(57)【要約】【課題】接続作業が容易で、良好な電導性を得る。【解決手段】複数本のＮｂＴｉ超電導線同士を接続するＮｂＴｉ超電導線の接続方法において、各ＮｂＴｉ超電導線の接続部分のＮｂＴｉ超電導フィラメントを露出させる工程と、露出させたＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部同士を同方向に並べて互いに重ね合わせる工程と、重ね合わせた前記ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部に金属パイプを被覆させる工程と、前記金属パイプを縮径加工して前記ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部を圧着する工程と、縮径加工した前記金属パイプを、厚さｔと幅ｗの比がｗ／ｔ≧３となるまで、前記ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部を並べた方向と直交する方向に扁平状に圧延加工する工程とを含む。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本のＮｂＴｉ超電導線同士を接続するＮｂＴｉ超電導線の接続方法において、
各ＮｂＴｉ超電導線の接続部分のＮｂＴｉ超電導フィラメントを露出させる工程と、
露出させたＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部同士を同方向に並べて互いに重ね合わせる工程と、
重ね合わせた前記ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部に金属パイプを被覆させる工程と、
前記金属パイプを縮径加工して前記ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部を圧着する工程と、
縮径加工した前記金属パイプを、厚さｔと幅ｗの比がｗ／ｔ≧３となるまで、前記ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部を並べた方向と直交する方向に扁平状に圧延加工する工程と
を含むことを特徴とするＮｂＴｉ超電導線の接続方法。
【請求項２】
前記金属パイプが銅で構成されている請求項１に記載のＮｂＴｉ超電導線の接続方法。
【請求項３】
ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部同士が同方向に並べて互いに重ね合わされて形成されているＮｂＴｉ超電導線の接続部と、
前記接続部を被覆し、前記ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部を並べた方向に扁平状に圧延されて該ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部を圧着する圧延加工部を有する金属パイプとを備え、
前記扁平状の圧延加工部の厚さｔと幅ｗの比が
ｗ／ｔ≧３
の関係にあることを特徴とするＮｂＴｉ超電導線の接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＮｂＴｉ超電導線の接続方法及びその接続構造にかかり、特に医療用ＭＲＩ、分析用ＮＭＲ等に用いられる超電導マグネットの超電導線と、この超電導マグネットを永久電流モードで運転するときに用いられる永久電流スイッチの超電導線とを接続するのに好適なＮｂＴｉ超電導線の接続方法及びその接続構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の超電導線の接続方法は、図９に示すように、接続部となる超電導線１１、１２の先端部を溶かして露出させたＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部１３、１４を、溶融鉛を含む超電導ハンダ中に浸し、この超電導ハンダ１５で固めることにより行うのが一般的であった。しかし、環境に有害な鉛を含んだハンダを使用するため好ましくない。
【０００３】
そこで、図１０に示すように、超電導フィラメント露出部１３、１４同士を突き合わせて絡ませた後、超電導フィラメント露出部１３、１４上に金属パイプ１６を被せ、この被せた金属パイプ１６をかしめて超電導フィラメント露出部１３、１４同士を固定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これによればハンダを使わないため、鉛フリーの要請に応えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３１２２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した特許文献１では、超電導線フィラメント露出部同士を向かい合わせにする、所謂突き合わせ接続方法を採用しているため、超電導フィラメント露出部同士をかしめたりするときに、接続作業が煩雑になり、良好な伝導性を得ることが困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解消して、接続作業が容易で、良好な電導性を得ることが可能なＮｂＴｉ超電導線の接続方法及びその接続構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施の態様は、
複数本のＮｂＴｉ超電導線同士を接続するＮｂＴｉ超電導線の接続方法において、
各ＮｂＴｉ超電導線の接続部分のＮｂＴｉ超電導フィラメントを露出させる工程と、
露出させたＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部同士を同方向に並べて互いに重ね合わせる工程と、
重ね合わせた前記ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部に金属パイプを被覆させる工程と、
前記金属パイプを縮径加工して前記ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部を圧着する工程と、
縮径加工した前記金属パイプを、厚さｔと幅ｗの比がｗ／ｔ≧３となるまで、前記ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部を並べた方向と直交する方向に扁平状に圧延加工する工程と
を含むＮｂＴｉ超電導線の接続方法が提供される。
【０００８】
好ましくは前記金属パイプは銅で構成されるとよい。
【０００９】
また、本発明の他の実施の態様は、
ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部同士が同方向に並べて互いに重ね合わされて形成されているＮｂＴｉ超電導線の接続部と、
前記接続部を被覆し、前記ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部を並べた方向に扁平状に圧延されて該ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部を圧着する圧延加工部を有する金属パイプとを備え、
前記扁平状の圧延加工部の厚さｔと幅ｗの比が
ｗ／ｔ≧３
の関係にあるＮｂＴｉ超電導線の接続構造が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、接続作業が容易で、良好な超電導性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係るＮｂＴｉ超電導線の接続構造が適用される超電導マグネットとＰＣＳからなる超電導マグネット運転回路図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る２本の超電導線のＮｂＴｉフィラメント露出部を重ねて銅パイプを被覆した状態を示す説明図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る金属パイプを縮径加工したあとの状態の説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る縮径加工した部分を、さらに圧延加工して接続を完了した状態の説明図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る超電導マグネットのＮｂＴｉ超電導線と、ＰＣＳのＮｂＴｉ超電導線との共通断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る２本の超電導線を並べて、露出させたＮｂＴｉフィラメント露出部を同方向に平行に並べた状態の説明図である。
【図７】本発明の他の実施の形態に係るＮｂＴｉフィラメント露出部を撚り合わせた状態の説明図である。
【図８】本発明の一実施の形態のＮｂＴｉ超電導の接続構造を評価するための通電試験方法を実施する装置の説明図である。
【図９】従来例のＮｂＴｉ超電導線の接続方法を示す説明図である。
【図１０】従来例のＮｂＴｉ超電導線の接続方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の実施の形態について述べる。
【００１３】
医療用ＭＲＩや分析用ＮＭＲ等に用いられる超電導マグネットは、図１に示すように、超電導コイル１の両端に永久電流スイッチ（ＰＣＳ；Ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｓｗｉｔｃｈ）３が接続された構成となっている。ＰＣＳ３がオフ時に、接続部２間を高抵抗にしてオープンさせ、外部電源４から接続部２を介して、温度４．２Ｋの液体ヘリウム５で冷却された超電導コイル１に通電させる（図１（ａ））。ＰＣＳ３がオン時に、外部電源４からの通電を止め、抵抗ゼロとなってショートしたＰＣＳ３を通る永久電流９により超電導マグネットを運転することで、非常に安定し、かつ減衰のない磁場を発生させている（図１（ｂ））。
【００１４】
超電導コイル１の両端から引き出した超電導線８と、ＰＣＳ３から引き出した超電導線７は、特殊な超電導接続をすることで接続部２の電気抵抗をゼロに保っている。もし、接続部２で電気抵抗が発生してしまうと、永久電流９が減衰していき、超電導コイル１は一
定の磁場を発生できなくなるため、超電導線の接続は重要である。
【００１５】
既述したように、超電導線の接続方法に突き合わせ接続方を採用すると、かしめたりするときに、接続作業が煩雑になり、良好な伝導性を得ることが困難であった。これは、超電導線フィラメント露出部同士を突き合わせると、互いの自由端を固定することになるため、接続作業に制約が生じるためである。
【００１６】
そこで、本発明の実施の形態の複数本（図示例では２本）のＮｂＴｉ超電導線同士の接続方法では、各ＮｂＴｉ超電導線２１、２２の接続予定部分のＮｂＴｉ超電導フィラメント２６を露出させる工程と（図５、図６）、露出させたＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａ同士を同方向に並べて互いに重ね合わせる工程と（図６）、重ね合わせたＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａに金属パイプ３０を被覆させる工程と（図２）、金属パイプ３０を縮径加工してＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａを圧着する工程と（図３）、縮径加工した前記金属パイプを、厚さｔと幅ｗの比がｗ／ｔ≧３となるまで、前記ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａを並べた方向と直交する方向に扁平状に圧延加工する工程と（図４）、を含むよう構成されている。
【００１７】
また、ＮｂＴｉ超電導線の接続構造では、図４に示すように、ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａ同士が同方向に並べて互いに重ね合わされて形成されているＮｂＴｉ超電導線２１、２２の接続部２９と、この接続部２９を被覆し、ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａを並べた方向に扁平状に圧延されてＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａを圧着する圧延加工部３０ｂを有する金属パイプ３０とを備え、扁平状の圧延加工部３０ｂの厚さｔと幅ｗの比がｗ／ｔ≧３の関係となるよう構成されている。
【００１８】
ここでＮｂＴｉ超電導線２１、２２の構造は、典型的なものを挙げれば、図５に示すように、表面を絶縁被膜２３で覆われた安定化銅２４と、この安定化銅２４の中に埋められた多芯のＮｂＴｉ超電導フィラメント２６とから構成される。安定化銅２４は、超電導コイルを構成するＮｂＴｉ超電導線２１の場合、常電導時に電流をバイパスさせるために銅マトリックスで構成される。ＰＣＳを構成するＮｂＴｉ超電導線２２の場合、安定化銅は、常電導時に電流が流れ難くするように銅合金マトリックスで構成される。
【００１９】
ＮｂＴｉ超電導フィラメント２６（図５）を、図６に示すように外部に露出させてＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａとするには、ＮｂＴｉ超電導線２１、２２の接続予定部となる先端部の絶縁被覆２３を除去し、絶縁被覆２３を除去した先端部を酸でエッチングして安定化銅２４を溶かすことにより行う。
【００２０】
ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａ同士を同じ方向に並列的に並べるとは、平行ないし平行に近い形で並べることを意味し、フィラメント露出部同士が交差したり、直線的に対向したりする場合は含まれない。また、ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａ同士を互いに重ね合わせるとは、同方向に並べられたＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａ同士が寄り添って互いに接触していることを意味し、さらにＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａ同士が絡み合ったりしてもよいが、そこまでを要件とするものではない。また、金属パイプ３０は銅パイプ、好ましくは純銅パイプがよい。
【００２１】
図２の重ね合わせたＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａに金属パイプ３０を被覆させる工程では、接続すべき２本の超電導線２１、２２を重ね合わせたときの外径と略同じ大きさの内径を有する金属パイプ３０を用意し、重ね合わせたＮｂＴｉ超電導線フィラメント露出部２６ａをこの金属パイプ３０の一端から挿入して被覆させる。
【００２２】
図３の金属パイプ３０を縮径加工してＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａを圧着
する工程では、金属パイプ３０を全長に亘って径方向内方に均等に縮径して、この縮径した金属パイプ３０ａとＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａとの間の隙間を縮めて、金属パイプ３０ａにより超電導フィラメント露出部２６ａ同士を周方向からかしめる。
【００２３】
図４に示すように、縮径した金属パイプ３０ａを、厚さｔと幅ｗの比（アスペクト比）がｗ／ｔ≧３になるまで更に圧延加工して扁平状にするのは、アスペクト比が３以上の場合は、圧延加工部３０ｂ内側の超電導フィラメント露出部２６ａ同士の機械的な結合が強く、接続部で電気抵抗が発生せず、超電導状態をより確実に保持できるが、アスペクト比が３未満の場合、圧延加工部３０ｂ内側の超電導フィラメント露出部２６ａ同士の機械的な結合が弱く、接続部で有限の電気抵抗が発生して超電導状態をより確実に保持できないためである。圧延加工は、金属パイプ３０の一端側から他端側に向けて、ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａの並列方向と直角の方向から圧力を加えることにより行われる。
【００２４】
圧延加工は、縮径された金属パイプ３０ａの全長に亘って行うようにしても良いが、図４に示すように、かしめによる周方向の接合強度をより確実に確保するために、金属パイプ３０の一端側で圧延加工が施されない肩部が形成されるように行うのがよい。
【００２５】
このように構成された超電導線の接続構造は、異種金属を介さない機械的接合であるから、鉛フリーで環境に優しく、信頼性も高い。
【００２６】
以上述べたように、本実施の形態によれば、ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａ同士を重ね合わせたのち、金属パイプ３０で被覆し、その金属パイプ３０を縮径加工することで、圧着する。圧延加工してＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａ同士をさらに圧着して、超電導接続部とする。これによりＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａ同士の圧着を更に強化するので、圧縮加工で接続工程が終わっているものと比べて接続抵抗を小さくでき、超電導性能をさらに高めることができる。
【００２７】
特に、ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａを並べた方向と直交する方向に扁平状に圧延加工し、その圧延加工部の寸法がｗ／ｔ≧３になるように、縮径したものをさらに引き延ばすので、ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａ同士の機械的な結合をより強くでき、接続抵抗をより小さくできる。その結果、超電導コイルとＰＣＳとのＮｂＴｉ超電導線との接続部の信頼性が向上し、ＮＲＩ、ＮＭＲなど永久電流モードで使用される全ての超電導マグネットに適用可能となる。
【００２８】
また、本実施の形態では、ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａ同士を平行に並べて互いに重ね合わせ接続するようにしたので、突き合わせ接続と異なり、３本以上の超電導線であっても、これらを平行に添わせて金属パイプで束ねることにより容易に接続することができる。
【００２９】
また、本実施の形態では、ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａ同士を同方向に並べて行う重ね合わせ接続を採用したことにより、ＮｂＴｉ超電導線２１、２２の一端が自由端となるので、突き合わせ接続のように両端が固定されものと異なり、超電導線の引き回し作業が無くなり、縮径したり圧延したりするときの接続作業が格段に容易となる。
【００３０】
なお、本発明は以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常に知識を有する者により可能である。
例えば、上述した実施の形態では、ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部２６ａ同士を添わせて重ねて接続したが、図７に示すように、互いに撚り合わせるようにしてもよい。これによればより一層良好な超電導性を得ることができる。
【実施例】
【００３１】
（実施例）
超電導コイルに使用されている典型的な超電導線として、表面にエナメル絶縁被覆を施した銅マトリックスの中に多数のＮｂＴｉ超電導フィラメントを埋め込んだ線径１．１ｍｍのＮｂＴｉ超電導線を用意した。また、ＰＣＳに使用されている超電導線として、表面にエナメル絶縁被覆を施したＣｕ−１０％Ｎｉ（銅合金）マトリックスの中に多数のＮｂＴｉ超電導フィラメントを埋め込んだ線径１．１ｍｍのＮｂＴｉ超電導線を用意した（図５）。
【００３２】
各超電導線の接続予定部となる長さ約１００ｍｍの先端部分のエナメル絶縁被覆を除去した後、その１００ｍｍの先端部分を硝酸に漬けてマトリックスである銅、またはＣｕ−１０％Ｎｉ（銅合金）を溶かして除去し、ＮｂＴｉ超電導フィラメントを露出させた（図６）。
【００３３】
２本のＮｂＴｉ超電導線をそのフィラメント露出部が互いに重なるように平行に添わせて並べ、露出部の上から内径２．１ｍｍ、外径３．１ｍｍ、長さ１２０ｍｍの銅パイプを被せた（図２）。スウェージャーを用いて銅パイプの縮径加工を繰り返して、フィラメント露出部をかしめ、銅パイプの外径を２．５ｍｍとした（図３）。２．５ｍｍ部分を圧延機で圧延加工し、圧延加工部の外形の厚さｔ＝１．３ｍｍ、幅ｗ＝３．９ｍｍの扁平状に加工した（図４）。
【００３４】
このように先端部に扁平状の銅パイプを被せて接続した２本の超電導線を次のように評価した。２本の超電導線の基端側を任意の長さで切り捨て、残った基端部分のエナメル絶縁被覆を除去した後、その基端部分に電流端子３１をそれぞれハンダ付けした。また、基端部分と先端部分との間の中間の分岐部に電圧端子３２をそれぞれハンダ付けした（図８（ｂ））。これをサンプルＳとして、超電導接続部への通電測定装置３９にセットした（図８（ａ））。
【００３５】
図８（ａ）に示すように、通電測定装置３９は、クライオスタット（極低温真空容器）４１と測定器４０とから構成される。クライオスタット４１は、密閉構造をしており、液体ヘリウム４３で満たされた内部には外部磁場印加用超電導マグネット４２が収納されている。測定器４０はクライオスタット４１の外の室内環境に置かれる外部電源４４と電圧計４６等を備える。サンプルＳは、クライオスタット４１の外部磁場印加用超電導マグネット４２内に設置される。サンプルＳと測定器４０の外部電源４４との間は高周波同軸ケーブル４５で接続する。サンプルＳを液体ヘリウム４３中で超電導状態になる温度まで冷却されるとともに、外部磁場印加用超電導マグネット４２により生成される０．５Ｔの外部磁場中で、外部電源４４から通電して試験した。この通電試験した結果、サンプルＳは、５２２Ａまで電気抵抗ゼロで通電できることを確認した。
【００３６】
（比較例）
サンプルは、縮径加工までは実施例と同じ条件で加工を施してあるが、圧延加工は施さなかった。
【符号の説明】
【００３７】
２６ａ  ＮｂＴｉ超電導フィラメント露出部
３０    金属パイプ
３０ａ  縮径加工された金属パイプ
３０ｂ  圧延加工部
【図１】
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【図８】
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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】
2013062210.tif 000009
【図７】
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【図９】
2013062210.tif 000011
【図１０】
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