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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022053796
(43)【公開日】2022-04-06
(54)【発明の名称】酸化物超電導線材
(51)【国際特許分類】
H01B 12/06 20060101AFI20220330BHJP
C01G 1/00 20060101ALI20220330BHJP
C01G 3/00 20060101ALI20220330BHJP
【ＦＩ】
H01B12/06
C01G1/00 S
C01G3/00
【審査請求】有
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020160613
(22)【出願日】2020-09-25
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2021-08-11
(71)【出願人】
【識別番号】000005186
【氏名又は名称】株式会社フジクラ
(74)【代理人】
【識別番号】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100126882
【弁理士】
【氏名又は名称】五十嵐 光永
(74)【代理人】
【識別番号】100160093
【弁理士】
【氏名又は名称】小室 敏雄
(74)【代理人】
【識別番号】100169764
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 雄一郎
(72)【発明者】
【氏名】吉田 朋
【テーマコード（参考）】
4G047
5G321
【Ｆターム（参考）】
4G047JA04
4G047JA05
4G047JC02
4G047JC10
4G047KG01
4G047KG04
4G047LA02
4G047LA07
5G321AA02
5G321AA04
5G321AA05
5G321BA01
5G321CA18
5G321CA24
5G321CA41
5G321CA50
5G321CA99
(57)【要約】
【課題】超電導層と保護層との間の層間抵抗を低減する酸化物超電導線材を提供する。
【解決手段】酸化物超電導線材１Ａは、基材１０と、超電導層１２と、保護層１３と、を備える。保護層１３は、超電導層１２と接する。超電導層１２は、基材１０の主面に対する垂直方向にａ軸が配向しているａ軸配向粒を含み、超電導層１２を構成する結晶粒の全体に対するａ軸配向粒の割合を表すａ軸配向粒率は４．１～１１．９％の範囲にある。
【選択図】図１
【解決手段】酸化物超電導線材１Ａは、基材１０と、超電導層１２と、保護層１３と、を備える。保護層１３は、超電導層１２と接する。超電導層１２は、基材１０の主面に対する垂直方向にａ軸が配向しているａ軸配向粒を含み、超電導層１２を構成する結晶粒の全体に対するａ軸配向粒の割合を表すａ軸配向粒率は４．１～１１．９％の範囲にある。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
主面を有する基材と、
前記基材の上方に設けられ、希土類系高温超電導体によって構成された超電導層と、
前記超電導層上に設けられ、前記超電導層に接する保護層と、
を備え、
前記超電導層は、前記基材の前記主面に対する垂直方向にａ軸が配向しているａ軸配向粒を含み、
前記超電導層を構成する結晶粒の全体に対する前記ａ軸配向粒の割合を表すａ軸配向粒率は、４．１～１１．９％の範囲にある、
酸化物超電導線材。
前記基材の上方に設けられ、希土類系高温超電導体によって構成された超電導層と、
前記超電導層上に設けられ、前記超電導層に接する保護層と、
を備え、
前記超電導層は、前記基材の前記主面に対する垂直方向にａ軸が配向しているａ軸配向粒を含み、
前記超電導層を構成する結晶粒の全体に対する前記ａ軸配向粒の割合を表すａ軸配向粒率は、４．１～１１．９％の範囲にある、
酸化物超電導線材。
【請求項2】
前記ａ軸配向粒率は、８．２％以下である、
請求項１に記載の酸化物超電導線材。
請求項１に記載の酸化物超電導線材。
【請求項3】
主面を有する基材と、
前記基材の上方に設けられ、希土類系高温超電導体によって構成された第１超電導層と、
前記第１超電導層上に設けられ、希土類系高温超電導体によって構成された第２超電導層と、
前記第２超電導層上に設けられ、前記第２超電導層に接する保護層と、
を備え、
前記第２超電導層は、前記基材の前記主面に対する垂直方向にａ軸が配向しているａ軸配向粒を含み、
前記第２超電導層を構成する結晶粒の全体に対する前記ａ軸配向粒の割合を表すａ軸配向粒率は、４．１～１１．９％の範囲にある、
酸化物超電導線材。
前記基材の上方に設けられ、希土類系高温超電導体によって構成された第１超電導層と、
前記第１超電導層上に設けられ、希土類系高温超電導体によって構成された第２超電導層と、
前記第２超電導層上に設けられ、前記第２超電導層に接する保護層と、
を備え、
前記第２超電導層は、前記基材の前記主面に対する垂直方向にａ軸が配向しているａ軸配向粒を含み、
前記第２超電導層を構成する結晶粒の全体に対する前記ａ軸配向粒の割合を表すａ軸配向粒率は、４．１～１１．９％の範囲にある、
酸化物超電導線材。
【請求項4】
前記第１超電導層は、前記基材の前記主面に対する垂直方向にａ軸が配向しているａ軸配向粒である第１ａ軸配向粒を含み、
前記第２超電導層は、前記基材の前記主面に対する垂直方向にａ軸が配向しているａ軸配向粒である第２ａ軸配向粒を含み、
前記第１超電導層を構成する結晶粒の全体に対する前記第１ａ軸配向粒の割合を表すａ軸配向粒率を第１率と定義し、
前記第２超電導層を構成する結晶粒の全体に対する前記第２ａ軸配向粒の割合を表すａ軸配向粒率を第２率と定義すると、
前記第１率は、前記第２率よりも小さい、
請求項３に記載の酸化物超電導線材。
前記第２超電導層は、前記基材の前記主面に対する垂直方向にａ軸が配向しているａ軸配向粒である第２ａ軸配向粒を含み、
前記第１超電導層を構成する結晶粒の全体に対する前記第１ａ軸配向粒の割合を表すａ軸配向粒率を第１率と定義し、
前記第２超電導層を構成する結晶粒の全体に対する前記第２ａ軸配向粒の割合を表すａ軸配向粒率を第２率と定義すると、
前記第１率は、前記第２率よりも小さい、
請求項３に記載の酸化物超電導線材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、酸化物超電導線材に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、基材上に、中間層、超電導層、及び保護層が順に積層された構造を有する酸化物超電導線材が開示されている。
数ｋｍにも及ぶ長尺の超電導線材を製造するには、一般的に、短尺の複数の超電導線材をはんだ接続により繋ぎ合わせている。
数ｋｍにも及ぶ長尺の超電導線材を製造するには、一般的に、短尺の複数の超電導線材をはんだ接続により繋ぎ合わせている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１４－１１０１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、はんだ接続により酸化物超電導線材を接続した場合、接続部における接続抵抗が高くなり、接続部においてジュール熱が発生するという問題がある。特に、はんだ接続に起因する接続抵抗は、超電導層と保護層との間の層間抵抗が支配的であり、ジュール熱を低減するには、層間抵抗を低減することが重要である。また、接続抵抗が高くなると、クエンチ時に電流をバイパスする際に、超電導層から保護層へバイパス電流が流れ難くなるという問題もある。
【0005】
本発明は、このような事情を考慮してなされ、超電導層と保護層との間の層間抵抗が低減された酸化物超電導線材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】
【0006】
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る酸化物超電導線材は、主面を有する基材と、前記基材の上方に設けられ、希土類系高温超電導体によって構成された超電導層と、前記超電導層上に設けられ、前記超電導層に接する保護層と、を備える。前記超電導層は、前記基材の前記主面に対する垂直方向にａ軸が配向しているａ軸配向粒を含む。前記超電導層を構成する結晶粒の全体に対する前記ａ軸配向粒の割合を表すａ軸配向粒率は、４．１～１１．９％の範囲にある。
【0007】
ここで、文言「基材の上方に設けられた超電導層」とは、基材上に超電導層が設けられていることを意味するだけでなく、基材と超電導層との間に中間層等の層膜が配置されている構造において基材の上方に超電導層基材が設けられていることも意味する。
【0008】
ａ軸、ｂ軸、及びｃ軸に沿って結晶が配向する超電導層の結晶構造において、従来では、基材の主面に対する垂直方向に結晶粒のｃ軸が配向することが多いことが知られている。これに対し、本発明者は、超電導層を構成する結晶粒のうち、基材の主面に対する垂直方向にａ軸が配向するａ軸配向粒が超電導層と保護層との間の層間抵抗に影響を及ぼすことを見出した。さらに、鋭意検討の結果、本発明者は、超電導層の結晶粒の全体に対して４．１～１１．９％の割合でａ軸配向粒を有するように超電導層を形成することで、超電導層と保護層との間の層間抵抗が低減する効果が得られることを見出し、本発明に想到した。
【0009】
本発明の一態様によれば、超電導層と保護層との間の層間抵抗が低減された酸化物超電導線材を製造することができる。この酸化物超電導線材を複数用意し、酸化物超電導線材どうしをはんだ接続すれば、接続抵抗が低減された長尺の超電導線材を製造することができる。
【0010】
本発明の一態様に係る酸化物超電導線材においては、前記ａ軸配向粒率は、８．２％以下であってもよい。
この構成によれば、層間抵抗の低減だけでなく、酸化物超電導線材の長手方向における臨界電流密度を確保することができる。
この構成によれば、層間抵抗の低減だけでなく、酸化物超電導線材の長手方向における臨界電流密度を確保することができる。
【0011】
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る酸化物超電導線材は、主面を有する基材と、前記基材の上方に設けられ、希土類系高温超電導体によって構成された第１超電導層と、前記第１超電導層上に設けられ、希土類系高温超電導体によって構成された第２超電導層と、前記第２超電導層上に設けられ、前記第２超電導層に接する保護層と、を備える。前記第２超電導層は、前記基材の前記主面に対する垂直方向にａ軸が配向しているａ軸配向粒を含む。前記第２超電導層を構成する結晶粒の全体に対する前記ａ軸配向粒の割合を表すａ軸配向粒率は、４．１～１１．９％の範囲にある。
【0012】
本発明の一態様によれば、第２超電導層と保護層との間の層間抵抗が低減された酸化物超電導線材を製造することができる。この酸化物超電導線材を複数用意し、酸化物超電導線材どうしをはんだ接続すれば、接続抵抗が低減された長尺の超電導線材を製造することができる。
【0013】
本発明の一態様に係る酸化物超電導線材においては、前記第１超電導層は、前記基材の前記主面に対する垂直方向にａ軸が配向しているａ軸配向粒である第１ａ軸配向粒を含む。前記第２超電導層は、前記基材の前記主面に対する垂直方向にａ軸が配向しているａ軸配向粒である第２ａ軸配向粒を含む。前記第１超電導層を構成する結晶粒の全体に対する前記第１ａ軸配向粒の割合を表すａ軸配向粒率を第１率と定義し、前記第２超電導層を構成する結晶粒の全体に対する前記第２ａ軸配向粒の割合を表すａ軸配向粒率を第２率と定義する。この場合、前記第１率は、前記第２率よりも小さくてもよい。
【0014】
この構成によれば、第２超電導層によって、超電導層と保護層との間の層間抵抗を低減することができ、第１超電導層によって、酸化物超電導線材の長手方向における臨界電流密度を確保することができる。つまり、酸化物超電導線材が、互い異なるａ軸配向粒率を有する２つの超電導層を備えることで、層間抵抗の低減と、酸化物超電導線材の長手方向における臨界電流密度の確保、という両方の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明の上記態様によれば、超電導層と保護層との間の層間抵抗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の第１実施形態に係る酸化物超電導線材を示す拡大断面図である。
【図2】本発明の第２実施形態に係る酸化物超電導線材を示す拡大断面図である。
【図3】本発明の実施形態に係る酸化物超電導線材を用いて形成された接続構造体を示す図であって、複数の酸化物超電導線材のうち２つの線材がはんだ接続された接続構造体を示す拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態に係る酸化物超電導線材について、図面を参照して詳細に説明する。説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするため、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【0018】
（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る酸化物超電導線材について図１を参照して説明する。
本実施形態に係る酸化物超電導線材１Ａは、基材１０と、基材１０上に設けられた中間層１１と、中間層１１上に設けられた超電導層１２と、超電導層１２上に設けられた保護層１３と、保護層１３上に設けられた安定化層１４とを備える。酸化物超電導線材１Ａは、基材１０、中間層１１、超電導層１２、保護層１３、及び安定化層１４を覆う絶縁被覆層を備えてもよい。
まず、第１実施形態に係る酸化物超電導線材について図１を参照して説明する。
本実施形態に係る酸化物超電導線材１Ａは、基材１０と、基材１０上に設けられた中間層１１と、中間層１１上に設けられた超電導層１２と、超電導層１２上に設けられた保護層１３と、保護層１３上に設けられた安定化層１４とを備える。酸化物超電導線材１Ａは、基材１０、中間層１１、超電導層１２、保護層１３、及び安定化層１４を覆う絶縁被覆層を備えてもよい。
【0019】
酸化物超電導線材１Ａの高さ、すなわち、基材１０の下面から保護層１３の上面までの長さ（図１の上下方向の長さ）は、例えば、８０μｍである。
酸化物超電導線材１Ａの幅、すなわち、酸化物超電導線材１Ａの左端から右端までの長さ（図１の左右方向の長さ）は、例えば、１２ｍｍである。
酸化物超電導線材１Ａの幅、すなわち、酸化物超電導線材１Ａの左端から右端までの長さ（図１の左右方向の長さ）は、例えば、１２ｍｍである。
【0020】
（基材１０）
基材１０は、テープ状の金属基板である。金属基板を構成する金属の具体例として、ハステロイ（登録商標）に代表されるニッケル合金、ステンレス鋼、ニッケル合金に集合組織を導入した配向Ｎｉ－Ｗ合金などが挙げられる。
基材１０は、テープ状の金属基板である。金属基板を構成する金属の具体例として、ハステロイ（登録商標）に代表されるニッケル合金、ステンレス鋼、ニッケル合金に集合組織を導入した配向Ｎｉ－Ｗ合金などが挙げられる。
【0021】
（中間層１１）
中間層１１は、多層構成でもよく、例えば基材１０から超電導層１２に向かう順で、拡散防止層、ベッド層、配向層、キャップ層等を有してもよい。これらの層は必ずしも１層ずつ設けられるとは限らず、一部の層を省略する場合や、同種の層を２以上繰り返し積層する場合もある。中間層１１は、金属酸化物であってもよい。配向性に優れた中間層１１の上に超電導層１２を成膜することにより、配向性に優れた超電導層１２を得ることが容易になる。
中間層１１は、多層構成でもよく、例えば基材１０から超電導層１２に向かう順で、拡散防止層、ベッド層、配向層、キャップ層等を有してもよい。これらの層は必ずしも１層ずつ設けられるとは限らず、一部の層を省略する場合や、同種の層を２以上繰り返し積層する場合もある。中間層１１は、金属酸化物であってもよい。配向性に優れた中間層１１の上に超電導層１２を成膜することにより、配向性に優れた超電導層１２を得ることが容易になる。
【0022】
（超電導層１２）
超電導層１２は、超電導状態の時に電流を流す機能を有する。
超電導層１２は、希土類系高温超電導体によって構成され、保護層１３と接するように設けられている。
具体的に、超電導層１２に用いられる材料としては、通常知られている組成の酸化物超電導体を広く適用することができ、例えば、Ｙ系超電導体、Ｂｉ系超電導体などの銅酸化物超電導体などが挙げられる。
超電導層１２は、超電導状態の時に電流を流す機能を有する。
超電導層１２は、希土類系高温超電導体によって構成され、保護層１３と接するように設けられている。
具体的に、超電導層１２に用いられる材料としては、通常知られている組成の酸化物超電導体を広く適用することができ、例えば、Ｙ系超電導体、Ｂｉ系超電導体などの銅酸化物超電導体などが挙げられる。
【0023】
Ｙ系超電導体の組成としては、例えば、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－ｘ（ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ等の希土類元素、ｘは酸素欠損を表す。）が挙げられる。具体的には、Ｙ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－ｘ）、Ｇｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－ｘ）が挙げられる。
Ｂｉ系超電導体の組成としては、例えば、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ－１ＣｕｎＯ４＋２ｎ＋δ（ｎはＣｕＯ２の層数、δは過剰酸素を表す。）が挙げられる。この酸化物超電導体の母物質は絶縁体であるが、酸素アニール処理により酸素を取り込むことで結晶構造の整った酸化物超電導体となり、超電導特性を示す性質を持つ。
Ｂｉ系超電導体の組成としては、例えば、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ－１ＣｕｎＯ４＋２ｎ＋δ（ｎはＣｕＯ２の層数、δは過剰酸素を表す。）が挙げられる。この酸化物超電導体の母物質は絶縁体であるが、酸素アニール処理により酸素を取り込むことで結晶構造の整った酸化物超電導体となり、超電導特性を示す性質を持つ。
【0024】
さらに、超電導層１２は、基材１０の主面に対する垂直方向にａ軸が配向している結晶粒であるａ軸配向粒を含む。ａ軸配向粒においては、超電導状態において電流が流れやすいＣｕ－Ｏ面が基材の主面と垂直に存在している。ａ軸配向粒を含む超電導層１２は、ａ軸配向粒同士の結晶粒界における量子的結合性に優れており、結晶粒界での超電導特性の劣化が殆どない。そのため、超電導層１２においては、ａ軸方向に電気が流れ易くなる。超電導層１２に含まれるａ軸配向粒の割合（ａ軸配向粒率Ｘａ）は、超電導層１２を構成する結晶粒の全体（１００％）に対して４．１～１１．９％の範囲内にある。また、この範囲内において、ａ軸配向粒率Ｘａは、８．２％以下であることがより好ましい。
超電導層１２を形成する際に、成膜温度、成膜レート（成膜速度）等の条件を調整することによって、ａ軸配向粒率Ｘａを上記範囲内における所望の値に制御することができる。
超電導層１２を形成する際に、成膜温度、成膜レート（成膜速度）等の条件を調整することによって、ａ軸配向粒率Ｘａを上記範囲内における所望の値に制御することができる。
【0025】
（保護層１３）
保護層１３は、酸化物超電導線材１Ａへの通電時、何らかの事故により発生する過電流をバイパスする電流路となる。保護層１３は、Ａｇあるいは少なくともＡｇを含む材料から形成されることが好ましい。また、保護層１３を形成する材料は、Ａｕ、Ｐｔなどの貴金属を含む混合物もしくは合金であってもよく、これらを複数用いてもよい。
保護層１３は、酸化物超電導線材１Ａへの通電時、何らかの事故により発生する過電流をバイパスする電流路となる。保護層１３は、Ａｇあるいは少なくともＡｇを含む材料から形成されることが好ましい。また、保護層１３を形成する材料は、Ａｕ、Ｐｔなどの貴金属を含む混合物もしくは合金であってもよく、これらを複数用いてもよい。
【0026】
（安定化層１４）
安定化層１４の材料としては、銅、Ｃｕ－Ｚｎ合金（黄銅）、Ｃｕ－Ｎｉ合金等の銅合金、アルミ、アルミ合金、ステンレス等の材質が選択される。
安定化層１４は、複数の層から構成されてもよい。また、安定化層１４は、金属めっきにより形成されてもよいし、基材１０から保護層１３までの層を含む積層体の全体をめっき層で覆う構造を有してもよい。
安定化層１４の材料としては、銅、Ｃｕ－Ｚｎ合金（黄銅）、Ｃｕ－Ｎｉ合金等の銅合金、アルミ、アルミ合金、ステンレス等の材質が選択される。
安定化層１４は、複数の層から構成されてもよい。また、安定化層１４は、金属めっきにより形成されてもよいし、基材１０から保護層１３までの層を含む積層体の全体をめっき層で覆う構造を有してもよい。
【0027】
次に、以上のように構成された酸化物超電導線材１Ａの作用及び効果について説明する。
保護層１３に接する超電導層１２が、基材の主面に対する垂直方向にａ軸が配向しているａ軸配向粒を含み、当該ａ軸配向粒を含むことにより、超電導の電流パスとなるＣｕ－Ｏ面が基材１０の主面に対して垂直に存在することになる。基材１０の主面に対する垂直方向にａ軸が配向することで、基材の主面に対する垂直方向には低抵抗となり、電流が容易に流れる。特に、後述するように、ａ軸配向粒率Ｘａが４．１～１１．９％の範囲に設定されていることで、超電導層１２と保護層１３との間の層間抵抗を低減する効果が得られる。さらに、ａ軸配向粒率Ｘａを８．２％以下に設定することで、層間抵抗の低減だけでなく、酸化物超電導線材１Ａの長手方向における臨界電流密度の低下を抑えることもできる。なお、以降の説明では、酸化物超電導線材の長手方向における臨界電流密度を、単に臨界電流密度と称する。
保護層１３に接する超電導層１２が、基材の主面に対する垂直方向にａ軸が配向しているａ軸配向粒を含み、当該ａ軸配向粒を含むことにより、超電導の電流パスとなるＣｕ－Ｏ面が基材１０の主面に対して垂直に存在することになる。基材１０の主面に対する垂直方向にａ軸が配向することで、基材の主面に対する垂直方向には低抵抗となり、電流が容易に流れる。特に、後述するように、ａ軸配向粒率Ｘａが４．１～１１．９％の範囲に設定されていることで、超電導層１２と保護層１３との間の層間抵抗を低減する効果が得られる。さらに、ａ軸配向粒率Ｘａを８．２％以下に設定することで、層間抵抗の低減だけでなく、酸化物超電導線材１Ａの長手方向における臨界電流密度の低下を抑えることもできる。なお、以降の説明では、酸化物超電導線材の長手方向における臨界電流密度を、単に臨界電流密度と称する。
【0028】
一方、従来の酸化物超電導線材においては、基材の主面に対して平行方向にＣｕ－Ｏ面が存在するように超電導層を形成することが一般的に行われている。このとき、基材の主面に対する垂直方向には結晶粒のｃ軸が配向するため、基材の主面に対する垂直方向には電流が流れにくい。
【0029】
これに対し、本実施形態によれば、基材１０の主面に対する垂直方向にａ軸が配向したａ軸配向粒の割合（ａ軸配向粒率Ｘａ）を最適化することで、超電導層１２と保護層１３との相互間の電流パスが増加し、層間抵抗を低減することができる。
【0030】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る酸化物超電導線材について図２を参照して説明する。
本実施形態に係る酸化物超電導線材１Ｂは、超電導層が２つの層（第１超電導層及び第２超電導層）で構成されている点で、上述した第１実施形態に係る酸化物超電導線材１Ａとは異なる。
図２において、第１実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
次に、第２実施形態に係る酸化物超電導線材について図２を参照して説明する。
本実施形態に係る酸化物超電導線材１Ｂは、超電導層が２つの層（第１超電導層及び第２超電導層）で構成されている点で、上述した第１実施形態に係る酸化物超電導線材１Ａとは異なる。
図２において、第１実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
【0031】
本実施形態に係る酸化物超電導線材１Ｂは、基材１０と、基材１０上に設けられた中間層１１と、中間層１１上に設けられた第１超電導層１２Ａと、第１超電導層１２Ａ上に設けられた第２超電導層１２Ｂと、第２超電導層１２Ｂ上に設けられた保護層１３と、保護層１３上に設けられた安定化層１４とを備える。酸化物超電導線材１Ｂは、基材１０、中間層１１、第１超電導層１２Ａ、第２超電導層１２Ｂ、保護層１３、及び安定化層１４を覆う絶縁被覆層を備えてもよい。
【0032】
第１超電導層１２Ａ及び第２超電導層１２Ｂの各々は、希土類系高温超電導体によって構成されている。第１超電導層１２Ａは、中間層１１上に形成されており、保護層１３とは接していない。第２超電導層１２Ｂは、第１超電導層１２Ａ上に形成されており、保護層１３と接している。
【0033】
第２超電導層１２Ｂを構成する結晶粒の全体に対する第２超電導層１２Ｂのａ軸配向粒（第２ａ軸配向粒）の割合（第２超電導層１２Ｂのａ軸配向粒率Ｘａ２、第２率）は、上述した第１実施形態の超電導層１２と同様に４．１～１１．９％の範囲内にある。
一方、第１超電導層１２Ａを構成する結晶粒の全体に対する第１超電導層１２Ａのａ軸配向粒（第１ａ軸配向粒）の割合（第１超電導層１２Ａのａ軸配向粒率Ｘａ１、第１率）は、第２超電導層１２Ｂのａ軸配向粒率Ｘａ２よりも低い。
一方、第１超電導層１２Ａを構成する結晶粒の全体に対する第１超電導層１２Ａのａ軸配向粒（第１ａ軸配向粒）の割合（第１超電導層１２Ａのａ軸配向粒率Ｘａ１、第１率）は、第２超電導層１２Ｂのａ軸配向粒率Ｘａ２よりも低い。
【0034】
例えば、第２超電導層１２Ｂのａ軸配向粒率Ｘａ２が４．１％であれば、第１超電導層１２Ａのａ軸配向粒率Ｘａ１は４．１％未満であることが好ましい。
また、第２超電導層１２Ｂのａ軸配向粒率Ｘａ２が１１．９％であれば、第１超電導層１２Ａのａ軸配向粒率Ｘａ１は１１．９％未満であればよい。ただし、ａ軸配向粒率Ｘａを８．２％以下に設定することで高い臨界電流密度が得られることから、この場合には、第１超電導層１２Ａのａ軸配向粒率Ｘａ１は８．２％以下であることが好ましい。
また、第２超電導層１２Ｂのａ軸配向粒率Ｘａ２が１１．９％であれば、第１超電導層１２Ａのａ軸配向粒率Ｘａ１は１１．９％未満であればよい。ただし、ａ軸配向粒率Ｘａを８．２％以下に設定することで高い臨界電流密度が得られることから、この場合には、第１超電導層１２Ａのａ軸配向粒率Ｘａ１は８．２％以下であることが好ましい。
【0035】
次に、以上のように構成された酸化物超電導線材１Ｂの作用及び効果について説明する。
保護層１３に接する第２超電導層１２Ｂが、基材の主面に対する垂直方向にａ軸が配向しているａ軸配向粒を含み、当該ａ軸配向粒を含むことにより、超電導の電流パスとなるＣｕ－Ｏ面が基材の主面に対して垂直に存在することになる。基材１０の主面に対する垂直方向にａ軸が配向することで、基材の主面に対する垂直方向には低抵抗となり、電流が容易に流れる。後述するように、第２超電導層１２Ｂのａ軸配向粒率Ｘａ２が４．１～１１．９％の範囲に設定されていることで、第２超電導層１２Ｂと保護層１３との間の層間抵抗を低減する効果が得られる。また、第１超電導層１２Ａのａ軸配向粒率Ｘａ１の値が第２超電導層１２Ｂのａ軸配向粒率Ｘａ２よりも小さい値であることから、酸化物超電導線材１Ｂの長手方向にａ軸またはｂ軸が配向した結晶粒の割合が確保される。このため、酸化物超電導線材１Ｂの高い臨界電流密度を得ることができる。特に、第１超電導層１２Ａのａ軸配向粒率Ｘａ１の値を８．２％以下に設定することで高い臨界電流密度を得ることができる。
保護層１３に接する第２超電導層１２Ｂが、基材の主面に対する垂直方向にａ軸が配向しているａ軸配向粒を含み、当該ａ軸配向粒を含むことにより、超電導の電流パスとなるＣｕ－Ｏ面が基材の主面に対して垂直に存在することになる。基材１０の主面に対する垂直方向にａ軸が配向することで、基材の主面に対する垂直方向には低抵抗となり、電流が容易に流れる。後述するように、第２超電導層１２Ｂのａ軸配向粒率Ｘａ２が４．１～１１．９％の範囲に設定されていることで、第２超電導層１２Ｂと保護層１３との間の層間抵抗を低減する効果が得られる。また、第１超電導層１２Ａのａ軸配向粒率Ｘａ１の値が第２超電導層１２Ｂのａ軸配向粒率Ｘａ２よりも小さい値であることから、酸化物超電導線材１Ｂの長手方向にａ軸またはｂ軸が配向した結晶粒の割合が確保される。このため、酸化物超電導線材１Ｂの高い臨界電流密度を得ることができる。特に、第１超電導層１２Ａのａ軸配向粒率Ｘａ１の値を８．２％以下に設定することで高い臨界電流密度を得ることができる。
【0036】
したがって、第２超電導層１２Ｂと保護層１３との相互間の電流パスが増加することで層間抵抗を低減することができ、かつ、第１超電導層１２Ａの臨界電流密度を確保することができる。つまり、酸化物超電導線材１Ｂが互い異なるａ軸配向粒率Ｘａ１、Ｘａ２をそれぞれ有する２つの超電導層を備えることで、層間抵抗の低減及び臨界電流密度の確保という両方の効果を得ることができる。
【0037】
上述した第２実施形態においては、超電導層を構成する層の数は２層であったが、保護層に接する超電導層のａ軸配向粒率Ｘａが４．１～１１．９％の範囲であれば、３層以上の層で超電導層が構成されてもよい。
【0038】
（接続構造体）
次に、上述した本発明の実施形態に係る酸化物超電導線材を用いて形成した接続構造体について図３を参照して説明する。
本発明の実施形態に係る酸化物超電導線材を用いて形成した接続構造体は、第１実施形態に係る複数の酸化物超電導線材１Ａがはんだ接続された構造を有する。特に、図３は、２つの酸化物超電導線材がはんだ接続された接続部分を示している。
次に、上述した本発明の実施形態に係る酸化物超電導線材を用いて形成した接続構造体について図３を参照して説明する。
本発明の実施形態に係る酸化物超電導線材を用いて形成した接続構造体は、第１実施形態に係る複数の酸化物超電導線材１Ａがはんだ接続された構造を有する。特に、図３は、２つの酸化物超電導線材がはんだ接続された接続部分を示している。
【0039】
図３に示すように、一方の酸化物超電導線材（図３において上方に位置する酸化物超電導線材）の保護層１３を被覆する安定化層１４の表面と、他方の酸化物超電導線材（図３において下方に位置する酸化物超電導線材）の保護層１３を被覆する安定化層１４の表面とが対向している。この状態で、一方の酸化物超電導線材の端部に位置する安定化層１４と、他方の酸化物超電導線材の端部に位置する安定化層１４とが、はんだ１５を介して電気的に接続されている。
【0040】
なお、図３には示されていないが、２つの酸化物超電導線材の各々の端部には、はんだを介して別の酸化物超電導線材が接続されている。この接続構造においても、図３に示すはんだ１５を用いた電気接続構造が採用されている。つまり、酸化物超電導線材の延在方向に沿って、複数の酸化物超電導線材がはんだ接続された長尺の酸化物超電導線材が得られる。
【0041】
この構成によれば、接続抵抗が低減された長尺の酸化物超電導線材を製造することができる。
なお、第１実施形態に係る複数の酸化物超電導線材１Ａに代えて、第２実施形態に係る複数の酸化物超電導線材１Ｂを用意し、図３に示すように、酸化物超電導線材１Ｂどうしをはんだ接続してもよい。この場合も、接続抵抗が低減され、かつ、臨界電流密度が確保された長尺の超電導線材を製造することができる。
なお、第１実施形態に係る複数の酸化物超電導線材１Ａに代えて、第２実施形態に係る複数の酸化物超電導線材１Ｂを用意し、図３に示すように、酸化物超電導線材１Ｂどうしをはんだ接続してもよい。この場合も、接続抵抗が低減され、かつ、臨界電流密度が確保された長尺の超電導線材を製造することができる。
【0042】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明し、上記で説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、請求の範囲によって制限されている。
【0043】
上述した実施形態では、基材１０と超電導層１２との間に中間層１１が配置されている構造（第１実施形態）と、基材１０と第１超電導層１２Ａとの間に中間層１１が配置されている構造（第２実施形態）とについて説明した。
本発明においては、基材の上方に超電導層が設けられていればよく、基材上に超電導層が設けられてもよいし、基材上に超電導層が直接的に接触してもよい。
本発明においては、基材の上方に超電導層が設けられていればよく、基材上に超電導層が設けられてもよいし、基材上に超電導層が直接的に接触してもよい。
【実施例0044】
次に、実施例を参照して、本発明を具体的に説明する。
表１は、ａ軸配向粒率Ｘａ（％、超電導層を構成する結晶粒の全体に対するａ軸配向粒の割合）が異なる実験例１～９において、臨界電流密度比、層間抵抗比（Ｒ比）、及び層間抵抗Ｒ比の評価結果を示す。
表１は、ａ軸配向粒率Ｘａ（％、超電導層を構成する結晶粒の全体に対するａ軸配向粒の割合）が異なる実験例１～９において、臨界電流密度比、層間抵抗比（Ｒ比）、及び層間抵抗Ｒ比の評価結果を示す。
【0045】
【表1】
【0046】
ａ軸配向粒率Ｘａ、臨界電流密度比、及び層間抵抗比（Ｒ比）の測定方法及び算出方法、及び層間抵抗Ｒ比の評価基準は、次の通りである。
【0047】
（ａ軸配向粒率Ｘａ）
酸素アニール前（アズデポ）のサンプルに対して、ａ軸配向粒率Ｘａの測定を行った。
ａ軸配向粒率Ｘａは、ＸＲＤのθ－２θ法により測定した。（００６）ピークのカウント値をｘとし、（２００）ピークのカウント値をｙとしたとき、ａ軸配向粒率Ｘａは、関係式「（ａ軸配向粒率Ｘａ（％））＝（１００×ｙ）／（ｘ＋ｙ）」により算出される。
酸素アニール前（アズデポ）のサンプルに対して、ａ軸配向粒率Ｘａの測定を行った。
ａ軸配向粒率Ｘａは、ＸＲＤのθ－２θ法により測定した。（００６）ピークのカウント値をｘとし、（２００）ピークのカウント値をｙとしたとき、ａ軸配向粒率Ｘａは、関係式「（ａ軸配向粒率Ｘａ（％））＝（１００×ｙ）／（ｘ＋ｙ）」により算出される。
【0048】
（臨界電流密度比（Ｊｃ比））
臨界電流密度Ｊｃ（７７Ｋ、自己磁場中）の測定及び算出においては、まず、酸素アニール後のサンプルを用意し、四端子法により測定値を得た。その測定値を超電導層の厚さで除することによって、臨界電流密度Ｊｃを得た。
表１において、「臨界電流密度比（Ｊｃ比）」とは、実験例１の臨界電流密度Ｊｃに対する比、すなわち、実験例１の臨界電流密度Ｊｃを１とした場合の割合を示す。
臨界電流密度Ｊｃ（７７Ｋ、自己磁場中）の測定及び算出においては、まず、酸素アニール後のサンプルを用意し、四端子法により測定値を得た。その測定値を超電導層の厚さで除することによって、臨界電流密度Ｊｃを得た。
表１において、「臨界電流密度比（Ｊｃ比）」とは、実験例１の臨界電流密度Ｊｃに対する比、すなわち、実験例１の臨界電流密度Ｊｃを１とした場合の割合を示す。
【0049】
（層間抵抗比（Ｒ比））
線材の表裏が入れ替わらないブリッジ接続の状態で、層間抵抗Ｒを測定した。接続長は、２ｃｍとした。ブリッジ接続は、接続面にＳｎ－Ｐｂ共晶はんだを塗布し、接続面どうしを重ね、接続面が重なっている部分にヒータを押し当てることで測定を行った。
表１において、「層間抵抗比（Ｒ比）」とは、実験例１の層間抵抗に対する比、すなわち、実験例１の層間抵抗を１とした場合の割合を示す。
線材の表裏が入れ替わらないブリッジ接続の状態で、層間抵抗Ｒを測定した。接続長は、２ｃｍとした。ブリッジ接続は、接続面にＳｎ－Ｐｂ共晶はんだを塗布し、接続面どうしを重ね、接続面が重なっている部分にヒータを押し当てることで測定を行った。
表１において、「層間抵抗比（Ｒ比）」とは、実験例１の層間抵抗に対する比、すなわち、実験例１の層間抵抗を１とした場合の割合を示す。
【0050】
（層間抵抗Ｒ比の評価）
表１において、記号「〇」は、層間抵抗Ｒ比が０．７以下であって、評価結果が「良」であることを意味する。記号「◎」は、層間抵抗Ｒ比が０．５以下であって、評価結果が「最良」であることを意味する。一方、記号「×」は、層間抵抗Ｒ比が０．７を超えており、評価結果が「不可」であることを意味する。
表１において、記号「〇」は、層間抵抗Ｒ比が０．７以下であって、評価結果が「良」であることを意味する。記号「◎」は、層間抵抗Ｒ比が０．５以下であって、評価結果が「最良」であることを意味する。一方、記号「×」は、層間抵抗Ｒ比が０．７を超えており、評価結果が「不可」であることを意味する。
【0051】
表１に示す実験結果から次の点が明らかとなった。
［１］ａ軸配向粒率Ｘａが４．１～１１．９％の範囲にある場合、層間抵抗Ｒ比の評価結果が良（〇）又は最良（◎）となった。このため、この範囲内に超電導層のａ軸配向粒率Ｘａを設定することで、層間抵抗を低減することが明らかとなった。
［１］ａ軸配向粒率Ｘａが４．１～１１．９％の範囲にある場合、層間抵抗Ｒ比の評価結果が良（〇）又は最良（◎）となった。このため、この範囲内に超電導層のａ軸配向粒率Ｘａを設定することで、層間抵抗を低減することが明らかとなった。
【0052】
［２］一方、ａ軸配向粒率Ｘａが４．１％未満である場合（３．３％、２．９％）、及び、ａ軸配向粒率Ｘａが１１．９％を超える場合（２７．１％、４１．７％）では、層間抵抗比が増加しており、層間抵抗Ｒ比の評価結果が不可（×）となった。この条件では、層間抵抗の低減を図れないことが明らかとなった。
【0053】
なお、ａ軸配向粒率Ｘａが１１．９％を超えた場合に層間抵抗比が増加する理由は、ａ軸配向粒率Ｘａの増加により縦方向（基材の主面に対して垂直な方向）への電流パスが得られるものの、ａ軸配向粒が過多になることで超電導層の結晶の並びが乱れ、電流を阻害する他の粒子が生成されてしまい、Ｃｕ－Ｏ面が揃わなくなり、抵抗が大きくなってしまうため、と考えられる。
【0054】
［３］ａ軸配向粒率Ｘａの範囲４．１～１１．９％において、ａ軸配向粒率Ｘａが８．２％以下であれば、臨界電流密度比が０．８５以上となった。このことから、層間抵抗の低減及び臨界電流密度の確保といった両方の効果が得られることが明らかとなった。
【0055】
［４］ａ軸配向粒率Ｘａが４．１％以下の場合、臨界電流密度比が０．９５以上となった。このことから、保護層に接しない第１超電導層と保護層に接する第２超電導層とを備える構造において、第２超電導層のａ軸配向粒率Ｘａ２を４．１～１１．９％の範囲内に設定し、かつ、第１超電導層のａ軸配向粒率Ｘａ１を４．１％以下に設定することで、層間抵抗の低減及び臨界電流密度の確保といった両方の効果が得られることが明らかとなった。
【0056】
なお、第１超電導層及び第２超電導層を備える構造においては、第２超電導層のａ軸配向粒率Ｘａ２を４．１～１１．９％の範囲内に設定し、かつ、第１超電導層のａ軸配向粒率Ｘａ１を１１．９％以下に設定することが考えられるが、高い臨界電流密度を得るためには、第１超電導層のａ軸配向粒率Ｘａ１を８．２％以下にすることが好ましいことが明らかとなった。
【符号の説明】
【0057】
１Ａ、１Ｂ…酸化物超電導線材、１０…基材、１１…中間層、１２…超電導層、１２Ａ…第１超電導層（超電導層）、１２Ｂ…第２超電導層（超電導層）、１３…保護層、１４…安定化層、１５…はんだ
【図1】
【図2】
【図3】