(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導線材の転位方法において、
エピタキシャル成長させた多層薄膜からなる超電導線材をジグザグ形状にスリットして屈曲部を形成し、上記屈曲部が繰り返し形成されて所望の長さに加工された素線を用意する段階と；
上記用意した複数の素線を、隣接した素線同士の屈曲部がお互いに触れ合うように重畳させて結合することによって、１次転位された超電導線材ユニットを形成する段階と；
上記１次転位された超電導線材ユニットを複数個用意し、上記複数の超電導線材ユニットを長手方向に沿って並列に配置して超電導線材ユニットバンドルを用意する段階と；
上記複数の超電導線材ユニットを上記超電導線材ユニットバンドルの中心軸を基準として長手方向に沿って回転させ、上記複数の超電導線材ユニットをお互いによじって結合して２次転位させる段階を含んで構成されることを特徴とする超電導線材の多重転位方法。
【請求項２】
上記超電導線材ユニットの回転において、上記超電導線材ユニット自らの上下が変化しないように回転させることを特徴とする請求項１に記載の超電導線材の多重転位方法。
【請求項３】
２次転位された上記超電導線材ユニットバンドルを複数個並列に配置し、それら複数個の超電導線材ユニットバンドルを長手方向に沿って回転させることにより、上記複数の超電導線材ユニットバンドルをお互いによじって結合して３次転位する段階をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の超電導線材の多重転位方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超電導線材の多重転位方法に関し、さらに詳しくは、１次に転位された２世代超電導線材をそれぞれの超電導線材ユニットで構成して、それぞれの超電導線材ユニット相互間を長手方向に沿ってお互いの位相が変化するように転位させる多重転位方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導現象とは、温度、磁場及び電流が特定のスレッシュホールド値以下に維持される場合に電気抵抗が「０」になる現象を言う。
【０００３】
ある物質は一定の温度以下で抵抗が消える現象を見せ、このような物質を使えば、熱を発生させずに電気を流すことができ、エネルギー損失がない。上記のような物質を超電導体と言い、超電導現象は特定の物質でのみ現われ、温度、磁場そして通電電流に影響を受ける。
【０００４】
超電導体は、超電導転移温度（Ｔｃ）以下及びスレッシュホールド磁場（Ｈｃ）以下でのみ抵抗なしに電流を流すことができ、この時抵抗なしに流すことができる最大通電電流密度であるスレッシュホールド電流密度（Ｊｃ）が存在する。上記超電導体を応用するにあたって、線あるいはテープ形態の加工が有用で、上記加工された超電導体を使って高い磁場を生成させる超電導電磁石が広く使われている。
【０００５】
コイルは線材を多くの幾何学的形態のコイルに巻き上げて製作され、線材を通じて電流を流せば、コイルから磁場が発生するようになる。線材が超電導体なら、抵抗による電力損失がない。これを超電導コイルと言う。
【０００６】
上記超電導コイルまたは巻線は、変圧器とモーター、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）及びＮＭＲ（Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）のＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙなどに使われる。超電導変圧器を含む各種の電力機器の巻線に超電導体を使うためには、超電導現象が維持される最大電流であるスレッシュホールド電流以下の電流を維持しなければならない。特に大電流が流れるようにするためにいくつか以上の超電導体を並列で使って巻線を製作する場合、各並列導体の間の電流の分担が均等でなければならない。並列導体の間の電流分担が均等でない場合、超電導並列導体の中の特定の導体が電流の分流を発生して自らのスレッシュホールド電流を超過し、超電導特性を失ってしまうようになって、超電導巻線が破損する現象が発生する可能性がある。
【０００７】
多数本の超電導線材を重ねてコイルを製造する場合には、各線材のインピーダンスの均衡を保つことによって線材全体のスレッシュホールド電流を増加させ、同時に交流損失を低減させ、超電導コイル巻線において上述した電流の分流を防止するために、転位（Ｔｒａｎｓｐｏｓｉｔｉｏｎ）が非常に重要である。
【０００８】
超電導線材を使った転位の従来技術として、ドイツのＳｉｍｅｎｓ社で開発されたＲｏｅｂｅｌ  Ｂａｒがある。これ以外では、コイルを製作した後、電流導入端子で転位を具現するものが大多数であり、１世代超電導線材の代わりをする２世代超電導線材では、ニッケル合金の基板上に超電導層を蒸着して製作する方式を取るため、Ｒｏｅｂｅｌ  Ｂａｒのような方法で転位させるのが大変である。また、電流導入端子で転位を具現する方法はコイルの数が多い場合に転位の具現が難しくて、電流導入端子で発生する熱による損失の発生で超電導線材の長所を活かしにくいという問題点があった。
【０００９】
これによって本発明者たちは図１に示したところのような転位方法を提案した事がある。
【００１０】
図１に示す超電導線材の転位方法は、エピタキシャル（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ）成長させた多層薄膜の超電導線材をジグザグ形状にスリット（Ｓｌｉｔ）して形成された屈曲部が連続的に繰り返されて、作業しようとする長さくらいに加工されることによって複数個の素線が用意され、用意した複数個の素線を屈曲部がお互いに触れ合うようにお互いによじって結合することによって転位する方法である。
【００１１】
また、このような超電導線材の素線の加工方法として、セン断力加工法やワイヤ放電加工法、プレス加工法などがある。
【００１２】
しかし、必要となる電流の大きさが数千〜数万アンペアであってとても大きいため、数十〜数百個の素線が転位線材を形成しなければならない場合、上記セン断力加工法やワイヤ放電加工法によって素線を加工すれば、転位のために屈曲部を数十〜数百個形成しなければならないので、数十〜数百メートル単位の線材を加工しなければならなくなり、屈曲部間の距離が非常に大きくなって線材を連続的に加工する際に生産性が非常に低下し、加工後の線材の結合もとても難しくなると言う問題点があった。
【００１３】
また、プレス加工法によって加工する場合、転位のために屈曲部を形成する素線の数に応じて屈曲部間の距離を調整しなければならないし、これによってプレスのヘッド部分の金型を別に製造しなければならないので、製造コストが大きく上がって、数十〜数百個の多くの素線を同時によじる過程がとても複雑で、生産性が落ちて転位の品質が劣悪になるという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明はこのような問題点を鑑みて提出されたもので、本発明は一定数の素線から形成されて１次転位される超電導線材ユニットを利用し、超電導線材ユニットを２次転位させることによって、生産しなければならない素線のパターンを減らしながらも多くの数の素線を転位することができる超電導線材の多重転位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】
【００１５】
本発明は上記目的を達するために、本発明による転位された２世代超電導線材の多重転位方法は、エピタキシャル成長させた多層薄膜からなる超電導線材をジグザグ形状にスリットして屈曲部を形成し、上記屈曲部が繰り返し形成されて所望の長さに加工された素線を用意する段階と、上記用意した複数の素線を、隣接した素線同士の屈曲部がお互いに触れ合うように重畳させて結合することによって、１次転位された超電導線材ユニットを形成する段階と、上記１次転位された超電導線材ユニットを複数個用意し、上記複数の超電導線材ユニットを長手方向に沿って並列に配置して超電導線材ユニットバンドルを用意する段階と、上記複数の超電導線材ユニットを上記超電導線材ユニットバンドルの中心軸を基準として長手方向に沿って回転させ、上記複数の超電導線材ユニットをお互いによじって結合して２次転位させる段階を含んで構成されることを特徴とする。
【００１６】
ここで、上記超電導線材ユニットの回転において、上記超電導線材ユニット自らの上下が変化しないように回転させることを特徴とする。
【００１７】
ここで、２次転位された上記超電導線材ユニットバンドルを複数個並列に配置し、それら複数個の超電導線材ユニットバンドルを長手方向に沿って回転させることにより、上記複数の超電導線材ユニットバンドルをお互いによじって結合して３次転位する段階をさらに含んで構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
上述した構成を持つ本発明による超電導線材の多重転位方法によれば、比較的少ない数（例えば３〜５本）の素線から形成されて１次転位される超電導線材ユニットを利用して、複数の超電導線材ユニットを２次転位させることにとって、生産しなければならない素線のパターンを減らしながらも多くの数の素線を転位させることができるので、大電流の超電導装置でも超電導線材の転位が容易で、超電導線材の製作及び取り扱いが容易で、工程が簡単で生産コストを低減することができる利点がある。
【００１９】
また、上記本発明によれば、２次転位された超電導線材を更に３次以上に多重転位させることが可能なので、必要となる電流の大きさに応じて転位される超電導線材の数を調節するのが容易であると言う利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による超電導線材の多重転位方法において超電導線材ユニットを製造することを示す図面。
【図２】本発明による２次転位を示す図面。
【図３】図２のＡ−Ａ´線による断面図。
【図４】図２のＢ−Ｂ´線による断面図。
【図５】図２のＣ−Ｃ´線による断面図。
【図６】本発明による超電導線材の多重転位方法を示す流れ図。
【符号の説明】
【００２１】
１０、１１、１２、１３：  超電導線材ユニット
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ：  素線
２０：  超電導線材ユニットバンドル
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付された図面を参照して、本発明による超電導線材の多重転位方法に対して実施形態として説明する。
【００２３】
本実施形態においては、超電導線材はニッケル合金の基板上に超電導層を蒸着して製作された２世代超電導線材を基準として説明する。
【００２４】
本発明による超電導線材の多重転位方法は、まずエピタキシャル（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ）成長させた多層薄膜の超電導線材をジグザグ形状にスリット（Ｓｌｉｔ）して屈曲部を形成し、上記屈曲部を繰り返し形成して所望の長さに加工して素線を用意する。
【００２５】
ここで、加工しようとする超電導線材を、作業しようとする幅を持つようにジグザグ形状にスリットした後、上記スリットされた形態に沿って超電導線材を、例えば１２５ｍｍ以下の長さを持つ屈曲部が形成された一つの周期を連続的に繰り返して、作業しようとする長さくらい加工して素線１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅを用意する。
【００２６】
上記のように超電導線材をスリットして屈曲部を形成することは超電導線材で発生する交流損失を減らすためであり、交流損失の重要な理由は超電導線材に損失が多ければ多いほど冷凍負荷が大きくなるからである。
【００２７】
その後、上記用意した複数の素線１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅを隣接した素線同士の屈曲部がお互いに触れ合うように重畳させて結合する。
【００２８】
本実施形態において、上記素線の数は５本にすることを例にしたが、必ずしもこれに限定されず、必要によって３本以上の適切な数にすることができることは勿論である。
【００２９】
ここで複数の素線の結合は、一番目の素線１０ａの下部で二番目の素線１０ｂを附着するが、一番目の素線１０ａの屈曲部に二番目の素線１０ｂの屈曲部が触れ合うように重畳させて、隣接した２本の素線をお互いによじって結合するようにする。このような方式で５本の素線をお互いに結合することによって、１次転位された超電導線材ユニット１０を形成する。
【００３０】
その後、上記１次転位された超電導線材ユニットを複数個用意して、複数の超電導線材ユニット１０、１１、１２、１３を長手方向に沿って並列に配置して超電導線材ユニットバンドル２０を用意する。
【００３１】
本実施形態において、上記超電導線材ユニットの数は４個を例にしたが、必要となる電流の大きさに応じて３個または５個など適切な数にできることは勿論である。
【００３２】
本実施形態において、上記複数の超電導線材ユニット１０、１１、１２、１３は上下に２個ずつ配置した「２×２」の配置構造を持っており、上記のように配置された複数の超電導線材ユニットの束を「超電導線材ユニットバンドル２０」と略称する。
【００３３】
また、本実施形態において、それぞれの上記超電導線材ユニット１０、１１、１２、１３は、幅（ｗ）１２ｍｍ、厚さ１００μｍの薄いテープ形状に製造されたことを例にした。
【００３４】
その後、上記超電導線材ユニットをお互いによじって上記超電導線材を２次転位させる。
【００３５】
ここで上記２次転位は、上記複数の超電導線材ユニット１０、１１、１２、１３を上記超電導線材ユニットバンドル２０の中心軸を基準として位置が変化するように長手方向に沿って回転させることによって達成される。
【００３６】
図２乃至図５にはそれぞれの超電導線材ユニットを９０゜回転させることを例として示すが、必要となる線材の長さに応じて１８０゜または３６０゜回転させることができることは勿論である。
【００３７】
本実施形態において、幅１２ｍｍ、厚さ１００μｍの超電導線材ユニットを利用して９０゜回転する位置までの長さＬは５０ｃｍであり、このように構成することによって、それぞれの薄いテープ形状の超電導線材ユニットが捻れたり捩れる事なしに２次転位させることができる。
【００３８】
図２のＡ−Ａ´の断面で見れば、左側上端に一番目の超電導線材ユニット１０が、右側上端に二番目の超電導線材ユニット１１が、左側下端に三番目の超電導線材ユニット１２が、右側下端に四番目の超電導線材ユニット１３が配置されている。
【００３９】
上述のように配置されたそれぞれの上記超電導線材ユニット１０、１１、１２、１３を上記超電導線材ユニットバンドル２０の中心軸を基準として左回りで徐々に回転させる。
【００４０】
この時、９０゜の角度位相変化の中間部分であるＢ−Ｂ´の断面で見れば、上側には二番目の超電導線材ユニット１１が、中央左側には一番目の超電導線材ユニット１０が、中央右側には四番目の超電導線材ユニット１３が、下端には三番目の超電導線材ユニット１２が配置される。
【００４１】
また、９０゜回転したＣ−Ｃ´の断面で見れば、左側上端に二番目の超電導線材ユニット１１が、右側上端に四番目の超電導線材ユニット１３が、左側下端に一番目の超電導線材ユニット１０が、右側下端に三番目の超電導線材ユニット１３が配置される。
【００４２】
上述したところのように、上記複数の超電導線材ユニット１０、１１、１２、１３を上記超電導線材ユニットバンドル２０の中心軸を基準として位置が変化するように長手方向に沿って回転させることによって、上記複数の超電導線材ユニットをお互いによじって結合して２次転位させることができる。
【００４３】
この時、上記超電導線材ユニットの回転では、上記超電導線材ユニット自らの上下が変化しないように回転させる。すなわち、上記超電導線材ユニット自体はよじれたり捻れたりする事なしに、上部面はいつも上側を向き、下部面はいつも下側を向いたまま、上記超電導線材ユニットバンドルを中心に回転させる。
【００４４】
上述したところのように、上記超電導線材ユニットは幅１２ｍｍ、厚さ１００μｍのとても薄いテープ形状なので、それ自体をよじったりねじった場合、超電導線材に割れ目や破裂が発生する心配があるからである。
【００４５】
また、上記それぞれの超電導線材ユニットの間は１ｍｍ程度の間隔ｌで維持されていて、幅が１２ｍｍ程度であるので、９０゜回転される位置までの長さ（Ｌ）が５０ｃｍ程度でも、上記超電導線材ユニット自らの上下が変化しないように回転させても超電導線材ユニットによじれや捻れが生じることなしに上記超電導線材ユニットバンドルを中心に回転させることができる。
【００４６】
これによって、５本のパターンの素線だけでも２０本位の多くの数の素線を転位させることができるので、大電流の超電導装置でも超電導線材の転位が容易で、超電導線材の製作及び取り扱いが容易で、工程が簡単で生産コストを低減することができる利点がある。
【００４７】
一方、２次転位された上記超電導線材を更に転位して３次転位された超電導線材を形成することができる。
【００４８】
すなわち、上記超電導線材ユニットを２次転位することと同じ方法で上記超電導線材ユニットバンドル２０を３次転位することができる。２次転位された上記超電導線材ユニットバンドル２０を複数個並列で配置し、複数個の超電導線材ユニットバンドルをその束の長手方向に沿って位相が変化するように回転させ、上記複数の超電導線材ユニットバンドルをお互いによじって結合して３次転位させることができる。
【００４９】
これによって、２次転位された超電導線材を更に３次以上に多重転位させることが可能なので、少ない数のパターンの素線だけでも多くの数の素線を転位させることができるし、必要となる電流の大きさに応じて転位される超電導線材の数を調節するのが容易で、工程が簡単で生産コストを低減することができる。
【００５０】
本実施形態は本発明に含まれる技術的思想の一部を明確に現わしたことに過ぎなくて、本発明の明細書に含まれた技術的思想の範囲内で当業者が容易く類推することができる変形例と具体的な実施形態とも本発明の技術的思想に含まれることは自明である。
【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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