(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物超電導体またはその原料粉末が金属被覆された素線を、複数本撚合せて撚線を作製するステップと、
前記作製された撚線を平角成形するステップと、
前記平角成形された撚線に、圧延加工と８００℃以上の熱処理とを複数回繰返し施すステップとを備えた、酸化物超電導線の製造方法。
【請求項２】
酸化物超電導体またはその原料粉末が金属被覆された素線を、複数本撚合せて撚線を作製するステップと、
前記作製された撚線を、さらに複数本撚合せて平角成形するステップと、
前記平角成形された撚線に、圧延加工と８００℃以上の熱処理とを複数回繰返し施すステップとを備えた、酸化物超電導線の製造方法。
【請求項３】
酸化物超電導体またはその原料粉末が金属被覆されたテープ状素線を、複数本積層して一体化した後撚合せて撚線を作製するステップと、
前記作製された撚線を平角成形するステップと、
前記平角成形された撚線に、圧延加工と８００℃以上の熱処理とを複数回繰返し施すステップとを備えた、酸化物超電導線の製造方法。
【請求項４】
前記金属被覆された素線を撚合せて撚線を作製する前に、予め前記素線の外周を銀より抵抗値の高い材料で被覆するステップをさらに備えた、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の酸化物超電導線の製造方法。
【請求項５】
前記素線の外周を銀より抵抗値の高い材料で被覆するステップは、
前記素線の外周に金属からなる被覆層を形成するステップと、
前記形成された被覆層の金属を酸化するステップとを含む、請求項４記載の酸化物超電導線の製造方法。
【請求項６】
前記平角成形された撚線を、前記圧延加工の前に予め金属で被覆するステップをさらに備えた、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の酸化物超電導線の製造方法。
【請求項７】
前記平角成形された撚線を金属で被覆するステップは、前記平角成形された撚線を平角型の金属管に嵌合することにより行なわれる、請求項６記載の酸化物超電導線の製造方法。
【請求項８】
前記金属被覆された素線は、金属マトリックス内に複数本の超電導体が埋込まれてなる多芯線である、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の酸化物超電導線の製造方法。
【請求項９】
前記素線は、素線自体に撚りが加えられている、請求項１〜請求項８のいずれかに記載の酸化物超電導線の製造方法。
【請求項１０】
前記平角成形された撚線に、前記圧延加工の前に一旦熱処理を施すステップをさらに備えた、請求項１〜請求項９のいずれかに記載の酸化物超電導線の製造方法。
【請求項１１】
前記酸化物超電導体は、Ｂｉ２２２３系酸化物超電導体を含む、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の酸化物超電導線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、酸化物超電導線およびその製造方法ならびにそれを集合してなるケーブル導体に関するものであり、特に、交流用途に使用する際に大電流通電が可能となる酸化物超電導線およびその製造方法ならびにそれを集合してなるケーブル導体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
酸化物超電導体は液体窒素温度以上でも超電導状態にあることが大きな特徴である。そのため、この酸化物超電導体からなる線材は、液体窒素による冷却によって使用することができるものとして、超電導機器への応用が期待されている。
【０００３】
そこで、本発明者らは、銀を安定化剤に用いて酸化物超電導体を多芯化した、テープ状のＢｉ系Ａｇ被覆多芯線の開発を行なってきた。このＢｉ系Ａｇ被覆線は、Ｂｉ系酸化物超電導体の前駆体となる原料粉末を金属パイプに充填し、伸線工程の後、圧延と熱処理とを複数回繰返すことにより作製できる。
【０００４】
また、多芯線の場合には、原料粉末を金属パイプに充填し、伸線したものを、複数本金属パイプに嵌合して多芯化し、さらに伸線した後、圧延と熱処理とを複数回繰返すことにより作製できる。
【０００５】
この製造工程の中で、圧延工程は、板状の結晶構造を有するＢｉ系超電導体の結晶粒の配向性を上げ、結晶粒間の結合を強固にするとともに、フィラメントの密度を上げることに効果があり、Ｂｉ系Ａｇ被覆線の作製において高臨界電流密度を達成するのには不可欠な工程と考えられる。
【０００６】
また、この圧延によって線材のアスペクト比が大きくなり、これに従いフィラメントの断面のアスペクト比も大きくなる。これは、板状結晶の成長にとって有利であり、その結果、高臨界電流密度が得られるようになる。
【０００７】
一方、酸化物超電導体はセラミックスであることから、超電導体の生成、結晶成長および結晶粒の接合を強固にするために、焼結を目的とした熱処理工程についても不可欠である。
【０００８】
このようにして作製されたＢｉ系Ａｇ被覆線材は、曲げ特性に優れ、１０4 Ａ／ｃｍ2 を超える臨界電流密度を有する長尺線の作製が可能であることから、超電導ケーブルやマグネット等への応用が期待される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、酸化物超電導線の交流応用の際には、運転時の変動磁界に起因して生じる交流損失が問題となる。また、超電導線材を集合してなるケーブル導体においては、線材間のインピーダンスの不均一によって生じる偏流現象等の、直流応用では生じ得ない新たな克服すべき課題が生じる。さらに、このようにして生じる変流によって、導体化したときの損失が、素線の交流損失の和よりもさらに大きくなるという問題もあった。
【００１０】
このような交流応用の際に生じる課題に対して、従来たとえば金属系超電導線材では、種々の対策が検討されている。具体的には、交流損失を低減する目的としては、フィラメントの周囲もしくは各フィラメント間へ高抵抗バリア層を配置する、超電導フィラメントの極細多芯化を行なう、マトリックスの比抵抗値を高くする、等の対策が検討されている。また、交流マグネット用導体において、各フィラメントまたは各線材間のインピーダンスを均一化して電流偏流を抑制する目的としては、フィラメントまたは線材に撚りを施す、線材またはフィラメントを転位させる、等の対策が検討されている。
【００１１】
さらに、大電流化のためには、超電導素線を撚合せた一次撚線を、さらに撚合せた平角成形型多次撚線構造とする等の対策が検討されている。
【００１２】
しかしながら、上述のＢｉ系Ａｇ被覆線を交流用途に使用する場合にも、金属系超電導線と同様に一次撚りした素線をさらに撚合せて多次撚線構造にする等の対処を行なうべきであるが、酸化物超電導線の場合には、金属系超電導線と全く同一の手法で前述の多次撚線構造を実現するのは不可能である。なぜなら、金属系超電導線の作製の場合には、線材作製に圧延および焼結の工程が不要であるのに対して、Ｂｉ系Ａｇ被覆多芯線は、上述のように圧延と焼結プロセスが必須だからである。
【００１３】
すなわち、Ｂｉ系酸化物超電導体はセラミックスであり、曲げ歪に弱いため、焼結後の線材を撚合せることは困難であり、たとえ撚合せることができた場合にも、高い臨界電流密度が得られないという問題があった。さらに、圧延により断面のアスペクト比が大きくなった線材を撚合せることは困難であり、たとえ撚合せることができた場合にも、丸線を撚合せた場合と比較して撚線内に隙間部分が多くなり、高い臨界電流密度が得られないという問題があった。
【００１４】
本発明の目的は、上述の問題を解決し、高臨界電流密度を維持しつつ、交流電流通電時に線材内の電流の偏流が小さく、かつ、交流損失の小さい、酸化物超電導線およびその製造方法ならびにそれを集合してなるケーブル導体を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明による酸化物超電導線は、金属被覆された酸化物超電導体からなる素線が、複数本撚合されて構成される平角成形撚線であって、平角成形撚線の断面形状が矩形であり、平角成形撚線を構成する素線の各々の断面のアスペクト比が２以上であることを特徴としている。
【００１６】
なお、この明細書中において、「アスペクト比」とは、酸化物超電導線材の横断面において、線材の厚さと幅との比をいう。
【００１７】
素線のアスペクト比を２以上とすることにより、素線内の超電導フィラメントを、アスペクト比の大きな偏平形状とすることができる。その結果、高臨界電流密度を有する超電導線を得ることができる。特に、超電導フィラメントのアスペクト比は、１０前後であることが望ましい。なお、素線の断面のアスペクト比は、好ましくは２０以下であるとよい。素線を撚合せて成形する場合に、素線のアスペクト比を２０より大きくすることは困難だからである。
【００１８】
また、この発明によれば、撚合せることにより、素線が完全に転位された形となるため、撚線中の各素線のインピーダンスを等しくすることができる。
【００１９】
また、この発明によれば、撚線の断面形状が矩形である。そのため、コイルやケーブルに使用する際に、線材を密に巻くことができ、コンパクト化に有利である。
【００２０】
好ましくは、素線の金属被覆は銀または銀合金からなり、金属被覆の外周に、銀より抵抗値の高い材料からなる被覆層を備えているとよい。
【００２１】
このような被覆層の存在により、撚線内での素線間の結合を防ぐことができ、交流損失の低減に有効である。
【００２２】
銀より抵抗値の高い材料としては、たとえば高抵抗金属材料や無機絶縁材料等が挙げられる。
【００２３】
このような高抵抗金属材料または無機絶縁材料等の銀より抵抗値の高い材料からなる被覆層がない場合には、熱処理中に銀等の金属マトリックスが拡散して、素線同士が接合してしまうため、素線間の結合損失が大きくなるおそれがある。このような結合損失の低減のために、銀より抵抗値の高い被覆層は有効に作用する。
【００２４】
高抵抗材料としては、たとえばＡｇ−Ｍｎ合金、Ａｇ−Ａｕ合金の他、高抵抗であるＮｉやＣｒ等が挙げられる。
【００２５】
また、無機絶縁材料としては、たとえば、ＭｇやＣｕを酸化させて得られるＭｇＯ、ＣｕＯ等の酸化物絶縁材料が挙げられる。このような絶縁材料からなる被覆層によって、素線間の結合を完全になくすことができる。また、それによって、転位の効果もより完全となる。
【００２６】
この発明による酸化物超電導線の製造方法は、酸化物超電導体またはその原料粉末が金属被覆されてなる素線を複数本撚合せて撚線を作製するステップと、作製された撚線を平角成形するステップと、平角成形された撚線に、圧延加工と８００℃以上の熱処理とを複数回繰返し施すステップとを備えている。
【００２７】
すなわち、まず、線材としての焼結を行なっていない、酸化物超電導体またはその原料粉末が金属被覆されてなる複数本の丸線状の素線を用意する。次に、この素線を複数本撚合せて、撚線を作製する。撚線数としては、たとえば３本撚り、７本撚り、１２本撚り等が可能である。
【００２８】
この撚線を平角成形した後、さらに圧延することにより、素線中の断面が円状の超電導フィラメントを、アスペクト比の大きな平板形状に変形させることができる。なお、超電導フィラメントの形状は、厚さが０．１〜１００μｍ、幅１μｍ〜１ｍｍの範囲となることが望ましい。また、平角成形時に、線材の上下から圧延荷重をかけることにより、超電導フィラメントを同時に変形させることが可能となる。
【００２９】
その後、熱処理、圧延、熱処理という工程を少なくとも１回以上経て、素線が完全に転位された構造を持ち、交流用線材としての対処がなされた酸化物超電導線材を得ることができる。
【００３０】
この発明によれば、各フィラメントが撚りを施された構造を有し、かつ、圧延処理が施されている。そのため、線材は、撚りによって各フィラメントのインピーダンスが均一化される。その結果、交流電流通電時にも、各フィラメントに電流を均一に流すことが可能となる。さらに、フィラメント間の結合電流も抑制され、交流損失の低減にも効果がある。また、素線表面に絶縁を行なえば、さらに結合電流を抑制し、交流損失を低減することも可能である。
【００３１】
また、この発明によれば、平角成形した撚線に圧延処理と熱処理を施している。そのため、撚線化の際の歪により壊れた粒接合を強固にし、乱れた配向を整えることにより、高臨界電流密度も同時に達成できる。
【００３２】
また、この発明によれば、複数本の素線を撚合せて得られた一次撚線を、さらに複数本撚合せることにより、平角成形型多次撚線を作製することもできる。撚合せの本数としては、たとえば９本の撚合せ等が可能である。
【００３３】
このように撚線工程を複数回施すことは、大容量化を目的に撚合せる素線数が増加した際、上述の効果を得るために特に重要である。
【００３４】
また、この発明によれば、テープ状の素線を複数本積層して一体化した後、撚合せることにより撚線を作製してもよい。特に、銀シースＢｉ２２２３系超電導線の場合には、テープ状にすることが高臨界電流密度を得るために重要である。このようにテープ状の素線を積層して断面のアスペクト比を小さくしてから撚合せることにより、撚合せが容易になるとともに、曲げ歪などによる特性劣化を有効に防止することができる。
【００３５】
一体化する方法としては、たとえば、積層した後に熱処理を加え、銀の拡散により接合する方法、圧縮成形する方法、平角管内に積層する方法等が挙げられる。一体化した後に伸線してから撚合せることが、長尺線の場合には有効である。
【００３６】
なお、テープ状素線は、撚合せる前に予め熱処理を施しておくことが好ましい。この熱処理により、酸化物超電導体を生成させてから撚線等の工程を行なった後に、さらに熱処理を行なうことにより、酸化物超電導体の粒接合を強化し、高臨界電流密度を得ることが可能になる。
【００３７】
また、この発明によれば、金属被覆された素線を撚合せて撚線を作製する前に、予め素線の外周を銀より抵抗値の高い材料で被覆するステップをさらに備えるとよい。
【００３８】
銀より抵抗値の高い材料からなる被覆層の形成方法としては、たとえば高抵抗のＮｉやＣｒ等をめっきにより素線の外表面に付加する方法や、ＡｌＯ3 等の酸化物絶縁材料の粉末が分散された液を、素線の外表面に塗布する方法がある。
【００３９】
また、素線の外周にＭｇ、Ｃｕ等の金属からなる被覆層を形成した後、これらを酸化してＭｇＯ、ＣｕＯ等の酸化物絶縁材料からなる被覆層を形成してもよい。特に、撚線圧延処理の後に酸化工程を施すことにより、良好な加工性が得られる。すなわち、ＭｇＯ、ＣｕＯよりもＭｇ、Ｃｕの方が加工性に富むため、先に撚線、圧延をした後に酸化させた方がより良好な形状に成形、圧延できるからである。
【００４０】
また、この発明によれば、平角成形された撚線を、圧延加工の前に予め金属で被覆するステップをさらに備えるとよい。
【００４１】
平角成形された多次撚線後の外皮が薄く、その後の圧延工程で超電導フィラメントが露出する等の可能性がある場合には、このように予め金属で被覆することが好ましい。
【００４２】
金または銀合金等の金属で被覆された素線の外周にさらに金属被覆層を形成する方法としては、たとえば平角成形された多次撚線表面の金属コーティングや、平角型の金属管への嵌合等が挙げられる。
【００４３】
さらに、この発明によれば、素線は金属マトリックス内に複数本の超電導体が埋込まれてなる多芯線であるとよい。このように、素線において超電導フィラメントが多芯に分割されていることにより、線材の可撓性が向上される。
【００４４】
また、この発明によれば、素線は素線自体に撚りが加えられているとよい。このように素線自体に撚りが施されることにより、結合損および渦電流損が減少し、その結果、交流損失が低減される。
【００４５】
さらに、この発明によれば、平角成形された撚線に、圧延加工の前に一旦熱処理を施すステップをさらに備えているとよい。このように平角成形された撚線に８００℃前後の熱処理を施し、素線同士の拡散接合を行なうことにより、圧延時の加工性を向上させることができる。
【００４６】
また、この発明によれば、平角成形撚線を芯にして、その周囲に素線を巻付け平角成形する工程を、複数回繰返すとよい。
【００４７】
平角撚り成形を複数回行なうことによって、低損失かつ大容量の線材を得ることができる。また、このような線材は、コンパクト、低損失、大容量のケーブル導体を構成する線材として有効である。
【００４８】
また、この発明による酸化物超電導ケーブル導体は、円筒形フォーマ上に酸化物超電導線を集合してなる酸化物超電導ケーブル導体であって、酸化物超電導線は、金属被覆された酸化物超電導体からなる素線が複数本撚合されて構成される平角成形撚線であって、平角成形撚線の断面形状が矩形であり、平角成形撚線を構成する素線の各々の断面のアスペクト比が２以上である。
【００４９】
たとえば、フォーマ上に酸化物超電導線を１層集合してなる１層ケーブル導体では、すべての素線が転位され、電磁気的に完全に等価な位置を占めているために、導体内の電流分布が均一になり、偏流による交流損失の増大を防ぐことができる。また、フォーマ上に線材をスパイラル状に巻く場合には、導体の長手方向の磁場成分をキャンセルするために、２層導体として、１層目と２層目の巻く方向を逆にすることが有効である。このように、１層または２層導体とすることにより、多層導体と比較して、層間のインピーダンスの違いによる層間の偏流とそれに伴なう交流損失の増大を、最小限に抑えることが可能となる。
【００５０】
以上説明したように、この発明によれば、高電流密度を有し、かつ、低損失送電が可能な金属被覆された酸化物超電導線が得られる。
【００５１】
また、この発明によれば、撚線数および撚りの次数（何回撚るか）を増加することによって、線材１本当りの臨界電流を１００Ａ以上とすることも可能であり、大容量交流通電用に使用される酸化物超電導ケーブルや超電導マグネット向けの線材としても有用である。
【００５２】
【実施例】
（実施例１）
Ｂｉ2 Ｏ3 、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3 、ＣａＣＯ3 およびＣｕＯを用いて、Ｂｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．８１：０．３０：１．９２：２．０１：３．０３の組成比になるように、これらを配合した。この配合した粉末を複数回熱処理した。なお、各熱処理後において、粉砕を行なった。このような熱処理および粉砕を経て得られた粉末を、さらにボールミルにより粉砕し、サブミクロンの粉末を得た。
【００５３】
このようにして得られた前駆体粉末を８００℃で２時間熱処理した後、外径１２ｍｍ、内径８ｍｍの銀パイプ中に充填した。次に、この粉末が充填された銀パイプを０．９ｍｍまで伸線加工し、素線を作製した。この素線を７本撚りして、いわゆる一次撚線を作製した。さらに、この一次撚線を１５本撚合せた後圧縮成形し、平角成形された二次撚線を作製した。
【００５４】
図１は、このようにして作製された二次撚線の構造を示す断面図である。図１を参照して、この二次撚線は、７本の素線１１が撚合されてなる一次撚線１２がさらに１５本撚合されている。
【００５５】
続いて、この二次撚線に、８００℃で２時間の熱処理を施して拡散接合で各素線を一体化させた後、圧延処理を施した。次に、８４５℃で５０時間の熱処理を施し、さらに圧延処理を施した後に、８４０℃で５０時間の熱処理を行なった。
【００５６】
図２は、このようにして得られた酸化物超電導線の構造を示す断面図である。図２を参照して、この線材においては、平角成形撚線の断面形状が矩形であり、各素線１１の断面はアスペクト比（Ｗ１／Ｔ１）が約４の偏平な形となっている。
【００５７】
次に、このようにして得られた酸化物超電導線について、液体窒素中での臨界電流値Ｉｃを測定した。その結果、本線材のＩｃは５０Ａであった。
【００５８】
また、通電４端子法により、Ｉｃが１０ＡのＢｉ系Ａｇ被覆単芯線を５枚積層した積層導体と、本線材の交流損失とを測定した。その結果、５０Ａｐ以下の領域で、本線材の交流損失が５枚積層導体の交流損失より小さいことを確認した。
【００５９】
（実施例２）
【００６０】
実施例１と同様にして得られた実施例１と組成の等しい前駆体粉末を、８００℃で２時間熱処理した後、外径１２ｍｍ、内径９ｍｍの銀パイプ中に充填した。次に、この粉末が充填された銀パイプを０．９ｍｍまで伸線加工し、素線を作製した。この素線を７本撚りして、いわゆる一次撚線を作製した。さらに、この一次撚線を１５本撚合せた後圧縮成形し、平角成形された二次撚線を作製した。
【００６１】
続いて、この二次撚線を、厚さ１ｍｍの平角状の銀製の管に嵌合し、８００℃で２時間の拡散接合を施した後に、圧延処理を施した。次に、８４５℃で５０時間の熱処理を施し、さらに圧延処理を施した後に、８４０℃で５０時間の熱処理を行なった。
【００６２】
このようにして得られた酸化物超電導線の構造は、実施例１と同様に、平角成形撚線の断面形状が矩形であり、各素線の断面はアスペクト比が約４の偏平な形であった。
【００６３】
次に、このようにして得られた酸化物超電導線について、液体窒素中での臨界電流値Ｉｃを測定した。その結果、本線材のＩｃは５０Ａであった。
【００６４】
また、通電４端子法により、Ｉｃが１０ＡのＢｉ系Ａｇ被覆単芯線を５枚積層した積層導体と、本線材の交流損失とを測定した。その結果、５０Ａｐ以下の領域で、本線材の交流損失が５枚積層導体の交流損失より小さいことを確認した。
【００６５】
（実施例３）
実施例１と同様にして得られた実施例１と組成の等しい前駆体粉末を、８００℃で２時間熱処理した後、外径１２ｍｍ、内径９ｍｍの銀パイプ中に充填した。次に、この粉末が充填された銀パイプを０．９ｍｍまで伸線加工し、さらに、その線材７本を銀パイプに嵌合し、伸線して、７芯多芯線を作製した。さらに、この７芯多芯線を、ピッチ２０ｍｍでツイストした。このようにして得られたツイストされた７芯多芯線からなる素線を７本撚りして、いわゆる一次撚線を作製した。さらに、この一次撚線を１５本撚合せた後圧縮成形し、平角成形された二次撚線を作製した。
【００６６】
続いて、この二次撚線を、厚さ１ｍｍの平角状の銀製の管に嵌合し、８００℃で２時間の拡散接合を施した後に、圧延処理を施した。次に、８４５℃で５０時間の熱処理を施し、さらに圧延処理を施した後に、８４０℃で５０時間の熱処理を行なった。
【００６７】
このようにして得られた酸化物超電導線の構造は、実施例１と同様に、平角成形撚線の断面形状が矩形であり、各素線の断面はアスペクト比が約５の偏平な形であった。
【００６８】
次に、このようにして得られた酸化物超電導線について、液体窒素中での臨界電流値Ｉｃを測定した。その結果、本線材のＩｃは４０Ａであった。
【００６９】
また、通電４端子法により、Ｉｃが１０ＡのＢｉ系Ａｇ被覆単芯線を４枚積層した積層導体と、本線材の交流損失とを測定した。その結果、４０Ａｐ以下の領域で、本線材の交流損失が４枚積層導体の交流損失より小さいことを確認した。
【００７０】
（実施例４）
【００７１】
実施例１と同様にして得られた実施例１と組成の等しい前駆体粉末を、８００℃で２時間熱処理した後、外径１２ｍｍ、内径１０ｍｍの銀パイプ中に充填した。次に、この粉末が充填された銀パイプを伸線加工したもの７本を、さらに外径１２ｍｍ、内径９ｍｍの銀パイプに嵌合して７芯線とし、０．９ｍｍまで伸線加工した。
【００７２】
このようにして得られた７芯線からなる素線を７本撚りして、いわゆる一次撚線を作製した。さらに、この一次撚線を１５本撚合せた後圧縮成形し、平角成形された二次撚線を作製した。
【００７３】
続いて、この二次撚線を、厚さ１ｍｍの平角状の銀製の管に嵌合し、圧延処理を施し、８４５℃で５０時間の熱処理を行ない、さらに圧延処理を施した後に、８４０℃で５０時間の熱処理を行なった。
【００７４】
このようにして得られた酸化物超電導線の構造は、実施例１と同様に、平角成形撚線の断面形状が矩形であり、各素線の断面はアスペクト比が約５の偏平な形であった。
【００７５】
次に、このようにして得られた酸化物超電導線について、液体窒素中での臨界電流値Ｉｃを測定した。その結果、本線材のＩｃは４０Ａであった。
【００７６】
また、通電４端子法により、Ｉｃが４０ＡのＢｉ系Ａｇ被覆単芯線を４枚積層した積層導体と、本線材の交流損失とを測定した。その結果、４０Ａｐ以下の領域で、本線材の交流損失が４枚積層導体の交流損失より小さいことを確認した。
【００７７】
（実施例５）
実施例１と同様にして得られた実施例１と組成の等しい前駆体粉末を、８００℃で２時間熱処理した後、外径２４ｍｍ、内径２０ｍｍの銀パイプに充填した。次に、この粉末が充填された銀パイプを直径１．０２ｍｍまで伸線加工したものを６１本、外径２４ｍｍ、内径２０ｍｍの銀パイプに嵌合して、さらに直径１．０２ｍｍまで伸線加工し、素線を作製した。この素線を１２本撚合せ、平角に成形した。
【００７８】
図３は、このようにして得られた平角成形撚線５２の構造を示す断面図である。図３を参照して、この撚線５２のサイズは、幅Ｗ２が７．４ｍｍ、厚みＴ２が１．４５ｍｍであった。
【００７９】
次に、この線材を厚み１ｍｍまで圧延した後、８４５℃、５０時間の熱処理を行なった。その後、０．９ｍｍまで圧延してから、８４０℃、５０時間の熱処理を行なった。
【００８０】
図４は、このようにして得られた本発明による反応後の平角成形撚線５８の構造を示す断面図である。
【００８１】
図４を参照して、この撚線５８のサイズは、幅Ｗ２が１２ｍｍ、厚みＴ２が１ｍｍであった。また、撚線５８を構成する素線５１のアスペクト比（Ｗ１／Ｔ１）は、４．４であった。さらに、詳細な分析の結果、素線５１内の超電導フィラメントのサイズは、幅約１００μｍ、厚み約１０μｍであった。また、Ｂｉ２２２３相の体積分率は約９５％であった。さらに、この超電導平角成形撚線の臨界電流値Ｉｃは１１０Ａであった。
【００８２】
この明細書において、「体積分率」とは、超電導体が完全反磁性を示したときの帯磁率（−１／４π［ｅｍＵ／ｃｃ］）に対して、実際の試料が示す帯磁率の割合をいう。
【００８３】
なお、図５は、圧延後の酸化物超電導線の他の例の構造を示す断面図である。両側にガイドを設けた状態で圧下率を３０％〜４０％にした条件で圧延することにより、このように各素線１５１間に全く隙間のない構造の超電導線１５２が得られる。
【００８４】
また、比較として、上記線材と同様に６１芯嵌合した後直径１．０２ｍｍまで伸線加工したものを厚み０．２５ｍｍまで圧延し、８４５℃、５０時間の熱処理を行なった線材を作製した。この線材を４枚積層し、厚み０．９ｍｍまで圧延して８４０℃、５０時間の熱処理を行なったものについて、臨界電流値Ｉｃを測定した。その結果、臨界電流値Ｉｃは１００Ａであった。
【００８５】
さらに、上記２種類の線材について、通電４端子法で交流損失を測定した。その結果、６０Ｈｚ，２０Ａrms 通電時における交流損失は、平角撚線の場合は０．０５ｍＷ／ｍであったのに対し、比較例では０．５ｍＷ／ｍとなり、交流損失が１／１０に低減することがわかった。
【００８６】
（実施例６）
実施例５で作製した素線の表面に、ＣｒおよびＮｉのめっきを施した。この線材を１２本撚合せて平角に成形した。成型後の撚線のサイズは、幅が７．４ｍｍ、厚みが１．４５ｍｍであった。この線材を厚み１ｍｍまで圧延した後、８４５℃、５０時間の熱処理を行なった。その後、０．９ｍｍまで圧延してから、８４０℃、５０時間の熱処理を行なった。
【００８７】
図６は、このようにして得られた平角成形撚線を構成する素線６１の構造を示す断面図である。
【００８８】
図６を参照して、この素線６１は、アスペクト比（Ｗ１／Ｔ１）が３．７の偏平な形状を有し、その外周にＣｒおよびＮｉのめっきからなる被覆層６６を備えていた。また、素線６１は、銀からなるマトリックス６４内に６１本の超電導体フィラメント６５が埋込まれて構成され、各フィラメント６５のサイズは、幅Ｗ５が約９０μｍ、厚みＴ５が約１０μｍであった。
【００８９】
なお、図６に示したフィラメント６５の配列は一例であり、必ずしもこのような配列に限定されるものではない。
【００９０】
また、Ｂｉ２２２３相の体積分率は約９５％であり、臨界電流値Ｉｃは１０５Ａであった。
【００９１】
通電４端子法で交流損失を測定した結果、２０Ａ通電時での交流損失は、０．０１ｍＷ／ｍであり、実施例１の撚線と比較して、交流損失が１／５に低減することがわかった。
【００９２】
（実施例７）
実施例１と同様にして得られた実施例１と組成の等しい前駆体粉末を、外径２４ｍｍ、内径２０ｍｍの銀パイプに充填した。その後、直径１．０２ｍｍまで伸線加工したものを６１本、外径２４ｍｍ、内径２０ｍｍのＡｇ−Ｍｎ合金パイプに嵌合して、直径１．０２ｍｍまで伸線加工した。その線に、ピッチ２５ｍｍのツイスト加工を施してから幅３ｍｍ、厚み０．２５ｍｍまで圧延し、テープ状素線を作製した。
【００９３】
図７は、このようにして得られたテープ状素線の構造を示す断面図である。図７を参照して、この素線７１は、銀からなるマトリックス７４内に６１本の超電導フィラメント７５が埋込まれて構成され、その外周には、Ａｇ−Ｍｎ合金からなる被覆層７６が形成されている。
【００９４】
次に、このようにして得られたテープ状素線７１を図８に示すように１２本積層し、８４０℃、５０時間の熱処理を行なった。次に、このようにして得られた積層線材７７を、一辺が１ｍｍになるまで平角伸線した後、図９に示すように４本撚合せて平角成形した。成形の際に、厚みを１０％小さくした。この線材に対して、８４０℃、５０時間の熱処理を行なった。
【００９５】
図１０は、このようにして得られた酸化物超電導線の構造を示す断面図である。図１０を参照して、この線材は、４本の積層線材７７が撚合されて構成される平角成形撚線である。
【００９６】
次に、このようにして得られた酸化物超電導線について、液体窒素中での臨界電流値Ｉｃを測定した。その結果、本線材のＩｃは５０Ａであった。
【００９７】
また、この酸化物超電導線において、超電導フィラメントのサイズは、幅が約３０μｍ、厚みが約３μｍであった。
【００９８】
さらに、このようにして得られた平角成形撚線と、上述の実施例５中の比較用に作製した線材と同様に６１芯嵌合した後伸線、圧延および熱処理を施して得られた、臨界電流値Ｉｃが５０Ａの６１伸線とについて、通電４端子法で交流損失を測定した。その結果、２０Ａpeak通電時における交流損失は、平角撚線の場合は０．１ｍＷ／ｍであったのに対し、比較例てば４ｍＷ／ｍとなり、交流損失が１／４０に低減することがわかった。
【００９９】
（実施例８）
実施例７で用いた図７に示すテープ状線材７１に、８４５℃、５０時間の熱処理を行なった後に、厚み０．２２ｍｍまで圧延した。次に、その表面にＣｒめっきを施した。続いて、図１１に示すように、表面にＣｒめっきが施された素線８１を１２本積層して、銀の平角パイプ８６中に挿入した。このようにして得られた積層線材８７を、一辺が１ｍｍになるまで平角伸線した後、さらに１２本撚合せて、平角成形した。この線材に対して、８４０℃、５０時間の熱処理を行なった。
【０１００】
図１２は、このようにして得られた酸化物超電導線の構造を示す断面図である。図１２を参照して、この線材は、１２本の積層線材８７が撚合されて構成される平角成形撚線である。
【０１０１】
次に、このようにして得られた酸化物超電導線について、液体窒素中での臨界電流値Ｉｃを測定した。その結果、本線材のＩｃは１５０Ａであった。
【０１０２】
また、この酸化物超電導線において、超電導フィラメントのサイズは、幅が約３０μｍ、厚みが約３μｍであった。
【０１０３】
さらに、このようにして得られた平角成形撚線と、上述の実施例５中の比較用に作製した線材と同様に６１芯嵌合した後、伸線、圧延および熱処理を施して得られた、臨界電流値Ｉｃが７０Ａの６１芯線をさらに２本積層したものとについて、通電４端子法で交流損失を測定した。その結果、５０Ａpeak通電時における交流損失は、平角撚線の場合は０．０２ｍＷ／ｍであったのに対し、比較例では４ｍＷ／ｍとなり、交流損失が低減することがわかった。
【０１０４】
（実施例９）
実施例５で準備した直径１．０２ｍｍの素線の表面に、厚みが１０μｍのＭｇめっきまたはＣｕめっきを施した、２種類の線材を作製した。次に、実施例１と同様に、この素線を１２本撚合せて平角成形した後、２回の圧延および熱処理工程を施して、酸化物超電導平角成形撚線を作製した。
【０１０５】
このようにして得られた超電導線においては、２回の熱処理によって、素線表面のＣｕは酸化されてＣｕＯとなっており、一方、素線表面のＭｇは同様に酸化されてＭｇＯとなっていた。その結果、素線間は、ほぼ完全な絶縁状態となっていた。
【０１０６】
次に、このようにして得られた酸化物超電導線について、液体窒素中での臨界電流値Ｉｃを測定した。その結果、本線材のＩｃは９８Ａであった。このことから、素線表面に形成するＭｇめっきまたはＣｕめっきを十分に薄くすることにより、熱処理の際にすべてのＣｕまたはＭｇが酸化されて、素線表面にはＣｕＯまたはＭｇＯの酸化膜のみが形成される。したがって、この場合には、超電導特性には、ＭｇやＣｕの与える影響がないことが確認された。
【０１０７】
また、このようにして得られた酸化物超電導線について、交流損失を測定した。その結果、２０Ａpeak通電時の交流損失は、素線表面にＣｕＯ膜を形成した場合には０．０１ｍＷ／ｍであり、素線表面にＭｇＯを形成した場合には０．０２ｍＷ／ｍであり、ともに素線間の結合損失が著しく低減できていることが確認された。
【０１０８】
（実施例１０）
実施例５で準備した直径１．０２ｍｍの素線の表面に、アルミナの粉末を有機溶媒に分散させた溶液を塗布した。次に、実施例１と同様に、この素線を１２本撚合せて平角成形した後、２回の圧延および熱処理を施して、酸化物超電導平角成形撚線を作製した。
【０１０９】
このようにして得られた超電導線においては、２回の熱処理によって、素線表面はアルミナが均一に分散された状態になっていた。その結果、素線間はほぼ完全な絶縁状態となっていた。
【０１１０】
次に、このようにして得られた酸化物超電導線について、液体窒素中での臨界電流値Ｉｃを測定した。その結果、本線材のＩｃは８９Ａであった。
【０１１１】
また、このようにして得られた酸化物超電導線について交流損失を測定した。その結果、２０Ａpeak通電時での交流損失は０．０２ｍＷ／ｍであり、素線間の結合損失が著しく低減できていることが確認された。
【０１１２】
（実施例１１）
実施例５において、銀パイプの代わりにＡｇ−Ｍｎ合金またはＡｇ−Ａｕ合金パイプをシース材として用いて、実施例５と全く同様な条件で素線および平角成形撚線を作製した。得られた超電導線について、液体窒素中でのＩｃおよび５１Ｈｚ，２０Ａpeakにおける交流損失を測定した。特性の比較結果を表１に示す。
【０１１３】
【表１】
0003658841.tif 000002
【０１１４】
表１を参照して、素線の金属被覆として高抵抗の銀合金を用いることより、素線間の結合損失がかなり低減される結果、交流損失が低減することがわかった。
【０１１５】
（実施例１２）
図１３は、本発明による酸化物超電導ケーブル導体の一例の構造を示す斜視図であり、図１４は、この断面図である。
【０１１６】
図１３および図１４を参照して、この酸化物超電導ケーブル導体は、図４に示す実施例５の酸化物超電導線５８を、Ｃｕパイプ９上にスパイラルに２層集合してなるケーブル導体である。１層目はｓ撚り（反時計回り）で、２層目はｚ撚り（時計回り）で集合されている。次に、このようにして得られた酸化物超電導ケーブル導体について、液体窒素中での臨界電流値Ｉｃを測定した。その結果、本ケーブル導体のＩｃは１５００Ａであった。
【０１１７】
比較のため、同じサイズのＣｕパイプ上に、上述の実施例５中の比較用に作製した線材と同様に６１芯嵌合した後伸線、圧延および熱処理をして得られた、臨界電流値Ｉｃが２５Ａの６１伸線を４層集合し、臨界電流値Ｉｃが１５００Ａのケーブル導体を作製した。このようにして得られた２つのケーブル導体について、交流損失を測定した。その結果、比較例の４層導体よりも、本発明による撚線２層導体の方が、交流損失が２桁小さな値となった。
【０１１８】
（実施例１３）
図３に示す実施例５で作製した圧延および熱処理する前の平角成形撚線５２を芯として、その周囲に１６本の実施例５で使用した素線５１を巻付け、平角成形した。この線材を、厚さ２ｍｍに圧延した後、８４５℃、５０時間の熱処理を行なった。その後、厚さ１．９ｍｍに圧延してから８４０℃、５０時間の熱処理を行なった。
【０１１９】
図１５は、このようにして得られた酸化物超電導線の構造を示す断面図である。
【０１２０】
次に、このようにして得られた酸化物超電導線について、液体窒素中での臨界電流値Ｉｃを測定した。その結果、本線材のＩｃは２３０Ａであった。
【０１２１】
また、この酸化物超電導線において、超電導フィラメントのサイズは、幅が約１１０μｍであり、厚みが９μｍであった。
【０１２２】
また、比較として、実施例５と同様に６１芯嵌合した後伸線、圧延および熱処理を施して得られた線材を１０枚積層し、厚み２ｍｍまで圧延してから８４０℃、５０時間の熱処理を行なったものについて、臨界電流値Ｉｃを測定した。その結果、Ｉｃは２５０Ａであった。
【０１２３】
さらに、上記２種類の線材について、通電用の端子法で交流損失を測定した。その結果、１００Ａrms 通電時での交流損失は、平角撚線の場合０．３ｍＷ／ｍであったのに対し、比較例では２ｍＷ／ｍであり、交流損失は低減していることが確認された。
【０１２４】
（実施例１４）
実施例６で作製した平角成形撚線を用いて、実施例１２と同一の構造の酸化物超電導ケーブル導体を作製した。得られた酸化物超電導ケーブル導体について、液体窒素中での臨界電流値Ｉｃを測定したところ、１４００Ａであった。また、この導体の交流損失を測定したところ、実施例１２のケーブル導体の交流損失よりも１０％低い値が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施例１の酸化物超電導線の製造の１つの工程における中間物を示す断面図である。
【図２】  本発明による実施例１の酸化物超電導線の構造を示す断面図である。
【図３】本発明による実施例５の酸化物超電導線の製造の１つの工程における中間物を示す断面図である。
【図４】本発明による実施例５の酸化物超電導線の製造の他の工程における中間物を示す断面図である。
【図５】本発明による実施例５の酸化物超電導線の構造を示す断面図である。
【図６】本発明による実施例６の酸化物超電導線を構成する素線の構造を示す断面図である。
【図７】本発明による実施例７の酸化物超電導線に用いられる素線の構造を示す断面図である。
【図８】本発明による実施例７の酸化物超電導線の製造の１つの工程における中間物を示す断面図である。
【図９】本発明による実施例７の酸化物超電導線の製造の他の工程における中間物を示す断面図である。
【図１０】本発明による実施例７の酸化物超電導線の構造を示す断面図である。
【図１１】本発明による実施例８の酸化物超電導線の製造の１つの工程における中間物を示す断面図である。
【図１２】本発明による実施例８の酸化物超電導線の構造を示す断面図である。
【図１３】本発明による実施例１２の酸化物超電導ケーブル導体の構造を示す斜視図である。
【図１４】本発明による実施例１２の酸化物超電導ケーブル導体の構造を示す断面図である。
【図１５】本発明による実施例１３の酸化物超電導線の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１１，５１，６１，７１，８１，１５１  素線
１２，５２，１５２  一次撚線
６４，７４  マトリックス
６５，７５  超電導フィラメント
６６  ７６，８６  被覆層
７７，８７  積層線材
５８  酸化物超電導線
９  Ｃｕパイプ
なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【図１】
0003658841.tif 000003
【図２】
0003658841.tif 000004
【図３】
0003658841.tif 000005
【図４】
0003658841.tif 000006
【図５】
0003658841.tif 000007
【図６】
0003658841.tif 000008
【図７】
0003658841.tif 000009
【図８】
0003658841.tif 000010
【図９】
0003658841.tif 000011
【図１０】
0003658841.tif 000012
【図１１】
0003658841.tif 000013
【図１２】
0003658841.tif 000014
【図１３】
0003658841.tif 000015
【図１４】
0003658841.tif 000016
【図１５】
0003658841.tif 000017