JPH06104027A

JPH06104027A - 圧着用スリーブ材および接続体

Info

Publication number: JPH06104027A
Application number: JP24755192A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fukumaki; 孝服巻; Rikuo Kamoshita; 陸男鴨志田; Chie Satou; 知絵佐藤; Mitsuo Nakamura; 満夫中村; Toshiyuki Saito; 利幸斉藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-17
Filing date: 1992-09-17
Publication date: 1994-04-15

Abstract

(57)【要約】（修正有）【構成】接続用安定化材のＣｕは外径¢９mmで、穴径¢
２.２mm の、全体のＨｖを約４０に調整したスリーブ材
を用いた。被接続の超電導線７，８はＮｂ−Ｔｉ系で直
径１.０mm のもので、フィラメント９，１０は直径０.
０７８mm が２４本、接続補助フィラメント１１は、直
径０.０３５mm の１０６０本を用いた。フィラメント１
１をフィラメント９，１０の周りに包み込むように配置
した後押圧し、Ｃｕスリーブの板厚を６.４mm に成型し
た。【効果】超電導フィラメント同士をより密に接触させて
充填率を向上させるため、接続部は臨界電流値も大き
く、永久電流モードになるので長時間安定して製品に適
用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属系の超電導線のフ
ィラメント同士を接続するための圧着用スリーブに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】接続用超電導線は多数の超電導素線（以
下、フィラメント）を銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａ
ｌ）のような安定化材料中に埋設し、所望の外径まで伸
線加工を施したものを集積した超電導ファインマルチ線
が使用されている。従来から知られている接続にはんだ
付法，ろう付法，圧着法，溶接法等が試みられている
が、いずれも接続部の電気抵抗が大きく、かつ通電時の
発熱量が多くなるので、実用上問題があった。

【０００３】超電導フィラメントの接続にはこれを改善
するため特開昭59−16207 号公報に記載のように露出さ
れたフィラメントが相互に重ねられて圧着用スリーブ内
に収納されると共に、圧着用スリーブを介して押し圧す
ることにより電気的導通状態にする方法が採られてい
る。この接続方法は、接続すべき超電導線の安定化材を
除去して露出させた超電導体フィラメントを、相互に重
ねて接続用のスリーブ内に収納すると共にスリーブを介
して圧着し、収納された超電導体フィラメントを相互に
圧着，接続するものである。

【０００４】しかし、この接続方法では、互いに接続し
ようとするフィラメントは、その外面の重なり合う部分
しか接触せず、高い臨界電流値を確保するのが難しい。
また、接続用のスリーブの硬さには考慮されておらず、
フィラメントがスリーブにより断線すると言う問題があ
った。

【０００５】更に超電導体のフィラメントの充填率を向
上させるために特開昭62−234880号公報の超電導線の接
合方法が提案されている。この方法は露出された芯線の
それぞれに連結用超電導線の露出された複芯を挾み合わ
せ、挾み合わせ部を一体に金属リングにより覆い、この
金属リングを圧着して接合することを特徴とする。その
例は連結用超電導線のフィラメントの先端部を超電導線
の各安定化材の端部まで覆うように延材させ、この延材
したフィラメントの先端に金属リングの端部が位置する
ようにして圧着している。この例のように超電導素線
（フィラメント）が非常に少ない場合は、連結用超電導
フィラメントを適用することは充填率を向上させるため
に有効である。しかし、接続用のスリーブの硬さは考慮
されておらず、フィラメントがスリーブにより断線する
と言う欠点があった。また、硬いスリーブのためフィラ
メント同士の密着性はまだ十分とは言えなかった。この
ような原因から接続抵抗値がばらつく問題があり、永久
電流超電導線になっていない欠点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術はフィラ
メントを押し圧する安定化材自身の硬さについて考慮さ
れておらず、そのため真の超電導線同士の接続が達成さ
れず、それに伴う永久的な電気特性にも問題があった。
つまり、フィラメントをスリーブで押し圧して固定して
いるが、フィラメント同士の近接効果や分流損失等の防
止を達成する接続までに至っていない。

【０００７】本発明の目的は、フィラメント同士を近接
させ、充填率を向上させた接続用安定化スリーブを提供
することであり、さらにそのスリーブを使用して電流減
衰率が著しく小さく長期安定した接続体等を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、安定化材中に複数の超電導素線（フィラ
メント）が埋設されている超電導線を薬品で安定化材を
溶かし、その結果、露出されたフィラメント同士を圧着
用スリーブで圧着するスリーブ材において、フィラメン
トを包み込む前記スリーブ材の硬度Ｈｖ３０〜６０にあ
らかじめ処理した圧着用スリーブ材を提供する。

【０００９】前記圧着用スリーブ材は、フィラメントと
接触する部分の穴径の２倍の範囲を硬度Ｈｖ３０〜６０
にコントロールし、その周りがＨｖ６０より高い硬度に
なるように硬度勾配を有した圧着用スリーブ材である。

【００１０】また、本発明は、前記スリーブ材はフィラ
メントと接触する部分の穴径の２倍の範囲をアルミニウ
ム材とし、その外側を銅材で複合化した圧着用スリーブ
材を提供する。スリーブ材の形状としては、穴径の約３
倍以上を有することが必要である。その理由は、フィラ
メントの反発力を拘束するための必要量である。

【００１１】更に、本発明は、前述した本発明の圧着用
スリーブにより、前記フィラメント同士を圧着し接続し
た接続体を提供する。

【００１２】また、本発明の圧着用スリーブにより、前
記フィラメント同士と前記フィラメント同士を包み込む
他の接続補助用のフィラメントを同時に圧着し、接続し
た接続体を提供する。

【００１３】そして本発明の圧着用スリーブで圧着し接
続した接続体は、１０^-12Ω以下の接続抵抗を有し、か
つ前記超電導線の臨界電流値の８０％以上の臨界電流値
を有している接続体であることも本発明の特徴としてい
る。

【００１４】

【作用】本発明の超電導線の接続部分は、軟らかい圧着
用スリーブにより超電導フィラメント同士が安定化材の
中心部に集まり、フィラメント同士の接触と充填率が向
上して密に接続されているため、フィラメント同士の近
接効果が十分に得られる。圧着用スリーブとはどう言う
作用をするか考えて見る。接続したいフィラメントとフ
ィラメント、それを包み込む接続補助のフィラメントを
圧着スリーブ中に挿入する。いま上下方向からの押し圧
で圧着する方法を試みる。圧着用スリーブの中には安定
化材中に複数の超電導素線が埋設されている超電導線が
数mmは入り、フィラメントと一緒に押し圧され接続され
る。

【００１５】超電導線の線径は種々あるが¢１.０mm、
フィラメントは¢０.０６mm、圧着用安定化材としてＣ
ｕスリーブ（穴径：２.２mm ）と仮定して考える。硬さ
の高い順序はフィラメント，超電導線，Ｃｕスリーブと
なる。Ｃｕスリーブは線引き加工されており硬さは約１
１０Ｈｖである。硬度Ｈｖ１１０を有するＣｕスリーブ
が押し圧され、まず¢１.０mm の超電導線に接触する。
超電導線は安定化Ｃｕの中に超電導素線が埋設されてお
り、なかなか潰れ難い。しかし、押し圧の増加と共に僅
かに潰れ、Ｃｕスリーブはこの系では最も軟らかいため
横方向に延びながら次にフィラメントに接触し、フィラ
メント同士を押圧する。

【００１６】Ｃｕスリーブの内面はフィラメントを押し
圧しながら塑性変形し段々に硬さは増加する。硬さが高
くなったＣｕはフィラメントをスリーブの中心に向かっ
て押圧する。そして押圧の進行と共に数mm入っている¢
１.０mm の超電導線と近傍のフィラメントに大きな剪断
応力が作用することになる。フィラメントの線径は０.
０６mm と小さく、硬くなったＣｕにより断線に追い込
まれる現象が現われる。かと言ってフィラメントが断線
しないように押圧を少なくするとフィラメントの充填率
の低下及び部品として使用中にフィラメントが動き、接
続抵抗を発生する原因となる。

【００１７】そこでフィラメントを断線しないように、
かつフィラメント同士の接触を向上させ、Ｃｕスリーブ
中のフィラメントの充填率を向上させるためには、Ｃｕ
スリーブの硬さを制御することが必要であると考えた。
ダイスにより線引きされて作製するＣｕスリーブは加工
のため硬化している。Ｃｕは３００℃以上で再結晶を生
じ、軟化して硬さを低下させる。熱処理温度により硬さ
を変化させ、種々の硬さのものについて圧着を試みた結
果、Ｃｕスリーブ内面の硬さはＨｖ３０〜６０の範囲が
良いことが判明した。硬さが従来硬さの約半分になると
安定化Ｃｕの伸び率は２倍以上になることも分かり、こ
の伸びの増加により超電導フィラメントの剪断応力を緩
和し、圧着端子自らが変形しながらフィラメント同士の
接触を推し進めていく現象が明らかになった。

【００１８】Ｃｕスリーブの硬さは全体がＨｖ３０〜６
０になっている必要は無く、むしろフィラメントと接触
する範囲だけが軟らかく、その外周は硬い方がより好ま
しい。すなわち、軟らかい内面でフィラメントを押圧し
てフィラメントを包み込み、外周の硬いＣｕでフィラメ
ントの反発力を拘束するようにする。このようにスリー
ブの内面と外周の硬さを変えるには、Ｃｕ材の場合は、
あなの開いた内面にレーザ，高周波，電子ビーム等によ
り集中加熱して熱処理することにより達成される。ま
た、内面にＨｖ３０〜５０硬度のＡｌ等を内面クラッド
（外面はＣｕ等）した複合材を適用しても、本発明は達
成できる。

【００１９】内面の軟らかい範囲は、挿入するフィラメ
ントの量によるが実験の結果、穴径の約２倍の範囲相当
が適当であることが分かった。すなわち、例えば、¢
２.２mmの穴径の場合は、¢４.４mm の範囲を軟化させ
ておけば良いことになる。その外周の径はスリーブ内径
の約３倍以上が必要で、良好な拘束力が得られる。更に
安定化させるためには４倍程の形状を適用した方がより
好ましい。

【００２０】低抵抗接続を達成するためには、フィラメ
ント同士の密着性を密にする必要がある。安定化材の中
空部にフィラメントを挿入して、二つ割りの金型等を用
いて上下から加圧し、加圧力と充填率の関係を調査し
た。そして得られた継手を４端子法による臨界電流値を
測定したところ、フィラメントの充填率は８０％以上に
なっていれば臨界電流値の高い値が得られることが分か
った。より安定した臨界電流値を得たい場合は充填率を
９０％程度とするのが良い。

【００２１】以上の本発明で作製した接続部の電流減衰
試験を実施したところ、３００００ｓ経過後にも電流の
減衰は殆んどみられず、計算結果から１０^-13Ω 以下を
示した。

【００２２】このようにフィラメントの充填率を向上さ
せ、低抵抗接続を達成するためには接続用安定化スリー
ブの材質が重要である。今までにＣｕ及びＡｌについて
述べたが、その他にＡｕ，Ａｇ等も適用出来、その純度
は９９.９％以上の高純度である必要がある。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の圧着用スリーブ材及び接続体
について実施例を示す。

【００２４】圧着用スリーブ材の基本的な構造を示す。
図１はスリーブ１の全面をＨｖ４０〜５０（軟化）に調
整したスリーブ２で、その中心に超電導線を挿入する穴
３が設けてある。図２はスリーブ１の軟化層２とその外
周４によって構成されている。図３はスリーブ１の軟化
層にＨｖ３０〜６０に相当するＡｌ材５をＣｕ材６にク
ラッドしたスリーブからなる。

【００２５】図４は軟化したＣｕスリーブを用いた基本
的な接続体を示す。図４（ａ）は接続前の断面状態を表
わす。被接続の超電導線７及び８を軟化したＣｕスリー
ブ２の穴３に３mm程挿入する。その先は硝酸中で安定化
Ｃｕを除去したフィラメント（超電導素線）であり、超
電導線７のフィラメント９及び超電導線８のフィラメン
ト１０が設置されている。その周りに包み込むように接
続補助フィラメント１１を配列させる。図４（ｂ）は押
圧後の断面状態を表わす。すなわち、超電導線７，８は
軟化したスリーブ２で固定され、フィラメントの９，１
０および接続補助フィラメントの１１も軟化安定化スリ
ーブ２によって中心部に接続・固定される。

【００２６】（実施例１）接続用安定化材のＣｕは外径
¢９mmで、穴径¢２.２mm の、全体のＨｖを約４０に調
整したスリーブ材を用いた。被接続の超電導線はＮｂ−
Ｔｉ系で直径１.０mmのもので、フィラメントは直径０.
０７５mmが２４本、接続補助フィラメント１１は、直径
０.０３５mm の１０６０本を用いた。図４（ａ）のよう
に配置した後押圧を加え、Ｃｕスリーブの板厚を６.４m
m に成型した。

【００２７】（実施例２）接続用安定化材のＣｕは外径
¢９.０，肉厚４.４mm，その内側の軟化層にＨｖ４０の
Ａｌをクラッドし、穴径２.２mm のものを用いた。被接
続の超電導線並びにフィラメントの条件及び成型厚は実
施例１と同様である。

【００２８】（実施例３）接続用安定化材のＣｕは外径
¢９mm，穴径¢２.２mm で、全体のＨｖを約４０に調整
したスリーブ材を用いた。被接続の超電導線は安定化銅
中のＮｂ−Ｔｉ系で直径１.０mmのもの（フィラメント
は直径０.０７５mmが２４本）と安定化Ｃｕ−Ｎｉ系中
のＮｂ−Ｔｉ系で直径１.０mmのもの（フィラメントは
直径０.０３０mmの６００本）を、接続補助フィラメン
ト（直径０.０３５mmの１０６０本)１１で包み込み、接
続用スリーブ中に挿入して接続した。接続は図４（ａ）
のように配置した後押圧を加え、Ｃｕスリーブの板厚を
６.４mm に成型した。

【００２９】（比較例）接続用安定化材はＣｕで外径¢
９.０mm，穴径２.４mmで全体のスリーブのＨｖは約１１
０のものを用いた。被接続の超電導線並びにフィラメン
トの条件及び成型厚は実施例１と同様である。

【００３０】以上の実施例及び比較例で用いた接続用ス
リーブ材と被接続の超電導線を組合わせ、押圧によって
成型した接続体を断面顕微鏡組織観察した。実施例１で
作製した接続体の断面を図５に示す。図５（ａ）は超電
導線材７，８がスリーブに入ってる部分を、図５（ｂ）
はスリーブの中央部の接続状態を示す。

【００３１】（ａ）に見られるように超電導線材７，８
の周りに本発明のスリーブの安定化Ｃｕ１が周り込んで
いる。超電導線同士もより近接し、空隙部分１２は非常
に少なくなっている。また外周部の接続補助フィラメン
ト１１はスリーブの内面に入り込み、より固定されてい
ることが分かる。（ｂ）ではフィラメント同士９及び１
０が近接し、その周りに接続補助フィラメント１１が良
好に近接しており空隙部分は非常に少なくフィラメント
９とフィラメント１０が良好に接続しているようすが明
らかである。ここでも外周の接続補助のフィラメント１
１は軟化した安定化スリーブの内面に入り込み、固定化
されていることも分かる。また、接続部のフィラメント
の充填率は約９０％であった。図５（ａ）近くのフィラ
メントは押圧により断線する様子は見られず、良好な接
続をしていた。

【００３２】図６に比較例で作製した接続体の断面を示
す。図６（ａ）は超電導線材７及び８が安定化スリーブ
に入っている部分を、図６（ｂ）はスリーブの中央部の
接続状態を示す。（ａ）において超電導線７と８の周り
に空隙部分１２が見られ、フィラメントとフィラメント
の間にも空隙１２が形成されている。（ｂ）でもフィラ
メント９とフィラメント１０の間に実施例１と比べると
空隙部分１２が多く存在していることが明らかである。
外周部の接続補助フィラメント１１はスリーブの内面に
は余り入り込んではいない。すなわち、接続用安定化ス
リーブが硬く、かつ押圧により更に硬さが増加し、スリ
ーブへの入り込みが少ないと考える。また、接続部のフ
ィラメントの充填率は約７０％であり、本発明と比較し
て大きく劣った。またフィラメントの充填率を向上させ
るために押圧を増したものは、図６（ａ）近くのフィラ
メント（接続用フィラメントと接続補助用フィラメント
を含む）に剪断応力が作用し、断線しているフィラメン
トも観察され、十分な接続とは言えなかった。

【００３３】以上の実施例及び比較例で接続した接続体
について液体Ｈｅ中で無磁界(０Ｔ)及び磁界中（１.０
Ｔ）の時の臨界電流値を測定した。その結果を図７に
示す。測定はホルダーをＵ型とし、電圧端子間距離を１
５mmで測定した。図７から分かるように本発明の実施例
で臨界電流値は夫々異なるが、超電導線の製造のばらつ
きから来るものである。また同じ実施例の中でもばらつ
きが若干見られるが、これは同じ磁界中の中で測定を繰
り返して行ったことによる。いずれにしても比較例と比
べいずれも臨界電流は高く、また、ばらつきの程度も小
さい。これらの結果から本発明の接続用安定化スリーブ
材を用い、そして圧着して接続した接続体は、著しく優
れていることが分かる。

【００３４】また、接続体の永久電流スイッチを設置し
た永久電流回路を作成し、接続部の減衰試験を行った。
結果を図８に示す。図８から実施例の中でも電流の減衰
がほとんど見られないのは実施例１及び２のものであ
り、実施例３のものは実施例１，２に比べ僅かに減衰し
ているが、永久電流モードを示していることから本発明
の目標を達成している。本発明の電流減衰傾向から式に
代入し計算すると、実施例１及び２の継手は＜１０^-13
Ωで、実施例３のものは＜１０^-12Ωでありいずれも低
抵抗継手であることが明らかになった。

【００３５】その他の接続用安定化スリーブ材として、
図２に示したようにＣｕ材の中心部分をＨｖ４０程度
に、その外周をＨｖ９０程度に調整した安定化スリーブ
材を用いても、その接続体はフィラメントの接触を良く
し、充填率が向上し、接続部分は＜１０^-12Ωであるこ
とを確認している。

【００３６】更に、フィラメント同士を軟らかく接触さ
せるにはフィラメントとフィラメントの間に安定化材を
配置（芯材）して圧着することも本発明の範疇である。
なお芯材としてはＡｌ，Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｂ−Ｓ
ｎ，Ｉｎ，Ｂｉ系等も適用できる。

【００３７】

【発明の効果】本発明の圧着用スリーブ及び接続体によ
れば、超電導フィラメント同士をより密に接触させて充
填率を向上させるため、接続部は臨界電流値も大きく、
永久電流モードになるので長時間安定して製品に適用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧着用スリーブで、全体を軟化し
たスリーブの断面図。

【図２】中心部分のみを軟化させ、他は硬い層よりなる
硬度勾配の安定化スリーブ材の断面図。

【図３】中心部分に硬さの軟らかいアルミニウムを、そ
の周りを銅からなる複合安定化スリーブの断面図。

【図４】本発明の圧着用安定化材で超電導線及びフィラ
メントを接続した状態を示した断面図。

【図５】従来の比較例の圧着用安定化材を用い、超電導
線及びフィラメントを接続した状態を示した断面図。

【図６】従来の比較例の圧着用安定化材を用い、超電導
線及びフィラメントを接続した状態を示した断面図。

【図７】本発明による接続体及び比較例による接続部の
臨界電流特性を示すグラフ。

【図８】本発明による接続体及び比較例による接続部の
ループ電流の減衰特性を示すグラフ。

【符号の説明】

１…圧着用スリーブ材、２…軟化層、３…穴、４…高硬
度層、５…軟化材、６…硬化材、７，８…超電導線、
９，１０…フィラメント、１１…接続補助フィラメン
ト、１２…空隙部分。

フロントページの続き (72)発明者中村満夫茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者斉藤利幸茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】安定化材中に複数のフィラメントが埋設さ
れている超電導線を薬品で安定化材を溶かし、その結
果、露出された前記フィラメント同士を圧着用スリーブ
で圧着するスリーブ材において、前記フィラメントを包
み込む前記スリーブ材の硬度Ｈｖ３０〜６０にあらかじ
め処理したことを特徴とする圧着用スリーブ材。
【請求項２】請求項１において、前記スリーブ材は、前
記フィラメントと接触する部分の穴径の２倍の範囲を硬
度Ｈｖ３０〜６０にコントロールし、その周りが硬度Ｈ
ｖ60より高い硬度の硬度勾配を有する圧着用スリーブ
材。
【請求項３】請求項１において、前記スリーブ材は前記
フィラメントと接触する部分の穴径の２倍の範囲をアル
ミニウム材とし、その外側を銅材で複合化した圧着用ス
リーブ材。
【請求項４】請求項１において、前記スリーブ材は穴径
の３倍以上の外径形状を有する圧着用スリーブ材。
【請求項５】請求項１，２または３において、前記圧着
用スリーブにより、前記フィラメントを圧着し接続した
接続体。
【請求項６】請求項１，２または３に記載の前記圧着用
スリーブにより、前記フィラメントと前記フィラメント
を包み込む他の接続補助用のフィラメントを同時に圧着
し、接続した接続体。
【請求項７】請求項４または５において、前記圧着用ス
リーブで圧着し接続した接続体は、１０^-12Ω以下の接
続抵抗を有し、前記超電導線の臨界電流値の８０％以上
の臨界電流値を有する接続体。