WO1999030333A1

WO1999030333A1 - Fil supraconducteur en oxyde, bobine de solenoide, generateur de champ magnetique, et procede de production de fil supraconducteur en oxyde

Info

Publication number: WO1999030333A1
Application number: PCT/JP1998/005566
Authority: WO
Inventors: Kazuhide Tanaka; Michiya Okada; Keiji Fukushima; Tsuyoshi Wakuda
Original assignee: Hitachi, Ltd.
Priority date: 1997-12-10
Filing date: 1998-12-09
Publication date: 1999-06-17
Also published as: KR20010032917A; US20030205403A1; CN1281579A; KR100409057B1; US6591120B1; EP1039483A1

Description

明細書

酸化物超電導線，ソレノイドコイル，磁場発生装置、および酸化物超電導線の製造方法技術分野

本発明は、酸化物超電導体を応用した高磁場発生装置に係わり、特に. 高均一で高い磁場を必要とする機器、たとえば、理化学機器や核磁気共鳴分析装置，医療用 M R I装置等に好適な新規な酸化物超電導線を提供すると共に、それを用いたソレノィドコイル，磁場発生装置、および酸化物超電導線の製造方法に関する。背景技術

一般に、超電導マグネット装置の用途には磁場さえ発生できれば、均一度や安定度などを殆ど考慮しなくても良いような用途と、その磁場の質、すなわち均一度と安定度が問われる用途がある。後者のような、高均一かつ高安定な磁場は、通常、物性測定などの研究用途や医療用磁場発生装置等に用いられ、高品位の超電導マグネッ卜には必須の技術として知られている。従来、このようなマグネットは、ニオブ · チタンや二ォブ · スズなどの金属系超電導体を用いて作製され、厳しい加工精度で製作された線材を、厳しい品質管理の下、ていねいにソレノイド巻きして作られ、きわめて安定な電源、もしくは永久電流モードで運転され、高い時間的，空間的安定度が提供される。しかしながら、近年、このような高均一な磁場マグネッ卜装置においては、核磁気共鳴装置等のニーズによって、年々、発生磁場が向上しており、 2 0 T程度のマグネッ卜システムが出現しつつある。しかし、従来の金属系超電導体では、物性上の臨界磁場の関係から、 2 0 T程度の磁場発生が限度であって、これを大きく越える均一磁場の発生には、酸化物超電導体の応用が必須である。

従来、酸化物超電導体を用いた磁場発生装置としては、ジャパニーズ • ジャーナル♦ ォブ · アップライド · フィジックス，第 3 5巻， 1 9 9 6 年，パート 2， L 6 2 3 - 6 2 6に記載されているように、テープ状の線材をダブルパンケーキ状に巻いて製作したコィルが知られている。このコイルは、 2 2 T以上の従来の金属系超電導体では到達不可能な高い磁場を発生する場合には適しているが、一方、均一な磁場は出せないという問題があった。その理由は、導体がテープ状であり、これをパンゲ —キ状に巻線したコイルを積層してマグネッ卜が製作されているためである。この問題を解決する方法として、導体に丸断面形状の線を用い、これをソレノィドコイル状に卷き線したマグネッ卜の作製が試みられている。たとえば、ジャーナル · ォブ · マテリアル · サイエンス，第 3 0 巻， 1 9 9 5年，第 3 2 0 0— 3 2 0 6ページに記載がある。丸断面を使った線では比較的高い磁場均一度を期待できるが、臨界電流密度 J c 力、テープ線と比較して 1 5以下と低く、所望の磁場を発生できないという欠点がある。一方、テープ線をソレノイドに巻く方法では、磁場強度は確保しやすいが、テープ線の外形寸法精度の問題から、十分な均一磁場を確保できない問題がある。

一般に、丸断面の線材はダイス線引きで作製されるため、テープ加工と比較して、ミクロン単位の高い加工精度を確保でき、均一磁場発生に適している。一方、テープ線材の加工には、ロール圧延加工が用いられるため、厚さ及び幅の加工精度は通常 1 0 ミクロ単位の精度が限界である。そのため、数千ターンの巻線を行った場合、外形状の加工精度の不良のため、場所によって巻数が異なるなどの問題を生じ、磁場均一度が低下してしまう問題があった。従って、高い電流密度と機械加工精度を両立した新しい高均一磁場発生用の酸化物超電導線材の開発が望まれている。発明の開示

本発明の目的は、高均一で高い磁場を発生するために、形状精度の高い酸化物超電導線材を提供し、それを用いたソレメイドコイルを提供することにある。ここで、高均一とは磁場均一度で 0 . 1 % 以下、好ましくは 0 . 0 1 % 以下であって、高磁場とは、 2 2 T以上である。このような磁場強度においては、酸化物超電導線材を用いたマグネッ卜しか超電導による磁場発生は困難であるため、従来、均一度の高い磁場を発生することは困難であった。

その主な原因は、酸化物超電導体が異方性の大きな物質であり、圧延加工などによってテープ状に加工した線材は、 1 0 T以上の磁場中で 5 0 〜 1 0 0 Aノ匪² 程度の実状水準のコイル電流密度を発生可能な線材を得ることが出来るが、線引き加工のみで製作した丸断面形状の線材では、導体電流密度で 1 0 〜 2 0 A Z匪² 程度の電流密度しか得られなかったためである。

本発明の目的は、線材の外形状の加工精度を確保しつつ、高い臨界電流密度を発生可能な高均一磁場発生用の酸化物超電導線を提供し、それを用いたソレメイドコイル及び磁場発生装置を提供することにある。酸化物超電導線材の電流密度を低下させることなしに、外形状の加工精度を高めるための本願発明の特徴の一つは、酸化物系超電導線において、該線の長さ方向に垂直な断面の外形状が概ね丸形状とし、該断面内において、酸化物超電導体を複数のテープ状の超電導体を積層したュニッ卜で構成し、かつ、該ユニット内の該テ一プは該断面内でテープ面に対し概ね 6 0度の角度に長さ方向と垂直方向に階段状に積層し、かつ、該断面内における該ユニットの外形状は概ね菱形状とし、かつ、該断面を、少なくとも 3つの異なる該ユニットで構成し、各々のュニッ卜を隣接するュニットと、テープの積層方向が概ね 1 2 0度の幾何学的回転対称性を有せしめ、かつ該菱形断面形状における少なくとも 1辺が隣接するュニッ卜と接しせしめることである。

これは、言い換えると、丸断面形状の線材の長さ方向に対して、垂直の断面をみたとき、酸化物のコアが、断面内で幾何学的な配置において回転対称であるといえる。丸断面における回転対称性を発現するには、 3回， 4回， 6回等の回転対称性が考えられる。一方、酸化物の最密充填を考慮すると、コアの形状は正三角形を基本とする対称性が望まれる。これらを総合すると、正三角形を二つ合わせて作った菱形形状で 3回回転対称性を持たせるのが最も効率よい充填率（断面内の酸化物の断面積の占める面積比）となる。

本発明では、酸化物の形状をテープ形状とし、テープを重ねて導体を構成する。テープを作るときの圧延の機械加工精度や多芯テープの組み込み精度などの制約から、理想的な形状は容易には得られない。この点を考慮し、概ね 6 0度や概ね 1 2 0度とした。理想とする形状に近いほど、性能は高い。理想状態からのずれは、酸化物の形状の乱れを誘発し、性能を低下させる。角度の許容範囲は、 5度程度である。これを越えると、性能は少なくとも 1 Z 2〜 1 3低下する。

また、該酸化物超電導線材の長さ方向に直交する断面内で、酸化物超電導体が積層されたテープ状の酸化物超電導体からなる 3つのュニッ卜で構成され、該ュニッ卜の集合体は最稠密形状で該線材断面の中央に集合化され、全ての該テープは少なくともその片端部が、外周を構成するシース材と接しせしめることで達成できる。上述した回転対称性は、隣接する 3つのュニット内で対称性を維持すればよく、断面内全体で対称性を持つ必要はない。対称性にこだわるのは、対称でなければ、線引き加工のような高精度の等方的な断面縮径加工において、極端な形状の乱れが発生するためである。 3つでなければならないことはないが、 3つが最も作りやすい。シース材と接する点については、幾何学的特長を述ベたものであり、本発明と直接関係はない。

また、本願発明の他の特徴点は、該テープ状の酸化物超電導体が多芯線で構成されることである。

また、本願発明の他の特徴点は、該テープ状の酸化物超電導体が多芯線であって、かつツイストせしめることである。

また、本願発明の他の特徴点は、該テープ状の酸化物超電導体が多芯線であって、かつツイストされ、かつ、各テープ間に高抵抗層を含んでなることである。

また、本願発明の他の特徴点は、該超電導線材において、該テープ状の酸化物超電導体が多芯線であって、かつツイストされ、かつ、各テープ間及びュニッ卜間に高抵抗層を含み、かつ該線材がッイス卜せしめることである。

また、本願発明の他の特徴点は該超電導体が Bi₂ S r ₂ C a , C u₂〇_x であることが望ましいことであるが、他の酸化物系超電導体、たとえば、

(B i , P b)₂ S r₂ C a₂ C u₃〇_x、やタリゥム系などの超電導体にも広く適用することが可能である。 ―

たとえば、 B i - S r— C a— C u— O系

B i , 5 - 2. 2 ― Γ 5 - 2. 2 ― U _〇5 _

B i - Γ L , 5 - 2 ― C a o . & - 一 C u 3 - 0₇-；

B i . - S r i . s - a — C a i . s - - C u 3 - 0₉-

B i - P b S r— C a C u— 0系

(B i y— P t — _y S Γ 1! .. 55 -- 22.. 2 - C U 0. 5 3 — 05 - 7

(B i _y— P b 2 — SS Γr Ii .. 55 -- 2a.. 2— C a o.5 3— C U I 2. 3

- 0, -

( B i _y— P b i— _y) 5 - 2. 2 — S r L 5 - 2. - C a i . s - a. 3— C u 5 - 3. - 0₉_, ,

y = 0. 1 0.9などを利用できる。

本願発明の他の特徴は、線材の断面形状のうち外形状を丸形状として断面内部において、テープ状の超電導体を略菱形形状になるように積層した群とし、該群を組み合わせて、全体が 6角形状となるように構成することである。具体的には、酸化物超電導線において、該線の長さ方向に垂直な断面の外形状が概ね丸形状であって、該断面内において、酸化物超電導体は複数のテープ状の超電導体を積層したユニットで構成され, かつ、該ュニッ卜内の該テープは該断面内で長さ方向と垂直方向に階段状に積層され、かつ、該断面内における該ユニットの外形状は概ね菱形状であって、かつ、該断面は、少なくとも 3つの異なる該ユニットを有し、各々のユニットは隣接するユニットと、テープの積層方向が幾何学的回転対称性を有し、かつ該菱形断面形状における少なくとも 1辺は隣接するュニッ卜と対向している。

本発明の他の特徴は、複数の酸化物超電導体フイラメン卜を有する酸化物超電導テープ線材が、コア部に回転対称に配置されており、酸化物超電導体フイラメン卜は、断面の平均の厚みが 3 μ ιηから 2 0 μ πιで、かつ、断面のアスペクト比の平均が 2以上 1 0以下であることにある。酸化物超電導テープ線材を回転対称に配置することは、多芯テープ線材を最外周の金属シースとなる第 3の金属パイプに充填する際に行う。この特徴によれば、多芯テープ線材が回転対称に配置されているので. 酸化物超電導体フィラメント中の酸化物超電導体の c軸がさまざまな方向に向く。したがって、磁場の印加方向によらず、臨界電流の低下を抑制でき、かつ、酸化物超電導体フィラメントが最適な大きさであるので、臨界電流密度（ J c ) を高くすることができる。酸化物超電導体はビスマス系酸化物超電導体がよく、特に B i ₂ S r ₂ C a , C u ₂〇_x 組成がよい。

また、銀または銀合金の金属シースを用い、金属シースの割合を酸化物超電導体フイラメン卜に対して 3以上 7以下にすれば、臨界電流密度 ( J c ) をより高くすることができる。

また、外形が平角の酸化物超電導線では、断面のアスペクト比が 1以上 6以下にするとよい。

また、平均粒径を 3 m以下の粉末である酸化物超電導体または酸化物超電導体の原料を用いれば、従来のテープ形状の酸化物超電導線材と同等の通電特性で、かつ、長尺の酸化物超電導線を得ることができる。本発明の酸化物超電導線は、従来のテープ形状の酸化物超電導線と比較して、容易に加工精度を向上させることができるので、本発明の酸化物超電導線を用いたソレノィドコイルは、従来のテープ形状の酸化物超電導線材を用いたパンケーキコイルよりも、軸方向及び周方向でコイル形状のずれが小さい。したがって、本発明の酸化物超電導線を用いたソレノィドコイルは、高くかつ均一な磁場を発生することができる。図面の簡単な説明

第 1 図は、第 1 の実施例の酸化物超電導線材の断面構成を示す図である。

第 2図は、第 2の実施例の酸化物超電導線材の断面構成を示す図である。

第 3図は、第 3の実施例の酸化物超電導線材の断面構成を示す図である。

第 4図は、第 4の実施例の酸化物超電導線材の断面構成を示す図である。

第 5図は、第 5の実施例の酸化物超電導線材の断面構成を示す図である。

第 6図は、第 6の実施例の酸化物超電導線材の断面構成を示す図である。

第 Ί図は、第 6の実施例の酸化物超電導線材の作製方法を示す図である。

第 8図は、第 9の実施例の酸化物超電導多芯線材 6 を示す図である。第 9図は、酸化物超^導多芯線材 6の作製方法を示す図である。

第 1 0図は、平角形状の酸化物超電導多芯線材 2 0を示す図である。第 1 1 図は、酸化物フィラメン卜 9の厚みと、臨界電流密度（ J c ) との関係を示す図である。

第 1 2図は、酸化物超電導多芯線材 6の臨界電流密度（ J c ) の磁場依存特性を示す図である。

第 1 3図は、酸化物超電導多芯線材 6の銀（A g ) 比を種々の割合にしたときの臨界電流密度（J c ) を示す図である。 ―

第 1 4図は、酸化物超電導多芯線材 6および酸化物超電導多芯線材 2 0について、断面積を変化させたときの臨界電流密度（ J c ) を示す図である。

第 1 5図は、超電導粉末の平均粒径が 1 μ m， 3 m , 4 . 5 m , 6 μ mの場合の臨界電流密度（ J c ) の分布状態を示す図である。第 1 6図〜第 2 2図、他の酸化物超電導多芯線材の断面の例を示す図である。

第 2 3図は、第 1 0の実施例であるソレノィドコイル 1 3 を示す図である。

第 2 4図は、ソレノイドコィノレ 1 4 を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施例を説明するが本発明は、これらに限定されるものでない。

(実施例 1 )

第 1 図に本発明の一実施例を示す。本発明の酸化物超電導線材は、引き抜き加工で得た均一な丸断面の外形を有し、銀シース 1 は

B i ₂ S r ₂ C a , C u ₂ 0 _x 超電導体 2からなるテープ状のフィラメン卜で構成されている。ここで、テープ状のフィラメントは、 7枚ずつ、 3 つのュニッ卜に分けて積層されているが、各ュニット内では階段状に段差をつけながら積層することで、 7枚を積層したとき、長さ方向に垂直な断面で、丁度菱形となるように構成されている。また、この様な菱形断面形状の積層体を、 1つのユニットとし、これを 3つ束ね、合計 2 1 芯で全体が構成され、全体では正 6角形の断面形状からなる。また、この断面を構成する 3つのユニットは各々、 1 2 0度の幾何学的な回転対称性を有している。実施例中のテープ状でない部分第 1 図の黒いテープ部以外は銀シースから構成されている。

なお、この実施例では、 7枚のテープを積層したが、積層する枚数については、使用する材料の加工性や超電導体の体積率など、用途に応じて設計上の所望の数とすればよく、特に限定されるものではない。線材の外形は 1〜 2皿程度が望ましいが、用途に応じて適切な断面積の線材とすればよい。また、交流用途などに用いる場合には、撚リピッチで 1 0〜 1 0 0 nunとすることができる。線材の外径が、 1 〜 2 mmが望ましい理由は、超電導コイルなどで一般に用いられる寸法であり、これで、臨界電流が 1 0 0 0 A位になる。あまり大きいと、コイル巻き線が困難であるほか、電流値が多き過ぎて困ることとなる。また、交流用途でよリピッチが 1 0〜 1 0 0 mmが望ましい理由は、商用周波数 5 0〜 6 0 H zにおいて交流損失を 0 . 1 / m 以下に抑制するために必要なためである。

(実施例 2 )

第 2図に、本発明の一実施例を示す。本発明の酸化物超電導線材は、引き抜き加工で得た均一な丸断面の外形を有し、銀シース 1 は

B i ₂ S r ₂ C a _t C u ₂ 0 _x 超電導体 2からなるテープ状のフィラメントで構成されている。ここで、テープ状のフィラメントは、 7枚ずつ、 3 つのユニットに分けて積層され、実施例 1 と同様に、階段状に段差をつけながら積層することで、 7枚を積層したとき、長さ方向に垂直な断面で、丁度菱形となるように構成されている。また、この様な菱形断面形状の積層体を、 1つのユニットとし、これを 3つ束ね、合計 2 1芯でュニットが構成され、 3つのュニッ卜を組み合わせた全体では正 6角形の断面形状からなる。また、この断面を構成する 3つのユニットは各々、 1 2 0度の幾何学的な回転対称性を有している。本線材は、この 3つのュニッ卜を一組とした 6角形の外形状を一セグメントとし、このセグメン卜を合計で 7組、稠密に組み込んでなる。線材の外形は 1〜 2皿程度が望ましい力、用途に応じて適切な断面積の線材とすればよい。また、交流用途などに用いる場合には、撚リピッチで 1 0〜 1 0 0匪とすることができる。ここで、「稠密に組み込んでなる。」とは、蜂の巣状に組み込むことをいう。

(実施例 3 )

第 3図は本発明の一実施例を示す。本発明の酸化物超電導線材は、引き抜き加工で得た均一な丸断面の外形を有し、銀シース 1 は

B i ₂ S r ₂ C a _t C u ₂ O _x 超電導体 2からなるテープ状のフィラメントで構成されている。ここで、テープ状のフィラメントは、 7枚ずつ、 3 つのユニットに分けて積層され、実施例 1 と同様に、階段状に段差をつけながら積層することで、 7枚を積層したとき、長さ方向に垂直な断面で、丁度菱形となるように構成されている。また、この様な菱形断面形状の積層体を、 1つのユニットとし、これを 3つ束ね、合計 2 1芯でセグメン卜が構成され、 3つのュニッ卜を組み合わせた全体では正 6角形の断面形状からなる。また、この断面を構成する 3つのユニットは各々、 1 2 0度の幾何学的な回転対称性を有している。本線材は、この 3つのュニッ卜を一組とした 6角形の外形状を一セグメントとし、このセグメン卜を合計で 5 5組、最稠密に組み込んでなる。線材の外形は l〜 2 mm 程度が望ましいが、用途に応じて適切な断面積の線材とすればよい。また、交流用途などに用いる場合には、撚リピッチで 1 0〜 1 0 O IMIとすることができる。

(実施例 4 )

第 4図に本発明の一実施例を示す。本発明の酸化物超電導線材は、引き抜き加工で得た均一な丸断面の外形を有し、銀シース 1 は B i ₂ S r ₂ C a , C u ₂〇_x 超電導体 2からなるテープ状のフィラメントで構成されている。ここで、テープ状のフィラメントは、 7枚ずつ、 3 つのユニットに分けて積層され、実施例 1 と同様に、階段状に段差をつけながら積層することで、 7枚を積層したとき、長さ方向に垂直な断面で、丁度菱形となるように構成されている。また、この様な菱形断面形状の積層体を、 1つのユニットとし、これを 3つ束ね、合計 2 1芯でセグメン卜が構成され、 3つのュニッ卜を組み合わせた全体では正 6角形の断面形状からなる。また、この断面を構成する 3つのユニットは各々、 1 2 0度の幾何学的な回転対称性を有している。本線材は、この 3つのュニッ卜を一組とした 6角形の外形状を一セグメン卜とし、このセグメン卜を合計で 4 8組、稠密に組み込んでなる。なお、線材断面内における中央部には、線材の熱的安定性と機械的強度を高めることを目的に金属層 3 を設けてある。この金属層には、たとえば銀のほか、銀 0 . 5 重量％M g合金などの銀より機械強度の高い、かつ銀とほぼ同等の熱伝導性を有する物質を使用することができる。なお、線材の外形は 1〜 2皿程度が望ましいが、用途に応じて適切な断面積の線材とすればよい。また、交流用途などに用いる場合には、撚りピッチで 1 0〜 1 0 0 nunとすることができる。

(実施例 5 )

第 5図に本発明の一実施例を示す。本発明の酸化物超電導線材は、引き抜き加工で得た均一な丸断面の外形を有し、銀シース 1 は

B i ₂ S r ₂ C a , C u ₂ O _x 超電導体 2からなるテープ状のフィラメントで構成されている。ここで、テープ状のフィラメントは、 7枚ずつ、 3 つのユニットに分けて積層され、実施例 1 と同様に、階段状に段差をつけながら積層することで、 7枚を積層したとき、長さ方向に垂直な断面で、丁度菱形となるように構成されている。また、この様な菱形断面形状の積層体を、 1 つのユニットとし、これを 3つ束ね、合計 2 1芯でセグメン卜が構成され、 3つのュニッ卜を組み合わせた全体では正 6角形の断面形状からなる。また、この断面を構成する 3つのユニットは各々、

1 2 0度の幾何学的な回転対称性を有している。本線材は、この 3つのユニットを一組とした 6角形の外形状を一セグメントとし、このセグメン卜を合計で 5 5組、最稠密に組み込んでなる。なお、この線材の最外周 4は、銀一 0 . 5 重量％M g合金からなる強化銀合金で構成され、線材の許容応力を 2 0 0 M P aに高めている。この線材の外形は 1〜 2 iMi 程度が望ましいが、用途に応じて適切な断面積の線材とすればよい。また、交流用途などに用いる場合には、撚リピッチで 1 0〜 1 0 0匪とすることができる。

(実施例 6 )

第 6図に本発明の一実施例を示す。本発明の酸化物超電導線材は、引き抜き加工で得た均一な丸断面の外形を有し、銀シース 1 は

B i ₂ S r ₂ C _{a i} C u ₂ 0 _x 超電導体 2からなるテープ状の多芯テープ線材 5 を内包した構成である。ここで、各テープ状線材は、 7枚ずつ、 3 つのュニッ卜に分けて積層されているが、各ュニッ卜内では階段状に段差をつけながら積層することで、 7枚を積層したとき、長さ方向に垂直な断面で、丁度菱形となるように構成されている。また、この様な菱形断面形状の積層体を、 1つのユニットとし、これを 3つ束ね、合計 2 1 芯で全体が構成され、全体では正 6角形の断面形状からなる。また、この断面を構成する 3つのユニットは各々、 1 2 0度の幾何学的な回転対称性を有している。なお、この実施例では、 7枚のテープ線材を積層したが、積層する枚数については、使用する材料の加工性や超電導体の体積率など、用途に応じて設計上の所望の数とすればよく、特に限定されるものではない。線材の外形は 1 〜 2匪程度が望ましいが、用途に応じて適切な断面積の線材とすればよい。また、交流用途などに用いる場合には、撚リピッチで 1 0 〜 1 0 0 mmとすることができる。

(実施例 7 )

第 7図に本発明の線材の製造方法の一実施例を示す。予め合成した酸化物超電導体の粉末を銀や銀合金等のシース材（第一の銀パイプ）に充填し、これを線引き加工して単芯線材を得る。必要なら、これを更に多芯に組み込み、更に線引き加工を施してもよい。この様にして得た線材を、圧延加工機によって厚さ 0 . 1 〜 0 . 3 mm，幅 2 〜 5 mmのテープ状に加工し、これをテープの厚さ方向に 7枚積層した。これを、第 1 図に示すような幾何学的配置で別の銀パイプ中に組み込み、静水圧押し出し加ェの後、更に線引き加工を施して、外形で 0 . 5 〜 2 IMI ，長さ 1 0 0 m 〜 1 kmの長尺の線材を得た。

なお、最終の加工には、所望の外形状を得るため、特に寸法校正された、特別のダイアモンドダイスを用いた。これにより、均一磁場を発生させるために必要な外形状（たとえば、ソレノイドコイルの形状）を線引き加工により容易に得ることができた。

本実施例において、圧延加工機によって、厚さ 0 . 1 〜 0 . 3匪，幅 2 〜 5 mmとしているが、このようにすると、組み合わせる際に、菱形を作りやすい。また、扱いやすい。この場合、アスペクト比が 1 0以上が望ましい。もし、アスペクト比が 1 0以上ない場合、臨界電流密度は 1ノ 2以下に低下してしまう。 (実施例 8 )

実施例 2の線材を用いて、アルミナスリーブを絶縁材として、内径 6 Omni, 外径 1 3 0nim，高さ 6 0 Onuiiのソレノィドコィルを製作し、これを 8 7 0〜 8 8 5 °Cで 1 0〜 3 Omin 部分溶融熱処理した。熱処理後. 8 0 0 °C, 5 %酸素— 9 5 %アルゴンガス中でキヤリァ濃度調整を行つた後、エポキシ樹脂で含浸 · 補強した。

なお、第 1 の比較例として、テープ状に加工した線材を巻き線してなる、内径 6 0 nun, 外形 1 3 0ππιι, 高さ 1 5 nunのダブルパンケーキコイルを製作し、これを、 4 0個積層した積層ダブルパンケーキコイルを組み立てた。また、第 2の比較例として、線引き加工によって得た、丸断面形状の酸化物超電導部を持つ、丸断面の外形の単芯の B i — 2 2 1 2系酸化物超電導銀シース線材を製作し、これを用い、アルミナスリーブを絶縁材として内径 6 0 mm，外形 1 3 0 mm，高さ 6 0 0 mmのソレノィドコィルを製作した。比較例 1 では 4 0個のコイルを積層して一つのマグネッ卜が構成される。このため、高い磁場が出せるが、磁場の均一性に劣ることとなる。

また、第 2の比較例として、線引き加工によって得た。丸断面形状の酸化物超電導部を持つ、丸断面の外形の単芯の B i — 2 2 1 2系酸化物超電導銀シ一ス線材を製作し、これを用い、アルミナスリーブを絶縁材として内径 6 0 mm, 外径 1 3 Omni, 高さ 6 0 O IMIのソレノィドコイルを製作した。これらのコイルは、 2 1 Tのバックアップ磁場中で、 4. 2 Kにおいて、コイル性能を評価した。コイル性能の比較を第 1表に示す。第 1 表

ここで、コイル電流密度とは、コイル断面積あたりの電流密度，磁場均一度は、コイル中心の直径 3 0匪内での磁場の変動率，発生磁場はコィル中心での値，運転電流は最大通電電流値で定義した。第 1 の比較例

(比較例 1 ) は発生磁場強度の点では、本発明より優れているが、 4 0 個のダブルパンケーキの巻き数の誤差が大きく、均一な磁場を発生することができない。これは、テープ線材の厚みの加工精度が不十分であるためである。テープ厚みは 0 . 1 〜 0 . 3 i i程度の範囲内である力、厚みの誤差は 1 0 %程度あることによる。一方、第 2の比較例（比較例 2 ) では、丸断面の線材を用いているため、外形状の加工精度に優れ、発生する磁場の均一度に優れるが、酸化物の結晶配向性が十分でないため、発生磁場が低いという欠点がある。

本実施例では、線材の外形は丸断面であるため、高い磁場均一度を得ることができ、更に、線材のー断面内における酸化物部分はテープ形状を有し、テープ面に沿った c軸の結晶配向により高い超電導特性が得られる。

本実施例では、巻き線後熱処理する W & R法によるマグネッ卜の一例を示したが、線材を熱処理後に巻き線する R & W法によるマグネッ卜においても同様に本発明を適用することが可能である。その場合、絶縁材にはエナメルやホルマール被覆を用いることができ、ソレノィドコイルを巻き線することで、同様に均一磁場を発生することができる。すなわち、 R &W法によるマグネットでは熱処理後に曲げ加工を行うので、線材に卷き線による損傷が生じ、性能が低下する。しかし、絶縁材が薄くできたり、熱処理によるコィルの変形を防ぐことができるなどのメリッ卜がある。線材のダメージを無視すれば、均一度を取るにはむしろ有利な方法である。これまでは、丸線材で高特性を持つ線材がなかった。本発明により、高磁場中で臨界電流密度 J cが高い線材を丸い断面形状で得ることができた。丸い形状は、加工精度が良く、また、ソレノイド形状にすれば、均一な磁場発生が可能となる。本発明によって、高い磁場均一度と、 2 T以上の磁界発生を 2 1 T以上の磁場中で同時に達成できることが、はじめて可能となり、酸化物超電導マグネット装置を応用した各種分析装置、たとえば、理化学実験装置，各磁気共鳴分析装置，医療用 M R I装置などが可能になった。

(実施例 9 )

第 8図に、本発明の第 9の実施例である酸化物超電導多芯線材 6 を示す。酸化物超電導多芯線材 6は、長さ方向に垂直な断面が回転対称になるように、 3 7芯テープ線材 5 を組み合わせて、銀シース 1 で覆ったものである。本実施例では、 3 7芯テープ線材 5 を 6本 1組で積層したセグメント 7 を 3回の回転対称に配置して、 6角形のコア 8 を形成する。

3 7芯テ一プ線材 5は、 3 7個の酸化物超電導フィラメント 9 を銀シース 1 0で覆ってテープ状にしたものである。したがって、 1つの酸化物超電導多芯線材 6には、 3 7 X 6 X 3 = 6 6 6の酸化物超電導フィラメント 9が用いられている。酸化物超電導フィラメン卜 9の数については使用する際の線材の形状によって適宜最適な数にすることが望ましい。 (製造方法）

本実施例の酸化物超電導多芯線材 6の製造方法を説明する。

まず、酸化物超電導フィラメント 9 となる部分を作る。

( 1 ) 純度が 9 9 %以上の酸化ストロンチウム（ S r〇），酸化カルシゥム（C a〇）及び酸化銅（C u O) の各酸化物を出発原料とし、ストロンチウム（ S r) ，カルシウム（C a ) ，銅（C u) の原子モル比がそれぞれ 2. 0 : 1.0 : 2.0 の組成となるように秤量し、それらの混合体を作製する。この混合体を遠心ボールミルに入れ、 2 0分間にわたつて混合する。

( 2 ) 混合体に大気中において、 9 0 0 °Cで、 2 0時間にわたる熱処理を行う。

( 3 ) 熱処理した混合体を室温まで冷却した後、再度、遠心ボールミルに入れ、 2 0分間にわたって粉砕，混合し、粉末状態にする。

( 4 ) 得られた粉末にビスマス（B i ) ，ストロンチウム（ S r ) ，力ルシゥム（C a ) ，銅（C u ) の原子モル比がそれぞれ 2.0 : 2.0 : 1.0 : 2.0の組成となるように酸化ビスマス（B i ₂〇₃) を秤量して加え、混合体を遠心ボールミルに入れ、 2 0分間にわたって混合する。

( 5 ) 得られた粉末を、大気中において、 8 0 0乃至 8 5 0 °Cの温度で、 1 0時間にわたって熱処理を行い、超電導粉末を作製する。

この超電導粉末は、粉末 X線回折の結果及び走査型電子顕微鏡（SEM) の観察結果によれば、超電導相以外に酸化ストロンチウム（ S r O) ，酸化銅（C u O) のほか、同定できない未反応の非超電導相も若干認められた。

( 6 ) この超電導粉末を遠心ボールミルに入れ、平均粒径が 3 / m以下になるように粉砕及び混合し、超電導微粉末を作製する。

( 7 ) 得られた超電導微粉末を外径 2 1. 0龍，内径 1 7. 5匪の円形の断面形状を有する第 1 の純銀パイプに充填する。

( 8 ) この第 1 の純銀（A g ) パイプを、ドロ一ベンチを用いて、断面減少率 1 1 乃至 1 3 %の伸線加工を施し、外径 2. 5 mm になるまで縮径する。これで、酸化物超電導フィラメント 9 となる部分ができる。

次に、 3 7芯テープ線材 5 を作る。

( 9 ) 縮径した第 1 の純銀（A g ) パイプを長さ方向に 3 7等分になるように切断する。切断した 3 7本の第 1 の純銀（A g ) パイプを、外径 2 1.0mm, 内径 1 8. 2 mmの円形断面を有する第 2の純銀（A g ) パイプに組み込む。このときの組み込み本数は、用途に応じて増減する必要がある。

( 1 0 ) この第 2の純銀（A g ) パイプを、ドロ一ベンチを用いて、断面減少率 1 1乃至 1 3 %の伸線加工を施し、外径 1. 5乃至 2. Oinmになるまで縮径する。

( 1 1 ) 縮怪した第 2の純銀（A g ) パイプに圧延加工を施して、厚さが 0. 1 0乃至 0. 5 0 nunの範囲内、 Φ裏力 1. 0〜 5. 0 mmの範囲内の偏平な断面形状を持つ 3 7芯テープ線材 5 とする。

次に、 3 7芯テープ線材 5 を用いて酸化物超電導多芯線材 6 を作る。

( 1 2 ) 3 7芯テープ線材 5 を 1 8本に切断し、これを 6本 1組として 3組に分け、それぞれを菱形形状に積層させてセグメント 7 をつくる。 3組のセグメン卜 7 を外径 1 1. 0mm, 内径 1 8. 2匪の第 3の純銀（Ag) パイプに組み込む。このとき、 3組のセグメント 7 を 3回の回転対称となるように配置する。同一サイズの 3 7芯テープ線材 5 を用いるので、酸化物超電導多芯線材 6の製造工程を短縮でき、およびコストを低減できる。

ビスマス系酸化物超電導体は、熱処理によって c軸に対して垂直に結晶粒が成長する性質を持っているから、 c軸に平行な磁場中では、臨界電流が低下するという物性を有する。 3 7芯テープ線材 5を回転対称性に配置すると磁場の印加方向によらず、臨界電流の低下を抑制できる。

( 1 3 ) 3 7芯テープ線材 5が組み込まれた第 3の純銀（A g ) パイプを外径 0.7 5乃至 2. 5皿の範囲内に伸線加工して酸化物超電導多芯線材 6ができる。第 3の純銀（A g) パイプが銀シース 1に、第 1の銀パイブおよび第 2の銀パイプが銀シース 1 0に、第 1の銀パイプに充填された酸化物超電導体が酸化物フィラメン卜 9になる。この酸化物フィラメン卜 9の厚みゃァスぺク卜比は組み込む際のテープ線材を最適なものにすることにより、所望の形状にできる。伸線加工および圧延加工は、線材の断面形状を所望のものにすると同時に、酸化物フィラメン卜 9を高密度化する。なお、圧延加工時に、線材の長手方向への伸びを最小限に抑え、幅方向への伸びを促進させることにより、酸化物フィラメント 9の高密度化をより一層促進することができる。

酸化物超電導多芯線材 6に必要に応じて、ロール圧延やカセットローラーダイス等の加工を行うことにより、第 1 0図に示すような平角形状の酸化物超電導多芯線材 1 1にできる。

次に、酸化物超電導多芯線材 6に熱処理を施して、超電導特性を付与する。

( 1 4 ) 酸化物超電導多芯線材 6を純酸素（酸素分圧が l atm) 中において、酸化物フィラメント 9の酸化物超電導体（本実施例では

B i ₂ S r₂ C _{a i} C u₂〇 Jの分解温度よリ僅かに高い温度である 8 7 5 乃至 9 0 0 °Cの範囲内の温度で、 5乃至 6 0分の範囲内にわたる熱処理を行い、酸化物超電導体を部分溶融させ、その後、室温まで冷却する。これによリ、酸化物超電導多芯線材 6が超電導特性を有するようになる, また、必要に応じて、 1乃至 2 0 % (酸素分圧が 0.0 1乃至 0. 2 atm)の酸素濃度雰囲気中において、酸化物超電導体の分解温度より僅かに低い温度である 8 0 0乃至 8 4 0 °Cの範囲内の温度で、 5乃至 5 0時間の範囲内におけるァニール処理を行ってもよい。

本実施例では、 Β ί ζ ε ι^ θ , Ο ι^ Οχ の組成の酸化物超電導体の原料粉末にはビスマス（B i ) 化合物，ス卜ロンチウム（ S r ) 化合物，カルシウム（C a ) 化合物及び銅（C u ) 化合物を用いるが、必要に応じて、鉛（P b) 化合物やバリウム（B a ) 化合物を用いてもよい。各原料粉末は、酸化物，水酸化物，炭酸塩，硝酸塩，ほう酸塩，酢酸塩等ものが用いられる。また、ビスマス（B i ) 系以外の酸化物超電導体も適用可能であって、一例としてはタリウム（T 1 ) 系超電導体，水銀

(H g ) 系超電導体なども用いることができる。

金属シース材は、熱処理に際して腐食等を生じない銀や銀合金にすることが好ましい。銀合金化には、金（A u) , アンチモン（ S b ) ，白金（P t ) , マグネシウム（Mg) ，チタン（T i ) ，マンガン（Mn), ニッケル（N i ) , 銅（C u ) ，アルミニウム（A 1 ) 等を用いるのが好ましい。

また、酸化物超電導粉末を合成したり、中間焼成を行ったりする際の熱処理は、 7 0 0乃至 9 5 0 °Cの範囲内の温度で行われる。また、必要に応じて、 B i ₂ S r ₂ C a , C u ₂〇 _x からなる組成に第 3元素を添加、あるいは置換し、得られた酸化物超電導体を部分溶融温度以上に加熱した後、これを冷却する過程において、超電導相の結晶粒内に非超電導相を分散させ、ピンニングカを高める方法を用いてもよい。さらに、本実施例では、酸化物超電導多芯線材 6 を形成するために、パウダー · イン ♦ チューブ法を利用している力、他の方法、例えば、口ッド . イン . チューブ法，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，スクリーン印刷法あるいはジェリーロール法等を用いてもよい。

以上のようにして作製した酸化物超電導多芯線材 6について、超電導特性を測定する。

(測定結果 1 )

第 2表に、酸化物フィラメント 9の平均厚みを 1 . 5 μ m から 4 0 μ πιの範囲内とし、温度 4. 2 Κ で印加磁場をゼロにして、酸化物超電導多芯線材 6の臨界電流密度（ J c ) を測定した結果を示す。

酸化物フイラメント 9の平均厚みが 3 μ mから 2 0 μ mの範囲内においては、 2 3 0乃至 2 6 0 AZ皿² の臨界電流密度（ J c ) を得ることができた。しかし、以下の場合、および 2 5 m以上の場合には、臨界電流密度（ J c ) は低下する傾向が認められた。

しだがつて、酸化物フィラメント 9の平均厚みは 3 μ πιから 2 0 μ m の範囲内に選ぶと、臨界電流密度（ J c ) を高くすることができる。

第 2 表

(測定結果 2 ) 第 1 1 図に、酸化物超電導多芯線材 6に含まれる酸化物フィラメント 9のうち、 5 0 %以上を占める酸化物フィラメント 9の厚みと、臨界電流密度（ J c ) との関係を示す。

第 1 1 図に示されるように、酸化物超電導多芯線材 4に含まれる酸化物フィラメント 9のうち 5 0 %以上の酸化物フィラメン卜 9 を 3 μ ι から Ι δ μ πιの範囲内にすることにより、安定して 2 3 0 A /mm² の臨界電流密度（ J c ) が得られることが確認できた。

(測定結果 3 )

第 3表に、酸化物フイラメン卜 9の平均ァスぺクト比を 1〜 2 0の範囲内とし、温度 4. 2 K で印加磁場をゼロにして、臨界電流密度（ J c ) を測定した結果を示す。ここでのアスペクト比は、酸化物フィラメント 9の縦横比とした。酸化物フィラメン卜 9の平均ァスぺク卜比が 2〜 1 0の範囲内においては、 2 2 5 AZmm^zから 2 4 5 AZmm²の臨界電流密度（ J c ) を得ることができた。しかし、その範囲外のアスペクト比では、臨界電流密度（ J c ) は低下する傾向が認められた。

したがって、酸化物フィラメン卜 9の平均ァスぺク卜比は 2〜 1 0に選ぶと、臨界電流密度（ J c ) を高くすることができる。

さらに、酸化物フィラメン卜 9のァスぺクト比カ 2〜 1 0の範囲内の酸化物フイラメン卜 9 を 9 0 %以上にすることで、酸化物超電導多芯線材 6の長さが 5 0 m以上あっても、安定して 2 0 0 AZ匪² 以上の高い臨界電流密度（ J c ) が得られることを実験的に確認した。

(測定結果 4 )

第 4表に、平角形状の酸化物超電導多芯線材 2 0のアスペクト比（外形の縦横の比）を 1〜 3 0の範囲内とし、温度 4. 2 K で印加磁場をゼ口にして、臨界電流密度（J c ) を測定した結果を示す。ァスぺク卜比力 1〜 1 5の範囲内においては、 2 2 0 龍²から 2 5 0 AZ皿²の臨界電流密度（ J c ) を得ることができた。しかし、アスペクト比が 6 を超えると臨界電流密度（ J c ) は飽和する傾向がある。また、酸化物超電導多芯線材 6 を平角形状に加工する際に、ァスぺクト比カ 6 を超えると、断線が多発するので非常に製造が難しくなる。

したがって、酸化物超電導多芯線材 2 0のァスぺクト比を 1〜 1 0に選ぶとよい。

第 4 表

(測定結果 5 )

第 1 2図に、酸化物超電導多芯線材 6の臨界電流密度（ J c ) の磁場依存特性を示す。実線は酸化物超電導多芯線材 6の特性であり、点線は比較例線材で、酸化物フィラメント 9の形状をテープ状にせず、丸にした酸化物超電導多芯線材の特性である。

第 1 2図に示されるように、温度 4. 2 K で印加磁場をゼロのときの臨界電流密度（ J c ) は、酸化物超電導多芯線材 6では 2 5 0 A/舰 ² が得られたのに対し、比較例線材は 1 8 O A/匪² であった。また、温度 4. 2 K で印加磁場が 2 0 Tのときの臨界電流密度（J c ) は、酸化物超電導多芯線材 6では 1 2 5 A /mm² が得られたのに対し、比較例線材は 4 0 AZ匪² であった。この結果から、各印加磁場中における臨界電流密度（ J c ) は、比較例線材に比べて酸化物超電導多芯線材 6の方が明らかに高いことが確認できた。

(測定結果 6 )

第 1 3図に、酸化物超電導多芯線材 6の銀（A g ) 比を種々の割合にしたときの臨界電流密度（J c ) を示す。ここで、銀（A g ) 比は酸化物超電導線材 4の断面内に占める酸化物フィラメン卜 9の割合を 1 としたときの金属マ卜リックス銀（A g ) の比率である。第 1 3図において、縦軸は A /mm²で表す温度 4. 2 Kで印加磁場をゼロにしたときの臨界電流密度（ J c ) であり、横軸は銀比を示す。

第 1 3図に示されるように、温度 4. 2 Κ で印加磁場をゼロにしたときの臨界電流密度（ J c ) は、銀（ A g )比が 3〜 7の範囲内では 2 2 0 A /匪²から 24 5 A/mm²の範囲内を得ることができた。しかし、その範囲外の銀（A g) 比の線材は臨界電流密度（J c ) が低下することが確認できた。

以上の結果から、酸化物超電導多芯線材 6の銀（A g) 比を 3〜 7に選ぶと、臨界電流密度（ J c ) を高くすることができる。

(測定結果 7 )

第 1 4図に、丸形状の酸化物超電導多芯線材 6および平角形状の酸化物超電導多芯線材 2 0について、断面積を変化させたときの臨界電流密度（ J c ) を示す。第 1 4図に示されるように、温度 4. 2 K で印加磁場をゼロにしたとき、断面積が l mm² よりも小さい場合には、臨界電流密度（ J c ) が 2 0 0 AZ匪²以下であった。しかし、断面積が 1皿²を超えると 2 3 0 A/匪²以上の臨界電流密度（ J c ) が得られることが確認できた。

以上の結果から、酸化物超電導多芯線材 6および酸化物超電導多芯線材 2 0の断面積を l mm² 以上に選ぶと、臨界電流密度（ J c ) を高くすることができる。

(測定結果 8 )

第 1 5図に、第 1 の純銀（A g ) パイプに充填する超電導粉末の平均粒径を、 3 μ πι， 1 μ m, 3 m, 4. 5 m ， 6 μ πιとして、温度 4. 2 Κ で印加磁場ゼロのときの酸化物超電導多芯線材 6の長さ方向における臨界電流密度（ J c ) の分布状態を示す。電圧端子間距離を 3 0 mmと 3 る。

第 1 5図から明らかなように、超電導粉末の粒径が大きくなるに従い、各部の臨界電流密度（ J c ) の分布が広くなり、不均質となることが確認された。具体的には、超電導粉末の平均粒径を 6 μ mの場合は、臨界電流密度（ J c ) が最も高い部分が 2 7 0 AZ匪² であったが、臨界電流密度（J c ) が最も低い部分では 1 9 0 AZmm² まで低下していた。また、超電導粉末の平均粒径を 4. 5 μ πιの場合は、臨界電流密度（ J c ) が最も高い部分が 2 9 0 AZ匪² であったが、臨界電流密度（ J c ) 力最も低い部分では 2 0 0 AZ匪² であった。一方、超電導粉末の平均粒径が 1 μ mおよび 3 μ mの場合は、各部の臨界電流密度（ J c ) は、 2 4 0乃至 2 9 0 AZ龍² の範囲内に収まり、均質性が向上し、かつ高い値の臨界電流密度（ J c ) が得られることが確認された。

これらの酸化物超電導多芯線材 6の横断面の組織を走査型電子顕微鏡で観察したところ、超電導粉末の平均粒径を大きくするに従い、非超電導相も粗大化していることが分かった。この粗大化した非超電導相が析出している部分では、粗大化した非超電導相が電流パスを遮断するために、臨界電流密度（ J c ) が低くなると考えられる。

したがって、第 1の金属パイプに充填される超電導体粉末の平均粒径は、 3 m以下まで粉碎したものを用いることが望ましい。平均粒径が 3 μ m以下の超電導体粉末を用いることにより、従来のテープ形状の酸化物超電導線材と同等の通電特性で、かつ、長尺の酸化物超電導多芯線材 6 を得ることができる。

本実施例では、 3 7芯テープ線材 5 を積層したセグメント 7 を 3回の回転対称に配置して、 6角形のコア 8 を形成したが、第 1 6図〜第 1 3 図に示すように、複数の 3 7芯テープ線材 5 を配置してもよい。これらのような積層構造にした場合、酸化物フィラメント 9が多方向を向いているため、異方性の小さい線材となり、磁場の印加方向によらず、臨界電流の低下をより抑制できる。また、第 2図〜第 5図に示しされるように、稠密に配置してもよい。

また、第 1 8図に示すように、酸化物超電導多芯線材 6の中心に、銀 ( A g ) あるいは銀（A g ) を主成分とする銀 ( A g ) 合金の第 4の金属パイプまたは金属線 1 2 を配置してもよい。酸化物超電導多芯線材 6 の中心に配置される酸化物フィラメント 9は、圧延加工しても、表面部に位置する酸化物フィラメン卜 9に比べて緻密性が低いから、酸化物フイラメン卜 9の代わりに、酸化物超電導多芯線材 6の中心に第 4の金属パイプまたは金属線 1 2 を配置しても臨界電流（ I c ) が大きく変化することはない。実際に、酸化物フィラメント 9 , 金属パイプあるいは金属線 1 2に関わらず、臨界電流密度（ J c ) の有意差はほとんど観察されなかった。さらに、第 4の金属パイプを配置することにより、機械強度の向上を可能にし、かつ断面形状の均質化も達成できることも実験的に確認した。また、撚線導体を製造するために、酸化物超電導多芯線材 6に撚りを施しても、中心は実質的には撚られておらず、交流損失の低減には実質的に関与していないから、酸化物フィラメン卜 9である必要性はない。

また、第 3の金属パイプの内径側の形状を、丸に限らず多角形としてもよく、多角形にすれば、 3 7芯テープ線材 5の充填密度が向上するというメリットもある。充填密度が最も高くでき、断面形状の乱れを防止できるので、六角形にすることが最適である。

以上で説明した酸化物超電導多芯線材を超電導機器に広く利用できる。例えば、超電導送電ケーブル，ブスバー，長尺導体，永久電流スィッチ素子，大型マグネット，核磁気共鳴分析装置，医療用磁気共鳴診断装置, 超電導電力貯蔵装置，磁気分離装置，磁場中単結晶引き上げ装置，冷凍機冷却超電導マグネット装置，超電導エネルギー貯蔵，超電導発電機，核融合炉用マグネット，加速器，電流リード，限流器等に利用でき、これらの機器を高効率化できる。

また、本発明の酸化物超電導多芯線材の冷却には、液体ヘリウム以外にも液体窒素や冷凍機を用いることが可能となるため、装置の運転コス卜の低減，クェンチ（超電導状態から常電導状態への転移が急激に起こり破壊する現象）防止のための措置の簡略化等ができ、コストを大幅に低減できる。また、同時に、超電導特性の信頼性を高めることができる。

(実施例 1 0 )

次に、本発明の第 1 0の実施例であるソレノィドコイルを説明する。第 2 3図に、直径 1 . 5匪の丸形状の酸化物超電導多芯線材 6 を耐熱性金属のボビン 6に巻き付けて製作した、内径 3 5 應，外径 7 0 龍，高さ 1 5 0 mmのソレノイドコィノレ 1 1 を示す。ソレノイドコィノレ 1 1 を B i ₂ S r ₂ C a , C u ₂ 0 _x の組成の酸化物超電導体の分解温度より僅かに高い温度である 8 9 0 °Cの温度で、 1 0分保持して酸化物超電導体を部分溶融させ、その後、室温まで冷却することにより、超電導特性を付与した。さらに、超電導特性を高める目的で、 8 0 0 °Cの温度で 5 〇時間のァニール処理を 1 0 %酸素雰囲気中で行った。

ソレノィドコイル 1 1 について、 2 0 Tの外部磁場のもとで励磁テス卜を行った。その結果、 1 . 5 T の磁場を発生することができた。また、このコイル単独での磁場均一度を測定したところ、 2 O mm 0で 0. 005PPIR となっており、非常に高い磁場均一度を達成できていることが確認できた。

第 2 4図に、厚さ 1 . 1 mill, 幅 2 . 2 mmの平角形状の酸化物超電導多芯線材 2 0を耐熱性金属のボビン 2 1 に巻き付けて製作した、内径 3 5 mm, 外径 7 0 nun, 高さ 1 5 0 mmのソレノイドコイソレ 1 4 を示す。そして、ソレノィドコイル 1 4にソレノィドコイル 1 3 と同様の熱処理を行うことにより、超電導特性を付与した。

ソレノィドコイル 1 2について、 2 0 Tの外部磁場のもとで励磁テス卜を行った。その結果、 1 . 7 Tの磁場を発生することができた。また、このコイル単独での磁場均一度を測定したところ、 2 O mni 0で 0. 007PPII1 となっており、従来の積層パンケーキコイルでは困難であった非常に高い磁場均一度を達成できていることが確認できた。

丸形状の酸化物超電導多芯線材 6 または平角形状酸化物超電導多芯線材 2 0は、従来のテープ形状の酸化物超電導線材と比較して、容易に加ェ精度を向上させることができるので、これらを用いたソレノィドコィル 1 3 , 1 4は、従来のテープ形状の酸化物超電導線材を用いたパンゲ —キコイルよりも、軸方向及び周方向でコイル形状のずれを小さくすることが可能となる。したがって、レノイドコィノレ 1 1 ， 1 4は、高くかつ均一な磁場を要求される高分解能 N M Rマグネッ卜に適用することができる。

本発明によれば、線材の外形状の加工精度を確保しつつ、高い臨界電流密度を発生可能な高均一磁場発生用の酸化物超電導線を提供し、それを用いたソレノィドコィル及び磁場発生装置を提供することができる。本発明の他の特徴によれば、多芯テープ線材が回転対称に配置されているので、磁場の印加方向によらず、臨界電流の低下を抑制でき、かつ、酸化物超電導体フィラメン卜が最適な大きさであるので、臨界電流密度 ( J c ) を高くすることができる。

また、銀または銀合金の金属シースを用い、金属シースの割合を酸化物超電導体フィラメン卜に対して 3以上 7以下にすれば、臨界電流密度 ( J c ) をより高くすることができる。

また、平均粒径を 3 μ m以下の粉末である酸化物超電導体または酸化物超電導体の原料を用いれば、従来のテープ形状の酸化物超電導線材と同等の通電特性で、かつ、長尺の酸化物超電導線を得ることができる。本発明の酸化物超電導線を用いたソレノィドコイルは、高くかつ均一な磁場を発生することができる。産業上の利用可能性

本発明の酸化物超電導線は、線材の外形状の加工精度を確保しつつ、高い臨界電流密度を発生できるので、本均一で高い磁場を必要とする機器、たとえば、理化学機器や核磁気共鳴分析装置，医療用 M R I装置等に利用できる。

Claims

請求の範囲

1 . 酸化物超電導線において、該線の長さ方向に垂直な断面の外形状が概ね丸形状であって、該断面内において、複数のテープ状の酸化物超電導体を積層したユニットで構成され、かつ、該ユニット内の該テープは該断面内でテープ面に対し概ね 6 0度の角度に長さ方向と垂直方向に階段状に積層され、かつ、該断面内における該ユニットの外形状は概ね菱形状であって、かつ、該断面は、少なくとも 3つの異なる該ユニットを有し、各々のユニットは隣接するユニットと、テープの積層方向が概ね

1 2 0度の幾何学的回転対称性を有し、かつ該菱形断面形状における少なくとも 1辺は隣接するュニッ卜と接していることを特徴とする酸化物超電導線。

2 . 丸断面形状を有する酸化物超電導線において、該線の長さ方向に直交する断面内で、積層されたテープ状の酸化物超電導体からなる 3つのュニッ卜で構成され、該ュニッ卜の集合体は最稠密形状で該線材断面の中央に集合化され、全ての該テープは少なくともその片端部が、外周を構成するシ一ス材と接していることを特徴とする酸化物超電導線。

3 . 請求項 1及び請求項 2いずれか記載の酸化物超電導線において、該テープ状の酸化物超電導体が多芯線で構成されていることを特徴とする酸化物超電導線。

4 . 請求項 1及び請求項 2いずれか記載の酸化物超電導線において、該テープ状の酸化物超電導体が多芯線であって、かつツイストされていることを特徴とする酸化物超電導線。

5 . 請求項 1及び請求項 2いずれか記載の酸化物超電導線において、該テープ状の酸化物超電導体が多芯線であって、かつツイストされ、かつ、各テープ間に高抵抗層を含んでなることを特徴とする酸化物超電導線。

6. 請求項 1及び請求項 2いずれか記載の酸化物超電導線において、該テープ状の酸化物超電導体が多芯線であって、かつツイストされ、かつ, 各テープ間及びュニッ卜間に高抵抗層を含み、かつ該線材がッイス卜されていることを特徴とする酸化物超電導線。

7. 請求項 1及び請求項 2いずれか記載の酸化物超電導線において、該超電導体が B i ₂ S r₂ C a, C u₂0_x であることを特徴とする酸化物超

8. 線材の断面形状のうち外形状を丸形状として、断面内部において、テープ状の超電導体を略菱形形状になるように積層した群とし、該群を組み合わせて、全体が 6角形状となるように構成した酸化物超電導線。

9. 請求項 1乃至請求項 8いずれか記載の酸化物超電導線から構成されるソレメイドコイル。

1 0. 請求項 1乃至請求項 8いずれか記載の酸化物超電導線材から構成される磁場発生装置。

1 1. 金属シースと、酸化物超電導体フィラメントが集合するコア部とを有する酸化物超電導線において、

前記コア部は、複数の酸化物超電導体フイラメン卜を有する多芯テープ線材を回転対称に配置したものであり、

前記酸化物超電導体フイラメン卜は、長尺方向に垂直な断面の平均の厚みが 3 μ mから 2 0 μ mで、かつ、前記断面の縦横比であるァスぺク卜比の平均が 2以上 1 0以下であることを特徴とする酸化物超電導線。

1 2. 前記酸化物超電導体フィラメントは、ビスマス系酸化物超電導体を含むことを特徴とする請求項 1 1の酸化物超電導線。

1 3. 前記酸化物超電導体フィラメン卜は、 B i ₂ S r ₂ C a, C u₂ O_x 組成の超電導相を含むことを特徴とする請求項 1 1の酸化物超電導線。

1 4 . 前記金属シースは銀または銀合金であり、

長尺方向に垂直な断面を占める前記金属シースの割合は、前記酸化物超電導体フイラメン卜に対して、 3以上 7以下であることを特徴とする請求項 1の酸化物超電導線。

1 5 . 外形が平角であり、長尺方向に垂直な断面の縦横比であるァスぺク卜比が 1以上 6以下であることを特徴とする請求項 1 の酸化物超電導線。

1 6 . 酸化物超電導体または酸化物超電導体の原料を第 1 の金属パイプに充填した後、伸線加工を施して酸化物超電導体フィラメン卜となる組み込み用線材を作製する工程と、前記組み込み用線材を第 2の金属パイプに組み込んだ後、伸線及び圧延加工を施すことによリ多芯テープ線材にする工程と、前記酸化物超電導テープ線材を第 3の金属パイプに充填した後、伸線及び圧延加工する工程とを備えた酸化物超電導線の製造方法において、

前記酸化物超電導テープ線材を前記第 3の金属パイプに充填する際に、前記酸化物超電導テープ線材を回転対称に配置することを特徴とする酸化物超電導線の製造方法。

1 7 . 前記酸化物超電導体または前記酸化物超電導体の原料は、平均粒径を 3 μ m以下の粉末であることを特徴とする請求項 1 6の酸化物超電導線の製造方法。

1 8 . 請求項 1 1 に記載の酸化物超電導線を用いたソレノィドコイル。