JPH08212847A - 複合多芯超電導線 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒステリシス損失の低減、交流クエンチ電流
の周波数依存性の低減または零磁界での５０Ｈｚにおけ
る臨界電流値の向上のいずれかを達成し、特性の向上し
た複合多芯超電導線を提供する。 【構成】 超電導金属フィラメント１が常電導マトリク
ス２内に複数本埋込まれてなる複合多芯超電導線４，６
であって、フィラメント１の外周には、フィラメント１
と常電導マトリクス２との反応を防止するための超電導
金属からなるバリア層７が形成され、バリア層７の体積
が、フィラメント１とバリア層７と常電導マトリクス２
とを含む複合多芯超電導線全体の体積の３ｖｏｌ％より
大きく４５ｖｏｌ％以下であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複合多芯超電導線に関
するものであり、特に、超電導トランス、超電導発電
機、超電導限流器等の電力応用分野で使用される超電導
線材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超電導分路リアクトルや超電導変圧器に
用いられる超電導線として、交流損失低減のために超電
導フィラメント径を１μｍ以下にしたＮｂＴｉ超電導線
やＮｂ ₃ Ｓｎ超電導線が実用化されつつある。具体的な
線材構成としては、電気学会静止器回転機合同会資料Ｐ
１０３（１９９２年１２月３日発行）等に報告されてい
るように、０．１４μｍから０．２μｍ程度のＮｂＴｉ
フィラメント径を有する素線が開発され、５０／６０Ｈ
ｚでの商用周波数における交流通電特性や交流損失特性
が測定されている。さらには、素線を７×７本撚りした
二重撚線等が開発されており、交流の臨界電流値として
は１ｋＡ級の導体が開発されている。

【０００３】ところが、０．１μｍ級のフィラメント径
にすると、交流損失は数十ｋＷ／ｍ ³ （０．５Ｔ，５０
Ｈｚ）のレベルまで低減できるが、臨界磁界や臨界温度
が低下するために、交流の通電電流値は直流の臨界電流
値と比べて低下するという問題点があり、実用交流用線
材開発のネックとなっている。特に、この交流通電電流
の低下は、素線を撚り合せた撚線導体において顕著であ
る。これらの理由としは、以下の２点が考えられる。

【０００４】すなわち、まず第１には、臨界磁界が、通
常の数十μｍのフィラメント径の線材の場合の約９Ｔと
比較して１〜２Ｔ低くなり、外部磁界による臨界電流密
度Ｊｃの低下率が大きくなるため、通電によるわずかな
自己磁界によっても臨界電流が低下するためであると考
えられる。また、第２には、臨界温度が、通常の数十μ
ｍのフィラメント径の線材と比較して１℃から２℃低い
ために、通電中の線材のわずかな動きによる微小な発
熱、あるいは冷却の不均一等によって、常電導転位が発
生するためであると考えられる。

【０００５】一方、通常工業的に１μｍ以下の交流用Ｎ
ｂＴｉ線材を製造するためには、たとえば特公平６−３
６９３に開示されているように、複合多芯ビレットの押
出時や加工時の発熱によりＣｕあるいはＣｕ合金とＮｂ
Ｔｉとの界面に生成する脆いＣｕ−Ｔｉ化合物を防止す
るために、Ｎｂ等のバリア層を配置する手法が用いられ
ている。

【０００６】このバリア層は、フィラメントの均一加工
を阻害する上記化合物の形成を防止するために考案され
たものであり、バリア層の厚みとしては、製造プロセス
中の押出や加工発熱でＣｕ−Ｔｉ化合物が形成されない
厚みを選択すればよく、たとえば特公平６−３６９３に
述べられているように、ＮｂＴｉ合金フィラメントの直
径の１／５以下とすることが記述されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、交流の
通電電流や交流損失等の超電導特性は超電導フィラメン
ト径に依存するが、フィラメント径が変わると必要なバ
リア層の厚さも変わるため、バリア層の体積率が線材の
超電導特性に大きく寄与することになる。すなわち、素
線全体に対するバリア層の体積率が大きくなると、マト
リクスの体積率が同一の場合、超電導フィラメントによ
る臨界電流が減少する。さらに、交流損失や安定性にと
っても、バリア層の効果が付加される。

【０００８】このように、フィラメント径を低減した交
流用線材にとっては、臨界電流の向上と交流損失の低減
を両立させる必要があるため、バリア層の超電導特性に
対する効果を明らかにして、バリア層の構成も含めた詳
細な線材の断面構成を決める必要があるが、従来はほと
んど明らかになっていなかった。

【０００９】一般に、従来の複合多芯超電導線において
は、バリア層の体積は、複合多芯超電導線全体の体積の
３ｖｏｌ％以下であった。

【００１０】そのため、従来の複合多芯超電導線は、ヒ
ステリシス損失が大きく、交流で通電できる最大の電流
値（以下、「交流クエンチ電流Ｉｑ」という）の周波数
依存性が大きく、さらに、Ｉｑ、特に零磁界での５０Ｈ
ｚにおける臨界電流値Ｉｑが低いという問題点があっ
た。

【００１１】この発明の目的は、上述の問題点の少なく
とも１つを解決し、特性の向上した複合多芯超電導線を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明による複
合多芯超電導線は、超電導金属フィラメントが常電導マ
トリクス内に複数本埋込まれてなる複合多芯超電導線で
あって、フィラメントの外周には、フィラメントと常電
導マトリクスとの反応を防止するための、１層または組
成の異なる２層以上の多層で構成された超電導金属から
なるバリア層が形成され、バリア層の体積が、フィラメ
ントとバリア層とを合計した体積の３ｖｏｌ％より大き
く４５ｖｏｌ％以下であることを特徴としている。

【００１３】なお、ここで定義する「バリア層の体積」
とは、以下に示す図１において、厚さｄの円筒状の部分
の体積をいう。また、「フィラメントの体積」とは、図
１において、直径Ｄの円柱状の部分の体積をいう。さら
に、「フィラメントとバリア層とを合計した体積」と
は、図１において、直径（Ｄ＋２ｄ）の円柱状の部分の
体積をいう。

【００１４】請求項２の発明による複合多芯超電導線
は、請求項１の発明において、バリア層の体積が、フィ
ラメントとバリア層とを合計した体積の３ｖｏｌ％より
大きく１０ｖｏｌ％未満であることを特徴としている。

【００１５】請求項３の発明による複合多芯超電導線
は、請求項２の発明において、バリア層の厚さが、フィ
ラメントの直径の１／１３０より大きく１／４０未満で
あることを特徴としている。なお、ここで定義する「バ
リア層の厚さ」とは、図１において、ｄで示す厚さをい
う。また、「フィラメントの直径」とは、図１におい
て、Ｄで示す長さをいう。

【００１６】請求項４の発明による複合多芯超電導線
は、請求項１の発明において、バリア層の体積が、フィ
ラメントとバリア層とを合計した体積の１０ｖｏｌ％以
上２５ｖｏｌ％未満であることを特徴としている。

【００１７】請求項５の発明による複合多芯超電導線
は、請求項４の発明において、バリア層の厚さが、フィ
ラメントの直径の１／４０以上１／１３未満であること
を特徴としている。

【００１８】請求項６の発明による複合多芯超電導線
は、請求項１の発明において、バリア層の体積が、フィ
ラメントとバリア層とを合計した体積の２５ｖｏｌ％以
上４５ｖｏｌ％以下であることを特徴としている。

【００１９】請求項７の発明による複合多芯超電導線
は、請求項６の発明において、バリア層の厚さが、フィ
ラメントの直径の１／１３以上１／６以下であることを
特徴としている。

【００２０】請求項８の発明による複合多芯超電導線
は、請求項１〜請求項７のいずれかの発明において、超
電導金属フィラメントはＮｂＴｉ合金からなり、バリア
層は、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ合金、Ｔａ合金およびＶ合
金からなる群から選ばれる少なくとも１種の超電導金属
からなり、常電導マトリクスは、ＣｕまたはＣｕＭ合金
（ただし、ＭはＮｉ、Ｍｎ、ＳｉおよびＳｎからなる群
から選ばれる少なくとも１種の金属）からなることを特
徴としている。

【００２１】請求項９の発明による複合多芯超電導線
は、請求項８の発明において、バリア層は純度９９％以
上のＮｂからなり、常電導マトリクスは、Ｎｉ濃度が１
５ｗｔ％以上４０ｗｔ％以下のＣｕＮｉ合金からなるこ
とを特徴としている。

【００２２】請求項１０の発明による複合多芯超電導線
は、請求項１〜請求項９のいずれかの発明において、そ
の周囲に形成されたバリア層を含めた超電導金属フィラ
メント全体の直径が、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下
であることを特徴としている。

【００２３】請求項１１の発明による超電導撚線導体
は、請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の複合多芯
超電導線を、複数本撚り合せてなる。

【００２４】

【発明の作用効果】本発明では、超電導フィラメントに
対するバリア層が超電導金属である場合に、その体積率
や厚みが線材の超電導特性そのものに深く関与している
ことを見出したものである。ここで定義するバリア層の
体積率とは、バリア層の体積を（超電導フィラメント＋
バリア層）の体積で割った値を％で示したものである。
また、ここで定義するバリア層の厚みは、バリア層の厚
みをバリア層を除く超電導フィラメントの厚みで割った
ものである。

【００２５】また、本発明では、従来Ｃｕ−Ｔｉ等のフ
ィラメントの均一加工を阻害することを防止するために
設けられていたバリア層が超電導性金属である場合に
は、種々の外部磁界における交流通電電流を高める効果
や、交流損失の面からバリア層の体積率と厚みに適切な
範囲があることを見出したものである。これは、バリア
層としてたとえばＮｂ、Ｔａ、Ｖ等を使用した場合に
は、バリア層そのものが超電導性金属であるために、異
なる材質からなる２層の超電導性フィラメントとしての
効果を発揮することができることを本発明では明らかに
した。

【００２６】本発明では、この結果から、以下に示すよ
うに、コンパクトな構成で高い電流密度を有し、かつ交
流損失が低い交流用超電導線を提供することができる。

【００２７】さらに、本発明によれば、このような超電
導素線を用いて撚線を作製することにより、従来よりも
優れた特性を有する導体を得ることができる。

【００２８】具体的には、本発明によれば、超電導性金
属フィラメントとそれを囲む周囲の金属バリア層がとも
に超電導体であるために、次のような作用と効果が働
く。

【００２９】まず、第１の作用効果としては、超電導金
属バリア層の体積率が少なく、具体的にはバリア層の体
積率が３ｖｏｌ％より大きく１０ｖｏｌ％未満である場
合には、素線の交流損失、特にヒステリシス損失が小さ
くなる。これは、線材全体に対して超電導フィラメント
の損失が主体となるためで、バリア層で発生するヒステ
リシス損失が小さくなる作用による。たとえば、バリア
層の厚みが１／１３０より大きく１／４０未満である
と、効果として超電導フィラメントの径が０．２μｍ以
下で１ｋＡ級導体の６×６本撚線では、１０ｍＷ／ｍ
（０．５Ｔ，５０Ｈｚ）以下のヒステリシス損失が達成
され、実用材として優れた特性となる。

【００３０】次に、第２の作用効果としては、超電導金
属バリア層の体積率が１０％以上２５％未満の場合に
は、交流で通電できる最大の電流値（交流クエンチ電流
Ｉｑ）の周波数依存性が小さくできる。これは、一般
に、Ｉｑが超電導フィラメントに発生する交流損失によ
って決まると推定できるが、交流損失による発熱がバリ
ア層に吸収されるためか、またはバリア層の良好な熱伝
達特性のためにバリア層からマトリクスを介して冷媒で
ある液体ヘリウムへ伝達される作用のためであると考え
られる。具体的な効果としては、たとえばバリア層の厚
みが超電導性金属フィラメントの１／４０以上１／１３
未満であると、３０Ｈｚから１５０Ｈｚの間でのＩｑの
ばらつきを１０％以内に抑えることが可能となる。この
ように、バリア層に適切な範囲がある理由は、定性的に
は以下のように説明し得る。

【００３１】すなわち、バリア層の体積率が１０ｖｏｌ
％未満の場合やバリア層の厚みが超電導性金属フィラメ
ントの１／４０未満の場合には、バリア層への交流損失
の熱の吸収や熱伝達が不十分となり、一方、バリア層の
体積率が２５ｖｏｌ％以上の場合やバリア層の厚みが常
電導性金属フィラメントの１／１３以上の場合には、バ
リア層そのものに発生する交流損失が大きくなり、超電
導フィラメントに対する交流損失による熱の吸収や熱伝
達が困難になるためであると考えられる。

【００３２】さらに、第３の作用効果としては、超電導
金属バリア層の体積率が２５ｖｏｌ％以上４５ｖｏｌ％
以下の場合には、Ｉｑ、特に零磁界での５０Ｈｚにおけ
るＩｑを高めることができる。これは、超電導電子が超
電導フィラメントとその周囲のバリア層の両方に存在で
きる作用のためと考えられる。具体的な効果としてたと
えばＮｂＴｉ超電導線材を例にとると、バリア層として
Ｎｂを選択した場合、たとえばＮｂの厚みがＮｂＴｉフ
ィラメントの１／１３以上１／６以下であれば、超電導
フィラメント（ＮｂＴｉ＋Ｎｂ）当りで１００００Ａ／
ｍｍ² （０Ｔ，５０Ｈｚ）以上の交流クエンチ電流密度
Ｊｑが可能となり、最適値の３０％前後では１８０００
Ａ／ｍｍ² に達する。このように、バリア層の体積率や
厚みが一定値以上必要な理由は、バリア層の領域が超電
導電子のコヒーレント長以上にならないと超電導電子が
存在できないためと推定される。一方、バリア層の体積
率が大きくなるとＪｑが減少するのは、超電導フィラメ
ント中のＪｑがバリア層中のＪｑより小さいためである
と考えられる。

【００３３】請求項１の発明によれば、上述の第１〜第
３のいずれかの作用効果が得られる。

【００３４】また、請求項２および請求項３の発明によ
れば、特に上述の第１の作用効果が得られる。

【００３５】さらに、請求項４および請求項５の発明に
よれば、特に上述の第２の作用効果が得られる。

【００３６】また、請求項６および請求項７の発明によ
れば、特に上述の第３の作用効果が得られる。

【００３７】次に、たとえばＮｂＴｉ超電導線材では、
Ｃｕ−Ｔｉ化合物の生成を防止するためのバリア層とし
てのＮｂは、一般には体積率として３％以上の値が必要
である。これは、ＮｂＴｉ超電導線材を工業レベルで作
製する場合、一般に熱間押出法や熱間静水圧押出法によ
り大径ビレットを数百℃に加熱した後押出を行ない、さ
らに引抜き加工等によって複合多芯線を作製するが、Ｎ
ｂＴｉフィラメントの界面にビレットの加熱や押出の発
熱によってＣｕ−Ｔｉ化合物が形成されるからである。
すなわち、バリア層の体積率が３ｖｏｌ％以下では、バ
リア層が薄いために、この化合物の生成を防止すること
ができないからである。

【００３８】また、ＮｂＴｉにおけるＩｃを確保するた
めには、Ｎｂの割合は４５ｖｏｌ％以下でなくてはなら
ない。なぜなら、Ｎｂの体積率が４５ｖｏｌ％より大き
くなると、ＮｂＴｉフィラメントの体積率が著しく減少
し、素線全体のＩｃが低下するためである。

【００３９】さらに、バリア層がＮｂＴｉフィラメント
とともに均一に加工されるためには、Ｎｂの純度として
９９％以上が好ましい。９９％以下では、フィラメント
の均一加工を妨げるばかりでなく、バリア層が超電導フ
ィラメントの周囲に均一に加工できず、これまでに述べ
てきたようなバリア層による特性向上の効果のばらつき
が大きいばかりでなく、破れることでＣｕ−Ｔｉ化合物
等が形成される可能性があるからである。

【００４０】また、本発明は、安定化Ｃｕが配置されて
いない多芯線において特に有効である。安定化Ｃｕが存
在する場合には、バリア層による交流損失の熱伝達や吸
収の作用を、安定化Ｃｕが果たすからである。

【００４１】さらに、限流器等の超電導から常電導への
クエンチを応用した交流機器では、クエンチ抵抗が高い
ことが要求されており、マトリクスとしては、ＣｕＮｉ
等の高い抵抗値を有する常電導金属を使用することが可
能であり、望ましくはＮｉ濃度が１５ｗｔ％以上４５ｗ
ｔ％以下のＣｕＮｉ合金であれば、クエンチ後の超電導
体の温度変化に関係なくほぼ一定した抵抗値を取ること
ができる。このような構成においても、本発明によれ
ば、安定したＩｑや低い交流損失が実現できる。

【００４２】また、一般に電力機器では、１ｋＡ以上の
Ｉｑを持つ撚線導体が必須となっているが、本発明の超
電導素線を用いて７本撚りを重ねた多重撚線や、太径常
電導線の周囲に多層撚りした撚線導体を作製すれば、従
来問題となっていた交流の通電電流値が直流の臨界電流
値と比べて低下するということや、素線の撚り本数倍の
Ｉｑが達成できないことが大幅に改善できる。これは、
バリア層の存在によって外部からの擾乱（通電中の線材
のわずかな動きによる微小な発熱、あるいは冷却の不均
一等によって常電導転位が発生すること）に対して、素
線の安定性が飛躍的に向上する一方、Ｊｑも高められた
効果である。

【００４３】

【実施例】

（実施例１）試作した素線の諸元を表１に示す。まず、
素線Ｎｏ．３の作製方法を以下に示す。

【００４４】まず、フィラメントを作製するため、１４
ｍｍφのＮｂ−４６．５ｗｔ％Ｔｉを、１５ｍｍφ×１
６ｍｍφのＮｂパイプに挿入し外径１４．６５ｍｍφに
縮径した後、１５ｍｍφ×３０ｍｍφのＣｕ−３０ｗｔ
％Ｎｉパイプに挿入して外径２８ｍｍφに縮径した。こ
のとき、Ｎｂの（Ｎｂ−Ｔｉ＋Ｎｂ）に対する体積率は
８．７ｖｏｌ％であり、Ｎｂの厚みはＮｂＴｉフィラメ
ント径の１／４３であった。

【００４５】次に、このＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉ／Ｎｂ／
ＮｂＴｉ単芯複合線について、ダイスにより引抜き加工
を行ない２．８ｍｍφとした後、対辺２．４ｍｍの六角
セグメントにした。この段階で、ＮｂＴｉ＋Ｎｂフィラ
メントとＣｕ３０ｗｔ％Ｎｂの間隔は１：０．６５であ
った。

【００４６】続いて、この六角セグメントを８７ｍｍφ
×９８ｍｍφのＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｂビレットに１０４
０本挿入し、一昼夜真空排気後電子ビーム溶接を行なっ
た。

【００４７】次に、このようにして得られた一次ビレッ
トを、３５ｍｍφへ熱間静水圧押出した後、ダイスによ
り引抜き加工を行ない４．５ｍｍφとした後、対辺３．
７ｍｍの六角セグメントにした。続いて、この六角セグ
メントを再度８７ｍｍφ×９８ｍｍφのＣｕ−３０ｗｔ
％Ｎｉビレットに４３３本挿入し、一昼夜真空排気後電
子ビーム溶接を行なった。

【００４８】さらに、このようにして得られた二次ビレ
ットを、３５ｍｍφへ熱間静水圧押出した後、ダイスに
より引抜き加工を行ない、０．２ｍｍφまで伸線加工し
てピッチ１ｍｍのツイスト加工を施した試料とした。素
線径が０．２ｍｍのとき、Ｎｂ＋ＮｂＴｉのフィラメン
ト径は０．１４μｍであり、フィラメント間隔は０．０
９μｍであった。このとき、Ｎｂ＋Ｎｂ−Ｔｉに対する
Ｃｕ−３０ｗｔ％Ｎｉの体積比は、４．２ｖｏｌ％であ
った。

【００４９】また、撚線作製用として、同様に線径が
０．２８ｍｍφの素線も作製した。なお、これらの素線
はマトリクスとしてはすべてＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉを用
いており、安定化Ｃｕは用いていない。また、素線Ｎ
ｏ．１、２、４、５は素線Ｎｏ．３と同様な方法で作製
したものであるが、ＮｂＴｉに対するＮｂの体積率のみ
を変え、他の構成は素線Ｎｏ．３と同様としている。し
たがって、素線断面内のＮｂ−Ｔｉの体積率は、素線Ｎ
ｏ．１が最も大きく、素線Ｎｏ．２、３、４、５の順に
減少している。

【００５０】図１は、このようにして得られた本発明に
よる複合多芯超電導線の一例の構造を示す断面図であ
る。

【００５１】図１を参照して、この複合多芯超電導線
は、Ｎｂ−４６．５ｗｔ％Ｔｉからなる超電導金属フィ
ラメント１が、Ｃｕ−３０ｗｔ％Ｎｉからなる常電導マ
トリクス内に複数本埋込まれ、かつ、Ｃｕ−３０ｗｔ％
Ｎｉからなる外皮３に覆われてなる一次スタック４が、
さらに複数本Ｃｕ−３０ｗｔ％Ｎｉからなる外皮５中に
集合されてなる二次スタック６であり、超電導金属フィ
ラメント１と常電導マトリクス２との間には、Ｎｂから
なるバリア層７が形成されている。

【００５２】このようにして得られた５種の素線につい
て、最終サイズ０．２ｍｍφでの伸線性の評価を行な
い、平均単長を求めたところ、素線Ｎｏ．２とＮｏ．３
が優れていることが判明した。また、フィラメント断線
率を調査したところ、素線Ｎｏ．１はＣｕ−Ｔｉ化合物
により約３０％が断線していた。また、素線Ｎｏ．２、
３、４、５は１０％以下の断線率であったが、素線Ｎ
ｏ．４とＮｏ．５にはＮｂバリア層の不均一加工による
断線が多く認められた。これらの結果を、まとめて表１
に示す。

【００５３】

【表１】 （実施例２）外部直流横磁界中における素線の直流臨界
電流（０．５ＴにおけるＩｃ）を測定し、Ｎｂ＋ＮｂＴ
ｉ当りの臨界電流密度Ｊｃに換算した結果を表２に示
す。

【００５４】

【表２】 表２を参照して、例外的に素線Ｎｏ．１が最も低い値で
あるが、素線Ｎｏ．３から素線Ｎｏ．５にかけてＮｂバ
リア層の体積が増加するに従ってＪｃは低下した。素線
Ｎｏ．１のＪｃが低い理由は、Ｎｂバリア層が薄すぎる
ために作製途中の熱履歴によりフィラメントの均一加工
を妨げるＣｕ−Ｔｉ化合物が形成されたためであると考
えられる。一方、Ｎｂ体積率が大きい素線Ｎｏ．２とＮ
ｏ．３では、これに比べてＪｃは大幅に高くＮｂバリア
層の効果が認められるが、Ｎｂ体積率が１７ｖｏｌ％、
３０ｖｏｌ％と大きくなった素線Ｎｏ．４とＮｏ．５で
は、Ｊｃは素線Ｎｏ．３に比べ８割以下となっている。
これらのことから、Ｎｂ体積率としては、製造上からは
３ｖｏｌ％より大きいことが好ましく、特性上からは１
７ｖｏｌ％より小さいことが必要であることが認められ
る。

【００５５】変圧器等の０．５Ｔ近傍の磁界で使用され
る超電導線材では、０．５Ｔ、４．２Ｋにおいて１５０
００Ａ／ｍｍ² 以上のＪｃが必要であるから、表２より
Ｎｂバリア層の体積率としては１０ｖｏｌ％より小さい
ことが必要であり、本発明の効果が認められた。

【００５６】（実施例３）素線Ｎｏ．３〜Ｎｏ．５の素
線径を変えて６×６本撚線を作製し、交流損失（０．５
Ｔ、０．５Ｈｚ）特性を測定した結果を表３に示す。な
お、測定周波数は０．５Ｈｚであり、この条件はヒステ
リシス損失を測定している。

【００５７】

【表３】 表３を参照して、Ｎｂバリア層の体積率が少なくＮｂバ
リア層の厚みが薄い素線ほど交流損失が小さい傾向とな
るが、フィラメント径が０．２１μｍ以上ではＮｂバリ
ア層が厚いため、素線Ｎｏ．３においても交流損失は大
きくなった。一方、０．０５μｍ以下になると近接効果
の発生により交流損失が増加するため、フィラメント径
としては０．０５μｍ以上０．２μｍ以下が特に好まし
いことが判明した。

【００５８】（実施例４）素線Ｎｏ．３〜Ｎｏ．５の素
線径０．２８ｍｍφを用いて二次撚線導体を作製し、外
部磁界０．５Ｔ、交流通電電流の周波数５０Ｈｚにおけ
る交流クエンチ電流Ｉｑを測定した。二次撚線導体の構
成は、同一径のＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉの周囲に６本超電
導素線を撚り合せた一次撚線を、さらに太径のＣｕ−３
０ｗｔ％Ｎｉ線の周囲に６本撚りした構造である。さら
に、Ｎｂバリア層を用いない構成のＮｂＴｉ素線Ｎｏ．
６を作製し、同一構成の撚線を作製して同様に交流クエ
ンチ電流Ｉｑを測定した。この場合、素線Ｎｏ．６は作
製プロセス中で熱履歴を受けないように押出加工を用い
ずに、すべて引抜き加工により作製しているが、断面構
成は超電導フィラメントがすべてＮｂＴｉである以外
は、素線Ｎｏ．３、４、５と同様であった。

【００５９】Ｉｑの測定結果を図２に示す。図２におい
て、横軸はＮｂ体積率（ｖｏｌ％）を示し、縦軸は二次
撚線の交流クエンチ電流Ｉｑ（Ａ）を示している。な
お、電流は５０Ｈｚの周波数で通電しており、交流クエ
ンチ電流はピーク値である。

【００６０】図２に示すように、導体のＩｑは、導体Ｎ
ｏ．６、３、４、５の順に高くなった。素線Ｉｑの撚り
本数倍のＩｑと比較すると、導体Ｎｏ．３、Ｎｏ．６は
いずれも８０％以上の値を示した。素線Ｎｏ．４、Ｎ
ｏ．５を用いた導体のＩｑは上記の２種類の導体のＩｑ
より低く、素線Ｉｑの撚り本数倍のＩｑと比較すると７
０％以下の値であった。

【００６１】また、これらの導体の交流損失（外部磁界
０．５Ｔ、０．４Ｔ、０．３Ｔ、外部磁界周波数５０Ｈ
ｚ）特性を測定した結果を、図３に示す。図３におい
て、横軸はＮｂ体積率（ｖｏｌ％）を示し、縦軸は６×
６本撚線の単位長さ当りの交流損失Ｑｔｏｔａｌ（ｍＷ
／ｍ：５０Ｈｚ）を示している。

【００６２】図３より明らかなように、Ｎｂバリア層の
体積率が少なくＮｂバリア層の厚みが薄い素線ほど、交
流損失が小さいことが判明した。これは、Ｎｂは外部磁
界が０．２Ｔ以下では超電導体であるために、Ｎｂのヒ
ステリシス損失がＮｂＴｉの損失に重畳するためである
と考えられる。一方、Ｎｂ体積率が大きいほどＮｂバリ
ア層の厚みも大きくなり、このＮｂのヒステリシス損失
の重畳分も大きくなる。また、結合損失は、素線間のＣ
ｕ−３０ｗｔ％Ｎｉの厚みが等しいために、素線間の差
は観測されない。

【００６３】交流損失の要件特性としては、たとえば変
圧器用や限流器に用いる超電導線材では、０．５Ｔ、５
０Ｈｚで２０ｍＷ／ｍ以下であれば実用化が可能とな
る。したがって、図３より、Ｎｂ体積率として１０ｖｏ
ｌ％未満、Ｎｂ厚みでは１／４０未満の導体Ｎｏ．３、
Ｎｏ．６であれば、バリア層の損失の寄与は小さく２０
ｍＷ／ｍ以下の低交流損失特性を示すことから、低交流
損失が要求される交流器用線材として適することがわか
り、本発明のＮｂバリア層の効果が認められた。

【００６４】（実施例５）１４ｍｍφのＮｂ−４６．５
ｗｔ％Ｔｉに、厚さ０．１２５ｍｍ、純度９９．９％の
Ｎｂシートを１層巻付けた後、さらに表４に示すような
添加元素を有した厚さ０．２０ｍｍのＮｂ合金シートを
１層巻付けた後、１５ｍｍφ×３０ｍｍφのＣｕ−３０
ｗｔ％Ｎｉパイプに挿入して外径２８ｍｍφに縮径し
た。このとき、（Ｎｂ＋Ｎｂ合金）の（Ｎｂ−Ｔｉ＋Ｎ
ｂ）に対する体積率は８．７ｖｏｌ％であり、（Ｎｂ＋
Ｎｂ合金）の厚みはＮｂＴｉフィラメント径の１／４３
であった。これらのＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉ／Ｎｂ／Ｎｂ
Ｔｉ単芯複合線は、バリア層が２層になっているほか
は、実施例１の素線Ｎｏ．３と全く同様であった。これ
らの単芯複合線（Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１１）を、実施例１
に示した工程と同一工程を経て０．２ｍｍφまで伸線加
工して、ピッチ１ｍｍのツイスト加工を施した試料とし
た。

【００６５】このようにして得られた５種の素線につい
て、最終サイズ０．２ｍｍφでの伸線性の評価をして、
平均単長を求めたところ、いずれの素線も８０００ｍ以
上の長さが可能であった。臨界電流密度を測定したとこ
ろ、外部直流磁界１Ｔで、７０００Ａ／ｍｍ² 以上の高
い値を示していた。さらに、フィラメント断線率を調査
したところ、素線Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１１については４％
以下の断線率であり、素線Ｎｏ．７と比べて良好な加工
性と特性を有し、この結果から多層構造のバリア層の効
果が認められた。これらの結果を表４に併せて示す。

【００６６】

【表４】 （実施例６）試作した素線の諸元を表５に示す。まず、
素線Ｎｏ．１４の作製方法を以下に示す。

【００６７】まず、フィラメントを作製するため、１４
ｍｍφのＮｂ−４６．５ｗｔ％Ｔｉを、１８．２ｍｍφ
×１９．６ｍｍφのＮｂパイプに挿入し、外径１５．４
ｍｍφに縮径した後、１７ｍｍφ×３０ｍｍφのＣｕ−
３０ｗｔ％Ｎｉパイプに挿入して外径２８ｍｍφに縮径
した。このとき、Ｎｂの（Ｎｂ−Ｔｉ＋Ｎｂ）に対する
体積率は１７ｖｏｌ％であり、Ｎｂの厚みはＮｂＴｉフ
ィラメント径の１／２０であった。

【００６８】次に、このＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉ／Ｎｂ／
ＮｂＴｉ単芯複合線について、ダイスにより引抜き加工
を行ない２．８ｍｍφとした後、対辺２．４ｍｍの六角
セグメントにした。この段階で、ＮｂＴｉ＋Ｎｂフィラ
メントとＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉの間隔は１：０．６５で
あった。

【００６９】続いて、この六角セグメントを８７ｍｍφ
×９８ｍｍφのＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉビレットに１０４
０本挿入し、一昼夜真空排気後電子ビーム溶接を行なっ
た。

【００７０】次に、このようにして得られた一次ビレッ
トを、３５ｍｍφへ熱間静水圧押出した後、ダイスによ
り引抜き加工を行ない、４．５ｍｍφとした後、対辺
３．７ｍｍの六角セグメントにした。続いて、この六角
セグメントを再度８７ｍｍφ×９８ｍｍφのＣｕ−３０
ｗｔ％Ｎｉビレットに４３３本挿入し、一昼夜真空排気
後電子ビーム溶接を行なった。

【００７１】さらに、このようにして得られた二次ビレ
ットを、３５ｍｍφへ熱間静水圧押出した後、ダイスに
より引抜き加工を行ない、ツイスト加工を経て最終線径
が０．２８６ｍｍφと０．２１４ｍｍφまで伸線加工し
て試料とした。素線径が０．２８６ｍｍのときは、フィ
ラメント径は０．１９μｍであり、フィラメント間隔は
０．１２μｍであった。また、素線径が０．２１４ｍｍ
のときは、フィラメント径は０．１４μｍであり、フィ
ラメント間隔は０．０９μｍであった。さらに、Ｎｂ＋
Ｎｂ−Ｔｉに対するＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉの体積比は、
４．２であった。

【００７２】なお、これらの素線は、マトリクスとして
はすべてＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉを用いており、安定化Ｃ
ｕは用いていない。また、素線Ｎｏ．１２、１３、１
５、１６は、素線Ｎｏ．１４と同様な方法で作製したも
のであるが、ＮｂＴｉに対するＮｂの体積率のみを変
え、他の構成は素線Ｎｏ．１４と同様としている。した
がって、素線断面内のＮｂ−Ｔｉの体積率は、素線Ｎ
ｏ．１２が最も大きく、素線Ｎｏ．１３、１４、１５、
１６の順に減少している。

【００７３】このようにして得られた５種の素線につい
て、０．２８６ｍｍφにおける線材平均単長を評価した
ところ、線材Ｎｏ．１３とＮｏ．１４が５０００ｍ以上
であり、特に優れていることが判明した。また、フィラ
メント断線率を調査したところ、素線Ｎｏ．１２は、Ｃ
ｕ−Ｔｉ化合物により約２０％が断線していた。また、
素線Ｎｏ．１５とＮｏ．１６には、Ｎｂバリア層の不均
一加工による断線が認められた。これに対して、素線Ｎ
ｏ．１３およびＮｏ．１４は、ほとんど断線が認められ
なかった。以上の結果、本発明の範囲であれば、優れた
加工性を有する線材が得られることが立証された。これ
らの結果をまとめて表５に示す。

【００７４】

【表５】 （実施例７）外部直流横磁界中における０．２１４ｍｍ
φの素線の直流臨界電流（０．５ＴにおけるＩｃ）を測
定し、Ｎｂ＋ＮｂＴｉ当りの臨界電流密度Ｊｃに換算し
た結果を表６に示す。

【００７５】

【表６】 表６を参照して、例外的に素線Ｎｏ．１２が最も低い値
であるが、素線Ｎｏ．１３から素線Ｎｏ．１６にかけて
Ｎｂバリア層の体積が減少するに従って、Ｊｃは徐々に
低下した。素線Ｎｏ．１２のＪｃが低い理由は、Ｎｂバ
リア層が薄すぎるために作製途中の熱履歴によりフィラ
メントの均一加工を妨げるＣｕ−Ｔｉ化合物が形成され
たためである。一方、Ｎｂ体積率が１０ｖｏｌ％以上の
素線では、これに比べＪｃは高くＮｂバリア層の効果が
認められるが、Ｎｂ体積率が３０ｖｏｌ％、４１ｖｏｌ
％と大きくなった素線Ｎｏ．１５、Ｎｏ．１６では、Ｊ
ｃは素線Ｎｏ．１３に比べ７割以下となっている。これ
らのことから、Ｎｂ体積率としては、１０ｖｏｌ％以上
が好ましく、３０ｖｏｌ％より小さいことが必要である
ことが認められる。また、Ｎｂの厚みで検討すると、Ｎ
ｂＴｉフィラメントに対するＮｂの厚みについては、１
／４０以上１／１０より小さい場合には、Ｊｃが十分高
くなることが判明した。

【００７６】（実施例８）０．２１４ｍｍφの素線Ｎ
ｏ．１３〜Ｎｏ．１６についての交流通電電流（外部磁
界なし）の周波数依存性を測定した結果を、図４に示
す。図４において、横軸は周波数ｆ（Ｈｚ）を示し、縦
軸は５０Ｈｚで通電した場合の交流通電電流Ｉｑ（Ａ）
（ピーク値）を示している。

【００７７】これらの素線は、限流器に使用されること
を目的として作製されたものであるが、系統からの自己
電流はさまざまな周波数や電流変化速度のものが印加さ
れるため、限流器用素線のＩｑは周波数依存性がないこ
とが最も好ましい。このような要求特性に対しては、図
４より、Ｎｂ体積率が１７ｖｏｌ％前後、Ｎｂの厚みで
は１／２０程度で最適となることがわかる。

【００７８】より定量的には、周波数が３０Ｈｚから１
５０Ｈｚの間でＩｑの変動が１０％以内であることが望
ましい。このような要求特性に対して、表７に示すよう
に、８０Ｈｚの値で規格化した実験データを検討する
と、Ｎｂ体積率が１０ｖｏｌ％、Ｎｂ厚さが１／４０の
素線Ｎｏ．１３がＮｂ体積率の下限となる。Ｎｂ体積率
３０ｖｏｌ％、Ｎｂ厚が１／１０の素線Ｎｏ．１５で
は、大幅に周波数特性が悪かった。そこで、Ｎｂ体積率
以外は素線Ｎｏ．１２〜Ｎｏ．１６と同一の断面構成を
有する、Ｎｂ体積率が２５ｖｏｌ％、Ｎｂ厚みが１／１
３の素線Ｎｏ．１７を作製して同様な特性を測定したと
ころ、表７に示すように、この素線の場合がＮｂ体積率
の上限に対応することが判明した。

【００７９】以上の結果、Ｎｂ体積率が１０％以上２５
％未満、Ｎｂ厚みでは１／４０以上１／１３未満であれ
ば、限流器用素線に対応できる交流クエンチ電流の周波
数依存性を有することができる。

【００８０】

【表７】 （実施例９）素線Ｎｏ．１３〜Ｎｏ．１５の素線径を変
えて６×６本撚線を作製し、交流損失（０．５Ｔ、０．
５Ｈｚ）特性を測定した結果を、表８に示す。測定周波
数は０．５Ｈｚであり、この条件はヒステリシス損失を
測定している。

【００８１】

【表８】 表８を参照して、Ｎｂバリア層の体積率が少なくＮｂバ
リア層の厚みが薄い素線ほど交流損失が小さくなるが、
Ｎｂ＋ＮｂＴｉのフィラメント径が０．２１μｍ以上で
は、Ｎｂバリア層が厚いため、素線Ｎｏ．１３において
も交流損失が大きくなった。一方、０．０５μｍ以下に
なると、近接効果の発生により交流損失が増加するた
め、フィラメント径としては０．０５μｍ以上０．２μ
ｍ以下が好ましいことが判明した。

【００８２】交流機器への適用のためには、たとえば
０．５Ｔでのヒステリシス損失は２０ｍＷ／ｍ以下であ
ることが望ましいが、素線Ｎｏ．１３ではフィラメント
径が０．１９μｍで、素線Ｎｏ．１４ではフィラメント
径０．１４μｍの素線が適用できる。しかし、Ｎｂバリ
ア層の体積率が大きく、厚みも厚くなっている素線Ｎ
ｏ．１５では、フィラメント径が０．１０μｍにならな
いとこの損失値は達成できない。

【００８３】このことからも、本発明の範囲である、超
電導金属フィラメントを囲む超電導性金属の体積がバリ
ア層を含む超電導金属フィラメントの全体積の１０ｖｏ
ｌ％以上２５ｖｏｌ％未満であること、または常電導金
属フィラメントを囲むバリア層の常電導金属の厚みが、
バリア層を除く超電導金属フィラメントの１／４０以上
１／１３未満の構成であることが、有効であることが確
認された。

【００８４】（実施例１０）素線Ｎｏ．１２〜Ｎｏ．１
６の素線径０．２１４ｍｍφを用いて二次撚線導体を作
製し、外部磁界０．５Ｔ、交流通電電流の周波数５０Ｈ
ｚにおけるピーク交流クエンチ電流Ｉｑを測定した。二
次撚線導体の構成は、同一径のＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉの
周囲に６本超電導素線を撚り合せた一次撚線を、さらに
太径のＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉ線の周囲に６本撚りした構
造である。

【００８５】図５は、撚線導体のＩｑ特性を示す図であ
る。図５において、横軸はＮｂ体積率（ｖｏｌ％）を示
し、縦軸は二次撚線のピーク交流クエンチ電流Ｉｑ
（Ａ）を示している。

【００８６】図５に示すように、導体のＩｑは、導体Ｎ
ｏ．１３、１４、１５、１６、１２の順で高くなった。
素線Ｉｑの撚り本数倍のＩｑと比較すると導体Ｎｏ．１
３、Ｎｏ．１４はいずれも８５％以上の値を示した。一
方、素線Ｎｏ．１５およびＮｏ．１５を用いた導体のＩ
ｑは、上記の２種類の導体のＩｑより低く、素線Ｉｑの
撚り本数倍のＩｑと比較すると７０％程度の値であっ
た。また、導体Ｎｏ．１２は、Ｃｕ−Ｔｉ化合物の生成
とフィラメント断線により素線レベルのＩｑが低く、導
体においても最もＩｑが低かった。

【００８７】図５より、２０００Ａ以上のＩｑが可能な
Ｎｂバリア層体積率の範囲は、１０ｖｏｌ％から２５ｖ
ｏｌ％の範囲であり、Ｎｂ厚みに換算すると、１／４０
から１／１３の範囲であることが実証され、本発明のＮ
ｂバリア層の効果が認められた。

【００８８】（実施例１１）１４ｍｍφのＮｂ−４６．
５ｗｔ％Ｔｉに、厚さ０．２ｍｍ、純度９９．９％のＮ
ｂシート（内周部のバリア層に相当）を１層巻付けた
後、さらに表９に示すような組成を有した１６ｍｍφ×
１７ｍｍφのパイプ（外周部のバリア層に相当）に挿入
し、外径１５．４ｍｍφに縮径した後、１７ｍｍφ×３
０ｍｍφのＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉパイプに挿入して外径
２８ｍｍφに縮径した。このとき、バリア層の（Ｎｂ−
Ｔｉ＋バリア層）に対する体積率は１７ｖｏｌ％であ
り、バリア層の厚みはＮｂＴｉフィラメント径の１／２
０であった。これらのＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉ／バリア／
ＮｂＴｉ単芯複合線は、バリア層が２層になっている他
は、実施例６の素線Ｎｏ．１４と全く同様であった。こ
れらの単芯複合線（Ｎｏ．１８〜Ｎｏ．２１）を、実施
例６に示した工程と同様の工程を経て０．２１４ｍｍφ
まで伸線加工して、ピッチ１．１ｍｍのツイスト加工を
施した試料とした。

【００８９】このようにして得られた４種の素線につい
て、最終サイズ０．２１４ｍｍφでの伸線性の評価をし
て、平均単長を求めたところ、いずれの素線も６０００
ｍ以上の長さが可能であった。フィラメント断線率を調
査したところ、１０％以下の断線率であり、臨界電流密
度も外部直流磁界１Ｔで６０００Ａ／ｍｍ² 以上の高い
値を有し、この結果から、多層構造のバリア層の効果が
認められた。これらの結果を表９にまとめて示す。

【００９０】

【表９】 （実施例１２）試作した素線の諸元を表１０に示す。ま
ず、素線Ｎｏ．２４の作製方法を以下に示す。

【００９１】まず、フィラメントを作製するため、１４
ｍｍφのＮｂ−４６．５ｗｔ％Ｔｉを、１８．２ｍｍφ
×１９．６ｍｍφのＮｂパイプに挿入して外径１５．４
ｍｍφに縮径した後、１７ｍｍφ×３０ｍｍφのＣｕ−
３５ｗｔ％Ｎｉパイプに挿入して外径２８ｍｍφに縮径
した。このとき、Ｎｂの（Ｎｂ−Ｔｉ＋Ｎｂ）に対する
体積率は１７ｖｏｌ％であり、Ｎｂの厚みはＮｂＴｉフ
ィラメント径の１／２０であった。

【００９２】次に、このＣｕ−３５ｗｔ％Ｎｉ／Ｎｂ／
ＮｂＴｉ単芯複合線について、ダイスにより引抜き加工
を行ない２．８ｍｍφとした後、対辺２．４ｍｍの六角
セグメントにした。この段階で、ＮｂＴｉ＋Ｎｂフィラ
メントとＣｕ−３０ｗｔ％Ｎｉの間隔は１：０．６５で
あった。

【００９３】続いて、この六角セグメントを８７ｍｍφ
×９８ｍｍφのＣｕ−３５ｗｔ％Ｎｉビレットに１０４
０本挿入し、一昼夜真空排気後電子ビーム溶接を行なっ
た。

【００９４】次に、このようにして得られた一次ビレッ
トを、３５ｍｍφへ熱間静水圧押出した後、ダイスによ
り引抜き加工を行ない４．５ｍｍφとした後、対辺３．
７ｍｍの六角セグメントにした。続いて、この六角セグ
メントを再度８７ｍｍφ×９８ｍｍφのＣｕ−３５ｗｔ
％Ｎｉビレットに４３３本挿入し、一昼夜真空排気後電
子ビーム溶接を行なった。

【００９５】さらに、このようにして得られた二次ビレ
ットを、３５ｍｍφへ熱間静水圧押出した後、ダイスに
より引抜き加工を行ない０．２ｍｍφまで伸線加工して
試料とした。素線径が０．２ｍｍのとき、フィラメント
径は０．１４μｍであり、フィラメント間隔は０．０９
μｍであった。このとき、Ｎｂ＋Ｎｂ−Ｔｉに対するＣ
ｕ−３５ｗｔ％Ｎｉの体積率は、４．２であった。

【００９６】なお、これらの素線は、マトリクスとして
はすべてＣｕ−３５ｗｔ％Ｎｉを用いており、安定化Ｃ
ｕは用いていない。また。素線Ｎｏ．２２、２３、２
５、２６、２７は、素線Ｎｏ．２４と同様な方法で作製
したものであるが、ＮｂＴｉに対するＮｂの体積率のみ
を変え、他の構成は素線Ｎｏ．２４と同様としている。
したがって、素線断面内のＮｂ−Ｔｉの体積率は、素線
Ｎｏ．２２が最も大きく、素線Ｎｏ．２３、２４、２
５、２６、２７の順に減少している。

【００９７】

【表１０】 次に、外部直流横磁界中における素線の直流臨界電流
（０．５ＴにおけるＩｃ）を測定し、Ｎｂ＋ＮｂＴｉ当
りの臨界電流密度Ｊｃに換算した結果を表１１に示す。

【００９８】

【表１１】 表１１を参照して、例外的に素線Ｎｏ．２２が最も低い
値であるが、素線Ｎｏ．２３から素線Ｎｏ．２７にかけ
てＮｂバリア層の体積が増加するに従って、Ｊｃは徐々
に低下した。素線Ｎｏ．２２のＪｃが低い理由は、Ｎｂ
バリア層が薄すぎるために作製途中の熱履歴によりフィ
ラメントの均一加工を妨げるＣｕ−Ｔｉ化合物が形成さ
れたためである。一方、Ｎｂ体積率が１０ｖｏｌ％以上
の素線では、これに比べＪｃは高くＮｂバリア層の効果
が認められるが、Ｎｂ体積率が５０ｖｏｌ％と大きくな
った素線Ｎｏ．２７では、Ｊｃは素線Ｎｏ．２３に比べ
７割程度となっている。これらのことから、Ｎｂ体積率
としては、製造上からは３ｖｏｌ％より大きいことが好
ましく、特性上からは５０ｖｏｌ％より小さいことが必
要であることが認められる。また、ＮｂＴｉフィラメン
トに対するＮｂの厚みについては、１／４０以上１／５
以下であれば、Ｊｃが高くなることが判明した。

【００９９】（実施例１３）素線Ｎｏ．２３〜Ｎｏ．２
７の交流通電電流（外部磁界なし、通電電流の周波数は
５０Ｈｚ）を測定した結果を、図６および図７に示す。
図６において、横軸はＮｂ体積率（ｖｏｌ％）を示し、
縦軸は交流クエンチ電流Ｉｑ（Ａ）（ピーク値）を示し
ている。また、図７においては、横軸はＮｂ体積率（ｖ
ｏｌ％）を示し、縦軸は交流クエンチ電流密度Ｊｑ（Ａ
／ｍｍ² ）を示している。

【０１００】図６および図７より、交流通電流が高くな
るＮｂの体積率と厚みに、最適値が存在することがわか
る。超電導変圧器や限流器への実用上の特性は、超電導
フィラメント（Ｎｂ＋ＮｂＴｉ）当りで１５０００Ａ／
ｍｍ² 以上の交流クエンチ電流密度Ｊｑが望まれること
から、図７より、Ｎｂ体積率が２５ｖｏｌ％以上４５ｖ
ｏｌ％以下、Ｎｂの厚みに換算すると超電導性金属フィ
ラメントの１／１３以上１／６以下であれば、この要求
特性を満足する。

【０１０１】（実施例１４）素線Ｎｏ．２３〜Ｎｏ．２
７の素線径を変えて交流損失（±２Ｔ、５０Ｈｚ）特性
を測定した結果を、表１２に示す。

【０１０２】

【表１２】 表１２を参照して、Ｎｂ体積率が２５ｖｏｌ％以上４５
ｖｏｌ％以下、Ｎｂ厚みに換算すると超電導金属フィラ
メントの１／１３以上１／６以下であれば、交流損失が
５０ｋＷ／ｍ³ 以下で実用的に小さくなり、本発明の効
果が実証できた。

【０１０３】しかし、フィラメント径が０．２１μｍ以
上では、素線Ｎｏ．２５、Ｎｏ．２６においても交流損
失は大きくなった。一方、０．０５μｍ以下になると近
接効果の発生により交流損失が増加するため、フィラメ
ント径としては０．０５μｍ以上０．２μｍ以下が好ま
しいことも判明した。

【０１０４】（実施例１５）素線Ｎｏ．２３〜Ｎｏ．２
７の素線径０．２ｍｍφを用いて一次撚線導体を作製
し、外部磁界０Ｔ、交流通電電流の周波数５０Ｈｚにお
ける交流クエンチ電流Ｉｑを測定した。導体の構成は、
同一径のＣｕ−３５ｗｔ％Ｎｉの周囲に６本超電導素線
を撚り合せた一次撚線構造である。

【０１０５】図８は、撚線導体の交流クエンチ電流Ｉｑ
特性を示す図である。図８において、横軸はＮｂ体積率
（ｖｏｌ％）を示し、縦軸は一次撚線Ｉｑ（Ａ）（ピー
ク値）を示している。

【０１０６】図８に示すように、導体のＩｑは、導体Ｎ
ｏ．２５、２６、２４、２７、２３、２２の順で高くな
った。素線Ｉｑの撚り本数倍のＩｑと比較すると、導体
Ｎｏ．２５、Ｎｏ．２６はいずれも９０％以上の値を示
した。これに対して、導体Ｎｏ．２４、Ｎｏ．２７のＩ
ｑは、上記の２種類の導体のＩｑより低く、素線Ｉｑの
撚り本数倍のＩｑと比較すると８０％程度の値であり、
さらに導体Ｎｏ．２３、Ｎｏ．２２は７０％以下であ
り、本発明のＮｂバリア層の効果が認められた。

【０１０７】（実施例１６）１４ｍｍφのＮｂ−４６．
５ｗｔ％Ｔｉを、厚さ０．２ｍｍ、純度９９．９％のＮ
ｂパイプ１６ｍｍφ×１７．５ｍｍφのパイプ（内周部
のバリア層に相当）に挿入し、さらに表１３に示すよう
な組成を有した１８ｍｍ×２０ｍｍのパイプ（外周部の
バリア層に相当）に挿入して外径１６．８ｍｍφに縮径
した後、１８ｍｍφ×３０ｍｍφのＣｕ−３５ｗｔ％Ｎ
ｉパイプに挿入して外径２８ｍｍφに縮径した。このと
き、バリア層の（Ｎｂ−Ｔｉ＋バリア層）に対する体積
率は３０ｖｏｌ％であり、バリア層の厚みはＮｂＴｉフ
ィラメント径の１／１０であった。これらのＣｕ−３５
ｗｔ％Ｎｉ／バリア／ＮｂＴｉ単芯複合線は、バリア層
が２層になっている他は実施例１２の素線Ｎｏ．２５と
全く同様であった。これらの単芯複合線（Ｎｏ．２８〜
Ｎｏ．３１）を、実施例１２に示した工程と同様の工程
を経て０．２ｍｍφまで伸線加工して、ピッチ１．０ｍ
ｍのツイスト加工を施した試料とした。

【０１０８】このようにして得られた４種の素線につい
て、最終サイズ０．２ｍｍφでの伸線性の評価をして、
平均単長も求めたところ、いずれの素線も５０００ｍ以
上の長さが可能であった。フィラメント断線率を調査し
たところ、５％以下の断線率であり、臨界電流密度も外
部直流磁界を１Ｔで６０００Ａ／ｍｍ² 以上の高い値を
有し、この結果から、多層構造のバリア層の効果が認め
られた。これらの結果を表１３にまとめて示す。

【０１０９】

【表１３】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による複合多芯超電導線の一例の構造を
示す断面図である。

【図２】撚線導体の交流クエンチ電流Ｉｑ特性を示す図
である。

【図３】撚線導体の交流損失特性を示す図である。

【図４】交流クエンチ電流の周波数特性を示す図であ
る。

【図５】撚線導体の交流クエンチ電流Ｉｑ特性を示す図
である。

【図６】交流クエンチ電流とＮｂ体積率との関係を示す
図である。

【図７】交流クエンチ電流密度とＮｂ体積率との関係を
示す図である。

【図８】撚線導体の交流クエンチ電流Ｉｑ特性を示す図
である。

【符号の説明】

１ 超電導金属フィラメント ２ 常電導マトリクス ３ 外皮 ４ 一次スタック ５ 外皮 ６ 二次スタック ７ バリア層

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超電導金属フィラメントが常電導マトリ
   クス内に複数本埋込まれてなる複合多芯超電導線であっ
   て、 前記フィラメントの外周には、前記フィラメントと前記
   常電導マトリクスとの反応を防止するための、１層また
   は組成の異なる２層以上の多層で構成された超電導金属
   からなるバリア層が形成され、 前記バリア層の体積が、前記フィラメントと前記バリア
   層とを合計した体積の３ｖｏｌ％より大きく４５ｖｏｌ
   ％以下であることを特徴とする、複合多芯超電導線。
2. 【請求項２】 前記バリア層の体積が、前記フィラメン
   トと前記バリア層とを合計した体積の３ｖｏｌ％より大
   きく１０ｖｏｌ％未満であることを特徴とする、請求項
   １記載の複合多芯超電導線。
3. 【請求項３】 前記バリア層の厚さが、前記フィラメン
   トの直径の１／１３０より大きく１／４０未満であるこ
   とを特徴とする、請求項２記載の複合多芯超電導線。
4. 【請求項４】 前記バリア層の体積が、前記フィラメン
   トと前記バリア層とを合計した体積の１０ｖｏｌ％以上
   ２５ｖｏｌ％未満であることを特徴とする、請求項１記
   載の複合多芯超電導線。
5. 【請求項５】 前記バリア層の厚さが、前記フィラメン
   トの直径の１／４０以上１／１３未満であることを特徴
   とする、請求項４記載の複合多芯超電導線。
6. 【請求項６】 前記バリア層の体積が、前記フィラメン
   トと前記バリア層とを合計した体積の２５ｖｏｌ％以上
   ４５ｖｏｌ％以下であることを特徴とする、請求項１記
   載の複合多芯超電導線。
7. 【請求項７】 前記バリア層の厚さが、前記フィラメン
   トの直径の１／１３以上１／６以下であることを特徴と
   する、請求項６記載の複合多芯超電導線。
8. 【請求項８】 前記超電導金属フィラメントはＮｂＴｉ
   合金からなり、 前記バリア層は、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｎｂ合金、Ｔａ合金
   およびＶ合金からなる群から選ばれる少なくとも１種の
   超電導金属からなり、 前記常電導マトリクスは、ＣｕまたはＣｕＭ合金（ただ
   し、ＭはＮｉ、Ｍｎ、ＳｉおよびＳｎからなる群から選
   ばれる少なくとも１種の金属）からなることを特徴とす
   る、請求項１〜請求項７のいずれかに記載の複合多芯超
   電導線。
9. 【請求項９】 前記バリア層は純度９９％以上のＮｂか
   らなり、 前記常電導マトリクスは、Ｎｉ濃度が１５ｗｔ％以上４
   ０ｗｔ％以下のＣｕＮｉ合金からなることを特徴とす
   る、請求項８記載の複合多芯超電導線。
10. 【請求項１０】 その周囲に形成された前記バリア層を
    含めた前記超電導金属フィラメント全体の直径が、０．
    ０５μｍ以上０．２μｍ以下であることを特徴とする、
    請求項１〜請求項９のいずれかに記載の複合多芯超電導
    線。
11. 【請求項１１】 請求項１〜請求項１０のいずれかに記
    載の複合多芯超電導線を、複数本撚り合せてなる、超電
    導撚線導体。