JPH0824056B2 - 強制冷却型超電導導体用接続部 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、超電導コイル等に使用される超電導導体の
接続部に関するものである。

「従来の技術」 近年、内部に冷媒の流路を有した中空の外被と、前記
冷媒の通路に挿入された超電導線とからなり、前記流路
に超臨界圧ヘリウム等の冷媒を強制循環させて超電導線
を冷却できるように構成された超電導導体が知られてい
る。

ところでこの種の超電導導体を用いて超電導コイルを
構成した場合等に、超電導導体どうしを接続することが
ある。従来、この種の超電導導体の接続構造として、接
続すべき一対の超電導導体の各々の端部から出された超
電導線が重ねられた状態で、はんだ付けにより接合さ
れ、更に、はんだ付け部分とその両側の超電導導体の端
部がこれらにまたがった筒状のジョイントカバーによっ
て覆われ、ジョイントカバーの両端部が各々外被にろう
付けされてなる構造が知られている。なお、このジョイ
ントカバーは、接合した一対の超電導導体の冷媒の流路
を連結してジョイントカバー内部の超電導線の接続部に
冷媒を導く役割も果たしている。

「発明が解決しようとする問題点」 前述の超電導導体において、特に、化合物系超電導線
を備えた超電導導体どうしを接合する場合には、超電導
化合物自体が極めて脆く、加工性が悪い関係から、従
来、超電導化合物を生成させるための拡散熱処理を行う
以前であって、加工性の良好な状態で、コイル加工に都
合の良い曲率半径を持つように超電導導体に加工を施し
た後に、拡散熱処理を施し、更に接合部分のはんだ付け
作業を行い、筒状のジョイントカバーによってはんだ付
け部分を覆っていた。

ところが、前記接合構造を形成する場合には、接合す
る一対の超電導導体の各端部から出した超電導線どうし
を重ねる際に、超電導線を湾曲させたり、超電導線どう
しの間に含浸させるはんだの量を大きくしすぎることに
よって、重ね合わせた超電導線の厚みを大きくしすぎた
場合に、曲率が変わり、厚みを増した超電導線がその外
側に被せるジョイントカバーの邪魔になりジョイントカ
バーの被着が困難になったり、ジョイントカバーの内部
が超電導線によって塞がれることによって冷媒がジョイ
ントカバーの内部を通過できなくなり、接合部分の超電
導線の冷却が不十分になる虞があった。

なお、超電導線どうしをはんだ接合作業を順調に行っ
たとしても、後に行うジョイントカバーのろう付け時
に、ろう付け作業に伴う熱によってジョイントカバー内
の超電導線のはんだ付け部分がゆるみ、場合によって
は、はんだが溶融してジョイントカバー内部の空間を塞
ぎ、冷媒の流路を閉じて超電導線はんだ付け部分の冷却
を不十分にする虞があった。

「発明の目的」 超電導線の接合部分をブロック本体の溝部内で動かな
いように確実に固定することができ、角筒型のジョイン
トカバーを超電導線にろう付けする場合に超電導線の接
合部分がゆるんだり溶解することがないと同時に超電導
線の接合部分の冷却を完全に行うことができ、所定の曲
率で湾曲された強制冷却型超電導導体の接続部分の構造
として有用であり、超電導特性の安定性を高めることが
できる接続部の提供を目的とする。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、前記問題点を解決するために、複数の超電
導線と、これら超電導線を内部に収納する中空の安定化
母材と、該安定化母材との間に冷媒の流路を形成するよ
うに安定化母材を覆う角筒状の外被とを具備してなり、
所定の曲率半径を有して湾曲された強制冷却型超電導導
体どうしを接続するために使用され、接続するべき一対
の超電導導体の端部間に取り付けられるとともに、外方
に、超電導導体の外被の端部にまたがって角筒状のジョ
イントカバーが被着されてなる接続部であって、一対の
超電導導体の各々の端部から出されて重ねられ接合され
た複数の超電導線を嵌め込み収納する溝部を有したチャ
ンネル状のブロック本体と、前記溝部の開口部を閉じる
蓋体とからなり、前記ブロック本体には、ブロック本体
の溝部に対し隔壁を介し区画されて前記一対の超電導導
体の端部間に開口し、該一対の超電導導体の冷媒の流路
どうしを相互に接続する連通孔を成し、前記蓋体には、
前記一対の超電導導体の端部間に開口し、該一対の超電
導導体の冷媒の流路どうしを相互に接続する連通孔を形
成するとともに、前記ブロック本体の隔壁と前記蓋体の
ブロック本体側の壁には、前記各連通孔と前記ブロック
本体の溝部を相互に連通して冷媒を流す透孔を形成して
なり、前記ブロック本体と前記蓋体を、前記ブロック本
体の溝部を前記蓋体が閉じた状態で前記ブロック本体お
よび蓋体の外形と前記超電導導体の外被とを面一にする
ように形成し、かつ、前記ブロック本体と蓋体を、前記
超電導導体の有する曲率半径と同じ曲率半径で湾曲して
なるものである。

「作用」 ブロック本体の連通孔と蓋体の連通孔が一対の超電導
導体の冷媒の流路どうしを相互に接続し、各連通孔が冷
媒のバイパス路となるので、一方の超電導導体の冷媒流
路から他方の超電導導体の冷媒流路に冷媒を容易に流す
ことができる。従って強制冷却型の超電導線の全長に渡
り必要不可欠な冷媒流路を介する冷媒の流通を円滑にす
ることができ、接続部分で冷媒の滞留を生じない。

更に、ブロック本体の溝部が超電導線の接合部分を嵌
め込み収納可能に形成され、ブロック本体の溝部内で超
電導線の接合部分が確実に固定されるので、超電導線の
接合部分が不要に動かない。従って接合部分に超電導線
への通電による電磁力等が作用しても接続部分の動くこ
とがなく、接合部分の強度が向上する。

しかも、超電導線の接合部分が嵌め込み収納可能に形
成された溝部内においては冷媒の流路が狭くなり、冷媒
の流れが円滑になされないおそれがあるが、ブロック本
体の隔壁の透孔または蓋体の透孔を介して連通孔の冷媒
をブロック本体の溝部内に流入させることができるの
で、溝部内の超電導線どうしの接合部分が冷媒で確実に
冷却される。従って強制冷却型の超電導線に必要不可欠
な全長にわたる冷媒流通を確保した上で、接合部分での
冷却も十分になすことができる。

次に、ブロック本体と蓋体は超電導導体の曲率と同じ
曲率で湾曲されているので、所定の曲率で湾曲された超
電導導体どうしを接合する場合に容易かつ緊密に接合で
きる。

「実施例」 第１図ないし第３図は、本発明の一実施例を示すもの
で、接続部Ｊはブロック本体１と蓋体２とから構成され
ている。

ここで、前記接続部Ｊを説明する前に、接続部Ｊによ
って接続される超電導導体Ｄについて説明する。

前記接続部Ｊによって接続される超電導導体Ｄは本実
施例においては、第４図に詳細に示すような構成のもの
が使用されうる。この超電導導体Ｄは、複数本の超電導
線３を撚線化して構成された一対の超電導線集合体４
と、前記超電導線集合体４、４を収納した横断面矩形状
の中空の安定化母材５と、この安定化母材５との感に冷
媒の流路Ｐを形成して安定化母材５を収納した横断面矩
形状の外被６を主体として構成されたものである。

なお、前記超電導線３は、Nb₃Sn、V₃Ga、Nb₃Ge等の化
合物系超電導材料あるいはNbTi等の合金系超伝導材料か
らなり、安定化母材５は、銅、銅合金、高純度アルミニ
ウム、アルミニウム合金等の良導電性材料からなり、外
被６は、銅、銅合金、ステンレス鋼、チタン、チタン合
金等の金属雑料からなっている。また、前記超電導導体
Ｄにおいて、安定化母材５は横断面コ字状のチャンネル
材７、８を嵌合して形成されていて、各チャンネル材
７、８の外面には、両チャンネル材７、８の嵌合時に安
定化母材５の外方に突出するように突条９が形成され、
両チャンネル材７、８の各側板にはこれらの湾曲を容易
にするためのスリット10が複数形成されるとともに、前
記チャンネル材７、８の天井板と底板の適宜位置には透
孔12が形成されている。そして、前記安定化母材５は突
条９…を外被６の内面に当接さて外被６に挿入されてい
る。そして、前記超電導導体Ｄは超電導コイルを形成す
る際に都合の良いように所定の曲率半径で湾曲されてい
る。

一方、前記接続部Ｊは、前記超電導導体Ｄの曲率半径
と同一の曲率半径を有するブロック本体１、および帯状
の蓋体２とからなっている。

前記ブロック本体１は、第１図にも示すように、底壁
17と、この底壁17の幅方向両側に底壁17に直角に立設さ
れた側壁18、18と、底壁17に対して平行に向き側壁18、
18の底部側内面に一体化された隔壁19とからなってい
て、底壁17に対して平行に向き側壁18、18の底部側内面
に一体化された隔壁19とからなっていて、底壁17と側壁
18、18と隔壁19とに囲まれて連通孔20が形成されるとと
もに、側壁18、18と隔壁19とに区画されて溝部21が形成
され、ブロック本体１はその一方の側壁18の外面を凹曲
面にして前記曲率半径で湾曲されている。なお、前記溝
部21の深さと幅は、接続部Ｊにより接続すべき一対の超
電導導体Ｄから出された超電導線集合体４、４を、重ね
合わせて収納できる大きさに形成されている。また、前
記蓋体２は内部に連通孔22を形成した中空の長尺の帯状
をなし、その幅は、前記ブロック本体１の溝部21の開口
部において、ブロック本体１の長さ方向に沿う開口部23
を塞ぐことができる値に設定されている。そして、前記
蓋体２の底面には蓋体２の長さ方向に沿って所定間隔で
複数の透孔24が形成され、ブロック本体１の隔壁19にも
所定間隔で複数の透孔25が形成されている。

なお、前記接続部Ｊは、ブロック本体１の開口部23を
蓋体２の一面で閉じてブロック本体１と蓋体２とを一体
化して構成され、この状態で接続部Ｊの外径寸法は外被
６の外径寸法と同一値になるように形成されている。ま
た、前記ブロック本体１と蓋体２とは無酸素銅等のRRR
（Residual Resistance Ratio）の高い銅材を用いるこ
とが好ましい。

次に、前記のように構成された接続部Ｊによって、超
電導層体Ｄ、Ｄを接続する作業について説明する。

ここで用いる超電導導体Ｄは、すでにコイル加工およ
び最終熱処理されたもので、その端部は所定の曲率半径
で湾曲および端末処理されている。この端末処理とは、
コイル加工後、最終熱処理前に、まず、接続すべき一対
の超電導導体Ｄの端部どうしにおいて、外被６と安定化
母材５を所定長さ（接続部Ｊの長さより若干短い長さ）
に切断する等の手段により、外被６と安定化母材５の端
部より超電導線集合体４を所定長さ出し、第２図の様に
所定の曲率半径で湾曲した状態にしておくことを意味し
ている。この状態の超電導導体Ｄの端部に他の超電導導
体Ｄの端部を接続するには、これらの各々の超電導線集
合体４を複層（本実施例では４層）に交互に重ね、この
重ねられた超電導線集合体４、４をブロック本体１の溝
部21に挿入し、はんだ付けする。このブロック本体１
は、ブロック本体１の長さ方向両端部を各超電導導体
Ｄ、Ｄの外被６の端面に当接させても良いし、当接させ
ないようにしても良い。次いで、ブロック本体１の溝部
21の開口面を蓋体２で塞ぎ、蓋体２をブロック本体１に
ろう付けする。この状態で蓋体２は溝部21の超電導線集
合体４、４を押さえ付けるために、超電導線集合体４、
４のはんだ付け部分を固定して、この部分を保護する。
この後に、この部分に、第２図に示すように超電導導体
Ｄ、Ｄの各端部と接続部Ｊを囲むように矩形筒状のジョ
イントカバー30を取り付け、ジョイントカバー30を各超
電導導体Ｄ、Ｄの端部に銀ろうによるろう付け、TIG溶
接やMIG溶接等の溶接、あるいは、はんだ付け等の接合
手段により接合して接続を完了する。このろう付け時に
は、ろう付けに伴う熱が超電導線集合体４、４に伝わる
が、超電導線集合体４、４は接続部Ｊによってジョイン
トカバー30と分離されているために、超電導線集合体
４、４のはんだ付け部分がゆるんだり溶融することはな
くなる。また、超電導線集合体４、４のはんだ付け部分
は接続部Ｊの溝部21内に固定されているために、はんだ
付け部分がゆるむこともない。なお、前記ジョイントカ
バー30を嵌め込む際に、接続部Ｊと超電導導体Ｄの外径
寸法が同一になっているために、ジョイントカバー30の
嵌め込みも容易である。

前記のように接続された超電導導体Ｄ、Ｄにあって
は、冷媒の流路Ｐを接続部Ｊの連通孔20、22が連通して
いるために、この連通孔20、22を冷媒が流動できるよう
になっていて、この連通孔20、22を流動する冷媒によ
り、超電導線集合体４、４の接合部を冷却できる。な
お、従来では、はんだ付けによってジョイントカバー内
の流路が狭められることがあったが、前記連通孔20、22
は超電導線集合体４、４のはんだ付けによって狭められ
ることがないために、前記冷媒の流路が阻害されること
は無く、接続された一対の超電導導体Ｄ、Ｄの一方から
他方に冷媒は円滑に流動するようになる。また、連通孔
20、22を流動する冷媒は、ブロック本体１に透孔25を、
蓋体２に透孔24を各々設けた場合に、これらを介して溝
部21の内部に流入し、直接超電導線集合体４、４を冷却
する。さらに、接続部Ｊは超電導線集合体４の接合部分
における安定化母材の役割を果たし、接合部分の超電導
状態を安定化する効果も奏する。

なお、前記実施例においては、ブロック本体１の底壁
17側に連通孔20を１つのみ形成したが、ブロック本体１
の側壁18、18側にも連通孔を形成して、前記連通孔20に
加えて側壁18側の連通孔によって超電導導体Ｄの流路Ｐ
を連通させるように形成しても良い。なおまた、前記接
続部Ｊは外被の内部に冷媒の流路を有する他の構成の超
電導導体にも適用できるのは勿論である。

「製造例」 第４図に示す超電導導体Ｄと同一の構造をなし、外被
の外径寸法が23×13mm、超電導線の線径が1.4mm、撚線
化された超電導線集合体の外径が12×2.8mmであって、1
5本の前記超電導線からなる超電導線集合体を２層有し
た強制冷却型超電導線を用意し、これらを以下に説明す
る接続部を用いて接合した。この接続部は、高さが23m
m、幅が13mm、長さが100mm、ブロック本体の溝部の深さ
が12mm、溝部の幅が11.8mmのものであり、RRR（R_273K/R
_4.2K）値が200のものである。前記強制冷却型超電導導
体の端部は超電導線集合体を外被と安定化母材より所定
長さ（接続部の長さより若干短い程度）出して曲げ加工
しておき、熱処理後、この超電導線集合体を重ねて４層
構造とし、この部分を前記接続部の溝部に挿入してはん
だ付けによりブロック本体と接合した。その後、ブロッ
ク本体の溝部を蓋体で塞ぎ、蓋体をブロック本体にはん
だ付けした後に、あらかじめ超電導導体に挿通しておい
た内径24×14mmの角型パイプ状のジョイントカバーをス
ライドさせて接続部とその両側の超電導導体の端部を覆
い、ジョイントカバーを超電導導体にろう付けした。

前記のように接合された超電導導体に外部磁場8Tで10
kAの電流を流してみたところ、接合部での特別な発熱現
象は観察されず、良好な超電導状態を維持することがで
きた。

「発明の効果」 以上説明したように本発明の接続部は、連通孔と溝部
を有するチャンネル状のブロック本体と、連通孔を有し
前記溝部の開口部分を閉じる蓋体とから構成したもので
あり、接続すべき超電導線の端部どうしの間に、溝部に
超電導線を入れ、溝部を蓋体で閉じ、蓋体をブロック本
体にろう付け等の固定手段により固定することによって
強制冷却型の超電導導体を接続することができる。この
際、ブロック本体の連通孔と蓋体の連通孔が一対の超電
導導体の冷媒の流路どうしを相互に接続し、各連通孔が
冷媒のバイパス路となるとで、一方の超電導導体の冷媒
流路から他方の超電導導体の冷媒流路に冷媒を容易に流
すことができると同時に、超電導線の接合部分の冷却が
できる。

従って、強制冷却型の超電導線の全長に渡り必要不可
欠な冷媒流路を介する冷媒の流通を円滑に確実になすこ
とができ、しかも、接続部分で冷媒の滞留も生じ難く、
接続部分の冷却も満足に行うことができる。

更に、超電導線の接合部分を嵌め込み収納可能なよう
にブロック本体の溝部を形成し、ブロック本体の溝部内
で超電導線の接合部分を確実に固定できるので、超電導
線の接合部分が不要に動かない。従って接合部分に超電
導線への通電による電磁力等が作用しても接続部分が動
くことがなく、接合部分の強度が向上する。

更にまた、超電導線の接合部分が嵌め込み収納可能に
形成された溝部内においては冷媒の流路が狭くなり、冷
媒の流れが円滑になされないおそれがあるが、ブロック
本体の隔壁の透孔または蓋体の透孔を介して連通孔の冷
媒をブロック本体の溝部内に流入させることができるの
で、溝部内の超電導線どうしの接合部分を冷媒で確実に
冷却できる。

超電導線の接続部分がブロック本体の溝部内に嵌め込
まれるので、ジョイントカバーを超電導線にろう付けす
る場合に、仮にろう材の溶融が生じても超電導線の接合
部分がゆるむことがない。

即ち、本発明は、超電導線の接合部分ブロック本体の
溝部内で動かないように確実に固定できると同時に超電
導線の接合部分の冷却を完全に行うことができるので、
強制冷却型超電導導体の接続部分の構造として有効であ
り、超電導特性の安定性を高めることができる。

次に、ブロック本体と蓋体は超電導導体の曲率と同じ
曲率で湾曲されているので、所定の曲率で湾曲された超
電導導体どうしを接合する場合に容易にかつ緊密に接合
できる。更に、ブロック本体と蓋体が湾曲した超電導導
体の外被と面一に連続するので、その外方に被せるジョ
イントカバーをこれらの間に容易に被せることができ、
隙間無く密着させて超電導導体どうしの接続部分を緊密
に結合することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は、本発明の一実施例を示すもの
で、第１図は使用状態を示す断面斜視図、第２図は使用
状態を示す縦断面図、第３図は超電導線の接続部の斜視
図、第４図は超電導導体の要部断面斜視図である。 Ｊ……接続部、Ｄ……超電導導体、１……ブロック本
体、２……蓋体、３……超電導線、４……超電導線集合
体、５……安定化母材、６……外被、Ｐ……流路、20、
22……連通孔、23……開口部、24、25……透孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 優 東京都江東区木場６−４―27 審判の合議体 審判長 石田 惟久 審判官 東野 好孝 審判官 服部 秀男 (56)参考文献 特開 昭59−18584（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−165976（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−47963（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の超電導線と、これら超電導線を内部
   に収納する中空の安定化母材と、該安定化母材との間に
   冷媒の流路を形成するように安定化母材を覆う角筒状の
   外被とを具備してなり、所定の曲率半径を有して湾曲さ
   れた強制冷却型超電導導体どうしを接続するために使用
   され、接続するべき一対の超電導導体の端部間に取り付
   けられるとともに、外方に、超電導導体の外被の端部に
   またがって角筒状のジョイントカバーが被着されてなる
   接続部であって、 一対の超電導導体の各々の端部から出されて重ねられ接
   合された複数の超電導線を嵌め込み収納する溝部を有し
   たチャンネル状のブロック本体と、前記溝部の開口部を
   閉じる蓋体とからなり、 前記ブロック本体には、ブロック本体の溝部に対し隔壁
   を介し区画されて前記一対の超電導導体の端部間に開口
   し、該一対の超電導導体の冷媒の流路どうしを相互に接
   続する連通孔が形成され、前記蓋体には、前記一対の超
   電導導体の端部間に開口し、該一対の超電導導体の冷媒
   の流路どうしを相互に接続する連通孔が形成されるとと
   もに、前記ブロック本体の隔壁と前記蓋体のブロック本
   体側の壁には、前記各連通孔と前記ブロック本体の溝部
   を相互に連通して冷媒を流す透孔が形成されてなり、前
   記ブロック本体と前記蓋体が、前記ブロック本体の溝部
   を前記蓋体が閉じた状態で前記ブロック本体および蓋体
   の外形と前記超電導導体の外被とを面一にするように形
   成され、かつ、前記ブロック本体と蓋体が、前記超電導
   導体の有する曲率半径と同じ曲率半径で湾曲されてなる
   ことを特徴とする強制冷却型超電導導体用接続部。