JPH01618A

JPH01618A - 絶縁ワイヤの製造方法

Info

Publication number: JPH01618A
Application number: JP63-84944A
Authority: JP
Inventors: ブイ・ケイ・ナゲシュ; ダニエル・ジェイ・ミラー; ジョン・ピー・スカリア
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1987-04-06
Filing date: 1988-04-06
Publication date: 1989-01-05
Anticipated expiration: 2012-08-20

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〕本発明は、一般に絶縁電線に関するものであり、とりわ
け絶縁被覆された超伝導電線の製造方法に関するもので
ある。

〔従来技術およびその問題点〕

１９１１年ケー・エッチ・オンネス（Ｋ、Ｉｌ、０ｎｎ
ｅｓ）は、水銀を約４ケルビン温度（Ｋ）まで冷却する
と電気抵抗が零に低下することを実験により１１１認し
、超伝導現象が発見された。この現象は発見以来長い間
、科学的関心の対象にとどまり、実際の応用例はほとん
どなかった。

超伝導には、理論的には多くの潜在的用途がある。例え
ば、超伝導電力線によって、これを使用しなければ送電
時に生じることになる大量のエネルギーの消失を免れる
ことができる。超伝導磁石、発電機、及びモータは、小
型でしかも極めて強力なものにすることが可能である。

ジョセフソン接合素子として知られる超伝導素子は、電
力消費がごくわずかな非常に高速の電子スイッチである
。

つまり、超伝導材料の潜在的用途は、極めて多種多様で
あり、可能性のある用途のリストは、はとんど無限に増
え続ける可能性がある。

超伝導装置及び構造のあらゆる潜在的便益にもかかわら
ず、研究所以外では、現在のところほとんどそれらを見
出すことはない。はとんどの材料は、その超伝導転移温
度Ｔｃにまで冷却するのが極めて困難であり、かつ、費
用がかなりかかるというのが、この主たる理由である。

これば、はとんどの材料は、転移温度が絶対零度の数ケ
ルビン以内であるため、冷却剤として高価でかつ維持の
困難な液体ヘリウムを使用しなければならないからであ
る。これまで、超伝導体の利用がほとんどの目的にとっ
て実行不可能であったのは、液体ヘリウムシステムをつ
（り出し、これを維持する費用が天文学的であったため
である。

１９８７年３月２日、エム・ケー・ウー（Ｍ、に、Ｗｕ
）他による、Ｐｈｙｓｉｃａｌ　ＲｅＶｉｅｗ　Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ　５８巻９号の“大気圧における新混合相のＹ
−Ｂａ−Ｃｕ−０化合物系（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔ
ｉｖｉｔｙ　ａｔ　９３　Ｋ　ｉｎ　ａ　ＮｅｗＭｉｘ
ｅｄ−Ｐｈａｓｅ　Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−ＯＣｏｍｐｏｕｎ
ｄ　Ｓｙｓｔｅｍ　ａｔ　Ａ＋５−ｂｉｅｎｔ　Ｐｒｅ
ｓｓｕｒｅ）　”と題する論文において、液体窒素の温
度を超える温度での多相ＹＢａＣｕＯにおける超伝導性
が発表された。初めて、冷却剤として液体窒素を利用で
きる超伝導体材料が発見されたというので、この発表は
科学界にかなりの刺激を与えることになった。液体窒素
の冷却システムは、液体ヘリウムの冷却システムに比べ
て少なぐとも１桁は安くなるため、ウー他による発見以
降、超伝導体のあらゆる方法での適用がゑ、に実用的に
なった。

超伝導材料ＹＢａＣｕＯは、もろ（加工し難いセラミッ
クタイプの組織を有している。このため、経済的で耐久
性のある超伝導ワイヤをＹＢａＣｕＯあるいはその他の
高温超伝導体から製造する方法はいまだ知られていない
。

〔解決しようとする問題点および解決手段〕本発明は、
経済的かつ効率的な超伝導ワイヤを提供することを目的
とするものである。

本発明のもう１つの目的は、電気的に絶縁された超伝導
ワイヤを提供することにある。

すなわち、本発明の方法には：管状のガラス・プリフォ
ーム（以下、予備成形品とも言う）を形成するステップ
と；この予備成形品に粉末状の超伝導体を充填するステ
ップと：予備成形品の細くなった首の部分を加熱するス
テップと；予備成形品の軟化した首の部分に線引き（ｄ
ｒａｗｉｎｇ）を施して、ガラスでコーティングした超
伝導体のワイヤを形成するステップが含まれる。ガラス
コーティングに重ねてプラスチックのコーティングを施
し、ワイヤの耐久性を増すことも可能である。

上述の方法で作られるワイヤは、超伝導体のコアと、コ
アを包囲するガラスコーティングと、ガラスコーティン
グに重ねて施されるプラスチックコーティングから成る
ものである。ガラスの予備成形品に線引きを施して、ガ
ラスコーティングを形成する際、粉末状の超伝導もいっ
しょに線引きが施されて、超伝導体のコアが形成される
わけである。線引きの工程において、コアの超伝導相の
ラス状構造はワイヤの縦軸に（うて自動釣に整列これろ
。

本発明の長所は、現在利用可能なファイバーオプティッ
クス技術と装置を用いて、超伝導ワイヤを製造する経済
的かつ効率的な方法が明らかにされることにある。

本発明のもう１つの長所は、絶縁超伝導ワイヤが得られ
ることにある。

本発明のさらにもう１つの長所は、本発明の方法を用い
ることによって、ガラスコーティングを施した、非超伝
導ワイヤをつくり出すこともできるという点にある。

本発明のこうした、及び、その他の目的及び長所につい
ては１．下記説明を読み、図面中の各図を検討すれば、
当該技術の当業者には明らかになるはずである。

〔実施例〕

本発明の詳細な説明をウー他が発見した新しいＹＢａＣ
ｕＯクラスの高温の超伝導体に関して行なうものとする
。ただし、当業者には明らかなように、本明細書に説明
する方法及び構造は、その多くはまだ発見されていない
多種多様の超伝導材料に加え、銅、アルミニウム、鉄、
及び、銀といった室温導体にも実施できるものである。

ウー他による論文に詳しく説明されているように、ＹＢ
ａＣｕＯは、一般に、Ｌ＝Ｙ、Ｍ＝Ｂａ。

Ａ＝Ｃｕ、Ｄ＝Ｏ，Ｘ＝０．４　、ａ＝２．ｂ＝１゜Ｙ
≦４として（Ｌ　Ｉ　　Ｋ　ＭＸ　）ａＡ　ｂ　Ｄ　）
Ｆで表わされる化合物系の特定の例である。上記一般表
現にあてはまる転移温度Ｔｃの高い他の関連超伝導体に
は、ＬａＢａＣｕＯ及びＬａ５ｒＣｕＯがある。

普通、ＹＢａＣｕＯは、純度の高いＹ２Ｏ３、ＢａＣＯ
３、及び、ＣｕＯの粉末の混合物から調製される。この
粉末は、メタノールや水といった結合剤で混合され、そ
の後、１００°Ｃまで加熱されて、結合剤が蒸発する。

結果得られた混合物は、さらに、空気中で６時間にわた
り８５０°Ｃで加熱され、ダークグリーンの粉末が生じ
ることになる。

このダークグリーンの粉末は、この後、さらに６時間１
．１０００℃で加熱され、黒い多孔性固体になる。超伝
導ＹＢａＣｕＯの製造に関連する方法手順についての詳
細な説明、及び、その特性の一部に関する説明について
は、スタンフォード大学応用物理学部のジエイ・ゼット
・サン（Ｊ、　　Ｚ。

５ｕｎ）他による、ＰＡＣ３＃　ニア４．３０．−Ｅ、
　？４゜７０、−８の、“高転移温度の超伝導体ＹＢａ
Ｃｕ　　０における超伝導性及び磁性（Ｓｕｐｅｒｃｏ
ｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄ　　Ｍａｇｎｅｔｉｓｏ＋
　　ｉｎ　　ｌｌｉｇｈ−Ｔｃ　　５ｕｐｅｒｃｏｎｄ
ｕｃｔｏｒ　　Ｙ［１ａ−ＣｕＯ）”と題する論文で知
ることができる。

第１図を参照すると、ガラスの予備成形品ｌＯは、例え
ば、ブロー成形のような従来の技術で製造することがで
きる。この予備成形品には、管状の本体部分に、くびれ
たネック部分１４、及び、中実のヘッド部分１６が備わ
っている。本明細書で用いられる「ガラス」は、通常使
用される最も広い意味を有するものとし、石英、ホウケ
イ酸塩、アルミノケイ酸塩等のようなガラス状の構造を
備えた材料を含むものである。例えば、予備成形品１０
はパイレックス（Ｃｏｒｎｉｎｇ　Ｇｌａｓｓ　Ｃｏｓ
＋ｐａｎｙの商標）のような上質の高温ガラスでつくる
ことができる。

第２図において、ワイヤ成形用の粉末を作る方法が、ブ
ロック図の形で示されている。最初のステップ１８では
、Ｙ、Ｏ，、Ｂａｄ、またはＢａＣＯ３、及び、ＣｕＯ
が、１５：５３：３２の割合で混合され、１〜１２時間
にわたってボールミルで練られ、フィルターにかけられ
て、空気乾燥が施される。適合する他の混合比率には、
２４：４２：３４及び１Ｂ、５　：　６５　：　１６．
５がある。

第２のステップ２０では、結果生じた混合物４〜１６時
間にわたって８００〜８５０″Ｃの温度で燻焼が施され
（すなわち、熱を加えて粉末にする）、ボールミルで練
られ、フィルターにかけられ、再度、空気乾燥が施され
る。ステップ２２では、顕微鏡検査によって、混合物が
十分に均質てないように思える場合、燻焼、ミリング、
フィルタリング、乾燥から成るステップ２０の反復が行
なわれる。次に、ステップ２４において、乾燥した粉末
が、８５０〜１０００°Ｃで２〜１６時間にわたり加熱
されることによって“反応°シ、その後、ポールミ゛ル
で練られ、フィルターにかけられ、乾燥させられる。結
果得られる粉末には、高比率の超伝導相が含まれている
はずである。

ステップ２６で判定されるが、もし粉末の純度が不十°
分ということになれば（例えば、超伝導相が９０％未満
）、ステップ２４の反復が可能である。

化学分析の結果では、前記超伝導相は、式Ｂａ。

ＹＣｕ３０ｂ−ｍ　　で特性を表わすことができ、８８
Ｘ未満の温度で超伝導を示すものであることが分る。十
分な純度の粉末が得られると、ステップ２８において、
２〜１２時間にわたり、４００℃で焼なましが行なわれ
る。この焼なましによって、ステップ２４の反応時に含
有する酸素を失なった可能性のある材料の酸素含有量が
、最適になる。

処理ステップ１８−２４の結果、ある量の超伝導ワイヤ
成形用粉末３０が含まれる。

第３図を参照すると、ガラス製予備成形品１０の管状本
体部分には、部分的にワイヤ成形用粉末３０が充填され
、ケーシング３４、電気抵抗コイル３６、及び、このコ
イル３６に結合された電源（不図示）から成るオーブン
３２の内部につるされている。送りメカニズム３８には
、ポスト４０と、ポスト４０のベースに取りつけられた
チャック４２が備わっている。予備成形品ｌＯの端は、
チャック４２によって保持され、予備成形品１０がオー
ブン３２のケーシング３４の中心につるされるようにな
っている。ポスト４０とチャック４２は、矢印４４で示
すように下方へ移動することによって、予備成形品１０
を下げ、オーブン内へ送り込むことができるようになっ
ている。

抵抗コイル３６によって発生する熱は、主として輻射に
よって予備成形品１０及びワイヤ成形用粉末３０に伝達
される。ケーシング３４は、真空排気することもできる
し、あるいは、空気または不活性ガスを満たすこともで
きるが、この場合、予備成形品１０には対流によってさ
らに熱を加えることが可能になる。　・温度グラフＧ。で注目すべきは、オーブン内の温度Ｔｏ
が非線形という点である。例えば、これは、ケーシング
３４の一領域４４に沿った抵抗コイル３６の巻線密度を
増すことによって可能になる。オーブン内の温度Ｔ０を
適当に調製することによって、ガラスの予備成形品１０
のネック部分１４の温度を予備成形品のほぼ軟化温度Ｔ
ｒにまで上昇させることができる。この結果、ネック領
域１４が十分に軟化して、ガラスコーティングを施した
超伝導ワイヤを予備成形品１０と粉末３０から引張るこ
とが可能になる。

ここでさらに第４図を参照しながら、ワイヤ成形装置４
６に関連し、ワイヤの製造法の説明を行なうものとする
。前述のオーブン３２以外に、成形装置４６には、焼な
まし装置４δ、コーチイン゛グ装置５０、線引き加工メ
カニズム５２、及び、スプール装置５４が備わっている
。ワイヤ製造工程の開始時、抵抗コイル３６の温度を予
備成形品ｌＯの軟化点ＴＰ近くまで上昇させることによ
って、ネック１４が軟化する。予備成形品１０の中実の
ヘッド部分１６がウェイトの働きをし、ネック部分１４
からより線５６が引っ張り出されることになる。この作
用で、予備成形品１０と粉末３０が消費される時、ポス
ト４０がゆっ（り下降して、オーブン３６内に入り込み
、常に、バびれたネック部分と高温領域４４のアライメ
ントがとれるようになっている。いったんワイヤ５６が
十分な長さになると、ワイヤからヘッド部分１６が除去
され、線引き加工メカニズム５２を用いて、ワイヤの線
引き加工工程を継続するのに必要な引張り作用が生じる
ようになっている。

ワイヤ５６の特性を改善するため、ワイヤ５６の線引き
加工は、エンクロージャ５８と、電源（不図示）に結合
された抵抗コイル６０を備えた焼なまし装置４８を用い
て行なうことができる。前述のように、ワイヤ５６は、
主として輻射によって加熱され、対流によって補足的に
加熱することもできる。

焼なまし装置４８内の温度は、オーブン３２内の温度に
比べてはるかに安定している。焼なまし装Ｔ１４８内の
温度は、予備成形品１０の融解温度より低いが、連続し
た超伝導相の発生を確保するのに十分な高さに保ように
するのが望ましい。焼なまし装置４８に適した温度は、
約６００〜８５０°Ｃである。前述のように超伝導体材
料の酸素含脊骨を最適にするため、約４００℃の温度の
追加焼なまし装置（不図示）を用いることも可能である
。

超伝導ワイヤ５６の耐久性は、ワイヤをコーティング装
置５０に通すことによって改善することが可能である。

コーティング装置５０には、コーティング材料の加圧源
（不図示）に結合された多数のスプレーヘッド６２が設
けられている。１ｆ！通、適当な熱塑性プラスチックか
ら成る有機コーティングが、ワイヤ５６のガラス製外部
をスクラッチから保護し、かつ、ワイヤのやや有孔性の
ガラスコーティングに対する気密シールを形成するため
、コーティング１！料として用いられる。

線引き加工メカニズム５２には、図示のように逆方向に
回転する、■対のピンチローラ６４及び６６を設けるこ
とが可能である。ピンチローラ６４及び６６の一方、ま
たは、両方とも、電動ステップモータ（不図示）によっ
て駆動される。

ピンチローラ６４及び６６から送り出された後、ワイヤ
５６は、スプーラ５４のリールに巻きつけられる。リー
ルの駆動メカニズムは、電動ステップモータ（不図示）
のような任意の適当な装置でかまわない。

注目すべきは、スプーラ５４を利用して、予備成形品Ｉ
Ｏから直接ワイヤ５６を引張ることができる点である。

しかしながら、さらに一定した線引き速度の維持が可能
であるため、また、ワイヤ製造工程を停止することなく
、スプーラのリール交換ができるため、別個になった線
引き加工メカニズム５２を用いる方が望ましい。

第５図において、ワイヤ５６の縦方向の横断面には、ワ
イヤコア６８、絶縁ガラスコーティング７０、保護用プ
ラスチックコーティング７２が含まれる。コア６８はワ
イヤ成形用粉末３０を焼結したものであり、一方、ガラ
スコーティング７０は、ガラスの予備成形品１０から線
引き加工したものである。プラスチックコーティング７
２は、コーティング装置５０を使って行なわれる。

ワイヤ５６は、オーブン３２内の軟化した予備成形品１
０から絶えず線引きされる。予備成形品１ｏの線引き加
工の際、それと共に、ワイヤ成形品用粉末３０も線引き
される。ワイヤ成形用！５１末６８の線引き加工時、長
い、フラットな小板すなわちラス構造７４が形成される
が、これは、縦方向と横方向の両方に超伝導を示す、従
って、ワイヤ成形用粉末３０に線３１き加工を施してワ
イヤコア３０にする作用によって、ラス構造７４の縦方
向における超伝導方向は、電流の流れる所望の方向、す
なわち、コア６８の縦方向の軸（〔くって、自動的に整
列する。

予備成形品１０の材料を、従って、その軟化温度Ｔ、を
注意して選択することにより、さらに精密に工程を制御
することさえ可能である０例えば、軟化温度がワイヤ成
形用粉末３０の融解温度より低い予備成形品１０壱選択
すると、粉末はオープン３２の中で融解せず、焼結と焼
なましの両方または一方によって、超伝導相７４を形成
することになる。これに対し、軟化温度がワイヤ成形用
粉末３０の融解温度より高い予備成形品１０を選択する
と、粉末はオーブン３２の中で融解し、再結晶化により
超伝導相７４を形成する。

ワイヤ５６のこわれやすい部分、すなわち、コア６８及
びガラスコーティング７０の直径は、小さくなるように
しておいて（例えば、５０ミル。

但し、ｌミルは２．５４　Ｘ　１０−’ｍ　）　、たわ
み性を保つようにするのが望ましい。コアまたはガラス
コーティングに比べてはるかにたわみ性が大きいので、
プラスチックコーティング７２はより厚くすることがで
きる。例えば、ガラスコーティング７０の壁厚が５ミル
の場合、コア６８の直径は約４０ミルになる可能性があ
る。

ガラス製光ファイバーの製造に特有の詳細については、
例えば、Ｗｅｓｔｅｒｎ　ＩＥｌｅｃｔｒｉｃ　Ｅｎｇ
ｉｎｅｅｒのデイ−・エッチ・スミスゴール（Ｄ、Ｈｌ
Ｓｍｉｔｈ−ｇａｌｌ）他による、１９８０年の“光導
ファイバーの線引き（Ｄｒａｗｉｎｇ　Ｌｉｇｈｔｇｕ
ｉｄｅ　Ｆｉｂｅｒ）　”と題する論文の４９頁以降で
知ることができる。予備成形品から毛細管を作る方法に
ついては、ペンテ３世（Ｂｅｎ；　　［１１）他の米国
特許第４．２９３．４１５号；ストーン（Ｓｔｏｎｅ）
による１９７２年４月のＡｐｐｌｉｅｄＰｈ５ｉｃｓ、
７８〜７９頁に掲載の“液体コアの石英ファイバーにお
ける光伝送（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉ−
ｏｎ　ｉｎ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｏｒｅ　Ｑｕａｒｔｚ　
Ｆｉｂｅｒｓ）”　；及び１９６０年２月の＾ｎａｌｙ
ｔｉｃａｌ　ＣｈｅｍｉｓＬｒｙ３２巻２号３０２〜３
０４頁のデスティ（Ｄｅｓｔｙ）他による“長いコイル
状ガラス毛細管の構造（Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏ
ｆ　Ｌｏ−ｎｇ　Ｌｅｎｇｔｈｓ　ｏｆ　Ｃｏ１１ｅｄ
　Ｇｌａｓｓ　Ｃａｐｉｌｌａｒｙ）”に見うけられる
。

ＹＢａＣｕＯから作られたコア６８を備えるワイヤ５６
は、超伝導性にするためには、約９３′Ｋまで冷却しな
ければならない。銅のような通常の導体から作られたコ
ア６８を備えるワイヤ５６の場合は、通常の室温での使
用が可能である。

ワイヤ５６は、単一で用いることもできるし、他のワイ
ヤ５６、通常の導体、及び絶縁ファイバーの全て、また
は、いずれかと組み合わせて、ケーブルを形成すること
も可能である。超伝導ケーブル内のワイヤ５６は、液体
窒素への浸漬、液体窒素を運ぶ毛細管または手ユーデと
の力＼ら〃今わ亡など佳々の方法で冷却することが可能
である。

本発明の説明は、単一の実施例に関して行ってきたが、
前述の説明を読み、図面を検討することによって、本発
明のさまざまな変更、修正が当該。

技術の通常の知識を有するものには明らかになるように
企図したものである。したがって、本発明の範囲につい
ては、上記の特許請求の範囲できめるものとする。

〔効　果〕

本発明は、以上のような構成・作用を有するものである
から、上記した問題点を解決して、経済的かつ効率的な
超伝導ワイヤを提供しうるという効果が得られる。また
、絶縁被覆された超伝導ワイヤを提供しうるという効果
が得られる。また、ガラスコーティングを施した、非超
伝導ワイヤを製造することができるという効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例に係り、第１図はガラスプリフォ
ームの斜視図、第２図はワイヤ形成用粉体の製造工程の
流れ図、第３図は第１図に示すガラスプリフォームと第
２図に示すワイヤ形成用粉体から超伝導ワイヤを製造す
る装置のオープン部分における断面を簡略に示した図、
第４図はワイヤ製造装置の簡略断面図、第５図は第４図
の５−５矢視に係る超伝導ワイヤの構造を示す断面図で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】１　中空の絶縁体プリフォームの少なくとも一部にワイ
ヤ形成用粉体を充填し、前記プリフォーム及び前記粉体
を加熱して、該プリフォーム及び粉体から絶縁ワイヤを
線引きすることを特徴とする絶縁ワイヤの製造方法。２　前記粉体は、超伝導材料のもととなる物質の粉末の
混合物を含むことを特徴とする請求項１に記載の絶縁ワ
イヤの製造方法。３　前記粉体は、超伝導先駆体材料を含むものであるこ
とを特徴とする請求項１に記載の絶縁ワイヤの製造方法
。４　前記粉体は、超伝導材料を含むものであることを特
徴とする請求項１に記載の絶縁ワイヤの製造方法。５　前記プリフォームは、ガラスからなることを特徴と
する請求項１又は２又は３又は４に記載の絶縁ワイヤの
製造方法。６　前記絶縁ワイヤの製造方法は、前記絶縁ワイヤの焼
きなまし工程を含むことを特徴とする請求項１又は２又
は３又は４又は５に記載の絶縁ワイヤの製造方法。７　前記絶縁ワイヤの製造方法は、前記絶縁ワイヤのコ
ーティング工程を含むことを特徴とする請求項１又は２
又は３又は４又は５又は６に記載の絶縁ワイヤの製造方
法。