(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のテープ状線材が複合された酸化物超電導導体であって、
複数の前記テープ状線材は３列に並べて配置されており、前記３列のうちの中央の列の複数の前記テープ状線材はすべて横向きに配置されており、前記３列のうちの左右両側の列の各々の複数の前記テープ状線材は縦向きに配置された複数の前記テープ状線材を横向きに配置された複数の前記テープ状線材により挟むように配置されている、酸化物超電導導体。
【請求項２】
長手方向に沿って周方向に環状に並んで配置された複数の導体要素から構成された酸化物超電導導体であって、
前記複数の導体要素は、隣接した導体要素間で電流の往路および復路となるように交互に配置され、
前記各導体要素は多数のテープ状線材が複合されてなり、
複数の前記テープ状線材は３列に並べて配置されており、前記３列のうちの中央の列の複数の前記テープ状線材はすべて横向きに配置されており、前記３列のうちの左右両側の列の各々の複数の前記テープ状線材は縦向きに配置された複数の前記テープ状線材を横向きに配置された複数の前記テープ状線材により挟むように配置されている、酸化物超電導導体。
【請求項３】
多数のテープ状線材が複合された酸化物超電導導体であって、
複数の前記テープ状線材が積層された三角形部分が周方向に６片組み合わされており、前記三角形部分の各々における複数の前記テープ状線材は前記導体の径方向に積層されている、酸化物超電導導体。
【請求項４】
長手方向に沿って周方向に環状に並んで配置された複数の導体要素から構成された酸化物超電導導体であって、
前記複数の導体要素は、隣接した導体要素間で電流の往路および復路となるように交互に配置され、
前記各導体要素は多数のテープ状線材が複合されてなり、
複数の前記テープ状線材が積層された三角形部分が周方向に６片組み合わされており、前記三角形部分の各々における複数の前記テープ状線材は前記導体要素の径方向に積層されている、酸化物超電導導体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、酸化物超電導導体に関するものであり、特に、大電流を流すブスバー用導体等に用いることのできる酸化物超電導導体の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、より高い臨界温度を示す超電導材料として、イットリウム系（Ｙ系）、ビスマス系（Ｂｉ系）およびタリウム系（Ｔｌ系）等の酸化物超電導体が注目されている。
【０００３】
これらの酸化物超電導体は、液体窒素温度で超電導状態となるため、大電流導体、コイルおよび超電導マグネットへの電流リードなどとしての応用が、期待されている。
【０００４】
従来、この酸化物超電導体からなる大電流導体は、たとえば、まずテープ状の酸化物超電導線材を作製し、次にこれを多数複合化することにより得られていた。
【０００５】
また、特願平３−９９２３９に開示されているように、このようにして得られた酸化物超電導導体を、長手方向に沿って周方向に環状に並べて配置し、その際、隣接した導体間で電流の往路および復路となるように交互に配置することにより、さらに大きな電流を流すことができる酸化物超電導導体が得られていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにして得られた酸化物超電導導体に大電流を流すと、自己磁場の発生により臨界電流密度が低下するため、十分な電流を流すことができないという問題点があった。
【０００７】
図４は、液体窒素温度におけるＢｉ系酸化物超電導テープ線材のＪｃ（臨界電流密度）−Ｂ（磁束密度）特性を、ゼロ磁場における臨界電流密度を基準にして規格化して示した図である。図４において、横軸は超電導テープ線材に印加された磁場Ｂ（Ｔ）を示し、縦軸は超電導テープ線材のゼロ磁場における臨界電流密度に対する磁場印加時における臨界電流密度の変化率Ｊｃ（Ｔ）／Ｊｃ０を示している。また、黒丸でプロットされたグラフは超電導テープ線材のテープ面に対して平行に磁場を印加した場合を示し、白丸でプロットされたグラフは超電導テープ線材のテープ面に対して垂直に磁場を印加した場合を示している。
【０００８】
たとえば、９ｋＡのような大電流が、１本の酸化物超電導導体に通電されると、約１５００〜３０００ガウス（０．１５〜０．３Ｔ）の自己磁場が発生する。図４から明らかなように、このような高い磁場中では、臨界電流密度は１／２〜１／１０に低下してしまう。特に、この臨界電流密度の低下は、超電導テープ線材のテープ面に対して垂直に磁場が印加された場合に、大きくなる。
【０００９】
この発明の目的は、上述の問題点を解決するし、大電流が流れても超電導特性の低下が少ない酸化物超電導導体を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の酸化物超電導導体は、多数のテープ状線材が複合された酸化物超電導導体であって、複数のテープ状線材は３列に並べて配置されており、３列のうちの中央の列の複数のテープ状線材はすべて横向きに配置されており、３列のうちの左右両側の列の各々の複数のテープ状線材は縦向きに配置された複数のテープ状線材を横向きに配置された複数のテープ状線材により挟むように配置されている。
【００１１】
請求項２の発明の酸化物超電導導体は、長手方向に沿って周方向に環状に並んで配置された複数の導体要素から構成された酸化物超電導導体であって、複数の導体要素は、隣接した導体要素間で電流の往路および復路となるように交互に配置され、各導体要素は多数のテープ状線材が複合されてなり、複数のテープ状線材は３列に並べて配置されており、３列のうちの中央の列の複数のテープ状線材はすべて横向きに配置されており、３列のうちの左右両側の列の各々の複数のテープ状線材は縦向きに配置された複数のテープ状線材を横向きに配置された複数のテープ状線材により挟むように配置されている。
請求項３の発明の酸化物超電導導体は、多数のテープ状線材が複合された酸化物超電導導体であって、複数のテープ状線材が積層された三角形部分が周方向に６片組み合わされており、三角形部分の各々における複数のテープ状線材は導体の径方向に積層されている。
請求項４の発明の酸化物超電導導体は、長手方向に沿って周方向に環状に並んで配置された複数の導体要素から構成された酸化物超電導導体であって、複数の導体要素は、隣接した導体要素間で電流の往路および復路となるように交互に配置され、各導体要素は多数のテープ状線材が複合されてなり、複数のテープ状線材が積層された三角形部分が周方向に６片組み合わされており、三角形部分の各々における複数のテープ状線材は導体要素の径方向に積層されている。
【００１２】
【作用】
請求項１および３の発明の酸化物超電導導体では、その構成により、発生する自己磁場のうち、テープ面に対して垂直な磁場成分の割合が減少する。したがって、このような酸化物超電導導体は、大電流を流した際に発生する自己磁場による臨界電流密度の低下を、最小限に抑えることができる。
【００１３】
請求項２および４の発明の酸化物超電導導体は、複数の導体要素が、隣接した導体要素間で電流の往路および復路となるように、交互に配置されている。そのため、隣接する各導体要素間で、大電流を流した際に生じる磁界による他の導体要素への影響を、互いに相殺し合うことができる。また、この発明における各導体要素では、その構成により、大電流を流した際に発生する自己磁場による臨界電流密度の低下を、最小限に抑えることができる。したがって、この酸化物超電導導体では、各導体要素について、自己磁場による影響および他の導体要素からの磁界の影響が共に小さくなるため、大電流を流した際の臨界電流密度の低下を、より効果的に抑えることができる。
【００１４】
【実施例】
実施例１
まず、以下のように、Ｂｉ系酸化物超電導テープ線材を作製した。
【００１５】
Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｒ、ＣａおよびＣｕそれぞれの元素を含む酸化物または炭酸塩を混合し、熱処理を施した後粉砕することにより、Ｂｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．８：０．４：２．０：２．２：３．０の組成を有する粉末を得た。この粉末を、１Ｔｏｒｒの減圧雰囲気下で、７１０℃、１２時間の脱ガス処理を施した。続いて、この脱ガス処理された粉末を、外径１２ｍｍ、内径９ｍｍの銀パイプに充填した後、伸線して、直径１ｍｍの線材を作製した。この伸線した線材を、厚みが０．１９ｍｍになるまで圧延した。このようにして、厚みが０．１７ｍｍ、テープ幅が３．５ｍｍの酸化物超電導テープ線材を作製した。
【００１６】
次に、この酸化物超電導テープ線材を束ねた後、８４５℃で５０時間焼結することにより、複合化して、酸化物超電導導体Ａを作製した。この複合化の際、導体表面付近の超電導テープ線材を、導体に流れる電流によって発生する自己磁場に対してテープ面が６０°以内になるように配置した。以下、この酸化物超電導導体Ａの具体的な超電導テープ線材の配置について、図を用いて説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施例の酸化物超電導導体Ａの断面図であり、特に、超電導テープ線材の配置状態を示すために模式化した図である。
【００１８】
図１を参照して、この酸化物超電導導体Ａは、１８０枚の超電導テープ線材１が、３列に並べて積層されている。中央の列は、６０枚の超電導テープ線材１がすべて横向きに配置されている。一方、左右両側の列は、まず横向きに１０枚の超電導テープ線材１が配置され、その上に縦向きに２０枚ずつ並べられた超電導テープ線材１が２段配置され、さらにその上に横向きに１０枚の超電導テープ線材１が配置されている。
【００１９】
比較例１
比較のため、以下に示すように、従来の方法で酸化物超電導導体Ｂを作製した。
【００２０】
まず、実施例１と同様に、厚みが０．１７ｍｍ、テープ幅が３．５ｍｍのＢｉ系酸化物超電導テープ線材を作製した。
【００２１】
次に、この超電導テープ線材１８０枚を複合化し、酸化物超電導導体Ｂを作製した。この複合化の際、超電導テープ線材はすべて、テープ面の方向が同じになるように配置した。
【００２２】
図５は、比較例の酸化物超電導導体Ｂの断面図であり、特に、超電導テープ線材の配置状態を示すために模式化した図である。
【００２３】
図５を参照して、この酸化物超電導導体Ｂは、１８０枚の超電導テープ線材１が、３列に並べて積層されている。また、すべての超電導テープ線材１は、横向きに配置されている。
【００２４】
実施例２
まず、実施例１と同様に、Ｂｉ系酸化物超電導テープ線材を作製した。ただし、伸線する際に、直径０．５〜２．０ｍｍまで、それぞれ異なる径を有する線材を作製するようにした。これらの線材を、実施例１と同様の比率で圧延し焼結することにより、テープ幅がそれぞれ異なる酸化物超電導テープ線材を作製した。
【００２５】
次に、このようにして得られた酸化物超電導テープ線材を複合化して、実施例１の酸化物超電導導体Ａと断面積が等しく、断面が六角形状の酸化物超電導導体Ｃを作製した。
【００２６】
図２は、本発明の他の実施例の酸化物超電導導体Ｃの断面図であり、特に、超電導テープ線材の配置状態を示すために模式化した図である。
【００２７】
図２を参照して、この酸化物超電導導体Ｃは、超電導テープ線材１が積層された三角形部分が、６片組合わされて構成されている。
【００２８】
（通電実験）
上述の実施例１、比較例１および実施例２で作製された３種の酸化物超電導導体Ａ、ＢおよびＣについて、それぞれ液体窒素中で通電を行ない、臨界電流値を測定した。その結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
0003647884.tif 000002
【００３０】
表１より明らかなように、本発明の実施例である酸化物超電導導体ＡおよびＣは、比較例の酸化物超電導導体Ｂよりも、高い臨界電流値を有している。
【００３１】
導体に電流を流すと、導体の中心から円周状に自己磁場が発生する。この自己磁場は、導体内部では、導体の中心からの距離に比例して大きくなり、導体の表面で最大となる。
【００３２】
酸化物超電導導体Ａは、導体の表面付近の超電導テープ線材が、自己磁場の向きに対して６０°以内になるように配置されているため、酸化物超電導導体Ｂよりも、高い臨界電流値を有している。また、酸化物超電導導体Ｃは、導体を構成する超電導テープ線材すべてが、自己磁場の向きに対して６０°以内になるように配置されているため、酸化物超電導導体Ａよりも、さらに高い臨界電流値を有している。
【００３３】
実施例３
図３は、この発明のさらに他の実施例の酸化物超電導導体Ｄを示す断面図である。
【００３４】
図３を参照して、パイプ状の外部支持体２の外周面には、等間隔に１０本のフィン３が外方に突出して形成されており、このフィン３の間に１０本の外部導体束１０が配置されている。外部導体束１０は、実施例１で作製された酸化物超電導導体Ａである。
【００３５】
外部支持体２の中にも、またパイプ状の内部支持体５が設けられている。内部支持体５の外周面には、１０個のフィン６が外側に向かって突出して等間隔で設けられている。このフィン６の間に、内部導体束４が設けられており、合計１０本の内部導体束４が内部支持体５のまわりに配置されている。
【００３６】
図３に示すように、外部導体束１０および内部導体束４は、それぞれ隣接した導体間で電流の往路および復路となるように交互に配置されている。
【００３７】
このように構成される酸化物超電導導体Ｄは、高い臨界電流値を有しており、さらに大きな電流を流すことができる。
【００３８】
なお、以上の実施例に関する開示は、本発明の単なる具体例に過ぎず、本発明の技術的範囲を何ら制限するものではない。すなわち、上述の実施例ではＢｉ系酸化物超電導導体について示したが、Ｔｌ系およびＹ系酸化物超電導導体に関しても、本発明は適用される。また、超電導テープ線材は、単芯テープ線材に限られず、多芯テープ線材を用いても同様の効果が得られる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明に従えば、大電流を流した際にも、臨界電流密度の低下を著しく抑制することができる。したがって、導体のコンパクト化を図ることができる。
【００４０】
このため、この発明に従う酸化物超電導導体は、ケーブル導体、ブスバー導体、コイルおよび超電導マグネットへの電流リードなどとして、有効に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の酸化物超電導導体の断面図である。
【図２】本発明の他の実施例の酸化物超電導導体の断面図である。
【図３】本発明のさらに他の実施例の酸化物超電導導体の断面図である。
【図４】液体窒素温度におけるＢｉ系酸化物超電導テープ線材の、Ｊｃ（臨界電流密度）−Ｂ（磁束密度）特性を示す図である。
【図５】従来の酸化物超電導導体の断面図である。
【符号の説明】
１  超電導テープ線材
４  内部導体束
１０  外部導体束
なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【図１】
0003647884.tif 000003
【図２】
0003647884.tif 000004
【図３】
0003647884.tif 000005
【図４】
0003647884.tif 000006
【図５】
0003647884.tif 000007