JPH08190818A

JPH08190818A - 金属被覆多芯超電導線材及びその製造方法

Info

Publication number: JPH08190818A
Application number: JP7002062A
Authority: JP
Inventors: Keiji Fukushima; 敬二福島; Michiya Okada; 道哉岡田; Naomi Inoue; 直美井上; Kazuhide Tanaka; 和英田中
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-01-10
Filing date: 1995-01-10
Publication date: 1996-07-23

Abstract

(57)【要約】【目的】金属被覆高温超電導線材の多芯化により超電
導コアの径を細くしつつ、単芯線材の場合と同等のコア
の緻密化を図るための導体構造と多芯化導体の製造方法
を提供すること。【構成】超電導性コアが導体長手方向に垂直な断面に
おいて、導体幅方向にｍ行、導体厚み方向にｎ列の行列
（ｍ及びｎは１以上の整数であって、ｍ＋ｎ≧３）を成
して配列するように配置されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プレス、圧延等の機械
的加工による超電導性コアの緻密化を必要とする金属被
覆多芯超電導線材及びその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】酸化物超電導体（Ｌａ／Ｂａ)2 ＣｕＯ4
-δ（ここで2及び4−δは下付きの添字）の発見以来、
従来の液体ヘリウム温度作動の金属系超電導体に比べて
著しく臨界温度の高いセラミック系超電導体が数多く発
見されてきた。とりわけ、その臨界温度が液体窒素温度
を越えるＹ系、Ｂｉ系、Ｔｌ系等の酸化物超電導体に関
しては、主として液体窒素作動の超電導応用機器の実現
に向けて、活発な研究開発が進められつつある。

【０００３】これらの高温超電導材料の応用技術は、超
電導ケーブルやコイルとして用いるための線材化技術と
各種超電導デバイスとして用いるための薄膜化技術に大
別されるが、特にエネルギー関連分野における応用に
は、前者の線材化技術の進歩が不可欠となる。セラミッ
ク系超電導材料の線材化の形態として、既に多くの提案
がなされているが、そのうちの代表的なものとしては、
金属に超電導体コアが被覆された金属被覆超電導線材、
金属シート上に超電導材料を塗布、もしくは張り合わせ
たものをロール状に巻き取って伸線するジェリーロール
法による線材、金属テープあるいはテープ状セラミック
基板上に超電導材料が塗布されたテープ状線材等が挙げ
られる。これらの線材化法における被覆材もしくは基板
となる金属としては、その高温超電導材料との化学的不
活性、加工の容易性などの特性から主として銀もしくは
銀合金が用いられている。

【０００４】またテープ状多芯セラミックス超電導導体
に関する従来文献として特開平４−２７７４１０号公報
が挙げられる。この導体は、扁平な形状の金属体の中に
扁平形状の超電導導体が配列されているが、扁平形状の
超電導導体の面と前記金属体の面とが平行ではなく直交
する構造のテープ状多芯セラミックス超電導導体であ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の線材化法のう
ち、金属被覆法はその加工及び取り扱いの容易性から、
最も一般的に用いられている方法であるが、この金属被
覆超電導線材の電流輸送特性、即ち臨界電流（Ｉｃ）や
臨界電流密度（Ｊｃ）を高めるにあたって、多結晶体で
ある超電導コアの粒界接合性、結晶配向性等を向上させ
なければならず、そのためには何れにしても超電導コア
の緻密化が必要となる。特に、超電導線材の応用を考え
る場合に重要な磁場中でのＩｃ，Ｊｃの値に与える超電
導体の緻密化の効果は、外部磁場なしの場合に比べてよ
り大きくなる。緻密化の一手法としては超電導コアを被
覆材中で溶融、再結晶化することにより緻密化する溶融
凝固法があるが、化学平衡からいって全ての化合物系で
この手法を適用することは不可能であり、その場合、プ
レス、圧延と言った機械的手法による超電導コアの緻密
化が必要不可欠となる。特にＴｌ系においては、超電導
コアの緻密度がその超電導特性を大きく左右するが、Ｔ
ｌ系に比べて固相反応法による結晶の配向化、緻密化が
比較的容易であるＢｉ系においても、固相反応法を用い
る以上、機械的緻密化工程なしで高い超電導特性を得る
ことは困難である。

【０００６】一方、エネルギー関連分野でのセラミック
ス系超電導導体の応用を考えた場合、電流、電圧、磁場
の時間変化に伴うロス、即ち、交流損失の問題やフラッ
クスジャンプ等の磁気的安定性の問題を無視することは
できず、従ってこれらの高温超電導導体についても多芯
化による超電導コアの細線化の要求が生じてくる。また
同時に、機械的歪による電流輸送特性劣化が顕著なセラ
ミックス系超伝導体にとって多芯導体化は好ましいと推
察される。従来、金属被覆高温超電導線材を多芯化する
場合、単芯の金属被覆線材を複数本金属パイプに充填
し、さらに伸線加工により多芯線材とする手法がとられ
てきたが、その場合、多芯化された導体断面組織を破壊
することなく、単芯線材と同等の超電導コア比を保った
ままで、最も良く緻密化された単芯線材と同等のコアの
緻密化を圧延もしくはプレス加工により行うことは非常
に困難であった。

【０００７】さらに、超電導性結晶粒子間の粒界弱接合
の問題を克服し、磁場中での高い電流輸送特性を実現す
る上で必要な、超電導体の高い結晶配向度を得るために
は、超電導コアと金属被覆材との界面の平滑性が高いほ
ど有利であるが、円筒型の金属パイプに金属被覆線材を
充填し伸線加工したものを圧延する従来の超電導多芯テ
ープ状線材の作製法では、テープ状線材の厚み方向に積
層される超電導コアの数と超電導コアに挟まれる金属被
覆材の厚みが不均一となることから、金属被覆材／超電
導コア界面の平滑性が、単芯テープ線材の場合に比べて
劣るという問題があった。特開平４−２７７４１０号公
報に記載されたテープ状多芯セラミックス超電導導体は
この平滑性に関しては全く考慮されていないものであ
る。

【０００８】以上のように、超電導コアと金属被覆材の
界面の平滑性を保ちつつ金属被覆高温超電導線材の超電
導コアを多芯化し、かつ機械的手法によりその超電導コ
アを単芯線材と同等に緻密化する技術はなかった。

【０００９】本発明の目的は、超電導コアと金属被覆材
の界面の平滑性を維持しつつ金属被覆高温超電導線材の
超電導コアを多芯化し、単芯線材の場合と同等のコアの
緻密化を図るための導体構造の金属被覆多芯超電導線材
及びその製造方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願第１発明は、断面扁平形状の複数の超電導性コア
と、この超電導性コアを取り巻くと共に互いの面が平行
である断面扁平形状の被覆材とを備えたテープ状の金属
被覆多芯超電導線材であって、前記超電導性コアが該超
電導線材の長手方向に垂直な断面において、超電導線材
の幅方向にｍ行、超電導線材の厚み方向にｎ列の行列
（ここで、ｍ及びｎは１以上の整数であって、ｍ＋ｎ≧
３）を成して配列されていることを特徴とするものであ
る。

【００１１】第２発明は、断面扁平形状の複数の超電導
性コアと、この超電導性コアを取り巻くと共に互いの面
が平行である断面扁平形状の被覆材とを備えたテープ状
の金属被覆多芯超電導線材であって、前記超電導性コア
が該超電導線材の長手方向に垂直な断面において、超電
導線材の幅方向にｍ行、超電導線材の厚み方向にｎ列の
行列（ここで、ｍは１以上の整数、ｎは２以上の整数で
あって、ｍ＋ｎ≧３）を成して配列されていることを特
徴とするものである。

【００１２】第３発明は、第１発明又は第２発明におい
て、被覆材が超電導性コアと化学反応に関して不活性で
ある金属あるいは合金であることを特徴とするものであ
る。

【００１３】第４発明は、第１発明、第２発明又は第３
発明において、超電導性コアが酸化物超電導体から成る
ことを特徴とするものである。

【００１４】第５発明は、第１発明、第２発明又は第３
発明において、超電導性コアが酸化物超電導体から成
り、該金属被覆多芯超電導線材の断面積に対する超電導
コア断面積の比が０．３以上０．９以下であることを特
徴とするものである。

【００１５】第６発明は、第１発明又は第３発明におい
て、超電導性コアが酸化物超電導体から成り、この超電
導性コアが、テープ状の該金属被覆多芯超電導線材の線
材長手方向に垂直な断面において、線材幅方向に一列に
４本以上配列されており（ｍ≧４、ｎ＝１）、かつ、該
金属被覆多芯超電導線材の断面積に対する超電導コア断
面積の比が０．３以上０．９以下であることを特徴とす
るものである。

【００１６】第７発明は、第１発明又は第３発明におい
て、超電導性コアが酸化物超電導体から成り、この超電
導性コアが、テープ状の該金属被覆多芯超電導線材の線
材長手方向に垂直な断面において、線材厚み方向に一列
に３本以上配列されており（ｍ＝１、ｎ≧３）、かつ、
該金属被覆多芯超電導線材の断面積に対する超電導コア
断面積の比が０．３以上０．９以下であることを特徴と
するものである。

【００１７】第８発明は、超電導性物質又はその原料物
質をそれらと化学反応に関して不活性な金属シースに充
填する充填工程と、該シースの伸線工程と、該伸線
工程で得られた金属シース線材を圧延する第一次緻密化
工程と、該超電導性物質又は該原料物質から成る導体
コアが線材長手方向に垂直な断面において、導体幅方向
にｍ行、導体厚み方向にｎ列の行列（ここで、ｍ及びｎ
は１以上の整数であって、ｍ＋ｎ≧３）を成して配列さ
れるように複数本の該シース線材を集合化用金属シート
で被覆又は集合化用金属線で結束する集合化工程と、
該シース線材間又は該シース線材と該集合化用金属シー
トの間の拡散接合を行う拡散接合熱処理工程と、該拡
散接合熱処理工程で得られた多芯線材を圧延して断面扁
平形状のｍ行、ｎ列の導体コアと、この導体コアを取り
巻くと共に互いの面が平行である断面扁平形状の被覆材
とを備えたテープ状の金属被覆多芯線材にする第二次緻
密化工程と、該導体コアの焼成、焼結のための焼成熱
処理工程と、該第二次緻密化工程および該焼成熱処理
工程の繰り返し工程とを含み、導体長手方向に垂直な
断面において、超電導性コアが導体幅方向にｍ行、導体
厚み方向にｎ列の行列を成して配列させることを特徴と
する金属被覆多芯超電導線材の製造方法である。

【００１８】第９発明は、超電導性物質又はその原料物
質をそれらと化学反応に関して不活性な金属シースに充
填する充填工程と、該シースの伸線工程と、該伸線
工程で得られた金属シース線材を圧延する第一次緻密化
工程と、該超電導性物質又は該原料物質から成る導体
コアが線材長手方向に垂直な断面において、導体幅方向
にｍ行、導体厚み方向にｎ列の行列（ｍは１以上、ｎは
２以上の整数）を成して配列されるように、ｍ本の該シ
ース線材の行間に集合化用金属シートを挟み込みつつｎ
段積層し、集合化する集合化工程と、該シース線材間
又は該シース線材と該集合化用金属シートの間の拡散接
合を行う拡散接合熱処理工程と、該拡散接合熱処理工
程で得られた多芯線材を圧延して断面扁平形状のｍ行、
ｎ列の導体コアと、この導体コアを取り巻くと共に互い
の面が平行である断面扁平形状の被覆材とを備えたテー
プ状の金属被覆多芯線材にする第二次緻密化工程と、
該導体コアの焼成、焼結のための焼成熱処理工程と、
該第二次緻密化工程および該焼成熱処理工程の繰り返し
工程とを含み、導体長手方向に垂直な断面において、
超電導性コアが導体幅方向にｍ行、導体厚み方向にｎ列
の行列を成して配列させることを特徴とする金属被覆多
芯超電導線材の製造方法である。

【００１９】第１０発明は、超電導性物質又はその原料
物質をそれらと化学反応に関して不活性な一次金属シー
スに充填する充填工程と、該一次金属シースを伸線す
る第一次伸線工程と、該伸線工程で得られた金属シー
ス線材を圧延する第一次緻密化工程と、該超電導性物
質又は該原料物質から成る導体コアが線材長手方向に垂
直な断面において、導体幅方向にｍ行、導体厚み方向に
ｎ列の行列（ｍ及びｎは１以上の整数であって、ｍ＋ｎ
≧３）を成して配列されるように複数本の該シース線材
を集合化用金属シースに充填、結束する集合化工程と、
該集合化工程で得られた多芯線材を伸線する第二次伸
線工程と、シース材間の拡散接合を行う拡散接合熱処
理工程と、該拡散接合熱処理工程で得られた多芯線材
を圧延して断面扁平形状のｍ行、ｎ列の導体コアと、こ
の導体コアを取り巻くと共に互いの面が平行である断面
扁平形状の被覆材とを備えたテープ状の金属被覆多芯線
材にする第二次緻密化工程と、該導体コアの焼成、焼
結のための焼成熱処理工程と、該第二次緻密化工程お
よび該焼成熱処理工程の繰り返し工程とを含み、導体長
手方向に垂直な断面において、超電導性コアが導体幅方
向にｍ行、導体厚み方向にｎ列の行列を成して配列させ
ることを特徴とする金属被覆多芯超電導線材の製造方法
である。

【００２０】第１１発明は、超電導性物質又はその原料
物質をそれら化学反応に関して不活性な金属シースに充
填する充填工程と、該シースの第一次伸線工程と、
該超電導性物質又は該原料物質から成る導体コアが線材
長手方向に垂直な断面において、導体幅方向にｍ行、導
体厚み方向にｎ列の行列（ｍ及びｎは１以上の整数であ
って、ｍ＋ｎ≧３）を成して配列されるように、複数本
の該シース線材を集合化用金属シースに充填、結束する
集合化工程と、該集合化工程で得られた多芯線材を伸
線する第二次伸線工程と、シース材間の拡散接合を行
う拡散接合熱処理工程と、該拡散接合熱処理工程で得
られた多芯線材を圧延して断面扁平形状のｍ行、ｎ列の
導体コアと、この導体コアを取り巻くと共に互いの面が
平行である断面扁平形状の被覆材とを備えたテープ状の
金属被覆多芯線材にする緻密化工程と、該導体コアの
焼成、焼結のための焼成熱処理工程と、該第二次緻密
化工程および該焼成熱処理工程の繰り返し工程とを含
み、導体長手方向に垂直な断面において、超電導性コ
アが導体幅方向にｍ行、導体厚み方向にｎ列の行列を成
して配列させることを特徴とする金属被覆多芯超電導線
材の製造方法である。

【００２１】尚、テープ状の金属被覆多芯超電導素線材
を少なくとも一つ以上複合してなる金属被覆多芯超電導
二次線材を円筒状又は丸線状のフォーマーの外周又は内
周にスパイラル状に配置した構成の金属被覆多芯超電導
線材であって、該テープ状金属被覆多芯超電導素線材が
複数の超電導性コアと該超電導性コアを取り巻く被覆材
とから成り、該超電導性コアが該テープ状金属被覆多芯
超電導素線材長手方向に垂直な断面において、導体幅方
向にｍ行、導体厚み方向にｎ列の行列（ｍ及びｎは１以
上の整数であって、ｍ＋ｎ≧３）を成して配列されてい
る金属被覆多芯超電導線材もよい。

【００２２】

【作用】本発明によれば、多芯金属被覆超電導線材の中
で金属被覆材により隔てられた超電導コアが、プレス、
圧延等による緻密化工程において、互いに接触すること
はなく、それぞれの超電導コアは一様の圧力を受けるた
め、単芯線の場合と同等の緻密化が実現され、超伝導コ
アの厚みが薄くなった上で被覆金属−超伝導コア互いに
平行な界面の平滑性が保たれるため結晶の配向性が改善
され、同時に多芯化により電流輸送特性の耐曲げ歪性お
よび電磁気的安定性が向上する。

【００２３】

【実施例】図１は、本発明によりテープ状の金属被覆多
芯超電導線材を作製した場合の導体構造を示す断面図で
ある。この超電導線材は、断面扁平形状の２５個の超電
導性コア１と、この超電導性コア１を取り巻くと共に互
いの面が平行である断面扁平形状の被覆材２とを備えた
テープ状の金属被覆多芯超電導線材であって、前記超電
導性コア１が超電導線材の長手方向に垂直な断面におい
て、超電導線材の幅方向に５行、超電導線材の厚み方向
に５列の行列を成して配列されている。ここで超電導性
コア１間の間隔は等しく、また被覆材２の平坦な上下の
各面と最も外側に位置する超電導性コア１との間隔もそ
れぞれ外市区形成されている。この構成により、多芯金
属被覆超電導線材の中で金属被覆材により隔てられた超
電導コアが、プレス、圧延等による緻密化工程におい
て、互いに接触することはなく、それぞれの超電導コア
は一様の圧力を受けるため、単芯線の場合と同等の緻密
化が実現され、超伝導コアの厚みが薄くなった上で被覆
金属−超伝導コア互いに平行な界面の平滑性が保たれ
る。

【００２４】実施例１モル比でＢａ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．６：０．４：
２．０：３．０となるように秤量された構成元素の酸化
物、即ちＢａＯ、ＳｒＯ、ＣａＯ、ＣｕＯをライカイ機
で３０分間粉砕、混合したものをアルミナるつぼに入
れ、空気中、９００℃で１５時間焼成した。得られた粉
末をライカイ機で３０分間粉砕した後、再びアルミナる
つぼに入れ、空気中、９００℃で１５時間焼成した。こ
うして得られた前駆体粉末にＴｌ２Ｏ３をＴｌ：Ｂａ：
Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２．０：１．６：０．４：２．０：
３．０となるように加え、さらにライカイ機で３０分間
混合した。得られた超電導体原料粉末をペレットに成型
し、蓋付きのアルミナるつぼに入れ、空気中、８７０℃
で１０時間焼成したものをライカイ機で３０分間粉砕
し、超電導体粉末を得た。粉砕前のペレットの超電導臨
界温度Ｔｃは１１３Ｋであり、粉末Ｘ線回折測定による
と得られた超電導体粉末の結晶相はＴｌ₂Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃ
ｕ₃Ｏ_xの単相であった。

【００２５】つづいて一端を封じた外径６ｍｍ、内径５
ｍｍの銀パイプにこの超電導体粉末を充填して、もう一
端を封じ、ドローベンチを用いた引き抜き加工により減
面加工を行い、外径０．７ｍｍ及び１．０ｍｍの銀被覆
単芯線材を得た。外径１．０ｍｍの銀被覆単芯線材の一
部を切り出してロール圧延加工を施し、幅２．５ｍｍ、
厚さ０．２ｍｍのテープ状銀被覆単芯線材を得た（図
２）。

【００２６】残りの外径１．０ｍｍの銀被覆単芯線材よ
り長さの等しい１９本を切り出して束ね、外径６ｍｍ、
内径５ｍｍの銀パイプに挿入して両端を密封し、同様の
引き抜き加工により外径１．３ｍｍの１９芯線材とした
後、ロール圧延加工により幅３．５ｍｍ、厚さ０．２ｍ
ｍのテープ状銀被覆１９芯線材を得た（図３）。

【００２７】また、外径０．７ｍｍの銀被覆単芯線材を
ロール圧延により幅０．８ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのテー
プ状線材とし、これを６本重ねるように平行に並べて、
厚さ５０μｍの銀テープで被覆、結束しながら表面にア
ルミナ粉末を塗布したアルミナの筒に巻きとり、酸素気
流中８００℃で３０分間熱処理して銀の拡散接合を行っ
た。得られた幅約２．５ｍｍ、厚さ約１．０ｍｍの集合
線材を幅拘束のロール圧延加工により厚さ０．２ｍｍま
で圧延した後、再び酸素気流中８００℃での拡散接合熱
処理を３０分間行った。その後さらに、断面減少率約２
０％の加工毎に３００℃、２０分間の焼きなましを挟み
ながら、幅拘束のロール圧延加工を施し、幅３．０ｍ
ｍ、厚さ０．１ｍｍの６芯テープ状線材を得、これより
長さ３００ｍｍの試験片を切り出した。これを銀ペース
トを用いて貼り合わせて３本積層し、酸素気流中６００
℃で３０分間熱処理したものに再びロール圧延加工を施
し、幅３．５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのテープ状銀被覆１
８芯線材を得た（図４）。

【００２８】以上で得られた単芯、１９芯および１８芯
のテープ状線材の線材長手方向に垂直な断面の構造を模
式的に図２、図３及び図４に示した。これらのテープ状
線材から切り出した試験片を１０ｔ／ｃｍ²の圧力でプ
レスし、酸素気流中８４０℃で２時間熱処理した後、さ
らに１２ｔ／ｃｍ²のプレスと同様の熱処理を施して得
たサンプルについて、７７Ｋにおける臨界電流密度Ｊｃ
を測定した。その結果、単芯、１９芯および１８芯のテ
ープ状線材のコア断面積当たりの臨界電流密度、コアＪ
ｃは、外部磁場無しの時それぞれ９０００Ａ／ｃｍ²、
６０００Ａ／ｃｍ²および８５００Ａ／ｃｍ²であった。
また各テープ状線材に０．５％の曲げ歪をかけたときの
７７Ｋ、外部磁場ゼロにおけるコアＪｃの低下率はそれ
ぞれ０．３、０．８および０．８で、それぞれ２７００
Ａ／ｃｍ²、４８００Ａ／ｃｍ²および６８００Ａ／ｃｍ
²であった。

【００２９】実施例２実施例１と同様のプロセスで合成された超電導体粉末を
一端を封じた外径６ｍｍ、内径５ｍｍの銀パイプに充填
して、もう一端を封じ、ドローベンチを用いた引き抜き
加工により、外径０．７ｍｍまで減面加工して得た金属
被覆単芯線材を７等分し、外径３．６ｍｍ、内径３．４
ｍｍの銀パイプを平たく潰した偏平な銀パイプに横一列
に挿入して両端を封じた。この時点での線材の断面組織
を模式的に図５に示す。つづいて、これを幅拘束のロー
ル圧延加工により幅５ｍｍ、厚さ０．４ｍｍまで圧延し
た後、さらに通常のロール圧延により、７本の超電導体
コアが幅方向に横一列に配列した幅６ｍｍ、厚さ０．２
ｍｍのテープ状７芯線材を作製し、これを切断して長さ
３０ｍｍの試験片（ａ）を数本得た（図示せず）。

【００３０】一方、比較のため以下の手順にて、最終的
なコア比（すなわち線材長手方向に垂直な断面の断面積
に対する超電導体コアの断面積の比）がほぼ等しくなる
ような比較用多芯線材を通常用いられる円筒型パイプに
組み込む方法を用いて作製した。すなわち、やはり実施
例１と同様の超電導体粉末を外径６ｍｍ、内径５．５ｍ
ｍの銀パイプに充填して、もう一端を封じ、ドローベン
チを用いた引き抜き加工により、外径１．６５ｍｍまで
減面加工して得た金属被覆単芯線材を７等分し、これら
を束ねて外径６ｍｍ、内径５ｍｍの銀パイプに挿入して
両端を封じた。同様の引き抜き加工により外径２．５ｍ
ｍの７芯線材を作製した。この時点での線材の断面組織
を模式的に図６に示す。これをロール圧延により幅６ｍ
ｍ、厚さ０．２ｍｍのテープ状７芯線材とし、これより
長さ３０ｍｍの比較用試験片（ｂ）を数本切り出した。

【００３１】ここで、テープ状７芯線材の試験片（ａ）
及び（ｂ）のコア比は、各々４６％及び４８％であっ
た。さらに得られた試験片（ａ）、（ｂ）を酸素気流中
８４５℃で２時間熱処理し、試験片（ａ’）及び比較用
試験片（ｂ’）を得た。試験片（ａ’）及び（ｂ’）の
７７ＫにおけるコアＪｃはそれぞれ３３０及び３１５Ａ
／ｃｍ²であった。また、試験片（ａ）及び（ｂ）につ
いて、５、１０、１５ｔ／ｃｍ²と一回毎にプレスの圧
力を上げつつ、冷間プレスと酸素雰囲気での熱処理を３
回繰り返し、試験片（ａ’’）、（ｂ’’）を得た。こ
こでの熱処理条件はすべて８４５℃、２時間とした。試
験片（ａ’’）及び（ｂ’’）の７７ＫにおけるコアＪ
ｃはそれぞれ１９０００Ａ／ｃｍ²及び１５０００Ａ／
ｃｍ²であった。ここで両者の断面組織を観察したとこ
ろ、試験片（ａ’’）においては各超電導体コアが独立
していたが、試験片（ｂ’’）では、超電導体コアがテ
ープ厚み方向に重なった部分で接触している箇所が多く
見られた。このような比較用試験片（ｂ’’）の断面組
織の破壊を避けるためには、最終的な冷間プレス圧力を
１０ｔ／ｃｍ²以下まで下げなければならず、この場
合、７７ＫにおけるコアＪｃは、６０００Ａ／ｃｍ²以
下に留まった。

【００３２】実施例３モル比でＳｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：３となるように秤
量された構成元素の酸化物、即ちＳｒＯ、ＣａＯ、Ｃｕ
Ｏをライカイ機で３０分間粉砕、混合したものをアルミ
ナるつぼに入れ、空気中、９００℃で１５時間焼成し
た。得られた粉末をライカイ機で３０分間粉砕した後、
再びアルミナるつぼに入れ、空気中、９００℃で１５時
間焼成した。こうして得られた前駆体粉末にＢｉ₂Ｏ₃と
ＰｂＯをびＢｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．８：
０．２５：２：２：３となるように加え、さらにライカ
イ機で３０分間混合した。得られた超電導体原料粉末を
アルミナるつぼに入れ、空気中、８００℃で１０時間焼
成したものをライカイ機で３０分間粉砕し、超電導体粉
末を得た。つづいて一端を封じた外径６ｍｍ、内径５ｍ
ｍの銀パイプにこの超電導体粉末を充填して、もう一端
を封じ、ドローベンチを用いた引き抜き加工により減面
加工を行い、外径１．５ｍｍの銀被覆単芯線材を得た。
これより長さの等しい７本を切り出して束ね外径６ｍ
ｍ、内径５ｍｍの銀パイプに挿入して両端を封じ、同様
の引き抜き加工により外径１．５ｍｍの７芯線材とした
後、ロール圧延加工により幅３．０ｍｍ、厚さ０．２ｍ
ｍのテープ状銀被覆７芯線材を得た（図７）。

【００３３】また、残りの外径１．５ｍｍの銀被覆単芯
線材をさらに引き抜き加工により外径１．０ｍｍまで細
線化した後にロール圧延加工を施し、幅３．０ｍｍ、厚
さ０．１ｍｍのテープ状銀被覆単芯線材を得た。これよ
り長さ３００ｍｍの試験片を切り出した。これを銀ペー
ストを用いて貼り合わせて５本積層し、酸素気流中６０
０℃で３０分間熱処理したものにロール圧延加工を施
し、幅３．５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのテープ状銀被覆５
芯線材を得た（図８）。このように一層で薄くするので
フラットになりやすく、それを５本積層して圧延するの
で最終的にもフラットになりやすい。

【００３４】以上で得られた５芯および７芯のテープ状
線材の線材長手方向に垂直な断面の構造を模式的に図７
及び図８に示したが、これらのテープ状線材に冷間にロ
ール圧延を挟んで空気中８４０℃、４８時間の熱処理を
３回繰り返し施し、テープ状超電導線材とし、７７Ｋに
おける臨界電流密度Ｊｃを測定した。７芯および５芯の
テープ状線材のコア断面積当たりの臨界電流密度、コア
Ｊｃは、外部磁場無しの時それぞれ９０００Ａ／ｃ
ｍ²、８０００Ａ／ｃｍ²であり、テープ面に対して平行
な磁場０．１Ｔを印加した時はそれぞれ１２００Ａ／ｃ
ｍ²および２５００Ａ／ｃｍ²であった。

【００３５】実施例４実施例３と同様のプロセスで合成された超電導体粉末を
一端を封じた外径６ｍｍ、内径５ｍｍの銀パイプに充填
して、もう一端を封じ、引き抜き加工により、外径０．
４ｍｍまで細線化したものに圧延加工を施し、幅１．２
ｍｍ、厚さ０．１０ｍｍの金属被覆単芯テープ線材を得
た。表面にアルミナシートを巻いた外径３００ｍｍのス
テンレス製ボビンに、このテープ線材を横に４本なら
べ、かつ最上層、最下層および層間に厚さ０．０３ｍｍ
の金テープを挟みつつ、４層積層しながら巻き取り、空
気中、８３５℃で１０時間熱処理した。熱処理前の線材
の断面の構造を図９に模式的に示す。図において、４は
金テープを示す。このように金テープを用いると銀テー
プより層間の密着強度を高くできる。更に最初から金−
銀合金だと硬いので加工に限界があるが、本実施例のよ
うに最初は銀被覆で十分に細くしてから金テープを介し
て金−銀合金被覆するので加工を十分に行え且つ金−銀
合金の高強度という利点が得られる。そして熱処理後、
集合化された１６芯線材を圧延した後、再びボビンに巻
き取り、同様の熱処理を５０時間行った。以上のような
冷間圧延と熱処理をさらに２回繰り返し、最終的に幅５
ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの多芯テープ線材を得た。

【００３６】上記の如く得た多芯テープ線材１０本を外
径３０ｍｍのステンレス製パイプの表面に並べて２００
ｍｍのピッチでスパイラル状に巻き付け、両端を銅電極
に半田づけして、集合導体を作製した。これを図１０に
示す。図において、１０は巻芯材（ステンレス製パイ
プ）、１１は銀電極、１２はハンダを示す。この導体に
は、液体窒素中において超電導状態で２００Ａ以上の直
流電流を流すことができた。

【００３７】実施例５実施例４と同様のプロセスで作製した多芯テープ線材の
最終熱処理前のものを、外径３０ｍｍ、幅５ｍｍの銀リ
ングを巻き芯として、マグネシアテープとともに重ねて
パンケーキ状に巻くことにより、パンケーキコイルを作
製した。コイルの最内周及び最外周には銀テープを用い
た電流端子を、また両電流端子間のテープ線材上の数カ
所に銀ワイヤーを用いた電圧計測用端子をそれぞれ設け
た。すなわち図において、５は銀リング、６は金属被覆
超電導多芯テープ線材、７はマグネシアシート、８は電
流端子（銀テープ）、９は電圧計測用端子（銀ワイヤ
ー）を示す。

【００３８】このコイルを空気中、８３５℃で５０時間
熱処理した。コイルの外観を図１１に模式的に示す。こ
のコイルには、液体窒素中において超電導状態で１５Ａ
以上の直流電流を流すことができ、このＩｃ値は、最終
熱処理前に線材から切り出して同様の最終熱処理を施し
た長さ３０ｍｍ以下の短尺試料と同等の値であった。こ
れに対し、短尺試料においてはこの多芯線材と同等のＩ
ｃを示す、超電導コアが同一組成の厚さ０．２ｍｍの単
芯テープ線材を用いて同様のパンケーキコイルを作製す
ると、Ｉｃは短尺試料の場合の半分以下に低下した。こ
のような違いは、多芯化による耐曲げ歪性の向上の効果
によるものと思われる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、単芯の金属被覆線材を
複数本金属パイプに充填し、さらに伸線加工により多芯
線材とする従来の多芯化法を用いる場合よりも高いコア
Ｊｃが得られ、また、単に単芯線を束ねる場合に比べ
て、輸送電流特性の耐曲げ歪性および電磁気的安定性が
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により得られるテープ状線材の導体構造
を示す断面図である。

【図２】実施例１における比較用単芯テープ状線材の断
面図である。

【図３】実施例１における比較用１９芯テープ状線材の
断面図である。

【図４】本発明に係る１８芯テープ状線材の線材長手方
向に垂直な断面構造式図である。

【図５】実施例２における本発明によるテープ状７芯線
材の圧延加工前の導体断面構造（線材長手方向に垂直な
断面の構造）の模式図である。

【図６】実施例２における比較用テープ状７芯線材の圧
延加工前の導体断面組織（線材長手方向に垂直な断面の
構造）の模式図である。

【図７】比較用７芯テープ状線材の線材長手方向に垂直
な断面の構造の模式図である。

【図８】実施例３における５芯テープ状線材の線材長手
方向に垂直な断面の構造の模式図である。

【図９】実施例４における多芯テープ状線材の線材長手
方向に垂直な断面の構造の模式図である。

【図１０】実施例４の多芯テープ状線材をステンレスパ
イプに巻いた集合導体の斜視図である。

【図１１】実施例５におけるパンケーキコイルの斜視図
である。

【符号の説明】

１超電導性コア２金属被覆材３銀被覆材４金テープ５銀リング６金属被覆超電導多芯テープ線材７マグネシアシート８電流端子（銀テープ）９電圧計測用端子（銀ワイヤー）１０巻芯材１１銀電極１２ハンダ

フロントページの続き (72)発明者田中和英茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断面扁平形状の複数の超電導性コアと、
この超電導性コアを取り巻くと共に互いの面が平行であ
る断面扁平形状の被覆材とを備えたテープ状の金属被覆
多芯超電導線材であって、前記超電導性コアが該超電導
線材の長手方向に垂直な断面において、超電導線材の幅
方向にｍ行、超電導線材の厚み方向にｎ列の行列（ここ
で、ｍ及びｎは１以上の整数であって、ｍ＋ｎ≧３）を
成して配列されていることを特徴とする金属被覆多芯超
電導線材。
【請求項２】断面扁平形状の複数の超電導性コアと、
この超電導性コアを取り巻くと共に互いの面が平行であ
る断面扁平形状の被覆材とを備えたテープ状の金属被覆
多芯超電導線材であって、前記超電導性コアが該超電導
線材の長手方向に垂直な断面において、超電導線材の幅
方向にｍ行、超電導線材の厚み方向にｎ列の行列（ここ
で、ｍは１以上の整数、ｎは２以上の整数であって、ｍ
＋ｎ≧３）を成して配列されていることを特徴とする金
属被覆多芯超電導線材。
【請求項３】請求項１又は２において、被覆材が超電
導性コアと化学反応に関して不活性である金属あるいは
合金であることを特徴とする金属被覆多芯超電導線材。
【請求項４】請求項１、２又は３において、超電導性
コアが酸化物超電導体から成ることを特徴とする金属被
覆多芯超電導線材。
【請求項５】請求項１、２又は３において、超電導性
コアが酸化物超電導体から成り、該金属被覆多芯超電導
線材の断面積に対する超電導コア断面積の比が０．３以
上０．９以下であることを特徴とする金属被覆多芯超電
導線材。
【請求項６】請求項１又は３において、超電導性コア
が酸化物超電導体から成り、この超電導性コアが、テー
プ状の該金属被覆多芯超電導線材の線材長手方向に垂直
な断面において、線材幅方向に一列に４本以上配列され
ており（ｍ≧４、ｎ＝１）、かつ、該金属被覆多芯超電
導線材の断面積に対する超電導コア断面積の比が０．３
以上０．９以下であることを特徴とする金属被覆多芯超
電導線材。
【請求項７】請求項１又は３において、超電導性コア
が酸化物超電導体から成り、この超電導性コアが、テー
プ状の該金属被覆多芯超電導線材の線材長手方向に垂直
な断面において、線材厚み方向に一列に３本以上配列さ
れており（ｍ＝１、ｎ≧３）、かつ、該金属被覆多芯超
電導線材の断面積に対する超電導コア断面積の比が０．
３以上０．９以下であることを特徴とする金属被覆多芯
超電導線材。
【請求項８】超電導性物質又はその原料物質をそれら
と化学反応に関して不活性な金属シースに充填する充填
工程と、該シースの伸線工程と、該伸線工程で得られた金属シース線材を圧延する第一次
緻密化工程と、該超電導性物質又は該原料物質から成る導体コアが線材
長手方向に垂直な断面において、導体幅方向にｍ行、導
体厚み方向にｎ列の行列（ここで、ｍ及びｎは１以上の
整数であって、ｍ＋ｎ≧３）を成して配列されるように
複数本の該シース線材を集合化用金属シートで被覆又は
集合化用金属線で結束する集合化工程と、該シース線材間又は該シース線材と該集合化用金属シー
トの間の拡散接合を行う拡散接合熱処理工程と、該拡散接合熱処理工程で得られた多芯線材を圧延して断
面扁平形状のｍ行、ｎ列の導体コアと、この導体コアを
取り巻くと共に互いの面が平行である断面扁平形状の被
覆材とを備えたテープ状の金属被覆多芯線材にする第二
次緻密化工程と、該導体コアの焼成、焼結のための焼成熱処理工程と、該第二次緻密化工程および該焼成熱処理工程の繰り返し
工程とを含み、導体長手方向に垂直な断面において、超電導性コアが導
体幅方向にｍ行、導体厚み方向にｎ列の行列を成して配
列させることを特徴とする金属被覆多芯超電導線材の製
造方法。
【請求項９】超電導性物質又はその原料物質をそれら
と化学反応に関して不活性な金属シースに充填する充填
工程と、該シースの伸線工程と、該伸線工程で得られた金属シース線材を圧延する第一次
緻密化工程と、該超電導性物質又は該原料物質から成る導体コアが線材
長手方向に垂直な断面において、導体幅方向にｍ行、導
体厚み方向にｎ列の行列（ｍは１以上、ｎは２以上の整
数）を成して配列されるように、ｍ本の該シース線材の
行間に集合化用金属シートを挟み込みつつｎ段積層し、
集合化する集合化工程と、該シース線材間又は該シース線材と該集合化用金属シー
トの間の拡散接合を行う拡散接合熱処理工程と、該拡散接合熱処理工程で得られた多芯線材を圧延して断
面扁平形状のｍ行、ｎ列の導体コアと、この導体コアを
取り巻くと共に互いの面が平行である断面扁平形状の被
覆材とを備えたテープ状の金属被覆多芯線材にする第二
次緻密化工程と、該導体コアの焼成、焼結のための焼成熱処理工程と、該第二次緻密化工程および該焼成熱処理工程の繰り返し
工程とを含み、導体長手方向に垂直な断面において、超電導性コアが導
体幅方向にｍ行、導体厚み方向にｎ列の行列を成して配
列させることを特徴とする金属被覆多芯超電導線材の製
造方法。
【請求項１０】超電導性物質又はその原料物質をそれ
らと化学反応に関して不活性な一次金属シースに充填す
る充填工程と、該一次金属シースを伸線する第一次伸線工程と、該伸線工程で得られた金属シース線材を圧延する第一次
緻密化工程と、該超電導性物質又は該原料物質から成る導体コアが線材
長手方向に垂直な断面において、導体幅方向にｍ行、導
体厚み方向にｎ列の行列（ｍ及びｎは１以上の整数であ
って、ｍ＋ｎ≧３）を成して配列されるように複数本の
該シース線材を集合化用金属シースに充填、結束する集
合化工程と、該集合化工程で得られた多芯線材を伸線する第二次伸線
工程と、シース材間の拡散接合を行う拡散接合熱処理工程と、該拡散接合熱処理工程で得られた多芯線材を圧延して断
面扁平形状のｍ行、ｎ列の導体コアと、この導体コアを
取り巻くと共に互いの面が平行である断面扁平形状の被
覆材とを備えたテープ状の金属被覆多芯線材にする第二
次緻密化工程と、該導体コアの焼成、焼結のための焼成熱処理工程と、該第二次緻密化工程および該焼成熱処理工程の繰り返し
工程とを含み、導体長手方向に垂直な断面において、超電導性コアが導
体幅方向にｍ行、導体厚み方向にｎ列の行列を成して配
列させることを特徴とする金属被覆多芯超電導線材の製
造方法。
【請求項１１】超電導性物質又はその原料物質をそれ
ら化学反応に関して不活性な金属シースに充填する充填
工程と、該シースの第一次伸線工程と、該超電導性物質又は該原料物質から成る導体コアが線材
長手方向に垂直な断面において、導体幅方向にｍ行、導
体厚み方向にｎ列の行列（ｍ及びｎは１以上の整数であ
って、ｍ＋ｎ≧３）を成して配列されるように、複数本
の該シース線材を集合化用金属シースに充填、結束する
集合化工程と、該集合化工程で得られた多芯線材を伸線する第二次伸線
工程と、シース材間の拡散接合を行う拡散接合熱処理工程と、該拡散接合熱処理工程で得られた多芯線材を圧延して断
面扁平形状のｍ行、ｎ列の導体コアと、この導体コアを
取り巻くと共に互いの面が平行である断面扁平形状の被
覆材とを備えたテープ状の金属被覆多芯線材にする緻密
化工程と、該導体コアの焼成、焼結のための焼成熱処理工程と、該第二次緻密化工程および該焼成熱処理工程の繰り返し
工程とを含み、導体長手方向に垂直な断面において、超電導性コアが導
体幅方向にｍ行、導体厚み方向にｎ列の行列を成して配
列させることを特徴とする金属被覆多芯超電導線材の製
造方法。