WO2014104333A1 - 酸化物超電導線材の接続構造体およびその製造方法と超電導機器 - Google Patents

酸化物超電導線材の接続構造体およびその製造方法と超電導機器 Download PDF

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oxide superconducting
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輝 日高
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株式会社フジクラ
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    • H01R4/58—Electrically-conductive connections between two or more conductive members in direct contact, i.e. touching one another; Means for effecting or maintaining such contact; Electrically-conductive connections having two or more spaced connecting locations for conductors and using contact members penetrating insulation characterised by the form or material of the contacting members
    • H01R4/68—Connections to or between superconductive connectors
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    • H—ELECTRICITY
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Definitions

  • the present invention relates to an oxide superconducting wire connection structure, a manufacturing method thereof, and a superconducting device.
  • Superconducting devices such as cables, coils, motors, and magnets using oxide superconductors, which are low-loss conductive materials, have been developed.
  • oxide superconductors such as RE-123 series (REBa 2 Cu 3 O 7-x : RE is a rare earth element including Y and Gd) are known.
  • RE-123 oxide superconductor exhibits superconducting properties near liquid nitrogen temperature and can maintain an excellent critical current density even in a strong magnetic field, and is expected as a practically promising conductive material.
  • the oxide superconductor processed into a wire is used as a conductor or a coil.
  • an oxide superconducting layer is formed on a metal substrate through an alignment layer having good crystal orientation.
  • an oxide superconducting wire can be obtained by forming a protective layer and a stabilizing layer so as to cover the oxide superconducting layer.
  • Patent Document 1 discloses an oxide superconducting wire in which the width of a tape-shaped oxide superconducting wire terminal is reduced as it approaches the terminal, the terminal portions are overlapped with each other, and joined by a brazing material. Has been. Thereby, the amount of distortion can be reduced when bending acts on the brazed portion.
  • the joining portion using the brazing material is thick and hard. Therefore, when bending is applied to the oxide superconducting wire, the load is concentrated at the connection portion, and a local load is applied to the oxide superconducting layer, and the characteristics of the oxide superconducting wire are deteriorated.
  • the brazed part is harder than the surrounding part, if bending stress is applied, unless the hard brazed part is bent, the stress acts on the oxide superconducting wire located at the end of the brazed part, Alternatively, the corner portion of the hard brazed portion is pressed against the oxide superconducting wire, and stress acts.
  • the RE-123-based oxide superconducting wire has a tape shape, and the oxide superconducting layer provided inside is a thin film having a thickness of about 1 to 3 ⁇ m. Therefore, when stress is applied from a thick and hard brazed portion like a wire joint portion, a local stress load is likely to be applied to the oxide superconducting layer.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and it is easy to suppress deterioration of superconducting characteristics even when bending is applied to the connecting portion of the connecting structure of the oxide superconducting wire.
  • an oxide superconducting wire connection structure capable of improving the protection performance, a superconducting device including the same, and a method for manufacturing the oxide superconducting wire connection structure.
  • the connection structure of the oxide superconducting wire according to the first aspect of the present invention includes a tape-like base material, an intermediate layer laminated on the base material, an oxide superconducting layer laminated on the intermediate layer, and an oxidation A first oxide superconducting wire having a superconducting laminate including a first protective layer laminated on the superconducting layer, and a first stabilizing material covering at least a part of the superconducting laminate, and a tape A superconducting laminate comprising: a shaped substrate; an intermediate layer laminated on the substrate; an oxide superconducting layer laminated on the intermediate layer; and a second protective layer laminated on the oxide superconducting layer; A second oxide superconducting wire having a second stabilizing material covering at least a part of the superconducting laminate.
  • first stabilizing material a surface facing the first protective layer is plated, and a first connection layer connecting the first stabilizing material and the first protective layer, and a first protection A surface opposite to the surface facing the layer is plated to form a second connection layer, and a surface facing the second protective layer is plated on the second stabilizing material to provide a second stabilization.
  • a third connection layer that connects the material and the second protective layer is formed. Furthermore, the first stabilizing material and the second stabilizing material are arranged to face each other, and the first oxide superconducting wire and the second oxide superconducting wire are connected by the second connection layer. Yes.
  • the surface on the protective layer side is plated, and at least one stabilizing material is plated on both surfaces.
  • Each plating layer is formed by this plating, and each oxide superconducting wire is connected by one of these connection layers.
  • the thickness of the connection layer can be controlled relatively freely when compared with the case where direct soldering is performed manually at the time of forming the connection layer, and the thickness can withstand bending stress. Therefore, it is possible to obtain an oxide superconducting wire connecting structure in which superconducting characteristics are hardly deteriorated even when bending is applied to the connecting portion.
  • the thickness of the second connection layer may be 20 ⁇ m or less.
  • the melt-integrated portion can be deformed while having an appropriate followability to bending. Accordingly, since the load acting on the oxide superconducting layer around the connecting portion of the oxide superconducting wire is reduced, deterioration of the superconducting characteristics can be suppressed.
  • a surface opposite to the surface facing the second protective layer is plated to form a fourth connection layer, and the second connection layer and the fourth connection layer
  • the first oxide superconducting wire and the second oxide superconducting wire are preferably connected.
  • each oxide superconducting wire is connected to the connection portion where the respective stabilizing materials are stacked.
  • the total thickness of the second connection layer and the fourth connection layer is preferably 40 ⁇ m or less. In this case, the melt-integrated portion can be deformed while having an appropriate followability to bending. Accordingly, since the load acting on the oxide superconducting layer around the connecting portion of the oxide superconducting wire is reduced, deterioration of the superconducting characteristics can be suppressed.
  • the superconducting device it is preferable to include a connection structure of the oxide superconducting wire.
  • the second aspect it is possible to provide a highly reliable superconducting device having an oxide superconducting wire that is unlikely to cause deterioration of superconducting characteristics even when bending is applied to a connection portion. Therefore, since the protection performance of the superconducting device against bending is improved, it is possible to provide a superconducting device having higher reliability than before.
  • the manufacturing method of the connection structure of the oxide superconducting wire according to the third aspect of the present invention includes a tape-shaped base material, an intermediate layer laminated on the base material, an oxide superconducting layer laminated on the intermediate layer, And a first superconducting laminate including a first protective layer laminated on the oxide superconducting layer, and a first stabilizing material covering at least a part of the superconducting laminate.
  • An oxide superconducting wire connecting structure comprising: a laminated body; and a second oxide superconducting wire having a second stabilizing material covering at least a part of the superconducting laminated body.
  • the first connection layer that connects the first stabilizing material and the first protective layer by plating the surface facing the first protective layer, and the first The surface opposite to the surface facing the protective layer is plated to form a second connection layer, and the surface facing the second protective layer is plated on the second stabilizing material, Forming a third connection layer connecting the stabilizing material and the second protective layer. Further, the first stabilizing material and the second stabilizing material are arranged to face each other, and the first oxide superconducting wire and the second oxide superconducting wire are connected by the second connection layer.
  • the two stabilizing materials used for connection are plated on the surface on the protective layer side, and at least one stabilizing material is plated on both sides.
  • the respective connection layers are formed by this plating, and the respective oxide superconducting wires are connected by these connection layers and the stabilizing material is adhered to the protective layer.
  • the thickness of the connection layer can be controlled relatively freely and compared to the case where direct manual soldering is performed, and the thickness can withstand bending stress. Therefore, even when bending is applied to the connecting portion, the portion where stress is concentrated on both sides of the stabilizing material can be reduced, and thus a connection structure of an oxide superconducting wire that hardly causes deterioration of superconducting characteristics is manufactured. be able to.
  • the thickness of the second connection layer is 20 ⁇ m or less.
  • the melt-integrated portion can be deformed while having an appropriate followability to bending. Therefore, since the load acting on the oxide superconducting layer around the connecting portion of the oxide superconducting wire is reduced, it is possible to manufacture the connection structure of the oxide superconducting wire while suppressing deterioration of the superconducting characteristics. it can.
  • a surface opposite to the surface facing the second protective layer is plated to form a fourth connection layer, and the second connection layer and the fourth connection layer It is preferable to connect the first oxide superconducting wire and the second oxide superconducting wire.
  • the connecting layer of each oxide superconducting wire is connected to the connection portion where each stabilizing material is stacked.
  • the total thickness of the second connection layer and the fourth connection layer is 40 ⁇ m or less.
  • deterioration of superconducting characteristics can be suppressed even when bending is applied to the connecting portion of the connecting structure of the oxide superconducting wire, and the protection performance of the oxide superconducting layer is improved. be able to.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the partial cross section of the example structure of the oxide superconducting wire applied to the connection structure which concerns on this invention. It is sectional drawing which shows one Embodiment of the connection structure to which the oxide superconducting wire shown in FIG. 1 is applied. It is a block diagram which shows an example of the apparatus which manufactures the oxide superconducting wire shown in FIG. It is sectional drawing which shows one Embodiment of the connection structure to which the oxide superconducting wire of a structure different from FIG. 1 is applied.
  • FIG. 3 is a perspective view showing an example of an oxide superconducting cable to which the connection structure shown in FIG. 2 is applied.
  • FIG. 2 It is a perspective view which shows an example of the module for oxide superconducting fault current limiters to which the connection structure shown in FIG. 2 is applied. It is a perspective view which shows the partial cross section of an example of the superconducting motor provided with an example of the oxide superconducting coil to which the connection structure shown in FIG. 2 is applied. It is the schematic which shows the partial cross section of the superconducting motor shown to FIG. 7A. It is a perspective view of the lamination
  • the oxide superconducting wire 1 (first oxide superconducting wire, second oxide superconducting wire) applied to the connection structure of the first embodiment has the following configuration. . That is, the intermediate layer 5, the oxide superconducting layer 6, and the protective layer 7 (first protective layer and second protective layer) are laminated in this order on one surface (main surface) of the substrate 2 to form the superconducting laminate 9. Further, a metal having a connection layer 3a (first connection layer, third connection layer) and a connection layer 3b (second connection layer, fourth connection layer) around the superconducting laminate 9 It is covered with a stabilizing material 8 (first stabilizing material, second stabilizing material).
  • the base material 2 is preferably in the form of a tape, a sheet or a thin plate in order to make a long superconducting wire having flexibility.
  • the material used for the substrate 2 is preferably a material having a metal having a relatively high mechanical strength, heat resistance, and easy to process into a wire. Examples thereof include various heat-resistant metal materials such as nickel alloys such as stainless steel and hastelloy, or materials in which ceramics are arranged on these various metal materials. Among these, a commercially available product is preferably Hastelloy (trade name, manufactured by Haynes, USA), which is known as a kind of Ni alloy.
  • Hastelloy types include Hastelloy B, C, G, N, W, etc., which have different component amounts such as molybdenum, chromium, iron, cobalt, etc., and any type can be used in this embodiment.
  • the thickness of the substrate 2 may be appropriately adjusted according to the purpose of use, and is usually 10 to 500 ⁇ m, preferably 20 to 200 ⁇ m.
  • the base material 2 an oriented Ni—W alloy tape base material in which a texture is introduced into a nickel alloy can be used as the base material 2.
  • the intermediate layer 5 there is a structure in which an underlayer composed of a diffusion prevention layer or a bed layer, an alignment layer, and a cap layer are laminated in this order.
  • the diffusion preventing layer is heated, so that a part of the constituent elements of the substrate 2 is diffused by heating, Mixing into the oxide superconducting layer 6 as an impurity is suppressed.
  • a specific example of the diffusion preventing layer is not particularly limited as long as it can exhibit the above function.
  • the bed layer is used to suppress the reaction of constituent elements at the interface between the substrate 2 and the oxide superconducting layer 6 and to improve the orientation of the layer provided on the bed layer.
  • the specific structure of the bed layer is not particularly limited as long as it can exhibit the above functions, but Y 2 O 3 , CeO 2 , La 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Er 2 O, which have high heat resistance. 3 , a single layer structure or a multilayer structure composed of rare earth oxides such as Eu 2 O 3 and Ho 2 O 3 is desirable. Both the diffusion preventing layer and the bed layer may be provided, or only one of them may be provided.
  • the alignment layer controls, for example, the crystal orientation of the cap layer and the oxide superconducting layer 6 formed on the alignment layer, and suppresses the constituent elements of the base material 2 from diffusing into the oxide superconducting layer 6.
  • the difference in physical properties such as the coefficient of thermal expansion and lattice constant between the material 2 and the oxide superconducting layer 6 is alleviated.
  • the constituent material of the alignment layer is not particularly limited as long as it can exhibit the above functions. However, when a metal oxide such as Gd 2 Zr 2 O 7 , MgO, or ZrO 2 —Y 2 O 3 (YSZ) is used, crystal orientation in an ion beam assisted deposition method (hereinafter referred to as IBAD method) described later.
  • IBAD method ion beam assisted deposition method
  • the full width at half maximum ⁇ which is an index of the in-plane orientation degree by X-ray diffraction, can be 15 ° or less, preferably 10 ° or less.
  • the cap layer controls the crystal orientation of the oxide superconducting layer 6 to be equal to or higher than that of the oriented layer to diffuse the elements constituting the oxide superconducting layer 6 to the intermediate layer side, or to stack the oxide superconducting layer 6.
  • the reaction between the gas sometimes used and the intermediate layer 5 is suppressed.
  • the constituent material of a cap layer will not be specifically limited if the said function can be expressed.
  • metal oxides such as CeO 2 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , Gd 2 O 3 , ZrO 2 , Ho 2 O 3 , Nd 2 O 3 , Zr 2 O 3 , and LMnO 3 are oxide superconducting layers. It is preferable from the lattice matching with 6.
  • the cap layer may include a Ce—M—O-based oxide in which part of Ce is substituted with another metal atom or metal ion.
  • the full width at half maximum ⁇ which is an index of the in-plane orientation of the cap layer, is preferably 4.5 ° or less, for example, 1 to 4.5 °.
  • the layer thickness of the cap layer needs to be 100 nm or more, and considering the crystal orientation, a film thickness of 200 nm or more is preferable.
  • the film thickness is preferably in the range of 100 nm to 1000 nm, more preferably in the range of 200 nm to 500 nm.
  • the oxide superconducting layer 6 has a function of flowing current when in the superconducting state.
  • the material used for the oxide superconducting layer 6 can be a wide range of materials made of oxide superconductors having a generally known composition, such as copper oxides such as Y-based superconductors and Bi-based superconductors. Examples include superconductors. Examples of the composition of the Y-based superconductor include REBa 2 Cu 3 O 7-x (RE is a rare earth element such as Y, La, Nd, Sm, Er, and Gd, and x represents an oxygen deficiency).
  • Y123 (YBa 2 Cu 3 O 7-x ) and Gd123 (GdBa 2 Cu 3 O 7-x ) can be mentioned.
  • the composition of the Bi-based superconductor include Bi 2 Sr 2 Cann -1 Cu n O 4 + 2n + ⁇ (n represents the number of layers of CuO 2 and ⁇ represents excess oxygen).
  • the base material of the oxide superconductor is an insulator, an oxide superconductor having a crystal structure is obtained by incorporating oxygen by an oxygen annealing treatment described in a manufacturing method to be described later. Shows superconducting properties.
  • an orientation layer having high crystal orientation is formed by the IBAD method, a cap layer is laminated, and an oxide is formed thereon. It is preferable to form the superconducting layer 6.
  • the superconducting wire 1 exhibits excellent critical current characteristics when the superconducting wire 1 is cooled to a critical temperature or lower and energized.
  • the protective layer 7 becomes a current path that bypasses an overcurrent caused by some abnormality when the oxide superconducting wire 1 is energized, and in order to make it easy to incorporate oxygen into the oxide superconducting layer 6, it transmits oxygen during heating. Make it easier.
  • the protective layer 7 is formed from Ag or a material containing at least Ag.
  • the material for forming the protective layer 7 may be a mixture or alloy containing a noble metal such as Au or Pt, or a plurality of these may be used.
  • the metal stabilizing material 8 is provided so as to cover the peripheral surface of the superconducting laminate 9 in which the substrate 2, the intermediate layer 5, the oxide superconducting layer 6, and the protective layer 7 are laminated. Is provided.
  • the use of the metal stabilizer 8 varies depending on the use of the oxide superconducting wire 1. For example, when used for a superconducting cable, a superconducting motor or the like, it is used as a main part of a bypass that commutates an overcurrent generated when a quench occurs due to some abnormality and the oxide superconducting layer 6 transitions to a normal conducting state.
  • the material used for the metal stabilizing material 8 is made of a relatively inexpensive material such as copper, a Cu—Zn alloy (brass), a Cu alloy such as a Cu—Ni alloy, aluminum, an aluminum alloy, and stainless steel. It is preferable to use copper, and it is preferable to use copper because it has high conductivity and is inexpensive. Further, when the oxide superconducting wire 1 is used for a superconducting fault current limiter module, the metal stabilizing material 8 is used for instantaneously suppressing an overcurrent generated when a quench occurs and a transition to a normal conducting state occurs. At this time, examples of the material used for the metal stabilizing material 8 include a high resistance metal such as a Ni-based alloy such as Ni—Cr.
  • the metal stabilizing material 8 includes a main covering portion 8 a that is deposited on the protective layer 7 and a side wall portion 8 b that is deposited on both sides of the superconducting laminate 9. , 8b and the sub-covering portion 8c attached to the back surface side of the laminate 9, in other words, the back surface side of the substrate 2, are formed so that the cross section is C-shaped.
  • the metal stabilizer 8 has a configuration in which a metal tape having a plating layer made of tin or tin alloy on the front and back surfaces is plastically processed to surround the superconducting laminate 9, and the plating layer is melted to form a connection layer.
  • connection layer 3 a provided on the inner surface side thereof, and is in close contact with the laminated body 9.
  • connection layer 3 b is deposited on the outer peripheral surface side of the metal stabilizing material 8.
  • the connection layer 3a on the inner surface side of the metal stabilizer 8 is heated and melted at one end when the metal stabilizer 8 is molded by plastic processing of the metal tape, and fills the space between the superconducting laminate 9 and the stabilizer 8. It is the layer formed in this way.
  • connection layers 3a and 3b are made of tin or a tin alloy.
  • each of the connection layers 3a and 3b is preferably 20 ⁇ m or less, and more preferably 2 to 4 ⁇ m.
  • the thickness of the connection layers 3a and 3b exceeds 20 ⁇ m, the thickness of the joint 4 including the connection layers 3b and 3b increases, and when the bending is applied to the superconducting wires 1 and 1, the joint 4 A stress is locally applied to the oxide superconducting layer 6 of the superconducting wire 1 to cause deterioration of superconducting characteristics.
  • connection layers 3a and 3b for example, lead made of an alloy containing Sn as a main component, such as Sn, Sn—Ag alloy, Sn—Bi alloy, Sn—Cu alloy, Sn—Zn alloy, etc. Examples thereof include free solder, Pb—Sn alloy solder, eutectic solder, and low temperature solder. These solders can be used alone or in combination of two or more. Further, in the present embodiment, the metal stabilizing material 8 does not completely cover the entire back surface of the base material 2, and the back surface of the base material 2 is opened with a slight gap between the end portions of the sub-coating portions 8 c and 8 c. Covering. This gap portion is covered with the solder layer 11.
  • FIG. 8 a structure in which the tip portions of the sub coating portions 8c, 8c are in contact with the back surface of the substrate 2 or a structure in which a part of the tip portions of the sub coating portions 8c, 8c overlap each other may be employed. .
  • each connection layer 3b formed on the main coating portion 8a of each metal stabilizing material 8 is overlapped by a predetermined length.
  • the oxide superconducting wire 1 is connected to each other by a joint portion 4 that integrates the overlapping connection layers 3b and 3b by melting.
  • the structure provided with the joint portion 4 is prepared by preparing two oxide superconducting wires 1 having the configuration shown in FIG.
  • connection layer 3b 1 and overlapping each other with a predetermined length of the connection layer 3b, with the overlapping portion near the melting temperature of the connection layer 3b or It is obtained by heating to a melting temperature or higher, melting and integrating the connection layer at the overlapping portion, and then cooling.
  • connection layer 3b of the oxide superconducting wire 1 is formed to a thickness of 20 ⁇ m or less. For this reason, the thickness of the joint portion 4 is 40 ⁇ m or less. If the connection layer 3b is made of a plating layer, the thickness of the plating layer can be accurately controlled when the metal tape is plated. Therefore, the thickness of the connection layer 3b can also be accurately controlled. For this reason, the connection layer 3b can be reliably set to 20 ⁇ m or less. If the thickness of the connection layer 3b of each oxide superconducting wire 1 is set to 20 ⁇ m or less, the thickness of the joint 4 is not increased more than necessary when the respective oxide superconducting wires 1 are joined. Appropriate thickness can be secured.
  • the junction part 4 by a connection layer does not become thicker than necessary, the junction part 4 does not become hard too much. Accordingly, it is possible to provide an oxide superconducting wire connecting structure that can ensure appropriate flexibility in the joint portion 4 and hardly cause deterioration of superconducting characteristics due to bending.
  • the material which comprises the connection layer 3b formed in one oxide superconducting wire 1 and the material which comprises the connection layer 3b formed in the other oxide superconducting wire 1 May be the same or different.
  • both oxide superconducting wires are connected to the connecting portions where the respective metal stabilizing materials 8 are stacked. Since one connection layer exists, a sufficient connection layer region can be secured, and a structure that can be more easily connected can be provided.
  • FIG. 3 shows an example of an apparatus for manufacturing the oxide superconducting wire 1.
  • the manufacturing apparatus 10 of this example places a wide metal tape 8A for forming the stabilizing material 8 along the tape-shaped superconducting laminate 9 having the above-described laminated structure, and folds the metal tape 8A into a C-shape.
  • a bending mechanism 12, a heating mechanism 13, and a pressure roll 14 for forming the stabilizing material 8 are provided.
  • a tape-shaped superconducting laminate 9 is wound around the first delivery reel 15A, and a metal tape 8A wider than the superconducting laminate 9 is wrapped around the second delivery reel 15B.
  • the metal tape 8A is placed along the superconducting laminate 9 fed from the first delivery reel 15A by the conductor running mechanism 26 and the transport roller 27.
  • the wide metal tape 8A along the superconducting laminate 9 is formed by the laminating mechanism 28 and the bending mechanism 12 so as to have a C-shaped cross section, and encloses the outer periphery of the superconducting laminate 9. It is plastically processed.
  • connection layers 3a and 3b are melted.
  • soldering can be performed while adjusting the shape of the metal tape as the stabilizing material 8.
  • a structure in which the periphery of the superconducting laminate 9 is covered with the stabilizing material 8 is obtained by pulling out the superconducting laminate 9 surrounded by the metal stabilizing material 8 from the pressure roll 14 and winding it on the winding roll 15C. It is done. That is, the oxide superconducting wire 1 having a cross-sectional shape shown in FIG. 1 in which the space between the superconducting laminate 9 and the stabilizing material 8 is filled with the connection layer 3a can be obtained.
  • the thickness of the connection layer 3a on the inner surface of the metal stabilizing material 8 in the oxide superconducting wire 1 is set to 20 ⁇ m or less, the oxide superconducting wire 1 is stabilized by the heating mechanism 13 and the pressure roll 14 in the manufacturing process of the oxide superconducting wire 1
  • the stabilizing material 8 can be formed without leaking the material constituting the connection layer to the outside. If the material constituting the connection layer leaks to the outside of the pressure roll 14, the leaked connection layer material may adhere to the outer surface of the metal stabilizing material 8, resulting in poor appearance of the oxide superconducting wire 1. .
  • FIG. 4 shows a second embodiment of a connection structure of oxide superconducting wires.
  • the intermediate layer 5, the oxide superconducting layer 6, and the protective layer 7 are laminated in this order on one surface (surface) of the substrate 2.
  • the oxide superconducting wires 1A and 1A on which the metal stabilizing material 80 made of a metal tape having the same width as that of the protective layer 7 is adhered on the protective layer 7 are joined to form the connection structure B.
  • the metal stabilizing material 80 is formed on the protective layer 7 through a connection layer 80a made of a tin or tin alloy plating layer formed on the inner surface of the metal tape with a metal tape having the same width as the protective layer 7. It is attached.
  • a connection layer 80b made of a tin or tin alloy plating layer is formed on the surface of the metal stabilizing material 80.
  • the metal stabilizing material 80 is attached to the surface of the protective layer 7 via the connection layer 80a. Further, the connection layers 80b are overlapped with each other by a predetermined length, and the overlapping portions of the connection layers 80b are integrated by melting to form the joint 24, thereby connecting the oxide superconducting wires 1A to each other. .
  • connection structure B shown in FIG. 4 the thickness of the connection layers 80 a and 80 b on the inner and outer surfaces of the metal stabilizing material 80 is 20 ⁇ m or less, like the connection structure A described based on FIG. 2.
  • the manufacturing apparatus 10 shown in FIG. 3 is used in the manufacturing process of the oxide superconducting wire 1A, the superconducting laminate 9 of the superconducting laminate 9 is pressed and heated by the heating mechanism 13 and the pressure roll 14 while the stabilizer 80 is pressed and heated.
  • the stabilizer 80 can be molded without causing the material constituting the connection layer to leak out.
  • the metal stabilizing material 80 is a simple planar tape shape, and therefore it is not necessary to be bent by the bending mechanism 13 in the manufacturing apparatus 10 shown in FIG. Therefore, the oxide superconducting wire 1A can be manufactured by a manufacturing apparatus that omits the bending mechanism 13.
  • the thickness of the connection layer 80 b on the outer surface of the metal stabilizing material 80 is 20 ⁇ m or less, like the connection structure A described with reference to FIG. 2.
  • the oxide superconducting wire connecting structures A and B shown in FIGS. 2 and 4 can be applied to the high-temperature superconducting cable 16 illustrated in FIG. 5, for example.
  • a superconducting layer 18 is formed by arranging a plurality of layers of the oxide superconducting wire 1 or the oxide superconducting wire 1A in a winding shape on the outer periphery of a former 17 provided at the center.
  • An insulating layer 19, a superconducting shield layer 20, and a protective layer 21 are formed on the outer periphery to constitute a core cable 22.
  • the core cable 22 is accommodated in the heat insulation pipe 23 with a gap for refrigerant circulation.
  • the heat insulation pipe 23 has a double pipe structure including, for example, an inner pipe 23a and an outer pipe 23b, and a vacuum heat insulation layer 23c is formed between the inner pipe 23a and the outer pipe 23b.
  • the superconducting shield layer 20 is configured by arranging the oxide superconducting conductor 1 or the oxide superconducting wire 1A in a multi-layer winding shape. Such a high temperature superconducting cable 16 is produced as a long cable. Therefore, the oxide superconducting wire 1, 1A that forms the superconducting layer 18 or the oxide superconducting wire 1, 1A that constitutes the superconducting shield layer 20 needs to be connected to the oxide superconducting wire of another superconducting cable. Become. In that case, the connection structure shown in FIG. 2 or 4 is applied.
  • FIG. 6 shows a superconducting fault current limiter 99 using the connection structures A and B of the oxide superconducting wire.
  • the oxide superconducting wire is wound around the winding drum over a plurality of layers to constitute a superconducting current limiting module 90.
  • the superconducting fault current limiter module 90 is stored in a liquid nitrogen container 95 filled with liquid nitrogen 98.
  • the liquid nitrogen container 95 is stored inside a vacuum container 96 that blocks heat from the outside.
  • a liquid nitrogen filling part 91 and a refrigerator 93 are provided on the upper part of the liquid nitrogen container 95. Below the refrigerator 93, a thermal anchor 92 and a hot plate 97 are provided.
  • the superconducting current limiter 99 has a current lead portion 94 for connecting the superconducting current limiter module 90 and an external power source (not shown).
  • the oxide superconducting wire connecting structures A and B shown in FIGS. 2 and 4 are applied to, for example, a superconducting motor (superconducting device) 30 having the structure shown in FIGS. 7A and 7B.
  • the superconducting motor 30 includes a shaft-shaped rotor 32 that is rotatably supported inside a cylindrical sealed horizontal container 31 so that a cooling gas such as helium gas can be supplied to the container 31. It is configured.
  • a plurality of superconducting coils 35 are attached around the shaft.
  • a plurality of normal conducting coils 36 made of a copper coil supported on the inner wall of the container 31 are arranged.
  • a plurality of pipes for allowing the cooling gas to flow in or out are provided inside the rotating shaft 33. Further, a cooling gas is introduced into the container 31 from a refrigerant supply device (not shown) provided separately outside, and the superconducting coil 35 can be cooled below the critical temperature by the cooling gas. The superconducting coil 35 is cooled below the critical temperature, but the normal conducting coil 36 is configured as a normal temperature part.
  • the superconducting motor 30 is provided with a plurality of superconducting coils 35, which need to be electrically connected to each other. Therefore, a plurality of oxide superconducting wires constituting each superconducting coil 35 can be connected by the connection structure shown in FIG. As shown in FIGS. 7A and 7B, when the superconducting coil 35 disposed around the rotating shaft 33 is a laminated type, the connection structure of the superconducting wire for constituting the superconducting coil 35 is shown in FIGS. The connection structure shown can be applied.
  • the superconducting motor 30 is used by introducing a cooling gas into the container 31 and cooling the superconducting coil 35 below the critical temperature with the cooling gas.
  • a necessary current is separately supplied to the normal conducting coil 36 from a power supply (not shown), and a necessary current is separately supplied to the superconducting coil 35 from a power supply (not shown).
  • the rotating shaft 33 can be rotated with the rotational force resulting from the magnetic field which the coil of the superconducting coils 35 and 36 produces
  • connection structure of the oxide superconducting wire shown in FIGS. 2 and 4 can be applied to, for example, the laminated superconducting magnet 40 shown in FIG. 8A.
  • the example of FIG. 8A shows a configuration in which eight pancake coils 41 are stacked. Each pancake coil 41 is formed by winding the oxide superconducting wire 1 or the oxide superconducting wire 1A in a pancake coil shape.
  • the connection structure shown in FIGS. 2 and 4 can be applied.
  • both surfaces are plated to form a connection layer, respectively, and connected to the protective layer.
  • An example is shown in which the oxide superconducting wire is connected by a connection layer formed on the surface opposite to the side to be connected.
  • a configuration may be adopted in which both surfaces of one stabilizing material are plated, and only one surface on the side connected to the protective layer is plated on the other stabilizing material to form a connection layer. In this case, the oxide superconducting wire is connected only by the connection layer of one stabilizing material.
  • a plurality of tape-shaped base materials having a width of 10 mm, a thickness of 0.1 mm, and a length of 10 m made of Hastelloy (trade name Hastelloy C-276, manufactured by Haynes, USA) were prepared.
  • a diffusion prevention layer having a thickness of 100 nm made of Al 2 O 3 was formed on the plurality of substrates by ion beam sputtering.
  • a 20 nm-thick bed layer made of Y 2 O 3 was formed by ion beam sputtering.
  • an alignment layer having a thickness of 10 nm made of MgO was formed on the bed layer by IBAD.
  • a 400 nm thick cap layer made of CeO 2 is formed by the PLD method (pulse laser deposition method), and then the thickness of 1 ⁇ m of the composition represented by YBa 2 Cu 3 O 7-x is formed by the PLD method.
  • An oxide superconducting layer was formed.
  • an Ag protective layer having a thickness of 10 ⁇ m was formed by sputtering to obtain a superconducting laminate. The superconducting laminate was subjected to oxygen annealing at 500 ° C. to supply oxygen to the oxide superconducting layer.
  • a 20 ⁇ m thick metal tape made of Cu having a width of 20 mm and a length of 10 m was coated with a 2 ⁇ m thick tin plating layer by a dipping method to produce a metal tape with a double-sided plating layer.
  • the superconducting laminate obtained by the above steps and the metal tape with the plating layer were supplied to the manufacturing apparatus 10 having the configuration shown in FIG. 3, and the periphery of the superconducting laminate was covered with the metal tape with the plating layer.
  • the manufacturing apparatus 10 shown in FIG. 3 it shape
  • FIG. 1 an oxide superconducting wire having a structure in which the periphery of the superconducting laminate was covered with the metal tape stabilizer via the connection layer in which the plating layer was melted was obtained.
  • the heating temperature by the heating mechanism 13 is 250 ° C.
  • a roll pressure applied by the pressure roll is 5 kg / mm 2
  • Two 1-meter-long superconducting wires were cut out from the obtained oxide superconducting wire.
  • the critical current value (Ic 0 ) was 200 A.
  • the ends of the terminals of the two oxide superconducting wires were overlapped with the ends being 4 cm in length in opposite directions. That is, the 4 cm long region of each stabilizing material on the protective layer of each oxide superconducting wire was overlaid. Thereafter, the overlapped portion was heated to 250 ° C. with a soldering iron to melt the solder layer present in the overlapped portion, and an oxide superconducting wire was joined as a connection layer. As a result of this joining operation, the superposed joining portion of the oxide superconducting wire became 0.36 mm (360 ⁇ m) in thickness.
  • the superconducting property at 77K was measured by immersing in liquid nitrogen including the joining part, and the critical current value (Ic) showed 200A.
  • This value is an effective value as a structure in which the respective oxide superconducting wires are joined.
  • the oxide superconducting wire when manufacturing the oxide superconducting wire by the manufacturing apparatus shown in FIG. 3, the oxide superconducting wire was manufactured in the same manner using a metal tape provided with a tin plating layer only on one side instead of having a double-sided tin plating layer.
  • the metal stabilizing material is formed from the metal tape by the manufacturing apparatus shown in FIG. 3, the metal tape is arranged so that the tin plating layer is located on the inner surface side.
  • each end of the oxide superconducting wire manufactured as described above was turned in the reverse direction, and the 4 cm-long portion of the terminal was overlapped with the solder material interposed therebetween. That is, the 4 cm long region of each stabilizing material on the protective layer of each oxide superconducting wire was superposed, and the solder material was sandwiched between the terminals. Thereafter, the overlapped portion was heated to 250 ° C. with a soldering iron to melt the solder material present in the overlapped portion, and the oxide superconducting wire was joined. As a result of this joining operation, the total thickness of the superposed joining portion of the oxide superconducting wire became about 0.7 mm (700 ⁇ m).
  • the thickness of only the solder at the joint portion was about 340 to 360 ⁇ m, and the solder portion was formed extremely thick. Since the total thickness of the oxide superconducting wire is about 170 ⁇ m, when two layers are joined together, the connecting portion, which should have an overall thickness of about 340 ⁇ m with only the oxide superconducting wire, is about twice as thick as the thickness of the solder. It became. This is considered to be due to the fact that, in a joining method in which a solder material is melted using a soldering iron, a thick solder portion is inevitably formed due to the flow and bias of the molten solder.
  • an oxide superconducting wire comprising a connection structure of an oxide superconducting wire comprising a metal stabilizing material comprising a metal tape with a double-sided plating layer and a metal stabilizing material comprising a metal tape having a single-sided plating layer.
  • the change of the critical current value (Ic) before and after bending to a bending radius of 70 mm was measured.
  • an oxide superconducting wire having a joint is wound around a winding drum having a radius of 70 mm, immersed in liquid nitrogen, the critical current value is measured, and liquid nitrogen is kept in a straight state before bending. It was compared with the critical current value (Ic 0 ) measured by immersion in The result is shown in FIG.
  • the oxide superconducting wire connecting structure of the comparative example in which the solder layer is thick has a large deterioration rate of the critical current value after bending, and the oxide of this example in which the solder layer is thinned to 20 ⁇ m. It can be seen that the superconducting wire connection structure hardly decreases in critical current value even after bending. From this comparison, it was found that the connection structure of the oxide superconducting wire of this example is a structure that is resistant to bending.
  • oxide superconducting wires were manufactured by changing the thicknesses of the plating layers formed on both surfaces of the metal tape surrounding the superconducting laminate to the thicknesses shown in Table 1 below. Furthermore, by joining each oxide superconducting wire, the influence on the manufacturing process of the oxide superconducting wire and the influence on the connection structure of each oxide superconducting wire were investigated.
  • the thickness of the plating layer should be in the range of 2 to 20 ⁇ m. It was confirmed that.
  • deterioration of superconducting characteristics can be suppressed even when bending is applied to a connecting portion of a connecting structure of an oxide superconducting wire, and the protective performance of the oxide superconducting layer can be suppressed. Can be improved.
  • a Junction structure 1 Oxide superconducting wire 2 Base material 3a, 3b Connection layer 4 Joining part 5 Intermediate layer 6 Oxide superconducting layer 7 Protective layer 8 Stabilizing material 8a Main coating part 8b Side wall part 8c Subcoating part 8d, 8e Connection Layer 9 Superconducting laminate 12 Bending mechanism 13 Heating mechanism 14 Pressure rolls 15A, 15B Sending reel 15C Take-up reel 16 Superconducting cable 25 Current limiting module 30 Superconducting motor 40 Superconducting magnet B Joining structure 1A Oxide superconducting wire 24 Joining part 80 Metal stabilizer 80a, 80b Connection layer

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Abstract

　酸化物超電導線材の接続構造体は、第１及び第２の酸化物超電導線材を備え、第１の酸化物超電導線材の第１の安定化材において、第１の保護層に対向する面がめっきされて第１の接続層、及び、第１の保護層に対向する前記面とは反対の面がめっきされて第２の接続層が形成され、第２の酸化物超電導線材の第２の安定化材において、第２の保護層に対向する面がめっきされて第３の接続層が形成され、第１の安定化材と第２の安定化材とが対向して配置され、第２の接続層により、第１及び第２の酸化物超電導線材が接続されている。

Description

酸化物超電導線材の接続構造体およびその製造方法と超電導機器
　本発明は、酸化物超電導線材の接続構造体およびその製造方法と超電導機器に関する。
　本願は、２０１２年１２月２８日に、日本に出願された特願２０１２－２８９００４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　低損失の導電材料である酸化物超電導体を用いたケーブル、コイル、モータ、マグネットなどの超電導機器が開発されている。これら超電導機器に用いられる超電導体として、例えば、ＲＥ－１２３系（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ7－ｘ：ＲＥはＹやＧｄなどを含む希土類元素）などの酸化物超電導体が知られている。このＲＥ－１２３系の酸化物超電導体は、液体窒素温度付近で超電導特性を示し、強磁界においても優れた臨界電流密度を維持できるため、実用上有望な導電材料として期待されている。
　上記酸化物超電導体を電気機器に使用するために、一般的には、線材に加工された酸化物超電導体を導体あるいはコイルとして利用する。具体的には、金属製の基材上に、結晶配向性の良好な配向層を介して酸化物超電導層を形成する。更に、酸化物超電導層を覆うように保護層および安定化層を形成することにより、酸化物超電導線材を得ることができる。
　上記酸化物超電導線材を互いに接続するためには、それぞれの酸化物超電導線材の端部を重ね合わせ、半田などのろう材により接合する必要がある。
　一例として、例えば、テープ状の酸化物超電導線材端末の幅を端末に近づくにつれて小さくなるように加工して、端末部分を互いに重ね合わせ、ろう材により接合した酸化物超電導線材が特許文献１に記載されている。これにより、ろう付け部分に曲げが作用した場合に歪み量を低減できる。
日本国特許第４６９６４３６号公報
　しかし、特許文献１の接合技術によれば、ろう材を用いた接合部分が厚く、硬くなる。そのため、酸化物超電導線材に曲げを加えると、接続部分において負荷が集中して酸化物超電導層に局所的な負荷がかかり、酸化物超電導線材の特性が劣化する。
　例えば、ろう付け部分がその周囲の部分よりも硬い場合、曲げ応力が作用すると硬いろう付け部分が折れ曲がらない限り、ろう付け部分の端部に位置する酸化物超電導線材に応力が作用するか、または、硬いろう付け部分の隅部が酸化物超電導線材に押し付けられて、応力が作用する。ＲＥ－１２３系の酸化物超電導線材は、テープ形状であり、内部に設けられている酸化物超電導層は厚さ１～３μｍ程度の薄膜である。そのため、線材接合部のように厚く、硬いろう付け部分から応力が作用した場合、酸化物超電導層に局所的な応力負荷がかかり易い。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、酸化物超電導線材の接続構造体の接続部分に曲げが作用した場合であっても超電導特性の劣化を抑制し易く、酸化物超電導層の保護性能を向上させることが可能な酸化物超電導線材の接続構造体、それを備えた超電導機器、および酸化物超電導線材の接続構造体の製造方法を提供する。
　本発明の第一の態様に係る酸化物超電導線材の接続構造体は、テープ状の基材、基材上に積層された中間層、中間層上に積層された酸化物超電導層、及び、酸化物超電導層上に積層された第１の保護層、を含む超電導積層体と、超電導積層体の少なくとも一部を覆う第１の安定化材と、を有する第１の酸化物超電導線材と、テープ状の基材、基材上に積層された中間層、中間層上に積層された酸化物超電導層、及び、酸化物超電導層上に積層された第２の保護層、を含む超電導積層体と、超電導積層体の少なくとも一部を覆う第２の安定化材と、を有する第２の酸化物超電導線材と、を備えている。
　第１の安定化材において、第１の保護層に対向する面がめっきされて、第１の安定化材と第１の保護層とを接続する第１の接続層、及び、第１の保護層に対向する面とは反対の面がめっきされて第２の接続層が形成され、第２の安定化材において、第２の保護層に対向する面がめっきされて、第２の安定化材と第２の保護層とを接続する第３の接続層が形成されている。
　さらに、第１の安定化材と、第２の安定化材とが対向して配置され、第２の接続層により、第１の酸化物超電導線材及び第２の酸化物超電導線材が接続されている。
　上記第一の態様によれば、接続に用いる２つの安定化材において、保護層側の面がめっきされており、また少なくとも１つの安定化材は両面がめっきされている。このめっきによりそれぞれの接続層が形成され、これらの接続層のうちの１つによりそれぞれの酸化物超電導線材が接続されている。このため、接続層の形成時に、手動で直接はんだ付けをする場合と比べて、接続層の厚さを比較的自由に制御でき、曲げ応力に耐性のある厚さにできる。従って、接続部分に曲げが作用した場合であっても超電導特性が劣化し難い酸化物超電導線材の接続構造体を得ることができる。
　また、第２の接続層の厚みが２０μｍ以下であってもよい。
　この場合、溶融一体化された部分が、曲げに対して適度な追従性を有しつつ変形可能である。従って、酸化物超電導線材の接続部分からその周囲の酸化物超電導層に対して作用する負荷が低減されるため、超電導特性の劣化を抑制できる。
　さらに、第２の安定化材において、第２の保護層に対向する面とは反対の面がめっきされて第４の接続層が形成され、第２の接続層及び第４の接続層により、第１の酸化物超電導線材及び第２の酸化物超電導線材が接続されていることが好ましい。
　この場合、酸化物超電導線材の安定化材の両面に接続層を設ける構成とすると、２つの酸化物超電導線材を接続した場合、それぞれの安定化材を重ねた接続部分にそれぞれの酸化物超電導線材の接続層が存在する。従って、接続部分の領域を十分に確保することができ、より接続し易い酸化物超電導線材の接続構造を提供できる。
　また、第２の接続層及び第４の接続層の総厚が４０μｍ以下であることが好ましい。
　この場合、溶融一体化された部分が、曲げに対して適度な追従性を有しつつ変形可能である。従って、酸化物超電導線材の接続部分からその周囲の酸化物超電導層に対して作用する負荷が低減されるため、超電導特性の劣化を抑制できる。
　本発明の第二の態様に係る超電導機器においては、上記酸化物超電導線材の接続構造体を備えることが好ましい。
　上記第二の態様によれば、接続部分に曲げが作用した場合であっても超電導特性の劣化が生じ難い酸化物超電導線材を有する、信頼性の高い超電導機器を提供することができる。従って、曲げに対する超電導機器の保護性能を向上させることになるため、従来よりも高い信頼性を有する超電導機器を提供することができる。
　本発明の第三の態様に係る酸化物超電導線材の接続構造体の製造方法は、テープ状の基材、基材上に積層された中間層、中間層上に積層された酸化物超電導層、及び、酸化物超電導層上に積層された第１の保護層、を含む超電導積層体と、超電導積層体の少なくとも一部を覆う第１の安定化材と、を有する第１の酸化物超電導線材と、テープ状の基材、基材上に積層された中間層、中間層上に積層された酸化物超電導層、及び、酸化物超電導層上に積層された第２の保護層、を含む超電導積層体と、超電導積層体の少なくとも一部を覆う第２の安定化材と、を有する第２の酸化物超電導線材と、を備える酸化物超電導線材の接続構造体の製造方法である。
　第１の安定化材において、第１の保護層に対向する面をめっきして、前記第１の安定化材と前記第１の保護層とを接続する第１の接続層、及び、第１の保護層に対向する面とは反対の面をめっきして第２の接続層を形成し、第２の安定化材において、第２の保護層に対向する面をめっきして、前記第２の安定化材と前記第２の保護層とを接続する第３の接続層を形成する。
　さらに、第１の安定化材と第２の安定化材とを対向させて配置し、第２の接続層により、第１の酸化物超電導線材及び第２の酸化物超電導線材を接続させる。
　上記第三の態様によれば、接続に用いている２つの安定化材において、保護層側の面をめっきし、また少なくとも１つの安定化材においては両面をめっきする。このめっきによりそれぞれの接続層が形成され、これらの接続層によりそれぞれの酸化物超電導線材が接続されるとともに安定化材を保護層に密着させる。このため、接続層の形成時に、手動で直接はんだ付けをする場合と比べて、接続層の厚みを比較的自由に制御でき、曲げ応力に耐性のある厚さにできる。従って、接続部分に曲げが作用した場合であっても、安定化材の両面において応力が集中する部分を減らすことできるので、超電導特性の劣化が生じ難い酸化物超電導線材の接続構造体を製造することができる。
　また、第２の接続層の厚みを２０μｍ以下に形成することが好ましい。
　この場合、溶融一体化された部分が、曲げに対して適度な追従性を有しつつ変形可能である。従って、酸化物超電導線材の接続部分からその周囲の酸化物超電導層に対して作用する負荷が低減されるため、超電導特性の劣化を抑制しつつ酸化物超電導線材の接続構造体を製造することができる。
　さらに、第２の安定化材において、第２の保護層に対向する面とは反対の面をめっきして第４の接続層を形成し、第２の接続層及び第４の接続層により、第１の酸化物超電導線材及び第２の酸化物超電導線材を接続させることが好ましい。
　この場合、安定化材の両面に接続層を設けた構成の酸化物超電導線材を用いて互いを接続する場合、それぞれの安定化材を重ねた接続部分にそれぞれの酸化物超電導線材の接続層が存在する。従って、接続層部分の領域を十分に確保することができ、より接続し易い酸化物超電導線材の接続構造を製造できる。
　また、第２の接続層及び第４の接続層の総厚を４０μｍ以下に形成することが好ましい。
　この場合、溶融一体化された部分が、曲げに対して適度な追従性を有しつつ変形可能である。従って、酸化物超電導線材の接続部分からその周囲の酸化物超電導層に対して作用する負荷が低減されるため、超電導特性の劣化を抑制できる。
　上記本発明の態様によれば、酸化物超電導線材の接続構造体の接続部分に曲げが作用した場合であっても超電導特性の劣化を抑えることができ、酸化物超電導層の保護性能を向上させることができる。
本発明に係る接続構造体に適用される酸化物超電導線材の一例構造の部分断面を示す斜視図である。 図１に示す酸化物超電導線材を適用した接続構造体の一実施形態を示す断面図である。 図１に示す酸化物超電導線材を製造する装置の一例を示す構成図である。 図１と異なる構造の酸化物超電導線材を適用した接続構造体の一実施形態を示す断面図である。 図２に示す接続構造体が適用される酸化物超電導ケーブルの一例を示す斜視図である。 図２に示す接続構造体が適用される酸化物超電導限流器用モジュールの一例を示す斜視図である。 図２に示す接続構造体が適用される酸化物超電導コイルの一例を備えた超電導モータの一例の一部断面を示す斜視図である。 図７Ａに示す超電導モータの部分断面を示す略図である。 図２に示す接続構造体が適用された酸化物超電導コイルの他の例を示す積層コイルの斜視図である。 図８Ａに示す積層コイルのコイル単体の斜視図である。 実施例と比較例の接続構造体の曲げ試験結果を示すグラフである。
　以下、本発明の実施形態に係る酸化物超電導線材の接続構造体を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
　図１に示すように、第１実施形態の接続構造体に適用される酸化物超電導線材１（第１の酸化物超電導線材、第２の酸化物超電導線材）は次の構成を有している。即ち、基材２の一面（主面）上に、中間層５、酸化物超電導層６、保護層７（第１の保護層、第２の保護層）がこの順に積層されて超電導積層体９が構成され、更に、超電導積層体９の周囲は接続層３ａ（第１の接続層、第３の接続層）、接続層３ｂ（第２の接続層、第４の接続層）を備えた金属安定化材８（第１の安定化材、第２の安定化材）で覆われている。
　基材２は、可撓性を有する長尺の超電導線材とするためにテープ状、シート状あるいは薄板状であることが好ましい。また、基材２に用いられる材料は、機械的強度が比較的高く、耐熱性があり、線材に加工することが容易な金属を有している材料が好ましい。例えば、ステンレス鋼、ハステロイなどのニッケル合金などの各種耐熱性金属材料、もしくはこれら各種金属材料上にセラミックスを配した材料などが挙げられる。中でも、市販品であれば、Ｎｉ合金の１種として知られているハステロイ（商品名、米国ヘインズ社製）が好適である。ハステロイの種類には、モリブデン、クロム、鉄、コバルトなどの成分量が異なる、ハステロイＢ、Ｃ、Ｇ、Ｎ、Ｗなどが挙げられ、本実施形態ではいずれの種類も使用できる。また、基材２の厚さは、使用目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は１０～５００μｍ、好ましくは２０～２００μｍである。また、基材２として、ニッケル合金に集合組織を導入した配向Ｎｉ－Ｗ合金テープ基材などを適用することもできる。
　中間層５の一例としては、拡散防止層またはベッド層からなる下地層と、配向層と、キャップ層とがこの順に積層された構造がある。
　拡散防止層は、拡散防止層上に他の層を形成する際に加熱処理した結果、基材２および他の層が加熱されることにより、基材２の構成元素の一部が拡散し、不純物として酸化物超電導層６に混入することを抑制する。拡散防止層の具体的な例として、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されない。しかし、不純物の混入を防止する効果が比較的高いＡｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、またはＧＺＯ（Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７）などから構成される単層構造あるいは複層構造が望ましい。
　ベッド層は、基材２と酸化物超電導層６との界面における構成元素の反応を抑え、ベッド層上に設けられ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、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、耐熱性が高いＹ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｌａ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３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。拡散防止層およびベッド層は両方設けても良く、また、どちらか一方のみ設けても良い。
　配向層は、例えば、配向層上に形成されるキャップ層および酸化物超電導層６の結晶配向性を制御し、基材２の構成元素が酸化物超電導層６へ拡散することを抑制し、基材２と酸化物超電導層６との熱膨張率、格子定数などの物理的特性の差を緩和する。配向層の構成材料は、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されない。しかし、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ、ＺｒＯ２－Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）などの金属酸化物を用いると、後述するイオンビームアシスト蒸着法（以下、ＩＢＡＤ法と称する。）において、結晶配向性の高い層が得られ、キャップ層と酸化物超電導層６との結晶配向性をより良好にできるため、特に好適である。
　ＩＢＡＤ法により形成されたＭｇＯからなる配向層の一例として、Ｘ線回折による面内配向度の指標である半値全幅の値Δφとして、１５゜以下、望ましくは１０゜以下を得ることができる。
　キャップ層は、酸化物超電導層６の結晶配向性を配向層と同等ないしそれ以上強く制御し、酸化物超電導層６を構成する元素の中間層側への拡散や、酸化物超電導層６の積層時に使用するガスと中間層５との反応を抑制する。キャップ層の構成材料は、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されない。しかし、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、ＬＭｎＯ３などの金属酸化物が酸化物超電導層６との格子整合性から好適である。酸化物超電導層６との整合性から、ＣｅＯ２あるいはＬＭｎＯ３が特に好適である。ここで、キャップ層にＣｅＯ２を用いる場合、キャップ層は、Ｃｅの一部が他の金属原子または金属イオンで置換されたＣｅ－Ｍ－Ｏ系酸化物を含んでいても良い。キャップ層の結晶面内配向性の指標である半値全幅の値Δφは４．５゜以下、例えば、１～４．５゜の範囲が好ましい。また、キャップ層の層厚は、１００ｎｍ以上必要であり、結晶配向性を考慮すると２００ｎｍ以上の膜厚が好ましい。また、膜厚が厚すぎる場合は、成膜処理に時間がかかる。このため、膜厚は１００ｎｍ以上、１０００ｎｍ以下の範囲が好ましく、２００ｎｍ以上、５００ｎｍ以下の範囲がより好ましい。
　酸化物超電導層６は、超電導状態の時に電流を流す機能を有する。酸化物超電導層６に用いられる材料には、通常知られている組成の酸化物超電導体からなる材料を広く適用することができ、例えば、Ｙ系超電導体、Ｂｉ系超電導体などの銅酸化物超電導体などが挙げられる。Ｙ系超電導体の組成は、例えば、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－ｘ（ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄなどの希土類元素、ｘは酸素欠損を表す。）が挙げられ、具体的には、Ｙ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－ｘ）、Ｇｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－ｘ）が挙げられる。Ｂｉ系超電導体の組成は、例えば、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ－１ＣｕｎＯ４＋２ｎ＋δ（ｎはＣｕＯ２の層数、δは過剰酸素を表す。）が挙げられる。上記酸化物超電導体の母物質は絶縁体であるが、後述する製造方法において説明する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が得られ、この酸化物超電導体が超電導特性を示す。
　酸化物超電導層６がこのような優れた結晶配向性を示すためには、上記ＩＢＡＤ法により結晶配向性の高い配向層を成膜した上に、キャップ層を積層し、それらの上に酸化物超電導層６を成膜することが好ましい。
　このような優れた結晶配向性を有する酸化物超電導層６であれば、超電導線材１を臨界温度以下に冷却し、通電した場合、超電導線材１は優れた臨界電流特性を示す。
　保護層７は、酸化物超電導線材１への通電時、何らかの異常により発生する過電流をバイパスする電流路となり、酸化物超電導層６に酸素を取り込ませ易くするために、加熱時には酸素を透過し易くする。このため、保護層７は、Ａｇあるいは少なくともＡｇを含む材料から形成されることが好ましい。また、保護層７を形成する材料は、Ａｕ、Ｐｔなどの貴金属を含む混合物もしくは合金であっても良く、これらを複数用いても良い。
　本実施形態の酸化物超電導線材１においては、基材２、中間層５、酸化物超電導層６、及び保護層７を積層した超電導積層体９の周面を覆うように金属安定化材８が設けられている。金属安定化材８の用途は、酸化物超電導線材１の用途により異なる。例えば、超電導ケーブル、超電導モータなどに使用する場合は、何らかの異常によりクエンチが起こり、酸化物超電導層６が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用いられる。このとき、金属安定化材８に用いられる材料は、銅、Ｃｕ－Ｚｎ合金（黄銅）、Ｃｕ－Ｎｉ合金などの銅合金、アルミ、アルミ合金、ステンレスなどの比較的安価な材質からなる材料を用いることが好ましく、中でも高い導電性を有し、安価であることから銅を用いることが好ましい。また、酸化物超電導線材１を超電導限流器用モジュールに使用する場合、金属安定化材８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ために用いられる。このとき、金属安定化材８に用いられる材料は、例えば、Ｎｉ－ＣｒなどのＮｉ系合金などの高抵抗金属が挙げられる。
　本実施形態において金属安定化材８は、超電導積層体９のうち、保護層７の上に被着されている主被覆部８ａと超電導積層体９の両側部に被着されている側壁部８ｂ、８ｂと積層体９の裏面側、換言すると基材２の裏面側に被着されている副被覆部８ｃとにより、横断面がＣ字型になるように形成されている。金属安定化材８は、表裏面にスズあるいはスズ合金からなるめっき層を備えた金属テープを塑性加工して超電導積層体９を取り囲み、めっき層を溶融して接続層とする構成を有する。また、金属安定化材８はその内面側に設けられている接続層３ａを介して積層体９を取り囲み積層体９に密着されている。更に、金属安定化材８の外周面側に接続層３ｂが被着されている。金属安定化材８の内面側の接続層３ａは、金属テープを塑性加工して金属安定化材８を成形する際に一端加熱溶融されて超電導積層体９と安定化材８との間を埋めるように形成された層である。これらの接続層３ａ、３ｂはスズあるいはスズ合金からなる。
　接続層３ａ、３ｂの厚さはそれぞれ２０μｍ以下であることが好ましく、２～４μｍであることがより好ましい。接続層３ａ、３ｂの厚さが２０μｍを超えると、接続層３ｂ、３ｂを合わせた接合部４の厚さが厚くなり、超電導線材１、１に対し曲げが作用した場合、接合部４が周囲の超電導線材１の酸化物超電導層６に局部的に応力を作用させ、超電導特性劣化の原因ともなる。
　接続層３ａ、３ｂを形成するスズ合金として例えば、Ｓｎ、Ｓｎ－Ａｇ系合金、Ｓｎ－Ｂｉ系合金、Ｓｎ－Ｃｕ系合金、Ｓｎ－Ｚｎ系合金などのＳｎを主成分とする合金よりなる鉛フリー半田、Ｐｂ－Ｓｎ系合金半田、共晶半田、低温半田などが挙げられる。これらの半田を１種、または２種以上組み合わせて使用することもできる。
　また、本実施形態において金属安定化材８は、基材２の裏面全体を完全に覆ってはおらず、副被覆部８ｃ、８ｃの端部間に若干の隙間をあけて基材２の裏面を覆っている。この隙間の部分ははんだ層１１により覆われている。なお、安定化材８の副被覆部８ｃ、８ｃ間に形成されている隙間を無くした構造とすることもできる。例えば、副被覆部８ｃ、８ｃの先端部を基材２の裏面において接触させた構造、あるいは、副被覆部８ｃ、８ｃの先端部の一部が互いに重なるように配置した構造であっても良い。
　以上のように構成された２本の酸化物超電導線材１において、それぞれの端部（端末）が所定長さ重ね合わされて図２に示すように接続され、酸化物超電導線材１、１の接続構造体Ａが構成される。
　図２に示す接続構造体Ａでは、それぞれの酸化物超電導線材１において、互いの金属安定化材８の主被覆部８ａ上に形成されているそれぞれの接続層３ｂが所定長さ重ね合わされている。重ね合わされた部分の接続層３ｂ、３ｂを溶融により一体化させる接合部４により、酸化物超電導線材１が互いに接続されている。
　接合部４を備えた構造は、図１に示す構成の酸化物超電導線材１を２本用意し、互いの接続層３ｂを所定長さ重ね合わせ、重ね合わせ部分を接続層３ｂの溶融温度近傍あるいは溶融温度以上に加熱して、重ね合わせ部分の接続層を溶融して一体化させた後、冷却することで得られる。
　酸化物超電導線材１の接続層３ｂは、厚さ２０μｍ以下に形成されている。このため、接合部４の厚さは４０μｍ以下となる。めっき層による接続層３ｂならば、金属テープにめっきを施す際にめっき層の厚さを正確に制御できるので、接続層３ｂの厚さも正確に制御できる。このため、接続層３ｂを確実に２０μｍ以下にができる。各酸化物超電導線材１の接続層３ｂの厚さを２０μｍ以下にするならば、それぞれの酸化物超電導線材１を接合する際に接合部４の厚さが必要以上に厚くならないので、接合部の適切な厚さを確保できる。
　このため、接続層による接合部４が必要以上に厚くならないので、接合部４が硬くなりすぎることがない。従って、接合部４に適切な撓曲性を確保でき、曲げによる超電導特性の劣化が生じ難い酸化物超電導線材の接続構造体を提供できる。
　なお、図２に示す接続構造体Ａにおいて一方の酸化物超電導線材１に形成されている接続層３ｂを構成する材料と他方の酸化物超電導線材１に形成されている接続層３ｂを構成する材料は同じであっても異なっていても良い。
　また、金属安定化材８の両面に接続層３ａ、３ｂを設けた酸化物超電導線材１を用いて互いを接続すると、それぞれの金属安定化材８を重ねた接続部分に両方の酸化物超電導線材１の接続層が存在するため、接続層領域を十分に確保することができ、より接続し易い構造を提供できる。
　図３は、酸化物超電導線材１を製造する装置の一例を示す。この例の製造装置１０は、前述した積層構造のテープ状の超電導積層体９に、安定化材８を形成するための幅広の金属テープ８Ａを沿わせ、金属テープ８ＡをＣ字型に折り返して安定化材８を形成するための折り曲げ機構１２と加熱機構１３と加圧ロール１４を備えている。
　第１の送出リール１５Ａにテープ状の超電導積層体９が巻き付けられ、第２の送出リール１５Ｂに超電導積層体９より幅広の金属テープ８Ａが巻き付けられている。第１の送出リール１５Ａから送り出された超電導積層体９に、導体沿わせ機構２６と搬送ローラ２７とにより金属テープ８Ａが沿わせられる。超電導積層体９に沿わせられた幅広の金属テープ８Ａは、貼り合わせ機構２８と折り曲げ機構１２とにより、横断面がＣ字型になるように成形されて、超電導積層体９の外周を取り包むように塑性加工される。
　更に、加熱機構１３により金属テープ８Ａをスズまたはスズ合金の溶融温度近傍に加熱すると、接続層３ａ、３ｂが溶融する。この状態で加圧ロール１４を通過させることにより金属テープの形を安定化材８として整えつつはんだ付けができる。加圧ロール１４から金属安定化材８に周囲を囲まれた超電導積層体９を引き出して巻取ロール１５Ｃに巻き取ることで、超電導積層体９の周囲を安定化材８で覆った構造が得られる。即ち、超電導積層体９と安定化材８との間を接続層３ａで充填した、図１に示す断面形状の酸化物超電導線材１を得ることができる。
　また、酸化物超電導線材１において金属安定化材８の内面の接続層３ａを厚さ２０μｍ以下にするならば、酸化物超電導線材１の製造過程において加熱機構１３と加圧ロール１４とにより安定化材を加圧及び加熱しながら超電導積層体９の外周に被着する場合において、接続層を構成する材料を外部に漏れ出させることなく安定化材８を成形することができる。
　接続層を構成する材料が加圧ロール１４の外部に漏れると金属安定化材８の外面に漏れた接続層の構成材料が厚く付着することがあるため、酸化物超電導線材１の外観不良となる。
　図４は、酸化物超電導線材の接続構造体の第２実施形態を示す。本実施形態においては、基材２の一面（表面）上に、中間層５、酸化物超電導層６、保護層７がこの順に積層される。更に保護層７の上に保護層７と同じ幅の金属テープからなる金属安定化材８０が被着された酸化物超電導線材１Ａ、１Ａが接合され、接続構造体Ｂが構成されている。
　本実施形態において、金属安定化材８０は、保護層７と同じ幅の金属テープを金属テープの内面に形成されたスズあるいはスズ合金のめっき層からなる接続層８０ａを介して、保護層７に被着されている。また、金属安定化材８０の表面には、スズあるいはスズ合金のめっき層からなる接続層８０ｂが形成されている。
　本実施形態の酸化物超電導線材１Ａにおいて、金属安定化材８０は、保護層７の表面に接続層８０ａを介して被着されている。また、互いの接続層８０ｂが所定長さ重ね合わされて、重ね合わされた部分の接続層８０ｂを溶融により一体化させて接合部２４を形成することで、酸化物超電導線材１Ａが互いに接続されている。
　図４に示す接続構造体Ｂでは、図２を基に説明した接続構造体Ａと同様、金属安定化材８０の内外面の接続層８０ａ、８０ｂの厚さが２０μｍ以下である。
　このため、酸化物超電導線材１Ａの製造過程において図３に示す製造装置１０を用いた場合、加熱機構１３と加圧ロール１４とにより安定化材８０を加圧及び加熱しながら超電導積層体９の外周に被着する場合において、接続層を構成する材料を外部に漏れ出させることなく安定化材８０を成形することができる。
　なお、図４に示す酸化物超電導線材１Ａにおいて、金属安定化材８０は単純な平面型のテープ形状であるので、図３に示す製造装置１０において折り曲げ機構１３により折り曲げて成形する必要はない。従って、折り曲げ機構１３を略した製造装置により酸化物超電導線材１Ａを製造することができる。
　また、図４に示す接続構造体Ｂにあっては、図２を基に説明した接続構造体Ａと同様、金属安定化材８０の外面の接続層８０ｂの厚さが２０μｍ以下である。
　これにより、それぞれの酸化物超電導線材１Ａを接合する際に接合部２４の厚さが必要以上に厚くならないので、接続層の適切な厚さを確保できる。
　このため、接続層による接合部２４が必要以上に厚くならないので、接合部２４が硬くなりすぎることがない。従って、接合部２４に適切な撓曲性を確保でき、曲げによる超電導特性の劣化が生じ難い接続構造体Ｂを提供できる。
　図２、図４に示す酸化物超電導線材の接続構造体Ａ、Ｂは、例えば、図５に例示する高温超電導ケーブル１６に適用することができる。図５に示す高温超電導ケーブル１６において、中心部に設けたフォーマ１７の外周に酸化物超電導線材１あるいは酸化物超電導線材１Ａを巻線状に複数層配置して超電導層１８を形成する。その外周に、絶縁層１９と超電導シールド層２０と保護層２１とを形成してコアケーブル２２を構成する。コアケーブル２２は、断熱管２３の内部に冷媒流通用の間隙をあけて収容される。断熱管２３は、例えば内管２３ａと外管２３ｂとからなる２重管構造を有し、内管２３ａと外管２３ｂとの間に真空断熱層２３ｃが形成されている。超電導シールド層２０は、酸化物超電導導体１あるいは酸化物超電導線材１Ａを複数層巻線状に配置して構成されている。
　このような高温超電導ケーブル１６は長尺のケーブルとして作製される。そのため、超電導層１８を形成する酸化物超電導線材１、１Ａ、あるいは、超電導シールド層２０を構成する酸化物超電導線材１、１Ａを、他の超電導ケーブルの酸化物超電導線材に接続する構成が必要となる。その場合、図２あるいは図４に示す接続構造体が適用される。
　図６に、上記酸化物超電導線材の接続構造体Ａ、Ｂを用いた超電導限流器９９を示す。
　超電導限流器９９において、酸化物超電導線材は巻胴に複数層に渡って巻回されて超電導限流器用モジュール９０を構成している。超電導限流器用モジュール９０は、液体窒素９８が充填された液体窒素容器９５に格納されている。液体窒素容器９５は、外部からの熱を遮断する真空容器９６の内部に格納されている。
　液体窒素容器９５の上部には、液体窒素充填部９１と冷凍機９３とが設けられている。冷凍機９３の下方には、熱アンカー９２と熱板９７とが設けられている。
　また、超電導限流器９９は、超電導限流器用モジュール９０と外部電源（図示略）とを接続するための電流リード部９４を有する。
　図２、図４に示す酸化物超電導線材の接続構造体Ａ、Ｂは、例えば、図７Ａ、図７Ｂに示す構造の超電導モータ（超電導機器）３０に適用される。超電導モータ３０は、円筒状の密閉型の横長の容器３１の内部に、回転自在に軸支された軸型の回転子３２を備え、ヘリウムガスなどの冷却ガスを容器３１の内部に供給できるように構成されている。
　回転軸３３の中央部周囲に、軸周りに複数の超電導コイル３５が取り付けられる。これら複数の超電導コイル３５の周囲に容器３１の内壁に支持された銅コイルからなる複数の常電導コイル３６が配置されている。
　回転軸３３の内部には、冷却ガスを流入もしくは流出させるための複数の配管が設けられている。更に、外部に別途設けられている図示略の冷媒供給装置から容器３１の内部に冷却ガスを導入し、冷却ガスにより超電導コイル３５を臨界温度以下に冷却できるように構成されている。なお、超電導コイル３５は臨界温度以下に冷却されるが、常電導コイル３６は常温部として構成される。この超電導モータ３０においては複数の超電導コイル３５が設けられ、これらが相互に電気的に接続される必要がある。そのため、各超電導コイル３５を構成する複数の酸化物超電導線材を図２あるいは図４に示す接続構造により接続することができる。
　図７Ａ、図７Ｂに示すように、回転軸３３の周囲に配置された超電導コイル３５が積層型である場合、超電導コイル３５を構成するための超電導線材の接続構造として、図２、図４に示す接続構造体を適用することができる。
　図７Ａ、図７Ｂに示す超電導モータ３０は、容器３１の内部に冷却ガスを導入し、冷却ガスにより超電導コイル３５を臨界温度以下に冷却して使用する。常電導コイル３６には、図示略の電源から必要な電流を別途供給し、超電導コイル３５にも図示略の電源から必要な電流を別途供給する。これにより、超電導コイル３５，３６のコイルが生成する磁場に起因した回転力により回転軸３３を回転させて超電導モータとして使用することができる。
　図２、図４に示す酸化物超電導線材の接続構造は、例えば、図８Ａに示す積層型の超電導マグネット４０に適用することができる。超電導マグネット４０として、図８Ａの例ではパンケーキコイル４１を８段積み重ねた構成を示す。個々のパンケーキコイル４１は、酸化物超電導線材１あるいは酸化物超電導線材１Ａをパンケーキコイル型に巻回して形成されている。
　このような積層型の超電導マグネット４０の複数のパンケーキコイル４１を接続するために、図２、図４に示す接続構造体を適用できる。
　なお、上記実施形態では、２つの安定化材において、それぞれの両面（保護層に接続される側の面及びその反対側の面）がめっきされてそれぞれ接続層が形成され、保護層に接続される側とは反対側の面に形成された接続層により酸化物超電導線材が接続されている例を示した。しかし、１つの安定化材の両面をめっきし、他方の安定化材には保護層に接続される側の片面のみをめっきして接続層を形成する構成であっても良い。この場合、１つの安定化材の接続層のみで酸化物超電導線材が接続される。
　以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
　ハステロイ（商品名ハステロイＣ－２７６、米国ヘインズ社製）からなる幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ１０ｍのテープ状の基材を複数用意した。これら複数の基材上にイオンビームスパッタ法により、Ａｌ２Ｏ３からなる膜厚１００ｎｍの拡散防止層を形成した。次に、イオンビームスパッタ法により、Ｙ２Ｏ３からなる膜厚２０ｎｍのベッド層を形成した。
　次に、ＩＢＡＤ法により、ベッド層の上にＭｇＯからなる膜厚１０ｎｍの配向層を形成した。配向層を形成後、ＰＬＤ法（パルスレーザー蒸着法）によりＣｅＯ２からなる膜厚４００ｎｍのキャップ層を形成し、次いでＰＬＤ法によりＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－ｘで示される組成の厚さ１μｍの酸化物超電導層を形成した。更に、スパッタ法により厚さ１０μｍのＡｇの保護層を形成して超電導積層体を得た。超電導積層体に５００℃で酸素アニール処理を行い、酸化物超電導層に酸素を供給した。
　また、幅２０ｍｍ、長さ１０ｍのＣｕからなる厚さ２０μｍの金属テープに対して浸漬法により厚さ２μｍのスズめっき層を被覆し、両面めっき層付きの金属テープを作製した。
　以上の工程により得られた超電導積層体とめっき層付きの金属テープとを図３に示す構成の製造装置１０に供給し、超電導積層体の周囲をめっき層付きの金属テープで覆った。なお、図３に示す製造装置１０では加熱機構１３と加圧ロール１４とで加熱しながら成形する。これにより、めっき層が溶融した接続層を介して超電導積層体の周囲を金属テープの安定化材で覆った構造の酸化物超電導線材を得た。
　加熱機構１３により加熱する温度は２５０℃、加圧ロールにより加圧するロール圧力は５ｋｇ／ｍｍ２、加圧ロールによる加圧力５ｋｇ／ｍｍ２に設定した。
　得られた酸化物超電導線材から、長さ１ｍの超電導線材を２本切り出した。切り出した２本の酸化物超電導線材を液体窒素に浸漬して７７Ｋにおける超電導特性を測定したところ、臨界電流値（Ｉｃ０）はいずれも２００Ａであった。
　次に、２本の酸化物超電導線材のそれぞれの端末を逆向きとして端末の長さ４ｃｍの部分を重ね合わせた。即ち、各酸化物超電導線材の保護層上の各安定化材の長さ４ｃｍの領域を重ね合わせた。
　この後、重ね合わせ部分を半田ごてにて２５０℃に加熱して、重ね合わせ部分に存在しているはんだ層を溶融し、接続層として酸化物超電導線材を接合した。この接合作業により酸化物超電導線材の重ね合わせ接合部分は、厚さ０.３６ｍｍ（３６０μｍ）となった。
　接合後、接合部分を含め液体窒素に浸漬して７７Ｋにおける超電導特性を測定したところ、臨界電流値（Ｉｃ）は２００Ａを示した。この値はそれぞれの酸化物超電導線材を接合した構造として有効な値を示している。
　次に、図３に示す製造装置により酸化物超電導線材を製造する場合、両面スズめっき層付きではなく片面のみスズめっき層を設けた金属テープを用いて、同様に酸化物超電導線材を製造した。図３に示す製造装置により金属テープから金属安定化材を構成する場合、内面側にスズめっき層が位置するように金属テープを配置した。
　次に、このように製造した酸化物超電導線材のそれぞれの端末を逆向きとして端末の長さ４ｃｍの部分を、半田材を介して重ね合わせた。即ち、各酸化物超電導線材の保護層上の各安定化材の長さ４ｃｍの領域を重ね合わせ、端末間にはんだ材を挟み込んだ。
　この後、重ね合わせ部分を半田ごてにて２５０℃に加熱して、重ね合わせ部分に存在しているはんだ材を溶融し、酸化物超電導線材を接合した。この接合作業により酸化物超電導線材の重ね合わせ接合部分の全体厚は約０.７ｍｍ（７００μｍ）となった。上記接続構造において、接合部分のはんだのみの厚さが約３４０～３６０μｍであり、はんだの部分が極めて厚く形成されていることがわかった。酸化物超電導線材の全体厚は１７０μｍ程度であるので、２つ重ねて接合した場合、酸化物超電導線材のみでは３４０μｍ程度の全体厚であるはずの接続部分が、はんだの厚さにより倍程度の厚さとなった。これは、半田ごてを用いてはんだ材を溶融する接合方法では、溶融はんだの流れや偏りにより、厚いはんだ部分が必然的に形成されることが原因と考えられる。
　次に、上記両面めっき層付きの金属テープからなる金属安定化材を備えた酸化物超電導線材の接続構造体と、片面めっき層付きの金属テープからなる金属安定化材とを備えた酸化物超電導線材の接続構造体について、それぞれ曲げ半径７０ｍｍに曲げた前後の臨界電流値（Ｉｃ）の変化を測定した。具体的には、接合部を備えた酸化物超電導線材を半径７０ｍｍの巻胴に巻き付けた後、液体窒素に浸漬して臨界電流値を測定し、曲げを加える前に、直線状態のまま液体窒素に浸漬して測定した臨界電流値（Ｉｃ０）と対比した。その結果を図９に示す。
　図９に示す結果から、はんだ層を厚くした比較例の酸化物超電導線材の接続構造体は曲げた後の臨界電流値の劣化率が大きく、はんだ層を２０μｍと薄くした本実施例の酸化物超電導線材の接続構造体は、曲げた後においてもほとんど臨界電流値が低下しないことがわかる。この対比から、本実施例の酸化物超電導線材の接続構造体は曲げに強い構造体であることが判明した。
　次に、上記製造工程において、超電導積層体を取り囲む金属テープの両面に形成するめっき層の厚さを以下の表１に示す厚さに変更して酸化物超電導線材を製造した。更に、各酸化物超電導線材の接合を行うことによって、酸化物超電導線材の製造工程に対する影響とそれぞれの酸化物超電導線材の接続構造体に対する影響を調べた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示す結果から、薄すぎる試料は接合不良を生じ易く、厚すぎる試料ははんだ漏れによる成型不良を生じるので、ロールフォーミングにより製造する場合、めっき層の厚さは２～２０μｍの範囲が良好であることが確認された。
　本発明のいくつかの実施形態によれば、酸化物超電導線材の接続構造体の接続部分に曲げが作用した場合であっても超電導特性の劣化を抑えることができ、酸化物超電導層の保護性能を向上させることができる。
　Ａ　接合構造体
　１　酸化物超電導線材
　２　基材
　３ａ、３ｂ　接続層
　４　接合部
　５　中間層
　６　酸化物超電導層
　７　保護層
　８　安定化材
　８ａ　主被覆部
　８ｂ　側壁部
　８ｃ　副被覆部
　８ｄ、８ｅ　接続層
　９　超電導積層体
　１２　折り曲げ機構
　１３　加熱機構
　１４　加圧ロール
　１５Ａ、１５Ｂ　送出リール
　１５Ｃ　巻取リール
　１６　超電導ケーブル
　２５　限流器モジュール
　３０　超電導モータ
　４０　超電導マグネット
　Ｂ　接合構造体
　１Ａ　酸化物超電導線材
　２４　接合部
　８０　金属安定化材
　８０ａ、８０ｂ　接続層

Claims (9)

  1. 　テープ状の基材、前記基材上に積層された中間層、前記中間層上に積層された酸化物超電導層、及び、前記酸化物超電導層上に積層された第１の保護層、を含む超電導積層体と、前記超電導積層体の少なくとも一部を覆う第１の安定化材と、を有する第１の酸化物超電導線材と、
    　テープ状の基材、前記基材上に積層された中間層、前記中間層上に積層された酸化物超電導層、及び、前記酸化物超電導層上に積層された第２の保護層、を含む超電導積層体と、前記超電導積層体の少なくとも一部を覆う第２の安定化材と、を有する第２の酸化物超電導線材と、
    を備える酸化物超電導線材の接続構造体であって、
    　前記第１の安定化材において、前記第１の保護層に対向する面がめっきされて、前記第１の安定化材と前記第１の保護層とを接続する第１の接続層、及び、前記第１の保護層に対向する前記面とは反対の面がめっきされて第２の接続層が形成され、
    　前記第２の安定化材において、前記第２の保護層に対向する面がめっきされて、前記第２の安定化材と前記第２の保護層とを接続する第３の接続層が形成され、
    　前記第１の安定化材と前記第２の安定化材とが対向して配置され、
    　前記第２の接続層により、前記第１の酸化物超電導線材及び前記第２の酸化物超電導線材が接続されている、
    酸化物超電導線材の接続構造体。
  2. 　前記第２の接続層の厚みが２０μｍ以下である、請求項１に記載の酸化物超電導線材の接続構造体。
  3. 　前記第２の安定化材において、前記第２の保護層に対向する前記面とは反対の面がめっきされて第４の接続層が形成され、前記第２の接続層及び前記第４の接続層により、前記第１の酸化物超電導線材及び前記第２の酸化物超電導線材が接続されている、請求項１に記載の酸化物超電導線材の接続構造体。
  4. 　前記第２の接続層及び前記第４の接続層の総厚が４０μｍ以下である、請求項３に記載の酸化物超電導線材の接続構造体。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の酸化物超電導線材の接続構造体を備える、超電導機器。
  6. 　テープ状の基材、前記基材上に積層された中間層、前記中間層上に積層された酸化物超電導層、及び、前記酸化物超電導層上に積層された第１の保護層、を含む超電導積層体と、前記超電導積層体の少なくとも一部を覆う第１の安定化材と、を有する第１の酸化物超電導線材と、
    　テープ状の基材、前記基材上に積層された中間層、前記中間層上に積層された酸化物超電導層、及び、前記酸化物超電導層上に積層された第２の保護層、を含む超電導積層体と、前記超電導積層体の少なくとも一部を覆う第２の安定化材と、を有する第２の酸化物超電導線材と、
    を備える酸化物超電導線材の接続構造体の製造方法であって、
    　前記第１の安定化材において、前記第１の保護層に対向する面をめっきして、前記第１の安定化材と前記第１の保護層とを接続する第１の接続層、及び、前記第１の保護層に対向する前記面とは反対の面をめっきして第２の接続層を形成し、
    　前記第２の安定化材において、前記第２の保護層に対向する面をめっきして、前記第２の安定化材と前記第２の保護層とを接続する第３の接続層を形成し、
    　前記第１の安定化材と前記第２の安定化材とを対向させて配置し、
    　前記第２の接続層により、前記第１の酸化物超電導線材及び前記第２の酸化物超電導線材を接続させる、
    酸化物超電導線材の接続構造体の製造方法。
  7. 　前記第２の接続層の厚みを２０μｍ以下に形成する、請求項６に記載の酸化物超電導線材の接続構造体の製造方法。
  8. 　前記第２の安定化材において、前記第２の保護層に対向する前記面とは反対の面をめっきして第４の接続層を形成し、前記第２の接続層及び前記第４の接続層により、前記第１の酸化物超電導線材及び前記第２の酸化物超電導線材を接続させる、請求項６に記載の酸化物超電導線材の接続構造体の製造方法。
  9. 　前記第２の接続層及び前記第４の接続層の総厚を４０μｍ以下に形成する、請求項８に記載の酸化物超電導線材の接続構造体。
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