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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2021-12-23
(45)【発行日】2022-01-18
(54)【発明の名称】接続構造体
(51)【国際特許分類】
H01R 4/68 20060101AFI20220111BHJP
H01B 12/06 20060101ALI20220111BHJP
【ＦＩ】
H01R4/68
H01B12/06
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2017066709
(22)【出願日】2017-03-30
(65)【公開番号】P2018170173
(43)【公開日】2018-11-01
【審査請求日】2020-01-21
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２９年度国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、高温超電導実用化促進技術開発／高磁場マグネットシステムの開発／高温超電導高安定磁場マグネットシステム開発に関する委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【識別番号】000005290
【氏名又は名称】古河電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100135633
【弁理士】
【氏名又は名称】二宮 浩康
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(74)【代理人】
【識別番号】100114292
【弁理士】
【氏名又は名称】来間 清志
(72)【発明者】
【氏名】中井 昭暢
(72)【発明者】
【氏名】山野 聡士
(72)【発明者】
【氏名】坂本 久樹
【審査官】藤島 孝太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－２３５６９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０１２５８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭５８－００５３０９（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２００７－１７９８２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６１－２２６６８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１１５５３７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３５７０８９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１５－２１３００６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００８／１１８１２７（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｒ ４／６８
４３／００
Ｈ０１Ｂ １２／０６
Ｈ０１Ｆ ３６／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
テープ状の基材と、該基材上に形成された中間層と、該中間層の上に形成された超電導導体層とを有する２つの超電導線材である第１及び第２の超電導線材と、前記超電導導体層の表面を互いに対向させた位置関係で前記第１及び第２の超電導線材同士を接続し、前記第１及び第２の超電導線材とともに超電導接続部を形成する接続用超電導導体層と
前記第１及び第２の超電導線材のそれぞれの前記基材側に前記超電導接続部を挟む位置関係で配置された前記第１及び第２の超電導線材よりも幅広である２枚の保護材と、
２枚の前記保護材を互いに接合する金属部と、
を備え、
前記金属部が融着する材質であり、且つ２枚の前記保護材が前記金属部の融着により接合されていることを特徴とする接続構造体。
【請求項2】
前記第１及び第２の超電導線材が、それぞれ前記超電導接続部を除く前記超電導導体層の全面にわたって被覆する金属保護層をさらに有する、請求項１に記載の接続構造体。
【請求項3】
前記金属部が、超電導接続部を囲う少なくとも四ヶ所に設けられている、請求項１又は２に記載の接続構造体。
【請求項4】
前記金属部が、Ａｇ、Ａｕ及びＣｕのうち少なくとも１種を含む金属又合金である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の接続構造体。
【請求項5】
前記基材の弾性係数と前記保護材の弾性係数との差が、８０ＧＰａ以下の範囲内である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の接続構造体。
【請求項6】
前記保護材の弾性係数が、１５０ＧＰａ～２５０ＧＰａである、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の接続構造体。
【請求項7】
前記保護材の融点が、１０００℃以上である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の接続構造体。
【請求項8】
前記保護材の厚さが、３０μｍ～３００μｍである、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の接続構造体。
【請求項9】
前記保護材が、Ｎｉ基合金、ステンレス鋼、または炭素鋼である、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の接続構造体。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、接続構造体、特に超電導線材の接続構造体に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、臨界温度（Ｔｃ）が液体窒素温度(約７７Ｋ）よりも高い酸化物超電導体として、例えば、ＹＢＣＯ系（イットリウム系）、ＢＳＣＣＯ系（ビスマス系）等の高温超電導体が注目されている。このような高温超電導体を用いて作製された超電導線材として、長尺でフレキシブルな金属等の金属基板上に酸化物超電導膜を堆積したり、または、単結晶基板上に酸化物超電導膜を堆積したりすることにより形成された超電導導体層を有する超電導線材が知られている。
【0003】
超電導線材は、例えば、ＭＲＩ(magnetic resonance imaging)、ＮＭＲ（nuclear magnetic resonance）等のコイルの巻き線としての適用が検討されており、長尺な超電導線材の要求が高まっている。しかしながら、一本の連続した超電導線材の長さには製造上の限界があるため、所望とするコイルの巻き線を得るには超電導線材同士を接続する必要がある。
【0004】
特許文献１には、超電導線材同士が接続された接続構造体として、両面が補強材により被覆されてなる２本の超電導線材の端部同士を重ね合わせて半田により接続されている超電導線材の接続構造体が開示されている。しかしながら、特許文献１の接続構造体は、超電導線材同士の接続に半田が使用されているため、半田の介在により超電導線材の接続部の電気抵抗をゼロにすることが困難であった。
【0005】
超電導線材同士を接続する他の方法として、特許文献２には、一方の超電導線材の接続端部において露出した超電導導体層と、他方の超電導線材の接続端部において露出した超電導導体層とを向かい合わせの状態で配置し、その間にＭＯＤ法(Metal Organic Deposition法/有機金属堆積法)により形成した超電導接合層を形成する方法が開示されている。
【0006】
しかしながら、特許文献２に記載の接続構造は、一方の超電導線材の超電導導体層と他方の超電導線材の超電導導体層との間に介在するＭＯＤ法より形成された超電導接合層が超電導線材同士を連結しており、超電導接合層そのものは強度が低い。そのため、超電導線材に不所望な外力が加わると、超電導線材同士が超電導接合層から分離してしまうおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２０１１－１６５４３５号公報
【文献】特開２０１３－２３５６９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
そこで、本発明の目的は、接続強度が高い超電導線材の接続構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る接続構造体は、テープ状の基材と、該基材上に形成された中間層と、該中間層の上に形成された超電導導体層とを有する２つの超電導線材である第１及び第２の超電導線材と、前記超電導導体層の表面を互いに対向させた位置関係で前記第１及び第２の超電導線材同士を接続し、前記第１及び第２の超電導線材とともに超電導接続部を形成する接続用超電導導体層と、前記第１及び第２の超電導線材のそれぞれの前記基材側に前記超電導接続部を挟む位置関係で配置された前記第１及び第２の超電導線材よりも幅広である２枚の保護材と、２枚の前記保護材を互いに接合する金属部とを備えることを特徴とする。
【0010】
また、上記接続構造体は、前記第１及び第２の超電導線材が、それぞれ前記超電導接続部を除く前記超電導導体層の全面にわたって被覆する金属保護層をさらに有すること、前記金属部が、超電導接続部を囲う少なくとも四ヶ所に設けられていること、前記金属部が、Ａｇ、Ａｕ及びＣｕのうち少なくとも１種を含む金属又合金であること、前記基材の弾性係数と前記保護材の弾性係数との差が、８０ＧＰａ以下の範囲内であること、前記保護材の弾性係数が、１５０ＧＰａ～２５０ＧＰａであること、前記保護材の融点が、１０００℃以上であること、前記保護材の厚さが、３０μｍ～３００μｍであること、および、前記保護材が、Ｎｉ基合金、ステンレス鋼、または炭素鋼であることが好ましい。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、接続強度が高い超電導線材の接続構造体を提供でき、その製造において歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の接続構造体について図面を参照しながら説明する。なお、以下において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
【0014】
（第１実施形態）
＜超電導線材＞
図１は、本発明に係る接続構造体を構成する超電導線材の概略断面図である。図１に示す超電導線材１０は、超電導成膜用の基材１の厚み方向の一方の表面１ａ上に、中間層２及び超電導導体層３がこの順に形成されたものであって、基材１、中間層２及び超電導導体層３の積層構造体として構成されている。
＜超電導線材＞
図１は、本発明に係る接続構造体を構成する超電導線材の概略断面図である。図１に示す超電導線材１０は、超電導成膜用の基材１の厚み方向の一方の表面１ａ上に、中間層２及び超電導導体層３がこの順に形成されたものであって、基材１、中間層２及び超電導導体層３の積層構造体として構成されている。
【0015】
基材１は、テープ状の低磁性の金属基板やセラミックス基板で構成されている。金属基板の材料としては、例えば、強度及び耐熱性に優れた、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ａｇ等の金属又はこれらの合金が挙げられる。特に、耐食性及び耐熱性が優れているという観点から、ハステロイ（登録商標）、インコネル（登録商標）等のＮｉ基合金、またはステンレス鋼等のＦｅ基合金を用いることが好ましく、Ｎｉ－Ｆｅ－Ｍｏ系合金であるハステロイ（登録商標）を用いることがより好ましい。基材１の厚さは、特に限定はしないが、３０～１００μｍであることが好ましく、３０～５０μｍであることがより好ましい。
【0016】
中間層２は、基材１上に形成され、例えば超電導導体層３が高い２軸配向性を実現するために形成された下地層である。このような中間層２は、例えば、熱膨張率や格子定数等の物理的な特性値が、基材１と、超電導導体層３を構成する超電導体との中間的な値を示す材料で構成されている。また、中間層２は、単層構造であってもよく、多層構造であってもよい。中間層２は、多層構造として形成する場合、その層数や種類については限定されないが、例えば、非晶質のＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７－δ（δは酸素不定比量）やＡｌ２Ｏ３或いはＹ２Ｏ３等を含むベッド層と、結晶質のＭｇＯ等を含みＩＢＡＤ（Ion Beam Assisted Deposition）法により成形された強制配向層と、ＬａＭｎＯ３＋δ（δは酸素不定比量）を含むＬＭＯ層と、を順に積層して構成することができる。また、ＬＭＯ層の上にＣｅＯ2等を含むキャップ層がさらに設けられていてもよい。上記各層の厚さは、特に限定はされないが、一例を挙げておくと、ベッド層のＹ２Ｏ３層が７ｎｍ、Ａｌ２Ｏ３層が８０ｎｍ、強制配向層のＭｇＯ層が４０ｎｍ、そして、ＬＭＯ層が３０ｎｍである。
【0017】
超電導導体層３は、中間層２の上に形成されている。超電導導体層３は、超電導体の転移温度が液体窒素の沸点（－１９６℃：７７Ｋ）よりも高い高温超電導体から形成されていることが好ましく、特に銅酸化物超電導体を含んでいることがより好ましい。銅酸化物超電導体としては、例えば、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ（ＲＥ系超電導体）等の高温超電導体が好ましい。なお、ＲＥ系超電導体中のＲＥは、Ｙ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，ＹｂやＬｕ等の単一の希土類元素又は複数の希土類元素である。また、δは、酸素不定比量であって、例えば０以上１以下であり、超電導転移温度が高いという観点から０に近いほど好ましい。なお、酸素不定比量は、オートクレーブ等の装置を用いて高圧酸素アニール等を行えば、δは０未満、すなわち、負の値をとることもある。超電導導体層３の厚さは０．１～１０μｍであることが好ましく、０．５～５μｍであることがより好ましい。
【0018】
また、超電導線材１０は、後述する超電導接続部Ｃを除く超電導導体層３の全面にわたって被覆する金属保護層４をさらに有することが好ましい。加えて、超電導線材１０は、基材１の、中間層２が形成された表面１ａとは逆側の表面１ｂ上にも金属保護層４をさらに有していてもよい。金属保護層４は、Ａｇ、Ａｕ及びＣｕのうちの少なくとも１種を含む金属又は合金層であることが好ましく、Ａｇの金属層であることがより好ましい。金属保護層４は、後述する金属部９と同じ材質であっても異なる材質であってもよい。金属保護層４の厚さは、３０～３００μｍであることが好ましく、３０～１００μｍであることがより好ましい。金属保護層４を超電導導体層３の表面上に形成した場合は、超電導導体層３の表面を露出させずに有効に保護することができる。また、金属保護層４を基材１の表面１ｂ側に設けた場合は、後述する接続構造体２０において、保護材７と超電導線材１０とを、基材１の表面１ｂ側に設けた金属保護層４を介して接合することができる。これにより、超電導接続部Ｃの補強効果をより強固にすることができる。なお、金属保護層４の長さ方向寸法に関しては、特に限定はなく、金属保護層４を、保護材７よりも長く形成しても、あるいは短く形成してもよく、また、保護材７と同じ長さに形成してもよい。
【0019】
＜接続構造体＞
図２は、本発明に係る第１実施形態である接続構造体の概略断面図であり、図３は、図２に示される接続構造体の上面図である。図示の接続構造体２０は、２つの超電導線材である、第１の超電導線材１０ａ（以下、単に「超電導線材１０ａ」という。）及び第２の超電導線材１０ｂ（以下、単に「超電導線材１０ｂ」という。）と、接続用超電導導体層８と、２枚の保護材７、７と、金属部９とを備えている。
図２は、本発明に係る第１実施形態である接続構造体の概略断面図であり、図３は、図２に示される接続構造体の上面図である。図示の接続構造体２０は、２つの超電導線材である、第１の超電導線材１０ａ（以下、単に「超電導線材１０ａ」という。）及び第２の超電導線材１０ｂ（以下、単に「超電導線材１０ｂ」という。）と、接続用超電導導体層８と、２枚の保護材７、７と、金属部９とを備えている。
【0020】
超電導線材１０ａ、１０ｂは、図２ではそれぞれの端部同士が、超電導導体層３、３の表面を互いに対向させた位置関係で接続用超電導導体層８を介して接続され、接続用超電導導体層８は、超電導線材１０ａ、１０ｂとともに超電導接続部Ｃ（図２の破線で囲まれた部分）を形成する。また、超電導線材１０ａ、１０ｂよりも幅広である２枚の保護材７、７は、超電導線材１０ａ、１０ｂのそれぞれの基材１、１側に、超電導接続部Ｃを挟む位置関係で配置されている。さらに、２枚の保護材７、７は、超電導線材１０ａ、１０ｂのそれぞれを幅方向に横切った両側の位置で、好ましくは超電導接続部Ｃを囲む少なくとも四ヶ所の位置（図３では保護材７の４隅の位置）に形成した金属部９により互いに接合されている。
【0021】
このような接続構造体２０は、２枚の保護材７、７で超電導線材１０ａ、１０ｂを挟み込むサンドイッチ構造を有し、保護材７、７同士が金属部９で互いに接合されているため、超電導接続部Ｃが２枚の保護材７、７で補強される結果、超電導線材１０ａ、１０ｂの接続状態を強固に保持することができる。
【0022】
なお、２枚の保護材７、７は、超電導線材１０ａ、１０ｂを挟み込む方向に、厚さが変わらない程度の互いに引き合う力が作用した状態で金属部９により固定されている。したがって、接続構造体２０では、超電導線材１０ａ、１０ｂ同士が高い接続強度で接続されている。その結果、超電導接続部Ｃにおいて超電導線材１０ａ、１０ｂ同士の分離の発生を有効に抑制でき、接続構造体２０の製造歩留まりを向上させることができる。また、超電導接続部Ｃは、２枚の保護材７、７で覆われているため、有効に保護することができるとともに、接続構造体２０に不所望な外力などの外的負荷が加わったとしても、超電導接続部Ｃが破壊するのを有効に抑制することができる。さらに、金属部９を超電導接続部Ｃから離れた位置に設けているため、金属部９同士の接合（融着）の影響により接続用超電導導体層８が焼失するリスクを低減することができる。
【0023】
さらに、２枚の保護材７、７の間に隙間Ｇが形成されるため、接続構造体２０を製造する際、酸素の供給流路を確保することができ、その結果、接続用超電導導体層８の結晶化を促進することができる。
【0024】
（接続用超電導導体層）
接続用超電導導体層８は、超電導導体層３と同じ超電導体の組成から構成されていることが好ましく、特に、ＲＥ系超電導体の形成に必要な原料が含まれる組成物（溶液）を用いて形成することができる。このような溶液として、例えば、ＲＥ（Ｙ（イットリウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｓｍ（サマリウム）及びＨｏ（ホルミウム）等の希土類元素）と、Ｂａと、Ｃｕとが、約１：２：３の割合で含まれているアセチルアセトナート系、ナフテナート系のＭＯＤ溶液等を使用することができる。ＭＯＤ溶液を超電導線材１０ａ、１０ｂ上に塗布し、所定の条件下で焼成することにより、結晶性の接続用超電導導体層８を得ることができる。
接続用超電導導体層８は、超電導導体層３と同じ超電導体の組成から構成されていることが好ましく、特に、ＲＥ系超電導体の形成に必要な原料が含まれる組成物（溶液）を用いて形成することができる。このような溶液として、例えば、ＲＥ（Ｙ（イットリウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｓｍ（サマリウム）及びＨｏ（ホルミウム）等の希土類元素）と、Ｂａと、Ｃｕとが、約１：２：３の割合で含まれているアセチルアセトナート系、ナフテナート系のＭＯＤ溶液等を使用することができる。ＭＯＤ溶液を超電導線材１０ａ、１０ｂ上に塗布し、所定の条件下で焼成することにより、結晶性の接続用超電導導体層８を得ることができる。
【0025】
（保護材）
次に保護材７について詳細に説明する。保護材７は、超電導接続部Ｃを形成する超電導線材１０ａ、１０ｂと共に加圧焼成することが可能な材質であることが好ましく、およそ８００℃の焼成温度に耐え得る材質であることが好ましい。したがって、保護材７の融点は、１０００℃以上であることが好ましく、１２００℃以上であることがより好ましい。また、２枚の保護材７、７の間に、超電導接続部Ｃに力が加わる程度の互いに引き合う力が印加されていることが好ましい。それ故、保護材７は、このような強度及び耐熱性を備える超電導線材１０ａ、１０ｂの基材１と同じ材料で構成することが好ましいが、基材１とは異なる材料で構成されていてもよい。このような保護材７としては、例えば、Ｎｉ基合金、ステンレス鋼、または炭素鋼等の金属材料が挙げられる。
次に保護材７について詳細に説明する。保護材７は、超電導接続部Ｃを形成する超電導線材１０ａ、１０ｂと共に加圧焼成することが可能な材質であることが好ましく、およそ８００℃の焼成温度に耐え得る材質であることが好ましい。したがって、保護材７の融点は、１０００℃以上であることが好ましく、１２００℃以上であることがより好ましい。また、２枚の保護材７、７の間に、超電導接続部Ｃに力が加わる程度の互いに引き合う力が印加されていることが好ましい。それ故、保護材７は、このような強度及び耐熱性を備える超電導線材１０ａ、１０ｂの基材１と同じ材料で構成することが好ましいが、基材１とは異なる材料で構成されていてもよい。このような保護材７としては、例えば、Ｎｉ基合金、ステンレス鋼、または炭素鋼等の金属材料が挙げられる。
【0026】
また、保護材７は、接続構造体２０を構成する各部間の強度バランスの観点から、基材１の弾性係数と保護材７の弾性係数との差が、８０ＧＰａ以下の範囲であることが好ましい。前記弾性係数の差が８０ＧＰａよりも大きいと、接続部に均一に応力がかからず、良好な接続ができないからである。
【0027】
保護材７の弾性係数は、基材との弾性係数との差を考慮して決定すればよく、特に限定されないが、例えば１５０ＧＰａ～２５０ＧＰａであることが好ましく、１６０ＧＰａ～２３０ＧＰａであることがより好ましい。
【0028】
保護材７の厚さは、３０μｍ～３００μｍであることが好ましく、３０μｍ～１００μｍであることがより好ましい。保護材７の厚さが３０μｍ未満では、後述する本焼成工程における加圧により保護材７自体が破壊するおそれがあり、また、保護材７による超電導接続部Ｃの十分な補強効果も得られず、結果として超電導接続部Ｃを外的負荷から十分に保護できないおそれもある。一方、保護材７の厚さが３００μｍを超えると、接続部に応力が加わらず接続が十分でなく、その結果、臨界電流値Ｉｃが著しく低下してしまうおそれがある。よって、保護材７の厚さを３０μｍ～３００μｍの範囲内にすることにより、超電導接続部Ｃを補強しつつ、超電導導体層３に流れる限界の電流値である臨界電流値Ｉｃの低下を抑制することができる。なお、臨界電流値Ｉｃは、例えば超電導接続部Ｃの接続抵抗を四端子法により測定することにより求めることができる。
【0029】
保護材７の幅は、超電導線材１０ａ、１０ｂの幅に応じて変動する。保護材７の幅は、超電導線材１０ａ、１０ｂよりも幅広であればよく、特に限定されるものではないが、超電導線材１０ａ、１０ｂの幅よりも２～１０ｍｍ広いことが好ましく、２～５ｍｍ広いことがより好ましい。
【0030】
（金属部）
金属部９は、２枚の保護材７、７の対向する内面にそれぞれ設けられ、２枚の保護材７、７同士を互いに接合する。金属部９は、例えば、超電導接続部Ｃが位置しない、２枚の保護材７、７の内面に形成することが好ましい。また、金属部９は、接続用超電導導体層８を介して超電導線材１０ａ、１０ｂを加圧焼成して超電導接続部Ｃを形成する際に、保護材７は８００℃程度の焼成温度に耐え得る材質であることが好ましく、一方、金属部９は、融着する材質であることが好ましい。このため、金属部９は、保護材７とは異なる材質であることが好ましい。金属部９は、２枚の保護材７、７のそれぞれの内面に設けた金属部９、９同士が接合可能な金属であればよく、特に限定されるものではないが、例えば、Ａｇ、Ａｕ及びＣｕのうち少なくとも１種を含む金属又は合金であることが好ましく、Ａｇがより好ましい。金属部９の厚さは、１０ｎｍ～１０μｍであることが好ましく、１０ｎｍ～２μｍであることがより好ましい。金属部９の形成は、特に限定されるものではないが、例えば、スパッタ、真空蒸着、ペースト塗布等、金属部９の形成を可能とする公知のいずれの方法を用いてもよい。
金属部９は、２枚の保護材７、７の対向する内面にそれぞれ設けられ、２枚の保護材７、７同士を互いに接合する。金属部９は、例えば、超電導接続部Ｃが位置しない、２枚の保護材７、７の内面に形成することが好ましい。また、金属部９は、接続用超電導導体層８を介して超電導線材１０ａ、１０ｂを加圧焼成して超電導接続部Ｃを形成する際に、保護材７は８００℃程度の焼成温度に耐え得る材質であることが好ましく、一方、金属部９は、融着する材質であることが好ましい。このため、金属部９は、保護材７とは異なる材質であることが好ましい。金属部９は、２枚の保護材７、７のそれぞれの内面に設けた金属部９、９同士が接合可能な金属であればよく、特に限定されるものではないが、例えば、Ａｇ、Ａｕ及びＣｕのうち少なくとも１種を含む金属又は合金であることが好ましく、Ａｇがより好ましい。金属部９の厚さは、１０ｎｍ～１０μｍであることが好ましく、１０ｎｍ～２μｍであることがより好ましい。金属部９の形成は、特に限定されるものではないが、例えば、スパッタ、真空蒸着、ペースト塗布等、金属部９の形成を可能とする公知のいずれの方法を用いてもよい。
【0031】
（接続構造体の製造方法）
次に、本発明に係る接続構造体の製造方法について、図４（Ａ）～図４（Ｄ）を参照しながら説明する。図４（Ａ）は、超電導線材１０ａ、１０ｂに接続用超電導導体層８を形成するための原料を塗布する工程を示す概略断面図である。図４（Ｂ）は、原料が塗布された超電導線材１０ａ、１０ｂの仮焼成工程を示す概略断面図である。図４（Ｃ）は、超電導線材１０ａ、１０ｂと２枚の保護材７とで接続構造体を形成する直前の工程を示す概略断面斜視図である。図４（Ｄ）は、図４（Ａ）～（Ｃ）の工程を経て製造された接続構造体２０の概略断面図である。まず、超電導線材１０ａ、１０ｂに金属保護層４が被覆されている場合は、接続端部側の金属保護層４を超電導線材１０ａ、１０ｂの全幅にわたって矩形に除去する。金属保護層４の矩形の除去は、機械的研磨、化学的研磨（例えば、エッチング処理）又はこれらの組み合わせにより行う（除去工程）。なお、この金属保護層４の矩形の除去は、超電導導体層３が完全に露出する深さまで行う。なお、露出した超電導導体層３の表面粗さは十分小さいことが好ましく、例えば、その表面粗さ（中心線平均粗さＲａ）は、５０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましい。なお、表面粗さとは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１において規定する表面粗さパラメータの「高さ方向の振幅平均パラメータ」における算術平均粗さＲａである。
次に、本発明に係る接続構造体の製造方法について、図４（Ａ）～図４（Ｄ）を参照しながら説明する。図４（Ａ）は、超電導線材１０ａ、１０ｂに接続用超電導導体層８を形成するための原料を塗布する工程を示す概略断面図である。図４（Ｂ）は、原料が塗布された超電導線材１０ａ、１０ｂの仮焼成工程を示す概略断面図である。図４（Ｃ）は、超電導線材１０ａ、１０ｂと２枚の保護材７とで接続構造体を形成する直前の工程を示す概略断面斜視図である。図４（Ｄ）は、図４（Ａ）～（Ｃ）の工程を経て製造された接続構造体２０の概略断面図である。まず、超電導線材１０ａ、１０ｂに金属保護層４が被覆されている場合は、接続端部側の金属保護層４を超電導線材１０ａ、１０ｂの全幅にわたって矩形に除去する。金属保護層４の矩形の除去は、機械的研磨、化学的研磨（例えば、エッチング処理）又はこれらの組み合わせにより行う（除去工程）。なお、この金属保護層４の矩形の除去は、超電導導体層３が完全に露出する深さまで行う。なお、露出した超電導導体層３の表面粗さは十分小さいことが好ましく、例えば、その表面粗さ（中心線平均粗さＲａ）は、５０ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることがより好ましい。なお、表面粗さとは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２００１において規定する表面粗さパラメータの「高さ方向の振幅平均パラメータ」における算術平均粗さＲａである。
【0032】
そして、図４（Ａ）に示すように、超電導線材１０ａ、１０ｂの金属保護層４の除去部分に、ＭＯＤ法(Metal Organic Deposition法/有機金属堆積法)によりＭＯＤ液３０をスピンコート又は塗布により充填する（塗布工程）。このＭＯＤ液としては、超電導導体層３と同じ組成物系で構成された金属を含む組成物（溶液）であることが好ましい。
【0033】
ここで、超電導導体層３と同じ組成物系とは、例えば、超電導導体層３を構成する高温超電導体としてＲＥ系超電導体を使用した場合、接続用超電導導体層８を形成するための組成物（溶液）も同様に、ＲＥ系超電導体の形成に必要となる組成物（溶液）で構成されていることを意味する。すなわち、組成物（溶液）中にＲＥ系超電導体の形成に必要な原料が含まれており、超電導導体層３と、接続用超電導導体層８とは、共に同じＲＥ系超電導体の超電導体の組成から構成されている。組成物（溶液）に含まれる溶媒は、所望とする超電導体系を溶解でき、また、本焼成工程後に良好な結晶性の接続用超電導導体層８を得ることができれば、特に限定されるものではないが、例えば、ＲＥ（Ｙ（イットリウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｓｍ（サマリウム）及びＨｏ（ホルミウム）等の希土類元素）と、Ｂａと、Ｃｕとが、約１：２：３の割合で含まれているアセチルアセトナート系やナフテナート系のＭＯＤ溶液等を使用することができる。
【0034】
次いで、図４（Ｂ）に示すように、塗布されたＭＯＤ液に含まれる有機成分を除去するための仮焼成工程が行われる。仮焼成工程については、超電導線材１０ａ、１０ｂの接続端部をＮ２＋Ｏ２ガスの雰囲気内で、４００℃～５００℃の温度範囲、より好ましくは５００℃で熱処理する。これにより、超電導線材１０ａ、１０ｂの超電導導体層３のそれぞれの接続端部側の矩形の除去部分には、接続用超電導導体層８に相当する堆積層４０が形成される。
【0035】
その後、図４（Ｃ）に示すように、超電導線材１０ａを裏返して、超電導線材１０ａ、１０ｂの堆積層４０、４０を互いに対向させると共に、互いの堆積層４０、４０を位置合わせして密接させた積層構造体を形成する。さらに、予め金属部９を所望の位置に接合した保護材７を２枚用意し、この２枚の保護材７、７で積層構造体を挟み込む。次いで、超電導線材１０ａ、１０ｂの堆積層４０を含む接続端部を、保護材７を介して厚さ方向に加圧しながら加熱してＭＯＤ法における本焼成工程が行われる。本焼成工程については、超電導線材１０ａ、１０ｂの接続端部をＡｒ＋Ｏ２ガスの雰囲気内で、７６０℃～８００℃の温度範囲で熱処理することが好ましい。これにより超電導線材１０ａの堆積層４０と超電導線材１０ｂの堆積層４０とが密着しながらエピタキシャル成長（結晶化）し、一体的な接続用超電導導体層８が形成される。また、保護材７、７の対向する位置にそれぞれ設けられた金属部９、９が一体化すると共に、２枚の保護材７、７を、超電導線材１０ａ、１０ｂを挟み込む方向に互いに引き合う力がかかった状態で固定する。
【0036】
また、本焼成工程の後には、接続用超電導導体層８に対して酸素をドープする酸素アニール工程が行われる。この酸素アニール処理は、超電導線材１０ａ、１０ｂの接続端部を酸素雰囲気内に収容し、所定温度で加熱する。具体的な例示としては、酸素アニールの対象部位を、３５０℃～５００℃の温度範囲の酸素の雰囲気下に置き、この条件下で酸素ドープを行う。なお、接続用超電導導体層８は、超電導線材１０ａ、１０ｂの幅方向の全域にわたって形成されているので、超電導線材１０ａ、１０ｂの幅方向両側の側面においては接続用超電導導体層８の端面が露出した状態となっており、この露出した端面から効果的に酸素ドープを行うことができる。こうして、図４（Ｄ）に示されるような接続構造体２０が製造される。
【0037】
以上本発明の製造方法で得られる接続構造体は、高い接続強度を有しており、接続構造体２０の歩留まりを向上させることができる。
【0038】
（第２実施形態）
図５は、本発明に係る第２実施形態に係る接続構造体の概略断面図である。図５に示す接続構造体２０Ａは、２本の超電導線材１０ａ、１０ｂが重ね合わされて同じ方向に延在する接続構造をなしている。このような２本の超電導線材１０ａ、１０ｂが同じ方向に延在する接続構造においても、高い接続強度で超電導線材１０ａ、１０ｂ同士が接続される。その結果、超電導接続部Ｃにおいて超電導線材１０ａ、１０ｂ同士の分離の発生を抑制でき、接続構造体２０Ａの製造歩留まりを向上させることができる。また、超電導接続部Ｃを外部から有効に保護することもできる。
図５は、本発明に係る第２実施形態に係る接続構造体の概略断面図である。図５に示す接続構造体２０Ａは、２本の超電導線材１０ａ、１０ｂが重ね合わされて同じ方向に延在する接続構造をなしている。このような２本の超電導線材１０ａ、１０ｂが同じ方向に延在する接続構造においても、高い接続強度で超電導線材１０ａ、１０ｂ同士が接続される。その結果、超電導接続部Ｃにおいて超電導線材１０ａ、１０ｂ同士の分離の発生を抑制でき、接続構造体２０Ａの製造歩留まりを向上させることができる。また、超電導接続部Ｃを外部から有効に保護することもできる。
【0039】
（第３実施形態）
図６は、本発明に係る第３実施形態に係る接続構造体２０Ｂの概略断面図である。図示の接続構造体２０Ｂは、超電導線材１０ａ、１０ｂの端部同士を接続用超電導導体層８で接続して超電導接続部Ｃを形成するとともに、超電導線材１０ａ、１０ｂの基材（図示せず）側に２枚の保護材７、７が配置されていて、特に、コイルの中でも適用可能なように曲率を付けた構造をなしている。曲率の程度は、超電導線材１０ａ、１０ｂ及び保護材７等の構成部材が有する曲げ強度に応じて変動するが、各種部材に影響を及ぼさない程度に適宜設計することができる。なお、図６に示す超電導線材１０ａ、１０ｂは、基材１、中間層２、超電導導体層３及び金属保護層４で構成されているが、これらの詳細な積層構造については図示を省略している。このような曲率を付けた構造とすることで、コイル中の超電導接続部Ｃにおいて超電導線材１０ａ、１０ｂ同士の分離の発生を抑制でき、接続構造体２０Ｂの製造歩留まりを向上させることができる。また、超電導接続部Ｃを外部から有効に保護することもできる。
図６は、本発明に係る第３実施形態に係る接続構造体２０Ｂの概略断面図である。図示の接続構造体２０Ｂは、超電導線材１０ａ、１０ｂの端部同士を接続用超電導導体層８で接続して超電導接続部Ｃを形成するとともに、超電導線材１０ａ、１０ｂの基材（図示せず）側に２枚の保護材７、７が配置されていて、特に、コイルの中でも適用可能なように曲率を付けた構造をなしている。曲率の程度は、超電導線材１０ａ、１０ｂ及び保護材７等の構成部材が有する曲げ強度に応じて変動するが、各種部材に影響を及ぼさない程度に適宜設計することができる。なお、図６に示す超電導線材１０ａ、１０ｂは、基材１、中間層２、超電導導体層３及び金属保護層４で構成されているが、これらの詳細な積層構造については図示を省略している。このような曲率を付けた構造とすることで、コイル中の超電導接続部Ｃにおいて超電導線材１０ａ、１０ｂ同士の分離の発生を抑制でき、接続構造体２０Ｂの製造歩留まりを向上させることができる。また、超電導接続部Ｃを外部から有効に保護することもできる。
【0040】
（第４実施形態）
図７は、本発明に係る第４実施形態に係る接続構造体２０Ｃの斜視図である。図７に示すように、第４実施形態においては、保護材７ａが、平面の板ではなく、幅方向Ｗの中心部分に長手方向に延びる超電導線材１０ａ、１０ｂの幅よりも広くなるように板を断面ハット状に折り曲げて、超電導線材１０ａ、１０ｂの端部を収容する段差凹部１１を有する構成にした場合を示している。そして２枚の保護材７ａを段差凹部１１、１１同士が向かい合わせになるように配置し、２つの段差凹部１１、１１同士で超電導接続部Ｃを上下から挟み込み、保護材７ａ、７ａの、段差凹部１１よりも幅方向外側の部分であって、超電導接続部Ｃを囲む４隅の部分を金属部９で接合する。このような構成においても超電導接続部Ｃにおいて超電導線材１０ａ、１０ｂ同士の分離の発生を抑制でき、接続構造体２０Ｃの製造歩留まりを向上させることができる。また、超電導接続部Ｃを外部から有効に保護することもできる。
図７は、本発明に係る第４実施形態に係る接続構造体２０Ｃの斜視図である。図７に示すように、第４実施形態においては、保護材７ａが、平面の板ではなく、幅方向Ｗの中心部分に長手方向に延びる超電導線材１０ａ、１０ｂの幅よりも広くなるように板を断面ハット状に折り曲げて、超電導線材１０ａ、１０ｂの端部を収容する段差凹部１１を有する構成にした場合を示している。そして２枚の保護材７ａを段差凹部１１、１１同士が向かい合わせになるように配置し、２つの段差凹部１１、１１同士で超電導接続部Ｃを上下から挟み込み、保護材７ａ、７ａの、段差凹部１１よりも幅方向外側の部分であって、超電導接続部Ｃを囲む４隅の部分を金属部９で接合する。このような構成においても超電導接続部Ｃにおいて超電導線材１０ａ、１０ｂ同士の分離の発生を抑制でき、接続構造体２０Ｃの製造歩留まりを向上させることができる。また、超電導接続部Ｃを外部から有効に保護することもできる。
【0041】
（第５実施形態）
図８（ａ）は、本発明に係る第５実施形態に係る接続構造体２０Ｄの上面図である。図示の接続構造体２０Ｄは、金属部９ａが保護材７の長手方向Ｌの両端部に幅方向の全域にわたって形成されている場合を示している。図８中、領域Ｒ１（図８の破線で囲んだ領域）の部分が、金属部９ａが形成されている領域を示している。ここで金属部９ａは、図８（ｂ）に示すように、基材１には接触しているが、超電導導体層３、または超電導導体層３を被覆する金属保護層４には接触しないように、断面がアーチ状の形状を有する。このような構成の接続構造体２０Ｄを製造する際、酸素は矢印Ａの方向から供給すれば、２枚の保護材７、７間に存在する隙間Ｇ（図示せず）を通じて接続構造体２０Ｄの内部にも供給することができる。また、第５実施形態においては、金属部９ａを基材１に接触させているため、より強固に固定できるという利点がある。
図８（ａ）は、本発明に係る第５実施形態に係る接続構造体２０Ｄの上面図である。図示の接続構造体２０Ｄは、金属部９ａが保護材７の長手方向Ｌの両端部に幅方向の全域にわたって形成されている場合を示している。図８中、領域Ｒ１（図８の破線で囲んだ領域）の部分が、金属部９ａが形成されている領域を示している。ここで金属部９ａは、図８（ｂ）に示すように、基材１には接触しているが、超電導導体層３、または超電導導体層３を被覆する金属保護層４には接触しないように、断面がアーチ状の形状を有する。このような構成の接続構造体２０Ｄを製造する際、酸素は矢印Ａの方向から供給すれば、２枚の保護材７、７間に存在する隙間Ｇ（図示せず）を通じて接続構造体２０Ｄの内部にも供給することができる。また、第５実施形態においては、金属部９ａを基材１に接触させているため、より強固に固定できるという利点がある。
【0042】
（第６実施形態）
図９は、本発明に係る第６実施形態に係る接続構造体２０Ｅの斜視図である。図示の接続構造体２０Ｅは、金属部９ｂが２枚の保護材７、７間に、その幅方向Ｗの両端部に長手方向の全域にわたって形成されている場合を示している。図９中、領域Ｒ２（図９の破線で囲んだ領域）の部分が、金属部９ｂを形成した領域を示している。このような構成の接続構造体２０Ｅを製造する際、金属部９ｂと超電導線材１０ａ、１０ｂの隙間Ｇから酸素を供給することができる。
図９は、本発明に係る第６実施形態に係る接続構造体２０Ｅの斜視図である。図示の接続構造体２０Ｅは、金属部９ｂが２枚の保護材７、７間に、その幅方向Ｗの両端部に長手方向の全域にわたって形成されている場合を示している。図９中、領域Ｒ２（図９の破線で囲んだ領域）の部分が、金属部９ｂを形成した領域を示している。このような構成の接続構造体２０Ｅを製造する際、金属部９ｂと超電導線材１０ａ、１０ｂの隙間Ｇから酸素を供給することができる。
【0043】
（第７実施形態）
図１０は、本発明に係る第７実施形態に係る接続構造体２０Ｆの斜視図である。金属部９ｃが保護材７ｂの幅方向Ｗの両端部に長手方向の全域にわたって形成されている場合を示している点は、第５実施形態と同様であるが、金属部９ｃに金属部９ｃの外面から内面にわたって酸素を導入する酸素導入孔ｈがさらに設けられている点が異なる。これにより、接続構造体を製造する際、金属部９ｃと超電導線材１０ａ、１０ｂの隙間Ｇのみならず、酸素導入孔ｈを介して酸素をさらに供給することができる。
図１０は、本発明に係る第７実施形態に係る接続構造体２０Ｆの斜視図である。金属部９ｃが保護材７ｂの幅方向Ｗの両端部に長手方向の全域にわたって形成されている場合を示している点は、第５実施形態と同様であるが、金属部９ｃに金属部９ｃの外面から内面にわたって酸素を導入する酸素導入孔ｈがさらに設けられている点が異なる。これにより、接続構造体を製造する際、金属部９ｃと超電導線材１０ａ、１０ｂの隙間Ｇのみならず、酸素導入孔ｈを介して酸素をさらに供給することができる。
【0044】
以上、上記実施形態に係る接続構造体について述べたが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づき、各種の変形および変更が可能である。
【0045】
本発明における接続構造体２０には、金属の空気接触による酸化を防止するため、空間部分にエポキシ樹脂等の樹脂が充填されていてもよい。
【符号の説明】
【0046】
１ 基材
２ 中間層
３ 超電導導体層
４ 金属保護層
７、７ａ、７ｂ 保護材
８ 接続用超電導導体層
９、９ａ、９ｂ、９ｃ 金属部
１０ 超電導線材
１０ａ 第１の超電導線材
１０ｂ 第２の超電導線材
１１ 段差凹部
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ 接続構造体
３０ ＭＯＤ液
４０ 堆積層
Ｃ 超電導接続部
Ｇ 隙間
２ 中間層
３ 超電導導体層
４ 金属保護層
７、７ａ、７ｂ 保護材
８ 接続用超電導導体層
９、９ａ、９ｂ、９ｃ 金属部
１０ 超電導線材
１０ａ 第１の超電導線材
１０ｂ 第２の超電導線材
１１ 段差凹部
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ 接続構造体
３０ ＭＯＤ液
４０ 堆積層
Ｃ 超電導接続部
Ｇ 隙間
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】