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JPH0464445B2 - - Google Patents
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JPH0464445B2 - - Google Patents

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JPH0464445B2
JPH0464445B2 JP6812585A JP6812585A JPH0464445B2 JP H0464445 B2 JPH0464445 B2 JP H0464445B2 JP 6812585 A JP6812585 A JP 6812585A JP 6812585 A JP6812585 A JP 6812585A JP H0464445 B2 JPH0464445 B2 JP H0464445B2
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JP
Japan
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superconducting
thin film
laser beam
coil
irradiation
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JP6812585A
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JPS61225808A (ja
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Shigeki Tojo
Takeo Kawate
Akimitsu Nakagami
Hiroshi Hirai
Tatsuo Kamisaka
Takefumi Horiuchi
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Kobe Steel Ltd
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Kobe Steel Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
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    • H01F41/041Printed circuit coils
    • H01F41/047Printed circuit coils structurally combined with superconductive material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor

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  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)

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つて
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Nb3Sn,Nb3Ge,
Nb3Si,Nb3Ga,Nb3A1,Nb3A1Ge,Nb3SiGe,
V3Ga,V3Ge,V3Si,V2Zr,V2Hf,NbN,
NbNC,MoC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(Hc2)が
高い為、マグネツ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
SITU法、粉末法)、(2)蒸着法(真空蒸着、スパ
ツタリング、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
グネツ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
であるといつた難点があり、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つて
いる。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、A1
及び/又はCu等電気伝導度、熱伝導度に優れた
物質製の基板上に高エネルギービームの照射によ
り超電導性を発現し得る非晶質、混晶又は過飽和
固溶体の潜在的化合物超電導材料よりなる薄膜を
形成し、該薄膜上に高エネルギービームを渦巻状
に照射して該照射部を結晶性の超電導膜に変える
ところに要旨を有するものである。尚本発明で使
用される高エネルギービームとは、レーザ光線,
電子ビーム,イオンビーム等を総称するが、以下
レーザ光線で代表する。
[作用] 本発明ではまずA1及び/又はCuなどの基板上
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。但し該薄膜の構成材料は内部組織が非晶
質,混晶又は過飽和固溶体でそれ自体では超電導
性を有しておらず、レーザ光線の照射によりはじ
めて超電導性を発現し得る潜在的超電導性の薄膜
として形成する。この様な潜在的超電導薄膜を得
る方法としては、例えばNb3Ge,V3Si,Nb3Si等
は低温基板上にスパツタリングすることにより、
容易に非晶質膜が得られる。また、V3Ge,Nb3
A1,Nb3(A1Ge)などについては、融体急冷法
により、過飽和固溶体が得られる。また、Nb3Sn
等の潜在的超電導膜は基板上に作成したNb膜に
Snをメツキすることによつても得られる。
以上に述べた方法で基板上に薄膜を形成し、必
要によつてはNb3Ge,V3Si,Nb3Siなどについて
は焼鈍等の処理に付して混晶化を進めることによ
つて潜在的超電導薄膜とする。この薄膜は潜在的
な超電導性を有しているのみであつて超電導性を
顕在している訳ではなくしかも単なる薄膜状であ
るから、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。本発明ではこの潜在的超
電導薄膜を特殊な方法でコイル状の超電導膜に加
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
対しレーザ光線を渦巻状に照射する。レーザ光線
の照射された部分に存在する潜在的超電導体はレ
ーザ光線による局所加熱を受け、非晶質組織中に
微細結晶が成長し、臨界温度(Tc)、臨界電流
(Ic)及び臨界磁場(Hc2)が急激に高くなり、
潜在的超電導薄膜内に渦巻状の超電導顕在部が形
成される。そして、非照射部は超電導特性を生ず
ることなく潜在したままの言わば常電導部として
照射部から区別され、結局超電導部が渦巻状のラ
インとしてコイル状に形成されることになる。か
くして線材化加工等を全く要することなく超電導
コイルを得ることができる。
尚本発明では基板としてA1及び/又はCuを選
択しているが、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、磁場と電流によつ
て生じるローレンツ力によつ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、常電導となつ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A1,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。
[実施例] 以下本発明に係る超電導コイルの製法を実施例
図面に沿つて説明する。
第1図において1は回転盤、2は速度可変モー
タ、3は照射温度・渦巻間隔制御装置、4は光学
系走査装置、5はレーザ光線発生装置、6は反射
鏡、7は縮小光学系、Aは基板、Bは潜在的超電
導薄膜を夫々示す。本発明では前述の様な方法で
基板A上に潜在的超電導薄膜Bを形成した後、こ
れを回転盤1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1を回転させながら、レ
ーザ光線発生装置5から発射されたレーザ光線L
を反射鏡6から縮小光学系7を経て潜在的超電導
薄膜Bに集光して照射し、同時に光学系走査装置
4によつてレーザ光線L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とレーザ光線Lの半径方向[矢印イ方
向]走査速度vを照射温度・渦巻間隔制御装置3
により調整すれば、レーザ光線L照射部の温度及
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を大きくして潜在
的超電導薄膜Bにおけるレーザ光線Lの円周方向
走査速度を早くしてやれば照射温度は低下し、逆
に同走査速度を遅くしてやれば照射温度は上昇す
る。またレーザ光線Lの半径方向走査速度vを大
きくしてやればレーザ光線照射部BLの渦巻間隔
は広くなり、一方同走査速度vを小さくしてやれ
ばレーザ光線照射部BLの渦巻間隔は狭くなる。
従つて上記2つの走査速度w及vを適宜制御する
ことによつて、レーザ光線照射部BLに与える熱
処理の程度及び渦巻間隔(即ちコイル巻回密度)
を任意に調整することができる。このレーザ光線
照射によつて前述の如く該照射部BLにおける非
晶質、混晶又は過飽和固溶体の潜在的超電導組織
の微細結晶化が進んで超電導性が顕出し(換言す
れば超電導性が発現する最適条件となる様にレー
ザ光線照射温度を調整する)、例えば第2図(平
面図)及び第3図(横断面図)に示す如く、潜在
的超電導薄膜B層に超電導性のレーザ光線照射部
BLが渦巻状に形成され、一方非照射部BOは超電
導性を潜在するものの依然として常電導性のまま
であるから、薄膜Bには超電導性の顕出したレー
ザ光線照射部BLがコイル状に形成されることに
なる。従つて例えば第3図に示す如く超電導部
BL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超電導
部BL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。
尚上記のレーザ光線照射工程でモータ2を常時
定速で回転させると、潜在的超電導薄膜Bにレー
ザ光線L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つてくる為、照射部の
熱処理温度が不均一になる。従つてレーザ光線の
照射に当たつては、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、レ
ーザ光線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。またレーザ光線照射部
BLの渦巻間隙(即ちコイル巻回密度)は前述の
如くレーザ光線Lの半径方向走査速度vを調整す
ることによつて任意にコントロールすることがで
き、またレーザ光線照射部(超電導部)BL自体
の幅は縮小光学系の倍率を変えることによつて任
意に変更することができる。
本発明は例えば上記の様な装置及び方法によつ
て実施されるが、装置の構成自体は何ら本発明を
限定する性質のものではなく、要は基板上に形成
した潜在的超電導薄膜に対して高エネルギービー
ムを渦巻状に照射し得る機能を有する限りどの様
な装置を使用してもよい。又本発明によつて得ら
れる超電導コイルはドーナツ状の1枚物として使
用してもよく、或はこれを複数枚積層し各超電導
部をスルーホール或はリード線を介して直列に接
続して電磁力を高めることも勿論有効である。
[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
る適用が極めて簡単である。しかもコイリング
加工も不要であるから製造が簡単で極めて安価
に得ることがてできる。
(2) 極めて収束性の高い高エネルギービームを利
用する方法であるから加工精度が高く、品質の
安定した超電導コイルを得ることができる。し
かもコイル間隔や巻回密度の調整が極めて容易
であり、必要に応じた性能のものを得ることが
できる。
(3) どの様なサイズ(内・外径)のコイルでも容
易に製造することができる。
(4) フオトリングラフイー法に代表されるエツチ
ング法の様にエツング液を使用する必要がない
ので、安全で2次公害等を生ずる恐れがない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す概略説明図、第
2,3図は本発明で得た超電導コイルを例示する
もので、第2図は平面図、第3図は断面図であ
る。 A……基板、B……潜在的超電導薄膜、1……
回転盤、2……速度可変モータ、5……レーザ光
線発生装置、6……反射鏡、7……縮小光学系。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 A1及び/又はCuなど電気伝導、熱伝導の良
    い物質製の基板上に高エネルギービームの照射に
    より超電導性を発現し得る非晶質の潜在的化合物
    超電導材料よりなる薄膜を形成し、該薄膜上に高
    エネルギービームを渦巻状に照射して該照射部を
    結晶性の超電導膜に変えることを特徴とする超電
    導コイルの製造方法。
JP6812585A 1985-03-29 1985-03-29 超電導コイルの製造方法 Granted JPS61225808A (ja)

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