JPH08190945A - 超電導導体の接続方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 超電導導体の接続方法に関し、接続抵抗が低
く、かつ機械的強度が良好な導体接続を提供する。 【構成】 超電導導体５の接続端部の安定化銅を除去
し、これらに接続する際に超電導フィラメントより融点
の低い低抵抗金属中間材３を両者の間にはさんで加熱圧
接することで、加熱圧接時に超電導フィラメントが金属
中間材３中に入り、かつ安定化材の銅と一体化した導体
接続部が得られる。 【効果】 接続抵抗が低く、かつ機械的強度が良好な導
体接続を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超電導導体の接続方法に
係わり、特に接続抵抗が低く、かつ機械特性が良好な接
続部が得られる導体接続法並びに超電導導体及び超電導
コイルに関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導コイルの大型化に伴い、これら超
電導コイルは全体を構成する個々のコイルに分割して製
作し、最終的に全体を組み上げた後にコイル間を接続す
る方法がとられる場合が多い。超電導導体の接続法とし
て、半田付け法、突き合わせ加熱圧接法等があるが、突
き合わせ加熱圧接法は電気的・機械的に信頼性が高く、
接合部の構造がコンパクト化できるという特長を有する
ため、近年大型超電導コイルの導体間接続法として注目
を集めている。

【０００３】一般的な超電導導体の加熱圧接法として、
接続する２つの導体の端部を平面に研磨した後、両導体
を突き合わせて通電加熱により両端部を溶融させ圧接す
る方法がとられる（例えば スーパーコンダクティング
マグネット コイルズ フォーザ ラージ コイル プログ
ラム ボル１. イントロダクション アンド ベリフィケ
ーション テスティング リポート(Ｓuperconducting Ｍ
agnet Ｃoils for theＬarge coil Ｐrogram，Ｖol．１
Ｉntroduction and Ｖerification Ｔestingreport
等））。

【０００４】化合物超電導導体の突き合わせ接続法とし
て、特開昭５９−６０９０７号や特開昭５６−１１２０
８０号、特開昭６３−５５８７６号に記載のように化合
物超電導体を生成する前駆体を接合した後に生成熱処理
を施して超電導導体の接続部を形成するものが挙げられ
る。その他の方法として特開平３−４０３８２号に記載
のような導体接続端部の安定化材を除去して超電導フィ
ラメントを露出させた状態で超電導フィラメント間を加
熱圧接する方法がある。図２は超電導線材の接合に従来
の加熱圧接法を適用した場合の断面を表したものであ
る。図２において、１は超電導フィラメント、２は銅よ
り成る安定化材を示す。接続すべき線材間を通電加熱
し、溶融状態で両者を圧接することで、接合が完了す
る。図３は導体接続端部の安定化材を除去して超電導フ
ィラメントを露出させた状態で加熱圧接した場合の線材
断面の構造を示す。図２と同一部材は同一符号を付して
ある。接合部の断面は超電導フィラメントが溶融して接
続界面を形成している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】化合物超電導体を用い
た大型超電導コイルを製作するために加熱圧接法を適用
する場合、上記記載の導体接続後に超電導体の反応熱処
理を施す方法を採用すると、その反応熱処理のための電
気炉が非常に大型となり温度制御等が非常に困難となる
ため、接続は超電導体の反応熱処理後に施すことが好ま
しいことは言うまでもない。

【０００６】また、一般的な加熱圧接法では、界面部で
溶融が生じ、それらが互いに押し付けられて即ち圧接さ
れることによって接合される。溶融時においてＮｂ基超
電導導体の場合、超電導フィラメント１の融点が高いた
め、安定化材２として用いられる銅が時間的に早く溶融
する。従って接続後の断面構造は溶融した銅が外部には
み出し、内部の超電導フィラメントは導体外周部に押し
出されるように変形して互いに接触できない場合が多
い。従って超電導フィラメントの端面を互いに接触させ
て確実に接続しようとすると、溶融時に強く押し付けな
いようにして変形を非常に小さく設定せねばならなくな
る。そうすると接合強度の信頼性が確保できなくなると
いう問題が生じた。また、溶融時の変形が小さいと、接
合端部の界面が清浄でない場合、汚染された溶融部を外
部へ押し出すことができないため、接合界面に酸化物等
が残留する恐れもある。

【０００７】また、導体接続部の端部の安定化材を除去
して超電導フィラメントを露出させた状態で加熱圧接す
ると、超電導フィラメントの融点は非常に高いため、該
超電導フィラメントが溶融して接合される間に、接続部
付近の導体が熱的に影響を受け電気性能が劣化しやすい
という問題がある。また、接続界面が超電導フィラメン
トの溶融体で構成される接合部は、超電導フィラメント
が化合物であることより非常に脆弱な懸念もある。

【０００８】本発明の目的は、上記従来技術の欠点を解
消し、接続抵抗が低く、機械特性が良好な接続導体を得
るのに好適な超電導導体又は超電導素線の接続方法並び
に超電導導体及び超電導コイルを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願第１発明は、複数本の超電導フィラメントが安定化
材の内部に配設されて成る超電導導体を互いに接続する
方法であって、一対の前記超電導導体の端面を平坦に
し、前記安定化材と同程度の抵抗値を有する金属中間材
を介して前記一対の超電導導体の端面を互いに突合せて
接触させ、前記超電導フィラメントは溶融させず前記突
合せ部分の安定化材及び金属中間材だけを加熱溶融さ
せ、前記一対の超電導導体の端面を互いに押し付けて接
合することを特徴とする超電導導体の接続方法である。

【００１０】また本願第２発明は、複数本の超電導フィ
ラメントが安定化材の内部に配設されて成る超電導導体
を互いに接続する方法であって、一対の前記超電導導体
の端面を平坦にし且つ端部の安定化材を除去して超電導
フィラメントを露出させ、前記安定化材と同程度の抵抗
値を有する金属中間材を介して前記一対の超電導導体の
端面を互いに突合せて接触させ、前記超電導フィラメン
トは溶融せず前記突合せ部分の安定化材及び金属中間材
だけを加熱溶融させ、前記一対の超電導導体の端面を互
いに押し付けて該超電導フィラメントを金属中間材内部
に進入させて接合することを特徴とする超電導導体の接
続方法である。

【００１１】また本願第３発明は、前記第１発明又は第
２発明において、金属中間材は超電導フィラメントより
融点の低い金属であることを特徴とするものである。

【００１２】また本願第４発明は、第３発明において、
安定化材は銅より成り、金属中間材は銅、銀又はインジ
ウムであることを特徴とするものである。

【００１３】また本願第５発明は、超電導フィラメント
が安定化材の内部に配設されて成る超電導素線単体を互
いに接続する方法であって、一対の前記超電導素線の端
面を平坦にし、前記安定化材と同程度の抵抗値を有する
金属中間材を介して前記一対の超電導素線の端面を互い
に突合せて接触させ、前記超電導フィラメントは溶融さ
せず前記突合せ部分の安定化材及び金属中間材だけを加
熱溶融させ、前記一対の超電導素線の端面を互いに押し
付けて接合することを特徴とする超電導素線の接続方法
である。

【００１４】また本願第６発明は、超電導フィラメント
が安定化材の内部に配設されて成る超電導導体であっ
て、長手方向の一部に前記安定化材とは異なり且つ該安
定化材と同程度の抵抗値を有する金属中間材が安定化材
と一体化され、且つその金属中間材内部に超電導フィラ
メントが内蔵されて成ることを特徴とするものである。

【００１５】また本願第７発明は、第１発明乃至第５発
明のいずれかに記載の方法により接続された導体接続部
を有する超電導導体である。

【００１６】また本願第８発明は、第６発明又は第７発
明に記載の超電導導体にて形成された超電導コイルであ
る。

【００１７】

【作用】第１発明又は第２発明更には第５発明によれ
ば、超電導フィラメントが金属中間材を介して該フィラ
メントを溶融させること無く接続部分の金属中間材及び
安定化材だけが加熱溶融して圧接されるため、超電導フ
ィラメントが接続部の内部で均質に配置される。また安
定化材と同程度の低い抵抗値を有する金属中間材を用い
たので導体特性が低下しない。また第３発明又は第４発
明によれば融点の低い中間材が外部に押し出される際に
安定化材の酸化膜等を一緒に除去するため、安定化材の
汚染が低減できる。また第６発明又は第７発明の超電導
導体は接続部が従来例に比して接続抵抗が低く、機械特
性が良好なものである。更に第８発明によれば超電導コ
イルの特性が良好である。

【００１８】これは接続部端面の安定化材である銅を化
学的に除去して超電導フィラメントを露出させた後に、
上記金属中間材をはさんで加熱圧接すると、超電導フィ
ラメントが金属中間材の内部に入りこんだ後、さらに超
電導フィラメント同士が接触して接合されるため、超電
導フィラメントに大きな変形を与えること無しに接合を
完了させることができる。なお金属中間材は導体端部の
安定化材である銅と溶融結合されるので、接合部の機械
的特性も確保できる。また、この金属中間材に銅を用い
ることによって、銅内部に超電導フィラメントが内蔵さ
れた従来の接続部がフィラメントの変形無しに得ること
ができる。

【００１９】また導体接続の中間材として安定化銅より
融点の低い銀やインジウム等の低抵抗金属を選択するこ
とによって、加熱圧接時にこの中間材はほとんど外部に
押し出されるが、接合前に端面は冶金的に清浄ではない
場合でも、これら不純物が中間材と共に外部に出るた
め、接合界面には安定化材と金属中間材との反応層は若
干残留するものの、金属中間材が無い条件で接合した場
合と比較して良好な電気的性能が得られる。

【００２０】なお、金属中間材は安定化材と同程度に低
抵抗なものであればよく、例えばＮｂ₃Ｓｎ，Ｎｂ−Ｔ
ｉのような超電導体の箔を用いることも有効である。ま
た、本発明による導体接続法はＮｂ₃Ｓｎ，Ｎｂ₃Ａｌ，
Ｖ₃Ｇａ等の化合物超電導導体や、Ｎｂ−Ｔｉ等の合金
系超電導導体の接続にも適用できるものである。

【００２１】これら本発明による接続法は超電導素線を
多数本撚線した導体のみならず、超電導素線単体同士の
接合に適用することも可能である。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により詳細に
説明する。図１は本発明に係る実施例の超電導導体の接
続部の断面構造を示し、（Ａ）は接続作業開始時の全体
断面図、（Ｂ）は接続完了状態の接合部位の断面図を示
す。 実施例１ ＮｂとＣｕ−Ｓｎ合金、安定化材となる銅の複合体素線
を２７本撚線し、接続部付近に銅管を被せてスエージ加
工し、撚線間の素線を互いに密着させた後に反応熱処理
して超電導体化して接続用の超電導導体５を作製した。
この超電導導体５の端面を平坦な平面に加工研磨した
後、硝酸で端面の銅を約０.１mm溶解除去した。端部に
超電導フィラメント１が約０.１mm露出した超電導導体
を一対加熱圧接機（図示せず）に取付け、両者の中間に
厚さ０.２mmの銅箔を金属中間材３として挟みこんで接
合した。図において４は銅管を示す。この時の接合条件
は、 通電距離：２mm（加熱部の長さ） 通電時間：約７秒 電 流 ：２５０Ａ 電 圧 ：４００Ｖ とした。

【００２３】接合時は金属中間材３の銅とＮｂ₃Ｓｎフ
ィラメント１が加熱されたが、金属中間材３の銅の方が
前記フィラメント１より融点が低いため、Ｎｂ₃Ｓｎフ
ィラメント１が銅箔３の中に入りこんだ後、導体端面の
安定化材２の銅と金属中間材３の銅が一体になったた
め、外見上は銅の中に超電導フィラメント１が内蔵され
た形状で接合は完了した。なお接続用導体の端部付近は
銅管４で被せたが、これは本発明の実施にあたって必ず
しも必要ではない。

【００２４】この導体接続部の断面を長手方向と平行に
切断し走査型電子顕微鏡で観察したところ、銅の中に超
電導フィラメントが均質に配置され、しかも超電導フィ
ラメントの端面が良好に接合されていることが確認され
た。また、この導体接続部の抵抗を一般的な直流４端子
法で測定したところ、外部磁場が４Ｔ、通電電流２ｋＡ
の条件下で、５ｎΩの接続抵抗が得られた。なお接続部
の引張り強さを評価したところ、液体ヘリウム温度で、
導体単独と比較して９５％の接合強度があることが確認
された。

【００２５】実施例２ 上記実施例１と同様な方法で、接続用の超電導導体を作
製した後、その端面を約０.１mm露出した導体２つを加
熱圧接機に取付け、両者の中間に厚さ０.２mmの銀箔を
はさみこんで接合した。その結果同様な接続界面が得ら
れ、接続抵抗は外部磁場が４Ｔ、通電電流２ｋＡの条件
下で１０ｎΩの接続抵抗が得られた。なお接続部の引張
り強さを評価したところ液体ヘリウム温度で、導体単独
と比較して８０％の接合強度があることが確認された。

【００２６】実施例３ 上記実施例１と同様な方法で、接続用の超電導導体を作
製した後、導体端面が平滑なままで、すなわち超電導フ
ィラメントを露出させずに厚さ０.１mmの銀箔をはさん
で加熱圧接した。接合時には融点の最も低い銀箔が最初
に溶融し、導体間が圧接されるに伴って外部に流出した
が、導体間の縮み代を約０.２mmに制御することによっ
て超電導フィラメントの変形が極力小さくなるような条
件で接合を完了させた。その結果、接合界面には超電導
フィラメントの接合部の他に銅と銀の合金層が約１０μ
ｍ観測されたが、接続抵抗は外部磁場が４Ｔ、通電電流
２ｋＡの条件下で８ｎΩの接続抵抗が得られた。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば超電導フ
ィラメントの変形を防止して接続部内部に超電導フィラ
メントが均質に配置できるため、接続抵抗が低く、かつ
機械的強度に優れた導体接続部を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例の超電導導体の接続部の断
面構造を示し、（Ａ）は接続作業開始時の全体断面図、
（Ｂ）は接続完了状態の接合部位の断面図を示す。

【図２】従来の超電導導体の接続部の断面図を示す。

【図３】他の従来の超電導導体の接続部の断面図を示
す。

【符号の説明】

１ 超電導フィラメント ２ 安定化材 ３ 金属中間材 ４ 銅管 ５ 超電導導体

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数本の超電導フィラメントが安定化材
   の内部に配設されて成る超電導導体を互いに接続する方
   法であって、一対の前記超電導導体の端面を平坦にし、
   前記安定化材と同程度の抵抗値を有する金属中間材を介
   して前記一対の超電導導体の端面を互いに突合せて接触
   させ、前記超電導フィラメントは溶融させず前記突合せ
   部分の安定化材及び金属中間材だけを加熱溶融させ、前
   記一対の超電導導体の端面を互いに押し付けて接合する
   ことを特徴とする超電導導体の接続方法。
2. 【請求項２】 複数本の超電導フィラメントが安定化材
   の内部に配設されて成る超電導導体を互いに接続する方
   法であって、一対の前記超電導導体の端面を平坦にし且
   つ端部の安定化材を除去して超電導フィラメントを露出
   させ、前記安定化材と同程度の抵抗値を有する金属中間
   材を介して前記一対の超電導導体の端面を互いに突合せ
   て接触させ、前記超電導フィラメントは溶融せず前記突
   合せ部分の安定化材及び金属中間材だけを加熱溶融さ
   せ、前記一対の超電導導体の端面を互いに押し付けて該
   超電導フィラメントを金属中間材内部に進入させて接合
   することを特徴とする超電導導体の接続方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、金属中間材は
   超電導フィラメントより融点の低い金属であることを特
   徴とする超電導導体の接続方法。
4. 【請求項４】 請求項３において、安定化材は銅より成
   り、金属中間材は銅、銀又はインジウムであることを特
   徴とする超電導導体の接続方法。
5. 【請求項５】 超電導フィラメントが安定化材の内部に
   配設されて成る超電導素線単体を互いに接続する方法で
   あって、一対の前記超電導素線の端面を平坦にし、前記
   安定化材と同程度の抵抗値を有する金属中間材を介して
   前記一対の超電導素線の端面を互いに突合せて接触さ
   せ、前記超電導フィラメントは溶融させず前記突合せ部
   分の安定化材及び金属中間材だけを加熱溶融させ、前記
   一対の超電導素線の端面を互いに押し付けて接合するこ
   とを特徴とする超電導素線の接続方法。
6. 【請求項６】 超電導フィラメントが安定化材の内部に
   配設されて成る超電導導体であって、長手方向の一部に
   前記安定化材とは異なり且つ該安定化材と同程度の抵抗
   値を有する金属中間材が安定化材と一体化され、且つそ
   の金属中間材内部に超電導フィラメントが内蔵されて成
   ることを特徴とする超電導導体。
7. 【請求項７】 請求項１〜５のいずれかに記載の方法に
   より接続された導体接続部を有する超電導導体。
8. 【請求項８】 請求項６又は７に記載の超電導導体にて
   形成された超電導コイル。