JPH01110710A - 酸化物系超電導コイルの製造方法 - Google Patents

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」 この発明は、核磁気共鳴イメージング装置や粒子加速器
等の超電導機器などに用いられろ酸化物系超電導コイル
の製造方法に関する。

「従来の技術」 近時、常電導状態から超電導状態に遷移する臨界温度（
Ｔｃ）が極めて高い値を示す酸化物系超電導材料が種々
発見されつつある。

このような酸化物系超電導コイル 体を製造するには、例えばＹ　−Ｂ　ａ−Ｃｕ−０系の
超電導体の場合、Ｙ　ｔ　Ｏ３粉末とＢａＯ粉末とＣｕ
Ｏ粉末とを混合した混合粉末を圧粉成形してコイン状の
バルクとし、次いでこのバルクに熱処理を施す方法など
が知られている。

また、この種の酸化物系超電導体を得る方法として、例
えば銅、銀などの金属シース内に上記混合粉末を充填し
たのち、縮径加工および熱処理を施して超電導線を得、
さらにこれをコイル状に巻回して超電導コイルとする試
みもなされている。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、上記の方法にあっては以下に述べるよう
な不都合がある。

上記方法では、熱処理に際し熱膨張率の違いによって金
属シースとこの金属シース内の超電導体との間に応力が
発生し、この応力によって超電導体にクラッタなどの欠
陥部分が生じ易くなり、よって長さ方向に沿って均一な
超電導特性を示す超電導線が得られにくくなり、このよ
うな超電導線を巻回して形成した超電導コイルにおいて
も十分な超電導特性が得られにくくなる。ちなみに、本
発明者らが縮径加工および熱処理後の超電導線と前述の
バルクの超電導特性を臨界電流密度（Ｊｃ）の面で比較
してみたところ、前者は後者の１７２〜１７１０程度の
値しか示さないものがあるとの結果が得られた。

また、超電導体は酸化物であることから金属等に比較し
て脆弱であり、よってコイルとした場合に使用に耐え得
る十分な機械強度を保つのが困難であるという問題もあ
る。

したがって、良好な超電導特性、特に高いＪｃ値を有す
る酸化物系超電導体からなり、さらに十分な機械強度を
備えた超電導コイルの製造技術の開発が望まれている。

「問題点を解決するための手段」 この発明では、酸化物系超電導体の原料粉末または超電
導体粉末か、あるいはこれら粉末の成形体の少なくとも
１つを金属管に充填して複合体とし、次にこの複合体に
縮径加工を施して上記金属管からなる金属被覆層と上記
粉末あるいは成形体からなる芯線とを具備した線材とし
、次いでこの線材をコイル状に巻回したうえで、該線材
より金属被覆層を除去して芯線を露出させ、次いでこの
芯線に熱処理を施した後、このコイル状の芯線を覆って
樹脂層を形成して円筒状の超電導コイルとすることを上
記問題点の解決手段とした。

以下、この発明の酸化物系超電導コイルの製造方法を図
面を利用して詳しく説明する。

まず、第１図に示すように銀、銅、あるいはこれらの合
金、さらにはアルミニウム、ステンレス等からなる金属
管ｌを用意し、この金属管ｌに酸化物系超電導体をなす
原料粉末または超電導体粉末、あるいはこれら粉末の成
形体の少なくとも１つを充填して複合体とする。ここで
、第１図は金属管１中に超電導体粉末からなる成形体２
を充填して作製した複合体３を示すものである。そして
、上記酸化物系超電導体とは、Ａ　−Ｂ　−Ｃ−Ｄ　系
（ただし、ＡはＹ　、Ｓ　ｃ、Ｌ　ａ、Ｙ　ｂ、Ｅ　ｒ
、Ｈｏ、Ｄ　ｙ等の周期律表第［［ａ族元素のうち１種
あるいは２種以上を表し、ＢはＳｒ、Ｂａ、Ｃａ等の周
期律表第１１ａ族元索のうち１種あるいは２種以上を表
し、ＣはＣｕ。

Ａｇ、Ａｕの周期律表第１ｂ族元素およびＮｂのうちＣ
ｕあるいはＣｕを含む２種以上を表し、Ｄは０、Ｓ、Ｓ
ｅ等の周期律表第■ｂ族元素およびＦ。

ＣＩ２．Ｂｒ等の周期律表第■ｂ族元素のうち０あるい
はＯを含む２種以上を表す。）として表される超電導体
を示すものであり、この酸化物系超電導体をなす原料粉
末とは、上記Ａ元素の酸化物とＢ元素の炭酸塩または酸
化物とＣ元素の酸化物との混合粉末か、あるいはこの混
合粉末を仮焼処理した後粉砕してなるものである。また
この場合、各元素からなる化合物の混合比は目的とする
超電導体の組成に応じて適宜決定されるものとする。さ
らに、超電導体粉末とは、上記した原料粉末に加熱処理
等を施し、これにより酸化物系超電導体とした後、粉砕
して粉末にしたものとする。さらにまた、成形体２は、
上記超電導体粉末に仮焼処理、圧粉処理等を施して小径
円柱状に成形したものとする。ここで、仮焼処理温度と
しては、上記超電導体粉末の場合４００〜９００℃程度
とされる。

また、圧粉処理には例えばラバープレス法等が採用され
る。

次に、この複合体３に縮径加工を施して第２図に示すよ
う上記金属管１からなる金属被覆層４と上記成形体２か
らなる芯線５とを具備した線材６を得る。この場合の縮
径加工方法としては、鍛造法が好適に採用される。

そして、鍛造法により縮径加工を施すにあたっては、例
えば第３図に示すロータリースウェージング装置Ａが用
いられる。このロータリースウェージング装置Ａは、図
示略の駆動装置によって移動自在に設けられた複数のダ
イス７・・・を備えてなるものである。これらダイス７
・・・は、棒状の複合体３をその長さ方向に移動させる
際の移動空間の周囲に、この移動空間を囲むように設け
られたもので、上記移動空間と直交する方向（第３図中
矢印Ｂ方向）に移動自在に、かつ移動空間の周方向（第
３図中矢印Ｃ方向）に回転自在に保持されている。また
、各ダイス７の内面には、上記複合体３を縮径加工する
ためのテーパ面７ａが形成されており、各ダイス７のテ
ーパ面７ａで囲む間隙か先窄まり状となるようになって
いる。

このようなロータリースウェージング装置Ａによって上
記複合体３を縮径するには、該ロータリースウエージン
グ装置Ａを作動させるとともに、第３図に示すように複
合体３の一端をダイス７・・・の間の間隙に押し込む。

ここで上記ダイス７・・・は、第３図中矢印Ｂ方向に所
定間隔往復移動しつつ矢印Ｃ方向に回転しているため、
複合体３は一端側から順次鍛造されて縮径され、第３図
中二点鎖線に示す線径にまで縮径されて線材６となる。

この縮径加工にあっては、回転しつつ往復運動する複数
のダイス７・・・によって複合体３を鍛造しつつ縮径す
るため、縮径加工中の複合体３に断線をもたらすことな
く大きな加工率で縮径加工することができる。そしてこ
の場合、通常は１回の加工として５〜２５％の減面率で
縮径加工される。

なお、この鍛造法による縮径加工は一回に限ることなく
、得られた線材６の線径が未だ所望する線径に達してい
ない場合には、上記ロータリースウェージング装置Ａに
設けられたダイス７・・・よりもさらに小さい成形空隙
を有するダイスを備えたロータリースウェージング装置
により、線材６に加工を施して所望する線径にまで縮径
する。

また、このようにして得られた線材６にあっては、内部
の成形体２がロータリースウェージング装置Ａにより鍛
造がなされて縮径されたものであるので、十分に圧密化
された芯線５が得られる。

次いで、この線材６をコイル状に巻回する。この場合、
線材６中の芯線５は縮径加工によって十分圧密化されて
いるので、巻回された際にも断線する恐れがない。また
、万一断線する恐れのある場合には、予め芯線５が十分
細径になるように成形体２を形成したり、さらには巻回
する際適宜加熱処理を施すなどの手段をとってもよい。

次いで、このコイル状の線材６より金属管ｌを除去し、
第４図および第５図に示すようにコイル状の芯線５を露
出せしめる。この場合に金属管ｌを除去する手段として
は、線材６を酸またはアルカリの溶液中に浸漬し、金属
管１を溶解せしめる化成処理法が好適に採用される。す
なわち、金属管１として例えば銀、銅あるいはこれらの
合金を用いた場合には希硝酸等の酸を、またアルミニウ
ムを用いた場合には水酸化ナトリウム等のアルカリを、
さらにステンレスを用いた場合には王水を用い、これに
より金属管ｌを溶解して線材６から除去し、芯線５を露
出せしめる。そして、金属管Ｉを除去した後、芯線５を
水洗するか、あるいは中和処理を施した後水洗するのが
、作製する超電導コイルへの不純物の混入を防止すると
ともに、作業上設備等の腐食を防止するうえで望ましい
。

なお、金属管ｌを除去する手段として酸・アルカリによ
る化成処理を採用する理由は、通常縮径加工した後の線
材６はその径が細く、したがって芯線５の径も細いため
、機賊的な切削手段を用いた場合に金属に比して脆弱な
芯線５が断線するといった問題があるからである。また
、化成処理に用いられる酸、アルカリとしては上記種類
に限るものでなく、金属管１の材質に応じて例えば塩酸
、暁酸、リン酸など、およびそれらの希釈液なども適宜
使用される。

次いで、上記コイル状の芯線５に熱処理を施し、上述し
たＡ、−Ｂ−Ｃ−Ｄ　系の酸化物系超電導体とする。こ
の場合の処理条件としては、酸素雰囲気中にて８００〜
１０００℃程度で数時間〜数百時間程度加熱し、５０〜
５００°Ｃ／　Ｈ程度の冷却速度で冷却するものとされ
る。このように金属管１を除去し、露出した芯線５に熱
処理を施すため、雰囲気中の酸素が十分供給されること
により芯線５は良好な酸素量を有する超電導体となる。

また、芯線５と熱膨張率の異なる金属管１が取り除かれ
ているので、熱膨張率の差によって応力が生じこの応力
に起因してクラック等の欠陥が芯線５に発生することが
防止される。なお、熱処理を酸素雰囲気中にて行ったが
、これに限ることなく、例えばＳ、Ｓｅ等の０以外の周
期律表第１Ｖｂ族元素を含むガスや、Ｆ、ＣＩ２等の周
期律表第■ｂ族元素を含むガスの雰囲気にて処理しても
よく、このようなガスを用いることにより、ガスを構成
する元素を超電導体の構成元素の一部とすることができ
、よって超電導特性の向上を図ることができる。

その後、超電導体とされたコイル状の芯線５の周囲に、
第６図に示すように芯線５を覆って樹脂層８を形成し、
円筒状の超電導コイル９を得る。

この場合に樹脂層８の材料としては、エポキシ樹脂、ケ
イ素樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン等の絶縁性の
高い合成樹脂や、ホルマール、ポリアミドイミドエナメ
ル、ナイロンエナメル等のエナメル線用塗料などが用い
られる。そして、上記エポキシ樹脂を用いて樹脂層８を
形成するには、例えば第５図ウニ点鎖線で示すような、
コイル状の芯線５のコイル径に比較して大径の円筒りと
小径の円柱Ｅとを用意し、次に円筒り内にコイル状の芯
線５を挿入配置し、さらに芯線５のコイル内に第５図に
示すように円柱Ｅを挿入配置する。次いで、円筒りと円
柱Ｅとの間に、ビスフェノールＡ系エポキシ樹脂を充填
しさらにアミン系の硬化剤を適量加え、エポキシ樹脂を
硬化せしめて芯線５の周囲に樹脂層８を形成する。その
後、円筒りと円柱Ｅとを樹脂層８から剥離し、第６図に
示すような円筒状の超電導コイル９とする。ここで、第
６図中して示す樹脂層の厚さは、コイル状の芯線５の径
によって異なるものの、芯線５の径の、０．５〜２倍程
度とするのが芯線５を十分補強し得るので好ましい。

なお、樹脂層８の形成については、上記の例に限ること
なく、他に例えば上記したエナメル線用塗料を予めコイ
ル状の芯線５に塗布、焼付して絶縁層を形成し、その後
この絶縁層上に上述の方法等によって樹脂層を形成し、
これら絶縁層と樹脂層とからなる樹脂層８を作製しても
よい。このように予め絶縁層を形成しておけば、樹脂層
８を構成する樹脂として非絶縁性のものも十分使用可能
となり、超電導コイル９の製造に際しての自由度が大き
くなる。

このような酸化物系超電導線の製造方法によれば、酸化
物系超電導材料からなる芯線５をシース等で覆うことな
く直接酸素雰囲気中にて熱処理し、十分遅い冷却速度を
とるので、酸素が十分供給されて芯線５が良好な酸素量
を有する超電導体となり、よって優れた超電導特性を呈
する超電導コイル９を得ることができる。また、芯線５
と熱膨張率の異なる金属管Ｉを取り除いて熱処理を施す
ので、熱膨張率の差に起因してクラック等の欠陥が芯線
５に発生することを防止することができる。

さらに、芯線５の周囲に樹脂層８を形成して円筒状の超
電導コイル９とするので、超電導体であるコイル状の芯
線５が樹脂層８に覆われて補強され、したがって芯線５
は使用に際しての振動や衝突といった不測の外力からも
十分保護される。さらにまた、樹脂層８の材料として絶
縁性の樹脂を用いれば、コイル自身のターン間が良好に
絶縁されるとともに漏電等も十分防止されたものとなる
。

「実施例」 以下、実施例によりこの発明をさらに具体的に説明する
。

まず、Ｙ　Ｂ　ａ２ｃ　Ｌ１３０　Ｘ（ただし、ｘ＝７
−δ、０≦δ≦５とする。）の組成の超電導体からなる
超電導体粉末を仮焼・圧粉処理して小径円柱状成形体を
形成し、この成形体を銀パイプ中に挿通して複合体とし
た。次に、この複合体を線引きして縮径し、外径１　、
４　ｍｍ、芯線の径が０．９ｍｍの線材を得た。

次いで、この線材を円柱体上に巻回して、巻数５０ター
ンのコイル形状としたうえで、円柱体を線材から外した
。

次いで、このコイル形状とした線材を希硝酸溶液中に浸
漬し、銀パイプを溶解して芯線を露出せしめ、さらにこ
の芯線を水洗した後、酸素雰囲気中にて８５０〜９５０
℃で２４時間加熱処理した。

その後、この熱処理後の芯線を第５図ウニ点鎖線で示し
た円筒りおよび円柱Ｅの間に配置し、エポキシ樹脂を充
填硬化せしめて第６図中りで示す樹脂層の厚さが２ｍｍ
の超電導コイルを得た。

このようにして得た超電導コイルにおける超電導体（芯
線）の超電導特性を調べたところ、液体窒素中にて臨界
電流密度（Ｊｃ）が３０００〜１００００Ａ／ａｍ’程
度の値が得られた。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明の超電導コイルの製造方
法は、酸化物系超電導体の原料粉末または超電導体粉末
か、あるいはこれら粉末の成形体の少なくとも１つを金
属管に充填して複合体とし、次にこの複合体に縮径加工
を施して上記金属管からなる金属被覆層と上記粉末ある
いは成形体からなる芯線とを具備した線材とし、次いで
この線材をコイル状に巻回したうえで、該線材より金属
被覆層を除去して芯線を露出させ、次いでこの芯線に熱
処理を施した後、このコイル状の芯線を覆って樹脂層を
形成して円筒状の超電導コイルとするものであるから、
芯線と熱膨張率の異なる金属管を取り除いて熱処理を施
すことにより、熱膨張率の差に起因してクラック等の欠
陥が芯線に発生することを防止することができ、よって
この芯線から超電導コイルを得ることにより、特に高臨
界電流密度を呈するなど優れた超電導特性を有する超電
導コイルを作製することができる。また、脆弱な酸化物
系超電導体であるコイル状の芯線を樹脂層で覆って補強
するので、使用に際しての振動や衝突といった不測の外
力から芯線を保護することができる。

さらに、樹脂層の材料として絶縁性の樹脂を用いれば、
コイル自身のターン間が良好に絶縁されるとともに漏電
等も十分防止され、よってコイルとしての優れた特製を
呈するものとなる。さらにまた、芯線に熱処理を施すに
際し、酸素雰囲気中にて行えば、芯線中に酸素が十分供
給され、これにより芯線が良好な酸素虫を有する超電導
体となり、よって優れた超電導特性を呈する超電導コイ
ルを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図はこの発明の超電導コイルの製造方
法の一具体例を説明するためのもので、第１図はこの発
明に好適に用いられる複合体を示す横断面図、第２図は
第１図に示した複合体を縮径して得た線材を示す横断面
図、第３図は上記縮径加工を説明するための概略断面図
、第４図は縮径しコイル状にした線材から金属管を除去
して得た芯線を示す横断面図、第５図は第４図に示した
芯線の概略構成図、第６図は超電導コイルの概略構成図
である。 １・・・・・・金属管、２・・・・・・成形体、３・・
・・・・複合体、４・・・金属被覆層、５・・・・・・
芯線、６・・・・・・線材、８・・・・・・樹脂層、９
・・・・・・超電導コイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　酸化物系超電導体の原料粉末または超電導体粉末か、
   あるいはこれら粉末の成形体の少なくとも１つを金属管
   に充填して複合体とし、次にこの複合体に縮径加工を施
   して上記金属管からなる金属被覆層と上記粉末あるいは
   成形体からなる芯線とを具備した線材とし、次いでこの
   線材をコイル状に巻回したうえで、該線材より金属被覆
   層を除去して芯線を露出させ、次いでこの芯線に熱処理
   を施した後、このコイル状の芯線を覆って樹脂層を形成
   して円筒状の超電導コイルとすることを特徴とする酸化
   物系超電導コイルの製造方法。