特許 7335501 酸化物超電導バルク導体及び通電素子

(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】2023-08-22

(45)【発行日】2023-08-30

(54)【発明の名称】酸化物超電導バルク導体及び通電素子

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/22 20060101AFI20230823BHJP

   H01F 6/06 20060101ALI20230823BHJP

   C01G 1/00 20060101ALI20230823BHJP

   C01G 3/00 20060101ALI20230823BHJP

   C30B 19/00 20060101ALI20230823BHJP

   C04B 35/45 20060101ALI20230823BHJP

   H01B 12/06 20060101ALI20230823BHJP

【ＦＩ】

C30B29/22 501Z

H01F6/06 120

H01F6/06 140

C01G1/00 S

C01G3/00

C30B29/22 501B

C30B19/00 Z

C04B35/45 040

H01B12/06

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019181315

(22)【出願日】2019-10-01

(65)【公開番号】P2021054688

(43)【公開日】2021-04-08

【審査請求日】2022-06-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(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】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100134359

【弁理士】

【氏名又は名称】勝俣 智夫

(74)【代理人】

【識別番号】100188592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 洋

(72)【発明者】

【氏名】手嶋 英一

【審査官】山本 一郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０６０７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０１１２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１８７１０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ３０Ｂ ２９／２２

Ｈ０１Ｆ ６／０６

Ｃ０１Ｇ １／００

Ｃ０１Ｇ ３／００

Ｃ３０Ｂ １９／００

Ｃ０４Ｂ ３５／４５

Ｈ０１Ｂ １２／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

組成式がＲＥ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｙ（式中のＲＥは、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択される１種又は２種以上の元素であり、ｙは、６．８≦ｙ≦７．２を満足する。）で表され、結晶方位の揃ったＲＥ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｙ相中に、組成式がＲＥ_２ＢａＣｕＯ_５で表されるＲＥ_２ＢａＣｕＯ_５相が分散した組織を有し、かつ板状である少なくとも２つの酸化物超電導バルク体と、
チタン又はチタン合金からなる板状の補強部材と、を備え、
前記補強部材の少なくとも２つの面に、前記補強部材の長手方向に亘って前記酸化物超電導バルク体が重ねられて固定されていることを特徴とする、酸化物超電導バルク導体。

【請求項2】

前記補強部材が、当該補強部材の長手方向の両端部又は当該補強部材の板幅方向の両端部の少なくともいずれかに、前記酸化物超電導バルク体の端面と接触する突起部を有することを特徴とする、請求項１に記載の酸化物超電導バルク導体。

【請求項3】

前記補強部材の少なくとも２つの面に固定された前記酸化物超電導バルク体のうちの２つの前記酸化物超電導バルク体が、その長手方向の互いに異なる一端において、前記補強部材を介し、互いに対向して延設されている壁部を有することを特徴とする、請求項１に記載の酸化物超電導バルク導体。

【請求項4】

前記補強部材の少なくとも２つの面に固定された前記酸化物超電導バルク体の少なくともいずれかが、その長手方向の両端において前記補強部材側に延設されている壁部を有することを特徴とする、請求項１に記載の酸化物超電導バルク導体。

【請求項5】

前記壁部が、その長手方向端部において、外部接続用の電極端子と電気的に接続可能であることを特徴とする、請求項３又は４に記載の酸化物超電導バルク導体。

【請求項6】

前記板状である少なくとも２つの酸化物超電導バルク体の厚さが、１００μｍ以上であることを特徴とする、請求項１～５のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルク導体。

【請求項7】

２つの前記酸化物超電導バルク体が、前記補強部材の対をなす２つの面のそれぞれに、前記補強部材の長手方向に亘って固定されていることを特徴とする、請求項１～６のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルク導体。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルク導体と、
前記酸化物超電導バルク導体に電気的に接続される電極端子と、を備え、
前記補強部材の少なくとも２つの面に固定された各前記酸化物超電導バルク体が、前記酸化物超電導バルク体の長手方向の両端において前記電極端子に電気的に接続されていることを特徴とする、通電素子。

【請求項9】

前記酸化物超電導バルク体の露出表面が、非透水性シート又はテープで被覆されていることを特徴とする、請求項８に記載の通電素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、酸化物超電導バルク体を利用した酸化物超電導バルク導体、及び、その酸化物超電導バルク導体を使用した通電素子に関する。

【背景技術】

【0002】

電気を通す導体として、現在、銅が最も多く使用されている。これは、室温での比抵抗が銀とほぼ同程度で他の物質に比べ低く、かつ比較的安価であることによる。導体の比抵抗を下げる方法には、導体を冷却する方法がある。銅の場合、液体窒素温度（７７Ｋ）に冷却すると、比抵抗は、室温での比抵抗に対して約１／７の約２．５×１０^－９Ωｍとなる。銅の導体としての形態は、線状あるいはテープ状の線材と、板状あるいは棒状のブスバー（導体棒）がある。銅製線材は、ケーブルや電磁石のコイル、同期モータの界磁巻線等に用いられる。一方、銅製ブスバーは、配電盤や制御盤の分岐導体、誘導モータの導体等に用いられる。大容量の電流用の導体としては、銅線よりも銅ブスバーの方が効率的な場合が多い。

【0003】

超電導材料は、臨界温度Ｔ_ｃ以下に冷却する必要はあるものの、電気抵抗がほぼゼロであり、理想的な導体である。金属系超電導材料は、臨界温度Ｔ_ｃが低く、極低温への冷却の必要性から広く普及するに至っていない。そのため、臨界温度Ｔ_ｃが液体窒素温度以上と高く、冷却の負担が比較的小さい酸化物超電導材料が実用化されると、酸化物超電導材料が広く普及することが期待される。酸化物超電導体の材料形態としては、線材と塊状のバルク体とがある。酸化物超電導線材は、銅製線材が用いられている応用分野に適用することができる。一方、酸化物超電導バルク材料から板状導体を切り出せば、銅製ブスバーが用いられている応用分野に適用することができる。ここでは、酸化物超電導バルク材料から板状切り出した酸化物超電導バルク体が利用された導体のことを酸化物超電導バルク導体と呼ぶことにする。さらに、酸化物超電導バルク導体は、銅製ブスバーが用いられている配電盤や制御盤の分岐導体、誘導モータの導体だけでなく、両端に外部接続用の電極端子を取り付けることによって電流リードや永久電流スイッチ等の通電素子にも適用することができる。

【0004】

酸化物超電導バルク導体に用いる酸化物超電導バルク材料としては、臨界温度Ｔ_ｃが高く、大電流を流せる超電導バルク材料、即ち臨界電流密度Ｊ_ｃが高い超電導バルク材料が望ましい。ＲＥ－Ｂａ－Ｃｕ－Ｏ系酸化物超電導体（ＲＥは、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択される１種又は２種以上の元素である。）の臨界温度Ｔ_ｃは、９０Ｋ程度と高い。しかしながら、酸化物の一般的な製法である焼結法で作製されるＲＥ－Ｂａ－Ｃｕ－Ｏ系酸化物超電導体のバルク材料は、多数の結晶粒からなる多結晶状の超電導バルク材料である。酸化物超電導バルク材料が多結晶である場合には、内部に存在する多数の結晶粒界が超電導電流を阻害するため、臨界電流密度Ｊ_ｃは７７Ｋで１．０×１０^３Ａ／ｃｍ^２以下であり、低い値となる。

【0005】

臨界電流密度Ｊ_ｃを改善するために、例えば、以下の特許文献１で開示されているような、溶融結晶成長プロセスが開発されている。このような溶融結晶成長プロセスを適用することにより、結晶方位の揃ったＲＥ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｙ（式中のｙは、６．８≦ｙ≦７．１を満足する。）中にＲＥ_２ＢａＣｕＯ_５が微細分散した組織を有する、酸化物超電導バルク材料を得ることができる。内部に微細分散したＲＥ_２ＢａＣｕＯ_５相は磁力線をピン止めする機能を有する。かかる酸化物超電導バルク材料は、温度が７７Ｋである１Ｔの磁場中において臨界電流密度Ｊ_ｃが１．０×１０^４Ａ／ｃｍ^２以上という、磁場中でも高い特性を示す。ここで、「結晶方位の揃った」とは、内部に大傾角粒界を含まない単結晶状であることと同義である。

【0006】

酸化物超電導バルク材料から板状にバルク体を切り出せば、銅製ブスバーのような導体を製造することは可能である。しかしながら、酸化物超電導材料は脆性材料であり、細長く切り出された酸化物超電導バルク体は、そのままでは破損しやすいという問題があり、実用上は何らかの補強が必要である。破損の原因としては、導体取扱い時の外力や冷却時の熱応力がある。破損の原因が導体取扱い時の外力だけであるならば、高剛性の補強部材を酸化物超電導バルク体に貼り合わせることで高強度化が可能である。しかし、超電導体は冷却して用いられるため、冷却時の熱応力に対する耐久性も重要である。例えば、以下の特許文献２では、従来の補強体として、ステンレス鋼、マンガン鋼、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）等を例示した上で、チタンやチタン合金を補強体として用いることが開示されている。特許文献２に図示された電流リードでは、管状補強体中に酸化物超電導バルク体が納められ、端部が電極端子と固定されている。補強体としてチタンやチタン合金が選ばれた理由は、ステンレス鋼やＧＦＲＰ、あるいは従来の導体材料である銅に比べて、チタン及びチタン合金の熱収縮率が酸化物超電導バルク体の熱収縮率に近いため、熱サイクルに強くなるためである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開平２－１５３８０３号公報

【文献】特開平９－３０６７２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上述したように、酸化物超電導バルク材料から板状にバルク体を切り出せば銅製ブスバーのような導体を製造することは可能であり、チタンやチタン合金を補強部材とすることで熱サイクルに強い導体とすることも可能である。しかしながら、脆性材料である酸化物超電導バルク体を利用した酸化物超電導バルク導体では、万が一酸化物超電導バルク体が破損した場合の電流の迂回路（バイパス機能）が必要であるが、従来の酸化物超電導バルク導体ではバイパス機能がなかったために実用化が進まないという問題があった。もちろん、酸化物超電導バルク導体に対して外付けで導電性部材を並列に配置することでバイパス機能を付与することはできるが、バイパス機能を外付けする工程が必要なくなれば製作工程がより簡便になるので、導体の内部にバイパス機能を有することが求められていた。

【0009】

導体の内部にバイパス機能を有する構造としては、酸化物超電導バルク体の補強部材を導電性材料で形成してバイパス機能を持たせることが考えられる。従来の導体材料である銅などを補強部材として用いれば、バイパス機能は十分となる可能性はあるが、酸化物超電導バルク体と銅の熱収縮率が大きく異なるという問題があった。そのため、従来の導体材料である銅などを補強部材として用いる酸化物超電導バルク導体では、酸化物超電導バルク体と銅の熱収縮率の差による反りや剥離破損を防ぐための部材が必要であった。一方、チタンやチタン合金を補強部材として用いれば、剥離防止部材のようなものは不要になるとなる可能性はあるが、チタンやチタン合金の電気抵抗率は銅の数十から数百倍と大きいので、バイパス機能は小さく十分ではなかった。

【0010】

そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ＲＥ－Ｂａ－Ｃｕ－Ｏ（ＲＥは、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択される１種又は２種以上の元素）の組成を含む希土類系酸化物超電導バルク体を利用した酸化物超電導バルク導体において、熱サイクルを受けても反りや剥離破損が抑えられる耐熱サイクル性に優れ、且つ、内部に電流のバイパス機能を有する酸化物超電導バルク導体、及びその酸化物超電導バルク導体を使用した通電素子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】

【0011】

本発明の酸化物超電導バルク導体は、以下のとおりである。
（１）組成式がＲＥ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｙ（式中のＲＥは、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択される１種又は２種以上の元素であり、ｙは、６．８≦ｙ≦７．２を満足する。）で表され、結晶方位の揃ったＲＥ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｙ相中に、組成式がＲＥ_２ＢａＣｕＯ_５で表されるＲＥ_２ＢａＣｕＯ_５相が分散した組織を有し、かつ板状である少なくとも２つの酸化物超電導バルク体と、チタン又はチタン合金からなる板状の補強部材と、を備え、前記補強部材の少なくとも２つの面に、前記補強部材の長手方向に亘って前記酸化物超電導バルク体が重ねられて固定されていることを特徴とする、酸化物超電導バルク導体。
（２）前記補強部材が、当該補強部材の長手方向の両端部又は当該補強部材の板幅方向の両端部の少なくともいずれかに、前記酸化物超電導バルク体の端面と接触する突起部を有することを特徴とする、（１）に記載の酸化物超電導バルク導体。
（３）前記補強部材の少なくとも２つの面に固定された前記酸化物超電導バルク体のうちの２つの前記酸化物超電導バルク体が、その長手方向の互いに異なる一端において、前記補強部材を介し、互いに対向して延設されている壁部を有することを特徴とする、（１）に記載の酸化物超電導バルク導体。
（４）前記補強部材の少なくとも２つの面に固定された前記酸化物超電導バルク体の少なくともいずれかが、その長手方向の両端において前記補強部材側に延設されている壁部を有することを特徴とする、（１）に記載の酸化物超電導バルク導体。
（５）前記壁部が、その長手方向端部において、外部接続用の電極端子と電気的に接続可能であることを特徴とする、（３）又は（４）に記載の酸化物超電導バルク導体。
（６）前記板状である少なくとも２つの酸化物超電導バルク体の厚さが、１００μｍ以上であることを特徴とする、（１）～（５）のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルク導体。
（７）２つの前記酸化物超電導バルク体が、前記補強部材の対をなす２つの面のそれぞれに、前記補強部材の長手方向に亘って固定されていることを特徴とする、（１）～（６）のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルク導体。
（８）（１）～（７）のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルク導体と、
前記酸化物超電導バルク導体に電気的に接続される電極端子と、を備え、前記補強部材の少なくとも２つの面に固定された各前記酸化物超電導バルク体が、前記酸化物超電導バルク体の長手方向の両端において前記電極端子に電気的に接続されていることを特徴とする、通電素子。
（９）前記酸化物超電導バルク体の露出表面が、非透水性シート又はテープで被覆されていることを特徴とする、（８）に記載の通電素子。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、ＲＥ－Ｂａ－Ｃｕ－Ｏの組成からなる希土類系酸化物超電導バルク体を利用した酸化物超電導バルク導体において、熱サイクルを受けても反りや剥離破損を抑える耐熱サイクル性に優れ、且つ、内部に電流のバイパス機能を有する酸化物超電導バルク導体、及びその酸化物超電導バルク導体を使用した通電素子を、提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の一例を示す斜視図である。

【図2】従来の酸化物超電導バルク導体を用いた通電素子の一例を示す断面図である。

【図3】従来の酸化物超電導バルク導体の一例を示す斜視図である。

【図4】本発明の一実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の別の例を示す概念図である。

【図5】同実施形態に係る酸化物超電導バルク導体における端部の突起部の例を示す部分側面図である。

【図6】本発明の実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の別の例を示す概念図である。

【図7】本発明の実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の別の例を示す概念図である。

【図8】本発明の実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の別の例を示す概念図である。

【図9】本発明の実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の別の例を示す概念図である。

【図10】本発明の実施形態に係る酸化物超電導バルク導体を使用した通電素子の一例を示す概念図である。

【図11】本発明の実施形態に係る酸化物超電導バルク導体を使用した通電素子の別の例を示す概念図である。

【図12】本発明の実施例における酸化物超電導バルク導体及び通電素子の態様を示す概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、図中の各構成要素の比率、寸法は、実際の各構成要素の比率、寸法を表すものではない。また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素を、同一の符号の後に異なるアルファベットを付して区別する場合もある。ただし、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素の各々を特に区別する必要がない場合、同一符号のみを付する。

【0015】

＜超電導バルク体の概要について＞
本実施形態で用いる結晶方位の揃った酸化物超電導バルク体（以下、結晶方位の揃った酸化物超電導バルク体を単に「超電導バルク体」ともいう。）は、ＲＥ－Ｂａ－Ｃｕ－Ｏ系酸化物超電導体である。より詳細には、本実施形態で用いる結晶方位の揃った酸化物超電導バルク体は、単結晶状のＲＥ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－ｘ相（１２３相）中に、ＲＥ_２ＢａＣｕＯ_５相（２１１相）等に代表される非超電導相が分散した組織を有するものである（以下、単結晶状のＲＥ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－ｘ相（１２３相）中に、ＲＥ_２ＢａＣｕＯ_５相（２１１相）等に代表される非超電導相が分散した組織を有する酸化物超電導体を「ＱＭＧ材料」ともいう。）。特に、本実施形態に係る酸化物超電導バルク体は、直径２０μｍ以下の非超電導相が微細分散した組織を有するものであることが望ましい。

【0016】

ここで、「結晶方位の揃った」とは、超電導電流が大幅に低下する粒界である大傾角粒界を内部に含まない単結晶状であることを意味する。また、「単結晶状」とは、完全な単結晶のみを指すのではなく、単結晶中に小傾角粒界等のような実用に差し支えない欠陥が存在するものも包含するものとする。大傾角粒界とは、例えば、粒界を挟んで隣り合う領域の結晶方位の角度が１５°よりも大きい粒界をいう。また、小傾角粒界とは、例えば、粒界を挟んで隣り合う領域の結晶方位の角度が１５°以下である粒界をいう。

【0017】

１２３相及び２１１相における構成元素ＲＥは、Ｙ及び希土類元素からなる群より選択される少なくとも１種以上から選択される。ただし、希土類元素としてＣｅ、Ｐｒ、Ｐｍ及びＴｂを含有する場合には、超電導体とはならないため、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｐｍ及びＴｂは、上記ＲＥからは除外される。即ち、１２３相及び２１１相における構成元素ＲＥは、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕからなる希土類元素、Ｙ及びこれら元素の組み合わせから選択される。ただし、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、又はＧｄの少なくともいずれかを含む１２３相は、１：２：３の化学量論組成から外れ、ＲＥのサイトにＢａが一部置換した状態になることもある。また、非超電導相である２１１相においても、Ｌａ、Ｎｄは、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕとは幾分異なり、金属元素の比が非化学量論的組成であったり、結晶構造が異なったりすることが知られている。１２３相及び２１１相は、ＱＭＧ材料が超電導特性を有すれば、化学量論組成から外れた組成を有する組織を含む。また、後述するように、ＱＭＧ材料は、Ａｇを含有してもよい。

【0018】

前述のＢａ元素の置換は、臨界温度を低下させる傾向がある。また、より酸素分圧の小さい環境において製造されるＱＭＧ材料は、Ｂａ元素の置換が抑制される傾向にある。

【0019】

このような単結晶状の酸化物超電導バルク体は、セラミックスの一般的な製法である焼結法ではなく、以下で詳述するような、焼結温度よりも高い溶融温度以上に成形体を昇温して半溶融状態にした後、徐冷中に結晶成長させるという、溶融結晶成長法で製造される。

【0020】

１２３相は、以下に示すような、２１１相と、ＢａとＣｕとの複合酸化物からなる液相との包晶反応により生成する。
２１１相＋液相（ＢａとＣｕの複合酸化物）→１２３相

【0021】

そして、この包晶反応により、１２３相が生成する温度（Ｔｆ：１２３相生成温度）は、構成元素ＲＥのイオン半径に依存する傾向があり、ＲＥ元素のイオン半径の減少に伴いＴｆも低くなる。また、雰囲気中の酸素分圧の低下及び酸化物超電導バルク体のＡｇ含有量の増加に伴い、Ｔｆは低下する傾向にある。

【0022】

単結晶状の１２３相中に２１１相が微細分散した材料は、１２３相が結晶成長する際、未反応の２１１相の結晶粒が１２３相中に取り残されるためにできる。即ち、上記バルク材は、以下に示す反応により生成する。
２１１相＋液相（ＢａとＣｕの複合酸化物）→１２３相＋２１１相

【0023】

ＱＭＧ材料中の２１１相の微細分散は、臨界電流密度Ｊ_ｃ向上の観点から、極めて重要である。ＱＭＧ材料中には、上記のような構成元素に加えて、Ｐｔ、Ｒｈ又はＣｅの少なくとも一つを微量に含有することも可能である。Ｐｔ、Ｒｈ又はＣｅの少なくとも一つを微量に含有することで、半溶融状態（即ち、２１１相と液相とからなる状態）での２１１相の粒成長が抑制され、結果的に、ＱＭＧ材料中の２１１相の粒径を約１μｍ程度に微細化することができる。これらの元素の含有量は、微細化効果が現れる量の観点、及び、材料コストの観点から、それぞれ、Ｐｔ：０．２～２．０質量％、Ｒｈ：０．０１～０．５質量％、Ｃｅ：０．５～２．０質量％であることが好ましい。より好ましくは、Ｐｔの含有量は、０．４～０．８質量％、Ｒｈの含有量は、０．０５～０．４質量％、及びＣｅの含有量は、０．１～０．３質量％である。また、Ｐｔ、Ｒｈ又はＣｅのうちの複数を用いる場合、含有されるＰｔ、Ｒｈ又はＣｅの合計量は、酸化物超電導バルク材料（ＱＭＧ材料）の総質量に対して、好ましくは、０．１質量％以上２．０質量％以下であり、更に好ましくは、０．２質量％以上１．５質量％以下である。ＱＭＧ材料が含有するＰｔ、Ｒｈ及びＣｅは、１２３相中に一部固溶する。また、ＱＭＧ材料が含有するＰｔ、Ｒｈ及びＣｅのうち、固溶できなかった残分は、ＢａやＣｕとの複合酸化物を形成し、材料中に点在することになる。なお、ＱＭＧ材料は、バルク体全体として、４回回転対称性の結晶構造を有している。

【0024】

ここで、１２３相中の２１１相の割合は、臨界電流密度Ｊ_ｃの特性及び機械強度の観点から、例えば、５～３５体積％であることが望ましい。更に好ましくは、１５体積％以上３０体積％以下である。また、超電導バルク体中には、５０～５００μｍ程度のボイド（気泡）が５～２０体積％程度存在することが一般的である。更に、超電導バルク体中に、上記のような元素に加えてＡｇを更に添加することも可能である。Ａｇを更に添加した場合、超電導バルク体は、Ａｇの添加量に応じて、粒径が１～５００μｍ程度のＡｇ又はＡｇ化合物を０体積％超２５体積％以下含むようになる。

【0025】

また、結晶成長後のバルク体は、酸素欠損量（ｘ）が０．５～０．８程度となることで、半導体的あるいは絶縁材料的な抵抗率の温度変化を示す。このような結晶成長後のバルク体を、各構成元素ＲＥに応じて６２３Ｋ～８７３Ｋの温度で１００時間程度、酸素雰囲気中においてアニールすることにより、酸素が超電導バルク体中に取り込まれ、酸素欠損量（ｘ）は、０．２以下、即ち酸素量ｙ（＝７－ｘ）は、６．８以上となり、良好な超電導特性を示す。このとき、超電導相中には、双晶構造が生成する。しかしながら、このような双晶構造も含め、本明細書においては、「単結晶状」と称することとする。

【0026】

かかる酸化物超電導バルク体を、酸化物超電導バルク導体として利用するには、結晶成長後の酸化物超電導バルク体を、棒状又は板状といった所定の形状に加工した上で、上記のような酸化物超電導バルク体の酸素アニールを行うことが求められる。

【0027】

＜本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の詳細な説明＞
以下では、本発明の実施形態に係る酸化物超電導バルク導体について、図を参照しながら説明する。なお、図に示す本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体は、あくまでも一例であり、本発明が図に示す態様に限定されるものではないことは言うまでもない。

【0028】

図１は、本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の一例を示す斜視図である。本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体１０は、組成式がＲＥ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｙ（式中のＲＥは、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及びＬｕからなる群から選択される１種又は２種以上の元素、６．８≦ｙ≦７．２）で表され、結晶方位の揃ったＲＥ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｙ相中に、組成式がＲＥ_２ＢａＣｕＯ_５で表されるＲＥ_２ＢａＣｕＯ_５相が分散した組織を有する板状の酸化物超電導バルク体１１０が、チタン又はチタン合金からなる板状の補強部材１２０の少なくとも２面（補強部材１２０の長手方向の両端面を除く）に、長手方向（ｘ軸方向）に亘って、重ねられて固定配置されている。なお、以下の説明において、酸化物超電導バルク体１１０と補強部材１２０とが重ねられた方向（ｚ軸方向）を重ね方向と言い、板面内における長手方向と垂直な方向を幅方向（ｙ軸方向）と言うことがある。また、重ね方向長さを厚さ、幅方向長さを幅と言うことがある。

【0029】

酸化物超電導バルク導体１０に用いられる酸化物超電導バルク体１１０は、板状のチタン又はチタン合金からなる補強部材１２０に重ねることができれば、その断面形状や長手方向（外部の電源や電極への接続方向）の形状に特に制限を設けるものではない。酸化物超電導バルク体１１０において、その長手方向の形状は、例えば、銅製ブスバーと同様に、直線状、Ｕ字状、Ｓ字状等、を採用できるが、製作の容易性や補強部材との重ね合せの容易性からは、直線状が好ましい。また、その長手方向に垂直な断面形状は、多角形状であれば、円形状や楕円形状の場合と異なって、平面部分を有するため、板状の補強部材と重ねられることから用いることができる。断面形状が四角形状であると、製造加工し易く、補強部材との重ね合せが容易であり好ましい。

【0030】

また、チタン又はチタン合金からなる補強部材１２０としては、板状の形状を有し、酸化物超電導バルク体１１０と重ねることができれば、断面形状や長手方向の形状に特に制限を設けるものではない。したがって、長手方向（外部の電源や電極への接続方向）の形状は、酸化物超電導バルク体１１０の形状と合わせる必要があるが、その長手方向に垂直な断面形状は、多角形状であればよく、四角形状であると補強部材１２０との重ね合せが容易であり好ましい。

【0031】

また、酸化物超電導バルク体１１０は、板状（断面が多角形状）の補強部材１２０の少なくとも２面に、重ねられて固定されていれば、本発明の目的は達成できるが、大容量の電流を通すことからは、面積が大きな２面（断面が長方形状であれば、長辺側の対向する２面）に重ねられて固定されていることが好ましい。

【0032】

ここで酸化物超電導バルク導体１０に用いられる酸化物超電導バルク体１１０の厚さは、好ましくは、１００μｍ以上である。酸化物超電導材料の導体としては、同じ材料系のものをテープ状の金属基材上に形成した超電導テープ線材もあるが、超電導部分の厚さは１μｍ程度である。しかしながら、超電導テープ線材の超電導部分の厚さが酸化物超電導バルク体１１０の厚さと全く異なるため、その性質や挙動も大きく異なる。また、酸化物超電導バルク材料から１００μｍよりも薄く切り出して酸化物超電導バルク体１１０とすることは困難である。超電導テープ線材において、超電導部分の厚さが１μｍ程度と非常に薄い理由は、線材の製作工程の初めから金属基材上に形成されるためであり、その点でも酸化物超電導バルク体１１０は酸化物超電導テープ線材とは異なるものである。

【0033】

酸化物超電導材料は脆性材料であり、一般に、酸化物超電導材料から細長く切り出された酸化物超電導バルク体は、そのままでは破損しやすい。しかしながら、例えば、図１に示した酸化物超電導バルク導体１０では、高剛性を有するチタン又はチタン合金が補強部材１２０として用いられているので、酸化物超電導バルク体１１０は外力に対して強い構造になっている。しかも、酸化物超電導材料のような脆性材料は、圧縮応力よりも引張応力に対する強度が小さく、導体のような長尺なものに対して起こり易い、導体を曲げる方向に作用する外力に対しても強度が小さい。しかしながら、酸化物超電導バルク導体１０を、例えば、図１に示すように、補強部材１２０の少なくとも２面に酸化物超電導バルク体１１０が固定配置された導体とすることによって、少なくともどちらか一方の面側の酸化物超電導バルク体１１０は破損しにくい構造になっている。即ち、酸化物超電導バルク導体１０を曲げる方向に外力が作用した場合には、補強部材１２０を挟んで両側の酸化物超電導バルク体１１０には互いに逆向きの応力が発生し、圧縮応力側の酸化物超電導バルク体１１０は特に破損しにくい。また、酸化物超電導バルク体１１０は、長手方向（ｘ軸方向）が通電しやすい結晶のａｂ軸方向に切り出される。長手方向がａｂ軸となるように切り出された酸化物超電導バルク体１１０において、３００Ｋ程度の室温から液体窒素温度（７７Ｋ）まで冷却したときの酸化物超電導バルク体１１０のａｂ軸方向の熱収縮率は０．１６％である。一方、３００Ｋ程度の室温から液体窒素温度（７７Ｋ）まで冷却したときの熱収縮率は、チタンで０．１５％、チタン合金で０．１５～０．１７％、銅で０．３２％、ステンレス鋼で０．３０％、ＧＦＲＰ（繊維方向）で０．２６％である。従って、酸化物超電導バルク体１１０に熱収縮率が近いチタンやチタン合金を補強部材１２０とすることで、冷却時の熱収縮率差による熱応力が小さくなり、熱サイクルに強い構造になっている。更に、酸化物超電導バルク導体１０を補強部材１２０の少なくとも２面に酸化物超電導バルク体１１０が固定配置された導体とすることによって、片側の酸化物超電導バルク体１１０が万が一破損した場合においても、反対側の酸化物超電導バルク体１１０が電流の迂回路（バイパス機能）として機能する。

【0034】

酸化物超電導バルク体１１０と補強部材１２０とは、接着樹脂や半田、銀ペーストを用いて固定することができる。チタンやチタン合金の電気抵抗率は銅の数十倍から数百倍と大きいのでバイパス機能は小さいが、半田や銀ペーストのような電気導電性材料で固定することによって、片側の酸化物超電導バルク体１１０が有する電流のバイパス機能を補完することができる。固定方法としては、酸化物超電導バルク体１１０と補強部材１２０のそれぞれの接着面の両方に、又は酸化物超電導バルク体１１０と補強部材１２０のどちらかの一方の接着面に、接着樹脂や半田を塗布し、接着面同士を重ね合せることで固定できる。必要に応じて、おもりを載せること等によって荷重をかけることで接着面の密着性を上げることができる。常温硬化型接着樹脂や銀ペーストを用いる場合には、室温状態、例えば２９８Ｋでの固定も可能であるが、半田や加熱硬化型の接着樹脂や銀ペーストの場合には、加熱状態で酸化物超電導バルク体１１０の接着面と補強部材１２０とを重ね合わせることになる。酸化物超電導バルク体１１０を補強するという点では、酸化物超電導バルク体１１０をその接着面全面で補強部材１２０と固定した方が好ましいが、複数の酸化物超電導バルク導体１０同士を接続する場合や、あるいは、酸化物超電導バルク導体１０を他の部材と接続する場合には、接続する箇所の形状に合わせて全面接着でない部分が生じることもある。このように、複数の酸化物超電導バルク導体１０同士を接続する場合や、あるいは、酸化物超電導バルク導体１０を他の部材（例えば外部電極）と接続する場合においては、半田や銀ペーストを用いて接続することによって、接続部の接触電気抵抗を小さくすることができる。

【0035】

また、酸化物超電導バルク体１１０の表面に銀膜（図示せず。）を設けることで、酸化物超電導バルク導体１０を他の部材と電気的に接続する際に、接触電気抵抗をさらに小さくすることができる。なお、補強部材１２０の厚さについて制約を設けるものではないが、薄すぎると補強の効果が小さくなるので、補強部材１２０の厚さとしては０．５ｍｍ以上が好ましい。また、厚すぎると導体として嵩張るので、補強部材１２０の厚さとしては、酸化物超電導バルク体１１０の厚さの２倍以下が好ましい。

【0036】

ここで、図２、３を参照して、従来の酸化物超電導バルク導体５０を使用した通電素子５及び従来の酸化物超電導バルク導体５０Ａを説明する。図２は、比較のために示した、従来の酸化物超電導バルク導体５０とそれを使用した通電素子５の断面図である。また、図３は、従来の別の一例である酸化物超電導バルク導体５０Ａを示す斜視図である。例えば、特許文献２のような従来例では、チタンやチタン合金を補強部材としている。特許文献２には、例えば、図２に示すように、通電素子５として、管状の補強部材５２０の内部に酸化物超電導バルク体５１０が収納されて構成された酸化物超電導バルク導体５０の両端に電極端子６０が接続された例や、図３に示すように、酸化物超電導バルク導体５０Ａとして、補強部材５２０Ａの一面に酸化物超電導バルク体５１０Ａを密着させる例が図示されている。しかし、酸化物超電導バルク導体を図２や図３に示したような構造とすることによって熱サイクルに強い導体とすることは可能であるが、酸化物超電導バルク導体５０及び酸化物超電導バルク導体５０Ａは、万が一酸化物超電導バルク体５１０、５１０Ａが破損した場合の電流の迂回路（バイパス機能）が導体内部にないため、酸化物超電導バルク導体５０、５０Ａに対して外付けで導電性部材を並列に配置することでバイパス機能を付与することが必要になる。そのため、バイパス機能を外付けする工程が必要となり、製作工程が煩雑になる。

【0037】

図４は、本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の別の一例を示す概念図である。図４（ａ）は、本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の別の一例である酸化物超電導バルク導体１０Ａの斜視図であり、（ｂ）は、酸化物超電導バルク導体１０Ａをｙ方向から見た側面図である。図４に示す酸化物超電導バルク導体１０Ａは、補強部材１２０と、補強部材１２０の２つの面のそれぞれに、補強部材１２０の長手方向に亘って固定されている酸化物超電導バルク体１１０とを備え、補強部材１２０の長手方向の端部に突起部１２１が設けられている。突起部１２１の重ね方向長さは、補強部材１２０の重ね方向長さよりも長い。補強部材１２０の端部にこのような突起部１２１を設けることによって、補強部材１２０の少なくとも２面に酸化物超電導バルク体１１０を固定配置することが非常に容易になることに加えて、酸化物超電導バルク導体１０Ａの端部の補強効果を高めることにも役立つ。図４において、補強部材１２０と長手方向端部の突起部１２１とは最初から一体ものであっても、それぞれ別々に製作して最終的に接着して一体化しても、酸化物超電導バルク導体１０Ａの端部の補強効果を高める点では同じような効果がある。しかしながら、補強部材１２０の少なくとも２面に酸化物超電導バルク体１１０を配置することの容易さの点では、長手方向の補強部材１２０と端部の突起部１２１とは最初から一体ものであることが好ましい。

【0038】

図５は、本発明の一実施形態に係る酸化物超電導バルク導体における端部の突起部の一例を示す概念図である。図５（ａ）は、補強部材１２０の端部の突起部１２１の重ね方向長さが２つの酸化物超電導バルク体１１０の厚さと補強部材１２０の厚さの合計と同じ例で、図５（ｂ）は、補強部材１２０の端部の突起部１２１Ａの重ね方向長さが２つの酸化物超電導バルク体１１０の厚さと補強部材１２０の厚さの合計よりも短い例で、図５（ｃ）は、補強部材１２０の端部の突起部１２１Ｂの重ね方向長さが２つの酸化物超電導バルク体１１０と補強部材１２０の厚さの合計の厚さよりも長い例である。図５（ｂ）の例では、酸化物超電導バルク導体１０Ａの端部の補強効果を高める点では効果がやや小さく、図５（ｃ）の例では、酸化物超電導バルク導体１０Ａを外部接続部と半田付け等で接続する点でやや煩雑になる。そのため、図５（ａ）の例のように、補強部材１２０の端部の突起部１２１のように重ね方向長さが酸化物超電導バルク体１１０の厚さと補強部材１２０の厚さの合計と同じであることが好ましい。

【0039】

図６は、本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の別の一例を示す概念図である。図６（ａ）は、本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の別の一例である酸化物超電導バルク導体１０Ｂの斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ－Ａにおける断面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＢ－Ｂにおける断面図である。図６に示した酸化物超電導バルク導体１０Ｂは、補強部材１２０の長手方向の端部だけでなく、長手方向の側面部（幅方向の両端部）にも突起部１２１が設けられている。補強部材１２０の側面部の両端部にこのような突起部１２１を設けることによって、補強部材１２０の少なくとも２面に酸化物超電導バルク体１１０を固定配置することが非常に容易になることに加えて、酸化物超電導バルク導体１０Ｂの側面部の補強効果を高めることにも役立つ。この場合、酸化物超電導バルク体１１０は、その長手方向の断面形状は四角形状で、補強部材１２０は、その対をなす２つの平面部に重ねられて固定されていることが、製造加工のし易さ、及び、使用のし易さから、好ましい。

【0040】

上記のとおり、図４～６を参照して説明したように、補強部材１２０は、その長手方向の両端部又はその板幅方向の両端部の少なくともいずれかに、酸化物超電導バルク体１１０の端面と接触する突起部１２１を有することが好ましい。

【0041】

図７は、本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の別の一例を示す概念図である。図７（ａ）は、本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の別の一例である酸化物超電導バルク導体１０Ｃの斜視図であり、（ｂ）は、酸化物超電導バルク導体１０Ｃをｙ方向から見た側面図である。例えば、図７に示すように、本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体１０Ｃは、補強部材１２０の少なくとも２つの面に固定された酸化物超電導バルク体１１０が、その長手方向の互いに異なる一端において、補強部材１２０を介し、互いに対向して延設されている壁部１１２を有することが好ましい。例えば、図７では、酸化物超電導バルク導体１０Ｃは、補強部材１２０と、補強部材１２０の２つの面のそれぞれに、補強部材１２０の長手方向に亘って固定されている酸化物超電導バルク体１１０Ａとを備える。酸化物超電導バルク体１１０Ａは、重ね方向の長さが略一定である平坦部１１１と、平坦部１１１の長手方向の一端に位置し、平坦部１１１の重ね方向の長さよりも重ね方向の長さが長い壁部１１２とを有する。２つの前記酸化物超電導バルク体１１０Ａのそれぞれは、その長手方向の互いに異なる一端において、補強部材１２０を介し、互いに対向して延設されている壁部１１２を有する。壁部１１２の重ね方向長さは、平坦部１１１の重ね方向長さと、補強部材１２０の重ね方向長さとの合計長さと等しい。酸化物超電導バルク体１１０Ａの長手方向端部にこのような壁部１１２を設けることによって、補強部材１２０の２面に酸化物超電導バルク体１１０Ａを重ねて固定配置することが非常に容易になることに加えて、酸化物超電導バルク導体１０Ｃの長手方向端面に酸化物超電導バルク体１１０Ａの壁部１１２になっているので、外部接続部（接続端子（図示せず。））と半田付け等で接続することが容易になる。また、酸化物超電導バルク導体１０Ｃは、酸化物超電導バルク体１１０Ａと外部接続部との接触面積が増加する面でも好ましい。

【0042】

図８は、本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の別の一例を示す概念図である。図８（ａ）は、本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体の別の一例である酸化物超電導バルク導体１０Ｄの斜視図であり、（ｂ）は、酸化物超電導バルク導体１０Ｄをｙ方向から見た側面図である。図８に示した酸化物超電導バルク導体１０Ｄは、補強部材１２０と、補強部材１２０の２つの面のそれぞれに、補強部材１２０の長手方向に亘って固定されている酸化物超電導バルク体１１０、１１０Ｂとを備える。一方の酸化物超電導バルク体１１０は、平坦部１１１を有し、他方の酸化物超電導バルク体１１０Ｂは、平坦部１１１と、平坦部１１１の両端に壁部１１２とを有する。他方の酸化物超電導バルク体１１０Ｂは、酸化物超電導バルク体１１０Ｂの長手方向の両端に壁部１１２を有することによって、補強部材１２０に酸化物超電導バルク体１１０Ｂを重ねて固定配置することが非常に容易になることに加えて、酸化物超電導バルク導体１０Ｄの長手方向端面が酸化物超電導バルク体１１０Ｂの壁部１１２になっているので、外部接続部（接続端子（図示せず。））と半田付け等で接続することが容易になる。また、酸化物超電導バルク導体１０Ｄは、酸化物超電導バルク体１１０Ｂと外部接続部との接触面積が増加する面でも好ましい。

【0043】

なお、図８では、補強部材１２０の２つの面のそれぞれに補強部材１２０の長手方向に亘って固定されている２つの酸化物超電導バルク体の一方が壁部１１２を有する例を説明しているが、図９に示すように、２つの本実施形態に係る酸化物超電導バルク体のいずれもが、平坦部１１１の両端に壁部１１２を有してもよい。このとき、一方の酸化物超電導バルク体１１０Ｃの壁部１１２の重ね方向長さと他方の酸化物超電導バルク体の壁部１１２の重ね方向長さとの合計が、２つの酸化物超電導バルク体１１０Ｃの平坦部１１１の重ね方向長さと補強部材１２０の重ね方向長さとの合計と等しい。

【0044】

図８及び図９を参照して説明したように、本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体は、補強部材の少なくとも２つの面に固定された酸化物超電導バルク体の少なくともいずれかが、その長手方向の両端において補強部材側に延設されている壁部を有することが好ましい。

【0045】

また、図３～５の実施形態において、酸化物超電導バルク体１１０と、補強部材１２０の突起部１２１、１２１Ａ、１２１Ｂとの固定の有無はいずれであっても構わない。酸化物超電導バルク体１１０と補強部材１２０とは、面積の大きい２面にて重ねられて固定されているので、突起部１２１、１２１Ａ、１２１Ｂで固定されていなくても十分に固定されている。また、突起部１２１、１２１Ａ、１２１Ｂで固定されていても、本発明の効果を減じることはない。

【0046】

また、図３～９の実施形態において、壁部１１２と、補強部材１２０との固定の有無はいずれであっても構わない。酸化物超電導バルク体１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃと補強部材１２０とは、面積の大きい２面にて重ねられて固定されているので、壁部１１２と補強部材１２０とが固定されていなくても十分に固定されている。また、壁部１１２と補強部材１２０とが固定されていても、本発明の効果を減じることはない。また、壁部１１２の補強部材１２０側の面に銀膜を設けてもよい。

【0047】

また、図１、図３～９の実施形態において、酸化物超電導バルク体１１０は、補強部材１２０の対をなす２つの面に、補強部材１２０の長手方向に亘って固定されているが、必ずしも対をなす２つの面に固定されなくてもよく、補強部材１２０が有する複数の面のうちのいずれか２面の長手方向に亘って固定されていればよい。補強部材１２０が有する複数の面のうちのいずれか２面の長手方向に亘って固定されていれば、酸化物超電導バルク導体は、熱サイクルを受けても反りや剥離破損を抑える耐熱サイクル性に優れ、且つ、内部に電流のバイパス機能を有するものとなる。
また、補強部材１２０の断面形状が、四角形状以外の三角形状や五角形以上の多角形の形状であってもよく、少なくともそのうちの２面において、長手方向に亘って固定されていれば、１面にのみ固定される場合に比べて、熱サイクルを受けても反りや剥離破損を抑える耐熱サイクル性に優れ、且つ、内部に電流のバイパス機能を有するものとなる。補強部材１２０の断面形状が６角形状の場合は、長手方向に６つの平面を有するが、そのうち、一つ置きの３面に酸化物超電導バルク体１１０を重ねあわせて固定すると、対称性が高まって、より好ましい。
しかしながら、図３～９に示したように、酸化物超電導バルク体１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃは、補強部材の対をなす２つの面に、補強部材１２０の長手方向に亘って固定されている方が好ましい。これにより、酸化物超電導バルク導体１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅを曲げる方向に外力が作用した場合に、補強部材１２０を挟んで両側の酸化物超電導バルク体１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃには互いに逆向きの応力が発生し、圧縮応力側の酸化物超電導バルク体１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃは特に破損しづらくなる。その結果、酸化物超電導バルク体１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃの電流の迂回路（バイパス機能）として機能を維持することが可能となる。

【0048】

図１０は、本発明の実施形態に係る酸化物超電導バルク導体１０を使用した通電素子の一例を示す概念図である。本実施形態に係る通電素子１は、酸化物超電導バルク導体１０と、酸化物超電導バルク導体１０に電気的に接続される電極端子２０と、を備え、補強部材１２０の少なくとも２つの面に固定された各酸化物超電導バルク体１１０が、酸化物超電導バルク体１１０の長手方向の両端において電極端子２０に電気的に接続されている。図１０（ａ）は、酸化物超電導バルク導体１０を使用した通電素子１をｙ方向に切断した断面の断面図であり、（ｂ）は、通電素子１をｚ方向から見た上面図である。図１０に示した通電素子１は、補強部材１２０の２面のそれぞれに酸化物超電導バルク体１１０を固定配置している酸化物超電導バルク導体１０の両端に外部接続用の電極端子２０を取り付けた通電素子である。それぞれの外部接続用の電極端子２０は、補強部材１２０の２面のそれぞれに重ねて配置している２つの酸化物超電導バルク体１１０の両方に、上面及び下面から半田や銀ペーストで接続されている。チタン又はチタン合金からなる補強部材１２０が酸化物超電導バルク体１１０に挟まれているため、この補強部材１２０は、バイパス機能を有する。そのため、電極端子２０が両方の酸化物超電導バルク体１１０に接続している通電素子１は、内部にバイパス機能を有することになる。さらに、酸化物超電導バルク体１１０の表面に銀膜を設けることは、酸化物超電導バルク導体１０と電極端子２０を半田や銀ペーストで電気的に接続する際に、接触電気抵抗を小さくすることができるので好ましい。本実施形態に係る通電素子は、図１０に示した通電素子に限られず、上記の酸化物超電導バルク導体を使用したものであってもよいことは言うまでもない。

【0049】

図１１は、本発明の実施形態に係る酸化物超電導バルク導体を使用した通電素子の別の一例を示す概念図である。図１１（ａ）は、酸化物超電導バルク導体１０を使用した通電素子１Ａをｙ方向から見た側面図であり、（ｂ）は、通電素子１Ａをｚ方向から見た上面図である。図１１に示した通電素子１Ａは、補強部材１２０の２面のそれぞれに酸化物超電導バルク体１１０を固定配置している酸化物超電導バルク導体１０の長手方向の両端に外部接続用の電極端子２０を取り付けた通電素子１において、酸化物超電導バルク体１１０の露出表面を非透水性シートまたはテープのような防水材３０で被覆している。非透水性シートやテープで被覆するのは酸化物超電導バルク体１１０の表面のみでよいが、被覆作業の簡便性の点で、図１１では補強部材１２０の露出表面も一緒に被覆している。同様に電極端子２０の一部を一緒に被覆してもよい。従来の酸化物超電導バルク導体を利用した通電素子では、酸化物超電導バルク体の外側からＧＦＲＰ等の高剛性材料のカバーで覆われており、そのカバーが防水効果を有するが、カバーは補強効果も有するために厚さは数ｍｍ以上必要となる。一方、本発明では、チタン又はチタン合金からなる補強部材１２０が酸化物超電導バルク体１１０を補強するので、防水材３０は、補強効果を有する必要はなく、防水効果のみを有していればよい。そのため、防水材３０は、例えば、非透水性シートやテープ等厚みの小さい材料を使用することができ、防水材４０の厚さは１ｍｍ以下に薄くできる。被覆作業の簡便性の点では、厚さは０．２ｍｍ以下がより好ましい。

【0050】

以上、本発明の実施形態に係る酸化物超電導バルク導体及びその酸化物超電導バルク導体を使用した通電素子の種々の例について説明した。

【0051】

なお、本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体及びその通電素子は、図１、図４～図１１に示した例に限定されない。即ち、酸化物超電導バルク体と、チタン又はチタン合金からなる補強部材とを備え、補強部材の少なくとも２面に、長手方向に亘って酸化物超電導バルク体が重ねられて固定配置されている酸化物超電導バルク導体及びその酸化物超電導バルク導体を使用した通電素子あれば、酸化物超電導バルク導体や通電素子の態様は特に限定されない。

【実施例】

【0052】

以下に、実施例を示しながら、本発明の実施形態について具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は本発明のあくまでも一例であって、本発明が下記の例に限定されるものではない。

【0053】

（実施例１）
本実施例では、図１２を参照して、本実施形態に係る酸化物超電導バルク導体及びその通電素子の有効性について説明する。図１２（ａ）は、補強部材がない板状の酸化物超電導バルク体のみで構成される酸化物超電導バルク導体である。図１２（ｂ）は、板状のチタン合金製補強部材の片側に板状酸化物超電導バルク体を設けた酸化物超電導バルク導体であり、図１２（ｃ）は、板状のチタン合金製補強部材の両側に板状の酸化物超電導バルク体を設けた酸化物超電導バルク導体である。図１２（ｄ）は、板状の銅製補強部材の両側に板状の酸化物超電導バルク体を設けた酸化物超電導バルク導体である。図１２（ｅ）は、図１２（ｂ）の酸化物超電導バルク導体の両端に電極端子を取り付けた通電素子である。図１２（ｆ）は、図１２（ｃ）の酸化物超電導バルク導体の両端に電極端子を取り付けた通電素子である。ここで、図１２（ａ）に示した酸化物超電導バルク導体を試料Ａ、図１２（ｂ）に示した酸化物超電導バルク導体を試料Ｂ、図１２（ｃ）に示した酸化物超電導バルク導体を試料Ｃ、図１２（ｄ）に示した酸化物超電導バルク導体を試料Ｄと呼ぶ。また、図１２（ｅ）に示した酸化物超電導バルク導体を利用した通電素子を通電素子Ｅ、図１２（ｆ）に示した酸化物超電導バルク導体を利用した通電素子を通電素子Ｆと呼ぶ。

【0054】

まず、試料Ａ～試料Ｄを構成する棒状の酸化物超電導バルク体を切り出す母材である酸化物超電導バルク体の製造方法について述べる。市販されている純度９９．９質量％のガドリニウム（Ｇｄ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）のそれぞれの酸化物の粉末を、Ｇｄ：Ｂａ：Ｃｕ＝１．６：２．３：３．３のモル比で秤量し、それに酸化セリウムを１質量％及び酸化銀を銀換算で１０質量％加えて秤量粉を得た。この秤量粉を２時間かけて（ｘｘｘ）を用いて十分混練してから、大気中にて１１７３Ｋで８時間仮焼した。次に、金型を用いて仮焼粉を円板形状に成形した。この成形体を１４２３Ｋまで加熱して溶融状態にし、３０分間保持した後、降温途中で種付けを行い、１２７８Ｋ～１２５２Ｋの温度領域を１００時間かけて徐冷して結晶成長させ、直径６０ｍｍ、高さ２０ｍｍの単結晶状の酸化物超電導バルク体を得た。得られた酸化物超電導バルク体は、結晶方位の揃ったＧｄ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｙ相中に、組成式がＧｄ_２ＢａＣｕＯ_５で表されるＧｄ_２ＢａＣｕＯ_５相が分散した組織であった。そして、この直径６０ｍｍの単結晶状の酸化物超電導バルク体から、長さ３５ｍｍ×幅２ｍｍ×厚さ０．８ｍｍの細長い棒状試料を、結晶のｃ軸が０．８ｍｍ長の辺と平行になるように切り出した。細長い棒状試料は、表面に銀を２μｍ程度の厚さで成膜した後、酸素気流中において６７３Ｋで１００時間熱処理した。

【0055】

試料Ａについては、この細長い棒状試料を酸化物超電導バルク導体とした。試料Ｂについては、酸化物超電導バルク体の片側に長さ３５ｍｍ×幅２ｍｍ×厚さ１ｍｍのチタン合金（Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ）板を補強部材として用い、エポキシ系樹脂（商品名：スタイキャスト２８５０ＦＴ）で全面接着した。試料Ｃについては、試料Ｂに用いたチタン合金板と同じチタン合金板の両側に酸化物超電導バルク体をエポキシ系樹脂で接着した。試料Ｄについては、試料Ｂ及びＣに用いたチタン合金板と同じサイズの無酸素銅板を補強部材として用い、その両側の面に酸化物超電導バルク体をエポキシ系樹脂で全面接着した。

【0056】

上記の方法で作製した試料Ａ～Ｄを各５個ずつ準備して、室温（２９８Ｋ）から液体窒素温度（７７Ｋ）への冷却試験を１０回繰り返した。試料Ａについては、冷却繰り返し試験の取扱い中に５個中１個について、酸化物超電導バルク体が破損した。試料Ｄについては、冷却時に酸化物超電導バルク体と補強部材との長手方向の熱収縮率の差によって、５個とも酸化物超電導バルク体と補強部材間に剥離が生じ、冷却を繰り返すにつれて剥離具合が大きくなった。さらに５個中２個に剥離した箇所近傍の酸化物超電導バルク体の一部が破損した。試料Ｂと試料Ｃについては、冷却しても試料全体の反りや剥離は生じず、１０回冷却後も特に異常はなかった。以上の結果、試料Ｂと試料Ｃは熱サイクルに強いことが確認できた。

【0057】

上述した冷却繰り返し試験で異常のなかった試料Ｂと試料Ｃを用いて、その両端５ｍｍ部分に無酸素銅製の電極端子を半田付し、それぞれ図１２（ｅ）と図１２（ｆ）に示した通電素子Ｅと通電素子Ｆを製作した。通電素子Ｅと通電素子Ｆを液体窒素に浸漬させた状態で通電したところ、どちらも２００Ａ以上通電できた。通電素子が室温に戻った後に、各通電素子の片側の電極端子を固定した状態にて、反対側の電極端子に外力を加え、素子全体に曲げ荷重を作用させた。その後再び液体窒素に浸漬させた状態で通電したところ、通電素子Ｅは通電できなかったが、通電素子Ｆは２００Ａ以上通電できた。以上の結果、補強部材の両面に酸化物超電導バルク体を重ねて配置することによって、通電素子Ｆはバイパス機能を有していることが確認できた。

【0058】

従って、本結果から、酸化物超電導バルク導体を、酸化物超電導バルク体が、チタン又はチタン合金からなる補強部材の長手方向の両面に重ねて配置されている構成にすることにより、ＲＥ－Ｂａ－Ｃｕ－Ｏの組成を含む希土類系酸化物超電導バルク導体において、内部にバイパス機能を有し熱サイクルに強い酸化物超電導バルク導体及びその通電素子を提供することができる。

【0059】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0060】

１、１Ａ 通電素子
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ 酸化物超電導バルク導体
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ 酸化物超電導バルク体
１１１ 平坦部
１１２ 壁部
１２０ 補強部材
１２１、１２１Ａ、１２１Ｂ 突起部
２０ 電極端子
３０ 防水材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】