(57)【要約】【課題】交流損失の低減が可能であり、かつ信頼性の高い超電導線材、及びそれを用いた超電導ケーブルを提供する。【解決手段】超電導線材1は、基板2上に中間層3、超電導層4が順に形成され積層されており、保護層5が被覆された構造をしている。そして、基板2に以下の要件を満たすスリットSが形成されている。1)基板2の超電導層1が形成された面とは反対側の面に形成されている、2)基板2の厚みtの途中までの深さdを有する、3)超電導線材1の長手方向と直交する任意の断面において、少なくとも１つ存在する。【選択図】図１
2010192116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に超電導層が形成された超電導線材であって、
前記基板に以下の要件を満たすスリットが形成されていることを特徴とする超電導線材。
1)前記基板の前記超電導層が形成された面とは反対側の面に形成されている
2)前記基板の厚みの途中までの深さを有する
3)前記超電導線材の長手方向と直交する任意の断面において、少なくとも１つ存在する
【請求項２】
前記スリットが、前記超電導線材の長手方向と平行に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導線材。
【請求項３】
前記スリットが、前記超電導線材をスパイラル巻きしたときに、このスパイラルの軸方向と平行になるように、前記超電導線材の長手方向に対して所定の角度をなす方向に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導線材。
【請求項４】
フォーマの外周に超電導線材をスパイラル巻きした構造のケーブルコアを備える超電導ケーブルであって、
前記超電導線材は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の超電導線材であることを特徴とする超電導ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に超電導層が形成された超電導線材及びそれを用いた超電導ケーブルに関する。特に、交流損失の低減が可能であり、かつ信頼性の高い超電導線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導ケーブルは、大容量の電流を低損失で送電できることから、省エネルギー技術として期待されている。そして、超電導ケーブルの実用化に向けて、超電導線材の研究開発が行われている（例えば、特許文献１〜３を参照）。
【０００３】
超電導ケーブルは、超電導導体層を有するケーブルコアを二重管構造の断熱管内に収納し、この断熱管内に冷媒（例、液体窒素（LN2））を流通させることで、超電導導体層を冷却して超電導状態とする構造のものが代表的である。
【０００４】
図６は、超電導ケーブルの代表的な基本構造を示す図である。超電導ケーブル100は、３心のケーブルコア10を撚り合わせた状態で断熱管20内に一括に収納した構造である。断熱管20は、内管21と外管22とからなる二重管構造のコルゲート管であり、両管21、22の間に断熱材23が配置されている。また、断熱管20（外管22）の外周には防食層24が形成されている。
【０００５】
一方、ケーブルコア10は、中心から順にフォーマ12、超電導導体層11、絶縁層13、超電導シールド層14、常電導保護層15を配置した構造である。フォーマ12は、通常、断面円形状である。また、超電導線材1は、テープ状をしており、超電導導体層11は、フォーマの外周に複数の超電導線材1をスパイラル巻きで巻回することで形成している。なお、超電導導体層11は、単層としても、或いは図示するように多層としてもよい（図６参照）。
【０００６】
超電導線材として、Bi（ビスマス）系銀シース超電導線材やRE123系薄膜超電導線材が知られている（RE：希土類元素、例えばY（イットリウム）、Ho（ホルミウム）、Nd（ネオジウム）、Sm（サマリウム）、Gd（ガドリウム）など）。Bi系銀シース超電導線材は、銀又は銀合金のシース内に例えばBi2Sr2CaCu2Ox（Bi2212）或いはBi2Sr2Ca2Cu3O10+d（Bi2223）で表される超電導体の原料粉末を充填し、伸線・焼結・圧延加工することで製造されている。一方、RE123系薄膜超電導線材は、Ni基合金（例：ハステロイ（登録商標））などの基板上に例えばREBa2Cu3O7-d（RE123）で表される超電導体を蒸着して超電導層を形成することで製造されている。RE123系薄膜超電導線材は、超電導層の厚みが非常に薄いため、線材の長手・幅方向に平行な磁場成分（平行磁場）に対する交流損失が極めて小さい特徴がある。
【０００７】
ところで、RE123系薄膜超電導線材には、引張強度などの機械的強度を付与することを目的として、一般的に基板に剛性の高い材料が用いられている。そのため、RE123系薄膜超電導線材線材をフォーマにスパイラル巻きしたとき、線材が円周に沿って湾曲変形し難く、図７に例示するように、線材1が巻回されたフォーマ12を断面視した場合、線材1が描く外形（輪郭）が多角形になる。そうすると、線材の長手・幅方向に垂直な磁場成分（垂直磁場）に対する交流損失が発生し、結果として交流損失の増加を招く。
【０００８】
そこで、RE123系薄膜超電導線材を用いた超電導ケーブルにおいて、交流損失の低減を図るため、線材をスパイラル巻きしたときに線材が描く外形をできるだけ円形に近づけることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５‐１５１８３７号公報
【特許文献２】特開平７‐７３７５７号公報
【特許文献３】特開２００６‐２７９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
線材が描く外形を円形に近づける一手段として、線材をより細線化することが考えられる。しかし、線材の細線化は、線材の使用本数の増加に伴う巻回作業性の低下により、巻回作業に多大な時間を要する。また、線材の使用本数の増加により、隣り合う線材間のギャップの管理が難しくなる。
【００１１】
また、例えば特許文献１及び２には、線材の細線化と巻回作業性の向上との両立を図ろうとする技術が提案されている。これら文献に記載の技術は、超電導線材の長手方向に沿ってスリットを設けると共に、線材が完全に切り離されて分割されないように長手方向の一部にスリットを設けない残存部を設けるものである。また、このスリットは、カッター或いは打ち抜きによって形成し、線材の厚み方向の表裏に抜けるように切断するものである。
【００１２】
ところで、現状の技術レベルでは、長尺（全長100m超）のRE123系薄膜超電導線材を製造しようとすると、超電導層の一部に性能不良が生じることがある。また、超電導ケーブルの製造中或いは運転中に、超電導層の一部に性能劣化が生じることもある。図５(b)に示すように、このような劣化部位Fが超電導層4においてある程度の大きさ（例えば、超電導層4の幅と同程度の幅）で存在すると、スリットSが設けられた局所領域では、劣化部位Fのある超電導層4の電流がスリットSを越えて隣接する超電導層4に迂回することができない。そのため、劣化部位Fのある超電導層4に電流が流れない或いは流れ難くなり、細線化するほどその割合が増加することから、信頼性の点で問題がある。
【００１３】
また、線材に上記のスリットを形成すると、少量とはいえ超電導層が削り取られるため、その分線材自体のIcが低下する問題がある。さらに、超電導層までスリット加工が及ぶため、線材の超電導特性に悪影響を与えかねない。
【００１４】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、交流損失の低減が可能であり、かつ信頼性の高い超電導線材、及びそれを用いた超電導ケーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の超電導線材は、基板上に超電導層が形成された超電導線材であって、基板に以下の要件を満たすスリットが形成されていることを特徴とする。
1)基板の超電導層が形成された面とは反対側の面に形成されている
2)基板の厚みの途中までの深さを有する
3)超電導線材の長手方向と直交する任意の断面において、少なくとも１つ存在する
【００１６】
また、本発明の超電導ケーブルは、フォーマの外周に超電導線材をスパイラル巻きした構造のケーブルコアを備える超電導ケーブルであって、この超電導線材が本発明の超電導線材であることを特徴とする。
【００１７】
本発明の超電導線材によれば、基板の超電導層が形成された面（以下、超電導層形成面と呼ぶ）とは反対側の面から基板の厚みの途中までスリットを設けているため、超電導層は分断されることがない。このように超電導層においては幅方向の分断箇所をなくすことによって、図５(a)に示すように、超電導層4の一部に劣化部位Fが存在していても、その箇所を迂回するように電流が流れることになるため信頼性が高い。また、超電導層4までスリットSが及んでいないため、超電導層が削り取られることもない。
【００１８】
基板に形成されているスリットは、超電導線材の幅方向における湾曲性を向上させるためのものであり、線材の長手方向と直交する任意の断面において少なくとも１つ存在する。このように線材の幅方向の湾曲性を向上させることで、線材をスパイラル巻きしたときに線材が円周に沿って湾曲変形し易く、スパイラル巻きしたときに線材が描く外形（輪郭）を円形に近づけることができる。その結果、超電導ケーブルにおける交流損失の低減が可能である。
【００１９】
なお、スリットの深さは、基板の厚みの途中までであって、線材の幅方向における湾曲性が向上する程度であればよく、例えば基板の厚みの半分以上とすることが好ましい。一方、深さの上限については、超電導線材に必要な機械的強度を確保する観点から、例えばスリットの頂点から基板の超電導層形成面までの距離で表される基板の最小厚みが10μm〜40μmとなるように設定することが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００２０】
本発明の超電導線材において、スリットが、超電導線材の長手方向と平行に形成されていることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、スリットの形成が容易である。
【００２２】
本発明の超電導線材において、スリットが、超電導線材をスパイラル巻きしたときに、このスパイラルの軸方向と平行になるように、超電導線材の長手方向に対して所定の角度をなす方向に形成されていることが好ましい。
【００２３】
超電導線材を用いて超電導ケーブルを構成したとき、線材はスパイラル巻きされた状態で保持される。この構成によれば、線材をスパイラル巻きしたときに線材を円周に沿ってより湾曲変形させ易く、超電導ケーブルにおける交流損失を効果的に低減することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の超電導線材及び超電導ケーブルは、基板に所定の要件を満たすスリットが形成されていることで、交流損失の低減が可能であり、かつ信頼性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る超電導線材の構造の一例を示す概略断面図である。
【図２】スリットの形成方向の一例を説明する模式図である。(a)は、スリットを超電導線材の長手方向と平行に形成した例を示し、(b)は、この超電導線材をフォーマにスパイラル巻きした状態の外観図を示す。
【図３】スリットの形成方向の別の一例を説明する模式図である。(a)は、スリットを超電導線材の長手方向に対して所定の角度をなす方向に形成した例を示し、(b)は、この超電導線材をフォーマにスパイラル巻きした状態の外観図を示す。
【図４】本発明に係る超電導線材をスパイラル巻きしたときの線材の状態を説明する模式図である。(a)は、スリットの開口側がスパイラルの内側に位置する場合を、(b)は、スリットの開口側がスパイラルの外側に位置する場合を、それぞれ示す。
【図５】超電導線材における電流の流れを説明する模式図である。(a)は、本発明に係る超電導線材において超電導層に劣化部位が存在する場合を、(b)は、従来の超電導線材において超電導層に劣化部位が存在する場合を、それぞれ説明する。
【図６】超電導ケーブルの代表的な基本構造を示す概略斜視図である。
【図７】従来の超電導線材をフォーマに巻回した状態を説明する概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図を用いて説明する。また、図中において同一部材には同一符号を付している。
【００２７】
［超電導線材の構造］
図１は、本発明に係る超電導線材を線材の長手方向に直交する方向（幅方向）に切断した断面を示している。図１に示すように、超電導線材1は、基板2上に中間層3、超電導層4が順に形成され積層されており、保護層5が被覆された構造をしている。超電導線材1は、Y（イットリウム）系薄膜超電導線材であり、ここでは幅が10mmである。ここで、超電導線材1の最も特徴とするところは、基板2にスリットSが形成されているところにある。
【００２８】
基板2は、ステンレスやハステロイ（登録商標）で構成されており、適度な機械的強度を有する。基板2の厚みtは、例えば50μm〜200μmであり、ここではt＝100μmとする。
【００２９】
スリットSは、超電導線材1の幅方向における湾曲性を向上させるためのものであり、超電導線材1の幅やスパイラル巻きしたときの曲げ径（フォーマ径）などに応じて、数（間隔c）や形状（深さd、断面形状、開口部の幅wなど）を適宜決定することができる。ここでは、スリットSが基板2の幅方向に複数等間隔に設けられており、スリットSの間隔cを2mmとする。また、スリットSの深さdは、基板2の厚みtの半分以上とすることが好ましく、例えば60μm〜90μmであり、ここではd＝70μmとする。スリットSの断面形状は、適宜な形状を選択することができ、例えばＶ字状、Ｕ字状、矩形状、台形状であり、ここではＶ字状とする。スリットSの開口部の幅wは、超電導線材1をスパイラル巻きしたときのスリットSの開口側がスパイラルの内側に位置するか或いは外側に位置するかによっても適宜決定すればよく、例えば0.01mm〜0.4mmであり、ここではw＝0.2mmとする。
【００３０】
スリットの形成には、機械切削加工の他、例えばレーザ加工、放電加工、ウォータジェット加工を利用することができる。
【００３１】
中間層3は、例えばCeO2（酸化セリウム）、YSZ（イットリア安定化ジルコニア）、安定化ジルコニア、BaZrO3（バリウムジルコネート）、SrTiO3、LaAlO3（アルミン酸ランタン）、Gd2Zr2O7、SmGdO3、RE2O3（RE：Y、ランタノイド）及びAl2O3の群から選択される１種以上で構成されており、単層又は多層に形成してもよい。中間層3の形成には、例えばスパッタリング法などの物理蒸着法を利用することができる。ここでは中間層3の厚みが100nmである。
【００３２】
超電導層4は、YBa2Cu3O7（YBCO）で表される超電導体を蒸着することで形成されている。超電導層4の形成には、例えばPLD法（パルスレーザ堆積法）などの物理蒸着法を利用することができる。ここでは超電導層4の厚みが1μmである。また、超電導層4の上に、Agをスパッタ又は蒸着することで安定化層を形成してもよい。また、超電導層4はスリットSにより分断されていないため、細線化した線材と比較して、信頼性を高めることができる。
【００３３】
保護層5は、Cuをメッキすることで形成されており、ここでは厚みが20μmである。
【００３４】
なお、スリットSは、超電導線材1を作製する際に予め基板2に形成しておく他、基板2上に中間層3、超電導層4を順に形成し、保護層5を被覆した後に基板2に形成することで設けてもよい。また、図１では、スリットSの壁面に保護層5が形成されている例を示したが、必ずしもスリットSの壁面に保護層5が形成されている必要はない。保護層5を被覆した後に基板2にスリットSを形成した場合は、スリットSの壁面に保護層5が形成されないことがある。
【００３５】
［スリットの形成方向］
スリットSの形成方向の例を図２、３を用いて説明する。図２(a)は、スリットSが長手方向と平行に形成された超電導線材1pを示している。また、図２(b)は、この超電導線材1pをフォーマ12にスパイラル巻きしたときの状態を示している。ここでは、線材間に適度なギャップgが形成されるようにスパイラル巻きして、スパイラル傾斜角度θは例えば3°〜50°とする。スパイラル傾斜角度とは、スパイラル（フォーマ12）の軸方向と線材とがなす角度のことである。なお、スパイラル傾斜角度θは、例えばフォーマの径や巻きピッチに応じて適宜決定されるが、具体例としては、直径16mmのフォーマに1000mmの巻きピッチで巻回するときは3°、直径40mmのフォーマに100mmの巻きピッチで巻回するときは50°とすることが挙げられる。
【００３６】
一方、図３(a)は、スリットSが長手方向に対して所定の角度をなす方向に形成された超電導線材1dを示している。また、図３(b)は、この超電導線材1dをフォーマ12にスパイラル巻きしたときの状態を示している。なお、線材間のギャップg、及びスパイラル傾斜角度θは、図２を用いて説明した超電導線材1pの場合と同じである。ところで、超電導線材1dでは、線材の長手方向とスリットSとがなす角度aを、スパイラル巻きしたときにスリットSがスパイラルの軸方向、即ちフォーマ12の軸方向と平行になるように設定している。具体的には、角度aをスパイラル傾斜角度θと一致させている。
【００３７】
［超電導線材をスパイラル巻きしたときの線材の状態］
超電導線材1をスパイラル巻きしたときの線材の状態を図４を用いて説明する。図４(a)では、超電導線材1のスリットSの開口側をスパイラルの内側に位置させた場合の、線材を幅方向に切断した断面の状態を示している。また、図４(b)では、超電導線材1のスリットSの開口側をスパイラルの外側に位置させた場合の、線材を幅方向に切断した断面の状態を示している。いずれの場合であっても、スリットSが形成されていることで、超電導線材1の幅方向の湾曲性が向上し、線材が円周に沿って湾曲変形している。したがって、超電導線材1をスパイラル巻きしたときに線材が描く外形（輪郭）を円形に近づけることができるので、超電導ケーブルにおける交流損失の低減を図ることができる。
【００３８】
ここで、超電導線材1をフォーマにスパイラル巻きしたとき、スリットSの開口側を内側に位置させると、基板が超電導層に対してフォーマ側に位置することになる。即ち、超電導層側がケーブルコアの径方向外周側に位置することになり、この場合、超電導ケーブルの端末処理が容易である。一方、スリットSの開口側を外側に位置させると、超電導層側がケーブルコアの径方向内周側に位置することになり、超電導層に圧縮応力が作用する点で好ましい。
【００３９】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、スリットの数や形状を適宜変更してもよい。また、超電導層をHoBa2Cu3O7（HoBCO）などの超電導体で構成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の超電導線材及び超電導ケーブルは、超電導の分野に好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
1,1p,1d  超電導線材（RE123系薄膜超電導線材）
2  基板    3  中間層    4  超電導層    5  保護層
10  ケーブルコア
11  超電導導体層    12  フォーマ    13  絶縁層
14  超電導シールド層    15  常電導保護層
20  断熱管
21  内管    22  外管    23  断熱材    24  防食層
100  超電導ケーブル
S  スリット    g  ギャップ    F  劣化部位
【図１】
2010192116.tif 000003
【図２】
2010192116.tif 000004
【図３】
2010192116.tif 000005
【図４】
2010192116.tif 000006
【図５】
2010192116.tif 000007
【図６】
2010192116.tif 000008
【図７】
2010192116.tif 000009