JP2014130788A - 酸化物超電導線材の接続構造体及び超電導機器 - Google Patents

Abstract

【課題】酸化物超電導線材の接続構造体の提供を目的とする。
【解決手段】テープ状の基材１０に中間層１１と酸化物超電導層１２と安定化層１４が積層されてなる酸化物超電導線材の接続構造体３０であって、第１の酸化物超電導線材４、第２の酸化物超電導線材５及び第３の酸化物超電導線材６を有し、前記第１及び第２の酸化物超電導線材４、５が、その端部４ａ、５ａ同士を離間した状態で隣接して配置され、前記隣接された端部４ａ、５ａを跨るように、前記第３の酸化物超電導線材６が橋渡しされ、前記第１及び第３の酸化物超電導線材４、６並びに前記第２及び第３の酸化物超電導線材５、６が導電性接合材２２により接合され、離間して配置した前記第１及び第２の酸化物超電導線材４、５の端部４ａ、５ａ間の距離ｅが前記第３の酸化物超電導線材６の長さの０．４％以上９０％未満であ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、酸化物超電導線材の接続構造体及び超電導機器に関する。

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９０〜１１０Ｋ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第１の安定化層を形成し、その上に銅などの良導電性金属材料からなる第２の安定化層を設けた構造が採用されている。

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１７に示すように、基材２０２上に中間層２０３、酸化物超電導層２０４、安定化層２０５が積層された一対の酸化物超電導線材２１１、２１２の端部同士を合わせて配置し、更に接続用の酸化物超電導線材２１３を橋渡しして半田（図示略）で接合し、さらに接続板２０６によって補強した接続構造体２００が開示されている。

特開２００７−２６６１４９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の接続構造体２００においては、接続板２０６によって、接続部を補強することによって、接続部の機械的な強度の向上を望むことができるものの、接続構造体２００に曲げが加わった際に、酸化物超電導層２０４が劣化する虞があった。
接続構造体２００は、一対の酸化物超電導線材２１１、２１２の端部同士が合わせて配置されているので、一対の酸化物超電導線材２１１、２１２が内側となるような曲げが印加された際に端部同士が干渉し、干渉した部分の上方に位置する接合用の酸化物超電導線材２１３に突き上げるような応力が発生する。係る応力によって接合用の酸化物超電導線材２１３の酸化物超電導層２０４の結晶構造が損傷を受ける虞があり、曲げに対して弱い構造となっていた。

本発明は、以上のような実情に鑑みなされたものであり、曲げに対して強い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。

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線材同士が接続された接続構造体であって、第１の酸化物超電導線材、第２の酸化物超電導線材及び第３の酸化物超電導線材を有し、前記第１及び第２の酸化物超電導線材が、基材に対して酸化物超電導層を形成した側を揃えて端部同士を離間した状態で隣接して配置され、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の酸化物超電導線材の安定化層が橋渡しされ、前記第１及び第３の酸化物超電導線材の安定化層同士が導電性接合材により接合され、前記第２及び第３の酸化物超電導線材の安定化層同士が導電性接合材により接合され、離間して配置した前記第１及び第２の酸化物超電導線材の端部間の距離が前記第３の酸化物超電導線材の長さの０．４％以上９０％未満であることを特徴とする。
本発明によれば、第１及び第２の酸化物超電導線材の端部同士を第３の酸化物超電導線材の長さの０．４％以上離間して配置されていることで、曲げ印加の際に端部同士が干渉し、干渉した部分の上方に位置する第３の酸化物超電導線材に突き上げるような応力が集中することを抑制することができる。また、第１及び第２の酸化物超電導線材の端部同士の距離が第３の酸化物超電導線材の長さの９０％未満とされたことで、小型の加熱装置で、第１と第３の酸化物超電導線材を導電性接合材によって接合する領域と、第２と第３の酸化物超電導線材を導電性接合材によって接合する領域とを同時に加熱することができるため、生産性が良い。加えて、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、前記導電性接合材の厚さが、３８０μｍ以下であることを特徴とする。
本発明によれば、導電性接合材の厚さを３８０μｍ以下とすることで、接続構造体に曲げを印加した場合であっても、十分な屈曲性を確保することが可能となり、曲げによって酸化物超電導層が損傷を受けることを抑制できる。

また、本発明の酸化物超電導線材の接続構造体は、積層方向に沿って前記第１及び第２の酸化物超電導線材が内側となり、前記第３の酸化物超電導線材が外側となるように半径５ｍｍ以上２００ｍｍ以下に曲げられたことを特徴とする。
本発明によれば、曲げ半径５ｍｍ以上に曲げられることによって、酸化物超電導層が損傷を受けることを抑制できる。したがって、様々な超電導機器において、曲げ半径の制約を受けることなく接続構造体を使用することができる。

また、本発明の酸化物超電導線材の接続構造体は、積層方向に沿って前記第１及び第２の酸化物超電導線材が外側となり、前記第３の酸化物超電導線材が内側となるように半径１２ｍｍ以上２００ｍｍ以下に曲げられたことを特徴とする。
本発明によれば、曲げ半径１２ｍｍ以上に曲げられることによって、酸化物超電導層が損傷を受けることを抑制できる。したがって、様々な超電導機器において、曲げ半径の制約を受けることなく接続構造体を使用することができる。

本発明は、前記第１の酸化物超電導線材及び第２の酸化物超電導線材の基材より、前記第３の酸化物超電導線材の基材が薄く形成されたことを特徴とする。
第１、第２酸化物超電導線材の基材より薄い基材を有する第３の酸化物超電導線材をこれらの線材の接続用として用いるので、接続構造体としての全体厚を少なくできる。

本発明は、前記第１の酸化物超電導線材の端末と前記第２の酸化物超電導線材の端末と前記第３の酸化物超電導線材の端末が、個々に被覆部材により覆われたことを特徴とする。
第１、第２、第３の酸化物超電導線材の端末部分を封止部材で封止することにより、外部からの水分浸入のおそれがより少ない接続構造体を提供できる。このため、接続構造体を含む酸化物超電導線材を長期間使用しても、水分劣化のおそれがない超電導線材を提供できる。

本発明の超電導機器は、前記酸化物超電導線材の接続構造体を有することを特徴とする。
前記接続構造体により接続された酸化物超電導線材を超電導機器に用いることで、機械的負荷に対する超電導機器の保護性能を向上させることが可能となるため、従来よりも高い信頼性を有する超電導機器を実現することが可能となる。

本発明によれば、第１及び第２の酸化物超電導線材の端部同士を１ｍｍ以上離間して配置させていることで、曲げ印加の際に端部同士が干渉することがなく、干渉した部分の上方に位置する第３の酸化物超電導線材に突き上げるような応力が集中することを抑制できる。また、第１及び第２の酸化物超電導線材の端部同士の距離が１９０ｍｍ以下とされたことで、小型の加熱装置で、第１と第３の酸化物超電導線材を導電性接合材によって接合する領域と、第２と第３の酸化物超電導線材を導電性接合材によって接合する領域とを同時に加熱することができるため、生産性が良い。加えて、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。

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を示す断面模式図である。 超電導ケーブルの一例を示す部分断面略図である。 超電導限流器の一例を示す断面図である。 超電導モータの一例を示し、図５（ａ）は、全体構成を示す部分断面図、図５（ｂ）は、各構成部品の位置関係を示す模式図である。 超電導コイルの一例を示し、図６（ａ）は、超電導コイルの積層体を示す斜視図、図６（ｂ）は、超電導コイル単体を示す斜視図である。 実施例及び比較例の曲げ試験の結果を示すグラフである。 実施例及び比較例の曲げ試験の結果を示すグラフである。 実施例及び比較例の曲げ試験の結果を示すグラフである。 実施例及び比較例の曲げ試験の結果を示すグラフである。 酸化物超電導線材の端部同士の距離と劣化率の結果の関係を示すグラフである。 導電性接合材の長さと抵抗値の関係を示すグラフである。 曲げ試験の方法を示す図であり、図１３（ａ）は、第３の酸化物超電導線材を外側に配置して曲げた様子を表す模式図であり、図１３（ｂ）は、第３の酸化物超電導線材を内側に配置して曲げた様子を表す模式図である。 図１４（ａ）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り、図１４（ｂ）は同酸化物超電導線材の端部封止構造の第一の例を示す模式図であり、図１４（ｃ）は同酸化物超電導線材の端部封止構造の第二の例を示す模式図である。 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１５（ａ）は正面模式図、図１５（ｂ）は断面模式図である。 実施例において製造した試料と比較例試料についてプレッシャークッカー試験の結果を示す図である。 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）
図１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。図１を基に、テープ状の酸化物超電導線材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。
酸化物超電導線材１は、テープ状の基材１０に中間層１１、酸化物超電導層１２、第１の安定化層１３、第２の安定化層１４が積層された構造を有する。なお、本実施形態において、第２の安定化層１４を構成する金属は、前記酸化物超電導線材１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よりも強く制御したり、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、中間層１１の配向度よりもさらに配向度の優れた層を得られることから、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。

第１の安定化層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、第１の安定化層１３には、少なくともＡｇを含む材料が用いられる。なお、本発明に用いられる第１の安定化層１３の材料はＡｇであり、以下、特に指定がなければ、第１の安定化層１３に用いる材料をＡｇとする。第１の安定化層１３は、基材１０と中間層１１と酸化物超電導層１２の積層物に対しその全周を覆うように形成しても良い。

第１の安定化層１３上に積層された第２の安定化層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、第１の安定化層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。第１の安定化層１３はその機能により第２の安定化層１４の一部とみなすことができる。

第２の安定化層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、酸化物超電導線材１を超電導限流器に使用する場合、第２の安定化層１４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、第２の安定化層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。
第２の安定化層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。

第２の安定化層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）を介し第１の安定化層１３上に貼り付けることで積層して形成される。また、第２の安定化層１４は、基材１０、中間層１１、酸化物超電導層１２、第１の安定化層１３を積層した積層体１５の全周を被覆する。

第１の安定化層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第１の安定化層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。

第２の安定化層１４は、第１の安定化層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、第１の安定化層１３を積層した積層体１５のほぼ全周を覆い形成される。即ち、第２の安定化層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た積層体１５の周面を横断面Ｃ字型をなすように覆っている。第２の安定化層１４は、金属テープをロール等でフォーミングし積層体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。第２の安定化層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は第２の安定化層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。

酸化物超電導線材１の外周が金属テープ等からなる金属層（第２の安定化層１４）及び半田層１６で覆われていることで、酸化物超電導線材１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体１５の周面を覆うように金属層を形成する他に、積層体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外周の金属層及び第２の安定化層１４と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。

ここでは上述したように、第２の安定化層１４として金属テープ又はめっき層を形成する酸化物超電導線材１を例示した。しかしながら本発明の酸化物超電導線材はこれに限定されるものではなく、例えば第２の安定化層１４を有さない、即ち第１の安定化層１３のみによって、安定化層としての役割を果たす構成であっても良い。

（接続構造体）
以下、本発明に係る接続構造体の第１実施形態である第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について図２に基づいて説明する。
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を基に説明した酸化物超電導線材１と同形態である。

図２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る。
第１及び第２の酸化物超電導線材４、５は、基材１０に対して酸化物超電導層１２を形成した側を揃えて、接続しようとする端部４ａ、５ａ同士に距離ｅの間隙を設けて隣接して配置されている。また、第３の酸化物超電導線材６は、前記隣接された端部４ａ、５ａを跨るように、第１及び第２の酸化物超電導線材４、５の安定化層１４に前記第３の酸化物超電導線材６の安定化層１４が橋渡しされている。さらに、第１及び第３の酸化物超電導線材４、６の安定化層１４同士が導電性接合材２２により接合され、前記第２及び第３の酸化物超電導線材５，６の安定化層１４同士が導電性接合材２２により接合されている。

接続構造体３０を形成する手順について説明する。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。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。さらに、導電性接合材２２によって第１の酸化物超電導線材４と第３の酸化物超電導線材６の重ね合わせ部並びに第２の酸化物超電導線材５と第３の酸化物超電導線材６の重ね合わせ部を接合することによって接続構造体３０を構成する。

上述したように、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、第１の安定化層１３上に金属テープを貼り付ける際に用いる半田と同じものを使用することができる。

導電性接合材２２によって接合される領域の長手方向の長さＨ_２２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、導電性接合材２２によって接合される領域の長手方向の長さＨ_２２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い。しかしながら、長さＨ_２２が１２０ｍｍ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。
加えて、接続時の導電性接合材２２の溶融において、第１と第３の酸化物超電導線材４、６を導電性接合材２２によって接合する領域と、第２と第３の酸化物超電導線材５、６を導電性接合材２２によって接合する領域とが大きくなるため、同時に加熱するためには、加熱装置が大きくなり、現実的ではない。したがって長さＨ_２２は、１０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下が望ましい。

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、１ｍｍ以上であることが望ましい。第１及び第２の酸化物超電導線材４、５を１ｍｍ以上離間して配置することで、接続構造体３３に、第３の酸化物超電導線材６が外側となるような曲げ（図２において、中心部が最上点となるような逆Ｕ字状の曲げ）を印加した場合、第１及び第２の酸化物超電導線材４、５の端部４ａ、５ａ同士が干渉し、干渉した部分の上方に位置する第３の酸化物超電導線材６に突き上げるような応力が集中することを抑制することができる。
また、端部４ａ、５ａ同士の距離ｅが、１９０ｍｍを超える場合においては、接続時の導電性接合材２２の溶融において、第１と第３の酸化物超電導線材４、６を導電性接合材２２によって接合する領域と、第２と第３の酸化物超電導線材５、６を導電性接合材２２によって接合する領域とが、１９０ｍｍを超えることとなり、同時に加熱するためには、全長が２００ｍｍを超える大型の加熱装置が必要となる。したがって、前記２カ所の導電性接合材２２によって接合する領域を同時に接合するためには装置が大型化しコストが高くなるため現実的ではない。前記２カ所の導電性接合材２２によって接合する領域を別々に接続する場合においては、加熱し導電性接合材２２を溶融し、冷却し凝固させる工程を２回行う必要があり、生産性が悪い。
したがって、端部４ａ、５ａ同士の距離ｅは、１ｍｍ以上１９０ｍｍ未満であることが望ましい。

加えて、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３３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。

（超電導ケーブル）
上述したように作製された接続構造体３０によって接続された酸化物超電導線材１（即ち、酸化物超電導線材４、５）は、図３に部分断面略図の一例を示す超電導ケーブル８０として使用することができる。超電導ケーブル８０の中心にあるケーブルコア８５は、金属製（例えば銅製）フォーマ８１の周りに、複数列のテープ状の酸化物超電導線材１を、絶縁層８２を挟んで２層にわたって螺旋状に巻きつけ、更に導電性のケーブル用安定化層８３によって覆われて形成されている。このケーブルコア８５は可撓性を有する金属製の二重断熱管８４の中に収納されている。二重断熱管８４は、内管８４ａと外管８４ｃを有し、内管８４ａと外管８４ｃの間には、真空断熱層８４ｂが形成されており、外部からの熱の影響を排除する構造となっている。
このような超電導ケーブル８０に、上述した方法で接続した酸化物超電導線材１を用いる事によって、製造ラインの大きさに係らず、様々な長さの超電導ケーブル８０を作製することができる。
また、複数本の超電導ケーブル８０を接続する際に、その接続部において前記接続構造体３０を採用し、酸化物超電導線材１を接続することができる。

（超電導限流器）
また、上述した第１又は第２実施形態の接続構造体３０によって接続された酸化物超電導線材１を用いて図４に一例を示す超電導限流器９９を作製することができる。
超電導限流器９９において、接続構造体３０によって接続された酸化物超電導線材１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１は、図１を基に説明したように第２の安定化層１４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）
図５（ａ）、（ｂ）に、上述した接続構造体３０によって接続された酸化物超電導線材１を用いて構成された超電導モータ１３０の一例を示す。超電導モータ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用コイル１３５が取り付けられ、これら複数の超電導モータ用コイル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。
超電導モータ用コイル１３５は、前記接続構造体３０によって接続された酸化物超電導線材１を適当なスミＲを有するレーストラック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５（ａ）、（ｂ）に示す超電導モータ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１３０として使用することができる。

（超電導コイル）
上述したように作製された接続構造体３０によって接続された酸化物超電導線材１を巻回して、図６（ｂ）に示すパンケーキ状超電導コイル１０１を構成することができる。また超電導コイル１０１を複数個積層し、それぞれの超電導コイル１０１同士を前記接続構造体３０によって接続することにより、図６（ａ）に示す強力な磁力を発する超電導コイル積層体１００を形成することができる。

以上に説明したように、上述した接続構造体３０によって接続された酸化物超電導線材１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１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、超電導変圧器、超電導限流器、超電導電力貯蔵装置などを例示できる。

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５ｍｍ、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（第１の安定化層）を形成し、Ａｇ層の上に０．１ｍｍ厚のＣｕテープ（第２の安定化層）を横断面Ｃ字型をなすようにフォーミングし、積層体（基材と中間層と酸化物超電導層と第１の安定化層の積層体）の周面を覆い、半田によって被着した。これによって、図１に示す酸化物超電導線材１を複数作製した。この酸化物超電導線材１を以下の実施例及び比較例で共通して使用する。

（実施例１、２、３と比較例１、２）
上述した酸化物超電導線材を用いて、接続構造体３０を有する実施例１、２、３並びに比較例１、２を作製した。以下に図２を基に実施例１、２、３の接続構造体３０の作製方法を具体的に説明する。
まず、上述した酸化物超電導線材によって図２の接続構造体３０における第１及び第２の酸化物超電導線材４、５並びに第３の酸化物超電導線材６を用意する。
次いで、第１、第２、第３の酸化物超電導線材４、５、６を図２に示すように配置した。このとき、第１及び第２の酸化物超電導線材４、５は、接続しようとする端部４ａ、５ａ同士の距離ｅを実施例１、３では１ｍｍ、実施例２では５ｍｍだけ離間した。また、比較例１、２では、隙間を設けなかった。なお、第１と第３の酸化物超電導線材４、６並びに第２及び第３の酸化物超電導線材５、６は、それぞれ２０ｍｍ重ねて配置した。
次いで、第１と第３の酸化物超電導線材４、６の前記２０ｍｍの重ね合わせ部全体の安定化層１４同士を半田（導電性接合材２２）により接合し、第２及び第３の酸化物超電導線材５、６の前記２０ｍｍの重ね合わせ部全体の安定化層１４同士を実施例１、２並びに比較例１はＩｎ半田（導電性接合材２２）、実施例３並びに比較例２はＳｎ半田（導電性接合材２２）により接合した。
なお、実施例１、２、３並びに比較例１、２の試料は、複数個作成し以下の曲げ試験で用いる際に一度曲げたものは使用しない。

実施例１、２及び比較例１の接続構造体について曲げ半径５０ｍｍの曲げ試験を行った。曲げ試験は、図１３（ａ）に示すように、各試料の接続構造体を積層方向に沿って第１及び第２の酸化物超電導線材４、５が内側となり、第３の酸化物超電導線材６が外側となるように半径５０ｍｍの巻胴Ｂの外周に沿って押し当てて曲げることにより行い、この曲げ試験の前後での臨界電流の比（劣化率）を測定した。結果を図７に示す。
図７を参照すると、実施例１、２では、臨界電流に顕著な劣化は見られないのに対して、比較例１では、大きく劣化している。これにより、図２に示す接続構造体３０において、第３の酸化物超電導線材６が外側となるような曲げ方向（図１３（ａ）参照）で半径５０ｍｍの曲げを行った場合、第１及び第２の酸化物超電導線材４、５の端部４ａ、５ａ同士の間に１ｍｍまたは５ｍｍの隙間を設けることによって、曲げによる劣化を抑制できることが確認された。したがって、隙間は１ｍｍ以上であれば曲げによる劣化が抑制できると考察される。

実施例３及び比較例２の接続構造体について曲げ半径７０ｍｍの曲げ試験を行った。曲げ試験は、第３の酸化物超電導線材６が外側となるような曲げ方向（図１３（ａ）参照）、半径７０ｍｍで曲げ試験を行い、その前後での臨界電流の比（劣化率）を測定した。結果を図８に示す。
図８を参照すると、実施例１では、臨界電流に顕著な劣化は見られないのに対して、比較例１では、大きく劣化している。
これにより、図２に示す接続構造体３０において、第３の酸化物超電導線材６が外側となるような曲げ方向（図１３（ａ）参照）で半径７０ｍｍの曲げを行った場合、第１及び第２の酸化物超電導線材４、５の端部４ａ、５ａ同士の間に１ｍｍ以上の隙間を設けることによって、曲げによる劣化を抑制できることが確認された。

続いて、実施例２及び比較例１の接続構造体について半径７０ｍｍ以上の様々な曲げ半径で曲げ試験を行った。曲げ試験は、第３の酸化物超電導線材６が外側となるような曲げ方向（図１３（ａ）参照）において、様々な曲げ半径で曲げることにより行い、この曲げ試験の前後での臨界電流の比（劣化率）を測定した。結果を図９に示す。
図９を参照すると、実施例２では、臨界電流に顕著な劣化は見られないのに対して、比較例１では、曲げ半径７０ｍｍで大きく劣化している。５％以上の劣化が見られるものは実使用上問題があるため、比較例１は不適合であると言える。
これにより、図２に示す接続構造体３０において、第３の酸化物超電導線材６が外側となるような曲げ方向（図１３（ａ）参照）で半径７０ｍｍ以上の曲げを行った場合、第１及び第２の酸化物超電導線材４、５の端部４ａ、５ａ同士の間に隙間を設けることによって、曲げによる劣化を抑制できることが確認された。

（実施例４と比較例１）
上述した、実施例１、２の製作手順において、接続しようとする端部４ａ、５ａ同士の距離ｅを５０ｍｍとして配置して接続し実施例４を作製した。
実施例４の曲げ試験は、第３の酸化物超電導線材６が外側となるような曲げ方向（図１３（ａ）参照）と、その逆の曲げ方向である第３の酸化物超電導線材６が内側となるような曲げ方向（図１３（ｂ）参照）とにおいて、様々な曲げ半径で曲げ、その前後での臨界電流の比（劣化率）を測定した。また、比較例１においては、第３の酸化物超電導線材６が外側となるような曲げ方向（図１３（ａ）参照）において、様々な曲げ半径で曲げ、その前後での臨界電流の比（劣化率）を測定した。結果を図１０に示す。なお、図１０において、図１３（ａ）に示す方向の曲げを印加した場合を曲げ方向（ａ）、図１３（ｂ）に示す方向の曲げを印加した場合を曲げ方向（ｂ）として、凡例に示した。

図１０を参照すると、実施例４を第３の酸化物超電導線材６が外側となるような曲げ方向（図１３（ａ）参照）で曲げた場合は、曲げ半径５ｃｍ以上の曲げで顕著な劣化が起こらなかった。また、実施例４を第３の酸化物超電導線材６が内側となるような曲げ方向（図１３（ｂ）参照）で曲げた場合は、曲げ半径１２ｃｍ以上の曲げで顕著な劣化が起こらなかった。これに対して、比較例１は、曲げ半径２０ｃｍ以下の曲げにおいて、完全に劣化していることがわかる。
これにより、図２に示す接続構造体３０において、何れの曲げ方向においても、第１及び第２の酸化物超電導線材４、５の端部４ａ、５ａ同士の間に隙間を設けることによって、曲げによる劣化を抑制できることが確認された。
加えて、接続構造体３０は、第３の酸化物超電導線材６が外側となるような曲げ方向（図１３（ａ）参照）の曲げに対してより劣化が起こりにくいことが確認された。

次に、上述した実施例１、２の作製手順において、接続しようとする端部４ａ、５ａ同士の距離ｅを、０ｍｍ（即ち隙間なし）、１ｍｍ、５ｍｍ、１９０ｍｍと様々変えて配置して接続した資料を複数作製し、第３の酸化物超電導線材６が外側となるような曲げ方向（図１３（ａ）参照）において、曲げ半径５０ｍｍの曲げ試験を行い、その前後での臨界電流の比（劣化率）を測定した。結果を図１１に示す。
図１１を参照すると、端部４ａ、５ａ同士の距離ｅは、１ｍｍ以上であれば超電導特性の劣化の抑制について効果を発揮することが確認された。

図１２に、接続構造体３０の導電性接合材２２として半田を用いた場合の、半田（導電性接合材２２）によって接合される領域の長手方向の長さＨ_２２と当該領域の液体窒素中での接続抵抗の大きさの関係を示す。
図１２に示すように、長さＨ_２２＝５ｍｍの場合において、抵抗値は３１０ｎΩであり、長さＨ_２２＝１０ｍｍの場合において、抵抗値は１５４ｎΩとなっている。接続抵抗は接続部での発熱のことを考慮して３００ｎΩ以下が望ましい。したがって、半田（導電性接合材２２）によって接合される領域の長手方向の長さＨ_２２は片側あたり１０ｍｍ以上が望ましい。

「第２実施形態」
図１４は第２実施形態の接続構造体に用いる酸化物超電導線材の基本構造を示すもので、図１４（ａ）に示すように、酸化物超電導線材２０において、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、第１の安定化層１３を積層して超電導積層体１５が形成され、この超電導積層体１５の外周を第２の安定化層１４で覆って酸化物超電導線材２０が構成されている点においては、図１に示す酸化物超電導線材１と同等構造である。また、第１の安定化層１３が積層物の全周を覆っても良い点についても先の実施形態の酸化物超電導線材１の構造と同様である。

図１４（ａ）は酸化物超電導線材２０の横断面構造を示し、酸化物超電導線材２０の長さ方向両端の端末部分を除く部分は図１４（ａ）に示す構造とされているが、酸化物超電導線材２０の長さ方向両端の端末部分は図１４（ｂ）に示す構造とされている。
図１４（ｂ）に示す酸化物超電導線材２０の端末部分は、酸化物超電導積層体２０の端部２０ａを所定幅に渡り金属箔からなる被覆部材２１により取り囲むことにより形成されている。以下に酸化物超電導線材２０を構成する各要素について説明する。

図１４（ａ）に示す酸化物超電導線材２０の端部２０ａは、被覆部材２１による被覆が無ければ露出することとなり、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おそれがある。そこで、図１４（ｂ）に示すように、端部２０ａと端部２０ａ近傍の第２の安定化層１４を端部２０ａからの長さＬに渡り被覆部材２１により取り囲むように被覆することによって、酸化物超電導線材２０の端末部分からの水分の浸入を防ぐ構造を有する酸化物超電導線材２０を形成する。

酸化物超電導線材２０の端部２０ａを被覆する被覆部材２１は、水分の浸入を防ぐことができれば形態は特に限定されない。本実施形態においては、Ｃｕなどからなる１対の金属箔４０、４０の一面に半田などの導電性接合材（図示略）を塗布し、当該導電性接合材を塗布した面同士を向い合わせて酸化物超電導線材２０の端部２０ａを厚み方向上下から挟み込み、酸化物超電導線材２０の端部２０ａを包み込むように覆うことで形成されている。
被覆部材２１の側面部２１ａが酸化物超電導線材２０の側面を覆い、先端面部２１ｂが酸化物超電導線材２０の長手方向端部２０ａを覆い、各部において被覆部材２１は、半田等の導電性接合材により酸化物超電導線材２０と接合されている。また、金属箔４０、４０同士は、縁部４０ｃ、４０ｃで酸化物超電導線材２０の端部２０ａ近傍を上下方向から閉じ、それぞれの金属箔４０同士は縁部４０ｃにおいて導電性接合材により接合されている。
酸化物超電導線材２０と金属箔４０との境界面及び、金属箔４０、４０同士の接触部は、導電性接合材により接合され完全に封止されているため、当該境界面及び接触部からの水分の浸入を抑制することができる。

酸化物超電導線材２０と被覆部材２１との境界面及び、金属箔４０、４０同士の接触部を縁部４０ｃにおいて接合する導電性接合材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り、上述した第１の安定化層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と同様の接合材を用いる事ができる。

また、図１４（ｃ）に示すように、被覆部材２１に代えて樹脂被覆部材４１を用いることができる。樹脂被覆部材４１を構成する樹脂材料としては、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ワックス等を用いる事ができる。樹脂被覆部材４１は、ディッピングや、型にはめて成型することにより形成することが可能で、この場合、均一な層を容易に形成することができる。

被覆部材２１で覆われる酸化物超電導線材２０の長手方向の長さＬに関しては、酸化物超電導線材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。図１（ｂ）に示すように、被覆部材２１を１対の金属箔４０、４０によって形成する場合においては、被覆部材２１で覆われる酸化物超電導線材２０の長手方向の長さＬを１ｍｍ以上とすることで、導電性接合体により、金属箔４０、４０を確実に固定することが可能となるため水分の浸入を確実に防ぐことが可能となるため好ましい。また、３０ｍｍを超えると、金属箔４０のコストが増加するばかりか、他の酸化物超電導線材と接続し接続構造体を形成する場合において、接続部分における厚みが増加する領域が長くなるため、接続部の取り回しが悪くなり好ましくない。
したがって、被覆部材２１で覆われる酸化物超電導線材２０の長手方向の長さＬは１〜３０ｍｍであることが好ましく、これは被覆部材２１を構成する材料が樹脂であっても（図１（ｃ）に示す構成であっても）同様である。

（接続構造体の第２実施形態）
以下、第２実施形態に係る接続構造体について図面に基づいて説明する。
図１５（ａ）、（ｂ）に示すように本実施形態の接続構造体３１において接続される、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は、図１４（ａ）、（ｂ）を基に説明した酸化物超電導線材１と同等構造であり、第１の酸化物超電導線材４の先端部（端末）と第２の酸化物超電導線材５の先端部（端末）はいずれも被覆部材２１により覆われている。第２実施形態の接続構造体の端部間の距離等は先の第１実施形態の接続構造体と同等である。

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は被覆部材２１により覆われている。
ただし、第３の酸化物超電導線材６の基材１０Ａは、第１の酸化物超電導線材４の基材１０及び第２の酸化物超電導線材５の基材１０の厚さよりも薄く形成されている点が異なる。基材１０Ａの上に中間層１１、酸化物超電導層１２、第１の安定化層１３を積層して超電導積層体１５が形成され、この超電導１５の外周を第２の安定化層１４で覆って酸化物超電導線材２０が構成されている点については同等構造である。また、基材１０Ａの構成材料は基材１０と同等である。

第３の酸化物超電導線材６の基材１０Ａの厚さは、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の基材１０よりも薄く形成されており、一例として基材１０の厚さの２５〜７５％程度とすることが好ましい。基材１０Ａの厚さを２５％以上とするのは、基材１０Ａが薄すぎると、基材１０Ａの上に中間層１１、酸化物超電導層１２、第１の安定化層１３を形成する場合の成膜工程において、搬送時の基材１０Ａの強度が不足となり、膜質が安定とならなくなる可能性があるためである。基材１０Ａの厚さを７５％以下とするのは、接続構造体３１において酸化物超電導線材同士の重ね合わせ部分の厚さが増加するためである。このような厚さの範囲にすることにより接続構造体の段差によってコイル巻回時に上に巻かれる超電導線材が受ける局部的な曲げ歪が緩和され、超電導特性の劣化を防止できる。更に、曲げにより発生する剥離応力を低減することができる。

図１５（ａ）、（ｂ）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と第２の酸化物超電導線材５を第３の酸化物超電導線材６により接続して構成される。
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をそれらの第１の安定化層１３側を同じ側に向けてそれら線材の端部間に若干の隙間をあけて隣接させ、それら線材の端部どうしを橋渡しするように第３の酸化物超電導線材６を接合して接続構造体３１が構成されている。第１の酸化物超電導線材４の端部に第３の酸化物超電導線材６を重ね合わせた部分は半田等の導電性接合材３２を介し電気的かつ機械的に接合され、第２の酸化物超電導線材５に第３の酸化物超電導線材６を重ね合わせた部分は半田等の導電性接合材３３を介し電気的かつ機械的に接合されている。

図１５（ａ）に示す接続構造体３１においては、臨界温度以下に冷却した状態において、第１第２第３の酸化物超電導線材４、５、６の酸化物超電導層１２に超電導電流が流れるが、接続部分においては、接続部分に存在する第１の安定化層１３、第２の安定化層１４を介し電流が流れる。
第３の酸化物超電導線材６を用いて第１第２の酸化物超電導線材４、５を接合した場合、超電導線材４、５、６の間に第１の安定化層１３、第２の安定化層１４などの常伝導物質があるために、有限の抵抗が存在する。そのため、通電により発熱し、クエンチを引き起こす原因となり、焼損するリスクがある。そこで、第２の安定化層１４、導電性接合材３２、３３をできるだけ厚くするならば、接続部分の熱容量を増加することができ、電流が常電導物質を流れるときに発生する熱により引き起こされるクエンチを抑制できる。
更に、第３の酸化物超電導線材６にしか電流が流れない領域がある場合、仮に従来構造のように第２の安定化層を無くした場合は、電気的、熱的にクエンチに弱くなるが、第３の酸化物超電導線材６の第２の安定化層１４をそのまま残すことによりクエンチ耐性を高いままの接続構造体３１とすることができる。

なお、接続構造体３１の厚みを薄くするために第２の安定化層を仮に除去すると、除去する作業中にクラックやスクラッチ等のダメージを超電導層に与え、超電導線材を劣化させるおそれがある。そこで、接続する場合に、第２の安定化層を除去するのではなく、基材１０Ａ自体の厚さを少なくすることで接続部の厚さを薄型化することが有利となる。このことで、酸化物超電導線材へのダメージを与えないようにしつつ酸化物超電導線材の封止構造にも影響を与えることなく接続できる効果がある。なお、第３の酸化物超電導線材３の基材１０Ａは、後述するように製造段階で予め薄い基材１０Ａを用いて製造しても良いし、各種の成膜処理を行った後、基材の裏面側を研磨して薄く加工するなどのいずれの手段を用いて薄くしても良い。

「接続構造体の製造方法」
先に製造した酸化物超電導線材１の基材１０と同じ材料からなり、その厚さが半分程度の基材１０Ａを用い、先の製造工程と同等の製造工程により接続用の短尺の酸化物超電導導体を製造し、この超電導導体の各端部を２枚の金属箔で上述の場合と同様に端末封止することで接続用の酸化物線材６を製造する。
上述の如く製造した２本の酸化物超電導線材１を第１の酸化物超電導線材４と第２の酸化物超電導線材５として用い、更に接続用の酸化物超電導線材６を用いて、先の実施形態の接続構造体３１を形成することができる。

「第２実施形態の接続構造体の実施例」
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５ｍｍ、厚さ１００μｍ、長さ１００ｍのテープ状の基材を複数用意し、表面を研磨した後、アルコール及び有機溶剤により洗浄した。
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Ａｌ_２Ｏ_３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Ｙ_２Ｏ_３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ＣｅＯ_２からなる膜厚４００ｎｍのキャップ層を形成し、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｘなる組成の酸化物超電導層を形成し、更に厚さ２μｍのＡｇの第１の安定化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８ｍｍ、厚さ０．０２ｍｍ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ロールフォーミング法により、加熱炉を併用してＳｎメッキを約２００℃に加熱し溶融させることにより、酸化物超電導積層体の外周をＳｎの導電性接合材層を介しＣｕからなる第２の安定化層で覆った構造の酸化物超電導導体を得た。
上述の工程で得た酸化物超電導導体を２本用意し、1本を第１の酸化物超電導線材、残り1本を第２の酸化物超電導線材として利用し、それらの両端部を５ｍｍの長さに渡り（即ち、図１４（ｂ）に示すＬ＝５ｍｍとして）、厚さ０．０２ｍｍのＣｕの金属箔４０、４０によって被覆することにより図１４（ｂ）に示す構成の被覆部材２１を形成した。金属箔４０、４０は各線材の端部からはみ出した部分を治具にて圧着するように一体化し、圧着部分を半田付けして被覆部材２１により各酸化物超電導線材４、５の端部を封止した。

次に、前述の厚さ１００μｍの基材に替え、厚さ７５μｍ、長さ１ｍの基材を用いてこの基材上に前記条件と同等の条件で拡散防止層、ベッド層、配向層、キャップ層、酸化物超電導層、第１の安定化層を積層し、この積層体に酸素アニール処理を施し、接続用の超電導積層体を得た。この超電導積層体に上述と同様のロールフォーミング法によりＣｕの第２の安定化層で覆った構造の接続用の酸化物超電導導体を得た。
この接続用酸化物超電導導体から、長さ６５ｍｍの部分を鋏で切り出し、その長さ方向両端部を先の第１、第２の酸化物超電導線材と同様に金属箔４０からなる被覆部材２１により端末封止し、接続用の第３の酸化物超電導線材６を得た。この第３の酸化物超電導線材６の総厚は０．１３５ｍｍである。

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をそれらの端部どうしの間に５ｍｍの隙間をあけ、酸化物超電導層１２を同じ側に向けて隣接させ、隣接させた端部にそれぞれ３０ｍｍ程度被さるように第３の酸化物超電導線材を被着し、被着部分を長さ１５ｍｍ程度ＩｎＳｎ半田により半田付けすることにより図１５（ａ）（ｂ）に示す接続構造体を作製した。この接続構造体の総厚は０．３３ｍｍとなった。
次に、比較例として、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を接合する際に用いる第３の酸化物超電導線材６として、第２の安定化層１４を略して構成し、第１の安定化層１３を露出させた形状の酸化物超電導導体を用い、図１５（ａ）、（ｂ）に示す構造と同様に橋渡し状に酸化物超電導線材４，５を接続した比較例の接続構造体を得た。

これらの接続構造体について、各々プレッシャークッカー試験を行った。プレッシャークッカー試験は、高温（１２１℃）・高湿（１００％）・高圧下（２気圧）に接続構造体を含む試料を１００時間放置し、その前後での臨界電流値（Ｉｃ）の比（Ｉｃ（試験前の測定値）／Ｉｃ_０（試験後の測定値）：劣化率）を測定した結果を図１６に示す。

図１６を参照すると、実施例試料は、接続する端部に被覆部材を配置し、第２の安定化層で超電導導体を被覆しているため、プレッシャークッカー試験において、大きな劣化は見られなかった。
これに対して、比較例試料は、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、第２の安定化層を除去した部分から試験中に水分が浸入し、酸化物超電導層が劣化したためであると考えられる。

次に、先の接続構造体において、第１、第２の酸化物超電導線材の基材厚さを０．１ｍｍ、第２の安定化層厚さを０．１ｍｍ、上下合計２層あるとして、全体の厚さ０．３２ｍｍ、第３の酸化物超電導線材の基材厚さを０．０５ｍｍ、安定化層０．１ｍｍとして、全体の厚さ約０．２７ｍｍとなる。
第３の酸化物超電導線材の基材を０．１ｍｍとした場合と比較し、第３の酸化物超電導線材の基材を０．０５ｍｍとした場合、約８％の厚み減少となった。クエンチ耐性に関して計算すると、Ｃｕとハステロイの電気抵抗率が５００倍程度異なるため、ハステロイの基材が薄くなってもＣｕの第２の安定化層の厚さが変わらないため、電気抵抗はほとんど変わらない。よって、酸化物超電導線材の接続構造体としたクエンチ耐性はＣｕの安定化層を除去した場合の従来構造と対比してほとんど差が生じない。

１…酸化物超電導線材、１ａ、４ａ、５ａ…端部、４…第１の酸化物超電導線材、５…第２の酸化物超電導線材、６…第３の酸化物超電導線材、１０、１０Ａ…基材、１１…中間層、１２…酸化物超電導層、１３…第１の安定化層、１４…第２の安定化層、１５…積層体、１６…半田層、２０…超電導線材、２１…被覆材、２２…導電性接合材、３０…接続構造体、３１…接続構造体、３２、３３…導電性接合材、８０…超電導ケーブル、９９…超電導限流器（超電導機器）、１００…超電導コイル積層体（超電導機器）、１０１…超電導コイル（超電導機器）、１３０…超電導モータ（超電導機器）、１３５…超電導モータ用コイル（超電導機器）、１３６…常電導コイル、Ｈ_２２…長さ、ｅ…距離

Claims (7)

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線材同士が接続された接続構造体であって、
   第１の酸化物超電導線材、第２の酸化物超電導線材及び第３の酸化物超電導線材を有し、
   前記第１及び第２の酸化物超電導線材が、基材に対して酸化物超電導層を形成した側を揃えて端部同士を離間した状態で隣接して配置され、
   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の酸化物超電導線材の安定化層が橋渡しされ、
   前記第１及び第３の酸化物超電導線材の安定化層同士が導電性接合材により接合され、
   前記第２及び第３の酸化物超電導線材の安定化層同士が導電性接合材により接合され、
   離間して配置した前記第１及び第２の酸化物超電導線材の端部間の距離が前記第３の酸化物超電導線材の長さの０．４％以上９０％未満であることを特徴とする酸化物超電導線材の接続構造体。
2. 前記導電性接合材の厚さが、３８０μｍ以下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線材の接続構造体。
3. 積層方向に沿って前記第１及び第２の酸化物超電導線材が内側となり、前記第３の酸化物超電導線材が外側となるように半径５ｍｍ以上２００ｍｍ以下に曲げられたことを特徴とする請求項１又は２記載の酸化物超電導線材の接続構造体。
4. 積層方向に沿って前記第１及び第２の酸化物超電導線材が外側となり、前記第３の酸化物超電導線材が内側となるように半径１２ｍｍ以上２００ｍｍ以下に曲げられたことを特徴とする請求項１又は２記載の酸化物超電導線材の接続構造体。
5. 前記第１の酸化物超電導線材及び第２の酸化物超電導線材の基材より、前記第３の酸化物超電導線材の基材が薄く形成された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線材の接続構造体。
6. 前記第１の酸化物超電導線材の端末と前記第２の酸化物超電導線材の端末と前記第３の酸化物超電導線材の端末が、個々に被覆部材により覆われたことを特徴とする請求項５に記載の酸化物超電導線材の接続構造体。
7. 前記請求項１〜６の何れか一項に記載の接続構造体を有することを特徴とする超電導機器。

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