(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の上方に中間層と酸化物超電導層と安定化層とがこの順に積層されて超電導積層体が構成され、前記基材側から少なくとも前記酸化物超電導層まで達するように該超電導積層体の幅方向および長さ方向に分散形成された複数の貫通部を備えることを特徴とする超電導線材。
【請求項２】
前記貫通部の内部が充填材により充填されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導線材。
【請求項３】
基材の上方に中間層と酸化物超電導層と安定化層とがこの順に積層された超電導積層体に対し、前記基材側から少なくとも前記酸化物超電導層まで達するように複数の穴または溝を加工して、複数の貫通部を該超電導積層体の幅方向および長さ方向に分散形成することを特徴とする超電導線材の製造方法。
【請求項４】
前記貫通部の内部を充填材により充填することを特徴とする請求項３に記載の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、超電導線材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年になって発見されたＲＥ−１２３系酸化物超電導体（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ：ＲＥは希土類元素）は、液体窒素温度以上で超電導性を示すことから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として用いることが強く要望されている。中でも、Ｙ系酸化物超電導体（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）やＧｄ系酸化物超電導体（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）を用いた超電導線材は、外部磁界に対して強く、強磁界内でも高い電流密度を維持することができるため、超電導コイル用導体としての利用、あるいは電力供給用ケーブルとしての利用の他、超電導線材への通電時に発生するおそれのある故障電流の遮断を目的とした超電導限流器用の導体としての研究開発も進められている。
【０００３】
この種のＲＥ−１２３系酸化物超電導線材の一構造例として、図１０に示す如くテープ状の金属基材１０１上に、ＩＢＡＤ（Ion-Beam-Assisted  Deposition；イオンビームアシスト蒸着）法によって成膜された中間層１０２と、その上に成膜されたキャップ層１０３と、酸化物超電導層１０４とを積層形成した超電導線材１００が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
前記構造においてキャップ層１０３の結晶面内配向性が高い方が、更にその上に成膜される酸化物超電導層１０４も高い結晶配向性となり、この酸化物超電導層１０４の結晶面内配向性が高くなる程、臨界電流値等の超電導特性が優れた超電導線材１００を得ることができる。
【０００４】
ＩＢＡＤ法は、スパッタリング法によりターゲットから叩き出した構成粒子を基材上に堆積させる際に、イオンガンから発生された希ガスイオンと酸素イオンとの混合イオンを同時に斜め方向（例えば４５度）から照射しながら堆積させるもので、この方法によれば、基材上に厚さ数〜数十ｎｍという薄膜の中間層１０２を良好な結晶配向性で形成することができる。
図１０に示す構造の超電導線材１００において、中間層１０２及びキャップ層１０３は、酸化物超電導層１０４の結晶配向性を整え、成膜時の加熱処理に伴う元素の不要拡散を抑制するとともに、金属基材１０１と酸化物超電導層１０４の中間の膨張係数を有して熱ストレスを緩和するなどの複合的な効果を得るための層であって、これらの層を順序に積層することで始めて単結晶に近い結晶配向性であって、超電導特性の優れた酸化物超電導層１０４を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−７１３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように金属基材上に中間層やキャップ層を介して酸化物超電導層が積層された超電導線材は、線材の製造工程や超電導コイルへの加工工程などにおいて、線材に対して応力や衝撃が負荷された場合に、酸化物超電導層がその下のキャップ層から剥離したり、酸化物超電導層にクラックが生じる場合がある。酸化物超電導層に剥離やクラックが生じると、線材の幅方向全体に亘って剥離やクラックが伝搬しやすい傾向がある。
【０００７】
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みなされたものであり、超電導層に剥離やクラックが部分的に発生した場合であっても、剥離やクラックが超電導層全体に伝搬することを抑制できる超電導線材およびその製造方法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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の超電導線材は、基材の上方に中間層と酸化物超電導層と安定化層とがこの順に積層されて超電導積層体が構成され、前記基材側から少なくとも前記酸化物超電導層まで達するように該超電導積層体の幅方向および長さ方向に分散形成された複数の貫通部を備えることを特徴とする。
本発明の超電導線材は、基材側から酸化物超電導層まで達する貫通部を備える構成である。そのため、万が一酸化物超電導層で部分的に剥離やクラックが発生した場合に、剥離やクラックを貫通部に集中させて、酸化物超電導層の貫通部が形成された箇所以外の部分に剥離やクラックが伝搬することを抑制できる。
【０００９】
本発明の超電導線材において、前記貫通部の内部が充填材により充填されていることが好ましい。
この場合、貫通溝に充填材が充填されて貫通部が構成されることにより、貫通部を介して酸化物超電導層に水分が浸入することを抑制でき、水分により酸化物超電導層が劣化し難いので、良好な特性の超電導線材となる。
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の超電導線材の製造方法は、基材の上方に中間層と酸化物超電導層と安定化層とがこの順に積層された超電導積層体に対し、前記基材側から少なくとも前記酸化物超電導層まで達するように複数の穴または溝を加工して、複数の貫通部を該超電導積層体の幅方向および長さ方向に分散形成することを特徴とする。
本発明の超電導線材の製造方法によれば、基材側から酸化物超電導層まで達する貫通部を備えた超電導線材を製造できる。本発明の超電導線材の製造方法により製造される超電導線材は、貫通部を備える構成であるため、万が一酸化物超電導層で部分的に剥離やクラックが発生した場合であって、酸化物超電導層の貫通部が形成された箇所以外の部分に剥離やクラックが伝搬することを抑制できる。
【００１１】
本発明の超電導線材の製造方法において、前記貫通部の内部を充填材により充填することもできる。
この場合、貫通溝を充填材で充填して貫通部を形成することにより、貫通部を介して酸化物超電導層に水分が浸入することを抑制でき、水分により酸化物超電導層が劣化し難いので、良好な特性の超電導線材を提供できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、仮に超電導層に剥離やクラックが部分的に発生した場合であっても、剥離やクラックが超電導層全体に伝搬することを貫通部の存在により抑制できる超電導線材およびその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る超電導線材の第１実施形態を示す概略斜視図である。
【図２】図１に示す超電導線材の部分拡大断面図である。
【図３】本発明に係る超電導線材の第２実施形態を示す概略斜視図である。
【図４】図１に示す超電導線材の製造方法の一実施形態を示す工程説明図である。
【図５】本発明に係る超電導線材の第３実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図６】本発明に係る超電導線材の第４実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図７】本発明に係る超電導線材の第５実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図８】本発明に係る超電導線材の第６実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図９】本発明に係る超電導線材の第７実施形態を示す断面図である。
【図１０】従来の超電導線材の一構造例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る超電導線材およびその製造方法の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、図１〜図９において、超電導線材の構成がわかりやすくなるように一部の構成要素を大きく示しており、各構成要素の寸法関係は実際の超電導線材の寸法関係とは異なっている。
【００１５】
図１は本発明に係る超電導線材の第１実施形態の概略斜視図であり、図２は図１に示す超電導線材の部分拡大断面図である。
図１および図２に示す超電導線材１０は、テープ状の基材１１の一方の面上に中間層１２と酸化物超電導層１３と安定化層１４が順次積層されて超電導積層体Ｓ１が構成され、この超電導積層体Ｓ１の安定化層１４の表面１４Ａ側から酸化物超電導層１３と中間層１２との界面Ａを貫通して中間層１２の上部まで達する貫通部７を備えてなる。貫通部７は、線材の長手方向に沿って所定長さで形成された貫通溝５に充填材６が充填されて構成されており、超電導積層体Ｓ１の幅方向および長さ方向に複数個、ランダムに形成されている。
【００１６】
基材１１は、通常の超電導線材の基材として使用し得るものであれば良く、長尺のプレート状、シート状又はテープ状であることが好ましく、耐熱性の金属からなるものが好ましい。耐熱性の金属の中でも、合金が好ましく、ニッケル合金又は銅合金がより好ましい。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）が好適であり、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等のいずれの種類も使用できる。また、基材１１としてニッケル合金などに集合組織を導入した配向Ｎｉ−Ｗ基板のような配向金属基板を用いてもよい。
基材１１の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は、１０〜５００μｍの範囲とすることができる。
【００１７】
中間層１２は、酸化物超電導層１３の結晶配向性を制御し、基材１１中の金属元素の酸化物超電導層１３への拡散を防止するものである。さらに、基材１１と酸化物超電導層１３との物理的特性（熱膨張率や格子定数等）の差を緩和するバッファー層として機能し、その材質は、物理的特性が基材１１と酸化物超電導層１３との中間的な値を示す金属酸化物が好ましい。中間層１２の好ましい材質として具体的には、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ３、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等の金属酸化物が例示できる。
中間層１２は、単層でも良いし、複数層でも良い。例えば、前記金属酸化物からなる層（金属酸化物層）は、結晶配向性を有していることが好ましく、複数層である場合には、最外層（最も酸化物超電導層１３に近い層）が少なくとも結晶配向性を有していることが好ましい。
【００１８】
中間層１２は、基材１１側にベッド層が介在された複数層構造でもよい。ベッド層は、耐熱性が高く、界面反応性を低減するためのものであり、その上に配される膜の配向性を得るために用いる。このようなベッド層は、必要に応じて配され、例えば、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、「アルミナ」とも呼ぶ）等から構成される。このベッド層は、例えばスパッタリング法等の成膜法により形成され、その厚さは例えば１０〜２００ｎｍである。
【００１９】
さらに、本発明において、中間層１２は、基材１１側に拡散防止層とベッド層が積層された複数層構造でもよい。この場合、基材１１とベッド層との間に拡散防止層が介在された構造となる。拡散防止層は、基材１１の構成元素拡散を防止する目的で形成されたもので、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、あるいは希土類金属酸化物等から構成され、その厚さは例えば１０〜４００ｎｍである。なお、拡散防止層の結晶性は問われないので、通常のスパッタ法等の成膜法により形成すればよい。
このように基材１１とベッド層との間に拡散防止層を介在させることにより、中間層１２を構成する他の層や酸化物超電導層１３等を形成する際に、必然的に加熱されたり、熱処理される結果として熱履歴を受ける場合に、基材１１の構成元素の一部がベッド層を介して酸化物超電導層１３側に拡散することを効果的に抑制することができる。基材１１とベッド層との間に拡散防止層を介在させる場合の例としては、拡散防止層としてＡｌ２Ｏ３、ベッド層としてＹ２Ｏ３を用いる組み合わせを例示することができる。
【００２０】
また中間層１２は、前記金属酸化物層の上に、さらにキャップ層が積層された複数層構造でも良い。キャップ層は、酸化物超電導層１３の配向性を制御する機能を有するとともに、酸化物超電導層１３を構成する元素の中間層１２への拡散や、酸化物超電導層１３積層時に使用するガスと中間層１２との反応を抑制する機能等を有するものである。
【００２１】
キャップ層は、前記金属酸化物層の表面に対してエピタキシャル成長し、その後、横方向（面方向）に粒成長（オーバーグロース）して、結晶粒が面内方向に選択成長するという過程を経て形成されたものが好ましい。このようなキャップ層は、前記金属酸化物層よりも高い面内配向度が得られる。
キャップ層の材質は、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、好ましいものとして具体的には、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、ＨｆＯ２等が例示できる。キャップ層の材質がＣｅＯ２である場合、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。
キャップ層は、ＰＬＤ法（パルスレーザ蒸着法）、スパッタリング法等で成膜することができるが、大きな成膜速度を得られる点でＰＬＤ法を用いることが好ましい。
【００２２】
中間層１２の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良いが、通常は、０．１〜５μｍである。
中間層１２が、前記金属酸化物層の上にキャップ層が積層された複数層構造である場合には、キャップ層の厚さは、通常は、０．１〜１．５μｍである。
【００２３】
中間層１２は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法（以下、ＩＢＡＤ法と略記する）等の物理的蒸着法；化学気相成長法（ＣＶＤ法）；塗布熱分解法（ＭＯＤ法）；溶射等、酸化物薄膜を形成する公知の方法で積層できる。特に、ＩＢＡＤ法で形成された前記金属酸化物層は、結晶配向性が高く、酸化物超電導層１３やキャップ層の結晶配向性を制御する効果が高い点で好ましい。ＩＢＡＤ法とは、蒸着時に、結晶の蒸着面に対して所定の角度でイオンビームを照射することにより、結晶軸を配向させる方法である。通常は、イオンビームとして、アルゴン（Ａｒ）イオンビームを使用する。例えば、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ又はＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）からなる中間層１２は、ＩＢＡＤ法における配向度を表す指標であるΔΦ（ＦＷＨＭ：半値全幅）の値を小さくできるため、特に好適である。
【００２４】
酸化物超電導層１３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、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ等の希土類元素を表す）なる材質のもの、具体的には、Ｙ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）又はＧｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）を例示することができる。また、その他の酸化物超電導体、例えば、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ４＋２ｎ＋δなる組成等に代表される臨界温度の高い他の酸化物超電導体からなるものを用いても良いのは勿論である。
酸化物超電導層１３は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法等の物理的蒸着法；化学気相成長法（ＣＶＤ法）；塗布熱分解法（ＭＯＤ法）等で積層でき、なかでもレーザ蒸着法が好ましい。
酸化物超電導層１３の厚みは、０．５〜５μｍ程度であって、均一な厚みであることが好ましい。
【００２５】
酸化物超電導層１３の上に積層される安定化層１４は、酸化物超電導層１３の一部領域が常電導状態に遷移しようとした場合に、電流のバイパス路として機能することで、酸化物超電導層１３を安定化させて焼損に至らないようにする、主たる構成要素である。
安定化層１４は、導電性が良好な金属からなるものが好ましく、具体的には、銀又は銀合金、銅などからなるものが例示できる。安定化層１４は１層構造でも良いし、２層以上の積層構造であってもよい。
安定化層１４は、公知の方法で積層できる。安定化層１４が１層構造の場合は、銀層をメッキやスパッタ法で形成する方法が挙げられる。また、安定化層１４が２層構造の場合は、銀層をメッキやスパッタ法で形成し、その上に銅テープなどを貼り合わせるなどの方法を採用できる。安定化層１４の厚さは、３〜３００μｍの範囲とすることができる。
【００２６】
貫通部７は、図２に示すように安定化層１４の表面１４Ａから酸化物超電導層１３と中間層１２との界面Ａを貫通して中間層１２の上部まで達しており、線材の長手方向に沿って所定長さで形成された貫通溝５に充填材６が充填され構成されている。貫通溝５に充填材６が充填されて貫通部７が構成されることにより、貫通部７を介して酸化物超電導層１３に水分が浸入することを抑制でき、水分により酸化物超電導層１３が劣化し難いので、良好な特性の超電導線材１０となる。充填材６としては、貫通溝５を埋めることができるものであれば特に制限されず、導電性および非導電性のものを適用できる。充填材６として、具体的には、エポキシ樹脂、カーボンペースト、銀ペースト等が挙げられる。なお、充填材６を省略して貫通溝５をそのまま貫通部７としてもよい。
【００２７】
貫通部７は、万が一酸化物超電導層１３と中間層１２との剥離や、酸化物超電導層１３におけるクラックが発生した場合に、剥離やクラックの伝搬を防止するために形成されている。貫通部７は、貫通部７が形成されていない酸化物超電導層１３の部分よりもクラックが発生しやすい。このように、クラックが発生しやすい部分を敢えて形成しておくことにより、万が一酸化物超電導層１３で部分的に剥離やクラックが発生した場合に、クラックは貫通部７に集中するので、酸化物超電導層１３の貫通部７が形成された箇所以外の部分に剥離やクラックが伝搬することを抑制できる。
通常、酸化物超電導層１３の剥離は、超電導線材１０の端部側から発生する場合が多い。そのため、貫通部７を超電導線材１０の幅方向中央部よりも幅方向端部側に多く形成しておくことにより、超電導線材１０の端部で発生した剥離やクラックを端部側に形成した貫通部７でせき止め、中央部側へと剥離やクラックが伝搬することを抑制でき、好ましい。
【００２８】
貫通部７の寸法は、貫通部７の底部が酸化物超電導層１３と中間層１２との界面Ａを貫通していれば特に限定されず、適宜調整可能であるが、貫通部７が大き過ぎると酸化物超電導層１３の体積が減少して超電導特性が低下するため、貫通部７の幅は５〜８００μｍ、長さは０．１〜５０ｍｍとすることが好ましい。貫通部７の幅が５μｍ未満の場合、レーザなどによる加工が難しくなる。また、貫通部７の長さが５０ｍｍを超えると、超電導線材１０がフィラメント化してしまうおそれがある。
さらに、貫通部７は、隣接する貫通部７同士の距離が１００μｍ以上離れていることが好ましい。このような寸法および密度で貫通部７を備えることにより、良好な超電導特性を保持しつつ、万が一酸化物超電導層１３で部分的な剥離やクラックが生じた場合であっても、酸化物超電導層１３全体への剥離やクラックの伝搬を抑制できる。
【００２９】
なお、貫通部７の形状はスリット形状に限定されず、図３に示す第２実施形態の超電導線材１０Ｂのように、丸孔形状あるいは丸孔に充填材が充填された形状の貫通部７Ｂであってもよい。この場合、貫通部７Ｂは、安定化層１４の表面１４Ａから酸化物超電導層１３と中間層１２との界面を貫通して中間層１２の上部まで達しており、その外径は５μｍ〜８００μｍの範囲とすることが好ましい。丸孔形状の貫通部７Ｂの外径が５μｍ未満場合は、レーザなどによる加工が難しくなる。また、丸孔形状の貫通部７Ｂの外径が８００μｍを越えると、酸化物超電導層１３の体積が減少して超電導特性が低下する。
また、貫通部７Ｂが孔形状の場合、隣接する貫通部７Ｂ同士の距離が当該貫通部７Ｂの外径以上となるような密度で形成されていることが好ましい。このような寸法および密度で貫通部７Ｂを備えることにより、良好な超電導特性を保持しつつ、万が一酸化物超電導層１３で部分的な剥離やクラックが発生した場合であっても、酸化物超電導層１３全体への剥離やクラックの伝搬を抑制できる。
また、貫通部７の形状は超電導線材１０の幅方向に沿うスリット形状であってもよいが、良好な超電導特性を保持する観点から、超電導線材１０の長さ方向に沿うスリット形状または孔形状であることが好ましい。
【００３０】
次に、本発明に係る超電導線材１０の製造方法の一実施形態について図面に基づいて説明する。
図４は、図１および図２に示す超電導線材１０の製造方法の一実施形態を示す工程説明図である。
【００３１】
まず、図４（ａ）に示す如く、前述した超電導積層体Ｓ１を準備する。一例として、基材１１上にスパッタ法で拡散防止層とベッド層を形成した後、このベッド層の上にＩＢＡＤ法によりＭｇＯ等の金属酸化物層を形成し、さらにＰＬＤ法でキャップ層を形成することにより基材１１上に多層構造の中間層１２を形成する。次いで、中間層１２の上にＰＬＤ法により酸化物超電導層１３を形成した後、酸化物超電導層１３の上にスパッタ法によりＡｇの安定化層１４を形成することにより超電導積層体Ｓ１を得ることができる。なお、安定化層１４はスパッタ法によりＡｇ層を形成した後に、Ａｇ層上にＣｕの金属テープを半田を介して積層して形成してもよい。
【００３２】
次に、図４（ｂ）に示す如く、安定化層１４の表面１４Ａから安定化層１４と酸化物超電導層１３を貫通して中間層１２の上部まで達する複数の貫通溝５を形成する。貫通溝５は、従来公知の方法により形成すればよく、レーザ加工、間欠式スリット加工、突起付きロールを安定化層１４側から押し付けることによる加工などにより形成することができる。なお、図３に示す超電導線材１０Ｂを製造する場合は、貫通溝５と同様の方法で、安定化層１４の表面１４Ａから安定化層１４と酸化物超電導層１３を貫通して中間層１２の上部まで達する貫通孔を形成すればよい。本工程により形成する貫通溝５の寸法、密度は前述の通りである。
【００３３】
次いで、図４（ｃ）に示す如く、形成した貫通溝５に充填材６を充填して貫通溝５を埋めることにより貫通部７を形成する。充填材６の材質は前述の通りである。なお、図４（ｃ）に示す工程を省略し、図４（ｂ）に示す如く貫通溝５を形成し、貫通溝５を充填材６で埋めずにそのまま貫通部７としてもよい。また、図４（ａ）に示す超電導積層体Ｓ１として、安定化層１４がＡｇ層の一層からなるものを使用した場合、図４（ｃ）に示す如く貫通部７を形成した後に、Ａｇの安定化層１４および貫通部７の上に、Ｃｕの金属テープを半田を介して積層してもよい。さらにまた、図４（ｂ）に示す如く貫通溝５を形成した超電導積層体Ｓ１に対して、Ａｇの安定化層１４および貫通溝５の上に、Ｃｕの金属テープを半田を介して積層してもよい。この場合、Ｃｕの金属テープ積層の際に、貫通溝５の上方あるいは大半部分に半田が流れ込んで凝固した状態で、貫通部７が形成される。
以上の工程により、本発明に係る超電導線材１０を製造できる。
【００３４】
本実施形態の超電導線材の製造方法によれば、安定化層１４側から酸化物超電導層１３と中間層１２との界面を貫通して中間層１２まで達する貫通部７を備えた超電導線材１０を製造できる。本実施形態の超電導線材の製造方法により製造される超電導線材１０は、貫通部７を備える構成であるため、万が一酸化物超電導層１３で部分的に剥離やクラックが発生した場合であっても、酸化物超電導層１３の貫通部７が形成された箇所以外の部分に剥離やクラックが伝搬することを抑制できる。
本実施形態の超電導線材の製造方法において、貫通溝５を充填材６で充填して貫通部７を形成することにより、貫通部７から酸化物超電導層１３へと水分が浸入することを抑制できるので、良好な超電導特性の超電導線材１０を提供できる。
【００３５】
本発明の超電導線材において、貫通部は上記した図１〜図３の構造に限定されず、中間層１２と酸化物超電導層１３の界面Ａを貫通していれば、安定化層１４側から形成されていてもよく、基材１１側から形成されていてもよい。以下、本発明に係る超電導線材およびその製造方法の他の実施形態について図５〜図９に基づいて説明する。なお、図５〜図９において、上記第１実施形態の超電導線材１０と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一要素の説明は省略する。
【００３６】
図５は本発明に係る超電導線材の第３実施形態を示す部分拡大断面図である。
図５に示す超電導線材１０Ｃは、テープ状の基材１１の一方の面上に中間層１２と酸化物超電導層１３と安定化層１４とが順次積層され、安定化層１４と酸化物超電導層１３の界面Ｂから基材１１側に向かって酸化物超電導層１３を貫通し、中間層１２の上部にまで達する複数の貫通部７Ｃを備えてなる。貫通部７Ｃは、その上の安定化層１４と一体形成されており、超電導線材１０Ｃの長手方向に沿って所定長さ伸びる貫通溝５Ｃの内部に、Ａｇなどの安定化層１４と同一の材質が充填材６Ｃとして充填されている。貫通部７Ｃの寸法および密度は、第１実施形態の超電導線材１０の貫通溝７と同様とすることが好ましく、貫通溝７は図３に示す超電導線材１０Ｂの如く孔形状であってもよい。
【００３７】
本実施形態の超電導線材１０Ｃを作製するには、まず、基材１１上に中間層１２と酸化物超電導層１３が順次積層された超電導積層体Ｓ２を準備する。そして、この超電導積層体Ｓ２の酸化物超電導層１３の表面１３Ａから酸化物超電導層１３を貫通して中間層１２の上部まで達する複数の貫通溝５Ｃをレーザ加工などにより形成する。次に、この貫通溝５Ｃが形成された超電導積層体Ｓ２に対して、酸化物超電導層１３および貫通溝５Ｃの上にスパッタ法などの成膜法によりＡｇなどの安定化層１４を形成する。安定化層１４形成時、Ａｇなどのスパッタ粒子は貫通溝５Ｃの内部にも堆積し、これにより、貫通孔５Ｃの内部にＡｇなどの安定化層１４と同一の材質が充填材６Ｃとして充填されて貫通部７Ｃが形成される。
以上の工程により、本実施形態の超電導線材１０Ｃを製造できる。
なお、図５に示す如く安定化層１４を形成した後に、安定化層１４の上にＣｕの金属テープを半田を介して積層してもよい。また、貫通溝５Ｃを形成した超電導積層体Ｓ２に対して、酸化物超電導層１３および貫通溝５Ｃの上に、Ｃｕの金属テープを半田を介して積層して安定化層１４を形成してもよい。この場合、Ｃｕの金属テープ積層の際に、貫通溝５Ｃの上方あるいは大半部分に半田が流れ込んで凝固した状態で、貫通部７Ｃが形成される。
【００３８】
図６は本発明に係る超電導線材の第４実施形態を示す部分拡大断面図である。
図６に示す超電導線材１０Ｄは、テープ状の基材１１の一方の面上に中間層１２と酸化物超電導層１３と安定化層１４とが順次積層された超電導積層体Ｓ１に、安定化層１４の表面１４Ａ側から基材１１側に向かって安定化層１４と酸化物超電導層１３と中間層１２を貫通して基材１１の上部まで達する複数の貫通部７Ｄを備えてなる。
貫通部７Ｄは、超電導線材１０Ｄの長手方向に沿って所定長さ伸びる貫通溝５Ｄの内部に、充填材６Ｄが充填されて構成されている。本実施形態の超電導線材１０Ｄにおいて、貫通溝５Ｄに充填される充填材６Ｄは特に制限されないが、樹脂、ガラスペーストなどの非導電性の材料が好ましい。なお、充填材６Ｄを省略して貫通溝５Ｄをそのまま貫通部７Ｄとしてもよい。
貫通部７Ｄの寸法および密度は、第１実施形態の超電導線材１０の貫通溝７と同様とすることが好ましく、貫通溝７Ｄは図３に示す超電導線材１０Ｂの如く孔形状であってもよい。
【００３９】
本実施形態の超電導線材１０Ｄは、形成する貫通溝５Ｄの深さを変えること以外は、図４（ａ）〜（ｃ）に示す超電導線材１０の製造方法と同様の工程で製造することができる。なお、図６に示す如く貫通部７Ｄを形成した後に、安定化層１４および貫通部７Ｄの上にＣｕの金属テープを半田を介して積層してもよい。また、超電導積層体Ｓ１に貫通溝５Ｄを形成した後、貫通溝５Ｄを充填材で充填せずに、安定化層１４および貫通溝５Ｄの上にＣｕの金属テープを半田を介して積層してもよい。この場合、Ｃｕの金属テープ積層の際に、貫通溝５Ｄの上方あるいは大半部分に半田が流れ込んで凝固した状態で、貫通部７Ｄが形成される。
【００４０】
図７は本発明に係る超電導線材の第５実施形態を示す部分拡大断面図である。
図７に示す超電導線材１０Ｅは、テープ状の基材１１の一方の面上に中間層１２と酸化物超電導層１３と安定化層１４とが順次積層された超電導積層体Ｓ１に、安定化層１４の表面１４から基材１１の裏面１１Ａまで貫通する複数の貫通部７Ｅが形成されて構成される。
貫通部７Ｅは、超電導線材１０Ｅの長手方向に沿って所定長さ伸びる貫通溝５Ｄの内部に、充填材６Ｅが充填されて構成されている。本実施形態の超電導線材１０Ｅにおいて、貫通溝５Ｅに充填される充填材６Ｅは特に制限されないが、上記した第５実施形態の超電導線材１０Ｄで例示した非導電性の材料が好ましい。なお、充填材６Ｅを省略して貫通溝５Ｅをそのまま貫通部７Ｅとしてもよい。
貫通部７Ｅの寸法および密度は、第１実施形態の超電導線材１０の貫通溝７と同様とすることが好ましく、貫通溝７Ｅは図３に示す超電導線材１０Ｂの如く孔形状であってもよい。
【００４１】
本実施形態の超電導線材１０Ｅは、図４（ｂ）に示す貫通溝を形成する工程において、形成する貫通溝の深さを変えて、超電導積層体Ｓ１の安定化層１４の表面１４Ａから基材１１の裏面１１Ａまでを貫通する貫通溝５Ｅを形成すること以外は、図４（ａ）〜（ｃ）に示す超電導線材１０の製造方法と同様の工程で製造することができる。なお、図７に示す如く貫通部７Ｄを形成した後に、安定化層１４および貫通部７Ｅの上にＣｕの金属テープを半田を介して積層してもよい。
【００４２】
図８は本発明に係る超電導線材の第６実施形態を示す部分拡大断面図である。
図８に示す超電導線材１０Ｆは、テープ状の基材１１の一方の面上に中間層１２と酸化物超電導層１３と安定化層１４とが順次積層された超電導積層体Ｓ１に、基材１１の裏面１１Ａ側から安定化層１４側に向かって基材１１と中間層１２と酸化物超電導層１３を貫通して安定化層１４の下部まで達する複数の貫通部７Ｆを備えてなる。
貫通部７Ｆは、超電導線材１０Ｆの長手方向に沿って所定長さ伸びる貫通溝５Ｆの内部に、充填材６Ｆが充填されて構成されている。本実施形態の超電導線材１０Ｆにおいて、貫通溝５Ｆに充填される充填材６Ｆは特に制限されないが、上記した第５実施形態の超電導線材１０Ｄで例示した非導電性の材料が好ましい。なお、充填材６Ｆを省略して貫通溝５Ｆをそのまま貫通部７Ｆとしてもよい。
貫通部７Ｆの寸法および密度は、第１実施形態の超電導線材１０の貫通溝７と同様とすることが好ましく、貫通溝７Ｆは図３に示す超電導線材１０Ｂの如く孔形状であってもよい。
【００４３】
本実施形態の超電導線材１０Ｆを作製するには、まず、図４（ａ）に示す構造の超電導積層体Ｓ１を準備する。
次に、基材１１側が上になるように超電導積層体Ｓ１を配置し、レーザ加工などにより、基材１１の裏面１１Ａから基材１１と中間層１２と酸化物超電導層１３を貫通して安定化層１４の下部まで達する貫通溝５Ｆを形成する。その後、形成した貫通溝５Ｆに充填材６Ｆを充填して貫通溝５Ｆを埋めることにより貫通部７Ｆを形成する。
以上の工程により、本実施形態の超電導線材１０Ｆを製造できる。
【００４４】
図９は本発明に係る超電導線材の第７実施形態を示す部分拡大断面図である。
図９に示す超電導線材１０Ｇは、テープ状の基材１１の一方の面上に中間層１２と酸化物超電導層１３と安定化層１４とが順次積層された超電導積層体Ｓ１に、基材１１の裏面１１Ａ側から安定化層１４側に向かって基材１１と中間層１２を貫通して、酸化物超電導層１３の下部まで達する複数の貫通部７Ｇを備えてなる。
貫通部７Ｇは、超電導線材１０Ｇの長手方向に沿って所定長さ伸びる貫通溝５Ｇの内部に、充填材６Ｇが充填されて構成されている。本実施形態の超電導線材１０Ｆにおいて、貫通溝５Ｆに充填される充填材６Ｇは特に制限されず、導電性または非導電性の材料を使用できる。充填材６Ｇとして具体的には、上記第１実施形態の超電導線材１０で使用可能な充填材と同じものが挙げられる。なお、充填材６Ｇを省略して貫通溝５Ｇをそのまま貫通部７Ｇとしてもよい。
貫通部７Ｇの寸法および密度は、第１実施形態の超電導線材１０の貫通溝７と同様とすることが好ましく、貫通溝７Ｇは図３に示す超電導線材１０Ｂの如く孔形状であってもよい。
【００４５】
本実施形態の超電導線材１０Ｇを作製するには、まず、図４（ａ）に示す構造の超電導積層体Ｓ１を準備し、基材１１側が上になるように超電導積層体Ｓ１を配置して、レーザ加工などにより、基材１１の裏面１１Ａから基材１１と中間層１２を貫通して酸化物超電導層１３の下部まで達する貫通溝５Ｇを形成する。その後、形成した貫通溝５Ｇに充填材６Ｇを充填して貫通溝５Ｇを埋めることにより貫通部７Ｇを形成する。
以上の工程により、本実施形態の超電導線材１０Ｇを製造できる。
【００４６】
上記した第３〜第７実施形態の超電導線材１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇは、安定化層１４側または基材１１側から、酸化物超電導層１３と中間層１２の界面Ａを貫通する貫通部７Ｃ、７Ｄ、７Ｄ、７Ｅ、７Ｆ、７Ｇを備える構成である。そのため、上記した第１実施形態の超電導線材１０と同様に、万が一酸化物超電導層１３で部分的に剥離やクラックが発生した場合であっても、クラックを貫通部７Ｃ、７Ｄ、７Ｄ、７Ｅ、７Ｆ、７Ｇに集中させて、酸化物超電導層１３の貫通部７Ｃ、７Ｄ、７Ｄ、７Ｅ、７Ｆ、７Ｇが形成された箇所以外の部分に剥離やクラックが伝搬することを抑制できる。
【００４７】
以上、本発明の超電導線材およびその製造方法について説明したが、上記実施形態において、超電導線材の各部は一例であって、本発明の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、例えば超電導モータ、限流器など、各種電力機器に用いられる酸化物超電導線材に利用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
５…貫通溝、６、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、６Ｆ、６Ｇ…充填材、７、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ、７Ｆ、７Ｇ…貫通部、１０、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ…超電導線材、１１…基材、１２…中間層、１３…酸化物超電導層、１４…安定化層、１００…超電導線材、１０１…金属基材、１０２…中間層、１０３…キャップ層、１０４…酸化物超電導層、Ａ…酸化物超電導層と中間層との界面、Ｓ１、Ｓ２…超電導積層体。
【図１】
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【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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