JPS63299011A - 酸化物セラミックス系超電導体コ−ト光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野） 本発明は、通信用部よび電力用の両者同時に使用可能な
安定性のよい超電導体フート光ファイバ、特に酸化物セ
ラミックス系超電導体コート光ファイバに関する。

〈従来技術〉 近年、常電導性金属線材を用いる電力供給用のケーブル
に光ファイバを複合化し、通信用回線も同時に確保した
光ファイバ電力覆合ケーブルが用いられている。　これ
らの電力供給用ケーブルは可撓性、曲げ、伸ばし等の過
酷な条件下にさらされる。　また、光ファイバと常電導
性金属線材とを複合化すると、電力用の前記金属線材か
ら発熱するので、断熱材などで保護しなければならない
などの問題があった。

ところが、一般に、光ファイバは０．１〜０．２ｍｍ程
度と細く、また、このままの状態では表面に傷が付きや
すく機械的強度も弱いのでこの上にナイロン等の樹脂や
プラスチック材料の保護被膜を施している。　このよう
に光ファイバは機械的強度に弱いので、電力複合ケーブ
ルに用いると側圧等の外力が加わると光ファイバに微小
な曲がりを生じ、光ファイバの性能が著しく低下する。

また光ファイバはぜい性材料であり、光ファイバの寿命
は残留応力に依存するため、伸びに対して、特に、ガラ
ス系光ファイバではガラス系材料と保護被膜を形成する
樹脂やプラスチック材料との線膨張係数に大きな違いが
あり、電力複合ケーブルとした時に伸びに対して、光フ
ァイバに残留応力を生じさせないようにしなければな、
らない。

このため、ナイロン等の樹脂やプラスチック材料の代り
に、セラミックコートあるいはメタルコートすることが
考えれれているが、十分ではなく、また、あくまで光フ
ナイバの保護を目的としたもので、光ファイバそのもの
に電力供給性能を付加することは全く考えられていない
。

一方、超電導体を電力供給に用いることが考えられてい
る。　　　　　□ 近年酸化物セラミックス系超電導体は、従来のＮｂ−Ｔ
ｉ合金等合金系超電導体あるいはＮｂ３Ｓｎ等化合物系
超電導体に比べて超電導現象を呈するいわゆる臨界温度
が著しく高いことで、注目されており、その線材は送電
線、電力貯蔵、電磁石等幅広い方面への応用が期待され
ている。

しかしながら、酸化物セラミックス系超電導体は、それ
自体極めて脆く、可撓性が低いので、その加工、取扱い
に幾多の問題を有している。　特に、線材に関しては、
酸化物セラミックス系超電導体材料のみでは、可撓性が
ないため、輸送時、あるいは施工時に折損する危険性が
大きく、極めて短尺の場合を除き、実用に耐え得ないと
いう問題点を有している。

また、前記酸化物セラミックス系超電導体を電力供給用
に用いる場合、臨界電流値の向上の点でも問題がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、酸化
物セラミックス系超電導体の線状化を計るとともに、大
電流が超電導状態で流せ、同時に通信回線として光ファ
イバの機能を有する新規な酸化物セラミックス系超電導
体コート光ファイバを提供することにある。

また、本発明はこれらの酸化物セラミックス系超電導体
コート光ファイバの超電導状態の安定性を優れたものに
し、また耐外傷性を付与することも目的としている。

（問題を解決するための手段〉 本発明者らは通信用および電力用の両者同時に使用可能
な線材について鋭意研究を重ねた結果、通信用線材とし
ての光ファイバの外周に、該光ファイバと密着性のよい
酸化物セラミックス系超電導体を被覆することにより、
大電流が超電導状態で流せると同時に通信回線としての
光ファイバの機能をも保持させることができること、ま
たこの線材の酸化物セラミックス系超電導体層上に純ア
ルミニウム、銀、銅、イジウム、錫などの常電導性の金
属を被覆することにより、超電導状態の安定性および耐
外傷性が優れたものになることを見出し、本発明を完成
させるに至ったものである。

すなわち、本発明の第１の態様によれば１．ガラス系光
ファイバの外周に酸化物セラミックス系超電導体層が形
成されていることを特徴とする酸化物セラミックス系超
電導体コート光ファイバが提供される。

また、本発明の第２の態様によれば、ガラス系光ファイ
バの外周に酸化物セラミックス系超電導体層が形成され
、該酸化物セラミックス系超電導体層上に常電導性の　
金属被覆層が形成されていることを特徴とする酸化物セ
ラミックス系超電導体コート光ファイバが提供される。

上記各態様においては、前記酸化物セラミックス系超電
導体は、組成式ＭＭ’　２　（：ｕ３０ｙ−５（但し、
ＭはＹ、Ｓｃ、およびＬａ％Ｇｄ。

Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ％Ｙｂ％Ｌｕ％Ｅｕ等のランタニドか
らなる群より選ばれる少なくとも１種、Ｍ′はアルカリ
土類金属の群より選ばれる少なくとも１種、δは欠損酸
素を表わす）を有するものであるのが好ましい。

また、前記ガラス系光ファイバは、ガラス系石英光ファ
イバであるのが好ましい。

また、第２の態様においては、前記金属被覆層は、純ア
ルミニウム、銀、銅、インジウムおよび錫のいずれか１
種または２種以上からなる層であるのが好ましい。

以下１１本発明の詳細な説明する。

本発明に喝いて用いられる光ファイバは融点が酸化物セ
ラミックス系超電導体層形成のための焼結温度より高い
ガラス系光ファイバであれば何でもよいが石英系光ファ
イバ、多成分ガラス系光ファイバ°が好ましい。　この
理由はガラス系光ファイバは酸化物セラミックス系超電
導体と同質材料すなわちセラミック系であるので、お互
いに密着性がよいからである。また、該光ファイバと該
酸化物セラミックス系超電導体とは線膨張率もほぼ等し
く、熱が加わってもいずれにも大きな内部応力が生じる
ことがないので該光ファイバも該酸化物セラミックス系
超電導体も折損や伝送性能の低下をきたすことが少ない
からである。

上述の光ファイバの融点は酸化物セラミックス系超電導
体層の形成のための焼結温度より高いことが必要である
。　具体的には融点が１０００℃以上であるのが好まし
い。

光ファイバの断面形状は限定する必要はないが、通常用
いられているように円形が好ましい。

光ファイバの線径も特に限定する必要はなく、通常用い
られている０、１〜０．２ｍｍの線径を有するものを用
いることができる。

本発明においては、第１図葛よび第２図に示すように、
上述の光ファイバ１の外周に酸化物セラミックス系超電
導体層、２が被覆され、最外層には光ファイバ１と酸化
物セラミックス系超電導体２とを保護するための保護層
４を有する。

また、第２図に示すように酸化物セラミックス系超電導
体２と保護層４の間に常電導性の金属被覆層３を設けて
もよい。

本発明に用いられる酸化物セラミックス系超電導体とは
、セラミックス系の超電導体をいい、Ｙ、ＳｃおよびＬ
ａ％Ｇｄ％Ｄｙ、Ｈｏ。

Ｅｒ％Ｌｕ％Ｅｕ等のランタニドからなる群より選ばれ
る少なくとも１つの元素と、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等のアル
カリ土類金属の群より選ばれる少なくとも１つの元素と
、Ｃｕ元素と、０元素とから構成されたものであって臨
界温度が従来の合金系超電導体よりも著しく高いことを
特徴としている。このような酸化物セラミックス系超電
導体としては、Ｌａ−３ｒ−Ｃｕ−０柔化合物、微量の
Ｃａが混入したＬａ−３ｒ−Ｃｕ−０柔化合物、Ｍ−Ｂ
ａ−Ｃｕ−０柔化合物（但し、ＭはＳｃ％Ｙ、およびｌ
ｉａ、　ａｃｉ。

Ｄｙ％Ｈｏ％Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ％Ｅｕ等のランタニドか
らなる群より選ばれる少なくとも１種を表わす）等が好
ましく、このうち、特に、組成式ＭＭ’　２　（：ｕｌ
　ｏ７−６　（但し、Ｍは同上の元素、Ｍ′はアルカリ
土類金属の群より選ばれる少なくとも１種、δは欠損酸
素をあられす）等をあげることができる。　ここで、ア
ルカリ土類金属としては、Ｃａ、ＳｒまたはＢａが好ま
しく、特にＢａが好ましい。　これらはその原料となる
元素あるいはその酸化物等から焼結、電子ビーム蒸着、
スパッタリング等の方法により製造することができる。

　例えば、（＋＋銅酸化物粉体、藝）炭酸バリウム粉体
およびＯｎ）ストロンチウム酸化物粉体、イツトリウム
酸化物粉体、ランタン酸化物粉体、およびスカンジウム
酸化物粉体の１種または２種以上、を含む混合粉体を焼
結することにより形成することができる。

焼結を行うに際しては、酸化性雰囲気で行うのが好まし
く、また、焼結温度は８５０℃以上とするのが好ましい
。

酸化物セラミックス系超電導体層の形成方法は、特に制
限的でないが、通常行なわれている粉末混合法、共沈混
練法と言った酸化物セラミックス系超電導体の製造方法
により作製した超電導粉体をコアの光ファイバーの周囲
に塗布コート後焼結する。　あるいは蒸着、スパッタリ
ング等の方法で被覆形成するのが好ましい。

その被覆形成後には、必ず酸素が存在する雰囲気下で焼
結することが必要であり酸素濃度の高い雰囲気であるこ
とが望ましい。　また焼結温度は８５０〜１０００℃の
範囲とすることが好ましく、焼結後の冷却速度は２００
℃／　ｈ　ｒ以下のゆっくりした冷却速度で酸素雰囲気
下で冷却することがが好末しい。

また、酸化物セラミックス系超電導体層の厚さは、線材
あるいは条材の用途等にもよるが、一般に５〜１００μ
ｍとするのが好ましい。

この範囲外であると必要厚で均一な超電導体層が形成で
きないなので好ましくない。

酸化物セラミックス系超電導体も、光ファイバも、本来
的にセラミックスであるので、熱膨張係数の整合も取り
易く、互いに密着性が良く、また酸化物セラミックス系
超電導体は発熱することなく大電流を流すことができる
ので、第１図および第２図に示すように酸化物セラミッ
クス系超電導体層２を光ファイバ１の外表面に直接形成
することができる。

本発明においては、酸化物セラミックス系超電導体層２
を被覆した光ファイバ１を保護するための保護層４は通
常の光ファイバなどに用いられる保護被覆であれば何で
もよいが、例えばナイロン等の樹脂やプラスチック材料
を被覆するのが好ましい。

また、保護層４の厚さは、特に限定されないが、酸化物
セラミックス系超電導体層２で被覆された光ファイバ１
の機械的強度を向上させ、耐外傷性を向上させ、可撓性
、曲げ、伸ばし等に対する耐性を保持できる厚さを有し
ていればよい。　具体的には１０〜２００μｍ厚が好ま
しい。　　１０μｍ未満では折損や傷損が生じやすく、
２００μｍ超では安定した被覆層が形成しにくくなるか
らである。

本発明の酸化物セラミックス系超電導体コ−ト光ファイ
バは、光ファイバ１の外表面に直接酸化物セラミックス
系超電導体層２が形成され、その外表面に保護層４が形
成されていることを基本とするが、第２図に示すように
、酸化物セラミックス系超電導体層２の超電導状態を安
定化するために酸化物セラミックス系超電導体層２と保
護層４との間に金属被覆層３が形成されるのが好ましい
。

金属被覆層３の被覆金属は、常電導性の金属であればど
のような純金属あるいは合金を１種あるいは２種以上の
いずれでもよいが、電気抵抗の小さい金属の方が好まし
い。　より好ましくは純アルミニウム、銀、銅、インジ
ウム、錫およびそれらの合金がよい。　この理由は電気
抵抗の小さい金属であれば、酸化物セラミックス系超電
導体層２の超電導状態の安定性として良く、大電流まで
流せるようになるからである。

金属被覆層３の厚さは５〜１００μｍが好ましい。　こ
の理由は５μｍ未満では超電導体層の保護及び安定化の
ために不足であり、１０−０μｍ超では金属被覆層とコ
ア間の熱膨張差による特性低下環の弊害が生ずるからで
ある。

金属被覆層３を形成する方法としては通常の様々な方法
を用いることができるが、例えば前述の金属を電着被覆
後焼鈍、熱処理・して形成することができる。　このよ
うに焼鈍熱処理すると内側のコア材である光ファイバと
酸化物セラミックス系超電導体には圧縮の残留歪が残り
、引張りに弱い前記コア材の強度を向上させることがで
き、酸化物セラミックス系超電導体コート光ファイバの
耐外傷性を優れたものどすることができる。

（実施例） 以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

（実施例１） コアの光ファイバとして石英系ガラス光ファイバ（径１
２５μｍ）を用い、その外表面全周に組成式Ｙ−Ｂａ−
Ｃｕ−０系の酸化物セラミックス系超電導体を２０μｍ
の厚さに被覆し酸化物セラミックス系超電導体層を形成
した。

その上に、保護被覆としてナイロンを被゛覆して、最終
径３８５μｍの酸化物セラミックス系超電導体コート光
ファイバを得た。

この酸化物セラミックス系超電導体コート光ファイバを
液体窒素冷却下で用いたところ、この酸化物セラミック
ス系超電導体コート光ファイバは光ファイバの通信機能
として、減衰量が少なく良好な特性を示すとともに、超
電導体としても臨界温度８８に以下で完全な超電導状態
を示す等良好な特性を示した。　　・ （実施例２） コアの光ファイバとして石英系ガラス光ファイバ（径１
２５μｍ）を用い、その外表面全周に組成式Ｙ−Ｂａ−
Ｃｕ−０系の酸化物セラミックス系超電導体を２０μｍ
の厚さに被覆した。　さらに、その外表面全周に純アル
ミニウム材を２５μｍ被覆して、金属被覆層を形成した
。

その上に、保護被覆としてナイロンを被覆して、最終径
３８５μｍの酸化物セラミックス系癲電導体コート光フ
ァイバを得た。

この酸化物セラミックス系超電導体コート光ファイバを
液体窒素冷却下で用いたところ、この酸化物セラミック
ス系超電導体コート光ファイバは光ファイバの通信機能
として、減衰量が少なく良好な特性を示すとともに、超
電導体としても臨界温度が８８にと良好な特性を示し、
超電導体状態の安定性も良いことから、臨界電流値も１
３００Ａ／ｃｍ２と高かった。

〈発明の効果） 以上、詳述したように本発明によれば、光ファイバに酸
化物セラミックス系超電導体を被覆することにより、本
来通信用の光フアイバ自身に電力供給性能を保持させる
ことができるので、通信用および電力用の両者同時に使
用可能な酸化物セラミックス系超電導体コート光ファイ
バを提供できる。

また、本発明によれば、光ファイバと酸化物セラミック
ス系超電導体との熱膨張差が小さく、両者の密着性も良
好で、強度もあるので、通信、電力両用であるにもかか
わらず従来の光ファイバと同様の取り扱いができ、通信
電力複合ケーブルとして容易に活用でき、信頼性の高い
通信電力複合ケーブルを提供できる。

また、本発明によれば酸化物セラミックス系超電導体を
被覆した光ファイバに常電導性の金属被覆層を形成させ
ることにより、酸化物セラミックス系超電導体層の超電
導状態を安定させることができ、さらに強度を向上させ
ることができ、耐外傷性を向上させることができ、回路
等を容易に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る酸化物セラミックス系超電導体コ
ート光ファイバの一実施例を示す断面図である。 第２図は本発明に係る酸化物セラミックス系超電導体コ
ート光ファイバの別の実施例を示す断面図である。 符号の説明 １−・光ファイバ、 ２−酸化物セラミックス系超電導体層、３−金属被覆層
、 ４−保護被膜

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガラス系光ファイバの外周に酸化物セラミックス
   系超電導体層が形成されていることを特徴とする酸化物
   セラミックス系超電導体コート光ファイバ。
2. （２）前記酸化物セラミックス系超電導体は、組成式Ｍ
   Ｍ′＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿−＿δ（但し、ＭはＹ、Ｓｃ
   、およびＬａ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ、
   Ｅｕ等のランタニドからなる群より選ばれる少なくとも
   １種、Ｍ′はアルカリ土類金属の群より選ばれる少なく
   とも１種、δは欠損酸素を表わす）を有するものである
   特許請求の範囲第１項に記載の酸化物セラミックス系超
   電導体コート光ファイバ。
3. （３）前記ガラス系光ファイバは、ガラス系石英光ファ
   イバである特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
   酸化物セラミックス系超電導体コート光ファイバ。
4. （４）ガラス系光ファイバの外周に酸化物セラミックス
   系超電導体層が形成され、該酸化物セラミックス系超電
   導体層上に常電導性の金属被覆層が形成されていること
   を特徴とする酸化物セラミックス系超電導体コート光フ
   ァイバ。
5. （５）前記酸化物セラミックス系超電導体は、組成式Ｍ
   Ｍ′＿２Ｃｕ＿３Ｏ＿７＿−＿δ（但し、ＭはＹ、Ｓｃ
   、およびＬａ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕ、
   Ｅｕ等のランタニドからなる群より選ばれる少なくとも
   １種、Ｍ′はアルカリ土類金属の群より選ばれる少なく
   とも１種、δは欠損酸素を表わす）を有するものである
   特許請求の範囲第４項に記載の酸化物セラミックス系超
   電導体コート光ファイバ。
6. （６）前記ガラス系光ファイバは、ガラス系石英光ファ
   イバである特許請求の範囲第４項または第５項に記載の
   酸化物セラミックス系超電導体コート光ファイバ。
7. （７）前記金属被覆層は、純アルミニウム、銀、銅、イ
   ンジウムおよび錫のいずれか１種または２種以上からな
   る層である特許請求の範囲第４項ないし第６項のいずれ
   かに記載の酸化物セラミックス系超電導体コート光ファ
   イバ。