JPH01708A - 超電導セラミックコイルの作製方法 - 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、例えば超電導磁石を構成するための超電導
セラミックスからなるコイルを作製する方法に関する。

（従来の技術） 近年、超電導性を有するｆ！々の機能材料に間する研究
開発か進められている。

これら超電導材料として、例えば鉛（Ｐｂ）系、ニオブ
（Ｎｂ）系、バナジウム（Ｖ）系或いはその他、種々の
合金よりなるものが知られでいる。

これら超電導材料（以下、超電導合金と称する場合も有
る。）のうち、特に、Ｎｂ３Ｓｎ　、　Ｖ　３Ｇａ及び
Ｎｂ−Ｔｉといった材料は既に実用化されでおり、Ｎｂ
３Ｇｅ及びＮｂ５（ＡＱ　、　Ｇｅ）の実用化が進めら
れ、例えば電線のようにｌ！々の用途に供するための線
材とする加工技術も確立されている。

このような線形状を有する超電導合金の用途としで、例
えば当該材料をコイル状に加工し、このコイルに電流を
閉し込めて永久電流とし、強力な磁場を発生せしめる超
電導磁石として用いられでいる。この超電導磁石を用い
ることにより、ジュール熱によるエネルギー損失を解消
し、極めて高い効率で高磁場を発生せしめることが可能
である。

しかしながら、現在知られている超電導合金はいずれも
極低温においでのみ超電導性を示し、例えば、最も高い
超電導転移温度Ｔ。を有するＮｂ３Ｇｅでも２３．２Ｋ
　（絶対温度）である。これかため、上述した超電導合
金によっで超電Ｓ磁石を構成する場合には、液体ヘリウ
ム（４，２Ｋ）或いは液体水素（２０，３に）といった
寒剤を断熱密封するためのクライオスタットを用いる必
要が有る。

近年、このように大規模な断熱製ｆｆ１ｌ用いることな
く、比較的高い温度環境下で超電導性を発揮する材料の
開発か進められ、種々の元素を混合焼成しで形成される
超電導セラミックスか５主目されている。

これら超電導セラミックスは上述した超電導合金よりも
遥かに高いＴ。を有し、例えば文献工：’２ｅｉｔｓｃ
ｈｒｉｆｔ　　ｆｉｉｒ　　Ｐｈｙｓｉｋ　　Ｂ−Ｃｏ
ｎｄｅｎｓｅｄ　　Ｍａｔｔｅｒ］（Ｖｏｌ、６４．Ｎ
ｏ、２．　ｐ１８９〜１９３．１９８６）に開示される
８ａ−Ｌａ−Ｃｕ−０系セラミツクス（Ｔｃ　＝３０Ｋ
）　％始めとし、Ｌａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系セラミツクス
（Ｔｃ−４０〜７０Ｋ　）　、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系セ
ラミツクス（Ｔ　ｃ　＝　９Ｏ−２３０Ｋ）及びその他
、優れた超電導セラミックスか発表されている。

上述した超電導セラミックスは、例えば液体窒素（７７
Ｋ）のように、比較的取扱いか容易な寒剤中で超電導゛
ｉを示すことを可能とするものであり、ざらに広範囲の
用途に超電導性を利用するため、例えば室温程度のＴ。

を有する超電導材料の実現が期待されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、−船釣にセラミックスは合金に比べて可
塑性に乏しく、例えば線材のように加工することか難し
い。さらに、従来のセラミックスは殆どか絶縁材料であ
り、コイル状に加工する必要か無かった。これかため、
超電導磁石に用いるためのコイルとして超電導セラミッ
クスを加工成形する技術か確立されていないという問題
点か有った。

この発明の目的は、上述した従来の問題点に鑑み、簡単
かつ容易に、コイル状にセラミックスを加工し、以って
、優れた超電導セラミックコイルを提供することに有る
。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この出願の第１発明である
超電導セラミックコイルの作製方法（こよれば、 例えば線状、帯状またはその他ヒモ状の芯材を間欠的ま
たは連続的に移動させながら上述の芯材に向けて超電導
セラミックス材料の粒子を飛ばして当該芯材に被着させ
、上述の粒子が被着した芯材の部分を、ｎ欠的または連
続的に巻き取ってコイル状に形成する ことを特徴としでいる。

また、この出願の第２発明である超電導セラミックコイ
ルの作製方法によれば、 予めコイル状に成形した芯材に向けて超電導セラミック
ス材料の粒子を飛ばし、当該コイル状の芯材に被着させ
る ことを特徴としている。

ここで述べた超電導セラミックス材料とは、焼結後に超
電導性を示すセラミックス材料を包括的に表わすもので
あり、上述の被着に当って焼結しでいる状態か否かを表
わすものではない。

（作用） この発明の超電導セラミックコイルの作製方法では、例
えば金属またはその他、可塑性を有する好適材料を用い
て芯材を構成する。

この出願の第１発明である作製方法では、上述の芯材に
対して、焼結後または焼結前の超電導セラミックス材料
を被着せしめ、然る後、当該被着俊の芯材をコイル状に
成形し、超電導セラミックコイルを得る構成となってい
る。

また、この出願の第２発明である作製方法では、予めコ
イル状に成形した芯材に、上述した超電導セラミックス
材料を被着せしめ、超電導セラミックコイルを得る構成
となっている。

これかため、上述した、この発明の作製方法によって、
脆い性質を有ザるセラミックスを、実質的に螺旋状のコ
イルとして簡単かつ容易に加工することができる。

（実施例） 以下、図面を参照しで、この発明の超電導セラミックコ
イルの作製方法の実施例につき説明する。尚、図面は、
この発明を理解し得る程度に概略的に示しであるに過ぎ
ず、この発明は図示例にのみ限定されるものではない。

また、以下の説明においては、この出願の第１発明であ
る超電導セラミックコイルの作製方法を第１実施例、第
２発明である作製方法についでは第２実施例としで説明
することとする。

亀よ叉箱ｋ ます始めに、図面を参照しで、この出願の第１発明であ
る超電導セラミックコイルの作製方法につき説明する。

第１図（Ａ）及び（８）は、この作製方法を説明するた
め、当該方法を実施するための装置構成の一例によって
示す概略的な説明図である。

これら図のうち、第１図（Ａ）は、当該装置の正面図、
第１図ＣＢ）は、第１図（Ａ）中、矢印ｐで示す方向か
ら見た概略的な平面図である。

図中、１１は例えば銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、炭素繊
維またはその他の任意好適な材料からなるヒモ状の芯材
、１３は超電導セラミックス材料、１５は芯材１１に超
電導セラミックス材料１３を被着せしめた少にコイル状
に成形された超電導セラミックコイル、１７は芯材１１
を供給するための供給ローラ、１９は超電導セラミック
ス材料が被着した芯材１１を巻き取るための巻取ローラ
、２Ｉは超電導セラミックス材料を粒子としで飛ばして
芯材１１に被着させるための被着装置、２３は被着装置
２１の仕様に合わせた被着槽である。

ます、第１図（Ａ）ｔ−を照しで、この実施例の被着工
程につき説明する。この図からも理解できるように、例
えば銅よりなる芯材１１ヲ供袷ローラ１７に巻き付けた
状態で、任意好適な方法により、当該芯材１１の一方の
端部を巻取ローラ１９に固定する。然る後、上述した、
芯材１１ヲ巻き付けた供給ローラ１７と巻取ローラ１９
とを被着槽２３内に配設した状態で当該被着槽２３を外
気と隔結する。

続いて、被着槽２３内に具えられた被着装Ｍ２１の作動
条件（後述）に応しで、当該被着槽２３内に真空引き、
または真空引きした後の任意好適なガスの導入を行なう
。

次に、被着槽２３内で、供給ローラ１７と巻取ローラ１
９とか芯材１１によって繋げられた状態で、当該ローラ
１７と１９とを、第１図（Ａ）中、矢印ａで示す方向に
連続的または間欠的に回転させる。

このローラ１７及び１９の回転に伴なう、連続的または
間欠的な芯材１１の移動と同時に、同図中、矢印すで示
す、超電導セラミック材料の粒子を被着装置２１から飛
ばし、供給ローラ１７と巻取ローラ１９との間の部分の
芯材１１の表面に、設計（こ応した所望の膜厚で被着せ
しめる。但し、同図中、被着装置２１の構成についでは
省略しで示す。

以下、この発明の実施例の成形工程につき第１図（８）
を参照して説明する。

上述した芯材１１に対する被着を行なうための移動を行
なう際に、供給ローラ１７から送り出される芯材１１に
対して、巻取ローラ１９で巻き取られる超電導セラミッ
クス材料１３か被着した芯材１１の位Ｍを第１図（Ｂ）
中に矢印Ｃで示すように相対的、かつ連続的または間欠
的にずらしで巻き取る。この矢印Ｃて示すようにローラ
をずらしで巻き取ることにより、コイル状（螺旋状）に
成形された芯材１１が超電導セラミックス材料１３を被
着せしめられた状態で、巻取ローラ１９に超電導セラミ
ックコイル１５としで得られる。

また、上述した作製方法を実施する際の被着装Ｍ２１は
、例えば従来周知の対向ターゲットスパッタ装置、高周
波マグネトロンスパッタ装百ヲ始めとする種々のスパッ
タ装置、真空蒸着装置、電子ビーム蒸着装置を始めとす
る種々の蒸着装置、またはその他の被着装置として行な
うのが好適である。これに伴ない、被着装置２１が真空
系を利用した被着装置である場合には、前述した通り、
真空引きを行なった後、例えばアルゴン−酸素（Ａｒ−
０２）のようなスバ・ンタガスまたはその他の被着装置
に応した雰囲気として被＠を行なう。

まπ、この発明の作製方法は、上述の被着装ゴによって
のみ実施するものではなく、例えば文献Ｉ１１：ｒ日経
ニューマテリアルＪ　　（Ｎｏ、２４．ｐ　２１−３５
゜１９８７年３月９日発行）に開示される、プラズマプ
ロセスを利用した溶射装７を用いでも良い。

以下、この実施例の被着源として用いた超電導セラミッ
クス材料につき説明する。

上述した実施例では、超電導セラミックス材料の一例と
しで、例えば文献１１：’″Ｊａｐａｎｅｓｅ　Ｊｏｕ
ｒｎａｌＯｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　（ジ
ャパニーズ　ジャーナルオブ　アフライト　フィジック
ス）Ｊ（ＶＯｌ、２６．　Ｎｏ。

５　、　ｐＬ７５４−７５６（１９８７年５月））に開
示されでいる、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系の励電導セラミッ
クス材料を用いた。

ます始めに、原材料の組成がＹ　Ｂａ２Ｃｕ３０６．５
となるように、酸化イツトリウム（’／２０３）、炭酸
バリウム（ＢａＣ０３）及び酸化銅（Ｃｕｂ）を秤量し
、然る復、これら材料が均一となるように、従来同様の
方法により′混合する。

次に、これら秤量・混合後の材料を、空気雰囲気中、９
００℃の温度で５時間に亙って仮焼する。

然る少、この仮焼物を粉砕し、例えばポリビニルアルコ
ール或いはその他、任意好適なバインダを加え、前述し
た被着装Ｍ２１の仕様に合わせで、スパッタ装置に用い
るためのターゲット、蒸着装置に用いるための蒸着源と
しで、設計に応した所望の形状に加圧成形する。この加
圧成形後の仮焼物を空気雰囲気中、９５０℃の温度で１
０時間に亙って焼結することにより、焼結後の超電導セ
ラミックス材料からなる被着源とした。

また、前述の溶射装＝、蒸着装置またはその他、被着を
行なうに当っで被着源を高熱に晒し、当該被着源の溶融
を伴なう装置によって実施する場合には、必すしも被着
源が焼結されている必要はなく、被着源を構成する超電
導セラミックス材料か焼結前の仮焼物として実施するこ
ともできる。この場合には、超電導セラミックス材料の
特性に応しで、任意好適な温度及び雰囲気中で芯材１１
に被着した状態の超電導セラミックス材料１３（超電導
セラミックコイル１５）ヲアニールしても良い。

里λｊ１１例 次に、この出願の第２発明に係る第２実施例につき、図
面ヲ参照して説明する。

第２図（Ａ）及び（Ｂ）は、第１図（Ａ）及び（Ｂ）と
同様に、この作製方法を説明するため、当該方法を実施
するための装置構成の一例によって示−［略的な説明図
である。これら図のうち、第２図（Ａ）は、当該装置の
正面図、第２図（Ｂ）は、第２図（Ａ）中、矢印ｑで示
す方向から見た場合の装置構成の一部分を概略的に示す
側面図である。図中、第１図で既に説明した構成成分と
同一の機能を有する構成成分については同一の符号を付
しで示し、詳細な説明は省略する。

この第２実施例では、第２図（Ａ）に示すように、前述
の材料からなる芯材を予めコイル状に成形（以下、この
コイル状に成形した芯材を芯材２５としで示す。）し、
当該芯材２５の両端を治具２７によって被着槽２３内に
固定する。

このように固定した芯材２５は、例えば第２図（８）中
矢印ｄで示す方向に、上述の治具２７を回転させること
により、被着装置２１に対して相対的に回転せしめられ
る。

上述の回転を行なうと同時に、第１実施例で既に説明し
たように、矢印すで示す超電導セラミック材料の粒子を
被着装置２１から飛ばし、芯材２５の表面に、設計に応
した所望の膜厚で被着せしめることにより、超電導セラ
ミックコイル２９か得られる。

また、上述した被着装置２１は、第］実施例と同様に、
スパッタ装置、蒸着装置成いは溶射装置のうちのいずれ
の装置であっても良く、ざらに、被着源となる超電導セ
ラミックス材料は、前述と同様（こ、焼結前及び焼結後
の、いずれの状態の超電導セラミックス材料で有っても
良い。

ざらに、芯材２５の回転方向は、図示例に限定されるも
のではなく、図示方向とは逆の回転方向、または回転方
向を変えなから被若しでも良い。

以上、この発明の超電導セラミックコイルの作製方法に
係る第１及び第２実施例につき説明したか、この発明は
上述の実施例にのみ限定されるものではない。

例えば、コイルを構成する超電導セラミックス材料とし
で、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系のセラミックスを例示しで説
明したか、前述のＬａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系、またはその
他任意好適なセラミ・ンクスとして、この発明の作製方
法を実施し得ること明らかである。

また、以上述べた超電導セラミックコイルは、例えば第
２実施例で説明した矢印ｄで示すような回転により、芯
材の周囲か超電導セラミックス材料によって一様に被で
された状態として作製されるのか望ましい。しかしなが
ら、これに限定されるものではなく、少なくとも、超電
導セラミックコイルを構成する超電導セラミックス材料
が、当該コイルの一方の端部側から他方の端部側に亙っ
て連続的に被着しでいれば、当該コイルの表面に、芯材
の一部分か露出した状態であっても良い。

これら材料条件、コイルの形状、被着条件及びその他の
条件は、この発明の目的の範囲内て、設計に応じで、任
意好適な変更及び変形を行ない得ること明らかである。

（発明の効果） 上述した説明からも明らかなように、この出、頭の第１
発明である超電導セラミックコイルの作製方法によれば
、芯材に対して、焼結後または焼結前の超電導セラミッ
クス材料を当該材料の粒子とじで被着せしめ、然る後、
被着後の芯材をコイル状に成形し、埒電導セラミックコ
イルを得る構成となっている。

また、この出願の第２発明である作製方法では、予めコ
イル状に成形した芯材に、上述した超電導セラミックス
材料を粒子として被着せしめ、超電導セラミックコイル
を得る構成となっている。

これがため、脆いｆｆ質を有するセラミックスでも、簡
単かつ容易に、超電導セラミックスのコイルを得ること
かできる。

従って、高い超電導転移温度を有する超電導セラミック
ス材料を用いで、強い磁界を発生し得る、優れた超電導
セラミックコイルを提供することか可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）及び（Ｂ）は、この出願の第１発明に係る
第１実施例の説明図、 第２図（Ａ）及び（８）は、この出願の第２発明に係る
第２実施例の説明図である。 １１・・・・芯材、１３・・・・超電導セラミックス材
料１５、２９・・・・超電導セラミックコイル１７・・
・・供給ローラ、１９・・・・巻取ローラ２１・・・・
被着装置、２３・・・・被着槽２５・・・・芯材（コイ
ル状）、２７・・・・治具ａ・・・・ローラの回転方向 ｂ・・・・超電導セラミックス材料の粒子Ｃ・・・・ロ
ーラの移動方向 ｄ・・・・芯材２５の回転方向。 く ／％ ロコ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ヒモ状の芯材を間欠的または連続的に移動させな
   から、前記芯材に向けて超電導セラミックス材料の粒子
   を飛ばして前記芯材に被着させ、前記粒子が被着した芯
   材の部分を間欠的または連続的に巻き取ってコイル状に
   形成する ことを特徴とする超電導セラミックコイルの作製方法。
2. （２）コイル状の芯材に向けて超電導セラミックス材料
   の粒子を飛ばし、前記芯材に被着させることを特徴とす
   る超電導セラミックコイルの作製方法。