JP2012195469A - 超電導コイルおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】巻線部内の接続部での薄膜状超電導線材からなる超電導導体同士の半田での接続が確実に行なわれるようにする。
【解決手段】超電導導体が巻回された巻線部を備えるとともに巻線部内に超電導導体同士の接続部を設けてなる超電導コイルにおいて、接続部にて接続される第１および第２の超電導導体は、一面側が超電導層側，他面側が基板側とされる多層構造の薄膜状超電導線材からなり、第２の超電導導体の端末部は幅が端末に近づくほど狭くなるように形成され、第１の超電導導体の端末部の外周側に位置する超電導層側と第２の超電導導体の端末部の内周側に位置する超電導層側とが重ね合わせて半田で接合されてなる構成とする。
【選択図】 図１
【解決手段】超電導導体が巻回された巻線部を備えるとともに巻線部内に超電導導体同士の接続部を設けてなる超電導コイルにおいて、接続部にて接続される第１および第２の超電導導体は、一面側が超電導層側，他面側が基板側とされる多層構造の薄膜状超電導線材からなり、第２の超電導導体の端末部は幅が端末に近づくほど狭くなるように形成され、第１の超電導導体の端末部の外周側に位置する超電導層側と第２の超電導導体の端末部の内周側に位置する超電導層側とが重ね合わせて半田で接合されてなる構成とする。
【選択図】 図１
Description
本発明は、超電導変圧器や超電導回転機などの超電導機器に適用されるものであって、超電導導体が巻回された巻線部を備えるとともに巻線部内に超電導導体同士の接続部を設けた超電導コイルおよびその製造方法に関する。
（イ）変圧器やモータなどに超電導技術を適用することにより、小型軽量化、高効率化などを図ることができるメリットがあり、さまざまな研究，開発が盛んに行われている。従来は超電導機器を構成する上で液体ヘリウムを用いることが必須条件であったが、高温超電導体の発見により液体窒素温度近傍（７７Ｋ）で超電導機器を構成することができるようになり、これによって冷却負荷の軽減や絶縁強度向上などが可能になり、超電導機器の優位性が従来よりも大きくなった。
（ロ）高温超電導体を用いた超電導線材としては、ビスマス系（Ｂｉ系）の超電導線材が製造できるようになっている。このビスマス系（Ｂｉ系）の超電導線材は、ビスマスを主体とする複合酸化物超電導材料（粉末）を銀パイプ（シース）に充填し、伸線、圧延、熱処理を繰り返しテープ状または丸線状に成形した超電導線材（シース線材）である。
（ハ）さらに磁界特性や臨界電流特性の優れた薄膜状超電導線材の開発が盛んに進められている。この薄膜状超電導線材の材料組成は希土類元素を含む複数の元素からなり、線材としての全体構造は、基板、中間層、超電導層および安定化金属層からなる多層構造となっている。この薄膜状超電導線材について、具体的には、例えば非特許文献１に、イットリウム系酸化物超電導線材として、金属テープ基板（ハステロイ，ステンレス等のテープ状金属基板）の片面にＩＢＡＤ法で蒸着した中間層（ＹＳＺ等），ＰＬＤ法で蒸着したキャップ層（ＣｅＯ2）を介して酸化物超電導体層を成膜し、さらに超電導体の安定化金属層として酸化物超電導体層の表面に銀などの良導電性薄膜を積層した構造の線材が示されている。
（ニ）しかしながら、薄膜状超電導線材の開発は進んでいるものの、長手方向の臨界電流を均一に保ちながら長い線材を提供することには製造上の困難性を伴っており、１００ｍ級の線材を接続して超電導機器に適用することが多い。また、超電導機器によって必要とする線材の長さは異なるため、上記の特性上の理由に関わらず超電導線材の接続が必要になる。
（ホ）薄膜状超電導線材の接続方法としては、例えば次のような方法が提案されている。
（ａ）まず、２価の金属とＩｎとからなる合金を用いた高温超電導線材の接合方法が特許文献１に示されている。特許文献１に記載の方法は、接続抵抗が小さく、かつ、接合工程がより簡単になるようにすることを目的としたものである。
（ａ）まず、２価の金属とＩｎとからなる合金を用いた高温超電導線材の接合方法が特許文献１に示されている。特許文献１に記載の方法は、接続抵抗が小さく、かつ、接合工程がより簡単になるようにすることを目的としたものである。
（ｂ）また、銀を添加した超電導層を形成し、その上に安定化銀層を形成させてなる薄膜状超電導線材を、安定化銀層を対向させて配置して半田を介して接続する方法が特許文献２に示されている。特許文献２に記載の方法は、接続作業の簡略化、安定性の向上、接続部の強度向上を目的としたものである。
（ｃ）また、超電導層の結晶方位を一致させるように位置を調整させ、超電導体を接合部に用いた接続方法が特許文献３に示されている。そして、このような接合部に超電導体を配置する方法は特許文献４にも示されている。特許文献３および４に記載の方法は、超電導体で接続することにより接続抵抗を小さくすることを目的としたものである。
須藤 泰範、他４名、"イットリウム系酸化物超電導線材"、フジクラ技報、第１０７号、２００４年１０月発行、ｐ６８−７２、［0nline］、［平成２０年９月３０日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：HYPERLINK "http://www.fujikura.co.jp/00/gihou/gihou107/107#15.html"http://www.fujikura.co.jp/00/gihou/gihou107/107#15.html＞
（イ）ところで、超電導線材の接続処理は、超電導線材の出荷前に行なうものと超電導線材の出荷後に行うものとに大別することができる。超電導線材の出荷前における接続処理であれば、超電導線製造装置やその他の成膜装置などを用いた方法が適用可能であり、特許文献３及び４などに示されている方法を採用することができる。
（ロ）一方、超電導線材の出荷後における超電導機器の巻線段階での接続処理の場合には、巻線途中で行なう都合上、超電導線製造装置のような大型の装置を配置して接続処理を行なうことは極めて困難であるので、実質的にこのような接続方法は採用できないことになる。従って、巻線途中で超電導線材同士を接続しようとした場合には、特許文献１または２に記載されているように、例えば半田合金などの比較的低温の加熱で溶融できる金属を用いて行うことになる。
（ハ）ここで問題となるのは、薄膜状超電導線材の機械的強度、すなわち曲げ強さである。上述のように、薄膜状超電導線材は基板を有し、その機械的強度としては基板の機械的強度が支配的である。基板の組成には数種類あるが、概ねステンレスに近い機械的強度を有するものであり、通常の導体である銅線に比べ硬く、曲げにくい性質を持っている。
（ニ）従って、超電導機器に用いられる、薄膜状超電導線材が巻回された巻線部を備えるとともに上記巻線部内に上記薄膜状超電導線材同士の接続部を設けてなる超電導コイルの製造工程において、薄膜状超電導線材に曲率を持たせて巻回している巻線途中において、例えば半田合金などの比較的低温の加熱で溶融できる金属を用いて薄膜状超電導線材同士を接合すると、接合部分（接続部）における薄膜状超電導線材は上記の曲率を持った曲線形状から元の直線的な形状に戻り易く、特に基板の元に戻ろうとする力が大きいことから、薄膜状超電導線材における基板上に形成された中間層と，中間層上に形成された超電導層との弱い結合部分での剥離が発生し易い、という問題が有った。
（ホ）図６は、従来の超電導コイルの巻線部内での超電導導体同士の接続部および接続方法の構成例を示す図であって、超電導コイルの製造工程において薄膜状超電導線材からなる超電導導体に曲率を持たせて巻回している巻線途中において半田を用いて超電導導体６ａ，６ｂ同士を接合する接続部を示すものである。図６（ａ）は一方の超電導導体６ｂの断面構造を模式的に示す図であり、図６（ｂ）は超電導導体６ａと６ｂとの接続状態における断面構造を模式的に示す図であり、図６（ｃ）は図６（ｂ）におけるＡ０方向の矢視図である。
（ヘ）図６（ｂ）は、円筒状の巻枠１０に薄膜状超電導線材からなる超電導導体が巻回された巻線部を備えてなる超電導コイルの製造工程において、所定の曲率を持った巻枠１０に超電導導体６ａを巻回した後、超電導導体６ａの巻き終わり側の端末部に超電導導体６ｂの巻き始め側の端末部を半田５での接合によって接続した状態を示している。図６（ｂ）に示すように、超電導導体材６ａと６ｂとの接続部では、超電導導体６ａの巻き終わり側の端末部の外周側に位置する安定化金属層４と超電導導体６ｂの巻き始め側の端末部の内周側に位置する安定化金属層４とを対向させ、半田５により接合している。ここで、図６における超電導導体６ａ，６ｂとしては、いずれも、後述する図２の薄膜状超電導線材を用いている。
（ト）図６の接続方式では、その接合処理が加熱を伴う半田接合であることにより、図６（ｂ）に示す超電導導体６ａと６ｂとの接続状態において、超電導導体６ｂの巻き始め側の端末部の先端部分では、特に外周側に位置する，半田接合での加熱を受けた後の基板１がその元の形状に戻ろうとする機械的特性により白抜き矢印Ｆ０の方向（外周側に向う方向）に移動しようとする。一方、半田接合部は、白抜き矢印Ｆ０とは反対の方向（内周側に向かう方向）に超電導導体６ｂの安定化金属層４を引っ張るように作用する。このため、図６の接続方法では、超電導導体６ｂの巻き始め側の端末部の先端部分における基板１の元に戻ろうとする力（外周側に向う力）により、超電導導体６ｂにおける基板１上に形成された中間層２と，中間層２上に形成された超電導層３との弱い結合部分で剥離が発生することが問題となる。
（チ）また、超電導線材の出荷後における超電導機器の巻線段階での接続を、半田接合以外の例えば超音波接合や溶接などの加熱を伴う接合処理で行なう場合にも、半田接合の場合と同様な問題がある。
（リ）このため、本発明は、上記のような問題点を解決し、巻線部内の接続部での薄膜状超電導線材からなる超電導導体同士の加熱を伴う接合処理での接続が確実に行なわれるようにした超電導コイルおよびその製造方法を提供することを目的とする。
（リ）このため、本発明は、上記のような問題点を解決し、巻線部内の接続部での薄膜状超電導線材からなる超電導導体同士の加熱を伴う接合処理での接続が確実に行なわれるようにした超電導コイルおよびその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明によれば、超電導コイルとして、超電導導体が巻回された巻線部を備えるとともに前記巻線部内に前記超電導導体同士の接続部を設けてなる超電導コイルにおいて、前記接続部にて接続される第１および第２の超電導導体は、一面側が超電導層側，他面側が基板側とされる多層構造の薄膜状超電導線材からなり、前記第２の超電導導体の端末部は幅が端末に近づくほど狭くなるように形成され、前記第１の超電導導体の端末部の外周側に位置する超電導層側と前記第２の超電導導体の端末部の内周側に位置する超電導層側とが重ね合わせて加熱を伴う接合処理で接合されてなる構成とする（請求項１の発明）。
上記請求項１の発明によれば、一面側が超電導層側，他面側が基板側とされる多層構造の薄膜状超電導線材からなる第１および第２の超電導導体のうち、第２の超電導導体の端末部は幅が端末に近づくほど狭くなるように形成されていることにより、巻線部内の接続部における第２の超電導導体の基板の占める割合が端末に近づくほど低減し、これとともに機械的強度（曲げ強さ）も低減しているので、第２の超電導導体の端末部の先端部分における例えば半田接合などの接合処理での加熱を受けた基板の元に戻ろうとする力（外周側に向う力）が低減されており、第２の超電導導体における基板側と超電導層側との剥離を防止することができる。
これにより、上記請求項１の発明では、巻線部内の接続部における薄膜状超電導線材からなる超電導導体同士の加熱を伴う接合処理での接続が確実に行なわれるようにすることができ、信頼性の高い超電導コイルを実現することができるようになる。
さらに、第２の超電導線導体の端末部の幅が端末に近づくほど狭くなるようにするための具体的構成として、請求項１に記載の超電導コイルにおいて、前記第２の超電導導体の端末部は幅方向の一方側から他方側に向かって傾斜する端面を有するように形成されてなる構成とすることができる（請求項２の発明）。
また、本発明によれば、超電導コイルとして、超電導導体が巻回された巻線部を備えるとともに前記巻線部内に前記超電導導体同士の接続部を設けてなる超電導コイルにおいて、前記接続部にて接続される第１および第２の超電導導体は、一面側が超電導層側，他面側が基板側とされる多層構造の薄膜状超電導線材からなるとともに、前記薄膜状超電導線材からなる超電導接続片を介して前記第１の超電導導体と前記第２の超電導導体とが接続されてなり、前記超電導接続片の両側の端末部はそれぞれ幅が端末に近づくほど狭くなるように形成され、前記第１および第２の超電導導体の各端末部の外周側に位置する超電導層側と前記超電導接続片の各端末部の内周側に位置する超電導層側とがそれぞれ重ね合わせて加熱を伴う接合処理で接合されてなる構成としてもよい（請求項３の発明）。
上記請求項３の発明によれば、一面側が超電導層側，他面側が基板側とされる多層構造の薄膜状超電導線材からなる超電導接続片の両側の端末部はそれぞれ幅が端末に近づくほど狭くなるように形成されていることにより、接続部における超電導接続片の基板の占める割合が端末に近づくほど低減し、これとともに機械的強度（曲げ強さ）も低減しているので、超電導接続片の両側の端末部の先端部分における例えば半田接合などの接合処理での加熱を受けた基板の元に戻ろうとする力（外周側に向う力）が低減されており、超電導接続片における基板側と超電導層側との剥離を防止することができる。
これにより、上記請求項３の発明では、巻線部内の接続部における薄膜状超電導線材からなる超電導導体同士の加熱を伴う接合処理での接続が確実に行なわれるようにすることができ、信頼性の高い超電導コイルを実現することができるようになる。
また、さらに、上記請求項３の発明では、第１および第２の超電導導体の各端末部の外周側に位置する超電導層側と、超電導接続片の内周側に位置する超電導層側とが重ね合わせて例えば半田接合などの接合処理で接合されるようにしていることにより、接続部を挟んで連続して巻回される第１および第２の超電導導体を構成する多層構造の薄膜状超電導線材の積層順序を同じにすることができるので、第１および第２の超電導導体での超電導層の曲率を同じにすることができ、これにより、第１の超電導導体と第２の超電導導体とで臨界電流特性が変わることを防ぐことができる。
さらに、超電導線接続片の両側の端末部の幅がそれぞれ端末に近づくほど狭くなるようにするための具体的構成として、請求項３に記載の超電導コイルにおいて、前記超電導接続片の両側の端末部はそれぞれ幅方向の一方側から他方側に向かって傾斜する端面を有するように形成されてなる構成とすることができる（請求項４の発明）。
また、上記請求項１ないし４に記載の超電導コイルにおいて、前記接合処理は半田での接合処理である構成とすることができる（請求項５の発明）。
また、さらに、薄膜状超電導線材の具体的構成として、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の超電導コイルにおいて、前記薄膜状超電導線材は、金属からなるテープ状の基板，中間層，超電導層，良導電性金属からなる安定化金属層が積層されているとともに、安定化金属層を介して超電導層が位置する側を前記超電導層側としている構成とすることができる（請求項６の発明）。
また、さらに、薄膜状超電導線材の具体的構成として、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の超電導コイルにおいて、前記薄膜状超電導線材は、金属からなるテープ状の基板，中間層，超電導層，良導電性金属からなる安定化金属層が積層されているとともに、安定化金属層を介して超電導層が位置する側を前記超電導層側としている構成とすることができる（請求項６の発明）。
また、さらに、薄膜状超電導線材の基板の具体的構成として、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の超電導コイルにおいて、前記薄膜状超電導線材の基板は、ハステロイまたはステンレスからなるテープ状の基板である構成とすることができる（請求項７の発明）。
また、さらに、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の超電導コイルにおいて、前記接続部が電気絶縁部材で覆われてなる構成とすることができる（請求項８の発明）。
上記請求項８の発明によれば、接続部を電気絶縁部材で覆うことにより、半田が巻線途中で露出することを防止でき、超電導コイルの巻線部に要求される電気絶縁性能を確保することができる。
上記請求項８の発明によれば、接続部を電気絶縁部材で覆うことにより、半田が巻線途中で露出することを防止でき、超電導コイルの巻線部に要求される電気絶縁性能を確保することができる。
次に、本発明によれば、超電導コイルの製造方法として、超電導導体が巻回された巻線部を備えるとともに前記巻線部内に前記超電導導体同士の接続部を設けてなる超電導コイルの製造方法であって、前記接続部にて接続される第１および第２の超電導導体がこの順に巻回されるものにおいて、前記第１および第２の超電導導体は、一面側が超電導層側，他面側が基板側とされる多層構造の薄膜状超電導線材からなるものとし、前記第２の超電導導体の端末部を幅が端末に近づくほど狭くなるように加工しておき、その後、前記第１の超電導導体の端末部の外周側に位置する超電導層側と前記第２の超電導導体の端末部の内周側に位置する超電導層側とを重ね合わせて加熱を伴う接合処理で接合する構成とする（請求項９の発明）。
上記請求項９の発明によれば、一面側が超電導層側，他面側が基板側とされる多層構造の薄膜状超電導線材からなる第１および第２の超電導導体のうち、第１の超電導導体に続けて巻回される第２の超電導線導体の端末部を幅が端末に近づくほど狭くなるように加工しておくことにより、巻線部内の接続部における第２の超電導導体の基板の占める割合が端末に近づくほど低減し、これとともに機械的強度（曲げ強さ）も低減するので、第２の超電導導体の端末部の先端部分における例えば半田接合などの接合処理での加熱を受けた基板の元に戻ろうとする力（外周側に向う力）を低減することができ、これにより、第２の超電導導体における基板側と超電導層側との剥離を防止することができる。
したがって、上記請求項９の発明では、巻線部内の接続部における薄膜状超電導線材からなる超電導導体同士の加熱を伴う接合処理での接続が確実に行なわれるようにすることができ、信頼性の高い超電導コイルを製造することができるようになる。
さらに、第２の超電導線導体の端末部の幅が端末に近づくほど狭くなるようにするための具体的構成として、請求項９に記載の超電導コイルの製造方法において、前記第２の超電導導体の端末部を幅方向の一方側から他方側に向かって傾斜する端面を有するように裁断加工しておく構成とすることができる（請求項１０の発明）。
さらに、接合処理の前に行なう加工処理の構成として、請求項９または１０に記載の超電導コイルの製造方法において、前記第１の超電導導体の端末部と前記第２の超電導導体の端末部との接合を行なう前に、前記第２の超電導導体を前記接続部の半径方向位置に対応する曲率に合わせて曲げておく構成とするとよい（請求項１１の発明）。
第１の超電導導体と第２の超電導導体との接合処理の後に第２の超電導導体を接続部の半径方向位置に対応する曲率に合わせて曲げる加工を施す場合、この曲げの力によって、第２の超電導導体の端末部の先端部分では、第２の超電導導体の外周側に位置する基板に対して外周側に向う方向の力が作用するため、これが、第２の超電導導体における基板側と（第１の超電導導体と例えば半田接合などで接合されている）超電導層側との間で剥離を生じる要因となる。この点に関し、上記請求項１１の発明によれば、第１の超電導導体と第２の超電導導体との接合処理の前に、第２の超電導導体を接続部の半径方向位置に対応する曲率に合わせて予め曲げておくことにより、接合処理の後では第２の超電導導体に対する曲げ加工が不要となるので、接合処理の後に第２の超電導導体を曲げる場合におけるような剥離の発生を防ぐことができる。
また、本発明によれば、超電導コイルの製造方法として、超電導導体が巻回された巻線部を備えるとともに前記巻線部内に前記超電導導体同士の接続部を設けてなる超電導コイルの製造方法であって、前記接続部にて接続される第１および第２の超電導導体がこの順に巻回されるものにおいて、前記第１および第２の超電導導体は、一面側が超電導層側，他面側が基板側とされる多層構造の薄膜状超電導線材からなるとともに、前記薄膜状超電導線材からなる超電導接続片を介して前記第１の超電導導体と前記第２の超電導導体とを接続してなるものとし、前記超電導接続片の両側の端末部をそれぞれ幅が端末に近づくほど狭くなるように加工しておき、その後、前記第１および第２の超電導導体の各端末部の外周側に位置する超電導層側と前記超電導接続片の各端末部の内周側に位置する超電導層側とをそれぞれ重ね合わせて加熱を伴う接合処理で接合する構成としてもよい（請求項１２の発明）。
上記請求項１２の発明によれば、一面側が超電導層側，他面側が基板側とされる多層構造の薄膜状超電導線材からなる超電導接続片の両側の端末部をそれぞれ幅が端末に近づくほど狭くなるように加工しておくことにより、接続部における超電導接続片の基板の占める割合が端末に近づくほど低減し、これとともに機械的強度（曲げ強さ）も低減するので、超電導接続片の両側の端末部の先端部分における例えば半田接合などの接合処理での加熱を受けた基板の元に戻ろうとする力（外周側に向う力）を低減することができ、これにより、超電導接続片における基板側と超電導層側との剥離を防止することができる。
したがって、上記請求項１２の発明では、巻線部内の接続部における薄膜状超電導線材からなる超電導導体同士の加熱を伴う接合処理での接続が確実に行なわれるようにすることができ、信頼性の高い超電導コイルを製造することができるようになる。
また、さらに、上記請求項１２の発明では、第１および第２の超電導導体の各端末部の外周側に位置する超電導層側と、超電導接続片の内周側に位置する超電導層側とを重ね合わせて例えば半田接合などの接合処理で接合するようにしていることにより、接続部を挟んで連続して巻回される第１および第２の超電導導体を構成する多層構造の薄膜状超電導線材の積層順序を同じにすることができるので、第１および第２の超電導導体での超電導層の曲率を同じにすることができ、これにより、第１の超電導導体と第２の超電導導体とで臨界電流特性が変わることを防ぐことができる。
さらに、超電導線接続片の両側の端末部の幅がそれぞれ端末に近づくほど狭くなるようにするための具体的構成として、請求項１２に記載の超電導コイルの製造方法において、前記超電導接続片の両側の端末部をそれぞれ幅方向の一方側から他方側に向かって傾斜する端面を有するように裁断加工しておく構成とすることができる（請求項１３の発明）。
さらに、接合処理の前に行なう加工処理の構成として、請求項１２または１３に記載の超電導コイルの製造方法において、前記第１および第２の超電導導体の各端末部と前記超電導接続片の各端末部との接合を行なう前に、前記超電導接続片を前記接続部の半径方向位置に対応する曲率に合わせて曲げておく構成とするとよい（請求項１４の発明）。
第１および第２の超電導導体と超電導接続片との接合処理の後に超電導接続片を接続部の半径方向位置に対応する曲率に合わせて曲げる加工を施す場合、この曲げの力によって、超電導接続片の両側の端末部の先端部分では、超電導接続片の外周側に位置する基板に対して外周側に向う方向の力が作用するため、これが、超電導接続片における基板側と（第１または第２の超電導導体と例えば半田接合などで接合されている）超電導層側との間で剥離を生じる要因となる。この点に関し、上記請求項１４の発明によれば、第１および第２の超電導導体と超電導接続片との接合処理の前に、超電導接続片を接続部の半径方向位置に対応する曲率に合わせて予め曲げておくことにより、接合処理の後では超電導接続片に対する曲げ加工が不要となるので、接合処理の後に超電導接続片を曲げる場合におけるような剥離の発生を防ぐことができる。
また、請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の超電導コイルの製造方法において、前記接合処理は半田での接合処理である構成とすることができる（請求項１５の発明）。
また、さらに、薄膜状超電導線材の基板の具体的構成として、請求項９ないし１５のいずれか１項に記載の超電導コイルの製造方法において、前記薄膜状超電導線材は、金属からなるテープ状の基板，中間層，超電導層，良導電性金属からなる安定化金属層が積層されているとともに、安定化金属層を介して超電導層が位置する側を前記超電導層側としている構成とすることができる（請求項１６の発明）。
また、さらに、薄膜状超電導線材の基板の具体的構成として、請求項９ないし１５のいずれか１項に記載の超電導コイルの製造方法において、前記薄膜状超電導線材は、金属からなるテープ状の基板，中間層，超電導層，良導電性金属からなる安定化金属層が積層されているとともに、安定化金属層を介して超電導層が位置する側を前記超電導層側としている構成とすることができる（請求項１６の発明）。
また、さらに、薄膜状超電導線材の基板の具体的構成として、請求項９ないし１６のいずれか１項に記載の超電導コイルの製造方法において、前記薄膜状超電導線材の基板は、ハステロイまたはステンレスからなるテープ状の基板である構成とすることができる（請求項１７の発明）。
また、さらに、請求項９ないし１７のいずれか１項に記載の超電導コイルの製造方法において、前記接続部を電気絶縁部材で覆うようにしてなる構成とすることができる（請求項１８の発明）。
上記請求項１８の発明によれば、接続部を電気絶縁部材で覆うことにより、半田が巻線途中で露出することを防止でき、超電導コイルの巻線部に要求される電気絶縁性能を確保することができる。
本発明によれば、超電導コイルの巻線部内の接続部での薄膜状超電導線材からなる超電導導体同士の例えば半田接合などの接合処理での接続が確実に行なわれるようにすることができる。
以下、本発明の実施形態を図１〜図５に示す実施例に基づいて説明する。同一の構成要素については、同一の符号を付け、重複する説明は省略する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。
［本発明の実施形態］
（薄膜状超電導線材の構成）
（イ）図２に本発明で用いる薄膜状超電導線材の構造例を模式的に示す。図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれ薄膜状超電導線材の模式断面図および斜視図である。図２の薄膜状超電導線材は、金属からなるテープ状の基板１，中間層２，超電導層３，良導電性金属からなる安定化金属層４が積層された積層構造となっており、この積層構造は、例えば上述の非特許文献１に示されている薄膜状超電導線材に対応している。なお、以下では、安定化金属層４を介して超電導層３が位置する側を「超電導層側」とも称する。また、図２は薄膜状超電導線材の積層構造を模式的に示すものであって、各層の厚さの割合として実際には基板１が大半を占める。この点は後述の図１、図３、図４においても同様である。
（薄膜状超電導線材の構成）
（イ）図２に本発明で用いる薄膜状超電導線材の構造例を模式的に示す。図２（ａ）および図２（ｂ）は、それぞれ薄膜状超電導線材の模式断面図および斜視図である。図２の薄膜状超電導線材は、金属からなるテープ状の基板１，中間層２，超電導層３，良導電性金属からなる安定化金属層４が積層された積層構造となっており、この積層構造は、例えば上述の非特許文献１に示されている薄膜状超電導線材に対応している。なお、以下では、安定化金属層４を介して超電導層３が位置する側を「超電導層側」とも称する。また、図２は薄膜状超電導線材の積層構造を模式的に示すものであって、各層の厚さの割合として実際には基板１が大半を占める。この点は後述の図１、図３、図４においても同様である。
（ロ）中間層２は複数層で構成されるものもあるが、本発明は中間層２の組成や層構造には直接的に関係しないため、これを包括して１つの層として図示している。中間層２と超電導体層３との結合は分子間吸引力を主体としているため、この部分で剥離しやすい。
（ハ）図２の薄膜状超電導線材において、基板１としては通常ハステロイ，ステンレス等の比較的電気抵抗の高い金属材料が用いられる。このため、基板１側で電気的に接続することは効率的ではなく、安定化金属層４側で接続することが好適である。
（ニ）本発明で用いる薄膜状超電導線材としては、図２の構成例に限定されるものではなく、一面側が超電導体層側，他面側が基板側とされる多層構造の薄膜状超電導線材であって、超電導層側の面に半田での接続が可能な金属層を備えているものであれば、適用可能である。
（ホ）また、超電導導線材には、図２に示すような薄膜状超電導線材の両面に例えば銅線などの金属線を貼り付けて付加した構成の超電導線材もあるが、このような超電導線材を用いた超電導コイルにも本発明を適用することができる。
（超電導コイルの巻線部内での超電導導体同士の接続部および接続方法の構成例）
本発明による超電導コイルおよびその製造方法に適用される、巻線部内での超電導導体同士の接続部および接続方法の構成例について以下に説明する。
（ニ）本発明で用いる薄膜状超電導線材としては、図２の構成例に限定されるものではなく、一面側が超電導体層側，他面側が基板側とされる多層構造の薄膜状超電導線材であって、超電導層側の面に半田での接続が可能な金属層を備えているものであれば、適用可能である。
（ホ）また、超電導導線材には、図２に示すような薄膜状超電導線材の両面に例えば銅線などの金属線を貼り付けて付加した構成の超電導線材もあるが、このような超電導線材を用いた超電導コイルにも本発明を適用することができる。
（超電導コイルの巻線部内での超電導導体同士の接続部および接続方法の構成例）
本発明による超電導コイルおよびその製造方法に適用される、巻線部内での超電導導体同士の接続部および接続方法の構成例について以下に説明する。
（イ）図１に、本発明の実施例１による超電導コイルの巻線部内での超電導導体同士の接続部および接続方法の構成例を示す。図１（ａ）および図１（ｂ）は、それぞれ、一方の超電導導体６ｂＡの曲げ加工前および曲げ加工後の断面構造を模式的に示す図である。また、図１（ｃ）は超電導導体６ａと６ｂＡとの接続状態における断面構造を模式的に示す図であり、図１（ｄ）は図１（ｃ）におけるＡ１方向の矢視図である。
（ロ）図１（ｃ）は、円筒状の巻枠１０に薄膜状超電導線材からなる超電導導体が巻回された巻線部を備えてなる超電導コイルの製造工程において、所定の曲率を持った巻枠１０に超電導導体６ａを巻回した後、超電導導体６ａの巻き終わり側の端末部に超電導導体６ｂＡの巻き始め側の端末部を半田５での接合によって接続した状態を示している。図１（ｃ）に示すように、超電導導体６ａと６ｂＡとの接続部では、超電導導体６ａの巻き終わり側の端末部の外周側に位置する安定化金属層４と超電導導体６ｂＡの巻き始め側の端末部の内周側に位置する安定化金属層４とを対向させ、半田５により接合している。ここで、図１における超電導導体６ａ，６ｂＡとしては、いずれも、図２の薄膜状超電導線材を用いている。また、半田５の材料としては、例えばＰｂＳｎ系の銀入り半田であれば一般的なものが使用可能である。
（ロ）図１（ｃ）は、円筒状の巻枠１０に薄膜状超電導線材からなる超電導導体が巻回された巻線部を備えてなる超電導コイルの製造工程において、所定の曲率を持った巻枠１０に超電導導体６ａを巻回した後、超電導導体６ａの巻き終わり側の端末部に超電導導体６ｂＡの巻き始め側の端末部を半田５での接合によって接続した状態を示している。図１（ｃ）に示すように、超電導導体６ａと６ｂＡとの接続部では、超電導導体６ａの巻き終わり側の端末部の外周側に位置する安定化金属層４と超電導導体６ｂＡの巻き始め側の端末部の内周側に位置する安定化金属層４とを対向させ、半田５により接合している。ここで、図１における超電導導体６ａ，６ｂＡとしては、いずれも、図２の薄膜状超電導線材を用いている。また、半田５の材料としては、例えばＰｂＳｎ系の銀入り半田であれば一般的なものが使用可能である。
（ハ）本発明の実施例１では、超電導導体６ａと６ｂＡとの接合処理の前に、超電導導体６ｂＡに次のような裁断加工および曲げ加工を予め施しておく。すなわち、図１（ａ）に示す積層構造の超電導導体６ｂＡの巻き始め側の端末部を、超電導導体６ｂＡの幅方向の一方側から他方側に向かって傾斜する端面を有するように裁断しておく。この裁断加工された端面の形状は図１（ｄ）に示されている。また、超電導導体６ｂＡの巻き始め側の端末部は、図１（ｂ）に示すように、超電導導体６ａとの接続部の半径方向位置に対応する曲率、すなわち巻枠１０に沿って巻回される巻線導体としての曲率に合わせて曲げておく。なお、上記の曲げ加工は、少なくとも超電導導体６ｂＡの巻き始め側の端末部における接続部に対応する領域Ｓ１に施しておくことが好ましく、さらには領域Ｓ１より反端末側の領域も曲げておくようにすることがより好ましい。
（ニ）そして、上記（ハ）項のように予め裁断加工および曲げ加工を施しておいた超電導導体６ｂＡの巻き始め側の端末部の内周側に位置する安定化金属層４を、図１（ｃ）に示すように、超電導導体６ａの巻き終わり側の端末部の外周側に位置する安定化金属層４と対向させ、半田５により接合する。
（ホ）なお、超電導導体６ａは、その巻き終わり側の端末部も含めて、超電導導体６ｂＡの巻き始め側の端末部との接合処理の前に、その半径方向位置に対応する曲率、すなわち巻枠１０に沿って巻回される巻線導体としての曲率に合わせて曲げておく。また、超電導導体６ａの巻き終わり側の端末部は、図１（ｄ）において破線で示すように、超電導導体６ａの幅方向に沿って長手方向に直交する方向に切断された状態としておく。
（ホ）なお、超電導導体６ａは、その巻き終わり側の端末部も含めて、超電導導体６ｂＡの巻き始め側の端末部との接合処理の前に、その半径方向位置に対応する曲率、すなわち巻枠１０に沿って巻回される巻線導体としての曲率に合わせて曲げておく。また、超電導導体６ａの巻き終わり側の端末部は、図１（ｄ）において破線で示すように、超電導導体６ａの幅方向に沿って長手方向に直交する方向に切断された状態としておく。
（ヘ）本発明の実施例１では、その接合処理が加熱を伴う半田接合であることにより、図１（ｃ）に示す超電導導体６ａと６ｂＡとの接続状態において、超電導導体６ｂＡの巻き始め側の端末部の先端部分では、特に外周側に位置する，半田接合での加熱を受けた後の基板１がその元の形状に戻ろうとする機械的特性により白抜き矢印Ｆ１の方向（外周側に向う方向）に移動しようとする。そして、接合部が曲率を有していることにより、基板１が元の形状に戻ろうとする力は超電導導体６ｂＡの巻き始め側の端末部における最先端に近い部分ほど大きくなる。この点に関し、本発明の実施例１では、上述のように、超電導導体６ｂＡの巻き始め側の端末部は、超電導導体６ｂＡの幅方向の一方側から他方側に向かって傾斜する端面を有するように予め裁断加工してあることにより、接続部における基板１の占める割合が端末（最先端）に近づくほど低減し、これとともに機械的強度（曲げ強さ）も低減するように構成されている。このため、本発明の実施例１では、図１（ｃ）に示すような曲率を持った巻線途中の接続部においても、超電導導体６ｂＡの巻き始め側の端末部の先端部分における基板１の元に戻ろうとする力（外周側に向う力）を低減することができるので、超電導導体６ｂＡにおける基板１上に形成された中間層２と，中間層２上に形成された超電導層３との剥離を防止することができる。
（ト）また、超電導導体６ａと超電導導体６ｂＡとの接合処理の後に超電導導体６ｂＡを接続部の半径方向位置に対応する曲率に合わせて曲げる加工を施す場合、この曲げの力によって、超電導導体６ｂＡの端末部の先端部分では、超電導導体６ｂＡの外周側に位置する基板１に対して外周側に向う方向（図１（ｃ）における白抜き矢印Ｆ１の方向）の力が作用するため、これが、超電導導体６ｂＡにおける基板１上に形成された中間層２と，中間層２上に形成された超電導層３との間で剥離を生じる要因となる。この点に関し、本発明の実施例１では、超電導導体６ａと超電導導体６ｂＡとの接合処理の前に、超電導導体６ｂＡを接続部の半径方向位置に対応する曲率に合わせて予め曲げておくことにより、接合処理の後では超電導導体６ｂＡを曲げることが不要となるので、接合処理の後に超電導導体６ｂＡを曲げる場合におけるような剥離の発生を防ぐことができる。
（チ）なお、図１（ｄ）は超電導導体６ｂＡの巻き始め側の端末部の形状の一例を示すものであるが、超電導導体６ｂＡの幅が端末に近づくほど狭くなるような形状であれば同様の機能を奏することができるため、上記端末部の形状は図１（ｄ）の形状に限定されるものではない。また、超電導導体６ｂＡの巻き始め側の端末部の先端部分における基板１の元に戻ろうとする力（外周側に向う力）が低減する効果を十分に発揮させる上では、超電導導体６ｂＡの幅寸法にも関係するが、超電導導体６ｂＡの巻き始め側の端末部における裁断部分の長手方向の長さＬ１を１０ｍｍ以上とすることが好適である。
（イ）図３に、本発明の実施例２による超電導コイルの巻線部内での超電導導体同士の接続部および接続方法の構成例を示す。図３（ａ）および図３（ｂ）は、それぞれ、超電導接続片７の曲げ加工前および曲げ加工後の断面構造を模式的に示す図である。また、図３（ａ）は超電導導体６ａと６ｂとの接続状態における断面構造を模式的に示す図であり、図３（ｄ）は図３（ｃ）におけるＡ２方向の矢視図である。
（ロ）図３（ｃ）は、円筒状の巻枠１０に薄膜状超電導線材からなる超電導導体が巻回された巻線部を備えてなる超電導コイルの製造工程において、所定の曲率を持った巻枠１０に超電導導体６ａを巻回した後、超電導導体６ａの巻き終わり側の端末部に超電導導体６ｂの巻き始め側の端末部を，超電導接続片７を介して，半田５での接合によって接続した状態を示している。図３（ｃ）に示すように、超電導導体６ａと６ｂとの接続部では、超電導導体６ａの巻き終わり側の端末部の外周側に位置する安定化金属層４と超電導接続片７の一方側の端末部の内周側に位置する安定化金属層４とを対向させるとともに、超電導導体６ｂの巻き始め側の端末部の外周側に位置する安定化金属層４と超電導接続片７の他方側の端末部の内周側に位置する安定化金属層４とを対向させ、半田５により接合している。ここで、図３における超電導導体６ａ，６ｂとしては、いずれも、図２の薄膜状超電導線材を用いている。また、図３における超電導接続片７も、図２の薄膜状超電導線材を切断加工して形成したものであり、超電導導体６ａ，６ｂと同じ特性を持ったものとしている。また、超電導接続片７は、その長手方向の大部分が両側の端末部で占められており、その長手方向の全長が接続部に対応する領域Ｓ２となっている。また、半田５の材料としては、例えばＰｂＳｎ系の銀入り半田であれば一般的なものが使用可能である。
（ハ）本発明の実施例２では、超電導接続片７と超電導導体６ａ，６ｂとの接合処理の前に、超電導接続片７に次のような裁断加工および曲げ加工を予め施しておく。すなわち、図３（ａ）に示す積層構造の超電導接続片７の両側の端末部を、超電導接続片７の幅方向の一方側から他方側に向かって傾斜する端面を有するように裁断しておく。この裁断加工された端面の形状は図３（ｄ）に示されている。また、超電導接続片７は、図３（ｂ）に示すように、超電導導体６ａ，６ｂの接続部の半径方向位置に対応する曲率、すなわち巻枠１０に沿って巻回される巻線導体としての曲率に合わせて曲げておく。
（ニ）そして、上記（ハ）項のように予め裁断加工および曲げ加工を施しておいた超電導接続片７の各端末部の内周側に位置する安定化金属層４を、図３（ｃ）に示すように、超電導導体６ａの巻き終わり側の端末部の外周側に位置する安定化金属層４および超電導導体６ｂの巻き始め側の端末部の外周側に位置する安定化金属層４とそれぞれ対向させ、半田５により接合する。
（ホ）なお、超電導導体６ａは、その巻き終わり側の端末部も含めて、超電導接続片７との接合処理の前に、その半径方向位置に対応する曲率、すなわち巻枠１０に沿って巻回される巻線導体としての曲率に合わせて曲げておく。また、超電導導体６ｂの巻き始め側の端末部も、超電導接続片７との接合処理の前に、その半径方向位置に対応する曲率、すなわち巻枠１０に沿って巻回される巻線導体としての曲率に合わせて曲げておく。また、さらに、超電導導体６ａの巻き終わり側の端末部および超電導導体６ｂの巻き始め側の端末部は、いずれも、図３（ｄ）において破線で示すように、超電導導体６ａ，６ｂの幅方向に沿って長手方向に直交する方向に切断された状態としておく。
（ヘ）本発明の実施例２では、その接合処理が加熱を伴う半田接合であることにより、図３（ｃ）に示す超電導接続片７を介した超電導導体６ａと６ｂとの接続状態において、超電導接続片７の両側の端末部の先端部分では、特に外周側に位置する，半田接合での加熱を受けた後の基板１がその元の形状に戻ろうとする機械的特性により白抜き矢印Ｆ２ａ,Ｆ２ｂの方向（外周側に向う方向）に移動しようとする。そして、接合部が曲率を有していることにより、基板１が元の形状に戻ろうとする力は超電導接続片７の両側の端末部における最先端に近い部分ほど大きくなる。この点に関し、本発明の実施例２では、上述のように、超電導接続片７の両側の端末部は、超電導接続片７の幅方向の一方側から他方側に向かって傾斜する端面を有するように予め裁断加工してあることにより、接続部における基板１の占める割合が端末（最先端）に近づくほど低減し、これとともに機械的強度（曲げ強さ）も低減するように構成されている。このため、本発明の実施例２では、実施例１と同様に、図３（ｃ）に示すような曲率を持った巻線途中の接続部においても、超電導接続片７の両側の端末部の先端部分における基板１の元に戻ろうとする力（外周側に向う力）を低減することができるので、超電導接続片７における基板１上に形成された中間層２と，中間層２上に形成された超電導層３との剥離を防止することができる。
（ト）また、超電導接続片７と超電導導体６ａ，６ｂとの接合処理の後に超電導接続片７を接続部の半径方向位置に対応する曲率に合わせて曲げる加工を施す場合、この曲げの力によって、超電導接続片７の両側の端末部の先端部分では、超電導接続片７の外周側に位置する基板１に対して外周側に向う方向（図３（ｃ）における白抜き矢印Ｆ２ａ，Ｆ２ｂの方向）の力が作用するため、これが、超電導接続片７における基板１上に形成された中間層２と，中間層２上に形成された超電導層３との間で剥離を生じる要因となる。この点に関し、本発明の実施例２では、超電導接続片７と超電導導体６ａ，６ｂとの接合処理の前に、超電導接続片７を接続部の半径方向位置に対応する曲率に合わせて予め曲げておくことにより、接合処理の後では超電導接続片７を曲げることが不要となるので、接合処理の後に超電導接続片７を曲げる場合におけるような剥離の発生を防ぐことができる。
（チ）なお、図３（ｄ）は超電導接続片７の両側の端末部の形状の一例を示すものであるが、超電導接続片７の幅が端末に近づくほど狭くなるような形状であれば同様の機能を奏することができるため、上記端末部の形状は図３（ｄ）の形状に限定されるものではない。また、超電導接続片７の両側の端末部の先端部分における基板１の元に戻ろうとする力（外周側に向う力）が低減する効果を十分に発揮させる上では、超電導接続片７の幅寸法にも関係するが、超電導接続片７の両側の端末部における裁断部分の長手方向の長さＬ２ａ,Ｌ２ｂをそれぞれ１０ｍｍ以上とすることが好適である。
（リ）また、超電導導体６ａと６ｂとを接続する場合、図１（ｃ）に示したように各超電導導体の安定化金属層４同士を対向させるようにすると、接続部を挟んで各超電導導体における多層構造の薄膜状超電導線材としての積層順序が逆となる。そして、薄膜状超電導線材からなる超電導導体が超電導コイルの巻線部として巻回された状態では、積層順序によって超電導層３の曲率が変わることにより薄膜状超電導線材の臨界電流特性が変わるため、積層順序は変更しない方がより好ましい。この点に関し、本発明の実施例２では、図３（ｃ）に示されるように、超電導導体６ａと６ｂとは，各端末部の先端同士を，隙間を空けて突合せた状態とし、超電導導体６ａ，６ｂの各端末部の外周側に位置する安定化金属層４に、超電導接続片７の内周側に位置する安定化金属層４を外周側から対向させて半田５により接合するようにしている。このため、本発明の実施例２では、図３（ｃ）に示されるように、超電導導体６ａと６ｂとの多層構造の薄膜状超電導線材としての積層順序を同じにすることができるので、超電導導体６ａ，６ｂでの超電導層３の曲率を同じにすることができ、これにより、超電導導体６ａと６ｂとで臨界電流特性が変わることを防ぐことができる。
（イ）図４に、本発明の実施例３による超電導コイルの巻線部内での超電導導体同士の接続部および接続方法の構成例を示す。図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ、超電導接続片７Ａの曲げ加工前および曲げ加工後の断面構造を模式的に示す図である。また、図４（ａ）は超電導導体６ａＢと６ｂＢとの接続状態における断面構造を模式的に示す図であり、図４（ｄ）は図４（ｃ）におけるＡ３方向の矢視図である。
（ロ）図４（ｃ）は、円筒状の巻枠１０に薄膜状超電導線材からなる超電導導体が巻回された巻線部を備えてなる超電導コイルの製造工程において、所定の曲率を持った巻枠１０に超電導導体６ａＢを巻回した後、超電導導体６ａＢの巻き終わり側の端末部に超電導導体６ｂＢの巻き始め側の端末部を，超電導接続片７Ａを介して，半田５での接合によって接続した状態を示している。図４（ｃ）に示すように、超電導導体６ａＢと６ｂＢとの接続部では、超電導導体６ａＢの巻き終わり側の端末部の外周側に位置する安定化金属層４と超電導接続片７Ａの一方側の端末部の内周側に位置する安定化金属層４とを対向させるとともに、超電導導体６ｂＢの巻き始め側の端末部の外周側に位置する安定化金属層４と超電導接続片７Ａの他方側の端末部の内周側に位置する安定化金属層４とを対向させ、半田５により接合している。ここで、図４における超電導導体６ａＢ，６ｂＢとしては、いずれも、図２の薄膜状超電導線材を用いている。また、図４における超電導接続片７Ａも、図２の薄膜状超電導線材を切断加工して形成したものであり、超電導導体６ａＢ，６ｂＢと同じ特性を持ったものとしている。また、超電導接続片７Ａは、その長手方向の大部分が両側の端末部で占められており、その長手方向の全長が接続部に対応する領域Ｓ３となっている。また、半田５の材料としては、例えばＰｂＳｎ系の銀入り半田であれば一般的なものが使用可能である。
（ハ）本発明の実施例３では、超電導接続片７Ａと超電導導体６ａＢ，６ｂＢとの接合処理の前に、超電導接続片７Ａに次のような裁断加工および曲げ加工を予め施しておく。すなわち、図４（ａ）に示す積層構造の超電導接続片７Ａの両側の端末部を、超電導接続片７Ａの幅方向の一方側から他方側に向かって傾斜する端面を有するように裁断しておく。この裁断加工された端面の形状は図４（ｄ）に示されており、超電導接続片７Ａの両側の端末部の端面の傾斜方向は互いに平行になるように構成されている。また、超電導接続片７Ａは、図４（ｂ）に示すように、超電導導体６ａＢ，６ｂＢの接続部の半径方向位置に対応する曲率、すなわち巻枠１０に沿って巻回される巻線導体としての曲率に合わせて曲げておく。
（ニ）また、本発明の実施例３では、超電導接続片７Ａと超電導導体６ａＢ，６ｂＢとの接合処理の前に、超電導導体６ａＢ，６ｂＢに次のような裁断加工および曲げ加工を予め施しておく。すなわち、超電導導体６ａＢの巻き終わり側および超電導導体６ｂＢの巻き始め側の各端末部を、それぞれ超電導導体６ａＢ，６ｂＢの幅方向の一方側から他方側に向かって傾斜する端面を有するように裁断しておく。この裁断加工された端面の形状は図４（ｄ）に示されており、超電導導体６ａＢ，６ｂＢの各端末部の端面の傾斜方向は互いに平行になるように構成され、さらに、超電導接続片７Ａの両側の端末部の端面の傾斜方向とも平行になるように構成されている。このように、超電導導体６ａＢの端末部の端面の傾斜方向と超電導接続片７Ａの超電導導体６ａＢ側の端末部の端面の傾斜方向とが平行であるとともに、超電導導体６ｂＢの端末部の端面の傾斜方向と超電導接続片７Ａの超電導導体６ｂＢ側の端末部の端面の傾斜方向とが平行であるように構成されているので、超電導導体６ａＢ，６ｂＢと超電導接続片７Ａとの各接合部において、接合面積の分布を超電導導体６ａＢ，６ｂＢの幅方向で均等とすることができる。
また、超電導導体６ａＢの巻き終わり側および超電導導体６ｂＢの巻き始め側の各端末部は、超電導導体６ａＢ，６ｂＢの接続部の半径方向位置に対応する曲率、すなわち巻枠１０に沿って巻回される巻線導体としての曲率に合わせて曲げておく。なお、上記の曲げ加工は、少なくとも超電導導体６ａＢの巻き終わり側および超電導導体６ｂＢの巻き始め側の各端末部における接続部に対応する領域Ｓ３に施しておくことが好ましい。また、超電導導体６ｂＢに対する曲げ加工として、領域Ｓ３より反端末側の領域も曲げておくようにすることがより好ましい。
（ホ）そして、上記（ニ）項のように予め裁断加工および曲げ加工を施しておいた超電導接続片７Ａの各端末部の内周側に位置する安定化金属層４を、図４（ｃ）に示すように、超電導導体６ａＢの巻き終わり側の端末部の外周側に位置する安定化金属層４および超電導導体６ｂＢの巻き始め側の端末部の外周側に位置する安定化金属層４とそれぞれ対向させ、半田５により接合する。
（ヘ）本発明の実施例３では、その接合処理が加熱を伴う半田接合であることにより、図４（ｃ）に示す超電導接続片７Ａを介した超電導導体６ａＢと６ｂＢとの接続状態において、超電導接続片７Ａの両側の端末部の先端部分では、特に外周側に位置する，半田接合での加熱を受けた後の基板１がその元の形状に戻ろうとする機械的特性により白抜き矢印Ｆ３ａ,Ｆ３ｂの方向（外周側に向う方向）に移動しようとする。そして、接合部が曲率を有していることにより、基板１が元の形状に戻ろうとする力は超電導接続片７Ａの両側の端末部における最先端に近い部分ほど大きくなる。この点に関し、本発明の実施例３では、上述のように、超電導接続片７Ａの両側の端末部は、超電導接続片７Ａの幅方向の一方側から他方側に向かって傾斜する端面を有するように予め裁断加工してあることにより、接続部における基板１の占める割合が端末（最先端）に近づくほど低減し、これとともに機械的強度（曲げ強さ）も低減するように構成されている。このため、本発明の実施例３では、実施例１〜２と同様に、図４（ｃ）に示すような曲率を持った巻線途中の接続部においても、超電導接続片７Ａの両側の端末部の先端部分における基板１の元に戻ろうとする力（外周側に向う力）を低減することができるので、超電導接続片７Ａにおける基板１上に形成された中間層２と，中間層２上に形成された超電導層３との剥離を防止することができる。
（ト）また、超電導接続片７Ａと超電導導体６ａＢ，６ｂＢとの接合処理の後に超電導接続片７Ａを接続部の半径方向位置に対応する曲率に合わせて曲げる加工を施す場合、この曲げの力によって、超電導接続片７Ａの両側の端末部の先端部分では、超電導接続片７Ａの外周側に位置する基板１に対して外周側に向う方向（図４（ｃ）における白抜き矢印Ｆ３ａ，Ｆ３ｂの方向）の力が作用するため、これが、超電導接続片７Ａにおける基板１上に形成された中間層２と，中間層２上に形成された超電導層３との間で剥離を生じる要因となる。この点に関し、本発明の実施例３では、超電導接続片７Ａと超電導導体６ａＢ，６ｂＢとの接合処理の前に、超電導接続片７Ａを接続部の半径方向位置に対応する曲率に合わせて予め曲げておくことにより、接合処理の後では超電導接続片７Ａに対する曲げ加工が不要となるので、接合処理の後に超電導接続片７Ａを曲げる場合におけるような剥離の発生を防ぐことができる。
（チ）なお、図４（ｄ）は超電導接続片７Ａの両側の端末部の形状の一例を示すものであるが、超電導接続片７Ａの幅が端末に近づくほど狭くなるような形状であれば同様の機能を奏することができるため、上記端末部の形状は図４（ｄ）の形状に限定されるものではない。また、超電導接続片７Ａの両側の端末部の先端部分における基板１の元に戻ろうとする力（外周側に向う力）が低減する効果を十分に発揮させる上では、超電導接続片７Ａの幅寸法にも関係するが、超電導接続片７Ａの両側の端末部における裁断部分の長手方向の長さＬ３ａ,Ｌ３ｂをそれぞれ１０ｍｍ以上とすることが好適である。
（リ）また、超電導導体６ａＢと６ｂＢとを接続する場合、図１（ｃ）に示したように各超電導導体の安定化金属層４同士を対向させるようにすると、接続部を挟んで各電導導体における多層構造の薄膜状超電導線材としての積層順序が逆となる。そして、薄膜状超電導線材からなる超電導導体が超電導コイルの巻線部として巻回された状態では、積層順序によって超電導層３の曲率が変わることにより薄膜状超電導線材の臨界電流特性が変わるため、積層順序は変更しない方がより好ましい。この点に関し、本発明の実施例３では、図４（ｃ）に示されるように、超電導導体６ａＢと６ｂＢとは，各端末部の先端同士を，隙間を空けて突合せた状態とし、超電導導体６ａＢ，６ｂＢの各端末部の外周側に位置する安定化金属層４に、超電導接続片７Ａの内周側に位置する安定化金属層４を外周側から対向させて半田５により接合するようにしている。このため、本発明の実施例３では、実施例２と同様に、図４（ｃ）に示されるように、超電導導体６ａＢと６ｂＢとの多層構造の薄膜状超電導線材としての積層順序を同じにすることができるので、超電導導体６ａＢ，６ｂＢでの超電導層３の曲率を同じにすることができ、これにより、超電導導体６ａＢと６ｂＢとで臨界電流特性が変わることを防ぐことができる。
（接続部の電気絶縁処理）
本発明では、超電導導体同士を例えば半田などで接続するため、その接続部においては何らかの電気絶縁が必要となる。この点に関し、図示は省略するが、接続作業後に電気絶縁テープなどの可とう性の電気絶縁部材を用いて接続部を覆うことで電気絶縁を行うことができる。なお、電気絶縁テープとしては、極低温で使うことからポリイミドテープが特に好適である。
本発明では、超電導導体同士を例えば半田などで接続するため、その接続部においては何らかの電気絶縁が必要となる。この点に関し、図示は省略するが、接続作業後に電気絶縁テープなどの可とう性の電気絶縁部材を用いて接続部を覆うことで電気絶縁を行うことができる。なお、電気絶縁テープとしては、極低温で使うことからポリイミドテープが特に好適である。
（接続部の接合処理）
上述の実施例１ないし実施例３では、接続部の接合処理として半田での接合処理を行なう構成例を示したが、本発明は、接続部の接合処理として例えば超音波接合や溶接などの加熱を伴う接合処理を行なう構成にも同様に適用することができる。
上述の実施例１ないし実施例３では、接続部の接合処理として半田での接合処理を行なう構成例を示したが、本発明は、接続部の接合処理として例えば超音波接合や溶接などの加熱を伴う接合処理を行なう構成にも同様に適用することができる。
（超電導コイルの構成例）
上述の実施例１ないし実施例３に示した、巻線部内での超電導導体同士の接続部および接続方法は、例えば、図５に示すような構成の超電導コイルに適用することができる。図５は本発明の実施例１〜３の適用対象となる超電導コイルの構成例を示す図であって、図５（ａ）は超電導コイル１１の側面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）における矢視Ｘ−Ｘ断面図である。図５において、絶縁物からなる円筒状の巻枠１０の外周面に形成した螺旋状の溝に沿って超電導導体６が巻回されて超電導コイル１１が構成されている。超電導導体６としては例えば図２の薄膜状超電導線材を用いることができ、超電導導体６の巻回途中に、実施例１ないし実施例３のいずれかに示した超電導導体同士の接続部を設けることができる。なお、本発明の適用対象となる超電導コイルの構成は図５の構成に限定されるものではない。
上述の実施例１ないし実施例３に示した、巻線部内での超電導導体同士の接続部および接続方法は、例えば、図５に示すような構成の超電導コイルに適用することができる。図５は本発明の実施例１〜３の適用対象となる超電導コイルの構成例を示す図であって、図５（ａ）は超電導コイル１１の側面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）における矢視Ｘ−Ｘ断面図である。図５において、絶縁物からなる円筒状の巻枠１０の外周面に形成した螺旋状の溝に沿って超電導導体６が巻回されて超電導コイル１１が構成されている。超電導導体６としては例えば図２の薄膜状超電導線材を用いることができ、超電導導体６の巻回途中に、実施例１ないし実施例３のいずれかに示した超電導導体同士の接続部を設けることができる。なお、本発明の適用対象となる超電導コイルの構成は図５の構成に限定されるものではない。
１・・・基板
２・・・中間層
３・・・超電導層
４・・・安定化金属層
５・・・半田
６,６ａ，６ａＢ，６ｂ，６ｂＡ，６ｂＢ・・・超電導導体
７,７Ａ・・・超電導接続片
１０・・・巻枠
１１・・・超電導コイル
Ｆ０，Ｆ１，Ｆ２ａ，Ｆ２ｂ，Ｆ３ａ，Ｆ３ｂ・・・基板の元の形状に戻ろうとする方向
Ｌ０・・・接続部の長手方向長さ
Ｌ１，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ，Ｌ３，Ｌ３ａ，Ｌ３ｂ・・・切断部の長手方向長さ
Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３・・・接続部に対応する領域
２・・・中間層
３・・・超電導層
４・・・安定化金属層
５・・・半田
６,６ａ，６ａＢ，６ｂ，６ｂＡ，６ｂＢ・・・超電導導体
７,７Ａ・・・超電導接続片
１０・・・巻枠
１１・・・超電導コイル
Ｆ０，Ｆ１，Ｆ２ａ，Ｆ２ｂ，Ｆ３ａ，Ｆ３ｂ・・・基板の元の形状に戻ろうとする方向
Ｌ０・・・接続部の長手方向長さ
Ｌ１，Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ，Ｌ３，Ｌ３ａ，Ｌ３ｂ・・・切断部の長手方向長さ
Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３・・・接続部に対応する領域
Claims (18)
- 超電導導体が巻回された巻線部を備えるとともに前記巻線部内に前記超電導導体同士の接続部を設けてなる超電導コイルにおいて、
前記接続部にて接続される第１および第２の超電導導体は、一面側が超電導層側，他面側が基板側とされる多層構造の薄膜状超電導線材からなり、
前記第２の超電導導体の端末部は幅が端末に近づくほど狭くなるように形成され、
前記第１の超電導導体の端末部の外周側に位置する超電導層側と前記第２の超電導導体の端末部の内周側に位置する超電導層側とが重ね合わせて加熱を伴う接合処理で接合されてなる
ことを特徴とする超電導コイル。 - 請求項１に記載の超電導コイルにおいて、
前記第２の超電導導体の端末部は幅方向の一方側から他方側に向かって傾斜する端面を有するように形成されてなる
ことを特徴とする超電導コイル。 - 超電導導体が巻回された巻線部を備えるとともに前記巻線部内に前記超電導導体同士の接続部を設けてなる超電導コイルにおいて、
前記接続部にて接続される第１および第２の超電導導体は、一面側が超電導層側，他面側が基板側とされる多層構造の薄膜状超電導線材からなるとともに、
前記薄膜状超電導線材からなる超電導接続片を介して前記第１の超電導導体と前記第２の超電導導体とが接続されてなり、
前記超電導接続片の両側の端末部はそれぞれ幅が端末に近づくほど狭くなるように形成され、
前記第１および第２の超電導導体の各端末部の外周側に位置する超電導層側と前記超電導接続片の各端末部の内周側に位置する超電導層側とがそれぞれ重ね合わせて加熱を伴う接合処理で接合されてなる
ことを特徴とする超電導コイル。 - 請求項３に記載の超電導コイルにおいて、
前記超電導接続片の両側の端末部はそれぞれ幅方向の一方側から他方側に向かって傾斜する端面を有するように形成されてなる
ことを特徴とする超電導コイル。 - 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の超電導コイルにおいて、
前記接合処理は半田での接合処理である
ことを特徴とする超電導コイル。 - 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の超電導コイルにおいて、
前記薄膜状超電導線材は、金属からなるテープ状の基板，中間層，超電導層，良導電性金属からなる安定化金属層が積層されているとともに、安定化金属層を介して超電導層が位置する側を前記超電導層側としている
ことを特徴とする超電導コイル。 - 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の超電導コイルにおいて、
前記薄膜状超電導線材の基板は、ハステロイまたはステンレスからなるテープ状の基板である
ことを特徴とする超電導コイル。 - 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の超電導コイルにおいて、
前記接続部が電気絶縁部材で覆われてなる
ことを特徴とする超電導コイル。 - 超電導導体が巻回された巻線部を備えるとともに前記巻線部内に前記超電導導体同士の接続部を設けてなる超電導コイルの製造方法であって、
前記接続部にて接続される第１および第２の超電導導体がこの順に巻回されるものにおいて、
前記第１および第２の超電導導体は、一面側が超電導層側，他面側が基板側とされる多層構造の薄膜状超電導線材からなるものとし、
前記第２の超電導導体の端末部を幅が端末に近づくほど狭くなるように加工しておき、
その後、前記第１の超電導導体の端末部の外周側に位置する超電導層側と前記第２の超電導導体の端末部の内周側に位置する超電導層側とを重ね合わせて加熱を伴う接合処理で接合する
ことを特徴とする超電導コイルの製造方法。 - 請求項９に記載の超電導コイルの製造方法において、
前記第２の超電導導体の端末部を幅方向の一方側から他方側に向かって傾斜する端面を有するように裁断加工しておく
ことを特徴とする超電導コイルの製造方法。 - 請求項９または１０に記載の超電導コイルの製造方法において、
前記第１の超電導導体の端末部と前記第２の超電導導体の端末部との接合を行なう前に、
前記第２の超電導導体を前記接続部の半径方向位置に対応する曲率に合わせて曲げておく
ことを特徴とする超電導コイルの製造方法。 - 超電導導体が巻回された巻線部を備えるとともに前記巻線部内に前記超電導導体同士の接続部を設けてなる超電導コイルの製造方法であって、
前記接続部にて接続される第１および第２の超電導導体がこの順に巻回されるものにおいて、
前記第１および第２の超電導導体は、一面側が超電導層側，他面側が基板側とされる多層構造の薄膜状超電導線材からなるとともに、
前記薄膜状超電導線材からなる超電導接続片を介して前記第１の超電導導体と前記第２の超電導導体とを接続してなるものとし、
前記超電導接続片の両側の端末部をそれぞれ幅が端末に近づくほど狭くなるように加工しておき、
その後、前記第１および第２の超電導導体の各端末部の外周側に位置する超電導層側と前記超電導接続片の各端末部の内周側に位置する超電導層側とをそれぞれ重ね合わせて加熱を伴う接合処理で接合する
ことを特徴とする超電導コイルの製造方法。 - 請求項１２に記載の超電導コイルの製造方法において、
前記超電導接続片の両側の端末部をそれぞれ幅方向の一方側から他方側に向かって傾斜する端面を有するように裁断加工しておく
ことを特徴とする超電導コイルの製造方法。 - 請求項１２または１３に記載の超電導コイルの製造方法において、
前記第１および第２の超電導導体の各端末部と前記超電導接続片の各端末部との接合を行なう前に、
前記超電導接続片を前記接続部の半径方向位置に対応する曲率に合わせて曲げておく
ことを特徴とする超電導コイルの製造方法。 - 請求項９ないし１４のいずれか１項に記載の超電導コイルにおいて、
前記接合処理は半田での接合処理である
ことを特徴とする超電導コイルの製造方法。 - 請求項９ないし１５のいずれか１項に記載の超電導コイルの製造方法において、
前記薄膜状超電導線材は、金属からなるテープ状の基板，中間層，超電導層，良導電性金属からなる安定化金属層が積層されているとともに、安定化金属層を介して超電導層が位置する側を前記超電導層側としている
ことを特徴とする超電導コイルの製造方法。 - 請求項９ないし１６のいずれか１項に記載の超電導コイルの製造方法において、
前記薄膜状超電導線材の基板は、ハステロイまたはステンレスからなるテープ状の基板である
ことを特徴とする超電導コイルの製造方法。 - 請求項９ないし１７のいずれか１項に記載の超電導コイルの製造方法において、
前記接続部を電気絶縁部材で覆うようにしてなる
ことを特徴とする超電導コイルの製造方法。
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