酸化物超電導体通電素子
【課題】クエンチ時、特に、局所的なクエンチ時の耐久性に優れた酸化物超電導体通電素子を提供する。
【解決手段】酸化物超電導体と、該酸化物超電導体の両端に電気的に接合された電極端子と、該酸化物超電導体に導電性樹脂により接着された支持体とから少なくとも構成されてなることを特徴とする酸化物超電導体通電素子である。
【解決手段】酸化物超電導体と、該酸化物超電導体の両端に電気的に接合された電極端子と、該酸化物超電導体に導電性樹脂により接着された支持体とから少なくとも構成されてなることを特徴とする酸化物超電導体通電素子である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流リードや限流器、永久電流スイッチ等に使用する酸化物超電導体を用いた酸化物超電導体通電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化物超電導体は、電気抵抗がゼロで大電流を流せるので、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。酸化物超電導体を用いた通電素子は、例えば、特許文献１に記載されているように、酸化物超電導体と、酸化物超電導体の両端に半田等で電気的に接続された電極端子と、樹脂等で酸化物超電導体に接着された支持体（補強部材）とから主に構成される。
【０００３】
特許文献１には、接着部材として、「低温用樹脂接着剤は、液体窒素温度等の低温においても亀裂等が生じず、接着力が維持されるものであり、たとえば、エポキシ系樹脂系接着剤、ポリイミド系樹脂系接着剤、ビニルエステル系樹脂系接着剤等が好ましく用いられる」と記載されており、さらに、「熱収縮率の調整のため、この接着剤にセラミックス粉末が添加されている。添加されるセラミックスとして、たとえば、アルミナ、ジルコニアまたはそれらの混合物が好ましい」と記載されている。特許文献１に例として挙げられている接着部材及びセラミックス粉末は、電気的絶縁材料であり、接着剤にセラミックス粉末を添加する理由として熱収縮率の調整が挙げられているが、特許文献１には、接着部材や添加粉末の電気伝導性に関する記載はない。
【０００４】
また、酸化物超電導体を用いた通電素子では、クエンチ（超電導状態から常電導状態への転移）等の異常事態において、過電流が流れた場合に、酸化物超電導体が破損したり、溶断したりするおそれがある。その対策として、例えば、特許文献２には、「このセラミックス超電導導体に並列に常電導導体を接続したもので、この常電導導体はクエンチ等の異常事態において電流のバイパスの役目を果たすもの」と記載されているように、外部に付加的にバイパス回路を接続することが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２６４３１２号公報
【特許文献２】特許第２７６８７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
外部に付加的にバイパス回路を設けることにより、酸化物超電導体通電素子の破損や溶断を防止することができるはずであるが、外部にバイパス回路を接続しても、酸化物超電導体が破損や溶断することが起こるという問題があった。酸化物超電導体が全体的にクエンチした場合には、設計通りに電流がバイパス回路側に迂回するため、酸化物超電導体の破損や溶断は起こり難い。しかし、酸化物超電導体の一部が局所的にクエンチした場合には、一部しか常電導状態に転移していないため、酸化物超電導体側の電気抵抗が十分に大きくならず、設計通りには電流がバイパス回路側に十分に迂回しない。そのため、酸化物超電導体の常電導転移部分に大きな電流が流れ続け、その部分の温度が局所的に急激に上昇する。その結果、酸化物超電導体の破損や溶断が起こっていた。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の問題を解決し、クエンチ時の耐久性に優れた酸化物超電導体通電素子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】
本発明の酸化物超電導体通電素子は、以下のとおりである。
（１）酸化物超電導体と、該酸化物超電導体の両端に電気的に接合された電極端子と、該酸化物超電導体に導電性樹脂により接着された支持体とから少なくとも構成されてなることを特徴とする酸化物超電導体通電素子。
（２）前記導電性樹脂が、電気絶縁性樹脂に導電性フィラーを配合したものであることを特徴とする（１）に記載の酸化物超電導体通電素子。
（３）前記導電性フィラーが金属粉末あるいはカーボン粉末であることを特徴とする（２）に記載の酸化物超電導体通電素子。
（４）前記導電性樹脂の電気抵抗率が１０-2Ωｃｍ以下であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の酸化物超電導体通電素子。
（５）前記支持体を固定する機械的手段をさらに有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の酸化物超電導体通電素子。
（６）前記酸化物超電導体の表面が金属皮膜で被覆されていることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の酸化物超電導体通電素子。
（７）前記酸化物超電導体が、単結晶状のREBa2Cu3Ox相（REはY又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）中にRE2BaCuO5相が微細分散した酸化物超電導体であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の酸化物超電導体通電素子。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、局所的なクエンチ時の耐久性に優れた酸化物超電導体通電素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施形態について図に沿って説明する。
図１は、本発明の実施形態における酸化物超電導体通電素子の構造の一例を示す断面図である。
図１において、酸化物超電導体１の両端には、外部に接続するための電極端子２が半田等（図１では省略されている）で電気的に接合されている。さらに、酸化物超電導体１の両側には、補強のために導電性樹脂３によって支持体４が接着されている。支持体４は酸化物超電導体１の表面だけでなく、酸化物超電導体１と電極端子２との接合部をも覆うように密着被覆されている。酸化物超電導体１の両側の支持体４は、導電性樹脂３による接着固定に加えて、ボルト５等による機械的手段で固定されている。
【００１１】
本発明において、導電性樹脂とは、電気抵抗率が小さく電気伝導性を有する樹脂のことである。酸化物超電導体の室温から臨界温度直上での四端子法によって測定される電気抵抗率は１０-4〜１０-3Ωｃｍ程度であるが、クエンチ箇所に電流が流れ続けると、溶断する直前には数百Ｋ程度まで温度上昇する。酸化物超電導体の室温以上での電気抵抗率は温度にほぼ比例するので、溶断直前には酸化物超電導体の電気抵抗率は１０-2Ωｃｍ程度になっていると推定される。酸化物超電導体が局所的にクエンチした時に、通電電流がクエンチ箇所から導電性樹脂の方へ効果的に迂回するためには、導電性樹脂の電気抵抗率が酸化物超電導体の電気抵抗率よりも同程度か、より小さい方が好ましい。したがって、導電性樹脂の電気抵抗率としては、１０-2Ωｃｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂等のような汎用性の樹脂は、一般に電気絶縁性であるが、銀や銅、ニッケル等の金属粉末あるいはカーボン粉末等の導電性材料をフィラーとして攪拌混合することによって、導電性を付与することができる。酸化物超電導体の破損や溶断の防止のために必要な導電性樹脂の電気抵抗については、通電容量、冷凍機等の冷却能力、クエンチ検出から電流遮断までの時間等、酸化物超電導体通電素子が取り付けられる装置の性能や使用状況、使用環境等に依存するため、酸化物超電導体通電素子のみの構成で決定することはできない。そのため、本発明に用いる導電性樹脂としては、フィラーの配合比率を変化させることにより、容易に電気抵抗を調整することができるので、エポキシ系樹脂等の電気絶縁性樹脂に銀等の導電性フィラーを配合した導電性樹脂が好ましい。導電性フィラーの添加量としては、例えば、１０〜９０質量％、好ましくは４０〜７５質量％である。また、導電性フィラーの粒径は、例えば１〜１００μｍである。
【００１３】
本発明の構造を有する酸化物超電導体通電素子において、通常の使用状態では、酸化物超電導体の電気抵抗はほぼゼロであるので、たとえ接着用の樹脂に導電性があったとしても、通電電流は導電性樹脂の方へ迂回することなく、ほぼ全電流が酸化物超電導体中を流れる。しかし、酸化物超電導体の一部がクエンチした場合、電流は、クエンチして常電導状態に転移した部分を迂回して、その直ぐ近くの導電性樹脂部分にも流れることになる。このような局所的な電流の迂回路を有することは、クエンチした部分で発生するジュール発熱量を小さくする効果があるので、クエンチした部分の局所的な急激な温度上昇は抑制される。加えて、酸化物超電導体に接着している導電性樹脂を通じて、局所的に発生したクエンチによる発熱を周囲に拡散させる効果もあるので、クエンチした部分の局所的な急激な温度上昇は抑制される。これらの効果により、酸化物超電導体通電素子のクエンチ時の耐久性は大幅に改善する。
【００１４】
さらに、導電性樹脂の電気抵抗を十分に小さくすることができれば、導電性樹脂だけでも十分なバイパス回路機能を持たせることが可能であり、外部にバイパス回路を設ける煩わしさを省くことができる。しかしながら、導電性樹脂の電気抵抗を小さくするためには、導電性フィラーの配合比率を大きくする必要があり、導電性樹脂の接着強度が低下するおそれがある。この場合には、ボルト等による機械的手段で支持体を固定することが有効になる。
【００１５】
本発明と同じようなクエンチ時の耐久性を改善する効果を得るために、外部に付加的にバイパス回路を設ける代わりに、補強のための支持体を銀、銅、アルミ等の良導体である金属で形成し、支持体自体をバイパス回路にすることが考えられる。しかしながら、良導体である金属製支持体であっても、電気絶縁性の樹脂を用いて酸化物超電導体に接着すると、本発明の導電性樹脂で接着した場合に比較して、酸化物超電導体に接しているのは電気絶縁性の樹脂なので、局所的なクエンチに対する温度上昇抑制効果は小さくなって好ましくない。さらに、熱侵入を抑制する機能が求められる電流リードでは、良導体である金属を支持体とすると熱侵入量が大幅に増大するので好ましくない。なお、金属製支持体の断面積を小さくすれば、熱侵入量を小さくすることはできるかもしれないが、断面積を小さくすると機械的強度も小さくなり、補強の機能が失われる。本発明で用いる導電性樹脂は、酸化物超電導体と支持体とを接着するものであり、元々その断面積は小さく、樹脂中に導電性フィラーを混合することで樹脂の熱伝導率が多少増大しても、素子全体の熱侵入量はあまり増大しない。
【００１６】
本発明に用いる酸化物超電導体は、酸化物超電導体であれば特に材料系を制限するものではなく、RE-Ba-Cu-O（REはY又は希土類元素から選ばれた少なくとも１つの元素）系酸化物超電導体、Bi系酸化物超電導バルク体等でもよい。酸化物超電導バルク体の中でも、溶融法で製造された単結晶状のREBa2Cu3Ox相（１２３相）中にRE2BaCuO5相（２１１相）が微細分散した酸化物超電導バルク体は、臨界電流密度が高いので、同じ電流容量に対して必要な酸化物超電導体の断面積が小さくなる。そのため、酸化物超電導体通電素子に用いた場合、小さな断面積に大電流が集中することになるので、局所的なクエンチの影響を受け易い。したがって、本発明によるクエンチ時の耐久性改善の効果は、臨界電流密度の高いRE系溶融バルク超電導体においてより顕著になる。さらに、酸化物超電導体の表面に金属皮膜を形成すると、導電性樹脂との接触電気抵抗が低減し、局所的なクエンチ時に通電電流がスムーズに迂回するため、より好ましい。また、金属皮膜の厚さとしては、例えば０．５〜１０μｍである。
【００１７】
本発明に用いる電極端子としては、銅、銀、アルミニウム等の電気良導体が、電極端子自体のジュール発熱を小さくできるので好ましい。また、本発明に用いる支持体としては、酸化物超電導体の機械的強度を補強する効果が大きいので、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。
【実施例】
【００１８】
（実施例１）
溶融法で作製した直径４６ｍｍ、厚さ１５ｍｍで、２５ｍｏｌ％の２１１相が１２３相中に微細分散したDy-Ba-Cu-O系単結晶状酸化物超電導体から長さ４０ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの棒状の試料を切り出し、表面を１μｍの厚さの銀で被覆した。次に、酸化物超電導体の両端を銅製の電極端子と半田接続し、ガラス繊維強化プラスチックス（ＧＦＲＰ）で酸化物超電導体の両側から接着固定した、図１のような構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。接着樹脂としては、エポキシ系樹脂（商品名:スタイキャスト１２６６）を用い、６０μｍ級の銀粒子をフィラーとして４０質量％攪拌混合した後に、酸化物超電導体と支持体とに塗布し、酸化物超電導体の両側から支持体を重ね合わせた後に、ステンレス製ボルトで機械的に固定した状態で、樹脂を接着硬化させた。
【００１９】
比較のため、フィラーを混合しないで電気絶縁性のエポキシ系樹脂を接着用にそのまま使用した以外は同じ部材を用いて、同じ構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。なお、本実施例の酸化物超電導体の電気抵抗率は３００Ｋで６００μΩｃｍであった。一方、フィラーを混合した導電性樹脂の、硬化後の３００Ｋでの電気抵抗率は１０ｍΩｃｍであった。
【００２０】
本実施例及び比較例の酸化物超電導体通電素子をそれぞれ１０本ずつ作製し、液体窒素中にて通電試験を実施し、どちらも１０本とも２５０Ａで通電可能であることを確認した。その後、銅線を外部に付加的にバイパス回路として接続した状態で、液体窒素中で２５０Ａ以上の電流を通電する過電流通電試験を実施し、通電素子中の酸化物超電導体を強制的にクエンチさせた。本実験に用いた電流電源は過電圧保護回路付のものであり、過電圧を検出してから通電電流遮断までの時間は２ｍ秒であった。過電流通電試験後に、比較例の酸化物超電導体通電素子の場合、１０本中７本において、通電素子中の酸化物超電導体が破損や溶断しており、２５０Ａまで通電できなかった。一方、本実施例の酸化物超電導体通電素子の場合、１０本全て２５０Ａ通電可能であった。本実験により、本実施例の構造の酸化物超電導体通電素子では、クエンチ時の耐久性が大幅に改善していることが確認できた。
【００２１】
（実施例２）
溶融法で作製した直径４６ｍｍ、厚さ１５ｍｍで、２０ｍｏｌ％の２１１相が１２３相中に微細分散し、初期原料に１０質量％添加した銀が微細分散したGd-Ba-Cu-O系単結晶状酸化物超電導体から、長さ４０ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの棒状の試料を切り出し、表面を２μｍの厚さの銀で被覆した。次に、酸化物超電導体の両端を銅製の電極端子と半田接続し、ガラス繊維強化プラスチックス（ＧＦＲＰ）で酸化物超電導体の両側から接着固定した、図１のような構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。接着樹脂としてはエポキシ系樹脂を用い、１μｍ級の銅粒子をフィラーとして７５質量％攪拌混合した後に、酸化物超電導体と支持体とに塗布し、酸化物超電導体の両側から支持体を重ね合わせた後に、ステンレス製ボルトで機械的に固定した状態で樹脂を接着硬化させた。
【００２２】
比較のため、フィラーを混合しないで電気絶縁性のエポキシ系樹脂を接着用にそのまま使用した以外は同じ部材を用いて、同じ構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。なお、本実施例の酸化物超電導体の電気抵抗率は３００Ｋで５００μΩｃｍであった。一方、フィラーを混合した導電性樹脂の、硬化後の３００Ｋでの電気抵抗率は１ｍΩｃｍであった。
【００２３】
本実施例及び比較例の酸化物超電導体通電素子をそれぞれ１０本ずつ作製し、液体窒素中にて通電試験を実施し、どちらも１０本とも１５０Ａ通電可能であることを確認した。その後、外部に付加的に接続するバイパス回路なし状態で、液体窒素中で１５０Ａ以上の電流を通電する過電流通電試験を実施し、通電素子中の酸化物超電導体を強制的にクエンチさせた。本実験に用いた電流電源は過電圧保護回路付のものであり、過電圧を検出してから通電電流遮断までの時間は２ｍ秒であった。過電流通電試験後に、比較例の酸化物超電導体通電素子の場合、１０本中１０本とも、通電素子中の酸化物超電導体が破損や溶断しており、１５０Ａまで通電できなかった。一方、本実施例の酸化物超電導体通電素子の場合、１０本中２本において１５０Ａまで通電できなかったものの、８本については１５０Ａ通電可能であった。本実験により、本実施例の構造の酸化物超電導体通電素子では、クエンチ時の耐久性が大幅に改善していることが確認できた。
【００２４】
（実施例３）
溶融法で作製した直径３０ｍｍ、厚さ１５ｍｍで、３０ｍｏｌ％の２１１相が１２３相中に微細分散したHo-Ba-Cu-O系単結晶状酸化物超電導体から長さ３０ｍｍ、幅２ｍｍ、厚さ１ｍｍの棒状の試料を切り出した。次に、酸化物超電導体の表面に銀成膜を行わずに、酸化物超電導体の両端を銅製の電極端子と半田接続し、ガラス繊維強化プラスチックス（ＧＦＲＰ）で酸化物超電導体の両側から接着固定した、図１のような構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。接着樹脂としては、エポキシ系樹脂を用い、１０μｍ級のカーボン粒子をフィラーとして６０質量％攪拌混合した後に、酸化物超電導体と支持体とに塗布し、酸化物超電導体の両側から支持体を重ね合わせた後に、ステンレス製ボルトで機械的に固定した状態で、樹脂を接着硬化させた。
【００２５】
比較のため、フィラーを混合しないで電気絶縁性のエポキシ系樹脂を接着用にそのまま使用した以外は同じ部材を用いて、同じ構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。なお、本実施例の酸化物超電導体の電気抵抗率は３００Ｋで６００μΩｃｍであった。一方、フィラーを混合した導電性樹脂の、硬化後の３００Ｋでの電気抵抗率は１Ωｃｍであった。
【００２６】
本実施例及び比較例の酸化物超電導体通電素子をそれぞれ１０本ずつ作製し、液体窒素中にて通電試験を実施し、どちらも１０本とも１２５Ａ通電可能であることを確認した。その後、銅線を外部に付加的にバイパス回路として接続した状態で、液体窒素中で１２５Ａ以上の電流を通電する過電流通電試験を実施し、通電素子中の酸化物超電導体を強制的にクエンチさせた。本実験に用いた電流電源は過電圧保護回路付のものであり、過電圧を検出してから通電電流遮断までの時間は２ｍ秒であった。過電流通電試験後に、比較例の酸化物超電導体通電素子の場合、１０本中８本において、通電素子中の酸化物超電導体が破損や溶断しており、１２５Ａまで通電できなかった。一方、本実施例の酸化物超電導体通電素子の場合、１０本中３本において１２５Ａまで通電できなかったものの、７本については１２５Ａ通電可能であった。本実験により、本実施例の構造の酸化物超電導体通電素子では、クエンチ時の耐久性が大幅に改善していることが確認できた。
【００２７】
（実施例４）
溶融法で作製した直径６５ｍｍ、厚さ２０ｍｍで、３０ｍｏｌ％の２１１相が１２３相中に微細分散したDy-Ba-Cu-O系単結晶状酸化物超電導体から、永久電流スイッチ素子に適用できるように電流通路を長くしたミアンダ形状の試料を切り出し、表面を１０μｍの厚さの銀で被覆した。ミアンダ形状には、縦３０ｍｍ、横５５ｍｍの板形状に切り出した酸化物超電導体に、幅１ｍｍの溝を交互に設けて作製した。次に、酸化物超電導体の両端を銅製の電極端子と半田接続し、ガラス繊維強化プラスチックス（ＧＦＲＰ）で酸化物超電導体の両側から接着固定し、図２のような酸化物超電導体通電素子を作製した。接着樹脂としては、エポキシ系樹脂を用い、１μｍ級の銀粒子をフィラーとして９０質量％攪拌混合した後に、酸化物超電導体と支持体とに塗布し、酸化物超電導体の両側から支持体を重ね合わせた後に、ステンレス製ボルトで機械的に固定した状態で、樹脂を接着硬化させた。また、接着用の導電性樹脂は、ミアンダ形状の隙間を埋めるようにも塗布した。
【００２８】
比較のため、フィラーを混合しないで電気絶縁性のエポキシ系樹脂を接着用にそのまま使用した以外は同じ部材を用いて、同じ構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。なお、本実施例の酸化物超電導体の電気抵抗率は３００Ｋで８００μΩｃｍであった。一方、フィラーを混合した導電性樹脂の、硬化後の３００Ｋでの電気抵抗率は１ｍΩｃｍであった。
【００２９】
本実施例及び比較例の酸化物超電導体通電素子をそれぞれ１０本ずつ作製し、液体窒素中にて通電試験を実施し、どちらも１０本とも２５０Ａ通電可能であることを確認した。その後、銅線を外部に付加的にバイパス回路として接続した状態で、液体窒素中で２５０Ａ以上の電流を通電する過電流通電試験を実施し、通電素子中の酸化物超電導体を強制的にクエンチさせた。本実験に用いた電流電源は過電圧保護回路付のものであり、過電圧を検出してから通電電流遮断までの時間は２ｍ秒であった。過電流通電試験後に、比較例の酸化物超電導体通電素子の場合、１０本中９本において、通電素子中の酸化物超電導体が破損や溶断しており、２５０Ａまで通電できなかった。一方、本実施例の酸化物超電導体通電素子の場合、１０本中１本において２５０Ａまで通電できなかったものの、９本については２５０Ａ通電可能であった。本実験により、本実施例の構造の酸化物超電導体通電素子では、クエンチ時の耐久性が大幅に改善していることが確認できた。
【００３０】
（実施例５）
外直径３０ｍｍ、内直径１０ｍｍ、長さ１２０ｍｍの円筒形状のBi-Sr-Ca-Cu-O系酸化物超電導体を焼結法で作製し、その両端２０ｍｍ長を厚さ５μｍの銀で被覆した。次に、酸化物超電導体の両端１０ｍｍ部分を銅製の電極端子と半田接続し、ガラス繊維強化プラスチックス（ＧＦＲＰ）で酸化物超電導体の両側から接着固定し、図３のような構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。接着樹脂としては、エポキシ系樹脂を用い、８μｍ級の銀粒子をフィラーとして７５質量％攪拌混合した後に、酸化物超電導体と支持体とに塗布し、酸化物超電導体の両側から支持体を重ね合わせた後に、ボルトで機械的に固定することなしに、樹脂を接着硬化させた。
【００３１】
比較のため、フィラーを混合しないで電気絶縁性のエポキシ系樹脂を接着用にそのまま使用した以外は同じ部材を用いて、同じ構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。なお、本実施例の酸化物超電導体の電気抵抗率は３００Ｋで２ｍΩｃｍであった。一方、フィラーを混合した導電性樹脂の、硬化後の３００Ｋでの電気抵抗率は６ｍΩｃｍであった。
【００３２】
本実施例及び比較例の酸化物超電導体通電素子をそれぞれ５本ずつ作製し、液体窒素中にて通電試験を実施し、どちらも５本とも２５０Ａ通電可能であることを確認した。その後、銅線を外部に付加的にバイパス回路として接続した状態で、液体窒素中で２５０Ａ以上の電流を通電する過電流通電試験を実施し、通電素子中の酸化物超電導体を強制的にクエンチさせた。本実験に用いた電流電源は過電圧保護回路付のもので、過電圧を検出してから通電電流遮断までの時間は２ｍ秒であった。過電流通電試験後に、比較例の酸化物超電導体通電素子の場合、５本中５本において、通電素子中の酸化物超電導体が破損や溶断しており、２５０Ａまで通電できなかった。一方、本実施例の酸化物超電導体通電素子の場合、５本中１本において２５０Ａまで通電できなかったものの、４本については２５０Ａ通電可能であった。本実験により、本実施例の構造の酸化物超電導体通電素子では、クエンチ時の耐久性が大幅に改善していることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明によれば、クエンチ時の耐久性に優れた酸化物超電導体通電素子を提供することができるので、酸化物超電導体の工業上の利用範囲が拡大する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の酸化物超電導体通電素子の一例を示す構造断面図である。
【図２】本発明の酸化物超電導体通電素子の別の一例を示す構造断面図である。
【図３】本発明の酸化物超電導体通電素子のさらに別の一例を示す構造断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ 酸化物超電導体
２ 電極端子
３ 導電性樹脂
４ 支持体
５ ボルト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流リードや限流器、永久電流スイッチ等に使用する酸化物超電導体を用いた酸化物超電導体通電素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化物超電導体は、電気抵抗がゼロで大電流を流せるので、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。酸化物超電導体を用いた通電素子は、例えば、特許文献１に記載されているように、酸化物超電導体と、酸化物超電導体の両端に半田等で電気的に接続された電極端子と、樹脂等で酸化物超電導体に接着された支持体（補強部材）とから主に構成される。
【０００３】
特許文献１には、接着部材として、「低温用樹脂接着剤は、液体窒素温度等の低温においても亀裂等が生じず、接着力が維持されるものであり、たとえば、エポキシ系樹脂系接着剤、ポリイミド系樹脂系接着剤、ビニルエステル系樹脂系接着剤等が好ましく用いられる」と記載されており、さらに、「熱収縮率の調整のため、この接着剤にセラミックス粉末が添加されている。添加されるセラミックスとして、たとえば、アルミナ、ジルコニアまたはそれらの混合物が好ましい」と記載されている。特許文献１に例として挙げられている接着部材及びセラミックス粉末は、電気的絶縁材料であり、接着剤にセラミックス粉末を添加する理由として熱収縮率の調整が挙げられているが、特許文献１には、接着部材や添加粉末の電気伝導性に関する記載はない。
【０００４】
また、酸化物超電導体を用いた通電素子では、クエンチ（超電導状態から常電導状態への転移）等の異常事態において、過電流が流れた場合に、酸化物超電導体が破損したり、溶断したりするおそれがある。その対策として、例えば、特許文献２には、「このセラミックス超電導導体に並列に常電導導体を接続したもので、この常電導導体はクエンチ等の異常事態において電流のバイパスの役目を果たすもの」と記載されているように、外部に付加的にバイパス回路を接続することが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２６４３１２号公報
【特許文献２】特許第２７６８７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
外部に付加的にバイパス回路を設けることにより、酸化物超電導体通電素子の破損や溶断を防止することができるはずであるが、外部にバイパス回路を接続しても、酸化物超電導体が破損や溶断することが起こるという問題があった。酸化物超電導体が全体的にクエンチした場合には、設計通りに電流がバイパス回路側に迂回するため、酸化物超電導体の破損や溶断は起こり難い。しかし、酸化物超電導体の一部が局所的にクエンチした場合には、一部しか常電導状態に転移していないため、酸化物超電導体側の電気抵抗が十分に大きくならず、設計通りには電流がバイパス回路側に十分に迂回しない。そのため、酸化物超電導体の常電導転移部分に大きな電流が流れ続け、その部分の温度が局所的に急激に上昇する。その結果、酸化物超電導体の破損や溶断が起こっていた。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の問題を解決し、クエンチ時の耐久性に優れた酸化物超電導体通電素子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】
本発明の酸化物超電導体通電素子は、以下のとおりである。
（１）酸化物超電導体と、該酸化物超電導体の両端に電気的に接合された電極端子と、該酸化物超電導体に導電性樹脂により接着された支持体とから少なくとも構成されてなることを特徴とする酸化物超電導体通電素子。
（２）前記導電性樹脂が、電気絶縁性樹脂に導電性フィラーを配合したものであることを特徴とする（１）に記載の酸化物超電導体通電素子。
（３）前記導電性フィラーが金属粉末あるいはカーボン粉末であることを特徴とする（２）に記載の酸化物超電導体通電素子。
（４）前記導電性樹脂の電気抵抗率が１０-2Ωｃｍ以下であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の酸化物超電導体通電素子。
（５）前記支持体を固定する機械的手段をさらに有することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の酸化物超電導体通電素子。
（６）前記酸化物超電導体の表面が金属皮膜で被覆されていることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の酸化物超電導体通電素子。
（７）前記酸化物超電導体が、単結晶状のREBa2Cu3Ox相（REはY又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）中にRE2BaCuO5相が微細分散した酸化物超電導体であることを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載の酸化物超電導体通電素子。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、局所的なクエンチ時の耐久性に優れた酸化物超電導体通電素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施形態について図に沿って説明する。
図１は、本発明の実施形態における酸化物超電導体通電素子の構造の一例を示す断面図である。
図１において、酸化物超電導体１の両端には、外部に接続するための電極端子２が半田等（図１では省略されている）で電気的に接合されている。さらに、酸化物超電導体１の両側には、補強のために導電性樹脂３によって支持体４が接着されている。支持体４は酸化物超電導体１の表面だけでなく、酸化物超電導体１と電極端子２との接合部をも覆うように密着被覆されている。酸化物超電導体１の両側の支持体４は、導電性樹脂３による接着固定に加えて、ボルト５等による機械的手段で固定されている。
【００１１】
本発明において、導電性樹脂とは、電気抵抗率が小さく電気伝導性を有する樹脂のことである。酸化物超電導体の室温から臨界温度直上での四端子法によって測定される電気抵抗率は１０-4〜１０-3Ωｃｍ程度であるが、クエンチ箇所に電流が流れ続けると、溶断する直前には数百Ｋ程度まで温度上昇する。酸化物超電導体の室温以上での電気抵抗率は温度にほぼ比例するので、溶断直前には酸化物超電導体の電気抵抗率は１０-2Ωｃｍ程度になっていると推定される。酸化物超電導体が局所的にクエンチした時に、通電電流がクエンチ箇所から導電性樹脂の方へ効果的に迂回するためには、導電性樹脂の電気抵抗率が酸化物超電導体の電気抵抗率よりも同程度か、より小さい方が好ましい。したがって、導電性樹脂の電気抵抗率としては、１０-2Ωｃｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂等のような汎用性の樹脂は、一般に電気絶縁性であるが、銀や銅、ニッケル等の金属粉末あるいはカーボン粉末等の導電性材料をフィラーとして攪拌混合することによって、導電性を付与することができる。酸化物超電導体の破損や溶断の防止のために必要な導電性樹脂の電気抵抗については、通電容量、冷凍機等の冷却能力、クエンチ検出から電流遮断までの時間等、酸化物超電導体通電素子が取り付けられる装置の性能や使用状況、使用環境等に依存するため、酸化物超電導体通電素子のみの構成で決定することはできない。そのため、本発明に用いる導電性樹脂としては、フィラーの配合比率を変化させることにより、容易に電気抵抗を調整することができるので、エポキシ系樹脂等の電気絶縁性樹脂に銀等の導電性フィラーを配合した導電性樹脂が好ましい。導電性フィラーの添加量としては、例えば、１０〜９０質量％、好ましくは４０〜７５質量％である。また、導電性フィラーの粒径は、例えば１〜１００μｍである。
【００１３】
本発明の構造を有する酸化物超電導体通電素子において、通常の使用状態では、酸化物超電導体の電気抵抗はほぼゼロであるので、たとえ接着用の樹脂に導電性があったとしても、通電電流は導電性樹脂の方へ迂回することなく、ほぼ全電流が酸化物超電導体中を流れる。しかし、酸化物超電導体の一部がクエンチした場合、電流は、クエンチして常電導状態に転移した部分を迂回して、その直ぐ近くの導電性樹脂部分にも流れることになる。このような局所的な電流の迂回路を有することは、クエンチした部分で発生するジュール発熱量を小さくする効果があるので、クエンチした部分の局所的な急激な温度上昇は抑制される。加えて、酸化物超電導体に接着している導電性樹脂を通じて、局所的に発生したクエンチによる発熱を周囲に拡散させる効果もあるので、クエンチした部分の局所的な急激な温度上昇は抑制される。これらの効果により、酸化物超電導体通電素子のクエンチ時の耐久性は大幅に改善する。
【００１４】
さらに、導電性樹脂の電気抵抗を十分に小さくすることができれば、導電性樹脂だけでも十分なバイパス回路機能を持たせることが可能であり、外部にバイパス回路を設ける煩わしさを省くことができる。しかしながら、導電性樹脂の電気抵抗を小さくするためには、導電性フィラーの配合比率を大きくする必要があり、導電性樹脂の接着強度が低下するおそれがある。この場合には、ボルト等による機械的手段で支持体を固定することが有効になる。
【００１５】
本発明と同じようなクエンチ時の耐久性を改善する効果を得るために、外部に付加的にバイパス回路を設ける代わりに、補強のための支持体を銀、銅、アルミ等の良導体である金属で形成し、支持体自体をバイパス回路にすることが考えられる。しかしながら、良導体である金属製支持体であっても、電気絶縁性の樹脂を用いて酸化物超電導体に接着すると、本発明の導電性樹脂で接着した場合に比較して、酸化物超電導体に接しているのは電気絶縁性の樹脂なので、局所的なクエンチに対する温度上昇抑制効果は小さくなって好ましくない。さらに、熱侵入を抑制する機能が求められる電流リードでは、良導体である金属を支持体とすると熱侵入量が大幅に増大するので好ましくない。なお、金属製支持体の断面積を小さくすれば、熱侵入量を小さくすることはできるかもしれないが、断面積を小さくすると機械的強度も小さくなり、補強の機能が失われる。本発明で用いる導電性樹脂は、酸化物超電導体と支持体とを接着するものであり、元々その断面積は小さく、樹脂中に導電性フィラーを混合することで樹脂の熱伝導率が多少増大しても、素子全体の熱侵入量はあまり増大しない。
【００１６】
本発明に用いる酸化物超電導体は、酸化物超電導体であれば特に材料系を制限するものではなく、RE-Ba-Cu-O（REはY又は希土類元素から選ばれた少なくとも１つの元素）系酸化物超電導体、Bi系酸化物超電導バルク体等でもよい。酸化物超電導バルク体の中でも、溶融法で製造された単結晶状のREBa2Cu3Ox相（１２３相）中にRE2BaCuO5相（２１１相）が微細分散した酸化物超電導バルク体は、臨界電流密度が高いので、同じ電流容量に対して必要な酸化物超電導体の断面積が小さくなる。そのため、酸化物超電導体通電素子に用いた場合、小さな断面積に大電流が集中することになるので、局所的なクエンチの影響を受け易い。したがって、本発明によるクエンチ時の耐久性改善の効果は、臨界電流密度の高いRE系溶融バルク超電導体においてより顕著になる。さらに、酸化物超電導体の表面に金属皮膜を形成すると、導電性樹脂との接触電気抵抗が低減し、局所的なクエンチ時に通電電流がスムーズに迂回するため、より好ましい。また、金属皮膜の厚さとしては、例えば０．５〜１０μｍである。
【００１７】
本発明に用いる電極端子としては、銅、銀、アルミニウム等の電気良導体が、電極端子自体のジュール発熱を小さくできるので好ましい。また、本発明に用いる支持体としては、酸化物超電導体の機械的強度を補強する効果が大きいので、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。
【実施例】
【００１８】
（実施例１）
溶融法で作製した直径４６ｍｍ、厚さ１５ｍｍで、２５ｍｏｌ％の２１１相が１２３相中に微細分散したDy-Ba-Cu-O系単結晶状酸化物超電導体から長さ４０ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの棒状の試料を切り出し、表面を１μｍの厚さの銀で被覆した。次に、酸化物超電導体の両端を銅製の電極端子と半田接続し、ガラス繊維強化プラスチックス（ＧＦＲＰ）で酸化物超電導体の両側から接着固定した、図１のような構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。接着樹脂としては、エポキシ系樹脂（商品名:スタイキャスト１２６６）を用い、６０μｍ級の銀粒子をフィラーとして４０質量％攪拌混合した後に、酸化物超電導体と支持体とに塗布し、酸化物超電導体の両側から支持体を重ね合わせた後に、ステンレス製ボルトで機械的に固定した状態で、樹脂を接着硬化させた。
【００１９】
比較のため、フィラーを混合しないで電気絶縁性のエポキシ系樹脂を接着用にそのまま使用した以外は同じ部材を用いて、同じ構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。なお、本実施例の酸化物超電導体の電気抵抗率は３００Ｋで６００μΩｃｍであった。一方、フィラーを混合した導電性樹脂の、硬化後の３００Ｋでの電気抵抗率は１０ｍΩｃｍであった。
【００２０】
本実施例及び比較例の酸化物超電導体通電素子をそれぞれ１０本ずつ作製し、液体窒素中にて通電試験を実施し、どちらも１０本とも２５０Ａで通電可能であることを確認した。その後、銅線を外部に付加的にバイパス回路として接続した状態で、液体窒素中で２５０Ａ以上の電流を通電する過電流通電試験を実施し、通電素子中の酸化物超電導体を強制的にクエンチさせた。本実験に用いた電流電源は過電圧保護回路付のものであり、過電圧を検出してから通電電流遮断までの時間は２ｍ秒であった。過電流通電試験後に、比較例の酸化物超電導体通電素子の場合、１０本中７本において、通電素子中の酸化物超電導体が破損や溶断しており、２５０Ａまで通電できなかった。一方、本実施例の酸化物超電導体通電素子の場合、１０本全て２５０Ａ通電可能であった。本実験により、本実施例の構造の酸化物超電導体通電素子では、クエンチ時の耐久性が大幅に改善していることが確認できた。
【００２１】
（実施例２）
溶融法で作製した直径４６ｍｍ、厚さ１５ｍｍで、２０ｍｏｌ％の２１１相が１２３相中に微細分散し、初期原料に１０質量％添加した銀が微細分散したGd-Ba-Cu-O系単結晶状酸化物超電導体から、長さ４０ｍｍ、幅３ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの棒状の試料を切り出し、表面を２μｍの厚さの銀で被覆した。次に、酸化物超電導体の両端を銅製の電極端子と半田接続し、ガラス繊維強化プラスチックス（ＧＦＲＰ）で酸化物超電導体の両側から接着固定した、図１のような構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。接着樹脂としてはエポキシ系樹脂を用い、１μｍ級の銅粒子をフィラーとして７５質量％攪拌混合した後に、酸化物超電導体と支持体とに塗布し、酸化物超電導体の両側から支持体を重ね合わせた後に、ステンレス製ボルトで機械的に固定した状態で樹脂を接着硬化させた。
【００２２】
比較のため、フィラーを混合しないで電気絶縁性のエポキシ系樹脂を接着用にそのまま使用した以外は同じ部材を用いて、同じ構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。なお、本実施例の酸化物超電導体の電気抵抗率は３００Ｋで５００μΩｃｍであった。一方、フィラーを混合した導電性樹脂の、硬化後の３００Ｋでの電気抵抗率は１ｍΩｃｍであった。
【００２３】
本実施例及び比較例の酸化物超電導体通電素子をそれぞれ１０本ずつ作製し、液体窒素中にて通電試験を実施し、どちらも１０本とも１５０Ａ通電可能であることを確認した。その後、外部に付加的に接続するバイパス回路なし状態で、液体窒素中で１５０Ａ以上の電流を通電する過電流通電試験を実施し、通電素子中の酸化物超電導体を強制的にクエンチさせた。本実験に用いた電流電源は過電圧保護回路付のものであり、過電圧を検出してから通電電流遮断までの時間は２ｍ秒であった。過電流通電試験後に、比較例の酸化物超電導体通電素子の場合、１０本中１０本とも、通電素子中の酸化物超電導体が破損や溶断しており、１５０Ａまで通電できなかった。一方、本実施例の酸化物超電導体通電素子の場合、１０本中２本において１５０Ａまで通電できなかったものの、８本については１５０Ａ通電可能であった。本実験により、本実施例の構造の酸化物超電導体通電素子では、クエンチ時の耐久性が大幅に改善していることが確認できた。
【００２４】
（実施例３）
溶融法で作製した直径３０ｍｍ、厚さ１５ｍｍで、３０ｍｏｌ％の２１１相が１２３相中に微細分散したHo-Ba-Cu-O系単結晶状酸化物超電導体から長さ３０ｍｍ、幅２ｍｍ、厚さ１ｍｍの棒状の試料を切り出した。次に、酸化物超電導体の表面に銀成膜を行わずに、酸化物超電導体の両端を銅製の電極端子と半田接続し、ガラス繊維強化プラスチックス（ＧＦＲＰ）で酸化物超電導体の両側から接着固定した、図１のような構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。接着樹脂としては、エポキシ系樹脂を用い、１０μｍ級のカーボン粒子をフィラーとして６０質量％攪拌混合した後に、酸化物超電導体と支持体とに塗布し、酸化物超電導体の両側から支持体を重ね合わせた後に、ステンレス製ボルトで機械的に固定した状態で、樹脂を接着硬化させた。
【００２５】
比較のため、フィラーを混合しないで電気絶縁性のエポキシ系樹脂を接着用にそのまま使用した以外は同じ部材を用いて、同じ構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。なお、本実施例の酸化物超電導体の電気抵抗率は３００Ｋで６００μΩｃｍであった。一方、フィラーを混合した導電性樹脂の、硬化後の３００Ｋでの電気抵抗率は１Ωｃｍであった。
【００２６】
本実施例及び比較例の酸化物超電導体通電素子をそれぞれ１０本ずつ作製し、液体窒素中にて通電試験を実施し、どちらも１０本とも１２５Ａ通電可能であることを確認した。その後、銅線を外部に付加的にバイパス回路として接続した状態で、液体窒素中で１２５Ａ以上の電流を通電する過電流通電試験を実施し、通電素子中の酸化物超電導体を強制的にクエンチさせた。本実験に用いた電流電源は過電圧保護回路付のものであり、過電圧を検出してから通電電流遮断までの時間は２ｍ秒であった。過電流通電試験後に、比較例の酸化物超電導体通電素子の場合、１０本中８本において、通電素子中の酸化物超電導体が破損や溶断しており、１２５Ａまで通電できなかった。一方、本実施例の酸化物超電導体通電素子の場合、１０本中３本において１２５Ａまで通電できなかったものの、７本については１２５Ａ通電可能であった。本実験により、本実施例の構造の酸化物超電導体通電素子では、クエンチ時の耐久性が大幅に改善していることが確認できた。
【００２７】
（実施例４）
溶融法で作製した直径６５ｍｍ、厚さ２０ｍｍで、３０ｍｏｌ％の２１１相が１２３相中に微細分散したDy-Ba-Cu-O系単結晶状酸化物超電導体から、永久電流スイッチ素子に適用できるように電流通路を長くしたミアンダ形状の試料を切り出し、表面を１０μｍの厚さの銀で被覆した。ミアンダ形状には、縦３０ｍｍ、横５５ｍｍの板形状に切り出した酸化物超電導体に、幅１ｍｍの溝を交互に設けて作製した。次に、酸化物超電導体の両端を銅製の電極端子と半田接続し、ガラス繊維強化プラスチックス（ＧＦＲＰ）で酸化物超電導体の両側から接着固定し、図２のような酸化物超電導体通電素子を作製した。接着樹脂としては、エポキシ系樹脂を用い、１μｍ級の銀粒子をフィラーとして９０質量％攪拌混合した後に、酸化物超電導体と支持体とに塗布し、酸化物超電導体の両側から支持体を重ね合わせた後に、ステンレス製ボルトで機械的に固定した状態で、樹脂を接着硬化させた。また、接着用の導電性樹脂は、ミアンダ形状の隙間を埋めるようにも塗布した。
【００２８】
比較のため、フィラーを混合しないで電気絶縁性のエポキシ系樹脂を接着用にそのまま使用した以外は同じ部材を用いて、同じ構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。なお、本実施例の酸化物超電導体の電気抵抗率は３００Ｋで８００μΩｃｍであった。一方、フィラーを混合した導電性樹脂の、硬化後の３００Ｋでの電気抵抗率は１ｍΩｃｍであった。
【００２９】
本実施例及び比較例の酸化物超電導体通電素子をそれぞれ１０本ずつ作製し、液体窒素中にて通電試験を実施し、どちらも１０本とも２５０Ａ通電可能であることを確認した。その後、銅線を外部に付加的にバイパス回路として接続した状態で、液体窒素中で２５０Ａ以上の電流を通電する過電流通電試験を実施し、通電素子中の酸化物超電導体を強制的にクエンチさせた。本実験に用いた電流電源は過電圧保護回路付のものであり、過電圧を検出してから通電電流遮断までの時間は２ｍ秒であった。過電流通電試験後に、比較例の酸化物超電導体通電素子の場合、１０本中９本において、通電素子中の酸化物超電導体が破損や溶断しており、２５０Ａまで通電できなかった。一方、本実施例の酸化物超電導体通電素子の場合、１０本中１本において２５０Ａまで通電できなかったものの、９本については２５０Ａ通電可能であった。本実験により、本実施例の構造の酸化物超電導体通電素子では、クエンチ時の耐久性が大幅に改善していることが確認できた。
【００３０】
（実施例５）
外直径３０ｍｍ、内直径１０ｍｍ、長さ１２０ｍｍの円筒形状のBi-Sr-Ca-Cu-O系酸化物超電導体を焼結法で作製し、その両端２０ｍｍ長を厚さ５μｍの銀で被覆した。次に、酸化物超電導体の両端１０ｍｍ部分を銅製の電極端子と半田接続し、ガラス繊維強化プラスチックス（ＧＦＲＰ）で酸化物超電導体の両側から接着固定し、図３のような構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。接着樹脂としては、エポキシ系樹脂を用い、８μｍ級の銀粒子をフィラーとして７５質量％攪拌混合した後に、酸化物超電導体と支持体とに塗布し、酸化物超電導体の両側から支持体を重ね合わせた後に、ボルトで機械的に固定することなしに、樹脂を接着硬化させた。
【００３１】
比較のため、フィラーを混合しないで電気絶縁性のエポキシ系樹脂を接着用にそのまま使用した以外は同じ部材を用いて、同じ構造の酸化物超電導体通電素子を作製した。なお、本実施例の酸化物超電導体の電気抵抗率は３００Ｋで２ｍΩｃｍであった。一方、フィラーを混合した導電性樹脂の、硬化後の３００Ｋでの電気抵抗率は６ｍΩｃｍであった。
【００３２】
本実施例及び比較例の酸化物超電導体通電素子をそれぞれ５本ずつ作製し、液体窒素中にて通電試験を実施し、どちらも５本とも２５０Ａ通電可能であることを確認した。その後、銅線を外部に付加的にバイパス回路として接続した状態で、液体窒素中で２５０Ａ以上の電流を通電する過電流通電試験を実施し、通電素子中の酸化物超電導体を強制的にクエンチさせた。本実験に用いた電流電源は過電圧保護回路付のもので、過電圧を検出してから通電電流遮断までの時間は２ｍ秒であった。過電流通電試験後に、比較例の酸化物超電導体通電素子の場合、５本中５本において、通電素子中の酸化物超電導体が破損や溶断しており、２５０Ａまで通電できなかった。一方、本実施例の酸化物超電導体通電素子の場合、５本中１本において２５０Ａまで通電できなかったものの、４本については２５０Ａ通電可能であった。本実験により、本実施例の構造の酸化物超電導体通電素子では、クエンチ時の耐久性が大幅に改善していることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明によれば、クエンチ時の耐久性に優れた酸化物超電導体通電素子を提供することができるので、酸化物超電導体の工業上の利用範囲が拡大する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の酸化物超電導体通電素子の一例を示す構造断面図である。
【図２】本発明の酸化物超電導体通電素子の別の一例を示す構造断面図である。
【図３】本発明の酸化物超電導体通電素子のさらに別の一例を示す構造断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１ 酸化物超電導体
２ 電極端子
３ 導電性樹脂
４ 支持体
５ ボルト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物超電導体と、該酸化物超電導体の両端に電気的に接合された電極端子と、該酸化物超電導体に導電性樹脂により接着された支持体とから少なくとも構成されてなることを特徴とする酸化物超電導体通電素子。
【請求項２】
前記導電性樹脂が、電気絶縁性樹脂に導電性フィラーを配合したものであることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導体通電素子。
【請求項３】
前記導電性フィラーが金属粉末あるいはカーボン粉末であることを特徴とする請求項２に記載の酸化物超電導体通電素子。
【請求項４】
前記導電性樹脂の電気抵抗率が１０-2Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸化物超電導体通電素子。
【請求項５】
前記支持体を固定する機械的手段をさらに有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸化物超電導体通電素子。
【請求項６】
前記酸化物超電導体の表面が金属皮膜で被覆されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の酸化物超電導体通電素子。
【請求項７】
前記酸化物超電導体が、単結晶状のREBa2Cu3Ox相（REはY又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）中にRE2BaCuO5相が微細分散した酸化物超電導体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の酸化物超電導体通電素子。
【請求項１】
酸化物超電導体と、該酸化物超電導体の両端に電気的に接合された電極端子と、該酸化物超電導体に導電性樹脂により接着された支持体とから少なくとも構成されてなることを特徴とする酸化物超電導体通電素子。
【請求項２】
前記導電性樹脂が、電気絶縁性樹脂に導電性フィラーを配合したものであることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導体通電素子。
【請求項３】
前記導電性フィラーが金属粉末あるいはカーボン粉末であることを特徴とする請求項２に記載の酸化物超電導体通電素子。
【請求項４】
前記導電性樹脂の電気抵抗率が１０-2Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸化物超電導体通電素子。
【請求項５】
前記支持体を固定する機械的手段をさらに有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸化物超電導体通電素子。
【請求項６】
前記酸化物超電導体の表面が金属皮膜で被覆されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の酸化物超電導体通電素子。
【請求項７】
前記酸化物超電導体が、単結晶状のREBa2Cu3Ox相（REはY又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）中にRE2BaCuO5相が微細分散した酸化物超電導体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の酸化物超電導体通電素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２６７２４０（Ｐ２００９−２６７２４０Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１７４０５（Ｐ２００８−１１７４０５）
【出願日】平成２０年４月２８日（２００８．４．２８）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２８日（２００８．４．２８）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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