(57)【要約】  銀または銀合金製の第１シースの内側に、中心部を取り囲む複数本の外周セグメントが密接して配置されている酸化物超電導線材の前駆体線であって、外周セグメントは、酸化物超電導体の前駆体のリボン状のフィラメントの周囲に銀または銀合金製の第２シースが被覆された断面アーチ型の単芯セグメントからなり、複数本の外周セグメントが、外周セグメントの幅広面が前記中心部を取り囲むように、同心円状に積層して配置されている酸化物超電導線材の前駆体線。
2010016302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銀または銀合金製の第１シースの内側に、中心部を取り囲む複数本の外周セグメントが密接して配置されている酸化物超電導線材の前駆体線であって、
前記外周セグメントは、酸化物超電導体の前駆体のリボン状のフィラメントの周囲に銀または銀合金製の第２シースが被覆された断面アーチ型の単芯セグメントからなり、
前記複数本の外周セグメントが、前記外周セグメントの幅広面が前記中心部を取り囲むように、同心円状に積層して配置されていることを特徴とする酸化物超電導線材の前駆体線。
【請求項２】
酸化物超電導体の前駆体のフィラメントの周囲に銀または銀合金製の第２シースが被覆された断面が円形または正六角形の単芯セグメントが、前記中心部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導線材の前駆体線。
【請求項３】
酸化物超電導体の前駆体のフィラメントの周囲に銀または銀合金製の第２シースが被覆された断面が円形または正六角形の単芯セグメント７本が、１本の単芯セグメントの周囲に６本の単芯セグメントが密接して前記中心部に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の酸化物超電導線材の前駆体線。
【請求項４】
前記中心部に配置されたセグメントと前記同心円状に積層して配置された外周セグメントを合わせた全セグメントの層数が８以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材の前駆体線。
【請求項５】
全セグメント数が１００以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材の前駆体線。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材の前駆体線の製造方法であって、
酸化物超電導体の前駆体のリボン状のフィラメントの周囲に銀または銀合金製の第２シースが被覆された断面アーチ型の単芯セグメントからなる外周セグメントを作製する外周セグメント作製工程、
銀または銀合金製の第１シース内において、中心部の周囲に複数本の前記外周セグメントを、幅広面が中心部を取り囲むように、同心円状に積層して配置する外周セグメント配置工程、
さらに前記第１シースを伸線して前記複数本の外周セグメントを密接に嵌合させる外周セグメント嵌合工程とを有することを特徴とする酸化物超電導線材の前駆体線の製造方法。
【請求項７】
前記外周セグメント作製工程は、
酸化物超電導体の前駆体のフィラメントの周囲に銀または銀合金製の第２シースが被覆された断面が円形の円形単芯セグメントを作製する円形単芯セグメント作製工程と、
前記円形単芯セグメント作製工程により作製された円形単芯セグメントを圧延する圧延工程と、
前記圧延工程で圧延された円形単芯セグメントを、所定の形状の異形ダイスを用いて引き抜き、断面をアーチ型に加工する引き抜き加工工程とを有することを特徴とする請求項６に記載の酸化物超電導線材の前駆体線の製造方法。
【請求項８】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材の前駆体線が、伸線された後、熱処理されていることを特徴とする酸化物超電導線材。
【請求項９】
前記酸化物超電導線材の前駆体線が、伸線により断面が等方的な形状に形成された後、熱処理されていることを特徴とする請求項８に記載の酸化物超電導線材。
【請求項１０】
前記酸化物超電導線材の前駆体線が、伸線され、その後テープ状に圧延された後、熱処理されていることを特徴とする請求項８に記載の酸化物超電導線材。
【請求項１１】
Ｂｉ系酸化物超電導線材であることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中心部の周囲に断面アーチ型の外周セグメントを複数本配置した酸化物超電導線材の前駆体線、その製造方法および前記前駆体線を用いて製造される酸化物超電導線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化物超電導線材は通常パウダー・イン・チューブ（ＰＩＴ法）で製造される。具体的には、内部に複数本の酸化物超電導材料製のフィラメントを有する多芯型の酸化物超電導線材の場合、酸化物超電導体の前駆体を主成分とする粉末を熱処理した後、金属製の第２シースに充填し、伸線加工を施して得られる単芯線の複数本を金属製の第１シースに挿入した後、伸線加工を施して多芯線とし、その後圧延加工を施し、さらに熱処理することによって製造される。【０００３】
ＰＩＴ法による酸化物超電導線材の製造においては、これまで一般的に図５に示す断面が円形のフィラメント２を円筒状の第２シース３で被覆した単芯丸線１４や図６に示す断面が六角形のフィラメント２’を六角筒状の第２シース３で被覆した単芯六角線１５を複数本、例えば断面が円形のフィラメントの場合は５０〜２００本程度（図５においては図面が煩雑になるのを避けるため本数を少なく記載している）第１シース６の中に挿入し、第１シースを伸線して前駆体線５を作製し、次いで圧延した後、熱処理を施して製造される。図７は、前記図５に示した前駆体線５の製造において所定本数の単芯丸線１４を第１シース６に挿入する工程を示す図である。【０００４】
しかし、図５や図６に示した酸化物超電導線材の前駆体を用いた酸化物超電導線材においては、フィラメントの断面形状が円形や六角形のように等方的な形状であって、フィラメントの厚さが大きく、酸化物超電導体の結晶の配向性を高くすることができないため、高臨界電流密度を有する酸化物超電導線材を提供することは難しかった。【０００５】
酸化物超電導線材の臨界電流密度を向上させる方法としては、例えば、超電導体の内側に芯材を入れる方法（特許文献１）、中心部に芯材を入れ、テープ状の単芯の線材を断面が円形の芯材に縦添えして密着させる方法（特許文献３）や安定化マトリックス中に複数本のリボン状フィラメントを配置した断面が円形または回転対称である多角形であって、マトリックスの中心部に硬い材料を用いる方法（特許文献２）が試みられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２８４４６３２号
【特許文献２】特許第３６５７３９７号
【特許文献３】特許第３７４２１２８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前記特許文献１〜３に記載の方法をもってしても近年の高臨界電流密度の要求に対して十分とは言えない。【０００８】
このため、本発明は、より高臨界電流密度を有する酸化物超電導線材の前駆体線、ひいては酸化物超電導線材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は臨界電流密度を向上する方策について以下のごとく検討し、本発明に至った。【００１０】
まず、結晶の配向性を向上するための方法としてはフィラメントを薄くする方法が考えられる。具体的には、所定の太さの酸化物超電導線材において、図８に示すように例えばフィラメント２の断面が長方形の単芯線（以下単芯矩形線ともいう）１６を成形して、この単芯矩形線１６を複数本積層する方法が考えられる。また、さらに効果を高める方法としては、図９に示すように、単芯矩形線１６の本数を多くして、１本毎の太さを細くし、積層して配置する方法が考えられる。【００１１】
しかしながら、図８や図９に示した構成においては、酸化物超電導線材を製造するための伸線や縮径とその後の圧延の工程で発生する形状の乱れによって、最終焼成後に得られる臨界電流密度が低下するという新たな問題が生じる恐れがあることが分かった。【００１２】
ここに、伸線の工程で臨界電流密度が低下した一例を示す。図１３に示した例は単芯正六角形線を用いた例であって、これまでの一般的な本数より多い２１１本の単芯線を用いた例である。この例では、伸線の途中で図１３に示すように、第２シース３の壁が破れ、フィラメント２の配列に乱れの発生が認められた。そしてこの乱れが生じたために、臨界電流密度が低下したと考えられ、乱れが生じた理由は次のように考えられる。【００１３】
即ち、一定の超電導体の体積比率を維持しつつフィラメント２の本数を増やすと、必然的に第２シース３の壁が薄くなるため、縮径加工の過程でシースの壁が破れフィラメントの配列に乱れが生じる。【００１４】
そして、図８や図９に示した単芯矩形線を単に積層させる場合にも単芯線同士の間および単芯線と第１シースの間に隙間が生じるため、前記と同様にシースの壁が破れ、フィラメントの配列が乱れる恐れが高いと考えられる。一方シースの壁が十分に厚い設計を採用すれば、この様な欠陥が生じることを防止できるが、シースの壁を厚くしたままで単芯線の本数を増やすとシース内に収容する酸化物超電導体の体積比率が低下するため、臨界電流が低下する。【００１５】
また、伸線加工においてはダイスを介して、酸化物超電導線材の外周面から酸化物超電導線材の断面中心に向かって圧縮応力が加わるが、必ずしもこの圧縮応力が各フィラメント、および第２シースに均等に加わる配置にはなっていない。このため圧縮応力が集中する部分でシースの壁が破れ、配置に乱れが生じ易い。【００１６】
また、最終焼成後のフィラメント内には直径数μｍのアルカリ土類銅酸化物（Ｃａ−Ｓｒ−Ｃｕ−Ｏ）などの非超電導相の残留が避けがたい。臨界電流の低下を防ぐためには前記非超電導相を迂回する迂回ルートが必要であるが、従来の構造や製造方法でフィラメントの本数を増やし、１本毎のフィラメントの厚みを薄くすると、幅方向のサイズも小さくなるため、迂回ルートが制限され、臨界電流が低下する。【００１７】
本発明者等は、鋭意研究の結果、酸化物超電導線材の前駆体の構造や製造方法を工夫することにより高臨界電流密度を有し、伸線により縮径しても臨界電流密度が低下することがない集合形態（前駆体線）を見出し本発明に至った。【００１８】
請求項１の発明は、
銀または銀合金製の第１シースの内側に、中心部を取り囲む複数本の外周セグメントが密接して配置されている酸化物超電導線材の前駆体線であって、
前記外周セグメントは、酸化物超電導体の前駆体のリボン状のフィラメントの周囲に銀または銀合金製の第２シースが被覆された断面アーチ型の単芯セグメントからなり、
前記複数本の外周セグメントが、前記外周セグメントの幅広面が前記中心部を取り囲むように、同心円状に積層して配置されていることを特徴とする酸化物超電導線材の前駆体線である。【００１９】
請求項１の発明においては、酸化物超電導体の前駆体のリボン状のフィラメントの周囲に銀製等のシースが被覆された外周セグメントを断面アーチ型とし、同心円状に配置している。このため縮径加工時に型崩れを起こすことなく同心円の断面形状を正確に維持して縮径され、中心部を取り囲むように配置された前記フィラメントの幅広面に均一に応力が加わる。このため酸化物超電導体の結晶の配向性が向上し、その結果、高電流臨界密度を有する酸化物超電導線材の前駆体線を提供できる。【００２０】
また、縮径する際に、フィラメントの幅広面に対して均一に応力が加わるため、フィラメント間の第２シースの壁面（銀壁）が破れることがなく、この面からも断面形状が維持され、フィラメントの配列の乱れが生じることがない。【００２１】
また、アーチ型の断面形状を有する単芯セグメントを用いているため、断面が矩形形状の単芯セグメントを用いる場合と異なり、複数本の単芯セグメントを同心円状に積層して配置する際に単芯セグメント間の隙間を小さくでき、第１シース内における単芯セグメントの充填密度を高めることができる。【００２２】
また、縮径前の、酸化物超電導体の前駆体のフィラメントとして薄いリボン状のフィラメントを用いているため、より結晶の配向性の高い酸化物超電導体を作製できる。【００２３】
また、外周セグメントとして厚みが薄く幅が広い断面アーチ型の単芯セグメントを用いるため、伸線および圧延後においても結晶を配向させることに必要なフィラメントの厚み（断面短軸長さ）の薄さを維持しつつ、同時にフィラメントの幅（断面長軸長さ）を十分に大きくすることができ、その結果１本毎のフィラメント内に残留するアルカリ土類酸化物等の局所欠陥を迂回する電流のルートが確保されるため、高い臨界電流密度が得られる。【００２４】
また、従来は多芯化後に圧延をしなければ結晶配向が悪く、高い臨界電流が得られなかったが、この発明による方法では、断面アーチ型の単芯セグメントを製造する単芯線の圧延工程で前駆体の結晶がある程度配向しており、同心円状に配置することによってその配向が保たれるため、丸線でも比較的高い臨界電流が得られる。特に交流で用いる場合には丸線の最終サイズでツイストを加えるが、丸線のままで使用できる場合には、従来ツイスト後に行っていた圧延を省略することができ、圧延でツイスト周期が伸びないため短ピッチツイストが維持され、交流損失の低減効果が高くなる。【００２５】
以上のような請求項１の発明により、テープ状に加工する前の丸断面線でもフィラメントの幅広面に沿って例えばＢｉ２２２３の前駆体であるＢｉ２２１２、Ｂｉ２２０１のａｂ面が配向した加工組織が得られ、この丸線材を焼成することによりフィラメントの幅広面に沿ってＢｉ２２２３のａｂ面が配向した組織が得られ、良好な電流バイパスが形成される。【００２６】
なお、前記中心部には、単芯入りのセグメントや単芯線が入っていない棒状のセグメントを配置してもよい。また、中心部に断面が円形の丸線その他の種々の形状や太さを有する１本または複数本のセグメントを配置してもよい。【００２７】
また、本発明における「同心円」「円形」「正六角形」等の用語は必ずしも幾何学的に完全なものに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で多少変動している場合も請求項１の発明に含まれる。【００２８】
請求項２の発明は、
酸化物超電導体の前駆体のフィラメントの周囲に銀または銀合金製の第２シースが被覆された断面が円形または正六角形の単芯セグメントが、前記中心部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導線材の前駆体線である。【００２９】
請求項２の発明においては、中心部に、断面が円形または正六角形の酸化物超電導体の前駆体のフィラメントを有する単芯セグメントを配置しているため、より高臨界電流密度の酸化物超電導線材の前駆体線を提供することができると共に、外周セグメントを同心円状に配置し易く、嵌合工程における縮径加工時においても外周セグメントの位置ずれが発生し難い。【００３０】
請求項３の発明は、
酸化物超電導体の前駆体のフィラメントの周囲に銀または銀合金製の第２シースが被覆された断面が円形または正六角形の単芯セグメント７本が、１本の単芯セグメントの周囲に６本の単芯セグメントが密接して前記中心部に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の酸化物超電導線材の前駆体線である。【００３１】
請求項３の発明においては、中心部に断面が円形または正六角形の単芯セグメント７本が、１本の単芯セグメントの周囲に６本の単芯セグメントを密接して前記中心部に配置されているため、中心部のフィラメントも圧延後に薄く加工されるため配向が改善され、大径セグメントを用いて太いフィラメントとしたときよりも臨界電流が高くなる。また、製造、取り扱いが容易な小径の単芯セグメントにより請求項２の発明の効果を実現することができる。【００３２】
請求項４の発明は、
前記中心部に配置されたセグメントと前記同心円状に積層して配置された外周セグメントを合わせた全セグメントの層数が８以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材の前駆体線である。【００３３】
請求項４の発明においては、全セグメントの層数を８以上としているため、外周セグメントのフィラメントの厚みを充分に薄くしてフィラメント内の結晶配向性を高めることができる。しかも、外周セグメントとして断面アーチ型の単芯セグメントを用いているため、各層の外周セグメントの幅を自由に設定することができる。このため、前記のように外周セグメントを充分に薄くしつつ、セグメントの幅を大きく、即ちフィラメントの幅を大きくして局所欠陥を迂回する電流のルートを確保することが可能となる。このため、少ないセグメント本数であり、製造が容易でフィラメントの配列が乱れにくく、さらに高臨界電流密度の酸化物超電導線材の前駆体線を提供することができる。【００３４】
なお、請求項４の発明において、請求項２の発明のように中心部に１本の単芯セグメントを配置した場合には、前記単芯セグメントの層数を１層と看做すことができ、また、請求項３の発明のように、中心部に１本の単芯セグメントとその周囲に６本の単芯セグメント配置した場合には、中心部のセグメントの層数を２層と看做すことができる。そして、中心部に配置した単芯セグメントの層数と外周セグメントの層数を合わせた全セグメントの層数を増やすことにより、圧延後に全てのセグメントの結晶配向性が改善され、より高臨界電流密度の酸化物超電導線材を提供することができる。【００３５】
請求項５の発明は、
全セグメント数が１００以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材の前駆体線である。【００３６】
本発明においては、中心部に配置したセグメントと外周セグメントを合わせた全セグメントの数が１００以上であるため、中心部に配置されたセグメントおよび外周セグメントのフィラメントが共に十分に薄いフィラメントで構成され、フィラメント内の結晶配向性を十分高めることができ、さらに前記の通り構造が工夫されているため、フィラメント間の第２シースが破れることがない。その結果より高臨界電流密度の酸化物超電導線材の前駆体線を提供することができる。【００３７】
なお、中心部に配置されるセグメント数と外周セグメント数の割合は、求められる酸化物超電導線材の特性を考慮して適宜決定される。【００３８】
請求項６の発明は、
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材の前駆体線の製造方法であって、
酸化物超電導体の前駆体のリボン状のフィラメントの周囲に銀または銀合金製の第２シースが被覆された断面アーチ型の単芯セグメントからなる外周セグメントを作製する外周セグメント作製工程、
銀または銀合金製の第１シース内において、中心部の周囲に複数本の前記外周セグメントを、幅広面が中心部を取り囲むように、同心円状に積層して配置する外周セグメント配置工程、
さらに前記第１シースを伸線して前記複数本の外周セグメントを密接に嵌合させる外周セグメント嵌合工程とを有することを特徴とする酸化物超電導線材の前駆体線の製造方法である。【００３９】
請求項６の発明においては、請求項１〜請求項５に係る高臨界電流密度を有する酸化物超電導線材の前駆体線、ひいては酸化物超電導線材を少ない工程で効率的に作製することができる。【００４０】
請求項７の発明は、
前記外周セグメント作製工程は、
酸化物超電導体の前駆体のフィラメントの周囲に銀または銀合金製の第２シースが被覆された断面が円形の円形単芯セグメントを作製する円形単芯セグメント作製工程と、
前記円形単芯セグメント作製工程により作製された円形単芯セグメントを圧延する圧延工程と、
前記圧延工程で圧延された円形単芯セグメントを、所定の形状の異形ダイスを用いて引き抜き、断面をアーチ型に加工する引き抜き加工工程とを有することを特徴とする請求項６に記載の酸化物超電導線材の前駆体線の製造方法である。【００４１】
請求項７の発明においては、予め作製が容易な断面が円形の円形単芯セグメントを作製しておき、圧延した後、異形ダイスを用いて引き抜き加工を行って断面アーチ型の単芯セグメントを作製するため、外周セグメントを容易に作製することができる。【００４２】
請求項８の発明は、
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材の前駆体線が、伸線された後、熱処理されていることを特徴とする酸化物超電導線材である。【００４３】
請求項８の発明においては、酸化物超電導体の結晶の配向性を高め、また電流を迂回させるルートが限定されないという本発明の効果を顕著に発揮する臨界電流密度の高い酸化物超電導線材を提供することができる。【００４４】
請求項９の発明は、
前記酸化物超電導線材の前駆体線が、伸線により断面が等方的な形状に形成された後、熱処理されていることを特徴とする請求項８に記載の酸化物超電導線材である。【００４５】
請求項９の発明においては、リボン状のフィラメントが中心部を取り囲む同心円状に配置された前駆体線が等方的な形状に伸線されるため、フィラメントの幅広面に沿って、例えばＢｉ−２２２３の場合、ａｂ面が配向した組織が得られ、良好な電流のパスが形成される。また、外部磁界に対する臨界電流密度の異方性が無い酸化物超電導線材を提供することができる。さらに、ツイスト加工を施す酸化物超電導線材の場合、ツイスト加工後に圧延を行わないため、テープ状酸化物超電導線材のように圧延を施す線材に比べてツイストピッチを小さくすることができるため、交流損失をより小さくすることができる。【００４６】
なお、ここでいう「等方的な断面」とは、断面の形状が円形の他、正六角形や正八角形等の正多角形等を指す。【００４７】
なお、丸線で仕上げる場合には、フィラメントの厚みを薄くするため、テープ線にする場合よりもフィラメント本数を増やすか、仕上り線をより小さなサイズまで加工することが好ましい。【００４８】
請求項１０の発明は、
前記酸化物超電導線材の前駆体線が、伸線され、その後テープ状に圧延された後、熱処理されていることを特徴とする請求項８に記載の酸化物超電導線材である。【００４９】
請求項１０の発明においては、熱処理する前にテープ状に圧延されるため、アスペクト比の高いフィラメントが密度高く充填された高臨界電流密度を有する酸化物超電導線材を提供することができる。【００５０】
たとえば断面が直径１．５ｍｍの酸化物超電導線材の前駆体線を厚み０．２ｍｍ、幅４ｍｍ程度のテープ状に加工すると、厚みが約５μｍで幅が２００〜３００μｍの均一なフィラメントが得られる。【００５１】
請求項１１の発明は、
Ｂｉ系酸化物超電導線材であることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材である。【００５２】
請求項１１の発明においては、フィラメントがａｂ面の配向性の高いＢｉ系酸化物超電導体を主成分とするため、特に高臨界電流密度を有する酸化物超電導線材を提供することができる。【００５３】
即ち、酸化物超電導体の中でも、ａｂ面が配向した組織を有するＢｉ系酸化物超電導体は特に高臨界電流密度を有する。そして、本発明を適用したＢｉ系酸化物超電導線材の場合、フィラメントが前記の通り、同心円状に配されているため、前記したようにテープ状に加工する前の丸線においてもフィラメントの幅広面に沿って例えばＢｉ−２２２３の前駆体であるＢｉ−２２１２（Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏ８−δ、（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｓｒ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏ８−δ等のビスマス系２２１２相）、Ｂｉ−２２０１のａｂ面が配向した加工組織が得られる。そして、この丸線を熱処理すると、フィラメントの幅広面にそってＢｉ−２２２３のａｂ面が配向した組織が得られるため、特に高臨界電流密度を有する酸化物超電導線材を提供することができる。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によれば、高臨界電流密度を有する酸化物超電導線材の前駆体線、ひいては酸化物超電導線材を安定して提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る酸化物超電導線材の前駆体線を構成する中心部に配置する単芯セグメントの構成の１例を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る酸化物超電導線材の前駆体線を構成する外周セグメントの構成の１例を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る酸化物超電導線材の前駆体線の断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る酸化物超電導線材の前駆体線におけるフィラメントの配置の１例を示す断面図である。
【図５】従来の酸化物超電導線材の前駆体線の構成の第１の例を示す断面図である。
【図６】従来の酸化物超電導線材の前駆体線の構成の第２の例を示す断面図である。
【図７】従来の酸化物超電導線材の前駆体線の作製におけるシースにセグメントを挿入する工程を示す斜視図である。
【図８】従来の酸化物超電導線材の前駆体線の構成の第３の例を示す断面図である。
【図９】従来の酸化物超電導線材の前駆体線の構成の第４の例を示す断面図である。
【図１０】実施例１の酸化物超電導線材における伸線後の線材の断面構造を示す図である。
【図１１】実施例１の前駆体線の断面の顕微鏡写真である。
【図１２】比較例３における伸線後の線材の断面構造を示す図である。
【図１３】比較例４における伸線後の線材の断面構造を示す図である。
【図１４】比較例３の前駆体線の断面の顕微鏡写真である。
【図１５】実施例および比較例の酸化物超電導線材のＪｃ測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。なお、以下の説明においては便宜上、断面が正六角形の単芯セグメントを六角形単芯セグメント、断面がアーチ型の単芯セグメントをアーチ型単芯セグメントと称する。
【００５７】
（１）中心部の構成
先ず、中心部の構成について説明する。中心部には種々の形状や構成のセグメントが配置される。このようなセグメントとして、酸化物超電導体の前駆体のフィラメントを有する単芯セグメントを用いることにより、より多くの本数のフィラメントを配置してより高臨界電流密度を達成できるため好ましい。以下に好ましい例を示す。
【００５８】
イ．１本の単芯セグメントを配置する構成
図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の一実施の形態に係る酸化物超電導線材の前駆体線の中心部に配置する円形単芯セグメント２１および六角形単芯セグメント２２の断面図である。円形単芯セグメント２１および六角形単芯セグメント２２はそれぞれ酸化物超電導体の前駆体を主成分とする断面が円形のフィラメント２６ａおよび断面が六角形のフィラメント２６ｂの周囲が銀または銀合金製の第２シース２７で被覆されて構成されている。
【００５９】
ロ．１本の単芯セグメントの周囲に６本の単芯セグメントを密接して配置する構成
図１（ａ）、（ｂ）に示す円形単芯セグメント２１または六角形単芯セグメント２２の１本を中心に配置し、その周囲に中心に配置した単芯セグメントと同じ単芯セグメント６本を密接して配置して中心部が構成されている。
【００６０】
（２）外周セグメントの構成
中心部を取り囲む外周部分にはアーチ型単芯セグメントが同心円状に密接して配置される。図２は本発明の一実施の形態に係る外周セグメントの断面図である。外周セグメントは酸化物超電導体の前駆体を主成分とするリボン状に圧延されたフィラメント２６ｃの周囲が銀または銀合金製の第２シースで被覆されている。そして向かい合う２つの幅広面２４がアーチ型に形成されており、幅広面２４の側面２５が直線状に形成されたアーチ型単芯セグメント２３である。
【００６１】
なお、アーチ型単芯セグメントの幅広面の曲率、幅広面および側面の幅は、中心部の太さ、前駆体線の太さ、配置する外周セグメントの本数等を考慮して適宜好ましい大きさに設定される。なお、幅広面の曲率や側面の直線の幅広面に対する角度については、同心円状に配置されたときの円の半径の大きさ等を考慮して配置される位置毎に設定すると外周セグメント間の隙間をより小さくできるため好ましい。
【００６２】
（３）セグメントの層数および本数
フィラメント内の結晶配向性を高め、臨界電流密度をより向上させるため、中心部に配置したセグメントの層数と外周セグメントの層数を合わせた全セグメントの層数を８層以上とすることが好ましい。また、全セグメント数を１００以上とすることが好ましい。
【００６３】
（４）酸化物超電導線材の前駆体線の構成
次いで、本発明の一実施の形態に係る酸化物超電導線材の前駆体線の構成について説明する。図３は本発明の一実施の形態に係る典型的な酸化物超電導線材の前駆体線２８の断面図である。
【００６４】
イ．中心部
図３に示すように、中心部には中心の１本を囲むように６本の円形単芯セグメント２１が配置され、断面が正六角形に近い形状をなしている。
【００６５】
ロ．外周部
外周部にはアーチ型単芯セグメント２３からなる複数本の外周セグメントが、隣接するアーチ型単芯セグメント２３の側面２５同士が接し、幅広面２４が中心部を取り囲むように同心円状に積層して配置されている。なお、図３においては図面が煩雑になることを避けるため、フィラメントの図示を省略している。
【００６６】
ハ．フィラメントの配置
図４は、図３に示した酸化物超電導線材の前駆体線の断面における酸化物超電導体の前駆体のフィラメントの配置を示す断面図である。図４に示すように、幅広面がアーチ型をなした複数本のリボン状のフィラメント２６ｃが、幅広面が中心部を取り囲むように同心円状に配置されている。
【００６７】
（５）セグメント、前駆体線および酸化物超電導線材の作製
イ．中心部に配置する単芯セグメントの作製
ａ．円形単芯セグメント
円形単芯セグメントは以下に記載する方法によって作製することができる。即ち所定の大きさを有する銀または銀合金製の円筒状の第２シース２７の中に酸化物超電導体の前駆体を主成分とする粉末、例えばＢｒ２Ｏ３、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ３、ＣａＣＯ３およびＣｕＯを、Ｂｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．７：０．３：１．９：２：３の混合物を熱処理および粉砕を繰返して行なって得られた粉末を充填してフィラメント２６ａを形成した後、所定の太さになるように伸線して円形単芯セグメント２１を作製する。
【００６８】
ｂ．六角形単芯セグメント
中心部に配置する単芯セグメントとしては、上記した円形単芯セグメントの他に六角形単芯セグメントを用いてもよい。六角形単芯セグメント２２は、例えば上記円形単芯セグメント２１を所定寸法の正六角形のダイスを用いて引き抜き加工することにより作製する。
【００６９】
ロ．外周セグメントの作製
外周セグメントは、断面がアーチ型となるように円形単芯セグメントを加工することによって容易に作製することができる。具体的には、上記円形単芯セグメント２１を所定の厚さに圧延した後、さらに所定寸法のアーチ型の異形ダイスで引き抜き加工することにより作製する。
【００７０】
ハ．前駆体線の作製
前駆体線は円筒状の第１シースの内部に、中心部の周囲に複数本の外周セグメントを、外周セグメントの幅広面が中心部を取り囲むように同心円状に配置した後、第１シースを伸線して、外周セグメントを密接に嵌合することにより作製する。
【００７１】
具体的には、図３に示すように所定の外径および内径を有する銀または銀合金製の円筒状の第１シース２９内において、７本の円形単芯セグメント２１を、中心の１本を囲むように６本配置し、断面が正六角形に近い中心部を構成する。次に前記中心部の外側に外周セグメントであるアーチ型単芯セグメント２３の幅広面２４が中心部を取り囲むように、即ちアーチ型単芯セグメント２３同士が接して中心部を囲む円をなすように配置する。そして前記円の外側にさらに別の外周セグメントを前記円と同心円をなすように配置することを繰り返して、複数の外周セグメントを同心円状に積層して配置する。その後伸線して第１シース２９内の複数本のセグメントを密接させて嵌合し、前駆体線２８作製する。
【００７２】
ニ．酸化物超電導線材の作製
前記により作製された酸化物超電導線材の前駆体線２８をさらに伸線し、所定の条件で熱処理を行って酸化物超電導線材を作製する。前記のように作製された前駆体線においては、図３に示すように複数本の外周セグメントが同心円状に密接した状態で積層して配置されると共に、図４に示すようにリボン状のフィラメント２６ｃが、幅広面が中心部を取り囲むように同心円状に配置されているため、前駆体線を伸線して縮径を行う際にフィラメント２６ｃの幅広面に応力が均一に加わり、その結果フィラメント２６ｃを構成する酸化物超電導体の前駆体の結晶配向性が高められ、さらに第２シース２７の破れ発生が抑制された酸化物超電導線材として形成されている。
【００７３】
なお、前記酸化物超電導線材の前駆体線の伸線においては、酸化物超電導線材の前駆体線を所定の太さの断面形状が円形や六角形などの等方的な形状に伸線することが好ましい。また、伸線後、さらに圧延してテープ状や断面形状がテープ状と円形の中間的な矩形線材を作製することもできる。これらテープ状の線材や矩形線材は丸線と比べると臨界電流密度、交流損失の外部磁場に対する異方性は大きくなるが、丸線から圧延加工で矩形断面に加工することによって、粉末の密度を高めることができるので、臨界電流密度が高くなる。
【実施例】
【００７４】
以下、実施例に基づいて、本発明をより具体的に説明する。
（実施例）
本実施例は、中心部に１本の断面円形の単芯セグメントを配置し、その周囲に１１２本の断面アーチ型の外周セグメントを９層同心円上に配置した例、即ち全セグメントとして１１３本のセグメントを１０層に配置した例である。
１．酸化物超電導線材の作製
（１）外周セグメントの作製
イ．円形単芯セグメントの作製
Ｂｒ２Ｏ３、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ３、ＣａＣＯ３およびＣｕＯを、Ｂｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．７：０．３：１．９：２：３の混合物を熱処理および粉砕を繰返して行なって得られた粉末を外径４６ｍｍ、内径４３ｍｍの銀製の第２シースに充填してフィラメントを形成した後、外径３ｍｍなるように伸線して円形単芯セグメントを作製した。【００７５】
ロ．アーチ型への加工
得られた円形単芯セグメントを側面の幅が４．１〜４．５ｍｍの曲率が異なる４種類の断面アーチ型に加工してリボン状のフィラメントを有する外周セグメントを作製した。【００７６】
（２）前駆体線の作製
イ．セグメントの配置
外径が３ｍｍの断面円形の中心セグメントの周囲に前記外周セグメント１１２本を、中心セグメントを含めた全セグメントの層数が１０層からなるように同心円状に配置し、外径３６ｍｍ、内径３１ｍｍの銀製の第１シース内に挿入した。【００７７】
ロ．伸線
次に、第１シースの外径が１．６ｍｍとなるように伸線した。伸線後の線の一部を切断し、断面形状を観察した。【００７８】
ハ．圧延
伸線後の線材をさらに幅４．２ｍｍ、厚さ０．２３ｍｍとなるように圧延し前駆体線を作製した。得られた前駆体線の一部を切断し、断面形状を観察した。【００７９】
２．前駆体線の断面観察結果
（１）伸線後
図１０は、本実施例における伸線後の線材の断面構造を示す図である。図１０から、伸線後の線材にセグメントの型崩れが生じることがなく、各セグメントがアーチ型の断面形状を維持したままの状態で同心円状に配置されており、また、第２シースの破れが発生していないことが分かる。【００８０】
（２）圧延後
図１１は、本実施例における前駆体線の断面の顕微鏡写真である。図１１から、各フィラメントの厚さが均一であることが分かる。【００８１】
３．酸化物超電導線材の作製とＪｃの測定
次に、前駆体線を酸素分圧８ｋＰａの加圧雰囲気中、８３０℃で２０時間熱処理を行い、中間圧延加工を施し、更に酸素分圧８ｋＰａの加圧雰囲気中、８３０℃で３０時間の熱処理を行って酸化物超電導線材を作製した。作製した酸化物超電導線材を液体窒素の温度に冷却してＪｃを測定した。測定結果を表１および図１５に示す。【００８２】
（比較例１〜４）
比較例１〜４は断面が正六角形の外周セグメントをハニカム状に配置して伸線後、実施例と同様の方法で圧延して前駆体線とし、さらに熱処理をして酸化物超電導線材を作製した例である。【００８３】
１．酸化物超電導線材の作製
イ．外周セグメントおよび中心セグメントの作製
外周セグメントと中心セグメントは同じセグメントを使用した。実施例に用いた粉末と同一組成の粉末を所定の径の第２シースに充填してフィラメントを形成した後、伸線して円形単芯セグメントを作製した。さらに、比較例１〜４それぞれについて表１に示した数の全セグメントが収納できるように所定の太さの断面正六角形に加工して外周セグメントおよび中心セグメントとした。【００８４】
ロ．前駆体線の作製
次に全セグメント数が表１に示した数となるように、１本の中心セグメントの周囲に外周セグメントをハニカム状に配置し、実施例と同寸法の第１シースに挿入し、第１シースの外径を実施例と同一寸法になるように伸線後、圧延して前駆体線を作製した。なお、比較例３、４については伸線後の線材の、比較例３については、さらに圧延後の前駆体線の断面観察を行った。【００８５】
２．前駆体線の断面観察結果
（１）伸線後
図１２と図１３はそれぞれ比較例３、４の伸線後の線材の断面構造を示す図である。図１２、１３から比較例３、４の場合は、伸線後の線材の第２シースの一部に破れが発生し、ブリッジングが生じていることが分かる。【００８６】
（２）圧延後
図１４は比較例３の前駆体線の断面の顕微鏡写真である。図１４より、比較例３の場合、圧延後の前駆体線のフィラメントの厚みが幅広方向の中央部においても不均一であることが分かる。【００８７】
３．酸化物超電導線材の作製とＪｃの測定
次に、比較例１〜４の前駆体線を実施例と同様の条件で熱処理して超電導線材を作製し、Ｊｃの測定を行なった。Ｊｃ測定結果を実施例と併せて表１および図１５に示す。【００８８】
【表１】
2010016302.tif 000003
【００８９】
表１から、実施例の酸化物超電導線材は、比較例１〜４の酸化物超電導線材と比較して高いＪｃを有していることが分かる。実施例の酸化物超電導線材が、このように高いＪｃを有している理由は、外周セグメントを断面アーチ型とし、同心円状に配置しているため、縮径加工時に外周セグメントが型崩れを起こすことなく同心円の断面形状を正確に維持して縮径され、中心部を取り囲むように配置されたリボン状のフィラメントの幅広面に均一に応力が加わり、酸化物超電導体の結晶の配向性が向上するためである。【００９０】
また、図１５から比較例の場合、中心セグメントと外周セグメントを合わせたセグメントの層数が６以上になると層数が増えてもＪｃが頭打ちになることが分かる。これは、比較例の場合縮径加工による外周セグメントのブリッジングが増えるためである。一方実施例の場合には、ブリッジングの発生が抑制されるためＪｃが大幅に向上する。【００９１】
以上説明したように、本発明により高いＪｃを有する優れた酸化物超電導線材を提供することができる。
【符号の説明】
【００９２】
２、２’、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ  フィラメント
３、２７                          第２シース
５、２８                          前駆体線
６、２９                          第１シース
１４                              単芯丸線
１５                              単芯六角線
１６                              単芯矩形線
２１                              円形単芯セグメント
２２                              六角形単芯セグメント
２３                              アーチ型単芯セグメント
２４                              幅広面
２５                              側面
【図１】
2010016302.tif 000004
【図２】
2010016302.tif 000005
【図３】
2010016302.tif 000006
【図４】
2010016302.tif 000007
【図５】
2010016302.tif 000008
【図６】
2010016302.tif 000009
【図７】
2010016302.tif 000010
【図８】
2010016302.tif 000011
【図９】
2010016302.tif 000012
【図１０】
2010016302.tif 000013
【図１１】
2010016302.tif 000014
【図１２】
2010016302.tif 000015
【図１３】
2010016302.tif 000016
【図１４】
2010016302.tif 000017
【図１５】
2010016302.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成22年6月3日(2010.6.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銀または銀合金製の第１シースの内側に、中心部を取り囲む複数本の外周セグメントが密接して配置されている酸化物超電導線材の前駆体線であって、
酸化物超電導体の前駆体のフィラメントの周囲に銀または銀合金製の第２シースが被覆された断面が円形または正六角形の単芯セグメントが、前記中心部に配置されており、
前記外周セグメントは、酸化物超電導体の前駆体のリボン状のフィラメントの周囲に銀または銀合金製の第２シースが被覆された断面アーチ型の単芯セグメントからなり、
前記複数本の外周セグメントが、前記外周セグメントの幅広面が前記中心部を取り囲むように、同心円状に積層して配置されていることを特徴とする酸化物超電導線材の前駆体線。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
酸化物超電導体の前駆体のフィラメントの周囲に銀または銀合金製の第２シースが被覆された断面が円形または正六角形の単芯セグメント７本が、１本の単芯セグメントの周囲に６本の単芯セグメントが密接して前記中心部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導線材の前駆体線。
【請求項４】
前記中心部に配置されたセグメントと前記同心円状に積層して配置された外周セグメントを合わせた全セグメントの層数が８以上であることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の酸化物超電導線材の前駆体線。
【請求項５】
全セグメント数が１００以上であることを特徴とする請求項１または請求項３または請求項４に記載の酸化物超電導線材の前駆体線。
【請求項６】
請求項１または請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材の前駆体線の製造方法であって、
酸化物超電導体の前駆体のリボン状のフィラメントの周囲に銀または銀合金製の第２シースが被覆された断面アーチ型の単芯セグメントからなる外周セグメントを作製する外周セグメント作製工程、
酸化物超電導体の前駆体のフィラメントの周囲に銀または銀合金製の第２シースが被覆された断面が円形または正六角形の単芯セグメントを、前記中心部に配置する単芯セグメント中心部配置工程、
銀または銀合金製の第１シース内において、中心部の周囲に複数本の前記外周セグメントを、幅広面が中心部を取り囲むように、同心円状に積層して配置する外周セグメント配置工程、
さらに前記第１シースを伸線して前記複数本の外周セグメントを密接に嵌合させる外周セグメント嵌合工程とを有することを特徴とする酸化物超電導線材の前駆体線の製造方法。
【請求項７】
前記外周セグメント作製工程は、
酸化物超電導体の前駆体のフィラメントの周囲に銀または銀合金製の第２シースが被覆された断面が円形の円形単芯セグメントを作製する円形単芯セグメント作製工程と、
前記円形単芯セグメント作製工程により作製された円形単芯セグメントを圧延する圧延工程と、
前記圧延工程で圧延された円形単芯セグメントを、所定の形状の異形ダイスを用いて引き抜き、断面をアーチ型に加工する引き抜き加工工程とを有することを特徴とする請求項６に記載の酸化物超電導線材の前駆体線の製造方法。
【請求項８】
請求項１または請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材の前駆体線が、伸線された後、熱処理されていることを特徴とする酸化物超電導線材。
【請求項９】
前記酸化物超電導線材の前駆体線が、伸線により断面が等方的な形状に形成された後、熱処理されていることを特徴とする請求項８に記載の酸化物超電導線材。
【請求項１０】
前記酸化物超電導線材の前駆体線が、伸線され、その後テープ状に圧延された後、熱処理されていることを特徴とする請求項８に記載の酸化物超電導線材。
【請求項１１】
Ｂｉ系酸化物超電導線材であることを特徴とする請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材。
【国際調査報告】
2010016302.tif 000019
2010016302.tif 000020