(57)【要約】  コンジットから露出した超伝導素線束を金型で多角形状に縮径した２本の超伝導導体を作製し、縮径した前記超伝導素線を導電性部材で被覆して結束した後、その被覆部を切断して断面を露出させるとともに、中空パイプの中空部に嵌合するようにして挿入し、前記２本の超伝導導体を、縮径した前記超伝導素線の断面を介して加熱接合する。
2010090023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部にチャネルが形成され、その周りに被覆された超伝導導体をさらに覆ったコンジット端部から露出した超伝導素線の、前記コンジット端部から露出した部分を、前記チャネルを欠く状態において導電性部材で被覆する工程と、
押圧時に互いにぶつからないように対抗配置された第１の成形型および第２の成形型を用い、これら成形型双方により形成されるキャビティの間に前記導電性部材を配置する工程と、
前記第１の成形型また第２の成形型の少なくともいずれか一方で前記導電性部材を押圧して縮径する工程と、
縮径した前記導電性部材の超伝導素線束の端面と、上記工程で形成された別の導電性部材の超伝導素線束の端面とを互いに中空パイプ内に挿入してその端面どうしを合わせた後、加熱して接合させる工程と、
を具えることを特徴とする、超伝導導体の接続方法。
【請求項２】
超伝導導体を覆ったコンジット端部から露出した超伝導素線の、前記コンジット端部から露出した部分を導電性部材で被覆する工程と、
押圧時に互いにぶつからないように対抗配置された第１の成形型および第２の成形型を用い、これら成形型双方により形成されるキャビティの間に前記導電性部材を配置する工程と、
前記第１の成形型また第２の成形型の少なくともいずれか一方で前記導電性部材を押圧して縮径する工程と、
縮径した前記導電性部材の超伝導素線束の端面と、上記工程で形成された別の導電性部材の超伝導素線束の端面とを互いに中空パイプ内に挿入してその端面どうしを合わせた後、加熱して接合させる工程と、
を具えることを特徴とする、超伝導導体の接続方法。
【請求項３】
前記成形型どうしが重なり合った際に形成されるキャビティが少なくとも三角形以上の多角形状を呈し、前記導電性部材は、その断面が少なくとも三角形以上の多角形状となるように押圧して縮径することを特徴とする、請求項１に記載の超伝導導体の接続方法。
【請求項４】
前記成形型どうしが重なり合った際に形成されるキャビティが少なくとも三角形以上の多角形状を呈し、前記導電性部材は、その断面が少なくとも三角形以上の多角形状となるように押圧して縮径することを特徴とする、請求項２に記載の超伝導導体の接続方法。
【請求項５】
前記第１の成形型及び前記第２の成形型はそれぞれ複数配置されることを特徴とする、請求項１に記載の超伝導導体の接続方法。
【請求項６】
前記第１の成形型及び前記第２の成形型はそれぞれ複数配置されることを特徴とする、請求項２に記載の超伝導導体の接続方法。
【請求項７】
前記第１の成形型及び前記第２の成形型は交互に複数対向配置されることを特徴とする、請求項５に記載の超伝導導体の接続方法。
【請求項８】
前記第１の成形型及び前記第２の成形型は交互に複数対向配置されることを特徴とする、請求項６に記載の超伝導導体の接続方法。
【請求項９】
前記第１の成形型及び前記第２の成形型で形成される前記キャビティは五角形以上の多角形状を呈することを特徴とする、請求項３に記載の超伝導導体の接続方法。
【請求項１０】
前記第１の成形型及び前記第２の成形型で形成される前記キャビティは五角形以上の多角形状を呈することを特徴とする、請求項４に記載の超伝導導体の接続方法。
【請求項１１】
前記第１の成形型及び前記第２の成形型で形成される前記キャビティは、前記第１の成形型及び前記第２の成形型の押圧時において正五角形以上の正多角形状を呈し、前記超伝導素線束の前記縮径した部分は正五角形以上の正多角形状を呈することを特徴とする、請求項９に記載の超伝導導体の接続方法。
【請求項１２】
前記第１の成形型及び前記第２の成形型で形成される前記キャビティは、前記第１の成形型及び前記第２の成形型の押圧時において正五角形以上の正多角形状を呈し、前記超伝導素線束の前記縮径した部分は正五角形以上の正多角形状を呈することを特徴とする、請求項１０に記載の超伝導導体の接続方法。
【請求項１３】
縮径した前記導電性部材の超伝導素線束の端面と、前記別の導電性部材の超伝導素線束の端面とを加熱して接合させる前に、前記端面に金属膜を被覆する工程を具えることを特徴とする、請求項１に記載の超伝導導体の接続方法。
【請求項１４】
縮径した前記導電性部材の超伝導素線束の端面と、前記別の導電性部材の超伝導素線束の端面とを加熱して接合させる前に、前記端面に金属膜を被覆する工程を具えることを特徴とする、請求項２に記載の超伝導導体の接続方法。
【請求項１５】
前記金属膜はメッキ膜であることを特徴とする、請求項１３に記載の超伝導導体の接続方法。
【請求項１６】
前記金属膜はメッキ膜であることを特徴とする、請求項１４に記載の超伝導導体の接続方法。
【請求項１７】
縮径した前記導電性部材の超伝導素線束の端面と、前記別の導電性部材の超伝導素線束の端面とを加熱して接合させる前に、それら端面間に金属シートを介材させる工程を具えることを特徴とする、請求項１に記載の超伝導導体の接続方法。
【請求項１８】
縮径した前記導電性部材の超伝導素線束の端面と、前記別の導電性部材の超伝導素線束の端面とを加熱して接合させる前に、それら端面間に金属シートを介材させる工程を具えることを特徴とする、請求項２に記載の超伝導導体の接続方法。
【請求項１９】
第１の超伝導導体及び第２の超伝導導体と、
前記第１の超伝導導体のコンジット端部から露出し、三角形以上の多角形状に縮径してなる第１の超伝導素線束の少なくとも端部を、前記第１の超伝導素線束の縮径した部分の外周形状と共形し、前記第１の超伝導素線束の第１の端面を露出するようにして被覆してなる第１の導電性部材と、
前記第２の超伝導導体のコンジット端部から露出し、前記第１の超伝導導体と同一の多角形状に縮径してなる第２の超伝導素線束の少なくとも端部を、前記第２の超伝導素線束の縮径した部分の外周形状と共形し、前記第２の超伝導素線束の第２の端面を露出するようにして被覆してなる第２の導電性部材と、
前記第１の端面及び前記第２の端面が接合した状態で、前記第１の導電性部材の外周部及び前記第２の導電性部材の外周部と嵌合するようにして設けられた中空パイプと、
を具えることを特徴とする、超伝導コイル。
【請求項２０】
前記第１の超伝導素線束の前記縮径した部分及び前記第２の超伝導素線束の前記縮径した部分は、前記第１の導電性部材及び前記第２の導電性部材とともに正五角形以上の正多角形状を呈することを特徴とする、請求項１９に記載の超伝導コイル。
【請求項２１】
前記第１の端面及び前記第２の端面の少なくとも一方に被着した金属膜を具えることを特徴とする、請求項１９に記載の超伝導コイル。
【請求項２２】
前記金属膜はメッキ膜であることを特徴とする、請求項２１に記載の超伝導コイル。
【請求項２３】
前記第１の端面及び前記第２の端面間に介在した金属シートを具えることを特徴とする、請求項１９に記載の超伝導コイル。
【請求項２４】
前記第１の超伝導導体及び前記第２の超伝導導体の少なくとも一方の、前記コンジットを含む部分においては、その径方向の中心部において長さ方向に貫通し、冷媒を流すためのチャネル孔が形成されていることを特徴とする、請求項１９に記載の超伝導コイル。
【請求項２５】
前記第１の超伝導導体のコンジット端部から露出した、多角形状に縮径してなる前記第１の超伝導素線束、及び前記第２の超伝導導体のコンジット端部から露出した、多角形状に縮径してなる前記第２の超伝導素線束を冷却する冷却装置を具えることを特徴とする、請求項１９に記載の超伝導コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導導体の接続方法、及び超伝導コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
核融合機器や超伝導エネルギー貯蔵システム装置など高磁場を発生させる大型の超伝導コイル、並びに送電線等に使用する超伝導コイルは、一般に複数の超伝導導体を準備しておき、これらを相互に接続することによって製造している。【０００３】
例えば、特許文献１には、双方の超伝導導体のコンジットを除去して超伝導素線から一定の長さのフィラメントを硝酸などで露出させ、双方のフィラメントを適当数の束毎に重ね合わせ、このフィラメントを接続ピースで覆い、所定の温度および圧力を加えてフィラメントおよび安定化銅を固相接合し、双方の導体を一体化する方法が開示されている。また、特許文献２では、双方の超伝導素線から接続箇所の安定化材を取り除いてフィラメントを露出させ、互いに重ね合わせて加圧しながら熱処理して接続する方法が開示されている。【０００４】
また、特許文献３では、双方の化合物系超伝導素線から接続端部の安定化材を除去した後に、チューブ状のフィラメントを互いに重ね合わせて圧力および温度を加え、チューブ状のフィラメント間を固相拡散接合する方法が開示されている。特許文献４には、超伝導導体の接続すべき双方の端部をそれぞれ銅スリーブでスウェージング加工して一体化し、これらの端部をつき合わせて接続するバットジョイント法による接続方法が開示されている。【０００５】
さらに、特許文献５には、超伝導フィラメントを約１００００本埋め込んだ構造の素線を４９本束ね、さらにコンジットで被覆して所定の外径の複合導体を形成した後、この複合導体からコンジットを約２００ｍｍの長さで剥ぎ取って内部の素線を取り出し、各素線を加工ロールで断面が六角形状となるように加工した後、加工後の各素線を銅製の型枠に７本づつ挿入して、合計７つのブロックを形成する。その後、この７つのブロックを正六角形状にスウェージング加工して６次の回転対称形の複数の複合導体を得、これら複数の複合導体の端部同士を突き合わせることによって、これら複数の複合導体、すなわち超伝導フィラメント同士を接続する方法が開示されている。【０００６】
また、特許文献６には、超伝導フィラメントをスリーブ内に挿入し、その後、このスリーブを例えば上枠及び下枠から構成される型内に挿入し、この上枠及び下枠の当たり面同士が当たるまでスリーブを押圧して縮径することにより、スリーブ内で超伝導フィラメント同士を互いに接続する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平  ６−１６３１４０号公報
【特許文献２】特開昭６３−０５５８７５号公報
【特許文献３】特開平  ２−１９７０１７号公報
【特許文献４】特開平１０−０２１９７６号公報
【特許文献５】特開平  ８−１３８８２１号公報
【特許文献６】特開平  ６−１９６３４１号公報
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献１〜３に開示された接続方法においては、はんだ付による方法と比べると接続部の低抵抗化およびコンパクト化の利点があるものの、いずれも双方の超伝導素線から安定化材を、硝酸溶液等の酸を用いて安定化銅を溶解・除去してフィラメントを露出させる工程を必須とする方法であったため、超伝導線のフィラメントおよび安定化材に関する取り扱いが煩雑となって、必ずしも作業効率が良いものではなかった。【０００９】
例えば、フィラメントについては数十μｍの極細線であるため、取り扱い上、フィラメント同士の摩擦に起因してフィラメントが発火したり、あるいは接続後の洗浄が悪いと接続部のフィラメントが酸化して接続抵抗値が大きくなったりして、機器設計から要求される接続部抵抗の仕様値をクリヤーしないなどの問題があった。また、安定化材を除去する際に、硝酸溶液等の強酸を使用する工程が必須であったため、溶液の取り扱いや接続作業エリアの作業環境などに制約が多々あり、作業性としては効率のいいものではなかった。【００１０】
また、特許文献４に記載の接続方法は、熱処理された超伝導導体を、接続すべき端面を高度な加工（平面度、直角度、粗度、清浄度他）を施し、真空あるいは不活性ガス雰囲気中において、加熱（例えば７００℃前後）及び加圧（例えば１〜１０ＭＰａ）する条件において、所定の低抵抗の接続が得られるようになる。したがって、極めて高度な技術や接続装置が必要であった。【００１１】
さらに、特許文献５に記載の方法では、上述した複合導体を得るに際して、コンジットから露出した素線毎に加工ロールにて加工するため、工程が煩雑になるという問題があった。また、特許文献６に記載の方法では、スリーブ内の超伝導フィラメントの縮径は、上枠及び下枠の当たり面同士が当たるまでしか行うことができず、上述した接続に際して超伝導フィラメント間に隙間が生じてしまい、抵抗が増大して十分な超伝導特性を得ることができないという問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、超伝導導体の接続部の低抵抗化を保持し、簡易な接続作業で超伝導導体同士を接続し、もって超伝導コイル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】
【００１３】
本発明の一態様は、中心部にチャネルが形成され、その周りに被覆された超伝導導体をさらに覆ったコンジット端部から露出した超伝導素線の、前記コンジット端部から露出した部分を、前記チャネルを欠く状態において導電性部材で被覆する工程と、押圧時に互いにぶつからないように対抗配置された第１の成形型および第２の成形型を用い、これら成形型双方により形成されるキャビティの間に前記導電性部材を配置する工程と、前記第１の成形型また第２の成形型の少なくともいずれか一方で前記導電性部材を押圧して縮径する工程と、縮径した前記導電性部材の超伝導素線束の端面と、上記工程で形成された別の導電性部材の超伝導素線束の端面とを互いに中空パイプ内に挿入してその端面どうしを合わせた後、加熱して接合させる工程と、を具えることを特徴とする、超伝導導体の接続方法（第１の接続方法）に関する。【００１４】
また、本発明の一態様は、超伝導導体を覆ったコンジット端部から露出した超伝導素線の、前記コンジット端部から露出した部分を導電性部材で被覆する工程と、押圧時に互いにぶつからないように対抗配置された第１の成形型および第２の成形型を用い、これら成形型双方により形成されるキャビティの間に前記導電性部材を配置する工程と、前記第１の成形型また第２の成形型の少なくともいずれか一方で前記導電性部材を押圧して縮径する工程と、縮径した前記導電性部材の超伝導素線束の端面と、上記工程で形成された別の導電性部材の超伝導素線束の端面とを互いに中空パイプ内に挿入してその端面どうしを合わせた後、加熱して接合させる工程と、を具えることを特徴とする、超伝導導体の接続方法（第２の接続方法）に関する。【００１５】
上記第１の接続方法によれば、中心部にチャネルが形成され、その周りに被覆された超伝導導体をさらに覆ったコンジット端部から露出した超伝導素線を、前記コンジット端部から露出した部分の前記チャネルが除去された状態で導電性部材で被覆した後、押圧時に互いにぶつからないように対抗配置された第１の成形型および第２の成形型で押圧し、縮径するようにしている。【００１６】
したがって、前記コンジットから露出した超伝導素線を構成する複数の超伝導線間の隙間を低減させることができ、前記超伝導素線の低抵抗化を実現することができるようになる。すなわち、上記超伝導導体の、接続に供する超伝導素線束の低抵抗化を図ることができ、前記超伝導素線束と、同様にして作製された別の超伝導導体の超伝導素線束との接続部の低抵抗化を達成することができる。結果として、接続部の低抵抗化を実現した超伝導コイルを提供することができる。【００１７】
また、素線毎ではなく、前記コンジットから露出した超伝導素線を一括して縮径するので、縮径に伴う低抵抗化の工程を簡易化することができる。【００１８】
さらに、縮径した前記超伝導素線束は、中空パイプの中空部に嵌合するようにして挿入し、加圧及び加熱処理を経ることによって、別の超伝導素線束と端面同士を接合するようにしている。したがって、前記超伝導素線束同士、すなわち前記超伝導導体と前記別の超伝導導体とを極めて簡易に接合することができる。【００１９】
また、上記第２の接続方法においても、超伝導導体をさらに覆ったコンジット端部から露出した超伝導素線を、前記コンジット端部から露出した部分の前記チャネルが除去された状態で導電性部材で被覆した後、押圧時に互いにぶつからないように対抗配置された第１の成形型および第２の成形型で押圧し、縮径するようにしている。【００２０】
したがって、前記コンジットから露出した超伝導素線を構成する複数の超伝導線間の隙間を低減させることができ、前記超伝導素線の低抵抗化を実現することができるようになる。すなわち、上記超伝導導体の、接続に供する超伝導素線束の低抵抗化を図ることができ、前記超伝導素線束と、同様にして作製された別の超伝導導体の超伝導素線束との接続部の低抵抗化を達成することができる。結果として、接続部の低抵抗化を実現した超伝導コイルを提供することができる。【００２１】
また、素線毎ではなく、前記コンジットから露出した超伝導素線を一括して縮径するので、縮径に伴う低抵抗化の工程を簡易化することができる。【００２２】
さらに、縮径した前記超伝導素線束は、中空パイプの中空部に嵌合するようにして挿入し、加圧及び加熱処理を経ることによって、別の超伝導素線束と端面同士を接合するようにしている。したがって、前記超伝導素線束同士、すなわち前記超伝導導体と前記別の超伝導導体とを極めて簡易に接合することができる。【００２３】
なお、第１の接続方法と第２の接続方法との主な相違点は、第１の接続方法における超伝導体は中心部にチャネルが形成されている一方、第２の接続方法における超伝導導体は中心部にチャネルが形成されていない点で相違する。したがって、第１の接続方法に供される超伝導導体は、チャネル中に冷媒を流すことにより、主として核融合機器や超伝導エネルギー貯蔵システム装置など高磁場を発生させる大型の超伝導コイルに使用する場合を想定しており、第２の接続方法に供される超伝導導体は、冷媒を流す必要のない、主として送電線などに使用する場合を想定している。【００２４】
なお、本発明の一例において、前記成形型どうしが重なり合った際に形成されるキャビティが少なくとも三角形以上の多角形状を呈し、前記導電性部材は、その断面が少なくとも三角形以上の多角形状となるように押圧して縮径する。この場合、上記超伝導導体の単面と上記別の超伝導導体の端面との超伝導素線同士の対応を効率良く行うことができ、上述した縮径の作用効果と併せて、これら接続部の低抵抗化を図ることができる。結果として、超伝導導体の接続部の低抵抗化をより向上させた超伝導コイルを得ることができる。【００２５】
この場合、前記超伝導素線束が、例えばステンレステープなどで複数のブロックに分割されているような場合においても、これらの接続部は多角形状に縮径されており、また、上述したように上記中空パイプの上記中空部内に嵌合するようにして挿入して接合するようにしているので、前記超伝導素線束と別の超伝導素線束のブロック同士の位置を正確に合わせることができ、接合面に前記ステンレステープが介在しないようにして両者を接合することができるようになる。したがって、このような場合においても、前記超伝導導体の接続部の低抵抗化を達成することができる。【００２６】
本発明の一例においては、前記第１の成形型及び前記第２の成形型で形成される前記キャビティは五角形以上の多角形状を呈するようにする。この場合、前記コンジットから露出した前記超伝導素線束（並びに前記導電性部材）に対して、等方的に高い圧力を負荷することができ、その縮径度合いを向上させることができるようになる。したがって、前記超伝導素線束を構成する複数の超伝導線間の隙間をさらに低減させることができ、前記超伝導素線のさらなる低抵抗化を実現することができるようになる。【００２７】
また、本発明の一例においては、前記第１の成形型及び前記第２の成形型で形成される前記キャビティは、前記複数の第１の成形型及び前記複数の第２の成形型の押圧時において正五角形以上の正多角形状を呈し、前記超伝導素線束の前記縮径した部分は正五角形以上の正多角形状を呈するようにすることができる。この場合、上記例の作用効果をより顕著に奏するようにすることができる。すなわち、前記超伝導素線束を構成する複数の超伝導線間の隙間をさらに低減させることができ、前記超伝導素線のさらなる低抵抗化を実現することができるようになる。【００２８】
さらに、本発明の一例においては、前記第１の成形型及び前記第２の成形型はそれぞれ複数、特には交互に複数対向配置することができる。これによって、上述した導電性部材を介した超伝導導体の接続部の縮径をより均一に行うことができるようになる。【００２９】
また、本発明の一例においては、縮径した前記超伝導素線束の端面を、別に形成した超伝導導体の縮径した超伝導素線束の端面と接合させる前に、前記端面に金属膜を被覆する。これによって、前記端面における表面の凹凸を実質的に消失させることができ、端面同士の接続をより確実にすることができる。【００３０】
なお、上記金属膜とは別に又は併用するようにして、縮径した前記超伝導素線束の前記端面を、縮径した別の超伝導素線束の端面と接合させる前に、これら端面間に金属シートを介材させることができる。この場合においても上記同様の作用効果を得ることができる。【００３１】
以上のような工程を得ることにより、第１の超伝導導体及び第２の超伝導導体と、前記第１の超伝導導体のコンジット端部から露出し、三角形以上の多角形状に縮径してなる第１の超伝導素線束の少なくとも端部を、前記第１の超伝導素線束の縮径した部分の外周形状と共形し、前記第１の超伝導素線束の第１の端面を露出するようにして被覆してなる第１の導電性部材と、前記第２の超伝導導体のコンジット端部から露出し、前記第１の超伝導導体と同一の多角形状に縮径してなる第２の超伝導素線束の少なくとも端部を、前記第２の超伝導素線束の縮径した部分の外周形状と共形し、前記第２の超伝導素線束の第２の端面を露出するようにして被覆してなる第２の導電性部材と、前記第１の端面及び前記第２の端面が接合した状態で、前記第１の導電性部材の外周部及び前記第２の導電性部材の外周部と嵌合するようにして設けられた中空パイプと、を具えることを特徴とする、超伝導コイルを得ることができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、超伝導導体の接続部の低抵抗化を保持し、簡易な接続作業で超伝導導体同士を接続し、もって超伝導コイルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施形態における超伝導導体の接続方法を説明するための工程図である。
【図２】同じく、実施形態における超伝導導体の接続方法を説明するための工程図である。
【図３】同じく、実施形態における超伝導導体の接続方法を説明するための工程図である。
【図４】同じく、実施形態における超伝導導体の接続方法を説明するための工程図である。
【図５】同じく、実施形態における超伝導導体の接続方法を説明するための工程図である。
【図６】同じく、実施形態における超伝導導体の接続方法を説明するための工程図である。
【図７】同じく、実施形態における超伝導導体の接続方法を説明するための工程図である。
【図８】同じく、実施形態における超伝導導体の接続方法を説明するための工程図である。
【図９】同じく、実施形態における超伝導導体の接続方法を説明するための工程図である。
【図１０】同じく、実施形態における超伝導導体の接続方法を説明するための工程図である。
【図１１】同じく、実施形態における超伝導導体の接続方法を説明するための工程図である。
【図１２】同じく、実施形態における超伝導導体の接続方法を説明するための工程図である。
【図１３】同じく、実施形態における超伝導導体の接続方法を説明するための工程図である。
【図１４】同じく、実施形態における超伝導導体の接続方法を説明するための工程図である。
【図１５】同じく、実施形態における超伝導導体の接続方法を説明するための工程図である。
【図１６】同じく、実施形態における超伝導導体の接続方法を説明するための工程図である。
【図１７】同じく、実施形態における超伝導導体の接続方法を説明するための工程図である。
【図１８】同じく、実施形態における超伝導導体の接続方法を説明するための工程図である。
【図１９】同じく、実施形態における超伝導導体の接続方法を説明するための工程図である。
【図２０】実施形態における超伝導コイルの概略構成図である。
【図２１】図２０に示す超伝導コイルの変形例を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の詳細、並びにその他の特徴及び利点について説明する。
【００３５】
（超伝導体の接続方法）
最初に、実施形態に係わる超伝導導体の接続方法について説明する。図１〜図１９は、本実施形態の超伝導導体の接続方法を説明するための工程図であり、特に図１〜図３は、本実施形態における超伝導導体の構成図である。図４及び図５は、本実施形態において使用する金型の概略構成を示す図である。
【００３６】
図１は、第１の実施形態に関する超伝導導体の概略構成を示す断面図であり、図２は、第２の実施形態に関する超伝導導体の概略構成を示す断面図である。図３は、図１及び図２に示す超伝導導体を構成する超伝導素線の概略構成を示す断面図である。図４は、前記金型の構成を示す正面図であり、図５は、前記金型の構成を示す側面図である。
【００３７】
なお、図１に示す第１の実施形態に関する超伝導導体及び図２に示す第２の実施形態に関する超伝導導体において、類似及び同一の構成要素に関しては、同一の参照数字を用いて表している。
【００３８】
図１に示すように、第１の実施形態で使用する超伝導導体１０は、例えばステンレス製テープ１２によってブロック状に離隔された複数の超伝導素線１１が、超伝導導体１０の長さ方向に所定の冷媒を流すために形成されたチャネル孔１４の周囲を囲むようにして構成され、束を構成している。また、複数の超伝導素線１１はコンジット１３によって被覆されている。
【００３９】
図２に示すように、第２の実施形態で使用する超伝導導体１０−１は、テープによってブロック状に離隔されることなく、また、冷媒を流すためのチャネル孔を有することなく、複数の超伝導素線１１がコンジット１３によって被覆されている。
【００４０】
図１及び図２に示すいずれの超伝導素線１１も、例えば１本の超伝導線１１１と２本の銅線とを拠ってなる合計３本の線をさらに３本に拠るとともに、得られた拠り線をさらに３本に拠り、結果として得られた依り線を再度２本に拠ることなどによって構成することができる。
【００４１】
超伝導線１１１は、例えば、図３に示すように、超伝導フィラメント１１１Ａの周囲を安定化銅１１１Ｂで被覆し、これを銅材１１１Ｃ中に複数埋設させるとともに、その周囲を銅又はアルミニウムなどの管状部材１１１Ｄで被覆することによって得ることができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、複数の超伝導素線１１は超伝導素線束と同義である。したがって、以下において、参照数字１１は、適宜単一の超伝導素線を意味する場合もあれば、上記超伝導素線束を意味する場合もある。
【００４３】
また、第１の実施形態では、超伝導素線１１の数を６としているが、その数は必要に応じて任意に決定することができる。また、チャネル孔１４についても必要に応じて省略することができる。
【００４４】
第１の実施形態に関する超伝導導体は、チャネル孔１４中に冷媒を流すことにより、主として核融合機器や超伝導エネルギー貯蔵システム装置など高磁場を発生させる大型の超伝導コイルに使用する場合を想定しており、第２の実施形態に関する超伝導導体は、冷媒を流す必要のない、主として送電線などに使用する場合を想定している。
【００４５】
図４及び図５に示すように、本実施形態で使用する金型２０は、複数の第１の金型片２１及び複数の第２の金型片２２を含み、複数の第１の金型片２１及び複数の第２の金型片２２が上下又は左右に交互に反転した状態で隣接するようにして配列され、相対向して対をなす複数の第１の金型片２１及び複数の第２の金型片２２のそれぞれが多角形状のキャビティ２０Ａを形成するとともに、キャビティ２０Ａが連通するようにして構成されている。
【００４６】
上側に位置する第１の金型片２１は上型２６を構成し、下側に位置する第２の金型片２２は下型２７を構成する。なお、図４及び図５に示すように、上型２６を構成する第１の金型片２１及び下型２７を構成する第２の金型片２２を交互に複数対向配置することによって、以下に説明するように、導電性部材を介した超伝導導体の接続部の縮径をより均一に行うことができるようになる。
【００４７】
キャビティ２０Ａは五角形以上の多角形状を呈するようにする。この場合、以下に説明するように、コンジット１３から露出した超伝導素線束１１（並びにそれを被覆する導電性部材）に対して、等方的に高い圧力を負荷することができ、その縮径度合いを向上させることができるようになる。したがって、超伝導素線束１１を構成する複数の超伝導線１１１間の隙間をさらに低減させることができ、前記超伝導素線の超伝導素線のさらなる低抵抗化を実現することができるようになる。
【００４８】
但し、キャビティ２０Ａは、少なくとも三角形（三角形の場合は、例えば平坦な下型と山型の上型とで三角形のキャビティを形成する。また、四角形の場合は、例えば山型の下型で形成される三角形状のキャビティと山型の上型で形成される三角形状のキャビティとが組み合わされることによって、四角形状のキャビティを形成する）以上であることが好ましい。
【００４９】
また、キャビティ２０Ａは、以下に説明する金型２０によって超伝導素線束１１を押圧する際に、さらに正五角形以上の正多角形状を呈するようにすることが好ましい。これによって、以下に説明する超伝導素線束１１の縮径した部分を正五角形以上の正多角形状を呈するようにすることができる。この場合、上記例の作用効果をより顕著に奏するようにすることができる。すなわち、超伝導素線束１１を構成する複数の超伝導線１１１間の隙間をさらに低減させることができ、超伝導素線束１１のさらなる低抵抗化を実現することができるようになる。
【００５０】
なお、五角形以上の多角形としては、六角形、八角形、十角形及び十二角形等を例示することができ、正五角形以上の正多角形としては、正六角形、正八角形、正十角形及び正十二角形等を例示することができる。なお、最も形状が簡易であって、コストの低減が可能である等の観点より、六角形又は正六角形とすることが好ましい。本実施形態では、キャビティ２０Ａの形状が六角形であり、押圧の際の形状が正六角形となるようにしている。
【００５１】
次に、図６〜図１９を参照して、本実施形態における超伝導導体の接続方法について具体的に説明する。
【００５２】
第１の実施形態における超伝導導体１０の場合は、最初に、図６に示すように、コンジット１３の端部を除去し、超伝導素線束１１を露出させる。この際、表面に露出したステンレステープ１２も必要に応じて除去するか、若しくは可能であればコンジット１３内に引っ込めてもよい。また、超伝導素線束１１の露出した部分におけるチャネル孔１４も併せて除去する。
【００５３】
一方、第２の実施形態における超伝導導体１０−１の場合は、ステンレステープ及びチャネル孔を除去することなく、図６に示すようにして、コンジット１３の端部を除去し、超伝導素線束１１を露出させる。
【００５４】
次いで、第１の実施形態の超伝導導体１０及び第２の実施形態の超伝導導体１０−１のいずれの場合においても、図７に示すように、露出した超伝導素線束１１を導電性部材１６によって被覆する。図７では、導電性部材１６によって、露出した超伝導素線束１１のほぼ全体を覆うようにしているが、少なくとも以下に説明する超伝導導体同士の接続に寄与する端部（中空パイプ内での結合に寄与する端部）を被覆すれば足りる。
【００５５】
次いで、図８及び図９に示すように、金型２０の連通したキャビティ内に、超伝導素線束１１の、導電性部材１６で被覆した部分を配置し、金型２０の複数の第１の金型片２１及び複数の第２の金型片２２、すなわち上型２６及び下型２７を上下方向に押圧して、超伝導素線束１１の、導電性部材１６で被覆した部分を、図１０及び図１１に示すように多角形状に縮径する。なお、本実施形態では、金型２０の押圧を上下方向において実施しているが、押圧ができさえすれば、その方向は上下のみならず、左右等いずれの方向であってもよい。
【００５６】
なお、第２の実施形態の超伝導導体１０−１の場合は、図１１等において符号“１２”で示されるステンレステープは存在しない。
【００５７】
押圧に際しては、図示しないプレス機等で金型２０の上型２６及び下型２７の少なくとも一方を押圧し、図１２に示すように所定の変位（縮径）Ｓ０となるまで押圧時に印加する圧力を徐々に上昇させるような方法で行うことができる。
【００５８】
また、図１３に示すように、例えば一対のローラ２９を上型２６の上面上及び下型２７の下面上に配置し、これら上面及び下面上において一対のローラ２９を矢印で示す方向に移動させ、一回の移動毎に、例えば図１４に示すようにＳ０１ずつ変位を生ぜしめて、所定の変位（縮径）Ｓ０となるまで、ステップ状に圧力を印加して押圧を行うようにすることもできる。
【００５９】
本実施形態では、上述したように、キャビティ２０Ａの形状が六角形であり、押圧後の形状が正六角形となるようにしている。これによって、上述したように、超伝導素線束１１及び導電性部材１６に対して、等方的に高い圧力を負荷することができ、その縮径度合いを向上させることができるようになる。したがって、超伝導素線束１１を構成する複数の超伝導線１１１間の隙間をさらに低減させることができ、超伝導線１１１、すなわち超伝導素線束１１及び超伝導導体１０のさらなる低抵抗化を実現することができるようになる。
【００６０】
次いで、第１の実施形態の超伝導導体１０及び第２の実施形態の超伝導導体１０−１のいずれの場合においても、図１５に示すように、縮径した超伝導素線束１１を導電性部材１６とともに切断し、超伝導素線束１１の第１の端面１６Ａを形成する。前記切断は、超伝導素線束１１の長さ方向に垂直に行うこともできるが、図１５に示すように、所定の角度で切断を行い、テーパー状とすることが好ましい。これによって、以下に説明する他の超伝導導体との接続に際して、超伝導素線束１１と、接続する相手方の超伝導素線束との接触面積を増大させることができる。したがって、超伝導導体同士の接続をより確実に行うことができる。
【００６１】
また、特に図示しないが、縮径した超伝導素線束１１の第１の端面１６Ａ上に金属膜を被覆することができる。この場合、第１の端面１６Ａ表面の凹凸を実質的に消失させることができ、以下に説明する第１の端面１６Ａを介した超伝導導体の接続をより確実にすることができる。
【００６２】
なお、上記金属膜の形成方法等は特に限定されるものではないが、例えばメッキ膜とすることができる。さらに、前記金属膜は電気的良導体から構成する必要があり、例えば銅や金等から構成することができる。
【００６３】
次いで、超伝導導体１０又は１０−１と接合する他方の超伝導導体１０’又は１０−１’を、上述した同様の工程を経ることによって作製する。なお、超伝導導体１０及び１０’、並びに１０−１及び１０−１’は、基本的に同じ構成、形態及び大きさを有するので、以下において類似の構成要素については同一の参照数字を用いるか、符号’を付すことにより表している。但し、超伝導導体１０’又は１０−１’の第２の端面１６Ｂは、超伝導導体１０又は１０−１の第１の端面１６Ａと結合するように、テーパー面の位置が上下で反転している。
【００６４】
次いで、図１６に示すように、縮径した超伝導素線束１１の第１の端面１６Ａ、及び同じく縮径した超伝導素線束１１’の第２の端面１６Ｂを、これら縮径した部分と同一の大きさ及び形状の中空部を有する中空パイプ１７内に挿入して加圧接触させるとともに加熱して、第１の端面１６Ａ及び第２の端面１６Ｂとを接合させる（図１７参照）。
【００６５】
本工程において、超伝導素線束１１の第１の端面１６Ａ及び超伝導素線束１１’の第２の端面１６Ｂを加圧接触させる前に、第１の端面１６Ａと第２の端面１６Ｂとの間に図示しない金属シートを介材させることができる。この場合においても、前記金属シートが、第１の端面１６Ａ及び第２の端面１６Ｂの凹凸を実質的に消失させることができるようになるので、第１の端面１６Ａ及び第２の端面１６Ｂを介した超伝導導体１０及び１０’、並びに超伝導導体１０−１及び１０−１’の接続をより確実にすることができる。
【００６６】
なお、上記金属シートの介在は、上述した例えば第１の端面１６Ａ上への金属膜の被覆と併用することもできるし、独立させることもできる。前記金属シートは、例えば銅から構成することができる。
【００６７】
また、図１６に示すように、第１の端面１６Ａ及び第２の端面１６Ｂを結合させる際には、特に上述した金属膜の形成や金属シートを介材させない場合は、それら端面を溶剤等を用いて洗浄し、上記結合を妨げるような有機物質等を予め除去しておく。
【００６８】
なお、上述した加熱操作は、例えば図１８に示すように、中空パイプ１７を囲む、すなわち、第１の端面１６Ａ及び第２の端面１６Ｂの結合面１８を囲むようにして加熱炉３１を配置して行うことができる。加熱炉３１は、中空パイプ１７に対して加熱すると同時に圧力を負荷するように構成することもできる。
【００６９】
上記加熱時間は超伝導導体１０及び１０’、又は１０−１及び１０−１’の構成にもよるが、例えば超伝導フィラメント１１１ＡとしてＮｂ３Ｓｎを用いた場合においては、６５０℃、１５分の条件で行うことができる。また、数ｋｇｆ／ｍｍ２の圧力を負荷することもできる。
【００７０】
また、図１９に示すように、中空パイプ１７を加熱炉３１ごと所定の容器３２内に設置し、ポート３３から図示しない真空ポンプで例えば０．２Ｐａ〜１Ｐａ程度に容器３２内を真空排気した後、ポート３２からアルゴンガスを５Ｌ／ｍｉｎで導入するとともに、ポート３３から排気しながら、上述した加熱操作を行うこともできる。
【００７１】
以上のような工程を経ることによって、超伝導素線束１１及び超伝導素線束１１’同士、すなわち超伝導導体１０及び超伝導導体１０’、又は超伝導導体１０−１及び１０−１’同士を極めて簡易に接合することができる。
【００７２】
なお、図１６〜図１９に示す工程を経ることによって、超伝導素線束１１及び超伝導素線束１１’は、接続部が正六形状に縮径されており、また、中空パイプ１７の中空部内に嵌合するようにして挿入して接合するようにしているので、超伝導素線束１１及び超伝導素線束１’の、各素線（１１及び１１’）の位置を正確に合わせることができ、第１の実施形態における超伝導導体１０の場合においても、接合面にステンレステープ等が介在しないようにして超伝導素線束１１及び１１’を接合することができるようになる。したがって、かかる観点からも、超伝導導体１０及び１０’、又は超伝導導体１０−１及び１０−１’の接続部の低抵抗化を達成することができる。
【００７３】
（超伝導コイル）
次に、本実施形態における超伝導コイルについて説明する。なお、超伝導コイルは、上述した超伝導体の接続方法の結果物であり、外観状が図２０に示すような構成を採る。
【００７４】
図２０は、本実施形態における超伝導コイルの概略構成図である。図２０に示すように、本実施形態の超伝導コイル５０は、超伝導導体１０及び１０’、又は超伝導導体１０−１及び１０−１’とが接続されたような構成を成している。
【００７５】
具体的には、超伝導導体１０又は１０−１のコンジット端部から露出し、正六角形状に縮径してなる超伝導素線束１１をその外周形状と共形するようにして被覆するとともに、第１の端面１６Ａを露出するようにして結束した導電性部材１６と、超伝導導体１０’又は１０−１’のコンジット端部から露出し、同じく六角形状に縮径してなる超伝導素線束１１’を、超伝導素線束１１の縮径した部分の外周形状と共形するようにして被覆するとともに、第２の端面１６Ｂを露出するようにして結束した導電性部材１６とを有している。そして、第１の端面１６Ａ及び第２の端面１６Ｂが接合した状態で、導電性部材１６の外周部と嵌合するようにして設けられた中空パイプ１７とを有している。
【００７６】
なお、上述した接続方法に従って、第１の端面１６Ａ及び第２の端面１６Ｂの少なくとも一方に金属膜を形成した場合は、その端面上、すなわち結合面１８において前記金属膜が存在するようになる。
【００７７】
また、第１の端面１６Ａ及び第２の端面１６Ｂ間に金属シートを介材させた場合は、結合面１８において前記金属シートが存在するようになる。
【００７８】
さらに、超伝導導体１０及び１０’が、冷媒を流すためのチャネル孔１４を有する場合は、超伝導コイル５０もチャネル孔１４を有するようになる。
【００７９】
本実施形態の超伝導コイル５０は、超伝導素線束１１及び超伝導素線束１１’の接続部が正六形状に縮径されており、また、中空パイプ１７の中空部内に嵌合するようにして挿入して接合するようにしているので、超伝導素線束１１及び超伝導素線束１１’の、各素線（１１及び１１’）の位置を正確に合わせることができる。また、第１の実施形態の超伝導コイル１０のように、複数の超伝導素線１１がステンレス製テープ１２によってブロック状に離隔された場合においても、接合面にステンレステープ２が介在しないようにして超伝導素線束１１及び１１’を接合することができるようになる。したがって、超伝導導体１０及び１０’の接続部の低抵抗化を達成することができ、超伝導コイル５０の低抵抗化を図ることができる。
【００８０】
また、結合面１８は、テーパー状に形成された第１の端面１６Ａ及び第２の端面１６Ｂが接触して結合するようになるので、超伝導素線束１１及び超伝導素線束１１’、すなわち超伝導導体１０及び１０’、又は超伝導導体１０−１及び１０−１’の結合面積を増大させることができる。結果として、結合が強固であって信頼性の高い超伝導コイル５０を得ることができる。
【００８１】
なお、本実施形態の超伝導コイル５０の冷却は、例えばチャネル孔１４内に冷媒を流すことによって行う。
【００８２】
図２１は、図２０に示す超伝導コイルの変形例である。本実施形態の超伝導コイル５０は、超伝導導体１０及び１０’、又は超伝導導体１０−１及び１０−１’のコンジット１３から露出した部分が所定の容器４１中に配置され、前記部分は容器４１に固定された固定治具４２によって中空パイプ１８を固定することにより、容器４１に対して間接的に固定されている。また、容器４１の上部及び下部にはそれぞれポート４３及び４４が設けられている。
【００８３】
本実施形態の超伝導コイル５０は、例えばチャネル孔１４内に冷媒を流すとともに、ポート４３からも冷媒を容器４１中に導入することによって冷却することができる。
【００８４】
超伝導導体１０及び１０’の接続部、すなわち中空パイプ１８で被覆された部分は、超伝導素線束１１及び１１’が縮径されていることから、チャネル孔１４は押圧されて消失してしまっている。したがって、チャネル孔１４を流れてきた冷媒は、上記接続部で超伝導素線束１１及び１１’から外方に漏れ出てしまい、前記接続部における超伝導導体１０及び１０’の冷却が不十分となる。
【００８５】
しかしながら、本実施形態では、上記接続部を容器４１内に配置して、かかる部分を強制的に冷却するようにしているので、上記不利益を回避することができる。
【００８６】
なお、ポート４３から容器４１内に導入した冷媒は、ポート４４から外部に放出させることもできるし、超伝導導体１０又は１０’のチャネル孔１４中に導入できるように構成することもできる。
【００８７】
以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能
である。
【００８８】
例えば、上記具体例では、成形型として金型を用いたが、その他の材料、例えばセラミックスからなる成形型を用いるようにすることもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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2010090023.tif 000025
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