JPH02141594A - 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

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】 上の１ 本発明は、金属パイプのような金属円筒体を形成する装
置に係わり、特に電解精製法を利用して純度の低い金属
より直接的に高純度の金属の円筒体を形成し、超電導線
の安定化材料として利用することができるような純度の
極めて高い金属の円筒体を形成する高純度金属円筒体形
成方法及びその装置に関する。

びその　　占 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塁に流し込ん
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（Ｒｅｓ
ｉｄｕａｌ　　Ｒｅ５ｉｓｔａｎｃｅ　　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。

が　　じようと　る 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、超電導線等に
用いられる高純度金属円筒体を、不純物の侵入汚染を招
くことなく製造することができる高純度金属円筒体形成
方法及びその装置を提供することである。

るため 上記目的は本発明に関わる高純度金属円筒体形成方法及
びその装置によって達成される。要約すれば本発明は、
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、陽極として被電着金属を配置すること、
前記回転軸を所定速度で回転させること、前記回転軸と
前記被電着金属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被電着金属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金属が
所定厚まで電着したときに、前記回転軸を前記５電解槽
から取り出し、前記電着した金属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高純度金属円筒体
形成方法、及び電解液を収容した電解槽と、少なくとも
一部は電解液中に浸漬され回転駆動される陰極回転軸と
、浸漬され陽極として用いられる被電着金属と、前記回
転軸を支持するための回転軸支持手段と、前記回転軸を
回転させる回転駆動手段と、前記回転軸及び前記被電着
金属の間に通電するための電源とを備えて成る高純度金
属円筒体形成装置である。

実」１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
発明による高純度金属円筒体形成装置の原理図を示すも
ので、本発明の高純度金属円筒体形成装置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
された電解液り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、電解液り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、析出銅りが均一に付着され
得る。このようにして回転軸４上には、析出銅りが付着
し、この析出銅りは回転軸４の周囲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りは、
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、すなわち析出銅が陰極の回転
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上の析出銅りは、回転
軸４を連結部７から離し、その後回転軸４上の析出銅り
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りが得
られる。なお、このとき、回転軸４から析出銅りの引き
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、本発明による高純度金属円筒体形成装置の一
実施例の部分的に破断した概略斜視図であり、この高純
度金属円筒体形成装置ｌＯ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１図
に示される如く外槽１１内に収容されるように、外１ａ
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ｌｌ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層１１の両側壁１４及
び内槽１２の長手方向と直交する内層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１）１６．１７の上方から挿入し、こ
れらのスリ１）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１
１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８Ｆ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１
８の一端側のベルト２２は絶縁蔀となっている。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に析出した析出銅りが
成長し、電解液面上に露出すると、析出銅りがあたかも
水車のようになって電解液を飛散させることになり、一
方析出銅りを電解液面下に水没させると電流を増すこと
ができ、析出銅りの生産性が良くなることから、内槽１
２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
定量の電解液りを充填すると共に、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、上述した電解液りは、硫酸（ＨｚＳＯ４）ある
いは硝酸（Ｈｚ　Ｎ０３）を８０ｇ／文〜１２０　ｇ　
／　ｆＬに対し、銅（Ｃｕ）を３０〜５０ｇ／見を溶解
して電解液としたものであり（本実施例では、硫酸（Ｈ
２３０４）を１００　ｇ／ｌに対し、銅（Ｃｕ）を４０
ｇ／文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、内層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、スリブ）１７と回転軸１８との間の間隙及
び内槽１２の側壁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りは、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
９％）及び陰極の回転軸１８に８０〜１２０Ａ／ｒｎ’
（本実施例では１００Ａ／ｍ’）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２００ｒ
ｐｍ）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１回転しているので、回転軸１８の
表面には、析出銅りが均一に付着され得る。このように
して回転軸１８上には、析出銅りが付着し、この析出銅
りは回転軸１８の周囲において円筒状に所定厚、例えば
６５　ｍ　ｍ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りは、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
の析出銅りの分析値を、２つのサンプルについて下記の
表１に示す。

表１ この表１かられかるように、２つのサンプル、それぞれ
について、イオウ（Ｓ）、銀（Ａ　ｇ）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りを得るこ
とができる。

この得られた円筒状析出銅りは、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
出銅り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りのみが得られる。

この円筒状析出銅りを引き抜き成形機等にかけ、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。

なお、上記実施例では、陽極に銅（Ｃｕ）を用いた場合
を述べたが、本発明は、これに限るものではなく、電解
精製ができる金属であれば、陽極に被電着金属として用
いることができ、その場合にも、回転軸上には高純度の
円筒状析出金属を得ることができるものである。

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
。

１１立差１ 以上、説明してきたように本発明の高純度金属円筒体形
成方法及びその装置によれば、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金属を均一に電
着させることができ、この析出金属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金属
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、高純度金属円筒体を製造する
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金属円筒体形成方法を説
明するための概略原理図である。 第２図は１本発明による高純度金属円筒体形成装置の一
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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）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、陽極として被電着金属を配置するこ
   と、 前記回転軸を所定速度で回転させること、 前記回転軸と前記被電着金属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被電着金属を所定
   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金属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
   着した金属の部分のみを前記回転軸から引き抜くことの
   各工程を備えた高純度金属円筒体形成方法。 ２）電解液を収容した電解槽と、少なくとも一部は電解
   液中に浸漬され回転駆動される陰極回転軸と、浸漬され
   陽極として用いられる被電着金属と、前記回転軸を支持
   するための回転軸支持手段と、前記回転軸を回転させる
   回転駆動手段と、前記回転軸及び前記被電着金属の間に
   通電するための電源とを備えて成る高純度金属円筒体形
   成装置。