JP2018170173A - 接続構造体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の接続構造体20は、テープ状の基材1と、該基材1上に形成された中間層2と、該中間層2の上に形成された超電導導体層3とを有する2つの超電導線材である第1及び第2の超電導線材10a、10bと、超電導導体層3、3の表面を互いに対向させた位置関係で第1及び第2の超電導線材10a、10b同士を接続し、第1及び第2の超電導線材10a、10bとともに超電導接続部Cを形成する接続用超電導導体層8と、第1及び第2の超電導線材10a、10bのそれぞれの基材1、1側に超電導接続部Cを挟む位置関係で配置された第1及び第2の超電導線材10a、10bよりも幅広である2枚の保護材7、7と、2枚の保護材7、7を互いに接合する金属部9とを備えている。
【選択図】図2
Description
<超電導線材>
図1は、本発明に係る接続構造体を構成する超電導線材の概略断面図である。図1に示す超電導線材10は、超電導成膜用の基材1の厚み方向の一方の表面1a上に、中間層2及び超電導導体層3がこの順に形成されたものであって、基材1、中間層2及び超電導導体層3の積層構造体として構成されている。
図2は、本発明に係る第1実施形態である接続構造体の概略断面図であり、図3は、図2に示される接続構造体の上面図である。図示の接続構造体20は、2つの超電導線材である、第1の超電導線材10a(以下、単に「超電導線材10a」という。)及び第2の超電導線材10b(以下、単に「超電導線材10b」という。)と、接続用超電導導体層8と、2枚の保護材7、7と、金属部9とを備えている。
接続用超電導導体層8は、超電導導体層3と同じ超電導体の組成から構成されていることが好ましく、特に、RE系超電導体の形成に必要な原料が含まれる組成物(溶液)を用いて形成することができる。このような溶液として、例えば、RE(Y(イットリウム)、Gd(ガドリニウム)、Sm(サマリウム)及びHo(ホルミウム)等の希土類元素)と、Baと、Cuとが、約1:2:3の割合で含まれているアセチルアセトナート系、ナフテナート系のMOD溶液等を使用することができる。MOD溶液を超電導線材10a、10b上に塗布し、所定の条件下で焼成することにより、結晶性の接続用超電導導体層8を得ることができる。
次に保護材7について詳細に説明する。保護材7は、超電導接続部Cを形成する超電導線材10a、10bと共に加圧焼成することが可能な材質であることが好ましく、およそ800℃の焼成温度に耐え得る材質であることが好ましい。したがって、保護材7の融点は、1000℃以上であることが好ましく、1200℃以上であることがより好ましい。また、2枚の保護材7、7の間に、超電導接続部Cに力が加わる程度の互いに引き合う力が印加されていることが好ましい。それ故、保護材7は、このような強度及び耐熱性を備える超電導線材10a、10bの基材1と同じ材料で構成することが好ましいが、基材1とは異なる材料で構成されていてもよい。このような保護材7としては、例えば、Ni基合金、ステンレス鋼、または炭素鋼等の金属材料が挙げられる。
金属部9は、2枚の保護材7、7の対向する内面にそれぞれ設けられ、2枚の保護材7、7同士を互いに接合する。金属部9は、例えば、超電導接続部Cが位置しない、2枚の保護材7、7の内面に形成することが好ましい。また、金属部9は、接続用超電導導体層8を介して超電導線材10a、10bを加圧焼成して超電導接続部Cを形成する際に、保護材7は800℃程度の焼成温度に耐え得る材質であることが好ましく、一方、金属部9は、融着する材質であることが好ましい。このため、金属部9は、保護材7とは異なる材質であることが好ましい。金属部9は、2枚の保護材7、7のそれぞれの内面に設けた金属部9、9同士が接合可能な金属であればよく、特に限定されるものではないが、例えば、Ag、Au及びCuのうち少なくとも1種を含む金属又は合金であることが好ましく、Agがより好ましい。金属部9の厚さは、10nm〜10μmであることが好ましく、10nm〜2μmであることがより好ましい。金属部9の形成は、特に限定されるものではないが、例えば、スパッタ、真空蒸着、ペースト塗布等、金属部9の形成を可能とする公知のいずれの方法を用いてもよい。
次に、本発明に係る接続構造体の製造方法について、図4(A)〜図4(D)を参照しながら説明する。図4(A)は、超電導線材10a、10bに接続用超電導導体層8を形成するための原料を塗布する工程を示す概略断面図である。図4(B)は、原料が塗布された超電導線材10a、10bの仮焼成工程を示す概略断面図である。図4(C)は、超電導線材10a、10bと2枚の保護材7とで接続構造体を形成する直前の工程を示す概略断面斜視図である。図4(D)は、図4(A)〜(C)の工程を経て製造された接続構造体20の概略断面図である。まず、超電導線材10a、10bに金属保護層4が被覆されている場合は、接続端部側の金属保護層4を超電導線材10a、10bの全幅にわたって矩形に除去する。金属保護層4の矩形の除去は、機械的研磨、化学的研磨(例えば、エッチング処理)又はこれらの組み合わせにより行う(除去工程)。なお、この金属保護層4の矩形の除去は、超電導導体層3が完全に露出する深さまで行う。なお、露出した超電導導体層3の表面粗さは十分小さいことが好ましく、例えば、その表面粗さ(中心線平均粗さRa)は、50nm以下であることが好ましく、10nm以下であることがより好ましい。なお、表面粗さとは、JIS B 0601:2001において規定する表面粗さパラメータの「高さ方向の振幅平均パラメータ」における算術平均粗さRaである。
図5は、本発明に係る第2実施形態に係る接続構造体の概略断面図である。図5に示す接続構造体20Aは、2本の超電導線材10a、10bが重ね合わされて同じ方向に延在する接続構造をなしている。このような2本の超電導線材10a、10bが同じ方向に延在する接続構造においても、高い接続強度で超電導線材10a、10b同士が接続される。その結果、超電導接続部Cにおいて超電導線材10a、10b同士の分離の発生を抑制でき、接続構造体20Aの製造歩留まりを向上させることができる。また、超電導接続部Cを外部から有効に保護することもできる。
図6は、本発明に係る第3実施形態に係る接続構造体20Bの概略断面図である。図示の接続構造体20Bは、超電導線材10a、10bの端部同士を接続用超電導導体層8で接続して超電導接続部Cを形成するとともに、超電導線材10a、10bの基材(図示せず)側に2枚の保護材7、7が配置されていて、特に、コイルの中でも適用可能なように曲率を付けた構造をなしている。曲率の程度は、超電導線材10a、10b及び保護材7等の構成部材が有する曲げ強度に応じて変動するが、各種部材に影響を及ぼさない程度に適宜設計することができる。なお、図6に示す超電導線材10a、10bは、基材1、中間層2、超電導導体層3及び金属保護層4で構成されているが、これらの詳細な積層構造については図示を省略している。このような曲率を付けた構造とすることで、コイル中の超電導接続部Cにおいて超電導線材10a、10b同士の分離の発生を抑制でき、接続構造体20Bの製造歩留まりを向上させることができる。また、超電導接続部Cを外部から有効に保護することもできる。
図7は、本発明に係る第4実施形態に係る接続構造体20Cの斜視図である。図7に示すように、第4実施形態においては、保護材7aが、平面の板ではなく、幅方向Wの中心部分に長手方向に延びる超電導線材10a、10bの幅よりも広くなるように板を断面ハット状に折り曲げて、超電導線材10a、10bの端部を収容する段差凹部11を有する構成にした場合を示している。そして2枚の保護材7aを段差凹部11、11同士が向かい合わせになるように配置し、2つの段差凹部11、11同士で超電導接続部Cを上下から挟み込み、保護材7a、7aの、段差凹部11よりも幅方向外側の部分であって、超電導接続部Cを囲む4隅の部分を金属部9で接合する。このような構成においても超電導接続部Cにおいて超電導線材10a、10b同士の分離の発生を抑制でき、接続構造体20Cの製造歩留まりを向上させることができる。また、超電導接続部Cを外部から有効に保護することもできる。
図8(a)は、本発明に係る第5実施形態に係る接続構造体20Dの上面図である。図示の接続構造体20Dは、金属部9aが保護材7の長手方向Lの両端部に幅方向の全域にわたって形成されている場合を示している。図8中、領域R1(図8の破線で囲んだ領域)の部分が、金属部9aが形成されている領域を示している。ここで金属部9aは、図8(b)に示すように、基材1には接触しているが、超電導導体層3、または超電導導体層3を被覆する金属保護層4には接触しないように、断面がアーチ状の形状を有する。このような構成の接続構造体20Dを製造する際、酸素は矢印Aの方向から供給すれば、2枚の保護材7、7間に存在する隙間G(図示せず)を通じて接続構造体20Dの内部にも供給することができる。また、第5実施形態においては、金属部9aを基材1に接触させているため、より強固に固定できるという利点がある。
図9は、本発明に係る第6実施形態に係る接続構造体20Eの斜視図である。図示の接続構造体20Eは、金属部9bが2枚の保護材7、7間に、その幅方向Wの両端部に長手方向の全域にわたって形成されている場合を示している。図9中、領域R2(図9の破線で囲んだ領域)の部分が、金属部9bを形成した領域を示している。このような構成の接続構造体20Eを製造する際、金属部9bと超電導線材10a、10bの隙間Gから酸素を供給することができる。
図10は、本発明に係る第7実施形態に係る接続構造体20Fの斜視図である。金属部9cが保護材7bの幅方向Wの両端部に長手方向の全域にわたって形成されている場合を示している点は、第5実施形態と同様であるが、金属部9cに金属部9cの外面から内面にわたって酸素を導入する酸素導入孔hがさらに設けられている点が異なる。これにより、接続構造体を製造する際、金属部9cと超電導線材10a、10bの隙間Gのみならず、酸素導入孔hを介して酸素をさらに供給することができる。
2 中間層
3 超電導導体層
4 金属保護層
7、7a、7b 保護材
8 接続用超電導導体層
9、9a、9b、9c 金属部
10 超電導線材
10a 第1の超電導線材
10b 第2の超電導線材
11 段差凹部
20、20A、20B、20C、20D、20E、20F 接続構造体
30 MOD液
40 堆積層
C 超電導接続部
G 隙間
Claims (9)
- テープ状の基材と、該基材上に形成された中間層と、該中間層の上に形成された超電導導体層とを有する2つの超電導線材である第1及び第2の超電導線材と、
前記超電導導体層の表面を互いに対向させた位置関係で前記第1及び第2の超電導線材同士を接続し、前記第1及び第2の超電導線材とともに超電導接続部を形成する接続用超電導導体層と
前記第1及び第2の超電導線材のそれぞれの前記基材側に前記超電導接続部を挟む位置関係で配置された前記第1及び第2の超電導線材よりも幅広である2枚の保護材と、
2枚の前記保護材を互いに接合する金属部と、
を備えることを特徴とする接続構造体。 - 前記第1及び第2の超電導線材が、それぞれ前記超電導接続部を除く前記超電導導体層の全面にわたって被覆する金属保護層をさらに有することを特徴とする、請求項1に記載の接続構造体。
- 前記金属部が、超電導接続部を囲う少なくとも四ヶ所に設けられていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の接続構造体。
- 前記金属部が、Ag、Au及びCuのうち少なくとも1種を含む金属又合金であることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の接続構造体。
- 前記基材の弾性係数と前記保護材の弾性係数との差が、80GPa以下の範囲内であることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の接続構造体。
- 前記保護材の弾性係数が、150GPa〜250GPaであることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の接続構造体。
- 前記保護材の融点が、1000℃以上であることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の接続構造体。
- 前記保護材の厚さが、30μm〜300μmであることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の接続構造体。
- 前記保護材が、Ni基合金、ステンレス鋼、または炭素鋼であることを特徴とする、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の接続構造体。
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