JP2846361B2 - 酸化物超電導コイルの製造方法 - Google Patents
酸化物超電導コイルの製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は酸化物超電導コイルの製造方法に関する。
近年液体窒素温度で超電導を示すLnBa2Cu3O7-x（Lnは
希土類元素ｘ＜１）、Bi2Sr2CaCu2O8、（Bi1-xPbx）2Sr
2Ca2Cu3O10（ｘ＜１）、Tl2Ba2CaCu2O8、Tl2Ba2Ca2Cu3O
10等の酸化物超電導体が見出され、マグネットコイル等
への応用が盛んに検討されている。
希土類元素ｘ＜１）、Bi2Sr2CaCu2O8、（Bi1-xPbx）2Sr
2Ca2Cu3O10（ｘ＜１）、Tl2Ba2CaCu2O8、Tl2Ba2Ca2Cu3O
10等の酸化物超電導体が見出され、マグネットコイル等
への応用が盛んに検討されている。
ところで上記の酸化物超電導体は脆い為、これを線材
等に加工するには酸化物超電導粉体を金属製チューブに
入れて伸延加工する方法によりなされており、得られた
線材はこれを加熱処理して酸化物超電導々体への反応が
なされる。又コイルに加工するには上記の加熱焼結後の
酸化物超電導々体は許容限界歪が0.1％以下と極めて低
く、これをコイルに巻くとワレを生じるので、加熱焼結
前の伸延加工材の段階でコイルに成形し、このコイル成
形体を加熱焼結する所謂Wind ＆ React法が用いられて
いる。又コイルには丸線を導体とするソレノイド型コイ
ルとテープ線を導体とするパンケーキ型コイルの２種類
があり、これらのコイルへの給電は、前者では丸線の為
導体を自由に曲げられるので、導体を幅方向に引出して
直線給電がなされ、後者ではテープ材の為導体を幅方向
に引出すのがむずかしく、コア上に金属製の給電リード
を別に設け、この給電リードを介して給電がなされてい
る。
等に加工するには酸化物超電導粉体を金属製チューブに
入れて伸延加工する方法によりなされており、得られた
線材はこれを加熱処理して酸化物超電導々体への反応が
なされる。又コイルに加工するには上記の加熱焼結後の
酸化物超電導々体は許容限界歪が0.1％以下と極めて低
く、これをコイルに巻くとワレを生じるので、加熱焼結
前の伸延加工材の段階でコイルに成形し、このコイル成
形体を加熱焼結する所謂Wind ＆ React法が用いられて
いる。又コイルには丸線を導体とするソレノイド型コイ
ルとテープ線を導体とするパンケーキ型コイルの２種類
があり、これらのコイルへの給電は、前者では丸線の為
導体を自由に曲げられるので、導体を幅方向に引出して
直線給電がなされ、後者ではテープ材の為導体を幅方向
に引出すのがむずかしく、コア上に金属製の給電リード
を別に設け、この給電リードを介して給電がなされてい
る。
ところで上記の酸化物超電導体は結晶異方性が強くＣ
軸に垂直な方向に電流が流れ易いものであり、この為テ
ープ状酸化物超電導々体にあっては、その結晶構造のＣ
軸が上記テープ状導体の幅広面の垂線と一致する方向に
結晶配向させるのが、即ちＣ軸配向させるのが、このテ
ープ状導体をパンケーキ型コイルに巻いた際大電流を通
電できて好ましいものである。
軸に垂直な方向に電流が流れ易いものであり、この為テ
ープ状酸化物超電導々体にあっては、その結晶構造のＣ
軸が上記テープ状導体の幅広面の垂線と一致する方向に
結晶配向させるのが、即ちＣ軸配向させるのが、このテ
ープ状導体をパンケーキ型コイルに巻いた際大電流を通
電できて好ましいものである。
しかしながら前記の酸化物超電導体の加熱焼結は従来
固相反応温度にてなされていた為、焼結体の密度が低く
又結晶配向がランダムであり、従って得られる酸化物超
電導々体の臨界電流密度（Jc）は低い値のものであっ
た。
固相反応温度にてなされていた為、焼結体の密度が低く
又結晶配向がランダムであり、従って得られる酸化物超
電導々体の臨界電流密度（Jc）は低い値のものであっ
た。
又前記のパンケーキ型コイルの給電方法において、コ
イル導体が前記の如き酸化物超電導々体の場合はコイル
導体と給電リードとの接続はコイル導体の金属被覆層と
金属製給電リードとを溶接することによりなされてお
り、この為接続部の抵抗は大きなものとなった。このよ
うなことからコイル導体には大電流を通電することがで
きずに、得られるコイルの中心磁界は低い値のものであ
った。
イル導体が前記の如き酸化物超電導々体の場合はコイル
導体と給電リードとの接続はコイル導体の金属被覆層と
金属製給電リードとを溶接することによりなされてお
り、この為接続部の抵抗は大きなものとなった。このよ
うなことからコイル導体には大電流を通電することがで
きずに、得られるコイルの中心磁界は低い値のものであ
った。
本発明はかかる状況に鑑み鋭意研究を行った結果なさ
れたもので、その目的とするところは、大電流を通電す
ることができ高い中心磁界の得られる酸化物超電導コイ
ルの製造方法を提供することにある。
れたもので、その目的とするところは、大電流を通電す
ることができ高い中心磁界の得られる酸化物超電導コイ
ルの製造方法を提供することにある。
即ち本発明は、コア上にコアの幅方向と平行に給電リ
ードを配置し、この給電リードの所定位置に酸化物超電
導物質からなるコイル導体の端末を接続し、次いで上記
コイル導体を上記コア上に巻回してコイル成形体とな
し、しかるのちこのコイル成形体に加熱処理を施してパ
ンケーキ型の酸化物超電導コイルを製造する方法におい
て、上記給電リード及びコイル導体に、酸化物超電導物
質層に金属層を被覆したテープ状酸化物超電導線材を用
い、上記給電リードとコイル導体との接続を、各々の線
材の金属層を除去して露出せしめた内層の酸化物超電導
物質層同士を接合させ接合部周囲の金属層を溶接し密封
して行い、加熱処理を酸化物超電導物質が部分溶融する
温度以上の温度に加熱して行うことを特徴とするもので
ある。
ードを配置し、この給電リードの所定位置に酸化物超電
導物質からなるコイル導体の端末を接続し、次いで上記
コイル導体を上記コア上に巻回してコイル成形体とな
し、しかるのちこのコイル成形体に加熱処理を施してパ
ンケーキ型の酸化物超電導コイルを製造する方法におい
て、上記給電リード及びコイル導体に、酸化物超電導物
質層に金属層を被覆したテープ状酸化物超電導線材を用
い、上記給電リードとコイル導体との接続を、各々の線
材の金属層を除去して露出せしめた内層の酸化物超電導
物質層同士を接合させ接合部周囲の金属層を溶接し密封
して行い、加熱処理を酸化物超電導物質が部分溶融する
温度以上の温度に加熱して行うことを特徴とするもので
ある。
本発明方法において用いられる酸化物超電導物質とし
ては前記したような種々系の酸化物超電導体が広く適用
されるに加えて上記酸化物超電導体の前駆物質である酸
化物超電導体となし得る原料物質から酸化物超電導体に
合成されるまでの中間体、例えば酸化物超電導体構成元
素の混合体又は共沈混合物又は酸素欠損型複合酸化物又
は上記構成元素の合金等が使用可能で、これらの前駆物
質は酸素雰囲気中で加熱処理することにより酸化物超電
導体に反応するものである。又酸化物超電導物質層に被
覆する金属層にはAg又はAg合金が酸素透過性に優れ好ま
しいものである。
ては前記したような種々系の酸化物超電導体が広く適用
されるに加えて上記酸化物超電導体の前駆物質である酸
化物超電導体となし得る原料物質から酸化物超電導体に
合成されるまでの中間体、例えば酸化物超電導体構成元
素の混合体又は共沈混合物又は酸素欠損型複合酸化物又
は上記構成元素の合金等が使用可能で、これらの前駆物
質は酸素雰囲気中で加熱処理することにより酸化物超電
導体に反応するものである。又酸化物超電導物質層に被
覆する金属層にはAg又はAg合金が酸素透過性に優れ好ま
しいものである。
本発明方法において、テープ状酸化物超電導線材は、
これをコイル状に巻回するに際し、上記線材間に絶縁材
及び補強材を介在させて巻回するものであって、絶縁材
には、後工程で加熱処理を施す為耐熱ガラス、アルミ
ナ、ジルコニア等のガラス又はセラミックスの繊維やそ
の編組体又は不織布等の耐熱性に優れた材料が用いられ
る。又補強材にはFe基合金、Ni、Ni−Cr合金、ハステロ
イ合金、SUS等の耐熱性高強度合金材料が用いられる。
これをコイル状に巻回するに際し、上記線材間に絶縁材
及び補強材を介在させて巻回するものであって、絶縁材
には、後工程で加熱処理を施す為耐熱ガラス、アルミ
ナ、ジルコニア等のガラス又はセラミックスの繊維やそ
の編組体又は不織布等の耐熱性に優れた材料が用いられ
る。又補強材にはFe基合金、Ni、Ni−Cr合金、ハステロ
イ合金、SUS等の耐熱性高強度合金材料が用いられる。
本発明方法において、コイル成形体の加熱処理は例え
ばBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系酸化物超電導体の場合880〜920
℃の温度に加熱して酸化物超電導物質層を少なくとも部
分溶融せしめ、しかるのち上記温度から840〜860℃の温
度に冷却してこの温度に50〜200H保持したのち室温にま
で冷却して行われる。上記加熱処理により酸化物超電導
物質は、酸化物超電導体への反応、焼結、酸素補給、結
晶構造の調整等がなされる。
ばBi−Sr−Ca−Cu−Ｏ系酸化物超電導体の場合880〜920
℃の温度に加熱して酸化物超電導物質層を少なくとも部
分溶融せしめ、しかるのち上記温度から840〜860℃の温
度に冷却してこの温度に50〜200H保持したのち室温にま
で冷却して行われる。上記加熱処理により酸化物超電導
物質は、酸化物超電導体への反応、焼結、酸素補給、結
晶構造の調整等がなされる。
上記加熱処理のあと絶縁材内部又はコイル間隙にエポ
キシ系樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等を含浸
固化させて電磁力等によるコイル導体の変形防止が計ら
れる。
キシ系樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等を含浸
固化させて電磁力等によるコイル導体の変形防止が計ら
れる。
本発明方法では、パンケーキ型酸化物超電導コイルの
給電リードとコイル導体とに、酸化物超電導物質層を金
属層で被覆したテープ状の酸化物超電導線材を用い、上
記給電リードとコイル導体との接続を、各々に用いられ
る線材の被覆層を除去し露出した酸化物超電導物質層同
士を接合し、上記接合部位周囲の金属層を溶接し密封し
て行い、又上記コイル導体をコイル状に成形したのち、
このコイル成形体を上記酸化物超電導物質が部分溶融す
る温度以上の温度にて加熱処理するので、巻回後のコイ
ル導体に割れが入るようなことがなく、又コイル全体が
緻密なＣ軸配向組織の連続した酸化物超電導体から構成
され、依ってコイルに大電流を通電することができてコ
イルの中心磁界は高い値のものとなる。
給電リードとコイル導体とに、酸化物超電導物質層を金
属層で被覆したテープ状の酸化物超電導線材を用い、上
記給電リードとコイル導体との接続を、各々に用いられ
る線材の被覆層を除去し露出した酸化物超電導物質層同
士を接合し、上記接合部位周囲の金属層を溶接し密封し
て行い、又上記コイル導体をコイル状に成形したのち、
このコイル成形体を上記酸化物超電導物質が部分溶融す
る温度以上の温度にて加熱処理するので、巻回後のコイ
ル導体に割れが入るようなことがなく、又コイル全体が
緻密なＣ軸配向組織の連続した酸化物超電導体から構成
され、依ってコイルに大電流を通電することができてコ
イルの中心磁界は高い値のものとなる。
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
実施例１ 平均粒径５μｍ、純度99.9％のBi2O3、SrCO3、CaC
O3、CuO粉末をBi:Sr:Ca:Cuが原子比で2:2:1:2になるよ
うに配合し混合したのち、大気中にて800℃10H仮焼成
し、これを平均粒径５μｍになるまで粉砕して仮焼成粉
体となした。次いでこの仮焼成粉体を外径16mm、内径11
mmのAgパイプに充填し両端を封止した後スエージングと
圧延加工により厚さ0.2mm、幅5mmのテープ状線材となし
た。而して以下に上記テープ状線材を用いた酸化物超電
導コイルの作製方法を図を参照して説明する。
O3、CuO粉末をBi:Sr:Ca:Cuが原子比で2:2:1:2になるよ
うに配合し混合したのち、大気中にて800℃10H仮焼成
し、これを平均粒径５μｍになるまで粉砕して仮焼成粉
体となした。次いでこの仮焼成粉体を外径16mm、内径11
mmのAgパイプに充填し両端を封止した後スエージングと
圧延加工により厚さ0.2mm、幅5mmのテープ状線材となし
た。而して以下に上記テープ状線材を用いた酸化物超電
導コイルの作製方法を図を参照して説明する。
第１図イ〜ハは本発明方法の一実施例を示す工程説明
図である。図において３は給電リード、５はコイル導体
である。先ず前記のテープ状線材から長さ50mmの短尺材
を切り出し、この短尺材の両端から15mmの位置の各々の
片側のAg被覆層１をそれぞれ5mmの長さに亘って除去し
て酸化物超電導物質層２を露出せしめて給電リード３と
なし、これをSUS製コア４の溝に嵌入してコア４外面と
面一になるように配置し（図イ）、次いで残りのテープ
状線材を２分してコイル導体５となし、各々のコイル導
体５の端末６の片側のAg被覆層をそれぞれ長さ5mm除去
して内層の酸化物超電導物質を露出せしめ、この露出部
分を前記の給電リードの２ヶ所の露出部分とそれぞれ接
合し、露出部分周囲のAg被覆層同士を溶接し内部の酸化
物超電導物質を密封して接続した（図ロ）、しかるのち
上記の２本のコイル導体５をコア４の周囲に巻回して外
径120mm、内径40mmのダブルパンケーキ型コイル成形体
を形成した。上記においてコイル導体５の層間には絶縁
材として厚さ0.05mm、幅5mmのアルミナ超繊維編組テー
プと補強材として厚さ0.1mm、幅5mmのハステロイテープ
とを介在させて巻上げた。又パンケーキ間には多孔質ア
ルミナ板を絶縁板７として配置した（図ハ）。
図である。図において３は給電リード、５はコイル導体
である。先ず前記のテープ状線材から長さ50mmの短尺材
を切り出し、この短尺材の両端から15mmの位置の各々の
片側のAg被覆層１をそれぞれ5mmの長さに亘って除去し
て酸化物超電導物質層２を露出せしめて給電リード３と
なし、これをSUS製コア４の溝に嵌入してコア４外面と
面一になるように配置し（図イ）、次いで残りのテープ
状線材を２分してコイル導体５となし、各々のコイル導
体５の端末６の片側のAg被覆層をそれぞれ長さ5mm除去
して内層の酸化物超電導物質を露出せしめ、この露出部
分を前記の給電リードの２ヶ所の露出部分とそれぞれ接
合し、露出部分周囲のAg被覆層同士を溶接し内部の酸化
物超電導物質を密封して接続した（図ロ）、しかるのち
上記の２本のコイル導体５をコア４の周囲に巻回して外
径120mm、内径40mmのダブルパンケーキ型コイル成形体
を形成した。上記においてコイル導体５の層間には絶縁
材として厚さ0.05mm、幅5mmのアルミナ超繊維編組テー
プと補強材として厚さ0.1mm、幅5mmのハステロイテープ
とを介在させて巻上げた。又パンケーキ間には多孔質ア
ルミナ板を絶縁板７として配置した（図ハ）。
しかるのち上記のダブルパンケーキ型コイル成形体に
N2−O2混合ガス（Po20.5atm）雰囲気中で920℃ 0.5H、
引続き850℃ 100Hの加熱処理を施した。冷却後アルミナ
長繊維編組テープの間隙にエポキシ樹脂を真空含浸させ
たのち固化して酸化物超電導コイルとなした。
N2−O2混合ガス（Po20.5atm）雰囲気中で920℃ 0.5H、
引続き850℃ 100Hの加熱処理を施した。冷却後アルミナ
長繊維編組テープの間隙にエポキシ樹脂を真空含浸させ
たのち固化して酸化物超電導コイルとなした。
比較例１ 実施例１において給電リードにAg製テープを用い給電
リードとコイル導体とをコイル導体のAg層を除去せずに
溶接して接続した他は実施例１と同じ方法により酸化物
超電導コイルを製造した。
リードとコイル導体とをコイル導体のAg層を除去せずに
溶接して接続した他は実施例１と同じ方法により酸化物
超電導コイルを製造した。
比較例２ 実施例１においてコイル成形体の加熱処理を850℃ 10
0H行った他は実施例１と同じ方法により酸化物超電導コ
イルを製造した。
0H行った他は実施例１と同じ方法により酸化物超電導コ
イルを製造した。
斯くの如くして得られた各々の酸化物超電導コイルに
ついて、77.3K及び4.2KにてJc及び中心磁界を測定し
た。結果は第１表に示した。尚、Jcは中心磁界測定後コ
イルからサンプルを切り出して測定した。
ついて、77.3K及び4.2KにてJc及び中心磁界を測定し
た。結果は第１表に示した。尚、Jcは中心磁界測定後コ
イルからサンプルを切り出して測定した。
第１表より明らかなように本発明方法品（実施例１）
はJc及び中心磁界が高い値のものとなった。
はJc及び中心磁界が高い値のものとなった。
これに対し比較例１はコイル導体のJcは高い値を示し
たが、コイルの中心磁界は給電リードにAgテープを用い
た為に接続部の抵抗が増大してコイル電流を多く流せず
に、低い値のものとなった。又比較例２は加熱処理温度
が低く酸化物超電導体が溶融状態にならなかった為に、
密度が低く又Ｃ軸配向性に劣りその結果Jc及び中心磁界
が低い値のものとなった。
たが、コイルの中心磁界は給電リードにAgテープを用い
た為に接続部の抵抗が増大してコイル電流を多く流せず
に、低い値のものとなった。又比較例２は加熱処理温度
が低く酸化物超電導体が溶融状態にならなかった為に、
密度が低く又Ｃ軸配向性に劣りその結果Jc及び中心磁界
が低い値のものとなった。
〔効果〕 以上述べたように本発明方法によれば、パンケーキ型
酸化物超電導コイルの給電リードとコイル導体とは、Ｃ
軸配向した緻密な酸化物超電導体により一体に形成され
るので、コイル導体に大電流を通電することができ、依
ってコイルの中心磁界が向上して、工業上顕著な効果を
奏するものである。
酸化物超電導コイルの給電リードとコイル導体とは、Ｃ
軸配向した緻密な酸化物超電導体により一体に形成され
るので、コイル導体に大電流を通電することができ、依
ってコイルの中心磁界が向上して、工業上顕著な効果を
奏するものである。
第１図イ〜ハは、本発明方法の一実施例を示す工程説明
図である。 １……Ag被覆層、２……酸化物超電導物質層、３……給
電リード、４……コア、５……コイル導体。
図である。 １……Ag被覆層、２……酸化物超電導物質層、３……給
電リード、４……コア、５……コイル導体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭58−5309（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01F 6/00
Claims (1)
- 【請求項１】コア上にコアの幅方向と平行に給電リード
を配置し、この給電リードの所定位置に酸化物超電導物
質からなるコイル導体の端末を接続し、次いで上記コイ
ル導体を上記コア上に巻回してコイル成形体となし、し
かるのちこのコイル成形体に加熱処理を施してパンケー
キ型の酸化物超電導コイルを製造する方法において、上
記給電リード及びコイル導体に、酸化物超電導物質層に
金属層を被覆したテープ状酸化物超電導線材を用い、上
記給電リードとコイル導体との接続を、各々の線材の金
属層を除去して露出せしめた内層の酸化物超電導物質層
同士を接合させ接合部周囲の金属層を溶接し密封して行
い、加熱処理を酸化物超電導物質が部分溶融する温度以
上の温度に加熱して行うことを特徴とする酸化物超電導
コイルの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24674089A JP2846361B2 (ja) | 1989-09-22 | 1989-09-22 | 酸化物超電導コイルの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24674089A JP2846361B2 (ja) | 1989-09-22 | 1989-09-22 | 酸化物超電導コイルの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03108704A JPH03108704A (ja) | 1991-05-08 |
| JP2846361B2 true JP2846361B2 (ja) | 1999-01-13 |
Family
ID=17152946
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24674089A Expired - Lifetime JP2846361B2 (ja) | 1989-09-22 | 1989-09-22 | 酸化物超電導コイルの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2846361B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1996012288A1 (en) † | 1994-10-13 | 1996-04-25 | American Superconductor Corporation | Variable profile superconducting magnetic coil |
| JP4743150B2 (ja) * | 2007-04-17 | 2011-08-10 | 住友電気工業株式会社 | 超電導コイルおよびそれに用いる超電導導体 |
| JP5198193B2 (ja) * | 2008-09-12 | 2013-05-15 | 株式会社神戸製鋼所 | 超電導マグネットおよびその製造方法 |
| JP2012038812A (ja) * | 2010-08-04 | 2012-02-23 | Toshiba Corp | 超電導コイル装置 |
-
1989
- 1989-09-22 JP JP24674089A patent/JP2846361B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03108704A (ja) | 1991-05-08 |
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