JPH09102228A - 酸化物超電導線材の製造方法 - Google Patents

酸化物超電導線材の製造方法

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JPH09102228A
JPH09102228A JP7258465A JP25846595A JPH09102228A JP H09102228 A JPH09102228 A JP H09102228A JP 7258465 A JP7258465 A JP 7258465A JP 25846595 A JP25846595 A JP 25846595A JP H09102228 A JPH09102228 A JP H09102228A
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラズマ溶射法を用いて、長尺の酸化物超電
導線材を連続的に製造する方法を提供する。 【解決手段】 外周面にらせん状溝12を設けた円筒ド
ラム10に、この溝12中に沿って長尺のテープ40の
一部を巻きつけ、円筒ドラム10を非回転に固定し、テ
ープ40を一端側の巻き取り用リールにより引っ張り、
他端側の送り用リール60からフィードしてテープ40
を溝12中を摺動するように移動させながら、テープ4
0進行方向について一定の位置でテープ40に酸化物超
電導体となるべき材料をプラズマトーチ20から溶射す
る、即ちテープの見掛け上の巻き数と同じ回数だけテー
プ各部に溶射して適宜厚さの溶射膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ溶射法に
より酸化物超電導線材を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】1986年、超電導転移温度(Tc)が
30Kを越える酸化物超電導体(La,Sr)2CuO4
が発見され、以来この方面の研究開発が盛んに行われる
ようになった。その結果、現在ではいろいろな酸化物超
電導体が知られるようになった。特にY系、Bi系、T
l系は、転移温度Tcが液体窒素温度よりも高いので、
これらを用いれば液体窒素冷却による超電導システムを
構成できる可能性がある。
【0003】従来、超電導システムで冷媒として用いら
れてきた液体ヘリウムと比較して、液体窒素は比熱が大
きくしかも安価なため、これを用いることができればシ
ステムの簡略化、小型化、維持費の低減などが期待され
る。そのために、Y系、Bi系、Tl系の実用化の研究
が各方面で行われている。
【0004】超電導体は、超電導状態において直流電気
抵抗が0であるため、電力伝送体として用いれば電気抵
抗に由来するエネルギー損失を非常に小さくできる。ま
た、超電導線材を用いてコイルを作製すれば非常に強力
な電磁石となる可能性がある。酸化物超電導体もこのよ
うな用途を目指して線材化の研究が行われている。
【0005】さて、酸化物超電導体の長尺線材の製法は
いろいろあるが、その1つとしてプラズマ溶射法を用い
たものが挙げられる。プラズマ溶射法は成膜法の一種
で、粉末状の原料を高温・高速のプラズマフレームに投
入することによって、溶融した原料を基材上に吹き付け
成膜する方法である。この方法は成膜速度が100cm2
あたり約100μm/分と大きいので大量生産に向いて
いると考えられる。この方法を用いた酸化物超電導線材
の製法としては、次のようなものが知られている。すな
わち、テープ状の基板を用意し、この上に酸化物超電導
体またはその原料を溶射する。出来上がったテープ状の
酸化物膜に、必要に応じて圧延や熱処理などを施し、酸
化物超電導線材とする製法である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
製法では、製造される酸化物超電導線材の長さに限界が
あった。溶射を行う場合には、原料粉末を吹き出するプ
ラズマトーチを、吹き出し方向と垂直をなす成分を含む
方向に動かすことによって、広範囲にわたって成膜する
ことが可能であるが、この溶射範囲を越える長さの線材
を連続的に製造することが従来困難であった。
【0007】本発明の目的は、上記のような課題を解決
して、長尺の線材を製造するに好適な酸化物超電導線材
の製造方法を提供することにある。
【0008】また本発明の別の目的は、上記製造方法に
より製造された酸化物超電導コイル、酸化物超電導ケー
ブルまたは酸化物超電導電流リードを提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、プラズマ溶射法を用いて長尺の酸化物超
電導線材を連続的に製造する方法であって、外周面にら
せん状溝を設けた円筒ドラムに、その溝中に沿って線材
の基部となる長尺のテープの一部を巻きつけ、そして円
筒ドラムを非回転に固定した状態で、テープを一端側か
ら引っ張り、他端側からフィードして、このテープを溝
中を摺動するように移動させながら、テープ進行方向に
ついて一定の位置で円筒ドラムに巻きついたテープに酸
化物超電導体となるべき材料をプラズマトーチから溶射
することを特徴とする。
【0010】プラズマトーチは、らせん状溝の始端から
終端までの距離がプラズマトーチから発生されるプラズ
マフレームの径より大きい場合は、円筒ドラムの軸方向
に往復移動させるのがよい。またプラズマトーチと円筒
ドラムの間に、らせん状溝のピッチに合わせた孔を有す
る板を設けることが好ましい。さらにらせん状溝の底部
に一連のころを回転自在に設けるのがよい。
【0011】上記方法でテープ状に溶射されてなる酸化
物超電導体は次に示す化学式(1)〜(5)のいずれかであ
る。またテープの材料の主成分は、Ag,Au,Cu,
SrTiO3,MgO,Al23およびイットリウム安
定化ジルコニアとする。
【0012】
【化6】
【0013】また本発明の別の目的は、上記製造方法に
より製造された酸化物超電導コイル、酸化物超電導ケー
ブルまたは酸化物超電導電流リードによって達成され
る。
【0014】
【作用】本発明の酸化物超電導線材の製造方法におい
て、円筒ドラムの外周面にらせん状溝を設けるのは、ド
ラム上でテープが重なるのを防ぐためである。螺旋溝の
底部に一連のころを設けるのは、テープが溝中を摺動す
る際にテープとドラムとの接触面における摩擦力を小さ
くし、テープがその長手方向に容易に移動できるように
するためである。
【0015】またプラズマトーチと円筒ドラム間に、ら
せん状溝のピッチに合わせた孔を有する孔開き板を設け
るのは、プラズマトーチから噴射される溶融状態の粉末
が、テープ上にのみ付着し、それ以外の部位、例えば溝
と溝との間のドラム外周面にやころなどに付着しないよ
うにするためである。
【0016】さらに、孔開き板を用いることにより、基
板上に過剰に溶射されることを防ぎ、酸化物膜の厚さを
均一にするためである。
【0017】このような方法によれば、円筒ドラムに巻
きついたテープの最初のらせん一巻分以降の各部は、テ
ープの巻き数と同じ回数だけ、プラズマトーチにより溶
射されるので、適宜厚さの溶射膜が形成された長尺の酸
化物超電導線材を連続的に製造することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施例に
基づいて説明する。図1は本発明の酸化物超電導線材の
製造方法を具現化した装置の一実施例を示す構成図、図
2、図3は線材用テープ基板を巻きつけるガイド溝を設
けたドラム外周面の部分断面図、図4は超電導材となる
酸化物を溶射するプラズマフレームと線材用テープ基板
周辺の断面図である。
【0019】本実施例の酸化物超電導線材製造装置は、
概して、テープ状基板40をスパイラルに巻きつける円
筒ドラム10と、巻きつけられたテープ状基板40に超
電導線材となる酸化物を溶射するプラズマフレーム22
を発生するプラズマ装置と、円筒ドラム10にテープ状
基板40をフィードするテープ送り用リール60と、溶
射されたテープ状基板40を円筒ドラム10から引っ張
り出して巻取る巻取り用リール50とから構成されてい
る。
【0020】円筒ドラム10は外径30cmで非回転で
固定されている。円筒ドラム10は、ドラム外周面11
に幅5mm、厚さ0.2mmの銀製テープ状基板40を
らせん状に10ターン巻き付ける。このとき、テープ状
基板40は、ドラム外周面11にらせん状に形成された
幅6mmの溝12内面にそって巻き付けられる。テープ
状基板40のうち、ドラム外周面11に接触している部
分の長さは約9.4mである。ドラム外周面11に設け
られた溝12の底部には、図2に示すように、ころ14
が取り付けられており、テープ状基板40が溝12の長
手方向に移動する際にこのテープ状基板40と接触して
回転する。ころ14の代わりに、図3に示すように、回
転する玉15を取り付けても良い。テープ状基板40の
始端はテープ巻き取り用リール50に巻きつけられ、一
方、終端はテープ送り用リール60に巻き付けられてい
る。
【0021】プラズマトーチ20は、ドラム外周面11
の近傍に、円筒ドラム10の中心軸と平行移動可能に設
置されており、そのトーチ軸は円筒ドラム10の中心軸
に対して直交する方向に向いている。これによりプラズ
マトーチ20から噴射するプラズマフレーム22の中心
軸24はドラム外周面11に垂直になる。また円筒ドラ
ム10とプラズマトーチ20の間には、ドラム外周面1
1に設けた溝12と同じピッチで、円筒ドラム10の軸
方向に一列に形成された孔31を有する孔開き板30が
設置されている。この孔31は溝幅と同じ程度の幅を有
している。
【0022】次に円筒ドラム10に巻きつけられたテー
プ状基板40に超電導体となる酸化物を溶射するプロセ
スについて説明する。テープ巻き取り用リール50とテ
ープ送り用リール60を回転させて、テープ状基板40
はその長手方向に移動させる。このとき、円筒ドラム1
0は非回転で固定されているので、テープ状基板40は
ドラム外周面11にらせん状に形成された溝12の中を
ころ14に接触して摺動するように移動する。そして酸
化物超電導体またはその原料が、図1の矢印方向、すな
わち円筒ドラム10の軸方向に往復運動するプラズマト
ーチ20から吹き出され、テープ状基板40の上に付着
して酸化物膜41を形成する。このとき、プラズマフレ
ーム22の一部は、ドラム外周面11に到達する前に孔
開き板30に当たり、他の一部のプラズマフレーム23
が孔31を通過してテープ状基板40上に当たる。テー
プ送り速度を1m/分とすると、テープ状基板40の或
る1点が、ドラム外周面11に巻き付けられ溶射され
て、再びドラム外周面11から離れるまでの9.4分間
に、50μmの厚さの酸化物層41が形成される。この
後、必要に応じて圧延や熱処理なども加えられ、酸化物
超電導線材となる。更に、こうしてできた線材を用いて
コイルやケーブルや電流リードなどが製造される。
【0023】この実施例では、テープ状基板40をその
長手方向に連続的に移動させ、その途中でプラズマ溶射
を行う。これによって、酸化物超電導長尺線材を連続的
に製造することが可能となる。また、テープ状基板40
をドラム外周面11にらせん状に巻き付けている箇所で
溶射を行っているが、これによって、プラズマトーチ2
0から吹き出された酸化物超電導体またはその原料は、
一度に複数の列の基板上に溶射される。この結果、プラ
ズマフレームが一度に一列の基板にしか当たらない場合
に比べて、プラズマトーチ20から吹き出された酸化物
超電導体またはその原料の、テープ状基板40上への付
着効率が高まる。
【0024】ドラム外周面11に設けた溝12は、円筒
ドラム10上でテープ状基板40が重なるのを防ぐこと
ができ、またこの溝12の幅をテープ状基板40の幅よ
り広くすることによって、溝12の側壁13とテープ状
基板40との接触を少なくし、テープ状基板40がその
長手方向に容易に移動できるようになる。
【0025】また、ドラム外周面11の溝12内に設け
たころ14(または玉15)は、テープ状基板40と円
筒ドラム10との接触面における摩擦力を小さくし、テ
ープ状基板40がその長手方向に容易に移動できるよう
になる。
【0026】また、プラズマトーチ20と円筒ドラム1
0の間に孔開き板30を設けることにより、プラズマト
ーチ20から噴射される溶融状態の粉末が、孔31を通
ってテープ状基板40上に付着し、それ以外の部位、例
えば、溝12,12間のドラム外周面11の部位やころ
14などには付着しにくいようにすることができる。結
果として、テープ状基板40がその長手方向に移動しに
くくなるのを防止する効果がある。さらに、孔開き板を
用いることにより、過剰に溶射されることを防ぎ、酸化
物膜の厚さを均一化する効果がある。
【0027】図4はプラズマフレーム22の直下に位置
するドラム外周面11の断面図である。この部分のドラ
ム外周面11には、図2、図3に示すような溝12を設
けていない。これは、プラズマフレーム22の直下では
他の位置に比べて、溝12内の側壁13に溶融粉末が付
着しやすいためである。もし、この位置にも溝12を設
けた場合、側壁13に溶融粉末が付着して、テープ状基
板40が容易に移動できなくなるおそれがある。したが
ってプラズマフレーム22の直下の位置では、溝12を
設けない方が望ましい。
【0028】本実施例においては、テープ状基板40を
銀製としたが、基板40の材料は主成分としてAg、A
u、Cu、SrTiO3、MgO、Al23またはYS
Z(イットリウム安定化ジルコニア)の中から任意のも
のを選ぶことができる。また、円筒ドラム10の外径、
テープ状基板40の幅、厚さ、円筒ドラム10への巻数
についても、線材性能や製造作業に支障のない限り任意
に選ぶことができる。なお、溝12の幅はテープ状基板
40の幅より広ければ良いが、広くなり過ぎると溝12
の中でテープ状基板40が蛇行して、製造される超電導
線材の特性が低下するおそれがあるので、極端に広くす
ることは避けた方が良い。また、ころ14は、テープ状
基板40がその長手方向に容易に移動できるように設け
ているため、ころ14の胴長はテープ状基板40の幅方
向と一致するのが最も望ましい。
【0029】プラズマトーチ20と円筒ドラム40との
間に設ける孔開き板30についてはこの板30の材料
は、高温・高速のプラズマフレーム22が当たっても損
傷しない耐熱性、耐酸化性、機械的強度などが要求され
る。耐熱性ステンレス鋼や銅などが好適である。また、
この孔開き板30の外寸法について、その厚さは、プラ
ズマフレーム22が当たっても作業不能なほど変形しな
い程度で必要であり、またその長さ(テープ状基板40
の進行方向の寸法)は、プラズマフレーム22が外縁部
を越えないような長さが必要である。さらに、孔31の
形状・大きさについては、プラズマトーチ20から噴射
される溶融状態の粉末が、ドラム外周面11に巻き付い
ているテープ状基板40上にのみ付着するようになって
いることが最低限必要である。この条件を満たすために
は、孔31の、テープ状基板40の幅方向に対応する方
向の長さ(孔の幅)が、テープ状基板40の幅よりも短
いことが必要である。但し、この孔の幅は成膜される酸
化物層41の幅に対応するため、テープ状基板40の幅
よりも極端に狭くなるのは好ましくない。一方、孔31
の、テープ状基板40の長手方向に対応する方向の長さ
(孔の長さ)については、特に制約は無い。但し、溶射
される酸化物超電導体またはその原料を無駄なく使用す
る見地から、孔31の長さが、孔開き板30によるプラ
ズマフレーム22の切断面におけるプラズマ径より長い
ことが望ましい。孔開き板30の設置位置については、
プラズマトーチ20と円筒ドラム10との間にあれば良
いが、最も望ましくは、テープ状基板40上に付着して
いる酸化物膜41に接触しない範囲で、できるだけ円筒
ドラム10に近い位置に設置するのが望ましい。これに
よって、孔31を通過したプラズマフレーム23が、テ
ープ状基板40以外の部位に当たりにくくなる。(この
とき、プラズマフレーム22の進行方向に垂直な面にお
ける孔31の形状の投影図形が、ドラム外周面上のテー
プ状基板40の幅内に収まる。)その他、酸化物超電導
体については、前記化学式(1)〜(5)に示す物質の内か
ら選択可能である。
【0030】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
酸化物超電導線材の製造方法を、円筒ドラムに外周面に
形成したらせん状溝に長尺のテープの一部を巻きつけ、
円筒ドラムを非回転に固定した状態で、このテープを溝
中を摺動するように移動させながら、テープ進行方向に
ついて一定の位置でテープに酸化物超電導体となるべき
材料をプラズマトーチから溶射する方法としたので、適
宜厚さの溶射膜を有する長尺の酸化物超電導線材を連続
的に製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】酸化物超電導線材の製造装置の構成図である。
【図2】線材用テープ基板を巻きつけるガイド溝を設け
たドラム外周面の部分断面図である。
【図3】線材用テープ基板を巻きつける他のガイド溝を
設けたドラム外周面の部分断面図である。
【図4】酸化物を溶射するプラズマフレームと線材用テ
ープ基板周辺の断面図である。
【符号の説明】
10 円筒ドラム 11 円筒ドラムの外周面 12 溝 13 溝側壁 14 ころ 15 玉 20 プラズマトーチ 21 プラズマトーチ先端部 22 プラズマフレーム 23 孔を通過したプラズマフレーム 24 プラズマフレームの中心軸 30 孔開き板 31 孔 40 テープ状基板 41 酸化物層 50 テープ巻き取り用リール 60 テープ送り用リール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01B 12/06 ZAA H01B 12/06 ZAA (72)発明者 土井 俊哉 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 東山 和寿 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラズマ溶射法を用いて長尺の酸化物超
    電導線材を連続的に製造する方法であって、外周面にら
    せん状溝を設けた円筒ドラムに、該溝中に沿って前記線
    材の基部となる長尺のテープの一部を巻きつけ、前記円
    筒ドラムを非回転に固定し、前記テープを一端側から引
    っ張り他端側からフィードして該テープを溝中を摺動す
    るように移動させながら、テープ進行方向について一定
    の位置で前記円筒ドラムに巻きついたテープに酸化物超
    電導体となるべき材料をプラズマトーチから溶射するこ
    とを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記プラズマトーチを前記円筒ドラムの
    軸方向に往復移動させることを特徴とする請求項1記載
    の酸化物超電導線材の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記プラズマトーチと前記円筒ドラムの
    間に、前記らせん状溝のピッチに合わせた孔を有する孔
    開き板を設けたことを特徴とする請求項1または2に記
    載の酸化物超電導線材の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記らせん状溝の底部に一連のころを回
    転自在に設けたことを特徴とする請求項1、2または3
    に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記酸化物超電導体が下式で示されるこ
    とを特徴とする請求項1、2、3および4のいずれかに
    記載の酸化物超電導線材の製造方法。 【化1】
  6. 【請求項6】 前記酸化物超電導体が下式で示されるこ
    とを特徴とする請求項1、2、3および4いずれかに記
    載の酸化物超電導線材の製造方法。 【化2】
  7. 【請求項7】 前記酸化物超電導体が下式で示されるこ
    とを特徴とする請求項1、2、3および4のいずれかに
    記載の酸化物超電導線材の製造方法。 【化3】
  8. 【請求項8】 前記酸化物超電導体が下式で示されるこ
    とを特徴とする請求項1、2、3および4のいずれかに
    記載の酸化物超電導線材の製造方法。 【化4】
  9. 【請求項9】 前記酸化物超電導体が下式で示されるこ
    とを特徴とする請求項1、2、3および4いずれかに記
    載の酸化物超電導線材の製造方法。 【化5】
  10. 【請求項10】 前記テープの材料の主成分が、Ag,
    Au,Cu,SrTiO3,MgO,Al23またはイ
    ットリウム安定化ジルコニアであることを特徴とする請
    求項1、2、3および4いずれかに記載の酸化物超電導
    線材の製造方法。
  11. 【請求項11】 請求項1、2、3および4いずれかに
    記載の酸化物超電導線材の製造方法により製作された酸
    化物超電導コイル、酸化物超電導ケーブルまたは酸化物
    超電導電流リード。
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