(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導粉末をシース材に収容して線材原料とするとともに、この線材原料を金型の間において延展することにより超電導線材とする超電導線材の製造方法であって、
前記金型よりも柔らかいとともに前記シース材よりも硬い一対の金属板の間に前記線材原料を挟んだ上で前記金型により前記線材原料およびこの金属板を一緒にプレス加工することを特徴とする超電導線材の製造方法。
【請求項２】
前記金属板の厚さは、これを０．０１〜５．０ｍｍとすることを特徴とする請求項１記載の超電導線材の製造方法。
【請求項３】
前記金型による延展工程と、前記超電導粉末の焼成工程とを繰り返し行うことを特徴とする請求項１記載の超電導線材の製造方法。
【請求項４】
超電導粉末をシース材に収容して線材原料とするとともに、この線材原料を金型の間において延展することにより超電導線材とする超電導線材の製造装置であって、
前記金型よりも柔らかいとともに前記シース材よりも硬い一対の金属板を前記金型と前記線材原料との間に有し、
この金属板の間に前記線材原料を挟んだ上で前記金型により前記線材原料およびこの金属板を一緒にプレス加工することを特徴とする超電導線材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超電導線材の製造方法およびその製造装置にかかるもので、とくに圧力をかけて延展することにより超電導線材を製造する超電導線材の製造方法およびその製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高温超電導線材、たとえばＢｉ−２２２３線材は、その結晶粒が板状であるため、加工によりその結晶粒が同一方向に揃うことが知られている。なおＢｉ−２２２３とは、ＢｉのほかにＳｒ、Ｃａ、Ｃｕの３元素を含み、それぞれの原子比が、典型的にはＢｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：２：３であるものをいうが、Ｂｉ＝２に対して他の各元素の組成は±２０％の範囲内の変動が許容される。また、さらにＢｉ＝２に対しての比率が０．３０〜０．４５のＰｂを含むものも許容される。
【０００３】
こうした結晶粒を同一方向に配向させて、電気伝導性がより良好な超電導線材を製造するために、超電導粉末の熱処理の間に、圧延、プレスあるいはスエージングなどによる中間加工を施していた。
【０００４】
図８は、従来の超電導線材の製造装置１の概略側面図であって、超電導線材の製造装置１は、一対の金型２を有し、この間に線材原料３を供給する。
金型２は、圧延ロール、プレス手段あるいはスエージング加工用などの各種圧延手段あるいは鍛造手段であって、線材原料３に圧力をかけることによりその長さ方向および幅方向にこれを延展する。
線材原料３は、シース材４およびこのシース材４内に収容した超電導粉末５からなり、金型２からの圧力によって帯状に延展され、必要な厚さおよび幅に形成される。
【０００５】
しかしながら、こうした構成の超電導線材の製造装置１において、たとえば金型２が圧延ロールなどによる圧延加工では、線材原料３は長手方向には伸びるが、幅方向には殆ど伸びない。すなわち、一方向（長手方向）への伸びが大きいために、結晶粒が平面的に成長することが阻害されてしまうという問題がある。
プレス加工では、線材原料３が圧延加工に比べれば幅方向に伸びることから臨界電流密度は比較的高くはなるが、幅方向への伸びはまだ十分ではなく、結晶粒が大きくは配向しないという問題がある。
スエージング加工でも、長さ方向および幅方向に均一に線材原料３を延展することが困難であるという問題がある。
したがって、従来の超電導線材の製造装置１ないし製造方法では、必要な臨界電流密度を十分に得ることが困難であるという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような諸問題にかんがみなされたもので、超電導線材としての臨界電流密度を向上させることが可能な超電導線材の製造方法およびその製造装置を提供することを課題とする。
【０００７】
また本発明は、圧延、プレス、スエージングその他の延展加工により線材原料を長手方向のみではなく幅方向にも十分に延展させることが可能な超電導線材の製造方法およびその製造装置を提供することを課題とする。
【０００８】
また本発明は、超電導線材の結晶粒を同一方向に配向させることが可能な超電導線材の製造方法およびその製造装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、圧延、あるいはプレスやスエージングなどの中間加工において、銅あるいはステンレスなどの金属板に超電導線材の線材原料を挟み、金型の間において一緒に加工することに着目したもので、第一の発明は、超電導粉末をシース材に収容して線材原料とするとともに、この線材原料を金型の間において延展することにより超電導線材とする超電導線材の製造方法であって、上記金型よりも柔らかいとともに上記シース材よりも硬い金属板の間に上記線材原料を挟んだ上で上記金型により加工することを特徴とする超電導線材の製造方法である。
【００１０】
上記金属板の厚さは、これを０．０１〜５．０ｍｍとすることができる。
【００１１】
上記金型による延展工程と、上記超電導粉末の焼成工程とを繰り返し行うことができる。
【００１２】
第二の発明は、超電導粉末をシース材に収容して線材原料とするとともに、この線材原料を金型の間において延展することにより超電導線材とする超電導線材の製造装置であって、上記金型よりも柔らかいとともに上記シース材よりも硬い金属板を有し、この金属板の間に上記線材原料を挟んだ上で上記金型により加工することを特徴とする超電導線材の製造装置である。
【００１３】
上記金属板の硬さは、シース材よりも硬く金型よりも柔らかいもので、たとえばビッカース硬度で７０〜３００が望ましい。
【００１４】
本発明による超電導線材の製造方法およびその製造装置においては、金型と線材原料との間に、金型より柔らかくかつ線材原料のシース材よりは硬い金属板を介在させたので、金型による圧力が金属板を介してシース材にかかり、このシース材に均一な圧力を作用させることができる。
すなわち、シース材（線材原料）を金属板と一緒に加工することにより、幅方向にも伸びることになり、結果として長手方向および幅方向ともに均一に延展させることができる。
したがって、超電導粉末の結晶粒を同一方向に配向させ、臨界電流密度を増加させることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施の形態による超電導線材の製造装置１０をその製造方法とともに図１ないし図７にもとづき説明する。ただし、図８と同様の部分には同一符号を付し、その詳述はこれを省略する。
図１は、超電導線材の製造装置１０の概略側面図であって、超電導線材の製造装置１０は、前記一対の金型２とともに一対の金属板１１を有する。
【００１６】
金属板１１としては、金型２より柔らかく、線材原料３のシース材４よりは硬い金属材料からこれを構成する。金型２は、たとえば工具鋼（ＳＫＤ）その他の特殊硬度鋼が採用されており、金属板１１としては、銅あるいはステンレスなどを採用する。
金属板１１の厚さは、これを０．０１〜５．０ｍｍとすることができる。
【００１７】
延展のための中間加工にあたっては、線材原料３を金属板１１の間に挟んだ上で、金属板１１とともに線材原料３を金型２により圧力をかける。
【００１８】
こうした構成の超電導線材の製造装置１０において、たとえば超電導粉末５として高温超電導線材であるＢｉ−２２２３線材用の超電導仮焼粉末をシース材４内に収容して、金属板１１で挟み、金型２による圧力をかける。
【００１９】
プレス加工では、金型２と線材原料３との間に位置する金属板１１も圧縮作用により同時に加工されて伸びるため、金属板１１の伸びに引きずられるようにして線材原料３（シース材４）も幅方向に大きく伸びることが可能となる。
なお図２の加工手順に示すように、圧力をかける延展工程および加熱する焼成工程を交互に任意の回数（たとえば３回）繰り返すことにより、超電導線材を製造可能である。
【００２０】
図３は、金型２としてプレスを用いて行った、金属板１１を用いない従来の製造装置１（図８）、および本発明による製造装置１０で金属板１１（たとえば銅板）を挟んで加工したときの線材原料３の幅方向の比較断面図であり、（１）はプレスののち焼成時間１００時間後の状態、（２）はさらにプレスののち追加して５０時間の焼成を行ったのちの状態、（３）はさらにプレスを行って５０時間の焼成を行ったのちの状態、をそれぞれ示す。
図示のように、本発明の場合には、従来の場合に比較して大きく幅方向に伸びていることがわかる。
また、コア（超電導粉末５）の部分の厚さも小さくなり、大きく配向していることがわかる。
【００２１】
さらに圧延加工では、柔らかい材料ほど長手方向に伸びやすく、幅方向には伸びにくい。換言すれば、硬い材料は長手方向より幅方向に伸びやすいものである。たとえばＢｉ−２２２３線材のシース材４は、銀（Ａｇ）あるいは銀合金であるために柔らかく、したがって、長手方向に伸びやすくなっている。
一方、たとえばステンレス板などの金属板１１とともに線材原料３を一緒に挟んで圧延加工することにより、ステンレス製の金属板１１がシース材４に比較してビッカース硬度で３倍以上も硬いため、金属板１１が幅方向に伸びるのに引きずられるようにしてシース材４は幅方向にも十分に伸びる。
また、金属板１１を挟んで加工することにより線材原料３に均一に力が加わることになる。
【００２２】
図４は、金型２として圧延ロールを用いて行った、金属板１１を用いない従来の製造装置１（図８）、および本発明による製造装置１０で金属板１１（たとえば銅およびステンレス）を挟んで加工したときの線材原料３の幅方向の比較断面図であって、（１）は従来の場合、（２）は金属板１１として銅板を用いた場合、（３）は金属板１１としてステンレス板を用いた場合、をそれぞれ示すものである。
図示のように、本発明の場合には、銅板およびステンレス板ともに、従来の場合より幅方向に伸びることができ、均一な加工により結晶粒が二次元的に成長していることがわかる。
なお、プレスの場合には、金属板１１として、より硬いステンレス板を用いた場合の方が、より柔らかい銅板を用いた場合より幅方向の伸びが大きいことがわかる。
【００２３】
図５は、従来の場合および本発明の場合による高温超電導線材（Ｂｉ−２２２３線材）の、温度７７Ｋ、磁場０Ｔにおける臨界電流密度をそれぞれ示す図表であって、金属板１１（ステンレス板および銅板）の厚さをそれぞれ２．５ｍｍとした場合を示す。
本発明によれば、圧延およびプレスの場合とも従来の場合より臨界電流密度が１．５倍以上増加していることがわかる。
【００２４】
図６は、圧延およびプレスを行う金属板１１（ステンレス板および銅板）の厚さを０．００５〜０．８ｍｍまで変化させた場合の、温度７７Ｋ、磁場０Ｔにおける臨界電流密度Ｊｃをそれぞれ示す図表であって、従来の超電導線材の製造装置１（図８）は厚さゼロの場合として示してある。
図示のように、本発明によれば、金属板１１の厚さが０．０１ｍｍより厚い範囲において、圧延およびプレスいずれの加工処理によっても従来の製造方法に比較して臨界電流密度が増加していることがわかる。
【００２５】
図７は、図６と同様の、圧延およびプレスを行う金属板１１（ステンレス板および銅板）の厚さを１〜７ｍｍまで変化させた場合の、温度７７Ｋ、磁場０Ｔにおける臨界電流密度Ｊｃをそれぞれ示す図表であって、従来の超電導線材の製造装置１（図８）は厚さゼロの場合として示してある。
図示のように、本発明によれば、金属板１１の厚さが５ｍｍより薄い範囲において、圧延およびプレスいずれの加工処理によっても従来の製造方法に比較して臨界電流密度が増加していることがわかる。
なお、金属板１１の厚さが０．０８〜１ｍｍの間の範囲について、図６および図７には図示を省略してあるが、金型２の間に介在させる金属板１１の既述のような延展補助作用から考えて、かつまたその間の臨界電流密度が厚さ０．０８ｍｍおよび１ｍｍの場合に近接した値であることから、厚さがこの範囲の場合であっても同じく、圧延およびプレスいずれの加工処理によっても従来の製造方法に比較して臨界電流密度が増加していると考えられる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、金型と線材原料との間に、金型より柔らかく線材原料のシース材より硬い金属板を挟んで一緒に圧力をかけるようにしたので、線材原料の長さ方向および幅方向ともに均一な延展を可能とし、臨界電流密度を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による超電導線材の製造装置１０の概略側面図である。
【図２】同、加工手順の一例を示すフローチャート図である。
【図３】同、金型２としてプレスを用いて行った、金属板１１を用いない従来の製造装置１（図８）、および本発明による製造装置１０で金属板１１（たとえば銅板）を挟んで加工したときの線材原料３の幅方向の比較断面図である。
【図４】同、金型２として圧延ロールを用いて行った、金属板１１を用いない従来の製造装置１（図８）、および本発明による製造装置１０で金属板１１（たとえば銅およびステンレス）を挟んで加工したときの線材原料３の幅方向の比較断面図である。
【図５】同、従来の場合および本発明の場合による高温超電導線材（Ｂｉ−２２２３線材）の、温度７７Ｋ、磁場０Ｔにおける臨界電流密度Ｊｃをそれぞれ示す図表である。
【図６】同、圧延およびプレスを行う金属板１１（ステンレス板および銅板）の厚さを０．００５〜０．８ｍｍまで変化させた場合の、温度７７Ｋ、磁場０Ｔにおける臨界電流密度Ｊｃをそれぞれ示す図表である。
【図７】同、図６と同様の、圧延およびプレスを行う金属板１１（ステンレス板および銅板）の厚さを１〜７ｍｍまで変化させた場合の、温度７７Ｋ、磁場０Ｔにおける臨界電流密度Ｊｃをそれぞれ示す図表である。
【図８】従来の超電導線材の製造装置１の概略側面図である。
【符号の説明】
１  超電導線材の製造装置（図８）
２  一対の金型
３  線材原料
４  線材原料３のシース材
５  線材原料３の超電導粉末
１０  超電導線材の製造装置（実施の形態、図１）
１１  一対の金属板（たとえば銅板、ステンレス板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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