JPH04138620A - 超電導平角成型撚線およびその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、超電導発電機の界磁巻線や電機子巻線、Ｓ
ＭＥＳ、ｈランスならびに加速器用ダイポールコイル等
に使用する超電導平角成型撚線およびその製造方法に関
する。

［従来の技術］ 超電導発電器の界磁コイル、電機子コイル等の電力応用
機器に使用する大容量の導体としては、動作時の磁界変
動によって導体内に生じる交流損失や、機械的発熱によ
る常電導転移を生じないことが必要である。さらに、高
い電流密度が要求される。

たとえば、超速応励磁型発電機用界磁巻線用導体におい
ては、交流損失を低減するため、ＣｕＮｉ　／　Ｃｕ　
／　Ｎ　ｂ　Ｔ　ｉの三層構造とし、かつフィラメント
系を３μｍ程度まで細くしている。これにより、励磁制
御時の磁界変動（４Ｔ−６Ｔ−４Ｔ。

ＬＯＴ／Ｓ）における交流損失を１０ｋＷ／ｍ３以下に
低減した超電導素線とし、この素線を用いた平角成型撚
撚線が開発されている。

また電機子コイル用導体では、同様な三層構造線でフィ
ラメント径を０．５μｍ程度まで細めて５０／６０Ｈｚ
の交流損失を１００ｋＷ／ｍ３レベルまで低減した素線
を用いた、平角成型撚撚線が開発されている。

これらの導体は、いずれも０．６ｍｍ以下の細い線径と
なるため、１次撚線としての７本撚りや１９本撚り、２
次撚線としての９本から３０本程度の平角成型撚撚線の
構成とされている。

またＳＭＥＳ、加速器等、準パルス用途に用いられる導
体については、０．８ｍｍφから０．　６ｍｍφ程度の
Ｃｕ安定化ＮｂＴ　ｉ超電導線を２０本から３６本平角
撚りしたものをタークスロール等により４方向から圧縮
成型してコンパクションを向上させた平角成型撚線か形
成されている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のこのような超電導撚線では、ボイド率が大きく、
撚線の電流密度が低いという問題があった。この明細書
において、ボイド率とは、１次撚線の場合には導体が外
接する円の領域内において、平角成型撚撚線の場合には
導体が外接する平行四辺形の領域内において、導体以外
のボイド部分が占める断面積の割合をいう。また、ボイ
ド率が大きいと、剛性を高めることができず、動作時に
おける磁界変動によって導体が機械的に動き発熱を生じ
て、導体が常電導転移し易いという問題も生じる。

たとえば、超速応励磁型発電機用界磁巻線用導体の場合
には、第４図に示すようにホルマール絶縁を施した超電
導素線を７本撚りして１次撚線とし、さらにこの１次撚
線を１１本撚りして平角成型撚撚線としているが、１次
撚線の段階で既にボイド率が２３．３％に達している。

したがって平角成型撚撚線の段階において２５％以下の
ボイド率にすることは困難であった。ボイド率を２５％
以下とするために平角成型撚撚線の段階において強い圧
縮加工を行なうと、超電導素線が変形し、臨界電流密度
や残留抵抗比等が低下し、超電導特性や安定性が大幅に
低下する。

また、導体に用いる超電導素線としては、たとえばＮｂ
Ｔｉ超電導素線が典型的なものとして用いられているが
、素線断面積当りの電流密度を増加させるためにＮｂＴ
　ｉの合金の割合を増加させ、かつ臨界電流密度を増加
させるために中間の熱処理と加工等を繰り返し多く施し
ているため、素線自体が本質的に加工性の乏しいものと
なっている。

このため、ボイド率を２５％以下にするために著しい圧
縮加工を行なおうとすると、素線が断線してしまうとい
う問題も生じる。

一方、加速器やＳＭＥＳ等へ用いられるものは、第７図
に示すように素線を平角に撚り合わせた平角成型の一重
撚線であるか、この場合においてもボイド率を１５％以
下にするのが導体の剛性向上と臨界電流密度の向上から
重要である。しかしながら、従来の方法に従って撚り合
わせと圧縮加工をするだけでは、１５％以下とすること
は困難であり、圧縮の度合を大きくしようとすれば特に
平角成型撚線のコーナ部での素線変形が著しく、臨界電
流密度の低下等、特性の大幅な劣化が生じる問題があっ
た。

この発明の目的は、このような従来の問題点を解消し、
ボイド率が低く、かつ超電導性や安定性ならびに剛性に
優れた超電導平角成型撚線を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明に従う超電導平角成型撚線は、長手方向に沿っ
て平坦面が形成された複数本の超電導線が平角に撚り合
わせられて成型された撚線であって、複数の超電導線は
、対となって前記平坦面同士で接触し、前記平坦面は平
角に揃えられていることを特徴としている。

この発明に従う超電導平角成型撚線の製造方法は、超電
導線を圧縮加工して、その表面に長手方向に沿って平坦
面を形成する工程と、平坦面か形成された超電導線を複
数本、平坦面が平角に揃うよう撚り合わせた後、成型す
る工程とを備えている。

なお、この発明に従う超電導平角成型撚線を構成する超
電導線には、素線および撚線を用いることができる。

また、この発明に従う平坦面は、ダイス、ローラーダイ
スおよび圧延等のいずれか少なくとも１つの手段により
形成することができる。

また、本発明者らは、超電導線の圧縮加工において、圧
縮率を２０％以上とすると、この発明の目的がより効果
的に達成できることを見出した。

この明細書に示す圧縮率は、第８図に示すように、圧縮
前の超電導線の線径をＤ１圧縮後の押し潰された線の幅
をｄとしたときの狭められた割合の百分率、すなわち（
Ｄ−ｄ／Ｄ）Ｘ１００％で求められる。

さらに、この発明に従う圧縮加工は、マンドレル上でタ
ークスロールにより、平角撚線を形成する過程で行なう
ことができる。

またこの発明に従って成型を平坦面に対して略垂直方向
および略平行方向に圧縮することにより実施すれば、よ
り効率的に成型を行なうことができる。そして、この圧
縮成型は、４方向からのタークスロールおよびダイスに
よれば特に効果的である。

［作用コ この発明に従う超電導平角成型撚線は、撚線を構成する
超電導線に平坦面が形成され、この平坦面同士が接触す
るよう平角に撚り合わせられている。平角成型撚線では
、この平坦面での接触により、効率良く撚線全体の容積
か小さくなり、ボイド率が低減している。したがって、
この発明に従う撚線においては、剛性の高い金属部分の
占める割合が多くなり、剛性が従来よりも高められてい
るとともに、臨界電流密度も高い値を示すようになる。

また、第１Ａ図〜第１Ｆ図を参照して、この発明に従う
超電導平角成型撚線の製造方法について以下に説明する
。

この発明に従い、まず超電導線を圧縮加工して、その表
面に長手方向に沿って平坦面を形成する。

平坦面が形成された超電導線の断面図を第１Ａ図および
第１Ｂ図に示す。第１Ａ図に示すように、平坦面を１つ
だけ形成してもよいし、第２Ａ図に示すように対向する
２つの平坦面を形成してもよい。次に、平坦面を形成し
た超電導線を、平坦面が平角に揃うよう撚り合わせる。

第１Ａ図に示す超電導線では、たとえば平坦面を内側に
向かい合わせにして撚り合わせれば第１Ｃ図に示す状態
となる。一方、第１Ｂ図に示す超電導線は、平坦面が内
側と外側に並ぶよう揃えて撚り合わせる。その結果第１
Ｄ図に示すとおりとなる。このようにして撚り合わせた
後、圧縮加工を施せば、第１Ｃ図および第１Ｄ図の撚線
は、それぞれ第１Ｅ図および第１Ｆ図に示す形状となる
。以上説明した工程において、第１Ｃ図および第１Ｄ図
に示すような圧縮加工して撚り合わせた状態は、たとえ
ば第２Ａ図に示すような圧縮加工せずに撚り合わせた状
態に比べ当然ボイド率が低くなっている。これは、形成
された平坦面同士が揃えられた結果、全体の隙間が小さ
くなるからである。そして、このように平坦面同士を揃
えた状態で成型を行なっていけば、従来よりもボイド率
がより低い撚線を得ることかできる。たとえば、この発
明に従って得られる第１Ｅ図に示す撚線のボイド率は、
１１％であるのに対し、従来に従って第２Ａ図に示すも
のを同様に成型加工した撚線（第２Ｂ図に示す）のボイ
ド率は１８％である。このような傾向は、複数の素線で
形成される１次撚線をさらに撚り合わせて平角成型撚線
にする場合により顕著となるたとえば、第３図に示すよ
うなこの発明に従うヰ角成型撚撚線のボイド率は２０％
であるのに対し第４図に示すような従来の平角成型撚撚
線はボイド率が３２％である。第３図に示す平角成型撚
線３２は、７本の超電導素線３０を撚り合わせた１次撚
線３１を圧縮加工して平坦面を上下に形成した後、この
１次撚線３１を複数本平角に撚り合わせ圧縮成型して得
られたものである。一方、第４図に示す平角成型撚撚線
は、７本の超電導線を撚り合わせて１次撚線とした後、
そのまま複数本を平角に撚り合わせて成型加工したもの
である。

なお上記の例では、１次撚線として７本撚りを示したが
、３本撚りや９本撚りなど撚線の数は用途等によって任
意である。

以上説明してきたように、この発明の製造方法に従えば
、平角成型撚線を構成する素線または１次撚線が予め圧
縮加工されているために、それらを平角に撚り合わせて
成型した後の撚線のボイド率は大幅に低減する。このた
め、高い導体電流密度を達成することができるとともに
剛性も向上させることができる。さらに、平角成型撚撚
線への著しい圧縮成型を行なう必要がないため、超電導
素線の超電導特性や安定性の低下を少なくすることがで
き、超電導線の断線を生じさせることかなくなる。

また、この発明に従えば、ダイス、ローラーダイスおよ
び圧延等の手段によって、平坦面を素線または１次撚線
に形成できる他、第５図に示すように、マンドレル５０
上でタークスロール５１によって平角撚線を作成しなが
ら、素線または１次撚線の上下面を圧縮して平坦面を形
成することができる。タークスロール５１は、自己回転
式（駆動型タークスと称す）のものが好ましく、これを
使用することにより、マンドレル上で素線または１次撚
線の特性を低下させることなく圧縮加工を行なうことが
できる。

さらに、超電導線を圧縮加工して平坦面を形成した後、
撚り合わせて第６Ａ図の矢印に示すような４方向から圧
縮成型すれば、平坦面同士の密着を最大限生かして成型
を行なうことができるので、効率良（撚線のボイド率を
低減させることができる。このような圧縮成型は、第６
Ｂ図に示すような４方向からのタークスロール６０によ
るものや、第６Ｃ図に示すようなダイス６１によるもの
が特に有効である。

［実施例コ （実施例１） 線径０．３０ｍｍのＮｂＴ　ｉ超電導線に厚み１０μｍ
のホルマール絶縁を施し、線径０．　３２ｍｍの素線と
した。この素線を７本撚りして１次撚線を作成し、この
１次撚線をマンドレル上で駆動式タークスロールで外接
円の直径の約２０％圧縮加工し、次にこの１次撚線を１
７本撚り合わせた後、さらに４方からタークスロールで
圧縮成型して平角成型撚撚線を作成した。この結果、第
１表に示すようにボイド率２１．０％の平角成型撚撚線
が得られた（実施例１）。

比較として、１次撚線の圧縮率が１５％のものを作成し
、これを上記実施例１と同様にして１７本撚り合わせて
２次撚線とし、さらに４方がらタークスロールで圧縮成
型して平角成型撚撚線とした（比較例１）。

また、さらに比較として、従来と同様に１次撚線に圧縮
加工を施さない状態の１次撚線を１７本撚り合わせた後
、圧縮成型して平角成型撚撚線を作成した（従来例１）
。

上記の実施例１、比較例１、および従来例１の１次撚線
のボイド率および２次撚線すなわち平角成型撚撚線のボ
イド率を第１表に示す。

さらに、上記実施例１、比較例１および従来例１のそれ
ぞれについて、１次撚線の０．　２％耐力、５Ｔ、４．
２Ｋにおける素線の臨界電流密度、ならびに５Ｔ、４．
２Ｋにおける２次撚線の電流密度をそれぞれ測定し併わ
せで第１表に示した。

第１表から明らかなように、１次撚線の圧縮率が２０％
の実施例１では、２次撚線のボイド率が２１．０％とな
っている。これに対して、１次撚線の圧縮率が１５％の
比較例１では、２次撚線のボイド率が２５．２％と太き
（なっている。さらに、従来例１の２次撚線のボイド率
は２６．８％であった。

また第１表から明らかなように、実施例１の１次撚線の
０．２％耐力は、従来例１のものより１割以上増加して
いる。このことから、実施例１の１次撚線は高い剛性を
有していることが明らかである。

また第１表に示されるように、導体から取り出した素線
の臨界電流密度は、従来例１、比較例１および実施例１
ともにほとんど同様の値であったこのことより、平角成
型撚線の圧縮成型によりいずれも超電導特性が低下しな
かったことが明らかになった。

さらに第１表から明らかなように、導体の電流密度は実
施例１において８０Ａ／ｍｍ２以上の値であり、比較例
１および従来例１よりも高い値が得られた。

（Ｌ／千永白） 第１表 （実施例２） 素線を撚り合わせた後、圧縮成型して平角成型撚線を作
成する際の圧縮成型の条件を変えて、平角成型撚線にお
けるボイド率を変化させたものを作成した。素線として
圧縮率２５％で上下面を圧縮した（実施例２）と、圧縮
しない丸線（従来例２）について試験を行なった。

評価は、平角成型撚線から取り出した素線の臨界電流密
度を測定し、臨界電流密度の劣化率を算出するとともに
、安定性の評価を残留抵抗比で行なった。

ボイド率としては第２表に示すように約１８％、約１５
％および約１１％の３種類のものを作成した。結果を第
２表に示す。

第２表から明らかなように、この発明に従う実施例２で
はボイド率が小さくなるように成型加工しても、あまり
臨界電流密度の低下は認められず、また残留抵抗比も安
定性が保てる値１２０程度に止まった。これに対し、従
来例２ではボイド率を小さ（するにつれて臨界電流密度
の劣化率が太きくなり、また残留抵抗比も大幅に低下し
て安定性が悪くなる結果が得られた。したがって、本発
明の効果が確かめられた。

（以１余′白） ［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の超電導平角成型撚線は
、圧縮加工により形成された平坦面を密着させて超電導
線を配置するため、撚線内の空間部が従来に比べ著しく
小さくなっている。したかって、剛性の高い金属部分の
占める割合か大きくなり、撚線自身の剛性は従来よりも
著しく高められる。また、超電導線か互いにより密接し
ているため、電流密度も同時に高めることができる。

したがって、この発明の超電導平角成型撚線を巻き付け
た超電導マグネットでは、高磁界か発生可能となる。ま
た、超電導マグネットのコンパクト化を図ることもでき
る。さらに、素線の健全性が保たれることによって、超
電導特性や安定性を維持し、信頼性の高いマグネットを
製作することができる。さらに、この発明の超電導平角
成型撚線ては、フィラメント径の細いものを用いること
によって、交流損失を小さくし、変動電流や交流運転に
おいても安定して稼働することかできるようになる。こ
の発明の撚線は、高速励磁においても安定な導体である
ので、超電導発電機等の大容量交流機器用導体として有
効に利用できる。

一方、この発明の製造方法に従えば、超電導線の過剰な
変形を引き起こすことなく、ボイド率の低い成型撚線を
製造することができる。したがって、過剰変形に起因す
る臨界電流密度および残留抵抗比の低下ならびに超電導
特性、安定性および剛性の低下を防ぎ、剛性および臨界
電流密度の高い平角成型撚線を形成することができる。

さらに、圧縮加工の方法としてマンドレル上でタークス
ロールによる圧縮を効果的に用いることにより、特に撚
り本数の多い加速器用導体を容易に形成することができ
る。また、得られた撚線は剛性が高く安定性に優れてい
ることから、ＳＭＥＳ等に適用する導体にも有効である
。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図、第１Ｂ図、第１Ｃ図、第１Ｄ図、第１Ｅ図お
よび第１Ｆ図は、この発明に従う製造方法の過程を示す
断面図である。第２Ａ図および第２Ｂ図は、従来の製造
方法の過程を示す断面図である。第３図は、この発明に
従う平角成型撚撚線を示す断面図である。第４図は、従
来の平角成型撚撚線を示す断面図である。第５図は、こ
の発明に従って、１次撚線の圧縮をマンドレル上でター
クスロールによって、圧縮する状態を示す模式図である
。第６Ａ図は、この発明に従って、撚線を圧縮成型する
状態を示す模式図である。第６Ｂ図および第６Ｃ図は、
撚線をそれぞれ、４方からのタークスロールおよびダイ
スによって圧縮成型する状態を示す模式図である。第７
図は、従来の平角成型撚線を示す断面図である。第８図
は、この発明に従う圧縮率を示す模式図である。 図において、３０は超電導素線、３１は１次撚線、３２
は平角成型撚撚線、５０はマンドレル、５１はタークス
ロールを示す。 第１Ａ図 第１Ｃ図 第１Ｅ図 第２Ａ図 第１Ｂ図 第１Ｄ図 第１Ｆ図 第２Ｂ図 第３図 第５図 第６Ａ図 ↓

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）長手方向に沿って平坦面が形成された複数本の超
   電導線が平角に撚り合わせられて成型された超電導平角
   成型撚線であって、 前記複数本の超電導線は、対となって前記平坦面同士で
   接触し、前記平坦面は平角に揃えられていることを特徴
   とする超電導平角成型撚線。
2. （２）超電導線を圧縮加工して、その表面に長手方向に
   沿って平坦面を形成する工程と、前記平坦面が形成され
   た超電導線を複数本、前記平坦面が平角に揃うよう撚り
   合わせた後、成型する工程とを備える超電導平角成型撚
   線の製造方法。
3. （３）前記圧縮加工が、ダイス、ローラーダイスおよび
   圧延のいずれか少なくとも１つの手段により行なわれる
   ことを特徴とする請求項２に記載の超電導平角成型撚線
   の製造方法。
4. （４）前記圧縮加工の圧縮率が２０％以上であることを
   特徴とする請求項２に記載の超電導平角成型撚線の製造
   方法。
5. （５）前記圧縮加工が、マンドレル上でタークスロール
   により、平角撚線を形成する過程で行なわれることを特
   徴とする請求項２に記載の超電導平角成型撚線の製造方
   法。
6. （６）前記成型が、前記平坦面に対して略垂直方向およ
   び略平行方向からの圧縮成型であることを特徴とする請
   求項２に記載の超電導平角成型撚線の製造方法。
7. （７）前記圧縮成型が、４方向からのタークスロールお
   よびダイスのいずれか少なくとも１つの手段により行な
   われることを特徴とする請求項６に記載の超電導平角成
   型撚線の製造方法。