高温超電導線材および高温超電導コイル
【課題】外周全体が絶縁被覆された高温超電導線材、及び該高温超電導線材を用いてなる高温超電導コイルの提供。
【解決手段】本発明の高温超電導線材１０は、基板１１と中間層１２と酸化物超電導層１３と金属安定化層４とがこの順に積層された超電導積層体５と、超電導積層体５の外周面を覆い、樹脂の焼付けにより形成された絶縁被覆層７とを備え、超電導積層体５の幅方向に沿う断面における角部５ａが曲率半径を有する曲面とされ、絶縁被覆層７の厚さが１２μｍ以上であり、角部５ａの曲率半径が１４．５ｍｍ以上であることを特徴とする。
【解決手段】本発明の高温超電導線材１０は、基板１１と中間層１２と酸化物超電導層１３と金属安定化層４とがこの順に積層された超電導積層体５と、超電導積層体５の外周面を覆い、樹脂の焼付けにより形成された絶縁被覆層７とを備え、超電導積層体５の幅方向に沿う断面における角部５ａが曲率半径を有する曲面とされ、絶縁被覆層７の厚さが１２μｍ以上であり、角部５ａの曲率半径が１４．５ｍｍ以上であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温超電導線材および高温超電導コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から使用されてきたＮｂＴｉなどの金属系超電導線材は丸線や角線などの形態で提供されており、形状の自由度が高い。これに対し、Ｂｉ系やＹ系などの臨界温度が９０〜１００Ｋ程度の高温酸化物超電導体は、超電導層がセラミックスから形成されており、また、その線材構造もテープ形状とされているので、曲げや捻回などの機械特性について劣化し易いという欠点がある。
【０００３】
例えば、図１５に示す如くＢｉ系の超電導線材１００は、Ｂｉ系の超電導層１０１をＡｇのシース材１０２で被覆した状態となるようにPowder In Tube法（ＰＩＴ法）などにより製造された構造となっている。一方、Ｙなどの希土類系の超電導線材２００は、例えば図１６に示す如く全く異なる構造とされている。
図１６に示す超電導線材２００は、テープ状の金属基材２０１上に中間層２０２を介し成膜法により酸化物超電導層２０３を積層し、ＡｇやＣｕなどの安定化層２０４、２０５を被覆した積層構造とされる。そのため、図１５に示す構造のＢｉ系の超電導線材１００のように厚さ方向に対称的な構造ではなく、希土類系の超電導線材２００を用いて超電導コイルとするには、曲げや捻回などの方向性を考慮して設計する必要がある。
【０００４】
テープ状の超電導線材を巻回してコイルにするためには、超電導線材間の電気的な絶縁性を確保するため、超電導線材を絶縁材で被覆する必要がある。
超電導線材を絶縁被覆する方法としては、テープ状の超電導線材の外周にポリイミドテープ等の樹脂テープを巻き付ける方法や、超電導線材の外周面に樹脂を塗布して該樹脂を焼付けることにより、超電導線材の外周面に樹脂被膜を形成する方法（特許文献１参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３１１５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術は、酸化物超電導体となる原料粉末を金属管に充填して縮径加工するＰＩＴ法により形成されたＢｉ系の超電導線材に適用される技術である。ＰＩＴ法により形成されたＢｉ系の超電導線材は、図１５に示す如く断面が楕円形状であり、超電導線材の外周全体に樹脂を塗布・焼付けして樹脂被膜を形成しやすい。
【０００７】
これに対し、図１６に示す如くテープ状の金属基材２０１の上方に酸化物超電導層２０３が積層された希土類系の超電導線材２００は断面が矩形状であり、その四隅が角張っている。そのため、図１６に示す超電導線材２００の外周に樹脂を塗布・焼付けして樹脂被膜を形成しようとすると、図１７に示す如く超電導線材２００の角部２００ａ部分に絶縁被膜２１０を形成し難く、超電導線材２００の外周全体を絶縁被覆できない場合がある。
絶縁被膜２１０の厚さを厚くすれば、角部２００ａを被覆可能であるが、絶縁被膜２１０の厚さが厚くなり過ぎると、超電導線材２００を巻回してコイル加工した場合に、コイル断面に占める酸化物超電導層２０３の割合が低下し、当該コイルの電流密度が低下してしまう。また、特許文献１の実施例では、３００℃以上３５０℃以下の温度で樹脂の焼付けを行って絶縁被覆層を形成しているが、希土類系の酸化物超電導層は３００℃以上の温度では特性が劣化しやすいため、この熱処理条件を線材の構成や耐熱性が異なる希土類系の超電導線材にそのまま適用することは困難である。
【０００８】
ところで、絶縁被覆された超電導線材を巻回してコイル加工する際には、巻回状態の超電導線材間に熱硬化性樹脂を塗布あるいは注入して加熱硬化することにより、超電導線材の巻回状態を保つことが行われている。この熱硬化性樹脂の導入・硬化方法としては、以下の方法が知られている。
（１）巻回後の超電導線材をエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に浸漬させ、真空中で加圧して含浸させた後に、加熱して熱硬化性樹脂を硬化させる方法（真空加圧含浸法）。
（２）超電導線材を巻回する際に、超電導線材にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を塗布しながら巻回した後、加熱して熱硬化性樹脂を硬化させる方法。
（３）超電導線材を巻回する際に、半硬化エポキシテープ等の半硬化熱硬化性樹脂テープと、超電導線材とを、重ねた状態で共巻きして巻回した後、加熱して熱硬化性樹脂を硬化させる方法。
【０００９】
上記（１）の方法では、コイルが大型化するとコイル内部まで熱硬化性樹脂を含浸させることが難しくなるという問題がある。
上記（２）の方法では、長尺の超電導線材を巻回してコイル加工する際に、超電導線材全体に均一に熱硬化性樹脂を塗布することができない可能性がある。このような場合、超電導コイル運転時に液体窒素温度程度まで該コイルを冷却した際に、超電導線材を構成する金属材料と、熱硬化性樹脂よりなる樹脂層との線膨張係数の差により局所的に歪みを生じ、この歪みに起因して酸化物超電導層が劣化して超電導特性が低下するおそれがある。
上記（３）の方法では、半硬化熱硬化性樹脂テープの厚さが１００μｍ未満になると、超電導線材巻回時の作業性が極端に悪くなる傾向がある。また、半硬化熱硬化性樹脂テープの厚さが１００μｍ以上になると、コイル断面に占める酸化物超電導層の割合が低くなり、当該コイルの電流密度が低下してしまう。
【００１０】
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、外周全体が絶縁被覆された高温超電導線材、及び該高温超電導線材を用いてなる高温超電導コイルの提供を目的とする。また、本発明は、電流密度の低下を抑制できる高温超電導コイルの提供も目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の高温超電導線材は、基板と中間層と酸化物超電導層と金属安定化層とがこの順に積層された超電導積層体と、前記超電導積層体の外周面を覆い、樹脂の焼付けにより形成された絶縁被覆層とを備え、前記超電導積層体の幅方向に沿う断面における角部が曲率半径を有する曲面とされ、前記絶縁被覆層の厚さが１２μｍ以上であり、前記角部の曲率半径が１４．５ｍｍ以上であることを特徴とする。
本発明の高温超電導線材は、超電導積層体の幅方向に沿う断面における角部の曲率半径を１４．５ｍｍ以上とし、且つ、絶縁被覆層の厚さを１２μｍ以上に規定していることにより、超電導積層体の角部を覆うように絶縁被覆層形成用の樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体の角部を含む外周全体が絶縁被覆層により完全に覆われた構造を実現できる。従って、本発明の高温超電導線材は、超電導積層体が絶縁被覆層により外部から封止されており、水分などが酸化物超電導層に浸入することを低減でき、超電導特性の劣化を抑止できる。
【００１２】
本発明の高温超電導線材において、前記金属安定化層が、第１安定化層上に第２安定化層が積層された構造であり、前記第２安定化層が半田を介した金属テープの貼り合わせにより形成され、前記絶縁被覆層が１７０℃〜２００℃の温度で焼付け可能な樹脂より形成されてなることができる。
この場合、絶縁被覆層形成時に、焼付け温度が高くなり過ぎることがなく、半田を介した金属テープの貼り合わせにより形成されている第２安定化層が、樹脂焼付け時に半田が溶融して剥離することを防止できる。
【００１３】
本発明の高温超電導線材において、前記金属安定化層が、第１安定化層上に第２安定化層が積層された構造であり、前記第２安定化層がめっき又は蒸着により形成され、前記絶縁被覆層が１７０℃〜２８０℃の温度で焼付け可能な樹脂より形成されてなることもできる。
この場合、絶縁被覆層７形成時に、焼付け温度が高くなり過ぎることがなく、樹脂焼付け時に酸化物超電導層中の酸素が抜けて酸化物超電導層が劣化することを防止できる。
【００１４】
また、本発明の高温超電導線材において、前記絶縁被覆層の外周面を覆い、半硬化の熱硬化性樹脂よりなる半硬化樹脂層を備えることもできる。
この場合、高温超電導線材を巻回した後、樹脂の含浸を行わなくともそのまま加熱することにより、半硬化樹脂層を硬化させてコイル径方向に隣接する高温超電導線材を固定してコイル加工することができる。従って、この形態の高温超電導線材から高温超電導コイルを製造することにより、コイル製造工程を簡素化できるとともに、従来の超電導コイル製造方法と比較して、コイル径方向に隣接する高温超電導線材間の樹脂の厚さを薄くできるため、超電導コイルの電流密度が高く、高性能な超電導コイルが実現可能である。
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の高温超電導コイルは、上記本発明の高温超電導線材高温超電導線材を巻回してなることを特徴とする。
本発明の高温超電導コイルは、上記した本発明の高温超電導線材より構成されているため、超電導積層体が絶縁被覆層により外部から封止された構造であり、酸化物超電導層への水分の浸入を低減できるので、超電導特性の劣化を抑制できる。
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明の高温超電導コイルにおいて、前記金属安定化層として、第１安定化層上に第２安定化層を積層した構造であり、前記第２安定化層が前記超電導積層体の幅方向に沿う断面における４つの角部を占めるように配置され、前記第２安定化層の角部が前記曲率半径を有する曲面とすることができる。
金属製の第２安定化層の４つの角部を規定の曲率半径の角部とするので、金属製の第２安定化層の４つの角部を規定の曲率半径とすることで目的の構造を実現できる。即ち、角部を覆うように絶縁被覆層形成用の樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体の角部を含む外周全体を絶縁被覆層により完全に覆った構造を実現できる。
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明の高温超電導コイルにおいて、前記金属安定化層が、第１安定化層上に第２安定化層と第３安定化層を備えた構造であり、前記第２安定化層が前記超電導積層体の幅方向に沿う断面における２つの角部を占めるように、前記第３安定化層が前記超電導積層体の幅方向に沿う断面における残り２つの角部を占めるように配置され、前記第２安定化層の２つの角部と前記第３安定化層の２つの角部が前記曲率半径を有する曲面とされた構造とすることができる。
第２安定化層に加え、第３安定化層を加えた構造においても、第２安定化層と第３安定化層の角部を規定の曲率半径とすることで、目的の構造を実現できる。即ち、角部を覆うように絶縁被覆層形成用の樹脂を塗布・焼付けすることができ、外周全体を絶縁被覆層により完全に覆った構造を実現できる。
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明の高温超電導コイルは、上記半硬化樹脂層を備える本発明の高温超電導線材を巻回してなり、コイル径方向に隣接する前記高温超電導線材間に、前記半硬化樹脂層を加熱硬化させてなる樹脂層を備えることを特徴とする。
本発明の高温超電導コイルは、上記した本発明に係る高温超電導線材より形成されているため、従来の超電導コイルと比較して、絶縁被覆層および線材をコイル状に固定する硬化樹脂層の厚さは、従来の超電導コイルよりも薄く、厚さのバラつきも少なくできる。従って、コイル径方向に隣接する高温超電導線材間の間隔を小さくできるので、絶縁樹脂層や硬化樹脂層の厚さが厚くなりすぎることがなく、臨界電流密度の低下を抑制できる超電導コイルとなる。
また、従来、超電導コイルの製造は、超電導線材を巻回した後に、熱硬化性樹脂に含浸させ、さらに、加熱硬化させるという工程を経て行われていた。これに対し、本発明の高温超電導コイルは、半硬化樹脂層を備える高温超電導線材を巻回した後、加熱して半硬化樹脂層を硬化させて硬化樹脂層とすることにより製造でき、従来のコイルにおいて必要であった熱硬化性樹脂の含浸工程を省略できる。従って、本実施形態の高温超電導コイルは、従来の超電導コイルと比較して、簡略化された製造工程で製造できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、外周全体が完全に絶縁被覆された高温超電導線材、及び該高温超電導線材を用いてなる高温超電導コイルを提供できる。また、本発明によれば、高電流密度の小型で高性能な高温超電導コイルも提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る高温超電導線材の第１実施形態を示す断面模式図である。
【図２】本発明に係る高温超電導線材の第２実施形態を示す断面模式図である。
【図３】本発明に係る高温超電導線材の第２実施形態の他の例を示す断面模式図である。
【図４】本発明に係る高温超電導線材の第３実施形態を示す断面模式図である。
【図５】本発明に係る高温超電導線材の第４実施形態を示す断面模式図である。
【図６】本発明に係る高温超電導線材の一例構造を示す概略斜視図である。
【図７】図６に示す高温超電導コイルにおいて、コイル径方向に隣接する高温超電導線材の一例構造を示す断面模式図である。
【図８】図８（ａ）は従来の超電導コイルの一例構造における径方向に沿う部分断面図であり、図８（ｂ）は従来の超電導コイルの他の例における径方向に沿う部分断面図である。
【図９】本発明に係る高温超電導線材の第５実施形態を示す断面模式図である。
【図１０】本発明に係る高温超電導線材の第６実施形態を示す断面模式図である。
【図１１】本発明に係る高温超電導線材の第７実施形態を示す断面模式図である。
【図１２】本発明に係る高温超電導線材の第８実施形態を示す断面模式図である。
【図１３】本発明に係る高温超電導線材の第９実施形態を示す断面模式図である。
【図１４】実施例６及び比較例１の耐湿性試験の結果を示すグラフである。
【図１５】Ｂｉ系の超電導線材の一例構造を示す断面模式図である。
【図１６】希土類系の超電導線材の一例構造を示す断面模式図である。
【図１７】図１６に示す超電導線材に絶縁被覆した場合の一例構造を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る高温超電導線材および高温超電導コイルの実施形態について図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１は本発明に係る高温超電導線材の第１実施形態の幅方向に沿う断面模式図である。
図１に示す高温超電導線材１０は、基板１１上に中間層１２と酸化物超電導層１３と金属安定化層４とがこの順に積層されてなる超電導積層体５の外周面上に、超電導積層体５の外周面全体を覆う絶縁被覆層７が形成され構成されている。金属安定化層４は、酸化物超電導層１３上に形成された第１安定化層１４と、第１安定化層１４上に形成された第２安定化層１５より構成されている。
【００２２】
基板１１は、通常の超電導線材の基板として使用し得るものであれば良く、長尺のプレート状、シート状又はテープ状であることが好ましく、耐熱性の金属からなるものが好ましい。耐熱性の金属の中でも、合金が好ましく、ニッケル（Ｎｉ）合金又は銅（Ｃｕ）合金がより好ましい。中でも、市販品であればハステロイ（商品名、ヘインズ社製）が好適であり、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）等の成分量が異なる、ハステロイＢ、Ｃ、Ｇ、Ｎ、Ｗ等のいずれの種類も使用できる。また、基板１１としてニッケル（Ｎｉ）合金などに集合組織を導入した配向金属基板を用い、その上に中間層１２および酸化物超電導層１３を形成してもよい。
基板１１の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は、１０〜５００μｍであることが好ましく、２０〜２００μｍであることがより好ましい。下限値以上とすることで強度が一層向上し、上限値以下とすることでオーバーオールの臨界電流密度を一層向上させることができる。
【００２３】
中間層１２は、酸化物超電導層１３の結晶配向性を制御し、基板１１中の金属元素の酸化物超電導層１３への拡散を防止するものである。さらに、基板１１と酸化物超電導層１３との物理的特性（熱膨張率や格子定数等）の差を緩和するバッファー層として機能し、その材質は、物理的特性が基板１１と酸化物超電導層１３との中間的な値を示す金属酸化物が好ましい。中間層１２の好ましい材質として具体的には、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ３、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等の金属酸化物を例示できる。
中間層１２は、単層でも良いし、複数層でも良い。例えば、前記金属酸化物からなる層（金属酸化物層）は、結晶配向性を有していることが好ましく、複数層である場合には、最外層（最も酸化物超電導層１３に近い層）が少なくとも結晶配向性を有していることが好ましい。
【００２４】
中間層１２は、基板１１側にベッド層が介在された複数層構造でもよい。ベッド層は、耐熱性が高く、界面反応性を低減するためのものであり、その上に配される膜の配向性を得るために用いる。このようなベッド層は、必要に応じて配され、例えば、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、「アルミナ」とも呼ぶ）等から構成される。このベッド層は、例えばスパッタリング法等の成膜法により形成され、その厚さは例えば１０〜２００ｎｍである。
【００２５】
さらに、本発明において、中間層１２は、基板１１側に拡散防止層とベッド層が積層された複数層構造でもよい。この場合、基板１１とベッド層との間に拡散防止層が介在された構造となる。拡散防止層は、基板１１の構成元素拡散を防止する目的で形成されたもので、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、あるいは希土類金属酸化物等から構成され、その厚さは例えば１０〜４００ｎｍである。なお、拡散防止層の結晶性は問われないので、通常のスパッタ法等の成膜法により形成すればよい。
このように基板１１とベッド層との間に拡散防止層を介在させることにより、中間層１２を構成する他の層や酸化物超電導層１３等を形成する際に、必然的に加熱されたり、熱処理される結果として熱履歴を受ける場合に、基板１１の構成元素の一部がベッド層を介して酸化物超電導層１３側に拡散することを効果的に抑制することができる。基板１１とベッド層との間に拡散防止層を介在させる場合の例としては、拡散防止層としてＡｌ２Ｏ３、ベッド層としてＹ２Ｏ３を用いる組み合わせを例示することができる。
【００２６】
また中間層１２は、前記金属酸化物層の上に、さらにキャップ層が積層された複数層構造でも良い。キャップ層は、酸化物超電導層１３の配向性を制御する機能を有するとともに、酸化物超電導層１３を構成する元素の中間層１２への拡散や、酸化物超電導層１３積層時に使用するガスと中間層１２との反応を抑制する機能等を有するものである。
【００２７】
キャップ層は、前記金属酸化物層の表面に対してエピタキシャル成長し、その後、横方向（面方向）に粒成長（オーバーグロース）して、結晶粒が面内方向に選択成長するという過程を経て形成されたものが好ましい。このようなキャップ層は、前記金属酸化物層よりも高い面内配向度が得られる。
キャップ層の材質は、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、好ましいものとして具体的には、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等が例示できる。キャップ層の材質がＣｅＯ２である場合、キャップ層は、Ｃｅの一部が他の金属原子又は金属イオンで置換されたＣｅ−Ｍ−Ｏ系酸化物を含んでいても良い。
キャップ層は、ＰＬＤ法（パルスレーザ蒸着法）、スパッタリング法等で成膜することができるが、大きな成膜速度を得られる点でＰＬＤ法を用いることが好ましい。
【００２８】
中間層１２の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良いが、通常は、０．１〜５μｍである。
中間層１２が、前記金属酸化物層の上にキャップ層が積層された複数層構造である場合には、キャップ層の厚さは、通常は、０．１〜１．５μｍである。
【００２９】
中間層１２は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法（以下、ＩＢＡＤ法と略記する）等の物理的蒸着法；化学気相成長法（ＣＶＤ法）；塗布熱分解法（ＭＯＤ法）；溶射等、酸化物薄膜を形成する公知の方法で積層できる。特に、ＩＢＡＤ法で形成された前記金属酸化物層は、結晶配向性が高く、酸化物超電導層１３やキャップ層の結晶配向性を制御する効果が高い点で好ましい。ＩＢＡＤ法とは、蒸着時に、結晶の蒸着面に対して所定の角度でイオンビームを照射することにより、結晶軸を配向させる方法である。通常は、イオンビームとして、アルゴン（Ａｒ）イオンビームを使用する。例えば、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ又はＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）からなる中間層１２は、ＩＢＡＤ法における配向度を表す指標であるΔΦ（ＦＷＨＭ：半値全幅）の値を小さくできるため、特に好適である。
【００３０】
酸化物超電導層１３は通常知られている組成の酸化物超電導体からなるものを広く適用することができ、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ等の希土類元素を表す）なる材質のもの、具体的には、Ｙ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）又はＧｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）を例示することができる。また、その他の酸化物超電導体、例えば、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ４＋２ｎ＋δなる組成等に代表される臨界温度の高い他の酸化物超電導体からなるものを用いても良いのは勿論である。
酸化物超電導層１３は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法等の物理的蒸着法；化学気相成長法（ＣＶＤ法）；塗布熱分解法（ＭＯＤ法）等で積層でき、中でもレーザ蒸着法が好ましい。
酸化物超電導層１３の厚みは、０．５〜５μｍ程度であって、均一な厚みであることが好ましい。
【００３１】
酸化物超電導層１３上に積層されている第１安定化層１４は、Ａｇあるいは貴金属などの良電導性かつ酸化物超電導層１３と接触抵抗が低くなじみの良い金属材料からなる。
第１安定化層１４をＡｇから構成する理由としては、酸化物超電導層１３に酸素をドープするアニール工程において、ドープした酸素を酸化物超電導層１３から逃避し難くする性質を有する点を挙げることができる。Ａｇの第１安定化層１４を成膜するには、スパッタ法などの成膜法を採用し、その厚さは１〜３０μｍ程度とされる。
【００３２】
第１安定化層１４上に積層された第２安定化層１５は、良導電性の金属材料からなり、酸化物超電導層１３が超電導状態から常電導状態に遷移しようとした時に、第１安定化層１４とともに、酸化物超電導層１３の電流が転流するバイパスとして機能する。
第２安定化層１５を構成する金属材料としては、良導電性を有するものであればよく、特に限定されないが、銅、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ合金）、Ｃｕ−Ｎｉ合金等の銅合金、ステンレス等の比較的安価な材質からなるものを用いることが好ましく、中でも高い導電性を有し、安価であることから銅製が好ましい。
なお、酸化物超電導線材１０を超電導限流器に使用する場合は、第２安定化層１５は抵抗金属材料より構成され、Ｎｉ−Ｃｒ等のＮｉ系合金などを使用できる。
【００３３】
第２安定化層１５の形成方法は特に限定されず、例えば、銅などの良導電性材料よりなる金属テープを半田などの接合剤を介して第１安定化層１４上に積層することにより形成できる。ここで、半田を介して金属テープを第１安定化層１４上に積層して第２安定化層１５を形成する場合に使用できる半田としては、特に限定されず、従来公知の半田を使用可能であり、例えば、Ｓｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ｚｎ系合金などのＳｎを主成分とする合金よりなる鉛フリー半田、Ｐｂ−Ｓｎ系合金半田、共晶半田、低温半田などが挙げられ、これらの半田を１種または２種以上組み合わせて使用することができる。これらの中でも、融点が３００℃以下の半田を用いることが好ましい。これにより、３００℃以下の温度で金属テープと第１安定化層１４を半田付けすることが可能となるので、半田付けの熱によって酸化物超電導層１３の特性が劣化することを抑止できる。
第２安定化層１５の厚さは特に限定されず、適宜調整可能であるが、１０〜３００μｍとすることが好ましい。下限値以上とすることにより酸化物超電導層１３を安定化する一層高い効果が得られ、上限値以下とすることにより酸化物超電導線材１０を薄型化できる。
【００３４】
基板１１と中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４と第２安定化層１５とが積層された横断面略矩形状の超電導積層体５は、その幅方向に沿う断面における４つの隅側の角部５ａが曲率半径を有する曲面とされ、角部５ａの曲率半径は１４．５ｍｍ以上に設定されている。超電導積層体５の角部５ａの曲率半径を１４．５ｍｍ以上とすることにより、後述する絶縁被覆層７を形成する際に、超電導積層体５の角部５ａを含む外周全体に均一に樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体５の外周全体を完全に覆う絶縁被覆層７を形成できる。そのため、絶縁被覆層７により超電導積層体５が完全に外部から封止された構造を実現できる。超電導積層体５の角部５ａの曲率半径が１４．５ｍｍ未満の場合、超電導積層体５の角部５ａを覆うように絶縁被覆層７形成用の樹脂を塗布できず、角部５ａ上に絶縁被覆層７が形成できないおそれがあり、好ましくない。
超電導積層体５の角部５ａの曲率半径の上限は特に限定されず、超電導積層体５の寸法やアスペクト比（幅／厚さ）により適宜調整可能である。
【００３５】
超電導積層体５の角部５ａを前記範囲の曲率半径を有する曲面に加工する方法としては、従来公知の面取り加工方法が適用でき、例えば、超電導積層体５の角部を鑢などの工具あるいは研磨装置により研磨することにより所望の曲率半径の角部となるように加工できる。
超電導積層体５の角部を曲面に加工する場合、超電導積層体５を形成した後に角部を加工してもよく、予め基板１１の角部１１ａおよび第２安定化層１５の角部１５ａを曲面に加工した後に、各層を積層して超電導積層体５を形成してもよい。
【００３６】
超電導積層体５の外周全体を覆う絶縁被覆層７は、超電導積層体５の外周全体に樹脂を塗布した後、焼付けすることにより形成されており、その厚さは１２μｍ以上に設定されている。超電導積層体５の角部５ａの曲率半径を１４．５ｍｍ以上とし、且つ、絶縁被覆層７の厚さを１２μｍ以上とすることにより、超電導積層体５の角部５ａを覆うように絶縁被覆層７形成用の樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体５の角部５ａを含む外周全体が絶縁被覆層７により完全に覆われた構造を実現できる。角部５ａの曲率半径が１４．５ｍｍ未満の場合、超電導積層体５の角部５ａを覆うように絶縁被覆層７形成用の樹脂を塗布できず、角部５ａ上に絶縁被覆層７が形成できないおそれがあり、好ましくない。また、角部の曲率半径が１４．５ｍｍ以上の場合にも、後述の実施例に示す如く、絶縁被覆層７の厚さが１２μｍ未満であると角部５ａを完全に覆うことができない。
絶縁被覆層７の厚さの上限は特に限定されないが、２０μｍ以下とすることが好ましい。絶縁被覆層７の厚さを２０μｍ以下とすることにより、断面積中に示す絶縁被覆層７の面積を削減できるので、高温超電導線材１０を小型化できるとともに、高温超電導線材１０をコイル加工した場合に、オーバーオールの電流密度を高くすることができる。
【００３７】
絶縁被覆層７を構成する樹脂としては、焼付けにより層を形成できるものであれば特に限定されず、例えば、ホルマール樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂（ＰＥＥＫ樹脂）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、パーフルオロアルコシキフッ素樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（四フッ素化樹脂、ＰＴＦＥ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等のフッ素樹脂が挙げられる。これらの中でも、１７０〜２００℃の温度で焼付け可能な樹脂が好ましい。このような樹脂を用いることにより、絶縁被覆層７形成時に、焼付け温度が高くなり過ぎることがなく、半田等を介した金属テープの貼り合わせにより形成されている第２安定化層１５が、樹脂焼付け時に半田が溶融して剥離することを防止できる。
【００３８】
絶縁被覆層７形成時の樹脂の焼付けは、２００℃以下、例えば、１７０〜２００℃の温度で行うことが好ましく、焼付け時間は適宜調整すればよい。このような条件で樹脂の焼付けを行うことにより、半田の溶融による第２安定化層１５の剥離や、酸化物超電導層１３の劣化を抑止できる。
樹脂を塗布する方法は、特に限定されず、ディップコート法やスプレーコート法等、従来公知の方法を適用することができる。
超電導積層体５への絶縁被覆層７の形成は、樹脂の塗布・焼付け処理を一度だけ行ってもよく、所望の厚さの絶縁被覆層７が形成されるまで樹脂の塗布・焼付け処理を複数回繰り返し行ってもよい。
【００３９】
本実施形態の高温超電導線材１０は、超電導積層体５の角部５ａの曲率半径および絶縁被覆層７の厚さが所定範囲に規定されていることにより、超電導積層体５の角部５ａを含む外周全体が絶縁被覆層７により完全に覆われた構造を実現できる。したがって、本実施形態の高温超電導線材１０は、超電導積層体５が絶縁被覆層７により外部から封止されており、水分などが酸化物超電導層１３に浸入することを低減でき、超電導特性の劣化を抑止できる。
【００４０】
［第２実施形態］
図２は本発明に係る高温超電導線材の第２実施形態の幅方向に沿う断面模式図である。
図２に示す高温超電導線材１０Ｂは、基板１１上に中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４とがこの順に積層されてなる矩形断面の積層体Ｓ１を中央に備え、この積層体Ｓ１の外周全体が第２安定化層１５Ｂにより覆われた横断面略矩形状の超電導積層体５Ｂの外周面上に、超電導積層体５Ｂの外周面全体を覆う絶縁被覆層７Ｂが形成され構成されている。金属安定化層４Ｂは、酸化物超電導層１３上に形成された第１安定化層１４と、積層体Ｓ１の外周全体を覆う第２安定化層１５Ｂより構成されている。
【００４１】
本実施形態の高温超電導線材１０Ｂは、第２安定化層１５Ｂが基板１１上に中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４とが積層された積層体Ｓ１の外周全体を覆っている点で、上記第１実施形態の高温超電導線材１０とは異なっている。図２に示す高温超電導線材１０Ｂにおいて図１に示す高温超電導線材１０と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４２】
積層体Ｓ１の外周全体を覆う第２安定化層１５Ｂは、酸化物超電導層１３が超電導状態から常電導状態に遷移しようとした時に、第１安定化層１４とともに、酸化物超電導層１３の電流が転流するバイパスとして機能する。
第２安定化層１５Ｂは、電気めっき又は蒸着により形成されている。第２安定化層１５Ｂを構成する材質としては、良導電性の金属が好ましく、銅、アルミニウムなどが挙げられ、高い導電性を有するため銅が特に好ましい。第２安定化層１５Ｂの厚さは特に限定されず、適宜変更可能であるが、１０〜１００μｍ程度とすることができ、２０μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましく、２０μｍ以上５０μｍ以下とすることがより好ましい。第２安定化層１５Ｂの厚さを１０μｍ以上とすることにより酸化物超電導層１３を安定化する一層高い効果が得られ、１００μｍ以下とすることにより高温超電導線材１０Ｂを薄型化できる。
めっきにより銅の第２金属安定化層１５Ｂを形成するには、硫酸銅水溶液のめっき浴中に積層体Ｓ１を浸漬させて電気めっきを行えばよい。
【００４３】
基板１１と中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４と第２安定化層１５Ｂよりなる超電導積層体５Ｂは、その幅方向に沿う断面における角部５Ｂａが曲率半径を有する曲面とされ、角部５Ｂａの曲率半径は１４．５ｍｍ以上に設定されている。超電導積層体５Ｂの角部５Ｂａの曲率半径を１４．５ｍｍ以上とすることにより、絶縁被覆層７Ｂを形成する際に、超電導積層体５Ｂの角部５Ｂａを含む外周全体に樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体５Ｂの外周全体を覆う絶縁被覆層７Ｂを形成できる。
超電導積層体５Ｂの角部５Ｂａの曲率半径の上限は前記第１実施形態の高温超電導線材１０と同様である。
【００４４】
超電導積層体５Ｂの角部５Ｂａを前記範囲の曲率半径を有する曲面に加工する方法としては、従来公知の面取り加工方法が適用でき、例えば、超電導積層体５の角部を鑢などの工具あるいは研磨装置により研磨することにより所望の曲率半径の角部となるように加工できる。なお、めっき又は蒸着により形成された第２安定化層１５Ｂはその角部が曲面状になる傾向があるので、第２安定化層１５Ｂがそのままの状態で前記範囲の曲率半径を有する曲面となっている場合、面取り加工は省略できる。なお、曲率は全側面が一致しなくてもその一部が該当する範囲の曲面を有していることで効果が得られるので、一部分であっても良い。
超電導積層体５Ｂのアスペクト比（幅／厚さ）は前記第１実施形態の高温超電導線材１０と同様である。
【００４５】
超電導積層体５Ｂの外周全体を覆う絶縁被覆層７Ｂは、超電導積層体５Ｂの外周全体に樹脂を塗布した後、焼付けすることにより形成されており、その厚さは１２μｍ以上に設定されている。超電導積層体５Ｂの角部５Ｂａの曲率半径を前記範囲とし、且つ、絶縁被覆層７Ｂの厚さを１２μｍ以上とすることにより、超電導積層体５の角部５ａを覆うように絶縁被覆層７形成用の樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体５Ｂの角部５Ｂａを含む外周全体が絶縁被覆層７Ｂにより完全に覆われた構造を実現できる。絶縁被覆層７Ｂの厚さの上限は特に限定されないが、２０μｍ以下とすることが好ましい。絶縁被覆層７Ｂの厚さを２０μｍ以下とすることにより、断面積中に示す絶縁被覆層７の面積を削減できるので、高温超電導線材１０Ｂを小型化できるとともに、高温超電導線材１０Ｂをコイル加工した場合に、オーバーオールの高い電流密度が実現できる。
【００４６】
絶縁被覆層７Ｂを構成する樹脂としては、焼付けにより層を形成できるものであれば特に限定されず、前記第１実施形態の高温超電導線材１０と同様のものが挙げられる。これらの中でも、２８０℃以下、例えば、１７０〜２８０℃の温度で焼付け可能な樹脂が好ましい。このような樹脂を用いることにより、絶縁被覆層７Ｂ形成時に、焼付け温度が高くなり過ぎることがなく、樹脂焼付け時に酸化物超電導層１３中の酸素が抜けて酸化物超電導層１３が劣化することを防止できる。
【００４７】
絶縁被覆層７Ｂ形成時の樹脂の焼付けは、１７０〜２８０℃の温度で行うことが好ましく、焼付け時間は適宜調整すればよい。このような条件で樹脂の焼付けを行うことにより、酸化物超電導層１３の劣化を抑止できる。
樹脂を塗布する方法は、特に限定されず、ディップコート法やスプレーコート法等、従来公知の方法を使用することができる。
超電導積層体５Ｂへの絶縁被覆層７Ｂの形成は、樹脂の塗布・焼付け処理を一度だけ行ってもよく、所望の厚さの絶縁被覆層７Ｂが形成されるまで樹脂の塗布・焼付け処理を複数回繰り返し行ってもよい。
【００４８】
本実施形態の高温超電導線材１０Ｂは、超電導積層体５Ｂの角部５Ｂａの曲率半径および絶縁被覆層７Ｂの厚さが所定範囲に規定されていることにより、超電導積層体５の角部５ａを覆うように絶縁被覆層７形成用の樹脂を塗布、焼付けすることができ、超電導積層体５Ｂの角部５Ｂａを含む外周全体が絶縁被覆層７Ｂにより完全に覆われた構造を実現できる。したがって、本実施形態の高温超電導線材１０Ｂは、超電導積層体５Ｂが絶縁被覆層７Ｂにより外部から封止されており、水分などが酸化物超電導層１３に浸入することを低減でき、超電導特性の劣化を抑止できる。
【００４９】
なお、図２に示す高温超電導線材１０Ｂでは積層体Ｓ１の幅方向に沿う矩形断面の４つの角部が角張っている例を示しているが、図３に示す如く積層体Ｓ１の角部を面取り加工して曲面としてもよい。図３に示す高温超電導線材１０Ｂ２において、積層体Ｓ１の角部の曲率半径は特に限定されないが、めっきにより第２安定化層１５Ｂを形成した際に、自動的に第２安定化層１５Ｂの角部が前記範囲の曲率半径を有する曲面となるように設定することが好ましい。このように予め積層体Ｓ１の角部が曲面となるように面取り加工することにより、積層体Ｓ１の外周に形成される第２安定化層１５Ｂが前記範囲の曲率半径を有する曲面とすることもできる。
【００５０】
積層体Ｓ１の角部を曲面に加工する方法としては、従来公知の面取り加工方法が適用でき、例えば、積層体Ｓ１の角部を鑢などの工具や研磨装置により研磨することにより所望の曲率半径の角部となるように加工できる。
積層体Ｓ１の角部を曲面に加工する場合、積層体Ｓ１を形成した後に角部を加工してもよく、予め基板１１の角部１１ａを曲面に加工した後に、各層を積層して積層体Ｓ１とし、さらに、第１安定化層１４の角部１４ａを曲面に加工してもよい。
【００５１】
［第３実施形態］
図４は本発明に係る高温超電導線材の第３実施形態の幅方向に沿う断面模式図である。
図４に示す高温超電導線材１０Ｃは、基板１１上に中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４とがこの順に積層されてなる超電導積層体５Ｃの外周面上に、超電導積層体５Ｃの外周面全体を覆う絶縁被覆層７Ｃが形成され構成されている。
【００５２】
本実施形態の高温超電導線材１０Ｃは、金属安定化層４Ｃが第１安定化層１４の一層よりなる点で、上記第１実施形態の高温超電導線材１０とは異なっている。図４に示す高温超電導線材１０Ｃにおいて図１に示す高温超電導線材１０と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５３】
基板１１と中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４よりなる横断面略矩形状の超電導積層体５Ｃは、その幅方向に沿う断面における角部５Ｃａが曲率半径を有する曲面とされ、角部５Ｃａの曲率半径は１４．５ｍｍ以上に設定されている。超電導積層体５Ｃの角部５Ｃａの曲率半径を１４．５ｍｍ以上とすることにより、絶縁被覆層７Ｃを形成する際に、超電導積層体５Ｃの角部５Ｃａを含む外周全体に樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体５Ｃの外周全体を覆う絶縁被覆層７Ｃを形成できる。
超電導積層体５Ｃの角部５Ｃａの曲率半径の上限は前記第１実施形態の高温超電導線材１０と同様である。
【００５４】
超電導積層体５Ｃの角部５Ｃａを前記範囲の曲率半径を有する曲面に加工する方法は前記第１実施形態の高温超電導線材１０と同様である。
超電導積層体５Ｃの角部を、前記曲率半径を有する曲面に加工する場合、超電導積層体５Ｃを形成した後に角部を加工してもよく、予め基板１１の角部１１ａを曲面に加工した後に各層を積層し、さらに、第１安定化層１４の角部１４ａを曲面に加工してもよい。
超電導積層体５Ｃのアスペクト比（幅／厚さ）は前記第１実施形態の高温超電導線材１０と同様である。
【００５５】
超電導積層体５Ｃの外周全体を覆う絶縁被覆層７Ｃは、超電導積層体５Ｃの外周全体に樹脂を塗布した後、焼付けすることにより形成されており、その厚さは１２μｍ以上に設定されている。超電導積層体５Ｃの角部５Ｃａの曲率半径を前記範囲とし、且つ、絶縁被覆層７Ｃの厚さを１２μｍ以上とすることにより、超電導積層体５Ｃの角部５Ｃａを含む外周全体が絶縁被覆層７Ｃにより覆われた構造を実現できる。絶縁被覆層７Ｃの厚さの上限は特に限定されないが、２０μｍ以下とすることが好ましい。絶縁被覆層７Ｃの厚さを２０μｍ以下とすることにより、断面積中に示す絶縁被覆層７の面積を削減できるので、高温超電導線材１０Ｃを小型化できるとともに、高温超電導線材１０Ｃをコイル加工した場合に、オーバーオールの電流密度を高くすることができる。
【００５６】
絶縁被覆層７Ｃを構成する樹脂としては、焼付けにより層を形成できるものであれば特に限定されず、前記第１実施形態の高温超電導線材１０と同様のものが挙げられる。これらの中でも、１７０〜２８０℃の温度で焼付け可能な樹脂が好ましい。このような樹脂を用いることにより、絶縁被覆層７Ｃ形成時に、焼付け温度が高くなり過ぎることがなく、樹脂焼付け時に酸化物超電導層１３中の酸素が抜けて酸化物超電導層１３が劣化することを防止できる。
【００５７】
本実施形態の高温超電導線材１０Ｃは、超電導積層体５Ｃの角部５Ｃａの曲率半径および絶縁被覆層７Ｃの厚さが所定範囲に規定されていることにより、超電導積層体５の角部５ａを覆うように絶縁被覆層７形成用の樹脂を塗布、焼付けすることができ、超電導積層体５Ｃの角部５Ｃａを含む外周全体が絶縁被覆層７Ｃにより完全に覆われた構造を実現できる。したがって、本実施形態の高温超電導線材１０Ｃは、超電導積層体５Ｃが絶縁被覆層７Ｃにより外部から封止されており、水分などが酸化物超電導層１３に浸入することを低減でき、超電導特性の劣化を抑止できる。
【００５８】
［第４実施形態］
上記第１〜第３実施形態の高温超電導線材１０、１０Ｂ、１０Ｂ２、１０Ｃは、さらに、絶縁被覆層７、７Ｂ、７Ｃの外周面を覆い、半硬化の熱硬化性樹脂よりなる半硬化樹脂層を備えていることも好ましい。以下に一例として、図３に示す高温超電導線材１０Ｂ２が半硬化樹脂層を備える場合について説明するが、本発明はこの実施形態に限定されず、上記第１〜第３実施形態の高温超電導線材のいずれも、半硬化樹脂層を有する構成とすることができる。
【００５９】
図５は本発明に係る高温超電導線材の第４実施形態の幅方向に沿う断面模式図である。
図５に示す高温超電導線材１０Ｄは、基板１１上に中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４とがこの順に積層されてなる積層体Ｓ１を中央に備え、この積層体Ｓ１の外周全体が第２安定化層１５Ｂにより覆われた横断面略矩形状の超電導積層体５Ｂの外周面上に、超電導積層体５Ｂの外周面全体を覆う絶縁被覆層７Ｂが形成され、さらに絶縁被覆層７Ｂの外周面上に絶縁被覆層７Ｂの外周全体を覆う半硬化樹脂層９が形成されている。図５に示す高温超電導線材１０Ｃにおいて図３に示す高温超電導線材１０Ｂ２と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６０】
絶縁被覆層７Ｂの外周全体を覆う半硬化樹脂層９は、図３に示す高温超電導線材１０Ｂ２の外周全体に熱硬化性樹脂を塗布した後、加熱して熱硬化性樹脂を半硬化状態とすることにより形成されている。
半硬化樹脂層９形成時の熱硬化性樹脂の加熱は、１５０〜２００℃の温度で行うことが好ましく、加熱時間は適宜調整すればよい。このような条件で熱硬化性樹脂の加熱を行うことにより、熱硬化性樹脂を半硬化状態にできるとともに、加熱により酸化物超電導層１３が劣化することを抑止できる。
【００６１】
半硬化樹脂層９の形成に使用できる熱硬化性樹脂としては、前記した加熱条件で半硬化状態になる熱硬化性樹脂であれば特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂が挙げられる。
熱硬化性樹脂を塗布する方法は、特に限定されず、ディップコート法やスプレーコート法等、従来公知の方法を使用することができる。
【００６２】
本実施形態の高温超電導線材１０Ｄをコイル加工する場合、高温超電導線材１０Ｄを巻回した後、樹脂の含浸を行わなくともそのまま加熱することにより、半硬化樹脂層９が硬化してコイル径方向に隣接する高温超電導線材１０を固定することができる。したがって、本実施形態の高温超電導線材１０Ｄより高温超電導コイルを製造することにより、コイル製造工程を簡素化できるとともに、後述の如く従来の超電導コイル製造方法と比較して、コイル径方向に隣接する高温超電導線材間の樹脂の厚さを薄くできるため、超電導コイルの電流密度を高くすることができる。
【００６３】
半硬化樹脂層９の厚さは特に限定されず、適宜調整可能であるが、２〜２０μｍとすることが好ましく、２〜５μｍとすることがより好ましい。半硬化樹脂層９の厚さを前記範囲とすることにより、高温超電導線材１０Ｄをコイル加工した場合に、オーバーオールの電流密度を高くできる。
【００６４】
次に、本発明に係る超電導コイルの一実施形態について説明する。
図６は、本発明に係る高温超電導コイルの一実施形態を示す概略斜視図である。
図６に示す高温超電導コイル５０は、第１のコイル体５１上に、第２のコイル体５２が、同軸的に積層されて構成されている。
第１のコイル体５１は、上述した本発明の高温超電導線材が同心円状、反時計回りに多数回巻回されて構成されたパンケーキ型のコイル体である。第２のコイル体５２は、上述した本発明の高温超電導線材が、同心円状、時計回りに多数回巻回されて構成されたパンケーキ型のコイル体である。
【００６５】
第１のコイル体５１の巻回終端である外周端部５１ａと、第２のコイル体５２の巻回端部である外周端部５２ａとは、互いに隣接するように配されており、外周端部５１ａ、５２ａ側では絶縁被覆層７が除去されて超電導積層体５が引き出された状態とされ、隣接配置された金属安定化層４同士が良導電性の接続板（図示略）により、電気的および機械的に接続されている。
【００６６】
本実施形態の高温超電導コイル５０を構成する高温超電導線材は、上記した本発明の高温超電導線材より構成されているため、超電導積層体５が絶縁被覆層７により外部から封止された構造であるため、酸化物超電導層１３への水分の浸入を低減でき、超電導特性が劣化を抑制できる。
【００６７】
本実施形態の高温超電導コイル５０においては、上記第４実施形態の高温超電導線材１０Ｄの如く絶縁被覆層７Ｂの外周上に半硬化樹脂層９が形成された線材より構成されることが好ましい。
図７は、本実施形態の高温超電導コイル５０が、図５に示す高温超電導線材１０Ｄより構成される場合の、コイル径方向に隣接する高温超電導線材１０Ｄの様子を模式的に示す断面図である。
【００６８】
図７に示す高温超電導コイル５０は、図５に示す高温超電導線材１０Ｄを同心円状に巻回した後に加熱することにより、高温超電導線材１０Ｄの半硬化樹脂層９を硬化させて製造できる。コイル径方向に隣接する高温超電導線材１０Ｄは、半硬化樹脂層９が硬化した硬化樹脂層９Ｇにより固定されている。
【００６９】
従来、超電導コイルの製造は、超電導線材を巻回した後に、熱硬化性樹脂に含浸させ、さらに、加熱硬化させるという工程を経て行われていた。これに対し、図６に示す本実施形態の高温超電導コイル５０は、半硬化樹脂層９を備える高温超電導線材１０Ｄを巻回した後、加熱して半硬化樹脂層９を硬化させて硬化樹脂層９Ｇとすることにより製造でき、従来のコイルにおいて必要であった熱硬化性樹脂の含浸工程を省略できる。従って、本実施形態の高温超電導コイル５０は、従来の超電導コイルと比較して、簡略化された製造工程で製造できる。また、製造工程を簡略化できるので、製造コストを抑えることができる。
【００７０】
図８（ａ）は従来の超電導コイルの一例構造における径方向に沿う部分断面図であり、図８（ｂ）は従来の超電導コイルの他の例における径方向に沿う部分断面図である。
図８（ａ）に示す超電導コイル３１０は、基板上に中間層と酸化物超電導層と金属安定化層とが順次積層された超電導線材３１１と、絶縁性の樹脂テープ３１２を重ね合わせた状態で、同心円状に巻回してコイル状とした後に、このコイル状物を熱硬化性樹脂に含浸させて加熱硬化させた樹脂層３１５により固定することにより形成される。この形態の超電導コイル３１０では、使用する樹脂テープ３１２の厚さが５０μｍを下回ると巻回時の作業性が悪くなる傾向にあり、また、樹脂テープ３１２の厚さが５０μｍを超えて厚くなり過ぎると、超電導コイル３１０の臨界電流密度が低下してしまう。さらに、超電導線材３１１の長手方向における樹脂層３１５Ａの厚さは不均一になりやすい。
【００７１】
図８（ｂ）に示す超電導コイル３２０は、基板上に中間層と酸化物超電導層と金属安定化層とが順次積層された超電導線材３２１の外周に絶縁性の樹脂テープ３２２を巻きつけたものを同心円状に巻回してコイル状とした後に、このコイル状物を熱硬化性樹脂に含浸させて加熱硬化させた樹脂層３２５により固定することにより形成される。この形態の超電導コイル３２０では、使用する樹脂テープ３２２の厚さが５０μｍを下回ると超電導線材３２１への巻き付け時の作業性が悪くなる傾向にあり、また、樹脂テープ３２２の厚さが厚くなり過ぎると、超電導コイル３２０の臨界電流密度が低下してしまう。さらに、超電導線材３２１の長手方向における樹脂層３２５Ａの厚さは不均一になりやすい。
【００７２】
本実施形態の高温超電導コイル５０は、上記した本発明に係る高温超電導線材を巻回して形成されているため、図８（ａ）および図８（ｂ）に示す超電導コイル３１０、３２０と比較して、樹脂の塗布・焼付けにより形成された絶縁被覆層７は薄く、また、熱硬化性樹脂の塗布・加熱により形成された半硬化樹脂層９の厚さは薄く、厚さのバラつきも少ない。そのため、超電導コイル５０における絶縁被覆層７および硬化樹脂層９Ｇの厚さは、図８に示す超電導コイル３１０、３２０の樹脂テープ３１２、３２２および樹脂層３１５、３２５の厚さよりも薄く、厚さのバラつきも少なくできる。従って、コイル径方向に隣接する高温超電導線材（超電導積層体５Ｂ）間の間隔を小さくできるので、絶縁樹脂層７や硬化樹脂層９Ｇの厚さが厚くなりすぎることがなく、臨界電流密度を高くすることができる超電導コイル５０となる。
【００７３】
［第５実施形態］
図９は本発明に係る高温超電導線材の第５実施形態の横断面模式図である。
図９に示す高温超電導線材１０Ｅは、基板１１の一方の面上に中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４とをこの順に積層し、この積層物の周面を第２安定化層１５Ｅで覆ってなる超電導積層体５Ｅの周面上に、絶縁被覆層７Ｅが形成されている。第２安定化層１５Ｅは基板１１の他方の面の中央部を除いて前記積層物の周面を横断面Ｃ字型をなすように覆っていて、先の第１実施形態の第２安定化層１５と同等材料からなる。第２安定化層１５Ｅにより覆われていない基板１１の他方の面の中央部は半田層２５により覆われ、半田層２５は第２安定化層１５Ｅの端縁どうしが形成する凹部を埋めるように形成されている。また、絶縁被覆層７Ｅは先の第１実施形態の絶縁被覆層７と同等のものである。
図９に示す高温超電導線材１０Ｅにおいて図１に示す高温超電導線材１０と同一の構成要素については同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。
【００７４】
基板１１と中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４と第２安定化層１５Ｅからなる横断面略矩形状の超電導積層体５Ｅにおいて、その幅方向に沿う断面における角部５Ｅａが曲率半径を有する曲面とされ、角部５Ｅａの曲率半径は１４．５ｍｍ以上に設定されている。超電導積層体５Ｅの角部５Ｅａの曲率半径を１４．５ｍｍ以上とすることにより、絶縁被覆層７Ｅを形成する際に、超電導積層体５Ｅの角部５Ｅａを含む外周全体に樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体５Ｅの外周全体を覆う絶縁被覆層７Ｅを形成できる。超電導積層体５Ｅの角部５Ｅａの曲率半径の上限は前記第１実施形態の高温超電導線材１０と同様である。
この第５実施形態の構造においても先の第１実施形態の構造と同様の作用効果を得ることができる。
【００７５】
［第６実施形態］
図１０は本発明に係る高温超電導線材の第６実施形態の横断面模式図である。
図１０に示す高温超電導線材１０Ｆにおいて、基板１１の一方の面上に中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４とをこの順に積層し、この積層物の周面を第２安定化層１５Ｆで覆い、更にその一面上に第３安定化層１６Ｆを積層して超電導積層体５Ｆが構成されている。第２安定化層１５Ｆは基板１１の他方の面の中央部を除いて前記積層物の周面を横断面Ｃ字型をなすように覆っていて、先の第１実施形態の第２安定化層１５と同等材料からなる。第２安定化層１５Ｆにより覆われていない基板１１の他方の面の中央部は半田層２５により覆われ、半田層２５は第２安定化層１５Ｆの端縁どうしが形成する凹部を埋めるように形成されている。また、第２安定化層１５Ｆに対し半田層２５を設けた位置の外側に第２安定化層１５Ｆと同じ幅の銅テープなどからなる第３安定化層１６Ｆを沿わせて超電導積層体５Ｆが構成され、この超電導積層体５Ｆの外方に絶縁被覆層７Ｅが形成されている。図１０に示す高温超電導線材１０Ｆにおいて図９に示す高温超電導線材１０Ｅと同一の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を略する。
【００７６】
基板１１と中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４と第２安定化層１５Ｆと第３安定化層１６Ｆよりなる横断面略矩形状の超電導積層体５Ｆにおいて、その幅方向に沿う断面における角部５Ｆａが曲率半径を有する曲面とされ、角部５Ｆａの曲率半径は１４．５ｍｍ以上に設定されている。超電導積層体５Ｆの角部５Ｆａの曲率半径を１４．５ｍｍ以上とすることにより、絶縁被覆層７Ｅを形成する際に、超電導積層体５Ｆの角部５Ｆａを含む外周全体に樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体５Ｆの外周全体を覆う絶縁被覆層７Ｅを形成できる。超電導積層体５Ｆの角部５Ｆａの曲率半径の上限は前記先の実施形態の高温超電導線材１０Ｅと同様である。なお、本実施形態では、超電導積層体５Ｆの４つの角部のうち、第２安定化層１５Ｆによって２つの角部が構成され、第３安定化層１６Ｆによって他の２つの角部が構成されている。なお、図１０に示す構造においては、第３安定化層１６Ｆを半田層２５の外側に配置したが、第３安定化層１６Ｆを酸化物超電導層１３に近い側に配置しても良い。即ち、第１安定化層１４の外側に積層された第２安定化層１５Ｆの外側に接するように第３安定化層１６Ｆが積層されていても良い。酸化物超電導層１３に近い位置に第３安定化層１６Ｆを配置した方が超電導特性の安定化の面では有利である。
この第６実施形態の構造においても先の第１実施形態の構造と同様の作用効果を得ることができる。
【００７７】
［第７実施形態］
図１１は本発明に係る高温超電導線材の第７実施形態の横断面模式図である。
図１１に示す高温超電導線材１０Ｇは、基板１１の一方の面上に中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４とをこの順に積層し、基板１１の他方の面上にスズ箔をフォーミングすることにより接合層１７を形成してなる積層物の周面を第２安定化層１５Ｇで覆ってなる超電導積層体５Ｇの周面上に、絶縁被覆層７Ｅが形成されている。第２安定化層１５Ｇは基板１１の他方の面側の中央部を除いて前記積層物の周面を横断面Ｃ字型をなすように覆っていて、先の第１実施形態の第２安定化層１５と同等材料からなる。第２安定化層１５Ｅにより覆われていない基板１１の他方の面側の接合層１７の中央部は半田層２５により覆われ、半田層２５は第２安定化層１５Ｇの端縁どうしが形成する凹部を埋めるように形成されている。なお、接合層１７と半田層２５を同一材料で構成することも可能なので、同一材料で構成する場合は接合層１７と半田層２５は一体構造とされる。
図１１に示す高温超電導線材１０Ｇにおいて図９に示す高温超電導線材１０Ｅと同一の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明を略する。
【００７８】
基板１１と中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４と接合層１７と第２安定化層１５Ｇからなる横断面略矩形状の超電導積層体５Ｇにおいて、その幅方向に沿う断面における角部５Ｇａが曲率半径を有する曲面とされ、角部５Ｇａの曲率半径は１４．５ｍｍ以上に設定されている。超電導積層体５Ｇの角部５Ｇａの曲率半径を１４．５ｍｍ以上とすることにより、絶縁被覆層７Ｅを形成する際に、超電導積層体５Ｇの角部５Ｇａを含む外周全体に樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体５Ｇの外周全体を覆う絶縁被覆層７Ｅを形成できる。超電導積層体５Ｇの角部５Ｇａの曲率半径の上限は先の実施形態の高温超電導線材１０Ｅと同様である。
この第７実施形態の構造においても先の第１実施形態の構造と同様の作用効果を得ることができる。
【００７９】
［第８実施形態］
図１２は本発明に係る高温超電導線材の第８実施形態の横断面模式図である。
図１２に示す高温超電導線材１０Ｈにおいて、基板１１の一方の面上に中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４とをこの順に積層し、基板１１の他方の面にスズ箔をフォーミングすることにより接合層１７を形成してなる積層物の周面を第２安定化層１５Ｈで覆い、更にその一面上に第３安定化層１６Ｈを積層して超電導積層体５Ｈが構成されている。第２安定化層１５Ｈは基板１１の他方の面の接合層１７の外側中央部を除いて前記積層物の周面を横断面Ｃ字型をなすように覆っていて、先の第１実施形態の第２安定化層１５と同等材料からなる。第２安定化層１５Ｈにより覆われていない接合層１７の外側中央部は半田層２５により覆われ、半田層２５は第２安定化層１５Ｈの端縁どうしが形成する凹部を埋めるように形成されている。また、第２安定化層１５Ｈに対し半田層２５を設けた位置の外側にＣ字型の第２安定化層１５Ｈと同じ幅の銅テープなどからなる第３安定化層１６Ｈを沿わせて超電導積層体５Ｈが構成され、この超電導積層体５Ｈの外方に絶縁被覆層７Ｅが形成されている。
図１２に示す高温超電導線材１０Ｈにおいて図９に示す高温超電導線材１０Ｅと同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８０】
基板１１と中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４と第２安定化層１５Ｈと第３安定化層１６Ｈよりなる横断面略矩形状の超電導積層体５Ｈは、その幅方向に沿う断面における角部５Ｈａが曲率半径を有する曲面とされ、角部５Ｈａの曲率半径は１４．５ｍｍ以上に設定されている。超電導積層体５Ｈの角部５Ｈａの曲率半径を１４．５ｍｍ以上とすることにより、絶縁被覆層７Ｅを形成する際に、超電導積層体５Ｈの角部５Ｈａを含む外周全体に樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体５Ｈの外周全体を覆う絶縁被覆層７Ｅを形成できる。超電導積層体５Ｈの角部５Ｈａの曲率半径の上限は前記先の実施形態の高温超電導線材１０Ｅと同様である。なお、図１２に示す構造においては、第３安定化層１６Ｈを半田層２５の外側に配置したが、第３安定化層１６Ｈを酸化物超電導層１３に近い側に配置しても良い。即ち、第１安定化層１４の外側に積層された第２安定化層１５Ｆの外側に接するように第３安定化層１６Ｈが積層されていても良い。
この第８実施形態の構造においても先の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
［第９実施形態］
図１３は本発明に係る高温超電導線材の第９実施形態の横断面模式図である。
図１３に示す高温超電導線材１０Ｊにおいて、基板１１の一方の面上に中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４とをこの順に積層してなる超電導積層体５Ｊの外周面上に、超電導積層体５Ｊの一側面中央側に端縁を突き合わせて半田付けあるいは溶接して全体を横断面Ｃ字型をなして覆う第２の安定化層１５Ｊが形成され、更にその外方に絶縁被覆層７Ｅが形成されている。なお、第２の安定化層１５Ｊは、先の第１実施形態の第２安定化層１５と同等材料からなる。
図１３に示す高温超電導線材１０Ｊにおいて図９に示す高温超電導線材１０Ｅと同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８２】
基板１１と中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４と第２安定化層１５Ｊからなる横断面略矩形状の超電導積層体５Ｊは、その幅方向に沿う断面における角部５Ｊａが曲率半径を有する曲面とされ、角部５Ｊａの曲率半径は１４．５ｍｍ以上に設定されている。超電導積層体５Ｊの角部５Ｊａの曲率半径を１４．５ｍｍ以上とすることにより、絶縁被覆層７Ｅを形成する際に、超電導積層体５Ｊの角部５Ｊａを含む外周全体に樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体５Ｊの外周全体を覆う絶縁被覆層７Ｅを形成できる。超電導積層体５Ｊの角部５Ｊａの曲率半径の上限は前記先の実施形態の高温超電導線材１０Ｅと同様である。
この第９実施形態の構造においても先の第１実施形態の構造と同様の作用効果を得ることができる。
以上、本発明の高温超電導線材および高温超電導コイルについて説明したが、上記実施形態において、高温超電導線材および高温超電導コイルを構成する各部一例であって、本発明の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００８３】
以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例および比較例における評価方法は以下の通りである。
【００８４】
以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例および比較例における評価方法は以下の通りである。
【００８５】
［１］外観
外観の目視、および、マイクロメータによる寸法測定により、高温超電導線材における絶縁被覆層の被覆状態を確認した。外観（被覆）に異常が無い場合を「○」、被覆されているが被覆厚が薄い部分がある場合を「△」、被覆されておらず露出している箇所がある場合を「×」と判定した。
【００８６】
［２］超電導特性
絶縁被覆層を形成前の超電導積層体の７７Ｋにおける臨界電流値Ｉｃ０と、絶縁被覆層を形成後の高温超電導線材の７７Ｋにおける臨界電流値Ｉｃを測定し、絶縁被覆層の形成前後の臨界電流値の比率Ｉｃ／Ｉｃ０を求め、Ｉｃ／Ｉｃ０が０．９５以上の場合を「○」、Ｉｃ／Ｉｃ０が０．９５未満の場合を「×」と判定した。
【００８７】
［３］耐溶剤試験
ＪＩＳ Ｃ ３００３の標準溶媒を使用し、６０℃の溶剤（キシレン）中に高温超電導線材を３０分間浸漬した後の、高温超電導線材の絶縁被覆層の有無を目視又は光学顕微鏡で観察した。
被覆に異常が無い場合を「○」、被覆が溶融しているなどの異常がある場合を「×」と判定した。
【００８８】
［４］耐薬品試験
ＪＩＳ Ｃ ３００３に準拠し、室温の希硫酸中に高温超電導線材を２４時間浸漬した後、高温超電導線材の絶縁被覆層の被覆状態を目視又は光学顕微鏡で確認した。
被覆に異常が無い場合を「○」、被覆が溶融しているなどの異常がある場合を「×」と判定した。
【００８９】
（実施例１：サンプル１〜５）
幅５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基板上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（拡散防止層；膜厚１５０ｎｍ）を成膜した上に、イオンビームスパッタ法によりＹ２Ｏ３（ベッド層；膜厚２０ｎｍ）を成膜した。次いで、このベッド層上に、イオンビームアシストスパッタ法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（中間層；膜厚１０ｎｍ）を形成した上に、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）により１．０μｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（酸化物超電導層）を形成し、さらに酸化物超電導層上にスパッタ法により８μｍ厚の銀層（第１安定化層）を形成した。その後、０．１ｍｍ厚の銅テープ（第２安定化層）を錫半田（融点２３０℃）により銀層上に積層し、この積層体の幅方向の角部（四隅）に対して研磨することにより幅方向に沿う断面の角部の曲率半径を１４．５ｍｍとして、幅５ｍｍ、厚さ０．２１ｍｍ、アスペクト比２４の超電導積層体を作製した。
【００９０】
次に、作製した超電導積層体に、表１に示す焼付温度で、３０分間、ホルマール樹脂（チッソ社製、ビニレックＦ）を焼き付けて、厚さ２０μｍの絶縁被覆層を形成して図１に示す構造の高温超電導線材を作製した。
作製したサンプル１〜５の高温超電導線材について、外観、超電導特性、耐溶剤試験の評価を行った結果を表１に併記した。
【００９１】
【表１】
【００９２】
表１の結果より、第２安定化層を銅テープの貼り合わせで形成した実施例１の高温超電導線材では、サンプル２〜４に示す如く絶縁被覆層形成時の樹脂の焼付けを１７０〜２００℃で行うことにより、良好な外観、超電導特性および耐溶剤性となっていた。
これに対し、焼付け温度が１５５℃のサンプル５では、絶縁被覆層形成時の樹脂の焼付けが充分ではなく、形成された絶縁被覆層の耐溶剤性が低くなっていた。また、焼付け温度が２３０℃のサンプル１では、樹脂の焼付け時に錫半田が溶融して銅テープの剥離が起こり、外観および超電導特性が劣化していた。
この結果より、本発明の高温超電導線材において第２安定化層が金属テープの張り合わせにより形成されている場合は、１７０〜２００℃の温度で焼付け可能な樹脂より絶縁被覆層が形成されていることが好ましいことが明らかである。
【００９３】
（実施例２：サンプル６〜１２）
幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基板上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（拡散防止層；膜厚１５０ｎｍ）を成膜した上に、イオンビームスパッタ法によりＹ２Ｏ３（ベッド層；膜厚２０ｎｍ）を成膜した。次いで、このベッド層上に、イオンビームアシストスパッタ法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（中間層；膜厚１０ｎｍ）を形成した上に、ＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（酸化物超電導層）を形成し、さらに酸化物超電導層上にスパッタ法により８μｍ厚の銀層（第１安定化層）を形成して積層体を作製した。その後、この積層体を硫酸銅水溶液のめっき浴に浸漬して電気めっきを行うことにより、積層体の外周面上に厚さ２０μｍの銅層（第２安定化層）を形成することにより幅方向に沿う断面の角部の曲率半径２５ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍ、アスペクト比６６の超電導積層体を作製した。
【００９４】
次に、作製した超電導積層体に、表２に示す焼付温度で、３０分間、ホルマール樹脂（チッソ社製、ビニレックＦ）を焼き付けて、厚さ２０μｍの絶縁被覆層を形成して図２に示す構造の高温超電導線材を作製した。
作製したサンプル６〜１２の高温超電導線材について、外観、超電導特性、耐溶剤試験の評価を行った結果を表２に併記した。
【００９５】
【表２】
【００９６】
表２の結果より、第２安定化層をめっきにより形成した実施例２の高温超電導線材では、サンプル７〜１１に示す如く絶縁被覆層形成時の樹脂の焼付けを１７０〜２８０℃で行うことにより、良好な外観、超電導特性および耐溶剤性となっていた。
これに対し、焼付け温度が１５５℃のサンプル１２では、絶縁被覆層形成時の樹脂の焼付けが充分ではなく、形成された絶縁被覆層の耐溶剤性が低くなっていた。また、焼付け温度が３００℃のサンプル６では、樹脂の焼付け時に酸化物超電導層から酸素が抜けて劣化し、超電導特性が劣化していた。
【００９７】
この結果より、本発明の高温超電導線材において第２安定化層がめっきにより形成されている場合は、１７０〜２８０℃の温度で焼付け可能な樹脂より絶縁被覆層が形成されていることが好ましいことが明らかである。
【００９８】
（実施例３：サンプル１３〜１９）
幅５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基板上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（拡散防止層；膜厚１５０ｎｍ）を成膜した上に、イオンビームスパッタ法によりＹ２Ｏ３（ベッド層；膜厚２０ｎｍ）を成膜した。次いで、このベッド層上に、イオンビームアシストスパッタ法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（中間層；膜厚１０ｎｍ）を形成した上に、ＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（酸化物超電導層）を形成し、さらに酸化物超電導層上にスパッタ法により８μｍ厚の銀層（第１安定化層）を形成した。その後、０．１ｍｍ厚の銅テープ（第２安定化層）を錫半田（融点２３０℃）により銀層上に積層し、この積層体の幅方向の角部（四隅）に対して研磨することにより、角部の曲率半径を表３に示す値として、幅５ｍｍ、厚さ０．２１ｍｍ、アスペクト比２４の超電導積層体を作製した。
【００９９】
次に、作製した超電導積層体に、１８５℃で、３０分間、ホルマール樹脂（チッソ社製、ビニレックＦ）を焼き付けて、表３に示す厚さの絶縁被覆層を形成して図１に示す構造の高温超電導線材を作製した。なお、絶縁被覆層の厚さは、焼付け回数を調整することにより行った。
作製したサンプル１３〜１９の高温超電導線材について、外観、超電導特性、耐薬品試験の評価を行った結果を表３に併記した。
【０１００】
【表３】
【０１０１】
表３の結果より、本発明に係るサンプル１５〜１９の高温超電導線材では、超電導積層体の幅方向に沿う断面の角部の曲率半径を１４．５ｍｍ以上とし、且つ、絶縁被覆層の厚さを１２μｍ以上とすることにより、良好な外観、超電導特性および耐薬品性となっていた。
これに対し、絶縁被覆層の厚さが２０μｍであり本発明所定範囲を満たすが、角部の曲率半径が１２ｍｍであり本発明所定範囲よりも小さいサンプル１３では、角部が被覆されていないために、角部から薬品が浸み込んで耐薬品性が低くなっていた。また、角部の曲率半径が１４．５ｍｍであり本発明所定範囲を満たすが、絶縁被覆層の厚さが７μｍであり本発明所定範囲よりも薄いサンプル１４では、外観試験では角部が辛うじて被覆されており△判定であったが、耐薬品試験の結果が悪くなっており、角部が完全には被覆されていないことが明らかとなった。
【０１０２】
（実施例４：サンプル２０〜２２）
幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基板上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（拡散防止層；膜厚１５０ｎｍ）を成膜した上に、イオンビームスパッタ法によりＹ２Ｏ３（ベッド層；膜厚２０ｎｍ）を成膜した。次いで、このベッド層上に、イオンビームアシストスパッタ法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（中間層；膜厚１０ｎｍ）を形成した上に、ＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（酸化物超電導層）を形成し、さらに酸化物超電導層上にスパッタ法により８μｍ厚の銀層（第１安定化層）を形成して積層体を作製した。その後、この積層体を硫酸銅水溶液のめっき浴に浸漬して電気めっきを行うことにより、積層体の外周面上に厚さ２０μｍの銅層（第２安定化層）を形成し、この積層体の幅方向の角部（四隅）に対して研磨することにより幅方向に沿う断面の角部の曲率半径を表４に示す値として、幅１０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍ、アスペクト比６６の超電導積層体を作製した。
【０１０３】
次に、作製した超電導積層体に、１８５℃で、３０分間、ホルマール樹脂（例えばチッソ社製、ビニレックＦ）を焼き付けて、厚さ１５μｍの絶縁被覆層を形成して図２に示す構造の高温超電導線材を作製した。
作製したサンプル２０〜２２の高温超電導線材について、外観、超電導特性、耐薬品試験の評価を行った結果を表４に併記した。
【０１０４】
【表４】
【０１０５】
表４の結果より、本発明に係るサンプル２０〜２２の高温超電導線材では、超電導積層体の幅方向に沿う断面の角部の曲率半径を１４．５ｍｍ以上とし、且つ、絶縁被覆層の厚さを１２μｍ以上とすることにより、良好な外観、超電導特性および耐薬品性となっていた。
【０１０６】
（実施例５：サンプル２３〜２５）
幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基板上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（拡散防止層；膜厚１５０ｎｍ）を成膜した上に、イオンビームスパッタ法によりＹ２Ｏ３（ベッド層；膜厚２０ｎｍ）を成膜した。次いで、このベッド層上に、イオンビームアシストスパッタ法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（中間層；膜厚１０ｎｍ）を形成した上に、ＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（酸化物超電導層）を形成し、さらに酸化物超電導層上にスパッタ法により８μｍ厚の銀層（第１安定化層）を形成して積層体を作製した。その後、この積層体の幅方向の角部（四隅）に対して研磨することにより幅方向に沿う断面の角部の曲率半径を表５に示す値として、幅１０ｍｍ、厚さ０．１１ｍｍ、アスペクト比９１の超電導積層体を作製した。
【０１０７】
次に、作製した超電導積層体に、１８５℃で、３０分間、ホルマール樹脂（例えばチッソ社製、ビニレックＦ）を焼き付けて、厚さ１５μｍの絶縁被覆層を形成して図４に示す構造の高温超電導線材を作製した。
作製したサンプル２３〜２５の高温超電導線材について、外観、超電導特性、耐薬品試験の評価を行った結果を表５に併記した。
【０１０８】
【表５】
【０１０９】
表５の結果より、本発明に係るサンプル２３〜２５の高温超電導線材では、超電導積層体の幅方向に沿う断面の角部の曲率半径を１４．５ｍｍ以上とし、且つ、絶縁被覆層の厚さを１２μｍ以上とすることにより、良好な外観、超電導特性および耐薬品性となっていた。
【０１１０】
（実施例６）
幅５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基板上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（拡散防止層；膜厚１５０ｎｍ）を成膜した上に、イオンビームスパッタ法によりＹ２Ｏ３（ベッド層；膜厚２０ｎｍ）を成膜した。次いで、このベッド層上に、イオンビームアシストスパッタ法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（中間層；膜厚１０ｎｍ）を形成した上に、ＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（酸化物超電導層）を形成し、さらに酸化物超電導層上にスパッタ法により８μｍ厚の銀層（第１安定化層）を形成した。その後、０．１ｍｍ厚の銅テープ（第２安定化層）を錫半田（融点２３０℃）により銀層上に積層し、この積層体の幅方向の角部（四隅）に対して研磨することにより幅方向に沿う断面の角部の曲率半径を１４．５ｍｍとして、幅５ｍｍ、厚さ０．２１ｍｍ、アスペクト比２４の超電導積層体を作製した。
【０１１１】
次に、作製した超電導積層体に、１８５℃で、３０分間、ホルマール樹脂（例えばチッソ社製、ビニレックＦ）を焼き付けて、厚さ１５μｍの絶縁被覆層を形成して図１に示す構造の高温超電導線材を作製した。
【０１１２】
（比較例１）
絶縁被覆層を形成しなかったこと以外は、実施例６と同様にして高温超電導線材を作製した。
【０１１３】
実施例６および比較例１の高温超電導線材について、温度１２６℃、湿度８５％、２気圧の高温高湿下に０〜４８時間放置する耐湿試験を行い、試験前の臨界電流値Ｉｃ０（７７Ｋ）に対する試験後の臨界電流値Ｉｃ（７７Ｋ）の比率Ｉｃ／Ｉｃ０を求めた。結果を図１４にプロットした。図１４において、Ｉｃ／Ｉｃ０が１．０に近いほど、超電導特性の保持率が高く、耐湿性が高いことを示す。
図１４の結果より、実施例６の高温超電導線材は、絶縁被覆層を備える構成であることにより、絶縁被覆層を有さない比較例１と比較して、超電導特性の保持率が高く、耐湿性が高くなっていた。
【０１１４】
（実施例７）
幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基板上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（拡散防止層；膜厚１５０ｎｍ）を成膜した上に、イオンビームスパッタ法によりＹ２Ｏ３（ベッド層；膜厚２０ｎｍ）を成膜した。次いで、このベッド層上に、イオンビームアシストスパッタ法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（中間層；膜厚１０ｎｍ）を形成した上に、ＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（酸化物超電導層）を形成し、さらに酸化物超電導層上にスパッタ法により８μｍ厚の銀層（第１安定化層）を形成して積層体を作製した。その後、この積層体を硫酸銅水溶液のめっき浴に浸漬して電気めっきを行うことにより、積層体の外周面上に厚さ２０μｍの銅層（第２安定化層）を形成し、この積層体の幅方向の角部（四隅）に対して研磨することにより幅方向に沿う断面の角部の曲率半径を１４．５ｍｍとして、幅１０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍ、アスペクト比６６の超電導積層体を作製した。
【０１１５】
次に、作製した超電導積層体に、１８５℃で、３０分間、ホルマール樹脂（例えばチッソ社製、ビニレックＦ）を焼き付けて、厚さ１５μｍの絶縁被覆層を形成した。続いて、形成した絶縁被覆層の外周面上にエポキシ含有樹脂（東特塗料社製、ＴＣＶＵ２）を塗布して１５０〜１６０℃にて２０分間加熱することにより、エポキシ樹脂を半硬化状態として厚さ５μｍの半硬化樹脂層を形成して図５に示す高温超電導線材を作製した。
【０１１６】
作製した高温超電導線材を内径７０ｍｍとして同心円状に１００回巻回させ、この状態で１５０℃にて１８０分間加熱して半硬化樹脂層を硬化させて、図７に示す内部構造を有するコイル体を作成した。次に、同様の手順でコイル体をもう１個作製し、得られた２個のコイル体を図６に示す如く同軸的に積層させることにより、高さ２０．１ｍｍ、総ターン数２００ターン（１００ターン×２）の高温超電導コイルを作製した。
【０１１７】
（実施例８）
ホルマール樹脂の焼付回数を調整して絶縁被覆層の厚さを２０μｍとしたこと以外は実施例６と同様にして、高さ２０．１ｍｍ、総ターン数２００ターン（１００ターン×２）の高温超電導コイルを作製した。
【０１１８】
（比較例２）
幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基板上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（拡散防止層；膜厚１５０ｎｍ）を成膜した上に、イオンビームスパッタ法によりＹ２Ｏ３（ベッド層；膜厚２０ｎｍ）を成膜した。次いで、このベッド層上に、イオンビームアシストスパッタ法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（中間層；膜厚１０ｎｍ）を形成した上に、ＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（酸化物超電導層）を形成し、さらに酸化物超電導層上にスパッタ法により８μｍ厚の銀層（第１安定化層）を形成して積層体を作製した。その後、この積層体を硫酸銅水溶液のめっき浴に浸漬して電気めっきを行うことにより、積層体の外周面上に厚さ２０μｍの銅層（第２安定化層）を形成することにより、幅１０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍ、アスペクト比６６の超電導線材を作製した。
【０１１９】
次に、作製した超電導線材の外周面に、厚さ１２．５μｍのポリイミドテープを２枚重ねた状態で巻き付けて、絶縁テープ付き超電導線材を作製した。なお、超電導線材の長手方向に隣接するポリイミドテープは、その幅方向端部同士が重なり合わずに隙間無く接する状態となるように、ポリイミドテープを巻き付けた。
次いで、作製した絶縁テープ付き超電導線材を内径７０ｍｍとして同心円状に１００回巻回させ、この状態で熱硬化性樹脂中に浸漬して含浸させた後、さらに、８０℃にて１２時間加熱することにより、熱硬化性樹脂を硬化させて、図１７（ｂ）に示す内部構造を有するコイル体を作成した。次に、同様の手順でコイル体をもう１個作製し、得られた２個のコイル体を図６に示す如く同軸的に積層させることにより、高さ２１．０ｍｍ、総ターン数２００ターン（１００ターン×２）の高温超電導コイルを作製した。
【０１２０】
（比較例３）
比較例２と同様の手法で幅１０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍ、アスペクト比６６の超電導線材を作製した。
次に、作製した超電導線材の銀層側の銅層上に、厚さ５０μｍ、幅１０ｍｍのポリイミドテープを１枚重ねた状態として、内径７０ｍｍとして同心円状に１００回巻回（共巻き）し、この状態で熱硬化性樹脂中に浸漬して含浸させた後、さらに、８０℃にて１２時間加熱することにより、熱硬化性樹脂を硬化させて、図１７（ａ）に示す内部構造を有するコイル体を作成した。次に、同様の手順でコイル体をもう１個作製し、得られた２個のコイル体を図６に示す如く同軸的に積層させることにより、高さ２０．５ｍｍ、総ターン数２００ターン（１００ターン×２）の高温超電導コイルを作製した。
【０１２１】
実施例７、８および比較例２、３の高温超電導コイルについて、２０Ｋにおいて３００Ａの電流を通電した際の、各高温超電導コイルの臨界電流密度（Ａ／ｍｍ２）および中心磁界（Ｔ）を測定した。結果を表６に示す。また、実施例７、８および比較例２、３のコイル寸法と使用線材長も表６に併記した。
【０１２２】
【表６】
【０１２３】
表６の結果より、本発明に係る実施例７の高温超電導コイルでは、比較例２および３と比較して、同じ通電電流に対して電流密度が大きくなるため、中心磁界が強くなることが確認された。また、実施例７の超電導コイルは、絶縁被覆層およびコイルを固定する樹脂層の厚さが比較例２，３の高温超電導コイルよりも薄いため、比較例２、３の高温超電導コイルよりも、コイル外径が小さく、使用線材長も少なくなっていた。
本発明に係る実施例８の高温超電導コイルは、比較例３の高温超電導コイルと比較して、同じ通電電流に対して電流密度が大きくなるため、中心磁界が強くなることが確認された。また、実施例８の高温超電導コイルは、比較例２、３の高温超電導コイルよりもコイル高さが小さくなっており、コイルを小型化できていた。
さらに、実施例７、８の高温超電導コイルは、比較例２、３の高温超電導コイルよりも簡素化された工程で製造されており、比較例２、３のように熱硬化性樹脂の硬化時間に長時間を要さず、良好な生産性で製造可能であることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明は、例えば超電導モータ、限流器など、各種超電導機器に用いられる超電導コイルに利用することができる。
【符号の説明】
【０１２５】
４、４Ｂ、４Ｃ…金属安定化層、５、５Ｂ、５Ｃ…超電導積層体、５ａ、５Ｂａ、５Ｃａ…角部、７、７Ｂ、７Ｃ…絶縁被覆層、９…半硬化樹脂層、９Ｇ…硬化樹脂層、１０、１０Ｂ、１０Ｂ２、１０Ｃ、１０Ｄ…高温超電導線材、１１…基板、１２…中間層、１３…酸化物超電導層、１４…第１安定化層層、１５、１５Ｂ…第２安定化層、５０…高温超電導コイル、５１…第１のコイル体、５２…第２のコイル体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温超電導線材および高温超電導コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から使用されてきたＮｂＴｉなどの金属系超電導線材は丸線や角線などの形態で提供されており、形状の自由度が高い。これに対し、Ｂｉ系やＹ系などの臨界温度が９０〜１００Ｋ程度の高温酸化物超電導体は、超電導層がセラミックスから形成されており、また、その線材構造もテープ形状とされているので、曲げや捻回などの機械特性について劣化し易いという欠点がある。
【０００３】
例えば、図１５に示す如くＢｉ系の超電導線材１００は、Ｂｉ系の超電導層１０１をＡｇのシース材１０２で被覆した状態となるようにPowder In Tube法（ＰＩＴ法）などにより製造された構造となっている。一方、Ｙなどの希土類系の超電導線材２００は、例えば図１６に示す如く全く異なる構造とされている。
図１６に示す超電導線材２００は、テープ状の金属基材２０１上に中間層２０２を介し成膜法により酸化物超電導層２０３を積層し、ＡｇやＣｕなどの安定化層２０４、２０５を被覆した積層構造とされる。そのため、図１５に示す構造のＢｉ系の超電導線材１００のように厚さ方向に対称的な構造ではなく、希土類系の超電導線材２００を用いて超電導コイルとするには、曲げや捻回などの方向性を考慮して設計する必要がある。
【０００４】
テープ状の超電導線材を巻回してコイルにするためには、超電導線材間の電気的な絶縁性を確保するため、超電導線材を絶縁材で被覆する必要がある。
超電導線材を絶縁被覆する方法としては、テープ状の超電導線材の外周にポリイミドテープ等の樹脂テープを巻き付ける方法や、超電導線材の外周面に樹脂を塗布して該樹脂を焼付けることにより、超電導線材の外周面に樹脂被膜を形成する方法（特許文献１参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３１１５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術は、酸化物超電導体となる原料粉末を金属管に充填して縮径加工するＰＩＴ法により形成されたＢｉ系の超電導線材に適用される技術である。ＰＩＴ法により形成されたＢｉ系の超電導線材は、図１５に示す如く断面が楕円形状であり、超電導線材の外周全体に樹脂を塗布・焼付けして樹脂被膜を形成しやすい。
【０００７】
これに対し、図１６に示す如くテープ状の金属基材２０１の上方に酸化物超電導層２０３が積層された希土類系の超電導線材２００は断面が矩形状であり、その四隅が角張っている。そのため、図１６に示す超電導線材２００の外周に樹脂を塗布・焼付けして樹脂被膜を形成しようとすると、図１７に示す如く超電導線材２００の角部２００ａ部分に絶縁被膜２１０を形成し難く、超電導線材２００の外周全体を絶縁被覆できない場合がある。
絶縁被膜２１０の厚さを厚くすれば、角部２００ａを被覆可能であるが、絶縁被膜２１０の厚さが厚くなり過ぎると、超電導線材２００を巻回してコイル加工した場合に、コイル断面に占める酸化物超電導層２０３の割合が低下し、当該コイルの電流密度が低下してしまう。また、特許文献１の実施例では、３００℃以上３５０℃以下の温度で樹脂の焼付けを行って絶縁被覆層を形成しているが、希土類系の酸化物超電導層は３００℃以上の温度では特性が劣化しやすいため、この熱処理条件を線材の構成や耐熱性が異なる希土類系の超電導線材にそのまま適用することは困難である。
【０００８】
ところで、絶縁被覆された超電導線材を巻回してコイル加工する際には、巻回状態の超電導線材間に熱硬化性樹脂を塗布あるいは注入して加熱硬化することにより、超電導線材の巻回状態を保つことが行われている。この熱硬化性樹脂の導入・硬化方法としては、以下の方法が知られている。
（１）巻回後の超電導線材をエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂に浸漬させ、真空中で加圧して含浸させた後に、加熱して熱硬化性樹脂を硬化させる方法（真空加圧含浸法）。
（２）超電導線材を巻回する際に、超電導線材にエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を塗布しながら巻回した後、加熱して熱硬化性樹脂を硬化させる方法。
（３）超電導線材を巻回する際に、半硬化エポキシテープ等の半硬化熱硬化性樹脂テープと、超電導線材とを、重ねた状態で共巻きして巻回した後、加熱して熱硬化性樹脂を硬化させる方法。
【０００９】
上記（１）の方法では、コイルが大型化するとコイル内部まで熱硬化性樹脂を含浸させることが難しくなるという問題がある。
上記（２）の方法では、長尺の超電導線材を巻回してコイル加工する際に、超電導線材全体に均一に熱硬化性樹脂を塗布することができない可能性がある。このような場合、超電導コイル運転時に液体窒素温度程度まで該コイルを冷却した際に、超電導線材を構成する金属材料と、熱硬化性樹脂よりなる樹脂層との線膨張係数の差により局所的に歪みを生じ、この歪みに起因して酸化物超電導層が劣化して超電導特性が低下するおそれがある。
上記（３）の方法では、半硬化熱硬化性樹脂テープの厚さが１００μｍ未満になると、超電導線材巻回時の作業性が極端に悪くなる傾向がある。また、半硬化熱硬化性樹脂テープの厚さが１００μｍ以上になると、コイル断面に占める酸化物超電導層の割合が低くなり、当該コイルの電流密度が低下してしまう。
【００１０】
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、外周全体が絶縁被覆された高温超電導線材、及び該高温超電導線材を用いてなる高温超電導コイルの提供を目的とする。また、本発明は、電流密度の低下を抑制できる高温超電導コイルの提供も目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の高温超電導線材は、基板と中間層と酸化物超電導層と金属安定化層とがこの順に積層された超電導積層体と、前記超電導積層体の外周面を覆い、樹脂の焼付けにより形成された絶縁被覆層とを備え、前記超電導積層体の幅方向に沿う断面における角部が曲率半径を有する曲面とされ、前記絶縁被覆層の厚さが１２μｍ以上であり、前記角部の曲率半径が１４．５ｍｍ以上であることを特徴とする。
本発明の高温超電導線材は、超電導積層体の幅方向に沿う断面における角部の曲率半径を１４．５ｍｍ以上とし、且つ、絶縁被覆層の厚さを１２μｍ以上に規定していることにより、超電導積層体の角部を覆うように絶縁被覆層形成用の樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体の角部を含む外周全体が絶縁被覆層により完全に覆われた構造を実現できる。従って、本発明の高温超電導線材は、超電導積層体が絶縁被覆層により外部から封止されており、水分などが酸化物超電導層に浸入することを低減でき、超電導特性の劣化を抑止できる。
【００１２】
本発明の高温超電導線材において、前記金属安定化層が、第１安定化層上に第２安定化層が積層された構造であり、前記第２安定化層が半田を介した金属テープの貼り合わせにより形成され、前記絶縁被覆層が１７０℃〜２００℃の温度で焼付け可能な樹脂より形成されてなることができる。
この場合、絶縁被覆層形成時に、焼付け温度が高くなり過ぎることがなく、半田を介した金属テープの貼り合わせにより形成されている第２安定化層が、樹脂焼付け時に半田が溶融して剥離することを防止できる。
【００１３】
本発明の高温超電導線材において、前記金属安定化層が、第１安定化層上に第２安定化層が積層された構造であり、前記第２安定化層がめっき又は蒸着により形成され、前記絶縁被覆層が１７０℃〜２８０℃の温度で焼付け可能な樹脂より形成されてなることもできる。
この場合、絶縁被覆層７形成時に、焼付け温度が高くなり過ぎることがなく、樹脂焼付け時に酸化物超電導層中の酸素が抜けて酸化物超電導層が劣化することを防止できる。
【００１４】
また、本発明の高温超電導線材において、前記絶縁被覆層の外周面を覆い、半硬化の熱硬化性樹脂よりなる半硬化樹脂層を備えることもできる。
この場合、高温超電導線材を巻回した後、樹脂の含浸を行わなくともそのまま加熱することにより、半硬化樹脂層を硬化させてコイル径方向に隣接する高温超電導線材を固定してコイル加工することができる。従って、この形態の高温超電導線材から高温超電導コイルを製造することにより、コイル製造工程を簡素化できるとともに、従来の超電導コイル製造方法と比較して、コイル径方向に隣接する高温超電導線材間の樹脂の厚さを薄くできるため、超電導コイルの電流密度が高く、高性能な超電導コイルが実現可能である。
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の高温超電導コイルは、上記本発明の高温超電導線材高温超電導線材を巻回してなることを特徴とする。
本発明の高温超電導コイルは、上記した本発明の高温超電導線材より構成されているため、超電導積層体が絶縁被覆層により外部から封止された構造であり、酸化物超電導層への水分の浸入を低減できるので、超電導特性の劣化を抑制できる。
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明の高温超電導コイルにおいて、前記金属安定化層として、第１安定化層上に第２安定化層を積層した構造であり、前記第２安定化層が前記超電導積層体の幅方向に沿う断面における４つの角部を占めるように配置され、前記第２安定化層の角部が前記曲率半径を有する曲面とすることができる。
金属製の第２安定化層の４つの角部を規定の曲率半径の角部とするので、金属製の第２安定化層の４つの角部を規定の曲率半径とすることで目的の構造を実現できる。即ち、角部を覆うように絶縁被覆層形成用の樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体の角部を含む外周全体を絶縁被覆層により完全に覆った構造を実現できる。
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明の高温超電導コイルにおいて、前記金属安定化層が、第１安定化層上に第２安定化層と第３安定化層を備えた構造であり、前記第２安定化層が前記超電導積層体の幅方向に沿う断面における２つの角部を占めるように、前記第３安定化層が前記超電導積層体の幅方向に沿う断面における残り２つの角部を占めるように配置され、前記第２安定化層の２つの角部と前記第３安定化層の２つの角部が前記曲率半径を有する曲面とされた構造とすることができる。
第２安定化層に加え、第３安定化層を加えた構造においても、第２安定化層と第３安定化層の角部を規定の曲率半径とすることで、目的の構造を実現できる。即ち、角部を覆うように絶縁被覆層形成用の樹脂を塗布・焼付けすることができ、外周全体を絶縁被覆層により完全に覆った構造を実現できる。
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明の高温超電導コイルは、上記半硬化樹脂層を備える本発明の高温超電導線材を巻回してなり、コイル径方向に隣接する前記高温超電導線材間に、前記半硬化樹脂層を加熱硬化させてなる樹脂層を備えることを特徴とする。
本発明の高温超電導コイルは、上記した本発明に係る高温超電導線材より形成されているため、従来の超電導コイルと比較して、絶縁被覆層および線材をコイル状に固定する硬化樹脂層の厚さは、従来の超電導コイルよりも薄く、厚さのバラつきも少なくできる。従って、コイル径方向に隣接する高温超電導線材間の間隔を小さくできるので、絶縁樹脂層や硬化樹脂層の厚さが厚くなりすぎることがなく、臨界電流密度の低下を抑制できる超電導コイルとなる。
また、従来、超電導コイルの製造は、超電導線材を巻回した後に、熱硬化性樹脂に含浸させ、さらに、加熱硬化させるという工程を経て行われていた。これに対し、本発明の高温超電導コイルは、半硬化樹脂層を備える高温超電導線材を巻回した後、加熱して半硬化樹脂層を硬化させて硬化樹脂層とすることにより製造でき、従来のコイルにおいて必要であった熱硬化性樹脂の含浸工程を省略できる。従って、本実施形態の高温超電導コイルは、従来の超電導コイルと比較して、簡略化された製造工程で製造できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、外周全体が完全に絶縁被覆された高温超電導線材、及び該高温超電導線材を用いてなる高温超電導コイルを提供できる。また、本発明によれば、高電流密度の小型で高性能な高温超電導コイルも提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る高温超電導線材の第１実施形態を示す断面模式図である。
【図２】本発明に係る高温超電導線材の第２実施形態を示す断面模式図である。
【図３】本発明に係る高温超電導線材の第２実施形態の他の例を示す断面模式図である。
【図４】本発明に係る高温超電導線材の第３実施形態を示す断面模式図である。
【図５】本発明に係る高温超電導線材の第４実施形態を示す断面模式図である。
【図６】本発明に係る高温超電導線材の一例構造を示す概略斜視図である。
【図７】図６に示す高温超電導コイルにおいて、コイル径方向に隣接する高温超電導線材の一例構造を示す断面模式図である。
【図８】図８（ａ）は従来の超電導コイルの一例構造における径方向に沿う部分断面図であり、図８（ｂ）は従来の超電導コイルの他の例における径方向に沿う部分断面図である。
【図９】本発明に係る高温超電導線材の第５実施形態を示す断面模式図である。
【図１０】本発明に係る高温超電導線材の第６実施形態を示す断面模式図である。
【図１１】本発明に係る高温超電導線材の第７実施形態を示す断面模式図である。
【図１２】本発明に係る高温超電導線材の第８実施形態を示す断面模式図である。
【図１３】本発明に係る高温超電導線材の第９実施形態を示す断面模式図である。
【図１４】実施例６及び比較例１の耐湿性試験の結果を示すグラフである。
【図１５】Ｂｉ系の超電導線材の一例構造を示す断面模式図である。
【図１６】希土類系の超電導線材の一例構造を示す断面模式図である。
【図１７】図１６に示す超電導線材に絶縁被覆した場合の一例構造を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る高温超電導線材および高温超電導コイルの実施形態について図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１は本発明に係る高温超電導線材の第１実施形態の幅方向に沿う断面模式図である。
図１に示す高温超電導線材１０は、基板１１上に中間層１２と酸化物超電導層１３と金属安定化層４とがこの順に積層されてなる超電導積層体５の外周面上に、超電導積層体５の外周面全体を覆う絶縁被覆層７が形成され構成されている。金属安定化層４は、酸化物超電導層１３上に形成された第１安定化層１４と、第１安定化層１４上に形成された第２安定化層１５より構成されている。
【００２２】
基板１１は、通常の超電導線材の基板として使用し得るものであれば良く、長尺のプレート状、シート状又はテープ状であることが好ましく、耐熱性の金属からなるものが好ましい。耐熱性の金属の中でも、合金が好ましく、ニッケル（Ｎｉ）合金又は銅（Ｃｕ）合金がより好ましい。中でも、市販品であればハステロイ（商品名、ヘインズ社製）が好適であり、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）等の成分量が異なる、ハステロイＢ、Ｃ、Ｇ、Ｎ、Ｗ等のいずれの種類も使用できる。また、基板１１としてニッケル（Ｎｉ）合金などに集合組織を導入した配向金属基板を用い、その上に中間層１２および酸化物超電導層１３を形成してもよい。
基板１１の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は、１０〜５００μｍであることが好ましく、２０〜２００μｍであることがより好ましい。下限値以上とすることで強度が一層向上し、上限値以下とすることでオーバーオールの臨界電流密度を一層向上させることができる。
【００２３】
中間層１２は、酸化物超電導層１３の結晶配向性を制御し、基板１１中の金属元素の酸化物超電導層１３への拡散を防止するものである。さらに、基板１１と酸化物超電導層１３との物理的特性（熱膨張率や格子定数等）の差を緩和するバッファー層として機能し、その材質は、物理的特性が基板１１と酸化物超電導層１３との中間的な値を示す金属酸化物が好ましい。中間層１２の好ましい材質として具体的には、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ３、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等の金属酸化物を例示できる。
中間層１２は、単層でも良いし、複数層でも良い。例えば、前記金属酸化物からなる層（金属酸化物層）は、結晶配向性を有していることが好ましく、複数層である場合には、最外層（最も酸化物超電導層１３に近い層）が少なくとも結晶配向性を有していることが好ましい。
【００２４】
中間層１２は、基板１１側にベッド層が介在された複数層構造でもよい。ベッド層は、耐熱性が高く、界面反応性を低減するためのものであり、その上に配される膜の配向性を得るために用いる。このようなベッド層は、必要に応じて配され、例えば、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、「アルミナ」とも呼ぶ）等から構成される。このベッド層は、例えばスパッタリング法等の成膜法により形成され、その厚さは例えば１０〜２００ｎｍである。
【００２５】
さらに、本発明において、中間層１２は、基板１１側に拡散防止層とベッド層が積層された複数層構造でもよい。この場合、基板１１とベッド層との間に拡散防止層が介在された構造となる。拡散防止層は、基板１１の構成元素拡散を防止する目的で形成されたもので、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、あるいは希土類金属酸化物等から構成され、その厚さは例えば１０〜４００ｎｍである。なお、拡散防止層の結晶性は問われないので、通常のスパッタ法等の成膜法により形成すればよい。
このように基板１１とベッド層との間に拡散防止層を介在させることにより、中間層１２を構成する他の層や酸化物超電導層１３等を形成する際に、必然的に加熱されたり、熱処理される結果として熱履歴を受ける場合に、基板１１の構成元素の一部がベッド層を介して酸化物超電導層１３側に拡散することを効果的に抑制することができる。基板１１とベッド層との間に拡散防止層を介在させる場合の例としては、拡散防止層としてＡｌ２Ｏ３、ベッド層としてＹ２Ｏ３を用いる組み合わせを例示することができる。
【００２６】
また中間層１２は、前記金属酸化物層の上に、さらにキャップ層が積層された複数層構造でも良い。キャップ層は、酸化物超電導層１３の配向性を制御する機能を有するとともに、酸化物超電導層１３を構成する元素の中間層１２への拡散や、酸化物超電導層１３積層時に使用するガスと中間層１２との反応を抑制する機能等を有するものである。
【００２７】
キャップ層は、前記金属酸化物層の表面に対してエピタキシャル成長し、その後、横方向（面方向）に粒成長（オーバーグロース）して、結晶粒が面内方向に選択成長するという過程を経て形成されたものが好ましい。このようなキャップ層は、前記金属酸化物層よりも高い面内配向度が得られる。
キャップ層の材質は、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、好ましいものとして具体的には、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等が例示できる。キャップ層の材質がＣｅＯ２である場合、キャップ層は、Ｃｅの一部が他の金属原子又は金属イオンで置換されたＣｅ−Ｍ−Ｏ系酸化物を含んでいても良い。
キャップ層は、ＰＬＤ法（パルスレーザ蒸着法）、スパッタリング法等で成膜することができるが、大きな成膜速度を得られる点でＰＬＤ法を用いることが好ましい。
【００２８】
中間層１２の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良いが、通常は、０．１〜５μｍである。
中間層１２が、前記金属酸化物層の上にキャップ層が積層された複数層構造である場合には、キャップ層の厚さは、通常は、０．１〜１．５μｍである。
【００２９】
中間層１２は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法（以下、ＩＢＡＤ法と略記する）等の物理的蒸着法；化学気相成長法（ＣＶＤ法）；塗布熱分解法（ＭＯＤ法）；溶射等、酸化物薄膜を形成する公知の方法で積層できる。特に、ＩＢＡＤ法で形成された前記金属酸化物層は、結晶配向性が高く、酸化物超電導層１３やキャップ層の結晶配向性を制御する効果が高い点で好ましい。ＩＢＡＤ法とは、蒸着時に、結晶の蒸着面に対して所定の角度でイオンビームを照射することにより、結晶軸を配向させる方法である。通常は、イオンビームとして、アルゴン（Ａｒ）イオンビームを使用する。例えば、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ又はＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）からなる中間層１２は、ＩＢＡＤ法における配向度を表す指標であるΔΦ（ＦＷＨＭ：半値全幅）の値を小さくできるため、特に好適である。
【００３０】
酸化物超電導層１３は通常知られている組成の酸化物超電導体からなるものを広く適用することができ、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ等の希土類元素を表す）なる材質のもの、具体的には、Ｙ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）又はＧｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）を例示することができる。また、その他の酸化物超電導体、例えば、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ４＋２ｎ＋δなる組成等に代表される臨界温度の高い他の酸化物超電導体からなるものを用いても良いのは勿論である。
酸化物超電導層１３は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法等の物理的蒸着法；化学気相成長法（ＣＶＤ法）；塗布熱分解法（ＭＯＤ法）等で積層でき、中でもレーザ蒸着法が好ましい。
酸化物超電導層１３の厚みは、０．５〜５μｍ程度であって、均一な厚みであることが好ましい。
【００３１】
酸化物超電導層１３上に積層されている第１安定化層１４は、Ａｇあるいは貴金属などの良電導性かつ酸化物超電導層１３と接触抵抗が低くなじみの良い金属材料からなる。
第１安定化層１４をＡｇから構成する理由としては、酸化物超電導層１３に酸素をドープするアニール工程において、ドープした酸素を酸化物超電導層１３から逃避し難くする性質を有する点を挙げることができる。Ａｇの第１安定化層１４を成膜するには、スパッタ法などの成膜法を採用し、その厚さは１〜３０μｍ程度とされる。
【００３２】
第１安定化層１４上に積層された第２安定化層１５は、良導電性の金属材料からなり、酸化物超電導層１３が超電導状態から常電導状態に遷移しようとした時に、第１安定化層１４とともに、酸化物超電導層１３の電流が転流するバイパスとして機能する。
第２安定化層１５を構成する金属材料としては、良導電性を有するものであればよく、特に限定されないが、銅、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ合金）、Ｃｕ−Ｎｉ合金等の銅合金、ステンレス等の比較的安価な材質からなるものを用いることが好ましく、中でも高い導電性を有し、安価であることから銅製が好ましい。
なお、酸化物超電導線材１０を超電導限流器に使用する場合は、第２安定化層１５は抵抗金属材料より構成され、Ｎｉ−Ｃｒ等のＮｉ系合金などを使用できる。
【００３３】
第２安定化層１５の形成方法は特に限定されず、例えば、銅などの良導電性材料よりなる金属テープを半田などの接合剤を介して第１安定化層１４上に積層することにより形成できる。ここで、半田を介して金属テープを第１安定化層１４上に積層して第２安定化層１５を形成する場合に使用できる半田としては、特に限定されず、従来公知の半田を使用可能であり、例えば、Ｓｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ｚｎ系合金などのＳｎを主成分とする合金よりなる鉛フリー半田、Ｐｂ−Ｓｎ系合金半田、共晶半田、低温半田などが挙げられ、これらの半田を１種または２種以上組み合わせて使用することができる。これらの中でも、融点が３００℃以下の半田を用いることが好ましい。これにより、３００℃以下の温度で金属テープと第１安定化層１４を半田付けすることが可能となるので、半田付けの熱によって酸化物超電導層１３の特性が劣化することを抑止できる。
第２安定化層１５の厚さは特に限定されず、適宜調整可能であるが、１０〜３００μｍとすることが好ましい。下限値以上とすることにより酸化物超電導層１３を安定化する一層高い効果が得られ、上限値以下とすることにより酸化物超電導線材１０を薄型化できる。
【００３４】
基板１１と中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４と第２安定化層１５とが積層された横断面略矩形状の超電導積層体５は、その幅方向に沿う断面における４つの隅側の角部５ａが曲率半径を有する曲面とされ、角部５ａの曲率半径は１４．５ｍｍ以上に設定されている。超電導積層体５の角部５ａの曲率半径を１４．５ｍｍ以上とすることにより、後述する絶縁被覆層７を形成する際に、超電導積層体５の角部５ａを含む外周全体に均一に樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体５の外周全体を完全に覆う絶縁被覆層７を形成できる。そのため、絶縁被覆層７により超電導積層体５が完全に外部から封止された構造を実現できる。超電導積層体５の角部５ａの曲率半径が１４．５ｍｍ未満の場合、超電導積層体５の角部５ａを覆うように絶縁被覆層７形成用の樹脂を塗布できず、角部５ａ上に絶縁被覆層７が形成できないおそれがあり、好ましくない。
超電導積層体５の角部５ａの曲率半径の上限は特に限定されず、超電導積層体５の寸法やアスペクト比（幅／厚さ）により適宜調整可能である。
【００３５】
超電導積層体５の角部５ａを前記範囲の曲率半径を有する曲面に加工する方法としては、従来公知の面取り加工方法が適用でき、例えば、超電導積層体５の角部を鑢などの工具あるいは研磨装置により研磨することにより所望の曲率半径の角部となるように加工できる。
超電導積層体５の角部を曲面に加工する場合、超電導積層体５を形成した後に角部を加工してもよく、予め基板１１の角部１１ａおよび第２安定化層１５の角部１５ａを曲面に加工した後に、各層を積層して超電導積層体５を形成してもよい。
【００３６】
超電導積層体５の外周全体を覆う絶縁被覆層７は、超電導積層体５の外周全体に樹脂を塗布した後、焼付けすることにより形成されており、その厚さは１２μｍ以上に設定されている。超電導積層体５の角部５ａの曲率半径を１４．５ｍｍ以上とし、且つ、絶縁被覆層７の厚さを１２μｍ以上とすることにより、超電導積層体５の角部５ａを覆うように絶縁被覆層７形成用の樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体５の角部５ａを含む外周全体が絶縁被覆層７により完全に覆われた構造を実現できる。角部５ａの曲率半径が１４．５ｍｍ未満の場合、超電導積層体５の角部５ａを覆うように絶縁被覆層７形成用の樹脂を塗布できず、角部５ａ上に絶縁被覆層７が形成できないおそれがあり、好ましくない。また、角部の曲率半径が１４．５ｍｍ以上の場合にも、後述の実施例に示す如く、絶縁被覆層７の厚さが１２μｍ未満であると角部５ａを完全に覆うことができない。
絶縁被覆層７の厚さの上限は特に限定されないが、２０μｍ以下とすることが好ましい。絶縁被覆層７の厚さを２０μｍ以下とすることにより、断面積中に示す絶縁被覆層７の面積を削減できるので、高温超電導線材１０を小型化できるとともに、高温超電導線材１０をコイル加工した場合に、オーバーオールの電流密度を高くすることができる。
【００３７】
絶縁被覆層７を構成する樹脂としては、焼付けにより層を形成できるものであれば特に限定されず、例えば、ホルマール樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂（ＰＥＥＫ樹脂）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、パーフルオロアルコシキフッ素樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（四フッ素化樹脂、ＰＴＦＥ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）等のフッ素樹脂が挙げられる。これらの中でも、１７０〜２００℃の温度で焼付け可能な樹脂が好ましい。このような樹脂を用いることにより、絶縁被覆層７形成時に、焼付け温度が高くなり過ぎることがなく、半田等を介した金属テープの貼り合わせにより形成されている第２安定化層１５が、樹脂焼付け時に半田が溶融して剥離することを防止できる。
【００３８】
絶縁被覆層７形成時の樹脂の焼付けは、２００℃以下、例えば、１７０〜２００℃の温度で行うことが好ましく、焼付け時間は適宜調整すればよい。このような条件で樹脂の焼付けを行うことにより、半田の溶融による第２安定化層１５の剥離や、酸化物超電導層１３の劣化を抑止できる。
樹脂を塗布する方法は、特に限定されず、ディップコート法やスプレーコート法等、従来公知の方法を適用することができる。
超電導積層体５への絶縁被覆層７の形成は、樹脂の塗布・焼付け処理を一度だけ行ってもよく、所望の厚さの絶縁被覆層７が形成されるまで樹脂の塗布・焼付け処理を複数回繰り返し行ってもよい。
【００３９】
本実施形態の高温超電導線材１０は、超電導積層体５の角部５ａの曲率半径および絶縁被覆層７の厚さが所定範囲に規定されていることにより、超電導積層体５の角部５ａを含む外周全体が絶縁被覆層７により完全に覆われた構造を実現できる。したがって、本実施形態の高温超電導線材１０は、超電導積層体５が絶縁被覆層７により外部から封止されており、水分などが酸化物超電導層１３に浸入することを低減でき、超電導特性の劣化を抑止できる。
【００４０】
［第２実施形態］
図２は本発明に係る高温超電導線材の第２実施形態の幅方向に沿う断面模式図である。
図２に示す高温超電導線材１０Ｂは、基板１１上に中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４とがこの順に積層されてなる矩形断面の積層体Ｓ１を中央に備え、この積層体Ｓ１の外周全体が第２安定化層１５Ｂにより覆われた横断面略矩形状の超電導積層体５Ｂの外周面上に、超電導積層体５Ｂの外周面全体を覆う絶縁被覆層７Ｂが形成され構成されている。金属安定化層４Ｂは、酸化物超電導層１３上に形成された第１安定化層１４と、積層体Ｓ１の外周全体を覆う第２安定化層１５Ｂより構成されている。
【００４１】
本実施形態の高温超電導線材１０Ｂは、第２安定化層１５Ｂが基板１１上に中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４とが積層された積層体Ｓ１の外周全体を覆っている点で、上記第１実施形態の高温超電導線材１０とは異なっている。図２に示す高温超電導線材１０Ｂにおいて図１に示す高温超電導線材１０と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４２】
積層体Ｓ１の外周全体を覆う第２安定化層１５Ｂは、酸化物超電導層１３が超電導状態から常電導状態に遷移しようとした時に、第１安定化層１４とともに、酸化物超電導層１３の電流が転流するバイパスとして機能する。
第２安定化層１５Ｂは、電気めっき又は蒸着により形成されている。第２安定化層１５Ｂを構成する材質としては、良導電性の金属が好ましく、銅、アルミニウムなどが挙げられ、高い導電性を有するため銅が特に好ましい。第２安定化層１５Ｂの厚さは特に限定されず、適宜変更可能であるが、１０〜１００μｍ程度とすることができ、２０μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましく、２０μｍ以上５０μｍ以下とすることがより好ましい。第２安定化層１５Ｂの厚さを１０μｍ以上とすることにより酸化物超電導層１３を安定化する一層高い効果が得られ、１００μｍ以下とすることにより高温超電導線材１０Ｂを薄型化できる。
めっきにより銅の第２金属安定化層１５Ｂを形成するには、硫酸銅水溶液のめっき浴中に積層体Ｓ１を浸漬させて電気めっきを行えばよい。
【００４３】
基板１１と中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４と第２安定化層１５Ｂよりなる超電導積層体５Ｂは、その幅方向に沿う断面における角部５Ｂａが曲率半径を有する曲面とされ、角部５Ｂａの曲率半径は１４．５ｍｍ以上に設定されている。超電導積層体５Ｂの角部５Ｂａの曲率半径を１４．５ｍｍ以上とすることにより、絶縁被覆層７Ｂを形成する際に、超電導積層体５Ｂの角部５Ｂａを含む外周全体に樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体５Ｂの外周全体を覆う絶縁被覆層７Ｂを形成できる。
超電導積層体５Ｂの角部５Ｂａの曲率半径の上限は前記第１実施形態の高温超電導線材１０と同様である。
【００４４】
超電導積層体５Ｂの角部５Ｂａを前記範囲の曲率半径を有する曲面に加工する方法としては、従来公知の面取り加工方法が適用でき、例えば、超電導積層体５の角部を鑢などの工具あるいは研磨装置により研磨することにより所望の曲率半径の角部となるように加工できる。なお、めっき又は蒸着により形成された第２安定化層１５Ｂはその角部が曲面状になる傾向があるので、第２安定化層１５Ｂがそのままの状態で前記範囲の曲率半径を有する曲面となっている場合、面取り加工は省略できる。なお、曲率は全側面が一致しなくてもその一部が該当する範囲の曲面を有していることで効果が得られるので、一部分であっても良い。
超電導積層体５Ｂのアスペクト比（幅／厚さ）は前記第１実施形態の高温超電導線材１０と同様である。
【００４５】
超電導積層体５Ｂの外周全体を覆う絶縁被覆層７Ｂは、超電導積層体５Ｂの外周全体に樹脂を塗布した後、焼付けすることにより形成されており、その厚さは１２μｍ以上に設定されている。超電導積層体５Ｂの角部５Ｂａの曲率半径を前記範囲とし、且つ、絶縁被覆層７Ｂの厚さを１２μｍ以上とすることにより、超電導積層体５の角部５ａを覆うように絶縁被覆層７形成用の樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体５Ｂの角部５Ｂａを含む外周全体が絶縁被覆層７Ｂにより完全に覆われた構造を実現できる。絶縁被覆層７Ｂの厚さの上限は特に限定されないが、２０μｍ以下とすることが好ましい。絶縁被覆層７Ｂの厚さを２０μｍ以下とすることにより、断面積中に示す絶縁被覆層７の面積を削減できるので、高温超電導線材１０Ｂを小型化できるとともに、高温超電導線材１０Ｂをコイル加工した場合に、オーバーオールの高い電流密度が実現できる。
【００４６】
絶縁被覆層７Ｂを構成する樹脂としては、焼付けにより層を形成できるものであれば特に限定されず、前記第１実施形態の高温超電導線材１０と同様のものが挙げられる。これらの中でも、２８０℃以下、例えば、１７０〜２８０℃の温度で焼付け可能な樹脂が好ましい。このような樹脂を用いることにより、絶縁被覆層７Ｂ形成時に、焼付け温度が高くなり過ぎることがなく、樹脂焼付け時に酸化物超電導層１３中の酸素が抜けて酸化物超電導層１３が劣化することを防止できる。
【００４７】
絶縁被覆層７Ｂ形成時の樹脂の焼付けは、１７０〜２８０℃の温度で行うことが好ましく、焼付け時間は適宜調整すればよい。このような条件で樹脂の焼付けを行うことにより、酸化物超電導層１３の劣化を抑止できる。
樹脂を塗布する方法は、特に限定されず、ディップコート法やスプレーコート法等、従来公知の方法を使用することができる。
超電導積層体５Ｂへの絶縁被覆層７Ｂの形成は、樹脂の塗布・焼付け処理を一度だけ行ってもよく、所望の厚さの絶縁被覆層７Ｂが形成されるまで樹脂の塗布・焼付け処理を複数回繰り返し行ってもよい。
【００４８】
本実施形態の高温超電導線材１０Ｂは、超電導積層体５Ｂの角部５Ｂａの曲率半径および絶縁被覆層７Ｂの厚さが所定範囲に規定されていることにより、超電導積層体５の角部５ａを覆うように絶縁被覆層７形成用の樹脂を塗布、焼付けすることができ、超電導積層体５Ｂの角部５Ｂａを含む外周全体が絶縁被覆層７Ｂにより完全に覆われた構造を実現できる。したがって、本実施形態の高温超電導線材１０Ｂは、超電導積層体５Ｂが絶縁被覆層７Ｂにより外部から封止されており、水分などが酸化物超電導層１３に浸入することを低減でき、超電導特性の劣化を抑止できる。
【００４９】
なお、図２に示す高温超電導線材１０Ｂでは積層体Ｓ１の幅方向に沿う矩形断面の４つの角部が角張っている例を示しているが、図３に示す如く積層体Ｓ１の角部を面取り加工して曲面としてもよい。図３に示す高温超電導線材１０Ｂ２において、積層体Ｓ１の角部の曲率半径は特に限定されないが、めっきにより第２安定化層１５Ｂを形成した際に、自動的に第２安定化層１５Ｂの角部が前記範囲の曲率半径を有する曲面となるように設定することが好ましい。このように予め積層体Ｓ１の角部が曲面となるように面取り加工することにより、積層体Ｓ１の外周に形成される第２安定化層１５Ｂが前記範囲の曲率半径を有する曲面とすることもできる。
【００５０】
積層体Ｓ１の角部を曲面に加工する方法としては、従来公知の面取り加工方法が適用でき、例えば、積層体Ｓ１の角部を鑢などの工具や研磨装置により研磨することにより所望の曲率半径の角部となるように加工できる。
積層体Ｓ１の角部を曲面に加工する場合、積層体Ｓ１を形成した後に角部を加工してもよく、予め基板１１の角部１１ａを曲面に加工した後に、各層を積層して積層体Ｓ１とし、さらに、第１安定化層１４の角部１４ａを曲面に加工してもよい。
【００５１】
［第３実施形態］
図４は本発明に係る高温超電導線材の第３実施形態の幅方向に沿う断面模式図である。
図４に示す高温超電導線材１０Ｃは、基板１１上に中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４とがこの順に積層されてなる超電導積層体５Ｃの外周面上に、超電導積層体５Ｃの外周面全体を覆う絶縁被覆層７Ｃが形成され構成されている。
【００５２】
本実施形態の高温超電導線材１０Ｃは、金属安定化層４Ｃが第１安定化層１４の一層よりなる点で、上記第１実施形態の高温超電導線材１０とは異なっている。図４に示す高温超電導線材１０Ｃにおいて図１に示す高温超電導線材１０と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５３】
基板１１と中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４よりなる横断面略矩形状の超電導積層体５Ｃは、その幅方向に沿う断面における角部５Ｃａが曲率半径を有する曲面とされ、角部５Ｃａの曲率半径は１４．５ｍｍ以上に設定されている。超電導積層体５Ｃの角部５Ｃａの曲率半径を１４．５ｍｍ以上とすることにより、絶縁被覆層７Ｃを形成する際に、超電導積層体５Ｃの角部５Ｃａを含む外周全体に樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体５Ｃの外周全体を覆う絶縁被覆層７Ｃを形成できる。
超電導積層体５Ｃの角部５Ｃａの曲率半径の上限は前記第１実施形態の高温超電導線材１０と同様である。
【００５４】
超電導積層体５Ｃの角部５Ｃａを前記範囲の曲率半径を有する曲面に加工する方法は前記第１実施形態の高温超電導線材１０と同様である。
超電導積層体５Ｃの角部を、前記曲率半径を有する曲面に加工する場合、超電導積層体５Ｃを形成した後に角部を加工してもよく、予め基板１１の角部１１ａを曲面に加工した後に各層を積層し、さらに、第１安定化層１４の角部１４ａを曲面に加工してもよい。
超電導積層体５Ｃのアスペクト比（幅／厚さ）は前記第１実施形態の高温超電導線材１０と同様である。
【００５５】
超電導積層体５Ｃの外周全体を覆う絶縁被覆層７Ｃは、超電導積層体５Ｃの外周全体に樹脂を塗布した後、焼付けすることにより形成されており、その厚さは１２μｍ以上に設定されている。超電導積層体５Ｃの角部５Ｃａの曲率半径を前記範囲とし、且つ、絶縁被覆層７Ｃの厚さを１２μｍ以上とすることにより、超電導積層体５Ｃの角部５Ｃａを含む外周全体が絶縁被覆層７Ｃにより覆われた構造を実現できる。絶縁被覆層７Ｃの厚さの上限は特に限定されないが、２０μｍ以下とすることが好ましい。絶縁被覆層７Ｃの厚さを２０μｍ以下とすることにより、断面積中に示す絶縁被覆層７の面積を削減できるので、高温超電導線材１０Ｃを小型化できるとともに、高温超電導線材１０Ｃをコイル加工した場合に、オーバーオールの電流密度を高くすることができる。
【００５６】
絶縁被覆層７Ｃを構成する樹脂としては、焼付けにより層を形成できるものであれば特に限定されず、前記第１実施形態の高温超電導線材１０と同様のものが挙げられる。これらの中でも、１７０〜２８０℃の温度で焼付け可能な樹脂が好ましい。このような樹脂を用いることにより、絶縁被覆層７Ｃ形成時に、焼付け温度が高くなり過ぎることがなく、樹脂焼付け時に酸化物超電導層１３中の酸素が抜けて酸化物超電導層１３が劣化することを防止できる。
【００５７】
本実施形態の高温超電導線材１０Ｃは、超電導積層体５Ｃの角部５Ｃａの曲率半径および絶縁被覆層７Ｃの厚さが所定範囲に規定されていることにより、超電導積層体５の角部５ａを覆うように絶縁被覆層７形成用の樹脂を塗布、焼付けすることができ、超電導積層体５Ｃの角部５Ｃａを含む外周全体が絶縁被覆層７Ｃにより完全に覆われた構造を実現できる。したがって、本実施形態の高温超電導線材１０Ｃは、超電導積層体５Ｃが絶縁被覆層７Ｃにより外部から封止されており、水分などが酸化物超電導層１３に浸入することを低減でき、超電導特性の劣化を抑止できる。
【００５８】
［第４実施形態］
上記第１〜第３実施形態の高温超電導線材１０、１０Ｂ、１０Ｂ２、１０Ｃは、さらに、絶縁被覆層７、７Ｂ、７Ｃの外周面を覆い、半硬化の熱硬化性樹脂よりなる半硬化樹脂層を備えていることも好ましい。以下に一例として、図３に示す高温超電導線材１０Ｂ２が半硬化樹脂層を備える場合について説明するが、本発明はこの実施形態に限定されず、上記第１〜第３実施形態の高温超電導線材のいずれも、半硬化樹脂層を有する構成とすることができる。
【００５９】
図５は本発明に係る高温超電導線材の第４実施形態の幅方向に沿う断面模式図である。
図５に示す高温超電導線材１０Ｄは、基板１１上に中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４とがこの順に積層されてなる積層体Ｓ１を中央に備え、この積層体Ｓ１の外周全体が第２安定化層１５Ｂにより覆われた横断面略矩形状の超電導積層体５Ｂの外周面上に、超電導積層体５Ｂの外周面全体を覆う絶縁被覆層７Ｂが形成され、さらに絶縁被覆層７Ｂの外周面上に絶縁被覆層７Ｂの外周全体を覆う半硬化樹脂層９が形成されている。図５に示す高温超電導線材１０Ｃにおいて図３に示す高温超電導線材１０Ｂ２と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６０】
絶縁被覆層７Ｂの外周全体を覆う半硬化樹脂層９は、図３に示す高温超電導線材１０Ｂ２の外周全体に熱硬化性樹脂を塗布した後、加熱して熱硬化性樹脂を半硬化状態とすることにより形成されている。
半硬化樹脂層９形成時の熱硬化性樹脂の加熱は、１５０〜２００℃の温度で行うことが好ましく、加熱時間は適宜調整すればよい。このような条件で熱硬化性樹脂の加熱を行うことにより、熱硬化性樹脂を半硬化状態にできるとともに、加熱により酸化物超電導層１３が劣化することを抑止できる。
【００６１】
半硬化樹脂層９の形成に使用できる熱硬化性樹脂としては、前記した加熱条件で半硬化状態になる熱硬化性樹脂であれば特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂が挙げられる。
熱硬化性樹脂を塗布する方法は、特に限定されず、ディップコート法やスプレーコート法等、従来公知の方法を使用することができる。
【００６２】
本実施形態の高温超電導線材１０Ｄをコイル加工する場合、高温超電導線材１０Ｄを巻回した後、樹脂の含浸を行わなくともそのまま加熱することにより、半硬化樹脂層９が硬化してコイル径方向に隣接する高温超電導線材１０を固定することができる。したがって、本実施形態の高温超電導線材１０Ｄより高温超電導コイルを製造することにより、コイル製造工程を簡素化できるとともに、後述の如く従来の超電導コイル製造方法と比較して、コイル径方向に隣接する高温超電導線材間の樹脂の厚さを薄くできるため、超電導コイルの電流密度を高くすることができる。
【００６３】
半硬化樹脂層９の厚さは特に限定されず、適宜調整可能であるが、２〜２０μｍとすることが好ましく、２〜５μｍとすることがより好ましい。半硬化樹脂層９の厚さを前記範囲とすることにより、高温超電導線材１０Ｄをコイル加工した場合に、オーバーオールの電流密度を高くできる。
【００６４】
次に、本発明に係る超電導コイルの一実施形態について説明する。
図６は、本発明に係る高温超電導コイルの一実施形態を示す概略斜視図である。
図６に示す高温超電導コイル５０は、第１のコイル体５１上に、第２のコイル体５２が、同軸的に積層されて構成されている。
第１のコイル体５１は、上述した本発明の高温超電導線材が同心円状、反時計回りに多数回巻回されて構成されたパンケーキ型のコイル体である。第２のコイル体５２は、上述した本発明の高温超電導線材が、同心円状、時計回りに多数回巻回されて構成されたパンケーキ型のコイル体である。
【００６５】
第１のコイル体５１の巻回終端である外周端部５１ａと、第２のコイル体５２の巻回端部である外周端部５２ａとは、互いに隣接するように配されており、外周端部５１ａ、５２ａ側では絶縁被覆層７が除去されて超電導積層体５が引き出された状態とされ、隣接配置された金属安定化層４同士が良導電性の接続板（図示略）により、電気的および機械的に接続されている。
【００６６】
本実施形態の高温超電導コイル５０を構成する高温超電導線材は、上記した本発明の高温超電導線材より構成されているため、超電導積層体５が絶縁被覆層７により外部から封止された構造であるため、酸化物超電導層１３への水分の浸入を低減でき、超電導特性が劣化を抑制できる。
【００６７】
本実施形態の高温超電導コイル５０においては、上記第４実施形態の高温超電導線材１０Ｄの如く絶縁被覆層７Ｂの外周上に半硬化樹脂層９が形成された線材より構成されることが好ましい。
図７は、本実施形態の高温超電導コイル５０が、図５に示す高温超電導線材１０Ｄより構成される場合の、コイル径方向に隣接する高温超電導線材１０Ｄの様子を模式的に示す断面図である。
【００６８】
図７に示す高温超電導コイル５０は、図５に示す高温超電導線材１０Ｄを同心円状に巻回した後に加熱することにより、高温超電導線材１０Ｄの半硬化樹脂層９を硬化させて製造できる。コイル径方向に隣接する高温超電導線材１０Ｄは、半硬化樹脂層９が硬化した硬化樹脂層９Ｇにより固定されている。
【００６９】
従来、超電導コイルの製造は、超電導線材を巻回した後に、熱硬化性樹脂に含浸させ、さらに、加熱硬化させるという工程を経て行われていた。これに対し、図６に示す本実施形態の高温超電導コイル５０は、半硬化樹脂層９を備える高温超電導線材１０Ｄを巻回した後、加熱して半硬化樹脂層９を硬化させて硬化樹脂層９Ｇとすることにより製造でき、従来のコイルにおいて必要であった熱硬化性樹脂の含浸工程を省略できる。従って、本実施形態の高温超電導コイル５０は、従来の超電導コイルと比較して、簡略化された製造工程で製造できる。また、製造工程を簡略化できるので、製造コストを抑えることができる。
【００７０】
図８（ａ）は従来の超電導コイルの一例構造における径方向に沿う部分断面図であり、図８（ｂ）は従来の超電導コイルの他の例における径方向に沿う部分断面図である。
図８（ａ）に示す超電導コイル３１０は、基板上に中間層と酸化物超電導層と金属安定化層とが順次積層された超電導線材３１１と、絶縁性の樹脂テープ３１２を重ね合わせた状態で、同心円状に巻回してコイル状とした後に、このコイル状物を熱硬化性樹脂に含浸させて加熱硬化させた樹脂層３１５により固定することにより形成される。この形態の超電導コイル３１０では、使用する樹脂テープ３１２の厚さが５０μｍを下回ると巻回時の作業性が悪くなる傾向にあり、また、樹脂テープ３１２の厚さが５０μｍを超えて厚くなり過ぎると、超電導コイル３１０の臨界電流密度が低下してしまう。さらに、超電導線材３１１の長手方向における樹脂層３１５Ａの厚さは不均一になりやすい。
【００７１】
図８（ｂ）に示す超電導コイル３２０は、基板上に中間層と酸化物超電導層と金属安定化層とが順次積層された超電導線材３２１の外周に絶縁性の樹脂テープ３２２を巻きつけたものを同心円状に巻回してコイル状とした後に、このコイル状物を熱硬化性樹脂に含浸させて加熱硬化させた樹脂層３２５により固定することにより形成される。この形態の超電導コイル３２０では、使用する樹脂テープ３２２の厚さが５０μｍを下回ると超電導線材３２１への巻き付け時の作業性が悪くなる傾向にあり、また、樹脂テープ３２２の厚さが厚くなり過ぎると、超電導コイル３２０の臨界電流密度が低下してしまう。さらに、超電導線材３２１の長手方向における樹脂層３２５Ａの厚さは不均一になりやすい。
【００７２】
本実施形態の高温超電導コイル５０は、上記した本発明に係る高温超電導線材を巻回して形成されているため、図８（ａ）および図８（ｂ）に示す超電導コイル３１０、３２０と比較して、樹脂の塗布・焼付けにより形成された絶縁被覆層７は薄く、また、熱硬化性樹脂の塗布・加熱により形成された半硬化樹脂層９の厚さは薄く、厚さのバラつきも少ない。そのため、超電導コイル５０における絶縁被覆層７および硬化樹脂層９Ｇの厚さは、図８に示す超電導コイル３１０、３２０の樹脂テープ３１２、３２２および樹脂層３１５、３２５の厚さよりも薄く、厚さのバラつきも少なくできる。従って、コイル径方向に隣接する高温超電導線材（超電導積層体５Ｂ）間の間隔を小さくできるので、絶縁樹脂層７や硬化樹脂層９Ｇの厚さが厚くなりすぎることがなく、臨界電流密度を高くすることができる超電導コイル５０となる。
【００７３】
［第５実施形態］
図９は本発明に係る高温超電導線材の第５実施形態の横断面模式図である。
図９に示す高温超電導線材１０Ｅは、基板１１の一方の面上に中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４とをこの順に積層し、この積層物の周面を第２安定化層１５Ｅで覆ってなる超電導積層体５Ｅの周面上に、絶縁被覆層７Ｅが形成されている。第２安定化層１５Ｅは基板１１の他方の面の中央部を除いて前記積層物の周面を横断面Ｃ字型をなすように覆っていて、先の第１実施形態の第２安定化層１５と同等材料からなる。第２安定化層１５Ｅにより覆われていない基板１１の他方の面の中央部は半田層２５により覆われ、半田層２５は第２安定化層１５Ｅの端縁どうしが形成する凹部を埋めるように形成されている。また、絶縁被覆層７Ｅは先の第１実施形態の絶縁被覆層７と同等のものである。
図９に示す高温超電導線材１０Ｅにおいて図１に示す高温超電導線材１０と同一の構成要素については同一の符号を付し、詳しい説明を省略する。
【００７４】
基板１１と中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４と第２安定化層１５Ｅからなる横断面略矩形状の超電導積層体５Ｅにおいて、その幅方向に沿う断面における角部５Ｅａが曲率半径を有する曲面とされ、角部５Ｅａの曲率半径は１４．５ｍｍ以上に設定されている。超電導積層体５Ｅの角部５Ｅａの曲率半径を１４．５ｍｍ以上とすることにより、絶縁被覆層７Ｅを形成する際に、超電導積層体５Ｅの角部５Ｅａを含む外周全体に樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体５Ｅの外周全体を覆う絶縁被覆層７Ｅを形成できる。超電導積層体５Ｅの角部５Ｅａの曲率半径の上限は前記第１実施形態の高温超電導線材１０と同様である。
この第５実施形態の構造においても先の第１実施形態の構造と同様の作用効果を得ることができる。
【００７５】
［第６実施形態］
図１０は本発明に係る高温超電導線材の第６実施形態の横断面模式図である。
図１０に示す高温超電導線材１０Ｆにおいて、基板１１の一方の面上に中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４とをこの順に積層し、この積層物の周面を第２安定化層１５Ｆで覆い、更にその一面上に第３安定化層１６Ｆを積層して超電導積層体５Ｆが構成されている。第２安定化層１５Ｆは基板１１の他方の面の中央部を除いて前記積層物の周面を横断面Ｃ字型をなすように覆っていて、先の第１実施形態の第２安定化層１５と同等材料からなる。第２安定化層１５Ｆにより覆われていない基板１１の他方の面の中央部は半田層２５により覆われ、半田層２５は第２安定化層１５Ｆの端縁どうしが形成する凹部を埋めるように形成されている。また、第２安定化層１５Ｆに対し半田層２５を設けた位置の外側に第２安定化層１５Ｆと同じ幅の銅テープなどからなる第３安定化層１６Ｆを沿わせて超電導積層体５Ｆが構成され、この超電導積層体５Ｆの外方に絶縁被覆層７Ｅが形成されている。図１０に示す高温超電導線材１０Ｆにおいて図９に示す高温超電導線材１０Ｅと同一の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を略する。
【００７６】
基板１１と中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４と第２安定化層１５Ｆと第３安定化層１６Ｆよりなる横断面略矩形状の超電導積層体５Ｆにおいて、その幅方向に沿う断面における角部５Ｆａが曲率半径を有する曲面とされ、角部５Ｆａの曲率半径は１４．５ｍｍ以上に設定されている。超電導積層体５Ｆの角部５Ｆａの曲率半径を１４．５ｍｍ以上とすることにより、絶縁被覆層７Ｅを形成する際に、超電導積層体５Ｆの角部５Ｆａを含む外周全体に樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体５Ｆの外周全体を覆う絶縁被覆層７Ｅを形成できる。超電導積層体５Ｆの角部５Ｆａの曲率半径の上限は前記先の実施形態の高温超電導線材１０Ｅと同様である。なお、本実施形態では、超電導積層体５Ｆの４つの角部のうち、第２安定化層１５Ｆによって２つの角部が構成され、第３安定化層１６Ｆによって他の２つの角部が構成されている。なお、図１０に示す構造においては、第３安定化層１６Ｆを半田層２５の外側に配置したが、第３安定化層１６Ｆを酸化物超電導層１３に近い側に配置しても良い。即ち、第１安定化層１４の外側に積層された第２安定化層１５Ｆの外側に接するように第３安定化層１６Ｆが積層されていても良い。酸化物超電導層１３に近い位置に第３安定化層１６Ｆを配置した方が超電導特性の安定化の面では有利である。
この第６実施形態の構造においても先の第１実施形態の構造と同様の作用効果を得ることができる。
【００７７】
［第７実施形態］
図１１は本発明に係る高温超電導線材の第７実施形態の横断面模式図である。
図１１に示す高温超電導線材１０Ｇは、基板１１の一方の面上に中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４とをこの順に積層し、基板１１の他方の面上にスズ箔をフォーミングすることにより接合層１７を形成してなる積層物の周面を第２安定化層１５Ｇで覆ってなる超電導積層体５Ｇの周面上に、絶縁被覆層７Ｅが形成されている。第２安定化層１５Ｇは基板１１の他方の面側の中央部を除いて前記積層物の周面を横断面Ｃ字型をなすように覆っていて、先の第１実施形態の第２安定化層１５と同等材料からなる。第２安定化層１５Ｅにより覆われていない基板１１の他方の面側の接合層１７の中央部は半田層２５により覆われ、半田層２５は第２安定化層１５Ｇの端縁どうしが形成する凹部を埋めるように形成されている。なお、接合層１７と半田層２５を同一材料で構成することも可能なので、同一材料で構成する場合は接合層１７と半田層２５は一体構造とされる。
図１１に示す高温超電導線材１０Ｇにおいて図９に示す高温超電導線材１０Ｅと同一の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明を略する。
【００７８】
基板１１と中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４と接合層１７と第２安定化層１５Ｇからなる横断面略矩形状の超電導積層体５Ｇにおいて、その幅方向に沿う断面における角部５Ｇａが曲率半径を有する曲面とされ、角部５Ｇａの曲率半径は１４．５ｍｍ以上に設定されている。超電導積層体５Ｇの角部５Ｇａの曲率半径を１４．５ｍｍ以上とすることにより、絶縁被覆層７Ｅを形成する際に、超電導積層体５Ｇの角部５Ｇａを含む外周全体に樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体５Ｇの外周全体を覆う絶縁被覆層７Ｅを形成できる。超電導積層体５Ｇの角部５Ｇａの曲率半径の上限は先の実施形態の高温超電導線材１０Ｅと同様である。
この第７実施形態の構造においても先の第１実施形態の構造と同様の作用効果を得ることができる。
【００７９】
［第８実施形態］
図１２は本発明に係る高温超電導線材の第８実施形態の横断面模式図である。
図１２に示す高温超電導線材１０Ｈにおいて、基板１１の一方の面上に中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４とをこの順に積層し、基板１１の他方の面にスズ箔をフォーミングすることにより接合層１７を形成してなる積層物の周面を第２安定化層１５Ｈで覆い、更にその一面上に第３安定化層１６Ｈを積層して超電導積層体５Ｈが構成されている。第２安定化層１５Ｈは基板１１の他方の面の接合層１７の外側中央部を除いて前記積層物の周面を横断面Ｃ字型をなすように覆っていて、先の第１実施形態の第２安定化層１５と同等材料からなる。第２安定化層１５Ｈにより覆われていない接合層１７の外側中央部は半田層２５により覆われ、半田層２５は第２安定化層１５Ｈの端縁どうしが形成する凹部を埋めるように形成されている。また、第２安定化層１５Ｈに対し半田層２５を設けた位置の外側にＣ字型の第２安定化層１５Ｈと同じ幅の銅テープなどからなる第３安定化層１６Ｈを沿わせて超電導積層体５Ｈが構成され、この超電導積層体５Ｈの外方に絶縁被覆層７Ｅが形成されている。
図１２に示す高温超電導線材１０Ｈにおいて図９に示す高温超電導線材１０Ｅと同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８０】
基板１１と中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４と第２安定化層１５Ｈと第３安定化層１６Ｈよりなる横断面略矩形状の超電導積層体５Ｈは、その幅方向に沿う断面における角部５Ｈａが曲率半径を有する曲面とされ、角部５Ｈａの曲率半径は１４．５ｍｍ以上に設定されている。超電導積層体５Ｈの角部５Ｈａの曲率半径を１４．５ｍｍ以上とすることにより、絶縁被覆層７Ｅを形成する際に、超電導積層体５Ｈの角部５Ｈａを含む外周全体に樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体５Ｈの外周全体を覆う絶縁被覆層７Ｅを形成できる。超電導積層体５Ｈの角部５Ｈａの曲率半径の上限は前記先の実施形態の高温超電導線材１０Ｅと同様である。なお、図１２に示す構造においては、第３安定化層１６Ｈを半田層２５の外側に配置したが、第３安定化層１６Ｈを酸化物超電導層１３に近い側に配置しても良い。即ち、第１安定化層１４の外側に積層された第２安定化層１５Ｆの外側に接するように第３安定化層１６Ｈが積層されていても良い。
この第８実施形態の構造においても先の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
［第９実施形態］
図１３は本発明に係る高温超電導線材の第９実施形態の横断面模式図である。
図１３に示す高温超電導線材１０Ｊにおいて、基板１１の一方の面上に中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４とをこの順に積層してなる超電導積層体５Ｊの外周面上に、超電導積層体５Ｊの一側面中央側に端縁を突き合わせて半田付けあるいは溶接して全体を横断面Ｃ字型をなして覆う第２の安定化層１５Ｊが形成され、更にその外方に絶縁被覆層７Ｅが形成されている。なお、第２の安定化層１５Ｊは、先の第１実施形態の第２安定化層１５と同等材料からなる。
図１３に示す高温超電導線材１０Ｊにおいて図９に示す高温超電導線材１０Ｅと同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００８２】
基板１１と中間層１２と酸化物超電導層１３と第１安定化層１４と第２安定化層１５Ｊからなる横断面略矩形状の超電導積層体５Ｊは、その幅方向に沿う断面における角部５Ｊａが曲率半径を有する曲面とされ、角部５Ｊａの曲率半径は１４．５ｍｍ以上に設定されている。超電導積層体５Ｊの角部５Ｊａの曲率半径を１４．５ｍｍ以上とすることにより、絶縁被覆層７Ｅを形成する際に、超電導積層体５Ｊの角部５Ｊａを含む外周全体に樹脂を塗布・焼付けすることができ、超電導積層体５Ｊの外周全体を覆う絶縁被覆層７Ｅを形成できる。超電導積層体５Ｊの角部５Ｊａの曲率半径の上限は前記先の実施形態の高温超電導線材１０Ｅと同様である。
この第９実施形態の構造においても先の第１実施形態の構造と同様の作用効果を得ることができる。
以上、本発明の高温超電導線材および高温超電導コイルについて説明したが、上記実施形態において、高温超電導線材および高温超電導コイルを構成する各部一例であって、本発明の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００８３】
以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例および比較例における評価方法は以下の通りである。
【００８４】
以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例および比較例における評価方法は以下の通りである。
【００８５】
［１］外観
外観の目視、および、マイクロメータによる寸法測定により、高温超電導線材における絶縁被覆層の被覆状態を確認した。外観（被覆）に異常が無い場合を「○」、被覆されているが被覆厚が薄い部分がある場合を「△」、被覆されておらず露出している箇所がある場合を「×」と判定した。
【００８６】
［２］超電導特性
絶縁被覆層を形成前の超電導積層体の７７Ｋにおける臨界電流値Ｉｃ０と、絶縁被覆層を形成後の高温超電導線材の７７Ｋにおける臨界電流値Ｉｃを測定し、絶縁被覆層の形成前後の臨界電流値の比率Ｉｃ／Ｉｃ０を求め、Ｉｃ／Ｉｃ０が０．９５以上の場合を「○」、Ｉｃ／Ｉｃ０が０．９５未満の場合を「×」と判定した。
【００８７】
［３］耐溶剤試験
ＪＩＳ Ｃ ３００３の標準溶媒を使用し、６０℃の溶剤（キシレン）中に高温超電導線材を３０分間浸漬した後の、高温超電導線材の絶縁被覆層の有無を目視又は光学顕微鏡で観察した。
被覆に異常が無い場合を「○」、被覆が溶融しているなどの異常がある場合を「×」と判定した。
【００８８】
［４］耐薬品試験
ＪＩＳ Ｃ ３００３に準拠し、室温の希硫酸中に高温超電導線材を２４時間浸漬した後、高温超電導線材の絶縁被覆層の被覆状態を目視又は光学顕微鏡で確認した。
被覆に異常が無い場合を「○」、被覆が溶融しているなどの異常がある場合を「×」と判定した。
【００８９】
（実施例１：サンプル１〜５）
幅５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基板上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（拡散防止層；膜厚１５０ｎｍ）を成膜した上に、イオンビームスパッタ法によりＹ２Ｏ３（ベッド層；膜厚２０ｎｍ）を成膜した。次いで、このベッド層上に、イオンビームアシストスパッタ法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（中間層；膜厚１０ｎｍ）を形成した上に、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）により１．０μｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（酸化物超電導層）を形成し、さらに酸化物超電導層上にスパッタ法により８μｍ厚の銀層（第１安定化層）を形成した。その後、０．１ｍｍ厚の銅テープ（第２安定化層）を錫半田（融点２３０℃）により銀層上に積層し、この積層体の幅方向の角部（四隅）に対して研磨することにより幅方向に沿う断面の角部の曲率半径を１４．５ｍｍとして、幅５ｍｍ、厚さ０．２１ｍｍ、アスペクト比２４の超電導積層体を作製した。
【００９０】
次に、作製した超電導積層体に、表１に示す焼付温度で、３０分間、ホルマール樹脂（チッソ社製、ビニレックＦ）を焼き付けて、厚さ２０μｍの絶縁被覆層を形成して図１に示す構造の高温超電導線材を作製した。
作製したサンプル１〜５の高温超電導線材について、外観、超電導特性、耐溶剤試験の評価を行った結果を表１に併記した。
【００９１】
【表１】
【００９２】
表１の結果より、第２安定化層を銅テープの貼り合わせで形成した実施例１の高温超電導線材では、サンプル２〜４に示す如く絶縁被覆層形成時の樹脂の焼付けを１７０〜２００℃で行うことにより、良好な外観、超電導特性および耐溶剤性となっていた。
これに対し、焼付け温度が１５５℃のサンプル５では、絶縁被覆層形成時の樹脂の焼付けが充分ではなく、形成された絶縁被覆層の耐溶剤性が低くなっていた。また、焼付け温度が２３０℃のサンプル１では、樹脂の焼付け時に錫半田が溶融して銅テープの剥離が起こり、外観および超電導特性が劣化していた。
この結果より、本発明の高温超電導線材において第２安定化層が金属テープの張り合わせにより形成されている場合は、１７０〜２００℃の温度で焼付け可能な樹脂より絶縁被覆層が形成されていることが好ましいことが明らかである。
【００９３】
（実施例２：サンプル６〜１２）
幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基板上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（拡散防止層；膜厚１５０ｎｍ）を成膜した上に、イオンビームスパッタ法によりＹ２Ｏ３（ベッド層；膜厚２０ｎｍ）を成膜した。次いで、このベッド層上に、イオンビームアシストスパッタ法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（中間層；膜厚１０ｎｍ）を形成した上に、ＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（酸化物超電導層）を形成し、さらに酸化物超電導層上にスパッタ法により８μｍ厚の銀層（第１安定化層）を形成して積層体を作製した。その後、この積層体を硫酸銅水溶液のめっき浴に浸漬して電気めっきを行うことにより、積層体の外周面上に厚さ２０μｍの銅層（第２安定化層）を形成することにより幅方向に沿う断面の角部の曲率半径２５ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍ、アスペクト比６６の超電導積層体を作製した。
【００９４】
次に、作製した超電導積層体に、表２に示す焼付温度で、３０分間、ホルマール樹脂（チッソ社製、ビニレックＦ）を焼き付けて、厚さ２０μｍの絶縁被覆層を形成して図２に示す構造の高温超電導線材を作製した。
作製したサンプル６〜１２の高温超電導線材について、外観、超電導特性、耐溶剤試験の評価を行った結果を表２に併記した。
【００９５】
【表２】
【００９６】
表２の結果より、第２安定化層をめっきにより形成した実施例２の高温超電導線材では、サンプル７〜１１に示す如く絶縁被覆層形成時の樹脂の焼付けを１７０〜２８０℃で行うことにより、良好な外観、超電導特性および耐溶剤性となっていた。
これに対し、焼付け温度が１５５℃のサンプル１２では、絶縁被覆層形成時の樹脂の焼付けが充分ではなく、形成された絶縁被覆層の耐溶剤性が低くなっていた。また、焼付け温度が３００℃のサンプル６では、樹脂の焼付け時に酸化物超電導層から酸素が抜けて劣化し、超電導特性が劣化していた。
【００９７】
この結果より、本発明の高温超電導線材において第２安定化層がめっきにより形成されている場合は、１７０〜２８０℃の温度で焼付け可能な樹脂より絶縁被覆層が形成されていることが好ましいことが明らかである。
【００９８】
（実施例３：サンプル１３〜１９）
幅５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基板上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（拡散防止層；膜厚１５０ｎｍ）を成膜した上に、イオンビームスパッタ法によりＹ２Ｏ３（ベッド層；膜厚２０ｎｍ）を成膜した。次いで、このベッド層上に、イオンビームアシストスパッタ法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（中間層；膜厚１０ｎｍ）を形成した上に、ＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（酸化物超電導層）を形成し、さらに酸化物超電導層上にスパッタ法により８μｍ厚の銀層（第１安定化層）を形成した。その後、０．１ｍｍ厚の銅テープ（第２安定化層）を錫半田（融点２３０℃）により銀層上に積層し、この積層体の幅方向の角部（四隅）に対して研磨することにより、角部の曲率半径を表３に示す値として、幅５ｍｍ、厚さ０．２１ｍｍ、アスペクト比２４の超電導積層体を作製した。
【００９９】
次に、作製した超電導積層体に、１８５℃で、３０分間、ホルマール樹脂（チッソ社製、ビニレックＦ）を焼き付けて、表３に示す厚さの絶縁被覆層を形成して図１に示す構造の高温超電導線材を作製した。なお、絶縁被覆層の厚さは、焼付け回数を調整することにより行った。
作製したサンプル１３〜１９の高温超電導線材について、外観、超電導特性、耐薬品試験の評価を行った結果を表３に併記した。
【０１００】
【表３】
【０１０１】
表３の結果より、本発明に係るサンプル１５〜１９の高温超電導線材では、超電導積層体の幅方向に沿う断面の角部の曲率半径を１４．５ｍｍ以上とし、且つ、絶縁被覆層の厚さを１２μｍ以上とすることにより、良好な外観、超電導特性および耐薬品性となっていた。
これに対し、絶縁被覆層の厚さが２０μｍであり本発明所定範囲を満たすが、角部の曲率半径が１２ｍｍであり本発明所定範囲よりも小さいサンプル１３では、角部が被覆されていないために、角部から薬品が浸み込んで耐薬品性が低くなっていた。また、角部の曲率半径が１４．５ｍｍであり本発明所定範囲を満たすが、絶縁被覆層の厚さが７μｍであり本発明所定範囲よりも薄いサンプル１４では、外観試験では角部が辛うじて被覆されており△判定であったが、耐薬品試験の結果が悪くなっており、角部が完全には被覆されていないことが明らかとなった。
【０１０２】
（実施例４：サンプル２０〜２２）
幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基板上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（拡散防止層；膜厚１５０ｎｍ）を成膜した上に、イオンビームスパッタ法によりＹ２Ｏ３（ベッド層；膜厚２０ｎｍ）を成膜した。次いで、このベッド層上に、イオンビームアシストスパッタ法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（中間層；膜厚１０ｎｍ）を形成した上に、ＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（酸化物超電導層）を形成し、さらに酸化物超電導層上にスパッタ法により８μｍ厚の銀層（第１安定化層）を形成して積層体を作製した。その後、この積層体を硫酸銅水溶液のめっき浴に浸漬して電気めっきを行うことにより、積層体の外周面上に厚さ２０μｍの銅層（第２安定化層）を形成し、この積層体の幅方向の角部（四隅）に対して研磨することにより幅方向に沿う断面の角部の曲率半径を表４に示す値として、幅１０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍ、アスペクト比６６の超電導積層体を作製した。
【０１０３】
次に、作製した超電導積層体に、１８５℃で、３０分間、ホルマール樹脂（例えばチッソ社製、ビニレックＦ）を焼き付けて、厚さ１５μｍの絶縁被覆層を形成して図２に示す構造の高温超電導線材を作製した。
作製したサンプル２０〜２２の高温超電導線材について、外観、超電導特性、耐薬品試験の評価を行った結果を表４に併記した。
【０１０４】
【表４】
【０１０５】
表４の結果より、本発明に係るサンプル２０〜２２の高温超電導線材では、超電導積層体の幅方向に沿う断面の角部の曲率半径を１４．５ｍｍ以上とし、且つ、絶縁被覆層の厚さを１２μｍ以上とすることにより、良好な外観、超電導特性および耐薬品性となっていた。
【０１０６】
（実施例５：サンプル２３〜２５）
幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基板上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（拡散防止層；膜厚１５０ｎｍ）を成膜した上に、イオンビームスパッタ法によりＹ２Ｏ３（ベッド層；膜厚２０ｎｍ）を成膜した。次いで、このベッド層上に、イオンビームアシストスパッタ法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（中間層；膜厚１０ｎｍ）を形成した上に、ＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（酸化物超電導層）を形成し、さらに酸化物超電導層上にスパッタ法により８μｍ厚の銀層（第１安定化層）を形成して積層体を作製した。その後、この積層体の幅方向の角部（四隅）に対して研磨することにより幅方向に沿う断面の角部の曲率半径を表５に示す値として、幅１０ｍｍ、厚さ０．１１ｍｍ、アスペクト比９１の超電導積層体を作製した。
【０１０７】
次に、作製した超電導積層体に、１８５℃で、３０分間、ホルマール樹脂（例えばチッソ社製、ビニレックＦ）を焼き付けて、厚さ１５μｍの絶縁被覆層を形成して図４に示す構造の高温超電導線材を作製した。
作製したサンプル２３〜２５の高温超電導線材について、外観、超電導特性、耐薬品試験の評価を行った結果を表５に併記した。
【０１０８】
【表５】
【０１０９】
表５の結果より、本発明に係るサンプル２３〜２５の高温超電導線材では、超電導積層体の幅方向に沿う断面の角部の曲率半径を１４．５ｍｍ以上とし、且つ、絶縁被覆層の厚さを１２μｍ以上とすることにより、良好な外観、超電導特性および耐薬品性となっていた。
【０１１０】
（実施例６）
幅５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基板上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（拡散防止層；膜厚１５０ｎｍ）を成膜した上に、イオンビームスパッタ法によりＹ２Ｏ３（ベッド層；膜厚２０ｎｍ）を成膜した。次いで、このベッド層上に、イオンビームアシストスパッタ法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（中間層；膜厚１０ｎｍ）を形成した上に、ＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（酸化物超電導層）を形成し、さらに酸化物超電導層上にスパッタ法により８μｍ厚の銀層（第１安定化層）を形成した。その後、０．１ｍｍ厚の銅テープ（第２安定化層）を錫半田（融点２３０℃）により銀層上に積層し、この積層体の幅方向の角部（四隅）に対して研磨することにより幅方向に沿う断面の角部の曲率半径を１４．５ｍｍとして、幅５ｍｍ、厚さ０．２１ｍｍ、アスペクト比２４の超電導積層体を作製した。
【０１１１】
次に、作製した超電導積層体に、１８５℃で、３０分間、ホルマール樹脂（例えばチッソ社製、ビニレックＦ）を焼き付けて、厚さ１５μｍの絶縁被覆層を形成して図１に示す構造の高温超電導線材を作製した。
【０１１２】
（比較例１）
絶縁被覆層を形成しなかったこと以外は、実施例６と同様にして高温超電導線材を作製した。
【０１１３】
実施例６および比較例１の高温超電導線材について、温度１２６℃、湿度８５％、２気圧の高温高湿下に０〜４８時間放置する耐湿試験を行い、試験前の臨界電流値Ｉｃ０（７７Ｋ）に対する試験後の臨界電流値Ｉｃ（７７Ｋ）の比率Ｉｃ／Ｉｃ０を求めた。結果を図１４にプロットした。図１４において、Ｉｃ／Ｉｃ０が１．０に近いほど、超電導特性の保持率が高く、耐湿性が高いことを示す。
図１４の結果より、実施例６の高温超電導線材は、絶縁被覆層を備える構成であることにより、絶縁被覆層を有さない比較例１と比較して、超電導特性の保持率が高く、耐湿性が高くなっていた。
【０１１４】
（実施例７）
幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基板上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（拡散防止層；膜厚１５０ｎｍ）を成膜した上に、イオンビームスパッタ法によりＹ２Ｏ３（ベッド層；膜厚２０ｎｍ）を成膜した。次いで、このベッド層上に、イオンビームアシストスパッタ法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（中間層；膜厚１０ｎｍ）を形成した上に、ＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（酸化物超電導層）を形成し、さらに酸化物超電導層上にスパッタ法により８μｍ厚の銀層（第１安定化層）を形成して積層体を作製した。その後、この積層体を硫酸銅水溶液のめっき浴に浸漬して電気めっきを行うことにより、積層体の外周面上に厚さ２０μｍの銅層（第２安定化層）を形成し、この積層体の幅方向の角部（四隅）に対して研磨することにより幅方向に沿う断面の角部の曲率半径を１４．５ｍｍとして、幅１０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍ、アスペクト比６６の超電導積層体を作製した。
【０１１５】
次に、作製した超電導積層体に、１８５℃で、３０分間、ホルマール樹脂（例えばチッソ社製、ビニレックＦ）を焼き付けて、厚さ１５μｍの絶縁被覆層を形成した。続いて、形成した絶縁被覆層の外周面上にエポキシ含有樹脂（東特塗料社製、ＴＣＶＵ２）を塗布して１５０〜１６０℃にて２０分間加熱することにより、エポキシ樹脂を半硬化状態として厚さ５μｍの半硬化樹脂層を形成して図５に示す高温超電導線材を作製した。
【０１１６】
作製した高温超電導線材を内径７０ｍｍとして同心円状に１００回巻回させ、この状態で１５０℃にて１８０分間加熱して半硬化樹脂層を硬化させて、図７に示す内部構造を有するコイル体を作成した。次に、同様の手順でコイル体をもう１個作製し、得られた２個のコイル体を図６に示す如く同軸的に積層させることにより、高さ２０．１ｍｍ、総ターン数２００ターン（１００ターン×２）の高温超電導コイルを作製した。
【０１１７】
（実施例８）
ホルマール樹脂の焼付回数を調整して絶縁被覆層の厚さを２０μｍとしたこと以外は実施例６と同様にして、高さ２０．１ｍｍ、総ターン数２００ターン（１００ターン×２）の高温超電導コイルを作製した。
【０１１８】
（比較例２）
幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基板上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（拡散防止層；膜厚１５０ｎｍ）を成膜した上に、イオンビームスパッタ法によりＹ２Ｏ３（ベッド層；膜厚２０ｎｍ）を成膜した。次いで、このベッド層上に、イオンビームアシストスパッタ法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（中間層；膜厚１０ｎｍ）を形成した上に、ＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（酸化物超電導層）を形成し、さらに酸化物超電導層上にスパッタ法により８μｍ厚の銀層（第１安定化層）を形成して積層体を作製した。その後、この積層体を硫酸銅水溶液のめっき浴に浸漬して電気めっきを行うことにより、積層体の外周面上に厚さ２０μｍの銅層（第２安定化層）を形成することにより、幅１０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍ、アスペクト比６６の超電導線材を作製した。
【０１１９】
次に、作製した超電導線材の外周面に、厚さ１２．５μｍのポリイミドテープを２枚重ねた状態で巻き付けて、絶縁テープ付き超電導線材を作製した。なお、超電導線材の長手方向に隣接するポリイミドテープは、その幅方向端部同士が重なり合わずに隙間無く接する状態となるように、ポリイミドテープを巻き付けた。
次いで、作製した絶縁テープ付き超電導線材を内径７０ｍｍとして同心円状に１００回巻回させ、この状態で熱硬化性樹脂中に浸漬して含浸させた後、さらに、８０℃にて１２時間加熱することにより、熱硬化性樹脂を硬化させて、図１７（ｂ）に示す内部構造を有するコイル体を作成した。次に、同様の手順でコイル体をもう１個作製し、得られた２個のコイル体を図６に示す如く同軸的に積層させることにより、高さ２１．０ｍｍ、総ターン数２００ターン（１００ターン×２）の高温超電導コイルを作製した。
【０１２０】
（比較例３）
比較例２と同様の手法で幅１０ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍ、アスペクト比６６の超電導線材を作製した。
次に、作製した超電導線材の銀層側の銅層上に、厚さ５０μｍ、幅１０ｍｍのポリイミドテープを１枚重ねた状態として、内径７０ｍｍとして同心円状に１００回巻回（共巻き）し、この状態で熱硬化性樹脂中に浸漬して含浸させた後、さらに、８０℃にて１２時間加熱することにより、熱硬化性樹脂を硬化させて、図１７（ａ）に示す内部構造を有するコイル体を作成した。次に、同様の手順でコイル体をもう１個作製し、得られた２個のコイル体を図６に示す如く同軸的に積層させることにより、高さ２０．５ｍｍ、総ターン数２００ターン（１００ターン×２）の高温超電導コイルを作製した。
【０１２１】
実施例７、８および比較例２、３の高温超電導コイルについて、２０Ｋにおいて３００Ａの電流を通電した際の、各高温超電導コイルの臨界電流密度（Ａ／ｍｍ２）および中心磁界（Ｔ）を測定した。結果を表６に示す。また、実施例７、８および比較例２、３のコイル寸法と使用線材長も表６に併記した。
【０１２２】
【表６】
【０１２３】
表６の結果より、本発明に係る実施例７の高温超電導コイルでは、比較例２および３と比較して、同じ通電電流に対して電流密度が大きくなるため、中心磁界が強くなることが確認された。また、実施例７の超電導コイルは、絶縁被覆層およびコイルを固定する樹脂層の厚さが比較例２，３の高温超電導コイルよりも薄いため、比較例２、３の高温超電導コイルよりも、コイル外径が小さく、使用線材長も少なくなっていた。
本発明に係る実施例８の高温超電導コイルは、比較例３の高温超電導コイルと比較して、同じ通電電流に対して電流密度が大きくなるため、中心磁界が強くなることが確認された。また、実施例８の高温超電導コイルは、比較例２、３の高温超電導コイルよりもコイル高さが小さくなっており、コイルを小型化できていた。
さらに、実施例７、８の高温超電導コイルは、比較例２、３の高温超電導コイルよりも簡素化された工程で製造されており、比較例２、３のように熱硬化性樹脂の硬化時間に長時間を要さず、良好な生産性で製造可能であることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明は、例えば超電導モータ、限流器など、各種超電導機器に用いられる超電導コイルに利用することができる。
【符号の説明】
【０１２５】
４、４Ｂ、４Ｃ…金属安定化層、５、５Ｂ、５Ｃ…超電導積層体、５ａ、５Ｂａ、５Ｃａ…角部、７、７Ｂ、７Ｃ…絶縁被覆層、９…半硬化樹脂層、９Ｇ…硬化樹脂層、１０、１０Ｂ、１０Ｂ２、１０Ｃ、１０Ｄ…高温超電導線材、１１…基板、１２…中間層、１３…酸化物超電導層、１４…第１安定化層層、１５、１５Ｂ…第２安定化層、５０…高温超電導コイル、５１…第１のコイル体、５２…第２のコイル体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と中間層と酸化物超電導層と金属安定化層とが積層された超電導積層体と、前記超電導積層体の外周面を覆い、樹脂の焼付けにより形成された絶縁被覆層とを備え、
前記超電導積層体の幅方向に沿う断面における角部が曲率半径を有する曲面とされ、前記絶縁被覆層の厚さが１２μｍ以上であり、前記角部の曲率半径が１４．５ｍｍ以上であることを特徴とする高温超電導線材。
【請求項２】
前記金属安定化層が、第１安定化層上に第２安定化層を積層した構造であり、前記第２安定化層が半田を介した金属テープの貼り合わせにより形成され、前記絶縁被覆層が１７０℃〜２００℃の温度で焼付け可能な樹脂より形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の高温超電導線材。
【請求項３】
前記金属安定化層が、第１安定化層上に第２安定化層を積層した構造であり、前記第２安定化層がめっき又は蒸着により形成され、前記絶縁被覆層が１７０℃〜２８０℃の温度で焼付け可能な樹脂より形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の高温超電導線材。
【請求項４】
前記絶縁被覆層の外周面を覆い、半硬化の熱硬化性樹脂よりなる半硬化樹脂層を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の高温超電導線材。
【請求項５】
前記金属安定化層が、第１安定化層上に第２安定化層を積層した構造であり、前記第２安定化層が前記超電導積層体の幅方向に沿う断面における４つの角部を占めるように配置され、前記第２安定化層の角部が前記曲率半径を有する曲面とされたことを特徴とする請求項１に記載の高温超電導線材。
【請求項６】
前記金属安定化層が、第１安定化層上に第２安定化層と第３安定化層を備えた構造であり、前記第２安定化層が前記超電導積層体の幅方向に沿う断面における２つの角部を占めるように、前記第３安定化層が前記超電導積層体の幅方向に沿う断面における残り２つの角部を占めるように配置され、前記第２安定化層の２つの角部と前記第３安定化層の２つの角部が前記曲率半径を有する曲面とされたことを特徴とする請求項１に記載の高温超電導線材。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の高温超電導線材を巻回してなることを特徴とする高温超電導コイル。
【請求項８】
請求項４に記載の高温超電導線材を巻回してなり、コイル径方向に隣接する前記高温超電導線材間に、前記半硬化樹脂層を加熱硬化させてなる樹脂層を備えることを特徴とする高温超電導コイル。
【請求項１】
基板と中間層と酸化物超電導層と金属安定化層とが積層された超電導積層体と、前記超電導積層体の外周面を覆い、樹脂の焼付けにより形成された絶縁被覆層とを備え、
前記超電導積層体の幅方向に沿う断面における角部が曲率半径を有する曲面とされ、前記絶縁被覆層の厚さが１２μｍ以上であり、前記角部の曲率半径が１４．５ｍｍ以上であることを特徴とする高温超電導線材。
【請求項２】
前記金属安定化層が、第１安定化層上に第２安定化層を積層した構造であり、前記第２安定化層が半田を介した金属テープの貼り合わせにより形成され、前記絶縁被覆層が１７０℃〜２００℃の温度で焼付け可能な樹脂より形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の高温超電導線材。
【請求項３】
前記金属安定化層が、第１安定化層上に第２安定化層を積層した構造であり、前記第２安定化層がめっき又は蒸着により形成され、前記絶縁被覆層が１７０℃〜２８０℃の温度で焼付け可能な樹脂より形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の高温超電導線材。
【請求項４】
前記絶縁被覆層の外周面を覆い、半硬化の熱硬化性樹脂よりなる半硬化樹脂層を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の高温超電導線材。
【請求項５】
前記金属安定化層が、第１安定化層上に第２安定化層を積層した構造であり、前記第２安定化層が前記超電導積層体の幅方向に沿う断面における４つの角部を占めるように配置され、前記第２安定化層の角部が前記曲率半径を有する曲面とされたことを特徴とする請求項１に記載の高温超電導線材。
【請求項６】
前記金属安定化層が、第１安定化層上に第２安定化層と第３安定化層を備えた構造であり、前記第２安定化層が前記超電導積層体の幅方向に沿う断面における２つの角部を占めるように、前記第３安定化層が前記超電導積層体の幅方向に沿う断面における残り２つの角部を占めるように配置され、前記第２安定化層の２つの角部と前記第３安定化層の２つの角部が前記曲率半径を有する曲面とされたことを特徴とする請求項１に記載の高温超電導線材。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の高温超電導線材を巻回してなることを特徴とする高温超電導コイル。
【請求項８】
請求項４に記載の高温超電導線材を巻回してなり、コイル径方向に隣接する前記高温超電導線材間に、前記半硬化樹脂層を加熱硬化させてなる樹脂層を備えることを特徴とする高温超電導コイル。
【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】
【公開番号】特開２０１２−２１６５０４（Ｐ２０１２−２１６５０４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−４２４３１（Ｐ２０１２−４２４３１）
【出願日】平成２４年２月２８日（２０１２．２．２８）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月２８日（２０１２．２．２８）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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