JPH04355104A - 酸化物超電導材料の表面加工方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明に係る酸化物超電導材料
の表面加工方法は、例えば遠心分離器等、超高速で回転
する回転軸を支承する為の超電導軸受装置を構成する、
酸化物超電導材料の表面を、所望の性状並びに寸法に加
工するのに利用する。

【０００２】

【従来の技術】遠心分離器等に組み込まれる、超高速で
回転する回転軸は、通常の転がり軸受で支承する事が難
しい為、従来から、電磁石により上記回転軸を浮上した
状態で支持する磁気軸受装置が使用されている。

【０００３】磁気軸受装置により回転軸を、浮上状態で
支持する為には、ラジアル方向及びスラスト方向に、そ
れぞれ複数個ずつの電磁石を設け、回転軸の位置を検出
するセンサからの信号に基づいて、各電磁石への通電量
を調節し、上記回転軸のラジアル方向及びスラスト方向
の位置を調節する。

【０００４】この様な磁気軸受装置は、複数個の電磁石
を設ける事で大型化するだけでなく、回転軸の変位を直
ちに打ち消す必要上、素早く反応する制御回路が必要と
なる為、コストが嵩む事が避けられない。

【０００５】この為、日経ＢＰ社発行の雑誌『日経メカ
ニカル』第３３１号（１９９０年９月３日発行）にも記
載されている様に、超電導体のピン止め効果を利用した
超電導軸受装置が研究されている。

【０００６】超電導体のピン止め効果とは、超電導体と
永久磁石とを対向させた場合、両者が近付く場合には反
発し合い、逆に両者が離れる場合には引っ張り合う現象
を言う。この様なピン止め効果によって、上記超電導体
と永久磁石とを、一定距離だけ離したままの状態に保持
出来る事から、位置センサや制御回路を全く必要としな
い、超電導軸受装置が出来るものと考えられている。

【０００７】上述の様なピン止め効果を利用して、回転
体をラジアル方向とスラスト方向とに亙って支持する超
電導軸受装置を構成する場合の構造としては、例えば図
２に示す様なものが考えられる。

【０００８】回転軸１の下端面には短円柱状の永久磁石
２を、回転軸１と同心に固定する。上記永久磁石２の周
囲には、有底円筒状の超電導体５を設けて、上記永久磁
石２並びに回転軸１を浮上した状態で、回転自在に支承
自在とする。即ち、円板６と、上記永久磁石２の外径ｄ
よりも少しだけ大きな内径ｒを有する円筒７とを組み合
わせて成る超電導体５の内側に、上記永久磁石２を上方
から挿入する。

【０００９】この様に永久磁石２を超電導体５内に挿入
した状態で、この永久磁石２の下端面３を円板６の上面
６ａに、永久磁石２の外周面４を円筒７の内周面７ａに
、それぞれ軸受隙間８ａ、８ｂを介して対向させる。 即ち、上記下端面３をスラスト側被支承面とし、外周面
４をラジアル側被支承面とし、上面６ａをスラスト側支
承面とし、内周面７ａをラジアル側支承面とする。

【００１０】更に、上記超電導体５の周囲には冷却器９
を設けて、この超電導体５を外側から冷却し、超電導状
態に保持する様にする。即ち、この冷却器９の内部には
液体ヘリウム、液体窒素等の低温の冷却剤を充填し、こ
の冷却剤によって、上記超電導体５を冷却自在とする。

【００１１】超電導体５が冷却され、超電導状態を維持
されている間は、前記ピン止め効果によって、上記各軸
受隙間８ａ、８ｂの寸法ｈ１　、ｈ２　が一定に保持さ
れる為、前記永久磁石２並びに回転軸１が浮上状態で、
支持される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述の様に構成され作
用する超電導軸受装置に所望の性能を発揮させる為には
、超電導体５を所定の寸法形状に造る必要があるが、従
来はこの超電導体５として、焼成により所望形状に形成
したものをそのまま使用していた為、必ずしも十分に満
足出来る性能を得られないのが現状である。

【００１３】即ち、運転経費の安い、実用的な超電導軸
受装置を構成する為には、上記超電導体５として、液体
窒素の温度で超電導状態となる、所謂高温超電導材料を
使用する事が好ましいが、現在知られている高温超電導
材料は、酸化物により造られた、所謂酸化物超電導材料
が殆どである。

【００１４】ところが、酸化物超電導材料は水分に触れ
るとその超電導性が急激に劣化する為、水等の冷却剤を
使用する切削或は研削加工を施す事が出来ない。この為
、焼成時に生じた変形を残したままの超電導体５を利用
して、超電導軸受装置を構成しているのが現状である。

【００１５】本発明はこの様な事情に鑑みてなされたも
ので、水等の冷却剤を使用する事なく、超電導材料の表
面を加工する事で、超電導性を劣化させる事なく、この
超電導材料の表面の性状並びに寸法を所望値にするもの
である。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の酸化物超電導材
料の表面加工方法は、焼成により所定の形状に加工され
た酸化物超電導材料の表面をダイヤモンドバイトにより
切削加工して、この表面の性状並びに寸法を所望値にす
るものである。

【００１７】

【作用】上述の様に構成される本発明の酸化物超電導材
料の表面加工方法は、硬度が極めて高いダイヤモンドバ
イトを使用する事により、水等の冷却剤を使用する事な
く、超電導材料の表面を切削加工出来る。この為、超電
導材料の超電導性を劣化させる事なく、この超電導材料
の表面の性状並びに寸法を、所望のものに出来る。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の表面加工方法により表面を加
工された酸化物超電導材料製の超電導体を組み込んで構
成された、超電導軸受装置を示している。回転軸１の外
周面中間部に形成された段部１０には、断面がＬ字形で
全体を円環状に形成された永久磁石２を下方から突き当
てて、この永久磁石２を上記回転軸１の外周面中間部に
支持固定している。

【００１９】一方、上記回転軸１の周囲で、永久磁石２
の下部の外周面２ａ並びに上部の下面２ｂと対向する部
分には、ハウジング１１を設けている。このハウジング
１１には、上方並びに内方が開口した冷却剤溜り１４が
設けられており、この冷却剤溜り１４の上方並びに内方
開口を、断面Ｌ字形で円環状の薄膜隔壁１５により塞い
でいる。

【００２０】上記冷却剤溜り１４内には、焼成により所
定の形状に加工された後、表面をダイヤモンドにより切
削加工して、この表面の性状並びに寸法を所望のものと
した酸化物超電導材料により造られた、円環状の超電導
体５を、上記回転軸１及び永久磁石２と同心に固定して
いる。そして、この超電導体５の内周面５ａ並びに上面
５ｂと、上記薄膜隔壁１５の外周面１５ｂ並びに下面１
５ｃとの間に、隙間１６、１７を介在させている。

【００２１】又、この薄膜隔壁１５の内周面１５ａは、
上記永久磁石２の外周面２ａと、軸受隙間８ｂを介して
対向させている。尚、上記薄膜隔壁１５としては、厚さ
が０．３〜０．５ｍｍ程度の、オーステナイト系ステン
レス鋼板が、好ましく使用出来る。

【００２２】更に、前記ハウジング１１の側面上部には
供給口１８を、側面下部には排出口１９を、それぞれ設
け、前記冷却剤溜り１４内に、冷却剤である液体窒素を
送り込み自在として、この冷却剤溜り１４内に支持固定
した超電導体５を冷却し、超電導状態に保持する様にし
ている。

【００２３】供給口１８から冷却剤溜り１４内に送り込
まれた液体窒素の一部は、この冷却剤溜り１４内で気化
するが、図示の例に於いては、別途設けた冷却器から供
給口１８を通じて冷却剤溜り１４内に、常に新しい液体
窒素を送り込み、気化した窒素は、排出口１９から上記
冷却器に送り、再び液化してから上記冷却剤溜り１４に
還流させる様にしている。

【００２４】尚、上記超電導体５を構成する酸化物超電
導材料としては、従来から提案されている、各種酸化物
超電導材料を使用出来るが、特に、イットリウム系で、
一般に「１２３」相と呼ばれ、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｎ　で
表わされる組成を有する超電導相中に、「２１１」相と
呼ばれ、Ｙ２ＢａＣｕＯｎで表わされる常電導相の微細
な粉末を均一に混入した超電導材料は、ピン止め効果に
より大きな浮上力を得られ、超電導軸受装置の負荷容量
を大きく出来る事から、好ましく利用出来る。

【００２５】上述の様に構成される超電導軸受装置の場
合、冷却剤溜り１４内に送り込まれた液体窒素により冷
却され超電導状態を保持される超電導体５と、永久磁石
２との間に働くピン止め効果により、上記永久磁石２並
びに回転軸１が前記ハウジング１１の内側に、非接触状
態で支持される。

【００２６】即ち、回転軸１がラジアル方向に変位する
傾向となった場合には、この変位に伴なって永久磁石２
の外周面２ａと超電導体５の内周面５ａとが近付く部分
で反発力が生じ、遠ざかる部分で吸引力が生じる。この
結果上記回転軸１は、超電導体５と同心に支持される。

【００２７】又、回転軸１が下方に変位する事に伴ない
、永久磁石２の下面２ｂが超電導体５の上面５ｂに近付
く傾向となった場合には、永久磁石２と超電導体５との
間に反発力が働く。この結果上記回転軸１のスラスト方
向に亙る位置も、所定位置のままに保持される。

【００２８】更に、冷却剤溜り１４内に支持固定された
超電導体５は、内周面５ａが薄膜隔壁１５により覆われ
、この薄膜隔壁１５の外周面１５ｂと上記内周面５ａと
の間の隙間１６にも、薄膜隔壁１５の下面１５ｃと超電
導体５の上面５ｂとの間の隙間１７を通じて液体窒素が
進入する為、上記超電導体５が空気や真空に曝らされず
、酸化物超電導材料により造られた超電導体５の超電導
性が劣化する事がなくなる。又、超電導体５は外周面だ
けでなく内周面５ａも液体窒素により冷却される為、超
電導体５の内外両周面の間に大きな温度勾配が生じる事
もなくなる。

【００２９】この結果、超電導体５の寿命が延び、この
超電導体５を組み込んだ超電導軸受装置の耐久性が向上
する。

【００３０】特に、上述の様に構成され作用する超電導
軸受装置を構成する超電導体５を、本発明の方法により
表面加工を施した酸化物超電導体により構成した場合、
超電導体５の寸法精度の向上により、性能の良好な超電
導軸受装置を得られる。即ち、超電導体５の内径寸法、
真円度、直角度、同軸度等を正確に仕上げる事で、前記
軸受隙間８ｂを設計値通りのものとして、ラジアル方向
に亙る回転軸１の支持を確実に行なえる様になる。又、
超電導体５の上面の平面度を正確に仕上げる事で、スラ
スト方向に亙る上記回転軸１の支持を確実に行なえる様
になる。

【００３１】又、超電導体５をハウジング１１の内側に
支持固定するのに、超電導体５を構成する酸化物超電導
体とハウジング１１を構成する金属材との熱膨張量の差
を利用した、所謂冷やし嵌めにより行なう場合が考えら
れる。この様な冷やし嵌めによる固定作業を行なう場合
には、上記超電導体５の外径寸法並びに真円度を正確に
仕上げる必要がある。本発明の表面加工方法により表面
仕上を施された超電導体５は、上記外径寸法並びに真円
度が正確である為、冷やし嵌めによる超電導体５の固定
も確実に行なえる。

【００３２】

【発明の効果】本発明の酸化物超電導材料の表面加工方
法は、以上に述べた通り構成され作用するが、酸化物超
電導材料の超電導性を劣化させる事なく、表面の性状と
寸法とを所望のものに規制出来る為、この酸化物超電導
材料により構成された超電導軸受装置等の性能向上を図
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面加工方法により表面を加工された
酸化物超電導材料製の超電導体を組み込んで構成された
、超電導軸受装置を示す断面図。

【図２】超電導軸受装置の別例を示す断面図。

【符号の説明】

１　　　　回転軸 ２　　　　永久磁石 ２ａ　　外周面 ２ｂ　　下面 ３　　　　下端面 ４　　　　外周面 ５　　　　超電導体 ５ａ　　内周面 ５ｂ　　上面 ６　　　　円板 ６ａ　　上面 ７　　　　円筒 ７ａ　　内周面 ８ａ　　軸受隙間 ８ｂ　　軸受隙間 ９　　　　冷却器 １０　　　　段部 １１　　　　ハウジング １４　　　　冷却剤溜り １５　　　　薄膜隔壁 １５ａ　　内周面 １５ｂ　　外周面 １５ｃ　　下面 １６　　　　隙間 １７　　　　隙間 １８　　　　供給口 １９　　　　排出口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　焼成により所定の形状に加工された酸
   化物超電導材料の表面をダイヤモンドバイトにより切削
   加工して、この表面の性状並びに寸法を所望のものとす
   る酸化物超電導材料の表面加工方法。