(57)【要約】【課題】厚み方向の力が加わった場合にも、補強材の剥がれなどの不具合が発生することがなく、充分な補強強度を得ることができる補強材付き酸化物超電導線材を提供する。【解決手段】酸化物超電導線材を挟むように２枚の補強材が配置された補強材付き酸化物超電導線材であって、補強材が、半田を用いて前記酸化物超電導線材に貼り付けられており、酸化物超電導線材の少なくとも補強材と対向する面が、銅、ニッケル、あるいはこれらの金属の１種以上を含む合金で覆われている補強材付き酸化物超電導線材。長手方向に直交する断面における外周部が半田で覆われている補強材付き酸化物超電導線材。酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面における外周部が、銅、ニッケル、あるいはこれらの金属の１種以上を含む合金で覆われている酸化物超電導線材。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物超電導線材を挟むように２枚の補強材が配置された補強材付き酸化物超電導線材であって、
前記補強材が、半田を用いて前記酸化物超電導線材に貼り付けられており、
前記酸化物超電導線材の少なくとも前記補強材と対向する面が、銅、ニッケル、あるいはこれらの金属の１種以上を含む合金で覆われている
ことを特徴とする補強材付き酸化物超電導線材。
【請求項２】
長手方向に直交する断面における外周部が半田で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の補強材付き酸化物超電導線材。
【請求項３】
前記酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面における外周部が、銅、ニッケル、あるいはこれらの金属の１種以上を含む合金で覆われていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の補強材付き酸化物超電導線材。
【請求項４】
前記半田が、Ｐｂ−Ｓｎ系、Ａｇ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ａｇ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のいずれかの系の半田であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の補強材付き酸化物超電導線材。
【請求項５】
前記補強材の材質が、
ニッケル、鉄、クロム、またはこれらの金属の１種以上を含む合金、
あるいは、炭素、珪素、またはこれらの１種以上を含む繊維が用いられたフレキシブルな材料であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の補強材付き酸化物超電導線材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物超電導線材の両面に補強材を配置して補強層を設けた補強材付き酸化物超電導線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体窒素の温度で超電導性を有する高温超電導体の発見以来、ケーブル、限流器、マグネットなどの電力機器への応用を目指した高温超電導線材の開発が活発に行われている。中でも、金属基板上に配向したＲＥ１２３系（ＲＥ：希土類元素）等の酸化物超電導層を形成させた酸化物超電導線材が注目されている。
【０００３】
このような酸化物超電導線材には、酸化物超電導線材の強度を補強したり、異常電流に対するバイパスとして酸化物超電導線材を保護するために補強層を設けることが一般に行われており、例えば、酸化物超電導線材の両面に配置された金属テープなどの補強材を半田を用いて酸化物超電導線材に貼り付けた補強層が設けられている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９４９９６０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、上記のように、両面に配置された補強材が半田により貼り付けられた従来の補強材付き酸化物超電導線材の場合、厚み方向の強度を充分に上昇させることができないという問題があった。
【０００６】
即ち、従来の酸化物超電導線材の場合、一般的に、安定化層として、厚み１０ｎｍ〜５μｍ程度の銀層が酸化物超電導線材の外周に設けられるが、このように外周に銀層が設けられた酸化物超電導線材の両面に半田を用いて補強材を貼り付けた場合、銀は半田に対して溶食し、Ａｇ−Ｓｎ合金が生成する。溶食により生成されたＡｇ−Ｓｎ合金はもろいため、剥離しやすく補強材による恩恵を十分に得ることができない。この結果、半田−銀の界面の強度が低下して、厚み方向の力を加えた場合、例えば、コイル状に巻かれた補強材付き酸化物超電導線材に磁場を掛けた場合に、補強材が剥離して、充分な補強強度を得ることができないという不具合が発生する恐れがある。
【０００７】
そこで、本発明は、厚み方向の力が加わった場合にも、補強材の剥がれなどの不具合が発生することがなく、充分な補強強度を得ることができる補強材付き酸化物超電導線材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、鋭意検討の結果、以下に記載する発明により上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。以下、各請求項の発明について説明する。
【０００９】
請求項１に記載の発明は、
酸化物超電導線材を挟むように２枚の補強材が配置された補強材付き酸化物超電導線材であって、
前記補強材が、半田を用いて前記酸化物超電導線材に貼り付けられており、
前記酸化物超電導線材の少なくとも前記補強材と対向する面が、銅、ニッケル、あるいはこれらの金属の１種以上を含む合金で覆われている
ことを特徴とする補強材付き酸化物超電導線材である。
【００１０】
銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、またはこれらの金属の１種以上を含む合金は、半田と接し、溶食により半田−Ｃｕ、Ｎｉの合金が生成した場合でも、半田−銀の溶食により生成した合金と異なり脆くなく、合金面での破壊が起きにくい。このため、これらの金属層を保護層として形成することにより、厚み方向の力を加えた場合でも、補強材の剥がれなどの不具合が発生せず、充分な補強強度を得ることができる。なお、これらの金属層は、銀などの安定化層が形成された酸化物超電導線材の上に形成されていてもよい。
【００１１】
具体的なＣｕ合金としては、Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ａｇ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ａｕ−Ｃｕ合金、Ｚｎ−Ｃｕ合金などを挙げることができ、また、Ｎｉ合金としては、Ａｇ−Ｎｉ合金、Ｓｎ−Ｎｉ合金、Ｚｎ−Ｎｉ合金、Ａｕ−Ｎｉ合金などを挙げることができる。これらの合金の内でも、特にＮｉ−Ｃｕ合金は溶食しにくく、半田の濡れもよく更に低温で磁化しないという特性を有しているため、超電導線材の保護層としてより好ましい。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、
長手方向に直交する断面における外周部が半田で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の補強材付き酸化物超電導線材である。
【００１３】
長手方向に直交する断面における外周部が半田で覆われた補強材付き酸化物超電導線材は、補強材の剥離がより抑制されるため好ましい。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、
前記酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面における外周部が、銅、ニッケル、あるいはこれらの金属の１種以上を含む合金で覆われていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の補強材付き酸化物超電導線材である。
【００１５】
前記したように、これらの金属は半田に対して充分な濡れ性を有しているため、酸化物超電導線材の補強材と対向する面のみならず両側面も含めた外周部を覆うことにより、酸化物超電導線材の外周部に密着性よく半田を設けることができ、より高い補強強度を確保することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、
前記半田が、Ｐｂ−Ｓｎ系、Ａｇ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ａｇ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のいずれかの系の半田であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の補強材付き酸化物超電導線材である。
【００１７】
Ｐｂ−Ｓｎ系、Ａｇ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ａｇ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の半田は比較的低い温度で用いることができる半田である。このような半田を用いた場合、高温による超電導特性の劣化を防ぐことができるため好ましい。特に、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系はＣｕが入っていることにより超電導線材のＣｕが溶食しにくくなり、より好ましい。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、
前記補強材の材質が、
ニッケル、鉄、クロム、またはこれらの金属の１種以上を含む合金、
あるいは、炭素、珪素、またはこれらの１種以上を含む繊維が用いられたフレキシブルな材料であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の補強材付き酸化物超電導線材である。
【００１９】
ニッケル（Ｎｉ）、鉄(Ｆｅ)、クロム（Ｃｒ）またはこれらの金属の１種以上を含む合金は、耐摩耗性、高い降伏応力などの機械特性に優れているため、補強材として好ましい。
【００２０】
具体的なＮｉ合金としては、Ｃｕ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｃｒ−Ｎｉ合金、Ｓｎ−Ｎｉ合金、Ｓｎ−Ｎｉ−Ａｇ合金など、Ｆｅ合金としては、Ｎｉ−Ｆｅ合金、Ｃｒ−Ｆｅ合金、Ｃｕ−Ｆｅ合金、Ａｇ−Ｆｅ合金、Ｓｎ−Ｆｅ合金、Ｓｎ−Ｆｅ−Ａｇ合金など、また、Ｃｒ合金としては、Ｚｎ−Ｃｒ合金、Ｐｂ−Ｃｒ合金を挙げることができる。
【００２１】
また、炭素や珪素も、半田に対する濡れ性に優れ、補強性にも優れているため、補強材として好ましい。そして、これらの１種以上を含む繊維を樹脂などを用いて固めたフレキシブルな材料は、展性がないため、酸化物超電導線材の強度がより向上する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、厚み方向の力が加わった場合にも、補強材の剥がれなどの不具合が発生することがなく、充分な補強強度を得ることができる補強材付き酸化物超電導線材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施の形態の補強材付き酸化物超電導線材の構造を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施の形態に基づき図面を用いて説明する。
【００２５】
（補強材付き酸化物超電導線材）
１．全体構成
はじめに、補強材付き酸化物超電導線材の概要を説明する。図１は本実施の形態における補強材付き酸化物超電導線材の構造を模式的に示す断面図であり、図１において、１は補強材付き酸化物超電導線材、２は酸化物超電導線材、２ａは保護層、３は補強材、４は半田（半田層）である。
【００２６】
補強材３は酸化物超電導線材２を挟むように酸化物超電導線材２の両面に配置されている。そして、酸化物超電導線材２の少なくとも補強材３と対向する面（図１では上面と底面）には、Ｃｕ、Ｎｉ、またはこれらの金属の１種以上を含む合金からなる保護層２ａが設けられており、補強材３は半田４により保護層２ａを介して酸化物超電導線材２に貼り付けられている。
【００２７】
半田４は、補強材３と酸化物超電導線材２との間に設けられるが、図１に示すように、補強材付き酸化物超電導線材１の全表面を半田４で覆った場合には、補強材の剥離をより抑制することができるため好ましい。
【００２８】
２．酸化物超電導線材
次に、酸化物超電導線材２について説明する。前記したように、酸化物超電導線材２は、配向基板上に、例えばＲＥ１２３系（ＲＥ：希土類元素）等の酸化物超電導層が形成されている。酸化物超電導線材の幅、厚みは必要に応じて適宜決定されるが、幅が４ｍｍ程度、厚みが１００〜２００μｍが好ましい。
【００２９】
そして、酸化物超電導線材２の表面には、厚み１０ｎｍ〜５μｍの銀などの安定化層が形成されていてもよい。
【００３０】
（１）配向基板
配向基板としては、金属基板材上に中間層が設けられた配向基板が好ましい。金属基板材には、ｃ軸に２軸配向した配向金属基板が好ましく、例えば、ＩＢＡＤ基材、Ｎｉ−Ｗ合金基材、ＳＵＳ等をベース金属としたクラッドタイプの金属基板材等を用いることができる。また中間層としては、一般的には、ＣｅＯ２、ＹＳＺなどの安定化ジルコニア、Ｙ２Ｏ３の等を用いることができ、格子整合性や臨界電流密度（Ｊｃ）を高くできるなどの観点から、ＣｅＯ２が最上層に使用される。
【００３１】
（２）酸化物超電導層
酸化物超電導層は、例えば、ＲＥ１２３系酸化物超電導体で形成され、ＲＥとしては、イットリウム(Ｙ)、ガドリウム（Ｇｄ）、ホルミウム（Ｈｏ）、サマリウム（Ｓｍ）などが好ましい。酸化物超電導層の形成方法としては、例えば塗布熱分解法（ＭＯＤ法）やＰＬＤ法などの気相成長法が用いられる。
【００３２】
３．保護層
次に、保護層２ａについて説明する。保護層２ａは、Ｃｕ、Ｎｉ、あるいはこれらの金属の１種以上を含む合金からなり、前記したように、これらの金属は、半田に対して充分な濡れ性を有しているため、充分な密着性を確保することができる。また、これらの金属は、半田と接した場合でも半田と反応してボイドを発生させることがないため、厚み方向の力を加えた場合でも、補強材３の剥がれなどの不具合が発生せず、充分な補強強度を得ることができる。
【００３３】
保護層２ａの厚みとしては、一般的に５〜２０μｍ程度が好ましく、通常、スパッタ法やめっき法などを用いて形成される。
【００３４】
図１においては、酸化物超電導線材２の上面と底面のみが保護層２ａで覆われているが、酸化物超電導線材２の外周全面を保護層２ａで覆ってもよい。これにより、酸化物超電導線材の全外周面に半田４を密着させることができ、より充分な補強強度を得ることができる。
【００３５】
４．補強材
次に、補強材３について説明する。補強材３の幅としては、酸化物超電導線材２の幅以下とし、超電導線材２の幅をはみ出さないように配置されている。このように配置することにより、２枚の補強材の間に半田の侵入を阻害する隙間ができない。なお、補強材として充分に機能させるためには、酸化物超電導線材２の幅の５０％以上の幅であることが好ましく、９０％以上であるとより好ましく、１００％であると特に好ましい。
【００３６】
また、補強材３の厚みとしては特に限定されないが、酸化物超電導線材２よりも薄いことが好ましく、具体的には、５〜２００μｍが好ましく、５０〜１００μｍがより好ましい。
【００３７】
補強材３の材質としては、前記したようにＮｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、またはこれらの金属の１種以上を含む合金が好ましい。
【００３８】
また、Ｃ、Ｓｉまたはこれらの１種以上を含む繊維をエポキシ樹脂やフッ素樹脂などの樹脂で固めたフレキシブルな材料も好ましい。
【００３９】
５．半田
次に、半田４について説明する。半田４としては特に限定されないが、Ｐｂ−Ｓｎ系、Ａｇ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ａｇ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系等の半田が好ましく用いられ、補強材３と酸化物超電導線材２との間だけでなく、図１に示すように、補強材付き酸化物超電導線材１の長手方向に直交する断面における外周部を覆うことにより、補強材の剥離がより抑制される。
【００４０】
補強材３と酸化物超電導線材２との間における半田４の厚みは、補強材３の厚みよりもさらに薄く、具体的には１〜２０μｍであることが好ましい。また、補強材付き酸化物超電導線材１の長手方向に直交する断面における外周部を半田４で覆う場合、外周部における半田４の厚みは、１〜１００μｍであることが好ましい。
【００４１】
以上のように、本実施の形態によれば、半田を用いて、補強材と酸化物超電導線材とを密着性高く接合することができるため、厚み方向の力が加わった場合にも、補強材の剥がれなどの不具合が発生することがなく、充分な補強強度を得ることができる。
【実施例】
【００４２】
次に、実施例に基づき、本発明をより具体的に説明する。なお、以下の実施例においては、酸化物超電導線材としてＹ１２３系酸化物超電導線材を用いた。
【００４３】
１．補強材付き酸化物超電導線材の作製
（実施例）
上記した実施の形態に基づき、以下の手順で、本実施例の補強材付き酸化物超電導線材を作製した。
【００４４】
（１）酸化物超電導線材の作製
（ａ）配向基板の準備
最初に、金属基板として、ＳＵＳ層（厚み１００μｍ）上に、Ｃｕ層（厚み２０μｍ）、Ｎｉ層（厚み２μｍ）が順に形成されたＮｉ／Ｃｕ／ＳＵＳクラッド基板（幅３０ｍｍ×長さ１０ｍ）を準備した。
【００４５】
次に、ＲＦスパッタ法を用いて、金属基板の表面に、ＣｅＯ２層（厚み１００ｎｍ）、ＹＳＺ層（厚み４００ｎｍ）、ＣｅＯ２層（厚み７０ｎｍ）の順に成膜を行って中間層を形成し、配向基板とした。
【００４６】
（ｂ）酸化物超電導層の形成
次に、ＰＬＤ法を用いて、配向金属基板上に、厚み２μｍのＹ１２３酸化物超電導層を成膜した。
【００４７】
（ｃ）安定化層の形成
次に、酸化物超電導層が形成された酸化物超電導線材の外周に、スパッタ法を用いて、厚み５μｍのＡｇ層を形成した。
【００４８】
（ｄ）保護層の形成
次に、Ａｇ層の外周に、めっき法を用いて、厚み２０μｍのＣｕ層を形成し、酸化物超電導線材の作製を完了した。
【００４９】
（２）補強材付き酸化物超電導線材の作製
（ａ）補強材の準備
次に、補強材として、作製された酸化物超電導線材と同じ幅、長さのＣｕ（厚み：３０μｍ）板を２枚準備した。
【００５０】
（ｂ）補強材の貼り付け
酸化物超電導線材の両面に補強材を配置した後、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の半田を用いて、これらを接合させると共に、酸化物超電導線材および補強材の長手方向に直交する断面における側面部も半田で覆って、幅４ｍｍ×厚み０．２ｍｍ×長さ１０ｍの補強材付き酸化物超電導線材を作製した。
【００５１】
具体的には、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系の半田が溶融した槽を用意し、そこにＣｕ補強材で挟んだ超電導線材を通すことにより、酸化物超電導線材と補強材とを接合させた。また、ｒｅｅｌ  ｔｏ  ｒｅｅｌシステムを用いて連続して行うことにより１０ｍ長の実施例サンプルを試作した。
【００５２】
（比較例）
保護層であるＣｕ層を設けないこと以外は、実施例と同様にして、比較例の補強材付き酸化物超電導線材を作製した。
【００５３】
２．評価
得られた各補強材付き酸化物超電導線材について、以下の項目について評価した。
（１）密着性
まず、得られた各補強材付き酸化物超電導線材の断面を樹脂に埋め込み、幅方向に切断した後、その切断面を研磨することにより断面を出し、この断面を光学顕微鏡を用いて観察し、酸化物超電導線材、補強材および半田間の密着状態を観察した。
【００５４】
その結果、実施例の場合には、これらの間にはボイドの発生などが見られず、充分に密着していることが分かった。これに対して、比較例の場合には、酸化物超電導線材と半田の接合面にボイドの発生が見られ、充分な密着性が確保されていないことが分かった。
【００５５】
次に、各補強材付き酸化物超電導線材に対して、厚み方向に５Ｔの磁場を掛けることにより、厚み方向に力を加えた後、上記と同様の観察を行って、補強材の剥離の有無を評価した。
【００５６】
その結果、実施例では補強材の剥離は観察されなかったが、比較例では補強材が剥離していた。
【００５７】
（２）超電導特性（Ｉｃ）の測定
各補強材付き酸化物超電導線材について、上記のみ方向に力を加える前後にＩｃを測定し（直流四端子法、７７．３Ｋ、自己磁場下）、その変化を評価した。
【００５８】
その結果、実施例では、力を加える前の１２０Ａ／４ｍｍ幅が、力を加えた後も１２０Ａ／４ｍｍ幅であり、変化していなかった。これは、力を加えても、補強材の剥離が生じず、充分な密着性が維持されているためである。
【００５９】
これに対して、比較例では、補強材の剥離が生じたため、力を加えた後では、５０Ａ／４ｍｍ幅にまで大きく低下していた。
【００６０】
以上の結果より、本発明を適用することにより、厚み方向の力が加わった場合にも、補強材の剥がれなどの不具合が発生することがなく、充分な補強強度を得ることができることが確認できた。また、これにより、安定した超電導特性の維持を図ることができることが確認できた。
【００６１】
以上、本発明を実施の形態に基づき説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１      補強材付き酸化物超電導線材
２      酸化物超電導線材
２ａ    保護層
３      補強材
４      半田（半田層）
【図１】
2013218915.tif 000003