(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル状に巻かれた超電導テープ線材を含むパンケーキを、互いに隣接する前記パンケーキ同士が互いに接触しないように２以上重ねるための、熱処理によって消失しない材質からなる粉末または繊維と、熱処理によって消失する材質からなる結合剤とを主成分とする、前記超電導テープ線材の膨張および収縮を拘束しないセラミックボードを介在させて、
２以上重ねた前記パンケーキに対して熱処理を行なう工程を含み、
前記熱処理を行なう工程は、酸素の分圧を、０．０１ａｔｍ以上、０．２ａｔｍ以下とした雰囲気中で、８３０℃以上、８４０℃以下である第一温度で行なう工程と、前記第一温度で行なう工程の後に、前記第一温度より５℃低い第二温度で行なう工程とを含む、処理済線材の製造方法。
【請求項２】
前記パンケーキが、前記超電導テープ線材と前記超電導テープ線材の膨張および収縮を拘束しない保護テープとを重ねてコイル状に巻いたものを含む請求項１に記載の処理済線材の製造方法。
【請求項３】
前記超電導テープ線材が、酸化物超電導体の粉末またはその原料粉末を金属シース内に充填する工程と、塑性加工を施す工程とを含んで形成された金属シース線材である、請求項１または２に記載の処理済線材の製造方法。
【請求項４】
前記熱処理は、圧力が２．５×１０2Ｐａ以下の雰囲気下で行なう請求項３に記載の処理済線材の製造方法。
【請求項５】
前記熱処理は、圧力が１．５ａｔｍ以上の雰囲気下で行なう請求項３に記載の処理済線材の製造方法。
【請求項６】
前記第一温度が８４０℃であり、前記熱処理において、１００℃から３００℃への昇温時間、７００℃から８２０℃への昇温時間、および、８２０℃から８４０℃への昇温時間が、それぞれ５時間以上である、請求項１に記載の処理済線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導テープ線材をコイル状に巻いて処理を行なう、処理済線材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、磁石を使った応用開発が進んでおり、具体例としては、磁気共鳴映像（Magnetic Resonance Imaging -ＭＲＩ）、磁気選鉱、磁気浮上列車、粒子加速器、研究用装置、核磁気共鳴（Nuclear Magnetic Resonance spectrometry - ＮＭＲ）や省エネ・省資源の観点から超電導電力貯蔵システム（Superconducting Magnetic Energy Storage - ＳＭＥＳ）や核融合などの分野が挙げられる。
【０００３】
これらの磁石を構成する線材は、省エネ・高出力を期待して銅線から超電導線材に置き換わりつつある。これら磁石を使用した分野や電力ケーブル応用において、超電導線材に求められている条件は、特性と線材単長である。
【０００４】
線材は、熱処理によって膨張および収縮する。線材の熱処理を行なうに際して、線材の特性を劣化させずに熱処理を行なうには、熱処理時に膨張および収縮する線材を拘束しないことが必要である。
【０００５】
特開平６−２４３７４５号公報に開示される技術によれば、図７、図８に示すように、テープ状の線材である超電導テープ線材１を、芯５のまわりにパンケーキ状に巻く際に、線材同士の間に反応しない介在物として、たとえば市販のセラミックステープ２を重ねて巻くことで、局所的な線材の膨張による悪影響を防止しつつ、小さいスペースで長い線材を熱処理することができる。
【０００６】
一方、線材同士のジョイント技術が発達しておらず、ジョイント部で特性が急激に劣化する超電導線材においては、線材単長の増大が重要な開発課題である。特に、特開平６−２４３７４５号公報に記載されているように熱処理を必要とする線材については、線材単長を増大する上で、その熱処理方法が、重要なものとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平６−２４３７４５号公報に開示された技術によったとしても、磁石やケーブルを製造するのに必要な１ｋｍ以上の線材単長を有する線材の熱処理は不適当であった。図９に示すように、パンケーキ状に巻いた線材であるパンケーキ１０を載せるための平板３およびこれを熱処理する炉の大きさには、限界があったからである。
【０００８】
そこで、本発明は、特開平６−２４３７４５号公報に開示される技術をさらに改良し、１ｋｍ以上の線材単長を有する線材の熱処理を容易に行なって、超電導線材を製造する方法を提供することを目的とする。
【０００９】
また、たとえ複数本に分割された線材であったとしても、多量の超電導テープ線材１を同時に熱処理するために保護テープとしてのセラミックスシート２と重ねて巻いたパンケーキ１０を仮に直接積み上げた場合、上下の超電導テープ線材１同士が干渉し合うことにより、下側の超電導テープ線材１の臨界電流密度が、上側の超電導テープ線材１の臨界電流密度の１／３程度にまで劣化したり、上下の超電導テープ線材１同士が接続されてしまったり、超電導テープ線材１が変形したりし、したがって、不良の原因となっていた。
【００１０】
そこで、本発明は、２段以上積み重ねて熱処理しても、特性の劣化などの問題が生じない熱処理を行なって、超電導線材を製造する方法を提供することをも目的とする。
【００１１】
なお、「パンケーキ状に巻く」とは、線材を密にコイル状に巻くことを意味し、「パンケーキ」とは、線材を密に巻いたものを意味するものとする。
【００１２】
また、以下、便宜上、熱処理前のものを「超電導テープ線材１」といい、熱処理済のものを「超電導線材」という。
【００１３】
さらに、超電導線材が熱処理の途中で膨張し、大きく変形するという現象（以下、「線材膨れ」という。）が頻繁に生じる場合がある。線材膨れの原因としては、線材内部のガスの熱膨張が挙げられる。このような線材膨れが生じた部分では、臨界電流密度Ｊｃが低下する。線材膨れの原因となる熱膨張を起こすガスとしては、定性的にはＣＯ2、Ｈ2Ｏ、Ｏ2などであることがわかっている。
【００１４】
そこで、本発明は、線材膨れを低減できる熱処理によって超電導線材を製造する方法を提供することをも目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に基づく保持具の１つの局面においては、コイル状に巻かれた線材を含むパンケーキを保持し、互いに隣接する上記パンケーキ同士が互いに接触しないように２以上重ねるための隔離手段を備え、上記隔離手段は上記線材の挙動を実質的に拘束しない、上記線材に対する処理を行なうための保持具である。
【００１６】
上記構成を採用することにより、線材を２以上重ねて処理することができるため、省スペース化を図ることができる。しかも、隔離手段は線材の挙動を実質的に拘束しないため、拘束された場合に発生していた、線材の劣化や望ましくない接続、変形といった問題を解消することができる。
【００１７】
本発明に基づく保持具の他の局面においては、上記隔離手段が、上記線材の挙動を実質的に拘束せずに、上記パンケーキ間に介在するための保護層を有する。
【００１８】
上記構成を採用することにより、パンケーキ同士は、保護層の介在によって、確実に非接触に保つことができる。また、取扱いが容易となる。
【００１９】
本発明に基づく保持具のさらに他の局面においては、一の上記パンケーキに含まれる上記線材の続きを、上記線材の挙動を実質的に拘束することなく、他の上記パンケーキに連続させるための線材連続化手段を有する。
【００２０】
上記構成を採用することにより、一のパンケーキにおいて巻くことのできる限度以上に線材の線材単長が長い場合に、線材を切ることなく、２以上のパンケーキに渡って巻いて保持し、処理を行なうことができる。しかも、線材は、実質的に拘束されないため、特性劣化その他の不良が生じることを防止することができる。
【００２１】
本発明に基づく保持具のさらに他の局面においては、上記線材連続化手段が、上記保護層に設けられた、上記線材を実質的に拘束せずに通すためのらせん状溝である。
【００２２】
上記構成を採用することにより、一のパンケーキにおいて巻いた線材の続きをらせん溝の内部に配置することによって、他のパンケーキに案内することが容易に可能となる。
【００２３】
本発明に基づく保持具のさらに他の局面においては、上記保護層が、上記処理によって消失しない材質からなる粉末または繊維と、上記処理によって消失する材質からなる結合剤とを主成分とする。
【００２４】
上記構成を採用することにより、処理の過程において、保護層の結合剤が消失し、保護層は、粉末または繊維が自由に動きうる状態となる。したがって、線材が保護層によって拘束されることを確実に防止することができる。
【００２５】
本発明に基づく保持具のさらに他の局面においては、上記パンケーキの周囲におけるガスの流通を均一化するためのガス流通均一化手段を備える。
【００２６】
上記構成を採用することにより、パンケーキを重ねたときの幾何学的条件に起因して、各パンケーキの占める部位や一のパンケーキ内の部分によってガスの流通具合に差が生じるという問題を解消し、均一な処理を行なうことができる。
【００２７】
本発明に基づく保持具のさらに他の局面においては、上記ガス流通均一化手段が、上記保護層に設けられた溝または穴を含む。
【００２８】
上記構成を採用することにより、ガス流通均一化手段を容易に実現することができる。
【００２９】
本発明に基づく処理済線材の製造方法の１つの局面においては、コイル状に巻かれた線材を含むパンケーキを、互いに隣接する上記パンケーキ同士が互いに接触しないように２以上重ねるための、上記線材の挙動を実質的に拘束しない隔離手段を使用して、２以上重ねた上記パンケーキに対して処理を行なう工程を含む。
【００３０】
上記工程を採用することにより、線材を２以上重ねて処理することができるため、省スペース化を図ることができる。しかも、隔離手段は線材の挙動を実質的に拘束しないため、拘束された場合に発生していた、線材の劣化や望ましくない接続、変形といった問題のない処理済線材を得ることができる。
【００３１】
本発明に基づく処理済線材の製造方法の他の局面においては、上記パンケーキが、上記線材と上記線材の挙動を実質的に拘束しない保護テープとを重ねてコイル状に巻いたものを含む。
【００３２】
上記構成を採用することにより、パンケーキ内で隣り合う線材同士は、互いに直接は接触しないため、処理によって互いに接続することはない。また、保護テープが介在するため、隣接する線材によって拘束されることもない。また、保護テープは線材を拘束しないため、処理における膨張・収縮などの際に線材が拘束されて、特性劣化や変形を生じることもない。したがって、これらに起因する特性劣化や変形のない良好な処理済線材を得ることができる。
【００３３】
本発明に基づく処理済線材の製造方法のさらに他の局面においては、上記保護テープが、上記処理によって消失しない材質からなる粉末または繊維と、上記処理によって消失する材質からなる結合剤とを主成分とする。
【００３４】
上記構成を採用することにより、保護テープの結合剤は、処理によって消失するため、処理時には、保護テープは、繊維または粉末が自由に動きうる状態となり、線材は、保護テープによって拘束されない。したがって、拘束されることに起因して発生していた特性劣化その他の不良のない処理済線材を得ることができる。
【００３５】
本発明に基づく処理済線材の製造方法のさらに他の局面においては、上記隔離手段が、上記パンケーキ間に上記線材の挙動を実質的に拘束しない保護層を介在させることである。
【００３６】
パンケーキ同士は、保護層の介在によって、確実に非接触に保つことができる。また、取扱いが容易となる。
【００３７】
本発明に基づく処理済線材の製造方法のさらに他の１つの局面においては、一の上記パンケーキに含まれる上記線材の続きを、上記線材の挙動を実質的に拘束することなく、他の上記パンケーキに連続させるための線材連続化手段を使用して処理を行なう工程を含む。
【００３８】
上記工程を採用することにより、一のパンケーキにおいて巻くことのできる限度以上に線材の線材単長が長い場合に、線材を切ることなく、２以上のパンケーキに渡って巻いて保持し、処理を行なうことができる。しかも、線材は、実質的に拘束されないため、特性劣化その他の不良が生じることを防止することができ、このような不良のない処理済線材を得ることができる。
【００３９】
本発明に基づく処理済線材の製造方法のさらに他の局面においては、上記線材連続化手段が、上記保護層に設けられた上記線材を実質的に拘束せずに通すためのらせん状の溝である。
【００４０】
上記工程を採用することにより、一のパンケーキにおいて巻いた線材の続きをらせん溝の内部に配置することによって、他のパンケーキに案内することが容易に可能となり、線材単長の長い処理済線材も容易に得ることができる。
【００４１】
本発明に基づく処理済線材の製造方法のさらに他の局面においては、上記保護層が、上記処理によって消失しない材質からなる粉末または繊維と、上記処理によって消失する材質からなる結合剤とを主成分とする。
【００４２】
上記構成を採用することにより、処理の過程において、保護層の結合剤が消失し、保護層は、粉末または繊維が自由に動きうる状態となる。したがって、線材が保護層によって拘束されることを確実に防止することができ、このような拘束に起因する特性劣化や変形といった不良のない処理済線材を得ることができる。
【００４３】
本発明に基づく処理済線材の製造方法のさらに他の局面においては、上記線材が、酸化物超電導体の粉末またはその原料粉末を金属シース内に充填する工程と、塑性加工を施す工程とを含んで形成された金属シース線材である。
【００４４】
上記工程を採用することにより、処理済線材として超電導線材を得ることができる。
【００４５】
本発明に基づく処理済線材の製造方法のさらに他の局面においては、上記処理が、８４０℃以上、８５０℃以下で行なう熱処理である。
【００４６】
上記工程を採用することによって、臨界電流密度の高い値を得ることができる。
【００４７】
本発明に基づく処理済線材の製造方法のさらに他の局面においては、上記処理が、８４０℃以上、８５０℃以下である第一温度で行なう工程と、上記第一温度より５℃低い第二温度で行なう工程とを含む熱処理である。
【００４８】
上記工程を採用することにより、超電導体の焼結密度を上げることができ、さらに高い臨界電流密度を得ることができる。
【００４９】
本発明に基づく処理済線材の製造方法のさらに他の局面においては、上記熱処理は、酸素の分圧を、０．０１ａｔｍ以上、０．２ａｔｍ以下とした雰囲気中で行なう。
【００５０】
上記工程を採用することにより、超電導材料自体の生成を確保し、かつ、不純物の生成を助長せずに、臨界電流密度Ｊｃを増大させることができる。
【００５１】
本発明に基づく処理済線材の製造方法のさらに他の局面においては、上記熱処理は、圧力を２．５×１０2Ｐａ以下の雰囲気下で行なう。
【００５２】
上記工程を採用することにより、気圧を低くしているため、線材外部にガスを放出しやすい環境とし、線材膨れの発生数を抑えている。
【００５３】
本発明に基づく処理済線材の製造方法のさらに他の局面においては、上記熱処理は、圧力を１．５ａｔｍ以上の雰囲気下で行なう。
【００５４】
上記工程を採用することにより、臨界電流密度Ｊｃを増大させた、処理済線材としての超電導線材を得ることができる。
【００５５】
本発明に基づく処理済線材の製造方法のさらに他の局面においては、上記熱処理が、８３０℃以上、８４０℃以下である第一温度で行なう工程と、上記第一温度より５℃低い第二温度で行なう工程とを含む熱処理である。
【００５６】
酸素分圧が０．０１ａｔｍ以上、０．２ａｔｍ以下の雰囲気中においても、上記工程を採用することにより、臨界電流密度Ｊｃを増大させた、処理済線材としての超電導線材を得ることができる。
【００５７】
本発明に基づく処理済線材の製造方法のさらに他の局面においては、上記熱処理において、１００℃から３００℃への昇温時間、７００℃から８２０℃への昇温時間、および、８２０℃から８４０℃への昇温時間が、それぞれ５時間以上である。
【００５８】
上記工程を採用することにより、線材膨れを低減した、処理済線材としての超電導線材を得ることができる。
【００５９】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
（実施例１）
（製造工程）
Ｂｉ2Ｏ3、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3、ＣａＣＯ3、ＣｕＯの重量比が０．３６：０．０５５：０．２３：０．１５：０．２の粉末混合物を製造した。この粉末混合物を８００℃で１２時間熱処理し、さらに８５０℃で６時間熱処理し、焼結酸化物を得た。この焼結酸化物を粉砕し、粉末を得た。この粉末を、金属シースとしての外径３６ｍｍ、内径３０ｍｍの銀パイプに充填した。この銀パイプに伸線加工と圧延加工を施すことで、長さ１ｋｍ、幅３．５ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍの６１芯の多芯テープ線材を作製した。なお、同じものを合計２本作製した。
【００６０】
焼結ジグである平板３の上に突出した芯５のまわりに、線材としての上記多芯テープ線材、すなわち超電導テープ線材１のうち１本に保護テープとしての市販のセラミックスシート２を重ねて、パンケーキ状に巻くことで、第１のパンケーキ１０を作製した。セラミックスシート２としては、アルミナ繊維を主成分とする厚さ０．２ｍｍのものを用いた。
【００６１】
図１を参照して、第１のパンケーキ１０の上に保護層として、アルミナ繊維と有機結合剤を含んで成形した厚さ１０ｍｍのセラミックスボード４を、載せた。芯５が、セラミックスボード４には中心穴９が設けられており、セラミックスボード４を載せる際には芯５が中心穴９に挿入され、芯５はセラミックスボード４を貫通して上側に突出する。上側に突出した芯５のまわりに、第１のパンケーキ１０と同様、他の１本の超電導テープ線材１を、セラミックスシート２に重ねて、パンケーキ状に巻くことで、第２のパンケーキ１０を形成した。
【００６２】
こうして得られた２段のパンケーキ１０を含む構造物を８００℃まで３時間、８４０℃まで２時間でそれぞれ昇温し、第一温度としての８４０℃で５０時間熱処理した。
【００６３】
さらに圧延加工により、厚さを１０％変化させた後、８００℃まで３時間、８３５℃まで２時間でそれぞれ昇温し、第二温度としての８３５℃で５０時間熱処理した。８３５℃は上記の８４０℃より５℃低い温度として選択したものである。
【００６４】
（結果）
熱処理後、残ったセラミックスシート２およびセラミックスボード４の材料が超電導テープ線材１から剥がれやすいかどうかを調べ、目視により、超電導テープ線材１の隣り合うもの同士が接触する箇所が存在するかどうかを調べた。その結果、問題がないことを確認した。
【００６５】
各パンケーキ１０から超電導テープ線材１を取り出し、残ったセラミックスシート２およびセラミックスボード４の材料を剥がすことによって除去し、処理済線材としての超電導線材を得ることができた。
【００６６】
（実施例２）
（製造工程）
セラミックスシート２およびセラミックスボード４に含まれる耐熱繊維または粉末としては、上述のアルミナ繊維の代りに、アルミナ粉末、マグネシア粉末、シリカ、酸化マンガン、酸化クロムをそれぞれ用いたものについて、それぞれ熱処理を行なって、処理済線材としての超電導線材を製造した。
【００６７】
（結果）
上述の超電導テープ線材１の隣り合うもの同士の接触については、セラミックスシート２が少なくとも繊維、たとえば、アルミナ繊維を主成分として含む場合には、接触しないことが確認された。
【００６８】
また、耐熱繊維または粉末が、繊維と粉末との混合体、たとえば、アルミナ繊維とマグネシア粉末の混合体や、アルミナ繊維とシリカの混合体である場合は、繊維のみである場合に比べて、超電導テープ線材１から剥がれやすく除去作業がし易いことがわかった。
【００６９】
セラミックスボード４についても、少なくとも繊維、たとえば、アルミナ繊維を主成分として含む場合には、不用意に欠落しにくいことがわかった。
【００７０】
（実施例３）
（製造工程）
上述の実施例１においては、第一温度が８４０℃、第二温度が８３５℃であったが、これに代えて、第一温度を８３５℃から８５５℃まで５℃間隔で変えて熱処理を行なった。第二温度は、それぞれ第一温度から５℃下げた温度として、熱処理を行ない、処理済線材としての超電導線材を製造した。
【００７１】
（結果）
その結果それぞれ得られた超電導テープ線材１の、各第一温度と、液体窒素温度における臨界電流密度との関係を調べたところ、
８３５℃    ０．８ｋＡ／ｃｍ2
８４０℃    １．８ｋＡ／ｃｍ2
８４５℃    ２．２ｋＡ／ｃｍ2
８５０℃    ２．５ｋＡ／ｃｍ2
８５５℃    １．２ｋＡ／ｃｍ2
となり、８４０℃から８５０℃において、臨界電流密度の高い値を得られることがわかった。
【００７２】
（作用効果）
本実施の形態における製造工程では、パンケーキ１０同士を互いに接触しないように２段以上積み重ねるための隔離多段化手段として、パンケーキ１０同士の間に保護層、すなわち、セラミックスボード４を介在させている。セラミックスボード４は、アルミナ繊維と有機結合剤とを含んで成形されているため、熱処理の際には、有機結合剤が消失し、繊維または粉末が自由に動きうる状態となる。よって、セラミックスボード４は、超電導テープ線材１の膨張および収縮を実質的に拘束しない。
【００７３】
一方、超電導テープ線材１を巻く際には、セラミックスシート２を重ねて巻いているため、パンケーキ１０の内部では、隣り合う超電導テープ線材１同士が互いに接触することはない。セラミックスシート２も、熱処理の際には結合剤が消失し、繊維または粉末が自由に動きうる状態となることによって、超電導テープ線材１の挙動を実質的に拘束しない。
【００７４】
その結果、臨界電流密度の劣化や超電導テープ線材１同士の接続や変形といった問題を解消することができる。
【００７５】
なお、本実施の形態では、パンケーキ１０を２段積み重ねた状態で熱処理したが、図２に示すように２段より多い段数を重ねることとしてもよい。
【００７６】
（実施の形態２）
（保持具の構成）
図３に示すようなセラミックスボード４を用意した。このセラミックスボード４は、中心に芯５を通すための中心穴９のあいた円板である。厚さは１５ｍｍであり、線材連続化手段として、上面には、幅５ｍｍ、深さ１０ｍｍのらせん状溝６が設けられている。このらせん状溝６は、一端が外周面に接して接続し、他の一端が内周面に接して接続する。
【００７７】
（製造工程）
（実施例１）
Ｂｉ2Ｏ3、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3、ＣａＣＯ3、ＣｕＯの粉末を混合して、Ｂｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．８２：０．３３：１．９２：２．０３：３．０１の組成比を有する粉末を調整した。この得られた粉末を７５０℃で１０時間熱処理し、８００℃で８時間熱処理した。得られた焼結体を自動乳鉢で粉砕した。粉砕して得られた粉末を８５０℃で４時間熱処理した後、再び得られた焼結体を自動乳鉢で粉砕した。脱気を行なうため、得られた粉末を８００℃で熱処理した。こうして得られた粉末を、金属シースとしての外径６０ｍｍ、内径５５ｍｍの銀パイプに充填した。この銀パイプに伸線加工と圧延加工を施すことで、長さ２ｋｍ、幅４．０ｍｍ、厚さ０．２６ｍｍの６１芯の多芯テープ線材を作製した。
【００７８】
線材としての上記多芯テープ線材、すなわち超電導テープ線材１に保護テープとしての市販のセラミックスシート２を重ねて前半の長さ１ｋｍ分を芯５に巻き付けてパンケーキ状に巻くことによって、パンケーキ１０を作製した。
【００７９】
セラミックスボード４の中心穴９に芯５を挿入し、貫通させることによって、このパンケーキ１０の上に、図３に示すようなセラミックスボード４を、載せた。このセラミックスボード４は、上述したようにらせん状溝６が設けられている。
【００８０】
超電導テープ線材１の後半の長さ１ｋｍ分は、上記の既に巻いたパンケーキ１０の外周からさらに連続して延在しているが、この部分を、らせん状溝６の外周側の一端から、内周側の一端まで、らせん状溝６の中を経由して導いた。らせん状溝６の内周側の一端から出た残りの約１ｋｍ分の超電導テープ線材１は、セラミックスボード４の上面において、再び、芯５を中心に、セラミックスシート２を重ねてパンケーキ状に巻いた。その結果、図１に示すように２段重ねの構造を得ることができた。
【００８１】
こうして得られた２段のパンケーキ１０を含む構造物を８００℃まで３時間、８４０℃まで２時間でそれぞれ昇温し、第一温度としての８４０℃で５０時間熱処理した。
【００８２】
これを一旦、パンケーキ１０からほどき、圧延加工により、厚さを１０％変化させた後、再び同じようにパンケーキ状に巻いた。８００℃まで３時間、８３５℃まで２時間でそれぞれ昇温し、第二温度としての８３５℃で５０時間熱処理した。８３５℃は上記の８４０℃より５℃低い温度として選択したものである。
【００８３】
（結果）
上記の圧延加工前および第二温度での熱処理後、残ったセラミックスシート２およびセラミックスボード４の材料が超電導テープ線材１から剥がれやすいかどうかをそれぞれ調べた。さらに、目視により、超電導テープ線材１の隣り合うもの同士が接触する箇所が存在するかどうかを調べた。その結果、問題がないことを確認した。
【００８４】
第二温度での熱処理後、残ったセラミックス材料を、剥がすことによって除去し、処理済線材としての超電導線材を製造することができた。
【００８５】
（実施例２）
セラミックスボード４は、実施例１ではアルミナ繊維のみを主成分としたものであるが、アルミナ繊維以外にシリカを加えることによって強度をもたせたものについても、熱処理を行ない、処理済線材としての超電導線材を製造した。その結果、アルミナ繊維以外にシリカを加えたものの方が成形性がよいことがわかった。
【００８６】
（実施例３）
実施例１では、長さ２ｋｍの超電導テープ線材１を作製し、２段積み重ねた状態で熱処理したが、図２に示すように２段より多い段数を重ねることとしてもよい。
【００８７】
本実施例では、同様に、長さ１０ｋｍの超電導テープ線材１を作製し、１０段積み重ねた状態で熱処理した。この場合も、図３に示すセラミックスボード４を使用すれば、超電導テープ線材１同士の接触や変形の問題もなく、熱処理でき、処理済線材としての超電導線材を製造できた。
【００８８】
（作用効果）
本実施の形態において、用いられる保持具としてのセラミックスボード４は、それ自体が隔離多段化手段たる保護層となる。セラミックスボード４は、それ自体がパンケーキ１０間に介在することによって、図１に示すように上下のパンケーキ１０同士を隔離して保持することができる。
【００８９】
また、セラミックスボード４は、線材連続化手段として、保護層たる円板の上面にらせん状溝６が設けられている。下段のパンケーキ１０から続く線材はこのらせん状溝６を通じて上段に案内されるため、上段において再びパンケーキ状に巻き始めることが可能である。溝が十分な幅と深さを有するものであるときは、超電導テープ線材１は、溝内部の範囲内では拘束されることはないため、超電導テープ線材１を切ることなく、実質的に拘束することなく他の段であるセラミックスボード４上段に連続させることができる。
【００９０】
なお、本実施の形態では、下段から上段に連続させる場合について説明したが、逆に上段から下段に連続させる場合であっても同様である。パンケーキ１０の重ね方は、上下方向に積み重ねる場合について説明したが、左右方向に重ねることとしてもよい。
【００９１】
保持具として、熱処理によって消失しない繊維または粉末と、熱処理によって消失する結合剤とを含むセラミックスボード４を用いることによって、熱処理の過程で、結合剤は消失し、セラミックスボード４は、繊維または粉末が、接する超電導テープ線材１の膨張および収縮に伴なって自由に動きうる状態となる。したがって、超電導テープ線材１は、セラミックスボード４によって、実質的に拘束を受けないため、超電導テープ線材１の変形を防止することができる。
【００９２】
セラミックスシート２も、熱処理によって消失しない繊維または粉末と、熱処理によって消失する結合剤とを含むものを用いることによって、熱処理の過程で、結合剤は消失し、セラミックスシート２は、繊維または粉末が、接する超電導テープ線材１の膨張および収縮に伴なって自由に動きうる状態となる。したがって、超電導テープ線材１は、セラミックスシート２によって、拘束を受けないため、超電導テープ線材１の変形を防止することができる。
【００９３】
（実施の形態３）
（保持具の構成）
実施の形態１または２において２段重ねで熱処理した超電導テープ線材１の超電導特性としての臨界電流密度の評価を１０サンプルについて行なった。その結果、３サンプルに１つの割合で、下段のパンケーキ１０となっていた部分の超電導テープ線材１の臨界電流密度Ｊｃが他のサンプルに比べて低いことがわかった。
【００９４】
そこで、セラミックスボード４に、ガスの流通を均一化するためのガス流通均一化手段として、図４に示すように放射状溝７を設けたもの、図５に示すように穴８を放射状に配列したもの、および、図６に示すように放射状溝７を設け、さらに各放射状溝７内部に穴８を配列したものの３通りを作製した。セラミックスボード４の他の構成要素は、実施の形態２におけるものと同じである。
【００９５】
これらを用いて、実施の形態１または２におけると同様の熱処理を行ない、処理済線材としての超電導線材を製造し、臨界電流密度Ｊｃを評価した。
【００９６】
（結果）
その結果、図４〜図６に示すように溝または穴を設けている場合は、それらが設けられていない場合に比べて、超電導特性が安定することがわかった。
【００９７】
（実施の形態４）
（実施例１）
（製造工程）
実施の形態１と同様に巻くことで形成されたパンケーキ１０において、第一温度を８３５℃とし、第二温度を５℃低い８３０℃とし、第一温度で５０時間保持した後に第二温度で５０時間保持することとして、熱処理を行なうことにより、処理済線材としての超電導線材を製造した。ただし、熱処理時の雰囲気中の酸素分圧は、通常の０．２ａｔｍではなく、酸素ボンベと窒素ボンベによって両者を混合させることで、０．０８ａｔｍとした。他の条件は実施の形態１と同様である。
【００９８】
熱処理後、臨界電流密度Ｊｃを測定した。
（結果）
臨界電流密度Ｊｃは、実施の形態１において熱処理したときの平均２．５ｋＡ／ｃｍ2より高く、３．０ｋＡ／ｃｍ2となった。このことから、酸素分圧を低くすることによって臨界電流密度Ｊｃが増大することがわかった。
【００９９】
（作用効果）
本実施例では、酸素分圧は、０．０８ａｔｍとしたが、酸素分圧は他の値であってもよい。しかし、０．０１ａｔｍ未満であった場合は、超電導材料自体の生成が十分に行なわれず、０．２ａｔｍを超えると、不純物の生成が助長されて不適当である。
【０１００】
したがって、酸素分圧は、０．０１ａｔｍ以上、０．２ａｔｍ以下の範囲内であることが望ましい。
【０１０１】
（実施例２）
実施例１における熱処理条件において、全圧を通常の１ａｔｍより高く１．５ａｔｍ以上として、熱処理を行なったところ、臨界電流密度Ｊｃは３．５ｋＡ／ｃｍ2となった。
【０１０２】
このことから、１．５ａｔｍ以上に加圧した雰囲気下で熱処理を行なうことによって臨界電流密度Ｊｃが増大することがわかった。
【０１０３】
（実施例３）
（製造工程）
実施例１における熱処理条件において、第一温度を８２５℃から８４５℃まで５℃間隔で変えてそれぞれ熱処理を行なうことにより、処理済線材としての超電導線材を製造した。第二温度は、それぞれ第一温度から５℃下げた温度とした。
【０１０４】
（結果）
その結果それぞれ得られた超電導テープ線材１の、各第一温度と、液体窒素温度における臨界電流密度との関係を調べたところ、
８２５℃    １．１ｋＡ／ｃｍ2
８３０℃    ２．８ｋＡ／ｃｍ2
８３５℃    ３．２ｋＡ／ｃｍ2
８４０℃    ２．５ｋＡ／ｃｍ2
８４５℃    １．５ｋＡ／ｃｍ2
となり、８３０℃から８４０℃において、臨界電流密度の高い値を得られることがわかった。
【０１０５】
（実施の形態５）
（製造工程）
実施の形態１の実施例１における熱処理条件において、圧力を１×１０5Ｐａ、５×１０3Ｐａ、２．５×１０2Ｐａ、２．５Ｐａ、５×１０-2Ｐａの各条件とし、６５０℃で熱処理を行い、処理済線材としての超電導線材を製造した。
【０１０６】
（結果）
熱処理後、目視により、１０ｍ長さ当りの線材膨れの発生数を評価したところ、
１×１０5Ｐａ          ８個
５×１０3Ｐａ          ５個
２．５×１０2Ｐａ      ０．５個
２．５Ｐａ              ０．３個
５×１０-2Ｐａ          ０．１個
という結果となった。このことから、圧力を下げるほど減少し、２．５×１０2Ｐａ以下においては、著しく低減できることがわかった。
【０１０７】
（作用効果）
線材膨れは、熱処理によって反応によってガスが発生したり、吸着物質からガスが発生したりすることによって、線材が膨れる現象である。これに対して、本実施の形態では、気圧を低くすることによって、線材外部にガスを放出しやすい環境とし、線材膨れの発生数を抑えている。
【０１０８】
（実施の形態６）
（製造工程）
実施の形態２の実施例１の工程において６１芯の多芯テープ線材を作製したのと同じ工程により、長さを１ｋｍの６１芯の多芯テープ線材、すなわち、超電導テープ線材１を得た。同実施例１と同様のセラミックスシート２を重ねて巻くことによって、１段のみのパンケーキ１０を形成した。
【０１０９】
こうして得られたパンケーキ１０を、第一温度としての８４０℃で５０時間熱処理した。さらに圧延加工により、厚さを１０％変化させた後、第二温度としての８３５℃で５０時間熱処理した。８３５℃は上記の８４０℃より５℃低い温度として選択したものである。
【０１１０】
ただし、上記の熱処理のために昇温する過程において、何通りかの昇温時間を採用してそれぞれ熱処理を行なった。なお、「昇温時間」とは、一定の温度まで上昇させるために費やす時間である。
【０１１１】
基本条件を、８００℃まで３時間、８００℃から８４０℃まで２時間で昇温し、最終的に目標温度に到達した後、５０時間大気雰囲気下で熱処理を行なうものとし、熱処理後には、セラミック材料を除去し、処理済線材としての超電導線材を得るものとした。
【０１１２】
これに対して、まず、基本条件に比べて、１００℃から３００℃への昇温時間のみを何通りか変えた条件で、それぞれ上記の手順を行ない、超電導線材を得た。
【０１１３】
次に、基本条件から、７００℃から８２０℃への昇温時間のみを何通りか変えた条件で、同様の手順を行なった。
【０１１４】
さらに、基本条件から、８２０℃から８４０℃への昇温時間のみを何通りか変えた条件で、同様の手順を行なった。
【０１１５】
さらに、基本条件から、１００℃から３００℃への昇温時間、７００℃から８２０℃への昇温時間、および、８２０℃から８４０℃への昇温時間をそれぞれ変えて、同様の手順を行なった。なお、１００℃から３００℃、７００℃から８２０℃、および、８２０℃から８４０℃以外の温度範囲においては、昇温時間は、１００℃／時間とした。
【０１１６】
（結果）
得た超電導線材について、レーザ測定器により厚さの変動を長手方向に沿って測定し、厚さが変化した部分、すなわち、線材膨れが生じた部分の数を測定した。その結果を表１〜４にそれぞれ示す。
【０１１７】
【表１】
0004719949.tif 000002
【０１１８】
【表２】
0004719949.tif 000003
【０１１９】
【表３】
0004719949.tif 000004
【０１２０】
【表４】
0004719949.tif 000005
【０１２１】
表４に示されるように、１００℃から３００℃への昇温時間、７００℃から８２０℃への昇温時間、および、８２０℃から８４０℃への昇温時間を、それぞれ５時間以上、好ましくは２０時間以上とすることで、線材膨れの発生数を著しく低減できることが明らかとなった。
【０１２２】
なお、熱処理に際して線材から放出されるガスを熱重量測定（ThermoGravimetty -ＴＧ）によって測定した結果、その主成分が、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、Ｏ2であることがわかった。
【０１２３】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。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を含むものである。
【０１２４】
【発明の効果】
本発明に基づく保持具および処理済線材の製造方法によれば、線材を互いに干渉し合わないように２以上重ねて処理することができるため、省スペース化を図ることができる。しかも、線材の挙動は、保護層によっても、パンケーキ内の隣り合う線材によっても実質的に拘束されないため、拘束された場合に発生していた、線材の劣化や望ましくない接続、変形といった問題を解消することができる。
【０１２５】
また、線材単長の長い線材であっても、保護層に設けられたらせん溝の内部を経由して、実質的に拘束せずに他のパンケーキに導くことができるため、途切れることなく、拘束による悪影響を生じることなく、処理を行なうことができ、処理済線材を得ることができる。
【０１２６】
さらに、金属シース線材を線材とし、上述した酸素分圧、温度、全圧、昇温時間の条件を採用して、熱処理を行なうことにより、臨界電流密度が優れ、線材膨れの低減された、良好な超電導線材を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１におけるパンケーキを２段積み重ねた状態の概念図である。
【図２】  実施の形態１におけるパンケーキを２段より多く積み重ねた状態の概念図である。
【図３】  実施の形態２における保持具としてのセラミックスボードの一例の平面図である。
【図４】  実施の形態３における保持具としてのセラミックスボードの一例の平面図である。
【図５】  実施の形態３における保持具としてのセラミックスボードの他の一例の平面図である。
【図６】  実施の形態３における保持具としてのセラミックスボードのさらに他の一例の平面図である。
【図７】  従来技術における線材と保護テープを重ねた状態を表す概念図である。
【図８】  従来技術における線材と保護テープを重ねてパンケーキ状に巻く過程を表す説明図である。
【図９】  従来技術におけるパンケーキ状に巻いた線材を平板に載せた状態を表す概念図である。
【符号の説明】
１  超電導テープ線材、２  セラミックスシート、３  平板、４  セラミックスボード、５  芯、６  らせん状溝、７  放射状溝、８  穴、９  中心穴。
【図１】
0004719949.tif 000006
【図２】
0004719949.tif 000007
【図３】
0004719949.tif 000008
【図４】
0004719949.tif 000009
【図５】
0004719949.tif 000010
【図６】
0004719949.tif 000011
【図７】
0004719949.tif 000012
【図８】
0004719949.tif 000013
【図９】
0004719949.tif 000014