JP6186408B2 - 酸化物超電導線材およびその接続構造体 - Google Patents

Description

本発明は、酸化物超電導線材およびその接続構造体に関する。

超電導線材としては、複数の超電導線材を超電導層側が向い合うように接合した複合型の超電導線材がある（例えば、特許文献１を参照）。
実際に超電導線材をコイルやケーブルなどに使用する際は、このような複合型の超電導線材どうしを接続させることが必要となる場合がある。また、例えば超電導コイルに通電するために、複合型の超電導線材と電極とを接続する場合もある。

特表２００３−５０５８８７号公報

特許文献１に示される超電導線材では、超電導線材どうしを接続する場合、あるいは電極に接続する場合、基材側で接続する必要があるが、基材側での接続は、超電導層側で接続する場合に比べて接続抵抗が大きくなる（例えば１０００倍以上となる）という問題がある。基材側で接合された複合型超電導線材は、超電導層同士での接続が可能になるが、超電導線材に電流を流す場合に、片方の超電導線材にしか電流が流れない虞がある。

本発明の一態様は、超電導線材を超電導層側が向い合うように接合した複合型の超電導線材を接続する際に、接続抵抗を低くできる酸化物超電導線材およびその接続構造体を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、酸化物超電導線材であって、１または複数の第１層超電導線材と、複数の第２層超電導線材とを有し、前記第１層超電導線材および前記第２層超電導線材は、それぞれ、テープ状の基材と前記基材に積層された酸化物超電導層とを有し、前記第１層超電導線材と前記第２層超電導線材とは、前記酸化物超電導層側の接合面を向い合せて互いに接合され、前記複数の第２層超電導線材は、幅方向に間隔をおいて並列され、それらの隙間の少なくとも１つにおいて前記第１層超電導線材の前記接合面が露出し、前記酸化物超電導線材の全幅をｗ_１とし、前記第２層超電導線材の数をｍ（ｍは２以上の自然数）とし、前記第２層超電導線材の幅をそれぞれｂ_ｋ（ｋ＝１，２，…ｍ）として、次に示す式（１）が成立する、酸化物超電導線材を提供する。

この構成によれば、前記隙間等において第１層超電導線材の接合面を露出させることができる。そのため、接続構造体において、前記隙間に導電性材料が充てんされることにより、導電性材料が、露出した接合面に接する。よって、酸化物超電導線材の間の接続抵抗を低減できる。

本発明の一態様は、前記第１層超電導線材の数をｎ（ｎは２以上の自然数）とし、前記第１層超電導線材の幅をａ_ｋ（ｋ＝１，２，…ｎ）として、次に示す式（２）が成立することが好ましい。

この構成によれば、第１層超電導線材の隙間等において第２層超電導線材の接合面を露出させることができる。

前記複数の第１層超電導線材は、幅方向に間隔をおいて並列され、それらの隙間の少なくとも１つにおいて前記第２層超電導線材の前記接合面が露出することが好ましい。
この構成によれば、表裏いずれの面においても、他の線材等との接続が可能となる。

前記複数の第１層超電導線材のうち少なくとも１つは、前記第２層超電導線材の外側縁より幅方向外方に張り出して形成されている構成とすることができる。
この構成によれば、張出し部分において接合面を露出させることができる。そのため、接続構造体において、その接合面を介して電気的な接続を確保することができる。よって、接続構造体における接続抵抗を低減できる。

前記第１層超電導線材の外面および前記第２層超電導線材の外面には、それぞれ、前記外面を覆う外周安定化層が設けられている構成とすることができる。
この構成によれば、第１層超電導線材および第２層超電導線材を保護し、その破損を防ぐことができる。

前記第１層超電導線材および前記第２層超電導線材の外面には、前記第１層超電導線材および前記第２層超電導線材の外面を一括して覆う外周安定化層が設けられていてもよい。
この構成によれば、第１層超電導線材および第２層超電導線材を保護し、その破損を防ぐことができる。

本発明の一態様は、第１層超電導線材と、第２層超電導線材とを有し、前記第１層超電導線材および前記第２層超電導線材は、それぞれ、テープ状の基材と前記基材に積層された酸化物超電導層とを有し、前記第１層超電導線材と前記第２層超電導線材とは、前記酸化物超電導層側の接合面を向い合せて互いに接合され、前記第１層超電導線材と前記第２層超電導線材の少なくとも一方の超電導線材は、厚さ方向に貫通して他方の超電導線材の前記接合面を露出させる貫通部を有し、前記貫通部は、前記超電導線材の長手方向に不連続に形成されている、酸化物超電導線材を提供する。
この構成によれば、貫通部が設けられた超電導線材の幅寸法、幅方向位置などを、相手側の超電導線材に対して大きく変える必要がない。

本発明の一態様は、複数の前記酸化物超電導線材が、導電性材料を介して互いに接合され、前記導電性材料は、前記隙間または前記貫通部に充てんされることにより、前記露出した接合面に直接または間接的に接している、酸化物超電導線材の接続構造体を提供する。
この構成によれば、隙間または貫通部に導電性材料が充てんされることにより、導電性材料は、露出した接合面に接する。よって、酸化物超電導線材の間の接続抵抗を低減できる。

本発明の一態様によれば、接続構造体において超電導線材の隙間に導電性材料が充てんされることにより、導電性材料は、露出した接合面に接する。したがって、酸化物超電導線材の間の接続抵抗を低減できる。

本発明の酸化物超電導線材の第１実施形態を模式的に示す斜視図である。 前図に示す酸化物超電導線材を用いた接続構造体の一例を模式的に示す断面図である。 第１実施形態の酸化物超電導線材の変形例を模式的に示す断面図である。 本発明の酸化物超電導線材の第２実施形態を模式的に示す断面図である。 前図に示す酸化物超電導線材を用いた接続構造体の一例を模式的に示す断面図である。 第２実施形態の酸化物超電導線材の変形例を模式的に示す断面図である。 本発明の酸化物超電導線材の第３実施形態を模式的に示す断面図である。 前図に示す酸化物超電導線材を用いた接続構造体の一例を模式的に示す断面図である。 第３実施形態の酸化物超電導線材の変形例を模式的に示す断面図である。 （Ａ）本発明の酸化物超電導線材の第４実施形態を模式的に示す斜視図である。（Ｂ）（Ａ）のＡ１−Ａ１断面を示す図である。（Ｃ）（Ａ）のＡ２−Ａ２断面を示す図である。 本発明の酸化物超電導線材の第５実施形態を模式的に示す斜視図である。 前図に示す酸化物超電導線材を用いた接続構造体の一例を模式的に示す断面図である。 本発明の接続構造体に適用可能な接続形態の一例を模式的に示す図である。 本発明の接続構造体に適用可能な接続形態の他の例を模式的に示す図である。

以下、本発明に係る酸化物超電導線材の第１実施形態について説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴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。また、一部の図に、ＸＹＺ直交座標系を記載した。Ｙ方向は線材の長手方向である。Ｘ方向は、線材表面の面内であってＹ方向と直交する方向であり、線材の幅方向である。Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向であり、線材の厚み方向である。

［第１実施形態の酸化物超電導線材］
図１は、本発明に係る酸化物超電導線材の第１実施形態である酸化物超電導線材８を模式的に示す斜視図である。酸化物超電導線材８は、複数の第１層超電導線材１と、複数の第２層超電導線材２とを有する。
第１層超電導線材１は、テープ状の基材１０と、基材１０に積層された酸化物超電導層１１とを有する。第１層超電導線材１は、基材１０に、中間層（図示略）と、酸化物超電導層１１と、安定化層（図示略）とが順に積層された構造を有することが好ましい。

基材１０は、ハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）に代表されるニッケル合金；ステンレス鋼；ニッケル合金に集合組織を導入した配向Ｎｉ−Ｗ合金などが適用される。基材１０の厚みは、例えば１０〜５００μｍの範囲とすることができる。

中間層は、基材１０上に形成される。中間層は、一例として、基材側から順に拡散防止層とベッド層と配向層とキャップ層の積層構造とすることができる。拡散防止層とベッド層の一方あるいは両方を略してもよい。
拡散防止層は、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ＧＺＯ（Ｇｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７）等から構成され、例えば厚み１０〜４００ｎｍに形成される。
ベッド層は、界面反応性を低減し、その上に形成される膜の配向性を得るため層であり、Ｙ_２Ｏ_３、Ｅｒ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｄｙ_２Ｏ_３、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｅｕ_２Ｏ_３、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３等からなり、その厚みは例えば１０〜１００ｎｍである。
配向層は、その上のキャップ層の結晶配向性を制御するために２軸配向する物質から形成される。配向層の材質としては、Ｇｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２−Ｙ_２Ｏ_３（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ_３、ＣｅＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｚｒ_２Ｏ_３、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３等の金属酸化物を例示することができる。この配向層はＩＢＡＤ（Ion-Beam-Assisted Deposition）法で形成することが好ましい。
キャップ層は、上述の配向層の表面に成膜されて結晶粒が面内方向に自己配向し得る材料からなり、具体的には、ＣｅＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＹＳＺ、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３、ＬａＭｎＯ_３等からなる。キャップ層の膜厚は５０〜５０００ｎｍの範囲に形成できる。

酸化物超電導層１１は酸化物超電導体として公知のものでよく、具体的には、ＲＥ−１２３系と呼ばれるＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−Ｘ（ＲＥは希土類元素であるＹ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕのうちの１種または２種以上を表す）を例示できる。
酸化物超電導層１１の具体例としては、Ｙ１２３（ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−Ｘ）、Ｇｄ１２３（ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−Ｘ）などがある。これらの銅酸化物超電導体は、母物質が絶縁体であるが、酸素アニール処理により酸素を取り込むことで結晶構造の整った酸化物超電導体となり、超電導特性を示す性質をもつ。
酸化物超電導層１１の厚みは、０．５〜５μｍ程度であって、均一な厚みであることが好ましい。

安定化層としては、ＡｇまたはＡｇ合金の第１層の上に、ＣｕまたはＣｕ合金（Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｎｉ合金等）の第２層が積層された構造を例示できる。ＡｇまたはＡｇ合金の第１層は例えばスパッタ法などにより形成される。ＣｕまたはＣｕ合金の第２層は例えばめっき、テープ材などにより形成される。
安定化層は、何らかの要因で超電導から常電導に転移した際の電流パスとして機能する。安定化層は、例えば、厚み１μｍ以上３０μｍ以下で形成される。

第２層超電導線材２は、テープ状の基材２０と、基材２０に積層された酸化物超電導層２１とを有する。
第２層超電導線材２は、基材２０に、中間層（図示略）と、酸化物超電導層２１と、安定化層（図示略）とが順に積層された構造を有することが好ましい。
基材２０、中間層、酸化物超電導層２１、安定化層は、それぞれ第１層超電導線材１の基材１０、中間層、酸化物超電導層１１、安定化層と同様の構成を有するため、その説明を省略する。

複数の第１層超電導線材１は、幅方向（Ｘ方向）に間隔をおいて並列されている。複数の第２層超電導線材２は、幅方向（Ｘ方向）に間隔をおいて並列されている。
第１層超電導線材１と第２層超電導線材２とは、酸化物超電導層１１，２１側の表面である接合面１５，２５を向い合せて、導電性材料からなる導電性層７を介して互いに接合されている。

図１では、第１層超電導線材１と第２層超電導線材２とは、幅方向（Ｘ方向）に位置を違えて互いに接合されている。第２層超電導線材２と重なっていない部分において、第１層超電導線材１の接合面１５（酸化物超電導層１１側の表面）は露出している。また、第１層超電導線材１と重なっていない部分において、第２層超電導線材２の接合面２５（酸化物超電導層２１側の表面）は露出している。
幅方向に隣り合う第１層超電導線材１，１の間に確保された空間を隙間１３という。隙間１３において第２層超電導線材２の接合面２５は露出している。幅方向に隣り合う第２層超電導線材２，２の間に確保された空間を隙間２３という。隙間２３において第１層超電導線材１の接合面１５は露出している。

なお、「露出する」とは、その表面に、後述する導電性層９（導電部）が形成されたときに、導電性層９と電気的に接続されるような状態をいう。例えば、露出した接合面１５，２５が導電性層７に覆われていても、導電性層７の表面に導電性層９が形成されれば、導電性層７を介して接合面１５，２５と導電性層９とが電気的に接続されるため、接合面１５，２５は露出した状態にあるいえる。
隙間１３は、第１層超電導線材１を厚さ方向に貫通して第２層超電導線材２の接合面２５を露出させる貫通部である。隙間２３は、第２層超電導線材２を厚さ方向に貫通して第１層超電導線材１の接合面１５を露出させる貫通部である。

幅方向の最も一方側にある第１層超電導線材１（１Ａ）は、幅方向の一部が第２層超電導線材２（２Ａ）の外側縁２ａよりも幅方向の外方（第２層超電導線材２から離れる方向）に張り出している。この部分を張出し部分１６Ａという。
幅方向の最も他方側にある第１層超電導線材１（１Ｄ）は、幅方向の一部が第２層超電導線材２（２Ｄ）の外側縁２ｂよりも幅方向の外方（第２層超電導線材２から離れる方向）に張り出している。この部分を張出し部分１６Ｂという。

図１では、第２層超電導線材２（２Ａ）は、一側縁を含む部分が長さ方向にわたって第１層超電導線材１（１Ａ）と接合され、他側縁を含む部分が長さ方向にわたって第１層超電導線材１（１Ｂ）と接合されている。同様に、第２層超電導線材２（２Ｂ）は、一側縁を含む部分が第１層超電導線材１（１Ｂ）と接合され、他側縁を含む部分が第１層超電導線材１（１Ｃ）と接合されている。
このように、第２層超電導線材２は、一側部および他側部が、隣り合う第１層超電導線材１，１にまたがって接合されている。

第１層超電導線材１（１Ａ）は、一側縁を含む部分が長さ方向にわたって第２層超電導線材２（２Ａ）と接合されている。第１層超電導線材１（１Ｂ）は、一側縁を含む部分が長さ方向にわたって第２層超電導線材２（２Ａ）と接合され、他側縁を含む部分が長さ方向にわたって第２層超電導線材２（２Ｂ）と接合されている。第１層超電導線材１（１Ｃ）は、一側縁を含む部分が第２層超電導線材２（２Ｂ）と接合され、他側縁を含む部分が第２層超電導線材２（２Ｃ）と接合されている。第１層超電導線材１（１Ｄ）は、他側縁を含む部分が長さ方向にわたって第２層超電導線材２（２Ｄ）と接合されている。
このように、第１層超電導線材１は、幅方向の最も一方側および他方側にある第１層超電導線材１（１Ａ，１Ｄ）を除いて、隣り合う第２層超電導線材２，２にまたがって接合されている。幅方向の最も一方側にある第１層超電導線材１（１Ａ）は、一側部が第２層超電導線材２に接合されている。幅方向の最も他方側にある第１層超電導線材１（１Ｄ）は、他側部が第２層超電導線材２に接合されている。

第２層超電導線材２の幅をｂ_ｋ（ｋ＝１，２，…ｍ）とする。すなわち、幅方向の一方側から他方側に並ぶ複数の第２層超電導線材２の幅を、並び順にそれぞれｂ_１，ｂ_２，・・・ｂ_ｍとする。第２層超電導線材２の数ｍは２以上の自然数である。幅ｂ_１，ｂ_２，・・・ｂ_ｍは、互いに同じでもよいし、互いに異なっていてもよい。

第２層超電導線材２の幅の合計と、酸化物超電導線材８の全幅ｗ_１とは、次の式（１）を満たす。

第２層超電導線材２の幅が式（１）を満たすことによって、隙間２３等において接合面１５（酸化物超電導層１１側の表面）を露出させることができる。
酸化物超電導線材８では、酸化物超電導線材８の全幅ｗ_１は、隙間１３を含めた第１層超電導線材１の全幅と等しい。
なお、酸化物超電導線材８では、第２層超電導線材２の幅の合計が、隙間２３を含めた第２層超電導線材２の全幅より小さければ、隙間２３を確保することができる。

第１層超電導線材１の幅をａ_ｋ（ｋ＝１，２，…ｎ）とする。すなわち、幅方向の一方側から他方側に並ぶ複数の第１層超電導線材１の幅を、並び順にそれぞれａ_１，ａ_２，・・・ａ_ｎとする。第１層超電導線材１の数ｎは２以上の自然数である。幅ａ_１，ａ_２，・・・ａ_ｎは、互いに同じでもよいし、互いに異なっていてもよい。

第１層超電導線材１の幅の合計と、酸化物超電導線材８の全幅ｗ_１とは、次の式（２）を満たすことが好ましい。

第１層超電導線材１の幅の合計が式（２）を満たすことによって、隙間１３等において接合面２５（酸化物超電導層２１側の表面）を露出させることができる。これによって、第１層超電導線材１側に他の線材等を接合する際に、接続抵抗を低減できる。
なお、酸化物超電導線材８では、第１層超電導線材１の幅の合計が、隙間１３を含めた第１層超電導線材１の全幅より小さければ、隙間１３を確保することができる。

［第１実施形態の接続構造体］
本発明に係る酸化物超電導線材の接続構造体の第１実施形態である接続構造体１００について、図２を参照しつつ説明する。
図２は、接続構造体１００の断面図であり、詳しくは、一対の酸化物超電導線材８，８を互いに接続した接合部を示す断面図である。

接続構造体１００は、図１３に示すように、互いに接合された一対の酸化物超電導線材８（８Ａ，８Ｂ）からなる構造であってよい。一対の酸化物超電導線材８（８Ａ，８Ｂ）は、一方の酸化物超電導線材８（８Ａ）の一端部８ａを含む領域と、他方の酸化物超電導線材８（８Ｂ）の一端部８ｂを含む領域とが、厚さ方向に重ね合わされて接合されている。すなわち、接続構造体１００は、一対の酸化物超電導線材８（８Ａ，８Ｂ）の端部を接合して長手方向に繋ぎ合せた構造である。

接続構造体１００は、図１４に示すように、一対の酸化物超電導線材８（８Ａ，８Ｂ）と、これらを中継接続する第３の酸化物超電導線材８（８Ｃ）とからなる構造であってもよい。
この構造では、第３の酸化物超電導線材８（８Ｃ）の一端部８ｃを含む領域は、一方の酸化物超電導線材８（８Ａ）の一端部８ａを含む領域に重ね合わされて接合されている。第３の酸化物超電導線材８（８Ｃ）の他端部８ｄを含む領域は、他方の酸化物超電導線材８（８Ｂ）の一端部８ｂを含む領域に重ね合わされて接合されている。
これによって、一対の酸化物超電導線材８（８Ａ，８Ｂ）は、第３の酸化物超電導線材８（８Ｃ）を介して接続される。

図２に示すように、一対の酸化物超電導線材８，８は、第２層超電導線材２，２を向い合せた状態で互いに接合されている。
一方の酸化物超電導線材８（８Ａ）の第２層超電導線材２と、他方の酸化物超電導線材８（８Ｂ）の第２層超電導線材２とは、幅方向（Ｘ方向）の位置が同じであり、対面配置されている。そのため、一方の酸化物超電導線材８（８Ａ）の隙間２３と、他方の酸化物超電導線材８（８Ｂ）の隙間２３とは、酸化物超電導線材８（８Ａ，８Ｂ）の厚さ方向に対向する位置にある。

酸化物超電導線材８（８Ａ）と酸化物超電導線材８（８Ｂ）との間には、半田等の導電性材料が充てんされることにより導電性層９（導電部）が形成されている。導電性層９は、酸化物超電導線材８（８Ａ）と酸化物超電導線材８（８Ｂ）との間の空間全体を埋めるように形成されている。
導電性層９は、隙間１３，２３等だけでなく、第１層超電導線材１の張出し部分１６Ａ，１６Ｂの接合面１５に面する空間１７にも形成される。導電性層９は、導電性層７と一体化させることができる。

導電性層９は、隙間２３および空間１７に露出した第１層超電導線材１の接合面１５に接している。導電性層９は、隙間２３に面する第２層超電導線材２の側面において、接合面２５に接している。導電性層９は、空間１７においても接合面２５に接している。導電性層９は、直接、接合面１５，２５に接してもよいし、導電性層７を介して間接的に接合面１５，２５に接してもよい。
導電性層９が直接、接合面１５，２５に接する場合には、導電性層９と接合面１５，２５とは電気的に接続され、導通可能となる。導電性層９が導電性層７を介して間接的に接合面１５，２５に接する場合にも、導電性層９と接合面１５，２５とは電気的に接続され、導通可能となる。

［接続構造体の製造方法］
接続構造体１００を製造するには、まず、一対の酸化物超電導線材８，８を作製する。
酸化物超電導線材８を作製するには、第１層超電導線材１と複数の第２層超電導線材２とを、酸化物超電導層１１，２１を向い合せた状態とし、それらの間に、半田等の導電性材料を用いて導電性層７を形成する。これによって、第１層超電導線材１と第２層超電導線材２とを導電性層７を介して互いに接合させる。これによって、図１に示す酸化物超電導線材８を得る。

次いで、一対の酸化物超電導線材８，８を、第２層超電導線材２，２を向い合せた状態とし、それらの間に半田等の導電性材料を充てんすることによって導電性層９を形成する。これによって、酸化物超電導線材８，８を互いに接合させ、図２に示す接続構造体１００を得る。

導電性材料としては、例えば、Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｐｂ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｉｎ系などの半田が使用できる。なお、導電性材料としては、半田以外の金属を用いてもよい。

酸化物超電導線材８は、隙間２３および空間１７を確保して設けられているため、接続構造体１００において隙間２３および空間１７に導電性層９が形成されることにより、導電性層９は、第１層超電導線材１の酸化物超電導層１１および第２層超電導線材２の酸化物超電導層２１に接する。よって、接続構造体１００において、酸化物超電導線材８，８の間の接続抵抗を低減できる。
複数の超電導線材を接合した複合型の超電導線材は、互いに接続する際の接続抵抗が大きくなるという問題が起こりやすいが、酸化物超電導線材８では、複合型であるにもかかわらず、接続抵抗を抑制できる。

酸化物超電導線材８では、第１層超電導線材１と第２層超電導線材２とを有する複合型の超電導線材であるため、大容量化が可能である。また、必要に応じて第１層超電導線材１および第２層超電導線材２の数を増やせば、容易に、さらなる大容量化が可能となる。
酸化物超電導線材８は、第１層超電導線材１の酸化物超電導層１１の一部および第２層超電導線材２の酸化物超電導層１２の一部が露出するため、表裏いずれの面においても、他の線材等との接続が可能となる。使用時の酸化物超電導線材８の向きに関する制限が少ないため、取扱い性の点で優れている。

酸化物超電導線材８では、第１層超電導線材１と第２層超電導線材２とが酸化物超電導層１１，２１側の表面を向い合せて接合されている。酸化物超電導層１１，２１が厚さ方向の内部側に位置するため、酸化物超電導線材８を曲げた際に、曲げによって外周面側の部分に大きな力が加えられた場合でも、良好な接続を確保し、超電導特性の低下を回避できる。

酸化物超電導線材８は、張出し部分１６Ａ，１６Ｂにおいて接合面１５を露出させることができる。そのため、接続構造体１００において、接合面１５を介して電気的な接続を確保することができる。よって、接続構造体１００における接続抵抗を低減できる。

酸化物超電導線材８では、（導電性材料が充てんされる）隙間２３等の、平面視における面積を大きくすると接続抵抗を小さくするうえで有利となるため、第１層超電導線材１および第２層超電導線材２の幅（線幅）は、極力小さくするのが好ましい。

なお、接続構造体１００は、第２層超電導線材２，２を向い合せた状態として酸化物超電導線材８，８を互いに接合させたが、第１層超電導線材１，１を向い合せた状態として酸化物超電導線材８，８を互いに接合させてもよい。また、第１層超電導線材１と第２層超電導線材２とを向い合せて酸化物超電導線材８，８を互いに接合させてもよい。

［第１実施形態の酸化物超電導線材の変形例］
第１実施形態の変形例である酸化物超電導線材１８について、図３を参照しつつ説明する。以下、既出の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。
図３に示す酸化物超電導線材１８は、複数の超電導線材が積層された構造、すなわち、第１〜第ｐ層である超電導線材３１〜３６が順次積層された構造を有する（ｐは自然数）。

第１層は、幅方向に間隔をおいて並列された複数（図３では２つ）の第１層超電導線材３１（３１Ａ，３１Ｂ）を有する。第２層は、第１層超電導線材３１とは幅方向に位置を違えて設けられた第２層超電導線材３２を有する。第３層は、第２層超電導線材３２と幅方向を一致させて設けられた第３層超電導線材３３を有する。第４層は、幅方向に間隔をおいて並列された複数（図３では２つ）の第４層超電導線材３４（３４Ａ，３４Ｂ）を有する。第ｐ−１層は、第２層超電導線材３２と幅方向を一致させて設けられた第ｐ−１層超電導線材３５を有する。第ｐ層は、幅方向に間隔をおいて並列された複数（図３では２つ）の第ｐ層超電導線材３６（３６Ａ，３６Ｂ）を有する。
第１層超電導線材３１と第２層超電導線材３２とは、接合面（酸化物超電導層３７側の表面）を向い合せて、導電性層７を介して互いに接合されている。
第１層超電導線材３１と第２層超電導線材３２とは、図１において、第１層超電導線材１の数が２であり、第２層超電導線材２の数が１である場合に相当する。
第１層超電導線材３１Ａ，３１Ｂの間に確保された空間を隙間４３という。第４層超電導線材３４Ａ，３４Ｂ間の空間を隙間４４という。第ｐ層超電導線材３６Ａ，３６Ｂ間の空間を隙間４５という。

なお、第１層超電導線材３１の数は、図示例に限らず、１でもよいし、３以上でもよい。同様に、第４層超電導線材３４、第ｐ層超電導線材３６についても、その数はそれぞれ１でもよいし、３以上でもよい。第２層超電導線材３２の数は、図示例に限らず、２以上でもよい。同様に、第３層超電導線材３３、第ｐ−１層超電導線材３５についても、その数はそれぞれ２以上でもよい。

第１層超電導線材３１，第２層超電導線材３２，第３層超電導線材３３，第４層超電導線材３４，第ｐ−１層超電導線材３５，第ｐ層超電導線材３６は、それぞれ、基材３０に、中間層（図示略）と、酸化物超電導層３７と、安定化層（図示略）とが順に積層された構造を有することが好ましい。
基材３０、中間層、酸化物超電導層３７、安定化層は、それぞれ第１層超電導線材１の基材１０、中間層、酸化物超電導層１１、安定化層と同様の構成を有するため、その説明を省略する。

第１層超電導線材３１Ａ、第４層超電導線材３４Ａ、・・・第ｐ層超電導線材３６Ａの幅をｃ_ｋ（ｋ＝１，２，…ｎ）とする。すなわち、第１層超電導線材３１Ａ、第４層超電導線材３４Ａ、・・・第ｐ層超電導線材３６Ａの幅をそれぞれｃ_１，ｃ_２，・・・ｃ_ｎとする。
第１層超電導線材３１Ｂ、第４層超電導線材３４Ｂ、・・・第ｐ層超電導線材３６Ｂの幅をｄ_ｋ（ｋ＝１，２，…ｎ）とする。すなわち、第１層超電導線材３１Ｂ、第４層超電導線材３４Ｂ、・・・第ｐ層超電導線材３６Ｂの幅をそれぞれｄ_１，ｄ_２，・・・ｄ_ｎとする。
ｎは、積層された２層（例えば第１層超電導線材３１と第２層超電導線材３２）からなる単位構造の数であり、自然数である。この単位構造の数は１でもよいし、２以上の任意の数でもよい。ｔは、前記単位構造の厚さであり、ｈは酸化物超電導線材１８の全厚さである。

酸化物超電導線材１８では、隙間を含めた第１層超電導線材３１の全幅と、隙間を含めた第４層超電導線材３４の全幅と、隙間を含めた第ｐ層超電導線材３６の全幅とは、互いに等しい。
第１層超電導線材３１、第４層超電導線材３４、第ｐ層超電導線材３６の（隙間を含めた）全幅をｗ_２とする。全幅ｗ_２は、酸化物超電導線材１８の全幅である。全幅ｗ_２は、次の式（３）を満たすことが好ましい。

式（３）が成立することによって、第１層超電導線材３１、第４層超電導線材３４、第ｐ層超電導線材３６において、線材どうしの隙間（隙間４３，４４，４５）を確保し、この隙間において、第２層超電導線材３２等の接合面（酸化物超電導層３７側の表面）を露出させることができる。

第２層超電導線材３２、第３層超電導線材３３、第ｐ−１層超電導線材３５の幅をｅ_ｋ（ｋ＝１，２，…ｎ）とする。すなわち、第２層超電導線材３２、第３層超電導線材３３、第ｐ−１層超電導線材３５の幅をそれぞれｅ_１，ｅ_２，・・・ｅ_ｎとする。
全幅ｗ_２とｅ_ｋとは、「ｗ_２＞ｅ_ｋ（ｋ＝１，２，…ｎ。ｎは自然数）」が成立するのが好ましい。これによって、第１層超電導線材３１、第４層超電導線材３４、第ｐ層超電導線材３６の接合面（酸化物超電導層３７側の表面）の一部を露出させることができる。

酸化物超電導線材１８では、必要に応じて超電導線材の積層数を多くすることによって、大容量化を図ることができる。

［第２実施形態の酸化物超電導線材］
本発明に係る酸化物超電導線材の第２実施形態である酸化物超電導線材２８について、図４を参照しつつ説明する。
図４に示す酸化物超電導線材２８は、第１層超電導線材１および第２層超電導線材２の外周に、それぞれ外周安定化層４１が設けられている点で、図１に示す酸化物超電導線材８と異なる。
外周安定化層４１は、第１層超電導線材１の外面および第２層超電導線材２の外面のほぼ全周を覆って設けられている。
外周安定化層４１は、例えばＣｕまたはＣｕ合金（Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｎｉ合金等）からなる金属テープで構成することができる。外周安定化層４１は、金属テープを、断面Ｃ字形をなすように第１層超電導線材１および第２層超電導線材２を包み込んで折り曲げ加工することで形成することができる。

外周安定化層４１は、第１層超電導線材１および第２層超電導線材２の外側縁を保護し、酸化物超電導線材２８の外側縁の強度を確保するとともに、水分等が第１層超電導線材１および第２層超電導線材２の内部へ入るのを防ぐことができる。
なお、外周安定化層４１は、めっきによって形成されためっき層であってもよい。

なお、酸化物超電導線材２８は、全体を一括して覆う外周安定化層（図７参照）を設けてもよい。全体を一括して覆う外周安定化層については、後述する第３実施形態において説明する。

［第２実施形態の接続構造体］
図５は、酸化物超電導線材２８を用いて構成した接続構造体１１０を示す断面図である。接続構造体１１０は、酸化物超電導線材２８，２８（２８Ａ，２８Ｂ）が、第２層超電導線材２，２を向い合せた状態で互いに接合されている。酸化物超電導線材２８と酸化物超電導線材２８との間には導電性層９（導電部）が形成される。
導電性層９は、外周安定化層４１を介して第１層超電導線材１の酸化物超電導層１１に接している。導電性層９は、隙間２３、空間１７において、外周安定化層４１を介して酸化物超電導層２１に接している。

接続構造体１１０においては、導電性層９が、第１層超電導線材１の酸化物超電導層１１および第２層超電導線材２の酸化物超電導層２１に接するため、酸化物超電導線材２８，２８の間の接続抵抗を低減できる。
さらに、外周安定化層４１によって第１層超電導線材１および第２層超電導線材２を保護し、その破損を防ぐことができる。特に、幅方向の最も一方側および他方側にある第１層超電導線材１の外側縁１ａ，１ｂ（図４参照）を保護し、その破損を防ぐことができる。また、外周安定化層４１によって、第１層超電導線材１および第２層超電導線材２の内部に水分等が浸入するのを防ぐことができる。

［第２実施形態の酸化物超電導線材の変形例］
第２実施形態の変形例である酸化物超電導線材３８について、図６を参照しつつ説明する。
酸化物超電導線材３８は、第１層超電導線材３１，第２層超電導線材３２，第３層超電導線材３３，第４層超電導線材３４，第ｐ−１層超電導線材３５，第ｐ層超電導線材３６に、それぞれ外周安定化層４１が設けられたこと以外は、図３に示す酸化物超電導線材１８と同様の構成である。

酸化物超電導線材３８では、外周安定化層４１によって、超電導線材線材３１〜３６の破損を防ぐとともに、超電導線材線材３１〜３６の内部への水分等の進入を防ぐことができる。

［第３実施形態の酸化物超電導線材］
本発明に係る酸化物超電導線材の第３実施形態である酸化物超電導線材４８について、図７を参照しつつ説明する。
図７に示す酸化物超電導線材４８は、第１層超電導線材１および第２層超電導線材２の外周に、これらを一括して包囲する外周安定化層５１が設けられている点で、図１に示す酸化物超電導線材８と異なる。酸化物超電導線材４８は、図１に示す酸化物超電導線材８に、外周安定化層５１を付加した構成である。

外周安定化層５１は、例えばＣｕまたはＣｕ合金（Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｎｉ合金等）からなる金属テープで構成することができる。外周安定化層５１は、金属テープを、断面Ｃ字形をなすように第１層超電導線材１および第２層超電導線材２を包み込んで折り曲げ加工することで形成することができる。外周安定化層５１は、めっきによって形成されためっき層であってもよい。

外周安定化層５１内の空間、例えば隙間１３，２３には導電性層９が形成される。導電性層９は、空間１７（張出し部分１６Ａ，１６Ｂと外周安定化層５１との間の空間）にも形成される。
導電性層９は、隙間１３，２３および空間１７において、第１層超電導線材１の酸化物超電導層１１および第２層超電導線材２の酸化物超電導層２１に接している。
外周安定化層５１は、導電性層９に接している。

［第３実施形態の接続構造体］
図８は、酸化物超電導線材４８を用いて構成した接続構造体１２０を示す断面図である。接続構造体１２０は、酸化物超電導線材４８，４８（４８Ａ，４８Ｂ）が、第２層超電導線材２，２を向い合せた状態で互いに接合されている。

接続構造体１２０では、酸化物超電導線材４８，４８の導電性層９，９が外周安定化層５１，５１を介して互いに接するため、酸化物超電導線材４８，４８の間の接続抵抗を低減できる。

酸化物超電導線材４８は、第１層超電導線材１および第２層超電導線材２の外面を覆う外周安定化層５１が設けられているため、外周安定化層５１によって第１層超電導線材１および第２層超電導線材２を保護し、その破損を防ぐことができる。特に、幅方向の最も一方側および他方側にある第１層超電導線材１の外側縁１ａ，１ｂ（図７参照）を保護し、その破損を防ぐことができる。また、外周安定化層５１によって水分等の浸入を防ぐことができる。
さらに、外周安定化層５１によって酸化物超電導線材４８の外面の凹凸を少なくできるため、接続構造体１２０において、酸化物超電導線材４８，４８の間の接続抵抗を低減できる。

［第３実施形態の酸化物超電導線材の変形例］
第３実施形態の変形例である酸化物超電導線材５８について、図９を参照しつつ説明する。
酸化物超電導線材５８は、第１層超電導線材３１，第２層超電導線材３２，第３層超電導線材３３，第４層超電導線材３４，第ｐ−１層超電導線材３５，第ｐ層超電導線材３６の外周に、これらを一括して包囲する外周安定化層５１が設けられていること以外は、図３に示す酸化物超電導線材１８と同様の構成である。
外周安定化層５１内の空間には、半田等からなる導電性層９が形成されるのが好ましい。

酸化物超電導線材５８は、外周安定化層５１によって、超電導線材線材３１〜３６の破損を防ぐとともに、超電導線材線材３１〜３６の内部への水分等の進入を防ぐことができる。

［第４実施形態の酸化物超電導線材］
本発明に係る酸化物超電導線材の第４実施形態である酸化物超電導線材６８について、図１０を参照しつつ説明する。図１０（Ａ）は、酸化物超電導線材６８を模式的に示す斜視図である。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＡ１−Ａ１断面を示す図である。図１０（Ｃ）は、図１０（Ａ）のＡ２−Ａ２断面を示す図である。

図１０（Ａ）に示すように、酸化物超電導線材６８は、第１層超電導線材６１と、第２層超電導線材６２とを有する。
第１層超電導線材６１は、基材１０と酸化物超電導層１１とを有する。第２層超電導線材６２は、基材２０と酸化物超電導層２１とを有する。

第２層超電導線材６２には、第２層超電導線材６２を厚さ方向に貫通する複数の貫通部６３が形成されている。貫通部６３は、長さ方向に不連続に形成されている。詳しくは、複数の貫通部６３は、長さ方向および幅方向にマトリクス状に配列されている。
貫通部６３の平面視形状は、例えば、長さ方向が第２層超電導線材６２の長さ方向に沿い、幅方向が第１層超電導線材６１の幅方向に沿う矩形とすることができる。貫通部６３の平面視形状は、特に限定されず、三角形等の多角形でもよいし、円形、楕円形等であってもよい。
酸化物超電導線材６８では、第１層超電導線材６１には貫通部６３は形成されていない。

第２層超電導線材６２の幅（Ｘ方向の寸法）は、第１層超電導線材６１の幅と同じとすることができる。第２層超電導線材６２は、平面視において、幅方向の位置を一致させて第１層超電導線材６１に接合することができる。

図１０（Ｂ）に示すように、長さ方向（Ｙ方向）に直交する断面（ＸＺ断面）において、貫通部６３によって分断された第１層超電導線材６１の残余部分６４の幅をｆ_ｋ（ｋ＝１，２，…ｎ）とする。すなわち、幅方向の一方側から他方側に並ぶ複数の残余部分６４の幅をそれぞれｆ_１，ｆ_２，・・・ｆ_ｎとする。ｎは残余部分６４の数である。ｎは２以上の自然数である。

図１０（Ｃ）に示すように、幅方向（Ｘ方向）に直交する断面（ＹＺ断面）において、貫通部６３によって分断された第１層超電導線材６１の残余部分６５の長さをｇ_ｋ（ｋ＝１，２，…ｍ）とする。すなわち、長さ方向の一方側から他方側に並ぶ複数の残余部分６５の長さをそれぞれｇ_１，ｇ_２，・・・ｇ_ｍとする。ｍは残余部分６５の数である。ｍは２以上の自然数である。

第１層超電導線材６１の幅ｗ_３（酸化物超電導線材６８の全幅）および長さｌ（酸化物超電導線材６８の長さ）は、次の式（４）を満たすことが好ましい。

幅ｗ_３および長さｌが式（４）を満たすことによって、貫通部６３において接合面１５（酸化物超電導層１１側の表面）を露出させることができる。

一対の酸化物超電導線材６８，６８を、第２層超電導線材６２，６２を向い合せた状態とし、それらの間に導電性層９を形成して酸化物超電導線材６８，６８を互いに接合させることによって、接続構造体が得られる。この接続構造体では、貫通部６３に導電性材料が充てんされることにより、導電性材料（導電性層９）が、第１層超電導線材６１の酸化物超電導層１１および第２層超電導線材６２の酸化物超電導層２１に接する。よって、酸化物超電導線材６８，６８の間の接続抵抗を低減できる。

酸化物超電導線材６８では、第１層超電導線材６１と第２層超電導線材６２について、幅寸法、幅方向位置などを大きく違える必要がない。
なお、酸化物超電導線材６８では、第２層超電導線材６２に貫通部６３が形成されており、第１層超電導線材６１には貫通部６３が形成されていないが、貫通部６３は、第１層超電導線材６１および第２層超電導線材６２の少なくとも一方に形成されていればよい。例えば、貫通部６３は、第１層超電導線材６１にのみ形成されていてもよいし、第１層超電導線材６１と第２層超電導線材６２の両方に形成されていてもよい。

［第５実施形態の酸化物超電導線材］
本発明に係る酸化物超電導線材の第５実施形態である酸化物超電導線材７８について、図１１を参照しつつ説明する。
酸化物超電導線材７８は、１つの第１層超電導線材７１と、複数の第２層超電導線材２とを有する。
第１層超電導線材７１は、基材７０に、中間層（図示略）と、酸化物超電導層１１と、安定化層（図示略）とが順に積層された構造を有する。
第１層超電導線材７１と第２層超電導線材２とは、酸化物超電導層１１，２１側の表面である接合面１５，２５を向い合せて、導電性層７を介して互いに接合されている。

複数の第２層超電導線材２は、幅方向（Ｘ方向）に間隔をおいて並列されている。
第２層超電導線材２は、平面視において第１層超電導線材７１に重なる位置に形成されている。第１層超電導線材７１と第２層超電導線材２とは、外側縁の平面視位置が互いに一致している。よって、第１層超電導線材７１の幅は、隙間２３を含めた第２層超電導線材２の全幅に等しい。

第１層超電導線材７１の幅ｗ_４（酸化物超電導線材７８の全幅）と、第２層超電導線材２の幅の合計とは、次の式（５）を満たす。

複数の第２層超電導線材２の隙間２３においては、接合面１５（酸化物超電導層１１側の表面）が露出している。

［第５実施形態の接続構造体］
図１２は、酸化物超電導線材７８を用いて構成した接続構造体１３０を示す断面図である。接続構造体１３０は、酸化物超電導線材７８，７８が、第２層超電導線材２，２を向い合せた状態で互いに接合されている。酸化物超電導線材７８と酸化物超電導線材７８との間には導電性層９が形成される。導電性層９は、第２層超電導線材２の酸化物超電導層２１および第１層超電導線材７１の酸化物超電導層１１に接している。

接続構造体１３０は、導電性層９が酸化物超電導線材７８，７８の酸化物超電導層２１および酸化物超電導層１１に接するため、酸化物超電導線材７８，７８の間の接続抵抗を低減できる。

以上、本発明の様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
例えば、図１に示す酸化物超電導線材８では、最も側方に位置する２つの第１層超電導線材１，１が、第２層超電導線材２の外側縁２ａ，２ｂより外方に張り出しているが、第２層超電導線材２の外側縁より外方に張り出している第１層超電導線材１の数は１つでもよい。また、逆に、第２層超電導線材が第１層超電導線材の外側縁より外方に張り出していてもよい。
酸化物超電導線材は、図１１に示す酸化物超電導線材７８のように、張出し部分がない構成も可能である。なお、図１１に示す酸化物超電導線材７８において、第１層超電導線材７１と第２層超電導線材２のうち一方または両方の一部が、他方の線材に対して外方に張り出していてもよい。

図１に示す酸化物超電導線材８では、第２層超電導線材２は隙間２３をおいて並列されており、すべての隙間２３で第１層超電導線材１の接合面１５が露出しているが、これに限らず、第２層超電導線材の複数の隙間のうち少なくとも１つにおいて第１層超電導線材の接合面が露出していればよい。また、第１層超電導線材の隙間についても、少なくとも１つにおいて第２層超電導線材の接合面が露出していればよい。

本発明の一態様は、酸化物超電導線材において第１層超電導線材と第２層超電導線材とを入れ替えても上述の効果を奏する。すなわち、本発明の一態様は、複数の第１層超電導線材が幅方向に間隔をおいて並列され、それらの隙間の少なくとも１つにおいて第２層超電導線材の接合面が露出し、酸化物超電導線材の全幅をｗ_１とし、第１層超電導線材の数をｎ（ｎは２以上の自然数）とし、第１層超電導線材の幅をそれぞれａ_ｋ（ｋ＝１，２，…ｎ）として、上述の式（２）が成立する構成としてもよい。
なお、酸化物超電導線材に用いられる超電導材料は、ＲＥ−１２３系の材料に限らず、Ｂｉ系その他の材料であってもよい。

１，３１，６１，７１…第１層超電導線材、２，３２，６２…第２層超電導線材、２ａ，２ｂ…第２層超電導線材の外側縁、８，１８，２８，３８，４８…酸化物超電導線材、１０，２０，３０，７０…基材、１１，２１…酸化物超電導層、１３，２３…隙間、１５，２５…接合面、４１，５１…外周安定化層、６３…貫通部、１００，１１０，１２０，１３０…接続構造体。

Claims (8)

1. 酸化物超電導線材であって、
   １または複数の第１層超電導線材と、複数の第２層超電導線材とを有し、
   前記第１層超電導線材および前記第２層超電導線材は、それぞれ、テープ状の基材と前記基材に積層された酸化物超電導層とを有し、
   前記第１層超電導線材と前記第２層超電導線材とは、前記酸化物超電導層側の接合面を向い合せて互いに接合され、
   前記複数の第２層超電導線材は、幅方向に間隔をおいて並列され、それらの隙間の少なくとも１つにおいて前記第１層超電導線材の前記接合面が露出し、
   前記酸化物超電導線材の全幅をｗ_１とし、前記第２層超電導線材の数をｍ（ｍは２以上の自然数）とし、前記第２層超電導線材の幅をそれぞれｂ_ｋ（ｋ＝１，２，…ｍ）として、次に示す式（１）が成立する、酸化物超電導線材。
   

   
2. 前記第１層超電導線材の数をｎ（ｎは２以上の自然数）とし、前記第１層超電導線材の幅をａ_ｋ（ｋ＝１，２，…ｎ）として、次に示す式（２）が成立する、請求項１に記載の酸化物超電導線材。
   

   
3. 前記複数の第１層超電導線材は、幅方向に間隔をおいて並列され、それらの隙間の少なくとも１つにおいて前記第２層超電導線材の前記接合面が露出する、請求項１または２に記載の酸化物超電導線材。
4. 前記複数の第１層超電導線材のうち少なくとも１つは、前記第２層超電導線材の外側縁より幅方向外方に張り出して形成されている、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の酸化物超電導線材。
5. 前記第１層超電導線材の外面および前記第２層超電導線材の外面には、それぞれ、前記外面を覆う外周安定化層が設けられている、請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の酸化物超電導線材。
6. 前記第１層超電導線材および前記第２層超電導線材の外面を一括して覆う外周安定化層を有する、請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の酸化物超電導線材。
7. 第１層超電導線材と、第２層超電導線材とを有し、
   前記第１層超電導線材および前記第２層超電導線材は、それぞれ、テープ状の基材と前記基材に積層された酸化物超電導層とを有し、
   前記第１層超電導線材と前記第２層超電導線材とは、前記酸化物超電導層側の接合面を向い合せて互いに接合され、
   前記第１層超電導線材と前記第２層超電導線材の少なくとも一方の超電導線材は、厚さ方向に貫通して他方の超電導線材の前記接合面を露出させる貫通部を有し、
   前記貫通部は、前記超電導線材の長手方向に不連続に形成されている、酸化物超電導線材。
8. 複数の、請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の酸化物超電導線材が、導電性材料を介して互いに接合され、
   前記導電性材料は、前記隙間または前記貫通部に充てんされることにより、前記露出した接合面に、直接または間接的に導通可能に接している、酸化物超電導線材の接続構造体。

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