JPH042008A - 超電導性ワイヤおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電流に対して超電導性であるワイヤまたはケー
ブルおよびその製造方法。

〔従来技術および発明が解決しようとする課題］電気を
伝導するのに使用されるワイヤおよびケーブルは種々様
々な直径および横断面形状で電導性金属で製造される。

ワイヤは絶縁層としての１つ又はそれ以上の非電導性材
料層により取囲まれ、また絶縁層も金網またはむくの金
属のシールドで取囲まれていることがある。また、この
シールドがゴムまたはポリマーの保護被膜で取囲まれて
いることもある。ワイヤの複数のストランドのまわりの
このような層集成体は通常、ケーブルと呼ばれている。

台所のレンジおよびオーブンの加熱要素としては、特殊
種類のワイヤ導体が使用されている。通常は高融点で抵
抗率のより高い合金で作られた金属導体を耐高温性かつ
耐食性合金の中空管に収容する。ワイヤと管との間の空
間に、あらゆる使用温度で非電導体である酸化マグネシ
ウムのような粉状の耐火性材料を充填する。かかる組立
体を両端でシールし、次いで所望寸法および形状のダイ
に通して引抜き成形して管およびその内容物を薄くかつ
長くする。管が所望の直径および横断面形状まで縮小さ
れるまで引抜き作用をくり返す。その結果、中央の電導
性ワイヤが非常に圧縮された絶縁体に埋込まれ、全組立
体が金属外装により保護されている剛性の「遮蔽」ワイ
ヤが得られる。

このワイヤを数片に切断し、これらの部片を所望の形状
に曲げることができる。電気回路を完成するために、導
電コアを端部で電流伝導接触子に接続することができる
。

十分に低い温度で成る材料は極めて低い（又は無）電気
抵抗により電流の超電導体になることは長い間知られて
いた。多くの研究が液体窒素の大気圧下沸点より高い温
度で超電導性になる材料の発見に向けられつつある。い
まのところ、これらの材料はセラミック系の材料である
ことがわかっている。セラミックは硬質で脆い金属元素
と酸素との組成物である。このような材料は広範囲の専
門文献により十分に述べられている。

電気エネルギを伝達するのに、ワイヤまたはケーブル形
態の超電導体が最も有用である。しかしながら、セラミ
ック材料の硬質および脆い性質により、セラミック超電
導体は当然このような用途に容易には適さない。

従って、本発明の目的は超電導体材料をワイヤおよびケ
ーブルに形成することができる手段を提供することであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による超電導性材料のワイヤを得るには、適当な
金属又は合金ストリップを曲げてガターにする。このガ
ターに超電導性粉末を充填し、次いでこのガターを曲げ
ることによって閉鎖して継目を有する管にする。この継
目は溶接またはろう付けによってシールしてもしなくて
もよい。次いで、この管をその内容物とともに、所望の
横断面寸法の薄ワイヤが得られるまで、漸減直径および
所望の穴輪郭のダイスはローラに通して圧伸する。ワイ
ヤの所望の直径を得たとき、このワイヤをソレノイドに
コイル巻きするか、あるいはまっすくのまままたは任意
の所望の最終形状で使用し、次いでセラミック超電導体
に所望の結晶特性を与えるのに必要とされる温度まで加
熱する。

〔実施例〕

連続作業に適している本発明の一実施例では、任意の所
望の直径の無制限長さのワイヤを製造することができる
。この連続方法では、適当な幅および長さの金属又は合
金ストリップをロール巻き形態で供給する。長さの連続
状態を必要とする場合、第２０−ルの始動部を第１０−
ルの端部に溶接すればよい。金属ストリップをその幅に
わたってローラ間で横断面Ｕ字形に弯曲させてガターを
形成する。超電導性粉末またはその前駆体をそのように
形成されたガターのＵ字形部に注入し、ガターをローラ
又はダイで成形し得るＯ字形開口部に押し通し、それに
よりガターおよび内容物を閉鎖管に形成する。ガターの
初めの部分を導電性金属プラグでシールする。そのよう
に形成すると、閉鎖管は継目を有することになるが、こ
の纜目はそのままにしてもよいし、あるいは有利である
思われれば連続溶接またはろう付によりシールしてもよ
い。この管に振動により粉末をもっといっばいに充填す
ることができる。そのように形成された管をダイまたは
ローラに通して圧伸して粉末を圧縮し、管を任意の所望
の横断面形状および直径に形成することができる。

形成された管には、これを取り巻く空所を構成する層同
心管を設けることができる。より大きい同心管を設ける
には、超電導性ワイヤのまわりに冷却液を導びくために
、より幅広い金属ストリップを充填管のまわりの管に形
成すればよい。第２同心管は例えば磁気遮蔽用の第１ス
トリツプ以外の合金のものであってもよく、あるいは第
２ストリツプは第１ストリツプの特性を向上させるため
に第１ストリツプと同じ材料のものであってもよい。

超電導体の結晶化のための加熱操作時のス）　ＩＪツブ
の材料による粉末の汚染を回避するために、管の内面を
形成する側のストリップを例えば銀または他の貴金属の
ような適当な金属で被覆したり、メツキしたりあるいは
被着したりすることによって、あるいはガラス塊、ガラ
ス不織布、石英フレークまたは他の適当な非金属材料の
ライニングを設けることによってバリヤを設ければよい
。このバリヤをストリップに付着させてもよいし、ある
いはバリヤ材料のストリップをろう付は温度、溶接温度
または再結晶化温度で残留せずに揮発するコロジオンの
ような揮発性接着剤で金属ストリップに留めてもよい。

所望長さの超電導性粉末充填管を作製したとき、この管
を導電性金属プラグまたはキャンプで閉鎖して端子電気
接触子を製造する。

外側金属層の厚さおよび超電導ワイヤの大きさは初めの
ストリップ、任意の内面被膜、メツキ層または被着層の
寸法および超電導材料の量、ならびに寸法減小回数によ
り定められる。ストリップが軟’！磁性材料製であれば
、金属の厚さはより大きくなり、その結果得られる超電
導性ワイヤの磁気遮蔽が想像される。

超電導性充填用粉末としては、当業界でよく知られてい
る種々の組成物を使用することができる。

これらのセラミック超電導体すべては同じ従来の欠点が
ある。すなわち、これらの超電導体は従来公知の方法に
より、ワイヤを使用した任意の磁気コイルの作用を乱す
傾向がある強い磁力に耐えるのに十分な機械的強さの無
制限長さのワイヤに形成するのに通していない。本発明
により製造されたワイヤは、管または第２の追加遮蔽管
の金属遮蔽作用が上記の力に耐えるのに十分強ければ、
上記の欠点を解消する。

また、本発明はガラスのような非金属の支持用および／
または絶縁用カバー材料を有する超電導体ワイヤを製造
するための方法を提供する。ガラス被着超電導体ワイヤ
を得るには、金属管を所望のガラス被着材料でライニン
グし、次いでこのライニングされた管に超電導体材料を
充填する。超電導体ワイヤを所望の長さに製造し、この
ワイヤを所望の用途に適した形状に曲げるかあるいはコ
イル巻きした後、超電導体を熱処理して超電導性の所望
の状態を得る。この際、熱処理はライナーのガラスを超
電導体に融着させる。次いで、エツチングにより、ガラ
ス被着超電導体ワイヤを残すように金属管材料を除去す
ることができる。このガラス被着ワイヤを合成樹脂塗装
により機械的に更に強化することができる。

連続法である更に他の実施例では、被着金属ストリップ
または金属ストリップおよびガラスフェルトまたは不織
布のストリップをマンドレルのまわりに巻いて被着層ま
たはガラス層が金属ストリップとマンドレルとの間にな
るようにする。好ましくは、マンドレルは中空であって
、超電導性粉末を注入するファンネルとして機能すべき
である。

巻き操作が進行するにつれて、円筒体が連続的に形成さ
れ、円筒体が形成されかつ超電導性粉末がこの円筒体に
充填されるのと同じ速度でマンドレルを円筒体からすべ
り出す。そのように形成された円筒体は長さ方向または
ら旋状の継目を有し、この継目は溶接、ろう付けまたは
はんだ付けによって閉じることができる。変更例として
、他の管を組立体のまわりにはんだ付けして継目をシー
ルすることもできる。管の端部に達すると、この管を電
気端子としてのキャンプまたはプラグで閉塞し、その直
径を上記のように減小させ、次いで熱処理して超電導体
を結晶化する。

第１０ないし第３図は超電導体１４が金属１２に収容さ
れた本発明のワイヤ１０を示している。

第３図には、ガラスのような中間収容層１８が示されで
いる。図示の横断面形状は円形または六角形であるが、
正方形、矩形または任意の他の所望多角形を含む任意の
所望の横断面形状を形成することができる。

第４図は内面被膜または第２材料層を有する金属ストリ
ップのＵ字形ガターの形成を示している。

第５図は半導体材料をガターに装入して管を形成した後
、第４図のガターを閉じるファンネル状装置を示してい
る。第６図は第５図で形成された管の直径の減小操作を
示している。

ワイヤコアの超電導状態では、超電導ワイヤの端部間に
たいした電圧降下を生じることなしに非常に高い電流を
このワイヤで伝送することができる。従って、電流がほ
とんど全く金属管自身を通って流れなし）。かくして、
金属管；ま超電導体の保護絶縁体として作用する。しか
し、成る理由でコアの超電導性が低下されるかあるソ１
は失なわれると、コア；ま比較的不良の導体になり、ワ
イヤの端部間の電圧が高し１値まで増大してワイヤを通
る電流を持続する。このような高−１電圧は金嘱外装を
通る高し）電流を生じ、それによりワイヤ組立体を過度
に加熱して破壊することがある。このため、速作動遮断
リレーを超電導体ワイヤの両端に接続してワイヤ組立体
を電気的ｊニブリンジすることが必要である。いくらか
の抵抗が上昇し、電流が端部間の金属外装内を流れ始め
ると、このリレーがワイヤと電気回路の残部との接続を
すぐに遮断し、そのようにして金萬外装のジュール加熱
を防ぐ。

本発明の超電導性ワイヤを十分に説明したが、下記の例
は本発明の特定の特徴を更ｊこ説明するものであり、限
定するものではない。

厚さ１１および幅３１．４２ｎの軟質の純鉄シートのス
トリップ（この例では、長さ１ｍ）を片側で十分に銀メ
ツキする。このストリップをローラ間に通して銀メツキ
層を内側にしたガターに形成する。このガターを直径Ｌ
ｏａｍの端開口部を有する成形ファンネルに通して押下
げ、それによりこのガターを幅２．８ｆｌの継目を有す
る外径１ｏ鶴の管に成形する。管がファンネルを出ると
きに、継目を銀はんだでろう付けする。この管の始端部
を銀プラグで閉じる。約１００ｍ５の管を形成した後、
超電導体に界を固定するようにわずかに片寄った化学量
論組成を有するＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系（「１２−３−系
」としても知られている）の市販粉状超電導体をこの管
に充填する。超電導体粉末充填物を管の振動により圧縮
する。十分な長さの管に充填した後、新しく充填された
部分から端キャンプでふさがれた管の始端に向けて移動
する数組のローラによって管の直径を減小させる。これ
により粉末を圧縮し、充填管すなわちワイヤの直径を減
小させ、その長さを増大させる。寸法減小の間、充填管
を４００℃まで加熱して加工硬化鉄を軟化させる。また
、管の端部を銀キャップでふさいで端接触子を形成する
。充填管の端部を減小ローラによって圧延して粉をプラ
グに対して圧縮する。

減径ワイヤを金属マンドレルにコイル巻きして電磁コイ
ルを形成し、このコイルを炉で不活性雰囲気または真空
中で、粉末供給装置により定められる条件まで加熱する
。粉末は閉鎖管内に詰められているので、熱処理中、酸
素を失うことがない。

銀メツキ層は粉末を管の鉄と反応しないようにするバリ
ヤとして機能する。コイルを液体窒素中で試験する前に
、コイルの巻き部および端部を固着してコイルをそれ自
身の磁場の力により巻き戻されないようにすべきである
。この鉄管は有効導電路を鉄の飽和磁化まで最小にする
傾向がある磁場から超電導体を遮蔽する。

【図面の簡単な説明】

第１図は円形横断面の本発明のワイヤ部分の図：第２図
は六角形横断面の本発明のワイヤの図；第３図は超電導
体のまわりに２つの層を有する本発明のワイヤの図；第
４図は本発明のワイヤの製造の際のＵ字形金属ガターの
形成を示す図；第５図は形成されたガターをファンネル
形装置に通すことによってＵ字形ガターを閉鎖して管に
する操作を示す図；第６図はローラおよび寸法減小ダイ
により充填管の直径を減小させる操作を示す図である。 １０・・・ワイヤ、１２・・・金属、１４・・・超電導
体、１８・・・中間収容層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電導性のより低い無制限長さの材料に収容された結
   晶質超電導性材料のワイヤ形態と、上記超電導体材料に
   対し電気接触するための少なくとも２つの手段とを備え
   たことを特徴とする複合体。 ２、電導性のより低い少なくとも１つの材料が金属材料
   であることを特徴とする請求項１記載の複合体。 ３、電導性のより低い１つの材料がガラスであることを
   特徴とする請求項１記載の複合体。 ４、上記結晶質超電導性材料のワイヤと金属材料との間
   にガラス層を更に備えたことを特徴とする請求項３記載
   の複合体。 ５、金属材料は、これを通る電流を検知する手段および
   金属材料を通る電流が検知されると、回路を遮断する手
   段によって電気過負荷から保護されていることを特徴と
   する請求項３記載の複合体。 ６、超電導性材料のワイヤの複合体を製造する方法にお
   いて、 ａ）一端が電導性金属でシールされた中空金属管に超電
   導性材料を充填し、次いで充填管の他端を電導性金属で
   シールし、 ｂ）充填管の少なくとも一部を少なくとも１つの寸法減
   小装置に通し、それにより管およびその内容物の直径を
   ワイヤの寸法まで減小させ、 ｃ）得られたワイヤを熱処理して超電導性材料に結晶化
   を行うことを特徴とする方法。 ７、中空の金属管はこれと超電導性材料との両方に実質
   的に不活性である保護材料の内面被膜を有することを特
   徴とする請求項６記載の方法。 ８、中空の金属管を金属被着層でライニングすることを
   特徴とする請求項６記載の方法。 ９、超電導性材料を充填する前に中空の金属管をガラス
   材料でライニングすることを特徴とする請求項６記載の
   方法。 １０、熱処理（ｃ）後、引抜きワイヤの金属外面を除去
   することを特徴とする請求項９記載の方法。 １１、外面金属の除去後、超電導体ワイヤを合成樹脂で
   ある支持材料で被覆することを特徴とする請求項１０記
   載の方法。 １２、引抜きワイヤの横断面が正方形、矩形、丸形また
   は六角形であることを特徴とする請求項６記載の方法。 １３、金属管に収容された超電導体ワイヤの複合体の連
   続製造方法において、 ａ）金属ストリップをＵ字形ガターに形成するか、ある
   いはストリップをマンドレルのまわりに巻いて円筒体を
   形成し、 ｂ）上記ガターまたは円筒体に超電導体材料の粉末を充
   填し、 ｃ）上記ガターを管を形成するようにシールして超電導
   体材料を収容し、 ｄ）シール済みガターまたは形成されたシール済み円筒
   体を少なくとも１つの寸法減小装置に通してワイヤを形
   成し、 ｅ）形成ワイヤを熱処理することを特徴とする方法。 １４、ガターから形成された管および形成円筒体は長さ
   方向の継目を有し、この継目を溶接、ろう付けまたはは
   んだ付けによってシールすることを特徴とする請求項８
   記載の方法。 １５、中空金属管または円筒体はこれらと超電導性材料
   との両方に実質的に不活性である保護材料の内面被膜を
   有することを特徴とする請求項８記載の方法。 １６、引抜きワイヤの横断面は正方形、矩形、丸形また
   は六角形であることを特徴とする請求項１３記載の方法
   。 １７、熱処理（ｃ）後、超電導体ワイヤを合成樹脂であ
   る支持材料で被覆することを特徴とする請求項１３記載
   の方法。 １８、外面金属の除去後、超電導体ワイヤを合成樹脂で
   ある支持材料で被覆することを特徴とする請求項１７記
   載の方法。 １９、金属円筒体（ｂ）または金属管（ｃ）で収容した
   後、金属管または円筒体を第２金属管または円筒体に収
   容することを特徴とする請求項１３記載の方法。