JP2680516B2 - 超電導導体の接続方法 - Google Patents

超電導導体の接続方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高磁場を発生させる機器
で使用される超電導コイルの超電導導体の接続方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】近年開発が進められている超電導コイル
の一方式に強制冷却方式超電導コイルがある。この強制
冷却方式超電導コイルは導体を直接絶縁することができ
るため、構造面では強度が極めて高く、また性能面では
絶縁特性が優れているなどの特徴があり、特に大形の超
電導コイルにはこの方式の適用が望ましいとされてい
る。 強制冷却方式超電導導体としては数十から数百本
の超電導素線をより合わせ、その外周部をステンレス鋼
等で作られたコンジットで覆い、冷却通路を形成したケ
ーブル・イン・コンジット(Caible-in-Conduit)形の超
電導導体が提案されている。しかし、超電導コイルの大
形化が進むにつれて最近は超電導導体の製造方法も継ぎ
目のないものから超電導導体同士を接続して仕上げるも
のへと大きく変ってきている。この場合、継ぎ目のない
ものと同等に品質を安定させることが要求され、たとえ
ば、超電導導体同士を半田付けで接続する方法が使用さ
れている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】強制冷却方式超電導導
体を構成する超電導線は銅あるいはアルミニウムからな
る安定化材をフィラメントの外周部に配置したものであ
る。この超電導線を接続した場合、安定化材を介してフ
ィラメントが接続されることから、安定化材にも電流が
流れ、材料の持つ抵抗により発熱が生じる。
【0004】こうした抵抗の増大は超電導導体の特性を
大きく損なうものであり、たとえば接続長さを増加する
などのやり方で接続部抵抗を減少させることが試みられ
ている。しかし、この方法では接続部が大きくなり、結
果的に超電導コイルの大形化が避けられない。
【0005】そこで、本発明の目的は超電導導体の接続
部での発熱を微量に抑えられ、しかも接続部寸法を最小
に保つことができる超電導導体の接続方法を提供するこ
とにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の接続方法においては一のコンジット内に収
容された超電導線からシースおよび安定化材を除去して
一定長さのフィラメントを露出させ、他のコンジット
の超電導線から同様にフィラメントを露出させ、双方の
超電導線を適当数束にして露出されたフィラメント同士
を直線的に対向して互いに重ね合わせ、さらにこの重ね
合わせたフィラメントを露出長さに見合う長さの接続ピ
ースで覆い、この接続ピースとともにフィラメント同士
を真空あるいは不活性ガス雰囲気のもとで所定の温度お
よび20kgf/mm以下の所定の圧力を保持して固相
接合して最終的にほぼ角筒状の接続部を形成し、接続部
の超電導線のまわりを気密空間とするようにケースで被
し、このケース内空間を冷却媒体通路とすることを特
徴とするものである。
【0007】
【作用】コンジット内に収容された各超電導線は安定化
材によって周囲を固めている数十から数百本のフィラメ
ントを有する。このフィラメントを露出させるために初
めの工程では安定化材をシースと共に溶かす。次に接合
のためにフィラメントを露出させた超電導線を適当数束
ねてフィラメント同士を直線的に対向して互いに重ね合
わせ、露出長さに見合う長さを有する接続ピースで覆
う。次にフィラメント同士を接合する工程を行う。この
接続ピースを用いる接合工程は真空あるいは適当な不活
性ガス雰囲気のもとで加熱温度および圧力を決められた
条件を保って行われ、最終的に接続部の形状はほぼ角筒
状に形成される。
【0008】この方法は接続部に安定化材の介在がな
く、フィラメント同士が直接接合されるので、超電導線
として発熱のない良好な接続部とすることができる。
た、接続部の形状がほぼ四角断面の箱形なので、個々の
接続部同士を無駄なく重ねることができ、超電導導体全
体としての接続部寸法を最小に保つことができる。
【0009】また、上記の各工程に続けて接続部の超電
導線のまわりを気密空間とするケースで覆う。このケー
スによって形成される空間は冷却媒体を流すためのもの
で、フィラメントの超電導状態を維持するものである。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明による接続方法
を詳細に説明する。
【0011】図1に示す本発明の一実施例に係る超電導
導体はケーブル・イン・コンジット形のもので、互いに
接続される超電導導体1a、1bはそれぞれ超電導線3
a、3bを有する。この超電導線3a、3bは接続ピー
ス7によって接続されており、さらに、この接続部の超
電導線3a、3bのまわりがケース10によって覆われ
ている。
【0012】ケーブル・イン・コンジット形超電導導体
1a、1bの典型的なものは図2に示すような構成を備
えている。すなわち、ステンレス鋼等の材料から構成さ
れるコンジット2と、このコンジット2の内部に収めら
れた直径が約1mmの中に銅およびNb-Ti 合金系の材料か
らなる数百本から数千本の超電導線3とからなる。コン
ジット2を用いるのは内部に冷却媒体を流し、超電導状
態を安定に維持するためである。
【0013】また、超電導線3の構成を図3に示してい
る。これは、直径1mm銅で作られるシース4と、このシ
ース4の内部を埋めている銅からなる安定化材5と、数
μm数十μm のNb-Ti 系の材料からなる数十から数百本
のフィラメント6とからなる。全部のフィラメント6の
周囲を埋めるのに安定化材5はフィラメント1に対して
3の割合で使用される。
【0014】接続ピース7およびケース10の詳細は接
続手続きの説明中で述べるものとする。
【0015】次に、接続ピース7を用いる接続方法を説
明する。初めに、図4に示すように接続される超電導導
体1a、1bのコンジット2を除去して超電導線3a、
3bを露出させる。次に、この露出させた超電導線3
a、3bの先端部分を硝酸溶液等に侵漬してシース4と
安定化材5とを溶解し、図5に示すようにフィラメント
6a、6bを露出させる。
【0016】次に、図6に示すように超電導線3a、3
bを5ないし10本程度の束にして双方のフィラメント
6a、6bを互いに重ね合わせる。
【0017】次に、超電導線3a、3bのフィラメント
6a、6b同士を接続ピース7を使用して接続する。本
実施例の接続ピース7は図7に示すように銅箔で作られ
た溝形の下部材8および平板状の上部材9から構成され
ており、露出させたフィラメント6a、6bを覆い尽く
す充分な長さを有し、下部材8で4方向のうち3方向を
覆い、さらに残りの1方向を上部材9で覆うように組立
てる。
【0018】次に、この組立てられた接続ピース7を真
空炉に入れて所定の温度および圧力を保ってフィラメン
ト6a、6b同士を固相接合する。接合条件は超電導線
3a、3bおよびフィラメント6a、6bが酸化しない
ように調節し、加熱温度は超電導特性が劣化しない上限
の温度である500℃以下とし、圧力はフィラメント6
a、6b同士が金属的に接合し、超電導特性に影響を与
えない範囲である20kgf/mm 2 以下の範囲で接続する
のが好ましい。
【0019】ちなみに、接合はフィラメント6a、6b
同士のほか、下部材8と上部材9との間、接続ピース7
とフィラメント6a、6bとの間、さらには接続ピース
7と超電導線3a、3bとの間で果たされる。この接続
ピース7による接続完了後の形は、図8に示すようにほ
ぼ角筒状となる。この接続手順に従い、数十から数百本
の超電導線3a、3bを繰り返し接続し、図9に示すよ
うな超電導導体1a、1bを得ることができる。この
後、接続ピース7でつながれた部分の超電導線3a、3
bに冷却媒体を流せるように超電導線3a、3bを覆う
図1に示す円筒状のケース10を設ける。このケース1
0は超電導線3a、3bの回りに冷却通路を形成するよ
うに両端に形成されるコンジット2との連絡部を除き、
内部を気密に形成されており、コンジット2との接合に
おいてはシール溶接を施し、そこから冷却媒体が漏洩し
ないようになっている。シール溶接を施工した後のケー
ス10の外観を図10に示している。図中、符号11は
溶接部である。また、このケース10には冷却媒体用導
出管12を接続することができる。
【0020】上記の接続方法で作られた超電導導体はフ
ィラメント6a、6bが直接接合されるので、半田付け
で接続する場合のように超電導線3の安定化材5の介在
がなく、フィラメント6a、6bのみを電流が流れ、発
熱を全く生じない。もし、何らかの原因によりフィラメ
ント6a、6bの超電導状態がくずれた場合、電流が安
定化材5に流れ、熱が発生するが、超電導導体1a、1
bと、ケース10とを一体化しているので、熱が周囲の
冷却媒体で冷やされ、フィラメント6a、6bの超電導
状態が復活する。このため、発熱を微量に抑えることが
できる。また、接続部での抵抗は零に近いので、接続面
積を大きく取る必要がなく、その大きさを小さくするこ
とができる。
【0021】また、接続ピースごとの最終的な接合形状
がほぼ角筒状なので、相互に近接して無駄なく配置させ
ることができ、超電導導体1a、1bの接続部寸法を厚
さ方向および長さ方向において最小にすることができ
る。なお、上記実施例のフィラメント接合時の雰囲気は
真空と説明されているが、これに代えて不活性ガス、た
とえばアルゴンガス雰囲気で接合してもよい。
【0022】次に、他の実施例を図11を参照して説明
する。
【0023】上記実施例の接続手順は超電導線3a、3
bを複数本束にまとめ、決められた順番でフィラメント
6a、6b同士を接続してゆくやり方であるが、この接
続手順中、繰り返し加熱、加圧操作を経なければならな
い。この加熱、加圧操作回数を減らすために同時に加
熱、加圧する図11に示す方法を用いる。この方法では
複数にまとめた超電導線3a、3bの束と束とが接続さ
れ(また、互いの間で均等に圧力が加えられる)ないよ
うに加圧板13aと多数の押え板13bとを備えた治具
14を使用する。なお、加圧方向は図の矢印で示す方向
である。
【0024】さらに、超電導線3a、3bの束同士の間
には冷却媒体用の通路を形成するのがよく、冷却効果を
より向上させることができる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明において
一の超電導導体のコンジット内に収容された超電導
線から一定長さのフィラメントを露出させ、他の超電導
導体のコンジット内の超電導線から同様にフィラメント
を露出させ、双方の超電導線を適当数束にして露出され
たフィラメント同士を直線的に対向して互いに重ね合わ
せ、さらにこの重ね合わせたフィラメントを接続ピース
で覆い、フィラメント同士を所定の温度および圧力を保
持して固相接合し、接続部の超電導線のまわりを冷却媒
体を流すための気密空間とするようにケースで被覆した
ので、超電導導体の接続部での発熱が全くないか、仮に
あったとしても微量に抑えることができ、しかも接続部
での抵抗は零に近いので接続部の大きさを最小に保持す
ることが可能である。また、フィラメント同士の個々の
接続部の形状をほぼ角筒状とすることにより、接続部同
士を近接して無駄なく配置することができ、超電導導体
の接続部寸法を厚さ方向および長さ方向において最小に
保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の接続方法で作られた超電導導体の斜視
図。
【図2】超電導導体の横断面図。
【図3】超伝道線の横断面図。
【図4】本発明の接続方法の工程を示す図。
【図5】本発明の接続方法の工程を示す図。
【図6】本発明の接続方法の工程を示す図。
【図7】本発明の接続方法の工程を示す図。
【図8】本発明の接続方法の工程を示す図。
【図9】本発明の接続方法の工程を示す図。
【図10】本発明の接続方法の工程を示す図。
【図11】本発明の他の実施例に係る工程を示す図。
【符号の説明】
1a、1b…超電導導体 3a、3b…超伝導線 6a、6b…フィラメント 7………接続ピース 10………ケース 13………加圧用治具

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一のコンジット内に収容された超電導線
    からシースおよび安定化材を除去して一定長さのフィラ
    メントを露出させ、他のコンジット内の超電導線から同
    様にフィラメントを露出させ、前記双方の超電導線を適
    当数束にして露出されたフィラメント同士を直線的に対
    向して互いに重ね合わせ、さらにこの重ね合わせたフィ
    ラメントを露出長さに見合う長さの接続ピースで覆い、
    この接続ピースとともに前記フィラメント同士を真空あ
    るいは不活性ガス雰囲気のもとで所定の温度および20
    Kgf/mm以下の所定の圧力を保持して固相接合し
    最終的にほぼ角筒状の接続部を形成し、前記接続部の該
    超電導線のまわりを気密空間とするようにケースで被覆
    し、このケース内空間を冷却媒体通路とすることを特徴
    とする超電導導体の接続方法。
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