JP2014130793A - Connection structure of oxide superconductive wire material and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、酸化物超電導線材の接続構造体とその製造方法に関する。 The present invention relates to an oxide superconducting wire connection structure and a method for manufacturing the same.
近年Bi系超電導線材Bi2Sr2CaCu2O8+δ(Bi2212)、Bi2Sr2Ca2Cu3O10+δ(Bi2223)やRE−123系超電導線材REBa2Cu3O7−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。 In recent years, Bi-based superconducting wire Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8 + δ (Bi2212), Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 10 + δ (Bi2223) and RE-123-based superconducting wire REBa 2 Cu 3 O 7-x (RE123: RE is Development of oxide superconducting wires such as rare earth elements including Y and Gd is underway. These oxide superconducting wires have a critical temperature of about 90-100K and exhibit superconductivity above the liquid nitrogen temperature. Therefore, these oxide superconducting wires are considered to be extremely promising materials for practical use. There is a demand for use as a conductor or a superconducting coil.
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。 The Bi-based superconducting wire has a structure manufactured by the Powder In Tube method (PIT method) or the like so that the Bi-based superconducting layer is covered with an Ag sheath material. On the other hand, in the RE-123 series superconducting wire, an oxide superconducting layer is laminated on a tape-shaped metal substrate by a film forming method through an intermediate layer, and the first stabilization of thin silver is further performed on the oxide superconducting layer. A structure in which a layer is formed and a second stabilization layer made of a highly conductive metal material such as copper is provided thereon is employed.
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25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の端部近傍を重ねあわせて、重ね合わせ部220を形成し、当該重ね合わせ部220を、半田(図示略)により接合し、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。
In order to apply the RE-123 series oxide superconducting wire to a practical device, a technique for connecting the oxide superconducting wire is desired. For example, in
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。
特許文献1に記載の接続構造体200において、半田による接合は、一対の酸化物超電導線材211、212の重ね合わせ部220全面を接合している。重ね合わせ部220全面を接合する際に、一対の酸化物超電導線材211、212の重ね合わせ部220を加圧する必要があり、加圧により余分な半田が、酸化物超電導線材211、212の重ね合わせ部220からはみ出し、それぞれの端面に付着する等して凝固する。これによって、重ね合わせ部220の両外側において半田の厚みが局所的に厚くなり、接続構造体200に曲げを加えると、重ね合わせ部220の長手方向両側近傍において負荷が集中し酸化物超電導層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。
However, in the
In the
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と酸化物超電導線材の接続方法を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above situations, and it aims at providing the connection method of the connection structure of an oxide superconducting wire strong to a bending, and an oxide superconducting wire.
前記課題を解決するため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一対の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、前記一対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重ね合わせ部を形成して配置され、前記重ね合わせ部の少なくとも一部に導電性接合材によって接合された接合領域が形成されていると共に、前記重ね合わせ部内の長手方向端部の少なくとも一方に、長手方向長さ1mm以上100mm以下の導電性接合材によって接合されていない非接合領域が形成されていることを特徴とする。
重ね合わせ部内端部の非接合領域は、重ね合わせ部から導電性接合材がはみ出すことを抑制する。したがって重ね合わせ部の両外側で凝固することがなく、接続構造体において導電性接合材による接合部が局所的に厚く形成されることがないため、局所的に曲げに弱い部分が生成されない。
なお、非接合領域の長さが1mm未満であると、マスキング材の挿入が困難となり、非接合領域が確実に確保されない虞がある。また、100mmを超えると、接続部分が長くなり、接続構造体の取り回しが悪くなり好ましくない。
本発明において、重ね合わせ部の両側に位置する対になる非接合領域の長さにおいて一方の非接合領域の長さが他方の非接合領域の長さより長いことを特徴とする構造を採用しても良い。
接続構造体に積層方向に沿った曲げを印加した場合、外側に位置する酸化物超電導線材の端部側に負荷が大きくかかる場合がある。この場合、外側の酸化物超電導線材の端部側の非接合領域の長手方向長さを、長くすることで、外側の接続構造体に係る負荷をより効果的に低減することができる。
In order to solve the above problems, the oxide superconducting wire connecting structure of the present invention is a tape-like base material in which a pair of oxide superconducting wires are formed by laminating an intermediate layer, an oxide superconducting layer, and a stabilizing layer. The stabilization structure is arranged such that the stabilizing layers in the vicinity of the ends of the pair of oxide superconducting wires are opposed to each other to form an overlapping portion, and at least a part of the overlapping portion And a joining region joined by a conductive joining material is formed, and at least one of the longitudinal end portions in the overlapping portion is not joined by a conductive joining material having a longitudinal length of 1 mm or more and 100 mm or less. A non-joining region is formed.
The non-bonding region at the inner end of the overlapping portion suppresses the conductive bonding material from protruding from the overlapping portion. Therefore, it does not solidify on both outer sides of the overlapped portion, and since the joint portion made of the conductive joint material is not locally thickened in the connection structure, a portion that is not easily bent is not generated.
Note that if the length of the non-bonded region is less than 1 mm, it is difficult to insert the masking material, and the non-bonded region may not be reliably ensured. Moreover, when it exceeds 100 mm, a connection part becomes long and the handling of a connection structure worsens and is unpreferable.
In the present invention, a structure is adopted in which the length of one non-bonded region is longer than the length of the other non-bonded region in the length of the paired non-bonded region located on both sides of the overlapping portion. Also good.
When a bending along the stacking direction is applied to the connection structure, a load may be greatly applied to the end portion side of the oxide superconducting wire located outside. In this case, by increasing the longitudinal length of the non-bonded region on the end side of the outer oxide superconducting wire, the load on the outer connection structure can be more effectively reduced.
また、本発明の酸化物超電導線材の接続構造体は、3つの前記酸化物超電導線材である第1の酸化物超電導線材、第2の酸化物超電導線材並びに第3の酸化物超電導線材を備え、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、接続しようとする端部同士を所定の間隙を設けて隣接して配置され、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第1及び第2の重ね合わせ部を形成し、前記第1の重ね合わせ部の少なくとも一部に導電性接合材によって接合された接合領域が形成されていると共に、前記第1の重ね合わせ部内の長手方向端部の少なくとも一方に、長手方向長さ1mm以上100mm以下の導電性接合材によって接合されていない非接合領域が形成され、前記第2の重ね合わせ部の少なくとも一部に導電性接合材によって接合された接合領域が形成されていると共に、前記第2の重ね合わせ部内の長手方向端部の少なくとも一方に、長手方向長さ1mm以上100mm以下の導電性接合材によって接合されていない非接合領域が形成されることを特徴とする。
本発明によれば、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、重ね合わせ部内端部の非接合領域は、重ね合わせ部から導電性接合材がはみ出すことを抑制する。したがって重ね合わせ部の両外側で凝固することがなく、接続構造体において導電性接合材による接合部が局所的に厚く形成されることがないため、局所的に曲げに弱い部分が生成されない。さらに、第1及び第2の酸化物超電導線材の端部同士を離間して配置することで、曲げ印加の際に端部同士が干渉することがなくなり、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発生しない。
The connection structure of the oxide superconducting wire of the present invention includes the first oxide superconducting wire, the second oxide superconducting wire, and the third oxide superconducting wire which are the three oxide superconducting wires, The first and second oxide superconducting wires are arranged adjacent to each other with a predetermined gap between the ends to be connected, with the side on which the oxide superconducting layer is formed aligned with the base material, The stabilization layer of the third oxide superconducting wire is bridged to the stabilization layer of the first and second oxide superconducting wires so as to straddle the adjacent ends, and the first and second overlapping layers are bridged. A bonding region bonded to at least a part of the first overlapping portion by a conductive bonding material, and at least one of longitudinal end portions in the first overlapping portion. The length in the longitudinal direction is 1 mm or more and 100 mm or less A non-bonded region that is not bonded by the conductive bonding material is formed, a bonding region bonded by the conductive bonding material is formed in at least a part of the second overlapping portion, and the second overlapping region is formed. A non-joining region that is not joined by a conductive joining material having a length in the longitudinal direction of 1 mm or more and 100 mm or less is formed on at least one of the end portions in the longitudinal direction in the mating portion.
According to the present invention, since the pair of oxide superconducting wires to be connected is arranged with the stacking direction aligned, there is no reverse inversion of the oxide superconducting wire at the connecting portion. Moreover, the non-joining region at the inner end of the overlapping portion suppresses the conductive bonding material from protruding from the overlapping portion. Therefore, it does not solidify on both outer sides of the overlapped portion, and since the joint portion made of the conductive joint material is not locally thickened in the connection structure, a portion that is not easily bent is not generated. Furthermore, by arranging the end portions of the first and second oxide superconducting wires apart from each other, the end portions do not interfere with each other at the time of bending application, and the third is located above the interfered portion. No stress that pushes up the oxide superconducting wire.
また、本発明の酸化物超電導線材の接続構造体は、前記第1及び第2の重ね合わせ部部内の長手方向端部に形成される非接合領域のうち、前記第3の酸化物超電導線材の端部側に形成されている非接合領域の長手方向長さが、前記第1又は第2の酸化物超電導線材の端部側に形成されている非接合領域の長手方向の長さと比較して長くなっていることを特徴とする。
接続構造体に積層方向に沿った曲げを印加した場合、第3の酸化物超電導線材の端部側に最も負荷が大きくかかる。したがって、第3の酸化物超電導線材の端部側の非接合領域の長手方向長さを、第1又は第2の酸化物超電導線材の端部側の非接合領域の長さより長くすることで、接続構造体に係る負荷をより効果的に低減することができる。
Further, the oxide superconducting wire connecting structure according to the present invention includes the third oxide superconducting wire of the third oxide superconducting wire in the non-bonded region formed at the longitudinal ends in the first and second overlapping portions. The longitudinal length of the non-joining region formed on the end side is compared with the longitudinal length of the non-joining region formed on the end side of the first or second oxide superconducting wire. It is characterized by being long.
When bending along the stacking direction is applied to the connection structure, the load is greatest on the end side of the third oxide superconducting wire. Therefore, by making the longitudinal length of the non-joining region on the end side of the third oxide superconducting wire longer than the length of the non-joining region on the end side of the first or second oxide superconducting wire, The load concerning the connection structure can be reduced more effectively.
また、本発明の酸化物超電導線材の接続構造体は、前記重ね合わせ部内に2箇所以上の前記接合領域が形成され、当該接合領域同士が非接合領域によって隔てられていることを特徴とする。
2箇所以上の接合領域が形成され、接合領域同士が非接合領域によって隔てられた構造により、一部の導電性接合材が接合領域同士の間に形成された非接合領域に流れ、重ね合わせ部の外側にはみ出さないため、重ね合わせ部の外側に導電性接合材が局所的に厚く形成されない。即ち、局所的に曲げに弱い部分が生成されない。
Further, the oxide superconducting wire connecting structure according to the present invention is characterized in that two or more joining regions are formed in the overlapped portion, and the joining regions are separated from each other by a non-joining region.
Due to the structure in which two or more joining regions are formed and the joining regions are separated from each other by a non-joining region, a part of the conductive joining material flows into the non-joining region formed between the joining regions, and the overlapping portion Therefore, the conductive bonding material is not locally thickly formed outside the overlapping portion. That is, no locally weak portion is generated.
本発明の酸化物超電導線材の接続構造体は、前記第1及び第2の酸化物超電導線材の前記接合領域に近い側の端部の端面がこれら酸化物超電導線材の長手方向に直交され、前記接合領域において前記非接合領域との境界に前記酸化物超電導線材の長手方向に対し平面視傾斜する斜辺部が形成されたことを特徴とする。
接合領域に斜辺部が形成されていることで、接合領域の非接合領域側の端部が酸化物超電導線材の幅方向に部分的に接合された領域と接合されていない領域が混在された構成となる。この領域を設けることにより接合領域端部側において接合されていない領域が生成されるので、酸化物超電導線材の接合部分に曲げが作用した場合、応力付加から開放される領域が生じる結果、この領域に近い酸化物超電導層に対する応力付加が軽減される。このため、酸化物超電導線材どうしの接合部分に曲げが作用しても超電導特性が劣化し難い接続構造体を提供できる。
In the connection structure of the oxide superconducting wire of the present invention, the end surfaces of the end portions of the first and second oxide superconducting wires close to the joining region are orthogonal to the longitudinal direction of the oxide superconducting wires, In the joining region, an oblique side portion inclined in plan view with respect to the longitudinal direction of the oxide superconducting wire is formed at the boundary with the non-joining region.
A configuration in which the end portion on the non-joining region side of the joining region is partially joined in the width direction of the oxide superconducting wire and the unjoined region by forming the oblique side portion in the joining region It becomes. By providing this region, an unbonded region is generated on the end side of the bonded region. Therefore, when bending is applied to the bonded portion of the oxide superconducting wire, a region that is freed from stress is generated. The stress applied to the oxide superconducting layer close to is reduced. For this reason, it is possible to provide a connection structure in which the superconducting characteristics are not easily deteriorated even if bending acts on the joint portion between the oxide superconducting wires.
本発明の酸化物超電導線材の接続構造体は、前記非接合領域において前記接合領域側と反対側に前記非接合領域よりも狭い補助接合領域が形成されたことを特徴とする。
酸化物超電導線材どうしの接合部分に曲げが作用した場合、接合領域に加えて補助接合領域が酸化物超電導線材どうしを繋いで曲げに対し変形追従させるので、補助接合領域の外側の酸化物超電導線材の端部側と対向する酸化物超電導線材との隙間が必要以上に開いてしまう現象を抑制できる。このため、酸化物超電導線材どうしの接合部分に曲げが作用した場合であっても、酸化物超電導線材の端部側に開いた隙間が生成し難い接続構造体を提供できる。
The connection structure of the oxide superconducting wire according to the present invention is characterized in that an auxiliary joining region narrower than the non-joining region is formed in the non-joining region on the side opposite to the joining region side.
When bending acts on the joints between the oxide superconducting wires, the auxiliary joining region connects the oxide superconducting wires in addition to the joining region to cause deformation following the bending, so the oxide superconducting wire outside the auxiliary joining region. It is possible to suppress the phenomenon that the gap between the end portion side of the oxide and the oxide superconducting wire opposite to the gap is opened more than necessary. For this reason, even if it is a case where a bending acts on the junction part of oxide superconducting wire, the connection structure which cannot generate | occur | produce the open space | gap on the edge part side of an oxide superconducting wire can be provided.
また、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。
本発明により、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できる。
Moreover, the superconducting device of the present invention is characterized by having a connection structure of the oxide superconducting wire.
According to the present invention, it becomes possible to improve the protection performance of a superconducting device against a mechanical load, so that a superconducting device having higher reliability than the conventional one can be realized.
また、本発明の酸化物超電導線材の接続方法は、テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と安定化層を積層してなる第1及び第2の酸化物超電導線材を形成する工程と、前記第1の酸化物超電導線材または前記第2の酸化物超電導線材の安定化層表面であって、前記第1の酸化物超電導線材及び前記第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を対向させる時に、線材同士が互いに覆っている部分において、前記第1の酸化物超電導線材端部及び前記第2の酸化物超電導線材端部に対応する位置に、1mm以上100mm以下の幅でマスキング材を配置する工程と、前記マスキング材間に形成される空間に導電性接合材を配置する工程と、前記第1の酸化物超電導線材及び前記第2の酸化物超電導線材を接合する工程と、前記マスキング材を除去する工程とを有することを特徴とする。
重ね合わせ部内端部の非接合領域は、重ね合わせ部から導電性接合材がはみ出すことを抑制する。したがって重ね合わせ部の両外側で凝固することがなく、接続構造体において導電性接合材による接合部が局所的に厚く形成されることがないため、局所的に曲げに弱い部分が生成されない。
The method for connecting oxide superconducting wires according to the present invention includes the steps of forming first and second oxide superconducting wires formed by laminating an intermediate layer, an oxide superconducting layer, and a stabilizing layer on a tape-like substrate. And a stabilizing layer surface of the first oxide superconducting wire or the second oxide superconducting wire, and the end portions of the first oxide superconducting wire and the second oxide superconducting wire. 1 mm at a position corresponding to the end portion of the first oxide superconducting wire and the end portion of the second oxide superconducting wire in the portion where the wires cover each other when the adjacent stabilizing layers are opposed to each other. The step of disposing a masking material with a width of 100 mm or less, the step of disposing a conductive bonding material in a space formed between the masking materials, the first oxide superconducting wire and the second oxide superconducting Joining the wire, Characterized by a step of removing the serial masking material.
The non-bonding region at the inner end of the overlapping portion suppresses the conductive bonding material from protruding from the overlapping portion. Therefore, it does not solidify on both outer sides of the overlapped portion, and since the joint portion made of the conductive joint material is not locally thickened in the connection structure, a portion that is not easily bent is not generated.
また、本発明の酸化物超電導線材の接続方法は、テープ状の基材に中間層と酸化物超電導層と安定化層を積層してなる第1,第2及び第3の酸化物超電導線材を形成する工程と、前記第1及び第2の酸化物超電導線材の基材に対して酸化物超電導層を形成した側を揃えて、接続しようとする端部同士を所定の間隙を設けて隣接し配置し、前記隣接された端部に跨るように、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を橋渡しすることによって、第1及び第3の酸化物超電導線材の端部近傍の前記安定化層同士を対向させる時に、線材同士が互いに覆っている部分において、前記第1の酸化物超電導線材端部及び前記第3の酸化物超電導線材端部に対応する位置に、1mm以上100mm以下の幅でマスキング材を配置する工程と、第2及び第3の酸化物超電導線材の端部近傍の前記安定化層同士を対向させる時に、線材同士が互いに覆っている部分において、前記第2の酸化物超電導線材端部及び前記第3の酸化物超電導線材端部に対応する位置に、1mm以上100mm以下の幅でマスキング材を配置する工程と、前記マスキング材間に形成される空間に導電性接合材を配置する工程と、前記第1の酸化物超電導線材及び前記第3の酸化物超電導線材を接合し、前記第2の酸化物超電導線材及び前記第3の酸化物超電導線材を接合する工程と、前記マスキング材を除去する工程とを有することを特徴とする。
本発明によれば、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接続構造体を構成することができる。また、重ね合わせ部内端部の非接合領域は、重ね合わせ部から導電性接合材がはみ出すことを抑制する。したがって重ね合わせ部の両外側で凝固することがなく、接続構造体において導電性接合材による接合部が局所的に厚く形成されることがないため、局所的に曲げに弱い部分が生成されない。さらに、第1及び第2の酸化物超電導線材の端部同士を離間して配置することで、曲げ印加の際に端部同士が干渉することがなくなり、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発生しない。
なお、非接合領域の長さが1mm未満であると、マスキング材の挿入が困難となり、非接合領域が確実に確保されない虞がある。また、100mmを超えると、接続部分が長くなり、接続構造体の取り回しが悪くなり好ましくない。
Also, the method for connecting oxide superconducting wires of the present invention comprises first, second and third oxide superconducting wires comprising a tape-like base material laminated with an intermediate layer, an oxide superconducting layer and a stabilizing layer. Aligning the side on which the oxide superconducting layer is formed with respect to the base material of the first and second oxide superconducting wires, and adjoining the ends to be connected with a predetermined gap therebetween. The first oxide superconductor stabilization layer is bridged between the first oxide superconductor wire stabilization layer and the first oxide superconductor stabilization layer so as to straddle the adjacent ends. And when the stabilizing layers in the vicinity of the end portions of the third oxide superconducting wire are opposed to each other, the end portions of the first oxide superconducting wire and the third oxide are covered with each other. The width corresponding to the end of the superconducting wire is 1 mm or more and 100 mm or less. The step of arranging the masking material and the second oxide superconductivity at the portion where the wires cover each other when the stabilizing layers in the vicinity of the ends of the second and third oxide superconducting wires are opposed to each other. A step of disposing a masking material with a width of 1 mm or more and 100 mm or less at a position corresponding to an end of the wire and the end of the third oxide superconducting wire, and a conductive bonding material in a space formed between the masking materials Disposing, joining the first oxide superconducting wire and the third oxide superconducting wire, joining the second oxide superconducting wire and the third oxide superconducting wire, and And a step of removing the masking material.
According to the present invention, since the pair of oxide superconducting wires to be connected are arranged in the same stacking direction, it is possible to configure a connection structure in which the oxide superconducting wire is not reversed in the connection portion. Moreover, the non-joining region at the inner end of the overlapping portion suppresses the conductive bonding material from protruding from the overlapping portion. Therefore, it does not solidify on both outer sides of the overlapped portion, and since the joint portion made of the conductive joint material is not locally thickened in the connection structure, a portion that is not easily bent is not generated. Furthermore, by arranging the end portions of the first and second oxide superconducting wires apart from each other, the end portions do not interfere with each other at the time of bending application, and the third is located above the interfered portion. No stress that pushes up the oxide superconducting wire.
Note that if the length of the non-bonded region is less than 1 mm, it is difficult to insert the masking material, and the non-bonded region may not be reliably ensured. Moreover, when it exceeds 100 mm, a connection part becomes long and the handling of a connection structure worsens and is unpreferable.
また、本発明の酸化物超電導線材の接続方法は、前記第1及び第3の酸化物超電導線材並びに前記第2及び第3の酸化物超電導線材の端部近傍の前記安定化層同士を対向させる時に、線材同士が互いに覆っている部分において、第3の酸化物超電導線材の端部側に配置するマスキング材の幅が、第1又は第2の酸化物超電導線材の端部側に配置するマスキングの幅と比較して、長くなっていることを特徴とする。
接続構造体に積層方向に沿った曲げを印加した場合、第3の酸化物超電導線材の端部側に最も負荷が大きくかかる。したがって、第3の酸化物超電導線材の端部側の非接合領域の長手方向長さを、第1又は第2の酸化物超電導線材の端部側の非接合領域の長さより長くすることで、接続構造体に係る負荷をより効果的に低減することができる。上記のようなマスキング材の配置方法によって、このような非接合領域を形成することができる。
In the method of connecting oxide superconducting wires according to the present invention, the first and third oxide superconducting wires and the stabilization layers in the vicinity of the end portions of the second and third oxide superconducting wires are opposed to each other. In some cases, the width of the masking material arranged on the end side of the third oxide superconducting wire is arranged on the end side of the first or second oxide superconducting wire in the portion where the wires are covering each other. It is characterized by being longer than the width of.
When bending along the stacking direction is applied to the connection structure, the load is greatest on the end side of the third oxide superconducting wire. Therefore, by making the longitudinal length of the non-joining region on the end side of the third oxide superconducting wire longer than the length of the non-joining region on the end side of the first or second oxide superconducting wire, The load concerning the connection structure can be reduced more effectively. Such a non-bonding region can be formed by the masking material arrangement method as described above.
また、本発明の酸化物超電導線材の接続方法は、前記重ね合わせ部にマスキングを行い、その両側を前記導電性接合材によって接合し接合領域を形成することを特徴とする。
本発明によれば、接合領域同士が非接合領域によって隔てられた構造を形成することができこれにより、一部の導電性接合材が接合領域同士の間に形成された非接合領域に流れ、重ね合わせ部の外側にはみ出さないため、重ね合わせ部の外側に導電性接合材が局所的に厚く形成されない。即ち、局所的に曲げに弱い部分が生成されない。
Also, the oxide superconducting wire connecting method of the present invention is characterized in that the overlapping portion is masked, and both sides thereof are bonded by the conductive bonding material to form a bonding region.
According to the present invention, it is possible to form a structure in which the bonding regions are separated by the non-bonding region, whereby a part of the conductive bonding material flows to the non-bonding region formed between the bonding regions, Since it does not protrude outside the overlapping portion, the conductive bonding material is not locally thickly formed outside the overlapping portion. That is, no locally weak portion is generated.
本発明の酸化物超電導線材の接続方法は、前記酸化物超電導線材として、前記接合領域に近い側の端部の端面がこれら酸化物超電導線材の長手方向に直交された酸化物超電導線材を用い、前記接合領域において前記非接合領域との境界に前記酸化物超電導線材の長手方向に対し平面視傾斜する斜辺部を有した接合領域を形成することを特徴とする。
接合領域に斜辺部を形成することで、接合領域の非接合領域側の端部が酸化物超電導線材の幅方向に部分的に接合された領域と接合されていない領域が混在された構成を形成できる。この領域を設けることにより接合領域端部側において接合されていない領域が生成されるので、酸化物超電導線材の接合部分に曲げ応力が作用した場合、応力付加から開放される領域が生じる結果、その領域に近い酸化物超電導層に対する応力集中を軽減できる。このため、酸化物超電導線材どうしの接合部分に曲げが作用しても超電導特性が劣化し難い接続構造体を提供できる。
The connection method of the oxide superconducting wire of the present invention uses, as the oxide superconducting wire, an oxide superconducting wire in which the end surface on the side close to the joining region is orthogonal to the longitudinal direction of these oxide superconducting wires. In the joining region, a joining region having an oblique side inclined in plan view with respect to the longitudinal direction of the oxide superconducting wire is formed at the boundary with the non-joining region.
By forming the hypotenuse in the bonding region, a configuration is formed in which the end of the bonding region on the non-bonding region side is mixed with a region that is partially bonded in the width direction of the oxide superconducting wire and a region that is not bonded it can. By providing this region, a non-bonded region is generated on the bonding region end side, so that when bending stress is applied to the bonded portion of the oxide superconducting wire, a region that is freed from stress application is generated. Stress concentration on the oxide superconducting layer close to the region can be reduced. For this reason, it is possible to provide a connection structure in which the superconducting characteristics are not easily deteriorated even if bending acts on the joint portion between the oxide superconducting wires.
本発明の酸化物超電導線材の接続方法は、前記非接合領域において前記接合領域側と反対側に前記非接合領域よりも狭い補助接合領域を形成することを特徴とする。
補助接合領域を設けた構造を製造できるので、酸化物超電導線材どうしの接合部分に曲げが作用した場合、接合領域に加えて補助接合領域が酸化物超電導線材どうしを繋いで曲げに対し変形追従させる構造を得ることができる。この構造により、補助接合領域の外側の酸化物超電導線材の端部側と対向する酸化物超電導線材との隙間が必要以上に開いてしまう現象を抑制できる。このため、酸化物超電導線材どうしの接合部分に曲げが作用した場合であっても、酸化物超電導線材の端部側に開いた隙間が生成し難い接続構造体を提供できる。
The method for connecting oxide superconducting wires according to the present invention is characterized in that in the non-joining region, an auxiliary joining region narrower than the non-joining region is formed on the side opposite to the joining region side.
Since a structure with an auxiliary junction region can be manufactured, when bending acts on the junction between oxide superconducting wires, the auxiliary junction region joins the oxide superconducting wires in addition to the junction region to cause deformation following the bending. A structure can be obtained. With this structure, it is possible to suppress a phenomenon in which a gap between the end of the oxide superconducting wire outside the auxiliary junction region and the opposing oxide superconducting wire is opened more than necessary. For this reason, even if it is a case where a bending acts on the junction part of oxide superconducting wire, the connection structure which cannot generate | occur | produce the open space | gap on the edge part side of an oxide superconducting wire can be provided.
本発明によれば、接続部分において、重ね合わせ部内の端部の少なくとも一方に非接合領域が形成される。重ね合わせ部内端部の非接合領域は、重ね合わせ部から導電性接合材がはみ出すことを抑制する。したがって重ね合わせ部の両外側で凝固することがなく、接続構造体において導電性接合材による接合部が局所的に厚く形成されることがないため、局所的に曲げに弱い部分が生成されない。 According to the present invention, the non-bonding region is formed at least one of the end portions in the overlapping portion in the connection portion. The non-bonding region at the inner end of the overlapping portion suppresses the conductive bonding material from protruding from the overlapping portion. Therefore, it does not solidify on both outer sides of the overlapped portion, and since the joint portion made of the conductive joint material is not locally thickened in the connection structure, a portion that is not easily bent is not generated.
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。 Hereinafter, an embodiment of an oxide superconducting wire according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. Absent.
(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。
(Oxide superconducting wire)
FIG. 1 is a schematic diagram showing an
The
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。
The
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。
As the
As a result of heat treatment when forming another layer on the upper surface of this layer, the diffusion preventing layer diffuses part of the constituent elements of the
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。
The bed layer is used to suppress the reaction of the constituent elements at the interface between the
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、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。
The alignment layer controls the crystal orientation of the cap layer and the
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、CeO2、LaMnO3、Y2O3、Al2O3、Gd2O3、ZrO2、Ho2O3、Nd2O3、YSZ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、CeO2、LaMnO3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。
The cap layer is used when controlling the crystal orientation of the
Here, when CeO 2 is used for the cap layer, the cap layer may include a Ce—M—O-based oxide in which part of Ce is substituted with another metal atom or metal ion.
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、REBa2Cu3O(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(YBa2Cu3O(7−x))、Gd123(GdBa2Cu3O(7−x))が挙げられる。Bi系超電導体の組成は、例えば、Bi2Sr2Can−1CunO4+2n+δ(nはCuO2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。
The
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ぐ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い機能も有する。このため、第1の安定化層13には、AgあるいはAg合金のようなAgを主体とする材料が用いられる。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。
The
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。
The
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。
The metal material constituting the
The thickness of the
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を積層した積層物15の全周を被覆する。
The method for forming the
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。
When solder is used as a conductive bonding material (not shown) used when a metal tape is stuck on the
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を積層した積層物15の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物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。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。
The
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物15の周面を覆うように金属層を形成する他に、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外周の金属層及び第2の安定化層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。
The outer periphery of the
In addition to forming the metal tape so as to cover the peripheral surface of the laminate 15 as described above, the entire outer periphery of the laminate 15 is covered by plating, and the metal on the outer periphery of the laminate 15 is covered. The layer and the
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。
Here, as described above, the
(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。
(First embodiment)
Hereinafter, an embodiment of a connection structure according to the present invention will be described with reference to the drawings.
A
In addition, the 1st and 2nd
図2(a)、(b)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、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近傍の第2の安定化層14同士を対向させて、長さH50の重ね合わせ部50を形成して配置され、前記重ね合わせ部50の長手方向中央に位置する接合領域51が導電性接合材22によって接合されている。また、前記重ね合わせ部50であって、前記導電性接合材22によって接合される接合領域51の両側には、接合されていない非接合領域52、52が形成されている。なお、図2(a)、(b)において、前記接合領域51は、長手方向長さH51として表される領域であり、前記非接合領域52の長手方向長さH52として表される領域である。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
第1及び第2の酸化物超電導線材2、3を接続し、接続構造体30を構成するための接続方法を以下に説明する。
最初に、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近傍の第2の安定化層14、14同士を対向して重ね合わせ、重ね合わせ部50を形成する。このとき、当該重ね合わせ部50において、長手方向の両端の、非接合領域52、52を所定の長さH52だけマスキング材によってマスキングする。次に、前記重ね合わせ部50の非接合領域(マスキング部)52、52を除いた部分を導電性接合材22によって接合することにより接続する。導電性接合材22として半田を用いる場合は、重ね合わせ部50を形成する際にマスキングを行うと共に、重ね合わせ部50の長手方向中央に位置する接合領域51に半田用の箔を挟み、重ね合わせ部50を加圧しながら加熱することで、半田を溶融させて接合する。この場合半田固着後に必要に応じてマスキング材を除去し、非接合領域52、52を形成する。
なお、導電性接合材22として半田を用いる場合において、接続部分を加圧及び加熱する装置及び方法に関しては、第2実施形態の接続方法と合わせて後に詳しく説明する。
マスキング材としては、半田が固着しなければ特に限定されるものではなく、例えばカプトン(登録商標)、テフロン(登録商標)等からなるテープや、シートを使用することができる。
A connection method for connecting the first and second
First, the second stabilization layers 14 and 14 in the vicinity of the
In the case where solder is used as the
The masking material is not particularly limited as long as the solder is not fixed, and for example, a tape or sheet made of Kapton (registered trademark), Teflon (registered trademark), or the like can be used.
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。
As shown in FIG. 2B, in the
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導電性接合材と同じものを使用することができる。
As described above, solder can be used as the
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50は、接合領域51の長手方向長さH51と、非接合領域52、52の長手方向の長さH52、H52の和となる。
接合領域51の長手方向の長さH51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できる。したがって、接合領域51の長手方向の長さH51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、接合領域51の長手方向の長さH51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。したがって接合領域51の長手方向の長さH51は、120mm以下が望ましい。
The overlapping
By increasing the length H 51 in the longitudinal direction of the joining
非接合領域52、52の長手方向の長さH52は、1mm以上100mm以下であることが好ましい。非接合領域52の長さH52が1mm未満であると、マスキング材の挿入が困難となり、非接合領域52が確実に確保されない虞がある。非接合領域52が確実に確保されていないと、重ね合わせ部50の端部に余分な半田が溜り凝固し、導電性接合材22の厚みが重ね合わせ部50の端部で局所的に厚くなるため、接続構造体30に曲げを加えると、重ね合わせ部50の端部において応力が集中し酸化物超電導層12の結晶構造が損傷を受ける虞がある。即ち、曲げに対して弱い構造となる。
また、非接合領域52の長手方向の長さH52が100mmを超えると、接続部分が長くなり、接続構造体30の取り回しが悪くなり好ましくない。
The length H 52 in the longitudinal direction of the
On the other hand, when the length H 52 in the longitudinal direction of the
(第1実施形態の変形例)
図3(a)、(b)は、本発明の第1実施形態の第1、第2の変形例である接続構造体31、32を表す模式図である。なお、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。第1実施形態の第1、第2の変形例である接続構造体31、32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り、第1実施形態の接続構造体30と比較すると、それぞれ重ね合わせ部50における接合領域51と非接合領域52の位置構成が異なる。
以下、図3(a)、(b)を基に第1実施形態の第1、第2の変形例である接続構造体31、32に関して説明する。
(Modification of the first embodiment)
FIGS. 3A and 3B are schematic views showing
Hereinafter, the
図3(a)に示す第1の変形例の接続構造体31において重ね合わせ部50には、第1の酸化物超電導線材2の端部2aから長さH51に渡って形成される接合領域51が導電性接合材22により接合されている。また、前記重ね合わせ部50であって、第2の酸化物超電導線材3の端部3aから長さH52に渡って、導電性接合材22によって接合されていない非接合領域52が形成されている。
The overlapping
第2の酸化物超電導線材3の端部3a近傍に非接合領域52が形成されているため、導電性接合材22がはみ出し、重ね合わせ部50の外側で凝固することがない。一方、重ね合わせ部50の第1の酸化物超電導線材2の端部2a側には非接合領域52が形成されておらず、当該部分において導電性接合材22が溢れてはみ出しが起こり、導電性接合材22が厚くなった溢出部53が形成されている。
Since the
接続構造体31に、第1の酸化物超電導線材2が外側となり、第2の酸化物超電導線材3が内側となるような曲げを印加した場合、溢出部53には第1及び第2の酸化物超電導線材2、3の積層方向に引張り応力がかかる。溢出部53は、導電性接合材22が厚く形成されているため剛性が高く、溢出部53に引張り応力がかかるとその近傍の酸化物超電導層12に過大な負荷がかかり、超電導特性を劣化させる虞がある。
しかしながら、圧縮応力がかかる場合においては、酸化物超電導層12への負荷は、均一に導電性接合材22が形成された部分と比較してほとんど差がない。したがって、この接続構造体31は、溢出部53に圧縮応力がかかる方向への曲げに対して、超電導特性の劣化が起こりにくい。
即ち、接続構造体31は、本実施形態において、第1の酸化物超電導線材2が内側となり、第2の酸化物超電導線材3が外側となるような曲げを印加した場合(図3(a)において、重なり合わせ部50が最上点となるように逆U字状に曲げた場合)において、超電導特性の劣化が起こりにくい。
When bending is applied to the
However, when compressive stress is applied, the load on the
In other words, in the present embodiment, the
図3(b)に示す第2の変形例の接続構造体32において、重ね合わせ部50には、非接合領域52と接合領域51が長手方向に向かって順に形成されており、重ね合わせ部50の長手方向両端部は、非接合領域52が形成されている。3箇所の非接合領域52は、それぞれ長手方向に長さH52の領域に渡って形成され、2箇所の接合領域51は、それぞれ長手方向に長さH51の領域に渡って形成されている。
In the
接続構造体32は、第1実施形態の接続構造体30による種々の効果と同様の効果を得ることができる。また、接合領域51、51同士が非接合領域52によって隔てられた構造を有することによって、一部の導電性接合材22が接合領域51、51同士の間に形成された非接合領域52に流れ、重ね合わせ部50の外側にはみ出すことを抑制することができ、重ね合わせ部50の外側に導電性接合材22が局所的に厚く形成されることがない。即ち、局所的に曲げに弱い部分が生成されない。
The
(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4に本発明の第2実施形態である第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33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33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を基に説明した酸化物超電導線材1と同構造である。
(Second Embodiment)
Hereinafter, an embodiment of a connection structure according to the present invention will be described with reference to the drawings.
A
In addition, the 1st and 2nd
図4(a)、(b)に示すように、接続構造体33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を介し接続する構成を有する。
第2実施形態の接続構造体33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。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the
The
第2実施形態の接続構造体33を形成する方法について図4(a)、(b)を基に説明する。
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に対し酸化物超電導層12、12を形成した側を揃えて配置する。
A method for forming the
First, the first and second
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。これによって、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が重なり合う第1の重ね合わせ部60と、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が重なり合う第2の重ね合わせ部70とが形成される。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。なお、図4(a)、(b)において、第1の重ね合わせ部60は、長手方向長さH60として表される領域であり、第2の重ね合わせ部70は、長手方向長さH70として表される領域である。また、第1の重ね合わせ部60を形成する際に、次に非接合領域62、72に相当する部分をマスキングする。さらに、導電性接合材22によって、接合領域61、72を接合する。
Next, the third
導電性接合材22によって接合される接合領域61、71の長手方向の長さH61、H71は、第1実施形態の接続構造体30と同様に、接続構造体33の電気抵抗及び屈曲性の観点から10〜120mmが望ましい。
加えて、非接合領域62、72の長手方向の長さH62、H72は、マスキングの作業性及び接続構造体33の取り回しの観点から、1mm以上100mm以下であることが好ましい。
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4(a)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同士が干渉することがなくなり、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発生しない。
The lengths H 61 and H 71 in the longitudinal direction of the joining
In addition, the lengths H 62 and H 72 in the longitudinal direction of the non-bonded regions 62 and 72 are preferably 1 mm or more and 100 mm or less from the viewpoint of masking workability and handling of the
The distance e between the
加えて、図4(b)に示すように、接続構造体33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。
In addition, as shown in FIG. 4B, in the
第2実施形態の接続構造体33は、第1実施形態の接続構造体30による種々の効果と同様の効果を得ることができる。
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。
The
In addition, since the first
(第2実施形態の変形例)
図5(a)、(b)、(c)は、本発明の第2実施形態の第1〜第3の変形例である接続構造体34、35、36を表す模式図である。なお、上述の第2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。第2実施形態の第1〜第3の変形例である接続構造体34、35、36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を介して接続する構造体であり、第2実施形態の接続構造体33と比較すると、それぞれ第1及び第2の重ね合わせ部60、70における接合領域61、71と非接合領域62、72の位置構成において異なる。
以下、図5(a)、(b)、(c)を基に第2実施形態の変形例である接続構造体34、35、36に関して説明する。
(Modification of the second embodiment)
FIGS. 5A, 5 </ b> B, and 5 </ b> C are schematic views illustrating
Hereinafter, the
図5(a)に示す第1の変形例の接続構造体34において、第1及び第2の重ね合わせ部60、70には、第1及び第2の酸化物超電導線材4、5の端部4a、5a近傍に非接合領域62、72が形成されているため、導電性接合材22がはみ出し重ね合わせ部50の外側で凝固することがない、一方、第1及び第2の重ね合わせ部60、70の第3の酸化物超電導線材6の第1及び第2端部6a、6b側には非接合領域62、72が形成されておらず、当該部分において導電性接合材22のはみ出しが起こり、導電性接合材22が厚くなった溢出部63、73が形成されている。
In the
接続構造体34に、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が外側となるような曲げを印加した場合、溢出部63、73には第1、第2及び第3の酸化物超電導線材4、5、6の積層方向に引張り応力がかかる。溢出部63、73は、導電性接合材22が厚く形成されているため剛性が高く、溢出部63、73に引張り応力がかかるとその近傍の酸化物超電導層12に過大な負荷がかかり、超電導特性を劣化させる虞がある。
しかしながら、圧縮応力がかかる場合においては、酸化物超電導層12への負荷は、均一に導電性接合材22が形成された部分と比較してほとんど差がない。したがって、この接続構造体34は、溢出部63、73に圧縮応力がかかる方向への曲げに対して、超電導特性の劣化が起こりにくい。
即ち、接続構造体34は、第1及び第2の酸化物超電導線材4、5が外側となり、第3の酸化物超電導線材6が内側となるように曲げられた場合(図5(a)において、中央部が最下点となるようなU字状に曲げた場合)において、超電導特性の劣化が起こりにくい。
When bending is applied to the connecting
However, when compressive stress is applied, the load on the
That is, the
図5(b)に示す第2の変形例の接続構造体35は、上記第1の変形例の接続構造体34と比較して、第1及び第2の重ね合わせ部60、70において、接合領域61、71と非接合領域62、72の位置関係を反転させたものであると説明できる。
The
接続構造体35は、上記接続構造体34と比較して溢出部63、73に圧縮方向の応力がかかる曲げ方向も逆となり、劣化が起こりにくい曲げ方向も逆となる。即ち、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曲げられた場合(図5(b)において、中央部が最上点となるような逆U字状に曲げた場合)において、超電導特性の劣化が起こりにくい。
Compared with the
図5(c)に示す第3の変形例の接続構造体36は、第3の酸化物超電導線材6の第1及び第2端部6a、6bの近傍に図3(b)を基に説明した第1実施形態の変形例である接続構造体32を連続して接続したものである。したがって、第1実施形態の変形例である接続構造体32と同様の効果を得ることができる。
The
(導電性接合材の接合:接続構造体の製造方法)
導電性接合材22の接合は、以下に図6(a)、(b)を基に説明する接合装置152、153によって行うことが望ましい。なお、図6(a)、(b)を基に行う説明において、特に指定しない限り、導電性接合材22として半田を用いるものとする。また、この接続装置を用いた接合方法は、上述した接続構造体30、31、32、33、34、35、36において、適用可能である。
(Connection of conductive bonding material: manufacturing method of connection structure)
The bonding of the
図6(a)に示す接合装置152は、接続構造体33を上下から挟み込み加圧、加熱を行う、上部板150、下部板155、加圧装置(図示略)、ヒーター(図示略)から概略構成される。
接合装置152による接続構造体33の接合手順を以下に説明する。
まず、第1の酸化物超電導線材4、第2の酸化物超電導線材5を下部板155上に隣接して載置し、その上にマスキング材160の貼付し、さらに、半田箔、半田ペースト等の導電性接合材22を前記マスキング材160が貼付されていない接合領域61、71に設ける。次に、第3の酸化物超電導線材6を隣接された第1及び第2の酸化物超電導線材4、5の端部4a、5aに跨るように橋渡しし、さらに、上部板150を第3の酸化物超電導線材6の上方から被せ、上部板150の突起部150aが第3の酸化物超電導線材6を覆うように配置する。上部板150には、加圧装置が設けられており、第3の酸化物超電導線材6を下方へ所定の圧力にて均一に加圧することが可能である。
The joining
A procedure for joining the
First, the first
次に、上部板150及び下部板155をヒーターによって、導電性接合材22の融点以上に加熱する。上部板150及び下部板155の熱が接続構造体33に伝わり、導電性接合材22が溶融する。この時、温度が高すぎると酸化物超電導層12(図1参照)の劣化が起こるため、上部板150及び下部板155の温度を測定しながら加熱を行うことが好ましい。
最後に、ヒーターの電源をオフにして、冷却し導電性接合材22が凝固した後、上部板150を外して接続構造体33を取り出し、必要に応じてマスキング材を除去する。
以上の手順に沿って接合装置152を使用することによって、作業者の習熟度に依存せず、接続構造体33を形成することができる。
Next, the
Finally, the heater is turned off and cooled, and after the
By using the joining
図6(b)には、上述した接合装置152の変形例である接合装置153を示す。接合装置153は、接合装置152と比較すると上部板151の形状が異なる。
接合装置153の上部板151は、接続構造体33の接合領域61、71の長手方向長さ(図4(a)、(b)におけるH61、H71)と略同じ長手方向長さを有する突起部151aを有する。
上部板151の突起部151aは、接続構造体33の上方から加圧する際に、導電性接合材22が設けられた領域のみを加圧する。したがって、酸化物超電導線材表面の凹凸やうねりに影響されることなく、溶融状態の導電性接合材22を均一に加圧することが可能となり、均一な厚みの導電性接合材22を形成することができる。加えて、導電性接合材22を溶融したい部分を集中的に加熱するため、エネルギー効率が高い。
FIG. 6B shows a joining
The
When the
(第1実施形態の他の変形例)
図7は、本発明の第1実施形態の第3の変形例である接続構造体30Aを表す模式図である。なお、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。第1実施形態の第4の変形例である接続構造体30A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り、第1実施形態の接続構造体30と比較すると、重ね合わせ部50Aにおける接合領域51Aと非接合領域52A1、A2の形状が若干異なる。
以下、図7、図8を基に第1実施形態の第3の変形例である接続構造体30Aに関して説明する。
(Other variations of the first embodiment)
FIG. 7 is a schematic diagram showing a
Hereinafter, a
図7に示す接続構造体30Aにおいて重ね合わせ部50Aには、第1の酸化物超電導線材2の端部2aから端部3aまで長さH51Aに渡って形成される接合領域51Aが導電性接合材22Aにより形成されている。また、前記重ね合わせ部50Aであって、第1の酸化物超電導線材1の端部2aから長さH52Aに渡って導電性接合材22Aにより接合されていない非接合領域52A1が形成され、第2の酸化物超電導線材3の端部3aから長さH52Aに渡って導電性接合材22Aにより接合されていない非接合領域52A2が形成されている。
前記第1の酸化物超電導線材2の端部2aに形成されている端面2bは、酸化物超電導線材2の長手方向に直交するように形成されている。なお、この端面2bが直交しているということは、酸化物超電導線材2の製造時に用いたテープ状の基材10の端面が基材10の長手方向に直交するように形成されていたことを受け継いでいる。また、酸化物超電導線材3においても同様にその端面3bは酸化物超電導線材3の長手方向に直交するように形成されている。
この第3の変形例の接続構造体30Aにおいては、酸化物超電導線材2、3の幅方向の位置毎に接合領域51Aの幅と非接合領域52A1、52A2の幅とが異なるように形成されている。
In the
An
In the
接続構造体30Aに設けられている接合領域51Aは、図8に示すように酸化物超電導線材2、3の接合部分を平面視した場合、酸化物超電導線材3の端部3a側に斜辺部22aが形成され、酸化物超電導線材2の端部2a側に斜辺部22bが形成されている。
接合領域51A(導電性接合材22A)は、これら斜辺部22a、22bの間に位置する領域において酸化物超電導線材2、3と等幅の平面視平行四辺形状に形成されている。この例の構造において、斜辺部22aと斜辺部22bが平面視平行に形成されているので、非接合領域52A1、52A2はそれぞれ平面視三角形状に形成されている。従って、非接合領域52A1、52A2の幅は酸化物超電導線材2、3の長さ方向の位置毎に異なるように形成されている。図8において矩形状の領域Kは導電性接合材22Aによる接合領域51Aと非接合領域52A1、52A2に加えて酸化物超電導線材2、3の端部2a、3aの外形を含む矩形状の領域として表現されている。
As shown in FIG. 8, the joining
The joining
図7、図8に示すように酸化物超電導線材3の端部3a側において、非接合領域52A2の幅は端部3aに近づくにつれて徐々に広くなるように形成され、端部3aから離れるにつれて徐々に狭くなるように形成されるとともに、酸化物超電導線材2の端部2a側において、非接合領域52A1の幅は端部2aに近づくにつれて徐々に広くなるように形成され、端部2aから離れるにつれて徐々に狭くなるように形成されている。換言すると、接合領域51Aの幅は端部2aあるいは端部3aに近づくほど狭くなるように斜辺部22bあるいは斜辺部22aが形成されている。
従って、この例において接合領域51Aの幅と非接合領域52A1、52A2の幅は、端部2a側と端部3a側において酸化物超電導線材2、3の長手方向の位置毎に異なっているが、非接合領域52A1、52A2は最大長さが酸化物超電導線材2、3の長手方向に1mm以上100mm以下の大きさになるように形成されている。なお、斜辺部22a、22bの傾斜角度は非接合領域52A1、52A2の大きさに合わせて任意の角度に調整することができ、斜辺部22a、22bは直線状に限らず、曲線状、階段状等、それらの形状は問わない。
7, at the
Accordingly, in this example, the width of the
一例として、図8に示すように酸化物超電導線材2、3において、図8の矢印H51Aで示す領域が接合領域51Aとされ、符号H52Aで示す領域のうち、白抜きの領域が非接合領域52A1、51A2であり、灰色に塗り潰した領域が接合領域接合領域51Aの一部とされている。
これらの非接合領域52A1、51A2は、先の実施形態の場合と同様に、非接合領域52A1、52A2に相当する部分にマスキング材を設置し、導電性接合材22Aとして半田を用いる場合には半田の箔を挟み込み、半田を溶融させて酸化物超電導線材2、3を接合する際、マスキング材を配置した領域を非接合領域52A1、52A2として形成することができる。先の実施形態においても説明した通りカプトン(登録商標)やテフロン(登録商標)からなるテープやシートなどのマスキング材は、半田などの導電性接合材22Aには密着しないので、マスキング材を配置した場所は導電性接合材が存在していても非接合領域52A1、52A2となる。マスキング材はそのまま残しておいても良いし、接合後に除去しても良い。また、非接合領域52A1、52A2にマスキング材を配置し、半田などの導電性接合材22Aを非接合領域51の外形に見合った形状にしておけば、非接合領域52A1、52A2には導電性接合材が存在しない構造にできる。
As an example, in the
In the
この例の接続構造体30Aにおいても、酸化物超電導線材2、3の長手方向に最大長さ1mm以上100mm以下の大きさの非接合領域52A1、52A2が形成されている。非接合領域52A1、52A2のどちらか一方の最大長さが1mm未満であると、マスキング材の挿入が困難となり、非接合領域52A1、52A2が確実に確保されない虞がある。非接合領域52A1、52A2が確実に確保されていないと、重ね合わせ部50の端部に余分な半田が溜り凝固し、導電性接合材22Aの厚みが重ね合わせ部50の端部で局所的に厚くなるため、接続構造体30Aに曲げを加えると、重ね合わせ部50の端部において応力が集中し酸化物超電導層12の結晶構造が損傷を受ける虞がある。即ち、曲げに対して弱い構造となる。
Also in the
また、非接合領域52A1、52A2の一方の長手方向の最大長さが100mmを超えると、接続部分が長くなり、接続構造体30Aの取り回しが悪くなり好ましくない。酸化物超電導線材2、3の長手方向に1mm以上100mm以下の最大長さの非接合領域52A1、52A2を形成しているので、図7に示す状態から酸化物超電導線材2、3を逆U字状になる方向に折り曲げたとしても酸化物超電導層12への応力集中負荷が少なくなり、Ic値の低下を引き起こすことのない超電導特性の優れた接続構造体30Aを提供できる。
更に、この例のように接合領域51A1、52A2において斜辺部22a、22bを形成しているので、酸化物超電導線材2、3の端部2a側と端部3a側において導電性接合材22Aが酸化物超電導線材2、3に接着して酸化物超電導線材2、3を拘束しようとする領域を端部2a、3aに近づくほど小さくできる。このため、酸化物超電導線材2、3に作用させるひずみ量を低減できる結果、接合領域51A1、52A2の周囲における酸化物超電導層12に対する応力集中を抑制して超電導特性の劣化を抑制できる。
また、酸化物超電導線材2、3の端面2b、3bの形状は線材の長手方向に直角のままで前記導電性接合材22Aの斜辺部22a、22bを形成するのみで、酸化物超電導層12への応力抑制ができるので、容易に実現できる効果がある。
これに対し例えば、酸化物超電導線材2、3の端部自体を斜めに斜辺部22a、22bに沿って切断して斜辺部22a、22bを有する導電性接合材22Aを形成しようとすると、酸化物超電導線材2、3の端部を鋏等の切断装置で斜めに切断する余分な切断作業を要するので、切断時に酸化物超電導層12を損傷したり、安定化層13、14を損傷するなどの問題を生じ、超電導特性が劣化するおそれが生じる。
この例の接続構造体30Aにおいてその他の作用効果について先の第1実施形態の接続構造体30と同等の作用効果を得ることができる。
Further, if the maximum length in one longitudinal direction of the non-joining regions 52A 1 and 52A 2 exceeds 100 mm, the connecting portion becomes long, and the handling of the connecting
Furthermore, since the
Further, the shape of the end surfaces 2b and 3b of the
On the other hand, for example, when the end portions of the
In the
(第2実施形態の他の変形例)
図9は、本発明の第2実施形態の第4の変形例に係る接続構造体33Aを表す模式図である。なお、上述の第2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。
第2実施形態の第4の変形例に係る接続構造体33A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を介し接続する構造体の一例である。先に説明した第2実施形態の接続構造体33と比較すると、それぞれ第1及び第2の重ね合わせ部60、70における接合領域61A、71Aと非接合領域62A、72Aの形状において異なる。
(Other modifications of the second embodiment)
FIG. 9 is a schematic diagram showing a
The
この例の接続構造体33Aは、先の実施形態の接続構造体30Aに類似する構造を第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。この例の構造においても、酸化物超電導線材4、5、6の端面4c、5c、6cはいずれも酸化物超電導線材4、5、6の長手方向に直交するように形成されている。
The
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の端部4a、5aに跨るように、短尺の接続用の第3の酸化物超電導線材6が配置されている。これによって、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が重なり合う第1の重ね合わせ部60Aと、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が重なり合う第2の重ね合わせ部70Aが形成されている。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されている。なお、図9において、第1の重ね合わせ部60Aは、長手方向長さH60Aとして表される領域であり、第2の重ね合わせ部70Aは、長手方向長さH70Aとして表される領域である。また、第1の重ね合わせ部60Aを形成する際に、非接合領域62A1、62A2、72A1、72A2に相当する部分にマスキング材を配置して必要な領域をマスキングすることにより各非接合領域を形成する点について、先の例と同様である。さらに、導電性接合材22Bによって接合領域61Aが接合され、導電性接合材22Cによって接合領域71Aが接合されている。
A short third
図9に示す接続構造体33A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を接合している導電性接合材22Bの平面形状と、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を接合している導電性接合材22Cの平面形状を図10に示す。
導電性接合材22Bは、酸化物超電導線材4、6と同等幅かつ重ね合わせ部60Aの長手方向長さH60Aと同等長さの矩形領域K4に形成されている。この矩形領域K4から矩形状の非接合領域62A1と三角形状の非接合領域62A2を差し引いた平面視台形状に導電性接合材22Bが形成されている。導電性接合材22Bの非接合領域62A2側の境界部分には図10に示す斜辺部22aが形成され、非接合領域62A1側には直線部22dが形成されている。図10に示す矩形領域K4は、第1の重ね合わせ部60Aにおいて接合領域61Aと非接合領域62A1、62A2を合わせて第1の酸化物超電導線材4の端部4aと第3の酸化物超電導線材6の端部6aが区画する平面視領域として表記されている。
The planar shape of the conductive joining
接合領域71A(導電性接合材22C)は、酸化物超電導線材5、6と同等幅かつ重ね合わせ部70Aの長手方向長さH70Aと同等長さの矩形領域K5に形成されている。この矩形領域K5から矩形状の非接合領域72A1と三角形状の非接合領域72A2を差し引いた平面視台形状に導電性接合材22Cが形成されている。導電性接合材22Cの非接合領域72A2側には図10に示す斜辺部22bが形成され、非接合領域72A1側には直線部22dが形成されている。前記斜辺部22aと斜辺部22bは図10に示すように導電性接合材22B、22Cを平面視した場合、線材の長手方向に対し傾斜するように、かつ、互いに平行になるように配置されている。図10に示す矩形領域K5は、第2の重ね合わせ部70Aにおいて接合領域71Aと非接合領域72A1、72A2を合わせて第2の酸化物超電導線材5の端部5aと第3の酸化物超電導線材6の端部6bが区画する平面視領域として表記されている。
以上説明したように、図9に示す接続構造体33Aにおいて、接合領域61Aの両側には図10に示すように非接合領域62A1と非接合領域62A2が形成され、接合領域71Aの両側には図10に示すように非接合領域72A1と非接合領域72A2が形成されている。
As described above, in the
図9と図10に示す接続構造体33Aにおいて、導電性接合材22Bに斜辺部22aを形成し、導電性接合材22Cに斜辺部22bを形成しているので、図7に示す先の例の接続構造体30Aの場合と同様、酸化物超電導線材4、5、6の湾曲時にこれらに作用させるひずみ量を低減できる。その結果、導電性接合材22B、22Cの両側における酸化物超電導層12への応力集中を抑制して超電導特性の劣化を抑制できる。また、接続構造体33Aにおいて、導電性接合材22Bの両側に非接合領域62A1、62A2を設け、導電性接合材22Cの両側に非接合領域72A1、72A2を設けているので、図4を基に先に説明した第2実施形態の構造と同様に酸化物超電導層12への応力集中を抑制して超電導特性の劣化を抑制できる。
In the
図11は本発明の第2実施形態の第5の変形例に係る接続構造体に設けられる導電性接合材と接合領域、非接合領域を示すもので、この例では先の例の構造と同等の導電性接合材22B、22Cに加え、平面視三角形状の非接合領域62A2、72A2のコーナ部分に点状の導電性接合材による補助接合領域22eが設けられている。
図11に示す如く補助接合領域22eを設けておくならば、酸化物超電導線材4、5、6を酸化物超電導線材6が上になるように逆U字状に湾曲させた場合、酸化物超電導線材6の両端部6a、6bがそれらの下に位置する酸化物超電導線材4、5の湾曲に忠実に沿って変形する。このため、酸化物超電導線材4、5、6を上述のように湾曲させても両端部6a、6bとそれらに対向する酸化物超電導線材4、5の表面(第2の安定化層14の表面)との隙間が広がらない。
FIG. 11 shows a conductive bonding material, a bonding region, and a non-bonding region provided in a connection structure according to a fifth modification of the second embodiment of the present invention. In this example, the structure is the same as that of the previous example. In addition to the
If the
これは、矩形領域K4の外側の端部一側に斜辺部22aの先端側を位置させるとともに、矩形領域K4の外側の端部他側に補助接合領域22eを設けているので、酸化物超電導線材6の端部6aを酸化物超電導線材4に沿って追従変形できることによる。また、矩形領域K5の外側の端部一側に斜辺部22bの先端側を位置させるとともに、矩形領域K5の外側の端部他側に導電性接合材からなる補助接合領域22eを設けているので、酸化物超電導線材6の端部6bを酸化物超電導線材5に沿って引張応力による影響は少ない。
This is because the distal end side of the
なお、矩形領域K4の外側の端部一側に斜辺部22aの先端側が位置することと、矩形領域K5の外側の端部他側に斜辺部22bの先端側が位置することにより、酸化物超電導線材6の両端側はある程度酸化物超電導線材4、5の湾曲に追従するように変形でき、両端部6a、6bと第2の安定化層14との隙間が広がらない作用効果をある程度得ることはできる。しかし、それらに加えて、点状の補助接合領域22eを設けることにより酸化物超電導線材6の両端側は酸化物超電導線材4、5に対し忠実に追従変形できるようになる結果、酸化物超電導線材4、5、6を湾曲させても酸化物超電導線材6の両端側に形成されている隙間が広がる現象をより効果的に防止できる。
接続用の酸化物超電導線材6の両端側に形成されている隙間が広がるようであると、酸化物超電導線材4、5、6を湾曲させた場合に酸化物超電導線材6の両端側に剥離部分が生じているような外観の印象を受ける。上述の構造を採用することで、酸化物超電導線材4、5、6を湾曲させても酸化物超電導線材6の両端側の隙間が広がらない構造を提供できる。
It should be noted that the oxide superconducting wire is obtained by positioning the distal end side of the
If the gap formed at both ends of the connecting
図12は本発明の第2実施形態の第6の変形例に係る接続構造体に設けられる導電性接合材と接合領域、非接合領域を示すもので、この例では先の例の導電性接合材22B、22Cと同等材料からなる矩形状の導電性接合材22D、22Eを第1、第2の重ね合わせ部60A、70Aに設けた構造である。導電性接合材22Dを挟むように非接合領域62A3と非接合領域62A1が設けられている。矩形領域K4において非接合領域62A3の外側に矩形状の補助接合領域22fが形成され、矩形領域K5において非接合領域72A3の外側に矩形状の補助接合領域22fが形成されている。
図12に示す構造において、導電性接合材22Dを挟むように非接合領域62A3と非接合領域62A1が設けられているので、図2を基に先に説明した第2実施形態の接合構造体30と同等の作用効果を奏する。また、導電性接合材22Eを挟むように非接合領域72A3と非接合領域72A1が設けられているので、図2を基に先に説明した第2実施形態の接合構造体30と同等の作用効果を奏する。
また、酸化物超電導線材6の両端部分に対応する位置に補助接合領域22fが形成されているので、酸化物超電導線材4、5、6の接合部分を湾曲させた場合、酸化物超電導線材6の両端側の隙間が広がらない効果を先の第5の変形例の場合と同様に得ることができる。
FIG. 12 shows a conductive bonding material, a bonding region, and a non-bonding region provided in a connection structure according to a sixth modification of the second embodiment of the present invention. In this example, the conductive bonding of the previous example is shown. In this structure, rectangular
In the structure shown in FIG. 12, since the
In addition, since the
図13は本発明の第2実施形態の第7の変形例に係る接続構造体に設けられる導電性接合材と接合領域、非接合領域を示すもので、この例では先の例の導電性接合材22B、22Cと同等材料からなる矩形状の導電性接合材22F、22Gを第1、第2の重ね合わせ部60A、70Aに設けた構造である。導電性接合材22Fを挟むように非接合領域62A3と非接合領域62A1が設けられている。矩形領域K4において、非接合領域62A3の外側よりの部分に点状の補助接合領域22gが複数(図13の例では矩形領域K4の幅方向に2つ)形成されている。矩形領域K5において、非接合領域72A3の外側よりの部分に点状の補助接合領域22gが複数(図13の例では矩形領域K5の幅方向に2つ)形成されている。
FIG. 13 shows a conductive bonding material, a bonding region, and a non-bonding region provided in a connection structure according to a seventh modification of the second embodiment of the present invention. In this example, the conductive bonding of the previous example is shown. In this structure, rectangular
図13に示す構造において、導電性接合材22Fを挟むように非接合領域62A3と非接合領域62A1が設けられているので、図2を基に先に説明した第2実施形態の接合構造体30と同等の作用効果を奏する。また、導電性接合材22Gを挟むように非接合領域72A3と非接合領域72A1が設けられているので、図2を基に先に説明した第2実施形態の接合構造体30と同等の作用効果を奏する。
また、先の変形例の如く酸化物超電導線材6の両端側を酸化物超電導線材4、5の湾曲に追従するように変形でき、酸化物超電導線材6の両端側に隙間を生じ難い構造にすることができる。
In the structure shown in FIG. 13, since the
Further, as in the previous modification, both ends of the
図14は本発明の第2実施形態の第8の変形例に係る接続構造体に設けられる導電性接合材を示すもので、この例では先の例の導電性接合材22B、22Cと同等材料からなる矩形状の導電性接合材22H、22Iを第1、第2の重ね合わせ部60A、70Aに設けた構造である。導電性接合材22Hを挟むように非接合領域62A2と非接合領域62A1が設けられている。矩形領域K4において、非接合領域62A1の外側よりの部分に点状の補助接合領域22gが複数形成され、非接合領域62A2の角部よりの部分に点状の補助接合領域22eが形成されている。矩形領域K5において、非接合領域72A1の外側よりの部分に点状の補助接合領域22gが複数形成され、非接合領域72A2の角部よりの部分に点状の補助接合領域22eが形成されている。
FIG. 14 shows a conductive bonding material provided in a connection structure according to an eighth modification of the second embodiment of the present invention. In this example, the same material as the
図14に示す構造において、導電性接合材22Hを挟むように非接合領域62A2と非接合領域62A1が設けられているので、図2を基に先に説明した第2実施形態の接合構造体30と同等の作用効果を奏する。また、導電性接合材22Iを挟むように非接合領域72A1と非接合領域72A2が設けられているので、図2を基に先に説明した第2実施形態の接合構造体30と同等の作用効果を奏する。
また、先の変形例の如く酸化物超電導線材6の両端側を酸化物超電導線材4、5の湾曲に追従するように変形できるので、酸化物超電導線材6の両端側の隙間を拡げないという先の変形例と同等の作用効果を奏する。
In the structure shown in FIG. 14, since to sandwich the
Moreover, since both ends of the
図15は本発明の第2実施形態の第9の変形例に係る接続構造体に設けられる導電性接合材と接合領域、非接合領域を示すもので、この例では先の例の導電性接合材22B、22Cと同等材料からなる導電性接合材22J、22Kを第1、第2の重ね合わせ部60A、70Aに設けた構造である。
図15に示す構造において、矩形領域K4の外側よりの一方の角部に三角形状の非接合領域62A4が形成され、矩形領域K5の外側よりの一方の角部に三角形状の非接合領域72A4が形成されている。即ち、接合領域61Cの導電性接合材22Jの外側角部に斜辺部22aが形成され、接合領域71Cの導電性接合材22Kの外側角部に斜辺部22fが形成されている。この変形例では斜辺部22aと斜辺部22fが平行に配置されている構成ではないが、導電性接合材22J、22Kの両側に非接合領域62A4、72A4が形成されている。
FIG. 15 shows a conductive bonding material, a bonding region, and a non-bonding region provided in a connection structure according to a ninth modification of the second embodiment of the present invention. In this example, the conductive bonding of the previous example is shown. In this structure,
In the structure shown in FIG. 15, the
図15に示す構造において、導電性接合材22Jの外側に非接合領域62A4が設けられ、導電性接合材22Kの外側に非接合領域72A4が設けられているので、図2を基に先に説明した第2実施形態の接合構造体30と同等の作用効果を奏する。また、三角形状の非接合領域62A4、72A4を有するため、先の図9、図10に示す変形例と同等の作用効果を得ることができる。
In the structure shown in FIG. 15, the
導電性接合材の両側に設ける非接合領域の形状は以上説明した構造に限るものではなく、図16に示す第10の変形例のように矩形領域K4にその全幅に相当する底辺を有する三角形状の非接合領域62A5が形成され、矩形領域K5にも同様の三角形状の非接合領域72A5が形成された構造を採用しても良い。
図16に示す例では、接合領域61Dの導電性接合材22Lの端部側にV字状の斜辺部22hが形成され、接合領域71Dの導電性接合材22Mの端部側にV字状の斜辺部22hが形成された例である。
この構造によっても先の図9、図10に示す変形例と同様の作用効果を得ることができる。
The shape of the non-bonded region provided on both sides of the conductive bonding material is not limited to the above-described structure, and a triangular shape having a bottom corresponding to the entire width of the rectangular region K4 as in the tenth modification shown in FIG.
In the example shown in FIG. 16, a V-shaped
Also with this structure, the same effects as those of the modified examples shown in FIGS. 9 and 10 can be obtained.
また、図17に示す第11の変形例のように、矩形領域K4の幅の半分に相当する底辺を有する三角形状の非接合領域62A6が2つ形成された構造、矩形領域K5に同等の三角形状の非接合領域72A6が2つ形成された構造を採用しても良い。
図17に示す第11の変形例では、接合領域61Eの導電性接合材22Nの外側端部に平面視三角突起状の斜辺部22iが、接合領域71Eの導電性接合材22Pの外側端部に平面視三角突起状の斜辺部22iが形成された例である。
図17に示す変形例においても先の図9、図10に示す変形例と同等の作用効果を得ることができる。
以上説明したように接合領域と非接合領域の境界部分に形成する斜辺部の形状は種々変更が可能であり、斜辺部を設けない場合の構造においても非接合領域の形状は種々の変更ができるのは勿論である。
Also, as in the modification of the 11 shown in FIG. 17, the structure
In the eleventh modification shown in FIG. 17, the
Also in the modified example shown in FIG. 17, the same effects as the modified examples shown in FIGS. 9 and 10 can be obtained.
As described above, the shape of the hypotenuse formed at the boundary between the joining region and the non-joining region can be variously changed, and the shape of the non-joining region can be variously changed even in the structure in which the hypotenuse is not provided. Of course.
(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、31、32、33、34、35、36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2、3、4、5)は、図18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、31、32、33、34、35、36を採用し、酸化物超電導線材1を接続することができる。
(Superconducting cable)
The oxide superconducting wire 1 (that is, the
By using the
Further, when connecting a plurality of
(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、31、32、33、34、35、36によって接続された酸化物超電導線材1を用いて図19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、31、32、33、34、35、36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。
(Superconducting fault current limiter)
In addition, the superconducting fault current limiter shown in FIG. 19 as an example using the
In the superconducting fault
The
The superconducting
When used as the superconducting fault
(超電導モータ)
図20(a)、(b)に、上述した接続構造体30、31、32、33、34、35、36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。
(Superconducting motor)
20A and 20B, an example of a
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、31、32、33、34、35、36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。
A plurality of superconducting motor coils 135 are attached around the central portion of the
The
The
図20(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。
The
(超電導コイル)
上述したように作製された接続構造体30、31、32、33、34、35、36によって接続された酸化物超電導線材1を巻回して、図21(b)に示す超電導コイル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、31、32、33、34、35、36によって接続することにより、図21(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。
(Superconducting coil)
The
以上に説明したように、上述した接続構造体30、31、32、33、34、35、36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。
As described above, the
Here, the superconducting device is not particularly limited as long as it has the
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Al2O3(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Y2O3(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CeO2(キャップ層)を成膜した。次いでCeO2層上にPLD法により2.0μm厚のGdBa2Cu3O7−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、さらに、Ag層の上に0.1mm厚の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第1の安定化層の積層物)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。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to these Examples.
(Sample preparation)
An Al 2 O 3 (diffusion prevention layer;
(実施例1)
上述した酸化物超電導線材を用いて、第2実施形態の接続構造体33(図4(a)、(b)参照)を有する実施例1を作製した。なお、上述した酸化物超電導線材である長さ500mを有する第1及び第2の酸化物超電導線材4、5及び、長さ65mmを有する第3の酸化物超電導線材6を使用した。また、図4(a)、(b)において、第1及び第2の酸化物超電導線材4、5の端部4a、5b同士の距離e=5mmとした。また、接合領域61、71の長さH61、H71を20mm、非接合領域62、72の長さH62、H72を1mmとした。
さらに、上述した実施例1の作製手順において、重ね合わせ部60、70(長さ20mm)全体を導電性接合材22によって接合する構造を有する比較例1を作製した。
なお、実施例1及び比較例1において、導電性接合材22としてIn半田を用いた。
Example 1
Using the above-described oxide superconducting wire, Example 1 having the connection structure 33 (see FIGS. 4A and 4B) of the second embodiment was produced. The first and second
Furthermore, in the manufacturing procedure of Example 1 described above, Comparative Example 1 having a structure in which the entire overlapping
In Example 1 and Comparative Example 1, In solder was used as the
実施例1及び比較例1の接続構造体について曲げ試験を行った。曲げ試験は、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曲げ半径30mmで1回だけ曲げ、その前後での臨界電流の比(劣化率)を測定した。結果を図22に示す。
図22を参照すると、実施例1は、ほとんど臨界電流に劣化は見られないのに対して、比較例1では、劣化率が0.92程度と、大きく劣化している。
これにより、重ね合わせ部内に端部から1mmの非接合領域を設けることによって、曲げによる劣化が抑制されることが確認された。
The connection structure of Example 1 and Comparative Example 1 was subjected to a bending test. In the bending test, the connecting structure of each sample is bent along the stacking direction so that the first and second
Referring to FIG. 22, in Example 1, the critical current hardly deteriorates, whereas in Comparative Example 1, the deterioration rate is greatly deteriorated to about 0.92.
Thereby, it was confirmed that the deterioration due to bending is suppressed by providing a non-joining region of 1 mm from the end in the overlapping portion.
(実施例2)
上述した実施例1の作製手順において、非接合領域62、72の長さH62、H72を5mmとし、接合領域61、71の長さH61、H71を20mmとした実施例2を作製した。
また、上述した実施例1の作製手順において、重ね合わせ部60、70(長さ20mm)全体を導電性接合材22によって接合する構造を有する比較例2を作製した。
なお、実施例2及び比較例2において、導電性接合材22としてIn半田を用いた。
(Example 2)
In the manufacturing procedure of the first embodiment described above, the second embodiment in which the lengths H 62 and H 72 of the non-joining regions 62 and 72 are 5 mm and the lengths H 61 and H 71 of the joining regions 61 and 71 are 20 mm is manufactured. did.
In addition, in the manufacturing procedure of Example 1 described above, Comparative Example 2 having a structure in which the entire overlapping
In Example 2 and Comparative Example 2, In solder was used as the
実施例2及び比較例2の接続構造体について曲げ試験を行った。曲げ試験は、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所定の曲げ半径で1回曲げた後、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が外側となり、第3の酸化物超電導線材6が内側となるように同じ曲げ半径で1回曲げ、その前後での臨界電流の比(劣化率)を測定した。実施例2及び比較例2の曲げ半径と劣化率の関係を図23に示す。
図23を参照すると、実施例1は、曲げ半径20〜30mmにおいて、臨界電流の劣化が顕著にみられるのに対して、比較例1では、曲げ半径50mmで既に劣化が顕著にみられる。
これにより、重ね合わせ部内に端部から5mmの非接合領域を設けることによって、曲げによる劣化が抑制されることが確認された。また、実施例1の接続構造によって、30mm以上の曲げであればほとんど劣化が生じないことが確認された。
The connection structure of Example 2 and Comparative Example 2 was subjected to a bending test. The bending test is performed in a predetermined manner so that the first and second
Referring to FIG. 23, in Example 1, the critical current is significantly deteriorated at a bending radius of 20 to 30 mm, whereas in Comparative Example 1, the deterioration is already remarkable at a bending radius of 50 mm.
Thereby, it was confirmed that deterioration due to bending is suppressed by providing a
(実施例3)
上述した実施例1の作製手順において、第3の酸化物超電導線材6の両端部近傍にのみ非接合領域62、72を設けた接続構造体35(図5(b)参照)を有する実施例3を作製した。なお、非接合領域62、72の長さH62、H72を5mmとし、接合領域61、71の長さH61、H71を20mmとした。
また、上述した実施例3の作製手順において、重ね合わせ部60、70全体(長さ20m)を導電性接合材22によって接合する構造を有する比較例3を作製した。
なお、実施例3及び比較例3において、導電性接合材22としてSn半田を用いた。
(Example 3)
Example 3 having the connection structure 35 (see FIG. 5B) in which the
In addition, in the manufacturing procedure of Example 3 described above, Comparative Example 3 having a structure in which the entire overlapping
In Example 3 and Comparative Example 3, Sn solder was used as the
実施例3及び比較例3の接続構造体について曲げ試験を行った。曲げ試験は、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様々な曲げ半径で1回だけ曲げ、その前後での臨界電流の比(劣化率)を測定した。実施例3及び比較例3の曲げ半径と劣化率の関係を図24に示す。
図23を参照すると、実施例1は、曲げ半径を小さくするに従って徐々に劣化していくが、曲げ半径40mmにおいても劣化率は0.97程度である。これに対して、比較例1では、曲げ半径80mmで既に劣化率0.97程度になっている。
これにより、第2実施形態の変形例の接続構造体35(図5(b)参照)のような、重ね合わせ部60、70の端部のうち、一方にのみ非接合領域62、72を形成する場合においても、曲げによる劣化が抑制できることが確認された。
The connection structure of Example 3 and Comparative Example 3 was subjected to a bending test. In the bending test, the connection structure of each sample is variously arranged so that the first and second
Referring to FIG. 23, Example 1 gradually deteriorates as the bending radius is reduced, but the deterioration rate is about 0.97 even at a bending radius of 40 mm. In contrast, in Comparative Example 1, the deterioration rate is already about 0.97 at a bending radius of 80 mm.
Thereby, the
実施例1〜3の結果により、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。 From the results of Examples 1 to 3, the superiority of the connection structure and the connection method according to the present invention was confirmed.
(実施例4)
上述した酸化物超電導線材を用いて、第2実施形態の第4の変形例の接続構造体33A(図9、図10参照)を有する実施例4を作製した。なお、上述した酸化物超電導線材である長さ500mを有する第1及び第2の酸化物超電導線材4、5及び、長さ65mmを有する第3の酸化物超電導線材6を使用した。また、図9、図10において、第1及び第2の酸化物超電導線材4、5の端部4a、5a同士の距離e=5mmとした。また、接合領域61A、71Aの最大長さを20mm、非接合領域62A1、72A1の最小長さを1mmとした。導電性接合材に形成する斜辺部の傾斜は後の表1にも記載するように、図10に示すa値を取る傾斜とした。図10に示すa値とは、導電性接合材22Bに形成される斜辺部22aが酸化物超電導線材の長手方向に占める最大長さを示す。
さらに、上述した実施例1と同様の作製手順において、重ね合わせ部60A、70A(長さ10mm)全体を導電性接合材22によって接合する構造を有する比較例1を作製した。
なお、実施例4及び比較例4において、導電性接合材22としてIn半田を用いた。
Example 4
Using the above-described oxide superconducting wire, Example 4 having the
Further, Comparative Example 1 having a structure in which the overlapping
In Example 4 and Comparative Example 4, In solder was used as the
実施例4及び比較例4の接続構造体について曲げ試験を行った。曲げ試験は、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曲げ半径50mmで1回曲げ、その後反対側に第1及び第2の酸化物超電導線材4、5が外側となり、第3の酸化物超電導線材6が内側となるように曲げ半径50mmで1回曲げる曲げ操作を往復曲げ操作1回として、これを3回繰り返し行う、3往復繰り返し曲げ試験を行い、その前後での臨界電流の比(劣化率)を測定した。結果を以下の表1に示す。
The connection structure of Example 4 and Comparative Example 4 was subjected to a bending test. In the bending test, the connecting structure of each sample is bent along the stacking direction so that the first and second
表1においてa値が0とは、斜辺部が無く、導電性接合材の端辺が酸化物超電導線材の長さ方向に直交している形状であることを示す。
表1に示す結果から、導電性接合材の端部に三角形状の非接合領域を形成する場合は、3往復繰り返し曲げが作用してもIc値の低下は見られない。これに対し、導電性接合材の端辺が酸化物超電導線材の長さ方向に直交し、導電性接合材の端部側に非接合領域が形成されていない場合、3往復繰り返し曲げによりIc値の低下が見られた。
また、先のa値を5mmに設定した試料について、10往復繰り返し曲げ試験を試みたが10往復繰り返し曲げ試験後もIc値の低下は見られなかった。
次に、図10に示す導電性接合材に替えて、図11に示す補助接合領域を伴う導電性接合材の形状を採用し、同等の試験を行った。即ち、先のa値を5mmに設定し、点状の補助接合領域(直径:2mm)を設けた試料について、10往復繰り返し曲げ試験を試みたが10往復繰り返し曲げ試験後のIc値低下は見られなかった。なお、補助接合領域については直径1mmの試料も作成して試験してみたが、直径2mmの補助接合領域と同等の効果が得られた。
以上の結果から、導電性接合材に斜辺部を設けることの効果、更には、補助接合領域を設けることの効果を確認できた。
In Table 1, an a value of 0 indicates that there is no oblique side and the end side of the conductive bonding material has a shape that is orthogonal to the length direction of the oxide superconducting wire.
From the results shown in Table 1, when a triangular non-bonded region is formed at the end of the conductive bonding material, no decrease in the Ic value is observed even when three reciprocating bendings act. On the other hand, when the end side of the conductive bonding material is orthogonal to the length direction of the oxide superconducting wire and no non-bonded region is formed on the end side of the conductive bonding material, the Ic value is obtained by three repetitive bendings. Decrease was observed.
Further, for the sample in which the a value was set to 5 mm, a 10 reciprocating bending test was tried, but no decrease in Ic value was observed after the 10 reciprocating bending test.
Next, instead of the conductive bonding material shown in FIG. 10, the shape of the conductive bonding material with the auxiliary bonding region shown in FIG. 11 was adopted, and an equivalent test was performed. That is, a 10-round repetitive bending test was tried on a sample with the a value set to 5 mm and a point-shaped auxiliary joining region (diameter: 2 mm) provided, but a decrease in the Ic value after the 10-way repetitive bending test was observed. I couldn't. In addition, about the auxiliary joining area | region, although the sample of diameter 1mm was also created and tested, the effect equivalent to the auxiliary joining area | region of diameter 2mm was acquired.
From the above results, the effect of providing the oblique side portion in the conductive bonding material and the effect of providing the auxiliary bonding region were confirmed.
1…酸化物超電導線材、1a、2a、3a、4a、5a…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、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…積層物、16…半田層、22…導電性接合材、22A、22B、22C、22D、22E、22F、22G、22H、22I、22J、22K、22L、22M、22N、22P…導電性接合材、22a、22b、22f、22g、22i…斜辺部、22e、22f、22g…補助接合領域、30、31、32、33、34、35、36…接続構造体、30A、33A…接続構造体、50…重ね合わせ部、51、61、71…接合領域、51A、61A、61B、61C、61D、61E、71A、71C、71D、71E…接合領域、52、62、72…非接合領域、52A1、52A2、62A1、62A2、72A1、72A2…非接合領域、53、63、73…溢出部、60…第1の重ね合わせ部、70…第2の重ね合わせ部、80…超電導ケーブル、99…超電導限流器、100…超電導コイル積層体、101…超電導コイル、130…超電導モータ、135…超電導モータ用コイル、136…常電導コイル、L、H50、H51、H52、H60、H61、H62、H70、H71、H72…長さ、e…距離、H51A、H52A、H60A、H61A、H62A、H70A、H71A、H72A…長さ。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記一対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重ね合わせ部を形成して配置され、
前記重ね合わせ部の少なくとも一部に導電性接合材によって接合された接合領域が形成されていると共に、
前記重ね合わせ部内の長手方向端部の少なくとも一方に、長手方向長さ1mm以上100mm以下の導電性接合材によって接合されていない非接合領域が形成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。 A connection structure in which a pair of oxide superconducting wires are formed by laminating an intermediate layer, an oxide superconducting layer, and a stabilizing layer on a tape-shaped substrate,
The stabilizing layers in the vicinity of the ends of the pair of oxide superconducting wires are arranged to face each other to form an overlapping portion,
A joining region joined by a conductive joining material is formed on at least a part of the overlapping portion,
An oxide superconducting wire characterized in that a non-joined region that is not joined by a conductive joining material having a longitudinal length of 1 mm or more and 100 mm or less is formed on at least one of longitudinal ends in the overlapped portion. Connection structure.
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、接続しようとする端部同士を所定の間隙を設けて隣接して配置され、
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第1及び第2の重ね合わせ部を形成し、
前記第1の重ね合わせ部の少なくとも一部に導電性接合材によって接合された接合領域が形成されていると共に、前記第1の重ね合わせ部内の長手方向端部の少なくとも一方に、長手方向長さ1mm以上100mm以下の導電性接合材によって接合されていない非接合領域が形成され、
前記第2の重ね合わせ部の少なくとも一部に導電性接合材によって接合された接合領域が形成されていると共に、前記第2の重ね合わせ部内の長手方向端部の少なくとも一方に、長手方向長さ1mm以上100mm以下の導電性接合材によって接合されていない非接合領域が形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の酸化物超電導線材の接続構造体。 A first oxide superconducting wire that is the three oxide superconducting wires, a second oxide superconducting wire, and a third oxide superconducting wire;
The first and second oxide superconducting wires are arranged adjacent to each other with a predetermined gap between the ends to be connected, with the side on which the oxide superconducting layer is formed aligned with the base material,
The stabilization layer of the third oxide superconducting wire is bridged to the stabilization layer of the first and second oxide superconducting wires so as to straddle the adjacent ends, and the first and second overlapping layers are bridged. Forming part,
A bonding region bonded with a conductive bonding material is formed on at least a part of the first overlapping portion, and at least one of the longitudinal end portions in the first overlapping portion has a longitudinal length. A non-joining region that is not joined by a conductive joining material of 1 mm or more and 100 mm or less is formed,
A bonding region bonded with a conductive bonding material is formed on at least a part of the second overlapping portion, and at least one of the longitudinal ends in the second overlapping portion has a longitudinal length. 3. The oxide superconducting wire connecting structure according to claim 1, wherein a non-bonded region is formed by a conductive bonding material of 1 mm or more and 100 mm or less.
前記第1の酸化物超電導線材または前記第2の酸化物超電導線材の安定化層表面であって、前記第1の酸化物超電導線材及び前記第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を対向させる時に、線材同士が互いに覆っている部分において、前記第1の酸化物超電導線材端部及び前記第2の酸化物超電導線材端部に対応する位置に、1mm以上100mm以下の幅でマスキング材を配置する工程と、
前記マスキング材間に形成される空間に導電性接合材を配置する工程と、
前記第1の酸化物超電導線材及び前記第2の酸化物超電導線材を接合する工程と、
前記マスキング材を除去する工程とを有することを特徴とする酸化物超電導線材の接続構造体の製造方法。 Forming a first and a second oxide superconducting wire formed by laminating an intermediate layer, an oxide superconducting layer and a stabilizing layer on a tape-shaped substrate;
A stabilization layer surface of the first oxide superconducting wire or the second oxide superconducting wire, in the vicinity of the end portions of the first oxide superconducting wire and the second oxide superconducting wire. 1 mm or more and 100 mm at positions corresponding to the end portions of the first oxide superconducting wire and the end portions of the second oxide superconducting wire in the portions where the wires are covering each other when the stabilizing layers are opposed to each other. A step of arranging a masking material with the following width;
Arranging a conductive bonding material in a space formed between the masking materials;
Bonding the first oxide superconducting wire and the second oxide superconducting wire;
And a step of removing the masking material. A method of manufacturing a connection structure of oxide superconducting wire.
前記第1及び第2の酸化物超電導線材の基材に対して酸化物超電導層を形成した側を揃えて、接続しようとする端部同士を所定の間隙を設けて隣接し配置し、
前記隣接された端部に跨るように、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を橋渡しすることによって、
第1及び第3の酸化物超電導線材の端部近傍の前記安定化層同士を対向させる時に、線材同士が互いに覆っている部分において、前記第1の酸化物超電導線材端部及び前記第3の酸化物超電導線材端部に対応する位置に、1mm以上100mm以下の幅でマスキング材を配置する工程と、
第2及び第3の酸化物超電導線材の端部近傍の前記安定化層同士を対向させる時に、線材同士が互いに覆っている部分において、前記第2の酸化物超電導線材端部及び前記第3の酸化物超電導線材端部に対応する位置に、1mm以上100mm以下の幅でマスキング材を配置する工程と、
前記マスキング材間に形成される空間に導電性接合材を配置する工程と、
前記第1の酸化物超電導線材及び前記第3の酸化物超電導線材を接合し、前記第2の酸化物超電導線材及び前記第3の酸化物超電導線材を接合する工程と、
前記マスキング材を除去する工程とを有することを特徴とする請求項9に記載の酸化物超電導線材の接続構造体の製造方法。 Forming a first, second and third oxide superconducting wire by laminating an intermediate layer, an oxide superconducting layer and a stabilizing layer on a tape-shaped substrate;
Aligning the side on which the oxide superconducting layer is formed with respect to the base material of the first and second oxide superconducting wires, and arranging adjacent ends with a predetermined gap between them;
By bridging the stabilization layer of the third oxide superconductor to the stabilization layer of the first and second oxide superconducting wires so as to straddle the adjacent ends,
When the stabilization layers in the vicinity of the end portions of the first and third oxide superconducting wires are opposed to each other, the end portions of the first oxide superconducting wire and the third portion are covered with each other. A step of arranging a masking material with a width of 1 mm or more and 100 mm or less at a position corresponding to the end portion of the oxide superconducting wire;
When the stabilizing layers in the vicinity of the end portions of the second and third oxide superconducting wires are opposed to each other, the end portions of the second oxide superconducting wire and the third portion are covered with each other. A step of arranging a masking material with a width of 1 mm or more and 100 mm or less at a position corresponding to the end portion of the oxide superconducting wire;
Arranging a conductive bonding material in a space formed between the masking materials;
Joining the first oxide superconducting wire and the third oxide superconducting wire, joining the second oxide superconducting wire and the third oxide superconducting wire;
The method for manufacturing a connection structure for an oxide superconducting wire according to claim 9, further comprising a step of removing the masking material.
第3の酸化物超電導線材の端部側に配置するマスキング材の幅が、第1又は第2の酸化物超電導線材の端部側に配置するマスキングの幅と比較して、長くなっていることを特徴とする請求項10に記載の酸化物超電導線材の接続構造体の製造方法。 When the first and third oxide superconducting wires and the stabilizing layers in the vicinity of the end portions of the second and third oxide superconducting wires are opposed to each other, in the portion where the wires cover each other,
The width of the masking material disposed on the end side of the third oxide superconducting wire is longer than the width of the masking disposed on the end side of the first or second oxide superconducting wire. The manufacturing method of the connection structure of the oxide superconducting wire of Claim 10 characterized by these.
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