(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物超電導体と、前記酸化物超電導体の両端に電気的に接合した電極端子と、前記酸化物超電導体を補強する支持体とを有する酸化物超電導体通電素子であって、
前記電極端子の前記酸化物超電導体との接合側端部に、先端にかけて連続して細くなるテーパを設け、該テーパ部先端が電極端子部の先端であり、かつ、前記テーパ部先端の厚さがテーパ部がない場合の１／２以下であり、
前記支持体が前記テーパ部と密着していることを特徴とする酸化物超電導体通電素子。
【請求項２】
前記テーパ部長さと接合部長さとの比が１以下であることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導体通電素子。
【請求項３】
前記テーパ部と接合部とのなす角度が４５度以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の酸化物超電導体通電素子。
【請求項４】
酸化物超電導体と、前記酸化物超電導体の両端に電気的に接合した電極端子と、前記酸化物超電導体を補強する支持体とを有する酸化物超電導体通電素子であって、
前記電極端子の前記酸化物超電導体との接合側端部に段状構造を設け、該段状構造部先端の厚さが段状構造部がない場合の１／２以下であり、
前記支持体が前記段状構造部と密着していることを特徴とする酸化物超電導体通電素子。
【請求項５】
前記段状構造部長さと接合部長さとの比が１以下であることを特徴とする請求項４に記載の酸化物超電導体通電素子。
【請求項６】
酸化物超電導体と、前記酸化物超電導体の両端に電気的に接合した電極端子と、前記酸化物超電導体を補強する支持体とを有する酸化物超電導体通電素子であって、
前記電極端子の前記酸化物超電導体との接合側端部に溝又は窪みを設け、該溝又は窪みの深さが少なくとも１ｍｍであり、
前記支持体が前記溝部又は窪み部と密着していることを特徴とする酸化物超電導体通電素子。
【請求項７】
前記酸化物超電導体は、単結晶状のＲＥＢａ2ＣｕＯx相（ＲＥは、Ｙ又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）中にＲＥ2ＢａＣｕＯ5相が微細分散していることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の酸化物超電導体通電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸化物超電導体通電素子に関し、例えば、電流リードや限流器、永久電流スイッチ等に使用する酸化物超電導体を用いた通電素子に用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化物超電導体を用いると、電気抵抗がゼロで大電流を流せるので、電流リードや限流器、永久電流スイッチ等の通電素子に用いられる。このような酸化物超電導体通電素子は、酸化物超電導体と、外部電源等に接続するための電極端子とから構成される。
【０００３】
電極端子部材としては、大電流を流す通電素子であることから、電極端子でのジュール発熱を低くするために、電気的良導体である銅や銀、アルミニウム等が用いられる。また、酸化物超電導体は機械的強度が低いので、支持体で補強される場合もある。
【０００４】
支持体に関しては、冷却時に酸化物超電導体に発生する熱応力を小さくするため、酸化物超電導体に対して熱膨張係数が近い材料を用いることを提案されているが、電極端子部材に関しては、電気的良導体でなければならないと言う制約があるため、酸化物超電導体に対して熱膨張係数が近い材料を用いることができなかった。そのため、電極端子との接合面付近の酸化物超電導体にクラック等が発生し易く、酸化物超電導体通電素子の臨界電流が低下するという問題があった。
【０００５】
そこで、この問題を解決する手段として、特許文献１では、電極端子を電気的良導体と該電気的良導体よりも熱膨張係数が小さい熱収縮調整体との複合体とした酸化物超伝導体通電電子が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−４７２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、電極端子を電気的良導体と該電気的良導体よりも熱膨張係数が小さい熱収縮調整体との複合体とすることで、酸化物超電導体と電極端子との熱膨張係数を近づけることができ、冷却時に酸化物超電導体に発生する熱応力を低減できる。その結果、酸化物超電導体通電素子の臨界電流が低下することを防止することができる。しかしながら、電極端子を電気的良導体と該電気的良導体よりも熱膨張係数が小さい熱収縮調整体との複合体とすることは、製作工程的に煩雑であり、製造費用がかさばるという問題点があった。
【０００８】
本発明は前述の問題点に鑑み、製作工程的に容易で、臨界電流の低下が小さい酸化物超電導体通電素子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】
【０００９】
本発明の酸化物超伝導体通電素子は、酸化物超電導体と、前記酸化物超電導体の両端に電気的に接合した電極端子と、前記酸化物超電導体を補強する支持体とを有する酸化物超電導体通電素子であって、前記電極端子の前記酸化物超電導体との接合側端部に、先端にかけて連続して細くなるテーパを設け、該テーパ部先端が電極端子部の先端であり、かつ、前記テーパ部先端の厚さがテーパ部がない場合の１／２以下であり、前記支持体が前記テーパ部と密着していることを特徴とする。
本発明の酸化物超伝導体通電素子の他の特徴とするところは、酸化物超電導体と、前記酸化物超電導体の両端に電気的に接合した電極端子と、前記酸化物超電導体を補強する支持体とを有する酸化物超電導体通電素子であって、前記電極端子の前記酸化物超電導体との接合側端部に段状構造を設け、該段状構造部先端の厚さが段状構造部がない場合の１／２以下であり、前記支持体が前記段状構造部と密着していることである。
本発明の酸化物超伝導体通電素子のその他の特徴とするところは、酸化物超電導体と、前記酸化物超電導体の両端に電気的に接合した電極端子と、前記酸化物超電導体を補強する支持体とを有する酸化物超電導体通電素子であって、前記電極端子の前記酸化物超電導体との接合側端部に溝又は窪みを設け、該溝又は窪みの深さが少なくとも１ｍｍであり、前記支持体が前記溝部又は窪み部と密着していることである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、製作工程的に容易で、冷却時に酸化物超電導体に作用する熱応力を小さくすることができ、臨界電流の低下が小さい酸化物超電導体通電素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態について図に沿って説明する。
図１は、酸化物超電導体通電素子の構造を示す断面参考図である。図１では、酸化物超電導体１の両端に、外部に接続するための電極端子２が半田等（図示せず）で電気的に接合されている。さらに、電極端子２の酸化物超電導体１との接合端部にはテーパ部が設けられている。
【００１２】
図２は、図１の構造のものに補強のための支持体３を設けた本発明例である。支持体３は、図示されていない接着剤やボルト等で固定される。一方、図８は、酸化物超電導体通電素子の従来例の構造を示す断面図である。図８では、酸化物超電導体１と電極端子２との接合面近傍の電極端子部にテーパ部がない。
【００１３】
図８と比較すると、図２の本発明の例では、酸化物超電導体１と接している電極端子２の外側にテーパ部が設けられており、このテーパ部は先端が細くなっていることが分かる。先端が細くなるテーパ部を設けることによって、酸化物超電導体１と電極端子２との熱膨張係数の違いのために、冷却時に酸化物超電導体１に作用する熱応力を小さくすることができる。酸化物超電導体１に作用する熱応力を小さくするには、テーパ部先端の厚さを小さくした方が好ましいが、テーパ部先端の厚さがテーパ部がない場合の１／２以下であればテーパ部を設けた効果を得ることができる。
【００１４】
本発明のような構造にすることにより、電極端子２を電気的良導体と該電気的良導体よりも熱膨張係数が小さい熱収縮調整体との複合体とした場合と同様の効果を、製作工程的にも非常に簡便に得ることができる。
【００１５】
さらに、電極端子部にテーパ部を設けると電極端子部のジュール発熱が増大することが懸念されるが、テーパ部長さと接合部長さの比（＝テーパ部長さ／接合部長さ）が１以下であれば、酸化物超電導体通電素子を流れる電流は、酸化物超電導体１と電極端子２との接合面近傍では酸化物超電導体１の方に流れ易くなるので、電極端子２でのジュール発熱に大きな変化はない。したがって、テーパ部長さと接合部長さの比は１以下が好ましい。また、テーパ部は先端を細くすることで熱応力を緩和するためのものであり、テーパ部と接合部と角度が大きければ先端を細くした効果は小さい。テーパ部と接合部と角度としては４５度以下が好ましい。また、図１や図２の例では、テーパ部は直線的に細くなっているが、曲線的に細くなっていても同様の効果は得られる。
【００１６】
図３は、本発明の酸化物超電導体通電素子における別の実施例の構造概略図である。図３の例では、電極端子２の酸化物超電導体１との接合面近傍の構造が階段状になっている。接合面近傍の構造を階段状にすることで、テーパ構造の場合と同様に、電極端子２の接合面先端の断面積を小さくでき、その結果、冷却時に酸化物超電導体１に作用する熱応力を小さくできる。
【００１７】
段状構造部先端の厚さは小さくした方が好ましいが、段状構造部先端の厚さが段状構造部がない場合の１／２以下であれば段状構造部を設けた効果を得ることができる。図３では、１段の段状構造の例を示したが、複数段の形状でも同様の効果は得られる。電極端子部に段状構造部を設けると電極端子部のジュール発熱が増大することが懸念されるが、ジュール発熱増大を抑制するためには、段状構造部長さと接合部長さの比は１以下が好ましい。
【００１８】
本発明のような構造にすることにより、電極端子２を電気的良導体と該電気的良導体よりも熱膨張係数が小さい熱収縮調整体との複合体とした場合と同様の効果を、製作工程的にも非常に簡便に得ることができる。さらに、段状構造とテーパ構造を組み合わせることも可能で、同様の効果を得ることができる。
【００１９】
図４〜図６は、本発明の酸化物超電導体通電素子における別の実施例の構造概略図である。図４〜図６の例では、電極端子２の酸化物超電導体１との接合面近傍に溝（または窪み）４が設けられている。図２、図３の例では、電極端子２の酸化物超電導体１との接合面近傍の構造をテーパ状や階段状にすることで、電極端子２の接合面先端の断面積を小さくすることで冷却時に酸化物超電導体１に作用する熱応力を小さくしたが、図４〜図６のように、電極端子２の酸化物超電導体１との接合面近傍に溝（または窪み）４を設けることによっても同様の効果は得ることができる。
【００２０】
本構造の場合、溝（または窪み）４の機械的な変形により熱応力が緩和される。さらに、電極端子２に設けられた溝（または窪み）４は、酸化物超電導体通電素子を補強する支持体を固定する際の接着剤の密着強度を高める効果もある。接着剤の密着強度が高まると、支持体が熱歪みを抑制する働きが十分機能するので、熱応力に対する耐性がさらに高まる。
【００２１】
溝と窪みを比較すると、１個当たりの応力を緩和する効果は溝の方が大きいが、窪みの場合には図７（ａ）の平面図、及び図７（ｂ）の断面図に示すように多数個配列的に設けることが可能であり、トータル的には同様の効果になる。溝（または窪み）の断面形状については、図４のような四角形状、図５のような三角形状、図６のような半球状のものが工程的に容易で好ましいが、同様な効果が得られるのであれば、特に実施例に限定されるものではない。
【００２２】
溝（または窪み）４は、図４のように電極端子２の酸化物超電導体１に接触している面、図５のように酸化物超電導体１との接合面に平行な電極端子２の面に設けることが好ましい。あるいは、図６のように両方の面に設けてもよい。また、電極端子２の酸化物超電導体１との接合面近傍にテーパ構造や段状構造を設けた場合には、テーパ構造や段状構造部に溝（または窪み）を設けてもよい。
【００２３】
本発明に用いる酸化物超電導体は、酸化物超電導体であれば特に材料系を制限するものではなく、ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（ＲＥはＹ又は希土類元素から選ばれた少なくとも１つの元素）系酸化物超電導体、Ｂｉ系酸化物超電導バルク体等でもよい。酸化物超電導バルク体の中でも、溶融法で製造された単結晶状のＲＥＢａ2ＣｕＯx相（１２３相）中にＲＥ2ＢａＣｕＯ5相（２１１相）が微細分散した酸化物超電導バルク体は、臨界電流密度が高いのでより好ましい。
【実施例】
【００２４】
（実施例１）
溶融法で作製した直径４６ｍｍ、厚さ１５ｍｍで、２５ｍｏｌ％の２１１相が１２３相中に微細分散したＤｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導体から長さ４０ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ１ｍｍの棒状の試料を切り出し、銅製の電極端子２と半田接続し、ガラス繊維強化プラスチックス（ＧＦＲＰ）で補強した、図２のような構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。
【００２５】
酸化物超電導体１を挿入する電極端子中央部の溝の長手方向長さ（深さ）は５ｍｍ、テーパ部長さを４ｍｍとした。酸化物超電導体１との接合面での電極端子２の厚さは、テーパがない位置で片側４ｍｍ、テーパ部先端の厚さは片側０．５ｍｍとした。
【００２６】
比較のため、同じ材料を用いて、図８のようなテーパ部のない構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。それぞれ１０本ずつ作製し、液体窒素温度での臨界電流を比較した。テーパがない場合の臨界電流の平均値は５２０Ａであったが、テーパ部がある場合の臨界電流の平均値は６１５Ａであった。本実験により、本発明の構造の酸化物超電導体通電素子では、臨界電流が約２０％改善することが確認できた。
【００２７】
（実施例２）
溶融法で作製した直径４６ｍｍ、厚さ１５ｍｍで、２０ｍｏｌ％の２１１相が１２３相中に微細分散したＧｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導体から長さ４０ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ１ｍｍの棒状の試料を切り出し、銅製の電極端子２と半田接続し、ＧＦＲＰで補強した、図３のような構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。
【００２８】
酸化物超電導体１を挿入する電極端子中央部の溝の長手方向長さ（深さ）は６ｍｍ、段状構造を１段とし、断面積が小さい部分の長さを３ｍｍとした。酸化物超電導体１との接合面での電極端子２の厚さは厚い部分で片側５ｍｍ、段状構造部先端の厚さは片側１ｍｍとした。
【００２９】
比較のため、同じ材料を用いて、図８のような段状構造部のない構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。それぞれ１０本ずつ作製し、液体窒素温度での臨界電流を比較した。段状構造がない場合の臨界電流の平均値は９８０Ａであったが、段状構造がある場合の臨界電流の平均値は１２００Ａであった。本実験により、本発明の構造の酸化物超電導体通電素子では、臨界電流が約２０％改善することが確認できた。
【００３０】
（実施例３）
溶融法で作製した直径６０ｍｍ、厚さ２０ｍｍで、ＲＥサイトの成分比がＧｄ：Ｄｙ＝０．５：０．５で、３０ｍｏｌ％の２１１相が１２３相中に微細分散した、（Ｇｄ−Ｄｙ）−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導体から長さ５０ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ２ｍｍの棒状の試料を切り出し、錫メッキした銅製の電極端子２と半田接続し、ＧＦＲＰで補強した、図４のような構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。
【００３１】
酸化物超電導体１を挿入する電極端子中央部の溝の長手方向長さ（深さ）は４ｍｍ、電極端子中央部の溝の上下に設けた応力緩和用の溝４の長手方向長さ（深さ）は１ｍｍ、溝４の幅も１ｍｍとした。
【００３２】
比較のため、同じ材料を用いて、図８のような溝のない構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。それぞれ１０本ずつ作製し、液体窒素温度での臨界電流を比較した。溝がない場合の臨界電流の平均値は１５００Ａであったが、溝がある場合の臨界電流の平均値は１８５０Ａであった。本実験により、本発明の構造の酸化物超電導体通電素子では、臨界電流が約２０％改善することが確認できた。
【００３３】
（実施例４）
溶融法で作製した縦４０ｍｍ、横４０ｍｍ、厚さ１５ｍｍで、２５ｍｏｌ％の２１１相が１２３相中に微細分散したＨｏ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導体から長さ４０ｍｍ、幅２．５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの棒状の試料を切り出し、銀製の電極端子２と半田接続し、ＧＦＲＰで補強した、図５のような構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。
【００３４】
酸化物超電導体１を挿入する電極端子中央部の溝の長手方向長さ（深さ）は５ｍｍ、電極端子中央部の溝の上下に設けた応力緩和用の溝４の長手方向長さ（幅）は１ｍｍ、溝４の深さは１．５ｍｍとした。
【００３５】
比較のため、同じ材料を用いて、図８のような溝のない構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。それぞれ１０本ずつ作製し、液体窒素温度での臨界電流を比較した。溝がない場合の臨界電流の平均値は６２５Ａであったが、溝がある場合の臨界電流の平均値は７５０Ａであった。本実験により、本発明の構造の酸化物超電導体通電素子では、臨界電流が約２０％改善することが確認できた。
【００３６】
（実施例５）
溶融法で作製した直径４６ｍｍ、厚さ１５ｍｍで、３０ｍｏｌ％の２１１相が１２３相中に微細分散したＤｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導体から長さ４０ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ１ｍｍの棒状の試料を切り出し、錫メッキした銅製の電極端子２と半田接続し、ＧＦＲＰで補強した、図６のような構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。
【００３７】
酸化物超電導体１を挿入する電極端子中央部の溝の長手方向長さ（深さ）は５ｍｍとし、その近傍に応力緩和用の窪み４として直径１ｍｍ、深さ１ｍｍものを格子状に設けた。
【００３８】
比較のため、同じ材料を用いて、図８のような窪みのない構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。それぞれ１０本ずつ作製し、液体窒素温度での臨界電流を比較した。窪みがない場合の臨界電流の平均値は５４０Ａであったが、窪みがある場合の臨界電流の平均値は７２０Ａであった。本実験により、本発明の構造の酸化物超電導体通電素子では、臨界電流が約３０％改善することが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、製作工程的に容易で、臨界電流の低下が小さい酸化物超電導体通電素子を提供することができるので、酸化物超電導体の工業上の利用範囲が拡大する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】酸化物超電導体通電素子の参考例を示す構造断面図である。
【図２】本発明の酸化物超電導体通電素子の一実施例を示す構造断面図である。
【図３】本発明の酸化物超電導体通電素子の別の実施例を示す構造断面図である。
【図４】本発明の酸化物超電導体通電素子の別の実施例を示す構造断面図である。
【図５】本発明の酸化物超電導体通電素子の別の実施例を示す構造断面図である。
【図６】本発明の酸化物超電導体通電素子の別の実施例を示す構造断面図である。
【図７】本発明の酸化物超電導体通電素子における窪みの様子を示す平面図である。
【図８】従来の酸化物超電導体通電素子の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  酸化物超電導体
２  電極端子
３  支持体
４  溝（または窪み）
【図１】
0004728847.tif 000002
【図２】
0004728847.tif 000003
【図３】
0004728847.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004728847.tif 000007
【図７】
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【図８】
0004728847.tif 000009