JPH06314609A - ＡＢａＣｕＯ系超電導コイルおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、超電導テープをコイル加工した場
合でも臨界電流密度の低下割合を少なくすることがで
き、臨界電流密度の高い超電導コイルの構造を提供する
ことと超電導コイルの製造方法を提供することを目的と
する。 【構成】 本発明は、金属テープの基材３上に中間層４
を介してＡＢａＣｕＯ系の酸化物超電導層５を形成して
なる超電導テープ２がコイル加工されてなる超電導コイ
ル１であって、前記酸化物超電導層５に負荷される歪を
０.２５％以上とする曲率半径で超電導テープ２がコイ
ル加工されてなり、前記酸化物超電導層５を基材の内側
に位置させるように超電導テープ２がコイル加工され、
酸化物超電導層５に圧縮応力が負荷されてなることを特
徴とするＡＢａＣｕＯ系超電導コイル。ただし前記組成
式において、Ａは、Ｙと希土類元素の内、１種または２
種以上を示す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は臨界温度が高いことで知
られているＡＢａＣｕＯ系超電導コイルの構造とその製
造方法に関するもので、この種の超電導コイルは、超電
導マグネット、超電導エネルギー貯蔵装置、超電導発電
などの分野において応用開発が進められているものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、レーザ蒸着法やＣＶＤ法などの成
膜法により、基材上に、酸化物超電導層を形成して超電
導テープを形成することがなされている。そして、この
種の成膜法によって形成した薄膜状の超電導層は、酸化
物超電導体の構成元素の粉末を銅パイプに充填し、それ
に縮径加工を施し、更に熱処理を施して得られる形式の
超電導導体よりも高い臨界電流密度（Ｊｃ）を示すこと
が知られている。また、この種の超電導テープは、液体
窒素温度（７７Ｋ）で冷却して超電導状態とした上で磁
場を作用させた場合に、磁場による超電導特性の劣化割
合も少ないとされているので、この種の超電導テープを
用いてコイル加工を施し、小型で軽量の超電導マグネッ
トを製造する試みがなされている。

【０００３】ところが、金属テープなどの長尺の基材の
上に酸化物超電導層を直接成膜すると、金属テープが多
結晶体であり、金属テープの結晶構造が、酸化物超電導
体の結晶構造と大きく異なり、しかも、結晶の配向性も
揃っていない関係から、その上に成膜される酸化物超電
導層の結晶配向性も乱れたものになり、結晶配向性が乱
れた酸化物超電導層では、良好な超電導特性が得られな
い問題がある。また、金属テープと酸化物超電導体では
熱膨張係数が大きく異なるので、酸化物超電導層を形成
する際に施す熱処理時の加熱冷却処理の際に、熱膨張係
数の違いに起因する熱歪が蓄積され、場合によっては酸
化物超電導層にクラックを生じさせてしまい、臨界電流
密度が大幅に低下する問題がある。更に、前記熱処理の
際に、金属テープと酸化物超電導層との間に元素の拡散
現象を生じると、金属テープの構成元素の一部が酸化物
超電導層側に侵入するか、酸化物超電導層の構成元素の
一部が金属テープ側に拡散することになり、いずれにし
ても酸化物超電導層の組成が崩れて超電導特性が劣化す
る問題がある。

【０００４】そこで従来、金属テープの上に結晶配向性
の優れた中間層、例えば、ＭｇＯやＳｒＴｉＯ₃、イッ
トリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などのような酸化
物超電導体と結晶構造の類似した中間層を形成し、この
中間層上に酸化物超電導層を成膜することで、金属テー
プなどの長尺の基材上に結晶配向性の優れた酸化物超電
導層を形成することがなされている。このような中間層
を金属テープと酸化物超電導層の間に形成するならば、
熱膨張係数の差異に起因する熱歪の蓄積を緩和すること
ができ、酸化物超電導層と金属テープとの間の元素拡散
も抑制できるので、特性の優れた酸化物超電導層を備え
た超電導テープを得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明者らは、
ハステロイからなる金属テープの上にイットリウム安定
化ジルコニア（ＹＳＺ）の中間層を形成し、この中間層
上に酸化物超電導体の中でも安定性に優れたＹＢａＣｕ
Ｏ系の超電導層を形成することで超電導テープを製造
し、この超電導テープについてコイル加工を施してみ
た。まず、幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍのハステロイか
らなる金属テープを用い、この金属テープ上に厚さ０.
５μｍのＹＳＺの中間層をスパッタ装置によって形成
し、この中間層上にレーザ蒸着装置によって厚さ約１.
０μｍのＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-xなる組成の酸化物超電導層
を形成して超電導テープを得た。この超電導テープの臨
界電流密度（Ｊｃ）は、特にコイル加工を施していない
直線状態のままにおいて、液体窒素温度（７７Ｋ）、磁
場０テスラの条件において１×１０⁴Ａ／ｃｍ²の値を示
した。

【０００６】次にこの試料を複数用意し、これらについ
て種々の曲げ半径でコイル加工を施し、得られた各コイ
ルについて液体窒素温度（７７Ｋ）、磁場０テスラの条
件で臨界電流密度を測定した結果を図５に示す。なお、
コイル加工時においては、所定の径の巻胴に対し、基材
を内側に位置するように、かつ、酸化物超電導層を外側
に位置するように巻回してコイル加工した。更に、種々
の曲げ半径に伴って酸化物超電導層に負荷される歪は、
以下の計算式から算出した。 ｛ｄ／（２ｒ＋ｄ）｝×１００＝歪（％） ただし、この式においてｄは中間層の厚さの値、ｒは曲
げ半径の値を示す。また、図５の縦軸は、コイル加工前
の状態における超電導テープの臨界電流密度をＪｃ
（０）とし、所定の歪を負荷した場合の臨界電流密度を
Ｊｃとして、両者の比Ｊｃ／Ｊｃ（０）の値を求めた結
果を示す。従って歪が０の場合、即ち、超電導テープを
コイル加工していない直線状態では、データは１.００
を示している。

【０００７】図５に示す結果から明らかなように、コイ
ル加工を施した場合の臨界電流密度の変化状態を見る
と、歪が０.２％までは臨界電流密度の低下割合は小さ
いが、歪が０.２％を超えると大きく低下し始め、歪が
０.２５％を超えた場合、コイル加工していない試料の
８０％を割ってしまい、歪が０.３％の場合ではコイル
加工前の臨界電流密度の５０％以下に低下してしまう問
題を生じた。

【０００８】本発明は前記事情に鑑みてなされたもので
あり、超電導テープをコイル加工した場合でも臨界電流
密度の低下割合を少なくすることができ、臨界電流密度
の高い超電導コイルの構造を提供することと超電導コイ
ルの製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は前
記課題を解決するために、金属テープの基材上に中間層
を介してＡＢａＣｕＯ系の酸化物超電導層を形成してな
る超電導テープがコイル加工されてなる超電導コイルで
あって、前記酸化物超電導層に負荷される歪を０.２５
％以上とする曲率半径で超電導テープがコイル加工され
てなり、前記酸化物超電導層を基材の内側に位置させる
ように超電導テープがコイル加工され、酸化物超電導層
に圧縮応力が負荷されてなるものである。ただし前記組
成式において、Ａは、Ｙと希土類元素の内、１種または
２種以上を示す。

【００１０】請求項２記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項１記載の超電導コイルにおいて、コイル
加工時に酸化物超電導層に負荷される歪εを以下の式で
算出される歪としたものである。 ε＝｛ｄ／（２ｒ＋ｄ）｝×１００ ただし前記式において、ｄは基材の厚さを示し、ｒは曲
げ半径を示す。

【００１１】請求項３記載の発明は前記課題を解決する
ために、金属テープの基材上に中間層を介してＡＢａＣ
ｕＯ系の酸化物超電導層を形成してなる超電導テープを
コイル巻き加工する際に、酸化物超電導層自体に負荷さ
れる歪が０.２５％以上の場合において、酸化物超電導
層を基材の内側になるように向けてコイル加工し、酸化
物超電導層に圧縮応力を負荷するものである。

【００１２】請求項４記載の発明は前記課題を解決する
ために、請求項３記載のコイル加工時に酸化物超電導層
に負荷される歪εを以下の式で算出するものである。 ε＝｛ｄ／（２ｒ＋ｄ）｝×１００ ただし前記式において、ｄは基材の厚さを示し、ｒは曲
げ半径を示す。

【００１３】

【作用】基材と中間層とＡＢａＣｕＯ系の超電導層とを
有する超電導テープをコイル加工し、超電導層に負荷さ
れる歪が０.２５％を超えるような場合、基材の内側に
酸化物超電導層が位置するようにして超電導テープをコ
イル加工すると、酸化物超電導層にコイル加工時に圧縮
応力を作用させることができ、これにより酸化物超電導
層に引張応力を作用させないようにすることができる。
このように圧縮応力を負荷することにより、コイル加工
時の酸化物超電導層の臨界電流密度の低下を抑制する。
前記コイル加工時の歪εの計算において、ｄを基材の厚
さとし、ｒを曲げ半径とすると、ε＝｛ｄ／（２ｒ＋
ｄ）｝×１００なる式で算出した歪を適用することが好
ましい。この計算式により容易に超電導層の歪を把握す
ることができ、その値の大小によりコイル加工時の歪を
把握して酸化物超電導層の臨界電流密度を低下させるこ
となくコイル化することができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１（ａ）は本発明の方法を実施して製造
した超電導コイルの一実施例の概略構造を示し、図１
（ｂ）はこの実施例の超電導コイル１の部分断面構造を
示すものである。図１（ａ）に示すように超電導コイル
１は超電導テープ２をコイル状に巻回して構成されてい
て、この例の超電導テープ２は金属テープからなる基材
３とこの基材３の一面に被覆された中間層４と酸化物超
電導層５を主体として構成されている。なお、実際には
超電導テープ２を多層巻回する際に、各層毎の絶縁処理
を施す目的で層間絶縁層を超電導テープ２とともに配置
したり、通電時の超電導特性の安定化を図る目的で良導
電性の銅安定化材からなるテープを超電導テープ２とと
もに巻回してコイル化されるが、この実施例では絶縁テ
ープや安定化母材テープなどの部材は省略して記載して
ある。

【００１５】前記基材３は、銀、白金、ステンレス鋼、
銅、ハステロイなどの長尺の金属テープからなるもので
ある。前記中間層４は、ＹＳＺ、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ₃
などの材料からなる。中間層４を構成する材料は、用い
る酸化物超電導層５の結晶構造に類似したものを用いる
ことが好ましく、かつ、酸化物超電導層５の熱膨張率に
近いものを用いることが好ましい。この中間層４は、基
材３と酸化物超電導層５の間に設けることで両者を直接
接触させない構成とするためのものであり、その上に形
成される酸化物超電導層５の結晶構造を整えるためのも
のである。この中間層４を設けることで両者間の熱膨張
係数の差異を緩くして熱歪の解消を図り、基材３と酸化
物超電導層５との間における元素拡散を抑制し、中間層
４上に成膜法により酸化物超電導層５をエピタキシャル
成長させることで酸化物超電導層５の結晶配向性を整え
ることができる。

【００１６】前記酸化物超電導層５は、Ａ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃
Ｏ_7-xなる組成式で表わされる酸化物超電導体の薄膜か
らなるものである。ここでＡは、Ｙと希土類元素（Ｌ
ａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔ
ｂ、Ｄy、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ）の中から選
択される１種または２種以上の元素を示している。

【００１７】そして、前記超電導テープ２は、酸化物超
電導層５を内側に向け基材３を外側に向けてコイル加工
されている。よってこの酸化物超電導層５には、コイル
加工された状態において圧縮応力が負荷されている。

【００１８】前記超電導テープ２をコイル加工するに
は、例えば、図１（ａ）に示すように円柱体６の外周に
酸化物超電導層５を巻き付けることにより容易に加工す
ることができる。この場合、基材３の内側に酸化物超電
導層５が位置するように巻き付けるものとする。これに
より酸化物超電導層５に圧縮応力を負荷することがで
き、圧縮応力の負荷により酸化物超電導層５の臨界電流
密度の低下を抑えることができる。なお、前記の関係を
逆にして基材３の外側に酸化物超電導層５が位置するよ
うに超電導テープ２をコイル加工すると、酸化物超電導
層５に引張応力が作用して臨界電流密度が低下するので
好ましくないが、曲げ半径が小さい場合は臨界電流密度
の低下割合は少なくなる。

【００１９】次に、前記基材３に中間層４と酸化物超電
導層５を形成する装置の一例と方法について説明する。
この例においては、図２に示すスパッタ装置を用いて基
材３に中間層４を形成する。このスパッタ装置は、基材
３を保持する基台１１と、この基台１１の斜め上方に所
定間隔をもって対向配置された板状のターゲット１２
と、このターゲット１２を保持するターゲットホルダ１
３と、前記ターゲット１２の下方においてターゲット１
２の下面に向けて配置されたスパッタビーム照射装置１
４を主体として構成されている。

【００２０】また、本実施例の装置は図示略の真空容器
に収納されていて、基材３の周囲を真空雰囲気に保持で
きるようになっている。更に前記真空容器には、ガスボ
ンベなどの雰囲気ガス供給源が接続されていて、真空容
器の内部を真空などの低圧状態で、かつ、アルゴンガス
あるいはその他の不活性ガス雰囲気または酸素を含む不
活性ガス雰囲気などに適宜調整することができるように
なっている。

【００２１】なお、この例においては基材３として長尺
の金属テープを用いるので、真空容器の内部に金属テー
プの送出装置１５と巻取装置１６を設け、送出装置１５
から連続的に基台１１上にテープ状の基材３を送り出
し、続いて巻取装置１６で巻き取ることでテープ状の基
材３上に多結晶薄膜を連続成膜することができるように
構成されている。

【００２２】前記基台１１は、内部に加熱ヒータを備
え、基台１１の上に順次送られた基材３を所望の温度に
加熱できるようになっている。前記ターゲット１２は、
目的とする多結晶薄膜を形成するためのものであり、目
的の組成の多結晶薄膜と同一組成あるいは近似組成のも
のなどを用いる。ターゲット１２として具体的には、Ｍ
ｇＯあるいはＹ₂Ｏ₃で安定化したジルコニア（ＹＳ
Ｚ）、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ₃などを適宜用いることがで
きるがこれらに限るものではなく、形成しようとする多
結晶薄膜に見合うターゲッを用いれば良い。

【００２３】前記スパッタビーム照射装置１４は、内部
に収納した蒸発源から発生させた原子または分子の一部
をイオン化し、そのイオン化した粒子を引出電極で発生
させた電界で制御してイオンビームとして照射する装置
であり、ターゲット１２に対してイオンを照射してター
ゲット１２の構成粒子を叩き出すことができるものであ
る。

【００２４】次に前記酸化物超電導層５を形成する装置
の一例について説明する。図３は酸化物超電導層を成膜
法により形成する装置の一例を示すもので、図３はレー
ザ蒸着装置を示している。この例のレーザ蒸着装置３０
は、処理容器３１を有し、この処理容器３１の内部の蒸
着処理室３２に基材３とターゲット３３を設置できるよ
うになっている。即ち、蒸着処理室３２の底部には基台
３４が設けられ、この基台３４の上面に基材３を設置で
きるようになっているとともに、基台３４の斜め上方に
支持ホルダ３６によって支持されたターゲット３３が傾
斜状態で設けられている。処理容器３１は、排気孔３７
を介して図示略の真空排気装置に接続されて内部を減圧
できるようになっている。

【００２５】前記ターゲット３３は、形成しようとする
酸化物超電導層５と同等または近似した組成、あるい
は、成膜中に逃避しやすい成分を多く含有させた複合酸
化物の焼結体あるいは酸化物超電導体などの板体からな
っている。前記基台３４は加熱ヒータを内蔵したもの
で、基材３を所望の温度に加熱できるようになってい
る。更に前記処理容器３１には、ガスボンベなどの雰囲
気ガス供給源が接続されていて、処理容器３１の内部を
真空などの低圧状態で、かつ、アルゴンガスあるいはそ
の他の不活性ガス雰囲気または酸素を含む不活性ガス雰
囲気などに調整することができるようになっている。

【００２６】一方、処理容器３１の側方には、レーザ発
光装置３８と第１反射鏡３９と集光レンズ４０と第２反
射鏡４１とが設けられ、レーザ発光装置３８が発生させ
たレーザビームを処理容器３１の側壁に取り付けられた
透明窓４２を介してターゲット３３に集光照射できるよ
うになっている。レーザ発光装置３８はターゲット３３
から構成粒子を叩き出すことができるものであれば、Ｙ
ＡＧレーザ、ＣＯ₂レーザ、エキシマレーザなどのいず
れのものを用いても良い。

【００２７】次に、図２に示すスパッタ装置を用いて基
材３上にＹＳＺの中間層４を形成し、その後にこの中間
層４上に、図３に示すレーザ蒸着装置を用いて酸化物超
電導層５を形成する場合について説明する。基材３上に
ＹＳＺの中間層４を形成するには、ターゲット１２とし
てＹＳＺからなるものを用いる。また、基材３を収納し
ている容器の内部を真空引きして減圧雰囲気とする。そ
して、スパッタビーム照射装置１４を作動させるととも
に、送出装置１５から基台１１上に基材３を所定の速度
で送り出す。

【００２８】スパッタビーム照射装置１４からターゲッ
ト１２にイオンを照射すると、ターゲット１２の構成粒
子が叩き出されて移動中の基材３上に飛来する。そし
て、基材３上に、ターゲット１２から叩き出した構成粒
子を堆積させる。このようなスパッタリングを行なうこ
とで、基材３上にＹＳＺの多結晶薄膜からなる中間層４
を形成することができる。

【００２９】前記のように基材３上にＹＳＺの中間層４
を形成したならば、この中間層４上に酸化物超電導層５
を形成する。酸化物超電導層５を中間層４上に形成する
には、この例では図３に示すレーザ蒸着装置３０を使用
する。それには、中間層４が形成された基材３を図２に
示すスパッタ装置から取り出したならば、図３に示すレ
ーザ蒸着装置３０の送出装置４５にセットし、蒸着処理
室３２を真空ポンプで減圧する。ここで必要に応じて蒸
着処理室３２に酸素ガスを導入して蒸着処理室３２を酸
素雰囲気としても良い。また、基台３４の加熱ヒータを
作動させて基材３を所望の温度に加熱できるようにした
後に送出装置４５から基材３を送り出して基台３４上に
移動させる。

【００３０】次にレーザ発光装置３８から発生させたレ
ーザビームを蒸着処理室３２のターゲット３３に集光照
射する。これによってターゲット３３の構成粒子がえぐ
り出されるか蒸発されてその粒子が中間層４上に堆積す
る。堆積された粒子は堆積と同時に基台３４上で所定の
温度に加熱され、基台３４を通過した後で徐々に冷却さ
れてから巻取装置４６に巻き取られ、酸化物超電導層５
となる。なお、必要に応じて粒子の堆積後において酸化
物超電導層５に所望の熱処理を施し、酸化物超電導層の
結晶構造を整える処理を施しても良い。

【００３１】前述の成膜時において、あるいは熱処理時
においては、基材３と中間層４と酸化物超電導層５を加
熱冷却するので各層間には熱歪が作用するおそれがある
が、基材３と酸化物超電導層５の間に中間層４を介在さ
せているので、熱歪の蓄積は少なくなるとともに、基材
３と酸化物超電導層５の間の元素拡散も生じないので、
酸化物超電導層５の組成が崩れることもない。よって超
電導特性の優れた超電導テープ２を得ることができ、こ
の超電導テープ２を用いて前述したようにコイル加工を
行うならば、図１に示す超電導コイル１を得ることがで
きる。

【００３２】前記超電導テープ２は、基材３と酸化物超
電導層５の間に中間層４を有し、本来高い超電導特性を
有している。そこで前述した方法によりこの超電導テー
プ２をコイル加工するならば、酸化物超電導層５に圧縮
応力を付加することができるので臨界電流密度を低下さ
せることなく優秀な酸化物超電導コイル１を得ることが
できる。このように臨界電流特性の優秀な酸化物超電導
層５が得られる理由は、酸化物超電導層５に対して仮に
引張応力を付加すると、酸化物超電導層５にマイクロク
ラックなどの欠陥を導入してしまう可能性が強く、この
欠陥の導入により酸化物超電導層５の臨界電流密度を著
しく低下させてしまう問題があるのに対し、圧縮応力を
付加した場合は前記欠陥を導入させてしまう可能性が少
ないことに起因している。従って酸化物超電導層５を内
側に配置してコイル加工し、圧縮応力を付加することに
より臨界電流密度の高い超電導テープ２を得ることがで
きる。

【００３３】（製造例）図２に示す構成のスパッタ装置
を使用し、このスパッタ装置の真空容器の内部を真空ポ
ンプで真空引きして３.０×１０^-4トールに減圧した。
基材は、幅１０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍ、長さ１０ｃｍの
ハステロイＣ２７６テープを使用した。ターゲットはＹ
ＳＺ（安定化ジルコニア）製のものを用い、スパッタ電
圧１０００Ｖ、スパッタ電流１００ｍＡにそれぞれ設定
して基材上にスパッタリングして厚さ０.５μｍの膜状
のＹＳＺからなる中間層を形成した。

【００３４】次に、前記ＹＳＺの中間層上に図３に示す
構成のレーザ蒸着装置を用いて厚さ１μｍの酸化物超電
導層を形成した。ターゲットとして、Ｙ_0.7Ｂａ_1.7Ｃｕ
_3.0Ｏ_7-xなる組成の酸化物超電導体からなるターゲット
を用いた。また、蒸着処理室の内部を２００ｍＴｏｒｒ
に減圧し、室温にてレーザ蒸着を行なった。ターゲット
蒸発用のレーザとして波長１９３ｎｍのＡｒＦレーザを
用いた。その後、得られたテープを４００゜Ｃで６０分
間、酸素雰囲気中において熱処理して酸化物超電導テー
プを得た。得られた酸化物超電導テープは、幅５.０ｍ
ｍ、長さ１０ｃｍのものである。

【００３５】この酸化物超電導テープを冷却し、臨界温
度と臨界電流密度の測定を行なった結果、臨界温度＝９
０Ｋ、臨界電流密度＝１×１０₄Ａ／ｃｍを示した。

【００３６】次にこの超電導テープを複数用意し、これ
らについて種々の曲げ半径でコイル加工を施し、得られ
た各超電導コイルについて液体窒素温度（７７Ｋ）、磁
場０テスラの条件で臨界電流密度を測定した結果を図４
に示す。また、図４には、比較のために、図５に示した
従来例の超電導テープの臨界電流特性も併記した。な
お、コイル加工時においては、所定の径の巻胴に対して
基材を内側に位置するように、かつ、酸化物超電導層を
外側に位置するように超電導テープを巻回してコイル加
工した。また、種々の曲げ半径に伴って酸化物超電導層
に負荷される歪は、以下の計算式から算出した。 ｛ｄ／（２ｒ＋ｄ）｝×１００＝歪（％） ただし、この式においてｄは中間層の厚さの値、ｒは曲
げ半径の値を示す。ここで、例えば、外径１６.６ｃｍ
の巻銅に対し、その周面に前記超電導テープを巻回する
コイル加工を施すと、酸化物超電導層に負荷される歪ε
は、ε＝｛０.１／（１６.６×０.１）｝×１００＝０.
３％となる。

【００３７】図４に示す結果から明らかなように、従来
例のものは、引張歪が０.２５％を超えた場合、臨界電
流密度において、コイル加工する前の試料の８０％を割
ってしまう問題を生じ、引張歪が０.３％を超えるとコ
イル加工する前の試料の５０％になってしまう問題を生
じていた。これに対して本願発明に係る方法によりコイ
ル加工された超電導コイルは、圧縮歪が０.３％に至る
まで臨界電流密度の低下を生じることがなく、むしろ若
干ではあるが、臨界電流密度が向上していることを確認
できた。以上のことから、本願発明方法で製造した超電
導コイルは、大きな曲率でコイル加工しても従来のもの
よりも臨界電流密度の低下割合が少ないことが明らかに
なった。よって本願発明方法を実施することで、臨界電
流密度を低下させることなく超電導コイルを得ることが
できることが判明した。

【００３８】なお、前記の例においては、スパッタ装置
で中間層４を形成し、レーザ蒸着装置で酸化物超電導層
５を形成する場合について説明したが、スパッタ装置、
あるいはレーザ蒸着装置のどちらか一方を用いて中間層
４と酸化物超電導層５を連続形成しても良いのは勿論で
あり、その他の方法、例えば、ＣＶＤ法、真空蒸着法、
電子ビーム蒸着法、スクリーン印刷焼結法、プラズマス
プレー法、分子線エピタキシー法などの種々の方法を用
いても良い。そして、これらの種々の中間層４あるいは
酸化物超電導層５を形成した場合にあっても、酸化物超
電導層５を内側に配置するように超電導テープ２をコイ
ル加工することで前記の場合と同じように臨界電流密度
の低下していない状態の超電導コイルを得ることができ
る。更に前記の例においては、酸化物超電導層５として
Ｙ_0.7Ｂａ_1.7Ｃｕ_3.0Ｏ_7-xなる組成のものを用いた場合
の例を説明したが、酸化物超電導層５として、他の系の
ものを用いても良いのは勿論である。従って例えば、Ｙ
の代わりに、Ｌａ、Ｃｅなどの希土類金属を用いても良
く、これらの元素の２種類以上を組み合わせて用いても
良く、Ａ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-xなる組成式の元素Ａの一部を
これらの元素で適宜置換して用いれば良い。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本願発明によれば、
基材と中間層とＡＢａＣｕＯ系の超電導層とを有する超
電導テープをコイル加工し、酸化物超電導層の歪が０.
２５％を超えるような場合、基材の内側に酸化物超電導
層が位置するように配置して超電導テープをコイル加工
すると、酸化物超電導層にコイル加工時に圧縮応力を作
用させることができ、これにより酸化物超電導層に引張
応力を作用させないようにすることができる。このよう
にコイル加工時に圧縮応力を負荷することにより、コイ
ル加工時の酸化物超電導層の臨界電流密度の低下を抑制
することができる。 従って本願発明によれば、臨界電
流密度の低下していない優れた超電導特性を発揮する超
電導コイルを得ることができる。

【００４０】また、前記コイル加工時の歪εの計算にお
いて、ｄを基材の厚さとし、ｒを曲げ半径とすると、ε
＝｛ｄ／（２ｒ＋ｄ）｝×１００なる式で歪を算出する
ことにより、コイル加工時に酸化物超電導層に負荷され
る歪を容易に計算して把握することができ、この算出結
果に基づいて本発明を超電導コイルに対して容易に適用
できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は超電導テープをコイル加工して得
られた本発明に係る超電導コイルを示す斜視図、図１
（ｂ）は図１（ａ）に示す超電導コイルを構成する超電
導テープの一部を示す断面図、

【図２】図２は金属テープなどの基材上にＹＳＺなどの
中間層を形成するために使用するスパッタ装置の一例を
示す構成図である。

【図３】図３は中間層を備えた基材上に酸化物超電導層
を形成するために使用するレーザ蒸着装置の一例を示す
構成図である。

【図４】図４は基材上に中間層と酸化物超電導層を形成
して得られた超電導テープを従来方法と本発明方法によ
り種々の曲率でコイル加工した場合に得られた臨界電流
密度の変化を示す図である。

【図５】図５は基材上に中間層と酸化物超電導層を形成
して得られた超電導テープを従来方法により種々の曲率
でコイル加工した場合に得られた臨界電流密度の変化を
示す図である。

【符号の説明】

１ 超電導コイル、 ２ 超電導テープ、 ３ 基材、 ４ 中間層、 ５ 酸化物超電導層、 ε 歪、 ｄ 基材の厚さ、 ｒ 曲げ半径、

フロントページの続き (72)発明者 定方 伸行 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 斉藤 隆 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 河野 宰 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属テープの基材上に中間層を介してＡ
   ＢａＣｕＯ系の酸化物超電導層を形成してなる超電導テ
   ープがコイル加工されてなる超電導コイルであって、前
   記酸化物超電導層に負荷される歪を０.２５％以上とす
   る曲率半径で超電導テープがコイル加工されてなり、前
   記酸化物超電導層を基材の内側に位置させるように超電
   導テープがコイル加工され、酸化物超電導層に圧縮応力
   が負荷されてなることを特徴とするＡＢａＣｕＯ系超電
   導コイル。ただし前記組成式において、Ａは、Ｙと希土
   類元素の内、１種または２種以上を示す。
2. 【請求項２】 コイル加工時に酸化物超電導層に負荷さ
   れる歪εが以下の式で算出される歪であることを特徴と
   する請求項１記載のＡＢａＣｕＯ系超電導コイル。 ε＝｛ｄ／（２ｒ＋ｄ）｝×１００ ただし前記式において、ｄは基材の厚さを示し、ｒは曲
   げ半径を示す。
3. 【請求項３】 金属テープの基材上に中間層を介してＡ
   ＢａＣｕＯ系の酸化物超電導層を形成してなる超電導テ
   ープをコイル巻き加工する際に、酸化物超電導層自体に
   負荷される歪が０.２５％以上の場合において、酸化物
   超電導層を基材の内側になるように向けてコイル加工
   し、酸化物超電導層に圧縮応力を負荷することを特徴と
   するＡＢａＣｕＯ系超電導コイルの製造方法。ただし前
   記組成式において、ＡはＹと希土類元素の内、１種また
   は２種以上を示す。
4. 【請求項４】 コイル加工時に酸化物超電導層に負荷さ
   れる歪εを以下の式で算出することを特徴とする請求項
   ３記載のＡＢａＣｕＯ系超電導コイルの製造方法。 ε＝｛ｄ／（２ｒ＋ｄ）｝×１００ ただし前記式において、ｄは基材の厚さを示し、ｒは曲
   げ半径を示す。