JP2584476B2 - 電気・光伝達用複合線 - Google Patents

電気・光伝達用複合線

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JP2584476B2
JP2584476B2 JP63052029A JP5202988A JP2584476B2 JP 2584476 B2 JP2584476 B2 JP 2584476B2 JP 63052029 A JP63052029 A JP 63052029A JP 5202988 A JP5202988 A JP 5202988A JP 2584476 B2 JP2584476 B2 JP 2584476B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、光信号と電気エネルギとの双方を伝達す
るための電気・光伝達用複合線に関するものである。
［従来の技術］ 従来、送電分野においては、光ファイバと電線とを複
合したものが用いられている。その典型的な構造は、光
ファイバを適当数集合させた光ファイバユニットを中心
に配置し、その周囲に複数本の金属素線を撚り合わせた
ものである。
［発明が解決しようとする課題］ 上述のような光ファイバと電線とを複合したものは、
その適用範囲が送電分野に限られているのが現状であ
る。それは、光ファイバと電線とを複合した複合線が極
めて剛性が高く、そのため取扱いが困難であり、また、
それほどコンパクトでないためであると考えられる。し
たがって、たとえば、２つの機器の間の接続といった配
電分野には、そのまま用いることができなかった。
光ファイバは、周知のように、コンパクトでありなが
ら、極めて高い密度の光信号を伝達できる利点を有して
いる。これに体して、電線の場合には、大きな電気エネ
ルギを伝達しようとしたり、また、超距離にわたって電
気信号等をあまり減衰させずに伝達しようとすると、そ
れに応じて、その断面積を大きくしなければならない。
したがって、光ファイバと電線とを複合した複合線にお
いて、コンパクト化を図ろうとすれば、電線部分におけ
る断面積の減少を招き、コンパクト化とは裏腹に、伝達
される電気エネルギの低減または電気信号の減衰が余儀
なくされる。
そこで、この発明は、全体としてコンパクトな構成で
ありながら、光信号および電気エネルギを高密度で伝達
することができる、電気・光伝達用複合線を提供しよう
とするものである。
［課題を解決するための手段］ この発明の１つの局面に従った電気・光伝達用複合線
は、光伝達体手段とセラミック系超電導体手段とを備え
ている。セラミック系超電導体手段は、光伝達体手段と
複合され、かつ使用温度において超電導現象を示す。光
伝達体手段と超電導体手段とは、同心円構造をもって複
合される。光伝達体手段は、光ファイバを含み、超電導
体手段は、光ファイバの周面外方に形成された超電導体
層を含む。また、光ファイバの径は100μｍ以下であ
り、超電導体層は、光ファイバの周面上に形成されるこ
とが好ましい。また、超電導体層には溝が形成され、そ
れによって超電導体層は、細分化されることが好まし
い。
また、この発明の他の好ましい局面によれば、超電導
体手段に接して、当該超電導体手段の超電導状態の安定
化を図るための安定化材が組込まれる。
さらに、超電導体手段を収納しながら、冷媒通路を形
成するためのパイプ手段をさらに備えることもある。
この発明において用いられる超電導体手段を構成する
超電導体は、好ましくは、一般式AaBbCc（a,b,cは、A,
B,Cの各組成比を示す数である。）で表わされる組成を
有し、ここで、Ａは、周期律表I a、II a、III a族元素
からなるグループから選ばれた少なくとも１種、前記Ｂ
は、周期律表I b,II b,III b族元素からなるグループか
ら選ばれた少なくとも１種、Ｃは、酸素、炭素、窒素、
フッ素、イオウからなるグループから選ばれた少なくと
も１種である。
なお、周期律表I a元素としては、H,Li,Na,K,Rb,Cs,F
rが挙げられる。また、周期律表II a族元素としては、B
e,Mg,Ca,Sr,Ba,Raが挙げられる。また、周期律表III a
族元素としては、Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,D
y,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Ac,Th,Pa,U,Np,Pu,Am,Cm,Bk,Cf,Es,F
m,Md,No,Lrが挙げられる。
また、周期律表I b族元素としては、Cu,Ag,Auが挙げ
られる。また、周期律表II b族元素としては、Zn,Cd,Hg
が挙げられる。また、周期律表III b族元素としては、
B,Al,Ga,In,Tlが挙げられる。
さらに、上記一般式AaBbCcで表わされる組成における
Ａとしては、周期律表I a、II a、III a族元素からなる
グループから選ばれた２種以上であることがなお好まし
い。さらに、Ｂは少なくとも銅を、またＣは少なくとも
酸素を、それぞれ含んでいることがなお好ましい。そし
て、この発明で用いるセラミック系超電導体としては、
層状ペロブスカイト型結晶構造を有するものが比較的高
い臨界温度を示すものと推定されている。
［発明の作用および効果］ この発明では、光信号の伝達を光伝達体手段に担わ
せ、他方、電気エネルギまたは電気信号の伝達は超電導
体手段によって行なわれる。
このように、この発明によれば、高い密度での光信号
伝達が光伝達体手段によって実現されるとともに、超電
導体手段においては、電気抵抗を零とすることができる
で、小さな断面積であっても、大きな電気エネルギまた
は正確な電気信号を伝達することができ、このような電
気・光伝達用複合線をコンパクトに構成することができ
る。
そのため、応用分野が広がり、従来の送電分野ばかり
でなく、たとえば２つの機器の間の接続といった配電分
野にも適用することが可能となり、また、コンパクト化
されたことに応じて、その取扱いも簡便となる。
この発明に係る電気・光伝達用複合線は、その用途に
応じて、前述したような種々の複合形態が採用され、そ
れによって、実用可能範囲の拡大が図られる。
また、通常、超電導体手段を構成する超電導体は、常
温より低い温度で超電導現象を示すため、使用時におい
ては、これを冷却する手段が必要となる。この発明の好
ましい実施例として、超電導体手段を収納しながら、冷
媒通路を形成するためのパイプ手段をさらに備える、電
気・光伝達用複合線を提供すれば、それ自身、冷却のた
めの機能を有することになり、別に冷却のための冷媒通
路等を設ける必要がなくなる。したって、電気・光伝達
用複合線が、冷却手段をも含めて取扱うことが可能とな
り、送電または配電の作業がより簡易なものとなる。
また、光伝達体手段と超電導体手段との複合態様とし
て、光伝達体手段となる光ファイバの周面上に、超電導
体手段となる超電導体層を形成した構造を採用すると
き、光ファイバの径を、たとえば100μｍ以下にする
と、超電導体層を構成する超電導体の磁気的な安定化を
図ることができる。また、このような超電導体層に溝を
形成し、それによって超電導体層を細分化することによ
っても、超電導体層の超電導状態を磁気的に安定化させ
ることができる。
また、超電導体手段を構成する超電導体としては、臨
界温度が絶対温度77Kを超えるものを用いることが好ま
しい。これによって、安価な液体窒素（77K）を冷媒し
て用いることができるようになる。さらに、超電導体と
しては、常温近傍で超電導現象を示すものが用いられる
可能性もある。これによって、冷媒をなくすことがで
き、冷媒通路に起因する当該複合線の大形化を避けるこ
とができるようになるか、あるいは、たとえば水のよう
な極めて安価で安全な冷媒を用いることができるように
なる。
上述したような比較的高い臨界温度を有するセラミッ
ク形超電導体としては、前述したように、一般式AaBbCc
（a,b,cは、A,B,Cの各組成比を示す数である。）で表わ
される組成を有するものがある。ここで、A,B,Cについ
ては、前述したとおりであるので、繰返さない。なお、
比較的的高い臨界温度を有するセラミック系超電導体
は、層状ペロブスカイト型結晶構造を有するものと推定
されている。さらに、より高い臨界温度を有するセラミ
ック系超電導体を得るためには、上記一般式AaBbCcで表
わされる組成におけるＡとして、周期律表I a、II a、I
II a族元素からなるグループから選ばれた２種以上を含
ませることが好ましく、さらに、Ｂは少なくとも銅を、
またＣは少なくとも酸素を、それぞれ含んでいることが
好ましい。
［実施例］ 以下、図面を参照しながら、この発明の実施例につい
て説明する。
まず、第１図に拡大された断面図で示すように、直径
がたとえば0.5mmの石英、フッ化物ガラス等からなる光
伝達体手段としての光ファイバ１が用意され、その上に
は厚さたとえば0.2mmのセラミック系超電導体手段とし
て超電導体層２が被覆される。この超電導体層２は、た
とえば、（La,Ba）2CuO4、（La,Sr）2CuO4、YBa2Cu3O
7-Xのような組成を有するセラミック系超電導材料で構
成される。このような超電導体層２は、たとえば、スパ
ッタリング、CVDのような気相法により形成したり、ア
ルコキシドを脱水縮合反応させる、いわゆるゾルーゲル
法を用いて形成することができる。
なお、光ブァイバ１と超電導体層２との間に、光ファ
イバ１のための保護層（図示せず）が形成されてもよ
い。
第１図に示した電気・光伝達用複合線10は、光信号お
よび電力または電気信号としての電気エネルギを、全体
として細い径でありながら、高密度ないしは多量に伝達
することが可能である。
第２図には、第１図に示した複合線10に対して、さら
に他の構成要素を付加した状態の拡大断面図が示されて
いる。まず、超電導体層２に接するように、その外周上
に、たとえば、純度と高い銅、アルミニウムのような金
属をもって、超電導体層２を構成する超電導体の超電導
状態を安定化させるための安定化材層３が被覆される。
そして、光ファイバ１から安定化材層３に至る構造物
は、適当な隙間２を介して、パイプ５内に収納される。
隙間４は、超電導体層２を構成する超電導体を超電導状
態にするため、その臨界温度にまで冷却する冷媒６の通
路となるものである。パイプ５は、それ自身が断熱材で
構成されたり、別の断熱材（図示せず）で覆われたりす
ることが好ましい。また、パイプ５は、光ファイバ１お
よび超電導体層２を保護する機能をも果たす。
上述した実施例の説明では、光ファイバ１の直径を0.
5mmとし、その外周上に超電導体層２を形成したが、超
電導体層２を構成する超電導体の磁気的な安定化を図る
ためには、光ファイバ１の径をさらに小さく、たとえば
100μｍ以下にすることが好ましい。
また、上述したように、光ファイバ１の径を比較的小
さくする対策のほか、超電導体層２の超電導状態を磁気
的に安定化させるための手段として、第３図に示すよう
に、超電導体層２に、たとえば螺旋状に延びる溝７を多
重に形成して、超電導体層２を細分化してもよい。この
第３図に示した超電導体層２の細分化は、もちろん、前
述したような光ファイバ１の径を100μｍ以下にするこ
とと同時に行なってもよい。
第４図は、この発明の１つの参考例を示す拡大断面図
である。前述した第１図の複合線10の複合態様は、光伝
達体（光ファイバ１）と超電導体（超電導体層２）とが
同心円構造をもって複合されたものであるが、この第４
図に示す参考例では、光伝達体と超電導体とが平面的積
層構造をもって複合される。
すなわち、第４図に示した電気・光伝達用複合線20
は、光伝達体手段としての光伝達テーブ11を備え、その
上に超電導体手段としての超電導体層12が積層される。
なお、光伝達テープ11の材料、超電導体層12の材料およ
びその形成方法は、前述した第１図に示した電気・光伝
達用複合線10と同様のものを適用することができる。
第５図は、この発明の別の参考例を示す拡大断面図で
ある。
ここに示した電気・光伝達用複合線30においては、複
数の溝21が形成された補強材22がその中心部に配置され
る。補強材22は、たとえば、繊維強化プラスチックまた
は金属から構成される。また、溝21は、このような補強
材22の外周面上において、螺旋状に延びるように形成さ
れている。補強材22は、適当な隙間23を介して、パイプ
状の外被材24内に収納される。隙間23は、超電導体（後
述する）を超電導状態にするため、その臨界温度にまで
冷却する冷媒25の流路となるものである。
なお、補強材22を金属で構成したときには、これ自身
を導体として使用することができる。また、補強材22を
純度の高い銅、アルミニウム等で構成しながら、これに
接触するように、後述する超電導体を配置すれば、補強
材22を、超電導体の超電導状態を安定化させるための安
定化材としても機能させることができる。
第５図に示した複合線30において、補強材22の溝21内
に配置される参照番号「26」で示される線には、次の２
つの可能性がある。
まず、第１の可能性は、線26を、第１図に示した電気
・光伝達用複合線10で構成することである。第２の可能
性は、複数本の線26のうち、そのいくつかを光ファイバ
で構成しながら、その他の線26をセラミック系超電導体
自身からなる線で構成することである。これらいずれの
場合であっても、電気エネルギまた電気信号と光信号と
の双方を伝達できることには変わりない。
前述した第１図に関連する説明において、超電導体素
の組成として、（La,Ba）2CuO4、（La,Sr）2CuO4、YBa2
Cu3O7-Xを例示したが、特に、この第３番目のＹ−Ba−C
u−Ｏ系超電導材料に関して、次のような具体的な組成
を有するものが、より高い臨界温度を示すことがわかっ
た。
すなわち、Y2O3、BaCO3、CuOの各粉末を、ＹとBaとCu
との存在比率にして1:2:3の割合で混ぜ、予備焼結を行
なった。その後、この予備焼結体を粉砕し、100barの圧
力で成型した後、940℃で24時間、大気中にて焼成を行
なった。このような焼成により得られた焼結体は、90K
において超電導の微候を示した。したがって、このセラ
ミック系超電導材料を、前述した各実施例における超電
導体層2,12または線26において含まれる超電導材料とし
て用いると、極めて高い使用温度を可能とすることがで
きる。
なお、この発明のさらに他の実施例として、たとえば
第１図に示した複合線10では、超電導体層２が光ファイ
バ１の外方にあったが、これら超電導体と光伝達体との
内外の位置関係は逆であってもよい。
また、第１図および第４図においては、それぞれ、光
伝達体と超電導体とが１層ずつ形成されたが、さらに多
数層の積層構造をとってもよい。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の一実施例を示す拡大断面図であ
る。第２図は、第１図に示した電気・光伝達用複合線10
に安定化材層３およびパイプ５が付加された状態を示す
拡大断面図である。第３図は、超電導体層２に螺旋状の
溝７を形成した状態を示す正面図である。 第４図は、この発明の１つの参考例を示す拡大断面図で
ある。 第５図は、この発明の別の参考例を示す拡大断面図であ
る。 図において、１は光ファイバ（光伝達体手段）、2,12は
超電導体層（超電導体手段）、３は安定化材層、10,20,
30は電気・光伝達用複合線、11は光伝達テープ（光伝達
体手段）、26は線である。

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光伝達体手段と、前記光伝達体手段と複合
    される、かつ使用温度において超電導現象を示すセラミ
    ック系超電導体手段とを備え、 前記光伝達体手段と前記超電導体手段とが同心円構造を
    もって複合され、 前記光伝達体手段は光ファイバを含み、かつ前記超電導
    体手段は、前記光ファイバの周面外方に形成された超電
    導体層を含む、電気・光伝達用複合線。
  2. 【請求項２】前記光ファイバの径が100μｍ以下であ
    り、前記超電導体層は、前記光ファイバの周面上に形成
    される、請求項１記載の電気・光伝達用複合線。
  3. 【請求項３】前記超電導体層には溝が形成され、それに
    よって前記超電導体層は、細分化される、請求項１また
    は２記載の電気・光伝達用複合線。
  4. 【請求項４】前記超電導体手段に接して当該超電導体手
    段の超電導状態を安定化させるための安定化材をさらに
    備える、請求項１〜３のいずれかに記載の電気・光伝達
    用複合線。
  5. 【請求項５】前記超電導体手段を収納しながら、冷媒通
    路を形成するためのパイプ手段をさらに備える、請求項
    １〜４のいずれかに記載の電気・光伝達用複合線。
  6. 【請求項６】前記超電導体手段を構成する超電導体は、
    一般式AaBbCc（a,bcは、A,B,Cの各組成比を示す数であ
    る。）で表わされる組成を有し、前記Ａは、周期律表I
    a、II a、III a族元素からなるグループから選ばれた少
    なくとも１種、前記Ｂは、周期律表I b、II b、III b族
    元素からなるグループから選ばれた少なくとも１種、前
    記Ｃは酸素、炭素、窒素、フッ素、イオウからなるグル
    ープから選ばれた少なくとも１種である、請求項１〜５
    のいずれかに記載の電気・光伝達用複合線。
  7. 【請求項７】前記Ａは、周期律表I a、II a、III a族元
    素からなるグループから選ばれた少なくとも２種であ
    る、請求項６記載の電気・光伝達用複合線。
  8. 【請求項８】前記Ｂは少なくとも銅を、また前記Ｃは少
    なくとも酸素を、それぞれ含む、請求項６または７記載
    の電気・光伝達用複合線。
  9. 【請求項９】前記超電導体は層状ペロブスカイト型結晶
    構造有する、請求項６〜８のいずれかに記載の電気・光
    伝達用複合線。
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