(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ状の基材上に酸化物超電導層が形成された酸化物超電導導体同士の接続方法であって、
各酸化物超電導導体の端部で、その端部の酸化物超電導層を除去して基材の一部を露出させ、ついで、各酸化物超電導導体のこの露出した基材同士を突き合わせて接合し、ついで、この基材の接合部分上と露出部分上と各酸化物超電導層上に、これらにまたがるようにして各酸化物超電導層を接続するための接続用酸化物超電導層を形成し、ついで、酸化物超電導層上と接続用酸化物超電導層上に、これらにまたがるようにして表面保護層を形成することを特徴とする酸化物超電導導体の接続方法。
【請求項２】
前記接続用酸化物超電導層の、一方の酸化物超電導導体と他方の酸化物超電導導体との接触部のうち接合方向の長さが、１０〜３０ｍｍ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導体の接続方法。
【請求項３】
テープ状の基材上に酸化物超電導層が形成された酸化物超電導導体同士の接続方法であって、
各酸化物超電導導体の端部で、その端部の酸化物超電導層を除去して基材の一部を露出させ、ついで、各酸化物超電導導体のこの露出した基材同士を突き合わせて接合し、ついで、この基材の接合部分上と露出部分上に、接続用貴金属層を形成し、ついで、この接続用貴金属層上と酸化物超電導層上に、各酸化物超電導導体の酸化物超電導層を接続するための接続用酸化物超電導層をこれらにまたがるように形成し、ついで、酸化物超電導層上と接続用酸化物超電導層上に、これらにまたがるようにして表面保護層を形成することを特徴とする酸化物超電導導体の接続方法。
【請求項４】
前記接続用酸化物超電導層の、一方の酸化物超電導導体と他方の酸化物超電導導体との接触部の長さが、１０〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項３に記載の酸化物超電導導体の接続方法。
【請求項５】
上記基材として銀を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の酸化物超電導導体の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導電力ケーブル、超電導マグネット、超電導エネルギー貯蔵装置、超電導発電装置、医療用ＭＲＩ装置、超電導電流リード等の分野で利用される酸化物超電導導体の接続方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化物超電導導体としては、銀、白金、ステンレス鋼、銅、ハステロイ等のニッケル合金などの各種金属材料等からなるテープ状の基材上に化学気相蒸着法(ＣＶＤ法）等によって、ＹＢＣＯ等の酸化物超電導導体の薄膜を形成したものが知られている。
このようなテープ状の酸化物超電導導体においては、結晶配向性の優れた酸化物超電導層を得て、臨界電流密度の高い酸化物超電導導体を得るべく研究開発が進められている。このような酸化物超電導導体としては、基材上にイットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等からなる結晶配向性に優れた中間層を形成し、その上に酸化物超電導導体を形成したもの等が知られている。
【０００３】
ところで、このようなテープ状の酸化物超電導導体を実用機器に応用するには、酸化物超電導導体を接続技術の確立が不可欠とされ、その開発が要望されている。
このようなテープ状基材に酸化物超電導層を蒸着してなる酸化物超電導導体の接続方法としては、特許第２６８８９２３号公報の酸化物超電導導体の接続方法等が知られている。この酸化物超電導導体の接続方法では、真空容器内において、複数個の酸化物超電導導体を互いに当接して配置し、これら酸化物超電導導体を加熱し、その当接部に向けてノズルから上記当接部に上記酸化物超電導導体と同じ材料の超微紛を噴出させて堆積させ、これを焼結して、これらの酸化物超電導導体を接合している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような酸化物超電導導体の接続方法においては、酸化物超電導導体の当接部上に、酸化物超電導薄膜を形成しただけであるので、種々の用途に用いるのには、その安定性が不十分であり、接合部の強度に問題があった。また、接続後の酸化物超電導導体における臨界電流密度が低下してしまうという問題もあった。
【０００５】
このような接続部の強度、また臨界電流密度の低下等の問題を解決するために、本発明者らは、先に、特願平１０−３１０２６４号公報において、以下のような酸化物超電導導体の接続構造および接続方法を提案している。
まず、第１の接続構造および接続方法として、図１１に示すようなものを提案している。この例は、テープ状の基材１上に、中間層２を形成し、この中間層２上に、酸化物超電導層３を形成し、さらに、酸化物超電導層３上に安定化銀層４を形成した酸化物超電導導体５の接続に関するもので、テープ状の酸化物超電導導体５上に安定化銀層４を形成し、この安定化銀層４の一部を半田６を介して接合させ、２つの酸化物超電導導体５、５を接続する方法である。
この方法においては、半田６や安定化銀層４等の金属層における抵抗、また安定化銀層４と酸化物超電導層３との間で発生する接触抵抗を下げるために、酸化物超電導層３を添設させ、導体ラップ面積Ｗ（接触面）を小さくしている。
【０００６】
また、第２の接続構造および接続方法として、図１２に示すようなものを提案している。この例は、テープ状の基材１１上に、中間層１２を形成し、この中間層１２上に、酸化物超電導層１３を形成し、さらに、酸化物超電導層１３上に安定化銀層１４を形成した酸化物超電導導体１５の接続に関するもので、酸化物超電導体１５、１５同士を、短尺の超電導テープ１８を溶融バインダーとして用いて接続する方法である。詳しくは、酸化物超電導導体１５、１５の端部を突き合わせて、この接続部分上に、銀基材１６上に酸化物超電導層１７を形成した超電導テープ１８を溶融接合し、これらの上に安定化銀層１４を形成するものである。  この方法においては、上記接合部分の強度を確保するために、超電導テープ１８を用いるとともに、接続部分の表面に安定化銀層１４を被覆している。このようにすれば、基材１１と中間層１２とが、高強度、高融点材料で、基材１１、１１同士の接続が困難であり、基材１１、１１同士は突き合わされたままの状態な場合であっても、その接続部分の強度を確保することができる。
【０００７】
本発明は、このような先の発明とその課題を同じくするとともに、これらの発明をより進め、より酸化物超電導導体の接続作業が簡単で、その接続部の強度が高く、酸化物超電導導体の安定性が向上され、接続後にも臨界電流密度の低下が少ない酸化物超電導導体の接続方法を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、第１の発明においては、テープ状の基材上に酸化物超電導層が形成された酸化物超電導導体同士の接続方法であって、各酸化物超電導導体の端部で、その端部の酸化物超電導層を除去して基材の一部を露出させ、ついで、各酸化物超電導導体のこの露出した基材同士を突き合わせて接合し、ついで、この基材の接合部分上と露出部分上と各酸化物超電導層上に、これらにまたがるように各酸化物超電導層を接続するための接続用酸化物超電導層を形成し、ついで、酸化物超電導層上と接続用酸化物超電導層上に、これらにまたがるようにして表面保護層を形成する酸化物超電導導体の接続方法を提供する。
本接続方法では、前記接続用酸化物超電導層の、一方の酸化物超電導導体と他方の酸化物超電導導体との接触部のうち接合方向の長さが、１０〜３０ｍｍであることが好ましい。
【０００９】
また、第２の発明においては、テープ状の基材上に酸化物超電導層が形成された酸化物超電導導体同士の接続方法であって、各酸化物超電導導体の端部で、その端部の酸化物超電導層を除去して基材の一部を露出させ、ついで、各酸化物超電導導体のこの露出した基材同士を突き合わせて接合し、ついで、この基材の接合部分上と露出部分上に、接続用貴金属層を形成し、ついで、この接続用貴金属層上と酸化物超電導層上に、各酸化物超電導導体の酸化物超電導層を接続するための接続用酸化物超電導層をこれらにまたがるように形成し、ついで、酸化物超電導層上と接続用酸化物超電導層上に、これらにまたがるようにして表面保護層を形成する酸化物超電導導体の接続方法を提供する。
本接続方法では、前記接続用酸化物超電導層の、一方の酸化物超電導導体と他方の酸化物超電導導体との接触部の長さが、１０〜３０ｍｍであることが好ましい。
また、これらの接続方法は、基材として銀を用いた酸化物超電導導体に有効に用いることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の酸化物超電導導体の接続方法を適用する酸化物超電導導体としては、例えば図１に示すような構造のものが適している。
この酸化物超電導導体２５は、テープ状の基材２１上に、酸化物超電導層２３が形成されたものである。
このような構造の酸化物超電導導体２５の基材２１としては、銀、白金、ステンレス鋼、銅、ハステロイ等のニッケル合金などの各種金属材料などが用いられるが、中でも、銀（以下、Ａｇとする）が好適に用いられる。
【００１１】
また、酸化物超電導層２３を構成する酸化物超電導体は、Ｙ1Ｂa2Ｃｕ3Ｏ7-x、Ｙ2Ｂa4 Ｃｕ8Ｏy、Ｙ3Ｂa3 Ｃｕ6Ｏyなる組成に代表されるＹＢＣＯ系のもの、あるいは（Ｂｉ,Ｐｂ）2Ｃａ 2Ｓｒ2Ｃ ｕ3Ｏy、（Ｂｉ,Ｐｂ）2Ｃａ2Ｓｒ3Ｃｕ4Ｏyなる組成、あるいは、Ｔｌ2 Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏy、 Ｔｌ1Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏy、Ｔｌ1Ｂａ2Ｃａ3Ｃｕ4Ｏy なる組成などに代表される臨界温度の高い酸化物超電導体が用いられるが、基材２１にＡｇを用いた場合には、ＹＢＣＯ系の酸化物超電導導体が好適に用いられる。
【００１２】
このような構造の酸化物超電導導体２５であれば、以下のような特性がある。Ａｇは、非磁性で、低抵抗な金属材料であるとともに、酸化物超電導体を安定化させる役割を有する。よって、Ａｇを基材２１として用いた酸化物超電導導体２５においては、基材２１自体が安定化材としての役割を果たすので、安定化層、例えば安定化銀層等をその表面に設けなくてもよい。
また、Ａｇは、酸化物超電導体、特にＹＢＣＯ結晶に格子定数が近く、ＹＢＣＯとの反応性も小さい。よって、Ａｇを基材２１に用いれば、その上に中間層を形成しないでも、面内配向性を有する酸化物超電導層２３（特に、ＹＢＣＯ層）を形成することができる。
このような酸化物超電導導体２５においては、他の金属基材上に中間層を形成した酸化物超電導導体に比べ、基材２１部分の接続が比較的容易であると同時に、基材２１自体が安定化材の役割を果たすため、安定化銀層を形成する必要がない。
【００１３】
このような酸化物超電導導体２５の接続方法としては、まず、図２に示すように、接続する複数の酸化物超電導導体２５、２５の接続端部の酸化物超電導層２３、２３の一部を除去して基材２１を露出させる。
この酸化物超電導層２３の除去方法としては、リン酸エッチング、レーザエッチング等が用いられる。
このようにしてエッチングされた接続部分は、１〜１０ｍｍ程度とする。
【００１４】
ついで、図３に示すように、これらの酸化物超電導導体２５、２５の基材２１、２１が露出した端部同士を突き合わせて当接し、これらを加熱圧接して、基材２１、２１を接合する。このときの加熱温度としては、基材２１を半融解状態とする融点近傍の温度が好ましく、例えば、基材２１に銀を用いた場合は、９６１〜９６３℃とされる。この場合、９６１℃未満であると、基材２１が十分に接合されず、９６３℃を越えると、基材２１部分が完全に液状となってしまい不都合となる。
ついで、結合部分の表面を研磨して平坦とする。
【００１５】
ついで、図４に示すように、この接合部分に、酸化物超電導層２３と同材料の酸化物超電導体からなる接続用酸化物超電導層２６を形成する。
このときの接続用酸化物超電導層２６の形成方法としては、ＲＦスパッタリング法、ＣＶＤ法の成膜法が用いられる。
このときのＣＶＤ法においては、通常よりもわずかに高い酸素分圧条件とし、すでに形成済みの酸化物超電導層２３がダメージを受けないように、つまり溶けないようにする。
このときの接続用酸化物超電導層２６の厚さとしては、酸化物超電導層２３の厚さの２倍程度までとすることが好ましい。
【００１６】
また、接続用酸化物超電導層２６の、一方の酸化物超電導導体２５と他方の酸化物超電導導体２５との接触部の長さＡとしては、目的とする接続部の強度によっても異なるが、１０〜３０ｍｍの範囲が好ましい。このラップ長が、１０ｍｍ未満であると、酸化物超電導導体２５同士の接続が不十分となり、３０ｍｍを越えると、形成コストや手間がかかるため不経済である。
【００１７】
ついで、図５に示すように、上記接続用酸化物超電導層２６および酸化物超電導層２３上に表面保護層２４を形成する。
この表面保護層２４は貴金属からなり、貴金属としては、金、白金、銀などがあげられ、中でも銀が安定化材として効果が高く、好適に用いられる。
このような酸化物超電導導体２５の接続方法によれば、酸化物超電導導体の接続が容易にでき、基材２１同士が接合されているため接続部の強度も高いものとなる。
【００１８】
次に、本発明の酸化物超電導導体の接続方法の第２の実施の形態を説明する。この接続方法を実施するのに好適な酸化物超電導導体としては、上述の図１に示す構造のものが挙げられる。以下、この接続方法について図６〜１０を利用して説明する。
まず、図６に示すように、第１の実施形態と同様にして、酸化物超電導導体２５の接続端部の酸化物超電導層２３、２３の一部を除去して基材２１、２１を露出させる。
ついで、図７に示すように、第１の実施形態と同様にして、これらの酸化物超電導導体２５、２５を、基材２１、２１が露出した端部同士を突き合わせて当接し、これらを加熱圧接して、基材２１、２１部分を接合する。
ついで、結合部分の表面を研磨して平坦とする。
【００１９】
ついで、図８に示すように、この接合部分に、貴金属からなる接続層３１を形成する。この接続層３１は、基材２１と酸化物超電導層２３との間段差を埋めるために設けられる。この接続層３１を設けることにより、より接続部における安定性が向上し、段差における不連続性を解消できる。
この接続層３１の厚さとしては、１×１０-6〜２×１０-6ｍとされるが、上記段差を解消できるものであればよい。
この接続層３１は、ＲＦスパッタ法、ＣＶＤ法等の成膜法により形成することができ、酸化物超電導層２３と同材料の酸化物超電導体からなる。このときのスパッタリングにおける条件としては、例えば、ＲＦパワー３００Ｗ、圧力６．５×１０-1Ｐａ、室温で行うことができる。
上記貴金属としては、金、白金、銀などがあげられ、中でも銀が安定化材として効果が高く、好適に用いられる。
【００２０】
ついで、酸化物超電導層２３を接続するために、酸化物超電導層２３と同材料の酸化物超電導体からなる接続用酸化物超電導層３２を形成する。
この接続用酸化物超電導層３２の形成方法としては、ＣＶＤ法等の成膜法が用いられる。
【００２１】
また、接続用酸化物超電導層３２の、一方の酸化物超電導導体２５と他方の酸化物超電導導体２５との接触部の長さＢとしては、目的とする接続部の強度によっても異なるが、１０〜３０ｍｍの範囲が好ましく、このラップ長の長さが、１０ｍｍ未満であると、酸化物超電導導体２５同士の接続が不十分となり、３０ｍｍを越えると、製造コストや手間がかかり不経済である。
【００２２】
ついで、上記接続用酸化物超電導層３２、酸化物超電導層２３上に表面保護層３４を形成する。この表面保護層３４の厚さとしては、１×１０-6〜３×１０-6ｍが好ましい。
表面保護層３４は貴金属からなり、貴金属としては、金、白金、銀などがあげられ、中でも銀が安定化材として効果が高く、好適に用いられる。
【００２３】
このような接続方法によれば、酸化物超電導導体２５同士の接続が容易にでき、基材２１が接合されるとともに、接続層３１、接続用酸化物超電導層３２が形成されているため、接続部の強度も高いものとなる。
このような接続方法によれば、接続層３１を設けているので、酸化物超電導導体２５、２５の接続部の安定性が高く、また強度も高い。また、臨界電流密度の低下を最小限にすることができ、酸化物超電導導体２５の接続方法として有用である。
【００２４】
【実施例】
（１）酸化物超電導導体の作製
Ａｇからなる、幅１０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのテープ状の基材２１上に、ＣＶＤ法により、ＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-xなる組成の酸化物超電導層２３を、厚さ０．５μｍで形成して酸化物超電導導体を得た。
【００２５】
（２）接続
（実施例１）
上記酸化物超電導導体２５を２本用い、図１〜図５に示す接続方法により酸化物超電導導体を接続した。
まず、上記各酸化物超電導導体の一端部の酸化物超電導層を端から長さ５ｍｍにわたって、リン酸エッチングにより除去し、基材を露出させた。
ついで、基材を露出させた端部同士を突き合わせて当接し、これらを９６２℃に加熱しながら圧接した。
ついで、この接合部分表面を研磨して平らにした。
ついで、ＣＶＤ法により、この接続部分に、酸化物超電導層と同じ組成のＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-x の接続用酸化物超電導層を、厚さ０．５×１０-6ｍで形成した。このときのラップ長Ａを２０ｍｍとした。
ついで、各酸化物超電導導体における酸化物超電導層と接続用酸化物超電導層上に、表面保護層を形成した。
【００２６】
（実施例２）
上記酸化物超電導導体２５を２本用い、図６〜図１０に示す接続方法により酸化物超電導導体を接続した。
まず、上記各酸化物超電導導体の一端部の酸化物超電導層を端から長さ５ｍｍにわたって、リン酸エッチングにより除去し、基材を露出させた。
ついで、基材を露出させた端部同士を突き合わせて、当接し、これらを９６２℃に加熱しながら圧接した。
ついで、この接合部分表面を研磨して平らにした。
ついで、この接合部分上と基材の露出部分上とに、ＲＦスパッタリング法において、Ａｇからなる接続層を形成した。
ついで、ＣＶＤ法により、この接続部分に、酸化物超電導層と同じ組成のＹＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-xの接続用酸化物超電導層を、厚さ０．５×１０-6ｍで形成した。
このときのラップ長を２０ｍｍとした。
【００２７】
（比較例１）
ラップ長Ａの長さを５ｍｍにした以外は、実施例１と同様にして酸化物超電導導体２５の接続を行った。
【００２８】
実施例１、２および比較例１において、接続割合を求めた。接続割合は、接続前の酸化物超電導導体２５の臨界電流密度（Ｊｃ１）を４端子法（端子を図１に点線で示す）で測定し、接続後の酸化物超電導導体における臨界電流密度（Ｊｃ２）を４端子法(端子を図１０に点線で示す）で測定して、これらの割合Ｊｃ２／Ｊｃ１×１００（％）を示す。この値が低ければ、接続後の酸化物超電導導体の臨界電流密度（Ｊｃ）が低下したことを示す。
実施例１          ８２％
実施例２        １００％
比較例１          ３２％
【００２９】
この結果から、実施例において、接続後も良好な臨界電流密度が保たれていることがわかる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、このように本願発明の第１の酸化物超電導導体の接続方法は、酸化物超電導導体の接続を容易に行うことができる。また、基材同士は接合され、酸化物超電導層は、接続用酸化物超電導導体により接続されているので、接続部の強度は高く、接続部の安定性は高い。また、接続後の酸化物超電導導体において臨界電流密度の低下も少ない。
【００３１】
また、本発明の第２の接続方法においては、第１の接続方法と同様に、酸化物超電導導体の接続を容易に行うことができる。また、基材同士は接合され、安定化銀からなる接続層が設けられ、その上に、接続用酸化物超電導層を形成して、酸化物超電導層同士の接続を行うものであるので、接続部における安定性がより高く、接続部の強度は高い。また、より接続後の酸化物超電導導体において臨界電流密度の低下も少なくなる。
【００３２】
さらに、上記接続方法を基材が銀である酸化物超電導導体にて起用すれば、構造が簡単なために、容易に接続でき、この接続部においては、安定性、強度が高く、また、臨界電流密度の低下が少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の酸化物超電導導体の接続方法を実施するのに適した酸化物超電導導体の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の酸化物超電導導体の接続方法の一例の一工程を説明するための断面図である。
【図３】本発明の酸化物超電導導体の接続方法の一例の一工程を説明するための断面図である。
【図４】本発明の酸化物超電導導体の接続方法の一例の一工程を説明するための断面図である。
【図５】本発明の酸化物超電導導体の接続方法の一例の一工程を説明するための断面図である。
【図６】本発明の酸化物超電導導体の接続方法の一例の一工程を説明するための断面図である。
【図７】本発明の酸化物超電導導体の接続方法の一例の一工程を説明するための断面図である。
【図８】本発明の酸化物超電導導体の接続方法の一例の一工程を説明するための断面図である。
【図９】本発明の酸化物超電導導体の接続方法の一例の一工程を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の酸化物超電導導体の接続方法の一例の一工程を説明するための断面図である。
【図１１】従来の酸化物超電導導体の接続構造の一例を示した断面図である。
【図１２】従来の酸化物超電導導体の接続構造の一例を示した断面図である。
【符号の説明】
２１・・・基材
２３・・・酸化物超電導層
２５・・・酸化物超電導導体
２４、３４・・・表面保護層
２６・・・接続用酸化物超電導層
３２・・・接続用酸化物超電導層
３１・・・接続層
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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