JP2021086740A - Superconducting conductor wire, superconducting device and method for manufacturing superconducting conductor wire - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超電導導体線および超電導機器ならびに超電導導体線の製造方法に関する。 The present invention relates to superconducting conductor wires, superconducting equipment, and methods for manufacturing superconducting conductor wires.
非特許文献1には、超電導導体線が開示されている。この超電導導体線は、芯材の外周面に超電導線材(例えば、特許文献1を参照)が螺旋状に巻き付けられて構成されている。超電導導体線は、超電導マグネット等の超電導機器に用いられる。例えば、超電導マグネットは、前記超電導導体線が集合されて構成される。
Non-Patent
超電導機器において超電導線材を高密度化するには、断面非円形状(例えば、扁平形状)の芯材を用いた超電導導体線が有利である。
しかし、前記超電導導体線は、断面非円形状の芯材を用いた場合、芯材の表面の一部において、超電導線材が芯材表面から離れた形態となる場合があった。
In order to increase the density of the superconducting wire in the superconducting device, a superconducting conductor wire using a core material having a non-circular cross section (for example, a flat shape) is advantageous.
However, when a core material having a non-circular cross section is used for the superconducting conductor wire, the superconducting wire material may be in a form separated from the surface of the core material on a part of the surface of the core material.
本発明の一態様は、芯材が断面非円形状である場合でも、超電導線材が芯材表面から離れないように芯材に巻き付けられた超電導導体線および超電導機器ならびに超電導導体線の製造方法を提供することを課題とする。 One aspect of the present invention is a method for manufacturing a superconducting conductor wire, a superconducting device, and a superconducting conductor wire wound around the core material so that the superconducting wire does not separate from the surface of the core material even when the core material has a non-circular cross section. The challenge is to provide.
本発明の一態様は、一方向に延在する芯材と、前記芯材に螺旋状に巻き付けられたテープ状の超電導線材と、を備え、前記芯材の外表面は、第1周方向領域と、前記芯材の長さ方向から見て前記第1周方向領域より平均曲率が大きい第2周方向領域とを有し、前記超電導線材は、少なくともテープ状の基材と前記基材に積層された超電導層とを有する超電導積層体を備え、前記超電導線材の表面に、前記芯材の長さ方向に沿う溝部が形成され、前記溝部は、前記超電導線材の厚さ方向から見て、少なくとも一部が前記芯材の第2周方向領域に重なる位置に形成されている、超電導導体線を提供する。 One aspect of the present invention includes a core material extending in one direction and a tape-shaped superconducting wire material spirally wound around the core material, and the outer surface of the core material is a region in the first circumferential direction. And a second circumferential region having a larger average curvature than the first circumferential region when viewed from the length direction of the core material, and the superconducting wire is laminated on at least a tape-shaped base material and the base material. A superconducting laminate having the superconducting layer is provided, and a groove portion along the length direction of the core material is formed on the surface of the superconducting wire material, and the groove portion is at least seen from the thickness direction of the superconducting wire material. Provided is a superconducting conductor wire, which is partially formed at a position overlapping the second circumferential direction region of the core material.
前記超電導導体線では、溝部が形成されているため、溝部が形成された箇所において超電導線材は曲げやすくなる。そのため、超電導線材は、容易に芯材に沿った曲げ形状となる。前記超電導導体線は、芯材30が断面非円形状である場合において、芯材の外表面の平均曲率が大きい箇所(第2周方向領域)でも、超電導線材が芯材から離れないように巻き付けられた形態となる。溝部が形成された箇所では、超電導線材に生じる曲げ歪みは小さくなる。そのため、超電導特性の低下を抑制できる。
Since a groove is formed in the superconducting conductor wire, the superconducting wire material is easily bent at the portion where the groove is formed. Therefore, the superconducting wire easily has a bent shape along the core material. When the
前記超電導線材は、前記基材が前記超電導層に対して外周側に位置するように前記芯材に巻き付けられ、前記溝部は、前記超電導線材の前記基材側の表面に形成されていることが好ましい。 The superconducting wire material is wound around the core material so that the base material is located on the outer peripheral side with respect to the superconducting layer, and the groove portion is formed on the surface of the superconducting wire material on the base material side. preferable.
前記超電導線材は、前記超電導積層体を覆う安定化層をさらに備え、前記溝部は、前記安定化層の表面に、前記基材に達して形成されていることが好ましい。 It is preferable that the superconducting wire further includes a stabilizing layer that covers the superconducting laminate, and the groove is formed on the surface of the stabilizing layer so as to reach the base material.
前記溝部の深さDは、前記超電導線材の厚さをtとして、t/10≦D≦2t/3を満たすことが好ましい。 The depth D of the groove preferably satisfies t / 10 ≦ D ≦ 2t / 3, where t is the thickness of the superconducting wire.
前記溝部の長さ方向に直交する断面において、前記溝部の形状はU字状であることが好ましい。 In the cross section orthogonal to the length direction of the groove, the shape of the groove is preferably U-shaped.
本発明の一態様は、前記超電導導体線を集合して構成された超電導機器を提供する。 One aspect of the present invention provides a superconducting device configured by assembling the superconducting conductor wires.
本発明の他の態様は、一方向に延在する芯材と、少なくともテープ状の基材と前記基材に積層された超電導層とを有する超電導積層体を備えたテープ状の超電導線材と、を用い、前記超電導線材を前記芯材に螺旋状に巻き付ける第1工程と、前記芯材の軸方向に沿って溝部を形成する第2工程と、を有し、前記芯材の外表面は、第1周方向領域と、前記芯材の長さ方向から見て前記第1周方向領域より平均曲率が大きい第2周方向領域とを有し、前記第2工程において、前記溝部は、前記超電導線材の厚さ方向から見て、少なくとも一部が前記芯材の第2周方向領域に重なる位置に形成する、超電導導体線の製造方法を提供する。 Another aspect of the present invention is a tape-shaped superconducting wire having a core material extending in one direction and a superconducting laminate having at least a tape-shaped base material and a superconducting layer laminated on the base material. A first step of spirally winding the superconducting wire around the core material and a second step of forming a groove along the axial direction of the core material are provided, and the outer surface of the core material is: It has a first circumferential region and a second circumferential region having a larger average curvature than the first circumferential region when viewed from the length direction of the core material. In the second step, the groove portion is superconducting. Provided is a method for manufacturing a superconducting conductor wire, which is formed at a position where at least a part of the wire rod overlaps the second circumferential direction region of the core material when viewed from the thickness direction of the wire rod.
前記製造方法によれば、酸化物超電導線材を芯材に巻き付けた後に溝部を形成する。そのため、超電導導体線において、芯材に対する溝部の位置を正確に定めることができる。 According to the manufacturing method, a groove is formed after the oxide superconducting wire is wound around the core material. Therefore, in the superconducting conductor wire, the position of the groove portion with respect to the core material can be accurately determined.
本発明のさらに他の態様は、少なくともテープ状の基材と前記基材に積層された超電導層とを有する超電導積層体を備えたテープ状の超電導線材に溝部を形成する第1工程と、前記超電導線材を、一方向に延在する前記芯材に、螺旋状に巻き付ける第2工程と、前記芯材の外表面は、第1周方向領域と、前記芯材の長さ方向から見て前記第1周方向領域より平均曲率が大きい第2周方向領域とを有し、前記第2工程において、前記溝部は、前記芯材の長さ方向に沿い、かつ前記超電導線材の厚さ方向から見て、少なくとも一部が前記芯材の第2周方向領域に重なる位置に配置する、超電導導体線の製造方法を提供する。 Yet another aspect of the present invention includes a first step of forming a groove in a tape-shaped superconducting wire having a superconducting laminate having at least a tape-shaped base material and a superconducting layer laminated on the base material. The second step of spirally winding the superconducting wire around the core material extending in one direction, and the outer surface of the core material is the first circumferential direction region and the above-mentioned when viewed from the length direction of the core material. It has a second circumferential region having a larger average curvature than the first circumferential region, and in the second step, the groove is along the length direction of the core material and viewed from the thickness direction of the superconducting wire. Further, the present invention provides a method for manufacturing a superconducting conductor wire, which is arranged at a position where at least a part of the core material overlaps the second circumferential direction region.
前記製造方法では、酸化物超電導線材を芯材に巻き付けるに先だって、酸化物超電導線材に溝部を形成するため、溝部の形成作業が容易である。 In the above-mentioned manufacturing method, since a groove is formed in the oxide superconducting wire prior to winding the oxide superconducting wire around the core material, the groove forming work is easy.
本発明の一態様によれば、芯材が断面非円形状である場合でも、超電導線材が芯材表面から離れないように芯材に巻き付けられた超電導導体線および超電導機器ならびに超電導導体線の製造方法を提供することができる。 According to one aspect of the present invention, even when the core material has a non-circular cross section, the superconducting conductor wire, the superconducting device, and the superconducting conductor wire wound around the core material so that the superconducting wire does not separate from the surface of the core material are manufactured. A method can be provided.
以下、好適な実施形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings based on the preferred embodiments.
[超電導導体線](第1実施形態)
図1は、第1実施形態の超電導導体線20を示す斜視図である。図2は、超電導導体線20を拡大した斜視図である。図3は、芯材30の斜視図である。
[Superconducting Conductor Wire] (First Embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing the
図1および図2に示すように、超電導導体線20は、芯材30と、酸化物超電導線材10とを備える。
図3に示すように、芯材30は、A1方向(一方向)に延在する筒状とされている。「A1」は芯材30の中心軸であり、「A1方向」は芯材30の長さ方向である。芯材30は、A1方向から見て非円形状(詳しくは楕円形状)とされている。すなわち、芯材30の、A1方向に直交する断面は非円形状(詳しくは楕円形状)である。芯材30は、銅、ステンレス鋼などの金属で構成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
As shown in FIG. 3, the
芯材30の外表面30aは、A1方向に延在する複数の帯状の周方向領域30b,30c,30b,30cに区画することができる。詳しくは、外表面30aは、一対の第1周方向領域30b,30bと、一対の第2周方向領域30c,30cとを有する。第1周方向領域30bと、第2周方向領域30cと、第1周方向領域30bと、第2周方向領域30cとは、芯材30の周方向にこの順に並んで配置される。
The
第1周方向領域30b,30bは、A1方向から見て概略、円弧状とされている。一対の第1周方向領域30b,30bは、芯材30の中心軸に対して回転対称となる位置にある。2つの第1周方向領域30b,30bは、第2周方向領域30c,30cによって隔てられている。第1周方向領域30bは、第2周方向領域30cに隣接している。第2周方向領域30c,30cは、A1方向から見て概略、円弧状とされている。一対の第2周方向領域30c,30cは、芯材30の中心軸に対して回転対称となる位置にある。第1周方向領域30bの周方向長さは、第2周方向領域30cの周方向長さに対して1〜10倍であってよい。
The first
A1方向から見たとき、第2周方向領域30cの平均曲率は、第1周方向領域30bの平均曲率より大きい。言い換えれば、A1方向から見たとき、第2周方向領域30cの平均曲率半径は、第1周方向領域30bの平均曲率半径より小さい。
When viewed from the A1 direction, the mean curvature of the second
芯材30の短径方向を第1方向D1という。第1方向D1はA1方向に直交する方向である。第1方向D1における芯材30の外径(第1外径L1)は最小径である。芯材30の長径方向を第2方向D2という。第2方向D2は第1方向D1およびA1方向に直交する方向である。第2方向D2における芯材30の外径(第2外径L2)は最大径である。第2外径L2は、第1外径L1より大である。第1方向D1は芯材30の厚さ方向である。第2方向D2は芯材30の幅方向である。「外径」は外形寸法である。
芯材30の第2外径L2は、例えば2〜10mmである。第2外径L2は、例えば、第1外径L1の1.5〜10倍である。
The minor axis direction of the
The second outer diameter L2 of the
A1方向から見たとき、芯材30の短軸の2つの頂点P1,P1はそれぞれ第1周方向領域30b,30bに含まれる。頂点P1,P1は、例えば、A1方向から見て第1周方向領域30b,30bの周方向の中央に位置する。頂点P1,P1は、それぞれ芯材30の厚さ方向(第1方向D1)の一端および他端に位置する。頂点P1,P1は、例えば、曲率が最も小さくなる点である。
When viewed from the A1 direction, the two vertices P1 and P1 on the minor axis of the
芯材30の長軸の2つの頂点P2,P2はそれぞれ第2周方向領域30c,30cに含まれる。頂点P2,P2は、例えば、A1方向から見て第2周方向領域30c,30cの周方向の中央に位置する。頂点P2,P2は、それぞれ芯材30の幅方向(第2方向D2)の一端および他端に位置する。頂点P2,P2は、例えば、曲率が最も大きくなる点である。
The two vertices P2 and P2 on the long axis of the
[酸化物超電導線材]
図4は、酸化物超電導線材10を一方側から見た斜視図である。図5は、酸化物超電導線材10を他方側から見た斜視図である。図6は、酸化物超電導線材10の平面図である。
[Oxide superconducting wire]
FIG. 4 is a perspective view of the
図4および図5に示すように、酸化物超電導線材10は、超電導積層体5と、安定化層6とを備える。酸化物超電導線材10は、「超電導線材」の具体例である。酸化物超電導線材10は、テープ状に形成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
図5に示すように、超電導積層体5は、基材1上に中間層2を介して酸化物超電導層3および保護層4が形成された構造を有する。詳しくは、超電導積層体5は、テープ状の基材1の一方の面に、中間層2と酸化物超電導層3と保護層4がこの順に積層された構成を有する。
As shown in FIG. 5, the
X方向は、酸化物超電導線材10の幅方向である。Y方向は、酸化物超電導線材10の長さ方向であり、X方向に直交する方向である。Z方向は、酸化物超電導線材10の厚さ方向であり、基材1、中間層2、酸化物超電導層3、保護層4等の各層が積層される方向である。Z方向は、X方向およびY方向に直交する方向である。XZ断面は、X方向およびZ方向によって規定される断面である。
The X direction is the width direction of the
基材1は、テープ状であり、例えばハステロイ(登録商標)等の金属で形成されている。
中間層2は、例えば、基材1側から、拡散防止層、ベッド層、配向層、キャップ層等を備える。拡散防止層は、基材1の成分の一部が拡散し、不純物として酸化物超電導層3側に混入することを抑制する機能を有する。ベッド層は、基材1と酸化物超電導層3との界面における反応を低減し、その上に形成される層の配向性を向上させる。配向層は、キャップ層の結晶配向性を制御する。キャップ層は、結晶粒が面内方向に自己配向し得る材料からなる。
The
The intermediate layer 2 includes, for example, a diffusion prevention layer, a bed layer, an alignment layer, a cap layer, and the like from the
酸化物超電導層3は、酸化物超電導体から構成される。酸化物超電導体としては、特に限定されないが、例えば一般式REBa2Cu3OX(RE123)で表されるRE−Ba−Cu−O系酸化物超電導体が挙げられる。希土類元素REとしては、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luのうちの1種又は2種以上が挙げられる。 The oxide superconducting layer 3 is composed of an oxide superconductor. As an oxide superconductor, particularly, but not limited to, for example, the general formula REBa 2 Cu 3 O X (RE123 ) with REBa-Cu-O based oxide superconductor represented the like. Examples of the rare earth element RE include one or more of Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, and Lu.
保護層4は、事故時に発生する過電流をバイパスしたり、酸化物超電導層3と保護層4の上に設けられる層との間で起こる化学反応を抑制する等の機能を有する。保護層4の材質としては、例えば銀(Ag)、銅(Cu)、金(Au)、金と銀との合金、その他の銀合金、銅合金、金合金などが挙げられる。 The protective layer 4 has functions such as bypassing an overcurrent generated at the time of an accident and suppressing a chemical reaction occurring between the oxide superconducting layer 3 and the layer provided on the protective layer 4. Examples of the material of the protective layer 4 include silver (Ag), copper (Cu), gold (Au), an alloy of gold and silver, other silver alloys, copper alloys, and gold alloys.
基材1、中間層2、酸化物超電導層3および保護層4には、公知技術を適用できる。
Known techniques can be applied to the
安定化層6は、超電導積層体5の外周面5aの全体を覆って設けられている。安定化層6は、酸化物超電導層3が常電導状態に転移した時に発生する過電流を転流させるバイパス部としての機能を有する。安定化層6の構成材料としては、銅、銅合金(例えばCu−Zn合金、Cu−Ni合金等)、アルミニウム、アルミニウム合金、銀等の金属が挙げられる。安定化層6は、めっき(例えば電解めっき)によって形成することができる。
安定化層6の表面上には絶縁層を形成してもよい。例えば、酸化物超電導線材10に、後述する溝部7を形成した後、酸化物超電導線材10にポリイミドテープを巻回することで絶縁層を形成することができる。
The stabilizing layer 6 is provided so as to cover the entire outer
An insulating layer may be formed on the surface of the stabilizing layer 6. For example, an insulating layer can be formed by forming a
酸化物超電導線材10のXZ断面は、例えば、矩形状とされる。酸化物超電導線材10の表面(詳しくは、安定化層6の表面)のうち、X方向およびY方向に沿う面を「主面」という。酸化物超電導線材10の2つの主面のうち基材1側の主面(図5における下面)を「第1主面10a」という。酸化物超電導線材10の2つの主面のうち第1主面10aとは反対の面(図5における上面)を「第2主面10b」という。
酸化物超電導線材10の幅(X方向の寸法)は、酸化物超電導線材10の厚さ(Z方向の寸法)より大である。
The XZ cross section of the
The width of the oxide superconducting wire 10 (dimension in the X direction) is larger than the thickness of the oxide superconducting wire 10 (dimension in the Z direction).
酸化物超電導線材10の第1主面10aには、複数の溝部7が形成されている。溝部7は、酸化物超電導線材10の厚さ方向(Z方向)から見て(図6参照)、直線状である。溝部7は、Z方向から見て、X方向に対して傾斜している。溝部7は、第1主面10aの幅方向(X方向)の一方の端部である第1側縁10a1から、第1主面10aの幅方向(X方向)の他方の端部である第2側縁10a2にかけて形成されている。溝部7の一方の端(第1側縁10a1に達する端)を第1端7aという。溝部7の他方の端(第2側縁10a2に達する端)を第2端7bという。複数の溝部7は、酸化物超電導線材10の長さ方向に間隔をおいて形成されている。
A plurality of
酸化物超電導線材10では、溝部7は、酸化物超電導線材10の2つの主面10a,10bのうち基材1側の主面(第1主面10a)に形成されている。そのため、溝部7が形成された箇所においては、酸化物超電導層3は、酸化物超電導線材10の厚さ方向の中央位置に近くなる。したがって、溝部7が形成された箇所において、曲げによる歪みが酸化物超電導層3に及びにくくなる。よって、曲げによって酸化物超電導線材10の超電導特性が劣化するのを抑制できる。
In the
図7は、酸化物超電導線材10の一部の断面図であり、溝部7の模式図である。
図7に示すように、溝部7の長さ方向に直交する断面において、溝部7の形状は、例えばU字状である。溝部7は、断面U字状とすると、曲げ応力が特定箇所に集中しにくいため、酸化物超電導層3の劣化を抑制できる。
溝部7は、安定化層6を厚さ方向に貫通して基材1に達していることが望ましい。溝部7は、基材1に達する深さであると、酸化物超電導線材10を曲げやすくすることができる。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a part of the
As shown in FIG. 7, the shape of the
It is desirable that the
溝部7の深さD(mm)は、t/10≦D≦2t/3を満たすことが好ましい。「t」は酸化物超電導線材10の厚さ(mm)である。深さDがt/10以上であると、酸化物超電導線材10を曲げやすくすることができる。深さDが2t/3以下であると、酸化物超電導線材10の強度を確保することができる。
溝部7の幅Wは、0.1mm≦W≦1mmを満たすことが好ましい。
The depth D (mm) of the
The width W of the
図1および図2に示すように、酸化物超電導線材10は、芯材30の外表面30aに螺旋状に巻き付けられている。酸化物超電導線材10は、基材1が酸化物超電導層3に対して芯材30の外周側に位置するように芯材30に巻き付けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
酸化物超電導線材10を芯材30に螺旋状に巻き付ける形態としては、突合せ巻きが好ましい。突合せ巻きとは、テープが互いに重ならないように側縁どうしを突き合わせて巻き付ける巻き方である。酸化物超電導線材10を芯材30に螺旋状に巻き付ける形態は、1条巻きでもよいし、多条巻きでもよい。1条巻きは、1本の酸化物超電導線材10を芯材30に螺旋状に巻き付ける形態である。多条巻きは、複数本の酸化物超電導線材10を並列に芯材30に螺旋状に巻き付ける形態である。多条巻きを採用する場合の酸化物超電導線材10の数は、例えば1〜3である。酸化物超電導線材10の巻き付け形態は、単層巻きでもよいし、多層巻きでもよい。さらに、芯材30に複数の酸化物超電導線材10を重ねて巻き付けてもよい。
さらに、芯材30に巻き付けた酸化物超電導線材10の外表面に、例えばポリイミドテープを巻き付けて絶縁層を形成してもよい。
Butt winding is preferable as a form in which the
Further, for example, a polyimide tape may be wound around the outer surface of the
溝部7は、酸化物超電導線材10の厚さ方向から見て、少なくとも一部が第2周方向領域30c,30c(図3参照)に重なる位置に形成されている。溝部7は、芯材30のA1方向に沿って形成されている。
The
酸化物超電導線材10は、芯材30の外表面30aに接着されていてもよいし、接着されていなくてもよい。酸化物超電導線材10が芯材30に接着される場合、酸化物超電導線材10は半田、接着剤などにより芯材30に接着することができる。
The
[超電導導体線の製造方法](第1実施形態)
以下、図8〜図13を参照して、超電導導体線20を製造する方法の一例を説明する。
[Manufacturing method of superconducting conductor wire] (1st embodiment)
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the
(第1工程:酸化物超電導線材の巻き付け)
図8は、第1実施形態の超電導導体線20の製造方法を説明する図である。図8は、酸化物超電導線材10を芯材130に巻き付ける工程の説明図である。図9は、酸化物超電導線材10を巻き付けた巻き付け導体線120を長さ方向から見た図である。
(First step: Winding of oxide superconducting wire)
FIG. 8 is a diagram illustrating a method of manufacturing the
図8および図9に示すように、溝部7がないこと以外は図4および図5に示す酸化物超電導線材10と同じ構成の酸化物超電導線材110と、芯材130とを用意する。芯材130は、例えば、円筒状である。「A2方向」は芯材130の中心軸に沿う方向であり、芯材130の長さ方向である。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
酸化物超電導線材110を芯材130の表面に巻き付ける。酸化物超電導線材110は、基材1が酸化物超電導層3に対して芯材130の外周側に位置するように芯材130に巻き付ける。
酸化物超電導線材110を芯材130に螺旋状に巻き付ける形態としては、突合せ巻きが好ましい。酸化物超電導線材110の巻き付け形態は、1条巻きでもよいし、多条巻きでもよい。図8に示す酸化物超電導線材110の巻き付け形態としては、2条巻き、すなわち2本の酸化物超電導線材110(110A,110B)が並列に芯材130に螺旋状に巻き付けられる形態が採用されている。酸化物超電導線材110が巻き付けられた芯材130を、「巻き付け導体線120」という。
The
Butt winding is preferable as a form in which the
酸化物超電導線材110の一方の面(芯材130に対向する面)、または芯材130の外表面には、半田層を形成しておいてもよい。これにより、図12に示すプレス装置150を用いて溝付き導体線121を非円化変形させる際に、ホットプレスによって、酸化物超電導線材110を芯材130に半田で接着させることができる。
A solder layer may be formed on one surface of the oxide superconducting wire 110 (the surface facing the core 130) or the outer surface of the
(第2工程:溝部の形成)
図10は、溝部形成装置140の平面図である。図11は、溝部形成装置140を巻き付け導体線120の長さ方向から見た図である。
図10に示すように、溝部形成装置140は、一対の円板状の刃部141,141を備える。刃部141,141は、間隔をおいて設置される。巻き付け導体線120を長さ方向に引き取りつつ、刃部141,141の間に通す。
(Second step: formation of groove)
FIG. 10 is a plan view of the
As shown in FIG. 10, the
図11に示すように、刃部141,141によって、酸化物超電導線材110に一対の溝部7,7を形成する。溝部7は、芯材130のA2方向に沿って形成する。2つの溝部7,7は、芯材130の軸回りの回転対称となる位置(周方向に180度ずれた位置)に形成する。溝部7,7が形成された巻き付け導体線120を「溝付き導体線121」という。
As shown in FIG. 11, the
(第3工程:溝付き導体線の非円形化)
図12は、プレス装置150の構成図である。図13は、プレス装置150の動作を示す図である。
図12に示すように、プレス装置150は、一対の板状の押圧体151,151を備える。押圧体151は、例えば、圧延ローラである。圧延ローラは、平ロール、溝付きロール、クラウンロールなどでもよい。
(Third step: Non-circular grooved conductor wire)
FIG. 12 is a block diagram of the
As shown in FIG. 12, the
溝付き導体線121を押圧体151,151の間に配置し、押圧体151,151を互いに近づく方向に移動させる。これによって、押圧体151,151を用いて溝付き導体線121を圧縮方向に押圧する。この際、押圧体151,151によって溝付き導体線121を押圧する位置は、例えば、芯材130のA2方向から見て、溝部7から軸周り方向に90°ずれた位置である。
The
図13に示すように、溝付き導体線121(図12参照)を圧縮変形させる。円筒状の芯材130は、楕円筒状(すなわち、断面非円形状)の芯材30(図1参照)となる。溝部7は、酸化物超電導線材10の厚さ方向から見て、少なくとも一部が第2周方向領域30c,30c(図3参照)に重なる位置となる。これにより、図1に示す超電導導体線20を得る。
As shown in FIG. 13, the grooved conductor wire 121 (see FIG. 12) is compressively deformed. The
超電導導体線20の表面上に絶縁層を設ける場合は、第2工程(溝部の形成)で溝部7を形成したあとに絶縁層を形成し、そのあとに第3工程(溝付き導体線の非円形化)を行ってもよい。または、第2工程(溝部の形成)のあとには絶縁層を形成せず、第3工程(溝付き導体線の非円形化)のあとに絶縁層を形成してもよい。
When an insulating layer is provided on the surface of the
[超電導導体線が奏する効果]
超電導導体線20は、溝部7が形成されているため、溝部7が形成された箇所において酸化物超電導線材10は曲げやすくなる。そのため、酸化物超電導線材10は、容易に芯材30の第2周方向領域30cに沿った曲げ形状となる。
超電導導体線20は、芯材30が断面非円形状(詳しくは、楕円形状)である場合において、芯材30の外表面30aの平均曲率が大きい箇所(第2周方向領域30c)でも、酸化物超電導線材10が芯材30から離れないように巻き付けられた形態となる。
溝部7が形成された箇所では、酸化物超電導線材10に生じる曲げ歪みは小さくなる。そのため、超電導特性の低下を抑制できる。
[Effects of superconducting conductor wires]
Since the
When the
At the location where the
超電導導体線20では、酸化物超電導線材10が芯材30から離れないように巻き付けられるため、電磁力、熱応力等が加えられたときに酸化物超電導線材10が遊動するのを抑制できる。よって、酸化物超電導線材10の遊動(ワイヤーモーション)による劣化を抑えることができる。
In the
超電導導体線20では、酸化物超電導線材10の寸法(例えば厚さ寸法)を変える必要がないため、酸化物超電導線材10における寸法精度を高めることができる。
In the
超電導導体線20は、扁平形状、すなわち、芯材30の第2外径L2が第1外径L1より大である形状であるため、超電導マグネット等の超電導機器(図22参照)において、酸化物超電導線材10を高密度化することができる。
Since the
[超電導導体線の製造方法が奏する効果]
前記製造方法では、酸化物超電導線材110を芯材130に巻き付けた後に溝部7を形成する。そのため、超電導導体線20において、芯材30に対する溝部7の位置を正確に定めることができる。
[Effects of the superconducting conductor wire manufacturing method]
In the manufacturing method, the
[超電導導体線](第2実施形態)
図14は、第2実施形態の超電導導体線220を示す斜視図である。図15は、超電導導体線220を拡大した斜視図である。図16は、芯材230の斜視図である。以下、既出の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。
[Superconducting conductor wire] (second embodiment)
FIG. 14 is a perspective view showing the
図14および図15に示すように、超電導導体線220は、芯材230と、酸化物超電導線材210とを備える。
図16に示すように、芯材230は、A3方向(一方向)に延在するテープ状とされている。「A3方向」は芯材230の長さ方向である。芯材230は、A3方向から見て非円形状とされている。具体的には、芯材230は、A3方向から見て矩形状(詳しくは長方形状)とされている。すなわち、芯材230の、A3方向に直交する断面は非円形状(詳しくは長方形状)である。芯材230は、銅、ステンレス鋼などの金属で構成された金属テープである。
芯材230の幅は、例えば5〜10mmである。芯材230の厚さは、例えば0.1〜2mmである。
As shown in FIGS. 14 and 15, the
As shown in FIG. 16, the
The width of the
A3方向から見たときの芯材230の短辺方向を第1方向D3という。第1方向D3はA3方向に直交する方向である。第1方向D3における芯材230の外形寸法(第1外形寸法L3)は最小外形寸法である。芯材230の長辺方向を第2方向D4という。第2方向D4は第1方向D3およびA3方向に直交する方向である。第2方向D4における芯材230の外形寸法(第2外形寸法L4)は最大外形寸法である。第2外形寸法L4は、第1外形寸法L3より大である。第1方向D3は芯材230の厚さ方向である。第2方向D4は芯材230の幅方向である。
The short side direction of the
芯材230の外表面230aのうち、A3方向および第2方向D4に沿う面を主面230e,230eという。A3方向および第1方向D3に沿う面を側面230f,230fという。
Of the
芯材230の外表面230aは、例えば、A3方向に沿う複数の帯状の周方向領域に区画することができる。例えば、外表面230aは、2つの第1周方向領域230bと、4つの第2周方向領域230cと、2つの第3周方向領域230dとを有する。
The
第2周方向領域230cは、A3方向から見て長方形状である芯材230の角部231を含む周方向領域である。第1周方向領域230bは、主面230eのうち第2周方向領域230cを除く周方向領域である。第3周方向領域230dは、側面230fのうち第2周方向領域230cを除く周方向領域である。
A3方向から見たとき、第2周方向領域230cは角部231を含むため、第2周方向領域230cの平均曲率は、第1周方向領域230bおよび第3周方向領域230dの平均曲率より大きい。
The second
When viewed from the A3 direction, the second
[酸化物超電導線材]
図17は、酸化物超電導線材210の平面図である。
酸化物超電導線材210の第1主面10aには、複数の溝部207が形成されている。溝部207は、酸化物超電導線材210の厚さ方向(Z方向)から見て、直線状である。溝部207は、Z方向から見て、X方向に対して傾斜している。溝部207は、第1主面10aの幅方向(X方向)の一方の端部である第1側縁10a1から、第1主面10aの幅方向(X方向)の他方の端部である第2側縁10a2にかけて形成されている。複数の溝部207は、酸化物超電導線材10の長さ方向に間隔をおいて形成されている。溝部207が形成された酸化物超電導線材210の表面上には、ポリイミドテープ等を巻回した絶縁層が形成されていてもよい。
[Oxide superconducting wire]
FIG. 17 is a plan view of the
A plurality of
複数の溝部207は、複数の溝部群207Aを含む。溝部群207Aは、隣り合う2つの溝部207,207を有する。隣り合う溝部群207A,207AのY方向の離間距離は、1つの溝部群207Aを構成する2つの溝部207,207の離間距離より大きい。図14に示す超電導導体線220において、溝部群207Aを構成する2つの溝部207,207の間の領域は、側面230f(図16参照)に重なるように配置される。隣り合う溝部群207A,207Aの間の領域は、主面230e(図16参照)に重なるように配置される。
The plurality of
図14および図15に示すように、酸化物超電導線材210は、芯材230の外表面230aに螺旋状に巻き付けられている。酸化物超電導線材210は、基材1が酸化物超電導層3に対して芯材230の外周側に位置するように芯材230に巻き付けられている。
As shown in FIGS. 14 and 15, the
酸化物超電導線材210を芯材230に螺旋状に巻き付ける形態としては、突合せ巻きが好ましい。酸化物超電導線材210の巻き付け形態は、単層巻きでもよいし、多層巻きでもよい。多層巻きを採用する場合、厚さ方向に隣り合う2つの層のうち、上層が下層の突き合わせ部を覆う巻き付け形態が可能である。
Butt winding is preferable as a form in which the
溝部207は、酸化物超電導線材210の厚さ方向から見て、少なくとも一部が第2周方向領域230c,230c(図16参照)に重なる位置に形成されている。例えば、溝部207は、酸化物超電導線材210の厚さ方向から見て、少なくとも一部が角部231(図16参照)に重なる位置にある。溝部207は、芯材230のA3方向に沿って形成されている。
The
酸化物超電導線材210は、芯材230の外表面230a(図16参照)に接着されていてもよいし、接着されていなくてもよい。酸化物超電導線材210が芯材230に接着される場合、酸化物超電導線材210は半田、接着剤などにより芯材230に接着することができる。さらに、芯材230に巻き付けた酸化物超電導線材210の外表面に、例えばポリイミドテープを巻き付けて絶縁層を形成してもよい。
The
[超電導導体線の製造方法](第2実施形態)
以下、超電導導体線220を製造する方法の一例を説明する。
[Manufacturing method of superconducting conductor wire] (second embodiment)
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the
(第1工程:溝部の形成)
溝部207がないこと以外は図17に示す酸化物超電導線材210と同じ構成の酸化物超電導線材と、芯材230(図16参照)とを用意する。
酸化物超電導線材に溝部207(図17参照)を形成する。これにより、酸化物超電導線材210を得る。
(First step: Formation of groove)
An oxide superconducting wire having the same configuration as that of the
A groove 207 (see FIG. 17) is formed in the oxide superconducting wire. As a result, the
溝部207を形成する方法としては、鋭利な刃部を有する溝部形成装置を用い、刃部を酸化物超電導線材の表面に押し当てる方法を挙げることができる。溝部207を形成する方法としては、機械研磨加工、エッチングなども可能である。安定化層6をめっきによって形成する場合には、被形成面にマスク層を形成し、当該箇所のめっき成長を抑える方法も可能である。
酸化物超電導線材には、例えば、溝部を形成した基材を用いることができる。これにより、基材上にめっきにより形成した安定化層に、基材の溝部に沿う形状の溝部を形成することができる。
Examples of the method for forming the
As the oxide superconducting wire, for example, a base material having a groove can be used. As a result, it is possible to form a groove having a shape along the groove of the base material in the stabilizing layer formed by plating on the base material.
(第2工程:酸化物超電導線材の巻き付け)
図14および図15に示すように、酸化物超電導線材210を芯材230の表面に巻き付ける。酸化物超電導線材210は、基材1が酸化物超電導層3に対して芯材230の外周側に位置するように芯材230に巻き付ける。
(Second step: Winding of oxide superconducting wire)
As shown in FIGS. 14 and 15, the
酸化物超電導線材210は、酸化物超電導線材210の厚さ方向から見て、溝部207の少なくとも一部が第2周方向領域230c(図16参照)に重なる位置に配置されるように芯材230に巻き付ける。例えば、酸化物超電導線材210は、溝部207の少なくとも一部が角部231(図16参照)に重なる位置に配置されるように芯材230に巻き付ける。これにより、図14および図15に示す超電導導体線220を得る。第2工程(酸化物超電導線材の巻き付け)を終えたあとに、超電導導体線220の表面上に絶縁層を形成してもよい。
The
[超電導導体線が奏する効果]
超電導導体線220は、溝部207が形成されているため、溝部207が形成された箇所において酸化物超電導線材210は曲げやすくなる。そのため、酸化物超電導線材210は、容易に芯材230の第2周方向領域230cに沿った曲げ形状となる。
超電導導体線220は、芯材230が断面非円形状(詳しくは、長方形状)である場合において、芯材230の外表面230aの平均曲率が大きい箇所(第2周方向領域230c)でも、酸化物超電導線材210が芯材230から離れないように巻き付けられた形態となる。
溝部207が形成された箇所では、酸化物超電導線材10に生じる曲げ歪みは小さくなる。そのため、超電導特性の低下を抑制できる。
[Effects of superconducting conductor wires]
Since the
When the
At the location where the
超電導導体線220では、酸化物超電導線材210が芯材230から離れないように巻き付けられるため、電磁力、熱応力等が加えられたときに酸化物超電導線材210が遊動するのを抑制できる。よって、酸化物超電導線材210の遊動(ワイヤーモーション)による劣化を抑えることができる。
In the
超電導導体線220では、酸化物超電導線材210の寸法(例えば厚さ寸法)を変える必要がないため、酸化物超電導線材210における寸法精度を高めることができる。
In the
[超電導導体線の製造方法が奏する効果]
前記製造方法では、酸化物超電導線材210を芯材230に巻き付けるに先だって、酸化物超電導線材210に溝部207を形成するため、溝部207の形成作業が容易である。
[Effects of the superconducting conductor wire manufacturing method]
In the above-mentioned manufacturing method, since the
以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
例えば、図18は、芯材の他の例である芯材330の斜視図である。芯材330は、平編み金属線である。芯材330は、長さ方向から見て非円形状(詳しくは長円形状、またはレーストラック形状)とされている。すなわち、芯材330の、長さ方向に直交する断面は非円形状(詳しくは長円形状、またはレーストラック形状)である。芯材330は、銅、ステンレス鋼などの金属で構成される。
芯材330の幅は、例えば5〜10mmである。芯材330の厚さは、例えば0.1〜1mmである。
Although the present invention has been described above based on preferred embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
For example, FIG. 18 is a perspective view of the
The width of the
図19は、溝部の第1変形例である溝部307の模式図である。溝部307の断面形状(溝部307の長さ方向に直交する断面形状)はV字状である。
図20は、溝部の第2変形例である溝部407の模式図である。溝部407の断面形状(溝部407の長さ方向に直交する断面形状)は矩形状である。
図21は、溝部の第3変形例である溝部507の模式図である。溝部507の断面形状(溝部507の長さ方向に直交する断面形状)は半円状である。
FIG. 19 is a schematic view of the
FIG. 20 is a schematic view of the
FIG. 21 is a schematic view of the
図22は、超電導機器の一例である超電導マグネット600の斜視図である。超電導マグネット600は、巻枠601の巻き胴602に超電導導体線20(図1参照)が巻き付けられて構成されている。巻枠601は、巻き胴602と、鍔部603,603とを備える。
FIG. 22 is a perspective view of a superconducting magnet 600, which is an example of a superconducting device. The superconducting magnet 600 is configured by winding the superconducting conductor wire 20 (see FIG. 1) around the winding
実施形態における酸化物超電導線材は、基材が酸化物超電導層に対して芯材の外周側に位置するように芯材に巻き付けられている。酸化物超電導線材は、いずれの主面が外周側に位置するように芯材に巻き付けられていてもよいが、基材が酸化物超電導層に対して芯材の外周側に位置するように芯材に巻き付けられていることが好ましい。 The oxide superconducting wire according to the embodiment is wound around the core material so that the base material is located on the outer peripheral side of the core material with respect to the oxide superconducting layer. The oxide superconducting wire may be wound around the core material so that any main surface is located on the outer peripheral side, but the core is located on the outer peripheral side of the core material with respect to the oxide superconducting layer. It is preferably wrapped around the material.
1…基材、3…酸化物超電導層、5…超電導積層体、6…安定化層、7,207,307,407,507…溝部、10,210…酸化物超電導線材、30,230,330…芯材、30a,230a…外表面、30b,230b…第1周方向領域、30c,230c…第2周方向領域、600…超電導マグネット。 1 ... Base material, 3 ... Oxide superconducting layer, 5 ... Superconducting laminate, 6 ... Stabilizing layer, 7,207,307,407,507 ... Groove, 10,210 ... Oxide superconducting wire, 30,230,330 ... Core material, 30a, 230a ... Outer surface, 30b, 230b ... First circumferential region, 30c, 230c ... Second circumferential region, 600 ... Superconducting magnet.
Claims (8)
前記芯材の外表面は、第1周方向領域と、前記芯材の長さ方向から見て前記第1周方向領域より平均曲率が大きい第2周方向領域とを有し、
前記超電導線材は、少なくともテープ状の基材と前記基材に積層された超電導層とを有する超電導積層体を備え、
前記超電導線材の表面に、前記芯材の長さ方向に沿う溝部が形成され、
前記溝部は、前記超電導線材の厚さ方向から見て、少なくとも一部が前記芯材の第2周方向領域に重なる位置に形成されている、超電導導体線。 A core material extending in one direction and a tape-shaped superconducting wire material spirally wound around the core material are provided.
The outer surface of the core material has a first circumferential direction region and a second circumferential direction region having a larger mean curvature than the first circumferential direction region when viewed from the length direction of the core material.
The superconducting wire material includes a superconducting laminate having at least a tape-shaped base material and a superconducting layer laminated on the base material.
A groove along the length direction of the core material is formed on the surface of the superconducting wire material.
The groove portion is a superconducting conductor wire formed at a position where at least a part thereof overlaps with a region in the second circumferential direction of the core material when viewed from the thickness direction of the superconducting wire material.
前記溝部は、前記超電導線材の前記基材側の表面に形成されている、請求項1記載の超電導導体線。 The superconducting wire is wound around the core material so that the base material is located on the outer peripheral side with respect to the superconducting layer.
The superconducting conductor wire according to claim 1, wherein the groove portion is formed on the surface of the superconducting wire material on the base material side.
前記溝部は、前記安定化層の表面に、前記基材に達して形成されている、請求項2記載の超電導導体線。 The superconducting wire further includes a stabilizing layer covering the superconducting laminate.
The superconducting conductor wire according to claim 2, wherein the groove portion is formed on the surface of the stabilizing layer so as to reach the base material.
前記芯材の軸方向に沿って溝部を形成する第2工程と、を有し、
前記芯材の外表面は、第1周方向領域と、前記芯材の長さ方向から見て前記第1周方向領域より平均曲率が大きい第2周方向領域とを有し、
前記第2工程において、前記溝部は、前記超電導線材の厚さ方向から見て、少なくとも一部が前記芯材の第2周方向領域に重なる位置に形成する、超電導導体線の製造方法。 The superconducting wire is obtained by using a core material extending in one direction and a tape-shaped superconducting wire having at least a tape-shaped base material and a superconducting laminate having a superconducting layer laminated on the base material. The first step of spirally winding around the core material and
It has a second step of forming a groove along the axial direction of the core material, and has.
The outer surface of the core material has a first circumferential direction region and a second circumferential direction region having a larger mean curvature than the first circumferential direction region when viewed from the length direction of the core material.
A method for manufacturing a superconducting conductor wire, wherein in the second step, the groove portion is formed at a position where at least a part of the groove portion overlaps the second circumferential direction region of the core material when viewed from the thickness direction of the superconducting wire material.
前記超電導線材を、一方向に延在する前記芯材に、螺旋状に巻き付ける第2工程と、
前記芯材の外表面は、第1周方向領域と、前記芯材の長さ方向から見て前記第1周方向領域より平均曲率が大きい第2周方向領域とを有し、
前記第2工程において、前記溝部は、前記芯材の長さ方向に沿い、かつ前記超電導線材の厚さ方向から見て、少なくとも一部が前記芯材の第2周方向領域に重なる位置に配置する、超電導導体線の製造方法。 A first step of forming a groove in a tape-shaped superconducting wire having a superconducting laminate having at least a tape-shaped base material and a superconducting layer laminated on the base material.
The second step of spirally winding the superconducting wire around the core material extending in one direction, and
The outer surface of the core material has a first circumferential direction region and a second circumferential direction region having a larger mean curvature than the first circumferential direction region when viewed from the length direction of the core material.
In the second step, the groove portion is arranged at a position along the length direction of the core material and at least a part of the groove portion overlaps the second circumferential direction region of the core material when viewed from the thickness direction of the superconducting wire material. A method of manufacturing a superconducting conductor wire.
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