JPS63307615A - 酸化物系超電導ケ−ブルおよびその製造方法 - 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、超電導マグネット等に用いられる超電導ケー
ブルおよびその製造方法に関するものである。

、「従来の技術」 最近に至り、従来の金属間化合物系超電導材料や合金系
超電導材料とは別種の新規な超電導材料として、酸化物
系の超電導材料が種々開発されている。この酸化物系超
電導材料は、常電導状態から超電導状態に遷移する臨界
温度（Ｔ　ｃ）が極めて高く、液体窒素による冷却によ
って超電導状態を維持することが可能な材料であるため
に、その応用面で様々な研究と開発がなされている。

ところで、この種の超電導材料を用いて超電導線を製造
するには、超電導材料の構成元素粉末を混合圧粉してブ
ロック状の成形体を形成し、この後に焼結して超電導体
を得るとともに、このブロック状の超電導体、あるいは
、ブロック状の超電導体を粉砕して得た超電導粉末を銅
や銅合金あるいは銀などの金属からなる管状のシース材
に充填し、この後に縮径加工を施して所望の線径の線材
を形成し、この後に必要に応じて熱処理を施して超電導
線を得ている。

「発明が解決しようとする問題点」 ところが、酸化物系の超電導材料は極めて脆く加工性に
劣る材料であるために、前述の如く縮径加工を施しル場
合、クラック等の欠陥を生じさせるおそれが高く、臨界
電流などの超電導特性が劣化する問題がある。なお、前
記縮径加工を行う場合には、超電導体に欠陥を生じさせ
ないように加工率や焼鈍条件を厳密にコントロールする
必要があり製造工程が複雑化する問題があった。また、
金属製の中空のシース材の内部に酸化物超電導体を設け
た超電導線にあっては、超電導体自体が脆く、加工性に
劣る材料であることから、超電導線に反りや曲がりなど
に起因する圧力が作用するとクラックなどの欠陥を生じ
るおそれがある。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、臨界電流
などの超電導特性が良好であるとともに、曲がりや外力
に強い構造の超電導線を提供すること、および、その製
造方法を提供することを目的とする。

「問題点を解決するための手段」 第１の発明は、前記問題点を解決するために、テープ状
の基材上に酸化物系の超電導層を形成してなる超電導テ
ープを多数集合して構成された導体コアを具備してなる
ものである。

第２の発明は、前記問題点を解決するために、テープ状
の基材上に酸化物系の超電導層を形成してなる超電導テ
ープを基材の長さ方向に沿って切断して複数のテープコ
アを形成し、このテープコアを複数集合して導体コアを
形成し、この導体コアを被覆体の内部に挿入する方法で
ある。

「作用」 超電導テープを複数集合して構成した導体コアは撓曲可
能であり、このため超電導ケーブルは曲げに対して強い
構成となる。また、超電導テープを集合して導体コアを
形成するために、従来方法で行っていた縮径加工を施す
必要はなくなり、超電導ケーブルの製造工程が簡略化す
る。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

第１図ないし第５図は、本発明方法の一例を説明するた
めのもので、本発明の超電導ケーブルを製造するには、
まず、テープ状の基材１を用意する。この基材ｌは、ポ
リイミド、ポリアミド、ポリエステルなどの有機材料か
ら、あるいは、アルミニウム、鉄、銅などの金属材料か
らなるテープ状のものである。

次に前記基材１を第１図に示す成膜装置２にセットする
。この成膜装置２は、スパッタ装置などの蒸着装置、あ
るいは、塗布装置、ＣＶＤ装置、ＭＢＥ（分子線エピタ
キシー）装置などのように、基材１の表面Ｃ二、Ａ　−
Ｂ　−Ｃｕ−０系の超電導層あるいは超電導層□の前駆
体層を形成する装置である。ここで前記式Ａ　−Ｂ　−
Ｃｕ−０において、Ａは、Ｓｃ、Ｙ。

Ｌａ、Ｃｅ、Ｅｒなどの周期律表１［［ａ族元素を示し
、Ｂは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａなどの周期律表１１ａ族元素
を示す。

また、前記スパッタ装置は、Ａ　−Ｂ　−Ｃｕ−０系の
超電導材料からなるターゲット、あるいは、Ａ元素とＢ
元素とＣｕと０からなる合金ターゲットを備え、基材室
の表面に超電導層、あるいは、その前駆体層（熱処理を
施すことによって超電導体となる層）を堆積する装置で
あり、塗布装置とは、超電導粉末、あるいは、その前駆
体粉末を溶媒と混合して製造したゾルゲル状の物質を基
材ｌの表面に塗布する装置などである。なお、前記成膜
装置２には加熱装置が付設されていて、内部を通過する
基材ｌを７００〜１３００℃程度の温度に所要時間加熱
できるようになっている。

ここで、前記基材１を巻回した第１図に示す供給ロール
３から基材ｌを繰り出して成膜装置２に供給し、基材２
の表面に超電導層４を形成して超電導テープ５を形成す
るとともに、成膜装置２から超電導テープ５を引き出し
て巻き取りロール６に巻き取る。

次に、巻き取りロール６に巻き取った超電導テープ５を
切断刃を備えたカッター装置あるいはレーザー坊断装置
などによって第２図に示すように長さ方向に切断し、同
幅の複数のテープコア７を作成する。

次いで複数のテープコア７を集合し、基材Ｉと超電導層
４が交互に積み重なるように積層して第３図と第４図に
示す導体コア８を作成する。

続いて前述の導体コア８を複数用意するとともに、適宜
構造の被覆体の内部に配置することによって超電導ケー
ブルを得ることができる。

即ち、例えば、内部に冷媒通路ｌＯを有する第５図に示
す筒状の樹脂製のセクター１１を用意し、このセクター
１１の外周部に形成した溝部１１ａに前記導体コア８を
収納し、その外部を外被１２で覆って構成することによ
って第５図に示すセクター型の超電導ケーブルＡを得る
ことができる。

また、前記導体コア８を第６図に示す樹脂製のチューブ
！５で覆って導体１６を構成し、この導体１６を４本集
合して中空の外被１７に収納し、第６図に示すルーズチ
ューブ型の超電導ケーブルＢを得ることができる。

前記超電導ケーブルＡは、冷媒通路１０に液体窒素など
の冷媒を流すことによって導体コア８を臨界温度以下に
冷却して使用する。更に、超電導ケーブルＢは、導体１
６と外被１７との間に形成される空間部に冷媒を流して
導体コア８を臨界温度以下に冷却して使用する。また、
前述の超電導ケーブルＡ、Ｂは酸化物系の超電導体から
なる導体コア８を用いているために、液体窒素で冷却す
ることによって使用することができるものであり、従来
の超電導材料に比較して極めて高い温度で使用すること
ができ、冷却設備を簡略化できる効果がある。

以上説明した如く製造された超電導ケーブルＡ。

Ｂにあっては、内部に設けた導体コア８が超電導テープ
５を切断して構成したテープコア７の集合体であり、テ
ープコア７どうしの相対摺動が自在になっているために
、撓曲自在な構成である。このため、反りや曲げなどに
より超電導ケーブルＡ。

Ｒｈ＜撓曲しても内部の超電導部分にクラックなどの欠
陥を生じることはなく、曲げに対して強い構成になって
いる。

なお、前記の例においては、テープコア７を積層して導
体コア８を形成しているが、テープコア７を撚り合わせ
ることにより導体コアを形成しても良い。また、基材１
の上に銅などからなる常電導層を形成した後に超電導層
を形成して導体コアを製造しても差し支えない。更に、
この構成を採用した場合は、銅からなる常電導層が安定
化層となる。また、テープコア７を切断する場合、同幅
に切断する必要はなく、積層状態で断面円形になるよう
に幅を調節しつつ切断しても差し支えない。

なおまた、基材１の表面に超電導層の前駆体層を形成し
た後に切断してテープコア７を形成し、このテープコア
７を集合して導体コア８を形成することも可能である。

このようなテープコア７を形成して超電導ケーブルを製
造する場合は、テープコア７を形成した後であって、超
電導ケーブルの完成前に、テープコア７を７００〜１３
００℃で１〜１００時間程度加熱する熱処理を施して前
駆体層を超電導層とすることにより超電導ケーブルを得
ることができる。

「実施例１」 厚さ０．４ｍｍ、幅２５１＠のポリイミドテープ上にス
パッタ装置によって厚さＯ、ｌ　ｍｓ＋の銅層をスパッ
タした後に、その上に、アルコール溶剤に超電導材料の
原料粉末を混合したものを塗布するゾルゲル法によりＹ
ＢａＣｕＯｘの組成のスラリー膜を形成する。これを遁
続的に加熱炉内で１００〜３００℃で２時間仮焼成した
後に、６００℃の温度で５時間焼結してＹ　ａ、＊Ｂ　
ａｏ、４ｃ　ｕｏ　４の組成を有する厚さ１−の酸化物
系超電導層を生成させ、超電導チー□プを得た。この超
電導テープをＹＡＧレーザを用いた切断装置により幅方
向に１０等分して幅２．５ｍｍのテープコアを得た。こ
のテープコアを積層し、終端部を銅で固定して第７図に
示す厚さ約４−１１幅２．５−の導体コア２０とする。

この導体コア２０を、内径６　ａｍ、外径８■のＦＥＰ
製のチューブ２１に収納して導線２２を作成した。次に
、この導線２２を４本集合し、マイラーテープ２３で固
定し、その外方にアルミニウムと石英ダラスウールを積
層した断熱層２４を被せ、更にコルメス２５と外被２６
で覆って外径３２ｎｖの超電導ケーブルＣを製造した。

このように製造された超電導ケーブルＣは臨界温度Ｔｃ
が９３Ｋを示すとともに、臨界電流は５００Ａ／ｃｏ＋
’を示した。

「実施例２」 第８図に示す連続スパッタ装！（成膜装置）３０を用い
、幅３０１１％厚さ０．５ｍ謹の銅テープ上にＹＳｒＣ
ｕＯｘの組成を有する酸化物超電導層を形成した。なお
、第８図に示す連続スパッタ装置３０において、３１は
入口室、３２は酸化クリーニング室、３３はスパッタ室
、３４は酸化加熱室、３５は出口室を示し、３６は送出
ロール、３７は巻き取りロールを示している。

送出ロール３６から連続スパッタ装置３０に銅テープ２
９を１０ｃｍ／分の速度で供給し、酸化クリーニング室
３２で銅テープ２９０表面をクリーニングするとともに
、酸素量を調節しつつ厚さ０゜８μｌの超電導層を形成
して超電導テープ３８を形成し、この超電導テープ３８
を巻き取りロール３７に巻き取った。この後に超電導テ
ープ３８を切断して幅６ＩＩＩｍのテープコア３９を得
た。このテープコア３９を１０層重ね、第９図に示す幅
６園−１厚さ５ＩＩ１１の導体コア４０を作成した。

次に第９図に示す中空のＦＥＰ製のセクター４１の外周
部に形成した溝に前記導体コア４０を収納し、その外周
をアルミニウム製のテープ４２で覆い、更に、断熱層４
３で覆って銅管４４を被せ、更に、外被４５で覆って超
電導ケーブルＤを形成した。

前記超電導ケーブルＤの臨界温度は９３Ｋを示し、臨界
電流は６００Ａ／ｃｓ”を示した。

「発明の効果」 以上説明したように本発明の超電導ケーブルは、超電導
テープを集合した導体コアを用いているために、超電導
ケーブルに撓曲性が付与され、超電導ケーブルが反りや
曲がりに強い構造となる効果が′ある。また、本発明の
超電導ケーブルは酸化物系の超電導体からなる導体コア
を具備しているために、液体窒素による冷却によって超
電導状態を維持することが可能であり、従来の超電導材
料に比較して格段に有利な冷却条件で使用することがで
き、冷却設備が簡略化できる効果がある。

また、本発明の方法は、超電導テープを長さ方向に沿っ
て切断し集合して導体コアを形成するために、撓曲性を
有し、反りや曲がりに強い超電導ケーブルを製造するこ
とができる効果がある。更に、本発明の方法によれば、
金属管に超電導材料を充填して縮径し、超電導線を製造
していた従来方法とは異なり、縮径加工を施す必要がな
いために、超電導ケーブルの製造中に超電導テープから
なる導体コアに負荷をかけることはなくなり、超電導特
性の劣化を来すことなく超電導ケーブルを製造できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は、本発明方法の一例を示すための
もので、第１図は超電導テープの製造装置を示す側面図
、第２図は超電導テープの切断状態を示す平面図、第３
図はテープコアを積層した状態を示す斜視図、第４図は
同テープコアの積層状態を示す拡大図、第５図は超電導
ケーブルの断面図、第６図は超電導ケーブルの他の例を
示す断面図、第７図は実施例！で製造された超電導ケー
ブルの断面図、第８図は実施例２で使用する超電導テー
プの製造装置を示す側面図、第９図は実施例２で製造さ
れた超電導ケーブルの断面図である。 Ａ　、Ｂ　、Ｃ、Ｄ・・・・・・超電導ケーブル、ｌ・
・・・・・基材、　　　　２．３０・・・・・・成膜装
置、４・・・・・・超電導層、 ５・・・・・・超電導テープ、７・・・・・・テープコ
ア、８．２０．４０・・・・・・導体コア。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）テープ状の基材上に酸化物系の超電導層を形成し
   てなる超電導テープを多数集合して構成された導体コア
   を具備してなることを特徴とする酸化物系超電導ケーブ
   ル。
2. （２）テープ状の基材上に酸化物系の超電導層あるいは
   その前駆体層を形成してなる超電導テープを基材の長さ
   方向に沿って切断して複数のテープコアを形成し、この
   テープコアを複数集合して導体コアを形成し、この導体
   コアを被覆体の内部に挿入するとともに、必要に応じて
   前記テープコアを熱処理することを特徴とする酸化物系
   超電導ケーブルの製造方法。