(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金、金又は金合金の１種又は２種以上からなる常伝導導体表面の一部又は全体に、一部又は全部がREBa2Cu3O7-x系超伝導体（ここで、REはYを含む希土類元素の１種類又はその組合せ）からなる複数のバルク超伝導体を接続してなる複合導体であって、前記バルク超伝導体の超伝導転移温度以下における前記複合導体の見かけ上の比抵抗が、前記温度における銅の比抵抗より低いことを特徴とする低抵抗複合導体。
【請求項２】
鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン合金の１種又は２種以上からなる常伝導導体表面の一部又は全体に、一部又は全部がREBa2Cu3O7-x系超伝導体（ここで、REはYを含む希土類元素の１種類又はその組合せ）からなる複数のバルク超伝導体を接続してなる複合導体であって、前記バルク超伝導体の超伝導転移温度以下における前記複合導体の見かけ上の比抵抗が、前記温度における銅の比抵抗より低いことを特徴とする低抵抗複合導体。
【請求項３】
銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金、金又は金合金の１種又は２種以上からなる常伝導導体表面の一部又は全体に、一部又は全部がREBa2Cu3O7-x系超伝導体（ここで、REはYを含む希土類元素の１種類又はその組合せ）からなる複数のバルク超伝導体を接続してなる複合導体であって、７７Ｋにおける前記複合導体の見かけ上の比抵抗が、７７Ｋにおける銅の比抵抗より低いことを特徴とする低抵抗複合導体。
【請求項４】
鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン合金の１種又は２種以上からなる常伝導導体表面の一部又は全体に、一部又は全部がREBa2Cu3O7-x系超伝導体（ここで、REはYを含む希土類元素の１種類又はその組合せ）からなる複数のバルク超伝導体を接続してなる複合導体であって、７７Ｋにおける前記複合導体の見かけ上の比抵抗が、７７Ｋにおける銅の比抵抗より低いことを特徴とする低抵抗複合導体。
【請求項５】
前記バルク超伝導体は、前記常伝導導体内の電流経路に対して並列の関係にある電流経路を形成していることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の低抵抗複合導体。
【請求項６】
前記常伝導導体の両端部に銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金、金又は金合金の１種又は２種以上の電極部を有することを特徴とする請求項２又は４に記載の低抵抗複合導体。
【請求項７】
前記バルク超伝導体の一部又は全部の長手方向が、該バルク超伝導体の結晶学的方位においてｃ軸と垂直方向であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の低抵抗複合導体。
【請求項８】
前記常伝導導体又は前記バルク超伝導体の少なくとも一方が、棒状又は板状の形状を有してなることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の低抵抗複合導体。
【請求項９】
前記バルク超伝導体を前記常伝導導体で挟んで接続してなる複合導体あることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の低抵抗複合導体。
【請求項１０】
前記接続の一部又は全部が、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金、金又は金合金の１種又は２種以上である金属を介する常伝導接続であることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の低抵抗複合導体。
【請求項１１】
前記バルク超伝導体又は前記常伝導導体の少なくとも一方の一部又は全部に平面を有し、該平面内において前記バルク超伝導体と前記常伝導導体が常伝導接続されてなることを特徴とする請求項１０に記載の低抵抗複合導体。
【請求項１２】
前記常伝導接続の一部又は全部が、前記常伝導導体と同種又は異種の常伝導体を用いてなることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の低抵抗複合導体。
【請求項１３】
前記接続部の厚みが100μm以下であることを特徴とする請求項１０〜１２の何れか１項に記載の低抵抗複合導体。
【請求項１４】
前記バルク超伝導体の長手方向の一部又は全部が、通電方向であることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載の低抵抗複合導体。
【請求項１５】
銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン合金、銀、銀合金、金又は金合金の１種又は２種以上からなる常伝導導体表面の一部又は全部に、常伝導体を介して、一部又は全部がREBa2Cu3O7-x系超伝導体（ここで、REはYを含む希土類元素の１種類又はその組合せ）からなる複数の超伝導体を配置し、必要に応じて加圧して接続処理する複合導体の製造方法であって、７７Ｋにおける前記複合導体の見かけ上の比抵抗が、前記温度における銅の比抵抗より低いことを特徴とする低抵抗複合導体の製造方法。
【請求項１６】
前記常伝導体が半田であることを特徴とする請求項１５に記載の低抵抗複合導体の製造方法。
【請求項１７】
銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン合金、銀、銀合金、金又は金合金の１種又は２種以上からなる常伝導導体表面の一部又は全部に、常伝導体を介して、一部又は全部がREBa2Cu3O7-x系超伝導体（ここで、REはYを含む希土類元素の１種類又はその組合せ）からなる超伝導体を配置し、必要に応じて加圧した後、減圧雰囲気又は真空中で熱処理する複合導体の製造方法であって、７７Ｋにおける前記複合導体の見かけ上の比抵抗が、前記温度における銅の比抵抗より低いことを特徴とする低抵抗複合導体の製造方法。
【請求項１８】
前記超伝導体が、前記常伝導導体内の電流経路に対して並列の関係にある電流経路を形成するように配置することを特徴とする請求項１５〜１７の何れか１項に記載の低抵抗複合導体の製造方法。
【請求項１９】
前記常伝導体が、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金、金又は金合金のペースト又は箔であることを特徴とする請求項１５又は１７に記載の低抵抗複合導体の製造方法。
【請求項２０】
前記超伝導体の表面に銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金、金又は金合金の１種又は２種以上の被覆を有することを特徴とする請求項１５〜１９の何れか１項に記載の低抵抗複合導体の製造方法。
【請求項２１】
請求項１〜１４の何れか１項に記載の低抵抗複合導体を少なくとも一部に配してなることを特徴とする通電用部材。
【請求項２２】
請求項１〜１４の何れか１項に記載の低抵抗複合導体を少なくとも一部に配してなることを特徴とする電流リード。
【請求項２３】
請求項２１に記載の通電用部材又は請求項２２に記載の電流リードを有してなることを特徴とする超伝導トランス。
【請求項２４】
請求項２１に記載の通電用部材又は請求項２２に記載の電流リードを有してなることを特徴とする磁場発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、実質的に低抵抗の複合導体およびその製造方法、さらに、このような複合導体を用いた機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気を通す導体として、現在、銅が最も多く使用されている。これは、室温での比抵抗が銀とほぼ同程度で他の物質に比べ最も低く、かつ比較的安価であることによる。導体の比抵抗を下げる方法には、導体を冷却する方法がある。銅の場合、液体窒素温度(77K)に冷却すると、比抵抗は約1/7の約2.5×10-9Ωｍとなる 。
【０００３】
超伝導線材は、超伝導転移温度以下に冷却する必要はあるものの、電気抵抗がほぼゼロであり、理想の導体である。金属系超伝導線材は、線材としての完成度も高く、ＭＲＩ等のマグネットとして実用化されているが、極低温への冷却の必要性から広く普及するに至っていない。一方、液体窒素温度で超伝導になる酸化物系の超伝導材料には、大別してBi系と Y系の２種類がある。Bi系は主に銀シース付きのテープ線材として、また、 Y系は金属テープ表面にバッファ層を形成し、その上に超伝導薄膜を形成したテープ線材の開発が進められている。これらの線材は、高特性が得られた場合、取り扱いの容易な液体窒素で冷却できるため、実用化の期待が高まっている。そして、これらの線材を用いた電気機器の開発及び普及が期待されている。
【０００４】
液体窒素温度で十分な臨界電流密度を有するバルク材料として、単結晶状のREBa2Cu3O7-x(REは、Yを含む希土類元素)中にRE2BaCuO5が微細分散した材料が知られている。このような材料は、単結晶状であるため、大型の材料の製造には、技術的な限界があり、現在、直径 100mm程度のものが得られるに過ぎない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
実質的に抵抗が十分低く、かつ安価で取り扱いの容易な導体が製造可能であれば、必ずしも電気抵抗が完全にゼロである超伝導材料である必要はない。そこで、本発明は、常伝導導体と超伝導材料を組み合わせることによって、簡便に超伝導転移温度以下で、常伝導導体の抵抗を減らし、さらに通電時の通電損失等を低減する、低抵抗複合導体およびその製造方法、並びにこの複合導体を用いた機器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
一例として、主にY系の酸化物超伝導バルク材料では、既に77Kにおいて高い臨界電流密度が得られている。このような材料に代表される超伝導体を常伝導導体に電気的に接続又は貼り付けることにより、容易にかつ高い信頼度で低抵抗の複合導体が得られる。すなわち、本発明は下記の通りである。
（１）  銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金、金又は金合金の１種又は２種以上からなる常伝導導体表面の一部又は全体に、一部又は全部がREBa2Cu3O7-x系超伝導体（ここで、REはYを含む希土類元素の１種類又はその組合せ）からなる複数のバルク超伝導体を接続してなる複合導体であって、前記バルク超伝導体の超伝導転移温度以下における前記複合導体の見かけ上の比抵抗が、前記温度における銅の比抵抗より低いことを特徴とする低抵抗複合導体。
（２）  鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン合金の１種又は２種以上からなる常伝導導体表面の一部又は全体に、一部又は全部がREBa2Cu3O7-x系超伝導体（ここで、REはYを含む希土類元素の１種類又はその組合せ）からなる複数のバルク超伝導体を接続してなる複合導体であって、前記バルク超伝導体の超伝導転移温度以下における前記複合導体の見かけ上の比抵抗が、前記温度における銅の比抵抗より低いことを特徴とする低抵抗複合導体。
【０００７】
（３）  銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金、金又は金合金の１種又は２種以上からなる常伝導導体表面の一部又は全体に、一部又は全部がREBa2Cu3O7-x系超伝導体（ここで、REはYを含む希土類元素の１種類又はその組合せ）からなる複数のバルク超伝導体を接続してなる複合導体であって、７７Ｋにおける前記複合導体の見かけ上の比抵抗が、７７Ｋにおける銅の比抵抗より低いことを特徴とする低抵抗複合導体。
（４）  鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン合金の１種又は２種以上からなる常伝導導体表面の一部又は全体に、一部又は全部がREBa2Cu3O7-x系超伝導体（ここで、REはYを含む希土類元素の１種類又はその組合せ）からなる複数のバルク超伝導体を接続してなる複合導体であって、７７Ｋにおける前記複合導体の見かけ上の比抵抗が、７７Ｋにおける銅の比抵抗より低いことを特徴とする低抵抗複合導体。
（５）  前記バルク超伝導体は、前記常伝導導体内の電流経路に対して並列の関係にある電流経路を形成していることを特徴とする（１）〜（４）の何れかに記載の低抵抗複合導体。
（６）  前記常伝導導体の両端部に銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金、金又は金合金の１種又は２種以上の電極部を有することを特徴とする（２）又は（４）に記載の低抵抗複合導体。
【０００８】
（７）  前記バルク超伝導体の一部又は全部の長手方向が、該バルク超伝導体の結晶学的方位においてｃ軸と垂直方向であることを特徴とする（１）〜（５）の何れかに記載の低抵抗複合導体。
（８）  前記常伝導導体又は前記バルク超伝導体の少なくとも一方が、棒状又は板状の形状を有してなることを特徴とする（１）〜（７）の何れかに記載の低抵抗複合導体。
（９）  前記バルク超伝導体を前記常伝導導体で挟んで接続してなる複合導体あることを特徴とする（１）〜（８）の何れかに記載の低抵抗複合導体。
【０００９】
（１０）  前記接続の一部又は全部が、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金、金又は金合金の１種又は２種以上である金属を介する常伝導接続であることを特徴とする（１）〜（９）の何れかに記載の低抵抗複合導体。
（１１）  前記バルク超伝導体又は前記常伝導導体の少なくとも一方の一部又は全部に平面を有し、該平面内において前記バルク超伝導体と前記常伝導導体が常伝導接続されてなることを特徴とする（１０）に記載の低抵抗複合導体。
（１２）  前記常伝導接続の一部又は全部が、前記常伝導導体と同種又は異種の常伝導体を用いてなることを特徴とする（１０）又は（１１）に記載の低抵抗複合導体。
（１３）  前記接続部の厚みが100μm以下であることを特徴とする（１０）〜（１２）の何れかに記載の低抵抗複合導体。
（１４）  前記バルク超伝導体の長手方向の一部又は全部が、通電方向であることを特徴とする（１）〜（１３）の何れかに記載の低抵抗複合導体。
【００１０】
（１５）  銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン合金、銀、銀合金、金又は金合金の１種又は２種以上からなる常伝導導体表面の一部又は全部に、常伝導体を介して、一部又は全部がREBa2Cu3O7-x系超伝導体（ここで、REはYを含む希土類元素の１種類又はその組合せ）からなる複数の超伝導体を配置し、必要に応じて加圧して接続処理する複合導体の製造方法であって、７７Ｋにおける前記複合導体の見かけ上の比抵抗が、前記温度における銅の比抵抗より低いことを特徴とする低抵抗複合導体の製造方法。
（１６）  前記常伝導体が半田であることを特徴とする（１５）に記載の低抵抗複合導体の製造方法。
（１７）  銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン合金、銀、銀合金、金又は金合金の１種又は２種以上からなる常伝導導体表面の一部又は全部に、常伝導体を介して、一部又は全部がREBa2Cu3O7-x系超伝導体（ここで、REはYを含む希土類元素の１種類又はその組合せ）からなる超伝導体を配置し、必要に応じて加圧した後、減圧雰囲気又は真空中で熱処理する複合導体の製造方法であって、７７Ｋにおける前記複合導体の見かけ上の比抵抗が、前記温度における銅の比抵抗より低いことを特徴とする低抵抗複合導体の製造方法。
（１８）  前記超伝導体が、前記常伝導導体内の電流経路に対して並列の関係にある電流経路を形成するように配置することを特徴とする（１５）〜（１７）の何れかに記載の低抵抗複合導体の製造方法。
（１９）  前記常伝導体が、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金、金又は金合金のペースト又は箔であることを特徴とする（１５）又は（１７）に記載の低抵抗複合導体の製造方法。
（２０）  前記超伝導体の表面に銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金、金又は金合金の１種又は２種以上の被覆を有することを特徴とする（１５）〜（１９）の何れかに記載の低抵抗複合導体の製造方法。
【００１１】
（２１）  （１）〜（１４）の何れかに記載の低抵抗複合導体を少なくとも一部に配してなることを特徴とする通電用部材。
（２２）  （１）〜（１４）の何れかに記載の低抵抗複合導体を少なくとも一部に配してなることを特徴とする電流リード。
（２３）  （２１）に記載の通電用部材又は（２２）に記載の電流リードを有してなることを特徴とする超伝導トランス。
（２４）  （２１）に記載の通電用部材又は（２２）に記載の電流リードを有してなることを特徴とする磁場発生装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１ (a)に示すように、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金、金又は金合金の良導体に代表される常伝導導体に通電した場合、通電流は、抵抗値が最小になるように、導体内をほぼ均一に流れる。図１ (b)のように前記常伝導導体の表面内に超伝導体の一部又は全部を電気的に接続し、超伝導体の超伝導転移温度以下に冷却した場合、通電電流は、導体全体を均一に流れるのではなく、導体全体の抵抗値が最小になるように、抵抗がゼロの超伝導体により高い電流密度で流れようとする。超伝導体への分流の割合は、超伝導体と常伝導導体との接触抵抗、超伝導体の臨界電流や常伝導導体の比抵抗等によって変化し、超伝導体の臨界電流以下の通電においては、接触抵抗が小さいほど、また、常伝導導体の比抵抗が大きいほど、超伝導体への分流割合は大きくなる。電気抵抗がゼロである超伝導体への分流が大きいほど、複合導体全体としての抵抗は減少し、それに応じて複合導体内での発熱も減少する。
【００１３】
超伝導体と常伝導導体との接触抵抗を減らすには、接触面積を大きく取るようにすれば良く、超伝導体および常伝導導体の少なくとも一方が、平面を有し、この平面内において接続されていることが望ましい。さらに、体積当たりの表面積を大きくするために、超伝導体および常伝導導体の少なくとも一方が、棒状又は板状の形状を有し、かつ超伝導体の少なくとも片面の全面が常伝導導体と接合していることが望ましい。
【００１４】
超伝導体の材質は、REBa2Cu3O7-x系超伝導体（ここで、REはYを含む希土類元素の１種類又はその組合せ）であり、単結晶状のREBa2Cu3O7-x系にRE2BaCuO5が微細分散した組織を有するバルク材料が望ましい。また、a−b面内にマイクロクラックが入りやすいことから、単結晶状のREBa2Cu3O7-x超伝導相のｃ軸がバルク超伝導体の長手方向に対し垂直であることが望ましい。
【００１５】
複数の超伝導体を常伝導導体表面に配置する本願発明では、図２（ａ）に示すように直列に配置することが望ましい。さらに、望ましくは図２（ｂ）のように複数の超伝導体の列を千鳥状に配置し、超伝導体同士の隙間（図中のdおよびg）を小さくし、極力超伝導体に電流が多く流れるようにすることが望ましい。
【００１６】
常伝導導体の材質は、安価で抵抗率の低い銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金、金又は金合金である。さらに、耐酸化性の観点では銀が、また、軽量化の観点ではアルミが優れている。常伝導導体の熱膨張率と超伝導体の熱膨張率は一般に異なり、また、超伝導体と常伝導導体とを接続した時点での温度と接続された導体を冷却した時点での温度が一般に異なるため、超伝導体および常伝導導体中には応力が働く。この応力が大きい場合、導体が反ったり、超伝導体が破損する可能性がある。したがって、常伝導導体の表面に超伝導体を接続する等の応力が対称的にバランスするような対称的な配置が望ましい。また、高剛性の材料により低抵抗複合導体そのものを補強することは、さらに望ましい。
【００１７】
常伝導体の長さが比較的長い場合は、上記理由から常伝導金属の選定は、電気伝導度の大きい材料よりは、むしろ超伝導材料の熱膨張挙動に近い熱膨張挙動を示す材料が優先される。酸化物超伝導体は、一般に圧縮応力には比較的強いが、引っ張り応力には比較的弱い。単結晶状のREBa2Cu3O7-x系に RE2BaCuO5が微細分散した組織を有するバルク材料の場合、接続後の冷却時に比較的小さな圧縮応力がかかるため、Ｎｉ鋼、ニクロム、Ｔｉ合金等が適している。また冷却温度における圧縮応力を低減するには超伝導体と常伝導体が固定される温度がより低い温度にすればよく、低温半田等による接続が望ましい。また、Ｎｉ鋼、ニクロム、Ｔｉ合金等は、比抵抗が比較的高いため、端部の電極には、抵抗率の低い銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金、金又は金合金が特に望ましい。
また、超伝導体に均一に適度な圧縮応力をかけるには、板状の超伝導材料を常伝導体を挟み込む形で接続することが望ましい。さらにこの時、同種でかつ同形状の常伝導導体を板状超伝導体の両面に対称的に接続することが望ましい。
【００１８】
超伝導体と銀又は銀合金との接触抵抗は、比較的容易に小さくすることができる。そのため、予め超伝導体の表面上に銀被膜を設けておき、被膜を有する面を常伝導体表面に接続することが望ましい。このような超伝導体を常伝導導体に半田等を用いて接続する場合、半田は一般に銅、銀、アルミニウム等の良導体に比べ比抵抗が大きいため、極力半田等の超伝導体と常伝導導体の間に存在する金属層の厚さは、薄いことが望ましい。具体的には、加圧状態での接続によって得られる100μm以下である。
【００１９】
超伝導体と常伝導導体との接続方法には、大別して、錫および鉛等を主成分とする半田による方法と銀ペースト等の金属ペースト又は箔による方法とがある。半田は、室温での局所的な加熱により容易に接合処理できるなど、簡便な作業で処理できる点が優れている。半田接続の場合、接続部の金属層の厚さは、通常100〜50m程度となる。また、銀ペースト等の接着剤も次の点で優れている。銀ペーストを接着剤として用い、加熱処理により焼結させた場合は、銀そのものの比抵抗が小さいことや、焼結による接合部の金属層が収縮することにより、25μm 以下の薄い金属層が得られるため接続抵抗を半田接続に比べ低減できる。この焼結工程においては、ボイド除去の観点から、減圧雰囲気中又は真空中での加熱処理が望ましい。
【００２０】
前述の低抵抗複合導体は、抵抗が小さく、発熱が小さいため、超伝導体又は超伝導コイルに通電するための通電用部材又は電流リードとして、応用が可能である。
また、このような電流リードは、超伝導転移温度以下での冷却を必要とする超伝導トランスや、直冷式又は伝導冷却式超伝導マグネット等の磁場発生装置のリードとして優れている。
【００２１】
【実施例】
（実施例１）
Y2O3、BaO2、CuOの各原料粉末を、各金属元素のモル比(Y:Ba:Cu)が(13:17:24)になるように混合し、さらに、この混合粉に0.5質量%のPtを添加し、混合した原料粉末を作製した。この原料粉末を 900℃、酸素気流中で仮焼した。ラバープレス機を用いて、この仮焼粉を2ton/cm2の圧力で直径55mm、厚さ20mmの円盤状成形体に成形した。
【００２２】
これを大気中で1150℃まで8時間で昇温し、1時間保持した。その後、Sm系の種結晶を用い、1040℃で、盤面の法線が c軸にほぼ一致するように種結晶を配置した。しかる後、1005℃に30分で降温し、さらに、970℃まで220時間かけて徐冷し、結晶成長を行った。続いて、20時間で室温まで冷却した。得られた材料を厚さ 1.0mmにスライス加工し、さらに30mm×2mm×1mmの棒状バルク超伝導材料および25mm×8mm×1mmの板状バルク超伝導材料を作製した。このようにして得られた材料は、単結晶状のYBa2Cu3O7-x相中に1μm 程度のY2BaCuO5相が微細分散した組織を有していた。また、YBa2Cu3O7-x相のc軸は、棒表面の最も広い平面の法線方向および板面の法線方向に対応していた。
【００２３】
これらの板状試料表面に銀を約2μmスパッタにより成膜した後、酸素気流中でアニール処理した。アニール処理の熱処理パターンは、室温から600℃まで6時間で昇温し、1時間保持した後、450℃まで2時間で降温し、さらに380℃まで60時間で降温、室温まで12時間で冷却した。
【００２４】
これらの板状試料および板状試料を、図３(a)〜(c)に示した配置で、150mm ×8mm × 5mmサイズの銅の常伝導導体に、銀を含有する半田を用いて電気的に接続し、低抵抗複合導体を作製した。このとき、通常の半田付けでは金属層の厚さが100μm程度になったが、加圧しながら半田を固化させることにより、銅と超伝導体間の金属層の厚さを、約 50μmまで低減することができた。そして、それぞれの接続方法により作製された低抵抗複合導体に電流導入端子および電圧端子を取り付けた後、液体窒素中に浸し、超伝導体を超伝導状態にした。
【００２５】
完成した各低抵抗複合導体に通電し、液体窒素温度 (77K)での抵抗を測定し、見かけ状の比抵抗を計算したところ、それぞれ、1.2×10-9Ωｍ、1.0×10-9Ωｍ、0.56×10-9Ωｍであった。銅の常伝導導体のみの場合の比抵抗は、2.5×10-9 Ωｍであり、十分に低い比抵抗を示すことがわかった。
【００２６】
（実施例２）
原料粉末をY2O3からDy2O3に変えるだけで、実施例1で述べた同様の方法により、Dy系のバルク材料を作製した。これを厚さ 0.6mmにスライス切断した後、30mm×2.5mm×0.6mmの棒状試料を作製した。このようにして得られた材料は、単結晶状のYBa2Cu3O7-x相中に1μm程度のDy2BaCuO5相が微細分散した組織を有していた。また、 DyBa2Cu3O7-x相のc軸は、棒表面の最も広い平面の法線方向に対応していた。
【００２７】
これらの棒状試料表面にスパッタ法により厚さ2μmの銀を成膜した後、図４に示すように、 150mm×7mm×5mmサイズの銀の常伝導導体の対向する２面に銀ペーストを用いて電気的に接続し、さらに、約1.3×102 Paの減圧下において約900℃で約 1時間加熱し、銀ペーストの銀粒子と棒状材料表面の銀の膜および銀の常伝導導体とを焼結させた。その後、室温から 600℃まで6時間で昇温し、1時間保持した後、450℃まで2時間で降温し、さらに380℃まで60時間で降温、室温まで 12時間で冷却し、さらに、酸素アニール処理を行い、低抵抗複合導体を作製した。
【００２８】
完成した各低抵抗複合導体を液体窒素で冷却し、 77Kでの電気抵抗を測定し、見かけの比抵抗を計算したところ、0.6×10-9Ωｍであった。銀の常伝導導体の みの場合の比抵抗は、2.6×10-9Ωｍであり、十分に低い抵抗値を示すことがわ かった。
【００２９】
（実施例３）
実施例１のY2O3をGd2O3に変えて、さらに銀を15質量%添加し、実施例１で作製したように円盤状成型体を作製した。
【００３０】
これを0.1原子%酸素の窒素雰囲気中で1150℃まで8時間で昇温し、1時間保持した。その後、Sm系の種結晶を用い、1040℃で、盤面の法線が c軸にほぼ一致するように種結晶を配置した。しかる後、1005℃に30分で降温し、さらに 970℃まで220時間かけて徐冷し、結晶成長を行った。続いて、室温まで 20時間で冷却した。得られた銀添加Gd系バルク材を、厚さ1.5mmにスライス加工し、30mm×2.5mm×1.5mmの棒状試料を作製した。このようにして得られた材料は、単結晶状のGdBa2Cu3O7-x相中に1μm程度のGd2BaCuO5相が微細分散した組織を有していた。また、GdBa2Cu3O7-x相の c軸は、棒表面の最も広い平面の法線方向に対応していた。
【００３１】
この棒状材料表面に銀を約 2μmスパッタにより成膜した後、室温から600℃まで6時間で昇温し、1時間保持した後、450℃まで 2時間で降温し、さらに380℃まで60時間で降温、室温まで12時間で冷却し、酸素アニール処理を行った。
【００３２】
次に、図５に示すように、厚さ 2mmのステンレス板２枚で補強された銅の常伝導導体に上記超伝導体を半田で接続し、低抵抗複合導体を作製した。
完成した低抵抗複合導体を液体窒素で冷却し、 77Kでの電気抵抗を測定し、見かけの比抵抗を計算したところ、 0.59×10-9Ωｍであった。銅の常伝導導体の みの場合の比抵抗は、2.5×10-9Ωｍであり、十分に低い抵抗値を示すことがわ かった。
【００３３】
（実施例４）
実施例２で作製した低抵抗複合導体２本を電流リードとして、既存の直冷式超伝導マグネットの電流リードに取り付けた。取り付け箇所は、既存のBi系電流リードの低温端側であり、既存の銅製のリードの一部を切り取った後、取り付けた。
【００３４】
10Tの磁場を発生するために70Aを連続通電し、低抵抗導体の有無による超伝導マグネットの到達冷却温度を比較した。低抵抗複合導体を挿入しない状態では、到達温度は4.5Kであったのに対し、低抵抗導体を挿入した場合は4.1Kにまで到達した。
この結果から、前記の低抵抗複合導体は、電流リードとして機能し、直冷式マグネットの性能を高めることが分かった。
【００３５】
（実施例５）
実施例１で述べた同様の方法により、 Y系のバルク材料を作製した。これを厚さ 0.6mmにスライス切断した後、20mm×7mm×0.6mmの棒状試料を作製した。このようにして得られた材料は、単結晶状のYBa2Cu3O7-x相中に1μm程度の Y2BaCuO5相が微細分散した組織を有していた。また、 YBa2Cu3O7-x相の c軸は、棒表面の平面法線および板面の法線方向に対応していた。
【００３６】
これらの棒状試料表面にスパッタ法により厚さ2μmの銀を成膜した後、図６に示すように80mm×7mm×5mmの２本の銅で超伝導体を挟み込むようにして、約80℃の融点を有する低温半田を用いて電気的に接続し、低抵抗複合導体を作製した。完成した各低抵抗複合導体を液体窒素で冷却し、 77Kでの電気抵抗を測定し、見かけの比抵抗を計算したところ、0.59×10-9Ωｍであった。銅の常伝導導体のみの場合の比抵抗は、2.5×10-9Ωｍであり、十分に低い抵抗値を示すことがわ かった。
【００３７】
（実施例６）
実施例１で述べた同様の方法により、 Y系のバルク材料を作製した。これを厚さ 0.6mmにスライス切断した後、 30mm×10mm×0.6mmの棒状試料を作製した。このようにして得られた材料は、単結晶状のYBa2Cu3O7-x相中に1μm程度のY2BaCuO5相が微細分散した組織を有していた。また、 YBa2Cu3O7-x相のc軸は、棒表面の平面法線および板面の法線方向に対応していた。
【００３８】
これらの棒状試料表面にスパッタ法により厚さ2μmの銀を成膜した後、図７に示すように、両端部に20mmの銅電極を有する200mm×10mm×5mmの２本の９Ｎｉ鋼で超伝導体を挟み込むようにして接続した。銅と９Ｎｉ鋼とは、図７の様にネジ止めおよび半田により接続した。超伝導体と金属との接続は、約 10μmの錫鉛系半田層を形成した後、 120℃の融点を有する低温半田を用いて電気的に接続し、低抵抗複合導体を作製した。
【００３９】
完成した各低抵抗複合導体を液体窒素で冷却し、 77Kでの電気抵抗を測定し、見かけの比抵抗を計算したところ、 1.0×10-9Ωｍであった。銀の常伝導導体のみの場合の比抵抗は、2.6×10-9Ωｍであり、十分に低い抵抗値を示すことがわ かった。
【００４０】
（実施例７）
実施例１で述べた同様の方法により、 Y系のバルク材料を作製した。これを厚さ0.6mmにスライス切断した後、30mm×8mm×0.6mmおよび 15mm×8mm×0.6mmの棒状試料を作製した。このようにして得られた材料は、単結晶状の YBa2Cu3O7-x相中に1μm程度のY2BaCuO5相が微細分散した組織を有していた。また、 YBa2Cu3O7-x相の c軸は、棒表面の平面法線および板面の法線方向に対応していた。
【００４１】
これらの棒状試料表面にスパッタ法により厚さ2μmの銀を成膜し、図８に示すように、継ぎ目を覆うように二層に積層した。また、両端部に20mmの銅電極を有する 200mm×８mm×3mmの２本のＴｉ-６Ａｌ-４Ｖl合金で超伝導体を挟み込むようにして接続した。銅とＴｉ-６Ａｌ-４Ｖ合金とは、図８の様にネジ止めおよび半田により接続した。超伝導体と金属との接続は、Ｔｉ合金の表面を予め１μm の銀層を形成した後、約80℃の融点を有する低温半田を用いて電気的に接続し、低抵抗複合導体を作製した。
【００４２】
完成した各低抵抗複合導体を液体窒素で冷却し、 77Kでの電気抵抗を測定し、見かけの比抵抗を計算したところ、 1.0×10-9Ωｍであった。銀の常伝導導体のみの場合の比抵抗は、 2.6 ×10-9Ωｍであり、十分に低い抵抗値を示すことが わかった。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように、本願発明は、実質的に銅の比抵抗より小さい低抵抗複合導体を提供するものであり、その工業的効果は甚大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  (a)  均質な良導体に通電したときの電流分布
(b)  均質な常伝導体に超伝導体を接続したときの電流分布
【図２】  (a)  常伝導体に複数の超伝導体を接続した複合導体
(b)  常伝導体に千鳥状に超伝導体を接続した複合導体
【図３】  (a)  常伝導体に３本の棒状超伝導体を直列に接続した複合導体
(b)  常伝導体に千鳥状に複数の棒状超伝導体を接続した複合導体
(c)  常伝導体に３枚の板状超伝導体を接続した複合導体
【図４】常伝導導体（Ａｇ）に超伝導体が対称的に接続した複合導体
【図５】ステンレスで補強した常伝導体（Ｃｕ）に超伝導体を接続した複合導体
【図６】銅で両面から超伝導体を挟み込んだ構造を有する複合導体の組み立て図
【図７】両端に銅電極部を有する９Ｎｉ鋼で超伝導体を挟み込んだ構造を有する複合導体の組み立て図
【図８】両端に銅電極部を有するＴｉ合金で２層の超伝導体を挟み込んだ構造を有する複合導体の組み立て図
【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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