JP2016201328A - 超電導線材の接続構造および超電導線材の接続方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このような高温超電導線材を用いて超電導機器用の超電導ケーブルや超電導コイルなどを作製する場合、長尺の超電導線材が必要とされるため、複数の超電導線材を順次接続することにより長尺化を図るようにしている。また、超電導線材を、例えば、MRIやNMRに用いられるコイルに応用するには、永久電流モードで通電するので超電導線材の端を接続してループにする必要がある。
また、焼成後に酸素アニール処理を行うが、超電導層に対して適切な量の酸素供給をすることができず、超電導薄膜線材を接続した後の超電導特性を確保することができないという問題を有している。
本発明は前記した点に鑑みてなされたものであり、熱処理により拡散した酸素を十分に供給することができ、超電導特性を劣化させることなく、超電導線材を接続することができる超電導線材の接続構造および超電導線材の接続方法を提供することを目的とするものである。
この構成によれば、超電導線材の少なくとも一方に外部に通じる溝を形成することにより、熱処理により拡散した酸素を十分に供給することができ、超電導特性を劣化させることなく、超電導線材を接続することが可能となる。
この構成によれば、少なくとも一方の超電導層に溝を形成することにより、熱処理により拡散した酸素を十分に供給することができ、超電導特性を劣化させることなく、超電導線材の超電導層同士を接続することができる。
この構成によれば、少なくとも一方の接続用超電導層および超電導層に溝を形成することにより、熱処理により拡散した酸素を十分に供給することができ、超電導特性を劣化させることなく、超電導線材の接続用超電導層同士を接続することができる。
この構成によれば、2本の超電導線材を、接続用線材を介して接続するようにしているので、2本の超電導線材または接続用線材の少なくとも一方に形成した溝により、熱処理により拡散した酸素を十分に供給することができ、超電導特性を劣化させることなく、超電導線材を接続することができる。
この構成によれば、超電導層に溝を形成することにより、熱処理により拡散した酸素を十分に供給することができ、超電導特性を劣化させることなく、超電導線材の接続用超電導層同士を接続することができる。
この構成によれば、溝を複数形成することにより、熱処理により拡散した酸素をより多く供給することができ、超電導特性を劣化させることなく、超電導線材を接続することができる。
この構成によれば、溝の端から端の間隔を100μm〜1000μmの範囲で形成しているので、超電導特性を低下させることがない。
この構成によれば、超電導線材の長手方向に形成した溝により、熱処理により拡散した酸素を十分に供給することができ、超電導特性を劣化させることなく、超電導線材を接続することができる。
この構成によれば、超電導線材の幅方向に形成した溝により、熱処理により拡散した酸素を十分に供給することができ、超電導特性を劣化させることなく、超電導線材を接続することができる。
この構成によれば、溝に空隙あるいは超電導材料以外の充填物で充填することにより、超電導特性を劣化させることなく、超電導線材を接続することができる。
この構成によれば、超電導材料以外の充填物により、超電導特性を劣化させることなく、機械強度も強い超電導線材を接続することができる。
この構成によれば、超電導線材の少なくとも一方に外部に通じる溝を形成することにより、焼成処理の際に、溝により溶剤を適正に拡散することができ、酸素アニール処理の際に、酸素を十分に供給することができ、超電導特性を劣化させることなく、超電導線材を接続することが可能となる。
図1は、本発明に係る超電導線材の接続構造の第1実施形態を示す概略斜視図である。
図1に示すように、超電導線材1は、基板10と、中間層11と、超電導層12と、保護層13と、安定化層14とから構成されている。
金属の基板10の材料としては、例えば、強度および耐熱性に優れた、Co、Cu、Ni、Ti、Mo、Nb、Ta、W、Mn、Fe、Ag、Crなどの金属またはこれらの合金が用いられる。特に好ましいのは、耐食性および耐熱性の点で優れているステンレス、ハステロイ(登録商標)、その他のニッケル系合金である。また、これら各種金属材料上に各種セラミックスを配してもよい。また、セラミックスの基板10の材料としては、例えば、MgO、SrTiO3またはイットリウム安定化ジルコニアなどが用いられる。
さらに、保護層13としては、例えば、Agなどが用いられ、安定化層14としては、例えば、Cuなどが用いられる。
また、超電導層12および接続用超電導層20には、超電導線材1の長手方向に延在する複数の溝21,21…が形成されている。この溝21は、少なくとも超電導層12に達する深さに形成されるとともに、超電導層12の一部を残す深さに形成されている。
この状態で、溝21は外部に連通するように構成されており、これにより、溝21を介して、超電導層12および接続用超電導層20からの溶剤の拡散および酸素の供給を行う通路を確保することができるように構成されている。
図2は、接続用超電導層20の形成処理を示す断面図である。
まず、超電導線材1の接続部について、接続に必要な長さだけ超電導層12を露出させる。
そして、接続する2本の超電導線材1の超電導層12を構成する金属を含む原料溶液を作製する。
次に、2本の超電導線材1の超電導層12の表面に、原料溶液をMOD法により塗布する。塗布は、超電導層12の全面にわたって塗布するものであり、その長さや厚みは、特に限定されず、適宜設定することができる。なお、本実施形態においては、MOD法により原料溶液を塗布するようにしているが、これに限定されるものではない。
このように仮焼成を行うことにより、超電導層12の表面に接続用超電導層20が形成される。
図3は、溝21の形成処理を示す断面図である。
図3に示すように、接続用超電導層20および超電導層12をレーザを用いて所定の幅、所定の深さおよび所定の間隔で複数の溝21を形成する。
この溝21の幅寸法および間隔は、必要に応じて種々設定可能であるが、例えば、幅10μm、間隔500μmで形成する。また、溝21の深さは、少なくとも超電導層12に達する深さに形成する。
一般に、超電導線材1の通電特性を高めるため、超電導層12の結晶は、通電方向に揃えて形成されている。そのため、超電導層12の通電方向である長さ方向に直交する方向に溝21を形成すると、通電特性が低下してしまうおそれがある。そのため、溝21は、超電導線材1の長さ方向に沿って形成することが好ましい。
図4において、横軸は、溝21の間隔を示し、縦軸は、もとの超電導線材1のIc特性値(I0)と溝21形成後の超電導線材1のIc特性値(I)との比を示している。
すなわち、I/I0の比が1であれば、もとの超電導線材1の特性値と溝21形成後の超電導線材1の特性値は同様であることを示し、比が1より低い場合は、もとの超電導線材1の特性値に対して溝21形成後の超電導線材1の特性値が低くなっていることを示している。
図5は、本焼成処理を示す断面図である。
図5に示すように、超電導線材1の超電導層12上に形成された接続用超電導層20を、互いに重ね合わせ、所定の圧力で押し付ける。その後、押し付けた状態のまま、低酸素濃度雰囲気中、例えば、酸素濃度100ppmのAr雰囲気中に置き、800℃程度の温度で本焼成処理を行う。
この本焼成処理により、接続用超電導層20を結晶化させて接続用超電導層20を互いに接合する。
次に、酸素濃度が100%の雰囲気で、降温することで、本焼成処理された接続用超電導層20中に酸素を導入させる。この酸素導入により、接続用超電導層20に超電導特性が与えられる。
この場合において、本実施形態においては、溝21を形成するようにしているので、この溝21を介して接続用超電導層20および超電導層12に効率よく酸素を導入することが可能となる。
その後、必要に応じて、接合された超電導線材1の周囲に、Ag層などの保護層13やCu層などの安定化層14が形成されて、超電導線材1の接続が完了する。
この場合に、保護層13を形成する際に、Ag層が溝21に充填されるが、超電導特性に影響はない。
なお、溝21に充填される充填物としては、Agの他、例えば、ポリイミド、シアノアクリレート系接着剤、パラフィン、フッ素系樹脂、グリース、シリコーンオイルの少なくとも1つが用いられる。また、溝21には何も充填せず、空隙となっていてもよい。
また、前記実施形態においては、2本の超電導線材1を互いに溝21が対向するように接合するようにしたが、図7に示すように、溝21をずらして接合するようにしてもよい。
この場合は、一方の超電導線材1の超電導層12に、原料溶液を塗布した後、仮焼成して接続用超電導層20を形成し、この接続用超電導層20に溝21を形成する。他方の超電導線材1は超電導層12に直接溝21を形成し、この状態で、2本の超電導線材1を溝21が互いに対向するように接合し、本焼成および酸素アニール処理を行うようにすればよい。
本実施形態においては、接続用超電導層20を形成しないで、2本の超電導線材1を接続する場合の形態を示している。なお、前記第1実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
図9は第2実施形態における溝21の形成処理を示す断面図である。
図9に示すように、本実施形態において超電導線材1を接続する場合は、2本の超電導線材1の超電導層12に直接レーザにより複数の溝21を形成する。溝21の幅、深さおよび間隔は、前記第1実施形態の場合と同様である。
また、図10は第2実施形態における本焼成処理を示す断面図である。
図10に示すように、2本の超電導線材1を互いに溝21が対向するように接合し、所定の圧力で押し付ける。この状態のまま、高温減圧酸素中で焼成し、超電導層12同士を融着させる。
この場合において、本実施形態においては、溝21を形成するようにしているので、この溝21を介して接続用超電導層20および超電導層12に効率よく酸素を導入することが可能となる。
本実施形態においては、2本の超電導線材1を接続用線材30を用いて接続するようにした形態を示している。なお、前記各実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
図11は本発明の第3実施形態を示す断面図である。
図11に示すように、本実施形態においては、接続用線材30は、超電導線材1と同様に、基板10と、中間層11と、超電導層12とを備えている。
また、接続用線材30の溝21は、両端部に至るように形成されている。なお、接続用超電導層20または超電導層12に酸素を供給するための通路が確保できれば、これに限定されない。
この状態で、高温減圧酸素中で焼成し、接続用超電導層20または超電導層12同士を融着させ、続いて、酸素濃度が100%の雰囲気で、降温することで、焼成処理により抜けた酸素を超電導層12中に導入させる。
このように形成することにより、基板10から超電導層12への不純物の拡散を確実に防止することができ、不純物の拡散による超電導性能の低下を確実に防止することができる。
10 基板
11 中間層
12 超電導層
13 保護層
14 安定化層
20 接続用超電導層
21 溝
30 接続用線材
Claims (12)
- 基板と、中間層と、超電導層とが積層形成されてなる2本の超電導線材を接続するための超電導線材の接続構造において、
前記2本の超電導線材の少なくとも一方に外部に通じる溝を形成したことを特徴とする超電導線材の接続構造。 - 前記2本の超電導線材は、前記超電導層同士を接合して接続されるものであり、前記溝は、少なくとも一方の前記超電導層に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の超電導線材の接続構造。
- 前記2本の超電導線材は、接続用超電導層を介して接続されるものであり、前記溝は、少なくとも一方の前記超電導層に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の超電導線材の接続構造。
- 基板と、中間層と、超電導層とが積層形成されてなる2本の超電導線材を接続するための超電導線材の接続構造において、
基板と、中間層と、超電導層とが積層形成されてなる接続用線材を設け、前記2本の超電導線材は、前記接続用線材を介して接続されており、前記2本の超電導線材または前記接続用線材の少なくとも一方に外部に通じる溝を形成したことを特徴とする超電導線材の接続構造。 - 前記溝は、前記超電導層に形成されていることを特徴とする請求項4に記載の超電導線材の接続構造。
- 前記溝は、複数形成されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の超電導線材の接続構造。
- 前記複数の溝の端から端の間隔は、100μm〜1000μmの範囲で形成されていることを特徴とする請求項6に記載の超電導線材の接続構造。
- 前記溝は、前記超電導線材の長手方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の超電導線材の接続構造。
- 前記溝は、前記超電導線材の幅方向に沿って形成されていることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の超電導線材の接続構造。
- 前記溝は、空隙あるいは超電導材料以外の充填物で充填されていることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の超電導線材の接続構造。
- 前記超電導材料以外の充填物は、Ag、ポリイミド、シアノアクリレート系接着剤、パラフィン、フッ素系樹脂、グリース、シリコーンオイルのうち少なくとも1つであることを特徴とする請求項10に記載の超電導線材の接続構造。
- 基板と、中間層と、超電導層とが積層形成されてなる2本の超電導線材を接続するための超電導線材の接続方法において、
前記2本の超電導線材の少なくとも一方に外部に通じる溝を形成する溝形成処理と、
前記2本の超電導線材を接合した状態で焼成する焼成処理と、
前記焼成処理後の前記超電導線材を酸素アニールする酸素アニール処理と、
を備えていることを特徴とする超電導線材の接続方法。
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