電線･機材･エネルギー

P L D 法によるイットリウム系薄膜高温超電導線材の開発＊大松一也 ・阿比留健志・山新海優樹・小昌也

西口高史

Development of YBCO Coated Conductors by PLD Process for HTS Power Applications ─ by Kazuya Ohmatsu,Kenji Abiru, Takashi Yamaguchi, Yuki Shingai and Masaya Konishi ─ R&D efforts have been made for variousapplications of high temperature superconducting (HTS) conductors such as power cables, high field magnets andtransformers. In Japan, a national project to develop materials and power applications using coated conductors wasstarted in 2008. Since then, we have been fabricating pulsed laser deposition (PLD)-GdBCO tapes for thedevelopment of a 5 kA, 66 kV class 3-in-One HTS model cable system as a part of this project.
In order to construct the HTS cable, stable production of GdBCO tapes with high Ic is required. For this purpose, thedeposition process of buffer and superconducting layers on the clad-type substrate is a key technology. We haverecently installed a 300 W high power excimer laser to our PLD equipment to obtain a thick GdBCO layer. In addition,
we improved the buffer layers to enhance the critical current density. Moreover, we used a wide tape of 30 mm toobtain a large throughput, and successfully obtained uniform superconducting characteristics across the tape width.
As the Ic performance of over 300 A/cm was confirmed for a length of 100 m, metal-clad GdBCO tapes have become
promising for AC applications, especially for HTS cables aimed at lowering AC losses.
In this study, we investigated the Ic values and stable manufacturing process of PLD-GdBCO tapes. Differences incharacteristics depending on the length of the tape were also discussed.
Keywords: high temperature superconductors, coated conductors, power cable, AC loss

1.

緒言

高温超電導線材を用いた電力ケーブルやモータなどの電用する Y 系線材の開発を行っている。線材開発では、Y 系力・産業機器は、コンパクトな形状で大容量送電や大出力線材の高性能化や安定製造技術など実用化に重要な要素技を可能にし、既存の電力ケーブルや産業機器に比べて交流術の研究開発を行うと共に、15m ケーブルシステム検証にを低減することが可能であることから、省エネル必要となる長尺線材の製造を行う。一方、大電流ケーブルギー、地球温暖化対策に貢献できることが期待されており、開発では、三相 66kV、5kA の電流を通電可能とする終端国内外において様々な検討・開発が行われている。

接続部を有する三心一括型超電導ケーブル開発及び 15 ｍ損失※1

当社では、長尺化・高特性化の性能向上が著しく、高電流密度・低損失などの特性を有し、コンパクトで更なる大長ケーブルシステムにて検証試験を行う。
表 1 に Y 系プロジェクトの開発目標を示す。4 年間で容量送電を可能とするイットリウム系薄膜高温超電導線材

1cm 幅換算で総長 10km 以上の線材を開発・製造し、最終（以下 Y 系線材※2）およびそれを用いた超電導電力ケーブル

的には 300A/cm 以上の臨界電流（Ic）※ 5 特性を有す単長の研究開発を（独）新エネルギー・産業技術総合開発機構

20m 以上の Y 系線材の安定製造技術を確立する。ケーブル（NEDO）を通じて、「イットリウム系超電導電力機器技術総損失は 2.1W/m-相＠5kA 以下、ケーブル外径は既存の開発」プロジェクト（以下 Y 系プロジェクト）で実施してケ ー ブ ル 用 管 路 ※6 に 収 納 可 能 な サ イ ズ を 想 定 し て 直 径いる 。

150mm 以下、また電力系統に導入した場合の系統事故に（1）

本論文では、プロジェクトにおいて特に電力ケーブルに適用する目的で開発を実施している配向金属基板※ 3 と PLD法※4を用いた Y 系薄膜超電導線材の開発成果を報告する。

対して耐え得る構造とし、31.5kA の過電流を 2 秒間通電しケーブルに損傷のないことを確認する。
2−2Y 系線材とケーブルの構造

大電流ケーブルに使用する Y 系線材およびケーブルの構造を図 1 に示す。Y2.

系線材は、配向金属基板、中間層、超電導層、Ag 保護層、開発の概要

Cu 安定化層から構成される。配向金属基板には、機械強Y 系プロジェクトで度向上および交流損失低減のため、従来用いていた Ni 合金

は、当社は 66kV/5kA 級大電流ケーブルの開発とそれに適基板と比べ機械強度が強く低磁性の基板として、高強度の2−1

Y 系プロジェクトの概要

2 0 1 1 年 7 月・ S E I テ クニ カ ル レ ビ ュ ー ・ 第 1 7 9 号 −（ 53 ）−非磁性金属の表面を薄い配向性金属で覆ったクラッドタイ

さらにその外側に Y 系線材と銅によるシールド層で 1 相分プの配向金属基板を用いている。中間層は、30mm 幅で厚のケーブルコアを形成する。このコアを 3 本より合わせたさ 100µm 程度のクラッドタイプ配向金属基板上に RF ス

後、三心一括として真空の二重構造となったコルゲートス

パッタリング法、もしくは電子ビーム蒸着（EB）法でテンレス製の断熱管に収納する。液体窒素は、ケーブルとCeO2/YSZ/CeO2 の 3 層構造の中間層を成膜する。この中ステンレス管の隙間を循環し冷却する。

間 層 上 に 、 パ ル ス レ ー ザ 蒸 着 （ PLD） 法 で 超 電 導 層
GdBa2Cu3Oy を成膜し、安定化層 Ag を DC スパッタリン
グ法で成膜する。保護層まで作製した後、酸素アニールを行ない、30mm 幅から 4mm 幅 6 本または 2mm 幅 12 本に切断して、電気めっき法により厚さ 20µm の銅安定化層を周囲に形成する（2）。

3.

要素技術開発３− 1線材開発の進め方

Y 系プロジェクトでは、大電流ケーブルシステムへの適用を目指して、表 2 に示すように配向金属基板と PLD 法を用いた Y 系線材を安定に作製可能な技術確立を目指した。この目標値を満たすためには、まず高 Ic 線材作製技術開発を行い、その後に 30mm
幅基板上の長尺線材作製プロセス開発によるスループット

Cuの向上を行うことにより高い Ic を持つ超電導線材を大量にAg製造する技術開発を行い、大電流ケーブル用線材を安定的PLD-RE123に製造することのできるプロセスの確立を行った。また、

CeO2
YSZ
CeO2
subs.
AgCu

HTS Conductor

PLD 装置に用いるレーザー発振装置を更新することにより超電導層の歩留りを向上させ、更なる製造能力の向上を図った。実施内容を以下に示す。
・低磁性クラッド配向金属基板を用いた高 Ic 線材開発
・幅広化とスループット向上、安定製造技術開発
・レーザー装置更新による超電導層の高 Ic 化と歩留向上

HTS Shield

表2

構

成料

作製プロセス諸クラッド
基板

クラッド加工配向化熱処理厚さ 120 ミクロン

CeO2
CeO2

膜厚 100nm
RF スパッタ法
または膜厚 200nm
電子ビーム法
膜厚 70nm

超電導層

GdBCO

PLD 法

保護層

Ag

DC スパッタ法 膜厚 2 ～ 8 ミクロン

細径加工

―スリット加工30mm 幅→ 2mm 幅30mm 幅→ 4mm 幅

Cu

電界メッキ法

20 ミクロン

配向基板
Cu Shield
Electrical Insuiation

Former

図1

線材

ケーブル

配向基板ー PLD 線材の諸元と要求特性

中間層

Y 系線材と大電流ケーブルの構造

材

YSZ

表1

Y 系プロジェクトの目標性

Ic ＞ 300A/cm、単長 20m

安定化層

製作量

総長 10km 以上（1cm 幅換算）

容量5kA-66kV、3 相要求 Ic 特性（77K、自己磁界）損

失2.1W/phase/m@5kA 以下

特サイズ

元

幅 30mm

膜厚 2 ～ 3 ミクロン

Ic2（2mm 幅線材の Ic 値）＝ 60 ～ 80A
Ic4（4mm 幅線材の Ic 値）＝120 ～ 160A

15m 長、150mmø 管路に収納可能

３−２

中間層

配向基板− PLD 線材に関する均一性の向上には、まず中間層の平坦性、均一性の向上、その形成条件の安定化が求められる。中間層は RF スパッタで成ケーブル構造は、ケーブルの中心に銅より線のフォーマ膜し、CeO2/YSZ/CeO2 の三層構造を有しており、中間層を用いる。フォーマは、ケーブルの機械的強度と系統事故形成条件の安定化は成膜時のプラズマ、雰囲気、温度等のなどにより発生した過電流を通電するバイパスの役割を担最適化と長時間成膜プロセスの安定性向上により行った。

う。このフォーマの周りに Y 系線材をスパイラル状に配置

現 在 で は 、 30mm 幅 の 配 向 ク ラ ッ ド 基 板 上 に 成 膜 し た

し超電導導体層を形成する。その外側に電気的な絶縁材料、

I 200）/［（I 200）＋I（111）］
CeO2 や YSZ 層のピーク強度比 （−（ 54 ）−PLD 法によるイットリウム系薄膜高温超電導線材の開発

の評価から、線材幅 30mm、約 80m の全長に亘って 95 ％以上の強度比を維持し、均一な結晶性と配向度が得られることを確認している（図 2） 。

で線材全体の Ic が向上する結果が得られた。
図 5 に旧レーザ（200W）から新レーザ（300W）を使用して成膜した 30mm 幅線材の幅方向 Ic 分布の開発経緯を示（3）す。レーザ出力とプルームサイズが増大したことで一層成膜当たりの膜厚が増加し、同時に進めてきた中間層の平滑化やクラックフリー化の成果を盛り込んだ結果、線材全体100%配向率の Ic が飛躍的に向上した。また、新レーザによるレーザーエネルギーの安定性向上とヒータ周辺の温度分布の改善によ

90%

80%

CeO2(cap)
YSZ
CeO2(seed)
0102030405060708090

り 幅 方 向 Ic 分 布 も 改 善 さ れ 、 30mm 線 材 の 全 領 域 で250A/cm 以上の Ic、中央部で最大 500A/cm 級の Ic を得た。

100長さ（m）

図2

中間層 CeO2/YSZ/CeO2 の長手方向結晶配向度分布

さらに中間層の表面形態が超電導特性の向上に大きく影響することを、電子ビーム蒸着法による成膜で把握した。
図 3 に RF スパッタ法と電子ビーム蒸着法で成膜した CeO2（a）200Wレーザー種層および CeO2 キャップ層の表面 SEM 写真を比較して示図4す。電子ビーム蒸着法による種膜の平滑化が中間層の平坦（b）300Wレーザーレーザ装置の大型化によるプラズマプルーム比較化改善やクラックフリー化を可能とし、結果として高 Ic 化に寄与することを明らかにした。

600

LeftCenter

Right497A

Ic [A/cm]

500406A

400338A

300

レーザ
200W→300W

200
100（a）RFスパッタ法による種層（左）とキャップ層（右）0TC332

図5３−４

TC331

TC330

TC335

KS001

KS010

30mm 幅線材の Ic 分布の向上推移

長尺化

超電導層製作工程の 30mm 幅化プロセスを確立した後、30mm 幅中間層上に GdBa2Cu3Ox を作（b）電子ビーム蒸着法による種層（左）とキャップ層（右）図3電子ビーム蒸着法による中間層の表面形態の改善製し、その幅方向 Ic を評価したところ、図 5 に示す短尺線材の特性を受けて 50m ～ 100m 級の長尺線材では基板の中央 2cm で 300 ～ 350A/cm の Ic 値が得られた。これにより、超電導層作製工程のスループットが向上したことを確認した。次に、更なるスループット向上を行うために、

PLD 法による超電導層形成に関し幅方向端部の低 Ic 原因の調査・解決を試みた。調査の結果、ては、中間層と同様に成膜条件の安定性（温度、雰囲気、幅方向端部は成膜時の温度が低いため、Ic が低下しているプルーム）の向上を図ることで均一化を達成すると共に、ことが判明した。そこで、PLD の成膜ヒータを 30mm 幅従来の 1.5 倍（200W → 300W）の高出力を有する PLD 用全域に亘り、均熱が得られるヒータに更新した。狙い通り

エキシマレーザの導入により Ic 特性の向上を図った。図 4

幅方向端部の Ic が改善していることが確認できた。

サイズの増大により、超電導層の単位膜厚当たりの成膜速4mm 幅にスリットした場合の 15m 長線材の Ic 分布の典型度が旧レーザに比べ 1.75 倍に向上し、より短い成膜時間例を示す。15m 長の 4mm 幅線材では最大 Ic ＝ 178 ～３−３超電導層に示すように、新レーザによるレーザ出力向上とプルーム

図 6 に 、 300W レ ー ザ ー で 製 作 し た 30mm 幅 線 材 を

2 0 1 1 年 7 月・ S E I テ クニ カ ル レ ビ ュ ー ・ 第 1 7 9 号 −（ 55 ）−190A（Ic ＝ 445 ～ 475A/cm）の Ic 特性が得られた。一価および SEM ・ AFM 観察から得られる各層の最表面組織方、2mm 幅線材の試作結果を図 7 に示す。試作した結果、の関係を調べ、成膜プロセスへ反映したことも開発加速の

図 7 に示す通り、2mm 幅− 285 ～ 310A/cm（2mm 幅線要因である。本技術開発結果を基に、1cm 幅あたり約 3km材の Ic ＝ 57 ～ 62A）− 長さ 28m が得られた。2mm 幅線の超電導線材を 30mm 幅プロセスにて製造した。本工程に材では機械式スリット加工における細線加工で最大 8 ％程おいて作製した 4mm 幅線材の Ic 度数分布を図 8 に示す。

度 Ic が低下することが判明しているため、300W レーザで製作した高 Ic 特性を有す 30mm 幅線材をスリット加工すIc ＝ 200A/cm-w 以上の超電導線材の歩留りは図 8 より34 ％と算出され、ケーブルシステム構築用に適用可能な特ることで、ケーブルシステムに適用する長尺線材の性と長さを有す線材を安定に製造できるプロセスの基礎を300A/cm を超える Ic 目標値達成の目途を得た。

確立した。

600

235689111214151000L (m)

図64mm 幅線材の Ic 分布

350-4000300-350

0.0200250-300

100200-25050.0

300

150-200

200

400

100-150

300

100.0

2cm-3cm間
1cm-2cm間
中央1cm

50050-100

400A/cm

Ic 4 (A)150.0

1cm 幅換算長さ（m）

5000-50200.0

Ic 範囲（A/cm-w）

図8

超電導線材の Ic 度数分布

7060

Ic (A)@ 2mmW

50４−２4030

配向基板− PLD 線材に対ルの製造環境および運転環境の把握を行い、想定された環20境に対応した配向基板− PLD 線材線材の試験方法の調査を100

経時経年変化特性して経時経年特性を把握する目的で、66kV 大電流ケーブ行った。表 3 に 66kV 大電流ケーブル用線材の保存・環境
07.5

図71522.530条件の典型例を示す。

L (m)上 記 内 容 を 基 に す る と 、線 材 レ ベ ル に お い て 配 向 基

2mm 幅線材の Ic 分布

板− PLD 線材の経時経年変化を評価するための基本的な超電導特性試験内容は、主に以下の 4 項目にまとめられる。
１）湿度、温度、真空による超電導特性（Tc, Jc, Ic 等）

4.

安定製造技術開発と実用特性
４− 1

長尺線材の安定製造

成膜速度が向上したこ

２）Ic の熱サイクル特性（液体窒素温度～ 100 ℃）３）Ic の歪依存性（圧縮：0.15％、引張：0.3％、スパイラル等）
４）Ic の過電流特性とにより、基板が受ける熱履歴が低下し、さらに、新レー

上記 4 項目に対応する環境下での経時特性評価を行い、ザによるレーザーエネルギーの安定性向上と、ヒータ周辺経時変化主要因となる環境影響を調査した。Ic の湿度、温の温度分布の改善により、幅方向の Ic 分布も改善され、図度、真空による特性調査を実施した結果を図 9 と図 10 に示

5 に示したように線材の左側と中央部で 400A/cm 以上のIc を得た。このように、膜厚増加による Ic 向上と線材幅方す。真空下の加熱による Ic 特性は 3 種の条件（100 ℃、150 ℃、100 ℃で 30mmø 曲げ）のいずれにおいても特性

向の Ic 分布改善により、ケーブル開発用線材として提供で変化はなかった。一方、湿度下（67mbar の H2O）の加熱きる線材量の増加が見込める結果が得られ、超電導線材のによる Ic 特性調査では、室温から 80 ℃までは 600 時間経

月当たりの製造量は 30mm 幅化により 1cm 幅線材換算で過後においても著しい Ic 値の変化はなかったが、115 ℃以1km を超える製造能力に向上した。

上の温度条件では温度の増加と共に時間経過に伴って Ic 値

これら均一線材作製技術開発においては、中間層およびの低下が観測された。しかしながら、今回 Ic 低下が観測さ

PLD 超電導層の成膜プロセス条件と XRD による結晶性評

れた条件は、表 3 に示す線材の保存・環境条件を大きく超−（ 56 ）−PLD 法によるイットリウム系薄膜高温超電導線材の開発

えており、ケーブル用線材の想定された湿度、温度、真空次に、線材 Ic の熱サイクル特性について調査した。試験下においては、経時経年変化は生じないと考えられる（4）。

は、線材保存および運転条件を模擬して、室温と液体窒素温度の間を多数回の熱サイクル履歴を印加させながら Ic の変化を調査した。試験結果を図 11 に示すが、30 回までの

環

境

線材保存

ケーブル製造

転項

目

条

温度

室温

湿度

40 ～ 100 ％件

熱サイクル試験では、Ic の大きな変化はなく、また安定化

Cu の有無に対する影響もなかった。運転開始時以降は、室温から液体窒素温度までの熱サイクルはケーブルメンテナンス時の昇温に対応するが、ケーブル敷設後の運転開始以降の熱サイクルは 30 回より少ないと考えられることか

保存期間

1 年間

Ic 測定

熱サイクル（常温～ 77K）

線材巻替

曲げ径 100mm

温度

室温（-10 ℃～ 50 ℃程度）

湿度

40 ～ 100 ％

160

曲げ

直径 45 ～ 50mm

140

巻き線時曲げ

直径 45mm 相当（引張り張力 1kgf ）断熱管真空引真空、最大 100 ℃− 10 日間程度

側圧

最大 15kg/m 程度

温度

室温～ 65K

長期線材歪み最大 0.3 ％（引張り）熱サイクル

室温～液体窒素温度

圧0.2 ～ 1MPaG（液体窒素加圧）

力過電流ら、本試験結果により配向基板− PLD 線材の基本的な熱サイクル耐性が確認された。

120
1008060
402000531.5kA-2sec

1015202530

熱サイクル回数

図 11110

Ic(t)/Ic(0) (%)

運設

４−３Ic の熱サイクル特性（室温～液体窒素温度）

機械的特性

Ic の歪依存性は複数の評価法に100より実施した。まず基本的な線材の Ic − 機械的特性は、室90

温で線材に単純曲げ、引っ張り張力およびスパイラル歪を印加し、その後 Ic を測定する手順で、これらの歪および張8070

力を増加させ Ic が低下する領域まで試験を実施した（図Heat treated in vacuum (1.5E2 Pa)
100 C_flat
&BEHQG PPѮ 
150 C_flat

6012、図 13）。

これらより曲げ強度限界は 20mmø、引っ張り強度限界

50020

図9406080

100は 300MPa であることを把握すると共に、実際のケーブルTime (h)製造条件に比較して線材単体としては十分な裕度を有して真空下の加熱による Ic 特性いることが確認された。一方、スパイラル曲げ歪特性については、大電流ケーブル構造を模擬したフォーマ径（16mmø）を用いて Ic が低下し始める最少スパイラルピッチが 100mm であることを把握した。ケーブル製造ではこ110

れら限界値レベルで製造することは考えられず、一定の裕度を維持することで経時経年変化に備える必要がある。

100Ic(t)/Ic(0) (%)

布66kV 大電流ケーブル用線材の保存・環境条件

Ic@ 4mm幅（A）

表390
80706050

４−４67mbar H 2O
40 C
85 C
115 C
150 C
180 C
without H 2O0200

図 10400600

その他の諸特性

Ic の過電流特性は、31.5kA、2 秒の過電流が流れた場合に対応した評価が必要となる。本評価では、大学との連携で安定化 Cu の厚みを 10 ミ
クロン及び 20 ミクロンの 2 水準にて、超電導線材 1 本に流れる電流波形を解析で求め、線材に印加する交流電流の800

ピーク値を徐々に大きくし、Ic 劣化が開始する Ipeak を調Time (h)査した。さらにこの Ipeak 未満で最大 30 回までの繰り返

湿度下の加熱による Ic 特性

し過電流を流して Ic 低下がないことを確認した。一方、

2 0 1 1 年 7 月・ S E I テ クニ カ ル レ ビ ュ ー ・ 第 1 7 9 号 −（ 57 ）−50

ナイフエッジ法やホール素子顕微鏡法を用いた線材の特性40

分布評価や電磁気挙動評価も大学との連携で実施し、配向
金属基板に起因した結晶粒の電流分布への影響（図 14）

Ic（A）

30100や、機械式スリット加工によるエッジ部の Ic 劣化領域が1234
平均200204060

150 ～ 200µm 程度であること（図 15）等の有用な情報を得た（5）～（8）。

805.

曲げ径（mm）

図 12

Ic の単純曲げ歪特性

結言

大電流・低交流損失ケーブルに適用するための低磁性クラッドタイプの配向基板と PLD 法を用いた Y 系線材の製造技術開発を実施した。ケーブル化に必要な性能および製造速度等を満足する要素技術を基に、高 Ic かつ長手方向に均一な特性を有する配向基板－ PLD 法による長尺線材の安定

1.21.0㻕による細線化技術や Cu メッキ技術、更には種々の実用特㻖

0.8規格化 Ic製造プロセスを確立した。同時に、機械式スリット加工法

㻔性を把握した。今後は Y 系プロジェクトの最終目標に向け㻗

0.6て、100m ～ 200m 級の長尺プロセスの確立を図ると共に、0.4Ic 向上の要因となる中間層の結晶性や平滑性の改善と、0.2PLD プロセスにおける超電導膜の組成コントロール等によ0.0200250

図 13300350400

り Ic の向上と幅方向の均一化を図っていく。

応力（MPa）

将来的には、高い特性ポテンシャルと低コストの潜在性

Ic の単純引っ張り特性を秘めた配向基板上の PLD 法による Y 系線材のさらなる高Ic 開発と低コスト長尺線材の安定製造技術を確立して市場への販売を開始し、高温超電導線材をニーズに応じて提供

Sheet current
density
Jy (A/m)Sheet currentdensity
Jx (A/m)

できるメーカの位置を構築していく。応用展開については、
30

Jx

Cut-off: 200um

Jy

Cut-off: 200um

0-3030Y 系長尺線材の段階的開発状況に応じて、ケーブルや超電導モータ等の応用開拓や実証にも供給していきたい。

6.

謝辞0

本研究の一部は、経済産業省の「イットリウム系超電導-30

電力機器技術開発」プロジェクトの一環として、（独）新エネ

図 14

ホール素子顕微鏡法による電磁気特性分布評価

ルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）からの受託により実施したものである。
本研究開発にあたり種々の御指導を頂いた財団法人国際超電導産業技術研究センター（ISTEC）、および各種線材

Sheet current density Jx (A/m)の特性評価を実施頂いた㈶ファインセラミックセンター（JFCC）や各大学（京都大学、早稲田大学、九州大学）に30 10 3

感謝致します。

20 10 310 10 30-10 10 3-20 10 3-30 10 3-2-1012Position in width direction y (mm)

図 15−（ 58 ）−

切断加工を施した細径線材の Jc 分布特性

PLD 法によるイットリウム系薄膜高温超電導線材の開発

用 語 集ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー

参※1（1） N. Fujiwara, H. Hayashi, S. Nagaya, Y. Shiohara,“ Development ofYBCO power devices in Japan”,Physica C 470, 980-985 (2010)

交流損失

超電導線材・導体に発生するエネルギー損失。直流電流・磁界に対してエネルギー損失は発生しないが、交流電流・磁界に対しては、ヒステリシス損失、結合損失、渦電流損失などが発生する。これらのエネルギー損失をまとめて交流損失と呼ぶ。
※2Y 系線材

イットリウム系薄膜高温超電導線材の略称。イットリウムや希土類元素からなる高温超電導体をテープ基板上に結晶成 長 さ せ た も の 。 臨 界 温 度 は 約 93K で 液 体 窒 素 温 度（77.3K）で超電導状態を示す。実用化が進むビスマス系超電 導 線 材 （ Bi 系 線 材 ） に 対 し て 、 第 二 世 代 （ SecondGeneration）の高温超電導線材（2G 線材）とも呼ばれる。
特に、臨界電流の磁場特性に優れるため、大容量ケーブルやモータなどへの応用が期待されている。
※3配向金属基板

金属材料を強加工した後に熱処理を施すことで単結晶的にテープ面を 2 軸結晶配向した金属テープ基板。Ni や Cu 等の金属、NiW 合金等がこの特性を示すことが知られている。
クラッドタイプでは、高強度金属母材上に配向層を薄く配置し、低磁性化と高強度を実現した。
※4PLD 法レーザー蒸着（Pulsed Laser Deposition）法の略称。蒸着させる原料ターゲットに強輝度のエキシマレーザー光などを照射させ、原料を活性なプラズマ状態にして、基板上に結晶成長を実現する成膜法。最近では高出力のレーザー

考

文

献

（2） T. Nagaishi, Y. Shingai, M. Konishi, T. Taneda, H. Ota, G. Honda, T.
Kato, K. Ohmatsu,“Development of REBCO coated conductors on
textured metallic substrates”,Physica C 469, 1311-1315 (2009)（3） T. Yamaguchi, H. Ota, K. Ohki, M. Konishi, K. Ohmatsu,“Development of buffer layers on 30 mm wide textured metal
substrates for REBCO coated conductors”, Physica C 470, 12711274 (2010)（4） N. Sakai, X. Wang, A. Ishiyama, K. Ohmatsu et al,“Understandingof deterioration phenomenon for RE123 coated conductors (2)Study on deterioration limit against various environmentalstresses”, Abstracts of CSJ Conference 83 (2010) p.1-37 (inJapanese)
坂井直道、王旭東、石山敦士、大松一也 他、「RE123 線材の特性把握（2）各種環境ストレスに対する劣化限界の検討」、第 83 回 2010年秋季低温工学・超電導学 会講演概要集、p.1-37（5） N. Amemiya, Z. Jiang, M. Nakahata, M. Yagi, S. Mukoyama, N.
Kashima, S. Nagaya, Y. Shiohara,“ AC loss reduction ofsuperconducting power transmission cables composed of coatedconductors”, IEEE Trans. on Appl. Supercond. 17, 1712-1717(2007)（6） Ohya Masayoshi, Yumura Hiroyasu, Masuda Takato,“Developmentof 66kV/5kA class“3-in-One”HTS Cable with RE123 Wires”,
Abstracts of CSJ Conference 83(2010) 3C-a07 (in Japanese)
大屋正義、湯村洋康、増田孝人「66kV/5kA 級三心一括型薄膜高温超電導ケーブルの開発」、第 83 回 2010 年秋季低温工学・超電導学会講演概要集、3C-a07（7） X. Wang, H. Ueda, A. Ishiyama, M. Ohya, H. Yumura, N. Fujiwara,“Numerical simulation on fault current condition in 66 kV class
RE-123 superconducting cable”, Physica C 470, 1580-1583 (2010)（8） K. Higashikawa, T. Kawaguchi, K. Shiohara, M. Inoue, T. Kiss et al,“Investigation of Critical Current Density Distribution in RE-123
Coated Conductors Processed for AC Power Applications”,
Abstracts of CSJ Conference 83 (2010) 1A-a02 (in Japanese)
東川甲平、川口鉄平、塩原敬、井上昌睦、木須隆暢 他、「交流電力機器用 RE-123 加工線材の臨界電流密度分布評価」、第 83 回 2010 年
秋季低温工学・超電導学会講演概要集、1A-a02

機器の発展で、有力な量産プロセスとして注目されている。
※5臨界電流（Ic）超電導状態で抵抗を生じさせずに流せる最大の電流値。
イットリウム系材料を用いた薄膜高温超電導線材では、1cm 幅当たりの電流値： A/cm の単位で表わすことが多執筆

大松者 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------一 也＊：パワーシステム研究所 グループ長
薄膜高温超電導線と応用の開発に従事い。一般的に臨界電流は、温度が下がると増加し、磁界が印加されると減少する。
※6

管路

主に地中に埋設されて活用される、ケーブルを収容するための管状の部材。ケーブルの引き入れや引き抜きを容易にし、布設後は外傷防止の役目を果たす。高温超電導ケーブルは、大都市地下における既存管路に布設されているケーブルの増阿 比 留 健 志 ：パワーシステム研究所
山口高 史 ：パワーシステム研究所

新海優 樹 ：パワーシステム研究所

工学博士

小西昌 也 ：パワーシステム研究所

主席------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------＊主執筆者

容量を主目的の一つとして、開発が進められている。

2 0 1 1 年 7 月・ S E I テ クニ カ ル レ ビ ュ ー ・ 第 1 7 9 号 −（ 59 ）−