JP2809960B2 - 磁場発生装置 - Google Patents
磁場発生装置Info
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- JP2809960B2 JP2809960B2 JP5035112A JP3511293A JP2809960B2 JP 2809960 B2 JP2809960 B2 JP 2809960B2 JP 5035112 A JP5035112 A JP 5035112A JP 3511293 A JP3511293 A JP 3511293A JP 2809960 B2 JP2809960 B2 JP 2809960B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物超電導体を用い
た超電導線材を有する磁場発生装置に関する。
た超電導線材を有する磁場発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】液体窒素温度以上の高い臨界温度を有す
る、 Y-Ba-Cu-O系、 Bi-Sr-Ca-Cu-O系、 Tl-Ba-Ca-Cu-O
系等の酸化物超電導体は、冷媒として高価な液体ヘリウ
ムに代えて、安価な液体窒素を利用できるため、工業的
にも重要な価値を有している。このような酸化物超電導
体のエネルギー分野への応用を考えた場合、まず線材化
することが必要となる。そこで、各種方法を用いて酸化
物超電導体を線材化する試みがなされている。例えば、 (a) 金属管内に酸化物超電導体を封入し、これを線引
き加工することによって線材化する。 (b) 酸化物超電導体粉末と有機バインダとを混合し、
ノズルから押し出して線材化する。 (c) 金属テープあるいは金属ワイヤ上にスパッタ法や
蒸着法により酸化物超電導体層を形成し、線材化する。 等が知られている。
る、 Y-Ba-Cu-O系、 Bi-Sr-Ca-Cu-O系、 Tl-Ba-Ca-Cu-O
系等の酸化物超電導体は、冷媒として高価な液体ヘリウ
ムに代えて、安価な液体窒素を利用できるため、工業的
にも重要な価値を有している。このような酸化物超電導
体のエネルギー分野への応用を考えた場合、まず線材化
することが必要となる。そこで、各種方法を用いて酸化
物超電導体を線材化する試みがなされている。例えば、 (a) 金属管内に酸化物超電導体を封入し、これを線引
き加工することによって線材化する。 (b) 酸化物超電導体粉末と有機バインダとを混合し、
ノズルから押し出して線材化する。 (c) 金属テープあるいは金属ワイヤ上にスパッタ法や
蒸着法により酸化物超電導体層を形成し、線材化する。 等が知られている。
【０００３】これら酸化物超電導体を用いた超電導線材
の臨界電流密度Ｊc は、徐々に向上する傾向にある。特
に、上記した (c)の方法によれば、酸化物超電導体結晶
の主に電流が流れる方向を線材の長手方向に配向させ
る、いわゆるｃ軸配向させることが容易であるため、Ｊ
c が高い超電導線材を得る方法として期待されている。
ところで、上述したような線材化方法によって、基本的
なＪc が高い超電導線材は得られるものの、ｃ軸配向さ
せた酸化物超電導体膜に磁場が印加された場合、磁場の
方位がｃ軸方向であると、Ｊc の低下が著しいという問
題がある。このような磁場によるＪc の低下を防ぐため
には、磁場に対するピンニングセンターを導入する必要
がある。
の臨界電流密度Ｊc は、徐々に向上する傾向にある。特
に、上記した (c)の方法によれば、酸化物超電導体結晶
の主に電流が流れる方向を線材の長手方向に配向させ
る、いわゆるｃ軸配向させることが容易であるため、Ｊ
c が高い超電導線材を得る方法として期待されている。
ところで、上述したような線材化方法によって、基本的
なＪc が高い超電導線材は得られるものの、ｃ軸配向さ
せた酸化物超電導体膜に磁場が印加された場合、磁場の
方位がｃ軸方向であると、Ｊc の低下が著しいという問
題がある。このような磁場によるＪc の低下を防ぐため
には、磁場に対するピンニングセンターを導入する必要
がある。
【０００４】このようなピンニングセンターの導入方法
の一つとして、ｃ軸配向させた膜中にａ軸配向粒を混在
させる方法が挙げられる。これは、ａ軸配向粒とｃ軸配
向粒との界面が膜を垂直に貫く磁束のピンニングセンタ
ーとして働くためである。ただし、この場合には、ａ軸
配向粒には電流が流れにくいために、超電導パスは実質
的に減少し、磁場が印加されていない場合や磁場が膜に
対して平行に印加されている場合には、ｃ軸配向粒のみ
の酸化物超電導体膜よりＪc が低くなってしまう。この
ため、ｃ軸配向粒のみの酸化物超電導体膜と同等の臨界
電流Ｉc を得るためには、酸化物超電導体膜を厚くしな
ければならなくなり、その分だけ製造コストの増大を招
いてしまう。
の一つとして、ｃ軸配向させた膜中にａ軸配向粒を混在
させる方法が挙げられる。これは、ａ軸配向粒とｃ軸配
向粒との界面が膜を垂直に貫く磁束のピンニングセンタ
ーとして働くためである。ただし、この場合には、ａ軸
配向粒には電流が流れにくいために、超電導パスは実質
的に減少し、磁場が印加されていない場合や磁場が膜に
対して平行に印加されている場合には、ｃ軸配向粒のみ
の酸化物超電導体膜よりＪc が低くなってしまう。この
ため、ｃ軸配向粒のみの酸化物超電導体膜と同等の臨界
電流Ｉc を得るためには、酸化物超電導体膜を厚くしな
ければならなくなり、その分だけ製造コストの増大を招
いてしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、ｃ軸
配向粒のみの酸化物超電導体膜を用いた超電導線材で、
コイル等の磁場が印加される装置を構成すると、膜に対
して磁場が垂直に印加される部分で超電導が破れるとい
う問題があった。
配向粒のみの酸化物超電導体膜を用いた超電導線材で、
コイル等の磁場が印加される装置を構成すると、膜に対
して磁場が垂直に印加される部分で超電導が破れるとい
う問題があった。
【０００６】一方、ｃ軸配向させた膜中にａ軸配向粒を
混在させ、磁場によりＪc が低下する割合を小さくする
と、磁場が印加されていない場合や磁場が膜に対して平
行に印加されている場合に、ｃ軸配向粒のみの酸化物超
電導体膜よりＪc が低くなり、ｃ軸配向粒のみの酸化物
超電導体膜と同等の臨界電流Ｉc を得るためには、酸化
物超電導体膜を厚くしなければならなくなり、その分だ
け製造コストの増大を招いてしまうという問題があっ
た。
混在させ、磁場によりＪc が低下する割合を小さくする
と、磁場が印加されていない場合や磁場が膜に対して平
行に印加されている場合に、ｃ軸配向粒のみの酸化物超
電導体膜よりＪc が低くなり、ｃ軸配向粒のみの酸化物
超電導体膜と同等の臨界電流Ｉc を得るためには、酸化
物超電導体膜を厚くしなければならなくなり、その分だ
け製造コストの増大を招いてしまうという問題があっ
た。
【０００７】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、膜厚を厚くすることなく、線材とし
ての基本的な臨界電流密度Ｊｃを確保した上で、例えば
自己発生磁場による臨界電流密度Ｊｃの低下を抑制した
超電導部材を用いることによって、高磁場の発生を可能
にした磁場発生装置を提供することを目的としている。
になされたもので、膜厚を厚くすることなく、線材とし
ての基本的な臨界電流密度Ｊｃを確保した上で、例えば
自己発生磁場による臨界電流密度Ｊｃの低下を抑制した
超電導部材を用いることによって、高磁場の発生を可能
にした磁場発生装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の磁場発生装置
は、銀を主成分とする長尺な金属基体上に、酸化物超電
導体層を積層形成した超電導線材を用いた磁場発生装置
において、前記超電導線材の自己発生磁場が前記酸化物
超電導体層に対して主に平行成分として印加される部分
は、前記金属基体面に対してｃ軸配向させた結晶粒から
なる酸化物超電導体層を有し、かつ前記超電導線材の自
己発生磁場が前記酸化物超電導体層に対して垂直成分を
有するように印加される部分は、ｃ軸配向粒にａ軸配向
粒を体積比で１％〜２０％の範囲で混在させた酸化物超
電導体層を有することを特徴としている。
は、銀を主成分とする長尺な金属基体上に、酸化物超電
導体層を積層形成した超電導線材を用いた磁場発生装置
において、前記超電導線材の自己発生磁場が前記酸化物
超電導体層に対して主に平行成分として印加される部分
は、前記金属基体面に対してｃ軸配向させた結晶粒から
なる酸化物超電導体層を有し、かつ前記超電導線材の自
己発生磁場が前記酸化物超電導体層に対して垂直成分を
有するように印加される部分は、ｃ軸配向粒にａ軸配向
粒を体積比で１％〜２０％の範囲で混在させた酸化物超
電導体層を有することを特徴としている。
【００１０】
【作用】本発明においては、酸化物超電導体層の構造
を、基本的には臨界電流密度Ｊｃが高いｃ軸配向膜と
し、かつｃ軸配向粒にａ軸配向粒を体積比で１％〜２０
％の範囲で混在させた領域を、磁場が膜面に対して垂直
成分を有するように印加される部分のみに設けられてい
る。よって、基本的な膜厚を厚くすることなく、十分な
Ｉｃを確保することができる。
を、基本的には臨界電流密度Ｊｃが高いｃ軸配向膜と
し、かつｃ軸配向粒にａ軸配向粒を体積比で１％〜２０
％の範囲で混在させた領域を、磁場が膜面に対して垂直
成分を有するように印加される部分のみに設けられてい
る。よって、基本的な膜厚を厚くすることなく、十分な
Ｉｃを確保することができる。
【００１１】また、上記したような超電導線材を用い
て、磁場発生装置（超電導コイル）を構成する場合に、
本発明では自己発生磁場が膜面に対して垂直成分を有す
るように印加されるコイルの始端および終端のみを、ｃ
軸配向粒にａ軸配向粒を混在させた酸化物超電導体層と
し、かつその他の自己発生磁場が主に平行成分として印
加される部分はｃ軸配向膜からなる酸化物超電導体層と
しているため、自己発生磁場により超電導状態が破壊さ
れることを防止した上で、十分な電流を流すことがで
き、よって高磁場を発生させることが可能となる。
て、磁場発生装置（超電導コイル）を構成する場合に、
本発明では自己発生磁場が膜面に対して垂直成分を有す
るように印加されるコイルの始端および終端のみを、ｃ
軸配向粒にａ軸配向粒を混在させた酸化物超電導体層と
し、かつその他の自己発生磁場が主に平行成分として印
加される部分はｃ軸配向膜からなる酸化物超電導体層と
しているため、自己発生磁場により超電導状態が破壊さ
れることを防止した上で、十分な電流を流すことがで
き、よって高磁場を発生させることが可能となる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１３】図１は、本発明の超電導線材を用いた磁場
発生装置の一実施例の構成を示す図である。同図におい
て、１は超電導線材であり、この超電導線材１は銀を主
成分とする長尺な金属基体２上に、酸化物超電導体層３
が積層形成されて構成されている。上記金属基体２は、
銀を主成分とするものであればよく、例えば銀単体から
なる基体、銀に金、白金、パラジウム、ロジウム等を
0.001重量% 〜20重量%程度の範囲で添加した銀合金から
なる基体等が例示される。また、金属基体２の形状は、
テープ状やワイヤ状等の長尺形状とする。
発生装置の一実施例の構成を示す図である。同図におい
て、１は超電導線材であり、この超電導線材１は銀を主
成分とする長尺な金属基体２上に、酸化物超電導体層３
が積層形成されて構成されている。上記金属基体２は、
銀を主成分とするものであればよく、例えば銀単体から
なる基体、銀に金、白金、パラジウム、ロジウム等を
0.001重量% 〜20重量%程度の範囲で添加した銀合金から
なる基体等が例示される。また、金属基体２の形状は、
テープ状やワイヤ状等の長尺形状とする。
【００１４】また、上記酸化物超電導体層３としては、
超電導状態を実現し得るものであれば種々の酸化物を適
用することができ、例えば銅系酸化物超電導体が挙げら
れる。この銅系酸化物超電導体としては、特に限定され
るものではないが、例えば下記の式で実質的に組成が表
されるもの等が例示される。
超電導状態を実現し得るものであれば種々の酸化物を適
用することができ、例えば銅系酸化物超電導体が挙げら
れる。この銅系酸化物超電導体としては、特に限定され
るものではないが、例えば下記の式で実質的に組成が表
されるもの等が例示される。
【００１５】La2-x AEx Cu O4 （式中、AEはBa、SrおよびCaから選ばれた少なくとも 1
種の元素を、 xは0.02≦x≦0.08を満足する数を示す） RE Ba2 Cu3 O 7-δ （式中、REは Y、Sc、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、E
r、Tm、Yb、Lu等の希土類元素から選ばれた少なくとも
1種の元素を示し、δは酸素欠損を表し、通常 1以下の
数である） Bi2 Sr2 Ca1 Cu2 O 8+d Bi2 Sr2 Ca2 Cu3 O 10+d Bi2 Sr2 Ca3 Cu4 O 12+d Tl2 Ba2 Ca1 Cu2 O 8+d Tl1 Ba2 Ca1 Cu2 O 7+d Tl2 Ba2 Ca2 Cu3 O 10+d Tl1 Ba2 Ca2 Cu3 O 9+d （上記各式中、 dは酸素の微小な変動を表す。また、Bi
およびTlの一部はPbで、Sr、Ca、Ba等の一部はRE元素で
置換可能） 上述したような超電導線材１を巻き治具４に巻回するこ
とによって、磁場発生装置（超電導コイル）５が構成さ
れている。そして、上記超電導線材１において、実質的
な巻回部となる部分（中間部分）１ａと、巻回体の始端
および終端に使用される部分１ｂとでは、酸化物超電導
体層３の配向状態および層厚が異なっている。すなわ
ち、実質的な巻回部となる部分１ａは、金属基体２の基
体面に対してｃ軸配向させた結晶粒からなる酸化物超電
導体層（ｃ軸配向膜）３ａを有している（図中、矢印Ｘ
で結晶のｃ軸方向を示す）。また、巻回体の始端および
終端に使用される部分１ｂは、ｃ軸配向粒にａ軸配向粒
を体積比で1%〜 20%の範囲で混在させた酸化物超電導体
層３ｂを有している。換言すれば、自己発生磁場が酸化
物超電導体層３に対して垂直成分を有するように印加さ
れる部分のみに、ａ軸配向粒を混在させた酸化物超電導
体層３ｂを用いている。
種の元素を、 xは0.02≦x≦0.08を満足する数を示す） RE Ba2 Cu3 O 7-δ （式中、REは Y、Sc、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、E
r、Tm、Yb、Lu等の希土類元素から選ばれた少なくとも
1種の元素を示し、δは酸素欠損を表し、通常 1以下の
数である） Bi2 Sr2 Ca1 Cu2 O 8+d Bi2 Sr2 Ca2 Cu3 O 10+d Bi2 Sr2 Ca3 Cu4 O 12+d Tl2 Ba2 Ca1 Cu2 O 8+d Tl1 Ba2 Ca1 Cu2 O 7+d Tl2 Ba2 Ca2 Cu3 O 10+d Tl1 Ba2 Ca2 Cu3 O 9+d （上記各式中、 dは酸素の微小な変動を表す。また、Bi
およびTlの一部はPbで、Sr、Ca、Ba等の一部はRE元素で
置換可能） 上述したような超電導線材１を巻き治具４に巻回するこ
とによって、磁場発生装置（超電導コイル）５が構成さ
れている。そして、上記超電導線材１において、実質的
な巻回部となる部分（中間部分）１ａと、巻回体の始端
および終端に使用される部分１ｂとでは、酸化物超電導
体層３の配向状態および層厚が異なっている。すなわ
ち、実質的な巻回部となる部分１ａは、金属基体２の基
体面に対してｃ軸配向させた結晶粒からなる酸化物超電
導体層（ｃ軸配向膜）３ａを有している（図中、矢印Ｘ
で結晶のｃ軸方向を示す）。また、巻回体の始端および
終端に使用される部分１ｂは、ｃ軸配向粒にａ軸配向粒
を体積比で1%〜 20%の範囲で混在させた酸化物超電導体
層３ｂを有している。換言すれば、自己発生磁場が酸化
物超電導体層３に対して垂直成分を有するように印加さ
れる部分のみに、ａ軸配向粒を混在させた酸化物超電導
体層３ｂを用いている。
【００１６】ここで、上記磁場発生装置５による自己発
生磁場と、超電導線材１に対する磁場の印加方向につい
て説明する。超電導線材１の巻回体からなる磁場発生装
置５に電流を流した場合、例えば図１中の矢印Ｙで示す
方向に磁場が発生する。このため、巻回体を構成する超
電導線材１の大部分、すなわち実質的な巻回部となる部
分１ａでは、磁場Ｙは酸化物超電導体層３ａに対して平
行に印加され、垂直成分を有するように磁場が印加され
るのは、巻回体の始端および終端に使用される部分１ｂ
のみである。
生磁場と、超電導線材１に対する磁場の印加方向につい
て説明する。超電導線材１の巻回体からなる磁場発生装
置５に電流を流した場合、例えば図１中の矢印Ｙで示す
方向に磁場が発生する。このため、巻回体を構成する超
電導線材１の大部分、すなわち実質的な巻回部となる部
分１ａでは、磁場Ｙは酸化物超電導体層３ａに対して平
行に印加され、垂直成分を有するように磁場が印加され
るのは、巻回体の始端および終端に使用される部分１ｂ
のみである。
【００１７】従って、実質的な巻回部となる超電導線材
部分１ａは、ｃ軸配向膜のみで酸化物超電導体層３ａを
形成しても、磁場による臨界電流密度Ｊc の低下が僅か
であるため、層厚を厚くすることなく（例えば 0.1〜10
μm 程度）、十分な臨界電流Ｉc を確保することができ
る。また、巻回体の始端および終端に使用される部分１
ｂは、ｃ軸配向膜のみでは磁場によるＪc の低下が大き
いため、ｃ軸配向膜にａ軸配向粒を混在させることによ
って、磁場に対するピンニングセンターを導入し、磁場
の印加によるＪc の低下を抑制している。このａ軸配向
粒の混在割合は、体積比で1%〜 20%の範囲とする。ａ軸
配向粒の体積比が1%未満であると、Ｊcの低下抑制効果
が十分に得られない。また、ａ軸配向粒の体積比が 20%
を超えると、相対的に減少するｃ軸配向粒の量が多くな
り、酸化物超電導体層３ｂの層厚を厚くしても、十分な
Ｉc を確保することが困難となる。
部分１ａは、ｃ軸配向膜のみで酸化物超電導体層３ａを
形成しても、磁場による臨界電流密度Ｊc の低下が僅か
であるため、層厚を厚くすることなく（例えば 0.1〜10
μm 程度）、十分な臨界電流Ｉc を確保することができ
る。また、巻回体の始端および終端に使用される部分１
ｂは、ｃ軸配向膜のみでは磁場によるＪc の低下が大き
いため、ｃ軸配向膜にａ軸配向粒を混在させることによ
って、磁場に対するピンニングセンターを導入し、磁場
の印加によるＪc の低下を抑制している。このａ軸配向
粒の混在割合は、体積比で1%〜 20%の範囲とする。ａ軸
配向粒の体積比が1%未満であると、Ｊcの低下抑制効果
が十分に得られない。また、ａ軸配向粒の体積比が 20%
を超えると、相対的に減少するｃ軸配向粒の量が多くな
り、酸化物超電導体層３ｂの層厚を厚くしても、十分な
Ｉc を確保することが困難となる。
【００１８】なお、ｃ軸配向膜にａ軸配向粒を混在させ
た酸化物超電導体層３ｂの厚さは、ａ軸配向粒の割合が
上記範囲内であっても、基本的なＪc は低下するため、
ｃ軸配向膜のみの酸化物超電導体層３ａの層厚より厚く
する。ａ軸配向粒の割合にもよるが、 1.2倍〜 5倍程度
厚くすることが好ましい。また、酸化物超電導体層３の
形成方法としては、例えば反応性蒸着法、スパッタ法、
ＣＶＤ法等の各種薄膜形成法を適用することが可能であ
る。
た酸化物超電導体層３ｂの厚さは、ａ軸配向粒の割合が
上記範囲内であっても、基本的なＪc は低下するため、
ｃ軸配向膜のみの酸化物超電導体層３ａの層厚より厚く
する。ａ軸配向粒の割合にもよるが、 1.2倍〜 5倍程度
厚くすることが好ましい。また、酸化物超電導体層３の
形成方法としては、例えば反応性蒸着法、スパッタ法、
ＣＶＤ法等の各種薄膜形成法を適用することが可能であ
る。
【００１９】このような構成の超電導線材１（１ａ、１
ｂ）を用いることによって、基本的な酸化物超電導体層
３（３ａ）の層厚を厚くすることなく、十分なＪc を確
保することができ、かつ自己発生磁場により超電導状態
が破壊されることも防止できるため、高磁場を安定して
発生させることが可能な磁場発生装置（超電導コイル）
５を安価に作製することが可能となる。
ｂ）を用いることによって、基本的な酸化物超電導体層
３（３ａ）の層厚を厚くすることなく、十分なＪc を確
保することができ、かつ自己発生磁場により超電導状態
が破壊されることも防止できるため、高磁場を安定して
発生させることが可能な磁場発生装置（超電導コイル）
５を安価に作製することが可能となる。
【００２０】上述したようなｃ軸配向膜のみの酸化物超
電導体層３ａと、ｃ軸配向膜にａ軸配向粒を混在させた
酸化物超電導体層３ｂは、酸化物超電導体の組成や成膜
時の基体温度等を制御することによって、作り分けるこ
とができる。代表的な例として、図２に示すような成膜
装置を用いて、 Y-Ba-Cu-O系の酸化物超電導体膜を金属
基体上に作製する場合について、以下に説明する。
電導体層３ａと、ｃ軸配向膜にａ軸配向粒を混在させた
酸化物超電導体層３ｂは、酸化物超電導体の組成や成膜
時の基体温度等を制御することによって、作り分けるこ
とができる。代表的な例として、図２に示すような成膜
装置を用いて、 Y-Ba-Cu-O系の酸化物超電導体膜を金属
基体上に作製する場合について、以下に説明する。
【００２１】なお、図２において、１１は排気系１２に
接続された真空チャンバであり、この真空チャンバ１１
内には、ローラ１３に巻回された長尺な金属基体１４
と、成膜に必要な原料である Y、Ba、Cuを蒸発させる蒸
発源１５とが対向して配置されている。上記金属基体１
４は、その裏面側に配置されたヒータ１６によって、例
えば 600℃〜 700℃程度に加熱される。また、真空チャ
ンバ１１内には、先端を細く絞ってノズル状とし、パイ
プ１７から酸素原子を含むガス、例えば O2 、O3 、C
O、CO2 、 N2 O 等が供給される石英管１８に、コイル
１９を巻装した活性酸素供給装置２０が設置されてい
る。石英管１８の先端は、金属基体１４方向に向けられ
ている。そして、上記コイル１９には、高周波(13.56MH
z)電源２１から電力が投入されるように構成されている
ため、グロー放電によってプラズマ化された酸素活性種
が金属基体１４の近傍に供給される。
接続された真空チャンバであり、この真空チャンバ１１
内には、ローラ１３に巻回された長尺な金属基体１４
と、成膜に必要な原料である Y、Ba、Cuを蒸発させる蒸
発源１５とが対向して配置されている。上記金属基体１
４は、その裏面側に配置されたヒータ１６によって、例
えば 600℃〜 700℃程度に加熱される。また、真空チャ
ンバ１１内には、先端を細く絞ってノズル状とし、パイ
プ１７から酸素原子を含むガス、例えば O2 、O3 、C
O、CO2 、 N2 O 等が供給される石英管１８に、コイル
１９を巻装した活性酸素供給装置２０が設置されてい
る。石英管１８の先端は、金属基体１４方向に向けられ
ている。そして、上記コイル１９には、高周波(13.56MH
z)電源２１から電力が投入されるように構成されている
ため、グロー放電によってプラズマ化された酸素活性種
が金属基体１４の近傍に供給される。
【００２２】金属基体１４の温度を 600℃〜 700℃程度
に保ちながら、活性酸素供給装置２０からプラズマ化し
た活性な酸素を供給しつつ、蒸発源１５から Y、Ba、Cu
を同時に蒸発させることによって、酸化物超電導体膜を
成膜する。この際、 Y、Ba、Cuの蒸発量をコントロール
することで、膜の組成を制御することができ、同時に膜
の配向性も制御することができる。
に保ちながら、活性酸素供給装置２０からプラズマ化し
た活性な酸素を供給しつつ、蒸発源１５から Y、Ba、Cu
を同時に蒸発させることによって、酸化物超電導体膜を
成膜する。この際、 Y、Ba、Cuの蒸発量をコントロール
することで、膜の組成を制御することができ、同時に膜
の配向性も制御することができる。
【００２３】すなわち、 Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体の
組成を Ya Bab Cuc O 7-δと表したとき、 a:b:cは化学
量論的には 1:2:3となるが、 bを 2としたときに、1.05
＜ a＜ 1.6、かつ 3.0＜ c＜ 4.0の領域では、酸化物超
電導体膜はｃ軸配向膜となる。一方、 1＜ a＜ 1.4、か
つ 4＜ c＜ 5の領域では、ｃ軸配向膜にａ軸配向粒が混
在するようになる。また、基体温度を低くすると、ａ軸
配向粒の混在する割合が多くなる。例えば、 Y1.1 Ba
1.7 Cu3.2 O 7-δの組成で成膜したときのＸ線回折的に
みたａ軸配向粒の混在する割合は、基体温度が 650℃で
は1%以下であるが、 630℃では5%〜 10%、 600℃では 1
0%〜 20%となる。従って、組成一定で成膜する場合、基
板温度をコントロールすることで、所望の酸化物超電導
体層、すなわち超電導部材を得ることができる。ただ
し、基体温度を下げて成膜すると、Ｊc が低くなるの
で、組成でコントロールすることが好ましい。
組成を Ya Bab Cuc O 7-δと表したとき、 a:b:cは化学
量論的には 1:2:3となるが、 bを 2としたときに、1.05
＜ a＜ 1.6、かつ 3.0＜ c＜ 4.0の領域では、酸化物超
電導体膜はｃ軸配向膜となる。一方、 1＜ a＜ 1.4、か
つ 4＜ c＜ 5の領域では、ｃ軸配向膜にａ軸配向粒が混
在するようになる。また、基体温度を低くすると、ａ軸
配向粒の混在する割合が多くなる。例えば、 Y1.1 Ba
1.7 Cu3.2 O 7-δの組成で成膜したときのＸ線回折的に
みたａ軸配向粒の混在する割合は、基体温度が 650℃で
は1%以下であるが、 630℃では5%〜 10%、 600℃では 1
0%〜 20%となる。従って、組成一定で成膜する場合、基
板温度をコントロールすることで、所望の酸化物超電導
体層、すなわち超電導部材を得ることができる。ただ
し、基体温度を下げて成膜すると、Ｊc が低くなるの
で、組成でコントロールすることが好ましい。
【００２４】次に、上述した超電導線材および磁場発生
装置の具体的な製造例およびその評価結果について述べ
る。
装置の具体的な製造例およびその評価結果について述べ
る。
【００２５】実施例１ 上記構成の成膜装置を用い、銀製のテープ状基体を 1cm
/mimのスピードで右から左に送り、かつランプヒータで
650℃に加熱しながら、 Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体層
を、真空蒸着法により成膜した。コイルの始端および終
端に使用される部分（３ｂ）は、組成が Y1.0 Ba1.6 Cu
3.4 O 7-δとなるように、30nm/mimの成膜速度で蒸着を
行い、その他の部分（３ａ）は Y1.2 Ba1.6 Cu3.2 O
7-δの組成で、20nm/mimの成膜速度で蒸着を行った。成
膜速度を変えたのは、ａ軸配向粒が混在する膜のＪc は
ｃ軸配向のみの膜のそれよりも低くなるためであり、Ｉ
c を同じにするために、ａ軸配向粒が混在する膜の厚さ
は 2μm 、ｃ軸配向のみの膜の厚さは 1μm とした。そ
の他の成膜条件は、酸素圧 2.0×10-4Torr、高周波電力
200Wとした。
/mimのスピードで右から左に送り、かつランプヒータで
650℃に加熱しながら、 Y-Ba-Cu-O系酸化物超電導体層
を、真空蒸着法により成膜した。コイルの始端および終
端に使用される部分（３ｂ）は、組成が Y1.0 Ba1.6 Cu
3.4 O 7-δとなるように、30nm/mimの成膜速度で蒸着を
行い、その他の部分（３ａ）は Y1.2 Ba1.6 Cu3.2 O
7-δの組成で、20nm/mimの成膜速度で蒸着を行った。成
膜速度を変えたのは、ａ軸配向粒が混在する膜のＪc は
ｃ軸配向のみの膜のそれよりも低くなるためであり、Ｉ
c を同じにするために、ａ軸配向粒が混在する膜の厚さ
は 2μm 、ｃ軸配向のみの膜の厚さは 1μm とした。そ
の他の成膜条件は、酸素圧 2.0×10-4Torr、高周波電力
200Wとした。
【００２６】このようにして、コイルの始端および終端
に使用される部分をｃ軸配向膜にａ軸配向粒を混在させ
た酸化物超電導体層（３ａ）とし、その他の部分はｃ軸
配向膜からなる酸化物超電導体層（３ａ）とした超電導
線材を作製した。なお、各部分の結晶の配向性をＸ線回
折によって調べたところ、コイルの始端および終端に使
用される部分はａ軸配向粒が体積比で 10%混在した膜
で、その他の部分はｃ軸配向していることを確認した。
このような超電導線材を用いて、ａ軸配向粒が混在した
部分がコイルの始端および終端となるように、直径10c
m、長さ10cm、巻き数 10000回のコイルを作製したとこ
ろ、零磁場中で 1テスラの磁場を発生させることが可能
であった。
に使用される部分をｃ軸配向膜にａ軸配向粒を混在させ
た酸化物超電導体層（３ａ）とし、その他の部分はｃ軸
配向膜からなる酸化物超電導体層（３ａ）とした超電導
線材を作製した。なお、各部分の結晶の配向性をＸ線回
折によって調べたところ、コイルの始端および終端に使
用される部分はａ軸配向粒が体積比で 10%混在した膜
で、その他の部分はｃ軸配向していることを確認した。
このような超電導線材を用いて、ａ軸配向粒が混在した
部分がコイルの始端および終端となるように、直径10c
m、長さ10cm、巻き数 10000回のコイルを作製したとこ
ろ、零磁場中で 1テスラの磁場を発生させることが可能
であった。
【００２７】実施例２ クラスターイオンビーム法によって、実施例１と同様な
超電導線材を作製した。この超電導線材も、実施例１と
同様に、コイルの始端および終端に使用される部分のみ
にａ軸配向粒が混在され、その他の部分はｃ軸配向して
いることを確認した。この方法では、蒸発元素をクラス
ターにし、イオン化させて電荷を持たせるので、加速す
ることが可能となる。従って、加速電圧をコントロール
することで、蒸着粒子の運動エネルギーもコントロール
できる。運動エネルギーが大きい場合は、基体面での蒸
着粒子のマイグレーションが活性化されるため、緻密で
Ｊc の大きい膜が得やすい。加速電圧は、 0.2kV〜 2.0
kVの範囲が適当であった。このようにして得た超電導線
材を用いて作製した超電導コイルにおいても、実施例１
と同様に、高磁場を発生させることができた。
超電導線材を作製した。この超電導線材も、実施例１と
同様に、コイルの始端および終端に使用される部分のみ
にａ軸配向粒が混在され、その他の部分はｃ軸配向して
いることを確認した。この方法では、蒸発元素をクラス
ターにし、イオン化させて電荷を持たせるので、加速す
ることが可能となる。従って、加速電圧をコントロール
することで、蒸着粒子の運動エネルギーもコントロール
できる。運動エネルギーが大きい場合は、基体面での蒸
着粒子のマイグレーションが活性化されるため、緻密で
Ｊc の大きい膜が得やすい。加速電圧は、 0.2kV〜 2.0
kVの範囲が適当であった。このようにして得た超電導線
材を用いて作製した超電導コイルにおいても、実施例１
と同様に、高磁場を発生させることができた。
【００２８】実施例３ ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法によって、実施例１と同様
な超電導線材を作製した。この超電導線材も、実施例１
と同様に、コイルの始端および終端に使用される部分の
みにａ軸配向粒が混在され、その他の部分はｃ軸配向し
ていることを確認した。これらの方法は、原料ガスの流
量をコントロールすることで、容易に組成を制御するこ
とができ、配向性も制御できる。このようにして得た超
電導線材を用いて作製した超電導コイルにおいても、実
施例１と同様に、高磁場を発生させることができた。
な超電導線材を作製した。この超電導線材も、実施例１
と同様に、コイルの始端および終端に使用される部分の
みにａ軸配向粒が混在され、その他の部分はｃ軸配向し
ていることを確認した。これらの方法は、原料ガスの流
量をコントロールすることで、容易に組成を制御するこ
とができ、配向性も制御できる。このようにして得た超
電導線材を用いて作製した超電導コイルにおいても、実
施例１と同様に、高磁場を発生させることができた。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁場発生
装置によれば、酸化物超電導体層に垂直に磁場が印加さ
れる部分のみに、零磁場あるいは平行に磁場が印加され
た時のＪｃは多少小さいものの、磁場が垂直に印加され
てもＪｃの低下が比較的少ないａ軸配向粒が混在したも
のを用い、それ以外の部分はｃ軸配向のみの膜を用いて
いるため、自己発生磁場による超電導状態の破壊が起き
にくく、かつ全体に酸化物超電導体層の厚さを厚くする
ことなく、強い磁場を発生させることが可能となる。
装置によれば、酸化物超電導体層に垂直に磁場が印加さ
れる部分のみに、零磁場あるいは平行に磁場が印加され
た時のＪｃは多少小さいものの、磁場が垂直に印加され
てもＪｃの低下が比較的少ないａ軸配向粒が混在したも
のを用い、それ以外の部分はｃ軸配向のみの膜を用いて
いるため、自己発生磁場による超電導状態の破壊が起き
にくく、かつ全体に酸化物超電導体層の厚さを厚くする
ことなく、強い磁場を発生させることが可能となる。
【図１】本発明の一実施例の超電導線材を用いて作製し
た磁場発生装置の構成を部分的に断面で示す斜視図であ
る。
た磁場発生装置の構成を部分的に断面で示す斜視図であ
る。
【図２】本発明の一実施例で使用した成膜装置の構成を
模式的に示す図である。
模式的に示す図である。
１……超電導線材 １ａ…実質的な巻回部となる部分 １ｂ…巻回体の始端および終端となる部分 ２……長尺な金属基体 ３……酸化物超電導体層 ３ａ…ｃ軸配向膜からなる酸化物超電導体層 ３ｂ…ｃ軸配向膜にａ軸配向粒を混在させた酸化物超電
導体層 ４……巻き治具 ５……磁場発生装置（超電導コイル）
導体層 ４……巻き治具 ５……磁場発生装置（超電導コイル）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01B 12/06 H01B 13/00 565D
Claims (1)
- 【請求項１】 銀を主成分とする長尺な金属基体上に、
酸化物超電導体層を積層形成した超電導線材を用いた磁
場発生装置において、 前記超電導線材の自己発生磁場が前記酸化物超電導体層
に対して主に平行成分として印加される部分は、前記金
属基体面に対してｃ軸配向させた結晶粒からなる酸化物
超電導体層を有し、かつ前記超電導線材の自己発生磁場
が前記酸化物超電導体層に対して垂直成分を有するよう
に印加される部分は、ｃ軸配向粒にａ軸配向粒を体積比
で１％〜２０％の範囲で混在させた酸化物超電導体層を
有することを特徴とする磁場発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5035112A JP2809960B2 (ja) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | 磁場発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5035112A JP2809960B2 (ja) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | 磁場発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06251644A JPH06251644A (ja) | 1994-09-09 |
| JP2809960B2 true JP2809960B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=12432856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5035112A Expired - Fee Related JP2809960B2 (ja) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | 磁場発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2809960B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5096974B2 (ja) * | 2008-03-25 | 2012-12-12 | 株式会社神戸製鋼所 | ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導テープ線材の製造方法及びそれに用いるプラズマ処理装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3099891B2 (ja) * | 1990-09-29 | 2000-10-16 | 株式会社東芝 | 超電導部材 |
-
1993
- 1993-02-24 JP JP5035112A patent/JP2809960B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06251644A (ja) | 1994-09-09 |
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|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980630 |
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