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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】2023-04-04
(45)【発行日】2023-04-12
(54)【発明の名称】高温超伝導線材の接続体および接続方法
(51)【国際特許分類】
H01B 12/02 20060101AFI20230405BHJP
H10N 60/80 20230101ALI20230405BHJP
H01R 4/68 20060101ALI20230405BHJP
【ＦＩ】
H01B12/02 ZAA
H10N60/80 D
H01R4/68
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2018184184
(22)【出願日】2018-09-28
(65)【公開番号】P2020053354
(43)【公開日】2020-04-02
【審査請求日】2021-09-22
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 掲載先 「第９６回２０１８年度春季 低温工学・超電導学会情報」のウェブサイト講演概要 ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｃｓｊ．ｏｒ．ｊｐ／ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ／２０１８ｓ／２Ａ．ｐｄｆ 掲載日 平成３０年５月２３日 〔刊行物等〕 集会名 第９６回２０１８年度春季 低温工学・超電導学会 主催者名 公益社団法人低温工学・超電導学会 開催日 平成３０年５月２９日
【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）国立研究開発法人科学技術振興機構、未来社会創造事業大規模プロジェクト型「高温超電導線材接合技術の超高磁場ＮＭＲと鉄道き電線への社会実装」委託研究開発、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】503359821
【氏名又は名称】国立研究開発法人理化学研究所
(73)【特許権者】
【識別番号】504193837
【氏名又は名称】国立大学法人室蘭工業大学
(74)【代理人】
【識別番号】100126505
【弁理士】
【氏名又は名称】佐貫 伸一
(74)【代理人】
【識別番号】100106622
【弁理士】
【氏名又は名称】和久田 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100138357
【弁理士】
【氏名又は名称】矢澤 広伸
(74)【代理人】
【識別番号】100131392
【弁理士】
【氏名又は名称】丹羽 武司
(72)【発明者】
【氏名】金 新哲
(72)【発明者】
【氏名】▲柳▼澤 吉紀
(72)【発明者】
【氏名】朴 任中
(72)【発明者】
【氏名】末富 佑
【審査官】和田 財太
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１１－５１５７９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２４７６０７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／００６１４５８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平０８－１０４５２２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｂ １２／０２
Ｈ１０Ｎ ６０／８０
Ｈ０１Ｒ ４／６８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の酸化物高温超伝導線材と第２の酸化物高温超伝導線材の接続体であって、前記第１の酸化物高温超伝導線材の第１の超伝導層と、前記第２の酸化物高温超伝導線材の第２の超伝導層とが、Ｍ－Ｃｕ－Ｏ（ただし、Ｍは第１の超伝導層または第２の超伝導層に含まれる単一または複数の金属元素）を含む接合部を介して超伝導接合されており、
前記第１の超伝導層および前記第２の超伝導層は、Ｂｉ２２２３（Ｂｉ ２ Ｓｒ ２ Ｃａ ２ Ｃｕ ３ Ｏ ｘ ）、Ｂｉ２２１２（Ｂｉ ２ Ｓｒ ２ Ｃａ １ Ｃｕ ２ Ｏ ｘ ）のいずれかである、
高温超伝導線材の接続体。
【請求項2】
前記第１の超伝導層および前記第２の超伝導層は、いずれも、Ｂｉ２２２３であり、前記Ｍ－Ｃｕ－Ｏは、ＣａＣｕＯ２である、
請求項１に記載の高温超伝導線材の接続体。
【請求項3】
前記Ｍ－Ｃｕ－Ｏは、Ｂｉ２２１２またはＢｉ２２０１をさらに含む、請求項２に記載の高温超伝導線材の接続体。
【請求項4】
前記第１の超伝導層および前記第２の超伝導層は、複数のＢｉ２２２３フィラメントとＡｇシースとを含み、接合箇所ではその他の箇所と比較して、前記Ａｇシースが少ない、
請求項２または３に記載の高温超伝導線材の接続体。
【請求項5】
前記第１の超伝導層、前記第２の超伝導層、および前記Ｍ－Ｃｕ－Ｏは、接合界面において配向がそろっている、請求項１から４のいずれか１項に記載の高温超伝導線材の接続体。
【請求項6】
接合箇所は、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｔ族金属またはこれらの金属を含む合金の補強部材によって覆われている、請求項１から５のいずれか１項に記載の高温超伝導線材の接続体。
【請求項7】
第１の酸化物高温超伝導線材と第２の酸化物高温超伝導線材の接続方法であって、前記第１の酸化物高温超伝導線材の第１の超伝導層と、前記第２の酸化物高温超伝導線材の第２の超伝導層とを露出させる露出工程と、
前記第１の超伝導層と前記第２の超伝導層とを、溶融拡散接合により接合する接合工程と、
酸素アニール処理により、前記第１の超伝導層および前記第２の超伝導層に酸素を導入するアニール工程と、
を含み、
前記接合工程において前記第１の超伝導層と前記第２の超伝導層の間にＭ－Ｃｕ－Ｏ（ただし、Ｍは第１の超伝導層または第２の超伝導層に含まれる単一または複数の金属元素）を生じさせ、前記第１の超伝導層と前記第２の超伝導層が前記Ｍ－Ｃｕ－Ｏを含む接合部を介して超伝導接合され、
前記第１の超伝導層および前記第２の超伝導層は、Ｂｉ２２２３（Ｂｉ ２ Ｓｒ ２ Ｃａ ２ Ｃｕ ３ Ｏ ｘ ）、Ｂｉ２２１２（Ｂｉ ２ Ｓｒ ２ Ｃａ １ Ｃｕ ２ Ｏ ｘ ）のいずれかである、
高温超伝導線材の接続方法。
【請求項8】
前記第１の超伝導層および前記第２の超伝導層は、いずれも、Ｂｉ２２２３であり、前記接合工程では、Ｂｉ２２２３の融点以上まで加熱する、
請求項７に記載の高温超伝導線材の接続方法。
【請求項9】
前記第１の超伝導層および前記第２の超伝導層は、複数のＢｉ２２２３フィラメントとＡｇシースとを含んでおり、前記露出工程の後かつ前記接合工程の前に、前記Ａｇシースの融点付近または融点以上温度まで加熱し、かつ圧力をかけて、前記Ａｇシースを除去する前処理工程をさらに含む、
請求項８に記載の高温超伝導線材の接続方法。
【請求項10】
接合箇所を、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｔ族金属またはこれらの金属を含む合金の補強部材によって覆う補強工程をさらに含む、請求項９に記載の高温超伝導線材の接続方法。
【請求項11】
前記補強工程は、前記前処理工程の後かつ前記接合工程の前、または、前記接合工程の後かつ前記アニール工程の前に行われる、請求項１０に記載の高温超伝導線材の接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、酸化物高温超伝導線材の接続体および接続方法に関する。
【背景技術】
【0002】
超伝導線材は、ＮＭＲ（Nuclear Magnetic Resonance）装置や、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置などに広く用いられている。超伝導線材同士の接続は、線材の長尺化や永久電流モードの実現などのために、必要不可欠な技術的課題である。
【0003】
酸化物高温超伝導線材のうちＢｉ２２１２線材（Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏｘ）については超伝導接合技術が実用化されており、ＲＥＢＣＯ線材（（ＲＥ）Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ）についても本発明者らが超伝導接合技術を提案済みである（特許文献１）。一方、Ｂｉ２２２３線材（Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ）については実用的な超伝導接合方法はまだない。
【0004】
非特許文献１，２では、Ｂｉ２２２３のバルクを接合媒体として用いる固相拡散接合（８００℃および３ＭＰａ）が提案されている。しかしながら、非特許文献１，２で提案されている手法では、実用に必要な程度の十分な臨界電流を得ることができない。また、この手法は、固相成長過程を有する場合もあるので接合に時間がかかるという問題、および接合の強度が弱いという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】国際公開第２０１５／１１８７３２号
【非特許文献】
【0006】
【文献】Guo, Wei, et al. "Superconducting joint of Bi-2223/Ag superconducting tapes by diffusion bonding." Physica C: Superconductivity 469.21 (2009): 1898-1901.
【文献】Guo, Wei, et al. "Fabrication of joint Bi-2223/Ag superconducting tapes with BSCCO superconducting powders by diffusion bonding." Physica C: Superconductivity 470.9-10 (2010): 440-443.
【文献】D. Di Castro, et al. "High Tc superconductivity at the interface between the CaCuO2 and SrTiO3 insulating oxides" Phys. Rev. Lett. 115 (2015): 147001.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
このような課題を考慮し、本発明は、新規の超伝導接続技術、特にＢｉ２２２３線材にも適用可能な実用的な接続技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の第一の態様は、高温超伝導線材の接続方法である。本態様に係る方法は、
第１の酸化物高温超伝導線材の第１の超伝導層と、第２の酸化物高温超伝導線材の第２の超伝導層とを露出させる露出工程と、
前記第１の超伝導層と前記第２の超伝導層とを、液相拡散接合（溶融拡散接合）により接合する接合工程と、
酸素アニール処理により、前記第１の超伝導層および前記第２の超伝導層に酸素を導入
するアニール工程と、
を含む。
第１の酸化物高温超伝導線材の第１の超伝導層と、第２の酸化物高温超伝導線材の第２の超伝導層とを露出させる露出工程と、
前記第１の超伝導層と前記第２の超伝導層とを、液相拡散接合（溶融拡散接合）により接合する接合工程と、
酸素アニール処理により、前記第１の超伝導層および前記第２の超伝導層に酸素を導入
するアニール工程と、
を含む。
【0009】
本態様における接合工程では、接合媒体（インサート金属）を用いずにも接合可能である。具体的には、超伝導層同士を当接し、超伝導層の融点以上まで加熱することで結晶相の少なくとも一部を液体に分解させて、接合面積を増加しながら液相接合を行う。本手法によって、臨界電流の大きな性能のよい超伝導接続が行える。また、本手法は長い加熱時間が必要となる固相成長とは異なって、液相成長により短時間で成長・接続が行える。本手法により、酸化物高温超伝導線材の超伝導接続が実現でき、これまで実用化されていなかったＢｉ２２２３線材の接続にも適用できる。
【0010】
ここで、第１の酸化物高温超伝導線材と第２の酸化物高温超伝導線材は、Ｂｉ２２２３（Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ）、Ｂｉ２２１２（Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏｘ）、ＲＥＢＣＯ（（ＲＥ）Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ、ＲＥは一つ又は複数の希土類元素）のいずれかである。第１の酸化物高温超伝導線材と第２の酸化物高温超伝導線材の材料は同じであってもよいし異なっていてもよい。
【0011】
本態様において、前記第１の超伝導層および前記第２の超伝導層は、いずれも、Ｂｉ２２２３であってもよい。この場合、媒体なしでの接合工程では、Ｂｉ２２２３の融点（大気中で８６５℃程度で酸素分圧に依存）以上まで加熱する。なお、加熱温度は、Ｂｉ２２２３が分解溶融して生成されるＢｉ２２１２の融点（大気中８８５℃程度で酸素分圧に依存）以下、またはさらに高い温度で瞬間加熱することでＢｉ２２２３の表面のみを溶融させることがよい。媒体ありでは、上記以外にＢｉ２２２３融点以下でも実施可能である。
【0012】
また、第１および第２の超伝導層が、複数のＢｉ２２２３フィラメントとＡｇシースとを含んでいる場合には、本態様の接続方法は、前記Ａｇシースの融点付近または融点（バルクの場合９６０℃程度で微粒子の場合は大きく降下し、Ａｇシースの例として８８０℃）以上の温度まで加熱して、前記Ａｇシースを除去する前処理工程をさらに含むとよい。この前処理工程により各線材内のフィラメント同士が当接または近接し、その後接合まで実施するか、または次の工程である線材間の接合過程で同時に接合することもでき、大きな臨界電流が得られる。
【0013】
本態様に係る接続方法は、加熱を実施する前に接合箇所を、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｔ族金属またはこれらの金属を含む合金などの高温で酸化しにくい補強部材によって覆う補強工程をさらに含んでもよい。補強部の材料は、酸素アニール工程において酸素が透過するものが必要である場合は、ＡｇまたはＡｇ合金などが採用できる。この補強工程は、前記前処理工程の後かつ前記接合工程の前に行われてもよいし、前記接合工程の後かつ前記アニール工程の前に行われてもよい。接合工程の前に行われる場合には、接合工程において溶融しない材料を用いることが望ましい。
【0014】
本発明の第２の態様は、高温超伝導線材の接続体である。本態様に係る高温超伝導線材の接続体は、第１の酸化物高温超伝導線材の第１の超伝導層と、第２の酸化物高温超伝導線材の第２の超伝導層とが、Ｍ－Ｃｕ－Ｏを含む接合部を介して接合されている、ことを特徴とする。ここで、Ｍ－Ｃｕ－Ｏは、ＭとＣｕとＯなどの元素を含む化合物で、結晶構造においてはＣｕＯ２層を有することが良い。Ｍは、第１の超伝導層または第２の超伝導層に含まれる単一または複数の金属元素であることが望ましい。ただし、Ｍは、超伝導層の臨界温度と臨界電流などの性能変化を引き起こさない金属であれば、第１の超伝導層や第２の超伝導層に含まれる金属元素以外の金属元素であってもよい。例えばＰｄ、Ａｕなど、Ｃｕよりイオン化傾向が低い物質は高温で超伝導層のＣｕと置換反応をしない。またＭｇ、Ｂａなど超伝導層に含まれている金属と同じ元素の族に属する物質と、Ｐｂなど超
伝導層の性能を向上させるまたは大きく降下させない元素も使用できる。本態様において、接合部におけるＭ－Ｃｕ－Ｏは配向がそろっているとよい。
伝導層の性能を向上させるまたは大きく降下させない元素も使用できる。本態様において、接合部におけるＭ－Ｃｕ－Ｏは配向がそろっているとよい。
【0015】
ここで、第１の酸化物高温超伝導線材と第２の酸化物高温超伝導線材は、Ｂｉ２２２３（Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ）、Ｂｉ２２１２（Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏｘ）、ＲＥＢＣＯ（（ＲＥ）Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ、ＲＥは一つ又は複数の希土類元素）のいずれかである。第１の酸化物高温超伝導線材と第２の酸化物高温超伝導線材の材料は同じであってもよいし異なっていてもよい。超伝導層にＢｉ２２２３またはＢｉ２２１２を用いる場合には、ＭはＢｉ、Ｃａ、Ｓｒの１～３種であり（Ｂｉ２２３４、Ｂｉ２２２３、Ｂｉ２２１２、Ｂｉ２２０１などを含む）、超伝導層にＲＥＢＣＯを用いる場合にはＭはＲＥまたはＢａもしくはその両方である。
【0016】
本態様において、前記第１の超伝導層および前記第２の超伝導層は、いずれも、Ｂｉ２２２３であってもよい。この場合、前記Ｍ－Ｃｕ－Ｏは、ＣａＣｕＯ２、ＣａＣｕ２Ｏ３、Ｃａ２ＣｕＯ３、Ｂｉ２２３４、Ｂｉ２２２３、Ｂｉ２２１２、Ｂｉ２２０１などの少なくともいずれかを含むが、結晶構造でＣｕＯ２層を有する観点からみればＣａＣｕ２Ｏ３、Ｃａ２ＣｕＯ３以外を含むことがより良い。
【0017】
本態様に係る接続体は、接合箇所は、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｔ族金属またはこれらの金属を含む合金などの補強部材によって覆われていてもよい。補強部材は、金属箔のように薄い部材であってよい。補強部材により高い機械的強度が得られる。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、酸化物高温超伝導線材を高性能に接続でき、さらに、Ｂｉ２２２３線材を接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下では、図面を参照しながら、この発明を実施するための形態を説明する。
【0021】
＜第１の実施形態＞
本実施形態は、Ｂｉ２２２３多芯（マルチフィラメント）テープ線材のＢｉ２２２３相を溶融させて、線材間のフィラメントを直接に接合する。
本実施形態は、Ｂｉ２２２３多芯（マルチフィラメント）テープ線材のＢｉ２２２３相を溶融させて、線材間のフィラメントを直接に接合する。
【0022】
（超伝導線材）
図１は、接続するＢｉ２２２３多芯テープ線材１０の構造を示す図である。多芯テープ線材１０は、複数のＢｉ２２２３フィラメントを含む超伝導層１１と、Ａｇシース（銀母材）１２と保護材１３とを有する。一例として、多芯テープ線材１０は、幅４．５ｍｍ、厚さ約０．３ｍｍであり、１００本以上のＢｉ２２２３フィラメントを有する。
図１は、接続するＢｉ２２２３多芯テープ線材１０の構造を示す図である。多芯テープ線材１０は、複数のＢｉ２２２３フィラメントを含む超伝導層１１と、Ａｇシース（銀母材）１２と保護材１３とを有する。一例として、多芯テープ線材１０は、幅４．５ｍｍ、厚さ約０．３ｍｍであり、１００本以上のＢｉ２２２３フィラメントを有する。
【0023】
（超伝導線材の接続体）
図２は、Ｂｉ２２２３多芯テープ線材１０同士の接続体１の構造を示す図である。多芯テープ線材１０ａ，１０ｂは、例えば、末端の約１０ｍｍにおいて超伝導層１１が接合されている。後述するように、接合箇所においては保護材１３およびＡｇシース１２が除去され、超伝導層１１同士が接合部（接合層）２０を介して接合される。また、接合箇所を含む末端部分は、接続を補強するための補強部材３０によって覆われている。補強部材３０は、厚さ０．１ｍｍ程度の金属箔を数回巻いてある。
図２は、Ｂｉ２２２３多芯テープ線材１０同士の接続体１の構造を示す図である。多芯テープ線材１０ａ，１０ｂは、例えば、末端の約１０ｍｍにおいて超伝導層１１が接合されている。後述するように、接合箇所においては保護材１３およびＡｇシース１２が除去され、超伝導層１１同士が接合部（接合層）２０を介して接合される。また、接合箇所を含む末端部分は、接続を補強するための補強部材３０によって覆われている。補強部材３０は、厚さ０．１ｍｍ程度の金属箔を数回巻いてある。
【0024】
（接続方法）
図３は、接続体１の製造方法、すなわち、超伝導線材の接続方法を示す流れ図である。
図３は、接続体１の製造方法、すなわち、超伝導線材の接続方法を示す流れ図である。
【0025】
工程Ｓ１０において、多芯テープ線材１０ａ、１０ｂの接続箇所、すなわち、末端の約１０ｍｍの一方の面の保護材１３を剥がし、Ａｇシースを研磨して、超伝導層１１（Ｂｉ２２２３フィラメント）を露出させる。
【0026】
工程Ｓ２０において、露出された多芯テープ線材１０ａ，１０ｂの超伝導層１１同士を当接させる。
【0027】
工程Ｓ３０において、接続箇所のＡｇシースを除去する。具体的には、Ａｇを溶融または軟化させ、かつ圧力（８８０℃で１０ＭＰａ）を掛けてＡｇを拡散させる。これにより、それぞれの多芯テープ線材１０ａ、１０ｂの末端部分において、Ｂｉ２２２３フィラメントが線材の厚さ方向で当接または近接される。なお、末端部分（接続箇所）のＢｉ２２２３フィラメント間のＡｇシースを完全に除去して当接させることが望ましいが、必ずしも完全に除去する必要はなく、近接により未処理部分と比較してＡｇシースが少なくなっていればよい。
【0028】
工程Ｓ４０において、接続箇所を含む末端部分を、金属箔の補強部材３０で被覆する。金属箔は、アニール工程Ｓ６０において酸化しにくいかつ酸素を透過する材料である必要があり、接合工程Ｓ５０において酸化しにくいかつ溶融しない材料である必要がある。したがって、補強部材３０として、Ｐｔ族元素を含んだ合金（例えばＰｄ－Ａｇ合金）を用いることが望ましい。なお、補強部材３０は、接合工程Ｓ５０の後に設けてもよく、この場合は、４００℃前後で酸化が小さいＡｇ－Ｎｉ合金などを利用することもできる。
【0029】
工程Ｓ５０において、Ｂｉ２２２３相の融点（空気中８６５℃）以上かつ補強部材３０の融点以下まで加熱し、Ｂｉ２２２３相の少なくとも一部を液体に分解し、最高温度で数分以内の短時間で接合を行う。２つの超伝導層１１の接触面近傍のみＢｉ２２２３相が溶融されてもよいし、接続箇所全体のＢｉ２２２３相が溶融されてもよい。本実施形態では
、８９０℃で１分間加熱して超伝導層１１同士を接合する。後述するように、熱処理後に、Ｂｉ２２１２相とＣａ－Ｃｕ－Ｏを含む接合部２０が生じる点が本手法の特徴である。
、８９０℃で１分間加熱して超伝導層１１同士を接合する。後述するように、熱処理後に、Ｂｉ２２１２相とＣａ－Ｃｕ－Ｏを含む接合部２０が生じる点が本手法の特徴である。
【0030】
工程Ｓ６０において、酸素アニール処理を行って、超伝導層１１に酸素を導入する。接合界面の臨界電流は酸素量に依存するので、工程Ｓ６０によって超伝導性能が向上する。
【0031】
（試料評価）
上述の方法により製造された接続体１の臨界電流の温度依存性（Ｉｃ－Ｔ特性）を調べた。図４は、その結果を示す。７７Ｋでは臨界電流（１μＶ基準）が１２Ａであり、４．２Ｋでは１７７Ａであり、従来のＢｉ２２２３線材の接続体よりも大きな臨界電流が得られた。このように、特に低温領域において臨界電流の顕著な上昇が見られた。
上述の方法により製造された接続体１の臨界電流の温度依存性（Ｉｃ－Ｔ特性）を調べた。図４は、その結果を示す。７７Ｋでは臨界電流（１μＶ基準）が１２Ａであり、４．２Ｋでは１７７Ａであり、従来のＢｉ２２２３線材の接続体よりも大きな臨界電流が得られた。このように、特に低温領域において臨界電流の顕著な上昇が見られた。
【0032】
また、接続体１の臨界電流の外部磁場依存性を調べるために、４．２Ｋにおいて、接続体の外部磁場を変化させながら臨界電流を測定した。図５はその結果を示す。５．５Ｔの外部磁場中でも、０Ｔにおける臨界電流の４６％の臨界電流を保持している。これは、接合部が強い磁場中に置かれるマグネット応用において、非常に有用な特性である。
【0033】
また、接続体１の電気抵抗を調べるために、接合部を１箇所だけ有するコイルを作製し、液体窒素温度で永久電流測定を行った。図６はその結果を示す。コイル中心磁場の時間変化から、コイルの電気抵抗が１０－１２Ω程度であることが分かり、永久電流運転が実現できる。
【0034】
次に、接合部２０の組成をＸ線回折測定（ＸＲＤ）により調べた。図７の（ａ）は接合処理前の超伝導層１１表面、（ｂ）は超伝導層１１の接合界面と反対の表面、（ｃ）は超伝導層１１の接合界面における測定結果を示す。なお、図７の（ｃ）には、２θ＝２８°付近を拡大図も付している。図７の（ａ）に示すように接合処理前にはＢｉ２２１２相やＣａ－Ｃｕ－Ｏは存在しないが、図７の（ｃ）に示すように接合後の界面にＢｉ２２１２相およびＣａ－Ｃｕ－Ｏ（ＣａＣｕＯ２）が得られていることが分かる。接合後の界面にはＣａＣｕＯ２だけでなく、ＣａＣｕ２Ｏ３、Ｃａ２ＣｕＯ３も存在する。
【0035】
このように、接合界面にＢｉ２２１２が現れるので、Ｂｉ２２２３－Ｂｉ２２１２－Ｂｉ２２２３というヘテロ接合が形成され、これにより超伝導接続されていると理解できる。しかしながら、この接合のみでは７７Ｋではほぼ超伝導を示さない（臨界電流が数Ａ以下）ことが知られている。接合界面にＣａＣｕＯ２が得られていることから、Ｂｉ２２２３－ＣａＣｕＯ２－Ｂｉ２２２３が形成されており、これが高温での超伝導接続に寄与していると考えられる。このことは、単体では超伝導を示さないＣａＣｕＯ２をヘテロ接合することにより高温超伝導が得られたという報告（非特許文献３）とも一致する。
【0036】
さらに、接合部２０の組成をＥＤＳ分析（エネルギー分散型Ｘ線分析）により調べた。図８は、接合部２０を剥離して得られる接合界面７１の一部におけるＥＤＳの分析位置を示す図である。図８に示すように、ｐｏｉｎｔ１～ｐｏｉｎｔ２５の２５個の位置で分析を行っている。図９は、ＥＤＳ分析の詳細結果である。なお、Ａｇの組成比が２０％以下の点についてのみ組成比を分析している。図９に示すように、ｐｏｉｎｔ１６，２３においてＢｉ２２１２が検出され、ｐｏｉｎｔ３においてＣａＣｕＯ２が検出されている。このように、ＥＤＳ分析からも接合界面にＢｉ２２１２およびＣａＣｕＯ２が現れていることが確認できる。なお、ｐｏｉｎｔ７，８ではＳｒＣａＣｕ２Ｏｘ，ＳｒＣａ５ＣｕＯｘ（Ｓｒ－Ｃａ－Ｃｕ－Ｏ）も検出されている。
【0037】
また、接続体１の接続箇所を、線材長手方向に垂直な面９１で切断した断面についても同様にＥＤＳ分析を行った。図１０は、接合断面の一部でのＥＤＳの分析位置を示す図で
ある。図１０に示すように、点ｐ１を中心として厚さ方向と幅方向に複数（２０個）の位置で分析を行っている。図１１は、ＥＤＳ分析の詳細結果である。図１１に示すように、点ｐ２，ｐ３，ｐ４においてＣａＣｕＯ２が検出され、点ｐ１８でＳｒＣａ２ＣｕＯｘ，点２０でＳｒＣｒ３ＣｕＯｘが検出されている。
ある。図１０に示すように、点ｐ１を中心として厚さ方向と幅方向に複数（２０個）の位置で分析を行っている。図１１は、ＥＤＳ分析の詳細結果である。図１１に示すように、点ｐ２，ｐ３，ｐ４においてＣａＣｕＯ２が検出され、点ｐ１８でＳｒＣａ２ＣｕＯｘ，点２０でＳｒＣｒ３ＣｕＯｘが検出されている。
【0038】
また、Ｂｉ２２１２やＣａＣｕＯ２（Ｍ－Ｃｕ－Ｏ）層が高温超伝導として高い臨界電流を示すためには、ｃ軸方向で００Ｌ面が配向していることが必要である。配向性を確認するために、接合界面に対して湾曲ＩＰＸ線解析測定を実施した。図１２の（ａ）は接合後の界面に対する測定結果、（ｂ）は接合前の界面に対する測定結果を示す。接合後の界面には、Ｂｉ２２０１，Ｂｉ２２１２，ＣａＣｕＯ２はｃ軸で００Ｌ面が配向していることが分かる。
【0039】
（本実施形態の有利な効果）
本実施形態によれば、Ｂｉ２２２３線材同士を実用に十分足りる臨界電流を得ることができる。また、Ｂｉ２２２３線材同士を接続したコイルにおいて永久電流運転を達成することができる。また、本実施形態に係る製造方法では長時間の結晶成長過程を用いないので、短時間で接合が行える。接合の機械的強度も十分高く、さらに補強部材３０を用いることで強度がさらに増す。ここで、接合自体の強度が高いため、補強部材３０が小さくてもよく、補強部材の自己重力により接合が破壊されることを防止できると共に、取り扱いが容易になるという利点もある。
本実施形態によれば、Ｂｉ２２２３線材同士を実用に十分足りる臨界電流を得ることができる。また、Ｂｉ２２２３線材同士を接続したコイルにおいて永久電流運転を達成することができる。また、本実施形態に係る製造方法では長時間の結晶成長過程を用いないので、短時間で接合が行える。接合の機械的強度も十分高く、さらに補強部材３０を用いることで強度がさらに増す。ここで、接合自体の強度が高いため、補強部材３０が小さくてもよく、補強部材の自己重力により接合が破壊されることを防止できると共に、取り扱いが容易になるという利点もある。
【0040】
また、接合の前処理として、接続箇所においてＢｉ２２１２フィラメントの間に存在するＡｇシースを除去して、フィラメント同士を線材厚さ方向で接合させている。これにより、２つの線材の全てのフィラメントが確実に接合するため大きな臨界電流が得られる。なお、２つの線材をそれぞれ斜めに切断して接合する手法では、フィラメント単位での接合を試みているが、確率的にしか接続されないため、大きな臨界電流が得られなかったり、性能にばらつきが生じたりする。本実施形態では、このような問題を解消できる。
【0041】
＜その他の実施形態＞
第１の実施形態では、Ｂｉ２２２３－Ｂｉ２２１２－Ｂｉ２２２３あるいはＢｉ２２２３－ＣａＣｕＯ２－Ｂｉ２２２３というヘテロ接合により超伝導接続が達成されている。しかしながら、接続する超伝導線材は、酸化物高温超伝導線材であればＢｉ２２２３線材に限られない。
第１の実施形態では、Ｂｉ２２２３－Ｂｉ２２１２－Ｂｉ２２２３あるいはＢｉ２２２３－ＣａＣｕＯ２－Ｂｉ２２２３というヘテロ接合により超伝導接続が達成されている。しかしながら、接続する超伝導線材は、酸化物高温超伝導線材であればＢｉ２２２３線材に限られない。
【0042】
例えば、ＲＥＢＣＯ線材同士を、上記と同様の手法により接続してもよい。ＲＥＢＣＯ線材同士の接続の場合には、Ｂａ－Ｃｕ－Ｏ層が超伝導接続に寄与する。また、Ｂｉ２２１２線材同士を、上記と同様の手法により接続してもよい。Ｂｉ２２１２線材同士の接続の場合には、Ｃａ－Ｃｕ－Ｏ層が超伝導接続に寄与する。さらに、異なる種類の酸化物高温超伝導線材同士を上記と同様の手法により接続してもよい。このような接合の原理は、基本的にＢｉ２２２３の場合と同様である。その理由は、高温超伝導であるＢｉ２２２３もＢｉ２２１２もＲＥＢＣＯも結晶構造における超伝導層は同じＣｕＯ２層であり、それが接合においてもＢａ－Ｃｕ－ＯまたはＣａ－Ｃｕ－Ｏに含まれているＣｕＯ２層によって超伝導層がつながるため、すべて超伝導接合が可能である。
【0043】
第１の実施形態では、超伝導層同士を直接当接させて液相拡散接合により接合しているが、接合層にＭ－Ｃｕ－Ｏを作成するために、金属薄膜を超伝導層の間に挟んで液相拡散接合を行ってもよい。この場合に金属Ｍは、酸化物高温超伝導線材に含まれる金属である必要なく、界面で高温超伝導となるものであれば任意であってよい。
【符号の説明】
【0044】
１：接続体
１０：高温超伝導多芯テープ線剤 １１：超伝導層 １２：Ａｇシース １３：保護材２０：接合部 ３０：補強部材
１０：高温超伝導多芯テープ線剤 １１：超伝導層 １２：Ａｇシース １３：保護材２０：接合部 ３０：補強部材
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】