JP2892359B2 - 超電導線の安定化材料として使用される高純度銅パイプの形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電解精製法を利用して純度の低い銅より直
接的に、超電導線の安定化材料として利用することので
きる純度の極めて高い銅パイプを形成する高純度銅パイ
プの形成方法に関する。

従来技術及びその問題点 従来、例えば、超電導線を製造する場合、チタン、ニ
オブ、スズ等から成る超電導合金を高純度Cuパイプのよ
うな高純度金属パイプ中に複合して素線を作製し、この
作製された素線を多数本束ねて、さらに、高純度Cuパイ
プのような高純度金属パイプに充填し、これを押出し加
工あるいは引抜き加工等によって所定サイズに製造して
いた。このように超電導線を製造する際に用いられる高
純度Cuパイプのような高純度金属パイプは、超電導線の
一部が常電導に転移した場合でも、流れている電流を高
純度金属に分流させてジュール熱の発生を小さく抑える
ため等に用いられるものであり、したがって、この高純
度金属パイプは、超電導線の安定化材料として用いられ
るもので、これに用いられる金属は、不純物を含まず、
極めて高い純度が求められるものである。

このような高純度金属パイプは、これまで、例えば高
純度のCuのような金属を融解して所定の鋳型に流し込ん
で高純度金属パイプを作製していたり、あるいは「るつ
ぼ」内で高純度金属を融解し、そのまま冷却して金属の
塊を作り、その後は周辺部もしくは中心部を切削加工し
て円筒状にしたのち押出し加工機等によってパイプ状に
して金属パイプを作製するか、または鍛造圧延によって
得られた金属板を丸めた後、その継目を溶接してパイプ
状にして金属パイプを作製していた。

しかし、上記したような従来技術では、高純度金属の
溶解工程が必要であり、このとき溶解工程に伴なう作業
により、あるいは溶解工程に用いられる「るつぼ」等か
ら、作製される高純度金属パイプへ鉄（Fe）、銀（Ag）
あるいはイオウ（Ｓ）等の不純物の侵入が避けられなか
った。このような不純物の侵入が起こると不純物の影響
により、超電導線用安定化材料としての3R（Residual R
esistance Rate）値、すなわち残留抵抗値が大きく低下
して、この高純度金属パイプの超電導線用安定化材料と
しての使用に支障をきたすことになる。このため、不純
物の汚染なく高純度金属を融解して高純度金属パイプを
作製するためには、高純度金属を真空中で鋳造したり、
あるいは高純度るつぼ等を使用しなければならず、特殊
な設備や器具を必要としていた。

発明が解決しようとする課題 したがって、本発明は、上記の点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、融解工程を必要とすることなく、し
かも真空状態あるいは高純度るつぼ等の特殊な設備や器
具を必要とすることなく、簡単かつ容易に、超電導線の
安定化材料として用いられる高純度銅パイプを、不純物
の侵入汚染を招くことなく製造することのできる高純度
銅パイプの形成方法を提供することである。

課題を解決するための手段 上記目的は本発明に関わる高純度銅パイプの形成方法
によって達成される。要約すれば本発明は、超電導線の
安定化材料として使用される高純度銅パイプの形成方法
であって、 電解液が充填された電解槽に、陰極として回転軸を回
転自在に担持し、陽極として純度99.99％の銅板を配置
すること、 前記回転軸を所定速度で回転させること、 前記回転軸と前記銅板との間に所定の電流密度で通電
し、回転中の前記回転軸上に 前記銅板の純度より更に
純度の高い析出銅を所定厚まで円筒状に電着させるこ
と、 前記回転軸上で前記電着した高純度の析出銅が所定厚
まで電着したときに、前記回転軸を前記電解槽から取り
出し、前記電着した析出銅の部分のみを前記回転軸から
引き抜くこと、 の各工程を備えた超電導線の安定化材料として使用され
る高純度銅パイプの形成方法である。

実施例 以下、本発明を、その一実施例に基づいて添付図面を
参照しつつ説明する。

まず、本発明の実施例について説明する前に、本発明
の原理について第１図を参照して説明する。第１図は、
本発明による高純度銅パイプの形成方法の原理図を示す
もので、本発明の方法を実施するための高純度銅パイプ
形成装置１は電解槽２を備え、この電解槽２内には、摺
動電極３を介して電源Ｐのマイナス極に接続される陰極
としての回転軸４が配置されると共に、この回転軸４に
対してやや離間して電源Ｐのプラス極に接続される陽極
としての一対の被電着金属である銅板５が配置されてい
る。ここで、この被電着金属とは、陽極としての銅板５
が電気分解により溶解して、陰極としての回転軸４上に
析出して電着するような、陽極として用いられる金属を
いう。

回転軸４は、電解槽２内に浸されていない一端部側に
おいて、絶縁部材６を有する連結部７を介して回転駆動
部８に着脱自在に連結、固定されており、この回転駆動
部８からの回転駆動力が回転軸４に正確に伝達されるよ
うに構成されている。そして、回転軸４の他端側は、電
解槽２内で回転自在となるように、電解槽２の底板より
もやや離間していると共に、電解槽２内には、例えば硫
酸に銅を溶解して作製された電解液Ｌが所定量充填され
ている。

このように構成される本発明の高純度金属円筒体形成
装置は、電源Ｐから所定の電流密度にて陰極としての回
転軸４及び陽極としての銅板５に通電すると共に、回転
駆動部８を作動して回転駆動部８からの回転駆動力を、
絶縁部材６を有する連結部７を介して回転軸４に伝達
し、回転軸４を所定の回転数で回転する。

そのとき、電解液Ｌが充填された電解槽２では、通電
により、電気分解の原理によって電気分解が起こり、被
電着金属としての陽極の銅板５は溶解すると共に、陰極
の回転軸４には、陽極の銅板５からの銅が析出して付
着、すなわち電着する。その際、回転軸４は、回転して
いるので、回転軸４の表面には、析出銅Ｄが均一に付着
され得る。このようにして回転軸４上には、析出銅Ｄが
付着し、この析出銅Ｄは回転軸４の周辺において円筒状
に形成され、しかも回転軸４表面上に析出した析出銅Ｄ
は、始めに陽極として用いられた被電着金属としての銅
板５の純度よりもかなり純度の高いものが得られる。す
なわち、純度の低い被電着金属として用いられる陽極の
銅板から純度の高い析出金属、すなわち析出銅が金属の
回転軸に析出、電着して、電解精製が行なわれるもので
ある。

このようにして得られた回転軸４上の析出銅Ｄは、回
転軸４を連結部７から離し、その後回転軸４上の析出銅
Ｄのみを器具等にて固定し、回転軸４を引き抜くことに
より、回転軸４部分が中空になった円筒状の析出銅Ｄが
得られる。なお、このとき、回転軸４から析出銅Ｄの引
き抜きを容易とするために回転軸４の表面に石鹸液等を
上記した電解精製に先立って予め塗布しておくことが好
ましい。

以下、本発明による一実施例を第２図を参照して説明
する。

第２図は、本発明の方法を実施するための高純度銅パ
イプ形成装置の一実施例の部分的に破断した概略斜視図
であり、この高純度銅パイプ形成装置10は、横型タイプ
のものであり、矩形状になる外槽11及びこの外槽11内に
収容される矩形状の電解槽としての内槽12を備えてお
り、外槽11は、基台Ａに載置されている。内槽12は、第
２図に示される如く外槽11内に収容されるように、外槽
11よりもやや小さく形成されており、その長手方向が外
槽11の長手方向と一致させられて外槽11内に収容される
が、その際、内槽12は、外底部両端側に一対の脚13を有
し、これらの脚13により内槽12は、外槽11の底板よりや
や離間して外槽11内に収容されている。

外槽11の長手方向と直交する外槽11の両側壁14及び内
槽12の長手方向と直交する内槽12の両側壁15には、その
ほぼ中央部に、それぞれ、上方が開口した縦長のスリッ
ト16、17が外槽11及び内槽12の底部よりも好適位置の高
さまで設けられている。両側壁14、15に設けられるこれ
らのスリット16、17は、外槽11及び内槽12の長手方向に
沿って一致している。

したがって、スリット16、17の上方から挿入し、これ
らのスリット16、17の側部とわずかに離間させ、かつこ
れらのスリットを通って内槽12内及び外槽内11を通過す
るように回転軸18を配設することが可能であり、この配
設された回転軸18は、外槽11の長手方向にて、外槽11の
外側両端部に配設される回転軸支持手段としての一対の
ベアリング19に支持される。これらのベアリング19は、
好適な高さに設定されたベアリング載置台20上に着脱可
能に固定され、このベアリング載置台20は、前述した基
台Ａ上にて固定される。なお、回転軸18は、本実施例で
はチタン製である。

一対のベアリング19に支持され、ベアリング19から突
出した回転軸18の一端側には、プーリ21が装着され、こ
のプーリ21は、絶縁性材料から成るベルト22を介して、
回転駆動手段としてのモータ23の回転軸に装着されたプ
ーリ24と接続されている。したがって、モータ23の回転
駆動力がプーリ24、ベルト22及びプーリ21を介して回転
軸18に伝達されることになる。

ベアリング19から突出した回転軸18の他端側には、回
転軸18と接触し、電源Ｐのマイナス側に接続されるブラ
シ25が装着されている。なお、このとき回転軸18の一端
側のベルト22は絶縁部となっている。したがって、回転
軸18は陰極として用いられることになる。

また、電解精製により回転軸18に析出した析出銅Ｄが
成長し、電解液面上に露出すると、析出銅Ｄがあたかも
水車のようになって電解液を飛散させることになり、一
方析出銅Ｄを電解液面下に水没させると電流を増すこと
ができ、析出銅Ｄの生産性が良くなることから、内槽12
内の電解液を好適に流出させないように、内槽12のスリ
ット17には、スリット板17′を挿入した後、所定量の電
解液Ｌを充填すると共に、複数枚、例えば２〜４枚（本
実施例では、２枚が図示されている。）の被電着金属と
しての銅板26（本実施例では銅の純度が99.99％のもの
が用いられる）が、回転軸18と接触しないように、回転
軸18から離間して立設されており、この銅板26は電源Ｐ
のプラス側と接続されている。したがって、銅板26は陽
極として用いられることになる。なお、上述した電解液
Ｌは、硫酸（H₂SO₄）あるいは硝酸（HNO₃）を80g/l〜12
0g/lに対し、銅（Cu）を30〜50g/lを溶解して電解液と
したものであり（本実施例では、硫酸（H₂SO₄）を100g/
lに対し、銅（Cu）を40g/lを溶解したものを用いた）、
電解温度は、約20度〜60度（本実施例では約40度）に設
定されている。

なお、内槽12の電解液面は、液面レベルが一定となる
ような堰（孔）29を多数設け、これより流出した電解液
は、外槽11及び内槽12の間に流れ、そして排出パイプ31
によりタンク30に導入され、ポンプ32により内槽12に循
環することができるようにされている。

したがって、スリット17と回転軸18との間の間隙及び
内槽12の外壁15とフランジ27との間の間隙は、非常に小
さくされており、その結果、スリット17はフランジ27に
よって塞がれるようになり、内槽12内に充填されている
電解液Ｌは、外槽11へ非常にわずかづつ流出するだけで
ある。

その際、回転軸18が回転しても、回転軸18及びこれに
装着され一体的に回転するフランジ27は、スリット17及
び側壁15と離間しているので、これらと接触して回転軸
18の回転が妨げられることはない。

以上のような構成になる本発明の高純度金属円筒体形
成装置の作用について以下に述べる。

いま、本発明の高純度金属円筒体形成装置が作動状態
にあるとき、電源Ｐから陽極の銅板26（純度99.99％）
及び陰極の回転軸18に80〜120A/m²（本実施例では100A/
m²）の電流密度を有する電流を通電すると共に、モータ
23の回転駆動力をプーリ24、ベルト22、プーリ21を介し
て伝達して、回転軸18を150〜250rpm（本実施例では200
rpm）で回転するように設定する。なお、このとき、回
転軸18の表面上には、離型剤として石鹸液等が塗布され
ている。

そうすると、電気分解の原理により、陽極の銅板26は
溶解すると共に、チタン製の回転軸18には、陽極の銅板
26からの銅が析出して付着、すなわち電着する。その
際、回転軸18は、回転しているので、回転軸18の表面に
は、析出銅Ｄが均一に付着され得る。このようにして回
転軸18上には、析出銅Ｄが付着し、この析出銅Ｄは回転
軸18の周囲において円筒状に所定厚、例えば65mmまで付
着、形成され、しかも回転軸18表面上に析出した析出銅
Ｄは、始めに陽極として用いられた被電着金属としての
銅板26の純度99.99％よりもかなり純度の高いものが得
られる。

このようにして回転軸18の周囲上に形成された円筒状
の析出銅Ｄの分析値を、２つのサンプルについて下記の
表１に示す。

この表１からわかるように、２つのサンプル、それぞ
れについて、イオウ（Ｓ）、銀（Ag）及び鉄（Fe）の不
純物の含有量はppm単位で極めて少なく、非常に純度の
高い、すなわち高純度の円筒状析出銅Ｄを得ることがで
きる。

この得られた円筒状析出銅Ｄは、ベアリング19をベア
リング載置台20から離すことにより、ベアリング19と回
転軸18ごとスリット16、17を介して外槽11及び内槽12か
ら取り出される。その後、回転軸18からベアリング19が
はずされ、回転軸18上の円筒状析出銅Ｄのみを回転軸引
き抜き手段としての引き抜き装置に固定して、回転軸18
を引き抜くと、回転軸18が抜けて所望する円筒状析出銅
Ｄのみが得られる。

この円筒状析出銅Ｄを引き抜き形成機等にかけ、細長
く延ばしてパイプ状に成形することにより超電導線の安
定化材料等として使用される高純度Cuパイプが形成され
る。

上記したように、本実施例では、超電導線の安定化材
料として用いられる高純度のCuパイプを作製する場合
に、円筒状金属を電解によって直接的に得るため、従
来、用いられてきた高温での融解鋳造が不要であり、し
かも、るつぼを用いることがないので、るつぼからの不
純物の混入はない。さらに、従来の工程よりも短いため
に低コストで、高純度Cuパイプを製造することができ
る。

さらに、本発明は、上記実施例において、横型タイプ
の高純度金属円筒体形成装置に関して述べたが、本発明
は、この実施例に限るものではなく、第１図を参照して
説明した如く縦型タイプのものにも適用することができ
る。

発明の効果 以上、説明してきたように本発明の高純度銅パイプの
形成方法によれば、電気分解を用いることにより、回転
する回転軸上に高純度の析出銅を均一に電着させること
ができ、この析出銅から回転軸を引き抜くことによっ
て、円筒状に形成された高純度の析出銅を直接的に得る
ことができるので、高温の融解工程を用いずに、しかも
真空状態あるいは高純度るつぼ等の特殊な設備や器具を
必要とすることもなく、したがって、融解工程及びるつ
ぼの使用に伴なう不純物の混入を招くことなく、簡単か
つ容易に、超電導線の安定化材料として使用することの
できる高純度銅パイプを製造することができるという効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による高純度銅パイプの形成方法を説
明するための概略原理図である。 第２図は、本発明の方法を実施するための高純度銅パイ
プ形成装置の一実施例の部分的に破断した概略斜視図で
ある。 ２、12:電解槽 ４、18:回転軸 ５、26:銅板 ８、23:回転駆動手段 19:ベアリング 20:ベアリング載置台 21、24:プーリ 22:ベルト D:析出銅 L:電解液 P:電源

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−36690（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−139643（ＪＰ，Ａ) 特公 昭48−24150（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C25D 1/00 - 1/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超電導線の安定化材料として使用される高
   純度銅パイプの形成方法であって、 電解液が充填された電解槽に、陰極として回転軸を回転
   自在に担持し、陽極として純度99.99％の銅板を配置す
   ること、 前記回転軸を所定速度で回転させること、 前記回転軸と前記銅板との間に所定の電流密度で通電
   し、回転中の前記回転軸上に前記銅板の純度より更に純
   度の高い析出銅を所定厚まで円筒状に電着させること、 前記回転軸上で前記電着した高純度の析出銅が所定厚ま
   で電着したときに、前記回転軸を前記電解槽から取り出
   し、前記電着した析出銅の部分のみを前記回転軸から引
   き抜くこと、 の各工程を備えた超電導線の安定化材料として使用され
   る高純度銅パイプの形成方法。