JPH01154502A - 超電導セラミックコイル及びその製造方法 - 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〕 本発明は超電導コイル及びその製造方法に係り、特に高
温超電導タイに好適な冷却効率の高い超電導セラミック
コイル及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

超電導セラミックスは、従来の全屈系超電導体に比し、
その臨界温度Ｔｃが非常に高いために、エネルギー、エ
レクトロニクス、強磁場応用などの分野で非常に有望視
されている。この超電導セラミックスのＴｃは、材料の
組成に応じて、液体窒素温度から、室温付近に至るもの
まで各種ＶＡ発されている。Ｔｃが液体窒素温度付近の
ものは当然液体窒素で冷却する必要があるが、Ｔｃが室
温付近のものでも、これを安定に動作させるためには室
温以下の温度にまで冷却させなければならない。

従来、超電導コイルの冷却方法としては、液体ヘリウム
、もしくは液体窒素の入った断熱性容器内にコイルを直
接浸漬することによってコイルを冷却する方法がとられ
ていた。これらの方法はコイルを直接冷却できるという
利点はあるが、冷却系が非常に大型化する。あるいは装
置構成が複雑になり高コスト化するなどの問題があった
。

さらに、冷媒として水を用いる場合には、コイル全体が
水の中に浸漬されるため、コイル巻線間の絶縁が保たれ
ず、水を冷媒として使用できないという根本的な間開が
あった。

〔発明が解決しようとする問題点３ 以上のように、従来技術は超電導コイル、特に高温超電
導コイルを冷却する点について配慮がなされておらず、
超電導コイル応用機器の小型化。

低価格化、あるいは冷媒として水を使用することにおい
て大きな問題があった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、冷媒
として水の使用も可能な小型の超電導セラミックコイル
およびその製造方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、絶縁性で、かつ熱伝導率の大きいセラミッ
クパイプの内表面に、超電導セラミックスをコイル状に
形成させ、このパイプの外表面に冷媒を通すことによっ
て達成される。

すなわち、室温付近での電気抵抗 ２Ｘ１０１２Ω”ｃｍ、熱伝導率１４０Ｗ／ｍ−にの窒
化アルミニウムセラミックス（ＡｆｌＮ）ｆＮパイプの
内表面に、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系などのような超電導セ
ラミックス粉末を主体としたペーストを薄いコイル状に
形成し、然る後このコイルをパイプと共に焼結して超電
導セラミックスのコイルをＡＱＮパイプの内表面に形成
させる。このようにして得られたＡＱＮパイプ／超電導
セラミックのコイルは、ＡＱＮパイプ外表面を適当な冷
媒で冷却することにより、高い熱伝導率のＡＱＮパイプ
を通して超電導コイルを効率良く冷却することができる
。

〔作用〕

以下、本発明による技術的手段の作用について述べる。

超電導体のコイルを使用した装置を小型化し、構造を単
純化するには、超電導コイル全体を冷媒中に直接浸漬す
ることを避ける必要がある。

Ｎｂ３Ｓｎ系のような従来の超電導体はＴｃが非常に低
いために、液体Ｈｅ中に超電導コイルを直接浸漬しなけ
ればその性能を発揮できなかったが、高温超電導体であ
るＹ　−Ｂ　ａ　−Ｃｕ　−０系セラミツクスなどはＴ
ｃが高いために冷却の裕度が非常に大きい。したがって
、この材料を用いた超電導コイルの場合は、コイルを冷
媒中に直接浸漬せずとも、コイルをそのＴｃ以下付近の
温度に容易に保つことができ、この間接冷却法によって
、コイル構成を極めて小型化できる。

間接冷却では、超電導コイルと冷媒の間に、熱伝導率の
高い物質を介在させることが必要であり。

このような物質として前述のＡＱＮが好適である。

ＡＱＮパイプの外側を、フレオン、水、液体窒素などの
ような冷媒が通過する構造にしておき、このパイプの内
表面に超電導セラミックのコイルを形成すれば、コイル
を効率良く所望の温度に冷却することができると共に、
コイルを含めた装置全体の構造の小型化、単純化が図れ
る。

また、高い熱伝導率のパイプを介して超電導コイルを効
率良く冷却するには、このパイプと超電導コイルとが密
着していることが必要であり、この目的を達成するため
に本発明においては、パイプの内表面に、超電導セラミ
ックスを主成分とするペーストをコイル状に形成する。

形成されたコイルは、このままの状態では超電導特性を
示さないが、これを９００’Ｃ付近で加熱処理すると超
電導特性を持つようになる。

以上のように本発明によれば、超電導コイルと冷却系と
を一体止、小型化、単純化できるので、超電導コイルを
工業化する上での効率が非常に大きい。

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

〔実施例〕

実施例１゜ 第１図は、本発明による超電導コイルの構造を模式的に
示したものである。外径３０＋ｎｍ、内径２６ｍｍ、長
さ４０＋ｎｍ、熱伝導率１４０ｗ／ｍ−にの窒化アルミ
ニウム（ＡＱＮ）製パイプ１の内表面２に超電導コイル
が形成された構造である。

まず、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系の超電導セラミックスの粉
末を、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）のような有機バ
インダーと、溶媒となる水とを、それぞれ１００：３：
８０の割合で秤量し、ボールミルにて充分混合してペー
スト化する。次にこのペーストをＡＱＮパイプ１の内表
面２に、吹き付は法などによって１ｍｍの厚さに塗布す
る。続いてこのペーストの塗布されたパイプを乾燥器中
に入れ、１００℃、２時間、空気中で乾燥処理する。

この処理によってＡｕＮパイプ１の内表面の塗膜は、有
機バインダーの作用によってＡｆｌＮパイプと接着する
と同時に、塗膜も硬化して機械加工などができる程度の
強度になる。

このようにして内表面に超電導セラミックスの塗膜の形
成されたＡＱＮパイプを機械旋盤に装着し、細い中ぐリ
バイとを用いてパイプ内面の塗膜面のみを螺旋状に削る
。このとき、切削バイトの送りを１．５ｍｍ／回転、切
り込み幅０．５ｍｍ、切り込み深さを１．０ｍｍとする
と、厚さ１．０ｍｍ、幅１．０ｍｍの断面形状をもつ螺
旋体がＡＱＮパイプの内表面に形成される。

次に、上記試料を電気炉内にセットし、９５０℃、１５
時間、空気中で加熱して、前記螺旋状塗膜を焼結してセ
ラミック化させる。この加熱処理において、パイプ内表
面の塗膜は焼結収縮を起すので、得られた超電導セラミ
ック螺旋体は、高さ０．８５ｍｍ、幅０．９ｍｍの断面
となる。

以上のようにして作られた超電導セラミックコイルは、
ＡΩＮパイプの外表面を水冷することにより、パイプ内
面のコイルを効果的に冷却することができる。また、パ
イプの内部に水を通すことなくコイルを冷却できるので
、コイル内部に設置される素子も化学的に安定に保たれ
る。また、ＡΩＮパイプの外表面に通常の水冷筒を取り
つければ、ＡＱＮパイプを容易に冷却できるので、小型
化、低コスト化などのメリットも大きい。

実施例２゜ 実施例１と同材質、同寸法の高熱伝導性ＡＱＮパイプの
内表面に、実施例１と同様、Ｙ２Ｏ３゜ＢａＣＯ２，Ｃ
ｕ２Ｑなどから成る超電導セラミック混合体のペースト
を塗布し、これを乾燥後６００℃、１時間、空気中で加
熱し、超電導セラミックペーストのみを仮り焼きした。

この処理によって超電導セラミックペーストは充分な強
度を持つようになり、後工程でのハンドリングや機械加
工にも耐える強さになる。

このようにして作製したＡＱＮパイプ内の超電導セラミ
ック仮焼体を、実施例１と同様の中ぐリバイトを用いて
螺旋状に切削し、超電導螺旋体を得た。なお、切削工具
としては超硬合金製のものを使用し、仮焼体切削時の工
具の摩耗をなるべく減らせるようにした。得られた仮焼
螺旋体を９６０℃、１０時間、空気中で加熱し、超電導
仮焼螺旋体を緻密化焼結した。この超電導セラミックの
超電導遷移温度は７５°にであった。

以上のようなＡｆｌＮパイプの内表面に形成された超電
導セラミックコイルを冷却するために、ＡＱＮパイプの
外側に液体窒素を通す構造することにより、ＡＱＮパイ
プ内のコイルを効率良く冷却することができた。

実施例３゜ 高純度のＡＱＮ粉末９９重量部と、Ｃａ○粉末１重量部
とを充分混合後、外径３５ｍｍ、内径３０ｍｌ１１．長
さ４０ｍｍのパイプ状に形成し、これを１２００℃で１
時間、Ｎ２中で加熱し、ＡＱＮの仮焼体を作製した。こ
のＡＱ、Ｎ仮焼体を機械旋盤に装着し、細い中ぐリバイ
トを用い、ＡＱＮ仮焼体の内面に幅１ｍｍ、深さ１ｍｍ
、ピッチ１．５ｍｍの螺旋状の溝を切り込んだ。次に、
この螺旋溝付きのＡｕＮ仮焼パイプを１８００℃、２時
間、Ｎ２中で加熱し、ＡＱＮを完全に緻密化焼結させた
。

このようにして作製した内面に螺旋溝の付いたＡＩＩＩ
Ｎパイプの溝の部分に、実施例１と同様のＹ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−〇系超電導セラミックペーストを充填させた。この
材料を大気中で乾燥後、電気炉内にセットして、９５０
’Ｃ，１５時間、空気中で加熱し、ＡＤ、Ｎパイプ内の
螺旋状超電導ペース１−を緻密化焼結させた。

以上のようにして、高熱伝導ＡＱＮパイプの内面に超電
導セラミックコイルを作製することができた。このコイ
ルはＡＱＮパイプの内面がら突出していないため、コイ
ル内容積を有効に活用することができると共に、ＡＱＮ
パイプとの接触面積も大きくなるので、冷却効率が高く
、小型の超′准導コイルとして最適である。

実施例４゜ 実施例１と同様の高熱伝導性ＡＱＮパイプの内面に、直
径１．５ｍｌ１１．ピッチ２ｍｍのＮｉ−Ｔｉ系の形状
記憶合金のコイルを内接するように設置させた。次に、
このパイプの内面に、実施例１と同様の超電導セラミッ
クペーストを塗布した。このときの塗布膜の厚さは１ｍ
ｍである。これを１００°Ｃで１５分間、空気中で加熱
すると、ＡＱＮパイプに内接されているＮｉ−Ｔｉ系形
状記憶合金は寸法変化を生じ、コイル直径が小さくなっ
て自助的にＡＱＮパイプの内面から剥れ、形状記憶合金
のコイルのみを、容易にＡＱＮパイプから取りはずすこ
とができる。したがって、ＡＱＮパイプの内面には、超
電導セラミックペーストにより形成された螺旋体が残る
ことになる。この試料を実施例１と同様の条件で処理す
ることにより、Ａ　Ｑ　Ｎパイプに内接した超電導セラ
ミックコイルを得た。

なお、超電導セラミックコイルへの入力は、第１図にお
いて、ＡＱＮパイプの両端に位置する端子部を通して行
う。

上述した実施例は円筒状のＡＱＮパイプを用いたが多角
形状のパイプ、あるいは円錐状にテーバをなしたパイプ
形状のものを用いることも容易に考えられ、同じ製造方
法が適用できる。

さらに上述の実施例はパイプの内表面に超電導材からな
るコイルを形成したが、パイプの外表面に同様の製造方
法でコイルを形成し、パイプの内側に冷媒を流すことも
可能である。

すなわち、本発明の特徴は、熱伝導率の良い、ＡＱＮパ
イプに高温超電導コイルを塗布して一体成形した点にあ
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、熱伝達率の非常に
大きいへ〇Ｎパイプの内面に超電導セラミックコイルを
密着して内接することができるので、超電導応用機器の
小型化、低価格化が可能であり、また、コイルの冷媒と
して水やフレオンガス、低温寒剤などを使用できる。さ
らに、常温付近の超電導セラミックの動作マージンを大
きくとることができるので、超電導応用機器の信頼性向
上、長寿命化などの効果も期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の超電導セラミックコイルの
模式図である。 １・・・窒化アルミニウム、２・・内表面、３・・・コ
イル、４・・端子部。 ７　：窒杖アルミニー１７へ ２　二　旧次町 ３　二　コδンレ ４：埼壬仰

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．絶縁性，高熱伝導性の窒化アルミニウムパイプの表
   面に超電導セラミックスがコイル状に形成されているこ
   とを特徴とする超電導セラミックスコイル。
2. ２．窒化アルミニウムパイプの内面に所定形状の超電導
   セラミックの塗膜形成後、膜塗膜を焼結することを特徴
   とする超電導セラミックコイルの製造方法。
3. ３．特許請求の範囲第２項記載の方法において、上記所
   定形状の超電導セラミックの塗膜は、超電導セラミック
   の塗膜を均一に形成した後に切削加工することにより形
   成したことを特徴とする超電導セラミックコイルの製造
   方法。
4. ４．特許請求の範囲第２項記載の方法において、上記所
   定形状の超電導セラミックの塗膜を形成する工程は、窒
   化アルミニウムパイプの内面に形状記憶合金のコイルを
   内接させる工程と、該パイプ内に超電導セラミックの塗
   膜を形成する工程と、加熱によって形状記憶合金コイル
   を該パイプから取りはずす工程とからなることを特徴と
   する超電導セラミックコイルの製造方法。