JP6479545B2 - Superconducting wire connection structure and superconducting wire connection method - Google Patents

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Description

本発明は、超電導線材の接続構造および超電導線材の接続方法に関する。   The present invention relates to a superconducting wire connecting structure and a superconducting wire connecting method.

従来から、液体窒素の温度で超電導性を有する高温超電導体を利用した高温超電導線材の開発が行われている。
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。 Hitherto, high-temperature superconducting wires have been developed using high-temperature superconductors having superconductivity at the temperature of liquid nitrogen.
When producing a superconducting cable or a superconducting coil for superconducting equipment using such a high-temperature superconducting wire, a long superconducting wire is required. I try to figure it out. In addition, in order to apply the superconducting wire to, for example, a coil used for MRI or NMR, it is necessary to connect the ends of the superconducting wire into a loop because current is applied in the permanent current mode.

このような超電導線材を接続する技術として、従来、例えば、超電導薄膜の接合箇所に、超電導薄膜を構成する金属を含む溶液の膜を形成し、形成された溶液の膜を加熱処理することにより、接合箇所に超電導接合を形成して高温超電導薄膜線材を接続する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。   As a technique for connecting such a superconducting wire, conventionally, for example, by forming a film of a solution containing a metal constituting the superconducting thin film at a joint portion of the superconducting thin film, and heating the formed film of the solution, A technique for forming a superconducting junction at a joint location and connecting a high-temperature superconducting thin film wire is disclosed (for example, see Patent Document 1).

特開２０１３−２３５６９９号公報JP 2013-235699 A

しかしながら、前記従来の技術においては、超電導薄膜線材の超電導層同士を向い合せて接続する際に、超電導層面を接合した状態で、仮焼成あるいは本焼成を行うため、高温での焼成により接続処理を行うため、酸素抜けが生じ、超電導特性が低下するおそれがあり、しかも、仮焼成の場合、有機溶媒の除去も適正に行うことができないという問題を有している。
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。 However, in the conventional technique, when the superconducting layers of the superconducting thin film wires are connected to face each other, the superconducting layer surfaces are joined and temporarily fired or main-fired, so that the connection treatment is performed by firing at a high temperature. Therefore, there is a possibility that oxygen escape may occur and the superconducting characteristics may be deteriorated. Further, in the case of pre-baking, there is a problem that the organic solvent cannot be properly removed.
In addition, although oxygen annealing treatment is performed after firing, there is a problem that an appropriate amount of oxygen cannot be supplied to the superconducting layer, and the superconducting characteristics after connecting the superconducting thin film wire cannot be secured. ing.
The present invention has been made in view of the above points, and it is possible to sufficiently supply oxygen diffused by heat treatment, and to connect a superconducting wire without degrading superconducting characteristics. And it aims at providing the connection method of a superconducting wire.

前記目的を達成するために、本発明は、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。
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。 In order to achieve the above object, the present invention provides a superconducting wire connecting structure for connecting two superconducting wires in which a substrate, an intermediate layer, and a superconducting layer are laminated. A groove leading to the outside is formed in at least one of the wires.
According to this configuration, by forming a groove leading to the outside in at least one of the superconducting wires, oxygen diffused by the heat treatment can be sufficiently supplied, and the superconducting wires can be connected without deteriorating the superconducting characteristics. Is possible.

また、本発明は、前記構成において、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。
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。 Further, the present invention is that, in the above-described configuration, the two superconducting wires are connected by joining the superconducting layers, and the groove is formed in at least one of the superconducting layers. Features.
According to this configuration, by forming a groove in at least one of the superconducting layers, oxygen diffused by the heat treatment can be sufficiently supplied, and the superconducting layers of the superconducting wire are connected to each other without deteriorating the superconducting characteristics. be able to.

また、本発明は、前記構成において、前記超電導層の表面に、接続用超電導層を形成し、前記２本の超電導線材は、前記接続用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接続用超電導層および前記超電導層に形成されていることを特徴とする。
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。 Further, the present invention, in the above configuration, a connection superconducting layer is formed on the surface of the superconducting layer, and the two superconducting wires are connected by connecting the connecting superconducting layers, The groove is formed in at least one of the connecting superconducting layer and the superconducting layer.
According to this configuration, by forming a groove in at least one of the superconducting layer for connection and the superconducting layer, oxygen diffused by the heat treatment can be sufficiently supplied, and the superconducting wire can be connected without deteriorating the superconducting characteristics. The superconducting layers can be connected to each other.

また、本発明は、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。
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。 Further, the present invention provides a superconducting wire connecting structure for connecting two superconducting wires formed by laminating a substrate, an intermediate layer, and a superconducting layer, wherein the substrate, the intermediate layer, and the superconducting layer include: A connecting wire formed in a stacked manner is provided, and the two superconducting wires are connected via the connecting wire, and the groove communicates with at least one of the two superconducting wires or the connecting wire. Is formed.
According to this configuration, since the two superconducting wires are connected via the connecting wire, oxygen diffused by heat treatment by the groove formed in at least one of the two superconducting wires or the connecting wire. Can be sufficiently supplied, and the superconducting wire can be connected without deteriorating the superconducting characteristics.

また、本発明は、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。
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。 In the present invention, the groove is formed in the superconducting layer.
According to this configuration, by forming grooves in the superconducting layer, oxygen diffused by the heat treatment can be sufficiently supplied, and the superconducting layers for connecting the superconducting wires can be connected without degrading the superconducting characteristics. Can do.

また、本発明は、前記構成において、前記溝は、複数形成されていることを特徴とする。
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。 Further, the present invention is characterized in that, in the above configuration, a plurality of the grooves are formed.
According to this configuration, by forming a plurality of grooves, more oxygen diffused by the heat treatment can be supplied, and the superconducting wire can be connected without deteriorating the superconducting characteristics.

また、本発明は、前記構成において、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。
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。 Moreover, the present invention is characterized in that, in the above configuration, the interval between the plurality of grooves is formed in a range of 100 μm to 1000 μm.
According to this configuration, since the gap between the ends of the grooves is formed in the range of 100 μm to 1000 μm, the superconducting characteristics are not deteriorated.

また、本発明は、前記構成において、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。
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。 Moreover, this invention is characterized by the said groove | channel being formed along the longitudinal direction of the said superconducting wire in the said structure.
According to this configuration, oxygen diffused by the heat treatment can be sufficiently supplied by the grooves formed in the longitudinal direction of the superconducting wire, and the superconducting wire can be connected without deteriorating the superconducting characteristics.

また、本発明は、前記構成において、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。
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。 Moreover, the present invention is characterized in that, in the above configuration, the groove is formed along a width direction of the superconducting wire.
According to this configuration, oxygen diffused by the heat treatment can be sufficiently supplied by the grooves formed in the width direction of the superconducting wire, and the superconducting wire can be connected without deteriorating the superconducting characteristics.

また、本発明は、前記構成において、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。
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。 Moreover, the present invention is characterized in that, in the above configuration, the groove is filled with a filler other than a void or a superconducting material.
According to this configuration, the superconducting wire can be connected without deteriorating the superconducting characteristics by filling the groove with a gap or a filler other than the superconducting material.

また、本発明は、前記構成において、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
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。 Further, the present invention is characterized in that, in the above configuration, the filler other than the superconducting material is at least one of Ag, polyimide, cyanoacrylate adhesive, paraffin, fluororesin, grease, and silicone oil. According to this configuration, a superconducting wire having a high mechanical strength can be connected with a filler other than the superconducting material without deteriorating the superconducting characteristics.

また、本発明は、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。
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。 The present invention is also directed to a superconducting wire connecting method for connecting two superconducting wires in which a substrate, an intermediate layer, and a superconducting layer are laminated, and at least one of the two superconducting wires is externally connected. A groove forming process for forming a groove that communicates with the two, a baking process for baking the two superconducting wires in a bonded state, and an oxygen annealing process for oxygen annealing the superconducting wire after the baking process. It is characterized by.
According to this configuration, by forming a groove that leads to the outside in at least one of the superconducting wires, the solvent can be appropriately diffused by the groove during the firing process, and oxygen can be sufficiently absorbed during the oxygen annealing process. Therefore, it is possible to connect the superconducting wire without deteriorating the superconducting characteristics.

本発明によれば、溝により、熱処理の際に溶剤を赤誠に拡散させることができるとともに、この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。   According to the present invention, the groove can diffuse the solvent in the heat treatment during the heat treatment, and can sufficiently supply the oxygen diffused by the heat treatment, so that the superconducting wire can be obtained without deteriorating the superconducting characteristics. It becomes possible to connect.

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。It is a schematic perspective view which shows 1st Embodiment of the connection structure of the superconducting wire which concerns on this invention. 超電導線材の接続方法における接続用超電導層の形成処理を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the formation process of the superconducting layer for a connection in the connection method of a superconducting wire. 超電導線材の接続方法における溝形成処理を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the groove | channel formation process in the connection method of a superconducting wire. 超電導線材の接続方法における本焼成処理を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the main-baking process in the connection method of a superconducting wire. 溝間隔を変化させた場合の超電導線材のＩｃ特性を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the Ic characteristic of the superconducting wire at the time of changing a groove space | interval. 第１実施形態の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of 1st Embodiment. 第１実施形態の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of 1st Embodiment. 第１実施形態の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of 1st Embodiment. 本発明の第２実施形態における溝形成処理を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the groove | channel formation process in 2nd Embodiment of this invention. 第２実施形態における本焼成処理を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the main-baking process in 2nd Embodiment. 本発明の第３実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 3rd Embodiment of this invention. 第３の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a 3rd modification.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a first embodiment of a superconducting wire connecting structure according to the present invention.
As shown in FIG. 1, the superconducting wire 1 includes a substrate 10, an intermediate layer 11, a superconducting layer 12, a protective layer 13, and a stabilization layer 14.

基板１０は、テープ状に形成されており、この基板１０としては、例えば、低磁性の無配向金属基板や無配向セラミックス基板が用いられる。
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。 The substrate 10 is formed in a tape shape. As the substrate 10, for example, a low-magnetic non-oriented metal substrate or a non-oriented ceramic substrate is used.
Examples of the material of the metal substrate 10 include metals such as Co, Cu, Ni, Ti, Mo, Nb, Ta, W, Mn, Fe, Ag, and Cr, which are excellent in strength and heat resistance, or alloys thereof. Used. Particularly preferred are stainless steel, Hastelloy (registered trademark) and other nickel-based alloys which are excellent in terms of corrosion resistance and heat resistance. Various ceramics may be arranged on these various metal materials. Further, as the material of the ceramic substrate 10, for example, MgO, SrTiO3, yttrium-stabilized zirconia, or the like is used.

中間層１１は、超電導層１２の下地となる層であり、超電導層１２において高い２軸配向性を実現するために基板１０上に形成される層である。この中間層１１は、例えば、熱膨張率や格子定数などの物理的な特性値が基板１０と超電導層１２を構成する超電導体との中間的な値を示すものが用いられる。また、中間層１１は、単層構造であってもよく、多層構造であってもよい。   The intermediate layer 11 is a layer serving as a base for the superconducting layer 12 and is a layer formed on the substrate 10 in order to achieve high biaxial orientation in the superconducting layer 12. As the intermediate layer 11, for example, a layer whose physical characteristic values such as a coefficient of thermal expansion and a lattice constant indicate intermediate values between the substrate 10 and the superconductor constituting the superconducting layer 12 is used. The intermediate layer 11 may have a single layer structure or a multilayer structure.

超電導層１２は、中間層１１の表面に形成され、超電導体を主体としている。超電導体としては、例えば、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−λで表されるＲＥ系超電導体が用いられる。ＲＥ系超電導体中のＲＥは、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂやＬｕなどの単一の希土類元素または複数の希土類元素である。
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。 The superconducting layer 12 is formed on the surface of the intermediate layer 11 and mainly includes a superconductor. As the superconductor, for example, an RE-based superconductor represented by REBa2Cu3O7-λ is used. RE in the RE-based superconductor is a single rare earth element or a plurality of rare earth elements such as Y, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu.
Further, for example, Ag or the like is used as the protective layer 13, and Cu or the like is used as the stabilization layer 14, for example.

そして、本実施形態においては、超電導線材１の接続部は、超電導層１２が露出するように構成されており、超電導層１２の表面には、接続用超電導層２０が形成されている。
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。 And in this embodiment, the connection part of the superconducting wire 1 is comprised so that the superconducting layer 12 may be exposed, and the superconducting layer 20 for a connection is formed in the surface of the superconducting layer 12. FIG.
Further, the superconducting layer 12 and the connecting superconducting layer 20 are formed with a plurality of grooves 21, 21... Extending in the longitudinal direction of the superconducting wire 1. The groove 21 is formed at a depth that reaches at least the superconducting layer 12 and a depth that leaves a part of the superconducting layer 12.

そして、２本の超電導線材１をそれぞれの接続用超電導層２０が互いに接するとともに、各溝２１が互いに対向するように接合して、各超電導線材１を接続するように構成されている。
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。 Then, the two superconducting wires 1 are connected to each other while the connecting superconducting layers 20 are in contact with each other and the grooves 21 are opposed to each other to connect the superconducting wires 1.
In this state, the groove 21 is configured to communicate with the outside, thereby securing a passage through which the solvent is diffused and oxygen is supplied from the superconducting layer 12 and the connecting superconducting layer 20. It is configured to be able to.

次に、本発明に係る超電導線材１の接続方法について説明する。   Next, a method for connecting the superconducting wire 1 according to the present invention will be described.

（接続用超電導層の形成処理）
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。 (Connection superconducting layer formation process)
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a process for forming the superconducting layer 20 for connection.
First, the superconducting layer 12 is exposed by the length necessary for connection at the connecting portion of the superconducting wire 1.
And the raw material solution containing the metal which comprises the superconducting layer 12 of the two superconducting wire 1 to connect is produced.
Next, the raw material solution is applied to the surfaces of the superconducting layers 12 of the two superconducting wires 1 by the MOD method. The coating is performed over the entire surface of the superconducting layer 12, and the length and thickness are not particularly limited and can be set as appropriate. In the present embodiment, the raw material solution is applied by the MOD method, but the present invention is not limited to this.

次に、超電導層１２に原料溶液を塗布した後、仮焼成して、有機溶剤を飛散させることで、図２に示すように、接続用超電導層２０を形成する。仮焼成は、例えば、５００℃に加熱処理することで行われるものであり、この仮焼成により、原料溶液の金属錯体の分解が行われる。
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。 Next, after applying the raw material solution to the superconducting layer 12, it is temporarily fired to disperse the organic solvent, thereby forming the superconducting layer 20 for connection as shown in FIG. For example, the pre-baking is performed by heat treatment at 500 ° C., and the metal complex of the raw material solution is decomposed by the pre-baking.
By performing the preliminary firing in this way, the superconducting layer 20 for connection is formed on the surface of the superconducting layer 12.

（溝の形成処理）
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。 (Groove formation process)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a process for forming the groove 21.
As shown in FIG. 3, a plurality of grooves 21 are formed in the connecting superconducting layer 20 and the superconducting layer 12 with a predetermined width, a predetermined depth, and a predetermined interval using a laser.
The width dimension and interval of the grooves 21 can be variously set as required. For example, the grooves 21 are formed with a width of 10 μm and an interval of 500 μm. Further, the groove 21 is formed to a depth that reaches at least the superconducting layer 12.

また、溝２１の形成方向は、超電導線材１の長さ方向、幅方向、斜め方向などいずれの方向に形成するようにしてもよいし、溝２１の形状は、直線状でもよいし、曲線状でもよい。
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。 Further, the groove 21 may be formed in any direction such as the length direction, the width direction, and the oblique direction of the superconducting wire 1, and the groove 21 may be linear or curved. But you can.
In general, in order to improve the energization characteristics of the superconducting wire 1, the crystals of the superconducting layer 12 are formed in the energizing direction. Therefore, if the groove 21 is formed in a direction orthogonal to the length direction that is the energization direction of the superconducting layer 12, the energization characteristics may be deteriorated. Therefore, the groove 21 is preferably formed along the length direction of the superconducting wire 1.

ここで、図４は溝２１と溝２１の間隔を変えて、全面に溝２１を形成した超電導線材１および溝を形成しない超電導線材のＩｃ特性をそれぞれ測定した結果を示すグラフである。
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。 Here, FIG. 4 is a graph showing the results of measuring the Ic characteristics of the superconducting wire 1 in which the groove 21 is formed on the entire surface and the superconducting wire in which the groove is not formed by changing the interval between the groove 21 and the groove 21.
In FIG. 4, the horizontal axis represents the interval between the grooves 21, and the vertical axis represents the Ic characteristic value (I 0) of the original superconducting wire 1 and the Ic characteristic value (I) of the superconducting wire 1 after the groove 21 is formed. The ratio is shown.
That is, if the ratio of I / I0 is 1, the characteristic value of the original superconducting wire 1 and the characteristic value of the superconducting wire 1 after the formation of the groove 21 are the same, and when the ratio is lower than 1, It shows that the characteristic value of the superconducting wire 1 after the formation of the groove 21 is lower than the characteristic value of the original superconducting wire 1.

この実験結果によれば、溝２１の間隔が１０００μｍより広くなると、超電導層１２内を拡散する酸素が十分に行き渡らず、特性が回復しない。一方、溝２１の間隔１００μｍより小さいと、電流通路が十分でないため、特性が低下する。したがって、溝２１の間隔は、１００μｍ〜１０００μｍの範囲であることが好ましいことがわかる。   According to this experimental result, when the interval between the grooves 21 is larger than 1000 μm, oxygen diffused in the superconducting layer 12 does not spread sufficiently and the characteristics are not recovered. On the other hand, if the interval between the grooves 21 is smaller than 100 μm, the current path is not sufficient, and the characteristics are deteriorated. Therefore, it can be seen that the interval between the grooves 21 is preferably in the range of 100 μm to 1000 μm.

（本焼成処理）
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。 (Main firing process)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the main firing process.
As shown in FIG. 5, the connecting superconducting layers 20 formed on the superconducting layer 12 of the superconducting wire 1 are superposed on each other and pressed with a predetermined pressure. Thereafter, the pressed state is placed in a low oxygen concentration atmosphere, for example, in an Ar atmosphere having an oxygen concentration of 100 ppm, and the main baking process is performed at a temperature of about 800 ° C.
By this main baking treatment, the connecting superconducting layer 20 is crystallized to join the connecting superconducting layers 20 to each other.

（酸素アニール処理）
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。 (Oxygen annealing treatment)
Next, the temperature is lowered in an atmosphere having an oxygen concentration of 100% to introduce oxygen into the connection superconducting layer 20 that has been subjected to the main baking treatment. By introducing this oxygen, superconducting properties are imparted to the connecting superconducting layer 20.
In this case, since the groove 21 is formed in the present embodiment, oxygen can be efficiently introduced into the connecting superconducting layer 20 and the superconducting layer 12 through the groove 21.

以上の工程により、超電導層１２の表面に接続用超電導層２０を形成するとともに、各超電導線材１を互いに接続することができる。
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。 Through the above steps, the superconducting layer 20 for connection can be formed on the surface of the superconducting layer 12 and the superconducting wires 1 can be connected to each other.
Thereafter, if necessary, a protective layer 13 such as an Ag layer and a stabilization layer 14 such as a Cu layer are formed around the joined superconducting wire 1 to complete the connection of the superconducting wire 1.
In this case, when the protective layer 13 is formed, the Ag layer is filled in the groove 21, but the superconducting characteristics are not affected.
In addition to Ag, for example, at least one of polyimide, cyanoacrylate adhesive, paraffin, fluororesin, grease, and silicone oil is used as the filler to be filled in the groove 21. Further, the groove 21 may be filled with nothing but a gap.

以上述べたように、本実施形態においては、溝２１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、超電導線材１を超電導特性を劣化させることなく、接続することが可能となる。   As described above, in the present embodiment, by forming the groove 21, the oxygen diffused by the heat treatment can be sufficiently supplied, and the superconducting wire 1 can be connected without degrading the superconducting characteristics. It becomes possible.

なお、前記実施形態においては、接続する超電導線材１の超電導層１２および接続用超電導層２０にそれぞれ溝２１を形成するようにしたが、図６に示すように、一方の超電導線材１のみに溝２１を形成するようにしてもよい。このように構成した場合でも、酸素アニール処理を行う際に、超電導層１２および接続用超電導層２０に酸素を供給することが可能である。
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。 In the embodiment, the grooves 21 are respectively formed in the superconducting layer 12 and the connecting superconducting layer 20 of the superconducting wire 1 to be connected. However, as shown in FIG. 6, the groove is formed only in one superconducting wire 1. 21 may be formed. Even in such a configuration, oxygen can be supplied to the superconducting layer 12 and the connecting superconducting layer 20 during the oxygen annealing process.
In the above embodiment, the two superconducting wires 1 are joined so that the grooves 21 face each other. However, as shown in FIG.

また、前記実施形態においては、２本の超電導線材１の超電導層１２にそれぞれ接続用超電導層２０を形成するようにしたが、例えば、一方の超電導線材１の超電導層１２のみに接続用超電導層２０を形成し、他方の超電導線材１の超電導層１２には、接続用超電導層２０を形成しないようにしてもよい。
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。 In the embodiment, the connection superconducting layer 20 is formed on each of the superconducting layers 12 of the two superconducting wires 1. For example, only the superconducting layer 12 of one superconducting wire 1 is connected. 20 may be formed, and the superconducting layer 20 for connection may not be formed on the superconducting layer 12 of the other superconducting wire 1.
In this case, after applying the raw material solution to the superconducting layer 12 of one superconducting wire 1, the superconducting layer 20 for connection is formed by calcination and the groove 21 is formed in the connecting superconducting layer 20. The other superconducting wire 1 is formed with a groove 21 directly in the superconducting layer 12, and in this state, the two superconducting wires 1 are joined so that the groove 21 faces each other, and main firing and oxygen annealing treatment are performed. That's fine.

さらに、接続用超電導層２０の原料溶液を塗布した後、仮焼成を行う前に、溝２１を形成し、超電導線材１同士を接合した状態で、仮焼成および本焼成を行うようにしてもよい。   Furthermore, after applying the raw material solution for the superconducting layer 20 for connection, before the temporary baking, the groove 21 may be formed, and the temporary baking and the main baking may be performed in a state where the superconducting wires 1 are joined to each other. .

また、溝２１の長さは、図８に示すように、各超電導線材１の接合部分の長さに対して長く形成するようにしてもよい。これにより、溝２１を介して酸素の通り抜けがしやすくなり、超電導層１２および接続用超電導層２０により効果的に酸素を供給することができる。   Moreover, you may make it form the length of the groove | channel 21 longer with respect to the length of the junction part of each superconducting wire 1, as shown in FIG. As a result, oxygen easily passes through the groove 21, and oxygen can be effectively supplied by the superconducting layer 12 and the connecting superconducting layer 20.

次に、本発明の第２実施形態について説明する。
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。 Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In this embodiment, the form in the case of connecting the two superconducting wire 1 without forming the connection superconducting layer 20 is shown. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as the said 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the formation process of the groove 21 in the second embodiment.
As shown in FIG. 9, when the superconducting wire 1 is connected in the present embodiment, a plurality of grooves 21 are formed directly on the superconducting layers 12 of the two superconducting wires 1 by laser. The width, depth, and interval of the grooves 21 are the same as those in the first embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the main firing process in the second embodiment.
As shown in FIG. 10, the two superconducting wires 1 are joined so that the grooves 21 face each other, and pressed with a predetermined pressure. In this state, baking is performed in high-temperature reduced-pressure oxygen to fuse the superconducting layers 12 together.

次に、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。 Next, the oxygen released by the baking treatment is introduced into the superconducting layer 12 by lowering the temperature in an atmosphere having an oxygen concentration of 100%.
In this case, since the groove 21 is formed in the present embodiment, oxygen can be efficiently introduced into the connecting superconducting layer 20 and the superconducting layer 12 through the groove 21.

以上述べたように、本実施形態においても前記第１実施形態と同様に、溝２１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、超電導線材１を超電導特性を劣化させることなく、接続することが可能となる。   As described above, also in this embodiment, as in the first embodiment, by forming the groove 21, oxygen diffused by the heat treatment can be sufficiently supplied, and the superconducting wire 1 deteriorates the superconducting characteristics. It is possible to connect without making it.

次に、本発明の第３実施形態について説明する。
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。 Next, a third embodiment of the present invention will be described.
In this embodiment, the form which connected the two superconducting wire 1 using the wire 30 for a connection is shown. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as each said embodiment, and description is abbreviate | omitted.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 11, in the present embodiment, the connecting wire 30 includes a substrate 10, an intermediate layer 11, and a superconducting layer 12, similarly to the superconducting wire 1.

本実施形態において超電導線材１を接続する場合は、各超電導線材１に溝２１を形成するとともに、接続用線材３０にも溝２１を形成する。この溝２１は、各超電導線材１および接続用線材３０に形成された接続用超電導層２０に形成するようにしてもよいし、接続用超電導層２０を設けず、超電導層１２に直接形成するようにしてもよい。すなわち、各溝２１は、前記各実施形態で示すいずれの形態で形成するようにしてもよい。
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。 In the present embodiment, when the superconducting wire 1 is connected, the groove 21 is formed in each superconducting wire 1 and the groove 21 is also formed in the connecting wire 30. The groove 21 may be formed in the connecting superconducting layer 20 formed in each superconducting wire 1 and the connecting wire 30 or may be formed directly in the superconducting layer 12 without providing the connecting superconducting layer 20. It may be. That is, each groove 21 may be formed in any form shown in the above embodiments.
The groove 21 of the connecting wire 30 is formed so as to reach both ends. Note that the present invention is not limited to this as long as a passage for supplying oxygen to connecting superconducting layer 20 or superconducting layer 12 can be secured.

その後、各超電導線材１を超電導層１２を同じ方向にして並べて配置する。これら各超電導線材１に跨るように接続用線材３０を配置し、各超電導線材１の溝２１と接続用線材３０の溝２１とが互いに対向するようにして接合する。
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。 Thereafter, the superconducting wires 1 are arranged side by side with the superconducting layer 12 in the same direction. The connecting wire 30 is disposed so as to straddle each of the superconducting wires 1, and the groove 21 of each superconducting wire 1 and the groove 21 of the connecting wire 30 are joined to face each other.
In this state, baking is performed in high-temperature and reduced-pressure oxygen, the superconducting layer 20 for connection or the superconducting layer 12 is fused together, and then the temperature is lowered in an atmosphere having an oxygen concentration of 100%. Is introduced into the superconducting layer 12.

以上述べたように、本実施形態においても前記各実施形態と同様に、溝２１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、超電導線材１を超電導特性を劣化させることなく、接続することが可能となる。   As described above, in this embodiment as well, in the same manner as in each of the above embodiments, by forming the groove 21, oxygen diffused by heat treatment can be sufficiently supplied, and the superconducting wire 1 is deteriorated in superconducting characteristics. It is possible to connect without any problems.

なお、図１２に示すように、各超電導線材１を接続用線材３０を介して接続する際に、各超電導線材１の端部に間隙３１をもって接続するようにしてもよい。この場合に、中間層１１および超電導層１２の角部を斜めに切欠いた切欠き部３２を形成するようにしてもよい。また、各超電導線材１の端部に間隙３１を設けず、各超電導線材１１の端部を接触させた状態で接続するようにしてもよい。この場合にも、切欠き部３２を形成するようにしてもよい。
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。 As shown in FIG. 12, when each superconducting wire 1 is connected via a connecting wire 30, it may be connected to the end of each superconducting wire 1 with a gap 31. In this case, you may make it form the notch 32 which notched the corner | angular part of the intermediate | middle layer 11 and the superconducting layer 12 diagonally. Further, the gaps 31 may not be provided at the end portions of the respective superconducting wires 1 and the end portions of the respective superconducting wires 11 may be connected in contact with each other. Also in this case, the notch 32 may be formed.
By forming in this way, the diffusion of impurities from the substrate 10 to the superconducting layer 12 can be surely prevented, and the deterioration of the superconducting performance due to the diffusion of impurities can be surely prevented.

また、本発明は前記各実施形態のものに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変更が可能である。   Further, the present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

１ 超電導線材
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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Superconducting wire 10 Substrate 11 Intermediate layer 12 Superconducting layer 13 Protective layer 14 Stabilization layer 20 Superconducting layer for connection 21 Groove 30 Wire for connecting

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。 In the superconducting wire connecting structure for connecting two superconducting wires formed by laminating a substrate, an intermediate layer, and a superconducting layer,
A superconducting wire connecting structure, wherein a groove leading to the outside is formed in at least one of the two superconducting wires. 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。   The superconducting wire according to claim 1, wherein the two superconducting wires are joined by connecting the superconducting layers, and the groove is formed in at least one of the superconducting layers. Wire connection structure. 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。   2. The superconducting wire according to claim 1, wherein the two superconducting wires are connected via a connecting superconducting layer, and the groove is formed in at least one of the superconducting layers. Connection structure. 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。 In the superconducting wire connecting structure for connecting two superconducting wires formed by laminating a substrate, an intermediate layer, and a superconducting layer,
Provided is a connecting wire in which a substrate, an intermediate layer, and a superconducting layer are laminated, and the two superconducting wires are connected via the connecting wire, and the two superconducting wires or the A superconducting wire connecting structure, wherein a groove leading to the outside is formed in at least one of the connecting wires. 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。   The superconducting wire connection structure according to claim 4, wherein the groove is formed in the superconducting layer. 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。   The superconducting wire connecting structure according to claim 1, wherein a plurality of the grooves are formed. 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。   The superconducting wire connecting structure according to claim 6, wherein an interval between ends of the plurality of grooves is formed in a range of 100 μm to 1000 μm. 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。   The superconducting wire connecting structure according to claim 1, wherein the groove is formed along a longitudinal direction of the superconducting wire. 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。   The superconducting wire connecting structure according to any one of claims 1 to 7, wherein the groove is formed along a width direction of the superconducting wire. 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。   The superconducting wire connecting structure according to any one of claims 1 to 9, wherein the groove is filled with a gap or a filler other than a superconducting material. 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。   The superconducting wire according to claim 10, wherein the filler other than the superconducting material is at least one of Ag, polyimide, cyanoacrylate adhesive, paraffin, fluorine resin, grease, and silicone oil. Connection structure. 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。 In a method of connecting superconducting wires for connecting two superconducting wires formed by laminating a substrate, an intermediate layer, and a superconducting layer,
A groove forming process for forming a groove communicating with the outside in at least one of the two superconducting wires;
A firing process in which the two superconducting wires are joined and fired;
Oxygen annealing treatment for oxygen annealing the superconducting wire after the firing treatment;
A method of connecting a superconducting wire, characterized by comprising:
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