JPS604573B2 - 化合物系中空超電導磁石の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は化合物系中空超電導線を巻込んで超電導磁石
を製造する方法に関するものである。

周知の如く、超電導磁石に使用される超電導線としては
、内部にＨｅ等の冷却媒体の通路を形成した中空超電導
線が適している。このような中空超電導線の製法として
は例えば銅等の良導電性材料からなる中空パイプの外面
に超電導素線を巻付ける方法が知られているが、この方
法は加工性が比較的良好なＮｂＴｉ合金等の合金系超電
導線を作成する場合には適しているが、ＮＱＳｎ、Ｖ３
Ｇａ、ＮＱＱ等の金属間化合物系超電導線を作成する場
合には適用し難い欠点がある。すなわち金属間化合物系
の超電導材料は一般に極めて脆く、加工性特に延性や展
性が悪い為、この金属間化合物系超電導素線を銅製の中
空パイプに巻付けた場合、曲げ応力による特性劣化を招
来したり、極端な場合には巻付け作業自体が困難となる
こともある。そこでこの発明の発明者等は、巻付作業を
伴うことなく化合物系中空超電導線を好適に製造し得る
方法を既に特磯昭５１一１３１２６３〜５号において提
案している。この提案の方法は、第１図に示すように、
内部に冷却媒体の通路１を形成しかつ外側の４面に溝２
ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを形成した銅等の良導電材料から
なる断面矩形状の中空導体３を用意し、一方化合物系超
電導線となるべき素線（禾だ金属間化合物が生成されて
いないもの）を編組すると共にこれを前記溝２ａ〜２ｄ
に通合するような偏平な形状に成形した後、これに熱処
理を施して金属間化合物を生成させることにより極細多
芯超電導線４（第２図参照）を得、しかる後半田等の低
融点金属を用いて第３図に示すように極細多芯超電導線
４を前記各溝２ａ〜２ｄに固定し、中空超電導線４Ａを
得る方法である。この方法では金属間化合物を生成させ
る前の段階で中空導体の溝に適合する形状に成形するか
ら、金属間化合物が生成された後の加工作業が皆無であ
り、したがって超電導線の特性を損うおそれがない等の
効果が得られる。ところで前記提案の方法で得られた中
空超電導線を用いて超電導磁石を製造するためには、前
述の如く低融点金属で極細多芯超電導線を中空導体の溝
に固定した後にこれを巻胴に巻込むのが通常であるが、
この場合第４図に示すように巻胴５に対し内側に位置す
る側の極細多芯超電導線４ｂには圧縮応力Ｆｃが作用し
、外側に位置する側の極細多芯超電導線４ａには引張応
力Ｆｔが作用することとなる。ここで巻胴５に対する巻
径ｒが大きい場合には前記各応力が小さいため特に極細
多芯超電導線４ａ〜４ｃに損傷を与えたり特性を劣化さ
せたりすることが少ないが、巻蚤ｒが小さい場合には前
記各応力が大きくなって極細多芯超電導線４ａ，４ｂを
損傷させたり特性を劣化させたりするおそれがある。例
えば外側の極細多芯超電導線４ａにおいては引張応力Ｆ
ｔによって断線し、また内側の極細多芯超電導線４ｂに
おいては圧縮応力Ｆｃによって座屈するおそれがある。
この発明は以上のような事情に鑑みてなされたもので、
前述のような巻月岡に対する巻込み作業時において極細
多芯超電導線が損傷したり特性劣化を招来したりするお
それがない化合物系中空超電導磁石の製造法を提供する
ことを目的とするものである。

すなわちこの発明の製造法は、前述のように中空導体の
溝に極細多芯超電導線を低融点金属で固定してから巻胴
に巻込む従来方法を改め、極細多芯超電導線と低融点金
属テープとを沿わせた中空導体に絶縁テープを巻き付け
るとともに巻胴に巻込んだ後に極細多芯超電導線を低融
点金属で中空導体に固定するようにしたものである。以
下この発明の製造法を具体的に説明する。この発明で使
用される中空導体は、前述の如く良導電性材料からなる
ものであって、通常は銅、好ましくは無酸素銅で作られ
る。この中空導体３は、従来のものと同様、第１図に示
すように断面が矩形のものであってその中央部分にはヘ
リウム等の冷却媒体の通路１が形成されており、さらに
その外側の４面の内、適当な面（図では４面）に溝２ａ
〜２ｄが形成されている。またこの溝２ａ〜２ｄに沿わ
せる極細多芯超電導線４は、ＮＱＳｎ、Ｖ３０ａ、Ｎ広
Ｑ等の化合物系超電導材料からなるものであり、了め前
記溝に競合する形状に成形されている。

この極細多芯超電導線を製造する方法は、前記提案の特
競昭５１一１３１２６３〜５号に記載されている通りで
あるが、これを簡単に説明すれば、まず少なくとも２種
の元素からなる超電導金属間化合物を生成する棒状もし
くは線状の複合素線を作る。この複合素線は、例えば金
属間化合物を生成する少くとも２種の元素の一方の元素
と銅（好ましくは無酸素銅）との合金からなる中空管を
作り、この中空管内に前記金属間化合物を生成する他方
の元素からなる棒、線状体もしくは粉末を充填し、これ
をスェージング、伸線加工等によって所望の径とし、さ
らにこれを複数本集東して前記同様な中空管に挿入し、
縮蚤加工を繰返すことによって得られる。あるいはまた
、銅（好ましくは無酸素鋼）からなる中空管内に前記一
方の元素の棒、線状体または粉末を充填し、前記同様に
縮径加工および集合を繰返した後、その外面に前記他方
の元素からなる被膜を溶融メッキによって形成すること
により複合素線が得られる。このようにして得られた複
数本の複合素線を編組し、次いでこれを前記溝に適合す
る形状、例えば平角状に成形し、この後前記各元素から
超電導金属間化合物を生成する温度で熱処理する。斯く
すれば前述の極細多芯超電導線が得られる。また場合に
よっては複合素線を編組しなくても良く、例えば銅（好
ましくは無酸素鋼）からなる中空管内に多数の複合素線
を挿入し、これに縮径加工および成形加工を施して前記
溝に競合する形状に作り、この後前述の熱処理を施すこ
とにより極細多芯超電導線を得ても良い。しかしてこの
発明の方法においては、先ず例えば第５図に示すように
、偏平な極細多芯超電導線４の幅広な上下の２面に、Ｓ
ｎ−５％Ａｇ合金、Ｓｎ、Ｓｎ−Ｐｂ合金、ｌｎ、もし
くはｌｎ合金等の低融点金属からなる薄いテープ６Ａ，
６Ｂを沿わせると共にこの極細多芯超電導線４を中空導
体３の各溝２ａ〜２ｄに沿わせ、この状態で外周面にポ
リイミド（商品名カプトン）、ポリアミドイミド、ポリ
エステルまたは四弗化エチレン等の耐熱性を有する絶縁
テープ７を巻付け、そしてこの状態で目的とする超電導
磁石となるように配置して磁石の巻耳同５に巻込む。こ
の工程を連続的に行うためには、例えば第６図に示すよ
うに中空導体３を巻胴へ向けて連続的に供給しつつ、低
融点金属からなる一方のテープ６Ｂと、極細多芯超電導
線４と、低融点金属からなる他方のテープ６Ａとをこの
順に中空導体３の各溝２ａ〜２ｄに連続的に沿わせ、引
続き絶縁テープ７を巻付けながら巻胴５を回転させて連
続的に巻取って行けば良い。ここで、中空導体３の溝底
に金属テープ６Ｂを入れ、かつその上に超電導線４を入
れながら中空導体３を巻胴５に巻くので、中空導体３を
巻いたときに、金属テープ６Ｂと超電導線４の長さ方向
に圧縮力あるし、は引張力がかかっても、金属テープ６
Ｂが溝底に沿って中空導体３と超電導線４とは別個に、
あるいは、超電導線４が中空導体３と金属テープ６Ｂと
は別個に、いずれもその長さ方向にずれることができる
。このため、前記圧縮力あるし、は引張力の一部あるい
は全部を吸収できる。したがって、巻回時、あるいは巻
回後の超電導線４への応力負荷を防ぐことができる。ま
た、中空導体３の外面に巻く絶縁テープ７は巻且同５へ
の中空導体３巻回時に、超電導線４が溝からはみ出そう
とした場合に、このはみ出しを阻止する。なおこのはみ
出しが生じると後に巻かれる中空導体３によってはみ出
した超電導線４がつぶされる虜れがあり、絶縁テープ７
はこの虜れを解消する。このようにして巻８同５に最終
巻まで巻込んだ後、真空または窒素ガス雰囲気もしくは
アルゴンガス雰囲気等の非酸化性雰囲気において前記低
融点金属の融点以上の温度に加熱し、これによって低融
点金属の各テープ６Ａ，６Ｂを溶融させ、その溶融体を
極細多芯超電導線内部の各編組線間に浸透させると共に
極細多芯超電導線と中空導体の溝内面との間に充分に行
き渡らせる。その後前記低融点金属を冷却凝固させれば
、極細多芯超電導線が中空導体の溝に強固に固定される
。すなわち中空超電導線を巻胴に巻込んでなる中空超電
導磁石が完成する。金属テープ６Ｂは超電導線４の一面
全長にわたって超電導線４に接するので、溶融した際に
中空導体３の構内にムラなく広がり、超電導線４と中空
導体３との接触面積を充分大きくして超電導線４を固定
する。このように接触面積を大きくすることは、超電導
線４と中空導体３との熱伝導度を高めて、超電導線４に
生じる熱を中空導体３にすみやかに伝え、超伝導特性を
維持する上で重要である。なお、絶縁テープ７は中空導
体３の溝内で溶融した金属テープ６Ｂの溝外への溶け落
ちを防止する。

以上の工程において、低融点金属のテープは、必ずしも
極細多芯超電導線の偏平な上下２面の両面に沿わせる必
要はなく、一方の面だけでも良い。

すなわち前述の例では低融点金属のテープを極細多芯超
電導線と溝底面との間および中空導体に対し外側の面に
それぞれ位置するように沿わせているが、場合によって
は中空導体に対し内側となる側の面のみに沿わせても良
い。またこの低融点金属のテープは、その幅が該テープ
を沿わせるべき極細多芯超電導線の面の幅よりも若干狭
いものを用いることが望ましい。さらに前記極細多芯超
電導線は、予め溶融メッキ等によって前記テープと同様
な低融点金属で被覆しておくことが望ましく、斯くすれ
ば加熱処理時にテープの溶融金属と予め被覆した溶融金
属とが一体化して速やかに極細多芯超電導線内部の緑組
線間および極細多芯超電導線と中空導体の構内面との間
に浸透する効果が得られ、またテープの溶融金属で不足
する分を補う効果も得られる。なお場合に依っては中空
導体の外周面（構内面を含む）にも予め前記同様な低融
点金属のメッキを施しておいても良い。なお、熱処理時
における雰囲気は前述の如く非酸化性雰囲気であれば良
いが、溶融金属を極細多芯超電導線と中空導体の溝内面
との間に均一に浸透させるためには、真空中で熱処理す
ることが最も好ましい。以下にこの発明の実施例を記す
。

実施例 中空導体として第７図に示すような形状の無酸素銅製の
ものを用いた。

ここで中空導体の各部の断面寸法ａ〜ｉ（第７図参照）
は次の通りである。外面寸法 ａ×ｂ＝６．０×５．
０吻 中空部寸法 ｃ×ｄ＝３．４×２．４肋 広溝寸法 ｅ×ｈ＝２．８×０．８側 狭溝寸法 ｉ×ｉ＝１．８×０．８伽 また溝へ沿わせるべき編組された極細多芯超電導線の断
面寸法は次の通りである。

広溝用 幅２．３×厚み０．４側 狭溝用 幅１．３×厚み０．４脚 この極細多芯超電導線は、超電導金属間化合物であるＮ
ｂ３Ｓｎを生成するＮｂ、Ｓｎを含有する０．１側めの
複合素線を縁組した後、前記寸法の偏平な形状に成形し
、然る後熱処理を施し、これによりＮ広Ｓｎを生成させ
たものである。

またこの極細多芯超電導線は予めＳｎ−５％Ａｇ合金の
溶湯中を通してこのＳｎ−５％Ａｇ合金のメッキを施し
ておいたものである。このような極細多芯超電導線の幅
広な２面に、０．２肋厚で極細多芯超電導線の幅よりも
若干幅狭のＳｎ−５％Ａｇ合金製のテープをサンドイッ
チ状に沿わせながら前記中空導体の各溝に鞍め込んだ。
引き続きポリィミド（商品名カプトン）製の絶縁テープ
を巻き付けながら巻月岡へ巻込んだ。巻込み終了後、真
空炉中へ装入し、１０‐１〜１げびｏｒｒに達した時点
で２７０ｏｏまで昇温し、この温度で２時間保持した後
、降溢させ、常温に達した時点で常気圧に復帰させ、真
空炉中から製品の超電導磁石を取り出した。このように
して製造されたダブルパンケ−キコィルを４個積上げて
、４．２Ｋで冷却通電特性を調べたところ、２２００Ａ
通電、最大発生磁場２雛Ｇでクェンチした。このように
本発明によって製造された超電導磁石は、きわめて良好
な特性を有することが明らかとなった。以上の説明で明
らかなように、この発明の方法は極細多芯超電導線と低
融点金属テープとを沿わせた中空導体に絶縁テープを巻
き付けこれを巻胴に巻込んだ後において前記金属テープ
を溶かし、後に凝固させて極細多芯超電導線を中空導体
に固定するものであるから、従釆法の如く極細多芯超電
導線を中空導体に固定した後に巻込み作業を行う方法と
異なり、巻込み時に中空導体の湾曲に伴う引張力や圧縮
力が極細多芯超電導線に加わらず、したがって巻込によ
り極細多芯超電導線が損傷したり特性劣化したりするお
それがないから、良好な特性の超電導磁石を安定して得
ることができる等の効果が得られる。中空導体の溝底に
金属テープを入れ、かつその上に超電導線を入れながら
中空導体を巻耳同に巻くので、中空導体を巻いたときに
、金属テープと超電導線の長さ方向に圧縮力あるし、は
引張力がかかっても、金属テープが溝底に沿って中空導
体と超電導線とは別個に、あるいは、超電導線が中空導
体と金属テープとは別個に、いずれもその長さ方向にず
れることができる。このため、前記圧縮力あるし、は引
張力の一部あるいは全部を吸収できる。すなわち、超電
導線と金属テープの２層構造になっているので、層間で
ずれることによって上記圧縮力あるし・は引張力の一部
あるいは全部を吸収できる。したがって、巻回時、ある
いは巻回後の超電導線への応力負荷を防ぐことができる
。また、金属テープは超電導線の一面全長にわたって超
電導線に接するので、溶融した際に中空導体の構内にム
ラなく広がり、超電導線と中空導体との接触面積を充分
大きくして超電導線を固定できる。このように接触面積
を大きくすることは超電導線と中空導体との熱伝導度を
高めて超電導線に生じる熱を中空導体にすみやかに伝え
、超伝導特性を維持する上で重要である。さらに、中空
導体の外面に巻く絶縁テープは、巻胴への中空導体者回
時に、超電導線が溝からはみ出そうとした場合に、この
はみ出しを阻止する。これにより超電導線がこの上に巻
かれる他の中空導体によってつぶされる塵れはなくなる
。なお、絶縁テープは中空導体の溝内で溶融した金属テ
ープの構外への溶け落ちを防止するといった効果も奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従釆法およびこの発明の方法で使用する中空導
体の一例を示す切欠斜視図、第２図は同じく従来法およ
びこの発明の方法で使用する極細多芯超電導線の一例を
示す斜視図、第３図は従来法に従って極細多芯超電導線
を中空導体に固定してなる中空超電導線を示す部分切欠
斜視図、第４図は従来法を説明するための説明図、第５
図はこの発明の方法に従って極細多芯超電導線を中空導
体に沿わせた状態の断面図、第６図はこの発明の方法を
実施する態様の一例を説明するための略解斜視図、第７
図はこの発明の実施例で使用される中空導体の寸法を説
明するための断面図である。 １・・・・・・冷却媒体の通路、２ａ〜２ｄ・・・・・
・溝、３・・・・・・中空導体、４（４ａ〜４ｄ）…・
・・極細多芯超電導線、５・・・・・・巻胴、６Ａ，６
Ｂ……低融点金属のテープ、７…・・・絶縁テープ。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内部に冷却媒体の通路が形成されると共に外面に溝
   が形成された良導電性材料からなる中空導体と、前記溝
   に嵌合する形状に予め成形された極細多芯超電導線と、
   低融点金属テープと、耐熱性絶縁テープとを用意し、該
   超電導線の外面のうち一面以上に該低融点金属テープを
   沿わせかつ低融点金属テープのうち少なくとも１つを前
   記溝の底面と前記超電導線との間に入れてこの超電導線
   を低融点金属テープとともに中空導体の溝に嵌合させさ
   らにこの中空導体の外周面に絶縁テープを巻きながら巻
   胴に巻込み、巻込み終了後加熱して該低融点金属テープ
   を溶融させ、この後低融点金属を凝固させて前記超電導
   線を中空導体の溝に固定すると共に巻胴に装着すること
   を特徴とする化合物系中空超電導磁石の製造方法。