JPH1092630A

JPH1092630A - 酸化物超電導コイル

Info

Publication number: JPH1092630A
Application number: JP24444396A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Tanaka; 和英田中; Michiya Okada; 道哉岡田; Keiji Fukushima; 敬二福島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-09-17
Filing date: 1996-09-17
Publication date: 1998-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】強磁場下での電磁力や熱処理時の変形及び反応
による臨界電流密度特性の劣化を抑制する、酸化物超電
導コイルの製造方法を提供する。【解決手段】金属シース酸化物超電導線材とＡｇ基合金
テープを合わせ巻きするＷ＆Ｒ方式の酸化物超電導コイ
ルであり、熱処理によりこれらを一体化することにより
コイル自身の強度を高める。【効果】本発明によれば、液体窒素，液体ヘリウムなど
の冷媒、あるいは冷凍機を用いて作動する酸化物超電導
コイルが実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物超電導コイ
ルに係わり、特に金属シース酸化物超電導線材を使用し
たワインド・アンド・リアクト方式のコイルに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】１９８６年に発見された酸化物超電導体
は、従来の金属系超電導体と比較して２つの有利な特長
を持つ。１つは超電導臨界温度（Ｔｃ）が高いことであ
り、これを利用すると安価で、かつ入手が容易となる液
体窒素を冷媒として用いることが可能となり、大幅なコ
スト低減を図ることができる。もう１つは液体ヘリウム
温度(４.２Ｋ）における上部臨界磁界（Ｈ_C2）が高いこ
とであり、これを利用すると従来の金属系超電導マグネ
ットの最内層に酸化物超電導線材で作製したコイルを配
置することによって、２５Ｔを越えるような強い磁場を
発生する強磁場装置が実現可能となる。

【０００３】現在、酸化物超電導線材の作製方法とし
て、超電導粉末、あるいはその前駆体粉末をＡｇ等の金
属シースに充填した後、伸線，圧延等の加工を施すパウ
ダー・イン・チューブ法、あるいは超電導粉末を含んだ
懸濁液の中に基板を連続的に浸し、その両面に懸濁液を
付着させるディップコート法等が用いられている。

【０００４】これらの方法により得られた線材を使用
し、コイル成型後に熱処理を施すワインド・アンド・リ
アクト（Ｗ＆Ｒ）法、あるいは熱処理後にコイル成型を
行うリアクト・アンド・ワインド（Ｒ＆Ｗ）法によって
作製された超電導コイルは、４.２Ｋでは外部磁場なし
の条件下で３〜４Ｔ級、また、２０Ｔを越える外部磁場
下でも２Ｔ級の磁場を発生するものが得られている。し
かしながら、実用化のためには更なる発生磁場の向上が
望まれている。

【０００５】ワインド・アンド・リアクト法に関連する
ものとして、特開平5−121226 号公報記載のものがあ
り、リアクト・アンド・ワインド法に関連するものとし
て、特開平8−222430 号公報記載のものがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】酸化物超電導コイル
は、強い磁場下での大きな電磁力、或いはコイル成型後
の熱処理工程における自重によるクリープ変形、更には
超電導コアと絶縁材や補強材との熱的な反応などによ
り、素線性能から見積もられる性能に至ることが困難で
あるという問題点があった。

【０００７】また、電磁力対策や変形の防止を目的とし
て、シース材に酸化物を微細に分散させた酸化物分散型
シースによる線材の高強度化の検討が進められている
が、線引きや圧延加工時に行う焼鈍などによってシース
材が硬化し、加工途中で断線が多発する問題点がある。

【０００８】本発明は、上記問題点を考慮したものであ
り、長尺線材を用いて製作した酸化物超電導コイルの強
磁場下で受ける電磁力、及び熱処理工程で発生する変形
及び反応による臨界電流密度特性の劣化を防止すること
を可能にする、酸化物超電導コイルの提供を目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】高性能の酸化物超電導コ
イルを作製するためには、酸化物超電導コイルの使用温
度、或いは熱処理温度における機械的な強度の向上が不
可欠である。また、コイルの大型化が進んだ場合には、
酸化物超電導線材の長尺化も重要となってくる。

【００１０】そこで本発明者等は、前記の如き実状に鑑
み鋭意検討した結果、以下の構成を有する酸化物超電導
コイルを発生するに至った。

【００１１】即ち、本発明による酸化物超電導コイル
は、金属シース酸化物超電導線材をコイル状に巻線した
後、熱処理を施すワインド・アンド・リアクト方式の酸
化物超電導コイルであって、コイルの巻線工程におい
て、該酸化物超電導線材とコイルを補強するためのＡｇ
基合金テープを合わせ巻きすることを特徴とする。つま
り、Ａｇに酸化物を微細分散させた酸化物分散型シース
線材を用いず、従来のＡｇシース線材とＡｇを主成分と
する合金テープとを合わせ巻きしたワインド・アンド・
リアクト方式の酸化物超電導コイルである。

【００１２】また、本発明による酸化物超電導コイル
は、合わせ巻きした酸化物超電導線材とＡｇ基合金テー
プを熱処理により一体化することを特徴とする。

【００１３】また、本発明による酸化物超電導コイル
は、高温強度が熱処理工程におけるコイルの自重による
クリープ変形を防止するに必要十分であり、かつ及び冷
却後の電磁力によるフープ力にも十分耐え得る強度を持
ち合わすことを特徴とする。

【００１４】また、本発明による酸化物超電導コイル
は、コイル全体に対するＡｇ基合金テープの占積率が２
０％以上であることを特徴とする。

【００１５】また、本発明による酸化物超電導コイル
は、１００ＭＰａ以上の電磁力が加わる条件下で用いる
ことを特徴とする。

【００１６】また、本発明による酸化物超電導コイル
は、１０Ｔ以上の磁場中で用いることを特徴とする。

【００１７】また、本発明による酸化物超電導コイル
は、金属シース酸化物超電導線材に充填された粉末の組
成が、Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₁Ｃｕ₂Ｏ_x又は（Ｂｉ，Ｐｂ)₂Ｓ
ｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_xを主成分とする材料で構成されてい
ることを特徴とする。

【００１８】また、本発明による酸化物超電導コイル
は、酸化物超電導線材の金属シース材が銀シースである
ことを特徴とする。

【００１９】また、本発明による酸化物超電導コイル
は、金属シース酸化物超電導線材が多芯線材であること
を特徴とする。

【００２０】また、本発明による酸化物超電導コイル
は、補強材として用いるＡｇ基合金の添加元素に、酸素
イオン強度比０.５〜２.５の範囲内の酸化物であること
を特徴とする。

【００２１】また、本発明による酸化物超電導コイル
は、補強材として用いるＡｇ基合金の添加元素に、Ｍｇ
Ｏ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＮｉＯのうちの少なくとも１種以上が含
まれていることを特徴とする。

【００２２】また、本発明による酸化物超電導コイル
は、補強材として用いるＡｇ基合金に、０.２５重量％
以上，１.０重量％以下のＭｇＯが含有されていること
を特徴とする。

【００２３】また、本発明における酸化物超電導コイル
は、ターン間に用いる絶縁材の成分中に、少なくともＡ
ｌ₂Ｏ₃が９０重量％以上含有されていることを特徴とす
る。さらにまた、本発明による酸化物超電導コイルは、
異なる２種以上の金属で被覆した酸化物超電導線材を、
熱処理により合金化することを特徴とする。

【００２４】本発明における酸化物超電導体の原料化合
物しては、例えばＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系の場合には、イ
ットリウム化合物，バリウム化合物，銅化合物が用いら
れる。また、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の場合に
は、ビスマス化合物，ストロンチウム化合物，カルシウ
ム化合物，銅化合物を用い、必要に応じて鉛化合物，バ
リウム化合物が用いられる。Ｔｌ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−
Ｏ系及びＴｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の場合には、タ
リウム化合物，ストロンチウム化合物，バリウム化合
物，カルシウム化合物，銅化合物を用いる。必要に応じ
てビスマス化合物，鉛化合物が用いられる。また、結晶
成長を促進するため、これらにカリウム化合物等のアル
カリ土類金属を添加することもある。この他、Ｈｇ系超
電導体やＡｇ系超電導体などの酸化物超電導体を用いる
場合においても、これらに必要な化合物を用いる。各原
料化合物は、酸化物，水酸化物，炭酸塩，硝酸塩，ほう
酸塩，酢酸塩等の形で用いる。

【００２５】酸化物超電導粉末の製造方法としては、そ
れぞれの化合物を粉砕，混合し、その混合物を焼成する
方法が挙げられる。この方法には、原料化合物のすべて
を一度に混合する方法や原料化合物の一部を予め混合し
た後、残りの原料粉末を混合する方法がある。

【００２６】酸化物超電導粉末の合成及び中間焼成に際
しての熱処理温度は、７００〜1200℃の範囲内が用いら
れる。また、必要に応じて部分溶融温度以上に加熱した
後、これを冷却する過程で、超電導相の結晶粒内に非超
電導相を分散させ最外層に非磁性の耐熱合金を構造補強
のために利用する。

【００２７】酸化物超電導線材の作製方法は、これまで
に多くの方法が提案されているが、ここではその１つの
例として線引き−圧延法について詳しく述べる。

【００２８】上述した様な方法で酸化物超電導体、ある
いは前駆体を合成した後、平均粒径０.００１〜０.０１
mm程度まで粉砕し、これを金属パイプに充填する。次
に、ドローベンチ，スエージャー，カセットローラーダ
イス、あるいは溝ロールを用いて断面減少率５〜２０％
の線引き加工を行いその後必要に応じて線材の多芯化を
行う。多芯化を行う方法は、丸断面形状あるいは六角断
面形状に伸線加工した線材を金属パイプに組み込み、上
述したような装置を用いて断面減少率５〜２０％で所定
の線径まで伸線する。ここでの工程は、線材を所望の形
状にすると同時に、シース内に充填された超電導粉末を
高密度化する作用がある。

【００２９】次に、さらに緻密化を図るため、冷間ある
いは熱間圧延機で加工し、扁平断面のテープ状線材と
し、適切な温度や雰囲気で熱処理をすることによって高
い臨界電流密度を持った線材が得られる。また、より高
い電流密度を持つ線材を作製するには、圧延加工に際
し、線材の長手方向への伸びは最小限に留め、幅方向へ
の伸びを促進することが効果的であることを本発明者等
は実験により確認している。これは、超電導コア部の緻
密化が進むためである。使用用途によっては、圧延加工
を行わずに丸断面の線材を用いることもある。

【００３０】酸化物超電導線材の最終的な熱処理温度と
しては、７００〜１０５０℃の範囲内が用いられる。こ
の線材は、目的に応じて一本以上複合させてコイル状に
巻いたり、リード線状やケーブル線状に成形して利用す
る。また、この熱処理過程で超電導体の特性を高めるた
め、熱処理雰囲気が材料によって選択される。例えば、
Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₁Ｃｕ₂Ｏ_x系超電導体の場合、高い特性
を得るため最終熱処理の際には、低圧酸素雰囲気（例え
ば体積で１〜２０％Ｏ₂）が選ばれる。しかしながら、
Ｔｌ₂Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x系超電導体の場合には、酸素
分圧が高いほど特性が向上することから、例えば純酸素
雰囲気が選ばれる。

【００３１】上述した方法以外にも、例えば溶射法，ド
クターブレード法，ディップコート法，スプレーパイロ
リシス法、あるいはジェリーロール法等で作製した線材
を用いて同等の値を得ることは可能である。

【００３２】上述した超電導線材のシース材や基板材料
には、主に熱処理に際して腐食等の問題を考慮しなくて
すむ銀，金，パラジウム，白金、重量で１〜５０％の金
を含む銀基合金、重量で１〜５０％のパラウジム，マグ
ネシウム，チタン，マンガン，ニッケル，銅を含む銀又
は金基合金等を用いる。また、必要に応じて最外層に非
磁性の耐熱合金を構造補強のために利用する。

【００３３】本発明における酸化物超電導線材とともに
巻合わせる絶縁材は、コイル設計上密に巻線を行って発
生磁場を高めることが重要であることから、絶縁層の厚
みを０.３mm以下にすることが好ましく、さらに好まし
くは０.１mm以下にまで薄くする。また、熱処理後に超
電導特性を劣化させないことはもちろん、絶縁性，密着
性，強度及び耐熱性も良好であることが重要である。

【００３４】本発明において、金属系超電導マグネット
の内層に酸化物超電導コイルを具備する構造にすること
で、より強い磁場を発生する超電導マグネットが実現で
きる。このときの金属系超電導体としては、ＮｂＴｉ系
合金，Ｎｂ₃Ｓｎ系化合物，Ｎｂ₃Ａｌ系化合物，Ｖ₃Ｇ
ａ系，シェブレル系化合物を用い、必要に応じて２種以
上のマグネットを配置する。内層に具備する酸化物超電
導体は、ビスマス系超電導体が望ましい。それがパンケ
ーキコイルで、コイル間で特性にばらつきがある場合、
コイルの高さ方向において、両端より磁場の高い中心部
に特性の高いコイルを配置する。これにより、１８Ｔを
越える強い磁場を発生することが可能な超電導マグネッ
トを容易に得ることができる。

【００３５】このようにして、所望の構造に加工された
導体は、コイル，電流リード，ケーブルとして加工変形
された後、熱処理が行われる。超電導線材は、超電導マ
グネットのほか、ケーブル，電流リード，ＭＲＩ装置，
ＮＭＲ装置，ＳＭＥＳ装置，超電導発電機，超電導モー
タ，磁気浮上列車，超電導電磁推進船，超電導変圧器，
超電導限流器などに用いることができる。また、その使
用温度が液体窒素温度以上であれば、一層効果的であ
る。

【００３６】本発明の酸化物超電導コイルによると、従
来生じていた強磁場下での電磁力や熱処理工程で発生す
る変形及び反応等によるＪｃ特性の劣化の問題が解消さ
れる。

【００３７】また、Ｗ＆Ｒ法によるコイル化の際、通常
のセラミックス不織布や繊維をコイルの絶縁材として使
用した場合、焼成工程において超電導線材と絶縁材とが
反応し、超電導特性が劣化することが明らかとなってい
る。この原因は、通常のセラミックス不織布や繊維に
は、酸性の高いＳｉＯ₂が約２５〜５０重量％含有され
ているため、超電導線材内のアルカリ土類金属であるＳ
ｒやＣａ等と反応しやすくなるためである。

【００３８】このため、線材のターン間に用いる絶縁材
は耐熱性の酸素イオン強度化が0.5〜２.５の範囲内の
酸化物を少なくとも１種以上含有し、且つその含有率が
９０〜１００重量％であるセラミックス不織布や繊維を
用いることが望ましい。酸素イオン強度化とは、イオン
の荷電数及びイオン半径で決定される強さの尺度であ
り、一般に、酸素イオン強度比が小さく塩基性酸化物同
士や酸素イオン強度比が大きい酸性酸化物同士は反応し
にくく、塩基性と酸性の酸化物は著しく反応しやすいこ
とが知られている。実際のコイルでの反応は、加工時に
発生する被覆材のピンホールを介して起きているものと
推察される。

【００３９】以上述べたように、本発明によれば、加工
の難しい酸化物分散型強化シース等を用いる必要がな
く、強磁場下での電磁力や熱処理時の反応及び変形によ
るＪｃ特性の劣化を防止し、コイル化した後も１００％
の素線性能を発揮することが可能となる酸化物超電導コ
イルを製造することができる。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下に本発明を実施例により具体
的に説明する。

【００４１】［実施例１］Ｂｉ₂Ｏ₃，ＳｒＯ，ＣａＯ及
びＣｕＯの各酸化物を出発原料とし、Ｂｉ，Ｓｒ，Ｃ
ａ，Ｃｕの原子モル比がそれぞれ２.００：２.００：
１.００：２.００となるように秤量した。これに、純水
を加え遠心ボールミルで１時間混合した後、脱水，乾燥
処理後、８４０℃，２０時間の熱処理を大気中で行い、
Ｂｉ−２２１２超電導粉末を得た。粉末Ｘ線回折及び走
査型電子顕微鏡観察結果から、超電導相以外のＳｒＯ，
ＣｕＯの異相も若干認められた。

【００４２】得られた粉末を平均粒径が０.０１mm 以下
になるようにＡｒガス気流中のらいかい機で粉砕，混合
し、外径６.０mm，内径５.０mmのＡｇパイプに充填し
た。その後、ドローベンチで断面減少率１１〜１３％の
加工を施し、外径１.０３mm まで線引きした。これを、
１９等分長さに切断し、外径６.０mm，内径５.２mmのＡ
ｇパイプに１９本組み込んだ後、ドローベンチと圧延機
を用いて、断面減少率１１〜１３％の加工を施し、最終
的に厚さ０.１４〜０.２２mm，幅４.８５〜５.０mm ，
長さ７０〜８５ｍのＢｉ−２２１２／１９芯テープ状Ａ
ｇシース線材を得た。単芯及び多芯線材の加工途中に
は、３００℃，１０〜３０分の焼鈍を適宜１〜３回行っ
た。

【００４３】次に、コイルの機械強度を向上させる目的
で行う、Ａｇ基合金の合わせ巻きによる補強に関し、そ
れに適する合金テープを探索するため、Ｍｇの添加量を
変えた熱処理後のＡｇ−Ｍｇ合金テープの機械特性を引
張試験機を用いて室温で測定した。表１にその結果を示
す。

【００４４】

【表１】

【００４５】比較のために、熱処理後のＢｉ−２２１２
／１９芯テープ線及びＡｇテープについても同様の測定
を行った。今回検討したＭｇの添加量は、重量で０.１
％，０.５％，１.０％，２.０％である。

【００４６】Ｍｇの添加量が１.０重量％を超えると、
添加量が増えるに従い強度的には脆くなる傾向が認めら
れ、測定の際、塑性域に達する前に断線が生じた。一
方、Ｍｇの添加量が１.０重量％以下では、添加量の増
加に伴い機械特性が向上する傾向が認められた。今回の
測定の結果から、コイルの補強材としてＢｉ−2212テー
プ線と合わせ巻きするのに好適な材料は、Ａｇ−０.５
重量％Ｍｇ合金テープであると考えられ、以後、これを
使用することにした。

【００４７】そして、得られたＢｉ−２２１２線材１と
厚さ０.１mm，幅５.０mmのＡｇ−０.５重量％Ｍｇ合金
テープ２を巻芯であるＡｇリング３に合わせ巻きし、パ
ンケーキコイルを作製した。比較のために、Ａｇ−Ｍｇ
合金テープによる補強を行わないコイルも製作した。タ
ーン間の絶縁は厚さ０.１mm のＡｌ₂Ｏ₃ペーパー４を用
いた。コイルサイズは、両者とも外径１００mm，内径３
０mmである。本発明のコイルの模式図を図１に、断面図
を図２に示す。巻線直後の発生磁場を室温で測定する
と、両者とも計算値通りの磁場が得られ、巻線工程にお
ける短絡は生じていないことが分かった。

【００４８】作製したコイルの熱処理は、純酸素雰囲気
中で８８０℃，１０分の部分溶融を施し、０.２５℃／
分の速度で８１５℃まで降温し、その後室温まで３時
間で降温した。さらに、超電導特性を高めるため低圧酸
素（１〜２０体積％）雰囲気中で８００℃，２０時間の
アニール処理を行い、Ｂｉ−２２１２超電導コイルを得
た。同様にして、パンケーキコイルをそれぞれ４個作製
した後、それら４個のコイルを積層し、８００℃，１０
時間でコイル間の接続処理を施した。接続に用いた線
は、コイル巻線に使用したＢｉ−２２１２テープ線１と
同様のものであり、拡散接合によってコイル間の接続を
行った。熱処理後、室温において発生磁場を測定した結
果、両者とも計算値と一致する磁場が得られた。よっ
て、コイル間や線材間での短絡はないと言える。また、
熱処理後のコイル形状は、Ａｇ−Ｍｇ合金テープで補強
したコイルは全く変化していなかったものの、補強を行
わなかったコイルはその外側で変形が認められた。これ
は、コイルの強度が不十分であったために発生した熱歪
みによる変形と考えられる。熱処理した各々の積層コイ
ルは、真鍮性の容器に挿入し、エポキシ系樹脂をターン
間や層間などの隙間に流し込むことによりコイル全体を
補強した。

【００４９】コイルと同様に熱処理した長さ５０mmのＢ
ｉ−２２１２／１９芯短尺テープ線の零磁場における臨
界電流を四端子抵抗法にて２０Ｋと４.２Ｋで測定した
ところ、２０Ｋでは３００Ａ，４.２Ｋでは５５０Ａが
得られた。なお、このときの臨界電流の定義は、１μＶ
／cmとした。

【００５０】さらに、両コイルの臨界電流を外部磁界零
の条件下で四端子抵抗法にて２０Ｋと４.２Ｋで測定し
た。その結果、Ａｇ−０.５重量％Ｍｇ合金テープで補
強したコイルの臨界電流は２０Ｋでは２３５Ａ，４.２
Ｋでは４５０Ａであった。一方、補強を行わなかった
コイルは２０Ｋでは２４５Ａ、４２Ｋでは４４０Ａであ
った。短尺線に比べてコイルの特性が低いのは、自己磁
場の影響であると考えられる。なお、このときの臨界電
流の定義は、１×１０~¹³Ω・ｍとした。

【００５１】次に、１８Ｔの外部磁場を印加し、両コイ
ルの臨界電流を四端子抵抗法を用いて４.２Ｋで測定し
た。同時に、ホール素子を用いて、コイル中心部の発生
磁場も実測した。その結果、Ａｇ−０.５重量％Ｍｇ合
金テープで補強したコイルの臨界電流は１×１０~¹³Ω
・ｍで定義すると２２８Ａであり、そのときの発生磁
場は１.６Ｔを実測した。これにより、外部磁場と本発
明のコイルを組み合わせて１９.６Ｔの中心磁場を発生
したことになる。

【００５２】その後、１８Ｔから磁場を徐々に下げてい
きながら、臨界電流の磁場依存性を評価した結果、図３
に示すような特性が得られた。図３において、５が本発
明の酸化物超電導コイルの臨界電流−外部磁場特性であ
る。臨界電流は、素線性能から予想される磁場依存性と
ほぼ一致するものであり、電磁力によるコイルの劣化は
生じていないことが分かった。１８Ｔ中で積層コイルが
受けた電磁力を見積もると１０３ＭＰａであり、Ｂｉ−
２２１２テープ状Ａｇシース線材とＡｇ−Ｍｇ合金テー
プとを合わせ巻きすることにより、１００ＭＰａを超え
るような強大な電磁力にも充分耐える構造となった。コ
イルの０.２％耐力を複合則から見積もると、１６３Ｍ
Ｐａであることから、今回受けた電磁力に対しては十分
な強度を有していたと言える。

【００５３】一方、補強を行わなかったコイルの臨界電
流は、１８Ｔ中では１７０Ａであったが、１００Ａ程度
の通電でコイルのＶ−Ｉ曲線の勾配が明らかに変化し、
発生電圧の緩やかな立ち上がりが認められた。その後、
磁場を下げていきながらコイルの臨界電流の磁場依存性
を評価した。図３にその結果を示す。図３において、６
が従来の作製法である補強なしの酸化物超電導コイルの
臨界電流−外部磁場特性である。図３から明らかなよう
に、１８Ｔ中で受けた電磁力によりコイルの臨界電流が
大幅に変化しており、１７Ｔ中では１８Ｔの時の臨界電
流の１／５以下である３０Ａまで劣化していた。なお、
１８Ｔ中で積層コイルが受けた電磁力は８７ＭＰaであ
り、Ｖ−Ｉ曲線の勾配が明らかに変化した時の電磁力は
５１ＭＰaであった。複合則を用いて見積もったコイル
の０.２％耐力が５５ＭＰａであることを考慮すると、
ほぼ妥当な性能と言える。

【００５４】測定後に、コイルの外観観察を行ったとこ
ろ、補強を行わなかったコイルは、電磁力による変形が
明らかに認められた。

【００５５】［実施例２］Ｂｉ₂Ｏ₃，ＰｂＯ，ＳｒＯ，
ＣａＯ及びＣｕＯの各酸化物を出発原料とし、Ｂｉ，Ｐ
ｂ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｃｕの原子モル比がそれぞれ１.７
４：０.３４：２.００：２.２０：３.００となるよう
に秤量した。これに、エタノールを加え遠心ボールミル
で１時間混合した後、脱水，乾燥処理後、７９０℃，２
０時間の熱処理を大気中で行い、Ｂｉ−２２２３前駆体
を得た。得られた粉末は、Ｘ線回折及び走査型電子顕微
鏡観察結果から主成分がＢｉ−２２１２相であった。そ
の他に結晶構造が同定できないＳｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏを
含む物質及びＳｒＯ,ＣuＯ，Ｃａ₂ＰｂＯ₄などが含まれ
ていた。得られた粉末を粒径が０.１mm 以下になるよう
にらいかい機で粉砕し、外径６.０mm，内径５.０mmのＡ
ｇパイプに充填した。これを実施例１と同様にして加工
し、厚さ０.５mm，幅２.６mmの線材を得た。この線材を
外径５０cmのＳＵＳ製ドラムに巻き、大型電気炉を用い
て８３８℃，５０時間の熱処理を大気中で行った。熱処
理後、１０％以下の加工度で線材の厚さが０.３mm にな
るまで圧延し、上述した方法でさらに８３８℃，５０時
間の熱処理を行った。その後、同様に線材の厚さが０.
２〜０.２５mmになるまで圧延し、８３８℃，５０時間
の熱処理を行った。そらにまた、加工度１５％以下の加
工度で圧延し、最終的に厚さが０.１４〜０.２０mm，幅
４.９〜５.１mm，長さ１００ｍのＢｉ−２２１３／１９
芯テープ状Ａｇシース線材を得た。

【００５６】次に、得られたＢｉ−２２２３線材１と厚
さ０.１mm，幅５.０mmのＡｇ−0.5重量％Ａｌ合金テー
プ、或いはＡｇ−０.５重量％Ｐｔ合金テープ、或いは
Ａｇ−０.５重量％Ｐｄ合金テープ２を巻芯であるＡｇ
リング３に合わせ巻きし、図１に示すようなパンケーキ
コイルを作製した。コイルサイズは、外径１００mm，内
径３０mmである。コイルの断面図を図２に示す。ターン
間の絶縁は厚さ０.１mmのＡｌ₂Ｏ₃ペーパー４を用い
た。巻線直線の発生磁場を室温で測定すると、計算値通
りの磁場が得られ、巻線工程における短絡は生じていな
いことが分かった。

【００５７】作製したコイルは、２０体積％酸素雰囲気
中で８４０℃，４８時間熱処理を施し、その後室温まで
炉冷した。このようにして作製した、Ｂｉ−２２２３超
電導コイルを真鍮性の容器に挿入し、最後に液状に溶か
したシリコン系樹脂でコイル全体を補強した。熱処理
後、室温において発生磁場を測定した結果、計算値の９
０〜９４％の磁場が得られた。よって、線材間、或いは
コイル間の短絡が多少発生したと言える。しかしなが
ら、コイル形状は、熱処理前後で全く変化しておらず、
熱歪み等による変形は認められなかった。

【００５８】コイルと同様に熱処理した長さ５０mmの短
尺線の零磁場における臨界電流を四端子抵抗法にて２０
Ｋと４.２Ｋで測定したところ、２０Ｋでは１１８Ａ，
４.２Ｋでは１９０Ａであった。なお、このときの臨界
電流の定義は、１μＶ／cmとした。

【００５９】さらに、各コイルの臨界電流を外部磁界零
の条件下で四端子抵抗法にて２０Ｋと４.２Ｋで測定し
た。その結果、Ａｇ−０.５重量％Ａｌ合金テープで補
強したコイルは、２０Ｋで７５Ａ，４.２Ｋでは１３５
Ａであった。また、Ａｇ−０.５重量％Ｐｔ合金テープ
で補強したコイルは、２０Ｋで１Ａ，４.２Ｋでは３Ａ
という非常に低い値であった。さらに、Ａｇ−０.５重
量％Ｐｄ合金テープで補強したコイルは２０Ｋで７Ａ，
４.２Ｋでは２５Ａであった。臨界電流が極端に劣化し
た原因を走査型電子顕微鏡等を用いて検討した結果、Ｐ
ｔやＰｄが酸化物コアと反応しためであることが分かっ
た。

【００６０】測定後に、コイルの外観観察を行ったとこ
ろ、電磁力や冷却における変形等は特に認められなかっ
た。

【００６１】［実施例３］実施例１と同様にして得られ
たＢｉ−２２１２超電導粉末を外径６.０mm ，内径５.
０mmの酸化物（ＭｇＯ）を微細分散させたＡｇ−０.５
重量％Ｍｇ合金パイプに充填した。その後、ドローベン
チで断面減少率１１〜１３％の加工を施し、外径３.５m
m まで加工した。ここで、線材が加工硬化し、チャック
部で線材の断線が頻繁に生じたので、６００℃，１０分
で焼鈍を行った。すると、焼鈍前に比べて更に線材自身
の硬度が増し、外径２.５mm まで線引き加工を行ったも
のの、線材の断線が多発し、これ以上の線引き加工はで
きなかった。

【００６２】その後、焼鈍を加工途中に行わないもの、
及び外径３.５mmまで加工した後に、３００℃，３５０
℃，４００℃，５００℃（時間は１０分）で焼鈍した線
材を線引き加工した。しかし、いずれの場合も外径１.
９mm〜２.５mmの時に断線が多発し、これ以上の線引き
加工はできなかった。

【００６３】［実施例４］実施例１におけるパンケーキ
コイルの絶縁材を厚さ０.１mm，幅５.０５mmのセラミッ
クス製絶縁テープ（７５重量％Ａｌ₂Ｏ₃−２５重量％Ｓ
ｉＯ₂）に変えた以外は、実施例１と全く同様にして、
Ｂｉ−２２１２超電導コイルを作製した。その後、実施
例１と同様に部分溶融熱処理を行った結果、コイルが緑
色に変色し、しみ出しも極端に多い外観であった。室温
において、５Ａの通電を行い、発生磁場を測定すると、
計算値の６０％の発生磁場しか得られかった。この原因
を走査型電子顕微鏡等で検討した結果、超電導体中のア
ルカリ土類金属であるＳｒやＣａと絶縁材に含有されて
いるＳｉＯ₂とが熱処理によって反応したためであるこ
とが分かった。

【００６４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、線材の
加工が非常に困難で、１００ｍを超えるような長尺線材
が得られにくい、酸化物分散型強化シース等を用いる必
要がなく、強磁場下での電磁力や熱処理時の反応及び変
形による臨界電流密度特性の劣化を抑制し、コイル化し
た後も１００％の素線性能を発揮することができる酸化
物超電導コイルを製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の酸化物超電導コイルの熱処理前の模式
図である。

【図２】本発明の酸化物超電導コイルの熱処理前の断面
図である。

【図３】本発明及び従来法で作製した酸化物超電導コイ
ルの臨界電流値−外部磁場相関図である。

【符号の説明】

１…金属シース酸化物超電導線材、２…Ａｇ基合金テー
プ、３…巻芯、４…アルミナペーパー、５…本発明の酸
化物超電導コイルの磁場中における臨界電流、６…従来
の酸化物超電導コイルの磁場中における臨界電流。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属シース酸化物超電導線材をコイル状に
巻線した後、熱処理を施すワインド・アンド・リアクト
方式の酸化物超電導コイルであって、コイルの巻線工程
において、該酸化物超電導線材とコイルを補強するため
のＡｇ基合金テープを合わせ巻きすることを特徴とする
酸化物超電導コイル。
【請求項２】異なる２種以上の金属で被覆した酸化物超
電導線材を、熱処理により合金化することを特徴とする
合金シース酸化物超電導コイル。