(57)【要約】【課題】超電導ケーブルと端末金具とを電気的に好適に確実に接続するとともに、双方を、構造的にコンパクトで強固に接続すること。【解決手段】芯材１１１の外側に、同心円状に巻き付けて配置された複数の超電導テープ１１３，１１５を有する超電導ケーブル１１０と、筒状電極１２０−１とを有する。超電導ケーブル１１０は、筒状電極１２０−１の内部に通されるとともに、超電導テープ１１５が、筒状電極１２０−１の外面に電気的に接続されている。被覆部材１６０は、超電導ケーブル１１０と筒状電極１２０−１との間に設けられ、且つ、筒状電極１２０−１内で超電導ケーブル１１０の周囲を覆う。止着部材１４０は、筒状電極１２０−１の内面から突出して設けられ、被覆部材１６０を押圧して超電導ケーブル１１０を筒状電極１２０−１に止着する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯材の外側に、同心円状に巻き付けて配置された複数の超電導線材を有する超電導ケーブルと、
前記超電導線材の端部が接続される筒状電極と、
を有する超電導ケーブルの端末構造体であって、
前記超電導ケーブルは、前記筒状電極の内部に通されるとともに、前記超電導線材の少なくとも一つが、前記筒状電極の外面に電気的に接続され、
前記超電導ケーブルと前記筒状電極との間に設けられ、且つ、前記筒状電極内で前記超電導ケーブルの周囲を覆う被覆部材と、
前記筒状電極内で前記被覆部材を押圧して前記超電導ケーブルを前記筒状電極に止着する止着部材と、
を有する、
超電導ケーブルの端末構造体。
【請求項２】
前記被覆部材は、ＦＲＰ材料、合成樹脂材料、絶縁紙のうち少なくとも一つの部材からなる被覆層を有する、
請求項１記載の超電導ケーブルの端末構造体。
【請求項３】
前記被覆部材は、前記被覆層を複数層備える、
請求項２記載の超電導ケーブルの端末構造体。
【請求項４】
前記筒状電極の内面直近の前記被覆部材は、軸方向に沿って分割された２つの半割体で構成される筒状体からなる層を含む、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の酸化物超電導線材を有する超電導ケーブルと、酸化物超電導線材の端部が接続される筒状電極とを備える電力ケーブルの端末構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、超電導ケーブルにおいては、芯材（フォーマ）の外周に超電導線材（以下、「超電導テープ」という）がスパイラル状に巻回されている。また、大電流送電を可能とするために、超電導テープは、同心円状に多層に配置されている場合が多い。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たり、超電導テープ間での電気絶縁をとるための、押えテープが設けられる。
【０００３】
このような多層構造の超電導ケーブルを極低温部から常温部に引き出すための、超電導ケーブルの端末構造体（超電導ケーブルの終端部の構成と言ってもよい）が、例えば、特許文献１に記載されている。
【０００４】
この特許文献１には、超電導層を有するケーブルコアを備える超電導ケーブルと、超電導層に接続され、且つ、超電導ケーブルを常電導電力機器（例えば、常電導ケーブル）に接続する常電導の端末金具と、を有する超電導ケーブルの端末構造体が開示されている。この端末構造体では、端末側から芯材、超電導層の順に露出するケーブルコアが、端末金具の穴に挿入され、超電導層は端末金具に半田付けされることで電気的に接続されている。また、ケーブルコアの端末における芯材は、端末金具の外側からの圧縮によりかしめられることで端末金具に圧縮固定されている。これにより、超電導ケーブル自体は金属金具に固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−８６５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の端末構造体の構成では、超電導ケーブルと端末金具とを接続する際に、双方を接続する接続領域とは別に、芯材をかしめて端末金具に固定するための固定領域が必要である。
【０００７】
この固定領域は、端末金具の外側からかしめて行う際に内部の超電導層を損傷させないように、超電導ケーブルの端末構造体において、超電導ケーブルの軸に沿って、且つ、超電導層の接続領域から十分離間する位置に設ける必要がある。
【０００８】
このため、従来の端末構造体では、端末金具において、芯材をかしめる固定領域を確保するために、ケーブルコアが挿入される長さが、超電導層の接続領域から固定領域を離間させる分の長さ分、ケーブルの軸方向に長くなってしまうという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、超電導ケーブルと端末金具とを電気的に好適に確実に接続するとともに、双方を、構造的にコンパクトで強固に接続す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】
【００１０】
本発明の超電導ケーブルの端末構造体の一つの態様は、芯材の外側に、同心円状に巻き付けて配置された複数の超電導線材を有する超電導ケーブルと、前記超電導線材の端部が接続される筒状電極と、を有する超電導ケーブルの端末構造体であって、前記超電導ケーブルは、前記筒状電極の内部に通されるとともに、前記超電導線材の少なくとも一つが、前記筒状電極の外面に電気的に接続され、前記超電導ケーブルと前記筒状電極との間に設けられ、且つ、前記筒状電極内で前記超電導ケーブルの周囲を覆う被覆部材と、前記筒状電極内で前記被覆部材を押圧して前記超電導ケーブルを前記筒状電極に止着する止着部材と、を有する構成を採る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、超電導ケーブルを、端末金具である筒状電極に、止着部材を介して押し付けて止着するので、超電導ケーブルと端末金具とを電気的に好適に確実に接続できるとともに、双方を、構造的にコンパクトで強固に接続できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１の超電導ケーブルの端末構造体の概略構成を示す要部断面図
【図２】同端末構造体を筒状電極の後方から見た要部構成図
【図３】超電導テープの巻回状態を示す図
【図４】図１のＡ−Ａ断面を示す要部断面図
【図５】実施の形態２の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６】実施の形態３の超電導ケーブルの端末構造体の概略構成を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の超電導ケーブルの端末構造体の概略構成を示す要部断面図である。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。
【００１５】
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、止着部材１４０及び被覆部材１６０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Ｎ（図４参照）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（１３０−１、１３０−２）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。
【００１６】
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を有する。
【００１７】
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。
【００１８】
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３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（図１参照）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に構成されている。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。
【００１９】
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）。
【００２０】
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、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。）の高温超電導薄膜を備える。
【００２１】
超電導テープ１１３、１１５の高温超電導薄膜には、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。
【００２２】
また、超電導ケーブル１１０は、実際には、第２の超電導テープ１１５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では、これらは省略して示している。
【００２３】
筒状電極１２０（１２０−１、１２０−２）は、全体として筒状であり、円筒部１２１とテーパー部１２２とを有する。筒状電極１２０は、Ｃｕ（銅）等の導電性を有する金属材料により形成されており、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。
【００２４】
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の外面に半田によって接続される。
【００２５】
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、超電導ケーブル１１０の終端側から２番目に遠く（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の外面に半田によって接続される。
すなわち、超電導ケーブル１１０を、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させる。そして、超電導ケーブル１１０を貫通させた筒状電極１２０−１、１２０−２の外面に、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。
【００２６】
超電導テープ１１５、１１３は、筒状電極１２０−１、１２０−２のテーパー部１２２の外面に、半田により電気的に接続される。このように、超電導テープ１１５、１１３をテーパー部１２２に接続したことにより、超電導テープ１１５、１１３を芯材１１１の外面から離間する方向にあまり折り曲げずに接続させることができる。このため、超電導テープ１１５、１１３の接続部分にかかるテンションを小さくできるので接続の信頼性が向上するとともに、接続時の作業性が向上する。なお、超電導テープ１１５、１１３は、筒状電極１２０−１、１２０−２の円筒部１２１の外周に半田を介して電気的に接続されてもよい。
【００２７】
この超電導ケーブルの端末構造体１００では、筒状電極１２０（１２０−１、１２０―２）内に通された超電導ケーブル１１０は、被覆部材１６０を介して止着部材１４０により筒状電極１２０（１２０−１、１２０―２）に止着されている。超電導ケーブル１１０は、穿孔加工等の加工が施されること無く、止着部材１４０を介して、筒状電極１２０−１に固定されている。
【００２８】
図４は、図１のＡ―Ａ断面を示す要部断面図である。なお、図４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。また、図４では、筒状電極１２０−１、止着部材１４０及びクッション材１８０の要部構成が見やすくなるように、それぞれの断面を示すハッチングについては、省略している。
図１及び図４に示すように、被覆部材１６０は、超電導ケーブル１１０の外周に、当該外周を覆うように設けられている。
被覆部材１６０は、超電導ケーブル１１０の外周の所定箇所を覆うことで、その所定箇所に止着部材１４０が接触することを主に防止する。なお、被覆部材１６０は、ここでは、超電導ケーブル１１０に筒状電極１２０−１が接触することも防止している。
【００２９】
被覆部材１６０は、超電導ケーブルの端末構造体１００において、筒状電極１２０−１と、この筒状電極１２０−１を貫通する超電導ケーブル１１０の外面との間に設けられている。
【００３０】
被覆部材１６０は、緩衝材１５０と、クッション材（保護材）１８０とを有する。
緩衝材１５０は、筒状電極１２０−１の内面１２３（図４参照）と超電導ケーブル１１０の外面との間に設けられることで、筒状電極１２０−１の内面１２３が超電導ケーブル１１０の外面に当たることによる、超電導テープ１１３の損傷を防止することができる。ちなみに、最も終端側の筒状電極１２０−２の内面と、この筒状電極１２０−２を貫通する超電導ケーブル１１０の外面との間に、緩衝材１５０が設けられていないのは、筒状電極１２０−２を貫通する超電導ケーブル１１０には既に超電導テープが存在しない（つまり保護すべき超電導テープが存在しない）からである。
【００３１】
ここで、緩衝材１５０としては、ガラス繊維等の繊維をプラスチック（合成樹脂）の中に入れて強度を向上させた複合材料としてのＦＲＰ（繊維強化プラスチック：Fiber Reinforced Plastics）を用いることが好ましい。なお、緩衝材１５０がＦＲＰであれば、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）、ポリエチレン繊維強化プラスチック（ＤＦＲＰ）、また炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等でも構わない。さらに、緩衝材１５０としては、ＦＲＰに限らず、筒状電極１２０−１の内面のエッジ部分（長手方向の端部分）等の力を、超電導テープ１１３にダイレクトに伝えずに、その力を遮る程度の剛性、またはその力を吸収できる程度の弾性を有する種々の材料を用いることができる。ただし、緩衝材１５０は、極低温の液体（ここでは液体窒素Ｎ）に浸されることになるので、極低温に耐えることができることが求められる。本実施の形態の場合、緩衝材１５０は、テープ状であり、超電導ケーブル１１０の外面に貼り付けられている。なお、緩衝材１５０は、超電導ケーブルの外面に塗布するタイプのものであってもよい。
【００３２】
本実施の形態の場合、緩衝材１５０は、超電導ケーブル１１０の長手方向への長さが筒状電極１２０と同じ長さである１６０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテープ状のＦＲＰが、押えテープ１１４の外周上に、１０枚配置されて構成されている。なお、筒状電極１２０の円筒部１２１の内径は２２ｍｍ、外径３０ｍｍで構成されている。
ここでは、緩衝材１５０は、図４に示すように、押えテープ１１４の外周面に、隣の緩衝材１５０との間に隙間１５０Ｓを空けて設けられている。緩衝材１５０は、スパイラル状に巻回されていてもよいし、超電導ケーブル１１０の長手方向と平行になるように貼り付けてもよい。このように、隙間１５０Ｓを空けて緩衝材１５０を配置したことにより、超電導ケーブル１１０の周囲に充填された液体窒素Ｎは、クッション材１８０の隙間、緩衝材１５０間の隙間１５０Ｓを通過して筒状電極１２０−１の内側まで入り込むことができる。したがって、筒状電極１２０−１内部での超電導テープ１１３の温度が所定温度よりも高くなることが抑制され、超電導特性の低下を防止できる。
【００３３】
因みに、超電導テープ１１３と筒状電極１２０−１との間には、押えテープ１１４も存在するが、押えテープ１１４は不織布なので緩衝作用はほとんど期待できない。従って、押えテープ１１４だけでは、筒状電極１２０−１の内面１２３の力によって超電導テープ１１３が損傷する可能性がある。よって、緩衝材１５０を設けることは、超電導テープ１１３の損傷を防止する上で非常に有用である。
【００３４】
クッション材１８０は、超電導ケーブル１１０と止着部材１４０との間に設けられている。このクッション材１８０は、止着部材１４０が直接超電導ケーブル１１０に当接することを防止している。ここでは、クッション材１８０は、筒状電極１２０−１内で、超電導ケーブル１１０の外周に配置された緩衝材１５０の外周側に、緩衝材１５０を覆うように配置されている。
クッション材１８０は、ナイロン等の合成樹脂、或いはＦＲＰといった合成樹脂複合材料から構成された筒状体であり、ここでは絶縁性を有している。
【００３５】
本実施の形態の場合、クッション材１８０は、超電導ケーブル１１０の長手方向への長さが筒状電極１２０と同じ長さである１６０ｍｍ、厚さ２ｍｍで形成されており、超電導ケーブル１１０の外周に１０枚配置された緩衝材１５０としてのＦＲＰの外周上に、ＦＲＰを覆うように配置されている。すなわち、緩衝材１５０（ＦＲＰ）及びクッション材１８０を含む被覆部材１６０は、本実施の形態では、軸方向に筒状電極１２０（１２０−１、１２０―２）と同じ長さ或いは略同じ長さで形成され、筒状電極１２０（１２０−１、１２０―２）内に配置されている。
【００３６】
また、本実施の形態におけるクッション材１８０は、軸方向に沿って分割された２つの半割体１８２、１８４で構成される筒状体である。これにより、超電導ケーブル１１０に取り付ける際には、筒状電極１２０−１に挿入される超電導ケーブル１１０の外周に、ＦＲＰ（緩衝材１５０に相当）を配置（例えば、１０枚のテープ状のＦＲＰを、超電導ケーブル１１０の押えテープ１１４上に囲むように配置）することで緩衝材１５０を配置する。その後、緩衝材１５０の外周上で、緩衝材１５０を囲むように、半割体１８２、１８４を組み合わせて筒状体にする。これにより、超電導ケーブル１１０の外周に配置された緩衝材１５０を覆うように、当該緩衝材１５０の外周にクッション材１８０を配設して、被覆部材１６０を配置する。
【００３７】
図４に示すように、止着部材１４０は、筒状電極１２０−１に、筒状電極１２０−１の内面１２３から軸心側に突出して設けられている。止着部材１４０は、筒状電極１２０−１内部で、被覆部材１６０（ここではクッション材１８０及び緩衝材１５０）を介して、超電導ケーブル１１０を筒状電極１２０に止着している。
止着部材１４０は、筒状電極１２０−１内で、超電導ケーブル１１０の中心と直交する同一直線上に配置されており、超電導ケーブル１１０を互いに対向する方向で、２箇所で止着している。
【００３８】
止着部材１４０は、軸部１４２を有し、軸部１４２は、筒状電極１２０−１の円筒部１２１に形成された貫通孔１２５に挿入されている。貫通孔１２５は、筒状電極１２０−１の軸心を通りかつ軸心と直交する直線上、つまり、円筒部１２１において軸心に対して対向する位置に、円筒部１２１の外面と内面とを貫通して設けられている。貫通孔１２５を介して止着部材１４０は、筒状電極１２０−１内に突出した状態で固定可能となっている。
止着部材１４０、具体的には止着部材１４０の軸部１４２が、筒状電極１２０−１内に突出することで、筒状電極１２０−１内で、超電導ケーブル１１０に対して被覆部材１６０を挟み、且つ、対向する位置で互いに押圧した状態となる。これにより、超電導ケーブル１１０は、筒状電極１２０−１内で、液体窒素Ｎに浸かった状態で、止着部材１４０により位置決めされて挟持されている。
【００３９】
ここでは、貫通孔１２５の内周面には雌ねじ部が設けられ、止着部材１４０の軸部１４２には、貫通孔の雌ねじ部に螺合する雄ねじ部が外周面に形成されている。
止着部材１４０は、軸部１４２、貫通孔１２５に対して螺合することで、筒状電極１２０−１に内面から突出した状態を維持可能となっている。止着部材１４０では、軸部１４２の先端部で被覆部材１６０に当接し、基端部に、筒状電極１２０−１の外周側に配置される頭部１４４を備える。ここでは、止着部材１４０は頭部１４４を回転させることで、軸部１４２が貫通孔１２５と螺合しつつ、筒状電極１２０−１の内面から出没自在となっている。
このように構成された止着部材１４０によって、超電導ケーブル１１０は、筒状電極１２０−１内で、筒状電極１２０−１と同一軸心となる位置で固定されている。
【００４０】
なお、止着部材１４０は、筒状電極１２０−１の内面１２３から突出して、筒状電極１２０−１内で、超電導ケーブル１１０を囲む被覆部材１６０を押圧し、被覆部材１６０を介して超電導ケーブル１１０を筒状電極１２０−１に動かないように固定（止着）できれば、どのように筒状電極１２０−１に係合してもよい。
【００４１】
また、止着部材１４０自体を、合成樹脂材料や、合成樹脂混合材料により形成してもよく、絶縁性を有するようにしても良い。
【００４２】
本実施の形態の超電導ケーブルの端末構造体１００によれば、芯材１１１の外側に、同心円状に巻き付けて多層配置された超電導テープ１１３、１１５を有する超電導ケーブル１１０と、超電導テープ１１３、１１５が終端接続される筒状電極１２０−１、１２０−２とを有する。超電導ケーブル１１０は、筒状電極１２０−１、１２０−２の内部に通されるとともに、超電導テープ（超電導線材）１１５、１１３の少なくとも一つが、筒状電極１２０−１、１２０−２の外面に電気的に接続されている。また、超電導ケーブル１１０と、筒状電極１２０−１、１２０−２との間には、筒状電極１２０−１、１２０−２内で超電導ケーブル１１０の周囲を覆う被覆部材１６０が設けられている。また、筒状電極１２０−１、１２０−２には、筒状電極１２０−１、１２０−２の内面から突出して設けられ、被覆部材１６０を押圧して超電導ケーブル１１０を筒状電極１２０−１、１２０−２に止着する止着部材１４０を有する。
【００４３】
これにより、筒状電極１２０−１、１２０−２内を通る超電導ケーブル１１０は、筒状電極１２０−１、１２０−２内で、両側方（半径方向）から止着部材１４０に押圧されて挟持された状態で、筒状電極１２０−１、１２０−２のそれぞれに確実に固定された状態となる。よって、超電導ケーブル１１０では、長手方向に延在する超電導ケーブル１１０、具体的には、芯材１１１が変位することによるストレスが超電導テープ１１３、１１５にかかることがない。すなわち、超電導ケーブル１１０（具体的には芯材１１１）の変位によって、筒状電極１２０の外側の超電導テープ１１５が筒状電極１２０の外面に衝突したり、筒状電極１２０の内側の超電導テープ１１３が筒状電極１２０内面に衝突したり等、超電導テープ１１３、１１５自体にテンションがかかることがない。これにより、超電導ケーブルの端末構造体１００では、筒状電極１２０−１、１２０−２を介して、好適な臨界電流を得ることが出来る。
【００４４】
また、超電導ケーブル１１０は、筒状電極１２０−１、１２０−２において、止着部材１４０によって被覆部材１６０を介して押圧方向に押し付けられることで止着される。このため、止着部材１４０が超電導テープ１１３、１１５に接触することが防止され、クエンチ等によりストレスがかかることがなく、一層、超電導テープ１１３、１１５の損傷を防止することができる。
【００４５】
詳細には、筒状電極１２０内から突出する止着部材１４０の軸部１４２により、被覆部材１６０を介して超電導ケーブル１１０は、筒状電極１２０に固定されている。
【００４６】
よって、従来と異なり、超電導ケーブル１１０の延在方向（軸方向）に、超電導テープ１１３、１１５との電気的接続領域と重ならないように、この電気的接続領域とは別に、双方を構造的に固定するための固定領域を、確保する必要が無い。このため、構造的に軸方向に長くならず、超電導ケーブルの端末構造体１００としてのコンパクト化を図ることができる。
【００４７】
このように、超電導ケーブルの端末構造体１００によれば、超電導ケーブル１１０と端末金具である筒状電極１２０とを、超電導テープ１１３、１１５に接することなく止着部材１４０を介して固定するので、超電導ケーブル１１０と筒状電極１２０とを電気的に好適に確実に接続するとともに、双方を、構造的にコンパクトで強固に接続できる。
【００４８】
また、被覆部材１６０は、ＦＲＰ材料である緩衝材１５０、合成樹脂材料であるクッション材１８０からなる複数の被覆層を有する。これにより、超電導ケーブル１１０と筒状電極１２０とが、超電導テープ１１３、１１５に接することがなく、筒状電極１２０−１、１２０−２の回転に伴う超電導線材１１３、１１５と、筒状電極１２０−１、１２０−２との接触部分に生じるストレスを回避できる。
【００４９】
さらに、被覆部材１６０は、複数の被覆層で構成されているため、層毎に材料を変更することで、材料コストを削減しつつ、より好適に超電導ケーブル１１０を筒状電極１２０−１、１２０−２に固定できる。具体的には、超電導ケーブル１１０の外径と筒状電極１２０−１の内径に応じて、被覆部材１６０を適切な厚み、コストで製作できる。
【００５０】
また、被覆部材１６０は、軸方向に沿って分割された２つの半割体１８２、１８４で構成される筒状体からなるクッション部材（層）１８０を含む。これにより、クッション材１８０を、超電導ケーブル１１０に取り付ける際には、必要であれば、筒状電極１２０−１、１２０−２に挿入される超電導ケーブル１１０の外周に、緩衝材１５０を配置する。緩衝材１５０としては、例えば、１０枚のテープ状のＦＲＰを、超電導ケーブル１１０の押えテープ１１４上に囲むように配置することで構成する。
【００５１】
このように超電導ケーブル１１０の外周を囲むように、或いは、超電導ケーブル１１０の外周に配置された緩衝材１５０を囲むように、半割体１８２、１８４を組み合わせて筒状体にするだけで、クッション材１８０を容易に配置できる。これにより、超電導ケーブル１１０を、クッション材１８０を含む被覆部材１６０で覆った状態で、筒状電極１２０−１内に、容易に配置させることができる。
【００５２】
なお、筒状電極１２０と超電導ケーブル１１０との間に設けられる被覆部材１６０（ここでは緩衝材１５０及びクッション材１８０）は、超電導ケーブル１１０側に設けた場合について説明したが、筒状電極１２０−１側に緩衝材１５０を設けてもよい。例えば、筒状電極１２０内に、筒状の被覆部材１６０を予め取り付けておき、それに超電導ケーブル１１０を挿し込んでもよい。なお、緩衝材の所々に液体窒素Ｎを通過させるための穴やスリットを形成しておくとよい。なお、被覆部材１６０におけるＦＲＰを、テーパー部１２２の先端に、円筒状の緩衝材１５０として配置しつつ、被覆部材１６０におけるクッション材１８０を円筒部１２１内に配置して止着部材１４０が超電導ケーブル１１０に直接当たらないようにしてもよい。このような被覆部材１６０は、ＦＲＰ材料、合成樹脂材料、絶縁紙のうち少なくとも一つの部材からなる被覆層を有する。
【００５３】
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係る超電導ケーブルの端末構造体１００Ａの概略構成を示す断面図である。
なお、この超電導ケーブルの端末構造体１００Ａは、図１に示す実施の形態１に対応する超電導ケーブルの端末構造体１００と比較して、被覆部材の構成のみ異なり、その他の構成要素については、同様の基本的構成を有している。よって、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。また、図５では、筒状電極１２０−１、止着部材１４０及びクッション材１８０の要部構成が見やすくなるように、それぞれの断面を示すハッチングについては、省略している。
【００５４】
この超電導ケーブルの端末構造体１００Ａでは、被覆部材１６０Ａとして、図１の端末構造体１００の緩衝材１５０で超電導ケーブル１１０を覆う層に代えて、絶縁紙を巻き付けることで形成した絶縁紙層１６５を有する。なお、図５では超電導ケーブル１１０において第１の超電導テープ１１３の外周に配置される押えテープは省略している。なお、第１の超電導テープ１１３の外周に配置される押えテープは無くてもよい。
すなわち、超電導ケーブルの端末構造体１００Ａでは、超電導ケーブル１１０は、筒状電極１２０−１の内部に通されるとともに、超電導テープ１１５（図１参照）の少なくとも一つが、筒状電極１２０−１の外面に電気的に接続されている。また、超電導ケーブル１１０と、筒状電極１２０−１との間には、筒状電極１２０−１内で超電導ケーブル１１０の周囲を被覆する絶縁紙からなる絶縁紙層（被覆層）１６５と合成樹脂材料からなるクッション材（被覆層）１８０を有する被覆部材１６０Ａが設けられている。
【００５５】
絶縁紙層１６５では、液体窒素Ｎが浸透し、絶縁紙層１６５の外面及び内面間を移動可能となっている。これにより筒状電極１２０−１内に浸透した液体窒素Ｎは、クッション材１８０の半割体１８２、１８４との隙間を経て絶縁紙層１６５を介して超電導ケーブル１１０の周囲に至る。
そして、筒状電極１２０−１の内面から突出する止着部材１４０が被覆部材１６０Ａを介して超電導ケーブル１１０を挟むように押し付け合うことで、超電導ケーブル１１０を挟持した状態で筒状電極１２０−１に止着している。つまり、端末構造体１００Ａでは、超電導ケーブル１１０は、穿孔加工等の加工が施されること無く、止着部材１４０を介して、筒状電極１２０−１に固定されている。
【００５６】
よって、従来と異なり、超電導ケーブル１１０の延在方向（軸方向）に、超電導テープ１１３、１１５（図１参照）との電気的接続領域と重ならないように、この電気的接続領域とは別に、双方を構造的に固定するための固定領域を、確保する必要が無い。このため、構造的に軸方向に長くならず、超電導ケーブルの端末構造体１００Ａとしてのコンパクト化を図ることができる。また、被覆部材１６０Ａが、それぞれ材料の異なる複数の層で構成しているため、超電導ケーブル１１０の外径と超電導ケーブル１１０に接続する筒状電極１２０−１の内径に応じて、被覆部材１６０Ａを適切な厚み、コストで製作できる。
このように、超電導ケーブルの端末構造体１００Ａによれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００５７】
（実施の形態３）
図６は、実施の形態３に係る超電導ケーブルの端末構造体１００Ｂの概略構成を示す断面図である。
なお、この超電導ケーブルの端末構造体１００Ｂは、図１に示す実施の形態１に対応する超電導ケーブルの端末構造体１００と比較して、被覆部材の構成のみ異なり、その他の構成要素については、同様の基本的構成を有している。よって、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５８】
この超電導ケーブルの端末構造体１００Ｂでは、被覆部材１６０Ｂとして、図１の端末構造体１００で超電導ケーブル１１０を囲む緩衝材１５０を囲むクッション材１８０に代えて、絶縁紙を巻き付けることで形成した絶縁紙層１６５Ａを有する。
すなわち、超電導ケーブルの端末構造体１００Ｂでは、超電導ケーブル１１０は、筒状電極１２０−１の内部に通されるとともに、超電導テープ１１５（図１参照）の少なくとも一つが、筒状電極１２０−１の外面に電気的に接続されている。また、超電導ケーブル１１０と、筒状電極１２０−１との間には、被覆部材１６０Ｂが設けられている。被覆部材１６０Ｂは、筒状電極１２０−１内で超電導ケーブル１１０の周囲を被覆するように配置された緩衝材（ＦＲＰによる被覆層）１５０と、この緩衝材１５０の外周に絶縁紙を巻き付けて構成された絶縁紙層（被覆層）１６５Ａとを有する。なお、絶縁紙層１６５Ａでは、液体窒素Ｎが浸透し、絶縁紙層１６５Ａの外面及び内面間を移動可能となっている。
この端末構造体１００Ｂでは、筒状電極１２０−１の内面から突出する止着部材１４０によって、緩衝材（ＦＲＰによる層）１５０と絶縁紙層１６５Ａとを有する被覆部材１６０Ｂを介して、超電導ケーブル１１０は、筒状電極１２０−１に止着されている。ここでは、超電導ケーブル１１０は、筒状電極１２０−１内で、被覆部材１６０Ｂを介して止着部材１４０によって挟持された状態で筒状電極１２０−１に止着されている。つまり、端末構造体１００Ｂでは、超電導ケーブル１１０は、穿孔加工等の加工が施されること無く、止着部材１４０を介して、筒状電極１２０−１に固定されている。
【００５９】
よって、従来と異なり、超電導ケーブル１１０の延在方向（軸方向）に、超電導テープ１１３、１１５（図１参照）との電気的接続領域と重ならないように、この電気的接続領域とは別に、双方を構造的に固定するための固定領域を、確保する必要が無い。このため、構造的に軸方向に長くならず、超電導ケーブルの端末構造体１００Ｂとしてのコンパクト化を図ることができる。また、被覆部材１６０Ｂが、それぞれ材料の異なる複数の層で構成しているため、超電導ケーブル１１０の外径と超電導ケーブル１１０に接続する筒状電極１２０−１の内径に応じて、被覆部材１６０Ｂを適切な厚み、コストで製作できる。
このように、超電導ケーブルの端末構造体１００Ｂによれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
また、上述の各実施の形態では、筒状電極１２０−１、１２０−２が円筒形状である場合について述べたが、要は、超電導ケーブル１１０が貫通する中空部を有し、外面に超電導線材が接続される、筒状の電極であればよく、例えば角筒形状であってもよい。
【００６１】
また、上述の各実施の形態では、被覆部材１６０を、ＦＲＰ（緩衝材１５０）及び合成樹脂材料（クッション材１８０）としたり、被覆部材１６０Ａとして絶縁紙（絶縁紙層１６５）及び合成樹脂材料（クッション材１８０）としたり、被覆部材１６０Ｂとして、ＦＲＰ（緩衝材１５０）及び絶縁紙（絶縁紙層１６５Ａ）としたが、これに限らない。すなわち、電力ケーブルの端末構造体１００において、被覆部材１６０は、ＦＲＰ材料、合成樹脂材料、絶縁紙のうち少なくとも一つの部材からなる被覆層を有するようにすればどの様な構成としてもよい。例えば、電力ケーブル１１０を覆う被覆部材を、クッション材１８０のみとしたり、絶縁紙層１６５のみとしたり、ＦＲＰ（緩衝材１５０）のみとして、超電導ケーブル１１０と止着部材１４０間に配置させる構成としてもよい。また、各実施の形態における被覆部材１６０、１６０Ａ、１６０Ｂでは、クッション材１８０、ＦＲＰ（緩衝材１５０）、絶縁紙層１６５、１６５Ａの積層順は、止着部材１４０と超電導ケーブル１１０とに介在する構成であれば、どの積層順であってもよい。なお、止着部材１４と超電導ケーブル１１０との間に介設される被覆部材１６０、１６０Ａ、１６０Ｂは、液体窒素Ｎが浸透する構成であることが好ましい。
【実施例】
【００６２】
本実施の形態は、実験により、小型化を実現しつつ、超電導テープ１１３（図４参照）の損傷を防止して超電導ケーブル１１０（図４参照）と端末金具としての筒状電極１２０−１（図４参照）とを電気的及び構造的に好適に確実に接続することを確認できた。
【００６３】
実施例１の超電導ケーブルの端末構造体１００では、筒状電極１２０−１に、超電導ケーブル１１０が止着部材１４０により被覆部材１６０を介して筒状電極１２０−１に止着されている。
超電導ケーブル１１０の構成として、芯材１１１を、軟銅円形圧縮体、２５０ｓｑｍｍ、外径１９．０ｍｍとし、押えテープ１１２を不織布２枚重ね巻きで構成し、超電導テープ（超電導線材）を厚さ０．１ｍｍ×幅４ｍｍ、右巻き、１０本、１本当たりの臨界電流１００Ａ（自己磁場）とし、押えテープ１１４を不織布２枚重ね巻きで構成した。この超電導ケーブルの端末構造体１００を液体窒素Ｎ内に浸漬して、筒状電極を介して端末構造体１００の臨界電流を測定した。
【００６４】
この超電導ケーブルの端末構造体１００に示すように、筒状電極１２０−１に止着部材１４０を介して超電導ケーブル１１０を止着した筒状電極から得られる臨界電流は、１層（１０本）×１００Ａ×２層＝２０００Ａであった。また、実施例２としては、超電導ケーブルの端末構造体１００と同様の構成要素において、被覆部材１６０の構成のみ変更した実施の形態２の構造を有する超電導ケーブルの端末構造体１００Ａとした。この端末構造体１００Ａで得られる臨界電流は、２０００Ａであった。
【００６５】
比較例１として、超電導ケーブルの端末構造体１００と同様の構成において、止着部材１４０及び被覆部材１６０を用いずに、超電導ケーブルの超電導テープ１１５を筒状電極１２０−１に接続した超電導ケーブルの端末構造体とした。この超電導ケーブルで得られる臨界電流は、１５００Ａであり、所望の臨界電流２０００Ａを得ることはできなかった。比較例１の電流値が所望の電流値よりも低い理由としては、比較例１の端末構造体を液体窒素に浸漬した際に、超電導ケーブルが冷却により回転し、超電導線材が捩れたり、筒状電極内で衝突したりする等して損傷したからである。
【００６６】
一方、実施例１、実施例２で得られた臨界電流は、２０００Ａであり、双方とも、所望の臨界電流を得ることができた。実施例１の臨界電流が最も優れており、実施例１が最も信頼性の高い接続構造体であることを示した。なお、実施例１及び実施例２の端末構造体では、超電導ケーブルを筒状電極に固定しており、液体窒素に浸漬しても、超電導ケーブルは、冷却によって回転しなかった。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、多層構造の超電導ケーブルにおける端末構造体に有用である。
【符号の説明】
【００６８】
１００、１００Ａ、１００Ｂ  端末構造体
１１０  超電導ケーブル
１１１  芯材
１１２、１１４  押えテープ
１１３、１１５  超電導テープ
１２０、１２０−１、１２０−２  筒状電極
１２１  円筒部
１２２  テーパー部
１２３  内面
１２５  貫通孔
１３０、１３０−１、１３０−２  リードケーブル
１４０  止着部材
１４２  軸部
１４４  頭部
１５０  緩衝材
１５０Ｓ  隙間
１６０、１６０Ａ、１６０Ｂ  被覆部材
１６５、１６５Ａ  絶縁紙層
１７０  絶縁部
１８０  クッション材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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