(57)【要約】【課題】超電導機器システムへの熱侵入が少ない超電導体を用いながら、システム側導体や電源側導体との接合箇所におけるジュール熱の発生を低減することのできる、接続用導体として好適な複合導体を提供する。【解決手段】電流の流れる方向に連続して設けられた超電導体１２と、この超電導体１２に接合されると共に少なくとも接合すべき相手導体５０、６０との接合箇所に設けられた金属導体１１と、を備え、金属導体１１に相手導体５０、６０を接合することにより、相手導体５０、６０との間で電流の授受を行う複合導体１０であって、金属導体１１と相手導体５０、６０との接合面（接合界面）に対して略平行となるように、金属導体１１中に超電導体１２が配置されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流の流れる方向に設けられた超電導体と、この超電導体に接合されると共に少なくとも接合すべき相手導体との接合箇所に設けられた金属導体と、を備え、前記金属導体に相手導体を接合することにより、相手導体との間で電流の授受を行う複合導体であって、
前記金属導体と前記相手導体との接合界面に対して略平行となるように、前記金属導体中に前記超電導体が配置されていることを特徴とする複合導体。
【請求項２】
請求項１に記載の複合導体であって、
前記超電導体は略柱状をなし、その長手方向が前記接合界面と略平行となるように配置されていることを特徴とする複合導体。
【請求項３】
請求項１または２に記載の複合導体であって、
前記超電導体は、溶融法で作製された酸化物超電導体であることを特徴とする複合導体。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の複合導体であって、
前記超電導体は、複数個接合されたものであることを特徴とする複合導体。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の複合導体であって、
前記金属導体と前記超電導体とが、間に接合用金属を介在することによって接合されており、前記接合用金属中に存在する空孔の体積が、接合部の隙間の容積の５％以下であることを特徴とする複合導体。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の複合導体導体を用いていることを特徴とする超電導機器システム。
【請求項７】
電流の流れる方向に設けられた超電導体と、この超電導体に接合されると共に少なくとも接合すべき相手導体との接合箇所に設けられた金属導体と、を備え、前記金属導体に相手導体を接合することにより、相手導体との間で電流の授受を行う複合導体の製造方法で
あって、
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複合導体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＲＩ、リニアモータ、ＳＭＥＳ等の超電導システムへの給電経路の導体間接続に好適に用いられる複合導体に関し、特に、大電流を低抵抗で通電可能とするために超電導体を金属導体と共に接合した複合導体に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導磁石等の超電導機器内においては、導体配線の取り回しの都合上、金属導体間や、金属導体と超電導導体間を接合しなければならない箇所が発生する。例えば、室温状態にある外部電源装置から極低温状態にある超電導システムへ、数百から数千アンペアの電流を供給する電流リードの電極部（金属導体よりなる）と、マグネットから引き延ばされた超電導導線とを、接続用導体を介して図５のように接合する場合等がある。
【０００３】
このような接合を行う箇所に用いられる接続用導体としては、一般的に、電気抵抗値、価格、加工性などの点で比較的バランスの良い、高純度銅が用いられていた。図５において、１は電源側に位置する電流リード、２はマグネット（システム側）から引き延ばされた超電導線、３は電流リード１と超電導線２とを接続する接続用導体である。電流リード１の両端には板状の金属電極１ａ、１ｂが設けられており、その一端の金属電極１ａに、接続用導体３の一端３ａがネジ式クランプ４により圧接固定されている（圧接法）。また、接続用導体３の他端３ｂが、マグネットから引き延ばされた超電導線２の端部２ａに半田５で接合されている（半田法）。ここで、ネジ式クランプ４による圧接法は、着脱が容易であるが、偏流が発生しやすいという欠点がある。また、半田法は、偏流が比較的小さくなるものの、接合部の界面における接触抵抗の均一性を保った接合とすることが難しく、偏流の発生を抑制することは依然として難しく、更には、着脱にも手間がかかるという問題点がある。（例えば、特許文献１参照。）
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１９８４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、超電導応用機器の開発が進行し、導体間の接合部に対する要求性能の水準も高いものとなり、よりジュール発生熱が少ないことに加えて、着脱性が容易で、コンパクトなものが求められてきた。
【０００６】
しかし、従来の金属導体を用いた接合では、電流リードの電極部や超電導線との接合部で偏流による大きな接触抵抗が発生し、接触抵抗を下げるためには接合面積を大きくせざるをえず、必然的に接合部が大きなものとなっていた。また、着脱性が比較的容易な圧接法では大きな偏流が起こり、接触抵抗が大きなものとなっていた。
【０００７】
そこで本発明が解決しようとする課題は、システム側導体と電源側導体との接合箇所におけるジュール熱の発生を低減し、超電導機器システムのコンパクト化とシステム内での熱発生を最小限にすることのできる、接続用導体として好適な複合導体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するための第１の発明は、電流の流れる方向に設けられた超電導体と、この超電導体に接合されると共に少なくとも接合すべき相手導体との接合箇所に設けられた金属導体と、を備え、前記金属導体に相手導体を接合することにより、相手導体との間で電流の授受を行う複合導体であって、前記金属導体と前記相手導体との接合界面に対して略平行となるように、前記金属導体中に前記超電導体が配置されていることを特徴とする。
【０００９】
上記の構成を有する複合導体を用いると、接合した相手導体との間で電流の授受を行う際に、導体間の接触抵抗値が低減され、この部分で発生するジュール熱が抑制される。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明に記載の複合導体であって、前記超電導体は略柱状をなし、その長手方向が前記接合界面と略平行となるように配置されていることを特徴とする。
【００１１】
超電導体が略柱状をなしていると、相手導体との接合界面に略平行をなすように金属導体中へ容易に配置することができ、コンパクトな複合導体を構成することが可能となる。
【００１２】
第３の発明は、第１または第２の発明に記載の複合導体であって、前記超電導体は、溶融法で作製された酸化物超電導体であることを特徴とする。
【００１３】
溶融法で作製された酸化物超電導体は、臨界温度および臨界電流密度が高く、機械的強度も大きいので、好適な電気的特性、機械的特性を有する複合導体を製造することができる。
【００１４】
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明に記載の複合導体であって、前記超電導体は、複数個接合されたものであることを特徴とする。
【００１５】
超電導体として、複数の超電導体が接合されたものを用いることで、複合導体の製造コストを削減することができる。
【００１６】
第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明に記載の複合導体であって、前記金属導体と前記超電導体とが、間に接合用金属を介在することによって接合されており、前記接合用金属中に存在する空孔の体積が、接合部の隙間の容積の５％以下であることを特徴とする。
【００１７】
第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明に記載の複合導体導体を用いていることを特徴とする超電導機器システムである。
【００１８】
第７の発明は、電流の流れる方向に設けられた超電導体と、この超電導体に接合されると共に少なくとも接合すべき相手導体との接合箇所に設けられた金属導体と、を備え、前記金属導体に相手導体を接合することにより、相手導体との間で電流の授受を行う複合導体の製造方法であって、
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。
【００１９】
金属導体と超電導体とを接合している接合用金属中にある空孔の体積が、接合部の隙間の容積の５％以下であると、この部分の電流の流れがスムーズになり、複合導体へ所定の電流を流した際の接触抵抗値が低減され、この部分で発生するジュール熱が抑制される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、電流の流れる方向に連続して設けられた超電導体と、この超電導体に接合されると共に少なくとも接合すべき相手導体との接合箇所に設けられた金属導体と、を備え、前記金属導体に相手導体を接合することにより、相手導体との間で電流の授受を行う複合導体であって、前記金属導体と前記相手導体との接合界面に対して略平行となるように、前記金属導体中に前記超電導体が配置されている複合導体であるが、この構成を有する複合導体においては、相手導体と電流の授受を行う接合部の接触抵抗値が低減され、この部分で発生するジュール熱が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明者らは、金属導体中へ、接合すべき相手導体との接合界面に略平行となるように超電導体を配置することで、接合界面に沿った電位差を減少させることができれば、相手導体と金属導体との界面部に、ミクロ的には接触抵抗のばらつきがあった場合でも、マクロ的には偏流の発生抑制ができ、結果として、この部分の接触抵抗値を低減できることを見出し、本発明を完成させることができた。
【００２２】
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、実施の形態として示す複合導体１０の構成図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は外観斜視図、（ｃ）は（ｂ）のＩｃ−Ｉｃ矢視断面図である。
【００２３】
図１において、複合導体１０は全体的に略角柱状をなしており、金属導体１１の内部に、長手方向に連続する角柱状の超電導体１２を埋め込んだ複合体として構成されている。
金属導体１１は、超電導体１２を収納する溝１３を上面に加工した角柱状の本体１１Ａと、超電導体１２を溝１３内に収納した上で超電導体１２の上から溝１３に嵌められる蓋１１Ｂとからなる。溝１３は、電流を流す長手方向に沿って平行に加工され、超電導体１２は電流の流れる方向に連続している。勿論、複合導体１０は全体的に略柱状を有していればよく、その断面形状は三角形、４角形等の多角形、円、楕円、および星形等の様々な形状をとることが出来る。
【００２４】
この複合導体１０は、金属導体１１の長手方向両端の底面部分を相手導体との接合面２１とするものであり、それらの接合面２１に相手導体を面接合することにより、相手導体との間で電流の授受を行うものである。そのため、電流を流すための主体となる超電導体１２は、金属導体１１と相手導体との接合界面（接合面２１）に対して略平行となるように、金属導体１１中に配置されている。
【００２５】
なお、金属導体１１の本体１１Ａおよび蓋１１Ｂの表面には、後述する接合用金属（図示略）との濡れ性を向上させるため、および、電源側から引き出されてくる導体、およびシステム側から引き出されてくる導体との接触抵抗値を低減するため、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、あるいは、前記メッキの積層体を設けておくことが好ましい。
【００２６】
また、金属導体１１中に埋め込まれる超電導体１２は、全体が一体のものであってもよいが、図示例では、長手方向にいくつかに分割されたものとされている。全体の長さによっては、並列に数本並べたものを用いてもよい。この場合の超電導体１２には、小さな断面積であっても大電流を流すことが可能で、機械的強度の高い希土類系酸化物超電導体が用いられている。この希土類系酸化物超電導体１２は、溶融法で作製され、且つ、結晶配向されたもので、電流を流す方向が結晶のｃ軸方向と略垂直となるように金属導体１１中に埋め込まれている。その結果、複合導体１０のコンパクト化が達成され、且つ、低抵抗
で大電流を流すことができるようになっている。反面、溶融法で作製された希土類系酸化物超電導体は、長尺のものを作製することが困難であることから、長手方向にいくつかに分割して埋め込まれることで、必要に応じた長尺のものであっても低コストで作製することができる。
【００２７】
また、角柱状の超電導体１２の各面は、金属導体１１内に収容された際に、本体１１Ａの溝１３の内面および蓋１１Ｂの内面とそれぞれ対面する。従って、超電導体１２の６つの面は、接触抵抗値を減少させる観点より、予め銀コートされている。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。
【００２８】
また、上述した超電導体１２と金属導体１１との接触抵抗を下げる観点から、両者は接合用金属（図示略）により接合しておくことが好ましい。これらを接合するには、超電導体１２を埋め込む溝１３の内面に接合用金属を溶融塗布しておき、ここへ、銀コート上に接合用金属を溶融塗布した超電導体１２を設置し、さらに必要に応じて、超電導体１２と、溝１３の内面および蓋１１Ｂとの間の隙間へ、溶融した接合用金属を注入した後、冷却固化させて接合することが好ましい。
【００２９】
この接合用金属としては、溶融塗布の際、超電導体１２が過剰に加熱されて、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。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。
【００３０】
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℃
【００３１】
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℃
【００３２】
以上のように、金属導体１１の本体１１Ａに形成した溝１３に超電導体１２を嵌め込み、その上に金属導体１１の蓋１１Ｂを被せた状態で、接合用金属を隙間に介在させることにより金属導体１１と超電導体１２とを接合する構成を採ることで、金属導体１１と超電導体１２とを、全てミクロ的に見た面接触の状態で電気的に接合することができる。この結果、金属導体１１と超電導体１２の接触抵抗値を下げることができる。
【００３３】
なお、金属導体１１の蓋１１Ｂを本体１１Ａの溝１３に嵌め込んだときにできる隙間は、片側０．０５〜０．５ｍｍ程度とすることが好ましい。この隙間が、０．０５ｍｍ以上あれば接合用金属の脱気が十分に進み、０．５ｍｍ以下であれば接合用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からである。従って、この隙間は脱気部を構成する。
【００３４】
ところで、本発明者らは、このように接合用金属（半田）を用いて金属導体１１と超電導体１２を接合する場合には、次のような問題が生じる懸念があることを見出した。
【００３５】
即ち、第１の問題は、溶解させた接合用金属を、金属導体１１の本体１１Ａと蓋１１Ｂおよび超電導体１２へ溶融塗布して、これらを一体化する際に、大気等のガス状成分が、溶解した接合用金属中へ巻き込まれる。この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に、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導体１１と超電導体１２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というような大電流の通電時には、この部分が新たな接触抵抗値の増加原因となる、という問題である。
【００３６】
また、第２の問題は、前記超電導体１２として、臨界温度および臨界電流密度が高い酸化物超電導体を用いた場合には、複合導体１０の使用時に、金属導体１１中に埋めこまれた酸化物超電導体１２に対し、室温と、液体ヘリウム温度ないし液体窒素温度間で熱履歴が繰り返されることで、金属導体１１と超電導体１２との線膨張係数の違いから応力が加わることになる。このとき、両者の接合部分に上述のような空孔が形成されていると、ここに応力が集中し、埋めこまれた酸化物超電導体にクラックが発生し、特性を著しく劣化させてしまうこととなる、という問題である。
【００３７】
ここで、金属導体１１と超電導体１２との間の接合部分に発生する空孔について、複合導体１０の部分断面を示す図２を参照しながら説明する。
【００３８】
金属導体１１内に設けられた溝１３の中には、全体が銀コートされた超電導体１２が設置され、これらの接合部分（隙間）には接合用金属２０が介在され、この接合用金属２０中には空孔２２が発生している。
【００３９】
この空孔２２が、前記接合部分の容積の１０％程度以上となると、上述したように、埋めこまれた酸化物超電導体１２のクラック発生原因となり、複合導体１０へ所定の電流を流したときに、接触抵抗値発生の原因ともなる。この空孔２２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。即ち、接合部分を複合導体１０の長手方向に沿って順番に切断してゆき、その切断面に現れる、接合部分の断面の面積と空孔２２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】
この接合用金属中の空孔２２の生成を、抑制、回避する方法として、まず、大気中において超電導体１２の埋め込み溝１３等へ接合用金属の塗布を行い、超電導体１２の埋め込み溝１３へ超電導体１２を設置して加熱し、接合用金属を溶融してこれらを接合するが、このときに、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、０．０１
ＭＰａ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、超電導体１２から酸素が抜けてしまうことを考慮する必要はない。この結果、超電導体１２の埋め込み溝１３と、超電導体１２と、金属導体１１の蓋１１Ｂ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２２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る。
【００４１】
このような真空脱気手段により、空孔２２を接合部分の容積の１０％程度以下としたところ、複合導体１０を「室温〜４．２Ｋ」の温度サイクル下においても、埋めこまれた超電導体１２にクラックが発生しなかった。また、所定の電流を流しても、接触抵抗値の劣化上昇は発生しなかった。
【００４２】
なお、上記実施の形態の複合導体１０においては、金属導体１１の本体１１Ａの上面に溝１３を形成し、その溝１３に超電導体１２を収容して蓋１１Ｂを被せることで、金属導体１１中に超電導体１２を埋め込んだ構造としたが、他の実施の形態として、金属導体の一方から孔を穿設し、その孔へ超電導体を嵌合することで複合導体を構成したり、あるいは、金属導体を分割可能な構造とし、超電導体を金属導体で挟み込む形で複合導体を組み上げたりすることも可能である。また、超電導体の形状も、円柱状あるいは筒状等、任意の形状を選択可能である。
【００４３】
次に、上記のように構成された複合導体１０と、電源側および超電導システム側より引き出されてきた導体（相手導体）とを接続する場合の構造について、図３を参照しながら説明する。図３の（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は断面図である。
【００４４】
図３において、１０は複合導体、５０は電源側より引き出された電流リード（相手導体）、６０はシステム側より引き出された超電導線（相手導体）である。複合導体１０の図面向かって左側には、インジウム箔（図面には記載していない）を介して、電源側より引き出されてきた電流リード５０の金属電極部５１が、挟み込み式クランプ４０により接合されている。電流リード５０の板状の金属電極部５１は、その板面が複合導体１０の接合面２１に圧接させられることによって、複合導体１０と接合されている。
【００４５】
また、複合導体１０の図面向かって右側には、システム側より引き出されてきた超電導線６０が、挟み込み式クランプ４０により接合されている。この超電導線６０には予め圧接用金属板６１が半田付けされており、超電導線６０は、この圧接用金属板６１の半田付けされた面と反対側の面が、インジウム箔を介して複合導体１０の接合面２１に圧接させられることによって、複合導体１０と接合されている。
【００４６】
このように複合導体１０の両端の接合面２１に電流リード５０の金属電極部５１および超電導線６０の圧接用金属板６１を接合することにより、図３（ｂ）に示すように、複合導体１０内の超電導体１２の長手方向が、電源側電流リード５０の金属電極部５１と複合導体１０との接合界面Ｋ１、および、システム側の超電導線６０の圧接用金属板６１と複合導体１０との接合界面Ｋ２と略平行の状態となる。
【００４７】
ここで、電流リード５０とは、図示していない電源からの電流を、図示しない超電導システムへ供給するための導体であり、酸化物超電導体の両端部に金属電極部５１が接合された構造のものが最も多く用いられており、電源からシステム側への熱侵入を抑制する効果を有する。この電流リード５０の金属電極部５１の表面や、複合導体１０の表面、圧接用金属板６１の表面には、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、あるいは、前記メッキの積層体を設けてあるのが好ましい。
【００４８】
なお、複合導体１０と相手導体（電流リード５０の金属電極部５１および超電導線６０に半田付けした圧接用金属板６１）との重なり部分を、溶接、ロウ付け、低融点の半田等で接合することも可能である。ただし、脱着性を考えた場合、複合導体１０の両端の少なくともいずれかを、図示のようにクランプ４０で止めるか、ネジで止めることが好ましい。
【００４９】
次に、電源から発し、電源側電流リード５０、複合導体１０、および、システム側導体（超電導線６０）を流れ、超電導システムに到達する電流について説明する。この電流の流れについては、詳細な解明は未だ研究中であるが、概ね、以下のように考えられる。ここでは便宜的に、複合導体１０を境として、図面に向かって左側を電源側、右側をシステム側と称する。
【００５０】
上記の複合導体１０が使用される際には、複合導体１０内の超電導体１２が超電導状態となる温度で使用される。この結果、複合導体１０内の略全長に亘って電位差が減少する。
【００５１】
ここで、図面左側より電源側導体（電流リード５０）を流れてきた電流は、電源側導体（電流リード５０）と複合導体１０との重なり部分（電源側接合部の接合界面Ｋ１）の、略全ての領域に亘って、ほぼ均等に複合導体１０内へ徐々に流れ込むことになると考えられる。このため、ミクロ的には、金属の状態や、接合状態のバラツキにより電流の偏流が発生したとしても、マクロ的には、平均化されてしまうことになり、接触抵抗が大きく抑制され（詳細は、実施例にて詳述するが、略１０分の１に抑制される）、従ってジュール熱の発生も大きく抑制される。
【００５２】
複合導体１０内の超電導体１２の中へ流れ込んだ電流は、超電導体１２内ではジュール熱を発生することなく流れて、システム側の接合部（接合界面Ｋ２）へ到達する。そして、電源側接合部にて説明したものと同様のメカニズムにより、システム側導体（圧接用金属板６１）と複合導体１０との重なり部分（システム側接合部の接合界面Ｋ２）の、略全ての領域に亘って、接触抵抗を大きく抑制されながら（詳細は、実施例にて詳述するが、略１０分の１に抑制される）システム側導体（圧接用金属板６１）へ流れ込み、さらには超電導線６０へ流れ込んで、超電導システムへ到達する。この結果、システム側の接合部においてもジュール熱の発生は大きく抑制される。この結果、ランニングコストが安く、コンパクトな超電導機器システムを製造することができる。
【００５３】
上述した、電源側導体（電流リード５０）と複合導体１０との接合部、および、システム側導体（圧接用金属板６１）と複合導体１０との接合部において、接触抵抗値を大きく下げる効果を得るためには、図３に示すように、電源側導体（電流リード５０）と複合導体１０、および、システム側導体（圧接用金属板６１）と複合導体１０とが、それぞれ互いの端部を互いの端部の手前に位置するように、重なり合って配置されていればよい。また、この両者の重なり合いの程度は大きい方が好ましいが、導体側の超電導体が有する断面積と、電極側の超電導体が有する断面積との和よりも、当該両超電導体の重なり合いの表面積が大きければ、本発明の効果を得ることができる。
【００５４】
また、複合導体１０内に埋め込む超電導体１２は、長手方向に渡って全体に埋め込むことが望ましいが、少なくとも相手導体との接合部分に亘って、導体側の超電導体が有する断面積と、電極側の超電導体が有する断面積との和よりも、当該両超電導体の重なり合いの表面積が大きくなるように埋め込まれていれば、本発明の効果を得ることができる。
【００５５】
また、図４のように、複数の電流リード５０、５０を並列に接合した場合にも、各々の接合部で同様の効果が得られ、複雑な接合部をコンパクトにすることが可能となる。
【実施例１】
【００５６】
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。
１）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。
【００５７】
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。
【００５８】
この合成粉を、板状の金型を用いてプレス成形し、縦７７ｍｍ、横１０５ｍｍ、厚さ２６ｍｍの前駆体を作製した。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。
【００５９】
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組成を有する結晶を、縦横２ｍｍ、厚さ１ｍｍに切り出したものを種結晶とし、この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、前駆体上部の温度を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。
【００６０】
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。
【００６１】
得られた結晶試料の表面から１ｍｍより深い部分より、以下の方法により複合導体内の超電導体に用いる柱状の酸化物超電導体を切り出した。
柱状の酸化物超電導体は、厚さ３ｍｍ、長手方向の全長８５ｍｍ、幅４mmの形状を有している。
これらの酸化物超電導体を、その長手方向が結晶のab面と平行になるように、結晶試料より切り出した。尚、柱状の酸化物超電導体は２本切り出した。
【００６２】
２）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粉末とをモル比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。
【００６３】
次に、１）にて作製した柱状の酸化物超電導体の表面全面に作製されたＡｇペーストを厚さ５０μｍで塗布した。
Ａｇペーストが塗布された酸化物超電導体を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２本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。
【００６４】
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。
【００６５】
４）金属導体および金属導体蓋の作製
純度４Ｎの無酸素銅を加工して金属導体および金属導体蓋を作製し、各々の表面にＳｎメッキを施した。
外形は、全長１８０ｍｍ、幅１５ｍｍ、厚み１５ｍｍとした。さらに、金属導体内には、全長約１７０．８mm、幅４．５mm深さ９．３ｍｍの超電導埋め込み溝が複合導体の略中心に彫り込まれている。溝と酸化物超電導体とのクリアランスは酸化物超電導体が金属導体の中心部に位置し、埋め込み溝の内壁より片側略０．２５ｍｍの間隔を保てることとした。
一方、金属導体蓋は、金属導体の超電導埋め込み溝へ酸化物超電導体を設置した後、ここへ填め込まれて金属導体の外形と一体化できるものとした。但しこのとき、金属導体の埋め込み溝の内壁および酸化物超電導体と、片側略０．２５ｍｍの間隔を保てることとした。
【００６６】
５）酸化物超電導体の金属導体への設置
金属導体の埋め込み溝に、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。）を溶融塗布しておく。一方、酸化物超電導体の銀コート部にもセラソルザを溶融塗布しておく。
そして金属導体と酸化物超電導体を塗布した接合金属の融点以上に加熱して金属導体の埋め込み溝に、酸化物超電導体を設置し、金属導体蓋をその上から設置する。
【００６７】
６）接合用金属の脱気処理
設置が完了したら、これらを、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溶融させ、素早く真空容器内に入れて約１００Ｐａで２分間脱気を行う。そして、超音波ハンダ小手により、この偏流抑制用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。
【００６８】
この結果、金属導体、酸化物超電導体、および金属導体蓋は、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。
【００６９】
８）複合導体の特性評価
ここで、本発明の構成である、金属導体内に埋め込まれた酸化物超電導体が、当該複合導体と相手導体との接触抵抗値へ与える効果を評価するため、金属導体内超電導体と埋め込み溝を設けない以外は、本発明に係る導体と同様の比較用金属導体も作製した。
【００７０】
上述した、本発明に係る複合導体と比較用金属導体とを用いた、金属導体内酸化物超電導体が、当該複合導体と相手導体との接触抵抗値へ与える効果を評価する方法について、図４を参照しながら説明する。
ここで図４は、本発明に係る複合導体の左右に、各々、電源側電流リードの金属電極導体（以下電源側導体と略す）またはシステム側超電導線圧接用金属板導体（以下システム側導体と略す）を、厚さ0.1mmのインジウム箔を介して、クランプで接合した状態の外観斜視図である。
ここで、複合導体と電源側導体および、複合導体とシステム側導体との接合部の抵抗値を計測するために、各々お互いの端部が接合されている部分の反対側の面にあって、対角の位置を為す場所にステンレスの電圧計測用端子をはんだ接合した。
【００７１】
そして、複合導体と接続した側と反対側の電流リードの電極と、複合導体と接続した側と反対側のシステム側超電導線とに電源をつなぎ合わせ、電流リード、複合導体、超電導線を、4.2Kに冷却して、10A間隔で1060Aまでの電流を通電し、予め、取り付けたステンレス線間の電圧を測定し、V-I特性の傾きから、接合部に発生する接触抵抗値Ｒを算定した。
また、同様の測定を、超電導埋め込み用溝加工を施さない、従って酸化物超電導体が埋め込まれていない同形状の金属導体を用いて行った。
【００７２】
その結果、抵抗値Ｒの値は、本発明に係る複合導体においてシステム側導体との接合部で０．２μΩ、電源側導体との接合部で１．３μΩであった。これに対し、比較用金属導体においては、システム側導体との接合部で１．９μΩ、電源側導体との接合部で２．６μΩであった。
【００７３】
この結果から明らかなように、接触抵抗値Ｒの値を、本願発明に係る電流リードと比較用の電流リードとで比較してみると、相手側が常電導線である場合は約1/2、相手側が超電伝導線である場合には約1/10に、低減する効果があることが判明した。
【００７４】
最後に、当該複合導体試料を通電方向に沿って切断し、酸化物超伝導体と金属電極との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％を占めているかを測定した。その結果、接合用金属中の空孔の体積は、容積の約０．１％と低い値であった。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施形態の複合導体の構成図で、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は外観斜視図、（ｃ）は（ｂ）のＩｃ−Ｉｃ矢視断面図である。
【図２】複合導体を構成する金属導体と超電導体とを接合するための接合用金属中の空孔について説明するのに用いる複合導体の部分断面図である。
【図３】実施形態の複合導体を用いて電源側導体とシステム側導体とを接続した例を示す図で、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は側断面図ある。
【図４】実施形態の複合導体を用いて電源側導体とシステム側導体とを接続した他の例を示す図である。
【図５】従来の接合用導体を用いた接続例を示す平面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０  複合導体
１１  金属導体
１１Ａ  本体
１１Ｂ  蓋
１２  超電導体
１３  溝
２０  接合用金属
２１  空孔
５０  電流リード（相手導体）
５１  金属電極部
６０  超電導線（相手導体）
６１  圧接用金属板
Ｋ１，Ｋ２  接合界面
【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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