JP2022169922A - 高温超電導線材の接続構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】高温超電導線材の配線の自由度を向上させることができる高温超電導線材の接続構造を提供する。【解決手段】高温超電導線材の接続構造は、第１高温超電導線材と、第１高温超電導線材に超電導接続されている第２高温超電導線材とを備える。第１高温超電導線材と第２高温超電導線材との間の接続部において第１高温超電導線材の第１長手方向と第２高温超電導線材の第２長手方向とが互いに交差するように、第２高温超電導線材は、第１高温超電導線材に対して配置されている。【選択図】図１
Description
本開示は、高温超電導線材の接続構造に関する。
特開２０１３－２３５６９９号公報（特許文献１）は、第１高温超電導線材と第２高温超電導線材とが互いに超電導接続されている高温超電導線材の接続構造を開示している。この高温超電導線材の接続構造では、第１高温超電導線材と第２高温超電導線材との間の接続部において、第１高温超電導線材と第２高温超電導線材とは互いに真っすぐに接続されている。
本開示の目的は、高温超電導線材の配線の自由度を向上させることができる高温超電導線材の接続構造を提供することである。
本開示の高温超電導線材の接続構造は、第１高温超電導線材と、第１高温超電導線材に超電導接続されている第２高温超電導線材とを備える。第１高温超電導線材と第２高温超電導線材との間の接続部において第１高温超電導線材の第１長手方向と第２高温超電導線材の第２長手方向とが互いに交差するように、第２高温超電導線材は、第１高温超電導線材に対して配置されている。
本開示によれば、高温超電導線材の配線の自由度を向上させることができる高温超電導線材の接続構造を提供することができる。
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
（１）本開示に係る高温超電導線材の接続構造は、第１高温超電導線材と、第１高温超電導線材に超電導接続されている第２高温超電導線材とを備える。第１高温超電導線材と第２高温超電導線材との間の接続部において第１高温超電導線材の第１長手方向と第２高温超電導線材の第２長手方向とが互いに交差するように、第２高温超電導線材は、第１高温超電導線材に対して配置されている。
そのため、高温超電導線材の配線の自由度を向上させることができる。
（２）上記（１）に係る高温超電導線材の接続構造では、第１高温超電導線材の第１長手方向と第２高温超電導線材の第２長手方向との間の角度は、５°より大きくかつ１７５°未満である。
そのため、高温超電導線材の配線の自由度を向上させることができる。
（３）上記（１）に係る高温超電導線材の接続構造では、第１高温超電導線材の第１長手方向と第２高温超電導線材の第２長手方向との間の角度は、１５°以上かつ１６５°以下である。
そのため、高温超電導線材の配線の自由度を向上させることができる。
（４）上記（１）に係る高温超電導線材の接続構造では、第１高温超電導線材の第１長手方向と第２高温超電導線材の第２長手方向との間の角度は、３０°以上かつ１５０°以下である。
そのため、高温超電導線材の配線の自由度を向上させることができる。
（５）上記（１）から（４）のいずれかに係る高温超電導線材の接続構造では、第１高温超電導線材は、第１主面を含む第１基板と、第１主面上に形成されている第１中間層と、第１中間層上に形成されている第１高温超電導層とを含む。第２高温超電導線材は、第２主面を含む第２基板と、第２主面上に形成されている第２中間層と、第２中間層上に形成されている第２高温超電導層とを含む。第２高温超電導層は、第１高温超電導層に超電導接合されている。
そのため、高温超電導線材の配線の自由度を向上させることができる。
（６）上記（５）に係る高温超電導線材の接続構造では、第１主面の平面視における第１基板の第１圧延方向と第１高温超電導層の第１結晶軸の第１方向との間の第１角度は、第２主面の平面視における第２基板の第２圧延方向と第１結晶軸に対応する第２高温超電導層の第２結晶軸の第２方向との間の第２角度と異なっている。第１高温超電導線材と第２高温超電導線材との間の接続部において、第１高温超電導層の第１結晶軸の第１方向は、第２高温超電導層の第２結晶軸の第２方向に沿っている。
そのため、高温超電導線材の配線の自由度を向上させることができる。また、第１高温超電導線材と第２高温超電導線材との間の接続部における臨界電流密度Ｊｃの大幅な減少が回避され得る。
（７）上記（６）に係る高温超電導線材の接続構造では、第２角度と第１角度との間の差は、５°より大きくかつ１７５°未満である。
そのため、高温超電導線材の配線の自由度を向上させることができる。
（８）上記（６）に係る高温超電導線材の接続構造では、第２角度と第１角度との間の差は、１５°以上かつ１６５°以下である。
そのため、高温超電導線材の配線の自由度を向上させることができる。
（９）上記（６）に係る高温超電導線材の接続構造では、第２角度と第１角度との間の差は、３０°以上かつ１５０°以下である。
そのため、高温超電導線材の配線の自由度を向上させることができる。
（１０）上記（５）から（９）のいずれかに係る高温超電導線材の接続構造では、第１基板は配向金属基板であり、第２基板及び第２中間層はＩＡＤ基板である。
そのため、高温超電導線材の配線の自由度を向上させることができる。
（１１）上記（５）から（９）のいずれかに係る高温超電導線材の接続構造では、第１基板及び第１中間層は第１のＩＡＤ基板であり、第２基板及び第２中間層は第２のＩＡＤ基板である。
そのため、高温超電導線材の配線の自由度を向上させることができる。
[本開示の実施形態の詳細]
次に、図面に基づいて本開示の実施の形態の詳細について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。以下に記載する実施の形態の少なくとも一部の構成を任意に組み合わせてもよい。
次に、図面に基づいて本開示の実施の形態の詳細について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。以下に記載する実施の形態の少なくとも一部の構成を任意に組み合わせてもよい。
図１から図５を参照して、実施の形態の高温超電導線材の接続構造１を説明する。本実施の形態の高温超電導線材の接続構造１は、第１高温超電導線材１０と、第２高温超電導線材２０とを備える。
図１から図３を参照して、第１高温超電導線材１０は、第１基板１１と、第１中間層１２と、第１高温超電導層１３と、第１安定化層１４とを含む。
第１基板１１は、第１主面１１ａを含む。第１基板１１は、第１圧延方向１１ｒに沿って圧延されている。第１圧延方向１１ｒは、例えば、第１高温超電導線材１０の第１長手方向である。
第１中間層１２は、第１主面１１ａ上に形成されている。第１中間層１２は、単層で構成されてもよいし、複数層で構成されてもよい。第１中間層１２は、第１基板１１と第１高温超電導層１３との間に設けられている。第１中間層１２は、第１高温超電導層１３を構成する元素との反応性が極めて低い材料で形成されている。第１中間層１２は、第１高温超電導層１３を構成する元素が第１基板１１と反応することを防止する。そのため、第１中間層１２上に形成される第１高温超電導層１３の超電導特性が低下することが防止され得る。第１中間層１２は、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＣｅＯ２（酸化セリウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、Ｙ２Ｏ３（酸化イットリウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＬａＭｎＯ３（酸化ランタンマンガン）、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７（ジルコン酸ガドリニウム）またはＳｒＴｉＯ３（チタン酸ストロンチウム）の少なくとも一つから構成されている。
一例では、第１基板１１は、配向金属基板であってもよい。配向金属基板は、金属基板の表面において、結晶方位が揃っている金属基板を意味する。配向金属基板は、例えば、ＳＵＳまたはハステロイ（登録商標）のベース金属基板上に銅層及びニッケル層などが積層されたクラッドタイプの金属基板であってもよい。別の例では、第１基板１１及び第１中間層１２はＩＡＤ基板であってもよい。ＩＡＤ基板は、ニッケル基合金基板のような金属基板と、イオンビームアシスト蒸着（ＩＡＤ）法により金属基板上に形成された配向中間層とを含む。ＩＡＤ基板では、金属基板は無配向金属基板であってもよい。配向金属基板及びＩＡＤ基板は、それらの上に形成される高温超電導層を形成する結晶粒の結晶方位を揃える機能を有する。そのため、高温超電導層の臨界電流密度Ｊｃは増加する。
第１高温超電導層１３は、第１中間層１２上に形成されている。第１高温超電導層１３は、例えば、ＲＥ１１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ１（６．０≦ｙ１≦８．０、ＲＥ１は希土類元素を表す）により構成されている。ＲＥ１は、例えば、イットリウム（Ｙ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）またはホルミウム（Ｈｏ）である。ｙ１は、例えば、６．８以上７．０以下である。
第１高温超電導層１３は、図５に示されるような層状ペロブスカイト構造である結晶構造を有している。第１高温超電導層１３の結晶構造は、結晶軸として、ａ軸、ｂ軸及びｃ軸を有している。第１高温超電導層１３のａ軸方向１３ａ及びｂ軸方向は、第１高温超電導線材１０の厚さ方向に垂直である。第１高温超電導線材１０の厚さ方向は、第１基板１１、第１中間層１２及び第１高温超電導層１３の積層方向である、あるいは、第１主面１１ａの法線方向である。第１高温超電導層１３のａ軸方向１３ａ及びｂ軸方向は、第１高温超電導線材１０の面内方向に沿っている。第１高温超電導層１３のａ軸方向１３ａ及びｂ軸方向は、第１主面１１ａの面内方向に沿っている。第１高温超電導層１３のｃ軸方向は、第１高温超電導線材１０の厚さ方向に沿っている。
第１高温超電導層１３のａ軸方向１３ａは、第１高温超電導層１３を形成する複数の結晶粒のａ軸方向の平均的な方向によって与えられる。第１高温超電導層１３の面内配向度Δφは、例えば、６．０°以下である。高温超電導層の面内配向度Δφは、高温超電導層に対してＸ線回折（ＸＲＤ）測定を行うことによって得られる、高温超電導層のａ軸方向の分散の半値全幅（ＦＷＨＭ）の値である。高温超電導層の面内配向度Δφは、高温超電導層の面内方向において、高温超電導材料の結晶粒の結晶方位が揃っている程度を規定する。面内配向度Δφが小さいほど、結晶粒の結晶方位はより一層揃っており、高温超電導層の結晶配向性はより一層良い。
図１を参照して、第１高温超電導線材１０が配向金属基板を含む場合、すなわち、第１基板１１が配向金属基板である場合には、第１高温超電導層１３のａ軸方向１３ａは、第１基板１１の第１圧延方向１１ｒであるとともに、第１高温超電導線材１０の第１長手方向である。
第１高温超電導線材１０がＩＡＤ基板を含む場合、すなわち、第１基板１１及び第１中間層１２がＩＡＤ基板である場合には、ＩＡＤ法におけるイオンビームの照射方向を変えることによって、第１高温超電導層１３のａ軸方向１３ａは、第１高温超電導層１３の面内方向における任意の方向に設定され得る。図１を参照して、本実施の形態では、第１高温超電導層１３のａ軸方向１３ａは、第１基板１１の第１圧延方向１１ｒであるとともに、第１高温超電導線材１０の第１長手方向である。しかし、第１高温超電導線材１０がＩＡＤ基板を含む場合には、第１高温超電導層１３のａ軸方向１３ａは、第１基板１１の第１圧延方向１１ｒ及び第１高温超電導線材１０の第１長手方向に限られない。
図２及び図３を参照して、第１安定化層１４は、例えば、銅または銀のような金属で形成されている。第１安定化層１４は、第１高温超電導層１３上に形成されている。第１安定化層１４は、第１高温超電導層１３にクエンチが発生した際に、第１高温超電導層１３を流れていた電流をバイパスさせて、第１高温超電導線材１０の焼損を防止する。クエンチは、超電導状態から常電導状態に移行する現象である。第１安定化層１４は、第１基板１１上にも形成されてもよい。第１高温超電導線材１０と第２高温超電導線材２０との間の接続部２では、第１安定化層１４は、第１高温超電導層１３上に形成されていない。第１高温超電導線材１０と第２高温超電導線材２０との間の接続部２では、第１高温超電導層１３は第１安定化層１４から露出している。
図１、図２及び図４を参照して、第２高温超電導線材２０は、第２基板２１と、第２中間層２２と、第２高温超電導層２３と、第２安定化層２４とを含む。
第２基板２１は、第２主面２１ａを含む。第２基板２１は、第２圧延方向２１ｒに沿って圧延されている。第２圧延方向２１ｒは、例えば、第２高温超電導線材２０の第２長手方向である。
第２中間層２２は、第２主面２１ａ上に形成されている。第２中間層２２は、単層で構成されてもよいし、複数層で構成されてもよい。第２中間層２２は、第２基板２１と第２高温超電導層２３との間に設けられている。第２中間層２２は、第２高温超電導層２３を構成する元素との反応性が極めて低い材料で形成されている。第２中間層２２は、第２高温超電導層２３を構成する元素が第２基板２１と反応することを防止する。そのため、第２中間層２２上に形成される第２高温超電導層２３の超電導特性が低下することが防止され得る。第２中間層２２は、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＣｅＯ２（酸化セリウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、Ｙ２Ｏ３（酸化イットリウム）、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＬａＭｎＯ３（酸化ランタンマンガン）、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７（ジルコン酸ガドリニウム）またはＳｒＴｉＯ３（チタン酸ストロンチウム）の少なくとも一つから構成されている。
第２基板２１及び第２中間層２２は、例えば、ＩＡＤ基板であってもよい。すなわち、第２高温超電導線材２０は、例えば、ＩＡＤ基板を含んでもよい。
第２高温超電導層２３は、第２中間層２２上に形成されている。第２高温超電導層２３は、例えば、ＲＥ２１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ２（６．０≦ｙ２≦８．０、ＲＥ２は希土類元素を表す）により構成されている。ＲＥ２は、例えば、イットリウム（Ｙ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）またはホルミウム（Ｈｏ）である。ＲＥ２は、ＲＥ１と同じであってもよいし、ＲＥ１と異なってもよい。ｙ２は、例えば、６．８以上７．０以下である。
第２高温超電導層２３は、図５に示されるような層状ペロブスカイト構造である結晶構造を有している。第２高温超電導層２３の結晶構造は、結晶軸として、ａ軸、ｂ軸及びｃ軸を有している。第２高温超電導層２３のａ軸方向２３ａ及びｂ軸方向は、第２高温超電導線材２０の厚さ方向に垂直である。第２高温超電導線材２０の厚さ方向は、第２基板２１、第２中間層２２及び第２高温超電導層２３の積層方向である、あるいは、第２主面２１ａの法線方向である。第２高温超電導層２３のａ軸方向２３ａ及びｂ軸方向は、第２高温超電導線材２０の面内方向に沿っている。第２高温超電導層２３のａ軸方向２３ａ及びｂ軸方向は、第２主面２１ａの面内方向に沿っている。第２高温超電導層２３のｃ軸方向は、第２高温超電導線材２０の厚さ方向に沿っている。
第２高温超電導層２３のａ軸方向２３ａは、第２高温超電導層２３を形成する複数の結晶粒のａ軸方向の平均的な方向によって与えられる。第２高温超電導層２３の面内配向度Δφは、例えば、６．０°以下である。
ＩＡＤ法におけるイオンビームの照射方向を変えることによって、第２高温超電導層２３のａ軸方向２３ａは、第２高温超電導層２３の面内方向における任意の方向に設定され得る。図１を参照して、本実施の形態では、第２高温超電導層２３のａ軸方向２３ａは、第２基板２１の第２圧延方向２１ｒに対して４５°傾いているとともに、第２高温超電導線材２０の第２長手方向に対して４５°傾いている。しかし、図９から図１３に示されるように、第２高温超電導線材２０がＩＡＤ基板を含む場合には、第２高温超電導層２３のａ軸方向２３ａは、第２基板２１の第２圧延方向２１ｒ及び第２高温超電導線材２０の第２長手方向に対して４５°傾いた方向に限られない。
図２及び図４を参照して、第２安定化層２４は、例えば、銅または銀のような金属で形成されている。第２安定化層２４は、第２高温超電導層２３上に形成されている。第２安定化層２４は、第２高温超電導層２３にクエンチが発生した際に、第２高温超電導層２３を流れていた電流をバイパスさせて、第２高温超電導線材２０の焼損を防止する。第２安定化層２４は、第２基板２１上にも形成されてもよい。第１高温超電導線材１０と第２高温超電導線材２０との間の接続部２では、第２安定化層２４は、第２高温超電導層２３上に形成されていない。第１高温超電導線材１０と第２高温超電導線材２０との間の接続部２では、第２高温超電導層２３は第２安定化層２４から露出している。
図１及び図２を参照して、第２高温超電導層２３は、高温超電導材料の超電導接合層４０によって、第１高温超電導層１３に超電導接合されている。超電導接合層４０は、例えば、ＲＥ３１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ３（６．０≦ｙ３≦８．０、ＲＥ３は希土類元素を表す）により構成されている。ＲＥ３は、例えば、イットリウム（Ｙ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、サマリウム（Ｓｍ）、ランタン（Ｌａ）、ネオジム（Ｎｄ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）またはホルミウム（Ｈｏ）である。ＲＥ３は、ＲＥ１またはＲＥ２の少なくとも一つと同じであってもよいし、ＲＥ１またはＲＥ２の少なくとも一つと異なってもよい。ｙ３は、例えば、６．８以上７．０以下である。
第１高温超電導線材１０と第２高温超電導線材２０との間の接続部２において第１高温超電導線材１０の第１長手方向と第２高温超電導線材２０の第２長手方向とが互いに交差するように、第２高温超電導線材２０は、第１高温超電導線材１０に対して配置されている。第１高温超電導線材１０の第１長手方向と第２高温超電導線材２０の第２長手方向との間の角度θ（図１及び図９から図１１を参照）は、０°より大きくかつ１８０°より小さいことを意味する。角度θは、第１高温超電導線材１０の第１長手方向と第２高温超電導線材２０の第２長手方向との間の二つの角度のうち、１８０°より小さい方の角度として定義される。
例えば、第１高温超電導線材１０と第２高温超電導線材２０との間の接続部２において、第２高温超電導線材２０は、第１高温超電導線材１０に対してエッジワイズ方向に曲がっている。エッジワイズ方向は、第１高温超電導線材１０の幅方向である。第１高温超電導線材１０の幅方向は、第１主面１１ａに沿い、かつ、第１高温超電導線材１０の第１長手方向に垂直な方向である。第１高温超電導線材１０の幅方向は、第１主面１１ａの法線方向と第１高温超電導線材１０の第１長手方向とに垂直な方向である。
角度θは、５°より大きくかつ１７５°未満であってもよい。角度θは、１５°以上かつ１６５°以下であってもよい。角度θは、３０°以上かつ１５０°以下であってもよい。
角度θは、５°より大きくかつ８０°未満、または、１００°より大きくかつ１７５°未満であってもよい。角度θは、１５°以上かつ７５°以下、または、１０５°以上かつ１６５°以下であってもよい。角度θは、３０°以上かつ６０°以下、または、１２０°以上かつ１５０°以下であってもよい。
例えば、図１に示される本実施の形態では、角度θは４５°である。図９に示される本実施の形態の第１変形例では、角度θは１３５°である。図１０に示される本実施の形態の第２変形例では、角度θは６０°である。図１１に示される本実施の形態の第３変形例では、角度θは１２０°である。
図１及び図９から図１１を参照して、第１角度α及び第２角度βのうち少なくとも第２角度βを任意の角度に設定することによって、角度θは、任意の角度に設定され得る。第１高温超電導線材１０に対する第２高温超電導線材２０の配線の自由度が向上し得る。
第１角度αは、第１主面１１ａの平面視における、第１基板１１の第１圧延方向１１ｒと第１高温超電導層１３の第１結晶軸の第１方向との間の角度である。第１高温超電導層１３の第１結晶軸の第１方向は、例えば、第１高温超電導層１３のａ軸方向１３ａである。第２角度βは、第２主面２１ａの平面視における、第２基板２１の第２圧延方向２１ｒと第１結晶軸に対応する第２高温超電導層２３の第２結晶軸の第２方向との間の角度である。第１結晶軸に対応する第２高温超電導層２３の第２結晶軸の第２方向は、例えば、第２高温超電導層２３のａ軸方向２３ａである。第２高温超電導層２３の第２結晶軸が第１高温超電導層１３の第１結晶軸に対応していることは、高温超電導層の結晶構造の結晶軸の点において、第２高温超電導層２３の第２結晶軸が第１高温超電導層１３の第１結晶軸と同じであることを意味する。例えば、第１高温超電導層１３の第１結晶軸が第１高温超電導層１３のａ軸であるとき、第２高温超電導層２３の第２結晶軸は第２高温超電導層２３のａ軸である。
第１角度αは、第２角度βと異なっている。第２角度βと第１角度αとの間の差は、５°より大きくかつ１７５°未満であってもよい。第２角度βと第１角度αとの間の差は、１５°以上かつ１６５°以下であってもよい。第２角度βと第１角度αとの間の差は、３０°以上かつ１５０°以下であってもよい。
第２角度βと第１角度αとの間の差は、５°より大きくかつ８０°未満、または、１００°より大きくかつ１７５°未満であってもよい。第２角度βと第１角度αとの間の差は、１５°以上かつ７５°以下、または、１０５°以上かつ１６５°以下であってもよい。第２角度βと第１角度αとの間の差は、３０°以上かつ６０°以下、または、１２０°以上かつ１５０°以下であってもよい。
例えば、図１に示される本実施の形態では、第１角度αは０°であり、第２角度βは４５°であり、第２角度βと第１角度αとの間の差は４５°である。図９に示される本実施の形態の第１変形例では、第１角度αは０°であり、第２角度βは１３５°であり、第２角度βと第１角度αとの間の差は１３５°である。図１０に示される本実施の形態の第２変形例では、第１角度αは０°であり、第２角度βは６０°であり、第２角度βと第１角度αとの間の差は６０°である。図１１に示される本実施の形態の第３変形例では、第１角度αは０°であり、第２角度βは１２０°であり、第２角度βと第１角度αとの間の差は１２０°である。
第２主面２１ａの平面視において、第２高温超電導層２３の第２結晶軸の第２方向は、第２基板２１の第２圧延方向２１ｒに対して傾いてもよい。第２高温超電導層２３の第２結晶軸の第２方向は、例えば、第２高温超電導層２３のａ軸方向２３ａである。そのため、第１角度αが０°または９０°であっても、第２角度βを第１角度αと異ならせることができる。
第２角度βは、５°より大きくかつ１７５°未満であってもよい。第２角度βは、１５°以上かつ１６５°以下であってもよい。第２角度βは、３０°以上かつ１５０°以下であってもよい。
第２角度βは、５°より大きくかつ８０°未満、または、１００°より大きくかつ１７５°未満であってもよい。第２角度βは、１５°以上かつ７５°以下、または、１０５°以上かつ１６５°以下であってもよい。第２角度βは、３０°以上かつ６０°以下、または、１２０°以上かつ１５０°以下であってもよい。
例えば、図１に示される本実施の形態では、第２角度βは４５°である。図９に示される本実施の形態の第１変形例では、第２角度βは１３５°である。図１０に示される本実施の形態の第２変形例では、第２角度βは６０°である。図１１に示される本実施の形態の第３変形例では、第２角度βは１２０°である。
第１高温超電導線材１０と第２高温超電導線材２０との間の接続部２において、第１高温超電導層１３の第１結晶軸の第１方向は、第２高温超電導層２３の第２結晶軸の第２方向に沿っている。第１高温超電導層１３の第１結晶軸の第１方向は、例えば、第１高温超電導層１３のａ軸方向１３ａである。第２高温超電導層２３の第２結晶軸の第２方向は、例えば、第２高温超電導層２３のａ軸方向２３ａである。本明細書において、第１高温超電導層１３の第１結晶軸の第１方向が第２高温超電導層２３の第２結晶軸の第２方向に沿っていることは、第１高温超電導層１３の第１結晶軸の第１方向と第２高温超電導層２３の第２結晶軸の第２方向との間の角度の絶対値が５°以下であることを意味する。第１高温超電導層１３の第１結晶軸の第１方向と第２高温超電導層２３の第２結晶軸の第２方向との間の角度の絶対値は、３°以下であってもよく、１°以下であってもよい。そのため、接続部２における臨界電流密度Ｊｃの大幅な減少が回避され得る。
図６を参照して、本実施の形態の高温超電導線材の接続構造１の製造方法を説明する。本実施の形態の高温超電導線材の接続構造１の製造方法は、第１高温超電導線材１０と第２高温超電導線材２０とを準備すること（Ｓ１０）と、第１高温超電導線材１０と第２高温超電導線材２０とを互いに超電導接続すること（Ｓ２０）とを備えている。
図７を参照して、第１高温超電導線材１０と第２高温超電導線材２０とを準備すること（Ｓ１０）を説明する。
第１基板１１及び第２基板２１を圧延する（Ｓ１１）。例えば、圧延ロールが、基板の圧延に用いられる。第１基板１１は、例えば、第１基板１１の第１長手方向に沿って圧延される。第１基板１１の第１圧延方向１１ｒは、例えば、第１基板１１の第１長手方向である。第２基板２１は、例えば、第２基板２１の第２長手方向に沿って圧延される。第２基板２１の第２圧延方向２１ｒは、例えば、第２基板２１の第２長手方向である。
第１中間層１２及び第２中間層２２を形成する（Ｓ１２）。第１中間層１２は、第１基板１１上に形成される。第２中間層２２は、第２基板２１上に形成される。中間層は、例えば、ＩＡＤ法などによって形成される。
第１基板１１が配向金属基板である場合、第１基板１１の第１圧延方向１１ｒによって、第１基板１１の表面の結晶方位が設定される。第１基板１１の表面の結晶配向性を向上させるために、第１基板１１に熱を印加しながら、第１基板１１を圧延してもよい。
第１基板１１及び第１中間層１２がＩＡＤ基板である場合、第１基板１１は、ハステロイ（登録商標）のような無配向金属基板であってもよい。第２基板２１及び第２中間層２２は、例えば、ＩＡＤ基板である。第２基板２１は、ハステロイ（登録商標）のような無配向金属基板であってもよい。ＩＡＤ基板は、中間層（第１中間層１２、第２中間層２２）として、配向中間層とを含む。中間層（第１中間層１２、第２中間層２２）の配向方向は、ＩＡＤ法におけるイオンビームの照射方向を変えることによって、任意の方向に設定され得る。
第１高温超電導層１３及び第２高温超電導層２３を形成する（Ｓ１３）。第１高温超電導層１３は、第１中間層１２上に形成される。第２高温超電導層２３は、第２中間層２２上に形成される。高温超電導層（第１高温超電導層１３、第２高温超電導層２３）は、例えば、パルスレーザ蒸着（ＰＬＤ）法、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法または塗布熱分解法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＭＯＤ）法）などを用いて、中間層（第１中間層１２、第２中間層２２）上に形成される。
第１基板１１が配向金属基板である場合、第１高温超電導層１３の第１結晶軸の第１方向は、第１基板１１の表面の結晶方位によって規定される。第１高温超電導層１３の第１結晶軸の第１方向は、例えば、第１高温超電導層１３のａ軸方向１３ａである。図１を参照して、第１高温超電導層１３の第１結晶軸の第１方向は、第１基板１１の第１圧延方向１１ｒであるとともに、第１高温超電導線材１０の第１長手方向である。
第１基板１１がＩＡＤ基板である場合、第１高温超電導層１３の第１結晶軸の第１方向は、第１中間層１２の配向方向によって規定される。第１高温超電導層１３の第１結晶軸の第１方向は、例えば、第１高温超電導層１３のａ軸方向１３ａである。第２基板２１がＩＡＤ基板である場合、第２高温超電導層２３の第２結晶軸の第２方向は、第２中間層２２の配向方向によって規定される。第２高温超電導層２３の第２結晶軸の第２方向は、例えば、第２高温超電導層２３のａ軸方向２３ａである。
ＩＡＤ法におけるイオンビームの照射方向を変えることによって、高温超電導層の結晶方位は、高温超電導層の面内方向において任意の方向に設定され得る。そのため、少なくとも第２高温超電導線材２０がＩＡＤ基板を含むことによって、第２主面２１ａの平面視における第２基板２１の第２圧延方向２１ｒと第１結晶軸に対応する第２高温超電導層２３の第２結晶軸の第２方向との間の第２角度βを、第１主面１１ａの平面視における第１基板１１の第１圧延方向１１ｒと第１高温超電導層１３の第１結晶軸の第１方向との間の第１角度αと異ならせることができる。第１高温超電導層１３の第１結晶軸の第１方向は、例えば、第１高温超電導層１３のａ軸方向１３ａである。第１結晶軸に対応する第２高温超電導層２３の第２結晶軸の第２方向は、例えば、第２高温超電導層２３のａ軸方向２３ａである。
第２角度βと第１角度αとの間の差は、５°より大きくかつ１７５°未満であってもよい。第２角度βと第１角度αとの間の差は、１５°以上かつ１６５°以下であってもよい。第２角度βと第１角度αとの間の差は、３０°以上かつ１５０°以下であってもよい。
第２角度βと第１角度αとの間の差は、５°より大きくかつ８０°未満、または、１００°より大きくかつ１７５°未満であってもよい。第２角度βと第１角度αとの間の差は、１５°以上かつ７５°以下、または、１０５°以上かつ１６５°以下であってもよい。第２角度βと第１角度αとの間の差は、３０°以上かつ６０°以下、または、１２０°以上かつ１５０°以下であってもよい。
図１に示されるように、本実施の形態では、第１高温超電導層１３のａ軸方向１３ａは、第１基板１１の第１圧延方向１１ｒであるとともに、第１高温超電導線材１０の第１長手方向である。第２高温超電導層２３のａ軸方向２３ａは、第２基板２１の第２圧延方向２１ｒに対して４５°傾いているとともに、第２高温超電導線材２０の第２長手方向に対して４５°傾いている。しかし、図９から図１１に示されるように、第２高温超電導層２３のａ軸方向２３ａは、第２基板２１の第２圧延方向２１ｒ及び第２高温超電導線材２０の第２長手方向に対して４５°傾いた方向に限られない。
第２角度βは、５°より大きくかつ１７５°未満であってもよい。第２角度βは、１５°以上かつ７５°以下、または、１０５°以上かつ１６５°以下であってもよい。第２角度βは、３０°以上かつ６０°以下、または、１２０°以上かつ１５０°以下であってもよい。
第２角度βは、５°より大きくかつ８０°未満、または、１００°より大きくかつ１７５°未満であってもよい。第２角度βは、１５°以上かつ７５°以下、または、１０５°以上かつ１６５°以下であってもよい。第２角度βは、３０°以上かつ６０°以下、または、１２０°以上かつ１５０°以下であってもよい。
第１高温超電導線材１０がＩＡＤ基板を含む場合には、第１高温超電導層１３のａ軸方向１３ａは、第１基板１１の第１圧延方向１１ｒまたは第１高温超電導線材１０の第１長手方向に限られない。
第１安定化層１４及び第２安定化層２４を形成する（Ｓ１４）。図３を参照して、第１安定化層１４は、第１高温超電導層１３上に形成される。図２及び図３を参照して、第１安定化層１４は、第１基板１１上にも形成されてもよい。図２を参照して、第１高温超電導線材１０と第２高温超電導線材２０との間の接続部２では、第１安定化層１４は、第１高温超電導層１３上に形成されていない。第１高温超電導線材１０と第２高温超電導線材２０との間の接続部２では、第１高温超電導層１３は第１安定化層１４から露出している。図４を参照して、第２安定化層２４は、第２高温超電導層２３上に形成される。図２及び図４を参照して、第２安定化層２４は、第２基板２１上にも形成されてもよい。図２を参照して、第１高温超電導線材１０と第２高温超電導線材２０との間の接続部２では、第２安定化層２４は、第２高温超電導層２３上に形成されていない。第１高温超電導線材１０と第２高温超電導線材２０との間の接続部２では、第２高温超電導層２３は第２安定化層２４から露出している。
こうして、第１高温超電導線材１０と第２高温超電導線材２０とが準備される。
図８を参照して、第１高温超電導線材１０と第２高温超電導線材２０とを互いに超電導接続すること（Ｓ２０）を説明する。
第１高温超電導層１３または第２高温超電導層２３の少なくとも一つに、高温超電導材料の微結晶を形成する（Ｓ２１）。具体的には、第１安定化層１４から露出している第１高温超電導層１３の第１部分または第２安定化層２４から露出している第２高温超電導層２３の第２部分の少なくとも一つに、高温超電導材料の微結晶を形成する。微結晶は、例えば、ＭＯＤ法、ＰＬＤ法または電子ビーム蒸着法などによって、形成される。
第１高温超電導線材１０と第２高温超電導線材２０とを、互いにアライメントする（Ｓ２２）。例えば、第１高温超電導層１３の第１結晶軸の第１方向が第２高温超電導層２３の第２結晶軸の第２方向に沿うように、第１高温超電導線材１０と第２高温超電導線材２０とを互いにアライメントする。第１高温超電導層１３の第１結晶軸の第１方向は、例えば、第１高温超電導層１３のａ軸方向１３ａである。第２高温超電導層２３の第２結晶軸の第２方向は、例えば、第２高温超電導層２３のａ軸方向２３ａである。
第１主面１１ａの平面視における第１基板１１の第１圧延方向１１ｒと第１高温超電導層１３の第１結晶軸の第１方向との間の第１角度αと、第２主面２１ａの平面視における第２基板２１の第２圧延方向２１ｒと第１結晶軸に対応する第２高温超電導層２３の第２結晶軸の第２方向との間の第２角度βとに応じて、第１高温超電導線材１０の第１長手方向と第２高温超電導線材２０の第２長手方向との間の角度θが定められる。第１角度α及び第２角度βのうち少なくとも第２角度βを任意の角度に設定することによって、角度θは任意の角度に設定され得る。第１高温超電導線材１０に対する第２高温超電導線材２０の配線の自由度が向上し得る。
第１高温超電導線材１０と微結晶と第２高温超電導線材２０とに、圧力を加えながら、熱を加える（Ｓ２３）。加熱加圧工程（Ｓ２３）は、例えば、酸素を含む雰囲気下で行われる。加熱加圧工程（Ｓ２３）では、微結晶が成長して、高温超電導材料の超電導接合層４０になる。こうして、第１高温超電導層１３と第２高温超電導層２３とは、超電導接合層４０を介して、互いに超電導接合される。第１高温超電導線材１０と第２高温超電導線材２０とは、互いに超電導接続される。
図１２及び図１３を参照して、実施の形態の高温超電導線材の接続構造１を適用した高温超電導線材の配線構造５の例を説明する。高温超電導線材の配線構造５は、複数の高温超電導線材３０を含む。複数の高温超電導線材３０のうち互いに隣り合う二本の高温超電導線材３０は超電導接続されている。複数の高温超電導線材３０の接続に、本実施の形態の高温超電導線材の接続構造１が適用されている。そのため、高温超電導線材の配線構造５は、小型化され得る。図１２に示されるように、本実施の形態の高温超電導線材の接続構造１を適用することによって、超電導コイルが形成されてもよい。図１３に示されるように、本実施の形態の高温超電導線材の接続構造１を適用することによって、平角超電導線材によって形成された超電導コイルを含む超電導モータが形成されてもよい。
今回開示された実施の形態及びその変形例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した実施の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
１ 高温超電導線材の接続構造
２ 接続部
５ 高温超電導線材の配線構造
１０ 第１高温超電導線材
１１ 第１基板
１１ａ 第１主面
１１ｒ 第１圧延方向
１２ 第１中間層
１３ 第１高温超電導層
１３ａ ａ軸方向
１４ 第１安定化層
２０ 第２高温超電導線材
２１ 第２基板
２１ａ 第２主面
２１ｒ 第２圧延方向
２２ 第２中間層
２３ 第２高温超電導層
２３ａ ａ軸方向
２４ 第２安定化層
３０ 高温超電導線材
４０ 超電導接合層
２ 接続部
５ 高温超電導線材の配線構造
１０ 第１高温超電導線材
１１ 第１基板
１１ａ 第１主面
１１ｒ 第１圧延方向
１２ 第１中間層
１３ 第１高温超電導層
１３ａ ａ軸方向
１４ 第１安定化層
２０ 第２高温超電導線材
２１ 第２基板
２１ａ 第２主面
２１ｒ 第２圧延方向
２２ 第２中間層
２３ 第２高温超電導層
２３ａ ａ軸方向
２４ 第２安定化層
３０ 高温超電導線材
４０ 超電導接合層
Claims (11)
- 第１高温超電導線材と、
前記第１高温超電導線材に超電導接続されている第２高温超電導線材とを備え、
前記第１高温超電導線材と前記第２高温超電導線材との間の接続部において前記第１高温超電導線材の第１長手方向と前記第２高温超電導線材の第２長手方向とが互いに交差するように、前記第２高温超電導線材は、前記第１高温超電導線材に対して配置されている、高温超電導線材の接続構造。 - 前記第１高温超電導線材の前記第１長手方向と前記第２高温超電導線材の前記第２長手方向との間の角度は、５°より大きくかつ１７５°未満である、請求項１に記載の高温超電導線材の接続構造。
- 前記第１高温超電導線材の前記第１長手方向と前記第２高温超電導線材の前記第２長手方向との間の角度は、１５°以上かつ１６５°以下である、請求項１に記載の高温超電導線材の接続構造。
- 前記第１高温超電導線材の前記第１長手方向と前記第２高温超電導線材の前記第２長手方向との間の角度は、３０°以上かつ１５０°以下である、請求項１に記載の高温超電導線材の接続構造。
- 前記第１高温超電導線材は、第１主面を含む第１基板と、前記第１主面上に形成されている第１中間層と、前記第１中間層上に形成されている第１高温超電導層とを含み、
前記第２高温超電導線材は、第２主面を含む第２基板と、前記第２主面上に形成されている第２中間層と、前記第２中間層上に形成されている第２高温超電導層とを含み、
前記第２高温超電導層は、前記第１高温超電導層に超電導接合されている、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の高温超電導線材の接続構造。 - 前記第１主面の平面視における前記第１基板の第１圧延方向と前記第１高温超電導層の第１結晶軸の第１方向との間の第１角度は、前記第２主面の平面視における前記第２基板の第２圧延方向と前記第１結晶軸に対応する前記第２高温超電導層の第２結晶軸の第２方向との間の第２角度と異なっており、
前記接続部において、前記第１高温超電導層の前記第１結晶軸の前記第１方向は、前記第２高温超電導層の前記第２結晶軸の前記第２方向に沿っている、請求項５に記載の高温超電導線材の接続構造。 - 前記第２角度と前記第１角度との間の差は、５°より大きくかつ１７５°未満である、請求項６に記載の高温超電導線材の接続構造。
- 前記第２角度と前記第１角度との間の差は、１５°以上かつ１６５°以下である、請求項６に記載の高温超電導線材の接続構造。
- 前記第２角度と前記第１角度との間の差は、３０°以上かつ１５０°以下である、請求項６に記載の高温超電導線材の接続構造。
- 前記第１基板は、配向金属基板であり、
前記第２基板及び前記第２中間層は、ＩＡＤ基板である、請求項５から請求項９のいずれか一項に記載の高温超電導線材の接続構造。 - 前記第１基板及び前記第１中間層は、第１のＩＡＤ基板であり、
前記第２基板及び前記第２中間層は、第２のＩＡＤ基板である、請求項５から請求項９のいずれか一項に記載の高温超電導線材の接続構造。
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