(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の胴体部を有し、その両端に鍔を有し、該胴体部にAgシース線材に加工された酸化物超電導線材素線をコイル状に巻線し、該酸化物超電導線材素線を熱処理する際に用いる酸化物超電導コイル製造用巻枠であって、前記円筒状胴体部に、円筒内面側から円筒外面側に貫通する貫通孔、又は、円筒外面側に溝開口部を有する溝が設けられ、前記円筒状胴体部の円筒の同一円周上における各貫通孔間または各溝間の円弧部の中心角の単位deg での角度θが、下記式(1) 及び式(2) により求められるθc 以下であることを特徴とする酸化物超電導コイル製造用巻枠。
θc (deg) ＝−2.5 Δｒ＋185 ------ 式(1) 
Δｒ＝ｒ2 −ｒ1  ------ 式(2) 
但し、上記式(2) において、ｒ2 は前記円筒状胴体部に酸化物超電導線材素線をコイル状に巻線したときの巻線部の単位mmでの外側半径、ｒ1 は該巻線部の単位mmでの内側半径である。
【請求項２】
前記貫通孔が網状または格子状である請求項１記載の酸化物超電導コイル製造用巻枠。
【請求項３】
前記溝が網状または格子状である請求項１記載の酸化物超電導コイル製造用巻枠。
【請求項４】
前記貫通孔が直方体状の貫通孔であり、その長手方向が円筒状胴体部の円筒中心軸に平行である請求項１記載の酸化物超電導コイル製造用巻枠。
【請求項５】
前記溝の長手方向が円筒状胴体部の円筒中心軸に平行である請求項１記載の酸化物超電導コイル製造用巻枠。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の酸化物超電導コイル製造用巻枠の胴体部に、酸化物超電導線材素線をコイル状に巻線した後、該酸化物超電導線材素線を酸素含有ガスの雰囲気中で熱処理し、この熱処理の際に、前記酸化物超電導線材素線の巻線部の外側から酸素含有ガスを巻線部に供給すると共に、前記酸化物超電導線材素線の巻線部の内側からも前記巻枠の貫通孔または溝を通じて酸素含有ガスを巻線部に供給することを特徴とする酸化物超電導コイルの製造方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の酸化物超電導コイル製造用巻枠の胴体部に、酸化物超電導線材素線をコイル状に巻線した後、該酸化物超電導線材素線を酸素含有ガスの雰囲気中で熱処理し、この熱処理の際に、前記酸化物超電導線材素線の巻線部の外側から酸素含有ガスを巻線部に供給すると共に、前記酸化物超電導線材素線の巻線部の内側からも前記巻枠の貫通孔または溝を通じて酸素含有ガスを巻線部に供給し、次に、該酸化物超電導線材素線を巻戻し、前記巻枠とは別の酸化物超電導コイル製造用巻枠にコイル状に巻線して酸化物超電導コイルを得ることを特徴とする酸化物超電導コイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化物超電導コイルの製造方法及び酸化物超電導コイル製造用巻枠に関する技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
酸化物超電導体は、従来の金属系超電導体に比較し、超電導転移温度及び上部臨界磁場が高いという特長を有するため、様々な応用が期待されている。酸化物超電導体の中で、Bi、Sr、Ca、Cuのモル比が2:2:1:2 であるBi系酸化物は、一般にBi-2212 相と呼ばれている。この超電導体を用いた線材は、代表的な高磁場用金属系超電導体線材であるNb3Sn 線材が実用レベル（104A/cm2）の電流密度を流すことが困難な21Ｔ以上の高磁場中においても、105A/cm2という高い電流密度が得られることが報告されている。このため、従来の金属系超電導マグネットよりも高い磁場を発生する超電導マグネットの応用が考えられており、そのための研究開発が盛んに行われている。具体的な応用例として、例えば複雑なタンパク質高分子の分子構造を決定するために非常に重要な役割を担っている核磁気共鳴分析（NMR)装置が挙げられる。NMR 装置では、磁気が高くなればなるほど情報量が増加し、より詳細な分子構造の決定が可能となり、測定に要する時間も短縮される。従って、Bi-2212 超電導線材を用いることにより、さらに高性能なNMR 用超電導マグネットの製作が期待できる。
【０００３】
このNMR 用超電導マグネットには、高精度な空間均一度と高い時間的な磁場安定度が要求されるため、酸化物超電導コイルとしては一般的であるパンケーキコイルではなく、１本の超電導線材からなるソレノイドタイプのコイルを製作する必要がある。
【０００４】
酸化物超電導コイルの製作は、一般に次のような方法により行われる。
先ず、酸化物超電導仮焼粉末をAgパイプやAgビレット等に充填した後、伸線や圧延を施してAgシース線材に加工し、次に、これをコイル状に巻いた後に熱処理して結晶化させる方法（Wind & React法）、或いは、前記加工後のAgシース線材を熱処理（結晶化）した後にコイル状に巻線する方法（React & Wind法）により、酸化物超電導コイルの製作が行われている。
【０００５】
前者のWind & React法においては、巻枠や線材の電気絶縁材料も熱処理の際の高温（800 〜900 ℃）に対して変質してはならないという制約があるが、熱処理後線材を巻き戻す必要はないので、巻き戻しによる特性の低下を懸念する必要がない。一方、後者のReact & Wind法においては、曲げ歪みに対する強化や巻き戻しの適正化が確立できれば、上記の如き付随材料（巻枠や線材の電気絶縁材料）に対する制約が大きく緩和される。このように、Wind & React法とReact & Wind法とはそれぞれ特長を有するため、酸化物超電導コイルの用途によって使い分けをする必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
酸化物超電導線材は、酸素を含む雰囲気中（即ち、酸素含有ガス中）で熱処理して結晶化配向化させることにより、実用的な臨界電流密度が得られるようになる。本発明者らは、代表的な酸化物超電導線材であるBi系酸化物超電導線材を用い、Wind & React法によって、実用的なサイズのボアを有する酸化物超電導ソレノイドコイルとしては初めてのBi-2212 超電導コイルを試作した（「低温工学」Vol.31, p435(1996)）。Bi-2212 線材は、一般に大気中（酸素分圧0.2atm）ではなく、１atm （0.1MPa）の酸素雰囲気中で熱処理することにより、良好な特性が得られることが知られている。しかし、上記Bi-2212 超電導コイルは大気中で密に巻線された上、熱処理の際に巻線部の外側だけからしか酸素を供給することができなかったために、巻線部内の中央付近への酸素供給が不足し、Bi-2212 相の結晶化が充分に生じなかった。そのため、巻線部の中央付近は臨界電流が巻線部の最外層での臨界電流に比較して約1/10に低下するという結果が得られた。このBi-2212 だけでなく各種酸化物超電導線材では、良好な超電導特性を得るための最適な雰囲気（酸素分圧）が存在し、その多くは大気とは異なる。そのため、上記の如く結晶化が不充分で、巻線部内の中央付近での臨界電流が低下するという課題は、各種酸化物超電導コイルを熱処理する際に共通して生じる一般的なものである。又、この課題は、実用レベルのボアを有し厚い酸化物超電導ソレノイドコイルを一度に熱処理することにより、初めて見出されたものである。
【０００７】
ところで、従来より、酸化物超電導コイルの熱処理方法として、酸素気流中で焼結処理することを提案したもの（特開平1-321605号公報）や、コイルの熱処理温度の均一化を目的としたもの（特開平2-228003号公報）等が提案されているが、コイルへの酸素ガス供給の均一化に着目した提案は殆どなされていないのが現状である。
【０００８】
一方、React & Wind法においては、コイルの巻枠とは異なる別の巻枠に巻線して先に熱処理を行うが、この際巻線部をあまり厚くとると、前記Wind & React法の場合と同様の問題が生じる。そのため、巻線部の幅（厚み）を薄くし、そのかわりに巻枠の長さを長くして一度に熱処理できる長さを確保するという方法が従来用いられてきた。しかし、この方法では、必要な熱処理炉の大きさが増大し、経済的でなくなる。その上、炉内の温度分布が均一でないことから、線材が長くなると巻線部分の長さが長くなり、巻線部分の端部における臨界電流が低下するという問題が生じている。
【０００９】
熱処理中の酸素供給不足を緩和するために、巻線したコイルから巻枠のみを除去し、コイルのみを熱処理する方法も考えられる。しかし、この場合には、線材を固定するものが無いために熱処理中に線材が動いてしまい、Bi系酸化物超電導線材の良好な結晶化を行うことが困難となる。
【００１０】
本発明はこの様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、酸化物超電導線材をコイル状に巻線し、熱処理する際に、巻線部の外側からだけでなく巻線部の内側からも酸素含有ガスを供給することができ、それにより巻線部全体に酸素含有ガスを供給し得、結晶化を起こさせ得る酸化物超電導コイル製造用巻枠及び酸化物超電導コイルの製造方法を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る酸化物超電導コイルの製造方法及び酸化物超電導コイル製造用巻枠は、請求項１〜５記載の酸化物超電導コイル製造用巻枠、請求項６〜７記載の酸化物超電導コイルの製造方法としており、それは次のような構成としたものである。即ち、請求項１記載の巻枠は、円筒状の胴体部を有し、その両端に鍔を有し、該胴体部に酸化物超電導線材素線をコイル状に巻線し、該酸化物超電導線材素線を熱処理する際に用いる酸化物超電導コイル製造用巻枠であって、前記円筒状胴体部に、円筒内面側から円筒外面側に貫通する貫通孔、又は、円筒外面側に溝開口部を有する溝が設けられ、前記円筒状胴体部の円筒の同一円周上における各貫通孔間または各溝間の円弧部の中心角の単位deg での角度θが、下記式(1) 及び式(2) により求められるθc 以下であることを特徴とする酸化物超電導コイル製造用巻枠である（第１発明）。
θc (deg) ＝−2.5 Δｒ＋185 ------ 式(1) 
Δｒ＝ｒ2 −ｒ1  ------ 式(2) 
但し、上記式(2) において、ｒ2 は前記円筒状胴体部に酸化物超電導線材素線をコイル状に巻線したときの巻線部の単位mmでの外側半径、ｒ1 は該巻線部の単位mmでの内側半径である。
【００１２】
請求項２記載の巻枠は、前記貫通孔が網状または格子状である請求項１記載の酸化物超電導コイル製造用巻枠である（第２発明）。請求項３記載の巻枠は、前記溝が網状または格子状である請求項１記載の酸化物超電導コイル製造用巻枠である（第３発明）。請求項４記載の巻枠は、前記貫通孔が直方体状の貫通孔であり、その長手方向が円筒状胴体部の円筒中心軸に平行である請求項１記載の酸化物超電導コイル製造用巻枠である（第４発明）。請求項５記載の巻枠は、前記溝の長手方向が円筒状胴体部の円筒中心軸に平行である請求項１記載の酸化物超電導コイル製造用巻枠である（第５発明）。
【００１３】
【００１４】
請求項６記載の酸化物超電導コイルの製造方法は、請求項１〜５のいずれかに記載の酸化物超電導コイル製造用巻枠の胴体部に、酸化物超電導線材素線をコイル状に巻線した後、該酸化物超電導線材素線を酸素含有ガスの雰囲気中で熱処理し、この熱処理の際に、前記酸化物超電導線材素線の巻線部の外側から酸素含有ガスを巻線部に供給すると共に、前記酸化物超電導線材素線の巻線部の内側からも前記巻枠の貫通孔または溝を通じて酸素含有ガスを巻線部に供給することを特徴とする酸化物超電導コイルの製造方法である（第６発明）。
【００１５】
請求項７記載の酸化物超電導コイルの製造方法は、請求項１〜５のいずれかに記載の酸化物超電導コイル製造用巻枠の胴体部に、酸化物超電導線材素線をコイル状に巻線した後、該酸化物超電導線材素線を酸素含有ガスの雰囲気中で熱処理し、この熱処理の際に、前記酸化物超電導線材素線の巻線部の外側から酸素含有ガスを巻線部に供給すると共に、前記酸化物超電導線材素線の巻線部の内側からも前記巻枠の貫通孔または溝を通じて酸素含有ガスを巻線部に供給し、次に、該酸化物超電導線材素線を巻戻し、前記巻枠とは別の酸化物超電導コイル製造用巻枠にコイル状に巻線して酸化物超電導コイルを得ることを特徴とする酸化物超電導コイルの製造方法である（第７発明）。
【００１６】
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は例えば次のようにして実施する。
円筒状胴体部に、機械加工等の方法により、直方体状の貫通孔をその長手方向が円筒状胴体部の円筒中心軸に平行になるように複数本設けて、酸化物超電導コイル製造用巻枠を得る。この巻枠は、本発明に係る酸化物超電導コイル製造用巻枠の一例に相当する。
【００１８】
上記酸化物超電導コイル製造用巻枠に、酸化物超電導線材素線をコイル状に巻線した後、該酸化物超電導線材素線を酸素含有ガスの雰囲気中で熱処理して、酸化物超電導コイルを得る。この製造方法は、本発明に係る酸化物超電導コイルの製造方法の一例に相当する。上記熱処理の際、酸素含有ガスがコイル状酸化物超電導線材素線の巻線部の外側から供給されるだけでなく、巻線部の内側からも巻枠の円筒状胴体部の貫通孔を通じて酸素含有ガスが供給され、それにより巻線部全体に酸素含有ガスが行きわたり、そのため巻線部の酸化物超電導線材全体に充分に結晶化を起こさせ得る。
【００１９】
かかる本発明の実施の形態からもわかる如く、本発明によれば、酸化物超電導線材素線をコイル状に巻線し、熱処理する際に、巻線部の外側からだけでなく巻線部の内側からも酸素含有ガスを供給することができ、それにより巻線部全体に酸素含有ガスを供給し得、そのため巻線部の酸化物超電導線材全体（酸化物超電導体全体）に結晶化を起こさせることができる。
【００２０】
即ち、本発明に係る酸化物超電導コイル製造用巻枠は、従来の酸化物超電導コイル製造用巻枠の場合と異なり、前述の如く巻枠の円筒状胴体部に円筒内面側から円筒外面側に貫通する貫通孔、又は、円筒外面側に溝開口部を有する溝が設けられている（第１発明）。そのため、この巻枠に酸化物超電導線材素線をコイル状に巻線した後、熱処理すると、この熱処理の際、酸素含有ガスがコイル状酸化物超電導線材素線の巻線部の外側から供給されるだけでなく、巻線部の内側からも、巻枠の円筒状胴体部の貫通孔又は円筒外面側に溝開口部を有する溝を通じて、酸素含有ガスが供給され、それにより巻線部全体に酸素含有ガスが供給されて行きわたり、そのため巻線部の酸化物超電導線材全体（酸化物超電導体全体）が均一に結晶化することが可能となる。
【００２１】
従って、本発明に係る酸化物超電導コイル製造用巻枠をWind & React法での巻枠として適用した場合には、酸化物超電導線材全長にわたって均一な特性を有する酸化物超電導コイルを得ることができる。又、本発明に係る酸化物超電導コイル製造用巻枠をReact & Wind法でのReact 工程即ち熱処理工程用の巻枠として適用した場合には、巻線部の厚みをWind & React法の場合と同程度に大きくしても巻線部全体にわたって均一な特性を有する酸化物超電導線材が得られるので、巻線部厚みを薄くし巻枠の長さを長くすることによる熱処理炉の大きさの増大及び経済性の悪化を招くことなく、炉内の均熱部（均熱性に優れた位置）において長尺の酸化物超電導線材素線を一度に熱処理し得、全体的に均一な特性を有する酸化物超電導線材が得られる。
【００２２】
本発明に係る酸化物超電導コイルの製造方法は、従来方法の場合と異なり、前述の如く前述の如く巻枠の円筒状胴体部に円筒内面側から円筒外面側に貫通する貫通孔、又は、円筒外面側に溝開口部を有する溝が設けられている酸化物超電導コイル製造用巻枠を巻枠として用い、この巻枠に酸化物超電導線材素線をコイル状に巻線した後、該酸化物超電導線材素線を熱処理するようにしている（第６発明）。そのため、酸化物超電導線材素線の熱処理の際、酸素含有ガスがコイル状酸化物超電導線材素線の巻線部の外側から供給されるだけでなく、巻線部の内側からも、巻枠の円筒状胴体部の貫通孔又は円筒外面側に溝開口部を有する溝を通じて、酸素含有ガスが供給され、それにより巻線部全体に酸素含有ガスが供給され、そのため巻線部の酸化物超電導線材全体が均一に結晶化することが可能となる。従って、酸化物超電導線材全長にわたって均一な特性を有する酸化物超電導コイルを得ることができる。尚、上記第６発明に係る酸化物超電導コイルの製造方法は、プロセス的にはWind & React法に相当するものである。
【００２３】
また、本発明に係る酸化物超電導コイルの製造方法は、従来方法の場合と異なり、前述の如く巻枠の円筒状胴体部に円筒内面側から円筒外面側に貫通する貫通孔、又は、円筒外面側に溝開口部を有する溝が設けられている酸化物超電導コイル製造用巻枠に、酸化物超電導線材素線をコイル状に巻線した後、該酸化物超電導線材素線を熱処理し、次に、該酸化物超電導線材素線を巻戻し、前記巻枠とは別の酸化物超電導コイル製造用巻枠にコイル状に巻線して酸化物超電導コイルを得るようにしている（第７発明）。従って、上記巻枠に巻線された酸化物超電導線材素線の熱処理の際、巻線部の厚みを大きくしても巻線部全体に酸素含有ガスが供給され、そのため熱処理炉の大きさの増大及び経済性の悪化を招くことなく、炉内均熱部において長尺の酸化物超電導線材素線を一度に熱処理し得、全体的に均一な特性を有する酸化物超電導線材が得られる。そして、この線材を上記巻枠（熱処理に用いた巻枠）とは別の酸化物超電導コイル製造用巻枠にコイル状に巻線して酸化物超電導コイルを得るので、酸化物超電導線材全長にわたって均一な特性を有する酸化物超電導コイルを製造することができる。即ち、熱処理炉の大きさの増大及び経済性の悪化を招くことなく、酸化物超電導線材全長にわたって均一な特性を有する酸化物超電導コイルを得ることができる。尚、上記第７発明に係る酸化物超電導コイルの製造方法は、プロセス的にはReact & Wind法に相当する。上記貫通孔又は溝が設けられている酸化物超電導コイル製造用巻枠は、React & Wind法でのReact 工程（即ち熱処理工程）用の巻枠（熱処理用巻枠）として用いられ、これとは別の酸化物超電導コイル製造用巻枠は、酸化物超電導コイル形成用の巻枠（本巻枠）として用いられている。
【００２４】
本発明において、巻枠の円筒状胴体部の円筒内面側から円筒外面側に貫通する貫通孔の形状や数としては、特には限定されず、例えば円柱状や直方体状のもの等を複数個設けることができる。直方体状等の貫通孔の場合、その方向については、特には限定されず、例えば直方体長手方向が円筒状胴体部の円筒中心軸に平行になるように設けることができ（第４発明）、又、網状や格子状になるように設けることもできる（第２発明）。
【００２５】
巻枠の円筒外面側に溝開口部を有する溝の形状や数としては、特には限定されず、例えば断面が正方形、長方形、台形、或いは半円形のもの等を複数個設けることができる。溝の長手方向の方向については、特には限定されず、例えば溝の長手方向が円筒状胴体部の円筒中心軸に平行になるように設けることができ（第５発明）、又、網状や格子状になるように設けることもできる（第３発明）。
【００２６】
巻枠の円筒状胴体部の円筒の同一円周上における各貫通孔間または各溝間の円弧部の中心角の単位deg での角度θが、θc (deg) ＝−2.5 Δｒ＋185 及びΔｒ＝ｒ2 −ｒ1 という式（但し、ｒ2 は円筒状胴体部に巻線したときの巻線部の外側半径(mm)、ｒ1 は該巻線部の内側半径(mm)である）により求められるθc 以下となるようにすると、巻枠に酸化物超電導線材素線をコイル状に巻線した後の熱処理の際、より確実に巻線部全体に酸素含有ガスが供給されて行きわたり、ひいては、酸化物超電導線材全長にわたってより均一な特性を有する酸化物超電導コイルを得ることができる。これは、定性的には各貫通孔間又は各溝間の距離をΔｒに応じて設定する（Δｒが大きくなると各貫通孔間又は各溝間の距離を小さくする）ものであり、それにより巻線部内の中央付近まで酸素含有ガスが供給され、上記の如き作用効果が奏される（第１発明）。ここで、上記式により求められるθc が180degを超える場合には、上記円弧部の中心角の角度θは180deg以下とする。従って、上記の如く角度θがθc 以下となるようにすることは、実質的には、角度θが、θc (deg) ＝− 2.5Δｒ＋185 ＝− 2.5（ｒ2 −ｒ1 ）＋185 且つθc (deg) ≦180 を充たすθc 以下となるようにするということであり、換言すれば、角度θが、θc (deg) ＝−2.5 Δｒ＋185 及びΔｒ＝ｒ2 −ｒ1 という式により求められるθc 以下であると共に180 deg 以下である角度となるようにするということである。尚、上記円筒状胴体部の円筒の同一円周上における各貫通孔間または各溝間の円弧部の中心角は、換言すれば、円筒状胴体部の円筒の同一円周上において各貫通孔間または各溝間にある円弧部の一端部と円筒中心軸との間の半径と、この円弧部の他端部と円筒中心軸との間の半径とがはさむ角のことである。
【００２７】
【実施例】
本発明の実施例及び比較例を以下説明するが、本発明はこれら実施例に制限されるものではない。
【００２８】
（比較例１）
Bi2.1Sr2CaCu1.9Ag0.1ＯX の組成を有するBi-2212 系酸化物の仮焼粉末をAgビレットの内部に充填した後、このビレットを押し出し、その後伸線加工を行って外径1.0mm の43芯丸線材（フィラメント43本の線材）に加工した。次に、この線材を、図１に示す如き形状のセラミックス製巻枠11（鍔部直径:180mm、円筒状胴体部の外周部直径:80mm 、円筒状胴体部の長さ:300mm）（従来型の巻枠：貫通孔及び溝無し）の円筒状胴体部13に、巻線部の外側半径ｒ2:90mm、内側半径ｒ1:40mm（外側半径ｒ2 と内側半径ｒ1 との差Δｒ:50mm ）、長さ：300mm のソレノイドコイル状に巻線した。その後、これを酸素含有ガス（酸素と窒素の混合ガス）の雰囲気中で熱処理して酸化物超電導コイル14を製作した。この熱処理の際、コイル状酸化物超電導線材の巻線部１への酸素含有ガスの供給は、図２に示す如く巻線部１の外側ないしは最外層15からだけに限定されている。
【００２９】
上記熱処理の後、図２に示す如く上部鍔12の一部分を切り出し、巻線部１内に最内層及び最外層のそれぞれ１層分の線材長さに対応する位置に電圧端子２を１対ずつ取り付けた。そして、外部磁場が０Ｔである 4.2Ｋの液体ヘリウムに浸漬した状態で、コイルに通電しながら各電圧端子対の両端の電圧を測定した。
【００３０】
上記測定した電圧を対応する線材長さ（１層分の線材長さ）で除して求めた電場強度と通電電流密度との関係を図３に示す。図３からわかる如く、１μＶ/cm の電場強度基準を用いたときの臨界電流密度は、巻線部最外層（電圧端子3-4 ）では 2.1×104 Ａ/cm2であるのに対し、巻線部最内層（電圧端子1-2 ）では1/10の0.21×104 Ａ/cm2にとどまっている。Ｘ線回折測定の結果、巻線部最内層の部分ではBi-2212 の結晶化が不充分であり、非超電導酸化物が多く析出していることが判明した。
【００３１】
（実施例１）
比較例１の場合と同様の方法により作製した線材を、比較例１の場合と同様のサイズを有し図４に示す如き直方体状の貫通孔３を円筒状胴体部13に設けたセラミックス製巻枠11に、比較例１の場合と同様のソレノイドコイル状に巻線し、比較例１の場合と同様の条件で熱処理して酸化物超電導コイル14を製作した。ここで、上記直方体状の貫通孔３は、その長手方向が円筒状胴体部13の円筒中心軸に平行である。円筒状胴体部13の円筒外面側の同一円周上における各貫通孔間（貫通孔３とその隣の貫通孔３との間）の円弧部16の中心角18の角度θが60度(deg）である。円筒状胴体部13の円筒内面側の同一円周上における各貫通孔間の円弧部17の中心角の角度θも60度(deg）である。円筒状胴体部13の円筒外面側の同一円周上における上記直方体状の貫通孔３の円弧部19の中心角20の角度θは30度である。
【００３２】
上記熱処理の際、コイル状酸化物超電導線材の巻線部１への酸素含有ガスの供給は、図５に示す如く、巻線部１の外側ないしは最外層15からだけでなく、貫通孔３を通して巻線部の内側ないしは最内層Ｉからも行われる。
【００３３】
上記熱処理の後、図５に示す如く上部鍔12の一部分を切り出し、巻線部１内の10層ごとに電圧端子２（最内層1 〜最外層7 ）を取り付けた。その後、比較例１の場合と同様の方法により各電圧端子間の電場強度と通電電流密度との関係を調べた。その結果を図６に示す。１μＶ/cm の電場強度基準を用いたときの臨界電流密度は、電圧端子4-5 間の最も低い場合でも 1.5×104 Ａ/cm2の値が得られている。最内層を含む電圧端子1-2 間においても上記以上の値を示しており、これら特性値が比較例１の場合に比較して優れ、大きく改善されている。
【００３４】
しかし、巻線部１の中央付近の電圧端子4-5 間（図６での○）では、１μV/cm付近より低い電場領域において曲線が下に凸の形に変曲しており、電流密度が低い値に留まっている。また、巻線部１の外側ほど同一電流密度に対して磁場が低くなるので、本来ならば図６において高電流密度側にシフトするはずであるが、0.1 μV/cm近傍以下の低電場領域では、最内層を含む電圧端子1-2 間において最も高い電流密度が得られる逆転現象が生じている。これらの結果は、熱処理中の巻線部１への酸素供給が未だ不充分であり、巻線部中央においてその傾向が顕著であるために得られたものである。
【００３５】
（実施例２）
比較例１の場合と同様の方法により作製した線材を、比較例１の場合と同様のサイズを有し直方体状貫通孔３を円筒状胴体部13に設けたセラミックス製巻枠11に、比較例１の場合と同様のソレノイドコイル状に巻線し、同様の条件で熱処理して酸化物超電導コイル14を製作した。ここで、実施例１の場合と相違する点は、巻枠の円筒状胴体部13の円筒の同一円周上における各貫通孔間の円弧部16の中心角18の角度θを30度(deg）とし、実施例１の場合よりも酸素含有ガス供給の効率を高くしたことである。
【００３６】
上記熱処理の後、実施例１の場合と同様にして電圧端子２を取り付け、各電圧端子間の電場強度と電流密度との関係を調べた。その結果を図７に示す。１μＶ/cm の電場強度基準を用いたときの臨界電流密度は、最低の場合でも 2.0×104 Ａ/cm2の値が得られており、実施例１の場合に比較して向上している。更に、外層の電圧端子ほど同じ電場強度では高い密度で通電することができている。これらの結果は、Bi-2212 の結晶化が巻線部全体において均一に良好に行われたために得られたものである。
【００３７】
同様にして、実施例１の場合と同一のサイズを有し貫通孔間の円弧部16の中心角18の角度θが異なる巻枠11を用意し、実施例１の場合と同一サイズ（Δｒ：50mm）の酸化物超電導コイル14を製作し、実施例１の場合と同様の方法により電圧端子を取り付け、各電圧端子間の 4.2Ｋ，０Ｔにおける最低の臨界電流密度とθとの関係を調べた。その結果を図８に示す。図８からわかる如く、臨界電流密度の最低値は、θ＞θc ＝60deg （但しθc (deg) ＝−2.5 Δｒ＋185 ）の領域で急激に低下するが、θ≦θc ＝60deg の領域では、最大値である 2.0×104 Ａ／cm2 の75％以上の最低臨界電流密度が得られる。
【００３８】
（実施例３）
比較例１の場合と同様の方法により作製した線材を、比較例１の場合と同様のサイズを有し直方体状貫通孔３を円筒状胴体部13に設けたセラミックス製巻枠11に、比較例１の場合と同様のソレノイドコイル状に巻線し、同様の条件で熱処理して酸化物超電導コイル14を製作した。ここで、上記直方体状の貫通孔３は、円筒中心軸に平行ではなく螺旋状に設けてある。円筒状胴体部13の円筒の同一円周上における各貫通孔間の円弧部16の中心角18の角度θは30度である。
【００３９】
上記熱処理の後、実施例１の場合と同様にして電圧端子２を取り付け、各電圧端子間の電場強度と電流密度との関係を調べたところ、図７（実施例２の場合）と同様の良好な結果が得られた。
【００４０】
本実施例では直方体状の貫通孔を螺旋状に設けたが、均等に酸素含有ガスを供給できるような構造であれば、その他の貫通孔でも良好な結果が得られる。
【００４１】
（実施例４）
比較例１の場合と同様の方法により作製した線材を、比較例１の場合と同様のサイズを有し図９に示す如き溝４を円筒状胴体部13に設けたセラミックス製巻枠11に、比較例１の場合と同様のソレノイドコイル状に巻線し、比較例１の場合と同様の条件で熱処理して酸化物超電導コイル14を製作した。ここで、上記溝４は、その長手方向が円筒状胴体部13の円筒中心軸に平行である。円筒状胴体部13の円筒外面側の同一円周上における各溝間（溝４とその隣の溝４との間）の円弧部21の中心角22の角度θが30度(deg）である。円筒状胴体部13の円筒内面側の同一円周上における上記溝４の円弧部23の中心角24の角度θは15度(deg）である。
【００４２】
上記熱処理の際、コイル状酸化物超電導線材の巻線部１への酸素含有ガスの供給は、図10に示す如く、巻線部１の外側ないしは最外層15からだけでなく、溝４の上部（上端部）から酸素含有ガスが入り、溝４を通じて巻線部の内側ないしは最内層Ｉからも行われる。
【００４３】
上記熱処理の後、実施例１の場合と同様にして電圧端子２を取り付け、各電圧端子間の電場強度と電流密度との関係を調べたところ、図７（実施例２の場合）と同様の良好な結果が得られた。
【００４４】
（実施例５）
比較例１の場合と同様の方法により作製した線材を、比較例１の場合と同様のサイズを有し溝４を円筒状胴体部13に設けたセラミックス製巻枠11に、比較例１の場合と同様のソレノイドコイル状に巻線し、同様の条件で熱処理して酸化物超電導コイル14を製作した。ここで、上記溝４は、円筒中心軸に平行ではなく螺旋状に設けてある。円筒状胴体部13の円筒の同一円周上における各溝間の円弧部21の中心角22の角度θは30度である。
【００４５】
上記熱処理の後、実施例１の場合と同様にして電圧端子２を取り付け、各電圧端子間の電場強度と電流密度との関係を調べたところ、図７（実施例２の場合）と同様の良好な結果が得られた。
【００４６】
（比較例２）
Bi及びPb、Sr、Ca、Cuのモル比が2:2:2:3 であるBi系酸化物は一般にBi-2223 相と呼ばれている。 (Bi,Pb)2Sr2Ca2Cu3ＯX の組成を有するBi-2223 系酸化物の仮焼粉末をAgビレットの内部に充填した後、このビレットを押し出し、その後伸線加工を行って外径1.0mm の43芯丸線材に加工した。次に、この線材を、比較例１の場合と同一サイズで同様の巻枠（貫通孔及び溝無し）の円筒状胴体部に、同様のソレノイドコイル状に巻線し、酸素と窒素の混合ガスの雰囲気中で熱処理して酸化物超電導コイルを製作した。
【００４７】
上記熱処理の後、比較例１の場合と同様にして上部鍔12の一部分を切り出し、巻線部１内に最内層及び最外層のそれぞれ１層分の線材長さに対応する位置に電圧端子２を１対ずつ取り付けた。そして、外部磁場が０Ｔである 4.2Ｋの液体ヘリウムに浸漬した状態で、コイルに通電しながら各電圧端子対の両端の電圧を測定したところ、巻線部最内層の臨界電流密度は0.10×104 Ａ/cm2であり、巻線部最外層の臨界電流密度（:1.0×104 Ａ/cm2) に比較して1/10に低下した。
【００４８】
（実施例６）
比較例２の場合と同様の方法により作製した線材を、比較例１及び２と同様のサイズを有し直方体状貫通孔を円筒状胴体部に設けたセラミックス製巻枠に、比較例２の場合と同様のソレノイドコイル状に巻線し、同様の条件で熱処理して酸化物超電導コイルを製作した。ここで、上記直方体状の貫通孔は、その長手方向が円筒状胴体部の円筒中心軸に平行である。円筒状胴体部の円筒外面側の同一円周上における各貫通孔間の円弧部の中心角の角度θは30度である。
【００４９】
上記熱処理の後、実施例１の場合と同様にして電圧端子を取り付け、各電圧端子間の電場強度と電流密度との関係を調べた。その結果、全ての電圧端子間において 1.5×104 Ａ/cm2以上の値が得られ、比較例２の場合に比較して特性が大幅に向上した。更に、図７（実施例２）で認められる傾向と同様に、外層の電圧端子ほど同じ電場強度では高い密度で通電することが可能であった。
【００５０】
（実施例７）
直方体状の貫通孔３を円筒状胴体部に設けたセラミックス製巻枠（鍔部直径：40mm、円筒状胴体部の外周部直径：20mm、円筒状胴体部の長さ:100mm）の円筒状胴体部に、比較例１の場合と同様の方法により作製した線材を、巻線部の外側半径ｒ2:20mm、内側半径ｒ1:10mm（外側半径ｒ2 と内側半径ｒ1 との差Δｒ:10mm ）、長さ：300mm のソレノイドコイル状に巻線し、これを比較例１の場合と同様の条件で熱処理して酸化物超電導コイルを製作した。ここで、上記直方体状の貫通孔３は、その長手方向が巻枠の円筒状胴体部の円筒中心軸に平行である。円筒状胴体部の円筒外面側の同一円周上における各貫通孔間の円弧部の中心角の角度θは、150 度(deg）である。
【００５１】
上記熱処理の後、実施例１の場合と同様にして電圧端子を取り付け、各電圧端子間の電場強度と電流密度との関係を調べたところ、図７（実施例２）と同様に外層の電圧端子ほど同じ電場強度では高い密度で通電することができ、良好な結果が得られた。又、上記直方体状の貫通孔３に代えて溝４を設けても、上記と同様の良好な結果が得られた。
【００５２】
同様にして、上記と同一サイズを有し貫通孔間の円弧部の中心角θが異なる巻枠を用意し、上記と同一サイズ（Δｒ:10mm ）の酸化物超電導コイルを製作し、電圧端子を取り付け、各電圧端子間の 4.2Ｋ，０Ｔにおける最低の臨界電流密度とθとの関係を調べた。その結果を図11に示す。図11からわかる如く、臨界電流密度の最低値は、θ＞θc ＝160deg（但しθc (deg) ＝−2.5 Δｒ＋185 ）の領域で急激に低下するが、θ≦θc ＝160degの領域では、最大値である 4.0×104 Ａ/cm2の75％以上の最低臨界電流密度が得られる。
【００５３】
同様にして、異なるΔｒを有する酸化物超電導コイルを製作し、臨界電流密度の最大値の75％以上の最低臨界電流密度が得られるθc を求めた結果、図12に示すように、θc (deg) ＝−2.5 Δｒ＋185 の関係が得られた。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、酸化物超電導線材をコイル状に巻線し、熱処理する際に、巻線部の外側からだけでなく巻線部の内側からも酸素含有ガスを供給し得るので、巻線部全体に酸素含有ガスを供給し得、そのため巻線部の酸化物超電導線材全体に均一に良好な結晶化を生じさせることができ、従って、酸化物超電導線材全長にわたって均一な特性を有する酸化物超電導コイルを得ることができる。また、本発明をReact & Wind法による酸化物超電導コイルの製造に適用した場合、熱処理炉の大きさの増大及び経済性の悪化を招くことなく、酸化物超電導線材全長にわたって均一な特性を有する酸化物超電導コイルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  比較例１に係る酸化物超電導コイル製造用巻枠の概要を示す図であって、(A) はこの巻枠の平面図、(B) はこの巻枠の側面図である。
【図２】  比較例１に係る酸化物超電導コイルの概要を示す図であって、(A) はこのコイルの平面図、(B) はこのコイルの側面図である。
【図３】  比較例１に係る酸化物超電導コイルについての電場強度と電流密度との関係を示す図である。
【図４】  実施例１に係る酸化物超電導コイル製造用巻枠の概要を示す図であって、(A) はこの巻枠の平面図、(B) はこの巻枠の側面図である。
【図５】  実施例１に係る酸化物超電導コイルの概要を示す図であって、(A) はこのコイルの平面図、(B) はこのコイルの側面図である。
【図６】  実施例１に係る酸化物超電導コイルについての電場強度と電流密度との関係を示す図である。
【図７】  実施例２に係る酸化物超電導コイルについての電場強度と電流密度との関係を示す図である。
【図８】  実施例２に係る中心角θと臨界電流密度の最低値との関係を示す図である。
【図９】  実施例４に係る酸化物超電導コイル製造用巻枠の概要を示す図であって、(A) はこの巻枠の平面図、(B) はこの巻枠の側面図である。
【図１０】  実施例４に係る酸化物超電導コイルの概要を示す図であって、(A) はこのコイルの平面図、(B) はこのコイルの側面図である。
【図１１】  実施例７に係る中心角θと臨界電流密度の最低値との関係を示す図である。
【図１２】  実施例７に係る巻線部の外側半径と内側半径との差Δｒと中心角θc との関係を示す図である。
【符号の説明】
１--巻線部、２--電圧端子、３--貫通孔、４--溝、
11--巻枠、12--鍔、13--円筒状胴体部、14--酸化物超電導コイル、15--巻線部の最外層、16--貫通孔間の円弧部、17--貫通孔間の円弧部、18--貫通孔間の円弧部の中心角、19--貫通孔の円弧部、20--貫通孔の円弧部の中心角、21--溝間の円弧部、22--溝間の円弧部の中心角、23--溝の円弧部、24--溝の円弧部の中心角、
Ｉ--巻線部の最内層、GF--酸素含有ガスの流れ。
【図１】
0003675605.tif 000002
【図２】
0003675605.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003675605.tif 000009
【図９】
0003675605.tif 000010
【図１０】
0003675605.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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