JPS61225809A - 超電導コイルの製造方法 - Google Patents

超電導コイルの製造方法

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JPS61225809A
JPS61225809A JP60068126A JP6812685A JPS61225809A JP S61225809 A JPS61225809 A JP S61225809A JP 60068126 A JP60068126 A JP 60068126A JP 6812685 A JP6812685 A JP 6812685A JP S61225809 A JPS61225809 A JP S61225809A
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superconducting
coil
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Shigeki Tojo
東條 茂樹
Takeo Kawate
川手 剛雄
Akimitsu Nakagami
中上 明光
Hiroshi Hirai
洋 平井
Tatsuo Kamisaka
上坂 辰男
Takefumi Horiuchi
堀内 健文
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/041Printed circuit coils
    • H01F41/047Printed circuit coils structurally combined with superconductive material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor

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】 [産業上の利用分野] 本発明は高性能の超電導コイルを簡単な方法で生産性良
く製造する方法に関するものである。
[従来の技術] 電子顕微鏡や核磁気共鳴測定装置等の電磁気応用機器・
或はシンクロトロン軌道放射装置などの小型化が進むに
つれて、これらの装置に使用される電磁石に要求される
性能はますます厳しくなってきており、こうした要求に
適合し得るものとして化合物超電導物質が脚光をあびて
いる。即ち化合物超電導物質としては例えばNb3 S
n、Nb3 Ge、Nb3 Si。
Nb3 Ga、Nb3 Al、Nb3 AlGe 。
Nb3SiGe、V3Ga、V3Ga。
V3 Si 、V2 Zr、V2Hf、NbN。
NbNC,MoC等の金属化合物が挙げられ、これらは
臨界温度(Tc)や上部臨界磁界(Hez)が高い為、
マグネット用等の超電導材料として注目されている。し
かしながらこれらの化合物超電導物質は一般に非常に硬
くて脆い為、合金製導電体の様な線状加工ができず、コ
イル状とするには特殊な技術が要求される。そしてこれ
までに研究され或は一部実用化されはじめている線材化
法としては(1)拡散法(表面拡散法、複合加工法、I
N  5ITU法、粉末法) 、 (2)蒸着法(真空
蒸着、スパッタリング、化学蒸着)。
(3)析出法(bcc相からの析出、非晶質相からの析
出)等が知られている。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら上述の如き化合物超電導線材の製法は概し
て製造工程が極めて煩雑である他、安定した品質を確保
することがむつかしく、しかもマグネットとして実用化
する為にはコイル状に巻回しなければならないがその巻
回操作が極めて困難であるといった難点があり、゛超電
導コイルとしての需要を拡大していくうえで大きな隘路
となっている6本発明はこうした状況のもとで、化合物
超電導物質製の安定した品質のコイル状物を簡単な方法
で安価に製造することのできる技術を提供しようとする
ものである。
[問題点を解決する為の手段] 本発明に係る超電導コイルの製造方法は、Al及び/又
はCu等等電電電導度熱電導度の優れた物質よりなる基
板上に化合物超電導体薄膜を形成し、該薄膜に高エネル
ギービームを渦巻状に照射して被照射部の化合物超電導
体を常電導体に変えるところに要旨を有するものである
。尚本発明で使用する高エネルギービームとは、レーザ
光線、電子ビーム、イオンビームなどを総称するが、以
下レーザ光線で代表する。
[作用] 本発明ではまずAt及び/又はCuなどの基板上に前述
の様な化合物超電導物質よりなる薄膜を形成する。この
薄膜は前述の如く超電導特性を有しているが、単なる薄
膜状である為このままで超電導コイルとしての特性は発
揮し得べくもない。
本発明ではこの超電導薄膜を特殊な方法でコイル状に加
工していくところに特徴を有するものであり、具体的に
は後記実施例でも詳述する如く上記薄膜に対しレーザ光
線を渦巻状に照射する。レーザ光線の照射された部分に
存在する化合物超電導体はレーザ光線による加熱を受け
て結晶質から非晶質混晶あるいは過飽和固溶体への構造
変化が起こり、更には成分の一部が蒸発してこれに伴な
う組成の変化が起こり、当該照射部の超電導体は常電導
材に変質し、超電導薄膜内に渦巻状の常電導部が形成さ
れる。そして非照射部は超電導特性を保持したまま照射
部から区別され、渦巻状のラインとしてコイル状に形成
されることになる。かくして線材化加工等を全く要する
ことなく超電導コイルを得ることができる。
本発明で使用する化合物超電導物質としては公知のもの
をすべて使用することができるが、最も好ましいものを
例示すれば、Nb3Sn。
Nbi Si 、Nb3Al 、Nb3 (Al番Ge
)、Nb3 Ge 、Nb3  (Al @B@Be)
、NbN、V3Ga、V2 (Hf*Zr)等が挙げら
れる。これら化合物超電導薄膜の成形法も特に限定され
ないが、一般的な方法としては−スパッタリング法、蒸
着法、CVD法等が挙げられる。尚これらの化合物薄膜
はそれ自体で超電導特性を発揮することもあるが、場合
によっては薄膜の内部組織が非晶質で超電導性が不十分
である場合もあるので、この様な場合は薄膜を焼鈍等の
処理に付して結晶化を促進し超電導性を高めておくこと
が望ましい。
尚本発明では基板としてAl及び/又はCuを選択して
いるが、これは次の様な理由によるものである。
超電導体にはクエンチという現象があり、これは発生し
た磁場の不安定性や、磁場と電流によっテ生じるローレ
ンツ力によって超電導体が機械的な歪を受けることなど
で発熱が生じ常電導状態へ移る現象である。超電導コイ
ルにおいてこの現象が生じると、常電導となった高抵抗
の導体に大電流が流れ、導体の焼損など破局的な結果を
招く。
そのため電気伝導率と熱伝導率の優れたAl。
Cuなどの金属を超電導体に密着して設け、微小発熱を
冷媒に逃がしてクエンチを未然に防止すると共に、万一
クエンチが生じた場合には大電流をバイパスする役割を
もたせることが必要である。
[実施例] 以下本発明に係る超電導コイルの製法を実施例図面に沿
って説明する。
第1図においてlは回転盤、2は速度可変モータ、3は
照射温度・渦巻間隔制御装置、4は光学系走査装置、5
はレーザ光線発生装置、6は反射鏡、7は縮小光学系、
Aは基板、Bは化合物超電導薄膜を夫々示す0本発明で
は前述の様な方法で基板A上に化合物超電導薄膜Bを形
成した後、これを回転ll11上に蔵置固定する。そし
て速度可変モータ2により該回転盤1を回転させながら
、レーザ光線発生装置から発射されたレーザ光線りを反
射鏡6から縮小光学系7を経て化合物超電導薄膜Bに集
光して照射し、同時に光学系走査装置4によってレーザ
光線りの照射方向を矢印(イ)方向へ徐々に移動させる
。ここで速度可変モータ2の回転速度Wとレーザ光線り
の半径方向[矢印(イ)方向]走査速度Vを照射温度・
渦巻間隔制御装置3により調整すれば、レーザ光線り照
射部の温度及び渦巻間隔を任意にコントロールすること
ができる。即ちモータ2の回転速度Wを大きくして超電
導部gBにおけるレーザ光線りの円周方向走査速度を早
くしてやれば照射温度は低下し。
逆に同走査速度を遅くしてやれば照射温度は上昇する。
またレーザ光線りの半径方向走査速度Vを大きくしてや
ればレーザ光線照射部BLの渦巻間隔は広くなり、一方
間走査速度Vを小さくしてやればレーザ光線照射部BL
の渦巻間隔は狭くなる。従って上記2つの走査速度W及
Vを適宜制御することによって、レーザ光線照射部BL
に与える熱処理の程度及び渦巻間隔(即ちコイル巻回密
度)を任意に調整することができる。このレーザ光線照
射によって前述の如く該照射部BLにおける化合物超電
導物質は超電導性を失って常電導性に変わり(換言すれ
ば超電導性から常電導性に変化し得る様にレーザ光線照
射温度を調整する)。
その結果例えば第2図(平面図)及び第3図(横断面図
)に示す如く、化合物超電導薄膜B層に常電導性のレー
ザ光線照射部BLが渦巻状に形成され、それに伴って薄
膜3層に超電導部Bsがコイル状に形成されることにな
る。従って例えば第3図に示す如く超電導部Bsの最外
周側及び最内周側に電極端子Ta 、Tbを接続してや
れば、極低温雰囲気下で電流は超電導部Bsのみに流れ
ることになり、超電導コイルとしての機能を発揮し得る
ことになる。
尚上記のレーザ光線照射工程でモータ2を常時定速で回
転させると、化合物超電導部1iBにレーザ光線りを照
射するときの外周側の周速度と内周側の周速度が連続的
に変わってくる為、照射部の熱処理温度が不均一になる
。従ってレーザ光線の照射に当たっては、外周側から内
周側へ移行するにつれて徐々にモータ2の回転速度Wを
高め。
レーザ光線の走査速度が一定となる様にコントロールす
ることが望まれる。またレーザ光線照射部BLの渦巻間
隙(即ちコイル巻回密度)は前述の如くレーザ光線りの
半径方向走査速度Vを調速することによって任意にコン
トロールすることができ、またレーザ光線照射部(常電
導部)BL自体の幅は縮小光学系の倍率を変えることに
よって任意に変更することができる。
本発明は例えば上記の様な装置及び方法によって実施さ
れるが、装置の構成自体は何ら本発明を限定する性質の
ものではなく、要は基板上に形成した化合物超電導薄膜
に対して高エネルギービームを渦巻状に照射し得る機能
を有する限りどの様な装置を使用してもよい、又本発明
によって得られる超電導コイルはドーナツ状の1枚物と
して使用してもよく、或はこれを複数枚積層し各超電導
部をスルーホール或はリード線を介して直列に接続して
電磁力を高めることも勿論有効である。
[発明の効果] 本発明は以上の様に構成されており、以下に示す様な多
くの効果を享受することができる。
(1)伸線やテープ状加工等が全く不要であり、成坦加
工の極めて困難な化合物超電導物質に対する適用が極め
て簡単である。しかもコイリング加工も不要であるから
製造が簡単で極めて安価に得ることがてできる。
(2)極めて収束性の高い高エネルギービームを利用す
る方法であるから加工精度が高く1品質の安定した超電
導コイルを得ることができる。しかもコイル間隔や巻回
密度の調整が極めて容易であり、必要に応じた性能のも
のを得ることができる。
(3)どの様なサイズ(内争外径)のコイルでも容易に
製造することができる。
(4)フォトリングラフイー法に代表されるエツチング
法の様にエッング液を使用する必要がないので、安全で
2次公害等を生ずる恐れがない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す概略説明図、第2.3図
は本発明で得た超電導コイルを例示するもので、第2図
は平面図、第3図は断面図である。 A・・・基板 B・・・化合物超電導薄膜 l・・・回転盤     2・・・速度可変モータ5・
・・レーザ光線発生装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  Al及び/又はCuなど電気伝導度、熱伝導度に優れ
    た物質よりなる基板上に化合物超電導体薄膜を形成し、
    該薄膜に高エネルギービームを渦巻状に照射して被照射
    部の化合物超電導体を常電導体に変えることを特徴とす
    る超電導コイルの製造方法。
JP60068126A 1985-03-29 1985-03-29 超電導コイルの製造方法 Granted JPS61225809A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1465215A1 (en) * 2003-04-03 2004-10-06 Tesla Engineering Limited Manufacture of shim windings

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1465215A1 (en) * 2003-04-03 2004-10-06 Tesla Engineering Limited Manufacture of shim windings
JP2004305736A (ja) * 2003-04-03 2004-11-04 Tesla Eng Ltd シム巻線の製造方法
US9329249B2 (en) 2003-04-03 2016-05-03 Tesla Engineering Limited MRIS shim coil

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