JP2004030967A

JP2004030967A - 超電導転位セグメント導体およびその製造方法

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Publication number: JP2004030967A
Application number: JP2002181487A
Authority: JP
Inventors: Tomoshi Suzuki; 鈴木　知史; Kenji Goto; 後藤　謙次; Takashi Saito; 斉藤　隆
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】超電導ケーブル等に用いられる超電導転位セグメント導体が、前記ケーブルの製造時の曲げ加工等により転位撚りが解けないようにすること、さらに曲げ歪み等が施されても前記セグメント導体を構成する個々の導体が自由に動くことができるようにすること、さらにまた前記超電導転位セグメント導体に施すテープ状介在さらに非粘着性テープ並びに粘着性テープを、自動的に連続して施せるようにすること。
【解決手段】超電導材料からなる複数本の平角状導体が転位セグメント導体に構成され、かつその転位セグメント導体の転位部分を固定するための、非粘着性のテープ状介在が前記導体の転位部分に挿入配置され、かつ前記転位セグメント導体上には、非粘着性のテープからなる卷回層、粘着性のテープからなる卷回層が、順次施された超電導転位セグメント導体とすることによって、解決される。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は超電導転位セグメント導体並びにその製造方法に関し、前記転位セグメント導体の全体を二重テープ巻きすることによって、転位セグメント導体の安定性、機械的特性の向上並びにその製造を自動化して生産性の向上を図ったものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の超電導転位セグメントとしては、テープ状の超電導導体の複数本を転位撚り合わせ、すなわち前記各超電導導体を長手方向に順次その位置を変えて撚り合わせることによって、この転位セグメントを用いた超電導線のインピーダンスを均等になるようにしていた。高温酸化物超電導体を用いた転位セグメント導体の場合について説明すると、例えばビスマス系の高温超電導体（Ｂｉ_２Ｓｒ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_Ｘ、Ｂｉ_２Ｓｒ_２Ｃａ_１Ｃｕ_２Ｏ_Ｘ等）を銀シース等に充填し、ＡＢ面を配向させるために縮径加工と熱処理を繰り返し行うことによって所望のテープ形状に成形した後、必要により熱処理を施してビスマス系の高温超電導導体とし、これに絶縁被覆等を設けて超電導導体としていた。またこのような導体を用いた超電導マグネットを強磁場中で使用する場合には、巨大な電磁力が超電導線に加わるので、銀シース材料の高強度化が必要となる。このため銅等を加えた銀合金シースが考えられているが、銅添加元素の影響が問題となる。そこで、この超電導導体の複数本を長手方向に積層する段階で転位撚り加工を行い、そしてこれらの転位セグメント導体が解けないようにするために、適当な間隔例えば１０〜１５ｍｍで粘着テープ等を巻回して、ビスマス系高温酸化物超電導転位セグメント導体を製造していた。
【０００３】
しかしながら、このような構造の転位セグメント導体においては、転位セグメント導体に曲げ歪みが加えられた場合、前記セグメント導体を構成する個々の導体が一体として振舞うために、特に外側の導体に大きな歪みが加わることになり、交流通電時における損失が大きなものとなる。また、個々の導体どうしの摩擦等によって曲げ半径が小さな場合、例えば曲率半径が５０ｍｍ程度になると、内側の導体が膨らんでしまうようなことが生じる。さらに、この転位セグメント導体をフォーマー等にスパイラル状に巻き付けたりする時にピッチが小さい場合には、転位撚りが崩れたりすることが生じていた。また前記転位セグメント導体の製造は、前記粘着テープ等の巻回留めを手作業で行なっているので手間がかかり、生産性も悪いものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
よって本発明が解決しようとする課題は、超電導ケーブル等に用いられる超電導転位セグメント導体が、前記ケーブルの製造時の曲げ加工等により転位撚りが解けないようにすること、さらに曲歪み等が施されても前記セグメント導体を構成する個々の導体が自由に動くことができるようにすること、さらにまた前記超電導転位セグメント導体に施す介在、さらに非粘着性テープ並びに粘着性テープを、自動的に連続して行えるようにすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するためには請求項１に記載されるように、複数本の超電導材料からなる平角状導体が転位セグメントに構成され、かつその転位セグメントの転位部分を固定するために、非粘着性のテープ状介在が前記転位部分に挿入固定され、かつこの転位セグメントには順次、非粘着性テープからなる卷回層、粘着性テープからなる卷回層が施された超電導転位セグメント導体とすることによって、解決される。
【０００６】
また請求項２に記載されるように、前記超電導材料の平角状導体が、高温酸化物超電導導体或いはＡ１５型の金属間化合物からなる超電導導体である、超電導転位セグメント導体とすることによって、解決される。
【０００７】
さらに請求項３に記載されるように、複数本の平角状超電導導体を、分線盤を通過させて集合しながら撚合せダイスに導入して、転位撚りを施して転位セグメント導体とし、ついで前記転位セグメント導体の転位部分に、非粘着性のテープ状介在を挿入固定した後、順次前記転位セグメント導体上に、非粘着性のテープを卷回し、ついで粘着性テープを卷回して一体化する、二重テープ巻きした超電導転位セグメント導体の製造方法とすることによって、解決される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明を詳細に説明する。請求項１に記載される発明は、複数本の超電導材料からなる平角状導体が転位セグメントに構成され、かつその転位セグメントの転位部分を固定するために、非粘着性のテープ状介在が前記転位部分に挿入固定され、かつこの転位セグメントには順次、非粘着性テープからなる卷回層、粘着性テープからなる卷回層が施された超電導転位セグメント導体としたので、前記超電導転位セグメント導体の転位撚りが解けないようになり、そしてまた曲歪み等が加わっても個々の超電導導体が自由に動くことができるようになる。このことは、前記超電導転位セグメント導体を構成する個々の超電導導体が一体として振舞うことがなくなるので、外側の導体に大きな歪みが加わることもなくなる。また、前記個々の導体どうしの摩擦等によって曲げ半径が小さな場合に、内側の導体が膨らんでしまうようなこともなくなる。さらに、この転位セグメント導体をフォーマー等にスパイラル状に巻回する場合も、ピッチが小さい場合に転位撚りが崩れたりすることが生じていた問題がなくなる。
【０００９】
図１を用いて説明する。１は、超電導転位セグメント導体で、平角状の超電導導体２が転位撚り合わされて構成され、その上には非粘着性テープの卷回層３並びに粘着性テープの卷回層４が設けられて構成されるものである。図１では前記超電導導体２が６本の場合であるが、本数はその用途によって適宜選定される。すなわち、数本は奇数本或いは偶数本のどちらでも良いが、偶数本が好ましい。これは偶数本とすることにより、積層した場合に１本だけとなる層がないため、転位セグメントの転位撚りを維持しやすくかつ転位セグメントが一体的に挙動せず、各超電導体に係る歪みを小さくできるためである。また、前記非粘着性テープ３は、後述する転位セグメント導体１の転位を固定するために設けられるテープ状介在の押さえの役目をするものであるから、突合せ巻、ラップ巻等の巻付け方によって、前記転位セグメントの解けを確実になくし、その形状を一定に維持することが出来ることになる。このようなために用いる前記非粘着性のテープ３は、転位セグメント導体１が曲げ等によって個々に動いたときに、一緒に追随して動くことが可能な材料とすることが好ましく、テフロン（デュポン社の登録商標）等のフッ素系樹指テープが考えられる。そしてこのテープ厚さは、通常１０μｍ以上であれば十分機能する。さらにまたその上に卷回される粘着性テープ４としては、前記転位セグメント導体１を確実に固定させるために設けられるもので、ポリアミド、ポリイミドやポリエチレン等のテープからなるもので、その片面に粘着剤層が設けられたものである。そしてこのテープは、その目的から耐低温性、耐破損強度等の特性を有し、その形成方法は通常ラッピング状に卷回されるものである。またこのテープは、強度等を考慮して、通常２０μｍ以上の厚さのテープが用いられる。
【００１０】
より詳細に説明すると、前記平角状の超電導導体２は、例えば６本を図１に示すように２列に積み上げられ、順次エッジ方向に転位させて超電導転位セグメント導体１としたものであるが、この超電導転位セグメント導体１は、図２に示されるように、前記転位部分が解けないようにするために、転位セグメント導体１の転位部分近傍に非粘着性のテープ状介在５が、挿入配置される。具体的には、転位セグメントの平行部の導体２間に、テープ状介在５を引込むことによって挿入配置される。このテープ状介在５は、その大きさが幅１ｃｍ程度で長さが３〜６ｃｍ程度のものであり、その両端が前記転位セグメント導体１から少しはみ出すように挿入配置される。そしてこのはみ出した部分は、その後に施す非粘着性のテープの卷回層３が形成されるときに、一緒に巻き込まれて卷回されることになる。このようなテープ状介在５としては、ポリアミドテープやポリエチレンテープ等が好ましく用いられる。またその厚さは、強度等を考慮して通常２０μｍ以上のものが好ましい。このようにテープ状介在５を配置して前記転位セグメント導体を製造すると、その転位させた部分はその後の作業によっても転位撚りを十分維持し、従来のように粘着テープによりテープ止めしたものに比較して、曲げを加えるようなことがあっても、前記転位セグメントが一体化して挙動することがないので、前記超電導導体に係る歪みを小さなものすることができることになる。
【００１１】
以上のように構成された超電導転位セグメント導体１は、非粘着性のテープの押さえ巻き層と粘着性テープからなる卷回層の二重のテープ巻層が施されているので、これに曲げ加工等を加えてもその形状を十分に保持することができる。さらに粘着性テープ卷回層によって、その下に設けた非粘着性テープの卷回層の破損を防ぐ効果もあり、また前記超電導転位セグメント導体の個々の超電導導体は、転位セグメント導体が一体的に挙動することがないので、自由に動くことができ、前記超電導導体の膨らみの問題や大きな圧縮力等の歪みがかかることもない。このような本発明の超電導転位セグメント導体は、可撓性に優れたものとなり、あたかも１本の導体と同様に扱うことが可能となるものである。なお、このような超電導転位セグメント導体は、その用途として超電導ケーブル、超電導変圧器、超電導マグネット、超電導限流器等に使用することができる。
【００１２】
つぎに前記超電導導体２について説明すると、請求項２に記載するような高温酸化物超伝導体やＡ１５型と称される金属間化合物超伝導体が好ましい。例えばビスマス系の高温酸化物超電導体として知られる、Ｂｉ_２Ｓｒ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_Ｘ系やＢｉ_２Ｓｒ_２Ｃａ_１Ｃｕ_２Ｏ_Ｘ系のものが、イットリウム系高温超電導導体として知られる、Ｙ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_Ｘ系等の高温酸化物超電導体或いはその原料粉末が銀シース中に充填され、これを平角状にダイス等により成形加工し、必要により焼成することによって製造される。通常この超電導導体は、さらに多数本を銀シース等に配置し、前述と同様に成形加工が繰り返されて、極細多芯の超電導線として使用されるものである。なお前記シース材料としては、銀（Ａｇ）以外にも白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）等の貴金属の単体並びに合金や強化銀（Ａｇ−０．２Ｗｔ％Ｍｇ−０．３Ｗｔ％Ｓｂ）も使用できる。また、金属間化合物系の超電導体として、Ａ１５型と称されるＮｂ_３Ｓｎ、Ｎｂ_３ＡｌやＶ_３Ｇａ等の超電導体を成形加工して、平角状の超電導導体とするものである。大きさは例えば、厚さ０．０５〜２ｍｍ×幅１〜１０ｍｍ程度のものである。このような高温酸化物系超電導導体やＡ１５の金属間化合物からなる超電導導体を用いることによって、超電導転位セグメント導体は、線材の幾何的配置の差異により、偏流せず高電流を通電できることになる。
【００１３】
また、請求項３に記載する製造方法について述べると、複数本の平角状超電導導体を順次分線盤を通過させて集合しながら撚合せダイスに導入して、転位撚りを施して転位セグメント導体とし、ついで前記転位セグメント導体の転位部分に非粘着性のテープ状介在を挿入配置した後、前記転位セグメント導体上に、まず非粘着性のテープを押さえとして卷回し、さらにその上に粘着性のテープを卷回する、二重テープ巻き型の超電導転位セグメント導体の製造方法に関するものである。このような製造方法とすることにより、超電導転位セグメント導体を自動化して効率よく製造することができるようになる。
【００１４】
図３を用いて説明する。例えば、０．２４ｍｍ×１．９ｍｍの銀シース被覆ビスマス系酸化物超電導体からなる平角状の超電導導体２が、図３の左方から順次送出され、分線盤６を通過して集合され、転位を一次的に保つように設けられた転位撚合わせダイス７によって、図１に示されるような転位セグメントに成形される。ついで、テープ状介在を挿入配置する装置８によって、図２に示されるようにテープ状介在が配置された後、非粘着性テープの卷回装置９および粘着性テープの卷回装置１０を順次通過して、テープ卷回層が形成されて、二重テープ巻き型の超電導転位セグメント導体１（０．８ｍｍ×３．９ｍｍ）として、巻き取られる。このような製造方法とすることによって、製造ラインを完全に自動化することが可能となり、従来のように前記転位セグメント導体に、解れ防止のための押さえ粘着テープを手作業で行う必要がなくなり、大幅に生産性が向上できる。さらに、機械で均一に巻くため、部分的に太くなるなどの不均一性が小さい。また、このようにして得られた超電導転位セグメント導体も、前述のように転位セグメント導体に曲げ加工等を加えてもその形状を十分に保持することができ、また前記転位セグメント導体の個々の導体は、それぞれが自由に動くことができるので、前記超電導導体の膨らみの問題や大きな圧縮力等の歪みがかかることもなくなる。このように本発明の超電導転位セグメント導体は、可撓性に優れたものとなり、あたかも１本の導体と同様に扱うことが可能となる。
【００１５】
【実施例】
本発明の実施例を記載して、効果について述べる。
【００１６】
実施例１：高温超電導材料であるビスマス系の酸化物超電導導体（Ｂｉ_２Ｓｒ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_Ｘ）からなる厚さ０．２４ｍｍ、幅が１．９ｍｍの銀シース平角状超電導導体６本を用い、図１に示すような長さ１０ｃｍの超電導転位セグメント導体を作製して試料とした。具体的には、前記転位セグメント導体の転位部近傍２箇所には、幅１ｃｍ、長さ３ｃｍのポリイミドテープ（デュポン社の「カプトンテープ」）からなるテープ状介在が挿入配置され、その上には厚さ１０μｍのニトフロン（日東電工社の商品名）からなる非粘着性のテープが、転位セグメントがばらけるのを防ぐように押さえ巻きされて卷回層を形成し、さらにその上には、厚さ２０μｍの粘着剤付カプトンテープが、前記非粘着性テープを保護するようにラッピング巻きされて卷回層を形成して、一体化されたものである。また比較例１として、前記テープ状介在が挿入配置されない以外は、実施例と同様の超電導転位セグメント導体を作製して試料とした。これらの試料について、ボビンへの巻返しのような繰返し曲げ加工を与えた後に、前記試料の状態を観察した。さらに前記のような曲げ加工を繰り返し受けた後の高温超電導導体の特性劣化（臨界電流値の変化）について測定した。結果は、実施例１については、超電導導体には何らの変形や破損等は生じていなかった。また臨界電流値は、初期値から低下していなかった。これに対して比較例１は、超電導導体に局所的な曲げが生じており、また臨界電流値も低下していた。この結果から明らかな如く、超電導転位セグメント導体の転位部分の固定に、非粘着性のテープ状介在を挿入配置した本発明の構造のものは、局所的な曲げ等が生じない優れたものであることがわかる。
【００１７】
実施例２：前記実施例１と全く同様の超電導転位セグメント導体を作製して、試料とした。また比較例２として、前記非粘着性のテープであるニトフロンテープを用いない以外は、実施例２と同様の超電導転位セグメント導体を作製して、試料とした。これらの試料について、ボビンへの巻返しのような繰返し曲げ加工を与えた後に、前記試料の状態を観察した。さらに前記のような曲げ加工を繰返し受けた後の高温超電導導体の特性劣化（臨界電流値の変化）について測定した。結果は、実施例２については、超電導導体には何らの変形や破損等は生じていなかった。また臨界電流値は、初期値からの低下はなかった。これに対して比較例２は、超電導導体にフィラメントの破断が生じており、臨界電流値も低下していた。この結果から明らかな如く、超電導転位セグメント導体に押さえ巻きとしての非粘着性テープの卷回層を形成するものは、曲げ加工によっても劣化しにくいものであり、優れていることがわかる。
【００１８】
実施例３：本発明の超電導転位セグメント導体を用いた、超電導ケーブルの例について述べる。図４に示すような直径２０ｍｍのステンレス製のフォーマー１２に、実施例１に記載する超電導転位セグメント導体１を１５本、スパイラル状にピッチ１００ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲で巻回配置し、その上に不織布を絶縁被覆１３して、超電導ケーブル１１とした。また比較例として、前記実施例１と同様の超電導導体を用いて転位セグメント導体を作製し、従来行われている粘着テープを解れ防止として卷回した、超電導転位セグメント導体を用いて超電導ケーブルを作製して比較例３とした。この転位セグメント導体の各導体（素線）に係る、スパイラルピッチに依存する歪み（％）を比較した。結果を、図５に示した。
【００１９】
この図５から明らかな如く、本発明の実施例３の結果を示すＡの曲線から、本発明のテープ状介在、非粘着性テープの卷回層および粘着性テープの卷回層を施した超電導転位セグメント導体は、粘着テープのみによって解れないようにした比較例３の超電導転位セグメント導体に関する曲線Ｂに比較して、スパイラルピッチに対する歪み（％）が、各スパイラルピッチ例えば１００ｍｍ、２００ｍｍ、４００ｍｍ、６００ｍｍにおいて、６０％以上小さくなっていることが判る。このことは、本発明の前記転位セグメント導体は、小さな曲げ半径で曲げられても特性劣化が少ないことを示している。よって、本発明の転位セグメント導体は、マグネット等のコイル等として十分使用可能なものであることが判る。
【００２０】
実施例４：次に本発明の製造方法の実施例について述べる。厚さ０．２４ｍｍで幅が１．９ｍｍの銀シースビスマス系超電導導体６本を、順次左方から２ｍ／ｍｉｎの速度で送出し、分線盤６を通過させて集合した後、転位撚り合わせダイス７によって転位セグメントに成形し、ついでテープ状介在の挿入配置装置８で前記転位セグメント導体の転位近傍にテープ状介在を挿入配置した後、非粘着性テープ巻き装置９並びに粘着性テープ巻き装置１０を順次通過させて、ニトフロンテープを突合せて卷回した卷回層を形成し、ついで粘着剤付カプトンテープをラッピング巻きした、二重テープ巻型の厚さ０．８ｍｍ、幅３．９ｍｍの超電導転位セグメント導体１を製造した。そして、このようにして製造した超電導転位セグメント導体について、フラットワイズの曲げ加工を施し、超電導転位セグメント導体の臨界電流値を測定して、その性能を調べた。結果は、前記超電導転位セグメント導体は曲げ加工に対して転位セグメントが解れることはなかった。また、臨界電流値についても、全く問題のないものであった。そしてこのような製造方法とすることによって、製造ラインを自動化することができ、従来のように粘着テープを手作業で巻付ける製法と比較して、その製造速度は３倍以上であった。さらに、本発明の製造方法によれば超電導導体の種類に関係なく、また必要数使用して超電導転位セグメント導体を製造することができることになる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明は、超電導材料からなる複数本の平角状導体が転位セグメント導体に構成され、かつその転位セグメント導体の転位部分を固定するための非粘着性のテープ状の介在が、前記導体の転位部分に挿入配置され、かつ前記転位セグメント導体表面には、順次非粘着性テープからなる卷回層、粘着性テープからなる卷回層が施された超電導転位セグメント導体とすること、また前記超電導材料が、高温酸化物超電導導体或いはＡ１５型の金属間化合物からなる超電導導体である超電導転位セグメント導体とすることによって、前記超電導転位セグメント導体の転位撚りが解けないように維持することができ、そしてこれに曲げ歪み等が加わっても個々の超電導導体が自由に動くことができるようになる。このことは、前記超電導転位セグメント導体を構成する個々の超電導導体が一体として振舞うことがなくなるので、外側の導体に大きな歪みが加わることもなくなることになる。また、前記個々の導体どうしの摩擦等によって、曲げ半径が小さな場合には内側の導体が膨らんでしまうようなこともなくなる。さらに、この転位セグメント導体をフォーマー等にスパイラル状に巻回する場合も、ピッチが小さい場合にも、転位撚りが崩れたりすることがなくなる。また、高温酸化物系超電導導体やＡ１５の金属間化合物からなる超電導導体を用いることによって、超電導転位セグメント導体は、線材の幾何的配置の差異により、偏流せず高電流を通電できることになる。そしてこのような超電導転位セグメント導体は、その用途として超電導ケーブル、超電導変圧器、超電導マグネット、超電導限流器等に使用することができることになる。
【００２２】
また本発明の製造方法によれば、複数本の平角状超電導導体を順次分線盤を通過させて集合しながら撚合せダイスに導入して、転位撚りを施して転位セグメント導体とし、ついで前記転位セグメント導体の転位部分に非粘着性のテープ状介在を挿入配置した後、前記転位部分近傍に非粘着性のテープ状介在が挿入配置された転位セグメント導体に、順次非粘着性のテープを卷回し、さらにその上に粘着性のテープを卷回した、二重テープ巻き型の超電導転位セグメント導体の製造方法とすることによって、前述の特性を有する超電導転位セグメント導体の製造ラインを、完全に自動化することが可能であり、従来のように前記転位セグメント導体に解れ防止のための粘着テープ等を、手作業で巻回する必要もなくなり、生産性が大幅に向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超電導転位セグメント導体の一例を示す、概略断面図である。
【図２】本発明の超電導転位セグメント導体のテープ状介在を示す、概略断面図である。
【図３】本発明の超電導転位セグメント導体の製造方法の一例を示す、概略図である。
【図４】本発明の超電導転位セグメント導体を用いた、超電導ケーブルの概略を示す図面である。
【図５】図４に示した超電導ケーブルの各超電導導体に係る歪みを、スパイラルピッチごとに示すグラフである。
【符号の説明】
１　　超電導転位セグメント導体
２　　超電導導体
３　　非粘着性テープの卷回層
４　　粘着性テープの卷回層
５　　テープ状介在
６　　分線盤
７　　転位撚り合わせダイス
８　　介在の挿入配置装置
９　　　非粘着性テープの卷回装置
１０　　粘着性テープの卷回装置
１１　　超電導ケーブル
１２　　フォーマー
１３　　絶縁被覆

Claims

複数本の超電導材料からなる平角状導体が転位セグメントに構成され、かつその転位セグメントの転位部分を固定するために、非粘着性のテープ状介在が前記転位部分に挿入固定され、かつこの転位セグメントには順次、非粘着性テープからなる卷回層、粘着性テープからなる卷回層が施されたことを特徴とする、超電導転位セグメント導体。
前記超電導材料の平角状導体が、高温酸化物超電導導体或いはＡ１５型の金属間化合物からなる超電導導体であることを特徴とする、請求項１に記載の超電導転位セグメント導体。
複数本の平角状超電導導体を、分線盤を通過させて集合しながら撚合せダイスに導入して転位撚りを施して転位セグメント導体とし、ついで前記転位セグメント導体の転位部分に、非粘着性のテープ状介在を挿入固定した後、順次前記転位セグメント導体上に、非粘着性のテープを卷回し、ついで粘着性テープを卷回して一体化することを特徴とする、二重テープ巻きした超電導転位セグメント導体の製造方法。