JPH05151836A - セラミツクス超電導導体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造が簡潔で、繰り返し曲げられても超電導
特性が劣化しにくい高Ｉｃのセラミックス超電導導体を
提供する。 【構成】 金属層１内にセラミックス超電導体層２を設
けたテープ状複合体３の幅方向両端縁部に、その幅方向
に長いスリット４をテープ状複合体３の長手方向に所定
間隔で設け、このテープ状複合体３を金属製パイプ、棒
等の芯材５の外周に所望枚数、所望層数縦添え包被して
配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電力ケーブル等のような
高圧の電力輸送に適用可能なセラミックス超電導導体に
関するもので、特に導体の構成が簡潔で曲げ歪に対して
も超電導特性の劣化が少ない高Ｉｃのセラミックス超電
導導体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】Ｙ系、Ｂｉ系、Ｔｌ系等のように液体窒
素温度を越えるＴｃを有するセラミックス超電導体が知
られている。このようなセラミックス超電導体は各分野
への利用を目指して種々の形状に成形することが検討さ
れている。例えば、線材に成型する場合には一般に金属
シース法が用いられている。これは超電導体となり得る
セラミックスの原料を金属パイプ内に充填して複合ビレ
ットとし、これを断面減少加工して所望形状・寸法の複
合線材に仕上げ、然る後、熱処理を行なってセラミック
ス超電導導体とするものである。

【０００３】この方法で得られる線材の形状としては、
断面形状が例えば丸型、楕円形、四角形、テープ状のも
のが有る。また、これらの線材を複数本束ねた多芯線材
や、金属層内にセラミックス超電導体層が同芯円筒状ま
たは渦巻状に配置された構造の多層線材等も種々試作検
討されている。

【０００４】この場合使用される金属の材質としては熱
伝導性、電気伝導性に優れた材料、例えばＡｇ、Ａｇ合
金、Ｃｕ、Ｃｕ合金等が適するが、酸素透過性、耐酸化
性の点でＡｇ、Ａｇ合金を用いる例が多い。また、断面
減少加工法としては、得られる線材の形状に応じて押し
出し、圧延、引き抜き、スウェージング等の従来の塑性
加工法がそのまま適用される。

【０００５】近年、このようにして得られたテープ状複
合体を金属パイプ、丸棒等の芯材の外周に所望枚数縦添
え包被した或は螺旋状に巻き付けたセラミックス超電導
導体を電力ケーブル等のような電力輸送用導体に適用す
ることが検討されている。具体的には図４（ａ）に示す
ように、幅の広いテープ状複合体Ｄを芯材Ａの外周に１
層当たり１枚ずつフォーミングするように巻き付け包被
し、これを多層状に積層したものとか、同図（ｂ）のよ
うに同様のテープ状複合体Ｄを１層当たり２枚使用し、
多層状に積層したもの等がある。

【０００６】図４のセラミックス超電導導体は芯材Ａに
巻き付け包被するテープ状複合体Ｄの幅が広く内部のセ
ラミックス超伝導体Ｃの断面積が増大するため、Ｉｃの
向上が図れること、また導体構成が容易になること等の
利点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図４に示すセラミック
ス超電導導体を実際に電力輸送のケーブルとして使用す
る場合、製造、運搬、布設の作業性の面から、セラミッ
クス超電導導体をドラムに巻き取る必要がある。このた
めドラムへの巻き付け、巻き戻しによる曲げ、施工作業
時の曲げ等を考慮すると、セラミックス超電導導体を数
回繰り返して曲げても超電導特性が劣化しないことが望
ましい。

【０００８】しかし、図４に示すセラミックス超電導導
体ではテープ状複合体Ｄの幅が広いため、Ｉｃは高いが
繰り返し曲げによる歪みに弱く、このため全体に曲げ歪
を付与した場合、セラミックス超電導体Ｃが局部的に変
形したり破断したりすることがあり、その結果Ｉｃが低
下するという問題点があった。

【０００９】本発明の目的は構造が簡潔で、繰り返し曲
げられても超電導特性が劣化しにくい高Ｉｃのセラミッ
クス超電導導体を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミックス超
電導導体は前記欠点を改善するために種々実験し、検討
した結果得られたもので、金属層１内にセラミックス超
電導体層２を設けたテープ状複合体３の幅方向両端縁部
に、その幅方向に長いスリット４をテープ状複合体３の
長手方向に所定間隔で設け、このテープ状複合体３を金
属製パイプ、棒等の芯材５の外周に所望枚数、所望層数
縦添え包被して配置したことを特徴とするものである。

【００１１】前記芯材５は金属パイプの他、例えば金属
製の丸棒、或は金属パイプに波付け加工を施して可撓性
を持たせたもの等を用いてもよい。また同芯材５の外周
に縦添え包被するテープ状複合体３の１層当たりの枚
数、積層する層数に制約は無く、図１（ａ）のように１
層当たり１枚づつでも、同図（ｂ）のように１層当たり
２枚づつでも、或はそれ以上でもよい。

【００１２】前記テープ状複合体３の幅方向両端縁部に
設けるスリット４の角度には特に制約が無く、例えば図
３（ａ）に示すようにスリット４をテープ状複合体３の
幅方向に沿って平行に設けたり、或は同図（ｂ）のよう
に幅方向両端縁部のスリット４を同じ方向に傾斜させた
り、同図（ｃ）に示すように幅方向両端縁部のスリット
４を互いに逆方向に傾斜させたりして設けてもよい。

【００１３】前記スリット４はテープ状複合体３のうち
幅方向両端縁部の金属部を除く部分の長さＬ（図２）と
内部のセラミックス超電導体層２の幅Ｗ（図２）との関
係が次式を満たすように設定することが望ましい。 （１／１０）Ｗ≦Ｌ≦（１／２）Ｗ これは、前記長さＬが（１／１０）Ｗ未満では実質的な
効果がなく、曲げ歪の付加によるＩｃ低下が大きくな
る。また前記長さＬが（１／２）Ｗ以上ではセラミック
ス超電導体層２に断面積の小さい部分が生じ、しかも電
流が図２の矢印のようにスリット４を迂回して蛇行して
流れて高Ｉｃ化が図れない。また、前記スリット４の幅
はあまり大きいとスリットとしての効果が小さくなり、
さらには材料の損失も無視できなくなるため極力狭い方
がよい。隣り合うスリット４の間隔は特に制約はなく、
最終的にでき上がる導体の外径や、使用時の最大曲げ歪
等を考慮して選定すればよい。

【００１４】なお、本発明のセラミックス超電導導体は
比較的幅の広いテープ状複合体３を芯材５の外周に縦添
え包被してフォーミングする場合に適す。

【００１５】本発明のセラミックス超電導導体の製造方
法の一例を説明する。テープ状複合体３の製造には従来
の方法がそのまま適用できる。例えば金属製のパイプ状
ビレット内にセラミックス超電導体となしうる原料を充
填して複合ビレツトとし、これを断面減少加工して所定
の形状・寸法のテープ状複合体３を作製する。テープ状
複合体３の幅が比較的広い場合には断面形状が角型の複
合ビレットを用いるとよい。そして、この方法で得られ
たテープ状複合体３の幅方向両端縁部にスリット４を設
ける。この場合、例えば歯車状のカッターを用いたり、
あるいは打ち抜き等によって行うことができる。

【００１６】このようにしてスリット４が形成されたテ
ープ状複合体３を図１のように芯材５の外周に所望枚数
巻き付け或は包被させて、これを所望層数積層する。さ
らに必要に応じてその上に金属テープを押え巻きしても
差し支えない。しかる後、所定の条件で熱処理を行って
セラミックス超電導導体とするものである（Ｗ＆Ｒ
法）。或は前記テープ状複合体３を芯材５に巻き付け或
は包被する前に熱処理し、これを芯材５の外周に配置し
てセラミックス超電導導体を作製することもできる（Ｒ
＆Ｗ法）。更にこのセラミックス超電導導体を保護する
ため、例えばＦｅ、ＳＵＳ、Ｃｕ等の波付け管内に挿入
することも本発明の範囲内である。

【００１７】

【作用】本発明のセラミックス超電導導体では、図１に
示すようにテープ状複合体３の幅方向両端縁部のスリッ
ト４が、同テープ状複合体３を芯材５に巻き付け包被さ
せた時に、セラミックス超電導導体の外周面に多数形成
されるため可撓性が良くなり、この結果、同超電導導体
に曲げ歪みを付与しても超電導特性の低下が少ない。

【００１８】

【実施例１】本発明のセラミックス超電導導体の一実施
例を以下に説明する。Ｂｉ₂ Ｏ₃ 、ＰｂＯ、 ＳｒＣＯ₃、
ＣａＣｏ₃、ＣｕＯ等の一次原料粉をモル比でＢｉ：Ｐ
ｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．６：０．４：２：２：３と
なるように配合し、混合した後、大気中８００℃×１０
０ｈ仮焼成し、さらに粉砕して仮焼成を作製した。これ
をＣＩＰ成形した後、断面形状が角型のＡｇ製パイプ内
に挿入して複合ビレットとし、これを断面減少加工、圧
延加工して幅約６０ｍｍ（セラミックス超電導体層２の
幅５０ｍｍ）、厚さ０_・ ２５ｍｍのテープ状複合体３を
作製した。このテープ状複合体３に表１に記載する４種
類の長さのスリット４をカッター等により設けた。この
スリット４は図２（ａ）のようにテープ状複合体３の幅
方向両端縁面ｍに開口するように、且つテープ状複合体
３の幅方向に平行に形成し、これをテープ状複合体３の
幅方向両端縁部に間隔３０ｍｍのちどり状に複数形成し
たものである。

【００１９】一方、外径２０ｍｍφ、内径１６ｍｍφの
Ａｇ製パイプ（芯材５）を作製し、これに波付け加工を
施した。芯材５の外周には前記テープ状複合体３を縦添
え包被してフォーミングし、これを１０層積層した。こ
れに大気中、８４０℃×１００ｈの熱処理を行ってセラ
ミックス超電導導体を作製した。このようにして得られ
たセラミックス超電導導体を曲率半径１ｍとなるように
曲げた状態で、液体窒素中、Ｏ磁場における環境下でＩ
ｃを測定し、その結果を表１にまとめて示した。

【００２０】

【実施例２】実施例１と同様の仮焼粉及び角型Ａｇパイ
プを用いて、幅３０ｍｍ（超電導体の幅２６ｍｍ）、厚
さ０_・ ２５ｍｍのテープ状複合体３を作製した。これに
実施例１と同様にして表２に記載する４種類の長さのス
リット４をカッター等により設けた。このスリット４も
図２（ａ）のようにテープ状複合体３の幅方向両端縁面
ｍに開口するように、且つテープ状複合体３の幅方向に
平行に形成し、これをテープ状複合体３の幅方向両端縁
部に間隔１５ｍｍのちどり状に複数形成したものであ
る。

【００２１】前記テープ状複合体３を２枚で１層となる
ように実施例１の芯材５と同じ芯材５の外周に縦添え包
被してフォーミングし、合計１０層積層した。これに大
気中、８４０℃×１００ｈの熱処理を行ってセラミック
ス超電導導体を作製した。これらのセラミックス超電導
導体を曲率半径１ｍとなるように曲げた状態で、液体窒
素中、Ｏ磁場の環境下でＩｃを測定し、その結果を表２
にまとめて示した。

【００２２】

【比較例１】表１の５、６、７は表１の実施例１〜４に
対する比較例である。同表の５、６は実施例１のテープ
状複合体３と同じくスリット４を形成してセラミックス
超電導導体を作製したものであるが、５はスリット４の
長さＬが（１／１０）Ｗより小さい場合であり、また６
はスリット４の長さＬが（１／２）Ｗより大きい場合の
実験結果である。また、同表の７はテープ状複合体３に
スリット４を形成しなかった場合の実験結果である。こ
の結果から実施例１のセラミックス超電導導体は曲げ歪
みを付与した場合でも超電導特性の劣化が少ないことが
わかる。

【００２３】

【比較例２】表２の５、６、７は表２の実施例１〜４に
対する比較例である。同表の５、６は実施例２のテープ
状複合体３と同じくスリット４を形成してセラミックス
超電導導体を作製したものであるが、５はスリット４の
長さＬが（１／１０）Ｗより小さい場合であり、また６
はスリット４の長さＬが（１／２）Ｗより大きい場合の
実験結果である。また、同表の７はテープ状複合体３に
スリット４を形成しなかった場合の実験結果である。同
じくこの結果から実施例２のセラミックス超電導導体は
曲げ歪みを付与した場合でも超電導特性の劣化が少ない
ことがわかった。

【００２４】表１

【００２５】表２

【００２６】

【発明の効果】本発明のセラミックス超電導導体は構成
が簡潔で、しかも曲げ歪に対しても超電導特性の劣化が
少なく、高Ｉｃとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明のセラミックス超電導導体の一
実施例を示す斜視図、（ｂ）は本発明のセラミックス超
電導導体の他の実施例を示す斜視図。

【図２】（ａ）は図１のセラミックス超電導導体におけ
るテープ状複合体の一例を示す上面図、（ｂ）はその断
面図。

【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）はテープ状複合体の各種例
を示す平面図。

【図４】（ａ）（ｂ）は従来のセラミックス超電導導体
の異なる例を示す斜視図。

【符号の説明】

１ 金属層 ２ セラミックス超伝導体層 ３ テープ状複合体 ４ スリット ５ 芯材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原 築志 東京都調布市西つつじケ丘２丁目４番１号 東京電力株式会社技術研究所内 (72)発明者 石井 英雄 東京都調布市西つつじケ丘２丁目４番１号 東京電力株式会社技術研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属層１内にセラミックス超電導体層２
   を設けたテープ状複合体３の幅方向両端縁部に、その幅
   方向に長いスリット４をテープ状複合体３の長手方向に
   所定間隔で設け、このテープ状複合体３を金属製パイ
   プ、棒等の芯材５の外周に所望枚数、所望層数縦添え包
   被して配置したことを特徴とするセラミックス超電導導
   体。