KR20150005897A - 초전도 선재, 초전도 선재의 접속 구조, 초전도 선재의 접속 방법 및 초전도 선재의 단말 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 초전도 선재의 단말(10a)에 있어서의 초전도층(3)을 제거한 오목부에 충전재(9)를 충전하고, 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)의 단말(10a)끼리를 대향 배치시킨 개소에, 제3 초전도 선재(13)를 제1 초전도 선재(11) 및 제2 초전도 선재(12)의 길이 방향을 따르도록 하고, 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)에 걸쳐지도록 접속한 초전도 선재의 접속 구조를 취함으로써 초전도 선재의 단말(10a)에 있어서의 초전도층(3)의 박리나 손상을 방지하는 것을 가능하게 하여, 초전도 선재의 접속 개소에서 초전도 성능이 저하되어 버리는 트러블을 저감시키도록 하였다.
Description
본 발명은 초전도 선재, 초전도 선재의 접속 구조, 초전도 선재의 접속 방법 및 초전도 선재의 단말(terminal) 처리 방법에 관한 것이다.
종래, 초전도 케이블의 중간 접속부에 있어서 초전도 선재의 전기적 접속을 행할 때, 그 초전도 선재의 단말은 초전도 케이블의 부설 현장에서, 가위나 전동 공구 등에 의해 절단되고 있다.
초전도 선재는, 예를 들어 테이프 형상의 기판 상에 중간층, 초전도층, 안정화층 등의 구성층이 순서대로 적층된 적층체를 갖고 있으며, 절단 시의 상황에 따라서는, 초전도층의 박리가 일어나 버리는 경우가 있었다. 그리고, 초전도층이 손상된 상태에서 초전도 선재가 접속되었을 경우, 시공 후에 초전도층이 열화되어 초전도 성능이 저하되어 버리는 경우가 있었다.
또한, 초전도 선재의 구성층을 손상시키지 않고 접속을 행하는 방법으로서, 초전도 선재의 단말 부분에서 구성층마다 돌출시키는 길이를 상이하게 하는 단말 처리를 행하고, 가장 돌출시킨 기판끼리를 중첩시킨 부분에, 증착에 의해 초전도 박막을 퇴적시키는 접합을 실시하여, 초전도 선재를 접속하는 기술이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
그러나, 상기 특허문헌 1의 경우, 초전도 케이블의 부설 현장에 대규모의 증착 장치를 반입하는 것은 곤란하므로, 실용적인 접속 방법은 아니었다.
또한, 초전도 선재의 단말을 레이저 커트 가공기에 의해 절단하면, 그 절단면은 열에 의해 융착되기 때문에, 초전도층이 박리되는 등의 트러블은 발생하지 않지만, 초전도 케이블의 부설 현장에 대규모의 레이저 커트 가공기를 반입하는 것도 곤란하므로, 실용적인 접속 방법은 아니었다.
본 발명의 목적은, 안정된 초전도 성능을 얻을 수 있는 초전도 선재, 초전도 선재의 접속 구조, 초전도 선재의 접속 방법 및 초전도 선재의 단말 처리 방법을 제공하는 것이다.
이상의 과제를 해결하기 위하여, 청구항 1에 기재된 발명은,
기판 상에 초전도층을 갖는 초전도 선재끼리가 접속된 초전도 선재의 접속 구조이며,
적어도 상기 초전도층이 제거된 오목부와, 상기 오목부에 충전재가 충전된 충전부가 형성된 단말을 갖는 제1 초전도 선재와 제2 초전도 선재가, 상기 단말끼리가 대향하도록 배치되어 있고,
상기 제1 초전도 선재와 상기 제2 초전도 선재의 양쪽에 접속된 제3 초전도 선재를 구비하는 것을 특징으로 한다.
청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 초전도 선재의 접속 구조에 있어서,
상기 제3 초전도 선재는, 상기 충전재보다 낮은 융점의 재료로 이루어지는 융착부에 의해, 상기 제1 초전도 선재와 상기 제2 초전도 선재에 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 2에 기재된 초전도 선재의 접속 구조에 있어서,
상기 제3 초전도 선재의 초전도층과, 상기 제1 초전도 선재 및 상기 제2 초전도 선재의 초전도층이 상기 융착부를 개재하여 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 초전도 선재의 접속 구조에 있어서,
상기 기판끼리가 용접에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 기재된 초전도 선재의 접속 구조에 있어서,
상기 초전도 선재는, 상기 기판의 한쪽 면측에만 상기 초전도층이 형성되어 있고,
상기 제3 초전도 선재와 상기 제1 초전도 선재 및 상기 제3 초전도 선재와 상기 제2 초전도 선재는, 각각 상기 초전도층이 형성된 측의 면끼리 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 6에 기재된 발명은,
기판 상에 초전도층을 갖는 테이프 형상의 초전도 선재이며,
적어도 상기 초전도층이 그의 폭 방향에 있어서 모두 제거된 오목부를 길이 방향에 있어서 부분적으로 갖고,
상기 오목부에 충전재가 충전된 충전부를 갖는 것을 특징으로 한다.
청구항 7에 기재된 발명은, 청구항 6에 기재된 초전도 선재에 있어서,
상기 기판과 상기 초전도층 사이에 중간층을 갖고, 상기 오목부에 있어서 상기 중간층의 적어도 일부가 제거되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 8에 기재된 발명은, 청구항 6 또는 청구항 7에 기재된 초전도 선재에 있어서,
상기 오목부의 일부가 당해 초전도 선재의 단말에 형성되어 있고, 상기 단말의 단부면에는 상기 충전부와 상기 기판의 계면이 노출되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 9에 기재된 발명은, 청구항 8에 기재된 초전도 선재에 있어서,
상기 단말에는, 상기 충전재보다 낮은 융점의 재료로 이루어지는 융착부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 10에 기재된 발명은,
기판 상에 초전도층을 갖는 초전도 선재끼리를 접속하는 초전도 선재의 접속 방법이며,
상기 초전도층이 제거된 오목부와, 상기 오목부에 충전재가 충전된 충전부가 형성되어 있는 단말을 갖는 제1 초전도 선재와 제2 초전도 선재를, 상기 단말끼리를 대향시킴과 아울러,
상기 제1 초전도 선재와 상기 제2 초전도 선재에 제3 초전도 선재를 걸쳐서 접속하는 것을 특징으로 한다.
청구항 11에 기재된 발명은, 청구항 10에 기재된 초전도 선재의 접속 방법에 있어서,
상기 초전도 선재는, 상기 기판의 한쪽 면측에만 상기 초전도층이 형성되어 있고,
상기 제1 초전도 선재 및 상기 제2 초전도 선재에 상기 제3 초전도 선재를 걸침과 아울러, 상기 제3 초전도 선재와 상기 제1 초전도 선재 및 상기 제3 초전도 선재와 상기 제2 초전도 선재를, 각각 상기 초전도층이 형성된 측의 면을 대향시켜 접속하는 것을 특징으로 한다.
청구항 12에 기재된 발명은,
기판 상에 초전도층을 갖는 초전도 선재의 단말 처리 방법이며,
적어도 상기 초전도층을 제거하여 오목부를 형성하는 공정과,
상기 오목부에 충전재를 충전하여 충전부를 형성하는 공정과,
상기 기판과 상기 충전부가 적층되어 있고, 상기 기판과 상기 충전부 사이에 상기 초전도층이 개재되지 않는 부분을 절단하는 공정
을 구비하는 것을 특징으로 한다.
청구항 13에 기재된 발명은, 청구항 12에 기재된 초전도 선재의 단말 처리 방법에 있어서,
상기 기판과 상기 초전도층 사이에 중간층이 형성되어 있고,
상기 오목부에 있어서, 상기 중간층의 적어도 일부가 제거되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 안정된 초전도 성능을 얻을 수 있도록 초전도 선재를 용이하게 접속할 수 있다.
도 1은 초전도 선재의 층 구성을 도시하는 설명도이다.
도 2a는 초전도 선재의 단말을 형성하는 과정의 설명도이며, 초전도 선재에 오목부를 형성한 상태를 도시하고 있다.
도 2b는 초전도 선재의 단말을 형성하는 과정의 설명도이며, 오목부에 충전부를 형성한 상태를 도시하고 있다.
도 3a는 초전도 선재의 단말을 도시하는 사시도이다.
도 3b는 초전도 선재의 단말을 도시하는 단면도이다.
도 4는 초전도 선재의 접속 구조를 도시하는 단면도이다.
도 5는 초전도 선재의 접속 구조를 도시하는 사시도이다.
도 6은 초전도 선재의 접속 구조의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도이다.
도 7a는 초전도 선재의 단말을 형성하는 과정의 설명도이며, 초전도 선재의 측면에서 보아 직사각형의 오목부를 형성한 상태를 나타내고 있다.
도 7b는 초전도 선재의 단말을 형성하는 과정의 설명도이며, 측면에서 보아 직사각형의 오목부에 충전부를 형성한 상태를 나타내고 있다.
도 8a는 초전도 선재의 단말의 다른 실시 형태를 도시하는 사시도이다.
도 8b는 초전도 선재의 단말의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도이며, 충전부가 중간층까지 도달해 있는 단말을 도시하고 있다.
도 8c는 초전도 선재의 단말의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도이며, 충전부가 중간층과 기판의 계면에 도달해 있는 단말을 도시하고 있다.
도 8d는 초전도 선재의 단말의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도이며, 충전부가 기판까지 도달해 있는 단말을 도시하고 있다.
도 9a는 초전도 선재의 접속 구조의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도이다.
도 9b는 초전도 선재의 접속 구조의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도이다.
도 2a는 초전도 선재의 단말을 형성하는 과정의 설명도이며, 초전도 선재에 오목부를 형성한 상태를 도시하고 있다.
도 2b는 초전도 선재의 단말을 형성하는 과정의 설명도이며, 오목부에 충전부를 형성한 상태를 도시하고 있다.
도 3a는 초전도 선재의 단말을 도시하는 사시도이다.
도 3b는 초전도 선재의 단말을 도시하는 단면도이다.
도 4는 초전도 선재의 접속 구조를 도시하는 단면도이다.
도 5는 초전도 선재의 접속 구조를 도시하는 사시도이다.
도 6은 초전도 선재의 접속 구조의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도이다.
도 7a는 초전도 선재의 단말을 형성하는 과정의 설명도이며, 초전도 선재의 측면에서 보아 직사각형의 오목부를 형성한 상태를 나타내고 있다.
도 7b는 초전도 선재의 단말을 형성하는 과정의 설명도이며, 측면에서 보아 직사각형의 오목부에 충전부를 형성한 상태를 나타내고 있다.
도 8a는 초전도 선재의 단말의 다른 실시 형태를 도시하는 사시도이다.
도 8b는 초전도 선재의 단말의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도이며, 충전부가 중간층까지 도달해 있는 단말을 도시하고 있다.
도 8c는 초전도 선재의 단말의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도이며, 충전부가 중간층과 기판의 계면에 도달해 있는 단말을 도시하고 있다.
도 8d는 초전도 선재의 단말의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도이며, 충전부가 기판까지 도달해 있는 단말을 도시하고 있다.
도 9a는 초전도 선재의 접속 구조의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도이다.
도 9b는 초전도 선재의 접속 구조의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도이다.
이하에, 본 발명을 실시하기 위한 바람직한 형태에 대하여 도면을 사용하여 설명한다. 단, 이하에 설명하는 실시 형태에는, 본 발명을 실시하기 위하여 기술적으로 바람직한 다양한 한정이 기재되어 있지만, 본 발명의 범위를 이하의 실시 형태 및 도시예에 한정하는 것이 아니다.
도 1은 초전도 선재의 층 구성을 도시하는 설명도이다.
초전도 선재(10)는 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 기판(1) 상에 중간층(2), 초전도층(3), 보호층(4)이 순서대로 적층된 적층체와, 그 적층체의 주위를 피복하는 안정화층(5)을 구비하고 있는 테이프 형상의 초전도 선재이다.
기판(1)은 예를 들어 테이프 형상의 금속 기판이다. 또한 저자성의 금속 기판이나 세라믹스 기판이어도 된다. 금속 기판의 재료로서는, 예를 들어 강도 및 내열성이 우수한 Co, Cu, Cr, Ni, Ti, Mo, Nb, Ta, W, Mn, Fe, Ag 등의 금속 또는 이들의 합금이 사용된다. 특히, 내식성 및 내열성이 우수하다는 관점에서 하스텔로이(등록 상표), 인코넬(등록 상표) 등의 Ni기 합금 또는 스테인리스강 등의 Fe기 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 각종 금속 재료 상에 각종 세라믹스를 배치해도 된다. 또한, 세라믹스 기판의 재료로서는, 예를 들어 MgO, SrTiO3, 또는 이트륨 안정화 지르코니아 등이 사용된다.
중간층(2)은 초전도층(3)에 있어서 높은 면내 배향성을 실현하기 위하여 형성된 층이다. 이러한 중간층(2)은 예를 들어 열팽창률이나 격자상수 등의 물리적인 특성값이 기판(1)의 재료와 초전도층(3)을 구성하는 초전도체의 중간적인 값을 나타낸다. 또한, 중간층(2)은 단층 구조이어도 되고, 다층 구조이어도 된다. 다층 구조의 경우, 그의 층수나 종류는 한정되지 않지만, 비정질의 Gd2Zr2O7 -δ(δ는 산소 부정비량) 등을 포함하는 베드층과, 결정질의 MgO 등을 포함하고 IBAD(Ion Beam Assisted Deposition)법에 의해 성형된 강제 배향층과, LaMnMO3 +δ(δ는 산소 부정비량)를 포함하는 LMO층과, CeO2 등을 포함하여 이루어지는 캡층을 순서대로 적층한 구성으로 되어 있어도 된다.
초전도층(3)은 산화물 초전도체를 포함하여 이루어지는 초전도층이며, 예를 들어 MOCVD법에 의해 성막된 층이다. 초전도층(3)은 특히 구리 산화물 초전도체를 포함하고 있는 것이 바람직하다. 구리 산화물 초전도체로서는, 고온 초전도체로서의 REBa2Cu3O7-δ(이하, RE계 초전도체라고 칭함)가 바람직하다. 또한, RE계 초전도체 중의 RE는, Y, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb이나 Lu 등의 단일의 희토류 원소 또는 복수의 희토류 원소이며, 이들 중에서도 Ba 사이트와 치환이 일어나기 어려운 등의 이유에서 Y인 것이 바람직하다. 또한, δ는 산소 부정비량이며, 예를 들어 0 이상 1 이하이고, 초전도 전이 온도가 높다는 관점에서 0에 가까울수록 바람직하다. 또한, 산소 부정비량은, 오토클레이브 등의 장치를 사용하여 고압 산소 어닐링 등을 행하면, δ는 0 미만, 즉, 음의 값을 취하는 경우도 있다.
보호층(4)은 예를 들어 스퍼터링법에 의해 성막된 은 박막이며, 초전도층(3)을 보호하기 위하여 형성된 층이다. 이 보호층(4)은 단층 구조이어도 되고, 다층 구조이어도 된다. 다층 구조의 경우, 그의 층수나 종류는 한정되지 않지만, 은을 포함하여 이루어지는 은 안정화층과, 구리를 포함하여 이루어지는 구리 안정화층을 순서대로 적층한 구성으로 되어 있어도 된다.
안정화층(5)은 예를 들어 도금법에 의해 형성된 구리 피막이며, 선재를 전기적으로 안정시키기 위하여 형성된 것이다.
이 초전도 선재(10)의 층 구성은, 후술하는 제1 초전도 선재(11), 제2 초전도 선재(12), 제3 초전도 선재(13)에 공통되는 것이지만, 중간층(2), 안정화층(5)이 없는 경우에도 초전도 특성을 충분히 발휘하는 것(임계전류를 실용 레벨 정도 갖는 것)이면 된다.
다음으로, 테이프 형상의 초전도 선재끼리를 접속하기 위한 초전도 선재의 단말 구조와, 그 단말 구조를 형성하기 위한 초전도 선재의 단말 처리 방법에 대하여 설명한다.
우선, 도 2a에 도시한 바와 같이, 초전도 선재(10)의 초전도층(3)측으로부터 중간층(2)이 노출되기까지 절삭하여 오목부(9a)를 형성한다. 즉, 초전도 선재(10)의 기판(1)측과는 반대측의 면(초전도층(3)측의 면)을, 예를 들어 류터(leutor)로 깎아, 안정화층(5), 보호층(4), 초전도층(3)을 제거하여, 중간층(2)을 노출시킨 노출면을 갖는 오목부(9a)를 형성한다. 또한, 중간층(2)을 모두 제거하여, 기판(1)을 노출시킨 노출면을 갖는 오목부(9a)를 형성해도 된다.
이어서, 도 2b에 도시한 바와 같이, 초전도 선재(10)의 일부를 제거하여 형성한 오목부(9a)에 충전재를 충전하여 충전부(9)를 형성한다. 충전재로는, 땜납이나 수지 재료 등을 사용할 수 있고, 용융시킨 충전재를 오목부(9a)에 유입시키고 고화시킴으로써 노출면을 피복하는 충전부(9)를 형성한다. 또한 충전재로서의 금속 페이스트 등의 도전성 접착제를 오목부(9a)에 도포함으로써, 충전부(9)를 형성해도 된다. 이때, 충전재와 안정화층(5)의 열팽창계수의 차를 작게 함으로써, 열의 변화 시에 있어서의 오목부(9a)의 노출면의 손상을 억제할 수 있다. 그 때문에, 충전재에는, 10×10-6/℃ 이상 27×10-6/℃ 이하의 선팽창계수를 갖는 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
이 충전부(9)는 적어도 중간층(2)과 초전도층(3)의 계면을 피복하는 부분에 형성되어 있으면 된다. 충전재를 땜납이나 금속 페이스트 등의 금속 재료를 함유한 것으로 했을 경우에는, 특히 오목부(9a)에 기판(1)이 노출되어 있는 상태로 하고, 기판(1)과 충전재(충전부(9))의 밀착성을 향상시키는 것이 바람직하다. 기판(1)과 충전재를 접촉시킬 경우에는, 기판(1)과 충전재의 열팽창계수가 가까운 것이 바람직하므로, 특히 선팽창계수가 10×10-6/℃ 이상 23×10-6/℃ 이하의 충전재가 바람직하다. 오목부(9a)에 있어서 기판(1)을 노출시켰을 경우에는, 충전부(9)는 기판(1)과 중간층(2)의 계면, 중간층(2)과 초전도층(3)의 계면의 양쪽을 피복하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 충전부(9)는 오목부(9a) 내에 수용되도록 형성되는 것에 한정되지 않으며, 오목부(9a)로부터 충전재가 밀려나오도록 유입시키고 고화시킴으로써, 그의 일부가 안정화층(5)의 표면을 피복하는 충전부(9)를 형성하도록 해도 된다.
이어서, 도 3a, 도 3b에 도시한 바와 같이, 초전도 선재(10)에 있어서 기판(1)과 중간층(2)과 충전부(9)가 적층되어 있는 부분을 절단하여, 그 절단면에 충전부(9)가 노출되고, 또한 적어도 초전도층(3)이 노출되지 않는 단부면(10b)을 형성한다. 이 단부면(10b)에는, 기판(1)과 중간층(2)과 충전부(9)가 인접한 상태에서 노출되어 있다. 즉, 초전도 선재(10)의 폭 방향에 있어서 초전도층(3)이 모두 제거되어 있는 부분을 절단하면 된다. 이 단부면(10b)이 형성된 절단 개소가 초전도 선재(10)의 단말(10a)이다. 단말(10a)을 갖는 초전도 선재(10)는 단말(10a)에 오목부(9a)와 충전부(9)의 각각 일부를 가진 상태로 된다. 또한, 절단전의 오목부(9a)에 있어서 기판(1)을 노출시켰을 경우, 또는 중간층(2)을 갖지 않는 적층체의 경우에는, 이 단부면(10b)에서는 기판(1)과 충전부(9)가 인접한 상태에서 노출되어 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 초전도 선재의 단말 구조는, 초전도 선재(10)의 초전도층(3)측으로부터 중간층(2) 또는 기판(1)이 노출되기까지 제거한 부분에, 적어도 중간층(2)과 초전도층(3)의 계면 및/또는 기판(1)과 초전도층(3)의 계면을 피복하는 충전부(9)를 구비하고 있으며, 초전도 선재(10)끼리를 접속하기 위하여 대향 배치시키는 단말(10a)에, 충전부(9)가 노출되고, 또한 적어도 초전도층(3)이 노출되지 않는 단부면(10b)을 갖고 있다.
이러한 초전도 선재의 단말 구조이면, 초전도 선재(10)를 절단하여 단말(10a)을 형성할 때, 중간층(2)과 초전도층(3)의 계면 및/또는 기판(1)과 초전도층(3)의 계면은 충전부(9)에 의해 피복되어 있으므로, 초전도층(3)의 박리나 손상을 억제할 수 있다. 또한, 절단 후에도 중간층(2)과 초전도층(3)의 계면 및/또는 기판(1)과 초전도층(3)의 계면은 충전부(9)에 의해 피복되어 있으므로, 초전도 선재(10)끼리를 접속하는 데 있어서, 초전도 선재(10)의 단말(10a)을 취급할 때도 초전도층(3)의 박리나 손상을 억제할 수 있다.
이와 같이 하여 초전도 선재(10)의 단말(10a)에 있어서의 초전도층(3)의 박리나 손상을 억제할 수 있으므로, 초전도 선재(10)의 접속 후에, 초전도층(3)의 손상 개소로부터 열화가 진행되어 버리는 경우는 없어, 초전도 선재(10)의 접속 구조체의 초전도 성능이 저하되어 버리는 트러블을 저감시킬 수 있다.
즉, 초전도 선재(10)끼리를 접속하는 경우, 본 발명에 따른 초전도 선재의 단말 구조를 갖는 초전도 선재(10)를 사용하도록 하면, 안정된 초전도 성능을 얻을 수 있다.
이어서, 테이프 형상의 초전도 선재끼리를 접속하여 이루어지는 초전도 선재의 접속 구조와, 초전도 선재의 접속 방법에 대하여 설명한다.
도 4, 도 5는 상술한 단말(10a)을 갖는 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)를 접속용 제3 초전도 선재(13)로 접속한 초전도 선재의 접속 구조를 도시하고 있다.
도 4, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)는 서로의 단말(10a)을 이격시킨 배치로 대향하고 있으며, 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)가 간격을 두고 대향하고 있는 개소에 제3 초전도 선재(13)가 융착부(6)를 개재하여 접속되어 있다.
이 제3 초전도 선재(13)는 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)의 단말(10a)끼리가 대향 배치된 개소에, 제1 초전도 선재(11) 및 제2 초전도 선재(12)의 길이 방향을 따라 배치되어 있고, 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)에 걸쳐지도록, 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)의 양쪽에 접속되어 있다.
특히, 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)와 제3 초전도 선재(13)에 융착되어, 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)와 제3 초전도 선재(13)를 전기적으로 접속하는 융착부(6)는 충전부(9)(충전재)보다 낮은 융점의 도전성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다. 예를 들어, 충전부(9)가 융점 200℃ 이상의 Sn-Zn계의 땜납이나 Sn-Cu계의 땜납을 포함하는 경우, 융착부(6)에는 융점이 180℃ 정도의 Sn-Pb계의 땜납이나 은 페이스트를 사용하는 것이 바람직하다.
융착부(6)가 충전부(9)보다 융점이 낮은 재료로 이루어지므로, 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)의 단말(10a)에, 예를 들어 융착부(6)로 되는 저융점의 땜납을 용융시키고 부착시켜 제3 초전도 선재(13)를 접합할 때 고융점의 땜납을 포함하는 충전부(9)가 용융되고 탈락되어 버리는 경우가 없으므로, 그 충전부(9)는 중간층(2)과 초전도층(3)의 계면을 양호하게 피복하여 보호할 수 있다.
그리고, 이 접속 부분에 있어서, 서로의 초전도층(3)측의 면을 대향시키도록, 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)에 대하여 제3 초전도 선재(13)를 표리 역방향으로 배치한 상태에서 접합되어 있다.
또한, 제3 초전도 선재(13)의 초전도층(3)과, 제1 초전도 선재(11) 및 제2 초전도 선재(12)의 초전도층(3)은 융착부(6)를 개재하여 접속되어 있다.
이러한 초전도 선재의 접속 구조이면, 초전도 선재의 단말(10a)에 있어서의 중간층(2)과 초전도층(3)의 계면은 충전부(9)에 의해 피복되어 있으므로, 초전도 선재끼리를 접속하는 데 있어서 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)를 취급할 때, 그 단말(10a)에 있어서의 초전도층(3)의 박리나 손상을 억제할 수 있다.
즉, 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)를 접속할 때 초전도 선재의 단말(10a)에 있어서의 초전도층(3)의 박리나 손상을 억제함으로써, 그 접속 후에 초전도층(3)의 손상 개소로부터 열화가 진행되기 어려워져, 초전도 선재의 접속 개소에서 초전도 성능이 저하되어 버리는 트러블을 저감시킬 수 있다.
또한, 제3 초전도 선재(13)가, 제1 초전도 선재(11)의 단말(10a)에 있어서 충전부(9)가 형성되어 있지 않은 영역으로부터, 제2 초전도 선재(12)의 단말(10a)에 있어서 충전부(9)가 형성되어 있지 않은 영역에 걸친 길이를 갖고 있음으로써, 제1 초전도 선재(11)와 제3 초전도 선재(13)가 충전부(9)를 사이에 두지 않고 초전도층(3)측의 면끼리가 대향하는 배치를 취할 수 있음과 아울러, 제2 초전도 선재(12)와 제3 초전도 선재(13)가 충전부(9)를 사이에 두지 않고 초전도층(3)측의 면끼리가 대향하는 배치를 취할 수 있으므로, 각 초전도 선재에 걸친 전류 경로를 적절하게 확보할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 초전도 선재의 접속 구조이면, 안정된 초전도 성능을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같이, 제3 초전도 선재(13)의 양단부의 단말(10a)에 충전부(9)를 형성해도 된다. 제3 초전도 선재(13)의 양단부의 단말(10a)에 대해서도 마찬가지로 충전부(9)를 형성함으로써, 초전도 선재의 접속 개소에 있어서의 초전도층(3)의 열화를 더 효과적으로 억제할 수 있어, 초전도 성능이 우수한 초전도 선재의 접속 구조를 얻을 수 있다.
또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 제3 초전도 선재(13)의 전체를 덮도록 형성된 융착부(6)에 의해, 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)에 제3 초전도 선재(13)를 융착시켜, 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)와 제3 초전도 선재(13)를 전기적으로 접속하도록 해도 된다. 이러한 구조이면, 제3 초전도 선재(13)가 탈락되어 버리는 것을 저감시켜, 보다 견고한 접속 구조로 할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 도 2a에 도시한 바와 같이, 오목부(9a)를 형성하는 개소에 있어서 초전도 선재(10)를 절삭하는 깊이를, 초전도 선재(10)의 길이 방향을 따라 서서히 변화시켜, 곡면 형상의 노출면을 갖는 오목부(9a)를 형성했지만, 도 7a에 도시한 바와 같이, 오목부(9a)를 형성하는 개소에 있어서 초전도 선재(10)를 절삭하는 깊이를 일정하게 하여, 측면에서 보아 직사각형의 오목부(9a)를 형성해도 된다. 이와 같이 절삭 깊이를 일정하게 함으로써, 오목부(9a)의 노출면과 오목부(9a)에 충전되는 충전재의 접촉 면적이 증가하여, 충전부(9)와 초전도 선재(10)의 접착이 보다 견고해진다는 이점이 있다.
이 측면에서 보아 직사각형의 오목부(9a)에 충전재를 충전함으로써, 도 7b에 도시한 바와 같이, 직육면체 형상의 충전부(9)를 형성할 수 있다.
그리고, 도 7b에 도시하는 초전도 선재(10)에 있어서, 기판(1)과 중간층(2)과 충전부(9)가 적층되어 있는 부분을 절단함으로써, 도 8a, 도 8b에 도시한 바와 같이, 그 절단면에 기판(1)과 중간층(2)과 충전부(9)가 인접한 상태에서 노출되는 단부면(10b)을 갖는 단말(10a)을 형성할 수 있다.
또한, 도 7a에서 도시한 바와 같이, 중간층(2)을 노출시키는 깊이로 초전도 선재(10)를 절삭하는 것에 한정되지 않고, 중간층(2)과 기판(1)의 계면에 도달하는 깊이로 초전도 선재(10)를 절삭해도 되며, 이 경우, 도 8c에 도시하는 단부면(10b)을 갖는 단말(10a)을 형성할 수 있다.
또한, 기판(1)을 노출시키는 깊이로 초전도 선재(10)를 절삭해도 되며, 이 경우, 도 8d에 도시하는 단부면(10b)을 갖는 단말(10a)을 형성할 수 있다.
또한, 제3 초전도 선재(13)를 융착부(6)만으로써 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)에 접속하고, 그 접속 부분의 인장 강도를 유지하는 경우에는, 도 8b와 같이, 그 절삭 깊이를 지나치게 깊게 하지 않고 중간층(2)까지로 하는 것이 바람직하다. 금속을 함유하고 있는 충전재를 사용하여 충전부(9)를 형성하는 경우에는, 도 8c, 도 8d와 같이, 중간층(2)을 모두 제거하여 기판(1)을 노출시킴으로써, 충전부(9)의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 9a, 도 9b에 초전도 선재의 접속 구조의 다른 실시 형태를 도시한다.
이 실시 형태에서는, 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)의 기판(1)끼리를 용접 등에 의해 기계적으로 접속하고 있다. 도 9a에 도시하는 초전도 선재의 접속 구조의 경우, 기판(1)끼리가 접속용 기판(14)을 개재하여 기계적으로 접속되어 있다. 도 9b에 도시하는 초전도 선재의 접속 구조의 경우, 기판(1)끼리가 직접 기계적으로 접속되어 있다.
이와 같이, 기판(1)끼리를 기계적으로 접속함으로써, 보다 강도가 높은 접속 구조체를 제공할 수 있다. 특히 초전도 선재끼리를 접속한 후에 코일화하는 경우에는, 고강도의 접속 구조가 필요해지기 때문에, 도 9a, 도 9b에 도시하는 초전도 선재의 접속 구조가 적합하다.
도 9a에 도시하는 초전도 선재의 접속 구조는, 이하와 같이 하여 형성할 수 있다.
우선, 초전도 선재(10)의 초전도층(3)측으로부터 기판(1)이 노출되기까지, 또한 기판(1)의 일부를 절삭하여 오목부(9a)를 형성한다. 이어서, 초전도 선재(10)의 기판(1)이 노출된 오목부(9a) 부분을 절단한다. 이 공정을 2개의 초전도 선재(10)에 대하여 행함으로써, 기판(1)이 노출된 상태의 단말을 갖는 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)가 얻어진다.
또한, 초전도 선재(10)를 절단한 후, 그 절단면을 갖는 단말에 있어서의 상기 오목부에 상당하는 부분을 절삭하여 기판(1)을 노출시키고, 기판(1)이 노출된 상태의 단말을 갖는 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)를 형성해도 된다.
이어서, 기판(1)이 노출된 상태의 단말을 간격을 두고 대향시키도록, 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)를 배치하고, 접속용 기판(14)을 서로의 기판(1) 상에 걸쳐지도록 배치하고, 그 기판(1)끼리를 기계적으로 접속한다. 여기서는, 기판(1)과 접속용 기판(14)을, 예를 들어 전기 용접에 의해 기계적으로 접속한다. 또한, 접속용 기판(14)은 기판(1)과 동일한 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
이어서, 접속용 기판(14) 상에 충전재를 유입시키고 고화시켜 충전부(9)를 형성한다.
이어서, 도 4와 마찬가지로, 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)가 대향 배치되어 있는 개소의 상면에, 융착부(6)를 개재하여 제3 초전도 선재(13)를 접속한다. 이때 제3 초전도 선재(13)는 제1 초전도 선재(11) 및 제2 초전도 선재(12)의 길이 방향을 따라, 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)에 걸쳐지도록 배치되어 있다.
이와 같이 하여, 도 9a에 도시하는 초전도 선재의 접속 구조가 형성된다.
또한, 도 9a 중, 접속용 기판(14)의 하면측인 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)의 단말의 간극에는 융착부(6)를 형성하고 있지만, 충전부(9)를 형성함으로써 그 간극을 매립해도 된다. 또한, 그 간격에는 아무것도 형성하지 않고, 공간을 남기도록 해도 되지만, 기계적 강도의 관점에서, 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)의 단말의 간극에는 융착부(6) 또는 충전부(9)를 형성하는 것이 바람직하다.
도 9b에 도시하는 초전도 선재의 접속 구조는, 이하와 같이 하여 형성할 수 있다.
우선, 도 9a에 도시하는 초전도 선재의 접속 구조의 경우와 마찬가지로, 기판(1)이 노출된 상태의 단말을 갖는 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)를 형성한다.
이어서, 한쪽 초전도 선재, 여기서는 제1 초전도 선재(11)의 기판(1) 아래의 안정화층(5)을 깎아낸다.
이어서, 제1 초전도 선재(11)의 기판(1)을 제2 초전도 선재(12)의 기판(1) 상에 중첩시키고, 그 기판(1)끼리를 기계적으로 접속한다. 여기서는, 기판(1)끼리를 직접 전기 용접에 의해 기계적으로 접속한다.
이어서, 기판(1) 상에 충전재를 유입시키고 고화시켜 충전부(9)를 형성한다.
이어서, 도 4와 마찬가지로, 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)가 대향 배치되어 있는 개소의 상면에, 융착부(6)를 개재하여 제3 초전도 선재(13)를 접속한다. 이때 제3 초전도 선재(13)는 제1 초전도 선재(11) 및 제2 초전도 선재(12)의 길이 방향을 따라, 제1 초전도 선재(11)와 제2 초전도 선재(12)에 걸쳐지도록 배치되어 있다.
이와 같이 하여, 도 9b에 도시하는 초전도 선재의 접속 구조가 형성된다.
또한, 도 9b 중, 기판(1)을 중첩시킨 개소에 있어서의 안정화층(5)의 단차 부분의 공간에는 융착부(6)를 형성하고 있지만, 충전부(9)를 형성함으로써 그 공간을 매립해도 된다. 또한, 그 단차 부분에는 아무것도 형성하지 않고, 공간을 남기도록 해도 되지만, 기계적 강도의 관점에서, 단차 부분에는 융착부(6) 또는 충전부(9)를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 도 9a, 도 9b에 도시하는 초전도 선재의 접속 구조의 경우, 기판(1)의 일부를 절삭하는 공정에 있어서, 기판(1)의 두께를 절반 정도로 하는 절삭을 행하는 것이 바람직하다.
기판(1)의 두께를 절반 정도로 하는 절삭을 행함으로써, 기판(1) 부분의 강도를 유지하면서, 그 절삭한 공간 내에서 기판(1)끼리의 접속을 적절하게 행할 수 있어, 제3 초전도 선재(13)를 배치하는 면을 평탄하게 할 수 있다.
또한, 이상의 실시 형태에 있어서는, 기판(1)의 한쪽 면측에만 초전도층(3)이 형성된 초전도 선재(10)를 예로 들어 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(1)의 양면측에 초전도층(3)이 형성된 초전도 선재이더라도, 마찬가지의 접속 구조를 취할 수 있어, 안정된 초전도 성능이 얻어진다.
또한, 그 밖의 구체적인 세부 구조 등에 대해서도 적절하게 변경 가능한 것은 물론이다.
<산업상 이용가능성>
본 발명은 이상과 같이 구성되어 있으므로, 초전도 선재, 초전도 선재의 접속 구조, 초전도 선재의 접속 방법, 초전도 선재의 단말 처리 방법으로서 초전도 선을 접속하는 기술에 이용할 수 있다.
1: 기판
2: 중간층
3: 초전도층
4: 보호층
5: 안정화층
6: 융착부
9: 충전부
9a: 오목부
10: 초전도 선재
10a: 단말
10b: 단부면
11: 제1 초전도 선재
12: 제2 초전도 선재
13: 제3 초전도 선재
14: 접속용 기판
2: 중간층
3: 초전도층
4: 보호층
5: 안정화층
6: 융착부
9: 충전부
9a: 오목부
10: 초전도 선재
10a: 단말
10b: 단부면
11: 제1 초전도 선재
12: 제2 초전도 선재
13: 제3 초전도 선재
14: 접속용 기판
Claims (13)
- 기판 상에 초전도층을 갖는 초전도 선재끼리가 접속된 초전도 선재의 접속 구조이며,
적어도 상기 초전도층이 제거된 오목부와, 상기 오목부에 충전재가 충전된 충전부가 형성된 단말(terminal)을 갖는 제1 초전도 선재와 제2 초전도 선재가, 상기 단말끼리가 대향하도록 배치되어 있고,
상기 제1 초전도 선재와 상기 제2 초전도 선재의 양쪽에 접속된 제3 초전도 선재를 구비하는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 접속 구조. - 제1항에 있어서, 상기 제3 초전도 선재는, 상기 충전재보다 낮은 융점의 재료로 이루어지는 융착부에 의해, 상기 제1 초전도 선재와 상기 제2 초전도 선재에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 접속 구조.
- 제2항에 있어서, 상기 제3 초전도 선재의 초전도층과, 상기 제1 초전도 선재 및 상기 제2 초전도 선재의 초전도층이 상기 융착부를 개재하여 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 접속 구조.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판끼리가 용접에 의해 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 접속 구조.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 초전도 선재는, 상기 기판의 한쪽 면측에만 상기 초전도층이 형성되어 있고,
상기 제3 초전도 선재와 상기 제1 초전도 선재, 및 상기 제3 초전도 선재와 상기 제2 초전도 선재는, 각각 상기 초전도층이 형성된 측의 면끼리 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 접속 구조. - 기판 상에 초전도층을 갖는 테이프 형상의 초전도 선재이며,
적어도 상기 초전도층이 그의 폭 방향에 있어서 모두 제거된 오목부를 길이 방향에 있어서 부분적으로 갖고,
상기 오목부에 충전재가 충전된 충전부를 갖는 것을 특징으로 하는 초전도 선재. - 제6항에 있어서, 상기 기판과 상기 초전도층 사이에 중간층을 갖고, 상기 오목부에 있어서 상기 중간층의 적어도 일부가 제거되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 선재.
- 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 오목부의 일부가 당해 초전도 선재의 단말에 형성되어 있고, 상기 단말의 단부면에는 상기 충전부와 상기 기판의 계면이 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 선재.
- 제8항에 있어서, 상기 단말에는, 상기 충전재보다 낮은 융점의 재료로 이루어지는 융착부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 선재.
- 기판 상에 초전도층을 갖는 초전도 선재끼리를 접속하는 초전도 선재의 접속 방법이며,
상기 초전도층이 제거된 오목부와, 상기 오목부에 충전재가 충전된 충전부가 형성되어 있는 단말을 갖는 제1 초전도 선재와 제2 초전도 선재를, 상기 단말끼리를 대향시킴과 아울러,
상기 제1 초전도 선재와 상기 제2 초전도 선재에 제3 초전도 선재를 걸쳐서 접속하는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 접속 방법. - 제10항에 있어서, 상기 초전도 선재는, 상기 기판의 한쪽 면측에만 상기 초전도층이 형성되어 있고,
상기 제1 초전도 선재 및 상기 제2 초전도 선재에 상기 제3 초전도 선재를 걸침과 아울러, 상기 제3 초전도 선재와 상기 제1 초전도 선재, 및 상기 제3 초전도 선재와 상기 제2 초전도 선재를, 각각 상기 초전도층이 형성된 측의 면을 대향시켜 접속하는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 접속 방법. - 기판 상에 초전도층을 갖는 초전도 선재의 단말 처리 방법이며,
적어도 상기 초전도층을 제거하여 오목부를 형성하는 공정과,
상기 오목부에 충전재를 충전하여 충전부를 형성하는 공정과,
상기 기판과 상기 충전부가 적층되어 있고, 상기 기판과 상기 충전부 사이에 상기 초전도층이 개재되지 않은 부분을 절단하는 공정
을 구비하는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 단말 처리 방법. - 제12항에 있어서, 상기 기판과 상기 초전도층 사이에 중간층이 형성되어 있고,
상기 오목부에 있어서, 상기 중간층의 적어도 일부가 제거되어 있는 것을 특징으로 하는 초전도 선재의 단말 처리 방법.
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