第に大きくなる。
【００４０】
第１の保護層１４と第２の保護層２４とは超電導材料接合層４０に隣接する部分において互いに接続している。この第１の保護層１４と第２の保護層２４との接続部分は、超電導材料接合層４０にクエンチが発生した際に、第１の超電導材料層１３、超電導材料接合層４０および第２の超電導材料層２３を流れていた電流をバイパスさせ得る。
【００４１】
本実施の形態に係る超電導線材１は、永久電流モードで使用可能な超電導コイルに適用されてもよい。具体的には、第１の線材１０および第２の線材２０が超電導コイル（図示せず）に接続されて、超電導閉ループ回路が構成されてもよい。
【００４２】
また、第１の線材１０および第２の線材２０は共通の線材であってもよい。例えば、１本の線材の一方端に第１の端部１７が形成され、該１本の線材の他方端に第２の端部２７が形成される場合がこれに該当する。この場合、該１本の線材を巻き回して超電導コイルが形成され、かつ、該１本の線材の端部同士を超電導接合することにより超電導閉ループ回路が構成される。
【００４３】
図３に、超電導材料接合層４０にクエンチが発生したときに超電導線材１を流れる電流の経路を模式的に示す。図３では、第１の線材１０から第２の線材２０に電流が流れる場合における電流経路を矢印で示している。図３に示されるように、第１の超電導材料層１３から第１の保護層１４および第２の保護層２４の接続部分を通って第２の超電導材料層２３に電流が流れている。
【００４４】
第１の線材１０と第２の線材２０との超電導接合部において、超電導材料接合層４０の剥離などの劣化が進行すると、超電導材料接合層４０にクエンチが発生する場合がある。クエンチが発生するとジュール熱が発生するため、超電導材料接合層４０の温度が急激に上昇し、超電導材料接合層４０の焼損を招く可能性がある。
【００４５】
本実施の形態に係る超電導線材１では、超電導材料接合層４０にクエンチが発生した場合、第１の超電導材料層１３、超電導材料接合層４０および第２の超電導材料層２３を流れていた電流は、第１の超電導材料層１３、第１の保護層１４、第２の保護層２４および第２の超電導材料層２３を流れるため、この電流が超電導材料接合層４０に流れ込むことが防止される。そのため、超電導材料接合層４０にクエンチが発生しても、超電導材料接合層４０の焼損を防ぐことができる。
【００４６】
なお、図３に示されるように、第１の安定化層１５と第２の安定化層２５とは、超電導材料接合層４０の端部において互いに接続していてもよい。この第１の安定化層１５と第２の安定化層２５との接続部分は、第１の保護層１４と第２の保護層２４との接続部分と同様、超電導材料接合層４０にクエンチが発生した際に、第１の超電導材料層１３、超電導材料接合層４０および第２の超電導材料層２３を流れていた電流をバイパスさせ得る。
【００４７】
すなわち、本実施の形態に係る超電導線材１において、第１の保護層１４および第１の安定化層１５は本開示における「第１の導体層」を構成し、第２の保護層２４および第２の安定化層２５は本開示における「第２の導体層」を構成する。第１の導体層と第２の導体層とが互いに接続されることで、超電導材料接合層４０にクエンチが発生した際に超電導材料接合層４０を流れていた電流をバイパスさせることができるとともに、第１の線材１０と第２の線材２０との超電導接合部における機械的強度を高めることができる。
【００４８】
次に、図４から図７を参照して、本実施の形態に係る超電導線材１の製造方法について説明する。
【００４９】
図４に示されるように、本実施の形態に係る超電導線材１の製造方法は、第１の主面１３ｓを有する第１の超電導材料層１３を含む第１の線材１０と、第２の主面２３ｓを有する第２の超電導材料層２３を含む第２の線材２０とを準備する工程（Ｓ１０）を備える。
【００５０】
本実施の形態に係る超電導線材１の製造方法は、第１の主面１３ｓの第１の端部１７および第２の主面２３ｓの第２の端部２７の少なくとも１つの上に、超電導材料接合層４０を構成する酸化物超電導材料の微結晶を形成する工程（Ｓ２０）をさらに備える。以下、図５を参照して、本実施の形態に係る超電導線材１の製造方法における第１の微結晶を形成する工程を例に挙げて説明する。
【００５１】
微結晶を形成する工程（Ｓ２０）は、第１の超電導材料層１３の第１の端部１７および第２の超電導材料層２３の第２の端部２７の少なくとも１つの上に、超電導材料接合層４０を構成する元素の有機化合物を含む膜を形成する工程（Ｓ２１）を含む。一例では、超電導材料接合層４０を構成する元素の有機化合物を含む溶液が、第１の超電導材料層１３の第１の端部１７および第２の超電導材料層２３の第２の端部２７の少なくとも１つの上に塗布される。この溶液として、具体的には、ＭＯＤ法における原料溶液、すなわち、超電導材料接合層４０の材料であるＲＥ３1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy3を構成する元素の有機化合物（例えば、有機金属化合物または有機金属錯体）を有機溶媒に溶解した溶液が用いられる。有機化合物は、フッ素を含まない有機化合物であってもよい。
【００５２】
微結晶を形成する工程（Ｓ２０）は、超電導材料接合層４０を構成する元素の有機化合物を含む膜を仮焼成する工程（Ｓ２２）をさらに含む。具体的には、この膜は、第１の温度で仮焼成される。第１の温度は、上記の有機化合物の分解温度以上、かつ、超電導材料接合層４０を構成する酸化物超電導材料が生成される温度未満である。これにより、この膜に含まれる有機化合物は熱分解されて、酸化物超電導材料の前駆体となる（以下、この前駆体を含む膜を仮焼成膜という）。酸化物超電導材料の前駆体は、例えば、Ｂａの炭素化合物であるＢａＣＯ3、希土類元素（ＲＥ３）の酸化物、及び、ＣｕＯを含む。仮焼成工程（Ｓ２２）は、例えば、約５００℃の温度のような第１の温度で、かつ、２０％以上の酸素濃度の雰囲気下で行なわれてもよい。
【００５３】
微結晶を形成する工程（Ｓ２０）は、第１の温度よりも高い第２の温度で仮焼成膜を加熱して、仮焼成膜に含まれる炭素化合物を熱分解させる工程（Ｓ２３）をさらに含む。第２の温度は、例えば、６５０℃以上８００℃以下であってもよい。仮焼成膜に含まれる炭素化合物が熱分解されて、超電導材料接合層４０を構成する酸化物超電導材料が得られる。仮焼成膜に含まれる炭素化合物を熱分解させる工程（Ｓ２３）は、第１の酸素濃度の雰囲気下で行なわれる。第１の酸素濃度は、１％以上１００％以下（酸素分圧１ａｔｍ）である。そのため、微結晶が成長して微結晶の平均粒径が３００ｎｍより大きくなることが抑制される。こうして、第１の超電導材料層１３の第１の端部１７および第２の超電導材料層２３の第２の端部２７の少なくとも１つの上に、超電導材料接合層４０を構成する酸化物超電導材料の微結晶が形成される。
【００５４】
図５に示される、微結晶生成工程（Ｓ２０）後、すなわち、仮焼成膜に含まれる炭素化合物を熱分解させる工程（Ｓ２３）後の超電導材料接合層４０（ＲＥ３＝Ｇｄ）の２次元Ｘ線回折像から明らかなように、仮焼成膜に含まれる炭素化合物を熱分解させる工程（Ｓ２３）後には、仮焼成膜中に含まれていたＢａＣＯ3のような炭素化合物が熱分解されて、ＲＥ３1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy3（ＲＥ３＝Ｇｄ）が生成されている。ランダム配向の微結晶を示すＲＥ３1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏy3（１０３）のリング状の回折パターンも観測されている。
【００５５】
図４に示されるように、本実施の形態に係る超電導線材１の製造方法は、微結晶を介して第１の線材１０上に第２の線材２０を載置する工程（Ｓ３０）をさらに備える。微結晶を介して第１の線材１０上に第２の線材２０を載置することは、図６に示されるように、微結晶を介して第１の線材１０の第１の端部１７と第２の線材２０の第２の端部２７とを積み重ねることとを含む。
【００５６】
なお、図６の例では、第１の超電導材料層１３の第１の端部１７の上に微結晶４０Ａが形成されている。第２の超電導材料層２３の第２の端部２７の上に微結晶４０Ａが形成されてもよい。
【００５７】
本実施の形態に係る超電導線材１の製造方法は、第１の線材１０と微結晶と第２の線材２０とに圧力を加えながら熱を加えて、微結晶４０Ａから超電導材料接合層４０を生成する工程（Ｓ４０）をさらに備える。具体的には、図７に示されるように、押圧治具３００を用いて、第１の線材１０と第２の線材２０とを互いに押し付けることによって、第１の線材１０と微結晶４０Ａと第２の線材２０とに１ＭＰａ以上の圧力を加える。なお、第１の線材１０および第２の線材２０は、押圧治具３００から離れるにつれて、第１の線材１０と第２の線材２０との間隔が次第に大きくなるように設置される。
【００５８】
第１の線材１０と微結晶４０Ａと第２の線材２０とに圧力を加えながら、第１の線材１０と微結晶と第２の線材２０とを、第３の温度で、かつ、第２の酸素濃度の雰囲気下で加熱する。第３の温度は、第２の温度以上であり、かつ、超電導材料接合層４０を構成する酸化物超電導材料が生成される温度以上である。第２の酸素濃度は、第１の酸素濃度よりも低い。第２の酸素濃度は、例えば、１００ｐｐｍであってもよい。
【００５９】
この加熱加圧工程（Ｓ４０）では、仮焼成膜熱分解工程（Ｓ２３）において生成された微結晶４０Ａが成長して、大きな粒径を有する結晶により構成される超電導材料接合層４０が生成される。膜形成工程（Ｓ２１）において膜が形成されていた第１の超電導材料層１３および第２の超電導材料層２３の少なくとも１つの結晶方位に沿って微結晶は成長して、超電導材料接合層４０になる。こうして、超電導材料接合層４０を介して、第１の線材１０の第１の超電導材料層１３と第２の線材２０の第２の超電導材料層２３とは互いに接合される。
【００６０】
加熱加圧工程（Ｓ４０）ではさらに、第１の保護層１４と第２の保護層２４とが拡散接合により、互いに接続される。拡散接合は、第１の保護層１４と第２の保護層２４との接合面に圧力をかけて熱処理を行なうことにより、銀または銀合金を固相拡散させる接合方法である。また、第１の安定化層１５と第２の安定化層２５とが拡散接合により互いに接続されてもよい。こうして、超電導材料接合層４０の端部において、第１の線材１０の第１の導体層と第２の線材１０の第２の導体層とが互いに接続される。
【００６１】
本実施の形態に係る超電導線材１の製造方法は、第１の超電導材料層１３と超電導材料接合層４０と第２の超電導材料層２３とを酸素アニールする工程（Ｓ５０）をさらに備える。酸素アニール工程（Ｓ５０）は、第４の温度で、かつ、第３の酸素濃度の雰囲気下で行われる。第４の温度は、第３の温度以下である。第４の温度は、２００℃以上５００℃以下であってもよい。第３の酸素濃度は、第２の酸素濃度よりも高い。第３の酸素濃度は、例えば、１００％（酸素分圧１ａｔｍ）であってもよい。酸素アニール工程（Ｓ５０）において、第１の超電導材料層１３、超電導材料接合層４０および第２の超電導材料層２３に酸素が短時間で十分に供給され得る。以上の工程によって、本実施の形態に係る超電導線材１は製造され得る。
【００６２】
本実施の形態に係る超電導線材１の効果を説明する。
本実施の形態に係る超電導線材１では、超電導材料接合層４０にクエンチが発生した場合、第１の超電導材料層１３、超電導材料接合層４０および第２の超電導材料層２３を流れていた電流は、第１の超電導材料層１３、第１の導体層（第１の保護層１４および第１の安定化層１５）、第２の導体層（第２の保護層２４および第２の安定化層２５）および第２の超電導材料層２３を流れるため、この電流が超電導材料接合層４０に流れ込むことが防止される。すなわち、第１の導体層と第２の導体層との接続部分は、超電導材料接合層４０を流れていた電流が転流するバイパスとして機能し得る。これにより、超電導材料接合層４０にクエンチが発生した際に、超電導材料接合層４０の焼損を防ぐことができる。
【００６３】
（実施の形態１の変形例）
上述した実施の形態１では、第１の超電導材料層１３の第１の主面１３ｓ上に配置された第１の保護層１４と、第２の超電導材料層２３の第２の主面２３ｓ上に配置された第２の保護層２４とが互いに接続されるとともに、第１の保護層１４上に配置された第１の安定化層１５と、第２の保護層２４上に配置された第２の安定化層２５とが互いに接続される構成について説明したが、図８に示されるように、第１の保護層１４および第２の保護層２４のみが互いに接続される構成としても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００６４】
具体的には、図８に示される超電導線材１では、第１の安定化層１５と第２の安定化層２５とが互いに接続されていないため、第１の保護層１４と第２の保護層２４との接続部分のみが、超電導材料接合層４０を流れていた電流が転流するバイパスとして機能することとなる。すなわち、本変形例において、第１の保護層１４は本開示における「第１の導体層」を構成し、第２の保護層２４は本開示における「第２の導体層」を構成する。
【００６５】
（実施の形態２）
図９を参照して、実施の形態２に係る超電導マグネット１００について説明する。
【００６６】
本実施の形態に係る超電導マグネット１００は、実施の形態１の超電導線材１を含む超電導コイル７０と、超電導コイル７０を収容するクライオスタット１０５と、超電導コイル７０を冷却する冷凍機１０２とを主に備える。特定的には、超電導マグネット１００は、クライオスタット１０５の内部に保持された熱シールド１０６と、磁性体シールド１４０とをさらに備えてもよい。
【００６７】
超電導コイル７０では、超電導線材１が、超電導コイル７０の中心軸周りに巻き回されている。図示は省略するが、超電導コイル７０には第１の線材１０および第２の線材２０が接続されており、超電導閉ループ回路が構成されている。
【００６８】
超電導コイル７０を含む超電導コイル体１１０は、クライオスタット１０５内に収容されている。超電導コイル体１１０は、熱シールド１０６の内部に保持されている。超電導コイル体１１０は、複数の超電導コイル７０と、上方支持部１１４と、下方支持部１１１とを含む。複数の超電導コイル７０は積層されている。積層された超電導コイル７０の上端面および下端面を上方支持部１１４と下方支持部１１１とが挟むように配置されている。
【００６９】
積層された超電導コイル７０の上端面上と、積層された超電導コイル７０の下端面上とに冷却板１１３が配置されている。互いに隣接する超電導コイル７０の間にも冷却板（図示せず）が配置されている。冷却板１１３は、一方端が冷凍機１０２の第２冷却ヘッド１３１に接続されている。互いに隣接する超電導コイル７０の間に配置された冷却板（図示せず）も、その一方端が第２冷却ヘッド１３１に接続されている。冷凍機１０２の第１冷却ヘッド１３２は熱シールド１０６の壁部に接続されてもよい。そのため、冷凍機１０２によって熱シールド１０６の壁部も冷却され得る。
【００７０】
超電導コイル体１１０の下方支持部１１１は、超電導コイル７０の平面形状より大きいサイズを有する。下方支持部１１１は、複数の支持部材１１５によって熱シールド１０６に固定されている。複数の支持部材１１５は、棒状の部材であって、熱シールド１０６の上壁と下方支持部１１１の外周部とを接続している。複数の支持部材１１５が超電導コイル体１１０の外周部に配置されている。支持部材１１５は、互いに同じ間隔を隔てて超電導コイル７０を囲むように配置されている。
【００７１】
超電導コイル体１１０を保持する熱シールド１０６は、接続部１２０によってクライオスタット１０５に接続されている。接続部１２０は、超電導コイル体１１０の中心軸を囲むように、超電導コイル体１１０の外周部に沿って等間隔で配置されている。接続部１２０は、クライオスタット１０５の蓋体１３５と熱シールド１０６の上壁とを接続している。
【００７２】
クライオスタット１０５の蓋体１３５の上部から熱シールド１０６の内部まで延在するように冷凍機１０２が配置されている。冷凍機１０２は、超電導コイル体１１０を冷却する。具体的には、蓋体１３５の上部表面の上方に冷凍機１０２の本体部１３３およびモータ１３４が配置される。本体部１３３から熱シールド１０６の内部にまで到達するように冷凍機１０２が配置されている。
【００７３】
冷凍機１０２は、たとえばギフォード・マクマホン式冷凍機であってもよい。冷凍機１０２は、配管１３７を通じて、冷媒を圧縮するコンプレッサ（図示せず）に接続されている。コンプレッサで高圧に圧縮された冷媒（たとえば、ヘリウムガス）は冷凍機１０２に供給される。この冷媒がモータ１３４により駆動されるディスプレーサにより膨張されることにより、冷凍機１０２に内設された蓄冷材が冷却される。膨張することにより低圧となった冷媒はコンプレッサに戻されて再び高圧化される。
【００７４】
冷凍機１０２の第１冷却ヘッド１３２が熱シールド１０６を冷却することによって外部の熱が熱シールド１０６内に侵入することが防止される。冷凍機１０２の第２冷却ヘッド１３１が冷却板１１３を介して超電導コイル７０を冷却する。こうして、超電導コイル７０は超電導状態となる。
【００７５】
クライオスタット１０５は、クライオスタット本体部１３６と蓋体１３５とを含む。本体部１３３およびモータ１３４の周囲は、磁性体シールド１４０によって囲まれている。磁性体シールド１４０は、超電導コイル体１１０から発生した磁場の一部がモータ１３４に侵入することを防止し得る。
【００７６】
超電導マグネット１００には、クライオスタット１０５および熱シールド１０６を貫通し、クライオスタット１０５の蓋体１３５からクライオスタット本体部１３６の底壁まで到達する開口部１０７が形成されている。開口部１０７は、超電導コイル体１１０の超電導コイル７０の中央部を貫通するように配置されている。被検知体２１０（図１０を参照）が開口部１０７の内部に配置されて、被検知体２１０に超電導コイル体１１０から発生した磁場が印加され得る。
【００７７】
本実施の形態に係る超電導コイル７０の効果について説明する。本実施の形態に係る超電導コイル７０は、超電導線材１を含む超電導コイル７０を備える。超電導線材１は、超電導コイルの中心軸周りに巻き回されている。そのため、本実施の形態に係る超電導コイル７０は、高い信頼性を有する。
【００７８】
本実施の形態に係る超電導マグネット１００の効果について説明する。本実施の形態に係る超電導マグネット１００は、超電導線材１を含む超電導コイル７０と、超電導コイル７０を収容するクライオスタット１０５と、超電導コイル７０を冷却する冷凍機１０２とを備える。そのため、本実施の形態に係る超電導マグネット１００は、高い信頼性を有する。
【００７９】
（実施の形態３）
図１０を参照して、実施の形態３に係る超電導機器２００について説明する。本実施の形態に係る超電導機器２００は、例えば、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置であってもよい。
【００８０】
本実施の形態に係る超電導機器２００は、実施の形態２の超電導マグネット１００を主に備える。本実施の形態に係る超電導機器２００は、可動台２０２と制御部２０８とをさらに備えてもよい。可動台２０２は、被検知体２１０が載置される天板２０５と、天板２０５を移動させる駆動部２０４とを含む。制御部２０８は、超電導マグネット１００と、駆動部２０４とに接続されている。
【００８１】
制御部２０８は、超電導マグネット１００を駆動して、超電導マグネット１００の開口部１０７内に均一な磁場を発生させる。制御部２０８は、可動台２０２を移動させて、可動台２０２上に載置された被検知体２１０を超電導マグネット１００の開口部１０７内に進入させる。被検知体２１０の撮像を終えると、制御部２０８は可動台２０２を移動させて、可動台２０２上に載置された被検知体２１０を超電導マグネット１００の開口部１０７から退出させる。
【００８２】
本実施の形態に係る超電導機器２００の効果について説明する。本実施の形態に係る超電導機器２００は、超電導マグネット１００を備える。そのため、本実施の形態に係る超電導機器２００は、高い信頼性を有する。
【００８３】
今回開示された実施の形態１−３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１−３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】
【００８４】
１  超電導線材、１０  第１の線材、１１  第１の金属基板、１２  第１の中間層、１３  第１の超電導材料層、１３ｓ  第１の主面、１４  第１の保護層、１５  第１の安定化層、１７  第１の端部、２０  第２の端部、２１  第２の金属基板、２２  第２の中間層、２３  第２の超電導材料層、２３ｓ  第２の主面、２４  第２の保護層、２５  第２の安定化層、２７  第２の端部、４０  超電導材料接合層、４０Ａ  微結晶、７０  超電導コイル、１００  超電導マグネット、１０２  冷凍機、１０５  クライオスタット、１０６  熱シールド、１０７  開口部、１１０  超電導コイル体、１１１  下方支持部、１１３  冷却板、１１４  上方支持部、１１５  支持部材、１２０  接続部、１３１  第２冷却ヘッド、１３２  第１冷却ヘッド、１３３  本体部、１３４  モータ、１３５  蓋体、１３６  クライオスタット本体部、１３７  配管、１４０  磁性体シールド、２００  超電導機器、２０２  可動台、２０４  駆動部、２０５  天板、２０８  制御部、２１０  被検知体、３００  押圧治具。
【図１】
2018211700.tif 000003
【図２】
2018211700.tif 000004
【図３】
2018211700.tif 000005
【図４】
2018211700.tif 000006
【図５】
2018211700.tif 000007
【図６】
2018211700.tif 000008
【図７】
2018211700.tif 000009
【図８】
2018211700.tif 000010
【図９】
2018211700.tif 000011
【図１０】
2018211700.tif 000012
【国際調査報告】
2018211700.tif 000013
2018211700.tif 000014
2018211700.tif 000015
2018211700.tif 000016