(57)【要約】  第１の超電導線１１と第２の超電導線１２の端部を離間して対向配置させた箇所に、その少なくとも一部が第１の超電導線１１と第２の超電導線１２の幅よりも狭い第３の超電導線１３を、第１の超電導線１１および第２の超電導線１２の長手方向に沿わせるとともに、第１の超電導線１１と第２の超電導線１２に跨らせるように接続した超電導線の接続構造をとることで、第３の超電導線１３を接続した箇所での電流集中による発熱を抑えて、超電導層３の劣化を低減することができ、安定した超電導性能を得ることが可能にした。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いの端部が対向している第１の超電導線と第２の超電導線と、
前記第１の超電導線および前記第２の超電導線の長手方向に沿って配され、前記第１の超電導線と前記第２の超電導線に跨るように接続された第３の超電導線と、
を備え、
前記第１の超電導線、前記第２の超電導線、前記第３の超電導線は、基板上に少なくとも超電導層が積層されているテープ状の超電導線であり、前記第３の超電導線は、前記基板上に前記超電導層が積層された面を、前記第１の超電導線および前記第２の超電導線における前記基板上に前記超電導層が積層された面に向けて配されているとともに、前記第３の超電導線の少なくとも一部が、前記第１の超電導線と前記第２の超電導線の幅よりも狭いことを特徴とする超電導線の接続構造。
【請求項２】
前記第３の超電導線は、両側の端部ほど幅が狭く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導線の接続構造。
【請求項３】
前記第１の超電導線と前記第２の超電導線は、隙間をあけて対向していることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導線の接続構造。
【請求項４】
前記第３の超電導線は、前記第１の超電導線と前記第２の超電導線の隙間に相当する部分の幅が最も広く形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の超電導線の接続構造。
【請求項５】
基材上に少なくとも超電導層が積層されているテープ状の超電導線の接続方法であって、
第１の超電導線と第２の超電導線の端部を離間して対向配置させた箇所に、前記第１の超電導線と前記第２の超電導線の幅よりも狭い部分を有する第３の超電導線を、前記第１の超電導線および前記第２の超電導線の長手方向に沿わせるとともに、前記第１の超電導線と前記第２の超電導線に跨らせて接続することを特徴とする超電導線の接続方法。
【請求項６】
電気的に劣化した劣化領域を挟む第１領域と第２領域を有する超電導線における前記第１領域と前記第２領域が対向する部分に、前記超電導線の幅よりも狭い部分を有する接続用超電導線を前記超電導線の長手方向に沿わせるとともに、前記第１領域と前記第２領域に跨らせて接続することを特徴とする超電導線の接続方法。
【請求項７】
互いの端部が対向している第１の超電導線と第２の超電導線とを電気的に接続するための接続用超電導線であって、
当該接続用超電導線は、その長手方向の中央部の幅が最も広く、前記中央部から端部に向かって幅が狭く形成されたことを特徴とする接続用超電導線。
【請求項８】
当該接続用超電導線は、超電導層を含む積層体であり、前記積層体の側面が導電体によって覆われていることを特徴とする請求項７に記載の接続用超電導線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導線の接続構造、超電導線の接続方法及び接続用超電導線に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超電導線を接続する場合、例えば、図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃに示すように、超電導線１０の端部どうしを付き合わせた部分に、接続用に短く切断した超電導線１００を半田付けやスポット溶接によって貼り合わせるように接合して、電気的接続を行っていた。
このような接続構成は、例えば特許文献１（特許文献１の図３参照）にも開示されている。【０００３】
また、超電導線の端部どうしを付き合わせた部分に、蒸着によって超電導薄膜を堆積させて接合する技術（例えば、特許文献２，３参照。）や、超電導線の表面金属層を剥がした部分に、接続用の超電導線を貼り付け、その接続用超電導線を一旦剥がした表面金属層で覆うようにして接合する技術が知られている（例えば、特許文献４参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７１７６３８号公報
【特許文献２】特許第３８３６２９９号公報
【特許文献３】特許第４１８２８３２号公報
【特許文献４】特開２００８−２３４９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術や特許文献１の接続構造の場合、図８Ｂ、図８Ｃに示すように、接続用の超電導線１００の端部付近（図中、点線で囲った部分）に表皮効果による電流集中が生じ、電流密度が上がったことで発熱することがあり、その熱によって超電導線の超電導層が劣化して超電導性能が低下してしまうことがあるという問題があった。【０００６】
また、上記特許文献２，３の場合、応用機器への適用（例えば、超電導ケーブルの敷設）の際には、作業現場に蒸着装置を持ち込むことは困難であり、実用的な接続方法ではなかった。
また、上記特許文献４の場合、表面金属層が銅テープのように剥がすことが可能なものであれば適用が可能であるが、銅メッキなど剥がすことができないもので形成された表面金属層を有する超電導線には適用できない接続方法であり、また、一度形成した表面金属層を剥がすことにより超電導性能が低下してしまう可能性があった。【０００７】
本発明の目的は、接続しやすく、安定した超電導性能を得ることができる超電導線の接続構造、超電導線の接続方法及び接続用超電導線を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、超電導線の接続構造であって、
互いの端部が対向している第１の超電導線と第２の超電導線と、
前記第１の超電導線および前記第２の超電導線の長手方向に沿って配され、前記第１の超電導線と前記第２の超電導線に跨るように接続された第３の超電導線と、
を備え、
前記第１の超電導線、前記第２の超電導線、前記第３の超電導線は、基板上に少なくとも超電導層が積層されているテープ状の超電導線であり、前記第３の超電導線は、前記基板上に前記超電導層が積層された面を、前記第１の超電導線および前記第２の超電導線における前記基板上に前記超電導層が積層された面に向けて配されているとともに、前記第３の超電導線の少なくとも一部が、前記第１の超電導線と前記第２の超電導線の幅よりも狭いことを特徴とする。【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の超電導線の接続構造において、
前記第３の超電導線は、両側の端部ほど幅が狭く形成されていることを特徴とする。【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の超電導線の接続構造において、
前記第１の超電導線と前記第２の超電導線は、隙間をあけて対向していることを特徴とする。【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の超電導線の接続構造において、
前記第３の超電導線は、前記第１の超電導線と前記第２の超電導線の隙間に相当する部分の幅が最も広く形成されていることを特徴とする。【００１２】
請求項５に記載の発明は、
基材上に少なくとも超電導層が積層されているテープ状の超電導線の接続方法であって、
第１の超電導線と第２の超電導線の端部を離間して対向配置させた箇所に、前記第１の超電導線と前記第２の超電導線の幅よりも狭い部分を有する第３の超電導線を、前記第１の超電導線および前記第２の超電導線の長手方向に沿わせるとともに、前記第１の超電導線と前記第２の超電導線に跨らせて接続することを特徴とする。【００１３】
請求項６に記載の発明は、超電導線の接続方法であって、
電気的に劣化した劣化領域を挟む第１領域と第２領域を有する超電導線における前記第１領域と前記第２領域が対向する部分に、前記超電導線の幅よりも狭い部分を有する接続用超電導線を前記超電導線の長手方向に沿わせるとともに、前記第１領域と前記第２領域に跨らせて接続することを特徴とする。【００１４】
請求項７に記載の発明は、接続用超電導線であって、
互いの端部が対向している第１の超電導線と第２の超電導線とを電気的に接続するための接続用超電導線であって、
当該接続用超電導線は、その長手方向の中央部の幅が最も広く、前記中央部から端部に向かって幅が狭く形成されたことを特徴とする。【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の接続用超電導線において、
当該接続用超電導線は、超電導層を含む積層体であり、前記積層体の側面が導電体によって覆われていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、安定した超電導性能を得ることができるように超電導線を容易に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】超電導線の層構成を示す説明図である。
【図２】本発明に係る超電導線の接続構造を示す断面図である。
【図３】本発明に係る超電導線の接続構造を示す平面図である。
【図４】超電導線の接続構造における変形例を示す説明図である。
【図５】超電導線の接続構造における変形例を示す説明図である。
【図６】超電導線の接続構造における他の実施例を示す平面図である。
【図７】超電導線の接続構造における他の実施例を示す段面図である。
【図８Ａ】従来の超電導線の接続構造を示す斜視図である。
【図８Ｂ】従来の超電導線の接続構造を示す側面図である。
【図８Ｃ】従来の超電導線の接続構造を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１９】
図１は、超電導線の層構成を示す説明図である。
【００２０】
超電導線１０は、例えば、図１に示すように、基板１上に中間層２、超電導層３、保護層４が順に積層された積層体と、その積層体の周囲を被覆する安定化層５を備えているテープ状の超電導線である。
基板１は、例えば、ハステロイ（登録商標）など低磁性の無配向金属からなるテープ状の金属基板である。
中間層２は、超電導層３において高い面内配向性を実現するために形成された層である。
超電導層３は、例えば、ＲＥＢＣＯ系超電導体からなる超電導層であり、ＭＯＣＶＤ法等により成膜された層である。ここで、ＲＥとは希土類元素であり、例えば、Ｙ（イットリウム）、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｃｅ（セリウム）、Ｐｒ（プラセオジム）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｐｍ（プロメチウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユウロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｔｂ（テルビウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｌｕ（ルテチウム）等を挙げることができる。
保護層４は、例えば、スパッタ法により成膜された銀薄膜であり、超電導層３を保護するために形成された層である。
安定化層５は、例えば、銅メッキにより形成されており、基板１、中間層２、超電導層３、保護層４の積層体の側面を覆う導電体からなる層である。この安定化層５は局所的な発熱の発散やクエンチ時に電流をバイパスするために形成された層である。
この超電導線１０の層構成は、後述する第１の超電導線１１、第２の超電導線１２、第３の超電導線１３に共通するものである。
【００２１】
次に、本発明に係る超電導線の接続構造及び超電導線の接続方法について説明する。
図２は、超電導線の接続構造を示す説明図であり、第１の超電導線１１と第２の超電導線１２を、接続用の第３の超電導線１３によって接続した状態を断面図にて示している。
【００２２】
図２に示すように、第１の超電導線１１と第２の超電導線１２は、互いの端部を離間させた配置で対向しており、第１の超電導線１１と第２の超電導線１２が隙間をあけて対向している箇所に第３の超電導線１３が半田層６を介して接続されている。第１の超電導線１１と第２の超電導線１２の隙間は、強度の面から１ｍｍから５ｍｍ程度であることが好ましい。
この第３の超電導線１３は、第１の超電導線１１および第２の超電導線１２の長手方向に沿って配されており、第１の超電導線１１と第２の超電導線１２に跨るように接続されている。このとき、第１の超電導線１１および第２の超電導線１２の幅は長手方向にほぼ一定であり、第１の超電導線１１と第２の超電導線１２の幅は同じであることが好ましい。
特に、第３の超電導線１３は、第１の超電導線１１と第２の超電導線１２の幅よりも狭い幅となる部分を有することを特徴としている。また、第３の超電導線１３の幅は、最も広い部分でも第１の超電導線１１と第２の超電導線１２の幅と同じ寸法であることが好ましい。
【００２３】
第３の超電導線１３は、例えば図３に示すように、予め短く切断されているとともに、その長手方向の全長に亘って第１の超電導線１１と第２の超電導線１２よりも狭い幅に形成されており、平面視略長方形状を呈している。
なお、第１の超電導線１１と第２の超電導線１２の端部は、例えば、超電導ケーブルの敷設等の作業現場において切断されて形成されていることが多いが、第３の超電導線１３は、作業現場で切断は行わず、予めレーザーカット加工によって所望の形状に切断して形成されたものであることが好ましい。レーザーカットによる切断面は熱により融着するため、第３の超電導線１３を構成する超電導層３が剥離するなどのトラブルを抑制でき、所望する形状・サイズに切断加工できるので好ましい。また、第３の超電導線１３は、レーザーカット後に銅メッキ処理等を行い、切断面が金属によって被覆されていることが好ましい。
【００２４】
そして、この接続部分において、第１の超電導線１１と第２の超電導線１２は、互いの超電導層３側の面が対向するように、配置されている。
なお、第１の超電導線１１および第２の超電導線１２と第３の超電導線１３とを接合する半田層６は、好適な超電導性能を得るうえで１６０℃以下の融点であることが好ましく、具体的には、１２０℃程度の融点を有する半田（例えば、ビスマス系合金など）からなることが好ましい。
【００２５】
このような超電導線の接続構造であれば、第３の超電導線１３が半田層６を介して第１の超電導線１１および第２の超電導線１２に接する面の縁の長さが従来よりも長くなるので、表皮効果による電流集中を緩和して、第３の超電導線１３の長手方向における端部付近の電流密度を下げることができる。
そして、第３の超電導線１３の長手方向における端部付近の電流密度を下げることで、電流集中による発熱を抑えることができ、超電導層３の劣化を低減することが可能になる。
また、第１の超電導線１１と第２の超電導線１２の間に間隙を設けず、第１の超電導線１１と第２の超電導線１２を接するように配すると、第１の超電導線１１と第２の超電導線１２と第３の超電導線１３とが接する箇所が存在してしまい、当該箇所での電流集中が発生し、電流集中による発熱に伴い超電導層３の劣化が生じてしまう。従って、第１の超電導線１１と第２の超電導線１２の間に間隙を設けることで、電流集中による発熱を抑制し、超電導層３の劣化を抑制することができる。
【００２６】
このように、第１の超電導線１１と第２の超電導線１２の端部を離間して対向配置させた箇所に、第１の超電導線１１と第２の超電導線１２の幅よりも狭い幅を少なくとも一部有する第３の超電導線１３を、第１の超電導線１１および第２の超電導線１２の長手方向に沿わせて接続した超電導線の接続構造であれば、第３の超電導線１３が第１の超電導線材１１および第２の超電導線材１２に接続された箇所での電流集中による発熱を抑え、各超電導線の超電導層３の劣化を低減することができ、安定した超電導性能を得ることができる。
つまり、本発明に係る超電導線の接続構造は、第１の超電導線１１および第２の超電導線１２と第３の超電導線１３とを半田付けによって容易に接続できる構造であって、安定した超電導性能を得ることができる優れた技術であるといえる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
【００２８】
例えば、図４に示すように、接続用超電導線材である第３の超電導線１３は、平面視略楕円形状を呈するように、その長手方向の中央部の幅が最も広く、中央部から両側の端部に向かって幅が狭く形成された超電導線であってもよい。
このような平面視略楕円形状を呈する第３の超電導線１３であっても、第３の超電導線１３が半田層６を介して第１の超電導線１１および第２の超電導線１２に接する面の縁の長さが従来よりも長くなるので、表皮効果による電流集中を緩和して、第３の超電導線１３の端部付近の電流密度を下げることができ、電流集中による発熱を抑えて超電導層３の劣化を低減することができる。
また、この略楕円形状の第３の超電導線１３における長手方向の中央側の幅は最も広く、第１の超電導線１１と第２の超電導線１２の幅と同じ寸法に形成されている。この第３の超電導線１３の幅が最も広い中央側が、第１の超電導線１１と第２の超電導線１２の隙間に相当する部分になって接合されていることで、接続部分の強度を良好に維持することができる。
【００２９】
また、図５に示すように、接続用超電導線材である第３の超電導線１３は、平面視略斜方形状を呈するように、その長手方向の中央部の幅が最も広く、中央部から両側の端部に向かって幅が狭く形成された超電導線であってもよい。
このような両端部に向かってテーパ状に先細る形状の第３の超電導線１３であっても、第３の超電導線１３が半田層６を介して第１の超電導線１１および第２の超電導線１２に接する面の縁の長さが従来よりも長くなるので、表皮効果による電流集中を緩和して、第３の超電導線１３の端部付近の電流密度を下げることができ、電流集中による発熱を抑えて超電導層３の劣化を低減することができる。
また、この略斜方形状の第３の超電導線１３における長手方向の中央側の幅は最も広く、第１の超電導線１１と第２の超電導線１２の幅と同じ寸法に形成されている。この第３の超電導線１３の幅が最も広い中央側が、第１の超電導線１１と第２の超電導線１２の隙間に相当する部分になって接合されていることで、接続部分の強度を良好に維持することができる。
なお、この第３の超電導線１３の剥がれを防止するために、第３の超電導線１３における略斜方形の角を落とす面取り処理を行うことが好ましい。
【００３０】
また、本発明における超電導線の接続方法は、第１の超電導線１１と第２の超電導線１２のような２本の超電導線を、接続用の第３の超電導線１３で接続する手法に限らない。
例えば、１本の超電導線１０であるものの、超電導線中に何らかの不具合によって超電導性能が低下して臨界電流が低くなるなどした劣化領域Ｒがある場合に、その劣化領域Ｒを挟む第１領域と第２領域を接続用の第３の超電導線１３で電気的に接続することにも、本発明を適用することができる。つまり、超電導線１０において劣化領域Ｒによって隔てられた第１領域１０ａと第２領域１０ｂをそれぞれ第１の超電導線と第２の超電導線に見立てて、第３の超電導線１３で電気的に接続することができる。
【００３１】
例えば、図６、図７に示すように、超電導線１０中に劣化領域Ｒがあり、その劣化領域Ｒを挟んで第１領域１０ａと第２領域１０ｂを繋ぐ場合、超電導線１０における第１領域１０ａと第２領域１０ｂが対向する部分に、その少なくとも一部が超電導線１０の幅よりも狭い第３の超電導線１３を、超電導線１０の長手方向に沿わせるとともに、第１領域１０ａと第２領域１０ｂに跨らせて接続すればよい。ここでは平面視略楕円形状を呈する第３の超電導線１３を、半田層６を介して超電導線１０に接合している。
このように、超電導線１０において劣化領域Ｒによって電気的に隔てられた第１領域１０ａと第２領域１０ｂを、第３の超電導線１３を用いて接続することによって、安定した超電導性能を有する超電導線の接続構造を得ることができる。
【００３２】
なお、以上の実施の形態においては、平面視略長方形状、平面視略楕円形状、平面視略斜方形状を呈する第３の超電導線１３を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その少なくとも一部が第１の超電導線１１と第２の超電導線１２の幅よりも狭い第３の超電導線１３であれば、その他の任意の形状であってもよい。
【００３３】
また、第３の超電導線１３の外周を、例えばケミカルエッチングなどにより絶縁処理することによれば、電流密度をより一層緩和することができる。
【００３４】
また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、以上のように構成されていることから、超電導線の接続構造、超電導線の接続方法及び接続用超電導線として超電導線を接続する技術に利用できる。
【符号の説明】
【００３６】
１      基板
２      中間層
３      超電導層
４      保護層
５      安定化層
６      半田層
１０    超電導線
１１    第１の超電導線
１２    第２の超電導線
１３    第３の超電導線（接続用超電導線）
【図１】
2013164918.tif 000003
【図２】
2013164918.tif 000004
【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】
2013164918.tif 000009
【図８Ａ】
2013164918.tif 000010
【図８Ｂ】
2013164918.tif 000011
【図８Ｃ】
2013164918.tif 000012
【国際調査報告】
2013164918.tif 000013
2013164918.tif 000014
2013164918.tif 000015
2013164918.tif 000016