(57)【要約】【課題】エッジ部の強度低下に伴う補強材の剥がれなどの不良の発生が充分に抑制されて、安定した超電導特性の維持を図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、補強材の幅が、酸化物超電導線材の幅以下であり、補強材と酸化物超電導線材との間に半田層が設けら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、銀または銅、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。【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、
前記補強材の幅が、前記酸化物超電導線材の幅以下であり、
前記補強材と前記酸化物超電導線材との間に半田層が設けられている
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】
前記補強材の幅が、前記酸化物超電導線材の幅と同じであ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および前記補強材の長手方向に直交する断面における側面部が、半田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、銀または銅、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】
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。
【請求項６】
長さが１０ｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項５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７】
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６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８】
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７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９】
請求項９に記載の発明は、
前記酸化物超電導線材が、厚み１０μｍ以下の薄膜酸化物超電導層が形成された酸化物超電導線材であることを特徴とする請求項１ないし請求項８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、その構造が原因で以下のように、不良が多く発生する恐れがあった。
【０００６】
図２に、従来の補強材付き酸化物超電導線材の具体的な一例として、特許文献１に記載された補強材付き酸化物超電導線材の構造を模式的に示す。図２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、３は補強材、４は半田（半田層）、５はエッジ部（側面部）である。
【０００７】
図２に示すように、補強材付き酸化物超電導線材１は、酸化物超電導線材２の両面に補強材３が配置され、酸化物超電導線材２と補強材３とが半田４により接着されている。しかし、２枚の補強材３は、幅が酸化物超電導線材２よりも広く、また、上下の補強材３の間隔が狭いため、エッジ部５に半田を侵入させにくく、図２のように、上下２枚の補強材の間の全てに半田を侵入させることは容易ではない。そして、半田で埋まらない部分ができると、エッジ部５の強度が低くなり、力が加わった場合、補強材が剥がれるなどの不良が発生し、安定した超電導特性の維持を図ることができない恐れがある。また、冷却に液体窒素などの冷媒を用いた場合、半田がない部分に液体窒素が浸透する可能性がある。そうすると、昇温時に気化した窒素でその部分がふくれ、超電導特性が劣化するバルーニング不良の発生原因となる恐れもある。
【０００８】
そこで、本発明は、エッジ部の強度低下に伴う補強材の剥がれなどの不良の発生が充分に抑制されて、安定した超電導特性の維持を図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】
【０００９】
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。
【００１０】
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、
前記補強材の幅が、前記酸化物超電導線材の幅以下であり、
前記補強材と前記酸化物超電導線材との間に半田層が設けられている
ことを特徴とする補強材付き酸化物超電導線材である。
【００１１】
本請求項の発明においては、補強材の幅が酸化物超電導線材の幅以下に設定されているため、上下２枚の補強材が狭い間隔で配置されていても、補強材の間に空間が形成されず、従来のような半田で埋まらないエッジ部が形成されず、エッジ部の強度低下に伴う不良がない補強材付き酸化物超電導線材を提供することができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、
前記補強材の幅が、前記酸化物超電導線材の幅と同じであ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】
補強材の幅を酸化物超電導線材の幅と同じ幅とすることにより、補強効果をより発揮させることができ好ましい。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、
前記酸化物超電導線材および前記補強材の長手方向に直交する断面における側面部が、半田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】
補強材の幅が酸化物超電導線材の幅以下に設定されているため、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を確実に半田で覆うことができる。このため、エッジ部の強度低下に伴う不良の発生が一層抑制された補強材付き酸化物超電導線材を提供することができる。
【００１６】
請求項４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、銀または銅、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】
銀(Ａｇ)、銅(Ｃｕ)、あるいはこれらの金属の１種以上を含む合金は、電気伝導性に優れているため、これらの材料で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を覆うことにより、保護層を形成させて、より安定した超電導特性を発揮させることができる。
【００１８】
具体的なＡｇ合金としては、Ｓｎ−Ａｇ合金、Ｃｕ−Ａｇ合金、Ａｕ−Ａｇ合金、Ｎｉ−Ａｇ合金、Ｐｄ−Ａｇ合金などを挙げることができ、また、Ｃｕ合金としては、Ｎｉ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ａｕ−Ｃｕ合金、Ｐｄ−Ｃｕ合金などを挙げることができる。
【００１９】
請求項５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。
【００２０】
本請求項の発明においては、補強材付き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半田で覆われているため、補強材のはがれが一層抑制され、不良の発生がさらに抑制される。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、
長さが１０ｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項５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。
【００２２】
長さが１０ｍ以上の長尺の補強材付き酸化物超電導線材は、コイル、限流器などに使用され、補強材のはがれ不良が問題になるケースが多い。本発明をこのように補強材のはがれ不良が問題になる長尺の補強材付き酸化物超電導線材に適用することにより、本発明の効果が一層顕著に発揮される。
【００２３】
請求項７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６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。
【００２４】
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。
【００２５】
請求項８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７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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
また、炭素、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。また、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。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、
前記酸化物超電導線材が、厚み１０μｍ以下の薄膜酸化物超電導層が形成された酸化物超電導線材であることを特徴とする請求項１ないし請求項８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。
【００３０】
薄膜酸化物超電導線材は、一般的に強度が低く、補強材のはがれも発生しやすい。このような薄膜酸化物超電導線材に本発明を適用することにより、本発明の効果を顕著に発揮させることができ好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、エッジ部の強度低下に伴う補強材の剥がれなどの不良の発生が充分に抑制されて、安定した超電導特性の維持を図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】
【００３２】
【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。
【図２】従来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】
【００３３】
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。
【００３４】
（補強材付き酸化物超電導線材）
１．全体構成
（１）断面形状
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、３は補強材、４は半田（半田層）である。
【００３５】
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。酸化物超電導線材２と補強材３との間には半田層４が設けられ、補強材３が酸化物超電導線材２に貼り付けられている。また、補強材付き酸化物超電導線材１の側面は半田４で覆われている。
【００３６】
（２）長さ、形態
補強材付き酸化物超電導線材１の長さおよび形態は特に限定されないが、前記のように１０ｍ以上の長尺の補強材付き酸化物超電導線材１が好ましく、また、配向基板上に厚み１０μｍ以下の薄膜酸化物超電導層が形成された酸化物超電導線材１が好ましい。
【００３７】
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。前記のように、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。
【００３８】
（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。
【００３９】
（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。
【００４０】
（３）保護層
酸化物超電導層が形成された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は、銀または銅、あるいはこれらの金属の合金からなる保護層で覆われていることが好ましい。保護層を設けることにより、より安定した超電導特性を発揮させることができる。保護層の厚みとしては、０．０２〜５０μｍが好ましく、０．０２〜５μｍであるとより好ましい。保護層の形成方法としては、例えばめっき法やスパッタ法などが用いられる。
【００４１】
３．補強材
次に、補強材３について説明する。補強材３の幅は、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。また、厚み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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
４．半田層
次に、半田層４について説明する。半田層４の形成に用いられる半田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る。
【００４５】
半田層４は、図１に示すように、酸化物超電導線材２および補強材３の長手方向に直交する断面における側面部を覆うように設けられていることが好ましいが、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ように設けられてもよい。半田層４をこのように設けることにより、エッジ部の強度不足による不良の発生がより確実に抑制され、また、補強材３のはがれがより確実に防止される。
【００４６】
酸化物超電導線材２と補強材３との間における半田層４の厚みとしては、補強材３の厚みよりもさらに薄く、具体的には１μｍ以下であることが好ましい。また、酸化物超電導線材２および補強材３の長手方向に直交する断面における側面部における半田４の厚みとしては、１０〜１００μｍ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覆う場合、補強材３の表面における半田４の厚みとしては、１〜２０μｍであることが好ましい。
【００４７】
以上のように、本実施の形態によれば、補強材付き酸化物超電導線材のエッジ部の強度不足による不良の発生を抑制することができ、また、補強材のはがれを防止することができる。
【実施例】
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
（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。
【００５１】
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。
【００５２】
（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。
【００５３】
（ｃ）保護層の形成
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、酸化物超電導線材の作製を完了した。
【００５４】
（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：５０μｍ）板を２枚準備した。
【００５５】
（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、Ａｇ−Ｓｎ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０．１７ｍｍ×長さ１０ｍの補強材付き酸化物超電導線材を作製した。
【００５６】
具体的には、Ａｇ−Ｓｎ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。
【００５７】
（比較例）
補強材として酸化物超電導線材の幅より広い幅４．２ｍｍのＣｕ板を用い、補強材の間に半田が入る範囲で半田を入れた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。
【００５８】
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。
【００５９】
その結果、実施例の場合には、これらの間には隙間が見られず、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、酸化物超電導線材のエッジ部分に半田が入りきらずに、くぼみが形成されていることが確認され、充分な密着性が確保されていないことが分かった。
【００６０】
次に、各補強材付き酸化物超電導線材を２０、３０、４０、５０，６０、７０ｍｍφのマンドレルを用いて、各直径において１８０°の折り曲げを行った後、上記と同様に各直径毎に観察を行って、曲げ直径による酸化物超電導線材、補強材および半田間の剥離の有無を評価した。
【００６１】
その結果、実施例ではこれらの間には剥離は観察されなかったが、比較例では３０ｍｍφ以下の曲げ直径において酸化物超電導線材と半田の間に剥離が観察された。
【００６２】
（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、上記の折り曲げの前後にＩｃを測定し（直流四端子法、７７．３Ｋ、自己磁場下）、折り曲げによるＩｃの変化を評価した。
【００６３】
その結果、実施例では、折り曲げ前の１０５Ａ／４ｍｍ幅が、どの曲げ直径で折り曲げた後も１０５Ａ／４ｍｍ幅であり、変化していなかった。これは、上記したように、折り曲げを行っても剥離が生じなかったためである。
【００６４】
これに対して、比較例では、剥離が生じたために、折り曲げ前の９７Ａ／４ｍｍ幅が、３０ｍｍφ折り曲げ後には、８７Ａ／４ｍｍ幅にまで低下していた。また、２０ｍｍφ折り曲げ後には、５０Ａ／４ｍｍ幅まで大きく低下していた。
【００６５】
以上の結果より、本発明を適用することにより、安定した超電導特性の維持を図ることができることが分かる。
【００６６】
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】
【００６７】
１      補強材付き酸化物超電導線材
２      酸化物超電導線材
３      補強材
４      半田（半田層）
５      エッジ部（側面部）
【図１】
2013218914.tif 000003
【図２】
2013218914.tif 000004