JPH0365638B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は、特に多重フイラメント超電導ワイ
ヤ又はケーブルの超電導継目を作る方法に関す
る。更に具体的に云えば、この発明は多重フイラ
メント超電導ストランドを取巻く金属部材を剥す
為に、溶液内でのワイヤの撹拌を用いて、超電導
継目を作る、型を基本とした方法に関する。

現在では、臨界値より低い温度に冷却した時、
超電導性を示す材料のリストが次第に拡大してい
る。この温度より低い温度では、前ての電気抵抗
が消滅する。この為、外部エネルギ源又は電源を
使わずに、超電導回路に電流の流れを保つことが
出来る。特に、電気的なソレノイド又は種々の形
をしたコイルの形に配置された超電導導体は、こ
の回路に余分の電気エネルギを加えることを必要
とせずに、略連続的な動作が出来る。この様なソ
レノイドを用いる超電導回路は、特に核磁気共鳴
（NMR）による医療診断用の作像及び分光装置
に有利である。更に、超電導回路は、配電を含む
多数の用途、並びに磁気浮揚形の乗物に用途があ
る。

超電導ワイヤを使うどんな用途でも、１つ又は
更に多くの超電導継目を使うことが殆んど常に必
要になる。然し、こうして得られた閉ループ又は
回路が完全に超電導性である様に保証する為に
は、ワイヤの端の間の継目も超電導性であること
を保証することが必要である。然し、超電導材料
は超電導状態から抵抗状態又はオーミツク状態へ
突然に予想外の還移を起す傾向がある。この現象
が消失（クエンチング）と呼ばれている。この現
像の理由は完全に判つていないが、局部的な加熱
効果がこの現象に寄与しているものと強く考えら
れる。然し、この消失の正確な物理的な理由はま
だ十分に判つていない様に思われる。従つて、そ
れを防止する方法も、理論的ではなく、経験的に
説明するのが最もよい。

消失現象は超電導回路のどの部分でも起り得る
が、それでも、超電導継目が特に消失現像を実際
に起し易い様に思われる。少なくとも３つの理由
で、消失が望ましくない。第１に、消失状態にな
ると、回路の電流を回復することが必要になる。
第２に、消失状態によつて、極低温流体、典型的
には液体ヘリウムの望ましくない加熱が起る場合
が多い。第３に、消失は保護されてない回路素子
の損傷を招く惧れがある。従つて、消失によつて
望ましくない結末が起る為、並びに超電導継目が
消失現象を特に起し易い為、出来るだけこういう
現象の置きない超電導継目を作ることが重要であ
る。

超電導ワイヤが高いレベルの電流、例えば1000
アンペア及びそれ以上を通す場合、多重フイラメ
ント超電導材料を用いるのが常套手段である。典
型的には、この様な超電導材料は、銅又は銅ニツ
ケル合金の様な担体又は母材金属か、或いはニオ
ブ・チタン合金のフイラメントを取入れた同様な
母材導体で構成される。この様な導体では、フイ
ラメントの配列がバルクの担体母材中に埋込まれ
ている。多重フイラメントのワイヤの端の間に超
電導継目を形成することは、特に困難な問題であ
る。例えば、１形式の超電導継目では、個々のフ
イラメントを超電導シートに個別にはんだ付けす
る。これは非常に労力を要する作業である。この
作業によつて役に立つ超電導継目が得られるが、
それでも消失が起らない様な信頼性を更に高くし
た継目を一層容易に作ることが望ましい。

多数の文献にニオブ・チタン超電導体と、この
様な超電導体の間の継目を形成する方法及び手段
が記載されている。その１つの文献が、ウエルデ
イング・ジヤーナル誌1977年10月号第23頁以降所
載の「銅被覆ニオブ・チタン超電導複合体のはん
だ付け」と云う論文であり、種々のはんだ及び融
剤を使うことを取上げている。はんだ継目は超導
性ではない。はんだが超電導フイラメントをぬら
すことが出来るようにするか、或いはぬらす様に
する融剤はみつかつていない。

銅被覆のニオブ・チタン超電導体の間に超電導
性の突合せ継目を形成する為に、この突合せ継目
に一層小さい分路超電導体を重ねて巻付け、鉛ビ
スマスはんだを含むはんだによつて分路を所定位
置に取付ける方法が、米国特許第3453378号に記
載されている。超電導継目を形成する従来の種々
の方法、並びにこういう方法の失敗によつて生ず
る問題が、この米国特許に記載されている。

鉛及びビスマスを含むはんだを含めて、超電導
継目を形成するのに役立つと考えられる種々のは
んだの性質が、レビユー・オブ・サイエンテイフ
イツク・インスツルメンツ誌第40巻（1969年１月
号）第180頁所載の論文「低温研究用に普通使わ
れるはんだの超電導度の測定」に記載されてい
る。

はんだを使う超電導接続が出願人の米国特許第
3346351号に記載されている。

種々の超電導はんだ及びその使い方が出願人の
米国特許第3156539号に記載されている。

鉛−ビスマス−錫の組合わせを含む超電導低融
点合金と外側圧着スリーブの組合せを用いて超電
導継目を形成することが、米国特許第3449818号
に記載されている。

超電導継目に作る方法が米国特許第3422529号
にも記載されており、これはステンレス鋼又は超
電導合金の何れかで構成し得る圧着スリーブ又は
円筒を使うことを基本とするものである。然し、
この米国特許には、はんだ又は多重フイラメント
状態を使うことは記載されていないし、特に１対
の丈夫な超電導ワイヤを捩ることを必要とする。

従つて、多くの研究者が信頼性のある超電導継
目を形成する方法を求めていることが判る。更
に、これまで判つた方法は経験的に求めたもので
あること、並びに或る方法がうまく行つたことの
満足の行く様な説明がないことも判る。

発明の要約 この発明の好ましい実施例では、特に多重フイ
ラメント超電導ワイヤの超電導継目を形成する方
法が、幾つかの工程を持つプロセスである。最
初、結合しようとする多重フイラメント超電導ワ
イヤの端を高温液体金属ストリツピング浴内に配
置して、金属母材を取除く。こういうワイヤの端
をストリツピング浴の中に配置している間に、該
ストリツピング浴に対して移動し、又はそれに対
して撹拌することが、この発明の１実施例の特別
の特徴である。その後、ワイヤの端を浴から取出
し、高温液体超電導はんだ浴に挿入する。その
後、ワイヤの端をはんだ浴から取出し、希望によ
つて圧着し、型に挿入する。所定位置にワイヤを
入れた型を再びはんだ浴に注入して、型を充填す
る。はんだを凝固するのに任せ、型を取外し、こ
うして信頼性の高い超電導継目を形成する。実際
には、この方法は標準温度及び圧力状態の下にあ
るアルゴンの様な制御された雰囲気内で実施する
ことが好ましい。従つて、この発明の方法は、信
頼性のある超電導継目、及びコイル、ソレノイ
ド、巻線等の様なそれに対応して信頼性のある超
電導回路素子を作ることが出来ることが理解され
よう。

従つて、この発明の目的は信頼性のある超電導
継目を提供することである。

この発明の別の目的は、多重フイラメント超電
導ケーブルを結合するのに特に適した方法を提供
することである。

この発明の別の目的は、超電導回路の消失の惧
れを少なくすることである。

この発明の別の目的は、再現性があるばかりで
なく、自動化が出来る様な超電導継目を作る方法
を提供することである。

最後に、これに限らないが、この発明の目的
は、信頼性のある超電導回路素子を提供すること
である。

この発明の要旨は特許請求の範囲に具体的に且
つ明確に記載てあるが、この発明の構成、作用及
びその他の目的並びに利点は、以下図面について
説明する所から最もよく理解されよう。

発明の詳しい説明 この発明の好ましい実施例では、多重フイラメ
ント超電導ケーブル又はワイヤの間の超電導継目
が次の様にして形成される。最初に、結合しよう
とするワイヤの端部から超電導フイラメントを取
巻く金属母材があれば、この金属母材を取除くこ
とが必要である。こういうことが、金属母材を取
除く為、ワイヤの端を高温液体金属ストリツピン
グ浴内に配置することによつて行なわれる。典型
的には、金属母材は銅又は銅とニツケルの合金の
何れかで構成される。適当なストリツピング浴
は、銅又は銅／ニツケル合金が可溶性である錫の
様な材料で構成される。錫ストリツピング浴は典
型的には約400℃の温度に保つ。銅母材が超電導
性のニオブ・チタンのフイラメントを取巻いてい
る様な超電導ワイヤでは、ワイヤを約45分間この
ストリツピング浴内に保つことが好ましい。銅ニ
ツケル母材が、ニオブ・チタンの超電導ストラン
ドを取巻いている場合、やはり約400℃の温度で、
ワイヤの端を約180分間、錫浴内でストリツピン
グすることが好ましい。この発明の好ましい実施
例では、ワイヤの端を機械的に撹拌すること、即
ちストリツピング浴内の流体に対して移動するこ
とが重要である。これによつて洗流し作用が生
じ、これが取巻いている母材材料を完全に除去し
易くする。この洗流し作用を行なう１つの手段
は、ワイヤの端を収容した浴又はワイヤの端を保
持する機械の何れかを回転することである。例え
ば、直径約６吋の円筒形の浴では、浴を毎分約４
回転の速度で回転するのが有用であることが判つ
た。更に、ストリツピング浴に用いる錫は高純度
にすべきである。例えば、純度が「フアイブ・ナ
イン」即ち99.99999％の純度を持つ錫が望まし
い。

更に、この発明の種々の工程を制御された雰囲
気内で実施することが好ましいことが認められ
た。例えば、この過程は、不活性雰囲気が存在す
る普通の実験室用の「グローブ・ボツクス」内で
実施することが出来る。アルゴン・ガスで構成さ
れた雰囲気が、その不活性並びにそのコストが比
較的安い点で好ましい。キセノン・ガスも上と同
じく大気圧で用いることが出来るが、キセノン・
ガスはコストが比較的高い為、アルゴンの方が好
ましいガスである。真空状態も、この発明の工程
を実施するのに適切な種類の不活性環境を作るこ
とが認められた。然し、真空状態を保つのが比較
的困難である為、この状態にはこの発明の好まし
い実施例とはならない。然し、自動化した継目の
製造を用いる商業規模の操作では、真空状態の方
が適切であることがある。然し、窒素はこの発明
を実施する為の適当な雰囲気を実際に構成しない
ことが認められた。更に、グローブ・ボツクス内
の雰囲気が含む水分が約10ppm未満であることが
好ましい。

ストリツピング浴内の適当な滞留時間の後、結
合しようとするワイヤの端を取出し、約400℃の
温度の鉛とビスマスの混合物の様な高温液体超導
電はんだにの中に配置する。この発明の方法で好
ましい鉛ビスマスはんだは、重量で約40％の鉛と
60％のビスマスで構成される。然し、約35％の鉛
と65％ビスマスを含む混合物又はこういう範囲内
の溶液も使うことが出来る。錫ストリツピング浴
の場合と同じく、高純度の材料が望ましい。例え
ば、はんだの中の鉛が99.9999％の純度であつて、
ビスマスが99.99999％の純度であることが好まし
い。更に、はんだ浴内の鉛は、真空状態で約450
℃の温度で、１時間の期間の間、黒鉛の型の中で
脱酸を行なうことによつて予備処理することが好
ましい。銅母材の中に配置されたニオブ・チタン
の超電導フイラメントの場合、鉛ビスマスはんだ
浴内の約15分の滞留時間に使うことが好ましい。
銅ニツケル母材内に配置されたニオブ・チタンの
超電導フイラメントの場合、結合しようとするワ
イヤのストリツピングをした端を約45分間超電導
はんだ浴内に保つことが望ましい。

はんだ浴内の適当な滞留時間の後、ワイヤの端
を取出し、（希望によつて）束にし、型に挿入し、
その後はんだ浴の中に再び挿入する。適当な型が
第２図及び第４図に示されており、後で更に詳し
く説明する。はんだ浴の中に約５分間置いた後、
この時はんだで充填されている型を取出し、冷却
の為にチル・スタンド内に配置する。一旦はんだ
が凝固したら、型を取出し、こうして固体の信頼
性のある超電導継目を開放する。この継目は典型
的には長さが１乃至２吋である。更に、超電導は
んだ浴から取出した後、それを型の中に挿入する
前に、ワイヤのフイラメントに捩れを加えること
が出来る。

約10〓で存在する超電導状態では、適当な超電
導はんだとして錫を用いることが出来る。従つ
て、この場合、はんだ浴及びストリツピング浴の
両工程が一緒になる。

第１図は、ワイヤ・ループの形をした超電導ケ
ーブル１１に超電導継目１２を設けた従来の超電
導継目構造を示す。ワイヤ・ループ部分１１は、
銅母材のストリツピングを行なう前のワイヤの状
態を示している。ストリツピングをしたケーブル
の多重フイラメントの性格が継目１２に明らかで
ある。継目を形成する間、ワイヤの端を一緒にし
ておく目的で、超電導ワイヤ１３を継目の直ぐ上
で、結合しようとするワイヤの周りに巻付けるこ
とが認められる。第１図に示す継目は前に述べた
「浸して捩る」構造の典型である。

第２図はこの発明の方法で用いることが出来る
型の両半分を示している。型の各半分２０，２１
が、型の両半分を一緒にして押える為のＣ字形ク
ランプを挿入する溝２７を持つていることが好ま
しい。然し、この他の任意な便利なクランプ機構
を用いることが出来る。第２図は、型の片半分２
０には、特に高温はんだ浴に挿入する場合の操作
を容易にする為、把手２６を取付けてあることを
示している。

第３図はこの発明によつて作られた超電導継目
３０を示す。特にこの図で、或る超電導ワイヤ
が、捩つニオブ・チタンのストランドの形で既に
存在していることが判る。従つて、この発明の過
程がこの様な構造に適用し得ることが判るし、こ
の様な導体では、母材ストリツピング作業が不要
であり、従つてそれを迂回することは明らかであ
る。

第４図は空の型を示しており、Ｃ字形クリツプ
２８が空の型の両半分２０，２１をチル・ホルダ
ー１５内で一緒に保持していることを示してい
る。更に、便宜ホルダー１６が超電導ケーブルの
ループ１１を保持していて、このケーブルの端に
超電導継目３０が設けられ、これを型の両半分２
０，２１から取出した状態が示されている。

以上の説明から、この発明の超電導継目を作る
方法が、消失が発生する惧れが目立つて少ない、
頑丈で信頼性のある超電導継目を作ることが理解
されよう。この発明の方法は容易に自動化するこ
とが出来、型を使うことによつて、一様で信頼性
のある超電導継目が得られ、その製造が手作業の
組立ての技術に左右されないことが理解されよ
う。従つて、この発明の方法は信頼性並びに一様
性が改善された超電導継目、ソレノイド、巻線及
び一般的な超電導回路を作るものである。

この発明を好ましい実施例について詳しく説明
したが、当業者には種々の変更を加えることが考
えられよう。従つて、特許請求の範囲は、この発
明の範囲内に含まれる全ての変更を包括するもの
であることを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の「浸して捩る」過程によつて作
られた典型的な超電導継目を示す図、第２図はこ
の発明で用いられる型の両半分を示す図、第３図
はこの発明によつて作られた超電導継目を示す
図、第４図はチル・ホルダー内の所定位置にある
この発明の継目及び型の図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属母材に埋込まれた多重フイラメント超電
   導ワイヤの超電導継目を形成する方法に於て、 制御された雰囲気内で、形成しようとする多重
   フイラメント超電導ワイヤの端を、高温液体金属
   ストリツピング浴内に配置し、 金属母材を除く為に、ワイヤを浴内で移動し、 ワイヤの端を高温液体超電導はんだの中に配置
   し、 ワイヤの端を高温液体超電導はんだから取出
   し、 ワイヤの端を型に挿入して、型を高温液体超電
   導はんだで充填し、 該はんだを凝固させる各工程を含む方法。 ２ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、前
   記型を取除く工程を含む方法。 ３ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、前
   記型に挿入する前に、前記多重フイラメントのワ
   イヤの端を捩る方法。 ４ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、前
   記型に挿入する前に、前記多重フイラメントのワ
   イヤの端を束にする方法。 ５ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、前
   記高温液体ストリツピング浴が錫で構成されてい
   る方法。 ６ 特許請求の範囲５に記載した方法に於て、結
   合しようとする超電導ワイヤが銅母材中のニオ
   ブ・チタンで構成されており、前記ワイヤの端が
   約45分間前記ストリツピング浴内に配置される方
   法。 ７ 特許請求の範囲５に記載した方法に於て、結
   合しようとする前記超電導ワイヤが銅ニツケル母
   材中のニオブ・チタンで構成されており、前記ワ
   イヤの端が約180分間前記ストリツピング浴内に
   配置される方法。 ８ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、前
   記高温液体超電導はんだが鉛及びビスマスの混合
   物で構成されている方法。 ９ 特許請求の範囲８に記載した方法に於て、前
   記ビスマスの量が約35乃至40重量％の範囲であ
   り、前記鉛の量が約65乃至60重量％である方法。 １０ 特許請求の範囲９に記載した方法に於て、
   結合しようとする前記超電導ワイヤが銅母材中の
   ニオブ・チタンで構成されており、前記ワイヤの
   端が約15分間前記はだ浴内に配置される方法。 １１ 特許請求の範囲９に記載した方法に於て、
   結合しようとする前記超電導ワイヤが銅ニツケル
   母材中のニオブ・チタンであり、前記ワイヤの端
   が約45分間前記はんだ浴内に配置される方法。 １２ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、
   前記ワイヤの移動が、前記ストリツプ浴内でのワ
   イヤの端の相対的な回転運動によつて行なわれる
   方法。 て、前記過程が制御された雰囲気内で実施される
   方法。 １３ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、
   前記雰囲気がアルゴン及びキセノンから成る群か
   ら選ばれたガスで構成される方法。 １４ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、
   前記過程が真空状態で実施される方法。 １５ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、
   前記雰囲気が含む水分が10ppm未満である方法。 １６ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、
   前記型がワイヤの端を挿入する為の略円筒形の細
   長い空所を持つている方法。 １７ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、
   凝固した超電導継目を取出し易くする為、前記型
   が別々の部分で構成されている方法。 １８ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、
   前記型がはんだがぬらさない材料で構成されてい
   る方法。 １９ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、
   前記はんだが錫で構成されている方法。 ２０ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、
   前記ワイヤの端を前記型に挿入する前に、前記ワ
   イヤの端を前記はんだ浴から取出す方法。 ２１ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、
   前記はんだ浴内で前記ワイヤの端を前記型に挿入
   する工程を含む方法。 ２２ 特許請求の範囲１に記載した方法によつて
   作られた超電導継目。 ２３ 特許請求の範囲１に記載した方法によつて
   超電導継目を形成することによつて作られた超電
   導ループ。 ２４ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、
   前記型は複数の真直ぐな側部を示す断面形状の部
   分をもち、完成した継目は、固定するに便利な部
   分を有している方法。 ２５ 超電導ワイヤの複数個のストランドの間に
   超電導継目を形成する方法に於て、 制御された雰囲気内で、接続しようとする多重
   フイラメント超電導ワイヤの端を、高温液体超電
   導はんだの中に配置し、 ワイヤの端を高温液体超電導はんだから取出
   し、 ワイヤの端を型の中に挿入して型を高温液体超
   電導はんだで充填し、 該はんだを凝固させる工程を含む方法。 ２６ 特許請求の範囲２５に記載した方法によつ
   て作られた超電導継目。 ２７ 特許請求の範囲２５に記載した方法に於
   て、前記型は複数の真直ぐな側部を示す断面形状
   の部分をもち、完成した継目は、固定するに便利
   な部分を有している方法。