酸化物超電導線材、超電導構造体、酸化物超電導線材の製造方法、超電導ケーブルおよび超電導マグネットならびに超電導マグネットを含む製品
【課題】臨界電流密度を高くすることができるとともに交流損失を低くすることができる酸化物超電導線材、超電導構造体、酸化物超電導線材の製造方法、超電導ケーブルおよび超電導マグネットならびに超電導マグネットを含む製品を提供する。
【解決手段】Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体を含むフィラメントの複数がマトリクス中に埋め込まれてなるテープ状の酸化物超電導線材であって、酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面の断面積が０．５ｍｍ2以下であり、酸化物超電導線材の断面において、フィラメントの１本当たりの平均断面積が酸化物超電導線材の断面積の０．２％以上６％以下である酸化物超電導線材である。
【解決手段】Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体を含むフィラメントの複数がマトリクス中に埋め込まれてなるテープ状の酸化物超電導線材であって、酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面の断面積が０．５ｍｍ2以下であり、酸化物超電導線材の断面において、フィラメントの１本当たりの平均断面積が酸化物超電導線材の断面積の０．２％以上６％以下である酸化物超電導線材である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物超電導線材、超電導構造体、酸化物超電導線材の製造方法、超電導ケーブルおよび超電導マグネットならびにその超電導マグネットを含む製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体を用いた酸化物超電導線材は、液体窒素温度での使用が可能であり、比較的高い臨界電流密度が得られることおよび長尺化が比較的容易であることから、超電導ケーブルおよび超電導マグネットならびにその超電導マグネットを含む製品などへの応用が期待されている。
【０００３】
このようなＢｉ−２２２３系酸化物超電導体を用いた酸化物超電導線材の製造方法がたとえば特許文献１に開示されている。この製造方法は以下のようにして行なわれている。まず、Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体を含む原料粉末を銀パイプ中に充填する。次に、原料粉末が充填された銀パイプを伸線加工して単芯超電導線を形成する。次いで、複数の単芯超電導線を銀パイプ中に収容して多芯超電導線を形成する。そして、多芯超電導線について捩じり加工が行なわれる。その後、多芯超電導線を圧延加工し、圧延加工後の多芯超電導線について熱処理が行なわれて、テープ幅が３．０ｍｍで厚さが０．２２ｍｍのテープ状の酸化物超電導線材が完成する（特許文献１の［００４５］〜［００４７］参照）。
【特許文献１】特開平７−１０５７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
酸化物超電導線材を交流用の超電導ケーブルおよび超電導マグネットならびにその超電導マグネットを含む製品などに応用する場合には、臨界電流密度を高くし、交流損失を低くすることが重要となる。
【０００５】
しかしながら、ビーンモデルに基づいた基本式においては、交流損失は、臨界電流密度、酸化物超電導線材の厚さおよび印加磁場の積に比例しているため、臨界電流密度を高くして交流損失を低くすることは非常に難しかった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、臨界電流密度を高くすることができるとともに交流損失を低くすることができる酸化物超電導線材、超電導構造体、酸化物超電導線材の製造方法、その酸化物超電導線材、その超電導構造体またはその酸化物超電導線材の製造方法により製造された酸化物超電導線材を含む超電導ケーブルおよび超電導マグネットならびにその超電導マグネットを含む製品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体を含むフィラメントの複数がマトリクス中に埋め込まれてなるテープ状の酸化物超電導線材であって、酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面の断面積が０．５ｍｍ2以下であり、酸化物超電導線材の断面において、フィラメントの１本当たりの平均断面積が酸化物超電導線材の断面積の０．２％以上６％以下である酸化物超電導線材である。
【０００８】
ここで、本発明の酸化物超電導線材においては、フィラメントの平均アスペクト比が１０よりも大きいことが好ましい。
【０００９】
また、本発明の酸化物超電導線材において、フィラメントは酸化物超電導線材の長手方向の中心軸を回転軸として旋回しており、フィラメントの旋回するピッチであるツイストピッチは８ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００１０】
また、本発明の酸化物超電導線材において、フィラメントの間にバリア層が形成されていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の酸化物超電導線材においては、マトリクスの表面上に金属テープが備えられていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の酸化物超電導線材においては、マトリクスの表面上に絶縁被膜が備えられていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の酸化物超電導線材においては、マトリクスの表面上に金属テープが備えられているとともに、金属テープの表面上に絶縁被膜が備えられていることが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、上記の酸化物超電導線材の複数が撚り合わされてなる超電導構造体であって、エッジワイズ方向に曲げられた少なくとも１本の酸化物超電導線材が撚り合わされてなる超電導構造体である。
【００１５】
また、本発明は、上記の酸化物超電導線材をテープ状の保護膜中に複数含み、保護膜の対向する主面の両面にそれぞれ金属テープを備えている超電導構造体である。
【００１６】
ここで、本発明の超電導構造体においては、隣り合う酸化物超電導線材の間に保護膜よりも高抵抗の高抵抗体が設置されていることが好ましい。
【００１７】
また、本発明は、上記の酸化物超電導線材をテープ状の絶縁性保護膜中に複数含む超電導構造体である。
【００１８】
さらに、本発明は、第１金属シース中に酸化物超電導体粉末および非超電導体粉末を含む原料粉末を充填する工程と、原料粉末が充填された第１金属シースを伸線加工して単芯超電導線を形成する工程と、単芯超電導線の複数を第２金属シース中に収容する工程と、単芯超電導線が収容された第２金属シースを伸線加工して多芯超電導線を形成する工程と、多芯超電導線を圧延加工する工程と、圧延加工後の多芯超電導線を熱処理する工程と、を含み、原料粉末において粒径が２μｍ以下の非超電導体粉末が非超電導体粉末全体の個数の９５％以上を占めており、圧延加工前の多芯超電導線における単芯超電導線の断面積の変動係数（ＣＯＶ）が１５％以下であり、圧延加工における圧延圧下率が８２％以下であって、熱処理は２００気圧以上の圧力下で行なわれる酸化物超電導線材の製造方法である。
【００１９】
ここで、本発明の酸化物超電導線材の製造方法においては、圧延加工前に多芯超電導線を捩じる工程を複数回行なうことが好ましい。
【００２０】
また、本発明の酸化物超電導線材の製造方法においては、酸化物超電導線材中にバリア層を形成することが好ましい。
【００２１】
また、本発明は、上記のいずれかの酸化物超電導線材、上記のいずれかの超電導構造体または上記のいずれかの酸化物超電導線材の製造方法により製造された酸化物超電導線材を含む超電導ケーブルである。
【００２２】
さらに、本発明は、上記のいずれかの酸化物超電導線材、上記のいずれかの超電導構造体または上記のいずれかの酸化物超電導線材の製造方法により製造された酸化物超電導線材を含む超電導マグネットである。
【００２３】
また、本発明は、上記の超電導マグネットを含むモータ電機子である。
また、本発明は、上記の超電導マグネットを含む冷凍機冷却型マグネットシステムである。
【００２４】
また、本発明は、上記の超電導マグネットを含むＭＲＩ(Magnetic Resonance Imaging)である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、臨界電流密度を高くすることができるとともに交流損失を低くすることができる酸化物超電導線材、超電導構造体、そのような酸化物超電導線材を製造することができる酸化物超電導線材の製造方法、その酸化物超電導線材、その超電導構造体またはその酸化物超電導線材の製造方法により製造された酸化物超電導線材を含む超電導ケーブルおよび超電導マグネットならびにその超電導マグネットを含む製品を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２７】
図１に本発明の酸化物超電導線材の好ましい一例の一部の斜視図を示し、図２に図１に示す酸化物超電導線材の長手方向に直交するＩＩ−ＩＩに沿った断面を模式的に示す。本発明の酸化物超電導線材１はテープ状に形成されており、マトリクス２と、マトリクス２中に埋め込まれているＢｉ−２２２３系酸化物超電導体を含むフィラメント３と、を備えている。なお、フィラメント３は、金属シース中にＢｉ−２２２３系酸化物超電導体が収容された構成となっている。
【００２８】
ここで、本発明においては、図２に示す酸化物超電導線材１の長手方向に直交する断面の断面積が０．５ｍｍ2以下であり、この酸化物超電導線材１の断面積において、フィラメント３の１本当たりの平均断面積が酸化物超電導線材１の断面積の０．２％以上６％以下、好ましくは２％以上６％以下であることを特徴としている。
【００２９】
本発明者は、上記のビーンモデルに基づいた基本式に基づき、フィラメント３の芯数をなるべく減少させずに酸化物超電導線材１の断面積をできるだけ小さくすることによって、臨界電流密度を高くしつつ交流損失の低下を抑制することができるのではないかと考え、鋭意検討を行なった。その結果、酸化物超電導線材１の長手方向に直交する断面の断面積を０．５ｍｍ2以下としたとき、フィラメント３を構成する超電導体としてＢｉ−２２２３系酸化物超電導体を用い、かつ、フィラメント３の１本当たりの平均断面積が酸化物超電導線材１の断面積の０．２％以上６％以下、好ましくは２％以上６％以下とした場合には、酸化物超電導線材の臨界電流密度を高くすることができるとともに交流損失を低くすることができることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【００３０】
なお、酸化物超電導線材１の長手方向に直交する断面におけるフィラメント３の１本当たりの平均断面積は、酸化物超電導線材１の長手方向に直交する断面に複数存在しているフィラメント３の断面積の総和を求め、その総和をフィラメント３の本数で割ることによって求めることができる。
【００３１】
また、本発明において、Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体とは、ＢｉαＰｂβＳｒγＣａδＣｕεＯx（ただし、１．７≦α≦２．１、０≦β≦０．４、１．７≦γ≦２．１、１．７≦δ≦２．２、ε＝３．０、９．８≦ｘ≦１０．２）の組成式で表わされる超電導体のことである。ここで、Ｂｉはビスマスを示し、Ｐｂは鉛を示し、Ｓｒはストロンチウムを示し、Ｃａはカルシウムを示し、Ｃｕは銅を示し、Ｏは酸素を示す。また、αはビスマスの組成比を示し、βは鉛の組成比を示し、γはストロンチウムの組成比を示し、δはカルシウムの組成比を示し、εは銅の組成比を示し、ｘは酸素の組成比を示す。なお、マトリクス２の材料としては、たとえば銀などが用いられる。
【００３２】
また、本発明の酸化物超電導線材１においては、フィラメント３の平均アスペクト比が１０よりも大きいことが好ましい。フィラメント３の平均アスペクト比が１０よりも大きい場合には、本発明の酸化物超電導体１の臨界電流密度がさらに高くなる傾向にある。なお、フィラメント３の平均アスペクト比は、酸化物超電導線材１の長手方向に直交する断面に複数存在しているフィラメント３の幅との厚さの比の平均値である。たとえば図２を参照すると、１本のフィラメント３のアスペクト比は、（フィラメント３の幅ｄ）／（フィラメント３の厚さｔ）の式により得られる。そして、この式により得られたアスペクト比を酸化物超電導線材１の長手方向に直交する断面に存在している複数のフィラメント３のそれぞれについて求め、それを総和し、その総和をフィラメント３の本数で割ることによってフィラメント３の平均アスペクト比を求めることができる。
【００３３】
また、本発明の酸化物超電導線材１においては、たとえば図３の斜視透視図に示すように、フィラメント３が捩れた状態（酸化物超電導線材１の長手方向の中心軸を回転軸として旋回している状態）でマトリクス２中に埋め込まれていることが好ましい。この場合には、交流損失をさらに低減することができる傾向にある。なお、酸化物超電導線材１の長手方向の中心軸は、酸化物超電導線材１の長手方向に直交する断面の中心を通る軸であって、酸化物超電導線材１の長手方向に沿って伸びる軸である。また、後述する圧延加工前の多芯超電導線を従来から公知の方法で捩じることによって、その捩じられた多芯超電導線について圧延加工および熱処理して得られる酸化物超電導線材１中においてフィラメント３を捩れた状態（酸化物超電導線材１の長手方向の中心軸を回転軸として旋回している状態）にすることができる。
【００３４】
ここで、フィラメント３の旋回するピッチであるツイストピッチが短いほど交流損失を低減することができる傾向にあり、交流損失を低減する観点からは、フィラメント３のツイストピッチは８ｍｍ以下であることが好ましい。また、臨界電流密度をより高くするとともに交流損失をより低くする観点からは、ツイストピッチは５ｍｍ以下であることが好ましい。なお、フィラメント３のツイストピッチは図３に示す長さＬとなる。従来のフィラメントは長手方向に直交する断面の断面積が大きいために加工上の問題からツイストピッチを８ｍｍよりも大きくすることは困難であったが、本発明の酸化物超電導線材１の長手方向に直交する断面の断面積は０．５ｍｍ2以下と非常に小さいためにツイストピッチを８ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下とすることが可能となる。
【００３５】
また、本発明の酸化物超電導線材１においては、たとえば図４および図５の模式的断面図に示すように、隣接しているフィラメント３の間にバリア層４が形成されていることが好ましい。この場合には交流損失が低減する傾向にあり、特にフィラメント３が捩れている場合にはその傾向はさらに大きくなる。なお、バリア層４の材料としては、室温（２５℃）で銀の１０倍以上の電気抵抗を有する材料が用いられ、たとえば、炭酸ストロンチウム、酸化銅、ジルコニアまたはＢｉ−２２０１超電導体などを用いることができる。
【００３６】
また、本発明の酸化物超電導線材１においては、たとえば図６の模式的断面図に示すように、マトリクス２の表面上に金属テープ１０が備えられていることが好ましい。この場合には、本発明の酸化物超電導線材１は金属テープ１０により補強されていることから、本発明の酸化物超電導線材１を用いたコイル巻き線および超電導ケーブルの作製が容易となる傾向にある。ここで、金属テープ１０は、たとえば銅またはステンレスなどの金属からなるテープをハンダなどを用いてマトリクス２の表面に貼り合わせることによって、マトリクス２の表面上に設置することができる。
【００３７】
また、本発明の酸化物超電導線材１においては、たとえば図７の模式的断面図に示すように、マトリクス２の表面上に絶縁被膜１１が備えられていることが好ましい。この場合には、本発明の酸化物超電導線材１の表面が予め絶縁されているため、本発明の酸化物超電導線材１を用いたコイル巻き線の作製が容易となる傾向にある。ここで、絶縁被膜１１は、たとえばポリイミドなどの樹脂からなるテープをマトリクス２の表面にハーフラップで巻きつける（テープの幅の半分だけ重ね合わせて巻きつける）ことによって、マトリクス２の表面上に設置することができる。また、たとえば、本発明の酸化物超電導線材１よりも幅の広いポリイミドなどの樹脂からなる２枚のテープを酸化物超電導線材１の長手方向に沿って貼り合わせることによっても絶縁被膜１１の設置は可能である。
【００３８】
また、本発明の酸化物超電導線材１においては、たとえば図８の模式的断面図に示すように、マトリクス２の表面上に金属テープ１０が備えられているとともに、金属テープ１０の表面上に絶縁被膜１１が備えられていることが好ましい。この場合には、絶縁被膜１１で絶縁性が確保されるとともに金属テープ１０で補強されることによって、運転時に大きな力が加わる超電導マグネットや設置時に大きな負荷が加わる大容量の超電導ケーブルへの応用が可能となる傾向にある。ここで、金属テープ１０は、たとえば銅またはステンレスなどの金属からなるテープをハンダなどを用いてマトリクス２の表面に貼り合わせることによってマトリクス２の表面上に設置することができ、絶縁被膜１１は、たとえばポリイミドなどの樹脂からなるテープを金属テープ１０の表面に貼りつけることによって、金属テープ１０の表面上に設置することができる。
【００３９】
また、上述した図７または図８に示す絶縁被膜１１で被覆された酸化物超電導線材１の少なくとも１本をエッジワイズ方向に曲げ、エッジワイズ方向に曲げられた酸化物超電導線材１を含む複数の酸化物超電導線材１を撚り合わせることによって、超電導構造体を作製することができる。このような構成の超電導構造体は、低損失、大容量かつコンパクトに作製することができるため、このような構成の超電導構造体を用いた場合には、大容量の交流機器（たとえば、超電導ケーブルまたは超電導マグネットなど）を作製することができる傾向にある。なお、本発明において、「エッジワイズ方向に曲げる」とは、複数の酸化物超電導線材１のうち内側に位置する酸化物超電導線材１についてはその一部が外側に位置するように曲げることをいい、外側に位置する酸化物超電導線材１についてはその一部が内側に位置するように曲げることをいう。このような構成の超電導構造体は、たとえば、絶縁被膜１１で被覆された３本の酸化物超電導線材１をエッジワイズ方向に曲げ径１０００ｍｍで連続的に曲げながら撚り合わせることにより作製することができる。
【００４０】
また、たとえば図９の模式的断面図に示すように、上記の酸化物超電導線材１をテープ状の保護膜１３中に複数含ませ、保護膜１３の対向する主面１３ａの両面のそれぞれに金属テープ１２を設置することによって超電導構造体１４を作製することもできる。このような構成の超電導構造体１４においては、保護膜１３の主面１３ａに対して垂直方向の磁場に対する交流損失を低減することができ、酸化物超電導線材１の１本当たりの容量が増大する傾向にある。このような構成の超電導構造体１４は、交流損失が低く、かつ大容量が必要とされる交流機器に好適に用いることができる。なお、保護膜１３としては、たとえば、ハンダなどの合金を用いることができる。
【００４１】
ここで、図９に示す超電導構造体１４においては、たとえば図１０の模式的断面図に示すように、隣り合う酸化物超電導線材１の間に保護膜１３よりも高抵抗の高抵抗体１５が設置されることが好ましい。この場合には、保護膜１３の主面１３ａに対して垂直方向の磁場に対する交流損失をさらに低減することができ、酸化物超電導線材１の１本当たりの容量がさらに増大する傾向にある。
【００４２】
また、たとえば図１１の模式的断面図に示すように、上記の酸化物超電導線材１をテープ状のポリエステルなどからなる絶縁性保護膜１６中に複数含ませることによって超電導構造体１４を作製することができる。このような構成の超電導構造体１４においても、絶縁性保護膜１６の主面１６ａに対して垂直方向の磁場に対する交流損失を低減することができる傾向にある。また、このような構成の超電導構造体１４は可撓性を有するため、取扱いが容易となる傾向にある。なお、絶縁性保護膜１６としては、ポリエステル以外にも、たとえば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレンまたはポリイミドなどを用いることができる。
【００４３】
また、本発明の酸化物超電導線材１においては、フィラメント３中のＢｉ−２２２３系酸化物超電導体の相対密度は９９％以上であることが好ましい。この場合には臨界電流密度がさらに向上する傾向にある。なお、本発明において、相対密度（％）は、１００×（酸化物超電導体全体の体積−空孔全体の体積）／（酸化物超電導体全体の体積）の式で求められる。また、本発明において、臨界電流密度は、（酸化物超電導線材１の臨界電流量）／（酸化物超電導線材１の長手方向に直交する断面の断面積）の式で求められる。
【００４４】
次に、本発明の酸化物超電導線材の製造方法について説明する。図１２に、本発明の酸化物超電導線材の製造方法の好ましい一例のフローチャートを示す。
【００４５】
図１２を参照して、まず、ステップＳ１においては、たとえば図１３の模式的斜視図に示すように、第１金属シース５中に酸化物超電導体粉末および非超電導体粉末を含む原料粉末６を充填する。ここで、本発明においては、原料粉末６において粒径が２μｍ以下の非超電導体粉末が原料粉末６に含まれている非超電導体粉末全体の個数の９５％以上を占めている。なお、非超電導体粉末は、酸化物超電導体粉末の臨界温度で酸化物超電導体粉末よりも電気抵抗が高い粉末である。非超電導体粉末の材料としては、たとえば（Ｃａ，Ｓｒ）2ＣｕＯ3、（Ｃａ，Ｓｒ）2ＰｂＯ4または（Ｃａ，Ｓｒ）14Ｃｕ24Ｏ3などが挙げられる。また、本発明の酸化物超電導線材の製造方法で用いられる酸化物超電導体粉末の材料としては、たとえば上記のＢｉ−２２２３系酸化物超電導体などが用いられる。
【００４６】
次に、ステップＳ２においては、たとえば図１４の模式的斜視図に示すように、原料粉末６が充填された第１金属シース５を伸線加工して単芯超電導線７を形成する。
【００４７】
次いで、ステップＳ３においては、たとえば図１５の模式的斜視図に示すように、単芯超電導線７の複数を第２金属シース８中に収容する。
【００４８】
続いて、ステップＳ４においては、たとえば図１６の模式的斜視図に示すように、単芯超電導線７が収容された第２金属シース８を伸線加工して多芯超電導線９を形成する。ここで、本発明においては、圧延加工前の多芯超電導線における単芯超電導線の断面積の変動係数（ＣＯＶ）が１５％以下である。なお、圧延加工前の多芯超電導線における単芯超電導線の断面積の変動係数（ＣＯＶ）とは、圧延加工前の多芯超電導線の長手方向に直交する断面における複数の単芯超電導線の断面積の標準偏差をこれらの単芯超電導線の断面積の平均値で割った値のことである。
【００４９】
そして、ステップＳ５においては、たとえば図１７の模式的斜視図に示すように、多芯超電導線９を圧延加工することによりテープ状とする。ここで、本発明においては、圧延加工における圧延圧下率が８２％以下である。なお、圧延圧下率（％）とは、たとえば図１８の模式的側面図に示すように、圧延加工前の多芯超電導線９の厚みｔ２に対する圧延加工後の多芯超電導線９の厚みｔ１の割合（１００×{１−（ｔ１／ｔ２）}）のことである。
【００５０】
その後、ステップＳ６においては、圧延加工後の多芯超電導線９を熱処理することによって、テープ状の酸化物超電導体が製造される。ここで、本発明においては、熱処理は２００気圧以上の圧力下で行なわれる。
【００５１】
本発明者が酸化物超電導線材の臨界電流密度を維持したままで酸化物超電導線材の長手方向に直交する方向の断面の断面積を小さくすることを検討したところ、酸化物超電導線材の長手方向に直交する方向の断面の断面積を小さくした場合には臨界電流密度も低下するということがわかった。
【００５２】
そして、臨界電流密度が低下する原因としては、酸化物超電導線材の長手方向に直交する方向の断面の断面積を小さくすると伸線加工度が向上してＣＯＶが大きくなり、これにより酸化物超電導線材に流れる電流が阻害されていることによるものであることがわかった。
【００５３】
さらに、本発明者が、伸線加工度の向上とＣＯＶの大きさとの関係について調査したところ、酸化物超電導線材の断面積を小さくする際に、粒径が２μｍ以下の非超電導体の塊が単芯超電導線の均一な変形を妨げる起点になっていることがわかった。そして、非超電導体の粒径は、第１金属シースへの充填時から圧延加工後までほとんど変化していないことがわかった。
【００５４】
以上の結果に基づき、本発明者が鋭意検討した結果、粒径が２μｍ以下の非超電導体粉末が非超電導体粉末全体の個数の９５％以上を占めている場合にはＣＯＶが１５％以下となり、酸化物超電導線材の断面積を小さくすることができることがわかった。
【００５５】
しかしながら、上記のようにして断面積を小さくした酸化物超電導線材の臨界電流密度にばらつきが生じた。そこで、本発明者が臨界電流密度の低い酸化物超電導線材を調査したところ、その表面にピンホールが数多く形成されており、その部分のフィラメントを構成する酸化物超電導体の相対密度が低いことがわかった。さらに詳細に調査すると、多芯超電導線を圧延加工する際の圧延圧下率とピンホール量とに相関がある可能性があった。
【００５６】
そこで、本発明者が多芯超電導線を圧延加工する際の圧延圧下率を７０％〜８５％まで変化させ、さらに、酸化物超電導線材中のフィラメントを構成する酸化物超電導体の相対密度を高くするために２００気圧以上の圧力下で圧延加工後の多芯超電導線の熱処理を行なった。その結果、粒径が２μｍ以下の非超電導体粉末が非超電導体粉末全体の個数の９５％以上を占める原料粉末を用い、圧延加工前の多芯超電導線における単芯超電導線の断面積の変動係数（ＣＯＶ）を１５％以下とし、圧延加工における圧延圧下率を８２％以下として、圧延加工後の多芯超電導線を２００気圧以上の圧力下で熱処理を行なって得られた酸化物超電導線材は、その長手方向における断面積が０．５ｍｍ2以下であって、高い臨界電流密度を有することが確認された。また、酸化物超電導線材の臨界電流密度をより高くするとともに交流損失をより低くする観点からは、本発明の酸化物超電導線材の製造方法において製造された酸化物超電導線材の断面積において、フィラメントの１本当たりの平均断面積が酸化物超電導線材の断面積の０．２％以上６％以下であることが好ましく、２％以上６％以下であることがより好ましい。
【００５７】
ここで、本発明の酸化物超電導線材の製造方法においては、圧延加工前の多芯超電導線を捩じる工程を複数回行なうことが好ましい。この場合には、酸化物超電導線材に含まれるフィラメントのツイストピッチをより小さくすることができ、ツイストピッチを８ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下とした場合には、上述したように、交流損失をさらに低減することができる傾向にある。
【００５８】
図１９に、圧延加工前の多芯超電導線を捩じる工程を複数回行なう工程のフローチャートの好ましい一例を示す。ここで、圧延加工前の多芯超電導線を伸線加工し、その後、軟化工程を経て、多芯超電導線が捩じられる。その後、再び、軟化工程を経て、多芯超電導線が捩じられる。そして、再び、軟化工程が行なわれ、スキンパスを経た後に、圧延加工がされる。なお、軟化工程は、たとえば、２００℃以上３００℃以下の温度の大気下で０．５時間以上多芯超電導線を放置することにより行なわれる。また、スキンパスは、多芯超電導線をたとえばダイスに通してその表面を平滑化する工程である。
【００５９】
また、本発明の酸化物超電導線材の製造方法においては、酸化物超電導線材中にバリア層を形成することが好ましい。この場合には交流損失が低減する傾向にあり、特にフィラメントが捩れている場合にはその傾向はさらに大きくなる。ここで、バリア層は、たとえば、表面にバリア層の形成材料が塗布された単芯超電導線を用いて酸化物超電導線材を作製することによって、酸化物超電導線材を構成するフィラメントとマトリクスとの間に形成することができる。なお、本明細書においては、上記熱処理前は単芯超電導線と表現し、上記熱処理後はフィラメントと表現している。
【００６０】
また、本発明の酸化物超電導線材の製造方法により得られた酸化物超電導線材のフィラメント中の酸化物超電導体の相対密度は９９％以上であることが好ましい。この場合には臨界電流密度がさらに向上する傾向にある。
【００６１】
なお、上記の本発明の酸化物超電導線材１および本発明の酸化物超電導線材の製造方法によって製造された酸化物超電導線材はそれぞれその長手方向に直交する断面の断面積が小さいことから、コンパクトな転位が可能となる。ここで、転位とは、交流通電時の偏流対策として、たとえば図２０の模式図に示すように、酸化物超電導線材１の外側と内側とを反転させることである。その転位の手法としては、たとえば図２１の模式図に示すように、酸化物超電導線材１をエッジワイズ方向に曲げる方法がある。
【００６２】
従来の酸化物超電導線材は、その長手方向に直交する断面の断面積が大きかったために、臨界電流密度を維持するためには、エッジワイズ方向の曲げ直径を１０００ｍｍ程度にしか曲げることができなかった。しかし、本発明の酸化物超電導線材および本発明の酸化物超電導線材の製造方法によって製造された酸化物超電導線材はそれぞれその長手方向に直交する断面の断面積が小さいことから、エッジワイズ方向の曲げ直径を５００ｍｍ程度にすることができるために、よりコンパクトな転位が可能となった。
【００６３】
また、本発明の酸化物超電導線材１、その酸化物超電導線材１を含む本発明の超電導構造体１４および本発明の酸化物超電導線材の製造方法によって製造された酸化物超電導線材はそれぞれその長手方向に直交する断面の断面積が小さいことから、超電導ケーブルまたは超電導マグネットなどに用いた場合には、そのコンパクト化および軽量化を図ることができる。
【００６４】
また、本発明の酸化物超電導線材、その酸化物超電導線材を含む本発明の超電導構造体および本発明の酸化物超電導線材の製造方法によって製造された酸化物超電導線材を含む超電導マグネットは、モータ電機子、冷凍機冷却型マグネットシステムまたはＭＲＩなどの製品に用いることができる。
【００６５】
なお、本発明に係る酸化物超電導線材および超電導構造体は交流損失を低減することができるため、本発明に係る酸化物超電導線材または超電導構造体を含む超電導マグネットおよびその超電導マグネットを含むモータ電機子、冷凍機冷却型マグネットシステムまたはＭＲＩなどは、これらを冷却する負荷を低減することができる傾向にある。
【００６６】
また、本発明に係る酸化物超電導線材および超電導構造体は断面積が小さく薄いテープ状にすることができるため、本発明に係る酸化物超電導線材または超電導構造体を含む超電導ケーブルにおいては、芯材への巻き付け時の歪みが減少し、臨界電流量が低減しない傾向にある。
【実施例】
【００６７】
（実施例１）
Ｂｉ2Ｏ3、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3、ＣａＣＯ3およびＣｕＯを用いて、Ｂｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．７９：０．４：１．９６：２．１８：３の組成比になるように、これらの粉末を混合した。この混合した粉末に対して、加熱および粉砕を行ない、Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体粉末を含む原料粉末を得た。そして、この原料粉末を外径１２ｍｍ、内径１０ｍｍの第１金属シースとしての銀パイプ中に充填した。
【００６８】
この粉末が充填された銀パイプを直径２ｍｍになるまで伸線加工することによって単芯超電導線を作製した。そして、単芯超電導線の表面に炭酸ストロンチウムからなるバリア層を塗布した。そして、バリア層が表面に塗布された単芯超電導線を外径３６ｍｍ、内径２７ｍｍの第２金属シースとしての銀パイプ中に９１本収容した。次に、単芯超電導線が収容された銀パイプを直径０．９ｍｍになるまでさらに伸線加工して多芯超電導線を作製した。
【００６９】
その後、多芯超電導線を２５０℃の雰囲気下で１時間放置する軟化工程と軟化工程後に多芯超電導線を捩じる工程とを、本実施例において得られる酸化物超電導線材中のフィラメントのツイストピッチが８ｍｍとなるように交互に繰り返した。そして、その多芯超電導線について、再度、２５０℃の雰囲気下で１時間放置する軟化工程を行ない、その後、スキンパスを経て圧延加工を行なった。
【００７０】
その後、圧延加工後の多芯超電導線について、１回目の焼結を大気圧中で行ない、さらに圧延加工を行なった後、２００気圧の圧力下で８５０℃で５０時間の熱処理を行なうことにより、テープ状の酸化物超電導線材（実施例１の酸化物超電導線材）を得た。
【００７１】
この実施例１の酸化物超電導線材の一部をその長手方向に直交する方向に切断したところ、その断面は、銀からなるマトリクス中にフィラメントが埋設されており、それぞれのフィラメントはバリア層によって取り囲まれた構成となっていた。
【００７２】
そして、その断面の断面積を測定したところ、０．５ｍｍ2であった。また、その断面において、フィラメント１本当たりの平均断面積は、酸化物超電導線材全体の断面積の０．２％であった。また、実施例１の酸化物超電導線材を構成するフィラメントの平均アスペクト比は１０よりも大きかった。
【００７３】
このようにして得られた実施例１の酸化物超電導線材について、７７Ｋ（ケルビン）、０Ｔ（テスラ）の条件下で臨界電流密度を測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、実施例１の酸化物超電導線材の臨界電流密度は１１ｋＡ／ｃｍ2であることが確認された。
【００７４】
また、実施例１の酸化物超電導線材について、交流損失を測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、実施例１の酸化物超電導線材の交流損失は、１５μＪ／Ａ／ｍ／ｃｙｃｌｅであることが確認された。
【００７５】
（実施例２）
直径３．８ｍｍの単芯超電導線を３７本収容することによって、フィラメント１本当たりの平均断面積を酸化物超電導線材全体の断面積の１％となるように調整したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例２の酸化物超電導線材を作製した。
【００７６】
この実施例２の酸化物超電導線材の一部をその長手方向に直交する方向に切断したところ、その断面は、銀からなるマトリクス中にフィラメントが埋設されており、それぞれのフィラメントはバリア層によって取り囲まれた構成となっていた。
【００７７】
そして、その断面の断面積を測定したところ、０．５ｍｍ2であった。また、実施例２の酸化物超電導線材を構成するフィラメントの平均アスペクト比は１０よりも大きかった。
【００７８】
そして、実施例２の酸化物超電導線材について、実施例１と同一の方法および同一の条件で、臨界電流密度および交流損失をそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、実施例２の酸化物超電導線材の臨界電流密度は１２ｋＡ／ｃｍ2であり、交流損失は１４μＪ／Ａ／ｍ／ｃｙｃｌｅであった。
【００７９】
（実施例３）
直径５．３ｍｍの単芯超電導線を１９本収容することによって、フィラメント１本当たりの平均断面積を酸化物超電導線材全体の断面積の２％となるように調整したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例３の酸化物超電導線材を作製した。
【００８０】
この実施例３の酸化物超電導線材の一部をその長手方向に直交する方向に切断したところ、その断面は、銀からなるマトリクス中にフィラメントが埋設されており、それぞれのフィラメントはバリア層によって取り囲まれた構成となっていた。
【００８１】
そして、その断面の断面積を測定したところ、０．５ｍｍ2であった。また、実施例３の酸化物超電導線材を構成するフィラメントの平均アスペクト比は１０よりも大きかった。
【００８２】
そして、実施例３の酸化物超電導線材について、実施例１と同一の方法および同一の条件で、臨界電流密度および交流損失をそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、実施例３の酸化物超電導線材の臨界電流密度は１３ｋＡ／ｃｍ2であり、交流損失は１１μＪ／Ａ／ｍ／ｃｙｃｌｅであった。
【００８３】
（実施例４）
直径８．５ｍｍの単芯超電導線を７本収容することによって、フィラメント１本当たりの平均断面積を酸化物超電導線材全体の断面積の６％となるように調整したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例４の酸化物超電導線材を作製した。
【００８４】
この実施例４の酸化物超電導線材の一部をその長手方向に直交する方向に切断したところ、その断面は、銀からなるマトリクス中にフィラメントが埋設されており、それぞれのフィラメントはバリア層によって取り囲まれた構成となっていた。
【００８５】
そして、その断面の断面積を測定したところ、０．５ｍｍ2であった。また、実施例４の酸化物超電導線材を構成するフィラメントの平均アスペクト比は１０よりも大きかった。
【００８６】
そして、実施例４の酸化物超電導線材について、実施例１と同一の方法および同一の条件で、臨界電流密度および交流損失をそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、実施例４の酸化物超電導線材の臨界電流密度は１２ｋＡ／ｃｍ2であり、交流損失は１０μＪ／Ａ／ｍ／ｃｙｃｌｅであった。
【００８７】
（比較例１）
直径１．７ｍｍの単芯超電導線を１２７本収容することによって、フィラメント１本当たりの平均断面積を酸化物超電導線材全体の断面積の０．１５％となるように調整したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で比較例１の酸化物超電導線材を作製した。
【００８８】
この比較例１の酸化物超電導線材の一部をその長手方向に直交する方向に切断したところ、その断面は、銀からなるマトリクス中にフィラメントが埋設されており、それぞれのフィラメントはバリア層によって取り囲まれた構成となっていた。
【００８９】
そして、その断面の断面積を測定したところ、０．５ｍｍ2であった。また、比較例１の酸化物超電導線材を構成するフィラメントの平均アスペクト比は１０よりも大きかった。
【００９０】
そして、比較例１の酸化物超電導線材について、実施例１と同一の方法および同一の条件で、臨界電流密度および交流損失をそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、比較例１の酸化物超電導線材の臨界電流密度は５ｋＡ／ｃｍ2であり、交流損失は２４μＪ／Ａ／ｍ／ｃｙｃｌｅであった。
【００９１】
（比較例２）
外径３６ｍｍ、内径２７ｍｍの第２金属シースを用いてフィラメント１本当たりの平均断面積を酸化物超電導線材全体の断面積の６．５％となるように調整したこと以外は実施例４と同一の方法および同一の条件で比較例２の酸化物超電導線材を作製した。
【００９２】
この比較例２の酸化物超電導線材の一部をその長手方向に直交する方向に切断したところ、その断面は、銀からなるマトリクス中にフィラメントが埋設されており、それぞれのフィラメントはバリア層によって取り囲まれた構成となっていた。
【００９３】
そして、その断面の断面積を測定したところ、０．５ｍｍ2であった。また、比較例２の酸化物超電導線材を構成するフィラメントの平均アスペクト比は１０よりも大きかった。
【００９４】
そして、比較例２の酸化物超電導線材について、実施例１と同一の方法および同一の条件で、臨界電流密度および交流損失をそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、比較例２の酸化物超電導線材の臨界電流密度は６ｋＡ／ｃｍ2であり、交流損失は２２μＪ／Ａ／ｍ／ｃｙｃｌｅであった。
【００９５】
【表１】
【００９６】
表１に示すように、Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体を含むフィラメントが銀からなるマトリクス中に埋め込まれており、酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面の断面積が０．５ｍｍ2以下であって、酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面においてフィラメントの１本当たりの平均断面積が酸化物超電導線材全体の断面積の０．２％以上６％以下の範囲にある実施例１〜４の酸化物超電導線材は、酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面においてフィラメントの１本当たりの平均断面積がそれぞれ酸化物超電導線材全体の断面積の０．１５％（比較例１）、６．５％（比較例２）となっている比較例１〜２の酸化物超電導線材と比べて、臨界電流密度を高くすることができるとともに、交流損失を低減できることがわかる。
【００９７】
また、酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面においてフィラメントの１本当たりの平均断面積が酸化物超電導線材全体の断面積の２％以上６％以下の範囲にある実施例３〜４の酸化物超電導線材は、特に、臨界電流密度を高くすることができるとともに交流損失も低減できることがわかる。
【００９８】
（実施例５）
実施例１と同一の方法および同一の条件で、Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体粉末を含む原料粉末を得た。そして、この原料粉末を構成するＢｉ−２２２３系酸化物超電導体粉末以外の非超電導体粉末の粒径について調査したところ、粒径２μｍ以下の非超電導体粉末が原料粉末を構成する非超電導体粉末全体の個数の９５％以上を占めていることが確認された。
【００９９】
次に、この原料粉末を外径１２ｍｍ、内径１０ｍｍの第１金属シースとしての銀パイプ中に充填した。
【０１００】
この銀パイプ中に充填された粉末を２ｍｍまで伸線加工することによって単芯超電導線を作製した。そして、単芯超電導線の表面に炭酸ストロンチウムからなるバリア層を塗布した。そして、バリア層が表面に塗布された単芯超電導線を外径３６ｍｍ、内径２７ｍｍの第２金属シースとしての銀パイプ中に９１本収容した。次に、単芯超電導線が収容された銀パイプを直径０．９ｍｍになるまでさらに伸線加工して多芯超電導線を作製した。ここで、多芯超電導線における単芯超電導線の断面積の変動係数であるＣＯＶについて調査したところ、ＣＯＶは１５％以下であることが確認された。
【０１０１】
その後、多芯超電導線を２５０℃の雰囲気下で１時間放置する軟化工程と軟化工程後に多芯超電導線を捩じる工程とを、本実施例において得られる酸化物超電導線材中のフィラメントのツイストピッチが８ｍｍになるまで交互に繰り返した。そして、その多芯超電導線について、再度、２５０℃の雰囲気下で１時間放置する軟化工程を行ない、その後、スキンパスを経て圧延加工を行なった。ここで、圧延加工は、圧延圧下率が８２％以下とされた。
【０１０２】
その後、圧延加工後の多芯超電導線について、２００気圧の圧力下で８５０℃で５０時間の熱処理を行なうことにより、テープ状の酸化物超電導線材（実施例５の酸化物超電導線材）を得た。
【０１０３】
この実施例５の酸化物超電導線材の一部をその長手方向に直交する方向に切断したところ、その断面は、銀からなるマトリクス中にフィラメントが埋設されており、それぞれのフィラメントはバリア層によって取り囲まれた構成となっていた。また、その断面の断面積を測定したところ、０．５ｍｍ2であった。
【０１０４】
このようにして得られた実施例５の酸化物超電導線材について、実施例１と同一の方法および同一の条件で、臨界電流密度および交流損失をそれぞれ測定した。その結果、実施例５の酸化物超電導線材の臨界電流密度は１０ｋＡ／ｃｍ2以上であり、交流損失は１５μＪ／Ａ／ｍ／ｃｙｃｌｅであった。
【０１０５】
（実施例６〜１２）
Ｂｉ2Ｏ3、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3、ＣａＣＯ3およびＣｕＯを用いて、Ｂｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．７９：０．４：１．９６：２．１８：３の組成比になるように、これらの粉末を混合した。この混合した粉末に対して、加熱および粉砕を行ない、Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体粉末を含む原料粉末を得た。そして、この原料粉末を外径１２ｍｍ、内径１０ｍｍの第１金属シースとしての銀パイプ中に充填した。
【０１０６】
この粉末が充填された銀パイプを直径１．５ｍｍになるまで伸線加工することによって単芯超電導線を作製した。そして、単芯超電導線の表面に炭酸ストロンチウムからなるバリア層を塗布した。そして、バリア層が表面に塗布された単芯超電導線を外径１２ｍｍ、内径９ｍｍの第２金属シースとしての銀パイプ中に１９本収容した。次に、単芯超電導線が収容された銀パイプを直径０．５ｍｍになるまでさらに伸線加工して多芯超電導線を作製した。
【０１０７】
その後、一部の多芯超電導線について２５０℃の雰囲気下で１時間放置する軟化工程と軟化工程後に多芯超電導線を捩じる工程とを交互に繰り返し、実施例６〜１２の酸化物超電導線材中のフィラメントのツイストピッチが互いに異なるように、多芯超電導線を複数作製した。
【０１０８】
これらの多芯超電導線に対して２５０℃の雰囲気下で１時間放置する軟化工程を行ない、その後、スキンパスを経て圧延加工を行なった。その後、圧延加工後の多芯超電導線について、１回目の焼結を大気圧中で行ない、さらに圧延加工を行なった後、２００気圧の圧力下で８５０℃で５０時間の熱処理を行なうことにより、表２に示す構成の実施例６〜１２のテープ状の酸化物超電導線材を得た。なお、実施例１２の酸化物超電導線材については多芯超電導線の軟化工程および捩じる工程はされていないので表２のツイストピッチの欄には記載がされていない。
【０１０９】
ここで、実施例６〜１２の酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面は、銀からなるマトリクス中にフィラメントが埋設されており、それぞれのフィラメントはバリア層によって取り囲まれた構成となっていた。
【０１１０】
また、実施例６〜１２の酸化物超電導線材の断面の断面積は０．３ｍｍ2であった。また、その断面において、フィラメント１本当たりの平均断面積は、酸化物超電導線材全体の断面積の１％であった。また、実施例６〜１２の酸化物超電導線材を構成するフィラメントの平均アスペクト比は１０よりも大きかった。
【０１１１】
そして、実施例６〜１２の酸化物超電導線材について、実施例１と同一の方法および同一の条件で、臨界電流密度および交流損失をそれぞれ測定した。その結果を表２に示す。
【０１１２】
【表２】
【０１１３】
表２に示すように、ツイストピッチが８ｍｍ以下である実施例６〜９の酸化物超電導線材は、ツイストピッチが８ｍｍよりも大きい実施例１０〜１２の酸化物超電導線材と比べて、交流損失が低減できていることが確認された。
【０１１４】
また、ツイストピッチが５ｍｍ以下である実施例６〜８の酸化物超電導線材は、ツイストピッチが８ｍｍよりも大きい実施例９〜１２の酸化物超電導線材と比べて、交流損失が低減できていることが確認された。
【０１１５】
（比較例３〜８）
Ｂｉ2Ｏ3、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3、ＣａＣＯ3およびＣｕＯを用いて、Ｂｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．７９：０．４：１．９６：２．１８：３の組成比になるように、これらの粉末を混合した。この混合した粉末に対して、加熱および粉砕を行ない、Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体粉末を含む原料粉末を得た。そして、この原料粉末を外径１２ｍｍ、内径１０ｍｍの第１金属シースとしての銀パイプ中に充填した。
【０１１６】
この粉末が充填された銀パイプを直径２ｍｍになるまで伸線加工することによって単芯超電導線を作製した。そして、単芯超電導線の表面に炭酸ストロンチウムからなるバリア層を塗布した。そして、バリア層が表面に塗布された単芯超電導線を外径１２ｍｍ、内径９ｍｍの第２金属シースとしての銀パイプ中に１９本収容した。次に、単芯超電導線が収容された銀パイプを直径１．８ｍｍになるまでさらに伸線加工して多芯超電導線を作製した。
【０１１７】
その後、一部の多芯超電導線について２５０℃の雰囲気下で１時間放置する軟化工程と軟化工程後に多芯超電導線を捩じる工程とを交互に繰り返し、比較例３〜８の酸化物超電導線材中のフィラメントのツイストピッチが互いに異なるように多芯超電導線を複数作製した。このとき、ツイストピッチを８ｍｍ以下にしようとすると断線が多発して加工できなかった。
【０１１８】
加工ができた多芯超電導線に対して２５０℃の雰囲気下で１時間放置する軟化工程を行ない、その後、スキンパスを経て圧延加工を行なった。その後、圧延加工後の多芯超電導線について、１回目の焼結を大気圧中で行ない、さらに圧延加工を行なった後、２００気圧の圧力下で８５０℃で５０時間の熱処理を行なうことにより、表３に示す構成の比較例６〜８のテープ状の酸化物超電導線材を得た。なお、比較例３〜５のテープ状の酸化物超電導線材は、上記の捩じり加工において断線が多発したために作製することができなかった。また、比較例８の酸化物超電導線材については多芯超電導線の軟化工程および捩じる工程はされていないので表３のツイストピッチの欄には記載がされていない。
【０１１９】
ここで、比較例６〜８の酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面は、銀からなるマトリクス中にフィラメントが埋設されており、それぞれのフィラメントはバリア層によって取り囲まれた構成となっていた。
【０１２０】
また、比較例６〜８の酸化物超電導線材の断面の断面積は０．８ｍｍ2であった。また、その断面において、フィラメント１本当たりの平均断面積は、酸化物超電導線材全体の断面積の１％であった。
【０１２１】
そして、比較例６〜８の酸化物超電導線材について、実施例１と同一の方法および同一の条件で、臨界電流密度および交流損失をそれぞれ測定した。その結果を表３に示す。なお、比較例３〜５の酸化物超電導線材は作製できなかったために臨界電流密度および交流損失は測定できなかった。
【０１２２】
【表３】
【０１２３】
表３に示すように、比較例６〜８の酸化物超電導線材は、実施例１〜１２の酸化物超電導線材と比べて交流損失が大きくなっていることが確認された。
【０１２４】
（実施例１３〜１８）
単芯超電導線の表面に炭酸ストロンチウムからなるバリア層を塗布しなかったこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件でツイストピッチが互いに異なる実施例１３〜１８の酸化物超電導線材を作製した。なお、実施例１８の酸化物超電導線材については多芯超電導線の軟化工程および捩じる工程はされていないので表４のツイストピッチの欄には記載がされていない。
【０１２５】
ここで、実施例１３〜１８の酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面は、銀からなるマトリクス中にフィラメントが埋設されているが、それぞれのフィラメントはバリア層によって取り囲まれていない構成となっていた。
【０１２６】
また、実施例１３〜１８の酸化物超電導線材の断面の断面積は０．５ｍｍ2であった。また、その断面において、フィラメント１本当たりの平均断面積は、酸化物超電導線材全体の断面積の１％であった。また、実施例１３〜１８の酸化物超電導線材を構成するフィラメントの平均アスペクト比は１０よりも大きかった。
【０１２７】
そして、実施例１３〜１８の酸化物超電導線材について、実施例１と同一の方法および同一の条件で、臨界電流密度および交流損失をそれぞれ測定した。その結果を表４に示す。
【０１２８】
【表４】
【０１２９】
表４に示すように、ツイストピッチが８ｍｍ以下である実施例１３〜１４の酸化物超電導線材は、ツイストピッチが８ｍｍよりも大きい実施例１５〜１８の酸化物超電導線材と比べて、交流損失が大きく低減できていることが確認された。
【０１３０】
（実施例１９）
実施例１の酸化物超電導線材の表面にポリイミド系のテープをハーフラップで巻きつけたものを実施例１９の酸化物超電導線材とした。そして、実施例１９の酸化物超電導線材の全長にわたって上記のテープで絶縁されていることを確認した後、パンケーキコイルを作製した。
【０１３１】
従来においては、パンケーキコイルの作製の際、酸化物超電導線材間の絶縁性確保のために絶縁シートを酸化物超電導線材と共に巻いて絶縁性を確保していた。しかしながら、実施例１９の酸化物超電導線材はその表面にポリイミド系のテープがハーフラップで巻きつけられているために絶縁シートを酸化物超電導線材と共に巻く必要がなく、作業性が著しく向上した。
【０１３２】
（実施例２０）
実施例１の酸化物超電導線材の主面（最も面積の大きい表面）の両面にその長手方向に沿って銅テープを貼り付けたものを実施例２０の酸化物超電導線材とした。
【０１３３】
実施例２０の酸化物超電導線材の引っ張り試験を実施したところ、実施例１の酸化物超電導線材の引っ張り強度の１．５倍以上となった。これにより、酸化物超電導線材の強度によって規定されるコイル巻き線の張力の設計や、超電導ケーブルの引き込み時の荷重設計に余裕が生じ、フレキシブルな設計ができるようになった。
【０１３４】
（実施例２１）
実施例１の酸化物超電導線材の主面の両面にその長手方向に沿って銅テープを貼り付けるとともに、銅テープの貼り付け後の酸化物超電導線材の主面の両面からポリテトラフルオロエチレンからなる２枚の絶縁テープを酸化物超電導線材の長手方向に沿って貼り合わせたものを実施例２１の酸化物超電導線材とした。
【０１３５】
そして、実施例２１の酸化物超電導線材の全長にわたって絶縁されているのを確認した後、実施例２１の酸化物超電導線材について引っ張り試験を実施したところ、実施例１の酸化物超電導線材の引っ張り強度の２倍以上となった。
【０１３６】
（実施例２２）
実施例１９の酸化物超電導線材を３本、エッジワイズ方向に曲げ径１０００ｍｍで連続的に曲げながら撚り合せて実施例２２の超電導構造体を作製した。実施例２２の超電導構造体でソレノイドコイルを作製したところ、３本の超電導構造体間の偏流が抑制されていることをロゴスキーコイルで確認した。
【０１３７】
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】
【０１３８】
本発明によれば、臨界電流密度を高くすることができるとともに交流損失を低くすることができる酸化物超電導線材、そのような酸化物超電導線材を含む超電導構造体、そのような酸化物超電導線材を製造することができる酸化物超電導線材の製造方法、その酸化物超電導線材またはその酸化物超電導線材の製造方法により製造された酸化物超電導線材を含む超電導ケーブルおよび超電導マグネットならびにその超電導マグネットを含む製品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の酸化物超電導線材の好ましい一例の一部の斜視図である。
【図２】図１に示す酸化物超電導線材の長手方向に直交するＩＩ−ＩＩに沿った断面を模式的に示す図である。
【図３】本発明の酸化物超電導線材の他の好ましい一例の一部の斜視透視図である。
【図４】本発明の酸化物超電導線材の他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図５】本発明の酸化物超電導線材のさらに他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図６】本発明の酸化物超電導線材のさらに他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図７】本発明の酸化物超電導線材のさらに他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図８】本発明の酸化物超電導線材のさらに他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図９】本発明の超電導構造体の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図１０】本発明の超電導構造体のさらに他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図１１】本発明の超電導構造体のさらに他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図１２】本発明の酸化物超電導線材の製造方法の好ましい一例のフローチャートである。
【図１３】本発明の酸化物超電導線材の製造方法の製造工程の一部を図解するための模式図である。
【図１４】本発明の酸化物超電導線材の製造方法の製造工程の一部を図解するための模式図である。
【図１５】本発明の酸化物超電導線材の製造方法の製造工程の一部を図解するための模式図である。
【図１６】本発明の酸化物超電導線材の製造方法の製造工程の一部を図解するための模式図である。
【図１７】本発明の酸化物超電導線材の製造方法の製造工程の一部を図解するための模式図である。
【図１８】本発明の酸化物超電導線材の製造方法における圧延圧下率を図解するための模式図である。
【図１９】本発明の酸化物超電導線材の製造方法において圧延加工前の多芯超電導線を捩じる工程を複数回行なう工程の好ましい一例のフローチャートである。
【図２０】酸化物超電導線材の転位を図解する模式図である。
【図２１】酸化物超電導線材をエッジワイズ方向に曲げた状態を図解する模式的な平面図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１ 酸化物超電導線材、２ マトリクス、３ フィラメント、４ バリア層、５ 第１金属シース、６ 原料粉末、７ 単芯超電導線、８ 第２金属シース、９ 多芯超電導線、１０，１２ 金属テープ、１１ 絶縁被膜、１３ 保護膜、１３ａ，１６ａ 主面、１４ 超電導構造体、１５ 高抵抗体、１６ 絶縁性保護膜。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物超電導線材、超電導構造体、酸化物超電導線材の製造方法、超電導ケーブルおよび超電導マグネットならびにその超電導マグネットを含む製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体を用いた酸化物超電導線材は、液体窒素温度での使用が可能であり、比較的高い臨界電流密度が得られることおよび長尺化が比較的容易であることから、超電導ケーブルおよび超電導マグネットならびにその超電導マグネットを含む製品などへの応用が期待されている。
【０００３】
このようなＢｉ−２２２３系酸化物超電導体を用いた酸化物超電導線材の製造方法がたとえば特許文献１に開示されている。この製造方法は以下のようにして行なわれている。まず、Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体を含む原料粉末を銀パイプ中に充填する。次に、原料粉末が充填された銀パイプを伸線加工して単芯超電導線を形成する。次いで、複数の単芯超電導線を銀パイプ中に収容して多芯超電導線を形成する。そして、多芯超電導線について捩じり加工が行なわれる。その後、多芯超電導線を圧延加工し、圧延加工後の多芯超電導線について熱処理が行なわれて、テープ幅が３．０ｍｍで厚さが０．２２ｍｍのテープ状の酸化物超電導線材が完成する（特許文献１の［００４５］〜［００４７］参照）。
【特許文献１】特開平７−１０５７５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
酸化物超電導線材を交流用の超電導ケーブルおよび超電導マグネットならびにその超電導マグネットを含む製品などに応用する場合には、臨界電流密度を高くし、交流損失を低くすることが重要となる。
【０００５】
しかしながら、ビーンモデルに基づいた基本式においては、交流損失は、臨界電流密度、酸化物超電導線材の厚さおよび印加磁場の積に比例しているため、臨界電流密度を高くして交流損失を低くすることは非常に難しかった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、臨界電流密度を高くすることができるとともに交流損失を低くすることができる酸化物超電導線材、超電導構造体、酸化物超電導線材の製造方法、その酸化物超電導線材、その超電導構造体またはその酸化物超電導線材の製造方法により製造された酸化物超電導線材を含む超電導ケーブルおよび超電導マグネットならびにその超電導マグネットを含む製品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体を含むフィラメントの複数がマトリクス中に埋め込まれてなるテープ状の酸化物超電導線材であって、酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面の断面積が０．５ｍｍ2以下であり、酸化物超電導線材の断面において、フィラメントの１本当たりの平均断面積が酸化物超電導線材の断面積の０．２％以上６％以下である酸化物超電導線材である。
【０００８】
ここで、本発明の酸化物超電導線材においては、フィラメントの平均アスペクト比が１０よりも大きいことが好ましい。
【０００９】
また、本発明の酸化物超電導線材において、フィラメントは酸化物超電導線材の長手方向の中心軸を回転軸として旋回しており、フィラメントの旋回するピッチであるツイストピッチは８ｍｍ以下であることが好ましく、５ｍｍ以下であることがより好ましい。
【００１０】
また、本発明の酸化物超電導線材において、フィラメントの間にバリア層が形成されていることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の酸化物超電導線材においては、マトリクスの表面上に金属テープが備えられていることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の酸化物超電導線材においては、マトリクスの表面上に絶縁被膜が備えられていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の酸化物超電導線材においては、マトリクスの表面上に金属テープが備えられているとともに、金属テープの表面上に絶縁被膜が備えられていることが好ましい。
【００１４】
また、本発明は、上記の酸化物超電導線材の複数が撚り合わされてなる超電導構造体であって、エッジワイズ方向に曲げられた少なくとも１本の酸化物超電導線材が撚り合わされてなる超電導構造体である。
【００１５】
また、本発明は、上記の酸化物超電導線材をテープ状の保護膜中に複数含み、保護膜の対向する主面の両面にそれぞれ金属テープを備えている超電導構造体である。
【００１６】
ここで、本発明の超電導構造体においては、隣り合う酸化物超電導線材の間に保護膜よりも高抵抗の高抵抗体が設置されていることが好ましい。
【００１７】
また、本発明は、上記の酸化物超電導線材をテープ状の絶縁性保護膜中に複数含む超電導構造体である。
【００１８】
さらに、本発明は、第１金属シース中に酸化物超電導体粉末および非超電導体粉末を含む原料粉末を充填する工程と、原料粉末が充填された第１金属シースを伸線加工して単芯超電導線を形成する工程と、単芯超電導線の複数を第２金属シース中に収容する工程と、単芯超電導線が収容された第２金属シースを伸線加工して多芯超電導線を形成する工程と、多芯超電導線を圧延加工する工程と、圧延加工後の多芯超電導線を熱処理する工程と、を含み、原料粉末において粒径が２μｍ以下の非超電導体粉末が非超電導体粉末全体の個数の９５％以上を占めており、圧延加工前の多芯超電導線における単芯超電導線の断面積の変動係数（ＣＯＶ）が１５％以下であり、圧延加工における圧延圧下率が８２％以下であって、熱処理は２００気圧以上の圧力下で行なわれる酸化物超電導線材の製造方法である。
【００１９】
ここで、本発明の酸化物超電導線材の製造方法においては、圧延加工前に多芯超電導線を捩じる工程を複数回行なうことが好ましい。
【００２０】
また、本発明の酸化物超電導線材の製造方法においては、酸化物超電導線材中にバリア層を形成することが好ましい。
【００２１】
また、本発明は、上記のいずれかの酸化物超電導線材、上記のいずれかの超電導構造体または上記のいずれかの酸化物超電導線材の製造方法により製造された酸化物超電導線材を含む超電導ケーブルである。
【００２２】
さらに、本発明は、上記のいずれかの酸化物超電導線材、上記のいずれかの超電導構造体または上記のいずれかの酸化物超電導線材の製造方法により製造された酸化物超電導線材を含む超電導マグネットである。
【００２３】
また、本発明は、上記の超電導マグネットを含むモータ電機子である。
また、本発明は、上記の超電導マグネットを含む冷凍機冷却型マグネットシステムである。
【００２４】
また、本発明は、上記の超電導マグネットを含むＭＲＩ(Magnetic Resonance Imaging)である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、臨界電流密度を高くすることができるとともに交流損失を低くすることができる酸化物超電導線材、超電導構造体、そのような酸化物超電導線材を製造することができる酸化物超電導線材の製造方法、その酸化物超電導線材、その超電導構造体またはその酸化物超電導線材の製造方法により製造された酸化物超電導線材を含む超電導ケーブルおよび超電導マグネットならびにその超電導マグネットを含む製品を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２７】
図１に本発明の酸化物超電導線材の好ましい一例の一部の斜視図を示し、図２に図１に示す酸化物超電導線材の長手方向に直交するＩＩ−ＩＩに沿った断面を模式的に示す。本発明の酸化物超電導線材１はテープ状に形成されており、マトリクス２と、マトリクス２中に埋め込まれているＢｉ−２２２３系酸化物超電導体を含むフィラメント３と、を備えている。なお、フィラメント３は、金属シース中にＢｉ−２２２３系酸化物超電導体が収容された構成となっている。
【００２８】
ここで、本発明においては、図２に示す酸化物超電導線材１の長手方向に直交する断面の断面積が０．５ｍｍ2以下であり、この酸化物超電導線材１の断面積において、フィラメント３の１本当たりの平均断面積が酸化物超電導線材１の断面積の０．２％以上６％以下、好ましくは２％以上６％以下であることを特徴としている。
【００２９】
本発明者は、上記のビーンモデルに基づいた基本式に基づき、フィラメント３の芯数をなるべく減少させずに酸化物超電導線材１の断面積をできるだけ小さくすることによって、臨界電流密度を高くしつつ交流損失の低下を抑制することができるのではないかと考え、鋭意検討を行なった。その結果、酸化物超電導線材１の長手方向に直交する断面の断面積を０．５ｍｍ2以下としたとき、フィラメント３を構成する超電導体としてＢｉ−２２２３系酸化物超電導体を用い、かつ、フィラメント３の１本当たりの平均断面積が酸化物超電導線材１の断面積の０．２％以上６％以下、好ましくは２％以上６％以下とした場合には、酸化物超電導線材の臨界電流密度を高くすることができるとともに交流損失を低くすることができることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【００３０】
なお、酸化物超電導線材１の長手方向に直交する断面におけるフィラメント３の１本当たりの平均断面積は、酸化物超電導線材１の長手方向に直交する断面に複数存在しているフィラメント３の断面積の総和を求め、その総和をフィラメント３の本数で割ることによって求めることができる。
【００３１】
また、本発明において、Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体とは、ＢｉαＰｂβＳｒγＣａδＣｕεＯx（ただし、１．７≦α≦２．１、０≦β≦０．４、１．７≦γ≦２．１、１．７≦δ≦２．２、ε＝３．０、９．８≦ｘ≦１０．２）の組成式で表わされる超電導体のことである。ここで、Ｂｉはビスマスを示し、Ｐｂは鉛を示し、Ｓｒはストロンチウムを示し、Ｃａはカルシウムを示し、Ｃｕは銅を示し、Ｏは酸素を示す。また、αはビスマスの組成比を示し、βは鉛の組成比を示し、γはストロンチウムの組成比を示し、δはカルシウムの組成比を示し、εは銅の組成比を示し、ｘは酸素の組成比を示す。なお、マトリクス２の材料としては、たとえば銀などが用いられる。
【００３２】
また、本発明の酸化物超電導線材１においては、フィラメント３の平均アスペクト比が１０よりも大きいことが好ましい。フィラメント３の平均アスペクト比が１０よりも大きい場合には、本発明の酸化物超電導体１の臨界電流密度がさらに高くなる傾向にある。なお、フィラメント３の平均アスペクト比は、酸化物超電導線材１の長手方向に直交する断面に複数存在しているフィラメント３の幅との厚さの比の平均値である。たとえば図２を参照すると、１本のフィラメント３のアスペクト比は、（フィラメント３の幅ｄ）／（フィラメント３の厚さｔ）の式により得られる。そして、この式により得られたアスペクト比を酸化物超電導線材１の長手方向に直交する断面に存在している複数のフィラメント３のそれぞれについて求め、それを総和し、その総和をフィラメント３の本数で割ることによってフィラメント３の平均アスペクト比を求めることができる。
【００３３】
また、本発明の酸化物超電導線材１においては、たとえば図３の斜視透視図に示すように、フィラメント３が捩れた状態（酸化物超電導線材１の長手方向の中心軸を回転軸として旋回している状態）でマトリクス２中に埋め込まれていることが好ましい。この場合には、交流損失をさらに低減することができる傾向にある。なお、酸化物超電導線材１の長手方向の中心軸は、酸化物超電導線材１の長手方向に直交する断面の中心を通る軸であって、酸化物超電導線材１の長手方向に沿って伸びる軸である。また、後述する圧延加工前の多芯超電導線を従来から公知の方法で捩じることによって、その捩じられた多芯超電導線について圧延加工および熱処理して得られる酸化物超電導線材１中においてフィラメント３を捩れた状態（酸化物超電導線材１の長手方向の中心軸を回転軸として旋回している状態）にすることができる。
【００３４】
ここで、フィラメント３の旋回するピッチであるツイストピッチが短いほど交流損失を低減することができる傾向にあり、交流損失を低減する観点からは、フィラメント３のツイストピッチは８ｍｍ以下であることが好ましい。また、臨界電流密度をより高くするとともに交流損失をより低くする観点からは、ツイストピッチは５ｍｍ以下であることが好ましい。なお、フィラメント３のツイストピッチは図３に示す長さＬとなる。従来のフィラメントは長手方向に直交する断面の断面積が大きいために加工上の問題からツイストピッチを８ｍｍよりも大きくすることは困難であったが、本発明の酸化物超電導線材１の長手方向に直交する断面の断面積は０．５ｍｍ2以下と非常に小さいためにツイストピッチを８ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下とすることが可能となる。
【００３５】
また、本発明の酸化物超電導線材１においては、たとえば図４および図５の模式的断面図に示すように、隣接しているフィラメント３の間にバリア層４が形成されていることが好ましい。この場合には交流損失が低減する傾向にあり、特にフィラメント３が捩れている場合にはその傾向はさらに大きくなる。なお、バリア層４の材料としては、室温（２５℃）で銀の１０倍以上の電気抵抗を有する材料が用いられ、たとえば、炭酸ストロンチウム、酸化銅、ジルコニアまたはＢｉ−２２０１超電導体などを用いることができる。
【００３６】
また、本発明の酸化物超電導線材１においては、たとえば図６の模式的断面図に示すように、マトリクス２の表面上に金属テープ１０が備えられていることが好ましい。この場合には、本発明の酸化物超電導線材１は金属テープ１０により補強されていることから、本発明の酸化物超電導線材１を用いたコイル巻き線および超電導ケーブルの作製が容易となる傾向にある。ここで、金属テープ１０は、たとえば銅またはステンレスなどの金属からなるテープをハンダなどを用いてマトリクス２の表面に貼り合わせることによって、マトリクス２の表面上に設置することができる。
【００３７】
また、本発明の酸化物超電導線材１においては、たとえば図７の模式的断面図に示すように、マトリクス２の表面上に絶縁被膜１１が備えられていることが好ましい。この場合には、本発明の酸化物超電導線材１の表面が予め絶縁されているため、本発明の酸化物超電導線材１を用いたコイル巻き線の作製が容易となる傾向にある。ここで、絶縁被膜１１は、たとえばポリイミドなどの樹脂からなるテープをマトリクス２の表面にハーフラップで巻きつける（テープの幅の半分だけ重ね合わせて巻きつける）ことによって、マトリクス２の表面上に設置することができる。また、たとえば、本発明の酸化物超電導線材１よりも幅の広いポリイミドなどの樹脂からなる２枚のテープを酸化物超電導線材１の長手方向に沿って貼り合わせることによっても絶縁被膜１１の設置は可能である。
【００３８】
また、本発明の酸化物超電導線材１においては、たとえば図８の模式的断面図に示すように、マトリクス２の表面上に金属テープ１０が備えられているとともに、金属テープ１０の表面上に絶縁被膜１１が備えられていることが好ましい。この場合には、絶縁被膜１１で絶縁性が確保されるとともに金属テープ１０で補強されることによって、運転時に大きな力が加わる超電導マグネットや設置時に大きな負荷が加わる大容量の超電導ケーブルへの応用が可能となる傾向にある。ここで、金属テープ１０は、たとえば銅またはステンレスなどの金属からなるテープをハンダなどを用いてマトリクス２の表面に貼り合わせることによってマトリクス２の表面上に設置することができ、絶縁被膜１１は、たとえばポリイミドなどの樹脂からなるテープを金属テープ１０の表面に貼りつけることによって、金属テープ１０の表面上に設置することができる。
【００３９】
また、上述した図７または図８に示す絶縁被膜１１で被覆された酸化物超電導線材１の少なくとも１本をエッジワイズ方向に曲げ、エッジワイズ方向に曲げられた酸化物超電導線材１を含む複数の酸化物超電導線材１を撚り合わせることによって、超電導構造体を作製することができる。このような構成の超電導構造体は、低損失、大容量かつコンパクトに作製することができるため、このような構成の超電導構造体を用いた場合には、大容量の交流機器（たとえば、超電導ケーブルまたは超電導マグネットなど）を作製することができる傾向にある。なお、本発明において、「エッジワイズ方向に曲げる」とは、複数の酸化物超電導線材１のうち内側に位置する酸化物超電導線材１についてはその一部が外側に位置するように曲げることをいい、外側に位置する酸化物超電導線材１についてはその一部が内側に位置するように曲げることをいう。このような構成の超電導構造体は、たとえば、絶縁被膜１１で被覆された３本の酸化物超電導線材１をエッジワイズ方向に曲げ径１０００ｍｍで連続的に曲げながら撚り合わせることにより作製することができる。
【００４０】
また、たとえば図９の模式的断面図に示すように、上記の酸化物超電導線材１をテープ状の保護膜１３中に複数含ませ、保護膜１３の対向する主面１３ａの両面のそれぞれに金属テープ１２を設置することによって超電導構造体１４を作製することもできる。このような構成の超電導構造体１４においては、保護膜１３の主面１３ａに対して垂直方向の磁場に対する交流損失を低減することができ、酸化物超電導線材１の１本当たりの容量が増大する傾向にある。このような構成の超電導構造体１４は、交流損失が低く、かつ大容量が必要とされる交流機器に好適に用いることができる。なお、保護膜１３としては、たとえば、ハンダなどの合金を用いることができる。
【００４１】
ここで、図９に示す超電導構造体１４においては、たとえば図１０の模式的断面図に示すように、隣り合う酸化物超電導線材１の間に保護膜１３よりも高抵抗の高抵抗体１５が設置されることが好ましい。この場合には、保護膜１３の主面１３ａに対して垂直方向の磁場に対する交流損失をさらに低減することができ、酸化物超電導線材１の１本当たりの容量がさらに増大する傾向にある。
【００４２】
また、たとえば図１１の模式的断面図に示すように、上記の酸化物超電導線材１をテープ状のポリエステルなどからなる絶縁性保護膜１６中に複数含ませることによって超電導構造体１４を作製することができる。このような構成の超電導構造体１４においても、絶縁性保護膜１６の主面１６ａに対して垂直方向の磁場に対する交流損失を低減することができる傾向にある。また、このような構成の超電導構造体１４は可撓性を有するため、取扱いが容易となる傾向にある。なお、絶縁性保護膜１６としては、ポリエステル以外にも、たとえば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレンまたはポリイミドなどを用いることができる。
【００４３】
また、本発明の酸化物超電導線材１においては、フィラメント３中のＢｉ−２２２３系酸化物超電導体の相対密度は９９％以上であることが好ましい。この場合には臨界電流密度がさらに向上する傾向にある。なお、本発明において、相対密度（％）は、１００×（酸化物超電導体全体の体積−空孔全体の体積）／（酸化物超電導体全体の体積）の式で求められる。また、本発明において、臨界電流密度は、（酸化物超電導線材１の臨界電流量）／（酸化物超電導線材１の長手方向に直交する断面の断面積）の式で求められる。
【００４４】
次に、本発明の酸化物超電導線材の製造方法について説明する。図１２に、本発明の酸化物超電導線材の製造方法の好ましい一例のフローチャートを示す。
【００４５】
図１２を参照して、まず、ステップＳ１においては、たとえば図１３の模式的斜視図に示すように、第１金属シース５中に酸化物超電導体粉末および非超電導体粉末を含む原料粉末６を充填する。ここで、本発明においては、原料粉末６において粒径が２μｍ以下の非超電導体粉末が原料粉末６に含まれている非超電導体粉末全体の個数の９５％以上を占めている。なお、非超電導体粉末は、酸化物超電導体粉末の臨界温度で酸化物超電導体粉末よりも電気抵抗が高い粉末である。非超電導体粉末の材料としては、たとえば（Ｃａ，Ｓｒ）2ＣｕＯ3、（Ｃａ，Ｓｒ）2ＰｂＯ4または（Ｃａ，Ｓｒ）14Ｃｕ24Ｏ3などが挙げられる。また、本発明の酸化物超電導線材の製造方法で用いられる酸化物超電導体粉末の材料としては、たとえば上記のＢｉ−２２２３系酸化物超電導体などが用いられる。
【００４６】
次に、ステップＳ２においては、たとえば図１４の模式的斜視図に示すように、原料粉末６が充填された第１金属シース５を伸線加工して単芯超電導線７を形成する。
【００４７】
次いで、ステップＳ３においては、たとえば図１５の模式的斜視図に示すように、単芯超電導線７の複数を第２金属シース８中に収容する。
【００４８】
続いて、ステップＳ４においては、たとえば図１６の模式的斜視図に示すように、単芯超電導線７が収容された第２金属シース８を伸線加工して多芯超電導線９を形成する。ここで、本発明においては、圧延加工前の多芯超電導線における単芯超電導線の断面積の変動係数（ＣＯＶ）が１５％以下である。なお、圧延加工前の多芯超電導線における単芯超電導線の断面積の変動係数（ＣＯＶ）とは、圧延加工前の多芯超電導線の長手方向に直交する断面における複数の単芯超電導線の断面積の標準偏差をこれらの単芯超電導線の断面積の平均値で割った値のことである。
【００４９】
そして、ステップＳ５においては、たとえば図１７の模式的斜視図に示すように、多芯超電導線９を圧延加工することによりテープ状とする。ここで、本発明においては、圧延加工における圧延圧下率が８２％以下である。なお、圧延圧下率（％）とは、たとえば図１８の模式的側面図に示すように、圧延加工前の多芯超電導線９の厚みｔ２に対する圧延加工後の多芯超電導線９の厚みｔ１の割合（１００×{１−（ｔ１／ｔ２）}）のことである。
【００５０】
その後、ステップＳ６においては、圧延加工後の多芯超電導線９を熱処理することによって、テープ状の酸化物超電導体が製造される。ここで、本発明においては、熱処理は２００気圧以上の圧力下で行なわれる。
【００５１】
本発明者が酸化物超電導線材の臨界電流密度を維持したままで酸化物超電導線材の長手方向に直交する方向の断面の断面積を小さくすることを検討したところ、酸化物超電導線材の長手方向に直交する方向の断面の断面積を小さくした場合には臨界電流密度も低下するということがわかった。
【００５２】
そして、臨界電流密度が低下する原因としては、酸化物超電導線材の長手方向に直交する方向の断面の断面積を小さくすると伸線加工度が向上してＣＯＶが大きくなり、これにより酸化物超電導線材に流れる電流が阻害されていることによるものであることがわかった。
【００５３】
さらに、本発明者が、伸線加工度の向上とＣＯＶの大きさとの関係について調査したところ、酸化物超電導線材の断面積を小さくする際に、粒径が２μｍ以下の非超電導体の塊が単芯超電導線の均一な変形を妨げる起点になっていることがわかった。そして、非超電導体の粒径は、第１金属シースへの充填時から圧延加工後までほとんど変化していないことがわかった。
【００５４】
以上の結果に基づき、本発明者が鋭意検討した結果、粒径が２μｍ以下の非超電導体粉末が非超電導体粉末全体の個数の９５％以上を占めている場合にはＣＯＶが１５％以下となり、酸化物超電導線材の断面積を小さくすることができることがわかった。
【００５５】
しかしながら、上記のようにして断面積を小さくした酸化物超電導線材の臨界電流密度にばらつきが生じた。そこで、本発明者が臨界電流密度の低い酸化物超電導線材を調査したところ、その表面にピンホールが数多く形成されており、その部分のフィラメントを構成する酸化物超電導体の相対密度が低いことがわかった。さらに詳細に調査すると、多芯超電導線を圧延加工する際の圧延圧下率とピンホール量とに相関がある可能性があった。
【００５６】
そこで、本発明者が多芯超電導線を圧延加工する際の圧延圧下率を７０％〜８５％まで変化させ、さらに、酸化物超電導線材中のフィラメントを構成する酸化物超電導体の相対密度を高くするために２００気圧以上の圧力下で圧延加工後の多芯超電導線の熱処理を行なった。その結果、粒径が２μｍ以下の非超電導体粉末が非超電導体粉末全体の個数の９５％以上を占める原料粉末を用い、圧延加工前の多芯超電導線における単芯超電導線の断面積の変動係数（ＣＯＶ）を１５％以下とし、圧延加工における圧延圧下率を８２％以下として、圧延加工後の多芯超電導線を２００気圧以上の圧力下で熱処理を行なって得られた酸化物超電導線材は、その長手方向における断面積が０．５ｍｍ2以下であって、高い臨界電流密度を有することが確認された。また、酸化物超電導線材の臨界電流密度をより高くするとともに交流損失をより低くする観点からは、本発明の酸化物超電導線材の製造方法において製造された酸化物超電導線材の断面積において、フィラメントの１本当たりの平均断面積が酸化物超電導線材の断面積の０．２％以上６％以下であることが好ましく、２％以上６％以下であることがより好ましい。
【００５７】
ここで、本発明の酸化物超電導線材の製造方法においては、圧延加工前の多芯超電導線を捩じる工程を複数回行なうことが好ましい。この場合には、酸化物超電導線材に含まれるフィラメントのツイストピッチをより小さくすることができ、ツイストピッチを８ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下とした場合には、上述したように、交流損失をさらに低減することができる傾向にある。
【００５８】
図１９に、圧延加工前の多芯超電導線を捩じる工程を複数回行なう工程のフローチャートの好ましい一例を示す。ここで、圧延加工前の多芯超電導線を伸線加工し、その後、軟化工程を経て、多芯超電導線が捩じられる。その後、再び、軟化工程を経て、多芯超電導線が捩じられる。そして、再び、軟化工程が行なわれ、スキンパスを経た後に、圧延加工がされる。なお、軟化工程は、たとえば、２００℃以上３００℃以下の温度の大気下で０．５時間以上多芯超電導線を放置することにより行なわれる。また、スキンパスは、多芯超電導線をたとえばダイスに通してその表面を平滑化する工程である。
【００５９】
また、本発明の酸化物超電導線材の製造方法においては、酸化物超電導線材中にバリア層を形成することが好ましい。この場合には交流損失が低減する傾向にあり、特にフィラメントが捩れている場合にはその傾向はさらに大きくなる。ここで、バリア層は、たとえば、表面にバリア層の形成材料が塗布された単芯超電導線を用いて酸化物超電導線材を作製することによって、酸化物超電導線材を構成するフィラメントとマトリクスとの間に形成することができる。なお、本明細書においては、上記熱処理前は単芯超電導線と表現し、上記熱処理後はフィラメントと表現している。
【００６０】
また、本発明の酸化物超電導線材の製造方法により得られた酸化物超電導線材のフィラメント中の酸化物超電導体の相対密度は９９％以上であることが好ましい。この場合には臨界電流密度がさらに向上する傾向にある。
【００６１】
なお、上記の本発明の酸化物超電導線材１および本発明の酸化物超電導線材の製造方法によって製造された酸化物超電導線材はそれぞれその長手方向に直交する断面の断面積が小さいことから、コンパクトな転位が可能となる。ここで、転位とは、交流通電時の偏流対策として、たとえば図２０の模式図に示すように、酸化物超電導線材１の外側と内側とを反転させることである。その転位の手法としては、たとえば図２１の模式図に示すように、酸化物超電導線材１をエッジワイズ方向に曲げる方法がある。
【００６２】
従来の酸化物超電導線材は、その長手方向に直交する断面の断面積が大きかったために、臨界電流密度を維持するためには、エッジワイズ方向の曲げ直径を１０００ｍｍ程度にしか曲げることができなかった。しかし、本発明の酸化物超電導線材および本発明の酸化物超電導線材の製造方法によって製造された酸化物超電導線材はそれぞれその長手方向に直交する断面の断面積が小さいことから、エッジワイズ方向の曲げ直径を５００ｍｍ程度にすることができるために、よりコンパクトな転位が可能となった。
【００６３】
また、本発明の酸化物超電導線材１、その酸化物超電導線材１を含む本発明の超電導構造体１４および本発明の酸化物超電導線材の製造方法によって製造された酸化物超電導線材はそれぞれその長手方向に直交する断面の断面積が小さいことから、超電導ケーブルまたは超電導マグネットなどに用いた場合には、そのコンパクト化および軽量化を図ることができる。
【００６４】
また、本発明の酸化物超電導線材、その酸化物超電導線材を含む本発明の超電導構造体および本発明の酸化物超電導線材の製造方法によって製造された酸化物超電導線材を含む超電導マグネットは、モータ電機子、冷凍機冷却型マグネットシステムまたはＭＲＩなどの製品に用いることができる。
【００６５】
なお、本発明に係る酸化物超電導線材および超電導構造体は交流損失を低減することができるため、本発明に係る酸化物超電導線材または超電導構造体を含む超電導マグネットおよびその超電導マグネットを含むモータ電機子、冷凍機冷却型マグネットシステムまたはＭＲＩなどは、これらを冷却する負荷を低減することができる傾向にある。
【００６６】
また、本発明に係る酸化物超電導線材および超電導構造体は断面積が小さく薄いテープ状にすることができるため、本発明に係る酸化物超電導線材または超電導構造体を含む超電導ケーブルにおいては、芯材への巻き付け時の歪みが減少し、臨界電流量が低減しない傾向にある。
【実施例】
【００６７】
（実施例１）
Ｂｉ2Ｏ3、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3、ＣａＣＯ3およびＣｕＯを用いて、Ｂｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．７９：０．４：１．９６：２．１８：３の組成比になるように、これらの粉末を混合した。この混合した粉末に対して、加熱および粉砕を行ない、Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体粉末を含む原料粉末を得た。そして、この原料粉末を外径１２ｍｍ、内径１０ｍｍの第１金属シースとしての銀パイプ中に充填した。
【００６８】
この粉末が充填された銀パイプを直径２ｍｍになるまで伸線加工することによって単芯超電導線を作製した。そして、単芯超電導線の表面に炭酸ストロンチウムからなるバリア層を塗布した。そして、バリア層が表面に塗布された単芯超電導線を外径３６ｍｍ、内径２７ｍｍの第２金属シースとしての銀パイプ中に９１本収容した。次に、単芯超電導線が収容された銀パイプを直径０．９ｍｍになるまでさらに伸線加工して多芯超電導線を作製した。
【００６９】
その後、多芯超電導線を２５０℃の雰囲気下で１時間放置する軟化工程と軟化工程後に多芯超電導線を捩じる工程とを、本実施例において得られる酸化物超電導線材中のフィラメントのツイストピッチが８ｍｍとなるように交互に繰り返した。そして、その多芯超電導線について、再度、２５０℃の雰囲気下で１時間放置する軟化工程を行ない、その後、スキンパスを経て圧延加工を行なった。
【００７０】
その後、圧延加工後の多芯超電導線について、１回目の焼結を大気圧中で行ない、さらに圧延加工を行なった後、２００気圧の圧力下で８５０℃で５０時間の熱処理を行なうことにより、テープ状の酸化物超電導線材（実施例１の酸化物超電導線材）を得た。
【００７１】
この実施例１の酸化物超電導線材の一部をその長手方向に直交する方向に切断したところ、その断面は、銀からなるマトリクス中にフィラメントが埋設されており、それぞれのフィラメントはバリア層によって取り囲まれた構成となっていた。
【００７２】
そして、その断面の断面積を測定したところ、０．５ｍｍ2であった。また、その断面において、フィラメント１本当たりの平均断面積は、酸化物超電導線材全体の断面積の０．２％であった。また、実施例１の酸化物超電導線材を構成するフィラメントの平均アスペクト比は１０よりも大きかった。
【００７３】
このようにして得られた実施例１の酸化物超電導線材について、７７Ｋ（ケルビン）、０Ｔ（テスラ）の条件下で臨界電流密度を測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、実施例１の酸化物超電導線材の臨界電流密度は１１ｋＡ／ｃｍ2であることが確認された。
【００７４】
また、実施例１の酸化物超電導線材について、交流損失を測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、実施例１の酸化物超電導線材の交流損失は、１５μＪ／Ａ／ｍ／ｃｙｃｌｅであることが確認された。
【００７５】
（実施例２）
直径３．８ｍｍの単芯超電導線を３７本収容することによって、フィラメント１本当たりの平均断面積を酸化物超電導線材全体の断面積の１％となるように調整したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例２の酸化物超電導線材を作製した。
【００７６】
この実施例２の酸化物超電導線材の一部をその長手方向に直交する方向に切断したところ、その断面は、銀からなるマトリクス中にフィラメントが埋設されており、それぞれのフィラメントはバリア層によって取り囲まれた構成となっていた。
【００７７】
そして、その断面の断面積を測定したところ、０．５ｍｍ2であった。また、実施例２の酸化物超電導線材を構成するフィラメントの平均アスペクト比は１０よりも大きかった。
【００７８】
そして、実施例２の酸化物超電導線材について、実施例１と同一の方法および同一の条件で、臨界電流密度および交流損失をそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、実施例２の酸化物超電導線材の臨界電流密度は１２ｋＡ／ｃｍ2であり、交流損失は１４μＪ／Ａ／ｍ／ｃｙｃｌｅであった。
【００７９】
（実施例３）
直径５．３ｍｍの単芯超電導線を１９本収容することによって、フィラメント１本当たりの平均断面積を酸化物超電導線材全体の断面積の２％となるように調整したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例３の酸化物超電導線材を作製した。
【００８０】
この実施例３の酸化物超電導線材の一部をその長手方向に直交する方向に切断したところ、その断面は、銀からなるマトリクス中にフィラメントが埋設されており、それぞれのフィラメントはバリア層によって取り囲まれた構成となっていた。
【００８１】
そして、その断面の断面積を測定したところ、０．５ｍｍ2であった。また、実施例３の酸化物超電導線材を構成するフィラメントの平均アスペクト比は１０よりも大きかった。
【００８２】
そして、実施例３の酸化物超電導線材について、実施例１と同一の方法および同一の条件で、臨界電流密度および交流損失をそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、実施例３の酸化物超電導線材の臨界電流密度は１３ｋＡ／ｃｍ2であり、交流損失は１１μＪ／Ａ／ｍ／ｃｙｃｌｅであった。
【００８３】
（実施例４）
直径８．５ｍｍの単芯超電導線を７本収容することによって、フィラメント１本当たりの平均断面積を酸化物超電導線材全体の断面積の６％となるように調整したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で実施例４の酸化物超電導線材を作製した。
【００８４】
この実施例４の酸化物超電導線材の一部をその長手方向に直交する方向に切断したところ、その断面は、銀からなるマトリクス中にフィラメントが埋設されており、それぞれのフィラメントはバリア層によって取り囲まれた構成となっていた。
【００８５】
そして、その断面の断面積を測定したところ、０．５ｍｍ2であった。また、実施例４の酸化物超電導線材を構成するフィラメントの平均アスペクト比は１０よりも大きかった。
【００８６】
そして、実施例４の酸化物超電導線材について、実施例１と同一の方法および同一の条件で、臨界電流密度および交流損失をそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、実施例４の酸化物超電導線材の臨界電流密度は１２ｋＡ／ｃｍ2であり、交流損失は１０μＪ／Ａ／ｍ／ｃｙｃｌｅであった。
【００８７】
（比較例１）
直径１．７ｍｍの単芯超電導線を１２７本収容することによって、フィラメント１本当たりの平均断面積を酸化物超電導線材全体の断面積の０．１５％となるように調整したこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件で比較例１の酸化物超電導線材を作製した。
【００８８】
この比較例１の酸化物超電導線材の一部をその長手方向に直交する方向に切断したところ、その断面は、銀からなるマトリクス中にフィラメントが埋設されており、それぞれのフィラメントはバリア層によって取り囲まれた構成となっていた。
【００８９】
そして、その断面の断面積を測定したところ、０．５ｍｍ2であった。また、比較例１の酸化物超電導線材を構成するフィラメントの平均アスペクト比は１０よりも大きかった。
【００９０】
そして、比較例１の酸化物超電導線材について、実施例１と同一の方法および同一の条件で、臨界電流密度および交流損失をそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、比較例１の酸化物超電導線材の臨界電流密度は５ｋＡ／ｃｍ2であり、交流損失は２４μＪ／Ａ／ｍ／ｃｙｃｌｅであった。
【００９１】
（比較例２）
外径３６ｍｍ、内径２７ｍｍの第２金属シースを用いてフィラメント１本当たりの平均断面積を酸化物超電導線材全体の断面積の６．５％となるように調整したこと以外は実施例４と同一の方法および同一の条件で比較例２の酸化物超電導線材を作製した。
【００９２】
この比較例２の酸化物超電導線材の一部をその長手方向に直交する方向に切断したところ、その断面は、銀からなるマトリクス中にフィラメントが埋設されており、それぞれのフィラメントはバリア層によって取り囲まれた構成となっていた。
【００９３】
そして、その断面の断面積を測定したところ、０．５ｍｍ2であった。また、比較例２の酸化物超電導線材を構成するフィラメントの平均アスペクト比は１０よりも大きかった。
【００９４】
そして、比較例２の酸化物超電導線材について、実施例１と同一の方法および同一の条件で、臨界電流密度および交流損失をそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。表１に示すように、比較例２の酸化物超電導線材の臨界電流密度は６ｋＡ／ｃｍ2であり、交流損失は２２μＪ／Ａ／ｍ／ｃｙｃｌｅであった。
【００９５】
【表１】
【００９６】
表１に示すように、Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体を含むフィラメントが銀からなるマトリクス中に埋め込まれており、酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面の断面積が０．５ｍｍ2以下であって、酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面においてフィラメントの１本当たりの平均断面積が酸化物超電導線材全体の断面積の０．２％以上６％以下の範囲にある実施例１〜４の酸化物超電導線材は、酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面においてフィラメントの１本当たりの平均断面積がそれぞれ酸化物超電導線材全体の断面積の０．１５％（比較例１）、６．５％（比較例２）となっている比較例１〜２の酸化物超電導線材と比べて、臨界電流密度を高くすることができるとともに、交流損失を低減できることがわかる。
【００９７】
また、酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面においてフィラメントの１本当たりの平均断面積が酸化物超電導線材全体の断面積の２％以上６％以下の範囲にある実施例３〜４の酸化物超電導線材は、特に、臨界電流密度を高くすることができるとともに交流損失も低減できることがわかる。
【００９８】
（実施例５）
実施例１と同一の方法および同一の条件で、Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体粉末を含む原料粉末を得た。そして、この原料粉末を構成するＢｉ−２２２３系酸化物超電導体粉末以外の非超電導体粉末の粒径について調査したところ、粒径２μｍ以下の非超電導体粉末が原料粉末を構成する非超電導体粉末全体の個数の９５％以上を占めていることが確認された。
【００９９】
次に、この原料粉末を外径１２ｍｍ、内径１０ｍｍの第１金属シースとしての銀パイプ中に充填した。
【０１００】
この銀パイプ中に充填された粉末を２ｍｍまで伸線加工することによって単芯超電導線を作製した。そして、単芯超電導線の表面に炭酸ストロンチウムからなるバリア層を塗布した。そして、バリア層が表面に塗布された単芯超電導線を外径３６ｍｍ、内径２７ｍｍの第２金属シースとしての銀パイプ中に９１本収容した。次に、単芯超電導線が収容された銀パイプを直径０．９ｍｍになるまでさらに伸線加工して多芯超電導線を作製した。ここで、多芯超電導線における単芯超電導線の断面積の変動係数であるＣＯＶについて調査したところ、ＣＯＶは１５％以下であることが確認された。
【０１０１】
その後、多芯超電導線を２５０℃の雰囲気下で１時間放置する軟化工程と軟化工程後に多芯超電導線を捩じる工程とを、本実施例において得られる酸化物超電導線材中のフィラメントのツイストピッチが８ｍｍになるまで交互に繰り返した。そして、その多芯超電導線について、再度、２５０℃の雰囲気下で１時間放置する軟化工程を行ない、その後、スキンパスを経て圧延加工を行なった。ここで、圧延加工は、圧延圧下率が８２％以下とされた。
【０１０２】
その後、圧延加工後の多芯超電導線について、２００気圧の圧力下で８５０℃で５０時間の熱処理を行なうことにより、テープ状の酸化物超電導線材（実施例５の酸化物超電導線材）を得た。
【０１０３】
この実施例５の酸化物超電導線材の一部をその長手方向に直交する方向に切断したところ、その断面は、銀からなるマトリクス中にフィラメントが埋設されており、それぞれのフィラメントはバリア層によって取り囲まれた構成となっていた。また、その断面の断面積を測定したところ、０．５ｍｍ2であった。
【０１０４】
このようにして得られた実施例５の酸化物超電導線材について、実施例１と同一の方法および同一の条件で、臨界電流密度および交流損失をそれぞれ測定した。その結果、実施例５の酸化物超電導線材の臨界電流密度は１０ｋＡ／ｃｍ2以上であり、交流損失は１５μＪ／Ａ／ｍ／ｃｙｃｌｅであった。
【０１０５】
（実施例６〜１２）
Ｂｉ2Ｏ3、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3、ＣａＣＯ3およびＣｕＯを用いて、Ｂｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．７９：０．４：１．９６：２．１８：３の組成比になるように、これらの粉末を混合した。この混合した粉末に対して、加熱および粉砕を行ない、Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体粉末を含む原料粉末を得た。そして、この原料粉末を外径１２ｍｍ、内径１０ｍｍの第１金属シースとしての銀パイプ中に充填した。
【０１０６】
この粉末が充填された銀パイプを直径１．５ｍｍになるまで伸線加工することによって単芯超電導線を作製した。そして、単芯超電導線の表面に炭酸ストロンチウムからなるバリア層を塗布した。そして、バリア層が表面に塗布された単芯超電導線を外径１２ｍｍ、内径９ｍｍの第２金属シースとしての銀パイプ中に１９本収容した。次に、単芯超電導線が収容された銀パイプを直径０．５ｍｍになるまでさらに伸線加工して多芯超電導線を作製した。
【０１０７】
その後、一部の多芯超電導線について２５０℃の雰囲気下で１時間放置する軟化工程と軟化工程後に多芯超電導線を捩じる工程とを交互に繰り返し、実施例６〜１２の酸化物超電導線材中のフィラメントのツイストピッチが互いに異なるように、多芯超電導線を複数作製した。
【０１０８】
これらの多芯超電導線に対して２５０℃の雰囲気下で１時間放置する軟化工程を行ない、その後、スキンパスを経て圧延加工を行なった。その後、圧延加工後の多芯超電導線について、１回目の焼結を大気圧中で行ない、さらに圧延加工を行なった後、２００気圧の圧力下で８５０℃で５０時間の熱処理を行なうことにより、表２に示す構成の実施例６〜１２のテープ状の酸化物超電導線材を得た。なお、実施例１２の酸化物超電導線材については多芯超電導線の軟化工程および捩じる工程はされていないので表２のツイストピッチの欄には記載がされていない。
【０１０９】
ここで、実施例６〜１２の酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面は、銀からなるマトリクス中にフィラメントが埋設されており、それぞれのフィラメントはバリア層によって取り囲まれた構成となっていた。
【０１１０】
また、実施例６〜１２の酸化物超電導線材の断面の断面積は０．３ｍｍ2であった。また、その断面において、フィラメント１本当たりの平均断面積は、酸化物超電導線材全体の断面積の１％であった。また、実施例６〜１２の酸化物超電導線材を構成するフィラメントの平均アスペクト比は１０よりも大きかった。
【０１１１】
そして、実施例６〜１２の酸化物超電導線材について、実施例１と同一の方法および同一の条件で、臨界電流密度および交流損失をそれぞれ測定した。その結果を表２に示す。
【０１１２】
【表２】
【０１１３】
表２に示すように、ツイストピッチが８ｍｍ以下である実施例６〜９の酸化物超電導線材は、ツイストピッチが８ｍｍよりも大きい実施例１０〜１２の酸化物超電導線材と比べて、交流損失が低減できていることが確認された。
【０１１４】
また、ツイストピッチが５ｍｍ以下である実施例６〜８の酸化物超電導線材は、ツイストピッチが８ｍｍよりも大きい実施例９〜１２の酸化物超電導線材と比べて、交流損失が低減できていることが確認された。
【０１１５】
（比較例３〜８）
Ｂｉ2Ｏ3、ＰｂＯ、ＳｒＣＯ3、ＣａＣＯ3およびＣｕＯを用いて、Ｂｉ：Ｐｂ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝１．７９：０．４：１．９６：２．１８：３の組成比になるように、これらの粉末を混合した。この混合した粉末に対して、加熱および粉砕を行ない、Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体粉末を含む原料粉末を得た。そして、この原料粉末を外径１２ｍｍ、内径１０ｍｍの第１金属シースとしての銀パイプ中に充填した。
【０１１６】
この粉末が充填された銀パイプを直径２ｍｍになるまで伸線加工することによって単芯超電導線を作製した。そして、単芯超電導線の表面に炭酸ストロンチウムからなるバリア層を塗布した。そして、バリア層が表面に塗布された単芯超電導線を外径１２ｍｍ、内径９ｍｍの第２金属シースとしての銀パイプ中に１９本収容した。次に、単芯超電導線が収容された銀パイプを直径１．８ｍｍになるまでさらに伸線加工して多芯超電導線を作製した。
【０１１７】
その後、一部の多芯超電導線について２５０℃の雰囲気下で１時間放置する軟化工程と軟化工程後に多芯超電導線を捩じる工程とを交互に繰り返し、比較例３〜８の酸化物超電導線材中のフィラメントのツイストピッチが互いに異なるように多芯超電導線を複数作製した。このとき、ツイストピッチを８ｍｍ以下にしようとすると断線が多発して加工できなかった。
【０１１８】
加工ができた多芯超電導線に対して２５０℃の雰囲気下で１時間放置する軟化工程を行ない、その後、スキンパスを経て圧延加工を行なった。その後、圧延加工後の多芯超電導線について、１回目の焼結を大気圧中で行ない、さらに圧延加工を行なった後、２００気圧の圧力下で８５０℃で５０時間の熱処理を行なうことにより、表３に示す構成の比較例６〜８のテープ状の酸化物超電導線材を得た。なお、比較例３〜５のテープ状の酸化物超電導線材は、上記の捩じり加工において断線が多発したために作製することができなかった。また、比較例８の酸化物超電導線材については多芯超電導線の軟化工程および捩じる工程はされていないので表３のツイストピッチの欄には記載がされていない。
【０１１９】
ここで、比較例６〜８の酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面は、銀からなるマトリクス中にフィラメントが埋設されており、それぞれのフィラメントはバリア層によって取り囲まれた構成となっていた。
【０１２０】
また、比較例６〜８の酸化物超電導線材の断面の断面積は０．８ｍｍ2であった。また、その断面において、フィラメント１本当たりの平均断面積は、酸化物超電導線材全体の断面積の１％であった。
【０１２１】
そして、比較例６〜８の酸化物超電導線材について、実施例１と同一の方法および同一の条件で、臨界電流密度および交流損失をそれぞれ測定した。その結果を表３に示す。なお、比較例３〜５の酸化物超電導線材は作製できなかったために臨界電流密度および交流損失は測定できなかった。
【０１２２】
【表３】
【０１２３】
表３に示すように、比較例６〜８の酸化物超電導線材は、実施例１〜１２の酸化物超電導線材と比べて交流損失が大きくなっていることが確認された。
【０１２４】
（実施例１３〜１８）
単芯超電導線の表面に炭酸ストロンチウムからなるバリア層を塗布しなかったこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件でツイストピッチが互いに異なる実施例１３〜１８の酸化物超電導線材を作製した。なお、実施例１８の酸化物超電導線材については多芯超電導線の軟化工程および捩じる工程はされていないので表４のツイストピッチの欄には記載がされていない。
【０１２５】
ここで、実施例１３〜１８の酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面は、銀からなるマトリクス中にフィラメントが埋設されているが、それぞれのフィラメントはバリア層によって取り囲まれていない構成となっていた。
【０１２６】
また、実施例１３〜１８の酸化物超電導線材の断面の断面積は０．５ｍｍ2であった。また、その断面において、フィラメント１本当たりの平均断面積は、酸化物超電導線材全体の断面積の１％であった。また、実施例１３〜１８の酸化物超電導線材を構成するフィラメントの平均アスペクト比は１０よりも大きかった。
【０１２７】
そして、実施例１３〜１８の酸化物超電導線材について、実施例１と同一の方法および同一の条件で、臨界電流密度および交流損失をそれぞれ測定した。その結果を表４に示す。
【０１２８】
【表４】
【０１２９】
表４に示すように、ツイストピッチが８ｍｍ以下である実施例１３〜１４の酸化物超電導線材は、ツイストピッチが８ｍｍよりも大きい実施例１５〜１８の酸化物超電導線材と比べて、交流損失が大きく低減できていることが確認された。
【０１３０】
（実施例１９）
実施例１の酸化物超電導線材の表面にポリイミド系のテープをハーフラップで巻きつけたものを実施例１９の酸化物超電導線材とした。そして、実施例１９の酸化物超電導線材の全長にわたって上記のテープで絶縁されていることを確認した後、パンケーキコイルを作製した。
【０１３１】
従来においては、パンケーキコイルの作製の際、酸化物超電導線材間の絶縁性確保のために絶縁シートを酸化物超電導線材と共に巻いて絶縁性を確保していた。しかしながら、実施例１９の酸化物超電導線材はその表面にポリイミド系のテープがハーフラップで巻きつけられているために絶縁シートを酸化物超電導線材と共に巻く必要がなく、作業性が著しく向上した。
【０１３２】
（実施例２０）
実施例１の酸化物超電導線材の主面（最も面積の大きい表面）の両面にその長手方向に沿って銅テープを貼り付けたものを実施例２０の酸化物超電導線材とした。
【０１３３】
実施例２０の酸化物超電導線材の引っ張り試験を実施したところ、実施例１の酸化物超電導線材の引っ張り強度の１．５倍以上となった。これにより、酸化物超電導線材の強度によって規定されるコイル巻き線の張力の設計や、超電導ケーブルの引き込み時の荷重設計に余裕が生じ、フレキシブルな設計ができるようになった。
【０１３４】
（実施例２１）
実施例１の酸化物超電導線材の主面の両面にその長手方向に沿って銅テープを貼り付けるとともに、銅テープの貼り付け後の酸化物超電導線材の主面の両面からポリテトラフルオロエチレンからなる２枚の絶縁テープを酸化物超電導線材の長手方向に沿って貼り合わせたものを実施例２１の酸化物超電導線材とした。
【０１３５】
そして、実施例２１の酸化物超電導線材の全長にわたって絶縁されているのを確認した後、実施例２１の酸化物超電導線材について引っ張り試験を実施したところ、実施例１の酸化物超電導線材の引っ張り強度の２倍以上となった。
【０１３６】
（実施例２２）
実施例１９の酸化物超電導線材を３本、エッジワイズ方向に曲げ径１０００ｍｍで連続的に曲げながら撚り合せて実施例２２の超電導構造体を作製した。実施例２２の超電導構造体でソレノイドコイルを作製したところ、３本の超電導構造体間の偏流が抑制されていることをロゴスキーコイルで確認した。
【０１３７】
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】
【０１３８】
本発明によれば、臨界電流密度を高くすることができるとともに交流損失を低くすることができる酸化物超電導線材、そのような酸化物超電導線材を含む超電導構造体、そのような酸化物超電導線材を製造することができる酸化物超電導線材の製造方法、その酸化物超電導線材またはその酸化物超電導線材の製造方法により製造された酸化物超電導線材を含む超電導ケーブルおよび超電導マグネットならびにその超電導マグネットを含む製品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】本発明の酸化物超電導線材の好ましい一例の一部の斜視図である。
【図２】図１に示す酸化物超電導線材の長手方向に直交するＩＩ−ＩＩに沿った断面を模式的に示す図である。
【図３】本発明の酸化物超電導線材の他の好ましい一例の一部の斜視透視図である。
【図４】本発明の酸化物超電導線材の他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図５】本発明の酸化物超電導線材のさらに他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図６】本発明の酸化物超電導線材のさらに他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図７】本発明の酸化物超電導線材のさらに他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図８】本発明の酸化物超電導線材のさらに他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図９】本発明の超電導構造体の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図１０】本発明の超電導構造体のさらに他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図１１】本発明の超電導構造体のさらに他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図１２】本発明の酸化物超電導線材の製造方法の好ましい一例のフローチャートである。
【図１３】本発明の酸化物超電導線材の製造方法の製造工程の一部を図解するための模式図である。
【図１４】本発明の酸化物超電導線材の製造方法の製造工程の一部を図解するための模式図である。
【図１５】本発明の酸化物超電導線材の製造方法の製造工程の一部を図解するための模式図である。
【図１６】本発明の酸化物超電導線材の製造方法の製造工程の一部を図解するための模式図である。
【図１７】本発明の酸化物超電導線材の製造方法の製造工程の一部を図解するための模式図である。
【図１８】本発明の酸化物超電導線材の製造方法における圧延圧下率を図解するための模式図である。
【図１９】本発明の酸化物超電導線材の製造方法において圧延加工前の多芯超電導線を捩じる工程を複数回行なう工程の好ましい一例のフローチャートである。
【図２０】酸化物超電導線材の転位を図解する模式図である。
【図２１】酸化物超電導線材をエッジワイズ方向に曲げた状態を図解する模式的な平面図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１ 酸化物超電導線材、２ マトリクス、３ フィラメント、４ バリア層、５ 第１金属シース、６ 原料粉末、７ 単芯超電導線、８ 第２金属シース、９ 多芯超電導線、１０，１２ 金属テープ、１１ 絶縁被膜、１３ 保護膜、１３ａ，１６ａ 主面、１４ 超電導構造体、１５ 高抵抗体、１６ 絶縁性保護膜。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体を含むフィラメントの複数がマトリクス中に埋め込まれてなるテープ状の酸化物超電導線材であって、
前記酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面の断面積が０．５ｍｍ2以下であり、
前記酸化物超電導線材の断面において、前記フィラメントの１本当たりの平均断面積が前記酸化物超電導線材の断面積の０．２％以上６％以下であることを特徴とする、酸化物超電導線材。
【請求項２】
前記フィラメントの平均アスペクト比が１０よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の酸化物超電導線材。
【請求項３】
前記フィラメントは前記酸化物超電導線材の長手方向の中心軸を回転軸として旋回しており、前記フィラメントの旋回するピッチであるツイストピッチが８ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の酸化物超電導線材。
【請求項４】
前記ツイストピッチが５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項３に記載の酸化物超電導線材。
【請求項５】
前記フィラメントの間にバリア層が形成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の酸化物超電導線材。
【請求項６】
前記マトリクスの表面上に金属テープを備えていることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の酸化物超電導線材。
【請求項７】
前記マトリクスの表面上に絶縁被膜を備えていることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の酸化物超電導線材。
【請求項８】
前記マトリクスの表面上に金属テープを備えるとともに、前記金属テープの表面上に絶縁被膜を備えていることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の酸化物超電導線材。
【請求項９】
請求項７または８に記載の酸化物超電導線材の複数が撚り合わされてなる超電導構造体であって、エッジワイズ方向に曲げられた少なくとも１本の酸化物超電導線材が撚り合わされてなることを特徴とする、超電導構造体。
【請求項１０】
請求項１から５のいずれかに記載の酸化物超電導線材をテープ状の保護膜中に複数含み、前記保護膜の対向する主面の両面にそれぞれ金属テープを備えている、超電導構造体。
【請求項１１】
隣り合う前記酸化物超電導線材の間に前記保護膜よりも高抵抗の高抵抗体が設置されていることを特徴とする、請求項１０に記載の超電導構造体。
【請求項１２】
請求項１から５のいずれかに記載の酸化物超電導線材をテープ状の絶縁性保護膜中に複数含む、超電導構造体。
【請求項１３】
第１金属シース中に酸化物超電導体粉末および非超電導体粉末を含む原料粉末を充填する工程と、
前記原料粉末が充填された前記第１金属シースを伸線加工して単芯超電導線を形成する工程と、
前記単芯超電導線の複数を第２金属シース中に収容する工程と、
前記単芯超電導線が収容された前記第２金属シースを伸線加工して多芯超電導線を形成する工程と、
前記多芯超電導線を圧延加工する工程と、
前記圧延加工後の前記多芯超電導線を熱処理する工程と、を含み、
前記原料粉末において粒径が２μｍ以下の前記非超電導体粉末が前記非超電導体粉末全体の個数の９５％以上を占めており、
前記圧延加工前の前記多芯超電導線における前記単芯超電導線の断面積の変動係数（ＣＯＶ）が１５％以下であり、
前記圧延加工における圧延圧下率が８２％以下であって、
前記熱処理は２００気圧以上の圧力下で行なわれることを特徴とする、酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項１４】
前記圧延加工前に前記多芯超電導線を捩じる工程を複数回行なうことを特徴とする、請求項１３に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項１５】
酸化物超電導線材中にバリア層を形成することを特徴とする、請求項１３または１４に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項１６】
請求項１から８のいずれかに記載の酸化物超電導線材、請求項９から１２のいずれかに記載の超電導構造体または請求項１３から１５のいずれかに記載の酸化物超電導線材の製造方法により製造された酸化物超電導線材を含む、超電導ケーブル。
【請求項１７】
請求項１から８のいずれかに記載の酸化物超電導線材、請求項９から１２のいずれかに記載の超電導構造体または請求項１３から１５のいずれかに記載の酸化物超電導線材の製造方法により製造された酸化物超電導線材を含む、超電導マグネット。
【請求項１８】
請求項１７に記載の超電導マグネットを含む、モータ電機子。
【請求項１９】
請求項１７に記載の超電導マグネットを含む、冷凍機冷却型マグネットシステム。
【請求項２０】
請求項１７に記載の超電導マグネットを含む、ＭＲＩ。
【請求項１】
Ｂｉ−２２２３系酸化物超電導体を含むフィラメントの複数がマトリクス中に埋め込まれてなるテープ状の酸化物超電導線材であって、
前記酸化物超電導線材の長手方向に直交する断面の断面積が０．５ｍｍ2以下であり、
前記酸化物超電導線材の断面において、前記フィラメントの１本当たりの平均断面積が前記酸化物超電導線材の断面積の０．２％以上６％以下であることを特徴とする、酸化物超電導線材。
【請求項２】
前記フィラメントの平均アスペクト比が１０よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の酸化物超電導線材。
【請求項３】
前記フィラメントは前記酸化物超電導線材の長手方向の中心軸を回転軸として旋回しており、前記フィラメントの旋回するピッチであるツイストピッチが８ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の酸化物超電導線材。
【請求項４】
前記ツイストピッチが５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項３に記載の酸化物超電導線材。
【請求項５】
前記フィラメントの間にバリア層が形成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の酸化物超電導線材。
【請求項６】
前記マトリクスの表面上に金属テープを備えていることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の酸化物超電導線材。
【請求項７】
前記マトリクスの表面上に絶縁被膜を備えていることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の酸化物超電導線材。
【請求項８】
前記マトリクスの表面上に金属テープを備えるとともに、前記金属テープの表面上に絶縁被膜を備えていることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の酸化物超電導線材。
【請求項９】
請求項７または８に記載の酸化物超電導線材の複数が撚り合わされてなる超電導構造体であって、エッジワイズ方向に曲げられた少なくとも１本の酸化物超電導線材が撚り合わされてなることを特徴とする、超電導構造体。
【請求項１０】
請求項１から５のいずれかに記載の酸化物超電導線材をテープ状の保護膜中に複数含み、前記保護膜の対向する主面の両面にそれぞれ金属テープを備えている、超電導構造体。
【請求項１１】
隣り合う前記酸化物超電導線材の間に前記保護膜よりも高抵抗の高抵抗体が設置されていることを特徴とする、請求項１０に記載の超電導構造体。
【請求項１２】
請求項１から５のいずれかに記載の酸化物超電導線材をテープ状の絶縁性保護膜中に複数含む、超電導構造体。
【請求項１３】
第１金属シース中に酸化物超電導体粉末および非超電導体粉末を含む原料粉末を充填する工程と、
前記原料粉末が充填された前記第１金属シースを伸線加工して単芯超電導線を形成する工程と、
前記単芯超電導線の複数を第２金属シース中に収容する工程と、
前記単芯超電導線が収容された前記第２金属シースを伸線加工して多芯超電導線を形成する工程と、
前記多芯超電導線を圧延加工する工程と、
前記圧延加工後の前記多芯超電導線を熱処理する工程と、を含み、
前記原料粉末において粒径が２μｍ以下の前記非超電導体粉末が前記非超電導体粉末全体の個数の９５％以上を占めており、
前記圧延加工前の前記多芯超電導線における前記単芯超電導線の断面積の変動係数（ＣＯＶ）が１５％以下であり、
前記圧延加工における圧延圧下率が８２％以下であって、
前記熱処理は２００気圧以上の圧力下で行なわれることを特徴とする、酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項１４】
前記圧延加工前に前記多芯超電導線を捩じる工程を複数回行なうことを特徴とする、請求項１３に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項１５】
酸化物超電導線材中にバリア層を形成することを特徴とする、請求項１３または１４に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項１６】
請求項１から８のいずれかに記載の酸化物超電導線材、請求項９から１２のいずれかに記載の超電導構造体または請求項１３から１５のいずれかに記載の酸化物超電導線材の製造方法により製造された酸化物超電導線材を含む、超電導ケーブル。
【請求項１７】
請求項１から８のいずれかに記載の酸化物超電導線材、請求項９から１２のいずれかに記載の超電導構造体または請求項１３から１５のいずれかに記載の酸化物超電導線材の製造方法により製造された酸化物超電導線材を含む、超電導マグネット。
【請求項１８】
請求項１７に記載の超電導マグネットを含む、モータ電機子。
【請求項１９】
請求項１７に記載の超電導マグネットを含む、冷凍機冷却型マグネットシステム。
【請求項２０】
請求項１７に記載の超電導マグネットを含む、ＭＲＩ。
【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１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【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１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００７−２７３４５２（Ｐ２００７−２７３４５２Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３７２４（Ｐ２００７−３７２４）
【出願日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【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１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【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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