JPH09129438A - 酸化物超電導コイル及びその製造方法 - Google Patents
酸化物超電導コイル及びその製造方法Info
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- JPH09129438A JPH09129438A JP7281288A JP28128895A JPH09129438A JP H09129438 A JPH09129438 A JP H09129438A JP 7281288 A JP7281288 A JP 7281288A JP 28128895 A JP28128895 A JP 28128895A JP H09129438 A JPH09129438 A JP H09129438A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】強磁場下での電磁力や熱処理時の変形及び反応
による超電導特性の劣化を抑制する、酸化物超電導コイ
ルの製造方法を提供する。 【解決手段】金属シース酸化物超電導線材と絶縁材を用
いた、Ｗ＆Ｒ方式の酸化物超電導コイルであり、耐熱合
金の熱処理時に生ずる酸化皮膜をコイルの絶縁として用
い、該コイルの熱処理時に発生する自重による変形を防
止するに必要十分であり、且つ電磁力にも十分耐え得る
強度を持ち合わす耐熱性合金を配置する。 【効果】本発明によれば、液体窒素，液体ヘリウムなど
の冷媒、あるいは冷凍機を用いて作動する酸化物超電導
コイルが実現できる。
による超電導特性の劣化を抑制する、酸化物超電導コイ
ルの製造方法を提供する。 【解決手段】金属シース酸化物超電導線材と絶縁材を用
いた、Ｗ＆Ｒ方式の酸化物超電導コイルであり、耐熱合
金の熱処理時に生ずる酸化皮膜をコイルの絶縁として用
い、該コイルの熱処理時に発生する自重による変形を防
止するに必要十分であり、且つ電磁力にも十分耐え得る
強度を持ち合わす耐熱性合金を配置する。 【効果】本発明によれば、液体窒素，液体ヘリウムなど
の冷媒、あるいは冷凍機を用いて作動する酸化物超電導
コイルが実現できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物超電導コイ
ルに係わり、特に金属シース酸化物超電導線材を使用し
たワインド・アンド・リアクト方式のコイル及びその製
造方法に関するものである。
ルに係わり、特に金属シース酸化物超電導線材を使用し
たワインド・アンド・リアクト方式のコイル及びその製
造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、酸化物超電導線材の製造方法とし
ては、超電導粉末、あるいはその前駆体粉末をＡｇなど
の金属シースに充填した後、伸線，圧延などの加工を施
すパウダー・イン・チューブ法あるいは超電導粉末を含
んだ懸濁液の中に基板を連続的に浸し、その両面に懸濁
液を付着させるディップコート法などが用いられてい
る。これらの方法により得られた線材を使用し、コイル
成型後に熱処理を施すワインド・アンド・リアクト方式
（Ｗ＆Ｒ）、あるいは熱処理後にコイル成型を行うリア
クト・アンド・ワインド方式（Ｒ＆Ｗ）によって製作さ
れた超電導コイルにおいて、４.２Ｋ では外部磁場なし
の条件下で３−４Ｔ級、また、２０Ｔを超える外部磁場
下でも１−２Ｔの磁場を発生するコイルが報告されてい
る。
ては、超電導粉末、あるいはその前駆体粉末をＡｇなど
の金属シースに充填した後、伸線，圧延などの加工を施
すパウダー・イン・チューブ法あるいは超電導粉末を含
んだ懸濁液の中に基板を連続的に浸し、その両面に懸濁
液を付着させるディップコート法などが用いられてい
る。これらの方法により得られた線材を使用し、コイル
成型後に熱処理を施すワインド・アンド・リアクト方式
（Ｗ＆Ｒ）、あるいは熱処理後にコイル成型を行うリア
クト・アンド・ワインド方式（Ｒ＆Ｗ）によって製作さ
れた超電導コイルにおいて、４.２Ｋ では外部磁場なし
の条件下で３−４Ｔ級、また、２０Ｔを超える外部磁場
下でも１−２Ｔの磁場を発生するコイルが報告されてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】酸化物超電導コイル
は、強い磁場下での大きな電磁力、あるいはコイル成型
後の熱処理工程における自重によるクリープ変形、さら
には超電導コアと絶縁材との熱的な反応などにより、素
線特性から見積もられた性能に至ることが困難であると
いう問題点があった。
は、強い磁場下での大きな電磁力、あるいはコイル成型
後の熱処理工程における自重によるクリープ変形、さら
には超電導コアと絶縁材との熱的な反応などにより、素
線特性から見積もられた性能に至ることが困難であると
いう問題点があった。
【０００４】さらに詳細には、２０Ｔの外部磁場中に
酸化物超電導コイルを組み込み、２００Ａの電流をコイ
ルに通電した結果、４０ＭＰａの電磁力を受けた時にコ
イルが破損すること、Ｗ＆Ｒ法を用いた大型コイルに
おいては、コイルが自重で熱的にクリープ変形するこ
と、超電導線材と共巻きするセラミックス製の絶縁材
が、熱処理工程において、該線材コア中の超電導体と反
応することで臨界電流密度（Ｊｃ）特性の劣化が生じ
る、という問題点があった。
酸化物超電導コイルを組み込み、２００Ａの電流をコイ
ルに通電した結果、４０ＭＰａの電磁力を受けた時にコ
イルが破損すること、Ｗ＆Ｒ法を用いた大型コイルに
おいては、コイルが自重で熱的にクリープ変形するこ
と、超電導線材と共巻きするセラミックス製の絶縁材
が、熱処理工程において、該線材コア中の超電導体と反
応することで臨界電流密度（Ｊｃ）特性の劣化が生じ
る、という問題点があった。
【０００５】本発明は、上記の問題点を考慮したもので
あり、強磁場下での電磁力や熱処理工程で発生する変形
及び反応などによる臨界電流密度（Ｊｃ）特性の劣化を
同時に防止することを可能にする、酸化物超電導コイル
及びその製造方法を提供することを目的とする。
あり、強磁場下での電磁力や熱処理工程で発生する変形
及び反応などによる臨界電流密度（Ｊｃ）特性の劣化を
同時に防止することを可能にする、酸化物超電導コイル
及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】高性能の酸化物超電導コ
イルを製造するためには、酸化物超電導コイルの使用温
度、あるいは熱処理温度における機械的な強度の向上、
及び酸化物超電導コイルを製作する際に使用する絶縁材
の検討が必要である。
イルを製造するためには、酸化物超電導コイルの使用温
度、あるいは熱処理温度における機械的な強度の向上、
及び酸化物超電導コイルを製作する際に使用する絶縁材
の検討が必要である。
【０００７】そこで本発明者等は、前記の如き実状に鑑
み鋭意検討した結果、以下の構成を有する酸化物超電導
コイルを発明するに至った。
み鋭意検討した結果、以下の構成を有する酸化物超電導
コイルを発明するに至った。
【０００８】即ち、本発明による酸化物超電導コイルの
製造方法は、金属シース酸化物超電導線材と絶縁材とを
共巻きした後、熱処理を施す、ワインド・アンド・リア
クト方式でコイルを製造する際、該絶縁材に予め熱処理
により酸化皮膜を形成した耐熱性合金を用いることを特
徴とする。
製造方法は、金属シース酸化物超電導線材と絶縁材とを
共巻きした後、熱処理を施す、ワインド・アンド・リア
クト方式でコイルを製造する際、該絶縁材に予め熱処理
により酸化皮膜を形成した耐熱性合金を用いることを特
徴とする。
【０００９】また、本発明による酸化物超電導コイルの
製造方法は、該耐熱合金の高温強度が熱処理工程におけ
るコイルの自重によるクリープ変形を防止するに必要十
分であり、且つ冷却後の電磁力によるフープ力にも十分
耐え得る強度を持ち合わすことを特徴とする。
製造方法は、該耐熱合金の高温強度が熱処理工程におけ
るコイルの自重によるクリープ変形を防止するに必要十
分であり、且つ冷却後の電磁力によるフープ力にも十分
耐え得る強度を持ち合わすことを特徴とする。
【００１０】また、本発明による酸化物超電導コイルの
製造方法は、金属シース酸化物超電導線材と耐熱性合金
を共巻きしてなる酸化物超電導コイルにおいて、該酸化
物超電導線材と耐熱性合金との中間層に、銀または銀基
合金を配置したことを特徴とする。
製造方法は、金属シース酸化物超電導線材と耐熱性合金
を共巻きしてなる酸化物超電導コイルにおいて、該酸化
物超電導線材と耐熱性合金との中間層に、銀または銀基
合金を配置したことを特徴とする。
【００１１】また、本発明による酸化物超電導コイルの
製造方法は、絶縁材に用いる耐熱性合金が酸化物超電導
線材との反応性が低い、ニッケル，クロム，銅，ニオ
ブ，マンガン，コバルト，鉄，アルミ，モリブデン，タ
ンタル，タングステン，ベリリウム，チタン，錫から選
ばれた金属を少なくとも１種以上含有していることを特
徴とする。
製造方法は、絶縁材に用いる耐熱性合金が酸化物超電導
線材との反応性が低い、ニッケル，クロム，銅，ニオ
ブ，マンガン，コバルト，鉄，アルミ，モリブデン，タ
ンタル，タングステン，ベリリウム，チタン，錫から選
ばれた金属を少なくとも１種以上含有していることを特
徴とする。
【００１２】また、本発明による酸化物超電導コイルの
製造方法は、４０ＭＰａ以上の電磁力が加わる条件下で
用いることを特徴とする。
製造方法は、４０ＭＰａ以上の電磁力が加わる条件下で
用いることを特徴とする。
【００１３】また、本発明による酸化物超電導コイルの
製造方法は、共に巻線する酸化物超電導線材、及び銀ま
たは銀基合金、及び耐熱性合金の幅が５％の範囲で一致
していることを特徴とする。
製造方法は、共に巻線する酸化物超電導線材、及び銀ま
たは銀基合金、及び耐熱性合金の幅が５％の範囲で一致
していることを特徴とする。
【００１４】また、本発明による酸化物超電導コイルの
製造方法は、金属シース酸化物超電導線材をパンケーキ
巻き、またはソレノイド巻きした後、熱処理を施して酸
化物超電導コイルを製造するに際し、該コイルの巻芯の
内側にヒータを設け、コイルの内側と外側の温度差を２
℃以内とした熱処理を行うことを特徴とする。
製造方法は、金属シース酸化物超電導線材をパンケーキ
巻き、またはソレノイド巻きした後、熱処理を施して酸
化物超電導コイルを製造するに際し、該コイルの巻芯の
内側にヒータを設け、コイルの内側と外側の温度差を２
℃以内とした熱処理を行うことを特徴とする。
【００１５】また、本発明による酸化物超電導コイルの
製造方法は、金属シース酸化物超電導平角線材、あるい
はテープ線材の表面に銀または銀基合金テープをスパイ
ラル状に巻き付けた後、耐熱性合金、あるいはＡｌ2Ｏ3
を主成分とした絶縁材を共に巻線することを特徴とす
る。
製造方法は、金属シース酸化物超電導平角線材、あるい
はテープ線材の表面に銀または銀基合金テープをスパイ
ラル状に巻き付けた後、耐熱性合金、あるいはＡｌ2Ｏ3
を主成分とした絶縁材を共に巻線することを特徴とす
る。
【００１６】また、本発明による酸化物超電導コイルの
製造方法は、金属シース酸化物超電導平角線材、あるい
はテープ線材の表面に銀または銀基合金テープを接着，
接合して一体化した後、耐熱性合金、あるいはＡｌ2Ｏ3
を主成分とした絶縁材をスパイラル状に巻き付けて巻線
することを特徴とする。
製造方法は、金属シース酸化物超電導平角線材、あるい
はテープ線材の表面に銀または銀基合金テープを接着，
接合して一体化した後、耐熱性合金、あるいはＡｌ2Ｏ3
を主成分とした絶縁材をスパイラル状に巻き付けて巻線
することを特徴とする。
【００１７】また、本発明による酸化物超電導コイルの
製造方法は、コイルの巻芯に、耐熱性合金を用いること
を特徴とする。
製造方法は、コイルの巻芯に、耐熱性合金を用いること
を特徴とする。
【００１８】また、本発明による酸化物超電導コイルに
用いる線材として、異なる２種以上の金属で被覆した酸
化物超電導多芯線材を、熱処理により合金化することを
特徴とする。
用いる線材として、異なる２種以上の金属で被覆した酸
化物超電導多芯線材を、熱処理により合金化することを
特徴とする。
【００１９】さらにまた、本発明による酸化物超電導コ
イルを強磁場中で使用する場合は、液体ヘリウムで冷却
された金属系超電導マグネットとの複合超電導マグネッ
トで用いることが効果的であり、電源から該マグネット
に電流を供給する酸化物超電導電流リードと、酸化物超
電導コイルでなる永久電流スイッチとの接続部の全てが
超電導化されていることを特徴とする。
イルを強磁場中で使用する場合は、液体ヘリウムで冷却
された金属系超電導マグネットとの複合超電導マグネッ
トで用いることが効果的であり、電源から該マグネット
に電流を供給する酸化物超電導電流リードと、酸化物超
電導コイルでなる永久電流スイッチとの接続部の全てが
超電導化されていることを特徴とする。
【００２０】酸化物超電導体の原料化合物としては、例
えばＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の場合には、イットリウム化
合物，バリウム化合物，銅化合物が用いられる。また、
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の場合には、ビスマス化
合物，ストロンチウム化合物，カルシウム化合物，銅化
合物を用い、必要に応じて鉛化合物，バリウム化合物が
用いられる。Ｔｌ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系及びＴｌ−
Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の場合には、タリウム化合物，
ストロンチウム化合物，バリウム化合物，カルシウム化
合物，銅化合物を用いる。必要に応じてビスマス化合
物，鉛化合物が用いられる。また、結晶成長を促進する
ため、これらにカリウム化合物等のアルカリ土類金属を
添加することもある。この他、Ｈｇ系超電導体やＡｇ系
超電導体などの酸化物超電導体を用いる場合において
も、これらに必要な化合物を用いる。各原料化合物は、
酸化物，水酸化物，炭酸塩，硝酸塩，ほう酸塩，酢酸塩
等の形で用いる。
えばＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の場合には、イットリウム化
合物，バリウム化合物，銅化合物が用いられる。また、
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の場合には、ビスマス化
合物，ストロンチウム化合物，カルシウム化合物，銅化
合物を用い、必要に応じて鉛化合物，バリウム化合物が
用いられる。Ｔｌ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系及びＴｌ−
Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の場合には、タリウム化合物，
ストロンチウム化合物，バリウム化合物，カルシウム化
合物，銅化合物を用いる。必要に応じてビスマス化合
物，鉛化合物が用いられる。また、結晶成長を促進する
ため、これらにカリウム化合物等のアルカリ土類金属を
添加することもある。この他、Ｈｇ系超電導体やＡｇ系
超電導体などの酸化物超電導体を用いる場合において
も、これらに必要な化合物を用いる。各原料化合物は、
酸化物，水酸化物，炭酸塩，硝酸塩，ほう酸塩，酢酸塩
等の形で用いる。
【００２１】酸化物超電導粉末の製造方法としては、そ
れぞれの化合物を粉砕，混合し、その混合物を焼成する
方法が挙げられる。この方法には、原料化合物のすべて
を一度に混合する方法や原料化合物の一部を予め混合し
た後、残りの原料粉末を混合する方法がある。
れぞれの化合物を粉砕，混合し、その混合物を焼成する
方法が挙げられる。この方法には、原料化合物のすべて
を一度に混合する方法や原料化合物の一部を予め混合し
た後、残りの原料粉末を混合する方法がある。
【００２２】酸化物超電導粉末の合成及び中間焼成に際
しての熱処理温度は、７００〜1200℃の範囲内が用いら
れる。また、必要に応じて部分溶融温度以上に加熱した
後、これを冷却する過程で、超電導相の結晶粒内に非超
電導相を分散させ最外層に非磁性の耐熱合金を構造補強
のために利用する。
しての熱処理温度は、７００〜1200℃の範囲内が用いら
れる。また、必要に応じて部分溶融温度以上に加熱した
後、これを冷却する過程で、超電導相の結晶粒内に非超
電導相を分散させ最外層に非磁性の耐熱合金を構造補強
のために利用する。
【００２３】酸化物超電導線材の作製方法は、これまで
に多くの方法が提案されているが、ここではその一例と
して線引き−圧延法について詳しく述べる。
に多くの方法が提案されているが、ここではその一例と
して線引き−圧延法について詳しく述べる。
【００２４】上述した様な方法で酸化物超電導体、ある
いは前駆体を合成した後、平均粒径０.００１〜０.０１
mm程度まで粉砕し、これを金属パイプに充填する。次
に、ドローベンチ，スエージャー，カセットローラーダ
イス、あるいは溝ロールを用いて断面減少率５〜２０％
の線引き加工を行いその後必要に応じて線材の多芯化を
行う。多芯化を行う方法は、丸断面形状あるいは六角断
面形状に伸線加工した線材を金属パイプに組み込み、上
述したような装置を用いて断面減少率５〜２０％で所定
の線径まで伸線する。ここまでの工程は、線材を所望の
形状にすると同時に、シース内に充填された超電導粉末
を高密度化する作用がある。
いは前駆体を合成した後、平均粒径０.００１〜０.０１
mm程度まで粉砕し、これを金属パイプに充填する。次
に、ドローベンチ，スエージャー，カセットローラーダ
イス、あるいは溝ロールを用いて断面減少率５〜２０％
の線引き加工を行いその後必要に応じて線材の多芯化を
行う。多芯化を行う方法は、丸断面形状あるいは六角断
面形状に伸線加工した線材を金属パイプに組み込み、上
述したような装置を用いて断面減少率５〜２０％で所定
の線径まで伸線する。ここまでの工程は、線材を所望の
形状にすると同時に、シース内に充填された超電導粉末
を高密度化する作用がある。
【００２５】次に、さらに緻密化を図るため、冷間ある
いは熱間圧延機で加工し、扁平断面のテープ状線材と
し、適切な温度や雰囲気で熱処理をすることによって高
い臨界電流密度を持った線材が得られる。また、より高
い電流密度を持つ線材を作製するには、圧延加工に際
し、線材の長手方向への伸びは最小限に留め、幅方向へ
の伸びを促進することが効果的であることを本発明者等
は実験により確認している。これは、超電導コア部の緻
密化が進むためである。使用用途によっては、圧延加工
を行わずに丸断面の線材を用いることもある。
いは熱間圧延機で加工し、扁平断面のテープ状線材と
し、適切な温度や雰囲気で熱処理をすることによって高
い臨界電流密度を持った線材が得られる。また、より高
い電流密度を持つ線材を作製するには、圧延加工に際
し、線材の長手方向への伸びは最小限に留め、幅方向へ
の伸びを促進することが効果的であることを本発明者等
は実験により確認している。これは、超電導コア部の緻
密化が進むためである。使用用途によっては、圧延加工
を行わずに丸断面の線材を用いることもある。
【００２６】酸化物超電導線材の最終的な熱処理温度と
しては、７００〜１０５０℃の範囲内が用いられる。こ
の線材は、目的に応じて１本以上複合させてコイル状に
巻いたり、リード線状やケーブル線材に成形して利用す
る。また、この熱処理過程で超電導体の特性を高めるた
め、熱処理雰囲気が材料によって選択される。例えば、
Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏx 系超電導体の場合、高い特性
を得るため最終熱処理の際には、低圧酸素雰囲気（例え
ば体積で１〜２０％Ｏ2 ）が選ばれる。しかしながら、
Ｔｌ2Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏx 系超電導体の場合には、酸素
分圧が高いほど特性が向上することから、例えば純酸素
雰囲気が選ばれる。
しては、７００〜１０５０℃の範囲内が用いられる。こ
の線材は、目的に応じて１本以上複合させてコイル状に
巻いたり、リード線状やケーブル線材に成形して利用す
る。また、この熱処理過程で超電導体の特性を高めるた
め、熱処理雰囲気が材料によって選択される。例えば、
Ｂｉ2Ｓｒ2Ｃａ1Ｃｕ2Ｏx 系超電導体の場合、高い特性
を得るため最終熱処理の際には、低圧酸素雰囲気（例え
ば体積で１〜２０％Ｏ2 ）が選ばれる。しかしながら、
Ｔｌ2Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏx 系超電導体の場合には、酸素
分圧が高いほど特性が向上することから、例えば純酸素
雰囲気が選ばれる。
【００２７】上述した方法以外にも、例えば溶射法，ド
クターブレード法，デイップコート法，スクリーン印刷
法，スプレーパイロリシス法、あるいはジェリーロール
法等で作製した線材を用いても同等の値を得ることは可
能である。
クターブレード法，デイップコート法，スクリーン印刷
法，スプレーパイロリシス法、あるいはジェリーロール
法等で作製した線材を用いても同等の値を得ることは可
能である。
【００２８】上述した超電導線材のシース材や基板材料
には、主に熱処理に際して腐食等の問題を考慮しなくて
すむ銀，金，パラジウム，白金，重量で１〜５０％の金
を含む銀基合金，重量で１〜５０％のパラジウム，マグ
ネシウム，チタン，マンガン，ニッケル，銅を含む銀ま
たは銀基合金等を用いる。また、必要に応じて最外層に
非磁性の耐熱合金を構造補強のために利用する。
には、主に熱処理に際して腐食等の問題を考慮しなくて
すむ銀，金，パラジウム，白金，重量で１〜５０％の金
を含む銀基合金，重量で１〜５０％のパラジウム，マグ
ネシウム，チタン，マンガン，ニッケル，銅を含む銀ま
たは銀基合金等を用いる。また、必要に応じて最外層に
非磁性の耐熱合金を構造補強のために利用する。
【００２９】酸化物超電導線材とともに巻合わせる絶縁
材は、コイル設計上密に巻線を行って発生磁場を高める
ことが重要であることから、絶縁層の厚みを０.３mm 以
下にすることが好ましく、さらに好ましくは０.１mm 以
下にまで薄くする。また、熱処理後に超電導特性を劣化
させないことはもちろん、絶縁性，密着性，強度及び耐
熱性も良好であることが重要である。
材は、コイル設計上密に巻線を行って発生磁場を高める
ことが重要であることから、絶縁層の厚みを０.３mm 以
下にすることが好ましく、さらに好ましくは０.１mm 以
下にまで薄くする。また、熱処理後に超電導特性を劣化
させないことはもちろん、絶縁性，密着性，強度及び耐
熱性も良好であることが重要である。
【００３０】本発明において、金属系超電導マグネット
の内層に酸化物超電導コイルを具備する構造にすること
で、より強い磁場を発生する超電導マグネットが実現で
きる。このときの金属系超電導体としては、ＮｂＴｉ系
合金，Ｎｂ3Ｓｎ 系化合物，Ｎｂ3Ａｌ系化合物，Ｖ3Ｇ
ａ系，シェブレル系化合物を用い、必要に応じて２種以
上のマグネットを配置する。内層に具備する酸化物超電
導体は、ビスマス系超電導体が望ましい。それがパンケ
ーキコイルで、コイル間で特性にばらつきがある場合、
コイルの高さ方向において、両端より磁場の高い中心部
に特性の高いコイルを配置する。これにより、１８Ｔを
越える強い磁場を発生することが可能な超電導マグネッ
トを容易に得ることができる。
の内層に酸化物超電導コイルを具備する構造にすること
で、より強い磁場を発生する超電導マグネットが実現で
きる。このときの金属系超電導体としては、ＮｂＴｉ系
合金，Ｎｂ3Ｓｎ 系化合物，Ｎｂ3Ａｌ系化合物，Ｖ3Ｇ
ａ系，シェブレル系化合物を用い、必要に応じて２種以
上のマグネットを配置する。内層に具備する酸化物超電
導体は、ビスマス系超電導体が望ましい。それがパンケ
ーキコイルで、コイル間で特性にばらつきがある場合、
コイルの高さ方向において、両端より磁場の高い中心部
に特性の高いコイルを配置する。これにより、１８Ｔを
越える強い磁場を発生することが可能な超電導マグネッ
トを容易に得ることができる。
【００３１】このようにして、所望の構造に加工された
導体は、コイル，電流リード，ケーブル等として加工閉
経された後、巻線後に熱処理が行われる。超電導線材
は、超電導マグネットのほか、ケーブル，電流リード，
ＭＲＩ装置，ＮＭＲ装置，SMES装置，超電導発電機，超
電導モータ，磁気浮上列車，超電導電磁推進船，超電導
変圧器等に用いることができる。また、その使用温度が
液体窒素温度以上であれば、一層効果的である。
導体は、コイル，電流リード，ケーブル等として加工閉
経された後、巻線後に熱処理が行われる。超電導線材
は、超電導マグネットのほか、ケーブル，電流リード，
ＭＲＩ装置，ＮＭＲ装置，SMES装置，超電導発電機，超
電導モータ，磁気浮上列車，超電導電磁推進船，超電導
変圧器等に用いることができる。また、その使用温度が
液体窒素温度以上であれば、一層効果的である。
【００３２】本発明の酸化物超電導コイルの製造方法に
よると、従来生じていた強磁場下での電磁力や熱処理工
程で発生する変形及び反応等によるＪｃ特性の劣化の問
題が解消される。なお、酸化物超電導コイルの絶縁材に
用いる耐熱性合金は加工性に優れる場合が多いため、テ
ープ状やファイバー状のセラミックス絶縁材に比べコイ
ルの超電導体占積率も増加することが比較的容易となる
利点も持つ。
よると、従来生じていた強磁場下での電磁力や熱処理工
程で発生する変形及び反応等によるＪｃ特性の劣化の問
題が解消される。なお、酸化物超電導コイルの絶縁材に
用いる耐熱性合金は加工性に優れる場合が多いため、テ
ープ状やファイバー状のセラミックス絶縁材に比べコイ
ルの超電導体占積率も増加することが比較的容易となる
利点も持つ。
【００３３】また、金属シース酸化物超電導線材と共巻
きする耐熱性合金の中間層に、銀または銀基合金を配置
した酸化物超電導コイルを製造することにより、酸化物
超電導線材のコアの成分と耐熱性合金に含有される成分
による超電導特性劣化の問題を解決することが可能とな
る。
きする耐熱性合金の中間層に、銀または銀基合金を配置
した酸化物超電導コイルを製造することにより、酸化物
超電導線材のコアの成分と耐熱性合金に含有される成分
による超電導特性劣化の問題を解決することが可能とな
る。
【００３４】また、コイルの巻線作成を考えた場合、特
にパンケーキ型のコイルにおいては、超電導線材と銀ま
たは銀基合金テープ、及び耐熱性合金の幅は５％の範囲
で一致していることが望ましい。例えば、線材の幅が５
mmなら、それ以外のものは、４.７５mm〜５.２５mmの範
囲内とする。
にパンケーキ型のコイルにおいては、超電導線材と銀ま
たは銀基合金テープ、及び耐熱性合金の幅は５％の範囲
で一致していることが望ましい。例えば、線材の幅が５
mmなら、それ以外のものは、４.７５mm〜５.２５mmの範
囲内とする。
【００３５】また、コイルの熱処理方法として、コイル
の巻芯の内側にヒータを設け、コイルの内側と外側の温
度差を２℃以内とすることで、コイルの臨界電流密度の
ばらつきを大幅に抑制することが可能となることを本発
明者等は実験により確認している。
の巻芯の内側にヒータを設け、コイルの内側と外側の温
度差を２℃以内とすることで、コイルの臨界電流密度の
ばらつきを大幅に抑制することが可能となることを本発
明者等は実験により確認している。
【００３６】また、銀または銀基合金テープ、あるいは
耐熱性合金またはＡｌ2Ｏ3を主成分とした絶縁材を酸化
物超電導平角線材，テープ線材の表面にスパイラル状に
巻き付けた後、コイル巻線を行うことによっても、超電
導コアの成分と耐熱性合金に含有される成分との反応の
問題を解消できる。
耐熱性合金またはＡｌ2Ｏ3を主成分とした絶縁材を酸化
物超電導平角線材，テープ線材の表面にスパイラル状に
巻き付けた後、コイル巻線を行うことによっても、超電
導コアの成分と耐熱性合金に含有される成分との反応の
問題を解消できる。
【００３７】さらに、異なる２種以上の金属で被覆した
酸化物超電導多芯線材を、熱処理により合金化した合金
シース酸化物超電導線材を作製することにより、合金シ
ース線材の長尺化がＫｍ級まで可能となった。これは、
例えば電流リード等の応用を考えた場合、シース材を合
金化し高抵抗化を図る必要があるが、Ａｇ−Ａｕ合金を
用いることを想定すると、パウダー・イン・チューブ法
による多芯線材の作製を行う際、粉末の充填から合金シ
ースを使用すると、シースが加工硬化し、加工の途中で
断線する問題があった。しかし、粉末を充填するシース
材にＡｇシースを用い、これを伸線加工して得られたＡ
ｇシース／単芯線を組み込むシース材にＡｕシースを用
い、これらを目的とする組成比や配合比になるように各
々組み合わせ、熱処理によって合金化することにより、
線材の長尺化が可能となった。
酸化物超電導多芯線材を、熱処理により合金化した合金
シース酸化物超電導線材を作製することにより、合金シ
ース線材の長尺化がＫｍ級まで可能となった。これは、
例えば電流リード等の応用を考えた場合、シース材を合
金化し高抵抗化を図る必要があるが、Ａｇ−Ａｕ合金を
用いることを想定すると、パウダー・イン・チューブ法
による多芯線材の作製を行う際、粉末の充填から合金シ
ースを使用すると、シースが加工硬化し、加工の途中で
断線する問題があった。しかし、粉末を充填するシース
材にＡｇシースを用い、これを伸線加工して得られたＡ
ｇシース／単芯線を組み込むシース材にＡｕシースを用
い、これらを目的とする組成比や配合比になるように各
々組み合わせ、熱処理によって合金化することにより、
線材の長尺化が可能となった。
【００３８】さらに、液体ヘリウムで冷却された金属系
超電導マグネットと、酸化物超電導コイルの複合超電導
マグネットの発生磁場が１８Ｔ以上であり、これに酸化
物超電導電流リード及び酸化物超電導コイルでなる永久
電流スイッチが取り付けられた超電導マグネットシステ
ムの接続部の全てが超電導接続であれば効果的である。
このとき、超電導マグネットの内層に具備された酸化物
超電導コイルと酸化物超電導リードと永久電流スイッチ
との接続部を極力減らすことが接続抵抗の低減につなが
る。このため、それらが連続体で構成されていることが
一層望ましい。このシステムにより、液体ヘリウムのロ
スが小さく、高効率化が実現できる。なお、上記永久電
流スイッチは、熱を加える熱式スイッチ、あるいは磁場
を加える磁気式スイッチのいずれでもよい。
超電導マグネットと、酸化物超電導コイルの複合超電導
マグネットの発生磁場が１８Ｔ以上であり、これに酸化
物超電導電流リード及び酸化物超電導コイルでなる永久
電流スイッチが取り付けられた超電導マグネットシステ
ムの接続部の全てが超電導接続であれば効果的である。
このとき、超電導マグネットの内層に具備された酸化物
超電導コイルと酸化物超電導リードと永久電流スイッチ
との接続部を極力減らすことが接続抵抗の低減につなが
る。このため、それらが連続体で構成されていることが
一層望ましい。このシステムにより、液体ヘリウムのロ
スが小さく、高効率化が実現できる。なお、上記永久電
流スイッチは、熱を加える熱式スイッチ、あるいは磁場
を加える磁気式スイッチのいずれでもよい。
【００３９】さらに、巻線後に熱処理を行うＷ＆Ｒ法に
よるコイル化の際、通常のセラミックス不織布や繊維を
コイルの絶縁材として使用した場合、焼成工程において
超電導線材と絶縁材とが反応し、超電導特性が劣化する
ことが明らかとなっている。この原因は、通常のセラミ
ックス不織布や繊維には、酸性の高いＳｉＯ2 が約５０
重量％含有されているため、超電導線材内のアルカリ土
類金属であるＳｒやＣａ等と反応しやすくなるためであ
る。
よるコイル化の際、通常のセラミックス不織布や繊維を
コイルの絶縁材として使用した場合、焼成工程において
超電導線材と絶縁材とが反応し、超電導特性が劣化する
ことが明らかとなっている。この原因は、通常のセラミ
ックス不織布や繊維には、酸性の高いＳｉＯ2 が約５０
重量％含有されているため、超電導線材内のアルカリ土
類金属であるＳｒやＣａ等と反応しやすくなるためであ
る。
【００４０】このため、線材のターン間に用いる絶縁材
は耐熱性の酸素イオン強度化が0.5〜２.５ の範囲内の
酸化物を少なくとも１種以上含有し、且つその含有率が
９０〜１００重量％であるセラミックス不織布や繊維を
用いることが望ましい。酸素イオン強度比とは、イオン
の荷電数及びイオン半径で決定される強さの尺度であ
り、一般に、酸素イオン強度比が小さい塩基性酸化物同
士や酸素イオン強度比が大きい酸性酸化物同士は反応し
にくく、塩基性と酸性の酸化物は著しく反応しやすいこ
とが知られている。実際のコイルでの反応は、加工時に
発生する被覆材のピンホールを介して起きているものと
推察される。
は耐熱性の酸素イオン強度化が0.5〜２.５ の範囲内の
酸化物を少なくとも１種以上含有し、且つその含有率が
９０〜１００重量％であるセラミックス不織布や繊維を
用いることが望ましい。酸素イオン強度比とは、イオン
の荷電数及びイオン半径で決定される強さの尺度であ
り、一般に、酸素イオン強度比が小さい塩基性酸化物同
士や酸素イオン強度比が大きい酸性酸化物同士は反応し
にくく、塩基性と酸性の酸化物は著しく反応しやすいこ
とが知られている。実際のコイルでの反応は、加工時に
発生する被覆材のピンホールを介して起きているものと
推察される。
【００４１】以上述べたように、本発明によれば、強磁
場下での電磁力や熱処理時の反応及び変形によるＪｃ特
性の劣化を防止し、コイル化した後も１００％の素線性
能を発揮することが可能となる酸化物超電導コイルを製
造することができる。
場下での電磁力や熱処理時の反応及び変形によるＪｃ特
性の劣化を防止し、コイル化した後も１００％の素線性
能を発揮することが可能となる酸化物超電導コイルを製
造することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】以下に本発明を実施例により具体
的に説明する。
的に説明する。
【００４３】［実施例１］Ｂｉ2Ｏ3，ＳｒＯ，ＣａＯ及
びＣｕＯの各酸化物を出発原料とし、Ｂｉ，Ｓｒ，Ｃ
ａ，Ｃｕの原子モル比がそれぞれ２.００：２.００：
１.００：２.００となるように秤量した。これに、純水
を加え遠心ボールミルで１時間混合した後、脱水，乾燥
処理後、８４０℃，２０時間の熱処理を大気中で行い、
Ｂｉ−２２１２超電導粉末を得た。粉末Ｘ線回折及び走
査型電子顕微鏡観察結果から、超電導相以外のＳｒＯ，
ＣｕＯの異相も若干認められた。
びＣｕＯの各酸化物を出発原料とし、Ｂｉ，Ｓｒ，Ｃ
ａ，Ｃｕの原子モル比がそれぞれ２.００：２.００：
１.００：２.００となるように秤量した。これに、純水
を加え遠心ボールミルで１時間混合した後、脱水，乾燥
処理後、８４０℃，２０時間の熱処理を大気中で行い、
Ｂｉ−２２１２超電導粉末を得た。粉末Ｘ線回折及び走
査型電子顕微鏡観察結果から、超電導相以外のＳｒＯ，
ＣｕＯの異相も若干認められた。
【００４４】得られた粉末を平均粒径０.０１mm 以下に
なるようにＡｒガス気流中のらいかい機で粉砕し、外径
６.０mm，内径５.０mmのＡｇパイプに充填した。その
後、ドローベンチで断面減少率１１〜１３％の加工を施
し、外径１.０３mm まで線引きした。これを、１９等分
長さに切断し、外径６.０mm，内径５.２mmのＡｇパイプ
に１９本組み込んだ後、ドローベンチと圧延機を用い
て、冷間で断面減少率１１〜１３％の加工を施し、最終
的に厚さ０.１１〜０.１３mm，幅４.８〜５.２mm，長さ
５０ｍのＢｉ−２２１２／１９芯テープ状Ａｇシース線
材を得た。単芯及び多芯線材の加工途中には、３５０
℃，３０分の焼鈍を適宜１〜３回行った。
なるようにＡｒガス気流中のらいかい機で粉砕し、外径
６.０mm，内径５.０mmのＡｇパイプに充填した。その
後、ドローベンチで断面減少率１１〜１３％の加工を施
し、外径１.０３mm まで線引きした。これを、１９等分
長さに切断し、外径６.０mm，内径５.２mmのＡｇパイプ
に１９本組み込んだ後、ドローベンチと圧延機を用い
て、冷間で断面減少率１１〜１３％の加工を施し、最終
的に厚さ０.１１〜０.１３mm，幅４.８〜５.２mm，長さ
５０ｍのＢｉ−２２１２／１９芯テープ状Ａｇシース線
材を得た。単芯及び多芯線材の加工途中には、３５０
℃，３０分の焼鈍を適宜１〜３回行った。
【００４５】図１に示すように、得られたＢｉ−２２１
２酸化物超電導線材１と８００℃の熱処理で表面に絶縁
膜を形成した厚さ０.０３mm，幅５.１mmのハステロイＸ
テープ２を用いて、線材１に１０kgｆ／mm2 の張力、ま
た、ハステロイＸテープ２には２０kgｆ／mm2 の張力を
それぞれ加えながら、巻芯であるＡｇリング３にパンケ
ーキ状に巻合わせ、外径４５mmのパンケーキコイルを製
作した。コイルの断面図を図２に示す。なお、絶縁膜の
抵抗値はＭΩ級であり、コイルの絶縁性は十分であっ
た。
２酸化物超電導線材１と８００℃の熱処理で表面に絶縁
膜を形成した厚さ０.０３mm，幅５.１mmのハステロイＸ
テープ２を用いて、線材１に１０kgｆ／mm2 の張力、ま
た、ハステロイＸテープ２には２０kgｆ／mm2 の張力を
それぞれ加えながら、巻芯であるＡｇリング３にパンケ
ーキ状に巻合わせ、外径４５mmのパンケーキコイルを製
作した。コイルの断面図を図２に示す。なお、絶縁膜の
抵抗値はＭΩ級であり、コイルの絶縁性は十分であっ
た。
【００４６】製作したコイルを純酸素雰囲気中で８８０
℃まで４時間で昇温し、８８０℃，１０分の部分溶融熱
処理後、０.２５ ℃／分の速度で８１５℃まで降温した
後、その後室温まで３時間で降温した。さらに、超電導
特性を高めるため低圧酸素雰囲気（５vol％Ｏ2）中で８
００℃，２０時間のアニール処理を行い、Ｂｉ−2212超
電導コイルを得た。このようにして、パンケーキコイル
を６個製作した後、６個のコイルを積層し、８００℃／
１０時間の拡散接合による接続処理を施した。接続部
は、Ｂｉ−２２１２超電導テープ線を３枚用いた。熱処
理後、室温において１０Ａの通電を行った結果、発生磁
場は設計値と一致した。よって、コイル間や線材間での
短絡はないと言える。また、コイル形状は、熱処理前後
で全く変化しておらず、熱歪み等による変形も認められ
なかった。
℃まで４時間で昇温し、８８０℃，１０分の部分溶融熱
処理後、０.２５ ℃／分の速度で８１５℃まで降温した
後、その後室温まで３時間で降温した。さらに、超電導
特性を高めるため低圧酸素雰囲気（５vol％Ｏ2）中で８
００℃，２０時間のアニール処理を行い、Ｂｉ−2212超
電導コイルを得た。このようにして、パンケーキコイル
を６個製作した後、６個のコイルを積層し、８００℃／
１０時間の拡散接合による接続処理を施した。接続部
は、Ｂｉ−２２１２超電導テープ線を３枚用いた。熱処
理後、室温において１０Ａの通電を行った結果、発生磁
場は設計値と一致した。よって、コイル間や線材間での
短絡はないと言える。また、コイル形状は、熱処理前後
で全く変化しておらず、熱歪み等による変形も認められ
なかった。
【００４７】同時に熱処理した長さ５０mmの短尺線の零
磁場における臨界電流を四端子抵抗法にて２０Ｋと４.
２Ｋ で測定したところ、２０Ｋでは９５Ａ、４.２ Ｋ
では１３４Ａであった。なお、このときの臨界電流の定
義は、１μＶ／cmとした。
磁場における臨界電流を四端子抵抗法にて２０Ｋと４.
２Ｋ で測定したところ、２０Ｋでは９５Ａ、４.２ Ｋ
では１３４Ａであった。なお、このときの臨界電流の定
義は、１μＶ／cmとした。
【００４８】さらに、本コイルの臨界電流を外部磁界零
の条件下で四端子抵抗法にて２０Ｋと４.２Ｋで測定し
た。その結果、２０Ｋで８２Ａ，４.２Ｋでは１０５Ａ
であった。コイルの方が特性が低いのは、自己磁場の影
響であると考えられる。なお、このときの臨界電流の定
義は、１×１０-13Ω・ｍとした。
の条件下で四端子抵抗法にて２０Ｋと４.２Ｋで測定し
た。その結果、２０Ｋで８２Ａ，４.２Ｋでは１０５Ａ
であった。コイルの方が特性が低いのは、自己磁場の影
響であると考えられる。なお、このときの臨界電流の定
義は、１×１０-13Ω・ｍとした。
【００４９】次に、２１Ｔの外部磁場を印加し、コイル
の臨界電流を四端子抵抗法を用いて４.２ Ｋの温度で測
定した。また、ホール素子を用いて、コイル中心部の発
生磁場も同時に実測した。その結果、４.２ Ｋでの臨界
電流は５０Ａであり、そのときの発生磁場は０.８３ Ｔ
を実測した。この値は、設計値と一致した。このとき、
酸化物超電導コイルに加わった電磁力は最大で５０ＭＰ
ａであった。
の臨界電流を四端子抵抗法を用いて４.２ Ｋの温度で測
定した。また、ホール素子を用いて、コイル中心部の発
生磁場も同時に実測した。その結果、４.２ Ｋでの臨界
電流は５０Ａであり、そのときの発生磁場は０.８３ Ｔ
を実測した。この値は、設計値と一致した。このとき、
酸化物超電導コイルに加わった電磁力は最大で５０ＭＰ
ａであった。
【００５０】測定後に、コイルの外観観察を行ったとこ
ろ、電磁力や冷却における変形等は特に認められなかっ
た。
ろ、電磁力や冷却における変形等は特に認められなかっ
た。
【００５１】［実施例２］実施例１におけるパンケーキ
コイルの絶縁材を厚さ０.１mm，幅５.０５mmの９７ｗｔ
％Ａｌ2Ｏ3含有絶縁紙に変えた以外は、実施例１と全く
同様にして、Ｂｉ−２２１２超電導コイルを６個製作し
た。
コイルの絶縁材を厚さ０.１mm，幅５.０５mmの９７ｗｔ
％Ａｌ2Ｏ3含有絶縁紙に変えた以外は、実施例１と全く
同様にして、Ｂｉ−２２１２超電導コイルを６個製作し
た。
【００５２】その後、６個のコイルを積層し、８００℃
／１０時間の拡散接合による接続処理を施した。接続部
には、Ｂｉ−２２１２超電導テープ線を３枚用いた。熱
処理後のコイル形状を観察した結果、コイル形状の変化
は認められなかった。室温において１０Ａの通電を行っ
た結果、設計値の９７％の発生磁場であった。
／１０時間の拡散接合による接続処理を施した。接続部
には、Ｂｉ−２２１２超電導テープ線を３枚用いた。熱
処理後のコイル形状を観察した結果、コイル形状の変化
は認められなかった。室温において１０Ａの通電を行っ
た結果、設計値の９７％の発生磁場であった。
【００５３】さらに、本コイルの臨界電流を外部磁界零
の条件下で四端子抵抗法にて２０Ｋと４.２Ｋで測定し
た。その結果、２０Ｋで８１Ａ，４.２Ｋでは１１７Ａ
であった。なお、このときの臨界電流の定義は、１×１
０-13Ω・ｍとした。
の条件下で四端子抵抗法にて２０Ｋと４.２Ｋで測定し
た。その結果、２０Ｋで８１Ａ，４.２Ｋでは１１７Ａ
であった。なお、このときの臨界電流の定義は、１×１
０-13Ω・ｍとした。
【００５４】次に、特にコイルの補強を行わずに、２１
Ｔの外部磁場を印加しコイルの臨界電流を四端子抵抗法
を用いて４.２ Ｋの温度で測定した。また、ホール素子
を用いて、コイル中心部の発生磁場も同時に実測した。
その結果、４.２ Ｋでの臨界電流は１２Ａであり、Ｖ−
Ｉ曲線の電圧の立ち上がり具合も緩やかな勾配であっ
た。
Ｔの外部磁場を印加しコイルの臨界電流を四端子抵抗法
を用いて４.２ Ｋの温度で測定した。また、ホール素子
を用いて、コイル中心部の発生磁場も同時に実測した。
その結果、４.２ Ｋでの臨界電流は１２Ａであり、Ｖ−
Ｉ曲線の電圧の立ち上がり具合も緩やかな勾配であっ
た。
【００５５】測定後に、コイルの外観観察を行ったとこ
ろ、電磁力による変形が明らかに認められた。
ろ、電磁力による変形が明らかに認められた。
【００５６】［実施例３］実施例１と同様にして得られ
たＢｉ−２２１２超電導粉末を外径６.０ mm，内径５.
０ mmのＡｇパイプに充填した。その後、ドローベンチ
で断面減少率１１〜１３％の加工を施し、最後に最長径
０.９６ mmの六角ダイスで線引きした。これを５５等分
長さに切断し、外径８.３mm，内径７.２mmのＡｇパイプ
に５５本、外径０.５ mmのＡｇ線を６本組み込んだ後、
ドローベンチと圧延機を用いて、冷間で断面減少率１１
〜１３％の加工を施し、最終的に厚さ０.１１〜０.１３
mm，幅４.８〜５.２mm，長さ５０ｍのＢｉ−２２１２／
５５芯テープ状Ａｇシース線材を得た。単芯及び多芯線
材の加工途中には、３５０℃，３０分の焼鈍を適宜１〜
３回行った。
たＢｉ−２２１２超電導粉末を外径６.０ mm，内径５.
０ mmのＡｇパイプに充填した。その後、ドローベンチ
で断面減少率１１〜１３％の加工を施し、最後に最長径
０.９６ mmの六角ダイスで線引きした。これを５５等分
長さに切断し、外径８.３mm，内径７.２mmのＡｇパイプ
に５５本、外径０.５ mmのＡｇ線を６本組み込んだ後、
ドローベンチと圧延機を用いて、冷間で断面減少率１１
〜１３％の加工を施し、最終的に厚さ０.１１〜０.１３
mm，幅４.８〜５.２mm，長さ５０ｍのＢｉ−２２１２／
５５芯テープ状Ａｇシース線材を得た。単芯及び多芯線
材の加工途中には、３５０℃，３０分の焼鈍を適宜１〜
３回行った。
【００５７】図１に示すように、Ｂｉ−２２１２酸化物
超電導線材１と８００℃の熱処理で表面に酸化皮膜を形
成した耐熱合金２である厚さ０.０３mm，幅５.２mmのヘ
インズアロイ（Ｎo.２３０）テープを用いて、実施例１
と同様に外径１００mmのパンケーキコイルを製作した。
なお、絶縁膜の抵抗値はＭΩ級であり、コイルの絶縁性
は十分であった。
超電導線材１と８００℃の熱処理で表面に酸化皮膜を形
成した耐熱合金２である厚さ０.０３mm，幅５.２mmのヘ
インズアロイ（Ｎo.２３０）テープを用いて、実施例１
と同様に外径１００mmのパンケーキコイルを製作した。
なお、絶縁膜の抵抗値はＭΩ級であり、コイルの絶縁性
は十分であった。
【００５８】パンケーキコイルを１２個製作した後、ま
ずコイルを２個ずつ６組に分け、それぞれＢｉ−２２１
２接続用酸化物超電導線材４を３枚用いて、巻芯３の内
側を接続し、２段パンケーキコイルとした。その後、６
組を積層し、外側の接続処理を施した。接続処理は、８
００℃／１０時間とし、拡散接合による接続とした。さ
らに今回は、それぞれのコイル間に図３に示すような、
酸化皮膜を形成した耐熱合金５である厚さ０.１ mmのSU
S310板５をはさみこみ、熱処理を施した。最終熱処理
後、室温において１０Ａの通電を行った結果、発生磁場
は設計値と一致した。これにより、本コイルにおける短
絡はないものと言える。また、コイル形状は、熱処理前
後で全く変化しておらず、熱歪み等による変形も認めら
れなかった。このことから、巻芯とＳＵＳ板でコイルの
全荷重を支持したことが分かる。同時に熱処理した長さ
５０mmの短尺線の零磁場における臨界電流を四端子抵抗
法にて４.２ Ｋで測定したところ１２２Ａであった。な
お、このときの臨界電流の定義は、１μＡ／cmとした。
ずコイルを２個ずつ６組に分け、それぞれＢｉ−２２１
２接続用酸化物超電導線材４を３枚用いて、巻芯３の内
側を接続し、２段パンケーキコイルとした。その後、６
組を積層し、外側の接続処理を施した。接続処理は、８
００℃／１０時間とし、拡散接合による接続とした。さ
らに今回は、それぞれのコイル間に図３に示すような、
酸化皮膜を形成した耐熱合金５である厚さ０.１ mmのSU
S310板５をはさみこみ、熱処理を施した。最終熱処理
後、室温において１０Ａの通電を行った結果、発生磁場
は設計値と一致した。これにより、本コイルにおける短
絡はないものと言える。また、コイル形状は、熱処理前
後で全く変化しておらず、熱歪み等による変形も認めら
れなかった。このことから、巻芯とＳＵＳ板でコイルの
全荷重を支持したことが分かる。同時に熱処理した長さ
５０mmの短尺線の零磁場における臨界電流を四端子抵抗
法にて４.２ Ｋで測定したところ１２２Ａであった。な
お、このときの臨界電流の定義は、１μＡ／cmとした。
【００５９】さらに、本コイルの臨界電流を外部磁界零
の条件下で四端子抵抗法にて４.２Ｋで測定した。その
結果、４.２ Ｋでは９６Ａであった。このときの臨界電
流の定義は、１×１０-13Ω・ｍとした。
の条件下で四端子抵抗法にて４.２Ｋで測定した。その
結果、４.２ Ｋでは９６Ａであった。このときの臨界電
流の定義は、１×１０-13Ω・ｍとした。
【００６０】次に、１８Ｔの外部磁場を印加し、コイル
の臨界電流を四端子抵抗法を用いて４.２ Ｋの温度で測
定した。また、ホール素子を用いて、コイル中心部の発
生磁場も同時に実測した。その結果、４.２ Ｋでの臨界
電流は４４Ａであり、そのときの発生磁場は２.２ Ｔを
実測した。この値は、設計値と一致した。このとき、酸
化物超電導コイルに加わった電磁力は、最大で４３ＭＰ
ａであった。
の臨界電流を四端子抵抗法を用いて４.２ Ｋの温度で測
定した。また、ホール素子を用いて、コイル中心部の発
生磁場も同時に実測した。その結果、４.２ Ｋでの臨界
電流は４４Ａであり、そのときの発生磁場は２.２ Ｔを
実測した。この値は、設計値と一致した。このとき、酸
化物超電導コイルに加わった電磁力は、最大で４３ＭＰ
ａであった。
【００６１】測定後に、コイルの外観観察を行ったとこ
ろ、電磁力や磁却における変形等は特に認められなかっ
た。
ろ、電磁力や磁却における変形等は特に認められなかっ
た。
【００６２】［実施例４］実施例３におけるパンケーキ
コイルの絶縁材を厚さ０.１mm，幅５.０５mmのセラミッ
クス絶縁テープ（７０ｗｔ％Ａｌ2Ｏ3−３０ｗｔ％Ｓｉ
Ｏ2 ）に変え、コイル間にSUS310板を用いなかった以外
は、実施例２と全く同様にして、Ｂｉ−２２１２超電導
コイルを１２個製作した。
コイルの絶縁材を厚さ０.１mm，幅５.０５mmのセラミッ
クス絶縁テープ（７０ｗｔ％Ａｌ2Ｏ3−３０ｗｔ％Ｓｉ
Ｏ2 ）に変え、コイル間にSUS310板を用いなかった以外
は、実施例２と全く同様にして、Ｂｉ−２２１２超電導
コイルを１２個製作した。
【００６３】その後、２段，６組の１２個のコイルを積
層し、８００℃／１０時間の拡散接合による接続処理を
施した。接続部には、Ｂｉ−２２１２超電導テープ線を
３枚用いた。熱処理後のコイル形状を観察した結果、コ
イル自身の自重によって若干クリープ変形しており、コ
イルの外側ほど変形が大きくなる傾向が認められた。実
施例３と比較すると、耐熱性合金を用いたなかったこと
により、コイルの荷重を支えきれなかったことが分かっ
た。
層し、８００℃／１０時間の拡散接合による接続処理を
施した。接続部には、Ｂｉ−２２１２超電導テープ線を
３枚用いた。熱処理後のコイル形状を観察した結果、コ
イル自身の自重によって若干クリープ変形しており、コ
イルの外側ほど変形が大きくなる傾向が認められた。実
施例３と比較すると、耐熱性合金を用いたなかったこと
により、コイルの荷重を支えきれなかったことが分かっ
た。
【００６４】また、室温において１０Ａの通電を行った
結果、設計値の６０％の発生磁場しか得られなかった。
このことから、明らかにコイルの大型化による変形が短
絡を発生させた原因と考えられる。コイルの外側終端か
らほどいて線材の外観検査を行った結果、線材の短絡
は、熱処理中に変形が大きかったコイルの外側で発生し
たことが分かった。
結果、設計値の６０％の発生磁場しか得られなかった。
このことから、明らかにコイルの大型化による変形が短
絡を発生させた原因と考えられる。コイルの外側終端か
らほどいて線材の外観検査を行った結果、線材の短絡
は、熱処理中に変形が大きかったコイルの外側で発生し
たことが分かった。
【００６５】［実施例５］図４に示すように、実施例１
と同様にして得られたＢｉ−２２１２／１９芯テープ状
Ａｇシース線材と酸化皮膜を形成しない耐熱合金６であ
る厚さ０.０３ mm，幅５mmのハステロイＸテープの中間
層に厚さ０.０４mm，幅５.０mmのＡｇ−０.２ ｗｔ％Ｍ
ｇ合金テープ７を配置したパンケーキコイルを製作し
た。本実施例では、Ｂｉ−２２１２線材１の表面にＡｇ
−０.２ ｗｔ％Ｍｇ合金テープ７をスパイラル状に巻き
付け、これと共に酸化皮膜を形成していない耐熱合金６
であるハステロイＸテープを巻線した。コイルの断面図
を図５に示す。
と同様にして得られたＢｉ−２２１２／１９芯テープ状
Ａｇシース線材と酸化皮膜を形成しない耐熱合金６であ
る厚さ０.０３ mm，幅５mmのハステロイＸテープの中間
層に厚さ０.０４mm，幅５.０mmのＡｇ−０.２ ｗｔ％Ｍ
ｇ合金テープ７を配置したパンケーキコイルを製作し
た。本実施例では、Ｂｉ−２２１２線材１の表面にＡｇ
−０.２ ｗｔ％Ｍｇ合金テープ７をスパイラル状に巻き
付け、これと共に酸化皮膜を形成していない耐熱合金６
であるハステロイＸテープを巻線した。コイルの断面図
を図５に示す。
【００６６】得られたパンケーキコイルを実施例１と同
様の熱処理を施し、外径８０mmのＢｉ−２２１２超電導
コイルとした。同様の処理を行ったコイルを１０個製作
した後、１０段積層コイルとした。各コイル間には、酸
化皮膜を形成した厚さ0.1mmのヘインズアロイ板４を挿
入した。なお、実施例１と同様にコイル形状は、熱処理
前後で変化していなかった。また、室温で通電を行った
結果、発生磁場は設計値と一致したことから、コイルの
短絡箇所も認められなかった。
様の熱処理を施し、外径８０mmのＢｉ−２２１２超電導
コイルとした。同様の処理を行ったコイルを１０個製作
した後、１０段積層コイルとした。各コイル間には、酸
化皮膜を形成した厚さ0.1mmのヘインズアロイ板４を挿
入した。なお、実施例１と同様にコイル形状は、熱処理
前後で変化していなかった。また、室温で通電を行った
結果、発生磁場は設計値と一致したことから、コイルの
短絡箇所も認められなかった。
【００６７】同時に熱処理した長さ５０mmの短尺線の零
磁場における臨界電流を四端子抵抗法にて２０Ｋと４.
２Ｋで測定したところ、２０Ｋでは１１６Ａ、４.２Ｋ
では１５７Ａであった。なお、このときの臨界電流の定
義は、１μＶ／cmとした。
磁場における臨界電流を四端子抵抗法にて２０Ｋと４.
２Ｋで測定したところ、２０Ｋでは１１６Ａ、４.２Ｋ
では１５７Ａであった。なお、このときの臨界電流の定
義は、１μＶ／cmとした。
【００６８】さらに、本コイルの臨界電流を外部磁界零
の条件下で四端子抵抗法にて２０Ｋと４.２Ｋで測定し
た。その結果、２０Ｋで９４Ａ，４.２Ｋでは１３４Ａ
であった。なお、このときの臨界電流の定義は、１×１
０-13Ω・ｍとした。
の条件下で四端子抵抗法にて２０Ｋと４.２Ｋで測定し
た。その結果、２０Ｋで９４Ａ，４.２Ｋでは１３４Ａ
であった。なお、このときの臨界電流の定義は、１×１
０-13Ω・ｍとした。
【００６９】次に、１８Ｔ及び２１Ｔの外部磁場を印加
し、コイルの臨界電流を四端子抵抗法を用いて４.２ Ｋ
の温度で測定した。また、ホール素子を用いて、コイル
中心部の発生磁場も同時に実測した。その結果、１８Ｔ
での臨界電流は７３Ａ，２１Ｔでの臨界電流は７０Ａで
あり、そのときの発生磁場はそれぞれ２.０２Ｔ， １.
９４ Ｔを実測した。この値は、設計値と一致した。こ
のとき、酸化物超電導コイルに加わった電磁力は、４５
〜５５ＭＰａであった。
し、コイルの臨界電流を四端子抵抗法を用いて４.２ Ｋ
の温度で測定した。また、ホール素子を用いて、コイル
中心部の発生磁場も同時に実測した。その結果、１８Ｔ
での臨界電流は７３Ａ，２１Ｔでの臨界電流は７０Ａで
あり、そのときの発生磁場はそれぞれ２.０２Ｔ， １.
９４ Ｔを実測した。この値は、設計値と一致した。こ
のとき、酸化物超電導コイルに加わった電磁力は、４５
〜５５ＭＰａであった。
【００７０】測定後に、コイルの外観観察を行ったとこ
ろ、変形等は特に認められなかった。
ろ、変形等は特に認められなかった。
【００７１】本実施例では、酸化皮膜を形成した耐熱合
金テープをコイルの絶縁に用いたが、酸化皮膜を形成し
たものを用いても、勿論同等の結果が得られる。
金テープをコイルの絶縁に用いたが、酸化皮膜を形成し
たものを用いても、勿論同等の結果が得られる。
【００７２】［実施例６］実施例５におけるパンケーキ
コイルの中間層にＡｇ−０.２ ｗｔ％Ｍｇ合金テープを
用いなかった以外は、実施例３と全く同様にして、パン
ケーキコイルを製作した。その後、実施例１に示す熱処
理を流し、Ｂｉ−２２１２超電導コイルとした。
コイルの中間層にＡｇ−０.２ ｗｔ％Ｍｇ合金テープを
用いなかった以外は、実施例３と全く同様にして、パン
ケーキコイルを製作した。その後、実施例１に示す熱処
理を流し、Ｂｉ−２２１２超電導コイルとした。
【００７３】本コイルの臨界電流を外部磁界零の条件下
で四端子抵抗法にて２０Ｋと４.２Ｋで測定した結果、
２０Ｋで６１Ａ、４.２Ｋでは７５Ａであった。なお、
このときのＩｃの定義は、１×１０-13Ω・ｍとした。
で四端子抵抗法にて２０Ｋと４.２Ｋで測定した結果、
２０Ｋで６１Ａ、４.２Ｋでは７５Ａであった。なお、
このときのＩｃの定義は、１×１０-13Ω・ｍとした。
【００７４】測定後のコイル巻きを行った線材を、コイ
ルの外側終端からほどいて線材の外観検査を行った結
果、超電導線材とハステロイＸテープとの反応が認めら
れた。これは、熱処理工程においてハステロイＸテープ
が酸化皮膜を形成するときに、超電導体から酸素を吸収
したことによると考えられる。
ルの外側終端からほどいて線材の外観検査を行った結
果、超電導線材とハステロイＸテープとの反応が認めら
れた。これは、熱処理工程においてハステロイＸテープ
が酸化皮膜を形成するときに、超電導体から酸素を吸収
したことによると考えられる。
【００７５】［実施例７］Ｂｉ2Ｏ3，ＰｂＯ，ＳｒＯ，
ＣａＯ及びＣｕＯの各酸化物を出発原料とし、Ｂｉ，Ｐ
ｂ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｃｕの原子モル比がそれぞれ１.７
４：０.３４：2.00：２.２０：３.００となるように秤
量した。これに、エタノールを加え遠心ボールミルで１
時間混合した後、脱水，乾燥処理後、７９０℃，２０時
間の熱処理を大気中で行い、Ｂｉ−２２２３前駆体を得
た。得られた粉末は、Ｘ線回折及び走査型電子顕微鏡観
察結果から主成分がＢｉ−２２１２相であった。その他
に結晶構造が同定できないＳｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏを含む
物質及びＳｒＯ，ＣｕＯ，Ｃａ2ＰｂＯ4などが含まれて
いた。得られた粉末を粒径が０.１ mm以下になるように
らいかい機で粉砕し、外径６.０mm，内径４.５mmのＡｇ
パイプに充填した。これを実施例１と同様にして加工
し、最終的に厚さ０.５mm，幅２.６mm，長さ３０ｍのＢ
ｉ−２２２３／１９芯テープ状Ａｇシース線材を得た。
ＣａＯ及びＣｕＯの各酸化物を出発原料とし、Ｂｉ，Ｐ
ｂ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｃｕの原子モル比がそれぞれ１.７
４：０.３４：2.00：２.２０：３.００となるように秤
量した。これに、エタノールを加え遠心ボールミルで１
時間混合した後、脱水，乾燥処理後、７９０℃，２０時
間の熱処理を大気中で行い、Ｂｉ−２２２３前駆体を得
た。得られた粉末は、Ｘ線回折及び走査型電子顕微鏡観
察結果から主成分がＢｉ−２２１２相であった。その他
に結晶構造が同定できないＳｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏを含む
物質及びＳｒＯ，ＣｕＯ，Ｃａ2ＰｂＯ4などが含まれて
いた。得られた粉末を粒径が０.１ mm以下になるように
らいかい機で粉砕し、外径６.０mm，内径４.５mmのＡｇ
パイプに充填した。これを実施例１と同様にして加工
し、最終的に厚さ０.５mm，幅２.６mm，長さ３０ｍのＢ
ｉ−２２２３／１９芯テープ状Ａｇシース線材を得た。
【００７６】この線材を外径５０cmのＳＵＳ製ドラムに
巻き、大型電気炉を用いて８３８℃，５０時間の熱処理
を大気中で行った。このときの温度分布は２℃以内にな
るように制御した。熱処理後、線材の厚さが０.３mm に
なるまで圧延し、上述した方法でさらに８３８℃，５０
時間の熱処理を行った。同様に、線材の厚さが０.２mm
まで圧延し、熱処理した後、線材の厚さが０.１１mm〜
０.１３mmまで圧延した。このときの、線材の幅は４.８
〜５.２mmであった。
巻き、大型電気炉を用いて８３８℃，５０時間の熱処理
を大気中で行った。このときの温度分布は２℃以内にな
るように制御した。熱処理後、線材の厚さが０.３mm に
なるまで圧延し、上述した方法でさらに８３８℃，５０
時間の熱処理を行った。同様に、線材の厚さが０.２mm
まで圧延し、熱処理した後、線材の厚さが０.１１mm〜
０.１３mmまで圧延した。このときの、線材の幅は４.８
〜５.２mmであった。
【００７７】Ｂｉ−２２２３酸化物超電導線材１と予め
酸素雰囲気中において、６５０℃，５時間の熱処理を施
し、表面に酸化皮膜を形成した耐熱性合金２である厚さ
0.05mm，幅５.１mmのヘインズアロイ(Ｎo.２３０）とを
用いて、図４に示すダブルパンケーキコイルを製作し
た。酸化物超電導線材１には、５kgｆ／mm2 の張力、ま
たは、ヘインズアロイ（Ｎo.２３０）テープには４０kg
ｆ／mm2 の張力をそれそれ加えながら巻線し、外径８０
mm，幅１０.５ mmのダブルパンケーキコイルを製作し
た。今回、コイルの巻芯３には、外径３０mm，高さ１
０.５ mmのSUS310を用いた。また、ダブルパンケーキコ
イルの高さ中心部には、図６に示すような酸化物皮膜を
形成した耐熱合金板５であるハステロイ板をはさみこん
だ。このハステロイ板は、予め酸化皮膜を形成したもの
である。
酸素雰囲気中において、６５０℃，５時間の熱処理を施
し、表面に酸化皮膜を形成した耐熱性合金２である厚さ
0.05mm，幅５.１mmのヘインズアロイ(Ｎo.２３０）とを
用いて、図４に示すダブルパンケーキコイルを製作し
た。酸化物超電導線材１には、５kgｆ／mm2 の張力、ま
たは、ヘインズアロイ（Ｎo.２３０）テープには４０kg
ｆ／mm2 の張力をそれそれ加えながら巻線し、外径８０
mm，幅１０.５ mmのダブルパンケーキコイルを製作し
た。今回、コイルの巻芯３には、外径３０mm，高さ１
０.５ mmのSUS310を用いた。また、ダブルパンケーキコ
イルの高さ中心部には、図６に示すような酸化物皮膜を
形成した耐熱合金板５であるハステロイ板をはさみこん
だ。このハステロイ板は、予め酸化皮膜を形成したもの
である。
【００７８】得られたコイルを２０vol％Ｏ2雰囲気中、
８３５℃，５０時間の熱処理を行い、Ｂｉ−２２２３超
電導コイルとした。熱処理後のコイルの外観は、熱処理
前と比べ、全く変化がなかった。また、室温で通電を行
った結果、発生磁場は設計値と一致したことから、コイ
ルの短絡箇所も認められなかった。
８３５℃，５０時間の熱処理を行い、Ｂｉ−２２２３超
電導コイルとした。熱処理後のコイルの外観は、熱処理
前と比べ、全く変化がなかった。また、室温で通電を行
った結果、発生磁場は設計値と一致したことから、コイ
ルの短絡箇所も認められなかった。
【００７９】同時に熱処理した長さ５０mmの短尺線の零
磁場における臨界電流を四端子抵抗法にて７７Ｋと６３
Ｋで測定したところ、７７Ｋでは１４Ａ，６３Ｋでは２
７Ａであった。なお、このときの臨界電流の定義は、１
μＶ／cmとした。
磁場における臨界電流を四端子抵抗法にて７７Ｋと６３
Ｋで測定したところ、７７Ｋでは１４Ａ，６３Ｋでは２
７Ａであった。なお、このときの臨界電流の定義は、１
μＶ／cmとした。
【００８０】さらに、本コイルの臨界電流を外部磁界零
の条件下で四端子抵抗法にて７７Ｋと６３Ｋで測定し
た。その結果、７７Ｋで１０Ａ，６３Ｋでは２２Ａであ
った。なお、このときの臨界電流の定義は、１×１０
-13Ω・ｍとした。
の条件下で四端子抵抗法にて７７Ｋと６３Ｋで測定し
た。その結果、７７Ｋで１０Ａ，６３Ｋでは２２Ａであ
った。なお、このときの臨界電流の定義は、１×１０
-13Ω・ｍとした。
【００８１】短尺線よりコイルの特性が低いのは、コイ
ルの自己磁場によるものと思われる。
ルの自己磁場によるものと思われる。
【００８２】また、巻芯材に、Ａｇ，ハステロイＸ及び
ヘインズアロイ（Ｎo.２３０）を用いた場合において
も、コイルの特性は同等の値が得られた。
ヘインズアロイ（Ｎo.２３０）を用いた場合において
も、コイルの特性は同等の値が得られた。
【００８３】［実施例８］実施例７と同様にして得られ
たＢｉ−２２２３／１９芯テープ状Ａｇシース線材１と
ヘインズアロイ（Ｎo.２３０）２とを用いて、図１に示
すようなシングルパンケーキコイルを製作した。巻芯３
には、Ａｇリングを用いた。コイルの形状は、外径８０
mm，内径３０mmである。
たＢｉ−２２２３／１９芯テープ状Ａｇシース線材１と
ヘインズアロイ（Ｎo.２３０）２とを用いて、図１に示
すようなシングルパンケーキコイルを製作した。巻芯３
には、Ａｇリングを用いた。コイルの形状は、外径８０
mm，内径３０mmである。
【００８４】巻線途中、線材長さ１ｍおきに電圧端子を
挿入した。これを、２０％Ｏ2 雰囲気中、８３５℃，５
０時間の熱処理を行い、Ｂｉ−２２２３超電導コイルを
得た。このとき、コイル巻芯の内側にもヒータを設け、
コイルの内側と外側との温度差を１℃以内に制御した。
コイル形状は、熱処理前後で変化しておらず、熱歪み等
も認められなかった。
挿入した。これを、２０％Ｏ2 雰囲気中、８３５℃，５
０時間の熱処理を行い、Ｂｉ−２２２３超電導コイルを
得た。このとき、コイル巻芯の内側にもヒータを設け、
コイルの内側と外側との温度差を１℃以内に制御した。
コイル形状は、熱処理前後で変化しておらず、熱歪み等
も認められなかった。
【００８５】本コイルの両端の零磁場における臨界電流
を四端子抵抗法により７７Ｋ及び４.２Ｋの各温度で測
定した。この結果、７７Ｋでは１５Ａ，４.２Ｋでは５
５Ａであった。この時の臨界電流の定義は、１×１０
-13Ω・ｍとした。
を四端子抵抗法により７７Ｋ及び４.２Ｋの各温度で測
定した。この結果、７７Ｋでは１５Ａ，４.２Ｋでは５
５Ａであった。この時の臨界電流の定義は、１×１０
-13Ω・ｍとした。
【００８６】次に、１ｍおきに挿入した電圧端子間で臨
界電流を４.２ Ｋ、零磁場で測定し、その分布状態を検
討した。その結果、本コイルの臨界電流の分布は４％以
内であることが分かった。
界電流を４.２ Ｋ、零磁場で測定し、その分布状態を検
討した。その結果、本コイルの臨界電流の分布は４％以
内であることが分かった。
【００８７】測定後に、コイルの外観観察を行ったとこ
ろ、変形等は特に認められなかった。
ろ、変形等は特に認められなかった。
【００８８】図７に上記コイルの臨界電流の分布状態を
まとめた結果を示す。
まとめた結果を示す。
【００８９】［実施例９］実施例８における超電導コイ
ルの熱処理において、コイルの巻芯の内側にヒータを設
けない以外は、実施例８と全く同様にしてＢｉ−２２２
３ダブルパンケーキコイルを製作した。
ルの熱処理において、コイルの巻芯の内側にヒータを設
けない以外は、実施例８と全く同様にしてＢｉ−２２２
３ダブルパンケーキコイルを製作した。
【００９０】本コイルの両端の零磁場における臨界電流
を四端子抵抗法にて７７Ｋと４.２Ｋで測定した。この
結果、７７Ｋでは１３Ａ，４.２ Ｋでは５０Ａであっ
た。
を四端子抵抗法にて７７Ｋと４.２Ｋで測定した。この
結果、７７Ｋでは１３Ａ，４.２ Ｋでは５０Ａであっ
た。
【００９１】次に、１ｍおきに挿入した電圧端子間で臨
界電流を４.２ Ｋ、零磁場で測定し、その分布状態を検
討した。その結果、本コイルの臨界電流の分布は２０％
と大きいことが分かった。
界電流を４.２ Ｋ、零磁場で測定し、その分布状態を検
討した。その結果、本コイルの臨界電流の分布は２０％
と大きいことが分かった。
【００９２】測定後に、コイルの外観検査を行ったとこ
ろ、変形等は特に認められなかった。
ろ、変形等は特に認められなかった。
【００９３】図８に上記コイルの臨界電流の分布状態を
まとめた結果を示す。
まとめた結果を示す。
【００９４】［実施例１０］実施例７と同様にして得ら
れたＢｉ−２２２３前駆体を外径６.０mm，内径4.0mmの
Ａｇパイプに充填し、ドローベンチで断面減少率１１〜
１３％の加工を施し、外径１.０３mmまで線引きした。
これを１９本に切断し、外径６.０mm，内径５.７５ mm
のＡｕパイプに１９本組み込んだ後、加工と熱処理を繰
り返すことにより、最終的に厚さ０.１１〜０.１３mm，
幅４.８〜５.２mm，長さ９０〜１００ｍのＢｉ−２２２
３／１９芯Ａｇ−Ａｕ合金シース線材を得た。熱処理後
の合金シースの組成は、Ａｇ−１７ｗｔ％Ａｕとなって
いた。また、線材のコア比は２０％であった。
れたＢｉ−２２２３前駆体を外径６.０mm，内径4.0mmの
Ａｇパイプに充填し、ドローベンチで断面減少率１１〜
１３％の加工を施し、外径１.０３mmまで線引きした。
これを１９本に切断し、外径６.０mm，内径５.７５ mm
のＡｕパイプに１９本組み込んだ後、加工と熱処理を繰
り返すことにより、最終的に厚さ０.１１〜０.１３mm，
幅４.８〜５.２mm，長さ９０〜１００ｍのＢｉ−２２２
３／１９芯Ａｇ−Ａｕ合金シース線材を得た。熱処理後
の合金シースの組成は、Ａｇ−１７ｗｔ％Ａｕとなって
いた。また、線材のコア比は２０％であった。
【００９５】［実施例１１］実施例７と同様にして得ら
れたＢｉ−２２２３前駆体を１９芯の状態でコア比２０
％となる外径６.０ mmのＡｇ−１７ｗｔ％Ａｕ合金パイ
プに充填した後、ドローベンチで断面減少率１１〜１３
％の加工を施した。しかし、単芯線の加工途中で断線が
多発し、５ｍ以上の線材を得ることができなかった。
れたＢｉ−２２２３前駆体を１９芯の状態でコア比２０
％となる外径６.０ mmのＡｇ−１７ｗｔ％Ａｕ合金パイ
プに充填した後、ドローベンチで断面減少率１１〜１３
％の加工を施した。しかし、単芯線の加工途中で断線が
多発し、５ｍ以上の線材を得ることができなかった。
【００９６】［実施例１２］図９に示すような、液体ヘ
リウムで冷却されたＮｂＴｉ超電導マグネット８、及び
Ｎｂ3Ｓｎ 超電導マグネット９の内層にＢｉ−２２１２
系酸化物超電導コイル１０を配置した複合超電導マグネ
ットを製造した。図９のマグネットの構造を簡単に説明
すれば、同心円状に巻かれたＮｂＴｉ超電導マグネット
８の内側に同じく同心円状に巻かれたＮｂ3Ｓｎ 超電導
マグネット９が配置され、さらにその内側に同じく同心
円状に巻かれたＢｉ−２２１２系酸化物超電導コイル１
０を配置している。マグネットの高さは、内側のコイル
ほど低い構造とした。そして、これらマグネットは、全
てソレノイドコイルである。
リウムで冷却されたＮｂＴｉ超電導マグネット８、及び
Ｎｂ3Ｓｎ 超電導マグネット９の内層にＢｉ−２２１２
系酸化物超電導コイル１０を配置した複合超電導マグネ
ットを製造した。図９のマグネットの構造を簡単に説明
すれば、同心円状に巻かれたＮｂＴｉ超電導マグネット
８の内側に同じく同心円状に巻かれたＮｂ3Ｓｎ 超電導
マグネット９が配置され、さらにその内側に同じく同心
円状に巻かれたＢｉ−２２１２系酸化物超電導コイル１
０を配置している。マグネットの高さは、内側のコイル
ほど低い構造とした。そして、これらマグネットは、全
てソレノイドコイルである。
【００９７】該超電導マグネットは、クライオスタット
１１内に固定され、外部から電流リードによって、制御
電流が通電される。Ｂｉ系酸化物超電導コイル１０のコ
イル間の絶縁には、実施例１に示す絶縁膜を形成したハ
ステロイＸテープを用いた。そのＢｉ系酸化物超電導コ
イル１０の両端には、Ｂｉ−２２２３組成の電流リード
１２を拡散接合により超電導接続した。また、ＮｂＴｉ
超電導マグネット８とＮｂ3Ｓｎ 超電導マグネット９の
片端同士は半田付けによる常電導接続１３とし、マグネ
ットへの電流は銅リード１４によって通電した。
１１内に固定され、外部から電流リードによって、制御
電流が通電される。Ｂｉ系酸化物超電導コイル１０のコ
イル間の絶縁には、実施例１に示す絶縁膜を形成したハ
ステロイＸテープを用いた。そのＢｉ系酸化物超電導コ
イル１０の両端には、Ｂｉ−２２２３組成の電流リード
１２を拡散接合により超電導接続した。また、ＮｂＴｉ
超電導マグネット８とＮｂ3Ｓｎ 超電導マグネット９の
片端同士は半田付けによる常電導接続１３とし、マグネ
ットへの電流は銅リード１４によって通電した。
【００９８】さらに、永久電流モードでの運転を可能に
するために、Ｂｉ−２２１２系超電導コイルで製作した
永久電流スイッチ１５を設置した。この永久電流スイッ
チも電流リードとの接続は超電導接続した。
するために、Ｂｉ−２２１２系超電導コイルで製作した
永久電流スイッチ１５を設置した。この永久電流スイッ
チも電流リードとの接続は超電導接続した。
【００９９】これにより、該複合超電導マグネットは２
３.５ Ｔの磁場を発生し、３カ月の連続運転においても
特に問題は発生しなかった。このように、永久電流スイ
ッチに酸化物超電導体を用いることにより、従来の金属
系超電導材料に比べ温度マージンが高いことから安定性
が増し、クエンチが生じることがなくなった。また、ラ
ンニングコストの低減も実現できた。
３.５ Ｔの磁場を発生し、３カ月の連続運転においても
特に問題は発生しなかった。このように、永久電流スイ
ッチに酸化物超電導体を用いることにより、従来の金属
系超電導材料に比べ温度マージンが高いことから安定性
が増し、クエンチが生じることがなくなった。また、ラ
ンニングコストの低減も実現できた。
【０１００】
【発明の効果】Ｗ＆Ｒにより製作する酸化物超電導コイ
ルの絶縁材として、酸化皮膜を形成した耐熱性合金をタ
ーン間やコイル間に用いることにより、熱処理工程にお
けるコイルの自重による変形を防止することが可能とな
る。また、酸化物超電導線材と共巻きする耐熱性合金の
中間に、銀または銀基合金を配置することにより、熱処
理工程での反応の問題を解決することができる。これら
は、強磁場下での電磁力にも十分耐え得る機械強度を有
し、酸化物超電導コイルを用いた強磁場応用のマグネッ
トが実現できる。
ルの絶縁材として、酸化皮膜を形成した耐熱性合金をタ
ーン間やコイル間に用いることにより、熱処理工程にお
けるコイルの自重による変形を防止することが可能とな
る。また、酸化物超電導線材と共巻きする耐熱性合金の
中間に、銀または銀基合金を配置することにより、熱処
理工程での反応の問題を解決することができる。これら
は、強磁場下での電磁力にも十分耐え得る機械強度を有
し、酸化物超電導コイルを用いた強磁場応用のマグネッ
トが実現できる。
【図１】酸化物超電導コイルの模式図。
【図２】酸化物超電導コイルの断面図。
【図３】補強材を挿入したシングルパンケーキコイルの
断面図。
断面図。
【図４】酸化物超電導コイルの模式図。
【図５】酸化物超電導コイルの断面図。
【図６】補強材を挿入したダブルパンケーキコイルの断
面図。
面図。
【図７】巻芯の内側のヒータを設けたコイルの臨界電流
の分布図。
の分布図。
【図８】従来熱処理炉を用いたコイルの臨界電流の分布
図。
図。
【図９】超電導マグネットシステムの概略図。
１…酸化物超電導線材、２…酸化皮膜を形成した耐熱合
金、３…巻芯、５…接続用酸化物超電導線材、５…酸化
皮膜を形成した耐熱合金板、６…酸化皮膜を形成しない
耐熱合金、７…銀または銀基合金、８…ＮｂＴｉ超電導
マグネット、９…Ｎｂ3Ｓｎ 超電導マグネット、１０…
Ｂｉ系酸化物超電導コイル、１１…クライオスタット、
１２…Ｂｉ系酸化物超電導電流リード、１３…金属系超
電導マグネットの半田接続部、１４…銅リード、１５…
Ｂｉ系酸化物超電導永久電流スイッチ。
金、３…巻芯、５…接続用酸化物超電導線材、５…酸化
皮膜を形成した耐熱合金板、６…酸化皮膜を形成しない
耐熱合金、７…銀または銀基合金、８…ＮｂＴｉ超電導
マグネット、９…Ｎｂ3Ｓｎ 超電導マグネット、１０…
Ｂｉ系酸化物超電導コイル、１１…クライオスタット、
１２…Ｂｉ系酸化物超電導電流リード、１３…金属系超
電導マグネットの半田接続部、１４…銅リード、１５…
Ｂｉ系酸化物超電導永久電流スイッチ。
Claims (12)
- 【請求項１】金属シース酸化物超電導線材と絶縁材とを
共巻きした後熱処理を施す、ワインド・アンド・リアク
ト方式のコイルであって、該絶縁材に予め熱処理により
酸化皮膜を形成した耐熱性合金を用いることを特徴とす
る酸化物超電導コイル。 - 【請求項２】請求項１に記載の該耐熱性合金の高温強度
が熱処理工程におけるコイルの自重によるクリープ変形
及び冷却後の電磁力に耐え得る強度を有することを特徴
とする酸化物超電導コイル。 - 【請求項３】金属シース酸化物超電導線材と耐熱性合金
とを共巻きしてなる酸化物超電導コイルであって、該酸
化物超電導線材と耐熱合金との中間層に、銀あるいは銀
基合金を配置したことを特徴とする酸化物超電導コイ
ル。 - 【請求項４】請求項１，２あるいは３のいずれかに記載
の該耐熱性合金が酸化物超電導線材との反応性が低い金
属であることを特徴とする酸化物超電導コイル。 - 【請求項５】請求項４に記載の該耐熱性合金が、ニッケ
ル，クロム，銅，ニオブ，マンガン，コバルト，鉄，ア
ルミニウム，モリブデン，タンタル，タングステン，ベ
リリウム，錫の内の少なくとも１種以上含有しているこ
とを特徴とする酸化物超電導コイル。 - 【請求項６】請求項１，２，３，４あるいは５のいずれ
かに記載の該酸化物超電導コイルを４０ＭＰａ以上の電
磁力が加わる条件下で用いることを特徴とする酸化物超
電導コイル。 - 【請求項７】請求項１，２，３，４，５あるいは６のい
ずれかに記載の該酸化物超電導線材，銀あるいは銀基合
金，耐熱性合金の幅が５％の誤差範囲内で一致している
ことを特徴とする酸化物超電導コイル。 - 【請求項８】金属シース酸化物超電導線材をパンケーキ
巻き、あるいはソレノイド巻きした後、熱処理を施す酸
化物超電導コイルの製造方法であって、該コイルの巻芯
の内側にヒータを設け、コイルの内側と外側の温度差を
２℃以内としたことを特徴とする酸化物超電導コイルの
製造方法。 - 【請求項９】金属シース酸化物超電導平角線材，銀ある
いは銀基合金テープをスパイラル状に巻き付けた後、耐
熱性合金あるいはＡｌ2Ｏ3を主成分とした絶縁材を共に
巻線してなることを特徴とする酸化物超電導コイルの製
造方法。 - 【請求項１０】金属シース酸化物超電導平角線材，銀あ
るいは銀基合金テープを接着，接合して一体化した後、
該耐熱性合金あるいはＡｌ2Ｏ3を主成分とした絶縁材を
スパイラル状に巻き付けて巻線してなることを特徴とす
る酸化物超電導コイルの製造方法。 - 【請求項１１】異なる２種類の金属で被覆した酸化物超
電導多芯線材を、熱処理により合金化することを特徴と
する酸化物超電導コイルの製造方法。 - 【請求項１２】液体ヘリウムで冷却された金属系超電導
マグネットと、酸化物超電導コイルと、電源から該マグ
ネットに電流を供給する酸化物超電導電流リードと、酸
化物超電導コイルの起動停止を行う永久電流スイッチと
の接続部のすべてが超電導状態となることを特徴とする
超電導マグネットシステム。
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|---|---|---|---|
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| DE69612166T DE69612166T2 (de) | 1995-10-30 | 1996-10-21 | Spule aus supraleitendem Oxid und ein Verfahren zu deren Herstellung |
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| CN114530327A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-05-24 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种Bi2212磁体绝缘结构及其制备方法 |
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- 1995-10-30 JP JP28128895A patent/JP3386942B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1996
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- 1996-10-21 EP EP96116914A patent/EP0772208B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-10-25 US US08/736,695 patent/US6194985B1/en not_active Expired - Fee Related
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