JP2014107149A - 酸化物超電導線材並びに当該酸化物超電導線材の接続構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】酸化物超電導線材並びに当該酸化物超電導線材の接続構造体及び接続方法の提供を目的とする。
【解決手段】テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と安定化層が積層された酸化物超電導積層体の接続しようとする端部がめっき被覆層により覆われて形成される第１及び第２の酸化物超電導線材の接続構造体であって、前記第１及び第２の酸化物超電導線材の互いの端部近傍の前記安定化層同士が対向して配置され、前記端部近傍の安定化層及び前記めっき被覆層が導電性接合材により接合されていることを特徴とする酸化物超電導線材の接続構造体。
【選択図】図２

Description

本発明は、酸化物超電導線材並びに当該酸化物超電導線材の接続構造体に関する。

近年Ｂｉ系超電導線材Ｂｉ_２Ｓｒ_２ＣａＣｕ_２Ｏ_８＋δ（Ｂｉ２２１２）、Ｂｉ_２Ｓｒ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_１０＋δ（Ｂｉ２２２３）やＲＥ−１２３系超電導線材ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｘ（ＲＥ１２３：ＲＥはＹやＧｄなどを含む希土類元素）といった酸化物超電導線材の開発が進んでいる。これら酸化物超電導線材は、臨界温度が９０〜１００Ｋ程度であり、液体窒素温度以上で超電導性を示すため、実用上極めて有望な素材とされており、これを線材に加工して電力供給用の導体あるいは超電導コイル等として使用することが要望されている。

Ｂｉ系の超電導線材は、Ｂｉ系の超電導層をＡｇのシース材で被覆した状態となるようにＰｏｗｄｅｒ Ｉｎ Ｔｕｂｅ法（ＰＩＴ法）などにより製造された構造となっている。一方、ＲＥ−１２３系超電導線材は、テープ状の金属基材上に中間層を介し成膜法により酸化物超電導層を積層し、さらに前記酸化物超電導層上に薄い銀の保護層を形成し、その上に銅などの良導電性金属材料からなる安定化層を設けた構造が採用されている。

ところで、ＲＥ−１２３系酸化物超電導線材は水分と接触すると水分と反応し超電導特性が低下することが知られている。したがって、酸化物超電導線材に水分を付着させることが無いように保管及び使用することが求められる。しかしながら、長期間の使用において室温と低温のヒートサイクルに伴う結露などで水分が付着する虞があるため、酸化物超電導線材の長期的信頼性を確保するためには、酸化物超電導層の全周を何らかの層で保護する構造を採用する必要がある。例えば、金属基材上に中間層と酸化物超電導層を積層したテープ状の酸化物超電導積層体を備え、両縁部を折り曲げた横断面Ｃ型形状の補強テープ線で前記酸化物超電導積層体を覆い重なり部を半田付けすることで、前記酸化物超電導積層体を外部から遮断した構造が知られている。

また、ＲＥ−１２３系の酸化物超電導線材を実用機器に応用するために、酸化物超電導線材を接続する技術が要望されている。例えば、特許文献１には、図４に示すように一対の酸化物超電導線材２０２、２０３を、半田２２２により接合し、その周囲を、被覆材２１０によって被覆した接続構造体２３０が開示されている。被覆材２１０としては、半田もしくはエポキシ樹脂等が挙げられている。

再公表ＷＯ２００１／０３３５８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の接続構造体２３０において、被覆材２１０は接続部分を外部から完全に遮断する機能を有していないため、酸化物超電導線材２０２、２０３の端部２０２ａ、２０３ａに水分が浸入し、酸化物超電導線材２０２、２０３の酸化物超電導層が劣化する虞があった。

接続構造体２３０の被覆材２１０として半田を用いる場合においては、酸化物超電導線材２０２、２０３の基材及び酸化物超電導層は、半田と馴染み性が悪く半田が付きにくいため、端部２０２ａ、２０３ａを完全に被覆することが困難であり、水分が浸入する虞があった。
また、被覆材２１０としてエポキシ樹脂等を用いる場合においては、酸化物超電導線材２０２、２０３と被覆材２１０との密着性が十分ではないため、酸化物超電導線材２０２、２０３と被覆材２１０の境界面から水分が浸入する虞があった。
即ち、特許文献１に記載の接続構造体２３０は、水分の浸入による酸化物超電導層の劣化を完全に抑制することができず、酸化物超電導線材２０２、２０３の超電導特性が低下する虞があった。

本発明は、以上のような実情に鑑みなされたものであり、端部において水分の浸入による超電導特性の低下を防ぐ酸化物超電導線材、並びに接続部分において水分の浸入による超電導特性の低下を防ぐ酸化物超電導線材の接続構造体を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため本発明の酸化物超電導線材は、テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と安定化層が積層されてなる酸化物超電導積層体の長さ方向端部がめっき被覆層により覆われたことを特徴とする。
本発明によれば、酸化物超電導積層体の長さ方向端部がめっき被覆層により覆われて酸化物超電導線材を形成することによって、端部からの水分の浸入が防がれ、酸化物超電導線材の水分による劣化を抑制することができる。

また、本発明の酸化物超電導線材は、前記の酸化物超電導線材であって、前記酸化物超電導積層体の外周が、金属層で覆われてなることを特徴とする。
酸化物超電導積層体の外周が金属層で覆われていることで、酸化物超電導積層体の側面からの水分の浸入を防ぎ、酸化物超電導層の劣化を防ぐことができる。

また、本発明の酸化物超電導線材は、前記の酸化物超電導線材であって、前記めっき被覆層の厚さが、１０〜１００μｍであることを特徴とする。
めっき被覆層の厚さを１０μｍより小さい場合においては、めっき被覆層にピンホールが発生する可能性があり、水分の浸入を確実に防ぐことができない虞がある。また、めっき被覆層の厚さが１００μｍを超える場合は、酸化物超電導線材の端部の厚みが厚くなりすぎるため望ましくない。したがって、めっき被覆層の厚さは１０μｍ以上、１００μｍ以下であることが望ましい。

また、本発明の酸化物超電導線材は、前記の酸化物超電導線材であって、前記めっき被覆層が、無電解めっき又は無電解めっき上に電解めっきを施したものであることを特徴とする。
本発明によれば、無電解めっき又は無電解めっき上に電解めっきを施しためっき被覆層を形成することで、端部からの水分の浸入を確実に防ぐことができる。
なお、めっき被覆層を構成する金属としては、銅、ニッケル、金、銀、クロム、錫などを挙げることができ、これ等の金属のうち一種又は二種以上を組み合わせて用いる事ができる。

本発明の酸化物超電導線材の接続構造体は、テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と安定化層が積層されてなる酸化物超電導積層体の接続しようとする端部がめっき被覆層により覆われた第１及び第２の酸化物超電導線材の接続構造体であって、前記第１及び第２の酸化物超電導線材の互いの端部近傍の前記安定化層同士が対向して配置され、前記端部近傍の安定化層及び前記めっき被覆層が導電性接合材により接合されていることを特徴とする。
本発明によれば、接続部分において、酸化物超電導積層体の端部がめっき被覆層により覆われて酸化物超電導線材を形成することによって、接続部での水分の浸入による酸化物超電導線材の劣化を抑制することができる。

また、本発明の酸化物超電導線材の接続構造体は、テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と安定化層が積層されてなる酸化物超電導積層体の接続しようとする端部がめっき被覆層により覆われた第１及び第２の酸化物超電導線材と、テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と安定化層が積層されてなる酸化物超電導積層体の第１及び第２端部がめっき被覆層により覆われた第３の酸化物超電導線材とを有し、前記第１及び第２の酸化物超電導線材が、前記接続しようとする端部同士を隣接させ、基材に対して酸化物超電導層を形成した側を揃えて配置され、前記隣接された端部を跨るように、前記第１及び第２の酸化物超電導線材の安定化層に前記第３の酸化物超電導体の安定化層が橋渡しされ、前記第１の酸化物超電導線材の前記端部近傍の安定化層及び前記めっき被覆層と、第３の酸化物超電導線材の第１端部近傍の安定化層及び前記めっき被覆層とが、導電性接合材により接合され、前記第２の酸化物超電導線材の前記端部近傍の安定化層及び前記めっき被覆層と、第３の酸化物超電導線材の第２端部近傍の安定化層及び前記めっき被覆層とが、導電性接合材により接合されていることを特徴とする。
本発明によれば、接続部での水分の浸入による酸化物超電導線材の劣化を抑制することができる上に、接続する一対の酸化物超電導線材が積層方向を揃えて配置されているため、接続部分で酸化物超電導線材の表裏の逆転がない。

また、本発明の酸化物超電導線材の接続構造体は、前記酸化物超電導積層体の外周が、金属層で覆われていることを特徴とする。
酸化物超電導積層体の外周が金属層で覆われていることで、酸化物超電導積層体の側面からの水分の浸入を防ぎ、酸化物超電導層の劣化を防ぐことができる。

また、本発明の酸化物超電導線材の接続構造体は、前記めっき被覆層の厚さが、１０〜１００μｍであることを特徴とする。
めっき被覆層の厚さを１０μｍより小さい場合においては、めっき被覆層にピンホールが発生する可能性があり、水分の浸入を確実に防ぐことができない虞がある。また、めっき被覆層の厚さが１００μｍを超える場合は、酸化物超電導線材の端部の厚みが厚くなりすぎるため望ましくない。したがって、めっき被覆層の厚さは１０μｍ以上、１００μｍ以下であることが望ましい。

また、本発明の酸化物超電導線材の接続構造体は、前記めっき被覆層が、無電解めっき又は無電解めっき上に電解めっきを施したものであることを特徴とする。
本発明によれば、無電解めっき又は無電解めっき上に電解めっきを施しためっき被覆層を形成することで、接続部からの水分の浸入を確実に防ぐことができる。
なお、めっき被覆層を構成する金属としては、銅、ニッケル、金、銀、クロム、錫などを挙げることができ、これ等の金属のうち一種又は二種以上を組み合わせて用いる事ができる。

本発明によれば、酸化物超電導積層体の長さ方向端部がめっき被覆層により被覆されて酸化物超電導線材を形成することによって、端部から酸化物超電導積層体への水分の浸入が防がれ、水分による超電導特性の低下を抑制することができる。
また、本発明の酸化物超電導線材を接続し、接続構造体を構成する場合においては、酸化物超電導積層体の接続しようとする端部がめっき被覆層により被覆されてなる酸化物超電導線材を用いて接続構造体を構成することによって、接続部分において酸化物超電導積層体への水分の浸入が防がれ、水分による超電導特性の低下を抑制することができる。

図１（ａ）は、本発明に係る酸化物超電導積層体及びその端部を示す模式図であり、図１（ｂ）は、本発明に係る酸化物超電導線材及びその端部を示す模式図である。 本発明に係る接続構造体の第１実施形態を示す模式図であり、図２（ａ）が正面模式図、図２（ｂ）が断面模式図である。 本発明に係る接続構造体の第２実施形態を示す模式図であり、図３（ａ）が正面模式図、図３（ｂ）が断面模式図である。 従来例としての酸化物超電導線材の接続構造体を示す。

以下、本発明に係る酸化物超電導線材の一実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴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。

（酸化物超電導線材の実施形態）
図１（ａ）は、本発明に係る酸化物超電導積層体２０の端部２０ａを示す模式図であり、図１（ｂ）は、本発明に係る酸化物超電導線材１の端部１ａを示す模式図である。本実施形態の酸化物超電導線材１は、テープ状であり、酸化物超電導積層体２０の長さ方向端部２０ａをめっき被覆層２１により被覆して形成されている。
図１（ａ）、（ｂ）を基に、酸化物超電導線材１の各構成要素に関して詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１（ｂ）に示す酸化物超電導線材１は、図１（ａ）に示す酸化物超電導積層体２０の端部２０ａを所定幅に渡りめっき被覆層２１により取り囲むことにより形成されている。酸化物超電導積層体２０は、テープ状の基材１０に中間層１１、酸化物超電導層１２、保護層１３、安定化層１４が積層された構造を有する。なお、本実施形態において、安定化層１４を構成する金属は、前記酸化物超電導積層体２０の外周を覆う金属層としての役割も果たす。

基材１０は、通常の酸化物超電導線材の基材として使用し得るものであれば良く、可撓性を有する長尺のテープ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、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。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。

中間層１１は、拡散防止層、ベッド層、配向層、及びキャップ層がこの順に積層された構造を適用することができる。
拡散防止層は、この層よりも上面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に、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、不純物の混入を防止する効果が比較的高いＡｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、又はＧＺＯ（Ｇｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７）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、この層よりも上面に設け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Ｙ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｄｙ_２Ｏ_３、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｅｕ_２Ｏ_３、Ｈｏ_２Ｏ_３、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。

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したり、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したり、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したりする機能等を有するものである。配向層の材料には、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、Ｇｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２−Ｙ_２Ｏ_３（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、キャップ層や酸化物超電導層１２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に強く制御したり、酸化物超電導層１２を構成する元素の中間層１１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との反応を抑制したりする機能等を有するものである。キャップ層の材料には、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、ＣｅＯ_２、ＬａＭｎＯ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３、Ｚｒ_２Ｏ_３等の金属酸化物が酸化物超電導層１２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、ＣｅＯ_２、ＬａＭｎＯ_３が特に好適である。
ここで、キャップ層にＣｅＯ_２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、ＲＥ−１２３系超電導体、Ｂｉ系超電導体などの銅酸化物超電導体などが挙げられる。ＲＥ−１２３系超電導体の組成は、例えば、ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_{（７−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（ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_{（７−ｘ）}）、Ｇｄ１２３（ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_{（７−ｘ）}）が挙げられる。Ｂｉ系超電導体の組成は、例えば、Ｂｉ_２Ｓｒ_２Ｃａ_ｎ−１Ｃｕ_ｎＯ_{４＋２ｎ＋δ}（ｎはＣｕＯ_２の層数、δは過剰酸素を表す。）が挙げられる。この銅酸化物超電導体は、母物質が絶縁体であるが、酸素を取り込むことで超電導体となり、超電導特性を示す性質を持っている。ここで、本発明に用いられる酸化物超電導層１２の材料は、銅酸化物超電導体であり、以下、特に指定がなければ、酸化物超電導層１２に用いる材料を銅酸化物超電導体とする。

保護層１３は、事故時に発生する過電流をバイパスしたり、酸化物超電導層１２とこの層よりも上面に設ける層との間で起こる化学反応を抑制し、一方の層の元素の一部が他方の層側に侵入して組成がくずれることにより起こる超電導特性が低下するのを防いだりするなどの機能を有するものである。また、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させる機能も有する。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。
図１（ａ）の保護層１３は、酸化物超電導層１２の上面のみに設けられているが、保護層１３は、基材１０に中間層１１と酸化物超電導層１２とを積層した線材の全周に形成しても良い。

保護層１３上に積層された安定化層１４は、良導電性の金属材料からなり、酸化物超電導層１２が何らかの原因で超電導状態から常電導状態に遷移しようとした時に、保護層１３とともに、酸化物超電導層１２の電流が転流するバイパスとして機能する。保護層１３はその機能により安定化層１４の一部とみなすことができる。

安定化層１４を構成する金属材料としては、良導電性を有するものであればよく、特に限定されないが銅、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ合金）、Ｃｕ−Ｎｉ合金等の銅合金、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製が好ましい。また、安定化層１４の厚さは特に限定されず、適宜調整可能であるが、１０〜３００μｍとすることができる。

安定化層１４の形成方法は特に限定されないが、本実施形態においては、銅などの良導電性材料よりなる金属テープを半田などの導電性接合材（図示略）を介し保護層１３上に貼り付けることで積層して形成したものである。

保護層１３上に金属テープを貼り付ける際に用いる導電性接合材（図示略）として半田を使用する場合、半田は特に限定されるものではなく従来公知の半田を使用可能である。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、これらの半田を一種又は二種以上組み合わせて使用することができる。これらの中でも、融点が３００℃以下の半田を用いることが好ましい。これにより、３００℃以下の温度で金属テープと保護層１３を半田付けすることが可能となるので、半田付けの熱によって酸化物超電導層１２の特性が劣化することを抑止できる。

本実施形態において安定化層１４は、保護層１３上に半田を介して貼り付けられるとともに、基材１０、中間層１１、酸化物超電導層１２、保護層１３を積層した積層物１５の全周を覆う金属層としての役割を果たす。即ち、安定化層（金属層）１４は、基材１０において中間層１１を形成していない側の裏面中央部を除いた積層物１５の周面を横断面Ｃ字型をなすように覆っている。安定化層１４は、金属テープをロール等でフォーミングし積層物１５の周囲に被着して金属層として構成することができる。安定化層１４により覆われていない基材１０の裏面側の中央部は半田層１６により覆われ、半田層１６は安定化層１４の端縁同士が形成する凹部を埋めるように形成されている。

酸化物超電導積層体２０の外周が金属テープ等からなる金属層（安定化層１４）及び半田層１６で覆われていることで、酸化物超電導積層体２０の側面からの水分の浸入を防ぎ、酸化物超電導層１２の劣化を防ぐことができる。
また、上述したように金属テープをフォーミングし積層物１５の周面を覆うように金属層（安定化層１４）を形成する他に、積層物１５の外周全体にめっきを施すことにより被覆し、積層部１５外周の金属層（安定化層１４）を一体的に形成しても良い。この場合、めっき層の厚さは、１０μｍ以上とすることで、ピンホールのないめっき層を形成することが可能となり、水分の浸入を確実に防ぐことができる。

図１（ａ）に示す酸化物超電導積層体２０の端部２０ａは、露出している。したがって空気中等に含まれる水分と反応し超電導特性が低下する虞がある。そこで、端部２０ａと端部２０ａ近傍の安定化層１４を端部２０ａからの長さＬに渡りめっき被覆層２１により取り囲むように被覆する。これによって水分の浸入を防ぐことができる構造を有する酸化物超電導線材１（図１（ｂ））を形成する。
酸化物超電導積層体２０の端部２０ａを被覆するめっき被覆層２１の厚さとしては、１０μｍ以上１００μｍ以下が望ましい。めっき被覆層２１の厚さが１０μｍより小さい場合においては、めっき被覆層２１にピンホールが発生する可能性があり、当該ピンホールより水分が浸入する虞がある。
また、めっき被覆層２１の厚さが１００μｍを超える場合は、酸化物超電導線材１の端部１ａにおいて、酸化物超電導線材１の厚みが厚くなりすぎて、使用上不都合が生じる場合があるのみならず、めっきコストの増加を招く。加えて、この酸化物超電導線材１を接続して後述する接続構造体を形成する場合において、当該接続構造体を積層方向に沿って曲げて使用する際に、めっき被覆層２１の厚みによって、接続部分の酸化物超電導層１２に過大な応力が発生し、酸化物超電導層１２の結晶構造が破壊される虞があるため望ましくない。よって、めっき被覆層２１の厚さは１０μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。

常温では基材１０や酸化物超電導層１２等は、保護層１３や安定化層１４に比べて電気抵抗が大きいため、通常の電解めっき法のみでは端面を金属でめっきすることは困難である。したがって、無電解めっきのみで１０μｍ以上の厚さを有するめっき被覆層２１を形成するか、または無電解めっき法により金属で端面を覆った後、電解めっき法によりさらに金属層を厚くする方法をとることができる。
めっき被覆層２１に使用する金属としては、銅、ニッケル、金、銀、クロム、錫などを挙げることができ、これ等の金属のうち一種又は二種以上を組み合わせて用いる事ができる。

めっき被覆層２１で覆われる酸化物超電導積層体２０の長手方向の長さＬに関しては、酸化物超電導積層体２０の端部２０ａが完全に覆われていれば、どのような長さでも構わない。しかしながら、酸化物超電導線材１を電極に接続する場合、または他の酸化物超電導線材１と接続し接続構造体を形成する場合において、長手方向の長さＬが長すぎると接続抵抗が増加するのみならず、めっきコストが増加するため長さＬはできるだけ短くすることが好ましく、例えば１０ｍｍ以下であることが望ましい。

（接続構造体の第１実施形態）
以下、本発明に係る接続構造体の一実施形態について図面に基づいて説明する。
図２に本発明の第１実施形態に係る第１及び第２の酸化物超電導線材２、３を接続した接続構造体３０について説明する。
なお、本実施形態の接続構造体３０において接続される、第１及び第２の酸化物超電導線材２、３は、図１（ａ）、（ｂ）を基に説明した酸化物超電導線材１と同形態である。

即ち、第１及び第２の酸化物超電導線材２、３は、図２（ｂ）に示すように、テープ状の基材１０に中間層１１、酸化物超電導層１２、保護層１３と安定化層１４が積層された構造を有しており、特に安定化層１４は基材１０において中間層１１を形成していない側の裏面中央部を除いて積層物１５の周面を横断面Ｃ字型をなすように覆っている。安定化層１４により覆われていない基材１０の裏面側の中央部は半田層１６（図１（ａ）参照）により覆われ、半田層１６は安定化層１４の端縁どうしが形成する凹部を埋めるように形成され、酸化物超電導積層体２０の外周から水分が浸入しない酸化物超電導積層体２０を形成している。また、酸化物超電導積層体２０の接続しようとする端部２０ａは、めっき被覆層２１により所定の長さ被覆されており、第１及び第２の酸化物超電導線材２、３を形成している。

酸化物超電導積層体２０の端部２０ａを被覆するめっき被覆層２１の厚さとしては、１０μｍ以上水分の浸入を確実に防ぐことができる。また、めっき被覆層２１の厚さを１００μｍ以下とすることで、接続構造体３０の厚さを薄くすることができるのみならず、めっきコストの増加を抑えることができる。加えて、接続構造体３０を積層方向に沿って曲げて使用する際に、めっき被覆層２１の厚みによって、接続部分の酸化物超電導層１２に過大な応力が発生し、酸化物超電導層１２の結晶構造が破壊される虞があるため望ましくない。

図２（ａ）に示すように、接続構造体３０は、第１の酸化物超電導線材２及び第２の酸化物超電導線材３を接続する構造体であって、前記第１及び第２の酸化物超電導線材２、３の互いの端部２ａ、３ａ近傍が重ね合わされ、端部２ａ、３ａ近傍の安定化層１４及びめっき被覆層２１が導電性接合材２２により接合され、接続されている。

図１（ｂ）を基に説明したように、めっき被覆層２１によって覆われる第１及び第２の酸化物超電導線材２、３の長手方向の長さＬは、１０ｍｍ以下とされることが好ましい。なお、めっきする金属としては、銅、ニッケル、金、銀、クロム、錫などを挙げることができ、これ等の金属のうち一種又は二種以上を組み合わせて用いる事ができる。

接続される第１及び第２の酸化物超電導線材２、３の端部２ａ、３ａ近傍の重ね合わせ部の長さＨは、端部２ａ、３ａ近傍のめっき被覆層２１、２１によって覆われる第１及び第２の酸化物超電導線材２、３の長手方向の長さＬ、Ｌに依存して決定される。即ち、第１及び第２の酸化物超電導線材２、３は、その端部２ａ、３ａ近傍の重ね合わせ部の長さから、めっき被覆層２１によって覆われる第１及び第２の酸化物超電導線材２、３の長手方向の長さＬを除いた、安定化層１４の重ね合わせ部の長さｄ（即ちｄ＝Ｈ−２Ｌ）を用いて表され、ｄは、１０〜１０００ｍｍが望ましい。

安定化層１４の重ね合わせ部の長さｄを大きくすることで、第１の酸化物超電導線材２から第２の酸化物超電導線材３、あるいは第２の酸化物超電導線材３から第１の酸化物超電導線材２への電流経路において、電流方向に対する導電性接合材２２の断面積を大きくすることができ、全体として接続構造体３０の接続部分における抵抗値を抑制することができる。したがって、安定化層１４の重ね合わせ部の長さｄは、長いほうが接続部分の電気抵抗の観点において好ましく、具体的には、１０ｍｍ以上であることが望ましく、３０ｍｍ以上であることがより好ましい。しかしながら、安定化層１４の重ね合わせ部の長さｄが１０００ｍｍを超える場合は、接続部分が長くなりすぎて、接続構造体３０の屈曲性が悪くなる。したがって、安定化層１４の重ね合わせ部の長さｄは、１０００ｍｍ以下が望ましく、２００ｍｍ以下であることがより好ましい。

図２（ｂ）に示すように、接続構造体３０において、第１の酸化物超電導線材２と第２の酸化物超電導線材３は、基材１０に対して酸化物超電導層１２が積層される側を対向させて重ね合わせることが望ましい。このように重ね合わせることで、接続部での電気抵抗が低い接続構造体３０を構成することができる。

第１及び第２の酸化物超電導線材２、３を接合する導電性接合材２２として、半田を使用することができる。導電性接合材２２としての半田は、従来公知の半田を使用可能であり、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、これらの半田を一種又は二種以上組み合わせて使用することができる。これらの中でも、融点が３００℃以下の半田を用いることが好ましい。これにより、３００℃以下の温度で金属テープと保護層１３を半田付けすることが可能となるので、半田付けの熱によって酸化物超電導層１２の特性が劣化することを抑止できる。

以上説明したように、接続構造体３０は、その接続部分において酸化物超電導積層体２０の接続しようとする端部２０ａがめっき被覆層２１により被覆されてなる第１及び第２の酸化物超電導線材２、３を用いて構成されることによって、接続部分において酸化物超電導積層体２０への水分の浸入が防がれ、水分による超電導特性の低下を抑制することができる。

（接続構造体の第２実施形態）
以下、本発明に係る接続構造体の一実施形態について図面に基づいて説明する。
図３に本発明の第２実施形態に係る第１及び第２の酸化物超電導線材４、５を接続した接続構造体３１について説明する。上述の第１実施形態と同一の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
なお、本実施形態の接続構造体３１において接続される、第１及び第２の酸化物超電導線材４、５は、図１（ａ）、（ｂ）を基に説明した酸化物超電導線材１と同等構造である。また、第３の酸化物超電導線材６は、酸化物超電導線材１と同等構造であり、しかもその両端部である第１端部６ａ及び第２端部６ｂはめっき被覆層２１によって覆われている。

図３（ａ）に示すように、接続構造体３１は、第１の酸化物超電導線材４及び第２の酸化物超電導線材５を第３の酸化物超電導線材６を介して接続する構成を有する。
第２実施形態の接続構造体３１は、上述した第１実施形態の接続構造体３０を第１の酸化物超電導線材４の一端（端部４ａ近傍）と第３の酸化物超電導線材６の一端（第１端部６ａ近傍）とに適用して接続し、さらに第３の酸化物超電導線材６の他端（第２端部６ｂ近傍）と第２の酸化物超電導線材５の一端（端部５ａ近傍）とに適用して接続したものであると説明できる。

第２実施形態の接続構造体３１の接続方法について以下に説明する。
まず、第１及び第２の酸化物超電導線材４、５を、接続しようとする端部４ａ、５ａ同士を距離ｅだけ離間して隣接させる。このとき、第１及び第２の酸化物超電導線材４、５は、基材１０、１０に対して酸化物超電導層１２、１２を形成した側を揃えて配置する。
次に、隣接された第１及び第２の酸化物超電導線材４、５の端部４ａ、５ａに跨るように、第３の酸化物超電導線材６を橋渡しする。このとき、第１及び第２の酸化物超電導線材４、５に対して第３の酸化物超電導線材６は、基材１０に対して酸化物超電導層１２が積層される側を対向させて重ね合わせることが望ましい。このように重ね合わせることで、接続部での電気抵抗が低い接続構造体３１を構成することができる。
次に、第１の酸化物超電導線材４の端部４ａ近傍の安定化層１４及びめっき被覆層２１と、第３の酸化物超電導線材６の第１端部６ａ近傍の安定化層１４及びめっき被覆層２１とを、導電性接合材２２により接合し、さらに第２の酸化物超電導線材５の端部５ａ近傍の安定化層１４及びめっき被覆層２１と、第３の酸化物超電導線材６の第２端部６ｂ近傍の安定化層１４及びめっき被覆層２１とを、導電性接合材２２により接合することで、接続構造体３１を形成する。

第１実施形態の接続構造体３０と同様に、めっき被覆層２１によって覆われる第１、第２及び第３の酸化物超電導線材４、５、６の長手方向の長さＬは、１０ｍｍ以下とされる。また、安定化層１４の重ね合わせ部の長さｄは、１０〜１０００ｍｍが望ましいとされる。第１及び第２の酸化物超電導線材４、５の接続しようとする端部４ａ、５ａ同士の距離ｅは、特に限定されるものではなく、第３の酸化物超電導線材６の長さ、第１及び第３の酸化物超電導線材４、６の安定化層１４の重ね合わせ部の長さｄ、第２及び第３の酸化物超電導線材５、６の安定化層１４の重ね合わせ部の長さｄ等に応じて適宜決定すればよい。

加えて、図３（ｂ）に示すように、接続構造体３１において、第１の酸化物超電導線材４と第３の酸化物超電導線材６は、基材１０、１０に対して酸化物超電導層１２、１２が積層される側同士を対向させて重ね合わせることが望ましい。また、第３の酸化物超電導線材６と第２の酸化物超電導線材５は、基材１０、１０に対して酸化物超電導層１２、１２が積層される側同士を対向させて重ね合わせることが望ましい。このように重ね合わせることで、接続部での電気抵抗が低い接続構造体３１を構成することができる。加えて接続する第１の酸化物超電導線材４と第２の酸化物超電導線材５とが同方向に積層されて配置されているため、接続部分で第１及び第２の酸化物超電導線材４、５の表裏の逆転がなく、取扱いが容易となる。

以上説明したように、接続構造体３１は、その接続部分において酸化物超電導積層体２０の接続しようとする端部２０ａがめっき被覆層２１により被覆されてなる第１、第２及び第３の酸化物超電導線材４、５、６を用いて構成されることによって、接続部分において酸化物超電導積層体２０への水分の浸入が防がれ、水分による超電導特性の低下を抑制することができる。なお、本実施形態におけるめっき被覆層２１の厚みは、第１実施形態の接続構造体３０と同様に、１０μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。
また、接続する第１の酸化物超電導線材４と第２の酸化物超電導線材５とが同方向に積層されて配置されているため、接続部分で第１及び第２の酸化物超電導線材４、５の表裏の逆転がなく、取扱いが容易となる。

（超電導コイル）
上述したように作製された第１及び第２実施形態の接続構造体３０、３１によって接続された酸化物超電導線材２、３（又は酸化物超電導線材４、５）は巻線しコイルにすることで超電導コイルとして使用することができる。その場合、ＦＲＰ等の材質からなる巻き芯に、接続構造体３０、３１によって接続された酸化物超電導線材２、３（又は酸化物超電導線材４、５）を所定のターン数巻きつける。さらに酸化物超電導線材２、３（又は酸化物超電導線材４、５）を固定、補強し外力に強い構造とする目的で、コイル自体をエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂で含浸する。

以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（試料の作製）
幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基材上に、スパッタ法によりＡｌ_２Ｏ_３（拡散防止層；膜厚１５０ｎｍ）を成膜し、その上に、イオンビームスパッタ法によりＹ_２Ｏ_３（ベッド層；膜厚２０ｎｍ）を成膜した。次いで、このベッド層上に、イオンビームアシスト蒸着法（ＩＢＡＤ法）によりＭｇＯ（金属酸化物層；膜厚１０ｎｍ）を形成し、その上にパルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）により０．５μｍ厚のＣｅＯ_２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ_２層上にＰＬＤ法により２．０μｍ厚のＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−δ（酸化物超電導層）を形成し、さらに酸化物超電導層上にスパッタ法により１０μｍ厚のＡｇ層（保護層）を形成し、Ａｇ層の上に０．０２ｍｍ厚のＣｕテープ（安定化層）をスズ半田（融点２３０℃）によりＡｇ層上に貼り合わせ、さらにＣｕテープを横断面Ｃ字型をなすようにフォーミングし、積層物（基材と中間層と酸化物超電導層と保護層の積層物）の周面を覆い、半田によって被着した。これによって、図１（ａ）に示す酸化物超電導積層体を複数作製した。この酸化物超電導線材を以下の実施例及び比較例で共通して使用する。

上述した酸化物超電導線材を一対用意し、それぞれの酸化物超電導線材に対し、接続する部分の端部から５ｍｍの長さに渡り（即ち、図２（ｂ）に示すＬ＝５として）、表１に記載のめっき被覆層を形成した。なお、端部のめっき被覆層は、表１の第１層、第２層の順にめっきを施すものとする。
これらを向かい合わせて５０ｍｍ重ね合わせて（即ち、図２（ｂ）に示すｄ＝４０ｍｍとして）、スズ半田（融点２３０℃）により接合し、図２（ａ）に示す接続構造体を作製した。
以上の方法で、サンプルＮｏ．１〜７に渡る実施例及び比較例の接続構造体を各２０個ずつ作製した。なお、サンプル５（比較例）においては、端部にめっき被覆層を形成していない。

（評価方法）
サンプルＮｏ．１〜７の接続構造体について、プレッシャークッカー試験及び曲げ試験各サンプル各試験につき試料数１０として試験を行った。
プレッシャークッカー試験は、高温（１２０℃）・高湿（１００％）・高圧下（２気圧）に接続構造体を含むサンプルＮｏ．１〜７を２４時間放置し、その前後での臨界電流値の比（劣化率）を測定した。曲げ試験は、サンプルＮｏ．１〜７の接続構造体を積層方向に沿って曲げ半径１００ｍｍで曲げ、その前後での臨界電流の比（劣化率）を測定した。なお、これらの試験において、９５％以上で実使用に耐え得るレベルの劣化であるとした。
各サンプルにおける各試験の劣化率を平均して、表１に示す。

（実施例及び比較例の比較）
サンプルＮｏ．１、４、６、７においては、接続する端部に厚さ１０μｍ〜１００μｍのめっき被覆層を形成しているため、プレッシャークッカー試験においても曲げ試験においても、大きな劣化は見られなかった。
これに対して、サンプルＮｏ．２は、プレッシャークッカー試験によって大きな劣化が見られた。これは、端部に施しためっき被覆層が薄すぎるため（５μｍ）めっき被覆層にピンホールが形成され、プレッシャークッカー試験によってピンホールから水分が浸入し、酸化物超電導層が劣化したためであると考えられる。
また、サンプルＮｏ．３は、曲げ試験によって大きな劣化が見られた。これは、めっき被覆層が厚すぎるため（１５０μｍ）曲げ試験によって、接続部分に過大な応力が発生し、酸化物超電導層の結晶構造が破壊されたためであると考えられる。
また、サンプルＮｏ．５は、めっき被覆層を形成していないために、端部から水分が浸入し、水分によって酸化物超電導層が劣化したために、プレッシャークッカー試験によって大きな劣化が起こったと考えられる。
これらより、本発明に係る本接続構造体及び接続方法の優位性が確認された。

１、２０２…酸化物超電導線材、１ａ、２ａ、３ａ、４ａ、５ａ、２０ａ、２０２ａ…端部、２、４…第１の酸化物超電導線材、３、５…第２の酸化物超電導線材、６…第３の酸化物超電導線材、６ａ…第１端部、６ｂ…第２端部、１０…基材、１１…中間層、１２…酸化物超電導層、１３…保護層、１４…安定化層（金属層）、１５…積層物、１６、２２２…半田、２０…酸化物超電導積層体、２１…めっき被覆層、２２…導電性接合材、３０、３１、２３０…接続構造体、２１０…被覆材、Ｌ、ｄ…長さ、ｅ…間隙

Claims (9)

1. テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と安定化層が積層されてなる酸化物超電導積層体の長さ方向端部がめっき被覆層により覆われたことを特徴とする酸化物超電導線材。
2. 前記酸化物超電導積層体の外周が、金属層で覆われて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。
3. 前記めっき被覆層の厚さが、１０〜１００μｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の酸化物超電導線材。
4. 前記めっき被覆層が、無電解めっき又は無電解めっき上に電解めっきを施したものであることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の酸化物超電導線材。
5. テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と安定化層が積層されてなる酸化物超電導積層体の接続しようとする端部がめっき被覆層により覆われた第１及び第２の酸化物超電導線材の接続構造体であって、
   前記第１及び第２の酸化物超電導線材の互いの端部近傍の前記安定化層同士が対向して配置され、前記端部近傍の安定化層及び前記めっき被覆層が導電性接合材により接合されていることを特徴とする酸化物超電導線材の接続構造体。
6. テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と安定化層が積層されてなる酸化物超電導積層体の接続しようとする端部がめっき被覆層により覆われた第１及び第２の酸化物超電導線材と、
   テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と安定化層が積層されてなる酸化物超電導積層体の第１及び第２端部がめっき被覆層により覆われた第３の酸化物超電導線材とを有し、
   前記第１及び第２の酸化物超電導線材が、前記接続しようとする端部同士を隣接させ、基材に対して酸化物超電導層を形成した側を揃えて配置され、
   前記隣接された端部を跨るように、前記第１及び第２の酸化物超電導線材の安定化層に前記第３の酸化物超電導体の安定化層が橋渡しされ、
   前記第１の酸化物超電導線材の前記端部近傍の安定化層及び前記めっき被覆層と、第３の酸化物超電導線材の第１端部近傍の安定化層及び前記めっき被覆層とが、導電性接合材により接合され、
   前記第２の酸化物超電導線材の前記端部近傍の安定化層及び前記めっき被覆層と、第３の酸化物超電導線材の第２端部近傍の安定化層及び前記めっき被覆層とが、導電性接合材により接合されていることを特徴とする酸化物超電導線材の接続構造体。
7. 前記酸化物超電導積層体の外周が、金属層で覆われていることを特徴とする請求項５又は６に記載の酸化物超電導線材の接続構造体。
8. 前記めっき被覆層の厚さが、１０〜１００μｍであることを特徴とする請求項５から７の何れか一項に記載の酸化物超電導線材の接続構造体。
9. 前記めっき被覆層が、無電解めっき又は無電解めっき上に電解めっきを施したものであることを特徴とする請求項５から８の何れか一項に記載の酸化物超電導線材の接続構造体。

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