(57)【要約】【課題】酸化物超電導線材の接続構造体及び接続方法の提供を目的とする。【解決手段】テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層とＡｇ又はＡｇ合金からなる保護層が積層されてなる第１及び第２の酸化物超電導線材の接続構造体であって、前記第１及び第２の酸化物超電導線材の互いの端部近傍の前記保護層同士が対向して配置され、前記対向して配置された保護層の一部が銀接合層によって接合され、前記対向して配置された保護層の一部が半田接合層によって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。【選択図】図２
2014130730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層とＡｇ又はＡｇ合金からなる保護層とが積層されてなる一対の酸化物超電導線材の接続構造体であって、
前記一対の酸化物超電導線材の互いの端部近傍の前記保護層同士が対向して配置され、
前記対向して配置された保護層同士の少なくとも一部が銀接合層によって接合され、
前記対向して配置された保護層同士の少なくとも一部が半田接合層によって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。
【請求項２】
前記銀接合層が、前記一対の酸化物超電導線材の長手方向において、半田接合層によって挟まれていることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導線材の接続構造体。
【請求項３】
第１、第２、第３の酸化物超電導線材を備え、
前記第１の酸化物超電導線材及び第２の酸化物超電導線材が、前記接続しようとする端部同士を隣接させ、基材に対して酸化物超電導層を形成した側を揃えて配置され、
前記隣接された端部を跨るように、前記第１の酸化物超電導線材及び第２の酸化物超電導線材の保護層に前記第３の酸化物超電導線材の保護層が橋渡しされ、
前記第１及び第３の酸化物超電導線材の保護層同士、並びに前記第２及び第３の酸化物超電導線材の保護層同士の少なくとも一部が銀接合層によって接合され、
前記第１及び第３の酸化物超電導線材の保護層同士、並びに前記第２及び第３の酸化物超電導線材の保護層同士の少なくとも一部が半田接合層によって接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の酸化物超電導線材の接続構造体。
【請求項４】
請求項１から３の何れか一項に記載の接続構造体によって接続された酸化物超電導線材であって、
前記接続構造体を含む酸化物超電導線材の外周がめっき被覆層又は金属テープにより外部と気密に覆われていることを特徴とする酸化物超電導線材。
【請求項５】
テープ状の基材上に中間層と酸化物超電導層とＡｇ又はＡｇ合金からなる保護層を有する一対の酸化物超電導線材を用い、
前記一対の酸化物超電導線材の互いの端部近傍の前記保護層同士を対向させ、間にＡｇ又はＡｇ合金からなる箔を挟んで重ね合わせる工程と、
前記一対の酸化物超電導線材を介して前記箔を厚み方向から加圧しながら加熱し、前記保護層と前記箔とを拡散接合により接合し銀接合層を形成する工程と、
前記保護層同士が重ね合わされた部分であって、前記銀接合層が形成されていない領域の保護層同士を半田より接合する工程とを有していることを特徴とする酸化物超電導線材の接続方法。
【請求項６】
前記拡散接合により接合し銀接合層を形成する工程を酸素雰囲気下で行うことによって、同時に前記酸化物超電導層に酸素を供給してその結晶構造を整える酸素アニール処理を行うことを特徴とする請求項５に記載の酸化物超電導線材の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物超電導線材の接続構造体及び接続方法並びに接続構造体を用いた酸化物超電導線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のエネルギー問題を解決できる電気機器の一つに低損失の導電材料として酸化物超電導体を用いたケーブル、コイル、モーター、マグネットなどの超電導機器が挙げられる。これらの超電導機器に用いられる超電導体として、例えば、ＲＥ−１２３系（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ：ＲＥはＹやＧｄなどを含む希土類元素）等の酸化物超電導体が知られている。この酸化物超電導体は、液体窒素温度付近で超電導特性を示し、強磁界内でも比較的高い臨界電流密度を維持できるため、実用上有望な導電材料として期待されている。
【０００３】
上述の酸化物超電導体を電気機器に使用するためには、酸化物超電導体を線材に加工して、電力供給用の導体あるいはコイルとして用いるのが一般的である。具体的には、テープ状の金属製基材上に結晶配向性の良好な中間層を介し酸化物超電導層を形成し、この酸化物超電導層を覆うようにＡｇ又はＡｇ合金からなる保護層や安定化層を形成することで酸化物超電導線材を得ることができる。
【０００４】
ＲＥ−１２３系の酸化物超電導線材を実用機器に応用するために、酸化物超電導線材を接続する技術が要望されている。例えば、一対の酸化物超電導線材の保護層や安定化層同士を半田により接続する技術が知られている。しかしながら、この接続方法は、接続抵抗が半田固有の電気抵抗率に依存するため高くなってしまうという問題があった。そこで、特許文献１には、接続したい酸化物超電導線材の端部近傍の保護層表面に銀ペーストを塗布し、流動性を呈する段階で導電性金属層同士を圧着して、そのまま乾燥させた後、対接面間に銀ペースト層を介在した形での固相反応によって一体化する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１９２８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術において、酸化物超電導線材同士の接続は、Ａｇの固相反応によってなされているため機械的強度が弱く、接続部分に曲げを印加すると接合部分が剥離し、電気的接続が絶たれる虞があった。加えて、接合に用いる銀ペーストに含まれる成分によって、接続部の抵抗値が高くなる場合があった。
【０００７】
本発明は、以上のような実情に鑑みなされたものであり、機械的強度が高く、接続抵抗が低い酸化物超電導線材の接続構造体並びに接続方法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】
【０００８】
前記課題を解決するため本発明の酸化物超電導線材の接続構造体は、テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層とＡｇ又はＡｇ合金からなる保護層とが積層されてなる一対の酸化物超電導線材の接続構造体であって、前記一対の酸化物超電導線材の互いの端部近傍の前記保護層同士が対向して配置され、前記対向して配置された保護層同士の少なくとも一部が銀接合層によって接合され、前記対向して配置された保護層同士の少なくとも一部が半田接合層によって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保護層同士の接続部分に銀接合層を有することによって接続構造体の接続抵抗を小さくできる。また、接続部分に半田接合層を有することによって、機械的強度が低い銀接合層を補強し接続構造体の機械的強度を高めることができる。加えて、半田接合層も導電性を有するため、接続構造体に不慮の過大な負荷が加わり、銀接合層が損傷を受けて、銀接合層を介する電気的な接続が絶たれた場合であっても、半田接合層がバイパスとしての役割を果たし、接続構造体の電気的接続が絶たれることを防ぐことができる。
【０００９】
また、本発明の酸化物超電導線材の接続構造体は、前記銀接合層が、前記一対の酸化物超電導線材の長手方向において、半田接合層によって挟まれていることを特徴とする。
本発明によれば、一対の酸化物超電導線材の長手方向において、前記銀接合層の両側の保護層同士が半田接合層によって接合されていることで、より効果的に機械的強度を高めることができる。
【００１０】
また、本発明の酸化物超電導線材の接続構造体は、第１、第２、第３の酸化物超電導線材を備え、前記第１の酸化物超電導線材及び第２の酸化物超電導線材が、前記接続しようとする端部同士を隣接させ、基材に対して酸化物超電導層を形成した側を揃えて配置され、前記隣接された端部を跨るように、前記第１の酸化物超電導線材及び第２の酸化物超電導線材の保護層に前記第３の酸化物超電導線材の保護層が橋渡しされ、前記第１及び第３の酸化物超電導線材の保護層同士、並びに前記第２及び第３の酸化物超電導線材の保護層同士の少なくとも一部が銀接合層によって接合され、前記第１及び第３の酸化物超電導線材の保護層同士、並びに前記第２及び第３の酸化物超電導線材の保護層同士の少なくとも一部が半田接合層によって接合されていることを特徴とする。
本発明によれば、接続抵抗が小さく、機械的強度が高い上に、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、接続部分で酸化物超電導線材の表裏の逆転がない接続構造体を提供することができる。
【００１１】
また、本発明の酸化物超電導線材は、前記接続構造体によって接続された酸化物超電導線材であって、前記接続構造体を含む酸化物超電導線材の外周がめっき被覆層又は金属テープにより外部と気密に覆われていることを特徴とする。
本発明によれば、接続構造体を含む酸化物超電導線材が外部から完全に封止され、酸化物超電導層の水分による劣化を防ぐことができる。
【００１２】
また、本発明の酸化物超電導線材の接続方法は、テープ状の基材上に中間層と酸化物超電導層とＡｇ又はＡｇ合金からなる保護層を有する一対の酸化物超電導線材を用い、前記一対の酸化物超電導線材の互いの端部近傍の前記保護層同士を対向させ、間にＡｇ又はＡｇ合金からなる箔を挟んで重ね合わせる工程と、前記一対の酸化物超電導線材を介して前記箔を厚み方向から加圧しながら加熱し、前記保護層と前記箔とを拡散接合により接合し銀接合層を形成する工程と、前記保護層同士が重ね合わされた部分であって、前記銀接合層が形成されていない領域の保護層同士を半田より接合する工程とを有し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保護層同士の接続部分に銀接合層を形成することによって接続抵抗が小さい接続構造体を供給できる。また、接続部分に半田接合層を形成することによって、機械的強度が低い銀接合層を補強し機械的強度を高めることができる。加えて、半田接合層も導電性を有するため、接続構造体に不慮の過大な負荷が加わり、銀接合層が損傷を受けて、銀接合層を介する電気的な接続が絶たれた場合であっても、半田接合層がバイパスとしての役割を果たし、接続構造体の電気的接続が絶たれることを防ぐことができる。
【００１３】
また、本発明の酸化物超電導線材の接続方法は、前記拡散接合により接合し銀接合層を形成する工程を酸素雰囲気下で行うことによって、同時に前記酸化物超電導層に酸素を供給してその結晶構造を整える酸素アニール処理を行うことを特徴とする。
本発明によれば、拡散接合させる熱処理工程は、酸化物超電導層に酸素を供給して、その結晶構造を整える酸素アニール処理と同時に行うことができるため、新たな生産設備や製造工程を付加する必要がなく、安価に行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、酸化物超電導線材の保護層同士の接続部分に銀接合層を有することによって接続構造体の接続抵抗を小さくできる。また、接続部分に半田接合層を有することによって、機械的強度が低い銀接合層を補強し接続構造体の機械的強度を高めることができる。加えて、半田接合層も導電性を有するため、接続構造体に不慮の過大な負荷が加わり、銀接合層が損傷を受けて、銀接合層を介する電気的な接続が絶たれた場合であっても、半田接合層がバイパスとしての役割を果たし、接続構造体の電気的接続が絶たれることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明に係る酸化物超電導線材及びその端部を示す模式図である。
【図２】本発明に係る接続構造体の第１実施形態を示す断面模式図である。
【図３】本発明に係る接続方法を示す模式図であり、図３（ａ）は、一対の酸化物超電導線材の間に箔を挟んだ状態を示し、図３（ｂ）は、拡散接合を行い、拡散接合体を形成した状態を示し、図３（ｃ）は、半田接合を行い、接続構造体を形成した状態を示す。
【図４】本発明に係る接続構造体の第２実施形態を示す断面模式図である。
【図５】図４に示す接続構造体を外部と気密構造とした例を示す断面模式図であり、図５（ａ）は、めっき被覆層によって覆った例を示し、図５（ｂ）は、金属テープによって覆った例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る酸化物超電導線材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。
【００１７】
（酸化物超電導線材）
図１は、本発明に係る酸化物超電導線材１の断面図である。酸化物超電導線材１は、テープ状の基材１０に中間層１１、酸化物超電導層１２、保護層１３が順に積層された構造を有する。図１を基に、酸化物超電導線材１の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。
【００１８】
基材１０は、通常の酸化物超電導線材の基材として使用し得るものであれば良く、可撓性を有する長尺のテープ状であることが好ましい。また、基材１０に用いられる材料は、機械的強度が高く、耐熱性があり、線材に加工することが容易な金属を有しているものが好ましく、例えば、ステンレス鋼、ハステロイ等のニッケル合金等の各種耐熱性金属材料、もしくはこれら各種金属材料上にセラミックスを配した材料などが挙げられる。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）が好適である。このハステロイの種類には、モリブデン、クロム、鉄、コバルト等の成分量が異なる、ハステロイＢ、Ｃ、Ｇ、Ｎ、Ｗ等が挙げられ、ここではいずれの種類も使用できる。また、基材１０として、ニッケル合金に集合組織を導入した配向Ｎｉ−Ｗ合金テープ基材等を適用することもできる。基材１０の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は１０〜５００μｍ、好ましくは２０〜２００μｍである。
【００１９】
中間層１１は、一例として拡散防止層、ベッド層、配向層、及びキャップ層がこの順に積層された構造を適用することができる。
拡散防止層は、この層よりも上面に他の層を形成する際に加熱処理した結果、基材１０や他の層が熱履歴を受ける場合に、基材１０の構成元素の一部が拡散し、不純物として酸化物超電導層１２側に混入することを抑制する機能を有する。拡散防止層の具体的な構造としては、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、不純物の混入を防止する効果が比較的高いＡｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、又はＧＺＯ（Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７）等から構成される単層構造あるいは複層構造が望ましい。
【００２０】
ベッド層は、基材１０と酸化物超電導層１２との界面における構成元素の反応を抑え、この層よりも上面に設ける層の配向性を向上させるために用いられる。ベッド層の具体的な構造としては、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、耐熱性が高いＹ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、などの希土類酸化物から構成される単層構造あるいは複層構造が望ましい。
【００２１】
配向層は、その上に形成されるキャップ層や酸化物超電導層１２の結晶配向性を制御したり、基材１０の構成元素が酸化物超電導層１２へ拡散することを抑制したり、基材１０と酸化物超電導層１２との熱膨張率や格子定数といった物理的特性の差を緩和したりする機能等を有するものである。配向層の材料には、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）等の金属酸化物を用いると、後述するイオンビームアシスト蒸着法（以下、ＩＢＡＤ法と呼ぶことがある。）において、結晶配向性の高い層が得られ、キャップ層や酸化物超電導層１２の結晶配向性をより良好にできるため、特に好適である。
【００２２】
キャップ層は、酸化物超電導層１２の結晶配向性を配向層と同等ないしそれ以上に強く制御したり、酸化物超電導層１２を構成する元素の中間層１１への拡散や、酸化物超電導層１２の積層時に使用するガスと中間層１１との反応を抑制したりする機能等を有するものである。キャップ層の材料には、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、ＣｅＯ２、ＬａＭｎＯ３、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３等の金属酸化物が酸化物超電導層１２との格子整合性の観点から好適である。そのなかでも、酸化物超電導層１２とのマッチング性から、ＣｅＯ２、ＬａＭｎＯ３が特に好適である。
ここで、キャップ層にＣｅＯ２を用いる場合、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。
【００２３】
酸化物超電導層１２は、超電導状態の時に電流を流す機能を有するものである。酸化物超電導層１２に用いられる材料には、通常知られている組成の酸化物超電導体からなるものを広く適用することができ、例えば、ＲＥ−１２３系超電導体、Ｂｉ系超電導体などの銅酸化物超電導体などが挙げられる。ＲＥ−１２３系超電導体の組成は、例えば、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ（７−ｘ）（ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ等の希土類元素、ｘは酸素欠損を表す。）が挙げられ、具体的には、Ｙ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ（７−ｘ））、Ｇｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ（７−ｘ））が挙げられる。Ｂｉ系超電導体の組成は、例えば、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ４＋２ｎ＋δ（ｎはＣｕＯ２の層数、δは過剰酸素を表す。）が挙げられる。この銅酸化物超電導体は、母物質が絶縁体であるが、後述する接続方法において説明する酸素アニール処理により酸素を取り込むことで結晶構造の整った酸化物超電導体となり、超電導特性を示す性質を持っている。
また、本実施形態おいて用いられる酸化物超電導層１２の材料は、銅酸化物超電導体であり、以下、特に指定がなければ、酸化物超電導層１２に用いる材料を銅酸化物超電導体とする。
【００２４】
保護層１３は、事故時に発生する過電流をバイパスしたり、酸化物超電導層１２とこの層よりも上面に設ける層との間で起こる化学反応を抑制し、一方の層の元素の一部が他方の層側に侵入して組成がくずれることにより起こる超電導特性が低下するのを防いだりするなどの機能を有するものである。また、酸化物超電導層１２に酸素を取り込ませやすくするために、加熱時には酸素を透過しやすくさせる機能も有する。このため、保護層１３は、Ａｇあるいは少なくともＡｇを含む材料から形成されることが好ましい。また、保護層１３を形成する材料は、Ａｕ、Ｐｔなどの貴金属を含む混合物もしくは合金であってもよく、Ｉｎ、Ｐｄを含む合金であっても良い。また、これらを複数用いてもよい。
【００２５】
なお、図１の保護層１３は、酸化物超電導層１２の上面のみに設けられているが、スパッタ法などの成膜法により保護層１３を形成した場合、基材１０、中間層１１、酸化物超電導層１２の側面側にもＡｇ粒子が回り込んでＡｇの薄い層が形成され、基材１０の裏面側にもＡｇの薄い層が形成される。しかしながら、本発明で重要とするのは、酸化物超電導層１２の上面を覆う保護層１３の部分であるので、酸化物超電導線材１の側面及び裏面側に形成されるＡｇの層は、特に問題とはせず図示を略す。
【００２６】
（第１実施形態）
次に上述した酸化物超電導線材１と同等の構造を有しているが、酸素アニール処理前の酸化物超電導線材を２本用意し、このうち一方を第１の酸化物超電導線材２とし、他方を第２の酸化物超電導線材３として、これらを接続した第１実施形態の接続構造体３０について、図２を基に説明する。
【００２７】
図２に示すように、第１実施形態の接続構造体３０は、第１の酸化物超電導線材２及び第２の酸化物超電導線材３を接続する構造体である。第１及び第２の酸化物超電導線材２、３は、互いの端部２ａ、３ａ近傍の保護層１３同士が対向して重ね合わされて配置されており、この対向して重ね合わされた保護層１３の中央部が銀接合層１４によって接合されている。また、第１及び第２の酸化物超電導線材２、３の長手方向において、前記銀接合層１４の両側の保護層１３同士が半田接合層２２によって接合されて接続構造体３０を構成している。
【００２８】
銀接合層１４は、保護層１３と拡散接合により接合されたＡｇ又はＡｇ合金からなる。Ａｇ合金として、例えばＡｇ−Ｉｎ合金、Ａｇ−Ｐｄ合金を用いる事ができる。また、前記拡散接合は、接合面に圧力をかけ３００〜６００℃の熱処理を行うことで、Ａｇを固相拡散させる接合方法である。
半田接合層２２は、従来公知の半田を使用可能であり、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、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。
【００２９】
Ａｇ又はＡｇ合金は体積抵抗率が低いため、接続部分に銀接合層１４を設けることによって接続構造体３０の接続抵抗を小さくすることができる。しかし、銀接合層１４は、拡散接合により第１及び第２の酸化物超電導線材２、３の保護層１３、１３と接合しているため、機械的強度が低い。
本実施形態において、第１及び第２の酸化物超電導線材２、３の長手方向において、前記銀接合層１４の両側の保護層１３同士が半田接合層２２によって接合されている。半田接合層２２は機械的強度が高く、半田接合層２２が銀接合層１４の両側を補強しているため、接続構造体３０の機械的強度を高めることができる。
【００３０】
また、半田接合層２２は高い導電性を有するため、接続構造体３０に不慮の過大な外力等が加わり、銀接合層１４と保護層１３、１３との接合部が損傷を受けて、銀接合層１４を介する電気的な接続が絶たれた場合であっても、半田接合層２２がバイパスとしての役割を果たし、接続構造体３０の電気的接続が絶たれることを防ぐことができる。
なお、本実施形態においては、半田接合層２２は、銀接合層１４の長手方向両側に形成されているが、半田接合層２２は銀接合層１４の片側だけに形成されていても良い。
【００３１】
（酸化物超電導線材の接続方法）
次に第１及び第２の酸化物超電導線材２、３を接続し、接続構造体３０を構成する接続方法について図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を基に説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、第１の酸化物超電導線材２と第２の酸化物超電導線材３の端部２ａ、３ａ近傍を重ね合わせる。重ね合わせる際に、第１の酸化物超電導線材２の保護層１３と第２の酸化物超電導線材３の保護層１３間にＡｇ又はＡｇ合金からなる箔１４Ａを挟み込む。
箔１４Ａは、保護層１３と同種の金属からなる事が好ましい。例えば、保護層１３がＡｇ、Ａｇ−Ｉｎ合金、Ａｇ−Ｐｄ合金からなる場合においては、箔１４ＡとしてＡｇ、Ａｇ−Ｉｎ合金、Ａｇ−Ｐｄ合金等を用いることができる。この中でも特に、保護層１３、箔１４ＡともにＡｇであることが最も好ましい。
【００３２】
箔１４Ａの厚さは、保護層１３、箔１４Ａ共にＡｇからなる場合において、０．１μｍ以上５０μｍ以下が好ましい。０．１μｍより薄いと、保護層１３と箔１４Ａの拡散接合が起こりにくくなる。加えて、隙間１６の高さが狭いため、後工程での半田接合層２２の形成の際に、隙間１６に半田を充填させることが困難となる。また、５０μｍより厚いと、接続構造体３０における第１の酸化物超電導線材２と第２の酸化物超電導線材３との間に形成される段差が大きくなり、接続構造体３０をコイル状に巻回すると係る段差によって、巻き線が不均一となる。これによって、巻回した酸化物超電導線材２、３に電流を流した場合に発生する磁界が不均一となる虞がある。さらに巻き線が不均一であると、製造工程上で巻回したコイルを巻き出す際に巻き出し速度が一定とならず、不具合を生じる虞がある。
【００３３】
箔１４Ａは、第１及び第２の酸化物超電導線材２、３の幅と略同幅の物を用いて、重なり部の全幅に渡って配置される。また、箔１４Ａは、第１及び第２の酸化物超電導線材２、３の重なり部の中央に、長さＨ１４に渡って配置され、重なり部において箔１４Ａの両側から第１及び第２の酸化物超電導線材２、３の端部２ａ、３ａには、それぞれ長さＨ１６、Ｈ１６の隙間１６が設けられている。
【００３４】
次に、第１及び第２の酸化物超電導線材２、３の重なり部を厚み方向から、バイス（万力）等によって挟み込むことによって、第１及び第２の酸化物超電導線材２、３を介して箔１４Ａに圧力を加える。当該圧力は１〜３０ＭＰａであるとこが好ましい。１ＭＰａ未満であると、保護層１３と箔１４Ａの拡散接合がおこらない。また、３０ＭＰａを超えた圧力で加圧すると、酸化物超電導層１２の結晶構造に亀裂が生じ超電導特性が劣化する虞がある。
【００３５】
バイスによって、第１及び第２の酸化物超電導線材２、３の重なり部を加圧した状態で、酸素雰囲気とされた加熱炉に格納し熱処理を行う。熱処理の時間は、加熱炉の温度を３００〜５００℃とした場合は１０〜２５ｈであり、加熱炉の温度を５００〜６００℃とした場合は１〜２５ｈである。このような熱処理を行うことによって、箔１４Ａと第１及び第２の酸化物超電導線材２、３の保護層１３、１３とが拡散接合し、銀接合層１４が形成され、図３（ｂ）に示す拡散接合体３１が構成される。
また、酸素雰囲気下で加熱されることによって、同時に酸素アニール処理が行われる。即ち、第１及び第２の酸化物超電導線材２、３の酸化物超電導層１２に保護層１３を介して酸素を供給し、その結晶構造を整えることで、超電導特性の良好な酸化物超電導体の結晶からなる酸化物超電導層１２とする。
【００３６】
箔１４Ａと第１及び第２の酸化物超電導線材２、３の保護層１３、１３とが拡散接合し、銀接合層１４を形成する熱処理工程は、酸素アニール工程と同時に行うことができるため、新たな生産設備や製造工程を付加する必要がなく、安価に行うことができる。
【００３７】
次に、加熱炉から取り出し十分に冷却した拡散接合体３１の隙間１６に、隙間１６の厚みと略同厚み又は若干薄い半田の箔を差し込み、拡散接合体３１を加熱し半田を溶融させた後、冷却し半田を凝固させ、図３（ｃ）に示すように半田接合層２２を形成する。加熱手段は特に限定されないが、例えば半田ごてにより加熱することができる。
半田の加熱の際の温度は３００℃以下であることが好ましい。これにより、半田付けの熱によって酸素アニール処理を行った酸化物超電導層１２の特性が劣化することを抑止できる。
以上の工程を経ることによって、接続構造体３０を形成することができる。
【００３８】
（第２実施形態）
次に、図１を基に説明した酸化物超電導線材１と同等の構造を有しているが、酸素アニール処理前の酸化物超電導線材を３本用意し、これらを第１の酸化物超電導線材４、第２の酸化物超電導線材５、第３の酸化物超電導線材６として接続した第２実施形態の接続構造体３２について、図４を基に説明する。なお、上述の第１実施形態と同一の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００３９】
図４に示すように、接続構造体３２は、第１の酸化物超電導線材４及び第２の酸化物超電導線材５を第３の酸化物超電導線材６を介して接続する構成を有する。
即ち、接続構造体３２は、第１の酸化物超電導線材４及び第２の酸化物超電導線材５が、端部４ａ、５ａ同士を所定の間隙７を設けて隣接されている。なお、第１及び第２の酸化物超電導線材４、５の積層方向は一致している。また、端部４ａ、５ａを跨るように、第１及び第２の酸化物超電導線材４、５の保護層１３に第３の酸化物超電導線材６の保護層１３が橋渡しされており、第１及び第３の酸化物超電導線材４、６の保護層１３、１３同士、並びに前記第２及び第３の酸化物超電導線材５、６の保護層１３、１３同士の少なくとも一部が銀接合層１４によって接合され、第１及び第３の酸化物超電導線材４、６の保護層１３、１３同士、並びに第２及び第３の酸化物超電導線材５、６の保護層１３、１３同士の少なくとも一部が半田接合層２２によって接合されている。
【００４０】
第２実施形態の接続構造体３２は、上述した第１実施形態の接続構造体３０を第１の酸化物超電導線材４の一端（端部４ａ近傍）と第３の酸化物超電導線材６の一端（第１端部６ａ近傍）とに適用して接続し、さらに第３の酸化物超電導線材６の他端（第２端部６ｂ近傍）と第２の酸化物超電導線材５の一端（端部５ａ近傍）とに適用して接続したものであると説明できる。
このような構造とすることで、第１実施形態の種々の効果を奏するのみならず、接続部分で酸化物超電導線材の表裏の逆転がない接続構造体を提供することができる。
【００４１】
（被覆接続構造体）
図５（ａ）に、第２実施形態の接続構造体３２によって接続された酸化物超電導線材４、５、６をめっき被覆層２０によって外部と気密に覆った例を示す。
酸化物超電導線材４、５、６の酸化物超電導層１２上には保護層１３が設けられ、酸化物超電導層１２が水分により劣化することを防いでいる。しかしながら、当該保護層１３は、ピンホールが発生しやすく水分の浸入を確実に防ぐことできない場合があり、空気中等に含まれる水分と反応し超電導特性が低下する虞がある。また、図４に示す、接続構造体３２において、第１、第２及び第３の酸化物超電導線材４、５、６の端部４ａ、５ａ、６ａ、６ｂは露出しているため、係る端部４ａ、５ａ、６ａ、６ｂにおいて酸化物超電導層１２が水分と反応し超電導特性が劣化する虞がある。
そこで、接続構造体３２を含む酸化物超電導線材４、５、６をめっき被覆層２０により被覆し、水分の浸入を防ぐ構造を有する酸化物超電導線材３３を形成することができる。
【００４２】
めっき被覆層２０の厚さとしては、１０μｍ以上１００μｍ以下が望ましい。めっき被覆層２０の厚さが１０μｍより小さい場合においては、めっき被覆層２０にピンホールが発生する可能性があり、当該ピンホールより水分が浸入する虞がある。また、めっき被覆層２０の厚さが１００μｍを超える場合は、酸化物超電導線材３３の厚みが厚くなりすぎて、使用上不都合が生じる場合があるのみならず、めっきコストの増加を招く。よって、めっき被覆層２０の厚さは１０μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。
【００４３】
常温では基材１０や酸化物超電導層１２等は、保護層１３に比べて電気抵抗が大きいため、通常の電解めっき法のみではめっき被覆層２０を形成することは困難である。したがって、無電解めっきのみで１０μｍ以上の厚さを有するめっき被覆層２０を形成するか、または無電解めっき法により金属で覆った後、電解めっき法によりさらに金属層を厚くする方法をとることができる。
めっき被覆層２０に使用する金属としては、銅、ニッケル、金、銀、クロム、錫などを挙げることができ、これ等の金属のうち一種又は二種以上を組み合わせて用いる事ができる。
また、めっき被覆層２０に使用する金属として良導電性を有するものを用いた場合は、めっき被覆層２０は、保護層１３と共に事故時に発生する過電流をバイパスする役割を担う安定化層として機能する。
【００４４】
図５（ｂ）に、第２実施形態の接続構造体３２によって接続された酸化物超電導線材４、５、６を金属テープ２１によって外部と気密に覆った例を示す。
金属テープ２１は、接続構造体３２を含む酸化物超電導線材４、５、６の周囲を気密に被覆するように半田層２３を介して形成され、水分の浸入を防ぐ構造を有する酸化物超電導線材３４を構成する。
【００４５】
金属テープ２１による被覆された構成を有する酸化物超電導線材３４は、片面又は両面に半田層２３を設けた金属テープ２１の面上に、接続構造体３２を含む酸化物超電導線材４、５、６を配置し、酸化物超電導線材４、５、６の周面を横断面略Ｃ字型をなすように包み込んで折り曲げ加工し、半田層２３を加熱溶融させてロールにより加圧することにより形成することができる。また、酸化物超電導線材４、５、６の外周に半田層２３を設けた金属テープ２１を螺旋巻きにするなどして気密に被覆して形成しても良い。
【００４６】
金属テープ２１と接続構造体３２とは半田層２３を介して接合される。接続構造体３２は、第３の酸化物超電導線材６が橋渡しされているため、第３の酸化物超電導線材６の端部６ａ、６ｂ近傍に段差を有するが、係る段差部分は、半田充填部２３ａによって充填されていることが望ましい。また、第１及び第２の酸化物超電導線材４、５の端部４ａ、５ａ間に形成される間隙７も、半田充填部２３ｂによって充填されていることが望ましい。
なお、図５（ｂ）は模式的に示した断面図であり、接続構造体３２に構成される段差が強調して表示されているが、実際は接続構造体３２の長手方向長さに対して、当該段差は十分小さく、半田によって容易に充填することができる。
【００４７】
金属テープ２１を構成する金属材料としては、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。また、酸化物超電導線材３４を超電導限流器に使用する場合においては、金属テープ２１に用いられる材料は、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ等のＮｉ系合金等の高抵抗金属を用いる事が良い。
【００４８】
金属テープ２１で接続構造体３２を含む酸化物超電導線材４、５、６を被覆した場合においても、めっき被覆層２０で被覆した場合と同様の効果を得ることができる。
【実施例】
【００４９】
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。
（試料の作製）
幅１０ｍｍ、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）製の基材上に、スパッタ法によりＡｌ２Ｏ３（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Ｙ２Ｏ３（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ＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により２．０μｍ厚のＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−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）を形成した。これによって、図１に示す酸化物超電導積層体を複数作製した。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。
【００５０】
上述した酸化物超電導線材を一対用意し、これらの保護層を向かい合わせて端部近傍を８０ｍｍ重ね合わせ、幅１０ｍｍ、長さ４０ｍｍ（即ち図３（ａ）におけるＨ１４＝４０ｍｍ）、厚み２５μｍのＡｇからなる箔を挟んで重ね合わせた。なお、一対の酸化物超電導線材の各端部から箔までの距離は、それぞれ２０ｍｍ（即ち図３（ａ）におけるＨ１６＝２０ｍｍ）とした。
【００５１】
次に、箔を挟んだ部分をステンレス製のバイスにより挟持し箔に１０ＭＰａの圧力を加え、その状態のまま酸素雰囲気下の加熱炉に格納し、５００℃、５ｈの熱処理を行うことで、箔と一対の酸化物超電導線材の保護層を拡散接合すると同時に、酸素アニール処理を行い、拡散接合体を構成した（図３（ｂ）参照）。
さらに、前記拡散接合体を加熱炉から取り出し十分に冷却した後、２０μｍのＩｎ半田箔を差し込み、２５０℃に加熱した半田ごてによってＩｎ半田を溶融させた後に凝固させることで半田接合層を形成し、接続構造体を構成し（図３（ｃ）参照）、実施例１の試料を作製した。
【００５２】
上述の実施例１の作製手順において、一対の酸化物超電導線材を酸素アニール処理した後、８０ｍｍ重ね合わせ、重ね合わせた領域全体をＩｎ半田によって接合し比較例１の接続構造体を作製した。
また、上述の実施例１の作製手順において、一対の酸化物超電導線材を８０ｍｍ重ね合わせ、重ね合わせた領域と同形状のＡｇの箔をバイスにより挟持し箔に１０ＭＰａの圧力を加え、その状態のまま酸素雰囲気下の加熱炉に格納し、拡散接合と同時に酸素アニール処理を行う熱処理（実施例１と同条件）により比較例２の接続構造体を作製した。
【００５３】
（評価方法及び結果）
実施例１並びに比較例１、２の各試料の接続構造体について、接続抵抗の測定と曲げ試験を行った。接続抵抗の測定は、各試料を液体窒素中で接続構造体を介して電流を流すことによって測定した。また、曲げ試験は、各試料の接続構造体を積層方向に沿って曲げ半径２００ｍｍ、１００ｍｍ、５０ｍｍで曲げたのち、目視にて拡散接合部及び半田接合部に損傷がないかを目視によって判定した。
表１に接続抵抗の測定結果を接合部の面積と共に示す。
また、表２に曲げ試験の結果を目視により損傷が見られなかったものを○、損傷が見られたものを×として示す。
なお、表１を参照するにあたって、接続抵抗の値は、桁の違い（１０の指数の違い）に注意すること。
【００５４】
【表１】
2014130730.tif 000003
【００５５】
【表２】
2014130730.tif 000004
【００５６】
（実施例及び比較例の比較）
表１の接続抵抗値の値を参照して実施例１並びに比較例１、２を比較すると、比較例２（拡散接合のみによる接続）の接続抵抗が最も低く、次いで実施例１（拡散接合と半田接合による接続）の接続抵抗が低くなっており、比較例１（半田接合のみのよる接続）の接続抵抗が最も高くなっている。
一方、表２の曲げ試験の結果を参照すると、比較例２では、曲げ半径１００ｍｍ、５０ｍｍにおいて、接合部での損傷が見られた。これに対して、実施例１及び比較例１では損傷が見られなかった。
これらから、拡散接合のみによる接続（比較例２）では、接続抵抗を低くできるものの、曲げに対する機械的強度が弱く、１００ｍｍ以下の曲げで接合部分が損傷してしまうことが分かった。また、半田接合のみによる接続（比較例１）では、５０ｍｍ以上の曲げに対して損傷がなく機械的強度が高いが接続抵抗が比較的高いことが確認された。
拡散接合と半田接合による接続（実施例１）は、機械的強度を確保しつつ接続抵抗も低い接続構造体が実現されており、機械的強度と接続抵抗のバランスのとれた接続構造体であると言える。
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。
【符号の説明】
【００５７】
１…酸化物超電導線材、２、４…第１の酸化物超電導線材、２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、６ａ、６ｂ…端部、３、５…第２の酸化物超電導線材、６…第３の酸化物超電導線材、７…間隙、１０…基材、１１…中間層、１２…酸化物超電導層、１３…保護層、１４…銀接合層、１４Ａ…箔、１６…隙間、２２…半田接合層、３０…接続構造体、３１…拡散接合体、Ｈ１４、Ｈ１６…長さ
【図１】
2014130730.tif 000005
【図２】
2014130730.tif 000006
【図３】
2014130730.tif 000007
【図４】
2014130730.tif 000008
【図５】
2014130730.tif 000009