(57)【要約】【課題】  液体窒素冷却で外部磁場０．５Ｔの下においても、１０００Ａ以上の電流を流すことができ、そのときの接触抵抗値が０．５μΩ以下である酸化物超電導電流リードとその製造方法を提供する。【解決手段】  酸化物超電導体６０を設置する設置溝３１を有する金属電極１０、および前記設置溝３１に見合うサイズの偏流抑制部材５０を作製して接合用金属を熔融塗布しておき、この設置溝３１へ、銀コートされ接合用金属を熔融塗布された酸化物超電導体の端部を設置し、接合用金属の流出防止処理を行った後、加熱して接合用金属を熔融させ、さらに真空脱気を行って発泡させ、この泡を偏流抑制部材５０を介して機械的衝撃を加えて破裂させ、金属電極１０、酸化物超電導体６０、および偏流抑制部材５０とを空孔を含まない接合用金属で接合し、さらに被覆部材７０で酸化物超電導体６０を被覆して電流リード１を製造した。【選択図】  図１
2004304163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物超電導体の両側に金属電極が設けられ、且つ前記酸化物超電導体と前記金属電極とが形成する接合部分に接合用金属が設けられ、前記接合用金属によって、前記酸化物超電導体と前記金属電極とが接合されている酸化物超電導電流リードであって、
前記接合部分に設けられた前記接合用金属中の空孔の体積が、前記接合部分の容積の５％以下であることを特徴とする酸化物超電導電流リード。
【請求項２】
請求項１に記載の酸化物超電導電流リードであって、
前記接合用金属により接合される前記酸化物超電導体の表面に、銀のコートが設けられていることを特徴とする酸化物超電導電流リード。
【請求項３】
請求項１または２に記載の酸化物超電導電流リードであって、
前記接合用金属とは、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｓｂのいずれか一種以上と、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎのいずれか一種以上とを含むハンダであることを特徴とする酸化物超電導電流リード。
【請求項４】
酸化物超電導体の両側に金属電極が設けられ、且つ前記酸化物超電導体と前記金属電極とが形成する接合部分に接合用金属が設けられ、前記接合用金属によって、前記酸化物超電導体と前記金属電極とが接合されている酸化物超電導電流リードの製造方法であって、
前記接合用金属によって、前記酸化物超電導体と前記金属電極とを接合する際、前記接合部分を、前記接合用金属の融点以上に加熱した後、減圧して、前記接合用金属を脱気させる工程を有することを特徴とする酸化物超電導電流リードの製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の酸化物超電導電流リードの製造方法であって、
前記接合用金属の加熱および脱気の際、接合用金属が、前記接合部分より流れ出すのを抑制する封止部材を設けることを特徴とする酸化物超電導電流リードの製造方法。
【請求項６】
請求項１から３のいずれかに記載の酸化物超電導電流リードを用いたことを特徴とする超電導システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＲＩ、リニア、ＳＭＥＳ等に用いられる超電導磁石等の超電導システムへ、電流を供給する際に用いられる酸化物超電導電流リードおよびその製造方法並びに超電導システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導磁石等に大電流を供給する際に用いられる電流リードとは、室温部の電源から極低温の超電導磁石等の超電導システムへ、数百から数千アンペアの電流を供給するものである。従来はこの電流リードとして、電気抵抗値の低い銅線が用いられていた。しかし、銅線を電流リードとして用い、これに所定の大電流を流した際に発生するジュール熱を下げるために、銅線の線径を太いものにすると、今度は、この太い線径を有する銅線を介して超電導システム側へ熱伝導による熱侵入が起こり、この熱侵入による冷凍機の電力損失や冷媒のＨｅガスの損失が大きなものになっていた。そこで、熱伝導率が銅に比べて小さく、且つ大電流を流してもジュール熱が発生しない酸化物超電導体を、この電流リードの途中に介在させることが特許文献１に提案されている。
【０００３】
【特許文献１】実開昭６３−２００３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、超電導応用機器の開発が進行し、酸化物超電導電流リードに対する要求性能の水準も高いものとなり、より大電流を流せること、よりジュール発生熱が少ないことに加えて、外界からの熱侵入も少ないことが求められてきた。
因みに、酸化物超電導電流リードの主要な用途である電力貯蔵用ＳＭＥＳにおいて、１ＭＪ級ＳＭＥＳの酸化物超電導電流リードに対する要求水準の一例は、高温側温度７７Ｋ、低温側温度４．２Ｋ、外部磁場０．５Ｔの下で、所定の電流として１０００Ａ以上の電流を流すことができ、さらに高温側から低温側への熱侵入は、０．５Ｗ以下、というものである。酸化物超電導電流リードの特性が、この水準を満たすことができれば、前記電力貯蔵用ＳＭＥＳの冷却用に、比較的低価格でコンパクトな冷凍機が使用できるからである。
【０００５】
しかし、酸化物超電導電流リードに用いられている酸化物超電導体は、セラミックであることから金属との接合性が悪く、金属電極（一般には、銅電極が用いられる。）との接合面で、無視できない電気抵抗（以下、接触抵抗と記載する。）が発生する。このため、酸化物超電導電流リードへ所定の電流を通電した際、ジュール熱による発熱という問題が起こってしまった。
【０００６】
そこで上述の接触抵抗の値を低減するために、まず、酸化物超電導体と銅電極との間に、銀を銀コートの形で介在させることが試みられた。すなわち、銀と酸化物超電導体との接触抵抗値が、銅と酸化物超電導体との接触抵抗値より低いことに注目し、酸化物超電導体へ、銀箔を圧着、銀ペースト材を塗布、あるいは銀を溶射して付着させた後、これを焼き付けて銀コートとし、この銀コート付きの酸化物超電導体と、銅電極とを、例えばハンダのような接合用金属を用いて接合し、酸化物超電導電流リードとしたのである。
【０００７】
しかし、電流リードに流す電流が増加してきた結果、上述の銀コート付きの酸化物超電導体を用いた電流リードでは、発生するジュール熱が看過し得なくなってきた。そこで電流リードに所定の電流を流しながら、ジュール熱の発生を抑制するため、酸化物超電導体を大型化し、銅電極との接触面積を大きくとることが行われた。
この結果、ジュール熱の発生抑制はできたものの、酸化物超電導体と銅電極との接触面積を大きくとるために、酸化物超電導体を大型化することが必要となり、今度は、この大型化した酸化物超電導体を介して高温側から低温側への熱侵入が増加することとなった。
【０００８】
そこで、例えば、図６に示すような酸化物超電導電流リードが考えられた。
図６に示す酸化物超電導電流リード１００は、小さな断面積であっても大電流を流すことが可能な、熔融法で作製された希土類系酸化物超電導体１１０の両側に、金属電極として銅電極１２０が接続されている。そして、希土類系酸化物超電導体１１０の両端部１１２は、大きな断面積を有しているが、中央部１１１は、小さな断面積を有している。一方、銅電極１２０においても、酸化物超電導体の両端部１１２と接する接触部分１２１は、両端部１１２を包み込むように抉られており、両者が広い接触面積を確保できるようになっている。
この酸化物超電導電流リード１００は、所定の電流を流しても、ジュール熱の発生、および高温側から低温側への熱侵入の両者を抑制できるものであった。
【０００９】
しかし、酸化物超電導体の中でも電流リードに適している、熔融法で作製された希土類系酸化物超電導体においては、図６に示すような中央部のみが細く縊れた形状の成形体を作製することが困難である。このため、このような形状の酸化物超電導体を作製するには、まず、金属電極との間で十分な接触面積を確保できるサイズの直方体形状の希土類系酸化物超電導体を作製し、次に、当該希土類系酸化物超電導体を介しての熱侵入を低減するため、中央部を切削加工して断面積を小さくする工程をとる必要があった。しかし、これでは、酸化物超電導電流リードへ流す所定の電流値が大きい場合、大型の希土類系酸化物超電導体を作製し、且つ、当該希土類系酸化物超電導体を、大きく切削せざるを得ず、当該希土類系酸化物超電導体の歩留まりが非常に悪く、工数もかかる。さらに金属電極の部分が大型化するため、酸化物超電導電流リード総体としての小型化も困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、以下の構成を有する。
【００１１】
すなわち、上記の課題を解決するための第１の構成は、酸化物超電導体の両側に金属電極が設けられ、且つ前記酸化物超電導体と前記金属電極とが形成する接合部分に接合用金属が設けられ、前記接合用金属によって、前記酸化物超電導体と前記金属電極とが接合されている酸化物超電導電流リードであって、
前記接合部分に設けられた前記接合用金属中の空孔の体積が、前記接合部分の容積の５％以下であることを特徴とする酸化物超電導電流リードである。
【００１２】
第２の構成は、第１の構成に記載の酸化物超電導電流リードであって、
前記接合用金属により接合される前記酸化物超電導体の表面に、銀のコートが設けられていることを特徴とする酸化物超電導電流リードである。
【００１３】
第３の構成は、第１または第２の構成に記載の酸化物超電導電流リードであって、
前記接合用金属とは、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｓｂのいずれか一種以上と、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎのいずれか一種以上とを含むハンダであることを特徴とする酸化物超電導電流リードである。
【００１４】
第４の構成は、酸化物超電導体の両側に金属電極が設けられ、且つ前記酸化物超電導体と前記金属電極とが形成する接合部分に接合用金属が設けられ、前記接合用金属によって、前記酸化物超電導体と前記金属電極とが接合されている酸化物超電導電流リードの製造方法であって、
前記接合用金属によって、前記酸化物超電導体と前記金属電極とを接合する際、前記接合部分を、前記接合用金属の融点以上に加熱した後、減圧して、前記接合用金属を脱気させる工程を有することを特徴とする酸化物超電導電流リードの製造方法である。
【００１５】
第５の構成は、第４の構成に記載の酸化物超電導電流リードの製造方法であって、
前記接合用金属の加熱および脱気の際、接合用金属が、前記接合部分より流れ出すのを抑制する封止部材を設けることを特徴とする酸化物超電導電流リードの製造方法である。
【００１６】
第６の構成は、第１から第３の構成のいずれかに記載の酸化物超電導電流リードを用いたことを特徴とする超電導システムである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明者らは、酸化物超電導電流リードの試料を作製し、酸化物超電導体と金属電極との接合面における接触抵抗の値を詳細に測定し、酸化物超電導電流リードの試料の試料毎に、接触抵抗の値が一定でないことを見いだした。そこで、この接触抵抗値のバラツキの原因を究明するため、酸化物超電導体と金属電極との接合面を、全面に亘り詳細に分解して検討した。
その結果、酸化物超電導体と金属電極との接合面にある接合金属中に、空孔があることが見いだされた。そして、この接合用金属中の空孔の体積を積算すると、接合部分の容積の概ね３０％以上あることもわかった。そこで第１の構成に記載したように、この接合用金属中の空孔の体積を接合部分の容積の５％以下としたところ、酸化物超電導体と金属電極との接触抵抗値が低減し、酸化物超電導体と金属電極との接触部分において、酸化物超電導体の断面積を拡大せずに金属電極と接合し、所定の電流を流しても発生するジュール熱を抑制することが可能となった。
【００１８】
第２の構成に記載したように、接合用金属と酸化物超電導体との間に銀のコートを介在させることで、前記酸化物超電導体と金属電極との接触抵抗値をさらに低下させることができ、所定の電流を安定的に流すことができた。
【００１９】
第３の構成に記載したように、接合用金属としてＣｄ、Ｚｎ、Ｓｂのいずれか一種以上を含み且つ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎのいずれか一種以上を含むハンダを用いると、金属電極と酸化物超電導体間の剥がれや、酸化物超電導体のクラックを抑制することができるため、接合用金属として上述のハンダを用いた酸化物超電導電流リードは、所定の電流を安定的に流すことができた。
【００２０】
第４の構成に記載したように、酸化物超電導電流リードに用いられる接合用金属を融点以上に加熱した後、減圧して脱気することで、前記接合部分に設けられた前記接合用金属中の空孔の体積を低減することができた。
【００２１】
第５の構成に記載したように、接合用金属の脱気の際、前記接合用金属接合が外界と接触する部分へ前記接合用金属の流れ出しを抑制する封止部材を設け、接合用金属が前記接合部分から流出するのを抑制することで、接合部分において接合用金属の量の不足による空孔の発生を回避すると共に、接合用金属が接合部分以外の部分へ拡散し、当該拡散部分の接触抵抗値が上がることも回避することができた。
【００２２】
第６の構成に記載したように、第１から第３の構成のいずれかに記載の酸化物超電導電流リードを用いた超電導システムは、所定の電流を流した際にも高温側から低温側への熱侵入が少ないので、冷凍機の負担を削減することができ、生産コストおよびランニングコストの低い超電導システムとなった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る酸化物超電導電流リードにおける金属電極への酸化物超電導体の設置例を示す斜視図であり、図２は、図１に示す酸化物超電導体が設置された金属電極へ封止部材を設けた場合の斜視図であり、図３は、本発明に係る酸化物超電導電流リードの特性測定の概念図であり、図４は、酸化物超電導体と金属電極との接合体へ被覆部材を被覆するために、前記接合体を金型中へ納めた際の斜視図であり、図５は、従来の技術で作製した酸化物超電導電流リードにおける、酸化物超電導体と金属電極との接合部分の模式的な横断面図である。
【００２４】
図１において、本発明に係る酸化物超電導電流リード（以下、電流リードと記載する。）１は、金属電極１０、偏流抑止部材５０、酸化物超電導体６０、および被覆部材７０を有している。尚、図示していないが、酸化物超電導体６０の他端には金属電極１０と同様の金属電極が対向して設けられている。
【００２５】
まず金属電極１０は、平板状のリード線接合部２０と直方体状の酸化物超電導体設置部（以下、設置部と記載する。）３０とを有する。リード線接合部２０には、リード線やブスバー等を設置するためのリード線設置孔２１が所望数設けられている。一方、設置部３０の上面３４と対向面３３とには、酸化物超電導体設置溝（以下、設置溝と記載する。）３１が設けられ 、さらに、対向面３３には酸化物超電導体受継部（以下、受継部と記載する。）３２が、設置溝３１を囲うように上部を開口してコの字に設けられている。さらに設置溝３１内壁は、後述する接合用金属との密着性を向上させるため、リード線接合部２０は、ここに接合されるリード線やブスバー等との接触抵抗を低減するため、予め錫、銀、金、ニッケル、亜鉛、パラジウムの単体または合金を主成分とするメッキ、或いは前記メッキの積層体を設けておくことが好ましい。
【００２６】
次に、偏流抑制部材５０は、偏流抑制部材本体５１と偏流抑制部材突起部（以下、突起部と記載する。）５２とを有し、上述した設置溝３１へ填め込み可能な形状を有し、設置溝３１填め込まれた後は、金属電極１０と一体化する。この偏流抑制部材５０および設置溝３１も、後述する接合用金属との密着性を向上させるため、予め錫、銀、金、ニッケル、亜鉛、パラジウムの単体または合金を主成分とするメッキ、或いは前記メッキの積層体を設けておくことが好ましい。
【００２７】
次に、酸化物超電導体６０は、角柱形状を有し、その角柱の両端には銀コート６１が設けられている。尚、本実施の形態においては、後述する電流リードの電気特性評価のため、角柱端部より適宜な位置に、測定用銀コート６２が設けられている。
【００２８】
さらに、角柱形状の酸化物超電導体６０を挟んで対向する金属電極１０の対向面３３間には、酸化物超電導体６０を被覆する被覆部材７０が設けられている。この被覆部材７０は対向面３３に設けられた受継部３２に支えられ、金属電極１０に固定される。
【００２９】
ここで、酸化物超電導体６０には、小さな断面積であっても大電流を流すことが可能な、熔融法で作製された希土類系酸化物超電導体を用いることが好ましい。所定の電流を流すのに必要な酸化物超電導体６０の断面積を小さくすることで、極低温の超電導磁石への熱侵入を、より低減することができるからである。
加えて、酸化物超電導体６０は、全体に亘って実質的に同じ断面積を有しているので、母材となる酸化物超電導体からの切り出しにより作製でき、この切り出しの後、さらに大きな切削加工をする必要はない。
【００３０】
次に、金属電極１０への、酸化物超電導体６０および偏流抑制部材５０の設置について説明する。金属電極１０に設けられた設置溝３１は、酸化物超電導体６０の端部が、填め込まれる形状を有しているが、当該部分に１０００Ａ以上の大電流が流れることを考慮すると、その幅・高さ・奥行きは３×３×１０ｍｍ以上あることが好ましい。
【００３１】
この設置溝３１には、酸化物超電導体６０の端部が設置され、さらにその上に偏流抑制部材５０が設置される。この偏流抑制部材５０と設置溝３１との隙間は、片側０．０５〜０．５ｍｍ程度とすることが好ましい。そしてこの偏流抑制部材５０と設置溝３１との隙間が、図３にて説明する脱気部４２となる。このとき隙間が、０．０５mm以上あれば接合金属の脱気が十分に進み、０．５ｍｍ以下であれば接合金属の容積が大きくなることによる不必要な接触抵抗値の上昇を回避できるので好ましい。
【００３２】
再び、図２に戻り、偏流抑制部材５０を設置溝３１へ設置したとき、偏流抑制部材本体５１は、概ね金属電極の上面３４および対向面３３と面一になり、突起部５２は受継部３２と一体化するサイズであることが好ましい。そして、設置溝３１に酸化物超電導体６０の端部が設置され、さらにその上に偏流抑制部材５０が設置された際、この設置溝３１や偏流抑制部材５０を含む金属電極１０と、酸化物超電導体６０の端部とに囲まれた部分が接合部分を構成する。
【００３３】
接合部分を構成する酸化物超電導体６０の、設置溝３１および偏流抑制部材５０と対向する５つの面は、この部分の接触抵抗を減少させる観点より、予め銀コート６１されていることが好ましい。銀コートの方法としては、銀ペースト材の塗布焼き付け法、メッキ法、蒸着法、スパッター法、および溶射法等が適用可能なので、生産性、量産性の観点より適宜選択すれば良い。そして、この銀コート６１上へ、酸化物超電導体６０を設置溝３１へ接合するための接合用金属を熔融塗布しておくことが好ましい。この接合用金属としては、酸化物超電導体が加熱されて、ここから酸素が抜けてしまうのを回避するため、３００℃以下の融点を有する各種のハンダが好個に用いられる。中でも、この接合部分の密着性を上げて接触抵抗を下げる観点から、例えば、セラミックとの密着性と塗れ性が高くなるようにＣｄ、Ｚｎ、Ｓｂ等が添加されたＰｂ−Ｓｎ系やＩｎ系の半田材を用いることが望ましい。
【００３４】
即ち、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｓｂのいずれか一種以上を含み且つ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎのいずれか一種以上を含むハンダは、金属電極とも酸化物超電導体とも接着強度が強い。このため、金属電極と酸化物超電導体間の線膨張差に起因して、液体窒素温度またはそれ以下の温度と室温までの熱履歴により、金属電極と酸化物超電導体間に応力が発生しても、この応力が局所に集中するのを回避できる。この結果、金属電極と酸化物超電導体間の剥がれや、酸化物超電導体のクラックの発生を抑制することができ、熱履歴の繰り返しに対しても抵抗の上昇などが起こらず、所定の電流を安定的に流すことができたものと考えられる。
【００３５】
ここで、セラミック用半田材の好ましい例として、セラソルザ（登録商標）を記載する。
セラソルザ１４３  旭硝子（株）製
成分：Ｓｎ：４５〜５１(Ｗｔ％)、Ｐｂ：２６〜３２、Ｃｄ：１６〜２２、Ｚｎ：２〜４、Ｓｂ：１〜３
融点：１４３℃
セラソルザ１２３  旭硝子（株）製
成分：Ｉｎ：４４〜５０(Ｗｔ％)、Ｃｄ：４５〜５０、Ｚｎ：１〜３、Ｓｂ：１未満
融点：１２３℃  
【００３６】
金属電極１０に設けられた設置溝３１へ、酸化物超電導体６０の端部を填め込み、その上に偏流抑制部材５０を設置して接合部分を形成し、そこへ接合用金属を設けて金属電極１０と酸化物超電導体６０とを接合する構成を採ることで、金属電極１０と酸化物超電導体６０とが、全て面接触の状態で電気的に接合されるので、この部分の接触抵抗値を下げることができ好ましい。もちろん、この他の実施の形態として、金属電極をキャップ状とし、そこへ酸化物超電導体を填め込む形態、あるいは、金属電極を分割可能な構造とし、酸化物超電導体を挟み込む形で金属電極を組み上げる形態を採ることも可能であり、酸化物超電導体の構造も円柱状、あるいは筒状であっても良い。
【００３７】
設置溝３１内にも接合用金属を熔融塗布しておき、ここへ、銀コート上に接合用金属を熔融塗布した酸化物超電導体６０を設置し、酸化物超電導体６０と設置溝３１とが形成する接合部分へ熔融した接合用金属を設置し、これを固化して両者を接合する。
【００３８】
この接合用金属を用いた接合において、熔解させた接合用金属を酸化物超電導体６０上や設置溝３１壁に設置するため、塗布または注入等をおこなう際、大気等のガス状成分が巻き込まれる。この熔解した接合用金属中に巻き込まれたガス状成分は、接合用金属が固化する際、内部に空孔を形成する。接合用金属内に空孔が形成されると、接合用金属を介して金属電極と酸化物超電導体との間を流れていた電流の流路が狭まり、所定電流、例えば１０００Ａの通電時には、この部分が接触抵抗値の増加原因となっていたものと考えられる。
【００３９】
ここで、金属電極と酸化物超電導体との間の接触抵抗値と、空孔が形成された接合用金属との関係について図５を参照しながら説明する。
図５において、金属電極１０に設けられた設置溝３１中には、酸化物超電導体６０の銀コート６１がされた部分が設置され、金属電極１０と酸化物超電導体６０とで構成された接合部分には、接合用金属９０が設けられている。そして、従来の技術により、金属電極１０と酸化物超電導体６０とを接合用金属９０を用いて接合した場合、この接合用金属９０中に空孔９１が存在していたのである。この空孔９１の体積が、接合部分の容積に占める割合は、例えば次のような方法で測定することができる。すなわち、接合部分を順次切断してゆき、その切断面に現れる、接合部分の断面の面積と空孔９１の断面積との割合を測定し、その値を順次積算してゆけばよい。
【００４０】
従来の方法により、接合用金属９０を用いて金属電極１０と酸化物超電導体６０とを接合した場合、接合部分の容積に占める空孔９１の体積の割合は、約５０％を占めていることが判明した。そして、この接合用金属９０中における空孔９１の存在が、金属電極と酸化物超電導体との間における接触抵抗値の要因と考えられた。
【００４１】
そこで、この接合用金属中の空孔の生成を、抑制、回避する方法として、上述した接合用金属の塗布を真空中にて行うことが考えられた。しかし、作業性、生産性の観点から、接合用金属の塗布は大気中において行い、設置溝３１へ酸化物超電導体６０を設置して加熱し接合用金属を熔融して、これらを接合するときに、当該部分を真空中に暴露し、真空脱気法により接合用金属内のガス状成分を除去することが好ましいことに想到した。この真空脱気の条件として、接合用金属の加熱温度は融点以上とすれば良いが、脱気を短時間で進行させ、且つ接合用金属の酸化を抑制する観点から、融点＋１５〜１００℃程度とすることが望ましい。また周囲の真空度は、０．０１ＭＰａ以下であれば効果が得られるが、１０Ｐａ以下とすると４〜５秒で脱気が完了することからより望ましい。そして、この水準の温度、および時間であれば、酸化物超電導体６０から酸素が抜けてしまうことを考慮する必要はない。
【００４２】
さらに、この真空脱気の際、熔解した接合用金属が、設置溝３１から流出して金属電極１０の他の部分へ拡散すると、設置溝３１内は接合用金属量が不足する一方、拡散した部分においてはその部分の接触抵抗値上昇の原因となり、いずれも好ましくないことであるので、これを抑制する構成を採ることが好ましい。
【００４３】
接合用金属の流失を抑制する具体的な構成例を、図２を用いて説明する。
図２において、金属電極１０に設けられた設置溝３１へ酸化物超電導体６０の端部が設置されている。そして、設置溝３１の外周縁部および酸化物超電導体に沿って封止部材４１が設置されている。尚、封止部材４１を設置溝３１の外周縁部に沿って設置する際、設置溝３１へ偏流抑制部材５０を填め込むことで形成される脱気部４２を閉塞しないように設置することが好ましい。そして、封止部材４１としては、接合用金属の融点以上の温度でも変質せず、金属電極１０や酸化物超電導体６０への適宜な接着力を有し、且つ設置が容易なシリコンゴム等を好個に用いることができる。
【００４４】
金属電極１０への封止部材４１の設置が完了したら、金属電極１０および酸化物超電導体６０を、接合用金属の融点より１５〜１００℃高い温度に加熱し、上述の条件により接合用金属を真空脱気すると、発生した気体成分は脱気部４２より排出される。このとき、熔融した接合用金属の粘性が高いため、生成した空孔が破裂し難い場合は、例えば超音波ハンダ小手の超音波振動子を用い、機械的衝撃を加えて生成した空孔を破裂させ、さらに真空脱気を行うことが好ましい。本実施の形態においては、まず、熔融した接合用金属中から気体成分を真空脱気した後、偏流抑制部材５０を設置溝３１に填め込み、再度真空脱気を行う。このとき、偏流抑制部材５０を介して機械的衝撃を加えることで、熔融した接合用金属中の空孔の破裂を容易に実現できる。この結果、金属電極１０の設置溝３１と偏流抑制部材５０と酸化物超電導体６０とが形成する接合部分に設置された接合用金属中から空孔の体積を、接合部分の容積の５％以下に抑制することが可能となった。
【００４５】
ここで接合用金属中の脱気条件を変え、接合部分の容積と接合用金属中の空孔との比率が、様々な値を有する複数の電流リード試料を作製した。そして作製した電流リード試料の接合部分の接触抵抗値を、後述する接触抵抗値測定方法を用いて測定し、接合部分の容積と接合用金属中の空孔との比率と、接触抵抗値と、の関係を求めた。
【００４６】
ここで、酸化物超電導体６０の例として、縦３ｍｍ横５ｍｍ長さ９０ｍｍの直方体形状を有する熔融法で作製されたＧｄ系酸化物超電導体を用いた。Ｇｄ系酸化物超電導体をこの大きさとしたのは、当該酸化物超電導体を介しての熱侵入を０．３Ｗ以下とするためである。もちろん、断面形状は、正方形または円形であっても良い。このＧｄ系酸化物超電導体の両端部１０ｍｍを各々金属電極と接合し（このとき、酸化物超電導体と金属電極との接合面積は１７５ｍｍ2となる。）、接合部分の容積に対する、接合用金属中の空孔の比率を変化させて、接触抵抗値を測定した。
【００４７】
すると、接合用金属中の脱気操作を行わない場合は、上述したように、接合用金属中の空孔の比率は、接合部分の容積の３０〜５０％程度となり、所定の電流を流した際の接触抵抗値の大きさは０．８〜１．２μΩ程度であり、試料による接触抵抗値のバラツキも大きかった。ところが、接合用金属中の空孔の比率が、接合部分の容積の５％以下になると、所定の電流を流した際の接触抵抗値の大きさは０．５μΩを下回ると同時に、接触抵抗値のバラツキも少なくなった。
【００４８】
ここで、上述したように当該Ｇｄ系酸化物超電導体を介しての熱侵入量は０．３W以下であるので、この伝熱による熱侵入と、低温側を４．２Ｋまで冷却した場合の１０００Ａ通電時の接触抵抗によるジュール発熱とを足し合わせた低温側への侵入熱量は、０．５Ｗを十分下回ることが判明した。
従って、酸化物超電導体が母材から切り出したままの形状であり、大きな切削加工を施さなくても、酸化物超電導電流リードとして使用可能であることが判明した。この結果、酸化物超電導体に切削加工を必要とする酸化物超電導電流リードと比較して、遙かに酸化物超電導体の使用量を減らすことが可能になると同時に、酸化物超電導電流リード全体の小型化も可能となった。
【００４９】
ここで図１に戻り、金属電極１０と酸化物超電導体６０との接合が完了したら、封止部材を除去し、柱状の酸化物超電導体６０の両端に対向して設けられた金属電極１０の間へ、酸化物超電導体６０を被覆する形で被覆部材７０を設けることが好ましい。被覆部材７０は、酸化物超電導体６０を、機械的、環境的に保護するものなので、ガラス繊維を含んだ樹脂材料であるＧＦＲＰ等が好ましく用いられる。
【００５０】
酸化物超電導体へ被覆部材を設ける工程を、図４を用いて説明する。
図４は、両端に金属電極が接合された酸化物超電導体へ、被覆部材を被覆するための金型中へ設置した状態を示す斜視図である。
図４において、金型８０中には、両端に上述した金属電極１０が接合された酸化物超電導体６０が設置されている。そして金属電極１０の設置部３０と、コ字状の断面を有する金型８０とが、金型空間８１を形成する。また、両側の金属電極１０より金型空間８１へ向かって、酸化物超電導体受継部３２と偏流抑制部材突起部５２とが突起している。
一方、熱硬化型樹脂をガラス繊維へ含浸させ、ＧＦＲＰのプリプレグを調製しておく。そして調製したＧＦＲＰのプリプレグを、金型空間８１中へ充填し、加熱硬化させて酸化物超電導体６０の被覆部材とした。この結果、被覆部材は、金属電極１０より突起した偏流抑制部材突起部５２、酸化物超電導体受継部３２と嵌合し機械的強度を発揮するので、電気的特性に優れ、機械的、環境的に頑丈な電流リードを製造することができた。
【００５１】
以上に記載した電流リードを超電導システムに用いることで、当該超電導システムの冷却効率が著しく改善され、冷凍機容量のコンパクト化等による生産コストの削減と、システムのランニングコスト削減とを実現できるようになった。
【００５２】
製造された電流リードの特性評価について、図３を用いて説明する。
図３において、酸化物超電導体６０は幅５ｍｍ厚さ３ｍｍであり、その両端部の幅１０ｍｍの位置と、両端部から１５〜１７ｍｍまでの位置とに、Ａｇペーストが焼き付けられている。そして、両端部の幅１０ｍｍの位置までは、銀コート６１として金属電極１０に接合され、両端部から１５〜１７ｍｍまでの位置は、測定用銀コート６２としてリード線が接続される。電流リード１に設けられた２箇所の金属電極１０のリード線接合部２０にはブスバーが接続され、各々のブスバーは電源（図示していない）に接続されている。電源には、所定の電流として、例えば１０６０Ａの電流を供給するものを用いた。電流は、リード線接合部２０より設置部３０を通過し、被覆部材７０に被覆された酸化物超電導体を流れ、対する金属電極１０の設置部３０に到達する。
【００５３】
この電流リード１を７７Ｋに冷却し、両ブスバー間に１０６０Ａの電流を流したときの、設置部３０と酸化物超電導体６０の端から１５ｍｍとの電位差を測定し、その値より、この部分の接触抵抗値Ｒを算定した。
【実施例】
【００５４】
以下、実施例に基づいて、本発明の実施の形態をさらに詳細に説明する。
（実施例１）
１）柱状の酸化物超電導体の製造
Ｓｍ2Ｏ3、ＢａＣＯ3、ＣｕＯの各原料粉末を、モル比でＳｍ：Ｂａ：Ｃｕ＝１．６：２．３：３．３になるように秤量した後、ＢａＣＯ3とＣｕＯのみを８８０℃で３０時間焼成して、ＢａＣｕＯ2とＣｕＯの仮焼粉を得た（モル比でＢａＣｕＯ2：ＣｕＯ＝２．３：１．０）。次に、この仮焼粉へ前記予め秤量しておいたＳｍ2Ｏ3を加え、さらにＰｔ粉末（平均粒径０．０１μｍ）およびＡｇ2Ｏ粉末（平均粒径１３．８μｍ）を加えて混合し、大気中９００℃で１０時間焼成しＡｇ入り仮焼粉とした。但し、Ｐｔ含有量は０．４２ｗｔ％、Ａｇ含有量は１５ｗｔ％とした。このＡｇ入り仮焼粉をポットミルで粉砕して、平均粒径約２μｍとし合成粉を得た。
【００５５】
得られた合成粉を粉末Ｘ線回折により分析したところ、Ｓｍ1+pＢａ2+q（Ｃｕ1-bＡｇb）3Ｏ7-x相およびＳｍ2+rＢａ1+s（Ｃｕ1-dＡｇd）Ｏ5-r相が確認された。
【００５６】
この合成粉を、縦７７ｍｍ、横１０６ｍｍ、厚さ２６ｍｍの板状にプレス成形し、前駆体を作製した。そして、この前駆体を炉体内に設置して、以下の工程を行った。
まず、室温から７０時間で１１００℃まで昇温させ、この温度で２０分間保持して前駆体を半熔融状態にした後、前駆体の上部が低温側になるように前駆体の上下に５℃／ｃｍの温度勾配を加え、上部の温度が１０２５℃になるまで０．４℃／ｍｉｎで降温させた。
【００５７】
ここで、予め熔融法で作製しておいた、Ａｇを含まずＰｔを０．５ｗｔ％含むＮｄ1.8Ｂａ2.4Ｃｕ3.4Ｏx組成の結晶を、縦横２ｍｍ、厚さ１ｍｍに切り出して製造しておいた種結晶を、成長方向がｃ軸と平行になるように前駆体の上部の中心に接触させる。そして、上部の温度を１０２５℃から１℃／ｈｒの速度で１０１５℃まで降温させた。この温度で１００時間保持した後、９４５℃まで７０時間かけて徐冷し、その後、上下の温度勾配が０℃／ｃｍになるように前駆体の下部を２０時間で９４５℃になるように冷却し、その後、室温まで１００時間かけて徐冷し、前駆体の結晶化を行い、酸化物超電導体の結晶試料を得た。
【００５８】
この酸化物超電導体の結晶試料を、上下方向の中心付近で切断して断面をＥＰＭＡで観察したところ、Ｓｍ1+pＢａ2+q（Ｃｕ1-bＡｇb）3Ｏ7-x相中に０．１〜３０μｍ程度のＳｍ2+rＢａ1+s（Ｃｕ1-dＡｇd）Ｏ5-y相が微細に分散していた。
ここで、ｐ、ｑ、ｒ、ｓ、ｙはそれぞれ−０．２〜０．２の値であり、ｘは−０．２〜０．６の値であった。また、ｂ、ｄは０．０〜０．０５の値であり、平均的には０．００８程度であった。さらに、結晶試料全体にわたって０．１〜１００μｍ程度のＡｇが微細に分散していた。また、表面から１ｍｍより深い部分には粒径５〜２００μｍ程度の空孔が分散していた。また、結晶試料全体が種結晶を反映してディスク状材料の厚さ方向がｃ軸と平行であるように均一に配向し、隣接する結晶間の方位のずれが３°以下であり、実質的に単結晶状の結晶試料が得られた。この結晶試料の表面から１ｍｍより深い部分を切り出して密度を測定したところ、６．８７ｇ／ｃｍ3（理論密度７．５３ｇ／ｃｍ3の９１．２％）であった。
【００５９】
得られた結晶試料の表面から１ｍｍの部分を削除した後、長さ方向が結晶のab面と平行になるように幅５ｍｍ厚さ３ｍｍ長さ９０ｍｍの柱状の酸化物超電導体を切り出した。また、この試料から別途３ｍｍ×３ｍｍ×２０ｍｍ（但し、３ｍｍ方向のどちらかが結晶のｃ軸方向）の柱状試料を切り出し、アニール処理後の熱伝導率の温度依存性を測定したところ、温度７７Ｋから１０Ｋまでの積分平均値で、約１１３ｍＷ／ｃｍＫであり、銀が１５wｔ％含有されているにもかかわらず低い値であった。
【００６０】
２）柱状の酸化物超電導体への銀コート設置
まず、エチルセルロース１０ｗｔ％、テルピネオール３０ｗｔ％、フタル酸ジブチル５０ｗｔ％およびブチルカルビトールアセテート１０ｗｔ％を混合して作製した有機ビヒクルと平均粒径３μｍのＡｇ粉末とを重量比３：７の割合で混合し、さらにリン酸エステルを２％添加してＡｇペーストを作製した。
【００６１】
作製したＡｇペーストを、１）にて作製した柱状の酸化物超電導体の両端部１０ｍｍ、および左右の端部から１５ｍｍの位置へ幅２ｍｍにて、厚さ５０μｍを塗布し、真空含侵処理をした後、大気中８０℃のオーブンの中で乾燥させた。次に、このＡｇペーストを塗布した柱状の酸化物超電導体を、再び、炉体中において９２０℃で１０時間焼成してＡｇを焼き付けて銀コートとし、銀コート酸化物超電導体を作製した。焼き付け後のＡｇの膜厚は約３０μｍであった。
【００６２】
３）銀コート酸化物超電導体のアニール処理
銀コート酸化物超電導体をガス置換可能な別の炉の中に設置し、まず、ロータリーポンプで０．１Ｔｏｒｒまで炉内を排気した後、炉内へ酸素ガスを流し込んで、酸素分圧が９９％以上である大気圧の雰囲気にした。その後は、０．５Ｌ／ｍｉｎの流量で酸素ガスを炉内に流しながら、室温から４５０℃まで１０時間で昇温させ、次に４５０℃から２５０℃まで４００時間かけて徐冷し、さらに２５０℃から室温まで１０時間で降温させて、銀コート酸化物超電導体のアニール処理をおこなった。
【００６３】
４）金属電極および偏流抑制部材の作製
純度４Ｎの無酸素銅を加工して金属電極および偏流抑制部材を作製し、各々の表面にＳｎメッキを施した。この金属電極は、リード線接合部と設置部（酸化物超電導体設置部）とを有し、リード線接合部にはボルト穴が２箇所あり、設置部の対向面には被覆部材の接合強度を高めるための受継部が設けてある。尚、偏流抑制部材は、酸化物超電導体の設置と接合用金属の充填とを見込み、金属電極に設けられた設置溝のサイズより、高さ方向で３．５ｍｍ、幅方向で０．５ｍｍ削加工した形状とした。
【００６４】
５）酸化物超電導体の金属電極への設置
金属電極の設置溝に接合用金属としてＰｂＳｎ系ハンダであるセラソルザ１４３（以下、セラソルザと記載する。）を熔融塗布しておき、そこへ、Ａｇを焼き付けた端部１０ｍｍにセラソルザを熔融塗布した酸化物超電導体を設置し、加熱して仮固定する。仮固定が完了したら酸化物超電導体の外周から設置溝の外縁部に亘って、耐熱シリコンゴムを封止部材として設けセラソルザの流出を防止する処理を行う。
【００６５】
６）接合用金属の脱気処理
流出防止処理が完了したら、金属電極をセラソルザの融点(１４３℃)以上である１８０℃で加熱してセラソルザを充分に熔融させ、素早く真空容器内に入れて約１００Ｐａで２分間脱気を行う。次に、金属電極を再度１８０℃に加熱し、予めセラソルザを熔融塗布した偏流抑制用部材をあてがい、再度真空容器内に入れて約１００Ｐａで２分間脱気を行う。そして、超音波ハンダ小手により、この偏流抑制部材を介して機械的衝撃を加え、既存のセラソルザの空孔を破裂させる。
【００６６】
この結果、金属電極、酸化物超電導体、および偏流抑制部材は、空孔を含まない接合用金属にて、電気的にも機械的にも好ましい状態で接合される。接合が完了したら、封止部材は除去しておく。
尚、本実施例においては、作製した電流リードの特性を測定するため、酸化物超電導体の端から１５〜１７ｍｍの位置に設けられたＡｇを焼き付けた部分に、特性測定用の直径０．１ｍｍのステンレスリード線を、セラソルザを用いて接続した。
【００６７】
７）被覆部材の設置
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂と芳香族アミンとからなる熱硬化型のエポキシ樹脂の接着剤を準備し、ガラスクロス繊維およびチョプドガラス繊維へ真空含侵させ、ＧＦＲＰのプリプレグとした。
次に、両端が、前記銅電極が接合された酸化物超電導体において、酸化物超電導体部分だけがＧＦＲＰで覆われるように金型中へ設置した。そして、まず金型内の内壁に沿ってガラスクロス繊維のプリプレグを配置し、次にチョップドガラス繊維のプリプレグを、酸化物超電導体の周囲の金型空間へ充填し、ガラスクロス繊維のプリプレグで覆った後、１２０℃で熱硬化させて、ガラス繊維で被覆された酸化物超電導体電流リード試料を製造した。
【００６８】
８）電流リードの特性評価
製造された電流リード試料における、金属電極のリード線接合部にブスバーを接続して、金属電極と酸化物超電導体を７７Ｋまで冷却し、両金属電極間に１０６０Ａを通電した。そして通電を行いながら、金属電極と、酸化物超電導体の端部から１５〜１７ｍｍの位置に接続した特性測定用ステンレス線との間の電圧を測定し、金属電極と酸化物超電導体との間の接触抵抗値を算定したところ、当該電流リード試料の両側の接触抵抗値とも０．１９μΩと非常に低い値であることが判明した。
【００６９】
さらに当該電流リード試料を４．２Ｋまで冷却して、同様に金属電極と酸化物超電導体との間の接触抵抗値を算定したところ、両側の接触抵抗値とも０．０３μΩと非常に低い値であることが判明した。
また、この電流リード試料の低温側を４．２Ｋ、高温側を７７Ｋに冷却した際の、低温側への伝熱による熱侵入量は０．２８Wであった。
一方、当該電流リード試料の７７Ｋ、０．５Ｔ磁場中における臨界電流値を２０００Ａまで通電して測定したところ、抵抗の発生が無く、２０００Ａ以上であることが判明した。そこで、超電導体試料の断面を３ｍｍ×５ｍｍからφ１．９ｍｍに幅０．７ｍｍ程度研削加工し、有効断面積を減らして再度通電試験を行ったところ、臨界電流値は６７０Ａであった。この結果を当該電流リード試料における３ｍｍ×５ｍｍに換算し直すと、０．５Ｔの磁場中で、約３５００Ａに相当する値である。
【００７０】
以上のことから、当該電流リード試料において、金属電極の一方を高温側（７７Ｋ）、他方を低温側（４．２Ｋ）として０．５Ｔの磁場中で１０００Ａを通電した場合、低温側での熱発生量は、トータルで０．３１Ｗと非常に低い値であることが判明した。
最後に、当該電流リード試料の両側の接合部分を切断し、接合部分に設置された接合用金属中の空孔の体積が、接合部分の容積の何％を占めているかを各々測定した。その結果、一方は、接合部分の容積の０．０７％、他方は０．０８％を占めていることが判明した。
【００７１】
（実施例２）
１）柱状の酸化物超電導体の製造
Ｇｄ2Ｏ3、ＢａＣＯ3、ＣｕＯの各原料粉末を、モル比でＧｄ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３になるように秤量して混合し、９２０℃で３０時間焼成してからポットミルを用いて平均粒径３μｍに粉砕し、再び９３０℃で３０時間焼成してからライカイ機およびポットミルにて平均粒径１０μｍに粉砕して、第１の仮焼粉であるＧｄ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-xの粉末を作製した。
次に、前記各原料粉末をＧｄ：Ｂａ：Ｃｕ＝２：１：１になるように秤量して混合し、８９０℃で２０時間焼成してからポットミルを用いて平均粒径０．７μｍに粉砕し、第２の仮焼粉であるＧｄ2ＢａＣｕＯ5の粉末を作製した。
【００７２】
第１、第２の仮焼粉をＧｄ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-x：Ｇｄ2ＢａＣｕＯ5＝１：０．４となるように秤量し、さらにＰｔ粉末（平均粒径０．０１μｍ）およびＡｇ2Ｏ粉末（平均粒径１３．８μｍ）を加えて混合し合成粉とした。ただし、Ｐｔ含有量は０．４２ｗｔ％、Ａｇ含有量は１５ｗｔ％とした。
【００７３】
この合成粉を縦２２ｍｍ、横１２０ｍｍ、厚さ２６ｍｍの板状に金型を用いてプレス成形して前駆体を作製した。そして、この前駆体を炉体内に設置して、以下の工程を行った。
まず、室温から７０時間で１１００℃まで昇温させ、この温度で２０分間保持し、前駆体を半熔融状態にした後、前駆体の上部が低温側になるように前駆体の上下に５℃／ｃｍの温度勾配を加え、上部の温度が９９５℃になるまで０．４℃／ｍｉｎで降温させた。
【００７４】
ここで、予め熔融法で作製しておいた、Ａｇを含まずＰｔを０．５ｗｔ％含むＮｄ1.8Ｂａ2.4Ｃｕ3.4Ｏx組成の種結晶を、縦横２ｍｍ、厚さ１ｍｍに切り出して製造しておいた種結晶を、成長方向がｃ軸と平行になるように前駆体の上部の中心に接触させる。そして、上部の温度を９９５℃から１℃／ｈｒの速度で９８５℃まで降温させた。この温度で１００時間保持した後、９１５℃まで７０時間かけて徐冷し、その後、上下の温度勾配が０℃／ｃｍになるように前駆体の下部を２０時間で９１５℃になるように冷却し、その後、室温まで１００時間かけて徐冷して結晶化を行い、酸化物超電導体の結晶試料を得た。
【００７５】
この酸化物超電導体の結晶試料を、上下方向の中心付近で切断して断面をＥＰＭＡで観察したところ、Ｇｄ1+pＢａ2+q（Ｃｕ1-bＡｇb）3Ｏ7-x相中に０．１〜３０μｍ程度のＧｄ2+rＢａ1+s（Ｃｕ1-dＡｇd）Ｏ5-y相が微細に分散していた。
ここで、ｐ、ｑ、ｒ、ｓ、ｙはそれぞれ−０．２〜０．２の値であり、ｘは−０．２〜０．６の値であった。また、ｂ、ｄは０．０〜０．０５の値であり、平均的には０．００８程度であった。さらに、結晶試料全体にわたって０．１〜１００μｍ程度のＡｇが微細に分散していた。また、表面から１ｍｍより深い部分には粒径５〜２００μｍ程度の空孔が分散していた。また、結晶試料全体が種結晶を反映してディスク状材料の厚さ方向がｃ軸と平行であるように均一に配向し、隣接する結晶間の方位のずれが３°以下であり、実質的に単結晶状の結晶試料が得られた。この結晶試料の表面から１ｍｍより深い部分を切り出して密度を測定したところ、７．０ｇ／ｃｍ3（理論密度７．６８ｇ／ｃｍ3の９１．１ %）であった。
【００７６】
得られた結晶試料の表面から１ｍｍの部分を削除した後、長さ方向が結晶のab面と平行になるように幅５ｍｍ厚さ３ｍｍ長さ１０５ｍｍの柱状の酸化物超電導体を切り出した。また、この試料から別途３ｍｍ×３ｍｍ×２０ｍｍ（但し、３ｍｍ方向のどちらかが結晶のｃ軸方向）の柱状試料を切り出し、アニール処理後の熱伝導率の温度依存性を測定したところ、銀が１５ｗｔ%含有されているにもかかわらず、温度７７Ｋから１０Ｋまでの積分平均値で約１４１ｍＷ／ｃｍＫと低い値であった。
【００７７】
以降、
２）柱状の酸化物超電導体への銀コート設置
３）銀コート酸化物超電導体のアニール処理
４）金属電極および偏流抑制部材の作製
５）酸化物超電導体の金属電極への設置
６）接合用金属の脱気処理
７）被覆部材の設置
８）電流リードの特性評価
を実施例１と同様に行い、以下の結果を得た。
まず、当該電流リード試料の両端にある、金属電極と酸化物超電導体との接合部分の接触抵抗値を算定したところ、一方が０．２μΩ、他方が０．２１μΩと非常に低い値であることが判明した。
【００７８】
さらに当該電流リード試料を４．２Ｋまで冷却して、同様に金属電極と酸化物超電導体との間の接触抵抗値を算定したところ、両側の接触抵抗値とも０．０３μΩと非常に低い値であることが判明した。
また、この電流リード試料の低温側を４．２Ｋ、高温側を７７Ｋに冷却した際の、低温側への伝熱による熱侵入量は０．３３Wであった。
一方、当該電流リード試料の７７Ｋ、０．５Ｔ磁場中における臨界電流値を２０００Ａまで通電して測定したところ、抵抗の発生が無く、２０００Ａ以上であることが判明した。そこで、超電導体試料の断面を３ｍｍ×５ｍｍからφ１．９ｍｍに幅０．７ｍｍ程度研削加工し、有効断面積を減らして再度通電試験を行ったところ、臨界電流値は５３０Ａであった。この結果を当該電流リード試料における３ｍｍ×５ｍｍに換算し直すと、０．５Ｔの磁場中で、約２８００Ａに相当する値である。
【００７９】
以上のことから、当該電流リード試料において、金属電極の一方を高温側（７７Ｋ）、他方を低温側（４．２Ｋ）として０．５Ｔの磁場中で１０００Ａを通電した場合、低温側での熱発生量は、トータルで０．３６Ｗと非常に低い値であることが判明した。
最後に、当該電流リード試料の両側の接合部分を切断し、接合部分に設置された接合用金属中の空孔の体積が、接合部分の容積の何％を占めているかを各々測定した。その結果、両方とも接合部分の容積の約０．１％を占めていることが判明した。
【００８０】
（実施例３）
１）柱状の酸化物超電導体の製造
Ｓｍ2Ｏ3、ＢａＣＯ3、ＣｕＯの各原料粉末を、モル比でＳｍ：Ｂａ：Ｃｕ＝１：２：３になるように秤量して混合し、９２０℃で３０時間焼成してからポットミルを用いて平均粒径３μｍに粉砕し、再び９３０℃で３０時間焼成してからライカイ機およびポットミルにて平均粒径１０μｍに粉砕して、第１の仮焼粉であるＳｍ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-xの粉末を作製した。
次に、前記各原料粉末をＳｍ：Ｂａ：Ｃｕ＝２：１：１になるように秤量して混合し、８９０℃で２０時間焼成してからポットミルを用いて平均粒径０．７μｍに粉砕し、第２の仮焼粉であるＳｍ2ＢａＣｕＯ5の粉末を作製した。
【００８１】
第１、第２の仮焼粉をＳｍ1Ｂａ2Ｃｕ3Ｏ7-x：Ｓｍ2ＢａＣｕＯ5＝１：０．４となるように秤量し、さらにＰｔ粉末（平均粒径０．０１μｍ）およびＡｇ2Ｏ粉末（平均粒径１３．８μｍ）を加えて混合し合成粉Ａとした。そして同様に第１、第２の仮焼粉を１：０．３となるように秤量し、Ｐｔ粉末およびＡｇ2Ｏ粉末を加えて混合し合成粉Ｂとした。ただし、合成粉Ａ、Ｂとも、Ｐｔ含有量は０．４２ｗｔ％、Ａｇ含有量は１０ｗｔ％とした。
【００８２】
この２種類の合成粉Ａ、Ｂを、各々縦２２ｍｍ、横１２０ｍｍ、厚さ２６ｍｍの板状に金型を用いてプレス成形し、合成粉Ａを用いた前駆体Ａ、および合成粉Ｂを用いた前駆体Ｂを作製した。そして、この前駆体Ａ、Ｂを炉体内に設置して、以下の工程を行った。
まず、室温から７０時間で１１００℃まで昇温させ、この温度で２０分間保持し、前駆体を半熔融状態にした後、前駆体の上部が低温側になるように前駆体の上下に５℃／ｃｍの温度勾配を加え、上部の温度が９９５℃になるまで０．４℃／ｍｉｎで降温させた。
【００８３】
ここで、予め熔融法で作製しておいた、Ａｇを含まずＰｔを０．５ｗｔ％含むＮｄ1.8Ｂａ2.4Ｃｕ3.4Ｏx組成の種結晶を、縦横２ｍｍ、厚さ１ｍｍに切り出して製造しておいた種結晶を、成長方向がｃ軸と平行になるように前駆体の上部の中心に接触させる。そして、上部の温度を９９５℃から１℃／ｈｒの速度で９８５℃まで降温させた。この温度で１００時間保持した後、９１５℃まで７０時間かけて徐冷し、その後、上下の温度勾配が０℃／ｃｍになるように前駆体の下部を２０時間で９１５℃になるように冷却し、その後、室温まで１００時間かけて徐冷して結晶化を行い、前駆体Ａより酸化物超電導体の結晶試料Ａ、前駆体Ｂより酸化物超電導体の結晶試料Ｂを得た。
【００８４】
この酸化物超電導体の結晶試料Ａ、Ｂを、上下方向の中心付近で切断して断面をＥＰＭＡで観察したところ、いずれもＳｍ1+pＢａ2+q（Ｃｕ1-bＡｇb）3Ｏ7-x相中に０．１〜３０μｍ程度のＳｍ2+rＢａ1+s（Ｃｕ1-dＡｇd）Ｏ5-y相が微細に分散していた。ここで、ｐ、ｑ、ｒ、ｓ、ｙはそれぞれ−０．２〜０．２の値であり、ｘは−０．２〜０．６の値であった。また、ｂ、ｄは０．０〜０．０５の値であり、平均的には０．００８程度であった。さらに、結晶試料全体にわたって０．１〜１００μｍ程度のＡｇが微細に分散していた。また、表面から１ｍｍより深い部分には粒径５〜２００μｍ程度の空孔が分散していた。また、結晶試料全体が種結晶を反映してディスク状材料の厚さ方向がｃ軸と平行であるように均一に配向し、隣接する結晶間の方位のずれが３°以下であり、実質的に単結晶状の結晶試料Ａ、Ｂが得られた。この結晶試料Ａ、Ｂの表面から１ｍｍより深い部分を切り出して密度を測定したところ、１：０．４の組成で作製した結晶Ａでは６．７ｇ／ｃｍ3（理論密度７．３８ｇ／ｃｍ3の９０．８％）であり１：０．３の組成で作製した結晶Ｂでは６．７ｇ／ｃｍ3（理論密度７．３５ｇ／ｃｍ3の９１．２％）であった。
【００８５】
得られた結晶試料Ａ、Ｂの表面から１ｍｍの部分を削除した後、長さ方向が結晶のab面と平行になるように幅３ｍｍ厚さ３ｍｍ長さ９０ｍｍの柱状の酸化物超電導体Ａ、Ｂを切り出した。
また、この試料から別途３ｍｍ×３ｍｍ×２０ｍｍ（但し、３ｍｍ方向のどちらかが結晶のｃ軸方向）の柱状試料を切り出し、アニール処理後の熱伝導率の温度依存性を測定したところ、温度７７Ｋから１０Ｋまでの積分平均値でＡは、約６２．１ｍＷ／ｃｍＫ、Ｂは、約６２．９ｍＷ／ｃｍＫであり、銀が１０ｗｔ％含有されているにもかかわらず低い値であった。
【００８６】
以降、
２）柱状の酸化物超電導体Ａ、Ｂへの銀コート設置
３）銀コート酸化物超電導体Ａ、Ｂのアニール処理
４）金属電極および偏流抑制部材の作製
５）酸化物超電導体Ａ、Ｂの金属電極への設置
６）接合用金属の脱気処理
７）被覆部材の設置
を実施例１と同様に行い、酸化物超電導体Ａを用いた電流リードＡ、酸化物超電導体Ｂを用いた電流リードＢを得た。
８）電流リードＡ、Ｂの特性評価
得られた電流リードＡ、Ｂの電気的特性を実施例１と同様に測定し、以下の結果を得た。
まず、当該電流リードＡの両端にある、金属電極と酸化物超電導体との接合部分の接触抵抗値を算定したところ、一方が０．２８μΩ、他方が０．２９μΩと非常に低い値であることが判明し、同様に、当該電流リードＢの接合部分では、一方が０．３０μΩ、他方が０．２９μΩと非常に低い値であることが判明した。
【００８７】
さらに当該電流リードＡ、Ｂを４．２Ｋまで冷却して、同様に金属電極と酸化物超電導体との間の接触抵抗値を算定したところ、Ａ、Ｂ両方の両側の接触抵抗値とも０．０５μΩと非常に低い値であることが判明した。
また、この電流リード試料の低温側を４．２Ｋ、高温側を７７Ｋに冷却した際の、低温側への伝熱による熱侵入量はＡ、Ｂ共に約０．１５Wであった。
一方、当該電流リード試料の７７Ｋにおける臨界電流値は、０．５Ｔの磁場中で、Ａは１３００Ａ、Ｂは１５００Ａであった。
以上のことから、当該電流リード試料において、金属電極の一方を高温側（７７Ｋ）、他方を低温側（４．２Ｋ）として０．５Ｔの磁場中で１０００Ａを通電した場合、低温側での熱発生量は、トータルで０．２Ｗと非常に低い値であることが判明した。
最後に、当該電流リードＡ、Ｂの両側の接合部分を切断し、接合部分に設置された接合用金属中の空孔の体積が、接合部分の容積の何％を占めているかを各々測定した。その結果、電流リードＡの一方では０．０６％、他方では０．０７％、電流リードＢの一方では０．０７％、他方では０．０８％を占めていることが判明した。
【００８８】
（実施例４）
実施例１において、６）接合用金属の脱気処理の温度を１６０℃とした以外は、実施例１と同様にして酸化物超電導体電流リード試料を製造した。
実施例１と同様に、当該電流リード試料の両側にある、金属電極と酸化物超電導体との接合部分の接触抵抗値を算定したところ、一方が０．３μΩ、他方が０．２７μΩと非常に低い値であることが判明した。
さらに当該電流リード試料を４．２Ｋまで冷却して、同様に金属電極と酸化物超電導体との間の接触抵抗値を算定したところ、両側とも０．０５μΩと非常に低い値であることが判明した。
一方、当該電流リード試料の７７Ｋ、０．５Ｔ磁場中における臨界電流値および侵入熱は実施例１とほぼ同程度であった。
【００８９】
以上のことから、当該電流リード試料において、金属電極の一方を高温側（７７Ｋ）、他方を低温側（４．２Ｋ）として０．５Ｔの磁場中で１０００Ａを通電した場合、低温側での熱発生量は、トータルで約０．３８Ｗと非常に低い値であることが判明した。
最後に、当該電流リード試料の両側の接合部分を切断し、接合部分に設置された接合用金属中の空孔の体積が、接合部分の容積の何％を占めているかを各々測定した。その結果、一方は、接合部分の容積の５％、他方は４％を占めていることが判明した。
【００９０】
（比較例１）
実施例２と同様であるが、「６）接合用金属の脱気処理」の工程を行わずに、超音波ハンダ小手の設定温度を１６０℃および１８０℃に設定し、各々電流リードを製造し、「８）電流リードの特性評価」を行った。
まず、１６０℃設定で接合した試料について、実施例１と同様に、当該電流リード試料の両側にある、金属電極と酸化物超電導体との接合部分の接触抵抗値を算定したところ、一方が０．８μΩ、他方が０．９μΩと、絶対値が大きく、接触抵抗値のバラツキも大きいことが判明した。
１８０℃設定で接合した試料では、接合用金属の流れ出しが大きかったが、接触抵抗値を算定したところ、一方が１．２μΩ、他方が１．１μΩと、絶対値が大きく、接触抵抗値のバラツキも大きいことが判明した。
【００９１】
最後に、当該電流リード試料の両側の接合部分を切断し、接合部分に設置された接合用金属中の空孔の体積が、接合部分の容積の何％を占めているかを各々測定した。その結果、１６０℃設定で接合した試料の、一方は、接合部分の容積の３０％、他方は３５％を占めていることが判明し、１８０℃設定で接合した試料は接合部分の一方は、接合部分の容積の５０％、他方は４５％を占めていることが判明した。
【００９２】
以上、説明したように、酸化物超電導体の両側に金属電極が設けられ、且つ前記酸化物超電導体と前記金属電極とが形成する接合部分に接合用金属が設けられ、前記接合用金属によって、前記酸化物超電導体と前記金属電極とが接合されている酸化物超電導電流リードであって、
前記接合部分に設けられた前記接合用金属中の空孔の体積が、前記接合部分の容積の５％以下の酸化物超電導電流リードであるが、当該酸化物超電導電流リードは、酸化物超電導体と金属電極との間に十分な電流の流路が確保される結果、用いられる酸化物超電導体が、全体に亘って実質的に同じ断面積であっても、所定の条件下において、低い接触抵抗値と、低温側への低い熱侵入とを実現した。
【００９３】
尚、上述した実施例１〜４および比較例１の、処理条件および評価結果の一覧表を図７に示した。図７において、電流リード試料の両側にある金属電極と酸化物超電導体との接合部分の、一方を「右」、他方を「左」と便宜的に記載した。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】本発明に係る電流リードの金属電極への超電導体の設置例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す金属電極へ封止部材を設けた場合の斜視図である。
【図３】本発明に係る酸化物超電導電流リードの特性測定の概念図である。
【図４】酸化物超電導体と金属電極との接合体を金型中へ納めた際の斜視図である。
【図５】従来の技術に係る、酸化物超電導体と金属電極との接合部分の横断面図である。
【図６】前駆的な発明に係る酸化物超電導電流リードの斜視図である。
【図７】実施例１〜４および比較例の、処理条件および評価結果の一覧表である。
【符号の説明】
【００９５】
１．（酸化物超電導体）電流リード
１０．金属電極
３１．（酸化物超電導体）設置溝
４１．（酸化物超電導体設置溝の外縁）封止部材
４２．脱気部
５０．偏流抑制部材
６０．酸化物超電導体
６１．銀コート
７０．被覆部材
【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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