JPH05121788A - Temperature switch - Google Patents

Temperature switch

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JPH05121788A
JPH05121788A JP4097747A JP9774792A JPH05121788A JP H05121788 A JPH05121788 A JP H05121788A JP 4097747 A JP4097747 A JP 4097747A JP 9774792 A JP9774792 A JP 9774792A JP H05121788 A JPH05121788 A JP H05121788A
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JP
Japan
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temperature
superconductor
switch
transition
current
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Withdrawn
Application number
JP4097747A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Takahashi
謙一 高橋
Hisao Nonoyama
久夫 野々山
Kazuhiko Hayashi
和彦 林
Kenichi Sato
謙一 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a temperature switch which is able to execute a switching action at a low temperature or at a temperature of 100K or below by controlling current in a high-temperature oxide superconductor. CONSTITUTION:A high-temperature oxide superconductor is charge in S-N transition temperature depending on a flowing current. A high-temperature oxide superconductor decreases in S-N transition temperature with an increase in flowing current. Therefore, the S-N transition temperature of high-temperature oxide superconductor can be set to an optional point lower than a critical temperature by controlling current the oxide superconductor. By this setup, a switching element which takes advantage of the properties of superconductor that changes sharply in resistance at a low temperature (for instance, temperature range lower than critical temperature) can be obtained. It is preferable that a switching element changes sharply in resistance when it is turned from ON-state to OFF-state or vice versa. Depending on the design of a circuit, it is necessary that a normal switching element is larger than 1OMEGA in resistance as an absolute value in an ON state. It is desirable that a switching element is 1mOMEGA.cm or above in resistivity to attain a value of 1OMEGA in resistance.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、周辺の温度によって
回路に流れる電流をON−OFF制御することのできる
温度スイッチに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a temperature switch capable of ON / OFF controlling a current flowing in a circuit depending on ambient temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】超電導体の超電導−常電導転移(以下
「S−N転移」という)を利用したスイッチとしては、
永久電流スイッチおよび磁束ポンプが知られている。
2. Description of the Related Art A switch using a superconducting-normal conducting transition (hereinafter referred to as "SN transition") of a superconductor is as follows.
Persistent current switches and flux pumps are known.

【0003】永久電流スイッチは、高抵抗マトリックス
の金属系超電導線材を用いて、ヒーター加熱により常電
導転移させるスイッチであり、磁気浮上式リニアモータ
ーカーおよびMRIなど一定磁場を永久電流モードで発
生させる場合に用いられている。
A permanent current switch is a switch that uses a high resistance matrix metal-based superconducting wire to cause a normal conduction transition by heating with a heater. When a constant magnetic field is generated in a permanent current mode such as a magnetic levitation type linear motor car and MRI. Is used for.

【0004】磁束ポンプは、磁場によってS−N転移を
起こさせるスイッチであり、マグネットを励磁するのに
用いられている。
The magnetic flux pump is a switch that causes an SN transition by a magnetic field and is used to excite a magnet.

【0005】上記の永久電流スイッチおよび磁束ポンプ
は、いずれも多くの場合4.2Kで利用されている。
Both the persistent current switch and the flux pump described above are often used at 4.2K.

【0006】温度を検知してスイッチング動作を行なう
素子としては、BaTiO3 などを用いた半導体スイッ
チが知られている。この半導体スイッチは、強誘電体か
ら常誘電体への相転移により比抵抗が3桁以上変化する
スイッチである。このような半導体スイッチのスイッチ
ングできる温度は、常温〜200℃程度に限定されてい
る。
A semiconductor switch using BaTiO 3 or the like is known as an element for detecting a temperature and performing a switching operation. This semiconductor switch is a switch whose specific resistance changes by three digits or more due to a phase transition from a ferroelectric substance to a paraelectric substance. The temperature at which such a semiconductor switch can be switched is limited to room temperature to about 200 ° C.

【0007】低温で温度スイッチングする場合の温度ス
イッチとしては、熱電対および抵抗温度計などのセンサ
とリレーおよび電源を組合わせたものが用いられてい
る。
As a temperature switch for performing temperature switching at a low temperature, a combination of a sensor such as a thermocouple and a resistance thermometer, a relay and a power source is used.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに低温で温度スイッチングする素子においては、セン
サとリレーを組合わせる必要があるため、コンパクトな
ものにすることができず、また安価なものにすることが
できないという問題点があった。
However, in such an element which is temperature-switched at a low temperature, it is necessary to combine a sensor and a relay, so that it cannot be made compact and it is made inexpensive. There was a problem that I could not do it.

【0009】この発明の目的は、たとえば100K以下
の低い温度で、半導体スイッチ素子のように素子自身が
温度を検知してスイッチングを行なうことができる温度
スイッチを提供することにある。
An object of the present invention is to provide a temperature switch capable of performing switching by detecting the temperature of the element itself, such as a semiconductor switching element, at a low temperature of 100 K or less.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】この発明に従う温度スイ
ッチは、超電導体のS−N転移を利用する温度スイッチ
であり、超電導体が酸化物高温超電導体であり、通電電
流によりS−N転移の転移温度がコントロールされるこ
とを特徴とする。
A temperature switch according to the present invention is a temperature switch utilizing the SN transition of a superconductor, the superconductor being an oxide high temperature superconductor, and the SN transition of a superconducting current being caused by a passing current. It is characterized in that the transition temperature is controlled.

【0011】この発明において、酸化物高温超電導体に
は、たとえば、イットリウム系、ビスマス系およびタリ
ウム系の酸化物超電導体を好ましく用いることができ
る。
In the present invention, as the oxide high-temperature superconductor, for example, yttrium-based, bismuth-based and thallium-based oxide superconductors can be preferably used.

【0012】使用される酸化物高温超電導体は、通電方
向と平行にa−b面が配向したバルク状体であることが
好ましい。
The high temperature oxide superconductor used is preferably a bulk material in which the ab plane is oriented parallel to the direction of current flow.

【0013】さらに、この発明において、超電導相の酸
素量によりS−N転移の転移温度を制御することができ
る。通常、酸素量を減少させることにより、S−N転移
の温度を低くすることができる。
Further, in the present invention, the transition temperature of SN transition can be controlled by the amount of oxygen in the superconducting phase. Usually, the temperature of the SN transition can be lowered by reducing the amount of oxygen.

【0014】この発明において、酸化物超電導体は、組
成元素を含む原料を混合した後、焼結させる方法により
得ることができるが、さらに、得られた焼結体を一方向
凝固法を用いて処理してもよい。一方向凝固法には、た
とえば、レーザペデスタル法、浮遊帯溶融法、ブリッジ
マン法、およびゾーンメルト法等を用いることができ
る。
In the present invention, the oxide superconductor can be obtained by a method of mixing raw materials containing composition elements and then sintering the mixture. Further, the obtained sintered body is further prepared by a unidirectional solidification method. May be processed. For the unidirectional solidification method, for example, a laser pedestal method, a floating zone melting method, a Bridgman method, a zone melting method, or the like can be used.

【0015】一方向凝固法により作製された酸化物高温
超電導体は、バルキーであり、かつ成長径を変化させて
も結晶配向した組織を得ることができるので、高い臨界
電流密度を示す。
The oxide high-temperature superconductor produced by the unidirectional solidification method is bulky and has a crystallographically oriented structure even when the growth diameter is changed, and thus exhibits a high critical current density.

【0016】したがって、たとえば、一方向凝固法にお
いて溶融状態からファイバ状の酸化物高温超電導体を結
晶成長させてこの発明に用いれば、超電導体は、その断
面積が小さく、しかも通電方向に長いため、常電導状態
では高い抵抗を有する一方、超電導状態では高い臨界電
流および高い臨界電流密度で電流を流すことができるス
イッチを提供することができる。
Therefore, for example, when a fiber-shaped high-temperature oxide superconductor is crystal-grown from the molten state in the unidirectional solidification method and used in the present invention, the superconductor has a small cross-sectional area and is long in the energizing direction. It is possible to provide a switch which has a high resistance in the normal conducting state, while allowing a current to flow with a high critical current and a high critical current density in the superconducting state.

【0017】また、このようなファイバ状の高温酸化物
超電導体は、通電方向と平行にa−b面が配向している
ことが好ましい。
Further, in such a fiber-shaped high-temperature oxide superconductor, it is preferable that the ab plane is oriented parallel to the current-carrying direction.

【0018】さらに、この発明の温度スイッチでは、上
記焼結体について圧延またはプレス等により結晶配向さ
せたものを酸化物高温超電導体として用いることができ
る。この場合、超電導体は通電方向と平行にa−b面が
配向していることが好ましい。
Further, in the temperature switch of the present invention, the sintered body obtained by crystallizing the sintered body by rolling or pressing can be used as an oxide high temperature superconductor. In this case, it is preferable that the a-b plane of the superconductor be oriented parallel to the energization direction.

【0019】一方、この発明に従う温度スイッチにおい
て、酸化物高温超電導体にスリットを形成してその電路
が屈曲するようにしてもよい。上述したように、通電方
向と平行にa−b面が配向した高温酸化物超電導体を用
いる場合、スリットがa−b面と垂直になるよう形成さ
れることが望ましい。
On the other hand, in the temperature switch according to the present invention, a slit may be formed in the high temperature oxide superconductor so that the electric path is bent. As described above, when using the high temperature oxide superconductor in which the ab plane is oriented parallel to the energization direction, it is desirable that the slit be formed so as to be perpendicular to the ab plane.

【0020】この発明の温度スイッチにおいて、超電導
から常電導に転移した直後の比抵抗は、1mΩ・cm以
上であることが好ましい。
In the temperature switch of the present invention, the specific resistance immediately after the transition from superconducting to normal conducting is preferably 1 mΩ · cm or more.

【0021】[0021]

【作用】酸化物高温超電導体は、従来の超電導体よりも
超電導転移温度が高く、しかもより大きな比熱を有す
る。このような酸化物高温超電導体について、その常電
導転移現象を詳細に検討した結果、磁場や通電による超
電導−常電導転移は、同温度で比較すると他の合金系超
電導体などよりも実質的に緩やかであることがわかっ
た。
The high-temperature oxide superconductor has a higher superconducting transition temperature and a higher specific heat than the conventional superconductors. As a result of detailed examination of the normal transition phenomenon of such an oxide high-temperature superconductor, the superconducting-normal conducting transition due to a magnetic field or current flow is substantially higher than that of other alloy-based superconductors at the same temperature. It turned out to be gradual.

【0022】本発明者らは、このような性質に着目し、
酸化物高温超電導体を用いて温度スイッチを実現させる
に至った。
The present inventors have paid attention to such a property,
We have realized a temperature switch using oxide high-temperature superconductors.

【0023】すなわち、この発明において、超電導体と
して用いられる酸化物高温超電導体は、S−N転移する
温度が通電電流により変化する。このような変化は、た
とえば図1に示すとおりであり、電流が増加するに従い
S−N転移する温度が低くなる。
That is, in the present invention, in the oxide high temperature superconductor used as the superconductor, the temperature at which the SN transition is changed by the applied current. Such a change is, for example, as shown in FIG. 1, and the SN transition temperature becomes lower as the current increases.

【0024】したがって、通電電流の大きさにより、臨
界温度(Tc)以下の任意の温度にS−N転移する温度
をコントロールすることができる。ここで、通常、Tc
は、微少電流で抵抗が0になる温度および微小磁場でマ
イスナー効果が表われる温度を意味する。すなわち、7
7KでJc=104 A/cm2 の場合には、104 A/
cm2 の電流を通電したときのS−N転移する温度が7
7Kである。この場合、104 A/cm2 以上の電流を
流すと、S−N転移する温度は77K以下になる。
Therefore, it is possible to control the temperature at which the SN transition occurs to an arbitrary temperature below the critical temperature (Tc) by adjusting the magnitude of the applied current. Where Tc
Means the temperature at which the resistance becomes 0 at a minute current and the temperature at which the Meissner effect appears at a minute magnetic field. That is, 7
When Jc = 10 4 A / cm 2 at 7K, 10 4 A /
The temperature at which the SN transition occurs when a current of 2 cm 2 is applied is 7
It is 7K. In this case, when a current of 10 4 A / cm 2 or more is passed, the temperature of SN transition becomes 77 K or less.

【0025】このようにして、この発明の温度スイッチ
は、低温(たとえば臨界温度以下の領域)の任意の温度
で大きな抵抗変化を利用することのできるスイッチング
素子とすることができる。
In this way, the temperature switch of the present invention can be used as a switching element capable of utilizing a large resistance change at an arbitrary temperature of low temperature (for example, a region below the critical temperature).

【0026】この発明においては、上述のように超電導
から常電導に転移した直後の比抵抗が1mΩ・cm以上
であることが好ましい。スイッチ素子としては、ONお
よびOFFのときの抵抗の変化の大きいことが好まし
い。回路の設計にもよるが、通常スイッチとしては、常
電導状態で抵抗の絶対値として1Ω以上が必要である。
この1Ω以上の値を達成するため、まず、超電導体の比
抵抗を向上させる必要がある。比抵抗は、たとえば1m
Ω・cm以上であることが好ましい。
In the present invention, the specific resistance immediately after the transition from superconducting to normal conducting as described above is preferably 1 mΩ · cm or more. The switch element preferably has a large change in resistance when turned on and off. Although it depends on the circuit design, a switch normally needs to have an absolute value of resistance of 1Ω or more in a normally conducting state.
In order to achieve the value of 1Ω or more, it is necessary to first improve the specific resistance of the superconductor. The specific resistance is, for example, 1 m
It is preferably Ω · cm or more.

【0027】比抵抗は、超電導相中の酸素量、組織の緻
密さおよび結晶の配向方位などによって変化させること
ができる。
The specific resistance can be changed by the amount of oxygen in the superconducting phase, the denseness of the structure, the orientation direction of the crystal, and the like.

【0028】図2は、超電導相中の酸素量と転移温度と
の関係を示す図である。図において、xはY1 Ba2
3 x 中の酸素の組成比を示している。図に示される
ように、酸素量が減少するにつれてS−N転移の温度が
低くなっている。このように、超電導相中の酸素量によ
り、比抵抗およびS−N転移温度をコントロールするこ
とができる。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the amount of oxygen in the superconducting phase and the transition temperature. In the figure, x is Y 1 Ba 2 C
The composition ratio of oxygen in u 3 O x is shown. As shown in the figure, the temperature of the SN transition becomes lower as the amount of oxygen decreases. Thus, the specific resistance and the SN transition temperature can be controlled by the amount of oxygen in the superconducting phase.

【0029】また、スイッチが超電導状態の場合には、
スイッチング素子に大きな電流が流れる。したがって、
臨界電流の大きいことが必要である。一方、常電導状態
での抵抗の絶対値を大きくするために、断面積が小さい
ことが必要である。これらの要求を満たすため、上述の
ように酸化物超電導体は、通電方向と平行にa−b面が
配向したバルク状体であることが好ましい。このような
バルク状体を用いることで、高い臨界電流および高い臨
界電流密度を保持できるスイッチを実現させることがで
きる。
When the switch is in the superconducting state,
A large current flows through the switching element. Therefore,
It is necessary that the critical current is large. On the other hand, in order to increase the absolute value of resistance in the normal conducting state, it is necessary that the cross-sectional area is small. In order to satisfy these requirements, the oxide superconductor is preferably a bulk body in which the ab plane is oriented in parallel with the current-carrying direction as described above. By using such a bulk material, a switch that can maintain a high critical current and a high critical current density can be realized.

【0030】さらに、通電方向と平行にa−b面が配向
したファイバ状の酸化物超電導体を用いれば、断面積を
より小さくいして抵抗の絶対値を大きくすることがで
き、しかも高い臨界電流および高い臨界電流密度を維持
することができる。
Furthermore, if a fiber-shaped oxide superconductor whose ab plane is oriented parallel to the current-carrying direction is used, the cross-sectional area can be made smaller and the absolute value of the resistance can be increased, and a high critical current can be obtained. And a high critical current density can be maintained.

【0031】配向していない焼結したバルク体では、高
い臨界電流となっても、高い臨界電流密度とすることが
困難であり、抵抗の絶対値を大きくすることが一般に困
難である。また、配向した薄膜の場合には、高い臨界電
流密度となっても高い臨界電流とすることが困難であ
る。また、比抵抗が小さいため、抵抗の絶対値を大きく
することも困難である。
In a non-oriented sintered bulk body, it is difficult to obtain a high critical current density even if the critical current is high, and it is generally difficult to increase the absolute value of resistance. In the case of an oriented thin film, it is difficult to obtain a high critical current even if the critical current density is high. Moreover, since the specific resistance is small, it is difficult to increase the absolute value of the resistance.

【0032】しかしながら、スイッチングする電流など
の条件によっては、この無配向の焼結バルク体や配向し
た薄膜なども用いることが可能である。
However, depending on conditions such as switching current, this non-oriented sintered bulk body or oriented thin film can also be used.

【0033】また、常電導状態の抵抗を1Ω以上とする
ため、酸化物高温超電導体の断面積および長さについて
の工夫も必要となる。
Further, in order to set the resistance in the normal conducting state to 1 Ω or more, it is necessary to devise the cross-sectional area and length of the oxide high temperature superconductor.

【0034】たとえば、上述したように超電導体をファ
イバ状とすれば、その断面積を小さくし、かつ超電導体
を長くして抵抗値を増加させることができる。この場
合、超電導状態における臨界電流密度を高く保持するた
め、上述したように超電導体において通電方向と平行に
a−b面を配向させればよい。
For example, if the superconductor is fiber-shaped as described above, its cross-sectional area can be reduced and the superconductor can be lengthened to increase the resistance value. In this case, in order to keep the critical current density high in the superconducting state, it is sufficient to orient the ab plane in the superconductor in parallel with the conduction direction as described above.

【0035】さらに、図3に示すように、酸化物高温超
電導体1にスリット2を形成することで、その電路は屈
曲され、引き延ばされる。このスリットは、交互に数多
く形成すればするほど、該超電導体1による電路の一端
1aから他端1bに至る電路は引き延ばされる。このよ
うに電路を引き延ばすことによって、酸化物超電導体の
大きさを変えずに、その抵抗を大きくしていくことがで
きる。また、形成されるスリットの数により、電路長を
制御することができ、これにより抵抗値を制御すること
ができる。
Further, as shown in FIG. 3, by forming the slit 2 in the high temperature oxide superconductor 1, the electric path is bent and extended. The more the slits are alternately formed, the longer the electric path from the one end 1a to the other end 1b of the electric path formed by the superconductor 1. By extending the electric path in this manner, the resistance of the oxide superconductor can be increased without changing the size of the oxide superconductor. Further, the length of the electric path can be controlled by the number of slits formed, and thus the resistance value can be controlled.

【0036】[0036]

【実施例】実施例1 レーザペデスタル法で作製したBi2 Sr2 Ca1 Cu
2 Oxの組成の線状バルク体(直径1mm、長さ10c
m)をスイッチとして用い、図4に示すような回路を作
製した。
EXAMPLES Example 1 Bi 2 Sr 2 Ca 1 Cu produced by a laser pedestal method
Linear bulk material with a composition of 2 Ox (diameter 1 mm, length 10 c
m) was used as a switch to produce a circuit as shown in FIG.

【0037】このバルク体は、1mAを通電して直流四
端子法により測定したところ、Tcは87Kであった。
また、常電導転移の直上の比抵抗は2mΩ・cmであ
り、77Kでの臨界電流密度(Jc)は5000A/c
2 (Ic=39.2A)であった。
This bulk material had a Tc of 87K as measured by a DC four-terminal method by applying a current of 1 mA.
The resistivity just above the normal conduction transition is 2 mΩ · cm, and the critical current density (Jc) at 77K is 5000 A / c.
m was 2 (Ic = 39.2A).

【0038】図4に示す回路において、スイッチを冷却
し超電導状態としたときには、回路に50Aが流れた。
また、スイッチのS−N転移温度は65Kであった。
In the circuit shown in FIG. 4, when the switch was cooled to be in the superconducting state, 50 A was flowing in the circuit.
The SN transition temperature of the switch was 65K.

【0039】65K以上でスイッチは3Ωの常電導体と
なり、回路に流れる電流は1.6Aであった。すなわ
ち、この場合において、65Kで負荷に流れる電流を5
0A:1.6A≒30:1にスイッチングすることがで
きた。
Above 65K, the switch became a normal conductor of 3Ω and the current flowing through the circuit was 1.6A. That is, in this case, the current flowing through the load at 65K is 5
It was possible to switch to 0A: 1.6A≈30: 1.

【0040】また、上述したように、Ic=39.2A
ではS−N転移温度は77Kである一方、Ic=50A
ではS−N転移温度は65Kであり、通電電流によりS
−N転移の転移温度が制御されている。
As described above, Ic = 39.2A
, The S-N transition temperature is 77K, while Ic = 50A
The S-N transition temperature is 65K, and S
The transition temperature of the -N transition is controlled.

【0041】実施例2 半溶融状態からの一方向凝固法により作製されたY1
2 Cu3 Oxの組成のバルク体から、0.5mm平方
で1.7cmの試料を切出し、熱処理して酸素量xを
6.6とした。この試料のTc(電流1.mA)は60
Kであり、比抵抗は3mΩ・cmであった。
Example 2 Y 1 B prepared by a unidirectional solidification method from a semi-molten state
From a bulk body having a composition of a 2 Cu 3 Ox, a sample having a size of 0.5 mm square and a size of 1.7 cm was cut out and heat-treated to set the oxygen amount x to 6.6. The Tc (current 1. mA) of this sample is 60.
K, and the specific resistance was 3 mΩ · cm.

【0042】この試料を図5に示す回路のスイッチとし
て組込み、スイッチを冷却して超電導状態とした。超電
導状態としたときに回路には10Aが流れ、スイッチの
S−N転移温度は45Kであった。
This sample was incorporated as a switch in the circuit shown in FIG. 5, and the switch was cooled to be in a superconducting state. When the circuit was in the superconducting state, 10 A was flowing in the circuit, and the SN transition temperature of the switch was 45K.

【0043】45K以上では、スイッチは2Ωの常電導
体となり、回路に流れる電流は0.9Aであった。すな
わち、この場合において、45Kで負荷に流れる電流を
10A:0.9A≒10:1にスイッチングすることが
できた。
Above 45K, the switch became a normal conductor of 2Ω and the current flowing through the circuit was 0.9A. That is, in this case, the current flowing through the load at 45K could be switched to 10A: 0.9A≈10: 1.

【0044】実施例3 通常の固相焼結法により直径3.5mm、長さ10cm
の試料を作製した。この試料は、Tc=87Kであり、
比抵抗は2mΩ・cmであった。また、77KでのJc
は400A/cm2 (Ic=39.2A)であった。
Example 3 A diameter of 3.5 mm and a length of 10 cm were obtained by an ordinary solid-phase sintering method.
The sample of was produced. This sample has Tc = 87K,
The specific resistance was 2 mΩ · cm. Also, Jc at 77K
Was 400 A / cm 2 (Ic = 39.2 A).

【0045】この試料をスイッチとして、図4に示す回
路に組んだところ、65K以下で負荷に流れる電流は5
0Aであり、65K以上では16.7Aが流れた。65
Kで負荷に流れる電流を50A:16.7A≒3:1に
スイッチングすることができた。
When this sample was used as a switch in the circuit shown in FIG.
It was 0A, and 16.7A flowed at 65K and above. 65
With K, the current flowing through the load could be switched to 50A: 16.7A≈3: 1.

【0046】実施例4 MgO単結晶の上にスパッタリング法で作製されたY1
Ba2 Cu3 Oxの組成の薄膜を厚み1μm、幅5m
m、長さ5mmにパターニングして熱処理し、超電導相
中の酸素量xを6.9とした。このとき、Tcは85K
であり、比抵抗は0.2mΩ・cmであった。この試料
をスイッチとして図5の回路に組んだ。このスイッチ
は、実施例2の場合と同様に45Kで10A:0.9A
にスイッチングすることができた。
Example 4 Y 1 prepared by sputtering on a MgO single crystal
A thin film with a composition of Ba 2 Cu 3 Ox is 1 μm thick and 5 m wide.
m and a length of 5 mm were patterned and heat-treated to set the oxygen amount x in the superconducting phase to 6.9. At this time, Tc is 85K
And the specific resistance was 0.2 mΩ · cm. This sample was assembled as a switch in the circuit of FIG. This switch is 10 A: 0.9 A at 45 K as in the case of the second embodiment.
Was able to switch to.

【0047】実施例5 浮遊帯溶融法で溶融状態から結晶成長させたBi2 Sr
2 Ca1 Cu2 Oxの組成のファイバ状超電導体(2m
mφ、長さ12.5cm)をスイッチとして用い、図4
に示すような回路を作製した。
Example 5 Bi 2 Sr crystal grown from the molten state by the floating zone melting method
2 Ca 1 Cu 2 Ox composition fiber superconductor (2 m
mφ, length 12.5 cm) is used as a switch, and FIG.
A circuit as shown in was prepared.

【0048】ファイバ状超電導体は、1mAを通電して
直流四端子法により測定したところ、Tcは82Kであ
った。また、常電導転移の直上の比抵抗は2.5mΩ・
cmであり、77KでのJcは1200A/cm2 (I
c=37.7A)であった。
The fiber-shaped superconductor had a Tc of 82 K as measured by a DC four-terminal method with a current of 1 mA applied. Also, the specific resistance just above the normal conduction transition is 2.5 mΩ ・
cm, and Jc at 77K is 1200 A / cm 2 (I
c = 37.7A).

【0049】図4に示す回路において、スイッチを冷却
し、超電導状態にしたときには、回路に50Aが流れ
た。また、スイッチのS−N転移温度は66Kであっ
た。このように、Ic=37.7AにおいてはS−N転
移温度は77Kである一方、Ic=50AではS−N転
移温度は66Kであり、S−N転移温度は通電電流によ
りコントロールされている。
In the circuit shown in FIG. 4, when the switch was cooled and brought into a superconducting state, 50 A was passed through the circuit. The SN transition temperature of the switch was 66K. Thus, the SN transition temperature is 77K at Ic = 37.7A, while the SN transition temperature is 66K at Ic = 50A, and the SN transition temperature is controlled by the applied current.

【0050】66K以上で、スイッチは1.0Ωの常電
導体となり、回路に流れる電流は4.5Aであった。す
なわち、この場合において、66Kで負荷に流れる電流
を50A:4.5A≒11:1にスイッチングすること
ができた。
Above 66K, the switch became a 1.0 Ω normal conductor and the current flowing through the circuit was 4.5A. That is, in this case, the current flowing through the load at 66K could be switched to 50A: 4.5A≈11: 1.

【0051】実施例6 レーザペデスタル法で溶融状態から結晶成長させたBi
2 Sr2Ca1 Cu2 Oxの組成のファイバ状超電導体
(0.5mmφ、長さ3.3cm)をスイッチとして用
い、図6に示すような回路を作製した。
Example 6 Bi grown from a molten state by laser pedestal method
A fiber-shaped superconductor (0.5 mmφ, length 3.3 cm) having a composition of 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 Ox was used as a switch to prepare a circuit as shown in FIG.

【0052】ファイバ状超電導体は、1mAを通電して
直流四端子法により測定したところ、Tcは87Kであ
った。また、常電導転移の直上の比抵抗は1.5mΩ・
cmであり、77KでのJcは8000A/cm2 (I
c=15.7A)であった。
The fiber-shaped superconductor had a Tc of 87K as measured by a DC four-terminal method with a current of 1 mA applied. Also, the specific resistance just above the normal conduction transition is 1.5 mΩ ・
cm, and Jc at 77K is 8000 A / cm 2 (I
It was c = 15.7A).

【0053】図6に示す回路において、スイッチを冷却
し超電導状態にしたときには、回路に25Aが流れた。
また、スイッチのS−N転移温度は68Kであった。
In the circuit shown in FIG. 6, when the switch was cooled to be in the superconducting state, 25 A was passed through the circuit.
The SN transition temperature of the switch was 68K.

【0054】68K以上で、スイッチは2.4Ωの常電
導体となり、回路に流れる電流は1Aであった。すなわ
ち、この場合において、68Kで負荷に流れる電流を2
5A:1A=25:1にスイッチングすることができ
た。
Above 68 K, the switch became a 2.4 Ω normal conductor and the current flowing in the circuit was 1 A. That is, in this case, the current flowing through the load at 68K is 2
It was possible to switch to 5A: 1A = 25: 1.

【0055】実施例7 通常の固相焼結法によりBi2 Sr2 Ca1 Cu2 Ox
の組成の試料を作製した。
Example 7 Bi 2 Sr 2 Ca 1 Cu 2 Ox was formed by the usual solid phase sintering method.
A sample having the composition of was prepared.

【0056】次に、この試料を圧延して、幅5mm、長
さ16.3mm、厚さ0.5mmとした。さらに、この
圧延加工した試料の中央部に、ダイヤモンドソーで幅1
mm、長さ14.3mmのスリットを形成した。
Next, this sample was rolled into a width of 5 mm, a length of 16.3 mm and a thickness of 0.5 mm. In addition, at the center of this rolled sample, use a diamond saw
A slit having a length of mm and a length of 14.3 mm was formed.

【0057】スリットが形成された試料を図7に示す。
酸化物高温超電導体11において、その中央部には幅1
mm、長さ14.3mmのスリット12が形成されてい
る。この超電導体をスイッチングとして用いる場合、電
流は、スリットにより屈曲するよう形成された電路の一
端11aから他端11bに流される。
FIG. 7 shows a sample having slits formed therein.
In the high temperature oxide superconductor 11, the width 1 is
A slit 12 having a length of mm and a length of 14.3 mm is formed. When this superconductor is used for switching, a current is passed from one end 11a to the other end 11b of the electric path formed by the slit to be bent.

【0058】このスリットを形成した試料について1m
Aを通電して直流四端子法により測定を行なったとこ
ろ、Tcは86Kであり、常電導転移の直上の比抵抗は
2.6mΩ・cmであた。また、この超電導体の77K
でのJcは700A/cm2 (Ic=7A)であった。
1 m for the sample with this slit
When a current was applied to A and measured by a DC four-terminal method, Tc was 86K, and the specific resistance immediately above the normal conduction transition was 2.6 mΩ · cm. In addition, 77K of this superconductor
Jc was 700 A / cm 2 (Ic = 7 A).

【0059】スリットを形成した試料を図8に示す回路
のスイッチに用いて、スイッチを冷却し、超電導状態に
したとき、回路には10Aが流れた。また、スイッチの
S−N転移温度は68Kであった。
When the sample in which the slit was formed was used for the switch of the circuit shown in FIG. 8 and the switch was cooled to be in the superconducting state, 10 A flowed in the circuit. The SN transition temperature of the switch was 68K.

【0060】68K以上で、スイッチは1.0Ωの常電
導体となり、回路に流れる電流は、0.91Aであっ
た。すなわち、この場合において、68Kで負荷に流れ
る電流を10A:0.91A≒11:1にスイッチング
することができた。
Above 68 K, the switch became a 1.0 Ω normal conductor and the current flowing through the circuit was 0.91 A. That is, in this case, the current flowing through the load at 68K could be switched to 10A: 0.91A≈11: 1.

【0061】実施例8 通常の固相焼結法によりY1 Ba2 Cu3 Oxの組成の
試料を作製した。
Example 8 A sample having a composition of Y 1 Ba 2 Cu 3 Ox was prepared by a usual solid phase sintering method.

【0062】次に、この超電導体をプレスし、幅7m
m、長さ34mm、厚さ0.5mmの試料とした。その
後、CO2 レーザで加工し、幅1mm、長さ32mmの
スリットを2mmの間隔で2本交互に形成した。
Next, this superconductor is pressed to have a width of 7 m.
The sample was m, the length was 34 mm, and the thickness was 0.5 mm. After that, it was processed by a CO 2 laser to form two slits each having a width of 1 mm and a length of 32 mm at intervals of 2 mm.

【0063】スリットが形成された超電導体を図9に示
す。図に示すように、酸化物高温超電導体21におい
て、2本のスリット22が2mmの間隔で交互に形成さ
れている。この超電導体をスイッチに用いた場合、電流
は、スリットにより屈曲された電路の一端21aから他
端21bに流される。
A superconductor having slits is shown in FIG. As shown in the figure, in the oxide high temperature superconductor 21, two slits 22 are alternately formed at intervals of 2 mm. When this superconductor is used for a switch, a current flows from one end 21a of the electric path bent by the slit to the other end 21b.

【0064】次に、スリットを形成した超電導体につい
て熱処理を行ない、酸素量xを6.6とした。
Next, the superconductor having slits was heat-treated to set the oxygen amount x to 6.6.

【0065】熱処理後の試料について1mAを通電して
直流四端子法により測定したところ、Tc=62Kであ
り、常電導転移の直上の比抵抗は3.2mΩ・cmであ
った。さらにこの超電導体の62KでのJcは、400
A/cm2(Ic=4A)であった。
When the sample after the heat treatment was applied with 1 mA and measured by the DC four-terminal method, Tc was 62 K, and the specific resistance just above the normal conduction transition was 3.2 mΩ · cm. Furthermore, the Jc at 62K of this superconductor is 400
It was A / cm 2 (Ic = 4A).

【0066】図10に示す回路において上記超電導体を
スイッチとして用い、このスイッチを冷却し、超電導状
態にしたとき、回路には8Aが流れた。また、スイッチ
のS−N転移温度は45Kであった。
In the circuit shown in FIG. 10, the superconductor was used as a switch, and when the switch was cooled to be in a superconducting state, 8 A was flowing in the circuit. The SN transition temperature of the switch was 45K.

【0067】一方、45K以上でスイッチは3.2Ωの
常電導体となり、回路に流れる電流は0.58Aであっ
た。すなわち、この場合において45Kで負荷に流れる
電流を8A:0.58A≒13.8:1にスイッチング
することができた。
On the other hand, at 45 K and above, the switch became a 3.2 Ω normal conductor, and the current flowing through the circuit was 0.58 A. That is, in this case, the current flowing through the load at 45K could be switched to 8A: 0.58A≈13.8: 1.

【0068】[0068]

【発明の効果】以上のように、この発明に従う温度スイ
ッチは、低温において温度スイッチングすることができ
るものであるため、クライオポンプおよび極低温冷凍機
のコールドヘッドなどの温度制御用温度スイッチとして
用いることができる。また、以上に示してきた図におけ
る負荷においてヒーターを用い、コールドヘッドにこの
発明に従うスイッチを取付けることにより、コールドヘ
ッドの温度を一定にON/OFF制御することのできる
温度スイッチとすることができる。
As described above, since the temperature switch according to the present invention can perform temperature switching at low temperature, it is used as a temperature control temperature switch for a cryopump and a cold head of a cryogenic refrigerator. You can Further, by using a heater in the load shown in the above figures and attaching the switch according to the present invention to the cold head, it is possible to obtain a temperature switch capable of constant ON / OFF control of the temperature of the cold head.

【0069】この発明に従うスイッチでは、センサと温
度調整器が兼用されているため、従来のような温度セン
サ、温度調整器、電源およびヒーターを組合わせた温度
スイッチに比べ、コンパクトにすることができ、かつ安
価に製造することができる。
Since the switch according to the present invention serves as both the sensor and the temperature controller, it can be made more compact than the conventional temperature switch in which the temperature sensor, the temperature controller, the power supply and the heater are combined. It can be manufactured at low cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】酸化物超電導体の通電電流と転移温度の関係を
示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a relationship between a current flowing through an oxide superconductor and a transition temperature.

【図2】酸化物超電導体の超電導相中の酸素量と転移温
度との関係を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the amount of oxygen in the superconducting phase of an oxide superconductor and the transition temperature.

【図3】この発明に従ってスリットが形成された温度ス
イッチの一例を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing an example of a temperature switch having a slit formed according to the present invention.

【図4】この発明に従う一実施例の回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of an embodiment according to the present invention.

【図5】この発明に従う他の実施例の回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of another embodiment according to the present invention.

【図6】この発明に従う他の実施例の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of another embodiment according to the present invention.

【図7】実施例7において作製された温度スイッチを示
す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing a temperature switch manufactured in Example 7.

【図8】この発明に従う他の実施例の回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram of another embodiment according to the present invention.

【図9】この発明に従う実施例8で作製された温度スイ
ッチを示す斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view showing a temperature switch manufactured in Example 8 according to the present invention.

【図10】この発明に従う他の実施例の回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram of another embodiment according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11、21 酸化物高温超電導体 2、12、22 スリット 1, 11, 21 Oxide high temperature superconductor 2, 12, 22 Slit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 謙一 大阪市此花区島屋一丁目1番3号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Kenichi Sato 1-3-3 Shimaya, Konohana-ku, Osaka City Sumitomo Electric Industries, Ltd. Osaka Works

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超電導体の超電導−常電導転移を利用し
た温度スイッチにおいて、 前記超電導体が酸化物高温超電導体であり、超電導相中
の通電電流により前記超電導−常電導転移の転移温度が
制御されることを特徴とする、温度スイッチ。
1. A temperature switch utilizing the superconducting-normal conducting transition of a superconductor, wherein the superconductor is an oxide high temperature superconductor, and the transition temperature of the superconducting-normal conducting transition is controlled by a current flowing in the superconducting phase. The temperature switch, which is characterized in that
【請求項2】 前記超電導相中の酸素量により前記転移
温度がさらに制御されることを特徴とする、請求項1の
温度スイッチ。
2. The temperature switch according to claim 1, wherein the transition temperature is further controlled by the amount of oxygen in the superconducting phase.
【請求項3】 前記酸化物高温超電導体が、一方向凝固
法により作製されたものである、請求項1の温度スイッ
チ。
3. The temperature switch according to claim 1, wherein the oxide high temperature superconductor is manufactured by a unidirectional solidification method.
【請求項4】 前記酸化物高温超電導体による電路が屈
曲するよう、前記酸化物高温超電導体にスリットが形成
されていることを特徴とする、請求項1の温度スイッ
チ。
4. The temperature switch according to claim 1, wherein a slit is formed in the oxide high-temperature superconductor so that the electric path formed by the oxide high-temperature superconductor is bent.
JP4097747A 1991-09-06 1992-04-17 Temperature switch Withdrawn JPH05121788A (en)

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JP3-227166 1991-09-06
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009055653A (en) * 2007-08-23 2009-03-12 Mayekawa Mfg Co Ltd High frequency current control type cryotron element and inverter using the same

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JP2009055653A (en) * 2007-08-23 2009-03-12 Mayekawa Mfg Co Ltd High frequency current control type cryotron element and inverter using the same

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