(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ状の基板の片面に超電導層を形成した超電導テープ線材の前記超電導層に生じた欠陥部と対応して、該超電導層の表面に形成した安定化層に対し、テープ状の補修用基板の片面に補修用超電導層を形成してなる所定長さに切断された補修用超電導テープ線材の前記補修用超電導層をハンダにより接着したことを特徴とする超電導テープ線材。
【請求項２】
テープ状の基板の片面に超電導層を形成した超電導テープ線材の前記超電導層の欠陥部の補修方法において、
前記超電導層に生じた欠陥部と対応して該超電導層の表面に形成した安定化層に対し、テープ状の補修用基板の片面に補修用超電導層を形成してなる補修用超電導テープ線材を所定長さに切断し、この切断された補修用超電導テープ線材の前記補修用超電導層をハンダを用いて接着することを特徴とする超電導テープ線材の欠陥部の補修方法。
【請求項３】
請求項２において、前記所定長さに切断された補修用超電導テープ線材の長さ寸法は、４０ｃｍ〜１００ｃｍに設定され、前記補修用基板の肉厚寸法は、前記超電導テープ線材の基板の肉厚寸法よりも薄く設定されていることを特徴とする超電導テープ線材の欠陥部の補修方法。
【請求項４】
請求項２において、前記超電導層の表面にはハンダによって前記安定化層が接着されることを特徴とする超電導テープ線材の欠陥部の補修方法。
【請求項５】
請求項３において、前記補修用超電導テープ線材の前記補修用超電導層の表面には安定化層が形成され、該安定化層を前記超電導テープ線材の安定化層に接着することを特徴とする超電導テープ線材の欠陥部の補修方法。
【請求項６】
請求項５において、前記補修用超電導テープ線材の前記補修用超電導層の表面にはハンダにより前記安定化層が接着され、該安定化層を前記超電導テープ線材の安定化層に前記ハンダと同じハンダにより接着することを特徴とする超電導テープ線材の欠陥部の補修方法。
【請求項７】
請求項２〜６のいずれか一項において、前記超電導テープ線材に対する補修用超電導テープ線材の接着は、巻枠の巻芯に対し前記超電導テープ線材を巻回して超電導コイルを作成する工程の途中において、前記超電導テープ線材が円弧状に巻回された状態で行われることを特徴とする超電導テープ線材の欠陥部の補修方法。
【請求項８】
請求項２〜７のいずれか一項において、前記補修用超電導テープ線材は、超電導コイルの一巻分弱の超電導テープ線材に接着されることを特徴とする超電導テープ線材の欠陥部の補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば超電導電力貯蔵装置、磁気共鳴画像診断装置、核磁気共鳴装置、磁気浮上装置等の各種の機器に用いられる超電導コイルを製作するための超電導テープ線材及び欠陥部の補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導コイルに用いられる超電導テープ線材は、例えばハステロイやステンレススチール等の耐熱性に優れた材料により形成されたテープ状の基板の片面に対し、例えば酸化セシウム（ＣｅＯ２）よりなる中間層を接着し、該中間層の表面に対し、例えばイットリウム系の超電導層を蒸着等により形成し、該超電導層の表面に例えば銀よりなる保護層を介して例えば銅製の安定化層をハンダ等により接着して製造される。なお、この安定化層は超電導コイルの作動中に何らかの要因によって温度が上昇し、超電導層の電気抵抗が増大した場合に、電流を安定化層にバイパスして超電導層を保護するものである。
【０００３】
前記超電導テープ線材の製造において、何らかの要因によって、前記超電導層の一部にボイド、不純物や結晶配向のズレに起因して、臨界電流値の低い欠陥部（低特性部）が生じることがある。図７は横軸に超電導テープ線材の長さをとり、縦軸に臨界電流値をとって、テープ線材の各部位における臨界電流値の測定結果を示す。このグラフに示すように、大半の部分は臨界電流値が例えば１５０Ａを示すが１００ｍ付近において臨界電流値が低い４０Ａの欠陥部があることが分かる。超電導テープ線材の一部に前述した欠陥部が形成されると、巻芯の外周面に超電導テープ線材を巻回して形成された超電導コイルに流せる許容電流値は、前記欠陥部に支配され、十分高い電流まで通電することができない。
【０００４】
又、超電導コイルに発生する磁場の強度はコイルの中心側が強く、外周側が弱いためコイルの部位によって臨界電流値が異なる。コイルを製造したときのテープ線材の欠陥部の位置を臨界電流値が下がり難い箇所に設定することは難しく、欠陥部の位置によって超電導コイルの許容電流値が異なることになる。このため、ランダムな欠陥部は超電導コイルの設計作業を困難なものとしている。特に、長尺テープ線材を作製する場合、長尺になるほど欠陥部が含まれる可能性が高まり、長尺テープ線材を用いた超電導コイルの製造が困難な状況にある。
【０００５】
上記の問題を解消するため、特許文献１には超電導欠陥部補修方法が開示されている。この補修方法は、金属基板の片面に貴金属層を介して接着された超電導層の欠陥部を除去した後、超電導層の欠陥部に超電導欠陥補修用組成物を成形して成形体とする。その後、該成形体を前記欠陥補修用組成物の部分融点温度以上、かつ超電導層を形成する焼成温度より低い温度で焼成することにより欠陥部の補修を行うようになっている。
【特許文献１】特開平５−２９４６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記従来の超電導層の欠陥部の補修方法は、超電導層の欠陥部を除去する作業と、欠陥部に形成された凹部に超電導欠陥補修用組成物を成形して成形体とする作業と、この成形体を焼成する作業とが必要になるため、欠陥部の補修作業が非常に面倒であるという問題があった。又、専用の超電導欠陥補修用組成物を新たに用意しなければならず、補修材料のコストを低減することができないという問題もあった。
【０００７】
本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、超電導テープ線材の超電導層の欠陥部の補修作業を低コストで容易に行うことができる超電導テープ線材及び欠陥部の補修方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、テープ状の基板の片面に超電導層を形成した超電導テープ線材の前記超電導層に生じた欠陥部と対応して、該超電導層の表面に形成した安定化層に対し、テープ状の補修用基板の片面に補修用超電導層を形成してなる所定長さに切断された補修用超電導テープ線材の前記補修用超電導層をハンダにより接着したことを要旨とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、テープ状の基板の片面に超電導層を形成した超電導テープ線材の前記超電導層の欠陥部の補修方法において、前記超電導層に生じた欠陥部と対応して該超電導層の表面に形成した安定化層に対し、テープ状の補修用基板の片面に補修用超電導層を形成してなる補修用超電導テープ線材を所定長さに切断し、この切断された補修用超電導テープ線材の前記補修用超電導層をハンダを用いて接着することを要旨とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記所定長さに切断された補修用超電導テープ線材の長さ寸法は、４０ｃｍ〜１００ｃｍに設定され、前記補修用基板の肉厚寸法は、前記超電導テープ線材の基板の肉厚寸法よりも薄く設定されていることを要旨とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項２において、前記超電導層の表面にはハンダによって前記安定化層が接着されることことを要旨とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項３において、前記補修用超電導テープ線材の前記補修用超電導層の表面には安定化層が形成され、該安定化層を前記超電導テープ線材の安定化層に接着することを要旨とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項５において、前記補修用超電導テープ線材の前記補修用超電導層の表面にはハンダにより前記安定化層が接着され、該安定化層を前記超電導テープ線材の安定化層に前記ハンダと同じハンダにより接着することを要旨とする。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項２〜６のいずれか一項において、前記超電導テープ線材に対する補修用超電導テープ線材の接着は、巻枠の巻芯に対し前記超電導テープ線材を巻回して超電導コイルを作成する工程の途中において、前記超電導テープ線材が円弧状に巻回された状態で行われることを要旨とする。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項２〜７のいずれか一項において、前記補修用超電導テープ線材は、超電導コイルの一巻分弱の超電導テープ線材に接着されることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、超電導テープ線材の超電導層の欠陥部と対応する超電導層の表面に形成した安定化層に対し、補修用超電導テープ線材を所定長さに切断してハンダを用いて接着するのみで済むので、超電導層の欠陥部の補修作業を容易に行うことができる。又、超電導テープ線材の欠陥部を切除した後、接続する補修方法と比較して、超電導テープ線材の強度の低下も防止することができる。さらに、補修用超電導テープ線材は、補修される超電導テープ線材の製造過程で得られた安定化層のないテープ線材を用いたり、安定化層のあるテープ線材を用いたりすることができるので、補修材料のコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した超電導テープ線材の超電導層の欠陥部の補修方法の一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
最初に、図１及び図２に基づいて超電導テープ線材１１の構造について説明する。
【００１９】
この超電導テープ線材１１を構成するテープ状の基板１２は、引張強度に優れたハステロイにより形成されている。前記基板１２の片面にはＧｄ２−Ｚｒ２−Ｏ７よりなる第１中間層１３がイオンビームアシスト蒸着法等の気相法により形成されている。該第１中間層１３の表面には酸化セシウム（ＣｅＯ２）よりなる第２中間層１４がＰＬＤ（Pulse Laser Deposition ）蒸着法又はＥＢ（Ｅlectron Ｂeam ）蒸着法により形成されている。前記第２中間層１４の表面には、超電導層１５がＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）蒸着法，ＰＬＤ蒸着法あるいはＭＯＤ（Metal-organic deposition）蒸着法により形成されている。この超電導層１５の材料としては、イットリウム系（Ｙ，Ｇｄ等）によるＹ１−Ｂａ２−Ｃｕ３−Ｏｘ系等がある。それらは４００〜１０００℃の熱処理によって超電導特性を発現する。さらに、前記超電導層１５の表面には、安定化層としても機能する銀よりなる保護層１６が蒸着により形成されている。この実施形態においては、前記保護層１６の表面には銅よりなる安定化層１７がＡｇを含有すハンダ１８により接着されている。
【００２０】
この実施形態においては、前記超電導テープ線材１１の幅寸法を１０ｍｍとしている。又、前記基板１２、第１中間層１３、第２中間層１４、超電導層１５、保護層１６及び安定化層１７の各厚さ寸法を順に、５０〜１００μｍ、０．５〜１μｍ、０．５〜１μｍ、１〜２μｍ、３〜５μｍ、５０〜２００μｍとしている。
【００２１】
次に、前記超電導テープ線材１１の安定化層１７の表面に対し、前記超電導層１５に部分的に形成された欠陥部Ｋと対応するように部分的に接着されて、欠陥部Ｋの補修を行うための補修用超電導テープ線材２１の構造について説明する。
【００２２】
図１に示すように、この補修用超電導テープ線材２１を構成するテープ状の補修用基板２２は、引張強度の高い例えばハステロイにより形成されている。前記補修用基板２２の片面にはＧｄ２−Ｚｒ２−Ｏ７よりなる第１中間層２３が前述した気相法により形成されている。該第１中間層２３の表面には酸化セシウム（ＣｅＯ２）よりなる第２中間層２４が前述したＣＶＤ法により形成されている。前記第２中間層２４の表面には補修用超電導層２５が前述した気相法により形成されている。この補修用超電導層２５の材料は前述した超電導層１５の材料と同様である。さらに、前記超電導層２５の表面には、銀よりなる保護層２６が前述した気相法により形成されている。
【００２３】
以上のように構成された補修用超電導テープ線材２１は、前記超電導テープ線材１１の安定化層１７が省略された構成と同様に構成されている。さらに、両テープ線材１１，２１の異なる構成は、前記補修用基板２２の肉厚寸法が、前記超電導テープ線材１１の基板１２の肉厚寸法（７０〜１００μｍ）よりも薄く、例えば３０〜５０μｍに設定されている点である。
【００２４】
次に、前記のように構成された超電導テープ線材１１の超電導層１５の一部に発生した欠陥部Ｋの補修作業について説明する。
最初に、図１に示す長尺寸法の前記補修用超電導テープ線材２１を、鎖線で示すように超電導テープ線材１１の欠陥部Ｋの補修に必要な所定長さ寸法に切断する。次に、図２に示すように超電導テープ線材１１の安定化層１７の上面に対し、超電導層１５に生じた欠陥部Ｋと対応するように銀を高い含有率で含浸させたハンダＨを塗布し、該ハンダＨにより切断された補修用超電導テープ線材２１を前記保護層２６が前記安定化層１７と対応するように接着する。そして、該ハンダＨを例えば１４０℃に加熱することにより超電導テープ線材１１の安定化層１７の上面に対し補修用超電導テープ線材２１の保護層２６の表面を接合し、欠陥部Ｋの補修を終了する。前記安定化層１７はハンダ１８によって保護層１６に接着されているが、このハンダ１８と前記ハンダＨとは同じ成分に設定されている。
【００２５】
この明細書において、超電導層１５に生じた欠陥部Ｋと対応するとは、図２に示すように前記欠陥部Ｋを起点にして前記補修用超電導テープ線材２１が超電導テープ線材１１の長手方向の両方向にそれぞれ所定長さＬ１，Ｌ２だけ接着された状態を意味する。
【００２６】
超電導層１５の欠陥部Ｋが補修された超電導テープ線材１１は、一旦図示しないボビンに巻き取られる。図４は巻枠３１のコイル基板３２に連結された巻芯３３に対し、補修用超電導テープ線材２１により欠陥部Ｋの補修作業を終了した超電導テープ線材１１が巻回されて製造された超電導コイルを示す。なお、巻枠３１には前記超電導テープ線材１１の始端部と終端部を連結するための電極端子３４，３５が設けられている。
【００２７】
前記補修用超電導テープ線材２１によって欠陥部Ｋの補修を終えた超電導テープ線材１１は、図２に示すように超電導テープ線材１１の超電導層１５に対し例えば右方向に電流が供給された場合に、欠陥部Ｋの電流の方向に関して上流側の超電導層１５から矢印で示すように電流が補修用超電導テープ線材２１の超電導層２５に流れ、該超電導層２５から再び超電導テープ線材１１の超電導層１５に流れる。このため、超電導テープ線材１１の超電導層１５に供給された電流が前記欠陥部Ｋを迂回して流れるため、電気抵抗の大きい欠陥部Ｋに電流が集中して異常に発熱されるのを防止することができる。
【００２８】
所定長さに切断された補修用超電導テープ線材２１の長さ寸法（Ｌ１+ Ｌ２）は、例えば４０ｃｍ〜１００ｃｍに設定される。この寸法（Ｌ１+ Ｌ２）が短いと、超電導テープ線材１１の超電導層１５と、補修用超電導テープ線材２１の超電導層２５との間の保護層１６、安定化層１７及び保護層２６の通電経路の断面積が小さくなって電気抵抗が増大するので、例えばテープ線材１１の幅寸法が１０ｍｍの場合に４０ｃｍ以上が望ましい。
【００２９】
上記実施形態の超電導テープ線材１１の欠陥部Ｋの補修方法によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、超電導テープ線材１１の安定化層１７の表面に対し、補修用超電導テープ線材２１の保護層２６の表面をハンダＨによって加熱接着し、前記超電導テープ線材１１の超電導層１５の一部に発生した欠陥部Ｋの補修作業を行うようにした。このため、補修用超電導テープ線材２１の切断作業と、切断された補修用超電導テープ線材２１を超電導テープ線材１１の安定化層１７の上面にハンダＨによって加熱接着する作業とによって欠陥部Ｋの補修を容易に行うことができる。
【００３０】
（２）上記実施形態では、前記補修用超電導テープ線材２１が超電導テープ線材１１の安定化層１７を省略した構成としたので、該テープ線材２１の製造を容易に行い、補修用組成物を製造する従来の技術と比較して、補修材料のコストを低減することができる。
【００３１】
（３）上記実施形態では、補修用超電導テープ線材２１の補修用基板２２の肉厚寸法を、超電導テープ線材１１の基板１２の肉厚寸法よりも薄く設定したので、欠陥部Ｋの補修部分の全体の肉厚寸法を薄く抑えることができる。このため、図４に示すように超電導テープ線材１１を巻枠３１の巻芯３３に巻回して超電導コイルを製造する場合に、超電導テープ線材２１の補修用基板２２に接触するように巻き付けられる超電導テープ線材１１の二つの屈曲部の曲げ歪をそれぞれ緩和することができ、超電導コイルの許容電流値が下がるのを防止することができる。
【００３２】
（４）上記実施形態では、前記保護層１６と安定化層１７を接着するハンダ１８と、安定化層１７と保護層２６を接着するハンダＨとが同じ成分に設定されているので、両者の接着状態を同じにすることができる。この結果、超電導コイルを製作する際に、曲げが作用した場合に、各層の接着状態を安定して適正に保持できるとともに、超電導コイルとして使用する際に、温度変化により保護層１６、安定化層１７及び保護層２６に圧縮応力又は引張応力が作用した場合に、各層の接合状態を適正に保持することができる。
【００３３】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・  図５示すように補修用超電導テープ線材２１として、保護層２６の表面に対して、前記超電導テープ線材１１の前記安定化層１７と同様の安定化層２７をハンダ２８により接着したものを用いても良い。この構成においては、補修用超電導テープ線材２１の構造を超電導テープ線材１１の構造と全く同じ構造にすることができる。この場合には、超電導テープ線材１１自体を所定長さに切断して、補修用超電導テープ線材２１として用いることが可能となる。従って、専用の補修用超電導テープ線材２１の製造を行う必要がなく、補修材料のコストをさらに低減することができる。
【００３４】
・  図６（ａ）に示すように、前記超電導テープ線材１１の基板１２を例えば銅又は銀等の導電性材料により形成するとともに、前記第１及び第２中間層１３，１４を省略した超電導テープ線材１１を製造する。この超電導テープ線材１１の基板１２の表面に対し前記補修用超電導テープ線材２１の安定化層２７をハンダＨによって接着するようにしてもよい。又、同図（ｂ）に示すように、安定化層２７を省略した補修用超電導テープ線材２１の補修用超電導層２５を超電導テープ線材１１の基板１２にハンダＨにより接着してもよい。同図（ｂ）において前記保護層２６を省略してもよい。
【００３５】
上記各実施形態においては、超電導テープ線材１１の上下両面から補修用超電導テープ線材２１を接着することもでき、補修作業を容易に行うことができる。
・  図１及び図２に示す補修用超電導テープ線材２１の補修用基板２２を超電導テープ線材１１の基板１２と同様の厚さ寸法に設定してもよい。この場合には、超電導テープ線材１１の製造工程において、安定化層１７を接着しない状態の超電導テープ線材を、補修用超電導テープ線材２１として利用することができ、従って、補修用超電導テープ線材２１の製造を容易に行い、補修材料のコストを低減することができる。
【００３６】
・  前記補修用超電導テープ線材２１は補修用としての機能を有すればよいので、図４に示す超電導コイルの製造工程において伸縮性及び屈曲性に優れたものとするために、補修用基板２２の材質として、ハステロイ以外の例えばＣｕ、Ａｇ等の材料を用いてもよい。
【００３７】
・  前記補修用超電導テープ線材２１の補修用超電導層２５として、前記超電導テープ線材１１の超電導層１５よりも厚さ寸法が大きく、最大電流値の高い補修用超電導層２５を用いるようにしてもよい。この場合には、前記補修用超電導層２５によって電流の通路断面積を大きく設定することができ、前記超電導層１５の欠陥部Ｋによって生じた欠陥部Ｋにおける電流密度の低下分を容易に補うことができる。
【００３８】
・  図４に示す巻枠３１の巻芯３３に対し超電導テープ線材１１をコイル状に巻き取る製造途中において、超電導テープ線材１１の欠陥部Ｋと対応するように、前記補修用超電導テープ線材２１を接着するようにしてもよい。この場合には、超電導テープ線材１１を直線状に保持した状態で補修用超電導テープ線材２１を接着した後、超電導コイルとする際に両テープ線材の接合部に生じる応力歪みを解消することができるので望ましい。
【００３９】
・  図４に示す超電導コイルの１周分の超電導テープ線材１１に対し補修用超電導テープ線材２１を１周分弱巻き付けるようにしてもよい。この場合には超電導テープ線材１１の超電導層１５から補修用超電導テープ線材２１の超電導層２５の間の通電面積が増大して電気抵抗が低くなるので、コイルの許容電流値を向上することができる。
【００４０】
・  前記超電導テープ線材１１の基板１２の材料及び補修用超電導テープ線材２１の補修用基板２２の材料として、例えば、ステンレススチール、ニッケル・タングステン合金等の群の中の一種を選択してもよい。
【００４１】
・  前記超電導テープ線材１１の安定化層１７を省略した超電導テープ線材１１の超電導層１５の欠陥部Ｋの補修を行うようにしてもよい。
・  前記超電導テープ線材１１の中間層を三層構造にしたり、第１中間層１３及び第２中間層１４の少なくともいずれか一層を省略したものを用いてもよい。
【００４２】
・  前記補修用超電導テープ線材２１の第１中間層２３及び第２中間層２４の少なくともいずれか一層を省略したものを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の超電導テープ線材及び超電導層の欠陥部の補修に用いられる補修用超電導テープ線材の斜視図。
【図２】補修用超電導テープ線材を所定長さに切断して、超電導テープ線材の超電導層の欠陥部を補修した状態を示す縦断面図。
【図３】図２の１−１線断面図。
【図４】超電導テープ線材により製造された超電導コイルの正面図。
【図５】この発明の別の実施形態の超電導テープ線材の超電導層の欠陥部を補修した状態を示す縦断面図。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、この発明の別の実施形態の超電導テープ線材の超電導層の欠陥部を補修した状態を示す縦断面図。
【図７】超電導テープ線材の長さと臨界電流値の測定結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００４４】
Ｈ，１８，２８…ハンダ、Ｋ…欠陥部、１１，２１…超電導テープ線材、１２…基板、１５，２５…超電導層、１７，２７…安定化層、２１…補修用超電導テープ線材、２２…補修用基板、２５…補修用超電導層、３１…巻枠、３３…巻芯。
【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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