JP5640022B2

JP5640022B2 - 超電導線材と外部端子の接合方法、および超電導線材の外部端子接合構造体

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Publication number: JP5640022B2
Application number: JP2012000275A
Authority: JP
Inventors: 哲雄竹本; 広富士
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2012-01-04
Filing date: 2012-01-04
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2032-01-04
Also published as: JP2013140712A

Description

本発明は、超電導線材と外部端子の接合方法、および超電導線材の外部端子接合構造体に関するものである。

近年のエネルギー・環境・資源問題を解決できる高効率・低損失の電気機器の一つに超電導体を用いたケーブル、コイル、マグネットなどの応用電気機器が挙げられる。これらの機器に用いられる超電導体には、例えば、ＲＥ−１２３系超電導体（ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_{（7−ｘ）}：ＲＥはＹやＧｄなどを含む希土類元素、以下、Ｙ系超電導体と呼ぶことがある。）が知られている。このＹ系超電導体は、液体窒素温度付近で超電導特性を示し、強磁界内でも比較的高い臨界電流密度を維持することができるため、他の超電導体材料と比べると広範囲に応用できると考えられており、実用上有望な材料として期待されている。

ここで、Ｙ系超電導体を電気機器に応用するためには、Ｙ系超電導体をテープ形状に加工して、超電導テープとして用いるのが一般的である。具体的には、テープ形状の金属基材上に中間層を介して超電導層を形成し、この超電導層の上に保護層を形成することで超電導テープを得ることができる。中間層は、超電導層の結晶配向性を制御するために設けられ、保護層は、事故時に発生する過電流をバイパスするために設けられている。このため、上記構造にすることで比較的安定して電気機器に使用することができる。

また、この超電導テープをより安定して電気機器に使用するためには、事故時の過電流により耐えられる構造とする必要がある。このため、超電導テープの保護層上には、銀や銅のような良導電性の金属よりなる安定化層が設けられるのが一般的である。この安定化層は、超電導層が超電導状態から常電導状態に転移するクエンチが起った時に、超電導層の過電流を転流させるバイパスのメイン部として機能する。さらに、必要に応じて、超電導テープ各層の絶縁のために、ポリイミドなどの絶縁テープを超電導テープに巻回する場合がある。以上により作製された超電導線材を電気機器に使用するためには、外部電源と接続するための外部電源端子（以下、外部端子と呼ぶことがある。）を接合する必要がある。このため、絶縁テープを用いている超電導線材では絶縁テープの一部を剥離して、露出した安定化層上に半田を介して外部端子を電気的に接続している。

また、Ｙ系超電導体は、水分により劣化しやすく、超電導層に水分が浸入すると超電導特性が低下するといった問題がある。上記の方法で作製された超電導線材では、超電導層の表面は、保護層で覆われており、超電導層の側面は、絶縁テープで覆われているものの、この絶縁テープは、超電導層の表面に直接堆積されている保護層と違って密着性の面で不十分である。従って、超電導線材の耐水性を確保するためには、他の方法を用いて超電導層側面の保護の強化を図る必要がある。

上記問題を解決するために、安定化層の代わりとして、両端を折り曲げたＣ型形状の補強テープ線を用いて超電導線材の表面と側面と裏面両端部とを覆い囲み、超電導線材の少なくとも一部を補強テープ線と半田付けして作製した補強高温超電導線が特許文献１に記載されている。これにより、超電導層の側面を比較的安定に覆うことができるため、超電導線材の耐水性を向上することが可能となる。

特開２０１１−００３４９４号公報

しかし、上記特許文献１の補強高温超電導線では、外部端子の接合に用いられる半田と、補強テープ線の両折曲部の内側部と超電導線材の裏面両端部との間に有する半田の融点が同じである場合、外部端子と補強テープ線との半田接合時において問題を有していた。即ち、外部端子の接合に用いられる半田を補強テープ線上で溶融するときに熱を与えるため、この熱が補強テープ線全体に伝わってしまう。そして、この熱が超電導線材の裏面両端部を覆っている補強テープ線の折曲部に到達して温度が上昇すると、補強テープ線の両折曲部の内側部に設けられている半田が溶融して流れ出してしまう。このため、超電導線材の裏面両端部に止めていた補強テープ線の両折曲部が超電導線材から剥離してしまうという問題を有していた。したがって、超電導線材の側面側の保護が不十分となり、剥離された補強テープ線と超電導線材との間に水分が浸入し、超電導層まで到達すると超電導特性が低下してしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、外部端子の接合時に発生する補強テープの剥離を抑制でき、超電導層側面における保護性能を向上することが可能な超電導線材と外部端子の接合方法、および超電導線材の外部端子接合構造体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、半田に着目して鋭意検討した。その結果、補強テープ線、即ち安定化テープから露出する超電導線材の基材裏面に、外部端子の接合時に用いる半田よりも高融点の接合部材を用いることで、上記課題を解決し得ることを見出し本発明を完成するに至った。
即ち本発明は、テープ状の基材の主面上に中間層、超電導層、及び保護層が積層された超電導テープを準備する工程と、安定化テープを前記保護層、前記超電導テープの両側面及び前記基材裏面の両側端縁を覆うように前記超電導テープの前記保護層側から前記超電導テープの外形に沿って折り曲げる工程と、前記安定化テープから露出した前記基材裏面に第一の接合部材を供給し、加熱することで前記安定化テープと前記基材裏面とを接合する工程と、前記第一の接合部材よりも低融点の第二の接合部材を用いて、前記保護層側を覆う安定化テープ表面と外部端子とを接合する工程と、を備えることを特徴とする超電導線材と外部端子の接合方法である。

この接合方法によれば、安定化テープ上で半田等の接合部材を溶融するときに加える熱が安定化テープ全体に伝わっても、この熱の温度よりも高融点の第一の接合部材を用いているので、安定化テープと基材とを接合する第一の接合部材の溶融が起こらない。したがって、安定化テープが超電導線材から剥離するのを抑制でき、超電導層側面における保護性能を向上することが可能となる。このため、長期間の使用に耐え、水分の侵入を抑制することができ、超電導特性の劣化を生じない超電導線材と外部端子の接合構造を提供できる。

また、本発明に係る超電導線材と外部端子の接合方法は、前記安定化テープの両面に前記第一の接合部材の融点以下の融点を有する第三の接合部材をめっきする工程を、更に備えることが好ましい。
第一の接合部材の融点以下の融点を有する第三の接合部材を備えることで、第一の接合部材の接合と同時に第三の接合部材で超電導テープと安定化テープの境界を確実に覆うことができ、水分の侵入を確実に抑制できる構造を提供できる。

また、本発明は、テープ状の基材の主面上に中間層、超電導層、及び保護層が積層された超電導テープと、前記超電導テープの前記保護層側から前記超電導テープの外形に沿って折り曲げて、前記保護層、前記超電導テープの両側面及び前記基材裏面の両側端縁を覆う安定化テープと、を有する超電導線材と、外部電源に電気的に接続する外部端子と、を接合する超電導線材の外部端子接合構造体であって、前記安定化テープから露出する前記基材裏面には、前記安定化テープと前記基材裏面とを接合する第一の接合部材が設けられており、前記超電導線材と前記外部端子とは、前記第一の接合部材よりも低融点の第二の接合部材で接合されていることを特徴とする超電導線材の外部端子接合構造体である。

この超電導線材の外部端子接合構造体によれば、外部端子を接合する際に、安定化テープ上で半田等の接合部材を溶融するときに加える熱が安定化テープ全体に伝わっても、この熱の温度よりも高融点の接合部材を用いているので、安定化テープと基材とを接合する第一の接合部材が溶融しにくくなる。したがって、安定化テープと超電導線材との密着性を保持できるので、超電導層側面における保護性能を向上することが可能となる。

また、電気機器の使用時にクエンチが起こったときに発生する熱が超電導線材全体に伝わっても、第一の接合部材の融点温度まで、該接合部材の溶融が起こらない。したがって、電気機器の使用時にクエンチが起こり、超電導線材が発熱しても、安定化テープが超電導線材から剥離するのを抑制でき、超電導層側面における保護性能を向上することが可能となる。

また、本発明に係る超電導線材の外部端子接合構造体は、前記安定化テープが、その両面にめっきにより形成された第三の接合部材を有し、前記第三の接合部材の融点が、前記第一の接合部材の融点以下であることが好ましい。

本発明によれば、外部端子の接合時に発生する安定化テープの剥離を容易に抑制でき、超電導層側面における保護性能を向上することができる。

本実施形態に係る超電導線材の外部端子接合構造体を示す断面傾視図である。本実施形態に係る超電導線材の超電導テープを示す断面傾視図である。本実施形態に係る超電導線材と外部端子の接合方法を行程順に示す図であり、図３（ａ）は超電導テープに安定化テープを沿わせた状態を示す断面図、図３（ｂ）は安定化テープを折り曲げた状態を示す断面図、図３（ｃ）は安定化テープをＣ字状に折り曲げた状態を示す断面図、図３（ｄ）は基材の裏面側に第１の接合部材を供給した状態を示す断面図、図３（ｅ）は第１の接合部材により安定化テープを固定した状態を示す断面図、図３（ｆ）は第１実施形態に係る超電導線材の外部端子接合構造体を示す断面図である。本実施形態に係る超電導線材と外部端子の接合方法を示すフロー図である。他の実施形態に係る超電導線材の外部端子接合構造体を示す断面図である。

以下、超電導線材の外部端子接合構造体、および超電導線材と外部端子の接合方法の一実施形態を図１〜４に基づいて詳細に説明する。なお、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。また、以下の説明で用いる図は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部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。

図１に示すように、超電導線材３の外部端子接合構造体１００は、超電導テープ１と、超電導テープ１の外形に沿って折り曲げて、超電導テープ１を覆う安定化テープ２と、を有する超電導線材３と、安定化テープ２から露出する超電導テープ１表面上に配置された第一の接合部材４と、超電導テープ１を覆う安定化テープ２表面上に設けられた第二の接合部材５と、第二の接合部材４上に設けられた外部端子６と、を備えている。

図２に示すように、超電導テープ１は、テープ形状の基材７上に、中間層８、超電導層９、および保護層１０がこの順に積層されて構成されている。基材７は、可撓性を有する超電導線材とするためにテープ形状である。また、基材７に用いられる材料は、機械的強度が比較的高く、耐熱性のある金属からなるものが好ましく、ニッケル合金、銅合金などが挙げられる。なかでも、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。基材７の厚さは、通常は１０〜５００μｍ、好ましくは２０〜２００μｍである。

中間層８は、拡散防止層、ベッド層、配向層、およびキャップ層からなる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７や他の層が熱履歴を受ける場合に、基材７の構成元素の一部が拡散し、不純物として超電導層９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、不純物の混入を防止する効果が比較的高いＡｌ_２Ｏ_３、または、ＧＺＯ（Ｇｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７）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。なお、拡散防止層の結晶性は特に問われないので、拡散防止層は、通常のスパッタ法等の成膜法により形成することができ、その厚さは、通常１０〜４００ｎｍであればよい。

ベッド層は、基材７と超電導層９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、耐熱性が高いＹ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｌａ_２Ｏ_３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。なお、ベッド層の結晶性は特に問われないので、ベッド層は、通常のスパッタ法等の成膜法により形成でき、その厚さは、通常１０〜１００ｎｍであればよい。また、拡散防止層とベッド層は必ずしも両方用いる必要はなく、これらの層のうち少なくとも１層を用いた構造になればよい。

配向層は、超電導層９の結晶配向性を制御したり、基材７の構成元素が超電導層９へ拡散することを抑制したり、基材７と超電導層９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。配向層に用いられる材料は、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、Ｇｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２−Ｙ_２Ｏ_３（ＹＳＺ）等の金属酸化物が、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る為、特に好適である。なお、配向層は、上記材料を一つ用いた単層でも良いし、上記材料を複数用いた複層構造でも良い。配向層の作製方法は、真空蒸着法、レーザ蒸着法、ＩＢＡＤ法等、数多く存在するが、超電導層やキャップ層の結晶配向性をより高く制御できることから、ＩＢＡＤ法が好ましい。ＩＢＡＤ法とは、蒸着時に、結晶の蒸着面に対して所定の角度でＡｒなどのイオンビームを照射することにより、結晶軸を配向させる方法である。

キャップ層は、超電導層の結晶配向性を配向層よりも強く制御したり、超電導層を構成する元素の中間層への拡散や、超電導層積層時に使用するガスと中間層との反応を抑制したりする機能等を有するものである。キャップ層に用いられる材料は、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、ＣｅＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｚｒ_２Ｏ_３等の金属酸化物が、超電導層との格子整合性の観点から特に好適である。キャップ層は、ＰＬＤ法（パルスレーザ蒸着法）、スパッタリング法等で成膜することができ、その厚さは、通常は０．１〜１．５μｍであればよい。

超電導層９は、Ｙ系超電導体、Ｂｉ系超電導体などを用いることが出来る。Ｙ系超電導体の組成は、例えば、ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_{（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（ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｙ）、Ｇｄ１２３（ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｙ）が挙げられる。Ｂｉ系超電導体の組成は、例えば、Ｂｉ_２Ｓｒ_２Ｃａ_ｎ−１Ｃｕ_ｎＯ_{４＋２ｎ＋δ}（ｎはＣｕＯ_２の層数、δは過剰酸素を表す。）が挙げられる。超電導層９の作製方法は、真空蒸着法、レーザ蒸着法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、熱塗布分解法（ＭＯＤ法）等を用いることができる。なかでもレーザ蒸着法が好ましい。また、超電導層９の厚さは、０．５〜５μｍ程度であって、均一な厚みであることが好ましい。

保護層１０は、事故時に発生する過電流をバイパスしたり、超電導層９内に含まれる酸素の拡散を抑制したり、超電導層９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により超電導層９が劣化するのを防ぐ機能等を有するものである。保護層１０は、良電導性かつ超電導層９との接触抵抗が低く、なじみの良い金属材料からなるものが好ましく、銀や金などが挙げられる。また、保護層１０の厚さは、通常は１〜３０μｍであればよい。保護層１０は、公知の方法で形成することができるが、なかでもＤＣスパッタ装置、ＲＦスパッタ装置などの成膜装置を用いたスパッタ法で形成することが好ましい。

安定化テープ２は、超電導テープ１の保護層１０側から超電導テープ１の外形に沿って折り曲げて、保護層１０、超電導テープ１の両側面及び基材７の裏面の両側端縁７ａを覆っており、Ｃ型形状をなしている。この形状とすることにより、超電導層９の側面を比較的安定に覆うことができるため、超電導線材３の耐水性を向上することが可能となる。安定化テープ２に用いられる材料は、超電導線材３の用途により異なる。例えば、超電導ケーブルや超電導モータなどに使用する場合は、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転流させるバイパスのメイン部として機能する必要があるため、良導電性の金属が用いられる。例えば、銅、銅合金、アルミ、アルミ合金等の比較的安価な金属が挙げられる。また、超電導限流器に使用する場合は、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必要があるため、高抵抗金属が用いられる。例えば、Ｎｉ−Ｃｒ等のＮｉ系合金などが挙げられる。図１に示すように、安定化テープ２の端面と基材７の裏面で形成する空間の断面積、即ち、安定化テープ２の厚さｔと安定化テープ２から露出する基材７の裏面の幅ｗとの積が１０〜６００μｍ^２の範囲内であれば特に限定されず適宜調整可能であるが、通常は５０〜３００μｍ^２であればよい。

第一の接合部材４は、安定化テープ２と基材７の裏面とを接合しており、後述する第二の接合部材５よりも高融点の材料が用いられる。この第一の接合部材４は、上記安定化テープ２の端面と基材７の裏面とで形成する空間に溶融充填されることで、安定化テープ２と基材７とを接合しており、第一の接合部材４の一部は、安定化テープ２と基材７の裏面との隙間にも入り込んで接合している。第一の接合部材４の厚さが安定化テープ２の厚さよりも厚くなると、超電導線材３の巻回時に巻き乱れを生じる原因となる可能性が高くなる。このため、第一の接合部材４の厚さは、溶融し、固化した後に安定化テープ２の厚さ以下とするのが好ましいが、接合性向上のため、安定化テープ２と同等の厚さになるように設けるのがより好ましい。第一の接合部材４に用いられる材料は、後述する第二の接合部材５の融点よりも高融点の金属を用いることができる。例えば、Ｓｎ−Ｐｂ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｂｉ系、Ｂｉ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系などの半田やＳｎ、Ｓｎ合金、インジウムなどの金属が挙げられる。なお、融点が高すぎると第一の接合部材４を加熱接合する時に、超電導層９の超電導特性に悪影響を及ぼすので、４００℃以下の融点を有する材料が望ましい。また、融点が低すぎると第二の接合部材５を溶融させる時に第一の接合部材４も溶融することがあるため、２３０℃以上、より好ましくは３００℃以上の融点の材料が用いられる。

第二の接合部材５は、後述する外部端子６と超電導線材３とを接合する機能を有する。第二の接合部材５に用いられる材料は、第一の接合部材４よりも低融点の溶融性材料であれば特に限定されないが、例えば、組成比率を変更させて第一の接合部材よりも低融点とした、Ｐｂ−Ｓｎ系合金などの共晶半田、Ｓｎ−Ｂｉ系合金などの無鉛半田といった低融点の半田等が挙げられる。なお、第二の接合部材５の融点と第一の接合部材４の融点との差が小さいと、第一の接合部材の溶融が起こる可能性があるため、第二の接合部材５の融点は、第一の接合部材の融点よりも２０℃以上高いことが好ましく、４０℃以上高いことがより好ましい。第二の接合部材５の厚さは特に限定されないが、厚さが薄いほど線材を薄型化でき、第二の接合部材との接合時に起こる接続抵抗の増加を抑えることができるため、１〜１０μｍとすることが好ましい。

外部端子６は、各種電気機器の外部電源と導通させるために、外部電源と接続されているリード部（図示せず）が接続された状態で、第二の接合部材５上に設けられている。外部端子６は、高い導電性の金属より形成されていることが好ましく、例えば、金、白金、銀、銅、またはこれらの金属を少なくとも１種含む合金が挙げられ、中でも安価なことから銅が好ましい。

なお、必要に応じて、上記の超電導線材３の構造は、安定化テープ２および第一の接合部材４を覆うように絶縁テープ（図示せず）が巻回された構造を採用してもよい。絶縁テープは、外部との絶縁を図り、超電導テープ１、安定化テープ２および第一の接合部材４の補強する機能を有する。絶縁テープに用いられる材料は、絶縁性材料であれば特に限定されないが、例えば、ポリイミド等が挙げられる。ここで、絶縁テープを用いる場合、絶縁テープの一部を剥離して、露出された安定化テープ２の表面上に第二の接合部材５を介して外部端子６を電気的に接続することで、超電導線材３を各種電気機器に用いることが可能となる。

次に、図１、図３および図４を参照して本実施形態に係る超電導線材と外部端子の接合方法について説明する。図４は、本実施形態に係る超電導線材と外部端子の接合方法を示すフロー図である。

まず、前述した構成の超電導テープ１とこの超電導テープ１よりも幅の広い安定化テープ２とを準備する。このとき、安定化テープ２の幅寸法は、超電導テープ１の幅方向に沿った外周寸法よりも小さい。次いで、図３（ａ）に示すように、超電導テープ１の保護層１０を下方に向けたまま、安定化テープ２の表面上に重ね合わせて配置する（ステップ１：図４Ｓ１参照）。このとき、超電導テープ１を安定化テープ２の幅方向の中央部に重ねるように、位置合わせして配置する。

次に、図３（ｂ）に示すように、フォーミングロールなどを用いて、超電導テープ１の外形に沿って安定化テープ２を折り曲げる。具体的には安定化テープ２上に超電導テープ１を重ねて配置した状態から超電導テープ１の両側面に向かって安定化テープ２の両端部を折り曲げて超電導テープ１の両側面を覆う。さらに、図３（ｃ）に示すように、超電導テープ１の両側面を覆った状態から基材７裏面に向かって安定化テープ２の両先端部を折り曲げて、安定化テープ２の横断面をＣ字状にする。これにより安定化テープ２で、超電導テープ１の両側面、基材７裏面（図３（Ｃ）では上面）の両側端が覆われる。（ステップ２：図４Ｓ２参照）。

続いて、図３（ｄ）に示すように、安定化テープ２から露出した基材７の裏面に第一の接合部材４を供給する（ステップ３：図４Ｓ３参照）。このとき用いられる第一の接合部材４は、横断面扁平型の長尺のワイヤー状などであることが好ましい。

次に、加熱炉（図示せず）で第一の接合部材４の溶融温度に加熱し、続いて第一の接合部材４の溶融温度から５０℃程度低い温度に加熱した加圧ロールを用いて超電導テープ１、安定化テープ２および第一の接合部材４を加圧する（ステップ４：図４Ｓ４参照）。具体的な加熱温度は、用いる第一の接合部材４の融点が２３０℃〜４００℃であるならば、該融点より５０℃低い１８０℃〜３５０℃の範囲の温度を選択できる。この処理により、第一の接合部材４は安定化テープ２と露出された基材７の裏面との間の溝を埋めるように溶融して拡がり、それらの間の間隙を充填した状態となり、安定化テープ２と基材７の裏面とを接合することができる。このとき、溶融された第一の接合部材４が、超電導テープ１の両折曲部の内側と基材７の側端面縁との間に拡がり、それらの間の間隙を接合した状態をとる場合もある。この後、超電導線材３の全体を冷却して溶融している半田を固化させると、図３（ｅ）に示すような構造の超電導線材３を得ることができる。

ここで、必要に応じて、安定化テープ２および第一の接合部材４を覆うように超電導線材３の周囲に、絶縁テープを巻回して設けてもよい。これにより、外部との絶縁を図り、超電導テープ１、安定化テープ２および第一の接合部材４を補強することができる。

続いて、図３（ｆ）に示すように、第一の接合部材４よりも低融点の第二の接合部材５を用いて、外部端子６を接合する（ステップ５：図４Ｓ５参照）。具体的には、超電導テープ１の保護層１０側を覆う安定化テープ２表面上に第二の接合部材５を加熱溶融して固着させる。そして、配置された第二の接合部材５上に外部端子６を設置して第二の接合部材５を再度加熱溶融し冷却固化することで外部端子６を超電導線材３に接合する。ここで、第二の接合部材５の加熱温度は、第一の接合部材４の溶融を防ぐため、第一の接合部材４の融点よりも低温かつ第二の接合部材５の融点よりも高温で加熱する必要がある。さらに、第二の接合部材５の溶融時間が長いと第一の接合部材の溶融が起こる可能性があるため、第二の接合部材５の溶融時間は、２０秒以下、好ましくは１０秒以下、より好ましくは５秒以下である。なお、第二の接合部材５は、上記のように安定化テープ２側に予め設ける場合だけでなく、これに代えて、またはこれと共に外部端子６側に予め設けてもよい。具体的には、外部端子６の少なくとも一面に第二の接合部材５を予めめっきで形成してもよい。この場合、第二の接合部材５を安定化テープ２側と外部端子６側との双方に予め設けることが好ましい。第二の接合部材５同士が接合することになり第二の接合部材５が安定して均一に濡れ広がり、第二の接合部材５の濡れ性を向上させることができる。このため、超電導線材３と外部端子との接合状態が良好となり、接続抵抗の増大を抑制することができる。なお、絶縁テープを用いている場合は、絶縁テープの一部を剥離し、露出された安定化テープ２の表面上に供給する。

以上の工程により図１に示す超電導テープ１、安定化テープ２、第一の接合部材４、第二の接合部材５および外部端子６を備えてなる超電導線材３の外部端子接合構造体１００を作製することができる。

以下、本実施形態の作用効果を説明する。従来においては、超電導線材の表面と側面と裏面両端部とを覆い囲んだＣ型形状の補強テープ（安定化テープ）線を用いているので、超電導層の側面を比較的安定に覆うことができ、超電導線材の耐水性を向上することが可能となる。しかし、外部端子の接合時において、外部端子の接合に用いられる半田と、補強テープ線の両折曲部の内側部に設けられている半田の融点が同じである場合、補強テープ線上で半田を溶融するときに発生する熱が補強テープ線の両折曲部まで到達すると、ここに設けられている半田が溶融してしまう。このため、超電導線材の裏面両端部に止めていた補強テープ線の両折曲部が超電導線材から剥離してしまい、その結果、剥離された補強テープ線と超電導線材との間に水分が浸入し、超電導層まで到達すると超電導特性が低下してしまう。

そこで、上記問題を解決するために、本実施形態では安定化テープ２から露出する超電導線材３の基材７裏面に、外部端子６の接合時に用いる第二の接合部材５よりも高融点の第一の接合部材４を設ける。これにより、安定化テープ２と外部端子６との間で第二の接合部材５を溶融するときに加えられる熱が安定化テープ２全体に伝わっても、この伝熱温度よりも高融点の第一の接合部材４を用いているので、安定化テープ２と基材７とを接合する第一の接合部材４が溶融しない。そのため、安定化テープ２が超電導テープ１から剥離するのを抑制でき、超電導層９側面における保護性能を向上することができる。

次に、他の実施形態に係る超電導線材の外部端子接合構造体を説明する。
図５は、他の実施形態に係る超電導線材の外部端子接合構造体の断面図である。即ち、本実施形態における超電導線材３は、第一の接合部材４の融点以下の融点を有する第三の接合部材１１を両面に形成した安定化テープ２で超電導テープ１が覆われている。
これにより、安定化テープ２の両面が第三の接合部材で覆われていることから超電導テープ１の周囲を密着して覆うような構造が得られる。このため、安定化テープ２上で第二の接合部材５を溶融するときに加えられる熱が安定化テープ２全体に伝わっても、第三の接合部材１１が溶融しない。したがって、安定化テープ２が超電導線材３から剥離するのを抑制できる効果が向上する。さらに、第三の接合部材１１を設けることにより、第二の接合部材５を接合するときの第二の接合部材５の濡れ性を向上させることができる。このため、超電導線材３と外部端子６との接合状態が良好となり、接続抵抗の増大を抑制することができる。
ここで、第三の接合部材１１に用いられる材料は、第一の接合部材４の融点以下の融点を有する溶融性材料であれば特に限定されないが、第二の接合部材５よりも高融点の半田を用いることが好ましい。これにより、第二の接合部材５を加熱溶融するときの熱で第三の接合部材１１が溶融しないため、安定化テープ２が超電導テープ１から剥離するのを抑制できる効果をより向上させることができるので好ましく、中でも第一の接合部材４と同じ組成で形成された半田を用いると製造コストを抑えることができるためより好ましい。
また、第三の接合部材１１の厚さは特に限定されないが、厚さが薄い方が線材を薄型化でき第二の接合部材５との接合時に起こる接続抵抗の増加をより抑えることができるため、好ましくは１μｍ〜２０μｍ、より好ましくは２μｍ〜６μｍの範囲である。

１…超電導テープ、２…安定化テープ、３…超電導線材、４…第一の接合部材、５…第二の接合部材、６…外部端子、７…基材、７ａ…両側端縁、８…中間層、９…超電導層、１０…保護層、１１…第三の接合部材、１００…外部端子接合構造体。

Claims

テープ状の基材の主面上に中間層、超電導層、及び保護層が積層された超電導テープを準備する工程と、
安定化テープを前記保護層、前記超電導テープの両側面及び前記基材裏面の両側端縁を覆うように前記超電導テープの前記保護層側から前記超電導テープの外形に沿って折り曲げる工程と、
前記安定化テープから露出した前記基材裏面に第一の接合部材を供給し、加熱することで前記安定化テープと前記基材裏面とを接合する工程と、
前記第一の接合部材よりも低融点の第二の接合部材を用いて、前記保護層側を覆う安定化テープ表面と外部端子とを接合する工程と、
を備えることを特徴とする超電導線材と外部端子の接合方法。
前記安定化テープの両面に前記第一の接合部材の融点以下の融点を有する第三の接合部材をめっきする工程を、更に備えることを特徴とする請求項１記載の超電導線材と外部端子の接合方法。
テープ状の基材の主面上に中間層、超電導層、及び保護層が積層された超電導テープと、前記超電導テープの前記保護層側から前記超電導テープの外形に沿って折り曲げて、前記保護層、前記超電導テープの両側面及び前記基材裏面の両側端縁を覆う安定化テープと、を有する超電導線材と、
外部電源に電気的に接続する外部端子と、を接合する超電導線材の外部端子接合構造体であって、
前記安定化テープから露出する前記基材裏面には、前記安定化テープと前記基材裏面とを接合する第一の接合部材が設けられており、前記超電導線材と前記外部端子とは、前記第一の接合部材よりも低融点の第二の接合部材で接合されていることを特徴とする超電導線材の外部端子接合構造体。
前記安定化テープが、その両面にめっきにより形成された第三の接合部材を有し、前記第三の接合部材の融点が、前記第一の接合部材の融点以下であることを特徴とする請求項３記載の超電導線材の外部端子接合構造体。