JP4917524B2 - 超電導線材および超電導線材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、超電導線材および超電導線材の製造方法に関する。

従来より、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ₇よりなる超電導層を備えた超電導線材は、液体窒素温度での使用が可能であり、比較的高い臨界電流密度が得られ、長尺化が可能なまでに開発が進んできた。このため、複数の超電導線材を芯材に巻き付けられた超電導導体などの形態でのケーブルやマグネットへの応用が期待されている。しかし、このようなケーブル等への適用の際には、超電導導体を用いたケーブル等の交流損失の低減が大きな課題である。

図９は、従来のケーブルを模式的に示す概略断面図である。図９に示すように、従来のケーブル５００は、芯材５０１と、芯材５０１の外周に配置された複数の超電導線材５１２とを備えている。複数の超電導線材５１２の各々は、基板５１３と、基板５１３上に形成された中間層５１４と、中間層５１４上に形成されたＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ₇よりなる超電導層５１５とを含んでいる。なお、超電導層５１５上には少なくとも銀、銅などからなる保護層（図示せず）が設けられている。ケーブル５００において複数の超電導線材５１２の各々を断面が真円の芯材５０１に巻き付けると、複数の超電導線材５１２間には有限のスペースが存在するため、断面で見た場合の複数の超電導線材５１２の各々の分布は真円形状ではなく多角形状になる。このため、超電導線材５１２の幅方向の端面に対して垂直な磁界成分が発生し、これによる交流損失が導体の交流損失を支配する。したがって、超電導線材５１２間のスペースをできるだけ小さくすることが、ケーブルの交流損失の低減に有効である。

このようなケーブルの交流損失を低減するための技術が、たとえば非特許文献１に記載されている。非特許文献１では、１０ｍｍ幅の超電導線材を長手方向に沿ってレーザ加工により５分割、または３分割し、１．８ｍｍの幅を有する複数のＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ₇超電導線材を準備している。そして、隣り合う超電導線材の間隔が０．２０〜０．２１ｍｍとなるように図９と同様の形態で複数の超電導線材を円周上に集合させている。この導体は、１９．６ｍｍの径を有しており、かつ０．５Ｗ／ｍの交流損失を有している。

また、交流損失を低減した超電導線材を得るための技術が、たとえば特開２００７−１４１６８８号公報（特許文献１）および非特許文献２に記載されている。特許文献１および非特許文献２では、基体と、基体上に形成された超電導層と、超電導層上に形成された安定化層とを備えた超電導線材において、安定化層から基材まで到達する溝が形成されることが記載されている。この特許文献１および非特許文献２では、超電導線材をレーザにより複数に分割することで、超電導線材の幅を細くすることによって交流損失を低減することが記載されている。また、基体は、ハステロイなどからなることが記載されている。
特開２００７−１４１６８８号公報 雨宮他、「ＹＢＣＯ超伝導送電ケーブルの交流損失低減−世界最小の交流損失達成−」、第７５回２００６年度秋季低温工学・超電導学会、ｐ．２９８ K Suzuki et al., "Development of a laser scribing process of coated conductors for the reduction of AC losses", SUPERCONDUCTOR SCIENCE AND TECHNOLOGY. 20(2007)822-826, pp.822-826

図９に示す非特許文献１に開示の超電導線材を用いたケーブル５００において複数の超電導線材５１２の各々は、一般的に機械を用いて自動的に芯材５０１に巻き付けられている。この巻き付けの際には、用いた機械による誤差が生じるため、隣り合う超電導線材の間隔を安定して小さくすることは難しい。

隣り合う超電導線材５１２の間隔が大きい場合には、巻き付けた複数の超電導線材５１２を断面で見た場合の複数の超電導線材５１２の各々の分布は依然として多角形状であるため、超電導線材５１２の端面に垂直成分の磁界が発生し、その結果として交流損失が大きくなるという問題がある。

また、上記特許文献１および非特許文献２に記載の超電導線材を用いてケーブルを作製するために、超電導線材を断面が真円の芯材に巻き付けると、超電導線材を構成する基材がハステロイ等の硬い材料よりなるので、芯材に沿わせることが難しく、部分的に角を有してしまう。この部分に位置する超電導線材の端面には垂直成分の磁界が発生するので、交流損失を十分に低減できないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、交流損失を低減できる、超電導線材および超電導線材の製造方法を提供することである。

本発明の超電導線材は、テープ状の母材と、この母材上に配置された複数の超電導線とを備えている。母材は、絶縁体であり、複数の超電導線の曲げ剛性よりも小さい曲げ剛性を有している。

本発明の超電導線材によれば、複数の超電導線を配置しやすい状態に母材を保ちつつ、複数の超電導線を母材上に配置することができるため、隣り合う超電導線の間隔を安定して小さくすることができる。芯材への超電導線材の巻き付けの際には、母材の曲げ剛性が小さいので、芯材に沿って母材が変形する。このため、複数の超電導線が芯材に沿って巻き付けられるので、断面で見た場合の複数の超電導線の各々の分布は円形に近くなる。したがって、複数の超電導線の幅方向の端部に発生する垂直成分の磁場を低減できるので、交流損失を低減することができる。
また上記母材は絶縁体である。これにより、複数の超電導線において渦電流損を低減できるため、交流損失をより低減できる。

上記超電導線材において好ましくは、隣り合う複数の超電導線の間隔が０．１ｍｍ以下である。

これにより、超電導線材が芯材に巻き付けられた際に、断面で見た場合の複数の超電導線の分布を真円形状により近づけることができる。このため、複数の超電導線に生じる垂直成分の磁場をより低減できるので、交流損失をより低減できる。

上記超電導線材において好ましくは、複数の超電導線の幅が０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下である。

０．５ｍｍ以上とすることによって、超電導線材が芯材に巻き付けられた際に、断面で見た場合の複数の超電導線の分布を真円形状により近づけることができるため、垂直成分の磁場をより低減できる。その結果、複数の超電導線の交流損失をより低減できる。３ｍｍ以下とすることによって、母材上へ複数の超電導線が容易に配置される。

上記超電導線材において好ましくは、複数の超電導線は、主表面と主表面と反対側の裏面とを有する基板と、基板の主表面上に形成された超電導層とを含んでいる。

これにより、薄膜系の超電導線を用いることができるので、超電導特性の良好な超電導線材が得られる。

上記超電導線材において好ましくは、基板の裏面側で母材と接続されている。これにより、超電導層側で半田付け等のジョイントを容易に行なうことができる。

上記超電導線材において好ましくは、複数の超電導線上に配置され、複数の超電導線の曲げ剛性よりも小さい曲げ剛性を有する第２の母材をさらに備えている。

これにより、複数の超電導線の両側に母材が配置されるので、複数の超電導線を一体化した状態の超電導線材の強度を向上できる。

本発明の超電導線材の製造方法は、以下の工程が実施される。まず、テープ状の母材が準備される。そして、母材上に複数の超電導線が配置される。母材は、絶縁体であり、複数の超電導線の曲げ剛性よりも小さい曲げ剛性を有している。

本発明の超電導線材の製造方法によれば、複数の超電導線を配置しやすい状態に母材を保ちつつ、複数の超電導線を母材上に配置することができる。このため、隣り合う超電導線の間隔を安定して小さくすることができる。芯材への超電導線材の巻き付けの際には、母材の曲げ剛性が小さいので、芯材に沿って母材が変形する。このため、複数の超電導線が芯材に沿って巻き付けられるので、断面で見た場合の複数の超電導線の分布は円形に近くなる。したがって、複数の超電導線の幅方向の端部に発生する垂直成分の磁場を低減できるので、交流損失を低減することができる。

本発明の超電導線材および超電導線材の製造方法によれば、隣り合う超電導線の間隔を安定して小さくできるので、交流損失を低減できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における超電導線材を示す概略模式図である。図１を参照して、本実施の形態における超電導線材を説明する。図１に示すように、本実施の形態における超電導線材１０ａは、母材１１と、母材１１上に配置された複数の超電導線１２とを備えている。

母材１１は、超電導線１２の曲げ剛性よりも小さい曲げ剛性を有し、超電導線１２の曲げ剛性の１０分の１以下の曲げ剛性を有していることが好ましい。ここで、曲げ剛性とは、Ｅを弾性率、ｂを幅、ｈを厚さとしたときに（１／１２）×Ｅ×ｂ×ｈ³で表わされる値である。すなわち、母材１１と超電導線１２とが同じ厚さであれば、母材１１は超電導線１２の弾性率よりも小さい弾性率を有している。また、母材１１と超電導線１２とが同じ弾性率であれば、母材１１は超電導線１２の厚さよりも小さい厚さを有している。

母材１１は、テープ状である。ここで、テープ状とは、２つの主面を有し、互いの主面が対向していることを意味する。母材１１の主面は、曲面であってもよいが、平面であることが好ましい。

母材１１は、導電性であっても絶縁性であってもよい。導電性の材料としては、たとえばアルミニウムテープ、銅テープなどを用いることができる。絶縁性の材料としては、テフロン（登録商標）、ポリイミド、クラフト紙などを用いることができる。

母材上に配置されている超電導線１２は２本以上であれば、特に限定されないが、超電導線１２間の隙間を有効に狭くすること、および超電導線１２の集合の容易性の理由から、３本以上２０本以下が好ましく、本実施の形態では７本としている。

超電導線１２は、テープ状であり、本実施の形態では薄膜系の超電導線である。具体的には、超電導線１２は、基板１３と、基板１３上に接して設けられた中間層１４と、中間層１４上に接して設けられた超電導層１５とを含んでいる。

基板１３は、たとえばステンレス鋼、ニッケル合金（たとえばハステロイ）、または銀合金などの金属よりなっている。中間層１４は、たとえばイットリア安定化ジルコニア、酸化セリウム、酸化マグネシウム、チタン酸ストロンチウムなどよりなっている。なお、中間層１４は省略されてもよい。

超電導層１５はたとえばＲＥ１２３系超電導体よりなっている。ＲＥ１２３系超電導体とは、ＲＥ_xＢａ_yＣｕ_zＯ_dにおいて、０．７≦ｘ≦１．３、１．７≦ｙ≦２．３、２．７≦ｚ≦３．３、６．０≦ｄ≦７．０であることを意味する。また、ＲＥ１２３系超電導体のＲＥとは、希土類元素およびイットリウム元素の少なくともいずれかを含む材質を意味する。また、希土類元素としては、たとえばネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ホルミニウム（Ｈｏ）、サマリウム（Ｓｍ）などが含まれる。ＲＥ１２３系超電導線材は、液体窒素温度（７７．３Ｋ）での臨界電流密度がビスマス系の超電導線材よりも高いという利点を有している。また、低温下および一定磁場下における臨界電流値が高いという利点を有している。

また、超電導線１２は、超電導層１５上に形成された安定化層（図示せず）をさらに含んでいてもよい。安定化層は、超電導層１５の表面保護のために設けられる層であり、たとえば銀や銅などよりなっている。

複数の超電導線１２の幅Ｗ１は、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であることがより好ましい。０．５ｍｍ以上とすることによって、超電導線材１０ａを芯材（たとえば図２における芯材１０１）に巻き付けた際に、超電導線材１０ａの断面形状を真円により近づけることができる（言い換えると、断面から見たときの複数の超電導線１２の分布が真円形状により近づけることができる）ため、複数の超電導線１２に加えられる垂直成分の磁場をより低減できるので、交流損失をより低減できる。一方、３ｍｍ以下とすることによって、母材１１上へ複数の超電導線１２を容易に配置できる。

隣り合う複数の超電導線１２の間隔Ｗ２は、０．３ｍｍ以下であることが好ましく、０．２ｍｍ以下であることがより好ましく、０．１ｍｍ以下であることが非常に好ましい。０．３ｍｍ以下とすることにより、超電導線材１０ａを芯材に巻き付けた際に、超電導線材１０ａの断面形状を真円により近づけることができるため、複数の超電導線１２垂直成分の磁場をより低減できるので、超電導線材１０ａの交流損失をより低減できる。０．２ｍｍ以下とすることにより、超電導線材１０ａの交流損失をより一層低減できる。０．１ｍｍ以下とすることにより、超電導線材１０ａの交流損失を非常に低減できる。間隔Ｗ２は短い程好ましいが、製造上の理由から下限値はたとえば０．０５ｍｍ以上である。

本実施の形態では、図１に示すように、超電導線材１０ａにおいて基板１３側が母材１１に接続されていることが好ましい。この場合、超電導線材１０ａを芯材に巻き付ける場合には、超電導層１５を外周側に配置できるので、芯材に沿って円周状に配置しやすい。また、超電導層１５側に半田付け等のジョイントの作業を容易に行なうことができる。

続いて、図１に示す超電導線材１０ａの製造方法について説明する。まず、複数の超電導線１２を準備する。本実施の形態では、複数の超電導線１２は、基板１３と、基板１３上に形成された中間層１４と、中間層１４上に形成された超電導層１５とを含んでいる。

具体的には、基板１３を準備する。その後、たとえば蒸着法により、基板１３上に中間層１４を形成する。次いで、たとえば蒸着法により、中間層１４上に超電導層１５を形成する。

複数の超電導線１２は、複数の超電導線１２より幅の広い超電導線（たとえば図７における幅の広い超電導線３０）の長手方向に沿って切断することにより形成されることが好ましい。この場合には、たとえば、上記方法によって複数の超電導線１２よりも幅の広い超電導線を形成し、この幅の広い超電導線を長手方向に沿って切断する。これにより、幅の狭い複数の超電導線１２を形成できる。

この長手方向に沿った切断は、任意の方法が採用される。特に、幅の広い超電導線を機械的に切断することよって、または、幅の広い超電導線を部分的に加熱することによって複数の超電導線１２が形成されることが好ましい。ここで、部分的に加熱とは、たとえばレーザを用いて、幅の広い線材を照射する方法が挙げられる。

このようにして準備される超電導線１２の幅Ｗ１は、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。

次に、複数の超電導線１２の曲げ剛性よりも小さい曲げ剛性を有し、かつテープ状の母材１１を準備する。準備される母材１１は、超電導線１２の曲げ剛性の１０分の１以下の曲げ剛性を有していることが好ましい。たとえば、上述した形状および材料の母材１１を準備する。

次に、母材１１上に複数の超電導線１２を配置する。配置する方法は、特に限定されず、任意の方法が採用されるが、複数の超電導線１２を母材１１上に配置しやすい状態に母材１１を保ちつつ、複数の超電導線１２を母材１１上に配置することが好ましい。

このとき、隣り合う複数の超電導線１２の間隔Ｗ２が好ましくは０．３ｍｍ以下、好ましくは０．２ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以下になるように、母材１１上に超電導線１２を配置する。

ここで、幅の広い超電導線を長手方向に沿って切断することによって複数の超電導線１２を形成する場合には、この複数の超電導線１２を形成する工程と、母材１１上に複数の超電導線１２を配置する工程とを連続して行なうことが好ましい。

母材１１上に複数の超電導線１２を配置する際に、たとえば母材１１上に複数の超電導線１２を置いた状態で加圧するなど、母材１１と複数の超電導線１２とを固定する工程を行なってもよい。

なお、本実施の形態における超電導線材１０ａの製造方法は、上述した工程順に限定されず、複数の超電導線１２を準備する工程を、母材１１上に複数の超電導線１２を配置する工程時に実施してもよい。すなわち、複数の超電導線１２を配置する工程では、次の工程が実施される。まず、複数の超電導線１２より幅の広い超電導線が準備される。そして、幅の広い超電導線が母材１１上に配置される。そして、幅の広い超電導線が長手方向に沿って機械的にまたはレーザ等により切断される。このとき、幅の広い超電導線のみを長手方向に沿って切断する。

以上の工程を実施することにより、図１に示す超電導線材１０ａが得られる。このように、複数の超電導線１２を配置しやすい状態で母材１１を保ちつつ、母材１１上に複数の超電導線１２が配置されるため、超電導線材１０ａの製造において隣り合う超電導線１２間の間隔を均一にかつ小さくすることを安定して行なうことができる。

続いて、図２および図９を参照して、本実施の形態における超電導線材１０ａの効果について説明する。図２は、本発明の実施の形態１における超電導線材を芯材に巻き付けたときの状態を示す概略断面図である。なお、芯材１０１とは、たとえばフォーマなどである。また、芯材１０１に巻き付けられる超電導線材１０ａは、単数でも複数でもよい。

図２に示すように、この超電導線材１０ａの母材１１側を断面形状が真円の芯材１０１に巻き付けると、母材１１の曲げ剛性は超電導線１２の曲げ剛性よりも小さいので、母材１１は芯材１０１の外形に沿って変形する。上述したように、超電導線材１０ａにおいて隣り合う超電導線１２の間隔は小さい。このため、芯材１０１に巻き付けられた複数の超電導線１２は、芯材１０１の外周をその超電導線１２間の間隔Ｗ２を小さくし、かつ円周状に配置される。すなわち、断面で見た場合の複数の超電導線１２の各々の分布は、真円形状に近づく。

ここで、一般的に、複数の超電導線１２には水平成分の磁場と垂直成分の磁場とが発生する。この複数の超電導線１２を断面が真円の芯材１０１に巻き付けると、断面から見たときの複数の超電導線１２の分布が真円形状の場合には水平成分の磁場のみが加えられ、垂直成分の磁場は加えられない。

そのため、本実施の形態では、超電導線材１０ａを芯材１０１に巻きつけると、断面から見たときの複数の超電導線１２の分布を安定して真円形状に近づけることができるので、垂直成分の磁場の発生を安定して低減できる。したがって、超電導線材１０ａの交流損失を安定して低減できる。

一方、図９に示すように、母材１１を備えていない従来の超電導線材５１２を芯材５０１に巻き付けると、外周に配置された複数の超電導線材５１２は曲げ剛性が高いので、芯材５０１に沿って超電導線材５１２を配置できず、断面から見たときの超電導線材５１２の各々の分布は多角形状になる。この場合、それぞれの超電導線材５１２の幅方向の端部には垂直成分の磁場が加えられるので、複数の超電導線材５１２にはこの垂直成分の磁場および水平成分の磁場の両方が加えられる。したがって、超電導線材５１２の交流損失が大きくなる。

さらに、上記の通り、図２に示す本実施の形態における超電導線材１０ａを芯材１０１に巻き付けたときの断面から見たときの複数の超電導線１２の分布は、真円形状に近い形状になる。一方、図９に示す従来の超電導線材５１２を芯材５０１に巻き付けたときの複数の超電導線材５１２の分布は、断面において多角形状になる。したがって、本実施の形態における超電導線材１０ａを芯材１０１に巻き付けるために用いると、図９に示す従来例の超電導線材５１２を芯材５０１に巻き付けるために用いたときに比べて小さくすることができるので、本実施の形態における超電導線材１０ａを超電導機器に用いると、小型化を図ることができる。

なお、本実施の形態では、超電導線１２として薄膜系の超電導線を例に挙げて説明したが、本発明は薄膜系の超電導線に特に限定されず、Ｂｉ系の超電導線に適用することもできる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における超電導線材を示す概略斜視図である。図３に示すように、本実施の形態における超電導線材１０ｂは、基本的には実施の形態１における超電導線材１０ａと同様の構成を備えているが、本実施の形態の超電導線材１０ｂは接続層１６をさらに備えている点においてのみ異なる。

具体的には、母材１１と超電導線１２との間に接続層１６が設けられている。接続層１６は、超電導線１２の基板１３と母材１１とを接続することが好ましい。この接続層１６は、たとえば粘着テープ、半田層などである。

なお、これ以外の超電導線材１０ｂの構成は、実施の形態１における超電導線材１０ａの構成と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

本実施の形態における超電導線材１０ｂの製造方法は、基本的には実施の形態１と同様の構成を備えているが、本実施の形態では母材１１と複数の超電導線１２との間に接続層１６を形成する点においてのみ異なる。

具体的には、母材１１を準備する際に、母材１１上に粘着テープなどの接続層１６を形成し、その上に複数の超電導線１２を配置する。あるいは、母材１１上に複数の超電導線１２を配置した後に、この状態で接続層１６となるべき半田が供給された半田槽に浸漬することによって、接続層１６を形成する。

以上より、本実施の形態における超電導線材１０ｂは、母材１１と複数の超電導線１２との間に接続層１６をさらに備えている。これにより、母材１１と複数の超電導線１２とをより確実に接続できる。したがって、超電導線材１０ｂを芯材１０１に巻き付ける際に超電導線１２の剥がれ等を防止できるので、超電導線材１０ｂのハンドリングが容易になる。

（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３における超電導線材を示す概略斜視図である。図４に示すように、本実施の形態における超電導線材１０ｄは、基本的には実施の形態１における超電導線材１０ａと同様の構成を備えているが、本実施の形態の超電導線材１０ｄは第２の母材２０をさらに備えている点においてのみ異なる。

具体的には、超電導線材１０ｄは、母材１１と、母材１１上に配置された複数の超電導線１２と、複数の超電導線１２上に配置された母材２０とを備えている。すなわち、超電導線１２の長手方向に沿って複数の超電導線１２は２枚の母材１１、２０とで挟み込まれている。

母材２０は、複数の超電導線１２の曲げ剛性よりも小さい曲げ剛性を有している。母材２０は、母材１１と同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。

なお、これ以外の超電導線材１０ｄの構成は、実施の形態１における超電導線材１０ａの構成と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

本実施の形態における超電導線材１０ｄの製造方法は、基本的には実施の形態１と同様の構成を備えているが、本実施の形態では第２の母材２０をさらに形成する点においてのみ異なる。

具体的には、母材１１上に複数の超電導線１２を配置した後に、複数の超電導線１２上に母材２０を配置する。

なお、本実施の形態の構成および製造方法は、実施の形態１だけでなく実施の形態２にも適用することができる。

以上より、本実施の形態における超電導線材１０ｄは、複数の超電導線１２上に配置され、複数の超電導線１２の曲げ剛性よりも小さい曲げ剛性を有する第２の母材２０を備えている。これにより、複数の超電導線１２の両側に母材１１、２０が配置されるので、複数の超電導線１２を一体化した状態の超電導線材１０ｄの強度を向上できる。

また、超電導線材１０ｄを芯材１０１に巻き付ける際に、超電導線１２の剥がれをより防止でき、超電導線材１０ｄのハンドリングがより容易になる。

（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４における超電導線材の製造装置を示す概略模式図である。本実施の形態における超電導線材の製造装置２００ａは、実施の形態１における超電導線材１０ａを製造するための装置である。

図５に示すように、本実施の形態における超電導線材の製造装置２００ａは、第１の送り部２０１と、第２の送り部２２０と、整列部２３０と、配置部２４０と、受け部２５０とを備えている。図５において左側から右側に向けて（超電導線材１０ａの製造工程の順序において）、第１の送り部２０１、整列部２３０、第２の送り部２２０、配置部２４０、および受け部２５０が順に配置されている。

第１の送り部２０１は、複数の超電導線１２を受け部２５０に送るためのものである。第１の送り部２０１は、たとえば超電導線１２を巻き付けて保持するためのリールである。図５に示すように、第１の送り部２０１は複数の超電導線１２をそれぞれ巻き付けた複数のリールを含んでいるが、複数の超電導線１２を全て巻き付けた幅の広い１本のリールであってもよい。

第２の送り部２２０は、複数の超電導線１２の曲げ剛性よりも小さい曲げ剛性を有するテープ状の母材１１を受け部２５０に送るためのものである。第２の送り部２２０は、たとえば母材１１を巻き付けて保持するためのリールである。

整列部２３０は、第１の送り部２０１と配置部２４０との間に設けられ、第１の送り部２０１から送られた複数の超電導線１２を整列させるためのものである。整列部２３０には、所定の方向（本実施の形態では第１の送り部２０１から配置部２４０へ向けた方向）に延在するように複数の溝が並行に形成されている。この溝に複数の超電導線１２を導くことにより、複数の超電導線１２を隣り合う間隔を均一にかつ小さい状態で整列させることができる。

配置部２４０は、第１および第２の送り部２０１、２２０と、受け部２５０との間に配置され、整列部２３０を介して第１の送り部２０１から送られた複数の超電導線１２を第２の送り部２２０から送られた母材１１上に配置するためのものである。配置部２４０は、隣り合う超電導線１２の間隔を均一にかつ小さく整列された複数の超電導線１２を母材１１上に配置して一体化する構造であり、たとえば図５に示すように円柱の台である。配置部２４０により、母材１１と母材１１上に形成された複数の超電導線１２とを備えた超電導線材１０ａが製造される。

なお、配置部２４０は、この構造に特に限定されず、たとえば図５において上下方向に対向するように設けられた第１および第２の部材を含んでいてもよい。この場合には、超電導線１２において母材１１と接続される側に第１の部材が設けられ、超電導線１２において母材１１と接続される側と反対側に配置された第２の部材が設けられることが好ましい。この構造では、第１の部材を用いて母材１１上に複数の超電導線１２を配置するとともに、第２の部材を用いて母材１１上に配置された複数の超電導線１２を加圧することができる。

受け部２５０は、第１の送り部から送られた複数の超電導線１２と、第２の送り部から送られた母材１１とを受けるためのものである。言い換えると、受け部２５０は、配置部２４０により製造された超電導線材１０ａを受けるためのものである。図５に示すように、受け部２５０は、たとえば、母材１１と、母材１１上に配置された複数の超電導線１２とを備えた超電導線材１０ａを巻き取って保持するためのリールである。

本実施の形態における超電導線材の製造装置２００ａは、実施の形態１における超電導線材１０ａを製造するための装置としたが、特にこれに限定されない。たとえば、図３に示す実施の形態２における接続層１６をさらに備えた超電導線材１０ｂを製造する場合には、第２の送り部２２０から、粘着テープが母材１１に形成された状態で整列部２３０に供給すればよい。あるいは、超電導線材の製造装置は、母材１１上に粘着テープを形成するための形成部をさらに備えていてもよい。また、接続層１６が半田層である場合には、この超電導線材の製造装置２００ａにより製造された超電導線材を半田層となるべき半田が供給された半田槽に浸漬することにより、半田層を備えた超電導線材１０ｂを製造できる。

またＢｉ系の超電導線を備えた超電導線材を製造する場合には、第１の送り部２０１にＢｉ系の超電導線を配置する。

また図４における第２の母材２０をさらに備えた超電導線材１０ｄを製造する場合には、超電導線材の製造装置は、第２の母材２０を配置部２４０に供給するための第３の送り部（図示せず）をさらに備えている。

以上より、本実施の形態における超電導線材の製造装置２００ａは、実施の形態１〜４における交流損失を低減した超電導線材１０ａ、１０ｂ、１０ｄを製造することができる。

（実施の形態５）
図６は、本発明の実施の形態５における超電導線材の製造装置を示す概略模式図である。図６に示すように、本実施の形態における超電導線材の製造装置２００ｂは、基本的には図５に示す超電導線材の製造装置２００ａと同様の構成を備えているが、第１の送り部２１０の構成においてのみ異なる。

第１の送り部２１０は、供給部２０２と、切断部２０３とを含んでいる。供給部２０２は、複数の超電導線１２よりも幅の広い超電導線３０を供給するためのものである。供給部２０２は、たとえば幅の広い超電導線３０を巻き付けて保持するためのリールである。

切断部２０３は、供給部２０２から送られた幅の広い超電導線３０を切断するためのものである。切断部２０３は、図６に示すように、たとえば対向する位置に設けられている２枚の円形刃である。切断部２０３は機械的に切断するための部材に特に限定されず、幅の広い超電導線３０を部分的に加熱するためのレーザなどを用いてもよい。

なお、これ以外の超電導線材の製造装置２００ｂの構成は、実施の形態４における超電導線材の製造装置２００ａの構成と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

以上より、本実施の形態における超電導線材の製造装置２００ｂは、幅の広い超電導線３０を幅の狭い複数の超電導線１２に加工するための切断部２０３を含んでいる。これにより、超電導線材の製造装置２００ｂにおいて、切断部２０３により切断された幅の狭い複数の超電導線１２が配置部２４０により母材１１上に配置される。このため、交流損失をより低減できる超電導線材を製造できる。

また、幅の広い超電導線３０から狭幅加工をする工程と、幅の狭い複数の超電導線１２を母材１１上に配置する工程とを連続して行なうことができる。その結果、切断部２０３により切断された複数の超電導線１２がばらばらになる前に、整列部２３０で複数の超電導線１２を並べることができる。したがって、隣り合う超電導線１２の間隔Ｗ２を安定して、均一にかつ小さくできるとともに、超電導線材１０ａの製造を簡略化することができる。

（実施の形態６）
図７は、本発明の実施の形態６における超電導導体を示す概略斜視図である。図７に示すように、本実施の形態における超電導導体３００は、実施の形態１における超電導線材１０ａを複数集合させてなる。

図７に示すように、超電導導体３００は、超電導線材１０ａの内周側から外周側へ、または外周側から内周側へと径方向位置を変更しながら長手方向に延びるように集合されている転位導体である。なお、超電導導体３００は、複数の超電導線材１０ａを単に撚り合わせてなっていてもよい。

超電導導体３００は、それぞれの超電導線材１０ａの磁場に対する異方性を小さくして、超電導導体３００の外部に集中して流れる偏流を抑制して、交流損失を低減できる構造にすることが好ましい。本実施の形態では、超電導線材１０ａの外周を覆うように絶縁膜３０１が形成され、複数の超電導線材１０ａは互いに電気的に接続されていない構造としている。

続いて、本実施の形態における超電導導体３００の製造方法を説明する。まず、実施の形態１における超電導線材の製造方法により複数の超電導線材１０ａを製造する。その後、それぞれの超電導線材１０ａの外周を被覆するように、絶縁膜３０１を形成してもよい。

次に、この複数の超電導線材１０ａを集合させる。集合させる方法は特に限定されず、一般公知の方法を採用できる。たとえば、回転数の調整等の制御ができる、複数の超電導線材１０ａを撚り合わせる装置などを用いることができる。また、複数の超電導線材１０ａを集合させる巻き方は、図７に示す巻き方に特に限定されない。

なお、本実施の形態では、実施の形態１における超電導線材１０ａを用いて説明したが、実施の形態２または３の超電導線材１０ｂ、１０ｄを用いてもよい。

以上より、本実施の形態における超電導導体３００は、交流損失の低減された実施の形態１〜３の超電導線材１０ａ、１０ｂ、１０ｄが集合されてなる。したがって、交流損失を低減した超電導導体３００が得られる。

（実施の形態７）
図８は、本発明の実施の形態７における超電導ケーブルを示す概略斜視図である。図８を参照して、本実施の形態における超電導ケーブル４００は、実施の形態７における超電導導体３００を用いて構成される。

超電導ケーブル４００は、図８に示すように、超電導導体３００が円筒状もしくは円柱状のフォーマ４１０の外周面にスパイラル状に巻回されてなる。このようにして、超電導導体３００をフォーマ４１０上にスパイラル状に多層積層することにより、図８に示す超電導ケーブル４００が構成される。超電導ケーブル４００において、超電導線材１０ａは、各超電導線材１０ａの超電導層１５が外周側に、基板１３が内周側にそれぞれ位置するように多層積層される。

第１層４０１は図中右巻き、第２層４０２は図中左巻き、第３層４０３は図中右巻き、第４層４０４は図中左巻きというように、各層毎に交互に向きを変えて巻回されている。なお、この第１層４０１〜第４層４０４の巻回方向はこれに限定されるものではなく、如何なる方向に巻回されていてもよい。たとえば第１層４０１および第２層４０２が図中右巻きで、第３層４０３および第４層４０４が図中左巻きであってもよく、第１層４０１〜第４層４０４のすべてが同じ方向に巻回されていてもよい。

なお、本実施の形態の超電導ケーブルは、実施の形態６における超電導導体３００を用いて構成されることに特に限定されない。たとえば、実施の形態１〜３における超電導線材１０ａ、１０ｂ、１０ｄを複数用いて、フォーマ４１０上にスパイラル状に多層積層させる構成であってもよい。

続いて、本実施の形態における超電導ケーブル４００の製造方法を説明する。まず、実施の形態６の超電導導体の製造方法により超電導導体を製造する。次に、超電導導体３００を用いて超電導ケーブル４００を形成する。

本実施の形態では、超電導機器の一例として超電導ケーブル４００を用いて説明したが、本発明の超電導機器は、超電導ケーブルに特に限定されない。超電導機器として、たとえば、超電導コイル、マグネット、電力貯蔵装置などとすることもできる。

以上より、本実施の形態における超電導機器の一例である超電導ケーブル４００は、実施の形態１〜４の超電導線材１０ａ、１０ｂ、１０ｄを用いて構成されている。そのため、交流損失を低減した超電導ケーブル４００が得られる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１における超電導線材を示す概略模式図である。 本発明の実施の形態１における超電導線材を芯材に巻き付けたときの状態を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態２における超電導線材を示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態３における超電導線材を示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態４における超電導線材の製造装置を示す概略模式図である。 本発明の実施の形態５における超電導線材の製造装置を示す概略模式図である。 本発明の実施の形態６における超電導導体を示す概略斜視図である。 本発明の実施の形態７における超電導ケーブルを示す概略斜視図である。 従来のケーブルを模式的に示す概略断面図である。

符号の説明

１０ａ，１０ｂ，１０ｄ 超電導線材、１１，２０ 母材、１２，１７ 超電導線、１３ 基板、１４ 中間層、１５ 超電導層、１６ 接続層、３０ 幅の広い超電導線、１０１ 芯材、２００ａ，２００ｂ 超電導線材の製造装置、２０１，２１０ 第１の送り部、２０２ 供給部、２０３ 切断部、２２０ 第２の送り部、２３０ 整列部、２４０ 配置部、２５０ 受け部、３００ 超電導導体、３０１ 絶縁膜、４００ 超電導ケーブル、４０１ 第１層、４０２ 第２層、４０３ 第３層、４０４ 第４層、４１０ フォーマ。

Claims (7)

1. テープ状の母材と、
   前記母材上に配置された複数の超電導線とを備え、
   前記母材は、絶縁体であり、前記複数の超電導線の曲げ剛性よりも小さい曲げ剛性を有する、超電導線材。
2. 隣り合う前記複数の超電導線の間隔が０．１ｍｍ以下である、請求項１に記載の超電導線材。
3. 前記複数の超電導線の幅が０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の超電導線材。
4. 前記複数の超電導線は、主表面と前記主表面と反対側の裏面とを有する基板と、前記基板の前記主表面上に形成された超電導層とを含む、請求項１〜３のいずれかに記載の超電導線材。
5. 前記基板の前記裏面側で前記母材と接続されている、請求項４に記載の超電導線材。
6. 前記複数の超電導線上に配置され、前記複数の超電導線の曲げ剛性よりも小さい曲げ剛性を有する第２の母材をさらに備えた、請求項１〜５のいずれかに記載の超電導線材。
7. テープ状の母材を準備する工程と、
   前記母材上に複数の超電導線を配置する工程とを備え、
   前記母材は、絶縁体であり、前記複数の超電導線の曲げ剛性よりも小さい曲げ剛性を有する、超電導線材の製造方法。

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