フラットケーブル、超電導機器、およびフラットケーブルの製造方法
【課題】 交流損失を低減することができ、かつ容易に巻き線することのできるフラットケーブル、超電導機器、およびフラットケーブルの製造方法を提供する。
【解決手段】 フラットケーブル１０は、ビスマスを含む酸化物超電導体フィラメント２を金属シース部３で被覆した形態を有する素線１ａ〜１ｄと、素線１ａ〜１ｄの各々を互いに電気的に絶縁するための絶縁層４とを備えている。素線１ａ〜１ｄの各々は、素線１ａ〜１ｄの各々の幅方向が一致するように並んでいることが好ましい。
【解決手段】 フラットケーブル１０は、ビスマスを含む酸化物超電導体フィラメント２を金属シース部３で被覆した形態を有する素線１ａ〜１ｄと、素線１ａ〜１ｄの各々を互いに電気的に絶縁するための絶縁層４とを備えている。素線１ａ〜１ｄの各々は、素線１ａ〜１ｄの各々の幅方向が一致するように並んでいることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットケーブル、超電導機器、およびフラットケーブルの製造方法に関し、より特定的には、ビスマスを含む酸化物超電導体を用いたフラットケーブル、超電導機器、およびフラットケーブルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導線材（素線）は、たとえば超電導マグネット、超電導限流器、磁場発生装置、超電導ケーブル、超電導ブスバー、および超電導コイルなどの超電導機器に広く用いられている。超電導線材は、複数の酸化物超電導体フィラメントが金属よりなるシース部で覆われた形態であって、テープ形状を有している。超電導線材の断面は、たとえば幅が約４ｍｍ、厚さが約０．２ｍｍ、アスペクト比（幅／厚さ）が１０〜２０程度である。
【０００３】
上記のような超電導線材を用いた超電導機器を交流電流下で使用する場合、超電導線材には低い交流損失であることが要求される。この交流損失の主要成分はヒステリシス損失である。ビーンモデルに基づけば、ヒステリシス損失は、超電導線材に印加される磁場と、超電導線材の臨界電流値と、超電導相の厚さとの積にほぼ比例する。
【０００４】
図９は、従来の超電導線材の構成を示す断面斜視図である。図９を参照して、超電導線材１１０は、ビスマス系の酸化物超電導線材（素線）が１本のみ用いられている。超電導線材１１０は、複数の酸化物超電導体フィラメント１０２が金属シース部１０３で覆われた形態を有しており、テープ状の多芯線である。ビスマス系の酸化物超電導線材においては、酸化物超電導体フィラメント１０２の一本一本が独立して超電導相として挙動するのではなく、複数の酸化物超電導体フィラメント１０２が形成されている領域１０７全体が超電導相として挙動する。ここで領域１０７は、複数の酸化物超電導体フィラメント１０２のうち、最も外周部に存在する酸化物超電導体フィラメント１０２同士を線で結ぶことによって得られる領域である。このため、超電導線材１１０の厚さ方向（図中縦方向）に磁場Ｂが印加される場合、ビスマス系の超電導線材では、「超電導相の厚さ」は、領域１０７の幅ｄに相当する。なお、Ｊcは臨界電流値を表わしている。
【０００５】
このように、超電導線材の厚さ方向に磁場Ｂが印加される状況で使用される超電導機器（たとえば超電導マグネットなど）において、交流損失を低減するためには、領域１０７の幅ｄを狭くすることが必要となる。領域１０７の幅ｄを狭くするためには、超電導線材１１０自体の幅ｗを狭くすればよい。
【０００６】
なお、特開２００４−２４１２５４号公報（特許文献１）には、従来の酸化物超電導線材の構成が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２４１２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、超電導線材の幅を狭くすると、超電導機器を製造する際に、超電導線材の巻き線が難しいという問題が生じる。
【０００８】
すなわち、超電導線材１１０の幅ｗが狭くなると、一本一本の酸化物超電導体フィラメント１０２の断面積が小さくなり、酸化物超電導体フィラメント１０２を流れる臨界電流値が減少する。このため、幅を狭くしない場合の超電導線材と同程度の性能を得ようとすると、超電導線材１１０の巻き線の回数を増やす必要がある。したがって、超電導線材１１０の巻き線は難しくなる。
【０００９】
また、ビスマス系の酸化物超電導線材は特に異方性磁場依存性が高いので、自己磁場による臨界電流値の低下を抑止するためには、酸化物超電導体の結晶のа−ｂ面（ＣｕＯの結晶面）を揃えるように巻き線する必要がある。ここで、「結晶のа−ｂ面を揃えるように巻き線する」とは、領域１０７の幅ｄの方向を揃えるように巻き線するということを意味する。しかし、超電導線材１１０の幅ｗが狭くなれば、巻き線の際に超電導線材１１０が捩れやすくなる。したがって、領域１０７の幅ｄの方向を揃えながら超電導線材１１０を巻き線するのは難しい。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、交流損失を低減することができ、かつ容易に巻き線することのできるフラットケーブル、超電導機器、およびフラットケーブルの製造方法を提供することである。
【００１１】
なお、本明細書中で「フラットケーブル」とは、複数の素線を集合した集合体であって、素線の長手方向に対して垂直な断面で見た場合に、幅広（フラット）形状である集合体を意味している。幅広形状とは、厚さ方向に比べて幅方向に十分に長い形状である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のフラットケーブルは、ビスマスを含む酸化物超電導体を金属で被覆した形態を有する複数の素線と、複数の素線の各々を互いに電気的に絶縁するための絶縁層とを備えている。
【００１３】
本発明のフラットケーブルの製造方法は、ビスマスを含む酸化物超電導体を金属で被覆した形態を有する複数の素線を製造する工程と、複数の素線の各々を互いに電気的に絶縁するための絶縁層を形成する工程とを備えている。
【００１４】
本発明のフラットケーブルおよびその製造方法によれば、複数の素線の各々の幅を狭くすることによって、超電導相の厚さが小さくなり、フラットケーブルの厚さ方向に磁場が印加される場合の交流損失を低減することができる。また、本発明のフラットケーブルは複数の素線によって構成されているので、複数の素線の各々の幅を狭くしても、フラットケーブル全体としての臨界電流値は、一本の素線のみによって構成されている従来の超電導線材とほとんど変わらない。したがって、フラットケーブルの巻き線の回数を増やす必要はなく、容易に巻き線することができる。さらに、本発明のフラットケーブルは複数の素線によって構成されているので、複数の素線の各々の幅を狭くしても、一本の素線のみによって構成されている従来の超電導線材と同程度にフラットケーブルの幅を確保することができる。したがって、フラットケーブルが捩れにくく、超電導相の方向を揃えながらフラットケーブルを容易に巻き線することができる。
【００１５】
本発明のフラットケーブルにおいて好ましくは、複数の素線の各々は、複数の素線の各々の幅方向が一致するように並んでいる。これにより、複数の素線の各々の幅方向に延在したフラットケーブルとなる。
【００１６】
本発明のフラットケーブルにおいて好ましくは、複数の素線の各々は、複数の素線の各々の厚さ方向が一致するように並んでいる。これにより、複数の素線の各々の厚さ方向に延在したフラットケーブルとなる。
【００１７】
本発明のフラットケーブルにおいて好ましくは、複数の素線の各々は、さらに複数の素線の各々の幅方向が一致するようにも並んでいる。これにより、複数の素線の各々の厚さ方向と幅方向との両方向に延在したフラットケーブルとなる。
【００１８】
本発明のフラットケーブルにおいて好ましくは、複数の素線の各々は、０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下の幅を有している。複数の素線の各々を２ｍｍ以下の幅とすることにより、交流損失を効果的に低減することができる。また、複数の素線の各々の厚さは通常０．２ｍｍ未満であるので、複数の素線の各々を０．２ｍｍ以上の幅とすることにより、厚さよりも幅を大きくすることができ、テープ状の素線の形状を確保することができる。
【００１９】
本発明の超電導機器は、上記のフラットケーブルを用いて製造されたものである。これにより、交流損失が低く、容易に巻き線することのできる超電導機器となる。
【００２０】
上記製造方法において好ましくは、複数の素線の各々における幅方向端部を除去する除去工程をさらに備えている。これにより、複数の素線の各々を任意の幅に加工することができるので、フラットケーブルの幅を容易に狭くすることができる。
【００２１】
上記製造方法において好ましくは、除去工程は、酸化物超電導体が露出しないように行なわれる。これにより、酸化物超電導体が外気に触れにくくなるので、酸化物超電導体の劣化を防ぐことができる。
【００２２】
上記製造方法において好ましくは、複数の素線の各々における幅方向端部を除去しない。これにより、酸化物超電導体が外気に触れることがなくなるので、酸化物超電導体の劣化を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のフラットケーブル、超電導機器、およびフラットケーブルの製造方法によれば、交流損失を低減することができ、かつ容易に巻き線することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図に基づいて説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるフラットケーブルの構成を示す断面斜視図である。図１に示すように、本実施の形態のフラットケーブル１０は、素線１ａと、素線１ｂと、素線１ｃと、素線１ｄと、絶縁層４とを備えている。素線１ａ〜１ｄおよび絶縁層４は、テープ状の形状を有しており、紙面に垂直な方向に延在している。また、素線１ａ〜１ｄの各々は、素線１ａ〜１ｄの各々の幅方向（図中横方向）が一致するように並んでいる。絶縁層４は素線１ａ〜１ｄの各々の間に形成されており、絶縁層４によって素線１ａ〜１ｄの各々は互いに電気的に絶縁されている。なお、点線で囲まれた領域７は、素線１ａにおける超電導相として機能する領域であり、幅ｄを有している。
【００２６】
図２は、図１における素線の構成を示す断面斜視図である。図２における素線１は、図１における素線１ａ〜１ｄである。図２に示すように、素線１は、幅ｗおよび厚さｔを有しており、ビスマスを含む複数の酸化物超電導体フィラメント２と、たとえば銀などよりなる金属シース部３とを有している。金属シース部３は複数の酸化物超電導体フィラメント２の各々を被覆している。複数の酸化物超電導体フィラメント２の各々の材質は、たとえばＢｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の組成よりなっており、特に、（ビスマスと鉛）：ストロンチウム：カルシウム：銅の原子比がほぼ２：２：２：３の比率で近似して表されるＢｉ２２２３相を含む材質が最適である。酸化物超電導体フィラメント２を構成する結晶は、素線１の幅方向と同じ方向に延在するａ−ｂ面と、素線１の厚さ方向（図中縦方向）と同じ方向に延在するｃ軸とを有している。酸化物超電導体フィラメント２において電流はａ−ｂ面内を流れる。なお、素線１の幅ｗは０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２７】
なお、上記においては多芯線の素線について説明したが、１本の超電導体フィラメントがシース部により被覆されている形態の単芯線の素線が用いられてもよい。また、本発明のフラットケーブルにおける素線の本数は４本に限定されるものではなく、複数本であればよい。
【００２８】
続いて、本実施の形態のフラットケーブルの製造方法について説明する。
【００２９】
始めに、図２に示すような、ビスマスを含む酸化物超電導体フィラメント２を金属シース部３で被覆した形態を有する素線１を製造する。具体的には、始めに酸化物超電導体の原材料粉末（前駆体）を準備し、これを金属管に充填する。この酸化物超電導体の原材料粉末は、たとえばＢｉ２２２３相を含む材質よりなっている。また、金属管としては熱伝導率の高い銀や銀合金などを用いるのが好ましい。これにより、超電導体がクエンチ現象を部分的に生じた場合に発生した熱を金属管から速やかに取り去ることができる。次に、所望の直径にまで上記線材を伸線加工し、前駆体を芯材として銀などの金属で被覆された単芯線を作製する。次に、この単芯線を多数束ねて、たとえば銀などの金属よりなる金属管内に嵌合する。これにより、原材料粉末を芯材として多数有する多芯構造の線材（以下、単に線材と記すこともある）が得られる。次に、所望の直径にまで多芯構造の線材を伸線加工し、原材料粉末がたとえば銀などのシース部に埋め込まれた多芯線を作製する。これによって、酸化物超電導線材の原材料粉末を金属で被覆した形態を有する多芯線の線材が得られる。続いて、この線材を圧延することによって原材料粉末の密度が高められる。次に、加圧雰囲気で線材を熱処理する。これによって原材料粉末から酸化物超電導相が生成され、酸化物超電導体フィラメントとなる。以上の製造工程により、図２に示す酸化物超電導線材の素線１が得られる。
【００３０】
次に、図３に示すように、素線１における幅方向（図中横方向）両端部に、液体の絶縁体４ａを塗布する。絶縁体４ａとしてはたとえばＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）などを用いることができる。続いて、図１に示すように、素線１ａ〜１ｄとして、絶縁体４ａを塗布した素線１を多数準備する。そして、たとえば素線１ａ〜１ｄの各々の幅ｄの方向が一致するように、塗布された絶縁体４ａを介して素線１ａ〜１ｄの端部同士を貼り合わせる。その後、絶縁体４ａを固化させて絶縁層４とする。以上の工程によって、本実施の形態のフラットケーブル１０が完成する。なお、本実施の形態では、素線１ａ〜１ｄにおける幅方向両端部を除去しない。
【００３１】
なお、絶縁体４ａはＰＶＣに限定されるものではなく、ＰＶＣの他にも、たとえばフッ素樹脂、シリコン樹脂、ビニル類の有機物、およびエステル類の有機物などを用いることもできる。また、絶縁層４の形成方法は任意であり、絶縁体４ａを素線１全体に塗布してもよい。また、素線１を液体の絶縁体４ａの中に浸漬することで絶縁体４ａを素線１に塗布してもよい。
【００３２】
本実施の形態のフラットケーブル１０を用いてたとえば超電導マグネット２０を製造する場合には、図４に示すように、超電導相として機能する領域７の幅ｄの方向を揃えるように、フラットケーブル１０を巻き線する。
【００３３】
本実施の形態のフラットケーブル１０は、ビスマスを含む酸化物超電導体フィラメント２を金属シース部３で被覆した形態を有する素線１ａ〜１ｄと、素線１ａ〜１ｄの各々を互いに電気的に絶縁するための絶縁層４とを備えている。
【００３４】
本実施の形態のフラットケーブル１０の製造方法は、ビスマスを含む酸化物超電導体フィラメント２を金属シース部３で被覆した形態を有する素線１ａ〜１ｄを製造する工程と、素線１ａ〜１ｄの各々を互いに電気的に絶縁するための絶縁層４を形成する工程とを備えている。
【００３５】
本実施の形態のフラットケーブル１０およびその製造方法によれば、素線１ａ〜１ｄの各々の幅ｗを狭くすることによって、超電導相として機能する領域７の幅ｄが小さくなり、フラットケーブル１０の厚さ方向に磁場Ｂ（図１）が印加される場合の交流損失を低減することができる。また、フラットケーブル１０は複数の素線１ａ〜１ｄによって構成されているので、素線１ａ〜１ｄの各々の幅ｗを狭くしても、フラットケーブル１０全体としての臨界電流値は、一本の素線のみによって構成されている従来の超電導線材とほとんど変わらない。したがって、フラットケーブル１０の巻き線の回数を増やす必要はなく、容易に巻き線することができる。さらに、フラットケーブル１０は素線１ａ〜１ｄによって構成されているので、素線１ａ〜１ｄの各々の幅ｗを狭くしても、一本の素線のみによって構成されている従来の超電導線材と同程度に、フラットケーブルの幅を確保することができる。したがって、フラットケーブル１０が捩れにくく、超電導相の方向を揃えながらフラットケーブル１０を容易に巻き線することができる。
【００３６】
本実施の形態のフラットケーブル１０において、素線１ａ〜１ｄの各々は、素線１ａ〜１ｄの各々の幅方向が一致するように並んでいる。これにより、素線１ａ〜１ｄの幅方向に延在したフラットケーブルとなる。
【００３７】
本実施の形態のフラットケーブル１０において好ましくは、素線１ａ〜１ｄの各々は、ともに０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下の幅ｗを有している。素線１ａ〜１ｄの各々を２ｍｍ以下の幅ｗとすることにより、交流損失を効果的に低減することができる。また、素線１ａ〜１ｄの各々の厚さｔは通常０．２ｍｍ未満であるので、素線１ａ〜１ｄを０．２ｍｍ以上の幅とすることにより、厚さｔよりも幅ｗを大きくすることができ、テープ状の素線の形状を確保することができる。
【００３８】
本実施の形態の超電導マグネット２０は、フラットケーブル１０を用いて製造されたものである。これにより、交流損失が低く、容易に巻き線することのできる超電導機器となる。
【００３９】
上記製造方法においては、素線１ａ〜１ｄの各々における幅方向端部を除去しない。これにより、酸化物超電導体フィラメント２が外気に触れることがなくなるので、酸化物超電導体フィラメント２の劣化を防ぐことができる。
【００４０】
（実施の形態２）
実施の形態１では、素線１ａ〜１ｄの各々における幅方向端部を除去しない場合について示した。しかし、本発明においては、素線１ａ〜１ｄの各々の幅方向端部を除去してもよい。これについて以下に説明する。
【００４１】
図５は、本発明の実施の形態２における素線の幅方向端部の除去方法を示す断面斜視図である。図５に示すように、本実施の形態では、素線１を製造した後で、カット線５ａ，５ｂまたはカット線６ａ，６ｂの各々に沿って素線の幅方向端部８ａ，８ｂの各々を除去する。幅方向端部８ａ，８ｂの各々は、酸化物超電導体フィラメント２が露出する位置のカット線６ａ，６ｂに沿って除去されてもよいが、酸化物超電導体フィラメント２が露出しないような位置のカット線５ａ，５ｂに沿って除去されることが好ましい。また、素線の幅方向端部８ａ，８ｂのうち一方のみを除去してもよい。カット線５ａ，５ｂの各々に沿って幅方向端部８ａ，８ｂを除去した後の素線の様子を図６に示す。
【００４２】
なお、これ以外のフラットケーブルの製造方法は、実施の形態１の製造方法とほぼ同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し，その説明を省略する。
【００４３】
本実施の形態のフラットケーブルの製造方法においては、素線１ａ〜１ｄの各々における幅方向端部８ａ，８ｂを除去する除去工程をさらに備えている。これにより、素線１〜１ｄの各々を任意の幅ｗに加工することができるので、フラットケーブルの幅を容易に狭くすることができる。
【００４４】
上記製造方法において好ましくは、幅方向端部８ａ，８ｂの除去は、酸化物超電導体フィラメント２が露出しないようにカット線５ａ，５ｂに沿って行なわれる。これにより、酸化物超電導体フィラメント２が外気に触れにくくなるので、酸化物超電導体フィラメント２の劣化を防ぐことができる。
【００４５】
（実施の形態３）
図１に示す実施の形態１では、素線１ａ〜１ｄの各々の幅方向が一致するように、素線１ａ〜１ｄの各々が並んでいるフラットケーブル１０について示した。しかし、本発明のフラットケーブルの並び方は、このような場合に限定されるものではない。
【００４６】
図７は、本発明の実施の形態３におけるフラットケーブルの構成を示す断面斜視図である。図７に示すように、フラットケーブル１１において、素線１ａ〜１ｄの各々は、素線１ａ〜１ｄの各々の厚さ方向（図中縦方向）が一致するように並んでいる。絶縁層４は素線１ａ〜１ｄの各々の間に形成されており、絶縁層４によって素線１ａ〜１ｄの各々は互いに電気的に絶縁されている。
【００４７】
また、図８は、本発明の実施の形態３におけるフラットケーブルの他の構成を示す断面斜視図である。図８に示すように、フラットケーブル１２において、素線１ａおよび素線１ｂの各々は、素線１ａの厚さ方向（図中縦方向）と素線１ｂの厚さ方向とが一致するように並んでいる。また、素線１ａおよび素線１ｃの各々は、素線１ａの幅方向（図中横方向）と素線１ｃの幅方向とが一致するように並んでいる。素線１ｂおよび素線１ｄの各々は、素線１ｂの幅方向（図中横方向）と素線１ｄの幅方向とが一致するように並んでいる。絶縁層４は素線１ａ〜１ｄの各々の間に形成されており、絶縁層４によって素線１ａ〜１ｄの各々は互いに電気的に絶縁されている。
【００４８】
なお、これ以外のフラットケーブル１１，１２の構成は、実施の形態１のフラットケーブル１０の構成とほぼ同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し，その説明を省略する。
【００４９】
本実施の形態のフラットケーブル１１において、素線１ａ〜１ｄの各々は、素線１ａ〜１ｄの各々の厚さ方向が一致するように並んでいる。これにより、素線１ａ〜１ｄの各々の厚さ方向に延在したフラットケーブルとなる。
【００５０】
本実施の形態のフラットケーブル１２において、素線１ａ〜１ｄの各々は、さらに素線１ａ〜１ｄの各々の幅方向が一致するようにも並んでいる。これにより、素線１ａ〜１ｄの各々の厚さ方向と幅方向との両方向に延在したフラットケーブルとなる。
【実施例】
【００５１】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００５２】
本実施例では、本発明のフラットケーブルの交流損失および巻き線容易性について調べた。具体的には、比較例Ａ〜Ｃ、本発明例１、および本発明例２の５種類の試料を以下のように製造した。
【００５３】
比較例Ａ：実施の形態１に示す方法によって、ビスマス系酸化物超電導線材よりなる素線を製造した。素線は、幅５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ、銀比４、ツイストピッチ１０ｍｍとした。
【００５４】
比較例Ｂ：実施の形態１に示す方法によって、ビスマス系酸化物超電導線材よりなる素線を製造した。素線は、幅２ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ、銀比４、ツイストピッチ１０ｍｍとし、幅を比較例Ａの幅よりも狭くした。
【００５５】
比較例Ｃ：実施の形態１に示す方法によって、ビスマス系酸化物超電導線材よりなる素線を製造した。そして、この素線の幅方向端部を除去し、幅１ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍとし、幅を比較例Ｂの幅よりもさらに狭くした。
【００５６】
本発明例１：比較例Ｂと同じ寸法の素線を作製した。そして、この素線にＰＶＣ絶縁を施し、４等分して素線を２本並べて融着し、幅５ｍｍのフラットケーブルを作製した。
【００５７】
本発明例２：比較例Ｃと同じ寸法の素線を作製した。そして、この素線にＰＶＣ絶縁を施し、４等分して素線を４本並べて融着し、幅５ｍｍのフラットケーブルを作製した。
【００５８】
こうして得られた比較例Ａ〜Ｃ、本発明例１、および本発明例２の各々について、磁化法を用いて液体窒素中における交流損失を測定した。交流損失の測定の際には、フラットケーブルを直線状に配置し、周波数５０Ｈｚの交流電流を流し、素線の厚さ方向に０．１Ｔの磁場を印加した。測定された単位超電導体積あたりの交流損失を臨界電流値Ｉcで除し、単位臨界電流値あたりの交流損失を算出した。次に、比較例Ｂの単位臨界電流値あたりの交流損失を１として、各試料の単位臨界電流値あたりの交流損失を規格化して算出した。なお、比較例Ａの臨界電流値Ｉcは４０Ａ、比較例Ｂの臨界電流値Ｉcは３５Ａ、比較例Ｃの臨界電流値Ｉcは２０Ａ、本発明例１および２の臨界電流値Ｉcはともに７０Ａであった。
【００５９】
また、比較例Ａ〜Ｃ、本発明例１、および本発明例２の各々を用いて、パンケーキコイルの作製を試みた。パンケーキコイルとしては、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）よりなる直径１００ｍｍの巻き枠を用いて、１００ターンの巻き線をしたものを採用した。そして、パンケーキコイルを作製することができたか否かに基づいて、巻き線容易性を判断した。各試料の単位臨界電流値あたりの交流損失と、巻き線容易性とを表１に示す。
【００６０】
【表１】
【００６１】
表１を参照して、素線の幅が５ｍｍである比較例Ａでは交流損失が４であるのに対して、素線の幅が２ｍｍ以下である比較例Ｂ、比較例Ｃ、本発明例１、および本発明例２では、比較例Ｂの交流損失を１とした場合と比較して、いずれも交流損失が１以下であった。特に、素線の幅が１ｍｍである比較例Ｃおよび本発明例２では交流損失が０．５であった。このことから、素線の幅が狭い程、交流損失を低減することができることが分かる。
【００６２】
また、素線の幅が２ｍｍである比較例Ｂでは、５０ターン程度の巻き線をした時点で巻き崩れが生じ、パンケーキコイルの作製は困難であった。また、素線の幅が１ｍｍである比較例Ｃでは、２５ターン程度の巻き線をした時点で巻き崩れが生じ、パンケーキコイルの作製は困難であった。一方、素線またはフラットケーブルの幅が５ｍｍである比較例Ａ、本発明例１，および本発明例２では、いずれも所望のパンケーキコイルを作製することができた。このことから、素線またはフラットケーブルの幅が広い程、巻き線が容易であることが分かる。
【００６３】
以上の規格化損失および巻き線容易性から総合的に判断して、本発明例１および本発明例２によれば、規格化損失を低減し、巻き線容易性が低下しないことが分かる。そして、特にフラットケーブルの幅を２ｍｍ以下の幅とすることにより、交流損失を効果的に低減できるのが分かる。
【００６４】
以上に開示された実施の形態および実施例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慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態および実施例ではなく、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修正や変形を含むものと意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明のフラットケーブルは、たとえば超電導マグネット、超電導限流器、磁場発生装置、超電導ケーブル、超電導ブスバー、および超電導コイルなどの超電導機器に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるフラットケーブルの構成を示す断面斜視図である。
【図２】図１における素線の構成を示す断面斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるフラットケーブルの製造方法を示す図である。
【図４】本発明のフラットケーブルを用いて超電導マグネットを製造する様子を模式的に示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２における素線の幅方向端部の除去方法を示す断面斜視図である。
【図６】カット線に沿って幅方向端部を除去した後の素線の様子を示す部分断面斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態３におけるフラットケーブルの構成を示す断面斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態３におけるフラットケーブルの他の構成を示す断面斜視図である。
【図９】従来の超電導線材の構成を示す断面斜視図である。
【符号の説明】
【００６７】
１，１ａ〜１ｄ 素線、２，１０２ 酸化物超電導体フィラメント、３，１０３ 金属シース部、４ 絶縁層、４ａ 絶縁体、５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ カット線、７，１０７ 超電導相の領域、８ａ，８ｂ 素線の幅方向端部、１０〜１２ フラットケーブル、２０ 超電導マグネット、１１０ 超電導線材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットケーブル、超電導機器、およびフラットケーブルの製造方法に関し、より特定的には、ビスマスを含む酸化物超電導体を用いたフラットケーブル、超電導機器、およびフラットケーブルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導線材（素線）は、たとえば超電導マグネット、超電導限流器、磁場発生装置、超電導ケーブル、超電導ブスバー、および超電導コイルなどの超電導機器に広く用いられている。超電導線材は、複数の酸化物超電導体フィラメントが金属よりなるシース部で覆われた形態であって、テープ形状を有している。超電導線材の断面は、たとえば幅が約４ｍｍ、厚さが約０．２ｍｍ、アスペクト比（幅／厚さ）が１０〜２０程度である。
【０００３】
上記のような超電導線材を用いた超電導機器を交流電流下で使用する場合、超電導線材には低い交流損失であることが要求される。この交流損失の主要成分はヒステリシス損失である。ビーンモデルに基づけば、ヒステリシス損失は、超電導線材に印加される磁場と、超電導線材の臨界電流値と、超電導相の厚さとの積にほぼ比例する。
【０００４】
図９は、従来の超電導線材の構成を示す断面斜視図である。図９を参照して、超電導線材１１０は、ビスマス系の酸化物超電導線材（素線）が１本のみ用いられている。超電導線材１１０は、複数の酸化物超電導体フィラメント１０２が金属シース部１０３で覆われた形態を有しており、テープ状の多芯線である。ビスマス系の酸化物超電導線材においては、酸化物超電導体フィラメント１０２の一本一本が独立して超電導相として挙動するのではなく、複数の酸化物超電導体フィラメント１０２が形成されている領域１０７全体が超電導相として挙動する。ここで領域１０７は、複数の酸化物超電導体フィラメント１０２のうち、最も外周部に存在する酸化物超電導体フィラメント１０２同士を線で結ぶことによって得られる領域である。このため、超電導線材１１０の厚さ方向（図中縦方向）に磁場Ｂが印加される場合、ビスマス系の超電導線材では、「超電導相の厚さ」は、領域１０７の幅ｄに相当する。なお、Ｊcは臨界電流値を表わしている。
【０００５】
このように、超電導線材の厚さ方向に磁場Ｂが印加される状況で使用される超電導機器（たとえば超電導マグネットなど）において、交流損失を低減するためには、領域１０７の幅ｄを狭くすることが必要となる。領域１０７の幅ｄを狭くするためには、超電導線材１１０自体の幅ｗを狭くすればよい。
【０００６】
なお、特開２００４−２４１２５４号公報（特許文献１）には、従来の酸化物超電導線材の構成が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２４１２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、超電導線材の幅を狭くすると、超電導機器を製造する際に、超電導線材の巻き線が難しいという問題が生じる。
【０００８】
すなわち、超電導線材１１０の幅ｗが狭くなると、一本一本の酸化物超電導体フィラメント１０２の断面積が小さくなり、酸化物超電導体フィラメント１０２を流れる臨界電流値が減少する。このため、幅を狭くしない場合の超電導線材と同程度の性能を得ようとすると、超電導線材１１０の巻き線の回数を増やす必要がある。したがって、超電導線材１１０の巻き線は難しくなる。
【０００９】
また、ビスマス系の酸化物超電導線材は特に異方性磁場依存性が高いので、自己磁場による臨界電流値の低下を抑止するためには、酸化物超電導体の結晶のа−ｂ面（ＣｕＯの結晶面）を揃えるように巻き線する必要がある。ここで、「結晶のа−ｂ面を揃えるように巻き線する」とは、領域１０７の幅ｄの方向を揃えるように巻き線するということを意味する。しかし、超電導線材１１０の幅ｗが狭くなれば、巻き線の際に超電導線材１１０が捩れやすくなる。したがって、領域１０７の幅ｄの方向を揃えながら超電導線材１１０を巻き線するのは難しい。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、交流損失を低減することができ、かつ容易に巻き線することのできるフラットケーブル、超電導機器、およびフラットケーブルの製造方法を提供することである。
【００１１】
なお、本明細書中で「フラットケーブル」とは、複数の素線を集合した集合体であって、素線の長手方向に対して垂直な断面で見た場合に、幅広（フラット）形状である集合体を意味している。幅広形状とは、厚さ方向に比べて幅方向に十分に長い形状である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のフラットケーブルは、ビスマスを含む酸化物超電導体を金属で被覆した形態を有する複数の素線と、複数の素線の各々を互いに電気的に絶縁するための絶縁層とを備えている。
【００１３】
本発明のフラットケーブルの製造方法は、ビスマスを含む酸化物超電導体を金属で被覆した形態を有する複数の素線を製造する工程と、複数の素線の各々を互いに電気的に絶縁するための絶縁層を形成する工程とを備えている。
【００１４】
本発明のフラットケーブルおよびその製造方法によれば、複数の素線の各々の幅を狭くすることによって、超電導相の厚さが小さくなり、フラットケーブルの厚さ方向に磁場が印加される場合の交流損失を低減することができる。また、本発明のフラットケーブルは複数の素線によって構成されているので、複数の素線の各々の幅を狭くしても、フラットケーブル全体としての臨界電流値は、一本の素線のみによって構成されている従来の超電導線材とほとんど変わらない。したがって、フラットケーブルの巻き線の回数を増やす必要はなく、容易に巻き線することができる。さらに、本発明のフラットケーブルは複数の素線によって構成されているので、複数の素線の各々の幅を狭くしても、一本の素線のみによって構成されている従来の超電導線材と同程度にフラットケーブルの幅を確保することができる。したがって、フラットケーブルが捩れにくく、超電導相の方向を揃えながらフラットケーブルを容易に巻き線することができる。
【００１５】
本発明のフラットケーブルにおいて好ましくは、複数の素線の各々は、複数の素線の各々の幅方向が一致するように並んでいる。これにより、複数の素線の各々の幅方向に延在したフラットケーブルとなる。
【００１６】
本発明のフラットケーブルにおいて好ましくは、複数の素線の各々は、複数の素線の各々の厚さ方向が一致するように並んでいる。これにより、複数の素線の各々の厚さ方向に延在したフラットケーブルとなる。
【００１７】
本発明のフラットケーブルにおいて好ましくは、複数の素線の各々は、さらに複数の素線の各々の幅方向が一致するようにも並んでいる。これにより、複数の素線の各々の厚さ方向と幅方向との両方向に延在したフラットケーブルとなる。
【００１８】
本発明のフラットケーブルにおいて好ましくは、複数の素線の各々は、０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下の幅を有している。複数の素線の各々を２ｍｍ以下の幅とすることにより、交流損失を効果的に低減することができる。また、複数の素線の各々の厚さは通常０．２ｍｍ未満であるので、複数の素線の各々を０．２ｍｍ以上の幅とすることにより、厚さよりも幅を大きくすることができ、テープ状の素線の形状を確保することができる。
【００１９】
本発明の超電導機器は、上記のフラットケーブルを用いて製造されたものである。これにより、交流損失が低く、容易に巻き線することのできる超電導機器となる。
【００２０】
上記製造方法において好ましくは、複数の素線の各々における幅方向端部を除去する除去工程をさらに備えている。これにより、複数の素線の各々を任意の幅に加工することができるので、フラットケーブルの幅を容易に狭くすることができる。
【００２１】
上記製造方法において好ましくは、除去工程は、酸化物超電導体が露出しないように行なわれる。これにより、酸化物超電導体が外気に触れにくくなるので、酸化物超電導体の劣化を防ぐことができる。
【００２２】
上記製造方法において好ましくは、複数の素線の各々における幅方向端部を除去しない。これにより、酸化物超電導体が外気に触れることがなくなるので、酸化物超電導体の劣化を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のフラットケーブル、超電導機器、およびフラットケーブルの製造方法によれば、交流損失を低減することができ、かつ容易に巻き線することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図に基づいて説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるフラットケーブルの構成を示す断面斜視図である。図１に示すように、本実施の形態のフラットケーブル１０は、素線１ａと、素線１ｂと、素線１ｃと、素線１ｄと、絶縁層４とを備えている。素線１ａ〜１ｄおよび絶縁層４は、テープ状の形状を有しており、紙面に垂直な方向に延在している。また、素線１ａ〜１ｄの各々は、素線１ａ〜１ｄの各々の幅方向（図中横方向）が一致するように並んでいる。絶縁層４は素線１ａ〜１ｄの各々の間に形成されており、絶縁層４によって素線１ａ〜１ｄの各々は互いに電気的に絶縁されている。なお、点線で囲まれた領域７は、素線１ａにおける超電導相として機能する領域であり、幅ｄを有している。
【００２６】
図２は、図１における素線の構成を示す断面斜視図である。図２における素線１は、図１における素線１ａ〜１ｄである。図２に示すように、素線１は、幅ｗおよび厚さｔを有しており、ビスマスを含む複数の酸化物超電導体フィラメント２と、たとえば銀などよりなる金属シース部３とを有している。金属シース部３は複数の酸化物超電導体フィラメント２の各々を被覆している。複数の酸化物超電導体フィラメント２の各々の材質は、たとえばＢｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の組成よりなっており、特に、（ビスマスと鉛）：ストロンチウム：カルシウム：銅の原子比がほぼ２：２：２：３の比率で近似して表されるＢｉ２２２３相を含む材質が最適である。酸化物超電導体フィラメント２を構成する結晶は、素線１の幅方向と同じ方向に延在するａ−ｂ面と、素線１の厚さ方向（図中縦方向）と同じ方向に延在するｃ軸とを有している。酸化物超電導体フィラメント２において電流はａ−ｂ面内を流れる。なお、素線１の幅ｗは０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２７】
なお、上記においては多芯線の素線について説明したが、１本の超電導体フィラメントがシース部により被覆されている形態の単芯線の素線が用いられてもよい。また、本発明のフラットケーブルにおける素線の本数は４本に限定されるものではなく、複数本であればよい。
【００２８】
続いて、本実施の形態のフラットケーブルの製造方法について説明する。
【００２９】
始めに、図２に示すような、ビスマスを含む酸化物超電導体フィラメント２を金属シース部３で被覆した形態を有する素線１を製造する。具体的には、始めに酸化物超電導体の原材料粉末（前駆体）を準備し、これを金属管に充填する。この酸化物超電導体の原材料粉末は、たとえばＢｉ２２２３相を含む材質よりなっている。また、金属管としては熱伝導率の高い銀や銀合金などを用いるのが好ましい。これにより、超電導体がクエンチ現象を部分的に生じた場合に発生した熱を金属管から速やかに取り去ることができる。次に、所望の直径にまで上記線材を伸線加工し、前駆体を芯材として銀などの金属で被覆された単芯線を作製する。次に、この単芯線を多数束ねて、たとえば銀などの金属よりなる金属管内に嵌合する。これにより、原材料粉末を芯材として多数有する多芯構造の線材（以下、単に線材と記すこともある）が得られる。次に、所望の直径にまで多芯構造の線材を伸線加工し、原材料粉末がたとえば銀などのシース部に埋め込まれた多芯線を作製する。これによって、酸化物超電導線材の原材料粉末を金属で被覆した形態を有する多芯線の線材が得られる。続いて、この線材を圧延することによって原材料粉末の密度が高められる。次に、加圧雰囲気で線材を熱処理する。これによって原材料粉末から酸化物超電導相が生成され、酸化物超電導体フィラメントとなる。以上の製造工程により、図２に示す酸化物超電導線材の素線１が得られる。
【００３０】
次に、図３に示すように、素線１における幅方向（図中横方向）両端部に、液体の絶縁体４ａを塗布する。絶縁体４ａとしてはたとえばＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）などを用いることができる。続いて、図１に示すように、素線１ａ〜１ｄとして、絶縁体４ａを塗布した素線１を多数準備する。そして、たとえば素線１ａ〜１ｄの各々の幅ｄの方向が一致するように、塗布された絶縁体４ａを介して素線１ａ〜１ｄの端部同士を貼り合わせる。その後、絶縁体４ａを固化させて絶縁層４とする。以上の工程によって、本実施の形態のフラットケーブル１０が完成する。なお、本実施の形態では、素線１ａ〜１ｄにおける幅方向両端部を除去しない。
【００３１】
なお、絶縁体４ａはＰＶＣに限定されるものではなく、ＰＶＣの他にも、たとえばフッ素樹脂、シリコン樹脂、ビニル類の有機物、およびエステル類の有機物などを用いることもできる。また、絶縁層４の形成方法は任意であり、絶縁体４ａを素線１全体に塗布してもよい。また、素線１を液体の絶縁体４ａの中に浸漬することで絶縁体４ａを素線１に塗布してもよい。
【００３２】
本実施の形態のフラットケーブル１０を用いてたとえば超電導マグネット２０を製造する場合には、図４に示すように、超電導相として機能する領域７の幅ｄの方向を揃えるように、フラットケーブル１０を巻き線する。
【００３３】
本実施の形態のフラットケーブル１０は、ビスマスを含む酸化物超電導体フィラメント２を金属シース部３で被覆した形態を有する素線１ａ〜１ｄと、素線１ａ〜１ｄの各々を互いに電気的に絶縁するための絶縁層４とを備えている。
【００３４】
本実施の形態のフラットケーブル１０の製造方法は、ビスマスを含む酸化物超電導体フィラメント２を金属シース部３で被覆した形態を有する素線１ａ〜１ｄを製造する工程と、素線１ａ〜１ｄの各々を互いに電気的に絶縁するための絶縁層４を形成する工程とを備えている。
【００３５】
本実施の形態のフラットケーブル１０およびその製造方法によれば、素線１ａ〜１ｄの各々の幅ｗを狭くすることによって、超電導相として機能する領域７の幅ｄが小さくなり、フラットケーブル１０の厚さ方向に磁場Ｂ（図１）が印加される場合の交流損失を低減することができる。また、フラットケーブル１０は複数の素線１ａ〜１ｄによって構成されているので、素線１ａ〜１ｄの各々の幅ｗを狭くしても、フラットケーブル１０全体としての臨界電流値は、一本の素線のみによって構成されている従来の超電導線材とほとんど変わらない。したがって、フラットケーブル１０の巻き線の回数を増やす必要はなく、容易に巻き線することができる。さらに、フラットケーブル１０は素線１ａ〜１ｄによって構成されているので、素線１ａ〜１ｄの各々の幅ｗを狭くしても、一本の素線のみによって構成されている従来の超電導線材と同程度に、フラットケーブルの幅を確保することができる。したがって、フラットケーブル１０が捩れにくく、超電導相の方向を揃えながらフラットケーブル１０を容易に巻き線することができる。
【００３６】
本実施の形態のフラットケーブル１０において、素線１ａ〜１ｄの各々は、素線１ａ〜１ｄの各々の幅方向が一致するように並んでいる。これにより、素線１ａ〜１ｄの幅方向に延在したフラットケーブルとなる。
【００３７】
本実施の形態のフラットケーブル１０において好ましくは、素線１ａ〜１ｄの各々は、ともに０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下の幅ｗを有している。素線１ａ〜１ｄの各々を２ｍｍ以下の幅ｗとすることにより、交流損失を効果的に低減することができる。また、素線１ａ〜１ｄの各々の厚さｔは通常０．２ｍｍ未満であるので、素線１ａ〜１ｄを０．２ｍｍ以上の幅とすることにより、厚さｔよりも幅ｗを大きくすることができ、テープ状の素線の形状を確保することができる。
【００３８】
本実施の形態の超電導マグネット２０は、フラットケーブル１０を用いて製造されたものである。これにより、交流損失が低く、容易に巻き線することのできる超電導機器となる。
【００３９】
上記製造方法においては、素線１ａ〜１ｄの各々における幅方向端部を除去しない。これにより、酸化物超電導体フィラメント２が外気に触れることがなくなるので、酸化物超電導体フィラメント２の劣化を防ぐことができる。
【００４０】
（実施の形態２）
実施の形態１では、素線１ａ〜１ｄの各々における幅方向端部を除去しない場合について示した。しかし、本発明においては、素線１ａ〜１ｄの各々の幅方向端部を除去してもよい。これについて以下に説明する。
【００４１】
図５は、本発明の実施の形態２における素線の幅方向端部の除去方法を示す断面斜視図である。図５に示すように、本実施の形態では、素線１を製造した後で、カット線５ａ，５ｂまたはカット線６ａ，６ｂの各々に沿って素線の幅方向端部８ａ，８ｂの各々を除去する。幅方向端部８ａ，８ｂの各々は、酸化物超電導体フィラメント２が露出する位置のカット線６ａ，６ｂに沿って除去されてもよいが、酸化物超電導体フィラメント２が露出しないような位置のカット線５ａ，５ｂに沿って除去されることが好ましい。また、素線の幅方向端部８ａ，８ｂのうち一方のみを除去してもよい。カット線５ａ，５ｂの各々に沿って幅方向端部８ａ，８ｂを除去した後の素線の様子を図６に示す。
【００４２】
なお、これ以外のフラットケーブルの製造方法は、実施の形態１の製造方法とほぼ同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し，その説明を省略する。
【００４３】
本実施の形態のフラットケーブルの製造方法においては、素線１ａ〜１ｄの各々における幅方向端部８ａ，８ｂを除去する除去工程をさらに備えている。これにより、素線１〜１ｄの各々を任意の幅ｗに加工することができるので、フラットケーブルの幅を容易に狭くすることができる。
【００４４】
上記製造方法において好ましくは、幅方向端部８ａ，８ｂの除去は、酸化物超電導体フィラメント２が露出しないようにカット線５ａ，５ｂに沿って行なわれる。これにより、酸化物超電導体フィラメント２が外気に触れにくくなるので、酸化物超電導体フィラメント２の劣化を防ぐことができる。
【００４５】
（実施の形態３）
図１に示す実施の形態１では、素線１ａ〜１ｄの各々の幅方向が一致するように、素線１ａ〜１ｄの各々が並んでいるフラットケーブル１０について示した。しかし、本発明のフラットケーブルの並び方は、このような場合に限定されるものではない。
【００４６】
図７は、本発明の実施の形態３におけるフラットケーブルの構成を示す断面斜視図である。図７に示すように、フラットケーブル１１において、素線１ａ〜１ｄの各々は、素線１ａ〜１ｄの各々の厚さ方向（図中縦方向）が一致するように並んでいる。絶縁層４は素線１ａ〜１ｄの各々の間に形成されており、絶縁層４によって素線１ａ〜１ｄの各々は互いに電気的に絶縁されている。
【００４７】
また、図８は、本発明の実施の形態３におけるフラットケーブルの他の構成を示す断面斜視図である。図８に示すように、フラットケーブル１２において、素線１ａおよび素線１ｂの各々は、素線１ａの厚さ方向（図中縦方向）と素線１ｂの厚さ方向とが一致するように並んでいる。また、素線１ａおよび素線１ｃの各々は、素線１ａの幅方向（図中横方向）と素線１ｃの幅方向とが一致するように並んでいる。素線１ｂおよび素線１ｄの各々は、素線１ｂの幅方向（図中横方向）と素線１ｄの幅方向とが一致するように並んでいる。絶縁層４は素線１ａ〜１ｄの各々の間に形成されており、絶縁層４によって素線１ａ〜１ｄの各々は互いに電気的に絶縁されている。
【００４８】
なお、これ以外のフラットケーブル１１，１２の構成は、実施の形態１のフラットケーブル１０の構成とほぼ同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し，その説明を省略する。
【００４９】
本実施の形態のフラットケーブル１１において、素線１ａ〜１ｄの各々は、素線１ａ〜１ｄの各々の厚さ方向が一致するように並んでいる。これにより、素線１ａ〜１ｄの各々の厚さ方向に延在したフラットケーブルとなる。
【００５０】
本実施の形態のフラットケーブル１２において、素線１ａ〜１ｄの各々は、さらに素線１ａ〜１ｄの各々の幅方向が一致するようにも並んでいる。これにより、素線１ａ〜１ｄの各々の厚さ方向と幅方向との両方向に延在したフラットケーブルとなる。
【実施例】
【００５１】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００５２】
本実施例では、本発明のフラットケーブルの交流損失および巻き線容易性について調べた。具体的には、比較例Ａ〜Ｃ、本発明例１、および本発明例２の５種類の試料を以下のように製造した。
【００５３】
比較例Ａ：実施の形態１に示す方法によって、ビスマス系酸化物超電導線材よりなる素線を製造した。素線は、幅５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ、銀比４、ツイストピッチ１０ｍｍとした。
【００５４】
比較例Ｂ：実施の形態１に示す方法によって、ビスマス系酸化物超電導線材よりなる素線を製造した。素線は、幅２ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ、銀比４、ツイストピッチ１０ｍｍとし、幅を比較例Ａの幅よりも狭くした。
【００５５】
比較例Ｃ：実施の形態１に示す方法によって、ビスマス系酸化物超電導線材よりなる素線を製造した。そして、この素線の幅方向端部を除去し、幅１ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍとし、幅を比較例Ｂの幅よりもさらに狭くした。
【００５６】
本発明例１：比較例Ｂと同じ寸法の素線を作製した。そして、この素線にＰＶＣ絶縁を施し、４等分して素線を２本並べて融着し、幅５ｍｍのフラットケーブルを作製した。
【００５７】
本発明例２：比較例Ｃと同じ寸法の素線を作製した。そして、この素線にＰＶＣ絶縁を施し、４等分して素線を４本並べて融着し、幅５ｍｍのフラットケーブルを作製した。
【００５８】
こうして得られた比較例Ａ〜Ｃ、本発明例１、および本発明例２の各々について、磁化法を用いて液体窒素中における交流損失を測定した。交流損失の測定の際には、フラットケーブルを直線状に配置し、周波数５０Ｈｚの交流電流を流し、素線の厚さ方向に０．１Ｔの磁場を印加した。測定された単位超電導体積あたりの交流損失を臨界電流値Ｉcで除し、単位臨界電流値あたりの交流損失を算出した。次に、比較例Ｂの単位臨界電流値あたりの交流損失を１として、各試料の単位臨界電流値あたりの交流損失を規格化して算出した。なお、比較例Ａの臨界電流値Ｉcは４０Ａ、比較例Ｂの臨界電流値Ｉcは３５Ａ、比較例Ｃの臨界電流値Ｉcは２０Ａ、本発明例１および２の臨界電流値Ｉcはともに７０Ａであった。
【００５９】
また、比較例Ａ〜Ｃ、本発明例１、および本発明例２の各々を用いて、パンケーキコイルの作製を試みた。パンケーキコイルとしては、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）よりなる直径１００ｍｍの巻き枠を用いて、１００ターンの巻き線をしたものを採用した。そして、パンケーキコイルを作製することができたか否かに基づいて、巻き線容易性を判断した。各試料の単位臨界電流値あたりの交流損失と、巻き線容易性とを表１に示す。
【００６０】
【表１】
【００６１】
表１を参照して、素線の幅が５ｍｍである比較例Ａでは交流損失が４であるのに対して、素線の幅が２ｍｍ以下である比較例Ｂ、比較例Ｃ、本発明例１、および本発明例２では、比較例Ｂの交流損失を１とした場合と比較して、いずれも交流損失が１以下であった。特に、素線の幅が１ｍｍである比較例Ｃおよび本発明例２では交流損失が０．５であった。このことから、素線の幅が狭い程、交流損失を低減することができることが分かる。
【００６２】
また、素線の幅が２ｍｍである比較例Ｂでは、５０ターン程度の巻き線をした時点で巻き崩れが生じ、パンケーキコイルの作製は困難であった。また、素線の幅が１ｍｍである比較例Ｃでは、２５ターン程度の巻き線をした時点で巻き崩れが生じ、パンケーキコイルの作製は困難であった。一方、素線またはフラットケーブルの幅が５ｍｍである比較例Ａ、本発明例１，および本発明例２では、いずれも所望のパンケーキコイルを作製することができた。このことから、素線またはフラットケーブルの幅が広い程、巻き線が容易であることが分かる。
【００６３】
以上の規格化損失および巻き線容易性から総合的に判断して、本発明例１および本発明例２によれば、規格化損失を低減し、巻き線容易性が低下しないことが分かる。そして、特にフラットケーブルの幅を２ｍｍ以下の幅とすることにより、交流損失を効果的に低減できるのが分かる。
【００６４】
以上に開示された実施の形態および実施例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慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態および実施例ではなく、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修正や変形を含むものと意図される。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明のフラットケーブルは、たとえば超電導マグネット、超電導限流器、磁場発生装置、超電導ケーブル、超電導ブスバー、および超電導コイルなどの超電導機器に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態１におけるフラットケーブルの構成を示す断面斜視図である。
【図２】図１における素線の構成を示す断面斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるフラットケーブルの製造方法を示す図である。
【図４】本発明のフラットケーブルを用いて超電導マグネットを製造する様子を模式的に示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２における素線の幅方向端部の除去方法を示す断面斜視図である。
【図６】カット線に沿って幅方向端部を除去した後の素線の様子を示す部分断面斜視図である。
【図７】本発明の実施の形態３におけるフラットケーブルの構成を示す断面斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態３におけるフラットケーブルの他の構成を示す断面斜視図である。
【図９】従来の超電導線材の構成を示す断面斜視図である。
【符号の説明】
【００６７】
１，１ａ〜１ｄ 素線、２，１０２ 酸化物超電導体フィラメント、３，１０３ 金属シース部、４ 絶縁層、４ａ 絶縁体、５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ カット線、７，１０７ 超電導相の領域、８ａ，８ｂ 素線の幅方向端部、１０〜１２ フラットケーブル、２０ 超電導マグネット、１１０ 超電導線材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビスマスを含む酸化物超電導体を金属で被覆した形態を有する複数の素線と、
前記複数の素線の各々を互いに電気的に絶縁するための絶縁層とを備える、フラットケーブル。
【請求項２】
前記複数の素線の各々は、前記複数の素線の各々の幅方向が一致するように並んでいる、請求項１に記載のフラットケーブル。
【請求項３】
前記複数の素線の各々は、前記複数の素線の各々の厚さ方向が一致するように並んでいる、請求項１に記載のフラットケーブル。
【請求項４】
前記複数の素線の各々は、さらに前記複数の素線の各々の幅方向が一致するようにも並んでいる、請求項３に記載のフラットケーブル。
【請求項５】
前記複数の素線の各々は、０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下の幅を有している、請求項１〜４のいずれかに記載のフラットケーブル。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のフラットケーブルを用いて製造された超電導機器。
【請求項７】
ビスマスを含む酸化物超電導体を金属で被覆した形態を有する複数の素線を製造する工程と、
前記複数の素線の各々を互いに電気的に絶縁するための絶縁層を形成する工程とを備える、フラットケーブルの製造方法。
【請求項８】
前記複数の素線の各々における幅方向端部を除去する除去工程をさらに備える、請求項７に記載のフラットケーブルの製造方法。
【請求項９】
前記除去工程は、前記酸化物超電導体が露出しないように行なわれる、請求項８に記載のフラットケーブルの製造方法。
【請求項１０】
前記複数の素線の各々における幅方向端部を除去しない、請求項７に記載のフラットケーブルの製造方法。
【請求項１】
ビスマスを含む酸化物超電導体を金属で被覆した形態を有する複数の素線と、
前記複数の素線の各々を互いに電気的に絶縁するための絶縁層とを備える、フラットケーブル。
【請求項２】
前記複数の素線の各々は、前記複数の素線の各々の幅方向が一致するように並んでいる、請求項１に記載のフラットケーブル。
【請求項３】
前記複数の素線の各々は、前記複数の素線の各々の厚さ方向が一致するように並んでいる、請求項１に記載のフラットケーブル。
【請求項４】
前記複数の素線の各々は、さらに前記複数の素線の各々の幅方向が一致するようにも並んでいる、請求項３に記載のフラットケーブル。
【請求項５】
前記複数の素線の各々は、０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下の幅を有している、請求項１〜４のいずれかに記載のフラットケーブル。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のフラットケーブルを用いて製造された超電導機器。
【請求項７】
ビスマスを含む酸化物超電導体を金属で被覆した形態を有する複数の素線を製造する工程と、
前記複数の素線の各々を互いに電気的に絶縁するための絶縁層を形成する工程とを備える、フラットケーブルの製造方法。
【請求項８】
前記複数の素線の各々における幅方向端部を除去する除去工程をさらに備える、請求項７に記載のフラットケーブルの製造方法。
【請求項９】
前記除去工程は、前記酸化物超電導体が露出しないように行なわれる、請求項８に記載のフラットケーブルの製造方法。
【請求項１０】
前記複数の素線の各々における幅方向端部を除去しない、請求項７に記載のフラットケーブルの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−２１０１１１（Ｐ２００６−２１０１１１Ａ）
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１９９１７（Ｐ２００５−１９９１７）
【出願日】平成１７年１月２７日（２００５．１．２７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２７日（２００５．１．２７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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