JP3757659B2 - 超電導線材およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導線材およびその製造方法に関し、特に超電導フィラメントが酸化物超電導材料からなり、金属被覆中で螺旋状の経路を有する超電導線材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超電導体を複数に分割してフィラメントとし、それらを金属でマトリックス状に被覆した金属被覆超電導線材が知られている。高温で超電導特性を有する酸化物超電導線材も同様の構造が提案されており、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。この場合、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−１２３，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、例えば図１１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とする方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１２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７７Ｋ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、線材の最終断面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１３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）で線材の断面は円形とした酸化物超電導線材５が提案されている（特開平9-223418号）。このような構造の超電導線材は、断面円形の線材に圧延加工を施して断面が矩形状のテープ状線材とし、そのテープ状線材の複数本を金属パイプないしビレット中に組込み、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。
【０００５】
また、超電導線材は交流損失低減対策や機械歪み耐性向上を目的として、線材の製作途中で線材をツイスト加工することにより、超電導フィラメントの経路を金属被覆中で長手方向に螺旋状に構成することがある。さらに、交流損失低減対策の他の手法として、超電導フィラメント間に電気的絶縁層を介在させることでフィラメント相互の電気的結合を抑制する、いわゆるバリアー層を形成する場合がある。このバリアー層の材料としては、通常ＢａＺｒＯ3 ，ＳｒＺｒＯ3 ，ＭｇＯ，ＭｎＯなどの酸化物材料がある。
【０００６】
こうした超電導線材においては、製造工程における減面加工時に超電導フィラメントが緻密化されることによって、高いＪｃ特性が得られている。横断面がテープ状の超電導フィラメントを有する超電導線材のＪｃが、横断面円形の超電導フィラメントを有する超電導線材のそれより高いのは、前者の場合、減面加工時の圧下力が超電導フィラメントの横断面内で均一にかかり緻密化も均一に行われるのに対し、後者の場合、超電導フィラメント横断面の中心部は外層部に比べて圧下力が小さくなって、十分に緻密化されないからである。つまり、後者の場合、各フィラメント横断面の超電導組織を均一に緻密化できないために、Ｊｃが制限されるのである。
【０００７】
ここで更に重要なのは、超電導フィラメントの長手方向での超電導組織の緻密度のばらつき、ムラの発生であり、これもＪｃを制限する原因となる。これは、線材の製造中における何らかの外乱や素材寸法のばらつき等に起因して、素材に許容される応力を超える局部的な応力が線材の塑性加工の際に素材に加わるためと考えられる。従って、高Ｊｃの超電導線材を安定的に歩留まり良く製造するためには、線材の長手方向において超電導フィラメントの超電導組織が均一かつ高い緻密度で形成されることが必要である。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記の欠点を解消し、線材の長手方向において超電導フィラメントの超電導組織が均一かつ高い緻密度で形成でき、かつ、横断面が略円形の超電導線材においても横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超電導線材とその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【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、横断面が略円形の外形を有する超電導線材であって、超電導線材は、その横断面が略半円形または中心角が略１２０度である扇形のセグメントの２本または３本が長手方向に所定のピッチで螺旋状に集合された集合体からなり、前記セグメントは酸化物超電導体からなる超電導フィラメントと当該超電導フィラメントを覆う金属被覆とからなる横断面が略円形の素線を螺旋状に撚り合せて縮径加工したものであり、前記超電導フィラメントは前記セグメント内でセグメントと異なる方向の螺旋状に所定のピッチで配置され、横断面のアスペクト比が１．５以上であることを特徴とする超電導線材を提供する。ここで、セグメントの各々の間に電気的絶縁層が設けられていることが好ましい。
【００１０】
さらにまた、本発明では、横断面が略半円形または中心角が略１２０度である扇形のセグメントの２本または３本が長手方向に所定ピッチで螺旋状に集合された集合体からなる超電導線材の製造方法であって、酸化物超電導材料からなる超電導フィラメントが金属で被覆され横断面が略円形の素線に所定のピッチＰ０でツイスト加工を施し、そのツイスト加工された素線ｎ本（ｎ＝２、３）を所定のピッチで螺旋状に撚り合わせ、次いで当該撚線を所定の外径を有する横断面が略円形の線材に縮径加工して前記超電導フィラメントをアスペクト比が１．５以上の横断面にすることを特徴とする超電導線材の製造方法を提供する。ここで、素線外径をｄ０、縮径加工前の撚線ピッチをＰ１、縮径加工後の線材外径をｄＳとすると、
ｎ＝２の場合、Ｐ１／ｄ０＝３〜３０、ｄＳ＜１．２ｄ０、
ｎ＝３の場合、Ｐ１／ｄ０＝８〜４０、ｄＳ＜１．７ｄ０
であり、ピッチＰ０とピッチＰ１の螺旋の方向は反対とする。
【００１１】
なお、本発明において、横断面が略円形とは、円形のみならず、対称Ｎ角形（Ｎは６以上）を含む概念である。
【００１２】
【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。
【００１３】
図３、図６、図７、図８及び図１０は、本発明に係る超電導線材の実施の態様を、酸化物超電導線材を例にとり、横断面図で示したものである。
【００１４】
図３に示す例は、アスペクト比が１．５以上で好ましくは２０以下である酸化物超電導フィラメント１を５５本と、酸化物超電導フィラメント１を覆う金属被覆２を有し、かつ横断面が略半円形であるセグメント８ａ，８ｂの２本を、長手方向に所定のピッチで螺旋状に集合した集合体９からなり、横断面が略円形の外形を有している酸化物超電導線材である。そして、各酸化物超電導フィラメント１は、各セグメント８ａ，８ｂ内において、セグメントの螺旋の方向と反対方向の螺旋状に、所定のピッチに配置されている。
【００１５】
図６は、他の例であって、アスペクト比が１．５以上で好ましくは２０以下である酸化物超電導フィラメント２１を５５本と、酸化物超電導フィラメント２１を覆う金属被覆２２を有し、かつ横断面において中心角が略１２０度であるセグメント３０ａ，３０ｂ，３０ｃの３本を、長手方向に所定のピッチで集合した集合体３１からなり、横断面が略円形の形状を有している。そして、この例においても、図３と同様に、各酸化物超電導フィラメント２１は、各セグメント３０ａ，３０ｂ，３０ｃ内において、セグメントの螺旋の方向と反対方向の螺旋状に、所定のピッチに配置されている。
【００１６】
図７は、さらに別の例であって、横断面において中心角が略１２０度であるセグメント３２ａ，３２ｂ，３２ｃのそれぞれに含まれる酸化物超電導フィラメント２１の本数を１９とし、これらセグメント３２ａ，３２ｂ，３２ｃを長手方向に所定のピッチで螺旋状に集合した集合体３３としたものであり、各セグメント３２ａ，３２ｂ，３２ｃの間には、電気的絶縁材料（例えば、ＢａＺｒＯ3 ，ＳｒＺｒＯ3 ，ＭｇＯ，ＭｎＯ等の酸化物）で構成されるバリアー層４４が設けられており、これにより各セグメントは電気的に絶縁されている。この例において、各フィラメント２１は、そのアスペクト比が１．５以上好ましくは２０以下であり、かつ、各セグメント３２ａ，３２ｂ，３２ｃ内において、セグメントの螺旋と反対方向の螺旋状に配置されている。
【００１７】
図８は、さらに別の例であって、横断面において中心角が略１２０度であるセグメント３４ａ，３４ｂ，３４ｃのそれぞれに含まれる酸化物超電導フィラメント４１の本数を５５とし、これらセグメント３４ａ，３４ｂ，３４ｃを長手方向に所定のピッチで螺旋状に集合した集合体４７としたものであり、各フィラメント４１の表面には、電気的絶縁材料（例えば、ＢａＺｒＯ3 ，ＳｒＺｒＯ3 ，ＭｇＯ，ＭｎＯ等の酸化物）で構成されるバリアー層４４が設けられており、これにより各フィラメントは電気的に絶縁されている。そして、各フィラメント４１は、そのアスペクト比が１．５以上好ましくは２０以下であり、かつ、各セグメント３４ａ，３４ｂ，３４ｃ内において、セグメントの螺旋と反対方向の螺旋状に配置されている。
【００１８】
図１０は、さらに別の例であって、ほぼ中心に金属芯材５３が配置された酸化物超電導フィラメント５１と、酸化物超電導フィラメント５１の１９本を覆う金属被覆（フィラメント被覆）５４と、その外側を覆うもう一つの金属被覆（セグメント被覆）５５からなる、横断面において中心角が１２０度であるセグメント３６ａ、３６ｂ、３６ｃを長手方向に所定のピッチ螺旋状に集合した集合体５７よりなる。金属芯材５３は、その硬さが金属被覆５４、５５よりも小さい、すなわち柔らかい材料が選ばれ、かつ金属被覆５４はその硬さが金属被覆５５よりも小さい、すなわち柔らかい材料が選ばれている。この例においても、金属芯材５３を含む酸化物超電導フィラメント５１の各々は、アスペクト比が１．５以上このましくは２０以下であり、かつセグメント３６ａ、３６ｂ、３６ｃ内において、セグメントの螺旋の方向と反対方向の螺旋状に配置されている。
【００１９】
以上の、本発明の実施の態様による酸化物超電導線材によれば、各超電導フィラメントはセグメント内においてセグメントの螺旋と異なる方向の螺旋状に所定のピッチで配置されるので、その製造工程において、撚線加工後の外観形状（撚線の最外径と撚線ピッチ）のばらつきが小さくなり、縮径加工時の素材の断線やキンク等の欠陥を減らすことができる。その結果、超電導線材の長手方向において超電導フィラメントの超電導組織が均一かつ高い緻密度で形成できる。
【００２０】
また、各超電導フィラメントが長手方向において線材の内層部側、外層部側に交互に配置されているので、線材の製造工程における縮径加工時の超電導フィラメントの圧下力、それに伴う超電導フィラメントの緻密化度が、各々の超電導フィラメント間で均一化される。しかも、超電導フィラメントは、アスペクト比が１．５以上である横断面が板状または楕円状に形成されるので、横断面が略円形の超電導線材においても横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。
【００２１】
特に、図１０の例では、各セグメントを構成する金属材料において、金属被覆（セグメント被覆）５５の硬さが、金属芯材５３および金属被覆（フィラメント被覆）５４の硬さよりも大きく選ばれているので、超電導フィラメントの界面における凹凸が減少して平滑化され、臨界電流密度Ｊｃの向上に寄与する。
【００２２】
次に、本発明に係る超電導線材の製造方法について、実施の態様を説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係る製造方法の工程を示すフローチャートであり、金属被覆内部に１本の酸化物超電導体の芯を含む単フィラメントを作製する工程と、その単フィラメントの複数本を金属管内に複数本組み込んで多芯ビレット化し、それを静水圧押出しにより多芯フィラメント複合体を形成する工程と、その多芯フィラメント複合体を縮径加工し横断面が略円形の素線を作成する工程と、その素線に所定のピッチでツイスト加工する工程と、その素線を２本または３本撚り合わせる工程と、その撚線を更に縮径加工する工程を含む。
【００２４】
以下、仕様外径ｄｓ、仕様撚線ピッチＰｓの酸化物超電導線材を得ることを例に、各工程について詳細に説明する。
【００２５】
Ａ．単フィラメント作製
まず、１本の酸化物超電導フィラメントと金属被覆からなる単フィラメントを作製する。フィラメントを構成する物質は、公知の酸化物超電導材料、例えば、Ｂｉ−２２１２、Ｂｉ−２２２３、Ｔｌ−１２２３、Ｔｌ−２２２３、Ｙ−１２３、Ｎｂ-１２３からなる。一方、金属被覆は、特に限定するものではないが、芯となる酸化物超電導材料と反応して超電導特性を低下させない材料が好ましく、例えば、Ｂｉ−２２１２、Ｂｉ-２２２３の酸化物超電導材料のときは、銀または銀合金（Ａｇを主成分としてＡｕ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ａｌ、Ｍｎより選ばれた少なくとも１種を添加したもの）であることが好ましい。本工程の一例として、超電導材料は超電導化熱処理を施していない粉末または一旦焼結後に粉砕した粉末（以下、前駆体粉末という）を所定の長さの金属管に充填し、次いで縮径加工することにより、横断面が略円形の単フィラメントを作製する。ここで、単フィラメントの最外層には金属被覆が設けられている（フィラメント被覆）。また、単フィラメントの中心には金属芯材を配置しても良く、この場合、金属芯材は、その硬さがフィラメント被覆よりも小さい、すなわち柔らかい材料に選ぶことが好ましい。これにより、後述の工程Ｌにおけるフィラメントの変形がスムースに起こる。さらに、交流損失低減効果を重視する場合は、フィラメント被覆の表面に金属または酸化物等であって後述する超電導化熱処理によって良導体とならない材料を、例えばペースト状にして２００μｍ以下の厚さで塗布してもよい。
【００２６】
Ｂ．多芯フィラメント複合体の作製
工程Ａで得た単フィラメントを複数本、所定の長さの別の金属管に組み込んで多芯ビレット化する。金属管は、その材料を特に限定するものではないが、好ましくは銀または銀合金（Ａｇを主成分としてＡｕ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ａｌ、Ｍｎより選ばれた少なくとも１種を添加したもの）であり、その材料の硬さは、フィラメント被覆を構成する材料と同じとするか、より好ましくは、金属芯材およびフィラメント被覆を構成する材料の硬さより大きいものとする。多芯ビレット化に際し、中心に金属被覆と同様の材料からなり超電導材料を含まない金属芯材をさらに配置してもよい。この多芯ビレットは静水圧押出しにより、横断面が略円形の多心フィラメント複合体に成形される。これにより、金属管は多芯フィラメント複合体の最外層を構成する金属被覆となり、後工程の撚線加工、撚線の縮径加工を経てセグメント化されたときの金属被覆（セグメント被覆）となる。
【００２７】
Ｃ．縮径加工
次いで、工程Ｂの多芯フィラメント複合体を、押出し、スウェージャーまたは伸線により減面加工し、横断面が略円形で多芯フィラメントを有する素線を作製する。ここで、交流損失低減効果を重視する場合は、この素線の表面に、金属または酸化物等であって後述する超電導化熱処理によって良導体とならない材料を、例えばペースト状にして所定の厚さで塗布してもよい。この層は、線材化したときの各セグメント間の電気的接続を遮断するためのものである。なお、ここで塗布する材料は、塗布することによって潤滑性の向上するものが望ましいが、それに限定されるものではない。以下の工程での説明の便宜上、ここで得られた素線の外径をｄ0 、長さをＬ0 とする。
【００２８】
Ｄ．素線のツイストと撚線加工
工程Ｃで得られた素線にツイスト加工（ツイスト加工後のフィラメントの螺旋ピッチをＰ0 とする）を施し、次いで、図４に示すように、そのツイスト加工された素線の２本または３本を、素線のツイスト加工の方向と反対方向に所定のピッチＰ1 で螺旋状に撚り合わせる。図において、６１は素線、６２ａ，６２ｂ，６２ｃは撚線４６の進行方向を軸としてその周囲を公転する素線ボビンである。なお、ツイスト加工の直後に伸線または所定の熱処理のいずれか１つを施してから撚り合わせてもよい。
【００２９】
また、図５にあるように、別の態様として、素線ボビン６３ａ、６３ｂ、６３ｃを素線６１の送出し方向を軸にして回転させることによって素線をツイスト加工しつつ、素線ボビンを撚線４６の進行方向を軸としてその周囲に公転させることで、ツイスト加工と反対方向に撚り合わせを行うことも可能である。
【００３０】
素線の撚り合わせピッチは、素線が２本の場合、Ｐ1 ／ｄ0 ＝１．５〜３０、素線が３本の場合は、Ｐ1 ／ｄ0 ＝４〜４０を満足する範囲とする。通常の撚線で形状を維持するためには、Ｐ1 ／ｄ0 の上限は約１００まで可能である。しかしながら、本発明では、撚線が次の縮径加工を経るので、Ｐ1 ／ｄ0 が１００程度まで大きいと、縮径加工の際に素線がばらけてしまい、加工が困難になる。そこで、撚線に縮径加工を施すことができる上限として、Ｐ1 ／ｄ0 は、素線が２本の場合３０、素線が３本の場合４０が選ばれる。一方、Ｐ1 ／ｄ0 が小さすぎると、撚線加工時に素線が過度の加工歪を受け、金属被覆中のフィラメント組織に乱れや破壊が生じ、そのために最終的に得られた超電導線材において超電導特性の低下を招くおそれがある。しかしながら、撚線加工に先立って素線にツイスト加工を施すことにより、フィラメント組織の乱れや破壊がかなり防止されることがわかった。発明者らの実験の結果、撚線加工によって問題の生じないＰ1 ／ｄ0 の下限が、素線が２本の場合１．５、素線が３本の場合４まで拡大できることがわかった。
【００３１】
図２および図９は撚線加工後の状態を示し、図２は２本の例を、図９は３本の例をそれぞれ示しており、６，５６はそれぞれ撚線である。図示のとおり、撚線加工後の外径をｄ1 とすると、ｄ1 は幾何学的に一義に決定し、２本の場合（図２）ではｄ1 ＝２ｄ0 、３本の場合（図９）ではｄ1 ＝２．３１ｄ0 である。また、素線のツイストピッチ（即ちフィラメントの螺旋ピッチ）Ｐ0 および素線の撚り合わせピッチＰ1 の回転方向は、いわゆるＳ巻またはＺ巻のいずれでもよいが、共に反対方向であるよう選択する。
【００３２】
このように素線のツイストピッチとＰ0 および素線の撚り合わせピッチＰ1 の回転方向を反対方向に選択すると、撚線加工後の外観形状（撚線の最外径ｄ1 と撚線ピッチＰ1 ）のばらつきが小さくなり、次の縮径加工時の素材の断線やキンク等の欠陥を減らすことができる。このメカニズムは、次のように考えている。すなわち、素線のツイスト加工後は、被覆金属とその内部の各超電導フィラメントにせん断の残留応力が分布している。そして、その後の撚り合せ加工においては、その残留応力成分が開放されるような応力を受けて加工される。その結果、素材の力学的ポテンシャルエネルギーを大きくすることなく次の縮径加工を安定して行うことができるのである。
【００３３】
Ｅ．縮径加工
工程Ｄで得られた撚線に、ダイスを用いた伸線装置またはスウェージャー等公知の手段によって縮径加工を行なう。この縮径加工は１回でも複数回の繰り返しでもよいが、１回の縮径加工による外径の減少率は２〜２０％となるよう、ダイス口径を選定することが好ましい。縮径加工を複数回繰り返すときは、縮径加工の途中で、焼鈍処理や超電導化のための中間熱処理、あるいは前駆体粉末組織の脱ガス処理を施してもよい。中間熱処理を行なうときは、その後の縮径加工は、１回のパスによる外径の減少率は２〜５％とするのが好ましい。
【００３４】
縮径加工によって得られる複合線材の外径をｄとすると、素線が２本の場合ｄ＜１．３ｄ0 、素線が３本の場合ｄ＜１．８ｄ0 に達すると、外径が略円形に成形された線材が得られる。この際、縮径加工によって２本または３本の素線はつぶされて横断面が半円形または中心角が略１２０度の扇形に変形し、略半円形または中心角が略１２０度である扇形のセグメントを長手方向に所定のピッチで螺旋状に集合した集合体を構成する。さらに、各々の超電導フィラメントは、各々のセグメント内で所定のピッチで反対方向の螺旋状に配置されているので、結果として、各超電導フィラメントは２次螺旋状に集合している。
【００３５】
一方、金属被覆内の超電導フィラメントの横断面形状は、アスペクト比が高い（好ましくは１．５以上の）板状、楕円状に変形させられる。これは、本工程の減面加工によって、２本または３本の撚線の隣接素線同士と撚線外径ｄ1 の円筒内面で形成される空隙を埋めるように素線材料の一部が円周方向に展性変形するからである。
【００３６】
ところで、縮径加工時には、通常、潤滑材、例えば合成油、石油、モリブデン、２硫化モリブデン等が使用される。この潤滑材は、セグメント間の隙間に浸透し残留物となる。通常は、潤滑油を除去するために縮径加工後に拭き取り作業等の洗浄作業を行うが、本発明の実施の形態にかかる超電導線材の製造方法では、交流損失低減効果を重視する場合に限り、この残留潤滑材を残しておくことが好ましい。この残留潤滑材は、適切な材料を選択することによって、後述する超電導加熱処理を経ることによって、各セグメント間の電気的絶縁層を形成するよう変化するからである。したがって、縮径加工中では、潤滑材を豊富に使い、その後、セグメント間の潤滑材除去を目的とする洗浄作業をあえて行わないようにすることが好ましい。
【００３７】
今、撚線直後の空隙率ｖを、撚線外径ｄ1 に等しい円筒空間内での空隙（素線の占有しない体積）の割合と定義し、素線が２本の場合と３本の場合についてそれぞれ計算すると、素線が２本の場合、Ｐ1 ／ｄ0 ＝３〜３０の範囲でｖ＝０．４４〜０．５５、素線が３本の場合、Ｐ1 ／ｄ0 ＝８〜４０の範囲でｖ＝０．３８〜０．４３となる。この空隙率が略０％となった時点で、空隙のないセグメントの集合体となる。
【００３８】
一般に、縮径加工を施す毎に被加工材の撚線ピッチは長くなる。この繰り返しの縮径加工においても、加工前の撚線ピッチＰと外径ｄの比Ｐ／ｄが大きすぎると、縮径加工の際に素線がばらけてしまい、加工が困難になる。その限界値をＰ2 ／ｄで表現すると、Ｐ／ｄ＜Ｐ2 ／ｄであり、発明者の実験によれば、好ましくは、２本の素線の場合Ｐ2 ／ｄ＝２０〜３０、３本の素線の場合Ｐ2 ／ｄ＝３０〜６０である。
【００３９】
集合体が横断面で略円形になると、外径ｄと撚ピッチＰは縮径加工の前後で数値的に略次式が成立する。
【００４０】
Ｐ・ｄ2 ＝一定 （１）
この（１）の関係式に基づいて、縮径加工を制御すれば、異なる仕様外径ｄｓ、撚線ピッチＰｓに応じた集合体が得られる。
【００４１】
一方、縮径加工後の集合体の総長については、長さＬ0 、外径ｄ0 の素線を撚り合わせ、次いで縮径加工すると、歩留まりを無視した場合、集合体外径がｄｓで長さｎ×Ｌｍａｘとなる。但し、ｎＬ0 ｄ0 2 ＝Ｌｍａｘｄｓ2 である。
【００４２】
Ｆ．縮径加工途中のツイスト加工
工程Ｅの縮径加工において、外径ｄと撚線ピッチＰがＰ／ｄ＞Ｐ2 ／ｄ、すなわち繰り返しの縮径加工が困難なとき、または、所定のピッチＰｓを縮径加工以外の方法でより短く調整しようとするときは、縮径加工の途中で撚線にツイスト加工を施し、Ｐ／ｄを小さくすることができる。この加工は、通常、撚線の撚りが締まる方向に回転する（ツイストする）ことで行なう。
【００４３】
ツイスト加工前の撚線のピッチＰ2 、ツイスト加工後のピッチをＰ3 、ツイスト加工時の撚線外径をｄとすると、ツイスト加工に必要な単位長さあたりの回転数ｄｎは、次式で与えられる。
【００４４】
ｄｎ＝１／Ｐ3 −１／Ｐ2 （２）
このツイスト加工に先立ち、ツイストをやり易くするために、金属被覆に焼鈍処理を施してもよい。
【００４５】
ツイスト加工は、加工度が大きすぎると超電導フィラメントの組織に乱れが生じたり、破壊に至ることがある。これを防止するために、加工度は制約される。発明者の実験によれば、２本の素線の場合Ｐ3 ／ｄ＞３であり、３本の場合Ｐ3 ／ｄ＞５である。
【００４６】
Ｇ．超電導化熱処理
超電導化熱処理は、超電導フィラメントの超電導特性を発現させるために必要な処理である。この熱処理の条件は、一般に超電導材料の種類に依存するが、超電導フィラメントの厚さ（断面積）、アスペクト比、金属被覆マトリックスの組成によっても若干左右される。図４、図６および図８に示したように、本発明の酸化物超電導線材においては、超電導フィラメント自体は従来の線材（例えば図１２）の超電導フィラメントと同様、板状ないし断面楕円状に成形されているため、従来の線材における最適熱処理条件と略同様の熱処理を施せばよい。ここで、最適熱処理条件とは、臨界電流密度を最大にできかつ熱処理によって線材に膨れが生じたりしない条件である。
【００４８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
【００４９】
［実施例１］
組成としてＢｉ2 Ｓｒ1 Ｃａ2 Ｃｕ2 Ｏｘ（以下Ｂｉ−２２１２という）が得られるようにＢｉ2 Ｏ3 ，ＳｒＣＯ3 ，Ｃａ2 ＣＯ3 ，ＣｕＯの各粉末を混合し、これを大気中で８２０℃、２０時間の熱処理を施した後、それを粉砕してＢｉ−２２１２相の前駆体粉末を用意した。外径１５mm、内径１３．５mm、長さ５００mmの銀合金パイプに前駆体粉末を充填した。この粉末と銀合金の複合体を、対辺寸法７．６４mmの６角棒形状にまで伸線加工し、素材Ａを得た。
【００５０】
この素材Ａの５５本を、外径７１．１mm、内径６４mm、長さ５００mmの銀合金パイプに組み込み、銀合金被覆酸化物ビレットＸ（外径７１．１mm、長さ５００mm、体積Ｖｘ＝２×１０6 mm3 ）を得た。ビレットＸに、押出し加工、スウェージャー加工、伸線加工を施し、外径ｄ0 ＝１．７mmの銀合金被覆酸化物の丸型素線（素材Ｂ）を得た。素材Ｂは、酸化物ビレットＸの体積Ｖｘの歩留まり約８０％で作製されるので、体積がＶｘB ＝０．８Ｖｘとなっている。したがって、素材Ｂの長さはＬ0 ＝ＶｘB ／（πｄ0 2 ／４）≒７０００００mm＝７００ｍである。また、素材Ｂの被覆材である銀合金の占有率は６６％であった。長さ約７００ｍの素線を２ロッド作製した（素材Ｂ）。この素線にＺ方向のツイスト加工を施し、表面のピッチがＰ0 ＝７．５mmとなるようにした。
【００５１】
２ロッドのツイスト素線を用いて、図２に示すように、最外径約２ｄ0 ＝３．４mmで２本束ね、Ｓ方向の撚線加工を施しピッチＰ1 ＝１５mmの撚線を作製した。撚線の体積は２ＶｘB である。
【００５２】
上記の撚線に伸線加工を施すと、２本の丸型素線は徐々に潰され、最外径が約半分のｄｓ＝１．６mmまで縮径されると、図３に示すように、２個の半円形のセグメントが互いに合わさった丸型成形集合体（素材Ｃ）となった。この成形集合体は、体積を略維持したまま縮径加工されるので、外径ｄｓにおける線材単長Ｌｓは、Ｌｓ＝２ＶｘBB／（πｄｓ2 ／４）＝１．６×１０6 mm＝１５８０ｍである。図３に示すように、素材Ｃの超電導フィラメントの横断面は、多くがアスペクト比１．５から２０くらいの板型、または楕円型となっていることがわかる。また、素材Ｃの銀合金占有率は、素線（素材Ｂ）より若干大きくなり、６８％であった。
【００５３】
素材Ｃは、超電導フィラメントが銀合金で被覆されたセグメント撚線であって、さらに各セグメント内で超電導フィラメントがセグメントの螺旋の方向と反対方向の螺旋状に配置されている、２次螺旋配置構造である。
【００５４】
セグメント内のフィラメントの螺旋ピッチを１次ピッチＰｓ1 、セグメン撚線の螺旋のピッチをＰｓ2 とすると、両ピッチは縮径加工によって伸びるので、Ｐｓ1 ＝Ｌｓ／Ｌ0 ×Ｐ0 ＝１７mm、Ｐｓ2 ＝Ｌｓ／Ｌ0 ×Ｐ1 ＝３４mmであった。セグメント横断面における各超電導フィラメントの位置は、撚線長手方向の場所によって内層部と外層部で周期的に入れ替わるよう変化する。
【００５５】
撚線の縮径加工時には、横断面における外層部と内層部で加工変形度は異なり、外層部に行くほど加工度は大きい。この例では、超電導フィラメントは長手方向で内層部と外層部を周期的に延びるので、縮径加工による変形は、フィラメント長手方向全体として均一に起こるとみなすことができる。
【００５６】
素材Ｃを、１atm ，大気中で８８０℃、１０分間保持後、５℃／時間の冷却速度で８３０℃まで徐冷し、さらに１時間保持して炉冷した。この熱処理により、素材Ｃは超電導特性を有する超電導線材に変化した。この超電導線材の一部を長さ約５０mmに切断し、試料Ｃとした。試料Ｃを液体ヘリウム、外部磁場１０Ｔ中で、臨界電流密度Ｊｃを１μＶ／cmの定義で測定した。その結果、超電導フィラメントについてＪｃ＝２５００Ａ／mm2 、線材断面積で除した臨界電流密度ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃ＝８００Ａ／mm2 であった。
【００５７】
一方、比較のため、素材Ｂをそのまま圧延し、テープ状の複合素材を得た。この複合素材に、上記と同様の超電導化熱処理を施し、テープ状超電導線材を得た。その一部を切り出し、比較材とした。比較材を試料Ｃと同様に、液体ヘリウム、外部磁場１０Ｔ中で、臨界電流密度Ｊｃを１μＶ／cmの定義で測定した。その結果、超電導フィラメントについてＪｃ＝１６００Ａ／mm2 、線材断面積で除した臨界電流密度ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃ＝６００Ａ／mm2 であった。
【００５８】
試料Ｃと比較材から明らかなように、本発明による試料Ｃの丸型超電導線材は、従来のテープ状超電導線材よりも磁場中でのＪｃが大きく向上していることがわかった。
【００５９】
［実施例２］
実施例１で作製した丸型素線丸型素線（素材Ｂ、単長Ｌ0 ＝７０５ｍ、外径１．７mm）に、ピッチＰ0 ＝７．５mmにてＳ方向のツイスト加工を施し、その３本を束ねて図４に示すようにピッチＰ1 ＝３６mmでＺ方向に撚り合わせた。撚線の最外径ｄ1 は約２．３ｄ0 ＝３．３９mmであり、体積は３ＶｘB である。
【００６０】
上記の撚線に伸線加工を施すと、３本の丸型素線は徐々に潰され、最外径がｄｓ＝２．４mmまで縮径されると、図６に示すように、３個の中心角が略１２０度の扇形のセグメントが互いに合わさった丸型成形集合体（素材Ｅ）となった。この成形集合体は、体積を略維持したまま縮径加工されるので、外径ｄｓにおける線材単長ＬｓはＬｓ＝３ＶｘBB／（πｄｓ2 ／４）＝１．０×１０6 mm＝１０００ｍである。図６に示すように、素材Ｅの超電導フィラメントの横断面は、多くがアスペクト比２から２０くらいの板型、または楕円型となっていることがわかる。
【００６１】
素材Ｅは、実施例１と同様に、超電導フィラメントが銀合金で被覆されたセグメント撚線であって、さらに各セグメント内で超電導フィラメントがセグメントの螺旋の方向と反対方向の螺旋状に配置されている、２次螺旋配置構造である。
【００６２】
セグメント内のフィラメントの螺旋ピッチ（１次ピッチ）は、Ｐｓ1 ＝Ｌｓ／Ｌ0 ×Ｐ0 ＝１０．６mm、セグメン撚線の螺旋のピッチ（２次ピッチ）Ｐｓ2 ＝Ｌｓ／Ｌ0 ×Ｐ1 ＝５１mmであった。実施例１と同様にして、セグメント横断面における各超電導フィラメントの位置は、撚線長手方向の場所によって内層部と外層部で周期的に入れ替わるよう変化する。
【００６３】
この素材Ｅに超電導化熱処理を施し、超電導線材を得た。この超電導線材の一部を長さ約５０mmに切断し、試料Ｍとした。試料Ｍを実施例１と同様の測定方法で線材断面積で除した臨界電流密度ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃを測定した。その結果、ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃ＝７００Ａ／mm2 であり、テープ状の線材のそれを超える値であった。
【００６４】
［実施例３］
実施例１で作製した丸型素線（素材Ｂ、単長Ｌ0 ＝７０５ｍ、外径１．７mm）にピッチＰ0 ＝７．５mmにてＺ方向のツイスト加工を施し、さらに、その表面に２硫化モリブデン粉末を含むペーストを約３０μｍの厚さに塗布した。この２硫化モリブデンを含む層を塗布により形成する目的は、第１には、その後の縮径加工の際の潤滑性を確保するためであり、第２には、素線間に電気的絶縁層（薄い膜）を設けるためである。
【００６５】
このような素線を３本を束ねて、図４に示すように、ピッチＰ1 ＝３６mmでＳ方向に撚り合わせた。撚線の最外径ｄ1 は約２．３ｄ0 ＝３．３９mmであり、体積は３ＶｘB である。
【００６６】
上記の撚線に伸線加工を施すと、３本の丸型素線は徐々に潰され、最外径がｄｓ＝２．４mmまで縮径されると、図７に示すように、３個の中心角が略１２０度の扇形のセグメントが互いに合わさり、かつセグメント間に２硫化モリブデンを主成分とするバリアー層が介在した丸型成形集合体（素材Ｆ）となった。セグメントは、このバリアー層によって、相互に電気的に絶縁されている。
【００６７】
先に説明したように、従来は潤滑材を十分に除去してから次の超電導化熱処理を行う。しかし、この例では、あえて２硫化モリブデンは残留させたまま超電導化熱処理を行った。この熱処理により、２硫化モリブデンは酸化モリブデンに変化し、電気的絶縁層、すなわちバリアー層としての機能が保証される。
【００６８】
この素材Ｆに超電導化熱処理を施し、超電導線材を得た。この超電導線材の一部を長さ約５０mmに切断し、試料Ｆとした。試料Ｆを実施例１と同様の測定方法で線材断面積で除した臨界電流密度ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃを測定した。その結果、ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃ＝７００Ａ／mm2 であり、テープ状の線材のそれを超える値であった。また、超電導特性は、バリアー層を有しない試料Ｅと同等であることも確認した。
【００６９】
この例では、バリアー層を交流損失低減のために設けているが、その効果を確かめるために、実施例２で作製した試料Ｅ、従来のテープ状の線材、および試料Ｆの交流損失特性を比較した。評価は、各試料を液体窒素中のゼロ磁場下に置き、交流通電損失を測定する方法で行った。試料に、直流臨界電流値の半分の実効値電流を５０Ｈｚの交流で通電し、その時の損失電圧を測定した。結果は、電圧タップ１００mmで、従来のテープ状線材が１０μＶ、試料Ｅが１μＶ、試料Ｆが０．３μＶであった。試料Ｅ、試料Ｆでは、超電導フィラメントがインダクタンス的に等価に配置されているため、テープ状線材よりも交流損失が小さく、特に試料Ｆではセグメント間の電気的絶縁が確保されたことによって、さらに交流損失が小さくなったと考えられる。
【００７０】
［実施例４］
組成としてＢｉ１．８Ｐｂ０．３４Ｓｒ１．９Ｃａ２．２Ｃｕ３．１Ｏｘ（以下Ｂｉ−２２２３という）の前駆体粉末を用意した。外径１５mm、内径１３．５mm、長さ５００mmの銀合金パイプに前駆体粉末を充填した。この粉末と銀合金の複合体を、対辺寸法７．６４mmの６角棒形状にまで伸線加工し、素材Ｎを得た。
【００７１】
この素材Ｎの表面にペースト状のモリブデンを塗布し塗膜を形成した後、その５５本を、外径７１．１mm、内径６４mm、長さ５００mmの銀合金パイプに組み込み、銀合金被覆酸化物ビレットＹを得た。ビレットＹに、押出し加工、スウェージャー加工、伸線加工を施し、外径ｄ0 ＝１．４mmの銀合金被覆酸化物の丸型素線（素材Ｐ）とし、さらに、長さあたり３３３回転（ピッチＰ0 ＝３mm）のＳ方向のツイスト加工を施した。このツイスト加工した素材を３本用意し、最外径約２．３ｄ0 ＝３．２mmで３本束ね、Ｚ方向の撚線加工を施しピッチＰ1 ＝１２mmの撚線を作製した。
【００７２】
上記の撚線に伸線加工を施すと、３本の丸型素線は徐々に潰される。本実施例では、伸線のパスは、外径３．２mmから始まり、２．８mm、２．６mm、２．４５mmと順次伸線し、外径２．４５mmで、成形集合体に超電導化のための中間熱処理を施した。熱処理条件は、１atm 、空気中で８４０℃、５０時間とした。この第１回目の中間熱処理は、フィラメントの前駆体組織をＢｉ−２２２３相へ超電導化するためのものである。この熱処理によって、モリブデンの塗布膜は酸化モリブデンの電気的絶縁層に変化し、フィラメント間のバリアー層として機能する。
【００７３】
次いで、１回のパスの最外径ｄの減少率を４％とし、伸線加工を経て、最外径を２．３５mmとした後、第２回目の中間熱処理を施した。熱処理条件は、１atm 、空気中で８４５℃、５０時間とした。その後、それに伸線加工を施し、最外径を２．３mmの成形集合体（素材Ｑ）とした。この素材Ｑは、空隙率が略０％の３本撚りの丸型成形集合体で、最外径２．３mm、単長１１００ｍである。セグメント内における超電導フィラメントの螺旋ピッチ（１次ピッチ）Ｐｓ1 ＝Ｌｓ／Ｌ0 ×Ｐ0 ＝１１００／１０００×３＝３．３mm、セグメントの螺旋のピッチ（２次ピッチ）Ｐｓ2 ＝Ｌｓ／Ｌ0 ×Ｐ1 ＝１１００／１０００×１２＝１３．２mmであった。
【００７４】
次いで、素材Ｑに酸化物Ｂｉ−２２２３相生成のための最後の超電導化熱処理を施し、丸型超電導線材を得た。
【００７５】
一方、比較材として、素線（素材Ｐ）を用いて、圧延加工、中間熱処理、再圧延加工、第２回目の中間熱処理、再々圧延加工を施し、厚さ０．２mmのテープ状素材（素材Ｒ）とし、次いで最後の超電導加熱処理を施し、テープ状の超電導線材を得た。ここで、素材Ｑ，素材Ｒの中間熱処理と最終熱処理は、ともに同一のバッチで行なった。両線材の一部を長さ約２００mm切断し、それぞれ試料Ｑ、比較材Ｒとした。液体窒素中、外部磁場無しの状態で、線材断面積で除した臨界電流密度ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃを１μＶ／cmの定義で測定した。試料Ｑでｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃ＝１００Ａ／mm2 であり、比較材Ｒでｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃ＝１２０Ａ／mm2 であった。酸化物バリアー層を含まないテープ状の線材に比べ若干低いＪｃ特性であった。
【００７６】
［実施例５］
組成としてＢｉ−２２１２が得られるようにＢｉ２Ｏ３、ＳｒＣＯ３、Ｃａ２Ｃｏ３、ＣｕＯの各粉末を混合し、これを大気中で８２０℃、２０時間の熱処理を施した後、それを粉砕してＢｉ−２２１２相の前駆体粉末を用意した。外径１５mm、内径１４mm、長さ５００mmの純銀パイプと、外径３mm純銀丸棒を用意した。純銀丸棒を中心に配置して純銀パイプに前駆体粉末を充填した。この粉末と純銀の複合体を外径１２．３mmの丸棒に伸線加工し、素材Ｓを得た。
【００７７】
この素材Ｓの１９本を、外径７１．１mm、内径６４mm、長さ５００mmの銀合金パイプ（合金組成：Ａｇ−０．０５wt％Ｍｇ−０．０５wt％Ｎｉ）に組み込み、銀合金被覆酸化物ビレットＺを得た。ビレットＺに、押出し加工、スウェージャー加工、伸線加工を施し、外径ｄ0 ＝１．７mmの銀合金被覆酸化物の丸型素線（素材Ｔ）を得た。素材Ｔを３本用意し、それにピッチＰ0 ＝３mmのＳ方向のツイスト加工を施した。
【００７８】
ツイスト加工された３本のロッドを用いて、図４に示すように、最外径ｄ1 が約２．３ｄ0 ＝３．２mmで３本束ね、Ｚ方向の撚線加工を施し、ピッチＰ1 ＝１２mmの撚線を作製した。
【００７９】
上記の撚線に伸線加工を施すと、３本の丸型素線は徐々に潰され、最外径がｄｓ＝２．４mmまで縮径されると、図１０に示すように、３個の中心角が略１２０度の扇形のセグメントが互いに合わさった丸型成形集合体（素材Ｕ）となった。図１０に示すように、素材Ｕの超電導フィラメントの横断面は、中心に配置された純銀の金属芯材とともに多くがアスペクト比２から２０くらいの板型、または楕円型となっていることがわかる。また、フィラメントの経路は、セグメントの撚り方向と反対方向でかつセグメント内で螺旋状に延びる２次螺旋状である。
【００８０】
この素材Ｕに超電導化熱処理を施し、超電導線材を得た。この超電導線材の一部を切断し、試料Ｕとした。試料Ｕを実施例１と同様の測定方法で線材断面積で除した臨界電流密度ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃを測定した。その結果、ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃ＝１０００Ａ／mm2 であった。
【００８１】
この実施例では、各フィラメントの中心に配置される金属芯材とフィラメント被覆には純銀が、セグメント被覆には銀合金（合金組成：Ａｇ−０．０５wt％Ｍｇ−０．０５wt％Ｎｉ）が使用されている。このため、セグメント被覆は、超電導化熱処理を経ることにより酸化分散型銀合金となり、その内側に使用されるフィラメント被覆および金属芯材よりも降伏応力、ビッカース硬さがともに大きな材料となる。したがって、縮径加工と同時に起こるフィラメントの円形断面から矩形または楕円形への変形挙動が安定して、線材長手方向のばらつきを抑制し、超電導特性の向上に寄与するものである。
【００８２】
本発明の超電導線材は、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。
【００８３】
また、セグメント間にバリアー層を有する超電導線材においては、そのまま３相一括の電力ケーブルとして使用することが可能である。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、超電導フィラメントはセグメント内でセグメントの撚り合わせ方向と反対方向に螺旋状に配置されるので、線材の長手方向において超電導フィラメントの超電導組織が均一かつ高い緻密度で形成できる。その結果、横断面が略円形の超電導線材においても横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超電導線材が安定的に歩留まり良く得られるという効果があり、その工業的意義は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超電導線材の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】本発明に係る超電導線材の製造工程における、撚線加工後の状態を示す説明図である。
【図３】図２の撚線より得られる超電導線材の一例を示す横断面図である。
【図４】撚線方法の一例を示す説明図である。
【図５】撚線方法の他の例を示す説明図である。
【図６】本発明に係る超電導線材の他の例を示す横断面図である。
【図７】本発明に係る超電導線材のさらに他の例を示す横断面図である。
【図８】本発明に係る超電導線材のさらに他の例を示す横断面図である。
【図９】本発明に係る超電導線材の製造工程における、撚線加工後の他の状態を示す説明図である。
【図１０】図９の撚線より得られるさらに別の超電導線材の例を示す横断面図である。
【図１１】従来の超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図１２】従来の超電導線材の例を示す横断面図である。
【図１３】従来の超電導線材の別の例を示す横断面図である。
【符号の説明】
１，２１，４１，５１ 超電導体フィラメント
２，２２，４２，５４ 金属被覆
６，５６ 撚線
８ａ，８ｂ，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ セグメント
９，３１，３３，４７，５７ 集合体
５３ 金属芯材
４４ バリアー層
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導線材およびその製造方法に関し、特に超電導フィラメントが酸化物超電導材料からなり、金属被覆中で螺旋状の経路を有する超電導線材およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超電導体を複数に分割してフィラメントとし、それらを金属でマトリックス状に被覆した金属被覆超電導線材が知られている。高温で超電導特性を有する酸化物超電導線材も同様の構造が提案されており、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。この場合、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−１２３，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、例えば図１１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とする方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１２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７７Ｋ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、線材の最終断面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１３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）で線材の断面は円形とした酸化物超電導線材５が提案されている（特開平9-223418号）。このような構造の超電導線材は、断面円形の線材に圧延加工を施して断面が矩形状のテープ状線材とし、そのテープ状線材の複数本を金属パイプないしビレット中に組込み、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。
【０００５】
また、超電導線材は交流損失低減対策や機械歪み耐性向上を目的として、線材の製作途中で線材をツイスト加工することにより、超電導フィラメントの経路を金属被覆中で長手方向に螺旋状に構成することがある。さらに、交流損失低減対策の他の手法として、超電導フィラメント間に電気的絶縁層を介在させることでフィラメント相互の電気的結合を抑制する、いわゆるバリアー層を形成する場合がある。このバリアー層の材料としては、通常ＢａＺｒＯ3 ，ＳｒＺｒＯ3 ，ＭｇＯ，ＭｎＯなどの酸化物材料がある。
【０００６】
こうした超電導線材においては、製造工程における減面加工時に超電導フィラメントが緻密化されることによって、高いＪｃ特性が得られている。横断面がテープ状の超電導フィラメントを有する超電導線材のＪｃが、横断面円形の超電導フィラメントを有する超電導線材のそれより高いのは、前者の場合、減面加工時の圧下力が超電導フィラメントの横断面内で均一にかかり緻密化も均一に行われるのに対し、後者の場合、超電導フィラメント横断面の中心部は外層部に比べて圧下力が小さくなって、十分に緻密化されないからである。つまり、後者の場合、各フィラメント横断面の超電導組織を均一に緻密化できないために、Ｊｃが制限されるのである。
【０００７】
ここで更に重要なのは、超電導フィラメントの長手方向での超電導組織の緻密度のばらつき、ムラの発生であり、これもＪｃを制限する原因となる。これは、線材の製造中における何らかの外乱や素材寸法のばらつき等に起因して、素材に許容される応力を超える局部的な応力が線材の塑性加工の際に素材に加わるためと考えられる。従って、高Ｊｃの超電導線材を安定的に歩留まり良く製造するためには、線材の長手方向において超電導フィラメントの超電導組織が均一かつ高い緻密度で形成されることが必要である。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記の欠点を解消し、線材の長手方向において超電導フィラメントの超電導組織が均一かつ高い緻密度で形成でき、かつ、横断面が略円形の超電導線材においても横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超電導線材とその製造方法を提供することにある。
【０００９】
【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、横断面が略円形の外形を有する超電導線材であって、超電導線材は、その横断面が略半円形または中心角が略１２０度である扇形のセグメントの２本または３本が長手方向に所定のピッチで螺旋状に集合された集合体からなり、前記セグメントは酸化物超電導体からなる超電導フィラメントと当該超電導フィラメントを覆う金属被覆とからなる横断面が略円形の素線を螺旋状に撚り合せて縮径加工したものであり、前記超電導フィラメントは前記セグメント内でセグメントと異なる方向の螺旋状に所定のピッチで配置され、横断面のアスペクト比が１．５以上であることを特徴とする超電導線材を提供する。ここで、セグメントの各々の間に電気的絶縁層が設けられていることが好ましい。
【００１０】
さらにまた、本発明では、横断面が略半円形または中心角が略１２０度である扇形のセグメントの２本または３本が長手方向に所定ピッチで螺旋状に集合された集合体からなる超電導線材の製造方法であって、酸化物超電導材料からなる超電導フィラメントが金属で被覆され横断面が略円形の素線に所定のピッチＰ０でツイスト加工を施し、そのツイスト加工された素線ｎ本（ｎ＝２、３）を所定のピッチで螺旋状に撚り合わせ、次いで当該撚線を所定の外径を有する横断面が略円形の線材に縮径加工して前記超電導フィラメントをアスペクト比が１．５以上の横断面にすることを特徴とする超電導線材の製造方法を提供する。ここで、素線外径をｄ０、縮径加工前の撚線ピッチをＰ１、縮径加工後の線材外径をｄＳとすると、
ｎ＝２の場合、Ｐ１／ｄ０＝３〜３０、ｄＳ＜１．２ｄ０、
ｎ＝３の場合、Ｐ１／ｄ０＝８〜４０、ｄＳ＜１．７ｄ０
であり、ピッチＰ０とピッチＰ１の螺旋の方向は反対とする。
【００１１】
なお、本発明において、横断面が略円形とは、円形のみならず、対称Ｎ角形（Ｎは６以上）を含む概念である。
【００１２】
【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。
【００１３】
図３、図６、図７、図８及び図１０は、本発明に係る超電導線材の実施の態様を、酸化物超電導線材を例にとり、横断面図で示したものである。
【００１４】
図３に示す例は、アスペクト比が１．５以上で好ましくは２０以下である酸化物超電導フィラメント１を５５本と、酸化物超電導フィラメント１を覆う金属被覆２を有し、かつ横断面が略半円形であるセグメント８ａ，８ｂの２本を、長手方向に所定のピッチで螺旋状に集合した集合体９からなり、横断面が略円形の外形を有している酸化物超電導線材である。そして、各酸化物超電導フィラメント１は、各セグメント８ａ，８ｂ内において、セグメントの螺旋の方向と反対方向の螺旋状に、所定のピッチに配置されている。
【００１５】
図６は、他の例であって、アスペクト比が１．５以上で好ましくは２０以下である酸化物超電導フィラメント２１を５５本と、酸化物超電導フィラメント２１を覆う金属被覆２２を有し、かつ横断面において中心角が略１２０度であるセグメント３０ａ，３０ｂ，３０ｃの３本を、長手方向に所定のピッチで集合した集合体３１からなり、横断面が略円形の形状を有している。そして、この例においても、図３と同様に、各酸化物超電導フィラメント２１は、各セグメント３０ａ，３０ｂ，３０ｃ内において、セグメントの螺旋の方向と反対方向の螺旋状に、所定のピッチに配置されている。
【００１６】
図７は、さらに別の例であって、横断面において中心角が略１２０度であるセグメント３２ａ，３２ｂ，３２ｃのそれぞれに含まれる酸化物超電導フィラメント２１の本数を１９とし、これらセグメント３２ａ，３２ｂ，３２ｃを長手方向に所定のピッチで螺旋状に集合した集合体３３としたものであり、各セグメント３２ａ，３２ｂ，３２ｃの間には、電気的絶縁材料（例えば、ＢａＺｒＯ3 ，ＳｒＺｒＯ3 ，ＭｇＯ，ＭｎＯ等の酸化物）で構成されるバリアー層４４が設けられており、これにより各セグメントは電気的に絶縁されている。この例において、各フィラメント２１は、そのアスペクト比が１．５以上好ましくは２０以下であり、かつ、各セグメント３２ａ，３２ｂ，３２ｃ内において、セグメントの螺旋と反対方向の螺旋状に配置されている。
【００１７】
図８は、さらに別の例であって、横断面において中心角が略１２０度であるセグメント３４ａ，３４ｂ，３４ｃのそれぞれに含まれる酸化物超電導フィラメント４１の本数を５５とし、これらセグメント３４ａ，３４ｂ，３４ｃを長手方向に所定のピッチで螺旋状に集合した集合体４７としたものであり、各フィラメント４１の表面には、電気的絶縁材料（例えば、ＢａＺｒＯ3 ，ＳｒＺｒＯ3 ，ＭｇＯ，ＭｎＯ等の酸化物）で構成されるバリアー層４４が設けられており、これにより各フィラメントは電気的に絶縁されている。そして、各フィラメント４１は、そのアスペクト比が１．５以上好ましくは２０以下であり、かつ、各セグメント３４ａ，３４ｂ，３４ｃ内において、セグメントの螺旋と反対方向の螺旋状に配置されている。
【００１８】
図１０は、さらに別の例であって、ほぼ中心に金属芯材５３が配置された酸化物超電導フィラメント５１と、酸化物超電導フィラメント５１の１９本を覆う金属被覆（フィラメント被覆）５４と、その外側を覆うもう一つの金属被覆（セグメント被覆）５５からなる、横断面において中心角が１２０度であるセグメント３６ａ、３６ｂ、３６ｃを長手方向に所定のピッチ螺旋状に集合した集合体５７よりなる。金属芯材５３は、その硬さが金属被覆５４、５５よりも小さい、すなわち柔らかい材料が選ばれ、かつ金属被覆５４はその硬さが金属被覆５５よりも小さい、すなわち柔らかい材料が選ばれている。この例においても、金属芯材５３を含む酸化物超電導フィラメント５１の各々は、アスペクト比が１．５以上このましくは２０以下であり、かつセグメント３６ａ、３６ｂ、３６ｃ内において、セグメントの螺旋の方向と反対方向の螺旋状に配置されている。
【００１９】
以上の、本発明の実施の態様による酸化物超電導線材によれば、各超電導フィラメントはセグメント内においてセグメントの螺旋と異なる方向の螺旋状に所定のピッチで配置されるので、その製造工程において、撚線加工後の外観形状（撚線の最外径と撚線ピッチ）のばらつきが小さくなり、縮径加工時の素材の断線やキンク等の欠陥を減らすことができる。その結果、超電導線材の長手方向において超電導フィラメントの超電導組織が均一かつ高い緻密度で形成できる。
【００２０】
また、各超電導フィラメントが長手方向において線材の内層部側、外層部側に交互に配置されているので、線材の製造工程における縮径加工時の超電導フィラメントの圧下力、それに伴う超電導フィラメントの緻密化度が、各々の超電導フィラメント間で均一化される。しかも、超電導フィラメントは、アスペクト比が１．５以上である横断面が板状または楕円状に形成されるので、横断面が略円形の超電導線材においても横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。
【００２１】
特に、図１０の例では、各セグメントを構成する金属材料において、金属被覆（セグメント被覆）５５の硬さが、金属芯材５３および金属被覆（フィラメント被覆）５４の硬さよりも大きく選ばれているので、超電導フィラメントの界面における凹凸が減少して平滑化され、臨界電流密度Ｊｃの向上に寄与する。
【００２２】
次に、本発明に係る超電導線材の製造方法について、実施の態様を説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係る製造方法の工程を示すフローチャートであり、金属被覆内部に１本の酸化物超電導体の芯を含む単フィラメントを作製する工程と、その単フィラメントの複数本を金属管内に複数本組み込んで多芯ビレット化し、それを静水圧押出しにより多芯フィラメント複合体を形成する工程と、その多芯フィラメント複合体を縮径加工し横断面が略円形の素線を作成する工程と、その素線に所定のピッチでツイスト加工する工程と、その素線を２本または３本撚り合わせる工程と、その撚線を更に縮径加工する工程を含む。
【００２４】
以下、仕様外径ｄｓ、仕様撚線ピッチＰｓの酸化物超電導線材を得ることを例に、各工程について詳細に説明する。
【００２５】
Ａ．単フィラメント作製
まず、１本の酸化物超電導フィラメントと金属被覆からなる単フィラメントを作製する。フィラメントを構成する物質は、公知の酸化物超電導材料、例えば、Ｂｉ−２２１２、Ｂｉ−２２２３、Ｔｌ−１２２３、Ｔｌ−２２２３、Ｙ−１２３、Ｎｂ-１２３からなる。一方、金属被覆は、特に限定するものではないが、芯となる酸化物超電導材料と反応して超電導特性を低下させない材料が好ましく、例えば、Ｂｉ−２２１２、Ｂｉ-２２２３の酸化物超電導材料のときは、銀または銀合金（Ａｇを主成分としてＡｕ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ａｌ、Ｍｎより選ばれた少なくとも１種を添加したもの）であることが好ましい。本工程の一例として、超電導材料は超電導化熱処理を施していない粉末または一旦焼結後に粉砕した粉末（以下、前駆体粉末という）を所定の長さの金属管に充填し、次いで縮径加工することにより、横断面が略円形の単フィラメントを作製する。ここで、単フィラメントの最外層には金属被覆が設けられている（フィラメント被覆）。また、単フィラメントの中心には金属芯材を配置しても良く、この場合、金属芯材は、その硬さがフィラメント被覆よりも小さい、すなわち柔らかい材料に選ぶことが好ましい。これにより、後述の工程Ｌにおけるフィラメントの変形がスムースに起こる。さらに、交流損失低減効果を重視する場合は、フィラメント被覆の表面に金属または酸化物等であって後述する超電導化熱処理によって良導体とならない材料を、例えばペースト状にして２００μｍ以下の厚さで塗布してもよい。
【００２６】
Ｂ．多芯フィラメント複合体の作製
工程Ａで得た単フィラメントを複数本、所定の長さの別の金属管に組み込んで多芯ビレット化する。金属管は、その材料を特に限定するものではないが、好ましくは銀または銀合金（Ａｇを主成分としてＡｕ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ａｌ、Ｍｎより選ばれた少なくとも１種を添加したもの）であり、その材料の硬さは、フィラメント被覆を構成する材料と同じとするか、より好ましくは、金属芯材およびフィラメント被覆を構成する材料の硬さより大きいものとする。多芯ビレット化に際し、中心に金属被覆と同様の材料からなり超電導材料を含まない金属芯材をさらに配置してもよい。この多芯ビレットは静水圧押出しにより、横断面が略円形の多心フィラメント複合体に成形される。これにより、金属管は多芯フィラメント複合体の最外層を構成する金属被覆となり、後工程の撚線加工、撚線の縮径加工を経てセグメント化されたときの金属被覆（セグメント被覆）となる。
【００２７】
Ｃ．縮径加工
次いで、工程Ｂの多芯フィラメント複合体を、押出し、スウェージャーまたは伸線により減面加工し、横断面が略円形で多芯フィラメントを有する素線を作製する。ここで、交流損失低減効果を重視する場合は、この素線の表面に、金属または酸化物等であって後述する超電導化熱処理によって良導体とならない材料を、例えばペースト状にして所定の厚さで塗布してもよい。この層は、線材化したときの各セグメント間の電気的接続を遮断するためのものである。なお、ここで塗布する材料は、塗布することによって潤滑性の向上するものが望ましいが、それに限定されるものではない。以下の工程での説明の便宜上、ここで得られた素線の外径をｄ0 、長さをＬ0 とする。
【００２８】
Ｄ．素線のツイストと撚線加工
工程Ｃで得られた素線にツイスト加工（ツイスト加工後のフィラメントの螺旋ピッチをＰ0 とする）を施し、次いで、図４に示すように、そのツイスト加工された素線の２本または３本を、素線のツイスト加工の方向と反対方向に所定のピッチＰ1 で螺旋状に撚り合わせる。図において、６１は素線、６２ａ，６２ｂ，６２ｃは撚線４６の進行方向を軸としてその周囲を公転する素線ボビンである。なお、ツイスト加工の直後に伸線または所定の熱処理のいずれか１つを施してから撚り合わせてもよい。
【００２９】
また、図５にあるように、別の態様として、素線ボビン６３ａ、６３ｂ、６３ｃを素線６１の送出し方向を軸にして回転させることによって素線をツイスト加工しつつ、素線ボビンを撚線４６の進行方向を軸としてその周囲に公転させることで、ツイスト加工と反対方向に撚り合わせを行うことも可能である。
【００３０】
素線の撚り合わせピッチは、素線が２本の場合、Ｐ1 ／ｄ0 ＝１．５〜３０、素線が３本の場合は、Ｐ1 ／ｄ0 ＝４〜４０を満足する範囲とする。通常の撚線で形状を維持するためには、Ｐ1 ／ｄ0 の上限は約１００まで可能である。しかしながら、本発明では、撚線が次の縮径加工を経るので、Ｐ1 ／ｄ0 が１００程度まで大きいと、縮径加工の際に素線がばらけてしまい、加工が困難になる。そこで、撚線に縮径加工を施すことができる上限として、Ｐ1 ／ｄ0 は、素線が２本の場合３０、素線が３本の場合４０が選ばれる。一方、Ｐ1 ／ｄ0 が小さすぎると、撚線加工時に素線が過度の加工歪を受け、金属被覆中のフィラメント組織に乱れや破壊が生じ、そのために最終的に得られた超電導線材において超電導特性の低下を招くおそれがある。しかしながら、撚線加工に先立って素線にツイスト加工を施すことにより、フィラメント組織の乱れや破壊がかなり防止されることがわかった。発明者らの実験の結果、撚線加工によって問題の生じないＰ1 ／ｄ0 の下限が、素線が２本の場合１．５、素線が３本の場合４まで拡大できることがわかった。
【００３１】
図２および図９は撚線加工後の状態を示し、図２は２本の例を、図９は３本の例をそれぞれ示しており、６，５６はそれぞれ撚線である。図示のとおり、撚線加工後の外径をｄ1 とすると、ｄ1 は幾何学的に一義に決定し、２本の場合（図２）ではｄ1 ＝２ｄ0 、３本の場合（図９）ではｄ1 ＝２．３１ｄ0 である。また、素線のツイストピッチ（即ちフィラメントの螺旋ピッチ）Ｐ0 および素線の撚り合わせピッチＰ1 の回転方向は、いわゆるＳ巻またはＺ巻のいずれでもよいが、共に反対方向であるよう選択する。
【００３２】
このように素線のツイストピッチとＰ0 および素線の撚り合わせピッチＰ1 の回転方向を反対方向に選択すると、撚線加工後の外観形状（撚線の最外径ｄ1 と撚線ピッチＰ1 ）のばらつきが小さくなり、次の縮径加工時の素材の断線やキンク等の欠陥を減らすことができる。このメカニズムは、次のように考えている。すなわち、素線のツイスト加工後は、被覆金属とその内部の各超電導フィラメントにせん断の残留応力が分布している。そして、その後の撚り合せ加工においては、その残留応力成分が開放されるような応力を受けて加工される。その結果、素材の力学的ポテンシャルエネルギーを大きくすることなく次の縮径加工を安定して行うことができるのである。
【００３３】
Ｅ．縮径加工
工程Ｄで得られた撚線に、ダイスを用いた伸線装置またはスウェージャー等公知の手段によって縮径加工を行なう。この縮径加工は１回でも複数回の繰り返しでもよいが、１回の縮径加工による外径の減少率は２〜２０％となるよう、ダイス口径を選定することが好ましい。縮径加工を複数回繰り返すときは、縮径加工の途中で、焼鈍処理や超電導化のための中間熱処理、あるいは前駆体粉末組織の脱ガス処理を施してもよい。中間熱処理を行なうときは、その後の縮径加工は、１回のパスによる外径の減少率は２〜５％とするのが好ましい。
【００３４】
縮径加工によって得られる複合線材の外径をｄとすると、素線が２本の場合ｄ＜１．３ｄ0 、素線が３本の場合ｄ＜１．８ｄ0 に達すると、外径が略円形に成形された線材が得られる。この際、縮径加工によって２本または３本の素線はつぶされて横断面が半円形または中心角が略１２０度の扇形に変形し、略半円形または中心角が略１２０度である扇形のセグメントを長手方向に所定のピッチで螺旋状に集合した集合体を構成する。さらに、各々の超電導フィラメントは、各々のセグメント内で所定のピッチで反対方向の螺旋状に配置されているので、結果として、各超電導フィラメントは２次螺旋状に集合している。
【００３５】
一方、金属被覆内の超電導フィラメントの横断面形状は、アスペクト比が高い（好ましくは１．５以上の）板状、楕円状に変形させられる。これは、本工程の減面加工によって、２本または３本の撚線の隣接素線同士と撚線外径ｄ1 の円筒内面で形成される空隙を埋めるように素線材料の一部が円周方向に展性変形するからである。
【００３６】
ところで、縮径加工時には、通常、潤滑材、例えば合成油、石油、モリブデン、２硫化モリブデン等が使用される。この潤滑材は、セグメント間の隙間に浸透し残留物となる。通常は、潤滑油を除去するために縮径加工後に拭き取り作業等の洗浄作業を行うが、本発明の実施の形態にかかる超電導線材の製造方法では、交流損失低減効果を重視する場合に限り、この残留潤滑材を残しておくことが好ましい。この残留潤滑材は、適切な材料を選択することによって、後述する超電導加熱処理を経ることによって、各セグメント間の電気的絶縁層を形成するよう変化するからである。したがって、縮径加工中では、潤滑材を豊富に使い、その後、セグメント間の潤滑材除去を目的とする洗浄作業をあえて行わないようにすることが好ましい。
【００３７】
今、撚線直後の空隙率ｖを、撚線外径ｄ1 に等しい円筒空間内での空隙（素線の占有しない体積）の割合と定義し、素線が２本の場合と３本の場合についてそれぞれ計算すると、素線が２本の場合、Ｐ1 ／ｄ0 ＝３〜３０の範囲でｖ＝０．４４〜０．５５、素線が３本の場合、Ｐ1 ／ｄ0 ＝８〜４０の範囲でｖ＝０．３８〜０．４３となる。この空隙率が略０％となった時点で、空隙のないセグメントの集合体となる。
【００３８】
一般に、縮径加工を施す毎に被加工材の撚線ピッチは長くなる。この繰り返しの縮径加工においても、加工前の撚線ピッチＰと外径ｄの比Ｐ／ｄが大きすぎると、縮径加工の際に素線がばらけてしまい、加工が困難になる。その限界値をＰ2 ／ｄで表現すると、Ｐ／ｄ＜Ｐ2 ／ｄであり、発明者の実験によれば、好ましくは、２本の素線の場合Ｐ2 ／ｄ＝２０〜３０、３本の素線の場合Ｐ2 ／ｄ＝３０〜６０である。
【００３９】
集合体が横断面で略円形になると、外径ｄと撚ピッチＰは縮径加工の前後で数値的に略次式が成立する。
【００４０】
Ｐ・ｄ2 ＝一定 （１）
この（１）の関係式に基づいて、縮径加工を制御すれば、異なる仕様外径ｄｓ、撚線ピッチＰｓに応じた集合体が得られる。
【００４１】
一方、縮径加工後の集合体の総長については、長さＬ0 、外径ｄ0 の素線を撚り合わせ、次いで縮径加工すると、歩留まりを無視した場合、集合体外径がｄｓで長さｎ×Ｌｍａｘとなる。但し、ｎＬ0 ｄ0 2 ＝Ｌｍａｘｄｓ2 である。
【００４２】
Ｆ．縮径加工途中のツイスト加工
工程Ｅの縮径加工において、外径ｄと撚線ピッチＰがＰ／ｄ＞Ｐ2 ／ｄ、すなわち繰り返しの縮径加工が困難なとき、または、所定のピッチＰｓを縮径加工以外の方法でより短く調整しようとするときは、縮径加工の途中で撚線にツイスト加工を施し、Ｐ／ｄを小さくすることができる。この加工は、通常、撚線の撚りが締まる方向に回転する（ツイストする）ことで行なう。
【００４３】
ツイスト加工前の撚線のピッチＰ2 、ツイスト加工後のピッチをＰ3 、ツイスト加工時の撚線外径をｄとすると、ツイスト加工に必要な単位長さあたりの回転数ｄｎは、次式で与えられる。
【００４４】
ｄｎ＝１／Ｐ3 −１／Ｐ2 （２）
このツイスト加工に先立ち、ツイストをやり易くするために、金属被覆に焼鈍処理を施してもよい。
【００４５】
ツイスト加工は、加工度が大きすぎると超電導フィラメントの組織に乱れが生じたり、破壊に至ることがある。これを防止するために、加工度は制約される。発明者の実験によれば、２本の素線の場合Ｐ3 ／ｄ＞３であり、３本の場合Ｐ3 ／ｄ＞５である。
【００４６】
Ｇ．超電導化熱処理
超電導化熱処理は、超電導フィラメントの超電導特性を発現させるために必要な処理である。この熱処理の条件は、一般に超電導材料の種類に依存するが、超電導フィラメントの厚さ（断面積）、アスペクト比、金属被覆マトリックスの組成によっても若干左右される。図４、図６および図８に示したように、本発明の酸化物超電導線材においては、超電導フィラメント自体は従来の線材（例えば図１２）の超電導フィラメントと同様、板状ないし断面楕円状に成形されているため、従来の線材における最適熱処理条件と略同様の熱処理を施せばよい。ここで、最適熱処理条件とは、臨界電流密度を最大にできかつ熱処理によって線材に膨れが生じたりしない条件である。
【００４８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
【００４９】
［実施例１］
組成としてＢｉ2 Ｓｒ1 Ｃａ2 Ｃｕ2 Ｏｘ（以下Ｂｉ−２２１２という）が得られるようにＢｉ2 Ｏ3 ，ＳｒＣＯ3 ，Ｃａ2 ＣＯ3 ，ＣｕＯの各粉末を混合し、これを大気中で８２０℃、２０時間の熱処理を施した後、それを粉砕してＢｉ−２２１２相の前駆体粉末を用意した。外径１５mm、内径１３．５mm、長さ５００mmの銀合金パイプに前駆体粉末を充填した。この粉末と銀合金の複合体を、対辺寸法７．６４mmの６角棒形状にまで伸線加工し、素材Ａを得た。
【００５０】
この素材Ａの５５本を、外径７１．１mm、内径６４mm、長さ５００mmの銀合金パイプに組み込み、銀合金被覆酸化物ビレットＸ（外径７１．１mm、長さ５００mm、体積Ｖｘ＝２×１０6 mm3 ）を得た。ビレットＸに、押出し加工、スウェージャー加工、伸線加工を施し、外径ｄ0 ＝１．７mmの銀合金被覆酸化物の丸型素線（素材Ｂ）を得た。素材Ｂは、酸化物ビレットＸの体積Ｖｘの歩留まり約８０％で作製されるので、体積がＶｘB ＝０．８Ｖｘとなっている。したがって、素材Ｂの長さはＬ0 ＝ＶｘB ／（πｄ0 2 ／４）≒７０００００mm＝７００ｍである。また、素材Ｂの被覆材である銀合金の占有率は６６％であった。長さ約７００ｍの素線を２ロッド作製した（素材Ｂ）。この素線にＺ方向のツイスト加工を施し、表面のピッチがＰ0 ＝７．５mmとなるようにした。
【００５１】
２ロッドのツイスト素線を用いて、図２に示すように、最外径約２ｄ0 ＝３．４mmで２本束ね、Ｓ方向の撚線加工を施しピッチＰ1 ＝１５mmの撚線を作製した。撚線の体積は２ＶｘB である。
【００５２】
上記の撚線に伸線加工を施すと、２本の丸型素線は徐々に潰され、最外径が約半分のｄｓ＝１．６mmまで縮径されると、図３に示すように、２個の半円形のセグメントが互いに合わさった丸型成形集合体（素材Ｃ）となった。この成形集合体は、体積を略維持したまま縮径加工されるので、外径ｄｓにおける線材単長Ｌｓは、Ｌｓ＝２ＶｘBB／（πｄｓ2 ／４）＝１．６×１０6 mm＝１５８０ｍである。図３に示すように、素材Ｃの超電導フィラメントの横断面は、多くがアスペクト比１．５から２０くらいの板型、または楕円型となっていることがわかる。また、素材Ｃの銀合金占有率は、素線（素材Ｂ）より若干大きくなり、６８％であった。
【００５３】
素材Ｃは、超電導フィラメントが銀合金で被覆されたセグメント撚線であって、さらに各セグメント内で超電導フィラメントがセグメントの螺旋の方向と反対方向の螺旋状に配置されている、２次螺旋配置構造である。
【００５４】
セグメント内のフィラメントの螺旋ピッチを１次ピッチＰｓ1 、セグメン撚線の螺旋のピッチをＰｓ2 とすると、両ピッチは縮径加工によって伸びるので、Ｐｓ1 ＝Ｌｓ／Ｌ0 ×Ｐ0 ＝１７mm、Ｐｓ2 ＝Ｌｓ／Ｌ0 ×Ｐ1 ＝３４mmであった。セグメント横断面における各超電導フィラメントの位置は、撚線長手方向の場所によって内層部と外層部で周期的に入れ替わるよう変化する。
【００５５】
撚線の縮径加工時には、横断面における外層部と内層部で加工変形度は異なり、外層部に行くほど加工度は大きい。この例では、超電導フィラメントは長手方向で内層部と外層部を周期的に延びるので、縮径加工による変形は、フィラメント長手方向全体として均一に起こるとみなすことができる。
【００５６】
素材Ｃを、１atm ，大気中で８８０℃、１０分間保持後、５℃／時間の冷却速度で８３０℃まで徐冷し、さらに１時間保持して炉冷した。この熱処理により、素材Ｃは超電導特性を有する超電導線材に変化した。この超電導線材の一部を長さ約５０mmに切断し、試料Ｃとした。試料Ｃを液体ヘリウム、外部磁場１０Ｔ中で、臨界電流密度Ｊｃを１μＶ／cmの定義で測定した。その結果、超電導フィラメントについてＪｃ＝２５００Ａ／mm2 、線材断面積で除した臨界電流密度ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃ＝８００Ａ／mm2 であった。
【００５７】
一方、比較のため、素材Ｂをそのまま圧延し、テープ状の複合素材を得た。この複合素材に、上記と同様の超電導化熱処理を施し、テープ状超電導線材を得た。その一部を切り出し、比較材とした。比較材を試料Ｃと同様に、液体ヘリウム、外部磁場１０Ｔ中で、臨界電流密度Ｊｃを１μＶ／cmの定義で測定した。その結果、超電導フィラメントについてＪｃ＝１６００Ａ／mm2 、線材断面積で除した臨界電流密度ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃ＝６００Ａ／mm2 であった。
【００５８】
試料Ｃと比較材から明らかなように、本発明による試料Ｃの丸型超電導線材は、従来のテープ状超電導線材よりも磁場中でのＪｃが大きく向上していることがわかった。
【００５９】
［実施例２］
実施例１で作製した丸型素線丸型素線（素材Ｂ、単長Ｌ0 ＝７０５ｍ、外径１．７mm）に、ピッチＰ0 ＝７．５mmにてＳ方向のツイスト加工を施し、その３本を束ねて図４に示すようにピッチＰ1 ＝３６mmでＺ方向に撚り合わせた。撚線の最外径ｄ1 は約２．３ｄ0 ＝３．３９mmであり、体積は３ＶｘB である。
【００６０】
上記の撚線に伸線加工を施すと、３本の丸型素線は徐々に潰され、最外径がｄｓ＝２．４mmまで縮径されると、図６に示すように、３個の中心角が略１２０度の扇形のセグメントが互いに合わさった丸型成形集合体（素材Ｅ）となった。この成形集合体は、体積を略維持したまま縮径加工されるので、外径ｄｓにおける線材単長ＬｓはＬｓ＝３ＶｘBB／（πｄｓ2 ／４）＝１．０×１０6 mm＝１０００ｍである。図６に示すように、素材Ｅの超電導フィラメントの横断面は、多くがアスペクト比２から２０くらいの板型、または楕円型となっていることがわかる。
【００６１】
素材Ｅは、実施例１と同様に、超電導フィラメントが銀合金で被覆されたセグメント撚線であって、さらに各セグメント内で超電導フィラメントがセグメントの螺旋の方向と反対方向の螺旋状に配置されている、２次螺旋配置構造である。
【００６２】
セグメント内のフィラメントの螺旋ピッチ（１次ピッチ）は、Ｐｓ1 ＝Ｌｓ／Ｌ0 ×Ｐ0 ＝１０．６mm、セグメン撚線の螺旋のピッチ（２次ピッチ）Ｐｓ2 ＝Ｌｓ／Ｌ0 ×Ｐ1 ＝５１mmであった。実施例１と同様にして、セグメント横断面における各超電導フィラメントの位置は、撚線長手方向の場所によって内層部と外層部で周期的に入れ替わるよう変化する。
【００６３】
この素材Ｅに超電導化熱処理を施し、超電導線材を得た。この超電導線材の一部を長さ約５０mmに切断し、試料Ｍとした。試料Ｍを実施例１と同様の測定方法で線材断面積で除した臨界電流密度ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃを測定した。その結果、ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃ＝７００Ａ／mm2 であり、テープ状の線材のそれを超える値であった。
【００６４】
［実施例３］
実施例１で作製した丸型素線（素材Ｂ、単長Ｌ0 ＝７０５ｍ、外径１．７mm）にピッチＰ0 ＝７．５mmにてＺ方向のツイスト加工を施し、さらに、その表面に２硫化モリブデン粉末を含むペーストを約３０μｍの厚さに塗布した。この２硫化モリブデンを含む層を塗布により形成する目的は、第１には、その後の縮径加工の際の潤滑性を確保するためであり、第２には、素線間に電気的絶縁層（薄い膜）を設けるためである。
【００６５】
このような素線を３本を束ねて、図４に示すように、ピッチＰ1 ＝３６mmでＳ方向に撚り合わせた。撚線の最外径ｄ1 は約２．３ｄ0 ＝３．３９mmであり、体積は３ＶｘB である。
【００６６】
上記の撚線に伸線加工を施すと、３本の丸型素線は徐々に潰され、最外径がｄｓ＝２．４mmまで縮径されると、図７に示すように、３個の中心角が略１２０度の扇形のセグメントが互いに合わさり、かつセグメント間に２硫化モリブデンを主成分とするバリアー層が介在した丸型成形集合体（素材Ｆ）となった。セグメントは、このバリアー層によって、相互に電気的に絶縁されている。
【００６７】
先に説明したように、従来は潤滑材を十分に除去してから次の超電導化熱処理を行う。しかし、この例では、あえて２硫化モリブデンは残留させたまま超電導化熱処理を行った。この熱処理により、２硫化モリブデンは酸化モリブデンに変化し、電気的絶縁層、すなわちバリアー層としての機能が保証される。
【００６８】
この素材Ｆに超電導化熱処理を施し、超電導線材を得た。この超電導線材の一部を長さ約５０mmに切断し、試料Ｆとした。試料Ｆを実施例１と同様の測定方法で線材断面積で除した臨界電流密度ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃを測定した。その結果、ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃ＝７００Ａ／mm2 であり、テープ状の線材のそれを超える値であった。また、超電導特性は、バリアー層を有しない試料Ｅと同等であることも確認した。
【００６９】
この例では、バリアー層を交流損失低減のために設けているが、その効果を確かめるために、実施例２で作製した試料Ｅ、従来のテープ状の線材、および試料Ｆの交流損失特性を比較した。評価は、各試料を液体窒素中のゼロ磁場下に置き、交流通電損失を測定する方法で行った。試料に、直流臨界電流値の半分の実効値電流を５０Ｈｚの交流で通電し、その時の損失電圧を測定した。結果は、電圧タップ１００mmで、従来のテープ状線材が１０μＶ、試料Ｅが１μＶ、試料Ｆが０．３μＶであった。試料Ｅ、試料Ｆでは、超電導フィラメントがインダクタンス的に等価に配置されているため、テープ状線材よりも交流損失が小さく、特に試料Ｆではセグメント間の電気的絶縁が確保されたことによって、さらに交流損失が小さくなったと考えられる。
【００７０】
［実施例４］
組成としてＢｉ１．８Ｐｂ０．３４Ｓｒ１．９Ｃａ２．２Ｃｕ３．１Ｏｘ（以下Ｂｉ−２２２３という）の前駆体粉末を用意した。外径１５mm、内径１３．５mm、長さ５００mmの銀合金パイプに前駆体粉末を充填した。この粉末と銀合金の複合体を、対辺寸法７．６４mmの６角棒形状にまで伸線加工し、素材Ｎを得た。
【００７１】
この素材Ｎの表面にペースト状のモリブデンを塗布し塗膜を形成した後、その５５本を、外径７１．１mm、内径６４mm、長さ５００mmの銀合金パイプに組み込み、銀合金被覆酸化物ビレットＹを得た。ビレットＹに、押出し加工、スウェージャー加工、伸線加工を施し、外径ｄ0 ＝１．４mmの銀合金被覆酸化物の丸型素線（素材Ｐ）とし、さらに、長さあたり３３３回転（ピッチＰ0 ＝３mm）のＳ方向のツイスト加工を施した。このツイスト加工した素材を３本用意し、最外径約２．３ｄ0 ＝３．２mmで３本束ね、Ｚ方向の撚線加工を施しピッチＰ1 ＝１２mmの撚線を作製した。
【００７２】
上記の撚線に伸線加工を施すと、３本の丸型素線は徐々に潰される。本実施例では、伸線のパスは、外径３．２mmから始まり、２．８mm、２．６mm、２．４５mmと順次伸線し、外径２．４５mmで、成形集合体に超電導化のための中間熱処理を施した。熱処理条件は、１atm 、空気中で８４０℃、５０時間とした。この第１回目の中間熱処理は、フィラメントの前駆体組織をＢｉ−２２２３相へ超電導化するためのものである。この熱処理によって、モリブデンの塗布膜は酸化モリブデンの電気的絶縁層に変化し、フィラメント間のバリアー層として機能する。
【００７３】
次いで、１回のパスの最外径ｄの減少率を４％とし、伸線加工を経て、最外径を２．３５mmとした後、第２回目の中間熱処理を施した。熱処理条件は、１atm 、空気中で８４５℃、５０時間とした。その後、それに伸線加工を施し、最外径を２．３mmの成形集合体（素材Ｑ）とした。この素材Ｑは、空隙率が略０％の３本撚りの丸型成形集合体で、最外径２．３mm、単長１１００ｍである。セグメント内における超電導フィラメントの螺旋ピッチ（１次ピッチ）Ｐｓ1 ＝Ｌｓ／Ｌ0 ×Ｐ0 ＝１１００／１０００×３＝３．３mm、セグメントの螺旋のピッチ（２次ピッチ）Ｐｓ2 ＝Ｌｓ／Ｌ0 ×Ｐ1 ＝１１００／１０００×１２＝１３．２mmであった。
【００７４】
次いで、素材Ｑに酸化物Ｂｉ−２２２３相生成のための最後の超電導化熱処理を施し、丸型超電導線材を得た。
【００７５】
一方、比較材として、素線（素材Ｐ）を用いて、圧延加工、中間熱処理、再圧延加工、第２回目の中間熱処理、再々圧延加工を施し、厚さ０．２mmのテープ状素材（素材Ｒ）とし、次いで最後の超電導加熱処理を施し、テープ状の超電導線材を得た。ここで、素材Ｑ，素材Ｒの中間熱処理と最終熱処理は、ともに同一のバッチで行なった。両線材の一部を長さ約２００mm切断し、それぞれ試料Ｑ、比較材Ｒとした。液体窒素中、外部磁場無しの状態で、線材断面積で除した臨界電流密度ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃを１μＶ／cmの定義で測定した。試料Ｑでｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃ＝１００Ａ／mm2 であり、比較材Ｒでｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃ＝１２０Ａ／mm2 であった。酸化物バリアー層を含まないテープ状の線材に比べ若干低いＪｃ特性であった。
【００７６】
［実施例５］
組成としてＢｉ−２２１２が得られるようにＢｉ２Ｏ３、ＳｒＣＯ３、Ｃａ２Ｃｏ３、ＣｕＯの各粉末を混合し、これを大気中で８２０℃、２０時間の熱処理を施した後、それを粉砕してＢｉ−２２１２相の前駆体粉末を用意した。外径１５mm、内径１４mm、長さ５００mmの純銀パイプと、外径３mm純銀丸棒を用意した。純銀丸棒を中心に配置して純銀パイプに前駆体粉末を充填した。この粉末と純銀の複合体を外径１２．３mmの丸棒に伸線加工し、素材Ｓを得た。
【００７７】
この素材Ｓの１９本を、外径７１．１mm、内径６４mm、長さ５００mmの銀合金パイプ（合金組成：Ａｇ−０．０５wt％Ｍｇ−０．０５wt％Ｎｉ）に組み込み、銀合金被覆酸化物ビレットＺを得た。ビレットＺに、押出し加工、スウェージャー加工、伸線加工を施し、外径ｄ0 ＝１．７mmの銀合金被覆酸化物の丸型素線（素材Ｔ）を得た。素材Ｔを３本用意し、それにピッチＰ0 ＝３mmのＳ方向のツイスト加工を施した。
【００７８】
ツイスト加工された３本のロッドを用いて、図４に示すように、最外径ｄ1 が約２．３ｄ0 ＝３．２mmで３本束ね、Ｚ方向の撚線加工を施し、ピッチＰ1 ＝１２mmの撚線を作製した。
【００７９】
上記の撚線に伸線加工を施すと、３本の丸型素線は徐々に潰され、最外径がｄｓ＝２．４mmまで縮径されると、図１０に示すように、３個の中心角が略１２０度の扇形のセグメントが互いに合わさった丸型成形集合体（素材Ｕ）となった。図１０に示すように、素材Ｕの超電導フィラメントの横断面は、中心に配置された純銀の金属芯材とともに多くがアスペクト比２から２０くらいの板型、または楕円型となっていることがわかる。また、フィラメントの経路は、セグメントの撚り方向と反対方向でかつセグメント内で螺旋状に延びる２次螺旋状である。
【００８０】
この素材Ｕに超電導化熱処理を施し、超電導線材を得た。この超電導線材の一部を切断し、試料Ｕとした。試料Ｕを実施例１と同様の測定方法で線材断面積で除した臨界電流密度ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃを測定した。その結果、ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃ＝１０００Ａ／mm2 であった。
【００８１】
この実施例では、各フィラメントの中心に配置される金属芯材とフィラメント被覆には純銀が、セグメント被覆には銀合金（合金組成：Ａｇ−０．０５wt％Ｍｇ−０．０５wt％Ｎｉ）が使用されている。このため、セグメント被覆は、超電導化熱処理を経ることにより酸化分散型銀合金となり、その内側に使用されるフィラメント被覆および金属芯材よりも降伏応力、ビッカース硬さがともに大きな材料となる。したがって、縮径加工と同時に起こるフィラメントの円形断面から矩形または楕円形への変形挙動が安定して、線材長手方向のばらつきを抑制し、超電導特性の向上に寄与するものである。
【００８２】
本発明の超電導線材は、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。
【００８３】
また、セグメント間にバリアー層を有する超電導線材においては、そのまま３相一括の電力ケーブルとして使用することが可能である。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、超電導フィラメントはセグメント内でセグメントの撚り合わせ方向と反対方向に螺旋状に配置されるので、線材の長手方向において超電導フィラメントの超電導組織が均一かつ高い緻密度で形成できる。その結果、横断面が略円形の超電導線材においても横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超電導線材が安定的に歩留まり良く得られるという効果があり、その工業的意義は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超電導線材の製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図２】本発明に係る超電導線材の製造工程における、撚線加工後の状態を示す説明図である。
【図３】図２の撚線より得られる超電導線材の一例を示す横断面図である。
【図４】撚線方法の一例を示す説明図である。
【図５】撚線方法の他の例を示す説明図である。
【図６】本発明に係る超電導線材の他の例を示す横断面図である。
【図７】本発明に係る超電導線材のさらに他の例を示す横断面図である。
【図８】本発明に係る超電導線材のさらに他の例を示す横断面図である。
【図９】本発明に係る超電導線材の製造工程における、撚線加工後の他の状態を示す説明図である。
【図１０】図９の撚線より得られるさらに別の超電導線材の例を示す横断面図である。
【図１１】従来の超電導線材の製造方法を示すフローチャートである。
【図１２】従来の超電導線材の例を示す横断面図である。
【図１３】従来の超電導線材の別の例を示す横断面図である。
【符号の説明】
１，２１，４１，５１ 超電導体フィラメント
２，２２，４２，５４ 金属被覆
６，５６ 撚線
８ａ，８ｂ，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ セグメント
９，３１，３３，４７，５７ 集合体
５３ 金属芯材
４４ バリアー層
Claims (8)
- 横断面が略円形の外形を有する超電導線材であって、前記超電導線材は、その横断面が略半円形または中心角が略１２０度である扇形のセグメントの２本または３本が長手方向に所定のピッチで螺旋状に集合された集合体からなり、前記セグメントは酸化物超電導材料からなる超電導フィラメントと当該超電導フィラメントを覆う金属被覆とからなる横断面が略円形の素線を螺旋状に撚り合せて縮径加工したものであり、前記超電導フィラメントは前記セグメント内でセグメントと異なる方向の螺旋状に所定のピッチで配置され、横断面のアスペクト比が１．５以上であることを特徴とする超電導線材。
- 前記セグメントの各々の間に電気的絶縁層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超電導線材。
- 前記セグメントは、超電導フィラメントの中心に配置される金属芯材とフィラメントの周囲を覆う金属被覆と、最外層の金属被覆を含み、前記金属芯材及びフィラメントを覆う金属被覆の硬さが、最外層の金属被覆の硬さよりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の超電導線材。
- 横断面が略半円形または中心角が略１２０度である扇形のセグメントの２本または３本が長手方向に所定ピッチで螺旋状に集合された集合体からなる超電導線材の製造方法であって、酸化物超電導材料からなる超電導フィラメントが金属で被覆され横断面が略円形の素線に所定のピッチＰ０でツイスト加工を施し、そのツイスト加工された素線ｎ本（ｎ＝２、３）を所定のピッチで螺旋状に撚り合わせ、次いで当該撚線を所定の外径を有する横断面が略円形の線材に縮径加工して前記超電導フィラメントをアスペクト比が１．５以上の横断面にすることを特徴とする超電導線材の製造方法。ここで、素線外径をｄ０、縮径加工前の撚線ピッチをＰ１、縮径加工後の線材外径をｄＳとすると、
ｎ＝２の場合、Ｐ１／ｄ０＝３〜３０、ｄＳ＜１．２ｄ０、
ｎ＝３の場合、Ｐ１／ｄ０＝８〜４０、ｄＳ＜１．７ｄ０
であり、ピッチＰ０とピッチＰ１の螺旋の方向は反対とする。 - 横断面が略半円形または中心角が略１２０度である扇形のセグメントの２本または３本が長手方向に所定ピッチで螺旋状に集合された集合体からなる超電導線材の製造方法であって、酸化物超電導材料からなる超電導フィラメントが金属で被覆され横断面が略円形の素線に所定のピッチＰ０でツイスト加工を施し、次いで、伸線加工工程と熱処理工程のうちいずれか１工程を施し、その後、その素線ｎ本（ｎ＝２、３）を所定のピッチで螺旋状に撚り合わせ、次いで当該撚線を所定の外径を有する横断面が略円形の線材に縮径加工して前記超電導フィラメントをアスペクト比が１．５以上の横断面にすることを特徴とする超電導線材の製造方法。ここで、素線外径をｄ０、縮径加工前の撚線ピッチをＰ１、縮径加工後の線材外径をｄＳとすると、
ｎ＝２の場合、Ｐ１／ｄ０＝１．５〜３０、ｄＳ＜１．３ｄ０、
ｎ＝３の場合、Ｐ１／ｄ０＝４〜４０、ｄＳ＜１．８ｄ０
であり、ピッチＰ０とピッチＰ１の螺旋の方向は反対とする。 - 横断面が略半円形または中心角が略１２０度である扇形のセグメントの２本または３本が長手方向に所定ピッチで螺旋状に集合された集合体からなる超電導線材の製造方法であって、酸化物超電導材料からなる超電導フィラメントが金属で被覆され横断面が略円形の素線に所定のピッチＰ０でツイスト加工を施し、次いで、その素線ｎ本（ｎ＝２、３）を各々の素線間に潤滑材層を介在させつつ所定のピッチで螺旋状に撚り合わせ、次いで当該撚線を所定の外径を有する横断面が略円形の線材に縮径加工して前記超電導フィラメントをアスペクト比が１．５以上の横断面にすることを特徴とする超電導線材の製造方法。ここで、素線外径をｄ０、縮径加工前の撚線ピッチをＰ１、縮径加工後の線材外径をｄＳとすると、
ｎ＝２の場合、Ｐ１／ｄ０＝１．５〜３０、ｄＳ＜１．３ｄ０、
ｎ＝３の場合、Ｐ１／ｄ０＝４〜４０、ｄＳ＜１．８ｄ０
であり、ピッチＰ０とピッチＰ１の螺旋の方向は反対とする。 - 前記潤滑材層を、超電導化熱処理によって電気絶縁性を発現する材料で構成したことを特徴とする請求項６に記載の超電導線材の製造方法。
- 前記縮径加工が複数回の縮径加工と中間熱処理の繰り返しからなることを特徴とする請求項４、５または６のいずれかに記載の超電導線材の製造方法。
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