JP2011251297A - 超電導線材の押出ビレットの製造方法およびその構造並びに超電導線材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ビレット製造の作業性を改善する、超電導線材の押出ビレットの製造方法およびその構造並びに超電導線材の製造方法を提供する。
【解決手段】超電導材料５を充填した銅チューブ２の両端を銅製の前蓋５および後蓋６で密封して形成され、押出機内に挿入して押出加工するための超電導線材の押出ビレット１の製造方法において、前記銅チューブ２両端の前蓋５および後蓋６の中心に、旋盤に取り付けるためのセンタポンチ孔８ａおよび８ｂを設けたことを特徴とする超電導線材の押出ビレット１を製造する方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、押出機内に挿入して押出加工するための超電導線材の押出ビレットの製造方法およびその構造並びにそれを用いた超電導線材の製造方法に関するものである。

電力損失無しに大電流を流したり強磁界を発生できる、超電導材料を使用した超電導線材の開発が進められている。

超電導線材の構造は、安定化金属となる銅の内部に、超電導材料からなる線材を多数埋設させた複合線となっている。

一般的に超電導材料は、ＮｂＴｉなどの合金系材料と、Ｎｂ₃Ｓｎなどの化合物系材料とに大別されるが、これら超電導材料の種類に関わりなく、超電導材料を安定化金属の内部に充填した押出ビレットを利用して、押出加工と断面減少加工とを共通の工程とする超電導線材の製造方法が工業的に確立されている（例えば、特許文献１）。

以下、従来の押出ビレットを用いる超電導線材の製造方法について図４により説明する。

まず、銅製のチューブ２の内部に、Ｃｕ単芯線３と超電導材単芯線４からなる超電導材料５を充填する。この銅チューブ２の両端を銅製の前蓋２２および後蓋２３で溶接密封し、押出ビレット２１の構造が形成される。

この押出ビレット２１は旋盤などに取り付けて、その外周を仕上げ加工された後、押出機内に挿入される。この押出ビレット２１を押出加工した後、断面減少加工と熱処理とを繰り返すことで超電導線材を得る。

特許第２８６８９６６号公報

溶接密封された押出ビレットは旋盤などを用いて、その外周が仕上げ加工されるが、従来の押出ビレット２１の構造の場合（図４）、ビレット両端に固定軸がなく、旋盤への取り付けと仕上げ加工との作業性に難がある。

また、従来の超電導線材の製造方法では、その製造効率の観点から、製造コストが悪化しない限り押出ビレットの総重量が大きくされる。

従来の押出ビレット２１の総重量は１００〜４００ｋｇともなり、相当の重量物となることから、押出ビレットを如何に効率よく製造するかが課題となる。

そこで本発明の目的は、上記課題を解決し、ビレット製造の作業性を改善する、超電導線材の押出ビレットの製造方法およびその構造並びに超電導線材の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、超電導材料を充填した銅チューブ両端を銅製の蓋で密封して形成され、押出機内に挿入して押出加工するための超電導線材の押出ビレットの製造方法において、前記銅チューブ両端の蓋の中心に、旋盤に取り付けるためのセンタポンチ孔を設けたことを特徴とする超電導線材の押出ビレットの製造方法である。

請求項２の発明は、前記センタポンチ孔の形状が、先端先細の孔部と、その孔の後端を拡径させた面取り部とからなり、前記孔部の外径が３ｍｍ以上６ｍｍ以下の範囲にされる請求項１に記載の超電導線材の押出ビレットの製造方法である。

請求項３の発明は、前記銅チューブ両端の蓋の少なくとも一方にメネジ孔が設られる請求項１または２に記載の超電導線材の押出ビレットの製造方法である。

請求項４の発明は、前記押出ビレットを旋盤に取り付け、その押出ビレット外周が仕上げ加工される請求項１〜３いずれかに記載の超電導線材の押出ビレットの製造方法である。

請求項５の発明は、超電導材料を充填した銅チューブ両端を銅製の蓋で密封して形成され、押出機内に挿入して押出加工するための超電導線材の押出ビレットにおいて、前記銅チューブ両端の蓋の中心に、旋盤に取り付けるためのセンタポンチ孔を設けたことを特徴とする超電導線材の押出ビレットである。

請求項６の発明は、請求項５に記載の超電導線材の押出ビレットを用い、その押出ビレットを押出加工して超電導線材を製造することを特徴とする超電導線材の製造方法である。

本発明によれば、ビレット製造の作業性を改善する、超電導線材の押出ビレットの製造方法およびその構造並びに超電導線材の製造方法を提供できる。

本発明の一実施の形態を示す断面図である。 図１の押出ビレットを旋盤に取り付ける様子を示す全体図である。 本発明の他の実施形態を示す断面図である。 従来の押出ビレットの構造を示す断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は本実施形態の超電導線材の押出ビレットの構造を示している。

図１（ａ）に示すように、無酸素銅製のチューブ２はその内部に、Ｃｕ単芯線３と超電導材単芯線４とからなる超電導材料５が充填される。この銅チューブ２の両端に前蓋６および後蓋７が配されるが、この前蓋６および後蓋７の中心には予め、センタポンチ孔８ａおよび８ｂが設けられる。この両センタポンチ孔について以下に詳述する。

図１（ｂ）に示すように、全長Ｌのセンタポンチ孔８ａおよび８ｂは共に、先端先細となる孔部９と、その孔部の後端を拡幅するようテーパー状にされる面取り部１０からなるようにされる。

孔部９は、その先端９ｓが先端角βの先細形状となるようにされ、その孔部全長ｌはセンタポンチ孔全長Ｌよりも小さくされる。また、孔部９の後端に設けられる面取り部１０は、孔部外径ｄをテーパー角αをもって面取り部外径Ｄに拡径するようにされる。すなわち、面取り部外径Ｄは、孔部外径ｄよりも大きくされる。

このセンタポンチ孔を有する前蓋６および後蓋７により、超電導材料５を充填する銅チューブ２の両端が閉じられた後、銅チューブ２と両蓋とが溶接によって密封され押出ビレット１が構成される。

溶接密封された押出ビレット１は図２に示すように、マンドレル１２とチャック１３とを備える旋盤１１に取り付けられ、その外周を仕上げ加工される。旋盤１１への取り付けの際には、テーパーを有するマンドレル１２の先端部分がセンタポンチの面取り部１０にフィットすると共に、マンドレル１２の先端部分を、センタポンチ孔８ａ、８ｂで与えられる押出ビレット１の中心と一致させることにより、押出ビレット１が旋盤に確実に保持できるようにされる。

したがって、面取り部テーパー角αはマンドレル１２のテーパー角と一致するようにされ、かつセンタポンチ孔全長Ｌおよび孔部全長ｌは、マンドレル１２がセンタポンチ孔８ａおよび８ｂに完全に嵌め込まれたときに、マンドレル１２の先端が孔部９の先端９ｓに到達しないようにされる。

また、孔部外径ｄおよび面取り部外径Ｄの寸法は、押出ビレット１の重量を考慮し、面取り部１０とマンドレル１２との剛性を損なわないように決定される。本実施形態では、孔部外径ｄは３ｍｍ以上６ｍｍ以下の範囲とされることが好ましい。

孔部先端角βは、センタポンチ孔８ａおよび８ｂを作製する掘削工具の先端角にあわせて任意に変更できるようにされる。すなわち、マンドレル１２がセンタポンチ孔８ａおよび８ｂに完全に挿入されたときに、マンドレル１２の先端が孔部９の先端９ｓに到達しないようにされる限り、センタポンチ孔８ａおよび８ｂを作製する掘削工具の先端形状は任意に変更できる。

このように、センタポンチ孔８ａおよび８ｂを基準固定中心として、押出ビレット１を旋盤１１に確実に取り付けることができるため、その外周を容易に仕上げ加工できる。

また、本実施形態の方法により作製される押出ビレット１から、押出加工、断面減少加工、熱処理を行い作製される超電導線材は、従来の押出ビレット２１から作製される超電導線材と同等の品質を達成できる。

次に、本発明の他の実施形態について図３に説明する。

図３（ａ）に示すように、無酸素銅製のチューブ２はその内部に、Ｃｕ単芯線３と超電導材単芯線４とからなる超電導材料５が充填される。

この銅チューブ２の両端に配される前蓋１５および後蓋１６の中心には、予め、センタポンチ孔８ａおよび８ｂとが設けられる。さらに前蓋１５もしくは後蓋１６の少なくとも一方に、メネジ孔１７ａおよび１７ｂが設けられる。

このメネジ孔１７ａおよび１７ｂを有する前蓋１５および後蓋１６は、図示しないオネジボルトなどを用いて吊り下げるようにされる。本実施形態では、両蓋がオネジボルトなどを用いて固定されるときの支持バランスとを考慮して、それぞれの蓋の中心を軸とするピッチ円上に、等間隔に設けられる。

これらメネジ孔１７ａおよび１７ｂと、センタポンチ孔８ａおよび８ｂとを有する両蓋により、内部に超電導材料５を充填した銅チューブ２の両端を閉じ、溶接によって銅チューブ２を密封することで、押出ビレット１４の構造が形成される。

溶接密封された押出ビレット１４は旋盤１１などに取り付けられ、その外周を仕上げ加工される。さらに本実施形態の押出ビレット１４においては、旋盤１１への取り付け作業の際に、前蓋１５および後蓋１６に設けられたメネジ孔１７ａおよび１７ｂを用いて、図示しないオネジボルトなどにより吊り下げ移動するようにされる。

したがってメネジ孔１７ａおよび１７ｂの形状および寸法は、押出ビレット１４の総重量と、固定に使用する図示しないオネジボルトなどの強度バランスから適宜決定するようにされる。本実施形態においては、前蓋１５に４箇所のメネジ孔１７ａが、後蓋１６に２箇所のメネジ孔１７ｂが設けられ、その寸法には汎用的なネジピッチを適用し、Ｍ１２以上Ｍ１６以下の範囲にされるのが合理的であり、好ましい。

本実施形態の押出ビレット１４の構造においては、センタポンチ孔８ａおよび８ｂの面取り部１０に、マンドレル１２が完全に嵌め込まれることで、センタポンチ孔８ａおよび８ｂを基準固定中心として押出ビレット１４が旋盤１１に容易に保持され、その外周を容易に仕上げ加工できる。

さらに押出ビレット１４を旋盤１１に取り付ける際には、メネジ孔１７ａおよび１７ｂと、そのメネジ孔に挿入するオネジボルトなどを用いて、押出ビレット１４を容易に吊り下げ移動できるため、押出ビレット製造の作業性を著しく改善できる。

本発明の超電導線材の押出ビレットの製造方法は、以上の実施形態に限られるものではなく、例えば、銀あるいはブロンズ製のチューブ内に超電導材料を充填する押出ビレットの製造方法に適用されてもよい。

また、押出ビレットの重量にあわせて、チューブ２両端の蓋に設けられるセンタポンチ孔８ａおよび８ｂと、メネジ孔１７ａおよび１７ｂの形状とが適宜変更されてもよく、例えばより重量が大きい押出ビレットを製造する際には、孔部外径ｄを６ｍｍ以上とし、メネジ孔１７ａおよび１７ｂの数を４箇所以上に増やすなどしてもよい。

以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。

［実施例１］
図１で説明したように、無酸素銅製の銅チューブ（外径１７０ｍｍ、内径１５６ｍｍ、長さ１０００ｍｍ）に、Ｃｕ単芯線とＣｕ／ＮｂＴｉ単芯線からなる超電導材料を充填した。

Ｃｕ単芯線はその形状が一辺４．５ｍｍの６角形断面からなり、このＣｕ単芯線を銅チューブ中央部に９１本挿入した。また、Ｃｕ／ＮｂＴｉ単芯線はＣｕ単芯線と断面寸法を同じくし、Ｃｕ単芯線の周囲に２２２本挿入した。

更に銅チューブ内の充填密度を高めるために、銅チューブと、Ｃｕ単芯線と、Ｃｕ／ＮｂＴｉ単芯線との隙間に無酸素銅の細線を充填した。

この銅チューブの両端に配されるそれぞれの蓋の中心に予めセンタポンチ孔を設けた。

センタポンチ孔の形状は、孔部外径３ｍｍ、センタポンチ孔全長１２ｍｍ、孔部先端角６０°、面取り部テーパー角６０°、孔部全長約５ｍｍとなるようにした。ここではセンタポンチ孔の加工に、刃径３ｍｍを有するセンタードリルＪＩＳＡ型を使用した。

このセンタポンチ孔を有する前蓋および後蓋で銅チューブ両端を閉じ、溶接密封して押出ビレットとなった。このビレットの総重量は２１０ｋｇ、前蓋が８ｋｇ、後蓋が８ｋｇであった。

次に、図２で説明したように、旋盤に備えられたマンドレルをセンタポンチ孔に挿入し、押出ビレットをチャックで旋盤に取り付けて、センタポンチ孔を基準固定中心として押出ビレットの仕上げ加工処理および寸法検査を行った。

センタポンチ孔を有する押出ビレットを使用した場合、従来の押出ビレットと比較して、押出ビレットの組立から寸法検査を完了するまでの作業時間を約３０％短縮できることを確認した。

さらに、寸法検査した押出ビレットを押出加工し、断面減少加工と熱処理とを繰り返して作製された超電導線材は、従来の押出ビレットの構造から作製される場合と同等の品質を有することを確認した。

［実施例２］
図３で説明したように、無酸素銅製の銅チューブ（外径２００ｍｍ、内径１５６ｍｍ、長さ８００ｍｍ）に、Ｃｕ単芯線とＣｕ／ＮｂＴｉ単芯線からなる超電導材料５を充填した。

Ｃｕ単芯線はその形状が一辺４．５ｍｍの６角形断面からなり、このＣｕ単芯線を銅チューブ中央部に９１本挿入した。また、Ｃｕ／ＮｂＴｉ単芯線はＣｕ単芯線と断面寸法を同じくし、Ｃｕ単芯線の周囲に２２２本挿入した。

更に銅チューブ内の充填密度を高めるために、銅チューブと、Ｃｕ単芯線と、Ｃｕ／ＮｂＴｉ単芯線との隙間に無酸素銅の細線を充填した。

この銅チューブの両端に配されるそれぞれの蓋の中心に予めセンタポンチ孔とメネジ孔とを設けた。

センタポンチ孔の形状は、孔部外径５ｍｍ、センタポンチ孔全長１２ｍｍ、孔部先端角６０°、面取り部テーパー角６０°、孔部全長約５ｍｍとなるようにした。ここではセンタポンチ孔の加工に、刃径５ｍｍを有するセンタードリルＪＩＳＡ型を使用した。

メネジ孔の寸法はＭ１２および深さ１８ｍｍであり、図３に示すように、前蓋にはその中心を軸とする４８ｍｍのピッチ円上に等間隔で４箇所、後蓋にはその中心を軸とする４８ｍｍのピッチ円上に等間隔で２箇所設けた。

このセンタポンチ孔とメネジ孔とを有する前蓋および後蓋で銅チューブ両端を閉じ、溶接密封して押出ビレットとなった。このビレットの総重量は２４０ｋｇ、前蓋が１６ｋｇ、後蓋が１０ｋｇであった。

次に、図２で説明したように、旋盤に備えられたマンドレルをセンタポンチ孔に挿入し、押出ビレットをチャックで旋盤に取り付けて、センタポンチ孔を基準固定中心として押出ビレットの仕上げ加工処理および寸法検査を行った。この旋盤への取り付け作業の際には、メネジ孔にオネジボルトを挿入し、押出ビレットを固定することで、吊り下げ移動した。センタポンチ孔を用いて回転させる場合、センタポンチ孔があることにより、センタポンチ孔で規定されるビレットの中心がぶれることなく加工できる。

センタポンチ孔とメネジ孔とを有する押出ビレットを使用した場合、従来の押出ビレットと比較して、押出ビレットの組立から寸法検査を完了するまでの作業時間を約５０％短縮できることを確認した。

さらに、寸法検査した押出ビレットを押出加工し、断面減少加工と熱処理とを繰り返して作製された超電導線材は、従来の押出ビレットの構造から作製される場合と同等の品質を有することを確認した。

［実施例３］
図３で説明したように、無酸素銅製の銅チューブ（外径２８０ｍｍ、内径２１１ｍｍ、長さ７５０ｍｍ）に、Ｃｕ単芯線とＣｕ／ＮｂＴｉ単芯線からなる超電導材料を充填した。

Ｃｕ単芯線はその形状が一辺６．１ｍｍの６角形断面からなり、このＣｕ単芯線を銅チューブ中央部に９１本挿入した。また、Ｃｕ／ＮｂＴｉ単芯線はＣｕ単芯線と断面寸法を同じくし、Ｃｕ単芯線の周囲に２２２本挿入した。

更に銅チューブ内の充填密度を高めるために、銅チューブと、Ｃｕ単芯線と、Ｃｕ／ＮｂＴｉ単芯線との隙間に無酸素銅の細線を充填した。

この銅チューブの両端に配されるそれぞれの蓋の中心に予めセンタポンチ孔とメネジ孔とを設けた。

センタポンチ孔の形状は、孔部外径６ｍｍ、センタポンチ孔全長１４ｍｍ、孔部先端角６０°、面取り部テーパー角６０°、孔部全長約５ｍｍとなるようにした。ここではセンタポンチ孔の加工に、刃径６ｍｍを有するセンタードリルＪＩＳＡ型を使用した。

メネジ孔の寸法はＭ１６および深さ２４ｍｍであり、図３に示すように、前蓋にはその中心を軸とする６０ｍｍのピッチ円上に等間隔で４箇所、後蓋にはその中心を軸とする６０ｍｍのピッチ円上に等間隔で２箇所設けた。

このセンタポンチ孔とメネジ孔とを有する前蓋および後蓋で銅チューブ２両端を閉じ、溶接密封して押出ビレットとなった。このビレットの総重量は４２０ｋｇ、前蓋が２６ｋｇ、後蓋が２０ｋｇであった。

次に、図２で説明したように、旋盤に備えられたマンドレルをセンタポンチ孔に挿入し、押出ビレットをチャックで旋盤に取り付けて、センタポンチ孔を基準固定中心として押出ビレットの仕上げ加工処理および寸法検査を行った。この旋盤への取り付け作業の際には、メネジ孔にオネジボルトを挿入し、押出ビレットを固定することで、吊り下げ移動した。センタポンチ孔を用いて回転させる場合、センタポンチ孔があることにより、センタポンチで規定されるビレットの中心がぶれることなく加工できる。

センタポンチ孔とメネジ孔とを有する押出ビレットを使用した場合、従来の押出ビレットと比較して、押出ビレットの組立から寸法検査を完了するまでの作業時間を約５０％短縮できることを確認した。

さらに、寸法検査した押出ビレットを押出加工し、断面減少加工と熱処理とを繰り返して作製された超電導線材は、従来の押出ビレットの構造から作製される場合と同等の品質を有することを確認した。

１ 押出ビレット
２ 銅チューブ
５ 超電導材料
６ 前蓋
７ 後蓋
８ａ、ｂ センタポンチ孔
９ 孔部
１０ 面取り部

Claims (6)

1. 超電導材料を充填した銅チューブ両端を銅製の蓋で密封して形成され、押出機内に挿入して押出加工するための超電導線材の押出ビレットの製造方法において、前記銅チューブ両端の蓋の中心に、旋盤に取り付けるためのセンタポンチ孔を設けたことを特徴とする超電導線材の押出ビレットの製造方法。
2. 前記センタポンチ孔の形状が、先端先細の孔部と、その孔の後端を拡径させた面取り部とからなり、前記孔部の外径が３ｍｍ以上６ｍｍ以下の範囲にされる請求項１に記載の超電導線材の押出ビレットの製造方法。
3. 前記銅チューブ両端の蓋の少なくとも一方にメネジ孔が設られる請求項１または２に記載の超電導線材の押出ビレットの製造方法。
4. 前記押出ビレットを旋盤に取り付け、その押出ビレット外周が仕上げ加工される請求項１〜３いずれかに記載の超電導線材の押出ビレットの製造方法。
5. 超電導材料を充填した銅チューブ両端を銅製の蓋で密封して形成され、押出機内に挿入して押出加工するための超電導線材の押出ビレットにおいて、前記銅チューブ両端の蓋の中心に、旋盤に取り付けるためのセンタポンチ孔を設けたことを特徴とする超電導線材の押出ビレット。
6. 請求項５に記載の超電導線材の押出ビレットを用い、その押出ビレットを押出加工して超電導線材を製造することを特徴とする超電導線材の製造方法。

Images