超電導線材および超電導線材の製造方法
【課題】機械的強度を向上する超電導線材および超電導線材の製造方法を提供する。
【解決手段】超電導線材１は、基材と、基材上に形成された超電導層１３とを含むテープ状の本体部１０と、本体部１０の外周を覆い、かつ化合物が析出した金属めっき層とを備えている。超電導線材１の製造方法は、基材と、基材上に形成された超電導層１３とを含むテープ状の本体部１０を準備する工程と、本体部１０の外周を覆い、かつ化合物が析出した金属めっき層を形成する工程とを備えている。
【解決手段】超電導線材１は、基材と、基材上に形成された超電導層１３とを含むテープ状の本体部１０と、本体部１０の外周を覆い、かつ化合物が析出した金属めっき層とを備えている。超電導線材１の製造方法は、基材と、基材上に形成された超電導層１３とを含むテープ状の本体部１０を準備する工程と、本体部１０の外周を覆い、かつ化合物が析出した金属めっき層を形成する工程とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超電導線材および超電導線材の製造方法に関し、たとえばＲＥ１２３系の超電導層を有する超電導線材および超電導線材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、パウダーインチューブ法で作製されたＢｉ２２２３相などを主成分とするビスマス系の超電導体を用いた超電導線材（以下、「ビスマス系の超電導線材」ということもある。）と、基材上に気相法あるいは液相法で形成されたＲＥ１２３系の超電導体を用いた超電導線材（以下、「ＲＥ１２３系の超電導線材」ということもある。）との２種類の超電導線材の開発が進められている。
【０００３】
このうちＲＥ１２３系の超電導線材は、液体窒素温度（７７．３Ｋ）での臨界電流密度がビスマス系の超電導線材よりも高いという利点を有している。また、ＲＥ１２３系の超電導線材は、低温下および一定磁場下における臨界電流値が高いという利点も有している。そのため、ＲＥ１２３系の超電導線材は次世代の高温超電導線材として期待されている。
【０００４】
このような超電導線材が、たとえば特開平７−７３７５９号公報（特許文献１）に開示されている。この特許文献１に開示の超電導線材は、基材と、この基材上に形成された中間層と、この中間層上に形成された超電導層と、この超電導層上に形成された下地安定化薄膜と、この下地安定化薄膜上に形成された安定化層とを備えている。下地安定化薄膜は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）などの貴金属またはそれらの合金からなることが記載されている。また、安定化薄膜は、めっき法により銅（Ｃｕ）あるいはアルミニウム（Ａｌ）などの良導電性金属材料からなることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−７３７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の超電導線材では、超電導層上に金属単体または合金よりなる下地安定化薄膜および安定化薄膜が形成されている。しかしながら、金属が積層された上記下地安定化薄膜および安定化薄膜では、機械的強度が十分でないという問題があることを本発明者は初めて明らかにした。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、機械的強度を向上する超電導線材および超電導線材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の超電導線材は、基材と、基材上に形成された超電導層とを含むテープ状の本体部と、本体部の外周を覆い、かつ化合物が析出した金属めっき層とを備えている。
【０００９】
本発明の超電導線材の製造方法は、基材と、基材上に形成された超電導層とを含むテープ状の本体部を準備する工程と、本体部の外周を覆い、かつ化合物が析出した金属めっき層を形成する工程とを備えている。
【００１０】
本発明の超電導線材およびその製造方法によれば、金属めっき層は、異物としての化合物を含んでいる。この化合物により、金属めっき層は硬くなる。この化合物を含む金属めっき層が超電導層を含む本体部の少なくとも一部を覆っている。このため、超電導層が伸びることを抑制できる。したがって、超電導線材の機械的強度を向上することができる。
【００１１】
上記超電導線材において好ましくは、化合物は、セラミックス粒子である。
上記超電導線材の製造方法において好ましくは、金属めっき層を形成する工程では、化合物としてセラミックス粒子が析出した金属めっき層を形成する。
【００１２】
金属めっき層を硬くするために有効な化合物を本発明者が鋭意研究した結果、化合物としてセラミックス粒子を見い出した。これにより、超電導線材の機械的強度を向上することができる。
【００１３】
上記超電導線材において好ましくは、超電導層側の最外周に形成され、かつ金属単体または合金よりなる金属層をさらに備えている。
【００１４】
上記超電導線材の製造方法において好ましくは、超電導層側の最外周に金属単体または合金よりなる金属層を形成する工程をさらに備えている。
【００１５】
金属層は金属単体または合金よりなるので、導電性が高い。このため、超電導層側の最外周に金属層を形成することにより、超電導線材の接触抵抗を低減することができる。したがって、機械的強度を向上するとともに、接触抵抗を低減することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の超電導線材および超電導線材の製造方法によれば、化合物が析出した金属めっき層を備えているので、機械的強度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１における超電導線材を概略的に示す部分断面斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１における本体部を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における第１のマスク層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における第２のめっき層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における第２のめっき層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１における第１のマスク層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における第１のめっき層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１における第１のめっき層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における超電導線材を概略的に示す部分断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態２における第２のマスク層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における第１のめっき層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態２における第１のめっき層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態２における第１のマスク層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２における第２のめっき層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態２における第２のめっき層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態３における超電導線材を概略的に示す部分断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態３における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の実施の形態４における超電導線材を概略的に示す部分断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態４における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図２２】本発明の実施の形態５における超電導線材を概略的に示す部分断面図である。
【図２３】本発明の実施の形態５における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図２４】比較例１における超電導線材を概略的に示す部分断面図である。
【図２５】本発明例１における超電導線材の接触抵抗の測定方法を説明するための断面図である。
【図２６】本発明例２における超電導線材の接触抵抗の測定方法を説明するための断面図である。
【図２７】本発明例３における超電導線材の接触抵抗の測定方法を説明するための断面図である。
【図２８】比較例１における超電導線材の接触抵抗の測定方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（実施の形態１）
図１を参照して、本発明の一実施の形態における超電導線材１について説明する。本実施の形態における超電導線材１は、本体部１０と、第１のめっき層２１と、第２のめっき層２２とを備えている。本体部１０は、安定化層１５と、安定化層１５上に形成された基板１１と、基板１１上に形成された中間層１２と、中間層１２上に形成された超電導層１３と、超電導層１３上に形成された安定化層１４とを含んでいる。第１めっき層２１は、超電導層１３側の最外周に形成され、第２めっき層２２は、基板１１側の最外周に形成されている。
【００２０】
基板１１は、たとえばステンレス鋼、ニッケル合金（たとえばハステロイ）、または銀合金などの金属よりなっている。基板１１は、配向金属基板であることが好ましい。中間層１２は、たとえばイットリア安定化ジルコニア、酸化セリウム、酸化マグネシウムまたはチタン酸ストロンチウムなどよりなっている。基板１１および中間層１２とを含めて基材としている。なお、中間層１２は省略されてもよい。
【００２１】
超電導層１３はたとえばＲＥ１２３系超電導体よりなっている。ＲＥ１２３系超電導体とは、ＲＥxＢａyＣｕzＯ7-dにおいて、０．７≦ｘ≦１．３、１．７≦ｙ≦２．３、２．７≦ｚ≦３．３であることを意味する。また、ＲＥ１２３系超電導体のＲＥとは、希土類元素およびイットリウム元素の少なくともいずれかを含む材質を意味する。また、希土類元素としては、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ホルミウム（Ｈｏ）、イットリウム（Ｙ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）およびルテニウム（Ｌｕ）からなる群から選択された少なくとも１種が含まれる。ＲＥ１２３系超電導線材は、液体窒素温度（７７．３Ｋ）での臨界電流密度がビスマス系の超電導線材よりも高いという利点を有している。また、低温下および一定磁場下における臨界電流値が高いという利点を有している。一方で、ＲＥ１２３系超電導体はビスマス系超電導体のようにシース部で被覆することができないので、基板１１上に気相法のみまたは液相法のみによって超電導体（超電導薄膜材料）を成膜する方法で製造される。
【００２２】
また、安定化層１４、１５は、超電導層１３の表面保護のために設けられる層であり、たとえば銀や銅などよりなっている。安定化層１４、１５は省略されてもよい。
【００２３】
第１のめっき層２１は、本体部１０の基板１１側（本実施の形態では安定化層１５下）を覆っている。言い換えると、第１のめっき層２１は、超電導層１３上に位置する本体部１０の最外周に形成されている。第１のめっき層２１は、化合物が析出した導電性の材料である。言い換えると、第１のめっき層２１は、化合物が分散した金属めっき層である。化合物は、たとえばアルミナなどのセラミックス粒子、カーボンファイバーなどである。第１のめっき層２１は、たとえば化合物が析出しているＣｕめっき層、Ａｇめっき層などである。また、化合物の粒径は、たとえば１μｍ以下が好ましく、２００ｎｍ以下がより好ましい。この場合、接触抵抗を小さくすることができる。
【００２４】
なお、第１のめっき層２１は、本体部１０の一部を覆っていればよく、本体部１０の幅広面（上面または下面）の少なくとも一面を覆っていることが好ましい。
【００２５】
第２のめっき層２２は、本体部１０の超電導層１３側（本実施の形態では安定化層１４上および本体部１０の側面）を覆っている。第２のめっき層２２は、金属単体または合金よりなる。第２のめっき層２２は、たとえばＣｕ、Ａｇなどである。第２のめっき層２２は省略されてもよい。
【００２６】
また、第１および第２のめっき層２１、２２は、安定化層１４、１５に接して設けられている。つまり、本体部１０と、第１および第２のめっき層２１、２２との間には、半田などが存在していない。
【００２７】
続いて、図２〜図９を参照して、本実施の形態における超電導線材１の製造方法について説明する。
【００２８】
まず、図２および図３に示すように、基材と、基材上に形成された超電導層１３とを含むテープ状の本体部１０を準備する（ステップＳ１）。基材は、基板１１と中間層１２とを含んでいる。なお、中間層１２は省略されてもよい。
【００２９】
具体的には、基板１１を準備する。その後、基板１１上に中間層１２を形成する。中間層１２の形成方法は特に限定されず、たとえば、スパッタリング法、レーザアブレーション法、電子ビーム蒸着法およびＩＢＡＤ（Ion Beam Assist Deposition）法からなる群から選択された少なくとも１種の方法などにより形成することができる。次いで、中間層１２上に超電導層１３を形成する。超電導層の形成方法は特に限定されず、たとえばスパッタリング法、レーザアブレーション法、ＭＯＤ（Metal Organic Deposition）法およびＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法からなる群から選択された少なくとも１種の方法などにより形成することができる。さらに、基板１１下および超電導層１３上に安定化層１４、１５を形成する。安定化層１４、１５の形成方法は特に限定されず、たとえば、スパッタリング法などの物理蒸着法を用いて成膜することができる。これにより、図３に示すテープ状の本体部１０を準備することができる。
【００３０】
次に、図２および図４に示すように、本体部１０下に、第１のマスク層３１を形成する（ステップＳ２）。第１のマスク層３１の形成方法は特に限定されず、たとえば、コーターやスプレー方式により塗布することができる。その後、図２および図５に示すように、第１のマスク層３１を形成した本体部１０を覆うように第２のめっき層２２を形成する（ステップＳ３）。また、第２のめっき層２２として、金属単体または合金よりなる金属層を形成する。第２のめっき層２２は、超電導層１３側に形成すればよく、本体部１０の側面および第１のマスク層３１下には形成されていなくてもよい。第２のめっき層２２の形成方法は特に限定されず、たとえば電気めっき法により形成される。その後、図２および図６に示すように、第１のマスク層３１を除去する（ステップＳ４）。第１のマスク層３１の除去方法は特に限定されず、たとえばエッチングなどにより除去することができる。これにより、第２のめっき層２２を超電導層１３側に形成することができる。
【００３１】
次に、図２および図７に示すように、本体部１０上に、第２のマスク層３２を形成する（ステップＳ５）。第２のマスク層３２の形成方法は特に限定されず、たとえば、コーターやスプレー方式により塗布することができる。その後、図２および図８に示すように、第２のマスク層３２を形成した本体部１０を覆うように第１のめっき層２１を形成する（ステップＳ６）。第１のめっき層２１として、化合物が析出した金属めっき層を形成する。第１のめっき層２１は、基板１１側の最外周（本実施の形態では安定化層１５に接するよう）に形成することが好ましい。また、第１のめっき層２１は、側面および上面には形成されていなくてもよい。第１のめっき層２１の形成方法は特に限定されず、たとえば化合物を含むめっき液を用いた電気めっき法により形成される。その後、図２および図９に示すように、第２のマスク層３２を除去する（ステップＳ４）。第２のマスク層３２の除去方法は特に限定されず、たとえばエッチングなどにより除去することができる。これにより、本体部１０の外周を覆い、かつ化合物が析出した第１のめっき層２２を形成することができる。
【００３２】
なお、図９では、本体部１０の側面を第２のめっき層２２が覆い、第２のめっき層２２を第１のめっき層２１が覆っているが、側面を覆う第１のめっき層２１を除去してもよい。この場合、図１に示す超電導線材１が得られる。
【００３３】
以上のステップＳ１〜Ｓ７を実施することにより、本実施の形態における超電導線材１を製造することができる。
【００３４】
以上説明したように、本実施の形態における超電導線材１およびその製造方法によれば、第１のめっき層２１は、異物としての化合物を含んでいる。この化合物により、第１のめっき層２１は硬くなる。この化合物を含む第１のめっき層２１が超電導層１３を含む本体部１０の少なくとも一部を覆っている。このため、超電導層１３が伸びることを抑制できる。したがって、超電導線材１の機械的強度を向上することができる。
【００３５】
仮に、超電導線材１に応力を加えて、第１のめっき層２１の外表面に亀裂が入った場合、第１のめっき層２１の内部に析出した化合物により亀裂を留めることができる。このため、第１のめっき層２１により、亀裂が本体部１０に達することを抑制できるので、超電導線材１において大きな亀裂に発展することを抑制できる。このため、超電導線材１の機械的強度を向上することができる。
【００３６】
また、本実施の形態では、第１のめっき層２１は基板１１側の最外周に形成され、第２のめっき層２２は超電導層１３側の最外周に形成されている。第２のめっき層２２は、金属または合金よりなるので、導電性が高い。超電導層１３側に第２のめっき層２２を形成することにより、超電導線材１の接触抵抗を低減することができる。したがって、第１のめっき層２１を基板１１側に形成し、第２のめっき層２２を超電導層１３側に形成することにより、機械的強度を向上し、かつ接触抵抗を低減することができる。
【００３７】
さらに、本実施の形態では、超電導層１３側には第２のめっき層２２のみが形成され、基板１１側には第１のめっき層２１のみが形成されている。これにより、超電導線材１の厚みを低減することができる。このため、臨界電流密度（＝臨界電流値／超電導線材１の断面積）を向上することができる。特に、本実施の形態では、第１のめっき層２１により機械的強度を向上できるので、基板１１の厚みを大きくする必要がないため、臨界電流密度を向上できる効果が大きい。つまり、超電導線材１は、高い臨界電流密度を維持するとともに、機械的強度を向上することができる。したがって、機械的強度を向上し、かつ接触抵抗を低減でき、かつ臨界電流密度などの超電導特性を向上できる超電導線材１を実現できる。
【００３８】
（実施の形態２）
図１０を参照して、本実施の形態における超電導線材２は、基本的には実施の形態１における図１の超電導線材１と同様の構成を備えているが、第１のめっき層２１が本体部１０の側面を覆っている点において異なっている。
【００３９】
続いて、図１１〜図１７を参照して、本実施の形態における超電導線材２の製造方法について説明する。
【００４０】
まず、図３および図１１に示すように、実施の形態１と同様に、本体部１０を準備する（ステップＳ１）。次に、図１１および図１２に示すように、本体部１０上に、第２のマスク層３２を形成する（ステップＳ５）。その後、図１１および図１３に示すように、本体部１０を覆うように、第１のめっき層２１を形成する（ステップＳ６）。このステップＳ６では、第２のマスク層３２上まで第１のめっき層２１を形成してもよい。次いで、図１１および図１４に示すように、第２のマスク層３２を除去する（ステップＳ７）。これにより、本体部１０の側面および下面に第１のめっき層２１を形成することができる。
【００４１】
次に、図１１および図１５に示すように、本体部１０下に、第１のマスク層３１を形成する（ステップＳ２）。その後、図１１および図１６に示すように、本体部１０を覆うように、第２のめっき層２２を形成する（ステップＳ３）。次いで、図１１および図１７に示すように、第１のマスク層３１を除去する（ステップＳ４）。
【００４２】
なお、図１７では、本体部１０の側面を第１のめっき層２１が覆い、第１のめっき層２１を第２のめっき層２２が覆っているが、第２のめっき層２２を除去してもよい。この場合、図１０に示す超電導線材２が得られる。以上のステップＳ１〜Ｓ７を実施することにより、図１０に示す本実施の形態における超電導線材２を製造することができる。
【００４３】
（実施の形態３）
図１８を参照して、本実施の形態における超電導線材３は、基本的には実施の形態１の図１に示す超電導線材１と同様の構成を備えているが、第１のめっき層２１が本体部１０の全周を覆っている点において異なっている。つまり、本実施の形態では、第２のめっき層２２が形成されていない。
【００４４】
続いて、本実施の形態における超電導線材３の製造方法について説明する。まず、図３および図１９に示すように、本体部１０を準備する（ステップＳ１）。次に、図１８および図１９に示すように、本体部１０の全周を覆うように、第１のめっき層２１を形成する（ステップＳ６）。これにより、図１８に示す本実施の形態における超電導線材３を製造することができる。
【００４５】
（実施の形態４）
図２０を参照して、本実施の形態における超電導線材４は、基本的には実施の形態１の図１に示す超電導線材１と同様の構成を備えているが、第２のめっき層２２が本体部１０の全周を覆い、第１のめっき層２１が第２のめっき層２２の全周を覆っている点において異なっている。
【００４６】
続いて、本実施の形態における超電導線材４の製造方法について説明する。まず、図３および図２１に示すように、本体部１０を準備する（ステップＳ１）。
【００４７】
次に、図２１に示すように、本体部１０の全周を覆うように、第２のめっき層２２を形成する（ステップＳ３）。次に、図２１に示すように、第２のめっき層２２の全周を覆うように、第１のめっき層２１を形成する（ステップＳ６）。これにより、図２０に示す本実施の形態における超電導線材４を製造することができる。
【００４８】
（実施の形態５）
図２２を参照して、本実施の形態における超電導線材５は、基本的には実施の形態１の図１に示す超電導線材１と同様の構成を備えているが、第１のめっき層２１が本体部１０の全周を覆い、第２のめっき層２２が第１のめっき層２１の全周を覆っている点において異なっている。
【００４９】
また、本実施の形態における超電導線材５は、図２０に示す実施の形態４の超電導線材４と同様の構成を備えているが、第１のめっき層２１と第２のめっき層２２との配置が反対である。第２のめっき層２２が第１のめっき層２１の外周に配置されていると、接触抵抗を低減できるため、好ましい。
【００５０】
続いて、本実施の形態における超電導線材５の製造方法について説明する。まず、図３および図２３に示すように、本体部１０を準備する（ステップＳ１）。
【００５１】
次に、図２３に示すように、本体部１０の全周を覆うように、第１のめっき層２１を形成する（ステップＳ６）。次に、図２３に示すように、第１のめっき層２１の全周を覆うように、第２のめっき層２２を形成する（ステップＳ３）。これにより、図２２に示す本実施の形態における超電導線材５を製造することができる。
【実施例】
【００５２】
本実施例では、金属めっき層（第１のめっき層２１）を形成することによる効果について調べた。
【００５３】
（本発明例１）
本発明例１の超電導線材は、基本的には図１に示す実施の形態１にしたがって製造した。
【００５４】
具体的には、まず、幅１０ｍｍ×長さ１００ｍ×厚さ０．１ｍｍのテープ状のニッケルとタングステンとの合金からなる配向性の基板１１を準備した。その後、この基板１１上にＲＦスパッタリング法によって、厚さ０．１μｍの第１酸化セリウム層、厚さ０．３μｍのＹＳＺ層、および厚さ０．０５μｍの第２酸化セリウム層をこの順で形成した。これにより、上記の第１酸化セリウム層、ＹＳＺ層および第２酸化セリウム層が基板１１側からこの順序で積層された３層の積層体からなる中間層１２を基板１１上に形成した。ここで、ＹＳＺ層は、（ＺｒＯ2）0.92（Ｙ2Ｏ3）0.08の組成式で表わされるＺｒＯ2とＹ2Ｏ3との固溶体であった。
【００５５】
次いで、中間層１２上に、レーザ蒸着法によってＧｄＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-δの組成式で表わされる組成のＧｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超電導体からなる厚さ１μｍの超電導層１３を形成した。
【００５６】
そして、超電導層１３上および基板１１下に、安定化層１４、１５として、ＤＣスパッタリング法によって厚さ３μｍのＡｇ安定化層を形成した。これにより、本体部１０を準備した（ステップＳ１）。
【００５７】
次に、本体部１０の基板１１側の安定化層１５下に、第１のマスク層３１を形成した（ステップＳ２）。その後、硫酸銅めっき槽を備えた電気めっき装置を用いて、電気めっき法により本体部１０の外表面に２０μｍの厚さの銅よりなる金属層（第２のめっき層２２）を形成した（ステップＳ３）。その後、第１のマスク層３１を除去した（ステップＳ４）。
【００５８】
ここで、硫酸銅めっき槽のめっき液は、濃度２０重量％の硫酸銅溶液を用いた。また、めっき時の電流密度は５（Ａ／ｄｍ2）と一定にした。
【００５９】
次に、本体部１０の超電導層１３側の安定化層１４上に、第２のマスク層３２を形成した（ステップＳ５）。その後、平均粒径が１μｍのアルミナを含む硫酸銅めっき槽を備えた電気めっき装置を用いて、電気めっき法により本体部１０の外表面に２０μｍの厚さのアルミナが析出した銅めっきからなる金属めっき層（第１のめっき層）を形成した（ステップＳ６）。次いで、第２のマスク層３２を除去した（ステップＳ７）。
【００６０】
ここで、アルミナを含む硫酸銅めっき槽のめっき液は、濃度２０重量％の硫酸銅溶液に対して、アルミナが５重量％になるように混合したものを用いた。また、めっき時の電流密度は５（Ａ／ｄｍ2）と一定にした。
【００６１】
以上のステップＳ１〜Ｓ７により、本発明例１の超電導線材１を製造した。
（本発明例２）
本発明例２の超電導線材は、基本的には図１０に示す実施の形態２にしたがって製造した。
【００６２】
具体的には、まず、本発明例１と同様の本体部１０を準備した（ステップＳ１）。次に、本体部１０の超電導層１３側の安定化層１４上に第２のマスク層３２を形成した（ステップＳ５）。その後、本体部１０の全周を覆うように、金属めっき層（第１のめっき層２１）を本発明例１と同様に形成した（ステップＳ６）。次いで、第２のマスク層３２を除去した（ステップＳ７）。これにより、基板１１側の安定化層１５および側面を覆う第１のめっき層２１を形成した。
【００６３】
次に、基板１１側の第１のめっき層２１下に、第１のマスク層３１を形成した（ステップＳ２）。その後、本体部１０の全周を覆うように、第２のめっき層２２を本発明例１と同様に形成した（ステップＳ３）。次いで、第１のマスク層３１を除去した（ステップＳ４）。これにより、超電導層１３側の安定化層１４を覆う第１のめっき層２１を形成した。
【００６４】
以上のステップＳ１〜Ｓ７により、本発明例２の超電導線材２を製造した。
（本発明例３）
本発明例３の超電導線材は、基本的には図１８に示す実施の形態３にしたがって製造した。
【００６５】
具体的には、まず、本発明例１と同様の本体部１０を準備した（ステップＳ１）。その後、本体部１０の全周を覆うように、金属めっき層（第１のめっき層２１）を本発明例１と同様に形成した（ステップＳ６）。以上のステップＳ１、Ｓ６により、本発明例３の超電導線材３を製造した。
【００６６】
（比較例１）
比較例１の超電導線材の製造方法は、基本的には本発明例２と同様であったが、第１のめっき層２１を形成する代わりに、第２のめっき層２２を形成した。つまり、図２４に示すように、比較例１の超電導線材１００は、本体部１０と、本体部１０の全周を覆う銅めっき層よりなる金属層（第２のめっき層２２）とを備えていた。
【００６７】
（評価方法）
本発明例１〜３および比較例１の超電導線材１〜３、１００について、以下の方法で、引張強度、曲げ径および接触抵抗をそれぞれ測定した。これらの結果を下記の表１に記載する。
【００６８】
引張張力は、本発明例１〜３および比較例１の超電導線材１〜３、１００に、長手方向に引張応力を加えて、それぞれの超電導線材１〜３、１００の初期の臨界電流値の９５％を維持できる最大の応力を測定した。
【００６９】
曲げ径は、室温にて、本発明例１〜３および比較例１の超電導線材１〜３，１００に超電導層１３が外側になるように曲げを加えて、それぞれの超電導線材１〜３、１００の初期の臨界電流値の９５％を維持できる最小の直径を測定した。
【００７０】
接触抵抗の測定方法は、図２５〜図２８を参照して説明する。図２５〜図２８に示すように、本発明例１〜３および比較例１の２枚の超電導線材１〜３、１００の端を、ラップｘが５ｍｍとなるように重ねて接続した。その状態で、７７Ｋにて、抵抗値を接続抵抗として測定した。
【００７１】
【表１】
【００７２】
（評価結果）
表１に示すように、化合物としてのアルミナを析出した金属めっき層を備えていた本発明例１〜３は、化合物を含まない金属めっき層を備えていた比較例１よりも引張強度および曲げ径を向上できた。また、化合物としてのアルミナを析出した金属めっき層を多く含むほど、機械的強度の指標である引張強度を向上できることがわかった。
【００７３】
また、表１に示すように、超電導層１３側に金属単体または合金よりなる金属層を形成した本発明例１および２は、比較例１と同じ低い接触抵抗を維持できることがわかった。
【００７４】
以上より、本実施例によれば、金属めっき層（第１のめっき層２１）を形成することにより、機械的強度を向上できることが確認できた。また、超電導層１３側の最外周に金属単体または合金よりなる金属層を形成することにより、低い接触抵抗を維持できることが確認できた。
【００７５】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、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。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例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の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】
【００７６】
本発明の超電導線材は、たとえば超電導ケーブル、超電導モータ、発電機、磁気分離装置、単結晶引上げ炉用マグネット、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）、ＮＭＲ（Nuclear Magnetic Resonance）、リニアモーターカーまたは変圧器などの超電導機器に用いることができる可能性がある。
【符号の説明】
【００７７】
１〜５，１００ 超電導線材、１０ 本体部、１１ 基板、１２ 中間層、１３ 超電導層、１４，１５ 安定化層、２１ 第１のめっき層、２２ 第２のめっき層、３１ 第１のマスク層、３２ 第２のマスク層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は超電導線材および超電導線材の製造方法に関し、たとえばＲＥ１２３系の超電導層を有する超電導線材および超電導線材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、パウダーインチューブ法で作製されたＢｉ２２２３相などを主成分とするビスマス系の超電導体を用いた超電導線材（以下、「ビスマス系の超電導線材」ということもある。）と、基材上に気相法あるいは液相法で形成されたＲＥ１２３系の超電導体を用いた超電導線材（以下、「ＲＥ１２３系の超電導線材」ということもある。）との２種類の超電導線材の開発が進められている。
【０００３】
このうちＲＥ１２３系の超電導線材は、液体窒素温度（７７．３Ｋ）での臨界電流密度がビスマス系の超電導線材よりも高いという利点を有している。また、ＲＥ１２３系の超電導線材は、低温下および一定磁場下における臨界電流値が高いという利点も有している。そのため、ＲＥ１２３系の超電導線材は次世代の高温超電導線材として期待されている。
【０００４】
このような超電導線材が、たとえば特開平７−７３７５９号公報（特許文献１）に開示されている。この特許文献１に開示の超電導線材は、基材と、この基材上に形成された中間層と、この中間層上に形成された超電導層と、この超電導層上に形成された下地安定化薄膜と、この下地安定化薄膜上に形成された安定化層とを備えている。下地安定化薄膜は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）などの貴金属またはそれらの合金からなることが記載されている。また、安定化薄膜は、めっき法により銅（Ｃｕ）あるいはアルミニウム（Ａｌ）などの良導電性金属材料からなることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−７３７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の超電導線材では、超電導層上に金属単体または合金よりなる下地安定化薄膜および安定化薄膜が形成されている。しかしながら、金属が積層された上記下地安定化薄膜および安定化薄膜では、機械的強度が十分でないという問題があることを本発明者は初めて明らかにした。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、機械的強度を向上する超電導線材および超電導線材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の超電導線材は、基材と、基材上に形成された超電導層とを含むテープ状の本体部と、本体部の外周を覆い、かつ化合物が析出した金属めっき層とを備えている。
【０００９】
本発明の超電導線材の製造方法は、基材と、基材上に形成された超電導層とを含むテープ状の本体部を準備する工程と、本体部の外周を覆い、かつ化合物が析出した金属めっき層を形成する工程とを備えている。
【００１０】
本発明の超電導線材およびその製造方法によれば、金属めっき層は、異物としての化合物を含んでいる。この化合物により、金属めっき層は硬くなる。この化合物を含む金属めっき層が超電導層を含む本体部の少なくとも一部を覆っている。このため、超電導層が伸びることを抑制できる。したがって、超電導線材の機械的強度を向上することができる。
【００１１】
上記超電導線材において好ましくは、化合物は、セラミックス粒子である。
上記超電導線材の製造方法において好ましくは、金属めっき層を形成する工程では、化合物としてセラミックス粒子が析出した金属めっき層を形成する。
【００１２】
金属めっき層を硬くするために有効な化合物を本発明者が鋭意研究した結果、化合物としてセラミックス粒子を見い出した。これにより、超電導線材の機械的強度を向上することができる。
【００１３】
上記超電導線材において好ましくは、超電導層側の最外周に形成され、かつ金属単体または合金よりなる金属層をさらに備えている。
【００１４】
上記超電導線材の製造方法において好ましくは、超電導層側の最外周に金属単体または合金よりなる金属層を形成する工程をさらに備えている。
【００１５】
金属層は金属単体または合金よりなるので、導電性が高い。このため、超電導層側の最外周に金属層を形成することにより、超電導線材の接触抵抗を低減することができる。したがって、機械的強度を向上するとともに、接触抵抗を低減することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の超電導線材および超電導線材の製造方法によれば、化合物が析出した金属めっき層を備えているので、機械的強度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１における超電導線材を概略的に示す部分断面斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１における本体部を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における第１のマスク層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における第２のめっき層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における第２のめっき層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１における第１のマスク層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１における第１のめっき層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１における第１のめっき層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における超電導線材を概略的に示す部分断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態２における第２のマスク層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における第１のめっき層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態２における第１のめっき層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態２における第１のマスク層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態２における第２のめっき層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態２における第２のめっき層を形成した状態を概略的に示す断面図である。
【図１８】本発明の実施の形態３における超電導線材を概略的に示す部分断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態３における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の実施の形態４における超電導線材を概略的に示す部分断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態４における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図２２】本発明の実施の形態５における超電導線材を概略的に示す部分断面図である。
【図２３】本発明の実施の形態５における超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図２４】比較例１における超電導線材を概略的に示す部分断面図である。
【図２５】本発明例１における超電導線材の接触抵抗の測定方法を説明するための断面図である。
【図２６】本発明例２における超電導線材の接触抵抗の測定方法を説明するための断面図である。
【図２７】本発明例３における超電導線材の接触抵抗の測定方法を説明するための断面図である。
【図２８】比較例１における超電導線材の接触抵抗の測定方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（実施の形態１）
図１を参照して、本発明の一実施の形態における超電導線材１について説明する。本実施の形態における超電導線材１は、本体部１０と、第１のめっき層２１と、第２のめっき層２２とを備えている。本体部１０は、安定化層１５と、安定化層１５上に形成された基板１１と、基板１１上に形成された中間層１２と、中間層１２上に形成された超電導層１３と、超電導層１３上に形成された安定化層１４とを含んでいる。第１めっき層２１は、超電導層１３側の最外周に形成され、第２めっき層２２は、基板１１側の最外周に形成されている。
【００２０】
基板１１は、たとえばステンレス鋼、ニッケル合金（たとえばハステロイ）、または銀合金などの金属よりなっている。基板１１は、配向金属基板であることが好ましい。中間層１２は、たとえばイットリア安定化ジルコニア、酸化セリウム、酸化マグネシウムまたはチタン酸ストロンチウムなどよりなっている。基板１１および中間層１２とを含めて基材としている。なお、中間層１２は省略されてもよい。
【００２１】
超電導層１３はたとえばＲＥ１２３系超電導体よりなっている。ＲＥ１２３系超電導体とは、ＲＥxＢａyＣｕzＯ7-dにおいて、０．７≦ｘ≦１．３、１．７≦ｙ≦２．３、２．７≦ｚ≦３．３であることを意味する。また、ＲＥ１２３系超電導体のＲＥとは、希土類元素およびイットリウム元素の少なくともいずれかを含む材質を意味する。また、希土類元素としては、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ホルミウム（Ｈｏ）、イットリウム（Ｙ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）およびルテニウム（Ｌｕ）からなる群から選択された少なくとも１種が含まれる。ＲＥ１２３系超電導線材は、液体窒素温度（７７．３Ｋ）での臨界電流密度がビスマス系の超電導線材よりも高いという利点を有している。また、低温下および一定磁場下における臨界電流値が高いという利点を有している。一方で、ＲＥ１２３系超電導体はビスマス系超電導体のようにシース部で被覆することができないので、基板１１上に気相法のみまたは液相法のみによって超電導体（超電導薄膜材料）を成膜する方法で製造される。
【００２２】
また、安定化層１４、１５は、超電導層１３の表面保護のために設けられる層であり、たとえば銀や銅などよりなっている。安定化層１４、１５は省略されてもよい。
【００２３】
第１のめっき層２１は、本体部１０の基板１１側（本実施の形態では安定化層１５下）を覆っている。言い換えると、第１のめっき層２１は、超電導層１３上に位置する本体部１０の最外周に形成されている。第１のめっき層２１は、化合物が析出した導電性の材料である。言い換えると、第１のめっき層２１は、化合物が分散した金属めっき層である。化合物は、たとえばアルミナなどのセラミックス粒子、カーボンファイバーなどである。第１のめっき層２１は、たとえば化合物が析出しているＣｕめっき層、Ａｇめっき層などである。また、化合物の粒径は、たとえば１μｍ以下が好ましく、２００ｎｍ以下がより好ましい。この場合、接触抵抗を小さくすることができる。
【００２４】
なお、第１のめっき層２１は、本体部１０の一部を覆っていればよく、本体部１０の幅広面（上面または下面）の少なくとも一面を覆っていることが好ましい。
【００２５】
第２のめっき層２２は、本体部１０の超電導層１３側（本実施の形態では安定化層１４上および本体部１０の側面）を覆っている。第２のめっき層２２は、金属単体または合金よりなる。第２のめっき層２２は、たとえばＣｕ、Ａｇなどである。第２のめっき層２２は省略されてもよい。
【００２６】
また、第１および第２のめっき層２１、２２は、安定化層１４、１５に接して設けられている。つまり、本体部１０と、第１および第２のめっき層２１、２２との間には、半田などが存在していない。
【００２７】
続いて、図２〜図９を参照して、本実施の形態における超電導線材１の製造方法について説明する。
【００２８】
まず、図２および図３に示すように、基材と、基材上に形成された超電導層１３とを含むテープ状の本体部１０を準備する（ステップＳ１）。基材は、基板１１と中間層１２とを含んでいる。なお、中間層１２は省略されてもよい。
【００２９】
具体的には、基板１１を準備する。その後、基板１１上に中間層１２を形成する。中間層１２の形成方法は特に限定されず、たとえば、スパッタリング法、レーザアブレーション法、電子ビーム蒸着法およびＩＢＡＤ（Ion Beam Assist Deposition）法からなる群から選択された少なくとも１種の方法などにより形成することができる。次いで、中間層１２上に超電導層１３を形成する。超電導層の形成方法は特に限定されず、たとえばスパッタリング法、レーザアブレーション法、ＭＯＤ（Metal Organic Deposition）法およびＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法からなる群から選択された少なくとも１種の方法などにより形成することができる。さらに、基板１１下および超電導層１３上に安定化層１４、１５を形成する。安定化層１４、１５の形成方法は特に限定されず、たとえば、スパッタリング法などの物理蒸着法を用いて成膜することができる。これにより、図３に示すテープ状の本体部１０を準備することができる。
【００３０】
次に、図２および図４に示すように、本体部１０下に、第１のマスク層３１を形成する（ステップＳ２）。第１のマスク層３１の形成方法は特に限定されず、たとえば、コーターやスプレー方式により塗布することができる。その後、図２および図５に示すように、第１のマスク層３１を形成した本体部１０を覆うように第２のめっき層２２を形成する（ステップＳ３）。また、第２のめっき層２２として、金属単体または合金よりなる金属層を形成する。第２のめっき層２２は、超電導層１３側に形成すればよく、本体部１０の側面および第１のマスク層３１下には形成されていなくてもよい。第２のめっき層２２の形成方法は特に限定されず、たとえば電気めっき法により形成される。その後、図２および図６に示すように、第１のマスク層３１を除去する（ステップＳ４）。第１のマスク層３１の除去方法は特に限定されず、たとえばエッチングなどにより除去することができる。これにより、第２のめっき層２２を超電導層１３側に形成することができる。
【００３１】
次に、図２および図７に示すように、本体部１０上に、第２のマスク層３２を形成する（ステップＳ５）。第２のマスク層３２の形成方法は特に限定されず、たとえば、コーターやスプレー方式により塗布することができる。その後、図２および図８に示すように、第２のマスク層３２を形成した本体部１０を覆うように第１のめっき層２１を形成する（ステップＳ６）。第１のめっき層２１として、化合物が析出した金属めっき層を形成する。第１のめっき層２１は、基板１１側の最外周（本実施の形態では安定化層１５に接するよう）に形成することが好ましい。また、第１のめっき層２１は、側面および上面には形成されていなくてもよい。第１のめっき層２１の形成方法は特に限定されず、たとえば化合物を含むめっき液を用いた電気めっき法により形成される。その後、図２および図９に示すように、第２のマスク層３２を除去する（ステップＳ４）。第２のマスク層３２の除去方法は特に限定されず、たとえばエッチングなどにより除去することができる。これにより、本体部１０の外周を覆い、かつ化合物が析出した第１のめっき層２２を形成することができる。
【００３２】
なお、図９では、本体部１０の側面を第２のめっき層２２が覆い、第２のめっき層２２を第１のめっき層２１が覆っているが、側面を覆う第１のめっき層２１を除去してもよい。この場合、図１に示す超電導線材１が得られる。
【００３３】
以上のステップＳ１〜Ｓ７を実施することにより、本実施の形態における超電導線材１を製造することができる。
【００３４】
以上説明したように、本実施の形態における超電導線材１およびその製造方法によれば、第１のめっき層２１は、異物としての化合物を含んでいる。この化合物により、第１のめっき層２１は硬くなる。この化合物を含む第１のめっき層２１が超電導層１３を含む本体部１０の少なくとも一部を覆っている。このため、超電導層１３が伸びることを抑制できる。したがって、超電導線材１の機械的強度を向上することができる。
【００３５】
仮に、超電導線材１に応力を加えて、第１のめっき層２１の外表面に亀裂が入った場合、第１のめっき層２１の内部に析出した化合物により亀裂を留めることができる。このため、第１のめっき層２１により、亀裂が本体部１０に達することを抑制できるので、超電導線材１において大きな亀裂に発展することを抑制できる。このため、超電導線材１の機械的強度を向上することができる。
【００３６】
また、本実施の形態では、第１のめっき層２１は基板１１側の最外周に形成され、第２のめっき層２２は超電導層１３側の最外周に形成されている。第２のめっき層２２は、金属または合金よりなるので、導電性が高い。超電導層１３側に第２のめっき層２２を形成することにより、超電導線材１の接触抵抗を低減することができる。したがって、第１のめっき層２１を基板１１側に形成し、第２のめっき層２２を超電導層１３側に形成することにより、機械的強度を向上し、かつ接触抵抗を低減することができる。
【００３７】
さらに、本実施の形態では、超電導層１３側には第２のめっき層２２のみが形成され、基板１１側には第１のめっき層２１のみが形成されている。これにより、超電導線材１の厚みを低減することができる。このため、臨界電流密度（＝臨界電流値／超電導線材１の断面積）を向上することができる。特に、本実施の形態では、第１のめっき層２１により機械的強度を向上できるので、基板１１の厚みを大きくする必要がないため、臨界電流密度を向上できる効果が大きい。つまり、超電導線材１は、高い臨界電流密度を維持するとともに、機械的強度を向上することができる。したがって、機械的強度を向上し、かつ接触抵抗を低減でき、かつ臨界電流密度などの超電導特性を向上できる超電導線材１を実現できる。
【００３８】
（実施の形態２）
図１０を参照して、本実施の形態における超電導線材２は、基本的には実施の形態１における図１の超電導線材１と同様の構成を備えているが、第１のめっき層２１が本体部１０の側面を覆っている点において異なっている。
【００３９】
続いて、図１１〜図１７を参照して、本実施の形態における超電導線材２の製造方法について説明する。
【００４０】
まず、図３および図１１に示すように、実施の形態１と同様に、本体部１０を準備する（ステップＳ１）。次に、図１１および図１２に示すように、本体部１０上に、第２のマスク層３２を形成する（ステップＳ５）。その後、図１１および図１３に示すように、本体部１０を覆うように、第１のめっき層２１を形成する（ステップＳ６）。このステップＳ６では、第２のマスク層３２上まで第１のめっき層２１を形成してもよい。次いで、図１１および図１４に示すように、第２のマスク層３２を除去する（ステップＳ７）。これにより、本体部１０の側面および下面に第１のめっき層２１を形成することができる。
【００４１】
次に、図１１および図１５に示すように、本体部１０下に、第１のマスク層３１を形成する（ステップＳ２）。その後、図１１および図１６に示すように、本体部１０を覆うように、第２のめっき層２２を形成する（ステップＳ３）。次いで、図１１および図１７に示すように、第１のマスク層３１を除去する（ステップＳ４）。
【００４２】
なお、図１７では、本体部１０の側面を第１のめっき層２１が覆い、第１のめっき層２１を第２のめっき層２２が覆っているが、第２のめっき層２２を除去してもよい。この場合、図１０に示す超電導線材２が得られる。以上のステップＳ１〜Ｓ７を実施することにより、図１０に示す本実施の形態における超電導線材２を製造することができる。
【００４３】
（実施の形態３）
図１８を参照して、本実施の形態における超電導線材３は、基本的には実施の形態１の図１に示す超電導線材１と同様の構成を備えているが、第１のめっき層２１が本体部１０の全周を覆っている点において異なっている。つまり、本実施の形態では、第２のめっき層２２が形成されていない。
【００４４】
続いて、本実施の形態における超電導線材３の製造方法について説明する。まず、図３および図１９に示すように、本体部１０を準備する（ステップＳ１）。次に、図１８および図１９に示すように、本体部１０の全周を覆うように、第１のめっき層２１を形成する（ステップＳ６）。これにより、図１８に示す本実施の形態における超電導線材３を製造することができる。
【００４５】
（実施の形態４）
図２０を参照して、本実施の形態における超電導線材４は、基本的には実施の形態１の図１に示す超電導線材１と同様の構成を備えているが、第２のめっき層２２が本体部１０の全周を覆い、第１のめっき層２１が第２のめっき層２２の全周を覆っている点において異なっている。
【００４６】
続いて、本実施の形態における超電導線材４の製造方法について説明する。まず、図３および図２１に示すように、本体部１０を準備する（ステップＳ１）。
【００４７】
次に、図２１に示すように、本体部１０の全周を覆うように、第２のめっき層２２を形成する（ステップＳ３）。次に、図２１に示すように、第２のめっき層２２の全周を覆うように、第１のめっき層２１を形成する（ステップＳ６）。これにより、図２０に示す本実施の形態における超電導線材４を製造することができる。
【００４８】
（実施の形態５）
図２２を参照して、本実施の形態における超電導線材５は、基本的には実施の形態１の図１に示す超電導線材１と同様の構成を備えているが、第１のめっき層２１が本体部１０の全周を覆い、第２のめっき層２２が第１のめっき層２１の全周を覆っている点において異なっている。
【００４９】
また、本実施の形態における超電導線材５は、図２０に示す実施の形態４の超電導線材４と同様の構成を備えているが、第１のめっき層２１と第２のめっき層２２との配置が反対である。第２のめっき層２２が第１のめっき層２１の外周に配置されていると、接触抵抗を低減できるため、好ましい。
【００５０】
続いて、本実施の形態における超電導線材５の製造方法について説明する。まず、図３および図２３に示すように、本体部１０を準備する（ステップＳ１）。
【００５１】
次に、図２３に示すように、本体部１０の全周を覆うように、第１のめっき層２１を形成する（ステップＳ６）。次に、図２３に示すように、第１のめっき層２１の全周を覆うように、第２のめっき層２２を形成する（ステップＳ３）。これにより、図２２に示す本実施の形態における超電導線材５を製造することができる。
【実施例】
【００５２】
本実施例では、金属めっき層（第１のめっき層２１）を形成することによる効果について調べた。
【００５３】
（本発明例１）
本発明例１の超電導線材は、基本的には図１に示す実施の形態１にしたがって製造した。
【００５４】
具体的には、まず、幅１０ｍｍ×長さ１００ｍ×厚さ０．１ｍｍのテープ状のニッケルとタングステンとの合金からなる配向性の基板１１を準備した。その後、この基板１１上にＲＦスパッタリング法によって、厚さ０．１μｍの第１酸化セリウム層、厚さ０．３μｍのＹＳＺ層、および厚さ０．０５μｍの第２酸化セリウム層をこの順で形成した。これにより、上記の第１酸化セリウム層、ＹＳＺ層および第２酸化セリウム層が基板１１側からこの順序で積層された３層の積層体からなる中間層１２を基板１１上に形成した。ここで、ＹＳＺ層は、（ＺｒＯ2）0.92（Ｙ2Ｏ3）0.08の組成式で表わされるＺｒＯ2とＹ2Ｏ3との固溶体であった。
【００５５】
次いで、中間層１２上に、レーザ蒸着法によってＧｄＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-δの組成式で表わされる組成のＧｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の酸化物超電導体からなる厚さ１μｍの超電導層１３を形成した。
【００５６】
そして、超電導層１３上および基板１１下に、安定化層１４、１５として、ＤＣスパッタリング法によって厚さ３μｍのＡｇ安定化層を形成した。これにより、本体部１０を準備した（ステップＳ１）。
【００５７】
次に、本体部１０の基板１１側の安定化層１５下に、第１のマスク層３１を形成した（ステップＳ２）。その後、硫酸銅めっき槽を備えた電気めっき装置を用いて、電気めっき法により本体部１０の外表面に２０μｍの厚さの銅よりなる金属層（第２のめっき層２２）を形成した（ステップＳ３）。その後、第１のマスク層３１を除去した（ステップＳ４）。
【００５８】
ここで、硫酸銅めっき槽のめっき液は、濃度２０重量％の硫酸銅溶液を用いた。また、めっき時の電流密度は５（Ａ／ｄｍ2）と一定にした。
【００５９】
次に、本体部１０の超電導層１３側の安定化層１４上に、第２のマスク層３２を形成した（ステップＳ５）。その後、平均粒径が１μｍのアルミナを含む硫酸銅めっき槽を備えた電気めっき装置を用いて、電気めっき法により本体部１０の外表面に２０μｍの厚さのアルミナが析出した銅めっきからなる金属めっき層（第１のめっき層）を形成した（ステップＳ６）。次いで、第２のマスク層３２を除去した（ステップＳ７）。
【００６０】
ここで、アルミナを含む硫酸銅めっき槽のめっき液は、濃度２０重量％の硫酸銅溶液に対して、アルミナが５重量％になるように混合したものを用いた。また、めっき時の電流密度は５（Ａ／ｄｍ2）と一定にした。
【００６１】
以上のステップＳ１〜Ｓ７により、本発明例１の超電導線材１を製造した。
（本発明例２）
本発明例２の超電導線材は、基本的には図１０に示す実施の形態２にしたがって製造した。
【００６２】
具体的には、まず、本発明例１と同様の本体部１０を準備した（ステップＳ１）。次に、本体部１０の超電導層１３側の安定化層１４上に第２のマスク層３２を形成した（ステップＳ５）。その後、本体部１０の全周を覆うように、金属めっき層（第１のめっき層２１）を本発明例１と同様に形成した（ステップＳ６）。次いで、第２のマスク層３２を除去した（ステップＳ７）。これにより、基板１１側の安定化層１５および側面を覆う第１のめっき層２１を形成した。
【００６３】
次に、基板１１側の第１のめっき層２１下に、第１のマスク層３１を形成した（ステップＳ２）。その後、本体部１０の全周を覆うように、第２のめっき層２２を本発明例１と同様に形成した（ステップＳ３）。次いで、第１のマスク層３１を除去した（ステップＳ４）。これにより、超電導層１３側の安定化層１４を覆う第１のめっき層２１を形成した。
【００６４】
以上のステップＳ１〜Ｓ７により、本発明例２の超電導線材２を製造した。
（本発明例３）
本発明例３の超電導線材は、基本的には図１８に示す実施の形態３にしたがって製造した。
【００６５】
具体的には、まず、本発明例１と同様の本体部１０を準備した（ステップＳ１）。その後、本体部１０の全周を覆うように、金属めっき層（第１のめっき層２１）を本発明例１と同様に形成した（ステップＳ６）。以上のステップＳ１、Ｓ６により、本発明例３の超電導線材３を製造した。
【００６６】
（比較例１）
比較例１の超電導線材の製造方法は、基本的には本発明例２と同様であったが、第１のめっき層２１を形成する代わりに、第２のめっき層２２を形成した。つまり、図２４に示すように、比較例１の超電導線材１００は、本体部１０と、本体部１０の全周を覆う銅めっき層よりなる金属層（第２のめっき層２２）とを備えていた。
【００６７】
（評価方法）
本発明例１〜３および比較例１の超電導線材１〜３、１００について、以下の方法で、引張強度、曲げ径および接触抵抗をそれぞれ測定した。これらの結果を下記の表１に記載する。
【００６８】
引張張力は、本発明例１〜３および比較例１の超電導線材１〜３、１００に、長手方向に引張応力を加えて、それぞれの超電導線材１〜３、１００の初期の臨界電流値の９５％を維持できる最大の応力を測定した。
【００６９】
曲げ径は、室温にて、本発明例１〜３および比較例１の超電導線材１〜３，１００に超電導層１３が外側になるように曲げを加えて、それぞれの超電導線材１〜３、１００の初期の臨界電流値の９５％を維持できる最小の直径を測定した。
【００７０】
接触抵抗の測定方法は、図２５〜図２８を参照して説明する。図２５〜図２８に示すように、本発明例１〜３および比較例１の２枚の超電導線材１〜３、１００の端を、ラップｘが５ｍｍとなるように重ねて接続した。その状態で、７７Ｋにて、抵抗値を接続抵抗として測定した。
【００７１】
【表１】
【００７２】
（評価結果）
表１に示すように、化合物としてのアルミナを析出した金属めっき層を備えていた本発明例１〜３は、化合物を含まない金属めっき層を備えていた比較例１よりも引張強度および曲げ径を向上できた。また、化合物としてのアルミナを析出した金属めっき層を多く含むほど、機械的強度の指標である引張強度を向上できることがわかった。
【００７３】
また、表１に示すように、超電導層１３側に金属単体または合金よりなる金属層を形成した本発明例１および２は、比較例１と同じ低い接触抵抗を維持できることがわかった。
【００７４】
以上より、本実施例によれば、金属めっき層（第１のめっき層２１）を形成することにより、機械的強度を向上できることが確認できた。また、超電導層１３側の最外周に金属単体または合金よりなる金属層を形成することにより、低い接触抵抗を維持できることが確認できた。
【００７５】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、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。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例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の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】
【００７６】
本発明の超電導線材は、たとえば超電導ケーブル、超電導モータ、発電機、磁気分離装置、単結晶引上げ炉用マグネット、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）、ＮＭＲ（Nuclear Magnetic Resonance）、リニアモーターカーまたは変圧器などの超電導機器に用いることができる可能性がある。
【符号の説明】
【００７７】
１〜５，１００ 超電導線材、１０ 本体部、１１ 基板、１２ 中間層、１３ 超電導層、１４，１５ 安定化層、２１ 第１のめっき層、２２ 第２のめっき層、３１ 第１のマスク層、３２ 第２のマスク層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、前記基材上に形成された超電導層とを含むテープ状の本体部と、
前記本体部の外周を覆い、かつ化合物が析出した金属めっき層とを備えた、超電導線材。
【請求項２】
前記化合物は、セラミックス粒子である、請求項１に記載の超電導線材。
【請求項３】
前記超電導層側の最外周に形成され、かつ金属単体または合金よりなる金属層をさらに備えた、請求項１または２に記載の超電導線材。
【請求項４】
基材と、前記基材上に形成された超電導層とを含むテープ状の本体部を準備する工程と、
前記本体部の外周を覆い、かつ化合物が析出した金属めっき層を形成する工程とを備えた、超電導線材の製造方法。
【請求項５】
前記金属めっき層を形成する工程では、前記化合物としてセラミックス粒子が析出した前記金属めっき層を形成する、請求項４に記載の超電導線線材の製造方法。
【請求項６】
前記超電導層側の最外周に金属単体または合金よりなる金属層を形成する工程をさらに備えた、請求項４または５に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項１】
基材と、前記基材上に形成された超電導層とを含むテープ状の本体部と、
前記本体部の外周を覆い、かつ化合物が析出した金属めっき層とを備えた、超電導線材。
【請求項２】
前記化合物は、セラミックス粒子である、請求項１に記載の超電導線材。
【請求項３】
前記超電導層側の最外周に形成され、かつ金属単体または合金よりなる金属層をさらに備えた、請求項１または２に記載の超電導線材。
【請求項４】
基材と、前記基材上に形成された超電導層とを含むテープ状の本体部を準備する工程と、
前記本体部の外周を覆い、かつ化合物が析出した金属めっき層を形成する工程とを備えた、超電導線材の製造方法。
【請求項５】
前記金属めっき層を形成する工程では、前記化合物としてセラミックス粒子が析出した前記金属めっき層を形成する、請求項４に記載の超電導線線材の製造方法。
【請求項６】
前記超電導層側の最外周に金属単体または合金よりなる金属層を形成する工程をさらに備えた、請求項４または５に記載の超電導線材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２０１０−２１８７３０（Ｐ２０１０−２１８７３０Ａ）
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６０９８９（Ｐ２００９−６０９８９）
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「イットリウム系超電導電力機器技術開発」に関する委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（３９１００４４８１）財団法人国際超電導産業技術研究センター (144)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１３日（２００９．３．１３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２０年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「イットリウム系超電導電力機器技術開発」に関する委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（３９１００４４８１）財団法人国際超電導産業技術研究センター (144)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]