JPS6215965B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は成形撚線型化合物超電導ケーブルの製
造方法に関するものである。

一般に化合物超電導線またはケーブルとして要
求される条件としては (1) 可撓性に優れていること (2) 異方性の少いこと (3) 電流密度が大きいこと (4) 微細多芯であること (5) 交流損失が少いこと (6) 機械的強度に優れていること である。

而して化合物超電導体にはNb₃Sn、V₃Gaの如
きＢ−Ｗ（Ａ−15）型超電導体、NbN、ZrNの如
きNaCl（Ｂ−１）型超電導体、V₂Zr、V₂Hfの如
きLaves（Ｃ−15）型超電導体などがあるが、そ
の内でもNb₃Sn及びV₃Gaのみが実用化されてい
る。然しながらこれらの化合物超電導体はNb−
Ti合金或はNb−Zr合金の如き超電導体に比較し
て超電導体の基本的特性である臨界温度、臨界磁
場、臨界電流密度が高いために高磁場用導体とし
ては有望視されているが、反面機械的特に曲げや
衝撃に対して脆弱であるという欠点があつた。こ
の脆弱性を克服する導体構造として、第１図に示
す如きテープ状導体が開発された。即ちNbテー
プ１の外側にNb₃Snからなる超電導体層２を設
け、この外側に銅又は銅合金からなる安定化層３
を通常のハンダ層４を介して設け、更にその外側
にハンダ層５を設けた断面ドーナツ状化合物超電
導体がある。この超電導体は可撓性に優れている
がその反面幾可学的な異方性に起因して磁界との
間にフラツクスジヤンプなどの不安定現象を示
し、マグネツトを設計する際に電流密度の不均一
性や磁界の不均一性が常に問題になつていた。

又、第２図乃至第４図に示す如き超電導体が
次々に提案された。即ち第２図についてV₃Ga線
を例として説明すると、母相Cu−Ga合金８の内
に、複数本のＶ芯６の外側にV₃Gaの超電導体層
７を設けた６本の素線９を補強材１０の周囲に撚
合された後更にその外側に安定化材１１を被覆し
た撚線型極細多芯化合物超電導線である。第３図
のものは、その１例としてNb₃Sn線について説明
すると母相Cu−Sn合金８内に、複数本のNb芯６
の外側にNb₃Sn層７を設けた後、その長手方向に
沿つて捩り加工を行い、更に加圧を行つたテープ
状極細多芯化合物超電導線である。第４図のもの
は本発明者等がすでに提案したものであり、その
１例としてNb₃Sn線について説明すると、母相
Cu−Sn合金８の内に、複数本のNb芯６の外側に
Nb₃Sn層７を設けた素線９の複数本を空芯同心撚
加工を行い更に加圧を行つた成形撚線型極細多芯
化合物超電導ケーブルである。

第４図の成形撚線型化合物超電導ケーブルは前
記載の要件のうち可撓性に優れ、電流異方性が少
なく、電流密度が大きく、極細多芯で交流損失が
少ない導体構造であるが、この導体が高磁界およ
び大電流を必要とする用途に最適なことから、最
後の要件である機械的強度に優れていなければな
らない。

この要件を満す構造として本発明者等はすでに
第５図の如き導体を提案した。化合物超電導体を
内蔵する素線９とケーブルの中央部に配置された
補強材１０とによつて構成される成形撚線型化合
物超電導ケーブルである。補強材１０の形態はケ
ーブルの可撓性を損わないものでなければなら
ず、巾に比較して厚さの十分薄いテープ、平扁成
形撚線、あるいは平扁成形編組線であることが望
ましい。

本発明はかかる構造の導体の製造方法を提案す
るものである。次に図面によつて本発明の製造方
法を説明する。

先ず第６図に示す製造ラインにおいて、撚線機
１２より複数本の丸素線１３と別に用意した供給
機１４からの補強材１０とを連続的に供給しなが
ら第７図に示す如く、同一円周上に配列するよう
に撚合せて撚線１５ａを成形した後、これを入口
側が拡開したダイス孔１６を形成するダイス１７
内に導いて引抜き加工を行ない、第８図の断面図
に示す如く、撚線１５ｂを成形する。次にこの撚
線１５ｂを第９図に示す如く４個のロール１８が
互に垂直に交叉し、その中央部に矩形状のロール
孔１９を形成したタークスヘツド２０に導いて二
軸圧延を行ない、外形が前記ロール孔１９と同一
形状で且つ素線１３が上下２列に積重ねられた平
角状成形撚線２１を連続的に製造し、図示しない
ドラムにより巻取るものである。しかる後、拡散
熱処理によつて、素線１３の中に化合物超電導体
を形成し、第５図の如きケーブルを得るものであ
る。図中９は、上記拡散熱処理によつて化合物超
電導体が形成された素線であり、１０は補強材で
ある。

なお、ダイス１７による絞り加工は、第８図に
示す如く、素線１３の断面形状を元の円形からや
やくさび形に変形し、素線１３の落込みや撚りく
ずれを防止するためのものである。そしてダイス
入口側が拡開している理由はダイスに入る直前の
撚線の周長は、ダイス通過後の撚線の周長より常
に長いためである。これは撚線がこのダイスによ
り軽度に圧縮加工されるからである。また、撚合
せる素線１３の本数は遇数本および奇数本の両方
に適用できるが、撚合せに際する素線のくびれを
少くするには奇数本の方が好ましい。

また、本発明方法は上記方法に限定されるもの
ではなく、外径を絞つた撚線１５ｂを製造してこ
れを一旦ドラムに巻取つた後別工程においてター
クスヘツド２０で圧延成形する方法でもよい。ま
た、第１０図の如き基部が円柱状をなし、中空２
２を中央長手方向に沿つて有し、先端側が裁頭四
角錐状をなす心金２３を第１１図および第１２図
の如く断面矩形状をなすダイス孔１６を形成した
ダイス２４内に挿着し、この心金２３と中空２２
から供給される補強材１０とを芯材としてこの外
周に複数本の素線を同一円周上に配列するように
連続的に撚合せながら撚線１５ａとなし、これを
この心金２３の先端側、すなわちダイス２４内に
導いて絞り加工を行ない角筒状の撚線１５ｂを成
形し、しかる後タークスヘツド２０で圧延成形す
る方法でもよい。なお、素線は必ずしも同一円周
上に配列されるように撚合せなくてもよく、心金
又は浮子を用いる場合はその心金又は浮子の周囲
に巻き付ければよいので、その形状に配列される
ことになる。要は中央に空芯部が形成されるよう
に素線を配列して撚合せればよい。

このように心金２３を用いることにより燃合せ
た撚線１５ｂの落込みや撚りくずれを防止するば
かりでなく、補強材１０の座屈を防止することが
でき、しかも最終の平角状に近い形で絞り加工を
行なうため、製品を均一化することができる。

なお、心金２３は先端側が裁頭四角錐状のもの
に限らず中空２２の入つた円錐状のものでもよ
く、また第１３図に示す如く心金２３がダイス２
４を貫通してその先端がタークスヘツド２０の入
口側にまで達するように配置したものでもよい。
また、心金２３の代りに第１４図の如く、側部途
中まで切れた間隙２２を有し、基部が滑めらかな
曲面をなし、かつ底部が滑めらかな凸曲面をなし
ている浮子２６を用いても同様の作用をすること
ができる。

次に本発明の実施例について説明する。

実施例 １ 銅−10wt％スズ合金中に純ニオブ棒を17本埋
込みこれを外径0.3mmφまで伸線し、ついで10mm
のピツチに捩り加工を行なつて素線を得た。一
方、0.05×1.1mmのステンレス鋼を用意し、これ
と素線１５本とを第６図の如き配置でピツチ２０
mmの撚線を作製し、タークスヘツドにより圧潰し
断面寸法3.0mm×4.1mmの成形撚線型複合ケーブル
を得た。このケーブルを３×10^-4mmHgの真空炉
において680℃の温度で35時間加熱し、各素線中
のニオブ芯と銅−スズ合金との界面にNb₃Sn化合
物超電導体を形成させた。

本発明により得たケーブルと比較するために化
合物超電導体の断面積が同一な断面寸法0.25×
4.1mmで第４図の如き補強材のないケーブルを用
意した。

更に本発明のケーブルと比較ケーブルをそれぞ
れインジウムで固め、10Kg／mm²の張力をかけて曲
げ直径50mmに曲げたものと、張力なしで曲げたも
のについて、4.2〓、70KGのもとで通電したとこ
ろ、本発明のケーブルは張力に関係なく921Aで
常電導に転移したが、比較ケーブルでは張力をか
けて曲げたもので240A、張力をかけないもので
918Aでそれぞれ常電導に転移した。

これらの結果から、比較ケーブルは張力をかけ
た曲げによつて内部の化合物超電導体である
Nb₃Snが損傷していると推定できる。すなわち、
本発明の製造方法によつて得られたケーブルの方
が強磁場（電磁力が大きくなるためにこれに耐え
る補強構造が必要である）に適する導体といえ
る。

実施例 ２ 銅−19wt％ガリウム合金中に純バナジウム棒
2310本とタンタル被覆されたOFHC銅１本を埋込
みこれを0.5mmφまで伸線して素線とし、別に素
線がすべてステンレス鋼からなり、構造上は第４
図の如き構造の0.06×3.5mmの成形撚線型補強線
を用意した。上述のバナジウム芯入り素線７本を
１×４mmの中空を有する心金に沿わせてピツチ25
mmで撚合せるとともに中空部より上記補強線を供
給した。しかる後、タークスヘツドにより圧潰
し、断面寸法0.25×5.1mmの成形撚線型複合ケー
ブルを得た。このケーブルを１×10^-4mmHgの真
空炉において650℃の温度で50時間加熱し、素線
中のバナジウム芯と銅−ガリウム合金との界面に
V₃Ga化合物超電導体を形成させた。

本発明により得たケーブルと比較するために化
合物超電導体の断面積が同一な断面寸法0.20×
5.1mmの補強材のないケーブルを用意した。

更に本発明のケーブルと比較ケーブルをそれぞ
れインジウムで固め、ケーブルの厚さ方向および
巾広方向についてそれぞれ曲げた後4.2〓、70KG
で通電したところ、比較ケーブルとの差異はほと
んどなく、本発明の製造方法によるケーブルは二
つの曲げ方向に対しても可撓性が保証された補強
ケーブルであることがわかる。

以上、詳述した如く、本発明の製造方法は次の
如き効果を有するため極めて工業的利用価値大な
るものである。

(1) 成形工程における素線の撚りくずれが防止で
きるため、素線の多重交叉やくびれのない整列
したケーブルを連続的に製造することができ
る。

(2) 成形撚線の中央部に補強材を配列することが
できるため、製品の応力に対する変形が対称性
をもち均一になる。

(3) 補強材に巾広方向と厚み方向ともに可撓性の
あるものが選択できるため、補強材の付加によ
る可撓性の低下がない。

(4) 上述の効果が総合され、低損失、可撓性、高
電流密度、強磁場用導体に適する製造方法とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図、従来の化合物超電導ケーブ
ル、第５図、本発明の製造方法による成形撚線型
化合物超電導ケーブル、第６図、本発明方法を実
施するための製造装置の１例、第７図、第６図の
−断面図、第８図、第６図の−断面図、
第９図、第６図の−断面図、第１０図、本発
明方法に用いる心金の１例、第１１図、本発明方
法における心金を用いた場合のダイス部分を示す
図、第１２図、第１１図のXII−XII断面図、第１３
図、本発明方法における心金の先端部がタークス
ヘツドの入口側近傍まで達している状態を示す
図、第１４図、本発明方法に用いる浮子の１例 １，６……化合物超電導体を構成する成分金属
の１つ、２，７……化合物超電導体、４，５……
ハンダ、３，１１……安定化材、１０……補強
材、９……化合物超電導体を含む素線（拡散熱処
理による化合物超電導体形成後の素線）、１２…
…撚線機、１３……化合物超電導体を含まない素
線（拡散熱処理前の素線）、１４……給線機、１
５ａ，１５ｂ……複合撚線、１６……ダイス孔、
１７……ダイス、１８……ロール、１９……ロー
ル孔、２０……タークスヘツド、２１……成形撚
線型複合ケーブル、２２……中空又は空隙、２３
……心金、２４……角ダイス、２５……ダイス
孔、２６……浮子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 拡散熱処理によつて所望の化合物超電導体を
   形成すべく構成された複数本の素線を中央に空芯
   部が形成されるように撚合せると共に、この空芯
   部に該ケーブルの補強材となる芯材を挿入しなが
   らこれらの両者を、入口側が拡開したダイス孔を
   有するダイス内に導いて引抜き加工を行なつて撚
   線を成形し、しかる後この撚線をタークスヘツド
   で横断面平角状に圧延成形し、しかる後これを拡
   散熱処理して素線内部に所望化合物超電導体を形
   成することを特徴とする成形撚線型化合物超電導
   ケーブルの製造方法。 ２ 前記素線は、中空又は間隙を中央長手方向に
   沿つて有する心金又は浮子の外側を経て前記ダイ
   ス内に送られ、かつ前記芯材は、該中空又は間隙
   を通して該ダイス内に導びかれるようにしたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の成形撚
   線型化合物超電導ケーブルの製造方法。