(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材の片面側に中間層及び超電導導体層が順番に重ねて形成された第一と第二の超電導線材が、互いの接続端部の前記超電導導体層側を向かい合わせた状態で接続用超電導導体層を介して接続されている接続構造であって、
前記第一の超電導線材及び前記第二の超電導線材の接続端部を隙間空間を有する状態で内包する保護材と、
前記保護材を前記第一の超電導線材と前記第二の超電導線材に対して固定すると共に前記保護材の内部を密閉状態に封止する封止材とを備え、
前記封止材は、前記第一の超電導線材及び前記第二の超電導線材の接続端部を避けた位置に設けられており、
前記保護材は、前記第一の超電導線材及び前記第二の超電導線材の接続端部との間に前記隙間空間のみが存在する状態であって、当該第一の超電導線材及び前記第二の超電導線材の接続端部に非接触状態で内包していることを特徴とする超電導線材の接続構造。
【請求項２】
基材の片面側に中間層及び超電導導体層が順番に重ねて形成された第一と第二の超電導線材が、互いの接続端部の前記超電導導体層側を向かい合わせた状態で接続用超電導導体層を介して接続されている接続構造であって、
前記第一の超電導線材及び前記第二の超電導線材の接続端部を空間を有する状態で内包する保護材と、
前記保護材を前記第一の超電導線材と前記第二の超電導線材に対して固定すると共に前記保護材の内部を密閉状態に封止する封止材とを備え、
前記封止材は、前記第一の超電導線材及び前記第二の超電導線材の接続端部を避けた位置に設けられており、
前記第一の超電導線材の接続端部と前記第二の超電導線材の接続端部とが、互いに線材の先端部を線材の長手方向について同方向に向けた状態で接続されていることを特徴とする超電導線材の接続構造。
【請求項３】
基材の片面側に中間層及び超電導導体層が順番に重ねて形成された第一と第二の超電導線材が、互いの接続端部の前記超電導導体層側を向かい合わせた状態で接続用超電導導体層を介して接続されている接続構造であって、
前記第一の超電導線材及び前記第二の超電導線材の接続端部を空間を有する状態で内包する保護材と、
前記保護材を前記第一の超電導線材と前記第二の超電導線材に対して固定すると共に前記保護材の内部を密閉状態に封止する封止材とを備え、
前記封止材は、前記第一の超電導線材及び前記第二の超電導線材の接続端部を避けた位置に設けられており、
前記第一の超電導線材及び前記第二の超電導線材の接続端部と前記保護材の間の隙間空間に、緩衝材が設けられていることを特徴とする超電導線材の接続構造。
【請求項４】
基材の片面側に中間層及び超電導導体層が順番に重ねて形成された第一と第二の超電導線材が、互いの接続端部の前記超電導導体層側を向かい合わせた状態で接続用超電導導体層を介して接続されている接続構造であって、
前記第一の超電導線材及び前記第二の超電導線材の接続端部を空間を有する状態で内包する保護材と、
前記保護材を前記第一の超電導線材と前記第二の超電導線材に対して固定すると共に前記保護材の内部を密閉状態に封止する封止材とを備え、
前記封止材は、前記第一の超電導線材及び前記第二の超電導線材の接続端部を避けた位置に設けられており、
前記保護材の内側面に、緩衝材が取り付けられていることを特徴とする超電導線材の接続構造。
【請求項５】
前記封止材は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂又は300℃以下の温度で溶融する可融合金であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の超電導線材の接続構造。
【請求項６】
前記保護材は、金属製又は樹脂製のシート体を巻いた構造であ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】
前記保護材は、金属製又は樹脂製の筒状体であ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８】
前記保護材が、銅、銀、錫若しくはニッケルを材料とするか、又は、銅、銀、錫若しくはニッケルのメッキが施されたものとし、
前記封止材は、300℃以下の温度で溶融する可融合金から形成されていることを特徴とする請求項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。
【請求項９】
前記第一の超電導線材の接続端部と前記第二の超電導線材の接続端部とが、互いに線材の先端部を線材の長手方向について逆方向に向けた状態で接続されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の超電導線材の接続構造。
【請求項１０】
前記接続用超電導導体層が、有機金属堆積法により形成された超電導導体層であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の超電導線材の接続構造。
【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）の高温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。
【０００３】
上記超電導線材は、ＭＲＩ(magnetic resonance imaging)のコイルの巻き線や電力ケーブルとしての適用等が検討されており、長尺な超電導線材の要求が高まっている。
しかしながら、一本の連続した超電導線材の長さには製造上の限界があるので、超電導線材同士を接続する必要がある。
【０００４】
超電導線材同士を接続する方法としては、一方の超電導線材の接続端部において露出した超電導導体層と、他方の超電導線材の接続端部において露出した超電導導体層とを向かい合わせの状態で配置し、その間にＭＯＤ法(Metal Organic Deposition法/有機金属堆積法)により形成した超電導接合層を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この方法によれば、図９に示すように、互いに接続を行う超電導線材１０の接続端部における金属保護層４を除去して露出させた酸化物超電導導体層３同士を向かい合わせにした状態で、を酸化物超電導導体層３，３の間にＭＯＤ法により接続用超電導導体層３１を形成して超電導線材同士の接続を行うことができる。なお、この図９では超電導線材１０の層の一部の図示を省略している。
【０００６】
しかし、ＭＯＤ法により形成された接続用超電導導体層３１は機械的強度が低く、超電導線材１０に外力が加わると剥離、破損を生じ易いことから、接続した超電導線材１０，１０の接続強度を補強する必要がある。
【０００７】
このため、図１０に示す超電導線材の接続構造をＭＯＤ法により接続された超電導線材の接続構造に適用することも検討されている。
この接続構造では、互いに接続を行う超電導線材１０の接続端部における金属保護層４を除去して露出させた酸化物超電導導体層３同士を向かい合わせにした状態で半田接続し、超電導線材１０，１０の接続端部の周囲を半田材で被覆し、さらにその外側をステンレス製のシートである補強材１０２で覆い、補強材１０２の両端部をさらに半田材で接着する、という構造を採っている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−２３５６９９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６５４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、上記特許文献１のＭＯＤ法による超電導接続は、接続抵抗を低くでき（1×10-11Ω以下）、半田接続（1×10-10Ω以上）では不可能な永久電流モードを必要とするＭＲＩ等のコイルに適用できる。
しかしながら、上記ＭＯＤ法を用いた超電導線材の接続構造を液体窒素で冷却した後に一旦、常温に戻して、再度、液体窒素で冷却して臨界電流を測定すると、図１１に示すように、その値が大きく低下することが近年、明らかになった。
この原因は、超電導線材の接続構造を液体窒素から一旦、常温に戻した時に生じる結露等に起因する水分が接続用超電導導体層３１に侵入したことによるものと推測される。
【００１０】
一方、特許文献２に示す超電導線材の接続構造をＭＯＤ接続の接続構造に適用した場合、超電導導体層と超電導導体層との間にＭＯＤ法により形成された超電導接合層が形成され、その周囲が半田により被覆され、さらにその外側がステンレスの補強材で被覆される。
かかる構造の場合、超電導接合層の周囲の半田材や補強材は金属であることから、温度変化を生じると、熱応力の影響を受けやすく、超電導接合層がこれらの熱応力を受けて剥離や破損をするおそれがあった。
また、補強材のステンレスは半田材の濡れ性が悪く、隙間が生じ易いことから、接続用超電導導体層３１に水分が侵入し、超電導特性の低下をもたらすおそれがあった。
【００１１】
本発明の目的は、超電導接合層を保護しつつ超電導特性の低下の発生を低減する超電導線材の接続構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１記載の発明は、超電導線材の接続構造において、
基材の片面側に中間層及び超電導導体層が順番に重ねて形成された第一と第二の超電導線材が、互いの接続端部の前記超電導導体層側を向かい合わせた状態で接続用超電導導体層を介して接続されている接続構造であって、
前記第一の超電導線材及び前記第二の超電導線材の接続端部を隙間空間を有する状態で内包する保護材と、
前記保護材を前記第一の超電導線材と前記第二の超電導線材に対して固定すると共に前記保護材の内部を密閉状態に封止する封止材とを備え、
前記封止材は、前記第一の超電導線材及び前記第二の超電導線材の接続端部を避けた位置に設けられており、
前記保護材は、前記第一の超電導線材及び前記第二の超電導線材の接続端部との間に前記隙間空間のみが存在する状態であって、当該第一の超電導線材及び前記第二の超電導線材の接続端部に非接触状態で内包していることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１から４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、
前記封止材は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂又は300℃以下の温度で溶融する可融合金であることを特徴とする。
【００１４】
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、
前記保護材は、金属製又は樹脂製のシート体を巻いた構造であることを特徴とする。
【００１５】
請求項７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、
前記保護材は、金属製又は樹脂製の筒状体であることを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の発明は、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おいて、
前記保護材が、銅、銀、錫若しくはニッケルを材料とするか、又は、銅、銀、錫若しくはニッケルのメッキが施されたものとし、
前記封止材は、300℃以下の温度で溶融する可融合金から形成されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項９記載の発明は、請求項１から８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、
前記第一の超電導線材の接続端部と前記第二の超電導線材の接続端部とが、互いに線材の先端部を線材の長手方向について逆方向に向けた状態で接続されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項２記載の発明は、超電導線材の接続構造において、
基材の片面側に中間層及び超電導導体層が順番に重ねて形成された第一と第二の超電導線材が、互いの接続端部の前記超電導導体層側を向かい合わせた状態で接続用超電導導体層を介して接続されている接続構造であって、
前記第一の超電導線材及び前記第二の超電導線材の接続端部を空間を有する状態で内包する保護材と、
前記保護材を前記第一の超電導線材と前記第二の超電導線材に対して固定すると共に前記保護材の内部を密閉状態に封止する封止材とを備え、
前記封止材は、前記第一の超電導線材及び前記第二の超電導線材の接続端部を避けた位置に設けられており、
前記第一の超電導線材の接続端部と前記第二の超電導線材の接続端部とが、互いに線材の先端部を線材の長手方向について同方向に向けた状態で接続されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の発明は、超電導線材の接続構造において、
基材の片面側に中間層及び超電導導体層が順番に重ねて形成された第一と第二の超電導線材が、互いの接続端部の前記超電導導体層側を向かい合わせた状態で接続用超電導導体層を介して接続されている接続構造であって、
前記第一の超電導線材及び前記第二の超電導線材の接続端部を空間を有する状態で内包する保護材と、
前記保護材を前記第一の超電導線材と前記第二の超電導線材に対して固定すると共に前記保護材の内部を密閉状態に封止する封止材とを備え、
前記封止材は、前記第一の超電導線材及び前記第二の超電導線材の接続端部を避けた位置に設けられており、
前記第一の超電導線材及び前記第二の超電導線材の接続端部と前記保護材の間の隙間空間に、緩衝材が設けられていることを特徴とする。
【００２０】
請求項４記載の発明は、超電導線材の接続構造において、
前記保護材の内側面に、緩衝材が取り付けられていることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０記載の発明は、請求項１から９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、
前記接続用超電導導体層が、有機金属堆積法により形成された超電導導体層であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、保護材が第一及び第二の超電導線材の接続端部を隙間空間が生じた状態で内包しているので、保護材に熱応力等の外力が加わっても、隙間空間により第一及び第二の超電導線材の接続端部に直接的に伝達されず、超電導線材の超電導導体層及び接続用超電導導体層を熱応力から保護し、剥離や破損の発生を効果的に低減することが可能となる。
また、超電導線材間に張力が生じた場合や接続端部に対する外圧等も保護材が受けて内部の超電導導体層及び接続用超電導導体層を保護することができる。
さらに、保護材の内部を封止材が密閉状態に封止するので、内部への水分の侵入を低減し、冷却状態から引き上げて超電導特性の再度の測定を行う場合にも臨界電流の低下を効果的に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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長手方向に平行且つ層平面に垂直な方向に沿った断面を示す図である。
【図３】発明の実施例である超電導線材の接続構造における初回と二回目の臨界電流の測定値を示す線図である。
【図４】比較例と実施例とについて、二週間後に再冷却を行った場合と四週間後に再冷却を行った場合の当初の臨界電流値からの低減比率を示した図表である。
【図５】第二の実施形態である超電導線材の接続構造の長手方向に平行且つ層平面に垂直な方向に沿った断面を示す図である。
【図６】第二の実施形態である超電導線材の接続構造の他の例の長手方向に平行且つ層平面に垂直な方向に沿った断面を示す図である。
【図７】第三の実施形態である超電導線材の接続構造の長手方向に平行且つ層平面に垂直な方向に沿った断面を示す図である。
【図８】第四の実施形態である超電導線材の接続構造の長手方向に平行且つ層平面に垂直な方向に沿った断面を示す図である。
【図９】保護材を有さない従来の超電導線材の接続構造の長手方向に平行且つ層平面に垂直な方向に沿った断面を示す図である。
【図１０】補強材を有する従来の超電導線材の接続構造の長手方向に平行且つ層平面に垂直な方向に沿った断面を示す図である。
【図１１】比較例である従来の超電導線材の接続構造における初回と二回目の臨界電流の測定値を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
[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。
【００２５】
［超電導線材］
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及び酸化物超電導導体層３、金属保護層４がこの順に積層されており、さらに、基材１の主面とは逆側の面にも金属保護層４ａが形成されている。即ち、超電導線材１０は、金属保護層４、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）、金属保護層４ａによる積層構造を有しており、さらに、この積層構造の周囲を被覆する銅安定化層５（安定化層）を有している。
【００２６】
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。
基材１の厚さは50μm程度である（なお、厚さの数値は一例でありこれに限定されない。超電導線材１０の他の各層の厚さについても同様である）。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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、高温酸化物超電導体、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る。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。
超電導導体層３の厚さは1μm程度である。
【００３０】
上記超電導導体層３の表面（中間層２とは逆側の面）及び基材１の主面１１とは逆側の面には、それぞれ金属保護層４，４ａが積層されている。金属保護層４，４ａは、良導体の金属層であり、Ａｇ，Ａｕ又はＣｕの内の少なくとも一つを含む金属が望ましい。ここでは、金属保護層４，４ａがＡｇである場合を例示する。
超電導導体層３側の金属保護層４は厚さ2μm程度、基材１側の金属保護層４ａは厚さ1.8μm程度であり、基材１側の金属保護層４ａの方が薄く形成されている。
【００３１】
銅安定化層５は、金属保護層４、基材１、中間層２、超電導導体層３、金属保護層４ａからなる積層体の図１における上下の面及び左右の面を超電導線材１０の全長に渡って被覆するように形成されている。
この銅安定化層５は、上下左右それぞれの厚さが20μm程度で形成される。
この銅安定化層５は銅に限らず、Ａｇからなる銀安定化層としても良い。また、この安定化層は、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。
【００３２】
なお、以下の説明では、便宜上、銅安定化層５を除いた、金属保護層４、基材１、中間層２、超電導導体層３、金属保護層４ａからなる積層体を線材本体１０１というものとする。
【００３３】
［超電導線材の接続構造：概略］
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、第一の超電導線材１０Ａの接続端部と第二の超電導線材１０Ｂの接続端部とを互いに突き合わせた向き、即ち、線材の先端部同士を線材長手方向について互いに逆方向に向けた状態とし、それぞれの超電導導体層３，３を露出させて向かい合わせで超電導接続することにより形成されたものである。
【００３４】
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。
この接続構造１００では、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部は、互いの接合面における銅安定化層５が除去された状態で接続されている。また、図２及び後述する図５〜図８にあっては、中間層２と金属保護層４ａの図示を省略している。
【００３５】
［超電導線材の接続構造：概略］
この接続構造１００では、第一及び第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの双方の接続端部の銅安定化層５及び金属保護層４が除去され、超電導導体層３の露出面同士が向かい合わせの状態で接続用超電導導体層３１を介して超電導接続されている。
また、接続構造１００は、第一の超電導線材１０Ａ及び第二の超電導線材１０Ｂの接続端部を隙間空間２１が生じた状態で内包する保護材２０と、保護材２０を第一の超電導線材１０Ａと第二の超電導線材１０Ｂに対して固定すると共に保護材２０の内部を密閉状態に封止する封止材４０とを備えている。
【００３６】
［超電導線材の接続構造：接続用超電導導体層］
上記接続用超電導導体層３１は、第一及び第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの線材本体１０１の全幅に渡って形成されている。
この接続用超電導導体層３１は、第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの各超電導導体層３の対向面の間に、ＭＯＤ法(Metal Organic Deposition法/有機金属堆積法)によるＭＯＤ液を充填し、Ｎ２＋Ｏ２ガスの雰囲気内で、400℃以上500℃以下の温度範囲で仮焼成を行い、さらに、相互間を加圧しながらＡｒ＋Ｏ２ガスの雰囲気内で、760℃以上800℃以下の温度範囲で本焼成を行った後に、350℃以上500℃以下の温度範囲の酸素の雰囲気下で酸素アニールを行うことで形成される。
なお、上述の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。
こうして形成された接続用超電導導体層３１により、第一の超電導線材１０Ａの超電導導体層３と第二に超電導線材１０Ｂの超電導導体層３とが、超電導状態で接続される。
【００３７】
［超電導線材の接続構造：保護材］
保護材２０は、可撓性を有する矩形のシート体を巻いて筒状としたものである。なお、図２では構造を明確にするために各超電導線材１０Ａ，１０Ｂの段差を大きく図示しているため、保護材２０の断面形状も線材形状に合わせてクランク状に図示しているが、実際には各超電導線材１０Ａ，１０Ｂの段差は十分に小さいので、保護材２０はほぼ真っ直ぐな筒状を呈している。
【００３８】
また、保護材２０は、線材長手方向の両側から圧縮応力が加えられた場合に、内側の各超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部が座屈しないように一定の剛性を備えている。かかる保護材２０の材料としては、ある程度の剛性と可撓性とを有する樹脂製又は金属製のシート材が使用され、金属製とする場合には銅、銀、錫若しくはニッケルがより好ましい。また、樹脂製の表面に銅、銀、錫若しくはニッケルのメッキを施したシート材を使用しても良い。
【００３９】
保護材２０は、各超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部を内包しつつも当該接続端部に接触しないように隙間空間を維持した状態でその両端部が封止材４０に支持されている。このため、外部からの応力を受けた場合に、保護材２０の内面が各超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部に接触して接続用超電導導体層３１の剥離や破損を生じさせにくい構造となっている。
【００４０】
保護材２０は、各超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部の超電導導体層３及び接続用超電導導体層３１に水分が付着しないように、その隙間空間２１が密閉状態で封止されている。
即ち、保護材２０の一端部は、第一の超電導線材１０Ａにおける除去されてない銅安定化層５まで延びており、当該銅安定化層５の外周面を一周するように形成された封止材４０により固定され且つ気密及び水密に封止されている。また、保護材２０の他端部は、第二の超電導線材１０Ｂにおける除去されてない銅安定化層５まで延びており、当該銅安定化層５の外周面を一周するように形成された封止材４０により固定され且つ気密及び水密に封止されている。
さらに、保護材２０は、矩形のシート体を巻いて筒状としているので、シート体の巻き付け端部に隙間を生じないように、封止材４０と同一材料によって封止されている。
【００４１】
［超電導線材の接続構造：封止材］
一方の封止材４０は、第一の超電導線材１０Ａの銅安定化層５の接続端部近傍の端部において保護材２０の一端部を固定し、他方の封止材４０は、第二の超電導線材１０Ｂの銅安定化層５の接続端部近傍の端部おいて保護材２０の他端部を固定している。
各封止材４０は、エポキシ、ポリイミド、ポリアミド等の樹脂で形成されており、保護材２０の両端部を一周するように設けられ、保護材２０のそれぞれの端部と超電導線材１０Ａの銅安定化層５の外周との間を密閉すると共に固定保持する。
また、保護材２０を金属製のシート材又は銅、銀、錫若しくはニッケルのメッキを施した樹脂製のシート材を使用する場合には、封止材として300℃以下の温度で溶融する可融合金、例えば半田合金を使用しても良い。
【００４２】
［第一の実施形態の技術的効果］
上記超電導線材の接続構造１００は、保護材２０が第一及び第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部を隙間空間２１が生じた状態で内包しているので、保護材２０に熱応力に熱応力等の外力が加わっても、隙間空間２１により第一及び第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部に直接的に伝達されず、それぞれの超電導導体層３，３及び接続用超電導導体層３１を熱応力から保護し、剥離や破損の発生的に低減することが可能となる。
また、超電導線材１０Ａ，１０Ｂ間に張力が生じた場合や接続端部に対する外圧等も保護材２０が受けて内部の超電導導体層３，３及び接続用超電導導体層３１を保護することができる。
【００４３】
また、各超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３が、有機金属堆積法により形成された接続用超電導導体層３１を介して接合されているので、超電導線材１０Ａ，１０Ｂの臨界電流を高く維持し、高い超電導特性で接続することが可能である。
そして、保護材２０の隙間空間２１を封止材４０が密閉状態に封止するので、隙間空間２１への水分の侵入を低減し、冷却状態から引き上げて超電導特性の再度の測定を行う場合であっても、臨界電流の低下を効果的に抑制することが可能となる。
【００４４】
また、封止材４０として、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂又は300℃以下の温度で溶融する可融合金である半田のいずれかを使用しているので、接続構造１００の形成を容易に行うことが可能である。
【００４５】
また、保護材２０を金属製又は樹脂製のシート体を巻いた構造としているので、筒状とした場合のように、既に連結された超電導線材１０Ａ，１０Ｂに対して取り付けが困難とならず、後付けが容易であることから接続構造１００の形成時における作業性を向上することができる。
【００４６】
また、保護材２０が、銅、銀、錫若しくはニッケルを材料とするか、又は、表面に銅、銀、錫若しくはニッケルのメッキが施された樹脂とすることにより、半田の濡れ性を向上させることができ、封止材４０として半田を使用する場合でも、隙間が生じにくく、保護材２０の内側への水分の侵入を抑制し、超電導線材１０Ａ、１０Ｂの接続部の超電導特性を高く維持することが可能となる。
【００４７】
また、超電導線材の接続構造１００では、第一の超電導線材１０Ａの接続端部と第二の超電導線材１０Ｂの接続端部とを、互いに線材の先端部を線材の長手方向について逆方向に向けた状態とし、露出された超電導導体層３，３同士を対向させて接合した、いわゆるラップ接続を行っている。
このようなラップ接続において、接続構造１００では、保護材２０の一端部が第一の超電導線材１０Ａ側に接続され、他端部が第二の超電導線材１０Ｂに接続されているので、各超電導線材１０Ａ，１０Ｂの長手方向に生じる応力に対して接続端部を効果的に保護することができる。
【００４８】
［実施例］
図２に示す構造の超電導線材の接続構造１００を実施例、図９に示す超電導線材の接続構造を比較例として、それぞれについて、初回の冷却時における臨界電流値と常温に戻した後の二回目の冷却時における臨界電流値を測定し、超電導特定の劣化低減の効果を検証した。
実施例としての超電導線材の接続構造１００では、保護材２０として金属製のシート材を使用し、封止材４０としてエポキシ樹脂を使用した。
図３は、実施例について初回の冷却から常温に戻して二週間後に再び冷却した場合の電流値の測定結果を示す線図、図１１は比較例について同様の測定を行った結果を示す線図である。これらの測定結果によれば、比較例は再冷却後の臨界電流値が大きく低減しているが、実施例は再冷却後の臨界電流値はあまり低減していないことが分かる。
【００４９】
また、図４は比較例と実施例とについて、二週間後に再冷却を行った場合と四週間後に再冷却を行った場合の当初の臨界電流値からの低減比率を示した図表である。図４において「保護対策なし」は比較例、「保護対策あり」は実施例である。
これらによれば、比較例は二週間後の再冷却における臨界電流値の低減率は25％、四週間後の再冷却における臨界電流値の低減率は15％、実施例は二週間後の再冷却における臨界電流値の低減率は95％、四週間後の再冷却における臨界電流値の低減率は94％の結果が得られた。
比較例では、二週間で臨界電流値が大きく低減し、さらに経時的に低減が継続することが明確に現れているが、実施例は、二週間も四週間後も臨界電流値を高く維持し、長期間に渡って臨界電流値を高く維持できることが明らかとなった。
【００５０】
[第二の実施形態]
本発明を実施するための好ましい第二の実施の形態について図面（図５）を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態について、第一の実施形態と同一の構成については、同符号を用いて重複する説明は省略する。
この第二の実施の形態としての超電導線材の接続構造１００Ｃは、前述した接続構造１００の保護材２０の内面と各超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部との間に緩衝材５０Ｃを介挿している。
緩衝材５０Ｃは、弾性変形性を有し、液体窒素による冷却に耐久する素材から形成されており、保護材２０の内面と各超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部の双方に接触した状態としても良いし、いずれか一方にのみ接触した状態としても良い。緩衝材５０Ｃの素材としては，例えば、発泡材（ポリウレタン等）、エラストマー、繊維からなるシート（不織布等）等が挙げられる。
このように、緩衝材５０Ｃを設けることにより、各超電導線材１０Ａ，１０Ｂに撓みや曲がりが生じて、保護材２０が超電導線材１０Ａ又は１０Ｂの接続端部に接近する方向に移動した場合であっても、緩衝材５０Ｃがその接触圧を緩和し、接続端部を効果的に保護することができる。
【００５１】
また、図６に示す超電導線材の接続構造１００Ｄのように、保護材２０の内面側に固定装備された緩衝材５０Ｄを使用してもよい。この緩衝材５０Ｄの素材は前述した緩衝材５０Ｃと同じ素材であることが望ましい。
保護材２０の内面側に緩衝材５０Ｄを固定装備した場合には、超電導線材の接続構造を形成する際に、緩衝材５０Ｄを内側にした状態で保護材２０を構成するシート材を巻き付けるだけで良いので、緩衝材を配置してから保護材２０を装備する場合に比べて、接続構造の形成作業の容易化、迅速化を図ることが可能となる。
なお、この構成の場合には、緩衝材５０Ｄの内面側は、各超電導線材１０Ａ，１０Ｂの銅安定化層５には接触した状態としても良いが、銅安定化層５から露出したその内側の各層には接触せずに隙間ができる状態とすることが望ましい。
また、保護材２０はシート体を巻いた構造を採るが、シート体の外側となる巻き付け端部の裏面には緩衝材５０Ｄを装備しないことが望ましい。当該巻き付け端部は、封止材４０と同じ材料により封止されるため、当該巻き付け端部の裏面にまで緩衝材が装備されていると、内部の封止を阻害するためである。
【００５２】
[第三の実施形態]
図７に第三の実施形態である超電導線材の接続構造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。
この超電導線材の接続構造１００Ｅは、いわゆるブリッジ接続を行っている点が超電導線材の接続構造１００と異なっている。
即ち、超電導線材の接続構造１００Ｅは、基材１に対する超電導導体層３側の面が同じ方向（図７における上向き）に向けられた二本の超電導線材１０Ａ，１０Ｂが接続端部同士を互いに逆方向に向けて突き合わせた状態で、基材１に対する超電導導体層３側の面を逆向きに向けた長さの短い接続用の超電導線材１０Ｅを介して接続されている。
また、二本の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの超電導導体層３，３は同一平面上に並び、これらを跨がるように接続用の超電導線材１０Ｅの超電導導体層３が有機金属堆積法により形成された接続用超電導導体層３１を介して接合されている。これにより、超電導線材１０Ａ、接続用の超電導線材１０Ｅ及び超電導線材１０Ｂの全ての超電導導体層３を超電導接続状態とすることができる。
【００５３】
そして、この接続構造１００Ｅの場合には、超電導線材１０Ａと接続用の超電導線材１０Ｅとが「第一の超電導線材」と「第二の超電導線材」としての関係となり、また、同様に、接続用の超電導線材１０Ｅと超電導線材１０Ｂが「第一の超電導線材」と「第二の超電導線材」としての関係となっている。
なお、接続用の超電導線材１０Ｅは、各超電導線材１０Ａ，１０Ｂと層構造が同一だが、金属保護層４及び銅安定化層５は全て除去されている。また、中間層２及び金属保護層４ａは有しているが図７では図示を省略している。
【００５４】
かかる接続構造１００Ｅでは、保護材２０は、接続用の超電導線材１０Ｅを全長に渡って内側に内包している。従って、保護材２０の一端部は超電導線材１０Ａの銅安定化層５の接続端部側の端部において封止材４０により固定され、保護材２０の他端部は超電導線材１０Ｂの銅安定化層５の接続端部側の端部において封止材４０により固定されている。
また、保護材２０の内側面は、超電導線材１０Ａ，１０Ｂと接続用の超電導線材１０Ｅとも接触せず、これらの間に隙間空間２１を有している。
【００５５】
上記超電導線材の接続構造１００Ｅは、保護材２０及び封止材４０により、ブリッジ接続の場合にも、超電導線材の接続構造１００と同一の効果を得ることが可能である。
なお、この接続構造１００Ｅの場合にも、保護材２０の内側に図５又は図６に示すような緩衝材５０Ｃ又は５０Ｄを設けてもよい。
【００５６】
[第四の実施形態]
図８に第四の実施形態である超電導線材の接続構造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。
この超電導線材の接続構造１００Ｆは、基材１に対する超電導導体層３側の面が互いに向かい合わせに向けられた第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂが接続端部同士を互いに同方向に向けた状態で接続用超電導導体層３１を介して接続されている点が超電導線材の接続構造１００と異なっている。
なお、超電導線材の接続構造１００Ｆの各超電導線材１０Ａ，１０Ｂは、接続端部の金属保護層４及び銅安定化層５が全て除去されている。また、中間層２及び金属保護層４ａは有しているが図８では図示を省略している。
【００５７】
かかる接続構造１００Ｆでは、保護材２０の一端部側から各超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部が挿入された状態で当該接続端部が内包されている。従って、保護材２０の一端部は第一及び第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの双方の銅安定化層５の接続端部側の端部において封止材４０により固定され、保護材２０の他端部は封止材４０Ｆにより単に閉塞されている。
また、保護材２０の内側面は、超電導線材１０Ａ，１０Ｂの接続端部と接触せず、これらの間に隙間空間２１を有している。
【００５８】
上記超電導線材の接続構造１００Ｆは、保護材２０及び封止材４０，４０Ｆにより、接続端部が線材長手方向について同じ方向に向けられて超電導導体層３同士が接合された第一と第二の超電導線材１０Ａ，１０Ｂの場合にも、超電導線材の接続構造１００と同一の効果を得ることが可能である。
なお、この接続構造１００Ｆの場合にも、保護材２０の内側に図５又は図６に示すような緩衝材５０Ｃ又は５０Ｄを設けてもよい。
また、保護材２０の他端部は、封止材４０Ｆのみで塞ぐ場合に限定されず、例えば、保護材２０の他端部を閉塞する蓋部材を設け、当該蓋部材と保護材２０との隙間を封止材４０が封止する構成としても良い。
【００５９】
［その他］
なお、上記各実施形態で例示した接続用超電導導体層３１の形成は、ＭＯＤ法に限らず、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）、レーザー蒸着法(ＰＬＤ法)等、Ｙ系の超電導導体層の形成を可能とする公知のいずれの方法を用いても良い。
【００６０】
また、上記各実施形態では、保護材２０をシート材の巻き付け構造と例示したが、保護材２０を無端の筒状体としても良い。その場合、シート材のように巻き付け端部に対する封止作業を不要とするので、接続構造の形成作業の容易化、迅速化を図ることが可能となる。なお、保護材２０を筒状体とする場合には、各超電導線材１０Ａ，１０Ｂを接続する前にいずれか一方の超電導線材１０Ａ又は１０Ｂを保護材２０に通しておくことが望ましい。
【００６１】
また、上記各実施形態では、外周全体を銅安定化層５が被覆した超電導線材同士の接続構造を例示しているが、これに限定されない。例えば、銅安定化層５が金属保護層４側と金属保護層４ａ側のみに形成され、線材幅方向両側の側面には形成されない超電導線材や、銅安定化層５が金属保護層４ａ側のみに形成された超電導線材を接続する場合にも、上記構成の接続構造を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１  超電導成膜用基材
２  中間層
３  酸化物超電導導体層
４，４ａ  金属保護層
５  銅安定化層
１０  超電導線材
１０Ａ  第一の超電導線材
１０Ｂ  第二の超電導線材
１０Ｅ  接続用の超電導線材
２０  保護材
２１  隙間空間
３１  接続用超電導導体層
４０，４０Ｆ  封止材
５０Ｃ，５０Ｄ  緩衝材
１００，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ  接続構造
１０１  線材本体
【図１】
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【図２】
0006734092.tif 000003
【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】
0006734092.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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