(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の酸化物超電導線材と、前記一対の酸化物超電導線材を中継接続する第１面接続用超電導線材と、前記一対の酸化物超電導線材を中継接続する第２面中継接続体と、を備え、
前記一対の酸化物超電導線材は、それぞれ、テープ状の基材に酸化物超電導層と安定化層とが１層ずつ順次積層され、
前記第１面接続用超電導線材は、テープ状の基材に酸化物超電導層と安定化層とが順次積層され、
前記一対の酸化物超電導線材は、先端面同士を対向させて配置され、
前記第１面接続用超電導線材は、前記安定化層を前記一対の酸化物超電導線材の前記安定化層に向い合せた状態で、前記一対の酸化物超電導線材にそれぞれ接合され、
前記第２面中継接続体は、前記一対の酸化物超電導線材の、前記第１面接続用超電導線材が接続された第１面とは反対の第２面において、前記一対の酸化物超電導線材の前記基材に向い合せた状態で前記一対の酸化物超電導線材にそれぞれ接合され、
前記第２面中継接続体と前記一対の酸化物超電導線材との接合部における引張強度は、前記第１面接続用超電導線材と前記一対の酸化物超電導線材との接合部における引張強度より高く、
前記第２面中継接続体は、前記一対の酸化物超電導線材の長さ方向について前記第１面接続用超電導線材より長く形成され、
前記一対の酸化物超電導線材に対する前記第２面中継接続体の接合領域は、前記一対の酸化物超電導線材の長さ方向について、前記一対の酸化物超電導線材に対する前記第１面接続用超電導線材の接合領域を含み、
前記一対の酸化物超電導線材は、前記酸化物超電導層が前記基材よりも内周面側になるようコイル状に巻回されている、酸化物超電導線材の接続構造体。
【請求項２】
一対の酸化物超電導線材と、前記一対の酸化物超電導線材を中継接続する第１面接続用超電導線材と、前記一対の酸化物超電導線材を中継接続する第２面中継接続体と、を備え、
前記一対の酸化物超電導線材は、それぞれ、テープ状の基材に酸化物超電導層と安定化層とが１層ずつ順次積層され、
前記第１面接続用超電導線材は、テープ状の基材に酸化物超電導層と安定化層とが順次積層され、
前記一対の酸化物超電導線材は、先端面同士を対向させて配置され、
前記第１面接続用超電導線材は、前記安定化層を前記一対の酸化物超電導線材の前記安定化層に向い合せた状態で、前記一対の酸化物超電導線材にそれぞれ接合され、
前記第２面中継接続体は、前記一対の酸化物超電導線材の、前記第１面接続用超電導線材が接続された第１面とは反対の第２面において、前記一対の酸化物超電導線材の前記基材に向い合せた状態で前記一対の酸化物超電導線材にそれぞれ接合され、
前記第２面中継接続体と前記一対の酸化物超電導線材との接合部における引張強度は、前記第１面接続用超電導線材と前記一対の酸化物超電導線材との接合部における引張強度より高く、
前記第２面中継接続体は、テープ状の基材に酸化物超電導層と安定化層とが順次積層された酸化物超電導線材であり、
前記一対の酸化物超電導線材は、前記酸化物超電導層が前記基材よりも内周面側になるようコイル状に巻回されている、酸化物超電導線材の接続構造体。
【請求項３】
前記第２面中継接続体は、単層構造の金属層である、請求項１に記載の酸化物超電導線材の接続構造体。
【請求項４】
前記一対の酸化物超電導線材の先端面は、隙間をおいて対向させて配置されている、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の酸化物超電導線材の接続構造体。
【請求項５】
テープ状の基材に酸化物超電導層と安定化層とが１層ずつ順次積層された一対の酸化物超電導線材と、テープ状の基材に酸化物超電導層と安定化層とが順次積層された第１面接続用超電導線材と、前記一対の酸化物超電導線材の長さ方向について前記第１面接続用超電導線材より長く形成された第２面中継接続体とを用意する工程と、
前記一対の酸化物超電導線材を、先端面どうしを対向させて配置する工程と、
前記第１面接続用超電導線材を、前記安定化層を前記一対の酸化物超電導線材の前記安定化層に向い合せた状態で、前記一対の酸化物超電導線材にそれぞれ接合するとともに、前記第２面中継接続体を、前記一対の酸化物超電導線材の、前記第１面接続用超電導線材が接続された第１面とは反対の第２面において、前記一対の酸化物超電導線材の前記基材に向い合せた状態で前記一対の酸化物超電導線材にそれぞれ接合する工程と、
前記一対の酸化物超電導線材を、前記酸化物超電導層が前記基材よりも内周面側になるようコイル状に巻回する工程と、を有し、
前記第１面接続用超電導線材と前記第２面中継接続体とを前記一対の酸化物超電導線材に接合する工程において、前記一対の酸化物超電導線材に対する前記第２面中継接続体の接合領域を、前記一対の酸化物超電導線材の長さ方向について、前記一対の酸化物超電導線材に対する前記第１面接続用超電導線材の接合領域を含むようにし、前記第２面中継接続体と前記一対の酸化物超電導線材との接合部における引張強度を、前記第１面接続用超電導線材と前記一対の酸化物超電導線材との接合部における引張強度より高くする、酸化物超電導線材の接続構造体の製造方法。
【請求項６】
テープ状の基材に酸化物超電導層と安定化層とが１層ずつ順次積層された一対の酸化物超電導線材と、テープ状の基材に酸化物超電導層と安定化層とが順次積層された第１面接続用超電導線材と、テープ状の基材に酸化物超電導層と安定化層とが順次積層された酸化物超電導線材である第２面中継接続体とを用意する工程と、
前記一対の酸化物超電導線材を、先端面どうしを対向させて配置する工程と、
前記第１面接続用超電導線材を、前記安定化層を前記一対の酸化物超電導線材の前記安定化層に向い合せた状態で、前記一対の酸化物超電導線材にそれぞれ接合するとともに、前記第２面中継接続体を、前記一対の酸化物超電導線材の、前記第１面接続用超電導線材が接続された第１面とは反対の第２面において、前記一対の酸化物超電導線材の前記基材に向い合せた状態で前記一対の酸化物超電導線材にそれぞれ接合する工程と、
前記一対の酸化物超電導線材を、前記酸化物超電導層が前記基材よりも内周面側になるようコイル状に巻回する工程と、を有し、
前記第１面接続用超電導線材と前記第２面中継接続体とを前記一対の酸化物超電導線材に接合する工程において、前記第２面中継接続体と前記一対の酸化物超電導線材との接合部における引張強度を、前記第１面接続用超電導線材と前記一対の酸化物超電導線材との接合部における引張強度より高くする、酸化物超電導線材の接続構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物超電導線材の接続構造体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、Ｙ系超電導線材（例えばＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ（ＲＥ１２３、ＲＥ：Ｙなどの希土類元素）を使用）、Ｂｉ系超電導線材（例えばＢｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８＋δ（Ｂｉ２２１２）、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋δ（Ｂｉ２２２３）を使用）などの酸化物超電導線材（高温超電導線材）の開発が進んでいる。
一般に、Ｙ系超電導線材は、テープ状の基材上に、中間層と、超電導層と、Ｃｕなどからなる安定化層とが順次形成されている。安定化層は、何らかの要因で超電導から常電導に転移した際の電流パスとして機能する。
Ｙ系超電導線材は、従来より、Ｎｉ合金のような強度の高い材料からなる基材を用いることで、長手方向の引張り強度が与えられている。また、Ｂｉ系超電導線材でも、高強度の金属基材を用いることで引張強度を高めることが提案されている。
【０００３】
実際に超電導線材をコイルやケーブルなどに使用する際は、複数の超電導線材どうしを接続させることが必要となる場合がある（例えば、特許文献１〜３を参照）。
超電導線材を用いて超電導コイルを作製する際には、通常、超電導層側の面を内周面側にして接続構造体をコイル状に巻回する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７１７６８３号公報
【特許文献２】特許第４８１０２６８号公報
【特許文献３】特表２０１１−５２９２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、図１３（Ａ）に示すように、一対の超電導線材１０１，１０２を超電導線材１０３を介して接続した接続構造体２００に、超電導線材１０１，１０２の長さ方向の引張力を加える場合、接統部分では引張力の方向と線材の厚さ方向の重心を通る線（破線）の方向とが一致しない。また、接続部分は、線材が重なっているため曲げ剛性が高い。そのため、図１３（Ｂ）に示すように、引張力が大きいと、接続部分の端部近傍で線材が大きく曲がることがある。
図１４（Ａ）は、接続構造体２００の具体例を示す断面図である。超電導線材１０１〜１０３は、それぞれ、テープ状の基材１０，２０，３０と、中間層１１，２１，３１と、酸化物超電導層１２，２２，３２と、安定化層１３，２３，３３とを備えている。超電導線材１０１，１０２と超電導線材１０３とは、半田層３４を介して接合されている。
図１４（Ｂ）は、超電導線材１０１と超電導線材１０３との接続部分（図１４（Ａ）において楕円で囲んだ部分）を拡大して示す図であり、接続構造体２００に引張負荷をかけたときに接続部分で生じた応力を示す。この図では、応力の大きさが網かけの濃淡で表されており、高い応力ほど濃い色で表されている。この図に示すように、超電導線材１０１，１０３の接続部分の端部近傍において、超電導線材１０１には応力が集中するとともに、曲げが生じている。
このように、接続部分の端部において応力集中とともに曲げが生じることにより、この接続構造体２００では、線材自体がもつ強度の７割以下の負荷で超電導特性が低くなるという測定結果が得られている。さらに、接続部分の半田（半田層３４）の分布量など微細な構造によっても、超電導特性の引張強度依存性は変化する。そのため、接続構造体２００では、安定した超電導特性を得るのが難しい。
特に、接続構造体２００を用いて超電導コイルを作製する場合には、接続構造体２００に加えられる引張負荷を原因として超電導特性が低下し、不安定になりやすかった。
【０００６】
本発明の一態様は、酸化物超電導線材の接続構造体において、引張負荷を原因とする超電導特性の不安定化を防ぐことができる酸化物超電導線材の接続構造体およびその製造方法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】
【０００７】
本発明の一態様は、一対の酸化物超電導線材と、前記一対の酸化物超電導線材を中継接続する第１面接続用超電導線材と、前記一対の酸化物超電導線材を中継接続する第２面中継接続体と、を備え、前記酸化物超電導線材および前記第１面接続用超電導線材は、それぞれ、テープ状の基材に酸化物超電導層と安定化層とが順次積層され、前記一対の酸化物超電導線材は、先端面同士を対向させて配置され、前記第１面接続用超電導線材は、前記安定化層を前記一対の酸化物超電導線材の前記安定化層に向い合せた状態で、前記一対の酸化物超電導線材にそれぞれ接合され、前記第２面中継接続体は、前記一対の酸化物超電導線材の前記基材に向い合せた状態で前記一対の酸化物超電導線材にそれぞれ接合され、前記第２面中継接続体と前記一対の酸化物超電導線材との接合部における引張強度は、前記第１面接続用超電導線材と前記一対の酸化物超電導線材との接合部における引張強度より高い、酸化物超電導線材の接続構造体を提供する。
この構成によれば、前記一対の酸化物超電導線材一方の面および他方の面にそれぞれ第１面接続用超電導線材と第２面中継接続体とが設けられているため、前記一対の酸化物超電導線材の厚さ方向の構造上の偏りが小さくなる。そのため、引張負荷が加えられたときにおいても応力集中および線材の折れ曲がりが小さく、超電導特性の低下を防ぐことができる。
また、この構成によれば、第２面中継接続体の接合部における引張強度が第１面接続用超電導線材の接合部における引張強度より高くされているため、コイル状にした状態で引張負荷が加えられても接続部分での破損が起こらず、超電導特性の低下を防ぐことができる。
【０００８】
前記第２面中継接続体は、前記一対の酸化物超電導線材の長さ方向について前記第１面接続用超電導線材より長く形成され、前記一対の酸化物超電導線材に対する前記第２面中継接続体の接合領域は、前記一対の酸化物超電導線材の長さ方向について、前記一対の酸化物超電導線材に対する前記第１面接続用超電導線材の接合領域を含むことが好ましい。
この構成によれば、酸化物超電導線材に対する第２面中継接続体の接合面積が大きくなるため、第２面中継接続体の接合部における引張強度を第１面接続用超電導線材の接合部における引張強度より確実に高くできる。よって、前述の超電導特性の低下を防ぐ効果が確実に得られる。
【０００９】
前記第２面中継接続体は、テープ状の基材に酸化物超電導層と安定化層とが順次積層された酸化物超電導線材であってよい。
この構成によれば、酸化物超電導線材および第１面接続用超電導線材と同じ構成の酸化物超電導線材を第２面中継接続体として用いることができるため、構成部品の種類を少なくでき、製造が容易となる。
【００１０】
前記第２面中継接続体は、単層構造の金属層であってよい。
この構成によれば、高強度・高剛性かつ薄型の第２面中継接続体を使用することができ、これによって、接続強度を確保しつつ接続構造体を薄型化することができる。
【００１１】
前記一対の酸化物超電導線材の先端面は、隙間をおいて対向させて配置することができる。
この構成によれば、接続構造体に曲げが加えられた時に、前記隙間によって歪を吸収できる。そのため、接続部分に過大な力が作用することがなく、破損を回避することができる。
【００１２】
本発明の一態様は、テープ状の基材に酸化物超電導層と安定化層とが順次積層された一対の酸化物超電導線材と、テープ状の基材に酸化物超電導層と安定化層とが順次積層された第１面接続用超電導線材と、第２面中継接続体とを用意する工程と、前記一対の酸化物超電導線材を、先端面どうしを対向させて配置する工程と、前記第１面接続用超電導線材を、前記安定化層を前記一対の酸化物超電導線材の前記安定化層に向い合せた状態で、前記一対の酸化物超電導線材にそれぞれ接合するとともに、前記第２面中継接続体を、前記一対の酸化物超電導線材の前記基材に向い合せた状態で前記一対の酸化物超電導線材にそれぞれ接合する工程と、を有し、前記第１面接続用超電導線材と前記第２面中継接続体とを前記一対の酸化物超電導線材に接合する工程において、前記第２面中継接続体と前記一対の酸化物超電導線材との接合部における引張強度を、前記第１面接続用超電導線材と前記一対の酸化物超電導線材との接合部における引張強度より高くする、酸化物超電導線材の接続構造体の製造方法を提供する。
この方法によれば、引張負荷が加えられたときにおいても超電導特性の低下を防ぐことができる酸化物超電導線材の接続構造体を容易に製造できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様によれば、一対の酸化物超電導線材一方の面および他方の面にそれぞれ第１面接続用超電導線材と第２面中継接続体とが設けられているため、引張負荷が加えられたときにおいても応力集中および線材の折れ曲がりが小さく、超電導特性の低下を防ぐことができる。
また、第２面中継接続体の接合部における引張強度が第１面接続用超電導線材の接合部における引張強度より高くされているため、コイル状にした状態で引張負荷が加えられても接続部分での破損が起こらず、超電導特性の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の酸化物超電導線材の接続構造体の第１実施形態を模式的に示す、長さ方向に沿う断面図である。
【図２】図１の接続構造体に用いられる酸化物超電導線材の先端部を模式的に示す斜視図である。
【図３】図１の接続構造体の製造方法を模式的に示す図である。
【図４】（Ａ）図１に示す酸化物超電導線材の接続構造体における厚さ方向の重心の位置を示す図である。（Ｂ）従来の酸化物超電導線材の接続構造体の一例における厚さ方向の重心の位置を示す図である。
【図５】図１の接続構造体を用いて超電導コイルを作製した場合の接続構造体の形態を模式的に示す図である。
【図６】図１の接続構造体の第１変形例を模式的に示す、長さ方向に沿う断面図である。
【図７】図１の接続構造体の第２変形例を模式的に示す、長さ方向に沿う断面図である。
【図８】図１の接続構造体の第３変形例を模式的に示す、長さ方向に沿う断面図である。
【図９】本発明の酸化物超電導線材の接続構造体の第２実施形態を模式的に示す、長さ方向に沿う断面図である。
【図１０】本発明の接続構造体に使用できる酸化物超電導線材の他の例を模式的に示す、長さ方向に直交する方向に沿う断面図である。
【図１１】試験結果を示すグラフである。
【図１２】試験結果を示すグラフである。
【図１３】（Ａ）接続構造体の一例を示す図である。（Ｂ）（Ａ）の接続構造体に引張力を加えたときの接続構造体の形態の変化を示す説明図である。
【図１４】（Ａ）接続構造体の一例を模式的に示す断面図である。（Ｂ）（Ａ）の接続構造体に引張負荷をかけたときの接続部分における応力を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る酸化物超電導線材の接続構造体の実施形態について説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴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。また、一部の図に、線材の幅方向をＸ方向、長手方向をＹ方向、厚み方向をＺ方向とするＸＹＺ座標系を記載した。
【００１６】
［酸化物超電導線材］
図２は、本発明に係る酸化物超電導線材の接続構造体の第１実施形態に用いられる酸化物超電導線材１の先端部を模式的に示す斜視図である。酸化物超電導線材１は、テープ状の基材１０に中間層１１、酸化物超電導層１２、安定化層１３（金属層）が順に積層された構造を有する。
【００１７】
基材１０は、ハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）に代表されるニッケル合金；ステンレス鋼；ニッケル合金に集合組織を導入した配向Ｎｉ−Ｗ合金などが適用される。基材１０の厚みは、例えば１０〜５００μｍの範囲とすることができる。
【００１８】
中間層１１は、基材１０上に形成される。中間層１１は、一例として、基材側から順に拡散防止層とベッド層と配向層とキャップ層の積層構造とすることができる。拡散防止層とベッド層の一方あるいは両方を略してもよい。拡散防止層は、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ＧＺＯ（Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７）等から構成され、例えば厚み１０〜４００ｎｍに形成される。ベッド層は、界面反応性を低減し、その上に形成される膜の配向性を得るため層であり、Ｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３等からなり、その厚みは例えば１０〜１００ｎｍである。配向層は、その上のキャップ層の結晶配向性を制御するために２軸配向する物質から形成される。配向層の材質としては、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ３、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等の金属酸化物を例示することができる。この配向層はＩＢＡＤ（Ion-Beam-Assisted Deposition）法で形成することが好ましい。キャップ層は、上述の配向層の表面に成膜されて結晶粒が面内方向に自己配向し得る材料からなり、具体的には、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＹＳＺ、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、ＬａＭｎＯ３等からなる。キャップ層の膜厚は５０〜５０００ｎｍの範囲に形成できる。
【００１９】
酸化物超電導層１２は酸化物超電導体として公知のものでよく、具体的には、ＲＥ−１２３系と呼ばれるＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ（ＲＥは希土類元素であるＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの１種または２種以上を表す）を例示できる。酸化物超電導層１２の具体例としては、Ｙ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）、Ｇｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ）などがある。これらの銅酸化物超電導体は、母物質が絶縁体であるが、酸素アニール処理により酸素を取り込むことで結晶構造の整った酸化物超電導体となり、超電導特性を示す性質をもつ。
酸化物超電導層１２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】
安定化層１３は、酸化物超電導層１２の上面１２ａに形成される。安定化層１３としては、ＡｇまたはＡｇ合金の第１層の上に、ＣｕまたはＣｕ合金（Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｎｉ合金等）の第２層が積層された構造を例示できる。ＡｇまたはＡｇ合金の第１層は例えばスパッタ法などにより形成される。ＣｕまたはＣｕ合金の第２層は例えばめっき、テープ材などにより形成される。安定化層１３は、何らかの要因で超電導から常電導に転移した際の電流パスとして機能する。安定化層１３は、例えば、厚み１μｍ以上１００μｍ以下で形成される。
【００２１】
［第１実施形態の接続構造体］
本発明に係る酸化物超電導線材の接続構造体の第１実施形態である接続構造体１００について、図１を参照しつつ説明する。
図１に示すように、接続構造体１００は、第１の酸化物超電導線材１と第２の酸化物超電導線材２とを接続した構造体である。詳しくは、接続構造体１００は、第１および第２の酸化物超電導線材１，２と、第１面接続用超電導線材３と、第２面接続用超電導線材４（第２面中継接続体）とを有する。
【００２２】
第２の酸化物超電導線材２は、基材２０に中間層２１、酸化物超電導層２２、安定化層２３が順に積層された構造を有する。基材２０，中間層２１、酸化物超電導層２２、安定化層２３は、それぞれ酸化物超電導線材１の基材１０、中間層１１、酸化物超電導層１２、安定化層１３と同様の構成を有するため、その説明を省略する。
なお、酸化物超電導線材１，２の安定化層１３，２３の表面１３ａ，２３ａは酸化物超電導線材１，２の第１面であり、基材１０，２０の表面１０ａ，２０ａは酸化物超電導線材１，２の第２面である。第２面は、第１面とは反対の面である。
【００２３】
第１および第２の酸化物超電導線材１，２は、先端面１ａ，２ａ同士を対向させて配置されている。先端面１ａと先端面２ａとの間には、隙間５が確保されている。
【００２４】
第１面接続用超電導線材３は、基材３０に中間層３１、酸化物超電導層３２、安定化層３３が順に積層された構造を有する。基材３０，中間層３１，酸化物超電導層３２，安定化層３３は、それぞれ酸化物超電導線材１の基材１０，中間層１１，酸化物超電導層１２，安定化層１３と同様の構成を有するため、その説明を省略する。
【００２５】
第１面接続用超電導線材３は、安定化層３３を第１および第２の酸化物超電導線材１，２の安定化層１３，２３に向い合せた状態で酸化物超電導線材１，２にそれぞれ接合されている。これによって、酸化物超電導線材１，２は、第１面（表面１３ａ，２３ａ）において、第１面接続用超電導線材３を介して接続されている。
【００２６】
第１面接続用超電導線材３の一端３ａを含む部分（一端部３５）の安定化層３３は、酸化物超電導線材１の先端１ｂを含む部分（先端部１５）の安定化層１３の表面１３ａに重ね合わされ、半田層３４を介して安定化層１３に接合されている。
第１面接続用超電導線材３の他端３ｂを含む部分（他端部３６）の安定化層３３は、酸化物超電導線材２の先端２ｂを含む部分（先端部２５）の安定化層２３の表面２３ａに重ね合わされ、半田層３４を介して安定化層２３に接合されている。
【００２７】
第１面接続用超電導線材３の一端部３５と酸化物超電導線材１の先端部１５とが接合した部分を接合部５１Ａといい、その領域を第１接合領域５１という。第１面接続用超電導線材３の他端部３６と酸化物超電導線材２の先端部２５とが接合した部分を接合部５１Ａといい、その領域を第２接合領域５２という。接合領域５１，５２では、第１面接続用超電導線材３は、酸化物超電導線材１，２の全幅にわたって接合されることが好ましい。半田層３４は、安定化層３３の表面３３ａの全域に設けてもよいし、接合領域５１，５２にのみ設けてもよい。
第１面接続用超電導線材３は、一端部３５と他端部３６とがそれぞれ酸化物超電導線材１，２に接合されることによって、酸化物超電導線材１，２を中継接続する。
【００２８】
第２面接続用超電導線材４は、基材４０に中間層４１、酸化物超電導層４２、安定化層４３が順に積層された構造を有する。基材４０，中間層４１，酸化物超電導層４２，安定化層４３は、それぞれ酸化物超電導線材１の基材１０，中間層１１，酸化物超電導層１２，安定化層１３と同様の構成を有するため、その説明を省略する。
【００２９】
第２面接続用超電導線材４は、安定化層４３を第１および第２の酸化物超電導線材１，２の基材１０，２０に向い合せた状態で、酸化物超電導線材１，２にそれぞれ接合されている。これによって、第１および第２の酸化物超電導線材１，２は、第１面接続用超電導線材３とは反対の面（第２面）において、第２面接続用超電導線材４を介して接続されている。
【００３０】
第２面接続用超電導線材４は、第１の酸化物超電導線材１と同等の構造を有し、基材４０に中間層４１、酸化物超電導層４２、安定化層４３が順に積層された構造を有する。第２面接続用超電導線材４は、安定化層４３を第１および第２の酸化物超電導線材１，２の基材１０，２０に向い合せた状態で、酸化物超電導線材１，２にそれぞれ接合されている。これによって、酸化物超電導線材１，２は、第２面（表面１０ａ，２０ａ）において、第２面接続用超電導線材４を介して接続されている。
【００３１】
第２面接続用超電導線材４の一端４ａを含む部分（一端部４５）の安定化層４３は、酸化物超電導線材１の先端１ｂを含む部分（先端部１５）の基材１０の表面１０ａに重ね合わされ、半田層４４を介して基材１０に接合されている。第２面接続用超電導線材４の他端４ｂを含む部分（他端部４６）の安定化層４３は、酸化物超電導線材２の先端２ｂを含む部分（先端部２５）の基材２０の表面２０ａに重ね合わされ、半田層４４を介して基材２０に接合されている。
【００３２】
第２面接続用超電導線材４の一端部４５と酸化物超電導線材１の先端部１５とが接合した部分を接合部５３Ａといい、その領域を第３接合領域５３という。第２面接続用超電導線材４の他端部４６と酸化物超電導線材２の先端部２５とが接合した部分を接合部５４Ａといい、その領域を第４接合領域５４という。
半田層４４は、安定化層４３の表面４３ａの全域に設けてもよいし、表面４３ａのうち接合領域５３，５４にのみ設けてもよい。
接合領域５３，５４に相当する酸化物超電導線材１，２の表面領域（基材１０，２０の表面１０ａ，２０ａの一部）には、Ａｇ、Ｃｕなどからなる金属層を形成すると、酸化物超電導線材１，２と第２面接続用超電導線材４とを半田層４４を介して強固に接合できる。接合領域５３，５４では、第２面接続用超電導線材４は、酸化物超電導線材１，２の全幅にわたって接合されることが好ましい。
第２面接続用超電導線材４は、一端部４５と他端部４６とがそれぞれ酸化物超電導線材１，２に接合されることによって、酸化物超電導線材１，２を中継接続する。
【００３３】
第２面接続用超電導線材４と酸化物超電導線材１，２との接合部５３Ａ，５４Ａにおける引張強度は、第１面接続用超電導線材３と酸化物超電導線材１，２との接合部５１Ａ，５２Ａにおける引張強度より高くされている。ここでいう接合部における引張強度とは、第１および第２の酸化物超電導線材１，２の長さ方向（Ｙ方向）の引張強度（例えばＪＩＳ  Ｚ２２４１に準拠）である。
【００３４】
第１面接続用超電導線材３と酸化物超電導線材１，２との接合部５１Ａ，５２Ａにおける引張強度と、第２面接続用超電導線材４と酸化物超電導線材１，２との接合部５３Ａ，５４Ａにおける引張強度とを比較するには、例えば次の方法をとることができる。
酸化物超電導線材１，２を第１面接続用超電導線材３を介して接続した第１の接続構造体（図１の接続構造体１００から第２面接続用超電導線材４を省いた構造）と、酸化物超電導線材１，２を第２面接続用超電導線材４を介して接続した第２の接続構造体（図１の接続構造体１００から第１面接続用超電導線材３を省いた構造）と、を用意する。
第１の接続構造体と第２の接続構造体とを引張試験に供し、第１の接続構造体の接合領域５１，５２の接合部５１Ａ，５２Ａにおける引張強度（接合領域５１の引張強度と接合領域５２の引張強度の合計）と、第２の接続構造体の接合領域５３，５４の接合部５３Ａ，５４Ａにおける引張強度（接合領域５３の引張強度と接合領域５４の引張強度の合計）とを測定し、これらを比較する。
【００３５】
第２面接続用超電導線材４は、酸化物超電導線材１，２の長さ方向（Ｙ方向）について第１面接続用超電導線材３より長く形成されていることが好ましい。
第２面接続用超電導線材４の接合領域５３，５４は、酸化物超電導線材１，２の長さ方向（Ｙ方向）について、第１面接続用超電導線材３の接合領域５１，５２を含むことが好ましい。詳しくは、第１接合領域５３は第１接合領域５１に比べて長くされ（すなわちＹ方向の寸法が大きくされ）、長さ方向（Ｙ方向）に関して第１接合領域５３は第１接合領域５１を含んでいる。第２接合領域５４は第２接合領域５２に比べて長くされ（すなわちＹ方向の寸法が大きくされ）、長さ方向（Ｙ方向）に関して第２接合領域５４は第２接合領域５２を含む。そのため、第２面接続用超電導線材４の一端４ａは、第１面接続用超電導線材３の一端３ａに比べ、長さ方向（Ｙ方向）の外側の位置（酸化物超電導線材１，２の接続中央線Ｃ１から離れた位置）にある。また、第２面接続用超電導線材４の他端４ｂは、第１面接続用超電導線材３の他端３ｂに比べ、長さ方向（Ｙ方向）の外側の位置にある。
この構成によれば、酸化物超電導線材１，２に対する第２面中継接続体４の接合面積が大きくなるため、第２面接続用超電導線材４の接合部５３Ａ，５４Ａにおける引張強度を、第１面接続用超電導線材３の接合部５１Ａ，５２Ａにおける引張強度より確実に高くできる。よって、超電導特性の低下を防ぐ効果が確実に得られる。
なお、接続中央線Ｃ１は、酸化物超電導線材１，２の先端面１ａ，２ａ間の長さ方向（Ｙ方向）の中央を通り、酸化物超電導線材１，２に直交する線である。
【００３６】
第１面接続用超電導線材３と第２面接続用超電導線材４とは、機械的特性、例えば酸化物超電導線材１，２の長さ方向の引張強度（例えばＪＩＳ  Ｚ２２４１に準拠する引張強度）が互いに同じであってよい。
【００３７】
［接続構造体の製造方法］
図３に示すように、接続構造体１００を製造するには、次の方法をとることができる。
（第１工程）
酸化物超電導線材１，２、第１面接続用超電導線材３および第２面接続用超電導線材４を用意する。
【００３８】
（第２工程）
酸化物超電導線材１，２を、先端面１ａ，２ａどうしを対向させて配置する。
【００３９】
（第３工程）
第１面接続用超電導線材３の安定化層３３の表面３３ａおよび第２面接続用超電導線材４の安定化層４３の表面４３ａに半田層３４，４４を形成する。接合領域５１，５２（図１参照）に相当する酸化物超電導線材１，２の表面領域（安定化層１３，２３の表面１３ａ，２３ａの一部）には、予備半田層３４ａを形成するのが好ましい。接合領域５３，５４（図１参照）に相当する酸化物超電導線材１，２の表面領域（基材１０，２０の表面１０ａ，２０ａの一部）には、蒸着等によりＡｇ、Ｃｕなどを付着させてから、予備半田層４４ａを形成するのが好ましい。
【００４０】
第１面接続用超電導線材３を、酸化物超電導線材１，２にまたがるように第１面（安定化層１３，２３の表面１３ａ，２３ａ）に重ね合わせて半田層３４により安定化層１３，２３に接合させる。これによって、酸化物超電導線材１，２は第１面接続用超電導線材３により接続される。
第２面接続用超電導線材４を、酸化物超電導線材１，２にまたがるように第２面（基材１０，２０の表面１０ａ，２０ａ）に重ね合わせて半田層４４により基材１０，２０に接合させる。
なお、酸化物超電導線材１，２に対する第１面接続用超電導線材３の接合と、第２面接続用超電導線材４の接合とは、いずれが先であってもよいし、同時であってもよい。
以上の工程を経て、図１に示す接続構造体１００を得る。
【００４１】
接続構造体１００では、酸化物超電導線材１，２の一方の面および他方の面にそれぞれ第１面接続用超電導線材３と第２面接続用超電導線材４とが設けられているため、酸化物超電導線材１，２の厚さ方向の構造上の偏りが小さくなる。
図４（Ａ）は、接続構造体１００の厚さ方向の重心の位置を示す図である。この図に示すように、接続構造体１００では、図４（Ｂ）に示す接続構造体２００（図１３、図１４参照）に比べ、接続部分の重心の位置（破線）は厚さ方向の中央に近い。そのため、接続構造体１００では、引張負荷が加えられたときにおいても応力集中および線材の折れ曲がりが小さく、超電導特性の低下を防ぐことができる。
【００４２】
前述のように、接続構造体１００では、第２面接続用超電導線材４の接合部５３Ａ，５４Ａにおける引張強度が第１面接続用超電導線材３の接合部５１Ａ，５２Ａにおける引張強度より高くされている。
図５に示すように、接続構造体１００を用いて超電導コイルを作製する際には、通常、酸化物超電導線材１，２の第１面（第１面接続用超電導線材３が設けられた面）を内周面側にして接続構造体１００をコイル状に巻回する。
そのため、接続構造体１００の外周面側となる第２面には、内周面側に比べて大きな引張力が作用する可能性があるが、接続構造体１００では、第２面接続用超電導線材４の接合部５３Ａ，５４Ａにおける引張強度が高く設定されているため、コイル状にした状態で引張負荷が加えられても接続部分での破損が起こらず、超電導特性の低下を防ぐことができる。
これに対し、第２面接続用超電導線材の接合部における引張強度が、第１面接続用超電導線材の接合部における引張強度と同じまたはこれより低い場合には、コイル状にした接続構造体に引張負荷が加えられると、外周面側の第２面接続用超電導線材の接合部に大きな力が加えられることにより破損が生じやすくなる。
【００４３】
接続構造体１００では、先端面１ａと先端面２ａとの間に隙間５があるため、接続構造体１００に曲げが加えられた時に、隙間５によって歪を吸収できる。そのため、接続部分に過大な力が作用することがなく、破損を回避することができる。
また、接続構造体１００では、第２面中継接続体として、第２面接続用超電導線材４が用いられている。第２面接続用超電導線材４としては、酸化物超電導線材１，２および第１面接続用超電導線材３と同じ構成の酸化物超電導線材を用いることができるため、構成部品の種類を少なくでき、製造が容易となる。
【００４４】
前述の接続構造体１００の製造方法によれば、引張負荷が加えられたときにおいても応力集中および線材の折れ曲がりが小さく、超電導特性の低下を防ぐことができる接続構造体１００を容易に製造できる。
【００４５】
［第１実施形態の接続構造体の第１変形例］
以下、既出の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
図１に示す接続構造体１００では、酸化物超電導線材１，２の先端面１ａと先端面２ａとの間の隙間５には何も充てんされていないが、隙間５には導電性材料を充てんしてもよい。
図６は、接続構造体１００の第１変形例である接続構造体１００Ａを示す図であり、接続構造体１００Ａは、隙間５に半田等の導電性材料６が充てんされている点で、図１に示す接続構造体１００と異なる。
接続構造体１００Ａは、隙間５に導電性材料６が充てんされているため、図１に示す接続構造体１００に比べ、酸化物超電導線材１と酸化物超電導線材２との間の導電性の点で優れている。
【００４６】
［第１実施形態の接続構造体の第２変形例］
図１に示す接続構造体１００では、酸化物超電導線材１，２の先端面１ａと先端面２ａとの間には、隙間５が確保されているが、隙間５はなくてもよい。
図７は、接続構造体１００の第２変形例である接続構造体１００Ｂを示す図であり、接続構造体１００Ｂは、先端面１ａと先端面２ａとが突き合わせされており、先端面１ａと先端面２ａとの間に隙間はない。
接続構造体１００Ｂは、図１に示す接続構造体１００に比べ、酸化物超電導線材１，２と第１面接続用超電導線材３、および、酸化物超電導線材１，２と第２面接続用超電導線材４との接触面積が大きくなるため、接続信頼性の確保の点で有利である。
【００４７】
［第１実施形態の接続構造体の第３変形例］
図８は、接続構造体１００の第３変形例である接続構造体１００Ｃを示す図であり、接続構造体１００Ｃは、酸化物超電導線材１，２の基材１０，２０の表面１０ａ，２０ａに、それぞれ安定化層１４，２４が設けられている。安定化層１４，２４は、例えばＣｕまたはＣｕ合金（Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｎｉ合金等）からなる。
第１面接続用超電導線材３および第２面接続用超電導線材４についても、基材３０，４０の表面３０ａ，４０ａに、それぞれ安定化層３７，４７を設けることができる。安定化層３７，４７は、安定化層１４，２４と同様の構成を採用することができる。
接続構造体１００Ｃは、酸化物超電導線材１，２に安定化層１４，２４が設けられているため、酸化物超電導線材１，２と第２面接続用超電導線材４との間の導電性を高めることができる。
【００４８】
［第２実施形態の接続構造体］
本発明に係る酸化物超電導線材の接続構造体の第２実施形態である接続構造体１１０について、図９を参照しつつ説明する。
図９に示すように、接続構造体１１０では、第２面接続用超電導線材４に代えて、単層構造の第２面中継接続体６が用いられている。第２面中継接続体６は、金属箔などからなる。第２面中継接続体６の材料としては、例えば、ステンレス鋼、ニッケル合金（ハステロイなど）、チタン合金、銅などを例示できる。
第２面中継接続体６は、半田層５４を介して、酸化物超電導線材１，２の基材１０，２０の表面１０ａ，２０ａに接合されている。第２面中継接続体６は、第１面接続用超電導線材３より薄くすることができる。例えば、第２面中継接続体６が第１面接続用超電導線材３の基材３０と同じ材料（例えばハステロイ）からなる場合には、第２面中継接続体６の厚さを、基材３０より厚くかつ第１面接続用超電導線材３より薄い範囲で適切に選択すれば、第２面中継接続体６を、第１面接続用超電導線材３に比べて強度を低下させずに薄くすることができる。
【００４９】
第２面中継接続体６と酸化物超電導線材１，２との接合部５３Ａ，５４Ａにおける引張強度は、第１面接続用超電導線材３と酸化物超電導線材１，２との接合部５１Ａ，５２Ａにおける引張強度より高くされている。
【００５０】
酸化物超電導線材１，２に対する第２面中継接続体６の接合領域５３，５４は、酸化物超電導線材１，２の長さ方向（Ｙ方向）について、第１面接続用超電導線材３の接合領域５１，５２を含むことが好ましい。なお、接合領域５１，５２と接合領域５３，５４とは長さ方向の範囲が一致していてもよい。
【００５１】
接続構造体１１０は、単層構造の第２面中継接続体６が用いられているため、高強度・高剛性かつ薄型の第２面中継接続体６を使用することができ、これによって、接続強度を確保しつつ接続構造体１００を薄型化することができる。
【００５２】
［酸化物超電導線材の他の例］
図１０に示すように、酸化物超電導線材には、安定化層１３に加えて、外周面に外周安定化層７を設けた構造を採用してもよい。この場合、安定化層１３はＡｇまたはＡｇ合金の第１層のみとしてもよい。
この図に示す外周安定化層７は、酸化物超電導線材１のほぼ全周を断面Ｃ字形に覆って設けられている。外周安定化層７は、例えばＣｕまたはＣｕ合金（Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｎｉ合金等）からなる金属テープで構成することができる。金属テープは半田により酸化物超電導線材１の外周面に接合される。金属テープにより覆われていない部分（すなわち、金属テープの側縁部どうしの間）には、溶融半田が埋め込まれることによって半田層８が形成されている。
外周安定化層７は、金属テープを安定化層１３側（酸化物超電導層１２側）から断面Ｃ字形をなすように包み込んで折り曲げ加工することで形成することができる。
なお、外周安定化層は、めっきによって構成してもよい。
【実施例】
【００５３】
以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されない。
（試料の作製）
ハステロイＣ−２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅１２ｍｍ、厚み０．０７５ｍｍ、長さ５０００ｍｍのテープ状の基材の表面に中間層を形成した。
中間層は、イオンビームスパッタ法により形成したＡｌ２Ｏ３層（拡散防止層；厚さ１００ｎｍ）と、イオンビームスパッタ法により形成したＹ２Ｏ３層（ベッド層；厚さ３０ｎｍ）と、イオンビームアシスト蒸着法（ＩＢＡＤ法）により形成したＭｇＯ層（２軸配向層；厚さ５〜１０ｎｍ）と、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）により形成したＣｅＯ２層（キャップ層；厚さ５００ｎｍ）とからなる。
次いで中間層の表面に、ＰＬＤ法によりＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ層（酸化物超電導層；厚さ２．０μｍ）を形成した。
次いで、酸化物超電導層の表面に、ＤＣスパッタ法によるＡｇ層（第１層；厚さ２μｍ）と、テープ材によるＣｕ層（第２層；厚さ２０μｍ）とからなる安定化層を形成して、試料を得た。安定化層を形成する際には、Ａｇ層形成後に５００℃で１０時間の酸素アニール処理を行い、その後、Ｃｕ層を形成した。
【００５４】
（実施例１）
図１に示す接続構造体１００を、次のようにして作製した。
図１に示すように、酸化物超電導線材１，２を、先端面１ａ，２ａどうしを対向させて配置し、第１面接続用超電導線材３を、酸化物超電導線材１，２にまたがるように第１面（安定化層１３，２３の表面１３ａ，２３ａ）に重ね合わせ、半田層３４により安定化層１３，２３に接合させた。
第２面接続用超電導線材４を、酸化物超電導線材１，２にまたがるように第２面（基材１０，２０の表面１０ａ，２０ａ）に重ね合わせ、半田層４４により基材１０，２０に接合させた。
酸化物超電導線材１，２、第１面接続用超電導線材３、および第２面接続用超電導線材４としては、前述の試料から得られた酸化物超電導線材を用いた。
以上の工程を経て、図１に示す接続構造体１００を得た。
引張試験機を用いて、酸化物超電導線材１，２の端部を把持して接続構造体１００に長さ方向（Ｙ方向）の引張力を加え、引張強度を測定した。結果を図１１に示す。
【００５５】
（比較例１）
図１４（Ａ）に示す接続構造体２００を、次のようにして作製した。
酸化物超電導線材１０１，１０２を、先端面どうしを対向させて配置し、第１面接続用超電導線材１０３を、酸化物超電導線材１０１，１０２の第１面（安定化層１３，２３の表面）に積層し、半田層３４により安定化層１３，２３に接合させた。
酸化物超電導線材１０１，１０２、および第１面接続用超電導線材１０３としては、前述の試料から得られた酸化物超電導線材を用いた。
以上の工程を経て、図１４（Ａ）に示す接続構造体２００を得た。
接続構造体２００に長さ方向（Ｙ方向）の引張力を加え、引張強度を測定した。結果を図１１に示す。
【００５６】
（比較例２）
比較のため、前述の試料から得られた酸化物超電導線材（接続構造のない酸化物超電導線材）の引張強度を測定した。結果を図１１に示す。
【００５７】
図１１に示すように、酸化物超電導線材１，２の第２面に第２面接続用超電導線材４を設けた実施例１では、第２面接続用超電導線材４を用いていない比較例１に比べ、高い引張強度が得られた。
実施例１における引張強度は、接続構造のない酸化物超電導線材（比較例２）とほぼ同等であった。
【００５８】
（実施例２）
図１に示す接続構造体１００を作製した。第１面接続用超電導線材３の長さ（Ｙ方向の長さ）、および第２面接続用超電導線材４の長さ（Ｙ方向の長さ）は表１のとおりとした。
酸化物超電導線材１，２、第１面接続用超電導線材３、および第２面接続用超電導線材４としては、前述の試料から得られた酸化物超電導線材を用いた。
この接続構造体１００のＩｃ劣化歪を測定した。結果を表１および図１２に示す。
【００５９】
（参考例１）
第２面接続用超電導線材４の長さ（Ｙ方向の長さ）を表１のとおりとしたこと以外は実施例２と同様にして接続構造体を作製した。この接続構造体のＩｃ劣化歪を測定した。結果を表１および図１２に示す。
【００６０】
（比較例３）
第２面接続用超電導線材４の長さ（Ｙ方向の長さ）を表１のとおりとしたこと以外は実施例２と同様にして接続構造体を作製した。この接続構造体のＩｃ劣化歪を測定した。結果を表１および図１２に示す。
【００６１】
【表１】
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【００６２】
図１２に示すように、第２面接続用超電導線材４が第１面接続用超電導線材３より短い比較例３に比べ、第２面接続用超電導線材４が第１面接続用超電導線材３より長い実施例２では、Ｉｃ劣化歪について優れた結果が得られた。
【００６３】
図１１、表１および図１２に示す結果より、第２面接続用超電導線材４が第１面接続用超電導線材３より長い接続構造体１００の優位性が確認できた。
【００６４】
以上、本発明の様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
例えば、酸化物超電導線材は、ＲＥ−１２３系の超電導線材に限らず、Ｂｉ系の超電導線材であってもよい。
また、接続構造体１００では、酸化物超電導線材１，２、第１面接続用超電導線材３および第２面接続用超電導線材４は、中間層１１，２１，３１，４１を有するが、中間層は必須の構成ではない。そのため、酸化物超電導線材は、基材上に酸化物超電導層と安定化層とを順次積層した構成であってもよい。また、接続構造体１００では、接合領域５３，５４は平面視において接合領域５１，５２を含むことが好ましい。
【符号の説明】
【００６５】
１…第１の酸化物超電導線材、１ａ…先端面、２…第２の酸化物超電導線材、２ａ…先端面、３…第１面接続用超電導線材、４…第２面接続用超電導線材（第２面中継接続体）、５…隙間、６…第２面中継接続体、１０，２０，３０，４０…基材、１２，２２，３２，４２…酸化物超電導層、１３，２３，３３，４３…安定化層、５１，５２，５３，５４・・・接合領域、５１Ａ，５２Ａ，５３Ａ，５４Ａ・・・接合部。
【図１】
0006712125.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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