JPS6116136B2

JPS6116136B2 -

Info

Publication number: JPS6116136B2
Application number: JP55071140A
Authority: JP
Inventors: Hidemoto Suzuki; Masamitsu Ichihara; Fumoto Nakane; Yoshimasa Kamisada; Tomoyuki Kumano
Original assignee: Showa Electric Wire and Cable Co
Current assignee: SWCC Corp
Priority date: 1980-05-28
Filing date: 1980-05-28
Publication date: 1986-04-28
Also published as: JPS56167204A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は複合超電導体（以下複合導体と称す）
の製造方法に係り、詳しくは異種金属の組合せか
らなる複合導体の各構成材料要素すなわち超電導
体、安定化材等を低融点金属を用いて所望の形状
に固着一体化してなる高磁界および大容量の複合
導体の製造方法に関する。

周知のように、極低温で電気低抗が零になる超
電導現象を利用して、強磁界発生技術が進められ
ており、近年特に核融合用導体等の大型大容量の
複合導体の開発が活発になつてきている。

核融合用導体としては８〜12Tの高磁界で、通
電々流10〜20KA級の大容量のものが要求され、
従つて導体は必然的に大型化するが、一方コイル
磁場の均一度および磁場の安定性から導体寸法精
度は厳しいものが求められる。

これらの複合導体に用いられる超電導線として
は磁束跳躍（flux Jump）を生じないように本質
安定化された線材、すなわちCuマトリツクス中
に数百〜数万本の超電導フイラメントを埋込んだ
多フイラメント安定化線が用いられてきている。
また高磁界化に伴つて、高磁界タイプのNbTi等
の合金系超電導線および臨界磁界の高いNb₃Sn等
の化合物系超電導線が用いられ、これらの線材は
大容量化ということから、さらに多数本束ねられ
た超電導体として使用される。

この束ねる方法としては、多フイラメント超電
導線を集合したより線、或いはコンパクシヨンレ
シオ（Compaction Ratio）、即ち、複合導体中に
占める超電導体の充填率を高めるためより線を伸
線して空隙をなくしたもの、或いは、アスベクト
比（たて／よこの比）を大きくし、複合導体をコ
イル巻きした時の曲げ歪や複合導体加工中の歪が
超電導体になるべくかからないように工夫された
圧縮成形より線、或いは編組構造線等の方法があ
る。

さらにこれらの超電導体は、熱伝導、熱伝達の
良好な金属、即ち多量の無酸素銅或いは純アルミ
といつた安定化材と一体化して、完全安定化が計
られていることが必要である。

安定化材としては、液体Heによる冷却効果と
熱伝達特性を考慮して、冷却周長（perimeter）
を大きくした種々の形状のものが工夫されて用い
られている。例えば安定化材の表面積を増すため
に行なわれる、サンドブラスト処理、ローレツト
加工、フイン加工、溝加工等がある。一般にこれ
らは、複合導体加工前に行なわれるが、複合導体
加工後に冷却効果を高めるために酸化被膜を形成
する等の化学的表面処理を施すこともある。

またコイル巻した複合導体が、運転中に高磁界
でうける強大な電磁力によつて特性劣化を招かぬ
ように、SUS304L等のステンレスで補強する措
置もとられている。

一方、低融点金属としては、種々の組成のPb
−Sn半田、Sn，Sn−Ag，Sn−In、或いはこれら
にBi，In，Ga，Zn等を微量添加したものが一般
的に用いられている。低融点金属は、超電導体な
らびに安定化材とのぬれ性、固着強度、作業性、
溶融温度、および複合導体としての特性からその
選択が行なわれる。

以上述べた超電導体と安定化材を低融点金属を
用いて、強固に固着一体化するためには、接着面
の清浄度を保つと共に何らかのフラツクス処理を
行う必要があり、このフラツクスは残留すると固
着強度を妨げ、また溶融中に気化して気泡を形成
すると、固着強度を妨げるばかりでなく、複合導
体の熱伝達特性を大幅に阻害する。従つて何らか
の方法でこのフラツクスと気泡を除去することが
必要である。また充填される低融点金属は、交流
損失、熱伝達特性の面からできる限り少なく、し
かも超電導体と安定化材との空隙を完全に埋める
形で充填されることが肝要である。

さらに超電導体としてNb₃Sn等の化合物系超電
導線を用いる場合、拡散処理によつてNb₃Sn層を
形成した後に安定化材と一体化させなければなら
ない。

即ち、形成されたNb₃Sn層は機械的強度が脆弱
なため、複合導体加工中に加えられる歪の限界は
1.0％以下（好ましくは0.5％以下）とする必要が
ある。この点が複合導体加工を行う際に注意すべ
きところで、特に長尺導体を製造する上でもつと
も重要な問題の１つとなつている。

従来、これら複合導体の製造方法に於ては未だ
長尺導体の安定な製造方法は確立されておらず、
一般には低融点金属を介在させた各構成要素を、
加熱装置に導き、低融点金属を溶融させ、各構成
要素を相互に固着させる方法、或いは融点以下に
加熱し次いでロール温間圧延を施し、圧着成型す
る方法がとれらている。これに用いる加熱装置は
環状の電気抵抗炉が一般的であつた。

加熱装置として環状電気抵抗炉を用いた場合に
は、１加熱が放射および対流で行なわれること、複
合導体の容量が比較的大きいこと、安定化材と
して熱伝導性の良い無酸素銅或いは純アルミを
多量に用いているため熱放散が大きいこと等に
よつて低融点金属が溶融するまでにかなり時間
を要する。このため、線速が速くとれず、作業
効率が低い。

２上記１）の点から加熱炉体を長くとらねばな
らず装置が大型となる。

３複合導体が炉内に滞留している時間が長いた
め、各構成要素に及ぼす熱影響が大きい。即ち
超電導体、安定化材、補強材の酸化変色、強度
の劣化と各構成要素の熱膨張の差による寸法の
ずれが大きくなりやすい。

４低融点金属の溶融状態が肉視できないので、
フラツクス残留の程度、寸法精度、炉温、炉
長、線速等の条件設定が難かしい。

５寸法のずれ、低融点金属が十分に溶けない、
或いはその他のトラブルが生じた時、複合導体
から加熱炉体をすぐ離脱することができない。
また電源を切つてもなかなか温度が下らないた
め複合導体の熱劣化が激しく、炉体に入つてい
る部分はほとんどロスとなる。従つてトラブル
時の対処が難かしく、一たんトラブルを生じる
と、経済的なロスは莫大となる。

６通常の製造作業に於ても、複合導体を製造ラ
インに設置した後に炉の加熱電源を投入せざる
を得ないため、炉体に入つている部分はロスに
なる。

等の難点があつた。

また金属の融点以下に加熱し、その後温間圧延
を施す方法では、フラツクスがかなり残留するこ
とと、十分な接着強度が得られないという本質的
な欠点を有していた。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、品質
の優れた長尺の複合導体を連続的に、かつ経済的
に、しかも容易に製造する方法を提供することを
その第１の目的としている。さらに第２の目的は
低融点金属を介在させて超電導体と安定化材を固
着一体化する複合導体の製造において、特に問題
となるフラツクス、気泡の残留および固着強度と
いう点に着目し、これを改善し、かつNb₃Sn等の
化合物系超電導線を複合導体とする上で最も重要
な歪の問題を解決する製造装置を提供することに
ある。

即ち、連続的に送り出される超電導体と無酸素
銅あるいは高純度アルミニウムから成る安定化材
とを低融点金属を介して積層あるいは集合し、次
いで割形高周波コイルに通過せしめて、前記低融
点金属の融点以上に加熱した後、冷却することに
より、前記超電導体と前記安定化材とを前記低融
点金属により固着一体化することを特徴とする複
合超電導体の製造方法、および超電導体および安
定化材を連続的に低融点金属で固着一体化し、複
合超電導体を製造するための装置であつて、前記
複合超電導体の各構成材料の送出装置、前記低融
点金属を溶融させるための割形高周波コイル加熱
装置およびその前後に配置された超音波振動接触
子、冷却装置、無限軌条式引取装置、巻取装置お
よび前記無限軌条式引取装置の引取速度に前記送
出装置の送出速度および前記巻取装置の巻取速度
を同調させるための制御機構とを備えることを特
徴とする複合超電導体の製造装置に関する。

以下本発明の実施例を図面につき説明する。第
１図において、比較的径の大きいボビン１に巻か
れて送り出される超電導体２、ボビン３から繰り
だされる低融点金属テープ４、およびボビン５か
ら送りだされる安定化材６を成形ロール７で積層
或いは集合させ、上下移動および前後移動が容易
で複合導体製造ラインから簡便に離脱可能な割形
高周波コイル９に導き、低融点金属を完全に溶解
させる。超音波振動子１０は割形高周波コイル９
の前後にあつて、成形された複合導体８に接触し
て、低融点金属に超音波振動を与える。超音波振
動を与えることにより、超電導体を安定化材との
空隙に十分溶融した低融点金属が充填させる効
果、低融点金属と超電導体および低融点金属と安
定化材のぬれ性を向上させる効果および空隙に閉
じ込められたフラツクスを外部へ除去させる効果
を合せもち、この効果気泡が少く、接着強度の高
い複合導体が製造可能となる。

この後複合導体は成形ロール１１でさらに寸法
を調整され、次いで複合導体進行方向と逆方向に
回転し、複合導体からはみ出した余剰の低融点金
属を連続的に除去する金属製回転ブラシ１２を経
て、冷却槽１３に導かれる。

ここで低融点金属が凝固し、超電導体と安定化
材が相互に固着する。さらに複合導体は無限軌条
式引取装置１４によつて引き取られ、比較的径の
大きい巻取ボビン１５にほとんど引張力をうけず
に巻取られる。また送り出しボビン１，３，５無
限軌条式引取装置１４および巻取ボビン１５は共
に協動して駆動し、引取速度に送出速度および巻
取速度が同調するようになつており、比較的径の
大きいボビン１，１５はそれぞれボビントラヴア
ース式の送り出し、巻取装置から構成されてい
る。比較的径が大きいボビンとは導体にかかる曲
げ歪が0.5％以下、すなわち導体厚さ或いは導体
径の200倍以上の径を有するボビンを指す。

無限軌条式引取装置１４は、これがない場合は
巻取ボビン１５だけで引取および巻取を行うこと
となり、引張歪に加え曲げ歪が同時に複合導体に
かかるが、これを防ぐ効果がある。

以上述べた各装置は、超電導体を基準にして一
直線上に順次配置され、このため超電導体にはほ
とんど歪がかからないように構成されていること
を特徴としている。

前記割形高周波コイル装置９は第２図に示すよ
うに走行する超電導体１６と安定化材１７および
低融点金属１８から成る複合導体１９を内部に収
容し、コイル本体はパイプ等から成る支柱２０に
取付けられており、支柱２０はこれより径のやや
大きいパイプ等から成る支柱２１の中をスライド
する構造で任意の位置に止メネジ２２で固定され
る。台座２３には４個のキヤスター２４が取付け
られ、複合導体長手方向に前後に移動できるよう
になつている。このように割形高周波コイル装置
９は簡便な構造で取扱いが容易なため、複合導体
に対する高周波コイルの離脱、着脱、上下移動お
よび前後移動はわづか数秒で完了する利点を持つ
ている。またコイルは上方に開であるから、低融
点金属の溶融状態、フラツクスのとび具合を肉視
できる。第３図は複合導体１９に対する。コイル
２５の配置を表わしたもので、コイルターン数と
コイル間距離Ｄは導体寸法、導体容量、加熱温度
等から適宜設計できる。

例えば導体断面が10mm×30mm程度の複合導体
を、400℃に加熱する場合、周波数30KHz、高周
波出力20KW程度の高周波発振装置を用いれば、
５秒以内に所定温度に達することが容易である。

従つて高周波炉の長さ（第３図Ｌ）が500mm程
度あれば線速は10ｍ／min以上にとれる。

今後使用される大型の該融合用導体を考慮して
も、上述程度の小型の炉で容量的には十分足りる
と考えられる。これを従来の環状電気炉を用いた
加熱方法と比較すると、重複するので省略する
が、前述の環状電気炉の欠点１）〜６）が全て改
善できる効果を有している。

溶融低融点金属に超音波振動を与える装置は超
音波発振器と超音波を導体に伝える１対以上の振
動子とから成る。通常の導体の超音波洗浄等に用
いるものと基本的には同じであるが、それ程大き
い出力を必要としない。但し振動子の形状は複合
導体形状に応じて若干工夫する必要がある。本装
置の効果については既に述べた。

前記余剰の低融点金属を除去する金属製回転ブ
ラシ１２は、ステンレス、真ちゆう等の細線を円
盤状に多数本植毛した構造から成り、余剰低融点
金属が複合導体から、溢れでる位置に通常複数個
取り付けられる。低融点金属が溶融している間に
これを取除くことが肝要で、低融点金属が固化し
てから、取除くのは技術的に難かしいばかりでな
く、導体に大きい歪を与え欠点を有する。

本発明による複合導体の製造方法では、複合導
体の空隙分だけを埋める量の低融点金属があれば
十分なはずであり、従つて余剰低融点金属を除去
しなくとも良いと考えられるが、実際には健全な
複合導体を得るには空隙十αの量の低融点金属が
必要である。特に複合導体の外形は、前述したよ
うにペリメーターを大きくするために、溝などの
凹凸をもうけたものが多く、余剰半田がこの凹凸
部に入り易いこともあつて、本装置の効果は大き
い。

以上述べた製造装置および製造方法によつて製
造した複合導体の実施例を第４図乃至第６図に示
す。

第４図は略矩形状の無酸素銅からなる安定化材
２６の側面に、冷却効率をあげるための凹凸２７
を多数もうけ、これとは別な一側面にもうけた溝
に、コンパクシヨンレシオを高めた略矩形の圧縮
成形より線から成る超電導体２８を収容して、空
隙を低融点金属２９で充填し、超電導体２８と安
定化材２６とを固着一体化させた複合導体を示し
たものである。前記圧縮成形より線から成る超電
導体２８にはあらかじめ低融点金属メツキを施
し、フラツクス入りの低融点金属テープを超電導
体の収容部となる安定化材２６の溝の底部に添わ
せて積層した。この例では溝がたて長であるた
め、空隙内の気泡が抜け難い構造であるが、本発
明の超音波振動を与える効果が顕著に認められ、
透過Ｘ線撮影による結果からも大幅な気泡率の低
下が確認された。第５図は、多フイラメント超電
導線３０の外周にCuNi合金３１を被覆した線材
を７本撚合せ、相互の空間がなくなるまで伸線し
た超電導体３２の周囲に低融点金属テープを突き
合せ巻、或いは超電導体３２に低融点金属メツキ
３３を施し、この外周に無酸素銅から成る安定化
材３４を10本撚合せ、固着一体化させた複合導体
を示したものである。本実施例では第１図で述べ
た金属製回転ブラシ１２の替りに、硬質ゴムから
なる絞りダイスを用いて余剰の低融点金属を除去
した。この絞りダイスは通常の金型ダイスであつ
ても良い。また使用する低融点金属の溶融温度範
囲に従つて、耐熱性樹脂（例えばテフロン；三井
デユポンフロロケミカル社製商品名）や耐熱性ゴ
ム（例えばバイトン；昭和ネオプレン社製フツ素
ゴム商品名）等から成るダイスを用いても良い。
この複合導体は、７本の超電導線が比抵抗の高い
CuNiで覆われており、交流損失を低減させる構
造であることから大容量パルスマグネツトに使用
される。第６図はそれぞれ平板および箱形の無酸
素銅から成る安定化材３５，３６と略矩形の多フ
イラメント構造のNb₃Sn圧縮成形より線から成る
超電導体３７にあらかじめ低融点金属メツキを施
し、これらを相互に積層させ、固着一体化させた
複合導体を示している。ボビンに巻いた時の曲げ
歪を小さくするため横長になつており、従つて余
剰の低融点金属は矩形複合導体の両側面に溢れで
るが、これを第１図で述べた金属性回転ブラシで
除去した。安定化材３５，３６には、冷却周長を
増すために種々の形状ものが用いられても良いが
本実施例では、化学的表面処理を施し、複合導体
の外表面に酸化膜をもうけて熱伝達特性を向上さ
せた。

なお安定化材３５，３６に低融点金属メツキを
施すにあたつてはメツキしない表面はあらかじめ
マスキングテープを用いてシールした。これには
種々のマスキング塗料を用いることもできる。

以上述べたように本発明の複合超電導体の製造
方法および装置によれば、電気的および機械的特
性に優れた長尺の複合超電導体を連続的に、かつ
容易に製造することができ、しかも大規模な装置
を必要としない等の利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による複合導体の製造方法およ
び装置を示す概略説明図、第２図および第３図
は、それぞれ本発明に使用する割形高周波コイル
の断面図およびコイルの巻き方を示す概略図、第
４図乃至第６図は本発明によつて製造した複合導
体の実施例断面図である。１，３，５……送り出し装置、２……超電導
体、４……低融点金属テープ、６……安定化材、
７，１１……成形ロール、８……複合超電導体、
９……割形高周波加熱装置、１０……超音波振動
子、１２……金属製回転ブラシ、１３……冷却
槽、１４……無限軌条式引取装置、１５……巻取
装置。

Claims

【特許請求の範囲】１連続的に送り出される超電導体と無酸素銅あ
るいは高純度アルミニウムから成る安定化材とを
低融点金属を介して積層あるいは集合し、次いで
割形高周波コイルに通過せしめて、前記低融点金
属の融点以上に加熱した後、冷却することにより
前記超電導体と前記安定化材とを前記低融点金属
により固着一体化することを特徴とする複合超電
導体の製造方法。２割形高周波コイルを通過する超電導体およ
び／あるいは安定化材には、前記割形高周波コイ
ルの前後に配置された超音波振動子により超音波
振動が付与されて成る特許請求の範囲第１項記載
の複合超電導体の製造方法。３超電導体および安定化材を連続的に低融点金
属で固着一体化し、複合超電導体を製造するため
の装置であつて、前記複合超電導体の各構成材料
の送出装置、前記低融点金属を溶融させるための
割形高周波コイル加熱装置およびその前後に配置
された超音波振動子、冷却装置、無限軌条式引取
装置、巻取装置および前記無限軌条式引取装置の
引取速度に前記送出装置の送出速度および前記巻
取装置の巻取速度を同調させるための制御機構と
を備えることを特徴とする複合超電導体の製造装
置。