超電導薄膜線材、および超電導ケーブル
【課題】フォーマ上にラップ巻きしても、フォーマ上における巻回当初の状態を維持し易い超電導薄膜線材、およびこの超電導薄膜線材を用いた超電導ケーブルを提供する。
【解決手段】表面段差１ＳＣと、表面薄肉部１ＳＡと、裏面段差１ＲＣと、裏面薄肉部１ＲＡと、を備える。表面段差１ＳＣは、超電導薄膜線材１の表面側で、かつ線材１の幅方向の一端側で、線材１の長手方向に沿って形成される。表面薄肉部１ＳＡは、表面段差１ＳＣから線材１の幅方向の一端にわたる領域であり、表面段差１ＳＣよりも低い領域である。裏面段差１ＲＣは、線材１の裏面側で、かつ線材１の幅方向の他端側で、線材１の長手方向に沿って形成される。裏面薄肉部１ＲＡは、裏面段差１ＲＣから線材１の幅方向の他端にわたる領域であり、裏面段差１ＲＣよりも低い領域である。
【解決手段】表面段差１ＳＣと、表面薄肉部１ＳＡと、裏面段差１ＲＣと、裏面薄肉部１ＲＡと、を備える。表面段差１ＳＣは、超電導薄膜線材１の表面側で、かつ線材１の幅方向の一端側で、線材１の長手方向に沿って形成される。表面薄肉部１ＳＡは、表面段差１ＳＣから線材１の幅方向の一端にわたる領域であり、表面段差１ＳＣよりも低い領域である。裏面段差１ＲＣは、線材１の裏面側で、かつ線材１の幅方向の他端側で、線材１の長手方向に沿って形成される。裏面薄肉部１ＲＡは、裏面段差１ＲＣから線材１の幅方向の他端にわたる領域であり、裏面段差１ＲＣよりも低い領域である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テープ状の基板上に薄膜状の超電導層を形成した本体部と、本体部の表裏に貼り付けられた補強部材とを備える超電導薄膜線材、およびその超電導薄膜線材を用いた超電導ケーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力供給路を構成する電力ケーブルとして、例えば、特許文献１に示す超電導ケーブルが知られている。その超電導ケーブルの代表的な構成を図５に示す。図５に示す超電導ケーブル１００は、ケーブルコア１０を三心撚り合わせた状態で断熱管２０内に収納した構造を備える。断熱管２０は、内管２１と外管２２とからなる二重管構造のコルゲート管であり、両管２１、２２の間にはスーパーインシュレーションなどの断熱材２３が配されている。また、断熱管２０のうち外管２２の外周には防食層２４が形成されている。
【０００３】
ケーブルコア１０は、中心から順にフォーマ１１、超電導導体層１２、電気絶縁層１３、超電導シールド層１４、保護層１５を備える。フォーマ１１は、超電導導体層１２を保形する断面略円形の部材である。超電導導体層１２は、フォーマ１１の外周に超電導線材を螺旋状に単層あるいは多層に巻回することで形成されている。電気絶縁層１３は、超電導導体層の外周に絶縁性材料を巻回して形成されている。超電導シールド層１４は、電気絶縁層１３の外周に、超電導導体層１２と同様の超電導線材を螺旋状に巻回して形成されており、ケーブル１００の外部への磁界の漏洩を防止する。また、保護層１５は、保護層１５より内側の層が断熱管２０の内管２１に接触することを防止する層で、クラフト紙や布などにより形成されている。
【０００４】
超電導導体層１２を形成する超電導線材として、図６に示すような横断面構造を有する超電導薄膜線材１２０を用いることが検討されている。この超電導薄膜線材１２０は、テープ状の基板１２１、およびその基板１２１上に蒸着などによって薄膜状に形成される超電導層１２２を備える本体部１２０Ｂと、本体部１２０Ｂの表面側に形成される表面補強部材１２０Ｓと、本体部１２０Ｂの裏面側に形成される裏面補強部材１２０Ｒと、を備える。このような超電導薄膜線材１２０は、超電導層１２２の厚みが薄いため、超電導薄膜線材１２０の長手方向・幅方向の各々に平行な磁場成分（平行磁場）に対する交流損失が少ないと言われている。
【０００５】
従来、このような超電導薄膜線材１２０をフォーマ１１上に螺旋状に巻回するに場合、図７（Ａ）に示すようにフォーマ１１の周方向に隣接する超電導薄膜線材１２０，１２０の側縁の間にギャップｇを形成するギャップ巻きを行なっていた。しかし、ギャップ巻きをすると、そのギャップｇの位置に磁場の乱れが生じ易く、その結果としてギャップｇの位置に超電導薄膜線材１２０の厚み方向（つまり、超電導ケーブルの径方向に同じ）の磁場成分（垂直磁場）が発生して超電導ケーブルの交流損失を増加させる恐れがある。そこで近年では、図７（Ｂ）に示すように、フォーマ１１の周方向に隣接する超電導薄膜線材１２０，１２０の側縁同士をオーバーラップさせるラップ巻きを行なうことが検討されている（非特許文献１参照）。そうすることで、上記垂直磁場の発生を抑え、超電導ケーブルの交流損失を効果的に低減できることが明らかになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−０６４０４１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ＡＣ ｌｏｓｓｅｓ ｉｎ ＨＴＳ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｂｌｅｓ ｍａｄｅ ｏｆ ｃｏａｔｅｄ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ｂｙ ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ ｔｈｅ ｔａｐｅｓ ； Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． ２４（３ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記非特許文献１の技術のように、フォーマ１１上に超電導薄膜線材１２０をラップ巻きすると、超電導ケーブルを布設する際に超電導ケーブルを曲げたりしたとき、当該線材１２０がフォーマ１１の周方向にズレ易いという問題がある。これは、超電導薄膜線材１２０の側縁が他の超電導薄膜線材１２０の側縁に乗り上げる形になっているためと考えられる。このように超電導薄膜線材１２０の位置ズレが生じると、隣接する超電導薄膜線材１２０，１２０間に間隔が空いて両線材１２０，１２０の間にギャップができたり、逆にオーバーラップ長ｒが当初の長さよりも長くなったりして、作製時に得られた送電特性を発揮することができない超電導ケーブルとなる恐れがある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、フォーマ上にラップ巻きしても、フォーマ上における巻回当初の状態を維持し易い超電導薄膜線材、およびこの超電導薄膜線材を用いた超電導ケーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明超電導薄膜線材は、テープ状の基板上に薄膜状の超電導層を形成した本体部と、前記本体部の表面側に設けられる表面補強部材と、前記本体部の裏面側に設けられる裏面補強部材と、を備える。この本発明超電導薄膜線材の表面側で、かつ当該線材の幅方向の一端側には、当該線材の他端側から一端側に向かって階段状に下がる表面段差が当該線材の長手方向に沿って形成されており、その表面段差によって当該表面段差から前記幅方向の一端にわたって表面薄肉部が形成されている。また、本発明超電導薄膜線材の裏面側で、かつ当該線材の幅方向の他端側には、当該線材の一端側から他端側に向かって階段状に下がる裏面段差が当該線材の長手方向に沿って形成されており、その裏面段差によって当該裏面段差から前記幅方向の他端にわたって裏面薄肉部が形成されている。
【００１１】
上記本発明超電導薄膜線材によれば、フォーマ上にラップ巻きして超電導ケーブルの超電導導体層を形成する際、フォーマの周方向に隣接する一方の超電導薄膜線材の表面薄肉部を、他方の超電導薄膜線材の裏面薄肉部に重ね合わせるだけで、両線材同士のオーバーラップ長を適正な長さにすることができる。
【００１２】
また、本発明超電導薄膜線材によれば、超電導ケーブルを作製した後も、フォーマの周方向に隣接する超電導薄膜線材同士のオーバーラップ長を維持し易い。それは、フォーマ上でフォーマの周方向に隣接する一方の超電導薄膜線材の移動が、他方の超電導薄膜線材の段差により規制されるからである。
【００１３】
さらに、本発明超電導薄膜線材によれば、フォーマの周方向に隣接する一方の超電導薄膜線材が他方の超電導薄膜線材に乗り上げる高さが従来よりも低くなるため、超電導ケーブルの外径を、従来構成よりも小さくすることができる。
【００１４】
本発明超電導薄膜線材の一形態として、前記表面薄肉部は、前記表面補強部材の一部が階段状に薄くなることで形成され、前記裏面薄肉部は、前記裏面補強部材の一部が階段状に薄くなることで形成されている構成とすることが挙げられる。
【００１５】
上記構成とすることで、本体部の表面側と裏面側の全面を補強部材で補強することができるので、本体部の超電導層の損傷を効果的に防止することができる。
【００１６】
上記薄肉部に補強部材がある構成において、前記表面薄肉部と前記裏面薄肉部はそれぞれ、表面係合部と裏面係合部を備えることが好ましい。
【００１７】
両薄肉部にある補強部材に係合部を形成することで、二つの超電導薄膜線材を当該線材の幅方向に部分的に重ねて並べたときに、一方の超電導薄膜線材の表面係合部と、他方の超電導薄膜線材の裏面係合部とが引っ掛かり、二つの超電導薄膜線材が互いに離れる方向に移動することを効果的に規制することができる。
【００１８】
本発明超電導薄膜線材の一形態として、前記表面薄肉部は、前記表面補強部材が設けられていないことによって形成されており、前記裏面薄肉部は、前記裏面補強部材が設けられていないことによって形成されている構成とすることが挙げられる。
【００１９】
上記構成によれば、本体部よりも短い幅の補強部材を本体部に取り付けるだけで、薄肉部を容易に形成することができる。
【００２０】
本発明超電導薄膜線材の一形態として、前記表面薄肉部以外の部分における前記表面補強部材の厚みは、前記幅方向の一端側から他端側に向かって漸次薄くなるように形成されており、前記裏面薄肉部以外の部分における前記裏面補強部材の厚みは、前記幅方向の他端側から一端側に向かって漸次薄くなるように形成されている構成とすることが好ましい。
【００２１】
上記構成とすることで、後述する実施形態３で説明するように、フォーマ上にラップ巻きされる複数の超電導薄膜線材に外接する包絡円の径を小さくすることができる。
【００２２】
本発明超電導ケーブルは、フォーマと超電導導体層とを備える。この本発明超電導ケーブルでは、複数の本発明超電導薄膜線材をフォーマ上に螺旋状にラップ巻きすることで超電導導体層が形成されており、フォーマ上の周方向に隣接する二つの超電導薄膜線材のうち、一方の超電導薄膜線材の表面薄肉部と、他方の超電導薄膜線材の裏面薄肉部とが重複している。
【００２３】
本発明超電導ケーブルは、布設の際に曲げたりしても、作製当初の送電特性を維持することができる。それは、本発明超電導ケーブルの超電導導体層が、本発明超電導薄膜線材をラップ巻きすることで形成されており、本発明超電導薄膜線材の構成によって当該線材の作製当初の巻回状態が効果的に維持されるからである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明超電導薄膜線材によれば、フォーマの外周にラップ巻きしたときに、その巻回形状が維持され易い。そのため、本発明超電導薄膜線材をフォーマ上にラップ巻きすることで得られる本発明超電導ケーブルの交流損失を効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（Ａ）は実施形態１に示す超電導薄膜線材の概略横断面図、（Ｂ）は当該線材をフォーマ上にラップ巻きした状態を示す概略図である。
【図２】（Ａ）は実施形態２に示す超電導薄膜線材の概略横断面図、（Ｂ）は当該線材をフォーマ上にラップ巻きした状態を示す概略図である。
【図３】（Ａ）は実施形態３に示す超電導薄膜線材の概略横断面図、（Ｂ）は当該線材をフォーマ上にラップ巻きした状態を示す概略図である。
【図４】（Ａ）は実施形態４に示す超電導薄膜線材をフォーマ上にラップ巻したときの隣接する超電導薄膜線材の重複部分近傍の拡大横断面図、（Ｂ）は（Ａ）とは異なる構成を備える超電導薄膜線材をフォーマ上にラップ巻きしたときの隣接する超電導薄膜線材の重複部分近傍の拡大横断面図である。
【図５】超電導ケーブルのカットモデルの概略斜視図である。
【図６】従来の超電導薄膜線材の概略横断面図である。
【図７】複数の超電導薄膜線材をフォーマの周方向に並べて螺旋状に巻回した状態を説明する概略横断面図であって、（Ａ）は超電導薄膜線材をギャップ巻きしたもの、（Ｂ）は超電導薄膜線材をラップ巻きしたものを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明超電導薄膜線材、およびその超電導薄膜線材をフォーマ上にラップ巻きすることで形成される超電導導体層を備える超電導ケーブルの実施形態を図面に基づいて説明する。ここで、本発明の超電導ケーブルは、当該超電導ケーブルの超電導導体層を構成する超電導薄膜線材以外は、図５、図７（Ｂ）を参照して説明した従来の超電導ケーブルと同一である。従って、以下の実施形態では、超電導薄膜線材の構成を中心に説明する。
【００２７】
＜実施形態１＞
≪超電導薄膜線材の全体構成≫
図１に示す超電導薄膜線材１は、従来のものと同様に、本体部１２０Ｂと、本体部１２０Ｂの表面側に設けられる表面補強部材１Ｓと、本体部１２０Ｂの裏面側に設けられる裏面補強部材１Ｒと、を備える。但し、補強部材１Ｓ，１Ｒの構成が、従来とは異なる。以下、超電導薄膜線材１の各構成を順次詳細に説明する。
【００２８】
［本体部］
本体部１２０Ｂは、テープ状の基板１２１と、この基板１２１上に薄膜状に形成される超電導層１２２とを備える。そのうち、基板１２１には、磁性を有する合金（単体金属も含む）、あるいは非磁性の合金（単体金属も含む）を利用することができる。磁性を有する合金としては、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、Ｎｉ−Ｗ合金といったニッケル合金、珪素鋼、パーマロイ、フェライト、強磁性ステンレス（例、ＳＵＳ４３０）といった鉄含有物などが挙げられる。一方、非磁性の合金としては、例えば、非磁性ステンレス（例、ＳＵＳ３０４）や、ハステロイ（登録商標）などが挙げられる。なお、基板１２１は、上記磁性材料や非磁性材料で構成される単層構造としても良いし、磁性材料と非磁性材料とを積層した多層構造としても良い。
【００２９】
基板１２１の寸法は、図５に示すように、フォーマ１１の外周に無理なく巻回でき、かつ、後述する超電導層１２２を保持できるように選択すると良い。例えば、基板１２１の厚さは、５０μｍ〜２００μｍ程度、幅は１ｍｍ〜３０ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００３０】
本体部１２０Ｂに備わる超電導層１２２は、上記基板１２１上に蒸着などで形成される薄膜状の超電導体からなる層である。その構成材料には、冷媒として液体窒素を使用可能な超電導体を利用することが好ましい。具体的には、高温酸化物超電導体、より具体的には、Ｙ（イットリウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｎｄ（ネオジウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｇｄ（ガドリウム）といった希土類元素を含むＲＥ系超電導体（ＲＥ系酸化物超電導体）が挙げられる。ＲＥ系超電導体は、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｄ（ＲＥ１２３）が代表的であり、具体的な組成としては、ＹＢＣＯ、ＨｏＢＣＯ、ＧｄＢＣＯが挙げられる。
【００３１】
超電導層１２２の寸法は、図５に示すように、フォーマ１１の外周に無理なく巻回でき、かつ、超電導ケーブルが所望の送電特性を発揮できるように選択すると良い。例えば、超電導層１２２の厚さは、０．５μｍ〜１０μｍとすることが好ましく、１μｍ〜５μｍとすることがより好ましい。
【００３２】
［表面補強部材・裏面補強部材］
本体部１２０Ｂの表面側（即ち、超電導層１２２側）に設けられる表面補強部材１Ｓと、本体部１２０Ｂの裏面側に設けられる裏面補強部材１Ｒは共に、曲げ応力などにより損傷し易い超電導層１２２を補強する板材であって、半田などにより本体部１２０Ｂに貼り付けられている。これら補強部材１Ｓ，１Ｒは、強度と靱性に優れる金属材料、例えば、銅や銅合金、ステンレス、ハステロイ（登録商標）、高強度繊維材などで構成することが好ましい。
【００３３】
両補強部材１Ｓ，１Ｒの厚さは、補強部材１Ｓ，１Ｒに要求される強度に応じて適宜選択することができる。例えば、両補強部材１Ｓ，１Ｒの厚さは１０μｍ〜１００μｍとすることが好ましい。一方、両補強部材１Ｓ，１Ｒの幅は、本実施形態では、本体部１２０Ｂの幅よりも短く形成されている。
【００３４】
上記構成の表面補強部材１Ｓは、超電導薄膜線材１の幅方向の他端側（図面上では紙面左側）に偏って形成されている。このような構成とすることで、超電導薄膜線材１の表面側（紙面上側）で、かつ、幅方向の一端側では、表面補強部材１Ｓの一端側の側縁によって線材１の長手方向に沿って伸びる表面段差１ＳＣが形成される。つまり、この実施形態１の超電導薄膜線材１では、表面段差１ＳＣから幅方向の一端側にかけて表面補強部材１Ｓが設けられないことになる。その結果、表面段差１ＳＣから幅方向の一端にかけての領域は、表面段差１ＳＣの頂点の位置よりも低い表面薄肉部１ＳＡとなる。一方、この表面薄肉部１ＳＡ以外の部分、即ち、表面段差１ＳＣから幅方向の他端にかけての領域である表面非薄肉部１ＳＢには、表面補強部材１Ｓが設けられている。
【００３５】
また、上記構成の裏面補強部材１Ｒは、超電導薄膜線材１の幅方向の一端側（図面上では紙面右側）に偏って形成されている。このような構成とすることで、超電導薄膜線材１の裏面側（紙面下側）で、かつ、幅方向の他端側では、裏面補強部材１Ｒの他端側の側縁によって線材１の長手方向に沿って伸びる裏面段差１ＲＣが形成される。つまり、この実施形態１の超電導薄膜線材１では、裏面段差１ＲＣから幅方向の他端にかけての領域は、裏面段差１ＲＣよりも低くなった裏面薄肉部１ＲＡとなる。その結果、超電導薄膜線材１では、裏面段差１ＲＣから幅方向の一端側にかけての領域は、裏面段差１ＲＣの頂点の位置よりも低い裏面薄肉部１ＲＡとなる。一方、この裏面段差１ＲＣ以外の部分、即ち、裏面段差１ＲＣから幅方向の一端にかけての領域である裏面非薄肉部１ＲＢには、裏面補強部材１Ｒが設けられている。
【００３６】
補強部材１Ｓ，１Ｒを本体部１２０Ｂの幅方向に偏らせて形成する薄肉部１ＳＡ，１ＲＡの幅は、０．１〜２ｍｍ程度とすることが好ましい。この幅が大きすぎると、後述するように超電導薄膜線材１をフォーマ１１上にラップ巻したときに、オーバーラップ長が長くなりすぎる。逆に、上記幅が小さすぎると、垂直磁場の低減効果が得られない恐れがある。より好ましい薄肉部１ＳＡ，１ＲＡの幅は、０．２〜１ｍｍ程度である。
【００３７】
上記補強部材１Ｓ，１Ｒを本体部１２０Ｂに設けるには、本体部１２０Ｂに補強部材１Ｓ，１Ｒを沿わせて半田浴に浸漬すると良い。その他、接着剤によって本体部１２０Ｂと補強部材１Ｓ，１Ｒとを接着しても良い。
【００３８】
［その他］
図１に示す超電導薄膜線材１において、基板１２１と超電導層１２２の間に中間層（図示せず）を介在させてもよい。中間層を設けることで、超電導層１２２を形成する際の熱などによって、基板１２１と超電導層１２２との相互拡散が生じて超電導薄膜線材１としての性能が劣化することを抑制し易い。中間層を構成する材質は、例えば酸化セリウム（ＣｅＯ２）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、安定化ジルコニア、バリウムジルコネート（ＢａＺｒＯ３）、ＳｒＴｉＯ３、アルミン酸ランタン、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＳｍＧｄＯ３、ＲＥ２Ｏ３、及びＡｌ２Ｏ３の中から選択される１種以上で構成されており、単層又は多層に形成してもよい。この中間層は、１００ｎｍ〜３μｍ程度あれば十分で、スパッタリング法などの物理蒸着法により形成することができる。
【００３９】
その他、超電導層１２２と表面補強部材１Ｓとの間に安定化層を設けても良い。この安定化層は、超電導層１２２と表面補強部材１Ｓとの接着を確実にすると共に、超電導層１２２の保護のために設けられるもので、例えば銀により構成することができる。また、基板１２１と裏面補強部材１Ｒとの間に安定化層を設けても良い。この安定化層は、基板１２１と裏面補強部材１Ｒとの接着を確実にするために設けられるもので、例えば銀により構成することができる。
【００４０】
≪フォーマへの超電導薄膜線材の巻回≫
以上説明した超電導薄膜線材１は、図１（Ｂ）に示すように、フォーマ１１の周方向に複数本並べた状態で、フォーマ１１上に螺旋状に巻回する。その際、フォーマ１１の周方向に隣接する一方の超電導薄膜線材１の表面薄肉部１ＳＡが、他方の超電導薄膜線材１の裏面薄肉部１ＲＡに重なるようにする。具体的には、紙面右側の超電導薄膜線材１の裏面薄肉部１ＲＡは、紙面中央の超電導薄膜線材１の表面薄肉部１ＳＡに重ね、紙面中央の超電導薄膜線材１の裏面薄肉部１ＲＡは、紙面左側の超電導薄膜線材１の表面薄肉部１ＳＡに重ねる。これを、フォーマ１１の全周にわたって行なう。このように、フォーマ１１の周方向に隣接する超電導薄膜線材１，１の薄肉部１ＳＡ，１ＲＡを重ね合わせるだけで、両線材１，１同士のオーバーラップ長を適正な長さにすることができる。
【００４１】
また、超電導薄膜線材１を用いて超電導導体層を形成すれば、超電導ケーブルを作製した後も、フォーマ１１の周方向に隣接する超電導薄膜線材１，１同士のオーバーラップ長を維持し易い。それは、フォーマ１１上でフォーマ１１の周方向に隣接する一方の超電導薄膜線材１が、他方の超電導薄膜線材１の段差により規制されるからである。例えば、図１（Ｂ）の中央の超電導薄膜線材１が反時計回りに回転しようとしても、中央の線材１の本体部１２０Ｂの側端が左側の線材１の表面段差１ＳＣに当て止めされる、もしくは中央の線材１の裏面段差１ＲＣが左側の線材１の本体部１２０Ｂに当て止めされる（図１（Ａ）を合わせて参照）。また、中央の線材１が時計回りに回転しようとしても、中央の線材１の表面段差１ＳＣが右側の線材１の本体部１２０Ｂ、もしくは中央の線材１の本体部１２０Ｂが右側の線材１の裏面段差１ＲＣに当て止めされる。
【００４２】
さらに、超電導薄膜線材１によれば、フォーマ１１の周方向に隣接する一方の超電導薄膜線材１が他方の超電導薄膜線材１に乗り上げる高さが従来よりも低くなるため、フォーマ１１上に巻回された複数の超電導薄膜線材１，１…に外接する包絡円の径も従来構成より小さくなり、超電導ケーブルの太径化を抑制することができる。
【００４３】
＜実施形態２＞
実施形態２では、表面補強部材と裏面補強部材の構成が実施形態１とは異なる超電導薄膜線材を図２に基づいて説明する。当該補強部材以外の構成は、実施形態１と同様であるため、この実施形態２では実施形態１との相違点を中心に説明する。
【００４４】
図２に示すように、本実施形態２で使用する表面補強部材２Ｓは、本体部１２０Ｂの幅方向の一端側が局所的に薄くなっている。そのため、表面補強部材２Ｓの局所的に薄くなっている部分により表面薄肉部２ＳＡが形成され、薄くなっている部分以外の部分により表面非薄肉部２ＳＢが形成される。そして、表面補強部材２Ｓの厚い部分と薄い部分との境界によって表面段差２ＳＣが形成される。
【００４５】
一方、本実施形態２で使用する裏面補強部材２Ｒは、本体部１２０Ｂの幅方向の一端側が局所的に薄くなっている。そのため、裏面補強部材２Ｒの局所的に薄くなっている部分により裏面薄肉部２ＲＡが形成され、薄くなっている部分以外の部分により裏面非薄肉部２ＲＢが形成される。そして、裏面補強部材２Ｒの厚い部分と薄い部分との境界によって裏面段差２ＲＣが形成される。
【００４６】
補強部材２Ｓ，２Ｒにおける薄くなっている部分の厚み、即ち線材２の薄肉部２ＳＡ，２ＲＡの厚みは、５〜５０ｍｍ程度とすると良い。当該厚みが厚すぎると、段差２ＳＣ，２ＲＣを設けた効果が小さくなるし、当該厚みが薄すぎると、本体部１２０Ｂに補強部材２Ｓ，２Ｒを取り付けるときに、薄肉の部分が折れたりし易い。
【００４７】
ここで、表面薄肉部２ＳＡは、図２（Ａ）に例示するような一様な厚さである必要はない。例えば、表面薄肉部２ＳＡの表面段差２ＳＣ側（紙面左側）の厚さが、線材２の幅方向の一端側（紙面右側）に比べて厚くなっていても良いし、薄くなっていても良い。前者の場合、図２（Ｂ）に示す、線材２，２…の包絡円の径を小さくすることができる。一方、後者の場合、隣接する超電導薄膜線材２がフォーマ１１の周方向に位置ズレし難くなる。
【００４８】
実施形態２の構成によっても、図２（Ｂ）に示すようにフォーマ１１上にラップ巻きすることで、実施形態１と同様の効果を奏することができる。加えて、実施形態２の構成によれば、本体部１２０Ｂの表面（裏面）全体を、表面補強部材２Ｓ（裏面補強部材２Ｒ）で保護することができる。
【００４９】
＜実施形態３＞
実施形態３では、補強部材の非薄肉部の構成が実施形態２とは異なる超電導薄膜線材を図３に基づいて説明する。当該補強部材以外の構成は、実施形態２と同様であるため、この実施形態３では実施形態２との相違点を中心に説明する。
【００５０】
図３（Ａ）に示すように、実施形態３の超電導薄膜線材３では、表面非薄肉部３ＳＢにおける表面補強部材３Ｓの厚さが、線材３の幅方向の一端側（紙面右側）から他端側（紙面左側）に向かって漸次薄くなるように形成されている。また、裏面非薄肉部３ＲＢにおける裏面補強部材３Ｒの厚さが、線材３の幅方向の他端側から一端側に向かって漸次薄くなるように形成されている。非薄肉部３ＳＢ，３ＲＢの最も薄い部分の厚さは、補強部材３Ｓ，３Ｒの強度や扱い易さを考慮して、５μｍ以上とすることが好ましい。なお、表面薄肉部３ＳＡ、表面段差３ＳＣ、裏面薄肉部３ＲＡ、裏面段差３ＲＣの構成は、実施形態２と同様である。
【００５１】
上述したように両非薄肉部３ＳＢ，３ＲＢを上記形状に形成することで、図３（Ｂ）に示すように、複数の超電導薄膜線材３をフォーマ１１の外周の周方向に並べて巻回したときに、それら超電導薄膜線材３に外接する包絡円の径を、実施形態２の構成よりも小さくすることができる。
【００５２】
＜実施形態４＞
実施形態４では、実施形態２の構成に加えて係合部を形成した例を図４に基づいて説明する。係合部以外の構成は実施形態２と同様であるため、この実施形態４では、係合部の構成と、係合部の係合状態のみ説明する。参照する図４も、係合部近傍のみを図示する。
【００５３】
図４（Ａ）に示す超電導薄膜線材４は、表面薄肉部４ＳＡに表面係合部４ＳＤを、裏面薄肉部４ＲＡに裏面係合部４ＲＤを備える。これら係合部４ＳＤ，４ＲＤは、ほぼ同一形状の突起であって、二つの超電導薄膜線材４，４を並列させたときに両線材４，４が互いに離れる方向に移動することを阻害する。係合部４ＳＤ，４ＲＤの形状は、線材４の移動を規制することができれば良く、例えば、図４（Ａ）に示すように、断面矩形とすると良い。その他、断面三角形やドーム形の係合部としても構わない。
【００５４】
また、図４（Ａ）とは異なり、図４（Ｂ）に示すように表面薄肉部５ＳＡと裏面薄肉部５ＲＡに形状の異なる係合部５ＳＤ，５ＲＤを備える超電導薄膜線材５としても良い。係合部５ＳＤは、断面三角形の溝であり、係合部５ＲＤは、断面三角形の突起であり、これら係合部５ＳＤ，５ＲＤは互いに相補的な形状である（もちろん、裏面薄肉部５ＲＡに溝、表面薄肉部５ＳＡに突起が形成されていても良い）。このような係合部５ＳＤ，５ＲＤとすることで、フォーマの周方向に隣接する一方（紙面左側）の超電導薄膜線材５の表面薄肉部５ＳＡと、他方（紙面右側）の超電導薄膜線材５の裏面薄肉部５ＲＡとをほぼ面接触させることができる。その結果、フォーマ上に巻回した複数の超電導薄膜線材５の包絡円を、図４（Ａ）の構成よりも小さくすることができる。
【００５５】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施することができる。例えば、実施形態１〜４の構成を適宜組み合わせても良い（例えば、実施形態１＋４、２＋４など）。その他、本体部の表面側あるいは裏面側の一方においては実施形態１のように薄肉部に補強部材がない構成を採用し、他方においては実施形態２や３のように薄肉部に補強部材がある構成を採用しても良い。その場合、特に、超電導層に面する表面側には、薄肉部に補強部材がある構成を採用することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明超電導薄膜線材は、交流損失の少ない超電導ケーブルを作製することに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１〜５ 超電導薄膜線材
１２０Ｂ 本体部
１２１ 基板 １２２ 超電導層
１Ｓ〜５Ｓ 表面補強部材
１ＳＡ〜５ＳＡ 表面薄肉部 １ＳＢ〜５ＳＢ 表面非薄肉部
１ＳＣ〜５ＳＣ 表面段差 ４ＳＤ，５ＳＤ 表面係合部
１Ｒ〜５Ｒ 裏面補強部材
１ＲＡ〜５ＲＡ 裏面薄肉部 １ＲＢ〜５ＲＢ 裏面非薄肉部
１ＲＣ〜５ＲＣ 裏面段差 ４ＲＤ，５ＲＤ 裏面係合部
１００ 超電導ケーブル
１０ ケーブルコア
１１ フォーマ １２ 超電導導体層 １３ 電気絶縁層
１４ 超電導シールド層 １５ 保護層
２０ 断熱管 ２１ 内管 ２２ 外管
２３ 断熱材 ２４ 防食層
１２０ 超電導薄膜線材
１２０Ｓ 表面補強部材 １２０Ｒ 裏面補強部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テープ状の基板上に薄膜状の超電導層を形成した本体部と、本体部の表裏に貼り付けられた補強部材とを備える超電導薄膜線材、およびその超電導薄膜線材を用いた超電導ケーブルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力供給路を構成する電力ケーブルとして、例えば、特許文献１に示す超電導ケーブルが知られている。その超電導ケーブルの代表的な構成を図５に示す。図５に示す超電導ケーブル１００は、ケーブルコア１０を三心撚り合わせた状態で断熱管２０内に収納した構造を備える。断熱管２０は、内管２１と外管２２とからなる二重管構造のコルゲート管であり、両管２１、２２の間にはスーパーインシュレーションなどの断熱材２３が配されている。また、断熱管２０のうち外管２２の外周には防食層２４が形成されている。
【０００３】
ケーブルコア１０は、中心から順にフォーマ１１、超電導導体層１２、電気絶縁層１３、超電導シールド層１４、保護層１５を備える。フォーマ１１は、超電導導体層１２を保形する断面略円形の部材である。超電導導体層１２は、フォーマ１１の外周に超電導線材を螺旋状に単層あるいは多層に巻回することで形成されている。電気絶縁層１３は、超電導導体層の外周に絶縁性材料を巻回して形成されている。超電導シールド層１４は、電気絶縁層１３の外周に、超電導導体層１２と同様の超電導線材を螺旋状に巻回して形成されており、ケーブル１００の外部への磁界の漏洩を防止する。また、保護層１５は、保護層１５より内側の層が断熱管２０の内管２１に接触することを防止する層で、クラフト紙や布などにより形成されている。
【０００４】
超電導導体層１２を形成する超電導線材として、図６に示すような横断面構造を有する超電導薄膜線材１２０を用いることが検討されている。この超電導薄膜線材１２０は、テープ状の基板１２１、およびその基板１２１上に蒸着などによって薄膜状に形成される超電導層１２２を備える本体部１２０Ｂと、本体部１２０Ｂの表面側に形成される表面補強部材１２０Ｓと、本体部１２０Ｂの裏面側に形成される裏面補強部材１２０Ｒと、を備える。このような超電導薄膜線材１２０は、超電導層１２２の厚みが薄いため、超電導薄膜線材１２０の長手方向・幅方向の各々に平行な磁場成分（平行磁場）に対する交流損失が少ないと言われている。
【０００５】
従来、このような超電導薄膜線材１２０をフォーマ１１上に螺旋状に巻回するに場合、図７（Ａ）に示すようにフォーマ１１の周方向に隣接する超電導薄膜線材１２０，１２０の側縁の間にギャップｇを形成するギャップ巻きを行なっていた。しかし、ギャップ巻きをすると、そのギャップｇの位置に磁場の乱れが生じ易く、その結果としてギャップｇの位置に超電導薄膜線材１２０の厚み方向（つまり、超電導ケーブルの径方向に同じ）の磁場成分（垂直磁場）が発生して超電導ケーブルの交流損失を増加させる恐れがある。そこで近年では、図７（Ｂ）に示すように、フォーマ１１の周方向に隣接する超電導薄膜線材１２０，１２０の側縁同士をオーバーラップさせるラップ巻きを行なうことが検討されている（非特許文献１参照）。そうすることで、上記垂直磁場の発生を抑え、超電導ケーブルの交流損失を効果的に低減できることが明らかになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０８−０６４０４１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ＡＣ ｌｏｓｓｅｓ ｉｎ ＨＴＳ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｂｌｅｓ ｍａｄｅ ｏｆ ｃｏａｔｅｄ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ｂｙ ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ ｔｈｅ ｔａｐｅｓ ； Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈｎｏｌ． ２４（３ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２０１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記非特許文献１の技術のように、フォーマ１１上に超電導薄膜線材１２０をラップ巻きすると、超電導ケーブルを布設する際に超電導ケーブルを曲げたりしたとき、当該線材１２０がフォーマ１１の周方向にズレ易いという問題がある。これは、超電導薄膜線材１２０の側縁が他の超電導薄膜線材１２０の側縁に乗り上げる形になっているためと考えられる。このように超電導薄膜線材１２０の位置ズレが生じると、隣接する超電導薄膜線材１２０，１２０間に間隔が空いて両線材１２０，１２０の間にギャップができたり、逆にオーバーラップ長ｒが当初の長さよりも長くなったりして、作製時に得られた送電特性を発揮することができない超電導ケーブルとなる恐れがある。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、フォーマ上にラップ巻きしても、フォーマ上における巻回当初の状態を維持し易い超電導薄膜線材、およびこの超電導薄膜線材を用いた超電導ケーブルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明超電導薄膜線材は、テープ状の基板上に薄膜状の超電導層を形成した本体部と、前記本体部の表面側に設けられる表面補強部材と、前記本体部の裏面側に設けられる裏面補強部材と、を備える。この本発明超電導薄膜線材の表面側で、かつ当該線材の幅方向の一端側には、当該線材の他端側から一端側に向かって階段状に下がる表面段差が当該線材の長手方向に沿って形成されており、その表面段差によって当該表面段差から前記幅方向の一端にわたって表面薄肉部が形成されている。また、本発明超電導薄膜線材の裏面側で、かつ当該線材の幅方向の他端側には、当該線材の一端側から他端側に向かって階段状に下がる裏面段差が当該線材の長手方向に沿って形成されており、その裏面段差によって当該裏面段差から前記幅方向の他端にわたって裏面薄肉部が形成されている。
【００１１】
上記本発明超電導薄膜線材によれば、フォーマ上にラップ巻きして超電導ケーブルの超電導導体層を形成する際、フォーマの周方向に隣接する一方の超電導薄膜線材の表面薄肉部を、他方の超電導薄膜線材の裏面薄肉部に重ね合わせるだけで、両線材同士のオーバーラップ長を適正な長さにすることができる。
【００１２】
また、本発明超電導薄膜線材によれば、超電導ケーブルを作製した後も、フォーマの周方向に隣接する超電導薄膜線材同士のオーバーラップ長を維持し易い。それは、フォーマ上でフォーマの周方向に隣接する一方の超電導薄膜線材の移動が、他方の超電導薄膜線材の段差により規制されるからである。
【００１３】
さらに、本発明超電導薄膜線材によれば、フォーマの周方向に隣接する一方の超電導薄膜線材が他方の超電導薄膜線材に乗り上げる高さが従来よりも低くなるため、超電導ケーブルの外径を、従来構成よりも小さくすることができる。
【００１４】
本発明超電導薄膜線材の一形態として、前記表面薄肉部は、前記表面補強部材の一部が階段状に薄くなることで形成され、前記裏面薄肉部は、前記裏面補強部材の一部が階段状に薄くなることで形成されている構成とすることが挙げられる。
【００１５】
上記構成とすることで、本体部の表面側と裏面側の全面を補強部材で補強することができるので、本体部の超電導層の損傷を効果的に防止することができる。
【００１６】
上記薄肉部に補強部材がある構成において、前記表面薄肉部と前記裏面薄肉部はそれぞれ、表面係合部と裏面係合部を備えることが好ましい。
【００１７】
両薄肉部にある補強部材に係合部を形成することで、二つの超電導薄膜線材を当該線材の幅方向に部分的に重ねて並べたときに、一方の超電導薄膜線材の表面係合部と、他方の超電導薄膜線材の裏面係合部とが引っ掛かり、二つの超電導薄膜線材が互いに離れる方向に移動することを効果的に規制することができる。
【００１８】
本発明超電導薄膜線材の一形態として、前記表面薄肉部は、前記表面補強部材が設けられていないことによって形成されており、前記裏面薄肉部は、前記裏面補強部材が設けられていないことによって形成されている構成とすることが挙げられる。
【００１９】
上記構成によれば、本体部よりも短い幅の補強部材を本体部に取り付けるだけで、薄肉部を容易に形成することができる。
【００２０】
本発明超電導薄膜線材の一形態として、前記表面薄肉部以外の部分における前記表面補強部材の厚みは、前記幅方向の一端側から他端側に向かって漸次薄くなるように形成されており、前記裏面薄肉部以外の部分における前記裏面補強部材の厚みは、前記幅方向の他端側から一端側に向かって漸次薄くなるように形成されている構成とすることが好ましい。
【００２１】
上記構成とすることで、後述する実施形態３で説明するように、フォーマ上にラップ巻きされる複数の超電導薄膜線材に外接する包絡円の径を小さくすることができる。
【００２２】
本発明超電導ケーブルは、フォーマと超電導導体層とを備える。この本発明超電導ケーブルでは、複数の本発明超電導薄膜線材をフォーマ上に螺旋状にラップ巻きすることで超電導導体層が形成されており、フォーマ上の周方向に隣接する二つの超電導薄膜線材のうち、一方の超電導薄膜線材の表面薄肉部と、他方の超電導薄膜線材の裏面薄肉部とが重複している。
【００２３】
本発明超電導ケーブルは、布設の際に曲げたりしても、作製当初の送電特性を維持することができる。それは、本発明超電導ケーブルの超電導導体層が、本発明超電導薄膜線材をラップ巻きすることで形成されており、本発明超電導薄膜線材の構成によって当該線材の作製当初の巻回状態が効果的に維持されるからである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明超電導薄膜線材によれば、フォーマの外周にラップ巻きしたときに、その巻回形状が維持され易い。そのため、本発明超電導薄膜線材をフォーマ上にラップ巻きすることで得られる本発明超電導ケーブルの交流損失を効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（Ａ）は実施形態１に示す超電導薄膜線材の概略横断面図、（Ｂ）は当該線材をフォーマ上にラップ巻きした状態を示す概略図である。
【図２】（Ａ）は実施形態２に示す超電導薄膜線材の概略横断面図、（Ｂ）は当該線材をフォーマ上にラップ巻きした状態を示す概略図である。
【図３】（Ａ）は実施形態３に示す超電導薄膜線材の概略横断面図、（Ｂ）は当該線材をフォーマ上にラップ巻きした状態を示す概略図である。
【図４】（Ａ）は実施形態４に示す超電導薄膜線材をフォーマ上にラップ巻したときの隣接する超電導薄膜線材の重複部分近傍の拡大横断面図、（Ｂ）は（Ａ）とは異なる構成を備える超電導薄膜線材をフォーマ上にラップ巻きしたときの隣接する超電導薄膜線材の重複部分近傍の拡大横断面図である。
【図５】超電導ケーブルのカットモデルの概略斜視図である。
【図６】従来の超電導薄膜線材の概略横断面図である。
【図７】複数の超電導薄膜線材をフォーマの周方向に並べて螺旋状に巻回した状態を説明する概略横断面図であって、（Ａ）は超電導薄膜線材をギャップ巻きしたもの、（Ｂ）は超電導薄膜線材をラップ巻きしたものを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明超電導薄膜線材、およびその超電導薄膜線材をフォーマ上にラップ巻きすることで形成される超電導導体層を備える超電導ケーブルの実施形態を図面に基づいて説明する。ここで、本発明の超電導ケーブルは、当該超電導ケーブルの超電導導体層を構成する超電導薄膜線材以外は、図５、図７（Ｂ）を参照して説明した従来の超電導ケーブルと同一である。従って、以下の実施形態では、超電導薄膜線材の構成を中心に説明する。
【００２７】
＜実施形態１＞
≪超電導薄膜線材の全体構成≫
図１に示す超電導薄膜線材１は、従来のものと同様に、本体部１２０Ｂと、本体部１２０Ｂの表面側に設けられる表面補強部材１Ｓと、本体部１２０Ｂの裏面側に設けられる裏面補強部材１Ｒと、を備える。但し、補強部材１Ｓ，１Ｒの構成が、従来とは異なる。以下、超電導薄膜線材１の各構成を順次詳細に説明する。
【００２８】
［本体部］
本体部１２０Ｂは、テープ状の基板１２１と、この基板１２１上に薄膜状に形成される超電導層１２２とを備える。そのうち、基板１２１には、磁性を有する合金（単体金属も含む）、あるいは非磁性の合金（単体金属も含む）を利用することができる。磁性を有する合金としては、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、Ｎｉ−Ｗ合金といったニッケル合金、珪素鋼、パーマロイ、フェライト、強磁性ステンレス（例、ＳＵＳ４３０）といった鉄含有物などが挙げられる。一方、非磁性の合金としては、例えば、非磁性ステンレス（例、ＳＵＳ３０４）や、ハステロイ（登録商標）などが挙げられる。なお、基板１２１は、上記磁性材料や非磁性材料で構成される単層構造としても良いし、磁性材料と非磁性材料とを積層した多層構造としても良い。
【００２９】
基板１２１の寸法は、図５に示すように、フォーマ１１の外周に無理なく巻回でき、かつ、後述する超電導層１２２を保持できるように選択すると良い。例えば、基板１２１の厚さは、５０μｍ〜２００μｍ程度、幅は１ｍｍ〜３０ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００３０】
本体部１２０Ｂに備わる超電導層１２２は、上記基板１２１上に蒸着などで形成される薄膜状の超電導体からなる層である。その構成材料には、冷媒として液体窒素を使用可能な超電導体を利用することが好ましい。具体的には、高温酸化物超電導体、より具体的には、Ｙ（イットリウム）、Ｈｏ（ホルミウム）、Ｎｄ（ネオジウム）、Ｓｍ（サマリウム）、Ｇｄ（ガドリウム）といった希土類元素を含むＲＥ系超電導体（ＲＥ系酸化物超電導体）が挙げられる。ＲＥ系超電導体は、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｄ（ＲＥ１２３）が代表的であり、具体的な組成としては、ＹＢＣＯ、ＨｏＢＣＯ、ＧｄＢＣＯが挙げられる。
【００３１】
超電導層１２２の寸法は、図５に示すように、フォーマ１１の外周に無理なく巻回でき、かつ、超電導ケーブルが所望の送電特性を発揮できるように選択すると良い。例えば、超電導層１２２の厚さは、０．５μｍ〜１０μｍとすることが好ましく、１μｍ〜５μｍとすることがより好ましい。
【００３２】
［表面補強部材・裏面補強部材］
本体部１２０Ｂの表面側（即ち、超電導層１２２側）に設けられる表面補強部材１Ｓと、本体部１２０Ｂの裏面側に設けられる裏面補強部材１Ｒは共に、曲げ応力などにより損傷し易い超電導層１２２を補強する板材であって、半田などにより本体部１２０Ｂに貼り付けられている。これら補強部材１Ｓ，１Ｒは、強度と靱性に優れる金属材料、例えば、銅や銅合金、ステンレス、ハステロイ（登録商標）、高強度繊維材などで構成することが好ましい。
【００３３】
両補強部材１Ｓ，１Ｒの厚さは、補強部材１Ｓ，１Ｒに要求される強度に応じて適宜選択することができる。例えば、両補強部材１Ｓ，１Ｒの厚さは１０μｍ〜１００μｍとすることが好ましい。一方、両補強部材１Ｓ，１Ｒの幅は、本実施形態では、本体部１２０Ｂの幅よりも短く形成されている。
【００３４】
上記構成の表面補強部材１Ｓは、超電導薄膜線材１の幅方向の他端側（図面上では紙面左側）に偏って形成されている。このような構成とすることで、超電導薄膜線材１の表面側（紙面上側）で、かつ、幅方向の一端側では、表面補強部材１Ｓの一端側の側縁によって線材１の長手方向に沿って伸びる表面段差１ＳＣが形成される。つまり、この実施形態１の超電導薄膜線材１では、表面段差１ＳＣから幅方向の一端側にかけて表面補強部材１Ｓが設けられないことになる。その結果、表面段差１ＳＣから幅方向の一端にかけての領域は、表面段差１ＳＣの頂点の位置よりも低い表面薄肉部１ＳＡとなる。一方、この表面薄肉部１ＳＡ以外の部分、即ち、表面段差１ＳＣから幅方向の他端にかけての領域である表面非薄肉部１ＳＢには、表面補強部材１Ｓが設けられている。
【００３５】
また、上記構成の裏面補強部材１Ｒは、超電導薄膜線材１の幅方向の一端側（図面上では紙面右側）に偏って形成されている。このような構成とすることで、超電導薄膜線材１の裏面側（紙面下側）で、かつ、幅方向の他端側では、裏面補強部材１Ｒの他端側の側縁によって線材１の長手方向に沿って伸びる裏面段差１ＲＣが形成される。つまり、この実施形態１の超電導薄膜線材１では、裏面段差１ＲＣから幅方向の他端にかけての領域は、裏面段差１ＲＣよりも低くなった裏面薄肉部１ＲＡとなる。その結果、超電導薄膜線材１では、裏面段差１ＲＣから幅方向の一端側にかけての領域は、裏面段差１ＲＣの頂点の位置よりも低い裏面薄肉部１ＲＡとなる。一方、この裏面段差１ＲＣ以外の部分、即ち、裏面段差１ＲＣから幅方向の一端にかけての領域である裏面非薄肉部１ＲＢには、裏面補強部材１Ｒが設けられている。
【００３６】
補強部材１Ｓ，１Ｒを本体部１２０Ｂの幅方向に偏らせて形成する薄肉部１ＳＡ，１ＲＡの幅は、０．１〜２ｍｍ程度とすることが好ましい。この幅が大きすぎると、後述するように超電導薄膜線材１をフォーマ１１上にラップ巻したときに、オーバーラップ長が長くなりすぎる。逆に、上記幅が小さすぎると、垂直磁場の低減効果が得られない恐れがある。より好ましい薄肉部１ＳＡ，１ＲＡの幅は、０．２〜１ｍｍ程度である。
【００３７】
上記補強部材１Ｓ，１Ｒを本体部１２０Ｂに設けるには、本体部１２０Ｂに補強部材１Ｓ，１Ｒを沿わせて半田浴に浸漬すると良い。その他、接着剤によって本体部１２０Ｂと補強部材１Ｓ，１Ｒとを接着しても良い。
【００３８】
［その他］
図１に示す超電導薄膜線材１において、基板１２１と超電導層１２２の間に中間層（図示せず）を介在させてもよい。中間層を設けることで、超電導層１２２を形成する際の熱などによって、基板１２１と超電導層１２２との相互拡散が生じて超電導薄膜線材１としての性能が劣化することを抑制し易い。中間層を構成する材質は、例えば酸化セリウム（ＣｅＯ２）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、安定化ジルコニア、バリウムジルコネート（ＢａＺｒＯ３）、ＳｒＴｉＯ３、アルミン酸ランタン、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＳｍＧｄＯ３、ＲＥ２Ｏ３、及びＡｌ２Ｏ３の中から選択される１種以上で構成されており、単層又は多層に形成してもよい。この中間層は、１００ｎｍ〜３μｍ程度あれば十分で、スパッタリング法などの物理蒸着法により形成することができる。
【００３９】
その他、超電導層１２２と表面補強部材１Ｓとの間に安定化層を設けても良い。この安定化層は、超電導層１２２と表面補強部材１Ｓとの接着を確実にすると共に、超電導層１２２の保護のために設けられるもので、例えば銀により構成することができる。また、基板１２１と裏面補強部材１Ｒとの間に安定化層を設けても良い。この安定化層は、基板１２１と裏面補強部材１Ｒとの接着を確実にするために設けられるもので、例えば銀により構成することができる。
【００４０】
≪フォーマへの超電導薄膜線材の巻回≫
以上説明した超電導薄膜線材１は、図１（Ｂ）に示すように、フォーマ１１の周方向に複数本並べた状態で、フォーマ１１上に螺旋状に巻回する。その際、フォーマ１１の周方向に隣接する一方の超電導薄膜線材１の表面薄肉部１ＳＡが、他方の超電導薄膜線材１の裏面薄肉部１ＲＡに重なるようにする。具体的には、紙面右側の超電導薄膜線材１の裏面薄肉部１ＲＡは、紙面中央の超電導薄膜線材１の表面薄肉部１ＳＡに重ね、紙面中央の超電導薄膜線材１の裏面薄肉部１ＲＡは、紙面左側の超電導薄膜線材１の表面薄肉部１ＳＡに重ねる。これを、フォーマ１１の全周にわたって行なう。このように、フォーマ１１の周方向に隣接する超電導薄膜線材１，１の薄肉部１ＳＡ，１ＲＡを重ね合わせるだけで、両線材１，１同士のオーバーラップ長を適正な長さにすることができる。
【００４１】
また、超電導薄膜線材１を用いて超電導導体層を形成すれば、超電導ケーブルを作製した後も、フォーマ１１の周方向に隣接する超電導薄膜線材１，１同士のオーバーラップ長を維持し易い。それは、フォーマ１１上でフォーマ１１の周方向に隣接する一方の超電導薄膜線材１が、他方の超電導薄膜線材１の段差により規制されるからである。例えば、図１（Ｂ）の中央の超電導薄膜線材１が反時計回りに回転しようとしても、中央の線材１の本体部１２０Ｂの側端が左側の線材１の表面段差１ＳＣに当て止めされる、もしくは中央の線材１の裏面段差１ＲＣが左側の線材１の本体部１２０Ｂに当て止めされる（図１（Ａ）を合わせて参照）。また、中央の線材１が時計回りに回転しようとしても、中央の線材１の表面段差１ＳＣが右側の線材１の本体部１２０Ｂ、もしくは中央の線材１の本体部１２０Ｂが右側の線材１の裏面段差１ＲＣに当て止めされる。
【００４２】
さらに、超電導薄膜線材１によれば、フォーマ１１の周方向に隣接する一方の超電導薄膜線材１が他方の超電導薄膜線材１に乗り上げる高さが従来よりも低くなるため、フォーマ１１上に巻回された複数の超電導薄膜線材１，１…に外接する包絡円の径も従来構成より小さくなり、超電導ケーブルの太径化を抑制することができる。
【００４３】
＜実施形態２＞
実施形態２では、表面補強部材と裏面補強部材の構成が実施形態１とは異なる超電導薄膜線材を図２に基づいて説明する。当該補強部材以外の構成は、実施形態１と同様であるため、この実施形態２では実施形態１との相違点を中心に説明する。
【００４４】
図２に示すように、本実施形態２で使用する表面補強部材２Ｓは、本体部１２０Ｂの幅方向の一端側が局所的に薄くなっている。そのため、表面補強部材２Ｓの局所的に薄くなっている部分により表面薄肉部２ＳＡが形成され、薄くなっている部分以外の部分により表面非薄肉部２ＳＢが形成される。そして、表面補強部材２Ｓの厚い部分と薄い部分との境界によって表面段差２ＳＣが形成される。
【００４５】
一方、本実施形態２で使用する裏面補強部材２Ｒは、本体部１２０Ｂの幅方向の一端側が局所的に薄くなっている。そのため、裏面補強部材２Ｒの局所的に薄くなっている部分により裏面薄肉部２ＲＡが形成され、薄くなっている部分以外の部分により裏面非薄肉部２ＲＢが形成される。そして、裏面補強部材２Ｒの厚い部分と薄い部分との境界によって裏面段差２ＲＣが形成される。
【００４６】
補強部材２Ｓ，２Ｒにおける薄くなっている部分の厚み、即ち線材２の薄肉部２ＳＡ，２ＲＡの厚みは、５〜５０ｍｍ程度とすると良い。当該厚みが厚すぎると、段差２ＳＣ，２ＲＣを設けた効果が小さくなるし、当該厚みが薄すぎると、本体部１２０Ｂに補強部材２Ｓ，２Ｒを取り付けるときに、薄肉の部分が折れたりし易い。
【００４７】
ここで、表面薄肉部２ＳＡは、図２（Ａ）に例示するような一様な厚さである必要はない。例えば、表面薄肉部２ＳＡの表面段差２ＳＣ側（紙面左側）の厚さが、線材２の幅方向の一端側（紙面右側）に比べて厚くなっていても良いし、薄くなっていても良い。前者の場合、図２（Ｂ）に示す、線材２，２…の包絡円の径を小さくすることができる。一方、後者の場合、隣接する超電導薄膜線材２がフォーマ１１の周方向に位置ズレし難くなる。
【００４８】
実施形態２の構成によっても、図２（Ｂ）に示すようにフォーマ１１上にラップ巻きすることで、実施形態１と同様の効果を奏することができる。加えて、実施形態２の構成によれば、本体部１２０Ｂの表面（裏面）全体を、表面補強部材２Ｓ（裏面補強部材２Ｒ）で保護することができる。
【００４９】
＜実施形態３＞
実施形態３では、補強部材の非薄肉部の構成が実施形態２とは異なる超電導薄膜線材を図３に基づいて説明する。当該補強部材以外の構成は、実施形態２と同様であるため、この実施形態３では実施形態２との相違点を中心に説明する。
【００５０】
図３（Ａ）に示すように、実施形態３の超電導薄膜線材３では、表面非薄肉部３ＳＢにおける表面補強部材３Ｓの厚さが、線材３の幅方向の一端側（紙面右側）から他端側（紙面左側）に向かって漸次薄くなるように形成されている。また、裏面非薄肉部３ＲＢにおける裏面補強部材３Ｒの厚さが、線材３の幅方向の他端側から一端側に向かって漸次薄くなるように形成されている。非薄肉部３ＳＢ，３ＲＢの最も薄い部分の厚さは、補強部材３Ｓ，３Ｒの強度や扱い易さを考慮して、５μｍ以上とすることが好ましい。なお、表面薄肉部３ＳＡ、表面段差３ＳＣ、裏面薄肉部３ＲＡ、裏面段差３ＲＣの構成は、実施形態２と同様である。
【００５１】
上述したように両非薄肉部３ＳＢ，３ＲＢを上記形状に形成することで、図３（Ｂ）に示すように、複数の超電導薄膜線材３をフォーマ１１の外周の周方向に並べて巻回したときに、それら超電導薄膜線材３に外接する包絡円の径を、実施形態２の構成よりも小さくすることができる。
【００５２】
＜実施形態４＞
実施形態４では、実施形態２の構成に加えて係合部を形成した例を図４に基づいて説明する。係合部以外の構成は実施形態２と同様であるため、この実施形態４では、係合部の構成と、係合部の係合状態のみ説明する。参照する図４も、係合部近傍のみを図示する。
【００５３】
図４（Ａ）に示す超電導薄膜線材４は、表面薄肉部４ＳＡに表面係合部４ＳＤを、裏面薄肉部４ＲＡに裏面係合部４ＲＤを備える。これら係合部４ＳＤ，４ＲＤは、ほぼ同一形状の突起であって、二つの超電導薄膜線材４，４を並列させたときに両線材４，４が互いに離れる方向に移動することを阻害する。係合部４ＳＤ，４ＲＤの形状は、線材４の移動を規制することができれば良く、例えば、図４（Ａ）に示すように、断面矩形とすると良い。その他、断面三角形やドーム形の係合部としても構わない。
【００５４】
また、図４（Ａ）とは異なり、図４（Ｂ）に示すように表面薄肉部５ＳＡと裏面薄肉部５ＲＡに形状の異なる係合部５ＳＤ，５ＲＤを備える超電導薄膜線材５としても良い。係合部５ＳＤは、断面三角形の溝であり、係合部５ＲＤは、断面三角形の突起であり、これら係合部５ＳＤ，５ＲＤは互いに相補的な形状である（もちろん、裏面薄肉部５ＲＡに溝、表面薄肉部５ＳＡに突起が形成されていても良い）。このような係合部５ＳＤ，５ＲＤとすることで、フォーマの周方向に隣接する一方（紙面左側）の超電導薄膜線材５の表面薄肉部５ＳＡと、他方（紙面右側）の超電導薄膜線材５の裏面薄肉部５ＲＡとをほぼ面接触させることができる。その結果、フォーマ上に巻回した複数の超電導薄膜線材５の包絡円を、図４（Ａ）の構成よりも小さくすることができる。
【００５５】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施することができる。例えば、実施形態１〜４の構成を適宜組み合わせても良い（例えば、実施形態１＋４、２＋４など）。その他、本体部の表面側あるいは裏面側の一方においては実施形態１のように薄肉部に補強部材がない構成を採用し、他方においては実施形態２や３のように薄肉部に補強部材がある構成を採用しても良い。その場合、特に、超電導層に面する表面側には、薄肉部に補強部材がある構成を採用することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明超電導薄膜線材は、交流損失の少ない超電導ケーブルを作製することに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１〜５ 超電導薄膜線材
１２０Ｂ 本体部
１２１ 基板 １２２ 超電導層
１Ｓ〜５Ｓ 表面補強部材
１ＳＡ〜５ＳＡ 表面薄肉部 １ＳＢ〜５ＳＢ 表面非薄肉部
１ＳＣ〜５ＳＣ 表面段差 ４ＳＤ，５ＳＤ 表面係合部
１Ｒ〜５Ｒ 裏面補強部材
１ＲＡ〜５ＲＡ 裏面薄肉部 １ＲＢ〜５ＲＢ 裏面非薄肉部
１ＲＣ〜５ＲＣ 裏面段差 ４ＲＤ，５ＲＤ 裏面係合部
１００ 超電導ケーブル
１０ ケーブルコア
１１ フォーマ １２ 超電導導体層 １３ 電気絶縁層
１４ 超電導シールド層 １５ 保護層
２０ 断熱管 ２１ 内管 ２２ 外管
２３ 断熱材 ２４ 防食層
１２０ 超電導薄膜線材
１２０Ｓ 表面補強部材 １２０Ｒ 裏面補強部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ状の基板上に薄膜状の超電導層を形成した本体部と、前記本体部の表面側に設けられる表面補強部材と、前記本体部の裏面側に設けられる裏面補強部材と、を備える超電導薄膜線材であって、
超電導薄膜線材の表面側で、かつ当該線材の幅方向の一端側で、当該線材の他端側から一端側に向かって階段状に下がる表面段差が当該線材の長手方向に沿って形成されており、その表面段差によって当該表面段差から前記幅方向の一端にわたって形成される表面薄肉部と、
超電導薄膜線材の裏面側で、かつ当該線材の幅方向の他端側で、当該線材の一端側から他端側に向かって階段状に下がる裏面段差が当該線材の長手方向に沿って形成されており、その裏面段差によって当該裏面段差から前記幅方向の他端にわたって形成される裏面薄肉部と、
を備えることを特徴とする超電導薄膜線材。
【請求項２】
前記表面薄肉部は、前記表面補強部材の一部が階段状に薄くなることで形成され、
前記裏面薄肉部は、前記裏面補強部材の一部が階段状に薄くなることで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導薄膜線材。
【請求項３】
前記表面薄肉部と前記裏面薄肉部はそれぞれ、表面係合部と裏面係合部を備え、
二つの超電導薄膜線材を当該線材の幅方向に部分的に重ねて並べたときに、一方の超電導薄膜線材の表面係合部と、他方の超電導薄膜線材の裏面係合部とが引っ掛かり、二つの超電導薄膜線材が互いに離れる方向に移動することを規制することを特徴とする請求項２に記載の超電導薄膜線材。
【請求項４】
前記表面薄肉部は、前記表面補強部材が設けられていないことによって形成されており、
前記裏面薄肉部は、前記裏面補強部材が設けられていないことによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導薄膜線材。
【請求項５】
前記表面薄肉部以外の部分における前記表面補強部材の厚みは、前記幅方向の一端側から他端側に向かって漸次薄くなるように形成されており、
前記裏面薄肉部以外の部分における前記裏面補強部材の厚みは、前記幅方向の他端側から一端側に向かって漸次薄くなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の超電導薄膜線材。
【請求項６】
フォーマと超電導導体層とを備える超電導ケーブルであって、
前記超電導導体層は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の超電導薄膜線材を複数、前記フォーマ上に螺旋状にラップ巻きすることで形成されており、
前記フォーマ上の周方向に隣接する二つの超電導薄膜線材のうち、一方の超電導薄膜線材の表面薄肉部と、他方の超電導薄膜線材の裏面薄肉部とが重複していることを特徴とする超電導ケーブル。
【請求項１】
テープ状の基板上に薄膜状の超電導層を形成した本体部と、前記本体部の表面側に設けられる表面補強部材と、前記本体部の裏面側に設けられる裏面補強部材と、を備える超電導薄膜線材であって、
超電導薄膜線材の表面側で、かつ当該線材の幅方向の一端側で、当該線材の他端側から一端側に向かって階段状に下がる表面段差が当該線材の長手方向に沿って形成されており、その表面段差によって当該表面段差から前記幅方向の一端にわたって形成される表面薄肉部と、
超電導薄膜線材の裏面側で、かつ当該線材の幅方向の他端側で、当該線材の一端側から他端側に向かって階段状に下がる裏面段差が当該線材の長手方向に沿って形成されており、その裏面段差によって当該裏面段差から前記幅方向の他端にわたって形成される裏面薄肉部と、
を備えることを特徴とする超電導薄膜線材。
【請求項２】
前記表面薄肉部は、前記表面補強部材の一部が階段状に薄くなることで形成され、
前記裏面薄肉部は、前記裏面補強部材の一部が階段状に薄くなることで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導薄膜線材。
【請求項３】
前記表面薄肉部と前記裏面薄肉部はそれぞれ、表面係合部と裏面係合部を備え、
二つの超電導薄膜線材を当該線材の幅方向に部分的に重ねて並べたときに、一方の超電導薄膜線材の表面係合部と、他方の超電導薄膜線材の裏面係合部とが引っ掛かり、二つの超電導薄膜線材が互いに離れる方向に移動することを規制することを特徴とする請求項２に記載の超電導薄膜線材。
【請求項４】
前記表面薄肉部は、前記表面補強部材が設けられていないことによって形成されており、
前記裏面薄肉部は、前記裏面補強部材が設けられていないことによって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導薄膜線材。
【請求項５】
前記表面薄肉部以外の部分における前記表面補強部材の厚みは、前記幅方向の一端側から他端側に向かって漸次薄くなるように形成されており、
前記裏面薄肉部以外の部分における前記裏面補強部材の厚みは、前記幅方向の他端側から一端側に向かって漸次薄くなるように形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の超電導薄膜線材。
【請求項６】
フォーマと超電導導体層とを備える超電導ケーブルであって、
前記超電導導体層は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の超電導薄膜線材を複数、前記フォーマ上に螺旋状にラップ巻きすることで形成されており、
前記フォーマ上の周方向に隣接する二つの超電導薄膜線材のうち、一方の超電導薄膜線材の表面薄肉部と、他方の超電導薄膜線材の裏面薄肉部とが重複していることを特徴とする超電導ケーブル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２４８３３７（Ｐ２０１２−２４８３３７Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１７３６８（Ｐ２０１１−１１７３６８）
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【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２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【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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