JPH0353902A - 酸化物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］ 本発明は、例えば発電機に使われる強力磁界発生用コイ
ルの製造に応用されて好適な酸化物系超電導コイルの製
造方法に関する。

［従来の技術コ Ｌ　ｎ−Ｂ　ａ−Ｃ　ｕ−Ｏ　Ｘを始めとするＢｉ系、
Ｔ１系等の近年発見された比較的高温で超電導状態に遷
移する合金酸化物は、酸化物系高温超電導体と呼ばれ、
超電導遷移温度の高さから幅広い分野での応用が期待さ
れている。特に発電機やモータ等において強力な磁界を
発生させるためのコイルへの応用が注目されていて、こ
れらの材料の線材加工方７去やコイル成形方法が種々考
案されて実用化されつつある。

ところで、酸化物系高温超電導体は、結晶格子間の相互
移動を容易とする金属結合を持たず、Ｉｌｉ云８移動を
もって説明される塑性変形を期待できない、いわゆるセ
ラミックスの一種であって、きわめてもろい性質を持つ
から、一般の金属電線材料のような圧延や引抜き等の減
面加工による線材加工はもちろんのこと、線材をコイル
状に巻くことも殆ど不可能である。また、酸化物系高温
超電導体は、比較的不安定な結晶構造を有し、大気中の
酸素や水分により超電導遷移温度等の物性か容易に変化
するから、コイル表面を大気に対して密封する必要があ
る。

従って、酸化物系超電導コイルの製造方法としては、金
属シース法を応用して、微細な粉末状態の原料調整体を
金属製のパイプに詰め、このパイプもろとも最終的なコ
イル形状まで成形した後で熱処理して金属シース内の原
料調整体を焼結させる方法が一般的である。

また、この原料調整体としては、超電導体の各成分原料
を微粉末とし、これを適正な割合で調合して混合し、適
当な温度と雰囲気中で熱処理を加えて合金酸化物化して
、例えばＹ　Ｂ　，２ｃ　ｕ３０　７−６等の多結晶体
とし、これを再度粉砕して微粉末化したものが一般的で
ある。また、適正な割合で調合した各成分原料の混合体
を直接用いる場合もあるが、合金酸化物化にともなう体
積変化による成形物の破壊が発生するので一般的でない
。

金属シース法を応用した具体的な酸化物系超電導コイル
の製造方法としては、銀または銀合金のパイプに原料調
整体を詰めて複合体化し、この複合体を減面加工する線
材加工を行い、得られた線材を所定直径を有する円柱の
表面に巻付けて、そのまま熱処理する方法が知られてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ 金属シース法により酸化物系超電導コイルの製造を行う
場合、金属シース内の原料調整体は、減面加工やコイル
巻加工に応して直径方向および軸方向に円滑に移動して
金属シース内を隙間なく均一な密度で満たず必要がある
。しかし、粉体の流動性には限界があるため、上述した
円柱に線材を巻付ける酸化物系超電導コイルの製造方法
においては、巻付けによるコイル外側部分の伸びにより
金属シース内の原料調整体に微細な隙間（クラツク）を
生じる。これは、熱処理後の酸化物超電導体の実質断面
積を減少させてコイルの電流容量を損なわせるとともに
、応力集中点となってコイル強度を低下させる。

本発明は、高電流容量でばらつきの少ない超電導コイル
が得られ、コイル外側部分のクラツク発生も少ない酸化
物系超電導コイルの製造方法を提供する。

［課題を解決するための手段コ 本発明の請求項（１）に係る酸化物超電導コイルの製造
方法は、粉末状の原料調整体を金属シース内に装填した
複合体をコイル状に成形した後に熱処理を行う、金属シ
ース法による酸化物超電導コイルの製造方法において、 前記複合体を一対の外径の異なるロール間を通して、圧
延すると同時にコイル状に塑性変形させるロール圧延工
程を有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項（２）に係る酸化物超電導コイル
の製造方法は、本発明の請求項（１）に係る酸化物超電
導コイルの製造方法における一対のロルとして、 前記複合体がコイルピッチ方向にも同時に塑性変形され
るように、対向間隔を幅方向で異ならせた一対のロール
を用いることを特徴とするものである。

［作用］ 本発明の請求項（１）に係る酸化物超電導コイルの製造
方法では、例えば微粉末化により、流動性が高まるよう
に調整した原料調整体を金属シー゛ス内に装填して複合
体とする。

次に、この複合体を一対の外径の異なるロール間に通し
て、圧延と同時に曲げ加工を行いコイル形状にまで一気
に成形する。このとき、外径の小さなロール側での金属
シースの伸びは、外径の大きなロール側での伸びよりも
小さくなるからＪ複合体は外径の小さなロールの側に一
定の曲率で曲げられる。この曲率は、複合体の金属シー
スの形状や機械的性質に合せて各ロールの直径や対向間
隔を調整して制御する。また、一対の外径の異なるロー
ル間を通して複合体を曲げる過程では、複合体の金属シ
ース内の原料調整体は、コイル外側部分もコイル内側部
分と等しい圧延力で締められるから、従来例で述べた円
柱に線材を巻付ける方法と比較してクランクを生じにく
い。しかし、このロール圧延加工を行なう前に、適当な
減面加工（線材加工）を行い、金属シース内で原料調整
体をある程度均一に締めておくことは望ましい。

次に、金属シースとともにコイル状に成形された原判調
整体を焼結させて成形セラくツク化させるための熱処理
を行い、最終製品の酸化物超電導コイルを得る。一方、
原料調整体として各成分原料の混合体を直接用いた場合
はここで合金酸化物化か行われる。

次に、本発明の請求項（２）に係る酸化物超電導コイル
の製造方法における一対のロールの対向間隔は、幅方向
で異なるくさび状となっていて、圧延された複合体がこ
の対向間隔の広い側に逃げるから、上述のようなコイル
直径方向の曲がりに加えてこれと直角なコイルピッチ方
向にも同時に塑性変形を生じ、成形されるコイルの各条
はコイルビッヂ方向に所定のピッチで自動的に整列する
。

ここで、コイルピッチ方向の塑性変形の量は、くさひ状
の対向間隔の開き具合に依存するから、対向間隔の傾き
角度（ロール軸交差角等）を調整してコイルピッチを調
節、制御できる。

［発明の実施例］ 本発明の実施例を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酸化物超電導コイルの
製造方法におけるコイル成形のためのロル圧延工程を示
す。

所定の各原料粉を混合し、仮焼威して得られたＹ　Ｂ　
ａ２ｃ　ｕ３０　７　Ｊ　多結晶体を粉砕して微粉末と
した超電導体の仮焼成粉６を金属シース（外径２０ｍｍ
、内径１５ｍｍの銀合金パイプを採用した）３に充填し
、これをスウェージング加工により外径５ｍｍの複合線
に伸線加工し、さらにロール圧延により厚さ０．５ｍｍ
までテープ状に圧延加工した。これを第１図に示される
、外径の異なる一対のロル（それぞれ外径が１００ｍｍ
と４　０　ｍｍ，対向間隔５が０．３ｍｍ）１、２を用
いたロール圧延加工により、厚さ０．３ｍｍまで圧延す
ると同時に渦巻コイル形状に成形した。ここで、成形さ
れた複合体４は直ちにガイト棒（直径５０ｍｍ）７に巻
取られる構成で、成形された複合体４をガイド棒７に５
層巻重ねた。次に、この渦巻コイル内の超電導体の仮焼
成粉６をセラよツク焼成するために、９ｏ０℃の酸化雰
囲気中で１０時間の熱処理を行い試験用コイルとした。

この試験用コイルを液体窒素中に浸漬して特性測定を行
ったところ、臨界電流密度ＪＣが３４００Ａ／ｃｍ２（
ＬＮ２０Ｇ）、またコイル電流１ｃ３０Ａにおける発生
磁場は２４０Ｇという結果を得た。

次に、同じ複合体（厚さ０．５ｍｍのテープ体）を別の
ローラ圧延装置により０．３ｍｍまで圧延した後、この
直線状のテープを別のガイト棒（直径５　０　ｍｍ）に
５層巻重ねて渦巻コイル形状に成形した。この渦巻コイ
ルについても同様に９００’Ｃの酸化雰囲気中て１ｏ時
間の熱処理を行い比較用コイルとした。

この比較用コイルを液体窒素中に浸漬して特性測定を行
ったところ、臨界電流密度Ｊ。が９８ＯＡ／Ｃｍ’（Ｌ
Ｎ２　０Ｇ）、またコイル電流１ｃ　９Ａにおける発生
磁場は７０Ｇという結果を得た。

また、Ｘ線透視観察の結果、この比較用コイル内部の酸
化物超電導体には多くの微細クラックが認められた。

第２図は、本発明の別の実施例に係る酸化物超電導コイ
ルの製造方法におけるコイル成形のためのロール圧延工
程を示す。ここで、第１図の実施例と同様な構成と機能
を有する部材には同一の符号を付した。

第２図の実施例では、′ｆ．１実施例の圧延ローラの出
口側にガイド治具８を設け、圧延された複合体を、コイ
ルピッチ方向に所定量シフトするように塑性変形させる
構成てある。これにより、例えば、第１図の実施例のよ
うに複合体３を圧延しても、渦巻状に成形された複合体
４ｂの各条は、重ならずにらせん状にガイドされて直線
ソレノイト状のコイルとなる。

第３図は、本発明のさらに別の実施例に係る酸化物超電
導コイルの製造方法におけるコイル成形のためのロール
圧延工程を示す。ここでも、第１図の実施例と同様な構
成と機能を有する部材には同一の符号を付した。

第３図の実施例では、対向する各ロール１ｂ、２の軸を
平行からずらせて（交差角度θ）、ロル１ｂ、２の対向
間隔５ｂをテーバ状とした。これにより、矢印９で示さ
れるように複合体を送って第１図の実施例と同様な圧延
を行っても、圧延された複合体は対向間隔５ｂの広い方
向に曲げを受けるから、コイルの各条は重ならずにらせ
ん状にガイドされて直線ソレノイド状のコイルが形成さ
れる。

第２図、第３図の実施例においては、ガイド治具８の位
置または各ロール１ｂ、２の交差角を調整して円筒コイ
ルのピッチを自由に、例えば各条が一部重なり合うよう
にでも設定できる。また、コイルの中心に巻枠（芯材）
を設置して一緒に回転させ、軸方向にこの巻枠を移動さ
せながら巻取るようにすれば、コイルピッチや直径の制
御はより厳密になる。この場合、各条間にスペーサを挿
入する等して後で絶縁層を形成できるような隙間を形成
すると良い。

以上の各実施例では薄板状の複合体３をコイル成形する
場合を述べたが、ロール１、１ｂ５２に１ １ 適当な形状のガイド溝を形成する等すれは、円、楕円、
多角形等自由に複合体の断面形状を選択できる。また、
酸化物超電導体層（仮焼成粉６）は単芯、多芯どちらで
もコイル威形が可能であり、酸化物超電導体層（仮焼成
粉６）原料、金属シス材料も自由に選択できる。ただし
、コイル成形以後のクラック発生を防止するため、本発
明に係るコイル成形は、金属シース塑性加工の最終成形
工程とするのが望ましい。

［発明の効果］ 本発明に係る酸化物超電導コイルの製造方法では、粉末
状の原料調整体を金属シース内に装填した複合体を、圧
延と同時にコイル成形した後で熱処理を行い原料調整体
を成形セラミックス化させるから、塑性のない酸化物系
超電導体でもコイル戒形が可能である。また、コイル表
面は金属シースにより大気から遮断されＪ酸化物系超電
導体に対する大気中の水分や酸素の影響が少ない。

本発明の請求項（１）に係る酸化物超電導コイルの製造
方法では、一対の外径の異なるロールじよ１ ２ り、シース内の原料調整体がコイル外側部分もコイル内
側部分と等しい圧延力で締められつつコイル成形される
から、従来例で述べた円柱に巻付ける方法と比較してク
ラックを生じにくい。

次に、本発明の請求項（２）に係る酸化物超電導コイル
の製造方法では、圧延と同時にコイルピッチ方向にも塑
性変形を生しるから、特別なガイドなしでもコイルの各
条は所定のピッチで自動的に整列する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の酸化物超電導コイルの製造方法の実
施例を説明する模式図である。 第２図は、本発明の酸化物超電導コイルの製造方法の、
別の実施例を説明する模式的な斜視図である。 第３図は、本発明の酸化物超電導コイルの製造方法の、
さらに別の実施例を説明する模式的な斜視図である。 ［主要部分の符号の説明］ ｌ・・・ロール　　　　　　２・・・ロール３・・・複
合体 ４・・・成形された複合体 ５・・・対向間隔 ６・・・仮焼成分粉

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）粉末状の原料調整体を金属シース内に装填した複
   合体をコイル状に成形した後に熱処理を行う酸化物超電
   導コイルの製造方法において、前記複合体を、一対の外
   径の異なるロール間に通して、圧延すると同時にコイル
   状に塑性変形させるロール圧延工程を有することを特徴
   とする酸化物超電導コイルの製造方法。
2. （２）前記複合体をコイルピッチ方向にも同時に塑性変
   形させるように、対向間隔が幅方向で異なる一対の前記
   ロールを用いることを特徴とする請求項（１）記載の酸
   化物超電導コイルの製造方法。