(57)【要約】【課題】超電導特性を改善することができる超電導線材を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る超電導線材は、下面と、下面の反対側の面である上面とを備える。超電導線材は、基板と、基板よりも上面側に配置される超電導層とを備える。超電導層の幅は、基板の幅よりも広い。本発明の一実施形態に係る超電導ケーブルは、フォーマと、複数の超電導線材とを備える。フォーマは、中心軸と、外周面とを有する。超電導線材は、中心軸周りのらせん状に外周面に巻き回される。本発明の一実施形態に係る超電導線材の製造方法は、下面と、下面の反対側の面である上面とを有する超電導部材を準備する工程と、超電導部材に対してレーザを照射することにより、超電導部材を切断する工程とを備える。超電導部材は、基板と、基板よりも上面側に配置される超電導層とを有する。レーザは、下面側から超電導部材に照射される。【選択図】図２
2019139883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下面と、前記下面の反対側の面である上面とを備える超電導線材であって、
前記超電導線材は、
基板と、前記基板よりも前記上面側に配置される超電導層とを備え、
前記超電導層の幅は、前記基板の幅よりも広い、超電導線材。
【請求項２】
前記上面及び前記下面に連なる第１側面と、前記上面及び前記下面に連なる第２側面とをさらに備え、
前記第１側面と前記第２側面とは、前記超電導線材の幅方向において互いに対向し、
前記第１側面は、前記上面側から前記下面側に向かうにしたがって、前記第２側面との間隔が狭くなるように傾斜する部分を含む、請求項１に記載の超電導線材。
【請求項３】
前記超電導層は、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ（ＲＥ：希土類元素）により構成される、請求項１又は請求項２に記載の超電導線材。
【請求項４】
前記超電導層を覆うように配置される安定化層をさらに有する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の超電導線材。
【請求項５】
中心軸と、外周面とを有するフォーマと、
前記中心軸周りのらせん状に前記外周面に巻き回される請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の複数の超電導線材とを備える、超電導ケーブル。
【請求項６】
前記下面は、前記外周面と対向するように配置される、請求項５に記載の超電導ケーブル。
【請求項７】
下面と、前記下面の反対側の面である上面とを有する超電導部材を準備する工程と、
前記超電導部材に対してレーザを照射することにより、前記超電導部材を切断する工程とを備え、
前記超電導部材は、基板と、前記基板よりも前記上面側に配置される超電導層とを有し、
前記レーザは、前記下面側から前記超電導部材に照射される、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、超電導線材、超電導ケーブル及び超電導線材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、特許文献１（特開２０１７−９１６７９号公報）に記載の超電導線材の製造方法が知られている。特許文献１に記載の超電導線材の製造方法においては、下面と、下面の反対側の面である上面とを有する超電導部材に対して、レーザが照射されることにより、超電導線材が切り出される。超電導部材は、基板と、基板よりも上面側に配置されている超電導層とを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−９１６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の超電導線材の製造方法において、レーザが超電導部材に上面側から照射される場合、上面側に近い位置にある超電導部材ほど、レーザＬに相対的に長い時間曝されることになる。その結果、上面側に近い位置にある超電導部材ほど、溶融幅が広くなる。このことを別の観点からいえば、レーザが超電導部材に上面側から照射される場合、超電導部材から切り出された超電導線材において、超電導層の幅が、基板の幅よりも狭くなる。
【０００５】
同一幅の超電導線材であれば、超電導層の幅が広いほど、超電導特性（例えば臨界電流の値）が改善される。すなわち、特許文献１に記載の超電導線材の製造方法においては、超電導部材から切り出された超電導線材の超電導特性に改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、超電導特性を改善することができる超電導線材、超電導ケーブル及び超電導線材の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る超電導線材は、下面と、下面の反対側の面である上面とを備える。超電導線材は、基板と、超電導層とを備える。超電導層は、基板よりも上面側に配置されている。超電導層の幅は、基板の幅よりも広い。本発明の一態様に係る超電導ケーブルは、フォーマと、複数の超電導線材とを備える。フォーマは、中心軸と、外周面とを有する。超電導線材は、上記の本発明の一態様に係る超電導線材であり、中心軸周りのらせん状に外周面に巻き回される。
【０００８】
本発明の一態様に係る超電導線材の製造方法は、下面と、下面の反対側の面である上面とを有する超電導部材を準備する工程と、超電導部材に対してレーザを照射することにより超電導部材を切断する工程とを備える。超電導部材は、基板と、基板よりも上面側に配置される超電導層とを有する。レーザは、下面側から超電導部材に照射される。
【発明の効果】
【０００９】
上記によれば、超電導線材及び超電導ケーブルの超電導特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る超電導線材１の長手方向に直交する断面図である。
【図２】実施形態に係る超電導線材１の製造方法を示す工程図である。
【図３】実施形態に係る超電導線材１の製造方法において用いられる超電導部材１０の断面図である。
【図４】切断工程Ｓ２の模式図である。
【図５】切断工程Ｓ２中における超電導部材１０の断面図である。
【図６】実施形態に係る超電導ケーブル２０の斜視図である。
【図７】複数の超電導線材１が中心軸２１ａ周りに外周面２１ｂに巻き回された状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［本発明の実施形態の説明］
まず、本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１２】
（１）本発明の一実施形態に係る超電導線材は、下面と、下面の反対側の面である上面とを備える。超電導線材は、基板と、基板よりも上面側に配置される超電導層とを備える。超電導層の幅は、基板の幅よりも広い。
【００１３】
上記（１）の超電導線材によると、超電導線材の超電導特性を改善することができる。
（２）上記（１）の超電導線材は、上面及び下面に連なる第１側面と、上面及び下面に連なる第２側面とをさらに備えていてもよい。超電導線材の幅方向において、第１側面と第２側面とは、互いに対向していてもよい。第１側面は、上面側から下面側に向かうにしたがって、第２側面との間隔が狭くなるように傾斜している部分を含んでいてもよい。
【００１４】
上記（２）の超電導線材によると、超電導特性を改善することができる。
（３）上記（１）又は（２）に記載の超電導線材において、超電導層は、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ（ＲＥ：希土類元素）により構成されていてもよい。
【００１５】
上記（３）の超電導線材によると、超電導線材の超電導特性を改善することができる。
（４）上記（１）〜（３）に記載の超電導線材は、超電導層を覆うように配置される安定化層をさらに有していてもよい。
【００１６】
上記（４）の超電導線材によると、超電導線材の超電導特性を改善することができる。
（５）本発明の一実施形態に係る超電導ケーブルは、フォーマと、上記（１）〜（４）の複数の超電導線材とを備える。フォーマは、中心軸と、外周面とを有する。超電導線材は、中心軸周りのらせん状に外周面に巻き回される。
【００１７】
上記（５）の超電導ケーブルによると、超電導ケーブルの超電導特性を改善することができる。
【００１８】
（６）上記（５）の超電導ケーブルにおいて、下面は、外周面と対向するように配置されていてもよい。
【００１９】
上記（６）の超電導ケーブルによると、超電導ケーブルの交流損失を低減することができる。
【００２０】
（７）本発明の一実施形態に係る超電導線材の製造方法は、下面と、下面の反対側の面である上面とを有する超電導部材を準備する工程と、超電導部材に対してレーザを照射することにより超電導部材を切断する工程とを備える。超電導部材は、基板と、基板よりも上面側に配置される超電導層とを有する。レーザは、下面側から超電導部材に照射される。
【００２１】
上記（７）の超電導線材の製造方法によると、製造された超電導線材の超電導特性を改善することができる。
【００２２】
［本発明の実施形態の詳細］
次に、本発明の実施形態の詳細を、図面を参照して説明する。なお、以下の図面においては、同一又は相当する部分に同一の符号を付し、重複する説明は繰り返さない。
【００２３】
（実施形態に係る超電導線材の構成）
以下に、実施形態に係る超電導線材１の構成を説明する。
【００２４】
図１は、実施形態に係る超電導線材１の長手方向に直交する断面図である。図１に示されるように、超電導線材１は、下面１ａと、上面１ｂと、第１側面１ｃと、第２側面１ｄとを有している。上面１ｂは、下面１ａの反対側の面である。第１側面１ｃと第２側面１ｄとは、超電導線材１の幅方向において、互いに対向している。第１側面１ｃ及び第２側面１ｄは、下面１ａ及び上面１ｂに連なっている。
【００２５】
超電導線材１は、基板１１と、中間層１２と、超電導層１３と、安定化層１４とを有している。中間層１２は、基板１１の上に配置されている。超電導層１３は、中間層１２の上に配置されている。安定化層１４は、超電導層１３の上に配置されている。すなわち、超電導層１３は、基板１１よりも上面１ｂ側に配置されている。
【００２６】
基板１１には、例えばクラッド材が用いられる。クラッド材は、第１層と、第２層と、第３層とを有している。第１層は、下面１ａ側に配置されている。第２層は、第１層の上に配置されている。すなわち、第２層は、第１層よりも中間層１２側に配置されている。第３層は、第２層の上に配置されている。すなわち、第３層は、第２層よりも中間層１２側に配置されている。
【００２７】
第２層を構成する材料の結晶配向は、第１層を構成する材料の結晶配向に沿っている。第３層を構成する材料の結晶配向は、第２層を構成する材料の結晶配向に沿っている。
【００２８】
第１層は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）により構成されている。第２層は、例えば銅（Ｃｕ）により構成されている。第３層は、例えばニッケル（Ｎｉ）により構成されている。
【００２９】
好ましくは、中間層１２を構成する材料の結晶配向は、基板１１を構成する材料の結晶配向（より具体的には、第３層を構成する材料の結晶配向）に沿っている。中間層１２は、例えば酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）により構成されている。
【００３０】
好ましくは、超電導層１３を構成する材料の結晶配向は、中間層１２を構成する材料の結晶配向に沿っている。超電導層１３は、例えば酸化物超電導体により構成されている。好ましくは、超電導層１３は、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ（ＲＥ：希土類元素）により構成されている。
【００３１】
この希土類元素は、例えばイットリウム（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）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ガドリウム（Ｇｄ）、ホルミウム（Ｈｏ）等である。
【００３２】
安定化層１４は、超電導層１３にクエンチ（超電導状態から常電導状態に移行する現象）が生じた際に、電流をバイパスさせる。安定化層１４は、銀（Ａｇ）により構成されていることが好ましい。
【００３３】
基板１１は、幅Ｗ１を有している。幅Ｗ１は、超電導線材１の幅方向における基板１１の幅の最大値である。なお、超電導線材１の幅方向とは、超電導線材１の長手方向及び超電導線材１の厚さ方向の双方に直交する方向であり、超電導線材１の厚さ方向とは、下面１ａから上面１ｂに向かう方向である。超電導層１３は、幅Ｗ２を有している。幅Ｗ２は、超電導線材１の幅方向における超電導層１３の幅の最大値である。幅Ｗ２は、幅Ｗ１よりも大きい。
【００３４】
超電導線材１は、第１側面１ｃと第２側面１ｄとの間隔が上面１ｂから下面１ａに向かうにしたがって狭くなっている部分を含んでいてもよい。このことを別の観点からいえば、第１側面１ｃ（第２側面１ｄ）は、上面１ｂから下面１ａに向かうにしたがって、第２側面１ｄ（第１側面１ｃ）との間隔が狭くなるように傾斜している部分を含んでいてもよい。
【００３５】
（実施形態に係る超電導線材の製造方法）
以下に、実施形態に係る超電導線材１の製造方法を説明する。
【００３６】
図２は、実施形態に係る超電導線材１の製造方法を示す工程図である。図２に示されるように、実施形態に係る超電導線材１の製造方法は、準備工程Ｓ１と、切断工程Ｓ２とを有している。
【００３７】
図３は、実施形態に係る超電導線材１の製造方法において用いられる超電導部材１０の断面図である。図３に示されるように、準備工程Ｓ１においては、超電導部材１０が準備される。超電導部材１０は、下面１０ａと、上面１０ｂとを有している。上面１０ｂは、下面１０ａの反対側の面である。
【００３８】
超電導部材１０は、基板１１と、中間層１２と、超電導層１３と、安定化層１４とを有している。中間層１２は、基板１１の上に配置されている。超電導層１３は、中間層１２の上に配置されている。安定化層１４は、超電導層１３の上に配置されている。すなわち、超電導層１３は、基板１１よりも上面１０ｂ側に配置されている。
【００３９】
中間層１２は、例えば、ＲＦスパッタ等により、基板１１の上に形成される。超電導層１３は、例えば、パルスレーザデポジション（ＰＬＤ）法、塗布熱分解（ＭＯＤ）法により、中間層１２の上に形成される。安定化層１４は、例えば、スパッタリングにより、超電導層１３の上に形成される。但し、中間層１２、超電導層１３及び安定化層１４の形成方法は、これに限られるものではない。
【００４０】
切断工程Ｓ２においては、超電導部材１０の切断が行われる。図４は、切断工程Ｓ２の模式図である。図４に示されるように、超電導部材１０の切断は、レーザＬを照射することにより行われる。レーザＬの照射は、下面１０ａ側から行われる。すなわち、レーザＬは、超電導層１３側ではなく、基板１１側から照射される。
【００４１】
レーザＬには、例えばファイバーレーザが用いられる。好ましくは、レーザＬは、赤外光である。ここで、赤外光とは、波長が７８０ｎｍ以上の光である。レーザＬの波長は、１．０μｍ以上１．１μｍ以下であることが好ましい。但し、レーザＬの波長はこれに限られるものではない。レーザＬは、超電導部材１０に対して、アブレーション加工ではなく、熱加工が主に生じるものであればよい。
【００４２】
切断工程Ｓ２においては、レーザＬの照射箇所付近に、アシストガスが供給されることが好ましい。このアシストガスの供給により、溶融した超電導部材１０がレーザＬの照射箇所付近から吹き飛ばされて除去される。
【００４３】
レーザＬは、第１方向ＤＲ１に沿って走査される。第１方向ＤＲ１は、超電導部材１０から切り出される超電導線材１の長手方向に沿っている。すなわち、第１側面１ｃ及び第２側面１ｄは、切断工程Ｓ２における切断面に相当する。レーザＬは、第１方向ＤＲ１に直交する第２方向ＤＲ２において、間隔ＤＩＳを置いて走査される。これにより、超電導部材１０からは、幅が概ね間隔ＤＩＳに等しい超電導線材１が切り出される。
【００４４】
図５は、切断工程Ｓ２中における超電導部材１０の断面図である。上記のとおり、レーザＬは、下面１０ａ側から超電導部材１０に照射される。そのため、超電導部材１０は、上面１０ｂ側から下面１０ａ側に向かうにしたがって、レーザＬにより長時間曝される。その結果、図５に示されるように、超電導部材１０の溶融幅は、上面１０ｂ側から下面１０ａ側に向かうにしたがって広くなる。
【００４５】
したがって、超電導部材１０から切り出される超電導線材１において、超電導層１３の幅Ｗ２は、超電導層１３よりも下面１ａ側に配置される基板１１の幅Ｗ１よりも広くなるとともに、第１側面１ｃ（第２側面１ｄ）が、上面１ｂ側から下面１ａ側に向かうにしたがって、第２側面１ｄ（第１側面１ｃ）との間隔が狭くなるように傾斜する。
【００４６】
（実施形態に係る超電導線材及びその製造方法の効果）
以下に、実施形態に係る超電導線材１及びその製造方法の効果を説明する。
【００４７】
上記のとおり、実施形態に係る超電導線材１においては、超電導層１３の幅Ｗ２は、基板１１の幅Ｗ１よりも広くなっている。同一幅の超電導線材１で比較した場合、超電導層１３の幅（幅Ｗ２）が広くなるほど、超電導線材１の超電導特性（臨界電流の値など）が改善される。そのため、実施形態に係る超電導線材１によると、超電導特性を改善することができる。また、実施形態に係る超電導線材１の製造方法によると、超電導特性が改善された超電導線材１を得ることができる。
【００４８】
以下に、実施形態に係る超電導線材１及びその製造方法の効果を確認するために行った試験を説明する。
【００４９】
＜試料＞
表１に示されるように、試料１及び試料２は、超電導線材１の線幅が４．０ｍｍとなるようにレーザＬで超電導部材１０を切断することにより準備された。試料３及び試料４は、超電導線材１の線幅が４．４ｍｍとなるようにレーザＬで超電導部材１０を切断することにより準備された。なお、試料１及び試料２においては、安定化層１４が形成されなかった一方、試料３及び試料４においては、安定化層１４が形成された。
【００５０】
試料１及び試料３において、レーザＬは、下面１０ａ側から超電導部材１０に照射された。試料２及び試料４においては、レーザＬは、上面１０ｂ側から超電導部材１０に照射された。
【００５１】
レーザＬとしては、波長が１．０６４μｍのファイバーレーザが用いられた。レーザＬの出力は、３００Ｗとされた。レーザＬによる加工速度は、５０ｍ／ｍｉｎとされた。
【００５２】
【表１】
2019139883.tif 000003
【００５３】
表２に示されるように、試料１及び試料３においては、幅Ｗ２が４．０ｍｍである一方、試料２及び試料４においては、幅Ｗ２が３．８ｍｍであった。すなわち、試料１及び試料３においては、幅Ｗ２が幅Ｗ１よりも大きくなっていた一方で、試料２及び試料４においては、幅Ｗ２が幅Ｗ１よりも小さくなっていた。
【００５４】
試料１及び試料３においては、臨界電流の値が２５０Ａであった一方で、試料２及び試料４においては、臨界電流の値が２３７Ａであった（試料１及び試料３における臨界電流よりも５．２％小さかった）。試料１〜試料４の臨界電流の値は、液体窒素温度（７７Ｋ）において四端子法により測定された。このように、幅Ｗ２が幅Ｗ１よりも小さいことにより、超電導線材１の超電導特性が改善されることが、実験的にも示された。
【００５５】
【表２】
2019139883.tif 000004
【００５６】
（実施形態に係る超電導ケーブルの構成）
以下に、実施形態に係る超電導ケーブル２０の構成を説明する。
【００５７】
図６は、実施形態に係る超電導ケーブル２０の斜視図である。図６に示されるように、実施形態に係る超電導ケーブル２０は、フォーマ２１と、複数の超電導線材１とを有している。
【００５８】
フォーマ２１は、例えば円筒形状を有している。フォーマ２１は、中心軸２１ａと、外周面２１ｂとを有している。超電導線材１の各々は、中心軸２１ａ周りのらせん状に、外周面２１ｂに巻き回されている。超電導線材１は、下面１ａがフォーマ２１と対向するように配置されていることが好ましい。
【００５９】
外周面２１ｂに巻き回された複数の超電導線材１（第１層２２）の上には、さらに複数の超電導線材１が中心軸２１ａ周りのらせん状に巻き回されていてもよい（図６中において、外周面２１ｂに近い方から順に第２層２３、第３層２４及び第４層２５）。
【００６０】
（実施形態に係る超電導ケーブル２０の効果）
以下に、実施形態に係る超電導ケーブル２０の効果を説明する。
【００６１】
幅Ｗ２が幅Ｗ１よりも小さい場合に、複数の超電導線材１が中心軸２１ａ周りのらせん状に外周面２１ｂに巻き回されると、各々の超電導線材１に含まれる超電導層１３の間には、周方向に沿って間隔が空きやすくなる。そのため、この場合には、超電導ケーブル２０の交流損失が大きくなる。このことは、超電導線材１の下面１ａが外周面２１ｂと対向するように配置される場合にさらに顕著となる。
【００６２】
図７は、複数の超電導線材１が中心軸２１ａ周りに外周面２１ｂに巻き回された状態を示す模式図である。実施形態に係る超電導ケーブル２０においては、超電導層１３の幅Ｗ２が、基板１１の幅Ｗ１よりも広くなっている。そのため、図７に示すように、実施形態に係る超電導ケーブル２０においては、複数の超電導線材１が中心軸２１ａ周りのらせん状に外周面に巻き回された際に、周方向における各々の超電導層１３の間隔ＩＮＴが、相対的に小さくなる。そのため、実施形態に係る超電導ケーブル２０によると、交流損失を小さくすることができる。
【００６３】
今回開示された実施の形態は全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ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６４】
１  超電導線材
１ａ  下面
１ｂ  上面
１ｃ  第１側面
１ｄ  第２側面
１０  超電導部材
１０ａ  下面
１０ｂ  上面
１１  基板
１２  中間層
１３  超電導層
１４  安定化層
２０  超電導ケーブル
２１  フォーマ
２１ａ  中心軸
２１ｂ  外周面
２２  第１層
２３  第２層
２４  第３層
２５  第４層
ＤＩＳ  間隔
ＤＲ１  第１方向
ＤＲ２  第２方向
Ｌ  レーザ
Ｓ１  準備工程
Ｓ２  切断工程
ＩＮＴ  間隔
Ｗ１，Ｗ２  幅
【図１】
2019139883.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
2019139883.tif 000008
【図５】
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【図６】
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【図７】
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