JPH02130967A - 熱式永久電流スイッチ用超電導線の製造方法及び、同超電導線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱式永久電流スイッチ用超電導線及び、その
製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

第２図は超電導コイルの励磁回路の１例を示す回路図で
ある。

永久電流スイッチ２は超電導コイル３と閉回路を形成す
るように接続される。

永久電流スイッチ２がＯＮ状態（ヒータ２２非通電）で
は、接続部７を介して上記の閉回路が形成されるので永
久電流モードとなる。

ただし、接続部７に僅少のロスを生じるので電流値は次
第に減少する。

第３図は上記永久電流スイッチ２の詳細を示す説明図で
ある。

超電導線１を巻回して構成した永久電流スイッチ本体２
１とヒータ２２とが近接して配置されている。

このスイッチ本体２１は液体ヘリウムなどによって超低
温に保たれ、ヒータ２２に通電しないときは永久電流ス
イッチ用超電導線１が超電導状態となっている（この状
態はスイッチＯＮの状態である）。

ヒータ２２に通電し、永久電流スイッチ本体２１の温度
を永久電流スイッチ用超電導線１の臨界温度（超電導状
態を保持できる最高温度）以上にすれば、′本例２１に
巻回された超電導線１は常電導状態となり大きな抵抗を
示す（この状態はスイッチＯＦＦの状態である）。

第２図に示した励磁電源６から超電導コイル３に通電す
る場合、永久電流スイッチ２をＯＦＦ状態にして、コイ
ル励磁速度１Ｌに見合った電圧ｔ −〇−− （Ｅ　＝　Ｌ・　　、　こでＬは超電導コイル３のイｔ
　　− ンダクタンス）を印加することにより行なうが、この時
永久電流スイッチ２にも、Ｉｐ＝Ｅ／Ｒｐだけ電流が流
れる。

ここに ＩＰ＝永久電流スイッチに流れる電流値。

ＲＰ：永久電流スイッチの抵抗値 である。

上記の電流ＩＰにより、Ｑｐ＝Ｉｐ”・Ｒ，だけジュー
ル熱が発生し、冷媒（例えば液体ヘリウム）を無駄に蒸
発させる。

このため、ＩＰの値は出来るだけ低く押えることが望ま
しい。

特に、超電導コイル３を高速で励磁・消磁する場合、前
記の弐Ｅ　＝＝Ｌ−ｄｉの」Ｌが大きいためｄｔ　　　
　ｄｔ 端子電圧Ｅが大きくなり、永久電流スイッチ２に流れる
電流Ｉ、も増大し、ジュール発熱ＱＰが大きくなる傾向
になる。ここでジュール発熱Ｑｐを低下させるには、永
久電流スイッチ２のＯＦＦ時抵抗値ＲＰを大きくして、
永久電流スイッチに流れる電流ＩＰを小さくする対策が
必要であり、ＯＦＦＦＦ抗抵抗きな永久電流スイッチの
開発が進められている。更に、常温部の励磁電源から、
冷媒内の超電導コイル３へ電流を流すためのパワーリー
ドは、通電容量とパワーリードを通しての熱侵入量との
両方から断面積が決定されるが、超電導コイルの励・消
磁速度が大きく取れれば、パワーリード通電時間が短く
なり、その分パワーリードの断面積を小さくできるので
、これも冷媒消費量の低減に有効である。

以上の考察から、永久電流スイッチ２のＯＦＦ時抵抗（
超電導状態でない場合の電気抵抗）を大きく出来れば、
冷媒の蒸発量を抑制し得ることが解る。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで、永久電流スイッチのＯＦＦＦＦ抗抵抗ならしめ
ることが要請される。

上記ＯＦＦＦＦ抗抵抗加させる方法として考えられるこ
とは。

（イ）永久電流スイッチ本体２１の巻回線を長くする。

（ロ）永久電流スイッチ本体２１の巻回線を細くする。

（ハ）永久電流スイッチ用の超電導線１の安定化基材比
抵抗を大きくする。

である。

上記（イ）の巻回線長は、永久電流スイッチ２の大きさ
から制約を受ける。

また、前記（ロ）の線径は１通電容量Ｉ０から制約を受
ける。

ここで検討の方向は前記（ハ）の、安定化基材比抵抗の
増加に指向される。

通常の超電導線は、安定性を確保するために超電導フィ
ラメント（直径数μＩｌ〜１００μ讃程度の極細線、永
久電流スイッチ用としてはＮｂＴｉ合金が一般的）を極
低温で比抵抗の小さな無酸素銅や。

高純度アルミニウム等の安定化基材に埋め込んだ構成と
なっている。ここで言う安定性とは、超電導状態を安定
に保てる度合いのことであり、安定化基材の役割は、 （ａ）超電導フィラメントを機械的に保持、補強するこ
と、及び。

（ｂ）超電導フィラメントの一部に何らかの影響で常電
導が発生した場合、電流をバイパスさせ、擾乱が去るの
を待ち超電導状態に復帰させること、である。

上記（ｂ）項の機能について見れば、極低温での比抵抗
の小さいことが望ましい。

ところが、上記と両立しにくい問題として、永久電流ス
イッチ用超電導線の場合、ＯＦＦＦＦ抗抵抗り、超電導
フィラメントが常電導状態になった時の抵抗を大きくす
る必要がある。

そこで安定化基材として比抵抗の大きいＣｕＮ１（液体
ヘリウム臥度で、Ｃｕの約ｔｏｏｏ倍、ＮｂＴｉ超電導
フィラメントの常電導時の比抵抗とほぼ同一）が用いら
れている。この場合、第２図の接続部７での接続抵抗も
大きくなってしまうという欠点がある。

この問題を第４図により説明する０本第４図は第２図の
接続部７を拡大、断面にした説明図である。ここで、超
電導コイル日出線３１と永久電流スイッチ用の超電導線
１とは半田８を介して接続されている。超電導状態では
、電流は、超電導コイル日出線３１内の超電導フィラメ
ント３２を流れて来てこの接続部７でまず低抵抗安定化
基材（Ｃｕ）３３に分流し、半田８．高抵抗安定化基材
（ＣｕＮｉ）に、更に超電導フィラメント１１にと順次
流れて行く、低抵抗安定化基材３３及び半田８は抵抗が
小さく問題ないが、永久電流スイッチ用超電導線の高抵
抗安定化基材１２は抵抗が大きく、超電導閉回路として
の抵抗値２発熱９発熱によるＩｃ低下等の問題を生じる
。この接続抵抗を小さくするため接続ラップ長を多く取
るといった対策も考えられるが構造的制約９寸法的制約
が有るので、これだけでは充分な効果を期待できない。

前記の永久電流スイッチ用の超電導線の安定化基材を、
その長さ方向について大部分を例えばＣｕＮｉなとの高
抵抗安定化基材とし、その両端部のみを例えばＣｕのよ
うな低抵抗安定化基材とすることが研究されている。こ
のような超電導線を構成する技術として、特開昭５９−
１１７０３４号が公知である。

上記の公知技術は、ＣｕＮｉ基材の超電導線を構成し、
該超電導線の両端の口出部のＣｕＮｉ基材を硝酸をはじ
めとする溶剤で化学処理を行う等の手段で取り除き、露
出した超電導フィラメントに銅を溶射又はメツキして付
着させるという方法で処理を行うものである。

上記公知技術によれば、Ｃｕ　Ｎ　ｉ基材を化学処理し
て超電導フィラメントを露出させた時点で、超電導線の
Ｉｃ（超電導状態で流し得る最大臨界電流）が劣化した
り、又、超電導フィラメント（ＮｂＴｉ合金等）の表面
に酸化物や窒化物等の被膜が形成され、後に付着させる
銅基材への分流抵抗が増大する等の問題点があった。

本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、製造工程
の途中で口出部の超電導線の劣化を生せしめる虞れの無
い構造であり、かつ、超電導フィラメントの表面に酸化
物や窒化物の被膜を生ぜしめる虞れの無い構造の、永久
電流スイッチ用の超電導線、及び、上記構造の超電導線
を製造するに好適な製造方法を提供しようとするもので
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために創作した本発明の超電導線
は、前記公知技術におけるが如く化学薬品によって高抵
抗安定化基材（例えばＣｕＮ１）を除去した処へ低抵抗
安定化基材（例えばＣｕ）を付着させた構造とせず、高
抵抗安定化基材を若干短か目に構成して、その両端に低
抵抗安定化基材を溶接した構造とする。

従来技術においては、−旦構成した超電導線に化学処理
と溶射（又はメツキ）とを施したので、溶接を適用でき
なかったが１本発明の超電導線は後述する製造方法の発
明を裏付として、溶接構造を創作したものである。

また、上記の構成よりなる超電導線を構成するために創
作した本発明の製造方法は、超電導線を構成すべき素材
、即ち、高抵抗安定化基材（例えばＣｕＮ１）と、低抵
抗安定化基材（例えばＣｕ）と超電導フィラメント材料
（例えばＮｂＴｉ）とを、伸線前の素材の状態すなわち
太くて短い状態において組み合わせ、所要の溶接を施し
、その後に伸線して超電導線とする。

一度仲線した中間製品を切り揃え、束ねて、もう−度上
記と同様にして伸線を繰り返すと、多芯の超電導線が得
られる。

上述の原理を実用技術に適応させるための具体的構成と
して１本発明に係る超電導線の製造方法は、 高抵抗安定化材料製の筒状部材を構成し、上記筒状部材
の両端にそれぞれ、低抵抗安定化材料製の短筒を溶接し
、 上記筒状部材の中に、該筒状部材よりも長く。

短筒から突出しない長さの超電導フィラメント材インゴ
ットを嵌合し。

上記短筒のそれぞれにプラグを冠着して溶接し、このよ
うにして構成した組立品を１例えば静水圧押出法によっ
て伸線し、単芯の超電導線を得る。

これが本発明方法の基本操作であり、同様の伸線操作を
繰り返すと多芯の超電導線が得られる。即ち上記の伸線
された材料（単芯）を、再度前記筒状部材よりも長く、
短筒から突出しない長さに切断し、これを束にして上記
筒状部材の中に収納し。

前記短筒のそれぞれにプラグを冠着して溶接し、上記の
構成よりなる組立部材を再度伸線して多芯の超電導線を
得る。

〔作用〕

上記の発明方法によれば、伸線前の状態で高抵抗安定化
基材と低抵抗安定化基材とを溶接し、その後に伸線する
ので酸洗いなどの化学的処理を必要とせず、超電導フィ
ラメント材料を劣化させる虞れが無い。

また、超電導フィラメント材料を安定化材料の筒の中に
封入するので、酸化被膜などを生じる虞れが無く、伸線
時の高圧によって超電導フィラメント材料と安定化基材
とが圧着される。

また１本発明に係る超電導線は、上記の発明方法によっ
て初めて現実に産業上の利用価値（実用性）を生じたも
のであり、高抵抗安定化基材と低抵抗安定化基材とが溶
接で接合されているので。

製造工程の途中で超電導フィラメント材料の劣化を生じ
る虞れなく、しかも安定化基材との間の電気抵抗を阻害
する酸化膜、窒化膜等の介在がない。

〔実施例〕

第１図は、本発明に係る製造方法における目的製品であ
る超電導線、即ち１本発明に係る超電導線１の端部を示
す斜視図である。

この超電導Ｍｌは、長尺の安定化基材８０の全長に亙っ
て複数本の超電導フィラメント１１が埋設されている。

そして、上記安定化基材８０は、その長さ方向について
殆ど全部が高抵抗安定化基材１２で構成され、両端部に
のみ低抵抗安定化基材１３が溶接接合されている。１４
は溶接による接合面である。

従来技術においては、埋設されている超電導フィラメン
ト１１に損傷を与えずに高抵抗安定化基材と低抵抗安定
化基材とを溶接接合することが出来なかったが１本発明
は次記のようにして溶接を可能ならしめた。

第５図は本発明に係る製造方法の第１段階の説明図であ
る。

高抵抗安定化基材用材料であるＣｕＮｉ製の、長さり、
の筒４２を構成し、 長さ寸法り、　＋　２　Ｌｚの、超電導フィラメント用
材料であるＮｂＴｉインゴット４１を上記の筒４１内に
挿入し１両端をＬｚずつ突出させる。

ここにＬ＋＞＞Ｌｚである。

前記Ｃｕ　Ｎ　ｉ筒４２と同径で、長さ寸法がＬｚより
も長い（約２倍）の銅製短筒４３を２個構成し。

ＮｂＴｉインゴット４１の両端突出部に外嵌する。

この銅製短筒４３は、ＮｂＴｉインゴット４１をＣｕＮ
１ｆＸｉ筒４２に挿入する前に、予め該Ｃｕ　Ｎ　ｉ製
筒４２の両端に摩擦溶接４６シておく。

更に、上記銅製短筒４３の開口端を覆って銅プラグ４４
．４４’を電子ビーム溶接４５で接続する。

このようにして構成した組立部品をシングルビレット４
０と呼ぶ。

前記の電子ビーム溶接４５は、シングルビレット４０の
構成部材を真空チャンバに入れて行うので。

溶接の後、ＮｂＴｉインゴット４１の外周は真空に保持
されている。このため、該インゴット４１の表面に酸化
被膜や窒化被膜が生成される虞れが無い。

上記のシングルビレット４０を、第６図に示す静水圧押
出装置７０によって押出し伸線加工する。

この静水圧押出装置！７０は公知の機器であってコンテ
ナ６３内に形成されているシリンダ６３ａ内にビレット
６０を入れ、空隙を圧媒６２で満たし、ステム６４を圧
入し、前記ビレット６０をダイス６１から押し出す、今
の場合、前記のビレット６０として、第５図に示したシ
ングルビレット４０を用いる。

上記の伸線作用によって高圧を受けるので、ＮｂＴｉイ
ンゴット４１とＣｕＮｉ製筒４２とが表面拡散で接合さ
れる。また、Ｎ　ｂ　Ｔ　ｉインゴット４１と銅製短筒
４３とも表面拡散で接合される。

前述の如＜ＮｂＴｉインゴットの外周が真空に保たれて
いて酸化被膜や窒化被膜を生じない清浄な状態であるた
め、前記の表面拡散による接合は挟雑物を介在させず完
全に行われ、接合部の電気抵抗が低い。

また、第５図から容易に理解できるように、電子ビーム
溶接４５を施す際、該電子ビームはＮｂＴｉインゴット
４１には当たらない、従ってＮｂＴｉインゴットが超電
導特性を劣化せしめられる虞れが無い。

伸線作業の後、第５図に示した中央部Ｃに相当する部分
を残して１両端のり、Ｄ’に相当する部分を切り捨てる
。

このようにして伸線された単芯の部材を、長さ寸法Ｌｌ
　＋　２　Ｌｚに切り揃えて束にし、第７図に示したシ
ングル線の束４９を構成する。

そして、第５図に示したシングルビレット４０のＮ　ｂ
　Ｔ　ｉインゴット４１をシングル線の束４９で代替し
た構造のマルチビレット５０を構成し、再び第６図に示
した静水圧押出装置ｉ！７０によって押出し伸線し、両
端のり、Ｄ’に相当する部分を切り捨てると、第１図に
示した多芯形の超電導線１が得られる。

本発明の製造方法によって本発明に係る超電導１ｉＡ１
を構成した本実施例において、次記の効果が確認された
。

夏、超電導線製造段階で、超電導フィラメントが。

大気に露出することが無いので１本来の超電導特性を失
わない良好な特性を持つ両端部銅基材のＣｕＮｉ基材超
電導線が得られる。

■、銅プラグを電子ビーム溶接するので、ビレット内の
真空が容易に得られ、酸化物、窒化物の介在を生じない
。

■、電子ビームが直接ＮｂＴｉに当たらない構造なので
、ＮｂＴｉ端部の特性を劣化させることが無１１）。

〔発明の効果〕

本発明の超電導線は安定化基材中に超電導フイラメント
が埋設された構造であり、しかも上記安定化基材は高抵
抗安定化基材の両端に低抵抗安定化基材が溶接された構
造であるので、ＯＦＦ時に高抵抗で、接続部の接続抵抗
が小さく、シかも。

全長に亙って均一な超電導特性が得られる。

また、本発明の方法によれば、高抵抗安定化基材製の筒
の両端に低抵抗安定化基材製の短筒を溶接し、その中に
超電導線材料を封入して伸線するので、前記構成の超電
線を容易に製造することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超電導線の模式的な斜視図である
。 第２図は超電導コイルの励磁回路の１例を示す回路図で
ある。第３図は永久電流スイッチの説明図である。 第４図は、超電導線接続部を説明するための断面図であ
る。 第５図は本発明方法の一実施例におけるシングルビレッ
トの断面図、第６図は同じく静水圧押出装置の断面図、
第７図は同じくマルチビレットの断面図である。 １・・・永久電流スイッチ用超電導線、２・・・永久電
流スイッチ、３・・・超電導コイル、４・・・保護抵抗
、５・・・励磁電流遮断器、６・・・励磁電源、７・・
・接続部、８・・・半田、１１・・・永久電流スイッチ
用超電導線の超電導フィラメント、　１２・・・永久電
流スイッチ用超電導線高抵抗安定化基材、１３・・・永
久電流スイッチ用超電導線抵抗安定化基材、１４・・・
安定化基材接合面、２１・・・永久電流スイッチ本体、
２２・・・永久電流スイッチヒータ、２３・・・ヒータ
スイッチ、２４・・・ヒータ電源、３１・・・超電導コ
イル口出線、３２・・・超電導コイル線材の超電導フィ
ラメント、３３・・・超電導コイル線材安定化基材、４
０・・・シングルビレット、４１・・・ＮｂＴｉインゴ
ット、４２−ＣｕＮｉ１ｌ筒、４３・・・銅製短筒、４
４゜４４′・・・銅プラグ、４５・・・電子ビーム溶接
、４６・・・摩擦溶接、４９・・・シングル線、５０・
・・マルチビレット、　６０・・・ビレット、　６１・
・・ダイス、６２・・・圧媒、６３・・・コンテナ、６
４・・・ステム。 代理人弁理士　　秋　　本　　正　　実第 図 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高抵抗安定化基材の両端に低抵抗安定化基材を電気
   的に接続し、かつ、上記の低抵抗安定化基材及び高抵抗
   安定化基材を貫通せしめて超電導フィラメントを埋設し
   てなる超電導線を製造する方法において、 高抵抗安定化材料製の筒状部材を構成し、 上記筒状部材の両端にそれぞれ、低抵抗安定化材料製の
   短筒を溶接し、 上記筒状部材の中に、該筒状部材よりも長く、短筒から
   突出しない長さの超電導フィラメント材インゴットを嵌
   合し、 上記短筒のそれぞれにプラグを冠着して溶接し、 上記の構成よりなる組立部材を伸線することを特徴とす
   る、熱式永久電流スイッチ用超電導線の製造方法。 ２、高抵抗安定化基材の両端に低抵抗安定化基材を電気
   的に接続し、かつ、上記の低抵抗安定化基材及び高抵抗
   安定化基材を貫通せしめて超電導フィラメントを埋設し
   てなる超電導線を製造する方法において、 高抵抗安定化材料製の筒状部材を構成し、 上記筒状部材の両端にそれぞれ、低抵抗安定化材料製の
   短筒を溶接し、 上記筒状部材の中に、該筒状部材よりも長く、短筒から
   突出しない長さの超電導フィラメント材インゴットを嵌
   合し、 上記短筒のそれぞれにプラグを冠着して溶接し、 上記の構成よりなる組立部材を伸線し、 高抵抗安定化材料製の筒状部材を構成し、 上記筒状部材の両端にそれぞれ、低抵抗安定化材料製の
   短筒を溶接し、 前記の伸線された材料を、上記筒状部材よりも長く、短
   筒から突出しない長さに切断し、これを束にして上記筒
   状部材の中に収納し、 前記短筒のそれぞれにプラグを冠着して溶接し、 上記の構成よりなる組立部材を伸線することを特徴とす
   る、熱式永久電流スイッチ用超電導線の製造方法。 ３、高抵抗安定化基材の両端に低抵抗安定化基材を電気
   的に接続し、かつ、上記の低抵抗安定化基材及び高抵抗
   安定化基材を貫通せしめて超電導フィラメントを埋設し
   てなる超電導線において、 前記の低抵抗安定化基材と高抵抗安定化基材とが溶接さ
   れたものであることを特徴とする、熱式永久電流スイッ
   チ用超電導線。 ４、前記の溶接された低抵抗安定化基材及び高抵抗安定
   化基材は、溶接の後に超電導フィラメント材と共に伸線
   されたものであることを特徴とする、請求項３に記載し
   た熱式永久電流スイッチ用超電導線。