JP2003123557A - 酸化物超電導丸型線材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】線材化作業の容易性と加工工程の簡略化を図
り、製作作業の時間短縮とコスト低減を図るとともに、
酸化物フィラメントの短絡および乱れを防止し、電気的
特性の安定性維持向上を図る。 【解決手段】中実丸状金属材に、酸化物超電導線材を配
置する角状孔３ａ、３ｂ、３ｃを設けた角状孔枠４を形
成し、この角状孔枠４の角状孔３ａ、３ｂ、３ｃに酸化
物平板線材５ａ、または酸化物粉末材充填平角管材を配
置し、一体に伸線加工して酸化物超電導丸型線材１を製
作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体ヘリウム、液
体窒素、あるいは冷凍機等で作られる冷媒を用いて運転
する酸化物超電導装置、あるいは酸化物超電導ケーブル
に適用可能な酸化物超電導線材とその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、超電導材料として、冷却媒体に液
体ヘリウムを必要とする金属系超電導体が知られていた
が、近年になって液体窒素温度で超電導体となる酸化物
超電導体が発見され、以来その線材化、及び線材の長尺
化等の開発が進められている。酸化物超電導材の線材化
は、電流の流れやすい結晶面を並行に揃え、配向性を高
める必要があるとともに、高い臨界電流密度を得るため
に酸化物フィラメントの下地となる銀材との界面積を増
やすことからテープ線材が一般的であった。しかし、テ
ープ線材は、テープの厚みと幅を均一にしたり、ソレノ
イド状にコイル巻きすることが困難であるため、取扱い
が容易な丸型線材が求められている。最近では、内径８
ｍｍ、外径１２ｍｍの銀パイプに、厚み０．５ｍｍの銀
材で表面を被覆した直径３ｍｍの酸化アルミニウム棒を
挿入し、その直径３ｍｍの酸化アルミニウム棒と銀パイ
プ内径との隙間に仮焼結した酸化物超電導粉末材を充填
し、減面加工する工程を経て酸化物超電導線材化する製
造方法が特許公報第２８４４６３２号公報に記載されて
いる。また、銀パイプの中に、酸化物超電導粉末材を充
填した後、テープ状に圧延加工し、加工したテープ線材
を、銀パイプ内に回転対称性を持つように組み込み、線
引き加工して丸型線材を製作し、線材特性を超高磁場
（２０テスラ以上）中で３００Ａ以上の電流容量を得た
ことが１９９８年国際超電導ワークショップで報告され
ている。しかし、製作工程が多工程になり、生産性を低
下させる上、酸化物フィラメントの形が乱れたり、フィ
ラメント同士が短絡して電気的特性を低下させ、安定性
能上に問題を残していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】好適な酸化物超電導線
材を得るためには、工程の短縮と、高い電流密度を得る
ことが望まれるが、これらを同時に実現することは極め
て困難である。即ち、工程の短縮化については、加工度
を大きくすることが考えられるが、他方、加工度を上げ
ると、線材表面の割れや亀裂が発生し、フィラメントが
断線するという問題があった。

【０００４】そこで、金属パイプに酸化物超電導粉末材
を充填して伸線し、圧延加工を施してテープ線とし、こ
のテープ線材の厚みを多少厚くし、そのテープ線材を銀
パイプに挿入し、伸線加工して酸化物超電導丸型線材を
製作していた。ところが銀パイプ内にテープ線材を３回
以上の回転対称性を持つように隙間なく配置することは
困難で、製作作業に多大な時間を費やしていた。また、
テープ線材をできるだけ精度よくテープの厚みと幅を均
一に揃えて製作しても、配置する線材の間に隙間がで
き、それがテープ線材の変形を起こし酸化物フィラメン
ト乱れの要因となり、ついにはフィラメントの薄い部分
と厚い部分の斑として生じ易く、酸化物フィラメントの
乱れにより電気的特性の低い線材になることもあり、特
性評価に不安をもたらしていた。しかし、コイル巻線作
業の容易性、取扱いの容易性あるいは巻線密度の向上、
そしてコイルの巻線後の絶縁維持等の点から丸型線材の
要求は強く、製作作業の簡略化を図り、製作が容易、か
つ、低価格で、電気的特性の安定性が図れ、特性評価向
上の得られる酸化物超電導丸型線材の製造方法が要求さ
れるようになった。

【０００５】本発明の目的は、製作作業の簡略化でき、
製作が容易で、かつ酸化物フィラメントの短絡や乱れを
防止でき、電気的特性の向上と安定性維持向上の図れ
る、酸化物超電導丸型線材およびその製造方法を提供す
ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の１特徴は、中実
丸状金属材に回転対称性をなすように角状孔を設けた角
状孔枠を形成し、前記角状孔に、酸化物超電導粉末材を
充填し圧延した酸化物平板線材を複数枚、あるいは数十
枚積層配置して平板集合構造体を形成し、この平板集合
構造体と角状孔枠を一体に伸線加工し、酸化物超電導丸
型線材としたことである。

【０００７】また、本発明の他の特徴は、中実丸状金属
材内を、六角形の角状孔をなした六角形角状孔枠とし、
この六角形角状孔枠に、数枚の支柱板で形成したＹ字形
支柱枠、即ち、三枚の支柱板を１２０度間隔で配置した
Ｙ字形支柱枠を形成し、前記支柱板と支柱板の空間部
に、酸化物平板線材を回転対称性的に数枚、あるいは数
十枚積層配置した積層集合構造体を形成し、この積層集
合構造体とＹ字形支柱枠を一体にして前記六角形角状孔
枠に挿入し、伸線加工することである。

【０００８】本発明における金属シース材としている中
実丸状金属材は、熱処理に際して腐食等の生じない銀や
銀合金材が好ましい。また、合金化を行う場合の金属と
しては、例えば金（Ａｕ）、アンチモン（Ｓｂ）、白金
（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケ
ル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（ＡＩ）等が好
ましい。また、本発明の酸化物超電導粉末材は、限定す
るものではないが、例えばＹ系、ＢＩ系、ＴＩ系、等の
超電導材が適用可能である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて詳細に説明する。図１は本発明の１実施例を示す酸
化物超電導線材を配置する角状孔を有する金属材枠の断
面斜視図である。図２は本発明の酸化物超電導丸型線材
の断面斜視図を示す。

【００１０】酸化物超電導丸型線材１は、０℃における
電気抵抗値が数十ｎΩ／ｍの極低抵抗導電材、即ち、銀
材等の中実丸状金属材に、その中心部から径方向に１２
０度的に広がりを持った仕切板２ａ、２ｂ、２ｃで仕切
られた菱形状の角状孔３ａ、３ｂ、３ｃを設けた角状孔
枠４を形成する。

【００１１】この角状孔枠４の角状孔３ａ、３ｂ、３ｃ
内に、超電導性を有しない仮焼結した酸化物平板線材５
ａ、あるいは酸化物粉末材充填管材を、角状孔３ａにお
いては仕切板２ａに対して小幅面６が対応し、仕切板２
ｂ面に対しては大幅面７が対応するように配置する。そ
して、次の角状孔３ｂにおいては、仕切板２ｂに対して
小幅面６が対応し、仕切板２ｃ面に対して大幅面７が対
応するように配置している。

【００１２】また、次の角状孔３ｃにおいては、仕切板
２ｃに対して小幅面６が対応し、仕切板２ａに対して大
幅面７が対応するように配置している。即ち、３回の回
転対称性を有した酸化物平板線材５ａの積層配置にし、
平板集合構造体８の酸化物超電導丸型線材１を製作し
た。

【００１３】そして、各角状孔３ａ、３ｂ、３ｃ内に酸
化物平板線材５ａを配置し、平板集合構造体８とした丸
型線材を、伸線加工を繰り返して必要径の丸型線材を形
成している。そして、最終的には作成した酸化物超電導
丸型線材１を熱処理前に高温絶縁材で絶縁被覆し、熱処
理を施している。

【００１４】以上説明したように構成した本実施例の酸
化物超電導丸型線材１は、中実丸状金属材に３個の角状
孔３ａ、３ｂ、３ｃを設けた角状孔枠４を製作し、角状
孔３ａ、３ｂ、３ｃに各々酸化物平板線材５ａを回転対
称性を持つように積層配置し形成した、平板集合構造体
８を有した丸型線材を伸線加工したものである。これに
より、製作作業が容易になり、製作工程の時間短縮を図
ることができる。

【００１５】また、角状孔３ａ、３ｂ、３ｃに酸化物平
板線材５ａを配置するので、積層する酸化物平板線材５
ａと酸化物平板線材５ａの間の隙間がなく、配列精度が
よく、酸化物フィラメントの短絡および乱れを防止でき
るため、電気的特性の維持向上を図ることができる。

【００１６】第１実施例の酸化物超電導丸型線材の製作
方法は、中実丸状金属材に、３個の菱形状の角状孔３
ａ、３ｂ、３ｃを設けた角状孔枠４を形成し、各角状孔
３ａ、３ｂ、３ｃに超電導性を有しない仮焼結した酸化
物平板線材５ａを回転対称性的に積層し、平板集合構造
体８を形成して丸型線材を形成していたが、中実丸状金
属材の内部に六角形状の角状孔を設けた六角形角状孔枠
を形成し、この六角形角状孔枠内に、前記仕切板２ａ、
２ｂ、２ｃに代えて１２０度の間隔で三枚の支柱板を備
えたＹ字形支柱枠を形成し、Ｙ字形支柱枠の支柱板と支
柱板の間に酸化物平板線材を積層配置し、Ｙ字形支柱枠
と酸化物平板線材を一体にして挿入し、伸線加工して
も、前記実施例と同等以上の作用効果を得ることができ
る。

【００１７】次に、本発明の第２実施例を図を用いて詳
細に説明する。図３は本発明の第２実施例を示す酸化物
超電導線材の配置前の線材配置枠の断面斜視図を示す。
図４に酸化物超電導線材を配置する酸化物超電導線材の
積層集合構造体の断面斜視図を示す。

【００１８】図３、図４に示す第２実施例は、中実丸状
金属材内を六角形角状孔９にした六角形角状孔枠１０を
形成し、六角形角状孔枠１０に、幾何学的に１２０度の
間隔で支柱板１１ａ、１１ｂ、１１ｃを備えたＹ字形支
柱枠１２を形成し、Ｙ字形支柱枠１２の支柱板１１ａと
１１ｂの間に、支柱板１１ｂと１１ｃの間に、また支柱
板１１ｃと１１ａの間の空間部に、回転対称性をなすよ
うに酸化物平板線材５ｂを数列配置し、酸化物平板線材
５ｂとＹ字形支柱枠１２を一体に金属シート１３で包囲
巻回して積層集合構造体１４を形成し、積層集合構造体
１４を挿入・配置して六角形角状孔枠１０と一体に伸線
加工して丸型線材を作成している。

【００１９】以上説明したように、第２実施例において
は、図１に示すように中実丸状金属材に設けた角状孔３
ａ、３ｂ、３ｃに酸化物平板線材５ａまたは５ｂを挿入
配置するのではなく、１２０度の間隔で設けた支柱板１
１ａ、１１ｂ、１１ｃを備えたＹ字形支柱枠１２を形成
し、Ｙ字形支柱枠１２に酸化物平板線材５ｂを積層配列
して積層集合構造体１４を形成し、Ｙ字形支柱枠１２と
酸化物平板線材５ｂが一体になった積層集合構造体１４
を前記六角形角状孔枠１０に挿入し、伸線加工すること
によって、第１実施例に比較して一段と製作作業が容易
になり、製作作業の時間短縮を図れるとともに、より精
度の高い高密度の線材配列ができるので、信頼性が高
く、電気的特性に斑のない、高磁場に適合した高磁界用
の丸型線材を得られる。

【００２０】上述したように、上記実施例においては、
中実丸状金属材に角状孔３ａ、３ｂ、３ｃを設けた角状
孔枠４を形成して、直接角状孔枠４に酸化物平板線材５
ａを回転対称性を持つように配置するか、あるいは中実
丸状金属材の内に六角形の大きな六角形角状孔９を設け
た六角形角状孔枠１０を形成し、この六角形角状孔枠１
０に、酸化物平板線材５ｂを配置させる、１２０度間隔
で三枚の支柱板１１ａ、１１ｂ、１１ｃで形成したＹ字
支柱枠１２を作成し、そのＹ字形支柱枠１２に前記酸化
物平板線材５ｂを回転対称性を持つように配置した積層
集合構造体１４を形成し、積層集合構造体１４を六角形
角状孔枠１０に挿入配置し、伸線加工して製作してい
る。しかしながら、第２実施例と同様に六角形角状孔枠
１０を形成し、これに、Ｙ字形支柱枠１２に、幅を狭く
した小幅の酸化物平板線材を製作し、段数と列数を多く
した高密度形の集合構造体を形成し、伸線加工しても前
記実施例と同等以上の作用効果を得ることができる。

【００２１】図５は本発明の第３実施例を示す酸化物平
板線材の集合構造体の断面斜視図である。図５に示す第
３実施例は、前述の第２実施例と同様に、六角形角状孔
枠１０を形成し、この六角形角状孔枠１０とは別に酸化
物線材を配置するＹ字形支柱枠１２を形成し、Ｙ字形支
柱枠１２を構成している支柱板１１ａ、１１ｂ、１１ｃ
のそれぞれの隣接空間、すなわち、支柱板１１ａと１１
ｂ間に、また支柱板１１ｂと１１ｃの間に、そして支柱
板１１ｃと１１ａ間の空間部に、幅を狭くした小幅酸化
物平板線材１５を数段数列に配置し、密形集合構造体１
６を形成し、この密形集合構造体１６をＹ字形支柱枠１
２と一体に金属シート１３で巻回成形し、この六角形角
状孔枠１０（図３）に挿入配置して伸線加工し、高密度
構造の酸化物超電導丸型線材１を得るようにしたもので
ある。そして、最終的には必要線材径になるまで伸線加
工した後、熱処理を施して酸化物超電導コイルを得られ
る。

【００２２】以上説明したように、酸化物超電導体の外
周を包囲するシース材、即ち、前記六角形角状孔枠１０
と、超電導導体を仕切り配置する平板線材を固定するＹ
字形支柱枠１２を個別に製作し、Ｙ字形支柱枠１２に小
幅酸化物平板線材１５を数段数列に配置して一体に伸線
加工することにより、線材幅の変形に起因する線材間の
隙間の発生、そして酸化物フィラメントの乱れ等は解消
され、一段と配列精度の高い、高磁場に適合した高密度
構造の酸化物超電導丸型線材を得ることができる。

【００２３】以上述べたように、本発明の製造方法によ
り製造された酸化物超電導線材は広く、超電導機器装置
に適用することが可能であり、例えば、超電導送電ケー
ブル、ブスバー、永久電流スイッチ素子、大型マグネッ
ト、医療用磁気共鳴診断装置、電力貯蔵装置、冷凍機冷
却超電導マグネット装置、加速器、電流リード、限流器
等多くの機器に利用することにより、高効率化を達成で
きる効果がある。

【００２４】また、本発明の超電導体の冷却には、液体
ヘリウム以外の液体窒素や冷凍機を用いることが可能と
なるので、装置の運転コストの大幅低減をできる他、ク
エンチの防止装置の簡略化を図り、電気的特性の信頼性
向上を図ることができる。

【００２５】また、中実丸状金属材を、長手方向に対し
て垂直に切断した横断面において、１２０度の幾何学的
回転対称性を持つように、仕切板で仕切った三個の角状
孔を設けた角状孔枠とし、前記角状孔に、互いに回転対
称性を持つように、酸化物平板線材を複数枚積層して、
あるいは中実丸状金属材に、六角形の角状孔をなした六
角形角状孔枠を形成し、そしてその六角形角状孔枠内に
挿入する１２０度間隔で支柱板を設けたＹ字形支柱枠を
形成し、このＹ字形支柱枠の支柱板と支柱板の空間部
に、互いに対称性をもつように酸化物平板線材を積層し
て積層集合構造体を形成し、積層集合構造体を六角形角
状孔枠に配置して、あるいは中実丸状金属材に六角形角
状孔を設けた六角形角状孔枠に、前記同様に製作した１
２０度間隔で支柱板を配置したＹ形支柱枠の空間部に、
酸化物平板線材を数段、数列に積層配置し、これを金属
シートでＹ字形支柱枠と一体に巻回固定して高密度の数
段数列配置構造の密形集合構造体を形成し、この密形集
合構造体を前記六角形角状孔に挿入し、前記六角形角状
孔枠と密形集合構造体を一体に伸線加工することによ
り、酸化物平板線材を隙間なく精度よく配置できるので
酸化物フィラメントの乱れを防止できる。また、高密度
的に配置できるので高密度集合構造体形成が容易にな
り、しかも各酸化物フィラメントの短絡を防止できる。

【００２６】また、製作作業性が容易につき、作業工程
の短縮、簡略化を図ることができることから、製作コス
トの大幅低減を図れる。

【００２７】以上のように、線材加工作業の簡略化を図
りつつ、線材製作を容易にし、かつ精度の高い高密度フ
ィラメント配置の集合構造体の丸型線材ができ、電気的
特性向上と信頼性向上に好適で、大容量向きの酸化物超
電導丸型線材を得ることができる。

【００２８】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、作業
の容易性と作業時間の短縮を図ることができる。また、
角状孔あるいはＹ形支柱枠には平板線材を配置するの
で、平板線材間の隙間を最小限に防止できる。その結
果、配列精度がよく、酸化物フィラメントの変形やフィ
ラメントの短絡は防止され、電気的特性評価の安定性維
持向上ができ、高電流密度のとれる好適な酸化物超電導
丸型線材製作が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わる酸化物超電導線材を配
置する角状孔を有する金属材枠の断面斜視図である。

【図２】本発明の実施例に係わる酸化物超電導丸型線材
の断面斜視図である。

【図３】本発明の第２実施例に係わる酸化物超電導線材
配置枠の断面斜視図である。

【図４】本発明の第２実施例に係わる酸化物超電導線材
配置枠に挿入配置する積層集合構造体の断面斜視図であ
る。

【図５】本発明の第３実施例に係わる酸化物平板線材を
配置した密形集合構造体の断面斜視図である。

【符号の説明】

１…酸化物超電導丸型線材、２ａ、２ｂ、２ｃ…仕切
板、３ａ、３ｂ、３ｃ…角状孔、４…角状孔枠、５ａ、
５ｂ…酸化物平板線材、６…小幅面、７…大幅面、８…
平板集合構造体、９…六角形角状孔、１０…六角形角状
孔枠、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…支柱板、１２…Ｙ字形
支柱枠、１３…金属シート、１４…積層集合構造体、１
５…小幅酸化物平板線材、１６…密形集合構造体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 和英 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 5G321 BA01 CA08 CA30 DA02 DA03 DB18

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転対称性を有する角状孔が長さ方向に
   沿って形成された中実丸状金属材と、酸化物超電導粉末
   材を充填・圧延して形成され前記角状孔に挿入・配置さ
   れた酸化物超電導平板線材とを備え、前記酸化物超電導
   平板線材と前記中実丸状金属材を一体に伸線加工した酸
   化物超電導丸型線材。
2. 【請求項２】 回転対称性を有する角状孔を有する角状
   孔枠が長さ方向に沿って形成された中実丸状金属材と、
   前記角状孔に酸化物超電導粉末材を充填・圧延して形成
   され前記角状孔に挿入・配置された酸化物超電導平板線
   材とを備え、前記酸化物超電導平板線材・角状孔枠・中
   実丸状金属材を一体に伸線加工した酸化物超電導丸型線
   材。
3. 【請求項３】 中実丸状金属材中に、回転対称性を有す
   る角状孔を形成し、前記角状孔に、酸化物超電導粉末材
   を充填・圧延して形成された酸化物超電導平板線材を挿
   入・配置し、前記酸化物超電導平板線材・角状孔枠・中
   実丸状金属材を一体に伸線加工する酸化物超電導丸型線
   材の製造方法。
4. 【請求項４】中実丸状金属材中に、回転対称性を有する
   角状孔を有する角状孔枠を形成し、前記角状孔に、酸化
   物超電導粉末材を充填・圧延して形成された酸化物超電
   導平板線材を挿入・配置し、前記酸化物超電導平板線材
   ・角状孔枠・中実丸状金属材を一体に伸線加工する酸化
   物超電導丸型線材の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１、または２記載の酸化物超電導
   丸型線材において、前記酸化物超電導平板線材は複数枚
   挿入・配置され平板集合構造体を形成する酸化物超電導
   丸型線材。
6. 【請求項６】 請求項３または４において、前記角状孔
   は複数個の菱形状をし、前記酸化物超電導平板線材は、
   平角形管材に酸化物超電導粉末材を充填した、酸化物超
   電導粉末材充填管材である酸化物超電導丸型線材の製造
   方法。
7. 【請求項７】 請求項第４項において、前記中実丸状金
   属材内に六角形の角状孔を有する角状孔枠に、複数枚の
   支柱板で形成したＹ字形支柱枠に回転対称性を持つよう
   に、酸化物超電導粉末材を充填・圧延した酸化物超電導
   平板線材を複数枚積層した積層集合構造体を配置し、前
   記積層集合構造体と角状孔枠を一体に伸線加工する酸化
   物超電導丸型線材の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項７において、前記中実丸状金属材
   内に六角形の角状孔を有した角状孔枠を形成し、前記角
   状孔枠の角状孔に、複数枚の支柱板で構成したＹ字形支
   柱枠を形成し、前記Ｙ字形支柱枠の支柱板と支柱板の間
   に、酸化物超電導粉末材を充填し圧延した酸化物超電導
   平板線材を、複数段、複数列配置した積層集合構造体を
   回転対称性的に配置し、複数段、複数列配置の積層集合
   構造体と角状孔枠を一体に伸線して得た高密度構造とし
   たことを特徴とする酸化物超電導丸型線材の製造方法。