JPH0467764B2 - - Google Patents
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- JPH0467764B2 JPH0467764B2 JP60068126A JP6812685A JPH0467764B2 JP H0467764 B2 JPH0467764 B2 JP H0467764B2 JP 60068126 A JP60068126 A JP 60068126A JP 6812685 A JP6812685 A JP 6812685A JP H0467764 B2 JPH0467764 B2 JP H0467764B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus 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
- H01F41/02—Apparatus 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
- H01F41/04—Apparatus 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 for manufacturing coils
- H01F41/041—Printed circuit coils
- H01F41/047—Printed circuit coils structurally combined with superconductive material
-
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- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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- H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
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- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (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。
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，Nb3Al，Nb3AlGe，Nb3SiGe，
V3Ga，V3Ge，V3Si，V2Zr，V2Hf，NbN，
NbNC，M0Ｃ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。
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，Nb3Al，Nb3AlGe，Nb3SiGe，
V3Ga，V3Ge，V3Si，V2Zr，V2Hf，NbN，
NbNC，M0Ｃ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。
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、Al
及び／又はCu等電気電導度、熱電導度の優れた
物質よりなる基板上に化合物超電導体薄膜を形成
し、該薄膜に高エネルギービームを渦巻状に照射
して被照射部の化合物超電導体を常電導体に変え
るところに要旨を有するものである。尚本発明で
使用する高エネルギービームとは、レーザ光線、
電子ビーム、イオンビームなどを総称するが、以
下レーザー光線で代表する。
及び／又はCu等電気電導度、熱電導度の優れた
物質よりなる基板上に化合物超電導体薄膜を形成
し、該薄膜に高エネルギービームを渦巻状に照射
して被照射部の化合物超電導体を常電導体に変え
るところに要旨を有するものである。尚本発明で
使用する高エネルギービームとは、レーザ光線、
電子ビーム、イオンビームなどを総称するが、以
下レーザー光線で代表する。
［作用］
本発明ではまずAl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。この薄膜は前述の如く超電導を特性を有
しているが、単なる薄膜状である為のこのままで
超電導コイルとしての特性は発揮し得べくもな
い。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化合物超
電導体はレーザ光線による加熱を受けて結晶質か
ら非晶質混晶あるいは過飽和固溶体への構造変化
が起こり、更には成分の一部が蒸発してこれに伴
なう組成の変化が起こり、当該照射部の超電導体
は常電導材に変質し、超電導薄膜内に渦巻状の常
電導部が形成される。そして非照射部は超電導特
性を保持したまま照射部から区別され、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。
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を特性を有
しているが、単なる薄膜状である為のこのままで
超電導コイルとしての特性は発揮し得べくもな
い。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化合物超
電導体はレーザ光線による加熱を受けて結晶質か
ら非晶質混晶あるいは過飽和固溶体への構造変化
が起こり、更には成分の一部が蒸発してこれに伴
なう組成の変化が起こり、当該照射部の超電導体
は常電導材に変質し、超電導薄膜内に渦巻状の常
電導部が形成される。そして非照射部は超電導特
性を保持したまま照射部から区別され、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。
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、最も
好ましいものを例示するば、Nb3Sn，Nb3Si，
Nb3Al，Nb3（Al・Ge），Nb3Ge，Nb3（Al・Ｂ・
Be），NbN，V3Ga，V2（Hf・Zr）等が挙げられ
る。これら化合物超電導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スパツタリン
グ法、蒸着法、CVD法等が挙げられる。尚これ
らの化合物薄膜はそれ自体で超電導特性を発揮す
ることもあるが、場合によつ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、この様な場合は薄膜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
しい。
知のものをすべて使用することができるが、最も
好ましいものを例示するば、Nb3Sn，Nb3Si，
Nb3Al，Nb3（Al・Ge），Nb3Ge，Nb3（Al・Ｂ・
Be），NbN，V3Ga，V2（Hf・Zr）等が挙げられ
る。これら化合物超電導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スパツタリン
グ法、蒸着法、CVD法等が挙げられる。尚これ
らの化合物薄膜はそれ自体で超電導特性を発揮す
ることもあるが、場合によつ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、この様な場合は薄膜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
しい。
尚本発明では基板としてAl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。
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Al，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。
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Al，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。
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はレーザー光線発生装置、６は反
射鏡、７は縮小光学系、Ａは基板、Ｂは化合物超
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上に化合物超電導薄膜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を経て化合物超電導
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における化合物超
電導物質は超電導性を失つて常電導性に変わり
（換言すれば超電導性から常電導性に変化し得る
様にレーザ光線照射温度を調整する）。その結果
例えば第２図（平面図）及び第３図（横断面図）
に示す如く、化合物超電導薄膜Ｂ層に常電導性の
レーザ光線照射部BLが渦巻状に形成され、それ
に伴つて薄膜Ｂ層に超電導部Bs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Bs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Bs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。
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はレーザー光線発生装置、６は反
射鏡、７は縮小光学系、Ａは基板、Ｂは化合物超
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上に化合物超電導薄膜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を経て化合物超電導
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における化合物超
電導物質は超電導性を失つて常電導性に変わり
（換言すれば超電導性から常電導性に変化し得る
様にレーザ光線照射温度を調整する）。その結果
例えば第２図（平面図）及び第３図（横断面図）
に示す如く、化合物超電導薄膜Ｂ層に常電導性の
レーザ光線照射部BLが渦巻状に形成され、それ
に伴つて薄膜Ｂ層に超電導部Bs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Bs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Bs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、化合物超電導薄膜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を調速す
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（常電導部）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。
定速で回転させると、化合物超電導薄膜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を調速す
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（常電導部）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はなく、要は基板上に形成し
た化合物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。
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はなく、要は基板上に形成し
た化合物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亨受することができる。
す様な多くの効果を亨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
に得ることができる。
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。
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。
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。
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。
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……化合物超電導薄膜、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。
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……化合物超電導薄膜、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)
- １ Al及び／又はCuなど電気伝導度、熱伝導度
に優れた物質よりなる基板上に化合物超電導体薄
膜を形成し、外薄膜に高エネルギービームを渦巻
状に照射して被照射部の化合物超電導体を常電導
体に変えることを特徴とする超電導コイルの製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60068126A JPS61225809A (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | 超電導コイルの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60068126A JPS61225809A (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | 超電導コイルの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61225809A JPS61225809A (ja) | 1986-10-07 |
| JPH0467764B2 true JPH0467764B2 (ja) | 1992-10-29 |
Family
ID=13364740
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60068126A Granted JPS61225809A (ja) | 1985-03-29 | 1985-03-29 | 超電導コイルの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61225809A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0307729D0 (en) * | 2003-04-03 | 2003-05-07 | Tesla Engineering Ltd | Manufacture of shim windings |
-
1985
- 1985-03-29 JP JP60068126A patent/JPS61225809A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61225809A (ja) | 1986-10-07 |
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