JP3775091B2 - 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体からなり、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２０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２２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】
ここで、従来の超電導線材の製造方法を、酸化物超電導線材を例にツイスト加工工程を含む場合で整理すると、図１９に示す通りとなる。すなわち、
（１）銀または銀合金パイプに酸化物超電導体粉末を充填し、必要に応じ縮径加工して単フィラメント丸線とし、その複数本を銀または銀合金製のパイプに組み込んで複合ビレット化したものを静水圧押出しし、次いで減面加工、ツイスト加工を施すことで、断面円形の酸化物超電導線材を得る。
【０００７】
（２）（１）と同様の工程で得たツイスト加工済みの丸線に、さらに圧延加工を施すことで、テープ状の酸化物超電導線材を得る。
【０００８】
（３）銀または銀合金製のパイプに酸化物超電導体粉末を充填し、必要に応じ縮径加工して単フィラメント丸線とし、その複数本を銀または銀合金製のパイプに組み込んで複合ビレット化したものを静水圧押出しし、次いで減面加工後に圧延してテープ状に成形する。当該テープ状の線材の複数本を束ねて銀または銀合金製のビレットに組み込んで静水圧押出しし、次いで減面加工、ツイスト加工を施すことで、テープ状の超電導フィラメントを有する断面円形の酸化物超電導線材を得る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来の酸化物超電導線材とその製造方法では、以下のような問題点があった。
【００１０】
１．線材性能上の問題点
（１）図２２に示すような断面円形の超電導線材においてもＪｃ1 がＪｃ2 に達することはない。原因は定かでないが、このような構造において、断面内の超電導フィラメントの平板は径方向（線材の軸線に垂直な方向）に積層配置されているため、減面加工の際にテープ形状の超電導フィラメントが等方的でない圧縮力を受け、図２３に示すように超電導フィラメント１が折れてしまうことが要因の一つと考えられている。
【００１１】
（２）また、図２２に示すような断面構造の超電導丸線材においては、図１９により説明したように、テープ状の線材の複数本を束ねて大型の銀または銀合金パイプに組み込むことで、超電導フィラメントの分割化（マルチフィラメント化）とフィラメントのテープ形状化を行なっている。しかしながら、この従来方法では、銀または銀合金製のパイプに組み込んで複合ビレット化する度に、超電導線材に占める金属比率が大きくなる。金属比率の増加は線材断面積あたりの電流密度の低下を招くので好ましくない。
【００１２】
（３）交流損失低減や機械歪対策を目的として線材にツイスト加工を施しフィラメント経路を螺旋軌道にする場合には、先に説明したように、断面円形の線材の状態でツイスト加工を施すのが一般的である。しかしながら、図２２に示したような断面構造の線材では、ツイスト加工を施すと、超電導フィラメントにせん断歪みが加わるため、形状乱れが予想される。形状乱れがあると、交流損失低減と機械歪み対策の効果が不十分となり、さらにＪｃも低下する。交流損失低減のためには、超電導線材中の多数の電流経路、すなわちフィラメント経路が相互にインダクタンス的に等価であるという条件を満たすことが理想的である。しかしながら、従来、この条件を満たす構造と製法は、高Ｊｃを満足させる構造および製法と独立のものであって、結果的に性能面でのトレードオフの関係にあった。
【００１３】
２．製造コスト上の問題点
（１）図１９により説明したように、従来のテープ状の超電導フィラメントを有する断面円形の酸化物超電導線材の製造方法は、他の断面円形の酸化物超電導線材やテープ状の酸化物超電導線材の製造方法に比べてより多くの工程を必要とし、製造コスト上好ましくない。
【００１４】
（２）複合ビレットを縮径加工して長尺の線材を得るためには、大体積の複合ビレットを用意する必要がある。しかるに、用意される複合ビレットの寸法上限は、設備の規模で制限されることになる。例えば、ビレット寸法の上限が、外径Ｄｘ、長さＬｘであるとすると、外径ｄｓの線材の製造可能長Ｌｍａｘは、線材両端部を使用しないことによる歩留まりを８０％とすれば、
Ｌｍａｘ＝Ｌｘ×（Ｄｘ／Ｄｓ）2 ×０．８ （１）
となり、設備面でＬｘ、Ｄｘが大きく制限されると長尺の線材が得られない原因となる。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記の欠点を解消し、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。また、本発明の他の目的は、製造工程が少なく製造コストを低減できる超電導線材およびその製造方法を提供することにある。さらに、本発明の他の目的は、高臨界電流密度を確保しつつ、超電導フィラメントが相互にインダクタンス的にほぼ等価となるように工夫された超電導線材およびその製造方法を提供することにある。
【００１６】
【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、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、セグメントは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り、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る超電導線材を提供する。ここで、超電導フィラメントは酸化物超電導体からなり、横断面のアスペクト比が１．５以上であることが好ましい。
【００１７】
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た横断面が略円形の素線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方法であって、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
である超電導線材の製造方法を提供する。
【００１８】
さらに、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を長手方向に所定のピッチで螺旋状に撚り合わされた形態をなし、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超電導フィラメントを覆う金属被覆とからなり、前記超電導フィラメントはセグメントの螺旋と同一方向に所定のピッチで螺旋状に配置され、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。
【００１９】
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た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の螺旋の方向は同一とする。
【００２０】
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。
【００２１】
【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。
【００２２】
図４、図６、及び図８は、本発明に係る超電導線材の第１の実施の態様を横断面図で示したものである。
【００２３】
図４に示す例は、アスペクト比が１．５以上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。
【００２４】
図６は、他の例であって、アスペクト比が１．５以上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、かつ横断面において中心角が略１２０度であるセグメント１０ａ，１０ｂ，１０ｃの３本を、長手方向に所定のピッチで集合した集合体１１からなり、横断面が略円形の形状を有している。
【００２５】
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１２ａ，１２ｂ，１２ｃのそれぞれに含まれる酸化物超電導フィラメント１の本数を１９とし、これらセグメント１２ａ，１２ｂ，１２ｃを長手方向に所定のピッチで螺旋状に集合した集合体１３としたものである。各酸化物超電導フィラメント１内に金属芯材１４が配置されている点とフィラメントの本数が１９本である点を除き、他の基本構成は、図６の例と同様である。これらの例において、酸化物超電導フィラメント１の各々は、アスペクト比（フィラメントの横断面における長軸長／短軸長）が１．５以上であり、かつ線材長手方向において螺旋状の経路を有している。
【００２６】
このような構造を有する酸化物超電導線材によれば、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。一方、超電導線材は、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本を長手方向に所定のピッチで螺旋状に集合したので、超電導フィラメントは、必ず線材の長手方向に螺旋状に配置される。したがって、交流損失が少なく、かつ、機械歪に強い超電導線材となる。しかも、２個または３個のセグメントの集合体であるから、線材としての単重（単体積）は、従来手法の場合に比べ２倍または３倍にできるので、同じ設備で長尺の線材を製造する場合の製造限界重量を大幅に大きくできる。さらに、以下に述べるような、従来より少ない工程で製造できるので、製造コストを大幅に低減できる。
【００２７】
次に、本発明に係る第１の実施の態様の超電導線材の製造方法について説明する。
【００２８】
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。
【００２９】
図２は図１の製造工程における好ましい加工条件の一例を示すフローチャートであり、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目的としている。
【００３０】
以下、各工程について詳細に説明する。
【００３１】
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，Ｂ−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。
【００３２】
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み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（Ａｕ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。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る金属芯材を配置してもよい。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芯フィラメント複合体に成形される。
【００３３】
Ｃ．縮径加工
次いで、工程Ｃ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。以下の工程での説明の便宜上、得られた素線の外径をｄ0 、長さをＬ0 とする。
【００３４】
Ｄ．撚線加工
工程Ｃで得られた素線を２本または３本を所定のピッチＰ1 で撚り合わせる。素線の撚り合わせピッチは、素線が２本の場合、Ｐ1 ／ｄ0 ＝３〜３０、素線が３本の場合は、Ｐ1 ／ｄ0 ＝８〜４０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。発明者らの実験の結果、かかる問題の生じないＰ1 ／ｄ0 の下限は、素線が２本の場合３、３本の場合８である。
【００３５】
図３、図５および図７は撚線加工後の状態を示し、図３は２本の例を、図５および図７は３本の例をそれぞれ示しており、６，１６，２６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３）ではｄ1 ＝２ｄ0 、３本の場合（図５、７）ではｄ1 ＝２．３１ｄ0 である。
【００３６】
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。
【００３７】
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＜１．２ｄ0 、素線が３本の場合ｄ＜１．７ｄ0 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。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、本工程の縮径加工によって、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。
【００３８】
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。
【００３９】
図２に示すように、縮径加工後の外径ｄが仕様外径ｄｓに達すれば、縮径工程は終了する。ｄ＞ｄｓであるときは、さらに縮径加工を繰り返す。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。
【００４０】
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。
【００４１】
Ｐ・ｄ2 ＝一定 （２）
この（２）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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
ｄｎ＝１／Ｐ3 −１／Ｐ2 （３）
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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２１）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】
次に、本発明に係る超電導線材の第２の実施の態様を、横断面図で示した図１１、図１４、図１５、図１６および図１８により説明する。
【００４９】
図１１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２を有し、かつ横断面が略半円形であるセグメント２８ａ，２８ｂ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２９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２１は、各セグメント２８ａ，２８ｂ内において、セグメントの螺旋の方向と同一方向の螺旋状に、所定のピッチに配置されている。
【００５０】
図１４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１を覆う金属被覆２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１１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同一方向の螺旋状に、所定のピッチに配置されている。
【００５１】
図１５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同一方向の螺旋状に配置されている。
【００５２】
図１６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４３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同一方向の螺旋状に配置されている。
【００５３】
図１８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略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で螺旋状に集合した集合体５６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に選ばれ、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に選ばれている。この例においても、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２．０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同一方向の螺旋状に配置されている。
【００５４】
以上の、本発明の第２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。
【００５５】
一方、各超電導フィラメントは、セグメント内で長手方向に所定のピッチで螺旋状に配置されると共に、各セグメントも長手方向に所定のピッチで螺旋状に集合したので、超電導フィラメントは、必ず線材の長手方向に螺旋状に配置される。したがって、多数の電流経路はインダクタンス的にほぼ等価となる。
【００５６】
特に、図１８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。交流損失が少なく、かつ、機械歪に強い超電導線材となる。
【００５７】
なお、本発明の第２の実施の態様においても、先に説明した第１の実施の態様と同様に、２個または３個のセグメントの集合体であるから、線材としての単重（単体積）は、従来手法の場合に比べ２倍または３倍にできるので、同じ設備で長尺の線材を製造する場合の製造限界重量を大幅に大きくできる。さらに、以下に述べるような、従来より少ない工程で製造できるので、製造コストを大幅に低減できる。
【００５８】
次に、本発明に係る第２の実施の態様の超電導線材の製造方法について説明する。
【００５９】
図９は、その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。
【００６０】
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。
【００６１】
Ｈ．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、金属被覆を構成する材料については、第１の実施の形態における工程Ａと同様である。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、すわな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。
【００６２】
Ｉ．多芯フィラメント複合体の作製
工程Ｈ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み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芯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。
【００６３】
Ｊ．縮径加工
次いで、工程Ｉ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。
【００６４】
Ｋ．素線のツイストと撚線加工
工程Ｊ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１２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同一の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。
【００６５】
また、図１３に示すように、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、撚り合わせを行うことも可能である。
【００６６】
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。
【００６７】
図１０および図１７は撚線加工後の状態を示し、図１０は２本の例を、図１７は３本の例をそれぞれ示しており、４６，５６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１０）ではｄ1 ＝２ｄ0 、３本の場合（図１７）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、共に同一方向であるよう選択する。回転方向が互いに逆の場合、臨界電流密度特性が低下するからである。
【００６８】
Ｌ．縮径加工
工程Ｋ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。
【００６９】
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。
【００７０】
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、本工程の縮径加工によって、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。
【００７１】
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、本発明の第２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。
【００７２】
なお、空隙のないセグメント集合体とするための条件の他、繰り返しの縮径加工における加工前の撚線ピッチＰと外径ｄの比Ｐ／ｄと加工限界値Ｐ2 ／ｄとの関係、外径ｄと撚ピッチＰの関係式（２）、縮径加工後の集合体の総長は、第１の実施の態様の工程Ｅに示した条件と同様であり、詳細は省略する。
【００７３】
Ｍ．縮径加工途中のツイスト加工
第１の実施の形態における工程Ｆと同様であり、詳細は省略する。
【００７４】
Ｎ．超電導化熱処理
第１の実施の形態における工程Ｇと同様であり、詳細は省略する。
【００７６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
【００７７】
［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。
【００７８】
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（素材Ｂ）を２ロッド作製した。
【００７９】
２ロッドの丸型素線（素材Ｂ）を用いて、図３に示すように、最外径約２ｄ0 ＝３．４mmで２本束ね、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。
【００８０】
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４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＝２ＶｘB ／（πｄｓ2 ／４）＝１．６×１０6 mm＝１５８０ｍである。図４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。素材ＣのピッチＰｓは縮径加工によって伸びるので、Ｐｓ＝Ｌｓ／Ｌ0 ×Ｐ1 ＝３４mmであった。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の撚線であるので、各フィラメントはセグメントの撚りピッチＰｓと同一の螺旋軌道で線材長手方向延びている。
【００８１】
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＝１５００Ａ／mm2 、線材断面積で除した臨界電流密度ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃ＝４８０Ａ／mm2 であった。
【００８２】
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１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。
【００８３】
試料Ｃと比較材から明らかなように、本発明による試料１の丸型超電導線材と従来のテープ状超電導線材とは磁場中でのＪｃが略同等であることがわかった。
【００８４】
［実施例２］
実施例１で作製した丸型成形集合体（素材Ｃ）を用い、ツイスト加工と縮径加工を繰り返し行なうことで、外径１．６mm以下で、線材の仕様外径ｄｓの異なる８種類の細い素材を作製し、それぞれ素材Ｅ，素材Ｆ，素材Ｇ，素材Ｈ，素材Ｉ，素材Ｊ，素材Ｋ，素材Ｌとした。実施例１における素材Ｃ，および実施例１における素材Ｃにさらに所定のツイスト加工のみを施した素材Ｄ，ならびに素材Ｅ〜Ｌについて、仕様外径ｄｓ、単長Ｌ、仕様ピッチＰｓ、仕様外径と仕様ピッチの比Ｐ／ｄ（ピッチ比という）を表１に示す。また、各素材の作製工程を表２に示す。
【００８５】
【表１】
【００８６】
【表２】
【００８７】
丸型成形撚線は、ピッチ比Ｐ／ｄが２０以上大きくなると、撚りがほどけてしまう。しかも、減面加工（伸線加工）の工程を繰り返すほど、Ｐ／ｄは大きくなる。表１の例では、素材Ｃ、素材ＧのＰ／ｄが２０程度と大きいため、ツイスト加工によりピッチ比Ｐ／ｄを小さくした後に、さらなる減面加工（伸線加工）を施すことで、仕様外径ｄｓの素材を得ている（素材Ｄ、素材Ｇ）。また、各素材の単長Ｌは、仕様外径ｄｓが小さくなるほど長くなっており、略Ｌ×ｄｓ2 ＝一定、かつ、Ｐｓ×ｄｓ2 ＝一定の関係が成立している。つまり、これらの式の関係を利用しつつ、加工条件を選定してツイスト加工と縮径加工を繰り返すことで、任意の外径とピッチを有する超電導線材を作製することが可能であることがわかった。
【００８８】
各素材Ｃ〜Ｌに、超電導化熱処理を施して超電導線材を得た。各線材の一部を長さ約５０mmに切断し、それぞれ、試料Ｃ〜Ｌとした。各試料について、実施例１と同様の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。その結果を表１中に示す。ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃは、比較材のテープ材のそれ（６００Ａ／mm2 ）と略同等の値を示していることがわかる。
【００８９】
なお、前述したように、伸線加工とツイスト加工では、線材端部が超電導線材として使用できないので、各線材の有効な単長は表１に示した長さの８０％程度である。
【００９０】
［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）を３ロッド用意した。その３ロッドを用いて、図５に示すように、最外径ｄ1 が約２．３ｄ0 ＝３．９１mmで３本束ね、撚線加工を施しピッチＰ1 ＝３６mmの撚線を作製した。撚線の体積は３ＶｘB である。
【００９１】
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Ｍ）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＝３ＶｘB ／（πｄｓ2 ／４）＝１．０×１０6 mm＝１０００ｍである。図６に示すように、素材Ｍ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。また、素材Ｍ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。素材ＭのピッチＰｓは縮径加工によって伸びるので、Ｐｓ＝Ｌｓ／Ｌ0 ×Ｐ1 ＝５４．２mmであった。素材Ｍ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の撚線であるので、各フィラメントはセグメントの撚りピッチＰｓと同一の螺旋軌道で線材長手方向延びている。
【００９２】
この素材Ｍ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＝５００Ａ／mm2 であり、テープ状の線材のそれと略同等であった。
【００９３】
［実施例４］
組成としてＢｉ1.8 Ｐｂ0.34Ｓｒ1.9 Ｃａ2.2 Ｃｕ3.1 Ｏx （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。
【００９４】
この素材Ｎ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（外径７１．１mm、長さ５００mm、体積Ｖｘ＝２×１０6 mm3 ）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）を得た。素材Ｐは、酸化物ビレットＹの体積Ｖｙの歩留まり約８０％で作製されるので、体積がＶｙｐ＝０．８Ｖｙとなっている。したがって、素材Ｐの長さはＬ0 ＝Ｖｙｐ／（πｄ0 2 ／４）≒１００００００mm＝１０００ｍ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１０００ｍの素線（素材Ｐ）を３ロッド作製した。
【００９５】
３ロッドの丸型素線（素材Ｐ）を用いて、図５と同様に、最外径約２．３ｄ0 ＝３．２mmで３本束ね、撚線加工を施しピッチＰ1 ＝１２mmの撚線を作製した。撚線の体積は３Ｖｙｐである。
【００９６】
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と順じ伸線し、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。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、ピッチ１３mmであり、その断面構造は、図６と同様であった。
【００９７】
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。
【００９８】
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５０mm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＝８０Ａ／mm2 であり、比較材Ｒでｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃ＝１００Ａ／mm2 であった。テープ状の線材のＪｃが丸型線材のそれよりやや高いが、略同等と評価できる特性であった。
【００９９】
［実施例５］
組成としてＢｉ−２２１２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１４mm、長さ５００mmの銀合金パイプと、外径３mmの銀合金丸棒を用意した。銀合金丸棒を中心に配置して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、外径１２．３mmの丸線に伸線加工し、素材Ｓを得た。
【０１００】
この素材Ｓの１９本を、外径７１．１mm、内径６４mm、長さ５００mmの銀合金パイプに組み込み、銀合金被覆酸化物ビレットＺ（外径７１．１mm、長さ５００mm、体積Ｖｘ＝２×１０6 mm3 ）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は、酸化物ビレットＺの体積Ｖｚの歩留まり約８０％で作製されるので、体積がＶｚT ＝０．８Ｖｚとなっている。したがって、素材Ｔの長さはＬ0 ＝ＶｚT ／（πｄ0 2 ／４）≒７０００００mm＝７００ｍである。また、素材Ｔの被覆材である銀合金の占有率は７１％であった。長さ約７００ｍの素線（素材Ｔ）を３ロッド作製した。
【０１０１】
３ロッドの丸型素線（素材Ｔ）を用いて、図７に示すように、最外径ｄ1 が約２．３ｄ0 ＝３．９mmで３本束ね、撚線加工を施しピッチＰ1 ＝１２mmの撚線を作製した。撚線の体積は３ＶｚT である。
【０１０２】
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８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。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
線材単長ＬｓはＬｓ＝３ＶｚT ／（πｄｓ2 ／４）＝１．０×１０6 mm＝１０００ｍである。図８に示すように、素材Ｕの超電導フィラメントの横断面は、中心に配置された銀合金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、素材Ｕの銀合金占有率は、素線（素材Ｔ）より若干大きくなり、７３％であった。素材ＵのピッチＰｓは縮径加工によって伸びるので、Ｐｓ＝Ｌｓ／Ｌ0 ×Ｐ1 ＝５４．２mmであった。素材Ｕ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の撚線であるので、各フィラメントはセグメントの撚りピッチＰｓと同一の螺旋軌道で線材長手方向延びている。
【０１０３】
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長さ約５０mmに切断し、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＝１１００Ａ／mm2 であった。
【０１０４】
比較のため、素材Ｔ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Ｕと同様の条件で、臨界電流密度Ｊｃを１μＶ／cmの定義で測定した。その結果、線材断面積で除した臨界電流密度ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃ＝１０００Ａ／mm2 であった。
【０１０５】
この実施例では、各フィラメントの中心には銀合金が配置されているため、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超電導特性の向上に寄与したことから、比較材のテープ状線材よりＪｃが向上したと推定される。
【０１０６】
次に、本発明の第２の実施の形態に従い得られる超電導線材の例を、以下説明する。
【０１０７】
［実施例６］
組成としてＢｉ−２２１２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ＡＡを得た。
【０１０８】
この素材ＡＡ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ＸＸ（外径７１．１mm、長さ５００mm、体積Ｖｘ＝２×１０6 mm3 ）を得た。ビレットＸＸ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ＢＢ）を得た。素材ＢＢ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ＶｘBB＝０．８Ｖｘとなっている。したがって、素材Ｂの長さはＬ0 ＝ＶｘBB／（πｄ0 2 ／４）≒７０００００mm＝７００ｍである。また、素材ＢＢ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ＢＢ）。この素線にＳ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。
【０１０９】
２ロッドのツイスト素線を用いて、図１０に示すように、最外径約２ｄ0 ＝３．４mmで２本束ね、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２ＶｘBBである。
【０１１０】
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１１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ＣＣ）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４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ＣＣの銀合金占有率は、素線（素材ＢＢ）より若干大きくなり、６８％であった。
【０１１１】
素材ＣＣ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螺旋状に配置されている、２次螺旋配置構造である。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
素材ＣＣ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ＣＣ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ＣＣとした。試料ＣＣ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。
【０１１５】
一方、比較のため、素材ＢＢ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ＣＣ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。
【０１１６】
試料ＣＣと比較材から明らかなように、本発明による試料ＣＣ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あることがわかった。
【０１１７】
［実施例７］
実施例６で作製した丸型素線（素材ＢＢ、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、その３本を束ねて図１２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３ＶｘBBである。
【０１１８】
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１４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ＥＥ）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１４に示すように、素材ＥＥ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。
【０１１９】
素材ＥＥは、実施例６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螺旋状に配置されている、２次螺旋配置構造である。
【０１２０】
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６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。
【０１２１】
この素材ＥＥ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ＥＥを実施例６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。
【０１２２】
［実施例８］
実施例６で作製した丸型素線（素材ＢＢ、単長Ｌ0 ＝７０５ｍ、外径１．７mm）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。
【０１２３】
このような素線を３本を束ねて、図１３に示すように、ピッチＰ1 ＝３６mmでＳ方向に撚り合わせた。図１３の態様においては、素線のツイスト加工と３本の撚線加工を同時に行うので、あらかじめ素線をツイスト加工する必要がなくなる。撚線の最外径ｄ1 は約２．３ｄ0 ＝３．３９mmであり、体積は３ＶｘBBである。
【０１２４】
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１５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ＦＦ）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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
この素材ＦＦ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ＦＦとした。試料ＦＦを実施例６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ＥＥと同等であることも確認した。
【０１２７】
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７で作製した試料ＥＥ、従来のテープ状の線材、および試料ＦＦ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ＥＥが１μＶ、試料ＦＦが０．３μＶであった。試料ＥＥ、試料ＦＦ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ＦＦ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。
【０１２８】
［実施例９］
組成としてＢｉ−２２２３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ＮＮを得た。
【０１２９】
この素材ＮＮ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ＹＹを得た。ビレットＹＹ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ＰＰ）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、Ｓ方向の撚線加工を施しピッチＰ1 ＝１２mmの撚線を作製した。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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ＱＱ）とした。この素材ＱＱ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。
【０１３２】
次いで、素材ＱＱ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。
【０１３３】
一方、比較材として、素線（素材ＰＰ）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ＲＲ）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ＱＱ，素材ＲＲ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ＱＱ、比較材ＲＲ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ＱＱ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。
【０１３４】
［実施例１０］
組成としてＢｉ−２２１２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１４mm、長さ５００mmの純銀パイプと、外径３mmの純銀丸棒を用意した。純銀丸棒を中心に配置して銀合金パイプに前駆体粉末を充填した。この粉末と純銀および銀合金の複合体を、外径１２．３mmの丸線に伸線加工し、素材ＳＳを得た。
【０１３５】
この素材ＳＳ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ＺＺを得た。ビレットＺＺ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ＴＴ）を得た。素材ＴＴを３本用意し、それにピッチＰ0 ＝３mmのＺ方向のツイスト加工を施した。
【０１３６】
ツイスト加工された３本のロッドを用いて、図１７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。
【０１３７】
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１８に示すように、３個の中心角が略１２
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ＵＵ）となった。図１８に示すように、素材ＵＵ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同一でかつセグメント内で螺旋状に延びる２次螺旋状であり、長手方向に見てインダクタンス的に等価な配置となっている。
【０１３８】
この素材ＵＵ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ＵＵとした。試料Ｕを実施例６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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、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、かつ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本を長手方向に所定のピッチで螺旋状に集合した集合体からなり、セグメントは、超電導フィラメントの少なくとも１本と、当該超電導フィラメントを覆う金属被覆からなる超電導線材であるので、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。しかも、本発明の製造方法によれば、製造工程が少なく製造コストを低減できる。
【０１４３】
また、超電導フィラメントをセグメント内でセグメントの撚り合わせ方向と同一方向に螺旋状に配置したときには、フィラメント経路は２次螺旋配置となり、各フィラメントについて、均一な緻密化が達成されるとともに、線材長手方向でインダクタンス的に等価にでき、交流通電損失を大幅に低減することができる。
【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】図１の製造工程における好ましい加工条件の一例を示すフローチャートである。
【図３】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４】図３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５】本発明に係る別の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６】図５の撚線より得られる別の超電導線材の例を示す横断面図である。
【図７】本発明に係るさらに別の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８】図７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９】本発明に係る別の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１０】本発明に係る別の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１１】図１０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１２】撚線方法の一例を示す説明図である。
【図１３】撚線方法の他の例を示す説明図である。
【図１４】本発明に係る別の超電導線材の他の例を示す横断面図である。
【図１５】本発明に係る別の超電導線材のさらに他の例を示す横断面図である。
【図１６】本発明に係る別の超電導線材のさらに他の例を示す横断面図である。
【図１７】本発明に係る別の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１８】図１７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１９】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２０】従来の超電導線材の例を示す横断面図である。
【図２１】従来の超電導線材の別の例を示す横断面図である。
【図２２】従来の超電導線材のさらに別の例を示す横断面図である。
【図２３】従来の超電導線材のさらに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
２，２２，４２，５２ 金属被覆
６，１６，２６，４６，５６ 撚線
８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ セグメント
９，１１，１３，２９，３１，３３，３５，３７ 集合体
１４，５３ 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体からなり、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２０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２２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】
ここで、従来の超電導線材の製造方法を、酸化物超電導線材を例にツイスト加工工程を含む場合で整理すると、図１９に示す通りとなる。すなわち、
（１）銀または銀合金パイプに酸化物超電導体粉末を充填し、必要に応じ縮径加工して単フィラメント丸線とし、その複数本を銀または銀合金製のパイプに組み込んで複合ビレット化したものを静水圧押出しし、次いで減面加工、ツイスト加工を施すことで、断面円形の酸化物超電導線材を得る。
【０００７】
（２）（１）と同様の工程で得たツイスト加工済みの丸線に、さらに圧延加工を施すことで、テープ状の酸化物超電導線材を得る。
【０００８】
（３）銀または銀合金製のパイプに酸化物超電導体粉末を充填し、必要に応じ縮径加工して単フィラメント丸線とし、その複数本を銀または銀合金製のパイプに組み込んで複合ビレット化したものを静水圧押出しし、次いで減面加工後に圧延してテープ状に成形する。当該テープ状の線材の複数本を束ねて銀または銀合金製のビレットに組み込んで静水圧押出しし、次いで減面加工、ツイスト加工を施すことで、テープ状の超電導フィラメントを有する断面円形の酸化物超電導線材を得る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来の酸化物超電導線材とその製造方法では、以下のような問題点があった。
【００１０】
１．線材性能上の問題点
（１）図２２に示すような断面円形の超電導線材においてもＪｃ1 がＪｃ2 に達することはない。原因は定かでないが、このような構造において、断面内の超電導フィラメントの平板は径方向（線材の軸線に垂直な方向）に積層配置されているため、減面加工の際にテープ形状の超電導フィラメントが等方的でない圧縮力を受け、図２３に示すように超電導フィラメント１が折れてしまうことが要因の一つと考えられている。
【００１１】
（２）また、図２２に示すような断面構造の超電導丸線材においては、図１９により説明したように、テープ状の線材の複数本を束ねて大型の銀または銀合金パイプに組み込むことで、超電導フィラメントの分割化（マルチフィラメント化）とフィラメントのテープ形状化を行なっている。しかしながら、この従来方法では、銀または銀合金製のパイプに組み込んで複合ビレット化する度に、超電導線材に占める金属比率が大きくなる。金属比率の増加は線材断面積あたりの電流密度の低下を招くので好ましくない。
【００１２】
（３）交流損失低減や機械歪対策を目的として線材にツイスト加工を施しフィラメント経路を螺旋軌道にする場合には、先に説明したように、断面円形の線材の状態でツイスト加工を施すのが一般的である。しかしながら、図２２に示したような断面構造の線材では、ツイスト加工を施すと、超電導フィラメントにせん断歪みが加わるため、形状乱れが予想される。形状乱れがあると、交流損失低減と機械歪み対策の効果が不十分となり、さらにＪｃも低下する。交流損失低減のためには、超電導線材中の多数の電流経路、すなわちフィラメント経路が相互にインダクタンス的に等価であるという条件を満たすことが理想的である。しかしながら、従来、この条件を満たす構造と製法は、高Ｊｃを満足させる構造および製法と独立のものであって、結果的に性能面でのトレードオフの関係にあった。
【００１３】
２．製造コスト上の問題点
（１）図１９により説明したように、従来のテープ状の超電導フィラメントを有する断面円形の酸化物超電導線材の製造方法は、他の断面円形の酸化物超電導線材やテープ状の酸化物超電導線材の製造方法に比べてより多くの工程を必要とし、製造コスト上好ましくない。
【００１４】
（２）複合ビレットを縮径加工して長尺の線材を得るためには、大体積の複合ビレットを用意する必要がある。しかるに、用意される複合ビレットの寸法上限は、設備の規模で制限されることになる。例えば、ビレット寸法の上限が、外径Ｄｘ、長さＬｘであるとすると、外径ｄｓの線材の製造可能長Ｌｍａｘは、線材両端部を使用しないことによる歩留まりを８０％とすれば、
Ｌｍａｘ＝Ｌｘ×（Ｄｘ／Ｄｓ）2 ×０．８ （１）
となり、設備面でＬｘ、Ｄｘが大きく制限されると長尺の線材が得られない原因となる。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記の欠点を解消し、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。また、本発明の他の目的は、製造工程が少なく製造コストを低減できる超電導線材およびその製造方法を提供することにある。さらに、本発明の他の目的は、高臨界電流密度を確保しつつ、超電導フィラメントが相互にインダクタンス的にほぼ等価となるように工夫された超電導線材およびその製造方法を提供することにある。
【００１６】
【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、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、セグメントは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り、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る超電導線材を提供する。ここで、超電導フィラメントは酸化物超電導体からなり、横断面のアスペクト比が１．５以上であることが好ましい。
【００１７】
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た横断面が略円形の素線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方法であって、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
である超電導線材の製造方法を提供する。
【００１８】
さらに、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を長手方向に所定のピッチで螺旋状に撚り合わされた形態をなし、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超電導フィラメントを覆う金属被覆とからなり、前記超電導フィラメントはセグメントの螺旋と同一方向に所定のピッチで螺旋状に配置され、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。
【００１９】
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た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の螺旋の方向は同一とする。
【００２０】
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。
【００２１】
【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。
【００２２】
図４、図６、及び図８は、本発明に係る超電導線材の第１の実施の態様を横断面図で示したものである。
【００２３】
図４に示す例は、アスペクト比が１．５以上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。
【００２４】
図６は、他の例であって、アスペクト比が１．５以上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、かつ横断面において中心角が略１２０度であるセグメント１０ａ，１０ｂ，１０ｃの３本を、長手方向に所定のピッチで集合した集合体１１からなり、横断面が略円形の形状を有している。
【００２５】
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１２ａ，１２ｂ，１２ｃのそれぞれに含まれる酸化物超電導フィラメント１の本数を１９とし、これらセグメント１２ａ，１２ｂ，１２ｃを長手方向に所定のピッチで螺旋状に集合した集合体１３としたものである。各酸化物超電導フィラメント１内に金属芯材１４が配置されている点とフィラメントの本数が１９本である点を除き、他の基本構成は、図６の例と同様である。これらの例において、酸化物超電導フィラメント１の各々は、アスペクト比（フィラメントの横断面における長軸長／短軸長）が１．５以上であり、かつ線材長手方向において螺旋状の経路を有している。
【００２６】
このような構造を有する酸化物超電導線材によれば、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。一方、超電導線材は、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本を長手方向に所定のピッチで螺旋状に集合したので、超電導フィラメントは、必ず線材の長手方向に螺旋状に配置される。したがって、交流損失が少なく、かつ、機械歪に強い超電導線材となる。しかも、２個または３個のセグメントの集合体であるから、線材としての単重（単体積）は、従来手法の場合に比べ２倍または３倍にできるので、同じ設備で長尺の線材を製造する場合の製造限界重量を大幅に大きくできる。さらに、以下に述べるような、従来より少ない工程で製造できるので、製造コストを大幅に低減できる。
【００２７】
次に、本発明に係る第１の実施の態様の超電導線材の製造方法について説明する。
【００２８】
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。
【００２９】
図２は図１の製造工程における好ましい加工条件の一例を示すフローチャートであり、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目的としている。
【００３０】
以下、各工程について詳細に説明する。
【００３１】
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，Ｂ−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。
【００３２】
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み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（Ａｕ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。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る金属芯材を配置してもよい。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芯フィラメント複合体に成形される。
【００３３】
Ｃ．縮径加工
次いで、工程Ｃ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。以下の工程での説明の便宜上、得られた素線の外径をｄ0 、長さをＬ0 とする。
【００３４】
Ｄ．撚線加工
工程Ｃで得られた素線を２本または３本を所定のピッチＰ1 で撚り合わせる。素線の撚り合わせピッチは、素線が２本の場合、Ｐ1 ／ｄ0 ＝３〜３０、素線が３本の場合は、Ｐ1 ／ｄ0 ＝８〜４０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。発明者らの実験の結果、かかる問題の生じないＰ1 ／ｄ0 の下限は、素線が２本の場合３、３本の場合８である。
【００３５】
図３、図５および図７は撚線加工後の状態を示し、図３は２本の例を、図５および図７は３本の例をそれぞれ示しており、６，１６，２６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３）ではｄ1 ＝２ｄ0 、３本の場合（図５、７）ではｄ1 ＝２．３１ｄ0 である。
【００３６】
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。
【００３７】
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＜１．２ｄ0 、素線が３本の場合ｄ＜１．７ｄ0 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。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、本工程の縮径加工によって、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。
【００３８】
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。
【００３９】
図２に示すように、縮径加工後の外径ｄが仕様外径ｄｓに達すれば、縮径工程は終了する。ｄ＞ｄｓであるときは、さらに縮径加工を繰り返す。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。
【００４０】
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。
【００４１】
Ｐ・ｄ2 ＝一定 （２）
この（２）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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
ｄｎ＝１／Ｐ3 −１／Ｐ2 （３）
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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２１）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】
次に、本発明に係る超電導線材の第２の実施の態様を、横断面図で示した図１１、図１４、図１５、図１６および図１８により説明する。
【００４９】
図１１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２を有し、かつ横断面が略半円形であるセグメント２８ａ，２８ｂ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２９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２１は、各セグメント２８ａ，２８ｂ内において、セグメントの螺旋の方向と同一方向の螺旋状に、所定のピッチに配置されている。
【００５０】
図１４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１を覆う金属被覆２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１１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同一方向の螺旋状に、所定のピッチに配置されている。
【００５１】
図１５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同一方向の螺旋状に配置されている。
【００５２】
図１６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４３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同一方向の螺旋状に配置されている。
【００５３】
図１８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略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で螺旋状に集合した集合体５６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に選ばれ、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に選ばれている。この例においても、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２．０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同一方向の螺旋状に配置されている。
【００５４】
以上の、本発明の第２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。
【００５５】
一方、各超電導フィラメントは、セグメント内で長手方向に所定のピッチで螺旋状に配置されると共に、各セグメントも長手方向に所定のピッチで螺旋状に集合したので、超電導フィラメントは、必ず線材の長手方向に螺旋状に配置される。したがって、多数の電流経路はインダクタンス的にほぼ等価となる。
【００５６】
特に、図１８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。交流損失が少なく、かつ、機械歪に強い超電導線材となる。
【００５７】
なお、本発明の第２の実施の態様においても、先に説明した第１の実施の態様と同様に、２個または３個のセグメントの集合体であるから、線材としての単重（単体積）は、従来手法の場合に比べ２倍または３倍にできるので、同じ設備で長尺の線材を製造する場合の製造限界重量を大幅に大きくできる。さらに、以下に述べるような、従来より少ない工程で製造できるので、製造コストを大幅に低減できる。
【００５８】
次に、本発明に係る第２の実施の態様の超電導線材の製造方法について説明する。
【００５９】
図９は、その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。
【００６０】
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。
【００６１】
Ｈ．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、金属被覆を構成する材料については、第１の実施の形態における工程Ａと同様である。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、すわな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。
【００６２】
Ｉ．多芯フィラメント複合体の作製
工程Ｈ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み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芯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。
【００６３】
Ｊ．縮径加工
次いで、工程Ｉ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。
【００６４】
Ｋ．素線のツイストと撚線加工
工程Ｊ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１２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同一の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。
【００６５】
また、図１３に示すように、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、撚り合わせを行うことも可能である。
【００６６】
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。
【００６７】
図１０および図１７は撚線加工後の状態を示し、図１０は２本の例を、図１７は３本の例をそれぞれ示しており、４６，５６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１０）ではｄ1 ＝２ｄ0 、３本の場合（図１７）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、共に同一方向であるよう選択する。回転方向が互いに逆の場合、臨界電流密度特性が低下するからである。
【００６８】
Ｌ．縮径加工
工程Ｋ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。
【００６９】
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。
【００７０】
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、本工程の縮径加工によって、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。
【００７１】
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、本発明の第２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。
【００７２】
なお、空隙のないセグメント集合体とするための条件の他、繰り返しの縮径加工における加工前の撚線ピッチＰと外径ｄの比Ｐ／ｄと加工限界値Ｐ2 ／ｄとの関係、外径ｄと撚ピッチＰの関係式（２）、縮径加工後の集合体の総長は、第１の実施の態様の工程Ｅに示した条件と同様であり、詳細は省略する。
【００７３】
Ｍ．縮径加工途中のツイスト加工
第１の実施の形態における工程Ｆと同様であり、詳細は省略する。
【００７４】
Ｎ．超電導化熱処理
第１の実施の形態における工程Ｇと同様であり、詳細は省略する。
【００７６】
【実施例】
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
【００７７】
［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。
【００７８】
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（素材Ｂ）を２ロッド作製した。
【００７９】
２ロッドの丸型素線（素材Ｂ）を用いて、図３に示すように、最外径約２ｄ0 ＝３．４mmで２本束ね、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。
【００８０】
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４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＝２ＶｘB ／（πｄｓ2 ／４）＝１．６×１０6 mm＝１５８０ｍである。図４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。素材ＣのピッチＰｓは縮径加工によって伸びるので、Ｐｓ＝Ｌｓ／Ｌ0 ×Ｐ1 ＝３４mmであった。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の撚線であるので、各フィラメントはセグメントの撚りピッチＰｓと同一の螺旋軌道で線材長手方向延びている。
【００８１】
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＝１５００Ａ／mm2 、線材断面積で除した臨界電流密度ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃ＝４８０Ａ／mm2 であった。
【００８２】
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１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。
【００８３】
試料Ｃと比較材から明らかなように、本発明による試料１の丸型超電導線材と従来のテープ状超電導線材とは磁場中でのＪｃが略同等であることがわかった。
【００８４】
［実施例２］
実施例１で作製した丸型成形集合体（素材Ｃ）を用い、ツイスト加工と縮径加工を繰り返し行なうことで、外径１．６mm以下で、線材の仕様外径ｄｓの異なる８種類の細い素材を作製し、それぞれ素材Ｅ，素材Ｆ，素材Ｇ，素材Ｈ，素材Ｉ，素材Ｊ，素材Ｋ，素材Ｌとした。実施例１における素材Ｃ，および実施例１における素材Ｃにさらに所定のツイスト加工のみを施した素材Ｄ，ならびに素材Ｅ〜Ｌについて、仕様外径ｄｓ、単長Ｌ、仕様ピッチＰｓ、仕様外径と仕様ピッチの比Ｐ／ｄ（ピッチ比という）を表１に示す。また、各素材の作製工程を表２に示す。
【００８５】
【表１】
【表２】
丸型成形撚線は、ピッチ比Ｐ／ｄが２０以上大きくなると、撚りがほどけてしまう。しかも、減面加工（伸線加工）の工程を繰り返すほど、Ｐ／ｄは大きくなる。表１の例では、素材Ｃ、素材ＧのＰ／ｄが２０程度と大きいため、ツイスト加工によりピッチ比Ｐ／ｄを小さくした後に、さらなる減面加工（伸線加工）を施すことで、仕様外径ｄｓの素材を得ている（素材Ｄ、素材Ｇ）。また、各素材の単長Ｌは、仕様外径ｄｓが小さくなるほど長くなっており、略Ｌ×ｄｓ2 ＝一定、かつ、Ｐｓ×ｄｓ2 ＝一定の関係が成立している。つまり、これらの式の関係を利用しつつ、加工条件を選定してツイスト加工と縮径加工を繰り返すことで、任意の外径とピッチを有する超電導線材を作製することが可能であることがわかった。
【００８８】
各素材Ｃ〜Ｌに、超電導化熱処理を施して超電導線材を得た。各線材の一部を長さ約５０mmに切断し、それぞれ、試料Ｃ〜Ｌとした。各試料について、実施例１と同様の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。その結果を表１中に示す。ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃは、比較材のテープ材のそれ（６００Ａ／mm2 ）と略同等の値を示していることがわかる。
【００８９】
なお、前述したように、伸線加工とツイスト加工では、線材端部が超電導線材として使用できないので、各線材の有効な単長は表１に示した長さの８０％程度である。
【００９０】
［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）を３ロッド用意した。その３ロッドを用いて、図５に示すように、最外径ｄ1 が約２．３ｄ0 ＝３．９１mmで３本束ね、撚線加工を施しピッチＰ1 ＝３６mmの撚線を作製した。撚線の体積は３ＶｘB である。
【００９１】
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Ｍ）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＝３ＶｘB ／（πｄｓ2 ／４）＝１．０×１０6 mm＝１０００ｍである。図６に示すように、素材Ｍ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。また、素材Ｍ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。素材ＭのピッチＰｓは縮径加工によって伸びるので、Ｐｓ＝Ｌｓ／Ｌ0 ×Ｐ1 ＝５４．２mmであった。素材Ｍ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の撚線であるので、各フィラメントはセグメントの撚りピッチＰｓと同一の螺旋軌道で線材長手方向延びている。
【００９２】
この素材Ｍ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＝５００Ａ／mm2 であり、テープ状の線材のそれと略同等であった。
【００９３】
［実施例４］
組成としてＢｉ1.8 Ｐｂ0.34Ｓｒ1.9 Ｃａ2.2 Ｃｕ3.1 Ｏx （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。
【００９４】
この素材Ｎ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（外径７１．１mm、長さ５００mm、体積Ｖｘ＝２×１０6 mm3 ）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）を得た。素材Ｐは、酸化物ビレットＹの体積Ｖｙの歩留まり約８０％で作製されるので、体積がＶｙｐ＝０．８Ｖｙとなっている。したがって、素材Ｐの長さはＬ0 ＝Ｖｙｐ／（πｄ0 2 ／４）≒１００００００mm＝１０００ｍ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１０００ｍの素線（素材Ｐ）を３ロッド作製した。
【００９５】
３ロッドの丸型素線（素材Ｐ）を用いて、図５と同様に、最外径約２．３ｄ0 ＝３．２mmで３本束ね、撚線加工を施しピッチＰ1 ＝１２mmの撚線を作製した。撚線の体積は３Ｖｙｐである。
【００９６】
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と順じ伸線し、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。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、ピッチ１３mmであり、その断面構造は、図６と同様であった。
【００９７】
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。
【００９８】
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５０mm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＝８０Ａ／mm2 であり、比較材Ｒでｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃ＝１００Ａ／mm2 であった。テープ状の線材のＪｃが丸型線材のそれよりやや高いが、略同等と評価できる特性であった。
【００９９】
［実施例５］
組成としてＢｉ−２２１２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１４mm、長さ５００mmの銀合金パイプと、外径３mmの銀合金丸棒を用意した。銀合金丸棒を中心に配置して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、外径１２．３mmの丸線に伸線加工し、素材Ｓを得た。
【０１００】
この素材Ｓの１９本を、外径７１．１mm、内径６４mm、長さ５００mmの銀合金パイプに組み込み、銀合金被覆酸化物ビレットＺ（外径７１．１mm、長さ５００mm、体積Ｖｘ＝２×１０6 mm3 ）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は、酸化物ビレットＺの体積Ｖｚの歩留まり約８０％で作製されるので、体積がＶｚT ＝０．８Ｖｚとなっている。したがって、素材Ｔの長さはＬ0 ＝ＶｚT ／（πｄ0 2 ／４）≒７０００００mm＝７００ｍである。また、素材Ｔの被覆材である銀合金の占有率は７１％であった。長さ約７００ｍの素線（素材Ｔ）を３ロッド作製した。
【０１０１】
３ロッドの丸型素線（素材Ｔ）を用いて、図７に示すように、最外径ｄ1 が約２．３ｄ0 ＝３．９mmで３本束ね、撚線加工を施しピッチＰ1 ＝１２mmの撚線を作製した。撚線の体積は３ＶｚT である。
【０１０２】
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８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。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
線材単長ＬｓはＬｓ＝３ＶｚT ／（πｄｓ2 ／４）＝１．０×１０6 mm＝１０００ｍである。図８に示すように、素材Ｕの超電導フィラメントの横断面は、中心に配置された銀合金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、素材Ｕの銀合金占有率は、素線（素材Ｔ）より若干大きくなり、７３％であった。素材ＵのピッチＰｓは縮径加工によって伸びるので、Ｐｓ＝Ｌｓ／Ｌ0 ×Ｐ1 ＝５４．２mmであった。素材Ｕ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の撚線であるので、各フィラメントはセグメントの撚りピッチＰｓと同一の螺旋軌道で線材長手方向延びている。
【０１０３】
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長さ約５０mmに切断し、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＝１１００Ａ／mm2 であった。
【０１０４】
比較のため、素材Ｔ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Ｕと同様の条件で、臨界電流密度Ｊｃを１μＶ／cmの定義で測定した。その結果、線材断面積で除した臨界電流密度ｏｖｅｒａｌｌ−Ｊｃ＝１０００Ａ／mm2 であった。
【０１０５】
この実施例では、各フィラメントの中心には銀合金が配置されているため、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超電導特性の向上に寄与したことから、比較材のテープ状線材よりＪｃが向上したと推定される。
【０１０６】
次に、本発明の第２の実施の形態に従い得られる超電導線材の例を、以下説明する。
【０１０７】
［実施例６］
組成としてＢｉ−２２１２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ＡＡを得た。
【０１０８】
この素材ＡＡ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ＸＸ（外径７１．１mm、長さ５００mm、体積Ｖｘ＝２×１０6 mm3 ）を得た。ビレットＸＸ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ＢＢ）を得た。素材ＢＢ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ＶｘBB＝０．８Ｖｘとなっている。したがって、素材Ｂの長さはＬ0 ＝ＶｘBB／（πｄ0 2 ／４）≒７０００００mm＝７００ｍである。また、素材ＢＢ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ＢＢ）。この素線にＳ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。
【０１０９】
２ロッドのツイスト素線を用いて、図１０に示すように、最外径約２ｄ0 ＝３．４mmで２本束ね、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２ＶｘBBである。
【０１１０】
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１１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ＣＣ）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４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ＣＣの銀合金占有率は、素線（素材ＢＢ）より若干大きくなり、６８％であった。
【０１１１】
素材ＣＣ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螺旋状に配置されている、２次螺旋配置構造である。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
素材ＣＣ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ＣＣ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ＣＣとした。試料ＣＣ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。
【０１１５】
一方、比較のため、素材ＢＢ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ＣＣ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。
【０１１６】
試料ＣＣと比較材から明らかなように、本発明による試料ＣＣ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あることがわかった。
【０１１７】
［実施例７］
実施例６で作製した丸型素線（素材ＢＢ、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、その３本を束ねて図１２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３ＶｘBBである。
【０１１８】
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１４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ＥＥ）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１４に示すように、素材ＥＥ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。
【０１１９】
素材ＥＥは、実施例６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螺旋状に配置されている、２次螺旋配置構造である。
【０１２０】
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６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。
【０１２１】
この素材ＥＥ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ＥＥを実施例６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。
【０１２２】
［実施例８］
実施例６で作製した丸型素線（素材ＢＢ、単長Ｌ0 ＝７０５ｍ、外径１．７mm）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。
【０１２３】
このような素線を３本を束ねて、図１３に示すように、ピッチＰ1 ＝３６mmでＳ方向に撚り合わせた。図１３の態様においては、素線のツイスト加工と３本の撚線加工を同時に行うので、あらかじめ素線をツイスト加工する必要がなくなる。撚線の最外径ｄ1 は約２．３ｄ0 ＝３．３９mmであり、体積は３ＶｘBBである。
【０１２４】
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１５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ＦＦ）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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
この素材ＦＦ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ＦＦとした。試料ＦＦを実施例６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ＥＥと同等であることも確認した。
【０１２７】
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７で作製した試料ＥＥ、従来のテープ状の線材、および試料ＦＦ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ＥＥが１μＶ、試料ＦＦが０．３μＶであった。試料ＥＥ、試料ＦＦ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ＦＦ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。
【０１２８】
［実施例９］
組成としてＢｉ−２２２３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ＮＮを得た。
【０１２９】
この素材ＮＮ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ＹＹを得た。ビレットＹＹ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ＰＰ）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、Ｓ方向の撚線加工を施しピッチＰ1 ＝１２mmの撚線を作製した。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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ＱＱ）とした。この素材ＱＱ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。
【０１３２】
次いで、素材ＱＱ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。
【０１３３】
一方、比較材として、素線（素材ＰＰ）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ＲＲ）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ＱＱ，素材ＲＲ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ＱＱ、比較材ＲＲ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ＱＱ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。
【０１３４】
［実施例１０］
組成としてＢｉ−２２１２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１４mm、長さ５００mmの純銀パイプと、外径３mmの純銀丸棒を用意した。純銀丸棒を中心に配置して銀合金パイプに前駆体粉末を充填した。この粉末と純銀および銀合金の複合体を、外径１２．３mmの丸線に伸線加工し、素材ＳＳを得た。
【０１３５】
この素材ＳＳ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ＺＺを得た。ビレットＺＺ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ＴＴ）を得た。素材ＴＴを３本用意し、それにピッチＰ0 ＝３mmのＺ方向のツイスト加工を施した。
【０１３６】
ツイスト加工された３本のロッドを用いて、図１７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。
【０１３７】
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１８に示すように、３個の中心角が略１２
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ＵＵ）となった。図１８に示すように、素材ＵＵ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同一でかつセグメント内で螺旋状に延びる２次螺旋状であり、長手方向に見てインダクタンス的に等価な配置となっている。
【０１３８】
この素材ＵＵ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ＵＵとした。試料Ｕを実施例６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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、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、かつ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本を長手方向に所定のピッチで螺旋状に集合した集合体からなり、セグメントは、超電導フィラメントの少なくとも１本と、当該超電導フィラメントを覆う金属被覆からなる超電導線材であるので、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。しかも、本発明の製造方法によれば、製造工程が少なく製造コストを低減できる。
【０１４３】
また、超電導フィラメントをセグメント内でセグメントの撚り合わせ方向と同一方向に螺旋状に配置したときには、フィラメント経路は２次螺旋配置となり、各フィラメントについて、均一な緻密化が達成されるとともに、線材長手方向でインダクタンス的に等価にでき、交流通電損失を大幅に低減することができる。
【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】図１の製造工程における好ましい加工条件の一例を示すフローチャートである。
【図３】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４】図３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５】本発明に係る別の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６】図５の撚線より得られる別の超電導線材の例を示す横断面図である。
【図７】本発明に係るさらに別の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８】図７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９】本発明に係る別の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１０】本発明に係る別の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１１】図１０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１２】撚線方法の一例を示す説明図である。
【図１３】撚線方法の他の例を示す説明図である。
【図１４】本発明に係る別の超電導線材の他の例を示す横断面図である。
【図１５】本発明に係る別の超電導線材のさらに他の例を示す横断面図である。
【図１６】本発明に係る別の超電導線材のさらに他の例を示す横断面図である。
【図１７】本発明に係る別の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１８】図１７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１９】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２０】従来の超電導線材の例を示す横断面図である。
【図２１】従来の超電導線材の別の例を示す横断面図である。
【図２２】従来の超電導線材のさらに別の例を示す横断面図である。
【図２３】従来の超電導線材のさらに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
２，２２，４２，５２ 金属被覆
６，１６，２６，４６，５６ 撚線
８ａ，８ｂ，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３６ａ，３６ｂ，３６ｃ セグメント
９，１１，１３，２９，３１，３３，３５，３７ 集合体
１４，５３ 金属芯材
４４ バリアー層
Claims (16)
- 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り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。
- 前記超電導フィラメントのアスペクト比が２０以下である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た横断面が略円形の素線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＝３〜３０、ｄＳ＜１．２ｄ０、
ｎ＝３の場合、Ｐ１／ｄ０＝８〜４０、ｄＳ＜１．７ｄ０
である。 - 前記縮径加工が複数回の縮径加工の繰り返しからなり、当該繰り返しの途中で、撚線に撚りが締まる方向にツイスト加工を施すことを特徴とする請求項３に記載の超電導線材の製造方法。
- 前記縮径加工が、口径の異なる複数のダイスによる引き抜き加工であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の超電導線材の製造方法。
- 前記ツイスト加工が、ツイスト加工後の撚線ピッチをＰ3 、前記素線外径をｄ0 とすると、
ｎ＝２の場合、Ｐ3 ／ｄ0 ＞３、
ｎ＝３の場合、Ｐ3 ／ｄ0 ＞５
であることを特徴とする請求項４に記載の超電導線材の製造方法。 - 前記線材における超電導フィラメントのアスペクト比が２０以下であることを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか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特徴とする請求項３に記載の超電導線材の製造方法。
- 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本を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り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当該セグメント内でセグメントの螺旋と同一方向に所定のピッチで螺旋状に配置され、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。
- 前記セグメントが、各々の間に電気的絶縁層が設けられて密着配置されていることを特徴とする請求項９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９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た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の螺旋の方向は同一とする。 - 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た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の螺旋の方向は同一とする。 - 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た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の螺旋の方向は同一とする。 - 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１４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特徴とする請求項１２、１３または１４のいずれかに記載の超電導線材の製造方法。
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