(57)【要約】【課題】本発明は接続部分に曲げ応力が作用しても酸化物超電導層の特性劣化を生じないようにした酸化物超電導導体の接続構造および該構造を備えた超電導ケーブル、超電導機器の提供を目的とする。の提供を目的とする。【解決手段】本発明は、テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と金属安定化層を積層した構造の第１及び第２の超電導導体の端部同士が互いの金属安定化層同士を重ね合わせて隣接され、前記金属安定化層の重ね合わせ部分がヤング率４１．４×１０９Ｎ／ｍ２未満の導電性接合材により接合されたことを特徴とする。【選択図】図２
2014110144.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金属安定化層を積層した構造の第１及び第２の超電導導体の端部同士が互いの金属安定化層同士を重ね合わせて隣接され、前記金属安定化層の重ね合わせ部分がヤング率４１．４×１０９Ｎ／ｍ２未満の導電性接合材により接合されたことを特徴とする酸化物超電導導体の接続構造。
【請求項２】
テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と金属安定化層を積層した構造の第１及び第２の超電導導体の端部同士が互いの金属安定化層同士を基材に対し同じ側に揃えて隣接され、これら隣接された金属安定化層の端部同士をテープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と金属安定化層を積層した構造の第３の超電導導体により接続した酸化物超電導導体の接続構造であり、
前記隣接された第１及び第２の超電導導体の金属安定化層の端部同士に前記第３の超電導導体の金属安定化層が被着され、前記第１及び第２の超電導導体の金属安定化層と前記第３の超電導導体の金属安定化層とが導電性接合材により接合されるとともに、前記導電性接合材のヤング率が４１．４×１０９Ｎ／ｍ２未満とされたことを特徴とする酸化物超電導導体の接続構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の酸化物超電導導体の接続構造が設けられた超電導機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物超電導導体の接続構造及びそれを備えた超電導機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＥ−１２３系の酸化物超電導体（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ：ＲＥはＹを含む希土類元素）を線材に加工して電力供給用の超電導導体あるいは超電導コイルを提供することが要望されている。酸化物超電導導体の一例構造として、金属テープ基材の表面にイオンビームアシスト蒸着法（ＩＢＡＤ法）により結晶配向性の良好な中間層を形成し、該中間層上に成膜法により酸化物超電導層を形成し、その表面にＡｇの保護層とＣｕの安定化層を積層した構造の酸化物超電導導体が開発されている。
【０００３】
従来一般的なＲＥ１２３系の酸化物超電導導体は、酸化物超電導層上に薄いＡｇの保護層を形成し、その上にＣｕからなる厚い安定化層を設けた構造が採用されている。前記Ａｇの保護層は、酸化物超電導層を酸素熱処理する際、酸素量の変動を調節する目的のためにも設けられており、Ｃｕの安定化層は、酸化物超電導層が超電導状態から常電導状態に遷移しようとしたとき、該酸化物超電導層の電流を転流させるバイパスとして機能させるために設けられている。
【０００４】
ところで、このような超電導導体を実用機器に応用するために、超電導導体を接続する技術が研究されている。
ＲＥ１２３系の酸化物超電導導体同士を接続する場合、前記のようにテープ基材の片面側に酸化物超電導層を形成しているため、酸化物超電導層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。
酸化物超電導導体同士を接続するための方法と接続装置の一例として、平板状の酸化物超電導導体の端部同士を重ね合わせてその間に半田材料を挟み込み、上下から加圧し、加熱することができる一対の加圧加熱板を備えた接続装置が知られている（特許文献１参照）。
この接続装置は、加圧加熱板の両側にクランプ機構を備え、クランプ機構により仮保持した酸化物超電導導体の端部同士を加圧加熱板により挟み込み、半田材料を溶融し凝固させて突き合わせた酸化物超電導導体の端部同士を半田付けすることができる装置として提供されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−００３３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
酸化物超電導導体の端部同士を重ねて半田付けする構造を採用すると、接続部分で超電導導体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、接続するべき酸化物超電導導体の端部同士を同じ向きとして隣接配置し、隣接させた超電導導体の端部同士に向い合わせた接続用の酸化物超電導導体を橋渡しするように配置し、半田付けする構造が知られている。
酸化物超電導導体の接続部分に設ける半田材料は、通常、鉛フリータイプのスズからなることが一般的であり、スズからなる半田材料が溶融し凝固して形成された半田付け接合部を備えている。
しかし、前記半田付けを行った酸化物超電導導体を超電導コイルに適用すると、巻胴に超電導導体を巻回してコイル化するので、半田付け部分に巻回時の曲げ応力が作用することとなる。本発明者が種々試験したところ、曲げ応力を付加した酸化物超電導導体そのものでの特性劣化が生じない場合であっても、半田付け部分を伴う接続部分が存在すると超電導特性の劣化を生じることが判明した。この原因は、半田付け部分に曲げ応力が作用した場合、酸化物超電導導体自体はテープ状であり、可撓性を有するものの、硬い半田付け部分が周囲の酸化物超電導層に局所的に応力を付加することが原因になっていると推定できる。
【０００７】
本発明は、このような従来の実情に鑑みなされたものであり、半田などの導電性接合材による接合部分のヤング率をある程度低くすることにより、接続部分に曲げ応力が作用しても酸化物超電導層の特性劣化を生じないようにした酸化物超電導導体の接続構造の提供を目的とする。
また、本発明は、上述の接続構造を適用した超電導ケーブル、あるいは、超電導コイル、超電導限流器などの超電導機器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明は、テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と金属安定化層を積層した構造の第１及び第２の超電導導体の端部同士が互いの金属安定化層同士を重ね合わせて隣接され、前記金属安定化層の重ね合わせ部分がヤング率４１．４×１０９Ｎ／ｍ２未満の導電性接合材により接合されたことを特徴とする。
ヤング率４１．４×１０９Ｎ／ｍ２未満の導電性接合材で金属安定化層どうしを接続したので、接続部分に曲げ応力が作用しても接続部分周りの酸化物超電導層に対する応力集中を低減でき、超電導特性の劣化の少ない接続構造を提供できる。
【０００９】
前記課題を解決するため、本発明は、テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と金属安定化層を積層した構造の第１及び第２の超電導導体の端部同士が互いの金属安定化層同士を基材に対し同じ側に揃えて隣接され、これら隣接された金属安定化層の端部同士をテープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と金属安定化層を積層した構造の第３の超電導導体により接続した酸化物超電導導体の接続構造であり、前記隣接された第１及び第２の超電導導体の金属安定化層の端部同士に前記第３の超電導導体の金属安定化層が被着され、前記第１及び第２の超電導導体の金属安定化層と前記第３の超電導導体の金属安定化層とが導電性接合材により接合されるとともに、前記導電性接合材のヤング率が４１．４×１０９Ｎ／ｍ２未満とされたことを特徴とする。
第１、第２の超電導導体の金属安定化層どうしを第３の超電導導体の金属安定化層にヤング率４１．４×１０９Ｎ／ｍ２未満の導電性接合材で接続したので、第１、第２の超電導導体をコイル化する構造などに適用して第１、第２の超電導導体に曲げ応力が作用した場合であっても、第１、第２、第３の超電導導体の接続部分周りの酸化物超電導層に作用する応力を低減することができ、超電導特性の劣化の少ない接続構造を提供できる。第１、第２、第３の超電導導体を接合する導電性接合材のヤング率が４１．４×１０９Ｎ／ｍ２未満であると、曲げ応力が作用した場合に導電性接合材の全体が均等にしなる確率が高く、導電性接合材が部分的に折れ曲がって酸化物超電導層に局所的に応力付加をかけるおそれが少なくなる。
【００１０】
本発明は、先に記載の酸化物超電導導体の接合構造が設けられた超電導機器である。
超電導ケーブル、超電導コイル、超電導限流器などの超電導機器において酸化物超電導導体同士の接続部分に上述の構造を採用することで、曲げなどの応力が作用しても接続部分において超電導特性の劣化を生じ難い超電導機器を提供できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、超電導導体の金属安定化層どうしをヤング率４１．４×１０９Ｎ／ｍ２未満の導電性接合材で接続したので、接続部分に曲げ応力が作用しても接続部分周りの酸化物超電導層に対する応力集中を低減でき、超電導特性の劣化の少ない接続構造を提供できる。
また、本発明は、第１、第２の超電導導体の金属安定化層どうしを第３の超電導導体の金属安定化層にヤング率４１．４×１０９Ｎ／ｍ２未満の導電性接合材で接続したので、第１、第２の超電導導体をコイル化する構造などに適用して第１、第２、第３の超電導導体に曲げ応力が作用した場合であっても、第１、第２、第３の超電導導体の接続部分周りの酸化物超電導層に応力集中することを低減でき、超電導特性の劣化の少ない接続構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る接続構造に適用される酸化物超電導導体の一例構造を示す部分断面斜視図である。
【図２】図１に示す酸化物超電導導体の接続構造の第１実施形態を示す断面図である。
【図３】図２に示す接続構造が適用される酸化物超電導ケーブルの一例を示す斜視図である。
【図４】図２に示す接続構造が適用される酸化物超電導限流器用モジュールを備えた超電導限流器の一例を示す斜視図である。
【図５】図２に示す接続構造が適用される酸化物超電導コイルの一例を備えた超電導モーターの一例を示すもので、図５（ａ）は一部断面斜視図、図５（ｂ）は部分断面略図である。
【図６】図２に示す接続構造が適用された酸化物超電導コイルの他の例を示すもので、図６（ａ）は積層コイルの斜視図、図６（ｂ）はコイル単体の斜視図である。
【図７】図１に示す酸化物超電導導体の接続構造の第２実施形態を示す断面図である。
【図８】実施例における曲げ試験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、酸化物超電導導体の接続構造の第一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下説明の実施形態に限定されるものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするため、便宜上、要部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。
図１に示すように、本実施形態の接続構造に用いる酸化物超電導導体１は、テープ状の基材２の一面（表面）上に、中間層５、酸化物超電導層６、第１の金属安定化層７を積層して積層体９が形成され、この積層体９のほぼ全周を第２の金属安定化層８で覆って構成されている。なお、第２の金属安定化層８は図１に示す実施形態では積層体９の全周を覆っている訳ではなく、積層体９のほぼ全周を覆っていて、積層体９の外周部において一部分のみ第２の金属安定化層８が被覆されていない部分が形成され、この部分は別途導電性接合材層１１により覆われている。この実施形態において第２の金属安定化層８は基材１２の裏面側中央部を除いて積層体９の全周を覆うように設けられていて、導電性接合材層１１は基材２の裏面幅方向中央部において第２の金属安定化層８の端縁部間を埋めるようにこれら端縁部間に被着されている。なお、図２では略しているが第２の安定化層８の内周面側のほぼ全面にも半田等の導電性接合材層が形成されている。第２の安定化層８は積層体９のほぼ全周面に対し導電性接合材層を介し密着されていることが好ましい。
【００１４】
本実施形態の酸化物超電導導体の接続構造は、図１に示す構造の酸化物超電導導体１を２本接続する場合に適用される。
図２は接続構造の第１実施形態を示すもので、２本の酸化物超電導導体１が互いの端部間に隙間ｄをあけて隣接され、第１の金属安定化層７を形成した側を基材２に対し同じ側に揃えて直線状に配置され、酸化物超電導導体１、１の隣接する端部間に橋渡し状に跨るように被着された第３の酸化物超電導導体１３が設けられている。本実施形態では便宜的に接続するべき酸化物超電導導体１、１のうち、一方（図２の左側）を第１の酸化物超電導導体１と呼称し、他方（図２の右側）を第２の酸化物超電導体１と呼称する。
第３の酸化物超電導導体１３は、先の第１、第２の酸化物超電導導体１と同等構造であるが短尺のテープ状の酸化物超電導導体である。即ち、基材２の上に中間層５、酸化物超電導層６、第１の金属安定化層７を積層して積層体９が形成され、この積層体９のほぼ全周を第２の金属安定化層８Ａで覆って構成されているが、短尺、例えば、数ｃｍ〜数１０ｃｍ程度、具体的には接続対象にもよるが１ｃｍ〜２０ｃｍ程度の長さの酸化物超電導導体からなる。
【００１５】
第３の酸化物超電導導体１３はその内部側に設けられている第１の金属安定化層７を前記第１、第２の酸化物超電導導体１、１の第１の安定化層７側に向け、第２の金属安定化層８Ａを前記第１、第２の酸化物超電導導体１、１の第２の安定化層８に沿わせてそれらの間に介在された半田等の導電性接合材１５により第１、第２の酸化物超電導導体１、１に接続されている。
【００１６】
前記第１〜第３の酸化物超電導導体１、１、１３において、基材２は、通常の酸化物超電導導体用の基板として使用し得るものであれば良く、可撓性を有するテープ状であることが好ましく、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）合金が好ましい。中でも、市販品であればハステロイ（商品名、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２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板を用い、その上に中間層５および酸化物超電導層６を形成してもよい。
基材２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であることがより好ましい。
【００１７】
前記中間層５は、その上に形成する酸化物超電導層６との物理的特性（熱膨張率や格子定数等）の差を緩和するバッファー層として機能し、物理的特性が基材２と酸化物超電導層６との中間的な値を示す金属酸化物が好ましい。中間層５として具体的には、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ３、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等の金属酸化物を例示でき、これらをＩＢＡＤ法（イオンビームアシスト蒸着法）で形成して結晶配向性を整えたものが好ましい。
中間層５は、単層でも良いし、複数層でも良く、複数層である場合は、最外層（最も酸化物超電導層６に近い層）が少なくとも良好な結晶配向性を有していることが好ましい。このため、ＩＢＡＤ法で結晶配向性の良好な第一の配向層を形成後、スパッタ法などの成膜法によりこの第一の配向層の上にエピタキシャル成長可能な第二の配向層を積層した複層構造とすることもできる。複層構造の場合、第一の配向層と第二の配向層は同じ材料からなる層であっても良いし、異なる材料からなる層であっても良い。
中間層５は、基板２側にベッド層が介在された複数層構造でもよい。ベッド層は、必要に応じて配され、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、「アルミナ」とも呼ぶ）等から構成される。ベッド層の厚さは例えば１０〜２００ｎｍである。
【００１８】
さらに、本発明において、中間層５は、基材２側に拡散防止層とベッド層が積層された複数層構造でもよい。この場合、基材２とベッド層との間に拡散防止層が介在された構造となる。拡散防止層は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、あるいは希土類金属酸化物等から、単層あるいは複層構造とされ、その厚さは例えば１０〜４００ｎｍである。
中間層５は、前記ＩＢＡＤ法による金属酸化物層の上に、さらにキャップ層が積層された複層構造でも良い。キャップ層は、酸化物超電導層６の配向性を制御し、単結晶のように良好な結晶配向性とする機能を有する。キャップ層は、特に限定されないが、好ましいものとして具体的には、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、ＬａＭｎＯ３等を例示できる。キャップ層の材質がＣｅＯ２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。
【００１９】
前記酸化物超電導層６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、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（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（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）又はＧｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）を例示できる。また、その他の酸化物超電導体、例えば、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ４＋２ｎ＋δなる組成等に代表される臨界温度の高い他の酸化物超電導体からなるものを用いても良いのは勿論である。酸化物超電導層６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。
【００２０】
前記第１の金属安定化層７は、ＡｇあるいはＡｇ合金などの良電導性かつ酸化物超電導層６と接触抵抗が低くなじみの良い金属材料からなる。
第１の金属安定化層７をＡｇから構成する理由としては、酸化物超電導層６に酸素をドープするアニール工程において、ドープした酸素を酸化物超電導層６から逃避し難くする性質を有する点を挙げることができる。Ａｇからなる第１の金属安定化層７を成膜するには、スパッタ法などの成膜法を採用し、その厚さは１〜３０μｍ程度とされる。
【００２１】
前記第２の金属安定化層８、８Ａは、一例として良導電性の金属材料からなり、酸化物超電導層６が超電導状態から常電導状態に遷移しようとした時に、第１の安定化層７とともに、酸化物超電導層６の電流が転流するバイパスとして機能する。
第２の金属安定化層８、８Ａ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が好ましい。なお、酸化物超電導導体１を超電導限流器に使用する場合、第２の金属安定化層８、８Ａは抵抗金属材料より構成され、Ｎｉ−Ｃｒ等のＮｉ系合金などを使用できる。
【００２２】
前記導電性接合材１５は、ヤング率として４１．４ＧＰａ（４１．４×１０９Ｎ／ｍ２）未満の半田から形成されている。一例として、ヤング率１０．８ＧＰａ（１０．８×１０９Ｎ／ｍ２）のインジウム半田が用いられる。
この他に４１．４ＧＰａ（４１．４×１０９Ｎ／ｍ２）未満のヤング率の導電性接合材として、Ｓｎ−Ｐｂ半田（ヤング率：２２ＧＰａ）、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ半田（ヤング率：３１ＧＰａ）、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ半田（ヤング率：３６ＧＰａ）、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ半田（ヤング率：２４ＧＰａ）、共晶半田（Ｐｂ３７Ｓｎ６３：ヤング率１９．２７ＧＰａ）などを用いることができる。
【００２３】
図１に示す構造の酸化物超電導導体１、１３を製造するには、基材２上に前述した種々の成膜法により中間層５と酸化物超電導層６と第１の金属安定化層７を積層したテープ状の積層体９を作製し、この積層体９に沿うように必要幅の金属テープを配置し、加圧加熱ロールを用いたロールフォーミングなどにより金属テープを折り曲げ加工して第２の金属安定化層８あるいは第２の金属安定化層８Ａを形成し超電導導体１、１３とすることができる。
なお、積層体９に第２の安定化層８、８Ａを被覆する場合、金属テープの裏面側にめっきにより半田予備層を形成したものを用いることが好ましい。これらの半田予備層は半田めっきなどにより２μｍ〜６μｍ程度の厚さとしたものを用いることができる。
半田予備層を構成する半田材料として、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もできる。また、半田予備層において、前述の導電性接合材１５を形成するために用いた材料を適用しても良い。なお、第２の金属安定化層８、８Ａの裏面側に塗布する半田予備層は、上述の導電性接合材１５よりも薄く形成するので、これらの半田予備層が酸化物超電導導体１の撓曲時に与える影響は少ないので、通常の半田材料を用いることができるが、ヤング率として４１．４ＧＰａ（４１．４×１０９Ｎ／ｍ２）未満の上述の半田を用いても良い。
【００２４】
以上のように得られた図２に示す接続構造では、第１、第２の超電導導体１の金属安定化層８どうしを第３の超電導導体１３の金属安定化層８Ａにヤング率４１．４×１０９Ｎ／ｍ２未満の導電性接合材１５で接続したので、第１、第２の超電導導体１、１を巻胴に巻き掛けるなどの構造に適用して第１、第２の超電導導体１に曲げ応力が作用した場合であっても、第１、第２、第３の超電導導体１、１、１３の接続部分周りの酸化物超電導層６に作用する応力を低減することができ、超電導特性の劣化の少ない接続構造を提供できる。第１、第２、第３の超電導導体１、１、１３を接合する導電性接合材１５のヤング率が４１．４×１０９Ｎ／ｍ２未満であると、曲げ応力が作用した場合に導電性接合材１５の全体が均等に撓曲する確率が高く、導電性接合材１５が部分的に折れ曲がるなどにより酸化物超電導層６に局所的に応力付加をかけるおそれが少なくなる。これに対し仮に、ヤング率４１．４×１０９Ｎ／ｍ２を超える導電性接合材であると、接続部分の硬度が高いので、酸化物超電導導体１、１の湾曲に応じて硬い接続部分が上方に折れ曲がり、折れ曲がった接続部分が上方の酸化物超電導層６に部分的に応力付加をかけるので、部分的に曲げ応力を受けた位置の酸化物超電導層６が大きな応力を受ける結果、超電導特性が大幅に劣化するおそれがある。これに対しヤング率が４１．４×１０９Ｎ／ｍ２未満の導電性接合材１５であるならば、適度に柔らかいので曲げ応力の集中を緩和できる結果、超電導特性の劣化を生じ難い。なお、導電性接合材１５のヤング率について、１１ＧＰａ以下であることがより好ましい。
【００２５】
なお、第１、第２の酸化物超電導導体１、１間には隙間ｄがあけられているので、巻胴などに巻回する場合に第１、第２の酸化物超電導導体１、１の端部間の干渉を防止できる。また、この隙間ｄは酸化物超電導導体１を曲げる場合に必要とする曲げ半径に合わせて数ｍｍ〜数１０ｃｍの範囲で任意の幅に設定できる。
また、導電性接合材１５の構成材料として仮にＳｎを用いるならば、接続の際、加熱温度をＳｎの融点以上に上げなければならないため、積層体９に第２の金属安定化層８を被覆する場合に用いている半田予備層のＳｎが融点に達し、その結果、溶融したＳｎが第１の金属安定化層７を構成するＡｇの一部を吸収してしまい、第１の金属安定化層７の機能を損なうおそれがある。これに対し、導電性接合材１５がインジウム半田からなるならば、接続のための加熱温度をインジウムの融点（約１５６℃）以上、Ｓｎの融点（約２３２℃）以下にすることができるので、第１の金属安定化層７の表面のＡｇを融かすことなく接続できる効果がある。
【００２６】
図２に示す酸化物超電導導体の接続構造は、例えば、図３に例示する高温超電導ケーブル１６に適用することができる。図３に示す高温超電導ケーブル１６は、中心部に設けたフォーマ１７の外周に酸化物超電導導体１を巻線状に複数層配置して超電導層１８を形成し、その外周に絶縁層１９と超電導シールド層２０と保護層２１を形成してコアケーブル２２を構成し、このコアケーブル２２を断熱管２３の内部に冷媒流通用の間隙をあけて収容してなる。断熱管２３は例えば内管２３ａと外管２３ｂからなる２重管構造とされ、内管２３ａと外管２３ｂとの間に真空断熱層２３ｃが形成されている。超電導シールド層２０は酸化物超電導導体１を複数層巻線状に配置して構成されている。
このような高温超電導ケーブル１６は長尺のケーブルとして作製されるので、超電導層１８を形成する酸化物超電導導体１、あるいは、超電導シールド層２０を構成する酸化物超電導導体１を他の超電導ケーブルに接続する構成が必要となるので、図２に示す酸化物超電導導体１を他の酸化物超電導導体に接続する構造が適用される。
【００２７】
図２に示す酸化物超電導導体の接続構造は、例えば、図４に示す超電導限流器９９に適用することができる。
図４に示す超電導限流器９９において、図２に示す接続構造を備えた酸化物超電導線材１は、巻胴に複数層に渡って巻回され超電導限流器用モジュール９０を構成し、当該超電導限流器用モジュール９０として液体窒素９８が充填された液体窒素容器９５に格納されている。さらに液体窒素容器９５は、外部との熱を遮断する真空容器９６の内部に格納されている。
液体窒素容器９５は、上部に、液体窒素充填部９１と冷凍機９３を有し、冷凍機９３の下方には、熱アンカー９２と熱板９７が設けられている。
また、超電導限流器９９は、超電導限流器用モジュール９０に外部電源（図示略）を接続するための電流リード部９４を有する。
以上のような、超電導限流器９９の超電導限流器用モジュール９０として使用する場合において、酸化物超電導線材１は、図１を基に説明したように第２の安定化層１４にＮｉ−Ｃｒ等の高抵抗金属を用いたものを使用する。
【００２８】
図２に示す酸化物超電導導体の接続構造は、例えば、図５に示す構造の超電導モーター（超電導機器）３０に適用される。図５に示す超電導モーター３０は、円筒状の密閉型の横長の容器３１の内部に、回転自在に軸支された軸型の回転子３２を備え、ヘリウムガス等の冷却ガスを容器３０の内部に供給できるように構成されている。
回転軸３３の中央部周囲側に、軸周りに複数の超電導コイル３５が取り付けられ、これら複数の超電導コイル３５の周囲側に容器３１の内壁側に支持された銅コイルからなる複数の常電導コイル３６が配置されている。
回転軸３３の内部には冷却ガスを流入させるか流出させるための複数の配管が設けられ、外部に別途設けられている図示略の冷媒供給装置から容器３１の内部に冷却ガスを導入し、冷却ガスにより超電導コイル３５を臨界温度以下に冷却できるように構成されている。なお、超電導コイル３５は臨界温度以下に冷却されるが、常電導コイル３６は常温部として構成される。この形態の超電導モータ３０においては複数の超電導コイル３５が設けられ、これらが相互に電気的に接続される必要があるので、各超電導コイル３５を構成する複数の酸化物超電導導体１、１を図２に示す接続構造により接続することができる。
図５に示すように回転軸３３の周囲に配置された超電導コイル３５を積層型に構成し、この超電導コイル３５を構成するための超電導導体の接続構造として図２に示す接続構造を採用することができる。
【００２９】
図５に示す超電導モーター３０は、容器３１の内部に冷却ガスを導入し、この冷却ガスにより超電導コイル３５を臨界温度以下に冷却して使用する。常電導コイル３６には別途図示略の電源から必要な電流を供給し、超電導コイル３５にも別途図示略の電源から必要な電流を供給することで、両者のコイルが生成する磁場に起因した回転力により回転軸３３を回転させて超電導モーターとして使用することができる。
【００３０】
図２に示す酸化物超電導導体の接続構造は、例えば、図６に示す構造の積層型の超電導マグネット４０に適用することができる。この形態の超電導マグネット４０は、図６の例ではパンケーキコイル４１を８段積みとした構成であり、個々のパンケーキコイル４１は酸化物超電導導体１をパンケーキコイル型に巻回して構成されている。
このように積層型の超電導マグネット４０の複数のパンケーキコイル４１を接続するために、図２に示す酸化物超電導導体の接続構造を適用することができる。
例えば、複数のパンケーキコイル４１を接続する場合、上下に配置されたパンケーキコイル４１、４１の内側の酸化物超電導導体１、１の巻き初め端どうしを橋渡しするように第３の酸化物超電導導体を配置し、図２に示す構造を採用することができる。また、上下に配置されたパンケーキコイル４１、４１の外側の酸化物超電導導体１、１の巻き終わり側の終端どうしを橋渡しするように第３の酸化物超電導導体を配置し、図２に示す構造を採用することができる。
【００３１】
図７は接続構造の第２実施形態を示すもので、第１と第２の酸化物超電導導体１が互いの端部を所定長さ重ね合わせて導電性接合材１５により接合されている。
第２実施形態の構造では、第１、第２の酸化物超電導導体１が接合部において表裏逆転するので、この形態の構造は接続部において表裏が逆転しても支障がない場合に適用できる。
【００３２】
第２実施形態の構造においてもヤング率４１．４×１０９Ｎ／ｍ２未満の導電性接合材１５で接続したので、超電導導体１、１を巻胴に巻き掛けるなどの構造に適用して第１、第２の超電導導体１に曲げ応力が作用した場合であっても、第１、第２の超電導導体１、１の接続部分周りの酸化物超電導層６に作用する応力を低減することができ、超電導特性の劣化の少ない接続構造を提供できる。
また、第２実施形態の構造を先に説明した、図３に示す超電導ケーブル１６、図４に示す超電導限流器用モジュール２５、超電導モーター３０、超電導マグネット４０、パンケーキコイル４１などに適用できるのは勿論である。
【実施例】
【００３３】
幅１０ｍｍ、厚さ１００μｍ、長さ１ｍのテープ状のハステロイＣ２７６（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）を成膜した上に、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スパッタ法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（中間層；膜厚１０ｎｍ）を形成した上に、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）により３００ｎｍ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３００ｎｍ厚のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（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８μｍ厚のＡｇの第１の金属安定化層を形成し、テープ状の超電導積層体を作製した。
【００３４】
次に、裏面に２μｍ厚みのＳｎめっきを施したＣｕテープからなる安定化材（厚さ２０μｍ、幅１８ｍｍ）を用意し、酸化物超電導積層体の片面に縦添えし、２６０℃に加熱したロールによる成形により安定化材の幅方向両端部で酸化物超電導導体の両端部を包み込むようにＣ字状に成形した。以上の工程により図１に断面構造を示す酸化物超電導導体を得た。この酸化物超電導導体を接続試験のために複数用意した。
また、上述の工程により長さ４．５ｃｍの酸化物超電導導体を得、これを接続用の第３の酸化物超電導導体とした。この第３の酸化物超電導導体に対し第１の金属安定化層上に位置する第２の金属安定化層の表面に、厚さ４０μｍのインジウム半田層を形成した。
【００３５】
２本の酸化物超電導導体をそれらの間に５ｍｍの隙間をあけて上側に第１の金属安定化層が位置するように一列に並べ、先に用意した長さ４．５ｃｍの第３の超電導導体の第１の金属安定化層を下側に向けて２本の超電導導体の両方の端部に双方２ｃｍずつ被さるように配置した。即ち、第１、第２の酸化物超電導導体の第２の金属安定化層上に第３の酸化物超電導導体の第２の金属安定化層が被さるように配置した。
次いで、第３の酸化物超電導導体の上に半田ごてを押し当てて加圧しながらインジウム半田を溶融した後、室温まで冷却して第１、第２金属安定化層に対し第３の金属安定化層を半田付けした図２に示す超電導導体の接続構造を得ることができた。
【００３６】
インジウム半田を用いた図２に示す構造で接続した直線状の酸化物超電導導体を複数用意し、これらの酸化物超電導導体を液体窒素中で通電試験し、臨界電流（Ｉｃ０）を求めた。
次に、半径１００ｍｍ、８０ｍｍ、７０ｍｍ、５０ｍｍ、４０ｍｍ、３０ｍｍ、２５ｍｍのそれぞれの巻胴を用意し、これらの巻胴に先の工程にて作製した接続構造を有する酸化物超電導導体を巻き掛け、接続構造部分に曲げ応力を付加する試験を行った。各巻胴に酸化物超電導導体を巻き付ける際、第１、第２の酸化物超電導導体が内側に、第３の酸化物超電導導体が外側に位置するように巻胴周面に巻き付けた。
巻胴周面に巻き付けた状態のままの試料全体を液体窒素に浸漬し、接続した第１、第２酸化物超電導導体の端部に電源を接続して通電試験を行い、各試料の臨界電流（Ｉｃ）を測定し、巻き付ける試験の前に直線状態で測定した酸化物超電導導体のオリジナルの臨界温度（Ｉｃ０）との比較を行った。
【００３７】
図８に巻胴の半径（曲げ半径）と（Ｉｃ／Ｉｃ０）値との関係を示す。
図８に示す試験結果から、スズ半田を用いた接続部を有する酸化物超電導導体は、曲げ半径１００ｍｍ、８０ｍｍでは劣化を生じないものの、曲げ半径を７０ｍｍとした場合に臨界電流値がほぼ０になるという結果を示した。これは、スズ半田のヤング率（４９．９ＧＰａ）が高いため、７０ｍｍの曲げ半径とした場合、酸化物超電導導体の半田付け部分に曲げ応力が集中し、応力集中により酸化物超電導層が損傷したことが原因であると思われる。
これらに対し、インジウム半田を用いた接続部を有する酸化物超電導導体は、曲げ半径５０ｍｍ、４０ｍｍ、３０ｍｍまで臨界電流値の劣化がほとんど見られず、良好な超電導特性を維持した。この試料では曲げ半径２５ｍｍになって初めて臨界電流値の劣化を生じた。
この試験結果から、ヤング率の低いインジウム半田を用いることで半田接続部を有する酸化物超電導導体の曲げ耐久性が向上し、スズ半田を用いた接続構造に対し曲げ半径を小さくしても超電導特性が劣化しないことを確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明は、例えば超電導ケーブル、あるいは、超電導マグネット、超電導モーター、超電導限流器用モジュールなど、各種超電導機器に用いられる酸化物超電導導体の接続に利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…酸化物超電導導体、２…基材、５…中間層、６…酸化物超電導層、７…第１の金属安定化層、８、８Ａ…第２の金属安定化層、９…超電導積層体、１３…第３の酸化物超電導導体、１５…導電性接合材、１６…超電導ケーブル、１８…超電導層、２０…超電導シールド層、３０…超電導モーター、３５…超電導コイル、４０…超電導マグネット、４１…パンケーキコイル、９０…超電導限流器用モジュール、９９…超電導限流器。
【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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【図７】
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【図８】
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