JPH01186232A - 超電導線材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超電導体、例えばＹＢａｚＣｕ３０ｔ−，５
で表わされるペロブスカイト構造のセラミックス系材料
を芯材とし、金属管を鞘材とする超電導線材の製造方法
に関する。

〔従来技術〕

超電導線材は、例えば酸化物超電導粉末を銅。

銀等の金属管に充填した後、ダイス伸線法により、線材
化して製造されている。以下、ＹＢａ＊Ｃｕ：＋０ｔ−
４で表される酸化物超電導体を芯材とする超電導線材の
製造方法について説明する。

先づ、Ｙ２Ｏ１、ＢａＯ（又はＢａＣ０３）及びＣｕＯ
の混合物を焼成する固体反応法、Ｙ、Ｂａ及びＣｕの各
硝酸塩の混合物をシュウ酸で共沈させ、沈澱物を焼成す
る共沈法、等により得られたＹ　Ｂａ、Ｃｕ５Ｏｔ−δ
で表される酸化物超電導粉末を金属管に充填して、ダイ
ス伸線法によって細径の複合線材に縮径加工する。次に
この複合線材に適宜の熱処理を施せば、超電導特性を示
す酸化物超電導線材が得られる。

従来、線材を縮径加工する方法としては、穴ダイスを用
いる方法、孔型ローラダイスを用いる方法等、次の４つ
の方法があった。

先づ、第１の方法として、第５図に示す如（線材を挿通
させる円孔５２が設けられた穴ダイス５１に線材の先端
部を挿入してその出側に設けた図示しない巻取機により
これを引抜いて伸線する工程を、大型の直径の異なる複
数の穴ダイスにつき繰り返し行って伸線する方法（「塑
性と加工ｊ　、Ｖｏｌ、１４゜寛１５２．　Ｐ７３３〜
Ｐ７５５）がある。

第２の方法として、第６図に示す如く対向周面部に線材
を挿通させるべき孔型形成溝６１ａ、　６２ａが形成さ
れた１組のロール対６１．６２を対設してなるローラダ
イスの孔型６３に、前同様に線材の先端部を挿入してそ
の山側に設けた図示しない巻取機により引抜いて伸線す
る工程を、孔型の直径の異なる複数のローラダイスにつ
き繰り返し行って伸線する方法（「塑性と加工Ｊ　、Ｖ
ｏｌ、１４．Ｎ１１１５２．Ｐ７３３〜Ｐ７５５）があ
る。

第３の方法として、第７図に示す如くパスライン周りに
４個の円柱状の平ロール？１．７２．７３．７４を配し
て４周面にて矩形状の孔型７５を形成し、少なくとも１
０一ル以上、図示の例ではロール７３を駆動するように
構成した複数の圧延機を、各孔型の大きさを異ならせて
タンデムに設置し、線材を順次、各圧延機により送りつ
つ連続的に圧延する方法（特開昭５８−３０３号）があ
る。

第４の方法として第８図に示す如くパスライン周りに３
個の孔型ロール８１．８２．８３を配してその３周面に
て略円形の孔型８４を形成させ、各ロールを駆動するよ
うに構成した圧延機と、パスライン周りに３個の平ロー
ルを配してその３周面にて略三角形の孔型を形成させ、
各ロールを駆動するように構成した図示しない圧延機と
を交互にしかも夫々を複数タンデムに、また孔型寸法を
順次異ならせて設置し、線材を順次各圧延機により第９
図に示すように断面Ａの形状１寸法を変化させて圧延す
る方法（Ｗｉｒｅ　Ａｓ５ｏｃｉａｔｉｏｎ　Ｉｎｔｅ
ｒｎａｔｉｏｎａ！５２ｎｄ　Ａｎｎｕａｌ　Ｃｏｎｖ
ｅｎｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ、　ＰＡ、
　ｏｎＯｃｔｏｂｅｒ　１７−２１．１９８２　　及び
−ＩＲＥ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ、　Ａｐｒｉ１１９８３）
がある。

また、ビレットから線材、棒材を製造する方法として次
の方法が提案されている（特開昭５０−１４０３５４号
）、この方法は、第１０図に示す如くパスライン周りに
４個の孔型ロール９１．９２．９３．９４を配して４周
面にて略四角形状の孔型９５を形成した複数の圧延機を
、孔型の寸法を順次異ならせてタンデムに設置し、素材
を各圧延機により送りつつ連続的に圧延する方法であり
、最終直径が５．５ｍｍ以上の線材又は棒材を製品対象
としており、直径が５．０酊以下の細径線材の製造には
適用できない。

〔発明が解決しようとする課題〕

第１の方法又は第２の方法による場合には、伸線中に断
線するなどのトラブルが発生する他に各ダイス毎に巻取
機が必要であり、このため設備が複雑かつ長大化する上
に加工速度、加工能率の低下を招く。第３の方法による
場合には、ロール孔型の圧下面位置が隣り合う圧延機で
同じであるので材料が倒れることはないが矩形状の孔型
により圧延された被圧延材の隅部がロール周面の隙間に
噛み出して圧延を続行できなくなることがあり、また第
４の方法による場合には被圧延材の断面形状が円形・略
三角形と変化するので、製品の真円度が直径１０ｍに対
して±０．３　ｗ程度であり、第１゜２の方法のそれ±
０．１５ｍｍと比較して相当悪く、また伸線途中の被伸
線材の断面形状が常に円形である第１．第２の方法と比
較して製品寸法の自由度が制約される。更に、第３．第
４の方法による場合には、圧延により延伸した方向に被
圧延材が送られるのでその軸心が次の圧延機のパスライ
ンを外れる虞れがあり、このために圧延機間にガイドが
必要となり、設置したガイドとの接触により被圧延材に
表面疵が発生し易く、また表面疵の防止を図るべくガイ
ドの設計にも特殊な工夫が必要である。

また、ロールによる圧延を行う第４の方法又は第１０図
に示す方法による場合、被圧延材の直径に対するロール
直径の比が大きいときにはロール間で被圧延材が倒れや
すくなって材料がねじられる。

−旦、倒れが発生すれば、もとにもどることはなく、設
計したパススケジュールとは違った圧下となるためロー
ル隙間に噛み出しが発生して圧延が続行できなくなる。

この倒れを防止すべくロール径を小さくしたときには、
必然的にロール軸が細くなり、高速圧延に耐え得るベア
リングの設定が困難である。

さらに、鞘材と芯材とからなる複合線材に圧延を施す場
合は、第３の方法では、矩形状の孔型の頂点部に対応す
る被圧延材の部位において鞘材と芯材との間に隙間が発
生し、また、第４の方法では第１１図（１）、　（２）
に示す如く、略円形断面（同図（１））から略三角形断
面（同図（２））に圧延するときに、三角形断面の頂点
部において鞘材Ｃと芯材Ｂとの間に隙間りが発生する。

第１０図に示す方法も第３の方法と同様に孔型の頂点部
に対応する被圧延材の部位において鞘材と芯材との間に
隙間が発生する。

従って、現状では生産性が低いダイスを用いる伸線工程
が主として使用されている。

本発明は、以上の事情に鑑みてなされたものであって、
芯鞘構造の複合線材を圧延して鞘材と芯材との間に隙間
を発生させることなく表面疵のない良品質の超電導線材
を任意寸法で効率よく製造できる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〕

請求項１記載の発明は、超電導体を芯材とし金属管を鞘
材とする単芯複合線材に圧延を施した後、熱処理を施し
て単芯超電導線材を得るにあたり、パスラインの周囲４
方に配された４個の円形孔型ロールを備える圧延機がタ
ンデムに配された圧延機群を用いて前記圧延を施すこと
を特徴とし、また請求項２記載の発明は、パスラインの
周囲４方に配された４個の円形孔型ロールを備える圧延
機がタンデムに配された圧延機群を用いて圧延を施され
た、超電導体を芯材とし金属管を鞘材とする単芯複合線
材の複数本を金属管に挿入して得られる複芯複合線材に
、前記圧延機群を用いて圧延を施した後、熱処理を施す
ことを特徴とする。

〔作用〕

駆動状態にある圧延機が備える４個のロールにより形成
される円形孔型に超電導体を芯材とし金属管を鞘材とす
る円形断面の被圧延材を噛み込ませると４個のロールの
圧下刃が全て円形断面の中心に向かうため幅広がり及び
倒れを伴わず圧延が行われ、その後熱処理を施すと単芯
超電導線材を得る。

また、前記円形孔型に前記圧延後の単芯複合線材の複数
本を芯材とし、金属管を鞘材とする円形断面の被圧延材
を噛み込ませると４個のロールの圧下刃が全て円形断面
の中心に向かうため幅広がり及び倒れを伴わず圧延が行
われ、その後、熱処理を施すと複芯超電導線材を得る。

〔実施例〕

以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。

第１図は本発明に係る製造方法に用いられる装置の一例
を示す模式的側面図である。酸化物超電導粉末を充填さ
れた金属管Ｗは、入側ガイドｌに導かれたのち、モータ
２にて駆動される圧延機群３にて次第に縮径されていき
、その出側端圧延機により所定の直径の細径線材ＳＷと
なり、その後ガイド４ａを経て巻取機４に巻きとられて
いく。次に、熱処理炉（図示せず）にて熱処理される。

圧延機群３は、パスライン周りに４個の孔型ロールを配
してその円形孔型を形成した複数の圧延機を、略同様の
構成としてタンデムに設置したものである。

圧延機群３の入側端の第１圧延機の構成を第２図（正面
図）に基づき説明する。正面視が六角形状のハウジング
５にはその中心より相互に直交する４方向に長い縦横十
字状の穴が開設されており、その穴の４先端部分には夫
々孔型ロール１１．１２゜１３、１４がその両端側の軸
１１ａ、　１２ａ、　１３ａ、　１４ａを穴の長手方向
壁面に形成した軸受孔に、回転可能に挿入して設けられ
ている。つまり、各ロールは両持型式となっている。

軸１３ａの一端側の中途と軸１４ａの一端側には夫々平
歯車８．９が同心状に設けられており、両手歯車８．９
は噛み合っている。軸１３ａの一端部はモータ４の回転
軸と図示しない伝動機構を介して接続されており、ロー
ル１３．１４は逆方向に回転せしめられる。

ロール１１．１２．１３．１４の周面ばロール軸長方向
中央部に孔型形成溝１１ｂ、　１２ｂ、　１３ｂ、　１
４ｂを有しており、その両側にはロール両端の半径を孔
型形成溝両端の半径よりも小さくした傾斜面が形成され
ている。この傾斜面がロール軸心線と４５°傾けている
ので、ロール間には４つの孔型形成溝にて４箇所で不連
続の円形孔型１７が形成される。

かかる構成の第１圧延機１０の出側には第３図（ａ）。

（ｂｌ、　（Ｃ１，（ｄｌに示す如く第１圧延機と略同
様に構成された第２．第３．第４圧延機２０．３０．４
０及び図示しない複数の圧延機が適長離隔されてタンデ
ムに設置され、これらは前記圧延機群３を構成する。

各圧延機は減面率を１５％以下と定めてあり、また円形
孔型の不連続部分たる自由面を通る線材Ｗの非拘束部が
各圧延機で重ならないように、４つのロール周面のパス
ライン周りの中心角を例えば図示の例では隣り合う圧延
機間で４５″異ならせている。この中心角は４５″でな
くともよく、所定の目的を達成できる角度であればよい
。

各ロールの孔型の両端は、第４図に示す如く軸長方向中
央部での曲率半径Ｒの延長線（破線にて示す）よりも大
径（例えば２Ｒ）とした逃げ部（実線にて示す）として
いる。

次に、以上のような構成の装置を用いて行う、本発明に
係る酸化物超電導線材の製造方法について説明する。

先づ、酸化物超電導粉末を金属管に充填し、該複合線材
Ｗを圧延機群３の各圧延機でその外径を縮径し、ガイド
４ａを通過させて、巻取機６にて巻取る。次に、所定外
径に縮径された複合線材Ｓ−に熱処理を施し、酸化物超
電導線材を得る。

また、多芯の酸化物超電導線材を製造するには、上記熱
処理前の複合線材Ｓ−複数本金属管に挿入し、再度、圧
延機群３の各圧延機で縮径し、ガイド４ａを通過させて
、巻取機６にて巻取る。そして、所定外径に縮径された
多芯の複合線材に熱処理を施す。熱処理条件は、酸化物
超電導粉末の成分によって決まるので、各成分系に適し
た条件で実施すればよい。

また、金属管としては、塑性変形するものであれば用い
得るが、酸化物超電導複合線材に成形後、熱処理を行う
必要があるので、根管が望ましい。

本発明では、被圧延材の軸心を圧延機群３内の各圧延機
での孔型の中心に位置せしめられているので圧延中は円
滑な圧延が行われる。このため、本発明装置ではガイド
が不要であり、ガイドとの接触により生じる表面疵の発
生がない。また、従来では略四角形又は略三角形の孔型
により拘束する場合に被圧延材の倒れが発生したが、本
発明では円形孔型にて被圧延材を拘束するので、被圧延
材の真円度が悪くても倒れの発生がない。そして、また
４つのロールの位置をパスライン周りに異ならせたこと
により、線材Ｗの孔型不連続部分への噛み出し防止が図
られる。更に、これに加えて減面率を１５％以下とした
こと及び逃げ部をロールに形成したことにより、３重の
噛出し防止が図られ、それが完全に防止される。このた
め、圧延が中止されることがない。そして、更に、ロー
ルが両端側で支持されているのでロールの撓みがなく、
製品の寸法精度の向上を図れる。

さらに、従来の様に、略四角形又は略三角形の孔型によ
り拘束する場合に鞘材と芯材との間に隙間が発生したが
、本発明では円形孔型にて拘束するので鞘材と芯材との
間に隙間の発生がない。

〔数値実施例〕

固体反応法により制作したＹＢａｚＣｕｓＯ？−，５の
酸化物超電導粉末を、外径１２φ鶴、内径９φ龍の根管
に充填し、１パス当りの減面率を１０％とした４０台の
圧延機を用いて直径１．４５φ鶴の単芯超電導線材を製
造した。製造条件は、圧延時のロール径：１８０φ鶴、
圧延機出側での材料速度：　２５ｍ／ｓであった。

製造された単芯超電導線材は表面疵がなく、また、寸法
精度は１．４５φ鶴±０．０１５ｍ＋ｗと良好であった
。

更に、この複合線材に９００℃を１２時間保持したのち
空冷し、その後４００℃を２時間保持したのち炉冷する
熱処理を施した。この様にして製造された酸化物超電導
線材について、マイスナー効果及び臨界温度（Ｔｃ）を
測定した。マイスナー効果を確認することができた。ま
た、第１２図は、電気抵抗の温度依存性を示すグラフで
あり、横軸に温度（Ｋ）を、縦軸に電気抵抗（１０−３
Ω）をとって表わしたものである。図にみるように、Ｔ
ｃが８７にであることが確認できた。

次に、上記材料の熱処理前の複合線材１．４５φ鶴３７
本を外径１４φｕ１内径１０．５φ鶴の根管、に挿入し
、１パス当りの減面率を１０％とした４０台の圧延機群
を用いて、直径１．７０φｎの多芯超電導線材を製造し
た。第１３図は、この場合の被圧延材の断面模式図であ
り、芯鞘構造の細径線材Ｓ−の複数本を芯材とし、金属
管Ｅを鞘材とする芯鞘構造である。

製造条件は前記単芯超電導線材の製造の場合と同じであ
った。製造された多芯超電導線材は表面疵がなく、また
寸法精度は１．７０φ鶴±０．０１５　ｍと良好であっ
た。さらに、前記と同様の熱処理を施した。この多芯の
酸化物超電導線材にもマイスナー効果が確認できた。ま
た、Ｔｃは８７にであった。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明は、酸化物超電導粉末を金属管
に充填した後、パスライン周りに４個の孔型ロールを配
してその周面にて円形孔型を形成してあり、夫々の孔型
の径を適宜異ならせた複数の圧延機をタンデムに設置し
た圧延機群により、該金属線（金属管）の外径を縮径す
ることにより細径複合線材となし、次に、熱処理を施す
ことによって酸化物超電導線材となるので、従来より高
能率で製造でき、また、ガイドが不要なため圧延機群を
短く、コンパクトに出来る。さらに、単芯の複合線材を
複数本束ねて圧延することが出来るので容易に多芯の複
合線材を製造することができる等、優れた効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施状態を示す模式図、第２゜３図は
本発明に係る製造方法に用いられる圧延機の構成説明図
、第４図は本発明に係る製造方法に用いられる圧延機の
ロール逃げ部の説明図、第５゜６．７．８．９，１０．
１１図は従来技術の説明図、第１２図は電気抵抗の温度
依存性を示すグラフ、第１３図は、本発明に係る製造方
法に用いられる被圧延材の断面模式図である。 Ｗ・・・酸化物超電導粉末を充填した金属管ＳＷ・・・
複合線材　３・・・圧延機群　４・・・巻取機特　許　
出願人　　住友金属工業株式会社代理人　弁理士　　河
　　野　　登　　夫籐　　２　　図 体　４　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超電導体を芯材とし金属管を鞘材とする単芯複合線
   材に圧延を施した後、熱処理を施して単芯超電導線材を
   得るにあたり、パスラインの周囲４方に配された４個の
   円形孔型ロールを備える圧延機がタンデムに配された圧
   延機群を用いて前記圧延を施すことを特徴とする単芯超
   電導線材の製造方法。 ２、パスラインの周囲４方に配された４個の円形孔型ロ
   ールを備える圧延機がタンデムに配された圧延機群を用
   いて圧延を施された、超電導体を芯材とし金属管を鞘材
   とする単芯複合線材の複数本を金属管に挿入して得られ
   る複芯複合線材に、前記圧延機群を用いて圧延を施した
   後、熱処理を施すことを特徴とする複芯超電導線材の製
   造方法。