JPH1139963A - 酸化物超電導線材、撚線およびそれらの製造方法ならびに酸化物超電導導体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 円形または略回転対称の多角形である断面を
有しかつ高い臨界電流密度を有する酸化物超電導線材を
提供するとともに、それを用いた撚線およびケーブル用
導体を提供する。 【解決手段】 酸化物超電導線１０において、酸化物超
電導体フィラメント１２を覆う安定化マトリックス１４
の中心部１４ａはその周囲１４ｂよりも硬い材料からな
る。中心部１４ａを銀合金、周囲１４ｂを銀とする。フ
ィラメント１２のアスペクト比は４〜４０である。フィ
ラメント１２の厚みは２μｍ〜５０μｍである。フィラ
メント１２は線材１０の中心に対して略回転対称に配置
される。フィラメント１２は所定の方向に積層されてい
ることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物超電導体を
用いた線材、撚線および導体、ならびにその線材および
撚線の製造方法に関し、特に、高い臨界電流密度を有す
る断面が略円形または略回転対称である多角形の線材、
およびそれを用いた交流損失の少ない撚線および導体の
構造、ならびにそれらの線材および撚線を製造するため
の方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】銀シースビスマス系酸化物超電導線材に
ついて、１０⁴ Ａ／ｃｍ² を越える臨界電流密度を有す
る長尺線が開発されてきた。そのような線材は、液体窒
素によって冷却する超電導電力機器への応用が期待され
ている。しかし、現段階では、テープ形状の線材のみ
が、実用に値する臨界電流密度、長さ、量産技術等の条
件を満足するようになってきている。高い臨界電流密度
を得るためには、圧延工程によって超電導フィラメント
のアスペクト比を大きくし、板状の結晶を成長させるこ
とが有利に働いている。

【０００３】従来、圧延工程を経ないで製造された断面
が円形の銀シース酸化物超電導線材は、テープ状線材に
比べて臨界電流密度が顕著に小さかった。従来の丸線材
では、超電導相の密度がそれほど高くなく、結晶の配向
がそれほど進んでいない。特開平４−２６２３０８号公
報は、金属層と酸化物超電導体層とを同心円状に交互に
積層した丸線を開示する。同公報に開示される技術で
は、多重環構造で交互に積層された酸化物超電導体と金
属との界面同士の距離を１００μｍ以下にすることで、
酸化物超電導体にｃ軸配向性を付与し、臨界電流密度を
向上させようとしている。しかし、多重環構造を有する
線材の臨界電流密度は、テープ状線材で得られるそれよ
りも一桁小さく、実用上満足のいくものではない。丸線
において臨界電流密度を向上させようとした別の例が、
Cryogenics（１９９２）Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．１１，９
４０−９４８に開示される。同文献が示す丸線におい
て、断面が矩形の単芯ロッド５５本が、銀チューブ内に
おいて同心円状に３層で配置される。得られた線材につ
いて臨界電流密度の測定は行なわれていない。しかし、
後述するように、同文献に示された線材はそれほど高い
臨界電流密度を有しないと推定できる。

【０００４】超電導線材の交流用途では、変動磁界によ
って生じる交流損失が問題になる。さらに、超電導線材
を集合したケーブル導体においては、線材間のインピー
ダンスの不均一によって偏流等の問題が生じる。線材を
多数集合した導体において、このような偏流は、素線自
体に発生する交流損失の総和よりも導体に発生する交流
損失の方が大きくなる原因となる。これまで、テープ状
の酸化物超電導線材を円筒形状のパイプ上に多層で螺旋
状に巻き付けた大容量の導体が試作されてきているが、
その構造に起因して発生する交流損失は大きく、実用に
必要なレベルまで交流損失を減らすことが望まれてい
る。従来より金属系超電導体の分野では、交流損失を低
減するためたとえば次のような対策がなされている。極
細フィラメント線を開発する。フィラメントの周囲に高
抵抗バリア層を設ける。マトリックスの比抵抗を高くす
る。フィラメントまたは線材に撚りを施す。線材または
フィラメントの転位により各フィラメントまたは各線材
のインピーダンスを均一にする。酸化物超電導体の分野
においても、これらの対策は有効であると考えられる。
しかしながら、現実には、酸化物超電導体の材質、線材
に必要な材料および構造等に起因して、これらの対策を
十分にとることができない。特に、テープ状線材を用い
て撚線を製造することは実質的に不可能である。撚線を
作製するためには、断面が円形またはそれに近い形状の
線材が必要である。したがって、テープ状線材と同程度
のレベルの臨界電流密度を有する丸線の開発が望まれて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、断面
が円形またはそれに近い形状を有し、かつテープ状線材
に匹敵する高い臨界電流密度を有する酸化物超電導線材
を提供することである。

【０００６】本発明のさらなる目的は、そのような線材
を用いて、交流損失が小さく、高い電流密度を有する撚
線、およびケーブル等のための導体を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明により、パウダー
・イン・チューブ法を用いて製造される酸化物超電導線
材が提供される。

【０００８】本発明による線材は、酸化物超電導体から
なりリボン形状で線材の長手方向に延びる複数のフィラ
メントと、複数のフィラメントを覆う安定化マトリック
スとを備える。そこにおいて、フィラメントのアスペク
ト比は４〜４０の範囲であり、フィラメントの厚みは２
μｍ〜５０μｍの範囲である。線材の長手方向に略垂直
な断面の形状は、略円形または略回転対称である六角形
以上の多角形である。安定化マトリックスの中心部は、
その周囲よりも硬い材料からなる。

【０００９】線材において、安定化マトリックスの中心
部は略円筒形状とすることができ、その周囲にフィラメ
ントを略回転対称に配置することができる。また、安定
化マトリックスの中心部は銀合金とすることができ、そ
の周囲の安定化マトリックスは銀とすることができる。

【００１０】本発明によるもう１つの線材は、フィラメ
ントについて特定の配置を有する。線材の中心部に、略
円筒形の安定化マトリックスが配置され、かつその周り
に略回転対称に複数のフィラメントが配置される。複数
のフィラメントは、安定化マトリックスを介して第１の
方向に層状に重ねられるものと、安定化マトリックスを
介して第１の方向と略垂直な第２の方向に層状に重ねら
れるものとからなる。この線材も、酸化物超電導体から
なりリボン形状で線材の長手方向に延びる複数のフィラ
メントと、複数のフィラメントを覆う安定化マトリック
スとを備える。フィラメントのアスペクト比は４〜４０
の範囲内であり、フィラメントの厚みは２μｍ〜５０μ
ｍの範囲内であり、線材の長手方向に略垂直な断面の形
状は略円形である。

【００１１】線材の中心部に配置された安定化マトリッ
クスは、その周囲の安定化マトリックスよりも硬い材料
からなることが好ましい。線材の中心部に配置される安
定化マトリックスは銀合金とすることができ、その周囲
の安定化マトリックスは銀とすることができる。

【００１２】本発明に従って、さらに特定のフィラメン
トの配置を有する線材が提供される。線材において、複
数のフィラメントは、線材の中心部において安定化マト
リックスを介して第１の方向に層状に重ねられるもの
と、その両側において第１の方向と略垂直な第２の方向
に安定化マトリックスを介して層状に重ねられるものと
からなる。複数のフィラメントは、線材の中心に対して
略回転対称に配置される。この線材も、酸化物超電導体
からなりリボン形状で線材の長手方向に延びる複数のフ
ィラメントと、複数のフィラメントを覆う安定化マトリ
ックスとを備え、そこにおいてフィラメントのアスペク
ト比は４〜４０の範囲内であり、フィラメントの厚みは
２μｍ〜５０μｍの範囲内であり、かつ線材の長手方向
に略垂直な断面の形状は略円形である。

【００１３】本発明による線材において、酸化物超電導
体は、（Ｂｉ，Ｐｂ）₂ Ｓｒ₂ Ｃａ ₂ Ｃｕ₃ Ｏ_10-x、Ｂ
ｉ₂ Ｓｒ₂ Ｃａ₂ Ｃｕ₃ Ｏ_10-x（０≦Ｘ≦１）等のビス
マス系２２２３相超電導体、（Ｂｉ，Ｐｂ）₂ Ｓｒ₂ Ｃ
ａ₁ Ｃｕ₂ Ｏ_8-Z 、Ｂｉ₂ Ｓｒ₂ Ｃａ₁ Ｃｕ₂ Ｏ
_8-Z （０≦Ｚ≦１）等のビスマス系２２１２相酸化物超
電導体を含むビスマス系酸化物超電導体であることが好
ましい。

【００１４】本発明によって、上述した少なくともいず
れかの酸化物超電導線材を複数本撚り合わせてなる撚線
が提供される。本発明者らは、パウダー・イン・チュー
ブ法を用いて製造された酸化物超電導線材が次の条件
（ａ）〜（ｃ）を満たせば、線材を撚り合わせるだけ
で、交流損失が顕著に低い撚線を提供できることを見い
出した。本発明による撚線は、平角成形等の成形工程を
経なくとも転位の効果により結合損失が顕著に低い。し
かし、本発明は、成形されていない撚線に限定されるも
のではなく、交流損失の低減および電流密度の向上のた
めに成形された撚線、たとえば平角成形撚線等を含む。

【００１５】（ａ） フィラメントのアスペクト比が４
〜４０の範囲である。 （ｂ） フィラメントの厚みが２μｍ〜５０μｍの範囲
である。

【００１６】（ｃ） 線材の長手方向に略垂直な断面の
形状が略円形または略回転対称である六角形以上の多角
形である。

【００１７】本発明による撚線において、酸化物超電導
線材は、安定化マトリックスよりも比抵抗の高い金属か
らなる層または無機絶縁材料からなる層によって覆われ
ていることが好ましい。これらの層により、素線間の電
磁気的結合を低減またはなくすことができ、より交流損
失の低い撚線を提供することができる。また撚線におい
て、素線自体がツイストされていることは交流損失の低
減のためにより好ましい。

【００１８】本発明によって、上述した撚線を複数本、
１層または２層以上で長尺の芯材上に集合してなる導体
を提供することができる。

【００１９】本発明により、酸化物超電導体からなる複
数のフィラメントが安定化材で覆われた酸化物超電導線
材の製造方法が提供される。製造方法は、酸化物超電導
体の原料粉末を安定化材からなるチューブに充填する工
程と、粉末が充填されたチューブに塑性加工を施してテ
ープ状線材を得る工程と、テープ状線材を複数本、第１
の安定化材からなる棒状体と共に第２の安定化材からな
るチューブに充填する工程と、テープ状線材および棒状
体が充填されたチューブに塑性加工を施して、断面が略
円形または略回転対称である六角形以上の多角形である
線材を得る工程と、得られた線材に熱処理を施して酸化
物超電導体の焼結体を生成させる工程とを備える。テー
プ状線材において、粉末からなる部分は４〜４０のアス
ペクト比を有するリボン形状である。第１の安定化材は
第２の安定化材よりも硬い。第１の安定化材からなる棒
状体は、第２の安定化材からなるチューブの略中心に配
置され、かつテープ状線材は棒状体の周りに配置され
る。熱処理の後、酸化物超電導体からなるフィラメント
の厚みが２μｍ〜５０μｍの範囲内である線材を得る。

【００２０】この製造方法において、第１の安定化材か
らなる棒状体は略円筒形とすることができ、その周囲に
テープ状線材を略回転対称に配置することができる。第
１の安定化材は銀合金とすることができ、第２の安定化
材は銀とすることができる。

【００２１】本発明により、もう１つの製造方法が提供
される。この製造方法は、酸化物超電導体の原料粉末を
安定化材からなるチューブに充填する工程と、粉末が充
填されたチューブに塑性加工を施してテープ状線材を得
る工程と、テープ状線材を複数本、安定化材からなる円
筒形状の棒状体と共に安定化材からなるチューブに充填
する工程と、テープ状線材および棒状体が充填されたチ
ューブに塑性加工を施して断面が略円筒形の線材を得る
工程と、得られた線材に熱処理を施して酸化物超電導体
の焼結体を生成させる工程とを備える。テープ状線材に
おいて粉末からなる部分は４〜４０のアスペクト比を有
するリボン形状である。棒状体は、チューブの略中心に
配置され、かつテープ状線材は棒状体の周りに略回転対
称に配置される。略回転対称に配置された複数のテープ
状線材は、第１の方向に層状に重ねられたものと、第１
の方向と略垂直な第２の方向に層状に重ねられたものと
からなる。熱処理工程の後、酸化物超電導体からなるフ
ィラメントの厚みが２μｍ〜５０μｍの線材を得る。

【００２２】この方法において、棒状体はそれを充填す
るためのチューブより硬い材料からなることが好まし
い。棒状体は銀合金からなることができ、それを充填す
るためのチューブは銀からなることができる。

【００２３】本発明による他の製造方法は、酸化物超電
導体の原料粉末を安定化材からなるチューブに充填する
工程と、粉末が充填されたチューブに塑性加工を施して
テープ状線材を得る工程と、テープ状線材を複数本、安
定化材からなるチューブに充填する工程と、テープ状線
材が充填されたチューブに塑性加工を施して断面が略円
形の線材を得る工程と、得られた線材に熱処理を施して
酸化物超電導体の焼結体を生成させる工程とを備える。
テープ状線材において、粉末からなる部分は４〜４０の
アスペクト比を有するリボン形状である。チューブに充
填された複数のテープ状線材は、チューブ内の中心部に
おいて第１の方向に層状に重ねられたものと、その両側
において第１の方向と略垂直な第２の方向に層状に重ね
られたものとからなる。複数のテープ状線材は、チュー
ブの中心に対して略回転対称に配置される。熱処理工程
の後、酸化物超電導体からなるフィラメントの厚みが２
μｍ〜５０μｍの線材を得る。

【００２４】上述した製造方法において、テープ状線材
をチューブに充填する工程は、安定化材、たとえば安定
化材からなる棒状体、線材等をさらにチューブに充填し
て８０％以上の充填密度を得る工程を備えることが好ま
しい。充填密度を上げることにより、得られる線材の臨
界電流密度を向上させることができる。また、熱処理工
程の後、線材の断面が５％〜５０％の割合で減る伸線加
工を行なってもよい。伸線加工の後、酸化物超電導体を
焼結するための熱処理をさらに行なうことが好ましい。

【００２５】製造方法において、ビスマス系２２２３相
酸化物超電導体、ビスマス系２２１２相酸化物超電導体
等のビスマス系酸化物超電導体の原料粉末を好ましく充
填することができる。

【００２６】本発明による撚線の製造方法は、上述した
製造方法のいずれかで得られた線材を複数本撚り合わせ
る工程と、得られた撚線を、酸化物超電導体の焼結体を
生成できる温度において熱処理する工程とを備える。

【００２７】本発明によるもう１つの撚線の製造方法
は、上述した製造方法のいずれかで得られた線材の表面
を、安定化材よりも比抵抗の高い金属からなる層または
無機絶縁材料からなる層で被覆する工程と、被覆された
線材を複数本撚り合わせる工程と、得られた撚線を、酸
化物超電導体の焼結体を生成できる温度において熱処理
する工程とを備える。

【００２８】本発明による他の撚線の製造方法は、上述
した製造方法のいずれかで得られた線材の表面に金属め
っき層を形成する工程と、金属めっきされた線材を複数
本撚り合わせる工程と、得られた撚線を、大気などの酸
化性雰囲気下で、酸化物超電導体の焼結体を生成できる
温度において熱処理する工程とを備える。熱処理におい
て、金属めっき層が酸化されることにより、撚り合わさ
れた線材間が金属酸化物によって電気的に絶縁される。

【００２９】上述した撚線の製造方法において、撚り合
わせ工程の前に、線材をツイストしてもよい。ツイスト
された線材を撚り合わせることにより、より好ましい転
位の効果を得ることができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明による線材は、安定化マト
リックス中に複数の酸化物超電導体フィラメントが埋込
まれた構造を有する多芯線である。各フィラメントは、
リボン形状であり、線材の長手方向に延びている。フィ
ラメントは、矩形またはそれに近い断面を有する。フィ
ラメントのアスペクト比は、フィラメントの厚みに対す
る幅の比である。アスペクト比は、４〜４０の範囲であ
り、好ましくは４〜２０の範囲、より好ましくは５〜２
０の範囲である。アスペクト比が４より小さい場合、結
晶粒のｃ軸を十分に配向させ、高い電流密度を示す超電
導相を得ることが困難である。上述した文献 Cryogenic
s （1992）Vol.32, No.11, 940-948に記載される線材に
おいて、断面が矩形の超電導フィラメントのアスペクト
比は、せいぜい３程度である。このような低いアスペク
ト比を有するフィラメントは、結晶粒のｃ軸が十分に配
向されておらず、高い臨界電流密度を示さないと推定さ
れる。フィラメントのアスペクト比が４０より大きい場
合、フィラメントの作製は容易でなく、超電導相の長手
方向における結合が切れやすくなる。

【００３１】本発明による線材において、フィラメント
の厚みは２〜５０μｍの範囲、好ましくは２〜４０μｍ
の範囲、より好ましくは５〜４０μｍの範囲である。フ
ィラメントが２μｍより薄い場合、超電導層の長手方向
における結合が切れやすくなる。フィラメントが５０μ
ｍより厚い場合、フィラメントが安定化マトリックスと
接触する界面の割合が小さく、ｃ軸が特定方向に配向し
た超電導相を十分に得ることが困難になる。４〜４０の
アスペクト比および２〜５０μｍの厚みを有するフィラ
メントにおいて、超電導相を構成する結晶粒のｃ軸は、
線材の長手方向とほぼ垂直に配向することができる。ま
た、この範囲で、十分な密度を有し、高い臨界電流密度
を有するフィラメントを得ることができる。

【００３２】本発明による線材の断面は、円または略回
転対称であるｎ角形（ｎは６以上の整数）である。その
ような断面は、磁場が印加される方向によって、臨界電
流密度等の超電導特性があまり変化しない形状である。
線材において、複数のフィラメントは、安定化マトリッ
クス中でランダムに配置されるか、または線材の中心に
対して略回転対称に配置されていることが好ましい。線
材の断面は、円または六角形以上の正多角形とすること
がより好ましい。上述した構造のフィラメントを有する
本発明の線材は、液体窒素温度において、外部磁場が０
Ｔの状態で２，０００Ａ／ｃｍ² 以上、好ましくは８，
０００Ａ／ｃｍ² 以上、より好ましくは１０，０００Ａ
／ｃｍ² 以上の臨界電流密度を有することができる。

【００３３】本発明による線材の一具体例を図１に示
す。図１（ａ）に示す酸化物超電導線材１０において、
多数のフィラメント１２は、それぞれ安定化マトリック
ス１４に覆われる。フィラメント１２は、点線で示すよ
うにリボン形状を有している。安定化マトリックスに
は、銀または銀合金が用いられる。銀合金として、たと
えば、Ａｇ−Ａｕ合金、Ａｇ−Ｍｎ合金、Ａｇ−Ａｌ合
金、Ａｇ−Ｓｂ合金、Ａｇ−Ｔｉ合金等を用いることが
できる。特に、銀合金として、Ｍｎを１．５重量％以
下、好ましくは０．１〜１重量％、より好ましくは０．
４〜０．６重量％の割合で含有するＡｇ−Ｍｎ合金を用
いることができる。図１（ｂ）に示すように、円形の断
面を有する線材１０において、フィラメント１２よりも
内側にある中心部１４ａは、そのまわりのフィラメント
を覆っている安定化マトリックス１４ｂよりも硬い材料
からなる。硬さは、変形または破壊に対する抵抗力の大
きさの程度をいう。周囲の安定化マトリックス１４ｂが
銀からなる場合、中心部の安定化マトリックス１４ａ
は、銀より硬い銀合金からなることができる。また、中
心およびそのまわりとも銀合金が用いられる場合、中心
部により硬い材料が用いられる。図１に示すように、中
心部の安定化マトリックス１４ａは略円筒形であること
が好ましいが、他の形状でもよい。たとえば、中心に、
正六角形等の正多角形の断面を有する安定化マトリック
スを設けてもよい。中心部により硬い安定化マトリック
スを配置された線材は、より高い臨界電流密度を有する
ことができる。これは、パウダー・イン・チューブ法に
よって線材を製造する際に、中心部により硬い材料を配
置すれば、伸線加工等の塑性加工においてそのまわりに
配置される酸化物超電導体の原料粉末がより効果的に圧
密化され、後の焼結工程において結晶粒におけるｃ軸の
配向が促進されるからである。後の実施例でも示すよう
に、中心部により硬い安定化マトリックスを配置された
線材は、全体的に同じ硬さの安定化マトリックスを有す
る線材よりも顕著に高い臨界電流密度を有することがで
きる。

【００３４】図２は、断面が略回転対称の多角形である
線材の具体例を示している。酸化物超電導線２０の断面
は、略回転対称の八角形である。酸化物超電導体からな
る多数のフィラメント２２は、それぞれ安定化マトリッ
クス２４によって覆われる。図２（ｂ）に特に示すよう
に、安定化マトリックスの中心部２４ａは、その周囲の
部分２４ｂよりも硬い材料からなる。より硬い部分２４
ａのまわりにフィラメント２２が配置される。フィラメ
ント２２は、線材２０の長手方向に延びるリボン形状で
ある。図１および図２に示す線材において、多数のフィ
ラメントは線材の中心に対して略回転対称に配置される
ことが望ましい。

【００３５】図３および図４は、複数のフィラメントが
それぞれ特定の態様で配置された線材の具体例を示して
いる。図３に示す酸化物超電導線材３０において、安定
化マトリックス３４に覆われるフィラメント３２ａは、
図に示すＸの方向に安定化マトリックス３４を介して積
層される。またフィラメント３２ｂは、Ｘで示す方向と
ほぼ垂直な方向であるＹの方向に安定化マトリックス３
４を介して積層される。フィラメント３２ａおよび３２
ｂは、安定化マトリックスの中心部３４ａのまわりに略
回転対称に配置される。ＸおよびＹでそれぞれ示される
方向は、線材の長手方向に垂直である。線材３０は、ほ
ぼ円である断面を有する。フィラメント３２ａは、安定
化マトリックスの中心部３４ａに対して対称的に配置さ
れ、フィラメント３２ｂも同様に中心部３４ａに対して
対称的に配置される。安定化マトリックスの中心部３４
ａはその周囲３４ｂと同じ材質であってもよいし、異な
る材質であってもよい。上述したように、中心部３４ａ
をその周囲３４ｂよりも硬くすることは、臨界電流密度
の向上に寄与し得る。図４に示す酸化物超電導線材４０
において、多数のフィラメント４２ａは、図に示すＹ′
の方向に安定化マトリックス４４を介して積層されてい
る。一方多数のフィラメント４２ｂは、安定化マトリッ
クスを介してＸ′の方向に積層される。Ｙ′の方向と
Ｘ′の方向は互いに垂直である。Ｘ′およびＹ′の方向
は、線材４０の長手方向に対して垂直である。フィラメ
ント４２ａおよび４２ｂは、線材４０の中心に対して略
回転対称に配置される。線材４０の断面も、円形であ
る。図３および図４に示すように多数のフィラメントが
積層された構造を有する線材は、積層された方向に結晶
粒のｃ軸が配向した、十分な密度を有する超電導相をも
たらすことができる。焼結された超電導体においてこの
ように好ましい結晶組織を有する線材は、高い臨界電流
密度を示すことができる。

【００３６】本発明による線材は、いわゆるパウダー・
イン・チューブ法を用いて製造される。この方法は、酸
化物超電導体の原料粉末を安定化材からなるチューブに
詰め、それに塑性加工および焼結のための熱処理を施し
て線材を得る方法である。原料粉末の調製では、超電導
体を構成する元素の酸化物または炭酸塩の粉末が所定の
比で混合され、得られた混合物に焼結および粉砕の工程
が施される。粉末を充填するチューブは、たとえば銀ま
たは銀合金からなる。塑性加工には、伸線加工、プレス
加工、圧延加工等を用いることができる。

【００３７】原料粉末が充填されたチューブに塑性加工
を施してテープ状線材が得られる。テープ状線材を得る
ため伸線加工および圧延加工を用いることができる。得
られたテープ状線材において、原料粉末からなる部分
は、４〜４０、好ましくは４〜２０のアスペクト比を有
するリボン形状である。テープ状線材は単芯、多芯のい
ずれでもよい。原料粉末部分のアスペクト比を所定の範
囲に収めることが、優れた超電導特性を有する線材を得
る上で重要である。得られたテープ状線材は、通常、切
断され、複数本の線材を得ることができる。得られた複
数本のテープ状線材は、次いで安定化材からなるチュー
ブに充填される。

【００３８】テープ状線材の充填工程において、チュー
ブのほぼ中心により硬い安定化材からなる棒状体を配置
し、そのまわりにテープ状線材を配置することができ
る。より硬い安定化材として、Ａｇ−Ａｕ合金、Ａｇ−
Ｍｎ合金、Ａｇ−Ａｌ合金、Ａｇ−Ｓｂ合金、Ａｇ−Ｔ
ｉ合金等を用いることができる。特に、Ｍｎを１．５重
量％以下、たとえば０．１〜１重量％、特に０．４〜
０．６重量％含有するＡｇ−Ｍｎ合金は、より好ましい
材料である。一方、チューブは、銀からなることが好ま
しい。テープ状線材は、チューブ内において中心に設け
られた硬い材料のまわりに回転対称に配置されることが
好ましい。

【００３９】もう１つの態様において、チューブ内の中
心部に安定化材からなる円筒形状の棒状体を配置し、そ
のまわりに複数のテープ状線材を積層したユニットを複
数個回転対称に配置することができる。テープ状線材を
重ねてチューブに充填することによって、充填密度を上
げることができる。回転対称に配置された複数のテープ
状線材は、第１の方向に層状に重ねられたものと、第１
の方向に垂直な方向に層状に重ねられたものとからなる
ことができる。また別の態様において、チューブ内の中
心部にできるだけ多くのテープ状線材を重ねて充填し、
その両側のあいたスペースにさらに複数のテープ状線材
を重ねたユニットを配置することができる。この場合
も、複数のテープ状線材は、チューブの中心に対して回
転対称に配置することができる。チューブ内の中心部に
おいてテープが重ねられる方向と、その両側のスペース
においてテープがそれぞれ重ねられる方向とは、互いに
垂直とすることができる。この場合も、テープを重ねて
チューブ内に充填することで、より高い充填密度を得る
ことができる。

【００４０】上述したそれぞれの充填工程において、さ
らに充填密度を上げるため、テープ状線材および中心に
設けられる安定化材の他に、チューブ内のスペースを埋
めるために棒状、線状などの安定化材を用いることがで
きる。追加の安定化材は、スペースを埋めるのに適した
形状または断面のサイズを有する。スペースが小さい場
合、より小さな安定化材を用いる。このように追加の安
定化材を用いることによって、容易に８０％以上の充填
密度を得ることができる。充填密度が８０％以上のチュ
ーブを伸線加工等の塑性加工に供すれば、フィラメント
部分の圧密化が効果的に行なわれ、高い臨界電流密度を
有する線材を得ることができる。追加の安定化材は、た
とえば銀または銀合金からなる。

【００４１】断面が円形または略回転対称の多角形であ
る線材を得るため、テープ状線材が充填されたチューブ
に伸線加工等の塑性加工が施される。伸線加工には、ダ
イスを介して引抜きを行なう通常の方法、駆動式ロール
ダイスを用いる方法等がある。駆動式ロールダイスは、
線材を縮径加工のため通す溝が形成された２個のローラ
を向き合わせたダイスである。伸線加工は、２つのロー
ラの間に線材を通して行なう。ロールダイスを用いる伸
線では、普通の孔ダイスを用いる伸線と比べて、ダイス
摩耗が少ない、１回の減面率が大きくとれる、伸線限界
が伸びる、などの利点がある。

【００４２】テープ状線材が充填されたチューブに塑性
加工を施した後、酸化物超電導体の焼結体を生成させる
ため、熱処理が行なわれる。通常、熱処理は、８００〜
９００℃の温度で、１０〜３００時間、より好ましくは
８３０〜８５０℃の温度で、３０〜１００時間行なうこ
とができる。熱処理の後、たとえば薄いフレーク状の結
晶粒同士が強く結合した酸化物超電導体の焼結組織を得
ることができる。本発明によれば、リボン形状の酸化物
超電導体フィラメントにおいて、結晶粒のｃ軸は、リボ
ンの厚み方向に配向させることができる。

【００４３】熱処理の後、得られた線材に５〜５０％の
減面率で伸線加工を施してもよい。伸線加工の後、さら
に焼結体を得るための熱処理を施すことができる。伸線
加工と熱処理を繰返して行なうことにより、線材におい
て超電導相を再配列させ、ｃ軸の配向性を高め、かつ超
電導相の密度を向上させることができる。なお、伸線加
工において減面率が５％未満であると、十分な効果が得
られず、５０％以上であると超電導相の長手方向の結合
が切れやすくなる。伸線加工は、ダイスを介して引抜き
を行なう通常の方法、または駆動式ロールダイスを用い
た方法によって行なうことができる。

【００４４】本発明による線材を素線として、撚線を構
成することができる。本発明者らは、線材を単に撚り合
わせることのみによっても、十分に交流損失の低い撚線
が提供できることを見出した。撚り合わせによって、素
線同士がほぼ完全に転位された構造を得ることができ、
その結果撚線における各素線のインピーダンスを等しく
することができる。成形工程を行なわずに、単に素線を
撚り合わせた撚線においても、十分な転位が可能であ
り、交流損失が顕著に低い撚線を提供できる。さらに、
転位の状態を向上させ、電流密度を上げるため平角成形
などの成形を撚線に施してもよい。本発明により、一次
または二次以上の撚線を提供できる。

【００４５】撚線工程は、線材の製造プロセスにおいて
行なわれる焼結のための熱処理工程の後行なってもよ
い。この場合、焼結によって十分高い臨界電流密度を有
する素線が撚り合わされる。一方、熱処理工程の前の未
焼結の線材を撚り合わせてもよい。すなわち、塑性加工
の後に得られる未焼結の線材を複数本撚り合わせてもよ
い。いずれの場合においても、撚線工程の後、酸化物超
電導体の焼結体を生成できる温度、たとえば８００℃以
上の温度、好ましくは８３０〜８５０℃の温度において
熱処理を行なうことが望ましい。二次以上の高次撚線を
得る場合も、少なくとも最後の撚線工程の後、焼結体を
生成できる熱処理を行なうことが望ましい。また、撚線
について成形を行なう場合、成形工程の後、超電導体の
焼結体を生成できる熱処理を行なうことが望ましい。熱
処理において、撚線または成形時の曲げなどの変形によ
る粒界の劣化を回復し、また、反応が不十分な場合は反
応を完全に進め、酸化物超電導体の結晶粒が強固に結合
した焼結組織を得ることができる。撚線を構成する素線
の本数として、６本、６本×６本撚り等が好ましいが、
これらに何ら限定されるものではない。素線におけるフ
ィラメントのアスペクト比および厚みは上述した範囲が
望ましい。

【００４６】図５および図６に、撚線の具体例を示す。
図５において、一次撚線５０は、芯となる線材５２のま
わりに素線５４を６本撚り合わせた構造を有する。撚り
合わせのピッチは、曲げ歪みによる超電導体への影響が
それほど顕著にならない適当な範囲、たとえば４０ｍｍ
〜８０ｍｍとすることができる。図６に示す二次撚線６
０は、図５に示す一次撚線５０が３本撚り合わされた構
造を有する。二次撚線またはそれ以上の撚線のためのピ
ッチも、超電導体への曲げ歪みによる影響がそれほど深
刻にならない範囲、たとえば５０ｍｍ〜１００ｍｍとす
ることができる。撚り方向は、たとえば一次、二次とも
に右撚りとすることができる。

【００４７】ツイストされた素線を複数本撚り合わせて
もよい。図７に、ツイストされた素線の一具体例を示
す。ツイストピッチは、超電導体組織が深刻に破壊され
ない範囲、たとえば線径の５〜２０倍とすることができ
る。ツイストは、線材を調製するプロセスにおいて、焼
結のための熱処理の前に行なってもよいし、熱処理の後
に行なってもよい。いずれの場合においても、ツイスト
された複数の線材を撚り合わせた後、酸化物超電導体の
焼結体を生成できる温度において熱処理を行なうことが
望ましい。

【００４８】撚り合わされた素線間の電磁気的結合を低
減またはなくすため、素線を高抵抗金属または無機絶縁
材料によって覆うことができる。高抵抗金属は、安定化
材として用いられる銀よりも高い比抵抗を示す金属をさ
す。より具体的には、液体窒素温度（約７７Ｋ）におい
て０．７×１０^-8Ω・ｍ以上、室温において３×１０ ^-8
Ω・ｍ以上の抵抗率を示す金属が高抵抗金属として好ま
しく用いられる。高抵抗金属として、ニッケル、クロ
ム、Ａｇ−Ｍｎ合金、Ａｇ−Ａｕ合金等を挙げることが
できる。無機絶縁材料として、酸化アルミニウム、酸化
マグネシウム、酸化銅等の金属酸化物、ＳｉＯ₂ 等を用
いることができる。高抵抗金属および無機絶縁材料と
も、酸化物超電導体を生成できる温度において実質的に
変化を受けないものが好ましい。高抵抗金属層は、線材
の製造工程において安定化材チューブに高抵抗金属パイ
プをかぶせる方法、安定化材チューブに高抵抗金属シー
トを巻きつける方法、線材に高抵抗金属をめっきする方
法などによって形成することができる。高抵抗金属のパ
イプまたはシートは、たとえば、Ａｇ−Ａｕ合金、Ａｇ
−Ｍｎ合金などが好ましく用いられる。めっき金属とし
て、Ｎｉ、Ｃｒ等が好ましく用いられる。めっきには、
電気めっき等を用いることができる。無機絶縁材料層
は、絶縁性のセラミックス粉末を線材の表面に付着させ
て焼付ける方法、線材の表面に金属層を形成した後それ
を酸化する方法などによって形成できる。たとえば、Ａ
ｌＯ₃ 等の絶縁性の金属酸化物の粉末を分散させた液を
塗布し焼付けることができる。また、めっき、蒸着等に
より線材の表面をＭｇ、Ｃｕ等の金属で被覆した後、そ
の金属層を酸化させてＭｇＯ層、ＣｕＯ層等の絶縁性酸
化物層を形成してもよい。金属層を酸化する方法では、
撚線工程や成形工程の後に酸化を行なうことによって、
硬い絶縁層が形成されるまでの間良好な加工性を維持す
ることができる。高抵抗金属層によって素線間で生じる
結合損失を低減することができ、無機絶縁層によって素
線間の結合をなくすことができる。これらの層は、撚り
合わせによる転位の効果を十分に引き出すことができ
る。

【００４９】複数の撚線を、芯材上に１層または２層以
上集合して、ケーブル等のための導体が得られる。芯材
は、通常、可撓性を有するものが好ましい。芯材は、通
常フォーマと呼ばれる。フォーマは、導体のために必要
な長さを有し、導体の中心に設けられる。フォーマは、
略円筒形または螺旋形状とすることができ、その全長に
わたってほぼ一定の直径を有する。フォーマは、たとえ
ば、ステンレス鋼、銅、アルミニウムおよびＦＲＰ（繊
維強化プラスチック）からなる群から選択される少なく
とも１つの材料から構成できる。フォーマ上に複数の撚
線を集合する場合、フォーマの長手方向に沿ってほぼ真
っ直ぐに延ばされた撚線をフォーマのまわりにほぼ平行
に並べてもよいし、複数の撚線をフォーマ上に並べて螺
旋状に巻きつけてもよい。撚線は、１層または２層以上
でフォーマ上に集合することができる。１層導体では、
転位の効果により、すべての素線の位置を電磁気的にほ
ぼ等価にすることができる。１層導体内の電流分布はほ
ぼ均一であり、偏流が抑制され、交流損失は低減され
る。撚線を芯材上に螺旋状に巻くとき、１対の層におい
て、一方の層と他方の層において螺旋方向を逆にするこ
とが、導体の長手方向における磁場成分を相殺するため
に有効である。すなわち、２層導体では、１層目と２層
目とで螺旋方向を逆にすれば、導体長手方向の磁場成分
をキャンセルできる。２層以上の導体の場合、層間のイ
ンピーダンスの違いによる偏流、およびそれに伴う交流
損失の増大を防ぐか、または最小限に抑えることが望ま
しい。図８は、１層導体および２層導体の具体例を示し
ている。図８（ａ）に示す１層導体８０において、円筒
状の芯材８２上に多数の撚線８４が螺旋状に巻き付けら
れている。図８（ｂ）に示す２層導体８０′では、円筒
状の芯材８２上に、多数の撚線８４が２層で螺旋状に巻
き付けられている。

【００５０】

【実施例】

［テープ状線の調製］Ｂｉ₂ Ｏ₃ 、ＰｂＯ、ＳｒＣ
Ｏ₃ 、ＣａＣＯ₃ 、ＣｕＯの粉末をＢｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：
Ｃａ：Ｃｕ＝１．８１：０．３０：１．９２：２．０
１：３．０３の比になるように混合し、熱処理および粉
砕を繰返して行ない、ビスマス系酸化物超電導体の前駆
体である原料粉末を得た。得られた粉末を、外径１２ｍ
ｍφ、内径９ｍｍφの銀パイプに充填した。粉末が充填
された銀パイプを１．６３ｍｍφまで伸線した。次い
で、得られた線材を圧延して、幅４ｍｍ、厚さ０．３ｍ
ｍのテープ状線材を得た。

【００５１】例１ 得られたテープ状線材を、図９に示すような配置で安定
化材からなるパイプに充填した。図９を参照して、安定
化材からなる円筒形状のパイプ９０内には、その中心部
に安定化材からなる円筒形状の棒状体９２が配置され
る。棒状体９２のまわりには、テープ状線材９４が、重
ねて配置される。テープ状線材９４は、棒状体９２また
はパイプ９０の直径方向に重ねて配置される。棒状体９
２を挟んで対向するテープ状線材９４ａと９４ｃ、９４
ｂと９４ｄは互いにほぼ平行であり、隣り合うテープ状
線材９４ａと９４ｂ、９４ｂと９４ｃ、９４ｃと９４
ｄ、９４ｄと９４ａは互いにほぼ垂直である。テープ状
線材９４は、棒状体９２のまわりにおいてほぼ回転対称
に配置され、その回転角度は約９０°である。パイプ９
０内において、棒状体９２およびテープ状線材９４によ
って埋めることのできない隙間には、さらに安定化材か
らなりかつ径の小さな棒状体９６が充填される。充填用
のパイプとして外径１２ｍｍφ、内径９ｍｍφの銀パイ
プを用いた。銀パイプの中に、直径４ｍｍφの銀製の芯
棒を入れ、そのまわりにテープ状線材を配置した。テー
プ状線材は、４箇所でそれぞれ７本重ねられた。合計２
８本のテープ状線材が充填された。４つの隙間には、直
径１．４５ｍｍφの銀線がそれぞれ充填された。銀棒、
テープ状線材および銀線が充填された銀パイプを直径
１．０２ｍｍφまで伸線した。伸線加工により断面が円
である線材を得た。得られた線材を８４５℃で５０時間
焼結し、次いで冷却工程を挟んで８４０℃で９０時間焼
結した。得られた丸線から長さ１０ｃｍの試料を切取
り、直流４端子法によって液体窒素温度（約７７Ｋ）に
おける外部磁場０Ｔ下での臨界電流密度を測定した。測
定された臨界電流密度は１１，０００Ａ／ｃｍ² であっ
た。

【００５２】例２ 図９に示す配置でテープ状線材を充填した。外径１２ｍ
ｍφ、内径９ｍｍφの銀パイプに、直径４ｍｍφのＡｇ
−Ｍｎ合金からなる芯棒を充填し、そのまわりにテープ
状線材を配置した。銀合金におけるＭｎの含有量は０．
５重量％であった。４箇所にそれぞれ７本テープ状線材
を重ねて配置し、合計２８本のテープ状線材を充填し
た。４つの隙間には、直径１．４５ｍｍφの銀線を詰め
た。銀合金棒、テープ状線材および銀線を充填した銀パ
イプを直径１．０２ｍｍφまで伸線した。得られた丸線
を８４５℃で５０時間焼結した。次いで冷却工程の後、
８４０℃で９０時間さらに焼結した。得られた線材から
長さ１０ｃｍの試料を切出し、直流４端子法によって液
体窒素温度（約７７Ｋ）における外部磁場０Ｔ下での臨
界電流密度を測定した。その値は１３，０００Ａ／ｃｍ
² であった。

【００５３】例１および例２においてそれぞれ得られた
線材の断面を図１０に示す。丸線の中心部には、円筒形
に近い形状の安定化マトリックスが配置され、そのまわ
りに安定化マトリックスで覆われたフィラメントがほぼ
回転対称に配置されている。中心の安定化マトリックス
を挟んで対向する１４のフィラメントは、矢印Ｘの方向
に安定化マトリックスを介して積層され、一方他の１４
のフィラメントは、Ｘにほぼ垂直なＹの方向に安定化マ
トリックスを介して積層されている。フィラメントのア
スペクト比は２０程度である。またフィラメントの厚み
は、１０μｍ程度である。例１で作製された線材では、
中心部およびそのまわりの安定化マトリックスはともに
銀からなる。例２において調製された線材では、中心部
にＡｇ−Ｍｎ０．５重量％合金マトリックスが配置さ
れ、そのまわりに銀マトリックスが配置される。上述し
た臨界電流密度の値を比較して明らかなように、中心に
より硬い銀合金を配置すると、線材の臨界電流密度を向
上させることができた。

【００５４】例３ 図１１に示すような配置において安定化材からなるパイ
プにテープ状線材を充填した。図１１を参照して、円筒
形状の安定化材からなるパイプ９０内には、テープ状線
材９４ができるだけ多く重ねて配置される。パイプ９０
の中心部には、可能な限り多くのテープ状線材９４ａが
重ねて充填される。その両側にも、可能な限り多くのテ
ープ状線材９４ｂが重ねて配置される。テープ状線材９
４ａの重ね方向と、テープ状線材９４ｂの重ねる方向と
はほぼ垂直である。テープ状線材によって埋めることの
できない隙間には、安定化材からなる棒状体または線材
９６が充填される。図では、４箇所に棒状体または線材
９６が充填されている。充填用のパイプとして、外径１
２ｍｍφ、内径９ｍｍφの銀パイプを用いた。銀パイプ
内の中心部にテープ状線材を２２本重ねて充填し、その
両側に５本ずつテープ状線材を重ねて充填した。合計３
２本のテープ状線材を充填した。４箇所の隙間には、直
径１．４５ｍｍφの銀線を充填した。銀線を充填するこ
とにより％の充填率が得られた。充填された銀パイプを
直径１．０２ｍｍφまで伸線した。得られた丸線を、ま
ず８４５℃で５０時間焼結し、次いで冷却工程の後、８
４０℃で９０時間焼結した。得られた線材の断面を図１
２に示す。丸線の中心部には、フィラメントが安定化マ
トリックスを介して積層され、その両側にもフィラメン
トが安定化マトリックスを介して積層される。中心部の
積層方向と、その両側の積層方向とはほぼ垂直である。
得られた丸線から長さ１０ｃｍの試料を切出し、直流４
端子法によって液体窒素温度（約７７Ｋ）における外部
磁場０Ｔ下での臨界電流密度を測定した。その値は９，
０００Ａ／ｃｍ² であった。

【００５５】比較例１ Ｂｉ₂ Ｏ₃ 、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ₃ 、ＣａＣＯ₃ およびＣ
ｕＯの粉末をＢｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．８
１：０．３０：１．９２：２．０１：３．０３の比にな
るように混合し、熱処理および粉砕を繰返してビスマス
系酸化物超電導体の前駆体粉末を調製した。得られた粉
末を外径２５ｍｍφ、内径２２ｍｍφの銀パイプに充填
し、粉末を充填した銀パイプを１．４５ｍｍφまで伸線
した。得られた線材を６１本束ねて、外径１５ｍｍφ、
内径１３ｍｍφの銀パイプに嵌合し、１．６３ｍｍφま
で伸線した。得られた線材を８４５℃で５０時間焼結
し、次いで冷却工程の後８４０℃で９０時間焼結した。
得られた直径約１．６３ｍｍφの丸線から長さ１０ｃｍ
の試料を切取り、それについて直流４端子法によって液
体窒素温度（約７７Ｋ）における外部磁場０Ｔ下での臨
界電流密度を測定した。測定値は５００Ａ／ｃｍ² であ
った。

【００５６】比較例２ 比較例１に示すプロセスにおいて、直径１．６３ｍｍφ
まで伸線を行なった後、得られた線材を圧延し、幅３．
６ｍｍ、厚さ０．３２ｍｍのテープ状線材を得た。得ら
れたテープ状線材を８４５℃で５０時間焼結した。焼結
されたテープ状線材をさらに圧延し、幅３．９ｍｍ、厚
さ０．２９ｍｍのテープ状線材を得た。得られた線材を
８４５℃で９０時間焼結した。焼結後の線材から長さ１
０ｃｍの試料を切出し、それについて直流４端子法によ
り液体窒素温度（約７７Ｋ）において外部磁場０Ｔの条
件下で臨界電流密度を測定した。測定値は１６，０００
Ａ／ｃｍ² であった。

【００５７】以上の結果から、本発明による例１、例２
および例３の線材は、比較例１の線材よりも顕著に大き
な臨界電流密度を示し、それらの値は比較例２のテープ
状線材の値に匹敵するものであることがわかった。

【００５８】［超電導フィラメントのアスペクト比およ
び厚みの検討］Ｂｉ₂ Ｏ₃ 、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ₃ 、Ｃａ
ＣＯ₃ 、ＣｕＯの粉末をＢｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ
＝１．８１：０．３０：１．９２：２．０１：３．０３
の比になるように混合し、熱処理および粉砕を繰返して
ビスマス系酸化物超電導体の原料粉末を得た。得られた
粉末を外径１２ｍｍφ、内径９ｍｍφの銀パイプに充填
し、直径１．６３ｍｍφまで伸線した。得られた線材に
種々の圧下率で圧延加工を施し、それぞれ３、５、２
０、４０、６０および１００のアスペクト比を有するテ
ープ状線材を準備した。得られたテープ状線材を例１と
同様の配置で銀パイプに充填し、直径１．０２ｍｍφま
で伸線して丸線を得た。得られた線材を例１と同様に焼
結し、長さ１０ｃｍのサンプルについて例１と同様に臨
界電流密度を測定した。それぞれのアスペクト比を有す
るテープ状線材について得られた丸線の臨界電流密度を
表１に示す。

【００５９】

【表１】

【００６０】表に示すように、パイプに充填するテープ
状線のアスペクト比を大きくしていくと、得られる丸線
の臨界電流密度は増加する。しかし、そのアスペクト比
が大きくなり過ぎると臨界電流密度は顕著に低下する。
これは、超電導相の長手方向の結合が切れてくるためで
あると考えられる。充填すべきテープ状線のアスペクト
比は、粉末部分のアスペクト比、および超電導フィラメ
ントのアスペクト比にそのまま対応する。実験の結果、
超電導フィラメントのアスペクト比を４〜４０、好まし
くは５〜４０にすることにより、臨界電流密度を顕著に
高められることがわかった。

【００６１】各アスペクト比のテープ状線材を用いて作
製された各線材の超電導フィラメントの厚みと臨界電流
密度との関係を表２に示す。アスペクト比を大きくして
いくに従って超電導フィラメントは薄くなっていく。

【００６２】

【表２】

【００６３】表に示すように、所定の範囲内でフィラメ
ントを薄くしていくと臨界電流密度は向上する。これ
は、超電導相と安定化マトリックスとの界面で結晶粒に
おけるｃ軸の配向が促進されるからである。しかし、フ
ィラメントの厚みが１μｍ以下になると、臨界電流密度
は顕著に小さくなる。これは、超電導相の長手方向の結
合が切れてくるためであると考えられる。実験の結果、
高い臨界電流密度を得るためには、２〜５０μｍの厚み
のフィラメントが望ましいことがわかった。

【００６４】例４ 例１のプロセスに従って銀の芯棒、テープ状線材および
銀線を銀パイプに充填し、直径１．０２ｍｍφまで伸線
した。得られた丸線に８４５℃で５０時間熱処理を施し
た後、さまざまな線径にまで伸線加工を施し、次いで８
４０℃で９０時間熱処理を行なった。伸線加工時の減面
率と熱処理後に得られる線材の臨界電流密度との関係を
表３に示す。

【００６５】

【表３】

【００６６】表に示すように、２つの焼結工程の間に、
線材の断面を小さくする伸線加工を行なえば、焼結後に
得られる線材の臨界電流密度を向上させることができ
る。ただし、５０％以上の減面率で伸線を行なうと臨界
電流密度は顕著に低下する。２つの焼結工程の間に行な
われる伸線加工は、５〜５０％の減面率で行なうことが
望ましく、１０〜２０％の減面率で行なうことがより好
ましい。２つの焼結工程の間にこれらの範囲の減面率で
伸線加工を行なえば、線材の臨界電流密度を向上させる
ことができる。

【００６７】［充填率の検討］例３のプロセスに従い、
図１１に示すような配置でテープ状線材を銀パイプに充
填した。充填にあたって、テープ線（幅４ｍｍ×厚さ
０．３３ｍｍ）を３４枚、銀棒（１．６３ｍｍφ）を４
本充填することにより８４％の充填密度を得た。また、
同じサイズのテープ線を３４枚、銀棒（１．４５ｍｍ
φ）を４本充填することにより８０％の充填密度、同じ
サイズのテープ線を３４枚充填することにより７０％の
充填密度、同じサイズのテープ線を２４枚充填すること
により５０％の充填密度をそれぞれ得た。それぞれの充
填密度でテープ状線材が充填された銀パイプを例３と同
様の工程によって伸線し、焼結した。得られた各線材か
ら長さ１０ｃｍの試料を取り、例３と同様に臨界電流密
度を測定した。充填密度と測定値との関係を表４に示
す。表から、８０％以上の充填密度が高い臨界電流密度
を得るために好ましいことがわかる。

【００６８】

【表４】

【００６９】例５ 例１のプロセスに従い銀パイプに銀の芯棒、テープ状線
材および銀線を充填し、直径１．０２ｍｍφまで伸線し
た。得られた線材を８４５℃で５０時間熱処理した。図
１３に示すように、熱処理された線材１３０を６本、直
径１．０２ｍｍφの銀線１３２のまわりに撚り合わせ
た。撚りピッチは、４０ｍｍであった。得られた撚線を
８４０℃で９０時間熱処理した。熱処理後の撚線の臨界
電流は、液体窒素温度において７０Ａであった。通電４
端子法により交流損失を測定した結果、６０Ｈｚにおい
て２０Ａｒｍｓ通電時に交流損失の測定値は０．０５ｍ
Ｗ／ｍであった。

【００７０】比較例３ 比較例１のプロセスにおいて、６１本の線材を銀パイプ
に嵌合し、直径１．０２ｍｍφまで伸線した。得られた
線材を厚さ０．２５ｍｍまで圧延した後、得られたテー
プ状線材を８４５℃で９０時間熱処理した。テープ状線
材を６枚積層したものの液体窒素温度における臨界電流
は８０Ａであった。積層体の交流損失を例５と同様に測
定した結果、測定値は０．５ｍＷ／ｍであった。例５と
比較例３との比較により、撚線によって交流損失が１／
１０に軽減したことがわかる。

【００７１】例６ 例１のプロセスに従って充填された銀パイプに直径１．
０２ｍｍφまで伸線加工を施した。得られた線材に８４
５℃で５０時間熱処理を施した。次に、線材の表面に電
気めっきによりＣｒめっきを施した。Ｃｒめっきされた
線材を６本、図１３に示すような配置で直径１．０２ｍ
ｍφの銀線のまわりに撚り合わせた。撚りピッチは５０
ｍｍであった。得られた撚線を８４０℃で９０時間熱処
理した。熱処理後の撚線の液体窒素温度における臨界電
流は７０Ａであった。通電４端子法によって測定した撚
線の交流損失は、２０Ａ通電時で０．０１ｍＷ／ｍであ
った。この値は、例５の値の１／５である。

【００７２】例７ Ｃｒめっきの代わりに電気めっきによりＮｉめっきを素
線に施した以外は、例６と同様にして撚線を作製した。
通電４端子法で測定した撚線の交流損失は、２０Ａ通電
時で０．０１ｍＷ／ｍであった。この値は例５の値の１
／５である。

【００７３】例８ 例１のプロセスにおいて充填された銀パイプを直径１．
０２ｍｍφまで伸線加工した後、８４５℃、５０時間の
熱処理を行なった。次いで、得られた線材に硫酸銅めっ
きにより厚さ１０μｍのＣｕめっきを施した。次に、例
５と同様に撚線を作製した。大気下における８４０℃９
０時間の熱処理により、素線表面のＣｕはＣｕＯに変換
された。酸化膜により素線間がほぼ完全に絶縁されてい
た。得られた撚線の液体窒素温度における臨界電流は７
０Ａであった。素線の表面に薄い銅酸化膜が形成される
一方、銅は超電導特性にほとんど影響を及ぼさなかっ
た。撚線の交流損失は、２０Ａ通電時で０．０１ｍＷ／
ｍであった。素線間の結合損失は顕著に低減できた。

【００７４】例９ 例１のプロセスにおいて充填された銀パイプを直径１．
０２ｍｍφまで伸線加工した後、８４５℃、５０時間の
熱処理を行なった。得られた線材に、平均粒径０．５μ
ｍのアルミナ粉末を有機溶媒（キシレン）に分散させた
液を塗布した。乾燥によりアルミナ粉末を線材に付着さ
せた後、例５と同様のプロセスによって撚線を作製し
た。８４０℃９０時間の熱処理後に、素線の表面にはア
ルミナ粒子が均一に焼付けられていた。アルミナ層によ
り素線間はほぼ完全に絶縁することができた。得られた
撚線の液体窒素温度における臨界電流は７０Ａであっ
た。撚線の交流損失は、２０Ａ通電時で０．０２ｍＷ／
ｍであった。素線間の結合損失は顕著に低減できたこと
がわかった。

【００７５】例１０ 例１のプロセスにおいて銀パイプの代わりにＡｇ−Ｍｎ
合金（Ｍｎ含有量０．３重量％）パイプを用いて、丸線
を得た。得られた丸線を８４５℃で５０時間熱処理し
た。熱処理された線材を６本撚り合わせ、平角成形し
た。撚りピッチは、４５ｍｍであった。得られた平角成
形撚線を８４０℃で９０時間熱処理した。比抵抗の高い
合金シースを用いることにより、素線間の結合損失を低
減できることが認められた。

【００７６】例１１ 例１のプロセスにおいて銀パイプの代わりにＡｇ−Ａｕ
合金（Ａｕ含有量１０重量％）パイプを用いて、丸線を
調製した。得られた丸線を８４５℃で５０時間熱処理し
た。熱処理された線材を６本撚り合わせ、平角成形し
た。得られた平角成形撚線を８４０℃で９０時間熱処理
した。比抵抗の高い合金シースを用いることにより、素
線間の結合損失を低減できることがわかった。

【００７７】例１２ 例９で得られた撚線を３本撚り合わせ二次撚線を作製し
た。撚り合わせた後、８４０℃、５０時間の熱処理を行
なった。得られた撚線の液体窒素温度における臨界電流
は２００Ａであった。撚線の交流損失は２０Ａ通電時で
０．０２ｍＷ／ｍであった。アルミナ絶縁層により素線
間の結合損失が顕著に低減されていることが確認され
た。

【００７８】例１３ 例１のプロセスにおいて充填された銀パイプに伸線加工
を施し直径１．０２ｍｍφの丸線を得た。得られた丸線
をピッチ２５ｍｍでツイストした。直径１．０２ｍｍφ
の銀線の周囲にツイストされた丸線を６本撚り合わせた
後、８４０℃で９０時間の熱処理を行なった。得られた
撚線の液体窒素温度における臨界電流は６０Ａであっ
た。通電４端子法により測定された撚線の交流損失は、
２０Ａ通電時で０．１ｍＷ／ｍであった。この値は、６
１のフィラメントを有し、幅４ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの
サイズで、液体窒素温度において５０Ａの臨界電流を有
する従来のテープ状酸化物超電導線において測定される
交流損失の１／４０であった。

【００７９】例１４ 例１２において作製された二次撚線を、１５本、銅パイ
プ上に真っ直ぐに並べてケーブル用導体を作製した。得
られた導体の構造を図１４に示す。円筒形の銅パイプ１
４０上に、二次撚線１４２が１５本１層で互いに平行に
配置される。この場合、銅パイプ１４０上で二次撚線１
４２は真っ直ぐ延ばされている。二次撚線１４２は、一
次撚線１４４が３本撚り合わされたものである。一次撚
線１４４は、銀線１４６のまわりに超電導素線１４８が
６本撚り合わされたものである。得られたケーブル用導
体の液体窒素温度における臨界電流は１５００Ａであっ
た。比較のため、同じサイズの銅パイプ上に、液体窒素
温度における臨界電流が２５Ａの６１芯テープ状酸化物
超電導線を適当な本数、４層で集合し、液体窒素温度に
おける臨界電流が１５００Ａのケーブル用導体を作製し
た。交流損失を測定した結果、撚線によって構成される
導体の損失の方が、テープ状線材によって構成される導
体よりも２桁小さかった。なお、例１４では、撚線を真
っ直ぐに延ばしてパイプ上に集合したが、撚線をパイプ
上に螺旋状に巻きつけても同様の結果が得られた。

【００８０】

【発明の効果】本発明によれば、断面が円または略回転
対称である多角形の酸化物超電導線材において臨界電流
密度を顕著に向上させることができる。特に、マトリッ
クスの中心により硬い材料を用いることにより臨界電流
密度をさらに向上させることができる。また、フィラメ
ントを積層し、略回転対称に配置することによって、臨
界電流密度の高い線材を提供できる。これらの線材を用
いることにより、交流損失が低くかつ電流密度の高い撚
線およびケーブル用導体を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により中心に硬い材料が用いられた線材
の構造を示す（ａ）概略斜視図および（ｂ）概略断面図
である。

【図２】本発明により中心に硬い材料が設けられたもう
１つの線材を示す（ａ）概略斜視図および（ｂ）概略断
面図である。

【図３】本発明により安定化マトリックスのまわりに略
回転対称にフィラメントが積層された構造を有する線材
の概略斜視図である。

【図４】本発明により中心にできるだけ多くのフィラメ
ントが積層された構造を有する線材の概略斜視図であ
る。

【図５】本発明による撚線の一具体例を示す概略斜視図
である。

【図６】本発明による撚線のもう１つの具体例を示す概
略断面図である。

【図７】素線がツイストされた状態を示す斜視図であ
る。

【図８】本発明によるケーブル導体の具体例を示す概略
斜視図である。

【図９】例１および例２においてテープ状線材が安定化
材のパイプに充填される様子を示す概略断面図である。

【図１０】例１および例２において得られる線材の構造
を示す概略断面図である。

【図１１】例３においてテープ状線材が安定化材パイプ
に充填される様子を示す概略断面図である。

【図１２】例３において得られる線材の構造を示す概略
断面図である。

【図１３】例５において線材が撚り合わされる様子を示
す概略断面図である。

【図１４】例１５において得られるケーブル用導体の構
造を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１０、２０、３０、４０ 酸化物超電導線材 １２、２２、３２ａ、３２ｂ、４２ａ、４２ｂ フィラ
メント １４、２４、３４、４４ 安定化マトリックス

フロントページの続き (72)発明者 藤上 純 大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 大松 一也 大阪市此花区島屋一丁目１番３号 住友電 気工業株式会社大阪製作所内 (72)発明者 石井 英雄 神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号 東京電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 岩田 良浩 神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号 東京電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 本庄 昇一 神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号 東京電力株式会社電力技術研究所内

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パウダー・イン・チューブ法を用いて製
   造された酸化物超電導線材であって、 酸化物超電導体からなり、リボン形状で前記線材の長手
   方向に延びる、複数のフィラメントと、 前記複数のフィラメントを覆う安定化マトリックスとを
   備え、 前記フィラメントのアスペクト比が４〜４０の範囲内に
   あり、 前記フィラメントの厚みが２μｍ〜５０μｍの範囲内に
   あり、 前記線材の長手方向に略垂直な断面の形状が略円形また
   は略回転対称である六角形以上の多角形であり、かつ前
   記安定化マトリックスの中心部は、その周囲よりも硬い
   材料からなることを特徴とする、酸化物超電導線材。
2. 【請求項２】 前記安定化マトリックスの中心部は略円
   筒形状であり、その周囲に前記フィラメントが略回転対
   称に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載
   の酸化物超電導線材。
3. 【請求項３】 前記安定化マトリックスの中心部は銀合
   金からなり、その周囲の安定化マトリックスは銀からな
   ることを特徴とする、請求項１または２に記載の酸化物
   超電導線材。
4. 【請求項４】 パウダー・イン・チューブ法を用いて製
   造された酸化物超電導線材であって、 酸化物超電導体からなり、リボン形状で前記線材の長手
   方向に延びる、複数のフィラメントと、 前記複数のフィラメントを覆う安定化マトリックスとを
   備え、 前記フィラメントのアスペクト比が４〜４０の範囲内に
   あり、 前記フィラメントの厚みが２μｍ〜５０μｍの範囲内に
   あり、 前記線材の長手方向に略垂直な断面の形状が略円形であ
   り、 前記線材の中心部に略円筒形の安定化マトリックスが配
   置され、かつその周囲に略回転対称に前記複数のフィラ
   メントが配置され、かつ前記複数のフィラメントは、前
   記安定化マトリックスを介して第１の方向に層状に重ね
   られるものと、前記安定化マトリックスを介して前記第
   １の方向と略垂直な第２の方向に層状に重ねられるもの
   とからなることを特徴とする、酸化物超電導線材。
5. 【請求項５】 前記線材の中心部に配置された安定化マ
   トリックスは、その周囲の安定化マトリックスよりも硬
   い材料からなることを特徴とする、請求項４に記載の酸
   化物超電導線材。
6. 【請求項６】 前記線材の中心部に配置された安定化マ
   トリックスは銀合金であり、その周囲の安定化マトリッ
   クスは銀であることを特徴とする、請求項４または５に
   記載の酸化物超電導線材。
7. 【請求項７】 パウダー・イン・チューブ法を用いて製
   造された酸化物超電導線材であって、 酸化物超電導体からなり、リボン形状で前記線材の長手
   方向に延びる、複数のフィラメントと、 前記複数のフィラメントを覆う安定化マトリックスとを
   備え、 前記フィラメントのアスペクト比が４〜４０の範囲内に
   あり、 前記フィラメントの厚みが２μｍ〜５０μｍの範囲内に
   あり、 前記線材の長手方向に略垂直な断面の形状が略円形であ
   り、 前記複数のフィラメントは、前記線材の中心部において
   前記安定化マトリックスを介して第１の方向に層状に重
   ねられるものと、その両側において前記第１の方向と略
   垂直な第２の方向に前記安定化マトリックスを介して層
   状に重ねられるものとからなり、かつ前記複数のフィラ
   メントは、前記線材の中心に対して略回転対称に配置さ
   れていることを特徴とする、酸化物超電導線材。
8. 【請求項８】 前記酸化物超電導体がビスマス系酸化物
   超電導体であることを特徴とする、請求項１〜７のいず
   れか１項に記載の酸化物超電導線材。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれか１項に記載の酸
   化物超電導線材を複数本撚り合わせてなることを特徴と
   する、撚線。
10. 【請求項１０】 前記酸化物超電導線材が、前記安定化
    マトリックスよりも比抵抗の高い金属からなる層または
    無機絶縁材料からなる層によって覆われていることを特
    徴とする、請求項９に記載の撚線。
11. 【請求項１１】 前記酸化物超電導線材がツイストされ
    ていることを特徴とする、請求項９または１０に記載の
    撚線。
12. 【請求項１２】 請求項９〜１１のいずれか１項に記載
    の撚線を複数本、１層または２層以上で長尺の芯材上に
    集合してなることを特徴とする、導体。
13. 【請求項１３】 酸化物超電導体からなる複数のフィラ
    メントが安定化材で覆われた酸化物超電導線材の製造方
    法であって、 酸化物超電導体の原料粉末を安定化材からなるチューブ
    に充填する工程と、 前記粉末が充填されたチューブに塑性加工を施してテー
    プ状線材を得る工程と、 前記テープ状線材を複数本、第１の安定化材からなる棒
    状体と共に、第２の安定化材からなるチューブに充填す
    る工程と、 前記テープ状線材および前記棒状体が充填されたチュー
    ブに塑性加工を施して、断面が略円形または略回転対称
    である六角形以上の多角形である線材を得る工程と、 得られた線材に熱処理を施して、酸化物超電導体の焼結
    体を生成させる工程とを備え、 前記テープ状線材において、前記粉末からなる部分が４
    〜４０のアスペクト比を有するリボン形状であり、 前記第１の安定化材は前記第２の安定化材よりも硬く、 前記第１の安定化材からなる棒状体は、前記第２の安定
    化材からなるチューブの略中心に配置され、かつ前記テ
    ープ状線材は前記棒状体の周りに配置され、かつ前記熱
    処理の後、酸化物超電導体からなるフィラメントの厚み
    が２μｍ〜５０μｍの範囲である線材を得ることを特徴
    とする、酸化物超電導線材の製造方法。
14. 【請求項１４】 前記第１の安定化材からなる棒状体が
    略円筒形状であり、かつその周囲に前記テープ状線材が
    略回転対称に配置されることを特徴とする、請求項１３
    に記載の製造方法。
15. 【請求項１５】 前記第１の安定化材が銀合金であり、
    前記第２の安定化材が銀であることを特徴とする、請求
    項１３または１４に記載の製造方法。
16. 【請求項１６】 酸化物超電導体からなる複数のフィラ
    メントが安定化材で覆われた酸化物超電導線材の製造方
    法であって、 酸化物超電導体の原料粉末を安定化材からなるチューブ
    に充填する工程と、 前記粉末が充填されたチューブに塑性加工を施してテー
    プ状線材を得る工程と、 前記テープ状線材を複数本、安定化材からなる円筒形状
    の棒状体と共に、安定化材からなるチューブに充填する
    工程と、 前記テープ状線材および前記棒状体が充填されたチュー
    ブに塑性加工を施して、断面が略円形の線材を得る工程
    と、 得られた線材に熱処理を施して、酸化物超電導体の焼結
    体を生成させる工程とを備え、 前記テープ状線材において、前記粉末からなる部分が４
    〜４０のアスペクト比を有するリボン形状であり、 前記棒状体は、前記チューブの略中心に配置され、かつ
    前記テープ状線材は、前記棒状体の周りに略回転対称に
    配置され、 略回転対称に配置された複数の前記テープ状線材は、第
    １の方向に層状に重ねられたものと、前記第１の方向と
    略垂直な第２の方向に層状に重ねられたものとからな
    り、かつ前記熱処理の後、酸化物超電導体からなるフィ
    ラメントの厚みが２μｍ〜５０μｍの範囲である線材を
    得ることを特徴とする、酸化物超電導線材の製造方法。
17. 【請求項１７】 前記棒状体は、それを充填するための
    チューブより硬い材料からなることを特徴とする、請求
    項１６に記載の製造方法。
18. 【請求項１８】 前記棒状体は銀合金からなり、それを
    充填するためのチューブは銀からなることを特徴とす
    る、請求項１６または１７に記載の製造方法。
19. 【請求項１９】 酸化物超電導体からなる複数のフィラ
    メントが安定化材で覆われた酸化物超電導線材の製造方
    法であって、 酸化物超電導体の原料粉末を安定化材からなるチューブ
    に充填する工程と、 前記粉末が充填されたチューブに塑性加工を施してテー
    プ状線材を得る工程と、 前記テープ状線材を複数本、安定化材からなるチューブ
    に充填する工程と、 前記テープ状線材が充填されたチューブに塑性加工を施
    して、断面が略円形の線材を得る工程と、 得られた線材に熱処理を施して、酸化物超電導体の焼結
    体を生成させる工程とを備え、 前記テープ状線材において、前記粉末からなる部分が４
    〜４０のアスペクト比を有するリボン形状であり、 前記チューブに充填された複数のテープ状線材は、前記
    チューブ内の中心部において第１の方向に層状に重ねら
    れたものと、その両側において前記第１の方向と略垂直
    な第２の方向に層状に重ねられたものとからなり、 前記複数のテープ状線材は、前記チューブの中心に対し
    て略回転対称に配置され、かつ前記熱処理の後、酸化物
    超電導体からなるフィラメントの厚みが２μｍ〜５０μ
    ｍの範囲である線材を得ることを特徴とする、酸化物超
    電導線材の製造方法。
20. 【請求項２０】 前記テープ状線材をチューブに充填す
    る工程が、安定化材をさらに前記チューブに充填して、
    ８０％以上の充填密度を得る工程を備えることを特徴と
    する、請求項１３〜１９のいずれか１項に記載の製造方
    法。
21. 【請求項２１】 前記熱処理工程の後、線材の断面が５
    ％〜５０％の割合で減る伸線加工を行なう工程と、次い
    で酸化物超電導体の焼結のための熱処理を行なう工程と
    をさらに備えることを特徴とする、請求項１３〜２０の
    いずれか１項に記載の製造方法。
22. 【請求項２２】 前記酸化物超電導体がビスマス系酸化
    物超電導体であることを特徴とする、請求項１３〜２１
    のいずれか１項に記載の製造方法。
23. 【請求項２３】 請求項１３〜２２のいずれか１項に記
    載の製造方法において得られた線材を複数本撚り合わせ
    る工程と、得られた撚線を、酸化物超電導体の焼結体を
    生成できる温度において熱処理する工程とを備えること
    を特徴とする、撚線の製造方法。
24. 【請求項２４】 請求項１３〜２２のいずれか１項に記
    載の製造方法において得られた線材の表面を、前記安定
    化材よりも比抵抗の高い金属からなる層または無機絶縁
    材料からなる層で被覆する工程と、 被覆された線材を複数本撚り合わせる工程と、 得られた撚線を、酸化物超電導体の焼結体を生成できる
    温度において熱処理する工程とを備えることを特徴とす
    る、撚線の製造方法。
25. 【請求項２５】 請求項１３〜２２のいずれか１項に記
    載の製造方法において得られた線材の表面に、金属めっ
    き層を形成する工程と、 金属めっきされた線材を複数本撚り合わせる工程と、 得られた撚線を、酸化性雰囲気下で酸化物超電導体の焼
    結体を生成できる温度において熱処理する工程とを備
    え、 前記熱処理において、前記金属めっき層が酸化されるこ
    とにより、撚り合わされた線材間が金属酸化物によって
    電気的に絶縁されることを特徴とする、撚線の製造方
    法。
26. 【請求項２６】 撚り合わせ工程の前に、線材をツイス
    トする工程をさらに備えることを特徴とする、請求項１
    ３〜２５のいずれか１項に記載の製造方法。