JP5701247B2 - 酸化物超電導線材の接続構造体及び接続方法 - Google Patents

Description

本発明は、酸化物超電導線材の接続構造体及び接続方法に関する。

近年Ｂｉ系超電導線材Ｂｉ_２Ｓｒ_２ＣａＣｕ_２Ｏ_８＋δ（Ｂｉ２２１２）、Ｂｉ_２Ｓｒ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_１０＋δ（Ｂｉ２２２３）、やＹ系超電導線材ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−δ（ＲＥ１２３：ＲＥはＹを含む希土類元素）といった酸化物超電導線材の開発が進んでいる。これら超電導線材は、臨界温度が９０〜１００Ｋ程度であり、液体窒素温度以上で超電導性を示すため、実用上極めて有望な素材とされており、これを線材に加工して電力供給用の導体あるいは超電導コイル等として使用することが要望されている。

Ｂｉ系の超電導線材は、Ｂｉ系の超電導層をＡｇのシース材で被覆した状態となるようにＰｏｗｄｅｒ Ｉｎ Ｔｕｂｅ法（ＰＩＴ法）などにより製造された構造となっている。一方、Ｙ系超電導線材は、テープ状の金属基材上に中間層を介し成膜法により酸化物超電導層を積層し、ＡｇやＣｕなどの安定化層を積層した多層構造が採用されている。

このような超電導線材を実用機器に応用するために、超電導線材を接続する技術が要望されている。
特にＹ系の超電導線材同士を接続する場合、前記のように基板の片側に超電導層を形成しているために、超電導積層側同士を向い合せて半田付け等により接続する必要がある。しかし、このような接続構造をとると接続部分で超電導線材の表裏が逆転するため実用上様々な不具合が生じる。そこで、特許文献１の図３、６、７に記載のような、接続する超電導線材の間に、超電導積層側同士を向い合わせた接続用の超電導線材を橋渡しして配置し、半田付けで接続する技術等がある。

特開２００７−２６６１４９号公報

しかし、特許文献１に記載の接続方法では、接続部分は半田付けによりなされており、強度が低い。一般的にＹ系超電導線材は高強度の金属基材上に超電導層を形成するため高い引張強度を有するが、この接続方法を用いると接続部分での強度が低下してしまう。
本発明は、以上のような実情に鑑みなされたものであり、接続部分の強度が高い酸化物超電導線材の接続構造体及び接続方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため本発明の接続構造体は、テープ状の基材の上に中間層と酸化物超電導層と安定化層が積層され、接続しようとする接続端部近傍の基材が、前記中間層と前記酸化物超電導層と前記安定化層からなる積層部よりも長手方向に延長して基材露出部を形成した、少なくとも一対の酸化物超電導線材と、テープ状の基材の上に中間層と、酸化物超電導層と、安定化層とが積層されて積層部が構成された接合用の酸化物超電導積層体と、接合用金属テープと、を備え、前記少なくとも一対の酸化物超電導線材が前記基材露出部を形成した接続端部側の基材同士を隣接させ、積層部を形成した側を揃えて配置され、隣接された酸化物超電導線材の基材露出部に跨るように、前記接合用金属テープによって橋渡しされ、接合用金属テープと基材露出部の基材が金属接合され、隣接された酸化物超電導線材の基材露出部近傍の安定化層上に跨るように、前記接合用の酸化物超電導積層体の安定化層によって橋渡しされ、酸化物超電導線材の安定化層と接合用の酸化物超電導積層体の安定化層が導電性接合材により接合されていることを特徴とする。
本発明によれば、酸化物超電導線材の基材と接合用金属テープが金属接合により接続されており、接合部に引張方向の荷重がかかった際に、この金属接合による部分で力を受け、電気的な接続を実現している酸化物超電導層と酸化物超電導線材の間の導電性接合材への負荷を軽減することができる。これにより、従来の接続方法である導電性接合材のみによる接続構造と比較して接続部分の強度が高い接続構造体を提供することができる。さらにこれにより、接続部分のひずみが抑制され酸化物超電導線材及び接合用の酸化物超電導積層体の酸化物超電導層への負荷が軽減され、超電導特性の劣化を抑制できる。
また、接続する一対の酸化物超電導線材が積層方向を揃えて配置されているため、接続部分で超電導線材の表裏の逆転がない酸化物超電導線材の接続構造体を提供することができる。

前記の接続構造体であって、前記接合用金属テープと前記基材との金属接合が溶接、又は圧着であることを特徴とする。
金属接合が、溶接、又は圧着であることで、強度の高い接続構造体を提供することができる。

前記の接続構造体であって、前記接合用金属テープが、前記基材の引張強さ以上の引張強さを有する素材からなることを特徴とする。
接合用金属テープが、基材の引張強さ以上の引張強さを有することで、接続部分の強度が酸化物超電導線材自体の引張強さに近いか同等以上である接続構造体を提供することができる。さらにこれにより、接続部分のひずみが抑制され酸化物超電導線材及び接合用の酸化物超電導積層体の酸化物超電導層への負荷が軽減されるので、超電導特性の劣化を抑制できる。

酸化物超電導線材の接続方法であって、テープ状の基材の上に中間層と酸化物超電導層と安定化層が積層され、接続しようとする接続端部近傍の基材が、前記中間層と前記酸化物超電導層と前記安定化層からなる積層部よりも長手方向に延長して基材露出部を形成した、少なくとも一対の酸化物超電導線材と、テープ状の基材の上に中間層と、酸化物超電導層と、安定化層とが積層されて積層部が構成された接合用の酸化物超電導積層体と、接合用金属テープと、を用い、前記少なくとも一対の酸化物超電導線材を前記基材露出部を形成した接続端部側の基材同士を隣接させ、積層部を形成した側を揃えて配置し、隣接された酸化物超電導線材の基材露出部に跨るように、前記接合用金属テープによって橋渡しし、接合用金属テープと基材露出部の基材を金属接合し、隣接された酸化物超電導線材の基材露出部近傍の安定化層上に跨るように、前記接合用の酸化物超電導積層体の安定化層によって橋渡しし、酸化物超電導線材の安定化層と接合用の酸化物超電導積層体の安定化層を導電性接合材により接合することを特徴とする。
酸化物超電導線材の基材と接合用金属テープが金属接合により接続されることによって、接合部に引張方向の荷重がかかった際に、この金属接合による部分で力を受け、電気的な接続を実現している酸化物超電導層と酸化物超電導線材の間の導電性接合材への負荷を軽減することができる。これにより、従来の接続方法である導電性接合材のみによる接続構造と比較して接続部分の強度が高い接続方法を提供することができる。さらにこれにより、接続部分のひずみが抑制され酸化物超電導線材及び接合用の酸化物超電導積層体の酸化物超電導層への負荷が軽減されるので、超電導特性の劣化を抑制できる。
また、接続する一対の酸化物超電導線材が積層方向を揃えて配置されているため、接続部分で超電導線材の表裏の逆転がない酸化物超電導線材の接続方法を提供することができる。

前記の接続方法であって、前記接合用金属テープと前記基材との金属接合を溶接、又は圧着とすることを特徴とする。
金属接合が、溶接、又は圧着であることで、強度の高い接続方法を提供することができる。

前記の接続方法であって、前記接合用金属テープとして、前記基材の引張強さ以上の引張強さを有する素材からなる接合用金属テープを用いることを特徴とする。
接合用金属テープが、基材の引張強さ以上の引張強さを有することで、接続部分の強度を酸化物超電導線材自体の引張強さに近いか同等以上とする接続方法を提供することができる。さらにこれにより、接続部分のひずみが抑制され酸化物超電導線材及び接合用の酸化物超電導積層体の酸化物超電導層への負荷が軽減されるので、超電導特性の劣化を抑制できる。

本発明によれば、酸化物超電導線材の接続部分において、金属接合により接続されていることで、強度が高い接続構造体を構成することができる。また、強度の高い接続構造体を構成することで、接続部分に力がかかった場合に、接続部分のひずみが抑制され酸化物超電導線材及び接合用の酸化物超電導積層体の酸化物超電導層への負荷が軽減されるので、超電導特性の劣化を抑制できる。また、接続する一対の酸化物超電導線材が積層方向を揃えて配置されているため、接続部分で超電導線材の表裏の逆転がない酸化物超電導線材の接続構造体を提供することができる。

本発明に係る接続構造体の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る接続構造体の実施形態に備えられる接合用の酸化物超電導積層体を示す斜視図である。 本発明に係る接続構造体の実施形態に備えられる酸化物超電導線材を示す斜視図である。 本発明に係る接続構造体の製造方法の一例を示すもので、図４（ａ）は接続する一対の酸化物超電導線材を配置した状態を示した正面図、図４（ｂ）は酸化物超電導線材の基材と接合用金属テープを金属接合した状態を示した正面図、図４（ｃ）はその底面図、図４（ｄ）は接合用の酸化物超電導積層体の安定化層を酸化物超電導線材の安定化層に電気的に接続した状態を示す正面図である。 酸化物超電導線材の接続構造体の比較例を説明する正面図である。 本発明に係る酸化物超電導線材の実施例と比較例の、酸化物超電導線材にかける荷重と臨界電流の関係を表す図である。

以下、本発明に係る酸化物超電導線材の接続構造体の一実施形態について図面に基づいて説明する。
図１に本発明の接続構造体の一実施形態を示す。本実施形態の接続構造体２０にて接続される酸化物超電導線材１ａ、１ｂは、テープ状であり、図１中の左右方向にその長手方向の形状が省略されている。接続構造体２０は、この酸化物超電導線材１ａ、１ｂをその長さ方向の端に位置する接続端部１４ａ、１４ｂを突き合わせて配置し、後述するように、接合用金属テープ１０と、接合用の酸化物超電導積層体２によって接続されている。

ここで、酸化物超電導線材１ａ、１ｂは、テープ状の基材５の片面上に、中間層６と酸化物超電導層７と保護層８と安定化層９からなる積層部１２が形成されており、また酸化物超電導線材１ａ、１ｂの接続端部１４ａ、１４ｂの近傍では、基材５が積層部１２よりも長手方向に延長して基材露出部５ｓａ、５ｓｂが形成されており、段差形状となっている。

酸化物超電導線材１ａ、１ｂの接続方法は、酸化物超電導線材１ａ、１ｂを、前記接続端部１４ａ、１４ｂ近傍に形成した基材露出部５ｓａ、５ｓｂを隣接させ、かつ積層部１２の積層方向を揃えて配置し、接合用金属テープ１０と酸化物超電導線材１ａ、１ｂの基材露出部５ｓａ、５ｓｂの基材５を金属接合部１１を介して機械的に接続する。さらに、酸化物超電導線材１ａ、１ｂと同じ積層構造を有する、接合用の酸化物超電導積層体２を前記の酸化物超電導線材１ａ、１ｂの安定化層９の上に、互いの安定化層９を対面させ橋渡しして配置し、重なり部分を導電性接合材１３で電気的かつ機械的に接続する。
以上のように、本実施形態の接続構造体２０が構成される。
以下、本発明に係る酸化物超電導線材の接続構造体２０に備えられる各構成要素に関して詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図２は本実施形態に備えられる接合用の酸化物超電導積層体２の斜視図である。接合用の酸化物超電導積層体２は、テープ状の基材５の一面上に、中間層６と酸化物超電導層７と保護層８と安定化層９からなる積層部１２が形成された構成を有する。
また、図３は本実施形態に備えられる酸化物超電導線材１の斜視図であり、テープ状の基材５の一面上に、中間層６と酸化物超電導層７と保護層８と安定化層９からなる積層部１２を積層した構成を有する。酸化物超電導線材１は接合用の酸化物超電導積層体２と同様の積層構成を有する点で同等の物である。本実施形態において酸化物超電導線材１と接合用の酸化物超電導積層体２との相違点は、酸化物超電導線材１には接続端部１４から長さＬの領域で積層部１２が形成されていない基材露出部５ｓが構成されている点と、接合用の酸化物超電導積層体２が接合部に合わせて短尺に形成されている点となる。ただし、酸化物超電導線材１と接合用の酸化物超電導積層体２は、各層の構成において必ずしも同一である必要はなく、各層の材質、又は厚み等は、後に説明する範囲内において適宜選択可能である。

図２及び図３に示す酸化物超電導線材１及び接合用の酸化物超電導積層体２の積層構造について説明する。
基材５は、可撓性を有する線材であり、テープ状で耐熱性の金属からなるものが好ましい。耐熱性の金属の中でもニッケル（Ｎｉ）合金がより好ましい。中でも、市販品であればハステロイ（商品名、米国ヘインズ社製）が好適であり、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）等の成分量が異なる、ハステロイＢ、Ｃ、Ｇ、Ｎ、Ｗ等のいずれの種類も使用できる。また、基材５としてニッケル合金などに集合組織を導入した配向金属基材を用い、その上に中間層６及び酸化物超電導層７を形成してもよい。基材５の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は、１０〜５００μｍであることが好ましく、２０〜２００μｍであることが好ましい。

中間層６は、以下に説明する下地層と配向層とキャップ層からなる構造を一例として適用できる。
下地層を設ける場合は、以下に説明する拡散防止層とベッド層の複層構造あるいは、これらのうちどちらか１層からなる構造とすることができるが、下地層は必須ではなく、略しても差し支えない。
下地層として拡散防止層を設ける場合、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３、「アルミナ」とも呼ぶ）、あるいは、ＧＺＯ（Ｇｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７）等から構成される単層構造あるいは複層構造の層が望ましく、厚さは例えば１０〜４００ｎｍである。
下地層としてベッド層を設ける場合、ベッド層は、例えば、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）などの希土類酸化物であり、より具体的には、Ｅｒ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｄｙ_２Ｏ_３、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｅｕ_２Ｏ_３、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３等を例示することができ、これらの材料からなる単層構造あるいは複層構造を採用できる。ベッド層の厚さは例えば１０〜１００ｎｍである。

配向層は、その上方に形成する酸化物超電導層７と格子整合性の良い金属酸化物からなることが好ましい。配向層の好ましい材質として具体的には、Ｇｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２−Ｙ_２Ｏ_３（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ_３、ＣｅＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｚｒ_２Ｏ_３、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３等の金属酸化物を例示できる。配向層は、単層でも良いし、複層構造でも良い。
キャップ層は、好ましいものとして具体的には、ＣｅＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｚｒ_２Ｏ_３、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３等が例示できる。キャップ層の材質がＣｅＯ_２である場合、キャップ層は、Ｃｅの一部が他の金属原子、又は金属イオンで置換されたＣｅ−Ｍ−Ｏ系酸化物を含んでいても良い。ＣｅＯ_２のキャップ層の膜厚は、５０ｎｍ以上であればよいが、十分な配向性を得るには１００ｎｍ以上が好ましい。但し、厚すぎると結晶配向性が悪くなるので、５０〜５０００ｎｍの範囲とすることができる。

酸化物超電導層７は通常知られている組成の希土類系高温酸化物超電導体からなる薄膜を広く適用することができ、ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−δ（ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ等の希土類元素を表す）なる材質のもの、具体的には、Ｙ１２３（ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−δ）、又はＧｄ１２３（ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−δ）を例示できる。酸化物超電導層７の厚みは０．５〜５μｍ程度であって、均一な厚みであることが好ましい。

酸化物超電導層７上に積層されている保護層８は、Ａｇあるいは貴金属などの良電導性かつ酸化物超電導層７と接触抵抗が低くなじみの良い金属材料からなる。Ａｇからなる保護層８の場合、その厚さは０．１〜３０μｍ程度とされる。

保護層８上に積層された安定化層９は、良導電性の金属材料からなり、酸化物超電導層７が何らかの原因で超電導状態から常電導状態に遷移しようとした時に、保護層８とともに、酸化物超電導層７の電流が転流するバイパスとして機能する。保護層８はその機能により安定化層９の一部とみなすことができる。
安定化層９を構成する金属材料としては、良導電性を有するものであればよく、特に限定されないが銅、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ合金）、Ｃｕ−Ｎｉ合金等の銅合金、ステンレス等の比較的安価な材質からなるものを用いることが好ましく、中でも高い導電性を有し、安価であることから銅製が好ましい。

安定化層９の形成方法は特に限定されないが、例えば、銅などの良導電性材料よりなる金属テープを半田などの接合材を介し保護層８上に貼り付けることで積層してもよく、あるいは保護層８の面上にメッキ等の方法により形成してもよい。また、安定化層９の形成をしやすくするために、銀、金、白金などからなる下地安定化層を予め保護層８の上に形成し、その上に安定化層９を形成する構造としてもよい。

特に半田を介して金属テープを積層する場合に使用できる半田としては、特に限定されないが、従来公知の半田を使用可能であり、例えば、Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ系合金、Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ｚｎ系合金などのＳｎを主成分とする合金よりなる鉛フリー半田、Ｐｂ−Ｓｎ系合金半田、共晶半田、低温半田などが挙げられ、これらの半田を１種、又は２種以上組み合わせて使用することができる。これらの中でも、融点が３００℃以下の半田を用いることが好ましい。これにより、３００℃以下の温度で金属テープと保護層８を半田付けすることが可能となるので、半田付けの熱によって酸化物超電導層７の特性が劣化することを抑止できる。
安定化層９の厚さは特に限定されず、適宜調整可能であるが、１０〜３００μｍとすることが好ましい。
以上の積層構造を有する酸化物超電導線材１及び接合用の酸化物超電導積層体２の横断面形状は、矩形状とされ、幅１．０ｍｍ〜１２ｍｍ程度、厚さ０．０５ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の範囲のものとされる。

酸化物超電導線材１の基材露出部５ｓの形成方法を図３を基に説明する。基材露出部５ｓは、基材５に積層部１２を形成してから、後工程として基材５の接続端部１４側の積層部１２を除去することで形成することができる。また、あらかじめ接続端部１４から長さＬの領域をマスキングすることによって、基材５の接続端部１４近傍に積層部１２を形成しない領域（基材露出部５ｓ）を設けてもよい。
いったん積層した積層部１２を後から除去する場合の除去方法としては、機械加工による方法や、薬液を用いた化学処理による方法等があるが、基材露出部５ｓを後述するスポット溶接により接続する場合などは、基材露出部５ｓの表面性状は特に規定されないため、比較的容易な機械加工による除去が好ましい。
基材露出部５ｓは、接続端部１４から酸化物超電導線材１の長手方向の長さＬの領域に形成され、例えばスポット溶接で接合を行う場合は５ｍｍ≦Ｌ≦１００ｍｍ、圧着で接合を行う場合は１０ｍｍ≦Ｌ≦２００ｍｍであれば十分な接合強度を得ることができる。

図４に本実施形態に従い酸化物超電導線材を接続する方法の一例について説明する。
図４（ａ）に示すように、まず２本の酸化物超電導線材１ａ、１ｂの接続端部１４ａ、１４ｂを対向配置する。この時それぞれの酸化物超電導線材１ａ、１ｂの積層部１２の積層方向は一致させる。

次に図４（ｂ）に示すように、対向配置された酸化物超電導線材１ａ、１ｂの基材露出部５ｓａ、５ｓｂに長さＩの接合用金属テープ１０を跨るように橋渡しして配置し、重なり部である長さＰａ、Ｐｂの領域を接合して金属接合部１１を形成する。
金属接合部１１を形成する方法は、溶接、圧着、超音波金属接合などが選択可能である。溶接する場合の加熱条件や、電圧条件、圧着する場合の圧力、加熱条件、超音波溶接する場合の加圧条件、超音波周波数等の各パラメーターは、接合する対象部材である、基材５及び接合用金属テープ１０に応じて適宜設定されることが望ましい。
図４（ｃ）は、酸化物超電導線材１ａ、１ｂの基材露出部５ｓａ、５ｓｂと接合用金属テープ１０をスポット溶接により接合した状態を基材５側から見た底面図である。スポット溶接を行う場合は、十分な接続強度を実現するために、適当なスポット径、ピッチ、電流等を設定し接続を行う。
なお、基材５をハステロイから構成した場合、ハステロイは抵抗溶接で確実に接合することができる。

接合用金属テープ１０を配置する位置は、図４（ｂ）に示すように酸化物超電導線材１ａ、１ｂの基材露出部５ｓａ、５ｓｂの上とすることで、接続部分において図４（ｂ）の下側に段差が生じることがなく、接続構造体２０の横断面積の増加を抑えることができ、好ましい。

接合用金属テープ１０は、基材５と同種のテープであればよく、例えばスポット溶接や圧着による接合の場合においては、基材５の線材と同じであるハステロイ（商品名、米国ヘインズ社製）や、インコネル（登録商標）、又はステンレス鋼等の材料からなる高強度テープを選択することができる。
また、接合用金属テープ１０は、積層部１２より薄く、かつ十分な強度を得ることができる厚みでなければならない。例えば基材５の厚みが積層部１２の厚みより薄い場合などは、基材５と同じ厚みかそれ以上であることが望ましい。
さらに、接合用金属テープ１０の幅は酸化物超電導線材１ａ、１ｂの幅と同じ幅か、若干狭い幅であっても良く、接続部分で幅が広くならない接続構造体とすることが好ましい。

接合用金属テープ１０の配置の際に、接合用金属テープ１０と酸化物超電導線材１ａ、１ｂの積層部１２の端面は隙間Ｈａ、Ｈｂを空けて配置される。隙間Ｈａ、Ｈｂが必要な理由は、接合用金属テープ１０が酸化物超電導線材１ａ、１ｂの積層部１２に接触していると、接続構造体２０を湾曲させた際の接合用金属テープ１０と積層部１２の接触を防止するためである。また、金属接合時に高温が発生する場合は、隙間Ｈａ、Ｈｂを十分に空けることで、酸化物超電導層７への伝熱を抑え、劣化を防ぐことができる。ただし、隙間Ｈａ、Ｈｂを空けすぎると接続構造体が長くなってしまう点に留意が必要である。例えば、金属接合部１１としてスポット溶接を行う際は隙間Ｈａ、Ｈｂは０ｍｍ＜Ｈａ、Ｈｂ≦５０ｍｍ、圧着を行う際は２０ｍｍ≦Ｈａ、Ｈｂ≦１００ｍｍとされる。
また、重なり部の長さＰａ、Ｐｂは、接合方法合わせて適宜決定され、例えばスポット溶接を行う場合は、５ｍｍ≦Ｐａ、Ｐｂ≦１００ｍｍ、圧着を行う場合は、１０ｍｍ≦Ｐａ、Ｐｂ≦２００ｍｍ、であることが十分な強度を得るために好ましい。

次に、酸化物超電導線材１ａ、１ｂを電気的に接続する。図４（ｂ）に示す状態の酸化物超電導線材１ａ、１ｂの安定化層９の表面９ｓａ、９ｓｂに、図４（ｄ）に示すように接合用の酸化物超電導積層体２を、安定化層９を対面させて橋渡しして配置し、重なり部の長さＫａ、Ｋｂの領域を形成し、導電性接合材１３を介して接続する。導電性接合材１３は、半田を用いることが可能で、その場合の半田は鉛フリー半田、Ｐｂ−Ｓｎ系合金半田、共晶半田、低温半田などが挙げられ、特に、融点が３００℃以下の半田を用いることが好ましい。これにより、３００℃以下の温度で、酸化物超電導線材１ａ、１ｂの安定化層９と接合用の酸化物超電導積層体２の安定化層９を電気的に接続することが可能となり、半田付けの熱によって酸化物超電導層７の特性が劣化することを抑止できる。また、導電性接合材１３は、強固ではないが一定の機械的強度を有しており、全体としての強度の補助的な役割を果たす。

重なり部の長さＫａ、Ｋｂを長くすることで、酸化物超電導線材１から酸化物超電導積層体２、あるいは酸化物超電導積層体２から酸化物超電導線材１への電流経路において、電流方向に対して導電性接合材１３の断面積を大きくすることができ、全体として接続構造体の抵抗値を抑制することができる。従ってＫａ、Ｋｂはより広くとることが望ましく、具体的には１０ｍｍ≦Ｋａ、Ｋｂ≦２００ｍｍが好ましいとされる。
また、接合用の酸化物超電導積層体２の長さＪは、導電性接合材１３にて接続するための重なり部の長さＫａ、Ｋｂ、接合用金属テープ１０と酸化物超電導線材１の積層部１２との隙間Ｈａ、Ｈｂ、及び接合用金属テープ１０の長さＩの総和となるため、各パラメーターに従って適切な長さに設定される。

酸化物超電導線材１ａ、１ｂの基材５と接合用金属テープ１０が金属接合部１１により接続され、接合部に引張方向の荷重がかかった際に、この金属接合部で力を受け、電気的な接続を実現している接合用の酸化物超電導積層体２と酸化物超電導線材１の間の導電性接合材１３への負荷を軽減することができる。これにより、従来の接続方法である半田のみによる接続構造と比較して接続部分の強度が高くなる。従って、接続部分のひずみが抑制され酸化物超電導線材及び接合用の酸化物超電導積層体の酸化物超電導層への負荷が軽減され、超電導特性の劣化を抑制でき、接続構造体２０によって接続された酸化物超電導線材１ａ、１ｂの両端に引張応力が負荷されたとしても、臨界電流が劣化し難い接続構造体を提供することができる。
また、接続する酸化物超電導線材１が同方向に積層されて配置されているため、接続部分で超電導線材の表裏の逆転がない。

このように作製された接続構造体２０によって接続された酸化物超電導線材１ａ、１ｂは巻線しコイルにすることで超電導コイルとして使用することができる。その場合、ＦＲＰ等の材質からなる巻き芯に、接続構造体２０によって接続された酸化物超電導線材１ａ、１ｂを所定のターン数巻きつける。さらに超電導線材を固定、補強し外力に強い構造とする目的で、コイル自体をエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で含浸する。

酸化物超電導線材の長さは接続構造体を次々と設け接続していくことで、酸化物超電導線材の製造ラインに制限されることがなく、理論上無限の長さにすることができ、巨大コイルを製造することができる。また、本発明の接続構造体は従来の接続構造体と比較して、接続部分であっても、強度の低下は少ない。そのため、酸化物超電導線材の巻線時、又は巻線後の超電導コイルに外力が加わったとしても、臨界電流の低下は抑止され、高い性能を維持することができる。

以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

幅５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基板上に、スパッタ法によりＡｌ_２Ｏ_３（拡散防止層；膜厚１５０ｎｍ）を成膜し、その上に、イオンビームスパッタ法によりＹ_２Ｏ_３（ベッド層；膜厚２０ｎｍ）を成膜した。次いで、このベッド層上に、イオンビームアシスト蒸着法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（金属酸化物層；膜厚１０ｎｍ）を形成し、その上にパルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）により０．５μｍ厚のＣｅＯ_２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ_２層上にＰＬＤ法により２．０μｍ厚のＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７-δ（酸化物超電導層）を形成し、さらに酸化物超電導層上にスパッタ法により１０μｍ厚のＡｇ層（保護層）を形成し、Ａｇ層の上に０．１ｍｍ厚のＣｕテープ（安定化層）をスズ半田（融点２３０℃）によりＡｇ層上に貼り合わせ積層部を形成した酸化物超電導線材を複数作製した。この酸化物超電導線材を以下の実施例及び比較例で共通して使用する。

（実施例）
本発明の実施例の作製方法を、図４（ｄ）を参照し説明する。
先に用意した酸化物超電導線材のうち長さ２４０ｍｍとしたものを用意し、Ｊ＝２４０ｍｍの接合用の酸化物超電導積層体２とした。また、前記の酸化物超電導線材の積層部１２を接続端部１４ａから長さＬａ＝２０ｍｍだけ切削具と研削具により機械的に除去し基材露出部５ｓａを形成した酸化物超電導線材１ａを製作し、同様に、前記の酸化物超電導線材の積層部１２を接続端部１４ｂから長さＬｂ＝２０ｍｍだけ除去し基材露出部５ｓｂを形成した酸化物超電導線材１ｂを製作した。
それらに加え、ハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）からなり、長さＩ＝４０ｍｍ、幅５ｍｍ、厚み０．１ｍｍの接合用金属テープ１０を用意する。

図４（ｄ）に示すように、酸化物超電導線材１ａ、１ｂの接続端部１４ａ、１４ｂを対向配置する。この時それぞれの酸化物超電導線材１ａ、１ｂの積層部１２の積層方向は一致させる。さらに、対向配置された酸化物超電導線材１ａ、１ｂの基材露出部５ｓａ、５ｓｂに前記の接合用金属テープ１０を橋渡しし、重なり部の長さＰａ＝Ｐｂ＝２０ｍｍの領域をスポット溶接によって接合する。

スポット溶接の溶接条件は、電極最少径φ２ｍｍの電極にて、通電時間３ｍｓｅｃ、溶接電流７００Ａ、最少ピッチ１ｍｍのスポット溶接を行った。

なお、酸化物超電導線材１ａ及び１ｂと接合用金属テープ１０の隙間Ｈａ、ＨｂはＨａ＝Ｈｂ＝０．１ｍｍである。
さらに、対向配置された酸化物超電導線材１ａ、１ｂの安定化層９の表面９ｓａ、９ｓｂに、接合用の酸化物超電導積層体２を、それぞれの安定化層９が対面するように橋渡しし、重なり部の長さＫａ、Ｋｂ＝１００ｍｍの領域を形成し、半田付けにて接続した。
以上のような方法で、酸化物超電導線材を接続した接続構造体を複数製作し実施例の試料を得た。

（比較例）
本発明の比較例の作製方法を、図５を参照し説明する。
先に用意した酸化物超電導線材のうち長さ２００ｍｍとしたものを用意し、ＪＡ＝２００ｍｍの接合用の酸化物超電導積層体２Ａを用意した。また、前記の未加工の酸化物超電導線材１ａＡ、１ｂＡを用意し、図５に示すように、酸化物超電導線材１ａＡと酸化物超電導線材１ｂＡの端部１４ａＡ、１４ｂＡを対向配置する。この時、それぞれの酸化物超電導線材１ａＡ、１ｂＡの積層方向は一致させる。さらに、対向配置された酸化物超電導線材１ａＡ、１ｂＡに前記の接合用の酸化物超電導積層体２Ａを、それぞれの安定化層９が対面するように橋渡しし、重なり部の長さＫａＡ、ＫｂＡ＝１００ｍｍの領域を半田付けにて接続した。
以上のような方法で、酸化物超電導線材を接続した接続構造体を複数製作し比較例の試料を得た。

（実施例及び比較例の比較）
実施例と比較例の試料を複数用意し、液体窒素中で臨界電流（Ｉｃ０）及び接続抵抗（Ｒ）を測定したところ、ともにＩｃ０＝２５０Ａ、Ｒ＝２０ｎΩであった。これらの試料に常温で所定の荷重を、線材長手方向に負荷し、荷重解放後再び液体窒素中で臨界電流（Ｉｃ）を測定した。負荷した荷重と荷重前後の臨界電流の比（Ｉｃ／Ｉｃ０）を図６に示す。

比較例では、荷重２５ｋｇｆ前後から、Ｉｃが低下したが、実施例では４０ｋｇｆまでＩｃの低下が起こらなかった。これらより、本発明に係る本接続構造体及び接続方法の優位性が確認された。

１、１ａ、１ｂ…酸化物超電導線材、２…接合用の酸化物超電導積層体、４…複合超電導体、５…基材、５ｓ、５ｓａ、５ｓｂ…基材露出部、６…中間層、７…酸化物超電導層、８…保護層、９…安定化層、９ｓ…安定化層接合面、１０…接合用金属テープ、１１…溶接部、１２…積層部、１３…導電性接合材、１４、１４ａ、１４ｂ…接続端部、２０…接続構造体

Claims (6)

1. テープ状の基材の上に中間層と酸化物超電導層と安定化層が積層され、接続しようとする接続端部近傍の基材が、前記中間層と前記酸化物超電導層と前記安定化層からなる積層部よりも長手方向に延長して基材露出部を形成した、少なくとも一対の酸化物超電導線材と、
   テープ状の基材の上に中間層と、酸化物超電導層と、安定化層とが積層されて積層部が構成された接合用の酸化物超電導積層体と、
   接合用金属テープと、を備え、
   前記少なくとも一対の酸化物超電導線材が前記基材露出部を形成した接続端部側の基材同士を隣接させ、積層部を形成した側を揃えて配置され、
   隣接された酸化物超電導線材の基材露出部に跨るように、前記接合用金属テープによって橋渡しされ、接合用金属テープと基材露出部の基材が金属接合され、
   隣接された酸化物超電導線材の基材露出部近傍の安定化層上に跨るように、前記接合用の酸化物超電導積層体の安定化層によって橋渡しされ、酸化物超電導線材の安定化層と接合用の酸化物超電導積層体の安定化層が導電性接合材により接合されていることを特徴とする酸化物超電導線材の接続構造体。
2. 請求項１に記載の接続構造体であって、前記接合用金属テープと前記基材との金属接合が溶接、又は圧着であることを特徴とする接続構造体。
3. 請求項１又は２に記載の接続構造体であって、前記接合用金属テープが、前記基材の引張強さ以上の引張強さを有する素材からなることを特徴とする接続構造体。
4. テープ状の基材の上に中間層と酸化物超電導層と安定化層が積層され、接続しようとする接続端部近傍の基材が、前記中間層と前記酸化物超電導層と前記安定化層からなる積層部よりも長手方向に延長して基材露出部を形成した、少なくとも一対の酸化物超電導線材と、
   テープ状の基材の上に中間層と、酸化物超電導層と、安定化層とが積層されて積層部が構成された接合用の酸化物超電導積層体と、
   接合用金属テープと、を用い、
   前記少なくとも一対の酸化物超電導線材を前記基材露出部を形成した接続端部側の基材同士を隣接させ、積層部を形成した側を揃えて配置し、
   隣接された酸化物超電導線材の基材露出部に跨るように、前記接合用金属テープによって橋渡しし、接合用金属テープと基材露出部の基材を金属接合し、
   隣接された酸化物超電導線材の基材露出部近傍の安定化層上に跨るように、前記接合用の酸化物超電導積層体の安定化層によって橋渡しし、酸化物超電導線材の安定化層と接合用の酸化物超電導積層体の安定化層を導電性接合材により接合することを特徴とする酸化物超電導線材の接続方法。
5. 請求項４に記載の接続方法であって、前記接合用金属テープと前記基材との金属接合を溶接、又は圧着とすることを特徴とする接続方法。
6. 請求項４又は５に記載の接続方法であって、前記接合用金属テープとして、前記基材の引張強さ以上の引張強さを有する素材からなる接合用金属テープを用いることを特徴とする接続方法。

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