(57)【要約】【課題】超電導テープと金属端子を低損失でかつ信頼性良く接続することができる、テープ状超電導線材の端末構造体を提供すること。【解決手段】第１の金属テープ１１０によって超電導テープ１００の第１の面と金属端子２００とが接続されている。第２の金属テープ１２０によって超電導テープ１００の第２の面と金属端子２００とが接続されている。超電導テープ１１０の第１の面と第１の金属テープ１１０は半田１１１によって接合され、超電導テープ１１０の第２の面と第２の金属テープ１２０は半田１２１によって接合される。また、第１の金属テープ１１０と金属電極２００は半田１１２によって接合され、第２の金属テープ１２０と金属電極２００は半田１２２によって接合される。これにより、半田による接続抵抗を低減でき、半田の接続による損失を低減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ状超電導線材と、
金属端子と、
前記テープ状超電導線材の第１の面と、前記金属端子とを接続する第１の金属テープと、
前記テープ状超電導線材の第２の面と、前記金属端子とを接続する第２の金属テープと、
を具備するテープ状超電導線材の端末構造体。
【請求項２】
前記第１及び第２の金属テープと前記テープ状超電導線材とを接合する半田の融点は、前記第１及び第２の金属テープと前記金属端子とを接合する半田の融点よりも低い、
請求項１に記載のテープ状超電導線材の端末構造体。
【請求項３】
前記第１の金属テープの前記金属端子の外面への接合箇所は、前記第２の金属テープの前記金属端子の外面への接合箇所とは、前記金属端子の外面の面方向にずれている、
請求項１又は請求項２に記載のテープ状超電導線材の端末構造体。
【請求項４】
前記第１の金属テープの前記テープ状超電導線材への接合箇所は、前記第２の金属テープの前記テープ状超電導線材への接合箇所とは、前記テープ状超電導線材の長手方向にずれている、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のテープ状超電導線材の端末構造体。
【請求項５】
前記第１及び第２の金属テープは、銅テープ又は銀テープである、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のテープ状超電導線材の端末構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テープ状超電導線材の端末構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化物超電導体は、Ｎｂ３ＳｎやＮｂ３Ａｌ等の金属系超電導体と比較して、臨界温度Ｔｃが高い。よって、酸化物超電導体は、超電導マグネット、超電導送電ケーブル、限流器、発電機、モータ、変圧器等の超電導応用機器、変圧器、モータ等の超電導応用機器に用いて、これらを液体窒素温度で運用することができる。
【０００３】
上記の超電導応用機器に、酸化物超電導体を用いるためには、臨界電流密度Ｊｃが高く、かつ、高い臨界電流値Ｉｃを有する長尺の線材を製造する必要がある。このような長尺の線材を得るために、強度及び可撓性の観点から金属基体である基板上に、酸化物超電導体を形成する構造が知られている。また、酸化物超電導体を、従来の金属系超電導体と同等に実用レベルで使用可能とするためには、５００［Ａ／cm−width（７７Ｋ、自己磁界中）］程度の臨界電流値Ｉｃが必要となる。
【０００４】
酸化物超電導体のうち、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｚ（ここで、ｚ＝６．２〜７であり、ＲＥは、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ及びＨｏから選択された少なくとも１種以上の元素を示す。以下、「ＲＥＢＣＯ」、単にＲＥ系という）酸化物超電導体は、高磁場領域における通電電流の減衰が小さく、磁場特性に優れている。このため、次世代の超電導材料としてその線材化が期待されている。
【０００５】
このＲＥＢＣＯ酸化物超電導体の線材を超電導応用機器に応用するには、この線材と、外部電源或いは外部回路に接続される金属端子とを電気的に接続してなる接続構造体を構成する必要がある。
【０００６】
かかる接続構造体は、特許文献１、２などに記載されている。これらの特許文献にも記載されているように、超電導テープは、一般に半田によって引出用導体（金属端子）に電気的に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−４０２９号公報
【特許文献２】特開２００４−８７２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、半田による接続は簡便ではあるが、半田接続部で電気抵抗（接続抵抗）が発生してしまうという問題がある。この接続抵抗が大きくなると、当然、端末構造体全体で見たときの抵抗も上昇してしまう。この結果、低損失という超電導線材が本来備えているべき特性が損なわれてしまうおそれがある。
【０００９】
本発明は、かかる点を鑑みてなされたものであり、超電導テープと金属端子を低損失でかつ信頼性良く接続することができる、テープ状超電導線材の端末構造体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のテープ状超電導線材の端末構造体の一つの態様は、
テープ状超電導線材と、
金属端子と、
前記テープ状超電導線材の第１の面と、前記金属端子とを接続する第１の金属テープと、
前記テープ状超電導線材の第２の面と、前記金属端子とを接続する第２の金属テープと、
を具備する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、テープ状超電導線材と、金属端子とが、第１及び第２の金属テープによって接続されるので、超電導テープと金属端子を低抵抗でかつ信頼性良く接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態に係るテープ状超電導線材の端末構造体における、超電導テープと金属電極との接続状態を示す略線的斜視図
【図２】超電導テープの巻回状態を示す図
【図３】金属電極を後方から見た要部構成図
【図４】比較例における、超電導テープと金属電極との接続状態を示す略線的斜視図
【図５】他の実施の形態における、超電導テープと金属電極との接続状態を示す略線的斜視図
【図６】他の実施の形態における、超電導テープと金属電極との接続状態を示す略線的斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係るテープ状超電導線材の端末構造体における、テープ状超電導線材（以下、超電導テープと呼ぶ）１００と金属電極２００との接続状態を示す略線的斜視図である。
【００１５】
超電導テープ１００は、２つの金属テープ１１０及び１２０を介して金属電極２００に接続される。具体的には、第１の金属テープ１１０によって超電導テープ１００の第１の面と金属端子２００とが接続され、第２の金属テープ１２０によって超電導テープ１００の第２の面と金属端子２００とが接続される。本実施の形態の場合、金属テープ１１０及び１２０として銅テープが用いられている。金属テープ１１０及び１２０は銀テープでもよく、さらにはその他の金属を用いてもよい。
【００１６】
図１からも明らかなように、第１の金属テープ１１０の金属端子２００の外面への接合箇所は、第２の金属テープ１２０の金属端子２００の外面への接合箇所とは、金属端子２００の外面の面方向にずれている。このように接合箇所をずらすために、例えば、第２の金属テープ１２０は、第１の金属テープ１１０よりも長く、折り曲げられたような形状を有する。なお、第２の金属テープ１２０の形状は、これに限らず、例えば図６に示すように、第１の金属テープ１１０とは異なる方向を向いて配置された直線形状の部材であってもよい。要は、第２の金属テープ１２０は、一端が、超電導テープ１００の面のうち第１の金属テープ１１０が接合された面とは反対側の面に接合され、他端が、金属端子２００の外面のうち第１の金属テープ１１０が接合された面とは面方向にずれた面に接合されるものであればよい。
【００１７】
超電導テープ１１０の第１の面と第１の金属テープ１１０は半田１１１によって接合され、超電導テープ１１０の第２の面と第２の金属テープ１２０は半田１２１によって接合される。また、第１の金属テープ１１０と金属電極２００は半田１１２によって接合され、第２の金属テープ１２０と金属電極２００は半田１２２によって接合される。半田１１１と半田１２１は同じ材質であり、半田１１２と半田１２２は同じ材質である。
【００１８】
第１及び第２の金属テープ１１０、１２０と超電導テープ１００とを接合する半田１１１、１２１の融点は、第１及び第２の金属テープ１１０、１２０と金属端子２００とを接合する半田１１２、１２２の融点よりも低い。つまり、半田１１１、１２１として、半田１１２、１２２よりも低融点の半田が用いられる。
【００１９】
例えば、半田１１１、１２１としては、溶け始め（固相線）が１８３℃未満の低融点半田が用いられる。この低融点半田は、一般的に、Ｓｎ、Ｐｂ以外にＣｄ、Ｂｉ、Ｉｎ等が配合されてなる。また、例えば、半田１１２、１２２としては、溶け始め（固相線）が１８３℃を越える高融点半田が用いられる。この高融点半田は、一般的にＳｎかＰｂをベースにＡｇ、Ｓｂ、Ｉｎ等が配合されてなる。
【００２０】
ここで、超電導テープ１００は、超電導ケーブルの一部を構成するものである。超電導ケーブルは、例えば、中心から外周に向かって順次、内部安定化層（フォーマ）、押えテープ、超電導テープが順次積層されて構成される。超電導テープ１００は、間に押えテープを挟んで多層に設けられたものであってもよい。また、超電導ケーブルは、超電導テープ１００の外周側に、電気絶縁層や、超電導シールド層、外部安定化層、コルゲート管などが配されて構成される。これらの部材は、超電導テープ１００が金属電極２００に接続される端末箇所では取り除かれる。
【００２１】
このような超電導ケーブルの構成について、簡単に説明する。超電導ケーブルの内部安定化層（フォーマ）は、円筒形状であり、銅の撚線から構成されている。内部安定化層の外周には、不織布からなる押えテープが巻回される。押えテープの外周には、図２に示すように、超電導テープ１００がスパイラル状に巻回される。本実施の形態の例では、１０本の超電導テープ１００がスパイラル状に巻回される。超電導テープ１００の材料としては、酸化物超電導線材などの従来提案されている種々の超電導材料を用いることができる。また、本発明では、超電導ケーブルの構成は、特に限定されない。
【００２２】
ただし、本実施の形態の場合には、２つの金属テープ１１０及び１２０によって、超電導テープ１００の両面を金属電極２００に導通させる構成になっているので、超電導テープ１００は両面に電気が流れる構成である必要がある。超電導テープ１００がそもそも両面に電気が流れる構成となっている場合にはそのままでよいが、片面のみ電気が流れる構成である場合には、少なくとも金属テープ１１０、１２０が接合される位置において、超電導テープ１００の全面にＡｇなどを塗布することにより、両面に電気が流れる構成とすればよい。
【００２３】
図１は、図２に示した１２本の超電導テープ１００のうちの１本の超電導テープ１００を金属電極２００に接続した様子を示したものである。他の１１本の超電導テープ１００も、図１と同様にして金属電極２００に接続される。
【００２４】
図３は、金属電極２００を後方側（つまり図１の右側）から見た要部構成図である。
【００２５】
金属電極２００は、全体として筒状であり、中空部２１０に超電導ケーブル３００が挿通され、外面に金属テープ１１０、１２０が接続される。また、金属電極２００には、リードケーブル２２０が電気的に接続されている。実際の使用時には、超電導ケーブル及び金属電極２００、液体窒素などの極低温の液体に浸される。そして、超電導ケーブルの電流が、金属電極２００を介してリードケーブル２２０によって常温部に引き出されるようになっている。例えば、リードケーブル２２０は、ポリマー套管（図示せず）などを介して気中に導出される。
【００２６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、第１の金属テープ１１０によって超電導テープ１００の第１の面と金属端子２００とを接続し、第２の金属テープ１２０によって超電導テープ１００の第２の面と金属端子２００とを接続したことにより、超電導テープ１００と金属端子２００を低損失でかつ信頼性良く接続することができるようになる。つまり、超電導テープ１００と金属端子２００が、２つの金属テープ１１０、１２０を用いて電気的に並列接続されることになるので、直列接続した場合と比較して、接続抵抗を低減でき、半田の接続抵抗による損失を低減できる。加えて、２つの金属テープ１１０、１２０を用いるので１つの金属テープを用いる場合よりも接続の信頼性が向上する。さらに、接続の信頼性に関しては、温度変化時における超電導ケーブルと金属端子２００の収縮率の差を、金属テープ１１０、１２０によって吸収できるので、冷却される場合でも、超電導テープ１００と金属電極２００とを金属テープ１１０、１２０無しで直接接合した場合と比較して、接合箇所の剥離を防止できる。
【００２７】
また、第１及び第２の金属テープ１１０、１２０と超電導テープ１００とを接合する半田１１１、１２１の融点は、第１及び第２の金属テープ１１０、１２０と金属端子２００とを接合する半田１１２、１２２の融点よりも低くされていることにより、金属電極２００と金属テープ１１０、１２０との接合は強固にしつつ（高融点半田の方が低融点半田よりも接合の強度が高いので）、半田接続時の加熱によって超電導テープ１００の特性が低下してしまうことを抑制できる。
【００２８】
ちなみに、実験により、本実施の形態の構成を用いれば、接続抵抗を大幅に低減できることを確認できた。この実験では、参考例として、図４に示すように、１枚の超電導テープ１００を１枚の金属テープ１１０を介して金属電極２００に接続する構成を採用した。一方、実施例１、２としては、図１に示したように、１枚の超電導テープ１００を２枚の金属テープ１１０、１２０を介して金属電極２００に接続する構成を採用した。表１に実験結果を示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
因みに、銅テープとしては、幅４ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのものを用いた。また、半田１１１、１２１、１１２、１２２による接続長さは、それぞれ、５０ｍｍとした。また、上記表の「内側」とは金属テープ１１０のことを表し、「外側」とは金属テープ１２０のことを表す。また、実際上、実験では、１０本の超電導テープ１００を１本ずつ、図１及び図４に示したように接続し、超電導ケーブルと電極２００に直列に１，３００Ａの臨界電流を供給し、このときの電圧降下をシャント抵抗を用いて測定することで、接続抵抗を算出した。
【００３１】
参考例では、超電導テープ１００と金属電極２００との間の接続抵抗が１４．０μΩであるのに対して、実施例１では、３．５μΩであり、接続抵抗を大幅に低減できることが確認できた。さらに、金属テープ１２０の材質をＡｇに変更した実施例２では、接続抵抗が１．５μΩであり、より接続抵抗を低減できることが分かった。
【００３２】
なお、図５に示すように、第１の金属テープ１１０の超電導テープ１００への接合箇所を、第２の金属テープ１２０の超電導テープ１００への接合箇所とは、超電導テープ１００の長手方向にずらしてもよい。図５の例では、第２の金属テープ１２０は、第１の金属テープ１１０よりも、超電導テープ１００の先端側で超電導テープ１００に接合されている。これにより、半田１１１及び半田１２１が超電導テープ１００の同位置で加熱されないので、半田接続時の加熱によって超電導テープ１００の特性が低下してしまうことを一段と抑制できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、テープ状超電導線材の端末構造体に有用である。
【符号の説明】
【００３４】
１００  超電導テープ
１１０  第１の金属テープ
１１１、１２１、１１２、１２２  半田
１２０  第２の金属テープ
２００  金属電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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