JP5848677B2 - 超電導線材の前駆体、超電導線材、および超電導線材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、高磁場マグネットなどに応用可能な高Ｊｃ（臨界電流密度）なＮｂ₃Ｓｎ超電導線材の前駆体、超電導線材、および超電導線材の製造方法に関するものである。

Ｎｂ₃Ｓｎ（ニオブ３スズ）超電導線材の製造方法として、従来よりブロンズ法が広く用いられている。

ブロンズ法は、Ｃｕ−Ｓｎ合金（所謂ブロンズ）製のマトリクス中に多数のＮｂフィラメントを配置した構造の前駆体に熱処理を施すことにより、Ｃｕ−Ｓｎ合金中のＳｎをＮｂフィラメントに拡散させてＮｂフィラメントの部分にＮｂ₃Ｓｎを生成し、超電導線材とする方法である。

しかし、この方法では、Ｃｕ−Ｓｎ合金におけるＳｎの固溶限は１６質量％程度が上限であるため、それ以上のＮｂ₃Ｓｎの生成は困難、臨界電流値（Ｉｃ）にも限界が生じていた。

これに対して、Ｓｎの供給源をＣｕ−Ｓｎ合金以外とし、より多くのＳｎを供給できる内部スズ法（内部拡散法ともいう）が提案されている。

内部スズ法は、Ｃｕ製のマトリクス（Ｃｕマトリクスという）の内部に複数本のＮｂフィラメントを配置し、さらにＣｕマトリクスの中心部にＳｎ供給源としてＳｎまたはＳｎ合金層を配置した構造のサブエレメント線を作製し、これを複数本束ねて作製した多芯線材からなる前駆体に熱処理を行うことにより、ＳｎまたはＳｎ合金層からＣｕマトリクスを介してＮｂフィラメントにＳｎを拡散させ、Ｎｂフィラメントの部分にＮｂ₃Ｓｎを生成し、超電導線材とする方法である。

また、内部スズ法において、Ｃｕマトリクス中に多芯のＮｂフィラメントを配置したＮｂエレメントと、Ｓｎあるいは外周にＣｕを配置した単芯のＳｎエレメントをそれぞれ複数本複合化して作製した多芯線材からなる前駆体を用いる方法も提案されている（特許文献１）。

さらにまた、本出願人は、内部スズ法において、Ｃｕマトリクス中に１本のＮｂフィラメントを配置した単芯のＮｂエレメントとＣｕマトリクス中に１本のＳｎフィラメントを配置した単芯のＳｎエレメントをそれぞれ複数本複合化して作製した多芯線材からなる前駆体を用いる方法を提案している。この方法では、ＳｎフィラメントのサイズをＮｂフィラメントと同じ程度にすることができ、Ｓｎフィラメント変形時のＮｂフィラメントの配置の乱れを低減し、Ｓｎフィラメントに生成するボイドの大きさをＮｂフィラメントサイズ以下として、電磁力を受けたときのフィラメントの不安定性を改良できる特徴がある。

これらの内部スズ法では、ブロンズ法に比べてＳｎの複合化の割合を高くすることができるため、超電導線材のＪｃ（臨界電流密度）として例えば１２Ｔの磁場中でｎｏｎ−Ｃｕ Ｊｃ＝２９００Ａ／ｍｍ²の高い特性が得られている（非特許文献１）。

特開２００６−４６８４号公報

Ｊ．Ａ．Ｐａｒｒｅｌｌ他、「Ｈｉｇｈ ｆｉｅｌｄ Ｎｂ3Ｓｎ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｔ Ｏｘｆｏｒｄ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ、ｖｏｌ．１３、Ｎｏ．２、２００３年６月、ｐｐ．３４７０−３４７３

ところで、内部スズ法（内部拡散法）において、Ｓｎエレメントは、Ｓｎの原料となる単体のＳｎ棒（Ｓｎ又はＳｎ合金からなるロッド）あるいはＣｕパイプの中にＳｎ棒を収容した複合材を、伸線加工などにより縮径加工（減面加工）して作製される。

超電導線材の前駆体の内部におけるＮｂの分量に対するＳｎの分量、すなわちＮｂとＳｎの比率は、適切な比率のＮｂ₃Ｓｎを生成する上で重要である。超電導特性を高めるためには、できるだけＮｂとＳｎの分量を多くすることが望まれる。

Ｃｕパイプの中にＳｎ棒を収容した複合材を用いる場合、Ｓｎの分量は、使用するＣｕパイプの厚みによって調整することができる。この場合、Ｓｎの分量を多くするために、Ｃｕパイプの厚みを減らしてＳｎの分量をできるだけ大きくすることが望まれる。

しかし、Ｃｕパイプの断面積に対するＳｎフィラメント（伸線加工によりフィラメント状となったＳｎ棒）の断面積の比率であるＣｕ比（＝Ｃｕパイプの断面積／Ｓｎフィラメントの断面積）を小さくしたり、Ｓｎフィラメント単体とする（つまりＣｕ比＝０とする）と、伸線加工の工程で断線が頻繁に発生して、前駆体に組み込むために必要な線径まで縮径加工を行うことが困難になるという問題が生じる。

前駆体に組み込むために必要な線径まで断線させずに伸線加工を行うためには、Ｃｕ比を大きく（つまりＣｕパイプを厚く）する必要があり、その結果、前駆体内に組み込むことができるＳｎの分量が制限され、超電導特性（臨界電流特性）が低く制限されていた。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ＳｎエレメントのＣｕ比を低くしてもＳｎエレメントを断線させずに伸線加工でき、Ｓｎの分量を増加して高い臨界電流特性を得ることが可能な超電導線材の前駆体、超電導線材、および超電導線材の製造方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、第１のＣｕパイプ内にＳｎ又はＳｎ合金を配置した複数のＳｎエレメントと、第２のＣｕパイプ内にＮｂ又はＮｂ合金を配置した複数のＮｂエレメントとを、前記Ｓｎエレメント同士が隣接しないように束ねて第３のＣｕパイプ内に収容した超電導線材の前駆体であって、前記Ｓｎエレメントは、分割用Ｃｕパイプ内にＳｎ又はＳｎ合金を配置した素線を複数束ね、これを前記第１のＣｕパイプ内に収容して形成されている超電導線材の前駆体である。

前記Ｓｎエレメントは、前記素線を１０本以上束ね、これを前記第１のＣｕパイプ内に収容して形成されていてもよい。

また、本発明は、第１のＣｕパイプ内にＳｎ又はＳｎ合金を配置した複数のＳｎエレメントと、第２のＣｕパイプ内にＮｂ又はＮｂ合金を配置した複数のＮｂエレメントとを、前記Ｓｎエレメント同士が隣接しないように束ねて第３のＣｕパイプ内に収容した超電導線材の前駆体であって、前記Ｓｎエレメントは、Ｓｎ又はＳｎ合金からなるＳｎシートと、ＣｕからなるＣｕシートとを重ねて巻き回し、これを前記第１のＣｕパイプ内に収容して形成されている超電導線材の前駆体である。

前記Ｓｎエレメントは、前記Ｓｎシートと前記Ｃｕシートとを重ねて５回以上巻き回し、これを前記第１のＣｕパイプ内に収容して形成されてもよい。

前記Ｓｎ合金が、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｕのうち少なくともひとつの元素を０．１質量％以上５質量％以下含有し、前記Ｎｂ合金が、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖのうち少なくともひとつの元素を含有してもよい。

また、本発明は、前記超電導線材の前駆体を熱処理して形成される超電導線材である。

また、本発明は、第１のＣｕパイプ内にＳｎ又はＳｎ合金を配置した複数のＳｎエレメントと、第２のＣｕパイプ内にＮｂ又はＮｂ合金を配置した複数のＮｂエレメントとを、前記Ｓｎエレメント同士が隣接しないように束ねて第３のＣｕパイプ内に収容して超電導線材の前駆体を形成し、該超電導線材の前駆体に熱処理を行って超電導線材を製造する超電導線材の製造方法であって、前記Ｓｎエレメントを、分割用ＣｕパイプにＳｎ又はＳｎ合金を配置した素線を複数束ね、これを前記第１のＣｕパイプ内に収容して形成する超電導線材の製造方法である。

また、本発明は、第１のＣｕパイプ内にＳｎ又はＳｎ合金を配置した複数のＳｎエレメントと、第２のＣｕパイプ内にＮｂ又はＮｂ合金を配置した複数のＮｂエレメントとを、前記Ｓｎエレメント同士が隣接しないように束ねて第３のＣｕパイプ内に収容して超電導線材の前駆体を形成し、該超電導線材の前駆体に熱処理を行って超電導線材を製造する超電導線材の製造方法であって、前記Ｓｎエレメントを、Ｓｎ又はＳｎ合金からなるＳｎシートと、ＣｕからなるＣｕシートとを重ねて巻き回し、これを前記第１のＣｕパイプ内に収容して形成する超電導線材の製造方法である。

前記超電導線材の前駆体を、６５０℃以上７００℃以下の温度で、５０時間以上３００時間以下の時間熱処理して前記超電導線材を製造してもよい。

本発明によれば、ＳｎエレメントのＣｕ比を低くしてもＳｎエレメントを断線させずに伸線加工でき、Ｓｎの分量を増加して高い臨界電流特性を得ることができる。

本発明の一実施の形態に係る超電導線材の前駆体を示す横断面図である。 本発明の一実施の形態に係る超電導線材の前駆体を示す横断面図である。 本発明の比較対象となる比較例の超電導線材の前駆体を示す横断面図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係る超電導線材の前駆体を示す横断面図である。

図１に示すように、超電導線材の前駆体１は、第１のＣｕパイプ４内にＳｎ又はＳｎ合金を配置した複数のＳｎエレメント２と、第２のＣｕパイプ５内にＮｂ又はＮｂ合金を配置した複数のＮｂエレメント３とを、Ｓｎエレメント２同士が隣接しないように束ねて第３のＣｕパイプ６内に収容して構成される。

本実施の形態では、第２のＣｕパイプ５内にＮｂ又はＮｂ合金からなるロッドを配置し、伸線加工を行うことにより縮径して、第２のＣｕパイプ５内にＮｂ又はＮｂ合金からなるＮｂフィラメント７が収容された断面六角形状のＮｂエレメント３を形成した。

なお、これに限らず、例えば、Ｃｕパイプ内にＮｂ又はＮｂ合金からなるロッドを配置し伸線加工して形成した複数の素線を束ね、その束ねた複数の素線を第２のＣｕパイプ５内に配置してさらに伸線加工を行うことで、第２のＣｕパイプ５内に複数本のＮｂフィラメントを配置した構成とすることも可能である。

Ｎｂエレメント３に用いるＮｂ合金としては、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖのうち少なくともひとつの元素を含有するものを用いることができる。本実施の形態では、Ｎｂ−１質量％Ｔａ合金製のものを用いた。縮径後のＮｂエレメント３の対辺間の長さは、例えば１．２ｍｍである。

また、超電導線材の前駆体１では、熱処理時にＳｎが外部へ拡散しないようにするための拡散バリア層８を備えている。拡散バリア層８は、例えばＴａ製のシートからなる。本実施の形態では、第３のＣｕパイプ６の内周面に沿って拡散バリア層８を備えるようにしたが、Ｓｎエレメント２の周囲に複数のＮｂエレメント３を配置し、その周囲を覆うように拡散バリア層を設けたサブエレメントを作製し、このサブエレメントを複数束ねて第３のＣｕパイプ６に収容するよう構成することも可能である。

次に、本発明の要部であるＳｎエレメント２について説明する。

本発明者らは、Ｓｎエレメント２が伸線加工中に断線する原因を鋭意検討した結果、Ｓｎは伸線加工しても結晶粒が微細化されにくく、例えば粒径が０．５ｍｍを超えるような大きな結晶粒が残ることを見出した。伸線加工を行い線径が細くなっていくのに対して結晶粒が大きいままであると、伸線が進むとやがて線材の断面内に存在する結晶粒の数が減少し、一度粒界で粒界割れが発生すると線材全体が断線してしまうこととなり、断線の起こりやすい状況となっていることがわかった。

そこで、本発明では、Ｓｎエレメント２内のＳｎまたはＳｎ合金をＣｕで分割した構成とし、Ｓｎの粒界割れが断面全体に及ぶのを防止できるようにした。

より具体的には、本実施の形態に係る超電導線材の前駆体１では、Ｓｎエレメント２は、分割用Ｃｕパイプ９内にＳｎ又はＳｎ合金を配置した素線１０を複数束ね、これを第１のＣｕパイプ４内に収容して形成される。

素線１０は、分割用Ｃｕパイプ９内にＳｎ又はＳｎ合金からなるロッドを配置し、これを伸線加工し縮径して断面六角形状に形成される。この素線１０を複数本束ねて第１のＣｕパイプ４内に収容し、これを伸線加工し縮径して断面六角形状に形成したものがＳｎエレメント２として用いられる。伸線加工後のＳｎエレメント２では、複数のＳｎ又はＳｎ合金からなるＳｎフィラメント１１がＣｕ（分割用Ｃｕパイプ９）により分割された状態になっている。

Ｓｎエレメント２に用いるＳｎ合金としては、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｕのうち少なくともひとつの元素を０．１質量％以上５質量％以下含有するものを用いることができる。本実施の形態では、Ｓｎ−２質量％Ｔｉ合金製のものを用いた。縮径後のＳｎエレメント２の対辺間の長さは、例えば１．２ｍｍであり、Ｎｂエレメント３と同じサイズに形成される。

なお、分割数が少ないと十分な効果が得られないので、Ｓｎエレメント２は、素線１０を１０本以上（より好ましくは１９本以上）束ね、これを第１のＣｕパイプ４内に収容して形成することが望ましい。換言すれば、Ｓｎエレメント２は、断面視において、第１のＣｕパイプ４内のＳｎ又はＳｎ合金をＣｕにより１０分割以上（より好ましくは１９分割以上）に分割して構成されることが望ましい。

複数のＳｎエレメント２と、複数のＮｂエレメント３とを、Ｓｎエレメント２同士が隣接しないように束ねて第３のＣｕパイプ６内に収容し、所望の線径まで伸線加工を行い縮径すれば、超電導線材の前駆体１が得られる。

さらに、得られた超電導線材の前駆体１を熱処理すれば、Ｓｎエレメント２中のＳｎがＣｕを介してＮｂフィラメント７に拡散し、Ｎｂフィラメント７の部分にＮｂ₃Ｓｎが生成されて、本実施の形態に係る超電導線材が得られる。このとき、超電導線材の前駆体１を６５０℃以上７００℃以下の温度で、５０時間以上３００時間以下の時間熱処理して、超電導線材を製造するとよい。

本実施の形態の作用を説明する。

本実施の形態に係る超電導線材の前駆体１では、Ｓｎエレメント２を、分割用Ｃｕパイプ９内にＳｎ又はＳｎ合金を配置した素線１０を複数束ね、これを第１のＣｕパイプ４内に収容して形成している。

これにより、第１のＣｕパイプ４内でＳｎ又はＳｎ合金が分割されるので、Ｓｎ又はＳｎ合金の粒界割れが断面全体に及ぶのを防止することが可能となる。その結果、Ｓｎエレメント２のＣｕ比を従来よりも低くしてもＳｎエレメント２を断線させずに、Ｎｂエレメント３と同等の太さまで伸線加工することが可能となり、Ｓｎの分量を増加して高い臨界電流特性を実現することが可能になる。

次に、本発明の他の実施の形態を説明する。

図２に示す超電導線材の前駆体２１は、基本的に図１の超電導線材の前駆体１と同じ構成であるが、ジェリーロール構造のＳｎエレメント２２を用いている点が異なっている。

超電導線材の前駆体２１では、Ｓｎエレメント２２は、Ｓｎ又はＳｎ合金からなるＳｎシート２３と、ＣｕからなるＣｕシート２４とを重ねて巻き回し、これを第１のＣｕパイプ４内に収容して形成されている。

本実施の形態では、Ｃｕ製の巻き芯２５の周りにＳｎシート２３とＣｕシート２４を巻きつけた後、これを第１のＣｕパイプ４内に収容し、伸線加工を行うことにより縮径して断面六角形状のＳｎエレメント２２を形成した。

超電導線材の前駆体２１のようにＳｎエレメント２２をジェリーロール構造とする場合、Ｓｎ又はＳｎ合金の粒界割れが断面全体に及ぶのを防止するために、Ｓｎシート２３とＣｕシート２４とを重ねて５回以上巻き回して第１のＣｕパイプ４内に収容するようにし、Ｓｎエレメント２２の直径上にＳｎシート２３が１０層以上（より好ましくは１６層以上）存在するように構成することが望ましい。換言すれば、第１のＣｕパイプ４内のＳｎ又はＳｎ合金が存在する部分（Ｓｎフィラメント）の直径を１０分割以上（より好ましくは１６分割以上）するように、Ｓｎシート２３とＣｕシート２４を巻き回してＳｎエレメント２２を構成することが望ましい。なお、図２では図を簡略化しており、Ｓｎシート２３とＣｕシート２４を巻き回す回数を実際よりも少なく描いている。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

（実施例１〜５）
外径が２０ｍｍ、内径が１８．９ｍｍの分割用Ｃｕパイプ９に直径が１８．８ｍｍのＳｎ−２質量％Ｔｉ合金製のロッドを挿入し、これを伸線加工して対辺間の長さが６．１８ｍｍ、３．７５ｍｍ、２．２６ｍｍ、１．８４ｍｍ、１．５４ｍｍの５種類の断面六角形状の素線１０を作製した。

５種類の素線１０はそれぞれ７本、１９本、５５本、８５本、１２１本束ねて各々外径２０ｍｍ、内径１８．９ｍｍの第１のＣｕパイプ４に収容し、これらを伸線加工していずれも対辺間長さ１．２ｍｍの断面六角形状の多芯のＳｎエレメント２を作製した。

次に、外径が２０ｍｍ、内径が１７ｍｍの第２のＣｕパイプ５に外径が１６．９ｍｍのＮｂ−１質量％Ｔａ合金製のロッドを挿入し、これに伸線加工を施して、対辺間の長さが１．２ｍｍの断面六角形状の単芯のＮｂエレメント３を作製した。

その後、外径３２ｍｍ、内径２６．５ｍｍの第３のＣｕパイプ６の内径に沿って厚さ０．１ｍｍのＴａ製のシートを５層重ね巻きした拡散バリア層８の内側に、５種類のＳｎエレメント２それぞれについて１２１本と、２４０本のＮｂエレメント３をＳｎエレメント２が隣接しないように分散させて配置し、これを線径１ｍｍに伸線加工して、５種類のＳｎエレメント２に対応する実施例１〜５の超電導線材の前駆対１を作製した。

（実施例６〜９）
Ｓｎ−２質量％Ｔｉ合金を圧延して厚さが１．８ｍｍ、０．９ｍｍ、０．４５ｍｍ、０．２７ｍｍのＳｎシート２３を作製し、これをそれぞれ厚さが０．２ｍｍ、０．１ｍｍ、０．０５ｍｍ、０．０３ｍｍのＣｕシート２４と重ね合わせ、それぞれ直径２．９ｍｍのＣｕ製の巻き芯２５の周りに巻き付けたのち、外径が２０ｍｍ、内径が１８．９ｍｍの第１のＣｕパイプ４に挿入し、これに伸線加工を施していずれも対辺間の長さが１．２ｍｍの断面六角形状の多芯のＳｎエレメント２２を作製した。

次に、外径が２０ｍｍ、内径が１７ｍｍの第２のＣｕパイプ５に外径が１６．９ｍｍのＮｂ−１質量％Ｔａ合金製のロッドを挿入し、これに伸線加工を施して、対辺間の長さが１．２ｍｍの断面六角形状の単芯のＮｂエレメント３を作製した。

その後、外径３２ｍｍ、内径２６．５ｍｍの第３のＣｕパイプ６の内径に沿って厚さ０．１ｍｍのＴａ製のシートを５層重ね巻きした拡散バリア層８の内側に、４種類のＳｎエレメント２それぞれについて１２１本と、２４０本のＮｂエレメント３をＳｎエレメント２が隣接しないように分散させて配置し、これを線径１ｍｍに伸線加工して、４種類のＳｎエレメント２に対応する実施例６〜９の超電導線材の前駆体２１を作製した。

（比較例１〜３）
比較例１〜３では、比較のため、図３に示すような単芯の超電導線材の前駆体３１を作製した。

外径が２０ｍｍで、内径が１７．５ｍｍ、１７．２ｍｍ、１６．９ｍｍの３本の第１のＣｕパイプ４にそれぞれ直径が１７．４ｍｍ、１７．１ｍｍ、１６．８ｍｍのＳｎ−２質量％Ｔｉ合金製のロッドを挿入し、これを伸線加工して、第１のＣｕパイプ４内に１本のＳｎフィラメント３３を配置した対辺間の長さが１．２ｍｍの断面六角形状の単芯のＳｎエレメント３２を３種類作製した。

次に、外径が２０ｍｍ、内径が１７ｍｍの第２のＣｕパイプ５に外径が１６．９ｍｍのＮｂ−１質量％Ｔａ合金製のロッドを挿入し、これに伸線加工を施して、対辺間の長さが１．２ｍｍの断面六角形状の単芯のＮｂエレメント３を作製した。

その後、外径３２ｍｍ、内径２６．５ｍｍの第３のＣｕパイプ６の内径に沿って厚さ０．１ｍｍのＴａ製のシートを５層重ね巻きした拡散バリア層８の内側に、３種類のＳｎエレメント３２それぞれについて１２１本と、２４０本のＮｂエレメント３をＳｎエレメント３２が隣接しないように分散させて配置し、これを線径１ｍｍに伸線加工して、３種類のＳｎエレメント３２に対応する比較例１〜３の超電導線材の前駆体３１を作製した。

その後、作製した実施例１〜９の超電導線材の前駆体１，２１、および比較例１〜３の超電導線材の前駆体３１を用い、超電導化するために４００℃×５０時間＋７００℃×１００時間で熱処理を行い、超電導線材を作製した。

作製した各超電導線材について、液体ヘリウム中（温度４．２Ｋ）で１２Ｔの磁場を与えた中で臨界電流値を測定した。臨界電流値は、線材長さ１ｃｍあたり０．１μＶの電圧が発生したときの電流値と定義した。伸線加工時のＳｎエレメント２，２２，３２の断線の有無、および測定した臨界電流値等をまとめて表１に示す。なお、表１における芯数はＳｎフィラメント１１またはＮｂフィラメント７の数、ＪＲ層数はＳｎエレメント２２の直径上に存在するＳｎシート２３の層数を表している。

表１に示すように、比較例１では、Ｓｎエレメント３２を伸線加工する際に断線が頻発して所定のサイズのＳｎエレメント３２が作製できず、超電導線材の前駆体３１が作製できなかった。これに対して、比較例２，３では、断線が起こらず所定のサイズまで伸線加工してＳｎエレメント３２を作製することができ、超電導線材の前駆体３１を作製できた。

比較例１はＣｕ比が０．３１０であるのに対し、比較例２，３はＣｕ比が０．３５６，０．４０５であるから、単芯のＳｎエレメント３２を用いる場合には、Ｓｎエレメント３２のＣｕ比を約０．３５以上とする必要があることが分かる。

多芯化することでＳｎエレメント２内のＳｎ又はＳｎ合金の部分を分割した実施例１〜５は、いずれもＳｎエレメント２のＣｕ比が０．２７〜０．２８であり、芯数を７〜１２１の範囲で変化させたものである。

このうち７芯とした実施例１では、Ｓｎエレメント２の伸線加工中に一部断線が発生した。このため、断線の起こらなかった良品部分を用いて超電導線材の前駆体１を作製した。これに対して、１９芯以上とした実施例２〜５においては、断線が起こらず所定のサイズまで伸線加工してＳｎエレメント２を作製することができ、３６１芯の超電導線材の前駆対１を作製することができた。

この結果から、Ｓｎフィラメント１１をおよそ１０分割以上（より好ましくは１９分割以上）とすることで、単芯のＳｎエレメント３２のときには断線してしまうような低いＣｕ比の場合でも、断線を発生させずに伸線加工を行うことが可能になることが分かる。

また、ジェリーロール構造とすることでＳｎエレメント２２内のＳｎ又はＳｎ合金の部分を分割した実施例６〜９は、いずれもＳｎエレメント２２のＣｕ比は０．２７６であり、積層するＳｎシート２３とＣｕシート２４の厚さを変えて、Ｓｎエレメント２２の直径上におけるＳｎシート２３の層数（ＪＲ層数）をそれぞれ８，１６，３２，約５３としたものである。

このうちＳｎシート２３のＪＲ層数を８層とした実施例６では、Ｓｎエレメント２２の伸線加工中に一部断線が発生した。このため、断線の起こらなかった良品部分を用いて超電導線材の前駆対２１を作製した。これに対して、Ｓｎシート２３のＪＲ層数を１６層以上とした実施例７〜９においては、断線が起こらず所定のサイズまで伸線加工してＳｎエレメント２２を作製することができ、３６１芯の超電導線材の前駆対２１を作製することができた。

この結果から、ジェリーロール構造としたＳｎエレメント２２とする場合は、Ｓｎエレメント２２の直径上にＳｎシート２３が１０層以上（より好ましくは１６層以上）存在する構成とする、すなわちＳｎフィラメントの直径を１０分割以上（より好ましくは１６分割以上）に分割する構成とすることで、単芯のＳｎエレメント３２では断線が発生するような低いＣｕ比の場合でも、断線せずに伸線加工を行うことが可能であることが分かる。

作製した実施例１〜９の超電導線材の前駆体１，２１を用いて作製した超電導線材、および比較例２，３の超電導線材の前駆体３１を用いて作製した超電導線材の臨界電流密度を測定した結果、実施例１〜５の超電導線材の前駆体１を用いて作製した超電導線材では、ｎｏｎ−Ｃｕ Ｊｃはおよそ２８００〜２８４０Ａ／ｍｍ²（４．２Ｋ、１２Ｔ）であった。また、実施例６〜９の超電導線材の前駆体２１を用いて作製した超電導線材においても、これとほぼ同じ２７９０〜２８３０Ａ／ｍｍ²（４．２Ｋ、１２Ｔ）のｎｏｎ−Ｃｕ Ｊｃが得られた。

これに対して比較例２，３の超電導線材の前駆体３１を用いて作製した超電導線材では、ｎｏｎ−Ｃｕ Ｊｃはそれぞれ２６５０Ａ／ｍｍ²、２５６０Ａ／ｍｍ²（４．２Ｋ、１２Ｔ）であり、実施例１〜９と比べて低い臨界電流特性であった。

これは、比較例２，３ではＳｎエレメント３２のＣｕ比がそれぞれ０．３６，０．４１と高い（つまりＳｎの分量が少ない）のに対し、実施例１〜９ではいずれもＳｎエレメント２，２２のＣｕ比が０．２８程度と低い（つまりＳｎの分量が多い）ため、実施例１〜９では、比較例２，３と比較して熱処理後のＮｂ₃Ｓｎが多く生成されて高い臨界電流特性が得られたものと考えられる。

以上の結果より、多芯構造のＳｎエレメント２とする場合には芯数を１０以上に、ジェリーロール構造のＳｎエレメント２２とする場合にはＳｎシート２３の層数を１０層以上にすることが好ましく、これにより、単芯のＳｎエレメント３２では断線してしまうような低いＣｕ比としても断線することなくＳｎエレメント２，２２の伸線加工を行うことが可能になり、また、Ｓｎエレメント２，２２のＣｕ比を低減して多くのＳｎを組み込むことが可能となり高い超電導特性（臨界電流特性）を実現できる。

１ 超電導線材の前駆体
２ Ｓｎエレメント
３ Ｎｂエレメント
４ 第１のＣｕパイプ
５ 第２のＣｕパイプ
６ 第３のＣｕパイプ
７ Ｎｂフィラメント
８ 拡散バリア層
９ 分割用Ｃｕパイプ
１０ 素線
１１ Ｓｎフィラメント

Claims (6)

1. 第１のＣｕパイプ内にＳｎ又はＳｎ合金を配置した複数のＳｎエレメントと、第２のＣｕパイプ内にＮｂ又はＮｂ合金を配置した複数のＮｂエレメントとを、前記Ｓｎエレメント同士が隣接しないように束ねて第３のＣｕパイプ内に収容した超電導線材の前駆体であって、
   前記Ｓｎエレメントは、分割用Ｃｕパイプ内にＳｎ又はＳｎ合金を配置した素線を複数束ね、これを前記第１のＣｕパイプ内に収容して形成されている
   ことを特徴とする超電導線材の前駆体。
2. 前記Ｓｎエレメントは、前記素線を１０本以上束ね、これを前記第１のＣｕパイプ内に収容して形成されている
   請求項１記載の超電導線材の前駆体。
3. 前記Ｓｎ合金が、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｃｕのうち少なくともひとつの元素を０．１質量％以上５質量％以下含有し、
   前記Ｎｂ合金が、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖのうち少なくともひとつの元素を含有する
   請求項１または２に記載の超電導線材の前駆体。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の超電導線材の前駆体を熱処理して形成される
   ことを特徴とする超電導線材。
5. 第１のＣｕパイプ内にＳｎ又はＳｎ合金を配置した複数のＳｎエレメントと、第２のＣｕパイプ内にＮｂ又はＮｂ合金を配置した複数のＮｂエレメントとを、前記Ｓｎエレメント同士が隣接しないように束ねて第３のＣｕパイプ内に収容して超電導線材の前駆体を形成し、該超電導線材の前駆体に熱処理を行って超電導線材を製造する超電導線材の製造方法であって、
   前記Ｓｎエレメントを、分割用ＣｕパイプにＳｎ又はＳｎ合金を配置した素線を複数束ね、これを前記第１のＣｕパイプ内に収容して形成する
   ことを特徴とする超電導線材の製造方法。
6. 前記超電導線材の前駆体を、６５０℃以上７００℃以下の温度で、５０時間以上３００時間以下の時間熱処理して前記超電導線材を製造する
   請求項５に記載の超電導線材の製造方法。