JPS61225807A - 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］ 本発明は高性能の超電導コイルを簡単な方法で生産性良
く製造する方法に関するものである。

［従来の技術］ 電子顕微鏡や核磁気共鳴測定装置等の電磁気応用機器或
はシンクロトロン軌道放射装置などの小型化が進むにつ
れて、これらの装置に使用される電磁石に要求される性
能はますます厳しくなってきており、こうした要求に適
合し得るものとして化合物超電導物質が脚光をあびてい
る。即ち化合物超電導物質としては例えばＮｂ３　　Ｓ
ｎ、Ｎｂ３　　Ｇｅ　　、Ｎｂ３　　Ｓｆ　　。

Ｎｂ３　　Ｇａ、Ｎｂ３　　Ａｌ、Ｎｂ３　　ＡｌＧｅ
　　。

Ｎｂ３　５ｉＧｅ、Ｖ３　　Ｇａ、Ｖ３Ｇａ。

Ｖ３　　Ｓｉ　　、Ｖ２　　Ｚｒ　　、Ｖ２Ｈｆ　　、
ＮｂＮ。

Ｎ　ｂ　Ｎ　Ｃ、Ｍ　ｏ　Ｃ等の金属化合物が挙げられ
、これらは臨界温度（Ｔｃ）や上部臨界磁界（ＨＯ２）
が高い為、マグネット用等の超電導材料として注目され
ている。しかしながらこれらの化合物超電導物質は一般
に非常に硬くて脆い為、合金製導電体の様な線状加工が
できず、コイル状とするには特殊な技術が要求される。

そしてこれまでに研究され或は一部実用化されはじめて
いる線材化法としては（１）拡散法（表面拡散法、複合
加工法、ＩＮ　　５ＩＴＵ法、粉末法”）　、　（２）
蒸着法（真空蒸着、スパッタリング、化学蒸着）、（３
）析出法（ｂｃｃ相からの析出、非晶質相からの析出）
等が知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら上述の如き化合物超電導線材の製法は概し
て製造工程が極めて煩雑である他、安定した品質を確保
することがむつかしく、しかもマグネットとして実用化
する為にはコイル状に巻回しなければならないがその巻
回操作が極めて困難であるといった難点があり、超電導
コイルとしての需要を拡大していくうえで大きな隘路と
なっている０本発明はこうした状況のもとで、化合物超
電導物質製の安定した品質のコイル状物を簡単な方法で
安価に製造することのできる技術を提供しようとするも
のである。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明に係る超電導コイルの製造方法は、ＡＩやＣｕの
如き電気伝導率と熱伝導率の優れた常電導性材料よりな
るディスク状又はドラム状基板の少なくとも片面に化合
物超電導体製薄膜を形成し、該薄膜に渦巻状のエツチン
グ処理を施すところに要旨を有するものである。

［作用］ 本発明ではまずディスク状又はドラム状の常電導性基板
の片面又は両面に前述の様な化合物超電導物質よりなる
薄膜を形成する。この薄膜は前述の如く超電導特性を有
しているが、単なる薄膜状である為このままでは超電導
コイルとしての特性を発揮し得べくもない０本発明では
この超電導薄膜を特殊な方法でコイル状に加工していく
ところに特徴を有するものであり、具体的には後記実施
例でも詳述する如く上記薄膜に対し渦巻状のエツチング
処理を施し、該処理部の化合物超電導体薄膜を渦巻状に
除去する。その結果非処理部の化合物超電導体薄膜のみ
が渦巻状のラインとしてとり残され、コイル状に形成さ
れることになる。かくして加工の困難な化合物超電導材
料の線材化加工やコイリング加工等を全く要することな
く、極めて簡単に超電導コイルを得ることができる。

本発明で使用する化合物超電導物質としては公知のもの
をすべて使用することができるが、代表的なものとして
はＮｂ３　Ｓｎ、Ｎｂ３　Ｓｉ　。

Ｎｂ３　Ａｌ　、Ｎｂ３　　（ＡＩ−Ｇｅ）、Ｎｂ５（
ＳｉａＧｅ）、Ｎｂ３Ｇｅ、Ｎｂ３Ｇａ。

Ｎｂ３　　（Ａｌ　＊ＢｓＢｅ）、Ｖ３　　Ｓｉ　　。

Ｖ３Ｇａ、Ｖ３Ｇａ、Ｖ２Ｚｒ、Ｖ２Ｈｆ。

ＮｂＮ、ＮｂＮＣ，ＭｏＣ等が挙げられる。これら化合
物超電導材料よりなる薄膜の成形法も特に限定されない
が、一般的な方法としては真空蒸着法、スパッタリング
法、反応性スパッタリング法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶ
Ｄ法、イオンブレーティング法の様な気相蒸着法が挙げ
られる。尚これらの化合物薄膜はそれ自体で超電導性を
発揮するが、場合によっては薄膜の内部組織が非晶質で
超電導性が不十分である場合もあるので、この様な場合
には薄ｎりを焼鈍等の処理に付して結晶化を促進し超電
導性を高めておくことが望まれる。

また該化合物超電導薄膜のエツチング法としてはフォト
エツチング法、プラズマエツチング法。

反応性イオンエツチング法、反応性イオンビームエツチ
ング法、レーザエツチング法等が挙げられ、どのエツチ
ング法を採用するかは化合物超電導材料の種類に応じて
適宜決定すればよい。

尚本発明では基板としてＡ１やＣｕの様な電気伝導率と
熱伝導率の優れた常電導性材料を使用するが、これは次
の様な理由によるものである。

超電導体にはクエンチという現象があり、これは発生し
た磁場の不安定性や、磁場と電流によって生じるローレ
ンツ力によって超電導体が機械的な歪を受けることなど
で発熱が生じ常電導状態へ移る現象である。超電導コイ
ルにおいてこの現象が生じると、常電導となった高抵抗
の導体に大電流が流れ、導体の焼損など破局的な結果を
招く。

そのため電気伝導率と熱伝導率の優れたＡＩ。

Ｃｕなどの金属を超電導体に密着して設け、微小発熱を
冷媒に逃がしてクエンチを未然に防止すると共に、万一
クエンチが生じた場合には大電流をバイパスする役割を
もたせることが必要である。

本発明では上記の様な常電導性材料よりなるディスク又
はドラムの片面又は両面に化合物超電導体薄膜を形成し
、これを渦巻状にエツチング処理することによって超電
導コイルとするものであり、それにより取扱いの簡便な
薄膜超電導コイルを得ることができる。またディスク状
物の場合はそれを多数積層して夫々の渦巻状超電導部を
直列に接続すれば、電磁容量の大きな超電導コイルを製
造することも簡単である。

［実施例］ 以下実施例図面を参照しながら本発明の構成を更に詳細
に説明する。

超電導性薄膜に渦巻状のエツチング処理を施す方法には
、（１）パターンマスクを使用する方法と、（２）直接
描写する方法の２通りがあり、以下夫々について説明す
る。

第１図（Ａ）〜（Ｆ）はパターンマスクを使用する方法
を例示するもので、まず常電導性基板Ａの表面に超電導
性薄膜Ｂを形成し［第１図（Ａ）　］　、該薄膜Ｂの上
部に感光性樹脂Ｃを塗布する［第１図（Ｂ）　３　、こ
の感光性樹脂Ｃの上部に、渦巻状パターンＤ（例えばガ
ラス基板にクロム等の金属で渦巻を描いたもの）を載置
して上方から紫外線等を照射し［第１図（Ｃ）　］　、
　露光部を硬化させた後未露光部を溶出除去し［第１図
（Ｄ）　］　、次いでレーザ光やイオンビームを照射し
ながらエツチング処理を行なって、第１図（Ｅ）に示す
如く露出した超電導薄膜を除去し、しかる後感光性樹脂
硬化層を除去すると、第１図（Ｆ）（全体図は例えば第
３図参照）に示す様な板状の超電性コイルを得ることが
できる。

又第２図は直接描写法を例示する概略説明図であり、図
中１は回転盤、２は速度可変モータ、３はエツチング条
件・渦巻間隔制御装置、４は光学走査装置、５はビーム
発生装置、７は縮少光学系、Ａは基板、Ｂは化合物超電
導薄膜を夫々示す、本例では前述の様な方法で常電導性
基板Ａ上に化合物超電導薄膜Ｂを形成した後、これを回
転ｇＩｔ上に載置固定する。そして速度可変モータ２に
より該回転盤ｌを回転させながら、ビーム発生装置５か
ら発射されたビームを縮少光学系７を経て化合物超電導
薄膜Ｂに照射し、同時に光学走査装置４によってビーム
の照射方向を矢印（イ）方向へ徐々に移動させる。ここ
で速度可変モータ２の回転速度Ｗとビームの半径方向［
矢印（イ）方向］走査速度Ｖを制御装置３により調整す
れば。

ビーム照射部のエツチングエネルギー及び渦巻間隔を任
意にコントロールすることができる。即ちモータ２の回
転速度Ｗ及びビームの半径方向走査速度を遅くすればす
るほどエツチングエネルギー−は増大し、逆に両者を速
くすればエツチングエネルギーは減少する。また縮少光
学系７の倍率をコントロールすることによってエツチン
グ幅を自由に変えることができる。従って薄膜を構成す
る化合物超電導物質の種類や目標エツチング幅等の応じ
て上記の条件を夫々適正に調整することにより、超電導
薄膜Ｂに所定幅の渦巻状エツチング部Ｅを形成すること
ができる。しかもビームの半径方向走査速度Ｖをモータ
２の回転速度Ｗに対し相対的に大きくしてやればビーム
照射部（即ちエツチング部Ｅ）の渦巻間隔は広くなり、
一方間走査速度Ｖをモータ２の回転速度Ｗに対して相対
的に小さくしてやればエツチング部Ｅの渦巻間隔は狭く
なる。従ってこれらの速度Ｗ及びＶをコントロールする
ことによって、エツチング部Ｅの渦巻間隔を任意に調整
することができる。このエツチング処理に上部１紹雷道
薙睡Ｒの閑射郁におけＡ摺電導材料は除去され、非照射
部の超電導部ＢＯだけが渦巻状に取り残されて１例えば
第３図（平面図）及び第４図（横断面１３４）に示す様
な超電導コイルが形成されることになる。従って例えば
第４図に示す如く超電導部ＢＱの最外周側及び最内周側
に電極端子Ｔａ、Ｔｂを接続してやれば、極低温雰囲気
下で電流は当然超電導部Ｂ、のみに流れることになり、
超電導コイルとしての機能を発揮し得ることになる。

尚上記ニー２チング処理工程でモータ２を常時定速で回
転させると、化合物超電導薄膜Ｂにビームを照射すると
きの外周側の周速度と内周側の周速度が連続的に変わっ
てくる為、ニー、チング効果が不均一となり、外周側で
エツチング不足が生じたり或は内周側でエツチング過剰
になる恐れがある。従ってビームの照射に当たっては、
外周側から内周側へ移行するにつれて徐々にモータ２の
回転速度Ｗを高め、ビームの走査速度が一定となる様に
コントロールすることが望まれる。

本発明におけるエツチング処理は例えば上記の様な方法
によって実施されるが、勿論この方法に限定される訳で
はなく、エツチングエネルギー源の種類や被処理材の形
状等によって最適の方法を選択して決定すべきであるこ
とは当然である。

ｔｉＳ５図は本発明によって得たドラム状超電導コイル
を例示する概略置数り図であり、ドラム状の常電導性基
板Ａの外周（及び／又は内周）に化合物超電導薄膜Ｂを
形成し、該薄膜Ｂを螺旋状にエツチングＥすることによ
って製造される。尚この様なドラム状基板の内・外周面
に超電導コイルを形成したものは、薄肉の２重巻きソレ
ノイドコイルとして有効に活用することができる。

第６図はディスク状基板Ａの両面に化合物超電導コイル
を形成したものであり、この場合は例えば上面側を右巻
コイル、下面側を左巻コイルとして形成し、上・下面の
コイルをスルーホールＳの部分で超電導材料９により接
続することにより板状超電導コイルとする。

更に本発明では、上記の様にして得られるディスク状超
電導コイルを多数枚積層し、各超電導コイルを直列に接
続して電磁容量を増大することも、実用性を高めるうえ
で極めて重要な意義を有している。その様な例としては
、例えば第７図に示す如く基板Ａの片面に超電導コイル
ＢＯを形成した多数のディスク状物を、絶縁材（例えば
ＦＲＰ等）製のスペーサー８を介して積層し、基板Ｂ及
びスペーサー８に設けたスルホールＳを通して各超電導
コイルＢ、をインジウムハンダ９等により直列に接続し
たものが挙げられる０図中１０は保持環、１１は締結ボ
ルト、１２ａ。

１２ｂは通電板、１３ａ、１３ｂはリード線を夫々示す
、この場合スペーサー８とじて第８図に示す如く外周面
方向に連通ずる多数の溝１４を形成しておけば、液体Ｈ
ｅ等の冷媒による超電導コイル部の冷却を効率良く行な
うことができるので好ましい、尚上記スペーサー８の代
りに、基板の下面にＡｌ２Ｏ３や５ｉ０２等の絶縁材を
コーティングして積層してもよく、また常電導性基板Ａ
自体極低温における電導性は超電導材に比べて非常に悪
いので（換言すれば絶縁材と同様の機能を果たすので）
、片面に超電導コイルＢＯを形成した常電導性基板Ａを
直接積層して超電導コイルｎｏ同士を直列に接続するこ
ともできる。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、以下に示す様な多
くの効果を享受することができる。

（１）伸線やテープ状加工等が全く不要であり、成形加
工の極めて困難な化合物超電導物質に対する適用が極め
て容易である。しかもコイリング加工も不要であるから
製造が簡単で安価に得ることができる。

（２）コイルの線幅、コイル内・外径、コイル間隔等を
任意に調整することができ、要求される電磁力に応じた
性能の超電導コイルを容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）〜（Ｆ）は本発明の実施例を示す概略工程
説明図、第２図は本発明の他の実施例を示す概略説明図
、第３〜７図は本発明により得た超電導コイルを例示す
るもので、第３図は平面図、第４．６図は横断面図、第
５図はドラム状超電導コイルの見取り図、第６図はディ
スク状コイルの他の例を示す横断面図、第７図はディス
ク状超電導コイルの積層構造を示す断面図、第８図はス
ペーサーを例示する見取り図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　ディスク状又はドラム状の常電導性基板の少なくとも
   片面に化合物超電導体薄膜を形成し、該薄膜に渦巻状の
   エッチング処理を施すことを特徴とする超電導コイルの
   製造方法。