(57)【要約】【課題】全長にわたり均一かつ高い臨界電流を得ることが可能な酸化物超電導線材の製造方法、酸化物超電導線材用圧延装置および酸化物超電導線材を提供する。【解決手段】酸化物超電導線材の製造方法は、Ｂｉ２２２３超電導体の前駆体粉末が金属で被覆された形態の線材が伸線される伸線工程と、伸線工程において伸線された当該線材が圧延される１次圧延工程と、１次圧延工程において圧延された線材が加熱される１次焼結工程と、１次焼結工程において熱処理された線材がさらに圧延される２次圧延工程とを備えている。そして、２次圧延工程では、以下の式（１）で定義される圧延圧力αが３ＧＰａ以上４ＧＰａ以下となるように、線材が圧延される。  α＝０．０００９８０７×Ｐ／[｛Ｒ×（ｈ１−ｈ２）｝１／２×｛（ｗ１＋ｗ２）／２｝]・・・（１）【選択図】図２
2008234918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｂｉ２２２３超電導体の前駆体粉末が金属で被覆された形態の線材が伸線される伸線工程と、
前記伸線工程において伸線された前記線材が圧延される１次圧延工程と、
前記１次圧延工程において圧延された前記線材が熱処理される熱処理工程と、
前記熱処理工程において熱処理された前記線材がさらに圧延される２次圧延工程とを備え、
前記２次圧延工程では、以下の式（１）で定義される圧延圧力αが３ＧＰａ以上４ＧＰａ以下となるように、前記線材が圧延される、酸化物超電導線材の製造方法。
α＝０．０００９８０７×Ｐ／[｛Ｒ×（ｈ１−ｈ２）｝１／２×｛（ｗ１＋ｗ２）／２｝]・・・（１）
ここで、ｈ１は圧延前の線材の厚み（単位：ｍｍ）、ｈ２は圧延後の線材の厚み（単位：ｍｍ）、ｗ１は圧延前の線材の幅（単位：ｍｍ）、ｗ２は圧延後の線材の幅（単位：ｍｍ）、Ｒは圧延ロールの半径（単位：ｍｍ）、Ｐは圧延ロールが線材に負荷する荷重（単位：ｋｇｆ）である。
【請求項２】
前記Ｂｉ２２２３超電導体の前駆体粉末は、Ｂｉ２２１２相を主相とし、
前記熱処理工程ではＢｉ２２２３相が生成する、請求項１に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項３】
前記２次圧延工程では、ロッキングカーブ法を用いたＸ線回折により測定される前記Ｂｉ２２２３相の（０．０．２４）ピークのＦＷＨＭが１８°以下である前記線材が圧延される、請求項２に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項４】
前記２次圧延工程では、θ／２θスキャン法を用いたＸ線回折により測定される前記Ｂｉ２２２３相および前記Ｂｉ２２１２相のピーク強度において、Ｂｉ２２１２（０．０．１２）／｛Ｂｉ２２２３（０．０．１４）＋Ｂｉ２２１２（０．０．１２）｝により求められる値が０．２以上０．３以下である前記線材が圧延される、請求項２または３に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項５】
酸化物超電導線材となるべき被圧延物に接触しつつ、前記被圧延物の進行方向に対して交差する回転軸の周りに回転することにより、前記被圧延物の厚みを減少させる圧延ロールと、
前記被圧延物の前記進行方向において、前記圧延ロールとの接触の前後における前記被圧延物の厚みを測定し、前記厚みの情報を出力する厚み測定装置と、
前記被圧延物の前記進行方向において、前記圧延ロールとの接触の前後における前記被圧延物の幅を測定し、前記幅の情報を出力する幅測定装置と、
前記厚み測定装置および前記幅測定装置に接続され、前記厚みの情報と、前記幅の情報と、前記圧延ロールが前記被圧延物に負荷すべき圧力である圧延圧力とに基づき、前記圧延ロールが前記被圧延物に負荷する荷重であるロール荷重を制御するロール荷重制御装置とを備えた、酸化物超電導線材用圧延装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸化物超電導線材の製造方法により製造された、酸化物超電導線材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸化物超電導線材の製造方法、酸化物超電導線材用圧延装置および酸化物超電導線材に関し、より特定的には、全長にわたり均一かつ高い臨界電流を得ることが可能な酸化物超電導線材の製造方法、酸化物超電導線材用圧延装置および酸化物超電導線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、たとえばＢｉ２２２３相などを含む酸化物超電導体を金属被覆した多芯線からなる超電導線材は、液体窒素温度での使用が可能であるとともに、比較的高い臨界電流密度が得られること、長尺化が比較的容易であること等の利点を有していることから、超電導ケーブルやマグネットへの応用が期待されている。
【０００３】
このような超電導線材は、たとえば次のように製造される。まず、超電導体の前駆体粉末が金属管内に充填され、当該金属管が伸線加工される。その後、この金属管が複数本に切断され、得られた複数本の金属管が束ねられて、さらに金属管内に挿入され、さらに伸線加工される。得られた線材に対して、まず、１次圧延が実施された後、焼結などの１次熱処理が行なわれる。そして、この線材に対して、さらに２次圧延および２次熱処理が実施される。これにより、超電導相が線材の超電導フィラメント部分に配向して生成し、テープ状の超電導線材が得られる。
【０００４】
上記熱処理および圧延の条件は、製造される酸化物超電導線材の特性に大きな影響を与える。そのため、熱処理および圧延の条件については種々の検討がなされている（たとえば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２３６９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記熱処理および圧延の条件、特に１次熱処理後に行なわれる２次圧延の条件は、製造される酸化物超電導線材の臨界電流値などの特性に大きな影響を与える。そして、上記特許文献１に記載の製造方法を含め、従来の酸化物超電導線材の製造方法においては、１次熱処理後の２次圧延の条件は、圧延による線材の厚みの減少率（圧下率）や圧延ロールが線材に負荷する荷重（圧延荷重）などを指標として制御されていた。しかしながら、このような従来の酸化物超電導線材の製造方法では、酸化物超電導線材の長さ方向において特性、特に臨界電流値にばらつきが生じ、全長にわたり均一かつ高い臨界電流を得ることが困難であるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、全長にわたり均一かつ高い臨界電流を得ることが可能な酸化物超電導線材の製造方法、酸化物超電導線材用圧延装置および酸化物超電導線材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に従った酸化物超電導線材の製造方法は、Ｂｉ２２２３超電導体の前駆体粉末が金属で被覆された形態の線材が伸線される伸線工程と、伸線工程において伸線された当該線材が圧延される１次圧延工程と、１次圧延工程において圧延された線材が熱処理される熱処理工程と、熱処理工程において熱処理された線材がさらに圧延される２次圧延工程とを備えている。そして、２次圧延工程では、以下の式（１）で定義される圧延圧力αが３ＧＰａ以上４ＧＰａ以下となるように、線材が圧延される。
【０００８】
α＝０．０００９８０７×Ｐ／[｛Ｒ×（ｈ１−ｈ２）｝１／２×｛（ｗ１＋ｗ２）／２｝]・・・（１）
ここで、ｈ１は圧延前の線材の厚み（単位：ｍｍ）、ｈ２は圧延後の線材の厚み（単位：ｍｍ）、ｗ１は圧延前の線材の幅（単位：ｍｍ）、ｗ２は圧延後の線材の幅（単位：ｍｍ）、Ｒは圧延ロールの半径（単位：ｍｍ）、Ｐは圧延ロールが線材に負荷する荷重（単位：ｋｇｆ）である。
【０００９】
本発明者は、従来の酸化物超電導線材の製造方法により製造された酸化物超電導線材の長さ方向において、臨界電流値にばらつきが生じる原因について詳細な検討を行なった。その結果、以下のような知見が得られた。すなわち、従来の酸化物超電導線材の製造方法では、２次圧延の条件が圧延荷重や圧下率を指標として制御されており、線材の幅方向への変形が考慮されていない。そのため、線材の長さ方向において、線材の幅方向への変形量が変化すれば、これに応じて圧延の際に圧延ロールから線材に負荷される圧力（圧延圧力）が変化する。そして、圧延圧力が３ＧＰａ未満である場合、線材の内部の密度が十分に上昇せず、臨界電流値が低下する。一方、圧延圧力が４ＧＰａを超えると、超電導相を構成する結晶の配向性が低下し、臨界電流値が低下する。
【００１０】
これに対し、本発明の酸化物超電導線材の製造方法では、２次圧延工程において、圧延荷重や圧下率に代えて、圧延圧力を指標として圧延条件が制御される。より具体的には、２次圧延工程において、上述の式（１）で定義される圧延圧力αが３ＧＰａ以上４ＧＰａ以下となるように線材が圧延される。そのため、全長にわたって線材の内部の密度が十分に上昇し、かつ超電導相を構成する結晶の配向性の低下も抑制される。その結果、本発明の酸化物超電導線材の製造方法によれば、全長にわたり均一かつ高い臨界電流を得ることが可能な酸化物超電導線材を製造することができる。
【００１１】
なお、線材の内部の密度を一層十分に上昇させるためには、圧延圧力αは、３．１ＧＰａ以上であることが好ましい。一方、超電導相を構成する結晶の配向性の低下を一層抑制するためには、圧延圧力αは、３．９ＧＰａ以下であることが好ましい。さらに、圧延圧力αが３ＧＰａ未満となった場合および４ＧＰａを超えた場合、臨界電流が急激に低下することから、高い臨界電流を安定して得るためには、圧延圧力αは、３．３ＧＰａ以上３．７ＧＰａ以下であることが特に好ましい。
【００１２】
上記酸化物超電導線材の製造方法において好ましくは、上記Ｂｉ２２２３超電導体の前駆体粉末は、Ｂｉ２２１２を主相とし、熱処理工程では酸化物超電導材料であるＢｉ２２２３相が生成する。ここで、Ｂｉ２２１２を主相とする上記前駆体粉末は、Ｂｉ２２１２をモル比で５０％以上含んでいる。
【００１３】
上記本発明の酸化物超電導線材の製造方法は、Ｂｉ２２２３超電導体の前駆体粉末としてＢｉ２２１２相を主相とする原料粉末が採用され、Ｂｉ２２２３相を超電導相として含む酸化物超電導線材の製造に、特に好適である。
【００１４】
ここで、Ｂｉ２２１２とは、ビスマス（Ｂｉ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カルシウム（Ｃａ）、銅（Ｃｕ）および酸素（Ｏ）を含み、さらに必要に応じて鉛（Ｐｂ）を含むＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系またはＢｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の化合物（酸化物）であって、原子比でＢｉ（およびＰｂ）：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕが２：２：１：２の比率で近似的に表されるものをいう。また、Ｂｉ２２２３とは、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系またはＢｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の化合物（酸化物）であって、原子比でＢｉ（およびＰｂ）：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕが２：２：２：３の比率で近似的に表されるものをいう。
【００１５】
上記酸化物超電導線材の製造方法において好ましくは、２次圧延工程では、ロッキングカーブ法を用いたＸ線回折により測定されるＢｉ２２２３相の（０．０．２４）ピークのＦＷＨＭ（Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ；半値幅）が１８°以下である線材が圧延される。
【００１６】
Ｂｉ２２２３超電導体の前駆体粉末としてＢｉ２２１２相を主相とする原料粉末が採用され、超電導相がＢｉ２２２３相である場合、２次圧延工程の前に超電導相であるＢｉ２２２３相が生成し、かつ当該Ｂｉ２２２３相がある程度配向した状態とした上で、２次圧延工程の圧延を行なうことで臨界電流値を一層向上させることができる。より具体的には、ロッキングカーブ法を用いたＸ線回折により測定されるＢｉ２２２３相の（０．０．２４）ピークのＦＷＨＭを１８°以下とすることにより、臨界電流値を一層向上させることができる。なお、上記（０．０．２４）は、Ｂｉ２２２３結晶の面指数（ミラー指数）を表している。
【００１７】
ここで、ロッキングカーブ法とは、Ｘ線回折において、試料がブラッグの回折条件を満たす角度の２倍の位置に検出部を固定して、Ｘ線の入射角を変化させて回折を得る方法である。
【００１８】
上記酸化物超電導線材の製造方法において好ましくは、２次圧延工程では、θ／２θスキャン法を用いたＸ線回折により測定されるＢｉ２２２３相およびＢｉ２２１２相のピーク強度において、Ｂｉ２２１２（０．０．１２）／｛Ｂｉ２２２３（０．０．１４）＋Ｂｉ２２１２（０．０．１２）｝により求められる値が０．２以上０．３以下である線材が圧延される。ここで、（０．０．１２）および（０．０．１４）は、結晶の面指数（ミラー指数）を表しており、Ｂｉ２２１２（０．０．１２）は、Ｂｉ２２１２の（０．０．１２）面のピーク強度、Ｂｉ２２２３（０．０．１４）は、Ｂｉ２２２３の（０．０．１４）面のピーク強度を示している。すなわち、２次圧延工程では、θ／２θスキャン法を用いたＸ線回折により測定されるＢｉ２２１２相の（０．０．１２）面の回折強度とＢｉ２２２３相の（０．０．１４）面の回折強度との和に対するＢｉ２２１２相の（０．０．１２）面の回折強度の比が０．２以上０．３以下である線材が圧延されることが好ましい。
【００１９】
Ｂｉ２２２３超電導体の前駆体粉末としてＢｉ２２１２相を主相とする原料粉末が採用され、超電導相がＢｉ２２２３相である場合、２次圧延工程の前に超電導相であるＢｉ２２２３相が生成し、かつＢｉ２２１２が所定量残存している状態で２次圧延工程の圧延を行なうことで、臨界電流値を一層向上させることができる。
【００２０】
すなわち、２次圧延工程においては、線材が圧延されることにより、当該線材内部の超電導相であるＢｉ２２２３相にクラックなどの欠陥が発生する可能性がある。これに対し、θ／２θスキャン法を用いたＸ線回折により測定されるＢｉ２２１２相の（０．０．１２）面の回折強度とＢｉ２２２３相の（０．０．１４）面の回折強度との和に対するＢｉ２２１２相の（０．０．１２）面の回折強度の比が０．２以上となる程度にＢｉ２２１２が残存した状態で２次圧延工程が実施された場合、当該工程において欠陥が発生した場合でも、その後に当該線材を加熱する焼結工程などの熱処理工程が実施されることにより、残存したＢｉ２２１２からＢｉ２２２３相が生成して当該欠陥が修復されるとともに、Ｂｉ２２２３相の配向性が向上する。一方、上記回折強度の比が、０．３を超える場合、２次圧延工程の後に焼結工程などの熱処理工程を実施した場合でも、原料であるＢｉ２２１２が残存し、単相化が不十分になるおそれがある。そのため、２次圧延工程において、上記回折強度の比が０．２以上０．３以下である線材が圧延されることにより、臨界電流値を一層向上させることができる。なお、Ｂｉ２２１２の残存を一層抑制するためには、上記回折強度の比は、０．２５以下とすることが好ましい。
【００２１】
ここで、θ／２θスキャン法は、Ｘ線回折において、入射Ｘ線に対して試料をθ回転させると同時に、検出部を２θ回転させる方法である。
【００２２】
本発明に従った酸化物超電導線材用圧延装置は、圧延ロールと、厚み測定装置と、幅測定装置と、ロール荷重制御装置とを備えている。圧延ロールは、酸化物超電導線材となるべき被圧延物に接触しつつ、被圧延物の進行方向に対して交差する回転軸の周りに回転することにより、当該被圧延物の厚みを減少させる。厚み測定装置は、被圧延物の進行方向において、圧延ロールとの接触の前後における被圧延物の厚みを測定し、当該厚みの情報を出力する。幅測定装置は、被圧延物の進行方向において、圧延ロールとの接触の前後における被圧延物の幅を測定し、当該幅の情報を出力する。ロール荷重制御装置は、厚み測定装置および幅測定装置に接続され、上記厚みの情報と、上記幅の情報と、圧延ロールが被圧延物に負荷すべき圧力である圧延荷重とに基づき、圧延ロールが被圧延物に負荷する荷重であるロール荷重を制御する。
【００２３】
本発明の酸化物超電導線材用圧延装置においては、厚み測定装置および幅測定装置により圧延ロールとの接触の前後における被圧延物の厚みおよび幅を測定するとともに、ロール荷重制御装置により、被処理物の厚みおよび幅の情報と、圧延圧力とに基づき、たとえば、被処理物の厚みおよび幅の情報をフィードバックしつつ圧延ロールが被圧延物に負荷する荷重であるロール荷重を制御することができる。そのため、圧延圧力αが３ＧＰａ以上４ＧＰａ以下である状態を保持しつつ、酸化物超電導線材となるべき被圧延物を圧延することができる。したがって、本発明の酸化物超電導線材用圧延装置を含む製造装置を用いることにより、全長にわたり均一かつ高い臨界電流を得ることが可能な酸化物超電導線材を製造することが可能となる。
【００２４】
本発明に従った酸化物超電導線材は、上記酸化物超電導線材の製造方法により製造されている。本発明の酸化物超電導線材によれば、全長にわたり均一かつ高い臨界電流を得ることが可能な酸化物超電導線材の製造方法により製造されていることにより、全長にわたり均一かつ高い臨界電流を得ることが可能な酸化物超電導線材を提供することができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上の説明から明らかなように、本発明の酸化物超電導線材の製造方法、酸化物超電導線材用圧延装置および酸化物超電導線材によれば、全長にわたり均一かつ高い臨界電流を得ることが可能な酸化物超電導線材の製造方法、酸化物超電導線材用圧延装置および酸化物超電導線材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰り返さない。
【００２７】
図１は、本発明の一実施の形態における酸化物超電導線材の構成の概略を示す概略図である。図１を参照して、本発明の一実施の形態における酸化物超電導線材の構成を説明する。
【００２８】
図１を参照して、本実施の形態における酸化物超電導線材１０は、扁平な断面形状を有する線材であり、扁平な断面形状を有し、長手方向に延びる複数本の超電導体フィラメント２０と、超電導体フィラメント２０を被覆するシース部３０とを備えている。超電導体フィラメント２０は、たとえばＢｉ２２２３相を含むＢｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系またはＢｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の化合物を主成分として含有し、残部不純物からなる組成を有している。シース部３０は、銀（Ａｇ）あるいは銀合金からなっている。そして、酸化物超電導線材１０は、後述する本発明の一実施の形態における酸化物超電導線材の製造方法により製造されていることにより、全長にわたり均一かつ高い臨界電流を得ることが可能となっている。
【００２９】
なお、上記においては、複数本の超電導体フィラメント２０がシース部３０により被覆された多芯線構造を備えた酸化物超電導線材１０について説明したが、本発明の酸化物超電導線材はこれに限られず、一本の超電導体フィラメント２０がシース部３０により被覆された単芯線構造を備えた酸化物超電導線材であってもよい。
【００３０】
次に、本実施の形態における酸化物超電導線材の製造方法について説明する。図２は、本発明の一実施の形態における酸化物超電導線材の製造方法の概略を示す流れ図である。また、図３は、図２の粉末充填工程を説明するための模式図である。また、図４は、図２の１次伸線加工工程を説明するための模式図である。また、図５は、図２の挿入工程を説明するための模式図である。また、図６は、図２の２次伸線加工工程を説明するための模式図である。また、図７は、図２の１次圧延工程を説明するための模式図である。
【００３１】
図２を参照して、本実施の形態における酸化物超電導線材の製造方法は、粉末充填工程と、伸線工程としての１次伸線加工工程と、挿入工程と、伸線工程としての２次伸線加工工程と、１次圧延工程と、熱処理工程としての１次焼結工程と、２次圧延工程と、２次熱処理工程としての２次焼結工程を備えている。以下、各工程の詳細について説明する。
【００３２】
図２を参照して、本実施の形態における酸化物超電導線材の製造方法においては、まず、粉末充填工程が実施される。具体的には、図３を参照して、金属管であるＡｇ（銀）管３１の内部に、酸化物超電導材料であるＢｉ２２２３超伝導体の前駆体粉末としてのＢｉ２２１２からなる原料粉末２１が充填される。
【００３３】
次に、図２を参照して、１次伸線加工工程が実施される。具体的には、図４を参照して、Ａｇ管３１の内部に原料粉末２１が充填された粉末充填金属管１１が、ダイス９１を通して引き抜かれることにより伸線加工されて単芯線材１２が作製される。
【００３４】
次に、図２を参照して、挿入工程が実施される。具体的には、図５を参照して、１次伸線加工工程において作製された単芯線材１２が、長手方向に交差する断面で切断され、複数本の単芯線材１２が作製される。その後、当該複数本の単芯線材１２が束ねられて、金属管であるＡｇ管３２の内部に挿入されて、多芯母線材１３が作製される。
【００３５】
次に、図２を参照して、２次伸線加工工程が実施される。具体的には、図６を参照して、挿入工程において作製された多芯母線材１３がダイス９１を通して引き抜かれることにより伸線加工されて、多芯構造を有する多芯線材１４が作製される。
【００３６】
次に、図２を参照して、多芯線材１４が圧延される１次圧延工程が実施される。具体的には、図７を参照して、第２伸線加工工程において作製された多芯線材１４が、一対の圧延ロール９２を備えた圧延装置により圧延されて、扁平な断面形状のテープ状多芯線材１５が作製される。
【００３７】
次に、図２を参照して、１次圧延工程において圧延された当該線材が熱処理される熱処理工程としての１次焼結工程が実施される。具体的には、１次圧延工程において作製されたテープ状多芯線材１５が、たとえば６００℃以上９００℃以下の温度に加熱され、５時間以上１００時間以下の時間保持されることにより、テープ状多芯線材１５の内部の原料粉末２１が焼結するとともに、原料粉末２１を構成するＢｉ２２１２から目的の超電導相であるＢｉ２２２３相が生成する。
【００３８】
次に、図２を参照して、１次焼結工程が実施された線材がさらに圧延される２次圧延工程が、以下のように実施される。まず、２次圧延工程において採用される圧延装置について説明する。図８は、本実施の形態における酸化物超電導線材の製造方法に用いられる本発明の一実施の形態における酸化物超電導線材用圧延装置の構成を示す概略図である。
【００３９】
図８を参照して、本実施の形態における酸化物超電導線材用圧延装置である圧延装置５０は、一対の圧延ロール５１と、厚み測定装置５２と、幅測定装置５３と、ロール荷重制御装置５４とを備えている。一対の圧延ロール５１は、酸化物超電導線材１０となるべき被圧延物４０に接触しつつ、被圧延物４０の進行方向βに対して垂直に交差する回転軸５１Ａの周りに回転することにより、被圧延物４０の厚みを減少させる。厚み測定装置５２は、被圧延物４０の進行方向βにおいて、圧延ロール５１との接触の前後における被圧延物４０の厚みを測定し、当該厚みの情報を出力する。幅測定装置５３は、被圧延物４０の進行方向βにおいて、圧延ロール５１との接触の前後における被圧延物４０の幅を測定し、当該幅の情報を出力する。ロール荷重制御装置５４は、厚み測定装置５２および幅測定装置５３に接続され、厚み測定装置５２から出力された厚みの情報と、幅測定装置５３から出力された幅の情報と、圧延ロール５１が被圧延物４０に負荷すべき圧力である圧延圧力とに基づき、圧延ロール５１が被圧延物４０に負荷する荷重であるロール荷重を制御する機能を有している。
【００４０】
ここで、厚み測定装置５２は、たとえば非接触式レーザー変位センサにより被圧延物の厚みを測定する装置である。また、幅測定装置５３は、たとえば非接触式レーザー変位センサにより被圧延物の幅を測定する装置である。非接触式レーザー変位センサは、たとえば発光素子、受光素子、および信号増幅回路から構成される。定位置に設置された半導体レーザー等の発光素子から発光された光が、被測定物に照射されて拡散反射し、光位置検出素子（受光素子）にて受光された後、三角測量法が利用されて被測定物の変位が測定される。ロール荷重制御装置５４は、たとえばロードセル式質量計により、圧延ロール５１が被圧延物４０に負荷する荷重であるロール荷重を制御する機能を有する装置である。ロードセル式質量計は、ロードセル、および歪みゲージから構成される。ロードセルに加わった変形に比例する歪みゲージの抵抗値が電圧信号として計測され、荷重が計測される。そして、ロール荷重の制御は、ロードセル式質量計によるロール荷重の測定値を考慮しつつ、ロール軸を上下させ、ロール間のギャップ幅を変化させることにより行なうことができる。
【００４１】
次に、２次圧延工程の具体的手順について説明する。まず、回転軸５１Ａが互いに平行なるように配置され、当該回転軸５１Ａの周りに互いに逆向きに回転する一対の圧延ロール５１の間に、１次焼結工程が実施されたテープ状多芯線材１５の長手方向の端部が挿入される。ここで、テープ状多芯線材１５は、図８において被圧延物４０に該当する。そして、テープ状多芯線材１５が当該一対の圧延ロール５１の間を通過して進行方向βに沿って進行することにより、テープ状多芯線材１５が圧延される。このとき、テープ状多芯線材１５は、以下の式（１）で定義される圧延圧力αが３ＧＰａ以上４ＧＰａ以下となるように、圧延される。
【００４２】
α＝０．０００９８０７×Ｐ／[｛Ｒ×（ｈ１−ｈ２）｝１／２×｛（ｗ１＋ｗ２）／２｝]・・・（１）
ここで、ｈ１は圧延前のテープ状多芯線材１５の厚み（単位：ｍｍ）、ｈ２は圧延後のテープ状多芯線材１５の厚み（単位：ｍｍ）、ｗ１は圧延前のテープ状多芯線材１５の幅（単位：ｍｍ）、ｗ２は圧延後のテープ状多芯線材１５の幅（単位：ｍｍ）、Ｒは圧延ロール５１の半径（単位：ｍｍ）、Ｐは圧延ロール５１がテープ状多芯線材１５に負荷する荷重（単位：ｋｇｆ）である。
【００４３】
次に、図２を参照して、２次圧延工程が実施された線材であるテープ状多芯線材１５が加熱されることにより、テープ状多芯線材１５が熱処理される第２熱処理工程としての２次焼結工程が実施される。具体的には、２次圧延工程が実施されたテープ状多芯線材１５が、たとえば６００℃以上９００℃以下の温度に加熱され、５時間以上３００時間以下の時間保持されることにより、テープ状多芯線材１５の内部に残存しているＢｉ２２１２が目的の超電導相であるＢｉ２２２３相に変化するとともに、焼結がさらに進行する。
【００４４】
以上の工程により、本実施の形態における酸化物超電導線材の製造方法は完了し、図１に基づいて説明した本実施の形態における酸化物超電導線材１０が完成する。なお、さらに残存するＢｉ２２１２をＢｉ２２２３相に変化させる目的や焼結を一層進行させる目的、あるいはテープ状多芯線材１５の内部の空隙を減少させて酸化物超電導線材１０の密度を向上させる目的で、２次焼結工程の後、さらに圧延工程と熱処理工程としての焼結工程とが繰り返して実施されてもよい。このとき、圧延工程では、上述の圧延圧力αの条件が満たされることが好ましい。
【００４５】
上述のように、本実施の形態における酸化物超電導線材の製造方法では、２次圧延工程において、圧延荷重や圧下率ではなく、圧延圧力αを指標として圧延条件が制御される。そして、当該圧延圧力αが３ＧＰａ以上４ＧＰａ以下となるようにテープ状多芯線材１５が圧延される。そのため、全長にわたって酸化物超電導線材１０の内部の密度が十分に上昇し、かつ超電導相を構成するＢｉ２２２３相の結晶配向性の低下も抑制される。その結果、本発明の酸化物超電導線材の製造方法によれば、全長にわたり均一かつ高い臨界電流を得ることが可能な酸化物超電導線材１０を製造することができる。
【００４６】
さらに、本実施の形態における酸化物超電導線材の製造方法では、１次焼結工程完了後におけるテープ状多芯線材１５（より具体的には、単芯線材１２の内部）に対してロッキングカーブ法を用いたＸ線回折を行なった場合、測定されるＢｉ２２２３相の（０．０．２４）ピークのＦＷＨＭは１８°以下となっており、これに対して２次圧延工程が実施されることが好ましい。
【００４７】
このように、２次圧延工程の前に超電導相であるＢｉ２２２３相がある程度配向した状態とした上で、２次圧延工程の圧延を行なうことで、臨界電流値を一層向上させることができる。
【００４８】
さらに、本実施の形態における酸化物超電導線材の製造方法では、１次焼結工程完了後におけるテープ状多芯線材１５（より具体的には、単芯線材１２の内部）に対してθ／２θスキャン法を用いたＸ線回折を行なった場合、測定されるＢｉ２２１２相の（０．０．１２）面の回折強度とＢｉ２２２３相の（０．０．１４）面の回折強度との和に対するＢｉ２２１２相の（０．０．１２）面の回折強度の比が０．２以上０．３以下となっており、これに対して２次圧延工程が実施されることが好ましい。
【００４９】
このように、２次圧延工程の前に超電導相であるＢｉ２２２３相が生成し、かつＢｉ２２１２がある程度残存している状態で、２次圧延工程の圧延を行なうことで、臨界電流値を一層向上させることができる。
【実施例１】
【００５０】
以下、本発明の実施例１について説明する。製造される酸化物超電導線材の臨界電流ＩＣに及ぼす２次圧延工程における圧延圧力（圧延圧力α）、２次圧延工程前の線材内部におけるロッキングカーブ法を用いたＸ線回折により測定されるＢｉ２２２３相の（０．０．２４）ピークのＦＷＨＭ（圧延前ＦＷＨＭ）、および線材内部におけるθ／２θスキャン法を用いたＸ線回折により測定されるＢｉ２２１２相の（０．０．１２）面の回折強度とＢｉ２２２３相の（０．０．１４）面の回折強度との和に対するＢｉ２２１２相の（０．０．１２）面の回折強度の比（回折強度比）の影響を調査する実験を行なった。実験の手順は以下のとおりである。
【００５１】
まず、上記本発明の実施の形態における酸化物超電導線材の製造方法と同様の製造方法において、圧延圧力αを２．９〜４．１（ＧＰａ）、圧延前ＦＷＨＭを１７〜１９（°）、回折強度比を０．１０〜０．３１の範囲で変化させて２次圧延を実際に行ない、その後２次焼結工程を行なった。そして、得られた酸化物超電導線材について、Ｂｉ２２２３相の理論密度（６．３ｇ／ｃｍ３）に対する超電導体フィラメントの密度の割合であるフィラメント密度（単位：％）、ロッキングカーブ法を用いたＸ線回折により測定される超電導体フィラメントにおけるＢｉ２２２３相の（０．０．２４）ピークのＦＷＨＭ（圧延後ＦＷＨＭ）、および臨界電流ＩＣを調査する実験を行なった。なお、本実施例の実験においては、１次圧延工程における圧下率は８４％、１次焼結工程における温度は８３０℃、保持時間は１０時間、２次焼結工程における保持温度は８３５℃、保持時間は３０時間の条件で酸化物超電導線材を製造した。
【００５２】
次に、試験結果について説明する。表１に、本実施例における実験条件および実験結果を示す。なお、表１の実験条件において、下線が付された実験条件は、本発明の酸化物超電導線材の製造方法において、好ましい条件の範囲外となっている実験条件であることを示している。
【００５３】
【表１】
2008234918.tif 000003
【００５４】
表１を参照して、圧延圧力が３ＧＰａ未満である条件５では、圧延前ＦＷＨＭおよび回折強度比が好ましい範囲である１８°以下および０．２以上０．３以下であるにも関わらず、臨界電流ＩＣは１５０Ａにまで低下している。これは、圧延圧力αが不足していたためフィラメント密度が８４％までしか上昇せず、その結果、臨界電流ＩＣが低下したものと考えられる。一方、圧延圧力が４ＧＰａを超えている条件７でも、圧延前ＦＷＨＭおよび回折強度比が好ましい範囲であるにも関わらず、臨界電流ＩＣは１４５Ａにまで低下している。これは、上述のようなフィラメント密度の問題は生じなかったものの、圧延圧力が高すぎたため、ＡｇとＢｉ２２２３相との界面に乱れが生じて圧延後ＦＷＨＭが２０．２°にまで大きくなり（すなわち、Ｂｉ２２２３相の配向性が低下し）、その結果、臨界電流ＩＣが低下したものと考えられる。このことから、圧延圧力αは、３ＧＰａ以上４ＧＰａ以下とすることが重要であることが確認された。
【００５５】
また、圧延圧力αが３ＧＰａ以上４ＧＰａ以下である場合でも、圧延前ＦＷＨＭが１８°を超えている条件３では、臨界電流ＩＣは１８８Ａであり、条件１、４および６に比べて低くなっている。このことから、Ｂｉ２２２３相が、圧延前ＦＷＨＭが１８°以下となる程度に配向した状態とした上で、２次圧延工程の圧延を行なうことで、臨界電流値が一層向上することが確認された。
【００５６】
さらに、圧延圧力αが３ＧＰａ以上４ＧＰａ以下である場合でも、回折強度比が０．２未満である条件２では、臨界電流ＩＣは１９０Ａであり、条件１、４および６に比べて低くなっている。このことから、Ｂｉ２２１２が、回折強度比が０．２以上となる程度に残存している状態で、２次圧延工程の圧延を行なうことで、臨界電流値が一層向上することが確認された。これは、Ｂｉ２２１２がある程度残存していることで、２次圧延工程においてクラックなどの欠陥が発生した場合でも、その後の２次焼結工程において、残存したＢｉ２２１２からＢｉ２２２３相が生成して当該欠陥が修復されるとともに、Ｂｉ２２２３相の配向性が向上するためであると考えられる。一方、回折強度比が０．３を超える条件８では、臨界電流が１３７Ａにまで低下している。このことから、Ｂｉ２２１２が、回折強度比が０．３を超える程度に残存している状態で、２次圧延工程の圧延を行なった場合、臨界電流値が低下することが確認された。これは、Ｂｉ２２１２の残存割合が高いことで、２次焼結工程が実施された後にもＢｉ２２１２が残存し、臨界電流が低下したものと考えられる。
【００５７】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の酸化物超電導線材の製造方法、酸化物超電導線材用圧延装置および酸化物超電導線材は、全長にわたって均一かつ高い臨界電流が必要な酸化物超電導線材の製造方法、酸化物超電導線材用圧延装置および酸化物超電導線材に特に有利に適用され得る。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施の形態における酸化物超電導線材の構成の概略を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施の形態における酸化物超電導線材の製造方法の概略を示す流れ図である。
【図３】図２の粉末充填工程を説明するための模式図である。
【図４】図２の１次伸線加工工程を説明するための模式図である。
【図５】図２の挿入工程を説明するための模式図である。
【図６】図２の２次伸線加工工程を説明するための模式図である。
【図７】図２の１次圧延工程を説明するための模式図である。
【図８】本発明の一実施の形態における酸化物超電導線材用圧延装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０  酸化物超電導線材、１１  粉末充填金属管、１２  単芯線材、１３  多芯母線材、１４  多芯線材、１５  テープ状多芯線材、２０  超電導体フィラメント、２１  原料粉末、３０  シース部、３１，３２  Ａｇ管、４０  被圧延物、５０  圧延装置、５１  圧延ロール、５１Ａ  回転軸、５２  厚み測定装置、５３  幅測定装置、５４  ロール荷重制御装置、９１  ダイス、９２  圧延ロール。
【図１】
2008234918.tif 000004
【図２】
2008234918.tif 000005
【図３】
2008234918.tif 000006
【図４】
2008234918.tif 000007
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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