(57)【要約】【課題】接続強度が高く、超電導臨界電流密度が大きい超電導線材の接続構造を提供する。【解決手段】  基材１の片面に中間層２を介して超電導導体層３が形成された第一及び第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの互いの接続端部を接続する接続構造１００であって、第一及び第二の超電導線材の基材同士が溶接により接合され、第一及び第二の超電導線材の超電導導体層の間に超電導導体層３Ｃを有する接続用線材１０Ｃが懸架され、基材同士の接合部と接続用線材との間に空隙６を有する構成とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の片面に中間層を介して超電導導体層が形成された第一及び第二の超電導線材の互いの接続端部を接続する接続構造であって、
前記第一及び第二の超電導線材の前記基材同士が接合され、
前記第一及び第二の超電導線材の前記超電導導体層の間に、超電導導体層を有する接続用線材が懸架され、
前記基材同士の接合部と前記接続用線材との間に空隙を有することを特徴とする超電導線材の接続構造。
【請求項２】
前記第一及び第二の超電導線材の前記超電導導体層と前記接続用線材の前記超電導導体層とが超電導状態で導通するように接続されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導線材の接続構造。
【請求項３】
前記接続用線材の前記空隙に対向する部分に接続超電導膜が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の超電導線材の接続構造。
【請求項４】
基材の片面に中間層を介して超電導導体層が形成された第一及び第二の超電導線材の互いの接続端部を接続する接続構造であって、
前記第一及び第二の超電導線材の前記基材同士が接合され、
前記第一及び第二の超電導線材の前記超電導導体層の間に、接続用線材が懸架され、
前記基材同士の接合部と前記接続用線材との間に空隙を有し、
前記接続用線材の前記空隙に対向する部分に前記第一及び第二の超電導線材の前記超電導導体層を接続する接続超電導膜を有することを特徴とする超電導線材の接続構造。
【請求項５】
前記第一及び第二の超電導線材の前記超電導導体層と前記接続用線材との間にも、接続超電導膜が形成されていることを特徴とする請求項３又は４記載の超電導線材の接続構造。
【請求項６】
前記第一及び第二の超電導線材の前記接続端部の前記中間層及び前記超電導導体層の除去により前記空隙が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の超電導線材の接続構造。
【請求項７】
前記第一及び第二の超電導線材の前記接続端部の前記中間層及び前記超電導導体層の除去に加えて、前記基材の部分的な除去により前記空隙が形成されていることを特徴とする請求項６記載の超電導線材の接続構造。
【請求項８】
基材の片面に中間層を介して超電導導体層が形成された第一及び第二の超電導線材の互いの接続端部を接続する接続方法であって、
前記第一及び第二の超電導線材の前記接続端部の前記中間層及び前記超電導導体層を除去する第一の除去工程と、
前記第一及び第二の超電導線材の前記基材同士を溶接により接合する接合工程と、
前記第一及び第二の超電導線材の前記超電導導体層の間に、超電導導体層を有する接続用線材を懸架する線材取り付け工程と、
酸素アニール工程と、
を備え、
前記線材取り付け工程において、前記基材同士の接合部と前記接続用線材との間に空隙を形成することを特徴とする超電導線材の接続方法。
【請求項９】
前記接続用線材の前記空隙に対向する部分に接続超電導膜を形成する成膜工程を備えることを特徴とする請求項８記載の超電導線材の接続方法。
【請求項１０】
基材の片面に中間層を介して超電導導体層が形成された第一及び第二の超電導線材の互いの接続端部を接続する接続方法であって、
前記第一及び第二の超電導線材の前記接続端部の前記中間層及び前記超電導導体層を除去する第一の除去工程と、
前記第一及び第二の超電導線材の前記基材同士を溶接により接合する接合工程と、
前記第一及び第二の超電導線材の前記超電導導体層の間に、接続用線材を懸架する線材取り付け工程と、
酸素アニール工程と、
を備え、
前記線材取り付け工程において、前記基材同士の接合部と前記接続用線材との間に空隙を形成し、
前記接続用線材の前記空隙に対向する部分に前記第一及び第二の超電導線材の前記超電導導体層を接続する接続超電導膜を形成する成膜工程を備えることを特徴とする超電導線材の接続方法。
【請求項１１】
前記成膜工程において、前記第一及び第二の超電導線材の前記超電導導体層と前記接続用線材との間にも、接続超電導膜を形成することを特徴とする請求項９又は１０記載の超電導線材の接続方法。
【請求項１２】
前記第一及び第二の超電導線材の前記接続端部の前記基材の部分的な除去を行う第二の除去工程を備えることを特徴とする請求項８から１１のいずれか一項に記載の超電導線材の接続方法。
【請求項１３】
請求項１から７のいずれか一項に記載の超電導線材の接続構造により接続された前記第一及び第二の超電導線材を有する超電導線材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導線材の接続構造、接続方法及び超電導線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、臨界温度（Tc）が液体窒素温度(約77Ｋ）よりも高い酸化物超電導体として、例えば、YBCO系（イットリウム系）、Bi系（ビスマス系）などの酸化物超電導体が注目されている。
この高温酸化物超電導線材は、長尺でフレキシブルな金属などの基板上に酸化物超電導膜を堆積したり、単結晶基板上に酸化物超電導膜を堆積したりして超電導導体層が形成されたものが知られている。また、基板と超電導導体層との間には、必要に応じて中間層が設けられることもある。
【０００３】
上記超電導線材の接続方法として、特許文献１には、真空容器内にて超電導線材の超電導導体層同士を当接して、加熱し、その当接部に向けてノズルから不活性ガスと同種の超電導体超微粉を噴出し、該超微粉を焼結させることにより超電導導体層同士を接続する方法が挙げられている。
【０００４】
特許文献２には、超電導線材の超電導導体層同士を互いに密着させると共に各超電導導体層の端面側において両方の超電導導体層に接触するように超電導膜を堆積させることにより超電導導体層同士を接続する方法が挙げられている。
【０００５】
特許文献３には、接続端部の超電導導体層を除去してから金属基板同士を突合せて溶接し、超電導導体層が除去された双方の接続端部に超電導膜を形成する接続方法が挙げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許２６８８９２３号公報
【特許文献２】特開２００５−０６３６９５号公報
【特許文献３】特許３８３６２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の接続方法は、超電導焼結体の超電導臨界電流密度(Jc)が小さくならないように、焼結体部分の厚み及び薄膜との接触面積を大きくする必要がある。超電導臨界電流密度が十分に大きくできないと、超電導臨界電流密度を超えた電流が流れた場合には、焼結体部分で大きな電気抵抗を発生してしまうという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２の接続方法は、各超電導導体層の端面の面積が小さいため、接続良否のバラツキが大きく、臨界電流が小さくなりやすいことや、接続強度が弱いことが問題となっていた。
【０００９】
また、特許文献３の接続方法は、接続強度が十分であるが、金属基板の溶接の際に、高温により金属元素拡散が起こり、溶接部近傍の超電導層が劣化してしまうので、超電導導体層と形成された超電導膜との間で超電導臨界電流密度が十分に大きくできない場合があるという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、接続強度が高く、超電導臨界電流密度が大きい超電導線材の接続構造、接続方法及び超電導線材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１記載の発明は、
基材の片面に中間層を介して超電導導体層が形成された第一及び第二の超電導線材の互いの接続端部を接続する接続構造であって、
前記第一及び第二の超電導線材の前記基材同士が接合され、
前記第一及び第二の超電導線材の前記超電導導体層の間に、超電導導体層を有する接続用線材が懸架され、
前記基材同士の接合部と前記接続用線材との間に空隙を有することを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の超電導線材の接続構造において、
前記第一及び第二の超電導線材の前記超電導導体層と前記接続用線材の前記超電導導体層とが超電導状態で導通するように接続されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の超電導線材の接続構造において、
前記接続用線材の前記空隙に対向する部分に接続超電導膜が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、
基材の片面に中間層を介して超電導導体層が形成された第一及び第二の超電導線材の互いの接続端部を接続する接続構造であって、
前記第一及び第二の超電導線材の前記基材同士が接合され、
前記第一及び第二の超電導線材の前記超電導導体層の間に、接続用線材が懸架され、
前記基材同士の接合部と前記接続用線材との間に空隙を有し、
前記接続用線材の前記空隙に対向する部分に前記第一及び第二の超電導線材の前記超電導導体層を接続する接続超電導膜を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の超電導線材の接続構造において、
前記第一及び第二の超電導線材の前記超電導導体層と前記接続用線材との間にも、接続超電導膜が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の超電導線材の接続構造において、
前記第一及び第二の超電導線材の前記接続端部の前記中間層及び前記超電導導体層の除去により前記空隙が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の超電導線材の接続構造において、
前記第一及び第二の超電導線材の前記接続端部の前記中間層及び前記超電導導体層の除去に加えて、前記基材の部分的な除去により前記空隙が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項８記載の発明は、超電導線材の接続方法において、
基材の片面に中間層を介して超電導導体層が形成された第一及び第二の超電導線材の互いの接続端部を接続する接続方法であって、
前記第一及び第二の超電導線材の前記接続端部の前記中間層及び前記超電導導体層を除去する第一の除去工程と、
前記第一及び第二の超電導線材の前記基材同士を溶接により接合する接合工程と、
前記第一及び第二の超電導線材の前記超電導導体層の間に、超電導導体層を有する接続用線材を懸架する線材取り付け工程と、
酸素アニール工程と、
を備え、
前記線材取り付け工程において、前記基材同士の接合部と前記接続用線材との間に空隙を形成することを特徴とする。
【００１９】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の超電導線材の接続方法において、
前記接続用線材の前記空隙に対向する部分に接続超電導膜を形成する成膜工程を備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項１０記載の発明は、
基材の片面に中間層を介して超電導導体層が形成された第一及び第二の超電導線材の互いの接続端部を接続する接続方法であって、
前記第一及び第二の超電導線材の前記接続端部の前記中間層及び前記超電導導体層を除去する第一の除去工程と、
前記第一及び第二の超電導線材の前記基材同士を溶接により接合する接合工程と、
前記第一及び第二の超電導線材の前記超電導導体層の間に、接続用線材を懸架する線材取り付け工程と、
酸素アニール工程と、
を備え、
前記線材取り付け工程において、前記基材同士の接合部と前記接続用線材との間に空隙を形成し、
前記接続用線材の前記空隙に対向する部分に前記第一及び第二の超電導線材の前記超電導導体層を接続する接続超電導膜を形成する成膜工程を備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項１１記載の発明は、請求項９又は１０記載の超電導線材の接続方法において、
前記成膜工程において、前記第一及び第二の超電導線材の前記超電導導体層と前記接続用線材との間にも、接続超電導膜を形成することを特徴とする。
【００２２】
請求項１２記載の発明は、請求項８から１１のいずれか一項に記載の超電導線材の接続方法において、
前記第一及び第二の超電導線材の前記接続端部の前記基材の部分的な除去を行う第二の除去工程を備えることを特徴とする。
【００２３】
請求項１３記載の発明は、超電導線材であって、請求項１から７のいずれか一項に記載の超電導線材の接続構造により接続された前記第一及び第二の超電導線材を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
上記発明では、上記の構成により、接続強度が高く、超電導臨界電流密度が大きい超電導線材の接続構造、接続方法及び超電導線材を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】超電導線材の斜視図である。
【図２】第一の実施形態である超電導線材の接続構造の断面図である。
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｆ）は超電導線材の接続方法を工程順に示した断面図である。
【図４】第二の実施形態である超電導線材の接続構造の断面図である。
【図５】第三の実施形態である超電導線材の接続構造の断面図である。
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｆ）は超電導線材の接続方法を工程順に示した断面図である。
【図７】第四の実施形態である超電導線材の接続構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
[第一の実施形態]
以下に、本発明を実施するための好ましい第一の実施の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。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複した説明を適宜省略する。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００２７】
図１は、本発明の第１実施形態に係る超電導線材の斜視図である。
図１に示すように、超電導線材１０は、超電導成膜用基材１（以下、「基材１」とする）の厚み方向の一方の主面（以下、成膜面１１という）に、中間層２、酸化物超電導導体層３及び安定化層４がこの順に積層されている。即ち、超電導線材１０は、基材１、中間層２、酸化物超電導導体層３（以下、「超電導導体層３」とする）、安定化層４による積層構造を有している。
【００２８】
基材１は、テープ状の低磁性の金属基板やセラミックス基板が用いられる。金属基板の材料としては、例えば、強度及び耐熱性に優れた、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ａｇ等の金属又はこれらの合金が用いられる。特に、耐食性及び耐熱性が優れているという観点からハステロイ（登録商標）、インコネル（登録商標）等のＮｉ基合金、またはステンレス鋼等のＦｅ基合金を用いることが好ましい。
また、これら各種金属材料上に各種セラミックスを配してもよい。また、セラミックス基板の材料としては、例えば、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ３、又はイットリウム安定化ジルコニア等が用いられる。その他にも、サファイアを基材として用いてもよい。
【００２９】
成膜面１１は、略平滑な面とされており、例えば成膜面１１の表面粗さが10nm以下とされていることが好ましい。
なお、表面粗さとは、JISB-0601-2001において規定する表面粗さパラメータの「高さ方向の振幅平均パラメータ」における算術平均粗さＲａである。
【００３０】
中間層２は、超電導導体層３において例えば高い２軸配向性を実現するための層である。このような中間層２は、例えば、熱膨張率や格子定数等の物理的な特性値が基材１と超電導導体層３を構成する超電導体との中間的な値を示す。
また、中間層２は、単層構造であってもよく、多層構造であってもよい。多層構造の場合、その層数や種類は限定されないが、非晶質のＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７−δ（δは酸素不定比量）やＡｌ２Ｏ３或いはＹ２Ｏ３等を含むベッド層と、結晶質のＭｇＯ等を含みＩＢＡＤ（Ion Beam Assisted Deposition）法により成形された強制配向層と、ＬａＭｎＯ３＋δ（δは酸素不定比量）を含むＬＭＯ層と、を順に積層した構成となっていてもよい。また、ＬＭＯ層の上にＣｅＯ2等を含むキャップ層をさらに設けてもよい。
上記各層の厚さは、ＬＭＯ層を３０ｎｍ、強制配向層のＭｇＯ層を４０ｎｍ、ベッド層のＹ２Ｏ３層を７ｎｍ、Ａｌ２Ｏ３層を８０ｎｍとする。なお、これらの数値はいずれも一例である。
【００３１】
この中間層２の表面には、超電導導体層３が積層している。超電導導体層３は、酸化物超電導体、特に銅酸化物超電導体を含んでいることが好ましい。銅酸化物超電導体としては、高温超電導体としてのＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ（以下、ＲＥ系超電導体と称す）が好ましい。なお、ＲＥ系超電導体中のＲＥは、Ｙ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，ＹｂやＬｕなどの単一の希土類元素又は複数の希土類元素であり、これらの中でもＢａサイトと置換が起き難い等の理由でＹであることが好ましい。また、δは、酸素不定比量であって、例えば０以上１以下であり、超電導転移温度が高いという観点から０に近いほど好ましい。なお、酸素不定比量は、オートクレーブ等の装置を用いて高圧酸素アニール等を行えば、δは０未満、すなわち、負の値をとることもある。
【００３２】
安定化層４は、超電導導体層３の表面を覆っているが、基材１と中間層２と超電導導体層３の周囲全体を覆っていることがより好ましい。
この安定化層４は、単層構造であってもよく、多層構造であってもよい。多層構造の場合、その層数や種類は限定されないが、銀からなる銀安定化層と、銅からなる銅安定化層を順に積層した構成となっていてもよい。
【００３３】
本実施形態は、超電導線材の接続構造１００及び当該超電導線材の接続構造１００を有する超電導線材を示すものである。なお、「超電導線材の接続構造１００を有する超電導線材」とは、接続構造１００により接続された第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂを有する超電導線材を示す。
【００３４】
本実施形態である超電導線材の接続構造１００は、図２に示すように、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部同士を突き合わせた状態で後述する接続方法によって接続することにより形成される。第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂは上記超電導線材１０と同一構造であり、各層１〜４については超電導線材１０と同じ符号を使用する。
【００３５】
この接続構造１００は、第一及び第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部の基材１，１同士が溶接により接合され、第一及び第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部の超電導導体層３，３同士が、超電導導体層３Ｃを有する接続用線材１０Ｃによりブリッジ接続され、基材１，１同士の接合部と接続用線材１０Ｃとの間に空隙６が形成されている。
【００３６】
［接続方法］
上記の接続構造１００について、図３（Ａ）〜図３（Ｆ）に基づいて、その接続方法を工程順に説明する。
まず、図３（Ａ）に示すように、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部側において、安定化層４，４の除去を行い、超電導導体層３，３を露出させる（露出工程）。安定化層４の除去は、機械的研磨、化学的研磨又はこれらの組み合わせにより行う。
例えば、安定化層４として銀又は銀合金を使用している場合に、化学的に除去する場合には、剥離剤として過酸化水素とアンモニアの水溶液を使用することが望ましい。
また、安定化層４の剥離によって露出した超電導導体層３は、後述する線材取り付け工程において後述する接続超電導膜５を良好に形成するために、その表面粗さをより小さくすることが望ましい。
【００３７】
次に、図３（Ｂ）に示すように、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの安定化層４，４の剥離によって露出した超電導導体層３，３の接続端部側の一部と中間層２，２の接続端部側の一部とを除去して、基材１，１の表面を露出させる（第一の除去工程）。これらの除去は、機械的研磨、化学的研磨又はこれらの組み合わせにより行う。
【００３８】
さらに、図３（Ｃ）に示すように、第一の除去工程によって露出した基材１，１の接続端部に対して、超電導導体層３，３及び中間層２，２の除去範囲と等しい範囲について、部分的な除去を行う。即ち、基材１，１は、図３（Ｃ）に示すように、その接続端部側に向かうにつれて基材１，１の厚さが薄くなるように傾斜した形状で部分的な除去が行われる（第二の除去工程）。
上記基材１，１の除去もまた、機械的研磨、化学的研磨又はこれらの組み合わせにより行う。
【００３９】
次に、図３（Ｄ）に示すように、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの基材１，１を、その接続端部同士を突き合わせた状態で、溶接により接合する（接合工程）。これにより基材１，１を介して第一の超電導線材１０Ａと第二の超電導線材１０Ｂとが十分な強度をもって連結される。
また、かかる基材１，１の連結により、第一の除去工程により除去された超電導導体層３，３及び中間層２，２の除去部分と、第二の除去工程により除去された基材１，１の除去部分とによって、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続部分に、略五角形状の隙間領域が形成される。
【００４０】
次に、図３（Ｅ）に示すように、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３に懸架される接続用線材１０Ｃが用意される。この接続用線材１０Ｃは、基材１Ｃの主面上に中間層２Ｃ、超電導導体層３Ｃが順に積層された積層体である（図３（Ｅ）では超電導導体層３Ｃが下向きとなるように図示している）。そして、接続用線材１０Ｃの基材１Ｃ、中間層２Ｃ、超電導導体層３Ｃは、それぞれ、第一又は第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの基材１、中間層２、超電導導体層３と同一材料から形成されている。
上記接続用線材１０Ｃは安定化層４を有しておらず、超電導導体層３Ｃの表面全体を全長に渡って露出させている。また、この接続用線材１０Ｃの超電導導体層３Ｃについても、その表面粗さを十分小さくすることが望ましい。なお、接続用線材１０Ｃは、第一又は第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂと同じ超電導線材から安定化層４を除去することにより取得しても良い。
【００４１】
さらに、接続用線材１０Ｃの超電導導体層３Ｃと第一及び第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３との間には、ＭＯＤ法(Metal Organic Deposition法/有機金属堆積法)によって接続超電導膜５が形成される。
このため、接続用線材１０Ｃの超電導導体層３Ｃの表面には、ＭＯＤ法に基づいて接続超電導膜５を形成するためのＭＯＤ液が塗布される。
このＭＯＤ液は、例えば、ＲＥ（Ｙ（イットリウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｓｍ（サマリウム）及びＨｏ（ホルミウム）等の希土類元素）とＢａとＣｕとが約１：２：３の割合で含まれているアセチルアセトナート系ＭＯＤ溶液が使用される。
なお、ＭＯＤ液は、少なくとも、接続用線材１０Ｃの超電導導体層３Ｃと第一及び第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３のいずれか一方に塗布すれば良いが、これらの両方に塗布しても良い。
【００４２】
次に、図３（Ｆ）に示すように、接続用線材１０Ｃの超電導導体層３Ｃを第一及び第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３に対向させた状態で、超電導導体層３，３の露出した表面上に接続用線材１０Ｃを配置する。そして、第一及び第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部の超電導導体層３，３同士を、接続用線材１０Ｃによりブリッジ接続する（線材取り付け工程）。
【００４３】
次に、接続用線材１０Ｃに塗布されたＭＯＤ液に含まれる有機成分を除去するための仮焼成工程と、第一及び第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３と接続用線材１０Ｃの超電導導体層３Ｃとの界面にエピタキシャル成長させて接続超電導膜５を形成するための本焼成工程とが、所定の加圧環境下で実施される(成膜工程)。
【００４４】
次に、第一及び第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３と接続用線材１０Ｃの超電導導体層３Ｃと新たに形成された接続超電導膜５とに対して酸素をドープする酸素アニール工程が行われる。この酸素アニール工程は、第一及び第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部と接続用線材１０Ｃとが、酸素雰囲気内に収容され、所定の加熱環境下で実施される。
なお、この酸素アニール工程の後、接続部分の表面に、銀を蒸着し、または、銀ペーストを塗布した後に焼成することで銀安定化層を形成し、その上に電解めっき法などで銅安定化層を形成する安定化層形成工程を付加しても良い。この時、安定化層は空隙６を埋めるように形成されてもよい。
【００４５】
［実施例１］
上記超電導線材の接続構造１００のより具体的な実施例について説明する。なお、以下に説明する実施例の各種の設定値は、いずれも一例であって発明の内容を限定するものではない。
図２に示すように、接続構造１００では、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂのそれぞれの超電導導体層３，３と接続用線材１０Ｃの超電導導体層３Ｃとの重合する長さａをおよそ15mm、空隙６の長さｂをおよそ4〜5mmとし、接続用線材１０Ｃの長さをおよそ34〜35mmとしている。
なお、「長さ」とは第一及び第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの長手方向における長さを示す。以下、「長さ」という場合には全て同様とする。
これに対して、空隙６における基材１，１が除去された深さｃはおよそ10μm、基材１，１の厚みをおよそ50μm、中間層２，２の厚みをおよそ200nm、超電導導体層３，３の厚みをおよそ1μm、接続超電導膜５の厚みをおよそ100nm〜1μmとしている。
【００４６】
また、図３（Ａ）〜図３（Ｆ）に示した接続方法における、安定化層４，４の除去後の第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３の表面粗さ（中心線平均粗さＲａ）と、接続超電導膜５の形成前の接続用線材１０Ｃの超電導導体層３Ｃの表面粗さ（中心線平均粗さＲａ）は、いずれも50nm以下とすることが望ましく、10nm以下とすることがより望ましい。
【００４７】
また、線材取り付け工程における仮焼成工程については、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部及び接続用線材１０Ｃは、400℃以上500℃以下の温度範囲で熱処理が行なわれる。
また、本焼成工程では、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部及び接続用線材１０Ｃは、10〜200MPaの範囲で加圧されながら、750℃以上830℃以下の温度範囲で熱処理が行なわれる。
酸素アニール工程においては、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部及び接続用線材１０Ｃは、350℃以上500℃以下の温度範囲の酸素の雰囲気下にあり、この条件下で酸素ドープが行われる。
【００４８】
以上の条件の下で、良好な超電導線材の接続構造１００が形成される。
【００４９】
［実施形態の技術的効果］
超電導線材の接続構造１００では、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３が接続用線材１０Ｃの超電導導体層３Ｃによりブリッジ接続された状態となるので、超電導臨界電流密度を十分に大きくすることができ、大電流でも超電導状態を良好に維持することが可能となる。
また、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの基材１，１を溶接により接合しているので、接続構造における接続強度を高く維持することが可能である。
【００５０】
さらに、第一の超電導線材１０Ａと第二の超電導線材１０Ｂの基材１，１同士の接合部と接続用線材１０Ｃとの間に空隙６を有するので、基材１，１の溶接による接合部を各超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３から離間することができる。第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３は、溶接によって加熱されると、結晶方位のズレが発生し、接続超電導膜５との間で結晶構造の悪化を生じ得る。しかし、空隙６が存在すると、溶接時の基材１，１の金属元素拡散の影響及び溶接時の熱の影響を低減することができ、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３の劣化を抑え、また、接続超電導膜５の形成を良好に行うことが可能となる。従って、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３間の臨界電流密度を十分に大きく確保することが可能となる。
【００５１】
また、上記空隙６を設けることにより、酸素アニール工程において、接続超電導膜５における空隙６に面する部分と第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部近傍の部分とに十分に酸素を供給することができ、酸素ドープを良好に行うことが可能となる。これによって、短時間のアニール処理で十分な臨界電流特性が得られる。
同様に、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３における接続端部近傍の部分に対しても、十分に酸素を供給することができ、酸素ドープを良好に行うことが可能となる。
【００５２】
なお、空隙６は、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３及び中間層２，２のみの除去により形成することも可能であり、この場合も、超電導導体層３，３の劣化の低減、接続超電導膜５の良好な形成、臨界電流密度の向上、良好な酸素ドープの各効果を得ることが可能だが、図２に示すように、基材１，１の接続端部の部分的な除去を行うことにより、上記の各効果をより向上させることが可能である。
【００５３】
また、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３と接続用線材１０Ｃの超電導導体層３Ｃとの間にも接続超電導膜５が形成されているので、超電導導体層３，３と超電導導体層３Ｃとの間の臨界電流密度を十分に大きくすることができ、良好な超電導状態を維持することが可能となる。
【００５４】
[第二の実施形態]
図４に第二の実施形態である超電導導体層の接続構造１００Ｄを示す。この接続構造１００Ｄについては、前述した接続構造１００と同一の構成については同じ符号を付して重複する説明は省略する。
この接続構造１００Ｄは、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３に懸架される接続用線材１０Ｄが異なっている。この接続用線材１０Ｄは、基材１Ｃの主面上に中間層２Ｃが積層された積層体である（図４では、基材１Ｃにおける超電導導体層３，３側の面に中間層２Ｃが形成された状態を図示している）。
上記接続用線材１０Ｄは超電導導体層３Ｃを有しておらず、中間層２Ｃの表面全体を全長に渡って露出させている。また、この接続用線材１０Ｄの中間層２Ｃについても、その表面粗さを十分小さくすることが望ましい。
【００５５】
この接続構造１００Ｄを形成する接続方法は、接続構造１００の接続方法とほぼ同じであり、異なる点のみを説明する。
第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの露出工程から接合工程までは同じであり、接合工程後には、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３に懸架される接続用線材１０Ｄが用意される。
そして、中間層２Ｃの露出面にＭＯＤ液が塗布された状態で、当該中間層２Ｃの露出面を第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３の露出面に対向させて、これら超電導導体層３，３上に接続用線材１０Ｄを配置する（線材取り付け工程）。
なお、この場合、ＭＯＤ液は第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３の露出面側にも塗布しても良いが、中間層２Ｃの露出面全体にＭＯＤ液を塗布することは必須である。
【００５６】
その後は、接続構造１００と同じ条件で仮焼成工程及び本焼成工程からなる成膜工程と酸素アニール工程とが行われ、接続構造１００Ｄが形成される。
【００５７】
この超電導線材の接続構造１００Ｄの場合も、接続超電導膜５により第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３における超電導臨界電流密度を十分に大きくすることができ、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続強度も高く維持できる。
さらに、空隙６による金属元素拡散の影響及び溶接時の熱の影響の低減、酸素アニール工程における超電導導体層３，３、接続超電導膜５への酸素の良好なドープを実現することが可能である。
【００５８】
[第三の実施形態]
図５に第三の実施形態である超電導導体層の接続構造１００Ｅを示す。この接続構造１００Ｅについては、前述した接続構造１００と同一の構成については同じ符号を付して重複する説明は省略する。
この接続構造１００Ｅは、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３と接続用線材１０Ｃの超電導導体層３Ｃとの間に形成される接続超電導膜５Ｅの形成範囲が異なっている。この接続超電導膜５Ｅは接続用線材１０Ｃの超電導導体層３Ｃの表面における空隙６に対向する部分にのみ形成されている。つまり、接続超電導膜５Ｅは、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３の接続端部側の端面と接続用線材１０Ｃの超電導導体層３Ｃの空隙６に臨む面とに接しており、これらによって、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３の間の超電導臨界電流密度を確保している。
【００５９】
上記接続構造１００Ｅに基づく超電導線材の接続方法を図６（Ａ）〜図６（Ｆ）に示す。
図６（Ａ）〜図６（Ｄ）に示す第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの露出工程から接合工程までは、接続構造１００に基づく超電導線材の接続方法と同一であるため、その説明は省略する。
そして、接合工程後には、図６（Ｅ）に示すように、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３に懸架される接続用線材１０Ｃが用意される。この時、接続用線材１０Ｃの超電導導体層３Ｃの露出面にはＭＯＤ液は塗布されずに第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３に直接接触させて、加熱加圧により相互間の接続が行われる（線材取り付け工程）。これら超電導導体層３，３と３Ｃの層間の接続は、例えば、超電導導体層を溶融点まで加熱して接合する特許第５２１４７４４号公報の技術に比べて、より低い温度で行うことができる。
【００６０】
そして、図６（Ｆ）に示すように、線材取り付け工程により第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部に空隙６が形成される。
この空隙６の内側に第一及び第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３を接続するための接続超電導膜５Ｅを形成する（成膜工程）。
接続超電導膜５Ｅの形成は、接続用線材１０Ｃの超電導導体層３Ｃにおける空隙６の内側となっている面全体にＭＯＤ液を塗布する、あるいは、空隙６内にＭＯＤ液を注入して超電導導体層３Ｃにおける空隙６の内側となっている面に付着させる。
そして、前述した接続超電導膜５の場合と同じ条件で、仮焼成工程、本焼成工程、酸素アニール工程を実行し、接続超電導膜５Ｅを形成する。
【００６１】
この超電導線材の接続構造１００Ｅの場合、接続超電導膜５Ｅにより第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３及び接続用線材１０Ｃの超電導導体層３Ｃの超電導臨界電流密度を十分に大きくすることができ、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続強度も高く維持できる。
さらに、空隙６による金属元素拡散の影響及び溶接時の熱の影響の低減、酸素アニール工程における超電導導体層３，３、接続超電導膜５への酸素の良好なドープを実現することが可能である。
なお、超電導導体層３，３と３Ｃの層間の接続が行われるので、接続超電導膜５Ｅの形成は省略することが可能である。但し、接続超電導膜５Ｅを設けることにより、酸素アニール工程の加熱温度をより低くすることが可能となるという利点がある。
【００６２】
[第四の実施形態]
図７に第四の実施形態である超電導導体層の接続構造１００Ｆを示す。この接続構造１００Ｆについては、前述した接続構造１００Ｄ，１００Ｅと同一の構成については同じ符号を付して重複する説明は省略する。
この接続構造１００Ｆは、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３の間には前述した接続用線材１０Ｄが懸架されており、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３と接続用線材１０Ｄの中間層２Ｃとの間には前述した接続超電導膜５Ｅが形成されている。
【００６３】
この接続構造１００Ｆを形成する接続方法は、接続構造１００Ｅの接続方法とほぼ同じであり、異なる点のみを説明する。
第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの露出工程から接合工程までは同じであり、接合工程後には、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３に懸架される接続用線材１０Ｄが用意される。
そして、接続用線材１０Ｄの中間層２Ｃの露出面を第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３の露出面に対向させて、これら超電導導体層３，３上に接続用線材１０Ｄを接合する（線材取り付け工程）。これら超電導導体層３，３と中間層２Ｃの層間の接続は、相互間を物理的に固定連結するだけであり、相互間の導通を確保するための層間接続は行われない。
【００６４】
そして、線材取り付け工程により第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部に空隙６が形成される。
この空隙６の内側に、図６（Ｆ）の場合と同様に、第一及び第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３を接続するための接続超電導膜５Ｅを形成する（成膜工程）。
【００６５】
この超電導線材の接続構造１００Ｆの場合も、接続超電導膜５Ｅにより第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３における超電導臨界電流密度を十分に大きくすることができ、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続強度も高く維持できる。
さらに、空隙６による金属元素拡散の影響及び溶接時の熱の影響の低減、酸素アニール工程における超電導導体層３，３、接続超電導膜５への酸素の良好なドープを実現することが可能である。
【００６６】
［その他］
空隙６において基材１，１は接合部に近づくにつれて深くなるように傾斜した形状となるように除去されているが、これに限らず、長さｂの全範囲で均一な深さとなるように除去しても良い。
【００６７】
また、接続超電導膜５，５Ｅの成膜は、ＭＯＤ法には限られない。例えば、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）、レーザー蒸着法（ＰＬＤ法）、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により成膜を行っても良い。
【００６８】
また、超電導線材の接続構造１００において、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３と接続用線材１０Ｃの超電導導体層３Ｃとの層間の接続が超電導臨界電流密度を十分に確保できるのであれば、接続超電導膜５における空隙６の内側部分には超電導膜を形成しなくとも良い。
また、超電導線材の接続構造１００Ｅにおいて、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３と接続用線材１０Ｃの超電導導体層３Ｃとの層間の接続が超電導臨界電流密度を十分に確保できるのであれば、接続超電導膜５Ｅは形成しなくとも良い。
【符号の説明】
【００６９】
１，１Ｃ  基材
２，２Ｃ  中間層
３，３Ｃ  超電導導体層
４  安定化層
５，５Ｅ  接続超電導膜
６  空隙
１０，１０Ａ，１０Ｂ  超電導線材
１０Ｃ，１０Ｄ  接続用線材
１００，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ  接続構造
【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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