(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ状の基材の一方の面上に中間層と酸化物超電導層と銀層とがこの順に積層されて超電導積層体が構成され、該超電導積層体の周面が半田層を介して該超電導積層体より幅広の金属テープからなるカバー部材で覆われており、前記金属テープの幅方向両端縁が前記超電導積層体の前記基材の他方の面側に配置され、該金属テープの両端縁以外の部分で前記超電導積層体の幅方向の側面と前記銀層の表面が覆われてなり、前記超電導積層体の前記基材の他方の面の一部が前記金属テープに覆われず露出するように、前記金属テープの幅方向両端縁を前記基材の他方の面側に離間して配置させてなり、前記基材の他方の面側に配置された金属テープの一部と、前記基材の他方の面の一部とが、レーザ溶接部により接合されてなることを特徴とする酸化物超電導線材。
【請求項２】
前記金属テープが、良導電性の安定化材テープであ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】
テープ状の基材の一方の面上に中間層と酸化物超電導層と銀層とがこの順に積層されてなる超電導積層体と、該超電導積層体よりも幅広で、且つ片面に半田層が形成された金属テープを準備する第１工程と、
前記超電導積層体の前記銀層上に前記半田層を介して前記金属テープを積層する第２工程と、
前記金属テープを前記超電導積層体の幅方向の側面に沿って折り曲げた後に該超電導積層体の前記基材の他方の面に沿って折り曲げて、該金属テープの幅方向両端縁を前記基材の他方の面側に配置してカバー部材を形成する第３工程と、
前記半田層を溶融凝固させて、前記超電導積層体の外周面に前記カバー部材を前記半田層を介して接合する第４工程と、を備え、
前記第３工程において、前記基材の他方の面の一部が前記金属テープに覆われず露出するように、前記金属テープの幅方向両端縁を前記超電導積層体の前記基材の他方の面側に離間して配置し、
前記第４工程後に、前記基材の他方の面側に配置された金属テープの一部と、前記基材の他方の面の一部とを、レーザ溶接することを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項４】
前記金属テープが、良導電性の安定化材テープであることを特徴とする請求項３に記載の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Ｙを含む希土類元素）は、液体窒素温度以上で超電導性を示し、電流損失が低いため、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磁気コイル等として使用することが要望されている。この酸化物超電導体を線材に加工するための方法として、金属基材テープ上に酸化物超電導層を形成する方法が研究されている。
【０００３】
酸化物超電導線材にあっては、酸化物超電導層上に薄い銀の安定化層を形成し、その上に銅などの良導電性金属材料からなる厚い安定化層を設けた２層構造の安定化層を積層する構造が採用されている。前記銀の安定化層は、酸化物超電導層を酸素熱処理する際に酸素量の変動を調節する目的のためにも設けられており、銅の安定化層は、酸化物超電導層が超電導状態から常電導状態に遷移しようとしたとき、該酸化物超電導層の電流を転流させるバイパスとして機能させるための目的で設けられている。
【０００４】
２層構造の安定化層を形成する技術の一例として、酸化物超電導層の上にスパッタリングにより薄い銀の安定化層を設けた後、線材全体を硫酸銅水溶液のめっき浴に浸漬し、電気めっきにより銀の安定化層上に銅の安定化層を形成する技術が知られている（特許文献１参照）。また、酸化物超電導層の上に銀の安定化層を設けた線材と銅製の安定化材テープとをはんだを介して重ね合わせて加熱・加圧ロールに通すことによって、銀の安定化層上に銅の安定化層を形成する技術も知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−８０７８０号公報
【特許文献２】特開２００９−４８９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＲＥ−１２３系酸化物超電導層の特定組成のものは水分により劣化しやすく、線材を水分の多い環境に保管した場合や、線材に水分が付着した状態のまま放置した場合に、酸化物超電導層に水分が浸入すると、超電導特性が低下する要因となる。
引用文献１のようにめっき処理して銅の安定化層を形成した構造では、銅めっき部に欠陥があるとめっき欠陥部から水分が浸入して酸化物超電導層に達し、酸化物超電導層が劣化してしまう虞がある。
引用文献２のように銀の安定化層上に銅製の安定化材テープを積層して銅の安定化層を形成する技術では、銅の安定化層にめっき欠陥部が形成される問題はない。しかし、銀の安定化層の上面のみが銅の安定化層で保護される構造であるため、水分によりダメージを受けやすい酸化物超電導層の側面が外部に露呈しているため、製造工程中などに水分が浸入することにより超電導特性の低下を引き起こす虞がある。
【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、酸化物超電導層への水分の浸入を抑えることができる酸化物超電導線材及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、本発明の酸化物超電導線材は、テープ状の基材の一方の面上に中間層と酸化物超電導層と銀層とがこの順に積層されて超電導積層体が構成され、該超電導積層体の周面が半田層を介して該超電導積層体より幅広の金属テープで覆われており、前記金属テープの幅方向両端縁が前記超電導積層体の前記基材の他方の面側に配置され、該金属テープの両端縁以外の部分で前記超電導積層体の幅方向の側面と前記銀層の表面が覆われてなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の酸化物超電導線材は、超電導積層体の幅方向の側面が半田層を介して金属テープからなるカバー部材により被覆され、該金属テープの幅方向両端縁が超電導積層体の基材の他方の面（裏面）側に配置された構成である。そのため、超電導積層体の幅方向の側面全てが外部から遮蔽された構造が実現でき、酸化物超電導層への水分の浸入を抑え、酸化物超電導層が水分によりダメージを受けて超電導特性が劣化することを防ぐことができる。また、金属テープの幅方向の両端縁が超電導積層体の基材の他方の面（裏面）側に位置する構成であるため、万一、酸化物超電導線材が高温環境に曝されて金属テープの端部の剥離が起こった場合にも、酸化物超電導層まで水分が浸入することを抑制できる。
【００１０】
また、本発明の酸化物超電導線材は、金属テープからなるカバー部材により超電導積層体が被覆された構成である。そのため、従来の超電導線材のようにめっきに最外周が被覆されている場合とは異なり、金属テープにめっき欠陥部などのピンホールが形成されることがないため、酸化物超電導層を外部から完全に遮蔽することができ、酸化物超電導層に水分が浸入して超電導特性が劣化することがない。
【００１１】
本発明の酸化物超電導線材において、前記超電導積層体の前記基材の他方の面の一部が前記金属テープに覆われず露出するように、前記金属テープの幅方向両端縁を前記基材の他方の面側に離間して配置させてなることが好ましい。
この場合、酸化物超電導線材において、基材の他方の面（裏面）が金属テープ（カバー部材）により被覆されず露出している部分の厚さは、他の部分よりも金属テープに被覆されてない分だけ薄くなっている。そして、線材の長手方向に沿って露出部分を底面とし、金属テープの幅方向両端縁を壁部とした溝を構成する。このように、線材の長手方向に沿う溝を備える構成となるため、酸化物超電導線材を巻銅などに巻回してコイル加工し、超電導コイルとする場合に、コイル径方向に隣接する超電導積層体間に位置する溝を、液体窒素などの冷媒の流路として利用することができ、超電導コイルの冷却効率を高めることができる。
【００１２】
本発明の酸化物超電導線材において、前記基材の他方の面側に配置された金属テープの一部と、前記基材の他方の面の一部とが、レーザ溶接部により接合されてなることも好ましい。
この場合、万一、溶接後にコイル加工や巻線加工、ケーブル加工など、あるいは、保管環境などにおいて酸化物超電導線材が高温環境に曝されて半田層が溶融した場合にも、金属テープの幅方向の両端縁が超電導積層体の基材の他方の面（裏面）にレーザ溶接されているため、金属テープからなるカバー部材が超電導積層体から剥離することがない。従って、酸化物超電導層への水分の浸入をより確実に抑制できる。
【００１３】
本発明の酸化物超電導線材において、前記金属テープが、良導電性の安定化材テープであることも好ましい。
この場合、金属テープが良導電性の安定化材テープであるので、酸化物超電導層が超電導状態から常電導状態に遷移しようとしたときに、金属テープからなるカバー部材が銀層とともに、酸化物超電導層の電流が転流するバイパスとして機能する。そのため、酸化物超電導を安定化する効果が向上する。
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明の酸化物超電導線材の製造方法は、テープ状の基材の一方の面上に中間層と酸化物超電導層と銀層とがこの順に積層されてなる超電導積層体と、該超電導積層体よりも幅広で、且つ片面に半田層が形成された金属テープを準備する第１工程と、前記超電導積層体の前記銀層上に前記半田層を介して前記金属テープを積層する第２工程と、前記金属テープを前記超電導積層体の幅方向の側面に沿って折り曲げた後に該超電導積層体の前記基材の他方の面に沿って折り曲げて、該金属テープの幅方向両端縁を前記基材の他方の面側に配置してカバー部材を形成する第３工程と、前記半田層を溶融凝固させて、前記超電導積層体の外周面に前記カバー部材を前記半田層を介して接合する第４工程と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の酸化物超電導線材の製造方法は、超電導積層体の銀層側から幅方向側面側、次いで基材の他方の面（裏面）側へと金属テープを折り曲げて、超電導積層体の銀層側の面全体と側面全体および基材の他方の面の少なくとも一部を金属テープにより半田層を介して被覆する構成である。そのため、超電導積層体の側面全てが外部から遮蔽された構造の酸化物超電導線材を製造できる。従って、酸化物超電導層への水分の浸入を抑え、酸化物超電導層が水分によりダメージを受けて超電導特性が劣化することを防ぐことができる酸化物超電導線材を提供できる。
また、金属テープの幅方向の両端縁が超電導積層体の基材の他方の面（裏面）側に位置するように金属テープを超電導積層体の周面側に配置する構成であるため、万一、酸化物超電導線材が高温環境に曝されて金属テープの端部の剥離が起こった場合にも、酸化物超電導層まで水分が浸入することを抑制できる酸化物超電導線材を提供できる。
【００１６】
本発明の酸化物超電導線材の製造方法は、前記第３工程において、前記基材の他方の面の一部が前記金属テープに覆われず露出するように、前記金属テープの幅方向両端縁を前記超電導積層体の前記基材の他方の面側に離間して配置することが好ましい。
この場合、第４工程において半田を溶融凝固させる際に発生するフラックスを、金属テープの端縁から外部に逃がすことができる。そのため、金属テープと超電導積層体間に残留するフラックスを減らすことができ、フラックスの残留に起因する接合不良が起こりにくい。
さらに、基材の他方の面（裏面）の露出部分を底部とし、金属テープの両端縁を壁部とする溝を備える構成の酸化物超電導線材を製造できる。そのため、この酸化物超電導線材を巻銅などに巻回してコイル加工し、超電導コイルとする場合に、コイル径方向に隣接する超電導積層体間に位置する溝を、液体窒素などの冷媒の流路として利用することができ、超電導コイルの冷却効率を高めることができる。
【００１７】
本発明の酸化物超電導線材の製造方法において、前記第４工程後に、前記基材の他方の面側に配置された金属テープの一部と、前記基材の他方の面の一部とを、レーザ溶接することも好ましい。
この場合、金属テープの幅方向の両端縁が超電導積層体の基材の他方の面（裏面）にレーザ溶接された構造の酸化物超電導線材を製造できる。そのため、万一、溶接後にコイル加工や巻線加工、ケーブル加工など、あるいは、保管環境などにおいて酸化物超電導線材が高温環境に曝されて半田層が溶融した場合にも、金属テープからなるカバー部材が超電導積層体から剥離することがないので、酸化物超電導層への水分の浸入をより確実に抑制できる酸化物超電導線材を提供できる。
【００１８】
本発明の酸化物超電導線材の製造方法において、前記金属テープが、良導電性の安定化材テープであることも好ましい。
この場合、金属テープが良導電性の安定化材テープであるので、酸化物超電導層が超電導状態から常電導状態に遷移しようとしたときに、金属テープからなるカバー部材が銀層とともに、酸化物超電導層の電流が転流するバイパスとして機能する。そのため、酸化物超電導を安定化する効果が向上した酸化物超電導線材を提供できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、酸化物超電導層への水分の浸入を抑えることができる酸化物超電導線材及びその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る酸化物超電導線材の第１実施形態を示す断面斜視図である。
【図２】図１に示す酸化物超電導線材に組み込まれている超電導積層体の一例構造を示す断面斜視図である。
【図３】図１に示す酸化物超電導線材を巻胴に巻回してコイル加工した場合に、コイル径方向に積層された酸化物超電導線材の構造を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明に係る酸化物超電導線材の製造方法の一実施形態の工程を説明するための工程説明図である。
【図５】本発明に係る酸化物超電導線材の第２実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明に係る酸化物超電導線材の第３実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明に係る酸化物超電導線材の第４実施形態を示す断面図である。
【図８】本発明に係る酸化物超電導線材の第５実施形態を示す断面図である。
【図９】図８に示す酸化物超電導線材の製造方法の一実施形態の工程を説明するための工程説明図である。
【図１０】実施例１、２および比較例１、２の酸化物超電導線材の耐久試験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る酸化物超電導線材の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る酸化物超電導線材の第１実施形態を模式的に示す概略断面図であり、図２は図１に示す酸化物超電導線材に組み込まれている超電導積層体の一例構造を示す断面斜視図である。
【００２２】
図２に示す超電導積層体５は長尺テープ状の基材１１の一方の面上に、中間層１２と酸化物超電導層１３と銀層１４を順次積層してなる。図１に示す酸化物超電導線材１０は、超電導積層体５を中心部に備え、超電導積層体５の周面が半田層７を介して金属テープ１からなるカバー部材９により覆われている。ここで、「超電導積層体５の周面」とは、銀層１４の表面１４Ａと、基材１１の他方の面（裏面）１１Ａと、超電導積層体５の幅方向の両側面（すなわち、基材１１と中間層１２と酸化物超電導層１３と銀層１４の幅方向の両側面）とを合わせた部分を示し、超電導積層体５の長さ方向両端側の面は含まない。金属テープ１からなるカバー部材９は、超電導積層体５の銀層１４の表面１４Ａ全体と、超電導積層体５の幅方向の両側の側面全体と、基材１１の他方の面（裏面）１１Ａ側の面の少なくとも一部を覆っている。金属テープ１の幅方向の端縁１Ｐ、１Ｑは、超電導積層体５の基材１１の他方の面（裏面）１１Ａ側に配置されている。金属テープ１の幅方向の両端縁１Ｐ、１Ｑは、離間して配置されており、基材１１の裏面１１Ａの一部（露出部）１１ａは金属テープ１からなるカバー部材９により被覆されずに露出されている。
【００２３】
テープ状の基材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、耐熱性の金属からなるものが好ましい。ここで、テープ状の基材１１とは、テープ状の他、長尺のプレート状、長尺のシート状のものを含む。耐熱性の金属の中でも、合金が好ましく、ニッケル（Ｎｉ）合金又は銅（Ｃｕ）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、ヘインズ社製）が好適であり、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）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（Ｎｉ）合金などに集合組織を導入した配向金属基材を用い、その上に中間層１２および酸化物超電導層１３を形成してもよい。
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であることが好ましく、２０〜２００μｍであることがより好ましい。下限値以上とすることで強度が一層向上し、上限値以下とすることでオーバーオールの臨界電流密度を一層向上させることができる。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
酸化物超電導層１３の上に積層されている銀層１４は、スパッタ法などの成膜法により形成され、その厚さを１〜３０μｍ程度とされる。
酸化物超電導層１３上に銀層１４を備える構成とする理由としては、銀は良導電性かつ酸化物超電導層１３と接触抵抗が低くなじみの良い点、及び、酸化物超電導層１３に酸素をドープするアニール工程においてドープした酸素を酸化物超電導層１３から逃避し難くする性質を有する点を挙げることができる。
【００３３】
カバー部材９は、金属テープ１を折り曲げることにより形成されている。
本実施形態の酸化物超電導線材１０において、金属テープ１が良導電性の安定化材テープよりなることが好ましい。
金属テープ１が良導電性の安定化材テープよりなる場合、酸化物超電導層１３が超電導状態から常電導状態に遷移しようとしたときに、金属テープ１からなるカバー部材９が銀層１４とともに、酸化物超電導層１３の電流が転流するバイパスとして機能する。金属テープ１が良導電性の安定化材テープよりなることにより、酸化物超電導線材１０が安定化され好ましい。
【００３４】
金属テープ１を構成する良導電性の安定化材テープとしては、Ｃｕ、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、安価であることがらＣｕ製が好ましい。
金属テープ１（カバー部材９）の厚さは特に限定されず、適宜調整可能であるが、金属テープ１が良導電性の安定化材テープより構成される場合、その厚さを１０〜３００μｍとすることができ、後述する酸化物超電導線材１０の製造方法における金属テープ１の折り曲げ時の取り扱い性を考慮すると、２０〜１００μｍの範囲が好ましく、２０〜５０μｍの範囲がより好ましい。
【００３５】
なお、酸化物超電導線材１０を超電導限流器に使用する場合は、金属テープ１が抵抗金属材料より構成されることが好ましい。超電導限流器は、超電導状態と常電導状態の導体電気抵抗の差を利用して現流動作を行うので、使用する超電導線材には常電導状態における高い導体抵抗が求められるためである。この場合、金属テープ１を構成する材料としては、ステンレス鋼、ニッケル合金、Ｎｉ−Ｃｒ合金等が挙げられる。また、この場合、金属テープ１の厚さは特に限定されず、適宜調整可能であるが、前記した金属テープ１が安定化材テープよりなる場合と同様の厚さ範囲とすることが好ましい。
【００３６】
金属テープ１の幅は特に制限されず、超電導積層体５の幅および厚みに合わせて適宜調整可能である。金属テープ１の幅は、超電導積層体５の幅よりも大きく設定され、金属テープ１により超電導積層体５の周面のうち基材１１の裏面１１Ａの露出部１１ａ以外の部分を覆うことが出来るような幅であればよい。
【００３７】
金属テープ１からなるカバー部材９は超電導積層体５の周面に半田層７を介して配置されており、半田層７により超電導積層体５とカバー部材９とが強固に接続されている。また、金属テープ１からなるカバー部材９と銀層１４が半田層７により電気的および機械的に接続されることにより、銀層１４とカバー部材９との接合が強固となり、接続抵抗が低下するため、酸化物超電導１３を安定化する効果を向上できる。
半田層７の厚さは、特に限定されず、適宜調整可能であるが、例えば、２〜２０μｍ程度とすることができる。
【００３８】
半田層７は従来公知の半田より構成され、例えば、Ｓｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ｚｎ系合金などの鉛フリー半田、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１種または２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１と超電導積層体５を半田付けすることが可能となるので、半田付けの熱によって酸化物超電導層１３の特性が劣化することを抑止できる。
【００３９】
超電導積層体５の外周側に配置された金属テープ１の幅方向の一方の端縁１Ｐと他方の端縁１Ｑは、超電導積層体５の基材１１の他方の面（裏面）１１Ａ側に離間して配されており、端縁１Ｐと端縁１Ｑとの間には、基材１１の裏面１１Ａの一部（中央部）１１ａが露出している。このため、何らかの理由により酸化物超電導線材１０が半田層７の融点以上の高温環境に曝されて金属テープ１の端部が剥離した場合にも、金属テープ１の幅方向の両端縁１Ｐ、１Ｑが所定の幅に亘り超電導積層体５の基材１１側に密着している構成であることにより、酸化物超電導層１３まで水分が浸入し難くして、酸化物超電導層１３が劣化することを抑制できる。
【００４０】
これに対し、例えば、金属テープ１の端部が超電導積層体５の側面側にある場合、万一、金属テープ１が剥離した場合には、超電導積層体５の側面が露出するため、酸化物超電導層１３の側面より水分が浸入するおそれがある。また、金属テープ１の端部が超電導積層体５の銀層１４の表面１４Ａ側にある場合、万一、金属テープ１が剥離した場合には、銀層１４の表面が露出してしまう。この際、スパッタ法などにより形成された銀層１４にピンホールなどの欠陥部が存在する場合には、この欠陥部より水分が酸化物超電導層１３へと浸入するおそれがある。
また、金属テープ１からなるカバー部材９は、酸化物超電導層１３がクエンチ（常電導転移）した場合に電流のバイパスとして機能して酸化物超電導線材１０を安定化させる働きをするため、銅層１４の表面１４Ａ上の金属テープ１が剥離し難い構造とすることが望ましい。本実施形態の酸化物超電導線材１０は、金属テープ１の幅方向の両端縁１Ｐ、１Ｑが、超電導積層体５の両側面から回り込んで基材１１の裏面１１Ａ側に達する構成であって、カバー部材９は超電導積層体５の両端を抱え込むような形であるため、万一、金属テープ１に部分的な剥離が生じた場合にも、銀層１４の表面１４Ａ側の金属テープ１まで剥離しにくく、安定化の効果が高い。
【００４１】
本実施形態の酸化物超電導線材１０は、金属テープ１の両端縁１Ｐ、１Ｑ間に位置する基材１１の裏面１１Ａの一部が露出し、露出部１１ａをなしている。酸化物超電導線材１０において、露出部１１ａが形成された部分の厚さは、他の部分よりも金属テープ１からなるカバー部材９に被覆されてない分だけ薄くなっており、線材の長手方向に沿って露出部１１ａを底面とし、両端縁１Ｐ、１Ｑを壁部とした溝３を構成している。このように、溝３を備える構成であることにより、酸化物超電導線材１０を巻銅などに巻回してコイル加工し、超電導コイルとする場合に、特異な効果を奏することができる。図３は、本実施形態の酸化物超電導線材１０を巻胴に巻回してコイル加工した場合に、コイル径方向に積層された酸化物超電導線材１０の構造を模式的に示す断面図である。図３に示すように、通常、酸化物超電導線材１０は絶縁材料よりなる被覆層２０により外面を被覆された後、コイル加工され、コイル径方向に隣接する酸化物超電導線材１０、１０間は絶縁されている。この場合、コイル径方向に隣接する超電導積層体５、５間に位置する溝３を、液体窒素などの冷媒の流路として利用することができ、超電導コイルの冷却効率を高めることができる。
【００４２】
溝３の幅（金属テープ１の両端縁１Ｐ、１Ｑ間の距離）は特に限定されず、超電導積層体５の寸法などにより適宜変更可能である。一例として、超電導積層体の幅の０．２倍〜０．６倍とすることができ、具体的には、超電導積層体５の幅が５ｍｍの場合、溝３の幅を２ｍｍ程度とすることができる。溝３の幅を前記範囲とすることにより、酸化物超電導線材１０をコイル加工して超電導コイルとした場合に、該超電導コイルの冷媒による冷却効率が向上し好ましい。
【００４３】
本実施形態の酸化物超電導線材１０は、超電導積層体５の幅方向の側面全体と銀層１４の表面１４Ａ側の面全体および基材１１の裏面１１Ａ面の少なくとも一部が金属テープ１からなるカバー部材９により半田層７を介して被覆された構成である。そのため、超電導積層体５の表面は勿論、側面全てが外部から遮蔽された構造が実現できる。このような構成にすることで、酸化物超電導層１３への水分の浸入を抑え、酸化物超電導層１３が水分によりダメージを受けて超電導特性が劣化することを防ぐことができる。また、金属テープ１の幅方向の両端縁１Ｐ、１Ｑが超電導積層体５の基材１１の裏面１１Ａ側に所定の幅で密着する構成であるため、万一、酸化物超電導線材１０が高温環境に曝されて金属テープ１の端部の剥離が起こった場合にも、酸化物超電導層１３まで水分が浸入することを抑制できる。
【００４４】
本実施形態の酸化物超電導線材１０において、金属テープ１は予めテープ状に加工されたものを使用している。そのため、従来の超電導線材のようにめっきにより安定化層が形成されている場合とは異なり、金属テープにめっき欠陥部などのピンホールが形成されることがないため、酸化物超電導層１３を外部から完全に遮蔽することができ、酸化物超電導層１３に水分が浸入して超電導特性が劣化することがない。
【００４５】
次に、本発明に係る酸化物超電導線材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は本発明に係る酸化物超電導線材の製造方法の一実施形態の工程を説明するための工程説明図である。
本実施形態の酸化物超電導線材の製造方法は、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と銀層１４とがこの順に積層されてなる超電導積層体５と、超電導積層体５よりも幅広で、且つ片面に半田層７ａが形成された金属テープ１を準備する第１工程と、超電導積層体５の銀層１４上に半田層７ａを介して金属テープ１を積層する第２工程と、金属テープ１を超電導積層体５の幅方向の側面に沿って折り曲げた後に超電導積層体５の基材１１の他方の面（裏面）１１Ａに沿って折り曲げて、金属テープ１の幅方向両端縁１Ｐ、１Ｑを基材１１の他方の面（裏面）１１Ａ側に被せてカバー部材９を形成する第３工程と、半田層を７ａ溶融凝固させて超電導積層体５の外周面にカバー部材９を半田層７を介して接合する第４工程と、を備える。
【００４６】
まず、第１工程では、前述した長尺の超電導積層体５と、前述した材質、幅および厚さの長尺テープ状の金属テープ１の片面に半田層７ａをめっきなどにより形成した被覆テープ１Ｈを準備する。金属テープ１の片面に形成された半田層７ａとしては、上記した酸化物超電導線材１０の半田層７と同様の材質および厚さのものが挙げられる。
次に、図４（ａ）に示す如く金属テープ１の半田層７ａ上に超電導積層体５を銀層１４を下にした状態で積層する（第２工程）。ここで、金属テープ１の幅は、超電導積層体５よりも幅広（幅方向の長さが長い）のものを使用し、金属テープ１の両側の端縁１Ｐ、１Ｑが超電導積層体５の外側に位置するように配置する。
【００４７】
第２工程において、図４（ａ）に示す如く金属テープ１上に半田層７ａを介して超電導積層体５の銀層１４を下にして積層させた状態で、加熱・加圧ロールを通過させることにより、銀層１４と金属テープ１間の半田層７ａを溶融凝固させて半田層７Ａとし、この半田層７Ａにより銀層１４と金属テープ１を電気的および機械的に接合することが好ましい。このように、予め銀層１４と金属テープ１を半田層７Ａにより接合することにより、超電導積層体５と金属テープ１の位置決めを行い、後述する工程の作業性を向上させることができる。また、金属テープ１に形成された半田層７ａの一部を予め溶融凝固させて半田層７Ａとすることにより、金属テープ１と銀層１４との間の半田層７ａが溶融した際に発生するフラックスを超電導積層体５の側面側に逃がすことができる。そのため、金属テープ１と超電導積層体５間に残留するフラックスを減らすことができ、フラックスの残留に起因する接合不良が起こりにくい。
【００４８】
なお、第２工程において、予め金属テープ１と銀層１４とを接合する場合、半田層７ａを完全に溶融凝固させて半田層７Ａとしてよいし、加熱の温度や時間を短く調整して、仮決め程度に接合してもよい。また、金属テープ１と超電導積層体５の銀層１４を半田付けする場合の加熱・加圧条件は、使用する半田の種類および厚さなどにより適宜調整すればよい。例えば、半田層７ａとして厚さ５μｍのスズめっき（融点２３０℃）が片面に形成された厚さ５０μｍの銅製テープを金属テープ１として用いる場合、加熱温度２４０℃、加圧力１０〜２０ＭＰａ、線速１００ｍ／ｈの条件で一対のシリコン製ロールの間を通過させることにより接合することができる。
【００４９】
次に、図４（ｂ）に示す如く、片面に半田層７ａが形成された金属テープ１である被覆テープ１Ｈを、半田層７ａを内側にして超電導積層体５の幅方向の両側の側面に沿って折り曲げ部１Ｍ１、１Ｍ２で鉛直方向上方（基材１１側）に折り曲げる。金属テープ１の幅方向の両側の端縁１Ｐ、１Ｑは、超電導積層体５の基材１１よりも上方に位置する状態となる。また、超電導積層体５の幅方向の両側の側面は半田層７ａを介して金属テープ１に被覆された状態となる。
【００５０】
続いて、図４（ｃ）に示す如く、金属テープ１の幅方向の両端縁１Ｐ、１Ｑが超電導積層体５の基材１１の他方の面（裏面）１１Ａ上に位置するように、金属テープ１を半田層７ａを内側にして折り曲げ部１Ｍ３、１Ｍ４で折り曲げる。金属テープ１の一方の端縁１Ｐと他方の端縁１Ｑとは離間しており、基材１１の裏面１１Ａの中央部が露出して露出部１１ａを成している。これにより、超電導積層体５の周面を覆うように金属テープ１からなるカバー部材９が形成される。このような状態で超電導積層体５の周面が半田層７ａを介して金属テープ１からなるカバー部材９で被覆された被覆体を、加熱・加圧ロールに通過させることにより、金属テープ１（カバー部材９）と超電導積層体５間の半田層７ａを溶融凝固させることにより、超電導積層体５とカバー部材９を半田層７を介して接合できる。以上の工程により、超電導積層体５の銀層１４側全体が半田層７Ａを介して金属テープ１からなるカバー部材９で被覆され、超電導積層体５の側面側全体が半田層７Ｂを介して金属テープ１からなるカバー部材９で被覆され、超電導積層体５の基材１１の他方の面（裏面）１１Ａのうち露出部１１ａを除いた部分が、半田層７Ｃおよび７Ｄを介して金属テープ１からなるカバー部材９により被覆された酸化物超電導線材１０を製造できる。
【００５１】
第４工程において、半田層７ａを溶融凝固させて金属テープ１からなるカバー部材９と超電導積層体５を接合する際の加熱・加圧条件は、使用する半田の種類および厚さなどにより適宜調整すればよい。例えば、半田層７ａとして厚さ５μｍのスズめっき（融点２３０℃）が片面に形成された厚さ５０μｍの銅製テープを金属テープ１として用いる場合、加熱温度２４０℃、加圧力１０〜２０ＭＰａ、線速１００ｍ／ｈの条件で一対のシリコン製ロールの間を通過させることにより接合することができる。
【００５２】
本実施形態の酸化物超電導線材の製造方法は、超電導積層体５の銀層１４側から超電導積層体５の幅方向の側面側、次いで基材１１の裏面１１Ａ側へと金属テープ１を折り曲げて、超電導積層体５の銀層１４側の面全体と側面全体および基材１１の裏面１１Ａの少なくとも一部を金属テープ１からなるカバー部材９により半田層７を介して被覆する構成である。そのため、超電導積層体５の側面全てが外部から遮蔽された構造の酸化物超電導線材を製造できる。従って、酸化物超電導層１３への水分の浸入を抑え、酸化物超電導層１３が水分によりダメージを受けて超電導特性が劣化することを防ぐことができる酸化物超電導線材を提供できる。また、金属テープ１の幅方向の両端縁１Ｐ、１Ｑが超電導積層体５の基材１１の裏面１１Ａ側に位置するように金属テープ１を超電導積層体５の周面側に配置する構成であるため、万一、酸化物超電導線材１０が高温環境に曝されて金属テープ１の端部の剥離が起こった場合にも、酸化物超電導層１３まで水分が浸入することを確実に抑制できる酸化物超電導線材を提供できる。
【００５３】
また、本実施形態の酸化物超電導線材の製造方法は、図４（ｃ）に示す如く金属テープ１の幅方向の両端縁１Ｐ、１Ｑが離間して配置され、基材１１の裏面１１Ａの一部が露出する構成としてしている。そのため、第４工程において半田層７ａを溶融凝固させる際に発生するフラックスを、金属テープ１の端縁１Ｐ、１Ｑから外部に逃がすことができる。従って、金属テープ１と超電導積層体５間に残留するフラックスを減らすことができ、フラックスの残留に起因する接合不良が起こりにくい。
さらに、露出部１１ａを底部とし、金属テープ１の両端縁１Ｐ、１Ｑを壁部とする溝３を備える構成の酸化物超電導線材を製造でき、この酸化物超電導線材を巻銅などに巻回してコイル加工し、超電導コイルとする場合に、図３に示す如くコイル径方向に隣接する超電導積層体５、５間に位置する溝３を、液体窒素などの冷媒の流路として利用することができ、超電導コイルの冷却効率を高めることができる。
【００５４】
本実施形態の酸化物超電導線材の製造方法は、予めテープ状に加工された金属テープ１を使用している。そのため、金属テープ１にはピンホールなどの欠陥部は無いので、製造される酸化物超電導線材は、超電導積層体５を外部から完全に遮蔽することができ、酸化物超電導層１３に水分が浸入して超電導特性が劣化することがない。
【００５５】
以上、本発明の酸化物超電導線材およびその製造方法の実施形態について説明したが、上記実施形態において、酸化物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。以下、本発明の係る酸化物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説明する。図５は本発明に係る酸化物超電導線材の第２実施形態を示す断面図であり、図６は本発明に係る酸化物超電導線材の第３実施形態を示す断面図であり、図７は本発明に係る酸化物超電導線材の第４実施形態を示す断面図であり、図８は本発明に係る酸化物超電導線材の第４実施形態を示す断面図である。図５〜図８において、上記実施形態の酸化物超電導線材１０と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５６】
図５に示す酸化物超電導線材１０Ｂは、超電導積層体５の周面が半田層７を介して金属テープ１からなるカバー部材９Ｂで覆われている点、金属テープ１の幅方向の両端縁１Ｐ２、１Ｑ２が超電導積層体５の基材１１の裏面側に配置されている点は上記実施形態の酸化物超電導線材１０と同じであるが、金属テープ１の幅方向の一方の端縁１Ｐ２上に、他方の端縁１Ｑ２が重ね合わされており、超電導積層体５の周面全部がカバー部材９Ｂで覆われている点で、上記実施形態の酸化物超電導線材１０とは異なっている。
このような構成の酸化物超電導線材１０Ｂも、上記第１実施形態の酸化物超電導線材１０と同様に、酸化物超電導層１３が外部から遮蔽された構成が実現できるため、酸化物超電導層１３への水分の浸入を抑え、酸化物超電導層１３が水分によりダメージを受けて超電導特性が劣化することを防ぐことができる。また、本実施形態の酸化物超電導線材１０は、金属テープ１の端縁１Ｐ２と１Ｑ２の重なり部分も半田付けできる構成であるので、金属テープ１の端部がより剥がれ難くなる。
【００５７】
本実施形態の酸化物超電導線材１０Ｂは、前記した本発明の酸化物超電導線材の製造方法の第１工程において、半田層７ａを形成した金属テープ１の幅が、超電導積層体５の外周の長さよりも長く設定されたものを使用し、図４（ｃ）に示す金属テープ１の折り曲げ工程時に、超電導積層体５の基材１１の裏面１１Ａ上で金属テープ１の幅方向両端縁１Ｐ２、１Ｑ２を重ね合わせた後、半田層７ａを溶融凝固させて超電導積層体５と金属テープ１からなるカバー部材９Ｂを接合することにより製造できる。
【００５８】
図６に示す酸化物超電導線材１０Ｃは、超電導積層体５の周面が半田層７を介して金属テープ１からなるカバー部材９Ｃで覆われている点、金属テープ１の幅方向の両端縁１Ｐ３、１Ｑ３が超電導積層体５の基材１１の裏面側に配置されている点は上記第１実施形態の酸化物超電導線材１０と同じであるが、上記実施形態の酸化物超電導線材１０と比較して、金属テープ１の幅方向の両端縁１Ｐ３、１Ｑ３が超電導積層体５の幅方向の側面側に近く、超電導積層体５の基材１１の裏面の露出部の幅が広くなっている。
このような構成の酸化物超電導線材１０Ｃも、上記第１実施形態の酸化物超電導線材１０と同様に、酸化物超電導層１３が外部から遮蔽された構成が実現できるため、酸化物超電導層１３への水分の浸入を抑え、酸化物超電導層１３が水分によりダメージを受けて超電導特性が劣化することを防ぐことができる。
【００５９】
本実施形態の酸化物超電導線材１０Ｃは、図４に示す酸化物超電導線材の製造方法の第１工程において、半田層７ａがめっきされた金属テープ１の幅が上記第１実施形態よりも若干短く、且つ、超電導積層体５の銀層１４側と幅方向両側面側を覆うに十分な幅に設定されたものを使用し、上記第１実施形態の酸化物超電導線材の製造方法と同様に製造できる。また、本実施形態の酸化物超電導線材１０Ｂは、図３に示す如くコイル加工した場合に、冷媒の流路として機能する溝の幅をより大きくできるため、超電導コイルの冷却効率をより高めることができる。
【００６０】
図７に示す酸化物超電導線材１０Ｄは、超電導積層体５の周面が半田層７を介して金属テープ１からなるカバー部材９Ｄで覆われている点、金属テープ１の幅方向の両端縁１Ｐ４、１Ｑ４が超電導積層体５の基材１１の裏面側に配置されている点は上記実施形態の酸化物超電導線材１０と同じであるが、金属テープ１の幅方向の一方の端縁１Ｐ４と他方の端縁１Ｑ４とが隣接するように付き合わされて配置されている点で、上記実施形態の酸化物超電導線材１０とは異なっている。
このような構成の酸化物超電導線材１０Ｄも、上記第１実施形態の酸化物超電導線材１０と同様に、酸化物超電導層１３が外部から遮蔽された構成が実現できるため、酸化物超電導層１３への水分の浸入を抑え、酸化物超電導層１３が水分によりダメージを受けて超電導特性が劣化することを防ぐことができる。また、金属テープ１の端縁１Ｐ４、１Ｑ４の突合せ部分まで半田付けできるので、金属テープ１の端部がより剥がれ難くなる。
【００６１】
本実施形態の酸化物超電導線材１０Ｄは、前記した本発明の酸化物超電導線材の製造方法の第１工程において、半田層７ａがめっきされた金属テープ１の幅が、超電導積層体５の外周の長さと略同一のものを使用し、図４（ｃ）に示す金属テープ１の折り曲げ工程時に、超電導積層体５の基材１１の裏面上で金属テープ１の幅方向両端縁１Ｐ４、１Ｑ４が接するように突き合せて配置した後、半田層７ａを溶融凝固させて超電導積層体５と金属テープ１からなるカバー部材９Ｄを接合することにより製造できる。
【００６２】
図８に示す酸化物超電導線材１０Ｅは、超電導積層体５の周面が半田層７を介して金属テープ１からなるカバー部材９で覆われている点、金属テープ１の幅方向の両端縁１Ｐ、１Ｑが超電導積層体５の基材１１の裏面１１Ａ側に配置されている点は上記第１実施形態の酸化物超電導線材１０と同じであるが、金属テープ１の幅方向の一方の端縁１Ｐと基材１１の裏面１１Ａとがそれらの全長にわたりレーザ溶接部２５Ｐで接合されており、金属テープ１の幅方向の他方の端縁１Ｑと基材１１の裏面１１Ａとがレーザ溶接部２５Ｑで接合されている点で、上記実施形態の酸化物超電導線材１０とは異なっている。
【００６３】
レーザ溶接部２５Ｐ、２５Ｑの幅は、使用するレーザのスポット径により適宜変更可能であるが、１０〜３００μｍ程度とすることが好ましい。レーザ溶接部２５Ｐ、２５Ｑの幅が前記範囲に満たない場合、使用するレーザのスポット径が小さくなり過ぎてレーザ照射部のエネルギー密度が高くなり過ぎてしまい、酸化物超電導層１３までレーザが到達して酸化物超電導層１３が劣化する可能性がある。また、レーザ溶接部２５Ｐ、２５Ｑの幅が前記範囲を超える場合、使用するレーザのスポット径が大きくなりすぎてレーザ照射部のエネルギー密度が低くなり、加工パワーが余分に必要となる虞がある。
【００６４】
レーザ溶接部２５Ｐ、２５Ｑの深さは、酸化物超電導層１３まで到達しなければ特に限定されないが、基材１１の裏面１１Ａからの深さが、基材１１の厚さの１／１０〜４／５程度の範囲となるように設定することができる。
【００６５】
このような構成の酸化物超電導線材１０Ｅも、上記第１実施形態の酸化物超電導線材１０と同様に、酸化物超電導層１３が外部から遮蔽された構成が実現できるため、酸化物超電導層１３への水分の浸入を抑え、酸化物超電導層１３が水分によりダメージを受けて超電導特性が劣化することを防ぐことができる。
また、万一、溶接後にコイル加工や巻線加工、ケーブル加工など、あるいは、保管環境などにおいて酸化物超電導線材１０Ｅが高温環境に曝されて半田層７が溶融するなどの現象を起こした場合であっても、金属テープ１の幅方向の両端縁１Ｐ、１Ｑが超電導積層体５の基材１１の裏面１１Ａにレーザ溶接部２５Ｐ、２５Ｑにより接合されているため、金属テープ１からなるカバー部材９が超電導積層体５から剥離することがない。従って、酸化物超電導層への水分の浸入をより確実に抑制できる。さらに、酸化物超電導線材１０Ｅは、上記第１実施形態の酸化物超電導線材１０よりも、超電導積層体５とカバー部材５との接合構造が強固となるため、より高い機械強度を有する。
【００６６】
次に、本実施形態の酸化物超電導線材１０Ｅの製造方法について説明する。
本実施形態の酸化物超電導線材１０Ｅを製造するには、まず、上記第１実施形態の酸化物超電導線材１０の製造方法と同様に、図４に示す製造工程の第４工程まで全て行い、超電導積層体５がカバー部材９で被覆された超電導線材を作製する。次に、得られた超電導線材のカバー部材９の両端縁である金属テープ１の幅方向の両端縁１Ｐ、１Ｑを基材１１の裏面１１Ａにレーザ溶接する。
【００６７】
ここで、金属テープ１が前記した良導電性の安定化材テープよりなる場合、銅などの反射率の高い金属や合金より構成された金属テープをレーザ溶接するには、レーザの出力を高く設定したり、レーザ照射時間を長く設定する必要がある。例えば、銅の反射率は、波長２８０ｎｍで３３．０％、波長４００ｎｍで４７．５％、波長７００ｎｍで９７．５％、波長１０００ｎｍで９８．５％とされている。このように銅は、ＹＡＧレーザや半導体レーザ（ファイバーレーザ）等の波長１０００ｎｍ付近の反射率が非常に高いため、レーザが反射されてしまい溶接加工し難いという問題がある。
【００６８】
そこで、本実施形態においては、レーザ溶接時にレーザ照射する金属テープ１の両端縁１１Ｐ、１１Ｑの表面粗さを粗くすることにより、銅等の金属テープ１の両端縁１１Ｐ、１１Ｑの反射率を低下させて、確実にレーザ溶接できるようにすることができる。
レーザ溶接時にレーザ照射される金属テープ１の両端縁１１Ｐ、１１Ｑの表面粗さＲａは、１０μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましい。このような表面粗さＲａとすることにより、金属テープが銅等の反射率の高い金属材料より構成される場合にも、汎用のレーザーを使用して、良好な製造速度で溶接を行うことができるため好ましい。また、金属テープにより反射されるレーザ光を低減できるので、レーザ加工機へのレーザ光の反射も低減され、レーザ加工機がレーザ光により劣化しやすくなることを抑制できる。なお、本発明において、表面粗さＲａとは、算術表面粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４）を表す。
【００６９】
レーザ溶接前に、レーザ照射される金属テープ１の両端縁１Ｐ、１Ｑの表面粗さを粗く加工する方法としては、特に限定されず、型押し、鑢がけなど、従来公知の方法が適用できる。具体的には、例えば、図９（ａ）に示す如く、表面に凹凸加工が施された加圧ローラーなどの成形具２０により加圧する方法が挙げられる。この場合、成形具２０により接触加圧される金属テープ１の両端縁１Ｐ、１Ｑの表面を、成形具２０表面の凹凸形状が反転した凹凸形状に加工し、所望の表面粗さとすることができる。
【００７０】
次に、金属テープ１の一方の端縁１Ｐにレーザを照射してレーザ溶接した後、金属テープ１の他方の端縁１Ｑにレーザを照射してレーザ溶接する。レーザ溶接に使用できるレーザとしては、ＹＡＧレーザ、半導体レーザ、ＣＯ２レーザ、およびこれらのレーザ光を光ファイバにより伝送するファイバーレーザ等が挙げられる。中でも、連続波であるため、ファイバーレーザが好ましい。パルスレーザの場合は１パルスのエネルギーが大きすぎるために、レーザ照射部分が気化してしまい溶接部が形成されない場合がある。ＹＡＧレーザを使用する場合は、銅の反射率が低くなる第２高調波（５３２ｎｍ）を使用することができる。
【００７１】
図９（ｂ）に示すように、レーザ加工機２１の先端から集光レンズ２２で集光されたレーザ光Ｌが射出されて、金属テープ１の端縁１Ｐに照射され、金属テープ１の端縁１Ｐおよびその下の基材１１が局部的に溶融・凝固されることにより、レーザ溶接されてレーザ接合部２５Ｐが形成される。レーザ加工機は、外部のアシストガス供給装置に接続されたガス供給口２３から窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスが供給され、この不活性ガスＧがレーザ加工機２１の先端部よりレーザ光Ｌの照射部へと吹き付けられる構成となっている。このように、溶接部に窒素などの不活性ガスを吹き付けながら溶接することにより、溶接される金属テープが酸化することを防ぐことができる。
同様に、金属テープ１の端縁１Ｑにレーザ光Ｌを照射することにより、金属テープ１の端縁１Ｑおよびその下の基材１１が局部的に溶融・凝固され、レーザ溶接されてレーザ接合部２５Ｑが形成される。
【００７２】
レーザ溶接時のレーザのスポット径は、使用するレーザの種類や出力に合わせて、レーザ光Ｌが酸化物超電導層１３まで到達しないエネルギー密度となるように設定すればよく、特に制限されないが、１０〜２００μｍ程度に設定することが好ましい。レーザのスポット径が前記範囲に満たない場合、レーザのスポット径が小さくなり過ぎてレーザ照射部のエネルギー密度が高くなり過ぎてしまい、酸化物超電導層１３までレーザが到達して酸化物超電導層１３が劣化する可能性がある。レーザのスポット径が前記範囲を超える場合、レーザ照射部のエネルギー密度が低くなり、加工パワーが余分に必要となる虞がある。
レーザのスポット径１０〜２００μｍ程度でレーザ溶接を行うことにより、形成されるレーザ溶接部２５Ｐ、２５Ｑの幅も１０〜３００μｍ程度となる。
【００７３】
レーザ溶接時のレーザの出力および波長は特に制限されず、使用するレーザ種や溶接する金属テープ１および基材１１の材質および厚さにより適宜調整すればよい。例えば、金属テープ１として厚さ５０μｍの銅製テープを、基材１１として厚さ１００μｍのハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）を用いる場合、レーザ照射面である金属テープ１の端縁１Ｐ、１Ｑの表面粗さＲａを５０μｍ程度とし、波長１０６５ｎｍのファイバーレーザを用い、スポット径５０μｍ、出力３００Ｗ、加工速度３０ｍ／分でレーザ溶接することにより、基材１１の裏面１１Ａから基材１１の厚さの半分程度まで達するレーザ溶接部２５Ｐ、２５Ｑを形成することができる。
【００７４】
図９（ｂ）に示すように、金属テープ１の一方の端縁１Ｐにレーザ光Ｌを照射しながら、レーザ加工機２１を超電導積層体５の長手方向に沿って走査する、あるいは、被溶接体であるカバー部材９（金属テープ１）で被覆された超電導積層体５を移動させることにより、レーザ光Ｌの照射位置を移動させて、金属テープ１の端縁１Ｐと基材１１の裏面１１Ａを連続的に溶接することができる。金属テープ１の一方の端縁１Ｐと基材１１の裏面１１Ａをレーザ溶接した後、同様の手法で金属テープ１の他方の端縁１Ｑと基材１１の裏面１１Ａをレーザ溶接する。
【００７５】
以上の工程により、図９（ｃ）に示す如く超電導積層体５が金属テープ１より形成されたカバー部材９で被覆され、且つ、金属テープ１の幅方向の両端縁１Ｐ、１Ｑ（カバー部材９の両端縁）と、基材１１の裏面１１Ａとがレーザ溶接部２５Ｐ、２５Ｑにより接合された酸化物超電導線材１０Ｅを製造できる。
【００７６】
なお、図８及び図９に示す例では、金属テープ１の両端縁１Ｐ、１Ｑの全長にレーザ溶接部２５Ｐ、２５Ｑが形成されているが、本発明はこの例に限定されず、金属テープ１の両端縁１Ｐ、１Ｑ以外の部分であって、金属テープ１が基材１１の裏面１１Ａと接触している部分の一部を金属テープ１の全長にわたりレーザ溶接しても良い。例えば、図８と図９（ｃ）に示す断面において、端縁１Ｐ、１Ｑではなく、基材１の幅方向両端側に近い部分に対し、金属テープ１の全長にわたりレーザ溶接部を形成して溶接しても良い。また、半田層７の部分において水分のシールドを完全にできる場合、レーザ溶接を全長にわたり形成する必要はなく、レーザ溶接部を間欠的に形成して半田層７の補強的な構成とするなどの構造を採用しても良い。
【００７７】
本実施形態の製造方法によれば、金属テープ１の幅方向の両端縁１Ｐ、１Ｑが超電導積層体５の基材１１の裏面１１Ａにレーザ溶接された構造の酸化物超電導線材１０Ｅを製造できる。そのため、万一、溶接後にコイル加工や巻線加工、ケーブル加工など、あるいは、保管環境などにおいて酸化物超電導線材１０Ｅが高温環境に曝されて半田層７が溶融した場合にも、金属テープ１からなるカバー部材９が超電導積層体５から剥離することがないので、酸化物超電導層１３への水分の浸入をより確実に抑制できる酸化物超電導線材１０Ｅを提供できる。
【００７８】
なお、上記第１実施形態の酸化物超電導線材１０では、酸化物超電導線材の横断面において、左右対称な構造を例示しているが、本発明はこの例に限定されない。金属テープ１の一端縁１Ｐと超電導積層体５の幅方向の一側面側からの距離は、金属テープ１の他端縁１Ｑと超電導積層体５の幅方向の他側面側からの距離は、同一であっても異なっていてもよい。
【実施例】
【００７９】
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。
【００８０】
「超電導積層体の作製」
幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社製商品名）製の金属基材の上に、ＩＢＡＤ法により１．２μｍ厚のＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７（ＧＺＯ）なる組成の中間層を形成し、さらにこの中間層の上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＣｅＯ２なる組成のキャップ層を成膜した。次に、このキャップ層の上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘなる組成の酸化物超電導層を形成し、さらにこの酸化物超電導層の上にスパッタ法により１０μｍ厚の銀層を形成した。得られた積層体を長手方向に沿って裁断することにより、幅５ｍｍ、長さ１０ｍ、液体窒素温度（７７Ｋ）における臨界電流値Ｉｃ０＝１００Ａの超電導積層体を作製した。
【００８１】
「酸化物超電導線材の作製」
（実施例１）
片面に厚さ５μｍのスズめっき（融点２３０℃；半田層）が形成された幅１０ｍｍ、厚さ５０μｍの銅製テープ（金属テープ）を用い、図４（ａ）に示すように、金属テープである銅製テープのスズめっき上に、上記で作製した超電導積層体を銀層が下になるように積層し、加熱・加圧ロールに通過させて銀層と銅製テープをスズの半田層を介して接合した。加熱・加圧は、シリコン製ロールを用い、加熱温度２４０℃、加圧力１０〜２０ＭＰａ、線速（線材搬送速度）１００ｍ／ｈで行った。
次に、図４（ｂ）に示すように銅製テープをスズめっき側を内側にして、超電導積層体の側面に沿わせて折り曲げた後、基材の裏面側に沿わせて折り曲げることにより図４（ｃ）に示す構造の被覆体を作製した。その後この被覆体を加熱・加圧ロールに通過させることにより、スズめっきを溶融凝固させて、図１に示す構造の酸化物超電導線材を作製した。加熱・加圧は、シリコン製ロールを用い、加熱温度２４０℃、加圧力１０〜２０ＭＰａ、線速（線材搬送速度）１００ｍ／ｈで行った。
得られた酸化物超電導線材において、銅製テープの幅方向両端縁は基材の裏面側に位置して半田により密着していた。
【００８２】
（実施例２）
片面に厚さ５μｍのスズめっき（融点２３０℃；半田層）が形成された幅１３ｍｍ、厚さ５０μｍの銅製テープ（金属テープ）を用い、図４（ａ）に示すように、金属テープである銅製テープのスズめっき上に、上記で作製した超電導積層体を銀層が下になるように積層し、加熱・加圧ロールに通過させて銀層と銅製テープをスズの半田層を介して接合した。加熱・加圧は、シリコン製ロールを用い、加熱温度２４０℃、加圧力１０〜２０ＭＰａ、線速（線材搬送速度）１００ｍ／ｈで行った。
次に、図４（ｂ）に示すように銅製テープをスズめっき側を内側にして、超電導積層体の側面に沿わせて折り曲げた後、基材の裏面側に沿わせて折り曲げて銅製テープの一方の端縁と他方の端縁を約１ｍｍ重ね合わせて被覆体を作製した。その後この被覆体を加熱・加圧ロールに通過させることにより、スズめっきを溶融凝固させて、図５に示す構造の酸化物超電導線材を作製した。加熱・加圧は、シリコン製ロールを用い、加熱温度２４０℃、加圧力１０〜２０ＭＰａ、線速（線材搬送速度）１００ｍ／ｈで行った。
【００８３】
（比較例１）
上記で作製した超電導積層体を硫酸銅水溶液のめっき浴に浸漬させて、電気めっきにより超電導積層体の外周に厚さ２０μｍの銅のめっき層を形成することにより、酸化物超電導線材を作製した。
【００８４】
（比較例２）
上記で作成した超電導積層体の銀層の上に厚さ１００μｍ、幅５ｍｍの銅製テープを実施例１と同じスズめっきを用いて半田付けして貼り合わせることにより、酸化物超電導線材を作製した。
【００８５】
作製した実施例１、実施例２および比較例１、２の酸化物超電導線材を、温度１２１℃、湿度１００％、２気圧の雰囲気中で２４時間、４８時間、７２時間、および１００時間保持した後に、液体窒素温度（７７Ｋ）における酸化物超電導線材の臨界電流値Ｉｃを測定し、試験前の臨界電流値Ｉｃ０に対する試験後の臨界電流値Ｉｃの割合Ｉｃ／Ｉｃ０を求めた。試験時間に対して、Ｉｃ／Ｉｃ０をプロットしたグラフを図１０に示す。なお、図１０において、縦軸Ｉｃ／Ｉｃ０が１．０に近いほど超電導特性の劣化が少なく、水分に対する耐久性が高いことを示す。
【００８６】
図１０の結果より、本発明に係る実施例１および実施例２の酸化物超電導線材は、１００時間の耐久試験後も臨界電流値の低下が見られず、酸化物超電導層への水分の浸入を抑えることができることが明らかである。これに対し、比較例１の酸化物超電導線材は、７２時間の耐久試験後に臨界電流値Ｉｃが１０Ａになっており、耐久性が低かった。また、比較例２の酸化物超電導線材は、４８時間の耐久試験後に臨界電流値Ｉｃが０になっており、耐久性が低かった。
【００８７】
（実施例３）
実施例１と同様にして、超電導積層体を金属テープである銅製テープで被覆し、図１及び図４（ｃ）に示す構成の超電導線材を作製した。次に、図９（ａ）に示すように、金属テープ（銅製テープ）の幅方向の両端縁を、表面に凹凸加工された加圧ローラーにより圧力１０〜２０ＭＰａで加圧しながら、長手方向に回転走行させて、金属テープ（銅製テープ）の両端縁の表面粗さＲａを５０μｍに加工した。次に、図９（ｂ）に示すように、金属テープ（銅製テープ）の幅方向の両端縁について、夫々、金属テープの端部から２０μｍの位置にレーザを照射してレーザ溶接することにより、金属テープの両端縁と基材の裏面とを接合して、図８及び図９（ｃ）に示す構造の酸化物超電導線材を作製した。形成されたレーザ溶接部は、幅８０μｍであり、基材の約半分の深さまで達していた。なお、レーザ溶接は次の条件で行った。
使用レーザ：ファイバーレーザ（波長１０６５ｎｍ、出力３００Ｗ）、スポット径：５０μｍ、溶接速度：３０ｍ／分、アシストガスとして窒素ガスを溶接部に吹きつけながら溶接を行った。
【００８８】
作製した実施例３の酸化物超電導線材を、温度１２１℃、湿度１００％、２気圧の雰囲気中で１００時間保持した後に、液体窒素温度（７７Ｋ）における酸化物超電導線材の臨界電流値Ｉｃを測定し、試験前の臨界電流値Ｉｃ０に対する試験後の臨界電流値Ｉｃの割合Ｉｃ／Ｉｃ０を求めたところ、Ｉｃ／Ｉｃ０＝１．０であり、超電導特性は劣化せずに保持されていた。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
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】
【００９０】
１…金属テープ、１Ｐ、１Ｑ…端縁、５…超電導積層体、７、７ａ…半田層、９、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ…カバー部材、１０、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ…酸化物超電導線材、１１…基材、１２…中間層、１３…酸化物超電導層、１４…銀層、２５Ｐ、２５Ｑ…レーザ溶接部。
【図１】
0005684601.tif 000002
【図２】
0005684601.tif 000003
【図３】
0005684601.tif 000004
【図４】
0005684601.tif 000005
【図５】
0005684601.tif 000006
【図６】
0005684601.tif 000007
【図７】
0005684601.tif 000008
【図８】
0005684601.tif 000009
【図９】
0005684601.tif 000010
【図１０】
0005684601.tif 000011