JPH10312718A

JPH10312718A - 超電導ケーブル導体

Info

Publication number: JPH10312718A
Application number: JP9120879A
Authority: JP
Inventors: Jun Fujigami; 純藤上; Munetsugu Kamiyama; 宗譜上山; Norihiro Saga; 宣弘嵯峨
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-05-12
Filing date: 1997-05-12
Publication date: 1998-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】ケーブル導体を構成するテープ状酸化物超電
導線の超電導特性を高いレベルに維持できる技術を見出
し、それにより、コンパクトでより大きな電流を流すこ
とができるケーブル導体を提供する。【解決手段】超電導ケーブル導体１は、銅パイプ１０
上に４層で螺旋状に巻付けられたテープ状酸化物超電導
線１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄを有する。各層
の間には、電気絶縁材１１ａ、１１ｂおよび１１ｃが挿
入されている。このような構造の超電導ケーブル導体１
において、銅パイプ１０の外径は１８〜３０ｍｍであ
る。各層における超電導線１２ａ、１２ｂ、１２ｃまた
は１２ｄの螺旋ピッチは、各層の外径Ｄ₁、Ｄ₂、Ｄ₃
またはＤ₄の２倍〜２０倍である。テープ状酸化物超電
導線１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄは、銀合金を
含みかつ銀よりも機械的強度が高い安定化金属を有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超電導ケーブルに
用いられる導体に関し、特に、芯材上に複数本のテープ
状酸化物超電導線が巻付けられた構造を有する超電導ケ
ーブル導体に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、より高い臨界温度を示す超電導材
料として開発されてきた高温酸化物超電導体（セラミッ
ク超電導体）は、液体窒素を冷媒とした超電導ケーブル
への応用が期待されている。これが実現した場合、高価
な液体ヘリウムが必要な金属系超電導ケーブルで懸案事
項となっている、断熱システムの簡素化、および冷却コ
ストの低減を一気に克服できるであろう。

【０００３】フォーマと呼ばれる芯材上に複数本の酸化
物超電導線が螺旋状に巻付けられた構造を有する超電導
ケーブル導体がこれまで開発されてきた。用いられる酸
化物超電導線は、たとえば、パウダー・イン・チューブ
法と呼ばれる製造方法によって得ることができる。この
製造方法は、塑性加工と焼結の工程の組合せにより、酸
化物超電導体の焼結体に高い配向性を持たせ、高い臨界
電流密度をもたらすようになってきた。この方法によっ
て得られる線材は、一般的に、酸化物超電導体の焼結体
からなるフィラメントと、それを覆う銀の安定化マトリ
ックスとからなる。

【０００４】酸化物超電導体のフィラメントが安定化マ
トリックスで覆われた構造を有する線材の機械的特性
は、安定化マトリックスの材質に大きく依存している。
安定化マトリックスが銀の場合、銀の強度は相対的に低
いため、線材の臨界電流密度は引張りおよび曲げによっ
て顕著に低下する。複数の銀シース線材をフォーマにス
パイラル状に巻いてケーブル導体を調製する場合、線材
に張力と曲げが同時に印加されるが、このような張力お
よび曲げは、線材本来の臨界電流密度を低下させる。所
定の範囲内で曲げ歪のみを加えて臨界電流密度の低下が
起こらない場合でも、これに張力が加わると顕著に臨界
電流密度が低下することがある。概して、フォーマ上に
巻かれた線材の臨界電流密度は、線材本来の臨界電流密
度より低くなっている。

【０００５】フォーマ上に巻かれた線材の臨界電流密度
の低下を抑制する１つの方法は、線材に印加される張力
および曲げ歪をできるだけ小さくすることである。しか
しながら、曲げ歪を小さくするために線材の巻きピッチ
を大きくしていけば、線材の笑いや巻き弛みが発生す
る。笑いや巻き弛みを防止するには、線材に印加される
張力および曲げをそれほど小さくすることができない。

【０００６】超電導ケーブル導体には、コンパクトな構
造において大電流を低いエネルギ損失で送ることができ
るという特性が要求される。送電を交流で行なった場合
に発生するエネルギ損失、すなわち交流損失をできるだ
け小さくするには、フォーマ上に巻かれる線材の螺旋ピ
ッチを短くすることが望ましい。しかし、ピッチを短く
すれば、線材にかかる機械的歪は増大し、それによって
線材の超電導特性、すなわち臨界電流密度および臨界電
流は低下していく。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の１つの目的
は、ケーブル導体を構成する酸化物超電導線の超電導特
性、特に臨界電流および臨界電流密度を高いレベルに維
持できる技術を見出し、それによりコンパクトな構造で
より大きな電流を流すことができる酸化物超電導ケーブ
ル導体を提供することにある。

【０００８】本発明のもう１つの目的は、交流損失の低
い酸化物超電導ケーブル導体を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、長尺の芯材
と、芯材上に螺旋状に巻付けられた複数本のテープ状酸
化物超電導線とを備える超電導ケーブル導体であって、
テープ状酸化物超電導線が、酸化物超電導体からなるフ
ィラメントと、該フィラメントを覆いかつ銀合金を含ん
で銀よりも機械的強度が高い安定化金属とからなり、芯
材の外径が１８ｍｍ〜３０ｍｍであり、複数本のテープ
状酸化物超電導線は芯材上で複数の層を形成しており、
かつ芯材上に巻付けられた複数本のテープ状酸化物超電
導線の各層における螺旋ピッチが各層の外径の２倍〜２
０倍であることを特徴とする。

【００１０】本発明において、フィラメントはビスマス
系酸化物超電導体からなることが好ましい。安定化金属
は、フィラメントを直接覆う第１の部分と、第１の部分
を覆う第２の部分とを備えることができ、第１の部分
は、第２の部分の成分がフィラメントへ拡散することを
防止するものであることが好ましい。第２の部分は、銀
よりも機械的強度の高い銀合金からなることができる。
また、第１の部分は、銀からなることが好ましい。より
具体的には、第１の部分は銀からなり、第２の部分は、
０．２５〜０．７５重量％のＭｎを含むＡｇ−Ｍｎ合金
からなることができる。

【００１１】複数のテープ状酸化物超電導線によって構
成される複数の層において、外側の層におけるテープ状
酸化物超電導線の螺旋ピッチは、内側の層におけるテー
プ状酸化物超電導線の螺旋ピッチ以下であることが好ま
しい。また、用いられるテープ状酸化物超電導線におい
て、厚みに対する幅の比（アスペクト比）が１０以上で
あることが好ましい。特に、テープ状酸化物超電導線
は、酸化物超電導体からなる複数のフィラメントを有す
る多芯線であることが好ましい。多芯線において、複数
のフィラメントが撚られている構造を提供することがで
きる。また、交流用途の場合、複数の層の間には、電気
絶縁材を設けることが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明は、たとえば、直径１３０
ｍｍφの６６ｋＶ３心一括型の超電導ケーブルを構成す
るための導体として特に有用である。この超電導ケーブ
ルを製作するために、電気絶縁性能、断熱性能、冷媒の
循環を考慮すると、ケーブルを構成する３つの導体の各
外径は１８〜３０ｍｍφに収まることが好ましかった。
本発明では、外径が１８〜３０ｍｍの芯材にテープ状酸
化物超電導線を巻付けてケーブル導体を構成することに
より、このようなケーブルの構成に適した導体を提供す
る。

【００１３】一方、外径１８〜３０ｍｍφの芯材にテー
プ状酸化物超電導線を巻付けて、コンパクトでかつ性能
の高いケーブル導体を得るため、次のような技術が重要
であることを本発明者らは見出した。安定化マトリック
スが銀のみからなるテープ状酸化物超電導線を上述した
寸法の芯材に巻付けてケーブル導体を製作しようとする
と、芯材にかかる引張応力および曲げ歪によって、線材
自体の臨界電流密度が顕著に低下した。結果として、複
数の線材を芯材に巻付けて得られる導体において、臨界
電流の低下を招き、所定容量の導体を得るためには、よ
り多くの線材を用いなければならなかった。これは、ケ
ーブル導体をよりコンパクトにすること、および電流密
度を高めることの障害になっていた。臨界電流密度の低
下を防ぐ目的で、線材の巻ピッチを長くし、その曲げ歪
を緩和させていくと、得られた導体において線材の笑い
や巻き弛みが発生するという問題が生じた。本発明者ら
の検討の結果、線材を巻きつけて得られる導体の外径の
２０倍以下のピッチで線材を芯材上に巻付けることが、
線材の笑いおよび巻き弛みの防止に効果的であることが
見出された。また、線材は、１０ＭＰａ以上の張力をか
けて芯材上に巻付けることが好ましかった。１０ＭＰａ
以上の張力も、線材の笑い、巻き弛みの防止に寄与し得
ることが見出された。そして、本発明者らは、これらの
巻き条件を満たすために、銀合金を含みかつ銀よりも機
械的強度の高い安定化金属でフィラメントが覆われたテ
ープ状酸化物超電導線を用いることが効果的であること
を見出した。以下の実施例に示すとおり、銀合金を安定
化マトリックスに用いた線材は、これらの巻き条件下に
おいて、臨界電流密度の低下を顕著に抑制することがで
きた。上述した条件を用いることにより、従来にない、
コンパクトで大容量の電流を流すことができ、かつ曲げ
を与えても線材の笑いの生じない超電導ケーブル導体を
実現することができた。

【００１４】図１は、本発明による超電導ケーブル導体
の一具体例を示している。超電導ケーブル導体１におい
て、長尺の円筒状芯材１０のまわりには、テープ状酸化
物超電導線１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄが４層
で螺旋状に巻付けられている。図２は、テープ状酸化物
超電導線が螺旋状に巻かれる様子を示すものである。図
２示すように、芯材１０上において、線材１２は所定の
ピッチ（Ｐ）で螺旋状に巻かれる。図１に示す導体にお
いて、各層の線材１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは、
所定のピッチで螺旋状に巻かれる。図１（ｂ）に示すよ
うに、各層において、所定本数のテープ状酸化物超電導
線が並べて配置される。各層における線材の螺旋ピッチ
は、各層の外径の２〜２０倍である。すなわち、第１層
における線材１２ａの螺旋ピッチは、線材１２ａによっ
て構成される第１層の外径Ｄ₁の２〜２０倍である。同
様に、第２層の線材１２ｂの螺旋ピッチは、第２層の外
径Ｄ₂の２〜２０倍であり、第３層の線材１２ｃの螺旋
ピッチは、第３層の外径Ｄ ₃の２〜２０倍であり、第４
層の線材１２ｄの螺旋ピッチは、第４層の外径Ｄ₄の２
〜２０倍である。このような範囲のピッチで線材を巻く
ことにより、線材の笑いや巻き弛みを効果的に防止でき
る。また線材１２ａ、１２ｂ、１２ｃおよび１２ｄは、
１０ＭＰａ以上の張力、たとえば１０ＭＰａ〜１００Ｍ
Ｐａの範囲の張力により芯材１０上に巻付けることがで
きる。図１に示すように、第１層と第２層との間で線材
の巻き方向を互いに逆にすることができ、第３層と第４
層との間で線材の巻き方向を互いに逆にすることができ
る。しかしながら、線材の巻き方向は特に限定されるも
のではなく、用途に応じて変えることができる。また、
図１に示すケーブル導体では、第１層の線材１２ａと第
２層の線材１２ｂとの間、第２層の線材１２ｂと第３層
の線材１２ｃとの間、および第３層の線材１２ｃと第４
層の線材１２ｄとの間にそれぞれ電気絶縁材料１１ａ、
１１ｂおよび１１ｃが設けられている。これらの電気絶
縁層は、交流用途のケーブル導体において有用である。
また芯材１０を導電性の金属で形成する場合、芯材と第
１層目の線材との間をさらに電気的に絶縁してもよい。
電気絶縁材料の配置は、用途に応じて変更することがで
き、たとえば直流用途の場合、電気絶縁材料を設けなく
てもよい。

【００１５】図３は、本発明による超電導ケーブル導体
のもう１つの具体例を示している。超電導ケーブル導体
２において、円筒状の芯材２０上には、テープ状酸化物
超電導線２２ａおよび２２ｂが２層で螺旋状に巻付けら
れている。第１層の線材２２ａの螺旋ピッチは、第１層
の外径Ｄ′₁の２〜２０倍である。第２層の線材２２ｂ
の螺旋ピッチは、第２層の外径Ｄ′₂の２〜２０倍であ
る。各層において、所定本数の線材がほぼ平行に配置さ
れる。図３に示す導体では、第１層と第２層との間で線
材の巻き方向が互いに逆になっているが、巻き方向は用
途に応じて任意に変更することができる。第１層と第２
層との間には電気絶縁層２１が設けられている。電気絶
縁層は、交流用途において結合損失等の交流損失を低減
するため有用である。しかしながら、電気絶縁層は本発
明において必須ではなく、たとえば直流用途において
は、電気絶縁層のない導体の構造を提供することができ
る。また、線材２２ａおよび２２ｂは、１０ＭＰａ以上
の張力、たとえば１０ＭＰａ〜１００ＭＰａの張力をか
けて芯材上に巻付けることが好ましい。

【００１６】本発明のケーブル導体において、芯材は通
常フォーマと呼ばれるものである。フォーマは、超電導
ケーブル導体のため必要な長さを有し、ケーブル導体の
ほぼ中心に設けられる。テープ線を巻付けるため、フォ
ーマは、略円筒形または螺旋形状とすることができる。
フォーマは、一般にその全長にわたってほぼ一定の直径
を有することが好ましい。フォーマは、ステンレス鋼、
銅、アルミニウム、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）等
からなることができる。フォーマは、可撓性を有する管
状体であることが好ましい。可撓性を有するフォーマ
は、ケーブル導体に適当な可撓性を付与することができ
る。十分な強度を有しかつ可撓性を有するフォーマとし
て、たとえば、螺旋状の溝を有するパイプ、蛇腹を有す
るベローズ管、スパイラル構体等と呼ばれる螺旋形状の
フォーマ等を用いることもできる。一方、中空の円筒形
状のフォーマも好ましく用いることができる。

【００１７】図２に示すように、テープ状酸化物超電導
線は、芯材上において所定の範囲のピッチ（Ｐ）で螺旋
状に巻付けられる。層状に巻付けられたテープ状超電導
線において、各層における螺旋ピッチは、各層の外径の
２〜２０倍である。すなわち、テープ状酸化物超電導線
がｎ層（ｎは２以上の整数）で巻かれたケーブル導体に
おいて、ｉ層（１≦ｉ≦ｎ）のテープ状酸化物超電導線
の螺旋ピッチは、それによって構成されるｉ層の外径の
２〜２０倍である。この範囲のピッチで超電導線を巻付
けることにより、巻かれた線材の螺旋形状を確実に維持
でき、より容量の大きなケーブル導体を提供できる。一
方、螺旋ピッチが各層の外径の２０倍を超えると、巻付
けられた線材の笑いや撚り乱れが多く発生する。一方、
螺旋ピッチを各層外径の２倍未満にすると、線材に過度
の曲げ歪がかかり、その臨界電流密度が顕著に低下する
ようになる。

【００１８】本発明に用いられるテープ状酸化物超電導
線において、酸化物超電導体からなるフィラメントを覆
う安定化金属は、銀合金を含みかつ銀よりも高い機械的
強度を有する。このような線材を用いることによって、
１０ＭＰａ以上の張力をかけて、導体径の２０倍よりも
十分短いピッチで線材を巻付けた場合にも、機械的歪に
よる臨界電流密度の低下を多くとも約５０％程度に抑制
できるようになった。一方、銀のみからなる安定化マト
リックスでフィラメントが覆われた酸化物超電導線で
は、同様の条件で機械的歪を付与すると臨界電流密度の
低下は９０％以上になった。安定化金属に銀合金を含む
線材を用いることによって、これまで実現できなかった
より短いピッチでの線材の集合が可能になった。

【００１９】テープ状超電導線を多層に巻付けて得られ
るケーブル導体は、交流通電時に層間のインピーダンス
の差により偏流が発生し、交流損失が増大するという問
題を有している。その対策として、各層のピッチを調整
すること（特にピッチを短くすること）によって、各層
のインピーダンスを均等にし、偏流を抑制することが考
えられる。安定化マトリックスが銀のみからなる線材を
用いる場合、巻きピッチを短くしていくことによって線
材にかかる歪が増大し、その結果顕著に臨界電流密度が
低下する。安定化マトリックスが銀のみからなる線材を
用いた従来技術では、ピッチを短くして交流損失を低減
することは困難であった。一方、本発明によれば、安定
化マトリックスが銀合金を含む線材は曲げ歪に対しても
比較的高い臨界電流密度を保持できるため、線材の巻き
ピッチをより短くしてケーブル導体の交流損失を低下さ
せることが可能になった。特に本発明によれば、多層に
巻付けられた線材において、（外側の層の巻きピッチ）
≦（内側の層の巻きピッチ）の関係を維持する導体構造
により、交流損失のより小さな導体を提供できるように
なった。

【００２０】本発明において、銀合金には、Ａｇ−Ｍｎ
合金、たとえば、０．２５〜０．７５重量％、好ましく
は０．４〜０．６重量％のＭｎを含有するＡｇ−Ｍｎ合
金を用いることができる。さらに、それ以外の銀合金と
してＡｇ−Ｍｇ合金、Ａｇ−Ｓｂ合金、Ａｇ−Ｎｉ合金
等を用いることができる。

【００２１】本発明の超電導ケーブル導体には、たとえ
ば図４に示すような複合構造を有するテープ状酸化物超
電導線を用いることが好ましい。テープ状酸化物超電導
線５０は、酸化物超電導体からなるフィラメント５１、
およびそれを覆う安定化マトリックス５４からなる。安
定化マトリックス５４は、フィラメント５１を直接覆う
第１の部分５２と、第１の部分を覆う第２の部分５３か
らなる。第１の部分５２は、フィラメントと実質的に反
応することなく、フィラメントの超電導特性をほとんど
劣化させない材料からなり、かつ第２の部分５３からの
成分がフィラメント５１へ拡散することを防止する。第
２の部分は、銀よりも機械的強度の高い銀合金からなる
ことができる。第１の部分５２は、たとえば銀からなる
ことが好ましい。安定化マトリックス５４をこのような
複合構造にすることで、銀合金中の添加元素がフィラメ
ント５１まで拡散して超電導相と化学的に反応し、超電
導特性を劣化させることを防止できる。さらに、外側の
銀合金からなる層によって、線材の機械的強度を高め、
曲げ歪および張力に対して臨界電流密度が低下しない線
材を提供することができる。好ましい組合せとして、第
１の部分５２に銀を用い、第２の部分５３に、０．２５
〜０．７５重量％、好ましくは０．４〜０．６重量％の
Ｍｎを含有するＡｇ−Ｍｎ合金を用いることができる。
線材の超電導特性、たとえば臨界電流密度を高レベルに
維持するには、Ｍｎ含有量は、０．７５重量％以下が好
ましく、０．６重量％以下がより好ましい。一方、線材
の機械的強度を高めるには、Ｍｎ含有量は０．２５重量
％以上が好ましく、０．４重量％以上がより好ましい。
図４に示すような構造の線材を用いることにより、安定
化マトリックスが銀のみからなる線材とほぼ同じレベル
の臨界電流密度を有する線材を提供できる一方、安定化
マトリックスが銀のみからなる線材が本来の臨界電流密
度を維持できる曲げ歪の約２倍まで曲げても直線状態と
同等の臨界電流密度を維持し、しかも安定化マトリック
スが銀のみからなる線材が本来の臨界電流密度を維持で
きる張力の約５倍まで張力を印加しても、張力フリーの
状態と同等の臨界電流密度を維持する線材が提供でき
る。このような特性を有する線材は、直径が１８〜３０
ｍｍの芯材に、１０ＭＰａ以上の張力でしかも導体外径
の２０倍以下の巻きピッチで巻くという条件に適合して
いる。複合化された安定化マトリックスを有する線材
は、巻き乱れや笑いを防止し、しかも臨界電流密度を低
下させずに線材を集合するのに特に有用である。複合化
安定化マトリックスを構成する第２の部分の他の材料と
しては、たとえばＡｇ−Ｍｇ合金、Ａｇ−Ｓｂ合金、Ａ
ｇ−Ｎｉ合金等を用いることができる。

【００２２】本発明に用いられるテープ状酸化物超電導
線は、銀合金を含む安定化マトリックス中に酸化物超電
導体からなるフィラメントが埋込まれた構造を有してい
る。用いられる線材は、単芯線および多芯線のいずれで
もよい。酸化物超電導体には、イットリウム系酸化物超
電導体、ビスマス系酸化物超電導体、タリウム系酸化物
超電導体、水銀系酸化物超電導体等があるが、（Ｂｉ，
Ｐｂ）₂Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_10-Y、Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ
₂Ｃｕ₃Ｏ_10-Y（０≦Ｙ＜１）、（Ｂｉ，Ｐｂ）₂Ｓｒ
₂Ｃａ₁Ｃｕ₂Ｏ_8-X、Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₁Ｃｕ₂Ｏ
_8-X（０≦Ｘ＜１）等のビスマス系酸化物超電導体は、
高い臨界温度および臨界電流密度を有する線材が比較的
容易に得られるという点からより好ましい。テープ状超
電導線は、たとえばパウダー・イン・チューブ法に従っ
て、酸化物超電導体の原料粉末の調製、粉末の安定化材
シースへの充填、塑性加工および焼結のプロセスを経て
製造することができる。原料粉末の調製では、超電導体
を構成する元素の酸化物および／または炭酸塩の粉末が
所定の配合比で混合され、かつ焼結された後、焼結物を
粉砕して原料粉末を得る。得られた粉末は安定化材から
なるパイプに充填される。粉末が充填されたパイプに塑
性加工が施され、線材が得られる。塑性加工には、たと
えば、伸線加工、静水圧プレス、圧延加工等が用いられ
る。通常、伸線加工および圧延加工の後、テープ状の線
材が得られる。多芯線を製造する場合、伸線加工の後得
られた複数の線材が安定化材からなるチューブに充填さ
れ、塑性加工に供される。塑性加工には、たとえば伸線
加工および圧延加工が用いられる。安定化マトリックス
に銀合金を含む線材は、銀合金を含むパイプを用いるこ
とによって得られる。特に多芯線を製造する場合、粉末
を直接充填するパイプに銀を用い、伸線加工の後得られ
た複数の線材を充填するパイプに上述した銀合金を用い
れば、好ましい複合構造を有する安定化マトリックスが
得られる。塑性加工の後得られるテープ状線は、焼結工
程に供される。焼結は、たとえば約８００℃〜約９００
℃、好ましくは約８４０℃〜８５０℃の温度において行
われる。塑性加工と焼結の組合せにより、高い配向性を
有するほぼ単一の超電導相を生成することができる。上
記プロセスにより製造されたテープ状超電導線のフィラ
メントは、テープ線の長手方向にわたってほぼ均一な超
電導相を有し、超電導相のｃ軸は、テープ線の厚み方向
にほぼ平行に配向することができる。また、フィラメン
トにおける結晶粒は、テープ線の長手方向に延びるフレ
ーク状であり、結晶粒同士は強く結合している。フレー
ク状の結晶粒は、テープ線の厚み方向に積層される。用
いられるテープ状超電導線のサイズは、特に限定される
ものではないが、たとえば幅が１．０ｍｍ〜１０ｍｍ、
好ましくは２ｍｍ〜６ｍｍ、厚みが０．０５ｍｍ〜１ｍ
ｍ、好ましくは０．１ｍｍ〜０．４ｍｍである。また、
テープ状酸化物超電導線において、厚みに対する幅の
比、すなわちアスペクト比は１０以上、たとえば１０〜
２０であることが好ましい。このようなサイズにおい
て、上述した構造のフィラメントを有するテープ線は、
たとえば、４×１０³〜３×１０ ⁴Ａ／ｃｍ²の臨界電
流密度を保持することができる。また、本発明のケーブ
ル導体において多芯線を用いることが好ましく、そのよ
うな多芯線は、たとえば７〜１０，０００、好ましくは
３７〜１，０００のフィラメントを有することができ
る。

【００２３】本発明のケーブル導体において、フィラメ
ントが捩られているテープ状多芯線を用いることもでき
る。このような超電導線を模式的に示すと図５のとおり
である。超電導多芯テープ６０においてフィラメント６
１は、たとえば所定のピッチＬで撚られた形状を有する
ことができる。フィラメントがこのように撚られている
と、安定化金属６２とフィラメント６１の間に流れる誘
導電流は、撚りピッチ間ごとに分断され、小ループとな
り、したがって、その電流の大きさは制限される。この
ため、撚りのない場合とくらべて、安定化金属に発生す
るジュール発熱は抑えられ、交流損失は低減される。こ
のような撚りフィラメントを有する多芯線は、たとえば
次のようにして作成することができる。まず、単芯線を
複数本安定化金属のパイプ中に嵌合した後、これに伸線
加工を施す。次に、丸線の状態において芯材に捩り加工
を施す。このとき、捩れた形状のフィラメントが形成さ
れる。次いで、再度伸線した後圧延を行ない、焼結を行
う。このような工程において、フィラメントは撚られた
形状を保持しながら、伸線、圧延加工等により径や厚み
が変化する。

【００２４】交流用途において、ケーブル導体に発生す
る交流損失を低減するため、テープ状酸化物超電導線の
層の間に絶縁層を設けることが好ましい。絶縁層に用い
る材料として、カプトン、ポリプロピレンラミネートペ
ーパー（ＰＰＬＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、クラフト
紙等の種々の絶縁材を挙げることができるが、絶縁材は
液体窒素中でひび割れ等の劣化が生じないものが好まし
い。これらの材料は、紙、シート、フィルム、布、テー
プ等の種々の形態において絶縁層を形成するため用いる
ことができる。絶縁層の厚さは、導体のコンパクト化の
障害にならないよう０．１ｍｍ以下であることがより好
ましい。以下に、実施例によって本発明をより詳細に説
明する。

【００２５】

【実施例】

［テープ状酸化物超電導線の調製］Ｂｉ₂Ｏ₃、Ｐｂ
Ｏ、ＳｒＣＯ₃、ＣａＣＯ₃およびＣｕＯを用いて、Ｂ
ｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ：Ｏ＝１．８：０．４：
２：２：３の組成比を有する粉末を調製した。得られた
粉末に、７００℃１２時間、８００℃８時間、８５０℃
８時間の熱処理を順に行っていった。それぞれの熱処理
の後、得られた焼結物をボールミルで粉砕した。８５０
℃８時間の熱処理の後粉砕して得られた粉末を、８００
℃で１５分間加熱処理にすることによって脱気した後、
外径１２ｍｍφ、内径１０ｍｍφの銀パイプに充填し
た。粉末が充填された銀パイプを１．０２ｍｍφまで伸
線した後、得られた線材６１本を外径１２ｍｍφ、内径
９ｍｍφのＡｇ−Ｍｎ合金パイプに嵌合した。嵌合にあ
たっては、Ｍｎの含有量が０．１〜２．０重量％の範囲
で異なる種々のＡｇ−Ｍｎ合金パイプを用いた。なお、
合金パイプにおいて、Ｍｎおよび不可避的不純物以外の
残部はＡｇであった。６１本の線材を嵌合したパイプを
１．１５ｍｍφまで伸線した後、厚さ０．２４ｍｍまで
圧延した。圧延により得られたテープ線材に８４５℃５
０時間の１次熱処理を施した後、さらに厚さ０．２ｍｍ
まで圧延し、次いで８４０℃５０時間の２次熱処理を行
った。得られた線材において、ビスマス系２２２３相酸
化物超電導体からなる６１のフィラメントは、銀のマト
リックスで直接覆われ、銀のマトリックスは、種々のＭ
ｎ含有量を有するＡｇ−Ｍｎ合金マトリックスで覆われ
ていた。

【００２６】得られた線材について、液体窒素中、外部
磁場印加なしの状態で臨界電流密度を直流４端子法によ
り測定した。測定の結果、Ｍｎの添加量が０．５重量％
以下であれば、安定化マトリックスが銀のみからなる線
材と同等の臨界電流密度を維持できることがわかった。
次に、ケーブル導体への使用を模擬して、室温における
引張曲げ試験をおこなった。安定化マトリックスが銀の
みからなる従来の線材は、１０ＭＰａの張力で引張りな
がら曲げを与えると、１％の曲げ歪を印加したときほと
んど超電導性が失われた。これに対して、Ｍｎの添加量
が０．４重量％以上のＡｇ−Ｍｎ合金マトリックスを外
側に有するテープ状超電導線では、１０ＭＰａの張力お
よび１％の曲げ歪下において臨界電流密度の低下を約５
０％に抑制することができた。一方、Ｍｎ含有量が０．
６重量％より高くなっていくと、Ｍｎの影響により線材
の臨界電流密度が低下していく傾向がみられた。これら
の実験結果に基づくと、線材の臨界電流密度を好ましい
高レベルに維持しかつその機械的強度を１０ＭＰａの張
力に対して好ましいレベルにするため、Ｍｎ添加量は
０．２５〜０．７５重量％が好ましく、０．４〜０．６
重量％がより好ましく、０．５重量％が最も好ましかっ
た。

【００２７】［巻きピッチの検討］上述したプロセスに
よって得られた、Ｍｎの含有量が０．５重量％のＡｇ−
Ｍｎ合金マトリックスを外側に有する線材を用いて、好
ましい範囲の巻きピッチを調べた。外径１８〜３０ｍｍ
φの銅パイプ上に、ケーブル導体製造用の線材集合装置
を用いて、１０ＭＰａの引張応力を線材に加えながら、
任意のピッチで線材を巻付けた。その結果、線材を銅パ
イプ上に巻付けて得られるケーブル導体において各層外
径の２０倍以上のピッチで線材を巻付けると、線材の笑
いおよび撚り乱れが頻発した。巻きピッチを、得られる
導体の外径の２０倍以下にすると、そのような不都合を
顕著に抑制できることがわかった。一方、ピッチを導体
外径の２倍未満にすると、銅パイプ上に巻かれた線材の
臨界電流密度の低下は著しかった。

【００２８】実施例１上述したプロセスによって得られた０．５重量％のＭｎ
を含有するＡｇ−Ｍｎ合金マトリックスを外側に有する
テープ状酸化物超電導線と、上述したプロセスにおいて
Ａｇ−Ｍｎ合金パイプの代わりに銀パイプを用いて同様
に作製した安定化マトリックスが銀のみからなるテープ
状酸化物超電導線とをそれぞれ用いて、図１に示すよう
な構造の４層ケーブル導体を作製した。ケーブル導体の
作製にあたり、それぞれの線材を外径１９ｍｍφの銅パ
イプ上に並べて螺旋状に巻いた。層間はクラフト紙によ
って絶縁した。第１、２、３および４層のそれぞれにお
いて、１５、１５、１６、１６本の線材を巻いた。線材
を集合するときの張力は１０ＭＰａであり、線材の巻き
ピッチはいずれの層においても２００ｍｍであった。得
られたケーブル導体の外径は２３ｍｍであった。得られ
たケーブル導体の臨界電流を測定した結果、Ａｇ−Ｍｎ
合金を用いた線材によるケーブル導体は２１００Ａの臨
界電流を有したのに対し、安定化マトリックスが銀のみ
からなる線材を用いたケーブル導体は、１４００Ａの臨
界電流を示した。本発明によるケーブル導体の方が、従
来のケーブル導体に比べて顕著に高い臨界電流を示すこ
とが明らかになった。

【００２９】実施例２上述したプロセスにより得られた０．５重量％のＭｎを
含有するＡｇ−Ｍｎ合金マトリックスを外側に有するテ
ープ状酸化物超電導線と、実施例１において比較のため
用いた安定化金属が銀のみからなる線材とをそれぞれ用
いて、図３に示すような構造の２層導体を作製した。そ
れぞれの線材を外径１９ｍｍφの銅パイプ上に並べて螺
旋状に巻いた。層間はクラフト紙によって絶縁した。第
１層および第２層において、それぞれ１５本、１０本の
線材を巻付けた。線材を集合するときの張力は１０ＭＰ
ａであり、１層目の線材の螺旋ピッチは３６０ｍｍ、２
層目の線材の螺旋ピッチは５０ｍｍであった、いずれの
線材を用いた場合にも、外径が２１ｍｍのケーブル導体
を得た。

【００３０】得られた導体について臨界電流を測定した
結果、銀合金を用いた線材により構成されたケーブル導
体は６５０Ａの臨界電流を示したのに対し、安定化マト
リックスが銀のみからなる線材を用いたケーブル導体は
２００Ａの臨界電流を示した。本発明によるケーブル導
体が、顕著に高い臨界電流を示すことが明らかとなっ
た。また、それぞれのケーブル導体について交流損失を
測定した結果、ビーンモデルをもとに見積もった円筒形
の超電導導体の交流損失の理論式から見て、銀のみから
なる安定化マトリックスを有する線材を用いた導体の交
流損失は増大する傾向にあるのに対し、銀合金を用いた
線材によるケーブル導体の交流損失は、理論値と比較し
て低下する傾向にあることがわかった。

【００３１】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、テープ状酸化物超電導線を用いたケーブル導体にお
いて、よりコンパクトな構造で高い臨界電流を示すケー
ブル導体を提供することができる。本発明によれば、線
材の笑いや巻き乱れがないケーブル導体を製造すること
ができる。さらに本発明によれば、従来よりも交流損失
の小さい超電導体ケーブル導体を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるケーブル導体の構造を示す（ａ）
概略斜視図および（ｂ）概略断面図である。

【図２】テープ状酸化物超電導線が螺旋状に巻付けられ
る様子を示す斜視図である。

【図３】本発明によるもう１つのケーブル導体の構造を
示す（ａ）概略斜視図および（ｂ）概略断面図である。

【図４】本発明の超電導ケーブル導体に用いられる好ま
しいテープ状酸化物超電導線の断面構造を示す模式図で
ある。

【図５】本発明に用いられるフィラメントが撚られた構
造のテープ状酸化物超電導線を示す概略斜視図である。

【符号の説明】

１、２超電導ケーブル導体１０、２０芯材１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、２１電気絶縁材１２ａ，１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、２２ａ、２２ｂテ
ープ状酸化物超電導線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長尺の芯材と、前記芯材上に螺旋状に巻
付けられた複数本のテープ状酸化物超電導線とを備える
超電導ケーブル導体であって、前記テープ状酸化物超電導線が、酸化物超電導体からな
るフィラメントと、前記フィラメントを覆いかつ銀合金
を含んで銀よりも機械的強度が高い安定化金属とからな
り、前記芯材の外径が１８ｍｍ〜３０ｍｍであり、前記複数本のテープ状酸化物超電導線は、前記芯材上で
複数の層を形成しており、かつ前記芯材上に巻付けられ
た前記複数本のテープ状酸化物超電導線の各層における
螺旋ピッチが、前記各層の外径の２倍〜２０倍であるこ
とを特徴とする、超電導ケーブル導体。
【請求項２】前記フィラメントがビスマス系酸化物超
電導体からなり、前記安定化金属が、前記フィラメントを直接覆う第１の
部分と、前記第１の部分を覆う第２の部分とを備え、前記第１の部分は、前記第２の部分の成分が前記フィラ
メントへ拡散することを防止するものであり、かつ前記
第２の部分は、銀よりも機械的強度の高い銀合金からな
ることを特徴とする、請求項１に記載の超電導ケーブル
導体。
【請求項３】前記第１の部分は銀からなることを特徴
とする、請求項２に記載の超電導ケーブル導体。
【請求項４】前記第１の部分は銀からなり、かつ前記
第２の部分は、０．２５〜０．７５重量％のＭｎを含む
Ａｇ−Ｍｎ合金からなることを特徴とする、請求項２ま
たは３に記載の超電導ケーブル導体。
【請求項５】前記複数の層において、外側の層におけ
る前記テープ状酸化物超電導線の螺旋ピッチは、内側の
層における前記テープ状酸化物超電導線の螺旋ピッチ以
下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１
項に記載の超電導ケーブル導体。
【請求項６】前記テープ状酸化物超電導線において厚
みに対する幅の比が１０以上であることを特徴とする、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の超電導ケーブル導
体。
【請求項７】前記テープ状酸化物超電導線は、酸化物
超電導体からなる複数のフィラメントを有する多芯線で
あることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に
記載の超電導ケーブル導体。
【請求項８】前記複数のフィラメントが撚られている
ことを特徴とする、請求項７に記載の超電導ケーブル導
体。
【請求項９】前記複数の層の間に電気絶縁材料が設け
られていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか
１項に記載の超電導ケーブル導体。