JPH0731053A

JPH0731053A - 磁束ジャンプ型限流器用部材およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0731053A
Application number: JP5166814A
Authority: JP
Inventors: Toshitada Onishi; 利只大西; Katsuyuki Kaiho; 勝之海保; Kazuhiro Kajikawa; 一弘柁川; Masamoto Tanaka; 将元田中; Misao Hashimoto; 操橋本; Katsuyoshi Miyamoto; 勝良宮本; Mitsuru Morita; 充森田; Hidekazu Tejima; 英一手嶋; Keiichi Kimura; 圭一木村; Kiyonori Takebayashi; 聖記竹林
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology; Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1993-07-06
Filing date: 1993-07-06
Publication date: 1995-01-31
Anticipated expiration: 2017-10-15
Also published as: JP3333276B2

Abstract

(57)【要約】【目的】液体窒素温度においても高い磁気シールド特
性を有する磁束ジャンプ型限流器用超電導部材。【構成】ＲＥ（Ｙを含む希土類元素およびそれらの組み
合わせ）、Ｂａ、Ｃｕからなり、ＲＥ₂ＢａＣｕＯ₅が
微細に分散した単結晶状のＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7- _x、か
つ円筒または両端に鍔を有する円筒状の磁束ジャンプ型
限流器用部材により、超電導磁気シールドを行なう。【効果】焼結法により作製された多結晶体である従来の
磁束ジャンプ型限流器部材に比べて、高いシールド特性
を発揮し、特に液体窒素温度においても限流動作を行う
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸化物高温超電導材料
を利用した磁束ジャンプ型超電導限流装置部材及びその
製造造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導体の電力機器への応用は、酸化物
超電導体が発見される以前より、従来の金属系超電導材
料において検討されてきた。なかでも電力用超電導機器
の有効な応用分野として、事故発生時に短絡電流を抑え
て遮断機の責務を軽減する事故時限流器（限流器）の開
発が望まれている。

【０００３】従来、金属系超電導材料を用いた限流器に
は限流素子型、整流型、リアクトル型のものが提案され
ている。しかしながら、金属系超電導体は常電導状態で
の電気抵抗値が低く、常電導抵抗を稼ぐため、ある程度
以上の長さを必要とし大型装置化せざるを得なかった。
また、運転コストの高い液体ヘリウム温度で使用する必
要があるため、断熱等のために装置が大型化し、また高
価になるという問題があり、実用化されるに到っていな
い。。

【０００４】そこで近年常電導状態での電気抵抗が高
く、コストの安い液体窒素で超電導状態を維持できる酸
化物超電導体を用いた限流器が検討されている。これに
加えて、最近においては、鉄心、誘導コイル、酸化物超
電導体で形成され円筒型ジャケットを組み合わせた、誘
導／抵抗複合式電流制限器（特開平２−１０５４０２号
公報：ヘルムートデルシュ）が提案されている。この
方法は構成が比較的簡単なため全体としてのシステムを
小型化出きる可能性がある。誘導／抵抗複合式電流制限
器においては、通電時に発生する誘導磁場を、マイスナ
ー効果（完全反磁性）により発生磁場をシールドする事
が基本原理となっている。

【０００５】図を用いて誘導／抵抗複合式電流制限器の
簡単な動作原理を説明する。図１に示す様に、構成要素
は３つの部品：通電誘導コイル１、高透磁率鉄心ヨーク
３、円筒型状の反応焼結法により作製された酸化物超電
導ジャケットシールド体２からなっている。この通電誘
導コイルには電流が流れ、通常の電流値においては、円
筒型ジャケットは超電導状態にあり、通電コイルが発生
する磁場を鉄心から完全にマイスナー効果によりシール
ドしている。従って、システム全体のインダクタンスは
低い。しかしながら短絡し、過大電流が通電コイルに流
れた場合、ジャケット部のシールド特性が破れ、システ
ムは通常のチョークコイルのように挙動して、短絡回路
を制限する。以上が誘導／抵抗複合式電流制限器の簡単
な動作原理である。しかしながらこの場合、動作原理は
マイスナー効果による磁気シールドであり、酸化物超電
導体を含む第二種超電導体では、マイスナー効果が破れ
た状態では、量子化磁束が超電導体内に入り込み、超電
導状態と常電導状態が混在する混合状態になっている。
この事からマイスナー状態が破れただけでは、磁場は超
電導体内に入り込むだけで、十分な限流効果は期待でき
ない。さらに、反応焼結法で作製された酸化物超電導ジ
ャケットは、多結晶体である。酸化物超電導材料は、一
般に良く知られているように結晶粒界が弱結合として作
用し、結晶粒界では磁束の出入りが容易であり、余り高
いシールド性がない。この事から焼成多結晶酸化物超電
導体を用いた、誘導／抵抗複合式電流制限器は実用化す
ることが困難のように思われる。

【０００６】これとは独立に第二種超電導体独特の原理
を応用した、超電導磁束スイッチング効果を応用した限
流器が提案されている［電総研：大西他、平成２年第４
３回春期低温工学・超電導学会予稿集Ｂ１−１４（１９
９０）、電総研：大西他、平成３年電気学会全国大会予
稿集９３８（１９９１）、］。動作原理は、超電導体内
に入り込んだ磁束が、短絡時において過大電流が流れる
ことにより発生した磁場が増加することにより、超電導
体内の磁束が高透磁率鉄心ヨークへジャンプする事を利
用するものである。この原理に基づき、金属超電導材料
を用いて、液体ヘリウム温度で動作することが、既に上
記参考文献内で報告されている。これは金属系超電導材
料のシールド特性が優れていること、およびある一定磁
場で磁束がジャンプ可能なピンニングサイト導入によ
る。ここでは、超電導磁束スイッチング効果を応用した
限流器を、その特徴から磁束ジャンプ型限流器とも呼ぶ
ことにする。既に開発されている金属超電導利用磁束ジ
ャンプ型限流器は、液体ヘリウムを利用するためシステ
ムとしては比較的大型化せざるを得なく、経済的メリッ
トは現段階では少ない。

【０００７】酸化物超電導体を磁束ジャンプ型電流制限
器に応用した場合、安価で比較的保冷システムが簡単な
液体窒素を活用できるため小型化することが可能であ
り、経済的な意味で実用化できる可能性が大きい。しか
しながら、酸化物超電導体の液体窒素温度におけるシー
ルド特性は材料製造方法に大きく依存する。通常の焼結
方法で作製された超電導材料は多結晶体であり、超電導
体全体を流れる超電導遮蔽電流を阻害する弱結合である
結晶粒界を含んでいる。そのため超電導粒間の臨界電流
密度は７７Ｋ、１Ｔの磁場下で数十Ａ／cm²と低いこと
が知られている。これは実用上要求される臨界電流密度
値（１０⁴〜１０⁶Ａ／cm²）に比べて著しく小さい。
これまで検討された結果からは、焼結体等多結晶体では
数十から数百ガウス程度の外部磁場しか磁場シールドで
きていない（"IEEE Transactions on magnetics" Vol.
25, No. 2, March 1989, p.2506-2510）。シールド体全
体を流れる遮蔽電流が小さく、そのため限流器に使われ
るような強磁場シールドには、酸化物超電導体を用いる
ことは不可能であるとされてきた。加えて、ある一定以
上磁場で超電導体内の磁束がジャンプする必要があり、
これは超電導体内のピンニングサイトを制御することに
より臨界電流密度値を制御しなければならない。このよ
うな制御は、従来の焼結法を用いた超電導材料では不可
能であった。

【０００８】上述したように酸化物超電導体を磁束ジャ
ンプ型電流制限器に活用するためには、特に大電力およ
び中電力応用の場合、シールド特性の優れた材料を用い
なければならない。そのため、酸化物超電導体を用いた
磁束ジャンプ型電流制限器は実現されるに至っていな
い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明者らは、
酸化物超電導体を磁束ジャンプ型限流器に組み込みかつ
動作可能とするためには、液体窒素温度で高いシールド
特性を有する円筒型形状の超電導部材を開発することが
重要であると認識し、実用上十分な超電導遮蔽電流をシ
ールド体全体に流せ、また臨界電流値を制御することに
より磁束ジャンプするシールド値を制御でき、それを容
易かつ安価に実施し得る方法を鋭意検討してきた。

【００１０】以上のことから、液体窒素温度において
０．３Ｔ以上のシールド特性を有し、磁束ジャンプ値を
制御できるように臨界電流密度値が制御でき、かつ磁束
ジャンプ型電流制限器に組み込めるような円筒型形状を
有する酸化物超電導部材、さらにはシールド効率を向上
させる為の鍔付き形状状のシールド部材を提供すること
を課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、臨界電流
密度特性およびシールド特性に優れた酸化物超電導材料
を開発するために、研究を鋭意推進してきた。特にＹＢ
ａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x系酸化物超電導材料を溶融法により製
造することにより、従来の焼結法に比較して２桁以上高
い臨界電流密度を有する材料を開発することに成功して
きた。その材料開発過程で培った技術を基本とし、円筒
状の片側に蓋がついた形状の前駆体を作製し、更に蓋の
付いた方から結晶を成長させることにより、上記課題を
解決できることを発見し、本発明を完成させた。

【００１２】即ち、磁束ジャンプ型超電導限流器用部材
として、超電導部材がＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x系（Ｒ
Ｅ：Ｙを含む希土類元素およびそれらの組み合わせ）お
びＲＥ₂ＢａＣｕＯ₅が微細に分散した超電導材料から
なり、磁場シールド限流性を向上させるため、中空超電
導材料部が単一結晶粒からなり、かつＲＥＢａ₂Ｃｕ₃
Ｏ_7-x中のＲＥ₂ＢａＣｕＯ₅の量を変えることにより
磁場シールド特性を変えることを特徴とするものであ
る。これまで我々の得た実験知見からは、仕込組成を変
化させることによりＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x中の微細均
一分散ＲＥ₂ＢａＯ₅の量は制御でき、ＲＥ₂ＢａＣｕ
Ｏ₅の量を変化せせることにより臨界電流度を制御でき
るという知見を得た。具体的にはＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ
_7-x中のＲＥ₂ＢａＣｕＯ₅の量が０％から４０％にな
るように仕込組成を変化させた場合、臨界電流密度は１
万Ａ／cm²から３万Ａ／cm²へ直線的に変化する。最も
簡単な臨界状態モデルによれば、最大磁場シールド特性
は臨界電流密度に比例する。よってＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ
_7-x中のＲＥ₂ＢａＣｕＯ₅の量を変化させることによ
りシールド特性を制御することが可能となる。

【００１３】また、磁束ジャンプ型限流器部材製造方法
として、ＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x超電導材料の原料粉を
混合し、片端穴開き円筒形状に成形した後、未開口上部
表面を半溶融状態時に、希土類を置換したＲＥ系種結晶
を用いた種付け法で結晶方位を揃えて成長させた後、結
晶成長開始部を含む上部表面を穴開け加工することによ
り中空円筒単一結晶粒状のシールド部材を作製すること
を特徴とするものである。

【００１４】さらには、磁束ジャンプ型超電導限流器に
おいて、中空シールド部材の両端に鍔状のシールド部材
形状を加工付加もしくは成形後の接合により付加し、漏
れ磁場によるロスを少なくすることを特徴とするもので
ある。

【００１５】上述した液体窒素温度で高いシールド特性
が得られる様に、高臨界電流密度を有し、更に結晶粒界
の少ない酸化物超電導体円筒型部材が作製できれば、限
流器として動作させるに必要なシールド特性が得られ
る。また結晶成長時に、中心部が既に空洞化しているた
め、後で孔空け加工することによりクラック等が導入さ
れる心配がない。そのためより高いシールド特性を得る
ことが出きる。

【００１６】

【作用】本発明においては、磁束ジャンプ型超電導限流
器部材として、ＲＥＢａ₂ＣｕＯ₅（２１１相）が微細
に分散した単一粒状ＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x（１２３
相）を用いる。ここで単一粒状と称するのは、本部材製
造方法は基本的に包晶反応であるため、全体としては単
結晶状になっていても内部に反応残りの微細な２１１相
を含むため、単一結晶粒状と表現する。この１２３相の
臨界温度は９０Ｋ以上であり、液体窒素温度では超電導
状態になるものであり、超電導相である１２３相に非超
電導相である２１１相が微細に分散したことにより高い
臨界電流密度が得られている。このような材料は、溶融
法、例えばＱＭＧ（ＱｅｎｃｈａｎｄＭｅｌｔＧ
ｒｏｗｔｈ）法および改良ＱＭＧ法を用いることで製造
することが出来る。（ＱＭＧ法：特願昭６３−１３７４
６４、特願昭６３−２６１６０７，改良ＱＭＧ法：特願
平４−５５２０３）

【００１７】ここで用いる基本組成は、ＲＥ₂Ｏ₃、Ｃ
ｕ酸化物、Ｂａ酸化物が、各々の金属元素比（ＲＥ：Ｂ
ａ：Ｃｕ）が原子パーセントで（１０：６０：３０）、
（１０：２０：７０）、（５０：２０：３０）の点で囲
まれる領域内の組成になるものとする。上記混合物に、
ＰｔまたはＲｈ粉末、あるいはＰｔまたはＲｈの化合物
を０．００１ｗｔ％から１．０ｗｔ％を添加し混練す
る。十分混練した混合紛を、円筒状の金型で加圧成形、
静水圧プレス処理した後、ボール盤等により中心部を片
方からもう片方に突きでない程度にくり貫き前駆体を作
製する。またくり貫き工程を省略することを可能とする
方法もある。図２に示すような金型４で加圧成形し、静
水圧プレス処理するか、酸化物超電導体の前駆体を作製
する。こうすることによりくり貫き工程が省略できる。
また同様に図３に示した様な金型５において、チューブ
状の軟らかいパイプ６に混合混練紛を導入し、中心部に
円柱状の棒を挿入し、静水圧プレス処理を行う。このよ
うな手法により、片側の閉じた円筒型形状の酸化物超電
導前駆体を作製する。

【００１８】次に、これら前駆体を炉に開口部を下にし
て設置し、部分溶融温度（希土類元素がＹの場合約１０
００℃）以上である１１００℃程度に加熱する。加熱
後、冷却速度：５℃／ｈで炉温を９００℃まで冷却し、
その際、１０３０℃で希土類サイトを置換した種結晶
（特願平２−４０２２０４、特願平２−２９９０２５）
を前駆体上部に安置し、前駆体全体が単一結晶粒となる
ように結晶成長させる。

【００１９】上述したような手法により、結晶方位の揃
った均一かつ結晶粒界の少ない酸化物超電導円筒型部材
の作製が達成される。これを磁束ジャンプ型限流器用部
材とするために種付け上部位を加工し、円筒上の部材を
作製する。これにより従来は結晶粒界における弱結合の
ため、液体窒素温度では数十ガウス程度のシールド特性
しか示せなかったものが、数千ガウス以上をシールドす
ることを可能となる。

【００２０】加えて出発材料を調整することによりＲＥ
Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x中のＲＥ₂ＢａＣｕＯ₅の量および
サイズを変え、限流器部材の臨界電流密度値を制御する
ことも可能になる。これは上記改良ＱＭＧ法中で述べた
白金添加および出発組成制御により臨界電流密度値が変
わることを限流器に適用するものである。従来は高い臨
界電流密度値を創出するために、これらの手法は用いら
れてきたが、逆に限流器の場合は任意の磁場値で磁束ジ
ャンプを起こさせるため２１１相を制御し、臨界電流密
度値を下げることに適用できる。

【００２１】さらに、磁束ジャンプ型限流器部材とし
て、円筒外部に巻かれたコイル状送電線からの漏れ磁場
による定常状態のインピーダンスを増加させない様にす
る為に超電導円筒形状両端に鍔状シールド体を付加する
ことにより、さらなる高シールド特性が得られる。この
鍔状シールド体は部分溶融する前の前駆体に加工処理し
て付加するか、円筒形状作製後に、同様の手法で作製し
た鍔状の部材を、希土類置換し融点を低下させたＲＥＢ
ａ₂Ｃｕ_7-xをソルダーとして鍔状部材と筒形状部材間
に挿入し、ソルダーの溶融温度以上部材の溶融温度以下
の温度まで加熱し接合しても、優れたシールド特性を有
する鍔付き部材を作製することが可能である。

【００２２】以上の円筒部材の断面形状は円形、多角形
さらに鍔状部材の形状は円形、多角形など自由である。

【００２３】

【実施例】（実施例１）外径約２０mm，内径約８mm、高
さ約４０mmの円筒形状磁束ジャンプ型限流器部材を改良
ＱＭＧ法に本提案法を組み合わせることにより作製し
た。本部材中にはＹ₂ＢａＣｕＯ₅が微細に分散してお
り、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x（１２３）とＹ₂ＢａＣｕＯ
₅（Ｙ−２１１）のモル比が７：３なる単一結晶粒状バ
ルク限流器用部材である。本実施例の場合、結晶Ｃ軸は
円筒の軸と平行になるようにした。

【００２４】以下に、バルク限流器用部材の製造法、得
られたバルクの成分、２１１の分散状態、および円筒形
状を得る方法について詳述する。市販の以下の粉末、Ｙ
₂Ｏ₃，ＢａＯ₂，ＢａＣｕＯ₂，ＣｕＯ，ＰｔＯ₂を
用い、これらをＹ−１２３とＹ−２１１がモル比で７：
３かつＰｔが０．５ｗｔ％になるように秤量し、自動混
練機で約１時間混練した後、直径２０mm、高さ４０mm円
柱形状に金型を用いて整形した。さらに成形した粉体を
ゴムの袋に真空封入し、冷間静水圧プレスで２ｔ／cm²
の荷重をかけ、前駆体を作製した。この円柱形前駆体の
底部から直径８mmのドリルで上部から１０mm残して穴開
け加工を施した。こうして得られた片端穴開き円柱状前
駆体を箱型炉内で、改良ＱＭＧ法と同様の熱処理パター
ンにて、部分溶融状態からＹ−１２３が成長するような
熱処理を行った。この熱処理の途中１０３０℃付近でＳ
ｍ−１２３の種結晶を箱型炉内部の部分溶融状態にある
円柱前駆体の上面中心部に、劈開面（ａｂ面）が接する
ように置いた。この熱処理後室温において取り出し、酸
素雰囲気管状炉に移し、６００℃で２０時間の酸素付加
処理を施した。

【００２５】この様にして作製した超電導体は、振動試
料型磁化測定機（ＶＳＭ）の測定では臨界電流密度は３
×１０⁴Ａ／cm²であり、ＡＣ帯磁率測定からは臨温度
９２Ｋを示した。この片端穴開き円柱バルクの上下面部
および側面を研磨し、偏光光学顕微鏡および２次電子走
査型顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、粒界は認めら
れなかった。また結晶軸方向をラウエ法Ｘ線回折によ
り、上下面部を測定したところ、円柱長手方向とｃ軸方
向が平行であることがわかった。すなわち種付けにより
片端穴開き円柱全体が、単一結晶粒から成っていること
がわかった。エネルギー分散型Ｘ線組成分析を行ったと
ころ、マトリックスはＹ：Ｂａ：Ｃｕ＝０．９８：２．
０２：２．９７の原子比であった。包晶反応残留物であ
る２１１相の平均粒径は１μｍであり、０．５〜５μｍ
の間で分布しており、体積分率は約２７％であった。こ
うして得られた片端穴開き単一結晶粒状バルクの上面中
心部をダイヤモンド砥石にて切削加工し、中心部に直径
８mmの穴を開け、全体を貫通させ、両端開口の中空円筒
とした。以後これを部材Ａと呼ぶ。

【００２６】比較のため種結晶を用いずに、それ以外は
全く同様な製造過程で多結晶バルクの部材Ｂを作製し
た。部材Ｂの上下面および側面の一部を研磨して、顕微
鏡観察したところ平均結晶粒サイズ５mm程度の多結晶か
らなっていることがわかった。以上のようにして得られ
た磁束ジャンプ型限流器部材のシールド特性の評価を、
部材Ａを超電導ソレノイドマグネット中のボアー中にお
き、シールド特性を評価した。その液体窒素温度におけ
る結果を図４に示す。比較のための多結晶部材Ｂの結果
も同一図面上に示す。部材Ｂの場合８に示す如くほとん
どシールド効果がみられず、磁場が少しずつ侵入してい
ることがわかる。一方本発明の部材のシールド特性７で
は、０．４Ｔまで外部磁場を高い効率でシールドしてお
り、磁束ジャンプ型限流器部材としての機能を十分に満
たすことがわかる。

【００２７】磁束ジャンプ型限流器の円筒形状部材の場
合、過大電流が流れた場合のみ、磁場がシールドを破り
内部に入り、全体としてのインダクタンスを増加させる
ことが不可欠であるが、多結晶部材の場合、ある程度の
磁場から磁場が部材内部に入り込み、使えないことは明
らかである。

【００２８】前駆体の加工法を変えた場合、すなわち金
型自体が片端穴開き前駆体を作製する方法やチューブ内
に棒を差し込み静水圧処理後に棒をぬき、片端穴開き前
駆体を作製した場合でも、本実施例と同様の結果が得ら
れた。このことからも明らかなように、磁束ジャンプ型
限流器の円筒形状部材を作製するためには、種付けを行
い、部材全体を単一粒から成ることが大切であり、本発
明の有効性が確認できた。

【００２９】また、Ｙ₂Ｏ₃，ＢａＯ₂，ＢａＣｕ
Ｏ₂，ＣｕＯ，ＰｔＯ₂を用い、らをＹ−１２３とＹ−
２１１がモル比で９：１および１０：０かつＰｔが０．
５ｗｔ％になるように秤量し、上述作製法と同様にして
作製した試料の臨界電流密度を測定した。モル比で９：
１の試料の臨界電流密度は１．５×１０⁴Ａ／cm²であ
り、モル比で１０：０の試料の臨界電流密度は０．９×
１０⁴Ａ／cm²であった。出発混合粉比を制御すること
により臨界電流密度値を制御することができる。臨界電
流密度値を制御することにより磁場シールド特性を制御
できるので、磁束ジャンプ型限流器部材製造に応用でき
ることが解った。

【００３０】（実施例２）実施例１と同様の方法で鍔付
き形状を作製した。市販の以下の粉末、Ｙ₂Ｏ₃，Ｂａ
Ｏ₂，ＢａＣｕＯ₂，ＣｕＯ，ＰｔＯ₂を用い、これら
をＹ−１２３とＹ−２１１がモル比で７：３かつＰｔが
０．５ｗｔ％になるように秤量し、自動混練機で約１時
間混練した後、直径２５mm、高さ４０mm円柱形状に金型
を用いて整形した。さらに成形した粉体をゴムの袋に真
空封入し、冷間静水圧プレスで２ｔ／cm²の荷重をか
け、前駆体を作製した。この円柱形前駆体の底部から直
径８mmのドリルで上部から１０mm残して穴開け加工を施
した。さらに図５に示すような両端が鍔付き形状になる
ように切削加工を施した。こうして得られた鍔付き形状
片端穴開き円柱状前駆体を箱型炉内で、改良ＱＭＧ法と
同様の熱処理パターンにて、部分溶融状態からＹ−１２
３が成長するような熱処理を行った。この熱処理の途中
１０３０℃付近でＳｍ−１２３の種結晶を箱型炉内部の
部分溶融状態にある円柱前駆体の上面中心部に、劈開面
（ａｂ面）が接するように置いた。この熱処理後室温に
おいて取り出し、酸素雰囲気管状炉に移し、６００℃で
２０時間の酸素付加処理を施した。

【００３１】さらに限流器部材化するために、得られた
鍔付き形状片端穴開き単一結晶粒状バルクの上面中心部
をダイヤモンド砥石にて切削加工し、中心部に直径８mm
の穴を開け、全体を貫通させ、両端開口の鍔付き形状中
空円筒とした。本部材の鍔間にコイルを巻き、シールド
特性を評価したところ、鍔無し形状部材と比較して円筒
両端部からの磁場漏れが少なく、０．４２Ｔまで良好な
シールド特性が得られることが確認できた。

【００３２】（実施例３）実施例１と同様の方法で円筒
型磁束ジャンプ型限流器部材を作製した後、以下に説明
するような接合法を用いて、円筒形状の両端に磁場もれ
防止用Ｙ１２３から成る鍔を付加した。すなわち市販の
以下の粉末、Ｙ₂Ｏ₃，ＢａＯ₂，ＢａＣｕＯ₂，Ｃｕ
Ｏ，ＰｔＯ₂を用い、これらをＹ−１２３とＹ−２１１
がモル比で７：３かつＰｔが０．５ｗｔ％になるように
秤量し、自動混練機で約１時間混練した後、直径２０m
m、高さ４０mm円柱形状に金型を用いて整形した。さら
に成形した粉体をゴムの袋に真空封入し、冷間静水圧プ
レスで２ｔ／cm²の荷重をかけ、前駆体を作製した。こ
の円柱形前駆体の底部から直径１０mmのドリルで上部か
ら１０mm残して穴開け加工を施し、部材前駆体Ｃを作製
した。さらに、外径３０mm、厚さ５mmの円盤状鍔前駆体
Ｄを、上述手法で作製した。こうして得られた片端穴開
き円柱状前駆体Ｃおよび円盤状前駆体Ｄを箱型炉内で、
改良ＱＭＧ法と同様の熱処理パターンにて、部分溶融状
態からＹ−１２３が成長するような熱処理を行った。こ
の熱処理の途中１０３０℃付近でＳｍ−１２３の種結晶
を箱型炉内部の部分溶融状態にある円柱前駆体の上面中
心部に、劈開面（ａｂ面）が接するように置いた。この
熱処理後室温において取り出し、部材ＣおよびＤを酸素
雰囲気管状炉に移し、６００℃で２０時間の酸素付加処
理を施した。

【００３３】さらに限流器部材化するために、得られた
鍔付き形状片端穴開き単一結晶粒状バルク（Ｃ）の上面
中心部をダイヤモンド砥石にて切削加工し、中心部に直
径８mmの穴を開け、全体を貫通させ、両端開口の鍔付き
形状中空円筒とした。同様に円盤状部材Ｄ２枚の中心部
をダイヤモンド砥石にて切削加工し、中心部に直径８mm
の穴を開けた。この両部材をシールド性を損なうことな
く接合するため、ＹｂＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x焼結粉をソル
ダーとして部材間に挿入し、箱型炉中で９８０℃まで加
熱し、室温まで徐冷した。こうすることによりソルダー
は部分溶融し、部材は溶融しないため部材の結晶方位を
ソルダー部分は引継、結晶粒界のない接合ができた。こ
のようにして作製された本部材の鍔間にコイルを巻き、
シールド特性を評価したところ、鍔無し形状部材と比較
して円筒両端部からの磁場漏れが少なく、実施例２と同
様な良好なシールド特性が得られることが確認できた。

【００３４】

【発明の効果】上述したごとく、本発明はこれまで酸化
物超電導体では理論的に可能であるが実現不可能であっ
た、磁束ジャンプ型限流器を実現するものである。本発
明は、特に液体窒素温度における限流作用を可能とする
磁束ジャンプ型限流器部材を提供するものであり、極め
て工業的効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁束ジャンプ型限流器の基本構成要素を示す
図。

【図２】本発明前駆体を作製するための金型の断面図。

【図３】本発明前駆体を作製するためのゴムチューブ型
の断面図。

【図４】本発明の磁束ジャンプ型超電導限流器部材の磁
気シールド特性と種付けを行わなかった部材の磁気シー
ルド特性とを示したグラフ。

【図５】本発明の鍔付き磁束ジャンプ型限流器部材の前
駆体の例を示す。

【符号の説明】

１銅巻線で構成される誘導コイル２中空形状の超電導磁気シールド体３高透磁率鉄心４金型５金型６ラバーチューブ７本発明部材の磁気シールド特性８種付けを行わなかった部材のシールド特性

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者海保勝之茨城県つくば市梅園１丁目１番４電子技術総合研究所内 (72)発明者柁川一弘茨城県つくば市梅園１丁目１番４電子技術総合研究所内 (72)発明者田中将元神奈川県川崎市中原区井田1618番地新日本製鐵株式会社先端技術研究所内 (72)発明者橋本操神奈川県川崎市中原区井田1618番地新日本製鐵株式会社先端技術研究所内 (72)発明者宮本勝良神奈川県川崎市中原区井田1618番地新日本製鐵株式会社先端技術研究所内 (72)発明者森田充神奈川県川崎市中原区井田1618番地新日本製鐵株式会社先端技術研究所内 (72)発明者手嶋英一神奈川県川崎市中原区井田1618番地新日本製鐵株式会社先端技術研究所内 (72)発明者木村圭一神奈川県川崎市中原区井田1618番地新日本製鐵株式会社先端技術研究所内 (72)発明者竹林聖記神奈川県川崎市中原区井田1618番地新日本製鐵株式会社先端技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空超電導シールド部材が単一結晶状
で、ＲＥ₂ＢａＣｕＯ₅細に分散したＲＥＢａ₂Ｃｕ₃
Ｏ_7-x系からなり、かつＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x中のＲ
Ｅ₂ＢａＣｕＯ₅の量を変えることにより磁場シールド
特性を変えることを特徴とする磁束ジャンプ型超電導限
流器用シールド部材。（ここでＲＥはＮｄ，Ｓｍ，Ｅ
ｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕか
らなる群から選ばれた一種類以上の元素をいう）
【請求項２】ＲＥＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-x超電導材料の原
料粉を混合し、片端穴開き円筒形状に成形した後、未開
口上部表面を半溶融状態時に、希土類を置換したＲＥ系
種結晶を用いた種付け法で結晶方位を揃えて成長させた
後、結晶成長開始部を含む上部表面を穴開け加工するこ
とにより中空円筒単一結晶粒状のシールド部材を作製す
ることを特徴とする磁束ジャンプ型限流器部材製造方
法。
【請求項３】磁束ジャンプ型超電導限流器において、
中空シールド部材の両端に鍔状のシールド部材形状を加
工付加もしくは成形後の接合により付加し、漏れ磁場に
よるロスを少なくすることを特徴とする磁束ジャンプ型
超電導限流器部材。