JPH11329111A

JPH11329111A - 酸化物超電導ビレット、酸化物超電導線材、及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11329111A
Application number: JP10133496A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Sasaoka; 高明笹岡
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 1999-11-30
Anticipated expiration: 2018-05-15
Also published as: JP3757617B2

Abstract

(57)【要約】【課題】断面が丸形状の超電導線材においても断面がテ
ープ状の超電導線材と同等の臨界電流密度を達成できる
酸化物超電導線材の製造に適したビレットと、そのビレ
ットから製造される酸化物超電導線材、その線材の製造
方法を提供する。【解決手段】酸化物超電導ビレット１０は、金属芯材６
を中心としてその周囲に、内部に超電導粉末フィラメン
ト７１を含み周囲を金属７２で被覆した金属被覆線７を
複数本配置し、これら金属芯材６と金属被覆線７を金属
パイプ８の空間内に収容した構造である。そして、金属
芯材６、金属被覆７２、金属パイプ８の材料のビッカー
ズ硬さを、それぞれｘ、ｙ、ｚとしたとき、ｘ＞ｚ＞ｙ
の関係を有している。酸化物超電導線材を製造する好ま
しい方法は、ビレット１０を加工度９９％以上に減面加
工する工程と、前記超電導粉末を超電導化する熱処理工
程を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物超電導ビレ
ット、酸化物超電導線材、およびその製造方法に係り、
特に改善された臨界電流密度特性を有する酸化物超電導
線材の製造に好適なビレット、そのビレットから製造さ
れる超電導線材とその製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】酸化物超電導体を複数に分割し、銀また
は銀合金をマトリックスで被覆したいわゆる銀シース多
芯超電導線材の開発が進められている。酸化物超電導体
としては、たとえばＢｉ−２２１２，Ｂｉ−２２２３，
Ｔｌ−１２２３，Ｔｌ−２２２３，Ｙ１２３，Ｎｄ−１
２３，等の酸化物粉末を出発原料とし、銀または銀合金
の被覆材と複合させ、さらに超電導化熱処理を施して、
超電導線材が得られる。通常、このような複合化構造
は、図７にその断面を示すように、超電導体を複数のフ
ィラメント１の組織に分割し、これらを銀または銀合金
２で被覆した断面円形すなわち丸線のマルチフィラメン
ト超電導線材３とする手法が多く用いられている（例え
ば、特開平４−２９２８０９を参照）。また、このよう
な断面円形の線材に圧延加工を施し、図８に示すような
断面が矩形状のテープ状酸化物超電導線材４とすること
も多い。

【０００３】酸化物超電導線材の場合、丸形状線材の７
７Ｋにおける臨界電流密度をＪｃ１、テープ状線材のそ
れをＪｃ２とすると、Ｊｃ１＜Ｊｃ２となるのが普通で
ある。つまり、酸化物超電導体の場合、個々の超電導フ
ィラメントの断面形状を丸（フィラメントのアスペクト
比が１）でなく、楕円またはテープ（フィラメントのア
スペクト比１以上）にした方がＪｃを大きくすることが
できる。

【０００４】ところで、線材の最終形状としては、丸線
の方がテープ状線材に比べ汎用性があり、しかも取り扱
いが容易となるとの理由から、別の断面構造として、図
９に示すように、超電導フィラメント１がテープ状（ア
スペクト比１より大）で線材５の断面は円形とした酸化
物超電導線材が提案されている（特開平９−２２３４１
８号）。

【０００５】このような構造の超電導線材は、金属パイ
プ中にテープ状の線材を複数本組込み、その後、縮径加
工を行うことで長尺で丸形状の超電導線材を得ている。
例えば、外径５０mm、長さ１ｍのビレットは減面加工
（縮径加工ともいう）によって、外径１mmにすると、お
およそ２０００ｍの長尺超電導線材となる。ここで、減
面加工前の外径ｄ１、加工後の外径ｄ２とするとＫ＝｛１−（ｄ２／ｄ１）²｝＊１００で示されるＫを加工度（単位は％）と呼んでいる。長尺
線材を作製する場合において減面加工は不可欠であり、
加工度Ｋの大きくとれる製造方法が望ましい。例えば、
図７に示すような断面構造の超電導線材の場合、ｄ１＝
５０mm、ｄ２＝１mmの減面加工（Ｋ＝９９．９６％）は
加工途中でアニール処理を行うことで問題なく実施でき
る。一般には、Ｋが９９％以上可能な製法が望ましい。

【０００６】また、超電導線材は交流損失対策として超
電導フィラメントをツイストすることがある。図７に示
すような丸形状の超電導線材においては、通常は丸形状
でツイスト加工することで、その目的が達せられてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図９に示すような断面
形状の超電導丸線材においてもＪｃ１がＪｃ２に達する
ことはない。原因は定かでないが、このような構造にお
いて、断面内の超電導フィラメントの平板は径方向（線
材の軸線に垂直な方向）に積層配置されているため、減
面加工の際にテープ形状の超電導フィラメントが等方的
でない圧縮力を受け、図１０に示すように超電導フィラ
メント１が折れてしまうことが要因の一つと考えられて
いる。

【０００８】また、図９に示すような断面構造において
は、複数の超電導フィラメントが同心円状（線材の軸心
に関し対称）に配置されていないため、交流損失対策と
して超電導フィラメントをツイストすることが容易でな
いと思われる。

【０００９】そこで、本発明の目的は、断面が丸形状の
超電導線材においても断面がテープ状の超電導線材と同
等の臨界電流密度を達成できる酸化物超電導線材の製造
に適したビレットと、そのビレットから製造される酸化
物超電導線材、その線材の製造方法を提供することにあ
る。また、本発明の他の目的は、加工度Ｋが９９％以上
の高い減面加工と超電導フィラメントの高アスペクト化
を同時に実現するのに適したビレット、そのビレットか
ら製造される酸化物超電導線材、その線材の製造方法を
提供することにある。さらに、本発明のもう一つの目的
は、交流損失対策として超電導フィラメントにツイスト
を加えても、それによって臨界電流密度の劣化しない、
酸化物超電導線材の製造に適したビレットと、そのビレ
ットから製造される酸化物超電導線材、その線材の製造
方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、金属芯材と、金属芯材の周囲に配置さ
れ、超電導粉末フィラメントとその周囲の金属被覆から
なる複数本の金属被覆線と、これら金属芯材と複数本の
金属被覆線を収容する金属パイプを有する酸化物超電導
ビレットにおいて、金属芯材、金属被覆、金属パイプの
材料のビッカーズ硬さをそれぞれｘ、ｙ、ｚとしたと
き、ｘ＞ｚ＞ｙの関係を有することを特徴とする酸化物
超電導ビレットを提供する。これにより、超電導ビレッ
トを減面加工する際に超電導フィラメントが高アスペク
ト化する現象を利用し、高い縮径加工度Ｋを確保しつ
つ、高臨界電流密度Ｊｃを有する酸化物超電導線材が得
られる。また、金属芯材を中心として金属被覆線を同心
円状に配置する断面構造となることから、減面加工して
得られた線材は応力耐性に優れ、超電導フィラメントを
キンクなしにツイストできる。従って、交流損失対策の
ための超電導フィラメントのツイストによっても、臨界
電流密度の劣化しない酸化物超電導線材が得られる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。

【００１２】図１、図３、及び図６は、本発明に係る酸
化物超電導ビレットを示す。酸化物超電導ビレット１０
は、金属芯材６を中心としてその周囲に、内部に超電導
粉末フィラメント７１を含み周囲を金属７２で被覆した
金属被覆線７を複数本配置し、これら金属芯材６と金属
被覆線７を金属パイプ８の空間内に収容した構造であ
る。そして、金属芯材６、金属被覆７２、金属パイプ８
の材料のビッカーズ硬さを、それぞれｘ、ｙ、ｚとした
とき、ｘ＞ｚ＞ｙの関係を有している。金属被覆線７
は、酸化物超電導粉末７１をフィラメント、その周囲の
金属被覆７２をマトリックスとする複合線構造である。

【００１３】酸化物超電導粉末７１の例として、Ｂｉ−
２２１２相主相のＢｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ ₁Ｃｕ₂Ｏｘ組成の
前駆体粉末や、Ｂｉ−２２２３相主相の（Ｂｉ−Ｐｂ）
₂−Ｓｒ₂−Ｃａ₂−Ｃｕ₃−Ｏ_x組成の前駆体粉末を
含むが、これらに限定されるものではない。好ましく
は、酸化物超電導粉末を銀等の金属パイプに充填した後
伸線加工して得られる素線を複数本束ね、別の銀等の金
属パイプ内に収容して再度伸線加工することにより、マ
ルチフィラメントの金属被覆線とする。

【００１４】金属芯材６には、ビッカーズ硬さが１００
から３００Hv程度のオーステナイト系ステンレスまたは
銀合金を使用できる。ステンレスの硬さは、通常の焼き
鈍し処理や減面加工の条件を変えることで調整すること
ができる。銀合金がその材料として使用されるときは、
材料の硬さは、銀合金中の添加元素の濃度を変えること
で、または焼き鈍し処理時の条件を変えることで調整で
きる。特に、金属芯材６に銀合金を選択する場合は、Ａ
ｇを基材としてＭｇ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｓｂ，Ａｌ，Ｎｉ，
Ｗ，Ｚｒ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ａｕ，Ｐｂよ
り選ばれた少なくとも１種を総量で０．０１wt％以上添
加することにより、超電導粉末を被覆している金属被覆
（例えば、純銀からなる）よりもビッカーズ硬さを大き
くすることができる。ビッカーズ硬さを大きくするため
には、Ａｕ、Ｐｄを除く上記添加金属元素の添加量を多
くすればよい。

【００１５】金属芯材６、金属被覆７２、金属パイプ８
の材料の組み合せとしては、例えば、金属芯材６はオー
ステナイト系ステンレスの焼鈍材、金属被覆７は純銀で
あり、かつ金属パイプ８は銀を基材としてＭｇ，Ｔｉ，
Ｍｇ，Ｓｂ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｗ，Ｚｒ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｈ
ｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ａｕ，Ｐｂより選ばれた少なくとも１種
を総量で０．０１wt％以上添加された銀合金であること
が好ましいが、これに限定されるものではない。

【００１６】本発明の酸化物超電導ビレットにおける金
属芯材６の断面形状は、好適には、図１に示したような
断面円形であるが、これ以外に、図５に示されるような
断面Ｎ角形（Ｎは４〜８の整数）の棒材としてもよい。
この場合、周囲に配置される金属被覆線７は断面円形で
あることが好ましい。また、金属パイプ８の内周面形状
は円形の他、図３、図５に示されるように６角形でもよ
いが、この場合でも周囲に配置される金属被覆線７は断
面円形であることが好ましい。図３では、金属芯材６が
断面円形の棒材、金属被覆線７が断面円形、金属パイプ
８の内周面形状が６角形の組み合せであるのに対し、図
５では、金属芯材６が断面６角形の棒材、かつ金属パイ
プの内周面形状が６角形の組み合せとしている。なお、
金属パイプ８の６角形内周面の角部分には、ビレットを
線材化するための減面加工時に金属被覆線７の配置に乱
れが生じないように、断面円形の金属線を配置すること
が好ましく、この金属線は金属被覆７２と同一材料であ
ることが好ましい。これら多角形の金属芯材または多角
形内周面を有する金属パイプを使用すると、断面円形の
金属心材及び金属被覆線を使う場合に比べ、より少ない
加工度Ｋの減面加工によって、超電導フィラメントの高
アスペクト化が実現できる。

【００１７】図５は、別の例の断面を示し、金属芯材が
断面Ｎ角形（Ｎは４〜８の整数）の棒材であり、かつ金
属パイプの内周面形状がＭ角形（Ｍは４〜８の整数）と
している。なお、図３、図５に示した例では、ビレット
の断面構造は純粋な同心円状（対称）ではないため、交
流損失改善のために線材にツイストが加えられる場合に
は、このツイストに起因するＪｃの劣化を抑制する効果
は少なくなる。

【００１８】図２、図４、及び図６は、それぞれ図１、
図３、及び図５に示した断面構造の銀被覆酸化物超電導
ビレット１０を減面加工して得られる長尺の酸化物超電
導線材１１の断面を示す。ここでの減面加工は、減面加
工度Ｋが９９％以上で、かつ０減面加工後の金属被覆線
内の超電導フィラメントのアスペクト比が２以上となる
加工であることが好ましく、例えば、加工後の個々の超
電導フィラメントの最大厚さを１〜１００μｍの範囲と
なるサイズまで細くする。なお、この減面加工の途中ま
たは減面加工終了後に被加工線材にツイスト加工を施し
てもよい。

【００１９】本発明の酸化物超電導線材を製造する好ま
しい方法は、ビレットを加工度９９％以上に減面加工す
る工程と、前記超電導粉末を超電導化する熱処理工程を
含む。例えば、酸化物超電導粉末がＢｉ−２２１２系の
超電導体の場合は、通常、超電導化熱処理を減面加工完
了後に実施する。それ以外の超電導体の場合は、減面加
工の途中で超電導化のための中間熱処理と縮径加工を繰
り返し実施し、最終的な超電導線材を得る。

【００２０】ここで、本発明にいう減面加工とは、スウ
ェジャー、ドローベンチ、またはローラーダイス、押出
ダイス等を用い、酸化物超電導ビレットから最終の線材
を得るためにその断面積を小さくする加工方法のことを
いい、実質的に断面円形もしくは断面多角形のビレット
から、実質的に断面円形のまたは多角形の長尺の最終線
材を得るための縮径加工を含む。

【００２１】本発明の酸化物超電導ビレットでは、金属
芯材６、金属被覆７２、金属パイプ８の材料のビッカー
ズ硬さをそれぞれｘ、ｙ、ｚとしたとき、ｘ＞ｚ＞ｙの
関係を有しているため、酸化物超電導粉末からなるフィ
ラメントを含む金属被覆線の金属被覆は、金属芯材とそ
の最外層の金属パイプに比べて機械的に柔らかい素材で
ある。このため、ビレットの減面加工によって径方向に
向かう圧縮力を受けると金属被覆線は金属芯材上で容易
につぶされ、それゆえ、内部の超電導フィラメントがア
スペクト比１以上の形状、すなわち楕円またはテープ状
に変形する。この結果、減面加工と超電導フィラメント
の高アスペクト化を同時に達成することができ、高いＪ
ｃの長尺で断面円形の酸化物超電導線材（丸線）が得ら
れる。

【００２２】なお、金属心材、金属被覆、金属パイプの
硬さの定量的な指標としては、ビッカーズ硬さに代え
て、降伏応力を参照してもよい。本発明のビレットに適
した金属材料である、銀、銀合金、及びオーステナイト
系ステンレスの焼鈍材にあっては、ビッカーズ硬さと降
伏応力は相関関係にあるものと推定される。もっとも、
各金属材料のビッカーズ硬さが本発明で規定する関係を
満たす限り、本発明の範囲に含まれるのはいうまでもな
い。

【００２３】

【実施例】＜実施例１＞Ｂｉ−２２１２相主相のＢｉ₂
Ｓｒ₂Ｃａ₁Ｃｕ₂Ｏ_x組成の前駆体粉末を用意した。
外径１２mm内径１０mm長さ５００mmの銀パイプにその前
駆体粉末を充填し、直径２mmまで伸線加工し、素線Ａを
得た。この素線Ａと同サイズの銀丸線を用意した。素線
Ａを１８本と銀丸線１本を、銀丸線が中心に位置するよ
うに束ね、再度銀パイプに組み込んだ後再度伸線して、
直径４mmの１８芯銀被覆丸線７（丸線Ｂ）を得た。この
とき、丸線７の銀被覆７２は純銀からなり、そのビッカ
ーズ硬さｙ＝４０Hvである。こうして得られた複数本の
丸線７と金属心材を金属パイプ内に組み込んで、図１に
示すビレットを得た。このビレットは、金属芯材が外径
１４mmのステンレス３１０Ｓ（ビッカーズ硬さｘ＝２０
０Hv）の丸棒で、その周囲に銀被覆丸線７を１１本を配
置し、外径２８mm、内径２５mmの銀合金パイプ８に組込
んでいる。なお、超電導フィラメント７１の総数は１１
＊１８＝１９８であるが、煩雑さを避けるため図示を一
部省略している。銀合金パイプ８はＭｇとＮｉがそれぞ
れ０．０６wt％添加された銀合金からなるもので、降伏
応力が１９０MPa 、ビッカーズ硬さｚ＝１２０Hvであ
る。つまり、ｘ＞ｚ＞ｙを満たしている。

【００２４】次いで、この超電導ビレット１０（外径２
８mm）を押し出し加工、スウェージング、引き抜き加
工、ローラーダイス加工により外径０．３mmから５mmま
で伸線した。伸線過程において、金属芯材６の焼き鈍し
処理（８００℃）を、外径が２４mm、２０．５mm、１７
mm、１４mm、１２mm、１０mm、８．５mm、７．２mm、５
mmのそれぞれの時点で施した。

【００２５】図２は伸線後の線材の断面図の一例を示す
もので、個々の超電導フィラメントが伸線加工によって
丸からアスペクト比１以上の楕円またはテープ状に変形
したことを示している。伸線後は超電導化熱処理を施
し、超電導線材となった。

【００２６】表１はこうして得られた線材サンプル（外
径０．３から５mmまでの１０種類）の４．２Ｋにおける
フィラメントの臨界電流密度Ｊｃ、フィラメントのアス
ペクト比、フィラメントの厚さ、の測定結果を示したも
のである。これら線材の比材として、一部のサンプル
（同じく外径０．３から５mmまでの１０種類）に対して
熱処理前にツイスト加工を実施した。ピッチは外径の６
倍の長さとした。ツイスト加工後に同じ熱処理を実施し
超電導線とした。

【００２７】表１に示すとおり、超電導ビレットの減面
加工（縮径加工）によって、フィラメントのアスペクト
比は増大し、それに応じてＪｃも向上することが分かっ
た。Ｊｃに対する最適値はフィラメントのアスペクト比
が６付近、フィラメントの最大厚さが１０μｍ程度とな
っている。ツイスト材に関しては若干Ｊｃの低下が見ら
れた。なお、減面加工度がさらに大きくなるにつれてフ
ィラメントのアスペクト比も更に大きくなるが、逆にＪ
ｃは減少する。

【００２８】さらに、追加的な特徴として、これらの超
電導線材の応力耐性を調べる目的で、Ｊｃと引っ張り応
力の関係を調べた。表１に示した耐応力値はＪｃが初期
値に対して２％劣化する時の引っ張り応力値を示したも
のである。通常の銀合金被覆酸化物超電導線材の応力耐
性は１００MPa 程度であり、この線材は中心金属が硬い
素材で構成されており、表１に示すように、許容応力ほ
ぼ３００MPa と高強度化されていることが確認された。

【００２９】実施例１は、アスペクト比１のフィラメン
トが縮径加工にて高アスペクト化したこと、応力耐性が
改善されたこと、Ｊｃを大きく劣化させずに線材ツイス
トが可能であること、を示している。

【００３０】

【表１】

【００３１】＜実施例２＞外径１２mm内径１０mm長さ５
００mmの銀合金パイプ（Ａｕを１wt％添加したＡｇ−Ａ
ｕ合金で、ビッカーズ硬さｙ＝４０Hvである。）に、実
施例１と同じ前駆体粉末を充填した素線と、銀合金パイ
プのそれと同一合金組成の銀合金丸線を複合させ、実施
例１の丸線Ｂと同様の構造の１８芯銀合金被覆丸線Ｃを
作製した。次に、実施例１と同様にして、図１に示す断
面図の超電導ビレット（最外径２８mm）を得た。このビ
レットは、金属心材が外径１４mmの銀合金の丸棒で、Ｍ
ｇとＮｉがそれぞれ０．１wt％添加されている銀合金か
らなり、そのビッカーズ硬さｘ＝１７０Hvである。最外
層は、実施例１と全く同じ材料、寸法形状の銀合金パイ
プであり、ビッカーズ硬さｚ＝１２０Hvである。よっ
て、この実施例２のビレットの構成によれば、金属芯材
のビッカーズ硬さは実施例１のそれよりも小さくなって
いる。

【００３２】次いで、実施例１と同様な伸線加工で、外
径０．３mmから５mmまで伸線された。伸線過程におい
て、焼き鈍し処理は、外径１８mm、１１mm、８mm、５mm
にて施した。

【００３３】伸線後の断面は図２に示したものと類似の
ものである。伸線後は超電導化熱処理を施し、超電導線
材となった。

【００３４】表２はこうして得られた線材のサンプル
（外径０．３から５mmまで１０種類）の４．２Ｋにおけ
るフィラメントの臨界電流密度Ｊｃ、フィラメントのア
スペクト比、フィラメントの厚さ、耐応力値の測定結果
を示したものである。これら線材の比較材として、一部
のサンプル（同様に、外径０．３から５mmまで１０種
類）に対して熱処理前にツイスト加工を実施した。ピッ
チは外径の３倍の長さとした。ツイスト加工後に同じ熱
処理を実施し超電導線とした。

【００３５】表２に示すとおり、超電導ビレットの縮径
加工によって、フィラメントのアスペクト比は増大し、
それに応じてＪｃも向上することが分かった。しかし、
Ｋとアスペクト比の関係は実施例１と異なっており、同
じＫに対してはアスペクト比が小さくなっている。これ
は、一つは、ビレットを構成する各材料のビッカーズ硬
さｘ、ｙ、ｚの大小関係、及び、加工途中でのｘ、ｙ、
ｚの大小関係の違いに依存して、伸線加工時の銀合金被
覆丸線の変形度に違いが生じるためである。一方、ツイ
スト加工のＪｃへの影響は実施例１に比べ小さかった。
これは金属芯材の硬さを実施例１のステンレスより柔ら
かくしたためと考えられる。Ｊｃに対する最適値はフィ
ラメントのアスペクト比が７程度、フィラメントの最大
厚さが６μｍ程度となっている。この実施例２では中心
金属の素材を実施例１より柔らかくしており、縮径加工
によるフィラメントアスペクト比の増大は小さくなって
いる。なお、Ｊｃが最大となる加工度とフィラメント形
状も、金属芯材をステンレスにした実施例１と異なり、
耐応力値は小さくなっている。

【００３６】実施例２は、実施例１の結論を支持すると
ともに、金属芯材の硬さの程度によって、アスペクト比
の大きくなる程度が異なることを示している。また、表
２にあるように、金属芯材に銀合金を使うことで、ツイ
ストによるＪｃの劣化を小さくできることも示された。

【００３７】

【表２】

【００３８】＜実施例３＞実施例１、実施例２とは別の
組成、すなわちＢｉ−２２２３相主相の（Ｂｉ−Ｐｂ）
₂−Ｓｒ₂−Ｃａ₂−Ｃｕ₃−Ｏ_x組成の前駆体粉末を
用意した。この粉末から実施例１の素線Ｂと同じ構造の
１８芯銀被覆丸線Ｄを作製した。そして、図３に示すよ
うな銀被覆酸化物超電導ビレット１０を作製した（銀被
覆のビッカーズ硬さｙ＝４０Hv）。このビレットは、金
属心材６が外径１６mmのステンレス３１０Ｓ（ビッカー
ズ硬さｘ＝２００Hv）で、その外周に外径４mmの１８芯
の銀被覆丸線７（丸線Ｄ）を配置し、内周面が６角形
（対辺寸法２４mm）外径が丸形の銀合金パイプ８（実施
例１と全く同じ銀合金製で、ビッカーズ硬さｚ＝１２０
Hv）を最外層として配置している。さらに、内側６角の
角に純銀丸線９を配置した。これは丸線７の配置が加工
の際にぐらつかないようにするためである。この超電導
ビレット１０を外径２．５mmまで伸線し、１回目の超電
導化熱処理としての中間熱処理を施した。その後、外径
２．２mmまで伸線し、２回目の超電導化熱処理としての
中間熱処理を施した。その後、外径２mmまで伸線し、最
後（３回目）の超電導化熱処理を施し、外径２mmのＢｉ
−２２２３超電導丸線を得た。図４は得られた線材１１
の線材断面図を示したものである。この超電導線材１１
の７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃは３００Ａ／mm²相
当を示した。さらに、追加的な特徴として、これらの超
電導丸線はステンレスで機械的強度が補強されているた
め、引張り応力を３００MPa 加えてもＪｃ劣化のないこ
とが確認された。

【００３９】実施例３の結果は、本発明の高アスペクト
化現象が、他の酸化物超電導材料を用いた線材において
も同様に起こることを示している。

【００４０】＜実施例４＞実施例１で作製した１８芯銀
被覆丸線（丸線Ｂ、外径４mm）を用い、図５に示す断面
の超電導ビレット１０を作製した。このビレットは金属
芯材が６角棒（対辺寸法４mm）のステンレス３１０Ｓ
（ｘ＝２００Hv）で、その外周に６本の銀被覆丸線７を
配置している。最外層の銀合金パイプ８は内周面が対辺
寸法１２mmの６角で、外径が１８mmである。さらに内側
６角の角に純銀丸線９（外径１．６mm）を配置した。こ
の純銀丸線９は実施例３と同様に、銀被覆丸線７の配置
を安定させるためのものである。フィラメントの総数は
６＊１８＝１０８である。銀合金パイプ８は、ＭｇとＮ
ｉがそれぞれ０．０６wt％添加された銀合金からなり、
降伏応力が２００MPa 、ビッカーズ硬さが１２０Hvであ
る。

【００４１】次いで、この超電導ビレット１０（外径１
８mm）をスウェージング、引き抜き加工、ローラーダイ
ス加工により外径０．３mmから５mmまで伸線した。伸線
過程において、中芯金属（ステンレス）の焼き鈍し処理
（８００℃）を、外径１７mm、１４mm、１２mm、１０m
m、８．５mm、７．２mm、５mmのそれぞれの時点で実施
した。

【００４２】図６は伸線後の線材の一例を示すもので、
個々の超電導フィラメントが伸線加工によって、丸から
アスペクト比１以上の楕円またはテープ状に変形したこ
とを示している。伸線後は超電導化熱処理を施し、超電
導線材１１となった。

【００４３】表３は、こうして得られた線材サンプル
（外径０．３から４mmまで１０種類）の４．２Ｋにおけ
るフィラメントの臨界電流密度Ｊｃ、フィラメントのア
スペクト比、フィラメントの厚さ、の測定結果を示した
ものである。これら線材の比較材として、一部のサンプ
ルに対して熱処理前にツイスト加工を実施した。ピッチ
は外径の１０倍の長さとした。ツイスト加工後に同じ熱
処理を実施し超電導線とした。

【００４４】表３に示すとおり、超電導ビレットの減面
加工（縮径加工）によって、フィラメントのアスペクト
比は増大し、それに応じてＪｃも向上することが分かっ
た。特に実施例４の場合、金属芯材を断面６角形の棒材
とし、かつ最外層の銀合金パイプの内周面形状を６角形
としたことにより、少ない減面加工でも超電導フィラメ
ントの高アスペクト化が実現できることがわかる。但
し、ツイスト材に関してはＪｃの低下が見られた。この
実施例では、金属心材の断面形状が６角であるため、そ
の周囲に配置された銀被覆丸線内の超電導フィラメント
が、完全な同心円形状に配置されないことが、Ｊｃ低下
の理由と考えられる。この実施例における、Ｊｃに対す
る最適値はフィラメントのアスペクト比が６程度、フィ
ラメントの最大厚さが１０μｍ程度となっている。

【００４５】実施例４の超電導銀被覆ビレットの構成に
おいては、多角形の金属芯材と内周面が多角形の空間を
もつ銀合金パイプの辺同士で銀被覆丸線を挟む構造とし
たため、減面加工によってフィラメントを更に高アスペ
クト化できることを示している。

【００４６】

【表３】

【００４７】本発明では、超電導ビレットから最終形状
の線材を得る工程での減面加工度Ｋは９９％以上とし
た。Ｋの大きい工程のない製法においては、従来技術の
採用で問題ない。

【００４８】また、実施例３、４における純銀丸線の使
用は任意でよく、断面形状の乱れが好ましくない場合に
充填するのが好ましい。減面加工においては、丸材から
丸材の加工のみならず、丸材から６角材、４角材等への
加工も可能である。

【００４９】なお、本発明の酸化物超電導線材は、それ
自体導体として、あるいはその複数本の集合化した導体
として用いる場合の他、それらを他の部材と複合化した
構成にしてもよい。その応用例としては、マグネット、
コイル、ケーブル、ブスバー、電流リード、磁気シール
ド、永久電流スイッチ等の超電導デバイスがあげられ
る。さらに、前記の応用として使用する場合、その作製
法はReact&Wind法あるいはWind&React法のいずれであっ
てもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
金属芯材と、金属芯材の周囲に配置され、超電導粉末フ
ィラメントとその周囲の金属被覆からなる複数本の金属
被覆線と、これら金属芯材と複数本の金属被覆線を収容
する金属パイプを有する酸化物超電導ビレットにおい
て、金属芯材、金属被覆、金属パイプの材料のビッカー
ズ硬さをそれぞれｘ、ｙ、ｚとしたとき、ｘ＞ｚ＞ｙの
関係を有することから、超電導ビレットを減面加工する
際に超電導フィラメントが高アスペクト化する現象を利
用し、高い縮径加工度Ｋを確保しつつ、高臨界電流密度
Ｊｃを有する酸化物超電導線材が得られる。また、金属
芯材を中心として金属被覆線を同心円状に配置する断面
構造となることから、減面加工して得られた線材は応力
耐性に優れ、超電導フィラメントをキンクなしにツイス
トできる。従って、交流損失対策のための超電導フィラ
メントのツイストによっても、臨界電流密度の劣化しな
い酸化物超電導線材が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の酸化物超電導ビレットの一例を示す断
面図である。

【図２】図１の酸化物超電導ビレットを伸線、熱処理後
の線材を示す断面図である。

【図３】本発明の酸化物超電導ビレットの他の例を示す
断面図である。

【図４】図３の酸化物超電導ビレットを伸線、熱処理後
の線材を示す断面図である。

【図５】本発明の酸化物超電導ビレットの他の例を示す
断面図である。

【図６】図５の酸化物超電導ビレットを伸線、熱処理後
の線材を示す断面図である。

【図７】従来のマルチフィラメント型酸化物超電導丸線
材の一例を示す断面図である。

【図８】従来のマルチフィラメント型超酸化物超電導テ
ープ線材の一例を示す断面図である。

【図９】従来のマルチフィラメント型酸化物超電導丸線
材の他の例を示した断面図である。

【図１０】従来型のマルチフィラメント型超電導丸線材
の他の例を示した断面図である。

【符号の説明】

１超電導フィラメント２銀または銀合金被覆３マルチフィラメント酸化物超電導線材４テープ状酸化物超電導線材５酸化物超電導丸線材６金属芯材７金属被覆丸線８金属パイプ１０酸化物超電導ビレット１１酸化物超電導線材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属芯材と、該金属芯材の周囲に配置さ
れ、超電導粉末フィラメントとその周囲の金属被覆から
なる複数本の金属被覆線と、これら金属芯材と複数本の
金属被覆線を収容する金属パイプを有する酸化物超電導
ビレットにおいて、前記金属芯材、前記金属被覆、前記
金属パイプの材料のビッカーズ硬さをそれぞれｘ、ｙ、
ｚとしたとき、ｘ＞ｚ＞ｙの関係を有することを特徴と
する酸化物超電導ビレット。
【請求項２】前記金属芯材がオーステナイト系ステンレ
スの焼鈍材からなり、前記金属被覆が純銀からなり、か
つ前記金属パイプが銀を基材としてＭｇ，Ｔｉ，Ｍｇ，
Ｓｂ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｗ，Ｚｒ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｈｆ，Ｖ，
Ｎｂ，Ａｕ，Ｐｂより選ばれた少なくとも１種を総量で
０．０１wt％以上添加された銀合金からなることを特徴
とする請求項１に記載の酸化物超電導ビレット。
【請求項３】前記金属芯材が断面Ｎ角形（Ｎは４〜８の
整数）の棒材であり、かつ前記金属被覆線が断面円形で
あることを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物
超電導ビレット。
【請求項４】前記金属芯材が断面円形の棒材であり、前
記金属被覆線が断面円形であり、かつ前記金属パイプの
内周面形状がＭ角形（Ｍは４〜８の整数）であることを
特徴とする請求項１または２に記載の酸化物超電導ビレ
ット。
【請求項５】前記金属芯材が断面Ｎ角形（Ｎは４〜８の
整数）の棒材であり、かつ前記金属パイプの内周面形状
がＭ角形（Ｍは４〜８の整数）であることを特徴とする
請求項１または２に記載の酸化物超電導ビレット。
【請求項６】請求項１ないし６のいずれかに記載の酸化
物超電導ビレットを、加工度９９％以上に減面加工し線
材としたことを特徴とする酸化物超電導線材。
【請求項７】前記減面加工の途中または減面加工終了後
に被加工線材にツイスト加工を施したことを特徴とする
請求項６に記載の酸化物超電導線材。
【請求項８】前記減面加工が、前記金属被覆線内の超電
導フィラメントのアスペクト比を２以上とする加工であ
ることを特徴とする請求項６または７に記載の酸化物超
電導線材。
【請求項９】金属芯材と、該金属芯材の周囲に配置さ
れ、超電導粉末フィラメントとその周囲の金属被覆から
なる複数本の金属被覆線と、これら金属芯材と複数本の
金属被覆線を収容する金属パイプを有する酸化物超電導
ビレットにおいて、前記金属芯材、前記金属被覆、前記
金属パイプの材料のビッカーズ硬さをそれぞれｘ、ｙ、
ｚとしたとき、ｘ＞ｚ＞ｙの関係を有する酸化物超電導
ビレットを用意する工程と、前記酸化物超電導ビレット
を加工度９９％以上に減面加工する工程と、前記超電導
粉末を超電導化する熱処理工程を含むことを特徴とする
酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項１０】前記減面加工の途中または減面加工終了
後に被加工線材にツイスト加工を施す工程を含むことを
特徴とする請求項９に記載の酸化物超電導線材の製造方
法。
【請求項１１】前記減面加工が、前記金属被覆線内の超
電導フィラメントのアスペクト比を２以上とする加工で
あることを特徴とする請求項９または１０に記載の酸化
物超電導線材の製造方法。
【請求項１２】前記金属芯材がオーステナイト系ステン
レスの焼鈍材からなり、前記金属被覆が純銀からなり、
かつ前記金属パイプが銀を基材としてＭｇ，Ｔｉ，Ｍ
ｇ，Ｓｂ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｗ，Ｚｒ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｈｆ，
Ｖ，Ｎｂ，Ａｕ，Ｐｂより選ばれた少なくとも１種を総
量で０．０１wt％以上添加された銀合金からなることを
特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載の酸化
物超電導線材の製造方法。
【請求項１３】前記金属芯材が断面Ｎ角形（Ｎは４〜８
の整数）の棒材であり、かつ前記金属被覆線が断面円形
であることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか
に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項１４】前記金属芯材が断面円形の棒材であり、
前記金属被覆線が断面円形であり、かつ前記金属パイプ
の内周面形状がＭ角形（Ｍは４〜８の整数）であること
を特徴とする請求項９ないし１２のいずれかに記載の酸
化物超電導線材の製造方法。
【請求項１５】前記金属芯材が断面Ｎ角形（Ｎは４〜８
の整数）の棒材であり、かつ前記金属パイプの内周面形
状がＭ角形（Ｍは４〜８の整数）であることを特徴とす
る請求項９ないし１２のいずれかに記載の酸化物超電導
線材の製造方法。