特許 6993647 超電導線材、及び超電導線材の接合方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2021-12-14

(45)【発行日】2022-01-13

(54)【発明の名称】超電導線材、及び超電導線材の接合方法

(51)【国際特許分類】

   H01B 12/06 20060101AFI20220105BHJP

   H01F 6/06 20060101ALI20220105BHJP

   C01G 1/00 20060101ALI20220105BHJP

   C01G 3/00 20060101ALI20220105BHJP

【ＦＩ】

H01B12/06

H01F6/06 110

C01G1/00 S

C01G3/00

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2018191061

(22)【出願日】2018-10-09

(65)【公開番号】P2020061255

(43)【公開日】2020-04-16

【審査請求日】2020-05-15

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 ウェブサイトのアドレス ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｃｓｊ．ｏｒ．ｊｐ／ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ／２０１８ｓ／２Ａ．ｐｄｆ 掲載日 平成３０年５月２３日 集会名、開催場所 ２０１８年度春季（第９６回）低温工学・超電導学会、タワーホール船堀（東京都江戸川区船堀４－１－１） 主催者名 公益社団法人 低温工学・超電導学会 開催日 平成３０年５月２９日 集会名、開催場所 日本金属学会・日本鉄鋼協会・軽金属学会九州支部 平成３０年度合同学術講演会、北九州国際会議場（福岡県北九州市小倉北区浅野３－９－３０） 主催者名 日本金属学会九州支部・日本鉄鋼学会九州支部・軽金属学会九州支部 開催日 平成３０年６月２３日 刊行物 平成３０年度 合同学術講演会 講演概要集，第３４頁， 平成３０年度 日本金属学会 日本鉄鋼協会 九州支部 軽金属学会 合同学術講演会 実行委員会 発行者名 日本金属学会九州支部・日本鉄鋼学会九州支部・軽金属学会九州支部 頒布日 平成３０年６月２３日

(73)【特許権者】

【識別番号】516070601

【氏名又は名称】ＳｕｐｅｒＯｘ Ｊａｐａｎ合同会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504145342

【氏名又は名称】国立大学法人九州大学

(74)【代理人】

【識別番号】110002583

【氏名又は名称】特許業務法人平田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】寺西 亮

(72)【発明者】

【氏名】セルゲイ リー

(72)【発明者】

【氏名】ヴァレリー ペトリキン

【審査官】和田 財太

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－２０１３２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０６３６９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｂ １２／０６

Ｈ０１Ｆ ６／０６

Ｃ０１Ｇ １／００

Ｃ０１Ｇ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の基板、前記第１の基板上の第１の超電導体層、及び前記第１の超電導体層の表面の少なくとも一部の領域上に直接設けられた第１の酸化物超電導体からなる第１の追加膜を有する第１の超電導線材と、
第２の基板、前記第２の基板上の第２の超電導体層、及び前記第２の超電導体層の表面の少なくとも一部の領域上に直接設けられた第２の酸化物超電導体からなる第２の追加膜を有する第２の超電導線材と、
を有し、
前記第１の追加膜の表面と前記第２の追加膜の表面が接合されることにより、前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層が超電導接続され、
前記第１の追加膜と前記第２の追加膜の少なくともいずれか一方が、外気とつながる所定のパターンを有する溝を表面に有し、
前記溝の少なくとも一部が、前記第１の追加膜と前記第２の追加膜が重なる領域と重なり、
前記第１の基板と前記第２の基板が、前記第１の追加膜と前記第２の追加膜が重なる領域と重なる領域である接合部において、局所的に溶接された、
超電導線材。

【請求項2】

第１の基板、前記第１の基板上の第１の超電導体層、及び前記第１の超電導体層の表面の少なくとも一部の領域上に直接設けられた第１の酸化物超電導体からなる第１の追加膜を有する第１の超電導線材と、
第２の基板、及び前記第２の基板上の第２の超電導体層を有する第２の超電導線材と、
を有し、
前記第１の追加膜の表面と前記第２の超電導体層の表面が接合されることにより、前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層が超電導接続され、
前記第１の追加膜が、外気とつながる所定のパターンを有する溝を表面に有し、
前記溝の少なくとも一部が、前記第１の追加膜と前記第２の超電導体層が重なる領域と重なり、
前記第１の基板と前記第２の基板が、前記第１の追加膜と前記第２の超電導体層が重なる領域と重なる領域である接合部において、局所的に溶接された、
超電導線材。

【請求項3】

前記第１の酸化物超電導体及び前記第２の酸化物超電導体が、ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋ｘ（ＲＥはＹ又は希土類元素）である、
請求項１に記載の超電導線材。

【請求項4】

前記第１の酸化物超電導体が、ＲＥＢａ _２ Ｃｕ _３ Ｏ _６＋ｘ （ＲＥはＹ又は希土類元素）である、
請求項２に記載の超電導線材。

【請求項5】

前記所定のパターンが、ラインアンドスペースパターンである、
請求項１～４のいずれか１項に記載の超電導線材。

【請求項6】

第１の基板、前記第１の基板上の第１の超電導体層、及び前記第１の超電導体層の表面の少なくとも一部の領域上に直接設けられた第１の酸化物超電導体からなる第１の追加膜を有する第１の超電導線材と、
第２の基板、前記第２の基板上の第２の超電導体層、及び前記第２の超電導体層の表面の少なくとも一部の領域上に直接設けられた第２の酸化物超電導体からなる第２の追加膜を有する第２の超電導線材と、
第３の基板、前記第３の基板上の第３の超電導体層、及び前記第３の超電導体層の表面の少なくとも一部の領域上に直接設けられた第３の酸化物超電導体からなる第３の追加膜を有する接続用超電導線材と、
を有し、
前記第１の追加膜の表面と前記第３の追加膜の表面、及び前記第２の追加膜の表面と前記第３の追加膜の表面が接合されることにより、前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層が超電導接続され、
前記第１の追加膜と前記第３の追加膜の少なくともいずれか一方が、外気とつながる第１の所定のパターンを有する第１の溝を表面に有し、
前記第１の溝の少なくとも一部が、前記第１の追加膜と前記第３の追加膜が重なる領域と重なり、
前記第２の追加膜と前記第３の追加膜の少なくともいずれか一方が、外気とつながる第２の所定のパターンを有する第２の溝を表面に有し、
前記第２の溝の少なくとも一部が、前記第２の追加膜と前記第３の追加膜が重なる領域と重なり、
前記第１の基板と前記第３の基板が、前記第１の追加膜と前記第３の追加膜が重なる領域と重なる領域である第１の接合部において、局所的に溶接され、
前記第２の基板と前記第３の基板が、前記第２の追加膜と前記第３の追加膜が重なる領域と重なる領域である第２の接合部において、局所的に溶接された、
超電導線材。

【請求項7】

前記第１の酸化物超電導体、前記第２の酸化物超電導体、及び前記第３の酸化物超電導体が、ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋ｘ（ＲＥはＹ又は希土類元素）である、
請求項６に記載の超電導線材。

【請求項8】

前記第１の所定のパターン及び前記第２の所定のパターンが、ラインアンドスペースパターンである、
請求項６又は７に記載の超電導線材。

【請求項9】

第１の基板、前記第１の基板上の第１の超電導体層を有する第１の超電導線材と、
第２の基板、前記第２の基板上の第２の超電導体層を有する第２の超電導線材と、
を有し、
前記第１の超電導体層の表面と前記第２の超電導体層の表面が接合されることにより、前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層が超電導接続され、
前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層の少なくともいずれか一方が、外気とつながる所定のパターンを有する溝を表面に有し、
前記溝の少なくとも一部が、前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層が重なる領域と重なり、
前記第１の基板と前記第２の基板が、前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層が重なる領域と重なる領域である接合部において、局所的に溶接された、
超電導線材。

【請求項10】

前記第１の基板と前記第２の基板が、前記接合部の四隅において局所的に溶接された、
請求項１～５、９のいずれか１項に記載の超電導線材。

【請求項11】

前記第１の基板と前記第３の基板が、前記第１の接合部の四隅において局所的に溶接され、
前記第２の基板と前記第３の基板が、前記第２の接合部の四隅において局所的に溶接された、
請求項６～８のいずれか１項に記載の超電導線材。

【請求項12】

前記第１の基板と前記第２の基板が、前記接合部の３箇所以上において局所的に溶接された、
請求項１～５、９のいずれか１項に記載の超電導線材。

【請求項13】

前記第１の基板と前記第３の基板が、前記第１の接合部の３箇所以上において局所的に溶接され、
前記第２の基板と前記第３の基板が、前記第２の接合部の３箇所以上において局所的に溶接された、
請求項６～８のいずれか１項に記載の超電導線材。

【請求項14】

第１の基板上に第１の超電導体層を有する第１の超電導線材の前記第１の超電導体層の表面の少なくとも一部の領域上に、第１の酸化物超電導体の前駆体からなる第１の前駆体膜を直接形成する工程と、
第２の基板上に第２の超電導体層を有する第２の超電導線材の前記第２の超電導体層の表面の少なくとも一部の領域上に、第２の酸化物超電導体の前駆体からなる第２の前駆体膜を直接形成する工程と、
前記第１の前駆体膜の表面と前記第２の前駆体膜の表面を対向させて重ね合わせ、固定した状態で、酸素を含む雰囲気下で熱処理を施し、前記第１の前駆体膜と前記第２の前駆体膜を結晶化させて、それぞれ前記第１の酸化物超電導体からなる第１の追加膜と前記第２の酸化物超電導体からなる第２の追加膜を形成しつつ前記第１の追加膜と前記第２の追加膜を接合させ、前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層を超電導接続させる工程と、
を含み、
前記第１の追加膜と前記第２の追加膜の少なくともいずれか一方が、所定のパターンを有する溝を表面に有し、
前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層を超電導接合させる工程において、前記第１の追加膜と前記第２の追加膜とが重ね合わされる領域と前記溝の少なくとも一部が重なり、前記溝から流入する酸素により、前記第１の追加膜と前記第２の追加膜への酸素の導入が促進され、
前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層を超電導接続させる工程において、前記第１の基板と前記第２の基板を、前記第１の追加膜と前記第２の追加膜とが重ね合わされる領域と重なる領域である接合部において局所的に溶接する、
超電導線材の接合方法。

【請求項15】

第１の基板上に第１の超電導体層を有する第１の超電導線材の前記第１の超電導体層の表面の少なくとも一部の領域上に、第１の酸化物超電導体の前駆体からなる第１の前駆体膜を直接形成する工程と、
前記第１の前駆体膜の表面と、第２の基板上に第２の超電導体層を有する第２の超電導線材の前記第２の超電導体層の表面を対向させて重ね合わせ、固定した状態で、酸素を含む雰囲気下で熱処理を施し、前記第１の前駆体膜を結晶化させて、前記第１の酸化物超電導体からなる第１の追加膜を形成しつつ前記第１の追加膜と前記第２の超電導体層を接合させ、前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層を超電導接続させる工程と、
を含み、
前記第１の追加膜が、所定のパターンを有する溝を表面に有し、
前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層を超電導接合させる工程において、前記第１の追加膜と前記第２の超電導体層とが重ね合わされる領域と前記溝の少なくとも一部が重なり、前記溝から流入する酸素により、前記第１の追加膜への酸素の導入が促進され、
前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層を超電導接続させる工程において、前記第１の基板と前記第２の基板を、前記第１の追加膜と前記第２の超電導体層とが重ね合わされる領域と重なる領域である接合部において局所的に溶接する、
超電導線材の接合方法。

【請求項16】

前記第１の酸化物超電導体及び前記第２の酸化物超電導体が、ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋ｘ（ＲＥはＹ又は希土類元素）である、
請求項１４に記載の超電導線材の接合方法。

【請求項17】

前記第１の酸化物超電導体が、ＲＥＢａ _２ Ｃｕ _３ Ｏ _６＋ｘ （ＲＥはＹ又は希土類元素）である、
請求項１５に記載の超電導線材の接合方法。

【請求項18】

前記所定のパターンが、ラインアンドスペースパターンである、
請求項１４～１７のいずれか１項に記載の超電導線材の接合方法。

【請求項19】

前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層を超電導接続させる工程において、前記第１の基板と前記第２の基板を、前記接合部の四隅において局所的に溶接する、
請求項１４～１８のいずれか１項に記載の超電導線材の接合方法。

【請求項20】

前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層を超電導接続させる工程において、前記第１の基板と前記第２の基板を、前記接合部の３箇所以上において局所的に溶接する、
請求項１４～１８のいずれか１項に記載の超電導線材の接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超電導線材、及び超電導線材の接合方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、超電導線材を電力機器に応用する際には、線材の長尺化が不可欠である。そして、従来、長尺化のために超電導線材同士を接合する技術が知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１～３参照）。

【0003】

特許文献１に開示された技術では、最表面にＲＥＢＣＯ（ＲＥ：希土類元素）からなる酸化物超電導膜が設けられた２本の超電導線材を用意し、接合面の酸化物超電導膜上に酸化物超電導材料の前駆体を形成する。そして、前駆体が形成された接合面同士を重ね合わせて超音波接合により貼り合わせ、その後、前駆体を加熱して接合面に酸化物超電導材料の結晶を生成することにより酸化物超電導材料の超電導体層を接合層として形成して、接合面同士を接合する。

【0004】

加熱接合工程を行う前に超音波接合工程を行って、前駆体同士が点接触している部分を破壊して平坦化させて貼り合わせているため、加熱接合工程により前駆体同士を接合して超電導体層を形成する際に、十分な接触面積を確保することができるとされている。

【0005】

非特許文献１に開示された技術では、最表面にＧｄＢＣＯなどからなる超電導薄膜が設けられた２本の超電導線材を用意し、超電導薄膜同士を融着接合させる。２本の超電導線材には裏側から複数の微細な孔がレーザーにより設けられており、真空下で接合のための熱処理が実施され、高圧酸素雰囲気下で酸素供給のためのアニール処理が実施される。この工程において、酸素分圧と温度が超電導薄膜の熱力学的安定性の主要パラメーターであるとされている。

【0006】

非特許文献２に開示された技術では、ＹＢＣＯからなる超電導バルクの上にＧｄＢＣＯからなる超電導薄膜線材を裏向きに乗せ、大気中１０４０℃で加熱することによりバルクと薄膜を接合する。この工程における温度と酸素分圧では、融点の低いＹＢＣＯのみが液相となり、ＧｄＢＣＯの結晶格子に対して配向するようにＹＢＣＯが形成される。得られた接合体を酸素雰囲気下で熱処理することで酸素供給を行う。

【0007】

非特許文献３に開示された技術では、ＧｄＢＣＯ超電導薄膜線材の最表面にＧｄＢＣＯからなる無配向微結晶を堆積させて、それらを対向させて加圧しながら低酸素雰囲気下で熱処理を施すことで接合する。酸素雰囲気下での酸素アニール処理工程において、クラッド基板由来のＧｄＢＣＯの粒界や無配向微結晶由来の空隙などが酸素拡散時の有効なパスとなり、酸素アニールを短時間で実施できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２０１６－１４９２４８号公報

【非特許文献】

【0009】

【文献】Y. J. Park etal., Supercond. Sci. Technol., 27 (2014) 85008.

【文献】X. Jin etal., Supercond. Sci. Technol., 28 (2015) 75010.

【文献】K. Ohki etal., Supercond. Sci. Technol., 30 (2017) 11501.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

超電導体層同士を超電導接合することにより複数の超電導線材が連結された超電導線材において、接合部のない超電導線材と同等の臨界電流を得るためには、接合部の結晶品質を確保しつつ、接合面積を大きくすることが求められる。また、接合部における機械的強度を高めるためにも、接合面積を大きくすることが求められる。

【0011】

本発明の目的は、超電導体層同士を超電導接合することにより複数の超電導線材が連結された超電導線材であって、接合部の結晶品質が高く、かつ接合面積が大きい超電導線材、及びその製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］～［１３］の超電導線材、及び下記［１４］～［２０］の超電導線材の接合方法を提供する。

【0013】

［１］第１の基板、前記第１の基板上の第１の超電導体層、及び前記第１の超電導体層の表面の少なくとも一部の領域上に直接設けられた第１の酸化物超電導体からなる第１の追加膜を有する第１の超電導線材と、第２の基板、前記第２の基板上の第２の超電導体層、及び前記第２の超電導体層の表面の少なくとも一部の領域上に直接設けられた第２の酸化物超電導体からなる第２の追加膜を有する第２の超電導線材と、を有し、前記第１の追加膜の表面と前記第２の追加膜の表面が接合されることにより、前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層が超電導接続され、前記第１の追加膜と前記第２の追加膜の少なくともいずれか一方が、外気とつながる所定のパターンを有する溝を表面に有し、前記溝の少なくとも一部が、前記第１の追加膜と前記第２の追加膜が重なる領域と重なり、前記第１の基板と前記第２の基板が、前記第１の追加膜と前記第２の追加膜が重なる領域と重なる領域である接合部において、局所的に溶接された、超電導線材。
［２］第１の基板、前記第１の基板上の第１の超電導体層、及び前記第１の超電導体層の表面の少なくとも一部の領域上に直接設けられた第１の酸化物超電導体からなる第１の追加膜を有する第１の超電導線材と、第２の基板、及び前記第２の基板上の第２の超電導体層を有する第２の超電導線材と、を有し、前記第１の追加膜の表面と前記第２の超電導体層の表面が接合されることにより、前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層が超電導接続され、前記第１の追加膜が、外気とつながる所定のパターンを有する溝を表面に有し、前記溝の少なくとも一部が、前記第１の追加膜と前記第２の超電導体層が重なる領域と重なり、前記第１の基板と前記第２の基板が、前記第１の追加膜と前記第２の超電導体層が重なる領域と重なる領域である接合部において、局所的に溶接された、超電導線材。
［３］前記第１の酸化物超電導体及び前記第２の酸化物超電導体が、ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋ｘ（ＲＥはＹ又は希土類元素）である、上記［１］に記載の超電導線材。
［４］前記第１の酸化物超電導体が、ＲＥＢａ _２ Ｃｕ _３ Ｏ _６＋ｘ （ＲＥはＹ又は希土類元素）である、上記［２］に記載の超電導線材。
［５］前記所定のパターンが、ラインアンドスペースパターンである、上記［１］～［４］のいずれか１項に記載の超電導線材。
［６］第１の基板、前記第１の基板上の第１の超電導体層、及び前記第１の超電導体層の表面の少なくとも一部の領域上に直接設けられた第１の酸化物超電導体からなる第１の追加膜を有する第１の超電導線材と、第２の基板、前記第２の基板上の第２の超電導体層、及び前記第２の超電導体層の表面の少なくとも一部の領域上に直接設けられた第２の酸化物超電導体からなる第２の追加膜を有する第２の超電導線材と、第３の基板、前記第３の基板上の第３の超電導体層、及び前記第３の超電導体層の表面の少なくとも一部の領域上に直接設けられた第３の酸化物超電導体からなる第３の追加膜を有する接続用超電導線材と、を有し、前記第１の追加膜の表面と前記第３の追加膜の表面、及び前記第２の追加膜の表面と前記第３の追加膜の表面が接合されることにより、前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層が超電導接続され、前記第１の追加膜と前記第３の追加膜の少なくともいずれか一方が、外気とつながる第１の所定のパターンを有する第１の溝を表面に有し、前記第１の溝の少なくとも一部が、前記第１の追加膜と前記第３の追加膜が重なる領域と重なり、前記第２の追加膜と前記第３の追加膜の少なくともいずれか一方が、外気とつながる第２の所定のパターンを有する第２の溝を表面に有し、前記第２の溝の少なくとも一部が、前記第２の追加膜と前記第３の追加膜が重なる領域と重なり、前記第１の基板と前記第３の基板が、前記第１の追加膜と前記第３の追加膜が重なる領域と重なる領域である第１の接合部において、局所的に溶接され、前記第２の基板と前記第３の基板が、前記第２の追加膜と前記第３の追加膜が重なる領域と重なる領域である第２の接合部において、局所的に溶接された、超電導線材。
［７］前記第１の酸化物超電導体、前記第２の酸化物超電導体、及び前記第３の酸化物超電導体が、ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋ｘ（ＲＥはＹ又は希土類元素）である、上記［６］に記載の超電導線材。
［８］前記第１の所定のパターン及び前記第２の所定のパターンが、ラインアンドスペースパターンである、上記［６］又は［７］に記載の超電導線材。
［９］第１の基板、前記第１の基板上の第１の超電導体層を有する第１の超電導線材と、第２の基板、前記第２の基板上の第２の超電導体層を有する第２の超電導線材と、を有し、前記第１の超電導体層の表面と前記第２の超電導体層の表面が接合されることにより、前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層が超電導接続され、前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層の少なくともいずれか一方が、外気とつながる所定のパターンを有する溝を表面に有し、前記溝の少なくとも一部が、前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層が重なる領域と重なり、前記第１の基板と前記第２の基板が、前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層が重なる領域と重なる領域である接合部において、局所的に溶接された、超電導線材。
［１０］前記第１の基板と前記第２の基板が、前記接合部の四隅において局所的に溶接された、上記［１］～［５］、［９］のいずれか１項に記載の超電導線材。
［１１］前記第１の基板と前記第３の基板が、前記第１の接合部の四隅において局所的に溶接され、前記第２の基板と前記第３の基板が、前記第２の接合部の四隅において局所的に溶接された、上記［６］～［８］のいずれか１項に記載の超電導線材。
［１２］前記第１の基板と前記第２の基板が、前記接合部の３箇所以上において局所的に溶接された、上記［１］～［５］、［９］のいずれか１項に記載の超電導線材。
［１３］前記第１の基板と前記第３の基板が、前記第１の接合部の３箇所以上において局所的に溶接され、前記第２の基板と前記第３の基板が、前記第２の接合部の３箇所以上において局所的に溶接された、上記［６］～［８］のいずれか１項に記載の超電導線材。
［１４］第１の基板上に第１の超電導体層を有する第１の超電導線材の前記第１の超電導体層の表面の少なくとも一部の領域上に、第１の酸化物超電導体の前駆体からなる第１の前駆体膜を直接形成する工程と、第２の基板上に第２の超電導体層を有する第２の超電導線材の前記第２の超電導体層の表面の少なくとも一部の領域上に、第２の酸化物超電導体の前駆体からなる第２の前駆体膜を直接形成する工程と、前記第１の前駆体膜の表面と前記第２の前駆体膜の表面を対向させて重ね合わせ、固定した状態で、酸素を含む雰囲気下で熱処理を施し、前記第１の前駆体膜と前記第２の前駆体膜を結晶化させて、それぞれ前記第１の酸化物超電導体からなる第１の追加膜と前記第２の酸化物超電導体からなる第２の追加膜を形成しつつ前記第１の追加膜と前記第２の追加膜を接合させ、前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層を超電導接続させる工程と、を含み、前記第１の追加膜と前記第２の追加膜の少なくともいずれか一方が、所定のパターンを有する溝を表面に有し、前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層を超電導接合させる工程において、前記第１の追加膜と前記第２の追加膜とが重ね合わされる領域と前記溝の少なくとも一部が重なり、前記溝から流入する酸素により、前記第１の追加膜と前記第２の追加膜への酸素の導入が促進され、前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層を超電導接続させる工程において、前記第１の基板と前記第２の基板を、前記第１の追加膜と前記第２の追加膜とが重ね合わされる領域と重なる領域である接合部において局所的に溶接する、超電導線材の接合方法。
［１５］第１の基板上に第１の超電導体層を有する第１の超電導線材の前記第１の超電導体層の表面の少なくとも一部の領域上に、第１の酸化物超電導体の前駆体からなる第１の前駆体膜を直接形成する工程と、前記第１の前駆体膜の表面と、第２の基板上に第２の超電導体層を有する第２の超電導線材の前記第２の超電導体層の表面を対向させて重ね合わせ、固定した状態で、酸素を含む雰囲気下で熱処理を施し、前記第１の前駆体膜を結晶化させて、前記第１の酸化物超電導体からなる第１の追加膜を形成しつつ前記第１の追加膜と前記第２の超電導体層を接合させ、前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層を超電導接続させる工程と、を含み、前記第１の追加膜が、所定のパターンを有する溝を表面に有し、前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層を超電導接合させる工程において、前記第１の追加膜と前記第２の超電導体層とが重ね合わされる領域と前記溝の少なくとも一部が重なり、前記溝から流入する酸素により、前記第１の追加膜への酸素の導入が促進され、前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層を超電導接続させる工程において、前記第１の基板と前記第２の基板を、前記第１の追加膜と前記第２の超電導体層とが重ね合わされる領域と重なる領域である接合部において局所的に溶接する、超電導線材の接合方法。
［１６］前記第１の酸化物超電導体及び前記第２の酸化物超電導体が、ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋ｘ（ＲＥはＹ又は希土類元素）である、上記［１４］に記載の超電導線材の接合方法。
［１７］前記第１の酸化物超電導体が、ＲＥＢａ _２ Ｃｕ _３ Ｏ _６＋ｘ （ＲＥはＹ又は希土類元素）である、上記［１５］に記載の超電導線材の接合方法。
［１８］前記所定のパターンが、ラインアンドスペースパターンである、上記［１４］～［１７］のいずれか１項に記載の超電導線材の接合方法。
［１９］前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層を超電導接続させる工程において、前記第１の基板と前記第２の基板を、前記接合部の四隅において局所的に溶接する、上記［１４］～［１８］のいずれか１項に記載の超電導線材の接合方法。
［２０］前記第１の超電導体層と前記第２の超電導体層を超電導接続させる工程において、前記第１の基板と前記第２の基板を、前記接合部の３箇所以上において局所的に溶接する、上記［１４］～［１８］のいずれか１項に記載の超電導線材の接合方法。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、超電導体層同士を超電導接合することにより複数の超電導線材が連結された超電導線材であって、接合部の結晶品質が高く、かつ接合面積が大きい超電導線材、及びその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る、第１の超電導線材と第２の超電導線材が接合された超電導線材の側面図、図１（ｂ）は、接合前の第１の超電導線材と第２の超電導線材の側面図である。

【図2】図２は、第１の実施の形態に係る第１の超電導線材と第２の超電導線材の接合前の状態を示す斜視図である。

【図3】図３は、第１の実施の形態に係る第１の超電導線材と第２の超電導線材が接合された超電導線材の長さ方向の溝の断面を含む垂直断面図である。

【図4】図４（ａ）～（ｃ）は、溝のパターンの例を示す第１の超電導線材の平面図である。

【図5】図５（ａ）～（ｃ）は、溝のパターンの例を示す第１の超電導線材の平面図である。

【図6】図６は、溝のパターンの例を示す第１の超電導線材の平面図である。

【図7】図７は、基板同士を溶接する部分（溶接部）の位置の例を示す、超電導線材の上面図である。

【図8】図８は、第２の実施の形態に係る超電導線材の側面図である。

【図9】図９は、第３の実施の形態に係る超電導線材の側面図である。

【図10】図１０は、実施例１に係る追加膜の印加圧力と接合面積率との関係を示すグラフである。

【図11】図１１（ａ）は、実施例２に係る追加膜の印加圧力と接合面積率との関係を示すグラフである。図１１（ｂ）は、実施例２に係る追加膜の接合面積率と超電導線材の臨界電流との関係を示すグラフである。

【図12】図１２は、実施例２に係る引張試験の結果から求められた超電導線材の接合面積率とせん断強度の関係を示すグラフである。

【図13】図１３（ａ）は、実施例３に係る超電導線材の接合面積率を示す光学顕微鏡写真である。図１３（ｂ）は、比較例としての、実施例３と同じ条件で接合した、追加膜が溝を有しない超電導線材の接合面積率を示す光学顕微鏡写真である。

【図14】図１４は、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示される追加膜の接合面積率を比較するグラフである。

【図15】図１５は、実施例３に係る超電導線材の温度－抵抗特性を示すグラフである。

【図16】図１６は、実施例３に係る超電導線材の電流－電圧特性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

〔第１の実施の形態〕
（超電導線材の構成）
図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る超電導線材１の側面図である。超電導線材１は、長尺化のため、第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０が接合部３０において接合されている。典型的には、第１の超電導線材１０の端部と第２の超電導線材２０の端部が接合される。

【0017】

第１の超電導線材１０は、基板１１と、基板１１上に中間層１４を介して設けられた超電導体層１２と、超電導体層１２上の追加膜１３とを有する。第２の超電導線材２０は、基板２１と、基板２１上に中間層２４を介して設けられた超電導体層２２と、超電導体層２２上の追加膜２３とを有する。

【0018】

図１（ｂ）は、接合前の第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０の側面図である。第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０を接合する際に、超電導体層１２、追加膜１３、追加膜２３、超電導体層２２は、固相拡散により一体化され、それによって超電導体層１２と超電導体層２２が超電導接続（超電導電流が流れるように接続）される。

【0019】

基板１１と基板２１は、例えば、ハステロイ（登録商標）などの合金や金属からなるテープ状の基板である。基板１１と基板２１は、例えば、５０～１００μｍ程度の厚さを有する。

【0020】

中間層１４は、例えば、基板１１と超電導体層１２の間のバッファ層として機能する。同様に、中間層２４は、例えば、基板２１と超電導体層２２の間のバッファ層として機能する。中間層１４と中間層２４は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３もしくはＬａＭｎＯ_３、ＭｇＯ、ＬａＭｎＯ_３、ＣｅＯ_２が積層された多層膜からなり、２００～４００μｍ程度の厚さを有する。

【0021】

超電導体層１２と超電導体層２２は、それぞれ第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０の主な電流経路となる層であり、ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋ｘ（ＲＥは、Ｙ、又はＳｍ、Ｅｕ、Ｇｄのような希土類元素）のような酸化物超電導体からなる。超電導体層１２、２２は、例えば、０．１～１０μｍ程度の厚さを有する。超電導体層１２と超電導体層２２を構成する超電導体は、同じであっても、異なっていてもよい。

【0022】

追加膜１３と追加膜２３は、それぞれ超電導体層１２と超電導体層２２の表面（上面）の少なくとも一部の領域上に直接設けられる膜であり、ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋ｘのような酸化物超伝導体からなる。追加膜１３と追加膜２３は、それぞれ超電導体層１２と超電導体層２２の接合部３０を含む一部の領域上に形成されてもよいし、超電導体層１２と超電導体層２２の全領域上に形成されてもよい。追加膜１３、２３は、例えば、０．０１～１μｍ程度の厚さを有する。

【0023】

超電導体層１２と追加膜１３、及び超電導体層２２と追加膜２３は、異なる超電導体からなるものであってもよい。追加膜１３と追加膜２３は、異なる酸化物超電導体からなるものであってもよいが、接合を容易にするため、同じ酸化物超電導体からなることが好ましい。

【0024】

追加膜１３の表面と追加膜２３の表面は、対向した状態で接合部３０において接合される。

【0025】

図２は、第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０の接合前の状態を示す斜視図である。第１の超電導線材１０の追加膜１３は、所定のパターンを有する溝３１をその表面に有する。溝３１の少なくとも一部は、接合部３０に含まれる。すなわち、溝３１の少なくとも一部が、追加膜１３と追加膜２３が重なる領域と重なる。溝３１は、第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０が接合された状態において、外気とつながる。

【0026】

図３は、第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０が接合された超電導線材１の長さ方向の溝３１の断面を含む垂直断面図である。溝３１は、第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０が接合された状態において、外気とつながっているため、追加膜１３と追加膜２３に雰囲気中の酸素を導入する際に、酸素が溝３１を介して接合部３０の中央近傍まで供給される。

【0027】

これによって、追加膜１３と追加膜２３の接合面積が大きい場合であっても、追加膜１３と追加膜２３の中央近傍まで酸素を導入し、超電導相の生成を促進することができる。

【0028】

図２に示される溝３１のパターンは、超電導線材１の長さ方向に平行なラインアンドスペースパターンであるが、これに限られるものではなく、超電導線材１０と第２の超電導線材２０が接合された状態において、溝３１が外気とつながるという条件を満たすものであればよい。

【0029】

図４（ａ）～（ｃ）、図５（ａ）～（ｃ）、及び図６は、溝３１のパターンの例を示す第１の超電導線材１０の平面図である。図４（ａ）は、超電導線材１の幅方向に平行なラインアンドスペースパターンを示す。図４（ｂ）は、四角格子パターンを示す。図４（ｃ）は、ミヤンダーパターンを示す。

【0030】

図５（ａ）に示される溝３１は、接合部３０の中央部の溝３１ａと、その溝３１ａを外気とつなげる経路としての溝３１ｂから構成され、追加膜１３の溝３１が形成されていない領域は、接合部３０の外周部にのみ存在する。図５（ｂ）に示される溝３１は、接合部３０の中央部を囲む環状の溝３１ｃと、その溝３１を外気とつなげる経路としての溝ｄ３１から構成され、追加膜１３の溝３１が形成されていない領域は、接合部３０の中央部と外周部に存在する。図５（ｃ）に示される溝３１は、接合部３０の中央部の溝３１ｅと、その溝３１ｅを囲む環状の溝３１ｆと、溝３１ｅと溝３１ｆをつなげる経路としての溝３１ｇと、溝３１ｆを外気とつなげる経路としての溝３１ｈから構成される。
図６に示される溝３１は、追加膜１３の溝３１が形成されていない複数の領域が島状に点在するパターンを有する。

【0031】

溝３１の幅や深さは、酸素を含む空気の流路となり得る幅や深さであればよい。例えば、溝３１の深さは超電導層１２まで達していても、達していなくてもよい。溝３１のパターンにおけるピッチは、追加膜１３と追加膜２３に酸素を導入する際の温度における追加膜１３と追加膜２３の酸素の拡散距離に応じて設定される。例えば、ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋ｘからなる追加膜１３と追加膜２３に２００～８００℃程度の熱を加えて酸素を導入する場合、接合部３０における溝３１が形成されていない領域の溝３１から最も離れた点の溝３１からの距離が１０μｍ～１ｍｍ程度となるように設定される。このため、溝３１のパターンがラインアンドスペースである場合は、溝３１が形成されていない領域（ラインアンドスペースのスペース）の幅が２０μｍ～２ｍｍ程度以下となるように設定される。

【0032】

なお、溝３１は、追加膜１３ではなく、第２の超電導線材２０の追加膜２３に設けられていてもよく、また、追加膜１３と追加膜２３の両方に設けられていてもよい。溝３１が追加膜１３と追加膜２３の両方に設けられる場合、それぞれ異なるパターンを有してもよい。例えば、追加膜１３に設けられる溝３１が超電導線材１の長さ方向に平行なラインアンドスペースパターンを有し、追加膜２３に設けられる溝３１が超電導線材１の幅方向に平行なラインアンドスペースパターンを有する。

【0033】

また、上述のように、第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０が接合される際に、超電導体層１２と追加膜１３、及び超電導体層２２と追加膜２３は、固相拡散により一体化される。このため、超電導体層１２と追加膜１３、及び超電導体層２２と追加膜２３は、それぞれ１層の超電導体層を構成すると捉えることができる。すなわち、超電導線材１においては、第１の超電導線材１０の超電導層と第２の超電導線材２０の超電導層の少なくともいずれか一方が溝３１をその表面に有し、溝３１の少なくとも一部が、第１の超電導線材１０の超電導層と第２の超電導線材２０の超電導層が重なる領域と重なり、第１の超電導線材１０の超電導層の表面と第２の超電導線材２０の超電導層の表面が接合されているといえる。

【0034】

（超電導線材の製造方法）
以下に、超電導線材１を製造するための、第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０の接合方法の一例を示す。以下の例では、化学溶液プロセスを用いて追加膜１２及び追加膜２２を形成する。

【0035】

まず、基板１１、中間層１４、及び超電導体層１２を有する第１の超電導線材１０と、基板２１、中間層２４、及び超電導体層２２を有する第２の超電導線材２０とを用意する。

【0036】

次に、第１の超電導線材１０の超電導体層１２の表面の少なくとも一部の領域（典型的には超電導体層１２の端部を含む領域）上に、酸化物超電導体の前駆体溶液を直接塗布する。また、第２の超電導線材２０の超電導体層２２の表面の少なくとも一部の領域（典型的には超電導体層２２の端部を含む領域）上に、酸化物超電導体の前駆体溶液を直接塗布する。

【0037】

酸化物超電導体の前駆体溶液は、金属有機化合物塗布熱分解法（ＭＯＤ法）、ゾル－ゲル法などの化学溶液プロセスにより生成される。前駆体溶液を塗布する方法としては、例えば、スピンコート、ディップコート、ダイコートなどが用いられる。

【0038】

超電導体層１２と超電導体層２２の表面に塗布された前駆体溶液の塗布膜は、それぞれ、追加膜１３、追加膜２３を構成する酸化物超電導体の構成元素を含む物質を、例えば、金属、金属酸化物、又は無機若しくは有機化合物として含む。また、これら前駆体溶液の塗布膜に含まれる酸化物超電導体の構成元素（例えば、ＲＥ、Ｂａ、Ｃｕ）の組成比は、追加膜１３、追加膜２３と同一であってもよく、異なっていてもよい（例えば、ＲＥを過多に、あるいはＢａやＣｕを過少にする）。

【0039】

次に、超電導体層１２上の前駆体溶液の塗布膜と超電導体層２２上の前駆体溶液の塗布膜をか焼し、前駆体膜（か焼膜）を得る。か焼は、例えば、酸素を含む雰囲気下で５００℃程度の熱を加えることにより実施される。なお、か焼雰囲気は水蒸気を含んでいてもよく、か焼温度は５０～６５０℃程度の範囲内であればよい。

【0040】

ここで、超電導体層１２上のか焼膜は、酸化物超電導体からなる追加膜１３の前駆体膜であり、超電導体層２２上のか焼膜は、酸化物超電導体からなる追加膜２３の前駆体膜である。

【0041】

追加膜１３の前駆体膜と追加膜２３の前駆体膜は、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）等の気相法により形成することもできる。この場合、例えば、ＧｄＢＣＯターゲットなどの原料ターゲットにＸｅＣｌレーザー光を照射し、超電導体層１２上にＧｄＢＣＯ前駆体膜などの前駆体膜を厚さ１．０μｍ程度で堆積させる。実施条件の一例を挙げると、レーザー光のエネルギー密度は２～３Ｊ／ｃｍ^２、レーザーの繰り返し周波数は２００Ｈｚ、ターゲットの組成はＧｄＢａ_１．８Ｃｕ_３Ｏ_ｘであり、前駆体膜作製時の基板温度は３００℃である。

【0042】

次に、超電導体層１２上の前駆体膜の接合部となる領域を含む領域に溝３１を形成する。溝３１の形成は、カッターなどを用いた機械的方法により実施されてもよいし、レーザーやフォトリソグラフィを用いて実施されてもよい。また、溝３１は超電導体層１２上の追加膜１３の前駆体膜ではなく超電導体層２２上の追加膜２３の前駆体膜に形成されてもよいし、追加膜１３の前駆体膜と追加膜２３の前駆体膜の両方に形成されてもよい。

【0043】

次に、追加膜１３の前駆体膜の溝３１を含む領域と追加膜２３の前駆体膜とを対向させて重ね合わせ、固定した状態で、酸素を含む雰囲気下で熱処理を施す。これにより、追加膜１３の前駆体膜と追加膜２３の前駆体膜を結晶化させて、酸化物超電導体からなる追加膜１３と追加膜２３を形成しつつ、追加膜１３と追加膜２３を接合させ、超電導体層１２と超電導体層２２を超電導接続させる。

【0044】

熱処理前の重ねられた追加膜１３の前駆体膜と追加膜２３の前駆体膜の固定は、これらが互いに押し当てられるように、第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０の重なる領域に機械的に所定の圧力を加えることにより行われる。

【0045】

この超電導体層１２と超電導体層２２を超電導接続させる工程においては、追加膜１３と追加膜２３の界面における固相拡散により、追加膜１３と追加膜２３が接合される。また、超電導体層１２と超電導体層２２を下地とするエピタキシャル成長により、追加膜１３と追加膜２３の接合界面を配向化することができる。このため、追加膜１３、２３が、ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋ｘのような結晶方位に依存して臨界電流密度－磁界特性（Ｊ_ｃ－Ｂ特性）などの特性が変化する材料からなる場合であっても、接合界面において結晶方位を揃えられるため、且つ、固相拡散によって接合するため界面における異相の析出が抑制されるため、優れた特性を得ることができる。

【0046】

この工程における熱処理は、例えば、処理温度が８００℃、酸素分圧が２００Ｐａ、処理時間が１．５時間、印加圧力（追加膜１３の前駆体膜と追加膜２３の前駆体膜を押し当てる圧力）が２０ＭＰａの条件で実施される。なお、処理温度は７００～８５０℃程度の範囲内であればよく、酸素分圧は１～１０００００Ｐａ程度の範囲内であればよく、処理時間は０．２～２時間程度の範囲内であればよく、印加圧力は０．５～５０ＭＰａ程度の範囲内であればよい。

【0047】

また、この酸化物超電導体からなる追加膜１３と追加膜２３を形成する工程において、雰囲気中の酸素が溝３１に流入し、接合部３０の中央近傍まで供給される。これによって、追加膜１３と追加膜２３の接触面の中央近傍まで酸素が効果的に導入され、超電導相の生成が促進される。

【0048】

また、溝３１を形成することにより、追加膜１３と追加膜２３の接合面積が増加することも確認されている。この理由の一つとして、溝３１を介して酸素を導入することにより、接合面のより広い範囲で前駆体の熱分解が進んで酸化物超電導相の形成が促進され、結晶品質が広い範囲で向上することが考えられる。

【0049】

また、本実施の形態においては、追加膜１３の前駆体膜と追加膜２３の前駆体膜を結晶化させて超電導相を形成しながらこれらを接合するため、接合部に液相が介在せず、接合界面のみならず、追加膜１３及び追加膜２３の全体においても、本質的に異相が生成されにくい。上記の非特許文献２、３のように、接合界面に生成する液相を介して試料同士を融着させる方法によれば、液相は接合界面のみならず同条件下に晒された下地を含む試料全体で生成することになり、溶けた部分が再度結晶化する際に異相が生成してしまう可能性が高い。

【0050】

追加膜１３と追加膜２３を接合する工程において、重ねられた追加膜１３の前駆体膜と追加膜２３の前駆体膜を固定する方法として、上述の機械的に圧力を加える方法の代わりに、基板１１と基板２１とを溶接する方法を用いることができる。

【0051】

この場合、超電導体層１２と超電導体層２２を超電導接続させる工程において、基板１１と基板２１を、追加膜１３と追加膜２３とが重ね合わされる領域において局所的に溶接する。その結果、基板１１と基板２１は、接合部３０において、すなわち追加膜１３と追加膜２３が重なる領域と重なる領域において、局所的に溶接される。

【0052】

基板１１と基板２１を溶接する方法としては、例えば、基板１１と基板２１の間に電流を流し、それらの重なる面に発生する抵抗熱を利用してスポット溶接する方法（spot welding）や、基板１１と基板２１の間にレーザー光を照射し、光から変換されて生じる熱を利用して、局所的な溶接を行う方法（laser welding）を用いることができる。

【0053】

図７は、基板１０と基板２０を溶接する部分（溶接部３２）の位置の例を示す、超電導線材１の上面図である。溶接部３２は、接合部３０内、すなわち追加膜１３と第２の追加膜２３が重なる領域と重なる領域内に設けられ、また、電流の流れをなるべく妨げないように、超電導線材１の幅方向の端部に近い位置に設けられることが好ましい。典型的には、図７に示されるように、超電導線材１を平面視したときの接合部３０の四隅に設けられる。

【0054】

また、第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０の位置ずれをより確実に防ぐため、３箇所以上で局所的な溶接を行う、すなわち３つ以上の溶接部３２が設けられることが好ましい。また、基板１０と基板２０をより確実に溶接するため、溶接箇所において、これらの間に存在する追加膜１３、２３、超伝導体層１２、２２、及び中間層１４、２４をグラインダーなどを用いて除去し、基板１０と基板２０を直接接触させた状態で溶接することが好ましい。

【0055】

基板１１と基板２１を溶接することにより、超電導線材１の接合部３０の機械的強度をより大きくすることができる。また、基板１１と基板２１を溶接した上で、重ねられた追加膜１３の前駆体膜と追加膜２３の前駆体膜が互いに押し当てられるように第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０の重なる領域に機械的に圧力を加え、熱処理を施して追加膜１３と追加膜２３を接合することにより、超電導線材１の接合部３０の機械的強度をさらに大きくすることができる。

【0056】

〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態では、接合用の超電導線材を用いて、第１の超電導線材と第２の超電導線材を接合する。なお、第１の実施の形態と同様の部材については、同じ符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。

【0057】

図８は、第２の実施の形態に係る超電導線材２の側面図である。超電導線材２は、長尺化のため、第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０が接合用超電導線材４０を用いて接続されている。

【0058】

超電導線材２においては、第１の超電導線材１０の端部と接合用超電導線材４０の端部が接合部５０において接合され、第２の超電導線材２０の端部と接合用超電導線材４０の端部が接合部５１において接合される。

【0059】

接合用超電導線材４０は、基板４１と、基板４１上に中間層４４を介して設けられた超電導体層４２と、超電導体層４２上の追加膜４３とを有する。

【0060】

第１の超電導線材１０と接合用超電導線材４０を接合する際に、超電導体層１２、追加膜１３、追加膜４３、超電導体層４２は、固相拡散により一体化され、それによって超電導体層１２と超電導体層４２が超電導接続される。また、第２の超電導線材２０と接合用超電導線材４０を接合する際に、超電導体層２２、追加膜２３、追加膜４３、超電導体層４２は、固相拡散により一体化され、それによって超電導体層２２と超電導体層４２が超電導接続される。

【0061】

基板４１は、例えば、第１の超電導線材１０の基板１１や第２の超電導線材２０の基板２１と同様の材料からなり、同様の厚さを有する。また、中間層４４は、例えば、第１の超電導線材１０の中間層１４や超電導線材２０の中間層２４と同様の材料からなり、同様の厚さを有する。

【0062】

超電導体層４２は、接合用超電導線材４０の主な電流経路となる層であり、ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋ｘ（ＲＥは、Ｙ、又はＳｍ、Ｅｕ、又はＧｄのような希土類元素）のような酸化物超電導体からなる。超電導体層４２は、例えば、０．１～１０μｍ程度の厚さを有する。超電導体層４２を構成する超電導体は、超電導体層１２や超電導体層２２を構成する超電導体と同じであっても、異なっていてもよい。

【0063】

追加膜４３は、それぞれ超電導体層４２の表面（上面）の少なくとも一部の領域上に直接設けられる膜であり、ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋ｘのような酸化物超伝導体からなる。追加膜４３は、それぞれ超電導体層４２の接合部５０、５１を含む一部の領域上に形成されてもよいし、超電導体層４２の全領域上に形成されてもよい。追加膜４３は、例えば、０．０１～１μｍ程度の厚さを有する。

【0064】

超電導体層４２と追加膜４３は、異なる超電導体からなるものであってもよい。追加膜１３と追加膜４３、及び追加膜２３と追加膜４３は、異なる酸化物超電導体からなるものであってもよいが、接合を容易にするため、同じ酸化物超電導体からなることが好ましい。

【0065】

追加膜１３の表面と追加膜４３の表面は対向した状態で接合部５０において接合され、また、追加膜２３の表面と追加膜４３の表面は対向した状態で接合部５１において接合される。それによって、第１の超電導線材１０の超電導体層１２と第２の超電導線材２０の超電導体層２２が、接合用超電導線材４０の超電導体層４２を介して超電導接続される。

【0066】

追加膜１３と追加膜４３の少なくともいずれか一方は、所定のパターンを有する溝３１を有する。この溝３１の少なくとも一部は、接合部５０に含まれる。すなわち、この溝３１の少なくとも一部が、追加膜１３と追加膜４３が重なる領域と重なる。この溝３１は、第１の超電導線材１０と接合用超電導線材４０が接合された状態において、外気とつながる。

【0067】

また、追加膜２３と追加膜４３の少なくともいずれか一方は、所定のパターンを有する溝３１を有する。この溝３１の少なくとも一部は、接合部５１に含まれる。すなわち、この溝３１の少なくとも一部が、追加膜２３と追加膜４３が重なる領域と重なる。この溝３１は、第２の超電導線材２０と接合用超電導線材４０が接合された状態において、外気とつながる。

【0068】

追加膜４３が、表面の接合部５０と重なる領域と接合部５１と重なる領域に溝３１を有し、追加膜１３と追加膜２３が溝３１を有しない場合は、追加膜４３にのみ溝３１を形成すればよいため、比較的製造が容易である。

【0069】

なお、追加膜１３、２３、４３の前駆体膜を結晶化させつつ接合させる際に、溝３１の開口が塞がれて溝３１への酸素の流入が妨げられることがないように、追加膜１３の側面と追加膜２３の側面は接触していないことが好ましい。

【0070】

第１の超電導線材１０と接合用超電導線材４０及び第２の超電導線材２０と接合用超電導線材４０を接合する方法は、第１の実施の形態に記載された第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０との接合方法と同様である。すなわち、追加膜１３と追加膜４３及び追加膜２３と追加膜４３を接合する方法は、第１の実施の形態に記載された追加膜１３と追加膜２３を接合する方法と同様である。

【0071】

追加膜１３と追加膜４３及び追加膜２３と追加膜４３を接合する工程において、雰囲気中の酸素が溝３１に流入し、接合部５０、５１の中央近傍まで供給される。これによって、追加膜１３と追加膜４３の接触面の中央近傍及び追加膜２３と追加膜４３の接触面の中央近傍まで酸素が効果的に導入され、超電導相の生成が促進される。

【0072】

第１の実施の形態に係る基板１１と基板２１のように、基板１１と基板４１、及び基板２１と基板４１を溶接してもよい。この場合、基板１１と基板４１は、接合部５０において、すなわち追加膜１３と追加膜４３が重なる領域と重なる領域において、局所的に溶接される。また、基板２１と基板４１は、接合部５１において、すなわち追加膜２３と追加膜４３が重なる領域と重なる領域において、局所的に溶接される。なお、基板１１と基板４１の溶接及び基板２１と基板４１の溶接における好ましい条件（溶接部３２の位置、数など）は、第１の実施の形態と同様である。

【0073】

第１の超電導線材１０と接合用超電導線材４０、及び第２の超電導線材２０と接合用超電導線材４０が接合される際に、超電導体層１２と追加膜１３、超電導体層２２と追加膜２３、及び超電導体層４２と追加膜４３は、固相拡散により一体化される。このため、超電導体層１２と追加膜１３、超電導体層２２と追加膜２３、及び超電導体層４２と追加膜４３は、それぞれ１層の超電導体層を構成すると捉えることができる。すなわち、超電導線材２においては、第１の超電導線材１０の超電導層と接合用超電導線材４０の超電導層の少なくともいずれか一方が溝３１をその表面に有し、溝３１の少なくとも一部が、第１の超電導線材１０の超電導層と接合用超電導線材４０の超電導層が重なる領域と重なり、第１の超電導線材１０の超電導層の表面と接合用超電導線材４０の超電導層の表面が接合されているといえる。また、第２の超電導線材２０の超電導層と接合用超電導線材４０の超電導層の少なくともいずれか一方が溝３１をその表面に有し、溝３１の少なくとも一部が、第２の超電導線材２０の超電導層と接合用超電導線材４０の超電導層が重なる領域と重なり、第２の超電導線材２０の超電導層の表面と接合用超電導線材４０の超電導層の表面が接合されているといえる。

【0074】

〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態は、第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０の一方にのみ追加膜が含まれる点において、第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態と同様の部材については、同じ符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。

【0075】

図９は、第３の実施の形態に係る超電導線材３の側面図である。第１の超電導線材１０は、基板１１と、基板１１上に中間層１４を介して設けられた超電導体層１２と、超電導体層１２上の追加膜１３とを有する。第２の超電導線材２０は、基板２１と、基板２１上に中間層２４を介して設けられた超電導体層２２とを有する。

【0076】

超電導線材３においては、追加膜１３の表面と超電導体層２２の表面が接合されることにより、超電導体層１２と超電導体層２２が超電導接続されている。また、追加膜１３が、外気とつながる所定のパターンを有する溝３１を有する。この溝３１の少なくとも一部は、接合部３０に含まれる。すなわち、この溝３１の少なくとも一部が、追加膜１３と超電導体層２２が重なる領域と重なる。

【0077】

第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０を接合する際に、超電導体層１２、追加膜１３、超電導体層２２は、固相拡散により一体化され、それによって超電導体層１２と超電導体層２２が超電導接続される。

【0078】

超電導体層１２と超電導体層２２を超電導接続させる工程は、第１の実施の形態と同様である。第１の超電導線材１０の追加膜１３の前駆体膜の溝３１を含む領域と第２の超電導線材２０の超電導体層２２とを対向させて重ね、固定した状態で、酸素を含む雰囲気下で熱処理を施す。そして、追加膜１３の前駆体膜を結晶化させて、酸化物超電導体からなる追加膜１３を形成しつつ追加膜１３と超電導体層２２を接合させ、超電導体層１２と超電導体層２２を超電導接続させる。このとき、追加膜１３と超電導体層２２の界面における固相拡散により、追加膜１３と超電導体層２２が接合されると考えられる。

【0079】

追加膜１３と超電導体層２２の接合形態は、異種接合と呼ばれる接合形態であり、接合界面の位置が接合前の界面の位置からいずれかの側に僅かに移動したり、接合界面に空隙が生成したりするおそれがある。このため、本実施の形態に係る超電導線材３は、第１の実施の形態に係る超電導線材１と比べて、電流－電圧特性などにおいて劣る場合がある。一方で、接合部において追加膜を１枚のみ有する超電導線材３には、製造工程数が少ないという利点がある。

【0080】

第１の実施の形態と同様に、基板１１と基板２１を溶接してもよい。この場合、超電導体層１２と超電導体層２２を超電導接続させる工程において、基板１１と基板２１を、追加膜１３と超電導体層２２とが重ね合わされる領域において局所的に溶接する。その結果、基板１１と基板２１は、接合部３０において、すなわち追加膜１３と超電導体層２２が重なる領域と重なる領域において、局所的に溶接される。なお、基板１１と基板２１の溶接における好ましい条件（溶接部３２の位置、数など）は、第１の実施の形態と同様である。

【0081】

なお、超電導線材３においては、第１の超電導線材１０が追加膜１３を有さずに、第２の超電導線材２０が溝３１を有する追加膜２３を有してもよい。

【0082】

また、接合する超電導線材のいずれか一方のみが追加膜を有するという本実施の形態の特徴を、上記第２の実施の形態に適用してもよい。すなわち、第１の超電導線材１０及び第２の超電導線材２０と、接合用超電導線材４０の、いずれか一方のみが追加膜を有していてもよい。

【0083】

具体的には、第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０が追加膜１３と追加膜２３をそれぞれ有して、接合用超電導線材４０は追加膜４３を有さず、追加膜１３の表面と超電導体層４２の表面、及び追加膜２３の表面と超電導体層４２の表面が接合されることにより、超電導体層１２と超電導体層２２が、超電導体層４２を介して超電導接続される。この場合、追加膜１３に設けられる溝３１の少なくとも一部は、追加膜１３と超電導体層４２が重なる領域と重なる。また、追加膜２３に設けられる溝３１の少なくとも一部は、追加膜２３と超電導体層４２が重なる領域と重なる。

【0084】

または、接合用超電導線材４０が追加膜４３を有して、第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０が追加膜１３と追加膜２３をそれぞれ有さず、超電導体層１２の表面と追加膜４３の表面、及び超電導体層２２の表面と追加膜４３の表面が接合されることにより、超電導体層１２と超電導体層２２が、超電導体層４２を介して超電導接続される。この場合、追加膜４３は、超電導体層１２と追加膜４３が重なる領域と少なくとも一部が重なる溝３１、及び超電導体層２２と追加膜４３が重なる領域と少なくとも一部が重なる溝３１を有する。この形態では、接合用超電導線材４０にのみ追加膜を形成すればよいため、比較的製造が容易である。

【0085】

この形態においても、第１の実施の形態に係る基板１１と基板２１のように、基板１１と基板４１、及び基板２１と基板４１を溶接してもよい。この場合、基板１１と基板４１は、接合部５０において、すなわち追加膜１３と超電導体層４２が重なる領域と重なる領域又は超電導体層１２と追加膜４３が重なる領域と重なる領域において、局所的に溶接される。また、基板２１と基板４１は、接合部５１において、すなわち追加膜２３と超電導体層４２が重なる領域と重なる領域又は超電導体層２２と追加膜４３が重なる領域と重なる領域において、局所的に溶接される。基板１１と基板２１の溶接における好ましい条件（溶接部３２の位置、数など）は、第１の実施の形態と同様である。

【0086】

第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０が接合される際に、超電導体層１２と追加膜１３は、固相拡散により一体化される。このため、超電導体層１２と追加膜１３は、１層の超電導体層を構成すると捉えることができる。すなわち、超電導線材３においては、第１の超電導線材１０の超電導層と第２の超電導線材２０の超電導層の少なくともいずれか一方が溝３１をその表面に有し、溝３１の少なくとも一部が、第１の超電導線材１０の超電導層と第２の超電導線材２０の超電導層が重なる領域と重なり、第１の超電導線材１０の超電導層の表面と第２の超電導線材２０の超電導層の表面が接合されているといえる。

【0087】

（実施の形態の効果）
上記第１～３の実施の形態によれば、所定のパターンを有する溝が形成された追加膜を用いて超電導線材を接合することにより、接合部の結晶品質が高く、かつ接合面積が大きい超電導線材を提供することができる。

【実施例1】

【0088】

ＭＯＤ法により形成した追加膜の前駆体同士を接合させる際に超電導線材間に印加する圧力、追加膜の接合部における接合面積率（追加膜の重なった領域の面積に対する、実際に接合された領域の面積の比の値）の関係を調べた。

【0089】

本実施例においては、第１の実施の形態に係る第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０（ただし、いずれも溝３１を有しない）を用いて実験を実施した。第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０の幅は、６ｍｍとした。

【0090】

基板１１、２１として、ハステロイ（登録商標）からなる厚さ５０～１００μｍのテープ状の基板を用いた。中間層１４、２４として、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３もしくはＬａＭｎＯ_３、ＭｇＯ、ＬａＭｎＯ_３、ＣｅＯ_２の各層を順次積層した多層膜を用いた。また、超電導体層１２、２２として、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋ｘからなる厚さ１．３～１．５μｍの超電導体膜を用いた。また、ＭＯＤ法により生成したＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋ｘの前駆体溶液を超電導体層１２、２２の表面全体に塗布し、それを５５０℃でか焼して、追加膜１３、２３の前駆体膜を形成した。

【0091】

そして、追加膜１３、２３の前駆体同士を対向させて重ね合わせ、機械的に圧力を印加した状態で、固相拡散のための熱処理を施した。この処理は、処理温度が８００℃、酸素分圧が２００Ｐａ、処理時間が１．５時間、印加圧力が１～５０ＭＰａの条件で実施した。

【0092】

図１０は、実施例１に係る追加膜１３、２３の印加圧力と接合面積率との関係を示すグラフである。図１０は、印加圧力が大きいほど、追加膜１３、２３の接合面積率が大きくなることを示している。

【実施例2】

【0093】

ＰＬＤ法によって形成した追加膜の前駆体同士を接合させる際に超電導線材間に印加する圧力、追加膜の接合部における接合面積率（追加膜の重なった領域の面積に対する、実際に接合された領域の面積の比の値）、及び臨界電流の関係を調べた。さらに、接合面積率と機械的強度（せん断強度）の関係を調べた。

【0094】

本実施例においては、第１の実施の形態に係る第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０（ただし、いずれも溝３１を有しない）を用いて実験を実施した。第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０の幅は、６ｍｍとした。

【0095】

基板１１、２１として、ハステロイ（登録商標）からなる厚さ５０～１００μｍのテープ状の基板を用いた。中間層１４、２４として、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３もしくはＬａＭｎＯ_３、ＭｇＯ、ＬａＭｎＯ_３、ＣｅＯ_２の各層を順次積層した多層膜を用いた。また、超電導体層１２、２２として、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋ｘからなる厚さ１．３～１．５μｍの超電導体膜を用いた。また、ＰＬＤ法によりＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋ｘの前駆体を超電導体層１２、２２の表面全体に堆積して、追加膜１３、２３の前駆体膜を形成した。

【0096】

そして、追加膜１３、２３の前駆体同士を対向させて重ね合わせ、機械的に圧力を印加した状態で、固相拡散のための熱処理を施した。この処理は、処理温度が８２０℃、酸素分圧が５０００Ｐａ、処理時間が１．５時間、印加圧力が１～５０ＭＰａの条件で実施した。

【0097】

図１１（ａ）は、実施例２に係る追加膜の印加圧力と接合面積率との関係を示すグラフである。図１１（ｂ）は、実施例２に係る追加膜の接合面積率と超電導線材１の臨界電流との関係を示すグラフである。図１１（ｂ）は、追加膜１３、２３の接合面積率が大きいほど、超電導線材１の臨界電流が小さくなることを示している。

【0098】

これは、接合面積が大きくなるほど、接合部分の中央近傍まで酸素を導入することが困難になり、酸素が十分に導入された超電導結晶が形成されるのは外気と接触しやすい接合部周囲のみとなり、接合部中央では酸素が欠乏した超電導結晶が生成する、又は接合部分の中央にかけて前駆体から超電導体への生成反応が十分に進まず低品質になるためと考えられる。

【0099】

このため、追加膜の結晶品質を確保しつつ、接合面積を大きくするためには、上記第１、２の実施の形態のように、溝３１を形成して、追加膜の接触面の広い領域に効果的に酸素を導入することが非常に効果的である。

【0100】

なお、図１１（ａ）、（ｂ）によれば、溝３１を形成しない場合には、印加圧力を５～１５ＭＰａ程度とすることで、超電導線材として実用的な接合面積と臨界電流が得られることがわかる。

【0101】

次に、接合面積率とせん断強度の関係を調べるため、ＳＨＩＭＡＤＺＵ社製のＡＧ－ＩＳ １０ｋＮ装置を用いて、室温にて引張試験を実施した。接合した第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０の両端に直径１．５ｍｍの穴をあけ、その穴に直径１．２ｍｍのピンをそれぞれ通した後、３．３μｍ／ｓの速度でこれらのピンを互いに反対の方向へ引っ張ることで引張強度を測定した。また、得られた引張強度を接合面積で除することでせん断強度を求めた。

【0102】

図１２は、引張試験の結果から求められた超電導線材の接合面積率とせん断強度の関係を示すグラフである。図１２は、接合面積が増加するほどせん断強度が上昇することを示しており、超電導線材の接合部における機械的強度を高めるには、接合面積を大きくすることが有用であることがわかる。

【実施例3】

【0103】

上記第１の実施の形態に係る超電導線材１を製造し、その特性を評価した。

【0104】

本実施例においては、第１の実施の形態に係る第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０を用いて実験を実施した。第１の超電導線材１０と第２の超電導線材２０の幅は、６ｍｍとした。

【0105】

基板１１、２１として、ハステロイ（登録商標）からなる厚さ５０～１００μｍのテープ状の基板を用いた。中間層１４、２４として、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３もしくはＬａＭｎＯ_３、ＭｇＯ、ＬａＭｎＯ_３、ＣｅＯ_２の各層を順次積層した多層膜を用いた。また、超電導体層１２、２２として、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋ｘからなる厚さ１．３～１．５μｍの超電導体膜を用いた。また、ＭＯＤ法により生成したＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_６＋ｘの前駆体溶液を超電導体層１２、２２の表面全体に塗布し、それを５５０℃でか焼して、追加膜１３、２３の前駆体膜を形成した。

【0106】

そして、追加膜１３の前駆体膜の表面の端部から５ｍｍまでの領域に、超電導線材１の長さ方向に平行なラインアンドスペースパターンを有する溝３１を形成した。溝３１の幅を２５μｍ～３０μｍ、隣接する溝３１の間の領域の幅を７２０μｍ～７３０μｍとした。

【0107】

そして、追加膜１３、２３の前駆体同士を対向させて重ね合わせ、機械的に圧力を印加した状態で、固相拡散のための熱処理を施した。この処理は、処理温度が８００℃、酸素分圧が２００Ｐａ、処理時間が１．５時間、印加圧力が２０ＭＰａの条件で実施した。

【0108】

図１３（ａ）は、２０ＭＰａの圧力を印加して接合した実施例３に係る超電導線材１の、接合された追加膜１３と追加膜２３を剥がした後の追加膜１３の表面の状態を写した光学顕微鏡写真である。図１３（ｂ）は、比較例としての、実施例３と同じ条件で接合した、追加膜１３、２３が溝３１を有しない超電導線材１の、接合された追加膜１３と追加膜２３を剥がした後の追加膜１３の表面の状態を写した光学顕微鏡写真である。接合前と状態が変化していない領域が接合されなかった領域であり、変化している領域が接合された領域である。接合された領域の面積を測定することにより、接合面積率を算出することができる。図１４は、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示される追加膜１３の算出された接合面積率を比較したグラフである。

【0109】

図１４に示されるように、図１３（ａ）に示される実施例３に係る超電導線材１（溝あり）の接合面積率はおよそ４２．７％であり、図１３（ｂ）に示される比較例に係る超電導線材１（溝なし）の接合面積率はおよそ１７．６％である。このことは、同じ条件で接合する場合であっても、溝３１を形成することにより、接合面積率を増加させることができることを示している。

【0110】

図１５は、２０ＭＰａの圧力を印加して接合した実施例３に係る超電導線材１（溝あり）の温度－抵抗特性を示すグラフである。図１５には、同じ条件で接合した、追加膜１３、２３が溝３１を有しない超電導線材１（溝なし）の温度－抵抗特性も合わせて示されている。図１５は、溝３１を形成することにより、臨界温度以下での抵抗の低下が急峻になり、より高い温度で安定した超電導電流が流れることを示している。

【0111】

図１６は、実施例３に係る超電導線材１の－２６３℃における電流－電圧特性を示すグラフである。図１６は、溝３１を形成することによる接合面積の増加及び超電導転移温度の上昇により、より多くの臨界電流が流れることを示している。

【0112】

以上、本発明の実施の形態、実施例を説明したが、本発明は、上記実施の形態、実施例に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。

【0113】

また、上記に記載した実施の形態、実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態、実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

【符号の説明】

【0114】

１、２、３ 超電導線材
１０ 第１の超電導線材
１１、２１、４１ 基板
１２、２２、４２ 超電導体層
１３、２３、４３ 追加膜
３０、５０、５１ 接合部
３１ 溝
４０ 接続用超電導線材

【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】