JP6818578B2 - 超電導ケーブルの接続部 - Google Patents

Description

本発明は、超電導ケーブル及び超電導ケーブルの接続部に関する。

常電導ケーブルと比較して、大容量の電流を低損失で送電できる超電導ケーブルの一般的に知られる構成は、フォーマ（心材）の外周に超電導テープがスパイラル状に巻回されている。また、超電導ケーブルにおいては、大電流送電を可能とするために、超電導テープが、同心円状に多層に配置されている構造も知られている。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るとともに、超電導テープ間での電気絶縁をとる押えテープが設けられる。

このような層構造の超電導ケーブルを、超電導応用機器に応用する場合、例えば、特許文献１及び特許文献２に示すような、超電導ケーブルの超電導テープと、外部電源、外部回路或いは常温ケーブル等の常温側に設置された機器に接続される金属端子（電極）とを電気的に接続した端末構造が用いられる。

特許文献１及び特許文献２の端末構造では、超電導テープが層状に配設された超電導ケーブルの端末を、常温側に設置された設置された機器、例えば、常電導ケーブル等に接続され、且つ、超電導テープによる層の外径に対応した内径の筒状の金属端子に挿入する。 そして、金属端子と、この金属端子に挿入された超電導テープの層との間に半田を流し込むことで超電導テープと金属端子とは電気的に接続されている。

特開２０１０−２８７３４９号公報 特開２０１３−１７８９５７号公報

ところで、従来のように、超電導ケーブルを金属端子の内側に挿入して半田を介して接続する構造では、接続長のバラツキや接続作業上の接続精度の問題により、半田の量或いは金属端子と各超電導テープとの接触状態の違い等が生じて、金属端子と各超電導テープとの接続抵抗にバラツキが生じることが多い。接続抵抗にバラツキが生じると、接続抵抗の高い超電導線材を流れない電流は、接続抵抗の低い超電導線材に流れるようになり、許容電流量を超えて、超電導ケーブルの通電性が劣化する恐れがある。特許文献２では、電極に相当する常電導導体に接続される超電導ケーブルの超電導線材毎に、それぞれの長手方向に沿って、分流用超電導部材を取り付けることにより、超電導線材と常電導導体の境界部分における電流の集中が緩和される。

しかしながら、特許文献２では、各超電導線材において、それぞれが接続される常電導体との接続抵抗にバラツキがある場合、特に、常電導体側から超電導ケーブル側に送電する場合では、接続抵抗により流れる電流量が決定されるので、接続抵抗のバラツキによって超電導線材毎に流れる電流の大きさの違いは解消されにくい。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、電極に接続される複数の超電導線材の接続抵抗のバラツキを低減して電流を均一化して好適に流すことができる超電導ケーブルの接続部を提供することを目的とする。

本発明の超電導ケーブルの接続部は、
芯材の周囲に円状に複数の超電導線材が巻き付けてなる超電導導体層と、
前記超電導導体層の外周に周方向で巻き付けられ、前記超電導導体層の前記複数の超電導線材のそれぞれに電気的に接続された周設用超電導線材と、
前記超電導導体層を囲むように配設され、前記周設用超電導線材が電気的に接合される筒状電極と、を有する超電導ケーブルの接続部であって、
前記超電導導体層と前記周設用超電導線材とが高融点半田で接合され、
前記超電導導体層と前記筒状電極とが前記高融点半田より低融点の低融点半田で接合されている、構成を採る。

本発明によれば、電極に接続される複数の超電導線材の接続抵抗のバラツキを低減して電流を均一化して好適に流すことができる。

本発明に係る実施の形態１の超電導ケーブルの接続部の構成を示す側面図 同超電導ケーブルの接続部の要部構成を示す縦断面図 同超電導ケーブルの要部構成を示す斜視図 図１のＡ―Ａ線矢視断面図 本発明に係る実施の形態２の超電導ケーブルの接続部の変形例１の要部構成を示す縦断面図 本発明に係る実施の形態３の超電導ケーブルの接続部の変形例２の要部構成を示す縦断面図

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明に係る実施の形態１の超電導ケーブルの接続部の構成を示す側面図であり、図２は、同超電導ケーブルの接続部の要部構成を示す縦断面図である。

図１に示す超電導ケーブル１００の接続部１０は、超電導ケーブル１００と、筒状の引出用電極（以下、筒状電極と呼ぶ）２１０とを有する。本実施の形態の例では、筒状電極２１０は、超電導ケーブル１００が有する超電導テープ１１３ａに接続されるとともに、リードケーブル２３０が電気的に接続される。筒状電極２１０は、リードケーブル２３０を介して常電導体である常温部と，超電導ケーブル１００の一方の端末とを接続する。実際の使用時には、超電導ケーブル１００および筒状電極２１０は、液体窒素等の極低温の液体に浸される。そして、超電導ケーブル１００の電流が、筒状電極２１０を介してリードケーブル２３０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２３０は、ポリマー套管（図示せず）等を介して気中に導出される。なお、超電導ケーブル１００の他方の端末は、筒状電極２１０と同様に形成された筒状電極を介して、他の常温部等に接続される。

接続部１０では、超電導ケーブル１００が、筒状電極２１０内に挿入され、筒状電極２１０の内側で半田部１７０を介して電気的に接続される。

図３は、本実施の形態に係る超電導ケーブルの要部構成を示す斜視図である。

図１及び図２に示すように、超電導ケーブル１００は、外周に押えテープ１１２が巻回された芯材（フォーマ）１１１及び複数の超電導テープ１１３ａを有するケーブル本体部１１０と、周設用超電導線材１２０と、を有する。

芯材１１１は、円筒形状であり、例えば、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。

押えテープ１１２の外周には、第１の超電導導体層１１３を構成する超電導テープ１１３ａ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。押えテープ１１２は、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の絶縁部分として構成されている。

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、超電導テープ１１３ａによる超電導導体層１１３は、それぞれ、１０本の超電導テープ１１３ａから構成されている。なお、超電導ケーブル１００において、超電導テープ１１３ａによる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１１３ａ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）。

超電導テープ１１３ａ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１１３ａは、基板と、基板上に当該基板に沿って形成されたＲＥＢａ_ｙＣｕ_３Ｏ_ｚ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。）の高温超電導薄膜である超電導層と、を備える。

超電導テープ（ＹＢＣＯ超電導線材）１１３ａは、テープ状であり、テープ状の金属製の基板上に、中間層、テープ状の超電導層、安定化層が順に積層されることによって形成される。なお、超電導テープ１１３ａでは、基板、中間層、超電導層及び安定化層からなる積層構造は、導電材料（銅）からなる被覆材によって被覆されていることが好ましい。

基板は、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ系（具体的には、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｍｏ系のハステロイ（登録商標）Ｂ、Ｃ、Ｘ等）、Ｗ−Ｍｏ系、Ｆｅ−Ｃｒ系（例えば、オーステナイト系ステンレス）、又は、Ｆｅ−Ｎｉ系（例えば、非磁性の組成系のもの）等の材料に代表される低磁性の結晶粒無配向・耐熱高強度金属基板である。

中間層は、例えば基板からの元素の拡散が超電導層に及ぶのを防止するための拡散防止層、超電導層の結晶を一定の方向に配向させるための配向層等の複数の層を有する。例えば、中間層は、基板上に、スパッタリング法で成膜された第１中間層としてのＡｌ_２Ｏ_３層を有し、Ａｌ_２Ｏ_３層上に、ＲＦスパッタ法またはイオンビームスパッタ法等のスパッタリング法により第２中間層としての非晶質であるＬａＭｎＯ_３層が成膜される。このＬａＭｎＯ_３層上にＩＢＡＤ法等により成膜された第３中間層としてのＭｇＯ層を有する。ＭｇＯ層上には、スパッタリング法により成膜された第４中間層としてのＬａＭｎＯ_３層を有し、ＬａＭｎＯ_３層上に、スパッタリング法等により成膜された第５中間層としてのＣｅＯ_２層を有する。なお、第１中間層は、Ａｌ_２Ｏ_３に代えて、ＲｅＺｒＯ（Ｒｅ：Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ及びＹｂから選択される１又は２種以上の希土類元素）で、ＲＦ−スパッタリング法、或いは、ＭＯＤ法などで成膜してもよい。この第１中間層は、耐熱性が高く、界面反応性を低減するための層であり、その上に配される膜の配向性を得るために用いられるベッド層としても機能する。

超電導層は、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７で表されるイットリウム系超電導体（ＹＢＣＯ層）が代表的なものである。超電導テープ１１３ａの超電導層には、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、高温超電導薄膜としての超電導層の成膜法としては、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（ＢａＺｒＯ_３）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１１３ａ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。

安定化層は、銀、金、白金等の貴金属、あるいはそれらの合金であり低抵抗の金属により超電導層上に成膜される。なお、安定化層は、直下の超電導層が金、銀などの貴金属、あるいはそれらの合金以外の材料と直接的な接触によって反応によって引き起こす性能低下と、事故電流や交流通電により発生した熱を分散して発熱による破壊・性能低下とを防止する。

上述のように複数の超電導テープ１１３ａは、基板上に超電導層を備える。そして、複数の超電導テープ１１３ａは、超電導ケーブル１００において、超電導層側の面を外周側に向け、且つ、基板側の面を内周側に向くようにして、芯材１１１の周囲に同心円状に配置されている。すなわち、超電導テープ１１３ａは、芯材１１１の周囲に押さえテープで構成される層状の絶縁部分間に、超電導層を外周側及び基板を内周側となるように巻き付けて配置されている。なお、超電導ケーブル１００は超電導線材による層を複数有しても良い。複層の超電導線材本体を備える場合、超電導テープ１１３ａの外周に、更に押えテープを押えテープ１１２と同様に巻回される。この巻回した押えテープの外周に、第２の超電導導体層を構成する複数の超電導テープ１１３ａが、一層目の超電導テープ１１３ａ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る。なお、この構成の場合、第２の超電導テープの外周には、押さえテープが、押えテープ１１２と同様に、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。

なお、超電導ケーブル１００は、実際には、超電導導体層１１３の外周に巻き付けられた押さえテープの外周側に、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１１３ａによる超電導導体層１１３が筒状電極２１０に接続される端末箇所では取り除かれるため、図１〜図３では、これらは省略して示している。

超電導ケーブル１００の超電導テープ１１３ａは、超電導ケーブル１００が挿入される筒状電極２１０の内面に、当該内面との間の半田部１７０を介して直接電気的に接続される。

超電導ケーブル１００において、最外周の超電導テープ１１３ａによる超電導導体層１１３の外周には、周方向に沿って周設用超電導線材１２０が巻き付けられている。
周設用超電導線材１２０は、具体的には、超電導ケーブル１００のケーブル本体部１１０において最外周に配置される複数の超電導テープ１１３ａによりなる超電導導体層１１３の外周に、ケーブル本体部１１０又は芯材１１１の延在方向（長手方向）と垂直に巻き付けられる。すなわち、周設用超電導線材１２０は、長手方向に垂直に巻き付けられているので、周方向で存在する全ての超電導テープ１１３ａに接続される。本実施の形態では、超電導導体層１１３に巻き付けられる周設用超電導線材１２０は半田により超電導導体層１１３に接合される。

周設用超電導線材１２０は、超電導導体層１１３の超電導テープ１１３ａ毎に電気的に接続されている。これにより、超電導ケーブル１００の運転時に、超電導導体層１１３を構成する超電導テープ１１３ａ毎に流れる電流は、均一に流れる。

周設用超電導線材１２０は、導電性を有する材料であればどのように構成されてもよいが、本実施の形態では、超電導テープ１１３ａと同様に構成させる超電導テープ１２１が周設用超電導線材１２０を形成している。これにより、周設用超電導線材１２０として、超電導ケーブルを構成する超電導テープ１１３ａを用いることで、周設用超電導線材１２０自体を別途製造する必要がなく、製造コストの削減を図ることができる。

周設用超電導線材１２０は、超電導導体層１１３側（芯材１１１側）に超電導層側を向けて、つまり、周設用超電導線材１２０の超電導層を超電導ケーブル１００の内周側にし、基板を外周側に向けて、超電導導体層１１３に巻き付けられている。

これにより、ケーブル本体部１１０の超電導テープ１１３ａの超電導層と、周設用超電導線材１２０の超電導層とが近接する位置に配置され、超電導導体層１１３と周設用超電導線材１２０との導電特性の向上を図ることができる。

本実施の形態では、超電導導体層１１３に巻回された周設用超電導線材１２０は、超電導導体層１１３とともに筒状電極２１０内に配置され、半田部１７０で筒状電極に接合されている。なお、周設用超電導線材１２０は、図２の符号１２００で示すように、超電導導体層１１３において、接続する筒状電極２１０の近傍の位置で、超電導導体層１１３に巻回して半田接合して、超電導導体層１１３の超電導線材を流れる電流を均一化するようにしてもよい。

筒状電極２１０は、全体として筒状であり、Ｃｕ（銅）等の導電性を有する金属材料により形成される。筒状電極２１０は、内部に配置される超電導ケーブル１００の外周面と電気的に接続する。

筒状電極２１０は、図２から明らかなように、超電導ケーブル１００が内部を貫通できる筒状構造となっている。なお、筒状電極２１０は、超電導ケーブル１００の延在方向に沿って分割された複数の断面半円弧状の分割体により筒状に構成されてもよい。分割体である場合には、分割体を、超電導ケーブル１００の所定の位置に、被せて互いを周方向で気密的に固定することで円筒状に形成するようにする。

本実施の形態の筒状電極２１０では、超電導ケーブル１００として、ケーブル本体部１１０とともに周設用超電導線材１２０が挿入されて接合される。

図４は、図１のＡ―Ａ線矢視断面図である。図２及び図４に示すように、筒状電極２１０には、内部と外部とが連通するように周壁部分を貫通して半田用長穴２２１、空気孔２２３が形成されている。

半田用長穴２２１は、筒状電極２１０に、外周側と内周側半径方向に貫通して形成され、筒状電極２１０の外周側から内周に半田を注入する。

半田用長穴２２１は、筒状電極２１０の上面部分の中央部分に、長手方向に沿って形成されている。半田用長穴２２１は、筒状電極２１０において、リードケーブル２３０接続部分を挟み両端側に、長手方向（軸方向）に沿ってそれぞれ形成されている。

これにより、半田用長穴２２１は、筒状電極２１０の略全長に渡り配置されているため、半田用長穴２２１を介して注入する半田を両端部の隅々まで確実に注入させることができる。

また、筒状電極２１０には、半田用長穴２２１の両端側に、半田用長穴２２１に並んで、半田用長穴２２１を介して筒状電極２１０内に注入される半田の注入時のエアを抜く空気孔２２３がそれぞれ形成されている。

筒状電極２１０では、両端部のそれぞれに、空気孔２２３に挟まれた半田用長穴２２１が形成されている。このように半田を注入する孔が長穴であるので、断面積の小さい半田注入孔を介して半田を注入する場合と比較して、溶融半田に巻き込まれた気泡が抜けやすく、半田硬化後に空隙として残りにくくなる。よって空隙により半田の接触面積が小さくならないので、接続抵抗を大きくできる。

このように、半田用長穴２２１を介して半田を注入する際に巻き込まれた気泡を抜きつつ、筒状電極２１０の内部の全域に渡って半田を注入して隙間なく充填させることにより、超電導テープ１１３ａと筒状電極２１０との接続抵抗のバラツキを好適に低減することができる。

また、半田用長穴２２１を介して注入され、筒状電極２１０と超電導ケーブル１００の超電導導体層１１３（複数の超電導テープ１１３ａ）とを接合する半田は、周設用超電導線材１２０と超電導導体層１１３とを接合する半田よりも低融点の半田であることが好ましい。本実施の形態では、超電導導体層１１３と周設用超電導線材１２０との接合には、所謂、高温融点半田を用い、筒状電極２１０と超電導テープ１１３ａとの接合であり半田部１７０の形成には、いわゆる、低融点半田を用いている。

なお、半田用長穴２２１及び空気孔２２３は、筒状電極２１０の内部に注入される半田の充填具合を視認や小型化カメラ等を挿入して確認するための確認孔として使用できる。なお、半田用長穴２２１、空気孔２２３は、充填時に半田の漏れが発生しなければ、空気孔２２３で半田用長穴２２１を挟む配列であれば、どこに設けてもよい。

筒状電極２１０の内側では、筒状電極２１０の内周面と、筒状電極２１０内で最外層に位置する超電導導体層（超電導テープ１１３ａによる層）１１３とが、半田部１７０を介して通電可能に接合（所謂、直付け）されている。

筒状電極２１０の内径は、内部に配置される超電導ケーブル１００における周設用超電導線材１２０の外径と略同じであるか、或いは、内部に配置される超電導ケーブル１００における周設用超電導線材１２０の外径との間に隙間が形成される寸法に形成される。

なお、半田部１７０を形成する際には、筒状電極２１０の両端部の内周面と、超電導ケーブル１００の超電導導体層１１３との間の隙間には、半田漏れ防止のためのパッキン材を挿入して、筒状電極２１０の内周面と超電導導体層１１３の外周面との空間を密閉してから半田用長穴２２１を介して半田を注入する。なお、パッキン材（図示省略）は、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene：ＰＴＦＥ)、銀、或いは、インジウム等の柔らかい材料により構成されるシート、環状体或いは紐状体を用いてもよい。

本実施の形態の超電導ケーブル１００は、芯材１１１の周囲に円状に複数の超電導線材である超電導テープ１１３ａが巻き付けてなる超電導導体層１１３と、超電導導体層１１３の外周に周方向で巻き付けられ、超電導導体層１１３の複数の超電導テープ１１３ａのそれぞれに電気的に接続された周設用超電導線材１２０とを有する。この構成により、超電導導体層１１３において複数の超電導テープ１１３ａを流れる電流値が、超電導ケーブルの両端側の一方で接続抵抗値にバラツキがある等して、それぞれ異なる場合でも、周設用超電導線材１２０により均一化して流すことができる。

すなわち、本実施の形態では、筒状電極（端子）２１０の近傍で、超電導ケーブルの全超電導テープ（超電導線材）１１３ａを同一の超電導線材である周設用超電導線材１２０（１２１）で一体に接続しているため、銅端子である筒状電極２１０と超電導テープ（超電導線材）１１３ａ間に流れ込む電流が均一にすることができる。特に筒状電極２１０側から超電導ケーブル１００の超電導テープ１１３ａに流れる電流値が、筒状電極２１０接触抵抗によりバラツキがあっても、周設用超電導線材１２０により均一化して外部（超電導ケーブル１００の他端側）に流すことができる。

本実施の形態によれば、電極に接続される複数の超電導線材の接続抵抗のバラツキを低減して電流を均一化して好適に流すことができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明に係る実施の形態２の超電導ケーブルの接続部の変形例１の要部構成を示す縦断面図である。

図５に示す超電導ケーブル１００Ａの接続部１０Ａでは、実施の形態１の接続部１０と比較して、超電導ケーブル１００Ａの構成のみ異なり、その他の構成は同様である。

図５に示す超電導ケーブル１００Ａの接続部１０Ａは、超電導ケーブル１００Ａと、筒状の引出用電極（以下、筒状電極と呼ぶ）２１０とを有する。

本実施の形態の例では、筒状電極２１０は、超電導ケーブル１００において、複数の超電導テープ１１３ａによりそれぞれ構成される超電導導体層（１１３−１、１１３−２）のそれぞれに接続される。なお、各筒状電極２１０には、リードケーブル２３０が電気的に接続されており、筒状電極２１０は、リードケーブル２３０を介して常電導体である常温部と，超電導ケーブル１００の一方の端末とを接続する。実際の使用時には、超電導ケーブル１００Ａおよび筒状電極２１０は、液体窒素等の極低温の液体に浸される。そして、超電導ケーブル１００Ａの電流が、筒状電極２１０を介してリードケーブル２３０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２３０は、上述のように、ポリマー套管（図示せず）等を介して気中に導出される。なお、超電導ケーブル１００Ａの他方の端末は、筒状電極２１０と同様に形成された筒状電極を介して、他の常温部等に接続される。

接続部１０Ａでは、超電導ケーブル１００Ａが、筒状電極２１０内に挿入され、筒状電極２１０の内側で半田部１７０Ａを介して電気的に接続される。

本実施の形態の超電導ケーブル１００Ａは、実施の形態１のケーブル本体部１１０において、芯材１１１の外周に、複数の超電導導体層１１３−１、１１３−２を有するケーブル本体部１１０Ａと、周設用超電導線材１２０−１、１２０−２と、を有する。

ケーブル本体部１１０Ａは、ケーブル本体部１１０において超電導導体層１１３の外周に、不織布からなる押えテープを介して、第１の超電導導体層１１３−１を構成する超電導テープ１１３ａと同様の超電導テープがスパイラル状に巻回されている。これら超電導テープは、周方向で各テープ間に若干の所定間隔（第１の超電導導体層と同様の所定間隔Ｇ）を空けて配置されており、第２の超電導導体層１１３−２を構成する。なお、第１の超電導導体層１１３−１と、第２の１１３−２との間の押えテープ１１２は、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の絶縁部分として構成されている。なお、第２の超電導テープによる第２の超電導導体層１１３−２の外周には、押さえテープが、押えテープ１１２と同様に、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ている。第１の超電導導体層１１３−１は、実施の形態１の超電導導体層１１３と同様のものであり、第２の超電導導体層１１３−２は、第１の超電導導体層１１３と同様に形成される。

超電導ケーブル１００Ａは、筒状電極２１０に接続されるケーブル端部を段剥ぎして、端末側から順に第１の超電導導体層１１３−１、第２の超電導導体層１１３−２が外周面として露出している。

超電導ケーブル１００Ａは、露出している超電導導体層１１３−１、１１３−２と、超電導導体層１１３−１、１１３−２のそれぞれの外周に、周方向で巻き付けられ、前記超電導導体層の前記複数の超電導線材のそれぞれに電気的に接続された周設用超電導線材１２０−１、１２０−２を有する。

周設用超電導線材１２０−１、１２０−２は、本実施の形態では、それぞれ、超電導導体層１１３−１、１１３−２の外周に周方向に沿って芯材の延在方向（超電導ケーブルの長手方向）と垂直に巻回されている。周設用超電導線材１２０−１、１２０−２は、各超電導導体層１１３−１、１１３−２を構成する複数の超電導テープのそれぞれに半田により電気的に接続されている。

また、これら周設用超電導線材１２０−１、１２０−２は、実施の形態１と同様に、超電導テープ１１３ａにより形成され、各超電導導体層１１３−１、１１３−２側（内径側に相当）に、超電導層側を向けて巻回されている。

筒状電極２１０内では、超電導ケーブル１００Ａにおいて複数の層状に形成された超電導導体層１１３−１、１１３−２と、超電導導体層１１３−１、１１３−２の外周の周設用超電導線材１２０−１、１２０−２とが配置されている。筒状電極２１０と、超電導導体層１１３−１、１１３−２及び周設用超電導線材１２０−１、１２０−２とは半田による半田部１７０Ａを介して電気的に接続されている。なお、半田部１７０Ａは、実施の形態１と同様に、半田用長穴２２１から半田を注入することで形成される。

本実施の形態によれば、超電導ケーブル１００Ａは、複数の周設用超電導線材１２０−１、１２０−２を有する。超電導導体層１１３−１、１１３−２は、芯材１１１の外周に積層される。積層される複数の超電導導体層１１３−１、１１３−２のうちの外側の超電導導体層１１３−２の外周と、当該外側の超電導導体層１１３−２が段剥ぎされて露出する下側の超電導導体層１１３−１の外周には、それぞれ周設用超電導線材１２０−１、１２０−２がそれぞれ巻き付けられている。複数の周設用超電導線材１２０−１、１２０−２は筒状電極２１０内に配置され、筒状電極２１０は、半田部１７０Ａを介して、複数の超電導導体層１１３−１、１１３−２の超電導テープ（超電導線材）１１３ａとともに気密的に接合される。

これにより上述した実施の形態１の超電導ケーブル１００と同様の効果を、超電導導体層１１３−１、１１３−３毎に得ることができ、超電導導体層１１３−１、１１３−２のそれぞれを一つの筒状電極２１０にそれぞれ接触抵抗を低減した状態で好適に接続できる。

（実施の形態３）
図６は、本発明に係る実施の形態３の超電導ケーブルの接続部の変形例２の要部構成を示す縦断面図である。

図６に示す超電導ケーブル１００Ｂの接続部１０Ｂでは、実施の形態１の接続部１０と比較して、超電導ケーブル１００Ｂの構成のみ異なり、その他の構成は同様である。

図６に示す超電導ケーブル１００Ｂの接続部１０Ｂは、超電導ケーブル１００Ａと、筒状の引出用電極（以下、筒状電極と呼ぶ）２１０とを有する。

筒状電極２１０に挿入される超電導ケーブル１００Ｂは、ケーブル本体部１０１Ａと同様に構成されるケーブル本体部１１０Ｂを有する。ケーブル本体１１０Ｂでは、芯材１１１の外周に積層され、それぞれが超電導ケーブル１００Ｂの外周面として露出する複数の超電導導体層１１３−３、１１３−４を有する。ケーブル本体部１１０Ｂは、ケーブル本体部１１０Ａと比較して、超電導導体層１１３−３、１１３−４の段剥ぎ位置が異なる。すなわち、ケーブル本体部１１０Ｂでは、内側の超電導導体層１１３−３の外周は、外側の超電導導体層１１３−４が段剥ぎされることで露出し、ここでは、筒状電極２１０の一端部の内側から筒状電極２１０の内部を通り他端部に向かって延在する。超電導導体層１１３−４は、筒状電極２１０の一端部の外側で露出して配置されている。そしてこれら超電導導体層１１３−３、１１３−４の段差部分を挟む外面のそれぞれに、周設用超電導線材１２０−３、１２０−４である超電導テープ１２１がそれぞれ巻き付けられている。

そして、筒状電極２１０内に充填される半田部１７０Ｂにより、段剥ぎ部分で周設用超電導線材１２０−３、１２０−４及びケーブル本体部１１０Ｂの超電導導体層１１３−３、１１３−４を接続している。この構成によれば、実施の形態２と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、複数の超電導導体層を形成する超電導テープ１１３ａと、筒状電極２１０とを半田を介して、接触抵抗を低減した状態で容易に好適に接続でき、確実で好適な通電容量を確保できる。

なお、周設用超電導線材１２０で使用される超電導テープ１２１は、本数の多い方が均流化（電流の均一化）の効果は大きい。超電導テープ１２１を２本以上用いて周設用超電導線材１２０、１２０−１、１２０−２を構成しても良い。

＜実施例１＞
まず、超電導線材（超電導テープ）として、ハステロイ（登録商標）の基板上に、Ａｌ _２ Ｏ _３ 層、ＬａＭｎＯ _３ 層、ＭｇＯ層、ＬａＭｎＯ _３ 層、ＣｅＯ _２ 層を順に成膜してなる中間層を有し、この中間層上に、ＹＢａ _２ Ｃｕ _３ Ｏ _７ で表されるイットリウム系超電導体（ＹＢＣＯ層）からなる超電導層、銀の安定化層を順に成膜したＲＥＢａ _ｙ Ｃｕ _３ Ｏ _ｚ 系超電導線材を、厚さ０．１２ｍｍ×幅５ｍｍで形成した。これを３０本、銅製の外径１９ｍｍの芯材１１１に巻き付けて超電導線材の層（例えば、超電導導体層１１３）を構成し、これを備えるケーブル本体部１１０を形成した。このケーブル本体部１１０の外面に、１本の周設用超電導線材を長手方向と垂直に巻き付けて半田付けし、銅製であり厚み３ｍｍの図２で示す筒状電極２１０に挿入した。その際の周設用超電導線材の位置は、筒状電極２１０において、挿入されたケーブル本体部１１０が導出される側で開口する端部（超電導ケーブル１００の基端側の端部）２１０ａの内周面に対向し、周設用超電導線材の基端側の縁部が開口縁と重なる位置とした。この位置で、周設用超電導線材及び超電導ケーブル本体部１１０と、筒状電極２１０とを半田付けして、一本の周設用超電導線材を用いて均流化（５ｍｍ）とした実施例１の接続部を組み立てた。このように組み立てた接続部において、筒状電極と各超電導線材との接続抵抗を直流四端子法にて測定した（at７７K）。具体的には、筒状電極外周と筒状電極近傍の超電導線材に電圧端子に取り付け、液体窒素中で、筒状電極と超電導線材間に電流を流し、電圧端子間の発生電圧を測定することにより抵抗値を算出した。３０本の超電導線材毎の接続抵抗の最大値と、最小値と、平均値と、標準偏差を算出した。これらを表１に示す。

＜実施例２＞
実施例１と同様の超電導線材（超電導テープ）を用いて、実施例１と同様のケーブル本体部１１０を形成し、このケーブル本体部１１０の外面に、実施例１の周設用超電導線材を２本、長手方向と垂直に巻き付けて半田付けした。これを、実施例１と同様に、図２で示す筒状電極２１０に挿入して、図２に示す位置に位置させた。すなわち、２本の周設用超電導線材の位置は、筒状電極２１０の端部２１０ａ側で、実施例１と同様に１本を位置させ、これに隣接してもう１本を筒状電極２１０内に位置させた。この位置で、２本の周設用超電導線材及び超電導ケーブル本体部１１０と、筒状電極２１０とを半田付けして、一本の周設用超電導線材を用いて均流化（１０ｍｍ）とした実施例２の接続部を組み立てた。このように組み立てた実施例２の接続部において、実施例１と同様に、筒状電極と各超電導線材との接続抵抗を実施例１と同様、直流四端子法にて測定した（at７７K）。３０本の超電導線材毎の接続抵抗の最大値と、最小値と、平均値と、標準偏差を算出した。これらを表１に示す。

＜比較例１＞
実施例１の超電導ケーブルの接続部の構造において、周設用超電導線材を用いずに、筒状電極２１０に、周設用超電導線材を有しないケーブル本体部１１０を挿入して、筒状電極を加熱して半田付けを行い超電導ケーブルと筒状電極とを接続して比較例１の接続を組み立てた。この比較例１の接続部において、実施例１と同様に、筒状電極と各超電導テープとの接続抵抗を測定した。３０本の超電導線材毎の接続抵抗の最大値と、最小値と、平均値と、標準偏差を算出した。これらを表１に示す。

実施例１、２及び比較例１を比較すると、実施例１，２の方が比較例１よりも、接続抵抗の平均値、標準偏差がともに低くなっており、超電導ケーブルと筒状電極との接続部に周設用超電導線材を設けることで均流化の効果があることがわかった。

本発明に係る超電導ケーブルの接続部は、基板上に超電導層を備える超電導線材を、芯材の周囲に、前記超電導層を内周側及び前記基板を外周側となるように巻き付けた超電導ケーブルと電極とを接触抵抗を低減した状態で容易に好適に接続できる効果を有し、多層の超電導ケーブルの接続部として有用である。

１０、１０Ａ、１０Ｂ 接続部
１００、１００Ａ、１００Ｂ 超電導ケーブル
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ ケーブル本体部
１１１ 芯材
１１２ 押えテープ
１１３ａ、１２１ 超電導テープ
１１３、１１３−１、１１３−２、１１３−３、１１３−４ 超電導導体層
１２０、１２０−１、１２０−２、１２０−３、１２０−４、１２００ 周設用超電導線材
１７０、１７０Ａ、１７０Ｂ 半田部
２１０ 筒状電極
２２１ 半田用長穴
２２３ 空気孔

Claims (6)

1. 芯材の周囲に円状に複数の超電導線材が巻き付けてなる超電導導体層と、
   前記超電導導体層の外周に周方向で巻き付けられ、前記超電導導体層の前記複数の超電導線材のそれぞれに電気的に接続された周設用超電導線材と、
   前記超電導導体層を囲むように配設され、前記周設用超電導線材が電気的に接合される筒状電極と、を有する超電導ケーブルの接続部であって、
   前記超電導導体層と前記周設用超電導線材とが高融点半田で接合され、
   前記超電導導体層と前記筒状電極とが前記高融点半田より低融点の低融点半田で接合されている、超電導ケーブルの接続部。
2. 前記周設用超電導線材が前記筒状電極内に配置され、
   前記周設用超電導線材の外径と前記筒状電極の内径とが同じである、
   請求項１に記載の超電導ケーブルの接続部。
3. 前記複数の超電導線材及び前記周設用超電導線材は、それぞれテープ状の基板上に中間層を介して超電導層が形成され、
   前記超電導導体層は、前記複数の超電導線材を、前記芯材に対して、前記基板を内周側にし、且つ、前記超電導層を外周側に向けて、前記芯材の外周に巻回して構成され、
   前記周設用超電導線材は、前記超電導導体層に対して、前記超電導層を内周側にして前記基板を外周側に向けて巻き付けられている、
   請求項１または２に記載の超電導ケーブルの接続部。
4. 前記超電導導体層と前記周設用超電導線材とをそれぞれ複数有し、
   前記超電導導体層が前記芯材の外周に積層され、
   前記周設用超電導線材が、積層される複数の前記超電導導体層のうちの外側の超電導導体層の外周と、当該外側の超電導導体層が段剥ぎされて露出する下側の前記超電導導体層の外周と、のそれぞれに巻き付けられ、
   複数の前記周設用超電導線材が前記筒状電極内に配置され、
   前記外側の超電導導体層の外周に巻き付けられた前記周設用超電導線材の外径と前記筒状電極の内径とが同じである、
   請求項１〜３のいずれか一項記載の超電導ケーブルの接続部。
5. 前記筒状電極には、外周側と内周側半径方向に貫通して設けられ、前記筒状電極の外周側から内周に半田を注入する半田用長穴が形成されている、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の超電導ケーブルの接続部。
6. 前記筒状電極には、前記半田用長穴の両端側に当該半田用長穴に並んで空気孔がそれぞれ形成されている、
   請求項５に記載の超電導ケーブルの接続部。