JP2014154320A - 酸化物超電導線材の接続構造体及び超電導機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、接続部分に段差の生じない酸化物超電導線材の接続構造と接続構造を備えた超電導機器の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の接続構造体は、テープ状の基材と、該基材の上方に形成された中間層、酸化物超電導層、保護層、金属安定化層を有してなる超電導線材どうしの接続構造であり、前記超電導線材の接続するべき端部どうしについて、それら接続端部の端面どうしが導電性接合材を介し突き合わせ接合されたことを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】本発明の接続構造体は、テープ状の基材と、該基材の上方に形成された中間層、酸化物超電導層、保護層、金属安定化層を有してなる超電導線材どうしの接続構造であり、前記超電導線材の接続するべき端部どうしについて、それら接続端部の端面どうしが導電性接合材を介し突き合わせ接合されたことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、酸化物超電導線材の接続構造体及び超電導機器に関する。
低損失の導電材料として酸化物超電導体を用いたケーブル、コイル、モーター、マグネットなどの超電導機器が開発されている。これらの超電導機器に用いられる超電導体として、例えば、Bi系超電導線材(Bi2Sr2CaCu2O8+δ:Bi2212、Bi2Sr2Ca2Cu3O10+δ:Bi2223)やRE−123系超電導線材(REBa2Cu3O7−x:REはYやGdなどを含む希土類元素)が知られている。
一般にRE−123系の酸化物超電導線材は、テープ状の金属基材上に結晶配向性の良好な中間層を介し酸化物超電導層を成膜した後、この酸化物超電導層を覆うようにAgからなる保護層やCuからなる金属安定化層を積層し、必要に応じ外周に絶縁処理を施して超電導線材としている。前記金属安定化層は、超電導線材が何らかの原因で超電導状態から常電導状態に転位した際の電流パスとして設けられている。
一般にRE−123系の酸化物超電導線材は、テープ状の金属基材上に結晶配向性の良好な中間層を介し酸化物超電導層を成膜した後、この酸化物超電導層を覆うようにAgからなる保護層やCuからなる金属安定化層を積層し、必要に応じ外周に絶縁処理を施して超電導線材としている。前記金属安定化層は、超電導線材が何らかの原因で超電導状態から常電導状態に転位した際の電流パスとして設けられている。
このようなテープ状の酸化物超電導線材の接続構造として、以下の特許文献1、2に記載された構造が知られている。
先の特許文献1、2に記載の接続構造は、接続部において超電導線材どうしを重ね合わせているため、接続部の厚さが接続していない部分と比較して厚くなる。このような厚い部分が局所的に存在する超電導線材を超電導コイル等の線材どうしが重なる構造に適用すると、接続部のエッジで隣接する超電導線材の対応箇所が機械的に劣化する可能性がある。
また、局所的に厚い部分を有する酸化物超電導線材を超電導コイルに応用した場合、接続部において局所的に電流密度が低下するため、超電導コイルによる発生磁場の均一性が悪くなる可能性がある。
また、局所的に厚い部分を有する酸化物超電導線材を超電導コイルに応用した場合、接続部において局所的に電流密度が低下するため、超電導コイルによる発生磁場の均一性が悪くなる可能性がある。
本発明は、前記事情に鑑みなされたもので、接続部分の厚さが増加しない構成とした酸化物超電導線材の接続構造とその製造方法および前記接続構造を備えた超電導機器の提供を目的とする。
本発明の酸化物超電導線材の接続構造体は、テープ状の基材と、該基材の上方に形成された中間層、酸化物超電導層、保護層、金属安定化層を有してなる超電導線材どうしの接続構造であり、前記超電導線材の接続するべき端部どうしについて、それらの接続端面どうしが導電性接合材を介し突き合わせ接合されたことを特徴とする。
導電性接合材を介する接続端面どうしの導電性接合材を介する突き合わせ接合であるならば、導電性接合材を介し酸化物超電導層どうしを最短距離で接続できる。
また、重ね合わせ接続構造などの場合に生じる接続端部の段差を無くすることができる。このため、酸化物超電導線材をコイル化する場合、下層側の酸化物超電導線材の上に上層側の酸化物超電導線材を巻き付ける場合に段差が生じなくなり、段差に起因する酸化物超電導線材への歪の付加が無くなるので、接続部分において超電導特性の劣化を生じないコイルを提供できる。
また、酸化物超電導線材には基材と金属安定化層が備えられているので、導電性接合材を介し基材同士あるいは金属安定化層どうしを接合することで、接合強度の高い接続構造体を提供できる。
導電性接合材を介する接続端面どうしの導電性接合材を介する突き合わせ接合であるならば、導電性接合材を介し酸化物超電導層どうしを最短距離で接続できる。
また、重ね合わせ接続構造などの場合に生じる接続端部の段差を無くすることができる。このため、酸化物超電導線材をコイル化する場合、下層側の酸化物超電導線材の上に上層側の酸化物超電導線材を巻き付ける場合に段差が生じなくなり、段差に起因する酸化物超電導線材への歪の付加が無くなるので、接続部分において超電導特性の劣化を生じないコイルを提供できる。
また、酸化物超電導線材には基材と金属安定化層が備えられているので、導電性接合材を介し基材同士あるいは金属安定化層どうしを接合することで、接合強度の高い接続構造体を提供できる。
本発明の接続構造体において、前記超電導線材の接続端面が該超電導線材の長さ方向に直交する端面からなることを特徴とする。
テープ状の超電導線材の長さ方向に直交する端面同士について導電性接合材を介し突き合わせ接合するならば、最も単純な接続構造でテープ状の酸化物超電導線材どうしを接合できる。また、一方の酸化物超電導線材の酸化物超電導層と他方の酸化物超電導線材の酸化物超電導層を導電性接合材を介し最短距離で接続できる。
テープ状の超電導線材の長さ方向に直交する端面同士について導電性接合材を介し突き合わせ接合するならば、最も単純な接続構造でテープ状の酸化物超電導線材どうしを接合できる。また、一方の酸化物超電導線材の酸化物超電導層と他方の酸化物超電導線材の酸化物超電導層を導電性接合材を介し最短距離で接続できる。
本発明の接続構造体において、前記超電導線材の接続端部に該接続端部の幅をその基端側から先端側にかけて徐々に少なくする傾斜継手部が形成され、一方の超電導線材の傾斜継手部の傾斜端面と他方の超電導線材の傾斜継手部の傾斜端面どうしが導電性接合材を介し突き合わせ接合された構造にできる。
導電性接合材による接合部分を超電導線材の長さ方向に対し斜めに配置した接続構造体を得ることができる。この構造によれば、幅の小さい酸化物超電導線材であっても導電性接合材による接合部分の長さを確保できるため、接合強度の高い接合構造体を提供可能となる。
導電性接合材による接合部分を超電導線材の長さ方向に対し斜めに配置した接続構造体を得ることができる。この構造によれば、幅の小さい酸化物超電導線材であっても導電性接合材による接合部分の長さを確保できるため、接合強度の高い接合構造体を提供可能となる。
本発明の接続構造体において、前記超電導線材の接続端部に該接続端部の幅を該接続端部の長さ方向に部分的に少なくする部分を設けた鍵型継手部が形成され、一方の超電導線材の鍵型継手部の側面と他方の超電導線材の鍵型継手部の側面どうしが導電性接合材を介し突き合わせ接合された構造にできる。
鍵型継手部どうしの接合であるならば、側面どうしを導電性接合材によって接合すると、一方の鍵型継手部の凹凸と他方の鍵型継手部の凹凸どうしを嵌合させた状態で一方の酸化物超電導線材と他方の酸化物超電導線材を接合できるので、接合強度が向上するとともに、導電性接合材を介し接合する部分の面積を多く確保できるので、電気的接合性に優れた接続構造体を提供できる。
鍵型継手部どうしの接合であるならば、側面どうしを導電性接合材によって接合すると、一方の鍵型継手部の凹凸と他方の鍵型継手部の凹凸どうしを嵌合させた状態で一方の酸化物超電導線材と他方の酸化物超電導線材を接合できるので、接合強度が向上するとともに、導電性接合材を介し接合する部分の面積を多く確保できるので、電気的接合性に優れた接続構造体を提供できる。
本発明の接続構造体において、前記一方の超電導線材の継手部と前記他方の超電導線材の継手部を突き合わせ接合した超電導線材どうしの接続端部の幅が該接続端部以外の部分の前記超電導線材の幅と同等にされ、前記継手部同士を突き合わせ接合した接続端部の厚さが該接続端部以外の部分の前記超電導線材の厚さと同等にされた構造にできる。
前記接続構造体によれば、接続する対になる超電導線材の幅を接合部分において変えることなく接合できるとともに、接続部分に段差の生じていない接続構造体を提供できる。
前記接続構造体によれば、接続する対になる超電導線材の幅を接合部分において変えることなく接合できるとともに、接続部分に段差の生じていない接続構造体を提供できる。
本発明の超電導機器は、先のいずれかに記載された酸化物超電導線材の接続構造体を備えたことを特徴とする。
酸化物超電導線材の接続部分に段差の無い構造を備えた超電導機器を提供できるので、接続部分に段差を生じていた従来構造に比べ段差部分の発生に起因する超電導特性劣化の生じていない超電導機器を提供できる。
酸化物超電導線材の接続部分に段差の無い構造を備えた超電導機器を提供できるので、接続部分に段差を生じていた従来構造に比べ段差部分の発生に起因する超電導特性劣化の生じていない超電導機器を提供できる。
本発明によれば、酸化物超電導線材どうしを接続する構造体において接続部分を厚くすることが無く、段差の無い接続構造体を提供できる。このため、この酸化物超電導線材をコイル化した場合に下層側の酸化物超電導線材の上に上層側の酸化物超電導線材を配置しても、接続部分の上下に位置する他の酸化物超電導線材に負荷が作用することがなくなり、超電導特性の劣化を生じない接続構造体を提供できる。
以下、本発明に係る酸化物超電導線材の接続構造体の第1実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下説明の実施形態に限定されるものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするため、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
図1は第1実施形態に係る酸化物超電導線材の接続構造体を示すもので、この接続構造体Aに適用されている酸化物超電導線材1は、テープ状の基材10の一面(表面)の上方に、中間層11、酸化物超電導層12、保護層13、金属安定化層14を積層し構成されている。酸化物超電導線材1において、基材10上に中間層11、酸化物超電導層12、保護層13を積層してテープ状の超電導積層体15が構成されている。
本実施形態において2本の酸化物超電導線材1がそれらの端部の端面1aどうしを所定の厚さの導電性接合材2を介し突き合わせ接合して接続構造体Aが構成されている。
図1は第1実施形態に係る酸化物超電導線材の接続構造体を示すもので、この接続構造体Aに適用されている酸化物超電導線材1は、テープ状の基材10の一面(表面)の上方に、中間層11、酸化物超電導層12、保護層13、金属安定化層14を積層し構成されている。酸化物超電導線材1において、基材10上に中間層11、酸化物超電導層12、保護層13を積層してテープ状の超電導積層体15が構成されている。
本実施形態において2本の酸化物超電導線材1がそれらの端部の端面1aどうしを所定の厚さの導電性接合材2を介し突き合わせ接合して接続構造体Aが構成されている。
以下に酸化物超電導線材1を構成する各要素について説明する。
酸化物超電導線材1において基材10は、可撓性を有する長尺の超電導線材とするためにテープ状やシート状あるいは薄板状であることが好ましい。また、基材10に用いられる材料は、機械的強度が比較的高く、耐熱性があり、線材に加工することが容易な金属を有しているものが好ましく、例えば、ステンレス鋼、ハステロイ等のニッケル合金等の各種耐熱性金属材料、もしくはこれら各種金属材料上にセラミックスを配した材料などが挙げられる。中でも、市販品であれば、Ni合金の1種として知られているハステロイ(商品名、米国ヘインズ社製)が好適である。このハステロイの種類には、モリブデン、クロム、鉄、コバルト等の成分量が異なる、ハステロイB、C、G、N、W等が挙げられ、ここではいずれの種類も使用できる。また、基材10の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は10〜500μm、好ましくは20〜200μmである。また、基材2として、ニッケル合金に集合組織を導入した配向Ni−W合金テープ基材等を適用することもできる。
酸化物超電導線材1において基材10は、可撓性を有する長尺の超電導線材とするためにテープ状やシート状あるいは薄板状であることが好ましい。また、基材10に用いられる材料は、機械的強度が比較的高く、耐熱性があり、線材に加工することが容易な金属を有しているものが好ましく、例えば、ステンレス鋼、ハステロイ等のニッケル合金等の各種耐熱性金属材料、もしくはこれら各種金属材料上にセラミックスを配した材料などが挙げられる。中でも、市販品であれば、Ni合金の1種として知られているハステロイ(商品名、米国ヘインズ社製)が好適である。このハステロイの種類には、モリブデン、クロム、鉄、コバルト等の成分量が異なる、ハステロイB、C、G、N、W等が挙げられ、ここではいずれの種類も使用できる。また、基材10の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は10〜500μm、好ましくは20〜200μmである。また、基材2として、ニッケル合金に集合組織を導入した配向Ni−W合金テープ基材等を適用することもできる。
中間層11は、拡散防止層またはベッド層からなる下地層と、配向層と、キャップ層がこの順に積層された構造を一例として適用することができる。
拡散防止層は、この層よりも上面側に他の層を形成する際に加熱処理した結果、基材10や他の層が熱履歴を受ける場合、基材10の構成元素の一部が拡散し、不純物として酸化物超電導層12側に混入することを抑制する機能を有する。拡散防止層の具体的な例として、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、不純物の混入を防止する効果が比較的高いAl2O3、Si3N4、又はGZO(Gd2Zr2O7)等から構成される単層構造あるいは複層構造が望ましい。
拡散防止層は、この層よりも上面側に他の層を形成する際に加熱処理した結果、基材10や他の層が熱履歴を受ける場合、基材10の構成元素の一部が拡散し、不純物として酸化物超電導層12側に混入することを抑制する機能を有する。拡散防止層の具体的な例として、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、不純物の混入を防止する効果が比較的高いAl2O3、Si3N4、又はGZO(Gd2Zr2O7)等から構成される単層構造あるいは複層構造が望ましい。
ベッド層は、基材10と酸化物超電導層12との界面における構成元素の反応を抑え、この層よりも上に設けられる層の配向性を向上させるために用いられる。ベッド層の具体的な構造としては、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、耐熱性が高いY2O3、CeO2、La2O3、Dy2O3、Er2O3、Eu2O3、Ho2O3などの希土類酸化物から構成される単層構造あるいは複層構造が望ましい。拡散防止層とベッド層は両方設けても良く、また、どちらか一方のみ設けても良く、配向層の構成材料によっては略しても良い。
配向層は、その上に形成されるキャップ層や酸化物超電導層12の結晶配向性を制御する機能と、基材10の構成元素が酸化物超電導層12へ拡散することを抑制する機能と、基材10と酸化物超電導層12との熱膨張率や格子定数といった物理的特性の差を緩和する機能等を有するものである。配向層の構成材料は、前記機能を発現し得るものであれば特に限定されない。Gd2Zr2O7、MgO、ZrO2−Y2O3(YSZ)等の金属酸化物を用いると、後述するイオンビームアシスト蒸着法(以下、IBAD法と呼ぶことがある。)において、結晶配向性の高い層が得られ、キャップ層と酸化物超電導層6の結晶配向性をより良好なものとすることができるため、特に好適である。
キャップ層は、酸化物超電導層12の結晶配向性を配向層と同等ないしそれ以上強く制御し、酸化物超電導層12を構成する元素の中間層11側への拡散や、酸化物超電導層12の積層時に使用するガスと中間層11との反応を抑制する機能等を有するものである。キャップ層の構成材料は、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、CeO2、Y2O3、Al2O3、Gd2O3、ZrO2、Ho2O3、Nd2O3、LMnO3等の金属酸化物が酸化物超電導層6との格子整合性の観点から好適である。そのなかでも、酸化物超電導層12とのマッチング性から、CeO2あるいはLMnO3が特に好適である。ここで、キャップ層にCeO2を用いる場合、キャップ層は、Ceの一部が他の金属原子又は金属イオンで置換されたCe−M−O系酸化物を含んでいても良い。
酸化物超電導層12は、超電導状態の時に電流を流す機能を有するものである。酸化物超電導層12に用いられる材料には、通常知られている組成の酸化物超電導体からなるものを広く適用することができ、例えば、Y系超電導体などの銅酸化物超電導体などが挙げられる。Y系超電導体の組成は、例えば、REBa2Cu3O7−x(REはY、La、Nd、Sm、Er、Gd等の希土類元素、xは酸素欠損を表す。)が挙げられ、具体的には、Y123(YBa2Cu3O7−x)、Gd123(GdBa2Cu3O7−x)が挙げられる。この酸化物超電導体の母物質は絶縁体であるが、酸素アニール処理により酸素を取り込むことで結晶構造の整った酸化物超電導体となり、超電導特性を示す性質を持っている。酸化物超電導層12がこのような優れた結晶配向性を示すためには、上述の良好な結晶配向性のキャップ層上に成膜されていることによる。
このような優れた結晶配向性の酸化物超電導層12であるならば、超電導導体20として臨界温度以下に冷却し、通電した場合、優れた臨界電流特性を発揮する。
このような優れた結晶配向性の酸化物超電導層12であるならば、超電導導体20として臨界温度以下に冷却し、通電した場合、優れた臨界電流特性を発揮する。
保護層13は、酸化物超電導線材1への通電時、何らかの事故により発生する過電流をバイパスする電流路となり、酸化物超電導層12に酸素を取り込ませやすくするために、加熱時には酸素を透過しやすくする機能を有する。このため、保護層13は、Agあるいは少なくともAgを含む材料から形成されることが好ましい。また、保護層13を形成する材料は、Au、Ptなどの貴金属を含む混合物もしくは合金であってもよく、これらを複数用いてもよい。
本実施形態では超電導積層体15の上に金属安定化層14が設けられている。金属安定化層14は、酸化物超電導線材1の用途により異なる。例えば、超電導ケーブルや超電導モーターなどに使用する場合は、何らかの事故によりクエンチが起こり、酸化物超電導層12が常電導状態に転移した時に発生する過電流を転流させるバイパスのメイン部として用いられる。このとき、金属安定化層14に用いられる材料は、銅、Cu−Zn合金(黄銅)、Cu−Ni合金等の銅合金、アルミ、アルミ合金、ステンレス等の比較的安価な材質からなるものを用いることが好ましく、中でも高い導電性を有し、安価であることから銅を用いることが好ましい。また、酸化物超電導線材1を超電導限流器に使用する場合、安定化層は、クエンチが起こり常電導状態に転移した時に発生する過電流を瞬時に抑制するために用いられる。この用途の場合、金属安定化層14に用いられる材料は、例えば、Ni−Cr等のNi系合金等の高抵抗金属が挙げられる。
金属安定化層14は主に金属テープの貼合わせ構造あるいはめっき層などにより構成される。金属安定化層14を金属テープの貼合わせ構造とする場合、金属安定化層14の内面側に半田等の導電性接合材を設ける。図1(b)に示す構造では導電性接合材の表示を略しているが、導電性接合材を構成する半田等のスズ合金として例えば、Sn、Sn−Ag系合金、Sn−Bi系合金、Sn−Cu系合金、Sn−Zn系合金などのSnを主成分とする合金よりなる鉛フリー半田、Pb−Sn系合金半田、共晶半田、低温半田などが挙げられ、これらの半田を1種、又は2種以上組み合わせて使用することもできる。
図1に示す酸化物超電導線材1の端部には、酸化物超電導線材1の長さ方向に直交する端面1aが形成され、2本のテープ状の酸化物超電導線材1がそれらの端面1aどうしを対向させてそれらの間に所定厚さの導電性接合材2を介在させて電気的かつ機械的に接合されている。また、酸化物超電導線材1の端面1aどうしはその幅方向及び厚さ方向に段差部を生じないように位置合わせされて接続されている。従って、接続部分において図1(a)に示すように酸化物超電導線材1の側面同士は同一平面に沿うように位置合わせされ、図1(b)に示すように酸化物超電導線材1の上面どうしと下面どうしは同一平面に沿うように位置合わせされている。
ここで用いられている導電性接合材は、先に説明した金属テープの貼合わせ構造の場合に用いる導電性接合材と同等のものを用いることができる。なお、基材10がハステロイなどのニッケル合金の場合、半田付けに使用するヤニ入りフラックスとして酸の強い物を用いれば、基材10どうしの結合も可能となる。
ここで用いられている導電性接合材は、先に説明した金属テープの貼合わせ構造の場合に用いる導電性接合材と同等のものを用いることができる。なお、基材10がハステロイなどのニッケル合金の場合、半田付けに使用するヤニ入りフラックスとして酸の強い物を用いれば、基材10どうしの結合も可能となる。
また、導電性接合材2の厚さ(酸化物超電導線材1の長さ方向に沿う厚さ)について、特に制限はないが、数μm〜数10μm程度の厚さとすることができる。
図1に示す接続構造体Aは、テープ状の酸化物超電導線材1どうしをそれらの端面1aを介し導電性接合材2により機械的かつ電気的に接合した構造である。ここで、導電性接合材2は、一方の酸化物超電導線材1の基材10どうし、金属安定化層14どうしを機械的に十分な強度で接続するので、酸化物超電導線材1、1どうしの接合構造として必要十分な接続強度を得ることができる。なお、基材10としてNi合金を用いる場合、金属安定化層14を構成する金属材料の方が半田等の導電性接合材2との密着性が高いので、基材10との密着性が仮に低くても、金属安定化層14どうしが導電性接合材2に密着していれば必要な接続強度を得ることができる。
なお、図1に示す形態では導電性接合材2が酸化物超電導線材1の端面1aどうしの間に納まっている構造を例示しているが、導電性接合材2が金属安定化層14の表面側に多少はみ出して金属安定化層14の表面側に付着している構造でも良い。また、導電性接合材2が基材10の裏面側に多少はみ出して基材10の裏面側に付着している構造でも良い。酸化物超電導線材1の外部に導電性接合材2が多少はみ出すとしても支障はない。
なお、酸化物超電導線材1どうしを接合する場合、接合する端面1aどうしで位置ずれしないように酸化物超電導線材1どうしをこれらと同程度の幅の溝を有する治具を用いて互いの中心どうしをずれないように位置合わせしつつ接合することが好ましい。上述の治具の溝に両方の酸化物超電導線材1の端部どうしを押し込んで上から抑えつつ位置決めしてから半田付けすることが好ましい。なお、この際に半田が線材周囲に多少はみ出したとしても、接続部における半田のはみ出し量は少なく、接続部における幅の増加はほとんど生じない。
なお、図1に示す形態では導電性接合材2が酸化物超電導線材1の端面1aどうしの間に納まっている構造を例示しているが、導電性接合材2が金属安定化層14の表面側に多少はみ出して金属安定化層14の表面側に付着している構造でも良い。また、導電性接合材2が基材10の裏面側に多少はみ出して基材10の裏面側に付着している構造でも良い。酸化物超電導線材1の外部に導電性接合材2が多少はみ出すとしても支障はない。
なお、酸化物超電導線材1どうしを接合する場合、接合する端面1aどうしで位置ずれしないように酸化物超電導線材1どうしをこれらと同程度の幅の溝を有する治具を用いて互いの中心どうしをずれないように位置合わせしつつ接合することが好ましい。上述の治具の溝に両方の酸化物超電導線材1の端部どうしを押し込んで上から抑えつつ位置決めしてから半田付けすることが好ましい。なお、この際に半田が線材周囲に多少はみ出したとしても、接続部における半田のはみ出し量は少なく、接続部における幅の増加はほとんど生じない。
前記酸化物超電導線材1の端面1aは製造した酸化物超電導線材1の端部を何らかの手段で切断して切断面に異物や介在物の無いできるだけ平滑面とした端面1aとすることが好ましい。このため、製造した酸化物超電導線材1の端部を切断して端面とする場合、鋏や切断具などを用いて切断すると、切断面近傍の酸化物超電導層12が損傷し、接続部における超電導特性が劣化するので、レーザーによる切断面とすることが好ましい。
また、切断面を清浄化するため、切断面を研磨して異物や形状不良などを無くしてできるだけ平滑な清浄面としてから接合することが好ましい。鋏等の切断具を用いて機械的に切断すると、基材10の硬度が金属安定化層14の硬度より高いので、酸化物超電導線材1の切断面が均一かつ平滑な切断面になり難く、切断面に凹凸や不均一部分が生じ易い。この点において酸化物超電導線材1をレーザー切断する方が機械的な切断よりも平滑な切断面を得やすい。
また、切断面を清浄化するため、切断面を研磨して異物や形状不良などを無くしてできるだけ平滑な清浄面としてから接合することが好ましい。鋏等の切断具を用いて機械的に切断すると、基材10の硬度が金属安定化層14の硬度より高いので、酸化物超電導線材1の切断面が均一かつ平滑な切断面になり難く、切断面に凹凸や不均一部分が生じ易い。この点において酸化物超電導線材1をレーザー切断する方が機械的な切断よりも平滑な切断面を得やすい。
図1に示す接続構造体Aによれば、接合した酸化物超電導線材1、1を臨界温度以下に冷却して一方の酸化物超電導線材1の酸化物超電導層12に通電することにより、他方の酸化物超電導線材1の酸化物超電導層12に電流を流すことができる。一方の酸化物超電導線材1に流れた電流は、接続構造体Aにおいて一方の酸化物超電導層12から導電性接合材2を介して他方の酸化物超電導線材1の酸化物超電導層12に流れる。あるいは電流の一部は保護層13あるいは金属安定化層14と導電性接合材2を介して他方の酸化物超電導線材1側に流れる。
接続構造体Aにおいては一方の酸化物超電導線材1の酸化物超電導層12の端部と、他方の酸化物超電導線材1の酸化物超電導層12の端部が、薄い導電性接合材2を介し近接位置で接合されているので、良好な電気的接合性を得ることができる。また、保護層13と金属安定化層14を介し電流が流れるとして、導電性接合材2を介し極めて近い位置の保護層13と金属安定化層14を介する通電経路なので、流路抵抗をできる限り小さくでき、接続部分における発熱量を少なくできる。
接続構造体Aにおいては一方の酸化物超電導線材1の酸化物超電導層12の端部と、他方の酸化物超電導線材1の酸化物超電導層12の端部が、薄い導電性接合材2を介し近接位置で接合されているので、良好な電気的接合性を得ることができる。また、保護層13と金属安定化層14を介し電流が流れるとして、導電性接合材2を介し極めて近い位置の保護層13と金属安定化層14を介する通電経路なので、流路抵抗をできる限り小さくでき、接続部分における発熱量を少なくできる。
図2は第2実施形態に係る酸化物超電導線材の接続構造体を示すもので、この接続構造体Bに適用されている酸化物超電導線材3は、テープ状の基材10の一面(表面)上に、中間層11、酸化物超電導層12、保護層13を積層して超電導積層体15を構成し、この超電導積層体15の外周を金属安定化層14Aで覆って構成されている。
本実施形態において2本の酸化物超電導線材3がそれらの端部の端面3aどうしを層状の導電性接合材2を介し突き合わせ接合して接続構造体Bが構成されている。
本実施形態において2本の酸化物超電導線材3がそれらの端部の端面3aどうしを層状の導電性接合材2を介し突き合わせ接合して接続構造体Bが構成されている。
第2実施形態で用いられている基材10、中間層11、酸化物超電導層12、保護層13は第1実施形態で用いられていた基材10、中間層11、酸化物超電導層12、保護層13と同等である。
第2実施形態で用いられている金属安定化層14Aは、第1実施形態で用いられていた金属安定化層14と同等材料からなるが、超電導積層体15の外周を覆うように設けられている点が異なる。超電導積層体15の外周を覆う構造において、超電導積層体15の全周を完全に覆っている構造でも良いし、基材10の裏面側を少し残す形で横断面C字型に超電導積層体15を覆った構造を採用しても良い。超電導積層体15の全周を覆った構造の場合は、めっき層により形成されたCuからなる金属安定化層14Aを例示することができ、基材10の裏面側の一部を残して超電導積層体15の外周を覆った構造は、Cuなどの金属テープをロールやダイスを用いたテープフォーミング法により横断面C字型に塑性変形させて被覆した構造を適用できる。
第2実施形態で用いられている金属安定化層14Aは、第1実施形態で用いられていた金属安定化層14と同等材料からなるが、超電導積層体15の外周を覆うように設けられている点が異なる。超電導積層体15の外周を覆う構造において、超電導積層体15の全周を完全に覆っている構造でも良いし、基材10の裏面側を少し残す形で横断面C字型に超電導積層体15を覆った構造を採用しても良い。超電導積層体15の全周を覆った構造の場合は、めっき層により形成されたCuからなる金属安定化層14Aを例示することができ、基材10の裏面側の一部を残して超電導積層体15の外周を覆った構造は、Cuなどの金属テープをロールやダイスを用いたテープフォーミング法により横断面C字型に塑性変形させて被覆した構造を適用できる。
第2実施形態の構造では、超電導積層体15の外周を覆う金属安定化層14Aを備えた2本の酸化物超電導線材3が、それらの端面3aどうしを対向させ、端面どうしの間に導電性接合材2を配して接合され、接続構造体Bが構成されている。2本の酸化物超電導線材3を接続する導電性接合材2は、先の第1実施形態の導電性接合材2と同等である。端面3aが酸化物超電導線材3の長さ方向に直交する端面である構成は、先の第1実施形態の端面1aと同等である。
第2実施形態の接続構造体Bが、先の接続構造体Aと異なる点は、端面3aにおいて超電導積層体15の外周を覆うように金属安定化層14Aが設けられているので、端面外周位置に存在する金属安定化層14Aどうしが導電性接合材2により機械的かつ電気的に接合されている点である。金属安定化層14Aの内側に設けられている超電導積層体15の端面どうしが導電性接合材2を介し突き合わせ接合されている点については、先の第1実施形態の構造と同等である。
このような構造を有する接続構造体Bでは、導電性接合材2に対し密着性に優れた金属安定化層14Aを端面3aの周囲を囲むように設け、先の第1実施形態よりも広い面積で安定化層14Aどうしを接続できるので、第1実施形態の構造よりも接続強度の高い構造にすることができる。
第2実施形態の接続構造体Bが、先の接続構造体Aと異なる点は、端面3aにおいて超電導積層体15の外周を覆うように金属安定化層14Aが設けられているので、端面外周位置に存在する金属安定化層14Aどうしが導電性接合材2により機械的かつ電気的に接合されている点である。金属安定化層14Aの内側に設けられている超電導積層体15の端面どうしが導電性接合材2を介し突き合わせ接合されている点については、先の第1実施形態の構造と同等である。
このような構造を有する接続構造体Bでは、導電性接合材2に対し密着性に優れた金属安定化層14Aを端面3aの周囲を囲むように設け、先の第1実施形態よりも広い面積で安定化層14Aどうしを接続できるので、第1実施形態の構造よりも接続強度の高い構造にすることができる。
更に、酸化物超電導積層体15の外周を金属安定化層14Aで覆って酸化物超電導層12を密閉した構造となっているので、金属安定化層14Aの内側の酸化物超電導層12側への水分浸入を防止できる。また、接続部分においても超電導積層体15を囲んだ金属安定化層14Aが接続部分内側の酸化物超電導層12側への水分浸入を防止する。
希土類系の酸化物超電導体の中には、水分と反応する材料があり、酸化物超電導層12を水分による劣化から防止できる構造が重要と考えられる。このため、超電導積層体15の外周を金属安定化層14Aで覆うとともに、接続部分においても導電性接合材2とともに金属安定化層14Aにより酸化物超電導層12側への水分浸入防止できる構造とするならば、水分浸入による超電導特性劣化の生じない接続構造体Bを提供できる。
その他の作用効果については先の第1実施形態の接続構造体Aと同様に得ることができる。
希土類系の酸化物超電導体の中には、水分と反応する材料があり、酸化物超電導層12を水分による劣化から防止できる構造が重要と考えられる。このため、超電導積層体15の外周を金属安定化層14Aで覆うとともに、接続部分においても導電性接合材2とともに金属安定化層14Aにより酸化物超電導層12側への水分浸入防止できる構造とするならば、水分浸入による超電導特性劣化の生じない接続構造体Bを提供できる。
その他の作用効果については先の第1実施形態の接続構造体Aと同様に得ることができる。
図3は第3実施形態に係る酸化物超電導線材の接続構造体を示すもので、この実施形態の接続構造体Cに適用されている酸化物超電導線材4は、テープ状の基材10の一面(表面)上に、中間層11、酸化物超電導層12、保護層13、金属安定化層14Cを積層し構成されている点においては第1実施形態の構造と同等である。酸化物超電導線材1において、基材10上に中間層11、酸化物超電導層12、保護層13を積層して超電導積層体15が構成されている。
本実施形態において2本の酸化物超電導線材4がそれらの先端部の傾斜端面4aどうしを所定厚さの導電性接合材2を介し突き合わせ接合して接続構造体Cが構成されている。第1実施形態の構造と異なる点は、酸化物超電導線材4の接続端部側に、酸化物超電導線材4の幅を徐々に少なくする傾斜継手部4Aが形成され、これらの傾斜継手部4Aの傾斜端面4aどうしが導電性接合材5を介し接合された点である。傾斜継手部4Aの傾斜部分は、接続するべき2本の酸化物超電導線材4において同じ傾斜率で反対向きあり、傾斜端面4aどうしを位置合わせして導電性接合材5により接続することで、酸化物超電導線材4、4はその接続部分の幅方向と厚さ方向に段差部を生じないように接続されている。
即ち、接続部分において図3(a)に示すように酸化物超電導線材4の傾斜端面同士は同一平面に沿うように位置合わせされ、図3(b)に示すように酸化物超電導線材4の上面どうしと下面どうしは同一平面に沿うように位置合わせされている。
即ち、接続部分において図3(a)に示すように酸化物超電導線材4の傾斜端面同士は同一平面に沿うように位置合わせされ、図3(b)に示すように酸化物超電導線材4の上面どうしと下面どうしは同一平面に沿うように位置合わせされている。
図3に示す接続構造体Cにおいては、一方の酸化物超電導線材4の傾斜継手部4Aと他方の酸化物超電導線材4の傾斜継手部4Aとの間に介在される導電性接合材5が先の第1実施形態の導電性接合材2よりも長くされているので、第1実施形態の構造よりも接続強度を高くすることが可能である。また、酸化物超電導線材4の傾斜継手部4Aにおける傾斜端面4aの傾斜角度を調整することにより導電性接合材5の長さを調整することが可能となり、導電性接合材5の長さに応じた任意の接続抵抗を得ることができる。即ち、傾斜継手部4Aの傾斜端面4aの傾斜角度を調整することにより接続抵抗を調整できる。
図3に示す接続構造体Cを得るには、第1実施形態の酸化物超電導線材1の端面1aを製造する場合に用いた鋏などの切断器具を用いた切断方法あるいはレーザーを用いたレーザー切断法のいずれかを実施する場合、酸化物超電導線材4の端部に対し斜め方向に切断する処理を行えばよい。傾斜端面4aの表面仕上や清浄化については第1実施形態の酸化物超電導線材1の端面1aを仕上処理する場合と同様に行うことができる。
その他作用効果については第1実施形態の接続構造体Aと同様である。
その他作用効果については第1実施形態の接続構造体Aと同様である。
図4は第4実施形態に係る酸化物超電導線材の接続構造体を示すもので、この実施形態の接続構造体Dに適用されている酸化物超電導線材6は、テープ状の基材10の一面(表面)上に、中間層11、酸化物超電導層12、保護層13を積層して超電導積層体15を構成し、この超電導積層体15の外周を金属安定化層14Dで覆って構成されている。
本実施形態において2本の酸化物超電導線材6がそれらの先端部の傾斜端面6aどうしを所定厚さの導電性接合材7を介し突き合わせ接合して接続構造体Dが構成されている。
本実施形態において2本の酸化物超電導線材6がそれらの先端部の傾斜端面6aどうしを所定厚さの導電性接合材7を介し突き合わせ接合して接続構造体Dが構成されている。
第4実施形態で用いられている金属安定化層14Dは、第2実施形態で用いられていた金属安定化層14と同等材料からなり、超電導積層体15の外周を覆うように設けられている点も同様である。超電導積層体15の外周を覆う構造において、超電導積層体15の外周が完全に覆われている構造でも良いし、基材10の裏面側を少し残す形で横断面C字型に超電導積層体15が覆われた構造を採用しても良い。超電導積層体15の外周全部が覆われた構造の場合は、めっき層により形成されたCuからなる金属安定化層14Dを例示することができ、基材10の裏面側の一部を残して超電導積層体15の外周が覆われた構造は、Cuなどの金属テープをロールやダイスを用いたテープフォーミング法により横断面C字型に塑性変形させて被覆した構造を適用できる。
酸化物超電導線材6の接続端部側に、酸化物超電導線材6の幅を徐々に少なくする傾斜継手部6Aが形成され、これらの傾斜継手部6Aの傾斜端面6aどうしが導電性接合材7を介し接合された点は先の第3実施形態の構造と同様である。傾斜継手部6Aの傾斜部分は接続される2本の酸化物超電導線材6において同じ傾斜率で反対向きあり、傾斜端面6aどうしを位置合わせして導電性接合材7により接続することで、酸化物超電導線材6、6はそれらの接続部分の幅方向と厚さ方向に段差部を生じないように接続されている。
即ち、接続部分において図4(a)に示すように酸化物超電導線材6の傾斜端面同士は同一平面に沿うように位置合わせされ、図4(b)に示すように酸化物超電導線材6の上面どうしと下面どうしは同一平面に沿うように位置合わせされている。
即ち、接続部分において図4(a)に示すように酸化物超電導線材6の傾斜端面同士は同一平面に沿うように位置合わせされ、図4(b)に示すように酸化物超電導線材6の上面どうしと下面どうしは同一平面に沿うように位置合わせされている。
図4に示す接続構造体Dにおいては、一方の酸化物超電導線材6の傾斜継手部6Aと他方の酸化物超電導線材6の傾斜継手部6Aとの間に介在される導電性接合材7が先の第1実施形態の導電性接合材2よりも長いので、第1実施形態の構造よりも接続強度を高くすることが可能である。また、酸化物超電導線材6の傾斜継手部6Aにおける傾斜端面6aの傾斜角度を調整することにより導電性接合材7の長さを調整することが可能となり、導電性接合材7の長さに応じた任意の接続抵抗を得ることができる。即ち、傾斜継手部6Aの傾斜端面6aの傾斜角度を調整することにより接続抵抗を調整できる。
更に、酸化物超電導積層体15の外周を金属安定化層14Dで覆って酸化物超電導層12を密閉した構造となっているので、金属安定化層14Dの内側の酸化物超電導層12側への水分浸入を防止できる。また、接続部分においても超電導積層体15を囲んだ金属安定化層14Dが接続部分内側の酸化物超電導層12側への水分浸入を防止する。
希土類系の酸化物超電導体の中には、水分と反応性を有する料があり、酸化物超電導層12を水分による劣化から防止できる構造が重要と考えられる。このため、超電導積層体15の外周を金属安定化層14Dで覆うとともに、接続部分においても導電性接合材7とともに金属安定化層14Dにより酸化物超電導層12側への水分浸入防止できる構造とするならば、水分浸入による超電導特性劣化の生じない接続構造体Dを提供できる。
その他の作用効果については先の第3実施形態の接続構造体Aと同様に得ることができる。
希土類系の酸化物超電導体の中には、水分と反応性を有する料があり、酸化物超電導層12を水分による劣化から防止できる構造が重要と考えられる。このため、超電導積層体15の外周を金属安定化層14Dで覆うとともに、接続部分においても導電性接合材7とともに金属安定化層14Dにより酸化物超電導層12側への水分浸入防止できる構造とするならば、水分浸入による超電導特性劣化の生じない接続構造体Dを提供できる。
その他の作用効果については先の第3実施形態の接続構造体Aと同様に得ることができる。
図5は第5実施形態に係る酸化物超電導線材の接続構造体を示すもので、この実施形態の接続構造体Eに適用されている酸化物超電導線材8は、テープ状の基材10の一面(表面)上に、中間層11、酸化物超電導層12、保護層13を積層して超電導積層体15を構成し、この超電導積層体15の表面を金属安定化層14Eで覆って構成されている。
本実施形態において2本の酸化物超電導線材8がそれらの先端部の端面8aどうしを層状の導電性接合材9を介し突き合わせ接合して接続構造体Eが構成されている。
本実施形態において2本の酸化物超電導線材8がそれらの先端部の端面8aどうしを層状の導電性接合材9を介し突き合わせ接合して接続構造体Eが構成されている。
酸化物超電導線材8の接続端部側に、酸化物超電導線材8の幅を線材の長さ方向に部分的に少なくする平面視凹凸型の部分を有する鍵型継手部8Aが形成され、これらの鍵型継手部8Aの側面8aどうしが導電性接合材9を介し接合されている。
鍵型継手部8Aの凹凸部8Bは接続される2本の酸化物超電導線材8において同じ大きさで反対向きあり、側面8aどうしの凹凸部8Bを嵌め合わせて導電性接合材9により接続することで、酸化物超電導線材8、8はその接続部分の幅方向と厚さ方向に段差部を生じないように接続されている。即ち、接続部分において図5に示すように酸化物超電導線材8、8の側面どうしは同一平面に沿うように位置合わせされ、酸化物超電導線材8、8の上面どうしと下面どうしは同一平面に沿うように位置合わせされている。
鍵型継手部8Aの凹凸部8Bは接続される2本の酸化物超電導線材8において同じ大きさで反対向きあり、側面8aどうしの凹凸部8Bを嵌め合わせて導電性接合材9により接続することで、酸化物超電導線材8、8はその接続部分の幅方向と厚さ方向に段差部を生じないように接続されている。即ち、接続部分において図5に示すように酸化物超電導線材8、8の側面どうしは同一平面に沿うように位置合わせされ、酸化物超電導線材8、8の上面どうしと下面どうしは同一平面に沿うように位置合わせされている。
図5に示す接続構造体Eは、一方の酸化物超電導線材8の鍵型継手部8Aと他方の酸化物超電導線材8の鍵型継手部8Aとの間に介在される導電性接合材9を先の第1実施形態の導電性接合材よりも長くできるので、先の実施形態の構造よりも接続強度を高くすることが可能である。更に、酸化物超電導線材8、8はそれらの鍵型継手部8Aどうしを嵌め合わせて接続されているので、鍵型継手部8Aどうしの機械的嵌合構造による接合強度も併せて高い接続強度を得ることができる。
また、酸化物超電導線材8の鍵型継手部8Aの長さを調整することにより導電性接合材9の長さを調整することが可能となり、導電性接合材9の長さに応じた任意の接続抵抗を得ることができる。更に、鍵型継手部8Aはその長さ(接続長)を大きくしなくとも導電性接合材9の接合面積と大きな面積を確保できる。
その他の構造は先の第1実施形態の構造で得られる作用効果と同等である。
また、図5に示す鍵型継手部8Aに形成される凹凸部8Bの数は図5に示す数に制限するものではなく、1つ以上、任意の数を形成して良い。
また、酸化物超電導線材8の鍵型継手部8Aの長さを調整することにより導電性接合材9の長さを調整することが可能となり、導電性接合材9の長さに応じた任意の接続抵抗を得ることができる。更に、鍵型継手部8Aはその長さ(接続長)を大きくしなくとも導電性接合材9の接合面積と大きな面積を確保できる。
その他の構造は先の第1実施形態の構造で得られる作用効果と同等である。
また、図5に示す鍵型継手部8Aに形成される凹凸部8Bの数は図5に示す数に制限するものではなく、1つ以上、任意の数を形成して良い。
図6は第6実施形態に係る酸化物超電導線材の接続構造体を示すもので、この実施形態の接続構造体Fに適用されている酸化物超電導線材16は、テープ状の基材10の一面(表面)上に、中間層11、酸化物超電導層12、保護層13を積層して超電導積層体15を構成し、この超電導積層体15の表面を金属安定化層14Fで覆って構成されている。
本実施形態において2本の酸化物超電導線材16がそれらの先端部の端面16aどうしを所定厚さの導電性接合材17を介し突き合わせ接合して接続構造体Fが構成されている。
本実施形態において2本の酸化物超電導線材16がそれらの先端部の端面16aどうしを所定厚さの導電性接合材17を介し突き合わせ接合して接続構造体Fが構成されている。
酸化物超電導線材16の接続端部側に、酸化物超電導線材16の幅を線材の長さ方向に部分的に少なくする平面視波型の部分を有する鍵型継手部16Aが形成され、これらの鍵型継手部16Aの側面16aどうしが導電性接合材17を介し接合されている。
鍵型継手部16Aの凹凸部16Bは接続される2本の酸化物超電導線材16において同じ大きさで反対向きあり、側面16aどうしの凹凸部16Bを嵌め合わせて導電性接合材17により接続することで、酸化物超電導線材16、16はその接続部分の幅方向と厚さ方向に段差部を生じないように接続されている。即ち、接続部分において図6に示すように酸化物超電導線材16、16の側面どうしは同一平面に沿うように位置合わせされ、酸化物超電導線材16、16の上面どうしと下面どうしは同一平面に沿うように位置合わせされている。
鍵型継手部16Aの凹凸部16Bは接続される2本の酸化物超電導線材16において同じ大きさで反対向きあり、側面16aどうしの凹凸部16Bを嵌め合わせて導電性接合材17により接続することで、酸化物超電導線材16、16はその接続部分の幅方向と厚さ方向に段差部を生じないように接続されている。即ち、接続部分において図6に示すように酸化物超電導線材16、16の側面どうしは同一平面に沿うように位置合わせされ、酸化物超電導線材16、16の上面どうしと下面どうしは同一平面に沿うように位置合わせされている。
図6に示す接続構造体Fは、一方の酸化物超電導線材16の鍵型継手部16Aと他方の酸化物超電導線材16の鍵型継手部16Aとの間に介在される導電性接合材17を先の第1実施形態の導電性接合材よりも長くできるので、先の第1実施形態の構造よりも接続強度を高くすることが可能である。更に、酸化物超電導線材16、16はそれらの鍵型継手部16Aどうしを嵌め合わせて接続されているので、鍵型継手部16Aどうしの機械的嵌合構造による接合強度も併せて高い接続強度を得ることができる。
また、酸化物超電導線材16の鍵型継手部16Aの長さを調整することにより導電性接合材17の長さを調整することが可能となり、導電性接合材17の長さに応じた任意の接続抵抗を得ることができる。
その他の構造は先の第1実施形態の構造で得られる作用効果と同等である。
また、酸化物超電導線材16の鍵型継手部16Aの長さを調整することにより導電性接合材17の長さを調整することが可能となり、導電性接合材17の長さに応じた任意の接続抵抗を得ることができる。
その他の構造は先の第1実施形態の構造で得られる作用効果と同等である。
図7は第7実施形態に係る酸化物超電導線材の接続構造体を示すもので、この形態の接続構造体Gに適用されている酸化物超電導線材18は、テープ状の基材10の一面(表面)上に、中間層11、酸化物超電導層12、保護層13を積層して超電導積層体15を構成し、この超電導積層体15の表面を金属安定化層14Gで覆って構成されている。
本実施形態において2本の酸化物超電導線材18がそれらの先端部の端面18aどうしを層状の導電性接合材19を介し突き合わせ接合して接続構造体Gが構成されている。
本実施形態において2本の酸化物超電導線材18がそれらの先端部の端面18aどうしを層状の導電性接合材19を介し突き合わせ接合して接続構造体Gが構成されている。
酸化物超電導線材18の接続端部側に、酸化物超電導線材18の幅を部分的に少なくする平面視凸型の部分を有する鍵型継手部18Aが形成され、これらの鍵型継手部18Aの側面16aどうしと先端面どうしが導電性接合材19を介し接合されている。
鍵型継手部18Aは接続される2本の酸化物超電導線材18において同じ大きさで反対向きであり、鍵型継手部18Aどうしを突き合わせて導電性接合材19により接続することで、酸化物超電導線材18、18はその接続部分の幅方向と厚さ方向に段差部を生じないように接続されている。即ち、接続部分において図7に示すように酸化物超電導線材18、18の側面どうしは同一平面に沿うように位置合わせされ、酸化物超電導線材18、18の上面どうしと下面どうしは同一平面に沿うように位置合わせされている。
鍵型継手部18Aは接続される2本の酸化物超電導線材18において同じ大きさで反対向きであり、鍵型継手部18Aどうしを突き合わせて導電性接合材19により接続することで、酸化物超電導線材18、18はその接続部分の幅方向と厚さ方向に段差部を生じないように接続されている。即ち、接続部分において図7に示すように酸化物超電導線材18、18の側面どうしは同一平面に沿うように位置合わせされ、酸化物超電導線材18、18の上面どうしと下面どうしは同一平面に沿うように位置合わせされている。
図7に示す接続構造体Gは、一方の酸化物超電導線材18の鍵型継手部18Aと他方の酸化物超電導線材18の鍵型継手部18Aとの間に介在される導電性接合材19を先の第1実施形態の導電性接合材よりも長くできるので、先の第1実施形態の構造よりも接続強度を高くすることが可能である。
また、酸化物超電導線材18の鍵型継手部18Aの長さを調整することにより導電性接合材19の長さを調整することが可能となり、導電性接合材19の長さに応じた任意の接続抵抗を得ることができる。
その他の構造は先の第1実施形態の構造で得られる作用効果と同等である。
また、酸化物超電導線材18の鍵型継手部18Aの長さを調整することにより導電性接合材19の長さを調整することが可能となり、導電性接合材19の長さに応じた任意の接続抵抗を得ることができる。
その他の構造は先の第1実施形態の構造で得られる作用効果と同等である。
図5から図7に示す接続構造体E、F、Gは、金属安定化層14E、14F、14Gをいずれも酸化物超電導線材8、16、18の表面側に形成した例として説明したが、これらの金属安定化層14E、14F、14Gで金属安定化層の全周を囲む構造としても良い。この構造にすることにより、内部の酸化物超電導層側への水分浸入を防止できる効果がある。
「超電導ケーブル」
図1〜図7に示す接続構造体A〜Gにより接続された各酸化物超電導線材は、例えば、図8に例示する高温超電導ケーブル80に適用することができる。図8に示す高温超電導ケーブル80は、中心部に設けたフォーマ81の外周に酸化物超電導線材1を巻線状に複数層配置して超電導層1Sを形成し、その外周に絶縁層82と超電導シールド層1Uと保護層83を形成してコアケーブル85を構成し、このコアケーブル85を断熱管84の内部に冷媒流通用の間隙をあけて収容してなる。断熱管84は例えば内管84aと外管84cからなる2重管構造とされ、内管84aと外管84cとの間に真空断熱層84bが形成されている。超電導シールド層1Uは酸化物超電導線材1を複数層巻線状に配置して構成されている。
図1〜図7に示す接続構造体A〜Gにより接続された各酸化物超電導線材は、例えば、図8に例示する高温超電導ケーブル80に適用することができる。図8に示す高温超電導ケーブル80は、中心部に設けたフォーマ81の外周に酸化物超電導線材1を巻線状に複数層配置して超電導層1Sを形成し、その外周に絶縁層82と超電導シールド層1Uと保護層83を形成してコアケーブル85を構成し、このコアケーブル85を断熱管84の内部に冷媒流通用の間隙をあけて収容してなる。断熱管84は例えば内管84aと外管84cからなる2重管構造とされ、内管84aと外管84cとの間に真空断熱層84bが形成されている。超電導シールド層1Uは酸化物超電導線材1を複数層巻線状に配置して構成されている。
このような高温超電導ケーブル80は長尺のケーブルとして作製されるので、超電導層1Sを形成する酸化物超電導線材1あるいは、超電導シールド層1Uを構成する酸化物超電導線材1を必要本数接続する構造が必要となる。このため、図1〜図7に示す接続構造体A〜Gを適用した酸化物超電導線材1が適用される。
「超電導限流器」
図1〜図7に示す接続構造体A〜Gのいずれかにより接続された酸化物超電導線材は、例えば、図9に示す超電導限流器99に適用できる。
図4に示す超電導限流器99において、図1〜図7に示す接続構造体A〜Gを備えた酸化物超電導線材は、巻胴に複数層に渡って巻回され超電導限流器用モジュール90を構成し、当該超電導限流器用モジュール90として液体窒素98が充填された液体窒素容器95に格納されている。さらに液体窒素容器95は、外部との熱を遮断する真空容器96の内部に格納されている。
図1〜図7に示す接続構造体A〜Gのいずれかにより接続された酸化物超電導線材は、例えば、図9に示す超電導限流器99に適用できる。
図4に示す超電導限流器99において、図1〜図7に示す接続構造体A〜Gを備えた酸化物超電導線材は、巻胴に複数層に渡って巻回され超電導限流器用モジュール90を構成し、当該超電導限流器用モジュール90として液体窒素98が充填された液体窒素容器95に格納されている。さらに液体窒素容器95は、外部との熱を遮断する真空容器96の内部に格納されている。
液体窒素容器95は、上部に、液体窒素充填部91と冷凍機93を有し、冷凍機93の下方には、熱アンカー92と熱板97が設けられている。
また、超電導限流器99は、超電導限流器用モジュール90に外部電源(図示略)を接続するための電流リード部94を有する。
以上のような、超電導限流器99の超電導限流器用モジュール90として使用する場合において、酸化物超電導線材は、先に説明したように金属安定化層にNi−Cr等の高抵抗金属を用いたものを使用する。
また、超電導限流器99は、超電導限流器用モジュール90に外部電源(図示略)を接続するための電流リード部94を有する。
以上のような、超電導限流器99の超電導限流器用モジュール90として使用する場合において、酸化物超電導線材は、先に説明したように金属安定化層にNi−Cr等の高抵抗金属を用いたものを使用する。
「超電導モーター」
図1〜図7に示す接続構造体A〜Gのいずれかにより接続された酸化物超電導線材は、図10に示す超電導モーター130に適用することができる。
超電導モーター130は、円筒状の密閉型の容器131の内部に、回転自在に軸支された軸型の回転子132を備え構成されている。
回転軸133の中央部周囲側に、軸周りに複数の超電導モーター用コイル135が取り付けられ、これら複数の超電導モーター用コイル135の周囲側に容器131の内壁側に支持された銅コイルからなる複数の常電導コイル136が配置されている。
超電導モーター用コイル135は、図1〜図7に示す接続構造体A〜Gを有する酸化物超電導線材を矩形状のボビンに巻回して形成されている。
回転軸133の内部には冷却ガスを流入させるか流出させるための複数の配管が設けられ、外部に別途設けられている図示略の冷媒供給装置から容器131の内部に冷却ガスを導入し、冷却ガスにより超電導モーター用コイル135を臨界温度以下に冷却できるように構成されている。なお、超電導モーター用コイル135は臨界温度以下に冷却されるが、常電導コイル136は常温部として構成される。
図1〜図7に示す接続構造体A〜Gのいずれかにより接続された酸化物超電導線材は、図10に示す超電導モーター130に適用することができる。
超電導モーター130は、円筒状の密閉型の容器131の内部に、回転自在に軸支された軸型の回転子132を備え構成されている。
回転軸133の中央部周囲側に、軸周りに複数の超電導モーター用コイル135が取り付けられ、これら複数の超電導モーター用コイル135の周囲側に容器131の内壁側に支持された銅コイルからなる複数の常電導コイル136が配置されている。
超電導モーター用コイル135は、図1〜図7に示す接続構造体A〜Gを有する酸化物超電導線材を矩形状のボビンに巻回して形成されている。
回転軸133の内部には冷却ガスを流入させるか流出させるための複数の配管が設けられ、外部に別途設けられている図示略の冷媒供給装置から容器131の内部に冷却ガスを導入し、冷却ガスにより超電導モーター用コイル135を臨界温度以下に冷却できるように構成されている。なお、超電導モーター用コイル135は臨界温度以下に冷却されるが、常電導コイル136は常温部として構成される。
図10(a)、(b)に示す超電導モーター130は、容器131の内部に冷却ガスを導入し、この冷却ガスにより超電導モーター用コイル135を臨界温度以下に冷却して使用する。常電導コイル136には別途図示略の電源から必要な電流を供給し、超電導モーター用コイル135にも別途図示略の電源から必要な電流を供給することで、両者のコイルが生成する磁場に起因した回転力により回転軸133を回転させて超電導モーター130として使用することができる。
「超電導コイル」
図1〜図7に示す接続構造体A〜Gのいずれかにより接続された酸化物超電導線材を備えた図11(b)に示すパンケーキコイル101を構成することができる。またパンケーキコイル101を複数個積層し、それぞれのパンケーキコイル101同士を接続することにより、図11(a)に示す強力な磁力を発する超電導コイル100を形成することができる。
以上に説明したように、図1〜図7に示す接続構造A〜Gのいずれかを備えた酸化物超電導線材は、様々な超電導機器に使用可能である。
ここで、超電導機器は、前記酸化物超電導線材とそれらを接続する構造を有するものであれば特に限定されず、例えば、超電導ケーブル、超電導モーター、超電導限流器、超電導コイル、超電導変圧器、超電導電力貯蔵装置などを例示できる。
図1〜図7に示す接続構造体A〜Gのいずれかにより接続された酸化物超電導線材を備えた図11(b)に示すパンケーキコイル101を構成することができる。またパンケーキコイル101を複数個積層し、それぞれのパンケーキコイル101同士を接続することにより、図11(a)に示す強力な磁力を発する超電導コイル100を形成することができる。
以上に説明したように、図1〜図7に示す接続構造A〜Gのいずれかを備えた酸化物超電導線材は、様々な超電導機器に使用可能である。
ここで、超電導機器は、前記酸化物超電導線材とそれらを接続する構造を有するものであれば特に限定されず、例えば、超電導ケーブル、超電導モーター、超電導限流器、超電導コイル、超電導変圧器、超電導電力貯蔵装置などを例示できる。
以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
ハステロイ(商品名ハステロイC−276、米国ヘインズ社製)からなる幅10mm、厚さ100μmのテープ状の基材を複数用意し、表面を研磨した。
次に、以下の形成条件により、複数の基材の一面上に、拡散防止層、ベッド層、配向層およびキャップ層をこの順に積層した。各成膜の際には、成膜装置の内部にテープ状の基材を搬送する送り出しリールと巻き取りリールを設け、基材を所定の速度で移動させつつ基材上に順次成膜する処理を行った。
まず、イオンビームスパッタ法により、テープ状の基材の上にAl2O3からなる膜厚100nmの拡散防止層を形成し、次に、イオンビームスパッタ法により、拡散防止層の上にY2O3からなる膜厚20nmのベッド層を形成した。次に、IBAD法により、ベッド層の上にMgOからなる膜厚10nmの配向層を形成した。
ハステロイ(商品名ハステロイC−276、米国ヘインズ社製)からなる幅10mm、厚さ100μmのテープ状の基材を複数用意し、表面を研磨した。
次に、以下の形成条件により、複数の基材の一面上に、拡散防止層、ベッド層、配向層およびキャップ層をこの順に積層した。各成膜の際には、成膜装置の内部にテープ状の基材を搬送する送り出しリールと巻き取りリールを設け、基材を所定の速度で移動させつつ基材上に順次成膜する処理を行った。
まず、イオンビームスパッタ法により、テープ状の基材の上にAl2O3からなる膜厚100nmの拡散防止層を形成し、次に、イオンビームスパッタ法により、拡散防止層の上にY2O3からなる膜厚20nmのベッド層を形成した。次に、IBAD法により、ベッド層の上にMgOからなる膜厚10nmの配向層を形成した。
配向層を形成後、PLD法によりCeO2からなる膜厚400nmのキャップ層を形成し、GdBa2Cu3O7−xなる組成の酸化物超電導層(厚さ2μm)を形成し、更に厚さ2μmのAgの保護層をスパッタ法により成膜し、積層体を得た。この積層体を500℃で10時間酸素雰囲気中において酸素アニール処理し、酸化物超電導積層体を得た。
次に、幅10mm、厚さ0.1mmのCuからなる金属テープであって、片面に厚さ2μmのSnメッキを施した金属テープを保護層上に接合し、保護層をSnの導電性接合材を介し金属安定化層で覆った構造の酸化物超電導線材を得た。
上述の工程で得た酸化物超電導導体を2本用意し、各超電導線材の端部を各端部の長さ方向に対し斜め方向にレーザー装置で切断し、各超電導線材の端部に傾斜継手部を形成した。1本の酸化物超電導線材の端部の傾斜継手部の傾斜端面と他の1本の酸化物超電導線材端部の傾斜継手部の傾斜端面は互い違いの方向に形成し、両者を図3に示す接続構造体のように接合できる形状とした。
次に、幅10mm、厚さ0.1mmのCuからなる金属テープであって、片面に厚さ2μmのSnメッキを施した金属テープを保護層上に接合し、保護層をSnの導電性接合材を介し金属安定化層で覆った構造の酸化物超電導線材を得た。
上述の工程で得た酸化物超電導導体を2本用意し、各超電導線材の端部を各端部の長さ方向に対し斜め方向にレーザー装置で切断し、各超電導線材の端部に傾斜継手部を形成した。1本の酸化物超電導線材の端部の傾斜継手部の傾斜端面と他の1本の酸化物超電導線材端部の傾斜継手部の傾斜端面は互い違いの方向に形成し、両者を図3に示す接続構造体のように接合できる形状とした。
また、レーザー装置で酸化物超電導線材の端部を切断する際、切断角度を変えることにより、図3に示す突き合わせ長さを0mm、10mm、50mm、100mm、300mmに変更して試料を作製した。なお、突き合わせ長さ0mmの場合が図1の構造に相当する。よって、表において突き合わせ長さL=10mmの場合、接続面の長さは21/2×10mmとなる。
切断後の酸化物超電導線材どうしをSn:Pb=60:40の割合のSn合金半田を用いて突き合わせ接合し、接続構造体試料とした。
切断後の酸化物超電導線材どうしをSn:Pb=60:40の割合のSn合金半田を用いて突き合わせ接合し、接続構造体試料とした。
各接続構造体を有する酸化物超電導線材を液体窒素で77Kに冷却し、酸化物超電導線材に通電した場合の接続抵抗値を測定した。その結果を図12に示す。
図12に示す測定結果から、接続抵抗は大凡接続長Lの値に反比例することが分かり、接続長Lを調整することで任意の抵抗値を得られることが分かる。
接続面積は大きい方が接続抵抗が小さくなるため、接続面積は大きい方が望ましい。接続長Lを過度に大きくすることなく接触面積を可能な限り大きくできる構造として、図5〜図7に示す構造を適用することが好ましい。
前記試料とは別に、上述の酸化物超電導線材を用いて同等のSn半田を用い、接続長L=25mmの接続構造体試料を作製し、その破断強度を測定したところ、20kgfを超える値を示したので、接続構造体として十分な破断強度を示した。なお、この程度の破断強度を有するのであれば超電導ケーブルの接続や小型の超電導マグネット用の超電導線材の接続に適用できる。
接続面積は大きい方が接続抵抗が小さくなるため、接続面積は大きい方が望ましい。接続長Lを過度に大きくすることなく接触面積を可能な限り大きくできる構造として、図5〜図7に示す構造を適用することが好ましい。
前記試料とは別に、上述の酸化物超電導線材を用いて同等のSn半田を用い、接続長L=25mmの接続構造体試料を作製し、その破断強度を測定したところ、20kgfを超える値を示したので、接続構造体として十分な破断強度を示した。なお、この程度の破断強度を有するのであれば超電導ケーブルの接続や小型の超電導マグネット用の超電導線材の接続に適用できる。
A、B、C、D、E、F、G…接続構造体、1、3、4、6,8、16、18…酸化物超電導線材、1a、3a…端面、4A、6A…傾斜継手部、4a、6a…傾斜端面、2、5、7、9、17、19…導電性接合材、8A、16A、18A…鍵型継手部、10…基材、11…中間層、12…酸化物超電導層、13…保護層、14、14A、14C、14D…金属安定化層、15…超電導積層体、80…超電導ケーブル(超電導機器)、99…超電導限流器(超電導機器)、130…超電導モーター(超電導機器)、100…超電導コイル(超電導機器)。
Claims (5)
- テープ状の基材と、該基材の上方に形成された中間層、酸化物超電導層、保護層、金属安定化層を有してなる超電導線材どうしの接続構造であり、前記超電導線材の接続するべき端部どうしについて、それら接続端部の端面どうしが導電性接合材を介し突き合わせ接合されたことを特徴とする酸化物超電導線材の接続構造体。
- 前記超電導線材の接続端部の端面が該超電導線材の長さ方向に直交する端面からなることを特徴とする請求項1に記載の酸化物超電導線材の接続構造体。
- 前記超電導線材の接続端部に該接続端部の幅をその基端側から先端側にかけて徐々に少なくする傾斜継手部が形成され、一方の超電導線材の傾斜継手部の傾斜端面と他方の超電導線材の傾斜継手部の傾斜端面どうしが導電性接合材を介し突き合わせ接合されたことを特徴とする請求項1に記載の酸化物超電導線材の接続構造体。
- 前記超電導線材の接続端部に該接続端部の幅を該接続端部の長さ方向に部分的に少なくする部分を設けた鍵型継手部が形成され、一方の超電導線材の鍵型継手部の側面と他方の超電導線材の鍵型継手部の側面どうしが導電性接合材を介し突き合わせ接合されたことを特徴とする請求項1に記載の酸化物超電導線材の接続構造体。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載された酸化物超電導線材の接続構造体を備えた超電導機器。
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JP2013022406A JP2014154320A (ja) | 2013-02-07 | 2013-02-07 | 酸化物超電導線材の接続構造体及び超電導機器 |
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2013
- 2013-02-07 JP JP2013022406A patent/JP2014154320A/ja active Pending
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