(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
常電導体からなる長尺なシース（１２）の中に、酸化物超電導粒子（１３）を充填した一対の酸化物超電導ケーブル（１１）の端部を互いに接続した酸化物超電導ケーブルの接続部において、互いに対向して配置した一対の酸化物超電導ケーブル（１１）の端面の間で、互いに対応する酸化物超電導粒子（１３）の間に設けた常電導体からなる接続部材（１４）と、この接続部材（１４）を覆うように一対の酸化物超電導ケーブル（１１）の端面の間に充填された酸化物超電導粒子（１６）と、互いに対向して配置した一対の酸化物超電導ケーブル（１１）の端部にわたって被せられ、そこに充填された前記酸化物超電導粒子（１６）を封止した常電導体からなる被覆部材（１５）とを有し、一対の酸化物超電導ケーブル（１１）の端面の間に充填された前記酸化物超電導粒子（１６）は、少なくとも接続部材（１４）と被覆部材（１５）の表面近くにおいて、前記一対の酸化物超電導ケーブル（１１）の酸化物超電導粒子（１３）と同じ方向に配向されていることを特徴とする酸化物超電導ケーブルの接続部。
【請求項２】
接続部材（１４）はピン形状を有することを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導ケーブルの接続部。
【請求項３】
接続部材（１４）は長手方向にわたって断面が均一で、且つ長手方向に連なる複数の表面を有することを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導ケーブルの接続部。
【請求項４】
常電導体からなる長尺なシース（１２）の中に、酸化物超電導粒子（１３）を充填した一対の酸化物超電導ケーブル（１１）の端部を互いに接続する酸化物超電導ケーブルの接続方法において、互いに対向して配置した一対の酸化物超電導ケーブル（１１）の端面の間で、常電導体からなる接続部材（１４）の両端を互いに対応する酸化物超電導粒子（１３）の端部に差し込んで配置する工程と、この接続部材（１４）を覆うように一対の酸化物超電導ケーブル（１１）の端面の間に未焼成の酸化物超電導粒子（１６）を充填する工程と、この酸化物超電導粒子（１６）を覆うように、互いに対向して配置した一対の酸化物超電導ケーブル（１１）の端部にわたって常電導体からなる被覆部材（１５）を被せる工程と、一対の酸化物超電導ケーブル（１１）の端部間を部分溶融凝固熱処理して、一対の酸化物超電導ケーブル（１１）の端面の間に充填された前記酸化物超電導粒子（１６）を、少なくとも接続部材（１４）と被覆部材（１５）の表面近くにおいて、前記一対の酸化物超電導ケーブル（１１）の酸化物超電導粒子（１３）と同じ方向に配向させる工程とを有することを特徴とする酸化物超電導ケーブルの接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｂｉ系酸化物粉末を長尺な銀や銅等の常電導体からなるシースの中に充填し、これを熱処理して得られた超電導ケーブルの端部を互いに接続した超電導ケーブルの接続部と超電導ケーブルの接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｂｉ系酸化物超電導体は、線材応用のための研究が最も多くなされている材料であり、実用化に近い線材として研究が進められている。これは、Ｂｉ系酸化物超電導体が、圧延加工や溶融凝固といった比較的容易なプロセスで結晶配向が容易であり、酸化物に特有の弱結合による特性の劣化という問題点を、比較的容易に改善することができたことによる。
【０００３】
特にＢｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏｘ（Ｂｉ−２２１２）超電導体は、部分溶融−徐冷プロセスが開発され、Ｂｉ系特有の鱗片状の結晶の粒成長と配向化が容易に達成されるようになってから、線材への応用が格段に進んだ。このＢｉ−２２１２超電導体は、部分溶融を経て結晶成長するため、粒界の接合性は良い。そのため、３０Ｋ以下の低温では磁場特性が良く、低温・高磁界で使用されるコイル用の線材としての応用が検討されている。
【０００４】
Ｂｉ系酸化物超電導体を線材化する手段として最も一般的なものはシース法である。これは、まず図８に示すように銀や銅等の常電導体製のパイプに超電導粉末を充填し、伸線加工を施した後、さらに常電導体製のパイプに嵌め込んで伸線を行う。その後、圧延によってテープ形状にすることが一般的である。この後、部分溶融−徐冷プロセスによって熱処理を施す。このときＢｉ系酸化物超電導材料は、そのＣ軸が常電導体の表面に対して垂直方向に配向され、シースの長手方向にわたって結晶のａｂ面を揃えることができる。
【０００５】
このようにして作られるＢｉ系酸化物超電導体を使用した超電導ケーブルの長さは有限であり、超電導コイル等の長い線材を使用するものでは、超電導ケーブルの端部をつなぎ合わせることが必要となる。
従来では、図６に示すように、酸化物超電導ケーブル１の端部において、シース２を剥離して酸化物超導電粒子３の端部を導出し、銀等の常電導体からなるリング状の被覆部材５の中で接続しようとする一対の酸化物超電導ケーブル１の端部を突き合わせ、一対の酸化物超電導ケーブル１の端部を継ぎ合わせ、被覆部材５で継ぎ合わせた部分をシールする。その後、この一対の酸化物超電導ケーブル１の端部を熱処理することにより、部分溶融させ、さらに炉冷して凝固させる手段がとられている。
Ｂｉ系酸化物超電導体粒子は、熱処理により部分溶融をして結晶成長し、銀の表面に対してＣ軸が垂直になるよう配向される。
【０００６】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、前記のような酸化物超電導ケーブル１の接続手段において、接合された一対の酸化物超電導ケーブル１の端部間の部分において、前記のように配向されるのは、銀等の常電導体からなる被覆部材５の内周面付近にとどまる。このため、一対の酸化物超電導ケーブル１の端部間の部分では、銀からなる被覆部材５の内周面に近い外周側で所要の配向性が得られるが、中心に近い内部側では、配向方向が一定でなくなる。この結果、機械的には曲げに伴う撓みに弱くなり、また電気的には、臨界電流密度Ｊｃ（Ａ／ｃｍ2）が小さくなり、交流損失が大きくなる等の課題がある。
【０００７】
本発明は、前記従来の酸化物超電導ケーブルの接続手段における課題に鑑み、接続部分でも酸化物超電導体粒子の配向性を酸化物超電導ケーブルの酸化物超電導体粒子と同等にすることができ、これによって、機械的には曲げに伴う撓みに強くなり、また電気的には臨界電流密度Ｊｃ（Ａ／ｃｍ2）を大きくすることができる酸化物超電導ケーブルの接続部と接続方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記の目的を達成するため、互いに対向して配置した接続しようとする一対の酸化物超電導ケーブル１１の端面の間で、互いに対応する酸化物超電導粒子１３にわたって銀やその合金等の常電導体からなる接続部材１４を設け、この状態で対向して配置した一対の酸化物超電導ケーブル１１の端面の間に酸化物超電導粒子１６を充填し、さらにこの酸化物超電導粒子１６を覆うように、互いに対向して配置した一対の酸化物超電導ケーブル１１の端部にわたって銀やその合金等の常電導体からなる被覆部材１５を被せ、この状態で酸化物超電導ケーブル１１の端部の間の部分を熱処理して部分溶融し、炉冷して凝固させたものである。これにより、一対の酸化物超電導ケーブル１１の端面の間に充填された前記酸化物超電導粒子１６は、少なくとも接続部材１４と被覆部材１５の表面近くにおいて、前記一対の酸化物超電導ケーブル１１の酸化物超電導粒子１３と同じ方向に配向される。
【０００９】
すなわち、本発明による酸化物超電導ケーブルの接続部では、常電導体からなる長尺なシース１２の中に、酸化物超電導粒子１３を充填した一対の酸化物超電導ケーブル１１の端部を互いに対向させ、この一対の酸化物超電導ケーブル１１の端面の間で、互いに対応する酸化物超電導粒子１３の間に常電導体からなる接続部材１４を設け、この接続部材１４を覆うように一対の酸化物超電導ケーブル１１の端面の間に酸化物超電導粒子１６を充填し、互いに対向して配置した一対の酸化物超電導ケーブル１１の端部にわたって常電導体からなる被覆部材１５を被せることにより、そこに充填された前記酸化物超電導粒子（１６）を封止したものである。この場合、一対の酸化物超電導ケーブル１１の端面の間に充填された前記酸化物超電導粒子１６は、少なくとも接続部材１４と被覆部材１５の表面近くにおいて、前記一対の酸化物超電導ケーブル１１の酸化物超電導粒子１３と同じ方向に配向されている。
【００１０】
このようにして、酸化物超電導ケーブルの端部を接続する方法は、互いに対向して配置した一対の酸化物超電導ケーブル１１の端面の間で、常電導体からなる接続部材１４の両端を互いに対応する酸化物超電導粒子１３の端部に差し込んで配置する工程と、この接続部材１４を覆うように一対の酸化物超電導ケーブル１１の端面の間に未焼成の酸化物超電導粒子１６を充填する工程と、この酸化物超電導粒子１６を覆うように、互いに対向して配置した一対の酸化物超電導ケーブル１１の端部にわたって常電導体からなる被覆部材１５を被せる工程と、一対の酸化物超電導ケーブル１１の端部間を部分溶融凝固熱処理して、一対の酸化物超電導ケーブル１１の端面の間に充填された前記酸化物超電導粒子１６を、少なくとも接続部材１４と被覆部材１５の表面近くにおいて、前記一対の酸化物超電導ケーブル１１の酸化物超電導粒子１３と同じ方向に配向させる工程とを有するものである。
【００１１】
酸化物超電導粒子１６を溶融した後、炉冷して凝固させとて、酸化物超電導粒子１６は、常電導体からなる被覆部材１５の内周面に沿って配向することが知られている。
前述のようにして得られる酸化物超電導ケーブル１１を接続した部分では、この接続部を覆う被覆部材１５の内周面だけでなく、接続部材１４の表面に沿っても酸化物超電導粒子１６が配向する。このため、酸化物超電導ケーブル１１の接続部でも、酸化物超電導ケーブル１１の酸化物超電導粒子１３と同方向の酸化物超電導粒子１６の配向性が得られる。このれにより、酸化物超電導ケーブル１１の接続部における曲げに伴う撓みに強くなり、また臨界電流密度Ｊｃ（Ａ／ｃｍ２）が劣化しない。
【００１２】
前記の接続部材１４としては、ピン形状のものを使用するのが簡便である。これに対し、長手方向にわたって断面が均一で、且つ長手方向に連なる複数の表面を有する接続部材１４を使用すると、接続部材１４の長手方向に沿って連続する表面の面積を大きくとることができる。このため、接続部材１４の表面近くでより多くの酸化物超電導粒子１６を配向することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
まず、接続する酸化物超電導ケーブル１１の構成について説明すると、図１〜図４に示すように、この酸化物超電導ケーブル１１は、銀、銅或いはそれらの合金等の常電導体からなるシース１２の中にＢｉ−２２１２等の酸化物超電導体粒子１６を充填し、この酸化物超電導体粒子１６を前述のような熱処理により溶融凝固させ、シース１２の表面に対して直交する方向にＣ軸を配向させたものである。
【００１４】
このような酸化物超電導ケーブル１１を接続するには、図１に示すように、接続しようとする一対の酸化物超電導ケーブル１１の端面を対向させる。また、別に銀やその合金等の常電導体からなるピン状の接続導体１４を用意する。そして、図２に示すように、この接続導体１４を対向した一対の酸化物超電導ケーブル１１の端面において、それらの対応する酸化物超電導粒子１３に差し込むことにより、接続導体１４を双方の酸化物超電導ケーブル１１の酸化物超電導粒子１３にわたって接続導体１４を設ける。
【００１５】
その後、図３に示すように、こられの接続導体１４を覆うように、一対の酸化物超電導ケーブル１１の端面の間に仮焼きのみで、焼成していない酸化物超電導粒子１６を充填する。
さらに、一対の酸化物超電導ケーブル１１の端部にわたって、その外周に銀やその合金等の所電導体からなる箔状または薄いスリーブ状の被覆導体１５を被せ、一対の酸化物超電導ケーブル１１の端面の間に充填した酸化物超電導粒子１６を封止する。
【００１６】
その後、この一対の酸化物超電導ケーブル１１の接続端部を熱処理することにより、部分溶融し、凝固させる。これによって、一対の酸化物超電導ケーブル１１の端面の間に充填された酸化物超電導粒子１６のＣ軸が接続導体１４と被覆導体１５の表面に対して直交する方向に配向され、それらのａｂ面がシース１２の長手方向に揃う。これにより、一対の酸化物超電導ケーブル１１の端面の間に充填された酸化物超電導粒子１６も、酸化物超電導ケーブル１１の酸化物超電導粒子１３と同様に配向される。このため、酸化物超電導ケーブル１１の接続部においても、電気的、機械的に酸化物超電導ケーブル１１と同様の連続性が得られる。
【００１７】
前述の実施形態では、接続導体１４としてピン状のものを使用したが、酸化物超電導粒子１６を溶融した後、炉冷して凝固させると、酸化物超電導粒子１６は、常電導体からなる常電導体の表面に沿って配向することが知られている。これに対し、長手方向にわたって断面が均一で、且つ長手方向に連なる複数の表面を有する接続部材１４を使用すると、接続部材１４の長手方向に沿って連続する表面の面積を大きくとることができる。このため、接続部材１４の表面近くでより多くの酸化物超電導粒子１３を配向することができる。
【００１８】
図５（ａ）〜（ｄ）は、このような接続導体１４の端面形状の例を示している。これらの接続導体１４は、これら図５（ａ）〜（ｄ）の紙面の前後方向に長く、その方向の断面形状は図示した端面形状と同じであり、長手方向に均一な断面を有する。図５（ａ）と（ｂ）に示した接続導体１４は、中心軸から放射状に突出する複数の片を有する。図５（ｃ）に示した接続導体１４は、断面Ｃ字形のものである。また、図５（ｄ）に示した接続導体１４は、断面Ｓ字形のものである。何れも、一対の酸化物超電導ケーブル１１の端面の間に充填された酸化物超電導粒子１６がそられ接続導体１４の全面に接することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、酸化物超電導ケーブル１１の接続部分でも酸化物超電導体粒子１６の配向性を酸化物超電導ケーブル１１の酸化物超電導体粒子１３と同等にすることができる。これによって、機械的には曲げに伴う撓みに強い接続部分が得られ、また電気的には臨界電流密度Ｊｃ（Ａ／ｃｍ2）を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による酸化物超電導ケーブルの接続方法の初期工程の状態を示す酸化物超電導ケーブルの接続部の縦断側面図である。
【図２】同実施形態による酸化物超電導ケーブルの接続方法の中間工程の状態を示す酸化物超電導ケーブルの接続部の縦断側面図である。
【図３】同実施形態による酸化物超電導ケーブルの接続方法の最終工程の状態を示す酸化物超電導ケーブルの接続部の縦断側面図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】前記実施形態による酸化物超電導ケーブルの接続部に使用される接続導体の端面形状の例を示す端面図である。
【図６】従来例による酸化物超電導ケーブルの接続方法の中間工程の状態を示す酸化物超電導ケーブルの接続部の縦断側面図である。
【図７】従来例による酸化物超電導ケーブルの接続方法の最終工程の状態を示す酸化物超電導ケーブルの接続部の縦断側面図である。
【図８】Ｂｉ系酸化物超電導ケーブルの一般的製造工程を示す概略図である。
【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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【図８】
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