JP2015176828A - 超電導線材接続体の製造方法、超電導線材接続体及び超電導線材の接続装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低融点金属のバリの発生を抑制することが可能な超電導線材接続体の製造方法、超電導線材接続体及び超電導線材の接続装置を提供する。【解決手段】複数のテープ状の超電導線材１０，１０が、低融点金属１６を介して接続された超電導線材接続体の製造方法であって、接続される超電導線材１０，１０を、これらの超電導線材１０，１０の間に低融点金属１６が介在した状態で、基台に設けた溝に配置する配置工程と、溝に配置された超電導線材１０，１０及び低融点金属１６を加圧及び加熱することにより低融点金属１６を溶融させる溶融工程と、余分な溶融した低融点金属１６を吸い取る吸い取り工程とを有する。吸い取り手段は、例えば金属メッシュテープ１７である。【選択図】図５
Description
本発明は、複数のテープ状の超電導線材が、低融点金属を介して接続された超電導線材接続体の製造方法、超電導線材接続体及び超電導線材の接続装置に関する。
超電導線材は、超電導コイルや超電導ケーブル等における導体として利用されている。比較的短い超電導線材を用いる場合、２本またはそれ以上の本数の超電導線材を直列接続することにより、コイルやケーブルの導体に必要な長さの線材が得られる。特許文献１，２には、２本の超電導線材の端末部分の間に半田を配置し、これらの端末部分を互いに重ね合わせ加圧した状態で、半田を加熱して２本の超電導線材を接続する技術が記載されている。
超電導線材を半田やろう材等の低融点金属で接続する際、超電導線材の加圧が不足すると、超電導線材の変位、分離、位置ずれ等により接続不良が発生するおそれがある。しかし、重ね合わせた超電導線材を加圧すると、超電導線材の間の低融点金属が溶融したときに、余分な低融点金属が超電導線材の幅方向の側方に漏れ、低融点金属が凝固したときにバリが発生する問題が生じる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、低融点金属によるバリの発生を抑制することが可能な超電導線材接続体の製造方法、超電導線材接続体及び超電導線材の接続装置を提供することを課題とする。
本発明は、前記課題を解決するため、複数のテープ状の超電導線材が、低融点金属を介して接続された超電導線材接続体の製造方法であって、接続される超電導線材を、これらの超電導線材の間に低融点金属が介在した状態で、基台に設けた溝に配置する配置工程と、前記溝に配置された前記超電導線材及び前記低融点金属を加圧及び加熱することにより前記低融点金属を溶融させる溶融工程と、余分な溶融した前記低融点金属を吸い取る吸い取り工程と、を有することを特徴とする超電導線材接続体の製造方法を提供する。
前記吸い取り工程において、余分な溶融した前記低融点金属を、前記超電導線材に重ね合わせた金属メッシュテープに吸い取らせることも可能である。
前記金属メッシュテープは、フラックスを含む銅メッシュテープであってもよい。
前記基台は、前記溝の底面または側面の少なくとも１箇所に排気口を有し、前記排気口は、ポンプに接続され、前記吸い取り工程において、前記ポンプの吸引により、余分な溶融した前記低融点金属を前記排気口から吸い取ることも可能である。
前記超電導線材が、スズまたはスズ合金により接合された安定化層を有する場合、前記低融点金属は、前記安定化層を接合する前記スズまたは前記スズ合金の融点より低いことが好ましい。
前記金属メッシュテープは、フラックスを含む銅メッシュテープであってもよい。
前記基台は、前記溝の底面または側面の少なくとも１箇所に排気口を有し、前記排気口は、ポンプに接続され、前記吸い取り工程において、前記ポンプの吸引により、余分な溶融した前記低融点金属を前記排気口から吸い取ることも可能である。
前記超電導線材が、スズまたはスズ合金により接合された安定化層を有する場合、前記低融点金属は、前記安定化層を接合する前記スズまたは前記スズ合金の融点より低いことが好ましい。
また、本発明は、少なくとも２本の超電導線材が、その間に低融点金属が介在した状態で重なり合い、かつ互いに接続された超電導線材接続体であって、前記超電導線材接続体の側面に前記低融点金属のバリが存在しないことを特徴とする超電導線材接続体を提供する。
また、本発明は、前記課題を解決するため、複数のテープ状の超電導線材を、低融点金属を介して接続する超電導線材の接続装置であって、接続される超電導線材を配置する溝を有する基台と、前記溝に配置された前記超電導線材を加圧及び加熱する手段と、低融点金属の溶融時に余分な溶融した低融点金属を吸い取る吸い取り手段と、を有することを特徴とする超電導線材の接続装置を提供する。
前記吸い取り手段は、金属メッシュテープであってもよい。
前記金属メッシュテープは、フラックスを含む銅メッシュテープであってもよい。
前記吸い取り手段は、前記基台において前記溝の底面または側面の少なくとも１箇所に設けられた排気口と、前記排気口に接続されたポンプを備える構成を採用することも可能である。
前記金属メッシュテープは、フラックスを含む銅メッシュテープであってもよい。
前記吸い取り手段は、前記基台において前記溝の底面または側面の少なくとも１箇所に設けられた排気口と、前記排気口に接続されたポンプを備える構成を採用することも可能である。
本発明によれば、余分な低融点金属を吸い取ることにより、バリの発生を抑制することができる。
以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１に、超電導線材を配置する溝２１を有する基台２０の一例を示す。図２には、超電導線材を加圧及び加熱により圧着する手段として、圧着治具２５の一例を示す。本明細書において「加圧及び加熱」とは、超電導線材が加熱された状態で加圧される時期があればよく、加圧と加熱の開始時期や終了時期が同時である場合に限定するものではない。
図１に、超電導線材を配置する溝２１を有する基台２０の一例を示す。図２には、超電導線材を加圧及び加熱により圧着する手段として、圧着治具２５の一例を示す。本明細書において「加圧及び加熱」とは、超電導線材が加熱された状態で加圧される時期があればよく、加圧と加熱の開始時期や終了時期が同時である場合に限定するものではない。
基台２０は、溝２１の側面を形成する一対の側壁２２，２２と、溝２１の下面を形成する底壁２３を有する。底壁２３は平面視で略長方形であり、この長方形の長辺は、溝２１の長手方向と平行である。溝２１の長手方向の両端は、閉鎖されることなく、基台２０の両端に達している。溝２１の深さは、接続しようとする一対の超電導線材及び低融点金属の厚さの総和と略同じかそれ以上であることが望ましい。溝２１の幅Ｗ１は、超電導線材の幅と同程度である。超電導線材を溝２１に挿入し、及び溝２１から取り外す作業を容易にするため、溝２１の幅Ｗ１は、超電導線材の幅より若干大きくしてもよい。溝２１の底面と底壁２３の下面が平行であると、基台２０を水平面上に配置したときに、溝２１に配置された超電導線材を水平に維持しやすくなるので、好ましい。
基台２０は、溝２１の長手方向の両端部近傍に、溝２１に配置された超電導線材を保持するクランプ機構（図示略）を備えてもよい。クランプ機構は、溝２１の長手方向における超電導線材の位置ずれを抑制できることが好ましく、さらに溝２１の幅方向における超電導線材の位置ずれを抑制できることが好ましい。基台２０を構成する材料は、熱伝導率が低く、断熱性の高いことが好ましい。これにより、超電導線材の加熱時に基台２０の温度上昇が抑制され、低融点金属の溶融を妨げることがなく、作業効率を向上することができる。基台２０の材料としては、セラミックスが挙げられる。側壁２２，２２と底壁２３を別体で作製したものを組み合わせてもよいが、側壁２２，２２と底壁２３を一体で形成してもよい。
圧着治具２５は、板部２７と、板部２７から突出した凸部２６を有する。板部２７は平面視で略長方形であり、この長方形の長辺は、凸部２６の長手方向と平行である。凸部２６の先端面の形状は略長方形であり、板部２７の長辺方向に連続した一つの突起である。板部２７の寸法は、基台２０の平面寸法と同程度でもよく、一回り小さくでもよい。板部２７の上面は、平坦に形成されている。圧着治具２５の板部２７は面積が広く、厚さが薄いことが好ましい。これにより、体積に比して表面積を大きくすることができ、加熱後の放熱性を向上することができる。
溝２１に配置した超電導線材（図示せず）を圧着治具２５で加圧するときには、圧着治具２５の凸部２６が、基台２０の溝２１の中に挿入される。凸部２６を溝２１に挿入し、及び溝２１から取り外す作業を容易にするため、溝２１の幅Ｗ１は、凸部２６の幅Ｗ２より若干大きくしてもよい。圧着治具２５は、内部に加熱手段（図示せず）を有するか、あるいは外部の加熱手段（図示せず）から得た熱を凸部２６の先端面に伝導させることが可能な構造であることが好ましい。
圧着治具２５の内部に加熱手段を設けることなく、外部の加熱手段を用いる場合、加熱後に外部の加熱手段を圧着治具２５から引き離すことで、さらなる熱の流入を抑制し、超電導線材及び低融点金属の冷却を効率よく行うことができる。外部の加熱手段は、例えばブロック状の加熱体の下面を板部２７の上面に押し当てたときに、加熱体から圧着治具２５に熱が流入する構成とすることもできる。加熱方法は、低融点金属を融点以上に加熱できれば特に限定されないが、電熱ヒーターを用いる方法が挙げられる。
圧着治具２５を構成する材料は、超電導線材を加圧することが可能な強度と、加熱手段からの熱を超電導線材に伝導させる機能を有することが望ましい。この点から、ステンレス、アルミニウム、銅、アルミニウム合金、銅合金など、熱伝導率及び熱伝達率の高い金属材料が好適である。
圧着治具２５の上下動には、シリンダーやモーター等の駆動手段（図示せず）を用いてもよいし、ボールねじやスライダー等の案内手段（図示せず）を用いてもよい。圧着治具２５に対して外部の加熱体を上下させる場合も同様である。温度を管理するため、圧着治具２５や加熱体の温度測定手段や、測定した温度の表示手段等（図示せず）を接続装置に設けることもできる。
図３に超電導線材１０の一例を示す。図３には、後述する低融点金属１６も図示されているが、この低融点金属１６は超電導線材１０の一部ではない。超電導線材１０は、テープ基板１１、中間層１２、超電導層１３、保護層１４、安定化層１５等を有し、イットリウム（Ｙ）系の超電導体が用いられた多層複合構造となっている。テープ基板１１は、例えばニッケル合金等の金属からなるテープ状の基材である。
テープ基板１１と超電導層１３との間に設けられる中間層１２は、下地層、配向性中間層、キャップ層等の複数層から構成されてもよい。下地層は例えばＹ２Ｏ３からなり、耐熱性が高く、界面反応性を低減するため設けられる。テープ基板と下地層との間には、Ａｌ２Ｏ３等の拡散防止層を介在させてもよい。配向性中間層はＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ３等の金属酸化物からなり、２軸配向する物質から選択される。キャップ層は、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等、結晶粒が面内方向に選択成長するものが好ましい。
超電導層１３は、ＲＥ１２３（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ）等の酸化物超電導体からなる。ＲＥ１２３のＲＥは、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ等の希土類元素を表す。ＲＥ１２３として、Ｙ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ）、Ｇｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ）などが挙げられる。
保護層１４は、Ａｇや貴金属等からなる。安定化層１５は、銅、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ合金）のような銅合金等、良導電性の金属材料からなることが好ましい。安定化層１５は、保護層１４の上にＣｕ等の金属テープをＳｎはんだ等のはんだで接合したものであってもよい。
超電導線材１０の別の例として、Ｂｉ２２１２（Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏ８＋δ）、Ｂｉ２２２３（Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０＋δ）等のビスマス系超電導体を用いたビスマス系超電導線材が挙げられる。ビスマス系超電導線材は、Ａｇなどのテープ状の安定化材からなるシースの内部に酸化物超電導層を内包した構造が主体である。
本実施形態による超電導線材の接続方法は、複数のテープ状の超電導線材が、低融点金属を介して接続された超電導線材接続体の製造方法として利用できる。複数の超電導線材１０，１０を接続する際には、図４に示すように、それぞれの超電導線材１０，１０の端末部を重ね合わせ、その間に低融点金属１６を配置する。低融点金属１６は、はんだやろう材等である。低融点金属１６の融点は、超電導線材１０を低融点金属１６の融点以上に加熱しても超電導体の劣化を避けることができる程度に低いことが好ましい。また、超電導線材１０の一部にはんだやろう材等の溶融可能な接合材料が含まれる場合は、低融点金属１６の融点が、超電導線材１０の接合材料の融点より低いことが好ましい。例えば、超電導線材が、スズまたはスズ合金により接合された安定化層を有する場合は、低融点金属の融点は、安定化層を接合する前記スズまたはスズ合金の融点より低いことが好ましい。
低融点金属１６の溶融前の形態は、超電導線材１０，１０の間に低融点金属１６が配置された状態を維持しやすいように、線状、テープ状、シート状、ペースト状等が好ましい。はんだは、従来公知のものを使用可能であり、例えば、Ｉｎを主成分とするＩｎはんだ、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Ｓｎはんだ、Ｐｂ−Ｓｎ系合金はんだ、共晶はんだ、低温はんだなどが挙げられる。また、１種のはんだのみを使用してもよく、２種以上のはんだを組み合わせて使用することもできる。環境問題に対応する観点からは、Ｐｂ等の規制対象物質を使用せず、これらの含有量が規制値未満であることが好ましい。
本実施形態の接続方法は、第１の工程として、接続される超電導線材１０，１０及び低融点金属１６を、基台２０の溝２１に配置する配置工程を有する。超電導線材１０，１０及び低融点金属１６を溝２１に配置する順序や方法として、次の（１）〜（５）を例示するが、接続される超電導線材１０，１０の間に低融点金属１６が介在した状態となればよく、配置工程が下記に限定されるものではない。
（１）溝２１に一方（下側）の超電導線材１０を配置し、次いで、超電導線材１０の上に低融点金属１６を配置し、次いで、その上に他方（上側）の超電導線材１０を配置する。
（２）溝２１の外で一方の超電導線材１０の上に低融点金属１６を配置し、次いで、これらを溝２１に配置し、次いで、その上に他方の超電導線材１０を配置する。
（３）溝２１の外で一方の超電導線材１０の上に低融点金属１６を配置し、次いで、その上に他方の超電導線材１０を配置し、次いで、これらをまとめて溝２１に配置する。
（４）溝２１に両方の超電導線材１０，１０を重ね合わせて配置し、次いで、上側の超電導線材１０の端末部を持ち上げた状態で、超電導線材１０，１０の間に低融点金属１６を配置する。
（５）溝２１に一方の超電導線材１０を配置し、これとは別に、溝２１の外で他方の超電導線材１０に低融点金属１６を配置し（はんだペーストのように加熱しなくても付着性のある接合材料を付着させ）、次いで、低融点金属１６を付着させた他方の超電導線材１０を一方の超電導線材１０の上に配置する。
（２）溝２１の外で一方の超電導線材１０の上に低融点金属１６を配置し、次いで、これらを溝２１に配置し、次いで、その上に他方の超電導線材１０を配置する。
（３）溝２１の外で一方の超電導線材１０の上に低融点金属１６を配置し、次いで、その上に他方の超電導線材１０を配置し、次いで、これらをまとめて溝２１に配置する。
（４）溝２１に両方の超電導線材１０，１０を重ね合わせて配置し、次いで、上側の超電導線材１０の端末部を持ち上げた状態で、超電導線材１０，１０の間に低融点金属１６を配置する。
（５）溝２１に一方の超電導線材１０を配置し、これとは別に、溝２１の外で他方の超電導線材１０に低融点金属１６を配置し（はんだペーストのように加熱しなくても付着性のある接合材料を付着させ）、次いで、低融点金属１６を付着させた他方の超電導線材１０を一方の超電導線材１０の上に配置する。
図４では、超電導線材１０の安定化層１５が低融点金属１６に接触するように、超電導線材１０を配置している。安定化層１５がＣｕからなる場合、安定化層１５が低融点金属１６に接触するように配置すると、溶融した低融点金属１６が安定化層１５の表面を濡らしやすく、超電導線材１０の強固に接合しやすいので、好ましい。
本実施形態の接続方法は、第２の工程として、溝２１に配置された超電導線材１０，１０及び低融点金属１６を加圧及び加熱することにより低融点金属１６を溶融させる溶融工程を有する。溶融工程においては、超電導線材１０，１０及び低融点金属１６を基台２０の溝２１と圧着治具２５の凸部２６との間に挟み込むことにより、超電導線材１０，１０と低融点金属１６とが分離しないように加圧する。超電導線材１０に加える圧力は、超電導線材１０の損傷、特に超電導体の結晶構造の変化がない程度に制御される。加熱方法は、上述したように、圧着治具２５の内部または外部に設けた加熱手段（図示せず）から超電導線材１０に熱を伝導させる方法が挙げられる。
本実施形態の接続方法は、第３の工程として、余分な溶融した低融点金属１６を吸い取る吸い取り工程を有する。余分な溶融した低融点金属を吸い取る吸い取り手段として、図５では、金属メッシュテープ１７を用いた場合を例示する。金属メッシュテープ１７は、金属の細線を編んでテープ状にしたメッシュ材である。金属メッシュテープ１７は、溶融した低融点金属に接触すると、毛細管現象により低融点金属を吸引することができる。金属メッシュテープ１７を構成する金属は、銅（Ｃｕ）やその合金が挙げられる。
金属メッシュテープ１７を吸い取り手段とする場合、配置工程において、基台２０の溝２１を配置するとき、超電導線材１０，１０及び低融点金属１６とともに金属メッシュテープ１７を溝２１の内部または超電導線材１０の上に配置することが好ましい。また、超電導線材１０の上に金属メッシュテープ１７を重ね合わせて配置した場合は、溶融工程において、超電導線材１０と圧着治具２５の凸部２６との間に金属メッシュテープ１７を挟み込むことが好ましい。この場合は、超電導線材１０及び低融点金属１６とともに金属メッシュテープ１７も、圧着治具２５により加圧及び加熱される。
低融点金属１６が溶融する前から金属メッシュテープ１７を超電導線材１０の近傍に配置した場合、超電導線材１０の側方からはみ出した余分な低融点金属１６を直ちに金属メッシュテープ１７で吸い取らせることができる。つまり、溶融工程を行う最中で、低融点金属１６が溶融した直後から、吸い取り工程を自動的に開始することができる。余分な低融点金属を吸い取ることにより、バリの発生を抑制することができる。
金属メッシュテープ１７は、低融点金属の吸引を促進するため、フラックスを含むことが好ましい。金属メッシュテープの金属が銅である銅メッシュテープを用いると、低融点金属の吸引性とともに、熱伝導性も優れる。このため、超電導線材１０と圧着治具２５との間に金属メッシュテープ１７を挟み込んだときでも、圧着治具２５の熱を超電導線材１０に良好に伝導させることができる。
溶融工程及び吸い取り工程が終了した後は、余分な低融点金属を吸い取った金属メッシュテープ１７を除去することが好ましい。この除去の際には圧着治具２５を上昇させ、加圧を停止した状態で、金属メッシュテープ１７を超電導線材１０の上から取り除く。金属メッシュテープ１７の取り外しは、ピンセット等の治具を用いて手動でもよく、自動でもよい。また、最終的には、超電導線材１０，１０の間の低融点金属１６が冷却されて凝固することにより、超電導線材１０，１０が接続される。吸い取り工程後の手順として、次の（Ａ）〜（Ｃ）を例示するが、金属メッシュテープ１７を用いた本実施形態の接続方法が下記に限定されるものではない。
（Ａ）低融点金属１６が溶融している状態で圧着治具２５を上昇させ、余分な低融点金属を吸い取った金属メッシュテープ１７を取り外す。超電導線材１０，１０の間の溶融した低融点金属１６が凝固しないうちに、再び圧着治具２５を下降させて超電導線材１０，１０に対する加圧及び加熱を継続する。その後、圧着治具２５の加熱を終了し、圧着した状態を継続したまま低融点金属１６の融点以下まで冷却する。低融点金属１６が凝固した後に圧着治具２５を上昇させ、接続が済んだ超電導線材１０，１０を取り出す。
（Ｂ）低融点金属１６が溶融している状態で圧着治具２５を上昇させ、余分な低融点金属を吸い取った金属メッシュテープ１７を取り外す。超電導線材１０，１０の間の溶融した低融点金属１６の一部または全部が凝固した後で再び圧着治具２５を下降させ、超電導線材１０，１０を加圧しながら再加熱する。超電導線材１０，１０の間の低融点金属１６が溶融した後で圧着治具２５の加熱を終了し、圧着した状態を継続したまま低融点金属１６の融点以下まで冷却する。低融点金属１６が凝固した後に圧着治具２５を上昇させ、接続が済んだ超電導線材１０，１０を取り出す。
（Ｃ）余分な低融点金属を吸い取った金属メッシュテープ１７とともに超電導線材１０を加圧したまま、圧着治具２５の加熱を終了し、低融点金属１６が凝固した後に圧着治具２５を上昇させた後、余分な低融点金属を吸い取った金属メッシュテープ１７を取り外し、さらに接続が済んだ超電導線材１０，１０を取り出す。
上記（Ａ）または（Ｂ）の手順は、余分な低融点金属を吸い取った金属メッシュテープ１７を取り外す際、低融点金属が溶融した状態であり、金属メッシュテープ１７が超電導線材１０に付着しにくいので好ましい。再び圧着治具２５を下降させる前に、超電導線材１０と圧着治具２５の凸部２６との間に緩衝材を配置することもできる。緩衝材は、メッシュやスポンジのように、加圧に対して圧縮される耐熱性の部材である。緩衝材を用いることにより、圧着治具２５による加圧が均等に超電導線材１０に加わり、平衡度（バランス）をとることができる。緩衝材は、低融点金属を吸い取ることが可能な金属メッシュテープであってもよい。低融点金属を吸い取っていない新しい金属メッシュテープを再び超電導線材１０の上に配置することにより、以後の工程で溶融した低融点金属のはみ出しがあったとしても、はみ出した低融点金属を金属メッシュテープで吸い取ることができる。
上記（Ｂ）のように、余分な低融点金属を吸い取った金属メッシュテープ１７を取り除いている間に低融点金属１６が凝固した場合、一旦は超電導線材１０，１０が接続された状態となる。しかし、幅方向の位置ズレが生じることもあるので、最初の接続を仮接続工程とし、再び超電導線材１０，１０の加圧及び加熱により超電導線材１０，１０の間の低融点金属１６を再び溶融させ、幅方向の位置ズレを修正した後で、冷却により超電導線材１０，１０を接続すること（本接続工程）も可能である。
本実施形態の接続方法の効果を確認するため、金属メッシュテープ１７を用いないで超電導線材１０，１０を接続する比較例１と、金属メッシュテープ１７を用いて超電導線材１０，１０を接続する実施例１を、次のように実施した。
本実施形態の比較例１では、図１における溝２１の幅Ｗ１が５．２ｍｍである基台２０と、図２における凸部２６の幅Ｗ２が５．０ｍｍである圧着治具２５を使用した。圧着治具２５は、ヒーターによる温度制御が可能である。超電導線材１０の幅は５．０２ｍｍ、長さは３０ｃｍである。接続する２本の超電導線材１０，１０のうち１本の超電導線材１０の接続箇所に、図３に示すように低融点金属１６として、長さ２０ｃｍにわたってはんだを塗布した。基台２０の溝２１の中で図４に示すように２本の超電導線材１０，１０を組み合わせ、２００℃に加熱して圧着した。圧着した状態でエアブローを用いてはんだを融点以下まで冷却し、はんだが凝固した後、接続が済んだ超電導線材１０，１０を溝２１から取り出した。
図６に、比較例１において、接続が済んだ超電導線材１０，１０の幅を測定したグラフを示す。この幅は、超電導線材１０，１０の接続箇所の長さ方向に対して２ｃｍ間隔で測定した。幅の平均値は約５．３ｍｍであり、もとの超電導線材１０の幅である５．０２ｍｍと比較すると、２本の超電導線材１０，１０を接続したことによる幅ずれと、はんだによるバリの影響で幅が増加している。図７に、接続が済んだ超電導線材１０の幅方向（図７では上下方向）の両側に多数のバリ１８が生じた様子を例示する。
本実施形態の実施例１では、基台２０、圧着治具２５及び超電導線材１０は、比較例１と同様であるが、図５に示すように、圧着前に金属メッシュテープ１７を超電導線材１０の上に重ね合わせ、密着させた。金属メッシュテープ１７の長さは２９ｃｍであり、長さ２５ｃｍの溝２１の両端から外にそれぞれ２ｃｍ程度突出させた。また、温度２００℃にして圧着した後、はんだが凝固する前にはんだを吸収した金属メッシュテープ１７を取り除き、さらに緩衝材としてはんだを吸収していない新しい金属メッシュテープ１７を超電導線材１０の上に乗せ、再び圧着した。圧着した状態ではんだを融点以下まで冷却し、はんだが凝固した後、接続が済んだ超電導線材１０，１０を溝２１から取り出した。
図８に、実施例１において、接続が済んだ超電導線材１０，１０の幅を測定したグラフを示す。この幅は、超電導線材１０，１０の接続箇所の長さ方向に対して２ｃｍ間隔で測定した。幅の平均値は約５．０９ｍｍであり、比較例１と比較すると、はんだによるバリの影響が除去されたことが分かる。実施例１で接続が済んだ超電導線材１０，１０を観察しても、側面にバリは発見されなかった。このため、接続前と比較した幅の増加は、幅ずれが原因と考えられる。
本発明の超電導線材接続体は、少なくとも２本の超電導線材が、その間に低融点金属が介在した状態で重なり合い、かつ互いに接続された超電導線材接続体であって、超電導線材接続体の側面に低融点金属のバリが存在しないことを特徴とする。本発明によれば、接続部の全長にわたり、バリが存在しない超電導線材接続体を得ることができる。
以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
金属メッシュテープを吸い取り手段として用いる場合、上述の実施形態では、配置工程の段階から金属メッシュテープを超電導線材の上に重ね合わせるものとしたが、本発明は特にこれに限定されるものではない。例えば、低融点金属が溶融した後に金属メッシュテープを超電導線材に接触させてもよい。溝の側面または底面に開口部を設けて、この開口部から吸い取り手段を出没自在に設けることも可能である。
金属メッシュテープ１７以外の吸い取り手段の例として、図９には、基台２０の溝２１の底面または側面の少なくとも１箇所に排気口２４を設けた場合を示す。図示例では、溝２１の側面にその長手方向に沿って複数の排気口２４が設けられている。排気口２４は、ポンプ（図示せず）に接続され、吸い取り工程において、ポンプの吸引により、余分な溶融した低融点金属を排気口２４から吸い取り除去することができる。このようにして、余分な低融点金属を吸い取ることにより、バリの発生を抑制することができる。
本発明により得られた超電導線材接続体は、超電導コイルや超電導ケーブル等における導体として好適である。超電導コイルの用途は、特に限定されないが、磁気共鳴画像診断装置（ＭＲＩ）、核磁気共鳴分光装置（ＮＭＲ）、超電導磁気エネルギー貯蔵装置（ＳＭＥＳ）等が挙げられる。
１０…超電導線材、１１…テープ基板、１２…中間層、１３…超電導層、１４…保護層、１５…安定化層、１６…低融点金属、１７…金属メッシュテープ、１８…バリ、２０…基台、２１…溝、２２…側壁、２３…底壁、２４…排気口、２５…圧着治具、２６…凸部、２７…板部。
本発明は、前記課題を解決するため、複数のテープ状の超電導線材が、低融点金属を介して接続された超電導線材接続体の製造方法であって、接続される超電導線材を、これらの超電導線材の間に低融点金属が介在した状態で、基台に設けた溝に配置する配置工程と、前記溝に配置された前記超電導線材及び前記低融点金属を加圧及び加熱することにより前記低融点金属を溶融させる溶融工程と、余分な溶融した前記低融点金属を吸い取る吸い取り工程と、を有し、前記配置工程において、前記溶融工程にて、前記低融点金属を溶融させる前に、前記超電導線材および前記低融点金属とともに、金属メッシュテープを前記溝の内部に配置するかまたは前記超電導線材に重ね合わせて配置することを特徴とする超電導線材接続体の製造方法を提供する。
前記吸い取り工程の後、前記低融点金属が溶融している状態で、余分な溶融した前記低融点金属を吸い取った前記金属メッシュテープを取り外すことが好ましい。
前記金属メッシュテープは、フラックスを含む銅メッシュテープであってもよい。
本発明は、複数のテープ状の超電導線材が、低融点金属を介して接続された超電導線材接続体の製造方法であって、接続される超電導線材を、これらの超電導線材の間に低融点金属が介在した状態で、基台に設けた溝に配置する配置工程と、前記溝に配置された前記超電導線材及び前記低融点金属を加圧及び加熱することにより前記低融点金属を溶融させる溶融工程と、余分な溶融した前記低融点金属を吸い取る吸い取り工程と、を有し、前記基台は、前記溝の底面または側面の少なくとも１箇所に排気口を有し、前記排気口は、ポンプに接続され、前記吸い取り工程において、前記ポンプの吸引により、余分な溶融した前記低融点金属を前記排気口から吸い取ることを特徴とする超電導線材接続体の製造方法を提供する。
前記超電導線材が、スズまたはスズ合金により接合された安定化層を有する場合、前記低融点金属は、前記安定化層を接合する前記スズまたは前記スズ合金の融点より低いことが好ましい。
前記金属メッシュテープは、フラックスを含む銅メッシュテープであってもよい。
本発明は、複数のテープ状の超電導線材が、低融点金属を介して接続された超電導線材接続体の製造方法であって、接続される超電導線材を、これらの超電導線材の間に低融点金属が介在した状態で、基台に設けた溝に配置する配置工程と、前記溝に配置された前記超電導線材及び前記低融点金属を加圧及び加熱することにより前記低融点金属を溶融させる溶融工程と、余分な溶融した前記低融点金属を吸い取る吸い取り工程と、を有し、前記基台は、前記溝の底面または側面の少なくとも１箇所に排気口を有し、前記排気口は、ポンプに接続され、前記吸い取り工程において、前記ポンプの吸引により、余分な溶融した前記低融点金属を前記排気口から吸い取ることを特徴とする超電導線材接続体の製造方法を提供する。
前記超電導線材が、スズまたはスズ合金により接合された安定化層を有する場合、前記低融点金属は、前記安定化層を接合する前記スズまたは前記スズ合金の融点より低いことが好ましい。
また、本発明は、本発明の超電導線材接続体の製造方法によって製造された超電導線材接続体であって、少なくとも２本の超電導線材が、その間に低融点金属が介在した状態で重なり合い、かつ互いに接続された超電導線材接続体であって、前記超電導線材接続体の側面に前記低融点金属のバリが存在しないことを特徴とする超電導線材接続体を提供する。
また、本発明は、前記課題を解決するため、複数のテープ状の超電導線材を、低融点金属を介して接続する超電導線材の接続装置であって、接続される超電導線材を配置する溝を有する基台と、前記溝に配置された前記超電導線材を加圧及び加熱する手段と、低融点金属の溶融時に余分な溶融した低融点金属を吸い取る吸い取り手段と、を有し、前記吸い取り手段は、前記基台において前記溝の底面または側面の少なくとも１箇所に設けられた排気口を備え、前記排気口はポンプに接続されたことを特徴とする超電導線材の接続装置を提供する。
前記吸い取り手段は、さらに金属メッシュテープを備えてもよい。
前記金属メッシュテープは、フラックスを含む銅メッシュテープであってもよい。
前記金属メッシュテープは、フラックスを含む銅メッシュテープであってもよい。
Claims (10)
- 複数のテープ状の超電導線材が、低融点金属を介して接続された超電導線材接続体の製造方法であって、
接続される超電導線材を、これらの超電導線材の間に低融点金属が介在した状態で、基台に設けた溝に配置する配置工程と、
前記溝に配置された前記超電導線材及び前記低融点金属を加圧及び加熱することにより前記低融点金属を溶融させる溶融工程と、
余分な溶融した前記低融点金属を吸い取る吸い取り工程と、
を有することを特徴とする超電導線材接続体の製造方法。 - 前記吸い取り工程において、余分な溶融した前記低融点金属を、前記超電導線材に重ね合わせた金属メッシュテープに吸い取らせることを特徴とする請求項１に記載の超電導線材接続体の製造方法。
- 前記金属メッシュテープは、フラックスを含む銅メッシュテープであることを特徴とする請求項２に記載の超電導線材接続体の製造方法。
- 前記基台は、前記溝の底面または側面の少なくとも１箇所に排気口を有し、前記排気口は、ポンプに接続され、
前記吸い取り工程において、前記ポンプの吸引により、余分な溶融した前記低融点金属を前記排気口から吸い取ることを特徴とする請求項１に記載の超電導線材接続体の製造方法。 - 前記超電導線材が、スズまたはスズ合金により接合された安定化層を有し、
前記低融点金属は、前記安定化層を接合する前記スズまたは前記スズ合金の融点より低いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導線材接続体の製造方法。 - 少なくとも２本の超電導線材が、その間に低融点金属が介在した状態で重なり合い、かつ互いに接続された超電導線材接続体であって、前記超電導線材接続体の側面に前記低融点金属のバリが存在しないことを特徴とする超電導線材接続体。
- 複数のテープ状の超電導線材を、低融点金属を介して接続する超電導線材の接続装置であって、
接続される超電導線材を配置する溝を有する基台と、
前記溝に配置された前記超電導線材を加圧及び加熱する手段と、
低融点金属の溶融時に余分な溶融した低融点金属を吸い取る吸い取り手段と、
を有することを特徴とする超電導線材の接続装置。 - 前記吸い取り手段は、金属メッシュテープであることを特徴とする請求項７に記載の超電導線材の接続装置。
- 前記金属メッシュテープは、フラックスを含む銅メッシュテープであることを特徴とする請求項８に記載の超電導線材の接続装置。
- 前記吸い取り手段は、前記基台において前記溝の底面または側面の少なくとも１箇所に設けられた排気口と、前記排気口に接続されたポンプを備えることを特徴とする請求項７に記載の超電導線材の接続装置。
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