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特許7581165超電導層の接続構造、超電導線材、超電導コイル、超電導機器、及び超電導層の接続方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】2024-11-01

(45)【発行日】2024-11-12

(54)【発明の名称】超電導層の接続構造、超電導線材、超電導コイル、超電導機器、及び超電導層の接続方法

(51)【国際特許分類】

H01F 6/06 20060101AFI20241105BHJP

H01R 4/68 20060101ALI20241105BHJP

H01R 43/00 20060101ALI20241105BHJP

H01B 12/06 20060101ALN20241105BHJP

【ＦＩ】

H01F6/06 140

H01R4/68

H01R43/00 Z

H01F6/06 150

H01B12/06

【請求項の数】 23

(21)【出願番号】P 2021149038

(22)【出願日】2021-09-14

(65)【公開番号】P2023041996

(43)【公開日】2023-03-27

【審査請求日】2023-10-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】100119035

【弁理士】

【氏名又は名称】池上徹真

(74)【代理人】

【識別番号】100141036

【弁理士】

【氏名又は名称】須藤章

(74)【代理人】

【識別番号】100178984

【弁理士】

【氏名又は名称】高下雅弘

(72)【発明者】

【氏名】萩原将也

(72)【発明者】

【氏名】江口朋子

(72)【発明者】

【氏名】アルベサール恵子

(72)【発明者】

【氏名】服部靖

【審査官】右田勝則

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１１７５２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０３５０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－３０２３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１２９４６９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００２５８１２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ６／０６

Ｈ０１Ｒ４／６８

Ｈ０１Ｒ４３／００

Ｈ０１Ｂ１２／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の超電導層と、
第２の超電導層と、
前記第１の超電導層と前記第２の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む第１の物質と、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）、及び亜鉛（Ｚｎ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの金属元素を含む第２の物質と、を含む接続層と、を備え、
前記第１の超電導層と前記接続層との間の第１の界面において、前記第２の物質と前記第１の超電導層とが接する第１の領域の単位面積あたりに占める第１の面積割合が１％以上５０％以下であり、
前記第２の超電導層と前記接続層との間の第２の界面において、前記第２の物質と前記第２の超電導層とが接する第２の領域の単位面積あたりに占める第２の面積割合が１％以上５０％以下であり、
前記第２の物質は複数の粒子を含み、前記第１の界面に垂直な断面において、前記複数の粒子の少なくとも一部の粒子は、前記第１の超電導層に接し、かつ、扁平形状であり、
前記断面において、前記複数の粒子の少なくとも別の一部の粒子は、前記第２の超電導層に接し、かつ、扁平形状である超電導層の接続構造。

【請求項2】

前記断面において、前記複数の粒子の少なくとも一部の粒子の長径方向が前記第１の界面に対し０度以上３０度以下の範囲にあり、
前記断面において、前記複数の粒子の少なくとも別の一部の粒子の長径方向が前記第２の界面に対し０度以上３０度以下の範囲にある請求項１記載の超電導層の接続構造。

【請求項3】

第１の超電導層と、
第２の超電導層と、
前記第１の超電導層と前記第２の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む第１の物質と、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）、及び亜鉛（Ｚｎ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの金属元素を含む第２の物質と、を含む接続層と、を備え、
前記第１の超電導層と前記接続層との間の第１の界面において、前記第２の物質と前記第１の超電導層とが接する第１の領域の単位面積あたりに占める第１の面積割合が１％以上５０％以下であり、
前記第２の超電導層と前記接続層との間の第２の界面において、前記第２の物質と前記第２の超電導層とが接する第２の領域の単位面積あたりに占める第２の面積割合が１％以上５０％以下であり、
前記第２の物質は複数の粒子を含み、前記第１の界面に垂直な断面において、前記複数の粒子の中で前記第１の超電導層に接する粒子の少なくとも一部の粒子のアスペクト比が５以上であり、前記断面において、前記複数の粒子の中で前記第２の超電導層に接する粒子の少なくとも一部の粒子のアスペクト比が５以上である超電導層の接続構造。

【請求項4】

前記第１の物質は前記第１の超電導層及び前記第２の超電導層に接する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超電導層の接続構造。

【請求項5】

前記複数の粒子の長径の中央値は、１００ｎｍ以上１０μｍ以下である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の超電導層の接続構造。

【請求項6】

前記第２の物質は酸素（Ｏ）を含む請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超電導層の接続構造。

【請求項7】

第１の超電導層と、
第２の超電導層と、
前記第１の超電導層と前記第２の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む第１の物質と、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）、及び亜鉛（Ｚｎ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの金属元素を含む第２の物質とを含む接続層と、を備え、
前記第２の物質の一部は、前記第１の超電導層及び前記第２の超電導層に接し、
前記一部は、前記第１の超電導層と前記第２の超電導層との間で連続し、
前記一部は、前記第１の物質の第１の部分と前記第１の物質の前記第１の部分と異なる第２の部分との間に設けられる超電導層の接続構造。

【請求項8】

前記第１の物質は前記第１の超電導層及び前記第２の超電導層に接する請求項７記載の超電導層の接続構造。

【請求項9】

前記第１の超電導層から前記第２の超電導層に向かう方向に平行な断面において、前記第２の物質の単位面積あたりに占める面積割合が５％以上５０％以下である請求項７又は請求項８記載の超電導層の接続構造。

【請求項10】

前記第１の超電導層と前記接続層との間の第１の界面において、前記第２の物質と前記第１の超電導層とが接する第１の領域の単位面積あたりに占める第１の面積割合が１％以上５０％以下であり、
前記第２の超電導層と前記接続層との間の第２の界面において、前記第２の物質と前記第２の超電導層とが接する第２の領域の単位面積あたりに占める第２の面積割合が１％以上５０％以下である請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の超電導層の接続構造。

【請求項11】

第１の超電導層を含む第１の超電導線材と、
第２の超電導層を含む第２の超電導線材と、
第１の面と、前記第１の面と対向する第２の面を有する第３の超電導層と、
前記第１の超電導層と前記第３の超電導層の間、及び、前記第２の超電導層と前記第３の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む第１の物質と、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）、及び亜鉛（Ｚｎ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの金属元素を含む第２の物質と、を含む接続層と、を備え、
前記第１の超電導層及び前記第２の超電導層は、前記第３の超電導層の前記第１の面の側に位置し、
前記第１の超電導層と前記接続層との間の第１の界面において、前記第２の物質と前記第１の超電導層とが接する第１の領域の単位面積あたりに占める第１の面積割合が１％以上５０％以下であり、
前記第２の超電導層と前記接続層との間の第２の界面において、前記第２の物質と前記第２の超電導層とが接する第２の領域の単位面積あたりに占める第２の面積割合が１％以上５０％以下であり、
前記第３の超電導層と前記接続層との間の第３の界面において、前記第２の物質と前記第３の超電導層とが接する第３の領域の単位面積あたりに占める第３の面積割合が１％以上５０％以下であり、
前記第２の物質は複数の粒子を含み、前記複数の粒子の長径の中央値は、１００ｎｍ以上１０μｍ以下である超電導線材。

【請求項12】

前記第１の物質は前記第１の超電導層、前記第２の超電導層、及び前記第３の超電導層に接する請求項１１記載の超電導線材。

【請求項13】

前記第１の界面に垂直な断面において、前記複数の粒子の少なくとも一部の粒子は、前記第１の超電導層に接し、かつ、扁平形状であり、
前記第２の界面に垂直な断面において、前記複数の粒子の少なくとも別の一部の粒子は、前記第２の超電導層に接し、かつ、扁平形状であり、
前記第３の界面に垂直な断面において、前記複数の粒子の少なくとも更に別の一部の粒子は、前記第３の超電導層に接し、かつ、扁平形状の粒子である請求項１１又は請求項１２記載の超電導線材。

【請求項14】

前記第１の界面に垂直な断面において、前記複数の粒子の少なくとも一部の粒子の長径方向が前記第１の界面に対し０度以上３０度以下の範囲にあり、
前記第２の界面に垂直な断面において、前記複数の粒子の少なくとも別の一部の粒子の長径方向が前記第２の界面に対し０度以上３０度以下の範囲にあり、
前記第３の界面に垂直な断面において、前記複数の粒子の少なくとも更に別の一部の粒子の長径方向が前記第３の界面に対し０度以上３０度以下の範囲にある請求項１３記載の超電導線材。

【請求項15】

第１の超電導層を含む第１の超電導線材と、
第２の超電導層を含む第２の超電導線材と、
第１の面と前記第１の面と対向する第２の面を有する第３の超電導層と、
前記第１の超電導層と前記第３の超電導層の間、及び、前記第２の超電導層と前記第３の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む第１の物質と、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）、及び亜鉛（Ｚｎ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの金属元素を含む第２の物質と、を含む接続層と、を備え、
前記第１の超電導層及び前記第２の超電導層は、前記第３の超電導層の前記第１の面の側に位置し、
前記第２の物質の一部は、前記第１の超電導層及び前記第３の超電導層に接し、
前記第２の物質の前記一部は、前記第１の超電導層と前記第３の超電導層との間で連続し、
前記第２の物質の別の一部は、前記第２の超電導層及び前記第３の超電導層に接し、
前記第２の物質の前記別の一部は、前記第２の超電導層と前記第３の超電導層との間で連続し、
前記第２の物質の前記一部は、前記第１の超電導層と前記第３の超電導層との間において、前記第１の物質の第１の部分と前記第１の物質の前記第１の部分と異なる第２の部分との間に設けられ、
前記第２の物質の前記別の一部は、前記第２の超電導層と前記第３の超電導層との間において、前記第１の物質の第３の部分と前記第１の物質の前記第３の部分と異なる第４の部分との間に設けられる超電導線材。

【請求項16】

前記第１の物質は前記第１の超電導層、前記第２の超電導層、及び前記第３の超電導層に接する請求項１５記載の超電導線材。

【請求項17】

請求項１１から請求項１６のいずれか１項に記載の超電導線材を備える超電導コイル。

【請求項18】

請求項１７記載の超電導コイルを備える超電導機器。

【請求項19】

第１の超電導層と第２の超電導層とを準備し、
前記第１の超電導層と前記第２の超電導層の上に酸化銀の粒子を含むスラリーを塗布し、
希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む板状の物質を、前記第１の超電導層の上の前記スラリーと前記第２の超電導層の上の前記スラリーとの間に挟み、
前記第１の超電導層と前記第２の超電導層とを加圧した状態で、熱処理を行う超電導層の接続方法。

【請求項20】

第１の超電導層と第２の超電導層とを準備し、
希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む粒子及び酸化銀の粒子を含むスラリーを、前記第１の超電導層と前記第２の超電導層との間に挟み、
前記第１の超電導層と前記第２の超電導層とを加圧した状態で、熱処理を行う超電導層の接続方法。

【請求項21】

前記熱処理は、第１の温度の第１の熱処理と、
前記第１の熱処理と同じ酸素分圧、又は、前記第１の熱処理よりも高い酸素分圧を有する雰囲気中の、第２の温度の第２の熱処理と、を含む請求項１９又は請求項２０記載の超電導層の接続方法。

【請求項22】

前記第１の温度は８００℃以下である請求項２１記載の超電導層の接続方法。

【請求項23】

前記第２の温度は前記第１の温度より低い請求項２１又は請求項２２記載の超電導層の接続方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、超電導層の接続構造、超電導線材、超電導コイル、超電導機器、及び超電導層の接続方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、核磁気共鳴装置（ＮＭＲ）や磁気共鳴画像診断装置（ＭＲＩ）では、強い磁場を発生させるために超電導コイルが用いられる。超電導コイルは、巻枠に超電導線材を巻き回すことにより形成されている。

【0003】

超電導線材を長尺化するために、例えば、複数の超電導線材を接続する。例えば、２本の超電導線材の端部を接続構造を用いて接続する。超電導線材を接続する接続構造には、低い電気抵抗と高い機械的強度が求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許６６７５５９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる超電導層の接続構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態の超電導層の接続構造は、第１の超電導層と、第２の超電導層と、前記第１の超電導層と前記第２の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む第１の物質と、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）、及び亜鉛（Ｚｎ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの金属元素を含む第２の物質と、を含む接続層と、を備え、前記第１の超電導層と前記接続層との間の第１の界面において、前記第２の物質と前記第１の超電導層とが接する第１の領域の単位面積あたりに占める第１の面積割合が１％以上５０％以下であり、前記第２の超電導層と前記接続層との間の第２の界面において、前記第２の物質と前記第２の超電導層とが接する第２の領域の単位面積あたりに占める第２の面積割合が１％以上５０％以下であり、前記第２の物質は複数の粒子を含み、前記第１の界面に垂直な断面において、前記複数の粒子の少なくとも一部の粒子は、前記第１の超電導層に接し、かつ、扁平形状であり、前記断面において、前記複数の粒子の少なくとも別の一部の粒子は、前記第２の超電導層に接し、かつ、扁平形状である。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態の超電導層の接続構造の模式断面図。

【図2】第１の実施形態の超電導層の接続方法の第１の超電導層と第２の超電導層との準備を示す図。

【図3】第１の実施形態の超電導層の接続方法の第１の保護層と第２の保護層の除去を示す図。

【図4】第１の実施形態の超電導層の接続方法の第１の超電導層及び第２の超電導層の上へのスラリーの塗布を示す図。

【図5】第１の実施形態の超電導層の接続方法の第１の超電導層と第２の超電導層を向き合わせた状態を示す図。

【図6】第１の実施形態の超電導層の接続方法の第１の超電導層と第２の超電導層を重ね合わせた状態を示す図。

【図7】第１の実施形態の超電導層の接続方法の第１の超電導層と第２の超電導層を加圧した状態を示す図。

【図8】比較例の超電導層の接続構造の模式断面図。

【図9】第２の実施形態の超電導層の接続構造の模式断面図。

【図10】第３の実施形態の超電導層の接続構造の模式断面図。

【図11】第４の実施形態の超電導線材の模式断面図。

【図12】第４の実施形態の超電導線材の第１の変形例の模式断面図。

【図13】第４の実施形態の超電導線材の第２の変形例の模式断面図。

【図14】第６の実施形態の超電導線材の模式断面図。

【図15】第６の実施形態の超電導線材の第１の変形例の模式断面図。

【図16】第６の実施形態の超電導線材の第２の変形例の模式断面図。

【図17】第６の実施形態の超電導線材の第３の変形例の模式断面図。

【図18】第７の実施形態の超電導コイルの模式斜視図。

【図19】第７の実施形態の超電導コイルの模式断面図。

【図20】第８の実施形態の超電導機器のブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材などには同一の符号を付し、一度説明した部材などについては適宜その説明を省略する場合がある。

【0009】

本明細書中、粒子等の「粒径」とは、別段の記載のない限り、粒子の長径である。粒子の長径とは、粒子の外周の任意の２点間の長さの中の最大の長さである。また、粒子の短径とは、粒子の長径の基礎となる２点の中点を通り、粒子の長径方向に垂直な線と粒子の外周が交わる２点間の長さである。また、粒子のアスペクト比とは、短径に対する長径の比（長径／短径）である。粒子の長径及び短径は、例えば、走査電子顕微鏡画像（ＳＥＭ画像）の画像解析により求めることが可能である。なお、上記「粒径」の定義は一例であり、「粒径」の定義はこれに限られるものではない。

【0010】

本明細書中、粒子等に含まれる元素の検出及び元素の原子濃度の測定は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）又は波長分散型Ｘ線分析法（ＷＤＸ）を用いて行うことが可能である。また、粒子等に含まれる物質の同定は、例えば、粉末Ｘ線回折法を用いて行うことが可能である。

【0011】

（第１の実施形態）
第１の実施形態の超電導層の接続構造は、第１の超電導層と、第２の超電導層と、第１の超電導層と第２の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む第１の物質と、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）、及び亜鉛（Ｚｎ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの金属元素を含む第２の物質と、を含む接続層と、を備える。そして、第１の超電導層と接続層との間の第１の界面において、第２の物質と第１の超電導層とが接する第１の領域の単位面積あたりに占める第１の面積割合が１％以上５０％以下であり、第２の超電導層と接続層との間の第２の界面において、第２の物質と第２の超電導層とが接する第２の領域の単位面積あたりに占める第２の面積割合が１％以上５０％以下である。

【0012】

図１は、第１の実施形態の超電導層の接続構造の模式断面図である。第１の実施形態の接続構造１００は、２つの超電導層を物理的及び電気的に接続する構造である。接続構造１００は、例えば、２本の超電導線材を接続し、超電導線材を長尺化するために用いられる。

【0013】

接続構造１００は、第１の超電導部材１０、第２の超電導部材２０、及び接続層３０を備える。接続構造１００は、第１の超電導部材１０と第２の超電導部材２０が、接続層３０によって接続される構造である。接続層３０は、第１の超電導部材１０と第２の超電導部材２０との間に設けられる。

【0014】

第１の超電導部材１０は、第１の基板１２、第１の中間層１４、第１の超電導層１６を備える。第２の超電導部材２０は、第２の基板２２、第２の中間層２４、第２の超電導層２６を備える。

【0015】

第１の基板１２は、例えば、金属である。第１の基板１２は、例えば、ニッケル合金又は銅合金である。第１の基板１２は、例えば、ニッケルタングステン合金である。

【0016】

第１の超電導層１６は、例えば、酸化物超電導層である。第１の超電導層１６は、例えば、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第１の超電導層１６は、例えば、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及び、ルテチウム（Ｌｕ）から成る群のうちの少なくとも１つの希土類元素（ＲＥ）を含む。

【0017】

第１の超電導層１６は、例えば、（ＲＥ）Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（ＲＥは希土類元素、６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。第１の超電導層１６は、例えば、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）、又はＥｕＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。第１の超電導層１６は、例えば、希土類酸化物超電導体である。

【0018】

第１の超電導層１６は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶を含む。

【0019】

第１の超電導層１６は、例えば、第１の中間層１４の上に、金属有機物堆積法（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法：ＭＯＤ法）、パルスレーザ蒸着法（ＰｕｌｓｅｄＬａｓｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法：ＰＬＤ法）、又は、有機金属気相成長法（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法：ＭＯＣＶＤ法）を用いて形成される。

【0020】

第１の中間層１４は、第１の基板１２と第１の超電導層１６との間に設けられる。第１の中間層１４は、例えば、第１の超電導層１６に接する。第１の中間層１４は、第１の中間層１４の上に形成される第１の超電導層１６の結晶配向性を向上させる機能を有する。

【0021】

第１の中間層１４は、例えば、希土類酸化物を含む。第１の中間層１４は、例えば、複数の膜の積層構造を備える。第１の中間層１４は、例えば、第１の基板１２側から、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）が積層された構造を有する。

【0022】

第２の基板２２は、例えば、金属である。第２の基板２２は、例えば、ニッケル合金又は銅合金である。第２の基板２２は、例えば、ニッケルタングステン合金である。

【0023】

第２の超電導層２６は、例えば、酸化物超電導層である。第２の超電導層２６は、例えば、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第１の超電導層１６は、例えば、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）から成る群のうちの少なくとも１つの希土類元素（ＲＥ）を含む。

【0024】

第２の超電導層２６は、例えば、（ＲＥ）Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（ＲＥは希土類元素、６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。第１の超電導層１６は、例えば、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）、又はＥｕＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。第１の超電導層１６は、例えば、希土類酸化物超電導体である。

【0025】

第２の超電導層２６は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶を含む。

【0026】

第２の超電導層２６は、例えば、第２の中間層２４の上に、ＭＯＤ法、ＰＬＤ法、又はＭＯＣＶＤ法を用いて形成される。

【0027】

第２の中間層２４は、第２の基板２２と第２の超電導層２６との間に設けられる。第２の中間層２４は、例えば、第２の超電導層２６に接する。第２の中間層２４は、第２の中間層２４の上に形成される第２の超電導層２６の結晶配向性を向上させる機能を有する。

【0028】

第２の中間層２４は、例えば、希土類酸化物を含む。第２の中間層２４は、例えば、複数の膜の積層構造を備える。第２の中間層２４は、例えば、第２の基板２２側から、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）が積層された構造を有する。

【0029】

接続層３０は、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６との間に設けられる。接続層３０は、第１の超電導層１６に接する。接続層３０は、第２の超電導層２６に接する。

【0030】

第１の超電導層１６と接続層３０との間の界面は第１の界面（図１中のＰ１）である。また、第２の超電導層２６と接続層３０との間の界面は第２の界面（図１中のＰ２）である。

【0031】

接続層３０を用いて、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６が物理的及び電気的に接続される。

【0032】

接続層３０は、第１の物質３０ａと、第２の物質３０ｂとを含む。

【0033】

第１の物質３０ａは、第１の超電導層１６に接する。第１の物質３０ａは、第２の超電導層２６に接する。

【0034】

第１の物質３０ａは、酸化物超電導体である。第１の物質３０ａは、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第１の物質３０ａは、例えば、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及び、ルテチウム（Ｌｕ）から成る群のうちの少なくとも１つの希土類元素（ＲＥ）を含む。

【0035】

第１の物質３０ａは、例えば、（ＲＥ）Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（ＲＥは希土類元素、６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。第１の物質３０ａは、例えば、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）、又はＥｕＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。

【0036】

第１の物質３０ａは、例えば、ペロブスカイト構造を有する結晶を含む。

【0037】

第１の物質３０ａは、例えば、板状である。

【0038】

第２の物質３０ｂは、第１の超電導層１６に接する。第２の物質３０ｂは、第２の超電導層２６に接する。

【0039】

第２の物質３０ｂは、導電体である。第２の物質３０ｂは、例えば、金属である。

【0040】

第２の物質３０ｂは、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）、及び亜鉛（Ｚｎ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの金属元素を含む。第２の物質３０ｂは、例えば、銀（Ａｇ）である。

【0041】

第２の物質３０ｂは、例えば、酸素（Ｏ）を含む。第２の物質３０ｂに含まれる酸素（Ｏ）の原子濃度は、例えば、０．０１％以上３５％以下である。

【0042】

第１の超電導層１６と接続層３０との間の第１の界面Ｐ１において、第２の物質３０ｂと第１の超電導層１６とが接する第１の領域の単位面積あたりに占める面積割合が１％以上５０％以下である。また、第２の超電導層２６と接続層３０との間の第２の界面Ｐ２において、第２の物質３０ｂと第２の超電導層２６とが接する第２の領域の単位面積あたりに占める面積割合が１％以上５０％以下である。単位面積は、例えば、１ｍｍ^２である。

【0043】

第１の領域の面積割合は、例えば、第１の超電導層１６から第２の超電導層２６に向かう方向に平行な複数の接続層３０の断面において、第２の物質３０ｂと第１の超電導層１６とが接する長さの第１の界面Ｐ１の長さに対する割合を取得し、取得された複数の長さの割合の平均値を算出することで得られる。また、第２の領域の面積割合は、例えば、第１の超電導層１６から第２の超電導層２６に向かう方向に平行な複数の接続層３０の断面において、第２の物質３０ｂと第２の超電導層２６とが接する長さの第２の界面Ｐ２の長さに対する割合を取得し、取得された複数の長さの割合の平均値を算出することで得られる。

【0044】

第２の物質３０ｂは、例えば、図１に示すように、複数の粒子を含む。複数の粒子の長径の中央値は、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下である。

【0045】

例えば、複数の粒子の中で第１の界面Ｐ１に接する粒子のアスペクト比は５以上１００以下である。また、複数の粒子の中で第２の界面Ｐ２に接する粒子のアスペクト比は５以上１００以下である。

【0046】

例えば、図１に示すように、粒子の長径方向は、第１の界面Ｐ１又は第２の界面Ｐ２に平行な方向にそろう。特に、複数の粒子の中で、第１の超電導層１６又は第２の超電導層２６に接する粒子の長径は、第１の界面Ｐ１又は第２の界面Ｐ２に平行な方向にそろう。

【0047】

粒子の長径方向は、例えば、第１の界面Ｐ１に対して０度以上３０度以下の範囲にある。また、粒子の長径方向は、例えば、第２の界面Ｐ２に対して０度以上３０度以下の範囲にある。

【0048】

次に、第１の実施形態の超電導層の接続方法の一例について説明する。第１の実施形態の超電導層の接続方法は、接続構造１００の形成方法である。図２、図３、図４、図５、図６、及び図７は、第１の実施形態の超電導層の接続方法を示す図である。

【0049】

第１の実施形態の超電導層の接続方法は、第１の超電導層と第２の超電導層とを準備し、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む物質と、酸化銀を、第１の超電導層と前記第２の超電導層との間に挟み、第１の超電導層と第２の超電導層とを加圧した状態で、熱処理を行う。

【0050】

最初に、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６とを準備する。第１の超電導部材１０と第２の超電導部材２０とを準備する（図２）。

【0051】

第１の超電導部材１０は、第１の基板１２、第１の中間層１４、第１の超電導層１６、第１の保護層１８を備える。第１の保護層１８は、第１の超電導層１６の上に設けられる。第１の保護層１８は、第１の超電導層１６を保護する機能を有する。

【0052】

第１の保護層１８は、例えば、金属である、第１の保護層１８は、例えば、銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）を含む。

【0053】

第２の超電導部材２０は、第２の基板２２、第２の中間層２４、第２の超電導層２６、第２の保護層２８を備える。第２の保護層２８は、第２の超電導層２６の上に設けられる。第２の保護層２８は、第２の超電導層２６を保護する機能を有する。

【0054】

第２の保護層２８は、例えば、金属である、第２の保護層２８は、例えば、銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）を含む。

【0055】

次に、第１の超電導層１６の上の第１の保護層１８を除去する。次に、第２の超電導層２６の上の第２の保護層２８を除去する（図３）。第１の保護層１８及び第２の保護層２８は、例えば、ウェットエッチング法を用いて除去する。

【0056】

次に、スラリー２９を作製する。スラリー２９は、酸化銀の粒子２９ａを含む。
次に、第１の超電導層１６及び第２の超電導層２６の上に、スラリー２９を塗布する（図４）。

【0057】

次に、第１の物質３０ａを準備する。第１の物質３０ａは板状である。

【0058】

第１の物質３０ａは、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第１の物質３０ａは、希土類酸化物である。第１の物質３０ａは、例えば、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）の焼結体である。

【0059】

第１の物質３０ａは、例えば、ＭＯＤ法で作製した希土類酸化物超電導体と酸化物原料から焼成した希土類酸化物超電導体の焼結体の複合物である。例えば、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）の焼結体にＭＯＤ溶液を塗布し、熱処理することで複合物を作製できる。熱処理の温度は、例えば、７００℃以上８５０℃以下である。熱処理は、例えば、大気圧で行う。熱処理は、例えば大気雰囲気中、Ａｒ雰囲気中、窒素雰囲気中、酸素雰囲気中、Ａｒと酸素の混合雰囲気中、又は窒素と酸素の混合雰囲気中で行う。複合物を用いることで、接続層３０と第１の超電導層１６及び第２の超電導層２６の電気的な接続性が向上し、電気抵抗を低くすることができる。

【0060】

次に、例えば、第２の超電導層２６を反転し、第１の物質３０ａとスラリー２９を間に挟んで、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６を向き合わせる（図５）。そして、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６を、第１の物質３０ａを間に挟んで重ね合わせる（図６）。

【0061】

次に、重ね合わせた第１の超電導層１６と第２の超電導層２６を、第２の超電導層２６から第１の超電導層１６に向かう方向に加圧する（図７）。例えば、重ね合わせた部分に錘を乗せることで加圧する。例えば、プレス機を用いて加圧する。例えば、加圧のための冶具を作製し、挟み込むことで加圧することもできる。冶具を用いた場合には、接続の後に冶具を取り外しても良いし、冶具を取り付けたままでも良い。冶具を取り外すとコイルを巻回しやすくなるため、取り外すことが好ましい。

【0062】

次に、熱処理を行う。熱処理は、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６が加圧された状態で行う。

【0063】

熱処理の温度は、例えば、３００℃以上８５０℃以下である。例えば、４００℃以上８００℃以下が好ましい。熱処理は、例えば、大気圧で行う。第１の熱処理は、例えば大気雰囲気中、Ａｒ雰囲気中、窒素雰囲気中、酸素雰囲気中、Ａｒと酸素の混合雰囲気中、又は窒素と酸素の混合雰囲気中で行う。

【0064】

熱処理により、酸化銀の粒子２９ａが還元を伴いながら焼結することで、粒径の大きな銀の粒子が第１の超電導層１６と接続層３０との間の界面、及び、第２の超電導層２６と接続層３０との間の界面に形成される。

【0065】

次に、第２の温度で第２の熱処理を行っても良い。第２の熱処理は酸素を含む雰囲気中で行われる。第２の熱処理は、第１の熱処理と同じ酸素分圧、又は、第１の熱処理よりも高い酸素分圧を有する雰囲気中で行われる。第２の熱処理は酸素アニールである。

【0066】

第２の温度は、例えば、第１の温度よりも低い。第２の温度は、例えば、４００℃以上６００℃以下である。第２の熱処理は、第１の熱処理の後に第２の温度よりも低い温度まで冷却してから、第２の温度に再加熱して行っても良い。また、第２の熱処理は、第１の熱処理の後に第２の温度まで連続的に降温させて行っても良い。

【0067】

第２の熱処理は、例えば、大気圧中で行われる。第２の熱処理の雰囲気の酸素分圧は、例えば、３０％以上である。

【0068】

以上の方法により、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６とが接続される。以上の方法により、図１に示した第１の実施形態の接続構造１００が形成される。

【0069】

次に、第１の実施形態の超電導層の接続構造、及び超電導層の接続方法の作用及び効果について説明する。

【0070】

【0071】

超電導線材を長尺化するために、例えば、複数の超電導線材を接続する。例えば、２本の超電導線材の端部を、接続構造を用いて接続する。超電導線材を接続する接続構造には、低い電気抵抗と高い機械的強度が求められる。

【0072】

第１の実施形態の超電導層の接続構造１００は、第１の物質３０ａと第２の物質３０ｂを含む接続層３０を用いる。第１の物質３０ａは、希土類酸化物の超電導体である。第２の物質３０ｂは、金属である。希土類酸化物の超電導体と金属を含む接続層３０を用いることで、低い電気抵抗と高い機械的強度を備えた接続構造１００が実現できる。

【0073】

また、第１の実施形態の超電導層の接続方法は、酸化銀を用いて接続層３０を形成する。酸化銀を用いて接続層３０を形成することで、低い電気抵抗と高い機械的強度を備えた接続構造１００が実現できる。以下、詳述する。

【0074】

図８は、比較例の超電導層の接続構造の模式断面図である。比較例の超電導層の接続構造９００は、接続層３０が第２の物質３０ｂを含まない点で、第１の実施形態の接続構造１００と異なる。

【0075】

例えば、接続構造９００に応力が印加された場合、接続層３０と第１の超電導層１６との第１の界面（図８中のＰ１）で、接続層３０と第１の超電導層１６とが分離するおそれがある。また、接続構造９００に応力が印加された場合、接続層３０と第２の超電導層２６との第２の界面（図８中のＰ２）で、接続層３０と第２の超電導層２６とが分離するおそれがある。

【0076】

第１の実施形態の超電導層の接続構造１００は、接続層３０に含まれる第２の物質３０ｂが第１の超電導層１６に接することにより、第１の界面Ｐ１における接続層３０と第１の超電導層１６との接続強度が高くなる。また、第１の実施形態の超電導層の接続構造１００は、接続層３０に含まれる第２の物質３０ｂが第２の超電導層２６に接することにより、第２の界面Ｐ２における接続層３０と第２の超電導層２６との接続強度が高くなる。したがって、高い機械的強度を備えた接続構造１００が実現できる。

【0077】

そして、接続層３０に含まれる第１の物質３０ａが第１の超電導層１６に接することにより、第１の界面Ｐ１において、超電導体が連続する経路が確保されている。また、接続層３０に含まれる第１の物質３０ａが第２の超電導層２６に接することにより、第２の界面Ｐ２において、超電導体が連続する経路が確保されている。したがって、第１の界面Ｐ１及び第２の界面Ｐ２での接触抵抗が低減し、低い電気抵抗を備えた接続構造１００が実現できる。よって、接続構造１００に流すことが可能な臨界電流が大きくなる。

【0078】

第１の超電導層１６と接続層３０との間の第１の界面Ｐ１において、第２の物質３０ｂと第１の超電導層１６とが接する第１の領域の単位面積あたりに占める第１の面積割合が１％以上５０％以下である。第１の面積割合が１％未満となると、第１の界面Ｐ１における接続層３０と第１の超電導層１６との接続強度が不足する。第１の面積割合が５０％を超えると、接続構造１００の電気抵抗が高くなりすぎる。

【0079】

第１の界面Ｐ１における接続層３０と第１の超電導層１６との接続強度を高くする観点から、第１の面積割合は、５％以上であることが好ましく、８％以上であることがより好ましい。また、接続構造１００の電気抵抗を低くする観点から、第１の面積割合は、３０％以下であることが好ましく、１５％以下であることがより好ましい。

【0080】

第２の超電導層２６と接続層３０との間の第２の界面Ｐ２において、第２の物質３０ｂと第２の超電導層２６とが接する第２の領域の単位面積あたりに占める第２の面積割合が１％以上５０％以下である。第２の面積割合が１％未満となると、第２の界面Ｐ２における接続層３０と第２の超電導層２６との接続強度が不足する。第２の面積割合が５０％を超えると、接続構造１００の電気抵抗が高くなりすぎる。

【0081】

第２の界面Ｐ２における接続層３０と第２の超電導層２６との接続強度を高くする観点から、第２の面積割合は、５％以上であることが好ましく、８％以上であることがより好ましい。また、接続構造１００の電気抵抗を低くする観点から、第２の面積割合は、３０％以下であることが好ましく、１５％以下であることがより好ましい。

【0082】

第２の物質３０ｂは複数の粒子を含み、複数の粒子の長径の中央値は、１００ｎｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。長径の中央値が１００ｎｍ以上であることにより、第１の界面Ｐ１又は第２の界面Ｐ２における接続強度が高くなる。また、長径の中央値が１０μｍ以下であることにより、接続構造１００の電気抵抗が低くなる。

【0083】

第２の物質３０ｂは複数の粒子を含み、複数の粒子の中で第１の界面Ｐ１に接する粒子のアスペクト比が５以上であることが好ましく、１０以上であることがより好ましい。同様に、複数の粒子の中で第２の界面Ｐ２に接する粒子のアスペクト比が５以上であることが好ましく、１０以上であることがより好ましい。粒子のアスペクト比が上記下限値を上回ることで、接続構造１００の第１の界面Ｐ１及び第２の界面Ｐ２の接続強度の向上と、接続構造１００の電気抵抗の低減の両立が容易となる。

【0084】

第２の物質３０ｂの粒子の長径方向は、第１の界面Ｐ１又は第２の界面Ｐ２に平行な方向にそろうことが好ましい。特に、複数の粒子の中で、第１の超電導層１６又は第２の超電導層２６に接する粒子の長径は、第１の界面Ｐ１又は第２の界面Ｐ２に平行な方向にそろうことが好ましい。

【0085】

第２の物質３０ｂの粒子の長径方向は、第１の界面Ｐ１に対して０度以上３０度以下の範囲にあることが好ましい。また、粒子の長径方向は、例えば、第２の界面Ｐ２に対して０度以上３０度以下の範囲にあることが好ましい。

【0086】

第２の物質３０ｂの粒子の長径方向が、第１の界面Ｐ１又は第２の界面Ｐ２に平行な方向にそろうことで、接続構造１００の第１の界面Ｐ１及び第２の界面Ｐ２の接続強度の向上と、接続構造１００の電気抵抗の低減の両立が容易となる。

【0087】

第２の物質３０ｂは酸素（Ｏ）を含むことが好ましい。第２の物質３０ｂが酸素を含むことで、第２の物質３０ｂの機械的強度が向上する。したがって、接続構造１００の機械的強度が向上する。

【0088】

また、第２の物質３０ｂは、第１の超電導層１６、第２の超電導層２６、及び第１の物質３０ａと接合する。第１の超電導層１６、第２の超電導層２６、及び第１の物質３０ａは、いずれも酸化物であるため、第２の物質３０ｂが酸素を含むことで、第１の超電導層１６、第２の超電導層２６、及び第１の物質３０ａと接合しやすくなり、接合強度が向上する。

【0089】

また、第１の超電導層１６、第２の超電導層２６、及び第１の物質３０ａは、例えば、希土類酸化物超電導体である。希土類酸化物超電導体は、酸素欠陥により超電導特性が大きく低下する。第２の物質３０ｂが酸素を含むことで、第１の超電導層１６、第２の超電導層２６、及び第１の物質３０ａからの酸素脱離が抑制される。したがって、第１の超電導層１６、第２の超電導層２６、及び第１の物質３０ａの高い超電導特性が維持できる。

【0090】

第２の物質３０ｂの機械的強度を向上させる観点、第２の物質３０ｂの接合強度を向上させる観点、及び、第１の超電導層１６、第２の超電導層２６、及び第１の物質３０ａの高い超電導特性を維持する観点から、第２の物質３０ｂに含まれる酸素（Ｏ）の原子濃度は、０．０１％以上であることが好ましく、０．０５％以上であることがより好ましく、０．１％以上であることが更に好ましい。一方、第２の物質３０ｂの電気抵抗を低減する観点から、第２の物質３０ｂに含まれる酸素（Ｏ）の原子濃度は、３５％以下であることが好ましく、１５％以下であることがより好ましく、５％以下であることが更に好ましい。

【0091】

第１の実施形態の超電導層の接続方法は、第１の超電導層１６と第１の物質３０ａとの間、及び、第２の超電導層２６と第１の物質３０ａとの間に、酸化銀の粒子２９ａを挟んで熱処理を加えることで、接続層３０を形成する。熱処理により、酸化銀の粒子２９ａが還元を伴いながら焼結することで、粒径の大きな粒子が第１の超電導層１６と接続層３０との間の界面、及び、第２の超電導層２６と接続層３０との間の界面に形成される。粒径の大きな粒子が第２の物質３０ｂである。

【0092】

酸化銀の粒子２９ａを用いることで、例えば、銀の粒子を用いる場合と比較して、低い温度で粒子の焼結が進む。このため、粒径の大きな粒子を低い温度で形成できる。したがって、酸化物超電導体で形成される第１の超電導層１６、第２の超電導層２６、及び第１の物質３０ａを高温にさらすことを抑制できる。よって、第１の超電導層１６、第２の超電導層２６、及び第１の物質３０ａの超電導特性の劣化を抑制でき、低い電気抵抗と高い機械的強度を備えた接続構造１００が実現できる。

【0093】

以上、第１の実施形態の超電導層の接続構造、及び超電導層の接続方法によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる。

【0094】

（第２の実施形態）
第２の実施形態の超電導層の接続構造は、第１の物質が複数の粒子を含む点で、第１の実施形態の超電導層の接続構造と異なる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。

【0095】

図９は、第２の実施形態の超電導層の接続構造の模式断面図である。第２の実施形態の接続構造２００は、２つの超電導層を物理的及び電気的に接続する構造である。接続構造２００は、例えば、２本の超電導線材を接続し、超電導線材を長尺化するために用いられる。

【0096】

接続構造２００は、第１の超電導部材１０、第２の超電導部材２０、及び接続層３０を備える。接続構造２００は、第１の超電導部材１０と第２の超電導部材２０が、接続層３０によって接続される構造である。接続層３０は、第１の超電導部材１０と第２の超電導部材２０との間に設けられる。

【0097】

接続層３０は、第１の物質３０ａと、第２の物質３０ｂとを含む。

【0098】

第１の物質３０ａは、複数の粒子を含む。第１の物質３０ａは、例えば、複数の粒子が焼結された状態にある。粒子間には空孔が存在する。

【0099】

複数の粒子のそれぞれは、酸化物超電導体である。複数の粒子のそれぞれは、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第１の物質３０ａは、例えば、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及び、ルテチウム（Ｌｕ）から成る群のうちの少なくとも１つの希土類元素（ＲＥ）を含む。

【0100】

複数の粒子のそれぞれは、例えば、（ＲＥ）Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（ＲＥは希土類元素、６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。第１の物質３０ａは、例えば、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）、又はＥｕＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。

【0101】

複数の粒子のそれぞれは、例えば、ペロブスカイト構造を有する結晶を含む。

【0102】

第２の物質３０ｂは、第１の超電導層１６に接する。第２の物質３０ｂは、第２の超電導層２６に接する。

【0103】

第２の物質３０ｂは、導電体である。第２の物質３０ｂは、例えば、金属である。

【0104】

【0105】

【0106】

【0107】

第２の物質３０ｂは、例えば、複数の粒子を含む。複数の粒子の長径の中央値は、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下である

【0108】

【0109】

次に、第２の実施形態の超電導層の接続方法の一例について説明する。第２の実施形態の超電導層の接続方法は、接続構造２００の形成方法である。

【0110】

第１の超電導層１６と第２の超電導層２６とを準備し、第１の保護層１８及び第２の保護層２８を用いて除去するまでは、第１の実施形態の超電導層の接続方法と同様である。

【0111】

次に、スラリーを作製する。スラリーは、第１の結晶粒子、第１の粒子、第２の粒子、第３の粒子、及び酸化銀の粒子を含む。

【0112】

第１の結晶粒子は、最終的に第１の物質３０ａの一部となる。酸化銀の粒子は、最終的に第２の物質３０ｂとなる。

【0113】

第１の結晶粒子は、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第１の結晶粒子は、希土類酸化物である。第１の結晶粒子は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶又は多結晶である。第１の結晶粒子は、例えば、（ＲＥ）Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（ＲＥは希土類元素、６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。

【0114】

第１の結晶粒子は、例えば、板状又は扁平形状である。第１の結晶粒子の粒径の中央値は、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下である。

【0115】

第１の結晶粒子は、例えば、希土類酸化物の超電導体を、粉砕することによって形成される。希土類酸化物の超電導体は、例えば、粉末原料を焼成することで形成される。

【0116】

第１の結晶粒子は、例えば、希土類酸化物超電導体の焼結体を粉砕した粉末と、ＭＯＤ法で作製した希土類酸化物超電導体の複合物である。例えば、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）の焼結体粉末にＭＯＤ溶液を塗布し、熱処理することで複合物を作製できる。熱処理の温度は、例えば、７００℃以上８５０℃以下である。熱処理は、例えば、大気圧で行う。熱処理は、例えば大気雰囲気中、Ａｒ雰囲気中、窒素雰囲気中、酸素雰囲気中、Ａｒと酸素の混合雰囲気中、又は窒素と酸素の混合雰囲気中で行う。複合物を用いることで、接続層３０と第１の超電導層１６及び第２の超電導層２６の電気的な接続性が向上し、電気抵抗を低くすることができる。

【0117】

第１の粒子は、希土類元素（ＲＥ）及び酸素（Ｏ）を含む。第１の粒子は、例えば、ＲＥ_２Ｏ_３（ＲＥは希土類元素）で表記される化学組成を有する。

【0118】

第２の粒子は、バリウム（Ｂａ）、炭素（Ｃ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第２の粒子は、例えば、ＢａＣＯ_３で表記される化学組成を有する。

【0119】

第３の粒子は、銅（Ｃｕ）及び酸素（Ｏ）を含む。第３の粒子は、例えば、ＣｕＯで表記される化学組成を有する。

【0120】

スラリー２９は、例えば、焼結助剤及び増粘剤を含む。焼結助剤は、例えば、アルギン酸ナトリウムである。

【0121】

次に、第２の超電導層２６の上に、スラリーを塗布する。

【0122】

次に、例えば、第２の超電導層２６を反転し、スラリーを間に挟んで、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６を向き合わせる。そして、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６を重ね合わせる。

【0123】

次に、重ね合わせた第１の超電導層１６と第２の超電導層２６を、第２の超電導層２６から第１の超電導層１６に向かう方向に加圧する。

【0124】

次に、第１の温度で第１の熱処理を行う。第１の熱処理は、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６が加圧された状態で行う。

【0125】

第１の温度は、例えば、５００℃以上８５０℃以下である。例えば、６００℃以上８００℃以下が好ましい。第１の熱処理は、例えば、大気圧で行う。第１の熱処理は、例えば大気雰囲気中、Ａｒ雰囲気中、窒素雰囲気中、酸素雰囲気中、Ａｒと酸素の混合雰囲気中、又は窒素と酸素の混合雰囲気中で行う。

【0126】

第１の熱処理により、第１の粒子、第２の粒子、及び第３の粒子が反応して、超電導体である第２の結晶粒子が形成される。第１の粒子、第２の粒子、及び第３の粒子は、超電導体である第２の結晶粒子の原料である。第２の結晶粒子は、最終的に第１の物質３０ａの一部となる。

【0127】

第２の結晶粒子３２は、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第２の結晶粒子３２は、希土類酸化物である。第２の結晶粒子３２は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶又は多結晶である。第２の結晶粒子３２は、例えば、（ＲＥ）Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（ＲＥは希土類元素、６≦δ≦７）で表記される化学組成を有する。

【0128】

第２の結晶粒子３２は、例えば、球状又は不定形状である。第２の結晶粒子３２の粒径の中央値は、第１の結晶粒子３１の粒径の中央値よりも小さい。第２の結晶粒子３２の粒径の中央値は、例えば、１０ｎｍ以上１μｍ未満である。

【0129】

なお、例えば、第２の結晶粒子の形成に寄与しなかった第１の粒子、第２の粒子、及び第３の粒子は、接続層３０の中に残存する。

【0130】

第１の熱処理により、第１の結晶粒子、第２の結晶粒子が焼結する。

【0131】

第１の熱処理により、酸化銀の粒子が還元を伴いながら焼結することで、粒径の大きな銀の粒子が第１の超電導層１６と接続層３０との間の界面、及び、第２の超電導層２６と接続層３０との間の界面に形成される。

【0132】

次に、第２の温度で第２の熱処理を行う。第２の熱処理は酸素を含む雰囲気中で行われる。第２の熱処理は、第１の熱処理と同じ酸素分圧、又は、第１の熱処理よりも高い酸素分圧を有する雰囲気中で行われる。第２の熱処理は酸素アニールである。

【0133】

【0134】

第２の熱処理は、例えば、大気圧中で行われる。第２の熱処理の雰囲気の酸素分圧は、例えば、３０％以上である。

【0135】

第１の熱処理及び第２の熱処理により、接続層３０が形成される。

【0136】

以上の方法により、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６とが接続される。以上の方法により、第２の実施形態の接続構造２００が形成される。

【0137】

以上、第２の実施形態の超電導層の接続構造、及び超電導層の接続方法によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる。

【0138】

（第３の実施形態）
第３の実施形態の超電導層の接続構造は、第１の超電導層と、第２の超電導層と、第１の超電導層と第２の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む第１の物質と、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）、及び亜鉛（Ｚｎ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの金属元素を含む第２の物質とを含む接続層と、を備え、第２の物質は、第１の超電導層及び第２の超電導層に接し、第２の物質は、第１の超電導層と第２の超電導層との間で連続する。第３の実施形態の超電導層の接続構造は、第２の物質が第１の超電導層と第２の超電導層との間で連続する点で、第１の実施形態の超電導層の接続構造と異なる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。

【0139】

図１０は、第３の実施形態の超電導層の接続構造の模式断面図である。第３の実施形態の接続構造３００は、２つの超電導層を物理的及び電気的に接続する構造である。接続構造３００は、例えば、２本の超電導線材を接続し、超電導線材を長尺化するために用いられる。

【0140】

接続構造３００は、第１の超電導部材１０、第２の超電導部材２０、及び接続層３０を備える。接続構造３００は、第１の超電導部材１０と第２の超電導部材２０が、接続層３０によって接続される構造である。接続層３０は、第１の超電導部材１０と第２の超電導部材２０との間に設けられる。

【0141】

接続層３０は、第１の物質３０ａと、第２の物質３０ｂとを含む。

【0142】

第１の物質３０ａは、複数の粒子を含む。第１の物質３０ａは、例えば、複数の粒子が焼結された状態にある。

【0143】

【0144】

【0145】

複数の粒子のそれぞれは、例えば、ペロブスカイト構造を有する結晶を含む。

【0146】

第２の物質３０ｂは、第１の超電導層１６に接する。第２の物質３０ｂは、第２の超電導層２６に接する。第２の物質３０ｂは、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６との間で連続する。

【0147】

第２の物質３０ｂは、導電体である。第２の物質３０ｂは、例えば、金属である。

【0148】

【0149】

【0150】

第１の超電導層１６から第２の超電導層２６に向かう方向に平行な断面において、第２の物質３０ｂの単位面積あたりに占める面積割合は、例えば、５％以上５０％以下である。

【0151】

第１の超電導層１６と接続層３０との間の第１の界面Ｐ１において、第２の物質３０ｂと第１の超電導層１６とが接する第１の領域の単位面積あたりに占める面積割合が、例えば、１％以上５０％以下である。また、第２の超電導層２６と接続層３０との間の第２の界面Ｐ２において、第２の物質３０ｂと第２の超電導層２６とが接する第２の領域の単位面積あたりに占める面積割合が、例えば、１％以上５０％以下である。

【0152】

第３の実施形態の超電導層の接続構造３００は、例えば、第２の実施形態の超電導層の接続方法において、第１の結晶粒子のサイズ、第１の結晶粒子の形状、第１の結晶粒子と酸化銀の粒子の量比等を調整することで形成することが可能である。

【0153】

例えば、第２の実施形態の超電導層の接続方法において、第１の結晶粒子のサイズを比較的に大きくし、酸化銀の粒子の量を比較的に多くすることで、接続構造３００を形成することが可能である。

【0154】

接続構造３００では、第２の物質３０ｂが、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６との間で連続することにより、第１の実施形態の接続構造１００と比較して、更に高い機械的強度を実現できる。

【0155】

第１の超電導層１６から第２の超電導層２６に向かう方向に平行な断面において、第２の物質３０ｂの単位面積あたりに占める面積割合は、５％以上であることが好ましく、１０％以上であることがより好ましい。面積割合が上記下限値を超えることで、接続構造３００の機械的強度が更に高くなる。

【0156】

第１の超電導層１６から第２の超電導層２６に向かう方向に平行な断面において、第２の物質３０ｂの単位面積あたりに占める面積割合は、５０％以下であることが好ましく、４０％以下であることがより好ましく、３０％以下であることが更に好ましい。面積割合が上記上限値を下回ることで、接続構造３００の電気抵抗が更に低くなる。

【0157】

以上、第３の実施形態の超電導層の接続構造、及び超電導層の接続方法によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度を実現できる。

【0158】

（第４の実施形態）
第４の実施形態の超電導線材は、第１の超電導層を含む第１の超電導線材と、第２の超電導層を含む第２の超電導線材と、第１の面と第１の面と対向する第２の面を有する第３の超電導層と、第１の超電導層と第３の超電導層の間、及び、第２の超電導層と第３の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む第１の物質と、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）、及び亜鉛（Ｚｎ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの金属元素を含む第２の物質と、を含む接続層と、を備える。そして、第１の超電導層及び第２の超電導層は、第３の超電導層の第１の面の側に位置し、第１の超電導層と接続層との間の第１の界面において、第２の物質と第１の超電導層とが接する第１の領域の単位面積あたりに占める第１の面積割合が１％以上５０％以下であり、第２の超電導層と接続層との間の第２の界面において、第２の物質と第２の超電導層とが接する第２の領域の単位面積あたりに占める第２の面積割合が１％以上５０％以下であり、第３の超電導層と接続層との間の第３の界面において、第２の物質と第３の超電導層とが接する第２の領域の単位面積あたりに占める第３の面積割合が１％以上５０％以下である。第４の実施形態の超電導線材は、第１の超電導線材と第２の超電導線材を接続する構造として、第１の実施形態の超電導層の接続構造を用いる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。

【0159】

図１１は、第４の実施形態の超電導線材の模式断面図である。第４の実施形態の超電導線材４００は、第１の超電導線材４０１、第２の超電導線材４０２、及び接続部材４０３を備える。第４の実施形態の超電導線材４００は、第１の超電導線材４０１と第２の超電導線材４０２が、接続部材４０３を用いて接続されることで、長尺化されている。

【0160】

第１の超電導線材４０１は、第１の基板１２、第１の中間層１４、第１の超電導層１６、第１の保護層１８を備える。第２の超電導線材４０２は、第２の基板２２、第２の中間層２４、第２の超電導層２６、第２の保護層２８を備える。接続部材４０３は、第３の基板４２、第３の中間層４４、第３の超電導層４６を備える。

【0161】

【0162】

第１の超電導層１６は、例えば、酸化物超電導層である。第１の超電導層１６は、例えば、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第１の超電導層１６は、例えば、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）から成る群のうちの少なくとも１つの希土類元素（ＲＥ）を含む。

【0163】

第１の超電導層１６は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶を含む。

【0164】

第１の超電導層１６は、例えば、第１の中間層１４の上に、ＭＯＤ法、ＰＬＤ法、又は、ＭＯＣＶＤ法を用いて形成される。

【0165】

【0166】

【0167】

第１の保護層１８は、第１の超電導層１６の上に設けられる。第１の保護層１８は、例えば、第１の超電導層１６に接する。第１の保護層１８は、第１の超電導層１６を保護する機能を有する。

【0168】

第１の保護層１８は、例えば、金属である、第１の保護層１８は、例えば、銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）を含む。

【0169】

【0170】

第２の超電導層２６は、例えば、酸化物超電導層である。第２の超電導層２６は、例えば、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第２の超電導層２６は、例えば、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）から成る群のうちの少なくとも１つの希土類元素（ＲＥ）を含む。

【0171】

第２の超電導層２６は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶を含む。

【0172】

第２の超電導層２６は、例えば、第２の中間層２４の上に、金属有機物堆積法ＭＯＤ法、ＰＬＤ法、又は、ＭＯＣＶＤ法を用いて形成される。

【0173】

【0174】

【0175】

第２の保護層２８は、第２の超電導層２６の上に設けられる。第２の保護層２８は、例えば、第２の超電導層２６に接する。第２の保護層２８は、第２の超電導層２６を保護する機能を有する。

【0176】

第２の保護層２８は、例えば、金属である、第２の保護層２８は、例えば、銀（Ａｇ）又は銅（Ｃｕ）を含む。

【0177】

第３の基板４２は、例えば、金属である。第３の基板４２は、例えば、ニッケル合金又は銅合金である。第３の基板４２は、例えば、ニッケルタングステン合金である。

【0178】

第３の超電導層４６は、第１の面及び第２の面を有する。第１の超電導層１６及び第２の超電導層２６は、第３の超電導層４６の第１の面の側に位置する。図１１において、第１の面は第３の超電導層４６の下面、第２の面は第３の超電導層４６の上面である。第１の超電導層１６及び第２の超電導層２６は、第３の超電導層４６の下面側に位置する。

【0179】

第３の超電導層４６は、例えば、酸化物超電導層である。第３の超電導層４６は、例えば、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む。第３の超電導層４６は、例えば、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホロミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、及びルテチウム（Ｌｕ）から成る群のうちの少なくとも１つの希土類元素（ＲＥ）を含む。

【0180】

第３の超電導層４６は、例えば、ペロブスカイト構造を有する単結晶を含む。

【0181】

第３の超電導層４６は、例えば、第３の中間層４４の上に、ＭＯＤ法、ＰＬＤ法、又は、ＭＯＣＶＤ法を用いて形成される。

【0182】

第３の中間層４４は、第３の基板４２と第３の超電導層４６との間に設けられる。第３の中間層４４は、例えば、第３の超電導層４６に接する。第３の中間層４４は、第３の中間層４４の上に形成される第３の超電導層４６の結晶配向性を向上させる機能を有する。

【0183】

第３の中間層４４は、例えば、希土類酸化物を含む。第３の中間層４４は、例えば、複数の膜の積層構造を備える。第３の中間層４４は、例えば、第３の基板４２側から、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）が積層された構造を有する。

【0184】

例えば、第３の超電導層４６に接する保護層は設けられない。例えば、第３の超電導層４６に接する金属の保護層は設けられない。例えば、第３の超電導層４６に接する銀（Ａｇ）、又は銅（Ｃｕ）を含む保護層は設けられない。

【0185】

接続層３０は、第１の超電導層１６と第３の超電導層４６との間に設けられる。接続層３０は、第１の超電導層１６に接する。接続層３０は、第３の超電導層４６に接する。

【0186】

接続層３０は、第２の超電導層２６と第３の超電導層４６との間に設けられる。接続層３０は、第２の超電導層２６に接する。接続層３０は、第３の超電導層４６に接する。

【0187】

第１の超電導層１６と接続層３０との間の界面は第１の界面（図１１中のＰ１）である。また、第２の超電導層２６と接続層３０との間の界面は第２の界面（図１１中のＰ２）である。また、第３の超電導層４６と接続層３０との間の界面は第３の界面（図１１中のＰ３）である。

【0188】

第１の超電導層１６と第３の超電導層４６との間の接続層３０と、第２の超電導層２６と第３の超電導層４６との間の接続層３０は連続している。

【0189】

接続層３０は、例えば、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６との間に存在しない。第１の超電導層１６と第２の超電導層２６との間は、例えば、空隙（ａｉｒｇａｐ）である。

【0190】

第４の実施形態の接続層３０は、図１に示す第１の実施形態の接続層３０と同様の構成を備える。

【0191】

接続層３０は、第１の物質３０ａと、第２の物質３０ｂとを含む。

【0192】

第１の物質３０ａは、第１の超電導層１６に接する。第１の物質３０ａは、第２の超電導層２６に接する。第１の物質３０ａは、第３の超電導層４６に接する。

【0193】

【0194】

【0195】

第１の物質３０ａは、例えば、ペロブスカイト構造を有する結晶を含む。

【0196】

第１の物質３０ａは、例えば、板状である。

【0197】

第２の物質３０ｂは、第１の超電導層１６に接する。第２の物質３０ｂは、第２の超電導層２６に接する。第２の物質３０ｂは、第３の超電導層４６に接する。

【0198】

第２の物質３０ｂは、導電体である。第２の物質３０ｂは、例えば、金属である。

【0199】

【0200】

【0201】

第１の超電導層１６と接続層３０との間の第１の界面Ｐ１において、第２の物質３０ｂと第１の超電導層１６とが接する第１の領域の単位面積あたりに占める面積割合が１％以上５０％以下である。また、第２の超電導層２６と接続層３０との間の第２の界面Ｐ２において、第２の物質３０ｂと第２の超電導層２６とが接する第２の領域の単位面積あたりに占める面積割合が１％以上５０％以下である。また、第３の超電導層４６と接続層３０との間の第３の界面Ｐ３において、第２の物質３０ｂと第３の超電導層４６とが接する第３の領域の単位面積あたりに占める面積割合が１％以上５０％以下である。

【0202】

第２の物質３０ｂは、例えば、複数の粒子を含む。複数の粒子の長径の中央値は、例えば、１００ｎｍ以上１０μｍ以下である

【0203】

【0204】

第４の実施形態の超電導線材４００では、例えば、第１の超電導線材４０１から、接続層３０、接続部材４０３、及び接続層３０を通って第２の超電導線材４０２に電流が流れる。

【0205】

第１の超電導線材４０１と接続部材４０３とが接続層３０を用いて接続されることで、第１の超電導線材４０１と接続部材４０３とを接続する接続構造は、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える。また、第２の超電導線材４０２と接続部材４０３とが接続層３０を用いて接続されることで、第２の超電導線材４０２と接続部材４０３とを接続する接続構造は、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える。

【0206】

したがって、第１の超電導線材４０１と第２の超電導線材４０２とを接続する接続構造は、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える。よって、超電導線材４００は、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える。

【0207】

なお、３本以上の超電導線材を接続し、更に長尺化した超電導線材を形成することも可能である。

【0208】

第４の実施形態の超電導線材では、第１の実施形態の超電導層の接続構造を用いる場合を例に説明したが、第１の実施形態の超電導層の接続構造に代えて、第２の実施形態の接続構造を用いることも可能である。すなわち、接続層３０に第２の実施形態に記載の接続層を用いることも可能である。

【0209】

（第１の変形例）
図１２は、第４の実施形態の超電導線材の第１の変形例の模式断面図である。第４の実施形態の変形例の超電導線材４１０は、補強材６０を備える点で、第４の実施形態の超電導線材４００と異なる。

【0210】

補強材６０は、第１の超電導線材４０１と第２の超電導線材４０２との間に設けられる。補強材６０は、例えば、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６との間に設けられる。

【0211】

補強材６０は、例えば、第１の超電導線材４０１及び第２の超電導線材４０２に接する。補強材６０は、例えば、接続層３０に接する。

【0212】

補強材６０を備えることで、超電導線材４１０の機械的強度が向上する。

【0213】

補強材６０は、例えば、金属又は樹脂である。補強材６０は、例えば、はんだである。補強材６０は、例えば、銀（Ａｇ）及びインジウム（Ｉｎ）を含むはんだである。

【0214】

（第２の変形例）
図１３は、第４の実施形態の超電導線材の変形例の模式断面図である。第４の実施形態の変形例の超電導線材４２０は、接続層３０の両端部に第２の物質３０ｂが配置されている点で、第４の実施形態の超電導線材４００と異なる。

【0215】

接続層３０の端部に配置された第２の物質３０ｂは、例えば、第１の超電導層１６と接続部材４０３の超電導層４６との間に連続して設けられる。また、第２の超電導層２６と接続部材４０３の超電導層４６との間に連続して設けられる。

【0216】

接続層３０の端部に第２の物質３０ｂを配置することで、上下からの圧力印加時に、対向する第１の超電導層１６及び第２の超電導層２６に加わる応力を分散することができる。これにより、第１の超電導層１６及び第２の超電導層２６に生じるクラックを抑制することができ、高い機械的強度を備える超電導線材が実現できる。また、高い臨界電流を得ることにも有効である。

【0217】

以上、第４の実施形態によれば、２本の超電導線材の接続により長尺化された、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える超電導線材が実現できる。

【0218】

（第５の実施形態）
第５の実施形態の超電導線材は、第１の超電導層を含む第１の超電導線材と、第２の超電導層を含む第２の超電導線材と、第１の面と第１の面と対向する第２の面を有する第３の超電導層と、第１の超電導層と第３の超電導層の間、及び、第２の超電導層と第３の超電導層との間に設けられ、希土類元素（ＲＥ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）、及び酸素（Ｏ）を含む第１の物質と、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、銅（Ｃｕ）、スズ（Ｓｎ）、及び亜鉛（Ｚｎ）からなる群から選ばれる少なくとも一つの金属元素を含む第２の物質と、を含む接続層と、を備える。そして、第１の超電導層及び第２の超電導層は、第３の超電導層の第１の面の側に位置し、第２の物質の一部は、第１の超電導層及び第３の超電導層に接し、第２の物質の一部は、第１の超電導層と第３の超電導層との間で連続し、第２の物質の別の一部は、第２の超電導層及び第３の超電導層に接し、第２の物質の別の一部は、第２の超電導層と第３の超電導層との間で連続する。第５の実施形態の超電導線材は、接続層に第３の実施形態と同様の接続層を備える点で、第４の実施形態の超電導線材と異なる。以下、第４の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。

【0219】

第５の実施形態の超電導線材は、図１１に示す第４の実施形態の超電導線材４００と同様の構造を備える。第５の実施形態の接続層３０は、図１０に示す第３の実施形態の接続層３０と同様の構成を備える。

【0220】

第２の物質３０ｂの一部は、第１の超電導層１６及び第３の超電導層４６に接し、第２の物質３０ｂの一部は、第１の超電導層１６と第３の超電導層４６との間で連続する。第２の物質３０ｂの一部は、第１の超電導層１６及び第３の超電導層４６との間の接続層３０の中に存在する。

【0221】

第２の物質３０ｂの別の一部は、第２の超電導層２６及び第３の超電導層４６に接し、第２の物質３０ｂの別の一部は、第２の超電導層２６と第３の超電導層４６との間で連続する。第２の物質３０ｂの一部は、第２の超電導層２６及び第３の超電導層４６との間の接続層３０の中に存在する。

【0222】

以上、第５の実施形態によれば、２本の超電導線材の接続により長尺化された、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える超電導線材が実現できる。

【0223】

（第６の実施形態）
第６の実施形態の超電導線材は、接続層が互いに離間した第１の部分と第２の部分を含む点で、第４又は第５の実施形態の超電導線材と異なる。以下、第４又は第５の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。

【0224】

図１４は、第６の実施形態の超電導線材の模式断面図である。第６の実施形態の超電導線材６００は、第１の超電導線材４０１、第２の超電導線材４０２、及び接続部材４０３を備える。第６の実施形態の超電導線材６００は、第１の超電導線材４０１と第２の超電導線材４０２が、接続部材４０３を用いて接続されることで、長尺化されている。

【0225】

【0226】

接続層３０は、第１の部分３０ｘと第２の部分３０ｙを含む。第１の部分３０ｘと第２の部分３０ｙは離間する。

【0227】

第１の部分３０ｘは、第１の超電導層１６と第３の超電導層４６との間に設けられる。第１の部分３０ｘは、第１の超電導層１６に接する。第１の部分３０ｘは、第３の超電導層４６に接する。

【0228】

第２の部分３０ｙは、第２の超電導層２６と第３の超電導層４６との間に設けられる。第２の部分３０ｙは、第２の超電導層２６に接する。第２の部分３０ｙは、第３の超電導層４６に接する。

【0229】

第６の実施形態の接続層３０は、図１に示す第１の実施形態の接続層３０、図９に示す第２の実施形態の接続層３０、又は図１０に示す第３の実施形態の接続層３０と同様の構成を備える。第１の部分３０ｘ及び第２の部分３０ｙは、図１に示す第１の実施形態の接続層３０、図９に示す第２の実施形態の接続層３０、又は図１０に示す第３の実施形態の接続層３０と同様の構成を備える。

【0230】

第６の実施形態の超電導線材６００では、例えば、第１の超電導線材４０１から、接続層３０の第１の部分３０ｘ、接続部材４０３、及び接続層３０の第２の部分３０ｙを通って第２の超電導線材４０２に電流が流れる。

【0231】

（第１の変形例）
図１５は、第６の実施形態の超電導線材の第１の変形例の模式断面図である。第６の実施形態の第１の変形例の超電導線材６１０は、第１の超電導層１６の第３の超電導層４６に対向する面の一部が露出し、第２の超電導層２６の第３の超電導層４６に対向する面の一部が露出する点で、第６の実施形態の超電導線材６００と異なる。

【0232】

第１の超電導層１６の上面の、第２の超電導層２６側の端部の近傍に、接続層３０が存在しない領域がある。また、第２の超電導層２６の上面の、第１の超電導層１６側の端部の近傍に、接続層３０が存在しない領域がある。

【0233】

（第２の変形例）
図１６は、第６の実施形態の超電導線材の第２の変形例の模式断面図である。第６の実施形態の第２の変形例の超電導線材６２０は、補強材６０を備える点で、第１の変形例の超電導線材６１０と異なる。

【0234】

補強材６０は、第１の超電導線材４０１と第２の超電導線材４０２との間に設けられる。補強材６０は、例えば、第１の超電導層１６と第２の超電導層２６との間に設けられる。補強材６０は、例えば、第１の超電導層１６と第３の超電導層４６との間に設けられる。補強材６０は、例えば、第２の超電導層２６と第３の超電導層４６との間に設けられる。補強材６０は、例えば、第１の部分３０ｘと第２の部分３０ｙとの間に設けられる。

【0235】

補強材６０を備えることで、超電導線材６２０の機械的強度が向上する。

【0236】

【0237】

（第３の変形例）
図１７は、第６の実施形態の超電導線材の変形例の模式断面図である。第６の実施形態の変形例の超電導線材６３０は、接続層３０の第１の部分３０ｘの両端部、及び、接続層３０の第２の部分３０ｙの両端部に第２の物質３０ｂが配置されている点で、第６の実施形態の超電導線材６００と異なる。

【0238】

接続層３０の第１の部分３０ｘの両端部に配置された第２の物質３０ｂは、例えば、第１の超電導層１６と接続部材４０３の超電導層４６との間に連続して設けられる。また、接続層３０の第２の部分３０ｙの両端部に配置された第２の物質３０ｂは、例えば、第２の超電導層２６と接続部材４０３の超電導層４６との間に連続して設けられる。

【0239】

接続層３０の第１の部分３０ｘの両端部、及び、接続層３０の第２の部分３０ｙの両端部に第２の物質３０ｂを配置することで、上下からの圧力印加時に、対向する第１の超電導層１６及び第２の超電導層２６及び接続部材の超電導層４６に加わる応力を分散することができる。これにより、第１の超電導層１６及び第２の超電導層２６及び接続部材の超電導層４６に生じるクラックを抑制することができ、高い機械的強度を備える超電導線材が実現できる。また、高い臨界電流を得ることにも有効である。

【0240】

以上、第６の実施形態によれば、２本の超電導線材の接続により長尺化された、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える超電導線材が実現できる。

【0241】

（第７の実施形態）
第７の実施形態の超電導コイルは、第４ないし第６の実施形態の超電導線材を備える。以下、第４ないし第６の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。

【0242】

図１８は、第７の実施形態の超電導コイルの模式斜視図である。図１９は、第７の実施形態の超電導コイルの模式断面図である。

【0243】

第７の実施形態の超電導コイル７００は、例えば、ＮＭＲ、ＭＲＩ、重粒子線治療器、又は、超電導磁気浮上式鉄道車両などの超電導機器の磁場発生用のコイルとして用いられる。

【0244】

超電導コイル７００は、巻枠１１０、第１の絶縁板１１１ａ、第２の絶縁板１１１ｂ、及び巻線部１１２を備える。巻線部１１２は、超電導線材１２０と、線材間層１３０を有する。

【0245】

図１９は、第１の絶縁板１１１ａ、及び第２の絶縁板１１１ｂを除いた状態を示す。

【0246】

巻枠１１０は、例えば、繊維強化プラスチックで形成される。超電導線材１２０は、例えば、テープ形状である。超電導線材１２０は、図１６に示すように、巻回中心Ｃを中心に、同心円状のいわゆるパンケーキ形状に巻枠１１０に巻き回される。

【0247】

線材間層１３０は、超電導線材１２０を固定する機能を有する。線材間層１３０は、超電導線材１２０が、超電導機器の使用中の振動や、互いの摩擦により破壊されることを抑制する機能を有する。

【0248】

第１の絶縁板１１１ａ及び第２の絶縁板１１１ｂは、例えば、繊維強化プラスチックで形成される。第１の絶縁板１１１ａ及び第２の絶縁板１１１ｂは、巻線部１１２を外部に対して絶縁する機能を有する。巻線部１１２は、第１の絶縁板１１１ａと第２の絶縁板１１１ｂとの間に位置する。

【0249】

超電導線材１２０には、第４ないし第６の実施形態の超電導線材が用いられる。

【0250】

以上、第７の実施形態によれば、低い電気抵抗と高い機械的強度を備える超電導線材を備えることで、特性の向上した超電導コイルが実現できる。

【0251】

（第８の実施形態）
第８の実施形態の超電導機器は、第７の実施形態の超電導コイルを備えた超電導機器である。以下、第７の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。

【0252】

図２０は、第８の実施形態の超電導機器のブロック図である。第８の実施形態の超電導機器は、重粒子線治療器８００である。重粒子線治療器８００は、超電導機器の一例である。

【0253】

重粒子線治療器８００は、入射系５０、シンクロトロン加速器５２、ビーム輸送系５４、照射系５６、制御系５８を備える。

【0254】

入射系５０は、例えば、治療に用いる炭素イオンを生成し、シンクロトロン加速器５２に入射するための予備加速を行う機能を有する。入射系５０は、例えば、イオン発生源と線形加速器を有する。

【0255】

シンクロトロン加速器５２は、入射系５０から入射された炭素イオンビームを治療に適合したエネルギーまで加速する機能を有する。シンクロトロン加速器５２に、第７の実施形態の超電導コイル７００が用いられる。

【0256】

ビーム輸送系５４は、シンクロトロン加速器５２から入射された炭素イオンビームを照射系５６まで輸送する機能を有する。ビーム輸送系５４は、例えば、偏向電磁石を有する。

【0257】

照射系５６は、ビーム輸送系５４から入射された炭素イオンビームを照射対象である患者に照射する機能を備える。照射系５６は、例えば、炭素イオンビームを任意の方向から照射可能にする回転ガントリーを有する。回転ガントリーに、第７の実施形態の超電導コイル７００が用いられる。

【0258】

制御系５８は、入射系５０、シンクロトロン加速器５２、ビーム輸送系５４、及び照射系５６の制御を行う。制御系５８は、例えば、コンピュータである。

【0259】

第８の実施形態の重粒子線治療器８００は、シンクロトロン加速器５２及び回転ガントリーに、第７の実施形態の超電導コイル７００が用いられる。したがって、特性の優れた重粒子線治療器８００が実現される。

【0260】

第８の実施形態では、超電導機器の一例として、重粒子線治療器８００の場合を説明したが、超電導機器は、核磁気共鳴装置（ＮＭＲ）、磁気共鳴画像診断装置（ＭＲＩ）、又は、超電導磁気浮上式鉄道車両であっても構わない。

【実施例】

【0261】

実施例１ないし実施例１３、及び比較例１ないし比較例３について説明する。実施例１ないし実施例１３、及び比較例１ないし比較例３の、第１の面積割合、第２の面積割合、第３の面積割合、及び、第４の面積割合を表１に示す。また、実施例１ないし実施例１３、及び比較例１ないし比較例３の評価結果を表１ないし表７に示す。

【0262】

【表1】

【0263】

（実施例１）
ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を２本用意した。それぞれの長さは１０ｃｍとした。それぞれの超電導線材の端部から１ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層（第１及び第２の超電導層）を露出させた。

【0264】

Ｇｄ_２Ｏ_３とＢａＣＯ_３とＣｕＯの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、十分混合し、混合粉末を９００℃で熱処理して仮焼き体を得た。仮焼き体を粉砕し、得られた粉末を圧縮成形して圧粉体を作製した。得られた圧粉体を９３０℃で焼結した後に酸素雰囲気中５００℃で熱処理することで、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）組成の酸化物超電導体を作製した。得られた酸化物超電導体の表面を研磨することで薄板形状に加工した。

【0265】

酸化銀の粉末をアセトン中で分散させ、スラリーを作製した。得られたスラリーを、上記１０ｃｍの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層（第１及び第２の超電導層）に塗布した後、図８に示す構造となるように、超電導線材のスラリーを塗布した部分同士を向かい合わせて、間に薄板形状の超電導体を挟んで重ね合わせ、上下から板で挟み込んだ。板で挟み込んだ状態で接続部分に加重が印加されるようにネジ止めをし、そのまま炉に入れた。

【0266】

大気雰囲気中で５００℃に加熱し、第１の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。

【0267】

接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、９３Ｋ付近で明確な電気抵抗の低下を確認した。本接続構造の、明確な電気抵抗の低下後の電気抵抗値を基準値１．０として、以下実施例、比較例において相対電気抵抗値を示す。

【0268】

実施例１の接続構造は、８０Ｋまで温度を低下させても室温と同等の接続性を維持し、室温から８０Ｋまでの熱収縮に耐える接続強度を有していた。実施例１の接続構造の両端に引張荷重を印加し、接続部が剥がれたときの荷重を基準値１．０として、以下実施例、比較例において相対強度を示す。

【0269】

接続部断面をＳＥＭ及びＳＥＭ－ＥＤＸで観察したところ、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）組成の第１の物質と、銀（第２の物質）とが確認された。第１の超電導層と接続層との間の第１の界面において、第２の物質と第１の超電導層とが接する第１の領域の単位面積あたりに占める第１の面積割合は１０％であり、第２の超電導層と接続層との間の第２の界面において、第２の物質と第２の超電導層とが接する第２の領域の単位面積あたりに占める第２の面積割合は１５％であった。

【0270】

（実施例２）
ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を２本用意した。それぞれの長さは１０ｃｍとした。それぞれの超電導線材の端部から１ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。

【0271】

Ｇｄ_２Ｏ_３とＢａＣＯ_３とＣｕＯの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、十分混合し、混合粉末を９００℃で熱処理して仮焼き体を得た。仮焼き体を粉砕し、得られた粉末を圧縮成形して圧粉体を作製した。得られた圧粉体を９５０℃で焼結した後に酸素雰囲気中５００℃で熱処理することで、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）組成の酸化物超電導体を作製した。得られた酸化物超電導体の表面を研磨することで薄板形状に加工した。

【0272】

Ｇｄ_２Ｏ_３粉末と、ＢａＣＯ_３粉末と、ＣｕＯ粉末とを乳鉢を用いて混合した。混合粉と酸化銀の粉末をアセトン中で分散させ、スラリーを作製した。得られたスラリーを、上記１０ｃｍの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層に塗布した後、図８に示す構造となるように、超電導線材のスラリーを塗布した部分同士を向かい合わせて、間に薄板形状の超電導体を挟んで重ね合わせ、上下から板で挟み込んだ。板で挟み込んだ状態で接続部分に加重が印加されるようにネジ止めをし、そのまま炉に入れた。

【0273】

大気雰囲気中で８００℃に加熱し、第１の熱処理を行った。その後、室温付近まで冷却し、炉に酸素ガスを導入して、酸素雰囲気中で５００℃に加熱し、第２の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。

【0274】

接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、９３Ｋ付近で明確な超電導転移を確認し、相対電気抵抗値は０．３であった。また、本接続構造は、８０Ｋまで温度を低下させても室温と同等の接続性を維持し、室温から８０Ｋまでの熱収縮に耐える接続強度を有していた。相対接続強度は１．４であった。

【0275】

接続部断面をＳＥＭ及びＳＥＭ－ＥＤＸで観察したところ、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）組成の第１の物質と、銀（第２の物質）とが確認された。第１の面積割合は１２％であり、第２の面積割合は１３％であった。

【0276】

接続部には、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＢａＣＯ_３、ＣｕＯ及びＧｄとＣｕとＯの化合物が存在した。

【0277】

（実施例３）
ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を２本用意した。それぞれの長さは１０ｃｍとした。それぞれの超電導線材の端部から１ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。

【0278】

【0279】

酸化銀の粉末をアセトン中で分散させ、スラリーを作製した。得られたスラリーを、上記１０ｃｍの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層に塗布した後、図８に示す構造となるように、超電導線材のスラリーを塗布した部分同士を向かい合わせて、間に薄板形状の超電導体を挟んで重ね合わせ、上下から板で挟み込んだ。板で挟み込んだ状態で接続部分に加重が印加されるようにネジ止めをし、そのまま炉に入れた。

【0280】

Ａｒと酸素の混合雰囲気中で８００℃に加熱し、第１の熱処理を行った。その後、室温付近まで冷却し、炉に酸素ガスを導入して、酸素雰囲気中で５００℃に加熱し、第２の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。

【0281】

接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、９３Ｋ付近で明確な超電導転移を確認し、相対電気抵抗値は０．０１であった。また、本接続構造は、８０Ｋまで温度を低下させても室温と同等の接続性を維持し、室温から８０Ｋまでの熱収縮に耐える接続強度を有していた。相対接続強度は１．２であった。

【0282】

接続部断面をＳＥＭ及びＳＥＭ－ＥＤＸで観察したところ、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）組成の第１の物質と、銀（第２の物質）とが確認された。第１の面積割合は２０％であり、第２の面積割合は１８％であった。

【0283】

（実施例４）
ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を２本用意した。それぞれの長さは１０ｃｍとした。それぞれの超電導線材の端部から１ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。

【0284】

Ｇｄ_２Ｏ_３とＢａＣＯ_３とＣｕＯの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、十分混合し、混合粉末を９００℃で熱処理して仮焼き体を得た。仮焼き体を粉砕し、得られた粉末を圧縮成形して圧粉体を作製した。得られた圧粉体を９５０℃で焼結した後に酸素雰囲気中５００℃で熱処理することで、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）組成の酸化物超電導体を作製した。得られた酸化物超電導体を粉砕することで、粉末状の超電導体を得た。

【0285】

Ｇｄ_２Ｏ_３粉末と、ＢａＣＯ_３粉末と、ＣｕＯ粉末とを乳鉢を用いて混合した。混合粉と粉末状の超電導体と酸化銀の粉末をアセトン中で分散させ、スラリーを作製した。得られたスラリーを、上記１０ｃｍの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層に塗布した後、図９に示す構造となるように、超電導線材のスラリーを塗布した部分同士を向かい合わせて重ね合わせ、上下から板で挟み込んだ。板で挟み込んだ状態で接続部分に加重が印加されるようにネジ止めをし、そのまま炉に入れた。

【0286】

【0287】

接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、９３Ｋ付近で明確な超電導転移を確認し、相対電気抵抗値は０．６であった。また、本接続構造は、８０Ｋまで温度を低下させても室温と同等の接続性を維持し、室温から８０Ｋまでの熱収縮に耐える接続強度を有していた。相対接続強度は１．２であった。

【0288】

接続部断面をＳＥＭ及びＳＥＭ－ＥＤＸで観察したところ、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）組成の第１の物質と、銀（第２の物質）とが確認された。第１の面積割合は１０％であり、第２の面積割合は１２％であった。

【0289】

接続部には、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＢａＣＯ_３、ＣｕＯ及びＧｄとＣｕとＯの化合物が存在した。

【0290】

（実施例５）
ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を２本用意した。それぞれの長さは１０ｃｍとした。それぞれの超電導線材の端部から１ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。

【0291】

Ｇｄ_２Ｏ_３とＢａＣＯ_３とＣｕＯの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、十分混合し、混合粉末を９００℃で熱処理して仮焼き体を得た。仮焼き体を粉砕し、得られた粉末を圧縮成形して圧粉体を作製した。得られた圧粉体を９５０℃で焼結した後に酸素雰囲気中５００℃で熱処理することで、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）組成の酸化物超電導体を作製した。得られた酸化物超電導体を粉砕することで、粉末状の超電導体を得た。粉末状の超電導体にＭＯＤ溶液を塗布し、オーブンで乾燥させた後に８００℃で熱処理を行った。

【0292】

粉末状の超電導体と酸化銀の粉末をアセトン中で分散させ、スラリーを作製した。得られたスラリーを、上記１０ｃｍの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層に塗布した後、図９に示す構造となるように、超電導線材のスラリーを塗布した部分同士を向かい合わせて重ね合わせ、上下から板で挟み込んだ。板で挟み込んだ状態で接続部分に加重が印加されるようにネジ止めをし、そのまま炉に入れた。

【0293】

【0294】

接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、９３Ｋ付近で明確な超電導転移を確認し、相対電気抵抗値は０．０３であった。また、本接続構造は、８０Ｋまで温度を低下させても室温と同等の接続性を維持し、室温から８０Ｋまでの熱収縮に耐える接続強度を有していた。相対接続強度は１．１であった。

【0295】

接続部断面をＳＥＭ及びＳＥＭ－ＥＤＸで観察したところ、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）組成の第１の物質と、銀（第２の物質）とが確認された。第１の面積割合は１５％であり、第２の面積割合は１７％であった。

【0296】

（実施例６）
ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を３本用意した。それぞれの長さは１本を３ｃｍ、残りの２本を１０ｃｍとした。３ｃｍの線は両端部間を、１０ｃｍの２本は端部から１ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。

【0297】

【0298】

Ｇｄ_２Ｏ_３粉末と、ＢａＣＯ_３粉末と、ＣｕＯ粉末とを乳鉢を用いて混合した。混合粉と酸化銀の粉末をアセトン中で分散させ、スラリーを作製した。得られたスラリーを、上記１０ｃｍの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層（第１及び第３の超電導層）及び、上記３ｃｍの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層（第２の超電導層）に塗布した後、図１１に示す構造となるように、超電導線材のスラリーを塗布した部分同士を向かい合わせて、間に薄板形状の超電導体を挟んで重ね合わせ、上下から板で挟み込んだ。板で挟み込んだ状態で接続部分に加重が印加されるようにネジ止めをし、そのまま炉に入れた。

【0299】

【0300】

接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、９３Ｋ付近で明確な超電導転移を確認し、相対電気抵抗値は０．４であった。また、本接続構造は、８０Ｋまで温度を低下させても室温と同等の接続性を維持し、室温から８０Ｋまでの熱収縮に耐える接続強度を有していた。相対接続強度は１．０であった。

【0301】

接続部断面をＳＥＭ及びＳＥＭ－ＥＤＸで観察したところ、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）組成の第１の物質と、銀（第２の物質）とが確認された。第１の面積割合は１５％であり、第２の面積割合は２０％であり、第３の面積割合は１３％であった。

【0302】

（実施例７）
ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を３本用意した。それぞれの長さは１本を３ｃｍ、残りの２本を１０ｃｍとした。３ｃｍの線は両端部間を、１０ｃｍの２本は端部から１ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。

【0303】

Ｇｄ_２Ｏ_３とＢａＣＯ_３とＣｕＯの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、十分混合し、混合粉末を９００℃で熱処理して仮焼き体を得た。仮焼き体を粉砕し、得られた粉末を圧縮成形して圧粉体を作製した。得られた圧粉体を９３０℃で焼結した後に酸素雰囲気中５００℃で熱処理することで、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）組成の酸化物超電導体を作製した。得られた酸化物超電導体を粉砕することで、粉末状の超電導体を得た。粉末状の超電導体にＭＯＤ溶液を塗布し、オーブンで乾燥させた後に８００℃で熱処理を行った。

【0304】

酸化銀の粉末をアセトン中で分散させ、スラリーを作製した。得られたスラリーを、上記３ｃｍの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層（第２の超電導層）の両端部に塗布した後、大気中５００℃で熱処理を行った。

【0305】

粉末状の超電導体と酸化銀の粉末をアセトン中で分散させ、スラリーを作製した。得られたスラリーを、上記１０ｃｍの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層（第１及び第３の超電導層）及び、上記３ｃｍの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層（第２の超電導層）に塗布した後、図に示す構造となるように、超電導線材のスラリーを塗布した部分同士を向かい合わせて重ね合わせ、上下から板で挟み込んだ。板で挟み込んだ状態で接続部分に加重が印加されるようにネジ止めをし、そのまま炉に入れた。

【0306】

【0307】

接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、９３Ｋ付近で明確な超電導転移を確認し、相対電気抵抗値は０．０５であった。また、本接続構造は、８０Ｋまで温度を低下させても室温と同等の接続性を維持し、室温から８０Ｋまでの熱収縮に耐える接続強度を有していた。相対接続強度は１．２であった。

【0308】

接続部断面をＳＥＭ及びＳＥＭ－ＥＤＸで観察したところ、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）組成の第１の物質と、銀（第２の物質）とが確認された。第１の面積割合は２５％であり、第２の面積割合は３０％であり、第３の面積割合は２２％であった。

【0309】

（実施例８）
ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を３本用意した。それぞれの長さは１本を３ｃｍ、残りの２本を１０ｃｍとした。３ｃｍの線は両端部を、１０ｃｍの２本は端部から１ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。

【0310】

Ｇｄ_２Ｏ_３とＢａＣＯ_３とＣｕＯの粉末を用意し、適宜秤量したのちに、十分混合し、混合粉末を９００℃で熱処理して仮焼き体を得た。仮焼き体を粉砕し、得られた粉末を圧縮成形して圧粉体を作製した。得られた圧粉体を９３０℃で焼結した後に酸素雰囲気中５００℃で熱処理することで、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）組成の酸化物超電導体を作製した。得られた酸化物超電導体を粉砕することで、粉末状の超電導体を得た。粉末状の超電導体にＭＯＤ溶液を塗布し、オーブンで乾燥させた後に８００℃で熱処理を行った。

【0311】

粉末状の超電導体と酸化銀の粉末をアセトン中で分散させ、スラリーを作製した。得られたスラリーを、上記１０ｃｍの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層（第１及び第４の超電導層）及び、上記３ｃｍの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層（第２及び第３の超電導層）に塗布した後、図１３に示す構造となるように、超電導線材のスラリーを塗布した部分同士を向かい合わせて重ね合わせ、上下から板で挟み込んだ。板で挟み込んだ状態で接続部分に加重が印加されるようにネジ止めをし、そのまま炉に入れた。

【0312】

【0313】

接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、９３Ｋ付近で明確な超電導転移を確認し、相対電気抵抗値は０．０４であった。また、本接続構造は、８０Ｋまで温度を低下させても室温と同等の接続性を維持し、室温から８０Ｋまでの熱収縮に耐える接続強度を有していた。相対接続強度は１．０であった。

【0314】

接続部断面をＳＥＭ及びＳＥＭ－ＥＤＸで観察したところ、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）組成の第１の物質と、銀（第２の物質）とが確認された。第１の面積割合は１７％であり、第２の面積割合は２２％であり、第３の面積割合は２４％であり、第４の面積割合は１８％であった。

【0315】

（実施例９）
接続構造を形成した後に、図１２に示す構造となるように、インジウム銀はんだで空隙を埋めたこと以外は、実施例６と同様にして接続構造を形成し、測定、観察をおこなった。

【0316】

（実施例１０）
スラリー作製時に粉末状の超電導体に対する酸化銀の粉末の割合を増加したこと以外は、実施例５と同様にして接続構造を形成し、測定、観察をおこなった。接続層は図１０に示すような構造であり、第２の物質が第１の超電導層と第２の超電導層の間に連続して存在していた。

【0317】

（実施例１１）
Ｇｄ（ガドリニウム）をＥｕ（エルビウム）に変えたこと以外は、実施例２と同様にして接続構造を形成し、測定、観察をおこなった。

【0318】

（実施例１２）
Ｇｄ（ガドリニウム）をＹ（イットリウム）に変えたこと以外は、実施例２と同様にして接続構造を形成し、測定、観察をおこなった。

【0319】

（実施例１３）
酸化銀の粉末をインジウムの粉末に変え、第１の熱処理をＡｒ雰囲気中３００℃に変えたこと以外は、実施例１と同様にして接続構造を形成し、測定、観察をおこなった。

【0320】

（比較例１）
ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を２本用意した。それぞれの長さは１０ｃｍとした。それぞれの超電導線材の端部から１ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層（第１及び第２の超電導層）を露出させた。

【0321】

【0322】

図８に示す構造となるように、露出させた超電導層同士を向かい合わせて、間に薄板形状の超電導体を挟んで重ね合わせ、上下から板で挟み込んだ。板で挟み込んだ状態で接続部分に加重が印加されるようにネジ止めをし、そのまま炉に入れた。

【0323】

大気雰囲気中で８００℃に加熱し、第１の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。

【0324】

比較例１の試料は、炉から取り出すとすぐに剥がれ、接続構造を成していなかった。

【0325】

（比較例２）
ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を２本用意した。それぞれの長さは１０ｃｍとした。それぞれの超電導線材の端部から１ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。

【0326】

【0327】

酸化銀の粉末に少量の酢酸エチルを加えてスラリーを作製した。得られたスラリーを、上記１０ｃｍの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層に塗布した後、図８に示す構造となるように、超電導線材のスラリーを塗布した部分同士を向かい合わせて、間に薄板形状の超電導体を挟んで重ね合わせ、上下から板で挟み込んだ。板で挟み込んだ状態で接続部分に加重が印加されるようにネジ止めをし、そのまま炉に入れた。

【0328】

大気雰囲気中で５００℃に加熱し、第１の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。

【0329】

接続後の超電導線材の両端に端子をつけ、電気抵抗の温度依存性を測定したところ、明確な超電導転移が確認されず、高い抵抗値を示した。また、本接続構造は、８０Ｋまで温度を低下させても室温と同等の接続性を維持し、室温から８０Ｋまでの熱収縮に耐える接続強度を有していた。相対接続強度は２．０であった。

【0330】

接続部断面をＳＥＭ及びＳＥＭ－ＥＤＸで観察したところ、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_δ（６≦δ≦７）組成の第１の物質と、銀（第２の物質）とが確認された。第１の面積割合は５５％であり、第２の面積割合は６０％であった。

【0331】

（比較例３）
ハステロイ基材上に中間層とＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７－δ層（酸化物超電導層）が形成され、銀及び銅の保護層で覆われた、酸化物超電導線材を２本用意した。それぞれの長さは１０ｃｍとした。それぞれの超電導線材の端部から１ｃｍの部分を、硝酸及びアンモニアと過酸化水素の混合溶液を用いてウェットエッチングし、酸化物超電導層を露出させた。

【0332】

【0333】

銀の粉末をアセトン中に分散し、スラリーを作製した。得られたスラリーを、上記１０ｃｍの超電導線材の、露出させた酸化物超電導層に塗布した後、図に示す構造となるように、超電導線材のスラリーを塗布した部分同士を向かい合わせて、間に薄板形状の超電導体を挟んで重ね合わせ、上下から板で挟み込んだ。板で挟み込んだ状態で接続部分に加重が印加されるようにネジ止めをし、そのまま炉に入れた。

【0334】

大気雰囲気中で５００℃に加熱し、第１の熱処理を行い、超電導線材の接続構造を形成した。

【0335】

比較例１の試料は、炉から取り出すとすぐに剥がれ、接続構造を成していなかった。

【0336】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0337】

１６第１の超電導層
２６第２の超電導層
３０接続層
３０ａ第１の物質
３０ｂ第２の物質
４６第３の超電導層
１００第１の実施形態の接続構造
２００第２の実施形態の接続構造
３００第３の実施形態の接続構造
４００第４の実施形態の超電導線材
４０１第１の超電導線材
４０２第２の超電導線材
６００第６の実施形態の超電導線材
７００超電導コイル
８００重粒子線治療器
Ｐ１第１の界面
Ｐ２第２の界面
Ｐ３第３の界面

【図1】