JPH01196105A - 超電導酸化物ソレノイド及びその製造方法 - 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、超電導酸化物を導体とし、小型で強力な電磁
マグネッ１への製造を可能にする超電導酸化物ソレノイ
ド及びその製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来、超電導酸化物のソレノイドは以下のようにして製
造されていた。第３図は従来の製造方法を示す模式図で
ある。円筒状の巻き芯１はその外周面に絶縁層か被着さ
れている。そして、超電導を示す組成の酸化物の混合Ｔ
ｈ（例えは、Ｙ２Ｏ３；１／２モル、ＢａＯ；２モル、
ＣｕＯ；３モルの配合比で混合したもの）をペースト状
に混練し、このペースト状酸化物３をシリンダ２内に装
入する。次いて、この酸化物３をピストン４によりシリ
ンダ２の先端のノイズ５から巻き芯１の外周面上に押し
出す。そして、巻き芯１をその軸の周りに回転させつつ
ノズル５を巻き芯１の軸方向に移動させることにより、
ノズル５から押し出された酸化物３を巻き芯１の周面に
コイル状に形成する。

次いで、巻き芯１に巻回された酸化物３を巻き芯１と共
に酸化性雰囲気て約９００°０に数時間乃至数１０時間
加熱して焼成し、超電導性酸化物を生成させて超電導ソ
レノイドを製造する。このような方法により製造された
超電導ソレノイドは臨界電流密度か約１０００　Ａ　／
　ｅｒａである。

第４図は従来の他の製造方法を示す模式図である。銀製
バイブロ内に超電導酸化物の粉体７を封入し、この粉体
７を銀バイブロと共に引抜ダイス８により節線加工する
ことにより細線化し、この伸線加工後の線材９を絶縁層
が被着された巻き芯１に：Ｚオイル状巻回する。次いで
、この線材９を巻き芯１と共に酸化性雰囲気において約
９００℃の温度に数時間乃至数１０時間加熱して銀バイ
ブロ内の酸化物粉体７を焼成する。その後、銀バイブロ
を酸により溶解して超電導酸化物ソレノイドを得る。こ
のようにし°Ｃ製造された超電導ソレノイドは臨界電流
密度か約５０　ＯＡ　／　ｃｎ？である。

［発明か解決しようとする課題］ しかしながら、これらの従来方法はいずれも以下に示す
ような欠点を有する。先ず、第３図に示す方法の場合は
、円筒状の巻き芯１か焼成温度に加熱されると熱膨張し
ようとするのに対し、コイル状の酸化物３のペーストは
焼成中に緻密化して収縮する。このため、収縮しようと
するコイル状の酸化物ペーストは膨張しようとする巻き
芯１により引張力を受け、局所的に微細なりラックが発
生する。このようなりラックが発生すると、超電導パス
の数が著しく減少し、超電導特性か劣化したものとなる
。

また、第４図に示す方法の場合は、銀パイプ０が焼成温
度に加熱されると熱膨張しようとするのに対し、銀バイ
ブロの内部の酸化物圧粉体７は収縮しようとする。この
ため、同様に粉体７にクラックか発生して超電導特性が
劣化する。更に、銀バイブロ内の粉体７は圧縮成形され
た後コイル状に巻回されるのて、このコイル状に巻回す
るときに粉体７にクラックが発生してしまうこともある
。

更に、従来方法によりターン数を２倍にしようとすると
、コイルを２重に巻回する必要上、導体に絶縁処理を施
した後巻き込む必要かある。この場合に、第３図に示す
ように、ペースト状に押し出す場合は、１層目かペース
ト状て不安定であるため、２層目の押し出しには特別の
配慮が必要である。一方、第４図に示すように、金属シ
ールの場合は、絶縁処理のために導体径が太くなり、小
型のソレノイドを得ることか困難である。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
クラックがない緻密な組織を有し、臨界電流密度か高い
と共に、容易にターン数を倍増することかできる超電導
酸化物のソレノイド及びその製造方法を提供することを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る超電導酸化物ソレノイドは、窒化珪素製円
筒部材の内周面及び外周面に形成された螺旋状の溝と、
前記円筒部材の一端部にて円筒部材の厚さ方向に貫通し
内周面の溝と外周面の溝とを連結する貫通孔と、前記内
周面の講及び外周面の溝内に配置され前記貫通孔を介し
て接続された超電導酸化物のコイルとを有することを特
徴とする。

本発明に係る超電導酸化物ソレノイドの製造方法は、そ
の内周面及び外周面に螺旋状の講を刻設しその一端部に
て厚さ方向に貫通して前記内周面溝と外周面溝とを連結
する貫通孔を設けた窒化珪素製円筒部材を超電導酸化物
組成の融液中に浸漬し、前記螺旋溝及び貫通孔中で前記
融液を凝固させた後、前記螺旋溝及び貫通孔以外に付着
した凝固物を除去し、次いで前記螺旋溝及び貫通孔内の
凝固物を熱処理することによって超電導性酸化物を生成
させることを特徴とする。

［作用］ 本発明に係る超電導酸化物ソレノイドにおいては、優れ
た電気絶縁性及び耐熱衝撃性を有する窒化珪素製円筒部
材の内周面及び外周面に螺旋状の溝を形成し、この溝内
に夫々超電導酸化物のコイルを配置し、前記円筒部材の
一端部に設けた貫通孔を介して両コイルを電気的に接続
する。従って、本発明によれば、格別の絶縁処理をイ」
加すること＝６− なくターン数を２倍にすることができる。

また、本発明方法においては、内周面及び外周面に螺旋
状の溝を刻設すると共に、この１対の溝を連結する貫通
孔を設けた窒化珪素製円筒部材を超電導酸化物組成の融
液中に浸漬する。そうすると、前記螺旋講中で前記融液
が凝固する。そこで、この円筒部材を前記融液から引き
上げ、前記螺旋溝及び貫通孔内以外に付着した凝固物を
除去すると、螺旋溝内に前記融液の凝固物かコイル状に
残存する。次いで、このコイル状凝固物を熱処理して超
電導性酸化物を生成させることにより、ターン数密度か
倍増された超電導酸化物のソレノイドか製造される。こ
のように、本発明においては、溶融凝固法によりソレノ
イドが成形されるので、従来のように、ソレノイドにク
ラック等が発生することはなく、優れた超電導特性が得
られる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。第１図は本発明の実施例に係る超電導酸化物ソ
レノイドを示す断面図、第２図は円筒部材の厚さ方向の
断面図である。円筒状をなす窒化珪素製円筒部材１１の
内周面及び外周面には夫々内周面側溝１２及び外周面側
溝１３か螺旋状に刻設されている。そして、円筒部材１
１の長手方向の一端部には内周面側溝１２と外周面溝１
３とを連結する貫通孔１４が厚さ方向に挿通して設げら
れている。

内周面側溝１２、外周面側溝１３及び貫通孔］４には超
電導酸化物が線状に埋め込まれており、これにより夫々
超電導酸化物の内周面側コイル１５、外周面側コイル１
６及び連結線１７か円筒部材１１の内周面及び外周面に
配置される。

このように構成された超電導酸化物ソレノイドにおいて
は、円筒部材１１の他端部におりる内周面側コイル１５
及び外周面側コイル１６の夫々端部１８，１９を介して
給電することにより、所定の臨界温度以下の温度におい
て超電導酸化物を導体とするソレノイドとして作用する
。この場合に、各コイル１５．１６の導体は電気絶縁性
の窒化珪素製円筒部材１１に形成された溝１２．１３内
に埋め込まれているから、相互間に十分な絶縁性が確保
されている。また、溝により絶縁するからコイルのピッ
チを従来に比して小さくすることかできる。更に、コイ
ル１５，１．６は貫通孔１４内に埋め込まれた連結線１
７により電気的に接続されているから、従来のように超
電導線か１周面上に巻回された場合に比して、線のピッ
チを小さくすることなく容易にターン数を２倍にするこ
とができる。

次に、上述の超電導酸化物ソレノイドの製造方法につい
て説明する６るつぼ内に超電導酸化物組成の融液を貯留
し、例えは１３００℃の温度に加熱保持する。そして、
このるつぼ内の融液中に、溝１２．１３を形成し、貫通
孔１４を設けた窒化珪素製円筒部材１１を浸漬する。

そうすると、この講１２，１３及び貫通孔１４内を含め
て円筒部４シ１１の内周面及び外周面に融液の凝固物か
層状に付着する。その後、円筒部材１１を融液中から引
き上げ、円筒部材−１１の螺旋溝１２．１．３及び貫通
孔１４以外の部分に付着した不要の凝固物を、化学溶解
するか、又は砥石により徐々に研削することにより除去
して、第１図に示すように、円筒部材１１の溝１２，１
．３及び貫通孔１４内にのみ酸化物の凝固物を残存させ
る。

これにより、超電導組成のコイル状の酸化物が円筒部材
１１の内周面及び外周面に形成される。

その後、この酸化物を円筒部材１１と共に、例えば、酸
化性雰囲気で９３０°Ｃに数時間乃至数１０時間加熱し
て熱処理することにより、酸化物を焼成して超電導酸化
物コイルを生成する。これにより、電気的絶縁体の窒化
珪素製円筒部１’Ｊ’　１１を巻き芯とする超電導酸化
物のソレノイドか製造される。

本実施例においては、円筒部材１１が窒化珪素で構成さ
れているので、この円筒部材１１は、るつぼ内の融液中
に浸漬して室温から１３００°Ｃまでの急激な温度変化
を与えても熱衝撃により破損することはない。また、こ
の窒化珪素は酸化物の融液と反応して、界面（円筒部材
］１の溝内面と酸化物凝固物との間）に、熱膨張係数の
若干の相違を吸収する緩衝層を生成する。このＭ部層に
より、融液か凝固し、凝固物か室温まで降温する過程で
酸化物の凝固物に亀裂が発生することが抑制される。ま
た、この緩衝層により、後工程の熱処理においても、酸
化物に対するクラックの発生が抑制される。

次に、本発明方法により実際に超電導酸化物のソレノイ
ドを製造した結果について説明する。

Ｙ２Ｏ３を１／２モル、ＢａＯを２モル、ＣｕＯを３モ
ルの比率で配合して混合した酸化物を、アルミするつぼ
中で１３００°Ｃまで加熱して溶融させ、この温度に保
持した。そして、長さが６０順、外径か３０ｍｍ、内径
が２４ｍｍの窒化珪素製円筒部材の内周面及び外周面に
溝断面積が１−の半円状螺旋ｉｊ＾を夫々２０ターン刻
設し、更に円筒部材の一方の端部に直径が１．６＋ｎｍ
の貫通孔を設けて両螺旋溝を連結した。そして、この円
筒部材を前記アルミするつぼ内の融液中に浸漬し、取出
した後、凝固物を５Ｎ（規定）の硝酸により徐々に表層
から溶かしていき、最終的に螺旋溝にのみ凝固物を残存
させた。その後、１００ｍ、０７分の酸素ガス気流中で
９３０°Ｃに３０時間加熱して熱処理したところ、この
コイル状酸化物は５０Ａの電流を流しても超電導状態を
示した。

また、直径か２０　ｍａｎの軟鋼製の鉄芯の周面に絶縁
処理を施した後、この鉄芯を前記円筒部材の内側に挿入
して電磁石としたものは、円筒部材の外周面にのみ２０
ターンの超電導コイルを配置したものに比して、２倍の
磁力を有した。

更に、化学溶解除去によらず、メチルアルコールを冷却
剤にしてＯ，１ｍ／分の低速で移動する砥粒がついたエ
ンドレスベルトにより砥削しても、同様の特性を有する
ソレノイドか得られた。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る超電導酸化物コイルは
、その内周面及び外周面に螺旋溝を刻設すると共に、両
溝を連結する貫通孔を設けた窒化珪素製円筒部材を巻き
芯として、超電導酸化物コイルを溝及び゛貫通孔内に配
置するから、超電導導体自体に格別絶縁処理を施すこと
なく、また外形寸法を大きくすることなくターン数を容
易に２倍にすることができる。

また、本発明に係る超電導酸化物ソレノイドの製造方法
においては、予め螺旋溝を刻設した窒化珪素製円筒部材
を使用し、この螺旋溝内に超電導酸化物組成の融液を凝
固させるので、得られたツレ、ノイドは粉体のようにポ
ーラスではない緻密な組織となり、臨界電流密度が上昇
する。また、窒化珪素製円筒部材は融液中への浸漬時に
若干酸化物融液と反応し、その界面に熱膨張差の若干の
相違を吸収する緩衝層が生成されるので、融液が凝固し
、更に室温まで降温する過程で、酸化物凝固物にクラッ
クが発生することかない。また、その後の熱処理におい
ても、緩衝層によるクラック防止効果が発揮される。結
果として、得られたソレノイドの臨界電流密度か上昇す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る超電導酸化物コイルを示
す側面図、第２図は円筒部材に設けられた貫通孔の近傍
を示す断面図、第３図及び第４図は従来方法を示す模式
図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）窒化珪素製円筒部材の内周面及び外周面に形成さ
   れた螺旋状の溝と、前記円筒部材の一端部にて円筒部材
   の厚さ方向に貫通し内周面の溝と外周面の溝とを連結す
   る貫通孔と、前記内周面の溝及び外周面の溝内に配置さ
   れ前記貫通孔を介して接続された超電導酸化物のコイル
   とを有することを特徴とする超電導酸化物ソレノイド。
2. （２）その内周面及び外周面に螺旋状の溝を刻設しその
   一端部にて厚さ方向に貫通して前記内周面溝と外周面溝
   とを連結する貫通孔を設けた窒化珪素製円筒部材を超電
   導酸化物組成の融液中に浸漬し、前記螺旋溝及び貫通孔
   中で前記融液を凝固させた後、前記螺旋溝及び貫通孔以
   外に付着した凝固物を除去し、次いで前記螺旋溝及び貫
   通孔内の凝固物を熱処理することによって超電導性酸化
   物を生成させることを特徴とする超電導酸化物ソレノイ
   ドの製造方法。