(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面に螺旋状の溝または突起を有する円筒状の金型を用い、押出し比が１０〜１５０、押出し温度が２５０〜５００℃、押出し速度が０．１〜２０ｍ／分で純度が９９．９〜９９．９９９９重量％の高純度アルミニウムを押出すことを特徴とする超電導安定化材の製造方法。
【請求項２】
螺旋状の溝または突起のピッチが１回転／５インチ〜１回転／５０インチの円筒状の金型を用いることを特徴とする請求項１記載の超電導安定化材の製造方法。
【請求項３】
純度が９９．９〜９９．９９９９重量％の高純度アルミニウムからなり、螺旋状の溝を有する円柱状の棒で、その形状に加工直後の残留電気抵抗比が原料素材の高純度アルミニウムの残留電気抵抗比の５０％以上であることを特徴とする超電導安定化材。
【請求項４】
純度が９９．９〜９９．９９９９重量％の高純度アルミニウムが、押出し比１０〜１５０、押出し温度２５０〜５００℃、押出し速度０．１〜２０ｍ／分にて、螺旋状の溝を有する円柱状に押出されてなることを特徴とする超電導安定化材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、３０Ｋ以下の極低温下で使用される高純度アルミニウムからなる超電導安定化材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超電導体を使用する装置および機器においては、外部からの熱流入や電気的、磁気的作用のために、超電導体の一部あるいは全体が超電導状態から常伝導状態に戻ったときに、バイパスとなって電流を通すことにより超電導体を保護する導体、いわゆる超電導安定化材が用いられている。
【０００３】
高純度アルミニウムは、極低温では磁場中でも電気抵抗が小さいので、超電導安定化材として使用することが検討されてきた。〔フィジカルレビュー・ビー，第３巻．第６号（１９７１）１９４１頁〕
【０００４】
その一例として、高純度アルミニウムからなる超電導安定化材を超電導エネルギー貯蔵システムで使用することが計画されている。超電導エネルギー貯蔵システムに使用される超電導安定化材は、超電導体を超電導安定化材にハンダ付け等により固定して使用される。この超電導体全体を均一に極低温に保持するために液体ヘリウムが超電導体の周囲に十分に供給される必要があり、そのための構造として螺旋状の溝を有する超電導安定化材が考案された。〔アイイーイーイー・トランスアクションズ・オン・アプライド・スーパーコンダクティビティ，第３巻．第１号（１９９３）３２０頁〕
【０００５】
螺旋状の溝を有する高純度アルミニウムからなる超電導安定化材を得る方法としては、例えば押出し機等により直線状の溝を有する円柱状の棒を得た後に、その両端でひねりを加えて螺旋状の溝とする方法が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の方法では、超電導安定化材の全長にわたって均一なピッチを有する螺旋状の溝を得ることは容易ではなく、また、このような加工法は極低温での電気抵抗の増加を招き、超電導安定化材として十分な機能を発揮させることが困難である。そこで、これを克服するためには加工後に必要な熱処理を行うか、超電導安定化材の断面積を大きくして超電導エネルギー貯蔵システムを設計する必要がある。いずれの場合にも、大幅なコスト増を伴うという問題がある。さらに、超電導安定化材の切断面において、中心部では硬度が小さく、端部に近づくほど硬度が大きくなる。すなわち、中心部よりも端部で加工による歪みが大きく、そのことによる電気抵抗のばらつきが存在し、超電導安定化材として用いる場合には中心部に比べて端部では電流が流れにくくなるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、熱処理という工程を必要とせずに、極低温での電気抵抗が小さい螺旋状の溝を有する高純度アルミニウムからなる超電導安定化材およびその製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、かかる極低温での電気抵抗が小さい高純度アルミニウムからなる超電導安定化材について研究を続けてきた。その結果、螺旋状の溝を刻みながら特定の条件にて押出すことにより、押出しと螺旋加工を同時に行うことにより、熱処理という工程を必要とせずに、極低温での電気抵抗が小さい超電導安定化材が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は以下に示すものである。
１．内面に螺旋状の溝または突起を有する円筒状の金型を用い、押出し比が１０〜１５０、押出し温度が２５０〜５００℃、押出し速度が０．１〜２０ｍ／分で純度が９９．９〜９９．９９９９重量％の高純度アルミニウムを押出すことを特徴とする超電導安定化材の製造方法。
２．螺旋状の溝または突起のピッチが１回転／５インチ〜１回転／５０インチの円筒状の金型を用いることを特徴とする前項１記載の超電導安定化材の製造方法。
３．純度が９９．９〜９９．９９９９重量％の高純度アルミニウムからなり、螺旋状の溝を有する円柱状の棒で、その形状に加工直後の残留電気抵抗比が原料素材の高純度アルミニウムの残留電気抵抗比の５０％以上であることを特徴とする超電導安定化材。
【００１０】
以下、本発明を詳細に説明する。
螺旋状の溝を有する超電導安定化材は、内面に螺旋状の溝または突起を有する円筒状の金型を用い高純度アルミニウムを螺旋状に押出すことにより最終的な形状で加工されるため、押出し後にひねり加工を加えて螺旋状の溝を形成させる方法に比べて電気抵抗の増加が小さく、極低温では低い電気抵抗が得られる。
【００１１】
高純度アルミニウムの円柱状の棒の表面に螺旋状の溝を有していれば液体ヘリウムが超電導体の周囲に十分に供給されるので超電導安定化材として使用することができるが、螺旋状の溝のピッチは１回転／５インチ〜１回転／５０インチが好ましい。１回転／５インチよりピッチが短い場合には加工量が多く生産性が低下する。超電導安定化材として冷却が有効に作用するという観点から、１回転／５０インチよりピッチが長い場合には溝が直線状の場合とほとんど差が無い。
【００１２】
内面に螺旋状の溝あるいは突起を有する円筒状の金型を用いて高純度アルミニウムを押出し加工する場合、押出し比（押出し前の断面積／押出し後の断面積）は、１０未満では生産性が悪く、また、１５０を超えると押出し圧力が大きくなるので金型の変形等が問題となり、工業的な生産が困難である。従って、押出し比は１０〜１５０であることが必要であり、好ましくは２０〜１００である。
【００１３】
押出し温度は、２５０℃未満では押出し加工に基づく電気抵抗の増加が大きくなり、５００℃を超えると材料の粘性が低下して目的のピッチを有する螺旋状の溝が形成できなくなる。従って、押出し温度は２５０℃〜５００℃の範囲であり、好ましくは３００〜４５０℃である。
【００１４】
押出し速度は、目的とするピッチに応じて適切な速度を選択する。０．１ｍ／分未満では生産性が悪く、２０ｍ／分を超えると表面割れが生じるなど目的とする形状の製品が得られない。従って、押出し速度は０．１〜２０ｍ／分である必要があり、好ましくは０．２〜１０ｍ／分である。また、押出しの出口側ではピッチに応じて回転しながら押出されてくるので、回転に合わせて引き出すことがピッチを均一にするのに有効である。
【００１５】
本発明の高純度アルミニウムの純度とは、例えば、ＧＤＭＳ（グロー放電質量分析）により検出されたアルミニウム中のアルミニウム元素以外の金属および半金属元素の量を１００から減じることによって得られる重量パーセントのことである。アルミニウム中に含まれる酸素、水素、塩素といったガス成分は減じられていない。
【００１６】
高純度アルミニウムの純度が９９．９重量％未満の場合は、極低温下でも超電導安定化材に使用できるほど電気抵抗が小さくならず、超電導安定化材として不適であり、９９．９９９９重量％を越える場合は工業的な生産が困難である。
【００１７】
本発明において、原料素材の高純度アルミニウムの残留電気抵抗比とは、直径１５５ｍｍの焼鈍された鋳塊から直径２５．４ｍｍ、長さ１５０ｍｍの棒を切り出し、この試料を大気中で５００℃で３時間加熱後、２４時間かけて室温に戻す熱処理を施し、試料を切り出した時に生じる歪みを除去した状態で測定したときの残留電気抵抗比のことである。ここで、螺旋状の溝を有する高純度アルミニウムの円柱状の棒の残留電気抵抗比としては、原料素材の高純度アルミニウムの残留電気抵抗比の値がそのまま維持されることが好ましいが、押出し加工時に生ずる歪みによりこの残留電気抵抗比の値は低下する。
【００１８】
しかし、押出し加工時に生ずる歪みにより残留電気抵抗比の値が低下するとしても、本発明の方法によれば、超電導安定化材の残留電気抵抗比が原料素材の残留電気抵抗比の５０％以上のものを得ることができる。５０％未満では極低温における電気抵抗が大きく、実用的でない。
【００１９】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２０】
実施例１
内面に螺旋状に刻まれた巾３ｍｍ、深さ４．５ｍｍの溝８本を有する円筒状の金型（材質：ＪＩＳ・ＳＫＤ６１）を用いて、直径１５５ｍｍのビレットを押出し温度４００℃、押出し速度０．６ｍ／分、ピッチが１回転／１５インチで押出し（日本鉄工株式会社製、１５００トン押出し機）、螺旋状の溝を有する外径２５．４ｍｍ、純度が９９．９９９６重量％の高純度アルミニウムの棒を作製した。この棒から長さ１５０ｍｍだけ切り出し、残留電気抵抗比（２９６Ｋでの電気抵抗／４．２Ｋでの電気抵抗）を測定する試料とした。こうして得られた試料について液体ヘリウム中および室温で四端子法により電気抵抗を測定し、残留電気抵抗比を求めた。さらに、ビッカース硬度計（富士試験機製作所製）を使用して、断面各部のビッカース硬度を測定した。結果を表２に示す。
【００２１】
比較例１
内面に直線状に刻まれた巾３ｍｍ、深さ４．５ｍｍの溝８本有する円筒状の金型を用いて、直径１５５ｍｍのビレットを押出し温度２６０℃、押出し速度１５ｍ／分で押出し、直線状の溝を有する外径２５．４ｍｍ、純度が９９．９９９６重量％の高純度アルミニウムの棒を作製した。この棒の両端でひねりを加えて溝のピッチが１回転／１５インチの棒を得た。この棒から長さ１５０ｍｍだけを切り出して試料とし、実施例１と同様の測定を行った。結果を表１に示す。また、実施例１と同様に断面のビッカース硬度を測定した。結果を表２に示す。
【００２２】
【表１】
0003601064.tif 000002
【００２３】
表１より、実施例１と比較例１との比較から残留電気抵抗比は、内面に螺旋状に刻まれた溝を有する円筒状の金型を用いた場合（実施例１）は内面に直線状に刻まれた溝を有する円筒状の金型を用いた場合（比較例１）の３．６倍（５３９２÷１４８３）ある。また、実施例１では押出した状態での螺旋状の溝を有する棒の残留電気抵抗比は原料素材の７２％（５３９２÷７４７１×１００）であった。一方、比較例１の押出した後でひねり加工を加えた場合の残留電気抵抗比は原料素材の２０％（１４８３÷７４７１×１００）であった。
【００２４】
【表２】
0003601064.tif 000003
【００２５】
表２から、実施例１では断面の中心部と外周部での硬度の差が小さく、螺旋状の溝を有する円柱状の棒を押出し加工で成形するとき、加工時に生ずる歪みが棒の断面方向で均一であるから、均一な電気抵抗を有するものが得られる。一方、比較例１では直線状の溝を有する棒をその両端でひねりを加えているため、外周部での硬度が高く、このため中心部と外周部では電気抵抗が不均一となり、外周部での電気抵抗が大きくなって好ましくない。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、螺旋状の溝を有する棒を直接押出すことによって、熱処理の工程を必要とせず、極低温での電気抵抗が小さい高純度アルミニウム製の超電導安定化材を得ることができ、これを超電導エネルギー貯蔵システム等に用いることにより、超電導コイルの小型化、低コスト化が図れるので、工業上きわめて有用である。