JPH10247533A - 超電導導体の接続方法および超電導コイル - Google Patents
超電導導体の接続方法および超電導コイルInfo
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- JPH10247533A JPH10247533A JP4875397A JP4875397A JPH10247533A JP H10247533 A JPH10247533 A JP H10247533A JP 4875397 A JP4875397 A JP 4875397A JP 4875397 A JP4875397 A JP 4875397A JP H10247533 A JPH10247533 A JP H10247533A
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- Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 作業工程簡易で、接続部の電気特性および信
頼性をより向上させ得る超電導導体の接続方法および改
良された超電導コイルの提供。 【解決手段】 複数のフィラメント5を安定化材6で覆
った構造の複数の超電導素線3をコンジット2内に収納
してなる超電導導体どうしを接続する超電導導体の接続
方法において、接続すべき両超電導導体1a,1bの接
続端部で超電導素線3a,3bを露出させるとともに、
スリーブ8a,8bを用いて両超電導素線間の空隙を接
続部以外の部分よりも減少させるか、あるいは超電導素
線どうしを密着させるかした密集状態とし、両超電導導
体の接続端面相互間に超電導素線よりも軟らかい軟質材
料11を介挿し圧接して両超電導導体1a,1bを接合
する。
頼性をより向上させ得る超電導導体の接続方法および改
良された超電導コイルの提供。 【解決手段】 複数のフィラメント5を安定化材6で覆
った構造の複数の超電導素線3をコンジット2内に収納
してなる超電導導体どうしを接続する超電導導体の接続
方法において、接続すべき両超電導導体1a,1bの接
続端部で超電導素線3a,3bを露出させるとともに、
スリーブ8a,8bを用いて両超電導素線間の空隙を接
続部以外の部分よりも減少させるか、あるいは超電導素
線どうしを密着させるかした密集状態とし、両超電導導
体の接続端面相互間に超電導素線よりも軟らかい軟質材
料11を介挿し圧接して両超電導導体1a,1bを接合
する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超電導コイルに使
用する超電導導体の接続方法およびその接続方法によっ
て得られる超電導導体を用いた超電導コイルに関するも
のである。
用する超電導導体の接続方法およびその接続方法によっ
て得られる超電導導体を用いた超電導コイルに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】近年、高磁場発生装置の励磁コイルとし
て用いられる超電導コイルには大型の超電導導体に適し
ているとされる強制冷却方式の超電導導体を採用したも
のが注目され、研究開発が進められている。
て用いられる超電導コイルには大型の超電導導体に適し
ているとされる強制冷却方式の超電導導体を採用したも
のが注目され、研究開発が進められている。
【0003】強制冷却方式の代表的なものに、ケーブル
・イン・コンジット型の超電導導体がある。この導体
は、直径約1mmの超電導線を数十ないし数千本撚り合
わせ、その外周部をステンレス鋼などのコンジットで覆
ったものである。このコンジット内には冷却通路が形成
される。なお、この超電導線は直径数十μmのNbTi
合金あるいはNb3 Al化合物からなる極細線フィラメ
ントを銅あるいはアルミニウムなどの安定化材で覆った
構造のものである。
・イン・コンジット型の超電導導体がある。この導体
は、直径約1mmの超電導線を数十ないし数千本撚り合
わせ、その外周部をステンレス鋼などのコンジットで覆
ったものである。このコンジット内には冷却通路が形成
される。なお、この超電導線は直径数十μmのNbTi
合金あるいはNb3 Al化合物からなる極細線フィラメ
ントを銅あるいはアルミニウムなどの安定化材で覆った
構造のものである。
【0004】このような大型の超電導コイルは長尺とな
るため、一般により短い導体を接続して長尺のものにす
る構造が採用されている。この超電導線の接続において
は、その接続部での超電導特性の劣化を最小限にするこ
とが必須の条件である。たとえば、接続のための手段と
して用いられる従来のはんだ付けでは、はんだの固有抵
抗値に制約される接続部の電気抵抗を低減させるため、
超電導線の単位長さを0.5〜数mに細分しなければな
らず、接続部およびコイル全体が大型化するという問題
があった。
るため、一般により短い導体を接続して長尺のものにす
る構造が採用されている。この超電導線の接続において
は、その接続部での超電導特性の劣化を最小限にするこ
とが必須の条件である。たとえば、接続のための手段と
して用いられる従来のはんだ付けでは、はんだの固有抵
抗値に制約される接続部の電気抵抗を低減させるため、
超電導線の単位長さを0.5〜数mに細分しなければな
らず、接続部およびコイル全体が大型化するという問題
があった。
【0005】そこで、接続部の抵抗を低減し、かつ、接
続部をコンパクトにするという観点からの新たな接続方
法が提案されている。これは、酸などを用いて超電導線
の安定化材を除去し超電導フィラメントを露出させた
後、これらを互いに重ね合わせ固相接合するものであ
る。たとえば、特開平6−163140号公報や、特開
昭63−55875号公報、あるいは特開平2−197
017号公報などに記載された方法がそれである。
続部をコンパクトにするという観点からの新たな接続方
法が提案されている。これは、酸などを用いて超電導線
の安定化材を除去し超電導フィラメントを露出させた
後、これらを互いに重ね合わせ固相接合するものであ
る。たとえば、特開平6−163140号公報や、特開
昭63−55875号公報、あるいは特開平2−197
017号公報などに記載された方法がそれである。
【0006】特開平6−163140号公報のもので
は、接続対象の両超電導導体のコンジットを除去した
後、さらに各超電導線の安定化材を酸などで除去してフ
ィラメントを露出させ、両フィラメントを適当な数の束
に重ね合わせる。さらに、このフィラメントを接続治具
で覆い、温度と圧力を加えて固相接続する。また、特開
昭63−55875号公報のものでは、両超電導線の接
続箇所の安定化材を除去してフィラメントを露出させた
後、これらを重ね合わせて、加圧しながら熱処理し接続
する。最後に、特開平2−197017号公報のもので
は、接続対象の両化合物系超電導素線の接続部の安定化
材を除去した後、チューブ状のフィラメントを重ね合わ
せて、加熱・加圧し固相拡散接合する。
は、接続対象の両超電導導体のコンジットを除去した
後、さらに各超電導線の安定化材を酸などで除去してフ
ィラメントを露出させ、両フィラメントを適当な数の束
に重ね合わせる。さらに、このフィラメントを接続治具
で覆い、温度と圧力を加えて固相接続する。また、特開
昭63−55875号公報のものでは、両超電導線の接
続箇所の安定化材を除去してフィラメントを露出させた
後、これらを重ね合わせて、加圧しながら熱処理し接続
する。最後に、特開平2−197017号公報のもので
は、接続対象の両化合物系超電導素線の接続部の安定化
材を除去した後、チューブ状のフィラメントを重ね合わ
せて、加熱・加圧し固相拡散接合する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の接続方
法はいずれも、はんだ付けによる接続方法と比較する
と、接続部の抵抗は低く、接続部がコンパクトではある
が、超電導素線から安定化材を除去する工程が必須であ
り、それが作業効率の低下を招いていた。
法はいずれも、はんだ付けによる接続方法と比較する
と、接続部の抵抗は低く、接続部がコンパクトではある
が、超電導素線から安定化材を除去する工程が必須であ
り、それが作業効率の低下を招いていた。
【0008】たとえば、接合部で露出させたフィラメン
トは直径数十μmという極細線のため、取り扱いの過程
で、摩擦に起因して発火したり、洗浄性が悪かったりす
るという問題があった。また、安定化材の除去には硝酸
溶液などの化学物質を使用するため、その取り扱いは必
ずしも効率の良いものではなかった。
トは直径数十μmという極細線のため、取り扱いの過程
で、摩擦に起因して発火したり、洗浄性が悪かったりす
るという問題があった。また、安定化材の除去には硝酸
溶液などの化学物質を使用するため、その取り扱いは必
ずしも効率の良いものではなかった。
【0009】本発明は、従来技術に存在する上述の問題
点を解決するためになされたものであり、超電導導体の
接続部の抵抗を低くし、接続部をコンパクトにするとと
もに、安定化材の除去や、極細線の取り扱い等、作業性
の悪い工程を不要とし、それにより、作業工程簡易で、
接続部の電気特性および信頼性をより向上させ得る超電
導導体の接続方法および改良された超電導コイルを提供
することを目的とするものである。
点を解決するためになされたものであり、超電導導体の
接続部の抵抗を低くし、接続部をコンパクトにするとと
もに、安定化材の除去や、極細線の取り扱い等、作業性
の悪い工程を不要とし、それにより、作業工程簡易で、
接続部の電気特性および信頼性をより向上させ得る超電
導導体の接続方法および改良された超電導コイルを提供
することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の発明に係る超電導導体の接続方法
は、複数のフィラメントを安定化材で覆った構造の複数
の超電導素線をコンジット内に収納してなる超電導導体
どうしを接続する超電導導体の接続方法において、接続
すべき両超電導導体の接続端部で超電導素線を露出させ
るとともに、スリーブを用いて両超電導素線間の空隙を
接続部以外の部分よりも減少させるか、あるいは超電導
素線どうしを密着させるかした密集状態とし、両超電導
導体の接続端面相互間に超電導素線よりも軟らかい軟質
材料を介挿し圧接して両超電導導体を接合することを特
徴とするものである。
に、請求項1に記載の発明に係る超電導導体の接続方法
は、複数のフィラメントを安定化材で覆った構造の複数
の超電導素線をコンジット内に収納してなる超電導導体
どうしを接続する超電導導体の接続方法において、接続
すべき両超電導導体の接続端部で超電導素線を露出させ
るとともに、スリーブを用いて両超電導素線間の空隙を
接続部以外の部分よりも減少させるか、あるいは超電導
素線どうしを密着させるかした密集状態とし、両超電導
導体の接続端面相互間に超電導素線よりも軟らかい軟質
材料を介挿し圧接して両超電導導体を接合することを特
徴とするものである。
【0011】超電導線間の空隙を減少させあるいは無く
す工程としては、たとえばスウェージング加工などを利
用する。接合部の端面は研磨などにより表面粗さを、た
とえばRmax =50μm以下とするのが接合上、望まし
い。接合条件は、たとえば、固相接合の場合は、超電導
線の特性を劣化させない範囲の加熱・加圧を行い、加熱
による酸化防止のために接合部の周囲を真空あるいは不
活性ガス雰囲気にするのが望ましい。加熱・加圧は、超
電導線どうしが冶金的に接合する条件が望ましい。
す工程としては、たとえばスウェージング加工などを利
用する。接合部の端面は研磨などにより表面粗さを、た
とえばRmax =50μm以下とするのが接合上、望まし
い。接合条件は、たとえば、固相接合の場合は、超電導
線の特性を劣化させない範囲の加熱・加圧を行い、加熱
による酸化防止のために接合部の周囲を真空あるいは不
活性ガス雰囲気にするのが望ましい。加熱・加圧は、超
電導線どうしが冶金的に接合する条件が望ましい。
【0012】請求項2に記載の発明は、圧接の工程にお
いて軟質材料に超伝導素線を食い込ませて両超電導導体
を接合することを特徴とするものである。
いて軟質材料に超伝導素線を食い込ませて両超電導導体
を接合することを特徴とするものである。
【0013】請求項3に記載の発明は、超電導素線を密
集状態とする工程において超電導導体を構成する両側の
超電導素線が互いに対向するように各超電導導体内の超
電導素線を規則的に配列することを特徴とするものであ
る。超電導素線を同心円状あるいは稠密六方などに配列
すれば、両側の全ての超電導素線を接合面で良好に対向
させることができる。このように理想的な状態にするま
でもなく、これに近い規則的な配列状態とすることによ
り、かなりの本数の超電導素線を対向させることができ
る。
集状態とする工程において超電導導体を構成する両側の
超電導素線が互いに対向するように各超電導導体内の超
電導素線を規則的に配列することを特徴とするものであ
る。超電導素線を同心円状あるいは稠密六方などに配列
すれば、両側の全ての超電導素線を接合面で良好に対向
させることができる。このように理想的な状態にするま
でもなく、これに近い規則的な配列状態とすることによ
り、かなりの本数の超電導素線を対向させることができ
る。
【0014】請求項4に記載の発明は、超電導導体の接
続端部においてスリーブから超電導素線を突出させた状
態で接合することを特徴とするものである。
続端部においてスリーブから超電導素線を突出させた状
態で接合することを特徴とするものである。
【0015】請求項5に記載の発明は、超電導導体の接
続端部においてスリーブから超電導素線を凹ませた状態
で接合することを特徴とするものである。
続端部においてスリーブから超電導素線を凹ませた状態
で接合することを特徴とするものである。
【0016】請求項6に記載の発明は、超電導導体を接
合する工程として、接合部を加圧・加熱し密着させた
後、接合部の変形が進行しない程度に加圧力を減少させ
た状態で加熱を続けることを特徴とするものである。
合する工程として、接合部を加圧・加熱し密着させた
後、接合部の変形が進行しない程度に加圧力を減少させ
た状態で加熱を続けることを特徴とするものである。
【0017】請求項7に記載の発明は、スリーブどうし
を軸方向に加圧しやすくするために、半径方向外側に突
出する突起あるいは半径方向内側に凹む凹みを形成した
スリーブを用いることを特徴とするものである。
を軸方向に加圧しやすくするために、半径方向外側に突
出する突起あるいは半径方向内側に凹む凹みを形成した
スリーブを用いることを特徴とするものである。
【0018】請求項8に記載の発明は、超電導導体の接
合工程において、スリーブよりも変形しにくいリングで
スリーブ突合わせ部近傍を覆い接合することを特徴とす
るものである。
合工程において、スリーブよりも変形しにくいリングで
スリーブ突合わせ部近傍を覆い接合することを特徴とす
るものである。
【0019】請求項9に記載の発明は、リングとして、
接合時のスリーブ突き合わせ部分の変形を吸収するため
の空隙を有するリングを用いることを特徴とするもので
ある。
接合時のスリーブ突き合わせ部分の変形を吸収するため
の空隙を有するリングを用いることを特徴とするもので
ある。
【0020】請求項10に記載の発明は、超電導素線を
密集状態とする工程において、超電導素線を冷却するた
めの冷媒を通過させるポーラス層を超電導素線間に形成
することを特徴とするものである。
密集状態とする工程において、超電導素線を冷却するた
めの冷媒を通過させるポーラス層を超電導素線間に形成
することを特徴とするものである。
【0021】請求項11に記載の発明は、超電導素線を
密集状態とする工程において、超電導素線とスリーブと
の接触部分をろう付けすることを特徴とするものであ
る。
密集状態とする工程において、超電導素線とスリーブと
の接触部分をろう付けすることを特徴とするものであ
る。
【0022】請求項12に記載の発明は、超電導導体の
接合工程において、接合部をろう付けあるいははんだ付
けするとともに加圧によりろう材あるいははんだを接合
部から排出させることを特徴とするものである。
接合工程において、接合部をろう付けあるいははんだ付
けするとともに加圧によりろう材あるいははんだを接合
部から排出させることを特徴とするものである。
【0023】請求項13に記載の発明は、請求項1ない
し12のいずれかに記載の超電導導体の接続方法によっ
て接続された超電導導体からなる超電導コイルを要旨と
するものである。
し12のいずれかに記載の超電導導体の接続方法によっ
て接続された超電導導体からなる超電導コイルを要旨と
するものである。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。
の実施の形態について説明する。
【0025】(第1の実施の形態)まず、図1を参照し
て本発明の適用対象とする超電導導体の構造について説
明する。超電導導体1は、図1(a)に示すように液体
ヘリウムなどの冷媒を流すための通路を形成するコンジ
ット2の内部に多数本の超電導素線3を収納したものか
らなっている。各超電導素線3は、図1(b)に示すよ
うに、銅パイプ4内に複数本のフィラメント5およびそ
れらを覆う安定化材6を収納したものからなっている。
コンジット2の内部に冷媒を流すことにより各超電導素
線3を冷却してその超電導状態を維持する。
て本発明の適用対象とする超電導導体の構造について説
明する。超電導導体1は、図1(a)に示すように液体
ヘリウムなどの冷媒を流すための通路を形成するコンジ
ット2の内部に多数本の超電導素線3を収納したものか
らなっている。各超電導素線3は、図1(b)に示すよ
うに、銅パイプ4内に複数本のフィラメント5およびそ
れらを覆う安定化材6を収納したものからなっている。
コンジット2の内部に冷媒を流すことにより各超電導素
線3を冷却してその超電導状態を維持する。
【0026】次に、この超電導導体1の接続構造および
接続方法を、図2ないし図4を用いて説明する。
接続方法を、図2ないし図4を用いて説明する。
【0027】以下、両超電導導体1aおよび1bを接続
するものとして説明する。超電導導体1a,1bのコン
ジット2a,2bはステンレス鋼などの高強度非磁性体
によって形成されている。コンジット2a,2bの内部
には直径1mm前後の、Nb3 Sn化合物生成熱処理後
の超電導素線3a,3bが数十ないし数千本収納されて
いる。各超電導素線3a,3bには直径1mm前後の銅
パイプ4内にNb3 Sn製の数μmのフィラメント5が
数十ないし数千本収納され、これらのフィラメント5の
周囲は銅製の安定化材6で覆われている。
するものとして説明する。超電導導体1a,1bのコン
ジット2a,2bはステンレス鋼などの高強度非磁性体
によって形成されている。コンジット2a,2bの内部
には直径1mm前後の、Nb3 Sn化合物生成熱処理後
の超電導素線3a,3bが数十ないし数千本収納されて
いる。各超電導素線3a,3bには直径1mm前後の銅
パイプ4内にNb3 Sn製の数μmのフィラメント5が
数十ないし数千本収納され、これらのフィラメント5の
周囲は銅製の安定化材6で覆われている。
【0028】次に、図2(a)に示すように、超電導導
体1aの接続端部のコンジット2aをバンドソーなどで
所定の長さ、たとえば数十mm除去し、超電導素線3a
をむき出し状態とし、素線むき出し部7aを形成する。
その後、素線むき出し部7aに、図2(b)に示すよう
に電気抵抗の低い高純度の銅からなるスリーブ8aを被
せる。さらに、このスリーブ8aの部分をスウェージン
グ加工などによってかしめ、超電導素線3aが密集した
集合体9aとし、その端面すなわち接合面10a,10
bを軸方向に直交する平面で所定の表面粗さ、たとえば
最大高さRmax=50μm以下となるように表面仕上げ
をする。他方の超電導素線3bについても同様の処理を
施す。
体1aの接続端部のコンジット2aをバンドソーなどで
所定の長さ、たとえば数十mm除去し、超電導素線3a
をむき出し状態とし、素線むき出し部7aを形成する。
その後、素線むき出し部7aに、図2(b)に示すよう
に電気抵抗の低い高純度の銅からなるスリーブ8aを被
せる。さらに、このスリーブ8aの部分をスウェージン
グ加工などによってかしめ、超電導素線3aが密集した
集合体9aとし、その端面すなわち接合面10a,10
bを軸方向に直交する平面で所定の表面粗さ、たとえば
最大高さRmax=50μm以下となるように表面仕上げ
をする。他方の超電導素線3bについても同様の処理を
施す。
【0029】次に、図3に示すように、両超電導素線3
a,3bの接合面10a,10bを対向させてその間に
インサート材11を挿入して接合面10a,10bを密
着させる。
a,3bの接合面10a,10bを対向させてその間に
インサート材11を挿入して接合面10a,10bを密
着させる。
【0030】次に、図4に示すように、密着させた超電
導素線3a,3bの接合部をチャンバー12内に挿入
し、真空ポンプ13で排気した後に、導入バルブ14を
介してアルゴンなどの不活性ガスを導入して不活性雰囲
気とし、この不活性雰囲気中でヒータ15を用いて集合
体9a,9bの突き合わせ部を加熱するとともに、加圧
装置16を用いて突き合わせ部を長手方向に加圧するこ
とにより、インサート材11に接合面10a,10bを
食い込ませて超電導導体1a,1bを接続する。インサ
ート材11としては、超電導素線が食い込みやすいよう
に、400℃以上で加熱し軟化させたものを用いるのが
よい。
導素線3a,3bの接合部をチャンバー12内に挿入
し、真空ポンプ13で排気した後に、導入バルブ14を
介してアルゴンなどの不活性ガスを導入して不活性雰囲
気とし、この不活性雰囲気中でヒータ15を用いて集合
体9a,9bの突き合わせ部を加熱するとともに、加圧
装置16を用いて突き合わせ部を長手方向に加圧するこ
とにより、インサート材11に接合面10a,10bを
食い込ませて超電導導体1a,1bを接続する。インサ
ート材11としては、超電導素線が食い込みやすいよう
に、400℃以上で加熱し軟化させたものを用いるのが
よい。
【0031】この工程の条件としては、次の範囲が望ま
しいことが実験結果などから確認された。すなわち、チ
ャンバー12内の接合雰囲気は10-3Torr以下の真空
度、あるいはアルゴン雰囲気で10-5Torr台の真空度が
望ましい。接合温度は、超電導特性が劣化しないための
上限として、600〜800℃で、Nb3 Snの生成熱
処理温度は650℃以下が望ましい。また、超電導特性
を劣化させないで超電導素線どうしを冶金的に接合する
圧力として5〜20kgf/mm2 が望ましいが、装置
が容易に製作可能であるという観点からは5〜10kg
f/mm2 程度が望ましい。
しいことが実験結果などから確認された。すなわち、チ
ャンバー12内の接合雰囲気は10-3Torr以下の真空
度、あるいはアルゴン雰囲気で10-5Torr台の真空度が
望ましい。接合温度は、超電導特性が劣化しないための
上限として、600〜800℃で、Nb3 Snの生成熱
処理温度は650℃以下が望ましい。また、超電導特性
を劣化させないで超電導素線どうしを冶金的に接合する
圧力として5〜20kgf/mm2 が望ましいが、装置
が容易に製作可能であるという観点からは5〜10kg
f/mm2 程度が望ましい。
【0032】この実施の形態によれば、従来方法とは異
なり、硝酸などによる安定化材の除去、極細線フィラメ
ントの接続作業などの煩雑な工程が不要になる。また、
接合部は超電導素線どうしが近接して冶金的に接合して
おり、接合部の電気抵抗はほとんどゼロに近いので、接
続部の低抵抗化を達成することができる。また、このた
め、接合面積を大きくする必要がなく、接続部をコンパ
クトにすることができる。
なり、硝酸などによる安定化材の除去、極細線フィラメ
ントの接続作業などの煩雑な工程が不要になる。また、
接合部は超電導素線どうしが近接して冶金的に接合して
おり、接合部の電気抵抗はほとんどゼロに近いので、接
続部の低抵抗化を達成することができる。また、このた
め、接合面積を大きくする必要がなく、接続部をコンパ
クトにすることができる。
【0033】また、この接合により超電導素線どうしは
もとより、銅スリーブどうしも接合するので、1回の接
合工程で、冷媒を流すのに必要な気密性を得ることもで
きる。
もとより、銅スリーブどうしも接合するので、1回の接
合工程で、冷媒を流すのに必要な気密性を得ることもで
きる。
【0034】(第2の実施の形態)本発明の第2の実施
の形態を、図5を参照して説明する。図5(a)に示す
ように、コンジット8内での超電導素線3を、図5
(b)に示すように規則的に配列させる。接合対象の両
超電導素線3をこのように規則的に配列し密着させるこ
とにより、実効的な接合面積を大きくし、接合部の抵抗
を一層小さくすることができる。
の形態を、図5を参照して説明する。図5(a)に示す
ように、コンジット8内での超電導素線3を、図5
(b)に示すように規則的に配列させる。接合対象の両
超電導素線3をこのように規則的に配列し密着させるこ
とにより、実効的な接合面積を大きくし、接合部の抵抗
を一層小さくすることができる。
【0035】さらに、図5(c)に示すように、超電導
素線3a,3bの接合端部においてスリーブ8a,8b
から超電導素線3a,3bをわずかに突出させた突き出
し部17a,17bを形成することにより接合特性をさ
らに向上させることができる。それは、スリーブ8a,
8bが接触する前に両突き出し部17a,17bが接触
し接合部に十分な接合圧力がかかるためである。ただ
し、突き出し量が多すぎると、接合時間内にスリーブ8
a,8bが接触できなかったり、接触しても十分な圧力
がかからなかったりして、接合性が悪化するため、突き
出し量は、およそ0.5mm以下とするのが望ましい。
素線3a,3bの接合端部においてスリーブ8a,8b
から超電導素線3a,3bをわずかに突出させた突き出
し部17a,17bを形成することにより接合特性をさ
らに向上させることができる。それは、スリーブ8a,
8bが接触する前に両突き出し部17a,17bが接触
し接合部に十分な接合圧力がかかるためである。ただ
し、突き出し量が多すぎると、接合時間内にスリーブ8
a,8bが接触できなかったり、接触しても十分な圧力
がかからなかったりして、接合性が悪化するため、突き
出し量は、およそ0.5mm以下とするのが望ましい。
【0036】接合工程としては、図6に示すような2段
階接合、すなわち、所定温度およびより大きな加圧力の
もとで行う第1段階(ステップ1)と、それに続く、所
定温度およびより小さい加圧力のもとで行う第2段階
(ステップ2)とで接合するのがよく、それにより、接
合部の変形を抑えながら接合性を向上させることができ
る。
階接合、すなわち、所定温度およびより大きな加圧力の
もとで行う第1段階(ステップ1)と、それに続く、所
定温度およびより小さい加圧力のもとで行う第2段階
(ステップ2)とで接合するのがよく、それにより、接
合部の変形を抑えながら接合性を向上させることができ
る。
【0037】(第3の実施の形態)本発明の第3の実施
の形態を、図7を参照して説明する。図7(a)に示す
ように、超電導素線3a,3bの接合面において、超電
導素線3a,3bに対し、スリーブ8a,8bを突き出
すようにしてスリーブ突き出し部18a,18bを設け
る。このような構造とすることにより、接合時にスリー
ブ8a,8b間の接合性を向上させることができる。ス
リーブ8a,8bには冷媒を通すために気密性が要求さ
れるので、スリーブ8a,8bの接合部は補強するのが
望ましいが、接合部の過熱を避けたい場合や接合部を補
強するためのスペースをとることができないなどの理由
で補強できない場合は、このスリーブ突き出し部18
a,18bを設けることにより、スリーブの接合強度を
高めることができる。
の形態を、図7を参照して説明する。図7(a)に示す
ように、超電導素線3a,3bの接合面において、超電
導素線3a,3bに対し、スリーブ8a,8bを突き出
すようにしてスリーブ突き出し部18a,18bを設け
る。このような構造とすることにより、接合時にスリー
ブ8a,8b間の接合性を向上させることができる。ス
リーブ8a,8bには冷媒を通すために気密性が要求さ
れるので、スリーブ8a,8bの接合部は補強するのが
望ましいが、接合部の過熱を避けたい場合や接合部を補
強するためのスペースをとることができないなどの理由
で補強できない場合は、このスリーブ突き出し部18
a,18bを設けることにより、スリーブの接合強度を
高めることができる。
【0038】この場合、スリーブ8a,8bを大きく変
形させるため、加圧リング19a,19bには、加圧リ
ング19aに形成したような凹み部20、または加圧リ
ング19bに形成したような突起部21を設けると、ス
リーブ8a,8bと加圧リング19a,19bの間に滑
りが生じにくくなり、その結果としてより良好な接合を
達成することができる。また、変形したスリーブ8a,
8bが超電導素線3a,3bどうしの接合を妨げないよ
うに、スリーブ8a,8bの先端内側に面取り部22
a,22bを形成して空隙を設ける。このようにする
と、スリーブ8a,8bの変形部分をこの空隙に逃がす
ことができるため、超電導素線3a,3bどうしの接触
を妨げることがなくなる。
形させるため、加圧リング19a,19bには、加圧リ
ング19aに形成したような凹み部20、または加圧リ
ング19bに形成したような突起部21を設けると、ス
リーブ8a,8bと加圧リング19a,19bの間に滑
りが生じにくくなり、その結果としてより良好な接合を
達成することができる。また、変形したスリーブ8a,
8bが超電導素線3a,3bどうしの接合を妨げないよ
うに、スリーブ8a,8bの先端内側に面取り部22
a,22bを形成して空隙を設ける。このようにする
と、スリーブ8a,8bの変形部分をこの空隙に逃がす
ことができるため、超電導素線3a,3bどうしの接触
を妨げることがなくなる。
【0039】スリーブ8a,8bと超電導素線3a,3
bとの接触部をろう材23でろう付けしておくと、スリ
ーブ8a,8bと超電導素線3a,3b間に滑りを生ず
ることがなく、接合のために十分な圧力をかけることが
できる。この場合のろう材23は、ろう材が溶け始める
温度が接合温度より高いものを用いるものとする。
bとの接触部をろう材23でろう付けしておくと、スリ
ーブ8a,8bと超電導素線3a,3b間に滑りを生ず
ることがなく、接合のために十分な圧力をかけることが
できる。この場合のろう材23は、ろう材が溶け始める
温度が接合温度より高いものを用いるものとする。
【0040】図7(b)に示すように、超電導素線3
(超電導素線3a,3bの総称)の間をポーラス層24
にすることにより、接合部にも冷媒を通すことが可能に
なる。この場合は、接合の際、接合部にインサート材1
1は挿入しない。ポーラス層24の形成方法としては、 1)超電導素線3を集合体とする工程前に、超電導素線
3どうしの密着を防止するための銅粒子を介在させてお
く、あるいは、 2)同様の目的で発泡状の銅を介在させておく、 などの方法が考えられる。
(超電導素線3a,3bの総称)の間をポーラス層24
にすることにより、接合部にも冷媒を通すことが可能に
なる。この場合は、接合の際、接合部にインサート材1
1は挿入しない。ポーラス層24の形成方法としては、 1)超電導素線3を集合体とする工程前に、超電導素線
3どうしの密着を防止するための銅粒子を介在させてお
く、あるいは、 2)同様の目的で発泡状の銅を介在させておく、 などの方法が考えられる。
【0041】(第4の実施の形態)本発明の第4の実施
の形態を、図8を用いて説明する。超電導素線3a,3
bをスリーブ8a,8bを用いて集合体9a,9bとし
たものどうしの接合部にろう材25を挿入してろう付け
する。前記の方法とは異なり、ろう材25は接合温度で
溶融するので、加圧により接合面の外部に容易に排出さ
れる。このため、接合前に0.05mm程度の厚さのろ
う材を用いても、接合後のろう材層26の厚さはおよそ
10μm以下となる。したがって、純銅のインサートと
比較して、ろう材の電気抵抗は高いが、接合部の厚さを
薄くすることができ、それにより使用に耐える接合部を
得ることができる。また、ろう材を用いると、接合面の
なじみが良くなるので接合性も向上する。
の形態を、図8を用いて説明する。超電導素線3a,3
bをスリーブ8a,8bを用いて集合体9a,9bとし
たものどうしの接合部にろう材25を挿入してろう付け
する。前記の方法とは異なり、ろう材25は接合温度で
溶融するので、加圧により接合面の外部に容易に排出さ
れる。このため、接合前に0.05mm程度の厚さのろ
う材を用いても、接合後のろう材層26の厚さはおよそ
10μm以下となる。したがって、純銅のインサートと
比較して、ろう材の電気抵抗は高いが、接合部の厚さを
薄くすることができ、それにより使用に耐える接合部を
得ることができる。また、ろう材を用いると、接合面の
なじみが良くなるので接合性も向上する。
【0042】以上述べた各実施の形態における超電導線
としては、Nb3 Snを熱処理で生成した後の硬い線材
を対象としたが、熱処理前のNb3 Sn、あるいはNb
3 Al線やNbTi線であっても、上記と同等の作用・
効果を奏することができる。
としては、Nb3 Snを熱処理で生成した後の硬い線材
を対象としたが、熱処理前のNb3 Sn、あるいはNb
3 Al線やNbTi線であっても、上記と同等の作用・
効果を奏することができる。
【0043】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
接続対象の両超電導導体の接続端部に超電導線の集合体
を形成し、この集合体の各端面を所定の表面粗さに仕上
げ、その端面間にインサートを挿入し、集合体の端面の
超電導線を互いに食い込ませるように突き合わせ接合す
ることにより、超電導導体を互いに接合するものとす
る。このため、超電導導体の接合部の抵抗を低くし、接
続部をコンパクトにするとともに、安定化材の除去、極
細線の取り扱い等、作業性の悪い工程を省略し、その結
果、作業工程が簡易で、接続部の電気特性および信頼性
をより向上させた超電導導体の接続方法およびその接続
方法によって得られた超電導導体を用いて高信頼性でコ
ンパクトな超電導コイルを提供することができる。
接続対象の両超電導導体の接続端部に超電導線の集合体
を形成し、この集合体の各端面を所定の表面粗さに仕上
げ、その端面間にインサートを挿入し、集合体の端面の
超電導線を互いに食い込ませるように突き合わせ接合す
ることにより、超電導導体を互いに接合するものとす
る。このため、超電導導体の接合部の抵抗を低くし、接
続部をコンパクトにするとともに、安定化材の除去、極
細線の取り扱い等、作業性の悪い工程を省略し、その結
果、作業工程が簡易で、接続部の電気特性および信頼性
をより向上させた超電導導体の接続方法およびその接続
方法によって得られた超電導導体を用いて高信頼性でコ
ンパクトな超電導コイルを提供することができる。
【図1】本発明を適用する超電導導体の構造説明図であ
って、(a)は超電導導体の横断面図、(b)は超電導
導体を構成する超電導素線の横断面図。
って、(a)は超電導導体の横断面図、(b)は超電導
導体を構成する超電導素線の横断面図。
【図2】本発明の第1の実施の態様に係る超電導導体の
接続部を示す斜視図であって、(a)はスリーブ装着前
の斜視図、(b)はスリーブ装着後の斜視図。
接続部を示す斜視図であって、(a)はスリーブ装着前
の斜視図、(b)はスリーブ装着後の斜視図。
【図3】(a)は接続すべき両超電導導体の接続部を示
す斜視図、(b)はその要部を拡大した平面図。
す斜視図、(b)はその要部を拡大した平面図。
【図4】両超電導導体を接続する工程を説明する縦断面
図。
図。
【図5】本発明の第2の実施の形態に係る超電導導体の
構造説明図であって、(a)は超電導導体の横断面図、
(b)は超電導素線の配列状態を示す端面図、(c)は
接合部の状態を示す縦断面図。
構造説明図であって、(a)は超電導導体の横断面図、
(b)は超電導素線の配列状態を示す端面図、(c)は
接合部の状態を示す縦断面図。
【図6】第2の実施の形態における接合条件を説明する
ための線図。
ための線図。
【図7】本発明の第3の実施の形態に係る超電導導体の
構造説明図であって、(a)は超電導導体の接合部の縦
断面図、(b)は超電導導体を構成する超電導素線の端
面図。
構造説明図であって、(a)は超電導導体の接合部の縦
断面図、(b)は超電導導体を構成する超電導素線の端
面図。
【図8】本発明の第4の実施の形態に係る超電導導体の
接合方法を説明する図であって、(a)は接合工程前の
状態を示す縦断面図、(b)は接合工程後の状態を示す
縦断面図。
接合方法を説明する図であって、(a)は接合工程前の
状態を示す縦断面図、(b)は接合工程後の状態を示す
縦断面図。
1 超電導導体 2 コンジット 3 超電導素線 4 銅パイプ 5 フィラメント 6 安定化材 7 素線むき出し部分 8 スリーブ 9 集合体(接合部) 10 端面(接合面) 11 インサート材 12 チャンバー 13 真空ポンプ 14 導入バルブ 15 ヒータ 16 加圧装置 17 突き出し部 18 スリーブ突き出し部 19 加圧リング 20 凹み部 21 突起部 22 面取り部 23 ろう材 24 ポーラス部 25 ろう材 26 ろう材層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小 野 通 隆 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 平 岸 政 洋 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 小 方 大 成 神奈川県横浜市鶴見区末広町2−4 東芝 アイテック株式会社内
Claims (13)
- 【請求項1】複数のフィラメントを安定化材で覆った構
造の複数の超電導素線をコンジット内に収納してなる超
電導導体どうしを接続する超電導導体の接続方法におい
て、接続すべき両超電導導体の接続端部で前記超電導素
線を露出させるとともに、スリーブを用いて両超電導素
線間の空隙を接続部以外の部分よりも減少させるか、あ
るいは超電導素線どうしを密着させるかした密集状態と
し、両超電導導体の接続端面相互間に超電導素線よりも
軟らかい軟質材料を介挿し圧接して両超電導導体を接合
することを特徴とする超電導導体の接続方法。 - 【請求項2】前記圧接の工程において前記軟質材料に超
伝導素線を食い込ませて両超電導導体を接合することを
特徴とする請求項1に記載の超電導導体の接続方法。 - 【請求項3】前記超電導素線を密集状態とする工程にお
いて超電導導体を構成する両側の超電導素線が互いに対
向するように各超電導導体内の超電導素線を規則的に配
列することを特徴とする請求項1または2に記載の超電
導導体の接続方法。 - 【請求項4】前記超電導導体の接続端部において前記ス
リーブから超電導素線を突出させた状態で接合すること
を特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の超電
導導体の接続方法。 - 【請求項5】前記超電導導体の接続端部において前記ス
リーブから超電導素線を凹ませた状態で接合することを
特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の超電導
導体の接続方法。 - 【請求項6】前記超電導導体を接合する工程として、接
合部を加圧・加熱し密着させた後、接合部の変形が進行
しない程度に加圧力を減少させた状態で加熱を続けるこ
とを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の超
電導導体の接続方法。 - 【請求項7】前記スリーブどうしを軸方向に加圧しやす
くするために、半径方向外側に突出する突起あるいは半
径方向内側に凹む凹みを形成したスリーブを用いること
を特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の超電
導導体の接続方法。 - 【請求項8】前記超電導導体の接合工程において、前記
スリーブよりも変形しにくいリングでスリーブ突合わせ
部近傍を覆い接合することを特徴とする請求項1ないし
7のいずれかに記載の超電導導体の接続方法。 - 【請求項9】前記リングとして、接合時のスリーブ突き
合わせ部分の変形を吸収するための空隙を有するリング
を用いることを特徴とする請求項8に記載の超電導導体
の接続方法。 - 【請求項10】前記超電導素線を密集状態とする工程に
おいて、超電導素線を冷却するための冷媒を通過させる
ポーラス層を超電導素線間に形成することを特徴とする
請求項1ないし9のいずれかに記載の超電導導体の接続
方法。 - 【請求項11】前記超電導素線を密集状態とする工程に
おいて、前記超電導素線と前記スリーブとの接触部分を
ろう付けすることを特徴とする請求項1ないし10のい
ずれかに記載の超電導導体の接続方法。 - 【請求項12】前記超電導導体の接合工程において、接
合部をろう付けあるいははんだ付けするとともに加圧に
よりろう材あるいははんだを接合部から排出させること
を特徴とする請求項1ないし11のいずれかに記載の超
電導導体の接続方法。 - 【請求項13】請求項1ないし12のいずれかに記載の
超電導導体の接続方法によって接続された超電導導体か
らなる超電導コイル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4875397A JPH10247533A (ja) | 1997-03-04 | 1997-03-04 | 超電導導体の接続方法および超電導コイル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4875397A JPH10247533A (ja) | 1997-03-04 | 1997-03-04 | 超電導導体の接続方法および超電導コイル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10247533A true JPH10247533A (ja) | 1998-09-14 |
Family
ID=12812054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4875397A Pending JPH10247533A (ja) | 1997-03-04 | 1997-03-04 | 超電導導体の接続方法および超電導コイル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10247533A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103367937A (zh) * | 2011-11-06 | 2013-10-23 | 中国科学院电工研究所 | 一种NbTi超导体多芯线接头的制备方法 |
| EP2395610A4 (en) * | 2009-02-05 | 2014-07-16 | Toshiba Kk | PROCESS FOR CONNECTING SUPERCONDUCTING CONDUCTORS AND SUPERCONDUCTING COIL |
| EP3996209A1 (fr) * | 2020-11-10 | 2022-05-11 | Nexans | Dispositif de connexion électrique pour fils supraconducteurs |
| EP4160879A4 (en) * | 2020-06-02 | 2024-07-10 | Toshiba Industrial Products and Systems Corporation | COIL JOINING METHODS, INSULATOR, STATOR AND DYNAMOELECTRIC MACHINE |
-
1997
- 1997-03-04 JP JP4875397A patent/JPH10247533A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2395610A4 (en) * | 2009-02-05 | 2014-07-16 | Toshiba Kk | PROCESS FOR CONNECTING SUPERCONDUCTING CONDUCTORS AND SUPERCONDUCTING COIL |
| CN103367937A (zh) * | 2011-11-06 | 2013-10-23 | 中国科学院电工研究所 | 一种NbTi超导体多芯线接头的制备方法 |
| CN103367937B (zh) * | 2011-11-06 | 2015-04-22 | 中国科学院电工研究所 | 一种NbTi超导体多芯线接头的制备方法 |
| EP4160879A4 (en) * | 2020-06-02 | 2024-07-10 | Toshiba Industrial Products and Systems Corporation | COIL JOINING METHODS, INSULATOR, STATOR AND DYNAMOELECTRIC MACHINE |
| US12301078B2 (en) | 2020-06-02 | 2025-05-13 | Toshiba Industrial Products And Systems Corporation | Insulator, to be attached to teeth of a stator core in a radial direction |
| EP3996209A1 (fr) * | 2020-11-10 | 2022-05-11 | Nexans | Dispositif de connexion électrique pour fils supraconducteurs |
| FR3116147A1 (fr) * | 2020-11-10 | 2022-05-13 | Nexans | Dispositif de connexion électrique pour fils supraconducteurs |
| US12068567B2 (en) | 2020-11-10 | 2024-08-20 | Nexans | Electrically connecting device for superconducting wires |
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