JP3813260B2 - 酸化物多芯超電導導体およびその製造方法 - Google Patents
酸化物多芯超電導導体およびその製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネットやケーブル用導体として好適な、全長に渡り厚さが均一で高い臨界電流密度が得られる長尺の酸化物多芯超電導導体およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化物超電導体は、臨界温度Ｔｃが液体窒素温度を超える超電導体であり種々の分野への応用が検討されている。この酸化物超電導体を線材に加工するには、例えば、金属シース法（Powder In Tube法、ＰＩＴ法）が用いられている。この方法は図１０（イ）〜（ト）に例示するように、超電導体となる原料粉体10を断面円形の金属管11内に充填して複合体12［図１０（イ）］とし、これを延伸加工して断面六角形の単芯複合素線13［図１０（ロ）］とし、この単芯複合素線13の複数本を再び断面円形の金属管31内に充填して多芯ビレット24［図１０（ハ）］とし、この多芯ビレット24をスウェージング、引抜き、溝圧延等の方法により減面加工して断面円形の丸線材25［図１０（ニ）］とし、これを２段ロール圧延、一軸プレス等によりテープ状の多芯超電導素材26［図１０（ホ）］とし、これに熱処理と延伸加工［図１０（ヘ）］とを繰返し施して酸化物多芯超電導導体27［図１０（ト）］とする方法である。得られる酸化物多芯超電導導体27は、図11に例示するように、金属マトリックス18中に酸化物超電導体フィラメント19（以下フィラメントと略記）が多数本埋込まれたものである。このような酸化物多芯超電導導体27で臨界電流値Ｉｃを増大させるには、酸化物超電導体の密度と結晶配向性を向上させる必要があり、その為には酸化物多芯超電導導体27は、その幅ｗと厚さｔの比（ｗ／ｔ）が10を超えるテープ状に加工されることが多い。
【０００３】
ところで、酸化物超電導体は、その厚さが薄くなると結晶配向度が向上して臨界電流密度（Ｊｃ）が増大する。また長尺テープを作製する場合、そのテープのＩｃは長手方向における最小値に規制される。従ってフィラメントの長さ方向に不均一変形部分や局所的にでも欠陥が存在すると、全長のＩｃが低下する。即ち、数百〜数千ｍの長さの導体の臨界電流密度は10,000A/cm2に満たない低いものとなり、長さ数cmの短尺材で得られる通電容量に比べてかなり小さい値となる。従って、酸化物多芯超電導導体の高Ｊｃ化は導体内のフィラメントを均一な厚さで薄くすることがポイントになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、断面円形の多芯丸線材を１方向圧延または１軸プレスでテープ状に加工すると、フィラメントの厚さが長手方向に不均一になったり、図１２に示すようにフィラメント19が波打つ形状になったり、図１３に示すようにフィラメント19がソーセージングを起こしたりすることがある。そして、このようにフィラメントが不均一変形した酸化物多芯超電導導体27の臨界電流密度（Ｊｃ）は一般に低いものであった。
【０００５】
そこで、本発明者等は、フィラメントが不均一変形する原因について種々調査を行った。即ち、個々のフィラメント周りのマトリックス比〔ｍ／ｆ〕を変化させた線材を２段ロール、溝ロール、４方ロール等で圧延して平角形状やテープ形状に加工し、粉体フィラメントの形状変化を調査した。その結果、粉体フィラメントは銀などのマトリックス金属に比べて、その圧縮変形抵抗が大きいためマトリックス金属内に入り込む傾向があり、この傾向はフィラメント周りのマトリックス金属の量が多い程大きくなることを見出した。そして、圧延の際、大部分のフィラメントはテープの幅方向と平行な方向に幅広がりを生じるので、この方向のマトリックス量を少なくするとフィラメントの流れ込みを抑制できることを見出した。
【０００６】
また、酸化物多芯超電導導体の組織を調べて、幅方向に隣接する単芯線ａ、ａ間に上下に位置する単芯線ｂ、ｂが介在しているもの（図１４参照）はＪｃが低下することを知見した。そしてこのように配列した箇所が生じる原因は、図１５（イ）、（ロ）に示すように、圧延の際に、線材が圧延ロールに周方向に回転しながら入り、そのときフィラメントの位置が変化する為であることを突き止めた。尚、図１４に示す導体の断面は、図１６に示すように多芯ビレット内の単芯複合素線が矢印の方向に（六角素線の辺側を圧延面として）圧下される場合に生じる。更に、フィラメントが不均一変形しない多芯ビレットの形状、その減面加工法等を検討して、本発明を完成させるに至った。本発明の目的は、マグネットやケーブル用導体として好適な、全長に渡り高い臨界電流密度が得られる酸化物多芯超電導導体及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ（以下Ｂｉ−２２２３と記す）酸化物超電導フィラメントの周りに金属マトリックスＫ１を配した単芯線の集合体をさらに金属マトリックスＫ２で包囲したＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体において、前記Ｂｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体の横断面における前記金属マトリックスＫ１、Ｋ２の総面積Ｍと超電導フィラメントの総面積Ｆとの比〔Ｍ／Ｆ〕が１．０〜４．０であり、前記単芯線における金属マトリックスＫ１の面積ｍと超電導フィラメントの面積ｆとの比〔ｍ／ｆ〕が０．３〜０．９であることを特徴とするＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体である。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体の幅方向に隣接する単芯線同士が直接接しており、これら幅方向に隣接する単芯線間が上下に位置する単芯線により分離されていないことを特徴とするＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体である。ここで、酸化物多芯超電導導体が、図１７に示すように、複数のフィラメントを含む芯線によって構成されている場合は、芯線を図１７中二点鎖線で示すようにフィラメントを１本含む部分ごとに分けて、それぞれの部分を単芯線とみなすものとする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体の厚さ方向に隣接する単芯線同士が幅方向に０．１α（但しαはフィラメント幅）以上ずれていることを特徴とするＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体である。
【００１０】
請求項４記載の発明は、Ｂｉ−２２２３酸化物超電導体又はその原料粉体を所定寸法の金属管Ａ内に充填した複合体を単芯複合素線に加工し、この単芯複合素線の複数本を所定寸法の金属管Ｂ内に充填して多芯ビレットとし、この多芯ビレットを減面加工して多芯超電導素材とし、この多芯超電導素材に熱処理と延伸加工を繰返し施すＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体の製造方法であって、前記金属管Ａの断面積を、前記単芯複合素線の横断面における金属マトリックスの面積ｍと超電導フィラメントの面積ｆの比［ｍ／ｆ］が０．３〜０．９になるように調整し、前記金属管Ｂの断面積を、前記Ｂｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体の横断面における前記金属マトリックスの総面積Ｍと超電導フィラメントの総面積Ｆとの比〔Ｍ／Ｆ〕が１．０〜４．０になるように調整し、前記単芯複合素線を充填する金属管の横断面外形が長方形又は正方形であり、前記多芯ビレットを平角状又はテープ状に減面加工することを特徴とするＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体の製造方法である。
【００１１】
請求項５記載の発明は、横断面形状が長方形又は正方形の単芯複合素線を金属管内に、厚さ方向に隣接する層間で単芯複合素線同士が幅方向に０．１ｗ（但しｗは単芯複合素線幅）以上ずれるように積層して充填することを特徴とする請求項４記載のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体の製造方法である。ここで、酸化物多芯超電導導体を製造するために用いる複合素線が、図１８に示すように、酸化物超電導体又は、その原料粉体を充填した部分を複数箇所有するものである場合は、複合素線を図１８中二点鎖線で示すように前記充填部分１箇所含む部分ごとに分けて、それぞれの部分を単芯複合素線とみなすものとする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、導体を構成する単芯線のマトリックスとフィラメントの断面積比等を規定することにより、加工の際のフィラメントのマトリックスへの流れ込みを抑制して、フィラメントの不均一変形を防止した酸化物多芯超電導導体である。この発明で、酸化物多芯超電導導体の横断面におけるマトリックスの全断面積Ｍとフィラメントの全断面積Ｆの比〔Ｍ／Ｆ〕を1.0〜4.0に規定する理由は、1.0未満ではマトリックスの量が少なく線材に加工できなくなり、4.0を超えるとフィラメントの量が少なく超電導電流を十分な量流せなくなる為である。又単芯線の横断面におけるマトリックスの断面積ｍとフィラメントの断面積ｆの比〔ｍ／ｆ〕を0.3以上0.9以下に規定する理由は、0.3未満ではフィラメント同士が結合するようになって多芯化の効果が十分に得られなくなり、又0.9を超えると加工時のフィラメントのマトリックスへの流れ込みが増大してフィラメントの厚さが不均一になりＪｃが低下する為である。
【００１３】
請求項２記載の酸化物多芯超電導導体は、図１に示すように、酸化物多芯超電導導体17の幅方向に隣接する単芯線１（ａ、ａ）同士が直接接しており、これら幅方向に隣接する単芯線１（ａ、ａ）間が上下に位置する単芯線１（ｂ）により分離されていないもので、このように単芯線が配列されたものは、Ｊｃ等の超電導特性が比較的高い。尚、図で、Ｋ１は酸化物超電導体フィラメント19周りの金属マトリックス、Ｋ２は単芯線の集合体を包囲した金属マトリックスである。
【００１４】
しかし、図１に示した組織からなる導体は、隣接するフィラメント同士が厚さ方向にも一直線に配列されている。即ち、圧縮変形抵抗の大きいフィラメントが圧縮応力方向に並んでおり、このように単芯線が配列していると、圧延加工の際、フィラメントの粉体密度が過大となり、フィラメントは長手方向にソーセージングを起こし易い。特にフィラメント周りのマトリックス比〔ｍ／ｆ〕が0.5以下と小さい場合は、この傾向が強まる。
【００１５】
請求項３記載の酸化物多芯超電導導体は、例えば、図２に示すように導体17の幅方向に隣接するフィラメント19同士が線材の幅方向（圧延方向に対し直角な方向）に一直線に配列され、導体の厚さ方向（圧延方向）に隣接するフィラメント同士は幅方向に0.1α（但しαはフィラメント幅）以上ずれて配列されたものである。このように単芯線を配列したものは、フィラメントのソーセージングや厚さの変動が一層少なくなり、Ｊｃ等の超電導特性が一段と向上する。尚、図２に示す導体の断面は、例えば、図３に示すように、多芯ビレット14内の単芯複合素線13が矢印の方向に（六角素線の角側を圧延面として）圧下される場合に生じる。
【００１６】
請求項４記載の発明では、多芯ビレットの断面形状が長方形又は正方形で、且つこの多芯ビレットを平角状又はテープ状に減面加工するので、減面加工時に多芯ビレットが周方向に回転することが防止される。従って、フィラメントの不均一変形が抑制され、フィラメントの配置、形状、及び密度が、導体の長手方向全長に渡って均一な酸化物多芯超電導導体が得られる。その結果、酸化物多芯超電導導体は、長手方向での臨界電流値のばらつきが無くなり、短尺材の通電容量がそのまま長尺導体で実現されることになる。
【００１７】
多芯ビレットをテープ状に減面加工するには、ＣＩＰ、ＨＩＰ、押出、溝圧延、拘束圧延（４方圧延等）、拘束プレス、スエージング、引抜き、伸線等の多芯ビレットの４側面を拘束して、その横断面形状が平行四辺形状から大きく逸脱しないように減面加工する任意の加工法が好適に用いられる。多芯ビレットの断面外形が長方形又は正方形の場合は、２段ロール圧延等を適用することも可能である。
本発明において、多芯ビレットの減面加工は、加工材の断面形状が長方形又は正方形に維持されるように加工するのが最も好ましい。
【００１８】
減面加工後の多芯超電導素材中のフィラメント（原料粉体等）の粉体密度が高いと、後に施す熱処理と延伸加工により、高密度で異相の少ない酸化物超電導体が生成する。又高臨界電流密度を得る為の最適熱処理条件（温度、時間）は、フィラメントの厚さによって変化する。従って、フィラメントの厚さが均一だと熱処理条件の最適化が可能になり、得られる酸化物多芯超電導導体の臨界電流密度の向上が可能となる。
【００１９】
金属管に充填する単芯複合素線の断面形状は、金属管の形状によって制限されるものではなく、長方形、正方形、正六角形、三角形、他の多角形、円形、楕円形等任意である。しかし、断面正六角形、長方形、又は正方形の単芯複合素線は、他の形状のものに比べて、減面加工時に、金属マトリックス中での単芯複合素線同士の不規則な相対移動が起き難く、フィラメント形状が確実に均一化する。又断面長方形又は正方形の単芯複合素線は幅方向に隣接するもの同士が側面で互いに密接し、その間に上下の単芯複合素線が入り込む余地を排除できる点で望ましい。又種々形状の単芯複合素線を混合して充填しても差し支えないが、混合したものの超電導特性は、同一形状の単芯複合素線を充填したものと較べて同等以下である。金属管に充填する単芯複合素線の本数は特に制限しないが９〜5000本程度が好ましい。酸化物超電導体には、ビスマス系、タリウム系、イットリウム系等の任意の酸化物超電導体が使用できるが、中でも、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ（以下Ｂｉ−２２２３と記す）等のビスマス系酸化物超電導体は、臨界温度、臨界電流密度が高く、又加工性に優れる為長尺体が得やすい。金属パイプの材質には、熱・電気伝導性、加工性に優れた銀、銀合金、銅、銅合金等が用いられる。中でも酸素透過性や耐酸化性に優れた銀、銀合金が好適である。
【００２０】
図４（イ）は本願発明で用いる多芯ビレットの態様を示す横断面図である。断面正方形の金属管21内に、断面正方形の単芯複合素線13が充填されている。前記単芯複合素線13内の原料粉体10は断面円形に成形されている。ところで、図４（イ）に示したように単芯複合素線13を、金属管21内に縦横両方向に等間隔に整列配置して充填したものは、フィラメント（原料粉体等）とマトリックスが片寄った配置（フィラメントが分散していない）をとり、減面加工時の材料の流れが不均一となり易く、得られる酸化物多芯超電導導体は特に長さ方向のフィラメントの厚さが不均一な形態となり易い。この片寄りは単芯複合素線の断面形状が円形状のもの程大きい。図４（ロ）に示した多芯ビレット14は原料粉体10が断面正方形以外は、図４（イ）と同じもの、図４（ハ）に示した多芯ビレット14は単芯複合素線13と原料粉体10が断面長方形以外は、図４（イ）と同じもの、図４（ニ）に示した多芯ビレット14は金属管21、単芯複合素線13、原料粉体10がいずれも断面長方形のものである。前記図４（イ）)〜（ニ）に示した多芯ビレット14を用いることにより図１に示したように、幅方向に隣接する単芯線間が直接接している断面構造の酸化物多芯超電導導体17を製造することができる。
【００２１】
請求項５記載の発明は、前記欠点を是正するもので、横断面形状が長方形又は正方形の単芯複合素線を金属管内に、厚さ方向に隣接する単芯複合素線同士が幅方向に 0.1ｗ（但しｗは単芯複合素線幅）以上ずれるように積層して充填することを特徴とする請求項４記載の酸化物多芯超電導導体の製造方法である。
【００２２】
図５（イ）は、断面正方形の金属管21内に、断面正方形の単芯複合素線23を、厚さ方向に隣接する層間で 0.5ｗの距離だけずらして充填したものの例である。このように、単芯複合素線23をずらして積層することより、減面加工時に多芯ビレット全体が均一に変形し、得られる酸化物多芯超電導導体のフィラメントの分布（配置）が良好となり超電導特性がより向上する。前記の単芯複合素線の配置位置のずれの大きさは、単芯複合素線の幅ｗの 0.1倍未満ではその効果が十分に得られず、0.1倍以上にするのが好ましい。図５（ロ）は、断面長方形の金属管21内に、断面長方形の単芯複合素線23を、厚さ方向に隣接する層間で0.5ｗの距離だけずらして充填したものの例である。図６は、幅が異なる２種の単芯複合素線23,33を交互に積層することにより、厚さ方向に隣接する層間の単芯複合素線23,33同士が、幅方向にずれるようにしたものである。図５（イ）、（ロ）、図６に示した構造の多芯ビレット14を用いることにより図２に示したようなフィラメント配置の断面構造の酸化物多芯超電導導体17を製造することができる。
【００２３】
【実施例】
以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
（実施例１）
六角素線を用い、多芯丸線を圧延してテープ化する通常のＰＩＴ法により、本発明の請求項１を満足する銀マトリックス超電導テープを製造した。即ち、Ｂｉ2Ｏ3、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3、ＣａＣＯ3、ＣｕＯの粉末をＢｉ、Ｐｂ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕのモル比が1.8:0.4:2:2:3となるように配合し混合して、これを大気中800℃で100時間焼成して粉砕し、粒径1〜8μｍの粉末を選別し、選別した原料粉体を外径25mm、内径15mmの断面円形の銀管内に充填して複合体を作製し、この複合体をスエージングと引抜加工により対辺長2.3mmの断面正六角形の単芯複合素線に加工した。引抜加工の際に皮剥ぎして銀比を調整し、フィラメント周りのマトリックス比〔ｍ／ｆ〕が0.3、0.5、0.7、0.9の４種類の単芯複合素線を作製した。次に、前記単芯複合素線を定尺に切断し、各々55本ずつを外径25mm、内径19mmの断面円形の銀管内に充填して多芯ビレットとした。次いで各多芯ビレットをスエージングと引抜加工により1.5mmφの多芯丸線材にした。引抜加工の際に皮剥ぎして総マトリックス比〔Ｍ／Ｆ〕を1.0〜4.0に調整した。次いで前記多芯丸線材を六角単芯複合素線の角側が圧延面になるように（図３参照）、又は辺側が圧延面になるように（図１６参照) 保ちつつ、２段ロール圧延して断面寸法が0.25mm×3.2mm のテープに加工し、次いで835℃／50時間の熱処理、２段ロール圧延(上がり断面寸法0.20mm×3.4mm)、835℃/200時間の熱処理を順に施して酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００２４】
（比較例１）
フィラメント周りのマトリックス比〔ｍ／ｆ〕を1.0または1.5とした他は、実施例１と同じ方法により酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００２５】
（比較例２）
総マトリックス比〔Ｍ／Ｆ〕を 0.8または5.0とした他は、実施例１と同じ方法により酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００２６】
各酸化物多芯超電導導体について、フィラメント厚さの変動（標準偏差／平均値）およびＪｃを調べた。フィラメント厚さの変動は、導体の横断面のフィラメントの厚さを100点測定し、その標準偏差をその平均値で除して求めた。数値が大きいほど厚さのばらつきが大きいことを示す。結果を表１、２に示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】
【表２】
【００２９】
表１、２より明らかなように、本発明例のNo.1〜16は、フィラメント厚さの変動が小さく、またＪｃが高い値を示した。No.15〜16は幅方向に隣接する単芯線間が上下に位置する単芯線により分離されている為フィラメント厚さの変動が若干大きくなり、それにつれＪｃも幾分低下した。尚、テープ寸法、フィラメント数が同じ場合、総マトリックス比が大きいほど平均フィラメント厚さは小さくなり、Ｊｃが高くなっている。これに対し、比較例のNo.17,18は全体のマトリックス比〔Ｍ／Ｆ〕が1.0未満のためフィラメントが結合して多芯化効果が薄れ、Ｊｃが低下した。No.19〜24はフィラメント周りのマトリックス比〔ｍ／ｆ〕が0.9を超えている為、加工時にフィラメントのマトリックスへの流れ込みが起き、フィラメント厚さの変動が大きくなりＪｃが低下した。No.25〜28は総マトリックス比〔Ｍ／Ｆ〕が大き過ぎて超電導電流が減少した。
【００３０】
（実施例２）
複合体をスエージングと引抜加工により一辺1.6mmの正方形とし、その64本を図７（イ）に示すように、外径25mmφの、中央部分に一辺14mmの正四角形の穴２の開いた金属管（銀管）11に充填して多芯ビレット14とし、1.5mmφの多芯丸線材25からの圧延方向を図７（ロ）に示す矢印の方向とした他は、実施例１と同じ方法により厚さ0.2mm,幅3.4mm、総マトリックス比〔Ｍ／Ｆ〕3.0、フィラメント周りのマトリックス比〔ｍ／ｆ〕0.5の酸化物多芯超電導導体を製造した。このものは、厚さ変動が18％で、Ｊｃが25KA/cm2の良好な特性を示した。
【００３１】
（実施例３）
実施例１のNo.8で用いたのと同じ複合体をスエージングと引抜加工により対辺長が1.9mmの断面正方形の素線とし、これを定尺に切断した64本を対辺長20mm、肉厚2mmの断面正方形の銀管に充填して多芯ビレットとし、次いで2000(kg/cm2)の圧力でＣＩＰ処理した後、線材全側面を拘束する４方ロール圧延により、対辺長1.5mmの断面正方形の角線材とした。次に、この角線材に２段ロールによる圧延を繰返し施して、断面寸法0.25mm×3.0mmのテープとした。このテープに実施例１と同じ条件で、超電導体生成処理を施して、図１又は２に示す、断面寸法0.20mm×3.2mm の超電導テープとした。尚、前記多芯ビレットでは、厚さ方向に隣接する断面正方形素線同士を幅方向にずらせた。結果を表３に示す。
【００３２】
【表３】
【００３３】
表３より明らかなように、厚さ方向に隣接する断面正方形素線同士を幅方向に0.1α以上ずれたもの（No.29,30)はフィラメント厚さの変動が小さく、Ｊｃも高い値を示した。この実施例では、断面正方形の単芯複合素線を断面正方形に集合させた多芯ビレットを４方ロール圧延して断面角形の多芯超電導素材としこれを２段ロール圧延したものなので単芯線がずれていないもの（No.32)でも、断面六角形の単芯複合素線を断面円形に集合させた多芯ビレットをスエージャー、引抜加工して断面円形の多芯超電導素材とし、これを２段ロール圧延した実施例１のもの(No.8)に較べて、フィラメント厚さの変動が少なく、Ｊｃも高い値を示している。
【００３４】
（実施例４）
実施例１において、1.5mmφ線材の皮剥ぎ後の加工を、４方ロール圧延（圧延後の断面寸法0.25mm×1.0mm)、熱処理、４方ロール圧延(圧延後の断面寸法0.20mm×1.0mm)を順に施して行った他は、実施例１と同じ方法により酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００３５】
（比較例３）
実施例４において、マトリックス比〔Ｍ／Ｆ〕、〔ｍ／ｆ〕を本発明条件外とした他は、実施例３と同じ方法により、酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００３６】
得られた各々の酸化物多芯超電導導体について、フィラメント厚さの変動（標準偏差／平均値）およびＪｃを調べた。結果を表４、５に示す。
【００３７】
【表４】
【００３８】
【表５】
【００３９】
表４、５より明らかなように、Ｊｃの絶対値は低めだが、マトリックス配分とＪｃの関係はテープの結果とほぼ同様であった。
【００４０】
（実施例５）
断面長方形(2.5mm×3.8mm)の単芯複合素線を用い、これを定尺に切断した48本または42本を外側寸法が20mm×35mm、肉厚2mm の中空断面長方形の銀管に充填して多芯ビレットとし（図４（ニ）、図５（ロ）参照）、このビレットを2000(kg/cm2)の圧力でＣＩＰ処理した後、全側面を拘束する４方ロール圧延により0.45mm厚×1.0mm 幅の断面長方形の平角線材とした以外は、実施例３と同じ方法により0.40mm厚×1.0mm 幅の酸化物多芯超電導導体を製造した。尚、前記多芯ビレットでは厚さ方向に隣接する断面長方形素線同士を幅方向にずらせた。結果を表６に示す。
【００４１】
【表６】
【００４２】
実施例３の場合と同様に、厚さ方向に隣接する断面長方形素線同士を幅方向に0.5αずれたもの（No.59)はフィラメント厚さの変動が小さく、Ｊｃも高い値を示した。
【００４３】
以上、原料粉体又は単芯複合素線を充填する管材に純銀を用いた例について説明したが、本発明はＡｇ−0.2wt%Ｍｇ合金等、導電性、加工性等に優れた他の金属材料を用いた場合にも同様の効果が得られるものである。
【００４４】
（参考例１）
図８（イ）〜（ト）に示す工程に従ってＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体を製造した。先ず、Ｂｉ2Ｏ3、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3、ＣａＣＯ3、ＣｕＯの粉末をモル比で1.8:0.4:2:2:3となるように配合し混合して、これを大気中800℃で 100時間焼成して粉砕し、粒径1〜8 μｍの粉末を選別し、この選別した原料粉体10を外径25mm、内径18mmの断面円形の銀管11内に充填して複合体12を作製し［図８（イ）］、この複合体12をスウェージング加工と引抜加工により対辺長1.9mmの断面正方形の単芯複合素線13に加工した［図８（ロ）］。次にこの単芯複合素線13を定尺に切断した64本を対辺長20mm、肉厚２mmの断面中空正方形の銀管21に充填し多芯ビレット14とした［図８（ハ）］。次にこの多芯ビレット14を2,000(kg/cm2)の圧力でＣＩＰ（冷間静水圧成形）処理した後、４側面を拘束する菱形圧延法により、対辺長1.5mmの断面正方形の角線材15とした［図８（ニ）］。次にこれに２段ロール圧延を繰返し施して厚さ0.25mm×幅3.5mmのテープ状の多芯超電導素材16を作製した［図８（ホ）］。前記角線材15は、圧延時に周方向に回転するようなことはなかった。次に前記多芯超電導素材16を、大気中840℃×50時間の熱処理（中間熱処理）後、２段ロール圧延により厚さ0.20mm・幅3.7mmに加工し、再度大気中で840℃・50時間の熱処理（最終熱処理）を施して［図８（ヘ）］、テープ状のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体17を製造した［図８（ト）］。
【００４５】
（参考例２）
参考例１で作製した複合体12をスウェージング、伸線などにより加工して厚さ１mm、幅３mmの断面長方形の単芯複合素線13に加工した。次にこの単芯複合素線13を定尺で切断した64本を、縦14mm、横30mm、肉厚2mmの断面中空長方形の銀管に縦８本×横８本充填して多芯ビレット14とした。次にこれを2,000kg/cm2の圧力でＣＩＰ処理した後、ロール駆動型のタークスヘッドロールで厚さ方向と幅方向に交互圧延して、縦１mm、横２mmの平角線材とした。この平角線材に２段ロール圧延を繰返し施して、厚さ0.25mm×幅5.5mmの多芯超電導素材を作製した。次に、この多芯超電導素材を、大気中840℃・50時間の熱処理後、２段ロール圧延により厚さ0.20mm×幅5.7mmに加工し、再度大気中で840℃・50時間熱処理してテープ状のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００４６】
（参考例３）
参考例１で作製した複合体12をスウェージングと伸線加工により対辺長2.1mmの断面正六角形の単芯複合素線13に加工した。その他は、参考例１と同じ方法によりテープ状のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００４７】
（比較例４）
参考例１で作製した複合体をスウェージングと伸線加工により対辺長2.1mmの断面正六角形の単芯複合素線に加工した。次に、この単芯複合素線を定尺で切断した61本を外径25mm、内径20mmの断面中空円形の銀管に充填して多芯ビレットを作製した。次にこの多芯ビレットを2,000kg/cm2の圧力でＣＩＰ処理した後、スウェージングと伸線加工により1.5mmφの丸線とし、次いでこの丸線に２段ロール圧延を繰返し施して厚さ0.25mm×幅3.5mmのテープ状の多芯超電導素材を作製した。次に、この多芯超電導素材を、大気中 840℃・50時間の熱処理後、２段ロール圧延により厚さ0.20mm×幅3.7mmに加工し、再度大気中で840℃・50時間の熱処理を施してテープ状のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００４８】
得られた各々の酸化物多芯超電導導体について、自己磁界中での77Ｋにおける臨界電流密度（Ｊｃ）を、電圧端子間隔を１ｍにとって４端子法により測定した。又この導体の横断面内のフィラメント厚さの変動[(標準偏差／平均値)×100](%)を調べた。又多芯超電導素材の原料粉体（フィラメント）の相対密度(6.5g/cm3を100%とした場合）を測定した。結果を表７に示す。
【００４９】
【表７】
【００５０】
表７より明らかなように、参考例１〜３のNo.61〜63は、Ｊｃが高かった。これは、多芯ビレットが周方向に回転したりせずに減面加工され、その結果フィラメントが全長に渡り均一な形状となり、又その密度が高くなった為である。又単芯複合素線が正方形又は長方形の方がより良い結果が得られた。これに対し、比較例のNo.64はＪｃが低かった。これは多芯ビレットの断面形状が円形の為、減面加工中に多芯ビレットが周方向に回転しながら加工された為、フィラメントが部分的に異常変形し、又その密度が低下した為である。
【００５１】
（参考例４）
参考例１で作製した複合体12をスウェージングと伸線加工により対辺長1.9mmの断面正方形の単芯複合素線13に加工した。次にこの単芯複合素線13を定尺で切断した64本を、対辺長20mm、肉厚２mmの正方形銀管に充填し多芯ビレットとした。次にこれを2,000kg/cm2の圧力でＣＩＰ処理した後、４側面を拘束する菱形圧延法により、対辺長1.5mmの断面正方形の多芯超電導素材を作製した。次にこの多芯超電導素材を、大気中840℃・50時間の熱処理後、伸線加工により対辺長1.35mmの角線とし、再度大気中で840℃・50時間の熱処理を施して角状のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００５２】
（参考例５）
参考例１で作製した複合体12をスウェージング、伸線などにより加工して厚さ1.2mm、幅３mmの断面長方形の単芯複合素線13に加工した。次にこの単芯複合素線13を定尺で切断した64本を、縦14mm、横30mm、肉厚２mmの長方形銀管に縦８本×横８本充填して多芯ビレットとした。次にこの多芯ビレットを2,000kg/cm2の圧力でＣＩＰ処理した後、ロール駆動型のタークスヘッドロールで厚さ方向と幅方向に交互圧延して、厚さ0.25mm×幅4.0mmのテープ状の多芯超電導素材を作製した。次にこの多芯超電導素材を、大気中840℃・50時間の熱処理後、ロール駆動型のタークスヘッドロールで、厚さ0.20mm×幅 4.0mmに加工し、再度大気中で840℃・50時間の熱処理を施して、平角状のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００５３】
（比較例５）
参考例１で作製した複合体をスウェージングと伸線加工により、対辺長2.1mmの断面正六角形の単芯複合素線に加工した。次にこの単芯複合素線13を定尺で切断した61本を外径25mm、内径20mmの断面円形の銀管に充填して多芯ビレットを作製した。次にこの多芯ビレットを2,000kg/cm2の圧力でＣＩＰ処理した後、スウェージングと伸線加工により1.8mmφの丸線とし、これを更に伸線加工して対辺長1.5mmの角状の多芯超電導素材を作製した。次にこの多芯超電導素材を、大気中840℃・50時間の熱処理後、伸線加工して対辺長1.35mmの角線とし、再度大気中840℃・50時間の熱処理を施して角状のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００５４】
（比較例６）
参考例１で作製した複合体をスウェージングと伸線加工により対辺長2.1mmの断面正六角形の単芯複合素線に加工した。次にこの単芯複合素線を定尺で切断した61本を外径25mm、内径20mmの断面円形の銀管に充填して多芯ビレットとした。これを2,000kg/cm2でＣＩＰ処理した後、スウェージングと伸線加工により1.8mmφの丸線とし、ロール駆動型のタークスヘッドロールにより厚さ方向と巾方向に交互圧延して、厚さ0.25mm×幅4.0mmのテープ状の多芯超電導素材とした。次にこの多芯超電導素材を、大気中840℃・50時間の熱処理後、ロール駆動型のタークスヘッドロールで、厚さ0.20mm×幅4.0mmに加工し、再度大気中で840℃・50時間熱処理して角状のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００５５】
得られた各々の酸化物多芯超電導導体について、自己磁界中での77Ｋにおける臨界電流密度（Ｊｃ）を、電圧端子間隔を１ｍにとって４端子法により測定した。又この導体の横断面内のフィラメント厚さの変動〔（標準偏差／平均値）×100〕を調べた。又多芯超電導素材の原料粉体（フィラメント）の相対密度を測定した。結果を表８に示す。
【００５６】
【表８】
【００５７】
表８より明らかなように、参考例のNo.65,66は、Ｊｃが高かった。これは、多芯ビレットが長さ方向で回転せずに減面加工され、その結果フィラメントが異常変形したりせず、又フィラメントの密度が高くなった為である。これに対し、比較例のNo.67,68はＪｃが低かった。これは多芯ビレットの断面形状が円形の為、減面加工中に多芯ビレットが周方向に回転して加工された為、フィラメントが異常変形し、又その密度が低下した為である。
【００５８】
（参考例６）
参考例１において、金属管内に単芯複合素線13を、隣接する層の単芯複合素線13同士がずれた配置となるように充填した他は、参考例１と同じ方法によりＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導テープを製造した。尚、多芯ビレット24の隙間には銀の棒材を挿入した。得られた酸化物多芯超電導導体について参考例１と同じ方法によりＪｃ及びフィラメント厚さの変動を調べた。結果を表９に示す。
【００５９】
【表９】
【００６０】
表９より明らかなように、単芯複合素線の位置をずらして充填したもの(No.70〜73)は、ずらさなかったもの(No.69)に較べて、いずれもＪｃが向上した。これはフィラメントがより均一に分布した為である。中でも0.10ｗ以上ずらしたもの(No.71〜73)はＪｃが著しく向上した。
【００６１】
参考例１(No.61)、参考例６(No.73)、又は比較例４(No.64)にて得られた厚さ0.2mm、幅3.7mmのテープ状酸化物多芯超電導導体について、臨界電流密度を電圧タップ間隔を種々に変えて測定した。結果を図９に示す。図９より明らかなように、参考例１(No.61)と参考例６(No.73)は、電圧タップ間隔に無関係に高い臨界電流密度が得られた。このことは、フィラメントの形状及び密度が全長に渡り均一なことを実証するものである。これに対し、比較例４(No.64)の臨界電流密度は、電圧タップ間隔が長くなると大きく低下している。これはフィラメントの形状や密度が長手方向に不均一であることを物語るものである。
【００６２】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の酸化物多芯超電導導体は、その横断面における金属マトリックスの総面積Ｍと超電導フィラメントの総面積Ｆとの比〔Ｍ／Ｆ〕および超電導フィラメント周りの金属マトリックス比〔ｍ／ｆ〕を適正に規定したので、線材の加工時に超電導フィラメントの流れ込み等が少なく、超電導フィラメントの形状が均一に保たれ、全長に渡り高い超電導特性が得られる。又断面外形が長方形又は正方形の多芯ビレットを、平角状又はテープ状に減面加工することにより、多芯ビレットが周方向に回転して加工されるようなことがなくなり、得られる酸化物多芯超電導導体は、フィラメントが全長に渡って形状均一で高密度なものとなり、超電導特性に優れた長尺の酸化物多芯超電導導体が得られる。又金属管に、断面長方形又は正方形の単芯複合素線を層状に積層し、且つ隣接する層間の単芯複合素線同士を0.1ｗ（但しｗは素線幅）以上ずらして積層すると、得られる酸化物多芯超電導導体はフィラメントが均一に分布し、フィラメント形状の均一性が更に高いものとなり、超電導特性が一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の酸化物多芯超電導導体の実施の形態を示す横断面組織図である。
【図２】本発明の酸化物多芯超電導導体の他の実施の形態を示す横断面組織図である。
【図３】多芯ビレット内の単芯複合素線の圧下方向の説明図である。
【図４】図の（イ）〜（ニ）は本発明にて用いる多芯ビレットの第１〜４の例を示すそれぞれ横断面図である。
【図５】図の（イ）、（ロ）は本発明にて用いる多芯ビレットの第５、６の例を示すそれぞれ横断面図である。
【図６】本発明にて用いる多芯ビレットの第７の例を示す横断面図である。
【図７】本発明にて用いる多芯ビレットの第８の例を示す斜視図（イ）、及び圧下方向の説明図（ロ）である。
【図８】本発明の酸化物多芯超電導導体の製造方法の実施例を示す工程説明図である。
【図９】本発明により得られた酸化物多芯超電導導体の電圧タップ間隔と臨界電流密度との関係図である。
【図10】従来の酸化物多芯超電導導体の製造方法の工程説明図である。
【図11】テープ状の酸化物多芯超電導導体の横断面斜視図である。
【図12】フィラメントの形状を示す説明図である。
【図13】フィラメントの形状を示す説明図である。
【図14】酸化物多芯超電導導体のフィラメントの形状を示す横断面説明図である。
【図15】多芯ビレットが周方向に回転して圧延されたときのフィラメントの異常変形の説明図である。
【図16】多芯ビレット内の単芯複合素線の圧下方向の説明図である。
【図17】図の（イ）、（ロ）は単芯線の例を示すそれぞれ横断面説明図である。
【図18】図の（イ）、（ロ）は単芯複合素線の例を示すそれぞれ横断面図である。
【符号の説明】
１ 単芯線
２ 穴
Ｋ１ 酸化物超電導フィラメント周りの金属マトリックス
Ｋ２ 単芯線の集合体を包囲した金属マトリックス
10 原料粉体
11,21,31 金属管
12 複合体
13,23,33 単芯複合素線
14,24 多芯ビレット
15 角線材
25 丸線材
16,26 多芯超電導素材
17,27 酸化物多芯超電導導体
18 金属マトリックス
19 酸化物超電導体フィラメント
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネットやケーブル用導体として好適な、全長に渡り厚さが均一で高い臨界電流密度が得られる長尺の酸化物多芯超電導導体およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化物超電導体は、臨界温度Ｔｃが液体窒素温度を超える超電導体であり種々の分野への応用が検討されている。この酸化物超電導体を線材に加工するには、例えば、金属シース法（Powder In Tube法、ＰＩＴ法）が用いられている。この方法は図１０（イ）〜（ト）に例示するように、超電導体となる原料粉体10を断面円形の金属管11内に充填して複合体12［図１０（イ）］とし、これを延伸加工して断面六角形の単芯複合素線13［図１０（ロ）］とし、この単芯複合素線13の複数本を再び断面円形の金属管31内に充填して多芯ビレット24［図１０（ハ）］とし、この多芯ビレット24をスウェージング、引抜き、溝圧延等の方法により減面加工して断面円形の丸線材25［図１０（ニ）］とし、これを２段ロール圧延、一軸プレス等によりテープ状の多芯超電導素材26［図１０（ホ）］とし、これに熱処理と延伸加工［図１０（ヘ）］とを繰返し施して酸化物多芯超電導導体27［図１０（ト）］とする方法である。得られる酸化物多芯超電導導体27は、図11に例示するように、金属マトリックス18中に酸化物超電導体フィラメント19（以下フィラメントと略記）が多数本埋込まれたものである。このような酸化物多芯超電導導体27で臨界電流値Ｉｃを増大させるには、酸化物超電導体の密度と結晶配向性を向上させる必要があり、その為には酸化物多芯超電導導体27は、その幅ｗと厚さｔの比（ｗ／ｔ）が10を超えるテープ状に加工されることが多い。
【０００３】
ところで、酸化物超電導体は、その厚さが薄くなると結晶配向度が向上して臨界電流密度（Ｊｃ）が増大する。また長尺テープを作製する場合、そのテープのＩｃは長手方向における最小値に規制される。従ってフィラメントの長さ方向に不均一変形部分や局所的にでも欠陥が存在すると、全長のＩｃが低下する。即ち、数百〜数千ｍの長さの導体の臨界電流密度は10,000A/cm2に満たない低いものとなり、長さ数cmの短尺材で得られる通電容量に比べてかなり小さい値となる。従って、酸化物多芯超電導導体の高Ｊｃ化は導体内のフィラメントを均一な厚さで薄くすることがポイントになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、断面円形の多芯丸線材を１方向圧延または１軸プレスでテープ状に加工すると、フィラメントの厚さが長手方向に不均一になったり、図１２に示すようにフィラメント19が波打つ形状になったり、図１３に示すようにフィラメント19がソーセージングを起こしたりすることがある。そして、このようにフィラメントが不均一変形した酸化物多芯超電導導体27の臨界電流密度（Ｊｃ）は一般に低いものであった。
【０００５】
そこで、本発明者等は、フィラメントが不均一変形する原因について種々調査を行った。即ち、個々のフィラメント周りのマトリックス比〔ｍ／ｆ〕を変化させた線材を２段ロール、溝ロール、４方ロール等で圧延して平角形状やテープ形状に加工し、粉体フィラメントの形状変化を調査した。その結果、粉体フィラメントは銀などのマトリックス金属に比べて、その圧縮変形抵抗が大きいためマトリックス金属内に入り込む傾向があり、この傾向はフィラメント周りのマトリックス金属の量が多い程大きくなることを見出した。そして、圧延の際、大部分のフィラメントはテープの幅方向と平行な方向に幅広がりを生じるので、この方向のマトリックス量を少なくするとフィラメントの流れ込みを抑制できることを見出した。
【０００６】
また、酸化物多芯超電導導体の組織を調べて、幅方向に隣接する単芯線ａ、ａ間に上下に位置する単芯線ｂ、ｂが介在しているもの（図１４参照）はＪｃが低下することを知見した。そしてこのように配列した箇所が生じる原因は、図１５（イ）、（ロ）に示すように、圧延の際に、線材が圧延ロールに周方向に回転しながら入り、そのときフィラメントの位置が変化する為であることを突き止めた。尚、図１４に示す導体の断面は、図１６に示すように多芯ビレット内の単芯複合素線が矢印の方向に（六角素線の辺側を圧延面として）圧下される場合に生じる。更に、フィラメントが不均一変形しない多芯ビレットの形状、その減面加工法等を検討して、本発明を完成させるに至った。本発明の目的は、マグネットやケーブル用導体として好適な、全長に渡り高い臨界電流密度が得られる酸化物多芯超電導導体及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ（以下Ｂｉ−２２２３と記す）酸化物超電導フィラメントの周りに金属マトリックスＫ１を配した単芯線の集合体をさらに金属マトリックスＫ２で包囲したＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体において、前記Ｂｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体の横断面における前記金属マトリックスＫ１、Ｋ２の総面積Ｍと超電導フィラメントの総面積Ｆとの比〔Ｍ／Ｆ〕が１．０〜４．０であり、前記単芯線における金属マトリックスＫ１の面積ｍと超電導フィラメントの面積ｆとの比〔ｍ／ｆ〕が０．３〜０．９であることを特徴とするＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体である。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体の幅方向に隣接する単芯線同士が直接接しており、これら幅方向に隣接する単芯線間が上下に位置する単芯線により分離されていないことを特徴とするＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体である。ここで、酸化物多芯超電導導体が、図１７に示すように、複数のフィラメントを含む芯線によって構成されている場合は、芯線を図１７中二点鎖線で示すようにフィラメントを１本含む部分ごとに分けて、それぞれの部分を単芯線とみなすものとする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体の厚さ方向に隣接する単芯線同士が幅方向に０．１α（但しαはフィラメント幅）以上ずれていることを特徴とするＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体である。
【００１０】
請求項４記載の発明は、Ｂｉ−２２２３酸化物超電導体又はその原料粉体を所定寸法の金属管Ａ内に充填した複合体を単芯複合素線に加工し、この単芯複合素線の複数本を所定寸法の金属管Ｂ内に充填して多芯ビレットとし、この多芯ビレットを減面加工して多芯超電導素材とし、この多芯超電導素材に熱処理と延伸加工を繰返し施すＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体の製造方法であって、前記金属管Ａの断面積を、前記単芯複合素線の横断面における金属マトリックスの面積ｍと超電導フィラメントの面積ｆの比［ｍ／ｆ］が０．３〜０．９になるように調整し、前記金属管Ｂの断面積を、前記Ｂｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体の横断面における前記金属マトリックスの総面積Ｍと超電導フィラメントの総面積Ｆとの比〔Ｍ／Ｆ〕が１．０〜４．０になるように調整し、前記単芯複合素線を充填する金属管の横断面外形が長方形又は正方形であり、前記多芯ビレットを平角状又はテープ状に減面加工することを特徴とするＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体の製造方法である。
【００１１】
請求項５記載の発明は、横断面形状が長方形又は正方形の単芯複合素線を金属管内に、厚さ方向に隣接する層間で単芯複合素線同士が幅方向に０．１ｗ（但しｗは単芯複合素線幅）以上ずれるように積層して充填することを特徴とする請求項４記載のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体の製造方法である。ここで、酸化物多芯超電導導体を製造するために用いる複合素線が、図１８に示すように、酸化物超電導体又は、その原料粉体を充填した部分を複数箇所有するものである場合は、複合素線を図１８中二点鎖線で示すように前記充填部分１箇所含む部分ごとに分けて、それぞれの部分を単芯複合素線とみなすものとする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、導体を構成する単芯線のマトリックスとフィラメントの断面積比等を規定することにより、加工の際のフィラメントのマトリックスへの流れ込みを抑制して、フィラメントの不均一変形を防止した酸化物多芯超電導導体である。この発明で、酸化物多芯超電導導体の横断面におけるマトリックスの全断面積Ｍとフィラメントの全断面積Ｆの比〔Ｍ／Ｆ〕を1.0〜4.0に規定する理由は、1.0未満ではマトリックスの量が少なく線材に加工できなくなり、4.0を超えるとフィラメントの量が少なく超電導電流を十分な量流せなくなる為である。又単芯線の横断面におけるマトリックスの断面積ｍとフィラメントの断面積ｆの比〔ｍ／ｆ〕を0.3以上0.9以下に規定する理由は、0.3未満ではフィラメント同士が結合するようになって多芯化の効果が十分に得られなくなり、又0.9を超えると加工時のフィラメントのマトリックスへの流れ込みが増大してフィラメントの厚さが不均一になりＪｃが低下する為である。
【００１３】
請求項２記載の酸化物多芯超電導導体は、図１に示すように、酸化物多芯超電導導体17の幅方向に隣接する単芯線１（ａ、ａ）同士が直接接しており、これら幅方向に隣接する単芯線１（ａ、ａ）間が上下に位置する単芯線１（ｂ）により分離されていないもので、このように単芯線が配列されたものは、Ｊｃ等の超電導特性が比較的高い。尚、図で、Ｋ１は酸化物超電導体フィラメント19周りの金属マトリックス、Ｋ２は単芯線の集合体を包囲した金属マトリックスである。
【００１４】
しかし、図１に示した組織からなる導体は、隣接するフィラメント同士が厚さ方向にも一直線に配列されている。即ち、圧縮変形抵抗の大きいフィラメントが圧縮応力方向に並んでおり、このように単芯線が配列していると、圧延加工の際、フィラメントの粉体密度が過大となり、フィラメントは長手方向にソーセージングを起こし易い。特にフィラメント周りのマトリックス比〔ｍ／ｆ〕が0.5以下と小さい場合は、この傾向が強まる。
【００１５】
請求項３記載の酸化物多芯超電導導体は、例えば、図２に示すように導体17の幅方向に隣接するフィラメント19同士が線材の幅方向（圧延方向に対し直角な方向）に一直線に配列され、導体の厚さ方向（圧延方向）に隣接するフィラメント同士は幅方向に0.1α（但しαはフィラメント幅）以上ずれて配列されたものである。このように単芯線を配列したものは、フィラメントのソーセージングや厚さの変動が一層少なくなり、Ｊｃ等の超電導特性が一段と向上する。尚、図２に示す導体の断面は、例えば、図３に示すように、多芯ビレット14内の単芯複合素線13が矢印の方向に（六角素線の角側を圧延面として）圧下される場合に生じる。
【００１６】
請求項４記載の発明では、多芯ビレットの断面形状が長方形又は正方形で、且つこの多芯ビレットを平角状又はテープ状に減面加工するので、減面加工時に多芯ビレットが周方向に回転することが防止される。従って、フィラメントの不均一変形が抑制され、フィラメントの配置、形状、及び密度が、導体の長手方向全長に渡って均一な酸化物多芯超電導導体が得られる。その結果、酸化物多芯超電導導体は、長手方向での臨界電流値のばらつきが無くなり、短尺材の通電容量がそのまま長尺導体で実現されることになる。
【００１７】
多芯ビレットをテープ状に減面加工するには、ＣＩＰ、ＨＩＰ、押出、溝圧延、拘束圧延（４方圧延等）、拘束プレス、スエージング、引抜き、伸線等の多芯ビレットの４側面を拘束して、その横断面形状が平行四辺形状から大きく逸脱しないように減面加工する任意の加工法が好適に用いられる。多芯ビレットの断面外形が長方形又は正方形の場合は、２段ロール圧延等を適用することも可能である。
本発明において、多芯ビレットの減面加工は、加工材の断面形状が長方形又は正方形に維持されるように加工するのが最も好ましい。
【００１８】
減面加工後の多芯超電導素材中のフィラメント（原料粉体等）の粉体密度が高いと、後に施す熱処理と延伸加工により、高密度で異相の少ない酸化物超電導体が生成する。又高臨界電流密度を得る為の最適熱処理条件（温度、時間）は、フィラメントの厚さによって変化する。従って、フィラメントの厚さが均一だと熱処理条件の最適化が可能になり、得られる酸化物多芯超電導導体の臨界電流密度の向上が可能となる。
【００１９】
金属管に充填する単芯複合素線の断面形状は、金属管の形状によって制限されるものではなく、長方形、正方形、正六角形、三角形、他の多角形、円形、楕円形等任意である。しかし、断面正六角形、長方形、又は正方形の単芯複合素線は、他の形状のものに比べて、減面加工時に、金属マトリックス中での単芯複合素線同士の不規則な相対移動が起き難く、フィラメント形状が確実に均一化する。又断面長方形又は正方形の単芯複合素線は幅方向に隣接するもの同士が側面で互いに密接し、その間に上下の単芯複合素線が入り込む余地を排除できる点で望ましい。又種々形状の単芯複合素線を混合して充填しても差し支えないが、混合したものの超電導特性は、同一形状の単芯複合素線を充填したものと較べて同等以下である。金属管に充填する単芯複合素線の本数は特に制限しないが９〜5000本程度が好ましい。酸化物超電導体には、ビスマス系、タリウム系、イットリウム系等の任意の酸化物超電導体が使用できるが、中でも、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ（以下Ｂｉ−２２２３と記す）等のビスマス系酸化物超電導体は、臨界温度、臨界電流密度が高く、又加工性に優れる為長尺体が得やすい。金属パイプの材質には、熱・電気伝導性、加工性に優れた銀、銀合金、銅、銅合金等が用いられる。中でも酸素透過性や耐酸化性に優れた銀、銀合金が好適である。
【００２０】
図４（イ）は本願発明で用いる多芯ビレットの態様を示す横断面図である。断面正方形の金属管21内に、断面正方形の単芯複合素線13が充填されている。前記単芯複合素線13内の原料粉体10は断面円形に成形されている。ところで、図４（イ）に示したように単芯複合素線13を、金属管21内に縦横両方向に等間隔に整列配置して充填したものは、フィラメント（原料粉体等）とマトリックスが片寄った配置（フィラメントが分散していない）をとり、減面加工時の材料の流れが不均一となり易く、得られる酸化物多芯超電導導体は特に長さ方向のフィラメントの厚さが不均一な形態となり易い。この片寄りは単芯複合素線の断面形状が円形状のもの程大きい。図４（ロ）に示した多芯ビレット14は原料粉体10が断面正方形以外は、図４（イ）と同じもの、図４（ハ）に示した多芯ビレット14は単芯複合素線13と原料粉体10が断面長方形以外は、図４（イ）と同じもの、図４（ニ）に示した多芯ビレット14は金属管21、単芯複合素線13、原料粉体10がいずれも断面長方形のものである。前記図４（イ）)〜（ニ）に示した多芯ビレット14を用いることにより図１に示したように、幅方向に隣接する単芯線間が直接接している断面構造の酸化物多芯超電導導体17を製造することができる。
【００２１】
請求項５記載の発明は、前記欠点を是正するもので、横断面形状が長方形又は正方形の単芯複合素線を金属管内に、厚さ方向に隣接する単芯複合素線同士が幅方向に 0.1ｗ（但しｗは単芯複合素線幅）以上ずれるように積層して充填することを特徴とする請求項４記載の酸化物多芯超電導導体の製造方法である。
【００２２】
図５（イ）は、断面正方形の金属管21内に、断面正方形の単芯複合素線23を、厚さ方向に隣接する層間で 0.5ｗの距離だけずらして充填したものの例である。このように、単芯複合素線23をずらして積層することより、減面加工時に多芯ビレット全体が均一に変形し、得られる酸化物多芯超電導導体のフィラメントの分布（配置）が良好となり超電導特性がより向上する。前記の単芯複合素線の配置位置のずれの大きさは、単芯複合素線の幅ｗの 0.1倍未満ではその効果が十分に得られず、0.1倍以上にするのが好ましい。図５（ロ）は、断面長方形の金属管21内に、断面長方形の単芯複合素線23を、厚さ方向に隣接する層間で0.5ｗの距離だけずらして充填したものの例である。図６は、幅が異なる２種の単芯複合素線23,33を交互に積層することにより、厚さ方向に隣接する層間の単芯複合素線23,33同士が、幅方向にずれるようにしたものである。図５（イ）、（ロ）、図６に示した構造の多芯ビレット14を用いることにより図２に示したようなフィラメント配置の断面構造の酸化物多芯超電導導体17を製造することができる。
【００２３】
【実施例】
以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。
（実施例１）
六角素線を用い、多芯丸線を圧延してテープ化する通常のＰＩＴ法により、本発明の請求項１を満足する銀マトリックス超電導テープを製造した。即ち、Ｂｉ2Ｏ3、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3、ＣａＣＯ3、ＣｕＯの粉末をＢｉ、Ｐｂ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｃｕのモル比が1.8:0.4:2:2:3となるように配合し混合して、これを大気中800℃で100時間焼成して粉砕し、粒径1〜8μｍの粉末を選別し、選別した原料粉体を外径25mm、内径15mmの断面円形の銀管内に充填して複合体を作製し、この複合体をスエージングと引抜加工により対辺長2.3mmの断面正六角形の単芯複合素線に加工した。引抜加工の際に皮剥ぎして銀比を調整し、フィラメント周りのマトリックス比〔ｍ／ｆ〕が0.3、0.5、0.7、0.9の４種類の単芯複合素線を作製した。次に、前記単芯複合素線を定尺に切断し、各々55本ずつを外径25mm、内径19mmの断面円形の銀管内に充填して多芯ビレットとした。次いで各多芯ビレットをスエージングと引抜加工により1.5mmφの多芯丸線材にした。引抜加工の際に皮剥ぎして総マトリックス比〔Ｍ／Ｆ〕を1.0〜4.0に調整した。次いで前記多芯丸線材を六角単芯複合素線の角側が圧延面になるように（図３参照）、又は辺側が圧延面になるように（図１６参照) 保ちつつ、２段ロール圧延して断面寸法が0.25mm×3.2mm のテープに加工し、次いで835℃／50時間の熱処理、２段ロール圧延(上がり断面寸法0.20mm×3.4mm)、835℃/200時間の熱処理を順に施して酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００２４】
（比較例１）
フィラメント周りのマトリックス比〔ｍ／ｆ〕を1.0または1.5とした他は、実施例１と同じ方法により酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００２５】
（比較例２）
総マトリックス比〔Ｍ／Ｆ〕を 0.8または5.0とした他は、実施例１と同じ方法により酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００２６】
各酸化物多芯超電導導体について、フィラメント厚さの変動（標準偏差／平均値）およびＪｃを調べた。フィラメント厚さの変動は、導体の横断面のフィラメントの厚さを100点測定し、その標準偏差をその平均値で除して求めた。数値が大きいほど厚さのばらつきが大きいことを示す。結果を表１、２に示す。
【００２７】
【表１】
【表２】
表１、２より明らかなように、本発明例のNo.1〜16は、フィラメント厚さの変動が小さく、またＪｃが高い値を示した。No.15〜16は幅方向に隣接する単芯線間が上下に位置する単芯線により分離されている為フィラメント厚さの変動が若干大きくなり、それにつれＪｃも幾分低下した。尚、テープ寸法、フィラメント数が同じ場合、総マトリックス比が大きいほど平均フィラメント厚さは小さくなり、Ｊｃが高くなっている。これに対し、比較例のNo.17,18は全体のマトリックス比〔Ｍ／Ｆ〕が1.0未満のためフィラメントが結合して多芯化効果が薄れ、Ｊｃが低下した。No.19〜24はフィラメント周りのマトリックス比〔ｍ／ｆ〕が0.9を超えている為、加工時にフィラメントのマトリックスへの流れ込みが起き、フィラメント厚さの変動が大きくなりＪｃが低下した。No.25〜28は総マトリックス比〔Ｍ／Ｆ〕が大き過ぎて超電導電流が減少した。
【００３０】
（実施例２）
複合体をスエージングと引抜加工により一辺1.6mmの正方形とし、その64本を図７（イ）に示すように、外径25mmφの、中央部分に一辺14mmの正四角形の穴２の開いた金属管（銀管）11に充填して多芯ビレット14とし、1.5mmφの多芯丸線材25からの圧延方向を図７（ロ）に示す矢印の方向とした他は、実施例１と同じ方法により厚さ0.2mm,幅3.4mm、総マトリックス比〔Ｍ／Ｆ〕3.0、フィラメント周りのマトリックス比〔ｍ／ｆ〕0.5の酸化物多芯超電導導体を製造した。このものは、厚さ変動が18％で、Ｊｃが25KA/cm2の良好な特性を示した。
【００３１】
（実施例３）
実施例１のNo.8で用いたのと同じ複合体をスエージングと引抜加工により対辺長が1.9mmの断面正方形の素線とし、これを定尺に切断した64本を対辺長20mm、肉厚2mmの断面正方形の銀管に充填して多芯ビレットとし、次いで2000(kg/cm2)の圧力でＣＩＰ処理した後、線材全側面を拘束する４方ロール圧延により、対辺長1.5mmの断面正方形の角線材とした。次に、この角線材に２段ロールによる圧延を繰返し施して、断面寸法0.25mm×3.0mmのテープとした。このテープに実施例１と同じ条件で、超電導体生成処理を施して、図１又は２に示す、断面寸法0.20mm×3.2mm の超電導テープとした。尚、前記多芯ビレットでは、厚さ方向に隣接する断面正方形素線同士を幅方向にずらせた。結果を表３に示す。
【００３２】
【表３】
表３より明らかなように、厚さ方向に隣接する断面正方形素線同士を幅方向に0.1α以上ずれたもの（No.29,30)はフィラメント厚さの変動が小さく、Ｊｃも高い値を示した。この実施例では、断面正方形の単芯複合素線を断面正方形に集合させた多芯ビレットを４方ロール圧延して断面角形の多芯超電導素材としこれを２段ロール圧延したものなので単芯線がずれていないもの（No.32)でも、断面六角形の単芯複合素線を断面円形に集合させた多芯ビレットをスエージャー、引抜加工して断面円形の多芯超電導素材とし、これを２段ロール圧延した実施例１のもの(No.8)に較べて、フィラメント厚さの変動が少なく、Ｊｃも高い値を示している。
【００３４】
（実施例４）
実施例１において、1.5mmφ線材の皮剥ぎ後の加工を、４方ロール圧延（圧延後の断面寸法0.25mm×1.0mm)、熱処理、４方ロール圧延(圧延後の断面寸法0.20mm×1.0mm)を順に施して行った他は、実施例１と同じ方法により酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００３５】
（比較例３）
実施例４において、マトリックス比〔Ｍ／Ｆ〕、〔ｍ／ｆ〕を本発明条件外とした他は、実施例３と同じ方法により、酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００３６】
得られた各々の酸化物多芯超電導導体について、フィラメント厚さの変動（標準偏差／平均値）およびＪｃを調べた。結果を表４、５に示す。
【００３７】
【表４】
【表５】
表４、５より明らかなように、Ｊｃの絶対値は低めだが、マトリックス配分とＪｃの関係はテープの結果とほぼ同様であった。
【００４０】
（実施例５）
断面長方形(2.5mm×3.8mm)の単芯複合素線を用い、これを定尺に切断した48本または42本を外側寸法が20mm×35mm、肉厚2mm の中空断面長方形の銀管に充填して多芯ビレットとし（図４（ニ）、図５（ロ）参照）、このビレットを2000(kg/cm2)の圧力でＣＩＰ処理した後、全側面を拘束する４方ロール圧延により0.45mm厚×1.0mm 幅の断面長方形の平角線材とした以外は、実施例３と同じ方法により0.40mm厚×1.0mm 幅の酸化物多芯超電導導体を製造した。尚、前記多芯ビレットでは厚さ方向に隣接する断面長方形素線同士を幅方向にずらせた。結果を表６に示す。
【００４１】
【表６】
実施例３の場合と同様に、厚さ方向に隣接する断面長方形素線同士を幅方向に0.5αずれたもの（No.59)はフィラメント厚さの変動が小さく、Ｊｃも高い値を示した。
【００４３】
以上、原料粉体又は単芯複合素線を充填する管材に純銀を用いた例について説明したが、本発明はＡｇ−0.2wt%Ｍｇ合金等、導電性、加工性等に優れた他の金属材料を用いた場合にも同様の効果が得られるものである。
【００４４】
（参考例１）
図８（イ）〜（ト）に示す工程に従ってＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体を製造した。先ず、Ｂｉ2Ｏ3、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3、ＣａＣＯ3、ＣｕＯの粉末をモル比で1.8:0.4:2:2:3となるように配合し混合して、これを大気中800℃で 100時間焼成して粉砕し、粒径1〜8 μｍの粉末を選別し、この選別した原料粉体10を外径25mm、内径18mmの断面円形の銀管11内に充填して複合体12を作製し［図８（イ）］、この複合体12をスウェージング加工と引抜加工により対辺長1.9mmの断面正方形の単芯複合素線13に加工した［図８（ロ）］。次にこの単芯複合素線13を定尺に切断した64本を対辺長20mm、肉厚２mmの断面中空正方形の銀管21に充填し多芯ビレット14とした［図８（ハ）］。次にこの多芯ビレット14を2,000(kg/cm2)の圧力でＣＩＰ（冷間静水圧成形）処理した後、４側面を拘束する菱形圧延法により、対辺長1.5mmの断面正方形の角線材15とした［図８（ニ）］。次にこれに２段ロール圧延を繰返し施して厚さ0.25mm×幅3.5mmのテープ状の多芯超電導素材16を作製した［図８（ホ）］。前記角線材15は、圧延時に周方向に回転するようなことはなかった。次に前記多芯超電導素材16を、大気中840℃×50時間の熱処理（中間熱処理）後、２段ロール圧延により厚さ0.20mm・幅3.7mmに加工し、再度大気中で840℃・50時間の熱処理（最終熱処理）を施して［図８（ヘ）］、テープ状のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体17を製造した［図８（ト）］。
【００４５】
（参考例２）
参考例１で作製した複合体12をスウェージング、伸線などにより加工して厚さ１mm、幅３mmの断面長方形の単芯複合素線13に加工した。次にこの単芯複合素線13を定尺で切断した64本を、縦14mm、横30mm、肉厚2mmの断面中空長方形の銀管に縦８本×横８本充填して多芯ビレット14とした。次にこれを2,000kg/cm2の圧力でＣＩＰ処理した後、ロール駆動型のタークスヘッドロールで厚さ方向と幅方向に交互圧延して、縦１mm、横２mmの平角線材とした。この平角線材に２段ロール圧延を繰返し施して、厚さ0.25mm×幅5.5mmの多芯超電導素材を作製した。次に、この多芯超電導素材を、大気中840℃・50時間の熱処理後、２段ロール圧延により厚さ0.20mm×幅5.7mmに加工し、再度大気中で840℃・50時間熱処理してテープ状のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００４６】
（参考例３）
参考例１で作製した複合体12をスウェージングと伸線加工により対辺長2.1mmの断面正六角形の単芯複合素線13に加工した。その他は、参考例１と同じ方法によりテープ状のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００４７】
（比較例４）
参考例１で作製した複合体をスウェージングと伸線加工により対辺長2.1mmの断面正六角形の単芯複合素線に加工した。次に、この単芯複合素線を定尺で切断した61本を外径25mm、内径20mmの断面中空円形の銀管に充填して多芯ビレットを作製した。次にこの多芯ビレットを2,000kg/cm2の圧力でＣＩＰ処理した後、スウェージングと伸線加工により1.5mmφの丸線とし、次いでこの丸線に２段ロール圧延を繰返し施して厚さ0.25mm×幅3.5mmのテープ状の多芯超電導素材を作製した。次に、この多芯超電導素材を、大気中 840℃・50時間の熱処理後、２段ロール圧延により厚さ0.20mm×幅3.7mmに加工し、再度大気中で840℃・50時間の熱処理を施してテープ状のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００４８】
得られた各々の酸化物多芯超電導導体について、自己磁界中での77Ｋにおける臨界電流密度（Ｊｃ）を、電圧端子間隔を１ｍにとって４端子法により測定した。又この導体の横断面内のフィラメント厚さの変動[(標準偏差／平均値)×100](%)を調べた。又多芯超電導素材の原料粉体（フィラメント）の相対密度(6.5g/cm3を100%とした場合）を測定した。結果を表７に示す。
【００４９】
【表７】
表７より明らかなように、参考例１〜３のNo.61〜63は、Ｊｃが高かった。これは、多芯ビレットが周方向に回転したりせずに減面加工され、その結果フィラメントが全長に渡り均一な形状となり、又その密度が高くなった為である。又単芯複合素線が正方形又は長方形の方がより良い結果が得られた。これに対し、比較例のNo.64はＪｃが低かった。これは多芯ビレットの断面形状が円形の為、減面加工中に多芯ビレットが周方向に回転しながら加工された為、フィラメントが部分的に異常変形し、又その密度が低下した為である。
【００５１】
（参考例４）
参考例１で作製した複合体12をスウェージングと伸線加工により対辺長1.9mmの断面正方形の単芯複合素線13に加工した。次にこの単芯複合素線13を定尺で切断した64本を、対辺長20mm、肉厚２mmの正方形銀管に充填し多芯ビレットとした。次にこれを2,000kg/cm2の圧力でＣＩＰ処理した後、４側面を拘束する菱形圧延法により、対辺長1.5mmの断面正方形の多芯超電導素材を作製した。次にこの多芯超電導素材を、大気中840℃・50時間の熱処理後、伸線加工により対辺長1.35mmの角線とし、再度大気中で840℃・50時間の熱処理を施して角状のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００５２】
（参考例５）
参考例１で作製した複合体12をスウェージング、伸線などにより加工して厚さ1.2mm、幅３mmの断面長方形の単芯複合素線13に加工した。次にこの単芯複合素線13を定尺で切断した64本を、縦14mm、横30mm、肉厚２mmの長方形銀管に縦８本×横８本充填して多芯ビレットとした。次にこの多芯ビレットを2,000kg/cm2の圧力でＣＩＰ処理した後、ロール駆動型のタークスヘッドロールで厚さ方向と幅方向に交互圧延して、厚さ0.25mm×幅4.0mmのテープ状の多芯超電導素材を作製した。次にこの多芯超電導素材を、大気中840℃・50時間の熱処理後、ロール駆動型のタークスヘッドロールで、厚さ0.20mm×幅 4.0mmに加工し、再度大気中で840℃・50時間の熱処理を施して、平角状のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００５３】
（比較例５）
参考例１で作製した複合体をスウェージングと伸線加工により、対辺長2.1mmの断面正六角形の単芯複合素線に加工した。次にこの単芯複合素線13を定尺で切断した61本を外径25mm、内径20mmの断面円形の銀管に充填して多芯ビレットを作製した。次にこの多芯ビレットを2,000kg/cm2の圧力でＣＩＰ処理した後、スウェージングと伸線加工により1.8mmφの丸線とし、これを更に伸線加工して対辺長1.5mmの角状の多芯超電導素材を作製した。次にこの多芯超電導素材を、大気中840℃・50時間の熱処理後、伸線加工して対辺長1.35mmの角線とし、再度大気中840℃・50時間の熱処理を施して角状のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００５４】
（比較例６）
参考例１で作製した複合体をスウェージングと伸線加工により対辺長2.1mmの断面正六角形の単芯複合素線に加工した。次にこの単芯複合素線を定尺で切断した61本を外径25mm、内径20mmの断面円形の銀管に充填して多芯ビレットとした。これを2,000kg/cm2でＣＩＰ処理した後、スウェージングと伸線加工により1.8mmφの丸線とし、ロール駆動型のタークスヘッドロールにより厚さ方向と巾方向に交互圧延して、厚さ0.25mm×幅4.0mmのテープ状の多芯超電導素材とした。次にこの多芯超電導素材を、大気中840℃・50時間の熱処理後、ロール駆動型のタークスヘッドロールで、厚さ0.20mm×幅4.0mmに加工し、再度大気中で840℃・50時間熱処理して角状のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体を製造した。
【００５５】
得られた各々の酸化物多芯超電導導体について、自己磁界中での77Ｋにおける臨界電流密度（Ｊｃ）を、電圧端子間隔を１ｍにとって４端子法により測定した。又この導体の横断面内のフィラメント厚さの変動〔（標準偏差／平均値）×100〕を調べた。又多芯超電導素材の原料粉体（フィラメント）の相対密度を測定した。結果を表８に示す。
【００５６】
【表８】
表８より明らかなように、参考例のNo.65,66は、Ｊｃが高かった。これは、多芯ビレットが長さ方向で回転せずに減面加工され、その結果フィラメントが異常変形したりせず、又フィラメントの密度が高くなった為である。これに対し、比較例のNo.67,68はＪｃが低かった。これは多芯ビレットの断面形状が円形の為、減面加工中に多芯ビレットが周方向に回転して加工された為、フィラメントが異常変形し、又その密度が低下した為である。
【００５８】
（参考例６）
参考例１において、金属管内に単芯複合素線13を、隣接する層の単芯複合素線13同士がずれた配置となるように充填した他は、参考例１と同じ方法によりＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導テープを製造した。尚、多芯ビレット24の隙間には銀の棒材を挿入した。得られた酸化物多芯超電導導体について参考例１と同じ方法によりＪｃ及びフィラメント厚さの変動を調べた。結果を表９に示す。
【００５９】
【表９】
表９より明らかなように、単芯複合素線の位置をずらして充填したもの(No.70〜73)は、ずらさなかったもの(No.69)に較べて、いずれもＪｃが向上した。これはフィラメントがより均一に分布した為である。中でも0.10ｗ以上ずらしたもの(No.71〜73)はＪｃが著しく向上した。
【００６１】
参考例１(No.61)、参考例６(No.73)、又は比較例４(No.64)にて得られた厚さ0.2mm、幅3.7mmのテープ状酸化物多芯超電導導体について、臨界電流密度を電圧タップ間隔を種々に変えて測定した。結果を図９に示す。図９より明らかなように、参考例１(No.61)と参考例６(No.73)は、電圧タップ間隔に無関係に高い臨界電流密度が得られた。このことは、フィラメントの形状及び密度が全長に渡り均一なことを実証するものである。これに対し、比較例４(No.64)の臨界電流密度は、電圧タップ間隔が長くなると大きく低下している。これはフィラメントの形状や密度が長手方向に不均一であることを物語るものである。
【００６２】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の酸化物多芯超電導導体は、その横断面における金属マトリックスの総面積Ｍと超電導フィラメントの総面積Ｆとの比〔Ｍ／Ｆ〕および超電導フィラメント周りの金属マトリックス比〔ｍ／ｆ〕を適正に規定したので、線材の加工時に超電導フィラメントの流れ込み等が少なく、超電導フィラメントの形状が均一に保たれ、全長に渡り高い超電導特性が得られる。又断面外形が長方形又は正方形の多芯ビレットを、平角状又はテープ状に減面加工することにより、多芯ビレットが周方向に回転して加工されるようなことがなくなり、得られる酸化物多芯超電導導体は、フィラメントが全長に渡って形状均一で高密度なものとなり、超電導特性に優れた長尺の酸化物多芯超電導導体が得られる。又金属管に、断面長方形又は正方形の単芯複合素線を層状に積層し、且つ隣接する層間の単芯複合素線同士を0.1ｗ（但しｗは素線幅）以上ずらして積層すると、得られる酸化物多芯超電導導体はフィラメントが均一に分布し、フィラメント形状の均一性が更に高いものとなり、超電導特性が一層向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の酸化物多芯超電導導体の実施の形態を示す横断面組織図である。
【図２】本発明の酸化物多芯超電導導体の他の実施の形態を示す横断面組織図である。
【図３】多芯ビレット内の単芯複合素線の圧下方向の説明図である。
【図４】図の（イ）〜（ニ）は本発明にて用いる多芯ビレットの第１〜４の例を示すそれぞれ横断面図である。
【図５】図の（イ）、（ロ）は本発明にて用いる多芯ビレットの第５、６の例を示すそれぞれ横断面図である。
【図６】本発明にて用いる多芯ビレットの第７の例を示す横断面図である。
【図７】本発明にて用いる多芯ビレットの第８の例を示す斜視図（イ）、及び圧下方向の説明図（ロ）である。
【図８】本発明の酸化物多芯超電導導体の製造方法の実施例を示す工程説明図である。
【図９】本発明により得られた酸化物多芯超電導導体の電圧タップ間隔と臨界電流密度との関係図である。
【図10】従来の酸化物多芯超電導導体の製造方法の工程説明図である。
【図11】テープ状の酸化物多芯超電導導体の横断面斜視図である。
【図12】フィラメントの形状を示す説明図である。
【図13】フィラメントの形状を示す説明図である。
【図14】酸化物多芯超電導導体のフィラメントの形状を示す横断面説明図である。
【図15】多芯ビレットが周方向に回転して圧延されたときのフィラメントの異常変形の説明図である。
【図16】多芯ビレット内の単芯複合素線の圧下方向の説明図である。
【図17】図の（イ）、（ロ）は単芯線の例を示すそれぞれ横断面説明図である。
【図18】図の（イ）、（ロ）は単芯複合素線の例を示すそれぞれ横断面図である。
【符号の説明】
１ 単芯線
２ 穴
Ｋ１ 酸化物超電導フィラメント周りの金属マトリックス
Ｋ２ 単芯線の集合体を包囲した金属マトリックス
10 原料粉体
11,21,31 金属管
12 複合体
13,23,33 単芯複合素線
14,24 多芯ビレット
15 角線材
25 丸線材
16,26 多芯超電導素材
17,27 酸化物多芯超電導導体
18 金属マトリックス
19 酸化物超電導体フィラメント
Claims (5)
- Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ（以下Ｂｉ−２２２３と記す）酸化物超電導フィラメントの周りに金属マトリックスＫ１を配した単芯線の集合体をさらに金属マトリックスＫ２で包囲したＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体において、前記Ｂｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体の横断面における前記金属マトリックスＫ１、Ｋ２の総面積Ｍと超電導フィラメントの総面積Ｆとの比〔Ｍ／Ｆ〕が１．０〜４．０であり、前記単芯線における金属マトリックスＫ１の面積ｍと超電導フィラメントの面積ｆとの比〔ｍ／ｆ〕が０．３〜０．９であることを特徴とするＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体。
- 請求項１記載のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体の幅方向に隣接する単芯線同士が直接接しており、これら幅方向に隣接する単芯線間が上下に位置する単芯線により分離されていないことを特徴とするＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体。
- 請求項２記載のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体の厚さ方向に隣接する単芯線同士が幅方向に０．１α（但しαはフィラメント幅）以上ずれていることを特徴とするＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体。
- Ｂｉ−２２２３酸化物超電導体又はその原料粉体を所定寸法の金属管Ａ内に充填した複合体を単芯複合素線に加工し、この単芯複合素線の複数本を所定寸法の金属管Ｂ内に充填して多芯ビレットとし、この多芯ビレットを減面加工して多芯超電導素材とし、この多芯超電導素材に熱処理と延伸加工を繰返し施すＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体の製造方法であって、前記金属管Ａの断面積を、前記単芯複合素線の横断面における金属マトリックスの面積ｍと超電導フィラメントの面積ｆの比［ｍ／ｆ］が０．３〜０．９になるように調整し、前記金属管Ｂの断面積を、前記Ｂｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体の横断面における前記金属マトリックスの総面積Ｍと超電導フィラメントの総面積Ｆとの比〔Ｍ／Ｆ〕が１．０〜４．０になるように調整し、前記単芯複合素線を充填する金属管の横断面外形が長方形又は正方形であり、前記多芯ビレットを平角状又はテープ状に減面加工することを特徴とするＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体の製造方法。
- 横断面形状が長方形又は正方形の単芯複合素線を金属管内に、厚さ方向に隣接する層間で単芯複合素線同士が幅方向に０．１ｗ（但しｗは単芯複合素線幅）以上ずれるように積層して充填することを特徴とする請求項４記載のＢｉ−２２２３酸化物多芯超電導導体の製造方法。
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-
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