JPH044519A - 化合物系超電導撚線およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は超電導発電機などの超電導応用機器に用いら
れる化合物系超電導撚線およびその製造方法に関する。

「従来の技術」 超電導線においては量子磁束線の運動などに起因して発
熱を生じる場合があり、このような場合に超電導線に部
分的に常電導の芽が発生し、超電導線の全体が常電導状
態に転位するおそれがある。

そこで従来、このような磁気的不安定性および常電導転
位などを防止して超電導線を安定化するために、以下に
記載する技術が採用されている。

■超電導体をＣｕなどの良導電性の安定化母材の内部に
埋設する。特に、安定化母材を高純度の銅から形成する
。

■超電導体を数μ〜数十μｍの径のフィラメント状に極
細化する。

■多心線をツイスト加工する。

■編組や成彩撚線の構造を採用する。

■金属間化合物系の超電導体は極めて硬く、脆いので、
機械歪が加わると超電導特性が劣化する傾向があり、こ
のため超電導線に補強材を添設して機械歪が加わること
を阻止する。

以上のような背景から、従来、交流用の超電導線の一構
造−例として、Ｎ　ｂ−Ｔ　ｉ線等の線材を撚線化する
方法などが採用されているが、Ｎ　ｂｉ　Ｓ　ｎなどの
化合物系の超電導線材は機械歪に弱い欠点があり、直に
撚線化することは困難であるために、交流用などとして
好適な構造の超電導撚線を製造するための技術開発が進
ぬられている。

このような背景において、Ｎ　ｂｓ　Ｓ　ｎ系の超電導
撚線を製造する方法の一例として、第３図ないし第６図
を基に以下に説明する方法が知られている。

第３図に示すようにＣｕまたはＣｕ合金からなる基地の
内部にＮｂの極細フィラメントを多数分散してなる素線
ｌを作製し、次いてこの素線１の外面に第４図に示すよ
うに純Ｓｎの被覆層２を形成して複合！３を作製する。

次にこの複合線３を第５図に示すように複数本集合して
集合線４を得、この集合線４を複数本揃え、撚線加工し
て第６図に示す撚線５を得る。

そして、この撚線５に拡散熱処理を施し、被覆層２のＳ
ｎを素線ｌの内部に拡散させてＮｂフィラメントと反応
させることでＮ　ｂｓ　Ｓ　ｎ超電導フィラメントを生
成させることができ、Ｎｂ、Ｓｎ超電導撚線を得ること
ができる。

「発明が解決しようとする問題点」 ところが、前記の製造方法においては、複合線３・・か
らなる集合線４を撚線化する場合、複合線３０１本１本
に強い圧縮加圧力が作用するので、Ｓｎからなる被覆層
２どうしが擦れあい、被覆層２の厚さが不均一となった
り、剥離を生じることがあった。このように被覆層２が
不均一になると、拡散熱処理時において、素線ｌの一内
部側にＳｎが不均一に拡散する現象が起こる結果、Ｎｂ
、Ｓｎの生成状態が不均一になって超電導特性の劣化を
引き起こす問題があった。

また、第６図に示す撚線５に拡散熱処理を施した場合、
複合線３の外周部に残留した溶融Ｓｎによって、隣接す
る集合線４どうしが固着されてしまうことがある。

このようにＳｎによって隣接する集合線４どうしが固着
される二とがあると、撚線５に応力か付加された場合な
どにおいて、集合線４どうしが相互に摺動できないため
に、撚線５の可撓性が損なわれる結果、固着部分が応力
集中点となるおそれがあり、機械強度か低下する問題が
あった。

更に、前記超電導撚線を交流用として用いた場合、前記
固着部分に応力が集中すると、応力集中部分の超電導線
に大きな歪が発生し、この部分の超電導特性が劣化する
問題がある。

本発明は前記課題を解決するためになされたもので、機
械強度が高く、撚線を構成する超電導線間の固着かなく
、可撓性に優れるとともに、鍵れた超電導特性を発揮し
、超電導発電機用などの交流用として優れた構造を有す
る化合物系超電導撚線およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。

「課題を解決するための手段」 請求項１に記載した発明は前記課題を解決するために、
金属基地の内部に超電導金属間化合物からなるフィラメ
ントを多数分散してなる超電導線を複数本集合して超電
導導体部を構成し、良導電性の導電体を高融点金属の拡
散防止層で覆って安定化導体を構成するとともに、前記
超電導導体部の周囲を複数本の安定化導体で覆って素線
を構成し、この素線を複数本撚り合わせてなるものであ
る。

請求項２に記載した発明は前記課題を解決するために、
超電導金属間化合物を構成する２種以上の金属元素のう
ち、少なくとも１つの元素からなるフィラメントを金属
基地の内部に分散してなるロンドを用い、前記ロッドの
外周に、前記金属間化合物を構成する２種以上の金属元
素のうち、残りの元素の被覆層を形成して被覆複合線を
作威し、次いでこの被覆複合線を複数本集合して集合素
線を形成する一方、良導電性の導電体を高融点金属から
なる拡散防止層で覆って安定化導体を形成し、前記集合
素線の周囲を複数本の安定化導体で覆った後に撚線加工
するものである。

「作用」 超電導線を集合してなる超電導導体部の周囲に安定化導
体を配置して素線を構成し、この素線を撚線化している
ので、前記安定化導体が超電導線を補強する結果、機械
強度が向上する。また、素線どうしを撚線化した場合、
撚線時に主に擦れ合うのは、素線外周部に設けた安定化
導体どうしであり、素線どうしは安定化導体を介して接
する。

従って熱処理を行った場合、素線どうしが固着されてし
まうことがなくなり、素線の可撓性が損なわれることが
起こらないので、機械強度の低下を起こさない。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

第１図は本発明の方法をＮｂｓεｎ系の交流用超電導撚
線を製造する場合に適用した例について説明するための
もので、この例の方法を実施するには、まず、第１図（
ａ）に示すインサイチュロッド９を作製する。

このインサイチュロッド９を作製するには、所定成分の
Ｃｕ−Ｎ　ｂ合金あるいはＣｕ−Ｎ　ｂ−５ｎ合金など
を溶製してインサイチュインゴットを作成し、このイン
サイチュインゴットを圧延加工、鍛造加工などの塑性加
工で線引することにより作製する。

前記インサイチュインゴットは、ＣｕあるいはＣｕ−Ｓ
ｎ合金などからなる金属基地の内部に、Ｎｂからなる無
数の樹枝状晶が分散された構造をなす加工性の良好なも
のである。このインサイチュインゴットを線引加工する
ことにより、金属基地内に繊維状の無数のＮｂフィラメ
ントが分散配列された構造のインサイチュロッド９を得
ることができる。

次にこのインサイチュロッド９の外周面に電気メツキ法
、あるいは溶融メツキ法などの手段によってＳｎの被覆
層１０を形成して第１図（ｂ）に示す構造の被覆腹合線
ｌ】を形成する。ここで被覆１ｉｌＯを形成する手段は
前記の手段に限定されるものではなく、Ｓｎテープの巻
き付けなどの手段によっても良い。

次いで前記被覆複合線１１を複数本、例えば、７本集合
して第１図（ｃ）に示す集合素線Ｉ２を作成する。

一方、第１図（ｄ）に示すロッド状の良導電性の導電体
１３を用意し、この導電体１３を管体Ｉ４に挿入する。

前記導電体１３は良導電性の純Ｃｕなどからなるもので
あって、管体１４はＴａあるいはＮｂなどからなるもの
である。

前記管体１４に導電体１３を挿入したならば、縮径加工
を施し、第１図（ｅ）に示す安定化導体１５を得る。こ
の安定化導体１５は、内部側の導電体１６を拡散防止層
１７で覆ってなる構成のものである。

前記拡散防止層１７を構成する金属材料は、導電体！６
を構成する純Ｃｕとの間に不要な化合物・などを生じな
い材料であって、”高融点のＴａあるいはＮｂなどの金
属材料からなり、後述する拡散熱処理時に導電体１６に
その外部側から不要な元素が拡散しないようにするため
に設けられる。

なお、前記導電体１６の外方に拡散防止層１７を形成す
る手段として、導電体１３の外方にメツキ処理を施すか
、あるいは、導電体１３の外方に前記材料からなるテー
プあるいは箔などを被せて伸線加工するなどの手段を採
用しても良い。

前述のように集合線１２と安定化導体１５とを作成した
ならば、集合線１２の外周を覆うように複数の安定化導
体１５を添わせて第１図Ｃｆ）に示すような断面構造の
素線Ｉ８を形成する。

続いて前記素線１８を複数本用意して撚線加工を施し、
撚線を得る。この撚線加工において、索線１８の外周部
どうしが擦り合わされて素線１８の外周部が損傷するお
それもあるが、素線１８の外周部には安定化導体１５が
配置されているので、安定化導体■５に多少の損耗が生
じても差し支えない。

撚線を作成したならば、以下に説明する段階的熱処理を
行って第２図に示す超電導撚線２０を得ることができる
。

まず、撚線をＳｎの融点より低い温度であって、Ｓｎの
拡散が進行する１８０〜２２０℃に数時間〜数十時間加
熱する第１熱処理を施す。この第１熱処理によってＳｎ
の溶は落ちを防止しつつＳｎの被覆層２をインサイチュ
ロッドｌの内部に拡散させる。なお、この第１熱処理は
、Ｓｎをインサイチュロッド９側に十分に拡散させて消
失させるまで行うことが好ましい。

第１熱処理が終了したならば、前記撚線を更に３００〜
４５０℃の温度で数時間〜数十時間加熱する第２熱処理
を施す。この第２熱処理によってインサイチュロッド１
の中心部側までＳｎを十分に拡散させるとともに、Ｃｕ
とＳｎの不要な化合物相が生しないようにする。

第２熱処理が終了したならば、前記撚線を更に４５０℃
よりも高い温度、例えば５００〜７５０℃で数十時間〜
数百時間加熱する第３熱処理を施してＮｂフィラメント
とＳｎを反応させ、Ｎｂ、Ｓｎ超電導金属間化合物フィ
ラメントを生成させる。

以上説明した第１〜第３熱処理において、被覆複合線１
１の被覆層ｌＯは周囲の安定化導体１５に接触している
ので、安定化導体１５側にＳｎの拡散を生じることが懸
念されるが、安定化導体Ｉ５の外周部分には拡散防止層
１７が形成され、拡散防止層１７がＳｎの拡散を阻止す
るので、導電体１６がＳｎで汚染されることがない。な
おここで、導電体１６がＳｎによって汚染されると、極
　。

低温に冷却されて通電される場合に導電体１６の電気抵
抗が上昇するので好ましくない。

なおまた、前述のように段階的に第１〜第３熱処理を行
うことなく、５００〜７００℃に数十時間〜数百時間加
熱する１回の熱処理でＮｂ５Ｓｎ超電導フイラメントを
生成させるようにしても差し支えない。

以上の処理によって、被覆複合線１１の内部にＮｂ３Ｓ
ｎ超電導フィラメントを生成させて超電導線１９を形成
し、第２図に示す超電導撚線２０を製造するごとができ
る。

前記超電導撚線２０は、Ｎ　ｂｓ　Ｓ　ｎ超電導金属間
化合物フィラメントが生成された超電導線！９を複数本
集合してなる超電導導体部と、この超電導導体部を覆っ
た複数の安定化導体１５から構成された素線が、複数本
撚り合わされてなるものである。

以上のように製造された超電導撚線２０は、各素線１８
の外周部に安定化導体１５が配置され、撚線時において
素線１８どうしの擦れ合いが生じても安定化導体Ｉ５が
緩衝層として機能するので、素線１８の内側に配置され
ている被覆複合線！Ｉの被覆層１０の損傷程度を最低限
に抑えることができる。このため、撚線化の後に行う拡
散熱処理時においてインサイチュロッド９に被覆層１０
のＳｎが拡散する場合、インサイチュロッド９の内部側
に向けてＳｎが均一に拡散する。従ってインサイチュロ
ッド９の内部にＮｂ５Ｓｎ超電導フイラメントを均一に
生成させることができる。

また、前記構成の超電導撚線は、インサイチュロッド９
から製造された超電導線２１を存し、それらの超電導線
２１を複数本の安定化導体１５で補強した構造になって
いるので、臨界電流特性に優れ、機械歪を受（すても超
電導特性の劣化が少ないなど、機械強度の面でも優れて
いる。

従って前記構造の超電導撚線２０は超電導発電機の界磁
巻線用などの交流用として好適に使用することができる
。

なお、前記の例においては、超電導導体部の超電導線２
１をインサイチュロット９を用いて形成したが、Ｎｂの
芯材にＳｎパイプを被せた複合体を多数本集合して縮径
する操作を複数回行って製造した複合多心線をインサイ
チュロッド９の代用として用いることで超電導線を製造
しても良いのは勿論である。

更に、前記の例においては、本発明方法をＮｂ。

Ｓｎ系の超電導撚線の製造方法に適用した例について説
明したが、本発明の方法をＶ　ｓ　Ｇ　ａ系、Ｎｂ。

Ｇｅ系、Ｎｂ３Ａｌ系などの他の化合物系超電導撚線の
製造方法として適用できることは勿論である。

「実施例」 Ｃｕ−３０ｖｔ％Ｎｂの組成を有するインサイチュイン
ゴットを溶製し、これに鍛造加工と押出加工と線引加工
を施して直径０．１８５ａｓのインサイチュロッドを作
成し、更にその外周面に電気メツキにより厚さ７．５μ
ｍのＳｎメツキ層を被覆して被覆複合線を得、この被覆
複合線を７本集合して集合線を得た。

一方、外径１６ｍｍ、内径１４ｍｍのＴａの管体に、外
径１３．５ａ＋ａの純Ｃｕのロッドを挿入し、全体を縮
径加工して直径０，２■の安定化導体を得た。

次に府記集合線の周囲に前記安定化導体を１２本添わせ
て素線を形成し、この素線を９本用いて平角成形撚りを
行い、厚さｌ、８■−１幅４．５１の矩形断面形状の撚
線を得た。

この撚線にＮｂ５Ｓｎ生成用の拡散熱処理を施して超電
導撚線を得た。

得られた超電導撚線の臨界電流密度を測定したところ、
８Ｔの外部磁場中において、約１７００Ａ／ａｍ”を示
した。

なお、この超電導撚線を構成しているインサイチュロッ
ドからなる超電導導体部において、１本の超電導線の臨
界電流密度は２０００　Ａ／ｍｍ’であるので、約８５
％の特、性が得られたことになる。

また、得られた超電導撚線に曲げ歪を付加したところ、
約２％歪まで特性の劣化は生しなかった。

更に、超電導導体部を構成する各超電導線の密着現象は
生じることがなく、超電導撚線全体は十分な可撓性を有
していた。

「発明の効果」 以上説明したように本発明によれば、超電導線の周囲に
複数の安定化導体が配置されて素線が構成され、この素
線が撚線化されているので、超電導線が安定化導体によ
り補強された構造となっている。このため機械強度が高
く、機械歪を受けても超電導特性の劣化が少ない超電導
撚線を提供することができる。

また、素線を撚線化する場合、素線どうしが擦れ合うが
、素線の外周部に安定化導体を配置しているので、これ
らの安定化導体が緩衝層となってそれらの内部側に設け
られるロッドと被覆層の損傷を少なくできる。よって、
安定化導体の内部側に設ける被覆層の損傷割合が少なく
なるので、拡散熱処理を施した場合、被覆層の元素をロ
ッド側に均一に拡散させることができ、ロブド内に均一
に超電導金属間化合物フィラメントを生成さ仕て超電導
線を得ることができる。

更に、各素線の外周部に高融点金属て被覆した安定化導
体を配置するので、撚線後に熱処理した場合であっても
、素線どうしが固着されることがなくなる。よって超電
導撚線は優れた可撓性を有するので、機械歪が加わる可
能性の高い超電導発電機用などの交流用として好適であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｒ）は本発明方法を説明するための合
線の断面図、第１図（ｄ）は導電体を管体に挿入した状
聾を示す断面図、第１図（ｅ）は安定化導体の断面図、
第１図（ｆ）は素線の断面図、第２図は撚線を示す断面
図、第３図ないし第６図は従来方法を説明するためのも
ので、第３図はインサイチュロッドの断面図、第４図は
被覆複合線の断面図、第５図は集合線の断面図、第６図
は超電導撚線の断面図である。 ９・・・インサイチュロッド、ＩＯ・・・被覆層、！ｌ
・・・被覆複合線、１２・・・集合線、１５・・−安定
化導体、１６・電導体、１７・・拡散防止層、１８・・
素線、１９・・・超電導線、２０・・・超電導撚線。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属基地の内部に超電導金属間化合物からなるフ
   ィラメントを多数分散してなる超電導線を複数本集合し
   て超電導導体部が構成され、良導電性の導電体を高融点
   金属の拡散防止層で覆って安定化導体が構成されるとと
   もに、前記超電導導体部の周囲を複数本の安定化導体で
   覆って素線が構成され、この素線が複数本撚り合わされ
   てなることを特徴とする化合物系超電導撚線。
2. （２）超電導金属間化合物を構成する２種以上の金属元
   素のうち、少なくとも１つの元素からなるフィラメント
   を金属基地の内部に分散してなるロッドを用い、前記ロ
   ッドの外周に、前記金属間化合物を構成する２種以上の
   金属元素のうち、残りの元素の被覆層を形成して被覆複
   合線を作成し、次いでこの被覆複合線を複数本集合して
   集合素線を形成する一方、良導電性の導電体を高融点金
   属からなる拡散防止層で覆って安定化導体を形成し、前
   記集合素線の周囲を複数本の安定化導体で覆った後に撚
   線加工し、その後に拡散熱処理することを特徴とする化
   合物系超電導撚線の製造方法。