JPH0793206B2 - 超電導磁界発生装置，超電導コイル及びその製造法 - Google Patents
超電導磁界発生装置，超電導コイル及びその製造法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電流減衰率の小さい超電導磁界発生装置に係
り、特に改良された超電導線の接続部を有するコイルを
備えた超電導磁界発生装置及びそれに用いるのに適した
コイル、超電導線並びにそのコイルの製造方法と超電導
線の接続方法に関する。
り、特に改良された超電導線の接続部を有するコイルを
備えた超電導磁界発生装置及びそれに用いるのに適した
コイル、超電導線並びにそのコイルの製造方法と超電導
線の接続方法に関する。
本発明の超電導磁界発生装置は、核磁気共鳴画像診断装
置、核融合装置などの種々の分野に利用できる。
置、核融合装置などの種々の分野に利用できる。
接続用超電導線は多数の超電導素線を銅（Cu）やアルミ
ニウム（Al）のような安定化材料中に埋設し所望の外径
まで伸線加工を施したものを集積した超電導フアインマ
ルチ線が使用されている。従来から知られている接続に
はんだ付法，ろう付法，圧接法，溶接法等が試みられて
いるが、いずれも接続部の電気抵抗が大きく、かつ通電
時の発熱量が多くなるので、実用上問題があつた。
ニウム（Al）のような安定化材料中に埋設し所望の外径
まで伸線加工を施したものを集積した超電導フアインマ
ルチ線が使用されている。従来から知られている接続に
はんだ付法，ろう付法，圧接法，溶接法等が試みられて
いるが、いずれも接続部の電気抵抗が大きく、かつ通電
時の発熱量が多くなるので、実用上問題があつた。
超電導ファインマルチ線の接続にはこれを改善するため
特開昭59-16207号に記載のように露出された超電導素線
が相互に重ねられて接続用チユーブ内に収納されると共
に、接続用チユーブを介して押圧することにより電気的
導通状態にする方法が採られている。この接続方法は、
接続すべき超電導線の接続部分の安定化材を除去して露
出させた超電導体フイラメントを、相互に重ねて接続用
のパイプ内に収納すると共にパイプを介して圧着し、収
納された超電導体フイラメントを相互に圧着・接合する
ものである。
特開昭59-16207号に記載のように露出された超電導素線
が相互に重ねられて接続用チユーブ内に収納されると共
に、接続用チユーブを介して押圧することにより電気的
導通状態にする方法が採られている。この接続方法は、
接続すべき超電導線の接続部分の安定化材を除去して露
出させた超電導体フイラメントを、相互に重ねて接続用
のパイプ内に収納すると共にパイプを介して圧着し、収
納された超電導体フイラメントを相互に圧着・接合する
ものである。
しかしながらこの接続方法では、互いに接続しようとす
る超電導体フイラメントは、その外面の重なり合う部分
しか接触せず、高い臨界電流値を確保するのが難しい。
また押圧が一方向からであり、超導電体フイラメントの
接触も十分に行われない問題があつた。
る超電導体フイラメントは、その外面の重なり合う部分
しか接触せず、高い臨界電流値を確保するのが難しい。
また押圧が一方向からであり、超導電体フイラメントの
接触も十分に行われない問題があつた。
更に超電導化フイラメントの充填率を向上させるため特
開昭62-234880号の超電導線の接合方法が提案されてい
る。この方法は露出される芯線のそれぞれに連結用超電
導線の露出された複芯を挾み合せ、挾み合せ部を一体に
金属リングにより覆い、この金属リングを圧着して接合
することを特徴とする。その例は連結用超電導線のフイ
ラメントの先端部を超電導線の各安定化材の端部まで覆
うように延材させ、この延材したフイラメントの先端に
金属リングの端部が位置するようにして圧着している。
この例のように超電導素線（フイラメント）が非常に少
ない場合は、連結用超電導フイラメントを適用すること
は充電率を向上させるために有効である。しかしながら
圧着の押圧が一方向からであり、超電導フイラメント同
士の密着性はまだ十分とは言えなかつた。また圧着した
後の断面積や安定化材の長さ等について検討されておら
ず、接続抵抗値がばらつく問題があり、永久電流超電導
線になつていない欠点があつた。
開昭62-234880号の超電導線の接合方法が提案されてい
る。この方法は露出される芯線のそれぞれに連結用超電
導線の露出された複芯を挾み合せ、挾み合せ部を一体に
金属リングにより覆い、この金属リングを圧着して接合
することを特徴とする。その例は連結用超電導線のフイ
ラメントの先端部を超電導線の各安定化材の端部まで覆
うように延材させ、この延材したフイラメントの先端に
金属リングの端部が位置するようにして圧着している。
この例のように超電導素線（フイラメント）が非常に少
ない場合は、連結用超電導フイラメントを適用すること
は充電率を向上させるために有効である。しかしながら
圧着の押圧が一方向からであり、超電導フイラメント同
士の密着性はまだ十分とは言えなかつた。また圧着した
後の断面積や安定化材の長さ等について検討されておら
ず、接続抵抗値がばらつく問題があり、永久電流超電導
線になつていない欠点があつた。
上記従来技術は超電導素線（フラメント）を安定化材で
押圧する方法並びに接合部の断面積の比や長さについて
考慮されておらず、そのため、真の超電導素線同士の接
続が達成されず、それに伴う永久的な電気特性にも問題
があつた。つまり、超電導素線をからみ合せるのが大き
な狙いであり、超電導素線同士の近接効果や分流損失等
の防止を達成する接続までに至つていない。
押圧する方法並びに接合部の断面積の比や長さについて
考慮されておらず、そのため、真の超電導素線同士の接
続が達成されず、それに伴う永久的な電気特性にも問題
があつた。つまり、超電導素線をからみ合せるのが大き
な狙いであり、超電導素線同士の近接効果や分流損失等
の防止を達成する接続までに至つていない。
本発明の目的は、電流減衰率が著しく小さく長期間安定
した磁界を発生できる超電導磁界発生装置を提供するこ
とであり、さらにその磁界発生装置に使用するのに適し
た超電導コイル及びその製造方法などを提供することで
ある。
した磁界を発生できる超電導磁界発生装置を提供するこ
とであり、さらにその磁界発生装置に使用するのに適し
た超電導コイル及びその製造方法などを提供することで
ある。
上記目的を達成するため、本発明は、安定化材中に複数
の超電導素線が埋設されている超電導線の端部を接続し
て構成された超電導線を巻回して構成されたコイルと、
該コイルの両端に接続された超電導スイッチと、該コイ
ルと超線導スイッチを冷却する手段とを有するものにお
いて、前記接続部分の超電導素線群は該安定化材の中央
部分に密に集合して埋設され、かつ素線間が直接接触
し、素線群の集合体の中央部に安定化材が存在し、それ
らの安定化材と該素線とは密に接合されている超電導磁
界発生装置を提供する。
の超電導素線が埋設されている超電導線の端部を接続し
て構成された超電導線を巻回して構成されたコイルと、
該コイルの両端に接続された超電導スイッチと、該コイ
ルと超線導スイッチを冷却する手段とを有するものにお
いて、前記接続部分の超電導素線群は該安定化材の中央
部分に密に集合して埋設され、かつ素線間が直接接触
し、素線群の集合体の中央部に安定化材が存在し、それ
らの安定化材と該素線とは密に接合されている超電導磁
界発生装置を提供する。
更に本発明は、前記接続部分において超電導素線群と他
の超電導線材群とが該安定化材の中央部分に密に密集し
て埋設され、かつ素線間が直接接触し、素線群の集合体
の通翁部に安定化材が存在し、それらの安定化材と該素
線とは密に接合されている超電導磁界発生装置を提供す
る。
の超電導線材群とが該安定化材の中央部分に密に密集し
て埋設され、かつ素線間が直接接触し、素線群の集合体
の通翁部に安定化材が存在し、それらの安定化材と該素
線とは密に接合されている超電導磁界発生装置を提供す
る。
更に本発明によれば、前記接続部分は10-13Ω以下の接
続抵抗を有し、かつ前記超電導線の臨界電流値の80％以
上の臨界電流値を有する超電導磁界発生装置が提供でき
る。
続抵抗を有し、かつ前記超電導線の臨界電流値の80％以
上の臨界電流値を有する超電導磁界発生装置が提供でき
る。
本発明は、安定化材中に多数の超電導素線が埋設されて
いる超電導線を巻回して構成されたコイル単位のコイル
端において超電導素線同士を接続して所定のコイルター
ンを構成するものにおいて、前記接続部分の超電導素線
群に安定化材中に埋設され、かつその安定化材の中心部
分に密に集合されて素線間が直接接触し、素線群の集合
体の中心部に低抵抗金属材料が存在し、該安定化材と該
金属材料及び該素線は相互に密に接合されていることを
特徴とする超電導コイルを提供するものである。
いる超電導線を巻回して構成されたコイル単位のコイル
端において超電導素線同士を接続して所定のコイルター
ンを構成するものにおいて、前記接続部分の超電導素線
群に安定化材中に埋設され、かつその安定化材の中心部
分に密に集合されて素線間が直接接触し、素線群の集合
体の中心部に低抵抗金属材料が存在し、該安定化材と該
金属材料及び該素線は相互に密に接合されていることを
特徴とする超電導コイルを提供するものである。
このコイルは、前記接続部分の超電導素線群と接続用超
電導線群とが該安定化材中に埋設され、かつその安定化
材の中心部分に密に集合されて素線間が直接接触し、素
線群の集合体の中心部に低抵抗金属材料が存在し、該安
定化材と該金属材料が該素線と相互に密に接合されてい
る超電導コイルであってもよい。そして、この超電導コ
イルは、前記接続部分は10-13Ω以下の接続抵抗を有
し、かつ前記超電導線の臨界電流値の80％以上の臨界電
流値を有する。
電導線群とが該安定化材中に埋設され、かつその安定化
材の中心部分に密に集合されて素線間が直接接触し、素
線群の集合体の中心部に低抵抗金属材料が存在し、該安
定化材と該金属材料が該素線と相互に密に接合されてい
る超電導コイルであってもよい。そして、この超電導コ
イルは、前記接続部分は10-13Ω以下の接続抵抗を有
し、かつ前記超電導線の臨界電流値の80％以上の臨界電
流値を有する。
本発明は、前記接続部分の超電導素線群は安定化材中に
埋設され、かつその安定化材の中央部分に密に集合され
て素線間が直接接触し、素線群の集合体の中央部に低抵
抗金属材料が存在し、該安定化材と該金属材料及び該素
線は相互に密に接合され、前記接続部分は10-13Ω以下
の接続抵抗を有し、かつ前記超電導線の臨界電流値の80
％以上の臨界電流値を有する超電導線を提供するもので
ある。
埋設され、かつその安定化材の中央部分に密に集合され
て素線間が直接接触し、素線群の集合体の中央部に低抵
抗金属材料が存在し、該安定化材と該金属材料及び該素
線は相互に密に接合され、前記接続部分は10-13Ω以下
の接続抵抗を有し、かつ前記超電導線の臨界電流値の80
％以上の臨界電流値を有する超電導線を提供するもので
ある。
そして更に本発明は、超電導線を巻回して所望のターン
を構成すること、該超電導線の端部の超電導素線群を露
出させること、該素線群の中央部に安定化材の芯材を配
置すること、該超電導素線群及び芯材とともに中空部を
有する安定化材の中空部内に挿入すること、中空安定化
材の外周から加圧することにより該露出された超電導素
線を芯材方向に集合させることにより、中央安定化材並
びに芯材を該超電導素線に密に接合すること、超電導コ
イルの製造法を提供する。
を構成すること、該超電導線の端部の超電導素線群を露
出させること、該素線群の中央部に安定化材の芯材を配
置すること、該超電導素線群及び芯材とともに中空部を
有する安定化材の中空部内に挿入すること、中空安定化
材の外周から加圧することにより該露出された超電導素
線を芯材方向に集合させることにより、中央安定化材並
びに芯材を該超電導素線に密に接合すること、超電導コ
イルの製造法を提供する。
この構造方法は、安定化材中に複数の金属超電導素線が
埋設されている超電導線を巻回してコイルを形成する工
程と、該コイルの超電導線の接続端部に露出された金属
超電導素線を他の接続すべき露出された超電導素線群並
びに接続補助材とを、中央部に安定化材からなる芯材を
存在させて、集合する工程と、集合した超電導素線群及
び超電導線端部を中空安定材の中空部内に挿入する工程
と、該中空安定化材の外法から圧力を加えて集合部を塑
性加工し、超電導素線を中央安定化材の中央部分に集積
するとともに、前記芯材及び中空安定化材を前記超電導
素線に密に接合し、かつ前記超電導素線同士を直接接触
させる工程と、を含む超電導線のコイルの製造方法であ
る。
埋設されている超電導線を巻回してコイルを形成する工
程と、該コイルの超電導線の接続端部に露出された金属
超電導素線を他の接続すべき露出された超電導素線群並
びに接続補助材とを、中央部に安定化材からなる芯材を
存在させて、集合する工程と、集合した超電導素線群及
び超電導線端部を中空安定材の中空部内に挿入する工程
と、該中空安定化材の外法から圧力を加えて集合部を塑
性加工し、超電導素線を中央安定化材の中央部分に集積
するとともに、前記芯材及び中空安定化材を前記超電導
素線に密に接合し、かつ前記超電導素線同士を直接接触
させる工程と、を含む超電導線のコイルの製造方法であ
る。
また、安定化材中に複数の金属超電導素線が埋設されて
いる超電導線の接続端部に露出された金属超電導素線他
の超電導線の接続端部の露出素線とを安定化芯材の周り
に集合する工程と、集合した超電導素線群及び超電導線
端部を中空安定化材の中空部内に挿入する工程と、挿入
された集合部を塑性加工し、超電導素線を中空安定化材
の中央部分に集積するとともに、前記芯材及び中空安定
化材を前記超電導素線に接合し、かつ前記超電導素線同
士を直接接触させる工程と、を含む超電導線の接続方法
を提供する。
いる超電導線の接続端部に露出された金属超電導素線他
の超電導線の接続端部の露出素線とを安定化芯材の周り
に集合する工程と、集合した超電導素線群及び超電導線
端部を中空安定化材の中空部内に挿入する工程と、挿入
された集合部を塑性加工し、超電導素線を中空安定化材
の中央部分に集積するとともに、前記芯材及び中空安定
化材を前記超電導素線に接合し、かつ前記超電導素線同
士を直接接触させる工程と、を含む超電導線の接続方法
を提供する。
本発明に係る超電導線は、安定化材料中に複数の金属超
電導素線が埋設されている各単位超電導線の端部で露出
された金属超電導素線同士が接続されてなる超電導線に
おいて、前記接続部分の超電導素線は接続用円筒中空安
定化材の中央部分に集合され、接続用安定化材は超電導
線及び被接続超電導素線と例えば金属接合されているも
のである。
電導素線が埋設されている各単位超電導線の端部で露出
された金属超電導素線同士が接続されてなる超電導線に
おいて、前記接続部分の超電導素線は接続用円筒中空安
定化材の中央部分に集合され、接続用安定化材は超電導
線及び被接続超電導素線と例えば金属接合されているも
のである。
本発明者は超電導素線間の接続抵抗を著しく低下させる
ために、超電導素線をいかにして集合させるかを検討し
た。このため、超電導線に使用されている安定化材料で
接続揺のスリーブを作製し、その中に被接続用の超電導
素線を挿入し、安定化材スリープを押圧するのである。
ことろが、この方法では超電導素線の集合体の充填率は
それほど向上しなかった。
ために、超電導素線をいかにして集合させるかを検討し
た。このため、超電導線に使用されている安定化材料で
接続揺のスリーブを作製し、その中に被接続用の超電導
素線を挿入し、安定化材スリープを押圧するのである。
ことろが、この方法では超電導素線の集合体の充填率は
それほど向上しなかった。
ここで充填率とは、接続部の断面（接続部の超電導素線
の長手方向に直角な面における断面）のうち安定化材の
面積を除いた面積（Ａ）に対する、超電導素線の集合ま
たは超電導素線と接続補助材として用いた超電導素線の
集合の面積（Ｂ）の比であり、面積（Ｂ）は面積（Ａ）
から空間またはボルトを除いたものである。この充填率
が80％以上であると、超電導素線間の接触抵抗が非常に
小さくなり、接続抵抗が小さくなる。とくに充填率が90
％以上であると接続抵抗が極めて小さくなる。
の長手方向に直角な面における断面）のうち安定化材の
面積を除いた面積（Ａ）に対する、超電導素線の集合ま
たは超電導素線と接続補助材として用いた超電導素線の
集合の面積（Ｂ）の比であり、面積（Ｂ）は面積（Ａ）
から空間またはボルトを除いたものである。この充填率
が80％以上であると、超電導素線間の接触抵抗が非常に
小さくなり、接続抵抗が小さくなる。とくに充填率が90
％以上であると接続抵抗が極めて小さくなる。
単に安定化材のスリーブに加工を施しと超電導素線を中
央部に集合させようとしても充填率が向上しない場合
は、安定化材は一般に銅やアルミニウムなどの軟金属で
出来ているため、塑性加工の圧力が超電導素線群を集合
させるように加わらないためと考えられる。そこで本発
明者は、超電導素線群の中央部に低抵抗金属材料、特に
安定化材からなる芯材を配置し、超電導素線群に塑性加
工の力が十分加わるようにしたところ、超電導素線群の
充填率は著しく高まり、超電導素線間の接触が極めて良
くなり、しかも超電導素線群と安定化材とが密に接合し
ていることがわかった。そしてこのようにして得た接合
部を有する超電導線を用いて作製したコイルの特性を測
定したところ、接続部の接続抵抗はおよそ10-13Ω以下
であり、ほとんどの場合10-14Ω以下であって、この接
続部を有する超電導線の臨界電流値は、接続部以外の臨
界電流値の約80％以上である。特筆すべきことは、本発
明の接続方法による接続部は、接続抵抗の変動が著しく
小さいことであり、従来方法による場合、接続抵抗が一
定しなかったが、これを完全に解決出来た。
央部に集合させようとしても充填率が向上しない場合
は、安定化材は一般に銅やアルミニウムなどの軟金属で
出来ているため、塑性加工の圧力が超電導素線群を集合
させるように加わらないためと考えられる。そこで本発
明者は、超電導素線群の中央部に低抵抗金属材料、特に
安定化材からなる芯材を配置し、超電導素線群に塑性加
工の力が十分加わるようにしたところ、超電導素線群の
充填率は著しく高まり、超電導素線間の接触が極めて良
くなり、しかも超電導素線群と安定化材とが密に接合し
ていることがわかった。そしてこのようにして得た接合
部を有する超電導線を用いて作製したコイルの特性を測
定したところ、接続部の接続抵抗はおよそ10-13Ω以下
であり、ほとんどの場合10-14Ω以下であって、この接
続部を有する超電導線の臨界電流値は、接続部以外の臨
界電流値の約80％以上である。特筆すべきことは、本発
明の接続方法による接続部は、接続抵抗の変動が著しく
小さいことであり、従来方法による場合、接続抵抗が一
定しなかったが、これを完全に解決出来た。
塑性加工方法について種々検討した結果、等方圧押圧法
あるいは複数の押圧面を持つ金型を用いた成形法で超電
導素線を集合させるのが非常に優れていることが判明し
た。この成形法によれば、押圧すればする程超電導素線
が安定化材スリーブの中心に向かつて集合するので、そ
の充填率は向上し、また押圧の加圧力を制御することに
よつて超電導素線の充填率をコントロールすることもで
きる。金型を用いて成形する際に超音波などによる振動
を付加してやれば、更に充填率を上げるのに効果があ
る。
あるいは複数の押圧面を持つ金型を用いた成形法で超電
導素線を集合させるのが非常に優れていることが判明し
た。この成形法によれば、押圧すればする程超電導素線
が安定化材スリーブの中心に向かつて集合するので、そ
の充填率は向上し、また押圧の加圧力を制御することに
よつて超電導素線の充填率をコントロールすることもで
きる。金型を用いて成形する際に超音波などによる振動
を付加してやれば、更に充填率を上げるのに効果があ
る。
また露出した超電導素線同士を接続するだけでは、接続
抵抗を小さくし、安定した接続部を作製することはでき
ない。すなわち超電導素線はその周囲の安定化材によつ
て保護され、永久電流回路を作製していることに着目
し、接続部も安定化材との関係を明らかにする必要があ
つた。その１つに被接続超電導素線の集合部分とその周
りの安定化部分との比を求める必要がある。種々検討し
た結果、超電導素線または超電導素線と接続補助材であ
る他の超電導素線の断面積を１とした場合、安定化材の
断面積は10以上、特に30以上にするのが好ましい。
抵抗を小さくし、安定した接続部を作製することはでき
ない。すなわち超電導素線はその周囲の安定化材によつ
て保護され、永久電流回路を作製していることに着目
し、接続部も安定化材との関係を明らかにする必要があ
つた。その１つに被接続超電導素線の集合部分とその周
りの安定化部分との比を求める必要がある。種々検討し
た結果、超電導素線または超電導素線と接続補助材であ
る他の超電導素線の断面積を１とした場合、安定化材の
断面積は10以上、特に30以上にするのが好ましい。
また、接続部分の長さについて検討した。その結果、こ
れは超電導線の接続の良否に関係するが、等方圧押圧方
によれば10mm以上、特に15mm以上の長さの安定化材で包
み込めば良いことが分つた。すなわち、本発明の典型的
な例では、等方圧で塑性加工するか又は複数加圧面を有
する装置で塑性加工し、超電導素線群を押圧し、その周
りの安定化材の断面積を被接続接合補助材を含んだ超導
電素線の断面積１に対して10以上にし、なおかつ接合長
さを15mm以上になるように接続を行うものである。加工
は常温，大気中雰囲気で実施出来、この方法により冷間
金属接合が行えるものである。塑性加工を行なった後、
更に加圧またはプレスして超電導素線間の接触を強くす
るのが良い。
れは超電導線の接続の良否に関係するが、等方圧押圧方
によれば10mm以上、特に15mm以上の長さの安定化材で包
み込めば良いことが分つた。すなわち、本発明の典型的
な例では、等方圧で塑性加工するか又は複数加圧面を有
する装置で塑性加工し、超電導素線群を押圧し、その周
りの安定化材の断面積を被接続接合補助材を含んだ超導
電素線の断面積１に対して10以上にし、なおかつ接合長
さを15mm以上になるように接続を行うものである。加工
は常温，大気中雰囲気で実施出来、この方法により冷間
金属接合が行えるものである。塑性加工を行なった後、
更に加圧またはプレスして超電導素線間の接触を強くす
るのが良い。
ここで、単位超電導線はコイル部分を有するものであつ
てもよいし、単に線状のものであつてもよい。線状のも
のを接合すれば長尺な電線となる。
てもよいし、単に線状のものであつてもよい。線状のも
のを接合すれば長尺な電線となる。
塑性加工で超電導素線同士を安定化材の中心へ集合する
ものであるが、充填率が少なくとも80％以上になつてい
ることと、塑性加工による接続後における超電導素線と
周囲の安定化材との面積比が1:10以上にする。また芯材
の占める面積は、超電導素線または超電導素線と接合補
助材である他の超電導素線（以下、後者の場合も単に超
電導素線と称する）との面積を１とすると、超電導素
線、芯材及び安定化材の面積比をそれぞれ1:0.3−5:10
以上となるように成形する。そして超電導素線（この場
合は接合補助材である他の超電導素線を含まない）の断
面積が合せて１mm2以下、特に0.5mm2以下の場合は、超
電導素線の充填率を向上させるために接続補助材を添加
しても良い。
ものであるが、充填率が少なくとも80％以上になつてい
ることと、塑性加工による接続後における超電導素線と
周囲の安定化材との面積比が1:10以上にする。また芯材
の占める面積は、超電導素線または超電導素線と接合補
助材である他の超電導素線（以下、後者の場合も単に超
電導素線と称する）との面積を１とすると、超電導素
線、芯材及び安定化材の面積比をそれぞれ1:0.3−5:10
以上となるように成形する。そして超電導素線（この場
合は接合補助材である他の超電導素線を含まない）の断
面積が合せて１mm2以下、特に0.5mm2以下の場合は、超
電導素線の充填率を向上させるために接続補助材を添加
しても良い。
接続補助材の材質は被接続超電導線と同じ素線の材質、
すなわちNb-Ti系，Nb3Sn系等、またはCu,Al,Ag等の安定
化材及びPb,Sn,Bi,In等の結合材から選ばれたものを用
いると充填率が向上する。形状は線，粉末，あるいはめ
つき，溶射，イオン注入及び蒸着から選んで適用する。
すなわちNb-Ti系，Nb3Sn系等、またはCu,Al,Ag等の安定
化材及びPb,Sn,Bi,In等の結合材から選ばれたものを用
いると充填率が向上する。形状は線，粉末，あるいはめ
つき，溶射，イオン注入及び蒸着から選んで適用する。
また、接続用安定化材はCu,Al,Au及びAgから選ばれる。
芯材についてはCu,Al,Au,Agから選ばれた単一金属、も
しくはそれらの複合金属、またはPb,Sn,Bi,Inから選ば
れた単一金属もしくはそれらの合金を用いる。
芯材についてはCu,Al,Au,Agから選ばれた単一金属、も
しくはそれらの複合金属、またはPb,Sn,Bi,Inから選ば
れた単一金属もしくはそれらの合金を用いる。
塑性加工法としてCIP（冷間等方圧機）、ロール及び圧
縮機等から選ばれた装置により接続する。その装置は超
電導素線の充填率を80％以上の所定の形状にするための
制御機構を装備するものを用いる。
縮機等から選ばれた装置により接続する。その装置は超
電導素線の充填率を80％以上の所定の形状にするための
制御機構を装備するものを用いる。
本発明に係る磁界発生装置の応用例としては、該融合装
置や核磁気共鳴画像診断装置（MRI）、核磁気共鳴分析
装置（NMR）等がある。
置や核磁気共鳴画像診断装置（MRI）、核磁気共鳴分析
装置（NMR）等がある。
NMRやMRIにおいては、シールドと、該シールドを取り囲
んで設けられた液体ヘリウム槽とこの液体ヘリウム槽内
に配設された超電導磁石とを備え、該超電導磁石のコイ
ルは前記の接続部を有する超電導線よりなるものであ
る。
んで設けられた液体ヘリウム槽とこの液体ヘリウム槽内
に配設された超電導磁石とを備え、該超電導磁石のコイ
ルは前記の接続部を有する超電導線よりなるものであ
る。
本発明に超電導線の接続部分は、金属超電導素線同士が
塑性加工により接続用安定化材の中心部に集まり、素線
の充填率が向上して密に接続されているため、超電導素
線の近接効果が十分に得られる。露出された素線群の中
心部に低電気抵抗金属からなる芯材を差込み、芯材の上
に素線群または素線群と接続助材である超電導素線とを
配置し、その後円筒中空安定化材の中に挿入して外周か
ら等方圧かしめを行うことにより、素線群の充填率は勿
論、素線群の周囲の安定化材との比が調和され、近接効
果も十分得られ、なおかつ接続抵抗損失の非常に小さい
接合状態を用意に達成できる。
塑性加工により接続用安定化材の中心部に集まり、素線
の充填率が向上して密に接続されているため、超電導素
線の近接効果が十分に得られる。露出された素線群の中
心部に低電気抵抗金属からなる芯材を差込み、芯材の上
に素線群または素線群と接続助材である超電導素線とを
配置し、その後円筒中空安定化材の中に挿入して外周か
ら等方圧かしめを行うことにより、素線群の充填率は勿
論、素線群の周囲の安定化材との比が調和され、近接効
果も十分得られ、なおかつ接続抵抗損失の非常に小さい
接合状態を用意に達成できる。
近接効果を十分に達成させるためには素線同士の密着性
を密にする必要がある。安定化材の中空部に素線を挿入
し、２つ割りの金型等を用いて左右から加圧し、その圧
力と充填率の関係を調査した。そして得られた継手の４
端子法により接続抵抗を測定したところ、素線の充填率
が80％以上になつていれば臨界電流値の高い値が得られ
ることが分かつた。より安定した臨界電流値を得たい場
合は充電率を90％以上とするのが良い。
を密にする必要がある。安定化材の中空部に素線を挿入
し、２つ割りの金型等を用いて左右から加圧し、その圧
力と充填率の関係を調査した。そして得られた継手の４
端子法により接続抵抗を測定したところ、素線の充填率
が80％以上になつていれば臨界電流値の高い値が得られ
ることが分かつた。より安定した臨界電流値を得たい場
合は充電率を90％以上とするのが良い。
また接続抵抗損失の少ない継手を得る場合は、素線の充
填率だけでは解決できない。充填率プラス安定化材との
比が重要となる。その理由は接続前の超電導線は素線と
その周囲の安定化材との比を重要視している。本発明に
おいても接続前の超電導線に近づけるために、接続した
素線と周囲の安定化材との面積比を検討した結果、素線
を１とした場合安定化材を10以上にすれば、臨界電流値
の低下はみられなかつた。良好な範囲は30〜50であつ
た。また芯材の面積比は、素線群の面積１に対し、0.3
〜５、特に0.5〜１が好ましい。
填率だけでは解決できない。充填率プラス安定化材との
比が重要となる。その理由は接続前の超電導線は素線と
その周囲の安定化材との比を重要視している。本発明に
おいても接続前の超電導線に近づけるために、接続した
素線と周囲の安定化材との面積比を検討した結果、素線
を１とした場合安定化材を10以上にすれば、臨界電流値
の低下はみられなかつた。良好な範囲は30〜50であつ
た。また芯材の面積比は、素線群の面積１に対し、0.3
〜５、特に0.5〜１が好ましい。
また継手部の長さについても安定した臨界電流を維持で
きる範囲があり、継手長さと臨界電流値との関係を調査
した結果、素線の充填率と関係するが、充填率が80％以
上であれば継手長さは10mmで良好である。更に良好な範
囲は20〜25mmである。
きる範囲があり、継手長さと臨界電流値との関係を調査
した結果、素線の充填率と関係するが、充填率が80％以
上であれば継手長さは10mmで良好である。更に良好な範
囲は20〜25mmである。
また、臨界電流値の小さい超電導線は超電導素線の数が
少ない。素線の数が少ないと素線同士の充填率が向上し
ない。充填率が80％以上を確保できるには接続素線の全
ての断面積が0.3mm2以上，特に0.5mm2以上であることが
望ましい。それ以上のときは、接合補助材例えば露出し
た超電導素線を加えて素線群の充填率を向上させるとよ
い。
少ない。素線の数が少ないと素線同士の充填率が向上し
ない。充填率が80％以上を確保できるには接続素線の全
ての断面積が0.3mm2以上，特に0.5mm2以上であることが
望ましい。それ以上のときは、接合補助材例えば露出し
た超電導素線を加えて素線群の充填率を向上させるとよ
い。
充填率を向上させるための接合補助材や芯材の材料につ
いては前述した通りで、できるだけ高純度の金属が良
く、4Kで超電導特性が得られれば更に良いことになる。
超電導とはならないCu,Al,Au,Ag等は少なくとも99.9
％、以上の高純度である必要がある。他のPb,Sn等の金
属についても99.9％以上の金属が適用される。
いては前述した通りで、できるだけ高純度の金属が良
く、4Kで超電導特性が得られれば更に良いことになる。
超電導とはならないCu,Al,Au,Ag等は少なくとも99.9
％、以上の高純度である必要がある。他のPb,Sn等の金
属についても99.9％以上の金属が適用される。
接合するための装置として冷間等方圧機あるいは２以上
の加圧面を有する加圧装置を用いるのが望ましい。それ
は素線群の中心方向への加圧により素線群の集合と素線
と安定化剤との接合が同時にできるからである。その他
には凹部のロールに挾んで所定の形状に形成させる。ま
た凹部の金属を用いて、圧縮機により円筒型に形成させ
るのもよい。
の加圧面を有する加圧装置を用いるのが望ましい。それ
は素線群の中心方向への加圧により素線群の集合と素線
と安定化剤との接合が同時にできるからである。その他
には凹部のロールに挾んで所定の形状に形成させる。ま
た凹部の金属を用いて、圧縮機により円筒型に形成させ
るのもよい。
以下、本発明の超電導磁界発生装置、コイル、及びその
製造方法について図面を用いて詳細に説明する。
製造方法について図面を用いて詳細に説明する。
本発明を適用する超電導磁界発生装置の基本的な構造及
びその回路構成をそれぞれ第１図及び第２図に示す。第
１図において、複数の超電導コイル単位１は隣接するコ
イルと接続部２で接続され所定のコイルターンを形成す
る。
びその回路構成をそれぞれ第１図及び第２図に示す。第
１図において、複数の超電導コイル単位１は隣接するコ
イルと接続部２で接続され所定のコイルターンを形成す
る。
コイルはヘリウムタンク３中に封入され、4Kに冷却され
る。ヘリウムタンク３は断熱真空容器４により取り囲ま
れ、断熱真空容器４には真空排気口６が取付けられてい
る。ヘリウムタンク２に液体ヘリウムを供給する注入管
10、装置の保守点検を行うためのサービスポート11、電
源に接続するパワーリード９、及び安全のための破壊板
８が設けられている。第１図は円筒型超電導磁界発生装
置の中心軸に沿った断面の1/2を示す。
る。ヘリウムタンク３は断熱真空容器４により取り囲ま
れ、断熱真空容器４には真空排気口６が取付けられてい
る。ヘリウムタンク２に液体ヘリウムを供給する注入管
10、装置の保守点検を行うためのサービスポート11、電
源に接続するパワーリード９、及び安全のための破壊板
８が設けられている。第１図は円筒型超電導磁界発生装
置の中心軸に沿った断面の1/2を示す。
第２図は超電導コイルの電気回路を示し、超電導コイル
はコイル単位C1R,C2R,C3R,C1L,C2L,C3Lと隣接するコイ
ル端部を接続する接続部〜と超電導スイッチPCSと
から構成される。
はコイル単位C1R,C2R,C3R,C1L,C2L,C3Lと隣接するコイ
ル端部を接続する接続部〜と超電導スイッチPCSと
から構成される。
これらの接続部の構造は、第３図及び第４図に断面斜視
図で示されている。第３図において、超電導線22、22′
の端部を60％HNO3に浸漬し、その部分の安定加材20を除
去し超電導素線16を露出した。第３図に示す例は、露出
した超電導素線16と、別に準備した接続補助材として超
電導素線14を組合せたものである。また、超電導素線1
4,16の中央部には芯材として挿入した安定加材18があ
る。
図で示されている。第３図において、超電導線22、22′
の端部を60％HNO3に浸漬し、その部分の安定加材20を除
去し超電導素線16を露出した。第３図に示す例は、露出
した超電導素線16と、別に準備した接続補助材として超
電導素線14を組合せたものである。また、超電導素線1
4,16の中央部には芯材として挿入した安定加材18があ
る。
第４図に示す例は、超電導素線16のみで、線接続用安定
加材を組合せていない。即ち、超電導素線群の断面積が
0.3mm2以上、特に0.5mm2以上有る場合には、超電導素線
のみで接続を行える。
加材を組合せていない。即ち、超電導素線群の断面積が
0.3mm2以上、特に0.5mm2以上有る場合には、超電導素線
のみで接続を行える。
第５図は本発明の接続方法を示すフロー図である。
（ａ）において、Nb-Ti系の金属超電導線などの超電導
線31,32の接合端部を前述のように処理して超電導素線
（フィラメント）33を露出し、その集合の中心部に純銅
の板（例えば0.2mm厚さ×1.5mm×25mm長さ）を挿入し、
また別途準備しておいた、連結線（超電導線）35で連結
された接続補助材としての超電導素線34を前記集合部を
取り囲むようにかぶせる。これにより（ｃ）に示すアッ
センプリが構成される。このアッセンプリに銅スリーブ
を被せ、（ｄ）に示すアッセンブリを組み立てる。次に
銅スリーブの外周から、金型等を用いて加圧し塑性加工
を施し、超電導素線33,34を芯材である銅板の方向に集
合させ、かつ（ｅ）に示すように、銅スリーブ、超電導
素線、接合補助用超電導素線及び芯材鋼板をそれぞれ密
着させる。特に超電導素線同士を直接密に接触させかつ
充填率を80％以上にすることにより、接続抵抗を著しく
小さくできる。
線31,32の接合端部を前述のように処理して超電導素線
（フィラメント）33を露出し、その集合の中心部に純銅
の板（例えば0.2mm厚さ×1.5mm×25mm長さ）を挿入し、
また別途準備しておいた、連結線（超電導線）35で連結
された接続補助材としての超電導素線34を前記集合部を
取り囲むようにかぶせる。これにより（ｃ）に示すアッ
センプリが構成される。このアッセンプリに銅スリーブ
を被せ、（ｄ）に示すアッセンブリを組み立てる。次に
銅スリーブの外周から、金型等を用いて加圧し塑性加工
を施し、超電導素線33,34を芯材である銅板の方向に集
合させ、かつ（ｅ）に示すように、銅スリーブ、超電導
素線、接合補助用超電導素線及び芯材鋼板をそれぞれ密
着させる。特に超電導素線同士を直接密に接触させかつ
充填率を80％以上にすることにより、接続抵抗を著しく
小さくできる。
さらに接合状態を良好にするために、例えば得られた接
続部に上下２方向からプレスして（ｆ）に示すように塑
性加工すれば、素線の充填率、安定化材と素線との密着
性を一層向上することが出来る。なお、接合作業が終わ
ったら、必要に応じ連結線を切り落す。
続部に上下２方向からプレスして（ｆ）に示すように塑
性加工すれば、素線の充填率、安定化材と素線との密着
性を一層向上することが出来る。なお、接合作業が終わ
ったら、必要に応じ連結線を切り落す。
以上のようにして接合した後の中央部の断面を観察する
と、超電導素線と接合用超電導素線が芯材の外周上に交
互に密着して充填率を増している。
と、超電導素線と接合用超電導素線が芯材の外周上に交
互に密着して充填率を増している。
塑性加工は等方圧かしめにより行なってもよいし、複数
の加圧面を持つ金型で行ってもよい。接合処理を常温で
行うと接合前の素線の洗浄度と合まつて素線同士が金属
接合され、それに伴つて互いに近接効果を有する。
の加圧面を持つ金型で行ってもよい。接合処理を常温で
行うと接合前の素線の洗浄度と合まつて素線同士が金属
接合され、それに伴つて互いに近接効果を有する。
第６図及び第７図は他の実施例を示す断面図で、第６図
（ａ）は超電導線を同軸に接続する場合の、長手方向の
断面図、（ｂ）は軸に直角の面における断面図である。
この接合部の製造法は前述の製造法と基本的に同じであ
る。
（ａ）は超電導線を同軸に接続する場合の、長手方向の
断面図、（ｂ）は軸に直角の面における断面図である。
この接合部の製造法は前述の製造法と基本的に同じであ
る。
第７図（ａ）は芯材として中空の銅パイプを挿入した場
合の、長手方向の断面図、（ｂ）は軸に直角の面におけ
る断面図である。この場合は、銅パイプにステンレス棒
を挿入しておくか、銅棒をを用いて前述の方法で接合し
た後、銅棒に中心にドリルで穴をあける。このようにし
て液体ヘリウムで接合部を良く冷却できたので、臨界電
流値の大きい接続部が得られ。
合の、長手方向の断面図、（ｂ）は軸に直角の面におけ
る断面図である。この場合は、銅パイプにステンレス棒
を挿入しておくか、銅棒をを用いて前述の方法で接合し
た後、銅棒に中心にドリルで穴をあける。このようにし
て液体ヘリウムで接合部を良く冷却できたので、臨界電
流値の大きい接続部が得られ。
〈実施例１〉 以下の実施例を第５図を用いて説明する。
Nb-Ti系超電導線31,32に直径1.0mmのものを選んだ。そ
の１本の断面には24本の金属超電導素線33（直径75μ
ｍ）が安定化銅中に埋込まれている。接合すべき端部の
金属超電導素線を露出させるために硝酸中に約30mm浸漬
し、安定化銅を除去し金属超電導素線を露出したあと水
洗した。
の１本の断面には24本の金属超電導素線33（直径75μ
ｍ）が安定化銅中に埋込まれている。接合すべき端部の
金属超電導素線を露出させるために硝酸中に約30mm浸漬
し、安定化銅を除去し金属超電導素線を露出したあと水
洗した。
一方、超電導素線の接合断面積の合計が0.2mm2と小さい
ため、超電導素線と同じNb-Ti系の接合補助材34を予め
準備し、接合素線を包み込むようにした。接合補助材34
も予め硝酸で安定化銅を除去し、素線を露出させたもの
で、直径35μｍの1060本（断面積約1.0mm2）を用いた。
第５図（ｃ）に示すよう厚さ0.2mm,幅1.5mm,長さ25mmの
純銅（無酸素銅）を芯材として素線の中央部に挿入し
た。更に予め作っておいた接合補助用素線34を素線群33
の周りに被せた。次いで第５図（ｄ）に示すように、直
径9.0mm,内径2.2mm,長さ25mmの安定化銅の中空部に挿入
し、金型に設置し、圧縮機により加圧して成型した。更
に安定化銅スリーブの上下から塑性加工を施し7.2〜6.8
mmの仕上がり寸法を持つ接続部を得た。得られた接続部
の素線の充填率は約90％であった。
ため、超電導素線と同じNb-Ti系の接合補助材34を予め
準備し、接合素線を包み込むようにした。接合補助材34
も予め硝酸で安定化銅を除去し、素線を露出させたもの
で、直径35μｍの1060本（断面積約1.0mm2）を用いた。
第５図（ｃ）に示すよう厚さ0.2mm,幅1.5mm,長さ25mmの
純銅（無酸素銅）を芯材として素線の中央部に挿入し
た。更に予め作っておいた接合補助用素線34を素線群33
の周りに被せた。次いで第５図（ｄ）に示すように、直
径9.0mm,内径2.2mm,長さ25mmの安定化銅の中空部に挿入
し、金型に設置し、圧縮機により加圧して成型した。更
に安定化銅スリーブの上下から塑性加工を施し7.2〜6.8
mmの仕上がり寸法を持つ接続部を得た。得られた接続部
の素線の充填率は約90％であった。
また接合後の素線と芯材と安定化材の断面積比はほぼ1:
0.8:36である。接合後の中央部の断面図を第５図（ｆ）
に示す。
0.8:36である。接合後の中央部の断面図を第５図（ｆ）
に示す。
〈実施例２〉 Nb-Ti系の超電導線31及び32、素線の数等は実施例１と
同じ材料を用い、金属超電導素線の露出法も同様に処理
した。実施例１と同様に、素線群の中心に無酸素銅棒、
直径1.0mm,長さ30mmを入れ、接合補助材は芯棒11を入れ
るため実施例１の半分：直径35μｍの530本（断面積約
0.5mm2）を用いて芯棒の周りに配置した素線を包み込ん
だ。そして円筒中空安定化材・無酸素銅，外径9.0mm,内
径2.2mmの中空部に第５図（ｄ）に示すように挿入し
た。その後実施例１と同様金型で接合部の中心方向に加
圧、成型し、更に上下２方向に加圧して第５図（ｆ）の
接続部を得た。仕上り寸法は外径7.3〜7.0mmであった。
この実施例では接合すべき超電導線の素線の断面積が0.
5mm2であり、接合補助材を使わなくともよいと考えられ
たので、素線のみを用いた。得たれた接続部の素線の充
填率は約90％で十分実用に耐えるものであった。
同じ材料を用い、金属超電導素線の露出法も同様に処理
した。実施例１と同様に、素線群の中心に無酸素銅棒、
直径1.0mm,長さ30mmを入れ、接合補助材は芯棒11を入れ
るため実施例１の半分：直径35μｍの530本（断面積約
0.5mm2）を用いて芯棒の周りに配置した素線を包み込ん
だ。そして円筒中空安定化材・無酸素銅，外径9.0mm,内
径2.2mmの中空部に第５図（ｄ）に示すように挿入し
た。その後実施例１と同様金型で接合部の中心方向に加
圧、成型し、更に上下２方向に加圧して第５図（ｆ）の
接続部を得た。仕上り寸法は外径7.3〜7.0mmであった。
この実施例では接合すべき超電導線の素線の断面積が0.
5mm2であり、接合補助材を使わなくともよいと考えられ
たので、素線のみを用いた。得たれた接続部の素線の充
填率は約90％で十分実用に耐えるものであった。
また接合後の素線と芯材と安定化材の断面積の比は約1:
0.5:55である。
0.5:55である。
〈実施例３〉 Nd-Ti系超電導線31及び32に直接1.7mmのものを選んだ。
１本の断面には金属超電導素線3,直径35μm,1060本安定
化銅４中に埋込まれている。接合部分の金属超電導素線
を露出させるために硝酸で約30mm安定化銅を除去し、水
洗した。この素線の合計断面積は1.0mm2であるので接合
補助材は使用しなかつた。臨界電流値を更に良くするた
めに、実施例２と同様直径1.0mm,長さ30mmの無酸素銅棒
を入れた。それを円筒中空安定化材の無酸素銅，外径9.
0mm,内径2.2mmの中空部に挿入した。その後冷間塑性加
工を金型を用いて行なった。仕上り外径寸法は7.0〜8.5
mmであった。このようにして接合した素線と芯材と安定
化材の断面積の比は約1:1:54であった。
１本の断面には金属超電導素線3,直径35μm,1060本安定
化銅４中に埋込まれている。接合部分の金属超電導素線
を露出させるために硝酸で約30mm安定化銅を除去し、水
洗した。この素線の合計断面積は1.0mm2であるので接合
補助材は使用しなかつた。臨界電流値を更に良くするた
めに、実施例２と同様直径1.0mm,長さ30mmの無酸素銅棒
を入れた。それを円筒中空安定化材の無酸素銅，外径9.
0mm,内径2.2mmの中空部に挿入した。その後冷間塑性加
工を金型を用いて行なった。仕上り外径寸法は7.0〜8.5
mmであった。このようにして接合した素線と芯材と安定
化材の断面積の比は約1:1:54であった。
〈比較例１〉 実施例１と同じ超電導線31及び32を接合部分の安定化材
を除去して素線を25mm露出させた。この方法は第５図
（ｂ）に示すように露出された超電導素線33が互いに重
ねられて接続用銅スリーブ内に収納すると共に、接続用
銅スリーブを介して一方向から押圧することにより、収
納された超電導素線33が相互に圧着されて接合されるも
のである。得られた接続部の超電導素線の充填率は約60
％であった。
を除去して素線を25mm露出させた。この方法は第５図
（ｂ）に示すように露出された超電導素線33が互いに重
ねられて接続用銅スリーブ内に収納すると共に、接続用
銅スリーブを介して一方向から押圧することにより、収
納された超電導素線33が相互に圧着されて接合されるも
のである。得られた接続部の超電導素線の充填率は約60
％であった。
〈比較例２〉 実施例１と同じNb-Ti系超電導線31,32に直径1.0mmのも
のを選び、他の条件も実施例１と同様である。実施例１
と異なる点は押圧の方法と芯材が入つていないものであ
り、一方向から圧縮機により圧着した。すなわち接合後
の中央部の断面図は一方向加圧のため得られた接合部の
断面は長方形で、素線の充填率は70％であった。とな
る。
のを選び、他の条件も実施例１と同様である。実施例１
と異なる点は押圧の方法と芯材が入つていないものであ
り、一方向から圧縮機により圧着した。すなわち接合後
の中央部の断面図は一方向加圧のため得られた接合部の
断面は長方形で、素線の充填率は70％であった。とな
る。
以上の実施例及び比較例で接合、接続した接合体につい
て液体He中で無磁界（OT）及び磁界中（I.OT）のときの
臨界電流値を測定した。その結果を第８図に示す。測定
はホルダーをＵ型とし、電圧端子間距離を15mmで測定し
た。第８図からわかるように本発明の実施例において臨
界電流値は夫々異なるが、それは製造法や超電導素線の
違いからくるものである。また同じ実施例の中でもばら
つきが若干見られるが、これは接続用安定化銅の仕上り
外径の寸法を種々変えて測定したことによる。いずれに
しても比較例と比べていずれも臨界電流は高く、またば
らつきの程度も小さい。これらの結果から本発明の超電
導線が著しく優れていることが分る。
て液体He中で無磁界（OT）及び磁界中（I.OT）のときの
臨界電流値を測定した。その結果を第８図に示す。測定
はホルダーをＵ型とし、電圧端子間距離を15mmで測定し
た。第８図からわかるように本発明の実施例において臨
界電流値は夫々異なるが、それは製造法や超電導素線の
違いからくるものである。また同じ実施例の中でもばら
つきが若干見られるが、これは接続用安定化銅の仕上り
外径の寸法を種々変えて測定したことによる。いずれに
しても比較例と比べていずれも臨界電流は高く、またば
らつきの程度も小さい。これらの結果から本発明の超電
導線が著しく優れていることが分る。
また、継手の永久電流スイツチを設置した永久電流回路
を作成し、接続部の減衰試験を行つた。結果を第９図に
示す。第９図から実施例の中でも電流の減衰がほとんど
みられないのは実施例1,2及び３である。実施例１〜３
は永久電流モードを示していることから、本発明の目標
を達成している。
を作成し、接続部の減衰試験を行つた。結果を第９図に
示す。第９図から実施例の中でも電流の減衰がほとんど
みられないのは実施例1,2及び３である。実施例１〜３
は永久電流モードを示していることから、本発明の目標
を達成している。
永久電流回路の一定時間後のループ電流Ｉ（ｔ）は次の
式で求められる。
式で求められる。
ここでI0は初期ループ電流値（Ａ），τは回路の減衰時
定数、ｔは時間である。τは次の式で求められる。
定数、ｔは時間である。τは次の式で求められる。
（ここでＲは回路抵抗,Lはインダクタンスである。） 永久電流回路の減衰時定数を実数で測定した。実験に用
いられた回路は、よく知られた回路で、超電導コイル
と、それに電流を供給する電源と、その電源に対し並列
でコイルに直列に接続された永久電流スイツチと、電源
と超電導コイルとをオン・オフする電源スイツチからな
る。初めに、電源から4Kに冷却された超電導コイルに電
流を流し、超電導状態が形成されたら永久電流スイツチ
をオンし、電源スイツチを切る。この段階でI0を測り、
減衰時定数を測定する。Ｌ＝0.5μH,τ＝５×107秒の場
合は、Ｒは10-14Ωであつた。又、Ｌ＝10H,τ＝1014秒
の場合は、Ｒは10-13Ωであつて、非常に小さい値であ
つた。それに対し比較例１は減衰が大きく、接続が良く
ない状態であることがわかる。比較例２は初期の電流は
可成り良いが、時間の経過とともに電流値はわずかなが
ら低下していく。これは接続部にわずかに抵抗があるこ
とを表わしている。この継手の減衰試験においても本発
明の超電導線が優れていることが明らかである。また接
合部の断面部を観察したところ、本発明のものはほぼ円
形であり、接続用円筒中空安定化材を介して超電導線と
超電導素線が近接されて良好に金属接合されていた。
いられた回路は、よく知られた回路で、超電導コイル
と、それに電流を供給する電源と、その電源に対し並列
でコイルに直列に接続された永久電流スイツチと、電源
と超電導コイルとをオン・オフする電源スイツチからな
る。初めに、電源から4Kに冷却された超電導コイルに電
流を流し、超電導状態が形成されたら永久電流スイツチ
をオンし、電源スイツチを切る。この段階でI0を測り、
減衰時定数を測定する。Ｌ＝0.5μH,τ＝５×107秒の場
合は、Ｒは10-14Ωであつた。又、Ｌ＝10H,τ＝1014秒
の場合は、Ｒは10-13Ωであつて、非常に小さい値であ
つた。それに対し比較例１は減衰が大きく、接続が良く
ない状態であることがわかる。比較例２は初期の電流は
可成り良いが、時間の経過とともに電流値はわずかなが
ら低下していく。これは接続部にわずかに抵抗があるこ
とを表わしている。この継手の減衰試験においても本発
明の超電導線が優れていることが明らかである。また接
合部の断面部を観察したところ、本発明のものはほぼ円
形であり、接続用円筒中空安定化材を介して超電導線と
超電導素線が近接されて良好に金属接合されていた。
以上種々の接合例を上げたが、いずれも接続用円筒中空
安定化材を介して、超電導線、超電導素線あるいは芯材
と金属接合しており、接続抵抗の著しく小さい超電導線
が得られる。
安定化材を介して、超電導線、超電導素線あるいは芯材
と金属接合しており、接続抵抗の著しく小さい超電導線
が得られる。
その他接続用円筒中空安定化材としてはアルミニウム，
金及び銀等も適用可能であり、また芯棒としてはアルミ
ニウム,Pb-Sn系,In,Bi系等も適用できる。また装置とし
てはロール機、冷間等方圧機等の接続用円筒中空安定化
材の外周から等方的又は他方向から中心に向って加圧で
きるものであれば本発明は達成できる。
金及び銀等も適用可能であり、また芯棒としてはアルミ
ニウム,Pb-Sn系,In,Bi系等も適用できる。また装置とし
てはロール機、冷間等方圧機等の接続用円筒中空安定化
材の外周から等方的又は他方向から中心に向って加圧で
きるものであれば本発明は達成できる。
本発明に係る超電導時間発生装置によれば、超電導線の
接続部の接続抵抗が非常に小さく、臨界電流値も大きい
ので長時間安定した磁界を発生することができる。
接続部の接続抵抗が非常に小さく、臨界電流値も大きい
ので長時間安定した磁界を発生することができる。
本発明は各種電磁石,NMR,MRIあるいは核融合用マグネッ
トなどに適用することが出来る。
トなどに適用することが出来る。
第１図は本発明に係る超電導磁界発生装置の構成を示す
一部断面図、第２図は超電導コイルの構成を示す回路
図、第３図及び第４図は本発明による超電導線の接続部
の構造を示す斜視図、第５図は本発明の超電導線の接続
方法示す工程図、第６図及び第７図は本発明の異なる実
施例を示す要部断面図、第８図は本発明による接続部及
び比較例による接続部の臨界電流特性を示すグラフ、第
９図は本発明による接続部及び比較例による接続部のル
ープ電流の減衰特性を示すグラフである。 22,22′,31,32……超電導線、16,33……金属超電導素
線、20……安定化材、18……芯材、34……接合補助材、
一部断面図、第２図は超電導コイルの構成を示す回路
図、第３図及び第４図は本発明による超電導線の接続部
の構造を示す斜視図、第５図は本発明の超電導線の接続
方法示す工程図、第６図及び第７図は本発明の異なる実
施例を示す要部断面図、第８図は本発明による接続部及
び比較例による接続部の臨界電流特性を示すグラフ、第
９図は本発明による接続部及び比較例による接続部のル
ープ電流の減衰特性を示すグラフである。 22,22′,31,32……超電導線、16,33……金属超電導素
線、20……安定化材、18……芯材、34……接合補助材、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｇ２１Ｂ 1/00 Ｅ 9014−2Ｇ 8825−4Ｃ Ａ６１Ｂ 5/05 ３３１ (72)発明者 坂本 征彦 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 滝沢 照広 東京都千代田区神田駿河台４丁目６番地 株式会社日立製作所内 (72)発明者 山際 威 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭64−22009（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−241271（ＪＰ，Ａ) 特公 昭61−12351（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (13)
- 【請求項１】安定化材中に複数の超電導素線が埋設され
ている超電導線同士の端部を互いに接続して構成された
超電導線を巻回して構成されたコイルと、該コイルの両
端に接続された超電導スイッチと、該コイルと超電導ス
イッチを冷却する手段とを有するものにおいて、前記接
続部分の超電導素線群は該安定化材が除去されて密に集
合して埋設され、かつ素線間が直接接触し、前記接続部
分の前記安定化材が除去された部分の前記素線群の集合
体の中央部に、棒状またはパイプ状の安定化材からなる
芯材が埋込まれ、前記接続部の外周部が安定化材からな
る円筒体によって該芯材及び該素線とともに互いに密接
に接合されていることを特徴とする超電導磁界発生装
置。 - 【請求項２】安定化材中に複数の超電導素線が埋設され
ている超電導線同士の端部を互いに接続して構成された
超電導線を巻回して構成されたコイルと、該コイルの両
端に接続された超電導スイッチと、該コイルと超電導ス
イッチを冷却する手段とを有するものにおいて、前記接
続部分において超電導素線群と他の超電導素線群とが該
安定化材が除去されて密に集合して埋設され、かつ素線
間が直接接触し、前記接続部分の前記安定化材が除去さ
れた部分の前記素線群の集合体の中央部に、棒状または
パイプ状の安定化材からなる芯材が埋込まれ、前記接続
部の外周部が安定化材からなる円筒体によって該芯材及
び該素線とともに互いに密接に接合されていることを特
徴とする超電導磁界発生装置。 - 【請求項３】安定化材中に複数の超電導素線が埋設され
ている超電導線同士の端部を互いに接続して構成された
超電導線を巻回して構成されたコイルと、該コイルの両
端に接続された超電導スイッチと、該コイルと超電導ス
イッチを冷却する手段とを有するものにおいて、前記接
続部分の前記超電導素線の充填率が90％以上、接続抵抗
は10-13Ω以下であり、かつ前記超電導線の臨界電流値
の80％以上の臨界電流値を有することを特徴とする超電
導磁界発生装置。 - 【請求項４】安定化材中に多数の超電導素線が埋設され
ている超電導線を巻回して構成されたコイル単位のコイ
ル端において超電導素線同士を接続して所定のコイルタ
ーンを構成するものにおいて、前記接続部分の超電導素
線群は前記超電導素線が埋め込まれた安定化材が除去さ
れて密に集合されて素線間が直接接触し、前記接続部分
の前記安定化材が除去された部分の前記素線群の集合体
の中央部に、棒状またはパイプ状の低抵抗金属材料から
なる芯材が埋込まれ、前記接続部の外周部が安定化材か
らなる円筒体によって該芯材及び該素線とともに互いに
密接に接合されていることを特徴とする超電導コイル。 - 【請求項５】安定化材中に複数の超電導素線が埋設され
ている超電導線を巻回して構成されたコイル単位のコイ
ル端において超電導素線同士を接続して所定のコイルタ
ーンを構成するものにおいて、前記接続部分の超電導素
線群と接続用超電導素線群とが前記超電導素線が埋め込
まれた安定化材が除去されて密に集合されて素線間が直
接接触し、前記接続部分の前記安定化材が除去された部
分の前記素線群の集合体の中央部に、棒状またはパイプ
状の低抵抗金属材料からなる芯材が埋込まれ、前記接続
部の外周部が安定化材からなる円筒体によって該芯材及
び該素線とともに互いに密接に接合されていることを特
徴とする超電導コイル。 - 【請求項６】安定化材中に多数の超電導素線が埋設され
ている超電導線の端部と他の超電導線の端部とを接続し
て構成された超電導線を巻回して形成された超電導コイ
ルにおいて、前記接続部分の前記超電導素線の充填率が
90％以上、接続抵抗は10-13Ω以下であり、かつ前記超
電導線の臨界電流値の80％以上の臨界電流値を有するこ
とを特徴とする超電導コイル。 - 【請求項７】安定化材中に複数の超電導素線が埋設さ
れ、その端部の超電導素線が他の超電導線端部の素線と
接続されたものにおいて、前記接続部分の前記超電導素
線が埋め込まれた安定化材が除去されて密に集合されて
素線間が直接接触し、前記接続部分の前記安定化材が除
去された部分の前記素線群の集合体の中央部に、棒状ま
たはパイプ状の低抵抗金属材料からなる芯材が埋込ま
れ、前記接続部の外周部が安定化材からなる円筒体によ
って該芯材及び該素線ともに互いに密接に接合され、前
記接続部分は10-13Ω以下の接続抵抗を有し、かつ前記
超電導線の臨界電流値の80％以上の臨界電流値を有する
ことを特徴とする超電導線。 - 【請求項８】超電導線を巻回して所望のターンを構成す
ること、該超電導線の端部の超電導素線が埋め込まれた
安定化材を除去し超電導素線群を露出させること、 前記接続部分の前記安定化材が除去された部分の前記該
素線群の中央部に、棒状またはパイプ状の安定化材から
なる芯材を配置すること、 該超電導素線群及び芯材とともに中空部を有する安定化
材の中空部内に挿入すること、 中空安定化材の外周から加圧することにより該露出され
た超電導素線を芯材方向に集合させることにより、中空
安定化材並びに芯材を該超電導素線に密に接合するとと
もに該素線同士を密に接触させること、 を特徴とする超電導コイルの製造法。 - 【請求項９】安定化材中に複数の金属超電導素線が埋設
されている超電導線を巻回してコイルを形成する工程
と、 該コイルの超電導線の接続端部の前記金属超電導線が埋
め込まれている安定化材を除去し、露出された金属超電
導素線を他の接続すべき露出された超電導素線群並びに
接続補助材とを、前記接続部分の前記安定化材が除去さ
れた部分の前記素線群の集合体の中央部に、棒状または
パイプ状の安定化材からなる芯材を存在させて、集合す
る工程と、 集合した超電導素線群及び超電導線端部を中空安定化材
の中空部内に挿入する工程と、 該中空安定化材の外方から圧力を加えて集合部を塑性加
工し、超電導素線を中空安定化材の中央部分に集積する
とともに、前記芯材及び中空安定化材を前記超電導素線
に密に接合し、かつ前記超電導素線同士を直接接触させ
る工程と、を含む超電導線のコイルの製造方法。 - 【請求項１０】安定化材中に複数の金属超電導素線が埋
設されている超電導線の接続端部の前記金属超電導素線
が埋め込まれている安定化材を除去し、露出された金属
超電導素線と他の超電導線の接続端部の露出素線とを、
前記接続部分の超電導素線群の集合体の中央部の棒状ま
たはパイプ状の安定化材からなる芯材の周りに集合する
工程と、 集合した超電導素線群及び超電導線端部を中空安定化材
の中空部内に挿入する工程と、 挿入された集合部を塑性加工し、超電導素線を中空安定
化材の中央部分に集積するとともに、前記芯材及び中空
安定化材を前記超電導素線に密に接合し、かつ前記超電
導素線同士を直接接触させる工程と、 を含む超電導線の接続方法。 - 【請求項１１】請求項10において、該接続補助材は該素
線と同じ材質の超電導素線材または安定化材及び結合材
から選ばれたものであることを特徴とする超電導線の接
続方法。 - 【請求項１２】請求項10において、該接続補助材が線材
または粉末であることを特徴とする超電導線の接続方
法。 - 【請求項１３】請求項10において、該芯材がCu,Al,Au,A
g,それらの合金金属のいずれかであることを特徴とする
超電導線の接続方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2049294A JPH0793206B2 (ja) | 1990-03-02 | 1990-03-02 | 超電導磁界発生装置，超電導コイル及びその製造法 |
| US07/663,471 US5231366A (en) | 1990-03-02 | 1991-03-04 | Superconducting magnetic field generating apparatus and method of producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2049294A JPH0793206B2 (ja) | 1990-03-02 | 1990-03-02 | 超電導磁界発生装置，超電導コイル及びその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03253007A JPH03253007A (ja) | 1991-11-12 |
| JPH0793206B2 true JPH0793206B2 (ja) | 1995-10-09 |
Family
ID=12826898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2049294A Expired - Fee Related JPH0793206B2 (ja) | 1990-03-02 | 1990-03-02 | 超電導磁界発生装置，超電導コイル及びその製造法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5231366A (ja) |
| JP (1) | JPH0793206B2 (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5410288A (en) * | 1993-01-04 | 1995-04-25 | General Electric Company | Persistent superconducting switch for a superconducting magnet for imaging human limbs |
| US5661114A (en) | 1993-04-01 | 1997-08-26 | American Superconductor Corporation | Process of annealing BSCCO-2223 superconductors |
| US5531015A (en) * | 1994-01-28 | 1996-07-02 | American Superconductor Corporation | Method of making superconducting wind-and-react coils |
| US6194352B1 (en) | 1994-01-28 | 2001-02-27 | American Superconductor Corporation | Multifilament composite BSCCO oxide superconductor |
| US6407339B1 (en) | 1998-09-04 | 2002-06-18 | Composite Technology Development, Inc. | Ceramic electrical insulation for electrical coils, transformers, and magnets |
| US6358888B1 (en) * | 1999-12-27 | 2002-03-19 | General Electric Company | Shielded superconducting magnet joints |
| US7063453B2 (en) * | 2004-02-23 | 2006-06-20 | Xaloy, Inc. | Enhanced thermal conduction in apparatus for plasticating resinous material |
| US8812069B2 (en) * | 2009-01-29 | 2014-08-19 | Hyper Tech Research, Inc | Low loss joint for superconducting wire |
| JP5276542B2 (ja) * | 2009-07-29 | 2013-08-28 | 株式会社日立製作所 | 超電導回路、超電導接続部の作製方法、超電導マグネット、及び、超電導マグネットの製造方法 |
| GB2498961A (en) * | 2012-02-01 | 2013-08-07 | Siemens Plc | Methods of joining superconducting wires |
| EP3483902A1 (en) * | 2017-11-14 | 2019-05-15 | Koninklijke Philips N.V. | Superconducting magnet assembly |
| DE102018217612A1 (de) * | 2018-10-15 | 2020-04-16 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur elektrischen Kontaktierung eines supraleitenden Bandleiters |
| CN111863287B (zh) * | 2020-07-23 | 2023-03-07 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种大型超导磁体机械操作的超导开关 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1513586A (fr) * | 1967-01-06 | 1968-02-16 | Comp Generale Electricite | Conducteur supraconducteur à haute résistance mécanique |
| US3743986A (en) * | 1972-02-08 | 1973-07-03 | Atomic Energy Commission | Improved resistive envelope for a multifilament superconductor wire |
| US3767842A (en) * | 1972-02-25 | 1973-10-23 | Commissariat Energie Atomique | Super conducting cable of elemental conductors in a metal matrix within a metallic jacket |
| US4148129A (en) * | 1976-11-01 | 1979-04-10 | Airco, Inc. | Aluminum-stabilized multifilamentary superconductor and method of its manufacture |
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