JP2011014404A - Device and method of manufacturing superconducting wire material - Google Patents

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康 花田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing device and method, which can manufacture a high-quality superconducting wire material by securely joining a stabilized layer wire material and oxide superconducting layer wire material irrespective of their types, and can prevent degradation of productivity and workability.SOLUTION: The device of manufacturing a tape-like superconducting wire material 7 by joining the stabilized layer wire material 1 with the oxide superconducting layer wire material 2 through solder, includes a preheating means 3 for heating a composite material 6 formed by overlapping the stabilized layer wire material 1 and the oxide superconducting layer wire material 2 through a solder layer at a melting temperature of the solder or higher, and a pressurizing means 4 for pressurizing the composite material 6 through the preheating means 3, and joining the stabilized layer wire material 1 with the oxide superconducting layer wire material 2 to obtain the superconducting wire material 7. A position of the pressurizing means 4 can be adjusted with respect to a moving direction of the composite material 6.

Description

本発明は、エネルギー貯蔵(SMES)、変圧器、モーター、発電機などへの適用が可能な超電導線材を製造する装置および方法に関し、詳しくは、イットリウム系酸化物超電導体等の酸化物超電導体を用いた酸化物超電導層線材と、安定化層線材とを、ハンダを介して接合してテープ状の超電導線材を製造する装置および方法に関する。   The present invention relates to an apparatus and method for manufacturing a superconducting wire that can be applied to energy storage (SMES), a transformer, a motor, a generator, and the like, and more particularly, an oxide superconductor such as an yttrium oxide superconductor. The present invention relates to an apparatus and a method for manufacturing a tape-shaped superconducting wire by joining the used oxide superconducting layer wire and a stabilizing layer wire through solder.

イットリウム系酸化物超電導体等の酸化物超電導体を用いた超電導線材は、テープ状の金属基材の上に、酸化物超電導体の薄膜をコーティングすることによって作製される。
超電導体にあっては、臨界温度と臨界電流と臨界磁界の3つのパラメータで規定される臨界条件の範囲内において超電導状態が維持されるが、超電導体の使用条件によっては、超電導体の一部が常電導状態となって発熱し、超電導体の全体が常電導状態に転移するクエンチ現象を引き起こすおそれがある。
そこで、クエンチ現象を阻止するため、超電導体に良導電性の金属製の安定化層を複合して設け、通電中に超電導体の一部が常電導状態になった場合に、電流を安定化層に流すことができるような構成を採用し、超電導状態の安定化を図ることがなされている。
A superconducting wire using an oxide superconductor such as an yttrium oxide superconductor is manufactured by coating a thin film of an oxide superconductor on a tape-like metal substrate.
In superconductors, the superconducting state is maintained within the range of critical conditions defined by the three parameters of critical temperature, critical current, and critical magnetic field. However, depending on the usage conditions of the superconductor, May become a normal conducting state and generate heat, which may cause a quench phenomenon in which the entire superconductor transitions to the normal conducting state.
Therefore, to prevent the quenching phenomenon, a superconducting metal stabilization layer is provided in combination with the superconductor to stabilize the current when a part of the superconductor becomes normal conducting state during energization. A structure that can be passed through the layer is employed to stabilize the superconducting state.

安定化層を形成する装置としては、Agからなる安定化層をスパッタリングあるいは蒸着などの成膜法により形成する装置(例えば特許文献1参照)などがあるが、超電導体の特性によっては厚い安定化層が必要となるため、近年では、テープ状の安定化層線材を超電導層線材に接合することが検討されている。
安定化層線材を超電導層線材に接合する装置としては、超電導層線材と安定化層線材とを溶融ハンダに浸漬させてハンダにより接合する装置(特許文献2参照)、超電導層線材と安定化層線材とをハンダを介して重ね合わせて加熱・加圧ロールに通すことによって、超電導層線材と安定化層線材とを接合する装置(特許文献3参照)などがある。
As an apparatus for forming the stabilization layer, there is an apparatus for forming a stabilization layer made of Ag by a film forming method such as sputtering or vapor deposition (see, for example, Patent Document 1). However, depending on the characteristics of the superconductor, the stabilization is thick. In recent years, it has been studied to join a tape-shaped stabilizing layer wire to a superconducting layer wire.
As an apparatus for joining the stabilization layer wire to the superconducting layer wire, the superconducting layer wire and the stabilization layer wire are immersed in molten solder and joined by solder (see Patent Document 2), the superconducting layer wire and the stabilization layer. There is an apparatus for joining a superconducting layer wire and a stabilizing layer wire by overlapping the wire with solder via a heating / pressurizing roll (see Patent Document 3).

特開2006−236652号公報JP 2006-236652 A 特開2008−60074号公報JP 2008-60074 A 特開2009−48987号公報JP 2009-48987 A

しかしながら、特許文献2に記載の装置などのように、溶融ハンダに浸漬して形成したハンダ層を介して重ね合わせた複合線材を形成する技術では、超電導層線材と安定化層線材との接合が不十分になる場合があった。また、複合された線材全体がハンダに覆われるため、線材の幅や厚みが不均一になるおそれがあった。
また、特許文献3に記載の装置では、線材を加熱・加圧ロールに通すことによって、超電導層線材と安定化層線材とを密着させるとともにハンダを凝固させるが、線材の熱的な特性によっては、ハンダ凝固のタイミングが不適当となり、超電導層線材と安定化層線材との接合が不十分になるおそれがあった。
この問題は、線材の送り速度を制限したり、加熱、加圧等の条件設定の変更によってハンダ凝固のタイミングを調整すれば解決できることがあるが、その場合には生産性が低下したり、作業に手間がかかるなどの問題が生じていた。
However, in the technique of forming a composite wire superposed via a solder layer formed by immersing in molten solder, such as the apparatus described in Patent Document 2, the superconducting layer wire and the stabilization layer wire are joined. In some cases, it was insufficient. Further, since the entire combined wire is covered with solder, the width and thickness of the wire may be uneven.
In addition, in the apparatus described in Patent Document 3, the superconducting layer wire and the stabilizing layer wire are brought into close contact with each other by passing the wire through a heating / pressurizing roll, and the solder is solidified, but depending on the thermal characteristics of the wire. The solder solidification timing becomes inadequate, and there is a possibility that the bonding between the superconducting layer wire and the stabilizing layer wire becomes insufficient.
This problem can be solved by limiting the wire feed speed or adjusting the timing of solder solidification by changing the condition settings such as heating and pressurization. There were problems such as taking time and effort.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、安定化層線材と酸化物超電導層線材の種類によらず、これらを確実に接合して高品質の超電導線材を製造することが可能であり、かつ生産性および作業性の低下も生じない製造装置および方法の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and regardless of the types of the stabilizing layer wire and the oxide superconducting layer wire, it is possible to reliably bond them to produce a high-quality superconducting wire. In addition, an object is to provide a manufacturing apparatus and method that do not cause a decrease in productivity and workability.

本発明の請求項1に係る発明は、安定化層線材と酸化物超電導層線材とをハンダを介して接合することによってテープ状の超電導線材を製造する装置であって、前記安定化層線材を送り出す第1送出手段と、前記酸化物超電導層線材を送り出す第2送出手段と、前記安定化層線材および酸化物超電導層線材をハンダ層を介して重ね合わせた被複合化材を前記ハンダの溶融温度以上に加熱する予熱手段と、前記予熱手段を経た被複合化材を加圧して前記安定化層線材と前記酸化物超電導層線材とを接合させて前記超電導線材を得る加圧手段と、を少なくとも備え、前記加圧手段が、前記被複合化材の移動方向に対し、その位置を調整可能である超電導線材の製造装置である。
本発明の請求項2に係る発明は、請求項1において、前記加圧手段が、その表面温度が前記ハンダ溶融温度より低い温度となるものである超電導線材の製造装置である。
本発明の請求項3に係る発明は、請求項1または2において、前記加圧手段が、少なくとも表面が軟質材で構成されている超電導線材の製造装置である。
本発明の請求項4に係る発明は、請求項1〜3のうちいずれか1項において、前記加圧手段の下流側に、前記超電導線材の移動方向を厚さ方向にずらせる方向変更手段が設けられている超電導線材の製造装置である。
The invention according to claim 1 of the present invention is an apparatus for producing a tape-shaped superconducting wire by joining a stabilizing layer wire and an oxide superconducting layer wire via solder, wherein the stabilizing layer wire is A first delivery means for delivering, a second delivery means for delivering the oxide superconducting layer wire, and a composite material obtained by superimposing the stabilizing layer wire and the oxide superconducting layer wire via a solder layer is melted in the solder. Preheating means for heating to a temperature or higher, and pressurizing means for pressurizing the composite material that has passed through the preheating means to join the stabilizing layer wire and the oxide superconducting layer wire to obtain the superconducting wire. The superconducting wire manufacturing apparatus is provided with at least the pressurizing means, the position of which can be adjusted with respect to the moving direction of the composite material.
The invention according to claim 2 of the present invention is the superconducting wire manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the pressurizing means has a surface temperature lower than the solder melting temperature.
The invention according to claim 3 of the present invention is the superconducting wire manufacturing apparatus according to claim 1 or 2, wherein the pressurizing means has at least a surface made of a soft material.
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the direction changing means that shifts the moving direction of the superconducting wire in the thickness direction downstream of the pressurizing means. It is the manufacturing apparatus of the superconducting wire provided.

本発明の請求項5に記載の超電導線材の製造方法は、請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の超電導線材の製造装置を用いて超電導線材を製造する方法であって、前記被複合化材を、前記予熱手段に導入して前記ハンダの溶融温度以上に加熱し、前記予熱手段を経た被複合化材を、前記加圧手段によって加圧して前記安定化層線材と前記酸化物超電導層線材とを接合させて前記超電導線材とするにあたって、前記加圧手段の位置を、前記ハンダが凝固する前に被複合化材を前記加圧手段に導入し、加圧下で前記ハンダを凝固させることができる位置とする超電導線材の製造方法である。   A method for producing a superconducting wire according to claim 5 of the present invention is a method for producing a superconducting wire using the superconducting wire producing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein The composite material is introduced into the preheating means and heated to a temperature equal to or higher than the melting temperature of the solder, and the composite material that has passed through the preheating means is pressurized by the pressurizing means, and the stabilizing layer wire and the oxide In joining the superconducting layer wire to make the superconducting wire, the position of the pressurizing means is introduced into the pressurizing means before the solder is solidified, and the solder is solidified under pressure. It is the manufacturing method of the superconducting wire made into the position which can be made to be.

本発明によれば、加圧手段が、被複合化材の移動方向に対し、その位置を調整可能であるので、線材の熱的特性に応じて加圧手段の位置を最適化することによって、好適な条件で線材を接合できる。
例えば、ハンダが凝固する前に被複合化材を加圧手段に導入し、加圧下でハンダを凝固させることができる条件で線材を接合できる。
従って、線材の種類によらず、安定化層線材と酸化物超電導層線材とが確実に接合された超電導線材が得られる。
また、加圧手段の位置調整によって線材の接合の際の条件を最適化できるため、ハンダ凝固のタイミング調整を目的として線材の送り速度を制限する必要はなく、生産性の低下は生じない。
さらには、予熱手段の温度や加圧手段の圧力等を変更する必要もないことから、容易な操作で短時間のうちに装置の設定変更が可能であり、作業性は良好である。
According to the present invention, since the pressurizing means can adjust its position with respect to the moving direction of the composite material, by optimizing the position of the pressurizing means according to the thermal characteristics of the wire, Wires can be joined under suitable conditions.
For example, the composite material can be introduced into the pressurizing means before the solder is solidified, and the wire can be joined under the condition that the solder can be solidified under pressure.
Therefore, a superconducting wire in which the stabilization layer wire and the oxide superconducting layer wire are reliably bonded can be obtained regardless of the type of the wire.
Further, since the conditions for joining the wire can be optimized by adjusting the position of the pressurizing means, it is not necessary to limit the feed rate of the wire for the purpose of adjusting the timing of solder solidification, and the productivity is not lowered.
Furthermore, since it is not necessary to change the temperature of the preheating means, the pressure of the pressurizing means, etc., the setting of the apparatus can be changed in a short time with an easy operation, and the workability is good.

本発明の超電導線材の製造装置の一実施形態の構成図である。It is a block diagram of one Embodiment of the manufacturing apparatus of the superconducting wire of this invention. 図1に示す製造装置の要部を示す図である。It is a figure which shows the principal part of the manufacturing apparatus shown in FIG. 試験結果を示すグラフである。It is a graph which shows a test result.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の超電導線材の製造装置の一実施形態の構成図である。図2は、図1に示す製造装置の要部を示す図である。
図1に示すように、この製造装置10は、安定化層線材1と酸化物超電導層線材2とをハンダを介して接合することによってこれらを複合化し、テープ状の超電導線材7を得る装置である。
製造装置10は、安定化層線材1を送り出す第1送出手段11と、酸化物超電導層線材2を送り出す第2送出手段12と、被複合化材6を加熱する予熱炉3(加熱炉)(予熱手段)と、被複合化材6を加圧して超電導線材7とする加圧ロール4(加圧手段)と、超電導線材7の移動方向を変更する方向変更ロール5(方向変更手段)とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of a superconducting wire manufacturing apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a main part of the manufacturing apparatus shown in FIG.
As shown in FIG. 1, this manufacturing apparatus 10 is an apparatus that obtains a tape-shaped superconducting wire 7 by combining a stabilization layer wire 1 and an oxide superconducting layer wire 2 by joining them together with solder. is there.
The production apparatus 10 includes a first delivery means 11 for delivering the stabilizing layer wire 1, a second delivery means 12 for delivering the oxide superconducting layer wire 2, and a preheating furnace 3 (heating furnace) for heating the composite material 6 ( Preheating means), pressurizing roll 4 (pressurizing means) that pressurizes the composite material 6 to form a superconducting wire 7, and a direction changing roll 5 (direction changing means) that changes the moving direction of the superconducting wire 7. I have.

安定化層線材1は、銅、Cu−Ni合金、Ni−Cr合金、ニッケル、ステンレス鋼等の金属からなるテープ状の基材を用いることができる。厚さは50μm〜200μmが好適である。
安定化層線材1の一方の面には、ハンダ層1a(例えば融点230℃)を、メッキ等により例えば2μm〜10μm程度の厚さに形成するのが好ましい。
ハンダ層1aを構成するハンダとしては、Sn系のもの(Sn−Cu系、Sn−Ag系、Sn−Ag−Cu系など)が好適である。
第1送出手段11は、例えば安定化層線材1を繰り出し可能なローラである。
The stabilization layer wire 1 can be a tape-shaped substrate made of a metal such as copper, Cu—Ni alloy, Ni—Cr alloy, nickel, stainless steel or the like. The thickness is preferably 50 μm to 200 μm.
A solder layer 1a (for example, melting point 230 ° C.) is preferably formed on one surface of the stabilization layer wire 1 to a thickness of about 2 μm to 10 μm by plating or the like.
As the solder constituting the solder layer 1a, Sn-based solder (Sn—Cu based, Sn—Ag based, Sn—Ag—Cu based, etc.) is suitable.
The first delivery means 11 is a roller that can feed out the stabilizing layer wire 1, for example.

酸化物超電導層線材2は、金属からなるテープ状の基材の上に、酸化物超電導体の薄膜が形成され、その上に、銀からなる安定化層が設けられた構造が好ましい。
基材の構成材料は、ニッケル合金(ハステロイなど)、ステンレス鋼、銅合金などが好ましい。
酸化物超電導体としては、YBaCu7−x、YBaCu、YBaCu、(Bi,Pb)CaSrCu、(Bi,Pb)CaSrCu、TlBaCaCu、TlBaCaCu、TlBaCaCuなどに代表される臨界温度の高い酸化物超電導体が好適である。
酸化物超電導体の薄膜は、パルスレーザ蒸着法(PLD法)等により形成することができる。
The oxide superconducting layer wire 2 preferably has a structure in which a thin film of an oxide superconductor is formed on a tape-like base material made of metal and a stabilization layer made of silver is provided thereon.
The constituent material of the base material is preferably a nickel alloy (such as Hastelloy), stainless steel, or copper alloy.
As an oxide superconductor, Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x, Y 2 Ba 4 Cu 8 O x, Y 3 Ba 3 Cu 6 O x, (Bi, Pb) 2 Ca 2 Sr 2 Cu 3 O x , (Bi, Pb) 2 Ca 2 Sr 3 Cu 4 O x, Tl 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O x, Tl 1 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O x, etc. Tl 1 Ba 2 Ca 3 Cu 4 O x A representative oxide superconductor having a high critical temperature is preferable.
The thin film of the oxide superconductor can be formed by a pulse laser deposition method (PLD method) or the like.

基材と酸化物超電導体薄膜との間には、中間層を設けてもよい。
中間層は、酸化物超電導体薄膜の結晶配向性を制御するものである。中間層の好ましい材質としては、GdZr、MgO、ZrO−Y(YSZ)、SrTiO、CeO、Y、Al、Gd、Zr、Ho、Nd等の金属酸化物が例示できる。中間層は、単層でもよいし、複数層でもよい。例えば、GdZrからなる第1の中間層と、CeOからなる第2の中間層(キャップ層)とを形成することができる。
中間層の成膜法としては、イオンビームアシスト蒸着法(IBAD法)、パルスレーザ蒸着法(PLD法)等が採用できる。
第2送出手段12は、例えば酸化物超電導層線材2を繰り出し可能なローラである。
An intermediate layer may be provided between the base material and the oxide superconductor thin film.
The intermediate layer controls the crystal orientation of the oxide superconductor thin film. Preferred material for the intermediate layer, Gd 2 Zr 2 O 7, MgO, ZrO 2 -Y 2 O 3 (YSZ), SrTiO 3, CeO 2, Y 2 O 3, Al 2 O 3, Gd 2 O 3, Zr Examples thereof include metal oxides such as 2 O 3 , Ho 2 O 3 and Nd 2 O 3 . The intermediate layer may be a single layer or a plurality of layers. For example, a first intermediate layer made of Gd 2 Zr 2 O 7 and a second intermediate layer (cap layer) made of CeO 2 can be formed.
As a method for forming the intermediate layer, an ion beam assisted vapor deposition method (IBAD method), a pulse laser vapor deposition method (PLD method), or the like can be employed.
The 2nd sending means 12 is a roller which can pay out oxide superconducting layer wire 2, for example.

予熱炉3は、被複合化材6を前記ハンダの溶融温度(融点)以上に加熱できるように構成されている。図1および図2における符号3aは予熱炉3の入口であり、符号3bは予熱炉3の出口である。
予熱炉3は、被複合化材6を前記ハンダの溶融温度より30℃以上高温にできるものが好ましい。
The preheating furnace 3 is configured so that the composite material 6 can be heated to a temperature higher than the melting temperature (melting point) of the solder. 1 and 2, reference numeral 3 a is an inlet of the preheating furnace 3, and reference numeral 3 b is an outlet of the preheating furnace 3.
The preheating furnace 3 is preferably one that can raise the composite material 6 to 30 ° C. or more higher than the melting temperature of the solder.

図2に示すように、加圧ロール4、4は、一対が設けられ、これらの間で被複合化材6を厚さ方向に押圧可能である。加圧ロール4、4が被複合化材6に加える圧力は100MPa以下とすることができる。
加圧ロール4、4は、被複合化材6の移動方向に対し、その位置(以下、移動方向位置という)を調整可能とされている。図示例では、加圧ロール4、4は所定範囲内で左右に移動でき、この範囲内で任意の位置に設置できる。
As shown in FIG. 2, a pair of pressure rolls 4 and 4 is provided, and the composite material 6 can be pressed in the thickness direction between them. The pressure applied to the composite material 6 by the pressure rolls 4 and 4 can be 100 MPa or less.
The positions of the pressure rolls 4 and 4 can be adjusted with respect to the moving direction of the composite material 6 (hereinafter referred to as a moving direction position). In the illustrated example, the pressure rolls 4 and 4 can move left and right within a predetermined range, and can be installed at any position within this range.

加圧ロール4、4の位置決め構造は、特に限定されないが、例えば、図2に示すように、加圧ロール4、4の軸部4aを回転可能に支持する軸支フレーム9を備えた構造が可能である。
軸支フレーム9は被複合化材6の移動方向(図2における左右方向)に延在しており、この方向の任意の位置で軸部4aを支持することができる。
Although the positioning structure of the pressure rolls 4 and 4 is not particularly limited, for example, as shown in FIG. 2, a structure including a shaft support frame 9 that rotatably supports the shaft portion 4a of the pressure rolls 4 and 4 is provided. Is possible.
The shaft support frame 9 extends in the moving direction of the composite material 6 (left and right direction in FIG. 2), and can support the shaft portion 4a at an arbitrary position in this direction.

加圧ロール4、4は、その表面温度を前記ハンダの溶融温度より低く設定できるものが好ましい。これによって、接触により被複合化材6を前記ハンダの溶融温度より低い温度に冷却できる。
加圧ロール4は、金属などの硬質材で構成してもよいが、少なくとも表面がシリコーンゴム等の樹脂などの軟質材からなる構成が望ましい。軟質材の使用によって、線材1、2に損傷が生じにくくなる。
The pressure rolls 4 and 4 are preferably ones whose surface temperature can be set lower than the melting temperature of the solder. Thereby, the composite material 6 can be cooled to a temperature lower than the melting temperature of the solder by contact.
The pressure roll 4 may be made of a hard material such as a metal, but at least the surface is preferably made of a soft material such as a resin such as silicone rubber. The use of the soft material makes it difficult for the wires 1 and 2 to be damaged.

加圧ロール4、4は、予熱炉3の下流側(前記移動方向の下流側)に設置することができる。
図2に示すように、予熱炉3の出口3bから、加圧ロール4、4が被複合化材6を加圧する位置(加圧位置8)までの距離L1は、ハンダ層1aを構成するハンダの温度が、加圧位置8またはその近傍において溶融温度より低い温度にまで低下するように設定することができる。
The pressure rolls 4 and 4 can be installed on the downstream side of the preheating furnace 3 (downstream side in the moving direction).
As shown in FIG. 2, the distance L1 from the outlet 3b of the preheating furnace 3 to the position where the pressure rolls 4 and 4 press the composite material 6 (pressure position 8) is the solder constituting the solder layer 1a. Can be set so as to decrease to a temperature lower than the melting temperature at or near the pressurizing position 8.

方向変更ロール5は、加圧ロール4、4の下流側に設けられて超電導線材7の移動方向をその厚さ方向にずらせるものである。
図1に示す例では、方向変更ロール5によって超電導線材7の移動方向は下方にずらされ、加圧ロール4、4から方向変更ロール5までの間で、超電導線材7は、水平方向に移動する被複合化材6とは異なり、斜め下方に移動する。
これによって、加圧位置8を通過した後に、超電導線材7が加圧ロール4から直ちに離れるのではなく、所定の長さ領域で加圧ロール4(図示例では2つの加圧ロール4のうち下方のもの)で接するため、ハンダの凝固が遅れた場合でも線材1、2を確実に接合させることができる。
方向変更ロール5は、超電導線材7を冷却する機能も有する。
なお、本発明の製造装置は、方向変更ロールがない構成も可能である。
The direction changing roll 5 is provided on the downstream side of the pressure rolls 4 and 4 and shifts the moving direction of the superconducting wire 7 in the thickness direction.
In the example shown in FIG. 1, the direction of movement of the superconducting wire 7 is shifted downward by the direction changing roll 5, and the superconducting wire 7 moves in the horizontal direction between the pressure rolls 4, 4 and the direction changing roll 5. Unlike the material to be composited 6, it moves obliquely downward.
Thus, after passing through the pressure position 8, the superconducting wire 7 is not immediately separated from the pressure roll 4, but in a predetermined length region, the pressure roll 4 (in the illustrated example, the lower of the two pressure rolls 4) Therefore, even when the solidification of the solder is delayed, the wires 1 and 2 can be reliably bonded.
The direction changing roll 5 also has a function of cooling the superconducting wire 7.
In addition, the manufacturing apparatus of this invention can also be comprised without a direction change roll.

次に、製造装置10を用いて超電導線材7を製造する方法の一例を説明する。
加圧ロール4、4の位置は、線材1、2の特性に応じて、ハンダ層1aを構成するハンダの温度が加圧位置8またはその近傍において溶融温度より低い温度にまで低下するように予め設定される。
Next, an example of a method for manufacturing the superconducting wire 7 using the manufacturing apparatus 10 will be described.
The positions of the pressure rolls 4 and 4 are set in advance so that the temperature of the solder constituting the solder layer 1a is lowered to a temperature lower than the melting temperature at or near the pressure position 8 according to the characteristics of the wires 1 and 2. Is set.

安定化層線材1のハンダ層1aの面と、酸化物超電導層線材2の銀安定化層の面とを向かい合わせにして重ね合わせた状態として、これら線材1、2を入口3aから予熱炉3内に導入し、ハンダ溶融温度以上の温度(例えば250℃以上)に加熱した。   With the surface of the solder layer 1a of the stabilizing layer wire 1 and the surface of the silver stabilizing layer of the oxide superconducting layer wire 2 facing each other, these wires 1 and 2 are connected to the preheating furnace 3 from the inlet 3a. It was introduced into the inside and heated to a temperature higher than the solder melting temperature (for example, 250 ° C. or higher).

この被複合化材6を予熱炉3の出口3bから導出し、ハンダが凝固する前に一対の加圧ロール4、4間(加圧位置8)に導入して、加圧するとともにハンダ溶融温度より低い温度(例えば加圧ロール4表面で160〜220℃)に冷却することができる。
これによって、加圧下でハンダを凝固させることができるため、安定化層線材1と酸化物超電導層線材2とが確実に接合された超電導線材7を効率よく連続生産することが可能である。
The composite material 6 is led out from the outlet 3b of the preheating furnace 3 and introduced between the pair of pressure rolls 4 and 4 (pressure position 8) before the solder solidifies, and is pressurized and from the solder melting temperature. It can be cooled to a low temperature (for example, 160 to 220 ° C. on the surface of the pressure roll 4).
Thereby, since the solder can be solidified under pressure, it is possible to efficiently and continuously produce the superconducting wire 7 in which the stabilization layer wire 1 and the oxide superconducting layer wire 2 are reliably bonded.

安定化層線材1および酸化物超電導層線材2の熱的な特性、例えば熱容量、熱伝導率は、厚さや材質により変化する。特に、安定化層線材1の基材の厚さは熱的特性に及ぼす影響が大きい。
このため、線材1、2の熱的特性によっては、ハンダの凝固が早まりまたは遅れることが考えられるが、その場合には、加圧ロール4、4の移動方向位置を調整することで、安定化層線材1と酸化物超電導層線材2との接合が不十分になるのを防ぐことができる。
The thermal characteristics of the stabilizing layer wire 1 and the oxide superconducting layer wire 2, such as heat capacity and thermal conductivity, vary depending on the thickness and material. In particular, the thickness of the base material of the stabilizing layer wire 1 has a great influence on the thermal characteristics.
For this reason, depending on the thermal characteristics of the wires 1 and 2, the solidification of the solder may be accelerated or delayed, but in that case, it is stabilized by adjusting the moving direction position of the pressure rolls 4 and 4. Insufficient bonding between the layer wire 1 and the oxide superconducting layer wire 2 can be prevented.

例えば、熱容量が小さい線材1、2は、予熱炉3を出た後の温度低下が速いが、この場合には加圧ロール4、4を予熱炉3に比較的近い位置(図2に符号4Aで示す位置)に配置する。
これによって、ハンダが凝固する前に被複合化材6を加圧ロール4、4に導入し、加圧下でハンダを凝固させることができる。
一方、熱容量が大きい線材1、2は、予熱炉3を出た後の温度低下が遅いが、この場合には加圧ロール4、4を予熱炉3から比較的離れた位置(図2に符号4Bで示す位置)に配置する。
これによって、ハンダの温度が凝固点に近い温度まで低下してから被複合化材6を加圧ロール4、4に導入し、加圧下でハンダを凝固させることができる。
For example, the wire rods 1 and 2 having a small heat capacity have a rapid temperature drop after leaving the preheating furnace 3, but in this case, the pressure rolls 4 and 4 are positioned relatively close to the preheating furnace 3 (reference numeral 4A in FIG. 2). Position).
Thus, the composite material 6 can be introduced into the pressure rolls 4 and 4 before the solder is solidified, and the solder can be solidified under pressure.
On the other hand, the wires 1 and 2 having a large heat capacity have a slow temperature drop after leaving the preheating furnace 3. 4B).
As a result, the composite material 6 can be introduced into the pressure rolls 4 and 4 after the solder temperature has dropped to a temperature close to the freezing point, and the solder can be solidified under pressure.

このように、製造装置10では、加圧ロール4、4の位置を調整可能であるため、線材1、2の熱的特性に応じて加圧ロール4、4の位置を最適化することによって、好適な条件で線材1、2を接合できる。
このため、ハンダ凝固のタイミング調整を目的として線材1、2の送り速度を制限する必要はなく、生産性の低下は生じない。
また、加圧ロール4、4の位置調整によって、線材1、2の接合の際の条件を最適化できるため、予熱炉3の温度や加圧ロール4、4の圧力等を変更する必要がないことから、容易な操作で短時間のうちに装置の設定変更が可能であり、作業性は良好である。
以上より、製造装置10では、線材1、2の種類によらず、線材1、2を確実に接合して高品質の超電導線材7を製造することが可能であり、しかも生産性および作業性の低下が生じることはない。
Thus, in the manufacturing apparatus 10, since the position of the pressure rolls 4 and 4 can be adjusted, by optimizing the position of the pressure rolls 4 and 4 according to the thermal characteristics of the wires 1 and 2, The wires 1 and 2 can be joined under suitable conditions.
For this reason, it is not necessary to limit the feed rate of the wires 1 and 2 for the purpose of adjusting the timing of the solder solidification, and the productivity is not lowered.
Moreover, since the conditions at the time of joining the wire rods 1 and 2 can be optimized by adjusting the positions of the pressure rolls 4 and 4, there is no need to change the temperature of the preheating furnace 3 or the pressure of the pressure rolls 4 and 4. Therefore, the setting of the apparatus can be changed in a short time with an easy operation, and the workability is good.
As described above, the manufacturing apparatus 10 can manufacture the high-quality superconducting wire 7 by reliably joining the wires 1 and 2 regardless of the types of the wires 1 and 2, and can improve productivity and workability. There is no reduction.

(実施例1〜3)
厚さ0.1mmのハステロイC276からなる基材上に、イオンビームアシスト蒸着法(IBAD法)により厚さ1μmのGdZrからなる中間層を成膜し、その上にパルスレーザ蒸着法(PLD法)により厚さ0.5μmのCeOからなるキャップ層を形成し、その上にPLD法によりイットリウム系酸化物超電導体(YBaCu7−x)からなる厚さ2μmの酸化物超電導薄膜を形成し、その上に、銀からなる厚さ7μmの銀安定化層を形成して酸化物超電導層線材2を得た。酸化物超電導層線材2の幅は5mmとし、長さは1mとした。
(Examples 1-3)
An intermediate layer made of Gd 2 Zr 2 O 7 having a thickness of 1 μm is formed on a substrate made of Hastelloy C276 having a thickness of 0.1 mm by ion beam assisted vapor deposition (IBAD method), and pulse laser deposition is performed thereon. A cap layer made of CeO 2 having a thickness of 0.5 μm is formed by the PLD method, and a thickness made of yttrium-based oxide superconductor (Y 1 Ba 2 Cu 3 O 7-x ) is formed on the cap layer by the PLD method. A 2 μm oxide superconducting thin film was formed, and a 7 μm thick silver stabilizing layer made of silver was formed thereon to obtain an oxide superconducting layer wire 2. The oxide superconducting layer wire 2 had a width of 5 mm and a length of 1 m.

厚さ0.1mmの銅からなるテープ状の基材の一方の面にメッキにより厚さ2μmのSn系ハンダ層1aを形成した。
安定化層線材1の幅は5mmとし、長さは1mとした。
An Sn-based solder layer 1a having a thickness of 2 μm was formed on one surface of a tape-shaped substrate made of copper having a thickness of 0.1 mm by plating.
The width of the stabilizing layer wire 1 was 5 mm and the length was 1 m.

図1および図2に示す製造装置10を用いて、次のようにして超電導線材7を製造した。
安定化層線材1のハンダ層1aの面と、酸化物超電導層線材2の銀安定化層の面とを向かい合わせにして重ね合わせた状態として入口3aから予熱炉3内に導入した。
予熱炉3内の温度は、ハンダの溶融温度プラス30℃に設定した。
この被複合化材6を予熱炉3の出口3bから導出し、加圧ロール4、4によって加圧するとともにハンダ溶融温度より低い温度に冷却した。加圧ロール4、4の表面温度はハンダの溶融温度マイナス40℃に設定した。
これによって、安定化層線材1と酸化物超電導層線材2とが接合された超電導線材7を得た。
線材1、2の送り速度は、25m/h(実施例1)、50m/h(実施例2)、または100m/h(実施例3)とした。
The superconducting wire 7 was manufactured as follows using the manufacturing apparatus 10 shown in FIG. 1 and FIG.
The surface of the solder layer 1a of the stabilizing layer wire 1 and the surface of the silver stabilizing layer of the oxide superconducting layer wire 2 were placed face to face and introduced into the preheating furnace 3 from the inlet 3a.
The temperature in the preheating furnace 3 was set to the melting temperature of solder plus 30 ° C.
The composite material 6 was led out from the outlet 3b of the preheating furnace 3, pressurized by the pressure rolls 4 and 4, and cooled to a temperature lower than the solder melting temperature. The surface temperature of the pressure rolls 4 and 4 was set to a solder melting temperature minus 40 ° C.
Thus, a superconducting wire 7 in which the stabilization layer wire 1 and the oxide superconducting layer wire 2 were joined was obtained.
The feeding speeds of the wires 1 and 2 were set to 25 m / h (Example 1), 50 m / h (Example 2), or 100 m / h (Example 3).

実施例1〜3で得られた超電導線材7について、線材1、2が互いに接合された部分の幅(接合幅)を測定し、全幅に対する割合を算出した。結果を表1に示す。   About the superconducting wire 7 obtained in Examples 1 to 3, the width (bonding width) of the portion where the wires 1 and 2 were joined to each other was measured, and the ratio to the total width was calculated. The results are shown in Table 1.

Figure 2011014404
Figure 2011014404

表1より、線材1、2の送り速度によって接合幅が変化することがわかる。   From Table 1, it can be seen that the bonding width varies depending on the feed rates of the wires 1 and 2.

(実施例4〜6)
厚さ0.1mm(実施例4)、厚さ0.3mm(実施例5)、または厚さ0.5mm(実施例6)の銅からなるテープ状基材の一方の面にメッキにより厚さ2μmのSn系ハンダ層1aを形成した安定化層線材1を用意した。
酸化物超電導層線材2は実施例1と同様のものを用いた。線材1、2の送り速度は100m/hとした。
その他の試験条件は実施例1と同様として、超電導線材7を製造した。
予熱炉3の出口3bから加圧ロール4、4の加圧位置8までの距離L1(図2参照)を0〜15cmの範囲で変化させたときの線材1、2の接合幅を測定し、全幅に対する割合を算出した。結果を図3に示す。
(Examples 4 to 6)
Thickness by plating on one surface of a tape-shaped substrate made of copper having a thickness of 0.1 mm (Example 4), a thickness of 0.3 mm (Example 5), or a thickness of 0.5 mm (Example 6) A stabilization layer wire 1 in which a 2 μm Sn-based solder layer 1a was formed was prepared.
The oxide superconducting layer wire 2 was the same as in Example 1. The feeding speed of the wire materials 1 and 2 was 100 m / h.
Other test conditions were the same as in Example 1, and a superconducting wire 7 was produced.
Measure the bonding width of the wires 1 and 2 when the distance L1 (see FIG. 2) from the outlet 3b of the preheating furnace 3 to the pressure position 4 of the pressure rolls 4 and 4 is changed in the range of 0 to 15 cm, The ratio to the total width was calculated. The results are shown in FIG.

図3より、比較的厚い基材を用いた安定化層線材1を使用する場合には、距離L1が短すぎる場合、長すぎる場合のいずれも接合幅は狭くなるが、距離L1を最適な値に設定することで接合幅は極大となることがわかる。   As shown in FIG. 3, when the stabilizing layer wire 1 using a relatively thick substrate is used, the distance L1 is too short or too long. It can be seen that the junction width is maximized by setting to.

1・・・安定化層線材、1a・・・ハンダ層、2・・・酸化物超電導層線材、3・・・予熱炉(予熱手段)、4・・・加圧ロール(加圧手段)、5・・・方向変更ロール(方向変更手段)、6・・・被複合化材、7・・・超電導線材、10・・・製造装置、11・・・第1送出手段、12・・・第2送出手段。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Stabilization layer wire, 1a ... Solder layer, 2 ... Oxide superconducting layer wire, 3 ... Preheating furnace (preheating means), 4 ... Pressure roll (pressure means), DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ... Direction change roll (direction change means), 6 ... Composite material, 7 ... Superconducting wire, 10 ... Manufacturing apparatus, 11 ... 1st sending means, 12 ... 1st 2 sending means.

Claims (5)

安定化層線材と酸化物超電導層線材とをハンダを介して接合することによってテープ状の超電導線材を製造する装置であって、
前記安定化層線材を送り出す第1送出手段と、
前記酸化物超電導層線材を送り出す第2送出手段と、
前記安定化層線材および酸化物超電導層線材をハンダ層を介して重ね合わせた被複合化材を前記ハンダの溶融温度以上に加熱する予熱手段と、
前記予熱手段を経た被複合化材を加圧して前記安定化層線材と前記酸化物超電導層線材とを接合させて前記超電導線材を得る加圧手段と、を少なくとも備え、
前記加圧手段は、前記被複合化材の移動方向に対し、その位置を調整可能であることを特徴とする超電導線材の製造装置。
An apparatus for producing a tape-like superconducting wire by joining a stabilizing layer wire and an oxide superconducting layer wire via solder,
First delivery means for delivering the stabilizing layer wire;
Second delivery means for delivering the oxide superconducting layer wire;
Preheating means for heating the composite material obtained by superimposing the stabilization layer wire and the oxide superconducting layer wire via a solder layer to a temperature equal to or higher than the melting temperature of the solder;
Pressurizing the composite material that has undergone the preheating means to join the stabilization layer wire and the oxide superconducting layer wire to obtain the superconducting wire,
The apparatus for producing a superconducting wire, characterized in that the position of the pressing means can be adjusted with respect to the moving direction of the composite material.
前記加圧手段は、その表面温度が前記ハンダ溶融温度より低い温度となるものであることを特徴とする請求項1に記載の超電導線材の製造装置。   2. The superconducting wire manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the pressurizing means has a surface temperature lower than the solder melting temperature. 前記加圧手段は、少なくとも表面が軟質材で構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の超電導線材の製造装置。   The superconducting wire manufacturing apparatus according to claim 1 or 2, wherein at least the surface of the pressurizing means is made of a soft material. 前記加圧手段の下流側に、前記超電導線材の移動方向をその厚さ方向にずらせる方向変更手段が設けられていることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の超電導線材の製造装置。   The direction changing means for shifting the moving direction of the superconducting wire in the thickness direction is provided on the downstream side of the pressurizing means. Superconducting wire manufacturing equipment. 請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の超電導線材の製造装置を用いて超電導線材を製造する方法であって、
前記被複合化材を、前記予熱手段に導入して前記ハンダの溶融温度以上に加熱し、
前記予熱手段を経た被複合化材を、前記加圧手段によって加圧して前記安定化層線材と前記酸化物超電導層線材とを接合させて前記超電導線材とするにあたって、
前記加圧手段の位置を、前記ハンダが凝固する前に被複合化材を前記加圧手段に導入し、加圧下で前記ハンダを凝固させることができる位置とすることを特徴とする超電導線材の製造方法。
A method for producing a superconducting wire using the superconducting wire production apparatus according to any one of claims 1 to 4,
The composite material is introduced into the preheating means and heated to a temperature higher than the melting temperature of the solder,
In forming the superconducting wire by joining the material to be composited through the preheating means, pressurizing by the pressurizing means, and joining the stabilizing layer wire and the oxide superconducting layer wire.
The position of the pressurizing means is a position where the composite material is introduced into the pressurizing means before the solder is solidified, and the solder can be solidified under pressure. Production method.
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