特開 2023-6905 伸線加工方法及び超電導線材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023006905

(43)【公開日】2023-01-18

(54)【発明の名称】伸線加工方法及び超電導線材

(51)【国際特許分類】

   B21C 1/00 20060101AFI20230111BHJP

   H01B 13/00 20060101ALI20230111BHJP

   H01B 12/10 20060101ALI20230111BHJP

【ＦＩ】

B21C1/00 H

H01B13/00 Z

H01B12/10

B21C1/00 C

B21C1/00 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021109756

(22)【出願日】2021-06-30

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】謝 政庭

(72)【発明者】

【氏名】洪 允晶

【テーマコード（参考）】

4E096

5G321

【Ｆターム（参考）】

4E096EA12

4E096EA24

4E096EA25

4E096EA27

5G321DA03

(57)【要約】

【課題】伸線加工方法において、不均一な変形形状の抑制による加工安定性を確保する。
【解決手段】中心材と、前記中心材を囲むように配置された複数の第１の周辺線と、前記第１の周辺線の外側に配置された外郭材と、を有する第１の線材の断面径を伸線加工により縮小する伸線加工方法であって、前記第１の周辺線の長手方向に対して垂直な断面における形状は、前記外郭材に接する長辺と、前記中心材に接する短辺と、隣接する前記周辺線と接する第１の斜辺及び第２の斜辺とから構成される略等脚台形である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

中心材と、前記中心材を囲むように配置された複数の第１の周辺線と、前記第１の周辺線の外側に配置された外郭材と、を有する第１の線材の断面径を伸線加工により縮小する伸線加工方法であって、
前記第１の周辺線は、
圧縮性材と、前記圧縮性材を覆う金属シース材と、を有し、
前記第１の周辺線の長手方向に対して垂直な断面における形状は、
前記外郭材に接する長辺と、前記中心材に接する短辺と、隣接する前記周辺線と接する第１の斜辺及び第２の斜辺とから構成される略等脚台形であることを特徴とする伸線加工方法。

【請求項2】

前記中心材は、
円状の金属棒で形成されたコア材と、前記コアを覆う円状の第１の金属管で形成された被覆材と、を有し、
前記外郭材は、
外層材と、内層材を有し、
前記内層材は、円状の第２の金属管で形成されており、
前記外層材は、円状の第３の金属管で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の伸線加工方法。

【請求項3】

前記第１の周辺線の長辺は、前記外郭材の内周側に位置し、
前記第１の周辺線の短辺は、前記中心材の外周側に位置することを特徴とする請求項１に記載の伸線加工方法。

【請求項4】

前記第１の線材を用意し、
前記第１の線材の前記断面径を前記伸線加工により縮小し、
前記外郭材から前記第１の周辺線の前記長辺の左右両側に優先的にひずみを導入して、第２の周辺線を有する第２の線材を形成することを特徴とする請求項１に記載の伸線加工方法。

【請求項5】

前記第２の周辺線の断面は、
前記外郭材に接する第１辺、前記中心材に接する第２辺、隣接する前記第２の周辺線と接する第３辺及び第４辺とから構成される略環状扇形であることを特徴とする請求項４に記載の伸線加工方法。

【請求項6】

前記第１辺の中点における前記圧縮性材の第１の平均気孔率は、
前記第１辺と前記第３辺との交点である第１点における前記圧縮性材の第２の平均気孔率及び前記第１辺と前記第４辺との交点である第２点における前記圧縮性材の第３の平均気孔率のいずれよりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の伸線加工方法。

【請求項7】

前記第２辺の中点における前記圧縮性材の第４の平均気孔率は、
前記第２辺と前記第３辺との交点である第３点における前記圧縮性材の第５の平均気孔率及び前記第２辺と前記第４辺との交点である第４点における前記圧縮性材の第６の平均気孔率のいずれよりも小さいことを特徴とする請求項５に記載の伸線加工方法。

【請求項8】

円筒状の前記金属シース材の中に前記圧縮性材を充填した複合体と、
前記複合体の最大径より小さい穴径を持つ円形ダイスと、
入口側の穴と出口側の穴を有し、前記出口側の穴が、前記長辺と、前記短辺と、前記第１の斜辺及び前記第２の斜辺とから構成される前記略等脚台形の形状を持つ略等脚台形ダイスと、
をそれぞれ用意し、
前記円形ダイスに前記複合体を通して、前記複合体の断面径を縮小して断面形状が円形の前記第１の周辺線を形成し、
前記断面形状が円形の前記第１の周辺線を前記略等脚台形ダイスに通して、断面形状が前記略等脚台形の前記第１の周辺線を形成することを特徴とする請求項１に記載の伸線加工方法。

【請求項9】

前記断面形状が円形の前記第１の周辺線を前記略等脚台形ダイスに通して、断面形状が前記略等脚台形の前記第１の周辺線を形成する際に、
前記第１の周辺線における前記圧縮性材と前記金属シース材との間に隙間がないように、前記略等脚台形ダイスの出口側の穴の前記長辺と前記短辺と前記第１の斜辺及び前記第２の斜辺を、前記断面形状が円形の前記第１の周辺線における前記圧縮性材の最大径より小さくすることを特徴とする請求項８に記載の伸線加工方法。

【請求項10】

芯材と、前記芯材を囲むように配置された複数の周辺線と、前記周辺線の外側に配置された外郭材と、を有する超電導線材であって、
前記周辺線は、
多孔質材と、前記多孔質材を覆う周辺線被覆材と、を有し、
前記周辺線の長手方向に対して垂直な断面における形状は、
前記外郭材に接する第１辺、前記芯材に接する第２辺、隣接する前記周辺線と接する第３辺及び第４辺とから構成される略環状扇形であり、
前記第１辺の中点における前記多孔質材の第１の平均孔径は、
前記第１辺と前記第３辺との交点である第１点における前記多孔質材の第２の平均孔径及び前記第１辺と前記第４辺との交点である第２点における前記前記多孔質材の第３の平均孔径のいずれよりも大きく、
前記第２辺の中点における前記多孔質材の第４の平均孔径は、
前記第２辺と前記第３辺との交点である第３点における前記多孔質材の第５の平均孔径及び前記第２辺と前記第４辺との交点である第４点における前記多孔質材の第６の平均孔径のいずれよりも小さいことを特徴とする超電導線材。

【請求項11】

前記芯材は、
円状の金属棒で形成されたコア材と、前記コアを覆う円状の第１の金属管で形成された被覆材と、を有し、
前記外郭材は、
外層材と、内層材を有し、
前記内層材は、円状の第２の金属管で形成されており、
前記外層材は、円状の第３の金属管で形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の超電導線材。

【請求項12】

芯材と、前記芯材を囲むように配置された複数の周辺線と、前記周辺線の外側に配置された外郭材と、を有する超電導線材であって、
前記周辺線は、
多孔質材と、前記多孔質材を覆う周辺線被覆材と、を有し、
前記周辺線の長手方向に対して垂直な断面における形状は、
前記外郭材に接する第１辺、前記芯材に接する第２辺、隣接する前記周辺線と接する第３辺及び第４辺とから構成される略環状扇形であり、
前記多孔質材の孔径は、
（１）前記第１辺と前記第３辺との交点である第１点、
（２）前記第１辺と前記第４辺との交点である第２点、
（３）前記第２辺の中点、
における孔径の最小値よりも常に大きく、
前記第１辺の中点の前記多孔質材の孔径は、
前記第１点及び前記第２点の孔径の最大値よりも大きいことを特徴とする超電導線材。

【請求項13】

前記芯材は、
円状の金属棒で形成されたコア材と、前記コアを覆う円状の第１の金属管で形成された被覆材と、を有し、
前記外郭材は、
外層材と、内層材を有し、
前記内層材は、円状の第２の金属管で形成されており、
前記外層材は、円状の第３の金属管で形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の超電導線材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、伸線加工方法及び超電導線材に関する。

【背景技術】

【0002】

高温超伝導線材は、混合粉末を金属管に詰め、混合粉末を詰めた複数の金属管を更に管に導入し、伸線加工方法で細長い線材に加工することにより製造される。この手法は、一般的に金属管あるいは金属棒に使用される伸線加工方法が適用されている。伸線加工方法の一例である引抜加工法は、例えば、特許文献１に記載されている。

【0003】

上記引抜加工法は、伸線される素材の最大径より小さい穴径を持つダイス穴に素材を通すことにより、穴径と同様に素材の断面径が小さくなる加工方法である。目的とする断面径になるまで、ダイス穴径が徐々に小さくなるダイス穴に素材を通す工程を複数回行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３－２５２５６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

例えば、高温超伝導線は、線材の長手方向に垂直な断面の中央部に位置する円筒状の銅管と銅管の周囲に配置された混合粉末を詰めた複数の円筒状の鉄管と複数の円筒状の鉄管の外側に配置された円筒状のモネル管で構成されており、複数の材料で構成された線材を伸線加工する。

【0006】

引抜加工法を用いる場合、ダイス穴に素材を通す工程を繰り返し行うことにより細長い線材が製造される。複数の円筒状の金属材および圧縮性材料（例えば、混合粉末）で構成された線材の伸線加工では、最外周側に位置する金属管から変形が開始する。伸線加工中に、最外周側に位置する金属管から内部の素材に圧力が加わる箇所が一定であるため、そこに応力が局部的に集中する。なお、断面中央部に位置する金属管の周囲に配置された圧縮性材料を詰めた金属管の形状を円筒状とする場合、円筒状の金属管同士の接触状態は伸線加工途中において点接触となる。

【0007】

この結果、線材の内部において局部的に応力集中と不均一な平均気孔率分布が生ずるため、断線と線材の性能劣化などの不良を起こす可能性がある。また、金属管同士の接触状態が不安定であるため、伸線加工中の素材に対する圧縮が不均一になる。

【0008】

例えば、高温超伝導線に混合粉末を詰めた複数の円筒状の鉄管を用いる場合、伸線加工時の線材内部の局所変形と不安定な接触状態により、加工性の低下が発生するため、不均一な変形形状の抑制による加工安定性確保が課題である。

【0009】

特に、高温超伝導線においては不均一な変形により混合粉末の平均気孔率分布が不均一になるため、超伝導線材の性能低下が発生し、加工安定性による超電導線の品質ばらつき抑制が課題である。

【0010】

本発明の目的は、伸線加工方法において、不均一な変形形状の抑制による加工安定性を確保することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一態様の伸線加工方法は、中心材と、前記中心材を囲むように配置された複数の第１の周辺線と、前記第１の周辺線の外側に配置された外郭材と、を有する第１の線材の断面径を伸線加工により縮小する伸線加工方法であって、前記第１の周辺線は、圧縮性材と、前記圧縮性材を覆う金属シース材と、を有し、前記第１の周辺線の長手方向に対して垂直な断面における形状は、前記外郭材に接する長辺と、前記中心材に接する短辺と、隣接する前記周辺線と接する第１の斜辺及び第２の斜辺とから構成される略等脚台形であることを特徴とする。

【0012】

本発明の一態様の超電導線材は、芯材と、前記芯材を囲むように配置された複数の周辺線と、前記周辺線の外側に配置された外郭材と、を有する超電導線材であって、前記周辺線は、多孔質材と、前記多孔質材を覆う周辺線被覆材と、を有し、前記周辺線の長手方向に対して垂直な断面における形状は、前記外郭材に接する第１辺、前記芯材に接する第２辺、隣接する前記周辺線と接する第３辺及び第４辺とから構成される略環状扇形であり、前記第１辺の中点における前記多孔質材の第１の平均孔径は、前記第１辺と前記第３辺との交点である第１点における前記多孔質材の第２の平均孔径及び前記第１辺と前記第４辺との交点である第２点における前記前記多孔質材の第３の平均孔径のいずれよりも大きく、前記第２辺の中点における前記多孔質材の第４の平均孔径は、前記第２辺と前記第３辺との交点である第３点における前記多孔質材の第５の平均孔径及び前記第２辺と前記第４辺との交点である第４点における前記多孔質材の第６の平均孔径のいずれよりも小さいことを特徴とする。

【0013】

本発明の一態様の超電導線材は、芯材と、前記芯材を囲むように配置された複数の周辺線と、前記周辺線の外側に配置された外郭材と、を有する超電導線材であって、前記周辺線は、多孔質材と、前記多孔質材を覆う周辺線被覆材と、を有し、前記周辺線の長手方向に対して垂直な断面における形状は、前記外郭材に接する第１辺、前記芯材に接する第２辺、隣接する前記周辺線と接する第３辺及び第４辺とから構成される略環状扇形であり、前記多孔質材の孔径は、（１）前記第１辺と前記第３辺との交点である第１点、（２）前記第１辺と前記第４辺との交点である第２点、（３）前記第２辺の中点、における孔径の最小値よりも常に大きく、前記第１辺の中点の前記多孔質材の孔径は、
前記第１点及び前記第２点の孔径の最大値よりも大きいことを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明の一態様によれば、伸線加工方法において、不均一な変形形状の抑制による加工安定性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】（ａ）は、中心材、略等脚台形の断面形状をもつ周辺線及び外郭材で構成される線材の伸線加工前の断面図であり、（ｂ）は、圧縮性材料と金属管で構成される周辺線の伸線加工前の断面図である。

【図2】（ａ）は、中心材、円状の周辺線及び外郭材で構成される線材の伸線加工前の断面図であり、（ｂ）は、圧縮性材料と金属管で構成される周辺線の伸線加工前の断面図である。

【図3】引抜加工装置の簡易図である。

【図4】（ａ）は、中心材、略等脚台形の断面形状をもつ周辺線及び外郭材で構成される線材の伸線加工後の断面図であり、（ｂ）は、圧縮性材料と金属管で構成される周辺線の伸線加工後の断面図である。

【図5】（ａ）は、中心材、円状の周辺線及び外郭材で構成される線材の伸線加工後の断面図であり、（ｂ）は、圧縮性材料と金属管で構成される周辺線の伸線加工後の断面図である。

【図6】台形ダイスの簡易図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の実施形態は、高温超伝導線材あるいは複数の金属管あるいは金属棒と圧縮性材料（例えば、混合粉末）で構成された素材の伸線加工に関する。例えば、高温超伝導線の製造工程において金属管と金属管の周囲に複数本配置された混合粉末を詰めた円筒状の金属管を束ねて大きな金属管に組込んだ状態で、ダイスによる引抜加工法などを用いて、線材の断面径を縮小する。

【0017】

伸線加工途中で、線材の断面径の縮小により、最外周側に位置する大きな金属管から混合粉末を詰めた円筒状の金属管に局所的な圧力が加わるため、形状が不均一な変形が生じることになり、断線の危険を生じる可能性がある。

【0018】

その上、不均一な変形により混合粉末の内部において局部の平均気孔率が大きくなり、平均気孔率分布も不均一になる。その結果、超伝導線の臨界電流密度が低下することが懸念された。また、加工初期において混合粉末を詰めた円筒状の金属管同士の接触状態が点接触であるため、このような不安定な加工状態により、伸線加工後の大きな断面形状のばらつきが発生する可能性がある。

【0019】

断線の少なく、かつ性能が高い高温超伝導線材を得るためには、伸線加工途中において線材内部の変形挙動を均一化して、加工安定性を改善する必要がある。

【0020】

このため、実施形態では、金属管と金属管の周囲に複数本配置された混合粉末と金属管からなる周辺線を束ねて大きな金属管に組込んだ状態の線材に対して、複数本配置された混合粉末と金属管からなる周辺線の断面形状を円形にせずに、略等脚台形をもつ断面形状とする。

【0021】

例えば、線材における複数本配置された周辺線の断面形状による伸線加工後の相当ひずみと平均気孔率は、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）により検討した結果を用いる。ＣＡＥの検討では、伸線加工前の線材の最大断面径を３５％以上縮小する伸線加工をＣＡＥにより検討する。

【0022】

線材の断面径が初期の断面径より３５％以上小さくなった際の周辺線に生じる相当ひずみと平均気孔率を測定し、その結果を用いて伸線加工前の周辺線を台形状に加工しておくことによる効果をＣＡＥで評価した。

【0023】

その結果、上記実施形態により、伸線加工前の周辺線を台形状に加工しておくことによって伸線加工において線材内部の変形挙動を均一化する。これにより、断線などの不良低減及び圧縮性材料の平均気孔率が３０％以下となる断面領域が増えることが可能となり、線材の性能向上が可能となる。さらに、周辺線同士の接触状態の安定化によって加工後の形状ばらつき低減が可能となり、製造コストを低減することができる。

【0024】

以下、図面を用いて実施例について説明する。

【実施例0025】

以下、図面を用いて実施例１の伸線加工方法について説明する。

【0026】

図１を参照して、中心材１０６、略等脚台形の周辺線１０３及び外郭材１０９で構成された素材である伸線加工前の線材１００について説明する。

【0027】

図１（ａ）に示すように、１０本の略等脚台形の周辺線１０３を１本の中心材１０６の周囲に配置して、外郭材１０９に組込んだ場合の線材１００を示す。線材の長手方向の長さは、Ｌ１である。１０本の周辺線１０３で構成された線材１００において、中心材１０６は円状の金属棒で形成されたコア材１０４とコア材１０４を被覆する円状の金属管で形成された被覆材１０５で形成されている。外郭材１０９は、外層材１０７と内層材１０８の２層からなり、内層材１０８が円状の金属管で形成され、外層材１０７は外径Ｄ１からなる円状の金属管で形成されている。

【0028】

図１（ｂ）に示すように、周辺線１０３は、略等脚台形の圧縮性材料（例えば、混合粉末）１０１が金属シース材１０２によって被覆されている。周辺線１０３の断面形状は長辺Ｉ１と、短辺Ｉ２と、第１の斜辺Ｉ３と、第２の斜辺Ｉ４より構成される略等脚台形である。長辺Ｉ１は外郭材１０９の内周側に位置し、短辺Ｉ２は中心材１０６の外周側に位置する。

【0029】

比較材として、周辺線の断面形状を円形とした伸線加工前の線材も用意した。

【0030】

図２を参照して、中心材１０６、円形の周辺線１０３及び外郭材１０９で構成された素材である伸線加工前の線材１００について説明する。中心材１０６と外郭材１０９の構成や形状や配置は図１の伸線加工前の線材１００と同様である。一方、図２の線材において、周辺線１０３の断面形状は外径Ｄ３より構成される円形である。

【0031】

線材を伸線加工する加工方法としては、引抜加工、カセットロール加工、溝ロール加工などがあり、これらの加工方法の内、実施例１では引抜加工を例にして説明する。

【0032】

図３を参照して、伸線加工装置の一例である引抜加工装置の構成について説明する。

【0033】

図３に示すように、引抜加工装置は、穴２３０を有するダイス２１０及びつかみ部（チャック部）２２０を有する。端部Ｂ５の初期径がＤ１の線材１００は、線材１００の端部Ｂ６をつかみ部２２０によりつかんだ状態で、つかみ部２２０をＢ４方向に所定の引張力により引張ることにより進展させる。これにより、端部Ｂ５の断面径Ｄ１が、端部Ｂ６の断面径Ｄ２に縮小される。

【0034】

具体的には、線材１００をつかみ部２２０によりＢ４方向に引張ることにより、線材１００をダイス２１０の穴２３０に通す。ダイス２１０の穴２３０に通った線材１００は、初期径Ｄ１がダイス径より小さくなって、断面径Ｄ２に縮小される。この結果、穴２３０に通った線材１００の断面径が縮小しながら、長手方向の長さが長くなる。

【0035】

図１に示す中心材１０６、略等脚台形の周辺線１０３及び外郭材１０９で構成された素材である伸線加工前の断面径がＤ１の線材１００と、図２に示す中心材１０６、円形の周辺線１０３及び外郭材１０９で構成された素材である伸線加工前の断面径がＤ１の線材１００を対象に、図３の引抜加工装置により断面径をＤ１からＤ２まで縮小して、断面径がＤ２の線材１００を作製する。

【0036】

以下に、伸線加工前の線材１００の最大断面径を３５％以上縮小する伸線加工をＣＡＥにより検討した結果について説明する。

【0037】

例えば、変形抵抗が異なる金属材として、図１と図２の中心材１０６におけるコア材１０４は銅棒、外郭材１０９における外層材１０７はモネル管、中心材１０６における被覆材１０５と周辺線１０３における金属シース材１０２と外郭材１０９における内層材１０８は低炭素鋼とし、３つの金属材の内、外層材１０７の変形抵抗が最大、コア材１０４の変形抵抗が最小とした。また、周辺線１０３における圧縮性材料１０１は５０％の平均気孔率を有するＭｇとＢの混合粉末とする。

【0038】

このような中心材１０６、周辺線１０３及び外郭材１０９で構成された長さがＬ１で断面径がＤ２の線材１００を、引抜加工により初期断面径Ｄ１を３５％縮小して断面径Ｄ２とした。伸線加工後の線材１００の長さは、Ｌ１からＬ２となる。この検討は、例えば、引抜加工途中の周辺線同士の接触状態及び引抜加工後の相当ひずみ分布と平均気孔率分布を測定することにより行った。

【0039】

図４を参照して、中心材１０６、略等脚台形の周辺線１０３及び外郭材１０９で構成された素材である伸線加工後の長さがＬ２で断面径がＤ２の線材１００について説明する。

【0040】

図４（ａ）に示すように、加工後の圧縮性材料１０１の断面形状は伸線加工前の形状が相似形で縮小され、伸線加工前と似ている形状に変形し、伸線加工後の周辺線１０３の断面は略等脚台形から、外郭材１０９に接する第１辺Ｉ１１、中心材１０６に接する第２辺Ｉ２１、隣接する周辺線１０３と接する第３辺Ｉ３１及び第４辺Ｉ４１より構成される略環状扇形（ａｎｎｕｌａｒ ｓｅｃｔｏｒ）へ変化することが確認できた。

【0041】

ＣＡＥによる平均気孔率を測定した結果、第１辺Ｉ１１の中点Ｐ１１における圧縮性材料１０１の平均気孔率は、第１辺Ｉ１１と第３辺Ｉ３１との交点である第１点Ｐ１２における圧縮性材料１０１の平均気孔率及び第１辺Ｉ１１と第４辺Ｉ４１との交点である第２点Ｐ１３における圧縮性材料１０１の平均気孔率のいずれよりも大きいことを確認した。これは、このような製造工程固有で生じる特徴である。なぜならば、伸線加工中に外郭材１０９から圧力が加わる箇所が第１点Ｐ１２及び第２点Ｐ１３であるため、気孔が圧密化されるからである。

【0042】

なお、第２辺Ｉ２１の中点Ｐ１４における圧縮性材料１０１の平均気孔率は、第２辺Ｉ２１と第３辺Ｉ３１との交点である第３点Ｐ１５における圧縮性材料１０１の平均気孔率及び第２辺Ｉ２１と第４辺Ｉ４１との交点である第４点Ｐ１６における圧縮性材料１０１の平均気孔率のいずれよりも１０％程度小さいことを確認した。これも、このような製造工程固有で生じる特徴である。なぜならば、伸線加工中に第２辺Ｉ２１が外郭材１０９の縮小により比較材（円状の周辺線１０３を用いる線材１００）と比べて均一に圧縮されることにより、気孔が圧密化されるからである。

【0043】

上記の２つの特徴により、伸線加工時の圧縮性材料１０１の平均気孔率分布が均一化し、特に第１点Ｐ１２における平均気孔率及び第２点Ｐ１３における平均気孔率が比較材と比べて小さくなるため、線材１００における圧縮性材料１０１の平均気孔率が０．３以下となる断面領域が増えることを確認した。

【0044】

例えば、超電導線材の性能である臨界電流密度は線材における圧縮性材料１０１の平均気孔率に依存し、伸線加工前から周辺線１０３を台形形状に加工することで、線材１００の臨界電流特性が向上すると考えられる。

【0045】

また、伸線加工前から、周辺線１０３を台形形状に加工しておくことにより、伸線加工の加工途中で周辺線同士の接触状態は線接触となる。このため、変形に伴い位置ずれが発生しにくくなり、断面形状が比較材（円状の周辺線１０３を用いる線材１００）と比べて、伸線加工中の周辺線１０３における圧縮性材料１０１に対する圧縮が均一化される。このため、周辺線１０３を台形形状に加工して製造した線材１００は成形時の加工安定性が向上することが考えられる。加工安定性改善によるばらつき低減も可能となるため、量産時において品質の安定性を確保でき、製造コスト低減が可能となる。

【0046】

さらに、伸線加工前から、周辺線１０３を台形形状に加工しておくことにより、伸線加工の加工途中において外郭材１０９から周辺線１０３の長辺Ｉ１での左右両側に優先的にひずみを導入することによって周辺線１０３の断面形状は加工前の断面形状の相似形で縮小される。このため、伸線加工中に周辺線１０３の金属シース材（被覆材）１０２に対するひずみ集中が比較材と比べて回避できることがＣＡＥの結果から確認できた。また、均一な変形によって断線などの不良を低減することが可能となり、量産時において品質の安定性を確保でき、製造コスト低減が可能となる。

【0047】

図５を参照して、中心材１０６、円形の周辺線１０３及び外郭材１０９で構成された素材である伸線加工後の長さがＬ２で断面径がＤ２の線材１００について説明する。

【0048】

図５に示すように加工後の圧縮性材料１０１の断面形状は伸線加工前の形状が相似形で縮小されず、局部的に伸線加工前とは異なる形状に変形し、伸線加工後の周辺線１０３の断面は円形から外郭材１０９に接する第１辺Ｚ１、中心材１０６に接する第２辺Ｚ２、隣接する周辺線１０３と接する第３辺Ｚ３及び第４辺Ｚ４より構成される略台形へ変化することが確認できた。

【0049】

また、ＣＡＥによる平均気孔率を測定した結果、第１辺Ｚ１の中点Ｐ１における圧縮性材料１０１の平均気孔率は、第１辺Ｚ１と第３辺Ｚ３との交点である第１点Ｐ２における圧縮性材料１０１の平均気孔率及び第１辺Ｚ１と第４辺Ｚ４との交点である第２点Ｐ３における圧縮性材料１０１の平均気孔率のいずれよりも小さいことを確認した。これは、このような製造工程固有で生じる特徴である。なぜならば、伸線加工中に外郭材１０９から圧力が加わる箇所が第１辺Ｚ１の中点Ｐ１であるため、気孔が局所的に圧密化されるからである。

【0050】

なお，第２辺Ｚ２の中点Ｐ４における圧縮性材料１０１の平均気孔率は、第２辺Ｚ２と第３辺Ｚ３との交点である第３点Ｐ５における圧縮性材料１０１の平均気孔率及び第２辺Ｚ２と第４辺Ｚ２との交点である第４点Ｐ６における圧縮性材料１０１の平均気孔率のいずれよりも２０％程度小さいことを確認した。これも、このような製造工程固有で生じる特徴である。なぜならば、伸線加工中に第２辺Ｚ２が外郭材１０９の縮小により本発明の線材（略等脚台形状の周辺線１０３を用いる線材１００）と比べて不均一に圧縮されることにより、気孔が圧密化されるからである。

【0051】

上記の２つの特徴により、伸線加工時の圧縮性材料１０１の平均気孔率分布が不均一になることが確認できた。また、伸線加工の加工途中で周辺線同士の接触状態は点接触となるなめ、変形と伴い位置ずれが発生しやすくなり、周辺線１０３における圧縮性材料１０１に対する圧縮が不均一である。

【0052】

さらに、伸線加工前の周辺線１０３の断面形状が円状でなるため、外郭材１０９から周辺線１０３の長辺Ｉ１での中心側に優先的にひずみを導入することによって局部的に伸線加工前とは異なる形状に変形する。このため、周辺線１０３の金属シース材（被覆材）１０２に対するひずみ集中が発生し、特に第１辺Ｚ１の中点Ｐ１における金属シース材（被覆材）１０２の相当ひずみが被覆材１０２の他の箇所よい大きいことが分かった。

【0053】

以下に本発明に用いた略等脚台形の周辺線１０３を作製する手順について説明する。

【0054】

図６に略等脚台形の周辺線１０３を作製するための台形ダイスを示す。

【0055】

金属シース材１０２と圧縮性材料１０１からなる複合体を円状の穴２３０を有するダイス２１０（図３参照）による伸線加工を実施する。伸線加工による断面積減少を繰り返すことで、内部の圧縮性材料１０１を緻密化する。

【0056】

そして、最終加工段階で図６に示す略等脚台形形状の入口側の穴２５０と略等脚台形形状の出口側の穴２６０からなる略等脚台形ダイス２４０を通すことで、図１（ｂ）に示す断面形状が長辺Ｉ１と、短辺Ｉ２と、第１の斜辺Ｉ３と、第２の斜辺Ｉ４より構成される略等脚台形の周辺線１０３を作製する。

【0057】

図６（ｂ）に示すように入口側の穴２５０の断面は、長辺Ｉ１０と、短辺Ｉ２０と、第１の斜辺Ｉ３０と、第２の斜辺Ｉ４０より構成される略等脚台形である。また、図６（ｃ）に示すように出口側の穴２６０の断面は、長辺Ｉ１と、短辺Ｉ２と、第１の斜辺Ｉ３と、第２の斜辺Ｉ４より構成される略等脚台形である。

【0058】

一方、周辺線１０３が略等脚台形ダイス２４０を通過するときに、周辺線１０３における金属シース材１０２と圧縮性材料１０１の間に隙間が生じる。隙間が残るまま、線材１００に用いる場合は、伸線加工の途中で圧縮性材料１０１の不均一な変形や成形不良が発生する可能性がある。

【0059】

上記の問題への対策として、略等脚台形ダイス２４０の出口側の穴２６０の長辺Ｉ１０と、短辺Ｉ２０と、第１の斜辺Ｉ３０と、第２の斜辺Ｉ４０の寸法を加工前の断面形状が円形の周辺線１０３における圧縮性材料１０１の最大径よりにより小さくすることで、略等脚台形ダイス２４０を通過するときに発生する空隙をなくすことができる。

【0060】

なお、円状の周辺線１０３を略等脚台形ダイス２００の内部に通過させるため、略等脚台形ダイス２４０の入口側の穴２５０の寸法を加工前の断面形状が円形の周辺線１０３における金属シース材１０２の最大径よりより大きくする必要がある。

【実施例0061】

次に、図４を参照して、実施例２の超電導線材について説明する。

【0062】

図４に示す実施例２の超電導線材は、中心材１０６、略等脚台形の周辺線１０３及び外郭材１０９で構成された素材（図１参照）を伸線加工した後の線材である。伸線加工後の線材は、長さがＬ２で断面径がＤ２の線材１００である。

【0063】

図４に示すように、伸線加工後の圧縮性材料１０１の断面形状は伸線加工前の形状が相似形で縮小され、伸線加工前と似ている形状に変形し、伸線加工後の周辺線１０３の断面は略等脚台形から外郭材１０９に接する第１辺Ｉ１１、前記中心材に接する第２辺Ｉ２１、隣接する周辺線１０３と接する第３辺Ｉ３１および第４辺Ｉ４１より構成される略環状扇形（ａｎｎｕｌａｒ ｓｅｃｔｏｒ）へ変化する。

【0064】

図４（ｂ）を参照して、実施例２の超電導線材の一の態様の具体的な構成について説明する。

【0065】

図４（ｂ）に示すように、実施例２の超電導線材の一の態様は、芯材である中心材１０６と、中心材１０６を囲むように配置された複数の周辺線１０３と、周辺線１０３の外側に配置された外郭材１０９とを有する。

【0066】

周辺線１０３は、圧縮性材料（例えば、混合粉末）１０１と、圧縮性材料１０１を覆う金属シース材（周辺線被覆材）１０２とを有する。ここで、圧縮性材料１０１は、多孔質材で構成される。

【0067】

周辺線１０３の長手方向に対して垂直な断面における形状は、外郭材１０９に接する第１辺Ｉ１１、中心材１０６に接する第２辺Ｉ２１、隣接する周辺線１０３と接する第３辺Ｉ３１及び第４辺Ｉ４１とから構成される略環状扇形である。

【0068】

第１辺Ｉ１１の中点Ｐ１１における圧縮性材料（多孔質材）１０１の第１の平均孔径は、第１辺Ｉ１１と第３辺Ｉ３１との交点である第１点Ｐ１２における圧縮性材料（多孔質材）１０１の第２の平均孔径及び第１辺Ｉ１１と第４辺Ｉ４１との交点である第２点Ｐ１３における圧縮性材料（多孔質材）１０１の第３の平均孔径のいずれよりも大きい（構成（１））。

【0069】

さらに、第２辺Ｉ２１の中点Ｐ１４における圧縮性材料（多孔質材）１０１の第４の平均孔径は、第２辺Ｉ２１と第３辺Ｉ３１との交点である第３点Ｐ１５における圧縮性材料（多孔質材）１０１の第５の平均孔径及び第２辺Ｉ２１と第４辺Ｉ４１との交点である第４点Ｐ１６における圧縮性材料（多孔質材）１０１の第６の平均孔径のいずれよりも小さい（構成（２））。

【0070】

実施例２の一の態様の超電導線材によれば、圧縮性材料（多孔質材）１０１に対する圧縮が均一化される。また、金属シース材（周辺線被覆材）１０２に対するひずみ集中が回避できるため断線を回避できる。

【0071】

上記実施例１の伸線加工方法で生じる一つの特徴が上記構成（１）である。なぜならば、線材加工中に外郭材１０９から圧力が加わる箇所が第１点Ｐ１２及び第２点Ｐ１３であるため、圧縮性材料（多孔質材）１０１の孔が圧縮されるからである。

【0072】

同様に、上記実施例１の伸線加工方法で生じる他の特徴が上記構成（２）である。なぜなら、略等脚台形状の周辺線１０３が伸線加工中に第２辺Ｉ２１の中点Ｐ１４が圧縮されることにより、圧縮性材料（多孔質材）１０１の孔が圧縮されるからである。

【0073】

また、実施例２の超電導線材の他の態様は、図４（ｂ）に示すように、芯材である中心材１０６と、中心材１０６を囲むように配置された複数の周辺線１０３と、周辺線１０３の外側に配置された外郭材１０９とを有する。

【0074】

周辺線１０３は、圧縮性材料１０１と、圧縮性材料１０１を覆う金属シース材（周辺線被覆材）１０２とを有する。ここで、圧縮性材料１０１は、多孔質材で構成される。

【0075】

周辺線１０３の長手方向に対して垂直な断面における形状は、外郭材１０９に接する第１辺Ｉ１１、中心材１０６に接する第２辺Ｉ２１、隣接する周辺線１０３と接する第３辺Ｉ３１及び第４辺Ｉ４１とから構成される略環状扇形である。

【0076】

ここで、圧縮性材料（多孔質材）１０１の孔径は、（１）第１辺Ｉ１１と第３辺Ｉ３１との交点である第１点Ｐ１２、（２）第１辺Ｉ１１と第４辺Ｉ４１との交点である第２点Ｐ１３、（３）第２辺Ｉ２１の中点Ｐ１４、における孔径の最小値よりも常に大きい。また、第１辺Ｉ１１の中点の圧縮性材料（多孔質材）１０１の孔径は、第１点Ｐ１２及び第２点Ｐ１３の孔径の最大値よりも大きい。

【0077】

実施例２の他の態様の超電導線材によれば、上記構成を有することにより、線材１００の臨界電流特性を向上させることができる。

【0078】

特に、第１辺Ｉ１１の周辺については、第１辺Ｉ１１の中点Ｐ１１の圧縮性材料（多孔質材）１０１の孔径は、第１点Ｐ１２及び第２点Ｐ１３の孔径の最大値よりも大きいので、図５に示す比較材より効果が大きい。なぜならば、第１点Ｐ１２及び第２点Ｐ１３はもともと変形しやすく、圧縮性材料（多孔質材）１０１の素材となる混合粉末の配置量も少ないから、圧縮による孔径縮小も少ないからである。

【0079】

上記実施例によれば、線材の内部で生じる素材の不均一な変形、不均一な気孔率分布及び線材の長手方向に垂直な断面形状の乱れを抑制することができる。

【0080】

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。