JPH06314584A - 超電導導体の接続方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】超電導導体の接続部で発熱が起こるのを抑制
し、かつ、接続部の大きさを最小に保つこと。 【構成】一方の超電導導体１ａのコンジット内に収めた
超電導線３ａから一定の長さのフィラメント６ａを露出
させ、同様に他方の超電導導体１ｂのコンジット内に収
めた超電導線３ｂからフィラメント６ｂを露出させる。
双方の超電導線３ａ、３ｂを区分毎に束ねてフィラメン
ト６ａ、６ｂ同士を互いに重ね合わせ、接続ピース７の
基板９の各溝８内にフィラメント６ａ、６ｂ全体を収
め、上部被覆片１０を用いてそこを覆い尽くしてフィラ
メント６ａ、６ｂ同士を所定の温度および圧力を保持し
て固相接合する。この後、接続部の超電導線３ａ、３ｂ
のまわりを気密空間とするようにケース１６で被覆す
る。

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銅等
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
部で発熱が起こるのを抑制し、かつ接続部の大きさを最
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
された多数の超電導線からシースおよび安定化材をそれ
ぞれ除去して一定長さのフィラメントを露出させ、他の
コンジット内の多数の超電導線から同様にシースおよび
安定化材をそれぞれ除去してフィラメントを露出させ、
双方の超電導線を区分毎に束ねてフィラメント同士を互
いに重ね合わせ、この超電導線区分に見合う数量をもっ
て構成される接続ピースの基板の各構内にフィラメント
全体を収めると共に、上部被覆片を用いてフィラメント
部をそれぞれ覆い、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圧力を保持し
て固相に接合し、フィラメント接合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覆することを特徴
とするものである。

【０００７】

【作用】超電導導体の接続のための準備工程は接続され
る超電導線からのフィラメントの露出を経て、さらに超
電導線を区分けして束ね、フィラメント同士を重ね合わ
せる。この超電導線の区分けは接続ピースの基板の溝の
数と同じであり、区分に従ってフィラメント部を接続ピ
ースの構内に収める。接合を確実にするためにフィラメ
ントの上に重ねられる上部被覆片を用いる。接続ピース
を構成するこれらの基板および上部被覆片は同じ銅材を
使用する。

【０００８】また、圧力を上部被覆片を通して各フィラ
メントに作用させるために上部被覆片に当てる当て金を
溝の数に合わせて用意し、上部被覆片と共にセットする
のが望ましい。

【０００９】この準備工程を経た後に、超電導線を所定
の温度および圧力を保って固相接合する。真空炉あるい
はチャバ内雰囲気はフィラメントに酸化が起こらない真
空あるいは不活性ガス雰囲気とする。

【００１０】また、温度は超電導特性に影響が出ないこ
とを条件として上限を見極めて、これよりも上昇させな
い。

【００１１】さらに、圧力はフィラメント同士が金属的
に接合できる圧力を保つ必要がある。この固相接合は接
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が起こらない良好
な接続部を得ることができる。 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。

【００１２】

【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。

【００１３】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１６によって覆われ
ている。

【００１４】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。

【００１５】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の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。

【００１６】接続ピース７およびケース１６の詳細は接
続工程の説明中で述べるものとする。

【００１７】次に、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３ａ、３ｂの先端部分を
硝酸溶液等に浸漬してシース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。

【００１８】次に、図６に示すように、超電導線３ａ、
３ｂを５ないし１０本程度を一区分としてそれぞれ束
ね、フィラメント６ａ、６ｂ同士を互いに重ね合わせ
る。

【００１９】次に、接続ピース７によるフィラメント６
ａ、６ｂ同士の接合のために準備工程を行なう。

【００２０】本実施例の接続ピース７は、図７に示すよ
うに、銅で作られた多数の溝８を有する基板９と、この
基板９と同じ長さを保って露出させたフィラメント６
ａ、６ｂの全域を覆う基板９と同じ銅で作られた上部被
覆片１０とから構成される。

【００２１】組立は、初めに、図８に示すように、溝８
の長手方向中心にフィラメント６ａ、６ｂを置き、次
に、そのフィラメント６ａ、６ｂの上に重ねて図９に示
すように上部被覆片１０と当て以上の工程を経た後に、
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
び圧力を保持しながら、超電導線３ａ、３ｂを固相接合
する。

【００２２】図１０に示すように、組立てられた超電導
線３ａ、３ｂを接続ピース７と共にチャンバ１２内に運
び込み、当て金１１の上面に加圧装置１３を当てて各フ
ィラメント６ａ、６ｂの接合部に均一な圧力が加えられ
るようにセットする。

【００２３】チャンバ１２内の空気は排気装置１４を運
転して抽出し、内部を真空にする。接合中の温度を保つ
ために基板９の溝８と平行に穿った孔にヒータ１５を挿
入して接合部を加熱する。好ましい接合条件は次のとお
りである。

【００２４】真空度：１０^-3Torr以下 温度 ：５００℃以下 圧力 ：２０kgf ／mm² 以下 上記の真空度を保つことにより超電導線３ａ、３ｂおよ
びフィラメント６ａ、６ｂの酸化を防止することができ
る。また、上記温度は超電導特性が劣化しない上限の加
熱温度を保つうえで好ましい。さらに、上記圧力は超電
導特性に影響を与えない範囲でフィラメント６ａ、６ｂ
同士が金属的に接合できる圧力とするために好ましいも
のである。

【００２５】フィラメント６ａ、６ｂ同士の接合が完了
し、一定の冷却時間をおいて超電導線３ａ、３ｂをチャ
ンバ１２から取出す。ヒータ１５は基板９から外してそ
の孔を冷却媒体の冷却孔として用いる。

【００２６】次に、図１１に示すケース１６によって接
続ピース７で接合された部分を中心として超電導線３
ａ、３ｂを覆う。これは接続ピース７でつながれた部分
の超電導線３ａ、３ｂに冷却媒体を流せるようにするた
めに設けられる。

【００２７】このケース１６は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る。内
部から冷却媒体が漏洩しないようにコンジット２との接
合においてはシール溶接を施す。図中、符号１７は溶接
部である。また、ケース１６には図１２に示すように、
冷却媒体用導出管１８を接続することができる。

【００２８】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１６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。

【００２９】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。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
においては接続される双方の超電導線からシースおよび
安定化材を除去してフィラメントをそれぞれ露出させ、
双方の超電導線を区分毎に束ねてフィラメント同士を互
いに重ね合わせ、接続ピースの基板の各構内にフィラメ
ント全体を収めると共に、上部被覆片を用いてフィラメ
ント部を覆い尽くして固相接合するので、超電導導体の
接続部で発熱が起こるのを抑制することができ、しかも
接続部での抵抗は零に近くなり、接続部の大きさを最小
に保持することが可能である。

【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】超電導線の横断面図。

【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】本発明の接続方法で使用される接続ピースの斜
視図。

【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】本発明の接続方法の工程を示す図。

【図１２】本発明の接続方法の工程を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中本 一成 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株式 会社東芝京浜事業所内

Claims (1)

【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多数の超
   電導線からシースおよび安定化材をそれぞれ除去して一
   定長さのフィラメントを露出させ、他のコンジット内の
   多数の超電導線から同様にシースおよび安定化材をそれ
   ぞれ除去してフィラメントを露出させ、双方の該超電導
   線を区分毎に束ねて該フィラメント同士を互いに重ね合
   わせ、この超電導線区分に見合う数量をもって構成され
   る接続ピースの基板の各構内に該フィラメント全体を収
   めると共に、上部被覆片を用いて該フィラメント部をそ
   れぞれ覆い、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圧力を保持して
   固相に接合し、該フィラメント接合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することを特
   徴とする超電導導体の接続方法。