JPH01173607A - 超電導コイルの製造方法 - 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〕 この発明は、超電導コイルの製造方法に関するものであ
る。

〔従来技術及びその問題点〕

超電導物質は、既に高エネルギー粒子加速器、医療診断
用ＭＨＩ−ＣＴ物性研究装置等において、超電導マグネ
ットの形で実用化されている。また、発電機、エネルギ
ーの貯蔵や変換、リニアモーターカー、資源回収用磁気
分離装置、核融合炉、送電ケーブル、磁気シールド材等
への応用、さらには、ジョセフノン効果を用いた超電導
素子は、超高速コンピューター、赤外線検出器、低雑音
の増トの大きさは、未だ測りがたい。

これまでに開発された超電導物質の代表的なものとして
、Ｎｂ　−Ｔｉ　　合金があり、これは、現在９Ｔまで
の磁界発生用線材として広く使用されている。

Ｎｂ　−Ｔｉ合金の’ｒｃ　（超電導状態が存在する臨
界温度）は、９にである。また、Ｎｂ−Ｔｉ合金よりも
格段に高いＴｅを有する材料として化合物系超電導物質
が開発され、現在Ｎｂｓ　ａｎ　（Ｔｃ　：１８　Ｋ　
）とｖ、ｏ。

（Ｔｃ：１５Ｋ）が線材化され実用に供せられている。

さらに、Ｎｂ、Ｇ、では２３にのＴｃが得られている。

このように長年に亘って高Ｔｃ超電導物質を得るための
努力がなされてきたが、従来の合金系および化合物系超
電導物質においては、Ｔｃ２３Ｋが大きな壁になってい
る。Ｔｃが２３に以下の超電導物質の冷却には、高価な
液体ヘリウムが必要であり、このことが超電導物質の広
範な応用を阻害している。このＴｅの壁を打破する材料
として、１９８６年にＩＢＭチューリッヒのＭＭｌｌｅ
ｒ氏等が、Ｂα−Ｌａ−Ｃｕ−０系の酸化物で超電導の
徴候が認められたと発表して以来、酸化物系超電導物質
の開発競争に拍車がかかった。１９８６年にはＴｃ　４
　ＯＫであったものが、１９８７年の初には、早くも７
７にの液体窒素温度を超えるＹ　−Ｂａ　−Ｃｕ　−０
系超電導物質が開発され、Ｔｃは約９３Ｋに達した。さ
らに、その後も精力的な開発が続けられてお一す、今の
ところ安全性等に問題はあるものの室温で超電導現象を
示す超電導物質の開発も報告されている。

液体窒素温度で使用可能な高温超電導物質の発見は、前
述した応用分野への期待度を増々高めるものであるが、
超電導物質を皮膜化し、これをコイル状に形成して超電
導コイルを容易に製造することができる方法は現在のと
ころ未だ提案されていない。

従って、この発明の目的は、皮膜化した超電導物質から
なる超電導コイルを容易に製造することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、絶縁物からなるリング状基板と対向して、
第１．第２および第３皮膜形成手段を、前記基板の周方
向にそって間隔をあけて設け、前記基板をその中心軸線
を中心として回転させ、前記皮膜形成手段のうち、前記
基板の回転方向上流側の前記第１皮膜形成手段によって
、前記基板の表面上に金属粒子を付着させて、前記基板
の表面上に伝熱皮膜を連続的に形成し、前記第１皮膜形
成手段より下流側の前記第２皮膜形成手段によって、前
記伝熱皮膜の表面上に、Ｃｕ工ＯＹ基を含む複合酸化物
超電導物質の粒子を付着させて、前記伝熱皮膜の表面上
に超電導皮膜を連続的に形成し、前記第２皮膜形成手段
より下流側の第３皮膜形成手段によって、前記超電導皮
膜の表面上に絶縁物の粒子を付着させて、前記超電導皮
膜の表面上に絶縁皮膜を連続的に形成し、かくして、前
記基板の表面上に、前記伝熱皮膜と前記超電導皮膜と前
記絶縁皮膜とをスパイラル状に積層させることに特徴を
有するものである。

次に、この発明の一実施態様の、超電導コイルの製造方
法を図面を参照しながら説明する。

第１図は、この発明の一実施態様の、超電導コイルの製
造方法を示す断面図である。

第１図において、第１．第２および第３皮膜形成手段１
，２．３は、真空容器４内に垂直に設けられたリング状
基板５と対向して、基板５の周方向にそって間隔をあけ
て設けられている。基板５は、Ａ１２０３　、　Ｚｒ　
、　ＹＳＺ　　等の絶縁物からなり、回転手段（図示せ
ず）によって、その中心軸線を中心として回転する。

第１皮膜形成手段１は、基板５の回転方向上流側に設け
られ、第１溶射ノズル６とこの中に挿入された第１電極
マと、第１溶射ノズル６と第１電極７との間に接続され
た第１電源８とからなっている。第２皮膜形成手段２は
、第１皮膜形成手段ｌの下流側に設けられ、第２溶射ノ
ズル９とこの中に挿入された第２電極１０と、第２溶射
ノズル９と第２電極１０との間に接続された第２電源１
１とからなっている。第３皮膜形成手段３は、第３溶射
ノズル１２とこの中に挿入された第３電極１３と、第３
溶射ノズル１２と第３電極１３との間に接続された第３
電源１４とからなっている。

第１皮膜形成手段１は、回転する基板５の表面上にＣｕ
の粒子を付着させて、前記基板５の表面上に伝熱皮膜１
５を連続的に形成する。第２皮膜形成手段２は、回転す
る伝熱皮膜１５の表面上に、ＣｕｘＯｙ基を含む複合酸
化物超電導物質の粒子を付着させて、伝熱皮膜１５の表
面上に超電導皮膜１６を形成する。第３皮膜形成手段３
は、回転する超電導皮膜１６０表面上に、Ａｌ２Ｏ，、
Ｚｒ　、　ＹＳＺ等の絶縁物の粒子を付着させて、超電
導皮膜１６の表面上に絶縁皮膜１７を連続的に形成する
。

〔作用〕

真空容器４内を減圧し、基板５を一方向に回転させなが
ら、第１．第２．第３溶射ノズル６．９゜１２の後端部
内に、アルゴン、ヘリウム等の作動ガスを供給し、第１
溶射ノズル６の先端部内に、Ｃｕ　　の粒子を供給し、
第２溶射ノズル９の先端部内に、ＣｕｘＯｙ基を含む複
合酸化物超電導物質の粒子を供給し、第３溶射ノズル１
２の先端部内に、Ａ１２０３　、　Ｚｒ　、　ＹＳＺ等
の絶縁物質の粒子を供給する。

そして、第１．第２．第３電源８，１１．１４を作動さ
せて、第１溶射ノズル６から第１電極７、第２溶射ノズ
ル９から第２電極１０、第３溶射ノズル１２から第３電
極１３に向けてそれぞれプラズマジェットを発生させる
。これによって、基板５の表面上には、伝熱皮膜１５、
超電導皮膜１６、絶縁皮膜１７がスパイラル状に積層さ
れる。

次に、この発明の他の実施態様の、超電導コイルの製造
方法を図面を参照しながら説明する。

第２図は、この発明の他の実施態様の超電導コイルの製
造方法を示す一部切欠き斜視図である。

第２図において、第１皮膜形成手段ｌは、真空容器４内
に設けられた第１蒸着源１８と、第１蒸着源１８にレー
ザを照射するための第２レーザ光源２１とからなってい
る。第１蒸着源１日は、Ｃｕからなっている。第２皮膜
形成手段２は、真空容器４内に設けられた第２蒸着源２
ｏと、第２蒸着源２０にレーザを照射するだめの第２レ
ーザ光源２１とからなっている。第２蒸着源２ｏは、Ｃ
ｕｘＯｙ基を含む複合酸化物超電導物質からなっている
。

第３皮膜形成手段３は、真空容器４内に設けられた第３
蒸着源２２と、第２蒸着源２２にレーザを照射するため
の第３レーザ光源２３とからなっている。第１．第２．
第３蒸着源１Ｂ、２０．２２は、真空容器４内に水平に
設けられたリング状基板５と対向して、基板５の回転方
向上流側から順次、基板５の周方向にそって間隔をあけ
て設けられている。基板５は、ｕ、ｏ、　、　Ｚｒ　、
　ＹＳＺ　　等の絶縁物からなり、回転手段（図示せず
）によって、その中心軸線を中心として一方向に回転す
る。

第１皮膜形成手段ｌは、回転する基板５の表面上にＣｕ
の粒子を付着させて、前記基板５の表面上に伝熱皮膜１
５を連続的に形成する。第２皮膜形成手段２は、回転す
る伝熱皮膜１５の表面上に、ＣｕｘＯｙ基を含む複合酸
化物超電導物質の粒子を付着させて、伝熱皮膜１５の表
面上に超電導皮膜１６を形成する。第３皮膜形成手段３
は、回転する超電導皮膜１６の表面上に、Ａｆｆｉ２０
３　、　　Ｚｒ　、　ＹＳＺ等の絶縁物の粒子を付着さ
せて、超電導皮膜１６０表面上に絶縁皮膜１７を連続的
に形成する。

〔作用〕

真空容器４内を減圧し、基板５を一方向に回転させなが
ら、第１．第２．第３レーザ光源９．２１゜２３からレ
ーザ光線を第１．第２．第３蒸着源１Ｂ。

２０．２２に照射する。これによって、基板５の表面上
に、伝熱皮膜１５、超電導皮膜１６、絶縁皮膜１７がス
パイラル状に積層される。

なお、伝熱皮膜１５によって通電時の発熱量が低減され
、絶縁皮膜１７によってコイル間の絶縁性が高くなる。

次に、この発明の実症例について説明する。

第１図に示す真空容器３内の回転手段に、内径３０ｍ、
外径５０喘、厚み２ｍのＡｔ２０３　１３リング状基板
５をセットし、基板５を１分間当り戎回転させ、第１．
第２．第３皮膜成形手段１，２．３の作動ガスとして、
アルゴンガスとヘリウムガスとの混合ガス（Ａｒ　：　
２０ｔ／ｍ１ｎ　、　Ｈｅ　：　４０ｔ／ｍｉｎ　）を
使用し、第１溶射ノズル６に粒径１０〜１００μｍのＣ
ｕの粒子を供給し、第２溶射ノズル９に粒径ｌＯ〜１０
０μｍのＹｏ、３　ＢＺ＆０．７　Ｃｕ　ｌ　ｏ３−ｙ
からなる超電導物質の粒子を供給し、そして、第３溶射
ノズル１２に粒径１０〜１００μｍのＭ、０．からなる
絶縁物質の粒子をそれぞれ連続的に供給し、第１．第２
．第３電源８，１１．１４から１５Ｋｖの電力を供給し
、そして、真空容器４内の気圧を８０ミリバールに減圧
して、回転する基板５の表面上に厚み５０μｍの伝熱皮
膜１５、厚み５０μｍの超電導皮膜１６、厚み２０μｍ
の絶縁皮膜１７をスパイラル状に５０タ一ン積層させた
。

このようにして製造した超電導コイルの臨界温度Ｔｃお
よび臨界電流密度Ｊ’ｅを四端子抵抗測定法によって調
べた。この結果、ＴＣは８７に、Ｊｃは３００Ａ／−で
あり、発熱量も少なく、しかも、コイル間の絶縁性も高
かった。

次に、この発明の他の実施例について説明する。

第２図に示す真空容器４内の回転手段に、内径２０ｖｒ
ｍ、外径４０＋ｍ、厚み２ｍのＭ、０．製リング状基板
５をセットし、真空容器４を１Ｏ−１）−ルの酸素雰囲
気に減圧し、基板５を６分間で１回転させ、第１．第２
．第３レーザ光源１９，２１．２３からＣＯ□レーザを
Ｃｕからなる第１蒸着源１８、Ｙｏ、３Ｂａｏ、ｙ　Ｃ
ｕｌ　０３−Ｙからなる第２蒸着源２０　、　ＡＩ！、
Ｏ，からなる第３蒸着源２２に同時に照射して、回転す
る基板５０表面上に厚みがそれぞれ５μｍの伝熱皮膜１
５、超電導皮膜１６、絶縁皮膜１７をスパイラル状に５
００タ一ン積層させた。

このようにして製造した超電導コイルの臨界温度Ｔｃお
よび臨界電流密度Ｊｃを四端子抵抗測定法によって調べ
だ。この結果、Ｔｃは８３に、Ｊｃ　　は１０．００　
ＯＡ／ｌ−１１１であり、発熱量もきわめて少なく、し
かも、コイル間の絶縁性も高かった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、超電導コイル
を容易に製造することができ、しかも、絶縁皮膜と超電
導皮膜と伝熱皮膜とが交互に積層されているので、通電
時の発熱量を低減でき、しかも、コイル間の絶縁性を高
くできるというきわめて有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施態様を示す断面図、第２図
は、この発明の他の実施態様を示す一部切欠き斜視図で
ある。図面において、 １・・・第１皮膜形成手段、２・・・第２皮膜形成手段
、３・・・第３皮膜形成手段、４・・・真空容器、５・
・・基板、　　　　　　６・・・第１溶射ノズル。 ７・・・第１電極、　　　　８・・・第１電源、９・・
・第２浴射ノズル、　１０・・・第２電極、１１・・・
第２電源、　　　　１２・・・第３溶射ノズル、１３・
・・第３電極、　　　　１４・・・第３電源、１５・・
・伝熱皮膜、　　　　１６・・・超電導皮膜、１７・・
・絶縁皮膜、　　　　１８・・・第１蒸着源、１９・・
・第２レーザ光源、　２０・・・第２蒸着源、２１・・
・第２レーザ光源、　２２・・・第３蒸着源、２３・・
・第３レーザ光源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 絶縁物からなるリング状基板と対向して、第１，第２お
   よび第３皮膜形成手段を、前記基板の周方向にそつて間
   隔をあけて設け、前記基板をその中心軸線を中心として
   回転させ、前記皮膜形成手段のうち、前記基板の回転方
   向上流側の前記第１皮膜形成手段によつて、前記基板の
   表面上に金属粒子を付着させて、前記基板の表面上に伝
   熱皮膜を連続的に形成し、前記第１皮膜形成手段より下
   流側の前記第２皮膜形成手段によつて、前記伝熱皮膜の
   表面上に、ＣｕｘＯｙ基を含む複合酸化物超電導物質の
   粒子を付着させて、前記伝熱皮膜の表面上に超電導皮膜
   を連続的に形成し、前記第２皮膜形成手段より下流側の
   第３皮膜形成手段によって、前記超電導皮膜の表面上に
   絶縁物の粒子を付着させて、前記超電導皮膜の表面上に
   絶縁皮膜を連続的に形成し、かくして、前記基板の表面
   上に、前記伝熱皮膜と前記超電導皮膜と前記絶縁皮膜と
   をスパイラル状に積層させることを特徴とする、超電導
   コイルの製造方法。