超電導テープ、超電導テープの製造方法、コイル、およびマグネット
【課題】低い接続抵抗、高い強度、高い電流密度を同時に得ることができる超電導テープおよび超電導テープの製造方法を提供する。
【解決手段】超電導テープ１ａは、補強部２と半田層３と、本体部６を備えている。超電導体を有するテープ状の本体部６を、線材の積層の中央ではなく、中央に位置する補強部を挟んで上層側および下層側に配置している。
【解決手段】超電導テープ１ａは、補強部２と半田層３と、本体部６を備えている。超電導体を有するテープ状の本体部６を、線材の積層の中央ではなく、中央に位置する補強部を挟んで上層側および下層側に配置している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導テープおよび超電導テープの製造方法に関し、より特定的には低い接続抵抗、高い強度、高い電流密度を同時に得ることが可能な超電導テープおよびその製造方法に関する。さらに、上述の超電導テープを用いたコイルやマグネットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、たとえばＢｉ２２２３相などを有する酸化物超電導体を銀などのシース部で被覆した多芯線からなるテープ状の超電導線材（超電導テープ）は、液体窒素温度での使用が可能であり、比較的高い臨界電流密度が得られること、長尺化が比較的容易であることから、超電導コイルやマグネットへの応用が期待されている。
【０００３】
たとえば超電導マグネットでは運転中に発生する電磁力によって超電導テープに大きな引張応力、いわゆるフープストレスが加わる。このため、超電導テープには、超電導体の性能を維持できる最大の張力である大きな許容引張応力が要求されている。超電導テープにおいては、シース部が許容引張応力を確保する役割や、セラミックである超電導体に可撓性を持たせる役割を果たしている。
【０００４】
しかし、シース部は焼成プロセスにおいて、高温に耐え、超電導体と反応せず、なおかつ、超電導体の形成に求められる酸素透過性が求められる。よって、シース材料は制限され、実質的に使用できるのは銀あるいは低濃度の第２元素を添加した銀合金のみであった。このため、超電導テープの許容引張応力を向上することには限度があった。そこで、超電導テープの機械的強度を向上し得る技術が、たとえば米国特許第６６４９２８０号明細書（特許文献１）および特許第３５２２３０６号公報（特許文献２）に開示されている。特許文献１では、超電導体を有する本体部の一方および他方の主表面側にラミネート層を施し、これが超電導線材の補強部として、高い許容引張応力を確保する役割を果たす構造を有し、超電導テープの機械的強度を向上しようとしている。また、特許文献２には、超電導テープの強度を向上させるために、銅合金やアルミ酸化物で形成された補強部を、上述の超電導体を有する本体部に拡散接合させた構造が開示されている。
【特許文献１】米国特許第６６４９２８０号明細書
【特許文献２】特許第３５２２３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１のように、補強部を上述の超電導体を有する本体部の一方および他方の主表面側に設置した構造とした場合には、以下のような問題があった。すなわち、たとえば超電導テープ同士を接続する場合、補強部を介して超電導テープ同士を接続しなければならない。この場合、接続部では超電導テープの端末にて補強部を介して電流を流す必要が生じる。すると、補強部の材質によっては補強部の電気抵抗が高くなるため、当該接続部にて電気抵抗（接続抵抗）が高くなることがあるという問題があった。ここで、接続抵抗を低減するためには、それぞれの超電導テープにおける補強部として、ステンレス鋼の代わりに、たとえば上述の特許文献２のように銀合金を使用するという対応も考えられる。しかし、銀合金はステンレス鋼に比べて機械的強度が低いので、許容引張応力が低下する、すなわち超電導テープの強度が低下することが考えられる。
【０００６】
また、強度を上げるために、補強部の厚みを増すと、超電導テープ全体に対する、超電導電流の流れ得る部分の面積の割合が小さくなるため、導体の電流密度が低下するという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、低い接続抵抗、高い強度、高い電流密度を同時に得ることができる超電導テープおよび超電導テープの製造方法を提供し、これらの超電導テープをコイルやマグネットに利用可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の超電導テープは、補強部と、補強部の主面と、主面の反対側に位置する裏面との上にそれぞれ配置された接合層と、接合層のそれぞれの表面上に位置し、接合層を介して、補強部に固着されている超電導体を有するテープ状の本体部とを備えている。
【０００９】
本発明構成においては、超電導体を有するテープ状の本体部を、超電導テープの積層構造における中央ではなく、補強部を挟んで上層側および下層側に配置している。このことにより、超電導テープ同士を接続する場合、接続部では２本の本体部同士を電気的に直接接続することができる。つまり、接続部においては、一方の超電導テープの本体部から他方の超電導テープの本体部へ補強部を介さず直接、電流（超電導電流）を流すことが可能となる。したがって、例えばステンレスの補強部に電流を流す構造となっている場合に比べて接続部での接続抵抗を小さくすることができる。
【００１０】
また、上述のように接続部の存在する側の面に配置された超電導テープ同士は補強部を介さないで接続されるので、全体として接続抵抗は従来構造よりも小さくなる。したがって、補強部を構成する材料として従来の補強部を構成する銀合金などより高強度の材料を用いることができる。その結果、十分な補強部の強度を確保しつつ、補強部の断面積を従来より小さくすることができる。したがって、超電導テープの断面における本体部の相対的な断面積（占有面積）を大きくすることができる。このため、超電導テープの強度を十分な値に維持するとともに、その電流密度（超電導テープに流すことが可能な電流値を超電導テープの断面積で割った値）を大きくすることができる。
【００１１】
本発明構成においては、本体部と補強部との接合は、拡散接合を用いず、たとえば半田などの接合層を形成する方法を用いている。拡散接合を用いると、超電導体を有する本体部への拡散物質浸透により、超電導体の特性が低下するので、特許文献２においては補強部の材料として、拡散により超電導特性を低下させない範囲の添加元素を含む銀基合金を用いている。本発明においては拡散接合の影響がないため、半田接合が可能な材料であれば任意の高強度材料を選択できる。
【００１２】
補強部は、本体部よりも機械的強度の高いものを用いることで、超電導テープの機械的強度を向上して、高い許容引張応力を維持する役割を果たすものである。上述の補強テープにおいては、銀合金よりも高強度で、半田付け可能な金属材料を用いることが好ましい。なお、ここで高強度とは、たとえば材料のヤング率および降伏応力が相対的に高いことを意味する。具体的には、例えば、鋼鉄は銀の２．５倍のヤング率を有することから、ステンレスを用いることにより、高い許容引張応力を維持することが期待できる。以上より、本発明の超電導テープによれば、高い許容引張応力を維持するとともに、低い接続抵抗を維持することができる。また、高い許容引張応力を維持できるので、補強部の厚みを抑制できるため、超電導テープの電流密度（超電導テープに流すことが可能な電流値を超電導テープの断面積で割った値）の低下を抑制できる。また、半田付け可能とは、当該補強部を本体部に半田により接合した場合に、接合界面での接合強度が十分高いことを意味する。具体的には、半田付け可能な金属材料としてはステンレス鋼などの鉄基合金、銅合金、アルミ合金、ニッケル合金などが挙げられる。
【００１３】
本発明における、超電導体を有するテープ状の本体部は、細線化された超電導体を、例えば銀などの金属で被覆した構造にて形成されるものであっても良い。超電導体を銀にて被覆した本体部は、構成の大部分を銀にて占めるため、本体部単独では、その降伏応力が相対的に弱いことにより強度を確保することは困難である。そこで、上述のとおり、本体部に補強部を接着することにより、超電導テープ全体の強度を上げることを試みている。
【００１４】
本発明の超電導テープの製造方法は、補強部を準備する工程と、超電導体を有するテープ状の本体部を準備する工程と、接合層を形成する工程と、補強部と本体部とを固着させる工程とを備える。接合層を形成する工程では、補強部の主面と、主面の反対側に位置する裏面との上にそれぞれ配置された接合層を形成する。補強部と本体部とを固着させる工程では、接合層のそれぞれの表面上に本体部を配置するとともに、接合層を介して補強部と本体部とを固着させる。
【００１５】
このような製造方法を採用することにより、低い接触抵抗、高い強度、高い電流密度を同時に得ることが可能な超電導テープを容易に製造することができる。
【００１６】
上述の超電導テープにおいて、上述の補強部の主面と、上述の主面の反対側に位置する裏面との上にそれぞれ配置された接合層として好ましくは、錫を主成分とする半田を用いる。
【００１７】
これにより、拡散接合による超電導体の電気特性低下の恐れなく、電気的に安定した積層構造を形成することができる。
【００１８】
さらに、超電導テープの製造方法に関して上述のように、補強部と本体部との積層構造を設けてテープ全体の厚みを増すことにより、テープのコイル巻きの方法を変更することもできる。
【００１９】
図６は、本発明による超電導テープの、「パンケーキ巻き」と呼ばれるコイル巻きの方法を説明する模式図である。これは従来よりテープのコイル巻きに用いている方法であり、テープ全体をコイルの同じ箇所に縦に多重に巻く方法であるが、この方法は作業時間を要するなどの不都合を伴う。一方、図７は、本発明による超電導テープの、「レイヤー巻き」と呼ばれるコイル巻きの方法を説明する模式図である。これは、ソレノイド状にテープをコイルに巻きつける方法である。巻きつける作業が簡易であること、および作業が短時間で行なえることから、工業的には「レイヤー巻き」が用いられることの方が多い。単層のテープは厚みが薄いためレイヤー巻きは難しいので、パンケーキ巻きを行なっている。ところが本発明のように積層型のテープにすることにより、テープ全体の厚みが、レイヤー巻きを円滑に行なうに十分なものとなったため、レイヤー巻きを容易に行なうことができるようになった。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の超電導テープおよび超電導テープの製造方法によれば、低い接続抵抗、高い強度、高い電流密度を同時に得ることができる。また、本発明の超電導テープをコイルに用いる際に、コイルに巻く作業をレイヤー巻きで行なうことにより、短時間での高効率な作業を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における超電導テープの構成を概略的に示す部分斜視図である。図１に示すように、本実施の形態における超電導テープ１ａは、補強部２と、接合層としての半田層３と、本体部６とを備えている。超電導テープ１ａでは、帯状の補強部２が厚み方向の中央に配置されている。また、その補強部２の主面である上面２ａと、当該上面２ａの反対側に位置する裏面としての下面２ｂとの上にそれぞれ半田層３が配置されている。また、超電導体４を有するテープ状の本体部６は、補強部２に配置した２つの半田層３を介して補強部２に固着されている。また、上述のような構造を備えた超電導テープ１ａを用いることにより、超電導コイルやマグネットへの応用が期待されている。超電導コイルを運転させることは、例えば都市部などの敷設スペースのないところでの大容量送電を行なうための解決策となる。
【００２３】
本構成の超電導テープ１ａにおいては、補強部２の接合に拡散を用いず、接合層として半田層３を用いることから、補強部２の材料としてステンレス鋼を使うことができる。
【００２４】
半田層３は、補強部２と本体部６とを接合できる材料であれば特に限定されず、たとえばＳｎ−Ｃｕ系あるいはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のＰｂ(鉛）フリー半田など一般公知の半田を用いることができる。接合層（半田層）３の厚さは、たとえば５．０〜１０．０μｍである。
【００２５】
本体部６はテープ状であり、長手方向に伸びる複数本の超電導体４と、複数の超電導体４の全周を被覆するシース部５とを有している。複数本の超電導体４の各々は、たとえばＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の組成を有するビスマス系超電導体が好ましく、特に、ビスマス：ストロンチウム：カルシウム：銅の原子比が２：２：２：３の比率で近似して表されるＢｉ２２２３層を含む材質が最適である。シース部５の材質は、たとえば銀や銀合金よりなっている。
【００２６】
なお、上述の超電導テープ１ａにおいては本体部６が複数本の超電導体４を有している構造（多芯線）である場合について説明したが、本体部６は１本の超電導体のみを有している構造（単芯線）であっても良い。ただし単芯線は曲げに弱いという欠点を併せ持つため、本発明においては超電導体４の本体部６は多芯線を主な対象に考える。
【００２７】
なお、上述した本発明の実施の形態１における超電導テープ１ａを用いて、コイルを形成しても良い。コイルの場合は、例えば図６や図７に示した「パンケーキ巻き」や「レイヤー巻き」など、任意の方法を用いても良い。そして、形成されたコイルを用いて超電導マグネットを構成することができる。マグネットに大きな磁場を発生させるためには、高い電流密度で電流を流すことが必要である。超電導線は、銅線と比較すると２桁以上の高い電流密度で通電できるため、マグネット応用には不可欠な材料と言える。ビスマス系超電導線を用いた超電導マグネットは、高磁場の研究用だけでなく、シリコン単結晶引上げ装置や不純物の磁気分離など、産業応用の面でも実用化が期待されている。上記の超電導マグネットのシステムの一例として、冷凍機冷却型高温超電導マグネットシステムが挙げられる。これは超電導コイルを電磁石として利用した超電導マグネット、超電導マグネットを収納している低温容器、マグネット用電源、低温容器内を冷却する冷凍機およびコンプレッサから構成される。
【００２８】
続いて、超電導テープ１ａの具体的寸法の一例を示すと、補強部２の厚さ（図中上下方向の長さ）は０．０２ｍｍであり、幅（図中左右方向の長さ）は４．３ｍｍである。本体部６の厚さは０．２２ｍｍであり、幅は４．３ｍｍである。また、半田層３の厚さは一般的には５〜１０μｍであり、幅は４．３ｍｍである。
【００２９】
図２は、本発明の実施の形態１における超電導テープの製造方法を示すフローチャートである。続いて、本実施の形態における超電導テープ１ａの製造方法について、図１および図２を用いて説明する。
【００３０】
図１および図２に示すように、まず、補強部を形成する工程（Ｓ１０）を実施する。具体的には、たとえば上述の寸法に加工した板状のステンレス鋼（ＪＩＳ ＳＵＳ３０４）よりなる補強部２を準備する。補強部２には、上述した特許文献２にて補強部として用いている銀合金に限らず、より強度の高い材料を選択することができる。補強部２を構成する材料としては、上述したステンレス鋼に代えて、たとえば銅合金、ハステロイなどのＮｉ合金、アルミ合金などを用いることができる。
【００３１】
次に、超電導体４を有するテープ状の本体部６を準備する工程（Ｓ２０）を実施する。具体的には、たとえば、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕが所定の組成比となるように、酸化物あるいは炭酸化物の原料粉を混合する。その混合物を加熱反応することにより、Ｂｉ２２２３相の前駆体粉末を形成させる。次に、出来上がった前駆体粉末を第１の銀製もしくは銀合金製のパイプへ充填させ、丸ダイスを用いた線引きによる細線化、長尺化を行なう。この後に更に、多芯化加工を行なう。すなわち、細線化した銀被覆線を複数本集めて、第２の銀または銀合金パイプに挿入して、更に伸線加工を加えることによって内部に多芯フィラメントを有する銀被覆線材とする。さらに圧延加工して薄く緻密な多芯フィラメントを形成し、その後は熱処理と圧延加工とを繰り返して高性能の線材を得る、パウダー・イン・チューブ法を用いる。なお、多芯化加工を行えば、図１のように複数本の超電導体４を有している構造（多芯線）を形成することができるが、上述の処理を行なわなければ、本体部６は１本の超電導体のみを有している構造（単芯線）となる。
【００３２】
次に、半田層を形成する工程（Ｓ３０）を実施する。具体的には、補強部２の主面としての上面２ａと、上述の２ａの反対側に位置する裏面としての下面２ｂとの上にそれぞれ接合層としての半田層３を配置させる。半田層３としては上述した半田を用いるのが一般的である。これらの半田層３は、本体部６に、たとえばメッキ法や蒸着法などを用いて形成できる。
【００３３】
次に、本体部を固着させる工程（Ｓ４０）を実施する。具体的には、上述の超電導体４を含む本体部６を、先に２面に配置させた半田層３を介して上述の補強部２の主面としての上面２ａ方向およびその裏面としての下面２ｂ方向とに固着させる。より具体的には、たとえば半田層３それぞれに熱を加えて、半田層３を溶融させたところで超電導体４を接触させることにより接着する。
【００３４】
なお、半田層を形成する工程（Ｓ３０）および、超電導体の本体部を固着させる工程（Ｓ４０）とは、必ずしも別個に行なう必要はなく、むしろ作業効率上、同時に行なうことが望ましい。その方法としては、まず、あらかじめ加熱溶融させた半田で満たされた槽の中に、補強部２と本体部６とを同時並列で通過させることにより、補強部２と本体部６とに半田を塗布する。そのあと、半田が溶融している状態で、集合ダイスで本体部６を補強部２に向けて押圧するように圧力を本体部６に加えることにより、補強部２と本体部６とを一体化する方法がある。以上の工程により、補強部２と本体部６との間に半田層３が形成され、固着することができる。
【００３５】
上述の半田層を形成する工程（Ｓ３０）および、超電導体の本体部を固着させる工程（Ｓ４０）を同時に行なう方法を用いた場合、上述のように、本体部６をも半田の槽の中を通過させる。このため、本体部６の表面が半田で被覆されることになるが、作業効率を上げることができる。
【００３６】
また、補強材の材質によっては、補強材の上面および下面に予め半田層を形成した上で、上述の溶融半田槽の中に、補強部２と本体部６とを同時並列で通過させて一体化する方法を採ることが望ましい。例えば、表面に強固な不動態が形成されたステンレスを補強材として用いる場合、活性の強いフラックスを用いなければ直接半田付けをすることはできないが、この場合のフラックスの残渣によって内部侵食が発生することがある。あらかじめ電気メッキなどでステンレスの表面に半田、あるいは、錫の被覆層を形成しておけば、半田接合の際にはステンレス用の強活性フラックスを用いる必要がなく、内部侵食を防ぐことができる。この場合のステンレス表面の被覆層は１μｍ内外の薄いもので良い。本実施の形態においても、上述の固着方法を用いている。なお、このような本体を固着させる方法としては、必ずしも以上の方法に限定されず、他の一般公知の方法を採用することができる。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態における超電導テープ１ａは、補強部２と、上述の補強部２の主面と、上述の主面の反対側に位置する裏面との上にそれぞれ配置された接合層としての半田層３と、上述の半田層３のそれぞれの表面上に位置し、上述の半田層３を介して、上述の補強部２に固着されている超電導体４を有するテープ状の本体部６とを備えている。
【００３８】
また本実施の形態における超電導テープ１ａの製造方法は、補強部２を準備する工程（Ｓ１０）と、超電導体４を有するテープ状の本体部６を準備する工程（Ｓ２０）と、補強部２の主面と、主面の反対側に位置する裏面との上にそれぞれ配置された接合層としての半田層３を形成する工程（Ｓ３０）と、上述の接合層としての半田層３のそれぞれの表面上に位置し、上述の半田層３を介して、上述の補強部２と上述の超電導体４を有するテープ状の本体部６とを固着させる工程（Ｓ４０）とを備えている。
【００３９】
本実施の形態の超電導テープ１ａの製造方法によれば、超電導体４を有するテープ状の本体部６を、超電導テープ１ａの積層構造における中央ではなく、補強部２を挟んで上層側および下層側に配置している。このことにより、超電導テープ１ａ同士を接続する場合、接続部では接続面に接する２本の本体部６同士を、補強部を介することなく接続することができる。したがって、補強部を本体部の上下に配置した従来の超電導テープと比べて接続部での接続抵抗を小さくすることができる。それと同時に、拡散接合ではなく、半田層３を用いて接合することにより、拡散物質浸透による特性低下が起こる心配がなくなった。そのため、銀合金に限らず、より強度が高い材料を補強部２に用いることができるようになり、超電導テープの強度を上げることが可能となった。
【実施例１】
【００４０】
本実施例では、材質としてＳＵＳ３０４を用いた補強部２を、超電導テープ１ａの積層の中央層に配置することによる効果および、上述の補強部２の上層側および下層側に超電導体４を有する本体部６を半田層３を介して固着させることによる効果について調べた。具体的には、本発明例１、比較例１、比較例２および比較例３の各々の超電導テープを作成し、それぞれの超電導テープの許容引張応力および接続抵抗を測定した。
【００４１】
（本発明例１）
本発明例１では、図１に示す実施の形態１における超電導テープ１ａの製造方法に従って、超電導テープ１ａを製造した。具体的には、補強部を形成する工程（Ｓ１０）においては、厚さが０．０２ｍｍ、幅が４．３ｍｍのＳＵＳ３０４製の補強部２を１枚製造した。また、補強部の両面には電気メッキで約１μｍの錫被覆層を形成した。
【００４２】
次に、超電導体を有するテープ状の本体部を準備する工程（Ｓ２０）においては、厚さが０．２２ｍｍ、幅が４．３ｍｍの本体部を２枚製造した。
【００４３】
次に、半田層による接着の方法は、上述のとおり、まず、あらかじめ加熱溶融させた半田で満たされた槽の中に、補強部２と本体部６とを同時並列で通過させることにより、補強部２と本体部６とに半田を塗布する。そのあと、半田が溶融している状態で、集合ダイスで本体部６を補強部２に向けて押圧するように圧力を本体部６に加えることにより、補強部２と本体部６とを一体化させている。以上の工程により、補強部２と本体部６との間に半田層３を形成し、補強部２と本体部６とを固着させることができる。なお、半田層の厚みは５〜１０μｍとなるようにしている。
【００４４】
（比較例１）
図３は、本実施例の比較例１における超電導テープの構成を概略的に示す部分斜視図である。比較例１の超電導テープは、本発明例１と同様の超電導体４を有するテープ状の本体部６を２枚、本発明例１と同様の半田層を介して固着させて１体とさせている。さらに、比較例１の超電導テープは、その一方のテープ状本体部６の一方の主面および他方のテープ状本体部６の、上述の主面とは反対側に位置する裏面とにそれぞれ、本発明例１と同様のＳＵＳ３０４製の補強部２を半田層３を介して固着させた構造としている。
【００４５】
（比較例２）
図４は、本実施例の比較例２における超電導テープの構成を概略的に示す部分斜視図である。比較例２の超電導テープは、本発明例１と同様の超電導体４を有するテープ状の本体部６を２枚、本発明例１と同様の半田層３を介して固着させた構造としている。
【００４６】
（比較例３）
比較例３の超電導テープは、基本的には本発明例１を示す図１と同様の構成を備えているが、以下のように材質および固着方法が本発明例１と異なる。セラミック（Ａｌ２Ｏ３）を３ｗｔ％含む銀を材質として、本発明例１と同様寸法で補強部２を１枚製造した。続いて本発明例１と同様の超電導体４を有するテープ状の本体部６を２枚準備した。そして、これらを本発明例１と同様の配置、すなわち中央に補強部２を設置し、上述の補強部２の主面と、主面の反対側に位置する裏面との上に本体部６を設置する位置構造となるよう配置する。この状態で、最高温度８３０度、３００気圧で本体部６である超電導線を焼結することにより、本体部６をシースしている銀と、補強部２に含まれている銀との拡散反応が起きる。この結果、本体部６と補強部２とが直接固着する。
【００４７】
（測定方法）
本発明例１、比較例１、比較例２および比較例３の超電導テープについて、許容引張応力および接続抵抗を測定した。許容引張応力は、温度７７Ｋの液体窒素中にて、張力を加える前の超電導テープの臨界電流値に対して、９５％の臨界電流値となったときの張力を測定した。
【００４８】
図５は、上述した実施例における接続抵抗の測定方法を説明するための断面図である。なお、図５は、本発明例１の超電導テープ１ａの接続抵抗を測定する状態を示す。図５に示すように、本発明例１、比較例１、比較例２、および比較例３の２枚の超電導テープの端を、ラップｘを５０ｍｍとなるように重ねて接続した。その状態で、温度７７Ｋにて、抵抗値を接続抵抗として測定した。その結果を表１に示す。
【００４９】
また、同時に、許容引張応力の測定方法を以下に記しておく。超電導テープのサンプルを１０〜１５ｃｍ切り取り、温度７７Ｋにて、電源のついた引張試験機で引張りながら、実際に通電して臨界電流を測定する。引張荷重を加えていない状態に比べて、引張荷重を加えると、ある荷重のところで臨界電流値が下がり始める。臨界電流値が下がり、初期値の９５％になるときの引張応力を、許容引張応力として記録する。その結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
（測定結果）
表１に示すように、本発明例１の超電導テープの許容引張応力は、比較例２、比較例３の超電導テープの許容引張応力よりも大きく、かつ比較例１の超電導テープに次いで高い値であった。また、本発明例１の超電導テープの接続抵抗は、比較例１よりも小さく、比較例２、比較例３と同程度であった。比較例１は、許容引張応力は高いが、接続抵抗が高く、比較例２および比較例３は、接続抵抗は低いが、許容引張応力が低いという結果になっている。
【００５２】
許容引張応力、接続抵抗の両方の結果を総合的に考慮すれば、本発明例１の測定結果が、許容引張応力が高く、接続抵抗は低いため、以下の結論が導き出せる。補強部と、補強部の主面および上述した主面の反対側に位置する主面との上に半田層を介して超電導体を有する本体部を固着させた、超電導テープの５層構造を形成させることにより、許容引張応力を高く、接続抵抗を低くすることができることが確認できた。
【００５３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述のした実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内ですべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の超電導テープは、ビスマス系の超電導材料を含む超電導テープの製造方法に関連する技術として特に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１における超電導テープの構成を概略的に示す部分斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１における超電導テープの製造方法を示すフローチャートである。
【図３】本実施例の比較例１における超電導テープの構成を概略的に示す部分斜視図である。
【図４】本実施例の比較例２における超電導テープの構成を概略的に示す部分斜視図である。
【図５】実施例における接続抵抗の測定方法を説明するための断面図である。
【図６】超電導テープの、「パンケーキ巻き」と呼ばれるコイル巻きの方法を説明する模式図である。
【図７】超電導テープの、「レイヤー巻き」と呼ばれるコイル巻きの方法を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ａ 超電導テープ、２ 補強部、３ 半田層、２ａ，３ａ 上面、２ｂ，３ｂ 下面、４ 超電導体、５ シース部、６ 本体部、ｘ ラップ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導テープおよび超電導テープの製造方法に関し、より特定的には低い接続抵抗、高い強度、高い電流密度を同時に得ることが可能な超電導テープおよびその製造方法に関する。さらに、上述の超電導テープを用いたコイルやマグネットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、たとえばＢｉ２２２３相などを有する酸化物超電導体を銀などのシース部で被覆した多芯線からなるテープ状の超電導線材（超電導テープ）は、液体窒素温度での使用が可能であり、比較的高い臨界電流密度が得られること、長尺化が比較的容易であることから、超電導コイルやマグネットへの応用が期待されている。
【０００３】
たとえば超電導マグネットでは運転中に発生する電磁力によって超電導テープに大きな引張応力、いわゆるフープストレスが加わる。このため、超電導テープには、超電導体の性能を維持できる最大の張力である大きな許容引張応力が要求されている。超電導テープにおいては、シース部が許容引張応力を確保する役割や、セラミックである超電導体に可撓性を持たせる役割を果たしている。
【０００４】
しかし、シース部は焼成プロセスにおいて、高温に耐え、超電導体と反応せず、なおかつ、超電導体の形成に求められる酸素透過性が求められる。よって、シース材料は制限され、実質的に使用できるのは銀あるいは低濃度の第２元素を添加した銀合金のみであった。このため、超電導テープの許容引張応力を向上することには限度があった。そこで、超電導テープの機械的強度を向上し得る技術が、たとえば米国特許第６６４９２８０号明細書（特許文献１）および特許第３５２２３０６号公報（特許文献２）に開示されている。特許文献１では、超電導体を有する本体部の一方および他方の主表面側にラミネート層を施し、これが超電導線材の補強部として、高い許容引張応力を確保する役割を果たす構造を有し、超電導テープの機械的強度を向上しようとしている。また、特許文献２には、超電導テープの強度を向上させるために、銅合金やアルミ酸化物で形成された補強部を、上述の超電導体を有する本体部に拡散接合させた構造が開示されている。
【特許文献１】米国特許第６６４９２８０号明細書
【特許文献２】特許第３５２２３０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１のように、補強部を上述の超電導体を有する本体部の一方および他方の主表面側に設置した構造とした場合には、以下のような問題があった。すなわち、たとえば超電導テープ同士を接続する場合、補強部を介して超電導テープ同士を接続しなければならない。この場合、接続部では超電導テープの端末にて補強部を介して電流を流す必要が生じる。すると、補強部の材質によっては補強部の電気抵抗が高くなるため、当該接続部にて電気抵抗（接続抵抗）が高くなることがあるという問題があった。ここで、接続抵抗を低減するためには、それぞれの超電導テープにおける補強部として、ステンレス鋼の代わりに、たとえば上述の特許文献２のように銀合金を使用するという対応も考えられる。しかし、銀合金はステンレス鋼に比べて機械的強度が低いので、許容引張応力が低下する、すなわち超電導テープの強度が低下することが考えられる。
【０００６】
また、強度を上げるために、補強部の厚みを増すと、超電導テープ全体に対する、超電導電流の流れ得る部分の面積の割合が小さくなるため、導体の電流密度が低下するという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、低い接続抵抗、高い強度、高い電流密度を同時に得ることができる超電導テープおよび超電導テープの製造方法を提供し、これらの超電導テープをコイルやマグネットに利用可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の超電導テープは、補強部と、補強部の主面と、主面の反対側に位置する裏面との上にそれぞれ配置された接合層と、接合層のそれぞれの表面上に位置し、接合層を介して、補強部に固着されている超電導体を有するテープ状の本体部とを備えている。
【０００９】
本発明構成においては、超電導体を有するテープ状の本体部を、超電導テープの積層構造における中央ではなく、補強部を挟んで上層側および下層側に配置している。このことにより、超電導テープ同士を接続する場合、接続部では２本の本体部同士を電気的に直接接続することができる。つまり、接続部においては、一方の超電導テープの本体部から他方の超電導テープの本体部へ補強部を介さず直接、電流（超電導電流）を流すことが可能となる。したがって、例えばステンレスの補強部に電流を流す構造となっている場合に比べて接続部での接続抵抗を小さくすることができる。
【００１０】
また、上述のように接続部の存在する側の面に配置された超電導テープ同士は補強部を介さないで接続されるので、全体として接続抵抗は従来構造よりも小さくなる。したがって、補強部を構成する材料として従来の補強部を構成する銀合金などより高強度の材料を用いることができる。その結果、十分な補強部の強度を確保しつつ、補強部の断面積を従来より小さくすることができる。したがって、超電導テープの断面における本体部の相対的な断面積（占有面積）を大きくすることができる。このため、超電導テープの強度を十分な値に維持するとともに、その電流密度（超電導テープに流すことが可能な電流値を超電導テープの断面積で割った値）を大きくすることができる。
【００１１】
本発明構成においては、本体部と補強部との接合は、拡散接合を用いず、たとえば半田などの接合層を形成する方法を用いている。拡散接合を用いると、超電導体を有する本体部への拡散物質浸透により、超電導体の特性が低下するので、特許文献２においては補強部の材料として、拡散により超電導特性を低下させない範囲の添加元素を含む銀基合金を用いている。本発明においては拡散接合の影響がないため、半田接合が可能な材料であれば任意の高強度材料を選択できる。
【００１２】
補強部は、本体部よりも機械的強度の高いものを用いることで、超電導テープの機械的強度を向上して、高い許容引張応力を維持する役割を果たすものである。上述の補強テープにおいては、銀合金よりも高強度で、半田付け可能な金属材料を用いることが好ましい。なお、ここで高強度とは、たとえば材料のヤング率および降伏応力が相対的に高いことを意味する。具体的には、例えば、鋼鉄は銀の２．５倍のヤング率を有することから、ステンレスを用いることにより、高い許容引張応力を維持することが期待できる。以上より、本発明の超電導テープによれば、高い許容引張応力を維持するとともに、低い接続抵抗を維持することができる。また、高い許容引張応力を維持できるので、補強部の厚みを抑制できるため、超電導テープの電流密度（超電導テープに流すことが可能な電流値を超電導テープの断面積で割った値）の低下を抑制できる。また、半田付け可能とは、当該補強部を本体部に半田により接合した場合に、接合界面での接合強度が十分高いことを意味する。具体的には、半田付け可能な金属材料としてはステンレス鋼などの鉄基合金、銅合金、アルミ合金、ニッケル合金などが挙げられる。
【００１３】
本発明における、超電導体を有するテープ状の本体部は、細線化された超電導体を、例えば銀などの金属で被覆した構造にて形成されるものであっても良い。超電導体を銀にて被覆した本体部は、構成の大部分を銀にて占めるため、本体部単独では、その降伏応力が相対的に弱いことにより強度を確保することは困難である。そこで、上述のとおり、本体部に補強部を接着することにより、超電導テープ全体の強度を上げることを試みている。
【００１４】
本発明の超電導テープの製造方法は、補強部を準備する工程と、超電導体を有するテープ状の本体部を準備する工程と、接合層を形成する工程と、補強部と本体部とを固着させる工程とを備える。接合層を形成する工程では、補強部の主面と、主面の反対側に位置する裏面との上にそれぞれ配置された接合層を形成する。補強部と本体部とを固着させる工程では、接合層のそれぞれの表面上に本体部を配置するとともに、接合層を介して補強部と本体部とを固着させる。
【００１５】
このような製造方法を採用することにより、低い接触抵抗、高い強度、高い電流密度を同時に得ることが可能な超電導テープを容易に製造することができる。
【００１６】
上述の超電導テープにおいて、上述の補強部の主面と、上述の主面の反対側に位置する裏面との上にそれぞれ配置された接合層として好ましくは、錫を主成分とする半田を用いる。
【００１７】
これにより、拡散接合による超電導体の電気特性低下の恐れなく、電気的に安定した積層構造を形成することができる。
【００１８】
さらに、超電導テープの製造方法に関して上述のように、補強部と本体部との積層構造を設けてテープ全体の厚みを増すことにより、テープのコイル巻きの方法を変更することもできる。
【００１９】
図６は、本発明による超電導テープの、「パンケーキ巻き」と呼ばれるコイル巻きの方法を説明する模式図である。これは従来よりテープのコイル巻きに用いている方法であり、テープ全体をコイルの同じ箇所に縦に多重に巻く方法であるが、この方法は作業時間を要するなどの不都合を伴う。一方、図７は、本発明による超電導テープの、「レイヤー巻き」と呼ばれるコイル巻きの方法を説明する模式図である。これは、ソレノイド状にテープをコイルに巻きつける方法である。巻きつける作業が簡易であること、および作業が短時間で行なえることから、工業的には「レイヤー巻き」が用いられることの方が多い。単層のテープは厚みが薄いためレイヤー巻きは難しいので、パンケーキ巻きを行なっている。ところが本発明のように積層型のテープにすることにより、テープ全体の厚みが、レイヤー巻きを円滑に行なうに十分なものとなったため、レイヤー巻きを容易に行なうことができるようになった。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の超電導テープおよび超電導テープの製造方法によれば、低い接続抵抗、高い強度、高い電流密度を同時に得ることができる。また、本発明の超電導テープをコイルに用いる際に、コイルに巻く作業をレイヤー巻きで行なうことにより、短時間での高効率な作業を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における超電導テープの構成を概略的に示す部分斜視図である。図１に示すように、本実施の形態における超電導テープ１ａは、補強部２と、接合層としての半田層３と、本体部６とを備えている。超電導テープ１ａでは、帯状の補強部２が厚み方向の中央に配置されている。また、その補強部２の主面である上面２ａと、当該上面２ａの反対側に位置する裏面としての下面２ｂとの上にそれぞれ半田層３が配置されている。また、超電導体４を有するテープ状の本体部６は、補強部２に配置した２つの半田層３を介して補強部２に固着されている。また、上述のような構造を備えた超電導テープ１ａを用いることにより、超電導コイルやマグネットへの応用が期待されている。超電導コイルを運転させることは、例えば都市部などの敷設スペースのないところでの大容量送電を行なうための解決策となる。
【００２３】
本構成の超電導テープ１ａにおいては、補強部２の接合に拡散を用いず、接合層として半田層３を用いることから、補強部２の材料としてステンレス鋼を使うことができる。
【００２４】
半田層３は、補強部２と本体部６とを接合できる材料であれば特に限定されず、たとえばＳｎ−Ｃｕ系あるいはＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系のＰｂ(鉛）フリー半田など一般公知の半田を用いることができる。接合層（半田層）３の厚さは、たとえば５．０〜１０．０μｍである。
【００２５】
本体部６はテープ状であり、長手方向に伸びる複数本の超電導体４と、複数の超電導体４の全周を被覆するシース部５とを有している。複数本の超電導体４の各々は、たとえばＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の組成を有するビスマス系超電導体が好ましく、特に、ビスマス：ストロンチウム：カルシウム：銅の原子比が２：２：２：３の比率で近似して表されるＢｉ２２２３層を含む材質が最適である。シース部５の材質は、たとえば銀や銀合金よりなっている。
【００２６】
なお、上述の超電導テープ１ａにおいては本体部６が複数本の超電導体４を有している構造（多芯線）である場合について説明したが、本体部６は１本の超電導体のみを有している構造（単芯線）であっても良い。ただし単芯線は曲げに弱いという欠点を併せ持つため、本発明においては超電導体４の本体部６は多芯線を主な対象に考える。
【００２７】
なお、上述した本発明の実施の形態１における超電導テープ１ａを用いて、コイルを形成しても良い。コイルの場合は、例えば図６や図７に示した「パンケーキ巻き」や「レイヤー巻き」など、任意の方法を用いても良い。そして、形成されたコイルを用いて超電導マグネットを構成することができる。マグネットに大きな磁場を発生させるためには、高い電流密度で電流を流すことが必要である。超電導線は、銅線と比較すると２桁以上の高い電流密度で通電できるため、マグネット応用には不可欠な材料と言える。ビスマス系超電導線を用いた超電導マグネットは、高磁場の研究用だけでなく、シリコン単結晶引上げ装置や不純物の磁気分離など、産業応用の面でも実用化が期待されている。上記の超電導マグネットのシステムの一例として、冷凍機冷却型高温超電導マグネットシステムが挙げられる。これは超電導コイルを電磁石として利用した超電導マグネット、超電導マグネットを収納している低温容器、マグネット用電源、低温容器内を冷却する冷凍機およびコンプレッサから構成される。
【００２８】
続いて、超電導テープ１ａの具体的寸法の一例を示すと、補強部２の厚さ（図中上下方向の長さ）は０．０２ｍｍであり、幅（図中左右方向の長さ）は４．３ｍｍである。本体部６の厚さは０．２２ｍｍであり、幅は４．３ｍｍである。また、半田層３の厚さは一般的には５〜１０μｍであり、幅は４．３ｍｍである。
【００２９】
図２は、本発明の実施の形態１における超電導テープの製造方法を示すフローチャートである。続いて、本実施の形態における超電導テープ１ａの製造方法について、図１および図２を用いて説明する。
【００３０】
図１および図２に示すように、まず、補強部を形成する工程（Ｓ１０）を実施する。具体的には、たとえば上述の寸法に加工した板状のステンレス鋼（ＪＩＳ ＳＵＳ３０４）よりなる補強部２を準備する。補強部２には、上述した特許文献２にて補強部として用いている銀合金に限らず、より強度の高い材料を選択することができる。補強部２を構成する材料としては、上述したステンレス鋼に代えて、たとえば銅合金、ハステロイなどのＮｉ合金、アルミ合金などを用いることができる。
【００３１】
次に、超電導体４を有するテープ状の本体部６を準備する工程（Ｓ２０）を実施する。具体的には、たとえば、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕが所定の組成比となるように、酸化物あるいは炭酸化物の原料粉を混合する。その混合物を加熱反応することにより、Ｂｉ２２２３相の前駆体粉末を形成させる。次に、出来上がった前駆体粉末を第１の銀製もしくは銀合金製のパイプへ充填させ、丸ダイスを用いた線引きによる細線化、長尺化を行なう。この後に更に、多芯化加工を行なう。すなわち、細線化した銀被覆線を複数本集めて、第２の銀または銀合金パイプに挿入して、更に伸線加工を加えることによって内部に多芯フィラメントを有する銀被覆線材とする。さらに圧延加工して薄く緻密な多芯フィラメントを形成し、その後は熱処理と圧延加工とを繰り返して高性能の線材を得る、パウダー・イン・チューブ法を用いる。なお、多芯化加工を行えば、図１のように複数本の超電導体４を有している構造（多芯線）を形成することができるが、上述の処理を行なわなければ、本体部６は１本の超電導体のみを有している構造（単芯線）となる。
【００３２】
次に、半田層を形成する工程（Ｓ３０）を実施する。具体的には、補強部２の主面としての上面２ａと、上述の２ａの反対側に位置する裏面としての下面２ｂとの上にそれぞれ接合層としての半田層３を配置させる。半田層３としては上述した半田を用いるのが一般的である。これらの半田層３は、本体部６に、たとえばメッキ法や蒸着法などを用いて形成できる。
【００３３】
次に、本体部を固着させる工程（Ｓ４０）を実施する。具体的には、上述の超電導体４を含む本体部６を、先に２面に配置させた半田層３を介して上述の補強部２の主面としての上面２ａ方向およびその裏面としての下面２ｂ方向とに固着させる。より具体的には、たとえば半田層３それぞれに熱を加えて、半田層３を溶融させたところで超電導体４を接触させることにより接着する。
【００３４】
なお、半田層を形成する工程（Ｓ３０）および、超電導体の本体部を固着させる工程（Ｓ４０）とは、必ずしも別個に行なう必要はなく、むしろ作業効率上、同時に行なうことが望ましい。その方法としては、まず、あらかじめ加熱溶融させた半田で満たされた槽の中に、補強部２と本体部６とを同時並列で通過させることにより、補強部２と本体部６とに半田を塗布する。そのあと、半田が溶融している状態で、集合ダイスで本体部６を補強部２に向けて押圧するように圧力を本体部６に加えることにより、補強部２と本体部６とを一体化する方法がある。以上の工程により、補強部２と本体部６との間に半田層３が形成され、固着することができる。
【００３５】
上述の半田層を形成する工程（Ｓ３０）および、超電導体の本体部を固着させる工程（Ｓ４０）を同時に行なう方法を用いた場合、上述のように、本体部６をも半田の槽の中を通過させる。このため、本体部６の表面が半田で被覆されることになるが、作業効率を上げることができる。
【００３６】
また、補強材の材質によっては、補強材の上面および下面に予め半田層を形成した上で、上述の溶融半田槽の中に、補強部２と本体部６とを同時並列で通過させて一体化する方法を採ることが望ましい。例えば、表面に強固な不動態が形成されたステンレスを補強材として用いる場合、活性の強いフラックスを用いなければ直接半田付けをすることはできないが、この場合のフラックスの残渣によって内部侵食が発生することがある。あらかじめ電気メッキなどでステンレスの表面に半田、あるいは、錫の被覆層を形成しておけば、半田接合の際にはステンレス用の強活性フラックスを用いる必要がなく、内部侵食を防ぐことができる。この場合のステンレス表面の被覆層は１μｍ内外の薄いもので良い。本実施の形態においても、上述の固着方法を用いている。なお、このような本体を固着させる方法としては、必ずしも以上の方法に限定されず、他の一般公知の方法を採用することができる。
【００３７】
以上説明したように、本実施の形態における超電導テープ１ａは、補強部２と、上述の補強部２の主面と、上述の主面の反対側に位置する裏面との上にそれぞれ配置された接合層としての半田層３と、上述の半田層３のそれぞれの表面上に位置し、上述の半田層３を介して、上述の補強部２に固着されている超電導体４を有するテープ状の本体部６とを備えている。
【００３８】
また本実施の形態における超電導テープ１ａの製造方法は、補強部２を準備する工程（Ｓ１０）と、超電導体４を有するテープ状の本体部６を準備する工程（Ｓ２０）と、補強部２の主面と、主面の反対側に位置する裏面との上にそれぞれ配置された接合層としての半田層３を形成する工程（Ｓ３０）と、上述の接合層としての半田層３のそれぞれの表面上に位置し、上述の半田層３を介して、上述の補強部２と上述の超電導体４を有するテープ状の本体部６とを固着させる工程（Ｓ４０）とを備えている。
【００３９】
本実施の形態の超電導テープ１ａの製造方法によれば、超電導体４を有するテープ状の本体部６を、超電導テープ１ａの積層構造における中央ではなく、補強部２を挟んで上層側および下層側に配置している。このことにより、超電導テープ１ａ同士を接続する場合、接続部では接続面に接する２本の本体部６同士を、補強部を介することなく接続することができる。したがって、補強部を本体部の上下に配置した従来の超電導テープと比べて接続部での接続抵抗を小さくすることができる。それと同時に、拡散接合ではなく、半田層３を用いて接合することにより、拡散物質浸透による特性低下が起こる心配がなくなった。そのため、銀合金に限らず、より強度が高い材料を補強部２に用いることができるようになり、超電導テープの強度を上げることが可能となった。
【実施例１】
【００４０】
本実施例では、材質としてＳＵＳ３０４を用いた補強部２を、超電導テープ１ａの積層の中央層に配置することによる効果および、上述の補強部２の上層側および下層側に超電導体４を有する本体部６を半田層３を介して固着させることによる効果について調べた。具体的には、本発明例１、比較例１、比較例２および比較例３の各々の超電導テープを作成し、それぞれの超電導テープの許容引張応力および接続抵抗を測定した。
【００４１】
（本発明例１）
本発明例１では、図１に示す実施の形態１における超電導テープ１ａの製造方法に従って、超電導テープ１ａを製造した。具体的には、補強部を形成する工程（Ｓ１０）においては、厚さが０．０２ｍｍ、幅が４．３ｍｍのＳＵＳ３０４製の補強部２を１枚製造した。また、補強部の両面には電気メッキで約１μｍの錫被覆層を形成した。
【００４２】
次に、超電導体を有するテープ状の本体部を準備する工程（Ｓ２０）においては、厚さが０．２２ｍｍ、幅が４．３ｍｍの本体部を２枚製造した。
【００４３】
次に、半田層による接着の方法は、上述のとおり、まず、あらかじめ加熱溶融させた半田で満たされた槽の中に、補強部２と本体部６とを同時並列で通過させることにより、補強部２と本体部６とに半田を塗布する。そのあと、半田が溶融している状態で、集合ダイスで本体部６を補強部２に向けて押圧するように圧力を本体部６に加えることにより、補強部２と本体部６とを一体化させている。以上の工程により、補強部２と本体部６との間に半田層３を形成し、補強部２と本体部６とを固着させることができる。なお、半田層の厚みは５〜１０μｍとなるようにしている。
【００４４】
（比較例１）
図３は、本実施例の比較例１における超電導テープの構成を概略的に示す部分斜視図である。比較例１の超電導テープは、本発明例１と同様の超電導体４を有するテープ状の本体部６を２枚、本発明例１と同様の半田層を介して固着させて１体とさせている。さらに、比較例１の超電導テープは、その一方のテープ状本体部６の一方の主面および他方のテープ状本体部６の、上述の主面とは反対側に位置する裏面とにそれぞれ、本発明例１と同様のＳＵＳ３０４製の補強部２を半田層３を介して固着させた構造としている。
【００４５】
（比較例２）
図４は、本実施例の比較例２における超電導テープの構成を概略的に示す部分斜視図である。比較例２の超電導テープは、本発明例１と同様の超電導体４を有するテープ状の本体部６を２枚、本発明例１と同様の半田層３を介して固着させた構造としている。
【００４６】
（比較例３）
比較例３の超電導テープは、基本的には本発明例１を示す図１と同様の構成を備えているが、以下のように材質および固着方法が本発明例１と異なる。セラミック（Ａｌ２Ｏ３）を３ｗｔ％含む銀を材質として、本発明例１と同様寸法で補強部２を１枚製造した。続いて本発明例１と同様の超電導体４を有するテープ状の本体部６を２枚準備した。そして、これらを本発明例１と同様の配置、すなわち中央に補強部２を設置し、上述の補強部２の主面と、主面の反対側に位置する裏面との上に本体部６を設置する位置構造となるよう配置する。この状態で、最高温度８３０度、３００気圧で本体部６である超電導線を焼結することにより、本体部６をシースしている銀と、補強部２に含まれている銀との拡散反応が起きる。この結果、本体部６と補強部２とが直接固着する。
【００４７】
（測定方法）
本発明例１、比較例１、比較例２および比較例３の超電導テープについて、許容引張応力および接続抵抗を測定した。許容引張応力は、温度７７Ｋの液体窒素中にて、張力を加える前の超電導テープの臨界電流値に対して、９５％の臨界電流値となったときの張力を測定した。
【００４８】
図５は、上述した実施例における接続抵抗の測定方法を説明するための断面図である。なお、図５は、本発明例１の超電導テープ１ａの接続抵抗を測定する状態を示す。図５に示すように、本発明例１、比較例１、比較例２、および比較例３の２枚の超電導テープの端を、ラップｘを５０ｍｍとなるように重ねて接続した。その状態で、温度７７Ｋにて、抵抗値を接続抵抗として測定した。その結果を表１に示す。
【００４９】
また、同時に、許容引張応力の測定方法を以下に記しておく。超電導テープのサンプルを１０〜１５ｃｍ切り取り、温度７７Ｋにて、電源のついた引張試験機で引張りながら、実際に通電して臨界電流を測定する。引張荷重を加えていない状態に比べて、引張荷重を加えると、ある荷重のところで臨界電流値が下がり始める。臨界電流値が下がり、初期値の９５％になるときの引張応力を、許容引張応力として記録する。その結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
（測定結果）
表１に示すように、本発明例１の超電導テープの許容引張応力は、比較例２、比較例３の超電導テープの許容引張応力よりも大きく、かつ比較例１の超電導テープに次いで高い値であった。また、本発明例１の超電導テープの接続抵抗は、比較例１よりも小さく、比較例２、比較例３と同程度であった。比較例１は、許容引張応力は高いが、接続抵抗が高く、比較例２および比較例３は、接続抵抗は低いが、許容引張応力が低いという結果になっている。
【００５２】
許容引張応力、接続抵抗の両方の結果を総合的に考慮すれば、本発明例１の測定結果が、許容引張応力が高く、接続抵抗は低いため、以下の結論が導き出せる。補強部と、補強部の主面および上述した主面の反対側に位置する主面との上に半田層を介して超電導体を有する本体部を固着させた、超電導テープの５層構造を形成させることにより、許容引張応力を高く、接続抵抗を低くすることができることが確認できた。
【００５３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述のした実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内ですべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の超電導テープは、ビスマス系の超電導材料を含む超電導テープの製造方法に関連する技術として特に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１における超電導テープの構成を概略的に示す部分斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１における超電導テープの製造方法を示すフローチャートである。
【図３】本実施例の比較例１における超電導テープの構成を概略的に示す部分斜視図である。
【図４】本実施例の比較例２における超電導テープの構成を概略的に示す部分斜視図である。
【図５】実施例における接続抵抗の測定方法を説明するための断面図である。
【図６】超電導テープの、「パンケーキ巻き」と呼ばれるコイル巻きの方法を説明する模式図である。
【図７】超電導テープの、「レイヤー巻き」と呼ばれるコイル巻きの方法を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ａ 超電導テープ、２ 補強部、３ 半田層、２ａ，３ａ 上面、２ｂ，３ｂ 下面、４ 超電導体、５ シース部、６ 本体部、ｘ ラップ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
補強部と、
前記補強部の主面と、前記主面の反対側に位置する裏面との上にそれぞれ配置された接合層と、
前記接合層のそれぞれの表面上に位置し、前記接合層を介して、前記補強部に固着されている超電導体を有するテープ状の本体部とを備える超電導テープ。
【請求項２】
前記補強部を構成する材料として、銀合金よりも高強度で、半田付け可能な金属材料を用いていることを特徴とする、請求項１に記載の超電導テープ。
【請求項３】
前記テープ状の本体部は、前記超電導体が金属に被覆されたテープであることを特徴とする、請求項１に記載の超電導テープ。
【請求項４】
補強部を準備する工程と、
超電導体を有するテープ状の本体部を準備する工程と、
前記補強部の主面と、前記主面の反対側に位置する裏面との上にそれぞれ配置された接合層を形成する工程と、
前記接合層のそれぞれの表面上に前記本体部を配置するとともに、前記接合層を介して、前記補強部と前記本体部とを固着させる工程とを備えた、超電導テープの製造方法。
【請求項５】
前記補強部を準備する工程では、銀合金よりも高強度で、半田付け可能な金属材料を用いた前記補強部を準備することを特徴とする、請求項４に記載の超電導テープの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の、超電導テープを用いたコイル。
【請求項７】
請求項６に記載のコイルを用いたマグネット。
【請求項１】
補強部と、
前記補強部の主面と、前記主面の反対側に位置する裏面との上にそれぞれ配置された接合層と、
前記接合層のそれぞれの表面上に位置し、前記接合層を介して、前記補強部に固着されている超電導体を有するテープ状の本体部とを備える超電導テープ。
【請求項２】
前記補強部を構成する材料として、銀合金よりも高強度で、半田付け可能な金属材料を用いていることを特徴とする、請求項１に記載の超電導テープ。
【請求項３】
前記テープ状の本体部は、前記超電導体が金属に被覆されたテープであることを特徴とする、請求項１に記載の超電導テープ。
【請求項４】
補強部を準備する工程と、
超電導体を有するテープ状の本体部を準備する工程と、
前記補強部の主面と、前記主面の反対側に位置する裏面との上にそれぞれ配置された接合層を形成する工程と、
前記接合層のそれぞれの表面上に前記本体部を配置するとともに、前記接合層を介して、前記補強部と前記本体部とを固着させる工程とを備えた、超電導テープの製造方法。
【請求項５】
前記補強部を準備する工程では、銀合金よりも高強度で、半田付け可能な金属材料を用いた前記補強部を準備することを特徴とする、請求項４に記載の超電導テープの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の、超電導テープを用いたコイル。
【請求項７】
請求項６に記載のコイルを用いたマグネット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１１７２０２（Ｐ２００９−１１７２０２Ａ）
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２８９５２７（Ｐ２００７−２８９５２７）
【出願日】平成１９年１１月７日（２００７．１１．７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（３０１０２３２３８）独立行政法人物質・材料研究機構 (1,333)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月７日（２００７．１１．７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（３０１０２３２３８）独立行政法人物質・材料研究機構 (1,333)
【Ｆターム（参考）】
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