(57)【要約】【課題】超電導線材の層間剥離を防止する被覆超電導線材の製造方法、超電導線材被覆の電着方法、及び、被覆超電導線材を提供する。【解決手段】基板（１１）の上に超電導層（１４）を形成して超電導線材（１１−１５）を完成し、ポリイミド電着液（２２）に浸漬した超電導線材（１１−１５）に通電して超電導線材（１１−１５）の周りにポリイミド層（１６）を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に超電導層を形成して超電導線材を完成し、
ポリイミド電着液に浸漬した前記超電導線材に通電して前記超電導線材の周りにポリイミド層を形成する、
被覆超電導線材の製造方法。
【請求項２】
前記基板と超電導層との間に超電導層の超電導結晶を制御する中間層を形成する、
請求項１に記載の被覆超電導線材の製造方法。
【請求項３】
前記超電導層の上に安定化層を形成する、
請求項１又は２に記載の被覆超電導線材の製造方法。
【請求項４】
超電導線材をポリイミド電着液に浸漬し、
前記ポリイミド電着液に浸漬した超電導線材に通電して前記超電導線材の周りにポリイミド層を形成する、
超電導線材被覆の電着方法。
【請求項５】
超電導線材と、
前記超電導線材の周りに電着によって被覆されたポリイミド層を有する、
被覆超電導線材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、超電導応用機器（フライホイール、ＳＭＥＳ、リニアコイル、浮上式鉄道用電流リード、ＮＭＲ（ＭＲＩ）、超電導モーター、磁気分離装置、鉄道の電車線ケーブル、又は、超電導変圧器に用いられる被覆超電導線材の製造方法、超電導線材被覆の電着方法、及び、被覆超電導線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＲＥ（Ｒａｒｅ  Ｅａｒｔｈ：希土類元素）系線材（ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ材料を使用した高温超電導テープ線材の開発が著しく進展している。この線材は従前の高温超電導線材に比べて、（１）高温、高磁場中での臨界電流密度（Ｊｃ）が大きい、（２）強度が高く、歪みが加えられても特性が劣化しにくいので、小さな曲げ半径のコイルを製作できる、などの特長を有している。
【０００３】
特に、イットリウム線材を中心としたＲＥ系薄膜の高温超電導線材の開発競争は、日米間で激化している。今後は線材の中でＲＥ系薄膜が主流のとなると言われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１０９２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、実用化への大きな課題として、複合材料特有の剥離の問題がある。すなわち、ＲＥ系線材は、セラミックスの多層薄膜と金属テープの複合材料である。このため、臨界温度（Ｔｃ）以下に冷却して使用する際、層間で剥離が発生し超電導線材として機能しなくなることがある。ＲＥ系線材（Ｙ，Ｇｄ等）は多層薄膜の複合材で各層の間での剥離の発生という課題を有している。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、超電導線材の層間剥離を防止する被覆超電導線材の製造方法、及び、超電導線材被覆の電着方法、及び、被覆超電導線材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、符号を付して本発明の特徴を説明する。なお、符号は参照のためであり、本発明を実施形態に限定するものでない。
【０００８】
本発明の第１の特徴に係わる被覆超電導線材の製造方法は、基板（１１）の上に超電導層（１４）を形成して超電導線材（１１−１５）を完成し、ポリイミド電着液（２２）に浸漬した超電導線材（１１−１５）に通電して超電導線材（１１−１５）の周りにポリイミド層（１６）を形成する。
【０００９】
以上の第１の特徴において、基板（１１）と超電導層（１４）との間に超電導層（１４）の超電導結晶を制御する中間層（１２、１３）を形成する。また、超電導層（１４）の上に安定化層（１５）を形成する。
【００１０】
本発明の第２の特徴に係わる超電導線材被覆の電着方法は、超電導線材（１１−１５）をポリイミド電着液（２２）に浸漬し、ポリイミド電着液（２２）に浸漬した超電導線材（１１−１５）に通電して超電導線材（１１−１５）の周りにポリイミド層（１６）を形成する。
【００１１】
本発明の第３の特徴に係る被覆超電導線材は、超電導線材（１１−１５）と、超電導線材（１１−１５）の周りに電着によって被覆されたポリイミド層（１６）を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の特徴によれば、ポリイミド層は超電導線材を拘束するので、超電導線材の剥離を防止し、特性維持に優れた被覆超電導線材を実現することができる。
【００１３】
また、ポリイミド層は、超電導線材の臨界電流密度（Ｊｃ）を向上させ、通電電流の増加や磁気シールド性能を改善することができる。
【００１４】
また、従来から、超電導線材の電気的絶縁を目的にポリイミドテープが用いられており、超電導線材にポリイミドテープが巻かれ、テープ同士の重なり部分において被覆超電導線材の厚さ、断面積は増加していた。一方、本発明の実施により、ポリイミド層は均一に形成されるため、被覆超電導線材の厚さ、断面積は増加せずに、一定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係る被覆超電導線材の一部破断斜視図である。
【図２】超電導線材のポリイミド電着方法を示す概要図である。
【図３】電極電圧値とポリイミド層の膜厚との関係を示すグラフである。
【図４】（Ａ）はポリイミド層を有しない超電導線材の磁気シールド効果を示す分布図、（Ｂ）はポリイミド層を有する超電導線材の磁気シールド効果を示す分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
図１に示すように、被覆超電導線材１０は、金属基板１１と、金属基板１１に積層された配向中間層１２と、配向中間層１２に積層された中間層１３と、中間層１３に積層された超電導層１４と、超電導層１４に積層された安定化層１５と、金属基板１１、配向中間層１２、中間層１３、超電導層１４、安定化層１５の周りを覆うポリイミド層１６を有する。ここで、金属基板１１、配向中間層１２、中間層１３、超電導層１４、安定化層１５は後述する超電導線材を構成する。
【００１８】
金属基板１１は、Ｎｉ、Ａｇのような面内配向性金属基板、Ｎｉ合金、ハステロイ（登録商標）のようなＮｉ基合金多結晶基板、または、Ｎｉ、Ａｇのクラッドテープを用いる。金属基板１１は、例えば、５０〜１００μｍの厚さを有する。
【００１９】
配向中間層１２は、例えば、ＭｇＯ、ＣｅＯ2、ＮｉＯ、ＢａＺｒＯ3を用いる。配向中間層１２の厚さは、例えば、１μｍである。配向中間層１２は超電導層１４の超電導結晶の配向度を向上させる。
【００２０】
中間層１３は、例えば、ＹＳＺを用いる。中間層１３の厚さは、例えば、数μｍである。中間層１３は、線材作製のプロセスにおける加熱処理で基板１１と超電導層１４との反応を抑制し、また、超電導結晶の配向性を制御する。
【００２１】
超電導層１４は、例えば、ＲＥ１２３系（ＲＥは希土類元素）の超電導物質を用いる。ＲＥ１２３系超電導物質は、Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-σ（Ｙ１２３）で代表され、Ｔｃは９３Ｋである。
【００２２】
なお、超電導層１４は、ＲＥ１２３系超電導物質の代わりに、Ｂｉ系の超電導物質を用いてもよい。Ｂｉ系超電導物質は、例えば、Ｂｉ2Ｓｒ2ＣａＣｕ2Ｏ8+σ（Ｂｉ２２１２）、Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ2Ｃｕ2Ｏ10+σで代表される。前者のＴｃ（臨界温度）は８５Ｋであり、後者のＴｃは１１０Ｋである。
【００２３】
安定化層１５は、例えば、Ａｇ、Ａｇ−Ｃｕを用いる。安定化層１５の厚さは、例えば、３−１０μｍである。安定化層１５は、超電導層１４を保護すると共に安定化させる。
【００２４】
ポリイミド層１６は、ポリイミドの電着によって形成したものである。ポリイミドは、例えば、３−７ＧＰＡの弾性率、２００−６００ＭＰＡの破壊強度を有し、５００℃以上の熱分解温度、２．５×１０-6（１／Ｋ）の熱膨張係数を有する。このように、ポリイミドは通常の高分子に比べて優れた高強度、耐熱性、及び、超電導線材１１−１５の構成材料に比して大きい熱膨張係数を有する（表１参照）。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
ポリイミド層１６は、金属基板１１、配向中間層１２、中間層１３、超電導層１４、安定化層１５を絶縁すると共に各層１２−１５の剥離を防止する。さらに、超電導層１４に圧縮応力を付加し、臨界電流密度（Ｊｃ）を向上させる。
【００２７】
次に、被覆超電導線材１０の製造方法を説明する。
【００２８】
金属基板１１、配向中間層１２、中間層１３、超電導層１４、安定化層１５を順に積層する。
【００２９】
ここで、超電導層１４は、例えば、ＴＦＡ−ＭＯＤ法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｄｅｐｏｉｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  ＴｒｉＦｌｏｕｏｒｏＡｃｅｔａｔｅｓ：有機金属堆積法）、又は、ＰＬＤ法（Ｐｕｌｓｅｄ−ｌａｓｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、形成する。
【００３０】
また、面内配向性は、ＲＡＢｉＴＳ法（Ｒｏｌｌｉｎｇ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｂｉ−ａｘｉａｌｌｙ  Ｔｅｘｔｕｒｅｄ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）、又は、ＩＢＡＤ法（Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて、配向中間層１２、中間層１３、超電導層１４に付与する。
【００３１】
次に、図２を用いて超電導線材１１−１５に対するポリイミド層１６の電着方法を説明する。
【００３２】
電着装置２０は、容器２１にポリイミド電着溶液２２と、ポリイミド電着溶液２２に挿入された陰極２３と、ポリイミド電着溶液２２に浸漬された超電導線材１１−１５と、陰極２３と超電導線材１１−１５とに接続された電源２５を有する。ここで、ポリイミド電着溶液２２は、例えば、アニオン性ポリイミド水溶液と有機溶媒の混合溶媒溶液である。
【００３３】
電源２５が、例えば、２０分から３０分の間、５０Ｖの電圧を陰極２３と超電導線材１１−１５とに間に加えると、ポリイミドが超電導線材１１−１５の周りに電着し、ポリイミド層１６を均一に形成する。以上より、被覆超電導線材１０が完成する。
【００３４】
次に、図１を参照して、被覆超電導線材１０の使用方法を説明する。
【００３５】
被覆超電導線材１０を、例えば、コイル形状の所定の形状に変形させて設置する。このとき、被覆超電導線材１０に応力が加わる。ここで、ポリイミド層１６は、金属基板１１、配向中間層１２、中間層１３、超電導層１４、安定化層１５を拘束するで、各層１２−１５の剥離を防止する。
【００３６】
被覆超電導線材１０を臨界温度以下に冷却し、通電する。被覆超電導線材１０は超電導状態になり、その電気抵抗がゼロになる。このとき、また、ポリイミド層１６は、臨界電流密度（Ｊｃ）を向上させるので、被覆超電導線材１０の通電電流の増加や、磁気シールド性能を改善する。
【００３７】
以上の実施形態によれば、ポリイミド層１６は超電導線材１１−１５を拘束するので、金属基板１１上の各層１２、１３、１４、１５の剥離を防止し、特性維持に優れた超電導線材を実現することができる。
【００３８】
また、ポリイミド層１６は、超電導線材１１−１５の臨界電流密度（Ｊｃ）を向上させ、通電電流を増加させ、磁気シールド性能を改善する。
【００３９】
ポリイミド層１６は均一に形成されるため、被覆超電導線材１０の厚さ、断面積は増加せずに、一定に保つことができる。
【００４０】
なお、本発明は本実施形態に限定されず、また、各実施形態は発明の趣旨を変更しない範囲で変更、修正可能である。
【実施例】
【００４１】
第1の実施例
図３は電極電圧値とポリイミド層の膜厚との関係を示す。
【００４２】
薄膜構造によるRE系の高温超電導線材をポリイミド電着溶液に浸し通電を実施した。その結果、2分間の通電でポリイミド膜の形成を確認した。
【００４３】
さらに、電極電圧値が増すことによって、ポリイミド膜の厚さが増すことが分かった。
すなわち、２０Ｖの電極電圧値では、ポリイミド膜の厚さは１６〜１７μｍであった。一方、１５０Ｖの電極電圧値では、ポリイミド膜の厚さは２５μｍ〜３１μｍであった。
【００４４】
また、このポリイミド膜を有する超電導線材に対して液体窒素を用いた浸漬冷却実験によって耐久性を確認したところ、十分な耐久性が確認された。
【００４５】
第２の実施例
図４は、超電導線材の磁気シールド効果を示す分布図である。同図（Ａ）の試験結果はポリイミド層を有しない超電導線材を用い、同図（Ｂ）の試験結果はポリイミド層を有する被覆超電導線材を用いた。各超電導線材に対して１９０Ｇ（ガウス）の磁束密度を印加した。
【００４６】
同図（Ａ）に示すように、ポリイミド層を有しない超電導線材の磁束密度は最小で１２５−１３０Ｇであった。これに対して、同図４（Ｂ）に示すように、ポリイミド層を有する被覆超電導線材の磁束密度は最小で１１５−１２０Ｇであった。
【００４７】
以上から、ポリイミド層を有する被覆超電導線材は、ポリイミド層を有しない超電導線材より高い磁気シールド効果を示した。
【００４８】
よって、ポリイミド層は超電導線材の、臨界電流密度（Ｊｃ）を向上させ、これは、超電導線材の通電電流を向上させることを示している。
【符号の説明】
【００４９】
１０  被覆超電導線材
１１  金属基板
１２  配向中間層
１３  中間層
１４  超電導層
１５  安定化層
１６  ポリイミド層
２０  電着装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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