JP3127181B2

JP3127181B2 - 複合超電導線材の製造方法および複合超電導コイルの製造方法

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Publication number: JP3127181B2
Application number: JP05162411A
Authority: JP
Inventors: 弘子樋熊; 芳生久保; 邦彦江川; 貴之永井; 章志宮下; 英興内川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-01-20
Filing date: 1993-06-30
Publication date: 2001-01-22
Anticipated expiration: 2016-01-22
Also published as: JPH06275153A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特にＮｂ₃Ｓｎ系の複
合超電導線材の製造方法および複合超電導コイルの製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＭＲＩ、磁気浮上列車、加速器、発電
機、核融合、電力貯蔵および物理実験用の各種高磁界マ
グネットあるいは送電線の様に、超電導の電力応用は年
々進み、将来更に広がるものと予想されている。従来、
こうした応用には、８ないし９Ｔ以下の磁界下ではＮｂ
Ｔｉ系合金線材が、又、それ以上の高磁界下ではＮｂ₃
ＳｎまたはＶ₃Ｇａ系化合物線材が用いられている。こ
れらの超電導線材はその安定化のために、Ｃｕ等の抵抗
率の小さな金属マトリックス中に数１０μｍ以下の径の
超電導フィラメントが多数埋設され、しかもその超電導
フィラメントは捻られた構造を持っている。こうした超
電導線材は極細多芯線と呼ばれている。

【０００３】化合物系の超電導材料は合金系材料に比
べ、臨界温度（Ｔ_c）、上部臨界磁界（Ｂ_c2）共にかな
り高いという優れた特徴がある反面、極めて脆いという
欠点を有している。従って、化合物系超電導材料自身は
加工性を持たないため、この極細多芯線を得るための製
造方法に関して、さまざまのアイデアが出されてきた。
現在、工業的に確立されている製造方法は固相反応を利
用したもので、主な方法として、英国特許第５２６２３
／６９号（ブロンズ法）、日本国特許第９８９１４２号
（内部拡散法）等がある。これらの方法において、Ｎｂ
の代わりにＶ、Ｓｎの代わりにＧａで置き換えればＮｂ
₃ＳｎとＶ₃Ｇａとが定性的に同等であるので、以下、Ｎ
ｂ₃Ｓｎを例にして説明する。

【０００４】はじめに典型的なブロンズ法について説明
する。まずＣｕ―Ｓｎ合金チューブにＮｂ棒を挿入し、
ある径まで断面減少加工する。通常、最終断面形状は六
角形である。この単芯線を適当な長さに裁断し、これを
多数Ｃｕ―Ｓｎ合金容器中に充填する。容器中の空気を
排除し蓋を溶接して密封し、押出し加工する。この押出
し加工によってＣｕ―Ｓｎ合金が一体化され、その後の
加工性を良好にする。この複合棒をＴａやＮｂのチュー
ブに挿入し、更にＣｕチューブに挿入して断面減少加
工、捻り（ツイスト）加工を施す。この時、Ｎｂフィラ
メントの径は通常１０μｍ程度以下である。この線を６
００〜７５０℃の温度で熱処理をすることで、Ｎｂフィ
ラメントの外周部または全てがＮｂ₃Ｓｎに変わる。Ｔ
ａやＮｂのチューブはこの熱処理の際にＳｎが外側の安
定化のためのＣｕ中に拡散し、電気抵抗率を増すのを防
ぐ拡散バリヤとなる。本方法において、Ｃｕ―Ｓｎ合金
（ブロンズ）中のＳｎ濃度は加工性の制限により、せい
ぜい１３〜１４ｗｔ％である。しかしながら、この合金
は加工硬化が激しいために、押出し後は、頻繁な中間熱
処理を必要とする。

【０００５】次に内部拡散法について説明する。図９
は、例えば特開昭５９―１９１２０９号公報に記載され
た、従来の内部拡散法によりＮｂ₃Ｓｎ系超電導線を製
造する際の線材前駆体の断面構成図で、まだ超電導体と
なっていない状態である。図において、１はＣｕ基マト
リックス、２はＮｂ基金属材、３はＳｎ基金属材、４は
例えばＴａなどのＳｎ拡散を抑制するための障壁材、５
は無酸素銅などの安定化材である。即ち、Ｎｂ棒をＣｕ
チューブに挿入し、ある径まで断面減少加工をする。こ
の単芯線を適当な長さに裁断し、Ｃｕの容器中に多数充
填する。但し、中央部にはＣｕ棒または多数のＣｕ線を
配置しておく。容器中の空気を排除し、蓋を溶接して密
封し、押出し加工してＣｕ―Ｎｂ複合体を得る。また、
Ｃｕ―Ｎｂ複合体の製造はＣｕを穿孔した孔にＮｂ棒を
挿入するという方法もある。さらにＣｕ―Ｎｂ複合体の
中心のＣｕ部に機械的に孔を開ける。この中空部にＳｎ
棒３を挿入し、外側に、ＴａやＮｂのチューブ４、更に
その外側にＣｕのチューブ５を被覆し、断面減少加工し
て複合線材とする。尚、大電流容量化するためには、得
られた複合線を多数Ｃｕチューブ中に充填して断面減少
加工すればよい。最終径でツイスト加工した後、熱処理
を施す。この熱処理により、Ｓｎは周囲のＣｕ中に拡散
し、ＣｕはＣｕ―Ｓｎ合金に変わり、更に、Ｎｂフィラ
メントと反応し、この表面層または全てにＮｂ₃Ｓｎが
生成される。

【０００６】この内部拡散法はブロンズ法に比べて極め
て優れた特徴を持っている。まず、Ｃｕ―Ｓｎ合金の代
わりに加工性の良好なＣｕとＳｎとを用いるため、中間
熱処理を必要としない。このため、製造時間の短縮、製
造コストの大幅な低減等の利点があるばかりでなく、製
造の信頼性も高い。又、ブロンズ法では加工上の制約か
らＣｕ―Ｓｎ合金中のＳｎ濃度は１３〜１４ｗｔ％程度
以下に制限される。この事はＣｕ―Ｓｎ合金中のＳｎが
すべてＮｂと反応したとしても、生成されるＮｂ₃Ｓｎ
の占積率はせいぜい２５％に過ぎない。これに対して、
内部拡散法では、加工上のＳｎ量の制限はないので、生
成されるＮｂ₃Ｓｎの占積率をブロンズ法よりも高めら
れる。従って、安定化Ｃｕを除いた断面積に対する臨界
電流密度（Ｊ_c）を高めることが出来る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の内部拡散法によ
る化合物系超電導線では、以上説明したようにＳｎ３が
モジュール中心に配置されていたため、線材の超電導特
性の１つである臨界電流密度（Ｊｃ）を少しでも大きく
するため、熱処理で生成されるＮｂ₃Ｓｎが接触しない
程度にＮｂ芯線２をなるべく密にＣｕマトリックス１中
に埋設させた構造になっている。従って、Ｎｂフィラメ
ント同士の間隔は通常のブロンズ法に比較して約半分程
度と狭い。これが原因となって超電導化合物の生成熱処
理時に超電導フィラメント同士が結合して、線材の電気
的特性である有効フィラメント径（ｄ_eff）の値（試料
形状が円柱とし、超電導線の磁化の幅をΔＭ、その時の
臨界電流密度をＪｃとした時、ｄ_eff＝３πΔＭ／４μ₀
Ｊｃで与えられる。）が増大し、直流電流に対しては問
題を生じないが、パルス電流の通電時には大きなヒステ
リシス損失を生じ、超電導コイルの発熱により安定性が
損なわれるという課題があった。

【０００８】また、内部拡散法ではＳｎ３が中央部に配
置されているので、Ｓｎ３の拡散のための予備熱処理に
於いてＳｎ濃度に勾配が生じるため、生成されるＮｂ₃
Ｓｎフィラメントの組成がＳｎ濃度に依存して変動し、
超電導特性の１つであるＮ値が低くなるという課題もあ
った。

【０００９】また、従来の熱処理方法は固相反応で、内
部のＳｎが拡散してＣｕとＳｎがＣｕ―Ｓｎ合金を生成
し、さらに、Ｃｕ―Ｓｎ合金とＮｂが反応してＮｂ₃Ｓ
ｎを生成する。この反応は大変時間が掛かり、長時間の
熱処理を行っても、拡散距離の長い部分には十分にＳｎ
が拡散していないというように拡散距離によりＳｎの濃
度勾配が起こり、これに対応した数種のＣｕ―Ｓｎ合金
相が生成する。例えば、Ｃｕ₆Ｓｎ₅（η相）、Ｃｕ₃Ｓ
ｎ（ε相）、Ｃｕ₃₁Ｓｎ₈（δ相）などがある。この中
でも、高濃度にＳｎを固溶しているε相は、安定でＳｎ
拡散を阻害しＮｂ₃Ｓｎの生成率を低下させる。このた
め、高い臨界電流密度を得るために、多数のフィラメン
トを埋設して、よりフィラメント間を接近させなくては
ならなかった。また、ε相がδ相に変化していく過程で
２相の界面でフィラメントが動き結合しやすかった。ま
た、Ｎｂ₃Ｓｎの生成のための熱処理時に、Ｎｂフィラ
メントがＮｂ₃Ｓｎフィラメントに変化していく過程で
フィラメントが体積膨張するため、臨界電流密度を重視
するあまり、フィラメントを接近しすぎると、Ｎｂ₃Ｓ
ｎフィラメント同士が接触するなどして、超電導結合し
やすくなる。また、線材の電気的特性である有効フィラ
メント径（ｄ_eff）が増大する。この結果、上述した従
来の超電導線材による超電導コイルではパルス電流の通
電時に大きなヒステリシス損失を生じて発熱し、安定性
が損なわれるという課題があった。また、ＳｎをＣｕ
中に拡散する熱処理には、長時間がかかり、製造コスト
が高くついた。

【００１０】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたもので、従来より短時間での製造が容易であり、
断線が起こりにくく、臨界電流密度を高め、パルス電流
通電時に生じるヒステリシス損失や交流で運転するさい
に生じる交流損失を低減できる複合超電導線材の製造方
法および超電導コイルの製造方法を得ることを目的とす
るものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の複合超電導線
材の製造方法は、中心部と、外周部は層状に、分割配置
されたＳｎおよびＳｎ基合金の少なくとも一種の各々
と、複数のＮｂ芯およびＮｂ基合金芯の少なくとも一種
の各々とが、各々互いにＣｕおよびＣｕ基合金の少なく
とも一種の母体によって分離されるように構成され、上
記ＳｎおよびＳｎ基合金の少なくとも一種の最小分割体
積（Ｓ_S）、合計体積（Ｓ_t）および分割数（ｎ）が下式ｎ×Ｓ_S×１００／Ｓ_t≧１０％で示される関係である複合体を、断面減少加工し、熱処
理する方法である。

【００１２】

【００１３】請求項２の複合超電導線材の製造方法は、
請求項１において、ＳｎおよびＳｎ基合金の少なくとも
一種が複合体の中心部と外周部の中間帯に、層状に分割
配置されているものを用いた方法である。

【００１４】

【００１５】請求項３の複合超電導線材の製造方法は、
請求項１における複合体として、中心部に空洞を有し、
複数のＮｂ芯およびＮｂ基合金芯の少なくとも一種が埋
設されたＣｕおよびＣｕ基合金からなる柱体の上記空洞
にＳｎおよびＳｎ基金属の少なくとも一種を充填する工
程および上記柱体の外周にＳｎおよびＳｎ基金属の少な
くとも一種の層を設ける工程を施すことにより得たもの
を用いた方法である。

【００１６】請求項４の複合超電導線材の製造方法は、
請求項２における複合体として、中心部に空洞を有し、
複数のＮｂ芯およびＮｂ基合金芯の少なくとも一種が埋
設されたＣｕおよびＣｕ基合金からなる第１柱体の上記
空洞にＳｎおよびＳｎ基金属の少なくとも一種を充填
し、上記第１柱体の外周にＳｎおよびＳｎ基金属の少な
くとも一種の層を設けて複合体材を得る工程、並びに中
心部に上記複合体材を充填できる空洞を有し、複数のＮ
ｂ芯およびＮｂ基合金芯の少なくとも一種の埋設された
ＣｕおよびＣｕ基合金からなる第２柱体の空洞に、上記
複合体材を充填し、上記第２柱体の外周部にＳｎおよび
Ｓｎ基金属の少なくとも一種の層を設けることにより得
たものを用いた方法である。

【００１７】請求項５の複合超電導線材の製造方法は、
請求項３または４における、空洞へのＳｎおよびＳｎ基
金属の少なくとも一種の充填を、空洞にＳｎおよびＳｎ
基金属の少なくとも一種の棒状体を挿入することにより
行い、柱体の外周にＳｎおよびＳｎ基金属の少なくとも
一種の層を設けるのに、上記柱体をＳｎおよびＳｎ基金
属の少なくとも一種のチューブに挿入するか、上記柱体
の外周にＳｎおよびＳｎ基金属の少なくとも一種の薄板
を巻き付けることにより行う方法である。

【００１８】請求項６の複合超電導線材の製造方法は、
請求項５における、空洞へのＳｎおよびＳｎ基金属の少
なくとも一種の充填を、上記空洞の長さより短いＳｎお
よびＳｎ基金属の少なくとも一種の棒を上記空洞に複数
個挿入することにより行う方法である。

【００１９】請求項７の複合超電導線材の製造方法は、
ＳｎおよびＳｎ基合金の少なくとも一種と、複数のＮｂ
芯およびＮｂ基合金芯の少なくとも一種とが、互いにＣ
ｕおよびＣｕ基合金の少なくとも一種の母体によって分
離されるように配置した線材前駆体を、非酸化性雰囲気
中にて、２５０℃以上５８０℃以下の温度範囲では、１
００℃／ｈ以上の昇温速度で昇温し、かつ３５０℃以上
４５０℃以下の温度範囲では３００℃／ｈ以上の昇温速
度で昇温し、５８０℃以上８００℃以下で熱処理する方
法である。

【００２０】請求項８の複合超電導線材の製造方法は、
ＳｎおよびＳｎ基合金の少なくとも一種と、複数のＮｂ
芯およびＮｂ基合金芯の少なくとも一種とが、互いにＣ
ｕおよびＣｕ基合金の少なくとも一種の母体によって分
離されるように配置した線材前駆体を、非酸化性雰囲気
中にて、２５０℃以上５８０℃以下の温度範囲では、１
００℃／ｈ以上の昇温速度で昇温し、熱処理を７００℃
以上８００℃以下の温度範囲で１０時間以下行った後、
５８０℃以上６９０℃以下で熱処理する方法である。

【００２１】請求項９の複合超電導線材の製造方法は、
請求項７または８のＳｎおよびＳｎ基合金の少なくとも
一種を複数に分割して用いる方法である。

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】請求項１０の複合超電導線材の製造方法
は、請求項７ないし９のいずれかにおいて、線材前駆体
が、導入側に冷却手段を備え、６００〜８００℃に保持
された加熱装置内を、上記加熱装置内に３０分〜１０時
間滞在するような移動速度で移動することにより、昇温
し熱処理され、線材前駆体の昇温と熱処理を行う方法で
ある。

【００２６】

【００２７】請求項１１の複合超電導コイルの製造方法
は、請求項７ないし９のいずれかに記載の線材前駆体
を、２５０℃以上５８０℃以下の温度範囲では、１００
℃／ｈ以上の昇温速度で昇温し、７００℃以上８００℃
以下の温度範囲で熱処理を１０時間以下行なう工程、コ
イル状に成形する工程および５８０℃以上６９０℃以下
で熱処理を行う工程を施す方法である。

【００２８】請求項１２の複合超電導コイルの製造方法
は、請求項１１の昇温と熱処理を、被昇温体および被熱
処理体を、温度制御された加熱装置内を制御された移動
速度で移動することにより行う方法である。

【００２９】

【作用】請求項１または請求項２において、Ｓｎを分割
配置することで、熱処理時にフィラメントを動かしてい
る力を分散させることができ、フィラメント同士がくっ
つく確率が格段に減り、有効フィラメント径の値が大幅
に減少する。また、Ｓｎを分割配置にしたため、拡散距
離が短くなってＳｎのフィラメントへの拡散が容易に起
こり、生成される超電導フィラメントの質が向上しまた
組成も均一になり、超電導特性であるＪｃおよびＮ値が
向上する。その結果、パルス電流の通電時に発生するヒ
ステリシス損失が大幅に減少し、超電導コイルの安定性
が向上する。

【００３０】また、ＳｎおよびＳｎ基合金を複合体の中
心部と、外周部や中心部と外周部の中間帯には層状に分
割配置するので、製造が容易で、しかも線材前駆体を製
造する際の断面減少加工による断線が起こりにくい。ま
た、Ｓｎを分割配置する際に、外周部や中心部と外周部
の中間帯には層状に配置するので、母体との接触面積が
大きくなるため、Ｓｎ拡散がより均一に進行し、より十
分に上記効果が得られる。

【００３１】請求項３ないし５のいずれかの発明のよう
に複合体を得るので、複合超電導線材の製造が容易にな
る。また、請求項６の発明では、ＳｎおよびＳｎ基合金
を分割すると各々のＳｎ量は少なくなり、ＳｎおよびＳ
ｎ基合金は非常に柔らかくて曲がるなどして挿入しにく
いが、ＳｎおよびＳｎ基合金の短棒を複数個挿入するの
で容易に挿入できる。

【００３２】請求項７の発明では、２５０℃以上５８０
℃以下の温度範囲において、１００℃／ｈ以上の昇温ス
ピードを保持して昇温し、かつε相の生成しやすい３５
０℃以上４５０℃以下の温度範囲では３００℃／ｈ以上
の昇温速度で昇温して、５８０℃以上８００℃以下で熱
処理すると、液相が生成し液相反応が起こり、下記のよ
うにして、ε相の生成を抑制することができる。つま
り、液相反応では、固相反応に比べ、極めて、Ｓｎの拡
散速度が速いために、短時間でＣｕ―Ｓｎ合金を均一に
生成し、Ｎｂ₃Ｓｎの生成が開始する。このためＮｂ₃Ｓ
ｎの生成率が高められ、フィラメント１本当たりの臨界
電流密度が高められるため、同一のＩｃを得るために、
過剰にフィラメント間を接近させる必要がなくなる。ま
た、フィラメントを動かして悪影響を及ぼすε相の生成
を抑制することができることによって、フィラメントの
結合を軽減することができる。このため。パルス電流通
電時に生じるヒステリシス損失や交流で運転するさいに
生じる交流損失を低減することが可能となった。さら
に、従来の固相反応のような大変長時間の熱処理を必要
としないため、大幅に製造コストを削減することが可能
となる。

【００３３】

【００３４】

【００３５】請求項８の発明では、２５０℃以上で５８
０℃以下の温度範囲においては、非酸化性雰囲気中に
て、１００℃／ｈ以上の昇温スピードを保持して昇温
し、７００℃以上８００℃以下の比較的高い温度範囲で
１０時間以下の間熱処理することにより、均一なＳｎ拡
散を促進する。高温での熱処理は、引き続きＮｂ₃Ｓｎ
相を生成するが、その結晶を粗大化し、ピニング力を低
下させ、高磁界特性を劣化させるため、１０時間以下に
とどめるのが望ましい。次に、５８０℃以上６９０℃以
下の比較的低温度で長時間温度保持して熱処理し、線材
内部に微細なＮｂ₃Ｓｎ相を生成させ、高Ｊｃ化を計
る。この再熱処理は、はじめの熱処理の後、一旦室温ま
で冷却したり、１００℃／Ｈ以下の昇温を行っても効果
が得られる。なぜならば、一旦均一なＣｕ―Ｓｎブロン
ズができてしまえば、その後のＮｂ₃Ｓｎ相の生成がフ
ィラメントにおいて均一に起こるからである。この点が
この発明の大きなメリットである。一次熱処理のみを行
った線材をユーザーに出荷し、ユーザーが目的にあった
コイルを作成し、汎用の熱処理炉で熱処理を行うことで
高い特性を有するコイルを作製することができるからで
ある。すなわち、従来の製造プロセスにおける仕掛かり
品のものに、製品としての付加価値を与えることにな
る。また、請求項９の発明では、線材前駆体のＳｎおよ
びＳｎ基合金の少なくとも一種が複数に分割されている
と、上記熱処理により、液相反応が起こり、より均一な
Ｃｕ―Ｓｎブロンズを生成し、Ｎｂ ₃ Ｓｎ相の生成率を
高めることができる。

【００３６】請求項１０の発明において、線材前駆体
が、導入側に冷却手段を備え、上記加熱装置の温度を６
００〜８００℃好ましくは７００〜７５０℃とし、この
加熱装置に３０分〜１０時間滞在するようにすることに
より、線材前駆体が、加熱装置内を連続的に移動する移
動速度と上記加熱装置の温度を制御することで、所定の
昇温速度と熱処理条件を満たすことができ、容易に本発
明の効果を有する線材およびコイルを製造することがで
きる。

【００３７】

【００３８】請求項１１の発明では、２５０℃以上で５
８０℃以下の温度範囲においては、非酸化性雰囲気中に
て、１００℃／ｈ以上の昇温スピードを保持して昇温
し、７００℃以上８００℃以下の比較的高い温度範囲で
１０時間以下の間熱処理することにより、均一なＣｕ―
Ｓｎブロンズができてしまうので、上記比較的高温での
熱処理と、５８０℃以上６９０℃以下の比較的低温度で
の熱処理をコイル状に巻き線をする前に行っても、従来
のようにコイル状にした後に行っても良い。また、上記
熱処理工程の間にコイル状に巻線する工程を施しても、
高い臨界電流を有する高性能な超電導コイルが得られ
る。さらに、線材の熱処理を施してからコリル状に成形
すれば、炉は線の直径よりもわずかに広い径の筒状の容
積の小規模なものでよく、ランニングコストも大幅に削
減することができる。

【００３９】請求項１２の発明では、被昇温体および被
熱処理体が加熱装置内を連続的に移動する移動速度と上
記加熱装置の温度を制御することで、昇温スピードと熱
処理温度を容易に制御することができる。

【００４０】

【実施例】

実施例１．直径１４７．６ｍｍ、厚さ２０ｍｍのＣｕ円
板に直径２．８５ｍｍの丸孔を８４９穿孔した。孔は同
心円上に配置し、最内層の孔の中心がＣｕ円板の中心か
ら１３．６ｍｍ、最外層が６８．２ｍｍになるようにし
た。これを外径１８０ｍｍ、内径１４８ｍｍの無酸素銅
の容器中に、５枚積み重ねて挿入した。さらに、丸孔に
２．８ｍｍ径、長さ１００ｍｍのＮｂ棒を挿入する。引
き続き、内部を真空引きして蓋を溶接した。これを直径
５０ｍｍの径に押出し加工し、両端を切断した。この外
周部を直径４１ｍｍの径になるように切削した。中央の
銅の部分に半径２．３ｍｍの径の孔をドリルで空けるこ
とにより、長手方向に沿った空洞を有し、長手方向にＮ
ｂ芯の埋設されたＣｕからなる柱体を得た。この柱体の
空洞部に直径４．４４ｍｍ、長さ３０ｍｍの１．５ｗｔ
％Ｔｉを含有するＳｎ基合金棒を複数個挿入し、上記柱
体の外周部に厚さ０．６５ｍｍのＳｎシートを２周巻き
付けたものを外径５０ｍｍ、内径４４ｍｍのＣｕチュー
ブに挿入し、複合体を得た。これを引き続き９．８ｍｍ
まで引抜き加工を行ない複合線材とした。さらに、表面
を洗浄した後に、この外側に外径１１ｍｍ、内径１０ｍ
ｍのＳｎの拡散バリヤとなるＴａチューブ、更にその外
側に外径１６ｍｍ、内径１１．２ｍｍの安定化のための
無酸素銅チューブをかぶせ、最終０．２ｍｍの径まで引
き抜き加工を行ない線材前駆体とした。この引き抜き加
工工程では、Ｓｎの薄板および複数本のＳｎ棒を用いた
ことによる断線は起きず、加工性も良好であった。この
工程によって得られた線材前駆体は１つのモジュールに
よって構成されている。図１は、本発明の一実施例に係
わる線材前駆体のモジュールの断面構成図であり、Ｓｎ
基合金が２つに分割されている構成で、１はＣｕマトリ
ックス（母体）、２はＮｂ芯、３はＳｎ基金属材であ
る。上記のようにして得られた線材前駆体の仕様を表１
に示す。

【００４１】

【表１】

【００４２】上記の様に得られた線材前駆体を６０ｃｍ
切り出し、熱処理時に内部のＳｎが蒸発しないように得
られた線材の端部をアーク溶接して封じる。内径３０ｍ
ｍのソレノイド状に５ターン巻線をし、熱処理時に線材
が変形しないように、ステンレスで固定する。このもの
を、Ａｒガス雰囲気中で６７５℃で１６０時間、熱処理
を行ない本発明の一実施例によるＮｂ₃Ｓｎ超電導線を
製造した。

【００４３】こうして得られたソレノイド状の超電導線
材を、１２Ｔの磁界下で特性評価した。液体ヘリウム中
でＴａバリアを含んだ単位体積当たりの臨界電流密度
（Ｊｃ_SC）、Ｎｂ₃Ｓｎフィラメントの平均単位体積当
たりの臨界電流密度（Ｊｃ_f）、Ｎ値、ｄ_effおよびｎ×
Ｓ_S×１００／Ｓ_t（Ｓ_Sは線材中のＳｎ基合金の最小分
割体積、Ｓ_tは線材中のＳｎ基合金の合計体積およびｎ
は線材中のＳｎ基合金の分割数である。）の測定を行
い、この測定結果を表２に示す。

【００４４】

【表２】

【００４５】表２より、本発明の一実施例による超電導
線材はＪｃ_fかつＮ値が高く、均質で、Ｎｂ₃Ｓｎの反応
生成率が高いことが明かである。また、ｄ_effも下記に
示すように、従来の比較例１に比べ、低減しており、Ｓ
ｎを分散することにより、Ｓｎ拡散時のフィラメントの
動きが抑制させられることが判った。さらに、光学顕微
鏡およびＥＰＭＡで線材の断面観察と分析を行ったとこ
ろ、フィラメントの動きは殆ど無く、組成も大変均一で
あることが判った。このため、Ｊｃが高く、ｄ_effが低
いことが判った。

【００４６】比較例１．直径１５６ｍｍ、厚さ２０ｍｍ
のＣｕ円板に直径２．８５ｍｍの丸孔を７５９穿孔し
た。孔は同心円上に配置し、最内層の孔の中心が円板の
中心から３２．１ｍｍ、最外層が６９．９ｍｍになるよ
うにした。これを外径１８０ｍｍ、内径１５６ｍｍの無
酸素銅の容器中に、５枚積み重ねて挿入した。さらに、
丸孔全部に２．８ｍｍ径、長さ１００ｍｍのＮｂ棒を挿
入する。引き続き、内部を真空引きして蓋を溶接した。
これを直径５０ｍｍの径に押出し加工し、両端を切断し
た。中央の銅の部分に半径７．４ｍｍの径の孔をドリル
で空け、そこに直径１４．７ｍｍの１．５wt％Ｔｉを含
有するＳｎ合金棒を１本挿入し、複合体を得た。この複
合体を引き続き９．８ｍｍまで引抜き加工を行なって複
合線材を得た。さらに、表面を洗浄した後に、この外側
に外径１１ｍｍ、内径１０ｍｍのＳｎの拡散バリヤとな
るＴａチューブ、更にその外側に外径１６ｍｍ、内径１
１．２ｍｍの安定化のための無酸素銅チューブをかぶ
せ、最終０．２ｍｍの径まで引き抜き加工を行ない、線
材前駆体を得、得られた線材の仕様を表３に示す。この
様にして得られた線材は図９に示した断面構成図と同様
で、Ｓｎ基合金は分割配置されていない。

【００４７】

【表３】

【００４８】得られた線材を６０ｃｍ切り出し、熱処理
時に内部のＳｎが蒸発しないように得られた線材の端部
をアーク溶接して封じる。内径３０ｍｍのソレノイド状
に５ターン巻線をし、熱処理時に線材が変形しないよう
に、ステンレスで固定する。このものを、Ａｒガス雰囲
気中で６７５℃で１６０時間、熱処理を行ないＮｂ₃Ｓ
ｎ超電導線を製造した。

【００４９】こうして得られたソレノイド状の超電導線
材を、１２Ｔの磁界下で、上記実施例１と同様に表２に
示した特性を評価し、結果を表４に示す。

【００５０】

【表４】

【００５１】表４より、比較例１の超電導線材はＪ
ｃ_SC、Ｊｃ_f及びＮ値が低く、Ｎｂ₃Ｓｎの反応生成率が
低く、不均質であることが明かである。また、ｄ_effも
実施例に比べ、高く、Ｓｎ拡散時のフィラメントの動き
が著しいことが判った。さらに、光学顕微鏡およびＥＰ
ＭＡで線材の断面観察と分析を行ったところ、フィラメ
ントの動きが、内層から３、４層目で起きており、外層
よりではＳｎ濃度が低い組成であることが判った。この
ため、Ｊｃが低く、ｄ_effが高いことが判った。

【００５２】比較例２．直径１５６ｍｍ、厚さ２０ｍｍ
のＣｕ円板に直径２．８５ｍｍの丸孔を７５９穿孔し
た。孔は同心円上に配置し、最内層の孔の中心が円板の
中心から３２．１ｍｍ、最外層が６９．９ｍｍになるよ
うにした。これを外径１８０ｍｍ、内径１５６ｍｍの無
酸素銅の容器中に、５枚積み重ねて挿入した。さらに、
丸孔全部に２．８ｍｍ径、長さ１００ｍｍのＮｂ棒を挿
入する。引き続き、内部を真空引きして蓋を溶接した。
これを直径５０ｍｍの径に押出し加工し、両端を切断し
た。中央の銅の部分に半径７．４ｍｍの径の孔をドリル
で空け、そこに直径１４．７ｍｍの１．５wt％Ｔｉを含
有するＳｎ合金棒を１本挿入し、複合体を得た。この複
合体を引き続き９．８ｍｍまで引抜き加工を行なって複
合線材を得た。さらに、表面を洗浄した後に、この外側
に厚さ１０μｍのＳｎメッキを行った。さらにこの外側
に、外径１１ｍｍ、内径１０ｍｍのＳｎの拡散バリヤと
なるＴａチューブ、更にその外側に外径１６ｍｍ、内径
１１．２ｍｍの安定化のための無酸素銅チューブをかぶ
せ、最終０．２ｍｍの径まで引き抜き加工を行ない線材
前駆体を得、得られた線材の仕様を表５に示す。

【００５３】

【表５】

【００５４】この様にして得られた線材のモジュールは
図１に示した断面構成図と同様であり、上記実施例１と
同様、Ｓｎ基合金を２つに分割した構成であるが、Ｓｎ
の最小分割量が少なく、ｎ×Ｓ_S×１００／Ｓ_t≧１０％
の関係を満足していない。

【００５５】得られた線材前駆体を６０ｃｍ切り出し、
熱処理時に内部のＳｎが蒸発しないように得られた線材
の端部をアーク溶接して封じる。内径３０ｍｍのソレノ
イド状に５ターン巻線をし、熱処理時に線材が変形しな
いように、ステンレスで固定する。このものを、Ａｒガ
ス雰囲気中で６７５℃で１６０時間、熱処理を行ないＮ
ｂ₃Ｓｎ超電導線を製造した。

【００５６】こうして得られたソレノイド状の超電導線
材を、１２Ｔの磁界下で、上記実施例１と同様に表２に
示した特性を評価し、結果を表４に示す。表４より、比
較例２の超電導線材はＪｃ_SC、Ｊｃ_f及びＮ値が低く、
Ｎｂ₃Ｓｎの反応生成率が低く、不均質であることが明
かである。また、ｄ_effも実施例に比べ、高く、Ｓｎ拡
散時のフィラメントの動きが著しいことが判った。さら
に、光学顕微鏡およびＥＰＭＡで線材の断面観察と分析
を行ったところ、フィラメントの動きが、内層から３、
４層目で起きており、外層よりではＳｎ濃度が低い組成
であることが判った。このため、Ｊｃが低く、ｄ_effが
高いことが判った。以上より、Ｓｎ基合金が分割配置さ
れていても、Ｓｎの最小分割量（Ｓ_S）、合計体積
（Ｓ_t）および分割数（ｎ）が下式ｎ×Ｓ_S×１００／Ｓ_t≧１０％を満足していなければ、本発明の効果が得られないこと
がわかる。

【００５７】実施例２．直径１５２．３ｍｍ、厚さ２０
ｍｍのＣｕ円板に直径２．８５ｍｍの丸孔を７６１穿孔
した。孔は同心円上に配置し、最内層の孔の中心が円板
の中心から２４．６ｍｍ、最外層が６６．６ｍｍになる
ようにした。これを外径１８０ｍｍ、内径１５２．８
ｍｍの無酸素銅の容器中に、５枚積み重ねて挿入した。
さらに、丸孔に２．８ｍｍ径、長さ１００ｍｍのＮｂ棒
を挿入する。引き続き、内部を真空引きして蓋を溶接し
た。これを直径５０ｍｍの径に押出し加工し、両端を切
断した。この外周部を直径４２．３ｍｍの径になるよう
に切削した。中央の銅の部分に半径５．３ｍｍの径の孔
をドリルで空けて空洞部を有し、Ｎｂ芯の埋設した柱体
を得た。この柱体の空洞部に直径１０．５６ｍｍの１．
５wt％Ｔｉを含有するＳｎ基合金棒を１本挿入し、ま
た、柱体の外周部に厚さ０．６５ｍｍのＳｎシートを１
周巻き付け、外径５０ｍｍ、内径４４ｍｍのＣｕチュー
ブに挿入し、複合体を得、これを引き続き９．８ｍｍま
で引抜き加工を行なって複合線材を得た。さらに、表面
を洗浄した後に、この外側に外径１１ｍｍ、内径１０ｍ
ｍのＳｎの拡散バリヤとなるＴａチューブ、更にその外
側に外径１６ｍｍ、内径１１．２ｍｍの安定化のための
無酸素銅チューブをかぶせ、最終０．２ｍｍの径まで引
き抜き加工を行ない、線材前駆体を得た。この引き抜き
加工工程では、Ｓｎの薄板を用いたことによる断線は起
きず、加工性も良好であった。この工程によって得られ
た線材は１つのモジュールによって構成されている。本
発明の他の実施例により得られた線材のモジュールは図
１と同様な構成で、Ｓｎ基合金が２つに分割されてい
る。得られた線材前駆体の仕様を表６に示す。

【００５８】

【表６】

【００５９】得られた線材を６０ｃｍ切り出し、熱処理
時に内部のＳｎが蒸発しないように得られた線材の端部
をアーク溶接して封じる。内径３０ｍｍのソレノイド状
に５ターン巻線をし、熱処理時に線材が変形しないよう
に、ステンレスで固定する。このものを、Ａｒガス雰囲
気中で６７５℃で１６０時間、熱処理を行ないＮｂ₃Ｓ
ｎ超電導線を製造した。

【００６０】こうして得られたソレノイド状の超電導線
材を、１２Ｔの磁界下で、上記実施例１と同様に表２に
示した特性を評価し、結果を表２に示す。表２より、本
発明の他の実施例による超電導線材はＪｃ_fかつＮ値が
高く、均質で、Ｎｂ₃Ｓｎの反応生成率が高いことが明
かである。また、ｄ_effも比較例１に比べ、低減してお
り、Ｓｎを分散することにより、Ｓｎ拡散時のフィラメ
ントの動きが抑制させられることが判った。さらに、光
学顕微鏡およびＥＰＭＡで線材の断面観察と分析を行っ
たところ、フィラメントの動きは殆ど無く、組成も大変
均一であることが判った。このため、Ｊｃが高く、ｄ
_effが低いことが判った。

【００６１】実施例３．直径８２ｍｍ、厚さ２０ｍｍの
Ｃｕ円板に直径２．８５ｍｍの丸孔を１６９穿孔した。
孔は同心円上に配置し、最内層の孔の中心が円板の中心
から１４．６ｍｍ、最外層が３１．４ｍｍになるように
した。これを外径１０２ｍｍ、内径８２．５ｍｍの無酸
素銅の容器中に、５枚積み重ねて挿入した。さらに、丸
孔に２．８ｍｍ径、長さ１００ｍｍのＮｂ棒を挿入す
る。引き続き、内部を真空引きして蓋を溶接した。これ
を直径２８．３ｍｍの径に押出し加工し、両端を切断し
た。この外周部を直径２２．８ｍｍの径になるように切
削した。中央の銅の部分に半径２．８ｍｍの径の孔をド
リルで空けて、空洞を有し、Ｎｂ芯の埋設したＣｕから
なる第１柱体を得た。この柱体の空洞に直径５ｍｍ、長
さ２０ｍｍの１．５ｗｔ％Ｔｉを含有するＳｎ合金棒を
複数本挿入し、また、第１柱体の外周部に厚さ０．６５
ｍｍのＳｎシートを２周巻き付け、複合体材材を得た。
次に、直径１５３ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円板に直径２．
８５ｍｍの丸孔を６６５穿孔した。孔は同心円上に配置
し、最内層の孔の中心が円板の中心から５１．３ｍｍ、
最外層が７６．４ｍｍになるようにした。これを外径１
８０ｍｍ、内径１５３．５ｍｍの無酸素銅の容器中に、
５枚積み重ねて挿入した。さらに、丸穴に２．８ｍｍ
径、長さ１００ｍｍのＮｂ棒を挿入する。引き続き、内
部を真空引きして蓋を溶接した。これを直径５０ｍｍの
径に押出し加工し、両端を切断した。この外周部を直径
４２．５ｍｍの径になるように切削した。中央の銅の部
分に直径２３．４ｍｍの径の孔をドリルで空けて、上記
複合体材が充填できる空洞を有し、Ｎｂ芯の埋設した第
２柱体を得た。この第２柱体の空洞に上記複合体材を挿
入し、第２柱体の外周部に厚さ０．５８ｍｍのＳｎシー
トを１周巻き付けたものを外径５０ｍｍ、内径４４ｍｍ
のＣｕチューブに挿入し、複合体を得た。これを引き続
き９．８ｍｍまで引抜き加工を行なって複合線材を得
た。さらに、表面を洗浄した後に、この外側に外径１１
ｍｍ、内径１０ｍｍのＳｎの拡散バリヤとなるＴａチュ
ーブ、更にその外側に外径１６ｍｍ、内径１１．２ｍｍ
の安定化のための無酸素銅チューブをかぶせ、最終０．
２ｍｍの径まで引き抜き加工を行ない線材前駆体を得
た。この引き抜き加工工程では、Ｓｎの薄板を用いたこ
と、Ｓｎを３分割して配置したことによる断線は起き
ず、加工性も良好であることがわかった。この工程によ
って得られた線材は１つのモジュールによって構成され
ている。図２は、本発明の他の実施例による線材のモジ
ュールの断面構成図で、Ｓｎ基合金が３つに分割されて
いる構成であり、得られた線材前駆体の仕様を表７に示
す。

【００６２】

【表７】

【００６３】得られた線材を６０ｃｍ切り出し、熱処理
時に内部のＳｎが蒸発しないように得られた線材の端部
をアーク溶接して封じる。内径３０ｍｍのソレノイド状
に５ターン巻線をし、熱処理時に線材が変形しないよう
に、ステンレスで固定する。このものを、Ａｒガス雰囲
気中で６７５℃で１６０時間、熱処理を行ないＮｂ₃Ｓ
ｎ超電導線を製造した。

【００６４】こうして得られたソレノイド状の超電導線
材を、１２Ｔの磁界下で、上記実施例１と同様に表２に
示した特性を評価し、結果を表２に示す。表２より、本
発明の他の実施例による超電導線材はＪｃ_fかつＮ値が
高く、均質で、Ｎｂ₃Ｓｎの反応生成率が高いことが明
かである。また、ｄ_effは、Ｓｎを分散させればさせる
程、低減することが判った。さらに、光学顕微鏡および
ＥＰＭＡで線材の断面観察と分析を行ったところ、フィ
ラメントの動きは殆ど無く、組成も大変均一であること
が判った。このため、Ｊｃ_fが高く、ｄ_effが低いことが
判った。

【００６５】実施例４．直径１５６ｍｍ、厚さ２０ｍｍ
のＣｕ円板の中心から３９ｍｍの同心円上に半径１８ｍ
ｍの円を４箇所等間隔配置して残すように、その他の領
域に直径２．８５ｍｍの丸孔を７５９穿孔した。この孔
は円板の同心円上に配置した。これを外径１８０ｍｍ、
内径１５６ｍｍの無酸素銅の容器中に、５枚積み重ねて
挿入した。さらに、丸孔全部に２．８ｍｍ径、長さ１０
０ｍｍのＮｂ棒を挿入する。引き続き、内部を真空引き
して蓋を溶接した。これを直径５０ｍｍの径に押出し加
工し、両端を切断した。中心から１２．５ｍｍ離れた点
を中心とするの銅の部分に半径３．７ｍｍの径の孔をド
リルで空けた。孔は４箇所開け、孔と孔の距離は等間隔
とし、複数の空洞を有し、Ｎｂ芯の埋設されたＣｕから
なる柱体を得た。この柱体の空洞に直径７．４ｍｍの
１．５ｗｔ％Ｔｉを含有するＳｎ合金棒を挿入し、複合
体を得た。この複合体を引き続き９．８ｍｍまで引抜き
加工を行なって複合線材を得た。さらに、表面を洗浄し
た後に、この外側に外径１１ｍｍ、内径１０ｍｍのＳｎ
の拡散バリヤとなるＴａチューブ、更にその外側に外径
１６ｍｍ、内径１１．２ｍｍの安定化のための無酸素銅
チューブをかぶせ、最終０．２ｍｍの径まで引き抜き加
工を行ない、線材前駆体を得た。図３は本発明の他の実
施例による線材のモジュールの断面構成図で、Ｓｎ基合
金が４つに分割されている構成であり、得られた線材前
駆体の仕様を表８に示す。

【００６６】

【表８】

【００６７】得られた線材前駆体を６０ｃｍ切り出し、
熱処理時に内部のＳｎが蒸発しないように得られた線材
の端部をアーク溶接して封じる。内径３０ｍｍのソレノ
イド状に５ターン巻線をし、熱処理時に線材が変形しな
いように、ステンレスで固定する。このものを、Ａｒガ
ス雰囲気中で６７５℃で１６０時間、熱処理を行ないＮ
ｂ₃Ｓｎ超電導線を製造した。

【００６８】こうして得られたソレノイド状の超電導線
材を、１２Ｔの磁界下で、上記実施例１と同様に表２に
示した特性を評価し、結果を表２に示す。表２より、本
発明の他の実施例による超電導線材はＪｃ_fかつＮ値が
高く、均質で、Ｎｂ₃Ｓｎの反応生成率が高いことが明
かである。また、ｄ_effは、Ｓｎを分散させると、低減
することが判った。さらに、光学顕微鏡およびＥＰＭＡ
で線材の断面観察と分析を行ったところ、フィラメント
の動きは殆ど無く、組成も大変均一であることが判っ
た。このため、Ｊｃ_fが高く、ｄ_effが低いことが判っ
た。

【００６９】実施例５．直径１４７．６ｍｍ、厚さ２０
ｍｍのＣｕ―３ｗｔ％Ｓｎブロンズの円板に直径２．８
５ｍｍの丸孔を８４９穿孔した。孔は同心円上に配置
し、最内層の孔の中心がＣｕ円板の中心から１３．６ｍ
ｍ、最外層が６８．２ｍｍになるようにした。これを外
径１８０ｍｍ、内径１４８ｍｍの無酸素銅の容器中に、
５枚積み重ねて挿入した。さらに、丸孔に２．８ｍｍ
径、長さ１００ｍｍのＮｂ棒を挿入し、引き続き、内部
を真空引きして蓋を溶接した。これを直径５０ｍｍの径
に押出し加工し、両端を切断した。この外周部を直径４
１ｍｍの径になるように切削した。中央の銅の部分に半
径２．３ｍｍの径の孔をドリルで空け、空洞を有するＮ
ｂ芯を埋設したＣｕ基合金からなる柱体を得た。この柱
体の空洞に直径４．４４ｍｍ、長さ３０ｍｍの１．５ｗ
ｔ％Ｔｉを含有するＳｎ基合金棒を複数個挿入し、さら
に、上記柱体の外周部に厚さ０．６４ｍｍのＳｎシート
を２周巻き付けたものを外径５０ｍｍ、内径４４ｍｍの
Ｃｕチューブに挿入し、複合体を得た。これを引き続き
９．８ｍｍまで引抜き加工を行なって複合線材を得た。
さらに、表面を洗浄した後に、この外側に外径１１ｍ
ｍ、内径１０ｍｍのＳｎの拡散バリヤとなるＴａチュー
ブ、更にその外側に外径１６ｍｍ、内径１１．２ｍｍの
安定化のための無酸素銅チューブをかぶせ、最終０．２
ｍｍの径まで引き抜き加工を行ない、線材前駆体を得
た。この引き抜き加工工程では、Ｓｎの薄板および複数
本のＳｎ棒を用いたことによる断線は起きず、加工性も
良好であった。この工程によって得られた線材は１つの
モジュールによって構成されている。上記のようにして
得られた線材前駆体の仕様を表９に示す。

【００７０】

【表９】

【００７１】得られた線材を６０ｃｍ切り出し、熱処理
時に内部のＳｎが蒸発しないように得られた線材の端部
をアーク溶接して封じる。内径３０ｍｍのソレノイド状
に５ターン巻線をし、熱処理時に線材が変形しないよう
に、ステンレスで固定する。このものを、Ａｒガス雰囲
気中で６７５℃で１６０時間、熱処理を行ないＮｂ₃Ｓ
ｎ超電導線を製造した。

【００７２】こうして得られたソレノイド状の超電導線
材を、１２Ｔの磁界下で、上記実施例１と同様に表２に
示した特性を評価し、結果を表２に示す。表２より、本
発明の他の実施例による超電導線材はＪｃ_fかつＮ値が
高く、均質で、Ｎｂ₃Ｓｎの反応生成率が高いことが明
かである。また、ｄ_effも従来の比較例１に比べ、低減
しており、Ｓｎを分散することにより、Ｓｎ拡散時のフ
ィラメントの動きが抑制させられることが判った。さら
に、光学顕微鏡およびＥＰＭＡで線材の断面観察と分析
を行ったところ、フィラメントの動きは殆ど無く、組成
も大変均一であることが判った。このため、Ｊｃが高
く、ｄ_effが低いことが判った。

【００７３】ＳｎおよびＳｎ基合金を分割配置した場
合、外周配置では、中心配置のみと同じ体積にしたとし
ても、非常に薄い肉厚で同体積を占めることができる。
Ｓｎでは薄い肉厚でチューブ形状を保つことが出来ない
ため、Ｃｕ−Ｎｂ複合体の外周はＳｎの薄板で被覆する
ことで容易に製造が可能となった。また、実施例では、
示していないが、ＳｎおよびＳｎ基金属の少なくとも一
種の最少分割量が少なく、ハンドリング性が問題となる
場合、ＳｎおよびＳｎ基金属の少なくとも一種とＣｕお
よびＣｕ基金属の少なくとも一種とをクラッドするなど
補強することで容易に製造することができる。

【００７４】また、ＳｎおよびＳｎ基金属の少なくとも
一種、ＣｕおよびＣｕ基合金の少なくとも一種並びにＮ
ｂおよびＮｂ基合金の少なくとも一種から複合体を得る
方法は上記実施例に限定されない。なお、上記の実施例
では、超電導線として、Ｃｕで代表される安定化材とＴ
ａで代表される拡散障壁材を持っている超電導線につい
て述べたが、上記実施例の超電導線は安定化材として高
純度Ａｌ、拡散障壁材としてＮｂやＶが採用された場合
に於いても有効であることを本発明者らは実験により見
いだしている。

【００７５】さらに、上記実施例では単芯線の超電導線
材について示したが、図４に示すように、本発明のモジ
ュール構成を持つ線材を多芯化したものでもよい。図４
は、本発明のモジュール構成を持つ多芯の線材の断面構
成図であり、モジュール６を７本束ね、その周りにＳｎ
拡散障壁を設け、さらにその外周に安定化Ｃｕが設けら
れている。さらに、本発明のモジュール構成を持つ線材
に絶縁を行ってマグネット化するなど、形態を変えよう
とも、本発明の効果が得られることには変わりない。

【００７６】実施例６．外径１８０ｍｍ、内径１５６ｍ
ｍの無酸素銅の容器中に、１辺４．５ｍｍの６角形の断
面の無酸素銅の棒を中央部に９１本、同じ寸法の銅被覆
Ｎｂ棒をその周囲に２２２本充填し、内部を真空引きし
て蓋を溶接した。これを５０ｍｍの径に押出し加工し、
両端を切断した。この外周部を切削し、中央の銅の部分
に１９ｍｍの径の穴をドリルで空け、そこに１８．８ｍ
ｍのＳｎ棒を挿入して、９．８ｍｍまで引抜き加工を行
ない複合線材を得た。さらに、表面を洗浄した後に、こ
の外側に外径１１ｍｍ、内径１０ｍｍのＳｎの拡散バリ
ヤとなるＴａチューブ、更にその外側に外径１６ｍｍ、
内径１１．２ｍｍの安定化のための無酸素銅チューブを
かぶせ、最終０．２ｍｍの径まで引き抜き加工を行ない
本発明の別の発明の実施例に係わる線材前駆体を得、そ
の線材の仕様を表１０に示す。

【００７７】

【表１０】

【００７８】得られた線材を６０ｃｍ切り出し、熱処理
時に内部のＳｎが蒸発しないように得られた線材の端部
をアーク溶接して封じる。内径３０ｍｍのソレノイド状
に５ターン巻線をし、熱処理時に線材が変形しないよう
に、ステンレスで固定する。このものを、Ａｒガス雰囲
気中１時間１５分で６７５℃に昇温して、６７５℃で１
６０時間、熱処理を行なった。この時の昇温スピード
は、平均５００℃／ｈである。さらに、１００℃／ｈで
室温まで冷却した。こうして得られたソレノイド状の超
電導線材を、液体ヘリウム中でＪｃおよびｄ_effの測定
を行った。この結果を表１１に示す。

【００７９】

【表１１】

【００８０】表より、本発明の別の発明の一実施例によ
る超電導線材はいずれの特性においても良好な特性を有
することは明かである。この原因について、光学顕微鏡
で線材の断面観察を行ったところ、大変均一な低濃度の
Ｓｎを含むα―ブロンズによって、各フィラメントが分
離されていることが判った。このため、Ｊｃが高く、ｄ
_effが低いことが判った。

【００８１】比較例３．実施例６と同様にして、同一構
成の最終０．２ｍｍ径の複合線材を作製した。得られた
線材を実施例６と同様にして、熱処理用サンプルとし、
Ａｒガス雰囲気中２１時間４０分で６７５℃に昇温し
て、６７５℃で１６０時間、熱処理を行なった。この時
の昇温スピードは、平均３０℃／ｈである。さらに、１
００℃／ｈで室温まで冷却した。こうして得られたソレ
ノイド状の超電導線材を、液体ヘリウム中でＪｃおよび
ｄ_effの測定を行った。この結果を表１１に示す。これ
より、従来の超電導線材は本発明の実施例によるものに
比べいずれの特性においても劣ることは、明かである。
この原因について、光学顕微鏡で線材の断面観察を行っ
たところ、線材の中心部より２ないし３層目までのブロ
ンズが白味を帯びていてＳｎ濃度の高いことが判った。
また、この部分との境界に位置するフィラメントが互い
に接触しあって、リング状につながっていた。この為、
Ｓｎが外部に十分に拡散せず、Ｊｃが低くなっているこ
とが判った。また、リング状のフィラメントの結合が、
ｄ_effを増大させていることが判った。

【００８２】比較例４．実施例６と同様にして、同一構
成の最終０．２ｍｍ径の線材前駆体を作製した。得られ
た線材前駆体を用いて実施例６と同様にして、熱処理用
サンプルとし、Ａｒガス雰囲気中で３０分で２５０℃に
昇温しさらに５時間温度保持し、さらに、４０分で４０
０℃に昇温して、４００℃で５０時間温度保持した後、
３０分で６７５℃に昇温して６７５℃で１６０時間、熱
処理を行なった。この時の昇温スピードは、平均３０℃
／ｈである。さらに、１００℃／ｈで室温まで冷却し
た。こうして得られたソレノイド状の超電導線材を、液
体ヘリウム中でＪｃおよびｄ_effの測定を行った。この
結果を表１１に示す。これより、従来の超電導線材は本
発明の実施例によるものに比べいずれの特性においても
劣ることは、明かである。この原因について、光学顕微
鏡で線材の断面観察を行ったところ、線材の中心部より
２ないし３層目までのブロンズが白味を帯びていてＳｎ
濃度の高いことが判った。また、この部分との境界に位
置するフィラメントが互いに接触しあって、リング状に
つながっていた。この為、Ｓｎが外部に十分に拡散せ
ず、Ｊｃが低くなっていることが判った。また、リング
状のフィラメントの結合が、ｄ_effを増大させているこ
とが判った。

【００８３】実施例７．実施例６と同様にして、同一構
成の最終０．２ｍｍ径の線材前駆体を作製した。得られ
た線材前駆体を用いて実施例６と同様にして、熱処理用
サンプルとし、あらかじめ、Ａｒガス雰囲気にガス置換
された、６７５℃に保持された炉内に導入する。炉内温
度は一旦数度低下するが、数分でもとの温度に復帰す
る。この時の昇温スピードは、１３０００℃／ｈを越え
ている。さらに、１００℃／ｈで室温まで冷却した。こ
うして得られたソレノイド状の超電導線材を、液体ヘリ
ウム中でＪｃおよびｄ_effの測定を行った。この結果を
表２に示す。これより、本発明の別の発明の実施例によ
る超電導線材はいずれの特性においても良好な特性を有
することは、明かである。特に、Ｊｃ特性が極めて高か
った。

【００８４】実施例８．実施例６と同様にして、同一構
成の最終０．２ｍｍ径の線材前駆体を作製した。得られ
た線材前駆体を用いて実施例６と同様にして、熱処理用
サンプルとし、平均１０００℃／ｈで昇温して、７８０
℃で３時間保持した後、３０分で６３０℃に冷却し、こ
の温度で１６０時間保持し、１００℃／ｈで室温まで冷
却した。こうして得られたソレノイド状の超電導線材
を、液体ヘリウム中でＪｃおよびｄ_effの測定を行っ
た。この結果を表１１に示す。これより、本発明の別の
発明の他の実施例による超電導線材はいずれの特性にお
いても良好な特性を有することは、明かである。特に、
Ｊｃ特性が極めて高くなおかつｄ_effが低く抑えられて
いる。

【００８５】実施例９．外径１８０ｍｍ、内径１５６ｍ
ｍの無酸素銅の容器中に、１辺４．５ｍｍの６角形の断
面の無酸素銅の棒を中央部に９１本、同じ寸法の銅被覆
Ｎｂ棒をその周囲に２２２本充填し、内部を真空引きし
て蓋を溶接した。これを５０ｍｍの径に押出し加工し、
両端を切断した。この外周部を切削し、中央の銅の部分
に１９ｍｍの径の穴をドリルで空け、そこに１８．８ｍ
ｍのＳｎ棒を挿入して、引抜き加工を行なうという実施
例６と同じプロセスに基づいて３．１ｍｍ径の複合線材
を得た。さらに、外周の表面を約２０μｍ酸でエッチン
グした後に、この外側に２０μｍのＳｎメッキを施し
た。これを１本のモジュールとし、所定の長さに切断さ
れたモジュールを７本束ねて、外径１１ｍｍ、内径１０
ｍｍのＳｎの拡散バリヤとなるＴａチューブ、更にその
外側に外径１６ｍｍ、内径１１．２ｍｍの安定化のため
の無酸素銅チューブをかぶせ、最終０．６ｍｍの径まで
引き抜き加工を行ない、本発明の別の発明に係わる線材
前駆体を得た。得られた線材前駆体を用いて実施例６と
同様にして熱処理用サンプルとし、Ａｒガス雰囲気中１
時間１５分で６７５℃に昇温して、６７５℃で１６０時
間、熱処理を行なった。この時の昇温スピードは、平均
５００℃／ｈである。さらに、１００℃／ｈで室温まで
冷却した。こうして得られたソレノイド状の超電導線材
を、液体ヘリウム中でＪｃおよびｄ_effの測定を行っ
た。この結果を表１１に示す。これより、超電導線材の
内部のＳｎの配置やバランスが変わったり、モジュール
数が増えるなど線材構成が変わっていても、本発明の別
の発明に係わる熱処理を行うことにより、いずれの特性
においても良好な特性を有することは、明かである。

【００８６】実施例１０．外径１８０ｍｍ、内径１５６
ｍｍの１％Ｓｎが固溶したＣｕ―Ｓｎブロンズ合金の容
器中に、１辺４．５ｍｍの６角形の断面の１％Ｓｎが固
溶したＣｕ―Ｓｎブロンズ合金の棒を中央部に９１本、
同じ寸法の１％Ｓｎが固溶したＣｕ―Ｓｎブロンズ合金
被覆Ｎｂ棒をその周囲に２２２本充填し、内部を真空引
きして蓋を溶接した。これを５０ｍｍの径に押出し加工
し、両端を切断した。この外周部を切削し、中央の１％
Ｓｎが固溶したＣｕ−Ｓｎブロンズ合金の部分に１９ｍ
ｍの径の穴をドリルで空け、そこに１８．８ｍｍのＳｎ
棒を挿入して、９．８ｍｍまで引抜き加工を行ない複合
線材を得た。さらに、表面を洗浄した後に、この外側に
外径１１ｍｍ、内径１０ｍｍのＳｎの拡散バリヤとなる
Ｔａチューブ、更にその外側に外径１６ｍｍ、内径１
１．２ｍｍの安定化のための無酸素銅チューブをかぶ
せ、最終０．２ｍｍの径まで引き抜き加工を行い、本発
明の別の発明の実施例に係わる線材前駆体を得た。得ら
れた線材前駆体を用いて実施例６と同様にして熱処理用
サンプルとし、Ａｒガス雰囲気中１時間１５分で６７５
℃に昇温して、６７５℃で１６０時間、熱処理を行なっ
た。この時の昇温スピードは、平均５００℃／ｈであ
る。さらに、１００℃／ｈで室温まで冷却した。こうし
て得られたソレノイド状の超電導線材を、液体ヘリウム
中でＪｃおよびｄ_effの測定を行った。この結果を表１
１に示す。これより、あらかじめＣｕにＳｎが低濃度に
含まれている場合においても、本発明の別の発明に係わ
る熱処理を行うことにより、いずれの特性においても良
好な特性を有することは明かである。

【００８７】実施例１１．実施例９と同様にして、同一
構成の最終０．６ｍｍ径の複合線材を作製した。この線
材をガラス繊維で被覆して絶縁し、外径１５０ｍｍのス
テンレスの巻きわくに、ソレノイド巻きにして、コイル
を作製した。さらに、実施例６と同様の熱処理を施し、
超電導コイルを作製した。線材の両端に電流端子、電流
端子より１５ｃｍ離して電圧端子を取り付けて、Ｊｃを
測定した。この測定結果を、表１２に示す。

【００８８】

【表１２】

【００８９】これより、比較的大きなコイルにおいて
も、高い臨界電流密度が得られ、それは、均一なＳｎ拡
散が起きている証であり、本発明の効果が確認された。
また、パルス電流通電時の発熱による液体ヘリウムの蒸
発量が少なかった。

【００９０】実施例１２．実施例９と同様にして、同一
構成の最終０．６ｍｍ径の線材前駆体を作製した。この
線材前駆体をガラス繊維で被覆して絶縁した。さらに、
８００ｍｍの輪になるように線材前駆体を束ねて実施例
６と同様の熱処理を施した。さらに、外径５０ｍｍ、内
径３４ｍｍ、長さ１８０ｍｍのステンレスの巻きわく
に、一層が２５０ターンで、１０相、ソレノイド巻きに
して、超電導コイルを作製した。線材の両端に電流端
子、電流端子より１５ｃｍ離して電圧端子を取り付け
て、Ｊｃを測定した。この測定結果を、表１２に示す。
これより、比較的大きなコイルにおいても、高い臨界電
流密度が得られ、それは、均一なＳｎ拡散が起きている
証であり、本発明の効果が確認された。また、パルス電
流通電時の発熱による液体ヘリウムの蒸発量が少なかっ
た。

【００９１】実施例１３．実施例９と同様にして、同一
構成の最終０．６ｍｍ径の線材前駆体を作製した。この
線材を図５の熱処理装置を用いて熱処理する。図５は、
本発明の別の発明に係わる熱処理装置の構成と熱処理装
置の位置と温度の関係を示す温度分布図である。図にお
いて、７は線材前駆体、８は加熱装置、９は冷却手段の
水冷式冷却管、１０は巻き取り用のリールである。ま
た、矢印はアルゴンガスの気流を表す。あらかじめ７８
０℃に設定している加熱装置８に線材前駆体７を通し、
リールに固定しておく。この時炉内にある線材は、本発
明の熱処理から外れるため最終的には処分される。ま
た、加熱炉の均熱範囲の長さは１８５ｃｍである。室温
から、均熱範囲までの距離は、約３０ｃｍである。連続
的に０．５ｃｍ／ｍｉｎで線材を送り出して移動し、巻
き取りを行い予備線材を得た。この移動式熱処理によっ
て７５０℃／ｈの昇温スピードで昇温して、７８０℃で
６時間の熱処理を行ったことに相当する。線材は酸化を
防ぐ為に室温まで冷却された。この予備線材をガラス繊
維で被覆して絶縁し、外径５０ｍｍ、内径３４ｍｍ、長
さ１８０ｍｍのステンレスの巻きわくに、一層が２５０
ターンで、１０層、ソレノイド巻きにして、コイルを作
製した。さらに、アルゴン中で、６３０℃、１６０時間
の熱処理を施して、超電導コイルを作製した。線材の両
端に電流端子、電流端子より１５ｃｍ離して電圧端子を
取り付けて、Ｊｃを測定した。この測定結果は、表１２
に示す。これより、比較的大きなコイルにおいても、高
い臨界電流密度が得られ、それは、均一なＳｎ拡散が起
きている証であり、本発明の効果が確認された。また、
パルス電流通電時の発熱による液体ヘリウムの蒸発量が
少なかった。

【００９２】実施例１４．外径１８１ｍｍ、内径１５７
ｍｍの無酸素銅の容器中に、対辺４．２ｍｍの６角形の
断面の無酸素銅の棒を中央部に３７９本、同じ寸法の銅
被覆Ｎｂ単芯線（Ｎｂの占積率：４７．６％）をその周
囲に８２２本細密充填し、更に充填密度を高めるため
に、隙間に無酸素銅の細線を充填した。次に、内部を真
空引きして蓋を溶接した。上記のようにして得られた複
合ビレットを５０ｍｍの径に押出し加工し、両端を切断
した。この外周部を切削し、中央の銅の部分に１８ｍｍ
の径の穴をドリルで空け、そこに１７．８ｍｍのＳｎ棒
を挿入して、対辺３．４ｍｍの６角棒（モジュール）ま
で引抜き加工を行なった。次に外径３２．７ｍｍ、内径
３０．７ｍｍのＴａ管を外径４０．０ｍｍ、内径３２．
９ｍｍの無酸素銅容器中に挿入し、表面を洗浄した対辺
３．４ｍｍの無酸素銅の６角棒を中央部に１本、同寸法
の上記モジュールをその周囲に６０本細密充填し、多モ
ジュール線とした。この線を最終形状、厚さ１．０ｍ
ｍ、幅１．３ｍｍまで引き抜き加工して複合線材を得
た。加工性は極めて良好であった。得られた線材の仕様
を表１３に示す。

【００９３】

【表１３】

【００９４】この線材に図６に示す熱処理装置の電気炉
で熱処理を施し、予備線材を得た。図６は本発明の別の
発明に係わる熱処理装置の構成図であり、２１は電気炉
本体、２２は炉芯管、１２はＡｒガス導入口、１３はＡ
ｒガス排出口、４１は線材送り装置、４２は線材巻き取
り装置である。線材前駆体７はあらかじめ７００℃に保
持してある電気炉２１中の炉芯管２２中を線材前駆体７
が電気炉２１中に１時間滞在するような速度で線材送り
装置４１と線材巻き取り装置４２により搬送され、急加
熱処理される。この時、炉芯管２２内にはＡｒガス導入
口１２からＡｒガスが導入されており、ＡｒガスはＡｒ
ガス排出口１３から外へ排気される。得られた予備線材
の中心モジュール内の中心部分のマトリックス組成をＥ
ＰＭＡにより分析し、結果を表１４に示す。

【００９５】

【表１４】

【００９６】それによると、急加熱処理により線材中の
マトリックスの平均Ｓｎ濃度が１０〜３０ｗｔ％である
Ｃｕ―Ｓｎ合金（ブロンズ）となる予備線材を得ること
により、従来よりも性能の向上したＮｂ₃Ｓｎ超電導マ
グネットを得ることができる。次に、得られた予備線材
表面に絶縁被覆を施し、内径１１４ｍｍ、外径１７１．
３ｍｍ、６６層、１０４ターンのコイルを形成した後、
Ａｒガス雰囲気中、６００〜７５０℃で３０〜２００時
間熱処理を行なった。このマグネットの巻き初めと巻き
終わりから電圧線を取りだし４．２Ｋで臨界電流密度特
性を測定した。結果を表１５に示す。

【００９７】

【表１５】

【００９８】比較例５．実施例１４と同様のプロセス
で、複合ビレットを作製し、伸線加工することで最終形
状、厚さ１．０ｍｍ、幅１．３ｍｍの多モジュール線を
作製した。得られた線材の仕様を表１３に示す。この線
材の中心モジュール内の中心部分のマトリックス組成を
ＥＰＭＡにより分析し、結果を表１４に示す。なお、表
中のＳｎの値（１００）はブロンズ中のＳｎではない。
次に、得られた線材表面に絶縁被覆を施し、実施例１４
と同様、内径１１４ｍｍ、外径１７１．３ｍｍ、６６
層、１０４ターンのコイルを形成し、Ａｒガス雰囲気
中、６００〜７５０℃で３０〜２００時間熱処理を行な
った。このマグネットの巻き初めと巻き終わりから電圧
線を取りだし４．２Ｋで臨界電流密度特性を測定し、結
果を表１５に示す。

【００９９】実施例１５．実施例１４と同様のプロセス
で、複合ビレットを作製し、伸線加工することで最終形
状、厚さ１．０ｍｍ、幅１．３ｍｍの多モジュール線を
作製した。この線材に図７に示す電気炉で熱処理を施
し、予備線材を得た。図７は、本発明の別の発明に係わ
る熱処理装置の構成図であり、２１は電気炉本体、２２
は反応管、１２はガス導入口、１３はガス排出口、１１
はＯリング、４１は線材送り装置、４２は線材巻き取り
装置、１は線材である。線材前駆体７はあらかじめ７０
０℃に保持してある電気炉２１中の反応管２２中を線材
前駆体７が電気炉２１中に１時間滞在するような速度で
線材送り装置４１と線材巻き取り装置４２により搬送さ
れ、急加熱処理される。この時、反応管２２内の線材前
駆体７はＯリング１１を通して反応管２２に出入りし、
反応管２２内にはガス導入口１２からＡｒガスが導入さ
れており、そのＡｒガスはガス排出口１３から外へ排気
されるため、大気とは完全に遮断されている。得られた
予備線材の中心モジュール内の中心部分のマトリックス
組成をＥＰＭＡにより分析し、結果を表１４に示す。次
に、得られた線材表面に絶縁被覆を施し、実施例１４と
同様、内径１１４ｍｍ、外径１７１．３ｍｍ、６６層、
１０４ターンのコイルを形成し、Ａｒガス雰囲気中、６
００〜７５０℃で３０〜２００時間熱処理を行なった。
このマグネットの巻き初めと巻き終わりから電圧線を取
りだし４．２Ｋで臨界電流密度特性を測定した。結果を
表１５に示す。

【０１００】実施例１６．実施例１４と同様のプロセス
で、複合ビレットを作製し、伸線加工することで最終形
状、厚さ１．０ｍｍ、幅１．３ｍｍの多モジュール線を
作製した。この線材に図８に示す電気炉で熱処理を施
し、予備線材を得た。図８は本発明の別の発明に係わる
熱処理装置の構成図であり、２１は電気炉本体、２２は
反応管、１２はガス導入口、１３はガス排出口、１１は
Ｏリング、９は冷却手段、４１は線材送り装置、４２は
線材巻き取り装置、７は線材前駆体である。線材前駆体
７はあらかじめ７００℃に保持してある電気炉２１中の
反応管２２中を線材前駆体７が電気炉２１中に１時間滞
在するような速度で線材送り装置４１と線材巻き取り装
置４２により搬送され、急加熱処理される。この時、反
応管８内の線材前駆体７はＯリング１１を通して反応管
２２に出入りし、反応管８内にはガス導入口９からＡｒ
ガスが導入されており、そのＡｒガスはガス排出口１３
から外へ排気されるため、大気とは完全に遮断されてい
る。さらに、線材前駆体７は冷却手段９を通して電気炉
２１に入るため、急加熱処理の効果が顕著となる。得ら
れた予備線材の中心モジュール内の中心部分のマトリッ
クス組成をＥＰＭＡにより分析し、結果を表５に示す。
次に、得られた予備線材を実施例１４と同様、内径１１
４ｍｍ、外径１７１．３ｍｍ、６６層、１０４ターンの
コイルを形成し、Ａｒガス雰囲気中、６００〜７５０℃
で３０〜２００時間熱処理を行なった。このマグネット
の巻き初めと巻き終わりから電圧線を取りだし４．２Ｋ
で臨界電流密度特性を測定した。結果を表１５に示す。

【０１０１】実施例１７．実施例１４と同様のプロセス
で、複合ビレットを作製し、伸線加工することで最終形
状、厚さ１．０ｍｍ、幅１．３ｍｍの多モジュール線を
作製し、さらにこの線材に実施例１１と同様に図４に示
す電気炉で熱処理を施し、予備線材を得た。ただし、複
合ビレット中に挿入する対辺４．２ｍｍの６角形の断面
の無酸素銅の棒、および銅被覆Ｎｂ単芯線（Ｎｂの占積
率：４７．６％）の数がそれぞれ４０９本、７９２本で
ある点、また、複合ビレットを押出し加工後、この外周
部を切削し、中央の銅の部分に１９ｍｍの径の穴をドリ
ルで空け、そこに１８．８ｍｍのＳｎ棒を挿入する点が
異なる。得られた予備線材の中心モジュール内の中心部
分のマトリックス組成をＥＰＭＡにより分析し、結果を
表５に示す。次に、得られた予備線材を実施例１４と同
様、内径１１４ｍｍ、外径１７１．３ｍｍ、６６層、１
０４ターンのコイルを形成し、Ａｒガス雰囲気中、６０
０〜７５０℃で３０〜２００時間熱処理を行なった。こ
のマグネットの巻き初めと巻き終わりから電圧線を取り
だし４．２Ｋで臨界電流密度特性を測定した。結果を表
１５に示す。

【０１０２】上記実施例に示したように、Ｎｂ₃Ｓｎ超
電導マグネットを製造する方法として、急加熱処理によ
り、予備線材を得る工程を施した後、コイル化し、熱処
理を施すことで、従来、ブロンズ法では加工性の問題か
ら、また、内部拡散法では高Ｓｎ濃度ブロンズの不均質
性から困難であったブロンズ中のＳｎの高濃度化を達成
することができ、従来よりも臨界電流密度特性の向上し
たＮｂ₃Ｓｎ超電導マグネットが製造できた。これは、
ＳＥＭ／ＥＰＭＡによる分析の結果、実施例１４〜１６
ではマトリックスのブロンズ組成の均質化による効果、
実施例１７ではさらにブロンズ中のＳｎの高濃度化を実
現したことによりフィラメント１本あたりの臨界電流密
度が向上したためであることが判明した。

【０１０３】一般に、超電導線材の線径を細くしていく
と超電導フィラメント間の距離が非常に短くなり、超電
導フィラメント間の一部または大部分に物理的結合およ
び近接効果による超電導的結合を生じ、電気的特性から
求められる有効フィラメント径は実際のフィラメント径
より大きくなり、交流損失が大きくなるという問題点も
生じる。表１６に得られた超電導マグネット線材の平均
フィラメント径（設計値）および有効フィラメント径
（実測値）を示す。

【０１０４】

【表１６】

【０１０５】表１６に示されるように、有効フィラメン
ト径は、従来の方法による比較例５の値に対し、実施例
１４〜１６では、４０％、実施例１７では、３０％にそ
れぞれ細くすることができた。線材断面のＳＥＭ観察の
結果、比較例の場合、断面内に部分的にフィラメントの
結合が生じていたのに対し、各実施例の場合、断面に渡
って均一にフィラメントが分布していることが分かっ
た。これは、急加熱処理により予備線材中のマトリック
スが均一のブロンズになったことによる。このため比較
例に対し実施例では大幅な交流損失の低減が達成され
た。また、得られた超電導マグネットの線材の４．２Ｋ
における臨界電流の磁界依存性を測定した結果、有意差
は認められなかった。

【０１０６】なお、上記実施例に用いた熱処理装置の他
に、例えば、水冷式冷却管がガス冷却であってもよく、
炉の向きが省スペースのために立て型であってもよい。

【０１０７】なお、上記実施例において予備線材を得る
過程で、Ａｒ雰囲気中で熱処理を行っているが、線材に
影響の無い他の気体、例えば、Ｎ₂またはＨｅのような
不活性ガスを用いても、また、実施例１５〜１７におい
ては真空ポンプにより反応炉内を排気し、真空中で行っ
ても同様の効果が得られる。

【０１０８】また、本発明の実施例１５〜１７では、線
材が反応管に出入りする際、Ｏリングにより大気との遮
断を行っているが、この遮断型式は特に限定されるもの
ではない。

【０１０９】また、本発明において、複合ビレットの形
状、線材の断面構成、マグネットの形状等は、特に限定
されるものではない。

【０１１０】さらに、Ｃｕ基金属、Ｎｂ基金属およびＳ
ｎ基金属のうち少なくとも１つに、Ｔｉ、Ｉｎ等で代表
される添加元素を少なくとも１種類添加することでＪ_c
を向上させる事は可能で、本発明はこうした元素添加を
妨げるものではない。むしろ、添加元素を均一に拡散さ
せる上でも本発明は大変有効である。

【０１１１】また、上記実施例において、複合体のＳｎ
およびＳｎ基合金の少なくとも一種の断面形状は円であ
るが、それに限定されず、表面積を向上させるような形
状であれば、Ｓｎのフィラメントへの拡散が促進される
効果がある。

【０１１２】

【発明の効果】請求項１または２の発明によれば、中心
部と、外周部や中心部と外周部の中間帯には層状に、分
割配置されたＳｎおよびＳｎ基合金の少なくとも一種の
各々と、複数のＮｂ芯およびＮｂ基合金芯の少なくとも
一種の各々とが、各々互いにＣｕおよびＣｕ基合金の少
なくとも一種の母体によって分離されるように構成さ
れ、上記ＳｎおよびＳｎ基合金の少なくとも一種の最小
分割体積（Ｓ_S）、合計体積（Ｓ_t）および分割数（ｎ）
が下式ｎ×Ｓ_S×１００／Ｓ_t≧１０％で示される関係である複合体を、用いることにより、従
来より短時間で、臨界電流密度を高め、パルス電流通電
時に生じるヒステリシス損失や交流で運転するさいに生
じる交流損失を低減でき、さらに製造が容易で、しかも
断線等の起こりにくい複合超電導線材の製造方法を得る
ことができる。

【０１１３】

【０１１４】請求項３ないし５のいずれかの発明によれ
ば、容易に複合体を得ることができるので、容易に複合
超電導線材の製造方法を得ることができる。

【０１１５】請求項６の発明によれば、複数個のＳｎお
よびＳｎ基金属の少なくとも一種の棒を空洞に挿入して
空洞を充填することにより、ハンドリング性よく複合体
が得られ、容易に複合超電導線材の製造方法を得ること
ができる。

【０１１６】

【０１１７】請求項７の発明によれば、ＳｎおよびＳｎ
基合金の少なくとも一種と、複数のＮｂ芯およびＮｂ基
合金芯の少なくとも一種とが、互いにＣｕおよびＣｕ基
合金の少なくとも一種の母体によって分離されるように
配置した線材前駆体を、非酸化性雰囲気中にて、２５０
℃以上５８０℃以下の温度範囲では、１００℃／ｈ以上
の昇温速度で昇温し、かつ３５０℃以上４５０℃以下の
温度範囲では３００℃／ｈ以上の昇温速度で昇温し、５
８０℃以上８００℃以下で熱処理することにより、ま
た、請求項８の発明によれば、昇温を２５０℃以上５８
０℃以下の温度範囲では、１００℃／ｈ以上の昇温速度
を保持して行い、熱処理を７００℃以上８００℃以下の
温度範囲で１０時間以下行った後、５８０℃以上６９０
℃以下で熱処理を行うことにより、さらにＮｂ₃Ｓｎ相
の生成率を高めることができより特性の向上した複合超
電導線材の製造方法を得ることができる。

【０１１８】請求項９の発明によれば、請求項７または
８の線材前駆体として、ＳｎおよびＳｎ基合金の少なく
とも一種が複数に分割されたものを用いることにより、
さらにＮｂ ₃ Ｓｎ相の生成率を高めることができ、より
特性の向上した複合超電導線材の製造方法を得ることが
できる。

【０１１９】請求項１０の発明によれば、請求項７ない
し９のいずれかにおいて、線材前駆体が、導入側に冷却
手段を備え、６００〜８００℃に保持された加熱装置内
を、上記加熱装置内に３０分〜１０時間滞在するような
移動速度で移動することにより、昇温し熱処理されるの
で、容易に所定の昇温速度と熱処理温度を得ることがで
き、容易に本発明の効果を有する複合超電導線材の製造
方法を得ることができる。

【０１２０】

【０１２１】請求項１１の発明によれば、請求項７ない
し９のいずれかの線材前駆体を、２５０℃以上５８０℃
以下の温度範囲では、１００℃／ｈ以上の昇温速度で昇
温し、７００℃以上８００℃以下の温度範囲で熱処理を
１０時間以下行なう工程、５８０℃以上６９０℃以下で
熱処理を行う工程およびコイル状に成形する工程を施す
ことにより、高い臨界電流を有する高性能な複合超電導
コイルの製造方法を得ることができる。また、線材を熱
処理してからコイル状に成形すれば、炉は線の直径より
もわずかに広い径の筒状の容積の小規模なものでよく、
ランニングコストも大幅に削減することができる。

【０１２２】請求項１２項の発明によれば、容易に複合
超電導コイルの製造方法を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる線材前駆体のモジュ
ールの断面構成図である。

【図２】本発明の他の実施例による線材のモジュールの
断面構成図である。

【図３】本発明の他の実施例による線材のモジュールの
断面構成図である。

【図４】本発明のモジュール構成を持つ多芯の線材の断
面構成図である。

【図５】本発明の別の発明の一実施例に係わる熱処理装
置の構成と熱処理装置の位置と温度の関係を示す温度分
布図である。

【図６】本発明の別の発明の他の実施例に係わる熱処理
装置の構成図である。

【図７】本発明の別の発明の他の実施例に係わる熱処理
装置の構成図である。

【図８】本発明の別の発明のさらに他の実施例に係わる
熱処理装置の構成図である。

【図９】従来の線材前駆体の断面構成図である。

【符号の説明】

１Ｃｕ母体２Ｎｂ芯３Ｓｎ基合金材７線材前駆体８加熱装置９冷却装置２１電気炉本体４１線材送り装置４２線材巻取り装置１１Ｏリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者永井貴之尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社材料デバイス研究所内 (72)発明者宮下章志尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社材料デバイス研究所内 (72)発明者内川英興尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社材料デバイス研究所内 (56)参考文献特開平３−274613（ＪＰ，Ａ) 特開平４−129106（ＪＰ，Ａ) 特開平２−234313（ＪＰ，Ａ) 特開平３−171516（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01B 12/00 - 13/00 C22F 1/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】中心部と、外周部は層状に、分割配置さ
れたＳｎおよびＳｎ基合金の少なくとも一種の各々と、
複数のＮｂ芯およびＮｂ基合金芯の少なくとも一種の各
々とが、各々互いにＣｕおよびＣｕ基合金の少なくとも
一種の母体によって分離されるように構成され、上記Ｓ
ｎおよびＳｎ基合金の少なくとも一種の最小分割体積
（Ｓ_S）、合計体積（Ｓ_t）および分割数（ｎ）が下式ｎ×Ｓ_S×１００／Ｓ_t≧１０％で示される関係である複合体を、断面減少加工し、熱処
理する複合超電導線材の製造方法。
【請求項２】請求項第１項記載のものにおいて、Ｓｎ
およびＳｎ基合金の少なくとも一種が複合体の中心部と
外周部の中間帯に、層状に分割配置されていることを特
徴とする複合超電導線材の製造方法。
【請求項３】請求項第１項記載のものにおいて、中心
部に空洞を有し、複数のＮｂ芯およびＮｂ基合金芯の少
なくとも一種が埋設されたＣｕおよびＣｕ基合金からな
る柱体の上記空洞にＳｎおよびＳｎ基金属の少なくとも
一種を充填する工程および上記柱体の外周にＳｎおよび
Ｓｎ基金属の少なくとも一種の層を設ける工程を施すこ
とにより複合体を得ることを特徴とする複合超電導線材
の製造方法。
【請求項４】請求項第２項記載のものにおいて、中心
部に空洞を有し、複数のＮｂ芯およびＮｂ基合金芯の少
なくとも一種が埋設されたＣｕおよびＣｕ基合金からな
る第１柱体の上記空洞にＳｎおよびＳｎ基金属の少なく
とも一種を充填し、上記第１柱体の外周にＳｎおよびＳ
ｎ基金属の少なくとも一種の層を設けて複合体材を得、
中心部に上記複合体材を充填できる空洞を有し、複数の
Ｎｂ芯およびＮｂ基合金芯の少なくとも一種の埋設され
たＣｕおよびＣｕ基合金からなる第２柱体の上記空洞
に、上記複合体材を充填し、上記第２柱体の外周部にＳ
ｎおよびＳｎ基金属の少なくとも一種の層を設けること
により複合体を得ることを特徴とする複合超電導線材の
製造方法。
【請求項５】請求項第３項または第４項記載のものに
おいて、空洞にＳｎおよびＳｎ基金属の少なくとも一種
の棒状体を挿入することによりＳｎおよびＳｎ基金属の
少なくとも一種を空洞に充填し、上記柱体をＳｎおよび
Ｓｎ基金属の少なくとも一種のチューブに挿入するか、
上記柱体の外周にＳｎおよびＳｎ基金属の少なくとも一
種の薄板を巻き付けることにより、上記柱体の外周にＳ
ｎおよびＳｎ基金属の少なくとも一種の層を設けること
を特徴とする複合超電導線材の製造方法。
【請求項６】請求項第５項記載のものにおいて、上記
空洞の長さより短いＳｎおよびＳｎ基金属の少なくとも
一種の棒を上記空洞に複数個挿入して上記空洞を充填す
ることを特徴とする複合超電導線材の製造方法。
【請求項７】ＳｎおよびＳｎ基合金の少なくとも一種
と、複数のＮｂ芯およびＮｂ基合金芯の少なくとも一種
とが、互いにＣｕおよびＣｕ基合金の少なくとも一種の
母体によって分離されるように配置した線材前駆体を、
非酸化性雰囲気中にて、２５０℃以上５８０℃以下の温
度範囲では、１００℃／ｈ以上の昇温速度で昇温し、か
つ３５０℃以上４５０℃以下の温度範囲では３００℃／
ｈ以上の昇温速度で昇温し、５８０℃以上８００℃以下
で熱処理することを特徴とする複合超電導線材の製造方
法。
【請求項８】ＳｎおよびＳｎ基合金の少なくとも一種
と、複数のＮｂ芯およびＮｂ基合金芯の少なくとも一種
とが、互いにＣｕおよびＣｕ基合金の少なくとも一種の
母体によって分離されるように配置した線材前駆体を、
非酸化性雰囲気中にて、昇温を２５０℃以上５８０℃以
下の温度範囲では、１００℃／ｈ以上の昇温速度を保持
して行い、熱処理を７００℃以上８００℃以下の温度範
囲で１０時間以下行った後、５８０℃以上６９０℃以下
で熱処理を行うことを特徴とする複合超電導線材の製造
方法。
【請求項９】請求項第７項または第８項記載のものに
おいて、ＳｎおよびＳｎ基合金の少なくとも一種が複数
に分割されていることを特徴とする複合超電導線材の製
造方法。
【請求項１０】請求項第７項ないし第９項のいずれか
に記載のものにおいて、線材前駆体が、導入側に冷却手
段を備え、６００〜８００℃に保持された加熱装置内
を、上記加熱装置内に３０分〜１０時間滞在するような
移動速度で移動することにより、昇温し熱処理されるこ
とを特徴とする複合超電導線材の製造方法。
【請求項１１】請求項第７項ないし第９項のいずれか
に記載の線材前駆体を、２５０℃以上５８０℃以下の温
度範囲では、１００℃／ｈ以上の昇温速度で昇温し、７
００℃以上８００℃以下の温度範囲で熱処理を１０時間
以下行なう工程、コイル状に成形する工程および５８０
℃以上６９０℃以下で熱処理を行う工程を施す複合超電
導コイルの製造方法。
【請求項１２】請求項第１１項記載のものにおいて、
線材前駆体が、温度制御された加熱装置内を制御された
移動速度で移動することにより、昇温し熱処理されるこ
とを特徴とする複合超電導コイルの製造方法。