JPH01100901A - セラミツクス系超電導電磁石及びその製造法 - 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〕 この発明は、セラミックス系高温超電導線材を使用した
超電導電磁石及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、電力・輸送機器などエネルギー関連分野で利用さ
れる超電導電磁石の主なる目的は、超電導特性を利用し
効果的に強磁場を得るためである。

強磁場を得、超電導状態を安定に確保するためにクエン
チ現象の防止方法が種々考案されている。

このクエンチ現象の原因の一つにフラッグスジャンプ（
磁束跳蘭）現象があり、これは励磁された超電導コイル
の線材が、電磁力、外力等により、わずかに動きが生ず
るとコイルの一部で超電導状態が破れ常電導状態に移行
するものである。

このため、超電導コイル内の線材を拘束する方式として
、特開昭５８−１２７３０５号にボビン内部に巻かれた
化合物超電導線（ＮｂａＳ−）　、合金系超電導線（Ｎ
ｂＴｉ）に熱硬化性樹脂を注入し、加熱硬化させた超電
導電磁石、特開昭５９−１７５１０１号に超電導コイル
の半径方向および軸方向に電磁力に相当するグリス１〜
レスを油圧により与えた状態でコイルを成形し樹脂で固
めることによって達成する超電導コイルの製造方法、及
び特開昭５９−１０３５４８号に巻線中に素線間の充填
材及び寸法調整材として、常温硬化のシリコンゴムコン
パウンドを用いた超電導線輪の巻線方法が提案されてい
る。

また、常電導電磁石のコイル拘束法を超電導電磁石に利
用したもの、あるいは樹脂を真空注入するものなど類似
の考案が数多く公開されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記従来技術は、合金系超電導線材、及び化合物系超電
導線材をボビン内部に巻線中もしくは、巻線後、樹脂等
により拘束するものであり、超電導特性を有する状態の
線材を拘束するものであった。　　− 液体ヘリウム（ＬＨｅ）による冷却を利用する超電導電
磁石の超電導線材は、合金系（ＮｂＴｉ等）と化合物系
（ＮｂａＳ■、ＶａＧａ等）に大別出来る。これらの線
材の超電導特性を得るための加工許容歪値は、合金系線
材で約２〜３％、化合物系で約０．８％以下とされてい
る。この許容歪値には１巻線時の張力による伸び及び成
形時の形状歪（曲げ、ねじれ等）が含まれる。このため
１巻線時に許容歪値を管理しつつ注意深く巻線する必要
があった。

また、化合物系の超電導線材に対し、巻線後に熱処理を
行なう方法も考案、実施されているが、化合物系（Ｎｂ
ａＳｎ）の処理温度は約７００℃程度と高温のため、絶
縁材料の耐温度特性により制約されていた。

一方、液体窒素（ＬＮ）による冷却を利用する高温超電
導線材は金属酸化物系（Ｓｒ−Ｌａ−Ｃｕ−０，Ｂａ−
Ｙ−Ｃｕ−０等）が主である。

この金属酸化物系すなわちセラミックス系の超電導体は
、そのままでは、金属のように引き延ばすことが困難の
ため、第４図に示す様、原料粉末２を銅などのさや材の
パイプに詰めて、これを伸線加工し、パイプと一緒に、
中の超電導材粉末も細く引き延ばされ線材化している。

これに外部より熱を加え焼結させた高温超電導線材が各
種考案。

実施させている。

しかし、焼結処理後のこれらの高温超電導線の加工時の
許容歪は、セラミックスの破壊歪として温度依存性をも
つが一般に常温で０．１〜０．２％程度のため、これ以
下の相当低い値である。

このため、セラミックス系の高温超電導線材はコイルと
してボビンに巻線成形後、結晶化焼結゛処理を行なう方
法が一部検討されていたが、この結晶化焼結処理温度は
かなり高温（イツトリウム系で原料配合加工圧力にもよ
るが約９００℃前後）であり、焼結時に従来の絶縁材料
、充填材料としての高分子フィルム材、樹脂材料の利用
は耐温度特性により制約されていた。

本発明の目的は、セラミックス系の一種である金属酸化
物系の高温超電導線材を結晶化焼結処理前に所要の巻線
成形加工を行ない、これをボビン内で拘束する充填材と
して絶縁性、熱伝導性の優れたセラミックスを利用し、
高温超電導線材の焼結時に拘束材である絶縁セラミック
スも同時に焼結させ、効率よく高温超電導電磁石を製造
する方法とセラミックス系の高温超電導電磁石の提供を
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、結晶化焼結処理前の高温超電導線材を、そ
の焼結温度以上の耐熱性を有する絶縁セラミックスボビ
ン、もしくは金属製ボビンに絶縁セラミックを溶射した
複合ボビン、もしくは金属製ボビンに絶縁セラミックス
を焼結または仮焼結成形した複合ボビン上に所要の巻線
を行ない、巻線成形後に、線材間及び線材の拘束必要部
分に絶縁セラミックスの原料粉末を充填させ、高温超電
導線材の結晶化焼結処理時に、同時に拘束・絶縁材とな
る絶縁セラミックスも焼結することにより。

達成される。

また、強磁場マグネットとして、多層巻線を行なう場合
は、線材間等に充填した絶縁セラミックスを仮焼結、も
しくは高温超電導線材と同時に焼結した上層に、焼結処
理前の線材を巻線し、同様な処理を繰返すことにより達
成される。

さらに、上記ボビンに巻線成形を他の造形法で製作した
コイルを組合せ、絶縁セラミックスの原料粉末を振動圧
密（振動による原料粉末の緻密化）し、線材と同時に結
晶化焼結処理を行なうことよりも達成できる。

また、超電導線材を絶縁、拘束する絶縁セラミックスは
、金属酸化物系の超電導材の焼結温度に等しくなる様、
促進材としての添加材、加圧力等により配合、制御する
ことにより、同時に焼結が可能である。

〔作用〕

上記の方法により、金属酸化物系のいわゆるセラミック
ス系高温超電導線材を結晶化焼結処理前に、許容加工歪
等を考慮することなく、前記ボビンに巻線成形、もしく
は他の方法で成形したコイルを前記ボビンに組合せるこ
とが出来る。さらに。

線材を絶縁、拘束する絶縁セラミックスの原料粉末を充
填材として利用することにより、高温超電導線材の結晶
化焼結処理時に同時に絶縁セラミックスの焼結をも行な
うことができ、効率よく確実に線材を絶縁、拘束したセ
ラミックス系高温超電導電磁石を得ることができる。

焼結された絶縁セラミックスは、高温超電導線材が何ら
かの現因により常電導となった場合に、そのさや材であ
るパイプ部（安定化導体）に生じる電圧・電流を絶縁す
るとともに、電磁石に生じる電磁力による線材の動きを
確実に拘束することができ、安定な強磁場を得ることが
出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図において、１はステンレス鋼等よりなるボビン、２は
ボビン１の円筒部に炭化ケイ素（Ｓ　ｉ　Ｃ）に酸化ベ
リリウム（Ｂａｄ）を添加したセラミックスを溶射して
成形したセラミックス絶縁層、３はセラミックス絶縁層
２上に円筒螺線状に巻線成形された高温超電導線材、４
は高温超電導線材３の線間及び所要部分に充填された炭
化ケイ素（ＳｉＣ）に酸化ベリリウム（Ｂ　ｅ　Ｏ）を
添加したセラミックス絶縁・拘束物である。高温超電導
線材３は、第４図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す様に、
金属酸化物（Ｓ　ｒ−Ｌａ−Ｃａ　−０゜Ｂａ−Ｙ−Ｃ
ｕ−０等）３ｂを、−銅などの安定化金属物のさや材の
パイプ３ａにより伸線加工した各種の断面形状等が考案
・実施されているが、本実施例としては（Ａ）に示す矩
形断面線材とし、その高温超電導材として、イツトリウ
ム−バリウム−銅酸化物を使用した。一実施例の超電導
電磁石は、ボビン１に溶射したセラミックス絶縁材２に
、結晶化焼結処理前の高温超電導線材３を円筒螺線状に
巻線成形し、線間及び所要部分にセラミックス絶縁・拘
束物４の原料粉末を充填させ、その外周部より加圧加熱
し、高温超電導線材３及びセラミックス絶縁・拘束物４
を同時に焼結することにより達成している。もちろん、
この焼結は工程ごとに行なうことも可能である。

第２図に、ボビン構造の異なる円筒超電導電磁石の一実
施例の製造法を示す、第２図において。

５はステンレス鋼等よりなる片側フランジ付きのボビン
、６はボビン５の円筒部に焼結成形された円筒上の絶縁
セラミックス、３は絶縁セラミックス６上に円筒螺線状
に巻線成形された結晶化焼結処理前の高温超電導線材（
コイル）であり、このボビン５に径方向に分割可能な焼
結用治具７を組立て、線材間等に絶縁セラミックス４の
原料粉末を充填し、さらに振動を加え原料粉末の緻密化
を図り、焼結成形された絶縁セラミックス６と焼結用治
具７どの空間部に、これらと摺動可能な加圧治具８を組
合せ１図示矢示方向に加圧力Ｐを与えるとともに全体を
加熱し、高温超電導線材３と絶縁セラミックス４とを同
時に結晶化焼結処理を行なうことにより、線材に超電導
特性を与えるとともに、線材の絶縁・拘束物である絶縁
セラミックスを達成させている。

上記の様に円筒螺線状に巻線を行なう高温超電導電磁石
においては、ボビン１にセラミックス絶縁層２を施こし
ているため、結晶化焼結処理前の金属酸化物系超電導線
材を加工歪を配慮することなく巻線が可能であり、かつ
焼結時の耐温度特性による絶縁層の劣化にも対処出来る
。また、線材間及び所要部分の充填材として絶縁セラミ
ックス４を使用し、線材３と同時に加圧加熱し、超電導
特性と充填材の焼結を行なうため効率よくマグネットを
得ることが出来る。

第３図に、他の実施例として円盤状すなわちパンケーキ
状に巻かれた電磁石の製造法を示す。

第３図において、９はステンレス鋼等よりなる片側フラ
ンジ付きのボビン、１０は絶縁セラミックスの原料粉末
を円盤上に成形したセラミックス成形体、３は他の工程
でパンケーキ状に巻線成形された結晶化焼結処理前の高
温超電導線材（コイル）であり、ボビン９に径方向に分
割可能な焼結用治具１１を組立後、セラミックス成形体
１０と絶縁セラミックス４の原料粉末を図示の様に組込
み、ボビン９の円筒部と焼結用治具１１とに摺動可能な
加圧治具１２を組合せ１図示矢示方向に加圧力Ｐを与え
るとともに全体を加熱し、高温超電導線材３、絶縁セラ
ミックス４およびセラミックス成形体１０を同時に結晶
化焼結処理を行なうことにより、線材に超電導特性を与
えるとともに。

線材の絶縁・拘束物であるセラミックスを達成させてい
る０本実施例によれば、線材を他の方法により巻線成形
したのち、ボビンに絶縁セラミックスの原料粉末等と組
合せ、何時に焼結させることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、セラミックス系高温超電導線材を結晶
化焼結処理前に、線材の加工歪を配慮することなく巻線
成形し、コイル線間およびボビン間の絶縁・拘束物とし
て絶縁セラミックスを使用し、高温超電導線材と同時に
結晶化焼結処理を行なうため、効率よく高温超電導電磁
石を得られ、かつ１！磁石として、線材の拘束が確実な
ため、励磁時の電磁力等により巻線部分に動きが生じる
ことがなく、クエンチの発生も防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の高温超電導電磁石の断面図
、第２図は一実施例の製造法を示す断面図、第３図は他
の一実施例の製造法を示す断面図、第４図は高温超電導
線材の断面図である。 １、−５．９・・・ボビン、２，６．１０・・・絶縁セ
ラミックス絶縁層、４・・・絶縁セラミックス、７，１
１・・・焼結用治具、８，１２・・・加圧用治具。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．金属酸化物系等のセラミックス系超電導線材を結晶
   化焼結処理前に所要の巻線成形加工を行ない、このコイ
   ルをボビン内で拘束する充填材としてセラミックスを利
   用し、線材とこのセラミックスを同時に結晶化焼結処理
   することによりなるセラミック系超電導電磁石の製造法
   。
2. ２．結晶化焼結処理前のセラミックス系超電導線材を、
   その焼結温度以上の耐熱性を有するセラミックスボビン
   、もしくは金属製ボビンにセラミックスを溶射した複合
   ボビン、もしくは金属製ボビンにセラミックスを焼結ま
   たは圧粉成形した複合ボビンに巻線成形し、線材の結晶
   化焼結処理を前記ボビンと一体として達成する超電導電
   磁石。