JP3182978B2

JP3182978B2 - 永久電流で運転されるマグネット用Ｎｂ▲３▼Ｓｎ超電導線材およびその製造方法

Info

Publication number: JP3182978B2
Application number: JP10959493A
Authority: JP
Inventors: 孝之宮武; 隆好宮崎; 雅生嶋田; 康彦井上; 功和枩倉; 秀文倉橋; 幸広前田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1993-05-11
Filing date: 1993-05-11
Publication date: 2001-07-03
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: JPH06325643A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超電導マグネットの構
成素材に用いられるＮｂ₃ Ｓｎ超電導線材およびその製
造方法に関し、特に安定した高磁場臨界電流特性を備え
たＮｂ₃ Ｓｎ超電導線材およびその様な線材を得る為の
有用な方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超電導物質によって実現される永久電流
現象を利用し、電力を消費せずに大電流を流し、コイル
状にして磁場を発生させる超電導マグネットは、核磁気
共鳴（ＮＭＲ）装置等の各種物性測定装置の他、磁場浮
上列車や核融合装置等への応用が進められている。そし
て上記の様な超電導マグネットの構成素材としては、従
来からＮｂ₃ ＳｎやＶ₃ Ｇａ等の超電導線材が使用され
ている。

【０００３】上記超電導線材のうち、実用に供せられる
Ｎｂ₃ Ｓｎ超電導線材は、いわゆるブロンズ法と呼ばれ
る複合加工法によって主に製造されている。上記ブロン
ズ法の一般的方法を、図面を用いて更に詳細に説明す
る。

【０００４】まず図２に示す様に、Ｃｕ−Ｓｎ合金製の
ビレットケース１（線状母材）にＮｂ線２を埋設した
後、端部を電子ビーム溶接して複合ビレット３（単芯型
複合ビレット）を組み立てる。該複合ビレットを熱間静
水圧押出し等で一体化と減面加工を同時に行ない、さら
に冷間加工によって所定の寸法まで伸線加工する。この
とき、冷間伸線加工により、Ｃｕ−Ｓｎ合金は著しく加
工硬化するため、加工率３０〜６０％程度の加工毎に加
工硬化ひずみを除去するための中間焼鈍が伸線工程に必
要となる。その後熱処理（６００〜７００℃）によっ
て、Ｃｕ−Ｓｎ合金製線状母材１とＮｂ線２の界面にＮ
ｂ₃ Ｓｎを生成させてＮｂ₃ Ｓｎ超電導線材とする。

【０００５】以上が単芯型超電導線材の場合であるが、
多芯型超電導線材の場合は図３に示す様に複数のＮｂ線
２をＣｕ−Ｓｎ合金のビレットケース１ａ製（線状母
材）に埋設して１次多芯ビレット８を構成し、これを複
数本円筒状に束ねて線材群１０とし、図４に示す様に、
ＣｕやＣｕ−Ｓｎ合金からなる円筒状の外層ケース９
（最外層）に挿入し、単芯型の場合と同様の方法で伸線
して、最終形状において３０００〜１００００本のＮｂ
線２が含まれた２次多芯ビレット１１（複合ビレット）
を構成する。尚２次多芯ビレット１１では、前記図４に
示した様に、その中央部に安定化材となる線・棒状の無
酸素銅７（安定化銅）が組み込まれており、前記１次多
芯ビレット８の線材群１０と無酸素銅７の間には、Ｃｕ
−Ｓｎ合金からなる筒状の内部層５、およびＮｂ₃ Ｓｎ
生成のための拡散熱処理時にＳｎの拡散バリア層となる
円筒状のＮｂ層またはＴａ層６が形成されている。この
うち、拡散バリア層６は前記無酸素銅７がＳｎによって
汚染されることを防ぐ作用を発揮する。最後に、熱処理
によりＣｕ−Ｓｎ合金製線状母材１ａとＮｂ線２の界面
にＮｂ₃ Ｓｎを生成させて多芯型Ｎｂ₃ Ｓｎ超電導線材
とする。

【０００６】上記の様にして得られる各Ｎｂ₃ Ｓｎ超電
導線材は、超電導線材同士の接続を行う場合、Ｃｕ−Ｓ
ｎ合金を硝酸等で化学的に除去し、露出した超電導フィ
ラメントを直接的に接続させることができるため、容易
でかつ安定に超電導接続が可能であるという特長があ
る。したがって、Ｎｂ₃ Ｓｎ超電導線材は非常に高い磁
場安定度を要求するＮＭＲ装置用として、最適の構造を
有している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところでＮＭＲ装置に
用いられる超電導マグネットは、極めて高い精度の磁場
の空間的均一度と時間的安定度が要求される。前者はマ
グネットの設計に依存する課題であり、後者は使用する
超電導線材の性能に大きく依存する事項である。即ち、
磁場の時間的不安定性は、超電導線材中に流れる永久電
流の減衰によって生じるからである。このような現象
は、ＮｂＴｉ超電導線材に比べてより高磁場で使用され
るＮｂ₃ Ｓｎ線材でより顕著になっている。一般に使用
されるＮｂ₃Ｓｎ超電導線材における約０．１〜１００p
pm ／h 程度の減衰は、これまでの応用機器にとっては
それほど問題にならなかったのであるが、特にＮＭＲ装
置においてはわずかな減衰であっても、分析機器として
の性能を大きく劣化させることになり、極めて重大な問
題である。

【０００８】永久電流の減衰の原因としては、線材中の
Ｎｂ₃ Ｓｎ生成フィラメントの不均一さから生じる電流
分流や近接効果による磁束クリープがあげられる。前者
は、以下のようにして電流減衰につながることになる。
まず、加工工程でフィラメントの表面に凹凸を生じるこ
とがあり、この結果として局所的にフィラメント断面積
が小さい部分の臨界電流が平均のフィラメント当たりの
臨界電流より小さくなる。このとき臨界電流に余裕のあ
る他のフィラメントに電流が分流し、このとき抵抗が発
生して永久電流の減衰につながる。後者は、超電導フィ
ラメントの間隔が狭い場合、フィラメント間の常伝導部
分にも超電導電子がしみだして弱い超電導部がフィラメ
ント間にも存在する現象であり、この部分の磁束は容易
にクリープして動くことになり、抵抗が発生し、電流減
衰となるものである。

【０００９】一方、超電導マグネットで磁場を発生させ
る場合、マグネットを構成する超電導線材にはフープ力
と呼ばれる外向きの力が働く。Ｎｂ線２の全体を全てＮ
ｂ₃Ｓｎに反応させた場合、このＮｂ₃ Ｓｎは金属間化
合物で脆いため、ときにはフープ力によりＮｂ₃ Ｓｎに
割れが発生し、線材ひいてはマグネットの特性を大きく
劣化させることがある。このような劣化を防ぐため、Ｎ
ｂ線２の全てを完全にＮｂ₃ Ｓｎ化させずに、Ｎｂ線２
の中央部に延性で強度の高いＮｂ芯を残留させ、周囲の
みＮｂ₃ Ｓｎ化させる手法を用いている。そしてこのＮ
ｂ芯の残留量は、一般に線材断面において一様であるこ
とが望ましい。

【００１０】しかしながら、前述の様にして製造される
多芯型Ｎｂ₃ Ｓｎ超電導線材は、線材中央部付近と外周
部ではＮｂ線２の周囲のＳｎ量が大きく異なるため、Ｓ
ｎ量の少ない中央部ではＮｂ芯の残留量が多いのに対
し、Ｓｎ量の多い外周部ではＮｂ芯が残らず、Ｎｂフィ
ラメントが完全にＮｂ₃ Ｓｎ化してしまう欠点があっ
た。この欠点は、ＮＭＲ装置の超電導マグネットにおい
ては永久電流の減衰、すなわち磁場のわずかな減衰（約
０．１〜１００ppm ／h ）として現れることが判明し
た。ところが、上述した如くこの減衰が分析機器として
の性能を大きく劣化させることになり、上記多芯型超電
導線材はＮＭＲ装置用超電導線材として若干の問題を有
している。

【００１１】更に、上記ブロンズ法によって製造される
各Ｎｂ₃ Ｓｎ超電導線材は、６００〜７００℃程度の熱
処理によって、Ｎｂ線２とＣｕ−Ｓｎ合金製線状母材１
（または１ａ）の界面にＮｂ₃ Ｓｎ化合物を生成させた
後、液体ヘリウム温度に冷却して使用するので、線材中
のＮｂ₃ Ｓｎはヘリウム温度では圧縮歪がかかってお
り、臨界電流や臨界温度が無歪状態に比べてやや劣化し
た状態にある。

【００１２】本発明は、上記の様な従来のＮｂ₃ Ｓｎ超
電導線材の有する技術的課題を解決する為になされたも
のであって、その目的は、永久電流の減衰等の問題を生
じることなく、ＮＭＲ装置用超電導マグネットの素材と
して有用な、永久電流で運転されるマグネット用Ｎｂ₃
Ｓｎ超電導線材、およびその様なＮｂ₃ Ｓｎ超電導線材
を製造する為の有用な方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た本
発明とは、線・棒状の安定化銅、円筒状の拡散バリア
層、円筒状のＣｕ−Ｓｎ基合金製内部層、複数のＮｂ線
を埋設したＣｕ−Ｓｎ基合金製線状母材を円筒状に複数
束ねた線材群、更に円筒状のＣｕまたはＣｕ−Ｓｎ基合
金製最外層を、半径方向中心側から外側に向かって上記
々載順序で配置して複合ビレットを構成し、該複合ビレ
ットを伸線加工した後、熱処理して前記Ｃｕ−Ｓｎ基合
金製線状母材と前記Ｎｂ線との界面にＮｂ₃ Ｓｎを生成
させるＮｂ₃ Ｓｎ超電導線材の製造方法において、下記
（Ｉ）および(II) の少なくとも１つの要件を満足する
様にして操業を行なう点に要旨を有する永久電流で運転
されるマグネット用Ｎｂ₃ Ｓｎ超電導線材の製造方法で
ある。また、必要によって、更に、下記(III)の要件を
満足する様にして操業することも好ましい。いずれの方
法によっても、得られたＮｂ₃ Ｓｎ超電導線材は、超電
導マグネットの構成素材として希望する特性を発揮す
る。

【００１４】（Ｉ）Ｃｕ−Ｓｎ基合金製線状母材中に埋
設するＮｂ線を、Ｎｂ₃ Ｓｎを生成させた後の最隣接す
るＮｂ₃ Ｓｎの間隔Ｄｓが０．５〜１．０μｍの範囲内
となる様に構成する。（II）複合ビレットの最表面から前記線材群最表面まで
の平均距離ｄ_out と、拡散バリア層から前記線材群内表
面までの平均距離ｄ_inとの比（ｄ_out ／ｄ_in）が、１．
５〜４．０となる様に構成する。 (III) Ｃｕ−Ｓｎ基合金製線状母材に複数埋設する各Ｎ
ｂ線の軸心部にＴａ線を埋設した構成とする。

【００１５】

【作用】本発明は上述の如く構成されるが、要するに前
記（Ｉ）および(II)の少なくとも１つ要件を満足する様
に操業を行なうことによって、夫々の要件に対応した効
果が発揮されることを見出し、本発明を完成した。尚上
記（Ｉ）および(II) の要件は、夫々単独で各要件を満
たす様に操業を行なえばそれに応じた各効果が得られる
のであるが、これらの要件を組合せて操業を行うことも
可能であり、それによって複合的な効果が得られる。ま
た、必要によって、前記（III）の要件を満足する様に
して操業することが好ましいことも判明したのである。
これら各要件（Ｉ）〜(III) による作用を更に詳細に説
明する。

【００１６】まず（Ｉ）の要件では、Ｎｂ線２をＮｂ₃
Ｓｎを生成させた後の最隣接するＮｂ₃ Ｓｎの間隔Ｄｓ
（図１参照）が０．５〜１．０μｍの範囲内となる様に
規定している。この様に前記間隔Ｄｓを０．５μｍ以上
とする理由は、０．５μｍ未満ではＮｂ₃ Ｓｎの相互の
間隔が狭くなりすぎ、近接効果が顕著になるためであ
る。即ち、近接効果による電流は磁束クリープされやす
く、このクリープが電流減衰につながるのである。ま
た、前記間隔Ｄｓを１．０μｍ以下とする理由は、これ
より大きくなるとＮｂ線２の均一加工が困難となるため
である。即ち、加工工程でＮｂ線２の表面に凹凸を生じ
ることがあり、Ｎｂ線２の断面積が小さい部分の臨界電
流がＮｂ線２当たりの平均臨界電流より小さくなる。こ
のとき臨界電流に余裕のある他のＮｂ₃ Ｓｎに電流が分
流し、このとき抵抗が発生して永久電流の減衰につなが
るのである。結局のところ、上記（Ｉ）の要件は、前記
間隔Ｄｓを所定の範囲内にすることによって、電流減衰
の原因となる近接効果と電流の分流を低減することがで
きるところに構成上のポイントがある。

【００１７】次に、（II）の要件では、複合ビレット
（前記２次多芯ビレット１１）の最表面から線材群１０
の最表面までの平均距離ｄ_out と、拡散バリア層６から
前記線材群１０の内表面までの平均距離ｄ_in（図５参
照）との比（ｄ_out ／ｄ_in）が、１．５〜４．０となる
様にしている。上記の様に平均距離ｄ_out に対する平均
距離ｄ_inを適正化することによって、線材断面において
Ｓｎ量を制御するものである。これによって、Ｎｂ₃ Ｓ
ｎ生成熱処理中に均一にＮｂ₃ Ｓｎを生成させることが
でき、Ｎｂ芯の残留量を一定にすることができる。尚上
記平均距離ｄ_out ，ｄ_inを調整する為に、後記実施例に
示す様に線材群１０の内周側および／または外周面に、
一部の１次多芯ビレット８の代わりにＣｕ−Ｓｎ線材を
介在させることがあるが、この様な場合の平均距離ｄ
_out ，ｄ_inはこのＣｕ−Ｓｎ線材が介在された距離をも
含めた値である。

【００１８】また後記実施例で更に詳細に説明するが、
最外層部と最内層部におけるＮｂ₃Ｓｎ生成フィラメン
ト内の各残留Ｎｂ芯径（ＲＤ）の比、ＲＤ_out ／Ｒ
Ｄ_in、と、前記ｄ_out ／ｄ_inとの関係を図６に示す。Ｒ
Ｄ_out ／ＲＤ_inが１のときに線材の断面における残留Ｎ
ｂ芯量が完全に均一とみなせるが、ｄ_out ／ｄ_inを上記
の範囲とすることによって、軸心方向に亘ってほぼ０．
８＜ＲＤ_out ／ＲＤ_in≦１．２の範囲となり、ほぼ一定
となるとみてよい。即ち、ｄ_out ／ｄ_inを１．５〜４．
０とすることによって、Ｎｂ₃ Ｓｎ生成熱処理後に線材
断面における残留量が一様に等しいＮｂ芯を有するＮｂ
₃ Ｓｎ超電導線材ができることを示している。

【００１９】ここでｄ_out ／ｄ_inを上記のように限定す
るのは、上述した理由の他、下記の理由による。まず、
ｄ_out ／ｄ_inが４．０より大きい場合、降伏応力が小さ
いためにＮｂ₃ Ｓｎに割れがはいりやすく、永久電流の
減衰が生じやすいことによる。また、１．５より小さく
なると実質的に臨界電流が低くなり、一般的な１２Ｔの
磁場を発生するマグネットの運転電流（例：１００Ａ）
に近くなり、磁束流による抵抗が発生することがあるか
らである。

【００２０】更に、必要によって、上記の様に(III) の
要件を設定することによって、実質的に降伏応力が高く
なり、Ｎｂ₃ Ｓｎに割れがはいる限界歪が高くなるので
好ましい。即ち、本発明のＮｂ₃ Ｓｎ超電導線材を用い
たＮＭＲ用超電導マグネットは、フープ力に対しても許
容度が大きくなり、永久電流の減衰が生じることなく安
定に運転することができるという効果が発揮される。

【００２１】この(III) の要件は、図７に示す様に、Ｃ
ｕ−Ｓｎ合金製線状母材１ａに複数埋設する各Ｎｂ線２
の軸芯部にＴａ線１２を埋設した１次多芯材８ａを、２
次多芯ビレット１１（複合ビレット）に組み込んで操業
を行なうものである。上記のように各Ｎｂ線２の軸心部
にＴａ線を埋設することにより、どの様な熱処理を施し
た後においても線材断面全体において一様なＴａ芯を確
保できるところに構成上のポイントがある。即ち、上記
(III) の要件を採用すれば、Ｔａの降伏応力の方がＮｂ
の降伏応力よりも大きいので、得られるＮｂ₃ Ｓｎ超電
導線材は、実質的に降伏応力が高くなり、Ｎｂ₃ Ｓｎ超
電導線材に割れがはいる限界歪が高くなる効果をもつ。
即ち、本発明による上記の様なＮｂ₃ Ｓｎ超電導線材を
用いたＮＭＲ装置用超電導マグネットは、フープ力に対
しても許容度が大きくなり、永久電流の減衰が生じるこ
となく安定に運転することができる。更に、Ｔａを導入
することにより、残留熱歪が小さくなるために、臨界温
度が高くなるという効果も得られる。また１５Ｔをこえ
る磁場を発生させる超電導マグネットでは、上述のフー
プ力が更に大きくなるため、Ｔａの埋設による高強度化
はＮＭＲ装置用超電導マグネットだけでなく、その他の
装置の高磁場マグネット用線材としても有効である。

【００２２】尚本発明でＮｂ線２を埋設する線状母材１
（または１ａ）、内部層５および外最層９は、純Ｃｕ−
Ｓｎ合金が一般的に用いられるが、Ｃｕ−Ｓｎに第３元
素または第４元素を添加した合金を用いても同様の効果
が得られる。本発明では、これらを一括してＣｕ−Ｓｎ
基合金としている。

【００２３】以下本発明を実施例によって更に詳細に説
明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のもので
はなく前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいず
れも本発明の技術的範囲に含まれるものである。

【００２４】

【実施例】

実施例１まずＣｕ−１３％Ｓｎの組成をもつ外径６５mmのＣｕ−
Ｓｎ合金製線状母材１ａに直径１７mmの孔明加工を７カ
所行い、ここに外径１７mmのＮｂ線２を埋設して、前記
図１に示した様な１次多芯ビレット８を組立て、５０％
毎に６００℃１時間の中間焼鈍を行いながら、外径１．
８mmまで伸線加工した。このとき、１次多芯ビレット８
は、Ｎｂ線２の間隔が異なるものを５種類作製した。

【００２５】次に、該１次多芯ビレット８を、前記図４
に示した様に、２次多芯ビレット１１（複合ビレット）
に組み立てた。ここで中心部の３層構造部材は、外径４
０mm，内径３５mmのＣｕ−１３％Ｓｎ合金パイプ（内部
層５）に、外径３５mm，内径３２mmのＴａパイプ（拡散
バリア層６）および外径３２mmの無酸素銅（安定化銅
７）を挿入した複合材を外径１８mmまで縮径加工したも
ので、以下これをＴａバリア安定化部材と呼ぶ。

【００２６】該Ｔａバリア安定化部材の外側に、外径６
５mm，内径５５mmのＣｕ−１３％Ｓｎ合金パイプ（最外
層９）を配し、両者の間隙に、前述した外径１．８mmま
で伸線しＮｂ線２の間隔が同じ１次多芯ビレット８を８
３４本挿入し（線材群１０）、複合ビレット１１をＮｂ
間隔毎に５種類組立てた。そしてすべての複合ビレット
を加工率５０％毎に６００℃１時間の中間焼鈍を行いな
がら、外径０．８mmまで伸線加工した。得られた線材に
は、５０mmピッチのツイスト加工を行い仕上げた。これ
らの線材に、７００℃で５０時間のＮｂ₃ Ｓｎ生成熱処
理を施し、１２Ｔでの臨界電流を磁場の履歴が（１）０
Ｔ→１２Ｔの場合の臨界電流Ｉｃ１と、（２）０Ｔ→１
４Ｔ→１２Ｔの場合の臨界電流Ｉｃ２で測定した。更
に、線材を外径４５mm，内径３８mmの小コイルにしたと
きの１２Ｔでの永久電流の減衰を調べた。これらの結果
を最隣接するＮｂ₃ Ｓｎの間隔と共に表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１の結果から次の様に考察できた。表１
において、Ｉｃ１／Ｉｃ２が１をこえる場合が、近接効
果が生じていることを示すから、試料No. １の比較例に
おける大きな電流減衰は、この効果が原因であると推察
される。また、試料No. ５の比較例における大きな電流
減衰を調べるために、試料のＣｕ−Ｓｎ合金部を硝酸で
除去し、フィラメントを走査電子顕微鏡で観察したとこ
ろ、数１０μｍの周期で凹凸が観察された。これに対
し、本発明の要件を満足する試料No. ２〜４のものは電
流減衰が小さく、ＮＭＲ装置用Ｎｂ₃ Ｓｎ超電導線材と
して極めて優れた特性を示していた。

【００２９】実施例２実施例１と同様にして、Ｔａバリア安定化部材を作製し
た。該Ｔａバリア安定化部材の外側に実施例１と同様
に、外径６５mm，内径５５mmのＣｕ−１３％Ｓｎ合金パ
イプ（最外層９）を配し、両者の間隙に実施例１と同様
に作成した外径１．８mmの１次多芯ビレット８を８３４
本挿入した、２次多芯ビレット１１を組立てた。このと
きに、Ｔａパイプ（拡散バリア層６）と最内層Ｎｂ₃ Ｓ
ｎフィラメント群間の平均距離をｄ_inを調節するため
に、中心側の１次多芯ビレット８を直径１．８mmのブロ
ンズ合金線と入れ替えた複合ビレットを６種類組立て
た。すべてのビレットを加工率５０％毎に６００℃１時
間の中間焼鈍を行いながら、外径０．８mmまで伸線加工
した。得られた線材には、５０mmピッチのツイスト加工
を行い仕上げた。

【００３０】得られた線材に７００℃で５０時間のＮｂ
₃ Ｓｎ生成熱処理を施し、１２Ｔでの臨界電流Ｉｃと、
線材を外径４５mm，内径３８mmの小コイルにしたときの
１２Ｔでの永久電流の減衰を調べた。また、４．２Ｋで
の引張試験を行い、０．２％耐力を求めた。これらの結
果を表２に示す。尚このとき、最隣接するＮｂ₃ Ｓｎの
間隔Ｄｓはすべて０．８μｍとした。さらに、各試料断
面を研磨し、最外層部と最内層部のＮｂ₃ Ｓｎフィラメ
ント内の残留Ｎｂ芯径（ＲＤ）を走査型電子顕微鏡で観
察し、最外層部と最内層部のＲＤの比（ＲＤ_out ／ＲＤ
_in）を、ｄ_out／ｄ_inとの関係で図６にまとめた。

【００３１】

【表２】

【００３２】ここでｄ_inは、２次多芯ビレット１１組立
時のＴａパイプ（拡散バリア６）と、線材群１０の内表
面までの平均距離であり、ｄ_out は２次多芯ビレット１
１組立時のＣｕ−１３％Ｓｎ合金パイプ（最外層９）の
厚さ（５．３mm）である。これらの結果から明らかな様
に、（ｄ_out ／ｄ_in）を適切な範囲に調整すること（N
o. ８〜１０）は、電流減衰を小さくする上で効果的で
あることがわかる。

【００３３】実施例３外径１７mm，内径８．５mmのＮｂ線２に外径８．５mmの
Ｔａ線１２を挿入したＮｂとＴａからなる複合体を作製
する一方、Ｃｕ−１３％Ｓｎの組成をもつ外径６５mmの
Ｃｕ−Ｓｎ合金製線状母材１ａに直径１７mmの孔明加工
を７カ所行ない、ここに前記複合体を挿入して，図７に
示す様な１次多芯ビレット８ａを組立てた。この１次多
芯ビレット８ａを、加工率５０％毎に６００℃１時間の
中間焼鈍を行いながら、外径０．３mmまで伸線加工し
た。また比較材として、同様に７カ所に孔明加工したＣ
ｕ−Ｓｎ合金円柱に外径１７mmのＮｂ棒を挿入して、同
じ加工工程にて外径０．３mmまで伸線した試料も準備し
た。

【００３４】これらの試料を真空中で７００℃で５０時
間熱処理し、１２Ｔ、４．２Ｋで引張応力下で臨界電流
（Ｉｃ）を測定した。また、両試料の臨界温度（Ｔｃ）
抵抗法で測定した。図８に引張応力下での臨界電流測定
結果を示す。引張応力がない状態での臨界電流は、本発
明材が６６Ａであるのに対し、比較材が７３Ａであっ
た。このＴｃの減少は、Ｔａの挿入により生成するＮｂ
₃ Ｓｎ化合物の量が減少したためであり、化合物層あた
りのＩｃは同等以上である。しかし図８に示す様に、臨
界電流が極大値をもつ歪が比較材が０．２７％であるの
に対し、本発明材は０．１８％であった。これは熱処理
後の残留熱歪が小さくなっていることを示している。ま
た、臨界温度（抵抗０）は比較材が１７．２Ｋであるの
に対し、本発明材は１７．５Ｋであった。

【００３５】実施例４外径１７mm，内径８．５mmのＮｂ線２に外径８．５mmの
Ｔａ線１２を埋設したＮｂとＴａからなる複合体を作製
した。一方、Ｃｕ−１３％Ｓｎの組成をもつ外径６５mm
のＣｕ−Ｓｎ合金製線状母材１ａに直径１７mmの孔明加
工を７カ所行ない、ここに前記複合体を挿入して１次多
芯ビレット８ａを組立てた。これを加工率５０％毎に６
００℃１時間の中間焼鈍を行いながら、外径１．８mmま
で伸線加工した。また、比較材として、同様に７カ所孔
明加工したＣｕ・Ｓｎ合金円柱に外径１７mmのＮｂ棒を
挿入して、同じ加工工程にて外径１．８mmまで伸線した
１次多芯ビレット８（図３参照）を準備した。

【００３６】また、外径４０mm，内径３５mmのＣｕ−１
３％Ｓｎ合金パイプ（内部層５）に、外径３５mm，内径
３２mmのＴａパイプ（拡散バリア層６）を挿入し、さら
に外径３２mmの無酸素銅（安定化材）を挿入したＴａバ
リア安定化部材を組立て、外径１８mmまで縮径加工し
た。

【００３７】該Ｔａバリア安定化部材の外側に、外径６
５mm，内径５５mmのＣｕ−１３％Ｓｎ合金パイプ（最外
層９）を配し、両者の間隙に上記１次多芯ビレット８ａ
を８３４本挿入し（線材群１０）、複合ビレット１１を
組立てた。また、比較材についても同様に複合ビレット
１１を組み立てた。両ビレットを加工率５０％毎に６０
０℃１時間の中間焼鈍を行いながら、外径０．８mmまで
伸線加工した。

【００３８】得られた線材には、５０mmピッチのツイス
ト加工を行い仕上げた。これらの線材に７００℃で５０
時間のＮｂ₃ Ｓｎ生成熱処理を施し、１２Ｔでの臨界電
流Ｉｃと、線材を外径４５mm，内径３８mmの小コイルに
したときの１２Ｔでの永久電流の減衰を調べた。また、
４．２Ｋでの０．２％耐力も調べた。これらの結果を表
３に示した。

【００３９】本発明材は、比較材と比べて臨界電流が低
いものの、電流減衰が小さく、ＮＭＲ装置用Ｎｂ₃ Ｓｎ
超電導線材として極めて優れた特性を有することがわか
る。また、機械的強度も高いことから、更に高磁場の発
生に用いる超電導線材にも使用できる。

【００４０】

【表３】

【００４１】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、磁
場安定度のきわめて優れた永久電流で運転される超電導
マグネットの構成素材となり得るＮｂ₃ Ｓｎ超電導線材
が実現でき、これによって分析、医療等の幅広い分野に
おける機器の性能向上が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で規定する平均間隔Ｄｓを説明する為
の図である。

【図２】ブロンズ法による単芯型複合ビレットの断面
を示す図である。

【図３】ブロンズ法による１次多芯ビレット８の断面
を示す図である。

【図４】ブロンズ法による２次多芯ビレット１１の断
面を示す図である。

【図５】本発明で規定する距離ｄ_out ，ｄ_inを説明す
る為の図である。

【図６】（ｄ_out ／ｄ_in）とＲＤ_out ／ＲＤ_inの関係
を示すグラフである。

【図７】Ｎｂ線に複数のＴａ線を埋設した１次多芯ビ
レット８ａの断面を示す図である。

【図８】本発明材と比較材の臨界電流の歪依存性を示
すグラフである。

【符号の説明】

１ビレットケース（Ｃｕ−Ｓｎ合金性線状母材）２Ｎｂ線３混合ビレット（単芯型複合ビレット）５内部層６ＮｂまたはＴａ層（拡散バリア層）７無酸素銅（安定化銅）８，８ａ１次多芯ビレット９外層ケース（最外層）１０線材群１１２次多芯ビレット（複合ビレット）１２Ｔａ線

フロントページの続き (72)発明者嶋田雅生兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者井上康彦兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者枩倉功和兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者倉橋秀文兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者前田幸広兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (56)参考文献特開昭62−93354（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−211358（ＪＰ，Ａ) 特開平２−192621（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01B 12/00 - 13/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】線・棒状の安定化銅、円筒状の拡散バリ
ア層、円筒状のＣｕ−Ｓｎ基合金製内部層、複数のＮｂ
線を埋設したＣｕ−Ｓｎ基合金製線状母材を円筒状に複
数束ねた線材群、更に円筒状のＣｕまたはＣｕ−Ｓｎ基
合金製最外層を、半径方向中心側から外側に向かって上
記々載順序で配置して複合ビレットを構成し、該複合ビ
レットを伸線加工した後、熱処理して前記Ｃｕ−Ｓｎ基
合金製線状母材と前記Ｎｂ線との界面にＮｂ₃ Ｓｎを生
成させるＮｂ₃ Ｓｎ超電導線材の製造方法において、下
記（Ｉ）および(II) の少なくとも１つの要件を満足す
る様にして操業を行なうことを特徴とする永久電流で運
転されるマグネット用Ｎｂ₃ Ｓｎ超電導線材の製造方
法。（Ｉ）Ｃｕ−Ｓｎ基合金製線状母材中に埋設するＮｂ線
を、Ｎｂ₃ Ｓｎを生成させた後の最隣接するＮｂ₃ Ｓｎ
の間隔Ｄｓが０．５〜１．０μｍの範囲内となる様に構
成する。（II）複合ビレットの最表面から前記線材群最表面まで
の平均距離ｄ_out と、拡散バリア層から前記線材群内表
面までの平均距離ｄ_inとの比（ｄ_out ／ｄ_in）が、１．
５〜４．０となる様に構成する。
【請求項２】更に、下記(III)の要件を満足する様に
して操業する請求項１に記載の製造方法。 (III)Ｃｕ−Ｓｎ基合金製線状母材に複数埋設する各Ｎ
ｂ線の軸心部にＴａ線を埋設した構成とする。
【請求項３】請求項１または２に記載の方法によって
得られたＮｂ₃ Ｓｎ超電導線材。