超電導電流リード
【課題】、安定した超電導特性を得ることができ製造工程が容易な超電導電流リードを提供すること。
【解決手段】極低温容器内に設置された超電導装置に対して、室温環境下に設置された電源から電力を供給する超電導電流リード１００において、一端部１５１に電極端子１３１が接続されたリード本体１５２の一面１５２ａに形成された溝部１５４内に、複数の超電導線材１６０がそれぞれ並行に配置されている。超電導線材１６０は、ＲｅＢａ２Ｃｕ３Ｏｚ系超電材料からなる酸化物超電導層１６３を備え、酸化物超電導層１６３中には、Ｙ，Ｚｒ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｅのうち少なくとも一つを含む５０ｎｍ以下の酸化物粒子が磁束ピンニング点として分散している。複数の超電導線材１６０は、電極端子１３１に対して、切り欠き部１３５内に、支持部材１５２とともに嵌合した状態で電気的に接続されている。
【解決手段】極低温容器内に設置された超電導装置に対して、室温環境下に設置された電源から電力を供給する超電導電流リード１００において、一端部１５１に電極端子１３１が接続されたリード本体１５２の一面１５２ａに形成された溝部１５４内に、複数の超電導線材１６０がそれぞれ並行に配置されている。超電導線材１６０は、ＲｅＢａ２Ｃｕ３Ｏｚ系超電材料からなる酸化物超電導層１６３を備え、酸化物超電導層１６３中には、Ｙ，Ｚｒ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｅのうち少なくとも一つを含む５０ｎｍ以下の酸化物粒子が磁束ピンニング点として分散している。複数の超電導線材１６０は、電極端子１３１に対して、切り欠き部１３５内に、支持部材１５２とともに嵌合した状態で電気的に接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導を応用した低温機器、例えば、超電導マグネットに電源からの電流を供給するための酸化物超電導線材を有する超電導電流リードに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超電導応用機器、例えば、超電導マグネットを運転する場合、マグネットを超電導状態とするために極低温に冷却する必要があり、この冷却方法として２つの方式が知られている。
【０００３】
即ち、液体ヘリウムや液体窒素等の冷媒に浸漬する方式（浸漬冷却方式）と冷凍機や冷媒からの熱伝導を利用する方式（伝導冷却方式）である。冷却したマグネットを励磁するためには、超電導コイルに電流を流さなければならず、電源から電流を供給するための超電導電流リードが必要である。この場合、超電導電流リードは導電体であることが必要であるが、電気抵抗が小さくかつ熱伝導率の大きいＣｕやＡｌなどの金属を使用すると、超電導電流リード自体のジュール発熱に加え外部からの熱侵入により超電導マグネットの冷却効率が悪くなり、超電導状態を維持するためには冷却コストが膨大になるという問題があった。特に、冷凍機を用いた伝導冷却方式の場合にこの傾向は顕著であり、冷却が不可能となる場合も生ずる。
【０００４】
この問題を解決するためには、超電導マグネットに用いる超電導電流リードとして、導電性と低熱伝導性を両立させる必要があり、超電導マグネットでは、超電導コイルに接続される超電導電流リードの一部分も液体窒素温度以下に冷却される。このため、電気抵抗及び熱伝導率の小さい酸化物超電導体を超電導電流リードとして使用することにより、電流を供給しつつ、熱侵入量を低く抑えることが可能となる。
【０００５】
これに対応する超電導電流リードとして、例えば、特許文献１に示すように、金属基板上にイットリウム系（Ｙ系）又はホルミウム系（Ｈｏ系）酸化物超電導層を備えるテープ状の酸化物超電導線材を複数備える超電導電流リードが知られている。
【０００６】
この超電導電流リードでは、円柱或いは円筒状の支持部材の外周部にスリット状の溝部が、支持部材の外周部断面において放射方向に、かつ、軸方向に複数個形成されている。これら溝内には、テープ状の超電導線材がそれぞれ挿入され、且つ、接着剤により接着された状態で設けられている。これら溝内における多数個のテープ状の超電導線材は、支持部材の溝から延出した軸方向両端部において、図示しない電極端子に電気的に並列接続されている。電極端子は、円柱或いは円筒状をなし、支持部材と同様に形成された放射状の多数個のスリット状の溝を有する。電極端子の溝には、支持部材の軸方向両端部において、超電導線材が挿入され、この超電導線材にハンダ接合されている。
【０００７】
このように構成された特許文献１の超電導電流リードでは、複数の超電導線材を用いることによって、超電導電流リードとしての大電流化、つまり、大容量化が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２１２０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来の超電導電流リードでは、超電導線材と支持部材とが接着剤を介して接合されているため、極低温に冷却されると、超電導線材と支持部材の収縮率の違いにより接合された超電導線材と支持部材が剥離して、互いの接合に用いられた接着剤によって超電導線材の各層或いは支持部材が破損する問題がある。破損の際には、超電導製材は安定した特性を得ることができなくなるという虞がある。
【００１０】
また、従来の超電導電流リードでは、超電導線材と電極端子との接続は、支持部材の軸方向両端部のそれぞれから延出した超電導線材の部位を、電極端子における多数個のスリット状の溝に挿入し、この溝内でハンダ接合することによって行われている。
【００１１】
このため、超電導電流リードの製造過程において、超電導線材と電極端子とをハンダ接合する際に、支持部材の軸方向両端部の溝から延出した超電導線材毎に、電極端子の溝に挿入して接続する必要がある。よって、これらを挿入する手間がかかる。
【００１２】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、安定した超電導特性を得ることができ製造が容易な超電導電流リードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の超電導電流リードの一つの態様は、極低温容器内に設置された超電導装置に対して、室温環境下に設置された電源から電力を供給し、低温側の少なくとも一部に、酸化物超電導材料からなるテープ状の超電導線材を用いた超電導電流リードにおいて、前記酸化物超電導材料は、ＲｅＢａＣｕＯ系（Ｒｅは、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ及びＹｂから選択された１又は２種以上の元素を示す）超電導材料であり、前記超電導材料中には、Ｙ，Ｚｒ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｅのうち少なくとも一つを含む５０ｎｍ以下の酸化物粒子が磁束ピンニング点として分散されており、通電方向に延在するスリット状の複数の溝部を有し、前記溝部のそれぞれに、複数の前記超電導線材がそれぞれ配置される支持部材と、前記通電方向と同じ方向に形成された切り欠き部を有する電極端子と、を備え、前記切り欠き部に、前記超電導線材が配置された前記支持部材の端部が嵌合され、前記電極端子は、前記切り欠き部内で前記超電導線材に電気的に接続される構成を採る。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、安定した超電導特性を得ることができ製造工程が容易な超電導電流リードを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る超電導電流リードを用いた超電導磁石装置の一例の模式的構成を示す図
【図２】同超電導電流リードにおける低温側超電導部を示す斜視図
【図３】図１のＰ−Ｐ線矢視断面図
【図４】超電導線材の構造を示す図
【図５】超電導層の構成を示す図
【図６】本発明の超電導電流リードで採用される超電導線材の一例である採用例及び不採用例により製造された超電導体の印加磁場に対する臨界電流値の説明に供する図
【図７】本発明の超電導電流リードで採用される超電導線材の一例である採用例及び不採用例により製造された超電導体の磁場印加角度依存性の説明に供する図
【図８】超電導線材を有するリード本体の端部を示す斜視図
【図９】リード本体の変形例を模式的に示す断面図
【図１０】リード本体の変形例を模式的に示す断面図
【図１１】超電導線材の変形例である超電導線材を模式的に示す図
【図１２】リード本体の変形例を模式的に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１に示す超電導電流リード１００は、極低温容器１１内に配設された超電導マグネット１２のマグネット端子１２ａに一端部の接続端子１０１で接続されている。また、超電導電流リード１００は、極低温容器１１の外部で他端部の接続端子１０２を介して、室温環境下に設置された電源に接続されている。これにより超電導電流リード１００は、極低温容器１１外部の電源から極低温容器１１内の超電導マグネット１２に電力を供給する。
【００１８】
図１に示す超電導電流リード１００は、極低温容器１１外に位置する接続端子１０２に接続された高温側銅リード部１１０と、極低温容器１１内に位置する接続端子１０１に接続された低温側超電導部１２０とを有する。
【００１９】
低温側超電導部１２０は、図２に示すように、一対の電極（電極端子）１３１、１３３と、一対の電極１３１、１３３が両端部１５１、１５３に接合されたリード本体１５０とを有する。
【００２０】
一対の電極端子１３１、１３３は銅或いは銅合金等の金属で作成されている。電極端子１３１では、一端面１３１ａを切り欠くことによって、リード本体１５０の一端部１５１が挿入される凹部（切り欠き部）１３５が形成されている。一方、電極端子１３３では、一端面１３３ａを切り欠くことによって、リード本体１５０の他端部１５３が挿入される凹部（切り欠き部）１３５が形成されている。
【００２１】
凹部１３５は、電極端子１３１、１３３それぞれの一端面１３１ａ、１３３ａを、通電方向（ここでは一端面１３１ａ、１３３ａに対して直交する方向）に切り欠いて形成されている。凹部１３５は、電極端子１３１、１３３の一端面１３１ａ、１３３ａにおいて、リード本体１５０の端部１５１、１５３の形状に対応した形状に形成されている。これにより、電極端子１３１における凹部１３５内には、リード本体１５０の一端部１５１が一端面１３１ａに対して直交して挿入されている。また、電極端子１３３における凹部１３５内には、リード本体１５０の他端部１５３が一端面１３３ａに対して直交して挿入されている。このように電極端子１３１、１３３の凹部１３５には、リード本体１５０の両端部１５１、１５３がそれぞれ内嵌している。
【００２２】
リード本体１５０は、長尺の支持部材１５２と、支持部材１５２に、支持部材１５２の延在方向に沿って配設された複数のテープ状の高温超電導線材（以下、「超電導線材」という）１６０とを有する。
【００２３】
図３に示すようにリード本体１５０では、テープ状の超電導線材１６０が、支持部材１５２の一面１５２ａに形成された溝部１５４内に配置されている。
【００２４】
支持部材１５２は、常温部からの熱侵入を低減するために低熱伝導性金属材料で製作され、低熱伝導性金属材料としては、例えば、ステンレス鋼、ニッケル合金、チタン合金、ＦＲＰ等が使用される。支持部材１５２は、本実施の形態では、板状のものとして説明するがこれに限らず、円柱状、円筒状に形成してもよい。この場合、電極端子１３１の凹部１３５は、支持部材１５２の端部の断面形状に対応した形状である円筒状に形成される。
【００２５】
溝部１５４は、支持部材１５２の一面１５２ａに、支持部材１５２の長手方向（通電方向）に沿って互いに並行に延在するように複数形成されている。支持部材１５２の一面１５２ａにおいて、延在方向に延びる側辺どうしの間の長さＴを３６ｍｍとした場合、溝部１５４同士の間隔Ｄは、例えば、１ｍｍとしている。ここで、溝部１５４同士の間隔Ｄについては、所望の電流値によって決定すればよい。例えば、大電流が必要であれば間隔Ｄを狭めて溝部１５４の数を増やして配置する超電導線材１６０を増やせばよい。また逆に、少電流で十分であれば間隔Ｄを広げて溝部１５４の数を減らして配置する超電導線材１６０を減らせばよい。
【００２６】
溝部１５４は、各溝部１５４内に配置される複数の超電導線材１６０同士が、幅よりも長さの短い厚み方向で所定間隔をあけて互いが重なるように、支持部材１５２の一面１５２ａに形成されることが望ましい。ここでは、各溝部１５４は、一面１５２ａにおいて、深さを超電導線材１６０の幅に、幅を超電導線材１６０の厚みに対応するように形成されている。
【００２７】
なお、溝部１５４の深さは、溝部１５４内に配置される超電導線材１６０の幅×１／２以上であることが好ましい。溝部１５４の幅は、収容する超電導線材１６０の厚さに対応する。例えば、溝部１５４内に、超電導線材１６０を複数重ねて配置する場合では、溝部１５４の幅は、複数枚の超電導線材１６０の合計の厚さと同等の長さとする。
【００２８】
各溝部１５４内の各超電導線材１６０において、支持部材１５２の一端部１５２ｃにおける溝部１５４内の部位は、電極端子１３１に、凹部１３５内でハンダを介して電気的に接続されている。
【００２９】
また、各溝部１５４内の各超電導線材１６０において、支持部材１５２の他端部１５２ｄにおける溝部１５４内の部位は、電極端子１３３の一端面１３３ａに形成された凹部１３５内で、ハンダ等を介して電極端子１３３に電気的に接続されている。なお、ここでは、超電導線材１６０の安定化層１６４（図４参照）が、電極端子１３１、１３３の凹部１３５内において対向する内壁面にそれぞれハンダを介して電気的に接続されている。
【００３０】
超電導線材１６０の長さは、その両端部が、それぞれ支持部材１５２において凹部１３５と嵌合する部分（両端部１５２ｃ、１５２ｄ）の溝部１５４内に位置する長さである。ここでは、超電導線材１６０の長さは、支持部材１５２と略同じ長さとしている。
【００３１】
また、これら複数の超電導線材１６０は、電極端子１３１、１３３の凹部１３５内に挿入された端部でのみ支持部材１５２に固定されている。ここでは、複数の超電導線材１６０は、電極端子１３１、１３３の凹部１３５内でのみ支持部材１５２にハンダにより固定されたものとしたが、接着剤により固定されてもよい。
【００３２】
図４に示すように超電導線材１６０は、テープ状の金属基板１６１に、中間層１６２、テープ状の酸化物超電導層（以下、「超電導層」と称する）１６３、安定化層１６４を順に積層されることによって形成される。
【００３３】
テープ状の金属基板１６１は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金、ステンレス鋼又は銀（Ａｇ）である。金属基板１６１は、ここでは、無配向金属基板であり、Ｎｉ−Ｃｒ系（具体的には、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｍｏ系のハステロイ（登録商標）Ｂ、Ｃ、Ｘ等）、Ｗ−Ｍｏ系、Ｆｅ−Ｃｒ系（例えば、オーステナイト系ステンレス）、Ｆｅ−Ｎｉ系（例えば、非磁性の組成系のもの）等の材料に代表される立方晶系のＨｖ＝１５０以上の非磁性の合金である。金属基板１６１の厚さは、例えば、５０〜２００［μｍ］である。
【００３４】
中間層１６２は、ＩＢＡＤ法によりテープ状の金属基板１６１上に、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７（ＧＺＯ）或いはイットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等を成膜した第１中間層１６２−１と、第１中間層１６２−１上にＲＦ−Sputtering法によりＣｅＯ２を蒸着して成膜される第２中間層１６２−２とを有する。
【００３５】
第１中間層１６２−１は、テープ状の金属基板１６１からの元素が上部に積層される超電導層１６３に拡散することにより超電導特性の劣化を引き起こすことを防止する拡散防止層として機能する。また、第１中間層１６２−１は、テープ状の金属基板１６１上に二軸配向してなるセラミック層として機能する。
【００３６】
第２中間層１６２−２は、超電導層１６３との格子整合性を高め、第１中間層１６２−１を構成する元素（Ｚｒなど）拡散を抑制する。第２中間層１６２−２は、ＣｅＯ２膜、ＣｅＯ２にＧｄを所定量添加したＣｅ−Ｇｄ−Ｏ膜、Ｃｅの一部が他の金属原子又は金属イオンで一部置換されたＣｅ−Ｍ−Ｏ系酸化膜等のような耐酸性の薄膜である。第２中間層１６２−２は、ＭＯＤ法（Metal Organic Deposition Processes：金属有機酸塩堆積法）、パルスレーザー蒸着法、スパッタ法またはＣＶＤ法のいずれかの方法により成膜することができる。なお、第２中間層１６２−２をＣｅＯ２膜にＧｄを添加したＣｅ−Ｇｄ−Ｏ膜とした場合、超電導層１６３としてＹＢＣＯ超電導層を成膜した際に良好な配向性を得るために、膜中のＧｄ添加量を５０ａｔ％以下にすることが好ましい。
【００３７】
なお、第２中間層１６２−２は、結晶粒配向性が、その上層である超電導層１６３の結晶配向性と臨界電流値（Ｉｃ）に大きく影響を及ぼす。第２中間層１６２−２は第１中間層１６２−１上に、ＲＴＲ式のＲＦ−magnetron sputtering法により成膜される。このＲＴＲ式のＲＦ−magnetron sputtering法は、ＰＬＤ法と同様に、ターゲットと作製した膜の組成ずれが少なく、精確な成膜が可能である一方、ＰＬＤ法に比べ、メンテナンスコスト等が安価である。なお、中間層１６２の厚さは、例えば、１［μｍ］であり、この中間層１６２上には超電導層１６３が成膜されている。
【００３８】
この超電導層１６３上には、銀、金、白金等の貴金属、あるいはそれらの合金であり低抵抗の金属である安定化層（キャップ層ともいう）１６４が設けられている。超電導層１６３は他の金属と反応しやすい活性な材料により構成されるため、金、銀などの貴金属、あるいはそれらの合金以外の材料と直接的に接触すると反応して性能低下を引き起こす。よって、安定化層１６４は、超電導層１６３の直上に形成することにより超電導層１６３の性能低下を防止する。また、安定化層１６４は、超電導層１６３に電流が流れているときに、常電導転移した場合のバイパス回路となる。
【００３９】
なお、安定化層１６４の上に、銅等の抵抗の低い低抵抗金属テープ等で第２安定化層を形成してもよい。第２安定化層は、真鍮、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｕ合金、ステンレス鋼等の高抵抗の金属テープであってもよい。第２安定化層がＣｕやＮｉ或いはその合金であれば、ハンダ材料に溶け込みにくいため、高温超電導線材１６０としての性能劣化を防止できる。
【００４０】
また、第２安定化層がＮｉ−Ｃｕ合金等の高抵抗の金属テープである場合、高温超電導線材１６０自体を補強して強度を向上させることができるとともに、高温超電導線材１６０が交流に使用された際の損失を減少させることができる。このように第２安定化層は、安定化層１６４とともに、超電導層１６３、つまり、高温超電導線材１６０としての機械的、化学的、電磁気的および熱的な安定性を確保できる。なお、第２安定化層となるテープの厚さについて、超電導層１６３が常電導転移した場合のバイパス回路となるような厚さであれば特に限定されないが、５０μｍから２００μｍ程度が好ましい。超電導線材１６０が第２安定化層を備える場合、超電導線材１６０の電極端子１３１、１３３への電気的な接続は、第２安定化層と電極端子１３１、１３３における凹部１３５の内壁面の一部とをハンダにより接合することで行われる。
【００４１】
図５に示す超電導層１６３は、ＲｅＢａｙＣｕ３Ｏｚ系（Ｒｅは、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ及びＹｂから選択された１又は２種以上の元素を示し、ｙ≦２及びｚ＝６．２〜７である。）の高温超電導薄膜である。ここでは、超電導層１６３は、イットリウム系酸化物超電導体（ＲＥ１２３）である。また、超電導層１６３中には、Ｙ，Ｚｒ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｅのうち少なくとも一つを含む５０ｎｍ以下の酸化物粒子が磁束ピンニング点１６５として分散している。
【００４２】
このような超電導層１６３を用いたＲｅ系の高温超電導線材１６０は、基板上に、中間層１６２を介して原料溶液を塗布した後、仮焼熱処理を施し、次いで超電導体生成の熱処理を施すことによりＲｅＢａｙＣｕ３Ｏｚ系超電導体を製造する。この方法において、原料溶液として、Ｒｅ（Ｒｅは、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ及びＹｂから選択された１又は２種以上の元素を示す。）、Ｂａ及びＣｕを含む有機金属錯体溶液とＢａと親和性の大きいＺｒ、Ｃｅ、Ｓｎ又はＴｉから選択された少なくとも１種以上の金属を含む有機金属錯体溶液からなる混合溶液を用い、Ｂａのモル比をｙ＜２の範囲内とするとともに、超電導体中にＺｒ、Ｃｅ、Ｓｎ又はＴｉを含む５０ｎｍ以下の酸化物粒子を磁束ピンニング点１６５として分散させることにより製造することができる。
【００４３】
また、基板上に中間層を介して形成したＲｅＢａｙＣｕ３Ｏｚ系超電導体において、ＲｅをＲｅ＝Ａ１−ｘＢｘの組成とし、Ａ及びＢは、それぞれＹ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ又はＥｕから選択されたいずれか１種以上の異なる元素からなり、Ｂａのモル比をｙ＜２の範囲内とするとともに、超電導体中にＺｒを含む５０ｎｍ以下の酸化物粒子を磁束ピンニング点１６５として分散させて形成してもよい。この場合、ＲｅＢａｙＣｕ３Ｏｚ系超電導体を製造する方法において、原料溶液として、Ｒｅ（Ｒｅ＝Ａ１−ｘＢｘの組成を有し、Ａ及びＢは、それぞれＹ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ又はＥｕから選択されたいずれか１種以上の異なる元素を示す。）、Ｂａ及びＣｕを含む有機金属錯体溶液とＢａと親和性の大きいＺｒ、Ｃｅ、Ｓｎ又はＴｉから選択された少なくとも１種以上の金属を含む有機金属錯体溶液からなる混合溶液を用い、Ｂａのモル比をｙ＜２の範囲内とするとともに、前記超電導体中にＺｒ、Ｃｅ、Ｓｎ又はＴｉを含む５０ｎｍ以下の酸化物粒子を磁束ピンニング点１６５として分散させることにより製造できる。
【００４４】
また、Ｒｅ＝Ａ１−ｘＢｘの組成を有するＲｅ系の超電導層では、Ｒｅ＝Ｙ１−ｘＳｍｘの組成とすることが好適する。この場合には、超電導体中にＳｍを含む酸化物粒子及びＺｒを含む５０ｎｍ以下の酸化物粒子を磁束ピンニング点１６５として分散させることができる。
【００４５】
このようなＲｅ系の超電導層１６３及びその製造方法において、Ｂａのモル比を１．３＜ｙ＜１．８の範囲内とすることが好ましい。Ｂａのモル比をその標準モル比より小さくすることにより、Ｂａの偏析が抑制され、結晶粒界でのＢａベースの不純物の析出が抑制される結果、クラックの発生が抑制されるとともに、結晶粒間の電気的結合性が向上して通電電流によって定義されるＪｃが向上する。Ｂａのモル比を低減することにより、磁束ピンニング点１６５であるＹ２Ｃｕ２Ｏ５やＣｕＯが形成され、磁界特性が改善される。
【００４６】
また、超電導層１６３中に人工的に導入される磁束ピンニング点１６５として分散するＺｒ、Ｃｅ、Ｓｎ又はＴｉを含む酸化物粒子は、５０ｎｍ以下とされるが、特に、５〜３０ｎｍのＺｒを含む酸化物粒子であることが好ましい。
【００４７】
この場合、Ｙ１−ｘＳｍｘの組成を用いた場合には、超電導層１６３中にｌｏｗ−Ｔｃ相である粒子状のＳｍーｒｉｃｈ相（Ｓｍ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｚ）が磁束ピンニング点１６５として形成される。超電導層１６３では、磁束ピンニング点１６５がＳｍを含む酸化物粒子及び５〜３０ｎｍのＺｒを含む酸化物粒子により形成される結果、著しくピンニング力が向上する。
【００４８】
人工的に導入される磁束ピンニング点１６５を形成するために添加されるＺｒの添加量は、金属濃度で０．５〜１０モル％であることが好ましく、Ｚｒの添加量が０．５モル％未満の場合、酸化物粒子の密度が十分でないため、高磁場で十分なピンニング力が得られず、一方、１０モル％を超えると析出物が粗大化して結晶性を低下させる。特に、金属濃度で０．５〜５モル％の範囲が好ましい。
【００４９】
超電導線材１６０における超電導層１６３は、ＭＯＤ法、パルスレーザー蒸着法、スパッタ法またはＣＶＤ法のいずれかの方法で、中間層１６２上に成膜される。ここでは、超電導層１６３は、ＴＦＡーＭＯＤ法で成膜され、ＴＦＡーＭＯＤ法によるＲｅ系超電導層に磁束ピンニング点１６５を導入する手法として、ＴＦＡを含む溶液中にＢａと親和性の高いＺｒ含有ナフテン酸塩等を混合する手法が採用されている。
【００５０】
また、その導入量を制御することで、粒界偏析によるＪｃ低下の要因の一つであるＢａと結合してＢａＺｒＯ３を形成し、粒内に分散させることにより粒界特性が改善される。さらに、超電導体内に形成されたＢａＺｒＯ３、ＺｒＯ２が膜面方向だけでなく、膜厚方向にもナノサイズ、ナノ間隔に存在しこれらが磁束を有効にピンニングし、磁場印加角度に対するＪｃの異方性を著しく改善することが可能となる。また、ＢａＺｒＯ３、ＺｒＯ２のサイズ、密度及び分散を制御するためには、Ｚｒ含有ナフテン酸塩等の導入量だけでなく、仮焼熱処理時及び結晶化熱処理時の酸素分圧、水蒸気分圧、焼成温度の制御により可能となり、これらの最適化を行うことにより有効な磁束ピンニング点１６５の導入が可能となる。
【００５１】
Ｂａ濃度を低減したＲｅ系超電導層において、超電導体中に人工的にＺｒ含有磁束ピンニング点１６５を微細分散させることができる。
【００５２】
よって、Ｊｃの磁場印加角度依存性が小さく、かつ、高磁場で高いＪｃを有する磁場特性を有するとともに、Ｊｃの磁場印加角度依存性（Ｊｃ，ｍｉｎ／Ｊｃ，ｍａｘ）も著しく向上する。このため、あらゆる磁場印加角度方向に対しても有効に磁束をピンニングして、Ｊｃ−Ｂ−θ特性（図６参照）を向上させることができ、等方的Ｊｃ特性が得られる。
【００５３】
ここで超電導層１６３中に、磁束ピンニング点１６５、特に、Ｚｒ含有磁束ピンニング点を備える超電導線材の特性について説明する。
【００５４】
＜磁束ピンニング点を含む超電導層の特性＞
＜超電導電流リード１００に採用する超電導線材の一例であって、磁束ピンニング点を含む超電導層を備える採用例＞
採用例では、磁束ピンニング点を含む超電導層が設けられる基板として、ハステロイテープ上にＩＢＡＤ法によりＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７から成る第１中間層及びＰＬＤ法によりＣｅＯ２からなる第２中間層を順次形成した複合基板を用いた。この場合の第１中間層及び第２中間層のΔφは、それぞれ１４ｄｅｇ．及び４．５ｄｅｇ．であった。
【００５５】
一方、Ｙ―ＴＦＡ塩、Ｓｍ−ＴＦＡ塩、Ｂａ―ＴＦＡ塩及びＣｕのナフテン酸塩をＹ：Ｓｍ：Ｂａ：Ｃｕのモル比が０．７７：０．２３：１．５：３となるように有機溶媒中に混合し、この混合溶液中にＺｒ含有ナフテン酸塩を金属モル比で１％配合して原料溶液を作製した。
【００５６】
上記の複合基板の第２中間層上に原料溶液を塗布し、次いで、仮焼熱処理を施した。仮焼熱処理は、水蒸気分圧１６Ｔｏｒｒの酸素ガス雰囲気中で最高加熱温度（Ｔｍａｘ）５００℃まで加熱した後、炉冷することにより施した。
【００５７】
以上の仮焼熱処理の後、超電導体生成の熱処理（結晶化熱処理）を施して複合基板上に超電導膜を形成した。この熱処理は、水蒸気分圧７６Ｔｏｒｒ、酸素分圧０．２３Ｔｏｒｒのアルゴンガス雰囲気中で７６０°の温度で保持した後、炉冷することにより施した。
【００５８】
以上の方法により製造したテープ状Ｒｅ系超電導体（ＹＳｍＢＣＯ+ＢＺＯ）の膜厚は０．８μｍであった。
【００５９】
このようにして得られた超電導膜について、その磁場印加角度依存性、即ち、ｃ軸に平行な方向（ａｂ面に垂直）に外部磁場を印加し、その値を変化させたときのＪｃ（７７Ｋ）を測定した。その結果を図６に示す。また、この超電導膜について、その磁場印加角度依存性、即ち、１Ｔの外部磁場を印加し、ａｂ面に対する角度を変化させたときのＪｃ（７７Ｋ）を測定した。その結果を図７に示す。図７において、Ｊｃの磁場印加角度依存性はＪｃ，ｍｉｎ／Ｊｃ，ｍａｘ＝０．９１であった。
【００６０】
このときの磁束ピンニング点は、Ｓｍ１＋ｘＢａｙ＝２−ｘＣｕ３Ｏｚ（ｌｏｗ−Ｔｃ相）、ＢａＺｒＯ３及びＺｒＯ２であり、約２０ｎｍ（５〜２５ｎｍ）程度のＢａＺｒＯ３及びＺｒＯ２が超電導膜の（ｃ軸に平行な）断面内において、おおよそ５０ｎｍの間隔でその膜厚方向に均一に分散していることが確認された。
【００６１】
＜不採用例１＞
採用例と同様の複合基板を用い、Ｙ―ＴＦＡ塩、Ｓｍ−ＴＦＡ塩、Ｂａ―ＴＦＡ塩及びＣｕのナフテン酸塩をＹ：Ｓｍ：Ｂａ：Ｃｕのモル比が０．７７：０．２３：１．５：３となるように有機溶媒中に混合して原料溶液を作製した。上記の複合基板の第２中間層上に原料溶液を塗布し、次いで、採用例と同様にして仮焼熱処理及び超電導体生成の熱処理（結晶化熱処理）を施して複合基板上に超電導膜を形成した。以上の方法により製造したテープ状Ｒｅ系超電導体（ＹＳｍＢＣＯ）の膜厚は０．８μｍであった。
【００６２】
このようにして得られた超電導膜について、そのＪｃの磁場依存性を採用例と同様にして測定した。その結果を図７に示した。また、この超電導膜について、Ｊｃの磁場印加角度依存性を採用例と同様にして測定した。Ｊｃの磁場印加角度依存性はＪｃ，ｍｉｎ／Ｊｃ，ｍａｘ＝０．６であった。このときの磁束ピンニング点は、Ｓｍ１＋ｘＢａｙ＝２−ｘＣｕ３Ｏｚ（ｌｏｗ−Ｔｃ相）であり、約１００ｎｍ程度であった。
【００６３】
＜不採用例２＞
採用例と同様の複合基板を用い、Ｙ―ＴＦＡ塩、Ｂａ―ＴＦＡ塩及びＣｕのナフテン酸塩をＹ：Ｂａ：Ｃｕのモル比が１：１．５：３となるように有機溶媒中に混合して原料溶液を作製した。
【００６４】
上記の複合基板の第２中間層上に原料溶液を塗布し、次いで、採用例と同様にして仮焼熱処理及び超電導体生成の熱処理（結晶化熱処理）を施して複合基板上に超電導膜を形成した。以上の方法により製造したテープ状Ｒｅ系超電導体（ＹＢＣＯ）の膜厚は０．８μｍであった。
【００６５】
このようにして得られた超電導膜について、そのＪｃの磁場依存性を採用例と同様にして測定した。その結果を図６に示した。また、この超電導膜について、Ｊｃの磁場印加角度依存性を採用例と同様にして測定した。その結果を図７に示した。図７において、Ｊｃの磁場印加角度依存性はＪｃ，ｍｉｎ／Ｊｃ，ｍａｘ＝０．４７であった。
【００６６】
以上、図６及び図７に示す採用例及び不採用例の結果から明らかなように、磁束ピンニング点を含む超電導層であるテープ状Ｒｅ系超電導体（ＹＳｍＢＣＯ+Ｚｒ含有酸化物粒）は、Ｙの一部をＳｍに置き換えた不採用例１のテープ状Ｒｅ系超電導体（ＹＳｍＢＣＯ）及びＢａ濃度を標準組成よりも低減した不採用例２のテープ状Ｒｅ系超電導体（ＹＢＣＯ）と比較してＪｃの磁場依存性が小さく、かつ、高磁場で高いＪｃを有する磁場特性を示している。
【００６７】
また、ｃ軸に平行な方向（ａｂ面に垂直）に１Ｔの外部磁場を印加した場合（７７Ｋ）、不採用例１の（ＹＳｍＢＣＯ）は不採用例２の（ＹＢＣＯ）と比較して１．３倍のＪｃを有するが、採用例の（ＹＳｍＢＣＯ+Ｚｒ含有酸化物粒）は不採用例２の（ＹＢＣＯ）と比較して２．２倍のＪｃを有する。更に、採用例の（ＹＳｍＢＣＯ+Ｚｒ含有酸化物粒）の磁場印加角度依存性（Ｊｃ，ｍｉｎ／Ｊｃ，ｍａｘ）も、不採用例２のＹＢＣＯ及び不採用例１のＹＳｍＢＣＯがそれぞれ０．４７及び０．６と異方性を示すのに対して０．９１と著しく向上する。
【００６８】
よって、磁束ピンニング点１６５を含む超電導層１６３は、図５に示すように、超電導層１６３と平行な磁場ＩＡ（ｃ軸に平行）の発生に加えて、超電導層１６３に対して垂直（ａｂ面に垂直）な磁場ＩＢが発生しても、磁束ピンニング点１６５によって影響を受けにくく安定した特性を得ることができる。なお、超電導層１６３においてＺｒ添加を３wｔ％とすると好適である。
【００６９】
図８は、超電導線材１６０を有するリード本体１５０の端部を示す斜視図である。
【００７０】
図８に示すように超電導電流リード１００は、支持部材１５２の表裏面のうち一方の面（図８では、表面１５２ａを示す）の溝部１５４内に、作成した複数の超電導線材１６０をそれぞれ配置してリード本体１５０とする。
【００７１】
溝部１５４に超電導線材１６０を配置したリード本体１５０の一端部１５１を電極端子１３１の凹部１３５内に挿入する。なお、リード本体１５０の一端部１５１を凹部１３５内に挿入する前に、支持部材１５２の一端部１５２ｃと、一端部１５２ｃの溝部１５４内に位置する超電導線材１６０の一端部とをハンダ或いは接着剤を介して接合しておいてもよい。
【００７２】
次いで、リード本体１５０を挿入した凹部１３５内に、凹部１３５の内壁とリード本体１５０の一端部１５１との間にハンダを流す。このことによって、超電導線材１６０は電極端子１３１に電気的に接続されるとともに電極端子１３１が支持部材１５２に接合される。
【００７３】
また、凹部１３５内では、超電導線材１６０の一端部は、電極端子１３１を介して支持部材１５２の一端部１５２ｃにハンダによって接合される。これにより、凹部１３５内に支持部材１５２の端部１５１が嵌合し、この凹部１３５内で、溝部１５４内の超電導線材１６０が、電極端子１３１の凹部１３５に電気的に接続される。なお、リード本体１５０の他端部１５３（図２参照）も同様に、電極端子１３３の凹部１３５内に挿入されて、凹部１３５の内壁に接合される。加えて、超電導線材１６０の他端部が電極端子１３３に電気的に接続されるとともに、電極端子１３３は支持部材１５２に接合される。
【００７４】
このように支持部材１５２の一面１５２ａの溝部１５４内に、支持部材１５２の延在方向に沿って、厚み方向で重なるように配置された超電導線材１６０は、凹部１３５内における超電導線材１６０の両端部でのみ支持部材１５２に対して接着される。さらに、超電導線材１６０は、電極端子１３１、１３３に対して、凹部１３５内でのみハンダを介して接続されている。すなわち、超電導電流リード１００では、電極端子１３１、１３３、支持部材１５２及び超電導線材１６０とは、凹部１３５とリード本体１５０との嵌合部分１５２ｅでのみ接合されることとなる。
【００７５】
これにより超電導電流リード１００は、湾曲しても、電極端子１３１、１３３間に介設されるリード本体１５０では、支持部材１５２、超電導線材１６０が各々個別に独立して変形できる。よって、超電導電流リード１００の低温側超電導部１２０を湾曲させて超電導装置に設置した場合でも、従来と異なり、湾曲することによって、支持部材１５２、超電導線材１６０の接続部分が剥離することがない。
【００７６】
これに対して、従来の超電導電流リードでは、支持部材にハンダ付けにより超電導線材が接続されているため、従来の超電導電流リードを湾曲させると、支持部材と超電導線材とが剥がれ、その接合部分のハンダによって、支持部材或いは超電導線材の各層を損傷させてしまい、特性を損傷させてしまう可能性がある。
【００７７】
特に、設置された超電導電流リードに冷却によって歪みが発生しても、従来と異なり、本実施の形態の超電導電流リード１００では、電極端子１３１、１３３の凹部１３５でそれぞれ嵌合したリード本体１５０の両端部以外の部分で、支持部材１５２と超電導線材１６０とが剥離することがない。すなわち、リード本体１５０が支持部材１５２または電極端子１３１から外れない。
【００７８】
このように超電導電流リード１００では、超電導線材１６０と電極端子１３１、１３３とをハンダ接合する際に、複数の超電導線材１６０を支持部材１５２とともに、電極端子１３１の凹部１３５内に挿入して嵌合するだけで容易に接続できる。嵌合部分における各溝部１５４にハンダを流すだけで、容易に電気的接続が可能な状態となる。すなわち、従来と異なり、超電導線材１６０と電極端子１３１、１３３とをハンダ接合する際に、支持部材１５２の軸方向両端部の溝から延出した超電導線材毎に、電極端子１３１、１３３の溝に挿入する煩雑な手間がかからない。
【００７９】
また、超電導線材１６０と電極端子１３１との電気的な接続も、リード本体１５０が嵌合した凹部１３５内にハンダを流すだけで容易に行うことができる。
【００８０】
また、超電導電流リード１００では、電極端子１３１、１３３の凹部１３５とリード本体１５０の端部１５１、１５３との嵌合部分だけに、ハンダを流し込むことで、電極端子１３１、１３３と、リード本体１５０における支持部材１５２及び高温超電導線材１６０との間の接合が行われている。
【００８１】
よって、高温超電導線材１６０は、従来の高温超電導線材と比較して支持部材と高温超電導線材とを接合するハンダの量を減少させることができ、製造コストの低廉化を図ることが出来る。
【００８２】
また、高温超電導線材１６０に歪みが生じても、ハンダを介して支持部材１５２と超電導線材１６０とが全面的に接合されていないため、接合された両者が剥離する可能性が小さく、超電導電流リード１００自体は安定した特性を維持できる。
【００８３】
また、超電導電流リード１００は、従来と異なり、支持部材１５２に超電導線材１６０がハンダによって全面的に取り付けられていない。このため、ハンダ付けする際の熱の影響を受けにくく、熱による超電導線材１６０の性能（具体的には超電導層１６３の性能）の劣化が起こりにくい。
【００８４】
さらに、超電導線材１６０は、超電導層１６３に磁束ピンニング点１６５（図５参照）を備えるため、磁場のあるところに磁場の影響を考慮されず、湾曲した状態で設置されても、磁場の影響を受けにくく安定した特性を得ることができる。
【００８５】
さらに、支持部材１５２と超電導線材１６０とのハンダによる接合部分が、それぞれの両端部（凹部１３５内に配置される部分）のみであるため、全面的に接合される従来構成と比較して接続抵抗（ハンダ全体の厚み）を小さくできる。
【００８６】
このように超電導電流リード１００によれば、湾曲した状態で超電導装置に設置されても、磁場の影響を受けにくい優れた特性を有する超電導電流リード１００を容易に製造できる。
【００８７】
なお、超電導電流リード１００において、複数の超電導線材１６０は、支持部材１５２の一面１５２ａ側に並べて配設される構成としたが、両面に設けてもよい。
【００８８】
図９に示すリード本体１５０Ａでは、支持部材１５２の両面１５２ａ、１５２ｂにそれぞれ複数の溝部１５４が、溝幅より溝深さを長くして、支持部材１５２の長手方向（通電方向）に互いに並行に延在して形成されている。これら溝部１５４内にそれぞれ超電導線材１６０が配設されている。なお、図９〜図１２は、リード本体、超電導線材の変形例を模式的に示す図であり、リード本体、超電導線材において延在方向と直交する断面を示し、図３と同様に、図１のＰ−Ｐ線矢視断面に相当する。
【００８９】
両面１５２ａ、１５２ｂの各溝部１５４内に配設された超電導線材１６０は、長手方向で離間する支持部材１５２の両端部（図２の１５２ｃ、１５２ｄに相当）の溝部１５４内の部位でのみ支持部材１５２に固定される。また、両面１５２ａ、１５２ｂに配設された複数の超電導線材１６０は、支持部材１５２の両端部（図２の１５２ｃ、１５２ｄに相当）とともに、電極端子１３１、１３３（図２参照）の凹部１３５にそれぞれ挿入するだけで、電極端子１３１、１３３に接続できる。また、凹部１３５内にハンダを流すだけで超電導線材１６０と電電極端子１３１、１３３とを電気的に容易に接続できる。
【００９０】
また、超電導電流リード１００のリード本体１５０の一面１５２ａにおいて、複数の溝部１５４間の部位に、超電導線材１６０を配設する構成としても良い。この一例を図１０に示す。図１０に示すリード本体１５０Ｂでは、支持部材１５２の両面１５２ａ、１５２ｂに、支持部材の長手方向（通電方向）に延在するように、且つ、溝幅より溝深さを長くして互いに並行に複数の溝部１５４が形成され、各溝部１５４内に超電導線材１６０が配設されている。これら超電導線材１６０に加えて、両面１５２ａ、１５２ｂにおける溝部１５４間の部位に、複数の超電導線材１６０が、その金属基板１６１を一面１５２ａに取り付けた状態で配設されている。
【００９１】
なお、超電導線材１６０が配設される支持部材１５２に形成される溝部１５４は、支持部材１５２の少なくとも一面（ここでは一面１５２ａ）に、支持部材の長手方向（通電方向）に延在するように、且つ、互いに並行であれば、どのように形成されてもよい。
【００９２】
また、超電導電流リード１００において本体リード１５０、１５０Ａ、１５０Ｂにおける超電導線材１６０は、図１１に示す超電導線材組１７０に替えて配置してもよい。
【００９３】
超電導線材組１７０は、２枚の超電導線材１６０の金属基板１６１同士を合わせて形成され、超電導線材組１７０の表裏面１７０ａ、１７０ｂのそれぞれに、導電性の安定化層１６４が配置されている。この超電導線材組１７０を備えるリード本体の変形例を図１２Ａ、図１２Ｂに示す。
【００９４】
図１２Ａ、図１２Ｂのリード本体１５０Ｃ、１５０Ｄのように、複数の超電導線材組１７０は、支持部材１５２の溝部１５４内に配置される。ここでは、リード本体１５０Ｃ、１５０Ｄの支持部材１５２の一面１５２ａに形成された溝部１５４内に配設された構成としたが、これに限らない。例えば、リード本体１５０Ｃ、１５０Ｄの他面１５２ｂにも一面１５２ａと同様な形状の溝部１５４を形成し、形成した溝部１５４内に超電導線材１６０を配設する構成としても良い。この溝部１５４内に超電導線材１６０を配置する際に、支持部材１５２の両端部と、超電導線材１６０の両端部とを接着剤あるいはハンダにより接合してもよい。
【００９５】
このように溝部１５４に超電導線材１６０を配置した後、リード本体１５０Ｃ、１５０Ｄの両端部（図２の端部１５１、１５３に相当）を、電極端子１３１、１３３の凹部１３５（図２参照）内に挿入することで、リード本体１５０Ｃ、１５０Ｄの両端部に電極端子１３１、１３３（図２参照）を取り付ける。なお、電極端子１３１、１３３の凹部１３５は、リード本体１５０Ｃ、１５０Ｄの端部形状に対応して形成される。次いで、溝部１５４内にハンダを流して接合することで、凹部１３５内の溝部１５４内において、超電導線材組１７０の２つの安定化層１６４と電極端子１３１、１３３とを効率よく電気的に接続できる。
【００９６】
＜実施例１＞
本実施例１では、ＴＦＡ−ＭＯＤ法で作製した超電導線材１６０は、幅が４．５ｍｍ、厚さ１．０μｍのＹＢＣＯ超電導層１６３と、第１中間層１６２−１をＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７（ＧＺＯ）層、第２中間層１６２−２をＣｅＯ２層とした厚さ１．５μｍの中間層１６２と、１００μｍ厚のハステロイ（登録商標）であるテープ形状の金属基板１６１とで構成した。そして、超電導層１６３の表面には、２０μｍ厚さの銀層（第１安定化層）１６４が、熱的安定性、電気的接触の安定性、機械的強度などの向上を目的として蒸着されている。輸送電流は、この銀の第１安定化層１６４を介して供給される。
【００９７】
支持部材１５２は、幅３６ｍｍ、長さ２２０ｍｍ、板厚１５．０ｍｍの形状をしたオーステナイト系ステンレンスの板材とした。このステンレス製板材の片面には、通電方向（長手方向）に延在する１２本のスリット状の溝部１５４が、幅方向に１ｍｍ間隔で形成されている。また、溝部１５４の深さ４．５ｍｍ、溝幅１２３μｍである。これらの溝部１５４内のそれぞれに、ＹＢＣＯ超電導層１６３を有する超電導線材１６０（計１２本の超電導線材１６０）を配置することでリード本体１５０を構成した。
【００９８】
リード本体１５０の両端部は、銅で作製したキャップ状の電圧端子である電極端子１３１、１３３を被せた後、市販されているＰｂ−Ｓｎハンダを用いて電極端子１３１、１３３と超電導線材（ＹＢＣＯ線材）１６０をハンダ接続した。電極端子１３１、１３３は、長さ１０５ｍｍ、幅４６ｍｍ、板厚３０ｍｍ、凹部深さ３５ｍｍとし、これら電極１３１，１３３を使用した超電導電流リードの全長３６０ｍｍとした。
【００９９】
ステンレス製の金属基板１６１は、過電流通電におけるシャントの役割を担い、且つ薄いテープ状のＹＢＣＯ線材（超電導線材１６０）における熱収縮を緩和する役割を果たす。一対の電極端子１３１、１３３は、電極端子間距離を１５０ｍｍとし、各ＹＢＣＯ線材（超電導線材１６０）毎に１２組設置した。
【０１００】
すなわち、実施例１の超電導電流リードは、図５に示す超電導層１６３を備える超電導線材１６０、つまり、磁束ピンニング点１６５を含む超電導層１６３を有する超電導線材１６０と、電極端子１３１、１３３及び支持部材１５２とを備える。これら超電導線材１６０、電極端子１３１、１３３及び支持部材１５２は、互いに凹部１３５内でのみ接合されている。
【０１０１】
＜実施例２＞
本実施例２は、上記実施例１において、片面に溝部１５４が形成されたステンレス製板材のもう一方の片面にも、同様に、溝部１５４を形成して超電導線材１６０を配置した超電導電流リードである。すなわち、実施の形態２の超電導電流リードは、幅３６ｍｍ、長さ２２０ｍｍ、板厚１５．０ｍｍのステンレンス製板材の両面のそれぞれに、通電方向（長手方向）に延在する１２本のスリット状の溝部１５４が、幅方向に１ｍｍ間隔で形成されている。これら溝部１５４は深さ４．５ｍｍ、溝幅１２３μｍであって内部にそれぞれに、ＹＢＣＯ超電導層１６３を有する超電導線材１６０（計２４本の超電導線材）が配置されている。リード本体の両端部には、実施例１と同様に構成された電極端子１３１、１３３が被せられ、電極端子１３１、１３３と超電導線材（ＹＢＣＯ線材）１６０とがハンダ接続されている。なお、一対の電極端子１３１、１３３は、電極端子間距離を１２０ｍｍであり、各ＹＢＣＯ線材（超電導線材１６０）毎に２４組設置した。電極端子１３１、１３３及び支持部材１５２は、互いに凹部１３５内でのみ接合されている。
【０１０２】
このように構成された超電導電流リードを試料として、クライオスタットの液体窒素を寒剤として、湾曲させた状態、具体的には、試料を半径Ｒ＝１０ｍｍの円筒体の外周に沿って湾曲させた状態で浸漬冷却した。この結果を表１で実施例１、実施例２として示す。
【０１０３】
また、上記実施例１の超電導電流リードにおいて、ピンニング点を含まない超電導線材を有する超電導線材を参考例１とした。すなわち、参考例１は、実施例と同様の超電導電流リード１００において、電極端子１３１、１３３、支持部材１５２及び磁束ピンニング点１６５を含まない超電導線材同士が凹部１３５内の部分以外、つまり嵌合部分以外では接着されていない超電導電流リードである。また、比較例１は、実施例１と同様の電極、支持部材と、実施例１の超電導線材において磁束ピンニング点を含まない超電導線材とを有し、支持部材と超電導線材とが全面的にハンダ付けされている超電導電流リードである。なお、線材の臨界電流値（ＩＣ）は、通常の４端子抵抗法を用いて評価し、１μV/cmの電圧基準を用いて定義した。
【０１０４】
【表１】
表１に示すように電極端子、支持部材、超電導線材の接合部分でのみ、支持部材及び超電導線材同士がハンダ付けされている実施例１の超電導電流リードでは、湾曲した状態における超電導特性ＩＣは２４００Ａであり、支持部材と超電導線材との接合外れは見あたらなかった。また、実施例２の超電導電流リードでは、湾曲した状態における超電導特性ＩＣは４８００Ａであり、支持部材と超電導線材との接合外れは見あたらなかった。
【０１０５】
比較例１の超電導電流リードでは、湾曲した状態における超電導特性ＩＣは６００Ａであり、支持部材と超電導線材との接合外れが見つかった。
【０１０６】
このように、実施例１と比較例１との比較でみられるように、湾曲させた状態で超電導装置に設置したとしても、本実施の形態の超電導電流リードは、安定した超電導特性を得ることができる。
【０１０７】
また、参考例１の超電導電流リードでは、湾曲した状態における超電導特性ＩＣは１２００Ａであり、支持部材と超電導線材との接合外れは見あたらなかった。
【０１０８】
なお、本実施の形態の超電導電流リードにおいて、複数の超電導線材における磁束ピンニング点を形成するＺｒの添加度合いは、それぞれの超電導線材で異なっていても良い。
【０１０９】
例えば、支持部材の表裏面のうち少なくとも一面に複数の超電導線材が長手方向に沿って並べて配置された構成において、支持部材の両端に近い超電導線材におけるＺｒの含有度合いを最も大きくするようにしてもよい。
【０１１０】
例えば、本実施の形態の超電導電流リード１００では、１２本の超電導線材のうち、支持部材において長手方向に延在する両端側に配置された線材における超電導層に含まれるＺｒを３ｗｔ％とし、これらに隣り合う線材の超電導層のＺｒを１ｗｔ％とする。さらに、１ｗｔ％のＺｒの内側で隣り合う線材の超電導層におけるＺｒを０ｗｔ％とするようにする構成が上げられる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明に係る超電導電流リードは、安定した超電導特性を得ることができ製造が容易である効果を有し、超電導装置に電流を供給するリードとして有用である。
【符号の説明】
【０１１２】
１１ 極低温容器
１２ 超電導マグネット
１００ 超電導電流リード
１３１、１３３ 電極端子
１３５ 凹部
１５０ リード本体
１５１ 一端部
１５２ 支持部材
１５２ａ 一面
１５２ｃ 一端部
１５２ｄ 他端部
１５２ｅ 嵌合部分
１５４ 溝部
１６０ 超電導線材
１６１ 金属基板
１６２ 中間層
１６３ 超電導層
１６４ 安定化層
１６５ 磁束ピンニング点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導を応用した低温機器、例えば、超電導マグネットに電源からの電流を供給するための酸化物超電導線材を有する超電導電流リードに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超電導応用機器、例えば、超電導マグネットを運転する場合、マグネットを超電導状態とするために極低温に冷却する必要があり、この冷却方法として２つの方式が知られている。
【０００３】
即ち、液体ヘリウムや液体窒素等の冷媒に浸漬する方式（浸漬冷却方式）と冷凍機や冷媒からの熱伝導を利用する方式（伝導冷却方式）である。冷却したマグネットを励磁するためには、超電導コイルに電流を流さなければならず、電源から電流を供給するための超電導電流リードが必要である。この場合、超電導電流リードは導電体であることが必要であるが、電気抵抗が小さくかつ熱伝導率の大きいＣｕやＡｌなどの金属を使用すると、超電導電流リード自体のジュール発熱に加え外部からの熱侵入により超電導マグネットの冷却効率が悪くなり、超電導状態を維持するためには冷却コストが膨大になるという問題があった。特に、冷凍機を用いた伝導冷却方式の場合にこの傾向は顕著であり、冷却が不可能となる場合も生ずる。
【０００４】
この問題を解決するためには、超電導マグネットに用いる超電導電流リードとして、導電性と低熱伝導性を両立させる必要があり、超電導マグネットでは、超電導コイルに接続される超電導電流リードの一部分も液体窒素温度以下に冷却される。このため、電気抵抗及び熱伝導率の小さい酸化物超電導体を超電導電流リードとして使用することにより、電流を供給しつつ、熱侵入量を低く抑えることが可能となる。
【０００５】
これに対応する超電導電流リードとして、例えば、特許文献１に示すように、金属基板上にイットリウム系（Ｙ系）又はホルミウム系（Ｈｏ系）酸化物超電導層を備えるテープ状の酸化物超電導線材を複数備える超電導電流リードが知られている。
【０００６】
この超電導電流リードでは、円柱或いは円筒状の支持部材の外周部にスリット状の溝部が、支持部材の外周部断面において放射方向に、かつ、軸方向に複数個形成されている。これら溝内には、テープ状の超電導線材がそれぞれ挿入され、且つ、接着剤により接着された状態で設けられている。これら溝内における多数個のテープ状の超電導線材は、支持部材の溝から延出した軸方向両端部において、図示しない電極端子に電気的に並列接続されている。電極端子は、円柱或いは円筒状をなし、支持部材と同様に形成された放射状の多数個のスリット状の溝を有する。電極端子の溝には、支持部材の軸方向両端部において、超電導線材が挿入され、この超電導線材にハンダ接合されている。
【０００７】
このように構成された特許文献１の超電導電流リードでは、複数の超電導線材を用いることによって、超電導電流リードとしての大電流化、つまり、大容量化が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２１２０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、従来の超電導電流リードでは、超電導線材と支持部材とが接着剤を介して接合されているため、極低温に冷却されると、超電導線材と支持部材の収縮率の違いにより接合された超電導線材と支持部材が剥離して、互いの接合に用いられた接着剤によって超電導線材の各層或いは支持部材が破損する問題がある。破損の際には、超電導製材は安定した特性を得ることができなくなるという虞がある。
【００１０】
また、従来の超電導電流リードでは、超電導線材と電極端子との接続は、支持部材の軸方向両端部のそれぞれから延出した超電導線材の部位を、電極端子における多数個のスリット状の溝に挿入し、この溝内でハンダ接合することによって行われている。
【００１１】
このため、超電導電流リードの製造過程において、超電導線材と電極端子とをハンダ接合する際に、支持部材の軸方向両端部の溝から延出した超電導線材毎に、電極端子の溝に挿入して接続する必要がある。よって、これらを挿入する手間がかかる。
【００１２】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、安定した超電導特性を得ることができ製造が容易な超電導電流リードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の超電導電流リードの一つの態様は、極低温容器内に設置された超電導装置に対して、室温環境下に設置された電源から電力を供給し、低温側の少なくとも一部に、酸化物超電導材料からなるテープ状の超電導線材を用いた超電導電流リードにおいて、前記酸化物超電導材料は、ＲｅＢａＣｕＯ系（Ｒｅは、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ及びＹｂから選択された１又は２種以上の元素を示す）超電導材料であり、前記超電導材料中には、Ｙ，Ｚｒ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｅのうち少なくとも一つを含む５０ｎｍ以下の酸化物粒子が磁束ピンニング点として分散されており、通電方向に延在するスリット状の複数の溝部を有し、前記溝部のそれぞれに、複数の前記超電導線材がそれぞれ配置される支持部材と、前記通電方向と同じ方向に形成された切り欠き部を有する電極端子と、を備え、前記切り欠き部に、前記超電導線材が配置された前記支持部材の端部が嵌合され、前記電極端子は、前記切り欠き部内で前記超電導線材に電気的に接続される構成を採る。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、安定した超電導特性を得ることができ製造工程が容易な超電導電流リードを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る超電導電流リードを用いた超電導磁石装置の一例の模式的構成を示す図
【図２】同超電導電流リードにおける低温側超電導部を示す斜視図
【図３】図１のＰ−Ｐ線矢視断面図
【図４】超電導線材の構造を示す図
【図５】超電導層の構成を示す図
【図６】本発明の超電導電流リードで採用される超電導線材の一例である採用例及び不採用例により製造された超電導体の印加磁場に対する臨界電流値の説明に供する図
【図７】本発明の超電導電流リードで採用される超電導線材の一例である採用例及び不採用例により製造された超電導体の磁場印加角度依存性の説明に供する図
【図８】超電導線材を有するリード本体の端部を示す斜視図
【図９】リード本体の変形例を模式的に示す断面図
【図１０】リード本体の変形例を模式的に示す断面図
【図１１】超電導線材の変形例である超電導線材を模式的に示す図
【図１２】リード本体の変形例を模式的に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１に示す超電導電流リード１００は、極低温容器１１内に配設された超電導マグネット１２のマグネット端子１２ａに一端部の接続端子１０１で接続されている。また、超電導電流リード１００は、極低温容器１１の外部で他端部の接続端子１０２を介して、室温環境下に設置された電源に接続されている。これにより超電導電流リード１００は、極低温容器１１外部の電源から極低温容器１１内の超電導マグネット１２に電力を供給する。
【００１８】
図１に示す超電導電流リード１００は、極低温容器１１外に位置する接続端子１０２に接続された高温側銅リード部１１０と、極低温容器１１内に位置する接続端子１０１に接続された低温側超電導部１２０とを有する。
【００１９】
低温側超電導部１２０は、図２に示すように、一対の電極（電極端子）１３１、１３３と、一対の電極１３１、１３３が両端部１５１、１５３に接合されたリード本体１５０とを有する。
【００２０】
一対の電極端子１３１、１３３は銅或いは銅合金等の金属で作成されている。電極端子１３１では、一端面１３１ａを切り欠くことによって、リード本体１５０の一端部１５１が挿入される凹部（切り欠き部）１３５が形成されている。一方、電極端子１３３では、一端面１３３ａを切り欠くことによって、リード本体１５０の他端部１５３が挿入される凹部（切り欠き部）１３５が形成されている。
【００２１】
凹部１３５は、電極端子１３１、１３３それぞれの一端面１３１ａ、１３３ａを、通電方向（ここでは一端面１３１ａ、１３３ａに対して直交する方向）に切り欠いて形成されている。凹部１３５は、電極端子１３１、１３３の一端面１３１ａ、１３３ａにおいて、リード本体１５０の端部１５１、１５３の形状に対応した形状に形成されている。これにより、電極端子１３１における凹部１３５内には、リード本体１５０の一端部１５１が一端面１３１ａに対して直交して挿入されている。また、電極端子１３３における凹部１３５内には、リード本体１５０の他端部１５３が一端面１３３ａに対して直交して挿入されている。このように電極端子１３１、１３３の凹部１３５には、リード本体１５０の両端部１５１、１５３がそれぞれ内嵌している。
【００２２】
リード本体１５０は、長尺の支持部材１５２と、支持部材１５２に、支持部材１５２の延在方向に沿って配設された複数のテープ状の高温超電導線材（以下、「超電導線材」という）１６０とを有する。
【００２３】
図３に示すようにリード本体１５０では、テープ状の超電導線材１６０が、支持部材１５２の一面１５２ａに形成された溝部１５４内に配置されている。
【００２４】
支持部材１５２は、常温部からの熱侵入を低減するために低熱伝導性金属材料で製作され、低熱伝導性金属材料としては、例えば、ステンレス鋼、ニッケル合金、チタン合金、ＦＲＰ等が使用される。支持部材１５２は、本実施の形態では、板状のものとして説明するがこれに限らず、円柱状、円筒状に形成してもよい。この場合、電極端子１３１の凹部１３５は、支持部材１５２の端部の断面形状に対応した形状である円筒状に形成される。
【００２５】
溝部１５４は、支持部材１５２の一面１５２ａに、支持部材１５２の長手方向（通電方向）に沿って互いに並行に延在するように複数形成されている。支持部材１５２の一面１５２ａにおいて、延在方向に延びる側辺どうしの間の長さＴを３６ｍｍとした場合、溝部１５４同士の間隔Ｄは、例えば、１ｍｍとしている。ここで、溝部１５４同士の間隔Ｄについては、所望の電流値によって決定すればよい。例えば、大電流が必要であれば間隔Ｄを狭めて溝部１５４の数を増やして配置する超電導線材１６０を増やせばよい。また逆に、少電流で十分であれば間隔Ｄを広げて溝部１５４の数を減らして配置する超電導線材１６０を減らせばよい。
【００２６】
溝部１５４は、各溝部１５４内に配置される複数の超電導線材１６０同士が、幅よりも長さの短い厚み方向で所定間隔をあけて互いが重なるように、支持部材１５２の一面１５２ａに形成されることが望ましい。ここでは、各溝部１５４は、一面１５２ａにおいて、深さを超電導線材１６０の幅に、幅を超電導線材１６０の厚みに対応するように形成されている。
【００２７】
なお、溝部１５４の深さは、溝部１５４内に配置される超電導線材１６０の幅×１／２以上であることが好ましい。溝部１５４の幅は、収容する超電導線材１６０の厚さに対応する。例えば、溝部１５４内に、超電導線材１６０を複数重ねて配置する場合では、溝部１５４の幅は、複数枚の超電導線材１６０の合計の厚さと同等の長さとする。
【００２８】
各溝部１５４内の各超電導線材１６０において、支持部材１５２の一端部１５２ｃにおける溝部１５４内の部位は、電極端子１３１に、凹部１３５内でハンダを介して電気的に接続されている。
【００２９】
また、各溝部１５４内の各超電導線材１６０において、支持部材１５２の他端部１５２ｄにおける溝部１５４内の部位は、電極端子１３３の一端面１３３ａに形成された凹部１３５内で、ハンダ等を介して電極端子１３３に電気的に接続されている。なお、ここでは、超電導線材１６０の安定化層１６４（図４参照）が、電極端子１３１、１３３の凹部１３５内において対向する内壁面にそれぞれハンダを介して電気的に接続されている。
【００３０】
超電導線材１６０の長さは、その両端部が、それぞれ支持部材１５２において凹部１３５と嵌合する部分（両端部１５２ｃ、１５２ｄ）の溝部１５４内に位置する長さである。ここでは、超電導線材１６０の長さは、支持部材１５２と略同じ長さとしている。
【００３１】
また、これら複数の超電導線材１６０は、電極端子１３１、１３３の凹部１３５内に挿入された端部でのみ支持部材１５２に固定されている。ここでは、複数の超電導線材１６０は、電極端子１３１、１３３の凹部１３５内でのみ支持部材１５２にハンダにより固定されたものとしたが、接着剤により固定されてもよい。
【００３２】
図４に示すように超電導線材１６０は、テープ状の金属基板１６１に、中間層１６２、テープ状の酸化物超電導層（以下、「超電導層」と称する）１６３、安定化層１６４を順に積層されることによって形成される。
【００３３】
テープ状の金属基板１６１は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金、ステンレス鋼又は銀（Ａｇ）である。金属基板１６１は、ここでは、無配向金属基板であり、Ｎｉ−Ｃｒ系（具体的には、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｍｏ系のハステロイ（登録商標）Ｂ、Ｃ、Ｘ等）、Ｗ−Ｍｏ系、Ｆｅ−Ｃｒ系（例えば、オーステナイト系ステンレス）、Ｆｅ−Ｎｉ系（例えば、非磁性の組成系のもの）等の材料に代表される立方晶系のＨｖ＝１５０以上の非磁性の合金である。金属基板１６１の厚さは、例えば、５０〜２００［μｍ］である。
【００３４】
中間層１６２は、ＩＢＡＤ法によりテープ状の金属基板１６１上に、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７（ＧＺＯ）或いはイットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等を成膜した第１中間層１６２−１と、第１中間層１６２−１上にＲＦ−Sputtering法によりＣｅＯ２を蒸着して成膜される第２中間層１６２−２とを有する。
【００３５】
第１中間層１６２−１は、テープ状の金属基板１６１からの元素が上部に積層される超電導層１６３に拡散することにより超電導特性の劣化を引き起こすことを防止する拡散防止層として機能する。また、第１中間層１６２−１は、テープ状の金属基板１６１上に二軸配向してなるセラミック層として機能する。
【００３６】
第２中間層１６２−２は、超電導層１６３との格子整合性を高め、第１中間層１６２−１を構成する元素（Ｚｒなど）拡散を抑制する。第２中間層１６２−２は、ＣｅＯ２膜、ＣｅＯ２にＧｄを所定量添加したＣｅ−Ｇｄ−Ｏ膜、Ｃｅの一部が他の金属原子又は金属イオンで一部置換されたＣｅ−Ｍ−Ｏ系酸化膜等のような耐酸性の薄膜である。第２中間層１６２−２は、ＭＯＤ法（Metal Organic Deposition Processes：金属有機酸塩堆積法）、パルスレーザー蒸着法、スパッタ法またはＣＶＤ法のいずれかの方法により成膜することができる。なお、第２中間層１６２−２をＣｅＯ２膜にＧｄを添加したＣｅ−Ｇｄ−Ｏ膜とした場合、超電導層１６３としてＹＢＣＯ超電導層を成膜した際に良好な配向性を得るために、膜中のＧｄ添加量を５０ａｔ％以下にすることが好ましい。
【００３７】
なお、第２中間層１６２−２は、結晶粒配向性が、その上層である超電導層１６３の結晶配向性と臨界電流値（Ｉｃ）に大きく影響を及ぼす。第２中間層１６２−２は第１中間層１６２−１上に、ＲＴＲ式のＲＦ−magnetron sputtering法により成膜される。このＲＴＲ式のＲＦ−magnetron sputtering法は、ＰＬＤ法と同様に、ターゲットと作製した膜の組成ずれが少なく、精確な成膜が可能である一方、ＰＬＤ法に比べ、メンテナンスコスト等が安価である。なお、中間層１６２の厚さは、例えば、１［μｍ］であり、この中間層１６２上には超電導層１６３が成膜されている。
【００３８】
この超電導層１６３上には、銀、金、白金等の貴金属、あるいはそれらの合金であり低抵抗の金属である安定化層（キャップ層ともいう）１６４が設けられている。超電導層１６３は他の金属と反応しやすい活性な材料により構成されるため、金、銀などの貴金属、あるいはそれらの合金以外の材料と直接的に接触すると反応して性能低下を引き起こす。よって、安定化層１６４は、超電導層１６３の直上に形成することにより超電導層１６３の性能低下を防止する。また、安定化層１６４は、超電導層１６３に電流が流れているときに、常電導転移した場合のバイパス回路となる。
【００３９】
なお、安定化層１６４の上に、銅等の抵抗の低い低抵抗金属テープ等で第２安定化層を形成してもよい。第２安定化層は、真鍮、Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｕ合金、ステンレス鋼等の高抵抗の金属テープであってもよい。第２安定化層がＣｕやＮｉ或いはその合金であれば、ハンダ材料に溶け込みにくいため、高温超電導線材１６０としての性能劣化を防止できる。
【００４０】
また、第２安定化層がＮｉ−Ｃｕ合金等の高抵抗の金属テープである場合、高温超電導線材１６０自体を補強して強度を向上させることができるとともに、高温超電導線材１６０が交流に使用された際の損失を減少させることができる。このように第２安定化層は、安定化層１６４とともに、超電導層１６３、つまり、高温超電導線材１６０としての機械的、化学的、電磁気的および熱的な安定性を確保できる。なお、第２安定化層となるテープの厚さについて、超電導層１６３が常電導転移した場合のバイパス回路となるような厚さであれば特に限定されないが、５０μｍから２００μｍ程度が好ましい。超電導線材１６０が第２安定化層を備える場合、超電導線材１６０の電極端子１３１、１３３への電気的な接続は、第２安定化層と電極端子１３１、１３３における凹部１３５の内壁面の一部とをハンダにより接合することで行われる。
【００４１】
図５に示す超電導層１６３は、ＲｅＢａｙＣｕ３Ｏｚ系（Ｒｅは、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ及びＹｂから選択された１又は２種以上の元素を示し、ｙ≦２及びｚ＝６．２〜７である。）の高温超電導薄膜である。ここでは、超電導層１６３は、イットリウム系酸化物超電導体（ＲＥ１２３）である。また、超電導層１６３中には、Ｙ，Ｚｒ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｅのうち少なくとも一つを含む５０ｎｍ以下の酸化物粒子が磁束ピンニング点１６５として分散している。
【００４２】
このような超電導層１６３を用いたＲｅ系の高温超電導線材１６０は、基板上に、中間層１６２を介して原料溶液を塗布した後、仮焼熱処理を施し、次いで超電導体生成の熱処理を施すことによりＲｅＢａｙＣｕ３Ｏｚ系超電導体を製造する。この方法において、原料溶液として、Ｒｅ（Ｒｅは、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ及びＹｂから選択された１又は２種以上の元素を示す。）、Ｂａ及びＣｕを含む有機金属錯体溶液とＢａと親和性の大きいＺｒ、Ｃｅ、Ｓｎ又はＴｉから選択された少なくとも１種以上の金属を含む有機金属錯体溶液からなる混合溶液を用い、Ｂａのモル比をｙ＜２の範囲内とするとともに、超電導体中にＺｒ、Ｃｅ、Ｓｎ又はＴｉを含む５０ｎｍ以下の酸化物粒子を磁束ピンニング点１６５として分散させることにより製造することができる。
【００４３】
また、基板上に中間層を介して形成したＲｅＢａｙＣｕ３Ｏｚ系超電導体において、ＲｅをＲｅ＝Ａ１−ｘＢｘの組成とし、Ａ及びＢは、それぞれＹ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ又はＥｕから選択されたいずれか１種以上の異なる元素からなり、Ｂａのモル比をｙ＜２の範囲内とするとともに、超電導体中にＺｒを含む５０ｎｍ以下の酸化物粒子を磁束ピンニング点１６５として分散させて形成してもよい。この場合、ＲｅＢａｙＣｕ３Ｏｚ系超電導体を製造する方法において、原料溶液として、Ｒｅ（Ｒｅ＝Ａ１−ｘＢｘの組成を有し、Ａ及びＢは、それぞれＹ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ又はＥｕから選択されたいずれか１種以上の異なる元素を示す。）、Ｂａ及びＣｕを含む有機金属錯体溶液とＢａと親和性の大きいＺｒ、Ｃｅ、Ｓｎ又はＴｉから選択された少なくとも１種以上の金属を含む有機金属錯体溶液からなる混合溶液を用い、Ｂａのモル比をｙ＜２の範囲内とするとともに、前記超電導体中にＺｒ、Ｃｅ、Ｓｎ又はＴｉを含む５０ｎｍ以下の酸化物粒子を磁束ピンニング点１６５として分散させることにより製造できる。
【００４４】
また、Ｒｅ＝Ａ１−ｘＢｘの組成を有するＲｅ系の超電導層では、Ｒｅ＝Ｙ１−ｘＳｍｘの組成とすることが好適する。この場合には、超電導体中にＳｍを含む酸化物粒子及びＺｒを含む５０ｎｍ以下の酸化物粒子を磁束ピンニング点１６５として分散させることができる。
【００４５】
このようなＲｅ系の超電導層１６３及びその製造方法において、Ｂａのモル比を１．３＜ｙ＜１．８の範囲内とすることが好ましい。Ｂａのモル比をその標準モル比より小さくすることにより、Ｂａの偏析が抑制され、結晶粒界でのＢａベースの不純物の析出が抑制される結果、クラックの発生が抑制されるとともに、結晶粒間の電気的結合性が向上して通電電流によって定義されるＪｃが向上する。Ｂａのモル比を低減することにより、磁束ピンニング点１６５であるＹ２Ｃｕ２Ｏ５やＣｕＯが形成され、磁界特性が改善される。
【００４６】
また、超電導層１６３中に人工的に導入される磁束ピンニング点１６５として分散するＺｒ、Ｃｅ、Ｓｎ又はＴｉを含む酸化物粒子は、５０ｎｍ以下とされるが、特に、５〜３０ｎｍのＺｒを含む酸化物粒子であることが好ましい。
【００４７】
この場合、Ｙ１−ｘＳｍｘの組成を用いた場合には、超電導層１６３中にｌｏｗ−Ｔｃ相である粒子状のＳｍーｒｉｃｈ相（Ｓｍ１＋ｘＢａ２−ｘＣｕ３Ｏｚ）が磁束ピンニング点１６５として形成される。超電導層１６３では、磁束ピンニング点１６５がＳｍを含む酸化物粒子及び５〜３０ｎｍのＺｒを含む酸化物粒子により形成される結果、著しくピンニング力が向上する。
【００４８】
人工的に導入される磁束ピンニング点１６５を形成するために添加されるＺｒの添加量は、金属濃度で０．５〜１０モル％であることが好ましく、Ｚｒの添加量が０．５モル％未満の場合、酸化物粒子の密度が十分でないため、高磁場で十分なピンニング力が得られず、一方、１０モル％を超えると析出物が粗大化して結晶性を低下させる。特に、金属濃度で０．５〜５モル％の範囲が好ましい。
【００４９】
超電導線材１６０における超電導層１６３は、ＭＯＤ法、パルスレーザー蒸着法、スパッタ法またはＣＶＤ法のいずれかの方法で、中間層１６２上に成膜される。ここでは、超電導層１６３は、ＴＦＡーＭＯＤ法で成膜され、ＴＦＡーＭＯＤ法によるＲｅ系超電導層に磁束ピンニング点１６５を導入する手法として、ＴＦＡを含む溶液中にＢａと親和性の高いＺｒ含有ナフテン酸塩等を混合する手法が採用されている。
【００５０】
また、その導入量を制御することで、粒界偏析によるＪｃ低下の要因の一つであるＢａと結合してＢａＺｒＯ３を形成し、粒内に分散させることにより粒界特性が改善される。さらに、超電導体内に形成されたＢａＺｒＯ３、ＺｒＯ２が膜面方向だけでなく、膜厚方向にもナノサイズ、ナノ間隔に存在しこれらが磁束を有効にピンニングし、磁場印加角度に対するＪｃの異方性を著しく改善することが可能となる。また、ＢａＺｒＯ３、ＺｒＯ２のサイズ、密度及び分散を制御するためには、Ｚｒ含有ナフテン酸塩等の導入量だけでなく、仮焼熱処理時及び結晶化熱処理時の酸素分圧、水蒸気分圧、焼成温度の制御により可能となり、これらの最適化を行うことにより有効な磁束ピンニング点１６５の導入が可能となる。
【００５１】
Ｂａ濃度を低減したＲｅ系超電導層において、超電導体中に人工的にＺｒ含有磁束ピンニング点１６５を微細分散させることができる。
【００５２】
よって、Ｊｃの磁場印加角度依存性が小さく、かつ、高磁場で高いＪｃを有する磁場特性を有するとともに、Ｊｃの磁場印加角度依存性（Ｊｃ，ｍｉｎ／Ｊｃ，ｍａｘ）も著しく向上する。このため、あらゆる磁場印加角度方向に対しても有効に磁束をピンニングして、Ｊｃ−Ｂ−θ特性（図６参照）を向上させることができ、等方的Ｊｃ特性が得られる。
【００５３】
ここで超電導層１６３中に、磁束ピンニング点１６５、特に、Ｚｒ含有磁束ピンニング点を備える超電導線材の特性について説明する。
【００５４】
＜磁束ピンニング点を含む超電導層の特性＞
＜超電導電流リード１００に採用する超電導線材の一例であって、磁束ピンニング点を含む超電導層を備える採用例＞
採用例では、磁束ピンニング点を含む超電導層が設けられる基板として、ハステロイテープ上にＩＢＡＤ法によりＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７から成る第１中間層及びＰＬＤ法によりＣｅＯ２からなる第２中間層を順次形成した複合基板を用いた。この場合の第１中間層及び第２中間層のΔφは、それぞれ１４ｄｅｇ．及び４．５ｄｅｇ．であった。
【００５５】
一方、Ｙ―ＴＦＡ塩、Ｓｍ−ＴＦＡ塩、Ｂａ―ＴＦＡ塩及びＣｕのナフテン酸塩をＹ：Ｓｍ：Ｂａ：Ｃｕのモル比が０．７７：０．２３：１．５：３となるように有機溶媒中に混合し、この混合溶液中にＺｒ含有ナフテン酸塩を金属モル比で１％配合して原料溶液を作製した。
【００５６】
上記の複合基板の第２中間層上に原料溶液を塗布し、次いで、仮焼熱処理を施した。仮焼熱処理は、水蒸気分圧１６Ｔｏｒｒの酸素ガス雰囲気中で最高加熱温度（Ｔｍａｘ）５００℃まで加熱した後、炉冷することにより施した。
【００５７】
以上の仮焼熱処理の後、超電導体生成の熱処理（結晶化熱処理）を施して複合基板上に超電導膜を形成した。この熱処理は、水蒸気分圧７６Ｔｏｒｒ、酸素分圧０．２３Ｔｏｒｒのアルゴンガス雰囲気中で７６０°の温度で保持した後、炉冷することにより施した。
【００５８】
以上の方法により製造したテープ状Ｒｅ系超電導体（ＹＳｍＢＣＯ+ＢＺＯ）の膜厚は０．８μｍであった。
【００５９】
このようにして得られた超電導膜について、その磁場印加角度依存性、即ち、ｃ軸に平行な方向（ａｂ面に垂直）に外部磁場を印加し、その値を変化させたときのＪｃ（７７Ｋ）を測定した。その結果を図６に示す。また、この超電導膜について、その磁場印加角度依存性、即ち、１Ｔの外部磁場を印加し、ａｂ面に対する角度を変化させたときのＪｃ（７７Ｋ）を測定した。その結果を図７に示す。図７において、Ｊｃの磁場印加角度依存性はＪｃ，ｍｉｎ／Ｊｃ，ｍａｘ＝０．９１であった。
【００６０】
このときの磁束ピンニング点は、Ｓｍ１＋ｘＢａｙ＝２−ｘＣｕ３Ｏｚ（ｌｏｗ−Ｔｃ相）、ＢａＺｒＯ３及びＺｒＯ２であり、約２０ｎｍ（５〜２５ｎｍ）程度のＢａＺｒＯ３及びＺｒＯ２が超電導膜の（ｃ軸に平行な）断面内において、おおよそ５０ｎｍの間隔でその膜厚方向に均一に分散していることが確認された。
【００６１】
＜不採用例１＞
採用例と同様の複合基板を用い、Ｙ―ＴＦＡ塩、Ｓｍ−ＴＦＡ塩、Ｂａ―ＴＦＡ塩及びＣｕのナフテン酸塩をＹ：Ｓｍ：Ｂａ：Ｃｕのモル比が０．７７：０．２３：１．５：３となるように有機溶媒中に混合して原料溶液を作製した。上記の複合基板の第２中間層上に原料溶液を塗布し、次いで、採用例と同様にして仮焼熱処理及び超電導体生成の熱処理（結晶化熱処理）を施して複合基板上に超電導膜を形成した。以上の方法により製造したテープ状Ｒｅ系超電導体（ＹＳｍＢＣＯ）の膜厚は０．８μｍであった。
【００６２】
このようにして得られた超電導膜について、そのＪｃの磁場依存性を採用例と同様にして測定した。その結果を図７に示した。また、この超電導膜について、Ｊｃの磁場印加角度依存性を採用例と同様にして測定した。Ｊｃの磁場印加角度依存性はＪｃ，ｍｉｎ／Ｊｃ，ｍａｘ＝０．６であった。このときの磁束ピンニング点は、Ｓｍ１＋ｘＢａｙ＝２−ｘＣｕ３Ｏｚ（ｌｏｗ−Ｔｃ相）であり、約１００ｎｍ程度であった。
【００６３】
＜不採用例２＞
採用例と同様の複合基板を用い、Ｙ―ＴＦＡ塩、Ｂａ―ＴＦＡ塩及びＣｕのナフテン酸塩をＹ：Ｂａ：Ｃｕのモル比が１：１．５：３となるように有機溶媒中に混合して原料溶液を作製した。
【００６４】
上記の複合基板の第２中間層上に原料溶液を塗布し、次いで、採用例と同様にして仮焼熱処理及び超電導体生成の熱処理（結晶化熱処理）を施して複合基板上に超電導膜を形成した。以上の方法により製造したテープ状Ｒｅ系超電導体（ＹＢＣＯ）の膜厚は０．８μｍであった。
【００６５】
このようにして得られた超電導膜について、そのＪｃの磁場依存性を採用例と同様にして測定した。その結果を図６に示した。また、この超電導膜について、Ｊｃの磁場印加角度依存性を採用例と同様にして測定した。その結果を図７に示した。図７において、Ｊｃの磁場印加角度依存性はＪｃ，ｍｉｎ／Ｊｃ，ｍａｘ＝０．４７であった。
【００６６】
以上、図６及び図７に示す採用例及び不採用例の結果から明らかなように、磁束ピンニング点を含む超電導層であるテープ状Ｒｅ系超電導体（ＹＳｍＢＣＯ+Ｚｒ含有酸化物粒）は、Ｙの一部をＳｍに置き換えた不採用例１のテープ状Ｒｅ系超電導体（ＹＳｍＢＣＯ）及びＢａ濃度を標準組成よりも低減した不採用例２のテープ状Ｒｅ系超電導体（ＹＢＣＯ）と比較してＪｃの磁場依存性が小さく、かつ、高磁場で高いＪｃを有する磁場特性を示している。
【００６７】
また、ｃ軸に平行な方向（ａｂ面に垂直）に１Ｔの外部磁場を印加した場合（７７Ｋ）、不採用例１の（ＹＳｍＢＣＯ）は不採用例２の（ＹＢＣＯ）と比較して１．３倍のＪｃを有するが、採用例の（ＹＳｍＢＣＯ+Ｚｒ含有酸化物粒）は不採用例２の（ＹＢＣＯ）と比較して２．２倍のＪｃを有する。更に、採用例の（ＹＳｍＢＣＯ+Ｚｒ含有酸化物粒）の磁場印加角度依存性（Ｊｃ，ｍｉｎ／Ｊｃ，ｍａｘ）も、不採用例２のＹＢＣＯ及び不採用例１のＹＳｍＢＣＯがそれぞれ０．４７及び０．６と異方性を示すのに対して０．９１と著しく向上する。
【００６８】
よって、磁束ピンニング点１６５を含む超電導層１６３は、図５に示すように、超電導層１６３と平行な磁場ＩＡ（ｃ軸に平行）の発生に加えて、超電導層１６３に対して垂直（ａｂ面に垂直）な磁場ＩＢが発生しても、磁束ピンニング点１６５によって影響を受けにくく安定した特性を得ることができる。なお、超電導層１６３においてＺｒ添加を３wｔ％とすると好適である。
【００６９】
図８は、超電導線材１６０を有するリード本体１５０の端部を示す斜視図である。
【００７０】
図８に示すように超電導電流リード１００は、支持部材１５２の表裏面のうち一方の面（図８では、表面１５２ａを示す）の溝部１５４内に、作成した複数の超電導線材１６０をそれぞれ配置してリード本体１５０とする。
【００７１】
溝部１５４に超電導線材１６０を配置したリード本体１５０の一端部１５１を電極端子１３１の凹部１３５内に挿入する。なお、リード本体１５０の一端部１５１を凹部１３５内に挿入する前に、支持部材１５２の一端部１５２ｃと、一端部１５２ｃの溝部１５４内に位置する超電導線材１６０の一端部とをハンダ或いは接着剤を介して接合しておいてもよい。
【００７２】
次いで、リード本体１５０を挿入した凹部１３５内に、凹部１３５の内壁とリード本体１５０の一端部１５１との間にハンダを流す。このことによって、超電導線材１６０は電極端子１３１に電気的に接続されるとともに電極端子１３１が支持部材１５２に接合される。
【００７３】
また、凹部１３５内では、超電導線材１６０の一端部は、電極端子１３１を介して支持部材１５２の一端部１５２ｃにハンダによって接合される。これにより、凹部１３５内に支持部材１５２の端部１５１が嵌合し、この凹部１３５内で、溝部１５４内の超電導線材１６０が、電極端子１３１の凹部１３５に電気的に接続される。なお、リード本体１５０の他端部１５３（図２参照）も同様に、電極端子１３３の凹部１３５内に挿入されて、凹部１３５の内壁に接合される。加えて、超電導線材１６０の他端部が電極端子１３３に電気的に接続されるとともに、電極端子１３３は支持部材１５２に接合される。
【００７４】
このように支持部材１５２の一面１５２ａの溝部１５４内に、支持部材１５２の延在方向に沿って、厚み方向で重なるように配置された超電導線材１６０は、凹部１３５内における超電導線材１６０の両端部でのみ支持部材１５２に対して接着される。さらに、超電導線材１６０は、電極端子１３１、１３３に対して、凹部１３５内でのみハンダを介して接続されている。すなわち、超電導電流リード１００では、電極端子１３１、１３３、支持部材１５２及び超電導線材１６０とは、凹部１３５とリード本体１５０との嵌合部分１５２ｅでのみ接合されることとなる。
【００７５】
これにより超電導電流リード１００は、湾曲しても、電極端子１３１、１３３間に介設されるリード本体１５０では、支持部材１５２、超電導線材１６０が各々個別に独立して変形できる。よって、超電導電流リード１００の低温側超電導部１２０を湾曲させて超電導装置に設置した場合でも、従来と異なり、湾曲することによって、支持部材１５２、超電導線材１６０の接続部分が剥離することがない。
【００７６】
これに対して、従来の超電導電流リードでは、支持部材にハンダ付けにより超電導線材が接続されているため、従来の超電導電流リードを湾曲させると、支持部材と超電導線材とが剥がれ、その接合部分のハンダによって、支持部材或いは超電導線材の各層を損傷させてしまい、特性を損傷させてしまう可能性がある。
【００７７】
特に、設置された超電導電流リードに冷却によって歪みが発生しても、従来と異なり、本実施の形態の超電導電流リード１００では、電極端子１３１、１３３の凹部１３５でそれぞれ嵌合したリード本体１５０の両端部以外の部分で、支持部材１５２と超電導線材１６０とが剥離することがない。すなわち、リード本体１５０が支持部材１５２または電極端子１３１から外れない。
【００７８】
このように超電導電流リード１００では、超電導線材１６０と電極端子１３１、１３３とをハンダ接合する際に、複数の超電導線材１６０を支持部材１５２とともに、電極端子１３１の凹部１３５内に挿入して嵌合するだけで容易に接続できる。嵌合部分における各溝部１５４にハンダを流すだけで、容易に電気的接続が可能な状態となる。すなわち、従来と異なり、超電導線材１６０と電極端子１３１、１３３とをハンダ接合する際に、支持部材１５２の軸方向両端部の溝から延出した超電導線材毎に、電極端子１３１、１３３の溝に挿入する煩雑な手間がかからない。
【００７９】
また、超電導線材１６０と電極端子１３１との電気的な接続も、リード本体１５０が嵌合した凹部１３５内にハンダを流すだけで容易に行うことができる。
【００８０】
また、超電導電流リード１００では、電極端子１３１、１３３の凹部１３５とリード本体１５０の端部１５１、１５３との嵌合部分だけに、ハンダを流し込むことで、電極端子１３１、１３３と、リード本体１５０における支持部材１５２及び高温超電導線材１６０との間の接合が行われている。
【００８１】
よって、高温超電導線材１６０は、従来の高温超電導線材と比較して支持部材と高温超電導線材とを接合するハンダの量を減少させることができ、製造コストの低廉化を図ることが出来る。
【００８２】
また、高温超電導線材１６０に歪みが生じても、ハンダを介して支持部材１５２と超電導線材１６０とが全面的に接合されていないため、接合された両者が剥離する可能性が小さく、超電導電流リード１００自体は安定した特性を維持できる。
【００８３】
また、超電導電流リード１００は、従来と異なり、支持部材１５２に超電導線材１６０がハンダによって全面的に取り付けられていない。このため、ハンダ付けする際の熱の影響を受けにくく、熱による超電導線材１６０の性能（具体的には超電導層１６３の性能）の劣化が起こりにくい。
【００８４】
さらに、超電導線材１６０は、超電導層１６３に磁束ピンニング点１６５（図５参照）を備えるため、磁場のあるところに磁場の影響を考慮されず、湾曲した状態で設置されても、磁場の影響を受けにくく安定した特性を得ることができる。
【００８５】
さらに、支持部材１５２と超電導線材１６０とのハンダによる接合部分が、それぞれの両端部（凹部１３５内に配置される部分）のみであるため、全面的に接合される従来構成と比較して接続抵抗（ハンダ全体の厚み）を小さくできる。
【００８６】
このように超電導電流リード１００によれば、湾曲した状態で超電導装置に設置されても、磁場の影響を受けにくい優れた特性を有する超電導電流リード１００を容易に製造できる。
【００８７】
なお、超電導電流リード１００において、複数の超電導線材１６０は、支持部材１５２の一面１５２ａ側に並べて配設される構成としたが、両面に設けてもよい。
【００８８】
図９に示すリード本体１５０Ａでは、支持部材１５２の両面１５２ａ、１５２ｂにそれぞれ複数の溝部１５４が、溝幅より溝深さを長くして、支持部材１５２の長手方向（通電方向）に互いに並行に延在して形成されている。これら溝部１５４内にそれぞれ超電導線材１６０が配設されている。なお、図９〜図１２は、リード本体、超電導線材の変形例を模式的に示す図であり、リード本体、超電導線材において延在方向と直交する断面を示し、図３と同様に、図１のＰ−Ｐ線矢視断面に相当する。
【００８９】
両面１５２ａ、１５２ｂの各溝部１５４内に配設された超電導線材１６０は、長手方向で離間する支持部材１５２の両端部（図２の１５２ｃ、１５２ｄに相当）の溝部１５４内の部位でのみ支持部材１５２に固定される。また、両面１５２ａ、１５２ｂに配設された複数の超電導線材１６０は、支持部材１５２の両端部（図２の１５２ｃ、１５２ｄに相当）とともに、電極端子１３１、１３３（図２参照）の凹部１３５にそれぞれ挿入するだけで、電極端子１３１、１３３に接続できる。また、凹部１３５内にハンダを流すだけで超電導線材１６０と電電極端子１３１、１３３とを電気的に容易に接続できる。
【００９０】
また、超電導電流リード１００のリード本体１５０の一面１５２ａにおいて、複数の溝部１５４間の部位に、超電導線材１６０を配設する構成としても良い。この一例を図１０に示す。図１０に示すリード本体１５０Ｂでは、支持部材１５２の両面１５２ａ、１５２ｂに、支持部材の長手方向（通電方向）に延在するように、且つ、溝幅より溝深さを長くして互いに並行に複数の溝部１５４が形成され、各溝部１５４内に超電導線材１６０が配設されている。これら超電導線材１６０に加えて、両面１５２ａ、１５２ｂにおける溝部１５４間の部位に、複数の超電導線材１６０が、その金属基板１６１を一面１５２ａに取り付けた状態で配設されている。
【００９１】
なお、超電導線材１６０が配設される支持部材１５２に形成される溝部１５４は、支持部材１５２の少なくとも一面（ここでは一面１５２ａ）に、支持部材の長手方向（通電方向）に延在するように、且つ、互いに並行であれば、どのように形成されてもよい。
【００９２】
また、超電導電流リード１００において本体リード１５０、１５０Ａ、１５０Ｂにおける超電導線材１６０は、図１１に示す超電導線材組１７０に替えて配置してもよい。
【００９３】
超電導線材組１７０は、２枚の超電導線材１６０の金属基板１６１同士を合わせて形成され、超電導線材組１７０の表裏面１７０ａ、１７０ｂのそれぞれに、導電性の安定化層１６４が配置されている。この超電導線材組１７０を備えるリード本体の変形例を図１２Ａ、図１２Ｂに示す。
【００９４】
図１２Ａ、図１２Ｂのリード本体１５０Ｃ、１５０Ｄのように、複数の超電導線材組１７０は、支持部材１５２の溝部１５４内に配置される。ここでは、リード本体１５０Ｃ、１５０Ｄの支持部材１５２の一面１５２ａに形成された溝部１５４内に配設された構成としたが、これに限らない。例えば、リード本体１５０Ｃ、１５０Ｄの他面１５２ｂにも一面１５２ａと同様な形状の溝部１５４を形成し、形成した溝部１５４内に超電導線材１６０を配設する構成としても良い。この溝部１５４内に超電導線材１６０を配置する際に、支持部材１５２の両端部と、超電導線材１６０の両端部とを接着剤あるいはハンダにより接合してもよい。
【００９５】
このように溝部１５４に超電導線材１６０を配置した後、リード本体１５０Ｃ、１５０Ｄの両端部（図２の端部１５１、１５３に相当）を、電極端子１３１、１３３の凹部１３５（図２参照）内に挿入することで、リード本体１５０Ｃ、１５０Ｄの両端部に電極端子１３１、１３３（図２参照）を取り付ける。なお、電極端子１３１、１３３の凹部１３５は、リード本体１５０Ｃ、１５０Ｄの端部形状に対応して形成される。次いで、溝部１５４内にハンダを流して接合することで、凹部１３５内の溝部１５４内において、超電導線材組１７０の２つの安定化層１６４と電極端子１３１、１３３とを効率よく電気的に接続できる。
【００９６】
＜実施例１＞
本実施例１では、ＴＦＡ−ＭＯＤ法で作製した超電導線材１６０は、幅が４．５ｍｍ、厚さ１．０μｍのＹＢＣＯ超電導層１６３と、第１中間層１６２−１をＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７（ＧＺＯ）層、第２中間層１６２−２をＣｅＯ２層とした厚さ１．５μｍの中間層１６２と、１００μｍ厚のハステロイ（登録商標）であるテープ形状の金属基板１６１とで構成した。そして、超電導層１６３の表面には、２０μｍ厚さの銀層（第１安定化層）１６４が、熱的安定性、電気的接触の安定性、機械的強度などの向上を目的として蒸着されている。輸送電流は、この銀の第１安定化層１６４を介して供給される。
【００９７】
支持部材１５２は、幅３６ｍｍ、長さ２２０ｍｍ、板厚１５．０ｍｍの形状をしたオーステナイト系ステンレンスの板材とした。このステンレス製板材の片面には、通電方向（長手方向）に延在する１２本のスリット状の溝部１５４が、幅方向に１ｍｍ間隔で形成されている。また、溝部１５４の深さ４．５ｍｍ、溝幅１２３μｍである。これらの溝部１５４内のそれぞれに、ＹＢＣＯ超電導層１６３を有する超電導線材１６０（計１２本の超電導線材１６０）を配置することでリード本体１５０を構成した。
【００９８】
リード本体１５０の両端部は、銅で作製したキャップ状の電圧端子である電極端子１３１、１３３を被せた後、市販されているＰｂ−Ｓｎハンダを用いて電極端子１３１、１３３と超電導線材（ＹＢＣＯ線材）１６０をハンダ接続した。電極端子１３１、１３３は、長さ１０５ｍｍ、幅４６ｍｍ、板厚３０ｍｍ、凹部深さ３５ｍｍとし、これら電極１３１，１３３を使用した超電導電流リードの全長３６０ｍｍとした。
【００９９】
ステンレス製の金属基板１６１は、過電流通電におけるシャントの役割を担い、且つ薄いテープ状のＹＢＣＯ線材（超電導線材１６０）における熱収縮を緩和する役割を果たす。一対の電極端子１３１、１３３は、電極端子間距離を１５０ｍｍとし、各ＹＢＣＯ線材（超電導線材１６０）毎に１２組設置した。
【０１００】
すなわち、実施例１の超電導電流リードは、図５に示す超電導層１６３を備える超電導線材１６０、つまり、磁束ピンニング点１６５を含む超電導層１６３を有する超電導線材１６０と、電極端子１３１、１３３及び支持部材１５２とを備える。これら超電導線材１６０、電極端子１３１、１３３及び支持部材１５２は、互いに凹部１３５内でのみ接合されている。
【０１０１】
＜実施例２＞
本実施例２は、上記実施例１において、片面に溝部１５４が形成されたステンレス製板材のもう一方の片面にも、同様に、溝部１５４を形成して超電導線材１６０を配置した超電導電流リードである。すなわち、実施の形態２の超電導電流リードは、幅３６ｍｍ、長さ２２０ｍｍ、板厚１５．０ｍｍのステンレンス製板材の両面のそれぞれに、通電方向（長手方向）に延在する１２本のスリット状の溝部１５４が、幅方向に１ｍｍ間隔で形成されている。これら溝部１５４は深さ４．５ｍｍ、溝幅１２３μｍであって内部にそれぞれに、ＹＢＣＯ超電導層１６３を有する超電導線材１６０（計２４本の超電導線材）が配置されている。リード本体の両端部には、実施例１と同様に構成された電極端子１３１、１３３が被せられ、電極端子１３１、１３３と超電導線材（ＹＢＣＯ線材）１６０とがハンダ接続されている。なお、一対の電極端子１３１、１３３は、電極端子間距離を１２０ｍｍであり、各ＹＢＣＯ線材（超電導線材１６０）毎に２４組設置した。電極端子１３１、１３３及び支持部材１５２は、互いに凹部１３５内でのみ接合されている。
【０１０２】
このように構成された超電導電流リードを試料として、クライオスタットの液体窒素を寒剤として、湾曲させた状態、具体的には、試料を半径Ｒ＝１０ｍｍの円筒体の外周に沿って湾曲させた状態で浸漬冷却した。この結果を表１で実施例１、実施例２として示す。
【０１０３】
また、上記実施例１の超電導電流リードにおいて、ピンニング点を含まない超電導線材を有する超電導線材を参考例１とした。すなわち、参考例１は、実施例と同様の超電導電流リード１００において、電極端子１３１、１３３、支持部材１５２及び磁束ピンニング点１６５を含まない超電導線材同士が凹部１３５内の部分以外、つまり嵌合部分以外では接着されていない超電導電流リードである。また、比較例１は、実施例１と同様の電極、支持部材と、実施例１の超電導線材において磁束ピンニング点を含まない超電導線材とを有し、支持部材と超電導線材とが全面的にハンダ付けされている超電導電流リードである。なお、線材の臨界電流値（ＩＣ）は、通常の４端子抵抗法を用いて評価し、１μV/cmの電圧基準を用いて定義した。
【０１０４】
【表１】
表１に示すように電極端子、支持部材、超電導線材の接合部分でのみ、支持部材及び超電導線材同士がハンダ付けされている実施例１の超電導電流リードでは、湾曲した状態における超電導特性ＩＣは２４００Ａであり、支持部材と超電導線材との接合外れは見あたらなかった。また、実施例２の超電導電流リードでは、湾曲した状態における超電導特性ＩＣは４８００Ａであり、支持部材と超電導線材との接合外れは見あたらなかった。
【０１０５】
比較例１の超電導電流リードでは、湾曲した状態における超電導特性ＩＣは６００Ａであり、支持部材と超電導線材との接合外れが見つかった。
【０１０６】
このように、実施例１と比較例１との比較でみられるように、湾曲させた状態で超電導装置に設置したとしても、本実施の形態の超電導電流リードは、安定した超電導特性を得ることができる。
【０１０７】
また、参考例１の超電導電流リードでは、湾曲した状態における超電導特性ＩＣは１２００Ａであり、支持部材と超電導線材との接合外れは見あたらなかった。
【０１０８】
なお、本実施の形態の超電導電流リードにおいて、複数の超電導線材における磁束ピンニング点を形成するＺｒの添加度合いは、それぞれの超電導線材で異なっていても良い。
【０１０９】
例えば、支持部材の表裏面のうち少なくとも一面に複数の超電導線材が長手方向に沿って並べて配置された構成において、支持部材の両端に近い超電導線材におけるＺｒの含有度合いを最も大きくするようにしてもよい。
【０１１０】
例えば、本実施の形態の超電導電流リード１００では、１２本の超電導線材のうち、支持部材において長手方向に延在する両端側に配置された線材における超電導層に含まれるＺｒを３ｗｔ％とし、これらに隣り合う線材の超電導層のＺｒを１ｗｔ％とする。さらに、１ｗｔ％のＺｒの内側で隣り合う線材の超電導層におけるＺｒを０ｗｔ％とするようにする構成が上げられる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明に係る超電導電流リードは、安定した超電導特性を得ることができ製造が容易である効果を有し、超電導装置に電流を供給するリードとして有用である。
【符号の説明】
【０１１２】
１１ 極低温容器
１２ 超電導マグネット
１００ 超電導電流リード
１３１、１３３ 電極端子
１３５ 凹部
１５０ リード本体
１５１ 一端部
１５２ 支持部材
１５２ａ 一面
１５２ｃ 一端部
１５２ｄ 他端部
１５２ｅ 嵌合部分
１５４ 溝部
１６０ 超電導線材
１６１ 金属基板
１６２ 中間層
１６３ 超電導層
１６４ 安定化層
１６５ 磁束ピンニング点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
極低温容器内に設置された超電導装置に対して、室温環境下に設置された電源から電力を供給し、低温側の少なくとも一部に、酸化物超電導材料からなるテープ状の超電導線材を用いた超電導電流リードにおいて、
前記酸化物超電導材料は、ＲｅＢａＣｕＯ系（Ｒｅは、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ及びＹｂから選択された１又は２種以上の元素を示す）超電導材料であり、前記超電導材料中には、Ｙ，Ｚｒ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｅのうち少なくとも一つを含む５０ｎｍ以下の酸化物粒子が磁束ピンニング点として分散されており、
通電方向に延在するスリット状の複数の溝部を有し、前記溝部のそれぞれに、複数の前記超電導線材がそれぞれ配置される支持部材と、
前記通電方向と同じ方向に形成された切り欠き部を有する電極端子と、
を備え、
前記切り欠き部に、前記超電導線材が配置された前記支持部材の端部が嵌合され、前記電極端子は、前記切り欠き部内で前記超電導線材に電気的に接続される、
超電導電流リード。
【請求項２】
前記超電導線材は、前記電極端子の切り欠き部と嵌合する一端部と、他端部でのみ、前記支持部材に固定されている、
請求項１記載の超電導電流リード。
【請求項３】
前記磁束ピンニング点は、Ｚｒの酸化物粒子である請求項１又は２記載の超電導電流リード。
【請求項４】
前記酸化物超電導材料は、ＲｅＢａｙＣｕ３Ｏｚ（Ｒｅは、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ及びＹｂから選択された１又は２種以上の元素を示し、ｙ≦２及びｚ＝６．２〜７）系超電導材料である、
請求項１から３の何れか一項に記載の超電導電流リード。
【請求項５】
前記超電導線材は、前記酸化物超電導材料を用いてＴＦＡ―ＭＯＤ法により形成されたＹＢＣＯ系超電導体を有する、
請求項１から４の何れか一項に記載の超電導電流リード。
【請求項１】
極低温容器内に設置された超電導装置に対して、室温環境下に設置された電源から電力を供給し、低温側の少なくとも一部に、酸化物超電導材料からなるテープ状の超電導線材を用いた超電導電流リードにおいて、
前記酸化物超電導材料は、ＲｅＢａＣｕＯ系（Ｒｅは、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ及びＹｂから選択された１又は２種以上の元素を示す）超電導材料であり、前記超電導材料中には、Ｙ，Ｚｒ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｅのうち少なくとも一つを含む５０ｎｍ以下の酸化物粒子が磁束ピンニング点として分散されており、
通電方向に延在するスリット状の複数の溝部を有し、前記溝部のそれぞれに、複数の前記超電導線材がそれぞれ配置される支持部材と、
前記通電方向と同じ方向に形成された切り欠き部を有する電極端子と、
を備え、
前記切り欠き部に、前記超電導線材が配置された前記支持部材の端部が嵌合され、前記電極端子は、前記切り欠き部内で前記超電導線材に電気的に接続される、
超電導電流リード。
【請求項２】
前記超電導線材は、前記電極端子の切り欠き部と嵌合する一端部と、他端部でのみ、前記支持部材に固定されている、
請求項１記載の超電導電流リード。
【請求項３】
前記磁束ピンニング点は、Ｚｒの酸化物粒子である請求項１又は２記載の超電導電流リード。
【請求項４】
前記酸化物超電導材料は、ＲｅＢａｙＣｕ３Ｏｚ（Ｒｅは、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ及びＹｂから選択された１又は２種以上の元素を示し、ｙ≦２及びｚ＝６．２〜７）系超電導材料である、
請求項１から３の何れか一項に記載の超電導電流リード。
【請求項５】
前記超電導線材は、前記酸化物超電導材料を用いてＴＦＡ―ＭＯＤ法により形成されたＹＢＣＯ系超電導体を有する、
請求項１から４の何れか一項に記載の超電導電流リード。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−６４３２３（Ｐ２０１２−６４３２３Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０５１６８（Ｐ２０１０−２０５１６８）
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【出願人】（３０６０１３１２０）昭和電線ケーブルシステム株式会社 (218)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【出願人】（３０６０１３１２０）昭和電線ケーブルシステム株式会社 (218)
【Ｆターム（参考）】
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