(57)【要約】【課題】実用機器に用いられる薄膜超電導線の接続部に要求される諸特性を損なわず、マンホール内などの現場環境でも簡易に接続ができる接続方法および接続構造体を提供する。【解決手段】接続しようとする接続端近傍の安定化金属層の一部を剥がした、基板（１）上方に超電導層（１）と金属保護層（１）と安定化金属層が形成されている少なくとも２つの第１の薄膜超電導線、および、基板（２）上方に超電導層（２）と金属保護層（２）が形成されている少なくとも１つの第２の薄膜超電導線を調製し、前記第１の薄膜超電導線の前記接続端部を対向配置し、前記第２の薄膜超電導線の前記金属保護層（２）と、前記第１の薄膜超電導線の前記安定化金属層を剥がして露出した前記金属保護層（１）とを対向配置し、前記第１の薄膜超電導線の前記金属保護層（１）と前記第２の薄膜超電導線の前記金属保護層（２）とを接続する、薄膜超電導線の接続方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続しようとする接続端近傍の安定化金属層の一部を剥がした、基板（１）上方に超電導層（１）と金属保護層（１）と安定化金属層が形成されている少なくとも２つの第１の薄膜超電導線、および、基板（２）上方に超電導層（２）と金属保護層（２）が形成されている少なくとも１つの第２の薄膜超電導線を調製し、
前記第１の薄膜超電導線の前記接続端部を対向配置し、
前記第２の薄膜超電導線の前記金属保護層（２）と、前記第１の薄膜超電導線の前記安定化金属層を剥がして露出した前記金属保護層（１）とを対向配置し、
前記第１の薄膜超電導線の前記金属保護層（１）と前記第２の薄膜超電導線の前記金属保護層（２）とを接続する、薄膜超電導線の接続方法。
【請求項２】
前記第１の薄膜超電導線を調製する際に前記金属保護層（１）と前記安定化金属層の貼り合わせに用いられる第１の低融点金属の融点と同等もしくは低い温度の融点を有する第２の低融点金属を用いて、前記金属保護層（１）と前記金属保護層（２）が接続されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜超電導線の接続方法。
【請求項３】
接続される少なくとも２つの前記第１の薄膜超電導線のそれぞれの前記安定化金属層（１）が接合部を介して接続され、前記安定化金属層は前記第２の低融点金属を用いて接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜超電導線の接続方法。
【請求項４】
少なくとも２つの前記安定化金属層が、良導性金属テープによって接合部を介して接合されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜超電導線の接続方法。
【請求項５】
前記第２の薄膜超電導線の基板（２）に、非磁性体または極低磁性体を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜超電導線の接続方法。
【請求項６】
接続端近傍の安定化金属層の一部が剥がされた、基板（１）上方に超電導層（１）と金属保護層（１）と安定化金属層が形成されている少なくとも２つの第１の薄膜超電導線と、
基板（２）上方に超電導層（２）と金属保護層（２）が形成されている少なくとも１つの第２の薄膜超電導線と、
前記第１の薄膜超電導線および前記第２の薄膜超電導線の前記金属保護層が接続して形成される接続部と
前記第２の薄膜超電導線の前記接続部と反対側の外表面を覆う部材によって形成される接合部とを備え、
前記第１の薄膜超電導線の前記接続端部が対向配置され、前記第２の薄膜超電導線の前記金属保護層（２）と、前記第１の薄膜超電導線の前記安定化金属層を剥がして露出した前記金属保護層（１）とが対向配置され、前記第１の薄膜超電導線および前記第２の薄膜超電導線が、前記接続部を介して接続され、前記第２の薄膜超電導線の前記外表面を覆う部材が前記接合部を介して接続されている、薄膜超電導線の接続構造体。
【請求項７】
前記第２の薄膜超電導線の前記外表面を覆う部材が前記第１の薄膜超電導線の前記安定化金属層からなっており、前記安定化金属層同士が接続されていることを特徴とする請求項６に記載の薄膜超電導線の接続構造体。
【請求項８】
前記第２の薄膜超電導線の前記外表面を覆う部材が良導性金属テープからなっており、前記良導性金属テープと前記安定化金属層とが接続されていることを特徴とする請求項６に記載の薄膜超電導線の接続構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導電力ケーブル、超電導マグネット、超電導エネルギー貯蔵装置、超電導変圧器、超電導限流器、ＭＲＩ装置などの超電導機器に用いられる薄膜超電導線の接続方法及びその接続構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導機器で用いられる薄膜超電導線は、ハステロイやＮｉ合金などの金属基板上に、酸化セリウムなどの中間層が形成され、その上に超電導状態で電流を流す酸化物超電導層が、更に水などが酸化物超電導層と反応して性能を劣化する現象を防ぐための遮水機能を持つ金属保護層と、超電導層に過大電流が流れたときに超電導層が焼損することを防ぐために電流をバイパスする金属安定化層が形成されている。
【０００３】
この薄膜超電導線同士を接続させる方法のひとつの例としては、特許文献１に示されるように、テープ状の基材上に銀が添加された酸化物超電導層上に安定化銀層が形成されている複数本の酸化物超電導体の安定化銀層側の表面を対向させ、半田を介してこれら安定化銀層同士を接続する方法が提案されている。
【０００４】
また、特許文献２にある接続方法では、接続する２本の薄膜超電導線の端部で、その端部の酸化物超電導層を除去して基板の一部を露出させ、各酸化物超電導体の露出した基材同士を突き合わせて接合し、この基材の接合部分上と露出部分上と各酸化物超電導層上にまたがるようにして各酸化物超電導層を接続するための接続用酸化物超電導層を形成し、更に、酸化物超電導層上と接続用酸化物超電導層上に表面保護層を形成する方法が提案されている。
【０００５】
更に、特許文献３の方法では、基材上に超電導薄膜が形成された２本の超電導板状体の超電導薄膜表面の一部が互いに接触するように対面で接触させ、接触した双方の超電導薄膜の結晶方位がほぼ一致するように位置調整した後、超電導薄膜が接触している部分に続く薄膜面に、前記超電導薄膜と同種の超電導薄膜を堆積させる接続方法が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１３３０６７号公報
【特許文献２】特開２００１−３１９７５０号公報
【特許文献３】特開２００５−６３６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、銀層が非常に薄いために、接続された  ２本の超電導線に引張り応力や曲げ応力が加わると、銀層と超電導層の間で剥離が起きたり、銀層が切れたりし、機械的に弱い問題があった。また、線材の臨界電流に近い電流が流れると、２本の線材間の接続抵抗によって発熱し、接続部から超電導破壊を起こして、接続部が焼損する問題があった。
【０００８】
特許文献２では、機械的な強度は十分にあるものの、接続用酸化物超電導層をＣＶＤ法により形成するため、結晶方位を揃えた酸化物超電導層を形成するためには、ＣＶＤ法を始めとして、高価で大型の成膜装置が必要となる。また、例えば超電導ケーブルの接続の用にマンホール等の現場で接続を行う際には、設備を狭い空間に持ち込む必要があり、成膜時間も数時間と長い時間を必要とするため、さらに数百本の接続を行うには１０００時間近い時間が必要となるため、ひとつのケーブル接続をするには非現実的な方法である。
【０００９】
特許文献３では、接続部に超電導薄膜を堆積させる方法として、ＲＦスパッタリング法が行われているが、ＲＦスパッタリング法を実施する場合、真空チャンバーに接続部を入れて真空状態にしてスパッタリングする必要があり、更に高価で大型の設備を準備する必要がある。また、その成膜には特許文献２のＣＶＤと同様に時間がかかり、現場で簡易に接続できるような技術ではない。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、実用機器に用いられる薄膜超電導線の接続部に要求される諸特性を損なわず、マンホール内などの現場環境でも簡易に接続ができる接続方法および接続構造体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】
【００１１】
第１の発明である薄膜超電導線の接続方法の第１の態様は、  接続しようとする接続端近傍の安定化金属層の一部を剥がした、基板（１）上方に超電導層（１）と金属保護層（１）と安定化金属層が形成されている少なくとも２つの第１の薄膜超電導線、および、基板（２）上方に超電導層（２）と金属保護層（２）が形成されている少なくとも１つの第２の薄膜超電導線を調製し、
前記第１の薄膜超電導線の前記接続端部を対向配置し、
前記第２の薄膜超電導線の前記金属保護層（２）と、前記第１の薄膜超電導線の前記安定化金属層を剥がして露出した前記金属保護層（１）とを対向配置し、
前記第１の薄膜超電導線の前記金属保護層（１）と前記第２の薄膜超電導線の前記金属保護層（２）とを接続する、薄膜超電導線の接続方法である。
【００１２】
なお、それぞれの薄膜超電導線においては基板と超電導層の間に中間層を設けてもよい。この態様によれば、超電導層に過大電流が流れたときに超電導層が焼損することを防ぐために電流をバイパスする金属安定化層が接続されていることにより、接続部の強度を維持しつつ、臨界電流を越える電流が流れた場合にも線材が焼損せず、安定した電流を流すことができる薄膜超電導線を可能とする。
【００１３】
第１の発明である薄膜超電導線の接続方法の第２の態様は、
前記第１の薄膜超電導線を調製する際に前記金属保護層（１）と前記安定化金属層の貼り合わせに用いられる第１の低融点金属の融点と同等もしくは低い温度の融点を有する第２の低融点金属を用いて、前記金属保護層（１）と前記金属保護層（２）が接続されることを特徴とする薄膜超電導線の接続方法である。
この態様によれば、薄膜超電導線を形成する金属保護層と安定化金属層間の電気的および機械的接続を保持しつつ、接続部の電気的および機械的接続を確実に行うことができる。
【００１４】
第１の発明である薄膜超電導線の接続方法の第３の態様は、
接続される少なくとも２つの前記第１の薄膜超電導線のそれぞれの前記安定化金属層（１）が接合部を介して接続され、前記安定化金属層は前記第２の低融点金属を用いて接続されることを特徴とする薄膜超電導線の接続方法である。
この態様によれば、薄膜超電導線を形成する金属保護層と安定化金属層間と、接続部の電気的および機械的接続を保持しつつ、接続部の電気的および機械的接続を確実に行うことができる。
【００１５】
第１の発明である薄膜超電導線の接続方法の第４の態様は、
少なくとも２つの前記安定化金属層が、良導性金属テープによって少なくとも2箇所の接合部を介して接合されていることを特徴とする薄膜超電導線の接続方法である。
なお、良導性金属テープとして、前記安定化金属層と同じテープを用いてもよい。
【００１６】
この態様によれば、接続端近傍の安定化金属層を剥がす長さを短くすることが出来、作業を楽に行うことができる。また、安定化金属層の厚さが異なる２つの薄膜超電導線を接続する場合には、接続部における安定化金属層の厚さが均一ではなく、薄い安定化金属層と厚い安定化金属層ができてしまう。このとき、安定化金属層を流れる電流は薄い安定化金属層によって臨界電流を越える電流が制約され、厚い安定化金属層を有する薄膜超電導線から見ると安定化が過少となってしまう。そこで、厚い安定化金属層で接続部を覆うと、接続部の特性を制約することないことから、接続部に適した厚さのテープを使用することができる。
【００１７】
第１の発明である薄膜超電導線の接続方法の第５の態様は、
前記第２の薄膜超電導線の基板（２）に、非磁性体または極低磁性体を用いることを特徴とする薄膜超電導線の接続方法である。
この態様によれば、第２の薄膜超電導線部分の交流損失を低減することができる。
【００１８】
第２の発明の薄膜超電導線の接続構造体の第１の態様は、
接続端近傍の安定化金属層の一部が剥がされた、基板（１）上方に超電導層（１）と金属保護層（１）と安定化金属層が形成されている少なくとも２つの第１の薄膜超電導線と、
基板（２）上方に超電導層（２）と金属保護層（２）が形成されている少なくとも１つの第２の薄膜超電導線と、
前記第１の薄膜超電導線および前記第２の薄膜超電導線の前記金属保護層が接続して形成される接続部と
前記第２の薄膜超電導線の前記接続部と反対側の外表面を覆う部材によって形成される接合部とを備え、
前記第１の薄膜超電導線の前記接続端部が対向配置され、前記第２の薄膜超電導線の前記金属保護層（２）と、前記第１の薄膜超電導線の前記安定化金属層を剥がして露出した前記金属保護層（１）とが対向配置され、前記第１の薄膜超電導線および前記第２の薄膜超電導線が、前記接続部を介して接続され、前記第２の薄膜超電導線の前記外表面を覆う部材が少なくとも1箇所の前記接合部を介して接続されている、薄膜超電導線の接続構造体である。
【００１９】
この態様によれば、超電導層に過大電流が流れたときに超電導層が焼損することを防ぐために電流をバイパスする金属安定化層が接続されていることにより、接続部の強度を維持しつつ、臨界電流を越える電流が流れた場合にも線材が焼損せず、安定した電流を流すことができる。
【００２０】
第２の発明の薄膜超電導線の接続構造体の第２の態様は、
前記第２の薄膜超電導線の前記外表面を覆う部材が前記第１の薄膜超電導線の前記安定化金属層からなっており、前記安定化金属層同士が直接接続されていることを特徴とする請求項６に記載の薄膜超電導線の接続構造体である。
この態様によれば、部品点数を増やすことなく接続を行うことができる。
【００２１】
第２の発明の薄膜超電導線の接続構造体の第３の態様は、
前記第２の薄膜超電導線の前記外表面を覆う部材が良導性金属テープからなっており、前記良導性金属テープと前記安定化金属層とが接続されていることを特徴とする薄膜超電導線の接続構造体である。
【００２２】
この態様によれば、接続端近傍の安定化金属層を剥がす長さを短くすることが出来、作業を楽に行うことができる。また、安定化金属層の厚さが異なる２つの薄膜超電導線を接続する場合には、接続部における安定化金属層の厚さが均一ではなく、薄い安定化金属層と厚い安定化金属層ができてしまう。このとき、安定化金属層を流れる電流は薄い安定化金属層によって臨界電流を越える電流が制約され、厚い安定化金属層を有する薄膜超電導線から見ると安定化が過少となってしまう。そこで、厚い安定化金属層で接続部を覆うと、接続部の特性を制約することないことから、接続部に適した厚さのテープを使用することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、薄膜超電導線を形成する金属保護層と安定化金属層間の電気的および機械的接続を保持しつつ、接続部の電気的および機械的接続を確実に行うことができる。更に、すでに薄膜超電導線に形成された安定化金属層を接続部に用いることで、線材の臨界電流まで安定に電流を流すことができ、かつ簡易に接続を行うことができる。また、薄く形成された金属保護層を対面として接続部を形成することにより、低い接続抵抗のまま接続を行うことができるため、安定に電流を流すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。
【００２５】
図１は本発明の薄膜超電導線の接続の第１の実施形態を説明する工程の模式図である。図１（ａ）は、第１の薄膜超電導線１０の長手方向における端部の安定化金属層１５を剥がす工程、図１（ｂ）は、２本の第１の薄膜超電導線１０の間に第２の薄膜超電導線２０を接続する工程、図１（ｃ）は、第１の薄膜超電導線１０の安定化金属層１５同士を接合する工程、の模式図である。
【００２６】
基板（１）１１上に、中間層（１）１２、超電導層（１）１３、金属保護層（１）１４、安定化金属層１５が順に形成されている第１の薄膜超電導線１０と、基板（２）２１上に、中間層（２）２２、超電導層（２）２３、金属保護層（２）２４が順に形成されている第２の薄膜超電導線２０を調製する。このとき、中間層（１）１２、中間層（２）２２は、基板（１）１１、基板（２）２１の種類によっては形成されてなくてもよい。例えば、基板（１）１１、基板（２）２１がＮｉ合金などからなる場合には、超電導層（１）１３、超電導層（２）２３へＮｉが拡散するのを防ぐために、中間層（１）１２、中間層（２）２２が必要となるが、基板（１）１１、基板（２）２１がＡｇ合金などからなる場合には、中間層（１）１２、中間層（２）２２は形成されていなくてもよい。
【００２７】
第１の薄膜超電導線１０の安定化金属層１５は基板（１）１１、中間層（１）１２、超電導層（１）１３、金属保護層（１）１４の長さよりも長く形成され、端部１６の断面部分である端面１７よりも外に伸びている。第１の薄膜超電導線１０の安定化金属層１５を図１（ａ）のように剥がす。この安定化金属層１５を剥がす長さは、図１（ｃ）に示すように、長手方向長さＤの第２の薄膜超電導線２０を覆い、安定化金属層１５同士が接合できる長さがあればよい。このとき、第２の薄膜超電導２０の長さＤは、好ましくは２０ｍｍ≦Ｄ≦３００ｍｍ、より好ましくは３０ｍｍ≦Ｄ≦１００ｍｍである。安定化金属層１５を剥がす方法としては、安定化金属層１５と金属保護層（１）１４の間が安定化金属層１５の融点および金属保護層（１）１４の融点よりも低い融点を有している第１の低融点金属Ａによって貼り合わせられている場合には、熱を加えて低融点金属Ａを溶かす方法を用いるとよい。
【００２８】
次に、少なくとも２本の第１の薄膜超電導線１０の端面１７同士を対向させて上面に安定化金属層１５が来るように配置する。更に、図１（ｂ）のように、第１の薄膜超電導線１０の金属保護層（１）１４と第２の薄膜超電導線２０の金属保護層（２）２４が対面となるように、第１の薄膜超電導線１０と第２の薄膜超電導線２０を接続させ、第1の薄膜超電導線１０と第２の薄膜超電導線２０が接触している接続部１８を形成する。この接続部１８の接続方法は、安定化金属層１５と金属保護層（１）１４の貼り合わせに第１の低融点金属Ａが用いられている場合には、第１の低融点金属Ａと同等もしくは低い温度の融点を有する第２の低融点金属Ｂを用いて接続を行うとよい。接続部１８の長さ方向の距離ｍは、長くすると接続抵抗が小さくなる傾向があり、３０ｍｍ以上で好ましい小さな接続抵抗となるが、５０ｍｍ以上では接続抵抗が小さくなる傾向は小さくなり、１００ｍｍ以上ではほとんど変わらないことがわかった。このことから、接続部１８の距離ｍは３０〜１００ｍｍが好ましく、より好ましくは３０〜５０ｍｍである。
【００２９】
そして、図１（ｃ）に示すように安定化金属層１５と第２の薄膜超電導線２０の基板（２）２１を接合させ、更に安定化金属層１５同士を接合させて、接合部１９を形成する。安定化金属層１５と基板（２）２１の接合方法と接合部１９の接合方法は、接続部１８の接続方法と同様に、第１の低融点金属Ａと同等もしくは低い温度の融点を有する第２の低融点金属Ｂを用いて接合を行うとよい。このとき、基板（２）２１上に接合された安定化金属層１５の長手方向長さＬ１は、第２の薄膜超電導線２０の長さＤとの関係で表したＤ/２≦Ｌ１≦Ｄの範囲内である。好ましくは、Ｄ／２よりも５０ｍｍ以上長いとよい。また、図１においては、第１の薄膜超電導線１０間に隙間距離ｎを設けているが、ｎ＝０として、隙間を空けなくてもよい。
【００３０】
図２は本発明の薄膜超電導線の接続の第２の実施形態を説明する工程の模式図である。図２（ａ）は、第１の薄膜超電導線１０の長手方向における端部１６の安定化金属層１５を剥がす工程の模式図である。図２（ｂ）は、２本の第１の薄膜超電導線１０の間に第２の薄膜超電導線２０を接続する工程の模式図である。図２（ｃ）は、良導性金属テープ２５によって第２の薄膜超電導線２０の基板（２）２１を跨いで安定化金属層１５間を接合させる工程の模式図である。
【００３１】
第１の実施形態と同様の構成を備えた第１の薄膜超電導線１０と第２の薄膜超電導線２０を調製する。第１の薄膜超電導線１０の安定化金属層１５は図２（ａ）のように、基板（１）１１、中間層（１）１２、超電導層（１）１３、金属保護層（１）１４の長さよりも短く形成され、端部１６から露出長さＬ２だけ安定化金属層１５が剥がされ、金属保護層（１）１４が露出している。金属保護層（１）１４を露出する方法としては、安定化金属層１５と金属保護層（１）１４の間が安定化金属層１５の融点および金属保護層（１）１４の融点よりも低い融点を有している第１の低融点金属Ａによって貼り合わせられている場合には、熱を加えて低融点金属Ａを溶かす方法を用いるとよい。このとき、Ｌ２の長さはｍ≦Ｌ２≦ｍ＋５０ｍｍであることが望ましい。
【００３２】
次に、少なくとも２本の第１の薄膜超電導線１０の端面１７同士を対向させて上面に安定化金属層１５が来るように配置する。更に、図２（ｂ）のように、第１の薄膜超電導線１０の金属保護層（１）１４と第２の薄膜超電導線２０の金属保護層（２）２４が対面となるように、第１の薄膜超電導線１０と第２の薄膜超電導線２０を接続させ、第1の薄膜超電導線１０と第２の薄膜超電導線２０が接触している接続部１８を形成する。この接続部１８の接合方法は、安定化金属層１５と金属保護層（１）１４の接合に第１の低融点金属Ａが用いられている場合には、第１の低融点金属Ａと同等もしくは低い温度の融点を有する第２の低融点金属Ｂを用いて接続を行うとよい。接続部１８の長さ方向の距離ｍは、長くすると接続抵抗が小さくなる傾向があり、３０ｍｍ以上で好ましい小さな接続抵抗となるが、５０ｍｍ以上では接続抵抗が小さくなる傾向は小さくなり、１００ｍｍ以上ではほとんど変わらないことがわかった。このことから、接続部１８の距離ｍは３０〜１００ｍｍが好ましく、より好ましくは３０〜５０ｍｍである。なお、露出長さＬ２は、接続部１８の距離ｍよりも長ければよい。
【００３３】
そして、図２（ｃ）に示すように良導性金属テープ２５を第２の薄膜超電導線２０の基板（２）２１を跨いで安定化金属層１５間を接合させる。良導性金属テープ２５と第２の薄膜超電導線２０の基板（２）２１とを接合させ、更に各々の安定化金属層１５を接合させ、接合部１９を２箇所形成する。安定化金属層１５と基板（２）２１の接合方法と接合部１９の接合方法は、接続部１８の接続方法と同様に、第１の低融点金属Ａと同等もしくは低い温度の融点を有する第２の低融点金属Ｂを用いて接合を行うとよい。このとき、良導性金属テープ２５は安定化金属層１５と同様のテープであってもよい。図２においては、第１の薄膜超電導線１０間に隙間距離ｎを設けているが、ｎ＝０として、隙間を空けなくてもよい。
【００３４】
図３は、本発明の薄膜超電導線の接続構造の実施形態を説明する模式図である。図３（ａ）は図１に示した薄膜超電導線の接続方法において、ｎ＝０とした場合に形成された薄膜超電導線の接続構造の模式図である。図３（ｂ）は図２に示した薄膜超電導線の接続方法において、ｎ＝０とした場合に形成された薄膜超電導線の接続構造の模式図である。図３（ｃ）は図１に示した薄膜超電導線の接続方法において、接合部１９を第２の薄膜超電導線２０上ではなく、第１の薄膜超電導線１０上に形成した場合の薄膜超電導線の接続構造の模式図である。同様に図３（ｄ）は図１に示した薄膜超電導線の接続方法において、接合部１９を第２の薄膜超電導線２０上ではなく、第１の薄膜超電導線１０上に形成し、ｎ＝０とした場合に形成された薄膜超電導線の接続構造の模式図である。図３（ｃ）および図３（ｄ）に示す薄膜超電導線の接続方法によると、安定化金属層１５の接合が1箇所でよく、一方の安定化金属層１５は一度金属保護層（１）１４から剥がした後に再度接合などを行う必要がなく、作業がより簡易となる。更に、接合部１９を第２の薄膜超電導線２０上ではなく、第１の薄膜超電導線１０上に形成するので、薄膜超電導線の接続部分の厚さを薄くすることができる。
【００３５】
図１および図２では、第１の薄膜超電導線１０間に隙間距離ｎを設けているが、この場合、特に超電導電力ケーブルで使用される薄膜超電導線の接続時に適している。図４は一般的な超電導ケーブルの概略構造である。超電導ケーブル３１の中心にあるケーブルコアは、金属製（例えば銅製）フォーマ３２の周りにテープ状の薄膜超電導線３３をらせん状に巻き付けて、その上に電気絶縁層３４（材質は紙若しくは半合成紙）、次いで保護層３５（例えば、導電性の紙あるいは銅の編組線からなる）から形成される。このケーブルコアは可撓性のある金属製（例えば、ステンレス製またはアルミニウム製）二重断熱管、即ち、内管３６と外管３８及び内管３６と外管３８の間に配置された断熱材３７からなる二重断熱管の中に収納されている。このように、超電導電力ケーブルのような構造では、金属製フォーマ３２の周りに薄膜超電導線３３を巻きつけている。そのため、ケーブル接続の際に金属性フォーマ３２間を溶接等で接続する際に、薄膜超電導線３３間に隙間距離ｎがなく、接続部直上に薄膜超電導線３３が存在してしまうと、金属製フォーマ３２間の溶接による熱の影響によって薄膜超電導線３３の性能が落ちてしまう。
【００３６】
しかし、図１（ｃ）、図２（ｃ）および図３（ｄ）のように、第１の薄膜超電導線１０間に隙間距離ｎを設けておけば、金属製フォーマ３２間の溶接を終えた後に、第２の薄膜超電導線２０を新たに接続させることによって、金属製フォーマ３２間の溶接などによる熱の影響を受けず、第１の薄膜超電導線１０および第２の薄膜超電導線２０の性能を落とすことなく、超電導ケーブル３１内のケーブルコア接続が可能となる。このように、溶接などによる熱の影響を受けないためには、隙間距離ｎの距離は好ましくは２００ｍｍ〜６００ｍｍであればよい。
【００３７】
また、図３（ａ）、（ｂ）および（ｄ）のように隙間距離ｎ＝０として第１の薄膜超電導線１０間の隙間を要さない場合は、超電導電力ケーブルのような金属でできたフォーマの外周に第１の薄膜超電導線１０を巻きつける用途ではなく、薄膜超電導線１０単体のみの接続の際に有効である。例としては、超電導マグネットのように、超電導線を用いたコイルの接続時などである。このような場合には、第１の薄膜超電導線１０の端面１７同士を対面で接する状態にし、端面１７同士の接合も行い、更に第２の薄膜超電導線２０に関しても接合を行うことによって、低い接続抵抗でかつ線材並みに強固な機械強度を有した接続構造を実現することができる。このとき、端面１７同士の接合方法としては、接続部１８の接続方法と同様に、第１の低融点金属Ａと同等もしくは低い温度の融点を有する第２の低融点金属Ｂを用いて接合を行うとよい。
以下に、この発明の薄膜超電導線の接続方法を実施例によって更に詳細に説明する。
【実施例１】
【００３８】
接続する第１の薄膜超電導線１０としては、ハステロイ（登録商標：以下同様）（ニッケル−鉄合金）を圧延して、幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍにした基板（１）１１の上に、イオンビームアシストスパッタリング法によりＹＳＺ（イットリウム安定化ジルコニア）の中間層（１）１２を０．５μｍ形成し、さらにその上にプラズマレーザー堆積法でＹＢＣＯ（イットリウム−バリウム−銅−酸素）酸化物を１μｍ積層して超電導層（１）１３を形成した。超電導層（１）１３の劣化防止のために超電導層（１）１３の上には、５μｍの銀を真空蒸着法でつけ金属保護層（１）１４を形成し、さらにその上に、低融点金属Ａで厚さ０．１ｍｍの銅テープを接合して銅からなる安定化金属層１５を形成して第１の薄膜超電導線１０を製作した。この第１の薄膜超電導線１０を、液体窒素に入れて臨界電流を測定したところ２００Ａであり、さらに過電流に対する耐性として７００Ａの電流を２秒間流したが、焼損や臨界電流の低下などの劣化が全くなかった。また、この超電導線の引っ張り試験を室温で行ったところ、１０００ＭＰａで線材が破断した。
【００３９】
最初に薄膜超電導線の接続手順として、接続する２本の第１の薄膜超電導線１０の端部１６を、２本の第１の薄膜超電導線１０がつき合わされる位置となる中心点よりそれぞれ５０ｍｍ長く切断する。それぞれの第１の薄膜超電導線１０は、安定化金属層１５をハンダゴテで熱を加えて安定化金属層１５と金属保護層（１）１４のあいだの低融点金属Ａを溶かして剥がし、端部１６より１００ｍｍの位置まで基板（１）１１、中間層（１）１２、超電導層（１）１３、金属保護層（１）１４からなる超電導線側と安定化金属層１５側に分離する。分離した後の基板（１）１１、中間層（１）１２、超電導層（１）１３、金属保護層（１）１４からなる超電導線側の部分を端部１６から３０ｍｍの部分で切断することで、２本の第１の薄膜超電導線１０の端部１６が、基板（２）２１上に接合された安定化金属層１５の長手方向長さＬ１のほぼ中心位置とすることができる。
【００４０】
このとき、Ｌ１は端部１６より１００ｍｍの位置まで基板（１）１１、中間層（１）１２、超電導層（１）１３、金属保護層（１）１４からなる超電導線側と安定化金属層１５側に分離したときの、安定化金属層１５の長さとほぼ等しい。そして、２本の第１の薄膜超電導線１０の端面１７同士が接触する状態で対向配置させた。次に基板（２）２１、中間層（２）２２、超電導層（２）２３、金属保護層（２）２４からなる長さＤ＝１００ｍｍの第２の薄膜超電導線２０を準備する。これは、先に超電導機器に巻きつけた第１の薄膜超電導線１０を長めに準備して、その端の部分から１００ｍｍの箇所を切断して、さらにその第１の薄膜超電導線１０の安定化金属層１５を剥がした状態のものを使用することも可能である。
【００４１】
第２の薄膜超電導線２０の金属保護層（２）２４と接続する第１の薄膜超電導線１０の金属保護層（１）１４をそれぞれ５０ｍｍ重なるように配置して、ビスマスと錫を主とした融点が１５０℃以下の低融点金属Ｂをハンダとして用いて接続し、接続部１８を形成する。なお、第２の薄膜超電導線２０の基板（２）２１の超電導層（２）２３がついていない裏側については、接続部１８の形成後または事前に、基板（２）２１の裏側表面の酸化層を化学的または機械的に除去するか、事前にスパッタリング等によりハンダが乗りやすい銀層を形成してハンダが乗るようにしておく必要がある。第１の薄膜超電導線１０と第２の薄膜超電導線２０が接続部１８で接続されている状態で、先に剥離させておいた安定化金属層１５を元に戻すことで、両者の安定化金属層１５は長さとしてＬ１が第２の薄膜超電導線２０の長さＤとほぼ等しい１００ｍｍを有しているため、両者の安定化金属層１５同士は約１００ｍｍ重なった状態、つまり接合部１９の長さはと約１００ｍｍとなり、剥がした安定化金属層１５と第２の薄膜超電導線２０の基板間、更に２本の薄膜超電導線１０の安定化金属層１５で重なりあう部分である接合部１９を全て低融点金属Ｂからなるハンダで隙間無く接合して、薄膜超電導線１０の接続とする。
【００４２】
この接続構造を有する薄膜超電導線の特性の評価を行った。その結果、電流を流して１μＶ/ｃｍの電圧が発生する電流は、元の線材（薄膜超電導線１０）の臨界電流となる２００Ａに対して２Ａ低い１９８Ａであり、薄膜超電導線１０とそん色ない通電特性を持っていた。また、接続抵抗を測定したところ０．１μΩと非常に小さく抑えることができた。さらに、液体窒素温度で７００Ａ ２秒の短時間過電流を流したが、接続構造部分で大きな発熱も無く線材は焼損することなく過大電流に耐えることができた。その後線材を室温まで戻して、引張り試験を行ったが、引張り試験の結果、１１２０ＭＰａで接続構造部分から離れた部分で、破断してしまい接続構造部分自身はなんら機械的な変形や亀裂など生じないことが確認された。
【実施例２】
【００４３】
接続する第１の薄膜超電導線１０としては、基板（１）１１としてＮｉ−５％Ｗ合金（ニッケル−５％タングステン合金）を使用した。この基板（１）１１は、実施例１のハステロイと異なり、磁性を持つ材料であり交流電流を通電すると、交流損失が磁性の影響でハステロイの３倍程度大きくなることが観測されている。また、機械的にも弱く約３００ＭＰａで破断してしまう。この基板（１）１１上に、電子ビーム法でＣｅＯ（酸化セリア）からなる中間層（１）１２を１．０μｍ形成し、さらにその上にＣＶＤ法（化学蒸着堆積法）でＹＢＣＯ酸化物を１μｍ積層して超電導層（１）１３を形成した。この方法は、先のハステロイの基板（１）１１上にＩＢＡＤ−ＰＬＤで中間層（１）１２／超電導層（１）１３を形成する方式に比べて高速にすることができ、薄膜超電導線のコストダウンになる製造方法である。この第１の薄膜超電導線１０を用いた接続を行った。
【００４４】
２本の第１の薄膜超電導線１０は、実施例２ではそれぞれの端部１６が２００ｍｍはなれた位置に配置してある。まず、最外層の金属安定化層１５を端部１６より５０ｍｍずつ剥がして切り取り、金属保護層（１）１４を露出した状態にした。次に、接続用の第２の薄膜超電導線２０を準備するが、ここでは非磁性のハステロイからなる基板（２）２１を用い、臨界電流も第１の薄膜超電導線１０に比べて高く、長さ２６０ｍｍの薄膜超電導線を準備した。この第２の薄膜超電導線２０の金属保護層（２）２４と接続する第１の薄膜超電導線１０の金属保護層（１）１４をそれぞれ３０ｍｍずつ重なるように配置して、ビスマスと錫を主とした融点が１５０℃以下の低融点金属Ｂを用いたハンダ接続を行った。次に、４００ｍｍの厚さ０．１ｍｍ、幅が第１、第２の薄膜超電導線と同じ銅からなる良導性金属テープ２５を用意して、第１の薄膜超電導線１０の安定化金属層１５にそれぞれ接合部１９として５０ｍｍずつ重なるようにして、４００ｍｍ全長にわたりハンダで第１、第２の薄膜超電導線１０，２０に貼り合わせた。
【００４５】
この接続構造部分を有する薄膜超電導線を実施例１の接続構造を有する薄膜超電導線と同様に特性の評価を行った結果、電流を流して１μＶ/ｃｍの電圧が発生する電流は、元の線材（薄膜超電導線１０）の臨界電流の９８％であり、接続抵抗も０．１μΩとなった。液体窒素温度で７００Ａ ２秒の短時間過電流も耐え、引張り試験の結果、実施例１と同様に接続構造部分以外の部分で先に破断してしまい、薄膜超電導線自身よりも接続構造部分のほうが機械的に強固であることが確認された。また、薄膜超電導線の交流損失を測定したところ、接続構造部分の交流損失は、基板が非磁性であることから、Ｎｉ−５％Ｗの基板の薄膜超電導線材より交流損失が１／３と低く抑えることができた。
【００４６】
なお、第１の薄膜超電導線１０と第２の薄膜超電導線２０の超電導材料の組成は、RE−バリウム−銅−酸素（RE は、 Y, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Ybから選ばれる１種の原子）からなる化合物を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の薄膜超電導線の接続方法の第１の実施形態を説明する工程の模式図である。
【図２】本発明の薄膜超電導線の接続方法の第２の実施形態を説明する工程の模式図である。
【図３】本発明の薄膜超電導線の接続構造の実施形態を説明する模式図である。
【図４】一般的な超電導ケーブルの概略構造を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  第１の薄膜超電導線
１１  基板（１）
１２  中間層（１）
１３  超電導層（１）
１４  金属保護層（１）
１５  安定化金属層
１６  端部
１７  端面
１８  接続部
１９  接合部
２０  第２の薄膜超電導線
２１  基板（２）
２２  中間層（２）
２３  超電導層（２）
２４  金属保護層（２）
２５  良導性金属テープ
３１  超電導ケーブル
３２  フォーマ
３３  薄膜超電導線
３４  電気絶縁層
３５  保護層
３６  内管
３７  断熱材
３８  外管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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