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特許7568645高温超電導線材の接続構造及びその形成方法ならびに高温超電導線材及び高温超電導コイル
(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】2024-10-07
(45)【発行日】2024-10-16
(54)【発明の名称】高温超電導線材の接続構造及びその形成方法ならびに高温超電導線材及び高温超電導コイル
(51)【国際特許分類】
H01R 4/68 20060101AFI20241008BHJP
H01R 43/00 20060101ALI20241008BHJP
H01B 12/06 20060101ALI20241008BHJP
【ＦＩ】
H01R4/68
H01R43/00 Z
H01B12/06
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2021562761
(86)(22)【出願日】2020-12-04
(86)【国際出願番号】 JP2020045328
(87)【国際公開番号】W WO2021112250
(87)【国際公開日】2021-06-10
【審査請求日】2023-10-26
(31)【優先権主張番号】P 2019220412
(32)【優先日】2019-12-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【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３０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
【前置審査】
(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】100114292
【弁理士】
【氏名又は名称】来間 清志
(74)【代理人】
【識別番号】100205659
【弁理士】
【氏名又は名称】齋藤 拓也
(72)【発明者】
【氏名】中井 昭暢
【審査官】井上 信
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／１８１５６１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１７／０３８８２６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１４－１３０７３０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｒ ４／６８
Ｈ０１Ｒ ４３／００
Ｈ０１Ｂ １２／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
金属または合金からなる帯状の基材、および前記基材の表面側に形成された酸化物超電導層
を有する２つの高温超電導線材である第１および第２の超電導線材と、
前記第１および第２の超電導線材のそれぞれの前記酸化物超電導層である第１および第２の超電導層の表面同士を、互いに対向させた位置関係で、前記第１および第２の超電導線材同士を接合して、前記第１および第２の超電導線材の間に形成した超電導接続部を含む接合部と、
を備える高温超電導線材の接続構造であって、
前記第１および第２の超電導線材のうちの少なくとも一方の超電導線材の基材は、同一基材において、前記接合部を構成する第１部分の方が、前記接合部を構成しない第２部分よりも厚く、
前記少なくとも一方の超電導線材の基材は、前記第１部分が、前記基材である第１基材と、前記第１基材の裏面側に位置する断片状の第２基材とを含む少なくとも２つの基材で構成され、
前記接続構造は、前記第２基材の裏面に、セラミック層をさらに有することを特徴とする、高温超電導線材の接続構造。
【請求項2】
前記少なくとも一方の超電導線材は、前記第１基材の熱膨張係数をα１、前記第２基材の熱膨張係数をα２、前記酸化物超電導層の熱膨張係数をα３とするとき、α１＞α３かつα２＞α３の関係を満たす、請求項１に記載の高温超電導線材の接続構造。
【請求項3】
前記第１基材の熱膨張係数α１が、１０．５×１０－６／Ｋ以上である、請求項１または２に記載の高温超電導線材の接続構造。
【請求項4】
前記第１基材と前記第２基材の間に、融点が８００℃よりも高く、かつ高温酸化しにくい特性をもつ金属層をさらに有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の高温超電導線材の接続構造。
【請求項5】
前記金属層が、Ａｇ、ＡｕおよびＰｔの群から選択される少なくとも１種の貴金属または合金で形成されている、請求項４に記載の高温超電導線材の接続構造。
【請求項6】
前記少なくとも一方の超電導線材の基材は、前記第１部分の厚さが６０μｍ以上１００μｍ以下であり、前記第２部分の厚さが３０μｍ以上５５μｍ以下である、請求項１～５のいずれか１項に記載の高温超電導線材の接続構造。
【請求項7】
前記第１および第２の超電導線材の酸化物超電導層は、いずれも厚さが０．１μｍ以上である、請求項１～６のいずれか１項に記載の高温超電導線材の接続構造。
【請求項8】
前記第１および第２の超電導線材の酸化物超電導層は、いずれもＲＥＢＣＯ系超電導材料からなる、請求項１～７のいずれか１項に記載の高温超電導線材の接続構造。
【請求項9】
請求項１～８のいずれか１項に記載の接続構造を有する高温超電導線材。
【請求項10】
請求項９に記載の高温超電導線材を用いて形成した高温超電導コイル。
【請求項11】
金属または合金からなる帯状の基材、前記基材の表面側に形成された酸化物超電導層および前記酸化物超電導層の表面に形成された保護層を有する２つの高温超電導線材である第１および第２の超電導線材のそれぞれの保護層の一部を剥離して露出した前記酸化物超電導層の表面部分に、超電導接続部を形成する金属を含む有機金属溶液を塗布し乾燥させて塗膜を形成する塗膜形成工程と、前記塗膜を第１温度で加熱することによって、仮焼成膜を形成する仮焼成工程と、
前記仮焼成膜を形成した前記第１および第２の超電導線材の前記仮焼成膜の表面同士を、互いに対向させた位置関係で接触させて、前記第１温度よりも高い第２温度で加熱することによって、前記第１および第２の超電導線材の間に超電導接続部を形成し、前記超電導接続部によって前記第１および第２の超電導線材を接合する接合部を形成する本焼成工程と
を含む高温超電導線材の接続構造の形成方法であって、
少なくとも前記本焼成工程を行う前に、前記第１および第２の超電導線材のうちの少なくとも一方の超電導線材の基材は、同一基材において、前記接合部を構成する第１部分の方が、前記接合部を構成しない第２部分よりも厚く、
前記少なくとも一方の超電導線材の基材は、前記第１部分が、前記基材である第１基材と、前記第１基材の裏面側に位置する断片状の第２基材とを含む少なくとも２つの基材で構成され、
前記接続構造は、前記第２基材の裏面に、セラミック層をさらに有することを特徴とする、高温超電導線材の接続構造の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高温超電導線材の接続構造及びその形成方法ならびに高温超電導線材及び高温超電導コイルに関する。
【背景技術】
【0002】
金属製の基材に酸化物超電導層が形成された超電導線材（以下、単に「超電導線材」という場合がある。）は、電流損失が低いため、例えば、ＭＲＩ（核磁気共鳴画像法：Magnetic Resonance Imaging）装置やＮＭＲ（核磁気共鳴：Nuclear Magnetic Resonance）装置等の磁気コイルの巻き線として使用されている。しかしながら、このようなコイルでは閉ループを形成し、永久電流を流すために超電導線材同士を接続する必要がある。
【0003】
超電導線材同士を接続する方法としては、例えば特許文献１に、ＭＯＤ法（塗布熱分解法：Metal Organic Deposition法／有機金属堆積法）を用いる手法が提案されている。このＭＯＤ法による超電導線材の接続は、２つの超電導線材の接続端部の保護層を除去し、露出させた酸化物超電導層の表面に該酸化物超電導層を構成する金属を含むＭＯＤ液をスピンコート法またはスプレーコート法によって塗布してＭＯＤ塗膜を形成し乾燥させた後、これら２つの超電導線材の上記ＭＯＤ膜同士を当接して加圧しながら酸化物超電導層の結晶化温度まで加熱することによって、接合するものである。上記ＭＯＤ液は、例えば、ＲＥ（Ｙ（イットリウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｓｍ（サマリウム）およびＨｏ（ホルミウム）等の希土類元素）とＢａ（バリウム）とＣｕ（銅）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ＭＯＤ溶液が使用される。これにより、２つの超電導線材同士を、半田付けによる接合よりも低抵抗に接続することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【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】
【0005】
しかしながら、このように金属製の基材に酸化物超電導層が形成された２つの超電導線材同士を接合したものでは、経時にともなうヒートサイクル等による熱膨張および熱収縮の繰り返し変化によって、酸化物超電導層および金属製の基材の各熱膨張係数の差異に起因して、接合された２つの超電導線材は、接合部の幅方向断面で見たときに、酸化物超電導層の接合（接続）面同士が、幅端部位置で離隔するような反り変形が生じ易く、その結果、接合部の接触面積が小さくなり、接合部を形成する２つの酸化物超電導層が剥がれ易くなるという問題があった。
【0006】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、金属製の基材に、酸化物超電導層が形成された２つの超電導線材のうちの少なくとも一方の超電導線材の基材の適正化を図ることにより、ヒートサイクル等による熱膨張および熱収縮の繰り返し熱変形が生じても、接合部を形成する２つの超電導線材を構成する超電導層の剥離を有効に抑制することが可能な高温超電導線材の接続構造およびその形成方法ならびに高温超電導線材および高温超電導コイル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】
【0007】
本発明者は、金属製の基材に酸化物超電導層が形成された第１および第２の超電導線材同士を接合して、第１および第２の超電導線材の間に形成した超電導接続部を含む接合部を形成するに際し、第１および第２の超電導線材のうちの少なくとも一方の超電導線材の基材は、同一基材において、接合部を構成する第１部分の方が、接合部を構成しない第２部分よりも厚くすることによって、ヒートサイクル等による熱膨張および熱収縮の繰り返し熱変形が生じても、接合部を形成する２つの超電導線材の反り変形を有効に抑制して、超電導接続部での超電導層の剥離を有効に防止できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0008】
すなわち、本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
（１）金属または合金からなる帯状の基材、および前記基材の表面側に形成された酸化物超電導層を有する２つの高温超電導線材である第１および第２の超電導線材と、前記第１および第２の超電導線材のそれぞれの前記酸化物超電導層である第１および第２の超電導層の表面同士を、互いに対向させた位置関係で、前記第１および第２の超電導線材同士を接合して、前記第１および第２の超電導線材の間に形成した超電導接続部を含む接合部と、を備える高温超電導線材の接続構造であって、前記第１および第２の超電導線材のうちの少なくとも一方の超電導線材の基材は、同一基材において、前記接合部を構成する第１部分の方が、前記接合部を構成しない第２部分よりも厚いことを特徴とする、高温超電導線材の接続構造。
（２）前記少なくとも一方の超電導線材の基材は、前記第１部分が、前記基材である第１基材と、前記第１基材の裏面側に位置する断片状の第２基材とを含む少なくとも２つの基材で構成されている、上記（１）に記載の高温超電導線材の接続構造。
（３）前記少なくとも一方の超電導線材は、前記第１基材の熱膨張係数をα１、前記第２基材の熱膨張係数をα２、前記酸化物超電導層の熱膨張係数をα３とするとき、α１＞α３かつα２＞α３の関係を満たす、上記（２）に記載の高温超電導線材の接続構造。
（４）前記第１基材の熱膨張係数α１が、１０．５×１０－６／Ｋ以上である、上記（１）～（３）のいずれか１項に記載の高温超電導線材の接続構造。
（５）前記第１基材と前記第２基材の間に、融点が８００℃よりも高く、かつ高温酸化しにくい特性をもつ金属層をさらに有する、上記（２）～（４）のいずれか１項に記載の高温超電導線材の接続構造。
（６）前記金属層が、Ａｇ、ＡｕおよびＰｔの群から選択される少なくとも１種の貴金属または合金で形成されている、上記（５）に記載の高温超電導線材の接続構造。
（７）前記第２基材の裏面に、セラミック層をさらに有する、上記（２）～（６）のいずれか１項に記載の高温超電導線材の接続構造。
（８）前記少なくとも一方の超電導線材の基材は、前記第１部分の厚さが６０μｍ以上１００μｍ以下であり、前記第２部分の厚さが３０μｍ以上５５μｍ以下である、上記（１）～（７）のいずれか１項に記載の高温超電導線材の接続構造。
（９）前記第１および第２の超電導線材の酸化物超電導層は、いずれも厚さが０．５μｍ以上である、上記（１）～（８）のいずれか１項に記載の高温超電導線材の接続構造。
（１０）前記第１および第２の超電導線材の酸化物超電導層は、いずれもＲＥＢＣＯ系超電導材料からなる、上記（１）～（９）のいずれか１項に記載の高温超電導線材の接続構造。
（１１）上記（１）～（１０）のいずれか１項に記載の接続構造を有する高温超電導線材。
（１２）上記（１１）に記載の高温超電導線材を用いて形成した高温超電導コイル。
（１３）金属または合金からなる帯状の基材、前記基材の表面側に形成された酸化物超電導層および前記酸化物超電導層の表面に形成された保護層を有する２つの高温超電導線材である第１および第２の超電導線材のそれぞれの保護層の一部を剥離して露出した前記酸化物超電導層の表面部分に、超電導接続部を形成する金属を含む有機金属溶液を塗布して乾燥させて塗膜を形成する塗膜形成工程と、前記塗膜を第１温度で加熱することによって、仮焼成膜を形成する仮焼成工程と、前記仮焼成膜を形成した前記第１および第２の超電導線材の前記仮焼成膜の表面同士を、互いに対向させた位置関係で接触させて、前記第１温度よりも高い第２温度で加熱することによって、前記第１および第２の超電導線材の間に超電導接続部を形成し、前記超電導接続部によって前記第１および第２の超電導線材を接合する接合部を形成する本焼成工程とを含む高温超電導線材の接続構造の形成方法であって、少なくとも前記本焼成工程を行う前に、前記第１および第２の超電導線材のうちの少なくとも一方の超電導線材の基材は、同一基材において、前記接合部を構成する第１部分の方が、前記接合部を構成しない第２部分よりも厚いことを特徴とする、高温超電導線材の接続構造の形成方法。
（１）金属または合金からなる帯状の基材、および前記基材の表面側に形成された酸化物超電導層を有する２つの高温超電導線材である第１および第２の超電導線材と、前記第１および第２の超電導線材のそれぞれの前記酸化物超電導層である第１および第２の超電導層の表面同士を、互いに対向させた位置関係で、前記第１および第２の超電導線材同士を接合して、前記第１および第２の超電導線材の間に形成した超電導接続部を含む接合部と、を備える高温超電導線材の接続構造であって、前記第１および第２の超電導線材のうちの少なくとも一方の超電導線材の基材は、同一基材において、前記接合部を構成する第１部分の方が、前記接合部を構成しない第２部分よりも厚いことを特徴とする、高温超電導線材の接続構造。
（２）前記少なくとも一方の超電導線材の基材は、前記第１部分が、前記基材である第１基材と、前記第１基材の裏面側に位置する断片状の第２基材とを含む少なくとも２つの基材で構成されている、上記（１）に記載の高温超電導線材の接続構造。
（３）前記少なくとも一方の超電導線材は、前記第１基材の熱膨張係数をα１、前記第２基材の熱膨張係数をα２、前記酸化物超電導層の熱膨張係数をα３とするとき、α１＞α３かつα２＞α３の関係を満たす、上記（２）に記載の高温超電導線材の接続構造。
（４）前記第１基材の熱膨張係数α１が、１０．５×１０－６／Ｋ以上である、上記（１）～（３）のいずれか１項に記載の高温超電導線材の接続構造。
（５）前記第１基材と前記第２基材の間に、融点が８００℃よりも高く、かつ高温酸化しにくい特性をもつ金属層をさらに有する、上記（２）～（４）のいずれか１項に記載の高温超電導線材の接続構造。
（６）前記金属層が、Ａｇ、ＡｕおよびＰｔの群から選択される少なくとも１種の貴金属または合金で形成されている、上記（５）に記載の高温超電導線材の接続構造。
（７）前記第２基材の裏面に、セラミック層をさらに有する、上記（２）～（６）のいずれか１項に記載の高温超電導線材の接続構造。
（８）前記少なくとも一方の超電導線材の基材は、前記第１部分の厚さが６０μｍ以上１００μｍ以下であり、前記第２部分の厚さが３０μｍ以上５５μｍ以下である、上記（１）～（７）のいずれか１項に記載の高温超電導線材の接続構造。
（９）前記第１および第２の超電導線材の酸化物超電導層は、いずれも厚さが０．５μｍ以上である、上記（１）～（８）のいずれか１項に記載の高温超電導線材の接続構造。
（１０）前記第１および第２の超電導線材の酸化物超電導層は、いずれもＲＥＢＣＯ系超電導材料からなる、上記（１）～（９）のいずれか１項に記載の高温超電導線材の接続構造。
（１１）上記（１）～（１０）のいずれか１項に記載の接続構造を有する高温超電導線材。
（１２）上記（１１）に記載の高温超電導線材を用いて形成した高温超電導コイル。
（１３）金属または合金からなる帯状の基材、前記基材の表面側に形成された酸化物超電導層および前記酸化物超電導層の表面に形成された保護層を有する２つの高温超電導線材である第１および第２の超電導線材のそれぞれの保護層の一部を剥離して露出した前記酸化物超電導層の表面部分に、超電導接続部を形成する金属を含む有機金属溶液を塗布して乾燥させて塗膜を形成する塗膜形成工程と、前記塗膜を第１温度で加熱することによって、仮焼成膜を形成する仮焼成工程と、前記仮焼成膜を形成した前記第１および第２の超電導線材の前記仮焼成膜の表面同士を、互いに対向させた位置関係で接触させて、前記第１温度よりも高い第２温度で加熱することによって、前記第１および第２の超電導線材の間に超電導接続部を形成し、前記超電導接続部によって前記第１および第２の超電導線材を接合する接合部を形成する本焼成工程とを含む高温超電導線材の接続構造の形成方法であって、少なくとも前記本焼成工程を行う前に、前記第１および第２の超電導線材のうちの少なくとも一方の超電導線材の基材は、同一基材において、前記接合部を構成する第１部分の方が、前記接合部を構成しない第２部分よりも厚いことを特徴とする、高温超電導線材の接続構造の形成方法。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、金属製の基材に酸化物超電導層が形成された超電導線材同士を接続する際の超電導層の接続部において、上記金属製の基材の厚さを実効的に厚くすることにより、ヒートサイクル等による熱膨張および収縮の繰り返し熱変形が生じても、接合部を形成する２つの超電導層の剥離を抑制することが可能な高温超電導線材の接続構造およびその形成方法ならびに高温超電導線材および高温超電導コイルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明に従う第１実施形態の超電導線材の接続構造を模式的に示す斜視図である。
【図2】本発明に従う第２実施形態の超電導線材の接続構造を模式的に示す断面図である。
【図3】本発明に従う第３実施形態の超電導線材の接続構造を模式的に示す断面図である。
【図4】本発明に従う第４実施形態の超電導線材の接続構造を模式的に示す断面図である。
【図5】本発明に従う第２実施形態の超電導線材の接続構造の形成方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【0012】
［第１実施形態］
｛高温超電導線材の接続構造｝
図１は、第１実施形態に係る高温超電導線材（以下、単に「超電導線材」という場合がある。）の接続構造を模式的に示す斜視図である。
第１実施形態に係る超電導線材の接続構造Ａは、図１に示すように、金属または合金からなる帯状の基材１、１、および基材１、１の表面側にそれぞれ形成された酸化物超電導層（以下、単に「超電導層」ともいう）からなる超電導層２、２を有する２つの高温超電導線材である第１の超電導線材３（以下、単に「超電導線材３」という場合がある。）および第２の超電導線材４（以下、単に「超電導線材４」という場合がある。）と、超電導線材３および超電導線材４のそれぞれの超電導層２、２の表面同士を、互いに対向させた位置関係で、第１および第２の超電導線材３、４同士を接合して、第１および第２の超電導線材３、４の間に形成した超電導接続部５を含む接合部６とを備え、第１の超電導線材３および第２の超電導線材４のうちの少なくとも一方の超電導線材（図１では「第１の超電導線材３」）の基材１は、同一基材１において、接合部６を構成する第１部分７の方が、接合部６を構成しない第２部分８よりも厚いことを特徴としている。
｛高温超電導線材の接続構造｝
図１は、第１実施形態に係る高温超電導線材（以下、単に「超電導線材」という場合がある。）の接続構造を模式的に示す斜視図である。
第１実施形態に係る超電導線材の接続構造Ａは、図１に示すように、金属または合金からなる帯状の基材１、１、および基材１、１の表面側にそれぞれ形成された酸化物超電導層（以下、単に「超電導層」ともいう）からなる超電導層２、２を有する２つの高温超電導線材である第１の超電導線材３（以下、単に「超電導線材３」という場合がある。）および第２の超電導線材４（以下、単に「超電導線材４」という場合がある。）と、超電導線材３および超電導線材４のそれぞれの超電導層２、２の表面同士を、互いに対向させた位置関係で、第１および第２の超電導線材３、４同士を接合して、第１および第２の超電導線材３、４の間に形成した超電導接続部５を含む接合部６とを備え、第１の超電導線材３および第２の超電導線材４のうちの少なくとも一方の超電導線材（図１では「第１の超電導線材３」）の基材１は、同一基材１において、接合部６を構成する第１部分７の方が、接合部６を構成しない第２部分８よりも厚いことを特徴としている。
【0013】
（基材）
基材１は、帯状の金属基板または合金基板で構成されている。基材１の材料としては、例えば、強度および耐熱性に優れた、Ｃｏ（コバルト）、Ｃｕ（銅）、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｍｎ（マンガン）、Ｆｅ（鉄）、Ａｇ（銀）等の金属、またはこれらの合金が挙げられる。特に、耐食性およ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、特にハステロイ（登録商標）に代表されるＮｉ－Ｆｅ－Ｍｏ系合金を用いることがより好ましい。
ここで、本発明で用いることができる第１基材１を構成する材料として例示されるＣｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ａｇ、ハステロイ（登録商標）、インコネル（登録商標）、およびステンレス鋼の各熱膨張係数を表１に示す。
基材１は、帯状の金属基板または合金基板で構成されている。基材１の材料としては、例えば、強度および耐熱性に優れた、Ｃｏ（コバルト）、Ｃｕ（銅）、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔｉ（チタン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｔａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｍｎ（マンガン）、Ｆｅ（鉄）、Ａｇ（銀）等の金属、またはこれらの合金が挙げられる。特に、耐食性およ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、特にハステロイ（登録商標）に代表されるＮｉ－Ｆｅ－Ｍｏ系合金を用いることがより好ましい。
ここで、本発明で用いることができる第１基材１を構成する材料として例示されるＣｏ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ａｇ、ハステロイ（登録商標）、インコネル（登録商標）、およびステンレス鋼の各熱膨張係数を表１に示す。
【0014】
【表1】
【0015】
これらの金属または合金の中で、本発明では、第１基材１を熱膨張係数が１０．５×１０－６／Ｋ以上の金属または合金である、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、ハステロイ（登録商標）、インコネル（登録商標）、またはステンレス鋼で構成することが好ましい。このように構成すれば、優れた耐食性および耐熱性を有する接続構造Ｂが得られる。
【0016】
（超電導層）
超電導層２は、酸化物超電導層であって、基材１の表面側に形成されている。超電導層２は、超電導層の転移温度が液体窒素の沸点（－１９６℃：７７Ｋ）よりも高い酸化物超電導層から形成され、特に希土類系の高温超電導材料であるＲＥＢＣＯ系超電導材料（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ）から構成されることが好ましい。ＲＥＢＣＯ系酸化物超電導材料としては、例えば、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ（ＲＥ系超電導層）等の超電導層が好ましい。なお、ＲＥは、Ｙ（イットリウム）、Ｎｄ（ネオジウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユーロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｌｕ（ルテチウム）等の単一の希土類元素、また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。超電導層２の厚さは、性能、機械的強度、および生産性の調和を考慮すると、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。
超電導層２は、酸化物超電導層であって、基材１の表面側に形成されている。超電導層２は、超電導層の転移温度が液体窒素の沸点（－１９６℃：７７Ｋ）よりも高い酸化物超電導層から形成され、特に希土類系の高温超電導材料であるＲＥＢＣＯ系超電導材料（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ）から構成されることが好ましい。ＲＥＢＣＯ系酸化物超電導材料としては、例えば、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７－δ（ＲＥ系超電導層）等の超電導層が好ましい。なお、ＲＥは、Ｙ（イットリウム）、Ｎｄ（ネオジウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｅｕ（ユーロピウム）、Ｇｄ（ガドリニウム）、Ｄｙ（ジスプロシウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、Ｙｂ（イッテルビウム）、Ｌｕ（ルテチウム）等の単一の希土類元素、また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。超電導層２の厚さは、性能、機械的強度、および生産性の調和を考慮すると、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。
【0017】
（接合部）
接合部６は、第１の超電導線材３の超電導層２および第２の超電導線材４の超電導層２の間に形成された超電導接続部５と、超電導接続部５とそれぞれ接する第１の超電導線材３の超電導層２および第２の超電導線材４の超電導層２とを有する。超電導接続部５は、超電導層２と同じ超電導層の組成から構成されていることが好ましく、特に、ＲＥ系超電導層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、Ｇｄ、ＳｍおよびＨｏ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溶液を第１および第２の超電導線材３、４のそれぞれの表面上に塗布し乾燥させて塗膜を形成した後、これら２つの超電導線材の上記塗膜同士を当接して加圧しながら酸化物超電導層の結晶化温度（例えば７６０～８００℃）まで加熱して焼成することにより、結晶性の超電導接続部５を得ることができる。
接合部６は、第１の超電導線材３の超電導層２および第２の超電導線材４の超電導層２の間に形成された超電導接続部５と、超電導接続部５とそれぞれ接する第１の超電導線材３の超電導層２および第２の超電導線材４の超電導層２とを有する。超電導接続部５は、超電導層２と同じ超電導層の組成から構成されていることが好ましく、特に、ＲＥ系超電導層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、Ｇｄ、ＳｍおよびＨｏ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溶液を第１および第２の超電導線材３、４のそれぞれの表面上に塗布し乾燥させて塗膜を形成した後、これら２つの超電導線材の上記塗膜同士を当接して加圧しながら酸化物超電導層の結晶化温度（例えば７６０～８００℃）まで加熱して焼成することにより、結晶性の超電導接続部５を得ることができる。
【0018】
（第１部分および第２部分の厚さの関係）
本実施形態では、第１の超電導線材３および第２の超電導線材４のうちの少なくとも一方の超電導線材（図１では「第１の超電導線材３」）の基材１は、同一基材１において、接合部６を構成する第１部分７の方を、基材１の接合部６を構成しない第２部分８の厚さよりも厚くすることによって、第１実施形態の超電導線材の接続構造Ａを形成する際の加熱およびその後の冷却時に、第１部分７の剛性を高めて、第１部分７を含む接合部全体の変形量が小さくするように構成する。本発明では、このように第１部分７の実効厚さを第２部分８の実効厚さよりも厚くすることによって、熱処理による加熱および冷却時における第１部分７の熱変形を低下させることによって、第１部分７、超電導層２、および接合部６の変形量を小さくし、これによって、超電導線材の接続構造Ａの反りを抑えることができる。上記少なくとも一方の超電導線材である第１の超電導線材３の基材１は、第１部分７の厚さが６０μｍ以上１００μｍ以下、かつ第２部分８の厚さが３０μｍ以上５５μｍ以下であることが好ましく、第１部分の厚さ７が７０μｍ以上１５０μｍ以下、かつ第２部分の厚さ８が３０μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。このように構成すれば、接続構造Ａを形成する際の加熱およびその後の冷却を比較的多くの回数繰り返しても、第１部分７の剛性、第１部分７を含む接合部全体の変形量、および当該高温超電導線材を適度に調和させて、接続構造Ａの反りを抑える効果を向上させることができる。
なお、ここでは、第１実施形態に係る超電導線材の接続構造Ａとして、図１に示すように、第１部分７を第１の超電導線材３のみに形成した例について説明したが、接続構造Ａはこのような例のみに限定されるものではなく、例えば、第１部分７を第１の超電導線材３および第２の超電導線材４の両方に形成し、それぞれの第１部分７、７が互いに略対称の位置関係となるように構成してもよい。このように構成すれば、第１実施形態の超電導線材の接続構造Ａの反りを抑える効果をより向上させることができる。
本実施形態では、第１の超電導線材３および第２の超電導線材４のうちの少なくとも一方の超電導線材（図１では「第１の超電導線材３」）の基材１は、同一基材１において、接合部６を構成する第１部分７の方を、基材１の接合部６を構成しない第２部分８の厚さよりも厚くすることによって、第１実施形態の超電導線材の接続構造Ａを形成する際の加熱およびその後の冷却時に、第１部分７の剛性を高めて、第１部分７を含む接合部全体の変形量が小さくするように構成する。本発明では、このように第１部分７の実効厚さを第２部分８の実効厚さよりも厚くすることによって、熱処理による加熱および冷却時における第１部分７の熱変形を低下させることによって、第１部分７、超電導層２、および接合部６の変形量を小さくし、これによって、超電導線材の接続構造Ａの反りを抑えることができる。上記少なくとも一方の超電導線材である第１の超電導線材３の基材１は、第１部分７の厚さが６０μｍ以上１００μｍ以下、かつ第２部分８の厚さが３０μｍ以上５５μｍ以下であることが好ましく、第１部分の厚さ７が７０μｍ以上１５０μｍ以下、かつ第２部分の厚さ８が３０μｍ以上５０μｍ以下であることがより好ましい。このように構成すれば、接続構造Ａを形成する際の加熱およびその後の冷却を比較的多くの回数繰り返しても、第１部分７の剛性、第１部分７を含む接合部全体の変形量、および当該高温超電導線材を適度に調和させて、接続構造Ａの反りを抑える効果を向上させることができる。
なお、ここでは、第１実施形態に係る超電導線材の接続構造Ａとして、図１に示すように、第１部分７を第１の超電導線材３のみに形成した例について説明したが、接続構造Ａはこのような例のみに限定されるものではなく、例えば、第１部分７を第１の超電導線材３および第２の超電導線材４の両方に形成し、それぞれの第１部分７、７が互いに略対称の位置関係となるように構成してもよい。このように構成すれば、第１実施形態の超電導線材の接続構造Ａの反りを抑える効果をより向上させることができる。
【0019】
［第２実施形態］
次に、本発明に従う第２実施形態の超電導線材の接続構造Ｂについて説明する。なお、以下で説明する第２～第４実施形態では、第１実施形態と重複する部分については、その説明を省略することとし、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。また、超電導線材の接続構造の構成要素は、第１実施形態と同一の構成要素については同じ符号を付すこととする。
次に、本発明に従う第２実施形態の超電導線材の接続構造Ｂについて説明する。なお、以下で説明する第２～第４実施形態では、第１実施形態と重複する部分については、その説明を省略することとし、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。また、超電導線材の接続構造の構成要素は、第１実施形態と同一の構成要素については同じ符号を付すこととする。
【0020】
図２は、第２実施形態に係る超電導線材の接続構造Ｂを模式的に示す断面図である。第１実施形態の接続構造Ａでは、接合部６を構成する第１部分７の実効厚さを、接合部６を構成しない第２部分８の実効厚さよりも厚くした構造を有しているのに対して、第２実施形態の接続構造Ｂでは、接合部６０を構成する第１部分７０が、第１基材１ａの超電導層２が位置する表面とは反対の裏面側に、断片状の第２基材９を配置することによって、接合部６０を構成する第１部分７０の実効厚さを、接合部６０を構成しない第２部分８の実効厚さよりも厚くしたものである。すなわち、接続構造Ｂは、接続構造Ａを構成する第１の超電導線材３に代えて、第１部分７０が、第１基材１ａの裏面側に配置した断片状の第２基材９を有する第１の超電導線材３０（以下、単に「超電導線材３０」という場合がある。）を適用するとともに、超電導線材３０に対向して配置され、第１基材１ａと第１基材１ａの表面側に配置した超電導層２とを有し該超電導層２と超電導線材３０の超電導層２を対向させて超電導接続部５を介して接合部６０を構成する第２の超電導線材４０（以下、単に「超電導線材４０」という場合がある。）を有して構成されている。
【0021】
本実施形態は、超電導線材３０の第１部分７０が、第１基材１ａの裏面側に位置する断片状の第２基材９を含むことによって、第１部分７０の厚さが第２基材９の厚さ分だけ、第２部分８の厚さより厚くしたものである。本実施形態によれば、第２基材９を各種の熱膨張係数を有する材料の中から適宜選択することによって、高温超電導線材の接続構造Ｂの反りの効果の程度を所望の程度に設定することができる。
【0022】
（断片状の第２基材）
第２基材９は、超電導線材の接続構造Ｂの反りを抑える効果をより高めるために、第１基材１ａの熱膨張係数をα１、第２基材９の熱膨張係数をα２、超電導層２の熱膨張係数をα３とするとき、α１＞α３かつα２＞α３の関係を満たすように構成することが好ましい。
このように構成すれば、第２実施形態の超電導線材の接続構造Ｂを形成する際の加熱および冷却時に、第２部分８に比べて第１部分７０の変形量がより小さくなって、第２実施形態の超電導線材の接続構造Ｂの反りをより効果的に抑えることができる。
なお、ここでは、第２実施形態に係る接続構造Ｂとして、図２に示すように、第２基材９を超電導線材３０の第１部分７０のみに形成した例について説明したが、接続構造Ｂはこのような例のみに限定されるものではなく、例えば、第２基材９を超電導線材３０および超電導線材４０の両方に形成し、それぞれの第１部分７０、７０が互いに略対称の位置関係となるように構成してもよい。このように構成すれば、第２実施形態の超電導線材の接続構造Ｂの反りを抑える効果をより向上させることができる。
第２基材９は、超電導線材の接続構造Ｂの反りを抑える効果をより高めるために、第１基材１ａの熱膨張係数をα１、第２基材９の熱膨張係数をα２、超電導層２の熱膨張係数をα３とするとき、α１＞α３かつα２＞α３の関係を満たすように構成することが好ましい。
このように構成すれば、第２実施形態の超電導線材の接続構造Ｂを形成する際の加熱および冷却時に、第２部分８に比べて第１部分７０の変形量がより小さくなって、第２実施形態の超電導線材の接続構造Ｂの反りをより効果的に抑えることができる。
なお、ここでは、第２実施形態に係る接続構造Ｂとして、図２に示すように、第２基材９を超電導線材３０の第１部分７０のみに形成した例について説明したが、接続構造Ｂはこのような例のみに限定されるものではなく、例えば、第２基材９を超電導線材３０および超電導線材４０の両方に形成し、それぞれの第１部分７０、７０が互いに略対称の位置関係となるように構成してもよい。このように構成すれば、第２実施形態の超電導線材の接続構造Ｂの反りを抑える効果をより向上させることができる。
【0023】
第１基材１ａが、第１実施形態で例示したハステロイＣ２７６（登録商標）、インコネル６００（登録商標）、またはステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で構成される場合、これらの熱膨張係数は、それぞれ１１．２×１０－６／Ｋ（２５～１００℃）、１１．５～１３．３×１０－６／Ｋ（２０～１０００℃）、１７．３×１０－６／Ｋ（０～１００℃）であることから、上記（１）の関係を満足する断片状の第２基材９の材料として、例えば、Ｔｉ（熱膨張係数：８．４×１０－６／Ｋ（２０℃））、Ｐｔ（８．８×１０－６／Ｋ（２５℃））が挙げられる。あるいは、第２基材９を第１基材１ａと同じ材料で構成してもよい。
【0024】
（金属層）
超電導線材３０は、第１基材１ａと第２基材９との間に、第１基材１ａと第２基材９とを接合する層として金属層１０を形成することが好ましい。金属層１０は、融点が８００℃よりも高く、かつ高温酸化しにくい特性をもつ金属で構成することが好ましい。このように構成すれば、金属層１０によって第１基材１ａと第２基材９との密着性および接合強度が高まるとともに、前述のＭＯＤ法で超電導接続部５を形成する際の熱処理温度（７６０～８００℃）に対し耐熱性を有する超電導線材の接続構造Ｂが得られる。このような特性を有する金属層１０は、Ａｇ、ＡｕおよびＰｔの群から選択される少なくとも１種の貴金属または合金で形成されることが好ましい。金属層１０をＡｇ、ＡｕおよびＰｔの群から選択される少なくとも１種の貴金属または合金で形成すれば、上記した接合性と耐熱性に優れた金属層１０を、比較的簡便に形成することができる。
超電導線材３０は、第１基材１ａと第２基材９との間に、第１基材１ａと第２基材９とを接合する層として金属層１０を形成することが好ましい。金属層１０は、融点が８００℃よりも高く、かつ高温酸化しにくい特性をもつ金属で構成することが好ましい。このように構成すれば、金属層１０によって第１基材１ａと第２基材９との密着性および接合強度が高まるとともに、前述のＭＯＤ法で超電導接続部５を形成する際の熱処理温度（７６０～８００℃）に対し耐熱性を有する超電導線材の接続構造Ｂが得られる。このような特性を有する金属層１０は、Ａｇ、ＡｕおよびＰｔの群から選択される少なくとも１種の貴金属または合金で形成されることが好ましい。金属層１０をＡｇ、ＡｕおよびＰｔの群から選択される少なくとも１種の貴金属または合金で形成すれば、上記した接合性と耐熱性に優れた金属層１０を、比較的簡便に形成することができる。
【0025】
超電導線材３０、４０は、超電導接続部５を除く超電導層２の全面にわたって被覆する保護層１１をさらに有することが好ましい。このように構成することによって、超電導層２、２の表面を露出させずに有効に保護することができる。保護層１１は、Ａｇ、ＡｕおよびＣｕのうちの少なくとも１種を含む金属また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。保護層１１の厚さは、１～５０μｍであることが好ましく、１．５～５μｍであることがより好ましい。保護層１１を超電導層２、２の表面上に形成した場合は、超電導層２、２の表面を露出させずに有効に保護することができる。
【0026】
［第３実施形態］
次に、本発明に従う第３実施形態の超電導線材の接続構造Ｃについて説明する。
図３は、第３実施形態に係る接続構造Ｃを模式的に示す断面図である。第１実施形態の接続構造Ａの第１部分７および第２実施形態の接続構造Ｂの第１部分７０が、金属材料のみで構成されているのに対して、第３実施形態の接続構造Ｃでは、接合部６１を構成する第１の超電導線材３１（以下、単に「超電導線材３１」という場合がある。）の部分が、超電導層２、第１基材１ａ、金属層１０、第２基材９、セラミック層２０および保護層１１の積層順で構成されたものである。なお、ここでいう接続構造Ｃは、第１の超電導線材３１と、第２の超電導線材４０と、これら第１および第２の超電導線材３１、４０の間に形成した接合部６１を含んで構成されたものである。
次に、本発明に従う第３実施形態の超電導線材の接続構造Ｃについて説明する。
図３は、第３実施形態に係る接続構造Ｃを模式的に示す断面図である。第１実施形態の接続構造Ａの第１部分７および第２実施形態の接続構造Ｂの第１部分７０が、金属材料のみで構成されているのに対して、第３実施形態の接続構造Ｃでは、接合部６１を構成する第１の超電導線材３１（以下、単に「超電導線材３１」という場合がある。）の部分が、超電導層２、第１基材１ａ、金属層１０、第２基材９、セラミック層２０および保護層１１の積層順で構成されたものである。なお、ここでいう接続構造Ｃは、第１の超電導線材３１と、第２の超電導線材４０と、これら第１および第２の超電導線材３１、４０の間に形成した接合部６１を含んで構成されたものである。
【0027】
（断片状の第２基材の第１基材と対向する面に配置するセラミック層）
セラミック層２０は、第２基材９の金属層１０が位置する表面とは反対側に位置する裏面側に配置されることによって、第１部分７１の熱処理後の熱変形量を、接続構造Ａの第１部分７および接続構造Ｂの第１部分７０のそれぞれの熱処理後の熱変形量に比べて小さくすることによって、反りの低減効果をより一層向上させるものである。すなわち、セラミック材料は、一般に金属材料に比べ熱膨張係数が小さいため、第２基材９の裏面側にセラミック層２０を形成した接続構造Ｃでは、ＭＯＤ法等における熱処理後の熱変形量が低下する効果を奏する。
なお、ここでは、第３実施形態に係る接続構造Ｃとして、図３に示すように、セラミック層２０を有する第２基材９を、超電導線材３１の第１部分７１のみに形成した例について説明したが、接続構造Ｃはこのような例のみに限定されるものではなく、例えば、第２基材９を、超電導線材３１および超電導線材４０の両方に形成しそれぞれの第１部分７１、７１が略対称の位置関係となるように構成してもよい。このように構成すれば、第３実施形態の超電導線材の接続構造Ｃの反りを抑える効果をより向上させることができる。
本発明で用いるセラミック層として適用可能なセラミック材料は、特に限定されない。本発明では、セラミック層２０を超電導層２と同じ材料で構成することが特に好ましい。表２に超電導層２を構成するセラミック材料および他の主要なセラミック材料のそれぞれの熱膨張係数を示す。
セラミック層２０は、第２基材９の金属層１０が位置する表面とは反対側に位置する裏面側に配置されることによって、第１部分７１の熱処理後の熱変形量を、接続構造Ａの第１部分７および接続構造Ｂの第１部分７０のそれぞれの熱処理後の熱変形量に比べて小さくすることによって、反りの低減効果をより一層向上させるものである。すなわち、セラミック材料は、一般に金属材料に比べ熱膨張係数が小さいため、第２基材９の裏面側にセラミック層２０を形成した接続構造Ｃでは、ＭＯＤ法等における熱処理後の熱変形量が低下する効果を奏する。
なお、ここでは、第３実施形態に係る接続構造Ｃとして、図３に示すように、セラミック層２０を有する第２基材９を、超電導線材３１の第１部分７１のみに形成した例について説明したが、接続構造Ｃはこのような例のみに限定されるものではなく、例えば、第２基材９を、超電導線材３１および超電導線材４０の両方に形成しそれぞれの第１部分７１、７１が略対称の位置関係となるように構成してもよい。このように構成すれば、第３実施形態の超電導線材の接続構造Ｃの反りを抑える効果をより向上させることができる。
本発明で用いるセラミック層として適用可能なセラミック材料は、特に限定されない。本発明では、セラミック層２０を超電導層２と同じ材料で構成することが特に好ましい。表２に超電導層２を構成するセラミック材料および他の主要なセラミック材料のそれぞれの熱膨張係数を示す。
【0028】
【表2】
【0029】
［第４実施形態］
次に、本発明に従う第４実施形態の超電導線材の接続構造Ｄについて説明する。
図４は、第４実施形態に係る接続構造Ｄを模式的に示す断面図である。第１～３実施形態の接続構造Ａ、Ｂ、Ｃでは、各接続構造に含まれる第１および第２の超電導線材の一方の超電導線材の裏面側のみに第１部分７、７０、７１を形成して、それぞれの接合部６、６０、６１を構成する第１部分７、７０、７１の各実効厚さを厚くしていたのに対し、第４実施形態の接続構造Ｄでは、上記第１および第２の超電導線材３０、４１の両方の接合部６２を構成する第１基材１ａ、１ａの各裏面側に断片状の第２基材９、９を、それぞれ金属層１０、１０を介して形成して、第１の超電導線材３０および第２の超電導線材４１のそれぞれに第１部分７２、７２および第２部分８、８を形成し、第１部分７２の各実効厚さを第２部分８の各実効厚さよりも厚くすることによって、高温超電導線材の接続構造の反りの低減化を図るものである。すなわち、接続構造Ｄは、接続構造Ｂの第２の超電導線材４０に代えて、第２の超電導線材４１の構成として、接合部６２を構成する第１基材１ａ、１ａのそれぞれの裏面側に、金属層１０、１０を介して、断片状の第２基材９、９を形成した構成を有している。なお、ここでいう接続構造Ｄは、第１の超電導線材３０と、第２の超電導線材４１と、これら第１および第２の超電導線材３０、４１の間に形成した接合部６２を含んで構成されたものである。
次に、本発明に従う第４実施形態の超電導線材の接続構造Ｄについて説明する。
図４は、第４実施形態に係る接続構造Ｄを模式的に示す断面図である。第１～３実施形態の接続構造Ａ、Ｂ、Ｃでは、各接続構造に含まれる第１および第２の超電導線材の一方の超電導線材の裏面側のみに第１部分７、７０、７１を形成して、それぞれの接合部６、６０、６１を構成する第１部分７、７０、７１の各実効厚さを厚くしていたのに対し、第４実施形態の接続構造Ｄでは、上記第１および第２の超電導線材３０、４１の両方の接合部６２を構成する第１基材１ａ、１ａの各裏面側に断片状の第２基材９、９を、それぞれ金属層１０、１０を介して形成して、第１の超電導線材３０および第２の超電導線材４１のそれぞれに第１部分７２、７２および第２部分８、８を形成し、第１部分７２の各実効厚さを第２部分８の各実効厚さよりも厚くすることによって、高温超電導線材の接続構造の反りの低減化を図るものである。すなわち、接続構造Ｄは、接続構造Ｂの第２の超電導線材４０に代えて、第２の超電導線材４１の構成として、接合部６２を構成する第１基材１ａ、１ａのそれぞれの裏面側に、金属層１０、１０を介して、断片状の第２基材９、９を形成した構成を有している。なお、ここでいう接続構造Ｄは、第１の超電導線材３０と、第２の超電導線材４１と、これら第１および第２の超電導線材３０、４１の間に形成した接合部６２を含んで構成されたものである。
【0030】
このように構成すれば、第１の超電導線材３０の第１部分７２および第２の超電導線材４１の第１部分７２の両方の実効厚さを厚くしたことによる相乗効果によって、第１～３の実施形態に比べて反りの低減化効果が一段と向上した接続構造Ｄを得ることが可能となる。
なお、第３実施形態で説明したように、接合部を構成する２つの第１部分７２、７２の各裏面側に、それぞれセラミック層２０、２０を形成すれば、上記反りの低減化効果がさらに一段と向上させることができる。その際、セラミック層２０を超電導層２と同じ材料で形成すれば、上記反りの低減化効果をより一層向上させることができる。さらに、これらセラミック層２０、２０のそれぞれの上に第３実施形態と同様の保護層１１、１１を形成することができる。
なお、第３実施形態で説明したように、接合部を構成する２つの第１部分７２、７２の各裏面側に、それぞれセラミック層２０、２０を形成すれば、上記反りの低減化効果がさらに一段と向上させることができる。その際、セラミック層２０を超電導層２と同じ材料で形成すれば、上記反りの低減化効果をより一層向上させることができる。さらに、これらセラミック層２０、２０のそれぞれの上に第３実施形態と同様の保護層１１、１１を形成することができる。
【0031】
（高温超電導線材の接続構造を有する高温超電導線材）
上述した実施形態の高温超電導線材の接続構造は、ヒートサイクル等による熱膨張および収縮の繰り返し熱変形が生じても、接合部を形成する２つの超電導層の剥離を抑制することが必要な各種高温超電導線材、例えば、ＭＲＩやＮＭＲ等の磁気コイルの巻き線に適用することが好適である。
上述した実施形態の高温超電導線材の接続構造は、ヒートサイクル等による熱膨張および収縮の繰り返し熱変形が生じても、接合部を形成する２つの超電導層の剥離を抑制することが必要な各種高温超電導線材、例えば、ＭＲＩやＮＭＲ等の磁気コイルの巻き線に適用することが好適である。
【0032】
（高温超電導線材の接続構造の形成方法）
本実施形態の高温超電導線材の接続構造Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの形成方法を説明する。なお、ここでは、接続構造Ｂ（図２）の形成方法について説明するが、接続構造Ａ、Ｃ、Ｄの形成方法についても基本的に同様である。図５に示すように、まず、金属または合金からなる帯状の基材１、基材１の表面側に形成された酸化物超電導層２および酸化物超電導層２の表面に形成された保護層１１を有する２つの超電導線材である第１および第２の超電導線材３０、４０を用意する。このうち、第１および第２の超電導線材３０、４０のうちの少なくとも一方の超電導線材３０は、基材１が、接合部６０を構成する第１部分７０を、接合部６０を構成しない第２部分８よりも厚く形成したもの、あるいは、接合部６０を構成する第１部分７０を、接合部６０を構成する第１部分７０の方が、接合部６０を構成しない第２部分８よりも厚いものを準備する（超電導線材の準備工程Ｓ１）。次に、工程Ｓ１で準備した第１および第２の超電導線材３０、４０のそれぞれの保護層１１、１１の一部を剥離して除去し、酸化物超電導層２、２を露出させる（保護層の除去工程Ｓ２）。続いて、工程Ｓ２で露出させた酸化物超電導層の２、２の表面部分に、超電導接続部５を形成する金属を含む有機金属溶液を塗布し乾燥させて塗膜を形成する（有機金属溶液の塗膜の形成工程Ｓ３）。その後、工程Ｓ３で形成した塗膜を第１温度（好適には４５０～５５０℃）まで加熱することによって、塗膜中の有機物を除去し仮焼成膜を形成する（仮焼成膜の形成工程Ｓ４）。次に、工程Ｓ４で形成した仮焼成膜を有する第１および第２の超電導線材３０、４０の仮焼成膜同士を、互いに対向させた位置関係で接触させて、第１温度よりも高い第２温度（好適には７６０～８２０℃）で加熱することによって、第１および第２の超電導線材３０、４０の間に超電導接続部５を形成し、第１および第２の超電導線材３０、４０ならびに超電導接続部５によって接合部６０を形成する本焼成工程を行う（本焼成による接合部の形成工程Ｓ５）。このように工程Ｓ１から工程Ｓ５までを順に行うことによって、ヒートサイクル等による熱膨張および熱収縮の繰り返し熱変形が生じても、接合部を形成する２つの超電導線材を構成する超電導層の剥離を有効に抑制することが可能な高温超電導線材の接続構造を形成することができる。
加えて、本実施形態では、工程Ｓ５の後に、酸素雰囲気下で熱処理を施して、接合部を構成する膜の酸素欠損部に酸素を補充する酸素補充熱処理をさらに行ってもよい。
本実施形態の高温超電導線材の接続構造Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの形成方法を説明する。なお、ここでは、接続構造Ｂ（図２）の形成方法について説明するが、接続構造Ａ、Ｃ、Ｄの形成方法についても基本的に同様である。図５に示すように、まず、金属または合金からなる帯状の基材１、基材１の表面側に形成された酸化物超電導層２および酸化物超電導層２の表面に形成された保護層１１を有する２つの超電導線材である第１および第２の超電導線材３０、４０を用意する。このうち、第１および第２の超電導線材３０、４０のうちの少なくとも一方の超電導線材３０は、基材１が、接合部６０を構成する第１部分７０を、接合部６０を構成しない第２部分８よりも厚く形成したもの、あるいは、接合部６０を構成する第１部分７０を、接合部６０を構成する第１部分７０の方が、接合部６０を構成しない第２部分８よりも厚いものを準備する（超電導線材の準備工程Ｓ１）。次に、工程Ｓ１で準備した第１および第２の超電導線材３０、４０のそれぞれの保護層１１、１１の一部を剥離して除去し、酸化物超電導層２、２を露出させる（保護層の除去工程Ｓ２）。続いて、工程Ｓ２で露出させた酸化物超電導層の２、２の表面部分に、超電導接続部５を形成する金属を含む有機金属溶液を塗布し乾燥させて塗膜を形成する（有機金属溶液の塗膜の形成工程Ｓ３）。その後、工程Ｓ３で形成した塗膜を第１温度（好適には４５０～５５０℃）まで加熱することによって、塗膜中の有機物を除去し仮焼成膜を形成する（仮焼成膜の形成工程Ｓ４）。次に、工程Ｓ４で形成した仮焼成膜を有する第１および第２の超電導線材３０、４０の仮焼成膜同士を、互いに対向させた位置関係で接触させて、第１温度よりも高い第２温度（好適には７６０～８２０℃）で加熱することによって、第１および第２の超電導線材３０、４０の間に超電導接続部５を形成し、第１および第２の超電導線材３０、４０ならびに超電導接続部５によって接合部６０を形成する本焼成工程を行う（本焼成による接合部の形成工程Ｓ５）。このように工程Ｓ１から工程Ｓ５までを順に行うことによって、ヒートサイクル等による熱膨張および熱収縮の繰り返し熱変形が生じても、接合部を形成する２つの超電導線材を構成する超電導層の剥離を有効に抑制することが可能な高温超電導線材の接続構造を形成することができる。
加えて、本実施形態では、工程Ｓ５の後に、酸素雰囲気下で熱処理を施して、接合部を構成する膜の酸素欠損部に酸素を補充する酸素補充熱処理をさらに行ってもよい。
【実施例】
【0033】
次に、本発明の効果をさらに明確にするために、実施例および比較例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0034】
＜供試材の作製＞
まず、高温超電導線材（以下、単に「超電導線材」という場合がある。）として、厚さ５０μｍ、幅６ｍのハステロイ（登録商標）製基材１の表面に、厚さ１．６μｍのＧｄＢＣＯからなる超電導層２および厚さ２μｍのＡｇからなる保護層１１を順次形成するとともに、裏面に厚さ２μｍのＡｇからなる金属層１０を形成してなる超電導線材を準備した（図２、参照）。次に、上記超電導線材に対し、上記保護層１１の一部を除去した除去部にＭＯＤ溶液を塗布しＭＯＤ塗膜を形成した後、窒素および酸素の混合ガス雰囲気下、５００℃で上記ＭＯＤ塗膜中の有機溶剤を蒸発させ表面側にＭＯＤ仮焼成膜を形成した超電導線材を作製し、これを供試材とした。
まず、高温超電導線材（以下、単に「超電導線材」という場合がある。）として、厚さ５０μｍ、幅６ｍのハステロイ（登録商標）製基材１の表面に、厚さ１．６μｍのＧｄＢＣＯからなる超電導層２および厚さ２μｍのＡｇからなる保護層１１を順次形成するとともに、裏面に厚さ２μｍのＡｇからなる金属層１０を形成してなる超電導線材を準備した（図２、参照）。次に、上記超電導線材に対し、上記保護層１１の一部を除去した除去部にＭＯＤ溶液を塗布しＭＯＤ塗膜を形成した後、窒素および酸素の混合ガス雰囲気下、５００℃で上記ＭＯＤ塗膜中の有機溶剤を蒸発させ表面側にＭＯＤ仮焼成膜を形成した超電導線材を作製し、これを供試材とした。
【0035】
（実施例１）
上記供試材の上記ＭＯＤ仮焼成膜の表面側とは反対側の裏面側に、厚さ５０μｍ、長さ２０ｍｍ、幅６ｍｍのハステロイ（登録商標）製基材９（以下、「ハステロイ（登録商標）製ダミー基材９」という場合がある。）を配置したもの１本と、上記ハステロイ（登録商標）製ダミー基材９を配置していない供試材１本とを準備した。次に、これらのそれぞれの上記ＭＯＤ仮焼成膜の表面側同士を互いに対向させて配置した後、アルゴンガスおよび酸素ガスの混合ガス雰囲気下、加熱温度８００℃、圧力１００ＭＰａの条件で本焼成を行い、上記ＭＯＤ仮焼成膜を結晶化させることによって、結晶化ＭＯＤ層からなる接合部６０を形成して２本の超電導線材３０、４０を接合させた。このようにして、２本の超電導線材３０、４０のうちの１本の超電導線材３０において、接合部６０を構成する第１部分７０の方が上記接合部を構成しない第２部分８よりも厚い超電導線材の接続構造Ｂを作製し、これを実施例１とした（図２、参照）。
上記供試材の上記ＭＯＤ仮焼成膜の表面側とは反対側の裏面側に、厚さ５０μｍ、長さ２０ｍｍ、幅６ｍｍのハステロイ（登録商標）製基材９（以下、「ハステロイ（登録商標）製ダミー基材９」という場合がある。）を配置したもの１本と、上記ハステロイ（登録商標）製ダミー基材９を配置していない供試材１本とを準備した。次に、これらのそれぞれの上記ＭＯＤ仮焼成膜の表面側同士を互いに対向させて配置した後、アルゴンガスおよび酸素ガスの混合ガス雰囲気下、加熱温度８００℃、圧力１００ＭＰａの条件で本焼成を行い、上記ＭＯＤ仮焼成膜を結晶化させることによって、結晶化ＭＯＤ層からなる接合部６０を形成して２本の超電導線材３０、４０を接合させた。このようにして、２本の超電導線材３０、４０のうちの１本の超電導線材３０において、接合部６０を構成する第１部分７０の方が上記接合部を構成しない第２部分８よりも厚い超電導線材の接続構造Ｂを作製し、これを実施例１とした（図２、参照）。
【0036】
（実施例２）
上記供試材の上記ＭＯＤ仮焼成膜の表面側とは反対側の裏面側に、上記ハステロイ（登録商標）製ダミー基材９を配置したもの２本を準備した。次に、これらのそれぞれの上記ＭＯＤ仮焼成膜の表面側同士を互いに対向させて配置した後、アルゴンガスおよび酸素ガスの混合ガス雰囲気下、加熱温度８００℃、圧力１００ＭＰａの条件で本焼成を行い、上記ＭＯＤ仮焼成膜を結晶化させることによって、結晶化ＭＯＤ層からなる接合部６２を形成して２本の超電導線材３０、４１を接合させた。このようにして、上記２本の超電導線材３０、４１において、接合部６２を構成する第１部分７２、７２の方が接合部６２を構成しない第２部分８、８よりも厚い超電導線材の接続構造Ｄを作製し、これを実施例２とした（図４、参照）。
上記供試材の上記ＭＯＤ仮焼成膜の表面側とは反対側の裏面側に、上記ハステロイ（登録商標）製ダミー基材９を配置したもの２本を準備した。次に、これらのそれぞれの上記ＭＯＤ仮焼成膜の表面側同士を互いに対向させて配置した後、アルゴンガスおよび酸素ガスの混合ガス雰囲気下、加熱温度８００℃、圧力１００ＭＰａの条件で本焼成を行い、上記ＭＯＤ仮焼成膜を結晶化させることによって、結晶化ＭＯＤ層からなる接合部６２を形成して２本の超電導線材３０、４１を接合させた。このようにして、上記２本の超電導線材３０、４１において、接合部６２を構成する第１部分７２、７２の方が接合部６２を構成しない第２部分８、８よりも厚い超電導線材の接続構造Ｄを作製し、これを実施例２とした（図４、参照）。
【0037】
（実施例３）
上記供試材の上記ＭＯＤ仮焼成膜の表面側とは反対側の裏面側に、厚さ５０μｍ、長さ２０ｍｍ、幅６ｍｍの炭素鋼製基材９（以下、「炭素鋼製ダミー基材９」という場合がある。）を配置したものを２本準備した。次に、これらのそれぞれの上記ＭＯＤ仮焼成膜の表面側同士を互いに対向させて配置した後、アルゴンガスおよび酸素ガスの混合ガス雰囲気下、加熱温度８００℃、圧力１００ＭＰａの条件で本焼成を行い、上記ＭＯＤ仮焼成膜を結晶化させることによって、結晶化ＭＯＤ層からなる接合部６２を形成して２本の超電導線材３０、４１を接合させた。このようにして、２本の超電導線材３０、４１において、接合部６２を構成する第１部分７２、７２の方が接合部６２を構成しない第２部分８、８よりも厚い超電導線材の接続構造Ｄを作製し、これを実施例３とした（図４、参照）。
上記供試材の上記ＭＯＤ仮焼成膜の表面側とは反対側の裏面側に、厚さ５０μｍ、長さ２０ｍｍ、幅６ｍｍの炭素鋼製基材９（以下、「炭素鋼製ダミー基材９」という場合がある。）を配置したものを２本準備した。次に、これらのそれぞれの上記ＭＯＤ仮焼成膜の表面側同士を互いに対向させて配置した後、アルゴンガスおよび酸素ガスの混合ガス雰囲気下、加熱温度８００℃、圧力１００ＭＰａの条件で本焼成を行い、上記ＭＯＤ仮焼成膜を結晶化させることによって、結晶化ＭＯＤ層からなる接合部６２を形成して２本の超電導線材３０、４１を接合させた。このようにして、２本の超電導線材３０、４１において、接合部６２を構成する第１部分７２、７２の方が接合部６２を構成しない第２部分８、８よりも厚い超電導線材の接続構造Ｄを作製し、これを実施例３とした（図４、参照）。
【0038】
（実施例４）
上記供試材の上記ＭＯＤ仮焼成膜の表面側とは反対側の裏面側に、厚さ５０μｍ、長さ２０ｍｍ、幅６ｍｍの上記供試材の裏面側を対向させて配置したものを２本準備した。次に、これらのそれぞれの上記ＭＯＤ仮焼成膜の表面側同士を互いに対向させて配置した後、アルゴンガスおよび酸素ガスの混合ガス雰囲気下、加熱温度８００℃、圧力１００ＭＰａの条件で本焼成を行い、上記ＭＯＤ仮焼成膜を結晶化させることによって、結晶化ＭＯＤ層からなる接合部を形成して２本の超電導線材を接合させた。このようにして、２本の超電導線材において、接合部を構成する超電導線材の部分の方が上記接合部を構成しない超電導線材の部分よりも厚い超電導線材の接続構造を作製し、これを実施例４とした（不図示）。
上記供試材の上記ＭＯＤ仮焼成膜の表面側とは反対側の裏面側に、厚さ５０μｍ、長さ２０ｍｍ、幅６ｍｍの上記供試材の裏面側を対向させて配置したものを２本準備した。次に、これらのそれぞれの上記ＭＯＤ仮焼成膜の表面側同士を互いに対向させて配置した後、アルゴンガスおよび酸素ガスの混合ガス雰囲気下、加熱温度８００℃、圧力１００ＭＰａの条件で本焼成を行い、上記ＭＯＤ仮焼成膜を結晶化させることによって、結晶化ＭＯＤ層からなる接合部を形成して２本の超電導線材を接合させた。このようにして、２本の超電導線材において、接合部を構成する超電導線材の部分の方が上記接合部を構成しない超電導線材の部分よりも厚い超電導線材の接続構造を作製し、これを実施例４とした（不図示）。
【0039】
（比較例）
２本の上記供試材を準備し、これらのＭＯＤ仮焼成膜を互いに対向させ、アルゴンガスおよび酸素ガスの混合ガス雰囲気下、加熱温度８００℃、圧力１００ＭＰａの条件で本焼成を行い、上記ＭＯＤ仮焼成膜を結晶化させることによって、結晶化ＭＯＤ層からなる接合部を形成した。このようにして、上記２本の超電導線材のいずれにおいても、上記接合部を構成する超電導線材の部分と上記接合部を構成しない超電導線材の部分とが同じ厚さを有する超電導線材の接続構造を作製し、これを比較例とした。
２本の上記供試材を準備し、これらのＭＯＤ仮焼成膜を互いに対向させ、アルゴンガスおよび酸素ガスの混合ガス雰囲気下、加熱温度８００℃、圧力１００ＭＰａの条件で本焼成を行い、上記ＭＯＤ仮焼成膜を結晶化させることによって、結晶化ＭＯＤ層からなる接合部を形成した。このようにして、上記２本の超電導線材のいずれにおいても、上記接合部を構成する超電導線材の部分と上記接合部を構成しない超電導線材の部分とが同じ厚さを有する超電導線材の接続構造を作製し、これを比較例とした。
【0040】
＜評価＞
実施例１～４および比較例１の反りの低減化効果について確認するために、以下のような試験を行って剥離性の程度を調査し評価を行った。その結果を表３に示す。
実施例１～４および比較例１の反りの低減化効果について確認するために、以下のような試験を行って剥離性の程度を調査し評価を行った。その結果を表３に示す。
【0041】
【表3】
【0042】
表３に示す結果より、実施例１～４は、いずれも上記接合部を構成する超電導線材に、上記ハステロイ（登録商標）製基材、上記炭素鋼製基材、または上記超電導線材を配置することによって、上記接合部を構成する超電導線材の部分の方が、上記接合部を構成しない超電導線材の部分よりも厚くなっているので、上記接合部を構成する超電導線材の部分と、上記接合部を構成しない超電導線材の部分とが同じ厚さとなっている比較例に比べて、「剥離なし」の割合が顕著に高く、「部分的に剥離」および「剥離あり」の割合が低くなっており、反りの低減化効果が向上していることが明らかとなった。特に、上記超電導線材の接続構造に含まれる２本の超電導線材の両方の接合部を構成する超電導線材に、該超電導線材と同じ材質の基材を配置した接続構造では、全ての試料で「剥離なし」の評価結果が得られており、反りの低減化効果が顕著に向上している。なお、上記接続部を構成する超電導線材に、上記ハステロイ（登録商標）製基材、上記炭素鋼製基材以外の金属として、例えば各種ステンレス鋼製基材や各種インコネル（登録商標）製基材を配置した接続構造、あるいは、上記超電導線材以外のセラミック材料を含む基材として、例えば、Ａｌ２Ｏ３を配置した接続構造についても評価を行ったが、いずれも比較例に比べて、「剥離なし」の割合が顕著に高く、「部分的に剥離」および「剥離あり」の割合が低くなっており、反りの低減化効果が向上していることが確認された。
【0043】
以上、本発明に係る高温超電導線材の接続構造を、高温超電導線材や、この高温超電導線材を用いて形成した高温超電導コイルに適用すれば、ヒートサイクル等による熱膨張および熱収縮の繰り返し熱変形が生じても、接合部を形成する２つの超電導線材を構成する超電導層の剥離を有効に抑制することができるため、安定した超電導特性を発揮することができる。
【0044】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本発明の範囲内で種々の改変を行うことができる。
【符号の説明】
【0045】
１、１ａ 基材、第１基材
２ 酸化物超電導層
３、３０、３１ 第１の超電導線材
４、４０、４１ 第２の超電導線材
５ 超電導接続部
６、６０、６１、６２ 接合部
７、７０、７１、７２ 第１部分
８ 第２部分
９ 基材、第２基材
１０ 金属層
１１ 保護層
２０ セラミック層
Ａ 第１実施形態の接続構造
Ｂ 第２実施形態の接続構造
Ｃ 第３実施形態の接続構造
Ｄ 第４実施形態の接続構造
２ 酸化物超電導層
３、３０、３１ 第１の超電導線材
４、４０、４１ 第２の超電導線材
５ 超電導接続部
６、６０、６１、６２ 接合部
７、７０、７１、７２ 第１部分
８ 第２部分
９ 基材、第２基材
１０ 金属層
１１ 保護層
２０ セラミック層
Ａ 第１実施形態の接続構造
Ｂ 第２実施形態の接続構造
Ｃ 第３実施形態の接続構造
Ｄ 第４実施形態の接続構造
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】