JPS6030008A - 素線集合型化合物超電導導体 - 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】 本発明は、化合物超電導導体の改良ｑＩＫその素線補強
構造に関するものである６また本発明は、化合物超電導
導体の機械的強度の改善と共に可撓性、冷却効率および
臨界電流特性の改善を目的とするものである。

従来、との揮の超電導導体として第１図の如きものが提
案されている。第１図（Ｒ）は、補強体１の周囲に超電
導素線２が撚線されたものである。第１図（ｂ）は、超
電導素線２が予め撚線化されてなる２次素線３が補強体
１の周囲に撚線されたものである。第１図（ａ）は、補
強素＠　ＩＩおよび超電導素線２が撚線化され、さらに
それらをテープ状補強体１によって巻かれたものである
。

第１図（ｄ）は、超電導素線２が撚線され、これらが内
部に溝４を有する補強体１の内部に、ハンダ５０などで
固められたものである。第１図（、）は、第１図（ｂ）
と同様の超電導２次素ｍ３を補強体Ｊ１の周囲に撚線化
されて後、これらを−辺が開放されたコの字型補強体１
の内に収納されたものである。第１図（ｆ）は、第１図
（ｂ）と同様の超電導２次累紳３を予め撚線化し、これ
らを側面に冷却孔５を有する補強体１の管内に収納した
ものである。

これらの構造を化合物超電導導体に適用する場合つきに
示す欠点がある。

１　第１図（、）および（ｂ）　Ｋ示す超電導導体は超
電導素線２又は２次素線３が最外層に位置するため絶縁
処理工程や巻線工程などで受ける外部応力や歪に対する
保護機能がない。

２　第１図（ｃ）に示す超電導導体は、線材外部に不連
続に補強体１が配置されているため、長手方向に凹凸が
あり、巻線工程においてコイルの＠接ターン間でこの凹
凸が無秩序に当接する結果、その部分に不規則なギヤ、
ゾが生じ、応力集中が起シ、電流特性が劣化する。

３　第１図（ｄ）　、　（ｅ）および（ｆ）に示す超電
導導体は外部からの応力や歪に対する保護機能を有する
が、補強体が切削、型押出などの機械加工で製作された
ものであるため厚肉であり、軽量化することができず過
剰の占積率となって導体全体としての電流密度がそれだ
け低下する。また、補強体が厚肉であるため巻線工程で
の可撓性が悪い。さらに、機械加工で付加された冷却孔
を多数密に分布させるには限界があることや、巻線後の
コイルは隣接導体の冷却孔同士が会合する確率が少ない
ため冷媒の液体ＨｅやＨｅガスの通路が隣接導体を連通
せず冷却効率が悪い。

第１図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ａ）　
、　（ｅ）及び（ｆ）　Ｋ示す超電導導体はいずれも集
合導体を４′庁成する各緊線が素線毎に補強されていな
いため、導体に加わる全体的な応力や歪は補強材によっ
て保護されるが、容素ｉ！＋！に加わる局部的な応力や
企に対しては無防備である。特に、超電導導体をレース
トラ、り型コイルや鞍型コイルなど異型コイルで使用す
る場合は局部的な応力や歪を受けるため素線の補強構造
が必要である。

化合物超電導導体は、本来臨界温度、臨界磁場、臨界電
流密度と言った超電導特性が優れており、高磁界用巻線
として有望なものである。

しかし化合物超電導導体は、合金超電導導体とは異なり
、歪を受けると超電導特性が著しく劣化するという歪敏
感性がちシ、通常０．２〜０．６チ以上の歪領域では使
用に耐えない３．一方、化合物超電導導体を使用する側
からの要部として、小さい曲率半径に曲げうろこと、大
電流容量を有すること、長尺連続大導体であること、コ
イル中での補強効果が均一に構成されていることである
。

これらの要ｎ＊に応えるものとして素線集合型化合物超
電導導体が注目されている。素線集合型化合物超電導導
体の代表的な形態は撚線、編組線、転位線およびこれら
を圧縮成形したものである。゛ しかしながら素線集合型化合物超電導導体の本質的な欠
点は、■小さな張力で容易に長手方向に伸びかつ径方向
に収縮するため導体サイズが巻線時等で変化すること、
■素線間に間隙が多いので素線の充填率が低いことおよ
び■導体を補強体などで所定間隔に締め付けるなどのよ
うに素線が局部的に拘束されるとコイルにした場合、コ
イルに発生する強大な電磁力によって非締め封部の素線
に応力や歪が集中し、その結果超電導特性が著しく低下
することである。したがって集合型化合物超電導導体の
補強は、上述の本質的欠点を克服し、付随的に発生する
可撓性、冷却効率および電流密度の低下を最小限にする
構造でなければならない。

本発明は、かかる欠点に鑑み種々の研究の結果、化合物
超電導素線の周囲に密接してテープ状補強体を突き合せ
巻きに設けたことによシ、可撓性、強度、冷却効率及び
電流密度に優れた化合物超電導素線及びそれを用いた素
線集合型化合物超電導導体を提供せんとするものである
。

すなわち、本発明は金属マトリックス中に化合物超電導
体を有する化合物超電導素線において、該素線の上にテ
ープ状補強体が突き合せ巻きに設けられたことを特徴と
する化合物超電導素線及びその所望本数集合したことを
特徴とする素線集合型化合物超電導導体である。

次に、本発明を図面を参照して詳細に説明する。第２図
は、本発明による化合物超電導素線２０の一例であり、
テープ状補強体１０の一部を開いた状態を示す斜視図で
ちる。図から明らかな如く、この素線２θは、金属マト
リックス２１中に化合物超電導フィラメント２２を多数
内蔵する所謂多芯超電導素線２の周囲に密接してテープ
状補強体１０を突き合せ巻きになるようにフＡ−ミング
したものである。

この多芯超屯導素線２は、従来から広く知られている、
いかなるものでもよく、特に限定されない。かかる従来
の素線としては、例えばＮｂ　５Ｓ　ｎ又はＶ　３Ｇａ
などの化合物超電導フィラメントが鉤−スズ合金マトリ
、クス又は銅−ガリウム合金マトリックスなどの金属マ
トリックス中に多数理め込まれた構造の線、また、さら
にかかる構造の線の外周又は内部にタンタルなどの拡散
防止・々リアの薄層を介して高純度鉗、アルミニウムな
どの所謂安定化金属屑を設けた構造の線などがある。そ
して、この化合物超電導フィラメントは、金属マトリッ
クス中に素線の長手方向に連続したものでも、また所謂
インサイチュ法や粉末法で造られる不枕接なフィラメン
トであってもよい。

かかる素線２の上にテープ状補強体１０を突き合せ巻き
に設けるには、素線２の径が比較的大きい場合には、突
き合せ巻きと称されるテーゾピングによって簡単に巻き
付けられるが、素線２の径が小さく強度が小さい場合に
は、テープ状補強体を素線に縦添するように一緒にダイ
に送シ込みダイを出た所でツイストを施すと、テープ状
補強体を突き合せ巻きに設けることができる。この場合
は素線自体のツイストも同時に行なわれるので好ましい
。尚、いずれの場合もテープ状補強体を素線に施す時点
は、素線中に化合物超電導フィラメントが未だ形成され
ていない時、すなわち、化合物超電導体を形成するため
の拡散熱処理を行なう前である。化合物超電導体は歪に
弱いからである。

とのように本発明では、化合物超電導素ＩＩｉ！２０囲
シに、テープ状補強体１０を突き合せ巻きになるように
、テーピング又はダイ７オーミングかとによって容易に
設けることができるので、テープ状補強体１０の肉厚つ
まり量を必要最少限とすることができる。

したがって機械加工で作られていた従来の補強体に比べ
て、薄肉化、軽量化がてきるため導体全体としての電流
密度を向上することができる。

さらに、本発明による化合物超電導素腺単独又はその所
望本を集合した素線集合型化合物超電導１導体を、コイ
ルなどにする際に素線が曲げを受けても緊線の補強体に
曲げしわなどを生じることがない。

すなわち、テープ状補強体１０は素線２上に突き合せ巻
きに設けられているので、この突き合せ部２３には数μ
ｒｌＬ〜１０μｍ程度の間隙があり、素′線２０を曲げ
たとき、この間隙が開閉することかできるからである。

つまり曲けの外側ではこの間隙は開き、曲げの内側では
閉じて行くことができるため、補強体自体には晶げ歪を
ほとんど受けないから補強体にしわを生じる仁となく、
滑らかに湾曲する仁とができる。

さらに好ましいことに、この間隙を所定間隔にしておけ
ば、素線を、その許容曲は半径つまり最小曲は半径より
小さい半径には曲けられないようにすることができる。

すなわち、この素線を曲げると曲げの内側では間隙は閉
じて行くので、完全に閉じると、突き合せ部はヌトッ／
４’−の役目を果しそれ以上はもはや曲げられなくなる
からである。

突き合せ部の間隙は、この＃１か、液体ヘリウム、ヘリ
ウムガスの流出入口として作用させることができる利点
がある。

本発明による素線の断面形状は特に限定されないが、通
常第２図の如き円形の丸線や矩形の平角線、台形の異形
線などがある。

ｔた、本発明による素線はこれ単線で用ｉる場合もある
が、一般にはとの素線を所望本集合して第１図に示す如
き緊線集合型化合物超電導導体として用いられるもので
ある。

また、本発明では第２図に示す如く、補強体１０の少な
くとも内面にＡｌ２Ｏ２、ＭｇＯ１８１０２、ＣｕＯな
どの無機物皮膜２４を設けることが好ましく、これによ
シ、拡散熱処理時に、素線２の金属マトリックスの表層
部などに設けられている安定化高純度金属が補強体１０
の金属によって汚染されるのを防止することができる。

かかる皮膜２４は補強体１０の内面に限らず、外面に設
けることにより、集合型化合物超電導導体の素πｊｉｌ
相互を電気絶縁することができる。−！た、補強体ＩＯ
の外面に設けた皮膜はｗｉｎｄ　ａｎｄ　ｒｅａｃｔ法
でコイルを造る場合には隣接ターン間の焼結防止のセパ
レータとしても機能する。

補強体１０を４スケ成する材質は、非磁性のものが用い
られ、例えばステンレス鋼、銅合金、アルミニウム合金
、二オグ合金、チタン合金などがあり、その単体又は複
合体が用いられる。

本発明による素線全体のうち、補強体の占める比率は、
素線の製造過程、電流６戸、超電導使用時に受ける磁場
強度などによって異なるが少なくとも緊線断面積の約２
５％以上であることが望ましい。

本発明による緊線集合型化合物超電導導体としては、そ
の集合状態、形状力ど何ら特定されるものではなく、例
えば本発明による化合物超電導素線の所望本数からなる
撚線、編組線、転位線または、これらの圧縮成形線、さ
らにかかる撚線、編組線、転位線またはこれらの圧縮成
形線の芯に線又は条状の補強体を有するもの、さらにと
の１１かこれらの線を２次素線として上記と同様に撚線
、編組線、転位線、圧縮成形線などとしたもののいずれ
でもよい。

また、緊線集合型化合物超電導導体の断面形状も何ら特
定されるものでないが、例えば断面で、円形、だ円形、
矩形、上底と下底の長さが異なる台形（所謂キーストー
ン型）のものが一般的でおる。特に、大電流マグネット
コイルにけ断面矩形の平角線導体、捷たは異型マグネッ
トコイルには断面台形のキーストーン型導体が用いられ
ている。

次に外発明の実施例を示す。

実が１１例 （補強体） Ｑ　サＯ，１２７ｍｍ　、（ｍ　３．４　門のステンレ
ステープの両面に約１０μｍづつアルミナコーティング
２４を形成して補強体１θを得た。

（素線） Ｃｕ　−Ｓｎブロンズマトリックス中に４２００本のＮ
ｂコアを埋込み、その外側に拡散障壁層としてＴａ管を
被覆し、さらに外側に安定化銅として置純度句管を被覆
したものに減面加工を施して安定化銅の占積率４０係の
外径０８１門の素線を９ｊｌた。つぎにこの素線１本に
上述補強体１枚を籏わせるとともにピッチ３５間で突き
合せ巻きにフォーミングし、外径１．１露の補強された
素線を省（た、（この素線は第１図に示す導体に類似し
ているが、拡散熱処理が施されていないため化合物超電
導フィラメントは内蔵されていないものである・） （集合型化合物超電導導体とコイルの製造）次に、別に
用意した厚さ０．４−１幅１４鞘の外周がアルミナコー
テングされたステンレステープの周囲に、上記の補強さ
れた素線３０本を撚り合せ、さらにロールで圧縮成形し
、外寸法（断面で上底２．０鰐、下底２．５　ｆｉ、両
底間の高さ１６．５ｆｌ）のキーストン型成型撚線を得
た。

次に、このキーストン型成型ｖＡ絆を最小曲げ半径２５
闘の鞍型枠に巻線、固定後６５０℃で１０日間拡散処理
を行い、各素線内のブロンズマトリックスとニオブ芯と
の界面にＮｂ　３Ｓｎ化合物層を形成させた。しかる後
、鞍型コイルの外部より金属製カラーでコイルを固定し
た・一方・比較拐料として上述の外径０．８１ｍｍの補
強されていない素１１１ｉ！３０本を、予めアルミナコ
ーテングされた厚さ０．３　ｍｍ幅１０ｍｍのステンレ
ステープの周囲に撚り合せ、さらにロールで圧縮成形し
、外寸法（上底１．６ｍ、下底２（）１、品さ１２．２
目）のキーストン型成形撚線とし、さらに外部に予めア
ルミナコーティングされた厚さ約０．１２μｍ幅５柵の
ステンレステープを突合せで２層巻きし、外寸法（上底
２，０鰭、下底２、　Ｆｉ　ＩＩＩＦ＋％高さ１６．５
　ｍｒｍ　）、のキーストン型成型撚線を得た。次に、
この撚線を本発明の上記実施例と同様の鞍型枠に巻線、
拡散熱処理、金属条カラーによる固定を行った。

次に、これらのコイルの金屑製カラーの締付は力を５　
、１　（１、１５、２０ｋｌ／１ｔｎｔ＋”の４段階に
変化させてセットした後、通電実験を行った結果、つぎ
の表の通りであった。なお、本実験は液体ヘリウム中（
４，２°Ｋ）、磁界１０テスラーで行ったＯ なお、上記通電実験とは別に、外径０．８１黙の±記素
線即独について上記と同様の拡散熱処理を行って伊たＮ
ｂ３Ｓｎ化合物超′Ｗｆ導素紳単独の臨界電流値５１１
Ａ（ａｔｌｏテスラー）から釣用した値（１５３３０Ａ
）と良好な一致であることが＃認さり、た。

以上の測定紅、果、本発明による化合物超重、導素線は
金属部カラーなどによる局部的な締付けや電磁力による
応力・歪に対しても十分ｌＴｉ１ス、うるｅ造であるこ
とが判った。

甘た、本発明の素線で作られた±記＃電渚マグネットコ
イルの冷却特性を知るために次の試験を行った。

上ｎ１：コイルにエポキシ樹脂を含浸し、全素線間、１
−紳と補強体との間などの１べての間隙を充ｊ眞密封し
、たコイルについて、上記と全く同様な条イ＃（油体ヘ
リウム４２°に中、磁界１０テスラー）下で通電試験を
行ったところ、７２００Ａの↑１τ、流値が測定プれた
。このことから本発明の仕合物超電導素絆及びそれを用
いた素線年金型化合物超電導導体）の冷却特性が著しく
優りていることが判明した。同上記実施例では超電層フ
ィルをｗｉｎｄ　ａｎｄ　ｒｅａｃｔ法によって造った
か、オ翰′明はこｈに限らす、ｒｅａｃｔ　ａｎｄ　ｗ
ｔｎｄ法Ｋｒっマも；＜１．ることかできるｂ Ｊ＞ｊ上賃（（、明１．た如く、本発明による化合物超
電ｆ累糾は゛、仕合物超電導素線の枦、Ｉガ的補強を簡
ＪＩＩな補強体て容易に１１えるのみならず、ＥＪ撓性
イ９π１１１伯および冷力Ｉ牛：ｒ伯を著しく改善し、
づらにｆＩｉＩルな補強体であるため必要１（８小限の
厚さの袖弊体を用いることができるので導体の電流密度
かそｈだけ向上し、さらにその上に、短尺導体で測定し
て（（）られた／Ｊｉ　１１ｖ短尺電流特性と同じ特性
がコイルにしｆＣ場合にもｌｒｒ実に保持プれでいるの
で、コイル４体としての電流密度を大幅に占、善できる
など極めて値れた利点を不するものである。

【図面の簡単な説明】

第】図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｄ）　、　（ｅ）は
いずｆｌ、も従来の累線年合型化合物超電導体の断面図
、第１図（ｅ）　、　（ｆ）は従来の素線集台型化合物
超ｈ１．渚導体の犯祝図、第２図は本発明による化合物
超札、導素ｐ、１゛の一例であり、補強体の一部を開い
た状に１ン：示す席Ｉ視図である。 １・・・補強材、２・・・＃１１．梼牙線５．ヲ・・・
２？７１′素線、４・・・溝、５・・・冷却孔、１０・
・・テープ状補強体、２０・・・化合物超翫祷素線、２
１・・・金ハマトリックス、２２・・・化合物超−１導
フィラメント、２３・・・突き合せ部、２４・・・熱部
・物皮肛［。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 （ａ）（ｂ） （ｃ）　（ｄ） 第２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属マトリックス中に化合物超電導体を有する化
   合物超電導素線において該素線の上にテープ状補強体が
   突き合せ巻きに設けられていることを特徴とする化合物
   超電導素線。
2. （２）上記補強体の少なくとも内面に無機物皮膜を有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の化合物
   超電導素線。
3. （３）上記化合物超電導体が上記素線の長手方向に連続
   又は不連続のフィラメント状であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の化合物超電導素線。
4. （４）金属マトリックス中に化合物超電導体を有する化
   合物超電導素線の所望本数の集合体からなる素線集合型
   化合物超電導導体において、該素線の±にテープ状補強
   体が突き合せ巻きに設けられていることを特徴とする素
   線集合型化合物超電導導体。