超電導線材の製造方法および超電導線材
【課題】優れた超電導特性、および、ブリッジングを撲滅し、臨界電流が向上かつ交流損失が低減する超電導線材の製造方法を提供すること。
【解決手段】超電導体の前駆体粉末を第１の金属管および第２の金属管に充填する充填工程と、前記前駆体粉末が充填された第１の金属管および第２の金属管を引き抜き加工し、それぞれ延伸された線材であるセグメントＡおよびセグメントＢを得る単芯伸線工程と、第３の金属管内の中心部に複数本の前記セグメントＡを配置し、第３の金属管内の周辺部に複数本の前記セグメントＢを配置する多芯化工程と、前記セグメントＡおよびセグメントＢが内部に配置された第３の金属管を引き抜き加工することにより超電導線材を得る多芯伸線工程とを含み、セグメントＡに占める第１の金属管を構成する金属材料の比率よりもセグメントＢに占める第２の金属管を構成する金属材料の比率が高いことを特徴とする多芯構造の超電導線材の製造方法。
【解決手段】超電導体の前駆体粉末を第１の金属管および第２の金属管に充填する充填工程と、前記前駆体粉末が充填された第１の金属管および第２の金属管を引き抜き加工し、それぞれ延伸された線材であるセグメントＡおよびセグメントＢを得る単芯伸線工程と、第３の金属管内の中心部に複数本の前記セグメントＡを配置し、第３の金属管内の周辺部に複数本の前記セグメントＢを配置する多芯化工程と、前記セグメントＡおよびセグメントＢが内部に配置された第３の金属管を引き抜き加工することにより超電導線材を得る多芯伸線工程とを含み、セグメントＡに占める第１の金属管を構成する金属材料の比率よりもセグメントＢに占める第２の金属管を構成する金属材料の比率が高いことを特徴とする多芯構造の超電導線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導線材の製造方法に関するものである。特に、臨界電流密度を向上できる超電導線材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パウダーインチューブ法によりＢｉ２２２３相などの酸化物超電導体を長尺のテープ状線材に形成する技術が知られている。この方法は、まず超電導相の前駆体粉末を銀製などの第１金属パイプに充填する。次に、この第１金属パイプを伸線加工してセグメント（クラッド線）とする。複数のセグメントを束ねて銀などの第２金属パイプに挿入し、伸線加工して多芯線材とする。この多芯線材を圧延加工してテープ状線材とする。テープ状線材に一次熱処理を施して目的の超電導相を生成させる。続いて、このテープ状線材を再度圧延してから二次熱処理を施して、超電導相の結晶粒同士を接合させる。これら２回の塑性加工と熱処理は、１回しか行わない場合もあるが、一般に大気雰囲気下にて行われる。そして、金属シース中に多数の超電導フィラメントが含まれるテープ状線材を得る。
【０００３】
クラッド線を作製する際、超電導相の前駆体粉末は第１金属パイプに充填されている。そのため、セグメント（クラッド線）を第２金属パイプに挿入・伸線して多芯線を作製し、さらに圧延してテープ状線材とされた後も、理想的には、各フィラメントは互いに接することなく独立しているはずである。しかし、実際には圧延条件などにより、金属シース内において隣接するフィラメント同士が接するフィラメントブリッジが生じ、臨界電流密度（以下、Ｊｃと略すことがある。）を向上させることができなかった。したがって、従来の超電導線材では、主に圧延により、隣接する超電導フィラメント同士がつながるフィラメントブリッジが生じ、Ｊｃの向上の妨げとなっていた。
【０００４】
そこで、フィラメントブリッジを抑制してＪｃを向上させることができる超電導線材の製造方法が検討されてきた。フィラメントのブリッジングは、フィラメント外周の金属が破断することで発生する。したがって金属外皮を厚くすれば破断応力が増加することからブリッジングを抑制できる。特許文献１にはセグメント径と銀比に着目した臨界電流密度を向上できる超電導線材の製造方法が開示されている。セグメントとは、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。この方法によれば、銀比を高くすることによりブリッジングが低減され臨界電流密度は向上するものの、全フィラメントの金属被覆を厚くすれば、ブリッジングは抑制できるものの超電導電流を流せる超電導粉末部分（超電導フィラメント部）が少なくなるため、逆に臨界電流を低下させてしまうという問題があった。
【特許文献１】特開２００３−３３１６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、優れた超電導特性を有する超電導線材の製造方法を提供することを目的とする。さらに、ブリッジングを撲滅し、臨界電流が向上かつ交流損失が低減する超電導線材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、ブリッジングの起こりやすい部分のみに高金属比のセグメント（超電導フィラメントに他よりも厚い金属被覆を施したもの）を利用することで、超電導線材の横断面全体における金属被覆量の増加を必要最小限に抑えられ、フィラメントブリッジを防止しつつ、超電導フィラメントの割合の低下によるＪｃの低下を抑制できることを見出した。
【０００７】
すなわち、本発明は、複数の超電導体フィラメントを内部に有する多芯構造の超電導線材の製造方法であって、
超電導体の前駆体粉末を第１の金属管および第２の金属管に充填する充填工程と、
前記前駆体粉末が充填された第１の金属管および第２の金属管を引き抜き加工し、それぞれ延伸された線材であるセグメントＡおよびセグメントＢを得る単芯伸線工程と、
第３の金属管内の中心部に複数本の前記セグメントＡを配置し、第３の金属管内の周辺部に複数本の前記セグメントＢを配置する多芯化工程と、
前記セグメントＡおよびセグメントＢが内部に配置された第３の金属管を引き抜き加工することにより超電導線材を得る多芯伸線工程とを含み、
セグメントＡに占める第１の金属管を構成する金属材料の比率よりもセグメントＢに占める第２の金属管を構成する金属材料の比率が高いことを特徴とする超電導線材の製造方法である。
【０００８】
また、本発明者らは、ブリッジングが発生しやすい部分に着目し、従来技術では断面の中心に近い部分でブリッジングが多く発生していることを解明した。引き抜き加工時には横断面中心に近いほど引っ張り応力が印可されることから前駆体粉末の粗密が発生しやすい。粗密が起こるとその部分への応力集中が起こり、外皮の破断応力を超過しやすい状況が起こり破断にいたることが原因と推定した。そこで、従来の超電導線材の製造履歴を詳細に調査し、ブリッジングの発生する箇所は超電導線材の中心からのスタック数がＮ’以下の範囲であることが判明したので、本発明においてはその部分のみに高金属比セグメントを使用することが好ましい。
【０００９】
すなわち、本発明の製造方法における前記多芯化工程において、
前記中心部が第３の金属管内の中心軸からのスタック数がＮ’以下の部分であり、前記周辺部が該中心部の外側の第３の金属管内部であり、
前記Ｎ’は、前記第３の金属管内に配置されるセグメントＡおよびＢの総スタック数（Ｓ）が３の倍数の場合は式： Ｎ’＝２Ｓ／３、
Ｓが３で割ると１余る数の場合は式： Ｎ’＝（２Ｓ−２）／３、
Ｓが３で割ると２余る数の場合は式： Ｎ’＝（２Ｓ−１）／３
で求められる数であることが好ましい。
【００１０】
本発明において、前記超電導体の前駆体粉末は、Ｂｉ−２２１２相を主相とする前駆体を含む粉末であることが好ましい。
【００１１】
本発明において、前記セグメントＢ中に含まれる前駆体粉末以外の金属（第２の金属管を構成する金属材料）の比率が、セグメントＢの全体積に対する体積比で０．８以上であることが好ましい。一方、前記セグメントＡ中に含まれる前駆体粉末以外の金属（第１の金属管を構成する金属材料）の比率が、セグメントＡの全体積に対する体積比で０．４以上０．８未満であることが好ましい。また、前記セグメントＡおよびセグメントＢの単芯伸線後におけるセグメント径は２ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１２】
本発明の製造方法によって得られる超電導線材においては、前駆体粉末以外の金属の体積比が前駆体粉末の体積に対して１．５未満であることが好ましい。通常、前駆体粉末以外の金属の体積は、前記第１の金属管、第２の金属管および第３の金属管の体積の合計である。
【００１３】
また、本発明は上記のいずれかの製造方法によって製造される超電導線材にも関する。さらに、本発明は、超電導体を第１の金属管で被覆したセグメントＡの複数本と、超電導体を第２の金属管で被覆したセグメントＢの複数本とが、第３の金属管内に配置された多芯構造の超電導線材であって、中心部にセグメントＡが配置され、周辺部にセグメントＢが配置されており、セグメントＡに占める第１の金属管を構成する金属材料の比率よりもセグメントＢに占める第２の金属管を構成する金属材料の比率が高いことを特徴とする超電導線材にも関する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の超電導線材の製造方法においては、ブリッジングの起こりやすい部分のみに高金属比セグメントを利用することで、超電導線材の横断面全体における金属被覆量の増加を必要最小限に抑えられるため、フィラメントブリッジを防止しつつ、超電導フィラメントの割合の低下によるＪｃの低下を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の超電導線材の製造方法において、超電導体の前駆体粉末としては、Ｂｉ2Ｏ3、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3、ＣａＣＯ3、ＣｕＯからなる群から選択される１以上の化合物を含む前駆体粉末を用いることが好ましく、５種類の前駆体粉末（Ｂｉ2Ｏ3、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3、ＣａＣＯ3、ＣｕＯ）を混合して用いることが特に好ましい。
【００１６】
前記第１の金属管とは、超電導体フィラメント間の短絡を防止できる材料からなる金属管であり、第１の金属管の材料としては、Ag、Cu、Fe、Ni、Cr、Ti、Mo、W、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Osより選択される金属またはこれらの金属をベースとする合金が好ましい。特に、酸化物超電導体との反応性や加工性からAgまたはAg合金が好ましい。第２の金属管、第３の金属管についても同様の材料を用いることができる。
【００１７】
このような第１の金属管および第２の金属管に前記前駆体粉末を充填して得られる線材を各々引き抜き加工し延伸したものが、セグメントＡおよびセグメントＢである。ここで、セグメントＡに占める第１の金属管を構成する金属材料の比率よりもセグメントＢに占める第２の金属管を構成する金属材料の比率が高くなるように、第１の金属管、第２の金属管の内径および外径などが調整されている。例えば、第１の金属管と第２の金属管の内径を同程度とする場合には、第２の金属管として第１の金属管の外径よりも外径が大きい管が使用され、第１の金属管と第２の金属管の外径を同程度とする場合には、第２の金属管として第１の金属管の内径よりも内径が小さい管が使用される。
【００１８】
前記セグメントＡおよびセグメントＢの単芯伸線後におけるセグメント径は２ｍｍ以上であることが好ましい。ここで、セグメント径とは、セグメントの断面の最大幅を意味し、具体的には、セグメントの断面が円の場合はその直径であり、断面が六角形等の多角形である場合はその対辺の長さである。セグメント径が２ｍｍ以下では粉末部（フィラメント部）の偏芯やセグメント割れが発生しやくすくなる。
【００１９】
本発明では、セグメントＡに占める第１の金属管を構成する金属材料の比率が体積比で０．４以上であることが好ましい。０．４未満では、上記Ｎ’より外側のスタックでブリッジングが発生しやすくなる。また、セグメントＢに占める第２の金属管を構成する金属材料の比率は、体積比で０．８以上であることが好ましい。０．８未満では、上記Ｎ’より中心軸側のスタックでブリッジングが発生しやすくなる。
【００２０】
第３の金属管内の中心部とは、金属管の中心軸を含み管の長手方向に連続する部分であり、例えば、金属管の中心軸を含む六角柱状、円柱形状などの領域である。該中心部に複数本の上記セグメントＡが配置される。
【００２１】
第３の金属管内の周辺部とは、上記中心部以外の第３の金属管内部であり、中心部を覆う管の長手方向に連続する部分であり、好ましくは中心部を覆う管状の部分である。該周辺部に複数本の上記セグメントＢが配置される。
【００２２】
本発明の製造方法の単芯延伸工程においては、上記第１の金属管および第２の金属管の断面が丸形状ないし六角形状となるように成型されることが好ましい。上記単芯延伸工程を経たセグメントＡおよびセグメントＢが内部に配置された第３の金属管に、さらに引き抜き加工等の必要な処理を施すことにより本発明の超電導線材が得られる。
【００２３】
本発明においては、多芯伸線工程後の超電導線材に含まれる前駆体粉末以外の金属の体積比が前駆体粉末の体積に対して１．５未満であることが好ましい。１．５以上となれば、超電導電流が流れる超電導部分が低減するため、臨界電流が低下するため望ましくない。本発明において、「前駆体粉末の体積」との用語は、粉末自体の体積と粉末の間の空間部の体積とを合わせた体積を意味し、言い換えれば粉末部分の容積を意味する。
【００２４】
本発明の超電導線材の１本中に含まれるセグメントの総数（セグメントＡおよびセグメントＢの合計本数）は特に限定されるものではないが、３７本以上であることが好ましい。
【００２５】
本発明の製造方法においては、上記多芯化工程において、上記中心部が第３の金属管内の中心軸からスタック数（中心軸を含むセグメントの積み重ね数）が上記Ｎ’以下の部分であり、前記周辺部が該中心部の外側の第３の金属管内部であることが好ましい。ここで、中心軸からスタック数がＮ’以下の部分とは、スタック数がＮ’となる外縁のセグメントを含むその内側部分であり、その部分の全部または一部を意味するが、実質的に全部の部分であることがブリッジング頻度の低減効果の点でより好ましい。また、中心部がその一部であるときは、あまり中心部の範囲が狭くなるとブリッジング頻度の低減効果が得られなくなるため一定範囲以上の部分を中心部とすることが好ましい。
【００２６】
本発明の一例として、１本の超電導線材に含まれるセグメントの総数（Ｎ）が８５本、総スタック数（Ｓ）が６の場合のＮ’の求め方、および、セグメントＡおよびＢの本数の決め方を図１を参照しながら説明する。まず、Ｓは６なのでＮ’＝２Ｓ／３が適用される。Ｓに６を代入すると、Ｎ’＝４となる。
【００２７】
次に、中心より４スタック以内にセグメントＢ（図１中の２）を適用するとして、六角柱状のセグメントを配置（嵌合）させる場合は、図１に示すようにセグメントＢの本数は３７本となる。セグメントＡの本数は、残りのセグメントの本数であり、８５−３７＝４８本である。
【００２８】
上記のようにして決定されるセグメントの総数（Ｎ）および総スタック数（Ｓ）と、中心部のスタック数の割り振りは表１のようになる。
【００２９】
【表１】
【００３０】
以下、本発明の超電導線材の製造方法について図に基づいて説明する。図１１は、本発明の一実施の形態における超電導線材の製造方法を示すフロー図である。また、図１２〜図１７は図１の各工程を示す図である。
【００３１】
図１１を参照して、たとえばＢｉ−２２２３の高温超電導線材を製造する場合、パウダー・イン・チューブ法が用いられる。ここで、Ｂｉ−２２２３とは、Ｂｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の組成を有し、（ビスマスと鉛）：ストロンチウム：カルシウム：銅の原子比がほぼ２：２：２：３の比率で近似して表されるものである。
【００３２】
まず、たとえば５種類の前駆体粉末（Ｂｉ2Ｏ3、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3、ＣａＣＯ3、ＣｕＯ）が混合され、熱処理による反応で最終目的の超電導体であるＢｉ−２２２３相に変化する中間状態の前駆体粉末が作製される（ステップＳ１）。図１２に示すように、この前駆体粉末１ａがパイプ（金属管）１ａ内に充填される（ステップＳ２）。このパイプ１ａは、たとえば銀などの金属よりなり、外径がΦ２０〜４０ｍｍで、肉圧が外径の３〜１５％程度のものである。これにより、超電導体の前駆体粉末１ａをパイプ１ａで被覆した形態の線材１が得られる。この後、パイプ１ａ内の脱気が行われ、パイプ１ａの両端が密封される。
【００３３】
次に、図１３に示すように、上記線材１を伸線加工することにより、超伝導体前駆体を芯材として銀などの金属で被覆されたセグメント（クラッド線）２，３が形成される（ステップＳ３）。このセグメント２，３は、たとえばΦ２〜４ｍｍの６角形状とされる。セグメント２が上記セグメントＡ、セグメント３が上記セグメントＢを示す。
【００３４】
次に、図１４に示すように、このセグメント２，３が多数束ねられて、パイプ４ａ内に配置（嵌合）される（多芯嵌合：ステップＳ４）。このパイプ４ａは、たとえば銀またはその合金などの金属よりなり、外径がΦ２０〜４０ｍｍで、肉圧が外径の３〜１５％程度のものである。これにより、超電導体前駆体を芯材として多数有する多芯構造の多芯線材４が得られる。ここで、セグメント２（セグメントＢ）がパイプ４ａの中心軸側に配置され、セグメント３（セグメントＡ）はセグメントＢの周辺部に配置される。
【００３５】
次に、図１５に示すように、多数の前駆体１ｂの芯材が金属に被覆されてなる多芯線材４を伸線加工することによって、超電導体前駆体のフィラメントがたとえば銀などの金属に埋め込まれた延伸多芯線材５が形成される（ステップＳ５）。
【００３６】
次に、延伸多芯線材５に熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ：Hot Isostatic Pressing）が施される（ステップＳ６）。熱間等静圧圧縮成形は、２００℃以上５００℃以下の温度および１００気圧以上２０００気圧以下の圧力の条件下で行われることが好ましい。熱間等静圧圧縮成形を行う装置としては、例えば、圧力容器円筒と、その圧力容器円筒の両端を密閉する上蓋および下蓋と、圧力容器円筒中にガスを導入するために上蓋５に設けられたガス導入口と、処理品（多芯線材）を加熱するヒータと、断熱層と、処理品を支える支持具とにより構成される装置が挙げられる。
【００３７】
この後、延伸多芯線材５がさらに伸線加工されることによって、Φ１〜３ｍｍまで縮径される（ステップＳ７）。
【００３８】
次に、図１６に示すように延伸多芯線材５に１次圧延加工が施され、それによりテープ状の多芯線材６が得られる（ステップＳ８）。この１次圧延加工は、たとえば圧下率８０〜９０％の条件で行われる。この後、テープ状の多芯線材６を８３０〜８５０℃の温度まで加熱して、その温度で５０〜１５０時間保持することにより、テープ状の多芯線材６に１次焼結が施される（ステップＳ９）。
【００３９】
さらに、テープ状の多芯線材６に２次圧延加工が施される（ステップＳ１０）。この２次圧延加工は、たとえば圧下率０〜２０％の条件で行われる。この後、多芯線材１を８３０〜８５０℃の温度まで加熱して、その温度で５０〜１５０時間保持することにより、多芯線材６に２次焼結が施される（ステップＳ１１）。これにより、Ｂｉ−２２２３の高温超電導線材が製造される。
【００４０】
次に、上記の方法により形成された超電導線材の構成について説明する。
図１７は、本発明の一実施形態における超電導線材の構成を概略的に示す部分断面斜視図である。図１７を参照して、上記方法により製造される多芯構造の超電導線材６は、長手方向に延びる複数本の（酸化物）超電導体フィラメント１ｃと、それらを被覆する金属シース部６ａとを有している。複数本の超電導体フィラメント１ｃの各々の材質は、たとえばＢｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の組成が好ましく、特に、（ビスマスと鉛）：ストロンチウム：カルシウム：銅の原子比がほぼ２：２：２：３の比率で近似して表されるＢｉ２２２３相を含む材質が最適である。金属シース部６ａの材質は、たとえば銀および／または銀合金よりなっている。
【００４１】
多芯嵌合後に熱処理を施すのは、図１４の工程にてパイプ４ａ内に嵌合されたセグメント２，３間の密着性を高めることで一体的な動き（均一変形）を可能とし、伸線加工および圧延加工の工程においてフィラメントの乱れ（ソーセージング、ブリッジング）を防止するためである。ここで、ソーセージングとは、フィラメントが長手方向に厚みの厚い部分と薄い部分とが顕著に生じることであり、ブリッジングとはフィラメント同士が互いに接してショートすることである。
【００４２】
本発明においては、フィラメントの乱れを防止することによってBi2223結晶の配向性が向上する。
【００４３】
また、本発明の製造方法により得られる超電導線材はブリッジング頻度の低減した線材であるため、有効フィラメント径が半減することにより、交流損失が低減する。
【実施例】
【００４４】
以下の実施例において、セグメントＡの銀比（セグメントＡに占める第１の金属管を構成する金属材料の比率）は体積比で０．５であり、セグメントＢの銀比（セグメントＢに占める第２の金属管を構成する金属材料の比率）は体積比で０．９である。
【００４５】
（実施例１）
上記Ｎ’を求める式に基づく規則に則して、総数１２７本のセグメントを総スタック数７で中心より４スタック以内がすべてセグメントＢとなるように配置した（図２）。なお、図２〜図１０では、セグメントＢ（中心部）の径がセグメントＡ（周辺部）の径より小さく描かれているが、これは両者の銀パイプ部分は同程度の厚みであり、セグメントＢのフィラメントがセグメントＡよりも細いような場合を模式的に表している。
【００４６】
（実施例２）
上記Ｎ’を求める式に基づく規則に則して、総数６１本のセグメントを総スタック数５で中心より３スタック以内がすべてセグメントＢとなるように配置した（図３）。
【００４７】
６１本 → セグメントＢは中心より３スタック以内すべてに適用
（実施例３）
上記Ｎ’を求める式に基づく規則に則して、総数９１本のセグメントを総スタック数６で中心より４スタック以内がすべてセグメントＢとなるように配置した（図４）。
【００４８】
（実施例４）
上記Ｎ’を求める式に基づく規則に則して、総数１６９本のセグメントを総スタック数８で中心より５スタック以内がすべてセグメントＢとなるように配置した（図５）。
【００４９】
（実施例５）
上記Ｎ’を求める式に基づく規則に則して、総数２１７本のセグメントを総スタック数９で中心より６スタック以内がすべてセグメントＢとなるように配置した（図６）。
【００５０】
（比較例１）
セグメントＡのみを用いた従来技術の超電導線材である（図７）。
【００５１】
（比較例２）
セグメントＡ、セグメントＢをランダムに配置した超電導線材である（図８）。
【００５２】
（比較例３）
上記Ｎ’よりも少ないスタック数の範囲にだけセグメントＢを使用した超電導線材である（図９）。
【００５３】
（比較例４）
上記Ｎ’よりも多いスタック数の範囲にセグメントＢを使用した超電導線材である（図１０）。
【００５４】
上記実施例１〜５および比較例１〜４の超電導線材全体の体積に対する銀の体積比（総銀比）およびセグメント間のブリッジングの発生数（ブリッジング数）を表２に示す。なお、ブリッジングの発生数は断面観察によりカウントした。
【００５５】
【表２】
【００５６】
表２に示すように、中心軸からのスタック数が上記Ｎ’以下の部分にセグメントＢが配置されるように２種類のセグメント（セグメントＡ、Ｂ）が配置された実施例の超電導線材ではセグメント間のブリッジングが発生しないのに対して、上記の規則に反してセグメントＡ、Ｂを配置した比較例１〜４ではセグメントブリッジの発生が生じることが分かる。また、表には示していないが、比較例４の超伝導線材では超電導フィラメントの占める比率が少なくなるため、各実施例に比べて臨界電流が低下したものとなっている。
【００５７】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明によって得られる超電導線材の大きな応用製品分野はマグネット用途であり、磁気共鳴診断装置（ＭＲＩ）や、たんぱく質の解析などに用いられる核磁気共鳴分析装置（ＮＭＲ）、リニアモーターカーなど様々な分野において使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施例１を示す図である。
【図３】本発明の実施例２を示す図である。
【図４】本発明の実施例３を示す図である。
【図５】本発明の実施例４を示す図である。
【図６】本発明の実施例５を示す図である。
【図７】本発明の比較例１を示す図である。
【図８】本発明の比較例２を示す図である。
【図９】本発明の比較例３を示す図である。
【図１０】本発明の比較例４を示す図である。
【図１１】本発明の一実施の形態における超電導線材の製造方法を示すフロー図である。
【図１２】図１１の工程を示す第１図である。
【図１３】図１１の工程を示す第２図である。
【図１４】図１１の工程を示す第３図である。
【図１５】図１１の工程を示す第４図である。
【図１６】図１１の工程を示す第５図である。
【図１７】本発明の超電導線材の構成を概略的に示す部分断面斜視図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 線材、１ａ パイプ（第１の金属管または第２の金属管）、１ｂ 前駆体粉末、１ｃ 超電導フィラメント、２ セグメントＡ（クラッド線）、３ セグメントＢ（クラッド線）、４ 多芯線材、４ａ パイプ（第３の金属管）、５ 延伸多芯線材、６ テープ状の多芯線材、６ａ 金属シース部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導線材の製造方法に関するものである。特に、臨界電流密度を向上できる超電導線材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パウダーインチューブ法によりＢｉ２２２３相などの酸化物超電導体を長尺のテープ状線材に形成する技術が知られている。この方法は、まず超電導相の前駆体粉末を銀製などの第１金属パイプに充填する。次に、この第１金属パイプを伸線加工してセグメント（クラッド線）とする。複数のセグメントを束ねて銀などの第２金属パイプに挿入し、伸線加工して多芯線材とする。この多芯線材を圧延加工してテープ状線材とする。テープ状線材に一次熱処理を施して目的の超電導相を生成させる。続いて、このテープ状線材を再度圧延してから二次熱処理を施して、超電導相の結晶粒同士を接合させる。これら２回の塑性加工と熱処理は、１回しか行わない場合もあるが、一般に大気雰囲気下にて行われる。そして、金属シース中に多数の超電導フィラメントが含まれるテープ状線材を得る。
【０００３】
クラッド線を作製する際、超電導相の前駆体粉末は第１金属パイプに充填されている。そのため、セグメント（クラッド線）を第２金属パイプに挿入・伸線して多芯線を作製し、さらに圧延してテープ状線材とされた後も、理想的には、各フィラメントは互いに接することなく独立しているはずである。しかし、実際には圧延条件などにより、金属シース内において隣接するフィラメント同士が接するフィラメントブリッジが生じ、臨界電流密度（以下、Ｊｃと略すことがある。）を向上させることができなかった。したがって、従来の超電導線材では、主に圧延により、隣接する超電導フィラメント同士がつながるフィラメントブリッジが生じ、Ｊｃの向上の妨げとなっていた。
【０００４】
そこで、フィラメントブリッジを抑制してＪｃを向上させることができる超電導線材の製造方法が検討されてきた。フィラメントのブリッジングは、フィラメント外周の金属が破断することで発生する。したがって金属外皮を厚くすれば破断応力が増加することからブリッジングを抑制できる。特許文献１にはセグメント径と銀比に着目した臨界電流密度を向上できる超電導線材の製造方法が開示されている。セグメントとは、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。この方法によれば、銀比を高くすることによりブリッジングが低減され臨界電流密度は向上するものの、全フィラメントの金属被覆を厚くすれば、ブリッジングは抑制できるものの超電導電流を流せる超電導粉末部分（超電導フィラメント部）が少なくなるため、逆に臨界電流を低下させてしまうという問題があった。
【特許文献１】特開２００３−３３１６６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、優れた超電導特性を有する超電導線材の製造方法を提供することを目的とする。さらに、ブリッジングを撲滅し、臨界電流が向上かつ交流損失が低減する超電導線材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、ブリッジングの起こりやすい部分のみに高金属比のセグメント（超電導フィラメントに他よりも厚い金属被覆を施したもの）を利用することで、超電導線材の横断面全体における金属被覆量の増加を必要最小限に抑えられ、フィラメントブリッジを防止しつつ、超電導フィラメントの割合の低下によるＪｃの低下を抑制できることを見出した。
【０００７】
すなわち、本発明は、複数の超電導体フィラメントを内部に有する多芯構造の超電導線材の製造方法であって、
超電導体の前駆体粉末を第１の金属管および第２の金属管に充填する充填工程と、
前記前駆体粉末が充填された第１の金属管および第２の金属管を引き抜き加工し、それぞれ延伸された線材であるセグメントＡおよびセグメントＢを得る単芯伸線工程と、
第３の金属管内の中心部に複数本の前記セグメントＡを配置し、第３の金属管内の周辺部に複数本の前記セグメントＢを配置する多芯化工程と、
前記セグメントＡおよびセグメントＢが内部に配置された第３の金属管を引き抜き加工することにより超電導線材を得る多芯伸線工程とを含み、
セグメントＡに占める第１の金属管を構成する金属材料の比率よりもセグメントＢに占める第２の金属管を構成する金属材料の比率が高いことを特徴とする超電導線材の製造方法である。
【０００８】
また、本発明者らは、ブリッジングが発生しやすい部分に着目し、従来技術では断面の中心に近い部分でブリッジングが多く発生していることを解明した。引き抜き加工時には横断面中心に近いほど引っ張り応力が印可されることから前駆体粉末の粗密が発生しやすい。粗密が起こるとその部分への応力集中が起こり、外皮の破断応力を超過しやすい状況が起こり破断にいたることが原因と推定した。そこで、従来の超電導線材の製造履歴を詳細に調査し、ブリッジングの発生する箇所は超電導線材の中心からのスタック数がＮ’以下の範囲であることが判明したので、本発明においてはその部分のみに高金属比セグメントを使用することが好ましい。
【０００９】
すなわち、本発明の製造方法における前記多芯化工程において、
前記中心部が第３の金属管内の中心軸からのスタック数がＮ’以下の部分であり、前記周辺部が該中心部の外側の第３の金属管内部であり、
前記Ｎ’は、前記第３の金属管内に配置されるセグメントＡおよびＢの総スタック数（Ｓ）が３の倍数の場合は式： Ｎ’＝２Ｓ／３、
Ｓが３で割ると１余る数の場合は式： Ｎ’＝（２Ｓ−２）／３、
Ｓが３で割ると２余る数の場合は式： Ｎ’＝（２Ｓ−１）／３
で求められる数であることが好ましい。
【００１０】
本発明において、前記超電導体の前駆体粉末は、Ｂｉ−２２１２相を主相とする前駆体を含む粉末であることが好ましい。
【００１１】
本発明において、前記セグメントＢ中に含まれる前駆体粉末以外の金属（第２の金属管を構成する金属材料）の比率が、セグメントＢの全体積に対する体積比で０．８以上であることが好ましい。一方、前記セグメントＡ中に含まれる前駆体粉末以外の金属（第１の金属管を構成する金属材料）の比率が、セグメントＡの全体積に対する体積比で０．４以上０．８未満であることが好ましい。また、前記セグメントＡおよびセグメントＢの単芯伸線後におけるセグメント径は２ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１２】
本発明の製造方法によって得られる超電導線材においては、前駆体粉末以外の金属の体積比が前駆体粉末の体積に対して１．５未満であることが好ましい。通常、前駆体粉末以外の金属の体積は、前記第１の金属管、第２の金属管および第３の金属管の体積の合計である。
【００１３】
また、本発明は上記のいずれかの製造方法によって製造される超電導線材にも関する。さらに、本発明は、超電導体を第１の金属管で被覆したセグメントＡの複数本と、超電導体を第２の金属管で被覆したセグメントＢの複数本とが、第３の金属管内に配置された多芯構造の超電導線材であって、中心部にセグメントＡが配置され、周辺部にセグメントＢが配置されており、セグメントＡに占める第１の金属管を構成する金属材料の比率よりもセグメントＢに占める第２の金属管を構成する金属材料の比率が高いことを特徴とする超電導線材にも関する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の超電導線材の製造方法においては、ブリッジングの起こりやすい部分のみに高金属比セグメントを利用することで、超電導線材の横断面全体における金属被覆量の増加を必要最小限に抑えられるため、フィラメントブリッジを防止しつつ、超電導フィラメントの割合の低下によるＪｃの低下を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の超電導線材の製造方法において、超電導体の前駆体粉末としては、Ｂｉ2Ｏ3、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3、ＣａＣＯ3、ＣｕＯからなる群から選択される１以上の化合物を含む前駆体粉末を用いることが好ましく、５種類の前駆体粉末（Ｂｉ2Ｏ3、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3、ＣａＣＯ3、ＣｕＯ）を混合して用いることが特に好ましい。
【００１６】
前記第１の金属管とは、超電導体フィラメント間の短絡を防止できる材料からなる金属管であり、第１の金属管の材料としては、Ag、Cu、Fe、Ni、Cr、Ti、Mo、W、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Osより選択される金属またはこれらの金属をベースとする合金が好ましい。特に、酸化物超電導体との反応性や加工性からAgまたはAg合金が好ましい。第２の金属管、第３の金属管についても同様の材料を用いることができる。
【００１７】
このような第１の金属管および第２の金属管に前記前駆体粉末を充填して得られる線材を各々引き抜き加工し延伸したものが、セグメントＡおよびセグメントＢである。ここで、セグメントＡに占める第１の金属管を構成する金属材料の比率よりもセグメントＢに占める第２の金属管を構成する金属材料の比率が高くなるように、第１の金属管、第２の金属管の内径および外径などが調整されている。例えば、第１の金属管と第２の金属管の内径を同程度とする場合には、第２の金属管として第１の金属管の外径よりも外径が大きい管が使用され、第１の金属管と第２の金属管の外径を同程度とする場合には、第２の金属管として第１の金属管の内径よりも内径が小さい管が使用される。
【００１８】
前記セグメントＡおよびセグメントＢの単芯伸線後におけるセグメント径は２ｍｍ以上であることが好ましい。ここで、セグメント径とは、セグメントの断面の最大幅を意味し、具体的には、セグメントの断面が円の場合はその直径であり、断面が六角形等の多角形である場合はその対辺の長さである。セグメント径が２ｍｍ以下では粉末部（フィラメント部）の偏芯やセグメント割れが発生しやくすくなる。
【００１９】
本発明では、セグメントＡに占める第１の金属管を構成する金属材料の比率が体積比で０．４以上であることが好ましい。０．４未満では、上記Ｎ’より外側のスタックでブリッジングが発生しやすくなる。また、セグメントＢに占める第２の金属管を構成する金属材料の比率は、体積比で０．８以上であることが好ましい。０．８未満では、上記Ｎ’より中心軸側のスタックでブリッジングが発生しやすくなる。
【００２０】
第３の金属管内の中心部とは、金属管の中心軸を含み管の長手方向に連続する部分であり、例えば、金属管の中心軸を含む六角柱状、円柱形状などの領域である。該中心部に複数本の上記セグメントＡが配置される。
【００２１】
第３の金属管内の周辺部とは、上記中心部以外の第３の金属管内部であり、中心部を覆う管の長手方向に連続する部分であり、好ましくは中心部を覆う管状の部分である。該周辺部に複数本の上記セグメントＢが配置される。
【００２２】
本発明の製造方法の単芯延伸工程においては、上記第１の金属管および第２の金属管の断面が丸形状ないし六角形状となるように成型されることが好ましい。上記単芯延伸工程を経たセグメントＡおよびセグメントＢが内部に配置された第３の金属管に、さらに引き抜き加工等の必要な処理を施すことにより本発明の超電導線材が得られる。
【００２３】
本発明においては、多芯伸線工程後の超電導線材に含まれる前駆体粉末以外の金属の体積比が前駆体粉末の体積に対して１．５未満であることが好ましい。１．５以上となれば、超電導電流が流れる超電導部分が低減するため、臨界電流が低下するため望ましくない。本発明において、「前駆体粉末の体積」との用語は、粉末自体の体積と粉末の間の空間部の体積とを合わせた体積を意味し、言い換えれば粉末部分の容積を意味する。
【００２４】
本発明の超電導線材の１本中に含まれるセグメントの総数（セグメントＡおよびセグメントＢの合計本数）は特に限定されるものではないが、３７本以上であることが好ましい。
【００２５】
本発明の製造方法においては、上記多芯化工程において、上記中心部が第３の金属管内の中心軸からスタック数（中心軸を含むセグメントの積み重ね数）が上記Ｎ’以下の部分であり、前記周辺部が該中心部の外側の第３の金属管内部であることが好ましい。ここで、中心軸からスタック数がＮ’以下の部分とは、スタック数がＮ’となる外縁のセグメントを含むその内側部分であり、その部分の全部または一部を意味するが、実質的に全部の部分であることがブリッジング頻度の低減効果の点でより好ましい。また、中心部がその一部であるときは、あまり中心部の範囲が狭くなるとブリッジング頻度の低減効果が得られなくなるため一定範囲以上の部分を中心部とすることが好ましい。
【００２６】
本発明の一例として、１本の超電導線材に含まれるセグメントの総数（Ｎ）が８５本、総スタック数（Ｓ）が６の場合のＮ’の求め方、および、セグメントＡおよびＢの本数の決め方を図１を参照しながら説明する。まず、Ｓは６なのでＮ’＝２Ｓ／３が適用される。Ｓに６を代入すると、Ｎ’＝４となる。
【００２７】
次に、中心より４スタック以内にセグメントＢ（図１中の２）を適用するとして、六角柱状のセグメントを配置（嵌合）させる場合は、図１に示すようにセグメントＢの本数は３７本となる。セグメントＡの本数は、残りのセグメントの本数であり、８５−３７＝４８本である。
【００２８】
上記のようにして決定されるセグメントの総数（Ｎ）および総スタック数（Ｓ）と、中心部のスタック数の割り振りは表１のようになる。
【００２９】
【表１】
【００３０】
以下、本発明の超電導線材の製造方法について図に基づいて説明する。図１１は、本発明の一実施の形態における超電導線材の製造方法を示すフロー図である。また、図１２〜図１７は図１の各工程を示す図である。
【００３１】
図１１を参照して、たとえばＢｉ−２２２３の高温超電導線材を製造する場合、パウダー・イン・チューブ法が用いられる。ここで、Ｂｉ−２２２３とは、Ｂｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の組成を有し、（ビスマスと鉛）：ストロンチウム：カルシウム：銅の原子比がほぼ２：２：２：３の比率で近似して表されるものである。
【００３２】
まず、たとえば５種類の前駆体粉末（Ｂｉ2Ｏ3、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3、ＣａＣＯ3、ＣｕＯ）が混合され、熱処理による反応で最終目的の超電導体であるＢｉ−２２２３相に変化する中間状態の前駆体粉末が作製される（ステップＳ１）。図１２に示すように、この前駆体粉末１ａがパイプ（金属管）１ａ内に充填される（ステップＳ２）。このパイプ１ａは、たとえば銀などの金属よりなり、外径がΦ２０〜４０ｍｍで、肉圧が外径の３〜１５％程度のものである。これにより、超電導体の前駆体粉末１ａをパイプ１ａで被覆した形態の線材１が得られる。この後、パイプ１ａ内の脱気が行われ、パイプ１ａの両端が密封される。
【００３３】
次に、図１３に示すように、上記線材１を伸線加工することにより、超伝導体前駆体を芯材として銀などの金属で被覆されたセグメント（クラッド線）２，３が形成される（ステップＳ３）。このセグメント２，３は、たとえばΦ２〜４ｍｍの６角形状とされる。セグメント２が上記セグメントＡ、セグメント３が上記セグメントＢを示す。
【００３４】
次に、図１４に示すように、このセグメント２，３が多数束ねられて、パイプ４ａ内に配置（嵌合）される（多芯嵌合：ステップＳ４）。このパイプ４ａは、たとえば銀またはその合金などの金属よりなり、外径がΦ２０〜４０ｍｍで、肉圧が外径の３〜１５％程度のものである。これにより、超電導体前駆体を芯材として多数有する多芯構造の多芯線材４が得られる。ここで、セグメント２（セグメントＢ）がパイプ４ａの中心軸側に配置され、セグメント３（セグメントＡ）はセグメントＢの周辺部に配置される。
【００３５】
次に、図１５に示すように、多数の前駆体１ｂの芯材が金属に被覆されてなる多芯線材４を伸線加工することによって、超電導体前駆体のフィラメントがたとえば銀などの金属に埋め込まれた延伸多芯線材５が形成される（ステップＳ５）。
【００３６】
次に、延伸多芯線材５に熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ：Hot Isostatic Pressing）が施される（ステップＳ６）。熱間等静圧圧縮成形は、２００℃以上５００℃以下の温度および１００気圧以上２０００気圧以下の圧力の条件下で行われることが好ましい。熱間等静圧圧縮成形を行う装置としては、例えば、圧力容器円筒と、その圧力容器円筒の両端を密閉する上蓋および下蓋と、圧力容器円筒中にガスを導入するために上蓋５に設けられたガス導入口と、処理品（多芯線材）を加熱するヒータと、断熱層と、処理品を支える支持具とにより構成される装置が挙げられる。
【００３７】
この後、延伸多芯線材５がさらに伸線加工されることによって、Φ１〜３ｍｍまで縮径される（ステップＳ７）。
【００３８】
次に、図１６に示すように延伸多芯線材５に１次圧延加工が施され、それによりテープ状の多芯線材６が得られる（ステップＳ８）。この１次圧延加工は、たとえば圧下率８０〜９０％の条件で行われる。この後、テープ状の多芯線材６を８３０〜８５０℃の温度まで加熱して、その温度で５０〜１５０時間保持することにより、テープ状の多芯線材６に１次焼結が施される（ステップＳ９）。
【００３９】
さらに、テープ状の多芯線材６に２次圧延加工が施される（ステップＳ１０）。この２次圧延加工は、たとえば圧下率０〜２０％の条件で行われる。この後、多芯線材１を８３０〜８５０℃の温度まで加熱して、その温度で５０〜１５０時間保持することにより、多芯線材６に２次焼結が施される（ステップＳ１１）。これにより、Ｂｉ−２２２３の高温超電導線材が製造される。
【００４０】
次に、上記の方法により形成された超電導線材の構成について説明する。
図１７は、本発明の一実施形態における超電導線材の構成を概略的に示す部分断面斜視図である。図１７を参照して、上記方法により製造される多芯構造の超電導線材６は、長手方向に延びる複数本の（酸化物）超電導体フィラメント１ｃと、それらを被覆する金属シース部６ａとを有している。複数本の超電導体フィラメント１ｃの各々の材質は、たとえばＢｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の組成が好ましく、特に、（ビスマスと鉛）：ストロンチウム：カルシウム：銅の原子比がほぼ２：２：２：３の比率で近似して表されるＢｉ２２２３相を含む材質が最適である。金属シース部６ａの材質は、たとえば銀および／または銀合金よりなっている。
【００４１】
多芯嵌合後に熱処理を施すのは、図１４の工程にてパイプ４ａ内に嵌合されたセグメント２，３間の密着性を高めることで一体的な動き（均一変形）を可能とし、伸線加工および圧延加工の工程においてフィラメントの乱れ（ソーセージング、ブリッジング）を防止するためである。ここで、ソーセージングとは、フィラメントが長手方向に厚みの厚い部分と薄い部分とが顕著に生じることであり、ブリッジングとはフィラメント同士が互いに接してショートすることである。
【００４２】
本発明においては、フィラメントの乱れを防止することによってBi2223結晶の配向性が向上する。
【００４３】
また、本発明の製造方法により得られる超電導線材はブリッジング頻度の低減した線材であるため、有効フィラメント径が半減することにより、交流損失が低減する。
【実施例】
【００４４】
以下の実施例において、セグメントＡの銀比（セグメントＡに占める第１の金属管を構成する金属材料の比率）は体積比で０．５であり、セグメントＢの銀比（セグメントＢに占める第２の金属管を構成する金属材料の比率）は体積比で０．９である。
【００４５】
（実施例１）
上記Ｎ’を求める式に基づく規則に則して、総数１２７本のセグメントを総スタック数７で中心より４スタック以内がすべてセグメントＢとなるように配置した（図２）。なお、図２〜図１０では、セグメントＢ（中心部）の径がセグメントＡ（周辺部）の径より小さく描かれているが、これは両者の銀パイプ部分は同程度の厚みであり、セグメントＢのフィラメントがセグメントＡよりも細いような場合を模式的に表している。
【００４６】
（実施例２）
上記Ｎ’を求める式に基づく規則に則して、総数６１本のセグメントを総スタック数５で中心より３スタック以内がすべてセグメントＢとなるように配置した（図３）。
【００４７】
６１本 → セグメントＢは中心より３スタック以内すべてに適用
（実施例３）
上記Ｎ’を求める式に基づく規則に則して、総数９１本のセグメントを総スタック数６で中心より４スタック以内がすべてセグメントＢとなるように配置した（図４）。
【００４８】
（実施例４）
上記Ｎ’を求める式に基づく規則に則して、総数１６９本のセグメントを総スタック数８で中心より５スタック以内がすべてセグメントＢとなるように配置した（図５）。
【００４９】
（実施例５）
上記Ｎ’を求める式に基づく規則に則して、総数２１７本のセグメントを総スタック数９で中心より６スタック以内がすべてセグメントＢとなるように配置した（図６）。
【００５０】
（比較例１）
セグメントＡのみを用いた従来技術の超電導線材である（図７）。
【００５１】
（比較例２）
セグメントＡ、セグメントＢをランダムに配置した超電導線材である（図８）。
【００５２】
（比較例３）
上記Ｎ’よりも少ないスタック数の範囲にだけセグメントＢを使用した超電導線材である（図９）。
【００５３】
（比較例４）
上記Ｎ’よりも多いスタック数の範囲にセグメントＢを使用した超電導線材である（図１０）。
【００５４】
上記実施例１〜５および比較例１〜４の超電導線材全体の体積に対する銀の体積比（総銀比）およびセグメント間のブリッジングの発生数（ブリッジング数）を表２に示す。なお、ブリッジングの発生数は断面観察によりカウントした。
【００５５】
【表２】
【００５６】
表２に示すように、中心軸からのスタック数が上記Ｎ’以下の部分にセグメントＢが配置されるように２種類のセグメント（セグメントＡ、Ｂ）が配置された実施例の超電導線材ではセグメント間のブリッジングが発生しないのに対して、上記の規則に反してセグメントＡ、Ｂを配置した比較例１〜４ではセグメントブリッジの発生が生じることが分かる。また、表には示していないが、比較例４の超伝導線材では超電導フィラメントの占める比率が少なくなるため、各実施例に比べて臨界電流が低下したものとなっている。
【００５７】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明によって得られる超電導線材の大きな応用製品分野はマグネット用途であり、磁気共鳴診断装置（ＭＲＩ）や、たんぱく質の解析などに用いられる核磁気共鳴分析装置（ＮＭＲ）、リニアモーターカーなど様々な分野において使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施例１を示す図である。
【図３】本発明の実施例２を示す図である。
【図４】本発明の実施例３を示す図である。
【図５】本発明の実施例４を示す図である。
【図６】本発明の実施例５を示す図である。
【図７】本発明の比較例１を示す図である。
【図８】本発明の比較例２を示す図である。
【図９】本発明の比較例３を示す図である。
【図１０】本発明の比較例４を示す図である。
【図１１】本発明の一実施の形態における超電導線材の製造方法を示すフロー図である。
【図１２】図１１の工程を示す第１図である。
【図１３】図１１の工程を示す第２図である。
【図１４】図１１の工程を示す第３図である。
【図１５】図１１の工程を示す第４図である。
【図１６】図１１の工程を示す第５図である。
【図１７】本発明の超電導線材の構成を概略的に示す部分断面斜視図である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 線材、１ａ パイプ（第１の金属管または第２の金属管）、１ｂ 前駆体粉末、１ｃ 超電導フィラメント、２ セグメントＡ（クラッド線）、３ セグメントＢ（クラッド線）、４ 多芯線材、４ａ パイプ（第３の金属管）、５ 延伸多芯線材、６ テープ状の多芯線材、６ａ 金属シース部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の超電導体フィラメントを内部に有する多芯構造の超電導線材の製造方法であって、
超電導体の前駆体粉末を第１の金属管および第２の金属管に充填する充填工程と、
前記前駆体粉末が充填された第１の金属管および第２の金属管を引き抜き加工し、それぞれ延伸された線材であるセグメントＡおよびセグメントＢを得る単芯伸線工程と、
第３の金属管内の中心部に複数本の前記セグメントＡを配置し、第３の金属管内の周辺部に複数本の前記セグメントＢを配置する多芯化工程と、
前記セグメントＡおよびセグメントＢが内部に配置された第３の金属管を引き抜き加工することにより超電導線材を得る多芯伸線工程とを含み、
セグメントＡに占める第１の金属管を構成する金属材料の比率よりもセグメントＢに占める第２の金属管を構成する金属材料の比率が高いことを特徴とする超電導線材の製造方法。
【請求項２】
前記多芯化工程において、
前記中心部が第３の金属管内の中心軸からのスタック数がＮ’以下の部分であり、前記周辺部が該中心部の外側の第３の金属管内部であり、
前記Ｎ’は、前記第３の金属管内に配置されるセグメントＡおよびＢの総スタック数（Ｓ）が３の倍数の場合は式： Ｎ’＝２Ｓ／３、
Ｓが３で割ると１余る数の場合は式： Ｎ’＝（２Ｓ−２）／３、
Ｓが３で割ると２余る数の場合は式： Ｎ’＝（２Ｓ−１）／３
で求められる数である、請求項１に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項３】
前記超伝導体の前駆体粉末が、Ｂｉ−２２１２相を主相とする前駆体を含む粉末である、請求項１または２に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項４】
前記セグメントＢに占める第２の金属管を構成する金属材料の比率が、体積比で０．８以上である、請求項１〜３のいずれかに記載の超電導線材の製造方法。
【請求項５】
前記セグメントＡに占める第１の金属管を構成する金属材料の比率が、体積比で０．４以上０．８未満である、請求項１〜４のいずれかに記載の超電導線材の製造方法。
【請求項６】
前記セグメントＡおよびセグメントＢの単芯伸線工程後におけるセグメント径が２ｍｍ以上である、請求項１〜５のいずれかに記載の超電導線材の製造方法。
【請求項７】
前記超電導線材に含まれる前駆体粉末以外の金属の体積比が前駆体粉末の体積に対して１．５未満である、請求項１〜６のいずれかに記載の超電導線材の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法によって製造される、超電導線材。
【請求項９】
超電導体を第１の金属管で被覆したセグメントＡの複数本と、超電導体を第２の金属管で被覆したセグメントＢの複数本とが、第３の金属管内に配置された多芯構造の超電導線材であって、中心部にセグメントＡが配置され、周辺部にセグメントＢ配置されており、セグメントＡに占める第１の金属管を構成する金属材料の比率よりもセグメントＢに占める第２の金属管を構成する金属材料の比率が高いことを特徴とする超電導線材。
【請求項１】
複数の超電導体フィラメントを内部に有する多芯構造の超電導線材の製造方法であって、
超電導体の前駆体粉末を第１の金属管および第２の金属管に充填する充填工程と、
前記前駆体粉末が充填された第１の金属管および第２の金属管を引き抜き加工し、それぞれ延伸された線材であるセグメントＡおよびセグメントＢを得る単芯伸線工程と、
第３の金属管内の中心部に複数本の前記セグメントＡを配置し、第３の金属管内の周辺部に複数本の前記セグメントＢを配置する多芯化工程と、
前記セグメントＡおよびセグメントＢが内部に配置された第３の金属管を引き抜き加工することにより超電導線材を得る多芯伸線工程とを含み、
セグメントＡに占める第１の金属管を構成する金属材料の比率よりもセグメントＢに占める第２の金属管を構成する金属材料の比率が高いことを特徴とする超電導線材の製造方法。
【請求項２】
前記多芯化工程において、
前記中心部が第３の金属管内の中心軸からのスタック数がＮ’以下の部分であり、前記周辺部が該中心部の外側の第３の金属管内部であり、
前記Ｎ’は、前記第３の金属管内に配置されるセグメントＡおよびＢの総スタック数（Ｓ）が３の倍数の場合は式： Ｎ’＝２Ｓ／３、
Ｓが３で割ると１余る数の場合は式： Ｎ’＝（２Ｓ−２）／３、
Ｓが３で割ると２余る数の場合は式： Ｎ’＝（２Ｓ−１）／３
で求められる数である、請求項１に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項３】
前記超伝導体の前駆体粉末が、Ｂｉ−２２１２相を主相とする前駆体を含む粉末である、請求項１または２に記載の超電導線材の製造方法。
【請求項４】
前記セグメントＢに占める第２の金属管を構成する金属材料の比率が、体積比で０．８以上である、請求項１〜３のいずれかに記載の超電導線材の製造方法。
【請求項５】
前記セグメントＡに占める第１の金属管を構成する金属材料の比率が、体積比で０．４以上０．８未満である、請求項１〜４のいずれかに記載の超電導線材の製造方法。
【請求項６】
前記セグメントＡおよびセグメントＢの単芯伸線工程後におけるセグメント径が２ｍｍ以上である、請求項１〜５のいずれかに記載の超電導線材の製造方法。
【請求項７】
前記超電導線材に含まれる前駆体粉末以外の金属の体積比が前駆体粉末の体積に対して１．５未満である、請求項１〜６のいずれかに記載の超電導線材の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法によって製造される、超電導線材。
【請求項９】
超電導体を第１の金属管で被覆したセグメントＡの複数本と、超電導体を第２の金属管で被覆したセグメントＢの複数本とが、第３の金属管内に配置された多芯構造の超電導線材であって、中心部にセグメントＡが配置され、周辺部にセグメントＢ配置されており、セグメントＡに占める第１の金属管を構成する金属材料の比率よりもセグメントＢに占める第２の金属管を構成する金属材料の比率が高いことを特徴とする超電導線材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−１３５１７３（Ｐ２０１０−１３５１７３Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０９７２８（Ｐ２００８−３０９７２８）
【出願日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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