JP2003092033A - 転位超電導テープユニット及びこれを用いた超電導応用機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 十分な超電導特性を有するうえ、強度を向上
させた転位超電導テープユニットの提供を課題とする。
このような転位超電導テープユニットを用いた超電導ケ
ーブル、超電導変圧器、超電導マグネット、超電導限流
器等の超電導応用機器の提供を他の課題とする。 【解決手段】 複数本のテープ状の超電導導体１８と、
１本以上のテープ状の補強材１６とが転位撚り合わされ
てなる転位超電導テープユニット１５。転位超電導テー
プユニット１５を用いた超電導応用機器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、テープ状の超電導
導体を複数本転位撚り合わせた転位超電導テープユニッ
ト及びこれを用いた超電導応用機器に係わり、詳しくは
十分な超電導特性を有するうえ、強度を向上させた転位
超電導テープユニット及びこれを用いた超電導応用機器
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超電導ケーブル、超電導変圧器、超電導
マグネット、超電導限流器等の超電導応用機器には、テ
ープ状の超電導素線や、テープ状の超電導導体や、ある
いはテープ状の超電導導体を複数本転位撚り合わせた転
位超電導テープユニットが用いられている。図６は、従
来の転位超電導テープユニットが備えられた超電導ケー
ブルの例を示す斜視図であり、図７は、図６の超電導ケ
ーブルに備えられた転位超電導テープユニットの説明図
であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。図６
の超電導ケーブル１１０は、交流電流通電時において偏
流を抑制した構造を有するもので、転位超電導テープユ
ニット１１５がパイプ状のフォーマ（管体）１１７の周
囲に螺旋状に巻回されてなるものである。この転位超電
導テープユニット１１５は、図７（ａ）に示すようにテ
ープ状の超電導導体（超電導テープ）１１８を複数本
（図面では５本）転位撚り合わせてなる長尺の帯状のも
のである。この転位超電導テープユニット１１５では、
テープ状の超電導導体１１８の複数本を集合して撚り合
わす際に、各テープ状の超電導導体１１８がその長尺方
向において、順次その位置を代えて変位するように撚り
合わされたものである。

【０００３】フォーマ１１７の表面は、該フォーマ１１
７と転位超電導テープユニット１１５間の通電を抑制す
るために絶縁処理が施されている。また、このフォーマ
１１７の内部は、冷却媒体の流路とされ、テープ状の超
電導導体１１８の冷却が行われる。テープ状の超電導導
体１１８は、図７（ｂ）に示すように、超電導多心素線
（超電導素線）が平坦化されてなるテープ状の超電導素
線１１９の表面に硫化処理が施されて高抵抗化膜１２０
が形成されてなるものである。上記超電導多心素線は、
Ａｇ等から形成されたシース材からなる基地の内部に、
超電導フィラメントなどの超電導体からなるコア部また
は熱処理により超電導体となる材料を有するコア部が備
えられてなるものである。上記コア部の超電導体あるい
は熱処理により超電導体となる材料としては、Ｂｉ₂Ｓ
ｒ₂Ｃａ₁Ｃｕ₂Ｏ_x （Ｂｉ２２１２相）、Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃ
ａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y（Ｂｉ２２２３相）などで示される組成を
持つものが用いられる。上記のような構成の超電導ケー
ブル１１０の外側には、図示しない半導体層、絶縁層、
保護層、断熱層、防食層などが必要に応じて形成されて
使用される。

【０００４】図８は、従来の超電導テープが備えられた
超電導変圧器の巻線部の例を示す図であり、図９はこの
巻線部の要部を示す図である。この巻線部１３０は、円
筒形の巻枠１４０と、この巻枠１４０に巻かれたテープ
状の超電導導体（超電導テープ）１４５とから構成され
たものが知られている。巻枠１４０には、図９に示すよ
うに複数の溝１４１が略平行に形成されている。ここで
のテープ状の超電導導体１４５のコア部としては、Ｂｉ
₂Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y（Ｂｉ２２２３相）等の超電導体
あるいは熱処理により超電導体となる材料が用いられて
いる。ここで用いられる超電導導体１４５がテープ状と
されるのは、酸化物超電導体、特に、Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₂
Ｃｕ₃Ｏ_y（Ｂｉ２２２３相）等の超電導体は結晶の配向
性（特にＡＢ面の配向性）を揃え高臨界電流特性化を図
るためであり、通常、圧延加工と熱処理を繰り返すこと
により高特性化を行っている。

【０００５】各溝１４１内には上記のようなテープ状の
超電導導体１４５が複数積層（図面では３層積層）さ
れ、嵌め入れられることにより巻枠１４０に巻き付けら
れているが、その際、図９の（ｂ）に示すように一つの
溝１４１ａに嵌められた最外層の超電導導体１４５ｃは
途中から緩やかに次の溝１４１ｂに移行してこの溝１４
１ｂに嵌め入れられ、その後、所定の間隔をあけて次の
層（最外層の下側の層）の超電導導体１４５ｂが次の溝
１４１ｂに途中から緩やかに移行してこの溝１４１ｂに
嵌め入れられて先に移行させた超電導導体１４５ｃの外
側（上）に巻く方法（層内転位法）が採用されている。
このような超電導変圧器の巻線部１３０では、超電導導
体の補強のために隣接する溝１４１、１４１間隔（スペ
ーサ間隔）を小さくしている。

【０００６】次に、強磁場で使用される超電導マグネッ
トにおいては、磁場発生時において強大な電磁力が巻線
部に加わる。そのため巻線部に備えられるテープ状の超
電導導体の高強度化のために各種の開発がなされてい
る。高強度化された従来のテープ状の超電導導体の例と
しては、銀シースにＣｕ等の元素を添加したものや、コ
ア部材料としてＢｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₁Ｃｕ₂Ｏ_x （Ｂｉ２２１
２相）を用いたものを液体ヘリウム中で使用するように
したものが知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな超電導応用機器に用いられた従来のテープ状の超電
導導体や転位超電導テープユニットは、強度を十分に向
上できないという問題があった。特に、シース材の高強
度化によりテープ状の超電導導体を強度を向上する方法
では、Ｍｇ、Ｓｂ、Ｍｎ等を銀中に０．１〜０．３ｗｔ
％添加した銀合金シース材を超電導導体の外周部分に用
いており、この場合、超電導導体の製造工程で行う熱処
理時（約８００℃〜９００℃で、数百時間程度）に上記
の添加元素の拡散により超電導特性の低下を引き起こす
のを避けるために、添加元素の添加量が０．３ｗ％以下
に制約されるため、導体の補強効果もある一定のレベル
以下に制約されてしまう。

【０００８】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、十分な超電導特性を有するうえ、強度を向上させ
た転位超電導テープユニットを提供することを目的とす
る。また、本発明は、十分な超電導特性を有するうえ、
機械的強度を向上させた転位超電導テープユニットを用
いた超電導ケーブル、超電導変圧器、超電導マグネッ
ト、超電導限流器等の超電導応用機器の提供を他の目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、テープ状の超
電導導体の複数本と、１本以上のテープ状の補強材とが
転位撚り合わされてなることを特徴とする転位超電導テ
ープユニットを上記課題の解決手段とした。上記構成の
転位超電導テープユニットにおいては、さらに前記転位
超電導テープユニットの中央部に縦に配置されたテープ
状の補強材が通されていることが好ましい。

【００１０】また、本発明は、テープ状の超電導導体の
複数本が転位撚り合わされてなる転位超電導テープユニ
ットにおいて、前記転位超電導テープユニットの中央部
に縦に配置されたテープ状の補強材が通されていること
を特徴とする転位超電導テープユニットを上記課題の解
決手段とした。上記のいずれかの構成の本発明の転位超
電導テープユニットにおいて、上記テープ状の補強材
は、非磁性金属材料又は非磁性のオーステナイト系金属
材料からなるものであってもよい。上記非磁性金属材料
としては、ハステロイ等を用いることができる。上記非
磁性のオーステナイト系金属材料としては、ＳＵＳ３０
４、ＳＵＳ３１６等のオーステナイト系ステンレス鋼等
を用いることができる。

【００１１】本発明において、上記テープ状の超電導導
体としては、テープ状の超電導素線の表面に硫化処理が
施されて高抵抗化膜が形成されたものであってもよい。
本発明において、上記テープ状の超電導素線は、超電導
体からなるコア部または熱処理により超電導体となる材
料を有するコア部がシース材からなる基地の内部に備え
られてなる超電導素線を平坦化してなるものであり、前
記高抵抗化膜は前記基地を形成するシース材よりも電気
抵抗率の高いものであることが好ましい。上記コア部を
なす超電導体またはコア部の熱処理により超電導体とな
る材質としては、単体では機械的に脆い性質を有する超
電導材料が挙げることができ、例えば、Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ
₁Ｃｕ₂Ｏ_x （Ｂｉ２２１２相）、Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃
Ｏ _y（Ｂｉ２２２３相）、Ｂｉ_1.6Ｐｂ_0.4Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃ
ｕ₃Ｏ_x、Ｔｌ₂Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y、Ｙ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ
_7-xなどで示される組成をもつ酸化物超電導材料のよう
な高温超電導材料や、Ｎｂ₃Ｓｎ、Ｎｂ₃Ａｌなどで示さ
れる組成をもつ超電導材料のうちから選択された一種以
上のものが用いられ、特に、Ｂｉ系２２２３相またはＢ
ｉ系２２１２相のＢｉ系酸化物超電導材料が用いられる
ことが好ましい。

【００１２】上記シース材が、Ａｇ，Ｐｔ，Ａｕ等の貴
金属あるいはそれらの合金からなるものであることが好
ましい。上記高抵抗化膜は、上記シース材の硫化物から
なるものであることが好ましく、このなかでも硫化銀か
らなることがさらに好ましい。

【００１３】また、本発明は、上記のいずれかの構成の
本発明の転位超電導テープユニットを用いたことを特徴
とする超電導応用機器を上記課題の解決手段とした。ま
た、本発明は、上記のいずれかの構成の本発明の転位超
電導テープユニットが管体の周囲に巻回されてなること
を特徴とする超電導ケーブルを上記課題の解決手段とし
た。本発明の超電導ケーブルにおいては、これに用いら
れる本発明の転位超電導テープユニットを構成する上記
テープ状の超電導導体の横断面形状とテープ状の補強材
の横断面形状がそれぞれ矩形状であることが好ましい。
上記管体は、ステンレス鋼製とされることが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る転位超電導テ
ープユニットと、これを用いた超電導応用機器の一実施
形態を、図面に基づいて説明する。 （転位超電導テープユニットの第１の実施形態）図１
は、本発明の転位超電導テープユニットの第１の実施形
態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図で
ある。本実施形態の転位超電導テープユニット１５は、
図１（ａ）に示すように複数本（図面では８本）のテー
プ状の超電導導体（超電導テープ）１８と、複数本（図
面では４本）のテープ状の補強材（補強テープ）１６と
が転位撚り合わせてなる長尺の帯状のものである。さら
に詳しくは、テープ状の超電導導体（超電導テープ）１
８を上下左右に積層した積層体（図面では超電導導体１
８を４本束ねた積層体）１８ａ、１８ａの間にテープ状
の補強材１６、１６が左右に並列され、さらに一方の積
層体１８ａの上にテープ状の補強材１６が添設され、他
方の積層体１８ａの下にテープ状の補強材１６が添設さ
れており、さらにこれらの複数本のテープ状の超電導導
体１８と複数本のテープ状の補強材１６は撚り合わす際
に、各テープ状の超電導導体１８や各テープ状の補強材
１６がその長尺方向において、順次その位置を代えて変
位するように撚り合わされたものである。

【００１５】上記テープ状の超電導導体１８は、図１
（ｂ）に示すようにテープ状の超電導素線１９の表面に
硫化処理が施されて高抵抗化膜２０が形成されてなるも
のである。この超電導導体１８の横断面形状は、矩形状
とすることが好ましい。この超電導導体１８の具体的寸
法は、幅１．０ｍｍ〜５．０ｍｍ程度、厚さ０．１ｍｍ
〜１．０ｍｍ程度の範囲のものとされる。上記高抵抗化
膜２０は、後述するシース材の硫化物からなるものであ
り、このなかでも硫化銀からなることが好ましい。この
ような高抵抗化膜２０は、後述する基地２９を形成する
シース材よりも電気抵抗率が高くなっていることが、テ
ープ状の超電導導体１８の表面を高抵抗化することがで
き、隣接するテープ状の超電導導体１８のシース材２９
に渦電流が導通することがなく、各々のテープ状の超電
導導体１８の内部に渦電流が留まるようにできる点で好
ましい。例えば、基地２９が電気抵抗率の低いＡｇ（７
７Ｋにおいて電気抵抗率が０．３μΩｃｍ）等から構成
されている場合、該基地２９の周囲の高抵抗化膜２０が
電気抵抗率の高い硫化銀（７７ＫにおいてＡｇの電気抵
抗率の約１０³倍以上の電気抵抗率を有する）などから
構成される。

【００１６】上記テープ状の超電導素線１９は、図２に
示すような超電導多心素線（超電導素線）２５が平坦化
されてなるものである。この超電導素線１９の横断面形
状は、矩形状とすることが好ましい。この超電導素線１
９は、幅１．０ｍｍ〜５．０ｍｍ程度、厚さ０．１ｍｍ
〜１．０ｍｍ程度の範囲のものとされる。上記超電導多
心素線２５は、超電導フィラメントなどの複数本の超電
導体２７からなるコア部２８または熱処理により超電導
体となる材料２７を有するコア部２８がシース材からな
る基地２９の内部に備えられてなるものである。

【００１７】コア部２８の超電導体２７あるいは熱処理
により超電導体となる材料２７としては、単体では機械
的に脆い性質を有する超電導材料が挙げることができ、
例えば、Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₁Ｃｕ₂Ｏ_x （Ｂｉ２２１２
相）、Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_y（Ｂｉ２２２３相）、
Ｂｉ_1.6Ｐｂ_0.4Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｔｌ₂Ｂａ₂Ｃａ₂
Ｃｕ₃Ｏ_y、Ｙ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-xなどで示される組成をも
つ酸化物超電導材料のような高温超電導材料や、Ｎｂ₃
Ｓｎ、Ｎｂ₃Ａｌなどで示される組成をもつ超電導材料
のうちから選択された一種以上のものが用いられ、特
に、Ｂｉ系２２２３相またはＢｉ系２２１２相のＢｉ系
酸化物超電導材料が用いられる。基地２９を形成するシ
ース材としては、Ａｇ，Ｐｔ，Ａｕ等の貴金属あるいは
それらの合金からなるものが用いられる。

【００１８】テープ状の補強材１６は、非磁性金属材料
又は非磁性のオーステナイト系金属材料からなるものが
用いられる。上記非磁性金属材料としては、ハステロイ
等を用いることができる。上記非磁性のオーステナイト
系金属材料としては、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等の
オーステナイト系ステンレス鋼等を用いることができ
る。このテープ状の補強材１６の横断面形状は、超電導
導体１８の横断面形状と同様の矩形状とすることが好ま
しい。この補強材１６の具体的寸法は、幅１．０ｍｍ〜
５．０ｍｍ程度、厚さ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の範
囲のものとされる。

【００１９】次に、図１に示した転位超電導テープユニ
ット１５の製造方法の一例を工程順に説明する。 〔原料粉末処理工程〕酸化物超電導物質の原料粉末、例
えばＢｉ₂Ｏ₃，ＰｂＯ，ＳｒＣＯ₃ ，ＣａＣＯ₃ ，Ｃｕ
Ｏ、からなるものを、Ｂｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕの
混合比が１．８：０．４：２．２：３．０となるように
混合し、７８０℃〜８２０℃の範囲の温度条件において
おこなう熱処理（仮焼き）と該仮焼きした後における粉
砕とを複数回繰り返す。ここで、混合する原料粉末は、
上記の他にＢｉ，Ｐｂ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｃｕの各元素の酸
化物、炭酸塩のいずれでもよい。 〔充填工程〕上記粉砕した原料粉末をＣＩＰ（冷間静水
圧プレス）成形等により例えば円柱体とし、ついでこの
円柱体をＡｇ等のシース材からなる第一のパイプ内部に
充填して封入し、シース材複合体（Ａｇシース複合体）
を形成する。

【００２０】〔単心線の伸線（引き抜き）加工工程〕上
記シース材複合体（Ａｇシース複合体）を、ダイス等に
よって所定の線径にまで伸線加工し、超電導単心素線
（単心線）を形成する。 〔多心化工程〕Ａｇ等のシース材からなる第二のパイプ
の内部に上記単心線を所定数（例えば、１９本）配置
し、封入を行った後、ダイス等により所定の線径にまで
伸線加工して、図２に示すような超電導多心素線（超電
導素線）２５を形成する。

【００２１】〔超電導素線の圧延熱処理反復工程〕上記
超電導多心素線２５をロール圧延等の圧延加工により、
所定の厚さまで圧延して平坦化する。ここでの圧延加工
に用いる装置としては、例えば、上下一対のロールを備
えた２重圧延機と、このロール間に超電導多心素線２５
を送り出す送出ドラムと上記ロール間で圧延された超電
導多心素線２５を巻き取る巻取ドラムとからなる搬送機
からなる圧延装置（図示略）が好適に用いられる。この
ような圧延装置を用いて超電導多心素線２５を圧延する
には、上記送出ドラムから超電導多心素線２５を上記ロ
ール間に送り出して圧延するとともに圧延された超電導
多心素線２５を巻取ドラムで巻き取ることにより行われ
る。ついで、この平坦化した超電導多心素線２５を、例
えば熱処理ドラムに巻回状態として電気炉等の内部に収
容し、温度条件を、８２０℃〜８５０℃の範囲とし、処
理時間を、１０時間〜２００時間の範囲に設定して熱処
理を行う。更に、上記圧延加工（またはプレス処理）お
よび熱処理を複数回繰り返して、所定の厚みのテープ状
の超電導素線１９を形成する。

【００２２】〔超電導素線の硫化工程〕上記テープ状の
超電導素線１９の表面に硫化処理を施して高抵抗化膜２
０を形成することにより、図１に示すようなテープ状の
超電導導体（超電導テープ）１８を形成する。ここでの
硫化処理に用いる装置としては、例えば、真空排気可能
であり、内部に硫黄蒸気が満たされる反応容器と、該反
応容器内にテープ状の超電導素線１９を送り出す送出ド
ラムと、上記反応容器内で硫化処理が施されたテープ状
の超電導素線１９を巻き取る巻取ドラムとからなる硫化
処理装置が好適に用いられる。上記反応容器には、テー
プ状の超電導素線１９を内部に導入する導入孔と、導入
されたテープ状の超電導素線１９を導出するための導出
孔が形成されており、これら導入孔と導出孔の周縁部に
は、テープ状の超電導素線１９を通過させている状態で
各孔の隙間を閉じて上記反応容器内を気密状態にする封
止機構が設けられている。また、上記反応容器には、ヒ
ータ（図示略）が備えられており、この反応容器を加熱
できるようになっている。

【００２３】このような硫化処理装置を用いてテープ状
の超電導素線１９の表面に硫化処理を施すには、上記反
応容器の内部を真空排気した後、該反応容器内に所定温
度範囲の硫黄蒸気を供給し、ついで、上記送出ドラムか
らテープ状の超電導素線１９を上記硫黄蒸気が満たされ
た上記反応容器内に送り出すとともに硫化処理が施され
たテープ状の超電導素線１９を上記巻取ドラムで巻き取
ると、表面に高抵抗化膜２０を有するテープ状の超電導
導体（超電導テープ）１８が得られる。上記の反応容器
内に供給される硫黄蒸気としては、二塩化硫黄、二塩化
二硫黄、二酸化硫黄などの蒸気を挙げることができる。
上記反応容器内に供給される硫黄蒸気の温度としては、
５０゜Ｃ〜１７０゜Ｃ程度の範囲内とされる。上記反応
容器内の温度としては、供給された硫黄蒸気が液化しな
いような温度である。硫化処理時間としては、６０〜３
００００秒程度である。ここでの硫化処理時間は、上記
反応容器内に送り込むテープ状の超電導素線１９の線速
等によって変更できる。

【００２４】〔補強材の圧延反復工程〕線状の補強材
（テープ状にする前の補強材１６）をロール圧延等の圧
延加工により、所定の厚さまで圧延して平坦化する。こ
こでの圧延加工に用いる装置としては、例えば、上下一
対のロールを備えた２重圧延機と、このロール間に線状
の補強材を送り出す送出ドラムと上記ロール間で圧延さ
れた補強材１６を巻き取る巻取ドラムとからなる搬送機
からなる圧延装置（図示略）が好適に用いられる。この
ような圧延装置を用いて上記線状の補強材を圧延するに
は、上記送出ドラムから線状の補強材を上記ロール間に
送り出して圧延するとともに圧延された補強材を巻取ド
ラムで巻き取ることにより行われる。更に、上記圧延加
工（またはプレス処理）を複数回繰り返して、所定の厚
みのテープ状の補強材１６を形成する。

【００２５】〔転位撚り合せ工程〕転位撚り合せ機を用
いて上記テープ状の超電導導体１８の複数本（本実施形
態では８本）と、テープ状の補強材１６の複数本（本実
施形態では４本）とを所定の転位ピッチで転位撚り合わ
せて図１に示すような転位超電導テープユニット１５を
形成する。ここでの転位ピッチ（転位撚渡り部長さ）Ｐ
としては、２０ｍｍ〜５００ｍｍ程度の範囲内とされ
る。

【００２６】本実施形態の転位超電導テープユニット１
５によれば、上記テープ状の超電導導体１８の複数本
と、上記テープ状の補強材１６の複数本とが転位撚り合
わされてなるものであるので、転位撚り合わされた複数
本のテープ状の超電導導体１８間や外側に上記テープ状
の補強材１６が組み込まれる構造となり、十分な超電導
特性を有するうえ、機械的強度を向上させることができ
る。なお、本実施形態では、転位超電導テープユニット
１５を８本のテープ状の超電導導体１８と４本のテープ
状の補強材１６とから構成した場合について説明した
が、要求される超電導特性や機械的強度に応じてテープ
状の超電導導体１８やテープ状の補強材１６の本数を選
択することで目的とする特性を備えた転位超電導テープ
ユニットの提供が可能である。

【００２７】（転位超電導テープユニットの第２の実施
形態）図３は、本発明の転位超電導テープユニットの第
２の実施形態を示す斜視図である。この第２の実施形態
の転位超電導テープユニット５５が図１に示した第１の
実施形態の転位超電導テープユニット１５と異なるとこ
ろは、転位超電導テープユニットの中央部に縦に配置さ
れたテープ状の補強材１６が通されており、即ち、転位
超電導テープユニットの中央部を縦断するようにテープ
状の補強材１６が組み込まれている点である。

【００２８】第２の実施形態の転位超電導テープユニッ
ト５５では、転位超電導テープユニットの中央部に縦に
配置されたテープ状の補強材１６が通されているので、
第１の実施形態の転位超電導テープユニット１５よりも
さらに機械的強度を向上させることができる。また、転
位超電導テープユニット５５の中央部に通されたテープ
状の補強材１６は、縦に配置されているので、左右に並
列されたテープ状の超電導導体１８、１８の間に介在さ
れることとなり、テープ状の超電導導体１８・・・の左右
方向（横方向）の位置ずれを防止できる。

【００２９】（転位超電導テープユニットの第３の実施
形態）図４は、本発明の転位超電導テープユニットの第
３の実施形態を示す斜視図である。この第３の実施形態
の転位超電導テープユニット３５は、複数本（図面では
１２本）のテープ状の超電導導体（超電導テープ）１８
を転位撚り合わせた転位超電導テープユニットの中央部
に縦に配置されたテープ状の補強材１６が通されてお
り、即ち、転位超電導テープユニットの中央部を縦断す
るようにテープ状の補強材１６が組み込まれている点で
ある。

【００３０】本実施形態の転位超電導テープユニット３
５によれば、転位超電導テープユニットの中央部に縦に
配置されたテープ状の補強材１６が通されているので、
転位超電導テープユニットの中央部にテープ状の補強材
１６が組み込まれる構造となり、組み込まれるテープ状
の補強材１６が少なくても十分な超電導特性を有するう
え、機械的強度を向上させることができる。また、この
転位超電導テープユニット３５は、組み込まれるテープ
状の補強材１６の本数が少なくても機械的強度を向上で
きるので、コンパクトでしかも効果的に補強効果を得る
ことができる。このような効果は、特に、転位超電導テ
ープユニットに組み込まれるテープ状の超電導導体１８
の本数が４本か５本以上である場合や、テープ状の超電
導導体１８の厚みが厚い場合、例えば、０．３ｍｍ以上
ある場合に特に顕著な効果を発揮できる。また、転位超
電導テープユニット３５の中央部に通されたテープ状の
補強材１６は、縦に配置されているので、左右に並列さ
れたテープ状の超電導導体１８、１８の間に介在される
こととなり、転位超電導テープユニットを構成する複数
のテープ状の超電導導体１８の左右方向（横方向）の位
置ずれを防止できる。

【００３１】（超電導ケーブルの実施形態）図５は、本
発明の実施形態の転位超電導テープユニットを用いた超
電導ケーブルの一実施形態を示す斜視図である。この超
電導ケーブル４０は、転位超電導テープユニット４５が
パイプ状のフォーマ（管体）４７の周囲に螺旋状に巻回
されてなるものである。ここで用いられる転位超電導テ
ープユニット４５は、上述した第１乃至第３の実施形態
の転位超電導テープユニット１５、５５、３５のうちい
ずれか１種または２種以上が用いられる。このような転
位超電導テープユニット４５の巻回方向は、Ｓ巻（右
巻）の方向またはＺ巻（左巻）の方向となっている。

【００３２】上記フォーマ４７は、ステンレス鋼などか
らなるものである。このようなフォーマ４７の表面は、
該フォーマ４７と転位超電導テープユニット４５間の通
電を抑制するために絶縁処理が施されている。このフォ
ーマ４７の内部は、液体窒素等の冷却媒体の流路とさ
れ、転位超電導テープユニット４５を構成するテープ状
の超電導導体１８の冷却が行われる。

【００３３】このような構成の超電導ケーブル４０の製
造方法としては、例えば、上記転位超電導テープユニッ
ト４５の複数組を表面に絶縁処理が施されたフォーマ４
７の周囲に所定のスパイラルピッチでＺ巻あるいはＳ巻
で巻回することにより、図５に示すような超電導ケーブ
ル４０が得られる。ここでのスパイラルピッチとして
は、１００〜２０００ｍｍ程度の範囲内とされる。この
ような構成の超電導ケーブル４０の外側には、図示しな
い半導体層、絶縁層、保護層、断熱層、防食層などが必
要に応じて形成されて使用される。

【００３４】本実施形態の超電導ケーブル４０は、超電
導特性が十分で、機械的強度を向上させた本発明の実施
形態の転位超電導テープユニット４５が用いられたもの
であるので、優れた特性を有するものとすることができ
る。なお、上述した実施形態においては、本発明の実施
形態の転位超電導テープユニットを超電導ケーブルに用
いた場合について説明したが、本発明の転位超電導テー
プユニットは超電導変圧器、超電導マグネット、超電導
限流器等の超電導応用機器の巻線部に用いることができ
る。本発明の転位超電導テープユニットが巻線部に用い
られた超電導応用機器は、優れた特性を有するものとす
ることができる。

【００３５】

【実施例】以下、本発明を、実施例および比較例によ
り、具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみ
に限定されるものではない。 （実施例）Ｂｉ₂Ｏ₃，ＰｂＯ，ＳｒＣＯ₃，ＣａＣＯ₃，
ＣｕＯ、を、Ｂｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕの混合比が
１．８：０．４：２．２：３．０となるように混合し、
８００℃の温度条件において行う熱処理（仮焼き）と該
仮焼きした後における粉砕とを複数回繰り返して、原料
粉末を得た。この原料粉末をＣＩＰ（冷間静水圧プレ
ス）成形により円筒状として、外径１５ｍｍ、内径１０
ｍｍのＡｇパイプ（第一のパイプ）内部に充填して封入
し、Ａｇシース複合体を得た。このＡｇシース複合体を
ダイス等によって線径１．９ｍｍにまで伸線加工して単
心線を形成した。ついで、外径１５ｍｍ、内径１０ｍｍ
のＡｇパイプ（第二のパイプ）の内部に上記単心線を１
９本配置し、封入を行った後、ダイス等により線径０．
９ｍｍにまで伸線加工して、超電導多心素線を形成し
た。

【００３６】この超電導多心素線を、２重圧延機と搬送
機からなる圧延装置を用いて厚さ０．３０ｍｍまで圧延
加工を施し、平坦化した。さらにこの平坦化した超電導
素線を熱処理ドラムに巻回した状態で、上述の電気炉の
内部に収容し、温度条件が８３０℃、処理時間が１５０
時間として熱処理を行った。更に、上記圧延加工（また
はプレス処理）および熱処理を複数回繰り返して、幅
２．０ｍｍ、厚さ０．２０ｍｍの横断面形状が矩形状の
テープ状の超電導素線を形成した。ついで、硫化処理装
置を用い、反応容器の内部を真空排気した後、該反応容
器に約１５０゜Ｃの硫黄蒸気を供給し、ついで、送出ド
ラムからテープ状の超電導素線を線速２０ｃｍ／時間で
上記硫黄蒸気が満たされた反応容器内に送り出すととも
に硫化処理が施されたテープ状の超電導素線を巻取ドラ
ムで巻き取ると、表面に黒色の硫化銀からなる高抵抗化
膜を有するテープ状の超電導導体（超電導テープ）が得
られた。なお、ここでの反応容器内の雰囲気圧力は、約
１ａｔｍ（１．０１３２５×１０⁵Ｐａ）であった。一
方、オーステナイト系ステンレス鋼からなる線状の補強
材を、２重圧延機と搬送機からなる圧延装置を用いて圧
延加工（またはプレス処理）を複数回繰り返して、幅
２．０ｍｍ、厚さ０．２０ｍｍの横断面形状が矩形状の
テープ状の補強材（ＳＵＳテープ）を形成した。

【００３７】ついで、作製した上記テープ状の超電導導
体８本と、テープ状の補強材４本とを転位撚り合せ機を
用いて転位ピッチ１００ｍｍで転位撚り合わせて図１に
示すような転位超電導テープユニット（実施例１）を得
た。また、作製した上記テープ状の超電導導体１２本を
転位撚り合せ機を用いて転位撚り合わせる際、転位超電
導テープユニットの中央部に縦に配置されたテープ状の
補強材を通すようにすることにより、図４に示すような
転位超電導テープユニット（実施例２）を得た。また、
作製した上記テープ状の超電導導体８本を転位撚り合せ
機を用いて転位ピッチ１００ｍｍで転位撚り合わせて転
位超電導テープユニット（比較例１）を得た。また、作
製した上記テープ状の超電導導体１２本を転位撚り合せ
機を用いて転位ピッチ１００ｍｍで転位撚り合わせて転
位超電導テープユニット（比較例２）を得た。

【００３８】次に、このようにして得られた実施例１〜
２と比較例１〜２の転位超電導テープユニットの超電導
特性と機械的強度を測定した。ここでの超電導特性は、
７７Ｋ、０テスラにおける臨界電流（Ａ）を測定した。
また、ここでの機械的強度は、作製した転位超電導テー
プユニットの両端をＳＵＳ板（ステンレス鋼板）ではさ
み込んでネジ止め（かしめ固定）し、有効長３００ｍｍ
に引張試験機を用いて５tonの荷重をかけて試験を行う
ことにより測定した。その結果を下記表１に示す。表１
中の臨界電流は、１μｍ／ｃｍ以上示すときの値であ
る。また、表１中の機械的強度は、永久伸びの値が０．
２％のときの耐力である。

【００３９】 「表１」 臨界電流（Ａ） 機械的強度（ＭＰａ） 実施例１ ２１２ ４１０ 実施例２ ３２０ ３５０ 比較例１ ２０８ １２０ 比較例２ ３１０ １１０

【００４０】表１に示した結果から８本のテープ状の超
電導導体と、４本のテープ状の補強材（ＳＵＳテープ）
とを転位撚り合わせた実施例１の転位超電導テープユニ
ットは、８本のテープ状の超電導導体を転位撚り合わせ
た比較例１の転位超電導テープユニットと同等以上の臨
界電流が得られており、また、機械的強度については比
較例１のものより大幅に強度が優れていることがわか
る。また、１２本のテープ状の超電導導体を撚り合わせ
る際、転位超電導テープユニット中央部に縦に配置され
たテープ状の補強材が通されるようにした実施例２の転
位超電導テープユニットは、１２本のテープ状の超電導
導体を転位撚り合わせた比較例２の転位超電導テープユ
ニットと同等以上の臨界電流が得られており、また、機
械的強度については比較例２のものより大幅に強度が優
れていることがわかる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明の転位超電導
テープユニットによれば、十分な超電導特性を有するう
え、強度を向上させたものが得られる。また、本発明の
超電導応用機器によれば、十分な超電導特性を有するう
え、機械的強度を向上させた本発明の転位超電導テープ
ユニットが用いられているので、優れた特性を有するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の転位超電導テープユニットの第１の
実施形態を説明するための図であり、（ａ）は斜視図、
（ｂ）は断面図である。

【図２】 図１の転位超電導テープユニットを構成する
テープ状の超電導素線に用いられる超電導素線の説明図
である。

【図３】 本発明の転位超電導テープユニットの第２の
実施形態を示す斜視図である。

【図４】 本発明の転位超電導テープユニットの第３の
実施形態を示す斜視図である。

【図５】 本発明の超電導ケーブルの一実施形態を示す
斜視図である。

【図６】 従来の転位超電導テープユニットが備えられ
た超電導ケーブルの例を示す斜視図である。

【図７】 図６の超電導ケーブルに備えられた転位超電
導テープユニットの説明図であり、（ａ）は斜視図、
（ｂ）は断面図である。

【図８】 従来の超電導テープユニットが備えられた超
電導変圧器の巻線部の例を示す図である。

【図９】 図８に示した巻線部の要部を示す図であり、
（ａ）は断面図、（ｂ）は超電導素線の層内転位部の詳
細構造を示す図である。

【符号の説明】

１５、３５、４５、５５・・・転位超電導テープユニッ
ト、１６・・・テープ状の補強材（補強テープ）、１８・・・
テープ状の超電導導体（超電導テープ）、１９・・・テー
プ状の超電導素線、２０・・・高抵抗化膜、２５・・・超電導
多心素線（超電導素線）、２７・・・超電導体または超電
導体となる材料、２８・・・コア部、２９・・・基地（シース
材）、４０・・・超電導ケーブル、４７・・・フォーマ（管
体）、Ｐ・・・転位ピッチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 知史 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 武田 薫 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 長屋 重夫 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 鹿島 直二 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社電力技術研究所内 Ｆターム(参考） 5G321 AA01 AA11 AA12 BA01 BA03 BA04 CA18 CA30 DA02 DA06

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 テープ状の超電導導体の複数本と、１本
   以上のテープ状の補強材とが転位撚り合わされてなるこ
   とを特徴とする転位超電導テープユニット。
2. 【請求項２】 前記転位超電導テープユニットの中央部
   に、縦に配置されたテープ状の補強材が通されたことを
   特徴とする請求項１記載の転位超電導テープユニット。
3. 【請求項３】 テープ状の超電導導体の複数本が転位撚
   り合わされてなる転位超電導テープユニットにおいて、
   前記転位超電導テープユニットの中央部に縦に配置され
   たテープ状の補強材が通されていることを特徴とする転
   位超電導テープユニット。
4. 【請求項４】 テープ状の補強材は、非磁性金属材料又
   は非磁性のオーステナイト系金属材料からなることを特
   徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の転位超
   電導テープユニット。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の
   転位超電導テープユニットを用いたことを特徴とする超
   電導応用機器。
6. 【請求項６】 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の
   転位超電導テープユニットが管体の周囲に巻回されてな
   ることを特徴とする超電導ケーブル。