(57)【要約】【課題】突き合わせ部の金属パイプと金属プラグとの仮止め部の隙間を経由して水分が侵入するのを抑制することで、真空引時間の大幅な短縮及び品質向上の可能な真空溶接部の仮止め方法及び仮止め構造体を提供する。【解決手段】超電導材１が収容された金属パイプ２の両端に金属プラグ３，４を突き合わせて突き合わせ部５，６を形成し、真空チャンバ内で金属パイプ２内を真空引すると共に突き合わせ部５，６を高エネルギ密度溶接により接合することで、金属パイプ２の両端を金属プラグ３，４により真空封止して超電導ビレットを形成するに際し、高エネルギ密度溶接に先立って突き合わせ部５，６の金属パイプ２と金属プラグ３，４とを仮止めする真空溶接部の仮止め方法において、突き合わせ部５，６に、水分透過率が１０ｇ／（ｍ2・２４ｈｒ・０．１ｍｍ）以下の樹脂テープ７を包帯巻きして、金属パイプ２と金属プラグ３，４とを仮止めする方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導材が収容された金属パイプの片端又は両端に金属プラグを突き合わせて突き合わせ部を形成し、真空チャンバ内で前記金属パイプ内を真空引すると共に前記突き合わせ部を高エネルギ密度溶接により接合することで、前記金属パイプの片端又は両端を前記金属プラグにより真空封止して超電導ビレットを形成するに際し、高エネルギ密度溶接に先立って前記突き合わせ部の前記金属パイプと前記金属プラグとを仮止めする真空溶接部の仮止め方法において、
前記突き合わせ部に、水分透過率が１０ｇ／（ｍ2・２４ｈｒ・０．１ｍｍ）以下の樹脂テープを包帯巻きして、前記金属パイプと前記金属プラグとを仮止めすることを特徴とする真空溶接部の仮止め方法。
【請求項２】
前記樹脂テープは、厚さが０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である請求項１に記載の真空溶接部の仮止め方法。
【請求項３】
前記樹脂テープは、前記金属パイプと前記金属プラグとが高エネルギ密度溶接される溶接部よりも熱膨張係数が大きい粘着剤付きテープからなる請求項１又は２に記載の真空溶接部の仮止め方法。
【請求項４】
前記樹脂テープは、フッ素系樹脂テープからなる請求項１又は２に記載の真空溶接部の仮止め方法。
【請求項５】
前記フッ素系樹脂テープは、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ニトフロン、アズフロン、テフロン、ダイフロンのいずれかからなる請求項４に記載の真空溶接部の仮止め方法。
【請求項６】
前記樹脂テープの上に粘着剤付き金属テープを重ね巻きする請求項１〜５のいずれかに記載の真空溶接部の仮止め方法。
【請求項７】
前記粘着剤付き金属テープは、厚さが０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下である請求項６に記載の真空溶接部の仮止め方法。
【請求項８】
前記粘着剤付き金属テープは、粘着剤付きアルミニウムテープ又は粘着剤付き銅テープ又は粘着剤付きステンレステープからなる請求項６又は７に記載の真空溶接部の仮止め方法。
【請求項９】
超電導材が収容された金属パイプの片端又は両端に金属プラグを突き合わせて突き合わせ部を形成し、前記突き合わせ部を仮止めした後、真空チャンバ内で前記金属パイプ内を真空引すると共に前記突き合わせ部を高エネルギ密度溶接により接合することで、前記金属パイプの片端又は両端を前記金属プラグにより真空封止して超電導ビレットを形成するための仮止め構造体において、
前記突き合わせ部に、水分透過率が１０ｇ／（ｍ2・２４ｈｒ・０．１ｍｍ）以下の樹脂テープを包帯巻きして、前記金属パイプと前記金属プラグとが仮止めされたことを特徴とする仮止め構造体。
【請求項１０】
前記樹脂テープは、厚さが０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下である請求項９に記載の仮止め構造体。
【請求項１１】
前記樹脂テープは、前記金属パイプと前記金属プラグとが高エネルギ密度溶接される溶接部よりも熱膨張係数が大きい粘着剤付きテープからなる請求項９又は１０に記載の仮止め構造体。
【請求項１２】
前記樹脂テープは、フッ素系樹脂テープからなる請求項９又は１０に記載の仮止め構造体。
【請求項１３】
前記フッ素系樹脂テープは、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ニトフロン、アズフロン、テフロン、ダイフロンのいずれかからなる請求項１２に記載の仮止め構造体。
【請求項１４】
前記樹脂テープの上に粘着剤付き金属テープを重ね巻きする請求項９〜１４のいずれかに記載の仮止め構造体。
【請求項１５】
前記粘着剤付き金属テープは、厚さが０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下である請求項１４に記載の仮止め構造体。
【請求項１６】
前記粘着剤付き金属テープは、粘着剤付きアルミニウムテープ又は粘着剤付き銅テープ又は粘着剤付きステンレステープからなる請求項１４又は１５に記載の仮止め構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム溶接やレーザ溶接等の高エネルギ密度溶接により金属パイプと金属プラグとを接合して超電導線材を作製するための超電導ビレット（超電導押出用ビレット）を製造するに際し、突き合わせ部の金属パイプと金属プラグとを仮止めする真空溶接部の仮止め方法及び仮止め構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、超電導ビレットを用いた超電導線材の製造においては、金属パイプの片端又は両端に金属プラグを突き合わせて、その突き合わせ部を電子ビーム溶接により真空封止する製法が採られる（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
電子ビーム溶接として適切な真空度は、特許文献２に示されるように、一般には１０-4Ｔｏｒｒ（＝１．３×１０-2Ｐａ）以下であり、例えば、真空度を１０-4Ｔｏｒｒ以下等と規定し、電子ビーム溶接を実施若しくは依頼することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６０−１７４１３０号公報
【特許文献２】特開平６−６３７６９号公報
【特許文献３】実開昭５９−１６２１１１号公報
【特許文献４】特開昭６３−１６８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、電子ビームでシール溶接する場合に、金属パイプ内が所定の真空度に到達するまでは、ロータリーポンプ又はメカニカルポンプと、到達真空度の高い、油拡散ポンプ、ターボポンプ、又はクライオポンプのいずれかを組合わせて、金属パイプ内の真空度を確認してから、電子ビームを超電導ビレットに当てて溶接することになる。
【０００６】
その際、突き合わせ部の金属パイプと金属プラグは、電子ビーム溶接機に移動するまでの間、何らかの方法で仮止めする必要がある。仮止め方法に関しては、特許文献１，２には、具体的な方法は開示されていないが、仮止めのためには金属プラグが落下しない程度の補強強度が必要となるため、適当な治具などを使い固定する方法が想定される。
【０００７】
しかし、仮止めした部分には隙間が存在するため、この隙間から、水蒸気などの水分が、超電導ビレットの湿度サイクルと温度サイクルの履歴により、時間と共に侵入する。一度侵入した水分は、常に濃度の低い場所にのみ流れるため外部に出ることはなく、時間とともにその濃度が増大する。侵入した水分のガス成分は、真空引に必要な時間を浪費するため問題となる。
【０００８】
真空ポンプをどの程度の時間運転することが必要となるのかは、予測が難しく、工程管理上やっかいな問題となる。ましてや、電子ビーム溶接を請負加工として超電導ビレット製作メーカと異なる会社で実施する場合、超電導ビレット内の材料の詳細条件が開示されないため、真空ポンプの運転時間を推定することは不可能となる。
【０００９】
そのため、納期回答や作業完了後の運送トラック手配なども後手に回り、納期管理や工程管理も複雑となる。このような管理負担は、結果的に、コストという代償を伴うことになる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、突き合わせ部の金属パイプと金属プラグとの仮止め部の隙間を経由して水分が侵入するのを抑制することで、真空引時間の大幅な短縮及び品質向上の可能な真空溶接部の仮止め方法及び仮止め構造体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】
【００１１】
この目的を達成するために創案された本発明は、超電導材が収容された金属パイプの片端又は両端に金属プラグを突き合わせて突き合わせ部を形成し、真空チャンバ内で前記金属パイプ内を真空引すると共に前記突き合わせ部を高エネルギ密度溶接により接合することで、前記金属パイプの片端又は両端を前記金属プラグにより真空封止して超電導ビレットを形成するに際し、高エネルギ密度溶接に先立って前記突き合わせ部の前記金属パイプと前記金属プラグとを仮止めする真空溶接部の仮止め方法において、前記突き合わせ部に、水分透過率が１０ｇ／（ｍ2・２４ｈｒ・０．１ｍｍ）以下の樹脂テープを包帯巻きして、前記金属パイプと前記金属プラグとを仮止めする真空溶接部の仮止め方法である。
【００１２】
また、本発明は、超電導材が収容された金属パイプの片端又は両端に金属プラグを突き合わせて突き合わせ部を形成し、前記突き合わせ部を仮止めした後、真空チャンバ内で前記金属パイプ内を真空引すると共に前記突き合わせ部を高エネルギ密度溶接により接合することで、前記金属パイプの片端又は両端を前記金属プラグにより真空封止して超電導ビレットを形成するための仮止め構造体において、前記突き合わせ部に、水分透過率が１０ｇ／（ｍ2・２４ｈｒ・０．１ｍｍ）以下の樹脂テープを包帯巻きして、前記金属パイプと前記金属プラグとが仮止めされた仮止め構造体である。
【００１３】
前記樹脂テープは、厚さが０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であると良い。
【００１４】
前記樹脂テープは、前記金属パイプと前記金属プラグとが高エネルギ密度溶接される溶接部よりも熱膨張係数が大きい粘着剤付きテープからなっても良い。
【００１５】
前記樹脂テープは、フッ素系樹脂テープからなると良い。
【００１６】
前記フッ素系樹脂テープは、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ニトフロン、アズフロン、テフロン、ダイフロンのいずれかからなると良い。
【００１７】
前記樹脂テープの上に粘着剤付き金属テープを重ね巻きすると良い。
【００１８】
前記粘着剤付き金属テープは、厚さが０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であると良い。
【００１９】
前記粘着剤付き金属テープは、粘着剤付きアルミニウムテープ又は粘着剤付き銅テープ又は粘着剤付きステンレステープからなると良い。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、突き合わせ部の金属パイプと金属プラグとの仮止め部の隙間を経由して水分が侵入するのを抑制することで、真空引時間の大幅な短縮及び品質向上の可能な真空溶接部の仮止め方法及び仮止め構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る仮止め構造体を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は仮止め部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２３】
図１は、本実施の形態に係る仮止め構造体を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は仮止め部の拡大図である。
【００２４】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る真空溶接部の仮止め方法は、超電導材１が収容された金属パイプ２の片端又は両端に金属プラグ３，４（先端部材３、後端部材４）を突き合わせて突き合わせ部５，６を形成し、真空チャンバ内で金属パイプ２内を真空引すると共に突き合わせ部５，６を高エネルギ密度溶接により接合することで、金属パイプ２の片端又は両端を金属プラグ３，４により真空封止して超電導ビレットを形成するに際し、高エネルギ密度溶接に先立って突き合わせ部５，６の金属パイプ２と金属プラグ３，４とを仮止めする方法であり、突き合わせ部５，６に、水分透過率が１０ｇ／（ｍ2・２４ｈｒ・０．１ｍｍ）以下の樹脂テープ７（仮止めテープ）を包帯巻きして、金属パイプ２と金属プラグ３，４とを仮止めすることを特徴とする。この真空溶接部の仮止め方法により仮止め部９を有する仮止め構造体１０が得られる。
【００２５】
樹脂テープ７は、包帯状に重ね巻きする都合上、厚さが０．１ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であると、取り扱いが容易であるので好ましい。
【００２６】
水分透過率が１０ｇ／（ｍ2・２４ｈｒ・０．１ｍｍ）以下の樹脂テープ７の具体例としては、ＰＴＦＥ、ＥＴＦＥ、ニトフロン、アズフロン、テフロン、ダイフロンのいずれかからなるフッ素系樹脂テープが挙げられる。これらのフッ素系樹脂テープはいずれも安価であり、仮止めに掛かるコストを削減することができる。この他にも、樹脂フィルムにアルミニウムを蒸着させたアルミ蒸着フィルムも好ましい樹脂テープ７の一つである。
【００２７】
なお、これら樹脂テープ７は、粘着剤を含まないことが好ましい。これは、突き合わせ部５，６を高エネルギ密度溶接により接合するのに先立って樹脂テープ７を剥離するときに、樹脂テープ７の粘着剤が金属パイプ２と金属プラグ３，４とが高エネルギ密度溶接される溶接部に残留すると、その残留物が溶接不良の原因となり問題となるためである。
【００２８】
また、樹脂テープ７の弱点である仮止め固定における強度向上を目的として、樹脂テープ７の上に粘着剤付き金属テープ８を重ね巻きしても良い。粘着剤付き金属テープ８の具体例としては、安価な粘着剤付きアルミニウムテープ又は粘着剤付き銅テープ、粘着剤付きステンレステープが挙げられる。なお、包帯状に重ね巻きする都合上、粘着剤付き金属テープ８の厚さは０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であると取り扱いやすいため好ましい。
【００２９】
以上説明した真空溶接部の仮止め方法によれば、水分透過率が１０ｇ／（ｍ2・２４ｈｒ・０．１ｍｍ）以下の樹脂テープ７を包帯巻きして、金属パイプ２と金属プラグ３，４とを仮止めするため、突き合わせ部５，６の金属パイプ２と金属プラグ３，４との仮止め部の隙間を経由して水分が侵入するのを抑制することができ、その結果、真空引時間の大幅な短縮による製造コストの削減、及び内部の水分ガスや酸素ガス低減による品質向上が可能となる。
【００３０】
また、樹脂テープ７の上に粘着剤付き金属テープ８を重ね巻きすることで、仮止めとしての強度不足を補い、更に、水分や酸素侵入に対するバリア機能を補うことが可能となる。
【００３１】
なお、前述した実施の形態においては、樹脂テープ７は粘着剤を含まないものとしたが、特定の条件を満たすことで粘着剤を含むものとすることもできる。
【００３２】
具体的には、金属パイプ２と金属プラグ３，４とが高エネルギ密度溶接される溶接部よりも熱膨張係数が大きい粘着剤付きテープからなる樹脂テープを用いることで、粘着剤を含むものとすることができる。
【００３３】
この樹脂テープのベース材料としては、前述した樹脂テープ７と同様の材料を用いると良い。例えば、シリコン系接着剤付きＰＴＦＥ粘着テープが好適である。このような構成の樹脂テープを用いることで、粘着剤が溶接部に残留することを抑制することができる。
【００３４】
これまで説明してきた真空溶接部の仮止め方法により得られる仮止め構造体１０は、超電導線材として製造コストの低減及び断線頻度低減という効果を有する。
【実施例】
【００３５】
先ず、本発明の実施例１〜６について説明する。実施例１〜６で作製した超電導ビレットの構成を表１に示す。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
実施例１では、金属パイプとして外径がφ２０５ｍｍで長さが９００ｍｍの銅パイプを用い、超電導材として約４００分割されたＮｂＴｉを用いた。
【００３８】
ここでは、水分透過率が小さい樹脂テープとして、水分透過率が１０ｇ／（ｍ2・２４ｈｒ・０．１ｍｍ）以下、幅が２０ｍｍ、厚さが０．１５ｍｍの粘着剤のないシールテープ（品名＝テフロンシールテープ）を用い、これを金属パイプと金属プラグとの突き合わせ部に重ね包帯巻きし、その後に、粘着剤付き金属テープとして、幅が５０ｍｍ、厚さが０．０５ｍｍの粘着剤付きアルミニウムテープを樹脂テープの上に更に包帯巻きする仮止め方法を適用した。
【００３９】
また、電子ビーム溶接機に超電導ビレットを設置する直前に、粘着剤のない樹脂テープ及び粘着剤付きアルミニウムテープを取り外して、電子ビーム溶接機の真空チャンバ内に設置した。この手順を適用する場合、溶接部には、粘着剤が直接接触しないので、残留接着物がなく溶接性も良好となる。
【００４０】
真空引を２時間実施後に、先端側の突き合わせ部、後端側の突き合わせ部の片方又は両方に電子ビームを当てて溶接を行った。
【００４１】
実施例２では、金属パイプとして外径がφ２６７ｍｍで長さが９００ｍｍの銅パイプを用い、超電導材として約６００分割されたＮｂＴｉを用い、実施例１と同様に仮止めと溶接を行った。
【００４２】
実施例３では、実施例１と同様の材料構成で、銅パイプの長さを実施例１より短い７５０ｍｍとし、実施例１と同様に仮止めと溶接を行った。
【００４３】
実施例４では、ブロンズ法によるＮｂ3Ｓｎ超電導線材を製造する場合として、実施例１と同様の銅パイプを用い、超電導材としてＣｕＳｎ／Ｎｂを主成分とする複数本の素線を用い、実施例１と同様に仮止めと溶接を行った。
【００４４】
実施例５では、内部拡散法によるＮｂ3Ｓｎ超電導線材を製造する場合として、実施例１と同様の銅パイプを用い、超電導材としてＣｕ／ＳｎＮｂを主成分とする複数本の素線を用い、実施例１と同様に仮止めと溶接を行った。
【００４５】
実施例６では、実施例１と同様の構成で、仮止め方法として、シリコン系接着材付きニトフロン粘着テープのみを適用し、実施例１と同様に溶接を行った。
【００４６】
なお、実施例１〜６では、高真空ポンプとして油拡散ポンプ（大亜真空ＤＡＦ  製造Ｎｏ＝６９−６２３７、バッフルあり）を用い、バルブ開放時間を所定の真空引時間としてあるが、真空引時間の作業手順としては所定真空引時間を２〜４時間ということで実施した。
【００４７】
これら実施例１〜６における真空引時間と真空度評価を実施し、更に、その材料に対して、断線頻度を評価するために、仕上げ伸線より苛酷な伸線を施し、その断線頻度を整理した。ここでは、仕上げ線径φ０．８１ｍｍに対してより苛酷な伸線径として、φ０．７５ｍｍ伸線を実施し、その線材長さ当りの断線頻度を評価した。
【００４８】
その結果、最も好ましい実施例は、実施例３，４，５であり、粘着剤のないシールテープと粘着剤付きアルミニウムテープを併用する場合である。但し、実施例４の場合は素線数が多くなるため、所定の真空引時間が長くなり４ｈとなった。実施例６の場合は伸線性として評価した断線性が若干劣る。これは接着残留物の影響と考えられる。
【００４９】
次に、本発明の実施例７、及び比較例１について説明する。実施例７、及び比較例１で作製した超電導ビレットの構成を表２に示す。
【００５０】
【表２】
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【００５１】
更に、実施例７として、単芯のＮｂＴｉ超電導線材を製造する場合として、ＮｂＴｉからなる超電導材を１本組み込んだ超電導ビレットを作製した。ここでは、実施例１と同様に仮止めと溶接を行った。
【００５２】
また、比較例１では、実施例７と同様の構成で、カプトンテープにより仮止めを行った。
【００５３】
これら実施例７と比較例１について真空度到達時間と溶接結果を調査した。その結果、実施例７の場合、真空引時間の短縮に有効であることが分かった。
【００５４】
次に、ＮｂＴｉ超電導線材を製造するための実施例１の超電導ビレットを用い、仮止め方法のみを変化させて評価を行った。その結果を表３に示す。
【００５５】
【表３】
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【００５６】
いずれの比較例２〜５も溶接前の真空度が悪く、断線頻度も大きくなった。比較例４の場合は、粘着剤付きアルミニウムテープの粘着剤が溶接部に残留付着し、溶接不良となり、伸線性評価不可であった。
【００５７】
更に、ブロンズ法によるＮｂＳｎ超電導線材を製造するための実施例５の超電導ビレットを用い、仮止め方法のみを変化させて評価を行った。その結果を表４に示す。
【００５８】
【表４】
2012240091.tif 000006
【００５９】
いずれの比較例６〜９も溶接前の真空度が悪く、断線頻度も高くなった。断線頻度についてはＮｂＴｉ超電導線材の場合より、高い確率で断線が発生しているが、これは超電導材料としての特性を反映したものである。比較例９の場合は、粘着剤付きアルミニウムテープの粘着剤が溶接部に残留付着し、溶接不良となり、伸線性評価不可であった。
【００６０】
次に、内部拡散法ＮｂＳｎ超電導線材を製造するための実施例６の超電導ビレットを用い、仮止め方法のみを変化させて評価を行った。その結果を表５に示す。
【００６１】
【表５】
2012240091.tif 000007
【００６２】
いずれの比較例１０〜１３も溶接前の真空度が悪く、断線頻度も高くなった。断線頻度についてはＮｂＴｉ超電導線材の場合より、高い確率で断線が発生しているが、これは超電導材料としての特性を反映したものである。比較例１３の場合は、粘着剤付きアルミニウムテープの粘着剤が溶接部に残留付着し、溶接不良となり、伸線性評価不可であった。
【００６３】
また、発明者らによる数々の試作から、仮止めテープとしては、フッ素系樹脂ＰＴＦＥ系又は若干高価であるが汎用的で気軽に使える材料、ニトフロンテープが好ましいことが分かった。
【００６４】
その理由は、表６に示すような各種の物性データから、水分透過率が少ない材質を仮止めテープとして適用したためと考えている。なお、アルミニウムテープについては、データを確認できなかったが、これら成分のバリア性において優れた材料であると考えている。
【００６５】
【表６】
2012240091.tif 000008
【符号の説明】
【００６６】
１  超電導材
２  金属パイプ
３，４  金属プラグ
５，６  突き合わせ部
７  樹脂テープ
８  金属テープ
９  仮止め部
１０  仮止め構造体
【図１】
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