(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属マトリクスと、この金属マトリクス中に埋設された複数本の超電導フィラメントとを具備する交流用酸化物超電導丸線材であって、熱処理を施した後のツイスト加工により、前記超電導フィラメントに、下記式を満たすツイストピッチＬｐ でツイストを施したことを特徴とする交流用酸化物超電導線材。
２Ｌｃ１＜Ｌｐ ≦２Ｌｃ２
Ｌｃ１＝２｛（２ρ・ｄf ・Ｊｃ ）／（μ０ ・ｄＨ／ｄｔ）｝１／２
Ｌｃ２＝２｛（２ρ・ｄｂ ・Ｊｃｂ）／（μ０ ・ｄＨ／ｄｔ）｝１／２
（式中、ρは金属マトリクスの比抵抗（Ω・ｍ）、ｄf は超電導フィラメントの径（ｍ）、ｄｂ は超電導フィラメント群の径（ｍ）、Ｊｃ は超電導フィラメントの臨界電流密度（Ａ／ｍ２）、Ｊｃｂは超電導フィラメント群の臨界電流密度（Ａ／ｍ２）、μ０ は真空の透磁率（Ｈ／ｍ）、ｄＨ／ｄｔは磁界の変化速度（Ａ／ｍ／ｓｅｃ））
【請求項２】
金属マトリクスと、この金属マトリクス中に埋設された複数本の超電導フィラメントとを具備する交流用酸化物超電導テープ線材であって、熱処理を施した後のツイスト加工により、前記超電導フィラメントに、下記式を満たすツイストピッチＬｐ でツイストを施したことを特徴とする交流用酸化物超電導線材。
２Ｌｃ１＜Ｌｐ ≦２Ｌｃ２
Ｌｃ１＝２｛（２ρ・ｄｆｔ・Ｊｃ ）／（μ０・ｄＨ／ｄｔ）｝１／２
Ｌｃ２＝２｛（２ρ・ｄｂｔ・Ｊｃｂ）／（μ０・ｄＨ／ｄｔ）｝１／２
（式中、ρは金属マトリクスの比抵抗（Ω・ｍ）、ｄｆｔは超電導フィラメントの厚さ（ｍ）、ｄｂｔは超電導フィラメント群の厚さ（ｍ）、Ｊｃ は超電導フィラメントの臨界電流密度（Ａ／ｍ２ ）、Ｊｃｂは超電導フィラメント群の臨界電流密度（Ａ／ｍ２ ）、μ０は真空の透磁率（Ｈ／ｍ）、ｄＨ／ｄｔは磁界の変化速度（Ａ／ｍ／ｓｅｃ））
【請求項３】
酸化物超電導体又はその前駆体の圧縮粉体からなる複数本の棒状体を、マトリクス金属中に配置して、伸線加工を施す工程と、該伸線加工を施した複合線材に熱処理を施す工程と、該熱処理を施した複合線材にツイスト加工を施す工程と、該ツイスト加工を施した複合線材を伸線加工または圧延加工と熱処理とを繰り返して施す工程とを具備することを特徴とする、請求項１または２に記載の交流用酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項４】
中心部材の周囲に、複数本の、請求項１または請求項２に記載の交流用酸化物超電導線材を、複数層にわたって配置してなる交流用酸化物超電導ケーブルであって、前記Ｌｐ を、外層にいくほど前記２Ｌｃ１に近く設定し、かつ内層にいくほど前記２Ｌｃ２に近く設定したことを特徴とする交流用酸化物超電導ケーブル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化物超電導線材に係り、特に、臨界電流が大きく、交流損失を低減した交流用酸化物超電導線材、その製造方法、及び交流用酸化物超電導線材ケーブルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属マトリクス中に多数本の超電導フィラメントを埋設した酸化物超電導線材において、交流損失を低減する方法としては、各超電導フィラメントの径を小さくすること、および金属マトリクスの比抵抗を大きくすることのほかに、各超電導フィラメントにかけるツイストのピッチを小さくすることが知られている。
【０００３】
ここで、ツイストピッチの大きさと交流損失との関係について説明する。
図１０は、結合電流を説明する図である。図１０において、参照符号１は超電導フィラメント、２は金属マトリクスをそれぞれ示す。
【０００４】
超電導体に磁場をかけると、遮蔽電流がループ状に流れて、磁束が内部に侵入するのを妨げる。多芯化の目的は、磁束が内部に侵入するのを容易にし、遮蔽電流が個々の超電導フィラメントで還流するようにして安定性を高めるものであるが、そのような多芯線でも、磁場をかけた直後は、図１０（ａ）に矢印で示すように、超電導フィラメント１，１間の金属マトリクス２の部分を介して遮蔽電流が流れ得る。この遮蔽電流は、金属マトリクス２の抵抗によっていずれ減衰するものであるが、線材が長くなると、遮蔽電流ループのインダクタンスが大きくなり、遮蔽電流の減衰に時間がかかってしまう。この状態を電磁気的結合と呼び、この結合状態にあるときは、あたかも一体の超電導体のようにふるまい、多芯化した効果がなくなってしまう。
【０００５】
この電磁気的結合を少なくするには、超電導フィラメント１にツイストを施すのが有効である。ツイストを施すと、図１０（ｂ）に示すように、遮蔽電流はツイストピッチの１／２の領域で還流することになり、遮蔽電流ループのインダクタンスが小さくなって、遮蔽電流の減衰が早められる。そして、その減衰速度が磁場の変動周期より短くなれば、上記のような結合状態になることが防止される。遮蔽電流の減衰が磁場の変動周期より短くなる臨界長さＬc は、金属マトリクス２の比抵抗ρ、超電導フィラメント１の径ｄf 、臨界電流密度Ｊc 、外部磁界の変化速度ｄＨ／ｄｔによって決定され、以下の式により表わされる。
【０００６】
Ｌc ＝２｛（２ρ・ｄf ・Ｊc ）／（μo ・ｄＨ／ｄｔ）｝1/2
すなわち、この臨界長さＬc の２倍以下のピッチで超電導フィラメント１にツイストを施すことにより、結合電流が流れるのを防止して、交流損失を低減させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、酸化物超電導線材においては、臨界長さＬc の２倍以下のピッチで超電導フィラメント１にツイストを施すのは、非常に困難であるという問題がある。例えば、一般的な酸化物超電導線材である、比抵抗２．５×１０-9Ω・ｍの銀を金属マトリクス２とした酸化物超電導多芯テープ線材（テープ厚さ０．２５ｍｍ、テープ幅３ｍｍ、超電導フィラメント厚さ１５μｍ、臨界電流密度Ｊc ＝１０4 Ａ／ｃｍ2 ）に、変化速度μo ・ｄＨ／ｄｔ＝１．２Ｔ／ｓｅｃの交流磁場が、線材長手方向に対して直角方向で、線材の幅広面に対して平行方向から印加された場合、臨界長さＬc は５ｍｍとなり、ツイストピッチはその２倍の１０ｍｍ以下にする必要がある。しかも、実際の大電流の交流ケーブルや高磁場発生の交流コイル等においては、さらに厳しい磁場条件となるために、臨界長さＬc はさらに小さくなる。
【０００８】
しかし、実用サイズの酸化物超電導線材に、このように短い臨界長さＬc の２倍以下のピッチで、ツイストを施すことは極めて困難である。そのため、従来の酸化物超電導線材では、Ｌc の２倍以下のピッチでツイスト加工ができない場合は、超電導フィラメント１の電磁気的結合によって交流損失が増大するので、ツイストによる交流損失低減効果は期待できないと考えられていた。
【０００９】
一方、中心部材に交流用酸化物超電導線材を複数層にわたって複数本巻き付けてなる交流用酸化物超電導ケーブルがある。このような交流用酸化物超電導ケーブルにおいて、各層のインピーダンス（抵抗とインダクタンスの和）が異なる場合、インピーダンスの小さい層ほど交流電流が多く流れるため、偏流が生じ、異常な交流損失の増大を引き起こす。各層のインピーダンスを揃えるため、各層のインダクタンス成分のみを調整し、揃えるための様々な方法があるが、各層の抵抗成分を揃える実用的な方法は、これまで知られていない。
【００１０】
ここで、各層のインダクタンスを揃え、それによって各線材の臨界電流に対する通電電流の比を等しくし、各層の通電電流密度を等しくした場合について考察する。外側の層ほど自己磁界が強く、磁化による交流損失（抵抗成分）が大きくなるので、インダクタンス成分がたとえ等しくても、インピーダンスが大きくなってしまう。従って、相対的にインピーダンスの小さい内層に配置された線材に多くの電流が流れ、内層の交流損失が大きくなる。すると今度は、相対的にインピーダンスの小さくなる外層に配置された線材に多くの電流が流れるようになり、偏流現象が継続して起こるであろう。これは、ケーブル全体の異常な交流損失の増大を引き起こすことになる。
【００１１】
本発明は、以上のような事情の下でなされ、臨界電流の低下を抑えるとともに、交流損失を大幅に低減させた交流用酸化物超電導線材を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の他の目的は、臨界電流の低下を抑えるとともに、交流損失を大幅に低減させた交流用酸化物超電導線材の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の更に他の目的は、臨界電流の低下を抑えるとともに、交流損失を大幅に低減させた交流用酸化物超電導ケーブルを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明者は、鋭意、研究を重ねた結果、超電導フィラメントツイストピッチを所定範囲内とすることにより、ツイストを容易に行うことが出来るとともに、臨界電流の低下を抑えつつ、交流損失を低減し得ることを見出だした。本発明は、かかる知見に基づくものである。
【００１４】
即ち、本発明（請求項１）は、金属マトリクスと、この金属マトリクス中に埋設された複数本の超電導フィラメントとを具備する交流用酸化物超電導丸線材であって、熱処理を施した後のツイスト加工により、前記超電導フィラメントに、下記式を満たすツイストピッチＬｐ でツイストを施したことを特徴とする交流用酸化物超電導線材を提供する。
【００１５】
２Ｌｃ１＜Ｌｐ ≦２Ｌｃ２
Ｌｃ１＝２｛（２ρ・ｄf ・Ｊｃ ）／（μ０ ・ｄＨ／ｄｔ）｝１／２
Ｌｃ２＝２｛（２ρ・ｄｂ ・Ｊｃｂ）／（μ０ ・ｄＨ／ｄｔ）｝１／２
（式中、ρは金属マトリクスの比抵抗（Ω・ｍ）、ｄf は超電導フィラメントの径（ｍ）、ｄｂ は超電導フィラメント群の径（ｍ）、Ｊｃ は超電導フィラメントの臨界電流密度（Ａ／ｍ２）、Ｊｃｂは超電導フィラメント群の臨界電流密度（Ａ／ｍ２）、μ０ は真空の透磁率（Ｈ／ｍ）、ｄＨ／ｄｔは磁界の変化速度（Ａ／ｍ／ｓｅｃ））
また、本発明（請求項２）は、金属マトリクスと、この金属マトリクス中に埋設された複数本の超電導フィラメントとを具備する交流用酸化物超電導テープ線材であって、熱処理を施した後のツイスト加工により、前記超電導フィラメントに、下記式を満たすツイストピッチＬｐ でツイストを施したことを特徴とする交流用酸化物超電導線材を提供する。
【００１６】
２Ｌc1＜Ｌp ≦２Ｌc2
Ｌc1＝２｛（２ρ・ｄft・Ｊc ）／（μo ・ｄＨ／ｄｔ）｝1/2
Ｌc2＝２｛（２ρ・ｄbt・Ｊcb）／（μo ・ｄＨ／ｄｔ）｝1/2
（式中、ρは金属マトリクスの比抵抗（Ω・ｍ）、ｄftは超電導フィラメントの厚さ（ｍ）、ｄbtは超電導フィラメント群の厚さ（ｍ）、Ｊc は超電導フィラメントの臨界電流密度（Ａ／ｍ2 ）、Ｊcbは超電導フィラメント群の臨界電流密度（Ａ／ｍ2 ）、μo は真空の透磁率（Ｈ／ｍ）、ｄＨ／ｄｔは磁界の変化速度（Ａ／ｍ／ｓｅｃ））
更に、本発明（請求項３）は、酸化物超電導体又はその前駆体の圧縮粉体からなる複数本の棒状体を、マトリクス金属中に配置して、伸線加工を施す工程と、該伸線加工を施した複合線材に熱処理を施す工程と、該熱処理を施した複合線材にツイスト加工を施す工程と、該ツイスト加工を施した複合線材を伸線加工または圧延加工と熱処理とを繰り返して施す工程とを具備することを特徴とする交流用酸化物超電導線材（請求項１または２）の製造方法を提供する。ここで、前駆体とは、後処理により酸化物超電導体となり得るものを言う。
【００１７】
更にまた、本発明（請求項４）は、中心部材の周囲に、複数本の交流用酸化物超電導線材（請求項１または請求項２）を、複数層にわたって配置してなる交流用酸化物超電導ケーブルであって、前記Ｌp を、外層にいくほど前記２Ｌc1に近く設定し、かつ内層にいくほど前記２Ｌc2に近く設定したことを特徴とする交流用酸化物超電導ケーブルを提供する。
【００１８】
本発明の交流用酸化物超電導線材の特徴は、超電導フィラメントのツイストピッチＬp を、式２Ｌc1＜Ｌp ≦２Ｌc2を満たすようにしたことにあるが、臨界電流が低下しない程度のピッチで、できるだけ２Ｌc1に近く設定することが望ましい。
【００１９】
なお、Ｌp が２Ｌc1以下では、ツイストを施すことが非常に困難となり、また、臨界電流が低下し易くなる。一方、２Ｌc2を越えると、交流損失を低減するという本発明の効果を得ることが出来ない。
【００２０】
本発明の交流用酸化物超電導線材に使用可能な酸化物超電導体の種類は、特に限定されないが、好ましいものとして、ビスマス系、イットリウム系、タリウム系等の臨界温度の高い超電導体等を挙げることが出来る。
【００２１】
また、本発明の交流用酸化物超電導線材に使用可能な金属マトリクスとしては、銀、またはＡｇ−Ａｕ、Ａｇ−Ｃｕ、Ａｇ−Ｍｇなどの銀合金等を挙げることができる。
【００２２】
更に、本発明の交流用酸化物超電導ケーブルに使用可能な中心部材としては、ステンレス製やアルミニウム製の可とう性のある中空部材等を挙げることができる。
【００２３】
また、本発明の交流用酸化物超電導ケーブルにおいて、各層の電流密度を一様にするために、各層間に絶縁材を介在させることが好ましく、そのような絶縁材として、ポリイミド系のフィルム等を挙げることができる。
【００２４】
以上のように構成される本発明の交流用酸化物超電導線材によれば、酸化物超電導線材の超電導フィラメントのツイストピッチを所定範囲内としているので、ツイストを容易に施すことができるとともに、臨界電流の低下を抑えつつ、交流損失を低減することが可能である。
【００２５】
また、本発明の交流用酸化物超電導線材の製造方法によれば、ツイスト加工を施す前に加熱処理を施しているので、酸化物超電導線材に小ピッチのツイストを施した際の臨界電流の低下を抑えることが可能である。
【００２６】
さらに、本発明の交流用酸化物超電導ケーブルによると、ケーブルの定格通電時において各層の線材の交流損失が等しくなるようにツイストピッチを選択した交流用酸化物超電導線材を用いているので、各層の通電電流が偏流するのを抑制し、異常な交流損失の増大を防止することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る酸化物超電導丸線材を示す図であり、図１（ａ）は、断面構造を示し、図１（ｂ）は、酸化物超電導丸線材の内の１本の超電導フィラメントのツイスト状態を示している。
【００２８】
図１において、超電導フィラメント１は、酸化物超電導体からなり、その複数本を、銀等よりなる金属マトリクス２中に埋め込むことにより、酸化物超電導体が構成されている。そして、金属マトリクス２に埋め込まれている各超電導フィラメント１は、所定のピッチＬp でツイストが施されている。この酸化物超電導丸線材の臨界長さＬc は、下記式で与えられる。
【００２９】
Ｌc ＝２｛（２ρ・ｄf ・Ｊc ）／（μo ・ｄＨ／ｄｔ）｝1/2
一方、このような超電導線材においては、マトリクス比（超電導フィラメントの体積を１としたときの金属マトリクスの体積比）を小さくするほど臨界電流を大きくすることができ、また、フィラメント径を小さくするほど交流損失が小さくなることが知られている。そこで、マトリクス比を小さくしながら、フィラメント径を小さくし、その分、超電導フィラメントの本数を多くすると、超電導フィラメント同士の間隔が小さくなる。そのような線材に伸線加工や熱処理を施すと、超電導フィラメントが変形して、部分的に超電導フィラメント同士が非常に接近したり、接触したりする。これは、外部磁界中で電磁気的にフィラメントが結合し易い部分とそうでない部分をつくり、超電導フィラメントの径が実質的に大きくなって、等価的なフィラメント径ｄeff が実際のフィラメント径ｄf よりも大きくなること、等価的な臨界電流密度ＪceffがフィラメントのＪc よりも小さくなることに相当する。その結果、等価的な臨界長さＬceffが大きくなって、下記式に示すようになる
Ｌceff＝２｛（２ρｄeff ・Ｊceff）／（μo ・ｄＨ／ｄｔ）｝1/2
等価的なフィラメント径ｄeff は、超電導フィラメント１の実際のフィラメント径ｄf と超電導フィラメント群の径ｄb の間の値となる。また、ＪceffがＪc とＪcbの間の値となる。したがって、等価的な臨界長さＬceffは、次のＬc1とＬc2の間の値となる。
【００３０】
Ｌc1＝２｛（２ρ・ｄf ・Ｊc ）／（μo ・ｄＨ／ｄｔ）｝1/2
Ｌc2＝２｛（２ρ・ｄb ・Ｊcb）／（μo ・ｄＨ／ｄｔ）｝1/2
ただし、ｄb は超電導フィラメント群の径（ｍ）、Ｊcbは超電導フィラメント群の臨界電流密度（Ａ／ｍ2 ）である。
【００３１】
上記式に示すように、Ｌc1およびＬc2は、線材が使用される磁界の変化速度を考慮して求められるものである。
なお、超電導フィラメント１の径ｄf は、実測してもよいが、下記式によっても与えられる。
【００３２】
ｄf ＝ｄ／｛（１＋λ）Ｎ｝1/2
（式中、ｄは線材の外径（ｍ）、λはマトリクス比、Ｎは超電導フィラメント１の本数を示す。）
また、臨界電流密度Ｊc は、下記式により与えられる。
【００３３】
Ｊc ＝Ｉc （１＋λ）／（πｄ2 ／４）
（式中、Ｉc は線材の臨界電流（Ａ）である。）
そしてまた、超電導フィラメント群の臨界電流密度Ｊcbは、下記式により与えられる。
【００３４】
Ｊcb＝Ｉc ／（πｄb 2 ／４）
図２は、本発明の他の実施形態に係る酸化物超電導テープ線材を示す図である。このような酸化物超電導テープ線材においても、超電導フィラメント１にピッチＬp でツイストが施されている。この場合、超電導フィラメント１の径ｄf の代わりに、その線材に印加される磁場に面した超電導フィラメント１の厚さｄftを用いる。また、超電導フィラメント群ｄb の径の代わりに、その線材に印加される磁場に面した超電導フィラメント群の厚さｄbtを用いる。
【００３５】
そして、超電導フィラメントの厚さｄftは、テープ線材が丸線材を圧延や伸線して成形される関係上、線材内の各超電導フィラメント１でばらつきが出るため、平均的な値を式を用いて求める。
【００３６】
本願発明において、線材超電導フィラメントおよび超電導フィラメント群の厚さとは、ツイストピッチの方向（臨界長さの方向、線材の長さ方向）と使用時に加わる変動磁界の方向とを含む面に対して直交する方向に計測した寸法を言う  （図１，２，７〜９参照）。
【００３７】
超電導フィラメント１の厚さｄftは、下記式により与えられる。
ｄft＝ｔ／｛（１＋λ）Ｎ｝1/2
（式中、ｔは線材の厚さ（ｍ）である。）
また、臨界電流密度Ｊc は、下記式により与えられる。
【００３８】
Ｊc ＝Ｉc （１＋λ）／ｔｗ
（式中、ｗは線材の幅（ｍ）である。）
更に、超電導フィラメント群の臨界電流密度Ｊcbは、下記式により与えられる。
【００３９】
Ｊcb＝Ｉc ／ｄbtｄbw
（式中、ｄbt，ｄbwは、それぞれ超電導フィラメント群の厚さ及び幅である。）
なお、超電導フィラメント群の径および厚さは、以下のようにして求めることができる。
【００４０】
（１）線材の断面をとって実測する。
一方の超電導フィラメントと、これと１８０°回転対象の位置にある超電導フィラメントの外側間の距離を、群の径および厚さとする（図１（ａ），図２（ａ）参照）。
【００４１】
超電導フィラメント群の厚さは、線材の長さ方向と直交する断面中、最も厚い部分で実測した値を用いる。その理由は、厚い部分が錯交する磁束が最も多く、線材の交流損失の大きさには、この部分の影響が最も大であるからである。
【００４２】
（２）計算により算出する。
ここで丸線材を例にとって説明する。
交流用酸化物超電導線材を製造する際に最後に用いた管の外径寸法（Ｄ0 ）で、その中に納められた線材の集合体の外径Ｄi を除した値に、最終線材の外径ｄをかけることにより算出する。ｄb ＝ｄ×Ｄi ／Ｄ0
なお、納められた線材の集合体の外径Ｄi の代わりに、最後に用いた管の内径（直径）を用いて概算することもできる。
【００４３】
【実施例】
実施例１
（Ｂｉ＋Ｐｂ）：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：２：３の組成に調製された酸化物超電導体の圧縮混合粉体を外径１０ｍｍの棒状に成形し、内径１０．５ｍｍ、外径１５ｍｍの銀管に挿入し、複合体を得た。この複合体を伸線機によって対辺寸法２．０ｍｍの六角線材に加工した。この六角線材１９本を内径１１ｍｍ、外径１５ｍｍの銀管に挿入し、線径１．５ｍｍまで伸線加工を施した。
【００４４】
次いで、３００℃×１時間の熱処理を施した後、３ｍｍ〜９０ｍｍのピッチでツイスト加工を施した。その後、圧延または伸線と熱処理を繰り返し、厚さ０．２４ｍｍ，幅３．３ｍｍのテープ線材と、外径１ｍｍの丸線材とに加工した。この時のテープ線材のフィラメント厚さは２６μｍであり、丸線材のフィラメント径は１１０μｍであった。また、銀比は３．５であり、最終的なツイストピッチは７ｍｍ〜２００ｍｍとなった。
【００４５】
実施例２
中心部材に実施例１で示した手順で作製した、複数本の酸化物超電導テープ線３を、複数層にわたって巻き付けて、交流用酸化物超電導ケーブルを作製した。即ち、図３に示すように、外径３０ｍｍφの中心部材４に、酸化物超電導テープ３を、各層間に厚さ０．３５ｍｍの絶縁材５を介在させて、螺旋状に５層巻き付け、外径３５．２ｍｍφの酸化物超電導ケーブルを作製した。
【００４６】
この酸化物超電導ケーブルでは、最内層の１層目から最外層の５層目まで、順に２９，３０，３１，３２，３３枚の酸化物超電導テープ３が配置されており、合計１５５枚のテープ線３を使用した。ケーブルの臨界電流をテープ線の臨界電流の本数倍で見積もると、２３２５Ａとなる。このケーブルの定格交流通電電流（５０Ｈｚ）をピーク値１０００Ａに設定し、定格通電時の磁場計算を各素線の通電電流が同じ場合（各層の通電電流密度が同じ場合）について行った。求めた各層の酸化物超電導テープ３に印加される平均的な磁場変化速度から、それぞれのテープに対するＬc1とＬc2を求めた。
【００４７】
各層のテープ線材の超電導フィラメントの電磁気的結合状態を調節し、それらの交流損失が等しくなるように各層のテープのツイストピッチを最内層の１層目から最外層の５層目まで順に、４４ｍｍ，２３ｍｍ，１６ｍｍ，１２ｍｍ，９ｍｍに設定した。これらのツイストピッチは、外層ほど２Ｌc1に近く、かつ内層ほど２Ｌc2に近くなるように設定されている。
【００４８】
従来例
（Ｂｉ＋Ｐｂ）：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：２：３の組成に調製された酸化物超電導体の圧縮混合粉体を、外径１０ｍｍの棒状に成形し、内径１０．５ｍｍ、外径１５ｍｍの銀管に挿入し、複合体を得た。この複合体を伸線機によって対辺寸法２．０ｍｍの六角線材に加工した。この六角線材１９本を、内径１１ｍｍ、外径１５ｍｍの銀管に挿入し、線径１．５ｍｍまで伸線加工を施した。
【００４９】
その後、圧延または伸線と熱処理を繰り返し、厚さ０．２４ｍｍ，幅３．３ｍｍのテープ線材と、外径１ｍｍの丸線材とに加工した。この時のテープ線材のフィラメント厚さは２６μｍ、丸線材のフィラメント径は１１０μｍ、銀比は３．５であった。
【００５０】
比較例
（Ｂｉ＋Ｐｂ）：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：２：３の組成に調製された酸化物超電導体の圧縮混合粉体を、外径１０ｍｍの棒状に成形し、内径１０．５ｍｍ、外径１５ｍｍの銀管に挿入し、複合体を得た。この複合体を伸線機によって対辺寸法２．０ｍｍの六角線材に加工した。この六角線材１９本を、内径１１ｍｍ、外径１５ｍｍの銀管に挿入し、線径１．５ｍｍまで伸線加工を施した。次いで、熱処理なしで、３ｍｍ〜９０ｍｍのピッチでツイスト加工を施した。
【００５１】
その後、圧延または伸線と熱処理を繰り返し、厚さ０．２４ｍｍ，幅３．３ｍｍのテープ線材と、外径１ｍｍの丸線材とに加工した。この時のテープ線材のフィラメント厚さは２６μｍで、丸線材のフィラメント径は１１０μｍであった。また、銀比は３．５であり、最終的なツイストピッチは７ｍｍ〜２００ｍｍとなった。
【００５２】
作製した線材の交流損失を磁化法を用いて測定した。測定条件は、磁場振幅を３０ｍＴに固定し、周波数を変えることによって、磁場変化速度μo ・ｄＨ／ｄｔを変化させた。サンプルは、長さ４０ｍｍの線材を７５本束ねたもので、線材間は絶縁すると共に、サンプルの端部は超電導フィラメント同士の接触がないように研磨した。なお、変動磁場は線材長手方向に対して垂直に印加し、テープ線材の幅広面に対して平行に印加した。一方、臨界電流（自己磁場、７７Ｋ）を４端子法で測定した。また、臨界電流は電圧タップ間に１μＶ／ｃｍの電圧が発生したときの電流値で定義した。
【００５３】
図４に、実施例のテープ線材の交流損失のツイストピッチ依存性を、従来例の交流損失で規格化して示す。図４において、点線Ａはμo ・ｄＨ／ｄｔ＝１Ｔ／ｓにおける２Ｌc1、点線Ｂはμo ・ｄＨ／ｄｔ＝１Ｔ／ｓにおける２Ｌc2、実線Ｃはμo ・ｄＨ／ｄｔ＝０．１Ｔ／ｓにおける２Ｌc1、実線Ｄはμo ・ｄＨ／ｄｔ＝０．１Ｔ／ｓにおける２Ｌc2をそれぞれ示している。
【００５４】
なお、２Ｌc1、２Ｌc2は、以下のようなテープ線材の各パラメーターの計算結果を基に求めた。
Ｊc ＝１５×｛１／（０．２４×３．３×１０-6）｝×（１＋３．５）
＝８５．２×１０6 ［Ａ／ｍ2 ］
ｄf ＝２６×１０-6［ｍ］
λb ＝（１５2 −１０．５2 ）／１０2 ＝１．１４８
Ｊcb＝１５×｛１／（０．２４×３．３×１０-6）｝×（１＋１．１４８）
＝４０．７×１０6 ［Ａ／ｍ2 ］
ρ＝２．５×１０-9（Ω・ｍ）
（７７Ｋにおける銀の比抵抗）
ｄf ＝ｔ／｛（１＋λ）Ｎ｝1/2
＝０．２４×１０-3／｛（１＋３．５）×１９｝1/2
＝２．６×１０-5ｍ＝２６μｍ
なお、λb は、フィラメント群の面積を１としたときのマトリクス部分の面積を示す。
【００５５】
これらのパラメータを下記式に代入することにより、臨界長さＬc を求めることができる。
Ｌc ＝２｛（２ρ・ｄf ・Ｊc ）／（μo ・ｄＨ／ｄｔ）｝1/2
（１）μo ・ｄＨ／ｄｔ＝１Ｔ／ｓにおける２Ｌc1は、０．０１３３
図４において、点線Ａで示される。
【００５６】
（２）μo ・ｄＨ／ｄｔ＝１Ｔ／ｓにおける２Ｌc2は、０．０２２８
図４において、点線Ｂで示される。
（３）μo ・ｄＨ／ｄｔ＝０．１Ｔ／ｓにおける２Ｌc1は、０．０４２
図４において、実線Ｃで示される。
【００５７】
（４）μo ・ｄＨ／ｄｔ＝０．１Ｔ／ｓにおける２Ｌc2は、０．０７２
図４において、実線Ｄで示される。
図４から明らかなように、μo ・ｄＨ／ｄｔ＝１Ｔ／ｓのときも、μo ・ｄＨ／ｄｔ＝０．１Ｔ／ｓのときも、２Ｌc1＜Ｌp ＜２Ｌc2の領域でツイストピッチが小さくなるほど交流損失が小さくなっている。また、磁場変化速度μo ・ｄＨ／ｄｔが大きくなるほど、Ｌc1，Ｌc2が小さくなる側にシフトするので、フィラメントの電磁的結合が顕著となり、交流損失が増大しているのが分かる。このように、Ｌc1の２倍より大きいツイストピッチであっても、Ｌc2の２倍以下のピッチであれば、フィラメントの電磁的結合による交流損失の増大を抑制することができる。
【００５８】
以上の交流損失の低域効果は、丸線材においても同様に確認された。
次に、図５に、実施例と比較例における臨界電流のツイストピッチ依存性を、それぞれのツイストを施さない場合の臨界電流で規格化して示す。なお、ツイストを施さない状態での臨界電流は、実施例のテープ線材が１５Ａ、実施例の丸線材が５Ａで、比較例のテープ線材と丸線材の臨界電流もそれらとほぼ同じであった。
【００５９】
図５から明らかなように、実施例のテープ線材においては、ツイストピッチが小さくなっても臨界電流の低下はほとんどなく、ほぼ一定である。それに対して、比較例のテープ線材においては、ピッチが約２０ｍｍ以下の領域では、ツイストピッチが小さくなるほど臨界電流が小さくなっている。同様に、実施例における丸線材の臨界電流も、ツイストピッチが小さい場合においても臨界電流の低下がほとんどない。これに対して、比較例の丸線材は、ピッチが約１５ｍｍ以下で臨界電流の低下が生じている。このことから、ツイスト加工前の適度な熱処理は、ツイスト加工性を向上させ、線材のツイストによる臨界電流の低下を抑制していることが分かる。
【００６０】
なお、ツイスト加工前の熱処理の温度及び時間として、上記実施例では、それぞれ３００℃，１時間としたが、必ずしもそれに限定されず、加熱温度は２００℃〜４００℃、加熱時間は３時間以下の範囲で適宜最適な温度及び時間を設定するのが望ましい。
【００６１】
一方、実施例２で示した酸化物超電導ケーブルの定格通電（１０００Ａ）時の交流損失をロックインアンプを用いた４端子法により測定した。ケーブルの交流損失の測定値は、素線における通電損失と磁化損失の計算値を、使用した素線の本数倍した値とほぼ一致した。これは、各層の交流損失がほぼ等しくなることによって各層における偏流が抑制されたため異常な交流損失の増大が発生しなかったためであると考えられる。
【００６２】
実施例３
中心部材に複数本の素線を絶縁材を介して複数層にわたって巻き付けたケーブルの種々の例を図６〜図９に示す。図６〜図９において、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図、（ｃ），（ｄ）は線材１本を取り出して示す斜視図である。なお、図６は、丸線材を用いた例、図７〜図９は、テープ線材を用いた例をそれぞれ示す。また、図中、Ｂは外部磁界（変動磁界の方向）、ｉは電流をそれぞれ示す。
【００６３】
図６は、円筒状の中心部材に複数本の丸棒線材を複数層にわたって巻き付けたケーブル、図７は、円筒状の中心部材に複数本のテープ線材を、テープの幅広の面が中心部材に接するように、複数層にわたって巻き付けたケーブル、図８は、円筒状の中心部材に複数本のテープ線材を、テープの幅狭の面が中心部材に接するように、放射状に、複数層にわたって巻き付けたケーブル、図９は、平板状の中心部材の周囲に、複数本のテープ線材を、複数層にわたって配置したケーブルをそれぞれ示す。なお、図９（ｃ）は、中心部材の上下面に配置された１本のテープ線材を、図９（ｄ）は、中心部材の側方に配置された１本のテープ線材をそれぞれ示す。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の交流用酸化物超電導線材によれば、酸化物超電導線材の超電導フィラメントのツイストピッチを所定範囲内としているので、ツイストを容易に施すことができるとともに、臨界電流の低下を抑えつつ、交流損失を低減することが可能である。
【００６５】
また、本発明の交流用酸化物超電導線材の製造方法によれば、ツイスト加工を施す前に加熱処理を施すことにより、酸化物超電導線材に小ピッチのツイストを施した際の臨界電流の低下を抑えることが可能である。
【００６６】
さらに、本発明の交流用酸化物超電導ケーブルによると、ケーブルの定格通電時において各層の線材の交流損失が等しくなるようにツイストピッチを選択した交流用酸化物超電導線材を用いているので、各層の通電電流が偏流するのを抑制し、異常な交流損失の増大を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る酸化物超電導丸線材を示す図。
【図２】本発明の他の実施形態に係る酸化物超電導テープ線材を示す図。
【図３】本発明の更に他の実施形態に係る酸化物超電導ケーブルを示す図。
【図４】ツイストピッチに対する交流損失の変化を示す特性図。
【図５】ツイストピッチに対する臨界電流の変化を示す特性図。
【図６】本発明の酸化物超電導ケーブルの一例を示す図。
【図７】本発明の酸化物超電導ケーブルの一例を示す図。
【図８】本発明の酸化物超電導ケーブルの一例を示す図。
【図９】本発明の酸化物超電導ケーブルの一例を示す図。
【図１０】酸化物超電導線材の結合電流を説明する図。
【符号の説明】
１…超電導フィラメント
２…金属マトリクス
３…超電導テープ線材
４…中心部材
５…絶縁材
【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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【図９】
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【図１０】
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