(57)【要約】    【課題】  簡便で、堅牢であり、低コスト化を図ることができる磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製作方法を提供する。    【解決手段】磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製作方法において、地上コイルに面した側の第１のケース要素２１と、地上コイルとは反対側に面した第２のケース要素２２と、前方に配置される第３のケース要素２３と、後方に配置される第４のケース要素２４と、上面に配置される第５のケース要素２５と、底面に配置される第６のケース要素２６とを備え、これらの第１乃至第６のケース要素を突き合わせた突き合わせ部に、前記第１乃至第６のケース要素の材質よりも硬い材質の金属搾２８を押し付け、前記金属搾２８を回転させながら移動することにより、摩擦熱によって前記第１乃至６のケース要素を接合するようにした。【選択図】図１
2005253191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上コイルに面した側の第１のケース要素と、地上コイルとは反対側に面した第２のケース要素と、前方に配置される第３のケース要素と、後方に配置される第４のケース要素と、上面に配置される第５のケース要素と、底面に配置される第６のケース要素とを備え、これらの第１乃至第６のケース要素を突き合わせた突き合わせ部に、前記第１乃至第６のケース要素の材質よりも硬い材質の金属搾を押し付け、前記金属搾を回転させながら移動させることにより、摩擦熱によって前記第１乃至６のケース要素を接合することを特徴とする磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製作方法。
【請求項２】
請求項１記載の磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製作方法において、前記第１乃至第６のケース要素がジュラルミン系材質からなることを特徴とする磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製作方法。
【請求項３】
請求項１記載の磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製作方法において、少なくとも前記第１のケース要素がアルミニウム系材質、前記第１のケース要素以外のケース要素がジュラルミン系材質からなることを特徴とする磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製作方法。
【請求項４】
請求項１記載の磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製作方法において、少なくとも前記第１のケース要素がアルミニウム系材質、前記第１のケース要素以外のケース要素がチタン系材質からなることを特徴とする磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製作方法。
【請求項５】
請求項１記載の磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製作方法において、少なくとも前記第１のケース要素がアルミニウム系材質、前記第１のケース要素以外のケース要素がマグネシウム合金系材質からなることを特徴とする磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製作方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は台車に超電導磁石外槽容器が配置される従来の超電導磁気浮上式列車を示す図、図６はその磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の一部破断斜視図である。
【０００３】
図５に示すように、磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器１は超電導磁気浮上式列車２の台車３に配置されている。
【０００４】
また、磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器１には、軽量化を図るためにアルミニウムが用いられており、図６に示す外槽容器１１と、液体ヘリウム溜１３と液体窒素溜１４を有する車載冷凍機１２からなり、その外槽容器１１内には、超電導コイル１５と、その超電導コイル１５を収納する内槽容器１６と、内槽容器１６と外槽容器１１を結ぶ荷重支持装置１７と、輻射シールド板１８とを備えている。
【０００５】
その外槽容器１１は地上コイルに面した側の第１のケース要素と、地上コイルとは反対側に面した第２のケース要素と、前方に配置される第３のケース要素と、後方に配置される第４のケース要素と、上面に配置される第５のケース要素と、底面に配置される第６のケース要素とを備え、これらの第１乃至第６のケース要素を突き合わせた突き合わせ部は、従来から、溶接構造が用いられている。また、使用されるアルミニウムも溶接することが可能な系列が使われている（Ａ５０００台等）。
【０００６】
また、その他の外槽容器の作製方法として加工材料よりも硬い材質の金属搾（ツール）を接合部に押し付け、このツールを回転させながら移動することにより、摩擦熱によって接合する方法である摩擦攪拌接合方法がある（下記特許文献１参照）。
【０００７】
また、超電導コイルの接合方法として、摩擦攪拌接合方法が採用された提案がある（下記特許文献２参照）。
【特許文献１】特公表７−５０５０９０号公報
【特許文献２】特開２００１−２６７１２０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のように溶接を行うことによってケース要素を接合し、外槽容器を組み立てる場合、その溶接により必ず熱歪みが発生するため、最終的に可能な限り設計寸法に近い超電導磁石を製作するには、熟練された技術が必要となる。なおかつ、歪みの発生があることから、最終工程として機械加工が不可欠である。
【０００９】
本発明は、上記状況および磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の固着箇所の規模とそれによってもたらされる利点が顕著であることに着目して、簡便で、堅牢であり、低コスト化を図ることができる磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製作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】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製作方法において、地上コイルに面した側の第１のケース要素と、前記地上コイルとは反対側に面した第２のケース要素と、前方に配置される第３のケース要素と、後方に配置される第４のケース要素と、上面に配置される第５のケース要素と、底面に配置される第６のケース要素とを備え、これらの第１乃至第６のケース要素を突き合わせた突き合わせ部に、前記第１乃至第６のケース要素の材質よりも硬い材質の金属搾を押し付け、前記金属搾を回転させながら移動させることにより、摩擦熱によって前記第１乃至６のケース要素を接合することを特徴とする。
【００１１】
〔２〕上記〔１〕記載の磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製作方法において、前記第１乃至第６のケース要素がジュラルミン系材質からなることを特徴とする。
【００１２】
〔３〕上記〔１〕記載の磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製作方法において、少なくとも前記第１のケース要素がアルミニウム系材質、前記第１のケース要素以外のケース要素がジュラルミン系材質からなることを特徴とする。
【００１３】
〔４〕上記〔１〕記載の磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製作方法において、少なくとも前記第１のケース要素がアルミニウム系材質、前記第１のケース要素以外のケース要素がチタン系材質からなることを特徴とする。
【００１４】
〔５〕上記〔１〕記載の磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製作方法において、少なくとも前記第１のケース要素がアルミニウム系材質、前記第１のケース要素以外のケース要素がマグネシウム合金系材質からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【００１６】
磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製作のために摩擦攪拌接合方法を用いることにより、以下のような効果を奏することができる。
【００１７】
（１）接合時の熱影響による強度低下が非常に少くなり、堅牢な磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器を簡便に、低コストで製作することができる。
【００１８】
（２）ケース要素間の金属材質、例えば、第１のケース要素とその他のケース要素との金属材質を適宜選択することにより、異種材料同士の接合が可能であり、機械的、かつ電気的に特性の良好な外槽容器を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明によれば、磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の溶接に代えて、加工材料としての第１〜第６のケース要素よりも硬い材質の金属搾（ツール）を接合部に押し付け、このツールを回転させながら移動することにより、摩擦熱によって第１〜第６のケース要素を接合させる摩擦攪拌接合を用いる。これにより、堅牢な磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器を簡便に、低コストで製作することができる。
【００２０】
この接合方法を用いることにより、例えば、地上コイルに面した側の外槽容器の材料は、電気的に抵抗が小さいことが求められるため、電気アルミニウム（Ａ１０００台）を用い、それ以外の箇所は溶接に不向きではあるが剛性が高いジュラルミン系（Ａ２０００台）を使うなども可能となる。そうすることにより、超電導磁石の振動特性は飛躍的に高まる。この接合方法では、異種金属同士も接合可能であることから、超電導磁石の特性に合わせた材料の選択性が増す。また、従来と同じ材料構成だとしても、熱歪みが生じないことから、前述した最終的な機械加工などの製造工程を減らすことが可能となり、ひいては製造コストの低減化を図ることができる。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明の実施例を示す磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製造方法を示す模式図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。
【００２３】
外槽容器の材質を同じアルミニウムの中でも剛性の高いジュラルミン系に置き換えた場合を実施例として示す。
【００２４】
この図において、２１は地上コイルに面した側の第１のケース要素、２２は地上コイルとは反対側に面した第２のケース要素、２３は前方側面に配置される第３のケース要素、２４は後方側面に配置される第４のケース要素、２５は上面に配置される第５のケース要素、２６は底面に配置される第６のケース要素、２７はそれらのケース要素２１〜２６を突き合わせた突き合わせ部、２８はそれらのケース要素２１〜２６の材質よりも硬い材質の金属搾である。そこで、突き合わせ部２７に金属搾２８を押し付け、その金属搾２８を回転させながら移動させることにより、摩擦熱によって第１〜第６のケース要素２１〜２６の突き合わせ部２７を接合する。２９は磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の内部に収納される超電導コイル、３０は地上コイルである。
【００２５】
ここでは、第１〜第６のケース要素２１〜２６としてはジュラルミン系材質を用いる。
【００２６】
表１は磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器を図３のように縦にした場合の重量、ヤング率および等価曲げ剛性についての試験結果を示しており、表１の上欄が現用材としてのアルミニウム（Ａ５０００台）、表１の下欄が本発明によって得られたジュラルミン系材質の場合を示している。
【００２７】
【表１】
2005253191.tif 000003
表１より、両者は重量は１４００ｋｇで同じであるが、ヤング率（ＧＰａ）は現用材の場合が６８．６であるのに対して、本発明のものは７３．５と大きく、本発明のものが現用材に比べて堅牢であることがわかる。
【００２８】
また、等価曲げ剛性（Ｎｍ2 ）は、現用材の場合を１とすると、本発明のものは１．０７となり、本発明の方が現用材に比べて上下方向の剛性が大きいことがわかる。
【００２９】
表２は磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器を図４に示したように横にした場合の重量、ヤング率および等価曲げ剛性についての試験結果を示しており、表２の上欄が現用材としてのアルミニウム（Ａ５０００台）、表２の下欄が本発明によって得られたジュラルミン系材質の場合を示している。
【００３０】
【表２】
2005253191.tif 000004
両者は重量は１４００ｋｇで同じであるが、ヤング率（ＧＰａ）は現用材の場合が６８．６であるのに対して、本発明のものは７３．５と大きく、本発明のものが現用材に比べて堅牢であることがわかる。
【００３１】
また、等価曲げ剛性（Ｎｍ2 ）は、現用材の場合を１とすると、本発明のものは１．０７となり、本発明の方が現用材に比べて左右方向の剛性が大きいことがわかる。
【００３２】
上記実施例では、全てのケース要素にジュラルミン系材質を用いる例について示したが、この他、異種材質の組み合わせとして、アルミニウムとジュラルミン系材質、アルミニウムとチタン、アルミニウムとマグネシウム合金なども考えられる。
【００３３】
ところで、一般的な磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製造過程は以下の通りである。
（１）超電導コイル製作
（２）内槽容器製作
（３）輻射シールド板製作
（４）外槽容器への組み込み
このうち、外槽容器には、最終的に真空容器とするための外周部の溶接のほかに、内槽容器と外槽容器を結ぶ荷重支持体周りの溶接など、複数の溶接箇所が存在する。
【００３４】
また、上記（４）の工程の際には、溶接により発生する熱歪みを補正するために、事前の変形防止はもちろんのこと、最終工程として外槽容器を機械工程にて切削し、寸法通りにするといった工程も発生する。
【００３５】
そのような工程は、外槽の組立作業のうちの約５％を占めており、大きな数字である。
【００３６】
本発明により、このような工程が省略可能であり、製造時間の短縮、ひいては製造コストの削減に大きく寄与する。
【００３７】
また、溶接を行うとビードと呼ばれる部分が発生し、平面度が損なわれる。超電導磁石の外槽軌道側表面には、誘導集電コイルや剛性強化用ＦＲＰなどが貼り付けられる場合があり、ビードに合わせて貼りつける部材の表面を加工する必要があった。本発明を適用することにより、ビードがなくなると、貼りつける部材の加工も不必要となる等の利点もある。
【００３８】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製作方法は、多数の溶接箇所を有する磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の作製ツールとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例を示す磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の製造方法を示す模式図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器を縦にした場合を示す図である。
【図４】磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器を横にした場合を示す図である。
【図５】台車に超電導磁石外槽容器が配置される従来の超電導磁気浮上式列車を示す図である。
【図６】従来の磁気浮上式鉄道用超電導磁石外槽容器の一部破断斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
２１    地上コイルに面した側の第１のケース要素
２２    地上コイルとは反対側に面した第２のケース要素
２３    前方側面に配置される第３のケース要素
２４    後方側面に配置される第４のケース要素
２５    上面に配置される第５のケース要素
２６    底面に配置される第６のケース要素
２７    第１〜第６のケース要素を突き合わせた突き合わせ部
２８    第１〜第６のケース要素の材質よりよりも硬い材質の金属搾
２９    超電導コイル
３０    地上コイル
【図１】
2005253191.tif 000005
【図２】
2005253191.tif 000006
【図３】
2005253191.tif 000007
【図４】
2005253191.tif 000008
【図５】
2005253191.tif 000009
【図６】
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