JP2018125147A - 超電導ケーブルの接続部及びその組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半田漏れが発生することなく、接続抵抗も低く抑えて超電導特性を劣化させることなく、電極と超電導線材とを好適に接続できること。【解決手段】芯材の周囲に円状に複数の超電導線材が巻き付けてなる超電導導体層を有する超電導ケーブルと、超電導ケーブルが挿入され、超電導導体層と接合される筒状電極と、を有し、超電導導体層と筒状電極とは半田付け接合により接合され、筒状電極の外面と超電導導体層に掛け渡して設けられ、超電導線材と筒状電極の端部との間を覆う樹脂被覆層を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、電極に接続して形成される超電導ケーブルの接続部に関し、特に、複数の超電導線材を芯材に巻き付けた超電導ケーブルの接続部及びその組立方法に関する。

従来、超電導ケーブルにおいては、芯材（フォーマ）の外周にテープ状の超電導線材（以下、「超電導テープ」とも称する）が螺旋状に巻回されている。また、超電導ケーブルでは、大電流送電を可能とするために、超電導テープを、同心円状に多層に配置している場合も多くみられる。芯材と超電導テープの層との間に、多層を有する場合は、多層配置された超電導テープの層間（すなわち超電導テープの間）に、芯材と超電導テープの間或いは超電導テープ間での電気絶縁をとる押えテープが設けられる。多層の超電導テープの層を有する場合は、押えテープは、超電導テープを押える機能も有する。なお、超電導テープとしては、ＲＥＢａ_ｙＣｕ_３Ｏ_ｚ系（ＲＥは、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ及びＨｏから選択された１種以上の元素を示し、ｙ≦２及びｚ＝６．２〜７である。）の超電導線材が知られている。ＲＥＢａ_ｙＣｕ_３Ｏ_ｚＢａ_ｙＣｕ_３Ｏ_ｚ系超電導体としては、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７で表されるイットリウム系超電導線材が代表的である。

ところで、上述したような芯材の外周に複数の超電導線材を層状に備える超電導ケーブルを、超電導応用機器に応用する場合、超電導ケーブルは、超電導応用機器に接続される筒状の金属端子（電極）に挿入して接続することで、使用される（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。なお、このようなケーブルと金属端子との接続部分を超電導ケーブルの接続部と称し、超電導ケーブルの終端部と言うこともできる。

特許文献１及び特許文献２に示す構造では、超電導ケーブルの超電導線材は、筒状の金属端子の内側で、金属端子の内周面に半田を介して接続されている。特許文献１では、金属端子の内周面と、内周面と対向する超電導線材の外面とにそれぞれ予備半田を塗布しておく。そして、超電導ケーブルを金属端子に挿入した後、金属端子を外方から加熱することにより予備半田を溶融して、金属端子と超電導ケーブルとが接合される。

また、特許文献２では、超電導ケーブルにおいて外周側の保護層を除去して超電導体層を露出させた部分に、断面半円弧状の分割片を筒状に被せて固定する。そして、分割片と超電導層との間に低融点半田を流し込むことで、分割片により形成される金属端子と超電導層とが電気的に接合される。

特開２０１５−１６２３６７号公報 特開２００５−１００７７６号公報

近年では、特許文献１に示すように、筒状の金属端子（電極）に、外周に超電導線材が配置された超電導ケーブルを挿入する構造において、特許文献２に示すように、金属端子と金属端子の内側の超電導線材との間に、半田を流し込むことにより両者を接合する構造が知られている。

このとき、特許文献２に記載のように、金属端子の端部と金属端子内の超電導線材との間を、パッキンやゴム系のマスキング材で目止めして、金属端子内に流し込まれる半田が外部に漏れないようにして金属端子の内部で充填されるようにしている。

しかしながら、金属端子の端部と、金属端子内の超電導線材との間をパッキンまたはマスキング材で目止めするだけでは、層を形成する複数の超電導線材同士の隙間から外部に半田が漏れ出る恐れがある。また、マスキング材で金属端子の端部と超電導線材との間を目止めする構成では、マスキング材を塗布する際に気泡が生じたり、塗布した際に隙間が発生しやすく、目止めした部分から外部に半田が流れ出るといった所謂半田漏れが発生するという問題がある。半田漏れが発生した場合、目止めをやり直すとともに、目止め後に再び半田を流し込むために金属端子を再加熱しなければならず、接続する超電導線材に長時間の熱履歴がかかり超電導特性が劣化し、さらに、製造コストがかかるという問題がある。

本発明の目的は、半田漏れが発生することなく、接続抵抗も低く抑えて超電導特性を劣化させずに、電極と超電導線材とを好適に接続できる超電導ケーブルの接続部及びその組立方法を提供することである。

本発明の超電導ケーブルの接続部の一つの態様は、
芯材の周囲に円状に複数の超電導線材が巻き付けてなる超電導導体層を有する超電導ケーブルと、
前記超電導ケーブルが挿入され、前記超電導導体層と接合される筒状電極と、
を有し、
前記超電導導体層と前記筒状電極とは半田付け接合により接合され、
前記筒状電極の外面と前記超電導導体層に掛け渡して設けられ、前記超電導線材と前記筒状電極の端部との間を覆う樹脂被覆層を備える構成を採る。

本発明の超電導ケーブルの接続部の組立方法の一つの態様は、
基板上に超電導層を備える超電導線材が、芯材の周囲に、前記超電導層が外周側に配置するように前記基板を内周側に向けて複数本巻き付けて構成される超電導導体層を有する超電導ケーブルを、筒状電極に挿入して前記筒状電極と前記超電導導体層とを接続する超電導ケーブルの接続方法において、
前記超電導ケーブルを前記筒状電極に挿入し、前記筒状電極の内周面の端部と、当該筒状電極内の前記超電導導体層との間にパッキン材を埋設し、
前記パッキン材の埋設箇所を前記筒状電極の外部から覆うように、前記筒状電極の開口縁部と当該開口縁部から導出する前記超電導導体層の部位に跨がってマスキング材を設け、
前記マスキング材上に、樹脂被覆層を、前記筒状電極の外面と前記超電導導体層に掛け渡して設けて、前記超電導導体層と前記筒状電極の端部との間を覆った後で、
前記筒状電極に形成された半田注入孔を介して、前記筒状電極の内周面と前記超電導導体層との間に半田を充填するようにした。

本発明によれば、超電導線材を芯材の周囲に巻き付けた超電導ケーブルと電極とを、半田漏れが発生することなく、接続抵抗も低く抑えて超電導特性を劣化させずに、好適に接続できる。

実施の形態に係る超電導ケーブルの接続部の概略構成を示す側面図 図１のＡ―Ａ線矢視断面図 図１に示す超電導ケーブルの接続部の概略構成を示す断面図 超電導テープの巻回状態を示す超電導ケーブルの斜視図 実施の形態に係る超電導ケーブルの接続部の要部構成を示す断面図 本実施の形態の超電導ケーブルの接続部の組立方法の説明に供する図 本実施の形態の超電導ケーブルの接続部の組立方法の説明に供する図 本実施の形態の超電導ケーブルの接続部の組立方法の説明に供する図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

＜超電導ケーブルの構成＞
図１は、本発明の実施の形態の超電導ケーブルの接続部１００の概略構成を示す側面図である。実施の形態では、説明を簡単化するために、超電導ケーブルが２層構造、すなわち、２層の超電導テープ（超電導線材）を有する場合を例示するが、１層構造、或いは、３層構造以上すなわち複数の超電導テープによる層が３層以上の場合でも、本発明を適用可能である。図２は、図１のＡ―Ａ線矢視断面図であり、接続部１００の筒状電極１２０を後方側（つまり図１の右側であり、筒状電極１２０の後方）から見た要部構成図である。

図１及び図２に示すように、接続部１００は、超電導ケーブル１１０、筒状の引出用電極（以下、筒状電極と呼ぶ）１２０及び樹脂被覆層１４０（１４０−１〜１４０−４）を有する。筒状電極１２０は、超電導テープの層数分だけ設けられている。本実施の形態の例では、超電導ケーブル１１０の超電導テープの層数が２層なので、２個の筒状電極１２０−１、１２０−２が設けられている。各筒状電極１２０−１、１２０−２には、リードケーブル１３０−１、１３０−２が電気的に接続されている。実際の使用時には、超電導ケーブル１１０および筒状電極１２０は、液体窒素等の極低温の液体に浸される。そして、超電導ケーブル１１０の電流が、筒状電極１２０を介してリードケーブル１３０によって常温部に引き出されるようになっている。例えば、リードケーブル１３０は、ポリマー套管（図示せず）等を介して気中に導出される。

接続部１００では、超電導ケーブル１１０が、筒状電極１２０内に通されて、筒状電極１２０の開口側の両端部（開口縁部に相当）は、樹脂被覆層１４０で覆われている。

図３は、図１に示す超電導ケーブルの接続部の概略構成を示す断面図である。

図１及び図３に示すように、超電導ケーブル１１０は、芯材（フォーマ）１１１、押えテープ１１２、第１の超電導テープ１１３、押えテープ１１４、第２の超電導テープ１１５、押えテープ１１６を有する。

芯材１１１は、円筒形状であり、Ｃｕ（銅）の撚線から構成されている。この芯材１１１の外周には、不織布からなる押えテープ１１２が巻回されている。

押えテープ１１２の外周には、第１の超電導導体層を構成する第１の超電導テープ１１３が、図４に示すように、周方向で各テープ間に若干の所定間隔Ｇを空けて、それぞれスパイラル状に巻回されている。第１の超電導テープ１１３の外周には、不織布からなる押えテープ１１４が巻回されている。なお、押えテープ１１２、１１４は、それぞれ、１本の不織布が間隔を空けずにスパイラル状に巻回されることにより層状の絶縁部分として構成されている。なお、押えテープ１１４の外周には、第２の超電導導体層を構成する第２の超電導テープ１１５が第１の超電導テープ１１３と同様に、周方向で所定間隔を空けて、それぞれスパイラル状に巻回されている。この第２の超電導テープ１１５の外周には、押えテープ１１６が、押えテープ１１２、１１４と同様に、１本の不織布が間隔を空けずにスパイラル状に巻回されている。

本実施の形態の例では、１層あたり１０本の超電導テープがスパイラル状に所定間隔を空けて巻回されている。つまり、第１の超電導テープ１１３および第２の超電導テープ１１５による各超電導テープ層は、それぞれ、１０本の超電導テープから構成されている。なお、超電導ケーブル１１０において、超電導テープによる各層を構成する超電導テープの本数は、何本でもよく、１２本等の１０本以上で構成して良いし、少なくとも１本以上であればよい。超電導テープ１１３、１１５による層としては、例えば、厚さ０．１ｍｍ、幅５ｍｍの超電導テープが撚ピッチ２５０ｍｍで、１０枚巻回されている。押えテープ１１２、１１４としては、例えば、厚さ０．２ｍｍ、幅４５ｍｍの不織布が１／２ラップ巻きされている（つまり、テープ幅の半分ずつがオーバーラップして巻回されている）。

超電導テープ１１３、１１５の材料としては、従来提案されている種々の超電導材料を用いることができる。ここでは、超電導テープ１１３、１１５は、基板と、基板上に当該基板に沿って形成されたＲＥＢａ_ｙＣｕ_３Ｏ_ｚ系（ＲＥは、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ及びＨｏから選択された１種以上の元素を示し、ｙ≦２及びｚ＝６．２〜７である。）の高温超電導薄膜である超電導層と、を備える。

超電導テープ１１５は、超電導テープ１１３と同様の構成を有し、超電導テープ１１３と同様に、芯材１１１の周囲に配置されるものである。よって、超電導テープ１１３の構成のみ説明し、超電導テープ１１５の説明は省略する。

超電導テープ（ＹＢＣＯ超電導線材）１１３は、テープ状であり、テープ状の金属製の基板上に、中間層、テープ状の超電導層、安定化層が順に積層されることによって形成される。なお、超電導テープ１１３では、基板、中間層、超電導層及び安定化層からなる積層構造は、導電材料（銅）からなる被覆材によって被覆されていることが好ましい。

基板は、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ系（具体的には、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｍｏ系のハステロイ（登録商標）Ｂ、Ｃ、Ｘ等）、Ｗ−Ｍｏ系、Ｆｅ−Ｃｒ系（例えば、オーステナイト系ステンレス）、又は、Ｆｅ−Ｎｉ系（例えば、非磁性の組成系のもの）等の材料に代表される低磁性の結晶粒無配向・耐熱高強度金属基板である。

中間層は、例えば基板からの元素の拡散が超電導層に及ぶのを防止するための拡散防止層、超電導層の結晶を一定の方向に配向させるための配向層等の複数の層を有する。例えば、中間層は、基板上に、スパッタリング法で成膜された第１中間層としてのＡｌ_２Ｏ_３層を有し、Ａｌ_２Ｏ_３層上に、ＲＦスパッタ法またはイオンビームスパッタ法等のスパッタリング法により第２中間層としての非晶質であるＬａＭｎＯ_３層が成膜される。このＬａＭｎＯ_３層上にＩＢＡＤ法等により成膜された第３中間層としてのＭｇＯ層を有する。ＭｇＯ層上には、スパッタリング法により成膜された第４中間層としてのＬａＭｎＯ_３層を有し、ＬａＭｎＯ_３層上に、スパッタリング法等により成膜された第５中間層としてのＣｅＯ_２層を有する。なお、第１中間層は、Ａｌ_２Ｏ_３に代えて、ＲｅＺｒＯ（Ｒｅ：Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ及びＹｂから選択される１又は２種以上の希土類元素）で、ＲＦ−スパッタリング法、或いは、ＭＯＤ法などで成膜してもよい。この第１中間層は、耐熱性が高く、界面反応性を低減するための層であり、その上に配される膜の配向性を得るために用いられるベッド層としても機能する。

超電導層は、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７で表されるイットリウム系超電導体（ＹＢＣＯ層）が代表的なものである。超電導テープ１１３の超電導層には、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂのうち少なくとも１つを含む酸化物粒子（粒径５０［μｍ］以下）が磁束ピンニング点として分散していることが好ましい。この場合、高温超電導薄膜としての超電導層の成膜法としては、三フッ化酢酸塩（ＴＦＡ）を用いたＴＦＡ−ＭＯＤ法が好適である。例えば、ＴＦＡを含むＢａ溶液中に、Ｂａと親和性の高いＺｒ含有ナフテン酸塩等を混合することにより、ＲＥ系超電導体からなる高温超電導薄膜に、Ｚｒを含む酸化物粒子（ＢａＺｒＯ_３）を磁束ピンニング点として分散させることができる。なお、高温超電導薄膜中に磁束ピンニング点を分散する手法は、公知の技術を適用することができる（例えば特開２０１２−０５９４６８号公報）。超電導テープの高温超電導薄膜中に磁束ピンニング点を分散させることにより、超電導テープ１１３、１１５が湾曲した状態で用いられても、磁場の影響を受けにくく、安定した超電導特性が発揮される。

安定化層は、銀、金、白金等の貴金属、あるいはそれらの合金であり低抵抗の金属により超電導層上に成膜される。なお、安定化層は、直下の超電導層が金、銀などの貴金属、あるいはそれらの合金以外の材料と直接的な接触によって反応によって引き起こす性能低下と、事故電流や交流通電により発生した熱を分散して発熱による破壊・性能低下とを防止する。

上述のように複数の超電導テープ１１３、１１５は、基板上に超電導層を備える。そして、複数の超電導テープ１１３、１１５は、超電導ケーブル１１０において、超電導層側の面を外周側に向け、且つ、基板側の面を内周側に向くようにして、芯材１１１の周囲に同心円状に配置されている。すなわち、超電導テープ１１３、１１５は、芯材１１１の周囲に、且つ、押えテープで構成される層状の絶縁部分間に、超電導層を外周側及び基板を内周側となるように巻き付けて多層配置されている。

なお、超電導ケーブル１１０は、実際には、押えテープ１１６の外周側に、電気絶縁層や、超電導シールド層、外部安定化層、コルゲート管等が設けられている。しかしながら、これらの部材は、超電導テープ１１３、１１５が筒状電極１２０に接続される端末箇所では取り除かれるため、図１〜図３では、これらは省略して示している。

超電導ケーブル１１０の超電導テープ１１３、１１５のうち、最外周側に設けられた第２の超電導テープ１１５は、超電導ケーブル１１０の終端側から最も遠くに設けられた筒状電極１２０−１の内面に形成する半田層１５０を介して直接電気的に接続される。

最外周から２番目（図１の例の場合、最内周）に設けられた第１の超電導テープ１１３は、先の筒状電極１２０−１の次に、超電導ケーブル１１０の終端側（図１の例の場合、最も終端側を示す図面右側）に設けられた筒状電極１２０−２の内面に形成する半田層１５０を介して直接電気的に接続される。

すなわち、超電導ケーブル１１０は、複数の筒状電極１２０−１、１２０−２に、外周面に超電導導体層を配置させて、超電導ケーブル１１０の終端側から順次挿通させた状態で配置される。そして、筒状電極１２０−１、１２０−２の内面に、筒状電極１２０（１２０−１，１２０−２）内に配置された超電導ケーブル１１０において外周側の超電導テープ１１５、１１３による層から順に終端側に向かって一層ずつ、半田層１５０を介して超電導テープ１１５、１１３が接続されている。言い換えれば、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）は、その内面（内周面）で、内部で最外層に位置する超電導テープ１１３、１１５に、半田付けにより形成される半田層１５０を介して接合（所謂、直付け）されている。

筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）は、全体として筒状であり、Ｃｕ（銅）等の導電性を有する金属材料により形成されている。筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）は、図２から明らかなように、超電導ケーブル１１０が内部を貫通できる筒状構造となっている。なお、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）は、超電導ケーブル１１０の延在方向に沿って分割された複数の断面半円弧状の分割体により筒状に構成されてもよい。分割体である場合には、分割体を、超電導ケーブル１１０の所定の位置に、被せて互いを周方向で気密的に固定することで円筒状に形成するようにする。

筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）には、内部と外部とを連通させて複数の貫通孔が形成されている。これら貫通孔は、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）の外部から内部に半田を注入する半田注入孔１２４、空気孔１２６及び確認孔１２８である（図５参照）。半田注入孔１２４、空気孔１２６及び確認孔１２８は、筒状電極１２０において、軸方向に一列に並べて、それぞれ筒状電極１２０を貫通して形成されている。これら半田注入孔１２４、空気孔１２６及び確認孔１２８は、充填する半田の漏れを防ぐともに、半田の充填時に内部の空気を抜くために、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）の上面部分に、軸方向で一列に並んで形成されることが好ましい。なお、半田注入孔１２４、空気孔１２６及び確認孔１２８は、充填時に半田の漏れが発生しなければどこに設けてもよいが、確認孔１２８の位置は、筒状電極１２０の端部（開口部分）への半田の充填具合を確認するため、端部近傍に位置することが望ましい。なお、半田注入孔１２４、空気孔１２６及び確認孔１２８となる貫通孔は三つ以上設けても良い。具体的には、半田注入孔１２４、空気孔１２６及び確認孔１２８の少なくても１つを二つ以上設けても良い。筒状電極１２０の両端部近傍にそれぞれ確認孔１２８があれば、半田の充填具合を両端部のそれぞれで確認できる。

筒状電極１２０の内側では、筒状電極１２０の内周面１２２（図５参照）と、筒状電極１２０内で最外層に位置する超電導導体層（超電導テープ１１５による層）とが、半田層１５０を介して通電可能に接合（所謂、直付け）されている。

筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）の内径は、内部に配置される超電導ケーブル１１０の外径と略同じであるか、或いは、内部に配置される超電導ケーブル１１０の外径との間に隙間が形成される寸法に形成される。なお、筒状電極１２０−１と超電導テープ１１５により構成される超電導導体層との接続と、筒状電極１２０−２と超電導テープ１１３により構成される超電導導体層との接続とは、同様の構造である。すなわち、双方の接続はともに、筒状電極１２０の内周面１２２と、筒状電極１２０内で最外層に位置する超電導導体層（超電導テープ１１３、１１５による層）との接続である。よって、筒状電極１２０−１、１２０−２を、筒状電極１２０とし、超電導ケーブル１１０の最外層である超電導テープ１１５の超電導導体層及び超電導テープ１１３の超電導導体層を超電導導体層ＳＣと称して、図５を参照して説明する。

図５は、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）と超電導ケーブル１１０の超電導導体層ＳＣ（超電導テープ１１３の超電導導体層、超電導テープ１１５の超電導導体層）との接合状態の要部構成を示す断面図である。なお、図５では、筒状電極１２０に挿通される超電導ケーブル１１０（超電導テープ１１３の層、押えテープ及び芯材部分）は便宜上一体的に図示している。

図５に示すように、筒状電極１２０の両端部１２０ａ、１２０ｂと、筒状電極１２０に挿入される超電導ケーブル１１０の外周面の超電導導体層ＳＣとの間には、半田漏れ防止のためのパッキン材１６０が挿入されている。

パッキン材１６０は、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene：ＰＴＦＥ)、銀、或いは、インジウム等の柔らかい材料により構成されるシート、環状体或いは紐状体を用いてもよい。

筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）の両端部１２０ａ、１２０ｂと、両端部１２０ａ、１２０ｂから延出する超電導ケーブル１１０の外面（外周面に相当）１１０ａの部分との間でパッキン材１６０が挿入された部位を外方から閉塞するようにマスキング材１７０が取り付けられている。

マスキング材１７０は、筒状電極１２０の両端部１２０ａ、１２０ｂにおいて、両端面と、筒状電極１２０の外部で露出する超電導ケーブル１１０の外面（超電導導体層）１１０ａとの間に跨って配置され、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）の内周面１２２の両端と超電導ケーブルの外面１１０ａとの間でパッキン材１６０が介在する隙間部分を覆う。具体的には、マスキング材１７０は、筒状電極１２０の両端の外縁から、超電導ケーブル１１０の外周面（超電導テープ１１３、１１５によりなる超電導導体層ＳＣの外面１１０ａ）の間を覆う。

マスキング材１７０は、テープ材、ペースト材、塗布材のいずれでもよいが、本実施の形態では常温固化のペースト材を用いている。マスキング材１７０は、例えば、アンモニア不含有の合成ゴム材であり、例えば、室温で１時間、６５℃で３０分、８２℃で２０分加熱することにより固化する合成ゴム（例えば、粘度２８０００〜３００００ｃｐｓ）等であることが望ましい。具体的には、ペースト状であるマスキング材の成分として、純水５０〜６０％、合成ゴム３０〜４０％に着色料等を含有したペーストが用いられることが望ましい。

筒状電極１２０の内周面１２２の内側において、両端部１２０ａ、１２０ｂのパッキン材１６０の間で、内周面１２２と、超電導ケーブル１１０の最外層を構成する超電導テープ１１５の外面１１０ａとの間には、半田で形成される半田層１５０が設けられている。半田層１５０は、筒状電極１２０に超電導ケーブル１１０を挿入した後、半田注入孔１２４を介して注入される半田により形成される。半田層１５０により、筒状電極１２０と、超電導ケーブル１１０（具体的には、超電導導体層ＳＣ）とは電気的に接合される。なお、半田層１５０の半田は、筒状電極１２０内に充填されるので、超電導ケーブル１１０において螺旋状に配置される複数の超電導テープ１１５間の隙間Ｇ（図３参照）にも充填される。

樹脂被覆層１４０は、超電導ケーブル１１０の外面（ここでは、最外層である超電導テープ１１５の超電導体層）１１０ａと、筒状電極１２０の外周面１２９とに渡って、筒状電極１２０−１の両端部１２０ａ、１２０ｂと、超電導ケーブル１１０との間のマスキング材１７０を完全に外方から被覆するように設けられている。

樹脂被覆層１４０は、エポキシ樹脂により形成される。樹脂被覆層１４０は、本実施の形態では、エポキシ樹脂を、マスキング材１７０の外面に、筒状電極１２０−１の端部の外周面と、超電導ケーブルの超電導テープ（１１３、１１５）による超電導導体層ＳＣの外面とに跨がるように塗布することで形成される。これにより樹脂被覆層１４０は、マスキング材１７０が設けられた部分、およびマスキング材１７０自体の隙間も完全に閉塞する。樹脂被覆層１４０は、常温硬化のエポキシ樹脂であり、硬化前では、マスキング材１７０より粘度が低く、マスキング材１７０と併用することにより、半田充填時における半田漏れを防止している。なお、樹脂被覆層１４０は、螺旋状に巻かれる超電導テープ１１５間の隙間も閉塞する。

＜超電導ケーブルの接続部１００の組立方法＞
図６〜図８を参照して超電導ケーブルの接続部の組立方法を説明する。

図６〜図８は超電導ケーブルの接続部の組立方法の説明に供する図であり、図６は、筒状電極に超電導ケーブルを挿入してパッキン材を配設した状態を示す図であり、図７は、マスキング材を塗布した状態を示す図であり、図８は、樹脂被覆層を設けた状態を示す図である。
ここでは、超電導ケーブルの接続部１００の組立方法として、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）のうち筒状電極１２０−１と、超電導ケーブル１１０とを接続する方法について説明する。なお、筒状電極１２０−１を有する接続部分の構造と筒状電極１２０−２を有する接続部分の構造とでは、筒状電極１２０−１と筒状電極１２０−２に挿通される超電導ケーブル１１０の構成が異なるだけで実質同様の接続構造となっており、接続方法も同様である。なお、筒状電極１２０−１に挿通される超電導ケーブル１１０は、最外周に第２の超電導テープによりなる層（超電導導体層）が配置された構成、つまり、芯材１１１、押えテープ１１２、第１の超電導テープ１１３、押えテープ１１４及び第２の超電導テープ１１５を備える構成である。これに対し、筒状電極１２０−２に挿通される超電導ケーブル１１０は、第１の超電導テープ１１３によりなる層が最外周に位置した構成であり、芯材１１１、押えテープ１１２及び第１の超電導テープ１１３を備える構成となる。よって、筒状電極１２０−１と、筒状電極１２０−１の内側に位置する超電導導体層であって、超電導テープ１１５の超電導導体層との接続の説明のみ行い、筒状電極１２０−２と、筒状電極１２０−２内側に位置する超電導導体層であって、超電導テープ１１３の超電導導体層との接続方法の説明は省略する。

まず、超電導ケーブル１１０において、所定箇所の押えテープ１１６を矧がして、筒状電極１２０−１に接続される第２の超電導テープ１１５の端部を露出させる（図３及び図４参照）。また、端末において押えテープ１１６の外周側に設けられている電気絶縁層、超電導シールド層及び外部安定化層を剥いでおく等して、超電導テープ１１５の端部を、筒状電極１２０−１の外面として露出させておく。

そして、図６に示すように、筒状電極１２０−１内に超電導ケーブル１１０を挿入して固定する。このとき、筒状電極１２０−１の内周面１２２と、筒状電極１２０−１の接合対象となる超電導ケーブル１１０の外面１１０ａ、つまり、超電導テープ１１５によりなる超電導導体層の外面を対向させた状態で、且つ、半田層１５０となる隙間Ｈを空けた状態で固定する。なお、超電導ケーブル１１０の固定は、筒状電極１２０−１に対応させた状態で、筒状電極１２０−１に挿入される部位とは異なる部位などで据え付けの部材あるいは、筒状電極１２０−１とともに設けられる装置の部位等に固定する。
次いで、筒状電極１２０−１の両端部１２０ａ、１２０ｂの内周面１２２と超電導ケーブル１１０の最外周に位置する超電導導体層（超電導テープ１１５によりなる層）の外面（超電導ケーブル１１０の外面１１０ａに相当）との間に、パッキン材１６０を挿入して隙間Ｈをその両端で目止め（閉塞）する。

次いで、図７に示すように、筒状電極１２０−１の両端部１２０ａ、１２０ｂと超電導ケーブル１１０との隙間、つまり、パッキン材１６０により目止めされた部分を覆うように、マスキング材１７０を塗布する。マスキング材１７０は、筒状電極１２０−１の両端面１２１、１２３と超電導ケーブル１１０の外面１１０ａとに跨るように塗布されることで配設される。なお、マスキング材１７０は、本実施の形態では加熱硬化するが、常温硬化でもよい。

次いで、図８に示すように、マスキング材１７０を覆うように樹脂被覆層１４０が形成される。樹脂被覆層１４０は、マスキング材１７０が硬化した後、マスキング材１７０自体を覆うように、且つ、マスキング材１７０が塞いだ隙間を埋めるように、配設される。 樹脂被覆層１４０は、本実施の形態では、エポキシ樹脂であり、筒状電極１２０−１の両端部１２０ａ、１２０ｂの外周面１２９と、超電導ケーブル１１０の外面１１０ａとに跨って、マスキング材１７０を完全に覆うように設けられる。そして、樹脂被覆層１４０は、常温で硬化して、両端部と超電導ケーブル１１０との隙間を完全に閉塞する。このとき、両端部の内側に位置する超電導テープ１１５間の隙間Ｇも完全に閉塞された状態となる。

次いで、筒状電極１２０−１を筒状電極１２０−１の外方からヒータ等の熱源により加熱する。このように筒状電極１２０−１を加熱しつつ、半田注入孔１２４から筒状電極１２０−１内の隙間Ｈに半田を注入する。加熱により投入される半田は、筒状電極１２０−１の内側でも溶融した状態が維持されるので、隙間なく半田が隙間Ｈを流れ、隙間Ｈを含む筒状電極１２０−１と超電導ケーブル１１０との間に充填される。このときの半田の注入量は、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）及び各超電導導体層の外径、各超電導導体層を形成する複数の超電導テープ間の隙間Ｇに充填される量、パッキン材１７０間の量等に基づいて、筒状電極１２０の内周面１２２と超電導ケーブル１１０の最外層の超電導導体層との間に好適に充填される量として予め設定されている。隙間Ｈにおいて半田漏れが生じやすい筒状電極１２０の両端部と超電導ケーブル１１０との接続部分が、パッキン材１６０に加えてマスキング材１７０、更には、樹脂被覆層１４０とで完全に気密的に被覆されており、隙間Ｈには漏れ無く半田が注入される。

このように本実施の形態の超電導ケーブルの接続部１００では、半田漏れの不具合は発生することなく、超電導テープの劣化もなく、接続抵抗も低く抑えることができる。

すなわち、超電導テープ１１３、１１５と筒状電極１２０との接続抵抗を低く抑えることが可能で、接続部分におけるジュール熱の発生を低減でき、さらに、ばらつくことがないため偏流が起きにくく、超電導ケーブル１１０に通電できる電流容量が低下することはない。

また、本実施の形態によれば、筒状電極１２０の内周面１２２と、筒状電極１２０内を通る超電導テープ１１３、１１５とが直接接続しているので、双方を接続する際の接続箇所を極力少なくすることができ、接続抵抗を極力低減できる。

このように、超電導ケーブル１１０の接続部１００では、複数の超電導テープ１１３、１１５と筒状電極１２０とを半田を介して、接触抵抗を低減した状態で容易に好適に接続でき、確実で好適な通電容量を確保できる。

＜実施例１＞
ハステロイ（登録商標）の基板上に、Ａｌ_２Ｏ_３層、ＬａＭｎＯ_３層、ＭｇＯ層、ＬａＭｎＯ_３層、ＣｅＯ_２層を順に成膜してなる中間層を有し、この中間層上に、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７で表されるイットリウム系超電導体（ＹＢＣＯ層）からなる超電導層、銀の安定化層を順に成膜したＲＥＢａ_ｙＣｕ_３Ｏ_ｚ系超電導線材を、厚さ０．１２［ｍｍ］×幅５［ｍｍ］で形成し、これを１０本、銅製の外径１９ｍｍの芯材１１１に巻き付けて超電導テープの層（例えば、超電導導体層１１３）を構成した超電導ケーブル１１０と、銅製であり厚み３ｍｍの筒状電極１２０と、を半田付けして上記構成の接続部１００を組み立てた。この接続部１００の組立に際し、まず、超電導ケーブル１１０を筒状電極に挿入して、筒状電極１２０の内周面の端部と、超電導導体層（超電導テープ１１３による層）との間に、テフロン（登録商標）製のパッキン材１６０を埋設する。次いで、パッキン材１６０の埋設箇所を筒状電極１２０の外部から覆うように、筒状電極１２０の開口縁部と当該開口縁部から導出する超電導導体層の部位にマスキング材１７０を設けた。次いで、マスキング材１７０上に、樹脂被覆層１４０であるエポキシ被覆樹脂層を、筒状電極１２０の外面と超電導導体層に掛け渡して設けて、超電導導体層と筒状電極１２０の端部との間を覆った。その後、筒状電極に形成された半田注入孔１２４を介して、筒状電極の内周面１２２と超電導導体層との間に半田を充填して、半田を介して筒状電極１２０と超電導ケーブルの超電導導体層とを接続した。なお、超電導層は、Ｚｒを含む５０［ｎｍ］以下の酸化物粒子が磁束ピンニング点として分散している。

＜比較例１＞
実施例１の超電導ケーブルの接続部において、樹脂被覆層を用いずに、筒状電極を加熱して半田付けを行い超電導ケーブルと筒状電極とを接続した。

＜比較例２＞
実施例１の超電導ケーブルの接続部において、マスキング材及び樹脂被覆層で筒状電極の両端部を覆うこと無く、筒状電極を加熱して半田付けを行い超電導ケーブルと筒状電極とを接続した。

実施例１の接続部を目視にて確認した結果、接続部から外部に半田が漏れ出すことはなかった。一方、比較例１の接続部を目視にて確認した結果、接続部から外部に半田が漏れ出す箇所が一部存在した。また、比較例２の接続部を目視にて確認した結果、接続部から外部に半田が漏れ出す箇所が多数存在した。さらに、液体窒素中（＠７７Ｋ）に浸漬した状態で、各超電導線材と筒状電極との接続抵抗を、直流４端子法で測定（例えば、半田付けした接続部分を挟むように、リードケーブル１３０或いは筒状電極１２０の外面と、筒状電極から導出する超電導導体層との間のそれぞれに直流電流計、直流電圧計を接続してそれぞれの値に基づいて測定）したところ、比較例１、２に比べて実施例１の接続抵抗の値ははるかに小さい値を示した。

これにより、マスキング材、樹脂被覆層で筒状電極１２０−１の両端部を覆うことで、半田漏れが防止されて、接続抵抗が小さくできることがわかった。

本発明に係る超電導ケーブルの接続部は、超電導線材を芯材の周囲に巻き付けた超電導ケーブルと電極とを、半田漏れが発生することなく、接続抵抗を低く抑えて、超電導特性を劣化させずに接続する効果を有し、多層の超電導ケーブルの接続部として有用である。

１００ 接続部
１１０ 超電導ケーブル
１１１ 芯材
１１２、１１４、１１６ 押えテープ
１１３、１１５ 超電導テープ
１２０、１２０−１、１２０−２ 筒状電極
１２０ａ、１２０ｂ 端部
１２２ 内周面
１２４ 半田注入孔
１２６ 空気孔
１２８ 確認孔
１３０、１３０−１、１３０−２ リードケーブル
１４０、１４０−１、１４０―２、１４０−３、１４０−４ 樹脂被覆層
１５０ 半田層
１６０ パッキン材
１７０ マスキング材

Claims (6)

1. 芯材の周囲に円状に複数の超電導線材が巻き付けてなる超電導導体層を有する超電導ケーブルと、
   前記超電導ケーブルが挿入され、前記超電導導体層と接合される筒状電極と、
   を有し、
   前記超電導導体層と前記筒状電極とは半田付け接合により接合され、
   前記筒状電極の外面と前記超電導導体層に掛け渡して設けられ、前記超電導線材と前記筒状電極の端部との間を覆う樹脂被覆層を備える、
   超電導ケーブルの接続部。
2. 前記樹脂被覆層は、エポキシ樹脂である、
   請求項１記載の超電導ケーブルの接続部。
3. 前記超電導導体層の外面と前記筒状電極の内周面の端部の接続部分と、前記樹脂被覆層との間には、マスキング材が設けられている、
   請求項１または２に記載の超電導ケーブルの接続部。
4. 前記マスキング材は、アンモニア不含有の合成ゴム材である、
   請求項３記載の超電導ケーブルの接続部。
5. 前記超電導線材は、基板上に中間層を介して超電導層を備え、前記芯材に、前記超電導層が外周側に配置するように前記基板を内周側に向けて巻き付けられている、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの接続部。
6. 基板上に超電導層を備える超電導線材が、芯材の周囲に、前記超電導層が外周側に配置するように前記基板を内周側に向けて複数本巻き付けて構成される超電導導体層を有する超電導ケーブルを、筒状電極に挿入して前記筒状電極と前記超電導導体層とを接続する超電導ケーブルの組立方法において、
   前記超電導ケーブルを前記筒状電極に挿入し、前記筒状電極の内周面の端部と、当該筒状電極内の前記超電導導体層との間にパッキン材を埋設し、
   前記パッキン材の埋設箇所を前記筒状電極の外部から覆うように、前記筒状電極の開口縁部と当該開口縁部から導出する前記超電導導体層の部位に跨がってマスキング材を設け、
   前記マスキング材上に、樹脂被覆層を、前記筒状電極の外面と前記超電導導体層に掛け渡して設けて、前記超電導導体層と前記筒状電極の端部との間を覆った後で、
   前記筒状電極に形成された半田注入孔を介して、前記筒状電極の内周面と前記超電導導体層との間に半田を充填する、
   超電導ケーブルの組立方法。

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