JP6471625B2

JP6471625B2 - 超電導通電素子

Info

Publication number: JP6471625B2
Application number: JP2015127507A
Authority: JP
Inventors: 手嶋　英一; 英一手嶋
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2019-02-20
Anticipated expiration: 2035-06-25
Also published as: JP2017011204A

Description

本発明は、酸化物超電導バルク体を利用した超電導通電素子に関する。

酸化物超電導バルク体を始めとする超電導体は、電気抵抗がゼロの状態で電流を流すことができるので、電流リードや限流器、永久電流スイッチ等の通電素子に用いられる。酸化物超電導バルク体は脆性材料であるセラミックスの１種であり、酸化物超電導バルク体には超電導線材と異なり、それ自体には金属被覆や金属基板のような支持体がない。そこで、酸化物超電導バルク体を用いた通電素子は、特許文献１に開示されているように、主に酸化物超電導バルク体と、半田等で酸化物超電導バルク体の両端に電気的に接続された電極端子と、樹脂等で酸化物超電導バルク体に接着された支持体とから構成される。

特に、単結晶状のＲＥ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｘ中にＲＥ_２ＢａＣｕＯ_５が分散された酸化物超電導バルク体（ここで、ＲＥは希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素で、酸素欠損量（ｘ）は０．２以下）は、電気抵抗ゼロで流すことのできる単位面積当たりの電流（臨界電流密度）が大きいため、同じ定格電流容量に対して酸化物超電導バルク体の断面積を小さくすることができる。一方で、断面積が小さいことは通電素子を組み立てる際や組み立てた後に酸化物超電導バルク体が破損しやすくなることを意味する。

そのため、単結晶状のＲＥ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｘ中にＲＥ_２ＢａＣｕＯ_５が分散された酸化物超電導バルク体を通電素子に利用する際には、酸化物超電導バルク体を１本ずつ支持体で強固に補強される。例えば、非特許文献１には、支持体であるＦＲＰカバーを樹脂接着とボルト締結で二重に固定することで素子全体を補強した、強靭な素子構造を実現することが記載されている。

特開２００８−１７７２４５号公報

低温工学、低温工学・超電導学会、第４５巻、第１号（２０１０）、２２頁

しかし、酸化物超電導バルク体１本毎に支持体を用いて樹脂接着とボルト締結で二重に固定することで強靭な素子構造を実現できるが、複数の超電導通電素子を使用する場合、超電導通電素子の占有する体積がかさばるという問題がある。

そこで、本発明では、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、複数の酸化物超電導バルク体を用いたコンパクトで強靭な素子構造を有する超電導通電素子を提供することを目的とすることにある。

本発明の超電導バルク体を利用した超電導通電素子は、以下のとおりである。
（１）
単結晶状のＲＥ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｘ中にＲＥ_２ＢａＣｕＯ_５が分散された酸化物超電導バルク体を用いた超電導通電素子であって、
板状、棒状又はＩ型形状の酸化物超電導バルク体と、
前記酸化物超電導バルク体の両端に電気的に接続されると共に、外部と電気的に接続される外部接続部を有する電極端子と、
少なくとも前記酸化物超電導バルク体と前記電極端子との接続部を覆うように配置され、且つ、当該酸化物超電導バルク体及び当該接続部に接着され、当該酸化物超電導バルク体及び当該接続部を補強する支持体と、
から構成される超電導通電素子ユニットを有し、
複数の前記超電導通電素子ユニットが、前記支持体同士が接触して隣り合うように並列配置されると共に、
前記支持体と前記電極端子とを並列配置方向に貫通するように配置された締結部材によって固定されていることを特徴とする、超電導通電素子。
但し、ＲＥは希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素で、酸素欠損量（ｘ）は０．２以下である。
（２）
前記電極端子の外部接続部は、並列配置方向に隣り合う前記超電導通電素子ユニット同士において、互いにずれて配置されていることを特徴とする、上記（１）に記載の超電導通電素子。
（３）
前記電極端子の外部接続部は、通電方向に対して非対称な構造を有し、かつ並列配置方向に隣り合う前記超電導通電素子ユニット同士において、前記並列配置方向の面に対して、互いに逆向きに配置されていることを特徴とする、上記（１）に記載の超電導通電素子。
（４）
前記酸化物超電導バルク体が板状であり、当該酸化物超電導バルク体の厚み方向に、複数の前記超電導通電素子ユニットが並列配置されていることを特徴とする、上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の超電導通電素子。

以上説明したように本発明によれば、複数の酸化物超電導バルク体を用いたコンパクトで強靭な素子構造を有する超電導通電素子を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る超電導通電素子の一例を示す概略側面図である。同実施形態に係る超電導通電素子の一例を示す概略断面図である。従来の超電導通電素子を示す概略側面図である。従来の超電導通電素子を示す概略断面図である。本発明の第２の実施形態に係る超電導バルク磁石の別の態様を示す概念図である。同実施形態に係る超電導バルク磁石のさらに別の態様を示す概念図である。同実施形態に係る超電導バルク磁石のさらに別の態様を示す概念図である。同実施形態に係る超電導バルク磁石のさらに別の態様を示す概念図である。同実施形態に係る超電導バルク磁石のさらに別の態様を示す概念図である。超電導通電素子の概略構造断面図である。超電導通電素子に用いる酸化物超電導バルク体の形状例を示す斜視図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．概略構成＞
酸化物超電導バルク体を利用した超電導通電素子２００は、図７に示すように、酸化物超電導バルク体２１１、２１３と、電極端子２３１〜２３４と、支持体２２１、２２３とから構成される。酸化物超電導バルク体２１１、２１３は、例えば図８に示すような板状（２１０ａ）、棒状（２１０ｂ）又はＩ型形状（２１０ｃ）に構成されている。電極端子２３１〜２３４は、超電導通電素子２００を外部と接続するためのものであり、酸化物超電導バルク体２１１、２１３の両端に電気的に接続される。外部２ａ〜２ｄとの接続を容易にするために、電極端子２３１〜２３４にはボルト締結用の穴を設けるのが好ましい。なお、図７において、領域Ｐは電極端子２３１〜２３４の外部２ａ〜２ｄとの外部接続部を示している。

本実施形態に用いる電極端子２３１〜２３４の材質としては、電極端子自体のジュール発熱を小さくできることから、例えば銅、銀、アルミニウム等の電気良導体を用いるのが好ましい。また、電極端子２３１〜２３４の表面に錫、銀等のメッキ処理を施してもよい。酸化物超電導バルク体２１１、２１３と電極端子２３１〜２３４との間は、半田や銀ペースト等を用いることで電気的に接続することができる。酸化物超電導バルク体２１１、２１３と電極端子２３１〜２３４との接続部でもジュール発熱が生じるため、その接触抵抗は低い方が好ましい。特に酸化物用の半田、例えばセラソルザ（登録商標）等を用いると酸化物超電導バルク体２１１、２１３と電極端子２３１〜２３４との間の接触抵抗を小さくできるので好ましい。更に、酸化物超電導バルク体２１１、２１３の表面、少なくとも電極端子２３１〜２３４と接続する部分に銀を１〜１０μｍ程度成膜することで、酸化物超電導バルク体２１１、２１３と電極端子２３１〜２３４との間の接触抵抗を一層小さくできるので好ましい。

また、酸化物超電導バルク体２１１、２１３の断面積が同じでも、電極端子２３１〜２３４との接触抵抗を小さくするため、電極端子２３１〜２３４との接触面積の大きい板状やＩ型形状が棒状よりも好ましい。

なお、図８の（ｂ）では、断面形状が矩形の棒状を示しているが、本発明はかかる例に限定されず、例えば断面形状が他の多角形や円形であっても構わない。

酸化物超電導バルク体２１１、２１３と電極端子２３１〜２３４との接続は、電極端子２３１〜２３４に溝や穴を設け、その溝や穴に酸化物超電導バルク体２１１、２１３を挿入し、酸化物超電導バルク体２１１、２１３の挿入された部分全体を半田付け等により電極端子２３１〜２３４に接続することが好ましい。酸化物超電導バルク体２１１、２１３と電極端子２３１〜２３４との接続部の機械的強度については支持体２２１、２２３が受け持つ。

支持体２２１、２２３は脆性材料のセラミックスである酸化物超電導バルク体２１１、２１３の割れを防止し補強するためのものであり、酸化物超電導バルク体２１１、２１３と、酸化物超電導バルク体２１１、２１３と電極端子２３１〜２３４との接続部の両方を覆うように固定される。支持体２２１、２２３の固定方法としては、接着樹脂２５１、２５３による樹脂接着とボルト２４１、２４３による締結とによって二重に固定するのが好ましい。これにより、強靭な構造とすることができる。接着樹脂２５１、２５３は、低温で十分な接着強度があるもの、例えば、エポキシ系樹脂等が好ましい。締結用のボルト２４１、２４３としては、非磁性で高強度のステンレス鋼製のものが好ましい。なお、図７において、領域Ｑは酸化物超電導バルク体２１１、２１３と電極端子２３１〜２３４との接続部を示している。

本実施形態で用いる支持体２２１、２２３としては、ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチックス）やＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチックス）等の繊維強化材料、ステンレスやＮｉＣｒ合金、Ｔｉ合金等の金属材料、アルミナや窒化珪素等のセラミックス材料等、強度や剛性が大きい材料が好ましく、それらの材料を組み合わせて用いてもよい。

支持体２２１、２２３の熱膨張率の絶対値は、酸化物超電導バルク体２１１、２１３の熱膨張率の絶対値よりも大きい方が好ましいが、大き過ぎると逆効果になる可能性がある。酸化物超電導バルク体２１１、２１３と支持体２２１、２２３との熱膨張率の差は、０．０１％〜０．１７％の範囲が好ましく、さらに０．０４％〜０．１０％の範囲がより好ましい。例えば、溶融法で製造された単結晶状のＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ相（１２３相）中にＲＥ_２ＢａＣｕＯ_５相（２１１相）が微細分散した酸化物超電導バルク体の場合、３００Ｋから７７Ｋまでの熱膨張率は絶対値で０．１６％であるが、同じ温度間での支持体の熱膨張率としては０．１７％〜０．３３％の範囲が好ましく、さらに０．２％〜０．２６％の範囲がより好ましい。

本実施形態の超電導通電素子は複数個の超電導通素子ユニットを一体化した構造を有するが、隣り合うユニット間で支持体を共有化して支持体の使用枚数を減らすこともできる。しかし、酸化物超電導バルク体は脆性材料のセラミックスであり、通電素子組立中に割れる可能性があるため、割れ防止の観点からは個々の超電導通電素子毎に支持体を上下から各１枚で挟み込む方が好ましい。

本実施形態で用いる超電導バルク体は、単結晶状のＲＥ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｘ相（１２３相）中に直径２０μｍ以下のＲＥ_２ＢａＣｕＯ_５相（２１１相）等に代表される非超電導相が分散した組織を有するものであればよく、特に、非超電導相が微細分散した組織を有するもの（以下、「ＱＭＧ材料」ともいう。）が望ましい。ここで、単結晶状というのは、完璧な単結晶でなく、小傾角粒界等の実用に差し支えない欠陥を有するものも包含するという意味である。１２３相及び２１１相におけるＲＥは、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕからなる希土類元素及びそれらの組み合わせで、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄを含む１２３相は１：２：３の化学量論組成から外れ、ＲＥのサイトにＢａが一部置換した状態になることもある。また、非超電導相である２１１相においても、Ｌａ、Ｎｄは、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕとは幾分異なり、金属元素の比が非化学量論的組成であったり、結晶構造が異なっていることが知られている。

ＱＭＧ材料中の２１１相の微細分散は、臨界電流密度（Ｊ_ｃ）向上の観点から極めて重要である。Ｐｔ、Ｒｈ又はＣｅの少なくとも一つを微量添加することで、半溶融状態（２１１相と液相からなる状態）での２１１相の粒成長を抑制し、結果的に材料中の２１１相を約１μｍ程度に微細化する。添加量は、微細化効果が現れる量及び材料コストの観点から、Ｐｔで０．２〜２．０質量％、Ｒｈで０．０１〜０．５質量％、Ｃｅで０．５〜２．０質量％が望ましい。添加されたＰｔ、Ｒｈ、Ｃｅは１２３相中に一部固溶する。また、固溶できなかった元素は、ＢａやＣｕとの複合酸化物を形成し、材料中に点在することになる。１２３相中の２１１相の割合は、Ｊ_ｃ特性及び機械強度の観点から、５〜３５体積％が望ましい。また、材料中には、５０〜５００μｍ程度のボイド（気泡）を５〜２０体積％含むことが一般的であり、さらにＡｇ添加した場合、添加量によって１〜５００μｍ程度のＡｇ又はＡｇ化合物を０体積％超２５体積％以下含む。

また、結晶成長後の超電導バルク体の酸素欠損量（ｘ）は、０．５〜０．８程度で半導体的あるいは絶縁材料的な抵抗率の温度変化を示す。これを各ＲＥ系により３５０℃〜６００℃で１００時間程度、酸素雰囲気中においてアニールすることにより酸素が超電導バルク体中に取り込まれ、酸素欠損量（ｘ）は０．２以下となり、良好な超電導特性を示す。このとき、超電導相中には双晶構造ができる。しかしながら、この点を含めここでは単結晶状と呼ぶことにする。

酸化物超電導バルク体を通電素子として利用するには、結晶成長後の酸化物超電導バルク体を薄板形状やＩ字形状、棒状等に加工し、加工後に酸化物超電導バルク体の酸素アニールを行うことになる。酸化物超電導バルク体の表面に銀を成膜する場合には、銀成膜後に酸素アニールを行った方が銀の密着性が高まり、その結果、酸化物超電導バルク体と電極端子の接触抵抗が低減するので好ましい。

＜２．超電導通電素子の構成例＞
以下に、本発明の実施形態について、図に沿って説明する。

［２−１．第１の実施形態］
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の第１の実施形態における超電導通電素子１００の一例を示す概念図である。図１Ａ及び図１Ｂの例では、酸化物超電導バルク体１１０を用いた６個の超電導通電素子ユニット１０２が、隣り合う支持体１２０が接触するように並列配置されている。そして、支持体１２０と電極端子１３０との接続部を並列配置方向に貫通するように締結部材１４０であるボルト１４２が配置されてナット１４４によりボルト締結されると共に、支持体１２０と酸化物超電導バルク体１１０及び電極端子１３０とが樹脂接着されている。

酸化物超電導バルク体１１０は、単結晶状のＲＥ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｘ相（１２３相）中に直径２０μｍ以下のＲＥ_２ＢａＣｕＯ_５相（２１１相）等に代表される非超電導相が分散した組織を有するもので、高い臨界電流密度特性を示す。

個々の超電導通電素子ユニット１０２を形成している酸化物超電導バルク体１１０の両端には、銅等の電気良導体からなる電極端子１３０と半田等で電気的に接続されている。

さらに、６個の酸化物超電導バルク体１１０は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）等の高剛性材料からなる支持体１２０で一体的に補強されている。支持体１２０は、低温でも接着力を有する樹脂によって支持体１２０と酸化物超電導バルク体１１０及び電極端子１３０とが接着され、更に非磁性で高強度のボルトによる締結で二重に固定されている。これにより、超電導通電素子１００として強靭な構造を実現している。

なお、図１Ａ及び図１Ｂでは図示されていないが、本実施形態の超電導通電素子１００は、電極端子部においてボルト締結や半田接続等によって外部と接続して用いられる。

ここで、図１Ａ及び図１Ｂとの比較のため、図２Ａ及び図２Ｂに従来の超電導通電素子の概念図を示す。図２Ａ及び図２Ｂでは、図１Ａ及び図１Ｂと同じ６個の超電導素子を配置した状態を示している。個々の超電導通電素子ユニット１０ａは、１個の酸化物超電導バルク体１１の両端に電極端子１３が電気的に接続され、樹脂接着およびボルト締結で二重に支持体１２により補強されている。樹脂接着では、支持体１２と酸化物超電導バルク体１１及び電極端子１３とが接着されている。また、酸化物超電導バルク体１１、支持体１２及び電極端子１３は、これらを貫通するボルト等の締結部材１４によって固定されている。

なお、図２Ａ及び図２Ｂでは図示されていないが、個々の超電導通電素子ユニット１０ａは、電極端子部においてボルト締結や半田接続等によって外部と接続して用いられ、それぞれが外部と接続することによって装置内部で取付位置が固定されることになる。

図２Ａ及び図２Ｂでは、個々の酸化物超電導バルク体１１が個別に補強されている。すなわち複数個の超電導通電素子ユニット１０ａの支持体１２のそれぞれが個別にボルト締結されているため、超電導通電素子ユニット１０ａのボルト締結部をメンテナンスすることを想定して、複数個の超電導通電素子ユニット１０ａをお互いに空間的に離して配置する必要がある。そのため、図２Ａ及び図２Ｂに示すように超電導通電素子ユニット１０ａが空間的に占有する体積が大きくなって嵩張り、超電導通電素子ユニット１０ａの並列配置方向の厚さが厚くなる。

これに対して、本実施形態の構造を有する図１Ａ及び図１Ｂでは、６個の酸化物超電導バルク体１１０が一体的に支持体１２０で補強されているので、超電導通電素子ユニット１０２の並列配置方向の厚さが薄くなっている。すなわち、超電導通電素子１００の占有体積が小さく、コンパクトな通電素子が実現できている。

図１Ａ及び図１Ｂのような構造の超電導通電素子１００の場合、１個当たりの超電導通電素子ユニット１０２の支持体１２０の厚さを、図２Ａ及び図２Ｂの超電導通電素子ユニット１０ａにおける個々の支持体１２の厚さと同じとしても、支持体全体を一体的に固定することで、通電素子全体の機械的強度は大きく向上する。逆に、１個当たりの超電導通電素子ユニット１０２の支持体１２０の厚さを、図２Ａ及び図２Ｂの超電導通電素子１００における個々の支持体の厚さよりも薄くしても、超電導通電素子全体としての強度を保つことができる。すなわち、単に図２Ａ及び図２Ｂの超電導通電素子ユニット１０ａのボルト締結部をなくしたと仮定して隙間なく重ねた場合よりも、図１Ａ及び図１Ｂの方が薄くすることも可能である。

Ｎ個の超電導通電素子ユニット１０２を一体的に支持する場合には、個々の支持体１２０の厚さをＮの３乗根分の１に薄くしても、通電素子として同程度の機械的強度を有する。従って、本実施形態により、２個以上の複数の酸化物超電導バルク体１１０を用いたコンパクトで強靭な素子構造を有する超電導通電素子１００を提供することができる。例えば、６個の酸化物超電導バルク体１１０を並列した場合は、０．５５倍程度まで薄くしても、機械的強度を確保できる。

［２−２．第２の実施形態］
次に、図３Ａ〜図６に基づいて、本発明の第２の実施形態に係る超電導通電素子について説明する。

図３Ａは、本実施形態に係る超電導通電素子２００Ａの一態様を示す概念図である。超電導通電素子２００Ａは、図３Ａに示すように、酸化物超電導バルク体を支持する支持体２２１ａ、２２３ａと、外部との外部接続部２３１ａ〜２３４ａをそれぞれ有する電極端子２３１〜２３４とを備える。また、超電導通電素子２００Ａの支持体２２１ａ、２２３ａ及び電極端子２３１〜２３４は、ボルト等の締結部材２４０によって固定されている。図３Ａ上側に示すように、酸化物超電導バルク体を用いた超電導通電素子２００Ａでは、製作のし易さや配置のし易さの点から通電方向に対して通電素子全体や電極端子が対称的な構造を有する。

超電導通電素子２００Ａは、図３Ａ下側のように、通電方向に対して対称的な構造を有する超電導通電素子ユニット２０２Ａを配列した形で、複数個の超電導通電素子ユニット２０２Ａを一体化して構成されている。このとき、超電導通電素子２００Ａを並列配置方向から見ると、電極端子２３１〜２３４の外部との外部接続部２３１ａ〜２３４ａとは、ほぼ重なった状態となる。これにより、超電導通電素子２００Ａの占有体積が小さく、コンパクトな通電素子を実現できる。

ここで、複数個の超電導通電素子ユニットを用いて形成したコンパクトな超電導通電素子では、コンパクトな故に狭い空間において複数個所にて外部と接続する必要があるが、電極端子間がお互いに干渉するために、電極端子を介した外部との接続が難しくなる。そこで、図３Ｂに示すように、各超電導通電素子ユニット２０２Ｂを、通電方向に対して電極端子の外部との外部接続部２３１ｂ、２３２ｂ及び２３３ｂ、２３４ｂが非対称的な構造を有するように構成する。そして、各超電導通電素子ユニット２０２Ｂを配列したときに、電極端子の外部との外部接続部２３１ｂ、２３２ｂ及び２３３ｂ、２３４ｂが、並列配置方向からみて少なくとも一部がずれて配置されるように超電導通電素子２００Ｂを構成する。このように複数個の超電導通電素子ユニット２０２Ｂを一体的化することで超電導通電素子２００Ｂを構成することにより、電極端子が外部と接続しやすくなるのでより好ましい。

図４〜図６は、本実施形態に係る超電導通電素子の別の態様を示す概念図である。図４は、図３Ｂと同等、電極端子を通電方向に対して非対象に配置した例であり、超電導通電素子ユニットを並列配置方向から見た状態を示す。図４に示す超電導通電素子３００は、電極端子３３１〜３３４を通電方向に対して斜め方向に設けることで、並列配置方向から見て電極端子３３１と３３３、電極端子３３２と３３４が、それぞれ完全に重なり合わないように構成されている。これにより、電極端子と外部との接続が行い易くなる。なお、本発明は、図３Ｂや図４に示す例に限定されず、電極端子が通電方向に非対称な構造であればよい。

また、電極端子の相互干渉を緩和するための他の構成として、例えば図５に示すように、通電方向に対して電極端子４３１〜４３４を上下非対称な構造としてもよい。図３Ｂや図４では、通電方向に対して超電導通電素子ユニットを配列した面に関して電極端子が左右非対称な構造であったが、図５では、通電方向に対して電極端子が上下非対称な構造の２個の超電導通電素子ユニット４０２ａ、４０２ｂを一体化している。このように、超電導通電素子ユニット４０２ａ、４０２ｂの電極端子４３１〜４３４の外部接続部が離隔するように並列配置し、電極端子４３１と４３３、電極端子４３２と４３４の間隔を広げることで、電極端子４３１〜４３４の相互干渉を緩和することができる。

このように、並列配置方向に隣接する電極端子の相互干渉を緩和する構造であれば、電極端子は、通電方向に対して右非対称あるいは上下非対称のどちらの構造であってもよい。また、図６に示す超電導通電素子５００のように３個の超電導通電素子ユニット５０２を一体化する場合には、通電方向に対して電極端子（５３５、５３６）が対称な構造のユニット５０２ｃと、電極端子（５３１〜５３４）が上下非対称な構造のユニット５０２ａ、５０２ｂの組み合わせになっている。このように、電極端子５３１〜５３６の相互干渉を緩和する構造であれば、電極端子５３１〜５３６が対象構造と非対称構造とされた超電導通電素子ユニットを組み合わせた構造であってもよい。

（実施例１）
Ｐｔを０．５質量％含み、かつＤｙ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｙ中にＤｙ_２ＢａＣｕＯ_５が微細分散した単結晶状の酸化物超電導バルク体に機械的加工を施して、幅３ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ、長さ４０ｍｍの板状試料を製作した。この板状試料の表面に銀を約１μｍ成膜し、４００℃で１００ｈほど酸素気流中にて熱処理を行った後、酸化物用半田にて両端に図３Ｂのような形状の銅製電極端子を接続し、樹脂にてＧＦＲＰ製支持体にて接着した。樹脂接着により、支持体と酸化物超電導バルク体及び電極端子とが接着された。同様のものを６個製作し、共通のボルト穴を介して６個をまとめてボルト頭厚３ｍｍとナット厚３ｍｍのボルトとナットを用いてボルト締結した。ＧＦＲＰ製支持体の肉厚は１．５ｍｍで、厚さ３ｍｍの銅製電極端子を含めた並列配置方向の超電導通電素子ユニット１個当たりの厚さは６ｍｍで、６個まとめた全体の超電導通電素子における並列配置方向の厚さは４２ｍｍ（ボルト締結部含む）であった。

一方、比較例として、同様の超電導通電素子を１個ずつ個別に製作し、６個配列した場合には、並列配置方向の厚さは９２ｍｍであった。これより、本実施例では超電導通電素子が占有する体積が約半分となった。

さらに、この超電導通電素子を液体窒素中で通電試験を行ったが、１０回繰り返しても通電特性に変化は見られなかった。このことは、厚さが０．８ｍｍと薄い脆性材料の酸化物超電導バルク体を用いて超電導通電素子を作製したにも関わらず、通電試験時の機械的取り扱いや冷却時の熱衝撃に対して、酸化物超電導バルク体が劣化していないことを示している。すなわち、本構造の超電導通電素子が強靭な構造を有することが分かった。

本結果から、本発明により、複数の酸化物超電導バルク体を用いたコンパクトな超電導通電素子を提供することができることが判る。

（実施例２）
ＣｅＯ_２を１質量％およびＡｇを１０質量％含み、かつＧｄ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｙ中にＧｄ_２ＢａＣｕＯ_５が微細分散した単結晶状の酸化物超電導バルク体に機械的加工を施して、図８の（ｃ）のような中央部が幅４ｍｍ、厚さ４ｍｍで、長さ５８ｍｍのＩ型形状試料を製作した。このＩ型形状試料の表面に銀を約２μｍ成膜し、４００℃で１００ｈほど酸素気流中にて熱処理を行った後、酸化物用半田にて両端に銅製電極端子を接続し、樹脂にてＧＦＲＰ製支持体にて接着した。銅製電極端子は図３Ｂのように通電方向に対して非対称な構造とした。同様のものを２個製作し、非対称な電極端子が逆方向になるように重ね、共通のボルト穴を介して２個をまとめてボルト締結した。ＧＦＲＰ製支持体の肉厚は４ｍｍであるが、２個の支持体が接する面の肉厚だけを２ｍｍと薄くした。その結果、銅製電極端子を含めた並列配置方向の１個当たりの厚さは１４ｍｍで、２個まとめた全体の超電導通電素子における並列配置方向の厚さは３６ｍｍ（ボルト締結部含む）であった。

一方、比較例として、ＧＦＲＰ製支持体のどの面の肉厚も４ｍｍである以外は同様の超電導通電素子を１個ずつ個別に製作し、２個配列した場合には、並列配置方向の厚さは５２ｍｍであった。本実施例では超電導通電素子が占有する体積が約３割減少した。さらに、電極端子の外部との外部接続部を通電方向に対して非対称な構造とし、逆方向に配置したことで、外部との接続が容易になったことも確認できた。

さらに、この超電導通電素子について液体窒素中で通電試験を行ったが、２０回繰り返しても通電特性に変化は見られなかった。このことは、脆性材料の酸化物超電導バルク体を用いて超電導通電素子を作製したにも関わらず、通電試験時の機械的取り扱いや冷却時の熱衝撃に対して、酸化物超電導バルク体が劣化していないことを示している。すなわち、本構造の超電導通電素子が強靭な構造を有することが分かった。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００超電導通電素子
１０２超電導通電素子ユニット
１１０酸化物超電導バルク体
１２０支持体
１３０電極端子
１４０締結部材
２５１、２５３接着樹脂

Claims

単結晶状のＲＥ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｘ中にＲＥ_２ＢａＣｕＯ_５が分散された酸化物超電導バルク体を用いた超電導通電素子であって、
板状、棒状又はＩ型形状の酸化物超電導バルク体と、
前記酸化物超電導バルク体の両端に電気的に接続されると共に、外部と電気的に接続される外部接続部を有する電極端子と、
少なくとも前記酸化物超電導バルク体と前記電極端子との接続部を覆うように配置され、且つ、当該酸化物超電導バルク体及び当該接続部に接着され、当該酸化物超電導バルク体及び当該接続部を補強する支持体と、
から構成される超電導通電素子ユニットを有し、
複数の前記超電導通電素子ユニットが、前記支持体同士が接触して並列配置されると共に、
前記支持体と前記電極端子とを並列配置方向に貫通するように配置された締結部材によって固定されていることを特徴とする、超電導通電素子。
但し、ＲＥは希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素で、酸素欠損量（ｘ）は０．２以下である。
前記電極端子の外部接続部は、並列配置方向に隣り合う前記超電導通電素子ユニット同士において、互いにずれて配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の超電導通電素子。
前記電極端子の外部接続部は、通電方向に対して非対称な構造を有し、かつ並列配置方向に隣り合う前記超電導通電素子ユニット同士において、前記並列配置方向の面に対して、互いに逆向きに配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の超電導通電素子。
前記酸化物超電導バルク体が板状であり、当該酸化物超電導バルク体の厚み方向に、複数の前記超電導通電素子ユニットが並列配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の超電導通電素子。