JPH0326485B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、化合物超電導導体の改良特にその補
強構造に関するものである。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、この種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ａ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が予め撚線化された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ｃは、補強素線１′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によつ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ｅは、第１図ｂと同様の超
電導２次素線３を補強体１″の周囲に撚線化され
て後、これらを一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次素線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
合つぎに示す欠点がある。

１ 第１図ａおよびｂに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隣
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ツプが生じ、応力
集中が起り、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
部からの応力が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つて導体全体
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。

化合物超電導導体は、本来臨界温度、臨界磁
場、臨界電流密度と言つ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
いう歪敏感性があり、通常0.2〜0.6％以上の歪領
域では使用に耐えない。一方、化合物超電導導体
を使用する側からの要請として、小さい曲率半径
に曲げうること、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。

これらの要請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つて非締め付部の素線
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。したがつて集合型化合物
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。

本発明はかかる点に鑑み種々の研究の結果、補
強体を、その突合せ部が導体の長手方向でジグザ
グに蛇行しかつその突合せ部に間隙が生じるよう
にして導体に付加することにより、可撓性、強
度、冷却効率および電流密度に優れた化合物超電
導導体を見い出したものである。

すなわち、本発明は化合物超電導素線の複数本
を集合してなる化合物超電導集合体の外周及び内
部の少なくともいずれか一方に補強体を有する化
合物超電導導体において、該補強体に蛇行した間
隙を該導体の長手方向に沿つて設けたことを特徴
とする化合物超電導導体である。

以下、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導体の一
例であり、補強体の一部を拡開した状態を示す斜
視図である。図から明らかな如く、この導体は、
化合物超電導フイラメント２０を多数内蔵する所
謂、多芯超電導素線２の撚線からなる素線集合型
化合物超電導導体６の周囲に、波形部７を両縁に
有する帯状補強体１を、その波形部７が突合せ部
８で間隙９が残るようにフオーミングしたもので
ある。

このように本発明では、集合型化合物超電導導
体６の囲りに、帯状補強体１をフオーミングによ
つて設けることができるので、帯状補強体１の肉
厚を必要最少限とすることができる。したがつて
機械加工で作られていた従来の補強体に比べて、
薄肉化、軽量化がで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、本発明ではコイルなどにする際に導体
を曲げても補強体に曲げじわなどを生じることが
ない。すなわち、補強体１の突合せ部８には蛇行
した間隙９が存在するので、この突合せ部８のあ
る面の曲げの内側に来るように曲げると、突合せ
部８のある面では補強体１は長手方向に収縮力が
働くが、間隙９が蛇行しているので、この間隙９
で収縮歪が吸収されて、補強体１のこの面はしわ
を生ずることなく滑らかに湾曲することができ
る。

波形部７の形状は、導体のサイズ、湾曲すると
きの曲率半径、補強体の配置場所、所要冷却率な
どに応じて適宜決められる。例えば曲率半径が小
さい場合には、波形部７の波高を高くしかつ波長
（ピツチ）を短かくする。また化合物超電導導体
は許容曲げ半径よりも小さい曲率半径で曲げると
超電導特性を極度に劣化し使用不能となるので、
許容曲げ半径よりも小さくは曲がらないように、
突合せ部８の間隙９の間隔を設定しておくことも
できる。すなわち、許容曲げ半径に曲げたとき
に、突合せ部８の隣接波形部７が互に当接しこれ
がストツパーの働きをして、それ以上もはや曲げ
られないようにすることもできる。

このほか、本発明では間隙９は、液体ヘリウム
やヘリウムガスが導体６内外に流出入するための
冷媒流出入口としての働きをなすので、所要の冷
却率に応じてこの間隙９の間隔や蛇行の起伏を決
めることができる。

第２図では突合せ部８は、補強体の１側面のみ
に設けた例を示しているが、これに限らず、第３
図ａ，ｂ，ｃ及びｄにそれぞれ示す如く、補強体
の２面又は３面にまたがる突合せ部を設け、多方
向への導体の曲げを容易にすることもできる。第
３図はいずれも導体の囲りに設けた補強体のみを
図示し導体の図示は省略した。第３図ａは、補強
体１の１側面Ｘから上底面Ｙの２面にまたがつて
蛇行する間隙９を有するものであり、側面Ｘ又は
上底面Ｙを曲げの内側に来るように曲げることが
できる。第３図ｂは、補強体１の１側面Ｘから上
底面Ｙと下底面Ｚとの３面にまたがつて蛇行する
間隙９を有するものであり、側面Ｘ、上底面Ｙ又
は下底面Ｚを曲げの内側に来るように曲げること
ができる。第３図ｃは、補強体１の側面Ｘ、上底
面Ｙ及び側面Ｗの３面にまたがつて蛇行する間隙
９を有するものであり、これら３面Ｘ，Ｙ，Ｗの
いずれの面を曲げの内側に来るようにしても曲げ
ることができる。第３図ｄは第３図ａと同様に補
強体１の側面Ｘ及び上底面Ｙにまたがつて蛇行す
る間隙９を有するものであるが、波形部７が１方
向に傾斜している点が第３図ａと異なつている。

本発明において、素線集合型化合物超電導導体
に設ける補強体は、第２図の如く導体６の囲りに
設けられる場合のほか、これとは逆に補強体の囲
りに導体を撚り合せた場合もあり、さらにこの両
方つまり導体の内部と外周の両方に設ける場合も
ある。

また本発明では、第３図に示す如く、補強体１
の外周面にAl₂O₃、MgOなどの無機物質皮膜１０
を設けることにより、コイルにした場合の隣接タ
ーン間の電気絶縁にすることが好ましい。かかる
皮膜１０は補強体１の外周面に限らず、内周面に
設けることにより導体６と補強体１とを電気絶縁
することで上記目的を達することができる。勿論
補強体の内外両周面に設けてもよい。また、この
皮膜１０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。

補強体を構成する材質は、非磁性のものが用い
られ、例えばステンレス鋼、銅合金、アルミ合金
などがあり、その単体又は複合体が用いられる。

また本発明で用いる素線集合型化合物超電導導
体としては、何ら特定されるものではなく、従来
から用いられている。多芯化合物超電導素線の複
数本からなる撚線、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
線及び圧縮成形線の芯に線又は条状の補強体を有
するもの、さらにこのほかこれらの線を１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。

第２図及び第３図では導体及び補強体の断面形
状が上底面と下底面との幅が異なる、所謂キース
トーン型のものを示したが、本発明ではこれに限
らず、種々の断面形状のものであつてよい。

次に本発明の実施例を示す。

実施例 （内部補強体） 厚さ0.2mmのステンレステープの両縁に波長３
mmの波形部を有するものをフオーミングして第４
図に示す如く厚さ0.4mm、幅14mm、隣接波形部７
間に形成された間隙９の間隔約12μmの補強体を
得、その表面にアルミナコーテイング１０を形成
して内部補強体１を得た。

（外側補強体用テープ） 厚さ0.2mm、最大幅（両縁の波の山間の長さ）
46mm、両縁に波長５mmの波形部を有するステンレ
ステープを外側補強体用に用意した。

（２次素線） Cu−Snブロンズマトリツクスロツド中に505本
のNb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、さらにその外側に安定化銅と
して高純度銅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50％の外径0.37mmの素線を得
た。次にこの素線７本を撚線し、外径1.1mmの２
次素線を得た。

（化合物超電導導体とヘリウムの製造） 次に、上記内部補強体の周囲に、上記２次素線
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2.0mm、下底2.5mm、両底間の高
さ16.5mm）のキーストン型成形撚線を得た。次
に、この成形撚線の外側に上記外側補強体用テー
プをフオーミングし、外寸法（断面で上底2.4mm、
下底2.9mm、両底間の高さ16.9mm）及び突合せ部
に形成された蛇行間隙の間隔約12.5μmの補強体
付複合線を得、その外表面にアルミナコーコイン
グを施した。

次にこの複合線を最小曲げ半径25mmの鞍型枠に
巻線、固定後650℃で10日間拡散熱処理を行い、
各素線内のブロンズマトリツクスとニオブ芯との
界面にNb₃Sn₄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。

次にこのコイルを液体ヘリウム（4.2〓）中で
通電実験を行つた結果、磁界10テスラーで
15500Aの電流値が測定された。尚この値は、外
径0.37mmの上記素線単独について上記と同様の拡
散熱処理を行つて得たNb₃Sn化合物超電導素線単
独の臨界電流値73A（at 10テスラー）から算出し
た値（15330A）と良好な一致であることが確認
された。

以上の測定結果、本発明による化合物超電導導
体は金属製カラーなどによる局部的な締付けや電
磁力による応力・歪に対しても十分耐えうる構造
であることが判つた。

また、本発明の導体で作られた上記超電導マグ
ネツトコイルの冷却特性を知るために次の試験を
行つた。

上記コイルにエポキシ樹脂を含浸し、全素線
間、素線と補強体との間などのすべての間隙を充
填密封したコイルについて、上記と全く同様な条
件（液体ヘリウム4.2〓中、磁界10テスラー）下
で通電試験を行つたところ、7200Aの電流値が測
定された。このことから本発明の化合物超電導導
体の冷却特性が著しく優れていることが判明し
た。

次に、上記試験後に樹脂含浸コイルを切断し観
察したところ、導体は内外両補強体のいずれと
も、最小曲げ半径近傍においても良好に密着して
おり、かつ湾曲による両補強体の局部的なシワや
隆起は見られなかつた。したがつてコイル巻時等
に湾曲を与えても補強体は良好に曲げられている
ことが判り、素線性のすぐれていることが判つ
た。尚上記実施例では超電導コイルをwind and
react法によつて造つたが、本発明はこれに限ら
ず、react and wind法によつても造ることがで
きる。

以上説明した如く、本発明による化合物超電導
導体は、化合物超電導導体の機械的補強を簡単な
補強体で容易に行えるのみならず、可撓性、巻線
性および冷却特性を著しく改善し、さらに簡単な
補強体であるため必要最小限の厚さの補強体を用
いることができるので導体の電流密度がそれだけ
向上し、さらにその上に、短尺導体で測定して得
られた所謂短尺電流特性と同じ特性がコイルにし
た場合にも確実に保持されているので、コイル全
体としての電流密度を大幅に改善できるなど極め
て優れた利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｄ，ｅ，ｆはいずれも従来の素
線集合型化合物超電導導体の断面図、第１図ｃは
従来の素線集合型化合物超電導導体の斜視図、第
２図は本発明による化合物超電導導体の一例であ
り、補強体の一部を拡開した状態を示す斜視図、
第３図ａ，ｂ，ｃ，ｄは本発明に用いる補強体の
種々の例を示す斜視図、及び第４図は本発明実施
例で用いた内部補強体を示す斜視図である。 １：補強体、２：超電導素線、３：２次素線、
４：溝、５：冷却孔、６：化合物超電導導体、
７：波形部、８：突合せ部、９：間隙、１０：無
機物質皮膜、２０：化合物超電導フイラメント、
Ｘ：側面、Ｙ：上底面、Ｚ：下底面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 化合物超電導素線の複数本を集合してなる化
   合物超電導集合体の外周及び内部の少なくともい
   ずれか一方に補強体を有する化合物超電導導体に
   おいて、該補強体に蛇行した間隙を該導体の長手
   方向に沿つて設けたことを特徴とする化合物超電
   導導体。 ２ 上記間隙が上記化合物超電導導体の巻線の曲
   げの内側に位置するように設けられていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の化合物超
   電導導体。 ３ 上記補強体のすくなくとも片面に無機物質皮
   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導体。 ４ 上記補強体が非磁性材からなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の化合物超電導導
   体。