(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の線材を収納可能な幅を有する線材収納溝が設けられた保持基台と、
前記保持基台の上方に位置する加圧板と、
前記加圧板の上方に位置し、加熱部を備えた加熱体と、
前記保持基台と前記加圧板とを近接及び離間させることが可能な第１駆動部と、
前記保持基台と前記加熱体とを近接及び離間させることが可能な第２駆動部と、を有し、
前記第１駆動部によって前記保持基台に近接された前記加圧板は、前記線材収納溝に半田を介し重ねて収納された前記複数の線材を、加圧可能であり、
前記第２駆動部によって前記保持基台に近接された前記加熱体は、前記線材収納溝に半田を介し重ねて収納された前記複数の線材を前記加圧板を介し加圧加熱可能である線材接続装置。
【請求項２】
前記保持基台が、断熱材料からなる請求項１に記載の線材接続装置。
【請求項３】
前記加圧板を冷却する冷却部をさらに有する請求項１又は２に記載の線材接続装置。
【請求項４】
前記第１駆動部が、前記加圧板を上下させる第１エアシリンダであり、前記第２駆動部が、前記加熱体を上下させる第２エアシリンダである請求項１〜３の何れか一項に記載の線材接続装置。
【請求項５】
保持基台にテープ状の第１の線材の端部とテープ状の第２の線材の端部とを半田を介して互いに重ね合わせて配置し、前記第１の線材及び前記第２の線材に加圧板を介して加熱体を押し当て、前記第１の線材及び前記第２の線材を加圧及び加熱し前記半田を溶融させ、
前記第１の線材及び前記第２の線材を前記加圧板により加圧した状態を保持し、前記加熱体を前記加圧板から離間させ、前記加圧板を冷却し前記半田を凝固させ前記第１の線材と前記第２の線材とを接続する線材接続方法。
【請求項６】
保持基台にテープ状の第１の線材の端部とテープ状の第２の線材の端部とが互いに対向するように前記第１の線材と前記第２の線材とを配置し、
前記第１の線材と前記第２の線材とを跨ぐように半田を配置し、
前記半田の上に接続用線材を配置し、
前記第１の線材、前記第２の線材、及び前記接続用線材に加圧板を介して加熱体を押し当て、前記第１の線材、前記第２の線材、及び前記接続用線材を加圧及び加熱し前記半田を溶融させ、
前記第１の線材、前記第２の線材、及び前記接続用線材を前記加圧板により加圧した状態を保持し、前記加熱体を前記加圧板から離間させ、前記加圧板を冷却し前記半田を凝固させ前記第１の線材と前記第２の線材とを接続する線材接続方法。
【請求項７】
前記第１の線材及び前記第２の線材が、超電導線材である請求項５又は６に記載の線材接続方法。
【請求項８】
前記第１の線材、前記第２の線材、及び前記接続用線材が超電導線材である請求項６に記載の線材接続方法。
【請求項９】
保持基台にテープ状の第１の線材の端部とテープ状の第２の線材の端部とを半田を介して互いに重ね合わせて配置し、
前記第１の線材及び前記第２の線材に加圧板を介して加熱体を押し当て、前記第１の線材及び前記第２の線材を加圧及び加熱し前記半田を溶融させ、
前記第１の線材及び前記第２の線材を前記加圧板により加圧した状態を保持し、前記加熱体を前記加圧板から離間させ、前記加圧板を冷却し前記半田を凝固させ前記第１の線材と前記第２の線材とを接続する接続構造体の製造方法。
【請求項１０】
保持基台にテープ状の第１の線材の端部とテープ状の第２の線材の端部とが互いに対向するように第１の線材と第２の線材とを配置し、
前記第１の線材と前記第２の線材とを跨ぐように半田を配置し、
前記半田の上に接続用線材を配置し、
前記第１の線材、前記第２の線材、及び前記接続用線材に加圧板を介して加熱体を押し当て、前記第１の線材、前記第２の線材、及び前記接続用線材を加圧及び加熱し前記半田を溶融させ、
前記第１の線材、前記第２の線材、及び前記接続用線材を前記加圧板により加圧した状態を保持し、前記加熱体を前記加圧板から離間させ、前記加圧板を冷却し前記半田を凝固させ前記第１の線材と前記第２の線材とを接続する接続構造体の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の線材及び前記第２の線材が、超電導線材である請求項９又は１０に記載の接続構造体の製造方法。
【請求項１２】
前記第１の線材、前記第２の線材、及び前記接続用線材が超電導線材である請求項１０に記載の接続構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、線材接続装置、線材接続方法、及び接続構造体の製造方法に関する。
本願は、２０１３年５月２８日に日本に出願された特願２０１３−１１２１４１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
超電導線材等の線材を機器に使用するために、線材同士を半田で接続する接続技術の要望が高まっている。例えば特許文献１には、超電導線材を接続する接続装置１００が開示されている（図５参照）。この接続装置１００は、線材と略等しい幅の線材収容溝１０２が設けられた下部加圧加熱板１０１Ｂと、線材収容溝１０２よりわずかに小さい幅の突起部１１２Ａを備えた上部加圧加熱板１０１Ａとを備え、開閉機構１０８により、下部加圧加熱板１０１Ｂの開口部を上部加圧加熱板１０１Ａで覆って線材に加熱及び加圧を行うことができるように構成されている。線材同士を接合する際は、線材収容溝１０２に線材の端部同士を半田を挟んで重ね合わせて収容し、下部加圧加熱板１０１Ｂと上部加圧加熱板１０１Ａとにより、加圧、加熱することにより、前記半田を溶融させて超電導線材同士を接続する。【０００３】
このような接続装置１００を用いる事により、作業者が半田ごてを使用して半田を溶融させ超電導線材同士を接続する必要がなくなる。即ち、作業者のスキルに左右されることなく、安定した接続性能を示す接続構造体を形成することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特開２０１１−３３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１記載の接続装置１００では、加熱部と加圧部との両方を備えた一対の加熱加圧板１０１Ａ、１０１Ｂにより、線材に熱と圧力を加えている。したがって、この接続装置１００を用いた場合、接続部の半田を凝固させるために、加熱部（例えばヒーター）自体を冷却させる必要があり、接続に長時間を要する。また、同じ装置を用いて連続して接続作業を行う際には、冷却したヒーターを再度加熱する必要があり、十分に加熱されるまでに更に長時間を要する。したがって、生産効率が悪いという問題があった。【０００６】
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みなされたものであり、生産効率が高く、安定した性能を発揮する線材の接続が可能となる線材接続装置、線材接続方法、及び接続構造体の製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第一態様に係る線材接続装置は、複数の線材を収納可能な幅を有する線材収納溝が設けられた保持基台と、前記保持基台の上方に位置する加圧板と、前記加圧板の上方に位置し、加熱部を備えた加熱体と、前記保持基台と前記加圧板とを近接及び離間させることが可能な第１駆動部と、前記保持基台と前記加熱体とを近接及び離間させることが可能な第２駆動部と、を有し、前記第１駆動部によって前記保持基台に近接された前記加圧板は、前記線材収納溝に半田を介し重ねて収納された前記複数の線材を、加圧可能であり、前記第２駆動部によって前記保持基台に近接された前記加熱体は、前記線材収納溝に半田を介し重ねて収納された前記複数の線材を前記加圧板を介し加圧加熱可能である。
上記第一態様に係る線材接続装置においては、線材の接続部を加圧する加圧板と、接続部を加熱する加熱体とが別々に設けられており、第１駆動部及び第２駆動部によって加圧板と加熱体とをそれぞれ別々に線材の接続部に対して近接及び離間させることが可能である。したがって、線材の接続部を加圧板を介して加熱体によって加熱し、半田を溶融した後、加圧板による加圧を保持した状態で、加熱体を加圧板から離間させ（即ち線材から離間させ）、線材に対する加熱を即座に休止することができる。これにより、加熱体が冷却するまで線材に熱をかけ続けることがなく、半田凝固までの時間が短くなり接続に要する時間が短縮される。
上記第一態様に係る線材接続装置は、Ｂｉ系やＲＥ−１２３系に代表されるテープ状の超電導線材の接続に使用することができる。超電導線材は、熱により超電導特性の低下を起こすことがあるが、上記第一態様に係る線材接続装置は、加熱時間を短くすることで超電導線材の劣化を抑制できる。また、超電導線材は、その外周に銀又は銀合金の保護層を備えている場合がある。この保護層は、超電導線材の超電導状態が破れた場合のバイパスとして機能するため、低抵抗であることが望まれる。接続時の加熱時間が長くなると、この保護層に半田が拡散し、半田と銀との合金を形成することがある。半田と銀との合金は、電気抵抗が高くバイパスとしての機能を十分に果たすことができなくなる。上記第一態様に係る線材接続装置は、加熱時間を短くすることにより、半田の保護層への拡散を抑制できる。
また、上記第一態様に係る線材接続装置において、加熱体を加圧板に接触又は離間させることで線材の接続部への加熱開始及び停止を行うため、加熱体を常時半田が溶融する温度に保っておくことができる。したがって、次の接続作業を連続して行う場合において、加熱体を再度加熱する必要がなく、加熱体の温度が半田溶融の温度まで上昇するまでの待機時間を節約できる。
加えて、板状の加圧板は、表面積が大きく放熱特性が高いため、接続部の温度を早く下げることができ、半田の凝固に要する時間を短縮できる。即ち生産効率を上げることができる。【０００８】
また、上記第一態様において、前記保持基台が、断熱材料からなっていてもよい。
この場合、保持基台が断熱材料からなることで、線材の接合部を加熱しても保持基台の温度上昇が抑制され、冷却時において半田の凝固を妨げることがなく、生産効率を上昇させることができる。【０００９】
また、上記第一態様の線材接続装置は、前記加圧板を冷却する冷却部を有していてもよい。
加圧板を冷却する冷却部を有する場合、半田を溶融させた後、加熱体を加圧板から離間させた状態で、加圧板を素早く冷却することが可能となり、接続部の半田の凝固に要する時間を短縮し生産効率を上げることができる。【００１０】
また、上記第一態様において、前記第１駆動部が、前記加圧板を上下させる（上下に移動させる）第１エアシリンダであり、前記第２駆動部が、前記加熱体を上下させる（上下に移動させる）第２エアシリンダであってもよい。
第１駆動部及び第２駆動部としてエアシリンダを用いる事で、所定の圧力で線材を加圧することが可能となるため、線材の破損を抑制できる。【００１１】
本発明の第二態様に係る線材接続方法は、保持基台にテープ状の第１の線材の端部同士とテープ状の第２の線材の端部とを半田を介して互いに重ね合わせて配置し（線材配置工程）、前記第１の線材及び前記第２の線材に加圧板を介して加熱体を押し当て、前記第１の線材及び前記第２の線材を加圧及び加熱し前記半田を溶融させ（加圧加熱工程）、前記第１の線材及び前記第２の線材を前記加圧板により加圧した状態を保持し、前記加熱体を前記加圧板から離間させ、前記加圧板を冷却し前記半田を凝固させ前記第１の線材と前記第２の線材とを接続する（冷却工程）。
本発明の第三態様に係る線材接続方法は、保持基台にテープ状の第１の線材の端部とテープ状の第２の線材の端部とが互いに対向するように前記第１の線材と前記第２の線材とを配置し、前記第１の線材と前記第２の線材とを跨ぐように半田を配置し、前記半田の上に接続用線材を配置し（線材配置工程）、前記第１の線材、前記第２の線材、及び前記接続用線材に加圧板を介して加熱体を押し当て、前記第１の線材、前記第２の線材、及び前記接続用線材を加圧及び加熱し前記半田を溶融させ（加圧加熱工程）、前記第１の線材、前記第２の線材、及び前記接続用線材を前記加圧板により加圧した状態を保持し、前記加熱体を前記加圧板から離間させ、前記加圧板を冷却し前記半田を凝固させ前記第１の線材と前記第２の線材とを接続する（冷却工程）。
上記第二態様または第三態様に係る線材接続方法によれば、前記線材接続装置を用いる事によって、生産効率が高く、安定した性能を発揮する線材の接続が可能となる。【００１２】
また、上記第二態様又は第三態様において、前記第１の線材及び前記第２の線材が、超電導線材であってもよい。
また、上記第三態様において、前記第１の線材及び前記第２の線材、及び前記接続用線材が超電導線材であってもよい。
この場合、超電導線材に過剰な熱が加わることがない上に、短時間の加熱により前記第１の線材と前記第２の線材とを接続することが可能となる。したがって、接続時の超電導線材の特性劣化を抑制できる。
本発明の第四態様に係る接続構造体の製造方法は、保持基台にテープ状の第１の線材の端部とテープ状の第２の線材の端部とを半田を介して互いに重ね合わせて配置し、前記第１の線材及び前記第２の線材に加圧板を介して加熱体を押し当て、前記第１の線材及び前記第２の線材を加圧及び加熱し前記半田を溶融させ、前記第１の線材及び前記第２の線材を前記加圧板により加圧した状態を保持し、前記加熱体を前記加圧板から離間させ、前記加圧板を冷却し前記半田を凝固させ前記第１の線材と前記第２の線材とを接続する。
本発明の第五態様に係る接続構造体の製造方法は、保持基台にテープ状の第１の線材の端部とテープ状の第２の線材の端部とが互いに対向するように第１の線材と第２の線材とを配置し、前記第１の線材と前記第２の線材とを跨ぐように半田を配置し、前記半田の上に接続用線材を配置し、前記第１の線材、前記第２の線材、及び前記接続用線材に加圧板を介して加熱体を押し当て、前記第１の線材、前記第２の線材、及び前記接続用線材を加圧及び加熱し前記半田を溶融させ、前記第１の線材、前記第２の線材、及び前記接続用線材を前記加圧板により加圧した状態を保持し、前記加熱体を前記加圧板から離間させ、前記加圧板を冷却し前記半田を凝固させ前記第１の線材と前記第２の線材とを接続する。
また、上記第四態様又は第五態様において、前記第１の線材及び前記第２の線材が、超電導線材であってもよい。
また、上記第五態様において、前記第１の線材、前記第２の線材、及び前記接続用線材が超電導線材であってもよい。
この場合、超電導線材に過剰な熱が加わることがない上に、短時間の加熱により前記第１の線材と前記第２の線材とを接続することが可能となる。したがって、接続時の超電導線材の特性劣化を抑制できる。
【発明の効果】
【００１３】
上記態様に係る線材接続装置、線材接続方法及び接続構造体の製造方法によれば、線材の接続部を加圧する加圧板と、接続部を加熱する加熱体とが別々に設けられており、第１駆動部及び第２駆動部によって加圧板と加熱体とがそれぞれ別々に線材の接続部と近接及び離間させることが可能である。したがって、線材の接続部を加圧板を介して加熱体によって加熱し、半田を溶融した後、加圧板による加圧を保持した状態で、加熱体を加圧板から離間させ（即ち線材から離間させ）、線材に対する加熱を即座に休止することができる。これにより、加熱体が冷却するまで線材に熱をかけ続けることがなく、半田凝固までの時間が短くなり接続に要する時間が短縮される。加えて、板状の加圧板は、表面積が大きく放熱特性が高いため、接続部の温度を早く下げることができ、半田の凝固に要する時間を短縮できる。即ち生産効率を上げることができる。
また、上記態様に係る線材接続装置、線材接続方法、及び接続構造体の製造方法によれば、加熱体を加圧板に接触又は離間させることで線材の接続部への加熱開始及び停止を行うため、加熱体を常時半田が溶融する温度に保っておくことができる。したがって、次の接続作業を連続して行う場合において、加熱体を再度加熱する必要がなく、加熱体の温度が半田溶融の温度まで上昇するまでの待機時間を節約できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係る線材接続装置を示す側面図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態に係る線材接続装置を示す正面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に係る線材接続装置によって形成される線材の第１接続構造体を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に係る線材接続装置によって形成される線材の第２接続構造体を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る線材接続装置を用いて線材同士を接続する際の接続部の断面模式図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態に係る線材接続装置を用いて線材同士を接続する手順を示し、保持基台の線材収納溝に半田を挟んで接続しようとする線材を設置した状態を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態に係る線材接続装置を用いて線材同士を接続する手順を示し、加圧板により線材の接続部を加圧した状態を示す図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態に係る線材接続装置を用いて線材同士を接続する手順を示し、加圧板を介して加熱体により線材の接続部を加熱し半田を凝固させた状態を示す図である。
【図４Ｄ】本発明の一実施形態に係る線材接続装置を用いて線材同士を接続する手順を示し、加熱体を加圧板から離間させ空冷ファンにより冷却した状態でを示す図である。
【図４Ｅ】本発明の一実施形態に係る線材接続装置を用いて線材同士を接続する手順を示し、半田の凝固が完了し加圧板を接続部から離間させた状態を示す図である。
【図５】従来の線材接続装置の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る線材接続装置の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１６】
（線材接続装置）
図１Ａ、図１Ｂに本発明の一実施形態に係る線材接続装置１の側面図及び正面図を示す。
線材接続装置１は、接続しようとする線材を載置する保持基台７と、その上方に配置される加圧板５と、さらにこの上方に配置される加熱体４を備えている。
保持基台７は直方体の土台であり、その上面７ｂは、接続しようとする線材の長手方向と一致する方向を長辺とする略長方形に形成されている。当該上面７ｂには、保持基台７の長手方向全長に亘り線材を収納するための線材収納溝７ａが形成されている。線材収納溝７ａの深さは、接続しようとする一対の線材の重なり部と半田の厚みの総和と略同じかそれ以上であることが望ましい。
【００１７】
線材収納溝７ａの幅が線材の幅と略同じであることで、線材収納溝７ａに線材を、半田を挟んで重ねて配置し、半田を溶融、凝固させることで、線材同士がずれることのない接続構造体を形成することができる。加えて、溶融した半田が線材の側面にはみ出すことがない。したがって、接続部と非接続部の幅寸法が変わることがなく、接続部の取り回しに不便が生じることがない。
【００１８】
また、線材収納溝７ａの長手方向両端部近傍に線材を保持するクランプ機構（図示略）を設けても良い。クランプ機構を設ける場合は、線材収納溝７ａに線材を配置した状態で、クランプ機構により線材を保持させることができるため、線材同士が長手方向にずれることを確実に抑制でき、線材同士が重ね合わされ半田により接合される部分（接続部）を所定の長さに形成できる。
【００１９】
加圧板５は、保持基台７の上面７ｂの長辺と同方向を長辺とする長方形に成形された薄板材からなり、保持基台７の上面７ｂよりひと回り小さく形成されている。
加圧板５の上面５ｂは、平坦に形成されており、同じく平坦に形成された加熱体４の下面４ａとの接触面が確保されている。
また、前記加圧板５の下面中央部には、前記保持基台７の線材収納溝７ａの幅より若干小さい幅を有する直方体の突起部５ａが設けられている。この突起部５ａと線材収納溝７ａは、保持基台７と加圧板５を重ね合わせた際に、位置ずれを起こすことなく嵌合するように構成されている。
本実施形態において、突起部５ａの突起高さは、線材収納溝７ａの深さと略同じに形成されている。しかしながら、接続しようとする線材同士を半田を挟んで前記線材収納溝７ａに収納した状態で、接続部の線材上面を加圧することができる高さに形成されていれば特に限定されない。
また、本実施形態において、突起部５ａの長手方向長さは、前記線材収納溝７ａの全長に対して２／３程度の長さとされているが、接続しようとする線材同士が重なり合う部分の長さ以上であれば特に限定されない。
【００２０】
加圧板５の上方に配置される加熱体４は、加圧板５の長手方向と一致する方向を長手方向とするブロック形状を有している。加熱体４は、加熱部を備えており、加圧板５を介して接続部の半田を融点以上に加熱することができる。加熱部としては、加熱体４の下面４ａを半田の融点以上に加熱できる装置であればその構成は問わないが、通電式の電熱ヒーター等を用いることができる。加熱体４の下面４ａは平坦に形成されており、加圧板５の上面５ｂと面接触させることで、加熱体４の熱を伝える構成となっている。加熱体４の下面４ａは、加圧板５の突起部５ａの投影面積を覆うように構成され、これにより、突起部５ａを介して線材の接続部を即座に加熱することができる。
【００２１】
加圧板５の上面５ｂであり、当該上面５ｂの４隅のうち一方の長辺側の２隅には、それぞれ鉛直方向に延びる第１ロッド２Ａが取り付けられている。加圧板５は、これら一対の第１ロッド２Ａ、２Ａにより保持されている。一対の第１ロッド２Ａ、２Ａは、第１エアシリンダ（第１駆動部）２を貫通して接続されており、当該第１エアシリンダ２によって、加圧板５は、鉛直方向に昇降可能である。なお、一対の第１ロッド２Ａ、２Ａの駆動は、同期して行われるため、加圧板５は、鉛直方向に平行移動する。
同様に、加熱体４の上面であり当該加熱体４の長手方向両端部近傍には、それぞれ鉛直方向に延びる第２ロッド３Ａが取り付けられている。加熱体４は、これら一対の第２ロッド３Ａ、３Ａによって保持されている。一対の第２ロッド３Ａ、３Ａは第２エアシリンダ（第２駆動部）３を貫通して接続されており、当該第２エアシリンダ３によって、加熱体４は、鉛直方向に昇降可能である。また、第２ロッド３Ａ、３Ａの駆動は同期して行われ、加熱体４は鉛直方向に平行移動する。
【００２２】
第１エアシリンダ２及び第２エアシリンダ３には、圧縮空気が供給される配管（図示略）が接続されており、空気圧により第１ロッド２Ａ、２Ａ、又は第２ロッド３Ａ、３Ａを鉛直方向に駆動する。
なお、第１エアシリンダ２及び第２エアシリンダ３は、保持基台７に対して相対的な距離が変わらないように固定されているが、図１Ａ，及び図１Ｂにおいてはこの固定部を省略した。
【００２３】
保持基台７の上面７ｂの長辺側縁部には、加圧板５及び加熱体４の可動範囲を避けるように空冷ファン（冷却部）６が設置されている。この空冷ファン６は、保持基台７に加圧板５が重なるように下降した状態で、加圧板５を空冷する目的で設置されており、降下した状態の加圧板５の上面５ｂに向かって風を送ることができるように構成されている。
空冷ファン６の風向口は、加圧板５の上面５ｂ全体を空冷することができるように、加圧板５の上面５ｂの長辺長さと略同じ長さに構成されていることが好ましい。
【００２４】
本実施形態の線材接続装置１は、上述したように概略構成されている。以下に、線材接続装置１の各構成部分について、より詳しく説明する。
線材を配置する土台となる保持基台７の材料としてセラミックスなどからなる熱伝導率が低く、断熱特性の高い断熱材料を用いる事が望ましい。これによって、保持基台７は、温度上昇が抑制され、半田の凝固を妨げることがなく、生産効率を上昇させることができる。
保持基台７の材料として用いる事ができるセラミックスとしては、例えば、断熱特性が高くかつ機械加工性が高いマコール、ホトベール等（いずれも登録商標）のマシナブルセラミックスを好適に使用することができる。
【００２５】
加圧板５は、接続しようとする線材同士が線材の長手方向にずれることを抑制する機能（クランプ機能）と加熱体４の熱を線材の接合部に伝える機能を果たす。したがって、加圧板５は、線材の接続部を十分に加圧することができる強度を備え、しかも加熱体４からの熱を線材の接続部に十分に伝えることができる材料及び形状からなる事が望ましい。
また、加圧板５は、放熱面積を確保し線材接合部の半田の冷却を促進する機能を有する。したがって、放熱特性が高い材質からなることが好ましい。具体的には、厚さ１〜１０ｍｍ程度の金属材料を用いる事が好ましい。金属材料としては、ステンレス等が用いられるほか、アルミニウム、銅、及びそれらの合金等の熱伝導率及び熱伝達率の高い材料が好適に用いられる。
【００２６】
加圧板５は、薄板状に形成されていることにより、表面積を大きくすることができ、放熱特性を高めることができる。また、加圧板５はできるだけ薄く形成されることが望ましい。これによって、加熱体４からの熱を線材の接続部に効率よく伝えることができるのみならず、冷却に要する時間を短縮でき、半田の凝固を早めることができる。即ち生産効率を上げることができる。
熱伝達特性を上昇させる目的で、加圧板５の表面にフィンを設けても良い。表面にフィンを設けることで、空冷ファン６による冷却時により効果的に加圧板５が冷却され、半田の凝固を早めることができる。なお、フィンを設ける場合においては、加熱体４との接触部にはフィンを形成しない。
【００２７】
加圧板５は、温度計測部を備えていることが好ましい。温度計測部としては、半田の融点付近の温度を測定することができるものであれば特に限定されない。一例として熱電対等を採用することができる。
加圧板５が温度計測部を備えていることによって、線材の接続部の温度、即ち、半田の溶融状態を判断することができる。したがって、線材に加圧板５を介して加熱体４を押し当てた状態においては、半田が十分に溶融していると判断された時点で、加熱体４を加圧板５から離間させ、接続部の冷却を開始することができる。さらに、半田が十分に凝固していると判断された時点で、加圧板５を線材から離間させ接続工程を完了させることができる。
【００２８】
同様に、加熱体４は、温度計測部を備えていることが好ましい。また、当該温度計測部により計測した温度を基に加熱部を制御する制御部を備えることが好ましい。
特に、超電導線材を接続する場合においては、線材を過剰に加熱して超電導特性が劣化する温度（例えば３００℃以上）となることを防ぐために、温度計測部及び制御部が必要となる。温度計測部としては、加圧板５に備えられる温度計測部と同様に熱電対を採用することができる。
【００２９】
接続工程においては、加圧板５単体、又は加圧板５と加熱体４とで、線材の接続部を加圧する。接続部の加圧力は、線材の破損が無いように制御される必要がある。特に超電導線材を接続する場合においては、超電導導体の結晶構造に破損が無いような加圧力（例えば２０ＭＰａ以下）に制御される。駆動部としてエアシリンダを用いる事で、所定の圧力で線材を加圧することが可能となるため、線材の破損を抑制できる。しかしながら、駆動部は、エアシリンダに限定されず、モーター駆動などのその他の駆動部を採用することもできる。その場合は、加圧力の制御部を備えることが望ましい。
【００３０】
なお、本実施形態においては、加圧板５及び加熱体４が第１エアシリンダ２又は第２エアシリンダ３によって上下に昇降し、保持基台７と近接及び離間するように構成されている。保持基台７が何らかの駆動部を備え、当該駆動部により保持基台７を昇降させ、保持基台７が加圧板５及び加熱体４と近接及び離間するように構成されても良い。
【００３１】
空冷ファン（冷却部）６は、加圧板５が保持基台７の上面７ｂに重なった状態において、加圧板５を冷却する冷却部としての役割を果たす。加圧板５を冷却する冷却部を有することで、加圧板５を素早く冷却することが可能となり、接続部の半田の凝固に要する時間を短縮し、生産効率を上げることができる。
冷却部としては、本実施形態における空冷ファン６を用いるほかに、水冷式の冷却部を用いても良い。
【００３２】
本実施形態の線材接続装置１は、最適な接続条件を記憶する記憶部（図示略）と、当該記憶部に記憶された接続条件に従い、一連の工程を制御する制御装置（図示略）を内蔵していることが望ましい。これにより、接続しようとする線材を当該線材接続装置１にセットし、各種条件を入力することで、自動的に接続工程を完了させることができ、安定した線材の接続を容易にかつ確実に行わせることができる。
【００３３】
（接続構造体）
次に、本実施形態の線材接続装置１により接続される線材及び、接続後の接続構造体について説明する。
線材接続装置１は、半田により接続される線材であれば、様々な線材の接続に用いる事ができるが、特に超電導線材の接続に好適に用いられる。
【００３４】
超電導線材に用いられる超電導導体としては、Ｂｉ系超電導線材Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋δ（Ｂｉ２２２３）やＲＥ−１２３系超電導線材ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ（ＲＥは希土類元素）等が知られている。
【００３５】
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、テープ状の構造となっている。
一方、ＲＥ−１２３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、さらに前記酸化物超電導層上に薄い銀の保護層を形成する構造が公知である。さらに、この保護層の上にさらに上に銅などの良導電性金属材料からなる金属テープを、半田層を介して積層し、安定化層とした構造等が知られている。
線材接続装置１は、テープ状の線材の接続に適用されるため、上述したＢｉ系超電導線材や、ＲＥ−１２３系超電導線材に好適に用いる事ができる。
ＲＥ−１２３系の超電導線材としては、例えば幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ程度のものが例示される。
【００３６】
図２Ａに、一対のテープ状の線材である第１の線材８と第２の線材９を半田１０により接続した第１接続構造体２０を示す。第１接続構造体２０には、第１の線材８の端部８ａと第２の線材９の端部９ａとが重なり合った部分を半田１０により接合することによって接続部２０ａが形成されている。
この第１接続構造体２０の第１の線材８及び第２の線材９として、積層構造を有するＲＥ−１２３系超電導線材を用いる場合においては、積層構造の最上層である保護層または安定化層同士を、対向させて超電導線材を接続することで、電気抵抗が低い接続部２０ａを構成することができる。
なお、幅１０ｍｍの超電導線材同士の接続においては、半田で接合される部分の長手方向の長さは、１０ｍｍ以上であることが望ましい。
【００３７】
図２Ｂに、一対のテープ状の線材である第１の線材１１と第２の線材１２を、テープ状の接続用線材１３を介して接続した第２接続構造体２１を示す。
この第２接続構造体２１では、第１の線材１１の端部１１ａと、第２の線材１２の端部１２ａとが互いに対向して配置され、これらの端部間に跨るように接続用線材１３が橋渡ししている。第１の線材１１と接続用線材１３の間、並びに第２の線材１２と接続用線材１３との間には、半田１４が介在し、当該半田１４により接合され、接続部２１ａを形成している。
【００３８】
第２接続構造体２１の第１の線材１１、第２の線材１２並びに接続用線材１３として、積層構造を有するＲＥ−１２３系超電導線材を用いる場合においては、第１の線材１１と第２の線材１２の積層方向を一致させて配置し、さらに接続用線材１３の保護層、又は安定化層を、第１の線材１１、第２の線材１２の保護層、又は安定化層と対向させて配置し半田により接続することで、電気抵抗が低い接続部２１ａを構成することができる。
また、第１の線材１１、第２の線材１２として超電導線材を用い、接続用線材１３を金属線材で構成しても良い。
【００３９】
第１接続構造体２０及び第２接続構造体２１において用いられる半田１０、１４の溶融前の形態は、線状、テープ状、ペースト状の何れであっても良い。また、半田１０、１４は、従来公知の半田を使用可能である。例えば、Ｉｎを主成分とするＩｎ半田、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Ｓｎ半田、Ｐｂ−Ｓｎ系合金半田、共晶半田、低温半田などが挙げられる。これらの半田を一種又は二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。
超電導線材は、熱による影響を受け超電導特性が劣化することがある。特に、半田の融点が３００℃以上の場合は、線材が３００℃以上に加熱されることとなり、超電導線材を接続する場合においては、超電導特性が劣化する虞がある。
【００４０】
図３は、上述の第１接続構造体２０を本実施形態の線材接続装置１により接続した場合の、接続部の断面模式図である。
保持基台７の線材収納溝７ａに第２の線材９、半田１０、第１の線材８を順に収納し、上部から加圧板５の突起部５ａにより接続部２０ａを加圧し、加熱体４（図１Ａ、及び図１Ｂ参照）により、加熱することで半田１０を溶融する。さらに、加熱体４を加圧板５から離間させ、半田１０を凝固させることで、第１接続構造体２０を形成することができる。
また、第２接続構造体２１の形成方法においては、線材収納溝７ａに、第１の線材１１の端部１１ａと第２の線材１２の端部１２ａとが対向するように第１の線材１１と第２の線材１２とを配置し、第１の線材１１と第２の線材１２とをまたぐように半田１４を配置する。半田１４の上に接続用線材１３を配置して収納し、上部から加圧板５、加熱体４により、加圧及び加熱を行い、半田を溶融させ、さらに凝固させることで、上述の第２接続構造体２１を形成することができる。
【００４１】
（接続手順）
次に、図４Ａ〜図４Ｅを基に、線材接続装置１を用いた線材の接続における、線材接続装置１の動作手順について詳しく説明する。
初めに線材接続装置１の電源をいれて、加熱体４を加熱し、所定の温度（半田の融点以上の温度）まで加熱体４の下面４ａを昇温させる。この初期状態において、加熱体４と加圧板５は離間して配置されていても、接触して配置されていても良い。加熱体４と加圧板５とを接触して配置する場合においては、予め加圧板５に予熱を与えることができ、半田の溶融がより素早くでき、望ましい。
【００４２】
次に、図４Ａに示すように、保持基台７の線材収納溝７ａに接続しようとする一対の線材を重ねて収納する（線材配置工程）。このとき重なり部分に半田を挟み込む。この重ね合わされた一対の線材と溶融前の半田を接続前線材２０Ａと呼ぶ。
なお、図４Ａにおいて、分かり易さのため線材収納溝７ａの縦壁と線材の側面との間に隙間が形成されているが、溝の幅と線材の幅は略等しいため、隙間は形成されない。
【００４３】
次に、図４Ｂに示すように、第１エアシリンダ２によって第１ロッド２Ａと加圧板５が下降し、加圧板５が保持基台７に重なる。この状態において、接続前線材２０Ａの上面を加圧板５の突起部５ａが加圧し、接続前線材２０Ａの線材同士がずれることを防ぐことができる（図３参照）。
【００４４】
次に、図４Ｃに示すように、第２エアシリンダ３によって第２ロッド３Ａと加熱体４を下降させ、加熱体４の下面４ａを加圧板５の上面５ｂと接触させる。これにより、加熱体４の熱は加圧板５に伝わり、さらに加圧板５の突起部５ａから接続前線材２０Ａに伝わり、半田を溶融させる。
半田が溶融する際に、第２エアシリンダ３によって加熱体４は、加圧板５の上面５ｂを加圧する。したがって、接続前線材２０Ａは、加圧板５のみならず加熱体４によって加圧された状態で、半田を溶融させる（加圧加熱工程）。
この重ね合わされた一対の線材と溶融した半田を溶融半田線材２０Ｂと呼ぶ。
なお、本実施形態においては、加圧板５と加熱体４は、図４Ｂ、４Ｃに示すように、別々に下降したが、これらは同時に下降しても良い。
【００４５】
次に、図４Ｄに示すように、第２エアシリンダ３によって第２ロッド３Ａと加熱体４を上昇させる。このとき、加圧板５は、保持基台７上に留まり、半田が凝固するまで溶融半田線材２０Ｂの上面を加圧し続ける。また、空冷ファン６によって、加圧板５の上面５ｂを冷却し、加圧板５の温度を下げ、半田の凝固を促進する。半田が凝固するまで線材の接続部を加圧し続けることにより、接続部において、部分的に過剰な半田が滞留することのない仕上がりのきれいな接続が可能となる。
上昇された加熱体４と保持基台７上に留まる加圧板５との距離は、加熱体４からの放射熱が加圧板５に伝わらない十分な距離に離間されている。
加圧板５の冷却が十分に行われ、所定の温度が下がると、溶融半田線材２０Ｂの溶融した半田が凝固する（冷却工程）。
【００４６】
冷却を開始してから加圧板５が所定温度に到達するか、あるいは所定時間経過した時点でファンが停止し、さらに、図４Ｅに示すように、第１エアシリンダ２によって第１ロッド２Ａと加圧板５が上昇する。これによって、接続構造体を形成することができ、接続構造体を取り出して（取り出し工程）、様々な製品に適用することができる。
また、線材接続装置１の加熱体４は、半田を溶融できる温度に保持されているため、すぐに次の線材の接続を行うことができる。
また、第２接続構造体２１の形成方法においては、線材収納溝７ａに、第１の線材１１の端部１１ａと第２の線材１２の端部１２ａとが対向するように第１の線材１１と第２の線材１２とを配置し、第１の線材１１と第２の線材１２とをまたぐように半田１４を配置する。半田１４の上に接続用線材１３を配置した後は、上記接続手順と同様の手順によって第２接続構造体２１を形成することができる。
【００４７】
本実施形態の線材接続装置１は、線材の接続部を加圧板５を介して加熱体４によって加熱し、半田を溶融した後、加圧板５による加圧を保持した状態で、加熱体４を加圧板５から離間させ（即ち線材から離間させ）、線材に対する加熱を即座に休止することができる。これにより、加熱体４が冷却するまで線材に熱をかけ続けることがなく、半田凝固までの時間が短くなり接続に要する時間が短縮される。
また、本実施形態の線材接続装置１を超電導線材の接続に用いる場合においては、加熱時間を短くすることで超電導線材の劣化を抑制できる。加えて、加熱時間を短くすることで、超電導線材の外周に銀又は銀合金の保護層を備えている場合や、その内部に銀層と半田層の境界部を有する場合において、銀層に半田が拡散することを抑制することができる。したがって、銀層の電気抵抗が上昇することを抑制できる。
【００４８】
また、本実施形態の線材接続装置１は、加熱体４を加圧板５に接触又は離間させることによって、線材の接続部への加熱開始及び停止するため、加熱体４を常時半田が溶融する温度に保っておくことができる。したがって、次の接続作業を連続して行う場合において、加熱体を再度加熱する必要がなく、加熱体の温度が半田溶融の温度まで上昇するまでの待機時間を節約できる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
上記実施形態によれば、生産効率が高く、安定した性能を発揮する線材の接続が可能となる線材接続装置、線材接続方法、及び接続構造体の製造方法を提供できる。
【符号の説明】
【００５０】
１…線材接続装置、２…第１エアシリンダ（第１駆動部）、２Ａ…第１ロッド、３…第２エアシリンダ（第２駆動部）、３Ａ…第２ロッド、４…加熱体、４ａ…下面、５…加圧板、５ａ…突起部、５ｂ、７ｂ…上面、６…空冷ファン、７…保持基台、７ａ…線材収納溝、８、１１…第１の線材、８ａ、９ａ、１１ａ、１２ａ…端部、９、１２…第２の線材、１０、１４…半田、１３…接続用線材、２０…第１接続構造体、２０Ａ…接続前線材、２０Ｂ…溶融半田線材、２０ａ、２１ａ…接続部、２１…第２接続構造体
【要約】
複数の線材を収納可能な幅を有する線材収納溝が設けられた保持基台と、前記保持基台の上方に位置する加圧板と、前記加圧板の上方に位置し、加熱部を備えた加熱体と、前記保持基台と前記加圧板とを近接及び離間させることが可能な第１駆動部と、前記保持基台と前記加熱体とを近接及び離間させることが可能な第２駆動部と、を有する線材接続装置であって、前記第１駆動部によって前記保持基台に近接された前記加圧板は、前記線材収納溝に半田を介し重ねて収納された前記複数の線材を、加圧可能であり、前記第２駆動部によって前記保持基台に近接された前記加熱体は、前記線材収納溝に半田を介し重ねて収納された前記複数の線材を前記加圧板を介し加圧加熱可能である。【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
0005608842.tif 000008
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
0005608842.tif 000010
【図４Ｅ】
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【図５】
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