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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】2024-10-01
(45)【発行日】2024-10-09
(54)【発明の名称】超電導接合装置
(51)【国際特許分類】
B23K 20/10 20060101AFI20241002BHJP
H01R 4/68 20060101ALI20241002BHJP
H01R 43/02 20060101ALI20241002BHJP
H01R 4/02 20060101ALN20241002BHJP
【ＦＩ】
B23K20/10 ZAA
H01R4/68
H01R43/02 B
H01R4/02 C
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020213511
(22)【出願日】2020-12-23
(65)【公開番号】P2022099633
(43)【公開日】2022-07-05
【審査請求日】2023-11-28
【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、国立研究開発法人科学技術振興機構、未来社会創造事業「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、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(73)【特許権者】
【識別番号】301023238
【氏名又は名称】国立研究開発法人物質・材料研究機構
(72)【発明者】
【氏名】松本 明善
【審査官】柏原 郁昭
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１７／０４３５５５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開昭４９－０１１９６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６３－１１０５８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００６－５１６２２３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ２０／１０
Ｈ０１Ｒ ４／６８
Ｈ０１Ｒ ４３／０２
Ｈ０１Ｒ ４／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
接合対象となる超電導線材に向かって波動エネルギーを出射する励振部と、前記励振部と所定の間隙を隔てて対向し、前記接合対象となる超電導線材を前記間隙に介在し得る接合対向部と、
前記接合対向部の間隙を可変とする接触面間隙可変機構とを備え、
前記接触面間隙可変機構による前記間隙の調節に基づき、前記励振部と前記接合対向部とで前記超電導線材を保持するように構成した超電導線接合装置であって、
前記超電導線材を保持する線材保持部は、前記励振部の端部に設けられた励振部側保持部と、
前記接合対向部の端部に設けられた圧子部とを有し、
前記接触面間隙可変機構は、
把持部と、前記把持部に近設された操作部とを備え、
前記把持部と前記操作部は、前記接合対向部の圧子部と対をなす端部に設けられると共に、前記操作部の操作に応じて、前記励振部側保持部と前記圧子部との間隙が増減するように構成され、
さらに、前記励振部と接合対向部とを連結する連結部を有し、前記連結部は前記圧子部と前記把持部との中間的位置に位置する、超電導線接合装置。
【請求項2】
接合対象となる超電導線材に向かって波動エネルギーを出射する励振部と、前記励振部と所定の間隙を隔てて対向し、前記接合対象となる超電導線材を前記間隙に介在し得る接合対向部と、
前記接合対向部の間隙を可変とする接触面間隙可変機構とを備え、
前記接触面間隙可変機構による前記間隙の調節に基づき、前記励振部と前記接合対向部とで前記超電導線材を保持するように構成した超電導線接合装置であって、
前記超電導線材を保持する線材保持部は、前記励振部の端部に設けられた励振部側保持部と、
前記接合対向部の端部に設けられた圧子部とを有し、
前記接触面間隙可変機構は、
把持部と、前記把持部に近設された操作部とを備え、
前記把持部と前記操作部は、前記接合対向部の圧子部と対をなす端部に設けられると共に、前記操作部の操作に応じて、前記励振部側保持部と前記圧子部との間隙が増減するように構成され、
前記接合対向部は、前記把持部と前記励振部との間に位置する超電導線接合装置。
【請求項3】
前記接触面間隙可変機構は、さらに、前記励振部と接合対向部とを連結する連結部を有し、前記連結部は前記圧子部と前記把持部との中間的位置に位置する、請求項２に記載の超電導線接合装置。
【請求項4】
前記接合対向部は、超電導線材を保持あるいは落とし込む機構を有し、超電導線材を挟んで前記励振部の反対側に位置する、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の超電導線接合装置。
【請求項5】
前記励振部は波動エネルギーとして超音波または音波として出射することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の超電導線接合装置。
【請求項6】
超電導線接合装置は可搬型であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の超電導線接合装置。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、超電導特性の劣化を回避しながら、超電導線材同士を接合するための装置に関し、特に超電導線材の接合を簡便に行うことに好適で、構成部品を選択すること等により可搬型としても使用得る装置に関する。
【背景技術】
【0002】
超電導線材の接合は強磁場マグネットや超電導送電ケーブル等において必要不可欠の技術である。従来は高温超電導線材では一般的に半田を用いた接合技術が主流であった。ところが、半田接合においては、半田の種類によっては３００℃以上の温度で接合させる必要があった。他方で、超電導線材に含まれる酸化物超電導体は温度に敏感で、１５０℃以上の温度で長時間保持された場合、酸素の出入りにより、当初保持していた超電導特性が劣化するこという課題がある。
【0003】
そこで、例えば、特許文献１に示すように、超音波接合を用いた超電導線材の接合方法が提案されている。具体的には、超電導層に金属の安定化層が被覆された超電導線材の接合方法であって、２本の超電導線材それぞれ安定化層となる薄い金属同士を重ね合わせ、２本の超電導線材の重なった部分を手で持てる超音波接合機において接合を行なうものである。接合工程は室温あるいは１００℃程度の低温で行う。しかしながら、特許文献１に示す超音波接合機では出力が非常に高く、超電導線材の接地現場での作業性が良くないという課題がある。
【0004】
他方で、特許文献２に示すような、超音波接合機が知られている。しかし、この超音波接合機は、熱可塑性プラスチックの接合用であり、酸化物高温超電導線材のような脆い材料の接合を前提としたものではなく、酸化物高温超電導線材のような脆い材料の接合に用いると、当初保持していた超電導特性が劣化する可能性があるこという課題がある。
【0005】
また、特許文献３に示すように、ＮｂＴｉのような金属超電導線材の接合に用いて好適な超音波接合装置が提案されている。しかし、酸化物高温超電導線材のような脆い材料の接合においては、ＮｂＴｉのような金属超電導線材の接合と異なる配慮が必要であり、このような脆さに対する配慮が不足すると、当初保持していた超電導特性が劣化する可能性があるこという課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】国際公開第２０１７／０４３５５５号
【文献】特開昭４９－１１９６８号公報
【文献】特開昭６０－３５４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
この種の超電導ケーブルは電力供給用のケーブルであるため、その敷設は例えば屋外やトンネル内で敷設することになる。そのようなとき、特許文献１で開示された装置では装置自体が巨大であり、容易に持ち運びをすることができないという課題がある。また、小型プレス等においても複雑な機構を有して卓上型で４０ｃｍ角程度の場所を必要とするとともに、その重量は３０ｋｇを超える重量となり、屋外への持ち出しおよび現場での接合は困難であるいう課題がある。
本発明の目的は、前記の課題に鑑みてなされたもので、超電導特性の劣化を回避しながら超電導線材同士を接合するための装置に関し、例えば、屋外やトンネル内での超電導ケーブル敷設作業にも適用が可能な超電導接合装置、構成部品の選定によっては、可搬型とすることも可能な超電導接合装置を提供することを目的する。
本発明の目的は、前記の課題に鑑みてなされたもので、超電導特性の劣化を回避しながら超電導線材同士を接合するための装置に関し、例えば、屋外やトンネル内での超電導ケーブル敷設作業にも適用が可能な超電導接合装置、構成部品の選定によっては、可搬型とすることも可能な超電導接合装置を提供することを目的する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
以下説明の便宜上、可搬型タイプのものを主体に述べる。
本発明者は、前記従来の課題を解決するために鋭意研究を進めた結果、可搬型超電導線接合装置においては、屋外やトンネル内での超電導ケーブル敷設作業現場での接続を可能にするために、手で持てる位の大きさ、重さを実現する必要があることを認識し、本発明における後述の実施の形態に想到するに至った。具体的には超音波振動子の出力は５００Ｗ以下の物が好ましい。
本発明者は、前記従来の課題を解決するために鋭意研究を進めた結果、可搬型超電導線接合装置においては、屋外やトンネル内での超電導ケーブル敷設作業現場での接続を可能にするために、手で持てる位の大きさ、重さを実現する必要があることを認識し、本発明における後述の実施の形態に想到するに至った。具体的には超音波振動子の出力は５００Ｗ以下の物が好ましい。
【0009】
〔１〕本発明の実施の形態として記載される可搬型超電導接合装置は、例えば図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃに示すように、接合対象となる超電導線材に向かって波動エネルギーを出射する励振部１０と、励振部１０と所定の間隙を隔てて対向し、接合対象となる超電導線材２０を前記間隙に介在し得る接合対向部３０と、接合対向部３０の間隙を可変とする接触面間隙可変機構４０とを備え、接触面間隙可変機構４０による前記間隙の調節に基づき、超音波励振部１０と接合対向部３０とで超電導線材２０を保持するように構成したものである。
【0010】
〔２〕本発明の実施の形態としての可搬型超電導接合装置において、好ましくは、超電導線材２０を保持する線材保持部は、超音波励振部１０の端部に設けられた励振部側保持部１２と、接合対向部３０の端部に設けられた圧子部３２とを有するとよい。
〔３〕本発明の実施の形態としての可搬型超電導接合装置において、好ましくは、接触面間隙可変機構４０は、接合対向部３０と超音波励振部１０とのなす角度が可変に係合するヒンジ部５２を有し、ヒンジ部５２での回動により、励振部側保持部１２と圧子部３２との間隙が変化するように構成されているとよい。
〔４〕本発明の実施の形態の可搬型超電導接合装置において、好ましくは、接触面間隙可変機構４０は、把持部４４と、把持部４４に近設された操作部４６とを備え、把持部４４と操作部４６は、接合対向部３０の圧子部と対をなす端部に設けられると共に、操作部４６の操作に応じて、励振部側保持部１２と圧子部３２との間隙が増減するように構成されているとよい。
〔５〕本発明の実施の形態の可搬型超電導接合装置において、好ましくは、接触面間隙可変機構４０は、超音波励振部１０と接合対向部３０とを連結する連結部４２を有し、連結部４２は圧子部３２と把持部４４との中間的位置に位置するとよい。
〔６〕本発明の実施の形態の可搬型超電導接合装置において、好ましくは、接合対向部３０は、把持部４４と超音波励振部１０との間に位置するとよい。
〔３〕本発明の実施の形態としての可搬型超電導接合装置において、好ましくは、接触面間隙可変機構４０は、接合対向部３０と超音波励振部１０とのなす角度が可変に係合するヒンジ部５２を有し、ヒンジ部５２での回動により、励振部側保持部１２と圧子部３２との間隙が変化するように構成されているとよい。
〔４〕本発明の実施の形態の可搬型超電導接合装置において、好ましくは、接触面間隙可変機構４０は、把持部４４と、把持部４４に近設された操作部４６とを備え、把持部４４と操作部４６は、接合対向部３０の圧子部と対をなす端部に設けられると共に、操作部４６の操作に応じて、励振部側保持部１２と圧子部３２との間隙が増減するように構成されているとよい。
〔５〕本発明の実施の形態の可搬型超電導接合装置において、好ましくは、接触面間隙可変機構４０は、超音波励振部１０と接合対向部３０とを連結する連結部４２を有し、連結部４２は圧子部３２と把持部４４との中間的位置に位置するとよい。
〔６〕本発明の実施の形態の可搬型超電導接合装置において、好ましくは、接合対向部３０は、把持部４４と超音波励振部１０との間に位置するとよい。
【0011】
〔７〕本発明の実施の形態の可搬型超電導接合装置において、好ましくは、前記接合対向部は、超電導線材を保持あるいは落とし込む機構を有し、超電導線材を挟んで前記励振部の反対側に位置するとよい。
〔８〕本発明の実施の形態の可搬型超電導接合装置において、好ましくは、前記励振部は波動エネルギーとして超音波または音波として出射するとよい。
〔９〕本発明の実施の形態の可搬型超電導接合装置において、好ましくは、超電導線接合装置は可搬型であるとよい。
〔８〕本発明の実施の形態の可搬型超電導接合装置において、好ましくは、前記励振部は波動エネルギーとして超音波または音波として出射するとよい。
〔９〕本発明の実施の形態の可搬型超電導接合装置において、好ましくは、超電導線接合装置は可搬型であるとよい。
【発明の効果】
【0012】
本発明の可搬型超電導接合装置によれば、励振部１０での超音波振動子の出力を、例えば５００Ｗ以下の小さなものとし、装置全体の重量を、例えば５ｋｇ以下とすることが可能であり、屋外やトンネル内での超電導ケーブル敷設作業に適した、可搬型の超電導接合装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の対象となる超電導線材同士の接合の概念的構成図である。
【図2】本発明の一実施形態を示す接合機の説明図で、（Ａ）はホチキス型、（Ｂ）はガン型を示している。
【図3A】本発明の一実施形態を示すガン型接合機の説明図で、接合される超電導線材の斜め上向からの構成斜視図である。
【図3B】本発明の一実施形態を示すガン型接合機の説明図で、接合される超電導線材の斜め下向からの構成斜視図である。
【図3C】本発明の一実施形態を示すガン型接合機の断面図である。
【図4】本発明の比較例を示すもので、超電導接合ではなく接続した超電導線に対して液体窒素中で電流を流した結果を示すＩ－Ｖカーブ説明図である。
【図5】本発明の一実施形態を示す、臨界電流Ｉｃと抵抗率のデータ説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明の実施の形態の可搬型超電導接合装置は、例えば図１に示すように、現場での接続を可能にするためには、手で持てる位の大きさ、重さを実現することが要請される。
その為の構成として以下に記載のように主に２つの要素からなる。接合に必要なエネルギーとしての超音波あるいは音波を発することができる振動子部分、換言すれば、接合に必要な波動エネルギーを接合対象に向かって出射するエネルギー供給源としての励振部と、それを支える取っ手部分である。重量は２つのパーツで人が持つことのできる５ｋｇ以下であることが望ましい。振動子は例えばプラスチックを接続するような小規模の超音波振動子を有していることが好適である。具体的には５００Ｗ以下の物が好ましい。また、取っ手部分は手で握るあるいはトリガーを引くことで接続部分を水平に上下運動させる機構を有していることが望ましい。
その為の構成として以下に記載のように主に２つの要素からなる。接合に必要なエネルギーとしての超音波あるいは音波を発することができる振動子部分、換言すれば、接合に必要な波動エネルギーを接合対象に向かって出射するエネルギー供給源としての励振部と、それを支える取っ手部分である。重量は２つのパーツで人が持つことのできる５ｋｇ以下であることが望ましい。振動子は例えばプラスチックを接続するような小規模の超音波振動子を有していることが好適である。具体的には５００Ｗ以下の物が好ましい。また、取っ手部分は手で握るあるいはトリガーを引くことで接続部分を水平に上下運動させる機構を有していることが望ましい。
【実施例】
【0015】
図１は本発明の対象となる超電導線材同士の接合の一例に関する概念的構成図で、２枚のテープ状超電導線材を示している。２枚の超電導線材２０ａ、２０ｂは、超電導層を囲むように銀や銅などの金属部分が表面に出ている。超電導層には、例えばＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ（Ｔｃ～９３Ｋ）やＢｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０（Ｔｃ～１０９Ｋ）等の銅酸化物高温超電導体やＳｍＦｅＡｓ（Ｏ，Ｆ）等の鉄系超電導体等の高温超電導物質が用いられる。
中間箔２２は、２枚の超電導線材２０ａ、２０ｂの接合面に位置するもので、例えばＩｎ箔等の低融点の金属を挟み込む。なお、中間箔２２を省略して、２枚の超電導線の表面を研磨して、直接接合してもよい。
超電導線材の接続は、２枚の超電導線材２０ａ、２０ｂの露出した金属部同士を接続するものである。
中間箔２２は、２枚の超電導線材２０ａ、２０ｂの接合面に位置するもので、例えばＩｎ箔等の低融点の金属を挟み込む。なお、中間箔２２を省略して、２枚の超電導線の表面を研磨して、直接接合してもよい。
超電導線材の接続は、２枚の超電導線材２０ａ、２０ｂの露出した金属部同士を接続するものである。
【0016】
図２は、本発明の一実施形態を示す接合機の説明図で、（Ａ）はホチキス型、（Ｂ）はガン型を示している。ホチキス型接合機は、ホッチキスのようなグリップ形状をした超音波接合機を用いている。ガン型接合機は、トリガーによって超電導線材を挟む先端部が上下する機構を有する。
【0017】
まず、第１の実施例を説明する。
図２（Ａ）において、ホチキス型接合機は、超音波励振部１０、接合対向部６０、接触面間隙可変機構５０を有する。
超音波励振部１０は、超音波振動子が内部に収容されたペン型の筒状筐体を有しており、超音波振動子への駆動電力は外部の電子制御回路（図示せず）より供給されるもので、例えば超音波工業製の超音波ウェルダー、型名ＵＳＷ０４３８があげられるが、これに限定されるものではない。超音波励振部１０と外部の電子制御回路との間は、例えば２本の信号線で接続されている。超音波励振部１０の超電導線材側の先端部には、励振部側保持部１２が設けられている。励振部側保持部１２は、対となる圧子部６２と共に、接合対象となる２枚のテープ状超電導線材の接合部位を位置決めして保持する。
図２（Ａ）において、ホチキス型接合機は、超音波励振部１０、接合対向部６０、接触面間隙可変機構５０を有する。
超音波励振部１０は、超音波振動子が内部に収容されたペン型の筒状筐体を有しており、超音波振動子への駆動電力は外部の電子制御回路（図示せず）より供給されるもので、例えば超音波工業製の超音波ウェルダー、型名ＵＳＷ０４３８があげられるが、これに限定されるものではない。超音波励振部１０と外部の電子制御回路との間は、例えば２本の信号線で接続されている。超音波励振部１０の超電導線材側の先端部には、励振部側保持部１２が設けられている。励振部側保持部１２は、対となる圧子部６２と共に、接合対象となる２枚のテープ状超電導線材の接合部位を位置決めして保持する。
【0018】
ここで、超音波振動子には、例えば電歪型振動子や磁歪型振動子が用いられる。電歪型振動子には、交流電圧を加えると振動するチタン酸ジルコン酸鉛（略称はＰＺＴ）が主に使われる。ＰＺＴの作動周波数は約４００ｋＨｚ以上となっており、このＰＺＴを使用した低周波用振動子として、ボルト締めランジュバン型振動子が用いられる。この振動子は、ＰＺＴ振動子を金属のブロックではさみ・ネジ（ボルト）で締め付け圧力をかけることで振動性能を向上させたものであり、金属部を含めて共振させる為、１５ｋＨｚ～２００ｋＨｚの低い周波数で作動する。
【0019】
接合対向部６０は、筒状の超音波励振部１０と共に、接触面間隙可変機構５０の一部をなすヒンジ部５２で回動可能に超音波励振部１０の筒状筐体に軸支されたもので、直線の棒状をしている。接合対向部６０の先端部は、接合対象となる超電導線材２０を励振部側保持部１２と圧子部６２の間隙に挿入することが可能な形状をしている。圧子部６２は、接合対向部６０の超電導線材側の先端部に設けられている。
接触面間隙可変機構５０は、接合対向部６０における励振部側保持部１２と圧子部６２の間隙を可変とする機構で、図２（Ａ）における矢印に示されるように保持部６２の位置が超音波励振部１０の長手方向に交わる方向に円弧状に移動するように、つまり実質上保持部６２は音波励振部１０の長手方向にほぼ直角な方向に移動するように、ヒンジ部５２を用いて構成されている。例えばホチキス型接合機では接合対向部６０に復元力を与える図示しないバネを有している。接触面間隙可変機構５０のヒンジ部５２を回動中心として、筒状の超音波励振部１０と棒状の接合対向部６０は相互の位置関係が側面からみて保持部６２側に開いたＶ字型をしている。
なお、上記接触面間隙可変機構５０では励振部１０との間に設けられた図示していないばね部材よって復元力を実現しているが、その復元力については接合対向部６０それ自体がバネ機能を有した弾性材から構成されていても良い。
接触面間隙可変機構５０は、接合対向部６０における励振部側保持部１２と圧子部６２の間隙を可変とする機構で、図２（Ａ）における矢印に示されるように保持部６２の位置が超音波励振部１０の長手方向に交わる方向に円弧状に移動するように、つまり実質上保持部６２は音波励振部１０の長手方向にほぼ直角な方向に移動するように、ヒンジ部５２を用いて構成されている。例えばホチキス型接合機では接合対向部６０に復元力を与える図示しないバネを有している。接触面間隙可変機構５０のヒンジ部５２を回動中心として、筒状の超音波励振部１０と棒状の接合対向部６０は相互の位置関係が側面からみて保持部６２側に開いたＶ字型をしている。
なお、上記接触面間隙可変機構５０では励振部１０との間に設けられた図示していないばね部材よって復元力を実現しているが、その復元力については接合対向部６０それ自体がバネ機能を有した弾性材から構成されていても良い。
【0020】
このように構成された装置においては、接触面間隙可変機構５０が接合対向部６０にマニュアル操作により押圧力を与えない状態では、励振部側保持部１２と圧子部６２の間隙を開いて、接合対象の２枚の超電導線材２０ａ、２０ｂの接合面を所定位置に保持する。次に、接触面間隙可変機構５０にマニュアル操作により押圧力を与えて、接合対向部６０と超音波励振部１０とを閉じると、励振部側保持部１２と圧子部６２によって接合対象の２枚の超電導線材２０ａ、２０ｂの接合面が付勢力をもって接触する。続いて、超音波励振部１０の超音波振動子の振動によって、接合対象の２枚の超電導線材２０ａ、２０ｂの接合面が接合される。接合が完了すると、接触面間隙可変機構５０へのマニュアル操作に基づく押圧力を解除する。すると、バネの復元力によって、励振部側保持部１２と圧子部６２の間隙が元の状態に戻り、接合された２枚の超電導線材２０ａ、２０ｂを取り出せる状態となる。
【0021】
続いて、第２の実施例を説明する。
図２（Ｂ）において、ガン型接合機は、超音波励振部１０、接合対向部３０、接触面間隙可変機構４０を有する。
図３Ａは、ガン型接合機を、接合される超電導線材の斜め上向からみた構成斜視図である。図３Ｂは、ガン型接合機を、接合される超電導線材の斜め下向からみた構成斜視図である。図３Ｃは、ガン型接合機の断面図である。なお、図２（Ｂ）、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃにおいて、前記図２（Ａ）と同一作用をするものには同一符号を付して、説明を省略する。
図２（Ｂ）において、ガン型接合機は、超音波励振部１０、接合対向部３０、接触面間隙可変機構４０を有する。
図３Ａは、ガン型接合機を、接合される超電導線材の斜め上向からみた構成斜視図である。図３Ｂは、ガン型接合機を、接合される超電導線材の斜め下向からみた構成斜視図である。図３Ｃは、ガン型接合機の断面図である。なお、図２（Ｂ）、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃにおいて、前記図２（Ａ）と同一作用をするものには同一符号を付して、説明を省略する。
【0022】
接合対向部３０は、筒状の超音波励振部１０と共に、接触面間隙可変機構４０の一部をなす連結部４２で連結されたもので、図２（Ｂ）においては直線の棒状をしている。接合対向部３０の先端部では、接合対象となる超電導線材２０を励振部側保持部１２と圧子部３２の間隙に挿入することが可能な形状をしている。圧子部３２は、接合対向部３０の超電導線材側の先端部に設けられている。
アーム３４は、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃに示すように、接合対向部３０に相当する機能を含むと共に、アーム３４の圧子部３２とは反対側の端部に設けられた圧子トリガー連動部４１で、トリガー部４６の動きに連動して、圧子部３２と励振部側保持部１２との間隔を調整する機構部材であり、アーム軸支部４３によってブラケット４９に軸支されている。
アーム３４は、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃに示すように、接合対向部３０に相当する機能を含むと共に、アーム３４の圧子部３２とは反対側の端部に設けられた圧子トリガー連動部４１で、トリガー部４６の動きに連動して、圧子部３２と励振部側保持部１２との間隔を調整する機構部材であり、アーム軸支部４３によってブラケット４９に軸支されている。
【0023】
接触面間隙可変機構４０は、接合対向部３０における励振部側保持部１２と圧子部３２の間隙を可変とする機構で、例えばガン型接合機ではトリガー部４６に復元力を与える引張バネ４７を有している。接触面間隙可変機構４０は、圧子トリガー連動部４１、連結部４２、アーム軸支部４３、把持部４４、トリガー軸支部４５、トリガー部４６、引張バネ４７、プレート４８、ブラケット４９を有している。
圧子トリガー連動部４１は、Ｌ字形のトリガー部４６の他端と、アーム３４の圧子部３２とは反対側の端部との接触部位に位置し、トリガー部４６の動きをアーム３４の回転運動に変換する。
連結部４２は、筒状の超音波励振部１０と接合対向部３０を連結している。アーム軸支部４３は、両端がブラケット４９に取り付けられたもので、アーム３４を軸支する。把持部４４は、片手でガン型接合機を握るためのＵ字状の円弧フレーム形状をしているもので、例えばＡＤＣ（アリル・ジグリコール・カーボネート）のようなエンジニアリングプラスチックを材料としている。トリガー軸支部４５は、トリガー部４６の回動中心であって、把持部４４に固定されている。トリガー部４６は、把持部４４の円弧フレーム形状の内側に設けられたもので、トリガー軸支部４５を屈曲部としてＬ字形をしている。引張バネ４７は、アーム３４とプレート４８を連結するように設けられたもので、アーム３４に対して圧子部３２が励振部側保持部１２から離れるような復元力を与えている。
プレート４８は、接触面間隙可変機構４０の基台となるもので、左右側面に取付られるブラケット４９と共に、強固な剛性を有している。ブラケット４９は、連結部４２やアーム軸支部４３をプレート４８と一体に保持するもので、例えばＡ２０１７のような軽量で強度に優れたアルミ合金を材料としている。アルミ合金を材料としている部材としては、ブラケット４９の他に、プレート４８とアーム３４がある。
圧子トリガー連動部４１は、Ｌ字形のトリガー部４６の他端と、アーム３４の圧子部３２とは反対側の端部との接触部位に位置し、トリガー部４６の動きをアーム３４の回転運動に変換する。
連結部４２は、筒状の超音波励振部１０と接合対向部３０を連結している。アーム軸支部４３は、両端がブラケット４９に取り付けられたもので、アーム３４を軸支する。把持部４４は、片手でガン型接合機を握るためのＵ字状の円弧フレーム形状をしているもので、例えばＡＤＣ（アリル・ジグリコール・カーボネート）のようなエンジニアリングプラスチックを材料としている。トリガー軸支部４５は、トリガー部４６の回動中心であって、把持部４４に固定されている。トリガー部４６は、把持部４４の円弧フレーム形状の内側に設けられたもので、トリガー軸支部４５を屈曲部としてＬ字形をしている。引張バネ４７は、アーム３４とプレート４８を連結するように設けられたもので、アーム３４に対して圧子部３２が励振部側保持部１２から離れるような復元力を与えている。
プレート４８は、接触面間隙可変機構４０の基台となるもので、左右側面に取付られるブラケット４９と共に、強固な剛性を有している。ブラケット４９は、連結部４２やアーム軸支部４３をプレート４８と一体に保持するもので、例えばＡ２０１７のような軽量で強度に優れたアルミ合金を材料としている。アルミ合金を材料としている部材としては、ブラケット４９の他に、プレート４８とアーム３４がある。
【0024】
このように構成された装置においては、トリガー部４６が引かれていない状態では、引張バネ４７の復元力によって、圧子部３２が励振部側保持部１２から離れる姿勢となっている。そこで、接合対象の２枚の超電導線材２０ａ、２０ｂの接合面を圧子部３２の所定位置に保持する。
次に、トリガー部４６を引くと、トリガー軸支部４５、圧子トリガー連動部４１、アーム軸支部４３、アーム３４からなる接触面間隙可変機構４０によって、圧子部３２が励振部側保持部１２に近づき、接合対向部３０（圧子部３２）と超音波励振部１０（励振部側保持部１２）との間隔が狭まるように閉じる。すると、励振部側保持部１２と圧子部３２によって接合対象の２枚の超電導線材２０ａ、２０ｂの接合面が付勢力をもって接触する。
続いて、超音波励振部１０の超音波振動子の振動によって、接合対象の２枚の超電導線材２０ａ、２０ｂの接合面が接合される。接合が完了すると、トリガー部４６を戻す。すると、引張バネ４７の復元力によって、励振部側保持部１２と圧子部３２の間隙が元の状態に戻り、接合された２枚の超電導線材２０ａ、２０ｂを取り出せる状態となる。
次に、トリガー部４６を引くと、トリガー軸支部４５、圧子トリガー連動部４１、アーム軸支部４３、アーム３４からなる接触面間隙可変機構４０によって、圧子部３２が励振部側保持部１２に近づき、接合対向部３０（圧子部３２）と超音波励振部１０（励振部側保持部１２）との間隔が狭まるように閉じる。すると、励振部側保持部１２と圧子部３２によって接合対象の２枚の超電導線材２０ａ、２０ｂの接合面が付勢力をもって接触する。
続いて、超音波励振部１０の超音波振動子の振動によって、接合対象の２枚の超電導線材２０ａ、２０ｂの接合面が接合される。接合が完了すると、トリガー部４６を戻す。すると、引張バネ４７の復元力によって、励振部側保持部１２と圧子部３２の間隙が元の状態に戻り、接合された２枚の超電導線材２０ａ、２０ｂを取り出せる状態となる。
【0025】
図４は、本発明の比較例を示すもので、超電導接合ではなく接続した超電導線に対して液体窒素中で電流を流した結果を示すＩ－Ｖカーブである。超電導接合ではないため、抵抗が発生して、電流印加とともに電圧が発生する。その後、ある閾値を超えると超電導が破れる。この閾値が出る電流値が、臨界電流と呼ばれている。臨界電流を超えた電流Ｉでは、大きな電圧Ｖが発生する。
【0026】
図５は、本発明の一実施形態を示す、臨界電流Ｉｃと抵抗率のデータ説明図で、左側縦軸に臨界電流Ｉｃ（Ａ）、右側縦軸に抵抗率［ｎΩ／ｃｍ２］、横軸に接合条件として半田接合、通常の卓上型超音波接合機、本発明の実施形態である可搬型接合機による結果を場合分けして示してある。ここでの測定は全て液体窒素中（－１９６℃）での測定である。
図中、臨界電流Ｉｃについては白抜き四角『□』、抵抗率についてはで黒丸『●』示してある。超電導線接合において、重要なのは抵抗率である。本発明の実施形態である可搬型接合機による超電導線接合は、半田接合と同等の抵抗率の低さを示している。また、研磨しただけで全く前処理を行わない場合においても、半田接合と同等の低抵抗を示すが、Ｉｎを挟んだり、２枚の超電導線の表面を研磨することによってより低い抵抗値を示すこともわかっている。他方、特許文献１に開示された接合方法を使った場合、１桁以上も高い抵抗率になる。
図中、臨界電流Ｉｃについては白抜き四角『□』、抵抗率についてはで黒丸『●』示してある。超電導線接合において、重要なのは抵抗率である。本発明の実施形態である可搬型接合機による超電導線接合は、半田接合と同等の抵抗率の低さを示している。また、研磨しただけで全く前処理を行わない場合においても、半田接合と同等の低抵抗を示すが、Ｉｎを挟んだり、２枚の超電導線の表面を研磨することによってより低い抵抗値を示すこともわかっている。他方、特許文献１に開示された接合方法を使った場合、１桁以上も高い抵抗率になる。
【0027】
なお、上記の本発明の実施の形態の説明においては可搬型のものを主体に説明したが、本発明は可搬式の超電導接合装置に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、本明細書には具体的に開示されていない超電導接合装置にも適用可能である。
また、本発明の実施の形態の可搬型超電導接合装置において、励振部側保持部１２及び／又は圧子部６２、３２においては、超電導線材表面を破損させないために平滑な方が好ましい。また、接合終了後に超電導線材の取り出しを容易にするためにサンドブラスター等で表面処理を行ったものはより好ましい。
本発明の実施の形態の可搬型超電導接合装置において、圧子部６２、３２においては超電導線材を保持しやすくするために、例えば超電導線材の幅（例えば４ｍｍ）に合わせた溝が掘られており、その溝部分に超電導線材が納まるものが良い。その際に励振部側保持部も溝に納まるような幅４ｍｍ以下が良い。
また、本発明の実施の形態の可搬型超電導接合装置において、励振部側保持部１２及び／又は圧子部６２、３２においては、超電導線材表面を破損させないために平滑な方が好ましい。また、接合終了後に超電導線材の取り出しを容易にするためにサンドブラスター等で表面処理を行ったものはより好ましい。
本発明の実施の形態の可搬型超電導接合装置において、圧子部６２、３２においては超電導線材を保持しやすくするために、例えば超電導線材の幅（例えば４ｍｍ）に合わせた溝が掘られており、その溝部分に超電導線材が納まるものが良い。その際に励振部側保持部も溝に納まるような幅４ｍｍ以下が良い。
【産業上の利用可能性】
【0028】
以上詳細に説明したように、本発明の実施形態の可搬型超電導接合装置によれば、全体の重量を作業者が容易に持つことのできる重量、例えば５ｋｇ以下とすることが可能であると共に、超音波振動子も小型、例えば５００Ｗ以下とすることでき、２つの超電導線材の金属部分を接合するのに好適である。さらに、接合に際して被接合材に損傷を与えたくない２枚の薄い金属板を接合させること、また、プラスチックのような有機材料についても適用可能である。例えば精密部品や電池材料の電極付けの補修等に使用可能である。
【符号の説明】
【0029】
１０ 励振部（振動子収容筒状筐体）
１２ 励振部側保持部（振動部保持部）
２０、２０ａ、２０ｂ 超電導線材
２２ 中間箔
３０ 接合対向部（ガン型用）
３２ 圧子部（ガン型用・超電導線材保持部）
３４ アーム
４０ 接触面間隙可変機構（ガン型）
４１ 圧子トリガー連動部
４２ 連結部
４３ アーム軸支部
４４ 把持部（持ち手部）
４５ トリガー軸支部
４６ 操作部（トリガー部）
４７ 引張バネ
４８ プレート
４９ ブラケット
５０ 接触面間隙可変機構（ホチキス型）
５２ ヒンジ部
６０ 接合対向部（ホチキス型用）
６２ 圧子部（ホチキス型用・超電導線材保持部）
１２ 励振部側保持部（振動部保持部）
２０、２０ａ、２０ｂ 超電導線材
２２ 中間箔
３０ 接合対向部（ガン型用）
３２ 圧子部（ガン型用・超電導線材保持部）
３４ アーム
４０ 接触面間隙可変機構（ガン型）
４１ 圧子トリガー連動部
４２ 連結部
４３ アーム軸支部
４４ 把持部（持ち手部）
４５ トリガー軸支部
４６ 操作部（トリガー部）
４７ 引張バネ
４８ プレート
４９ ブラケット
５０ 接触面間隙可変機構（ホチキス型）
５２ ヒンジ部
６０ 接合対向部（ホチキス型用）
６２ 圧子部（ホチキス型用・超電導線材保持部）
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【図5】
