JPH06196314A - 酸化物系超電導コイルの製造方法 - Google Patents

酸化物系超電導コイルの製造方法

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JPH06196314A
JPH06196314A JP4345961A JP34596192A JPH06196314A JP H06196314 A JPH06196314 A JP H06196314A JP 4345961 A JP4345961 A JP 4345961A JP 34596192 A JP34596192 A JP 34596192A JP H06196314 A JPH06196314 A JP H06196314A
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JP
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superconductor
coil
oxide
thickness
magnetic field
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JP4345961A
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English (en)
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隆 ▲吉▼田
Takashi Yoshida
Tsuneyuki Kanai
恒行 金井
Rei Okawa
令 大川
Yasushi Kato
寧 加藤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】酸化物系超電導体1とそれを支持する基板2及
び絶縁体とから構成される超電導コイルにおいて、酸化
物系超電導体1で構成されたクラ型コイルの中心磁場側
の超電導体の厚さが外側のそれに比べ大きくならないこ
とを特徴とする超電導コイル及びその製造方法。 【効果】均一性の高い磁場を発生させるのに最適な酸化
物系超電導コイルを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、酸化物系超電導体及び
それを支持する基板とから構成される酸化物系超電導コ
イルの製造方法に係り、特に、補正磁場を発生させるの
に最適な超電導コイル及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】1986年、高い臨界温度を持つ銅酸化
物系のLa−Ba−Cu−Oペロブスカイト系構造の超
電導体が発見され(例えば、特開昭63−260853号公報な
ど)、さらに翌年臨界温度がY−Ba−Cu−O系(M.
K.Wu, J.R.Ashburn,C.J.Torng,Y.Q.Wand and C.W.Chu :
Phys.Rev.Lett.,58(1987)908)が液体窒素を冷媒とする
高温超電導体の応用技術が期待されるような90K級超
電導体であることが発見された。さらに臨界温度の高い
Bi−Sr−Ca−Cu−O系(Tc:110K,H.Maeda,Y.Tan
aka,M.Fukutomi and T.Asano :Jpn.J.Appl.Phys.27(198
8)L209),Tl−Ba−Ca−Cu−O系(Tc:120K,Z.
Z.Sheng and A.M.Hermann :Nature 322 (1988)55)と
新しい超電導体の研究開発はめざましかった。
【0003】このような新材料開発とともに、高温超電
導体を用いた超電導コイル,MRI,磁気シールド等に
応用するための線材開発も進められた。線材開発の一つ
として、線材に加工する方法として、単なる線引き或い
は押し出し等の加工方法では高Jc線材が得られないこ
とが分かってきた。そこで、高Jc線材を実現する方法
として、圧延、或いは、プレス等を行うことにより、単
尺線では高いJcを有する線材が得られることが知られ
ている。
【0004】金属シース線材にこの手法を用いると、シ
ース断面が偏平となり、ソレノイド状に線材を卷く方法
よりもパンケーキ状に作製する方法が用いられている。
また、これらのコイル作製方法以外に、金属系超電導体
で実績のあるヘリコイド面をもつことを特徴とする超電
導コイル構造やMRI,加速器及び発電機などの傾斜磁
場,補正磁場を発するクラ型コイルなども提案されてい
る。しかし現在のところ、液体窒素で作動する酸化物系
超電導体を用いたこれらの機器,構造は提案されていな
い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記で述べた酸化物系
超電導体や金属系超電導体を用いたコイルは磁場の不均
一性が問題となっている。特に、加速器ではビームをあ
る半径で均一よく曲げる必要があり、そのために加速器
に用いるクラ型コイルの磁場の均一性を向上させること
が必要である。
【0006】さらに、従来の金属系超電導体によるクラ
型コイルは液体ヘリウムを用いており、コストの点から
液体窒素で作動するクラ型コイルの作製が急がれてい
た。しかし、従来の線引き法や押し出し法で作製したク
ラ型コイルの磁場の均一性では加速器に用いるためには
十分ではなく、さらに磁場の均一性を向上させる必要が
あった。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記したように、酸化物
系超電導コイルの磁場の不均一性については早急に解決
する必要がある。本発明は、この問題点を解決するため
の新しいコイルおよび製造方法に係り、臨界温度が高く
特に磁場中での臨界電流密度の高い超電導膜,線材およ
びそれらを用いた機器を提供することを目的にしたもの
である。
【0008】上記目的を達成すべく発明者らはさまざま
な角度より研究を重ねた結果、以下に示す製造方法およ
び装置を発明するに至った。
【0009】本発明では、従来の液体ヘリウムに比べコ
ストの安い液体窒素で作動し、しかも安定した磁場を発
生することが可能な酸化物系クラ型コイルを提供するに
至った。酸化物系超電導体とそれを支持する基板及び絶
縁体とから構成される超電導コイルにおいて、図1の概
念図で示すように、超電導体のコイル中心磁界側の厚さ
がコイル外側のそれに比べて大きくならないことを特徴
とする超電導コイルの製造方法に関するものであり、実
用に耐え得る均一性の向上した磁場を発生するために極
めて容易となり、さらに液体窒素で作動することができ
る。
【0010】酸化物系超電導体を支持する基板は、銀,
金,ハステロイなどの耐酸化性に優れた金属、或いは可
とう性のあるYSZ、或いは、アルミナなどのセラミッ
クスを用いることができる。場合によっては、これらの
基板に超電導体との反応を避けるため、或いは、基板と
酸化物系超電導体との熱膨張差を緩和するために、バッ
ファ層を挾むことができる。
【0011】酸化物系超電導体は、(Y,Ba,Cu,
O)、或いは(Bi,Sr,Ca,Cu,O)、或いは
(Tl,Ba,Ca,Cu,O)、或いは(Tl,P
b,Sr,Ca,Cu)を主な構成元素として、その他
La系,Nd系などを含む酸化物系超電導体が代表的な
ものである。酸化物系超電導体,超電導厚膜は支持基板
に対して、片面,両面、またはシース内に含まれていて
も良い。
【0012】酸化物系超電導厚膜を構成する成分を支持
基板と一体化する代表的な方法は、プリント印刷法,デ
イップコート法等を含む成膜法がある。
【0013】このようにして、上記に記載された方法及
び装置を用いて、超電導コイル、特に均一性の良い磁場
を必要とする加速器,MRI,NMRなどの医療用,理
化学用装置に用いることができる。
【0014】
【作用】本発明の酸化物系超電導コイル構造は、酸化物
系超電導体で構成されたクラ型超電導コイルの中心磁界
側の超電導体の厚さが外側のそれに比べ大きくならない
コイル構造になっている。
【0015】そのため、酸化物系超電導コイルにおける
磁場の不均一性を改善することができる。以上のような
構造及び特徴をもった超電導コイルの製造方法を以下に
記載する。
【0016】酸化物系超電導体の組成を混合した原料に
関しては、各成分が均質に混合していれば特に限定はな
く、その一つとして原料物質の固体を直接混合,粉砕す
る方法から合成する方法がある。
【0017】上記の方法で混合,粉砕した後、混合粉末
のままあるいはペレット状に成形して500℃以上で焼
成することによって、合成することができる。この時、
より高い超電導特性を得るため、雰囲気は酸素,空気,
アルゴン,窒素などから選ばれる。また、このような焼
成法で合成するときは焼成体を再度粉砕,混合を繰り返
すことにより、均質で体積率の高い、特性の優れた超電
導体を得ることができる。上記で記載された方法により
作製された材料を粉砕し超電導膜製造の原料粉末とす
る。
【0018】さらに、ドクターブレード,プリント印
刷,塗布法などの厚膜成膜法を用い、原料粉末を基板上
に厚さ10μm以上の超電導厚膜を製造する。均一性の
高い磁場を必要とする超電導コイルは、上記の超電導厚
膜を2枚接続する必要がある。さらに上記の超電導厚膜
の原料粉末を用い、厚膜成膜法により基板上に図1のよ
うにコイル中心磁界側の厚さが外側のそれに比べて小さ
くなるように被覆する。さらに、その厚さは図2のX,
Z方向の間の角度をθとした時の厚さがtθ=t0cosθ
の関係にある膜厚にすることを特徴としている。
【0019】但し、tθは角度θの時のクラ型コイルの
酸化物系超電導体の厚さ t0 は角度0の時のクラ型コイルの酸化物系超電導体の
厚さ また、その際、厚膜成膜法は特に同一にする必要はな
い。
【0020】また、用いられる基板,酸化物系超電導
体、及び成膜方法は前述のものに何ら限定されるもので
はない。
【0021】また、上記のコイルを用いて、超電導コイ
ル、特に均一性の良い磁場を必要とする加速器,MR
I,NMRなどの医療用,理化学用装置を構成すること
により、高性能な超電導応用装置およびシステムを実用
化することができる。
【0022】
【実施例】〈実施例1〉酸化物系超電導膜の溶射粉末を
作製するため、Bi23,SrCO3,CaCO2,CuO
を出発原料としてそれぞれのモル比がBi:Sr:C
a:Cu=2.4:2.0:1.0:2.0 になるように
メノウ製乳鉢を用いたらいかい機で20分ほど混合粉砕
する。これを磁性体アルミナるつぼにとり大気中850
℃,20時間で焼成する。ふるいにより粒度調整を行い
目的の溶射粉末を得る。図3のようなくら型基板に溶射
粉末を用い、大気中プラズマ溶射装置で成膜する。成膜
は図1のような長手方向に対し、基板の中心磁場側は5
0μm、外側は150μmと基板面に対して傾斜をつけ
て、さらに横手方向には中心磁場側は50μm、外側は
150μmに溶射膜を成膜する。その際、溶射条件は、
出力:50KW,プラズマ電流:800A,溶射時間:
200min とし、プラズマガスはAr、2次ガスとして
2 を用いた。
【0023】このようにして作製された2枚のくら型単
層コイルの端部をAgろうで接続する。このようにして
作製された積層コイルを部分溶融処理によって超電導体
にした。部分溶融処理は、885℃まで3時間で昇温し
て、10分間保持し、更に815℃まで降温した後、1
0時間保持し、その後3時間で室温まで冷却した。この
ようにくら型酸化物系超電導コイルを製造した。
【0024】このコイルは液体窒素の沸点である77K
で、Ic=10Aが流れ、0.1Tの最大磁場が発生し
た。磁場の均一性を横手方向について測定した結果を図
4に示す。
【0025】均一性の良い実用に耐えれる磁場を発生す
る超電導コイルを作製することができた。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、液体窒素で作動する均
一性の良い磁場を提供することのできる酸化物系超電導
コイルを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で得られた超電導コイルの長手方向の断
面図。
【図2】本発明で得られた超電導コイルの横手方向の断
面図。
【図3】本発明で得られた超電導コイルの全体説明図。
【図4】本発明で得られた超電導コイルの横手方向の磁
界分布図。
【符号の説明】
1,3,4…酸化物系超電導体、2…基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 寧 東京都千代田区神田駿河台四丁目6番地 株式会社日立製作所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸化物系超電導体とそれを支持する基板及
    び絶縁体とを含む超電導コイルにおいて、超電導体のコ
    イルの中心磁界側の厚さがコイル外側のそれに比べて大
    きくならないことを特徴とする超電導コイルの製造方
    法。
  2. 【請求項2】酸化物系超電導体とそれを支持する基板及
    び絶縁体とから構成されるクラ型超電導コイルにおい
    て、X,Y方向の間の角度をθとした時の厚さがtθ
    0cosθの関係にあることを特徴とする超電導コイルの
    製造方法。但し、tθは角度θの時のクラ型コイルの酸
    化物系超電導体の厚さ t0 は角度0の時のクラ型コイルの酸化物系超電導体の
    厚さ
  3. 【請求項3】請求項1または2において、前記酸化物系
    超電導体及び前記超電導厚膜が(Y,Ba,Cu,
    O)、或いは(Bi,Sr,Ca,Cu,O)、或いは
    (Tl,Ba,Ca,Cu,O)、或いは(Tl,P
    b,Sr,Ca,Cu,O)を主な構成元素とし、その
    他La系,Nd系等を含む酸化物系超電導体である酸化
    物系超電導コイルの製造方法。
  4. 【請求項4】請求項1または2において、前記基板が
    銀,金,ハステロイ等の耐酸化性に優れた金属、或いは
    可とう性のあるYSZ,アルミナ,マグネシア等のセラ
    ミックスである酸化物系超電導コイルの製造方法。
  5. 【請求項5】請求項第4の前記基板上に、請求項2で示
    した前記酸化物系超電導厚膜を成膜した後、熱処理を施
    した酸化物系超電導コイルの製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202009002196U1 (de) 2009-02-16 2009-04-23 Steinert Elektromagnetbau Gmbh Vorrichtung zum Wickeln einer dreidimensional geformten elektrischen Spule aus bandförmigen Leitern und danach gewickelte Spule
DE102009009018A1 (de) 2009-02-16 2010-09-16 Steinert Elektromagnetbau Gmbh Arbeitsverfahren und Vorrichtung zum Wickeln einer dreidimensional geformten elektrischen Spule aus bandförmigen Leitern und danach gewickelte Spule

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202009002196U1 (de) 2009-02-16 2009-04-23 Steinert Elektromagnetbau Gmbh Vorrichtung zum Wickeln einer dreidimensional geformten elektrischen Spule aus bandförmigen Leitern und danach gewickelte Spule
DE102009009018A1 (de) 2009-02-16 2010-09-16 Steinert Elektromagnetbau Gmbh Arbeitsverfahren und Vorrichtung zum Wickeln einer dreidimensional geformten elektrischen Spule aus bandförmigen Leitern und danach gewickelte Spule

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