(57)【要約】【課題】基板上に中間層を介して超電導層を備える超電導線材を、芯材の周囲に、 超電導層を内周側及び 基板を外周側となるように巻き付けた超電導ケーブルと電極とを接触抵抗を低減した状態で容易に好適に接続すること。【解決手段】超電導ケーブル１１０は、基板上に中間層を介して超電導層を備える超電導線材１１３、１１５を複数有し、これら複数の超電導線材１１３、１１５を、芯材１１１の周囲に同心円状に、 超電導層を内周側及び 基板を外周側となるように巻き付けて多層配置されている。筒状電極１２０内に超電導ケーブル１１０は配置され、筒状電極１２０の内面は、複数の超電導線材１１３、１１５のうち、筒状電極１２０内で最外層に位置する超電導線材１１３、１１５における基板側の面に半田で接続されている。【選択図】図１
2015162367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に中間層を介して超電導層を備える超電導線材を複数有し、これら複数の超電導線材を、芯材の周囲に同心円状に、前記超電導層を内周側及び前記基板を外周側となるように巻き付けて多層配置されている超電導ケーブルと、
前記超電導線材が終端接続される筒状の電極と、
を備える超電導ケーブル端末構造体であって、
前記電極内に前記超電導ケーブルは配置され、
前記電極の内面は、前記複数の超電導線材のうち前記電極内で最外層に位置する前記超電導線材の外周側の面に接続されている、
超電導ケーブルの端末構造体。
【請求項２】
前記電極は、前記超電導ケーブルの延在方向に沿って分割された複数の分割体により筒状に構成されている、
請求項１記載の超電導ケーブルの端末構造体。
【請求項３】
前記電極の外周には、縮径可能な筒状の縮径部材が外装されている、
請求項１または２記載の超電導ケーブルの端末構造体。
【請求項４】
互いに接続される前記電極の内面及び前記電極内で最外層に位置する前記超電導線材の外周側の面のうち、少なくとも一方の面には半田メッキ処理が施されている、
請求項１から３のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの端末構造体。
【請求項５】
基板上に超電導層を備える超電導線材を複数有し、これら複数の超電導線材を、芯材の周囲に同心円状に、前記超電導層を内周側及び前記基板を外周側となるように巻き付けて多層配置されている超電導ケーブルと、前記超電導線材が終端接続される筒状の電極とを備える超電導ケーブル端末構造体の製造方法であって、
前記電極は、前記超電導ケーブルの延在方向に沿って分割された複数の分割体により筒状に構成され、
前記超電導ケーブルを筒状の前記分割体内に配置し、且つ、前記分割体の内周面と前記複数の超電導線材のうち前記電極内で最外層に位置する前記超電導線材の外周側の面との間に半田を配置する工程と、
前記電極の外周に、縮径可能な筒状の縮径部材を外装して縮径することで、前記電極の内面を前記超電導ケーブルの外面に押し付ける工程と、
前記縮径部材の外方から前記半田を加熱する加熱工程と、
を有する、
超電導ケーブルの端末構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導ケーブルの端末構造体に関し、特に、超電導層を有する超電導線材の超電導層をケーブルの内側に向けて螺旋状に巻回されてなる超電導ケーブルの端末構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
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が多い。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）には、超電導テープを押えるとともに、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。また、超電導テープとしては、ＲＥＢａｙＣｕ３Ｏｚ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。ＲＥＢａｙＣｕ３ＯｚＢａｙＣｕ３Ｏｚ系超電導体としては、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７で表されるイットリウム系超電導線材が代表的である。
イットリウム系超電導線材は、テープ状の基板上に中間層を介して超電導層が形成されており、これを備える超電導ケーブルでは、基板が外周側、超電導層が内周側となるように超電導テープを芯材に巻回することで各層が構成されている。
【０００３】
このような多層構造の超電導ケーブルを、超電導応用機器に応用する場合、例えば、特許文献１に示すように、超電導ケーブルの超電導テープと、外部電源或いは外部回路に接続される金属端子（電極）とを電気的に接続した端末構造体が用いられる。なお、この超電導ケーブルの端末構造体は、超電導ケーブルの終端部の構成と言うこともできる。
【０００４】
特許文献１の端末構造体では、超電導ケーブルの超電導テープは、超電導ケーブルの芯材が挿入された筒状の金属端子（電極）である常電導接続部材の外面に接続されている。具体的には、この常電導接続部材の外面には、軸心に沿って超電導テープ側から離れるに従って外径が大きくなる段差が設けられている。これら段差は、超電導テープの層に対応しており、段差がつけられた段部の上面（「接続面」とも称する）毎に、各層の超電導テープが超電導層側で接続されている。この常電導接続部材を介して、極低温部に配された超電導ケーブルは常温部に引き出されている。
【０００５】
このように超電導テープが常電導接続部材の外面（接続面）に接続された構成において、接続面の外径が、接続対象である超電導テープの層の外径よりも大きい場合、超電導テープの層では、接続部分の外径が、芯材に巻回された本来の状態の外径よりも大きくなる。
【０００６】
すなわち、超電導テープの各層における接続部分（接続面に接続する部分）では、超電導テープの周方向の間隔は、芯材に巻回された本来の状態における間隔よりも拡がることになる。このように、超電導テープの各層において超電導テープ同士の周方向での間隔に変化がある場合、超電導ケーブル及び常電導接続部材に液体窒素温度で通電（交流電流で通電）すると、超電導テープに発生する交流損失が大きくなる。この大きな交流損失の発生に伴い、熱損失が大きくなり、これを冷却する冷凍機の負荷が増大することが考えられる。よって、超電導テープを電極の外面の接続面に接続する構成では、外面における接続面の外径を、対応する超電導テープの層の外径と正確に合わせる必要があり、接続面を有する常電導接続部材の製作に手間がかかる。また、端末構造体の組み立て作業時においても、各層の超電導テープと、対応する常電導接続部材の接続面との接続を、各層で正確に注意して行う必要があり手間がかかるものとなる。また、これら接続を一本ずつ手作業で行う場合、互いの接続部分の接続抵抗値にばらつき生じやすくなるという問題がある。
【０００７】
一方、特許文献２及び特許文献３では、特許文献１と異なり、超電導ケーブルの超電導テープを超電導ケーブルの芯材が挿入される筒状の電極の内面に接続する構成が開示されている。
【０００８】
特許文献２では、筒状の電極としての常電導接続部材では一端側に、端末容器部内のブッシングの端部を接続する導体が挿入されており、他端側（超電導ケーブル側）の内周には、超電導テープが接続される段階状の接続面が形成されている。接続面は、常電導接続部材の他端（超電導ケーブル側）から一端（常電導導体部側）に向かって段階的に内径が減少するように構成され、かつ、超電導ケーブルにおける超電導テープによる各層の段階状態に対応するように形成されている。これら接続面に、超電導テープの超電導層側で接続した接続用超電導シートを半田で取り付けることで超電導テープとブッシングの端部とを電気的に接続している。
【０００９】
また、特許文献３には、(Ｂｉ，Ｐｂ)２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏ１０−Ｘ（０≦Ｘ＜１）等のビスマス系２２２３超電導層を有する超電導テープの各層を、これら各層の外径に対応した内径の筒状の金属端子内にそれぞれ挿入して、金属端子と超電導テープとを接続した構成が開示されている。このような構成により特許文献２及び特許文献３は、特許文献１の問題点を解消している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−２６３６９９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８７３４９号公報
【特許文献３】特開平１０−１２６９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
近年では、基板上に中間層を介して超電導層を備えるイットリウム系超電導線材と、電極とを接触抵抗を極力低減して接続したいという要望がある。
しかしながら、特許文献２の超電導ケーブルの端末構造体では、超電導ケーブルの超電導テープと常電導接続部材（電極）との接続は、超電導層を有する超電導シートを介在させている。このため、超電導テープと常電導接続部材（電極）とを直接接続する構成よりも、接続箇所が増えることになり、結果として接続抵抗が高くなるという課題が生ずる。る。また、特許文献３の超電導ケーブル導体の端末構造では、端子の内面に超電導線材が接続されている。しかし、かかる超電導線材は、ビスマス系２２２３（ビスマス系酸化物超電導導体）を備える超電導線材を想定しており、イットリウム系超電導線材を備える超電導ケーブルの端末構造とは、その課題が明らかに相違する。つまり、イットリウム系超電導線材を備える超電導ケーブルでは、超電導テープを、基板側が外周側、超電導層側が内周側となるように芯材に巻回する必要がある。これにより、イットリウム系超電導線材を備える超電導ケーブルの端末構造体では、超電導テープの基板側を電極と接続するのか、超電導層側を電極と接続するのかにより、交流損失や接続抵抗が大きく変化するという課題が生ずる。
一方で、ビスマス系酸化物超電導導体を備える超電導線材の断面は、中心を挟み基板側、超電導層側で非対称ではなく、対称的なテープ状線材であることから、テープ状線材の裏側に接続しようとも、表側に接続しようとも、そもそも交流損失や接続抵抗が大きく変化するという課題は発生しない。
【００１２】
本発明の目的は、基板上に中間層を介して超電導層を備える超電導線材を、芯材の周囲に、前記超電導層を内周側及び前記基板を外周側となるように巻き付けた超電導ケーブルと電極とを接触抵抗を低減した状態で容易に好適に接続できる超電導ケーブルの端末構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の超電導ケーブルの端末構造体の一つの態様は、基板上に中間層を介して超電導層を備える超電導線材を複数有し、これら複数の超電導線材を、芯材の周囲に同心円状に、前記超電導層を内周側及び前記基板を外周側となるように巻き付けて多層配置されている超電導ケーブルと、前記超電導線材が終端接続される筒状の電極と、を備える超電導ケーブル端末構造体であって、前記電極内に前記超電導ケーブルは配置され、前記電極の内面は、前記複数の超電導線材のうち前記電極内で最外層に位置する前記超電導線材の外周側の面に接続されている、構成を採る。
【００１４】
本発明の超電導ケーブルの端末構造体の製造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を複数有し、これら複数の超電導線材を、芯材の周囲に同心円状に、前記超電導層を内周側及び前記基板を外周側となるように巻き付けて多層配置されている超電導ケーブルと、前記超電導線材が終端接続される筒状の電極とを備える超電導ケーブル端末構造体の製造方法であって、前記電極は、前記超電導ケーブルの延在方向に沿って分割された複数の分割体により筒状に構成され、前記超電導ケーブルを筒状の前記分割体内に配置し、且つ、前記分割体の内周面と前記複数の超電導線材のうち前記電極内で最外層に位置する前記超電導線材の外周側の面との間に半田を配置する工程と、前記電極の外周に、縮径可能な筒状の縮径部材を外装して縮径することで、前記電極の内面を前記超電導ケーブルの外面に押し付ける工程と、前記縮径部材の外方から前記半田を加熱する加熱工程と、を有する、ようにした。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、基板上に超電導層を備える超電導線材を、芯材の周囲に、前記超電導層を内周側及び前記基板を外周側となるように巻き付けた超電導ケーブルと電極とを接触抵抗を低減した状態で容易に好適に接続できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態に係る超電導ケーブルの端末構造体の概略構成を示す側面図
【図２】同端末構造体の筒状電極を超電導ケーブルの端末側から見た要部構成図
【図３】図１に示す超電導ケーブルの端末構造体の概略構成を示す断面図
【図４】超電導テープの巻回状態を示す図
【図５】超電導テープの要部構成を模式的に示す断面図
【図６】図３のＡ−Ａ断面を示す断面図
【図７】図１の縮径部材を示す斜視図
【図８】実施の形態に係る超電導ケーブルの端末構造体における筒状電極の変形例を示す斜視図
【図９】本実施の形態の超電導ケーブルの端末構造体の製造方法の説明に供する図
【図１０】本実施の形態の超電導ケーブルの端末構造体の製造方法の説明に供する図
【図１１】本実施の形態の超電導ケーブルの端末構造体の製造方法の説明に供する図
【図１２】本実施の形態の超電導ケーブルの端末構造体の製造方法の説明に供する図
【図１３】本実施の形態の超電導ケーブルの端末構造体の製造方法の説明に供する図
【図１４】本実施の形態の超電導ケーブルの端末構造体の製造方法の説明に供する図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
図１は、本発明の実施の形態の超電導ケーブルの端末構造体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３層以上の超電導テープを有する場合でも、本発明を適用可能である。図２は、端末構造体１００の筒状電極１２０を後方側（つまり図１の右側であり、筒状電極の後方）から見た要部構成図である。
【００１９】
図１及び図２に示すように、端末構造体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及び筒状の縮径部材１４０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。
【００２０】
図３は、図１に示す超電導ケーブルの端末構造体の概略構成を示す断面図である。
【００２１】
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、押さえテープ１１６を有する。
【００２２】
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。
【００２３】
押えテープ１１２の外周には、第１の超電導テープ層を構成する第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の超電導テープ層を構成する第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、押さえテープ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。
【００２４】
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）。
【００２５】
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、基板と基板に沿って形成されたＲＥＢａｙＣｕ３Ｏｚ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を備える。
【００２６】
図５は超電導テープの要部構成を模式的に示す断面図である。なお、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。
【００２７】
超電導テープ（ＹＢＣＯ超電導線材）１１３（１１５）は、テープ状であり、テープ状の金属製の基板１１３１上に、中間層１１３２、テープ状の超電導層１１３３、安定化層１１３４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１１３１、中間層１１３２、超電導層１１３３及び安定化層１１３４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。
【００２８】
基板１１３１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１１３２は、例えば基板１１３１からの元素の拡散が超電導層１１３３に及ぶのを防止するための拡散防止層、超電導層１１３３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。ここでは、中間層１１３２は、基板１１３１上に第１中間層としてのＡｌ２Ｏ３層を有し、Ａｌ２Ｏ３層上に第２中間層としてのＹ２Ｏ３層を有し、Ｙ２Ｏ３層上に第３中間層としてのＭｇＯ層を有する。また、中間層１１３２は、ＭｇＯ層上に第４中間層としてのＬａＭｎＯ３層を有し、ＬａＭｎＯ３層上に第５中間層としてのＣｅＯ２層を有する。第１中間層としてのＡｌ２Ｏ３層は、基板１１３１上にスパッタリング法で成膜される。なお、第１中間層は、Ａｌ２Ｏ３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、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。第２中間層としてのＭｇＯ層は、Ａｌ２Ｏ３層上にＩＢＡＤ法により成膜される。第３中間層としてのＬａＭｎＯ３層は、ＭｇＯ層上にスパッタリング法により成膜される。第４中間層であるＣｅＯ２層は、超電導層１１３３の直下に配置される層であり、ＬａＭｎＯ３層上にスパッタリング法で成膜される。ＣｅＯ２層は、超電導層（ＹＢＣＯ層）１１３３との整合性がよく、且つ、超電導層１１３３との反応性が小さいため最も優れた中間層の一つとして知られている。ＣｅＯ２層は、スパッタリング法に代えてＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition：パルスレーザ蒸着法）法で、成膜されてもよい。なお、ＭｇＯ層より上方の層は、超電導層１１３３との反応を防止する反応防止層としても機能する。なお、中間層１１３２は、１層〜３層或いは５層以上で形成されてもよい。
【００２９】
超電導層１１３３は、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７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。
【００３０】
超電導テープ１１３、１１５の超電導層１１３３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（ＢａＺｒＯ３）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１１３、１１５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。
【００３１】
安定化層１１３４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１１３３上に成膜される。なお、安定化層１１３４は、超電導層１１３３の直上に形成することによって、超電導層１１３３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を防止する。これに加えて、安定化層１１３４は、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・性能低下を防止する。
【００３２】
このように複数の超電導テープ１１３、１１５は、基板１１３１上に超電導層１１３３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１１３ａを内周側に向け、且つ、基板側の面１１３ｂを外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、押さえテープで構成される層状の絶縁部分間に、超電導層１１３３を内周側及び基板１１３１を外周側となるように巻き付けて多層配置されている。
【００３３】
なお、超電導ケーブル１１０は、実際には、押さえテープ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。
【００３４】
超電導ケーブル１１０は、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）内を通るように、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）内に配置されている。
【００３５】
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中空構造となっている。
【００３６】
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の内面に半田を介して直接接続される。
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の内面に半田を介して直接接続される。
【００３７】
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、超電導ケーブル１１０の終端側から順次貫通し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、超電導テープ１１５、１１３が接続される。
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、半田のみを介して接合（所謂、直付け）されている。
【００３８】
具体的には、図３に示すように、筒状電極１２０−１は、その内面で、筒状電極１２０−１内で最外層に位置する第２の超電導テープ１１５と、半田１７０（半田メッキである予備半田部１７１、１７２）を介して通電可能に半田のみを介して接合（所謂、直付け）されている。
【００３９】
また、筒状電極１２０−２は、その内面で、筒状電極１２０−２内で最外層に位置する第１の超電導テープ１１３と、半田１７０（予備半田部１７１、１７２）を介して通電可能に半田のみを介して接合（所謂、直付け）されている。
【００４０】
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分割体１２１、１２２により筒状に構成されている。
【００４１】
すなわち、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）は、分割体１２１、１２２を、超電導ケーブル１１０の外周の所定位置上で組み合わせることで、当該所定位置を囲むように筒状に配置される。
【００４２】
図６は図３のＡ−Ａ断面を示す断面図である。なお、図６では、図を簡単化するために、筒状電極１２０−１に接続されるリードケーブル１３０−１（図１参照）は省略して示してある。
図１〜３及び図６に示すように、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）は、水平方向に沿って２つの分割体（半割体）１２１、１２２として２分割可能な構成である。
【００４３】
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の外径よりも小さいものとなっている。
【００４４】
筒状電極１２０−１の内面において、超電導ケーブル１１０の最外層を構成する超電導テープ１１５の端部と対向する部分、つまり、接続部分には、予備半田処理により予備半田部１７２が設けられている。また、超電導テープ１１５側において、筒状電極１２０−１の内面と接続する端部に、予備半田処理により予備半田部１７１が設けられている。これら筒状電極１２０−１の内面と超電導テープ１１５の端部は、双方の間の予備半田部１７１、１７２が溶融されることで、半田接続されている。ここでは、筒状電極１２０−１の内面と超電導テープ１１５の端部との互いの接続部分の双方に予備半田処理により予備半田部１７１、１７２が設けられている構成としたが、これに限らず少なくとも一方に設けられていればよい。
【００４５】
筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）の外周には、縮径可能な筒状の縮径部材１４０が配置されている。筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）は、縮径部材１４０が縮径することで、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）の内面、つまり、分割体１２１、１２２の内面は、超電導ケーブル１１０の外面に密着するように押圧されている。
【００４６】
縮径部材１４０は、熱伝導性を有する筒状体であり、拡縮可能に構成されている。縮径部材１４０は、超電導テープ１１３の外周側で、超電導テープ１１３と筒状電極１２０とによる接続部分の外周に配置されている。
【００４７】
ここでは、縮径部材１４０（１４０−１、１４０−２）は、半田１７０を介して接続された超電導テープ１１３の端部を覆う筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）を外周側から覆うように、筒状電極１２０に対して螺旋状に巻き付けられている。
【００４８】
図７は、図１の縮径部材１４０を示す斜視図である。
【００４９】
ここでは、縮径部材１４０は、図７に示すように、テープ状の熱伝導性を有するバネ材をロール状に巻回し、且つ、ロールの軸方向にスパイラル状で延在させた形状を有する。縮径部材１４０はロールスプリングと称することもある。
【００５０】
この縮径部材１４０の内径は、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）の外径よりも小さい。縮径部材１４０は、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）に、拡径（半径方向で外方に向く矢印方向）して被せている。これにより、縮径部材１４０は、縮径（半径方向で中心側に向く矢印方向）して、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）を外周側から全面に亘って、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）の中心側、つまり、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）内の超電導ケーブル１１０の外面側に押し付けている。
【００５１】
なお、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）は、本実施の形態では、超電導ケーブル１１０の延在方向に沿って２分割された構成としたが、これに限らず、２分割以上の分割体により構成してもよい。
【００５２】
図８は、実施の形態に係る超電導ケーブルの端末構造体における筒状電極の変形例を示す斜視図である。図８に示す筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）の変形例である筒状電極１２０Ａは、超電導ケーブル１１０の延在方向（軸心Ｃ方向に相当）に沿って３分割された分割体１２３〜１２５によって筒状に構成されている。筒状電極１２０Ａは、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）と同様の作用効果を奏する。
【００５３】
また、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）は、縮径部材１４０の縮径によって、筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）内に配置される超電導ケーブル１１０に固定された状態となっている。すなわち、超電導ケーブル１１０自体に、穿孔加工等の加工を施すこと無く、超電導ケーブル１１０を筒状電極１２０−１に固定させることができる。
【００５４】
次に、図９〜図１４を参照して、本実施の形態の超電導ケーブルの端末構造体１００の製造方法を説明する。図９〜図１４は、本実施の形態の超電導ケーブルの端末構造体の製造方法の説明に供する図である。ここでは、超電導ケーブルの端末構造体１００の製造方法として、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。
【００５５】
図９に示すように、超電導ケーブル１１０において、所定箇所の押さえテープ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。また、端末において押さえテープ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。
【００５６】
そして、図１０に示すように、筒状電極１２０−１及び第２の超電導テープ１１５の互いに接続される部分の少なくとも一方に、予備半田処理（半田メッキ）を施す。ここでは、筒状電極１２０−１の内面の一部と、この内面に対応する第２の超電導テープ１１５の外面の双方に、半田メッキ処理を施したので、予備半田部１７２、１７２が設けられている。なお、筒状電極１２０−１の内面に設けられる予備半田部１７２の長手方向の長さと超電導テープ１１５の端部に設けられる予備半田部１７１の長手方向の長さは、互いに接続される部分の長手方向の長さとなる。
【００５７】
このとき、超電導テープ１１５の端部は、それぞれ重ならないように位置した状態となっている。
【００５８】
次いで、図１１に示すように、超電導テープ１１５の外周側から、分割体１２１、１２２（筒状電極１２０−１）を超電導テープ１１５の所定位置を覆う位置に配置して、筒状にする。このとき、分割体１２１、１２２を筒状電極１２０−１となるように筒状にし、その筒状体内に超電導ケーブル１１０を挿入することで配置してもよい。
【００５９】
そして、図１２に示すように、筒状電極１２０−１（分割体１２１、１２２）に、縮径部材１４０を、外周側から囲むように外装する。言い換えれば、縮径部材１４０は、分割体１２１、１２２の外周側から、超電導テープ１１５の端部と筒状電極１２０−１との接続部分を、外周側から覆うように配置される。このとき、縮径部材１４０（１４０−１）は、縮径方向への付勢力に抗して拡径させつつ、設置される。
【００６０】
そして、縮径部材１４０を、筒状電極１２０−１上、つまり、超電導テープ１１５と筒状電極１２０−１との接続部分上（接続部分の外周側）で縮径させる。このとき、図１３に示すように、縮径部材１４０は、縮径することで、筒状電極１２０−１（分割体１２１、１２２）を、その全周に亘って、軸心（超電導ケーブル１１０の軸心に相当）側、言い換えれば、超電導テープ１１５側に押し付ける。
【００６１】
これにより、筒状電極１２０−１は、予備半田部１７１、１７２を介して、超電導テープ１１５の外面に押し付けられて密着した状態となり、超電導ケーブル１１０自体に固定される。この構成は、超電導ケーブル１１０が筒状電極１２０−１に支持された状態といえる。
【００６２】
このように縮径部材１４０が縮径することで、縮径部材１４０の内周側に位置する筒状電極１２０−１の内面は、内部に配置される超電導ケーブル１１０の外面を構成する第２の超電導テープ１１５に予備半田部１７１、１７２を介して押し付けられる。特に、縮径部材１４０は、テープ状のバネ材により構成され、筒状電極１２０−１の全周に亘って配置されているため、筒状電極１２０−１内の内面は超電導テープ１１５の外面全面に対して押圧されることで固定される。
【００６３】
次いで、図１４に示すように、超電導テープ１１５と筒状電極１２０−１との接続部分を、縮径部材１４０の外方からヒータ等の熱源１８０により加熱して（加熱工程）、予備半田部１７１、１７２を溶融する。これにより、超電導テープ１１５に押し付けられる筒状電極１２０−１は、超電導テープ１１５と半田１７０（予備半田部１７１、１７２）を介して電気的に接続する。予備半田部１７１、１７２が溶融している間も常に、縮径部材１４０は、筒状電極１２０−１を、外周側から、全面に亘って超電導テープ１１５側に押し付ける。これにより、互いの接続部分を構成する予備半田部１７１、１７２による層は、複数の超電導テープ１１５と筒状電極１２０−１の内面との間で、均一に薄くできる。
【００６４】
このように本実施の形態の超電導ケーブルの端末構造体１００では、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。
【００６５】
例えば、筒状電極の外面に、筒状電極内部を貫通する超電導ケーブルの超電導線材を手作業で接続する従来の構成と異なり、超電導ケーブル１１０の超電導テープ１１３、１１５を１本ずつ筒状電極１２０に半田付けを行う必要がなく、互いの接続部分の接続抵抗値が作業によって大きくばらつくことがない。
【００６６】
また、本実施の形態によれば、筒状電極１２０の内面と、筒状電極１２０内を通る超電導テープ１１３、１１５とを接続する構成であっても、従来の超電導ケーブルの端末構造体（特許文献２）と異なり、接続用超電導シートを介すことなく、直接接続している。つまり、筒状電極１２０の内面と、筒状電極１２０内を通る超電導テープ１１３、１１５とは、半田のみで接続（直付け）している。よって、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。また、筒状電極１２０と超電導テープ１１３、１１５との接続は、超電導テープを手作業で一本ずつ接続することなく行うことができるため、接続箇所における接続抵抗のばらつきが生じ難く双方を容易に接続できる。
【００６７】
このように、超電導ケーブルの端末構造体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。
【００６８】
なお、本実施の形態の端末構造体１００では、縮径部材１４０を、図７に示すように、テープ状の熱伝導性を有するバネ材をロール状に巻回し、且つ、ロールの軸方向にスパイラル状で延在させた形状としたが、縮径する構成であれば、これに限らない。縮径部材１４０は、テープ状の熱伝導性を有するバネ材をロール状で、複層となるように巻回して構成してもよい。
【００６９】
また、本実施の形態では、縮径部材１４０は、テープ状の熱伝導性を有するバネ材をスパイラル状、つまり、ロール状に巻回したものとしたが、これに限らず、棒状材等の線状材をスパイラル状に形成したコイルとしてもよい。
【００７０】
また、超電導テープの層数が２層以上の場合、層数と同じ数の筒状電極１２０内に、超電導ケーブル１１０を配置し、各筒状電極は、その内面で、超電導ケーブルの端末側に向かって内側に位置する層を構成する超電導テープを順に接続する構成となる。
【実施例】
【００７１】
＜実施例１＞
図５に示すＲＥＢａｙＣｕ３Ｏｚ系超電導線材を、厚さ０．１２［ｍｍ］×幅５［ｍｍ］で形成し、これを１０本芯材に巻き付けて超電導テープの各層を構成した超電導ケーブルと、筒状電極と、縮径部材とを用いて上記構成の端末構造体１００を製造した。筒状電極１２０−１の内面は、超電導テープ１１５に、外周側の面（基板側の面）で、半田１７０を介して接続した。また、筒状電極１２０と超電導テープ１１５との接続に際し、双方の接続面に、予備半田部１７１、１７２を設け、これらを図９〜図１４に示すように製造した。
【００７２】
＜比較例１＞
実施例１の超電導ケーブルの端末構造体において、分割体からなる筒状電極を、同形状の一つの筒状体である筒状電極に変更し、この筒状電極に超電導ケーブルを挿入し、超電導ケーブルの外層側にある超電導テープを、筒状電極の内面ではなく外面に接続した。このとき、超電導テープは、筒状電極の外面に、内周側の面（超電導層側の面）で半田を介して接続した。
＜比較例２＞
実施例１の超電導ケーブルの端末構造体において、筒状電極の内周面と、筒状電極内の超電導ケーブルの内周側の面とを、特許文献２の接続用シートと同様のシートを介して接続した。筒状電極の内周面とシート及び筒状電極内の超電導ケーブルの内周側の面とシートとは半田で接続した。
【００７３】
そして、実施例１、比較例１、比較例２の端末構造体を液体窒素中（＠７７Ｋ）に浸漬した状態で、内部導体交流損失［Ｗ／ｍ］を測定した。これらを表１に示す。また、各超電導線材と筒状電極との接続抵抗を、直流４端子法で測定したところ、実施例１における電極或いは超電導テープを含む接続箇所の接続抵抗の平均値［μΩ／本］が０．２５μΩであり、比較例１もほぼ同様の値を示した。しかしながら、比較例２では、実施例１の接続抵抗の値をはるかに超える値を示した。
【００７４】
【表１】
2015162367.tif 000003
【００７５】
表１から、超電導線材を、芯材の周囲に同心円状に、超電導層を内周側及び基板を外周側となるように巻き付けて多層配置された超電導ケーブルを、筒状電極の内周面に接続した構成は、外周面に接続した構成よりも交流損失を低下できることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明に係る超電導ケーブルの端末構造体は、基板上に超電導層を備える超電導線材を、芯材の周囲に、前記超電導層を内周側及び前記基板を外周側となるように巻き付けた超電導ケーブルと電極とを接触抵抗を低減した状態で容易に好適に接続できる効果を有し、多層の超電導ケーブルの端末構造体として有用である。
【符号の説明】
【００７７】
１００  端末構造体
１１０  超電導ケーブル
１１１  芯材
１１２、１１４、１１６  押さえテープ
１１３、１１５  超電導テープ
１１３ａ  超電導層側の面
１１３ｂ  基板側の面
１２０、１２０Ａ  筒状電極
１２１、１２２、１２３、１２４、１２５  分割体
１３０  リードケーブル
１４０  縮径部材
１７０  半田
１７１、１７２  予備半田部
１８０  熱源
１１３１  基板
１１３２  中間層
１１３３  超電導層
１１３４  安定化層
【図１】
2015162367.tif 000004
【図２】
2015162367.tif 000005
【図３】
2015162367.tif 000006
【図４】
2015162367.tif 000007
【図５】
2015162367.tif 000008
【図６】
2015162367.tif 000009
【図７】
2015162367.tif 000010
【図８】
2015162367.tif 000011
【図９】
2015162367.tif 000012
【図１０】
2015162367.tif 000013
【図１１】
2015162367.tif 000014
【図１２】
2015162367.tif 000015
【図１３】
2015162367.tif 000016
【図１４】
2015162367.tif 000017