超電導線材、超電導線材の接続部、永久電流スイッチ、超電導磁石システム及び超電導線材の接続方法
【課題】良好な磁場安定性と長期間に亘る通電安定性とを得る。
【解決手段】銅マトリックス１３の内部にＮｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメント１１が内蔵された永久電流用の超電導線材において、超電導フィラメントの周囲に動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｔａ合金１２ａが被覆されている。前記Ｎｂ−Ｔａ合金は、Ｔａを１０質量％以上５０質量％以下含有し、温度４．２Ｋにおける動作磁場の環境下で超電導性を有さない。また、前記Ｎｂ−Ｔａ合金は、ビッカース硬さが前記超電導フィラメントの１．０倍以上１．５倍以下である。
【解決手段】銅マトリックス１３の内部にＮｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメント１１が内蔵された永久電流用の超電導線材において、超電導フィラメントの周囲に動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｔａ合金１２ａが被覆されている。前記Ｎｂ−Ｔａ合金は、Ｔａを１０質量％以上５０質量％以下含有し、温度４．２Ｋにおける動作磁場の環境下で超電導性を有さない。また、前記Ｎｂ−Ｔａ合金は、ビッカース硬さが前記超電導フィラメントの１．０倍以上１．５倍以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久電流用の超電導線材、その接続部、これらを備える永久電流スイッチ及び超電導磁石システム並びに永久電流用の超電導線材の接続方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニオブ−チタン（Ｎｂ−Ｔｉ）合金等を用いた超電導線材の適用分野には、例えば永久電流モードによる時間的に安定な磁場を利用した核磁気共鳴分析装置や磁気共鳴イメージング装置がある。特に、医療用の磁気共鳴イメージング装置の超電導磁石システムにおいては、システムの共鳴周波数の増大や高分解能化、並びに、被験者を撮影する均一磁場空間を大きくとるため高い電流密度を有する超電導線材の適用技術やこれを高い信頼性で超電導接続する接続技術が要求されている。
【０００３】
永久電流モードで用いる超電導コイルには、Ｎｂ−Ｔｉ合金やニオブスズ（Ｎｂ３Ｓｎ）化合物のフィラメントを銅マトリックス中に多数本配置させた永久電流用の超電導線材が使用される。これらの超電導線材の両端を相互に接続した閉回路に永久電流を流すことで、時間的に安定な磁場が得られる。磁場の時間的安定性を向上させるには、超電導線材の接続部の電気抵抗を小さくして磁場減衰を低減することに加え、長期に亘る永久電流モードでの稼働において超電導性が消失しない優れた通電安定性を確保することが重要である。
【０００４】
図１１（ａ）に、従来技術を用いて接続された超電導フィラメント５１の接続部の断面図を示す。図１１（ａ）に示すように、従来技術では、接続する超電導フィラメント５１の束を銅管（Ｃｕスリーブ）５４の内部に配置し、銅管５４を押しつぶすことで圧着する。例えば特許文献１には、Ｎｂ−Ｔｉ超電導フィラメントを備える複合多芯超電導線材の接続方法が開示されている。すわなち、銅マトリックスを除去して内部の超電導フィラメントを露出させた後、露出した超電導フィラメントを束ねて接続する。
【０００５】
また、Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる超電導線材においては、臨界電流特性を向上させるため時効熱処理を施すことがあり、その際、銅マトリックスと超電導フィラメントとの界面にチタン銅（ＣｕＴｉ２）化合物が生成し易い。このチタン銅化合物は伸線加工時の断線要因となる。そこで、例えば超電導フィラメントの周囲に反応を防止するバリア層を被覆する。図１１（ｂ）に、従来技術に係る超電導線材５０の断面図を示す。図１１（ｂ）に示す例では、銅マトリックス５３中に配置されるＮｂ−Ｔｉ合金からなる超電導フィラメント５１がタンタル（Ｔａ）バリア層５２で被覆されている。例えば特許文献２には、Ｎｂ−Ｔｉフィラメントの周りにＮｂやＴａの単層バリア層、或いはＮｂとＴａとの複合バリア層を配置した超電導線材について開示されており、また、特許文献３には、ＮｂにＴａ等を添加した超電導金属からなる合金を用いた超電導線材について開示されている。
【０００６】
このようなＮｂ−Ｔｉ合金からなる永久電流用の超電導線材の接続部は、例えば圧密化で一体化した超電導フィラメントの束から構成され、超電導接続された接続端部間を流れる超電導電流はこれらの超電導フィラメント同士の間を複雑に分流している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２９０２２３９号公報
【特許文献２】特開平０９−１０６７１５号公報
【特許文献３】特開平０８−２１２８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、例えば特許文献１に記載の方法により得られる接続部では、接続される超電導フィラメント同士が一体化されてしまうため、磁場安定性に乏しく、かつ、個々の超電導フィラメントに流れる電流値が不均一となり、永久電流モードの長期安定性の確保が困難である。このような弊害は、超電導金属からなるバリア層を超電導金属フィラメントの外周に形成した特許文献３の構成を相互に接続した場合においても起こり得る。
【０００９】
また、特許文献２のような、Ｎｂ−Ｔｉフィラメントよりも軟らかいＮｂ単体のバリア層を介して接続した場合、バリア層が破れてＮｂ−Ｔｉフィラメント同士が直接接触してしまうおそれがある。Ｎｂ−Ｔｉフィラメントよりも硬いＴａの単層バリア層又は複合バリア層を介して接続した場合、Ｎｂ−Ｔｉフィラメント間を隙間なく密着させることが困難となってしまう。
【００１０】
本発明の目的は、良好な磁場安定性と長期間に亘る通電安定性とを有する永久電流用の超電導線材、その接続部、これらを備える永久電流スイッチ及び超電導磁石システム並びに永久電流用の超電導線材の接続方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、銅マトリックスの内部にＮｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメントが内蔵された永久電流用の超電導線材において、前記超電導フィラメントの周囲に動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｔａ合金が被覆された超電導線材が提供される。
【００１２】
本発明の第２の態様によれば、前記Ｎｂ−Ｔａ合金は、Ｔａを１０質量％以上５０質量％以下含有し、温度４．２Ｋにおける動作磁場の環境下で超電導性を有さない第１の態様に記載の超電導線材が提供される。
【００１３】
本発明の第３の態様によれば、前記Ｎｂ−Ｔａ合金は、Ｔａを１０質量％以上含有し、温度４．２Ｋにおける動作磁場が０．１５Ｔ以上の環境下で超電導性を有さない第２の態様に記載の超電導線材が提供される。
【００１４】
本発明の第４の態様によれば、前記銅マトリックスは、Ｃｕ−Ｎｉ合金からなる第１〜第３の態様のいずれかに記載の超電導線材が提供される。
【００１５】
本発明の第５の態様によれば、前記Ｎｂ−Ｔａ合金は、ビッカース硬さが前記超電導フィラメントの１．０倍以上１．５倍以下である第１〜第４の態様のいずれかに記載の超電導線材が提供される。
【００１６】
本発明の第６の態様によれば、前記Ｎｂ−Ｔａ合金は、厚さが０．１μｍ以下に被覆されている第１〜第５の態様のいずれかに記載の超電導線材が提供される。
【００１７】
本発明の第７の態様によれば、Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメントが機械的手段によって密着され一体化した永久電流用の超電導線材の接続部において、前記超電導フィラメントの周囲に動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｔａ合金が被覆され、接続される前記超電導フィラメント同士の接触を抑制しつつ、前記Ｎｂ−Ｔａ合金が相互に密着することで前記超電導フィラメントが一体化されている超電導線材の接続部が提供される。
【００１８】
本発明の第８の態様によれば、Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメントが密着され一体化した永久電流用の超電導線材の接続部において、接続される前記超電導フィラメント同士が常電導金属を介して機械的手段により一体化されている超電導線材の接続部が提供される。
【００１９】
本発明の第９の態様によれば、前記常電導金属は、Ｎｂ−Ｔａ合金である第８の態様に記載の超電導線材の接続部が提供される。
【００２０】
本発明の第１０の態様によれば、Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメントが密着され一体化した永久電流用の超電導線材の接続部において、接続される前記超電導フィラメント同士が、前記超電導フィラメントの間を仕切るように前記超電導フィラメントの周囲に冶金的手段で生成され、動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｓｎ化合物により仕切られている超電導線材の接続部が提供される。
【００２１】
本発明の第１１の態様によれば、第１〜第６の態様のいずれかの超電導線材を備える永久電流スイッチが提供される。
【００２２】
本発明の第１２の態様によれば、前記超電導線材には、第７〜第１０の態様のいずれかの接続部が設けられている第１１の態様に記載の永久電流スイッチが提供される。
【００２３】
本発明の第１３の態様によれば、第１〜第６の態様のいずれかの超電導線材と、第７〜第１０の態様のいずれかの接続部と、を備える超電導磁石システムが提供される。
【００２４】
本発明の第１４の態様によれば、前記超電導線材には、第１１又は第１２の態様の永久電流スイッチが接続されている第１３の態様に記載の超電導磁石システムが提供される。
【００２５】
本発明の第１５の態様によれば、Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメントを密着させ一体化する永久電流用の超電導線材の接続方法において、前記超電導フィラメントを溶融Ｓｎ浴に浸漬することで、前記超電導フィラメントの間を仕切るように、動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｓｎ化合物を前記超電導フィラメントの表面に生成させつつ、前記超電導フィラメントを包む銅マトリックスを除去する冶金的な工程と、前記超電導フィラメントの表面に付着したＳｎを酸によって除去する工程と、前記Ｎｂ−Ｓｎ化合物で表面が被覆された前記超電導フィラメント同士を相互に接合して一体化する工程と、を有する超電導線材の接続方法が提供される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、良好な磁場安定性と長期間に亘る通電安定性とが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る永久電流用の超電導線材の断面図であり、（ｂ）は超電導線材を構成する超電導フィラメントの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の変形例に係る永久電流用の超電導線材を構成する超電導フィラメントの断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る超電導線材が備えるＮｂ−Ｔａバリア層中のＴａの含有率と臨界温度及び臨界磁場との関係を表わすグラフである。
【図４】本発明の実施例１に係る超電導線材が備えるＮｂ−Ｔａバリア層中のＴａの含有率と温度４．２Ｋにおける臨界磁場との関係を表わすグラフである。
【図５】本発明の実施例１に係るＴａの含有率が１０質量％のＮｂ−Ｔａバリア層を備える超電導線材を用いた閉回路内に発生する電圧スパイクと経過時間との関係を表わすグラフである。
【図６】本発明の実施例１に係る超電導線材を用いた閉回路における外部磁場と電圧スパイクの発生数との関係を表わすグラフである。
【図７】本発明の実施例１に係る超電導線材を用いた閉回路における外部磁場と永久電流の通電安定性との関係を表わすグラフである。
【図８】本発明の実施例２に係る超電導線材の超電導フィラメントに被覆したＮｂ−Ｔａバリア層を構成するＴａの含有率が１０質量％のＮｂ−Ｔａ合金のビッカース硬さの測定結果を、比較例としてバリア層を構成する他の材料、超電導フィラメント及び銅マトリックスをそれぞれ構成するＮｂ−Ｔｉ合金及びＣｕのビッカース硬さの測定結果とともにプロットしたグラフである。
【図９】本発明の実施例２に係る超電導線材の超電導フィラメントに被覆したＮｂ−Ｔａバリア層を構成するＮｂ−Ｔａ合金中のＴａの含有率とＮｂ−Ｔａ合金のビッカース硬さとの関係を表わすグラフである。
【図１０】機械的手段により超電導フィラメントが密着され一体化した超電導線材の接続部の断面観察結果であって、（ａ）は本発明の実施例２に係る超電導線材の接続部の模式図であり、（ｂ）は比較例に係る超電導線材の接続部の模式図である。
【図１１】従来技術を用いた超電導線材及び超電導線材の接続方法の説明図であって、（ａ）は超電導フィラメントの接続部の断面図であり、（ｂ）は超電導線材の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
＜本発明の一実施形態＞
（１）超電導線材及び超電導線材の接続部
以下に、本発明の一実施形態に係る永久電流用の超電導線材について、図１を用いて説明する。また、例えば超電導線材の両端を相互に接続した接続部についても併せて説明する。図１（ａ）は本実施形態に係る永久電流用の超電導線材１０の断面図であり、（ｂ）は超電導線材１０を構成する超電導フィラメント１１の断面図である。
【００２９】
（超電導線材の構成）
図１（ａ）に示すように、超電導線材１０は、銅マトリックス１３の内部に、例えばニオブ−チタン（Ｎｂ−Ｔｉ）合金からなる多数本の超電導フィラメント１１が内蔵された複合多芯超電導線材として構成されている。
【００３０】
超電導フィラメント１１は、例えば六角形等の多角形状に形成され、対辺距離が例えば５０μｍ程度に構成されている。また、図１（ｂ）に示すように、個々の超電導フィラメント１１の周囲には、例えば動作環境下で超電導性を有さないニオブ−タンタル（Ｎｂ−Ｔａ）合金からなるＮｂ−Ｔａバリア層１２ａが被覆されている。
【００３１】
銅マトリックス１３は、例えば銅−ニッケル（Ｃｕ−Ｎｉ）合金からなる。銅マトリックス１３により、Ｎｂ−Ｔａバリア層１２ａが個々に被覆された多数本の超電導フィラメント１１が束ねられることで、銅マトリックス１３に多数本の超電導フィラメント１１が内蔵された超電導線材１０が構成されている。銅マトリックス１３をＣｕ−Ｎｉ合金から構成することで、常電導状態において超電導線材１０の全体の電気抵抗値を大きくすることができる。
【００３２】
Ｎｂ−Ｔａバリア層１２ａは、例えばＴａを１０質量％以上５０質量％以下含有し、超電導線材１０が適用される機器等の動作環境下、例えば温度４．２Ｋにおける動作磁場の環境下で超電導性を有さないよう構成されている。また、Ｎｂ−Ｔａバリア層１２ａは、例えばビッカース硬さが超電導フィラメント１１の１．０倍以上１．５倍以下であり、厚さが例えば０．１μｍ以下に被覆されている。
【００３３】
このように、超電導フィラメント１１の周囲にＮｂ−Ｔａバリア層１２ａを被覆することで、チタン銅（ＣｕＴｉ２）化合物の生成反応を抑制することができる。
【００３４】
脆性の高いチタン銅化合物は、例えば臨界電流特性を向上させるための時効熱処理等により超電導フィラメントの周囲に生成され、例えば超電導フィラメントの伸線加工（減面加工）時の断線要因となってしまう。
【００３５】
本実施形態では、Ｎｂ−Ｔａバリア層１２ａにより、チタン銅化合物の生成を抑えることができ、超電導フィラメント１１の断線を低減することができる。
【００３６】
（超電導線材の接続部の構成）
上記のように構成される永久電流用の超電導線材１０は、例えば超電導線材１０の両端を接続する等して設けられた接続部を備え、超電導磁石システムを構成する閉回路等として用いられる場合がある。
【００３７】
永久電流用の超電導線材１０の接続部は、例えば圧密化等の機械的手段によって、多数本の超電導フィラメント１１が密着され一体化した構造を備える。接続部においては、超電導フィラメント１１を包む銅マトリックス１３が予め取り除かれたうえで、接続される個々の超電導フィラメント１１同士の接触を抑制しつつ、動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｔａバリア層１２ａを構成するＮｂ−Ｔａ合金が相互に密着することで、超電導フィラメント１１が一体化されている。
【００３８】
このように、例えば上記接続部を含む閉回路として構成される超電導線材１０は、所定の機器等に組み込まれ、所定の温度及び動作磁場の環境下で使用される。上述のように、Ｎｂ−Ｔａバリア層１２ａは、例えばＴａを１０質量％以上５０質量％以下含有し、このような動作環境下で超電導性を有さないよう構成される。つまり、Ｎｂ−Ｔａ合金中のＴａの含有率を比較的大きくし、Ｎｂ−Ｔａ合金の臨界温度や臨界磁場（臨界磁界）を低下させることで、超電導性を有さないこととすることができる。
【００３９】
つまり、Ｔａの含有率は、超電導線材１０の構成や材質、動作環境に応じて適宜調整することができる。具体的には、液体ヘリウム（Ｈｅ）等の冷却による温度４．２Ｋにおいて、動作磁場が０．１５Ｔ（テスラ）以上の環境下では、Ｎｂ−Ｔａバリア層１２ａのＴａが１０質量％以上の超電導線材１０を用いることができる。
【００４０】
このように、超電導性を有さないＮｂ−Ｔａ合金のような常電導金属を介して超電導フィラメント１１同士が一体化されることで、良好な磁場安定性と長期間に亘る通電安定性とを得ることができる。
【００４１】
上述の特許文献１のように超電導フィラメントを構成するＮｂ−Ｔｉ合金同士が直接接続される場合、超電導電流が流れる部位のサイズが大きくなってしまい、フラックスジャンプと呼ばれる磁気跳躍等の磁気的な不安定性が生じ易い。また、特許文献２のようにＮｂバリア層を介して超電導フィラメント同士が接続される場合、純Ｎｂは動作環境によっては超電導性を有する低特性の超電導体であるため、超電導フィラメント同士が電気的、磁気的に結合し易く、低磁場での不安定性や接続部の超電導性が消失するクエンチ現象が生じる要因となり得る。また、特許文献３のように超電導金属からなるＮｂ−Ｔａ合金等のバリア層を介した接続の場合においても、同様の障害が生じてしまう。
【００４２】
本実施形態では、超電導性を有さないＮｂ−Ｔａ合金を介して超電導フィラメント１１同士が一体化される構成となっている。これにより、上記特許文献１〜３等の場合と異な
り、低磁場でも安定な超電導性が得られ、また、クエンチ現象が生じ難くなる。
【００４３】
また、上述のように、Ｎｂ−Ｔａバリア層１２ａのビッカース硬さが超電導フィラメント１１の１．０倍以上１．５倍以下と、超電導フィラメント１１よりも若干硬いため、Ｎｂ−Ｔａバリア層１２ａの破れ等によって超電導フィラメント１１同士が接触しないよう、超電導フィラメント１１を一体化させて接続することができる。
【００４４】
上述のように、Ｎｂ単体のバリア層は、例えばＮｂ−Ｔｉ合金からなる超電導フィラメントよりも軟らかいため、圧密化等による接続時の変形の際、被覆が破れて内部のＮｂ−Ｔｉ合金が相互に接触する部位が生じ易い。これにより、超電導フィラメント同士が直接接触する電気抵抗値がゼロの部位と、低特性な超電導性或いは常電導性を有するＮｂバリア層を介して接触する部位とが混在し、超電導フィラメント毎に接続抵抗が大きく異なってしまう。よって、低抵抗接続部位に電流が集中し、時間経過とともに電気的、磁気的な不安定性が生じることとなる。Ｔａの含有率を０．５質量％あるいは５質量％とする特許文献３の構成においても充分な硬さが得られず、同様の弊害を生ずると考えられる。
【００４５】
一方で、例えば特許文献２のＴａの単体バリア層又は複合バリア層は、Ｎｂ−Ｔｉ合金等からなる超電導フィラメントよりも極度に硬いため、伸線加工時等に断線し易いほか、空隙を生じさせずに超電導フィラメントの束を相互に密着させ接続することが困難である。
【００４６】
本実施形態では、Ｎｂ−Ｔａバリア層１２ａが適度な硬さを有するため、接続時の変形の際に被覆が破れにくく、また、空隙が生じるのを抑制しつつ超電導フィラメント１１の束全体を密着させ易い。このように、接続される個々の超電導フィラメント１１同士が常電導金属として機能するＮｂ−Ｔａ合金を介して一体化されることで、接続抵抗のばらつきが低減し、個々の超電導フィラメント１１に流れる電流の分布が略均等となって、永久電流の長期的な通電安定性を実現することができる。
【００４７】
上述のように、Ｎｂ−Ｔａバリア層１２ａは例えば厚さが０．１μｍ以下に被覆されており、この場合、接続部の実質的な電気抵抗値を例えば１×１０−１３Ω以下とすることができる。電気抵抗値が１×１０−１３Ω以下であれば、核磁気共鳴現象を応用した機器等に適用した場合であっても、永久電流モードでの電流や磁場の減衰を支障のない程度に小さくすることができる。
【００４８】
（２）超電導線材の製造方法
次に、本発明の一実施形態に係る超電導線材１０の製造方法および超電導線材１０の接続方法について説明する。
【００４９】
（超電導線材の製造方法）
まず、Ｎｂ−Ｔｉ合金棒の周囲に、例えばＴａを１０質量％以上５０質量％以下含有するＮｂ−Ｔａ合金シートを数層巻き付けた複合体を銅管に挿入し、単芯ビレットを製作する。この単芯ビレットに押出加工と伸線加工とを施し、多角形状の単芯線材を得る。
【００５０】
次に、単芯線材を多数本、例えば数百本束ねて銅管に組み込み、伸線加工とツイスト加工とを施して、Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる超電導フィラメント１１が銅マトリックス１３に内蔵され、超電導フィラメント１１の周囲にＮｂ−Ｔａバリア層１２ａが被覆された超電導線材１０を製造する。
【００５１】
上記のような伸線加工やツイスト加工等を経た後、超電導線材１０が備えるＮｂ−Ｔａバリア層１２ａは、加工硬化による効果も加わって、例えばビッカース硬さが超電導フィ
ラメント１１の１．０倍以上１．５倍以下となっている。また、上記所定量のＴａを含有することで、動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｔａバリア層１２ａとなっている。
【００５２】
（超電導線材の接続方法）
超電導線材１０を接続するには、まず、超電導線材１０の端部の銅マトリックス１３を酸により溶解し、接続される相互の端部の露出した超電導フィラメント１１同士を束ねて銅管に挿入する。次に、銅管に挿入した多数本の超電導フィラメント１１を圧密化等の機械的手段により密着し一体化して、超電導線材１０の接続部を得る。
【００５３】
すなわち、超電導フィラメント１１を挿入した銅管を例えばプレス加工で押しつぶし、超電導フィラメント１１の周囲に被覆されたＮｂ−Ｔａ合金を相互に密着させることで超電導フィラメント１１を一体化する。このとき、超電導フィラメント１１よりも若干硬いＮｂ−Ｔａ合金により、接続される超電導フィラメント１１同士の接触が抑制される。
【００５４】
このように、動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｔａバリア層１２ａを介し、相互の接触を抑制しつつ超電導フィラメント１１同士が密着され一体化することで、良好な磁場安定性と長期間に亘る通電安定性とを得ることができる。
【００５５】
（３）変形例に係る超電導線材の接続部及び接続方法
次に、本発明の一実施形態の変形例に係る永久電流用の超電導線材の接続部及びその接続方法について、図２を用いて説明する。図２は、本変形例に係る永久電流用の超電導線材を構成する超電導フィラメント１１の断面図である。
【００５６】
本変形例に係る超電導線材の接続部は、Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメント１１が密着され一体化した永久電流用の超電導線材の接続部であって、接続される多数本の超電導フィラメント１１同士が、超電導フィラメント１１の間を仕切るように超電導フィラメント１１の周囲に冶金的手段で生成され、動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｓｎ（ニオブ−スズ）化合物により仕切られている。
【００５７】
具体的には、図２に示すように、個々の超電導フィラメント１１の周囲には、生成したＮｂ−Ｓｎ化合物からなるＮｂ−Ｓｎ化合物層１２ｂが被覆された状態となっている。Ｎｂ−Ｓｎ化合物層１２ｂは、例えば純Ｎｂ或いはＮｂ−Ｔａ合金等のＮｂ合金と、Ｓｎと、の化合物から構成される。また、Ｎｂ−Ｓｎ化合物層１２ｂは、動作環境下、例えば温度４．２Ｋにおける動作磁場の環境下で超電導性を有さないよう構成され、厚さが例えば０．１μｍ以下に被覆されている。
【００５８】
個々の超電導フィラメント１１に被覆されたＮｂ−Ｓｎ化合物層１２ｂは、相互に密着し一体化されており、これにより、多数本の超電導フィラメント１１が密着され一体化した状態となっている。
【００５９】
このように、超電導フィラメント１１の間がＮｂ−Ｓｎ化合物で仕切られた接続端部が例えば半田等を介して相互に接合されて、本変形例に係る超電導線材の接続部が構成される。
【００６０】
以上のように、超電導フィラメント１１の間がＮｂ−Ｓｎ化合物で仕切られた接続部は、以下の接続方法を用いることで得られる。
【００６１】
すなわち、本変形例に係る超電導線材の接続方法は、超電導フィラメント１１を溶融Ｓｎ浴に浸漬することで、超電導フィラメント１１の間を仕切るように、動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｓｎ化合物を超電導フィラメント１１の表面に生成させつつ、超電
導フィラメント１１を包む銅マトリックスを除去する冶金的な工程と、超電導フィラメント１１の表面に付着したＳｎを酸によって除去する工程と、Ｎｂ−Ｓｎ化合物で表面が被覆された超電導フィラメント１１同士を相互に接合して一体化する工程と、を有する。
【００６２】
具体的には、銅マトリックス１３の内部にＮｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメント１１が内蔵された、上述の図１（ａ）と同様の構成を備える永久電流用の超電導線材の端部を溶融Ｓｎ浴に浸漬する。超電導フィラメント１１には、予め、例えば純ＮｂやＮｂ−Ｔａ合金等のＮｂ合金からなるバリア層が被覆されている。Ｎｂ−Ｔａ合金からなるバリア層は、例えば上述の実施形態に係るＮｂ−Ｔａバリア層１２ａであってもよい。つまり、上述の実施形態に係る超電導線材１０を用いて本変形例の接続部を得ることもできる。
【００６３】
このように、超電導線材を溶融Ｓｎ浴に浸漬することで冶金的な反応が起こり、超電導フィラメント１１の周囲に被覆された純ＮｂやＮｂ合金の細部にＳｎが浸入してＮｂと反応する。これにより、超電導フィラメント１１の表面に、例えば厚さが０．１μｍ以下のＮｂ−Ｓｎ化合物層１２ｂを生成させる。一方で、超電導フィラメント１１を包む銅マトリックス中のＣｕが、液相のＳｎと共晶反応を起こして溶融し除去される。
【００６４】
以上により、超電導フィラメント１１の表面に、低融点のＮｂ−Ｓｎ化合物が形成される。なお、上記の冶金的な工程においては、溶融Ｓｎ浴の温度及び浸漬時間を適宜選択する。
【００６５】
次に、超電導フィラメント１１の表面に付着した未反応のＳｎ等を酸によって除去し、例えば半田付け等により上記の接続端部を相互に接合して、超電導フィラメント１１が密着され一体化した超電導線材の接続部を得る。
【００６６】
本変形例に係る超電導線材の接続部も、上述の実施形態に係る超電導線材１０の接続部と同様の効果を奏する。
【００６７】
すなわち、本変形例では、接続される超電導フィラメント１１の間が、動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｓｎ化合物で仕切られた接続部となっている。これにより、超電導フィラメント１１同士の接触が抑制され、良好な磁場安定性と長期間に亘る通電安定性とを得ることができる。
【００６８】
また、本変形例では、Ｎｂ−Ｓｎ化合物層１２ｂは例えば厚さが０．１μｍ以下に被覆されている。これにより、実質的な電気抵抗値が１×１０−１３Ω以下となって、例えば核磁気共鳴現象を応用した機器等に適用した場合であっても、永久電流モードでの電流や磁場の減衰を支障のない程度に小さくすることができる。このように、本変形例に係る超電導線材の接続部も、超電導磁石システム等に適用され得る。
【００６９】
また、本変形例では、超電導フィラメント１１の表面にＮｂ−Ｓｎ化合物を生成させた状態で、例えば半田付け等で相互に接合している。このように、本変形例では、プレス加工等の機械的手段によらずに超電導線材を接続するので、接続時等にＮｂ−Ｓｎ化合物層１２ｂの被覆が破れにくい。これにより、超電導フィラメント１１同士の接触がいっそう抑制され、接続抵抗のばらつきが低減し、個々の超電導フィラメント１１に流れる電流の分布が略均等となって、永久電流の長期的な通電安定性を実現することができる。
【００７０】
（４）永久電流スイッチ及び超電導磁石システム
上述の実施形態に係るＮｂ−Ｔａバリア層１２ａが被覆された永久電流用の超電導線材１０やこれを用いた接続部、或いは、上述の変形例に係る、超電導フィラメント１１の表
面にＮｂ−Ｓｎ化合物を生成させた接続部は、例えば永久電流スイッチや超電導磁石システムに使用される。以下に、超電導線材１０や超電導線材１０の接続部を用いた永久電流スイッチ並びに超電導磁石システムの構成について説明する。
【００７１】
（永久電流スイッチ）
超電導線材１０を用いた永久電流スイッチは、例えばヒータによってスイッチ巻き線の温度を上下させて超電導状態のオン・オフを行う熱式永久電流スイッチとして構成されている。すなわち、永久電流スイッチは、例えばヒータと、超電導線材１０から構成されヒータに隣接するスイッチ巻き線と、ヒータに接続されヒータに電流を供給する電源と、を備える。
【００７２】
永久電流スイッチの備えるスイッチ巻き線は、例えば後述の超電導磁石システム等を構成する閉回路の一部に組み込まれ、温度４．２Ｋの液体ヘリウム（Ｈｅ）中に浸漬されるよう構成される。なお、閉回路への組み込みの際、閉回路を構成する超電導線材１０と、スイッチ巻き線を構成する超電導線材１０とが接続されることで、超電導線材１０に設けられた接続部が永久電流スイッチの構成に含まれる場合がある。
【００７３】
上記構成において、ヒータへの通電が行われていない状態では、スイッチ巻き線は、液体ヘリウム等により臨界温度以下に冷却され、超電導状態となっている。すなわち、永久電流スイッチがオンとなり、接続される超電導磁石システムの閉回路に永久電流が流れている状態となる。
【００７４】
一方、上記構成において、電源からヒータに電流を流してスイッチ巻き線を発熱させると、スイッチ巻き線は常電導状態となる。すなわち、永久電流スイッチがオフとなり、接続される超電導磁石システムの閉回路に永久電流が流れない状態となる。
【００７５】
（超電導磁石システム）
超電導線材１０を用いた超電導磁石システムは、例えば大電流通電により強力な磁場を発生する電磁石として構成されている。すなわち、超電導磁石システムは、超電導線材１０から構成される超電導コイルと、超電導線材１０の両端を接続して超電導コイルを含む閉回路を構成するよう超電導線材１０に設けられた接続部と、閉回路を構成する超電導線材１０に接続された永久電流スイッチと、を備え、永久電流現象が応用された電磁石となっている。なお、永久電流スイッチには、上述の超電導線材１０を用いた永久電流スイッチを用いてもよい。
【００７６】
超電導磁石システムの備える閉回路内には、例えばソレノイドコイル等の超電導コイルが設けられている。超電導コイルを含む閉回路は、例えば温度４．２Ｋの液体ヘリウム（Ｈｅ）中に浸漬され、超電導磁石システムには外部電源が接続されている。外部電源から閉回路の超電導コイルに通電して閉回路内に永久電流を流し、その後、外部電源からの通電を止めることで、超電導磁石システムを、新たな電力を供給されることなく永久電流が流れ続ける永久電流モードとすることができる。
【００７７】
このように構成される超電導磁石システムは、例えば核磁気共鳴現象を応用した核磁気共鳴分析装置や医療用の磁気共鳴イメージング装置等に適用される。これにより、これらの装置の長期運転における信頼性が大幅に向上する。
【００７８】
以上のように、上記においては、超電導線材１０及び超電導線材１０の接続部を用いた永久電流スイッチ並びに超電導磁石システムの構成について説明したが、上述の変形例に係る超電導線材の接続部を適用する場合も同様の構成とすることができる。
【００７９】
また、上述の実施形態に係る超電導線材１０やその接続部、変形例に係る超電導線材の接続部が適用される永久電流スイッチや超電導磁石システムの構成は、上記に限られない。
【００８０】
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【実施例】
【００８１】
（１）実施例１
本発明の実施例１に係る超電導線材、及び超電導線材を用いた閉回路の超電導特性を示す各種の測定結果について説明する。
【００８２】
（測定サンプルの製作）
まずは、上述の実施形態と同様の手順にて、本実施例に係る超電導線材を製作した。具体的には、直径１７ｍｍのＮｂ−Ｔｉ合金棒の周囲に、厚さ０．１ｍｍのＮｂ−Ｔａ合金シートを３層巻き付けた複合体を、内径１７．８ｍｍ、外径３０ｍｍの銅管に挿入し、単芯ビレットを製作した。このとき、Ｔａの含有率がそれぞれ０質量％〜１００質量％の範囲内のＮｂ−Ｔａ合金シートを複数種類用いた。
【００８３】
次に、上述の実施形態と同様の手順にて、上記単芯ビレットから、対辺距離が０．８ｍｍの略六角形の単芯線材を製作した。この単芯線材８４７本を束ね、内径２６ｍｍ、外径３０ｍｍの銅管に組み込み、上述の実施形態と同様の手順にて、直径が１．０ｍｍの超電導線材を製作した。
【００８４】
以上により、Ｔａの含有率が０質量％〜１００質量％の範囲内のＮｂ−Ｔａバリア層を備える超電導線材がそれぞれ製造された。これらＴａの含有率が異なる超電導線材について、臨界温度及び臨界磁場を測定した。
【００８５】
さらに、上述の実施形態と同様の手順にて、本実施例に係る超電導線材の両端を接続して、直径が５０ｍｍ、巻き数が１ターンの閉回路を製作し、閉回路内に発生する電圧スパイクを測定した。
【００８６】
（臨界温度及び臨界磁場の測定結果）
図３に、Ｎｂ−Ｔａバリア層中のＴａの含有率と臨界温度及び臨界磁場（臨界磁界）との関係を表わすグラフを示す。図３の横軸はＮｂ−Ｔａバリア層中のＴａの含有率（質量％：ｗｔ％）であり、左側の縦軸は臨界温度Ｔｃ（Ｋ）であり、右側の縦軸は臨界磁場（磁束密度）Ｂ（Ｔ）である。また、図中、臨界温度Ｔｃを○印で示し、臨界磁場Ｂを●印で示している。
【００８７】
図３に示すように、Ｎｂ−Ｔａバリア層中のＴａの含有率が高まるにつれて、超電導性が得られる臨界温度Ｔｃ及び臨界磁場Ｂが低下する傾向にあった。係る傾向は、図４に示す、温度４．２Ｋにおける臨界磁場の測定値においても同様であった。
【００８８】
図４は、Ｎｂ−Ｔａバリア層中のＴａの含有率と温度４．２Ｋにおける臨界磁場（臨界磁界）との関係を表わすグラフである。図４の横軸はＮｂ−Ｔａバリア層中のＴａの含有率（質量％：ｗｔ％）であり、縦軸は臨界磁場（磁束密度）Ｂ（Ｔ）である。
【００８９】
図４からは、温度４．２Ｋにおいて、それぞれのＴａの含有率のＮｂ−Ｔａバリア層が、超電導性を有さない磁場範囲を読み取ることができる。例えばＴａの含有率が１０質量％の場合は、磁場Ｂが０．１３Ｔ以上で超電導性を有さない。よって、Ｔａの含有率が１
０質量％のＮｂ−Ｔａバリア層を備える超電導線材の温度４．２Ｋにおける動作磁場としては、少なくとも０．１３Ｔ以上、より好ましくは０．１５Ｔ以上が望ましい。
【００９０】
（電圧スパイクの測定結果）
上記のように製作した閉回路にかける外部磁場を変化させて閉回路内に電流を誘起し、永久電流モードとした。この状態で閉回路が発生する磁場を磁場センサと電圧端子とで精密計測し、磁場変化をモニタすると共に、閉回路内に発生する電圧スパイクを測定した。
【００９１】
図５に、Ｔａの含有率が１０質量％のＮｂ−Ｔａバリア層を備える超電導線材を用いた閉回路内に発生する電圧スパイクと経過時間との関係を表わすグラフを示す。図５の横軸は経過時間（ｈ）であり、縦軸は閉回路内の端子電圧（μＶ）である。図５の上段は外部磁場（磁束密度）Ｂが０．０５Ｔの場合であり、下段は外部磁場（磁束密度）Ｂが０．１５Ｔの場合である。
【００９２】
図５に示すように、外部磁場Ｂが０．０５Ｔの場合、閉回路内での局所的な常電導転移の発生を示す電圧スパイクが頻繁にみられる。結果、１０ｈまで永久電流モードを保持することができず、クエンチ（超電導消失）が生じている。一方、外部磁場Ｂが０．１５Ｔの場合、電圧スパイクの大きさ及び頻度が低減し、１０ｈ以上に亘って安定的な永久電流モードを保持することができた。
【００９３】
また、図６に、本実施例に係る超電導線材を用いた閉回路における外部磁場と電圧スパイクの発生数との関係を表わすグラフを示す。図６の横軸は外部磁場（磁束密度）Ｂ（Ｔ）であり、縦軸は１０ｈあたりの電圧スパイクの発生数（回／１０ｈ）である。また、図中、超電導線材が備えるＮｂ−Ｔａバリア層のＴａの含有率が０質量％〜２０質量％までの複数の閉回路の測定結果について、０質量％を○印、５質量％を●印、１０質量％を□印、２０質量％を■印で示している。
【００９４】
図６に示すように、Ｔａの含有率に応じて電圧スパイクの発生数が減少する磁場の遷移領域があり、この遷移領域より大きな動作磁場の環境下でそれぞれのＴａの含有率の超電導線材を使用することにより、永久電流を安定化できることが分かる。
【００９５】
また、図７に、本実施例に係る超電導線材を用いた閉回路における外部磁場と永久電流の通電安定性との関係を表わすグラフを示す。図７の横軸はＮｂ−Ｔａバリア層中のＴａの含有率（質量％：ｗｔ％）であり、縦軸は外部磁場（磁束密度）Ｂ（Ｔ）である。図中、永久電流の通電安定性を○印（良好）及び×印（不良）で示している。永久電流の通電安定性の良否を判定する指標としては、超電導特性が不安定であることに起因すると考えられる電流減衰や電圧スパイクの発生頻度等の数値を用いた。
【００９６】
図７からは、Ｎｂ−Ｔａバリア層中のＴａの含有率に応じて、安定な超電導性が得られる動作磁場の境界領域を読み取ることができる。つまり、永久電流の通電安定性の良否に基づき図中に破線で記した境界線より上側が安定な超電導性が得られる領域である。図７に示すように、通電安定性が確保できるＴａの含有率は、係るＮｂ−Ｔａバリア層を備える超電導線材の動作環境、すなわち、外部磁場Ｂに依存する。例えばＴａの含有率が１０質量％の場合は、少なくとも外部磁場Ｂが０．１５Ｔ以上の領域において優れた通電安定性を有することが分かる。
【００９７】
（２）実施例２
次に、本発明の実施例２に係る超電導線材が備えるＮｂ−Ｔａバリア層のビッカース硬さの測定結果について説明する。測定サンプルとしては、上述の実施例１と同様の手順で製作した超電導線材を用いた。
【００９８】
図８に、超電導線材の超電導フィラメントに被覆したＮｂ−Ｔａバリア層を構成するＴａの含有率が１０質量％のＮｂ−Ｔａ合金のビッカース硬さの測定結果を、比較例としてバリア層を構成する他の材料、超電導フィラメント及び銅マトリックスをそれぞれ構成するＮｂ−Ｔｉ合金及びＣｕのビッカース硬さの測定結果とともにプロットしたグラフを示す。図８の横軸は超電導フィラメントの伸線加工前後の断面積比、つまり、伸線加工時の減面加工率であり、縦軸はビッカース硬さＨｖである。また、図中、バリア層を構成する材料のうち、Ｔａを●印、Ｎｂ−Ｔａ合金を△印、Ｎｂを○印で示し、超電導フィラメントを構成するＮｂ−Ｔｉ合金を□印、銅マトリックスを構成するＣｕを◆印で示している。
【００９９】
図８に示すように、超電導フィラメントの減面加工率が高まるにつれ、各構成材料が加工硬化し、ビッカース硬さＨｖが増大することが分かる。また、各構成材料同士を比較すると、純ＮｂはＮｂ−Ｔｉ合金より軟らかく、純ＴａはＮｂ−Ｔｉ合金と比べて非常に硬いことが分かる。Ｔａの含有率が１０質量％のＮｂ−Ｔａ合金は、Ｎｂ−Ｔｉ合金よりやや硬いことが分かる。
【０１００】
また、図９に、超電導線材の超電導フィラメントに被覆したＮｂ−Ｔａバリア層を構成するＮｂ−Ｔａ合金中のＴａの含有率とＮｂ−Ｔａ合金のビッカース硬さとの関係を表わすグラフを示す。図９の横軸はＮｂ−Ｔａバリア層中のＴａの含有率（質量％：ｗｔ％）であり、縦軸はビッカース硬さＨｖである。
【０１０１】
図９に示すように、Ｔａをわずかに添加したＮｂ−Ｔａ合金であっても、ビッカース硬さＨｖが飛躍的に高まることが分かる。このような特性により、Ｎｂ−Ｔａバリア層を所定の硬さ、つまり、超電導フィラメントの１．０倍以上１．５倍以下の硬さに調整することが可能となり、超電導線材の接続部における永久電流の通電安定性に寄与するものと考えられる。
【０１０２】
また、図１０に、上述の実施形態と同様、機械的手段により超電導フィラメントが密着され一体化した超電導線材の接続部の断面観察結果の模式図を示す。図１０（ａ）はＮｂ−Ｔａバリア層を用いた本実施例に係る超電導線材の接続部の模式図であり、図１０（ｂ）はＮｂバリア層を用いた比較例に係る超電導線材の接続部の模式図である。
【０１０３】
図１０（ｂ）に示す比較例に係る接続部では、超電導フィラメント５１を被覆するＮｂバリア層５２が、超電導フィラメント５１を構成するＮｂ−Ｔｉ合金よりも軟らかいため、機械的手段による接続時の変形により、Ｎｂバリア層５２が破れて内部の超電導フィラメント５１が直接接触する部位Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ等が多数存在していた。このような接続部の断面構造の観察結果から、上述の特許文献２のようなＮｂバリア層を用いた場合の接続部では、超電導フィラメント間の接続抵抗が部位によって大きく異なってしまうことにより、個々の超電導フィラメントに流れる電流に大きな偏りが生じ、超電導線材やその接続部における永久電流の通電安定性が不充分となることが分かる。
【０１０４】
一方、図１０（ａ）に示す本実施例に係る接続部では、超電導フィラメント２１を被覆するＮｂ−Ｔａバリア層２２ａが、超電導フィラメント２１を構成するＮｂ−Ｔａ合金よりも若干硬いため、ほとんどのＮｂ−Ｔａバリア層２２ａが破れることなく圧密化され、略全ての超電導フィラメント２１がＮｂ−Ｔａバリア層２２ａを介して一体化されていた。このような接続部の断面構造の観察結果から、例えば本実施例に係るＮｂ−Ｔａバリア層２２ａを用いた場合の接続部では、Ｎｂ−Ｔａバリア層２２ａを介して一体化される超電導フィラメント２１同士の接続抵抗の差異が小さくなることにより、結果として、個々の超電導フィラメント２１に流れる電流が均一化され、超電導線材やその接続部における
永久電流の通電安定性が改善されることが分かる。
【０１０５】
なお、比較例に係る超電導線材の接続部として、Ｔａバリア層をＮｂバリア層の外側に配置した複合バリア層を用いた場合、ビッカース硬さの大きいＴａバリア層が超電導フィラメントの外周部にあるため伸線加工性が良好ではなく、また、接続部における変形が不均一となっていることが確認された。
【０１０６】
（３）実施例３
続いて、本発明の実施例３に係る超電導線材を用いた閉回路における電流減衰の測定結果について説明する。測定サンプルとしては、上述の実施例１と同様の手順で製作した超電導線材の両端を接続した閉回路を用いた。このとき、超電導線材の備えるＮｂ−Ｔａバリア層のＴａの含有率を１０質量％とし、Ｎｂ−Ｔａバリア層の厚さを様々に変化させた複数の超電導線材を用いた。
【０１０７】
上述の実施例１と同様の手順で、上記閉回路を永久電流モードとして磁場変化をモニタし、係る磁場の変化から電流減衰を割り出した。
【０１０８】
Ｎｂ−Ｔａバリア層の厚さを０．１μｍ以下とすることで、接続部の電気抵抗値は１×１０−１３Ω以下となり、測定感度の下限と略同等の高特性が得られた。Ｎｂ−Ｔａバリア層をより薄くすれば接続抵抗を更に下げることも可能であるが、Ｎｂ−Ｔａバリア層が極度に薄いと接続時の圧密化でＮｂ−Ｔａバリア層が破れる懸念がある。このため、Ｎｂ−Ｔａバリア層の厚さとしては０．０３μｍ以上０．１μｍ以下が好適である。この後、永久電流モードを約１ヵ月間保持して通電安定性を確認したところ、安定した良好な結果が得られた。
【０１０９】
以下の表１に、実施例１〜３の測定に付随するデータ及び上記測定結果のまとめを示す。
【０１１０】
【表１】
【０１１１】
（４）実施例４
続いて、本発明の実施例４に係る超電導線材を用いた閉回路における通電安定性の測定結果について説明する。本実施例に係る超電導線材は、超電導フィラメントの表面がＮｂ−Ｓｎ化合物で被覆された接続部を備える。
【０１１２】
すなわち、上述の実施例１と同様の手順で、純ＮｂからなるＮｂバリア層が超電導フィラメントに被覆された超電導線材を製作した。次に、上述の変形例と同様の手順で、溶融Ｓｎ浴の温度を５００℃、浸漬時間を９０分間として、超電導フィラメントの周囲に厚さが約０．１μｍのＮｂ−Ｓｎ化合物層を生成させてこの超電導線材の両端を接続し、閉回路とした。
【０１１３】
係る閉回路について、上述の実施例１と同様の手順で、永久電流の通電安定性を測定したところ、良好な通電安定性が確認できた。これにより、超電導フィラメントの周囲に生成させたＮｂ−Ｓｎ化合物層が、上述の実施例に係る超電導線材の接続部におけるＮｂ−Ｔａバリア層と同様の効果を発揮することが確認された。
【０１１４】
（５）実施例５
次に、本発明の実施例５に係る超電導線材を用いた超電導磁石システムにおける通電安定性の測定結果について説明する。測定サンプルとしては、上述の実施例１と同様の手順で、超電導線材を製作し、両端を接続して製作した閉回路を組み込んだ超電導磁石システムを用いた。
【０１１５】
すなわち、本実施例に係る超電導線材を用いた閉回路内に、巻きボビンのサイズが内径１００ｍｍ、外径１５０ｍｍ、軸長１００ｍｍのソレノイドコイルを製作し、Ｎｂ−Ｔｉ合金の超電導線材からなる超電導コイルとした。得られた閉回路の超電導コイルに永久電流スイッチを並列に半田付けし、永久電流モードによる稼働が可能な超電導磁石システムを製作した。
【０１１６】
上記超電導磁石システムの超電導コイルに通電して永久電流モードとし、約６ヵ月間に亘る長期の通電安定性を測定した結果、経時変化の少ない安定した磁場が発生していることが確認された。以上のことから、本実施例に係る超電導磁石システムを、核磁気共鳴現象を応用した分析装置やイメージング装置等に適用すれば、これら装置の長期運転における信頼性が大幅に向上することが期待される。
【符号の説明】
【０１１７】
１０ 超電導線材
１１ 超電導フィラメント
１２ａ Ｎｂ−Ｔａバリア層
１２ｂ Ｎｂ−Ｓｎ化合物層
１３ 銅マトリックス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久電流用の超電導線材、その接続部、これらを備える永久電流スイッチ及び超電導磁石システム並びに永久電流用の超電導線材の接続方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ニオブ−チタン（Ｎｂ−Ｔｉ）合金等を用いた超電導線材の適用分野には、例えば永久電流モードによる時間的に安定な磁場を利用した核磁気共鳴分析装置や磁気共鳴イメージング装置がある。特に、医療用の磁気共鳴イメージング装置の超電導磁石システムにおいては、システムの共鳴周波数の増大や高分解能化、並びに、被験者を撮影する均一磁場空間を大きくとるため高い電流密度を有する超電導線材の適用技術やこれを高い信頼性で超電導接続する接続技術が要求されている。
【０００３】
永久電流モードで用いる超電導コイルには、Ｎｂ−Ｔｉ合金やニオブスズ（Ｎｂ３Ｓｎ）化合物のフィラメントを銅マトリックス中に多数本配置させた永久電流用の超電導線材が使用される。これらの超電導線材の両端を相互に接続した閉回路に永久電流を流すことで、時間的に安定な磁場が得られる。磁場の時間的安定性を向上させるには、超電導線材の接続部の電気抵抗を小さくして磁場減衰を低減することに加え、長期に亘る永久電流モードでの稼働において超電導性が消失しない優れた通電安定性を確保することが重要である。
【０００４】
図１１（ａ）に、従来技術を用いて接続された超電導フィラメント５１の接続部の断面図を示す。図１１（ａ）に示すように、従来技術では、接続する超電導フィラメント５１の束を銅管（Ｃｕスリーブ）５４の内部に配置し、銅管５４を押しつぶすことで圧着する。例えば特許文献１には、Ｎｂ−Ｔｉ超電導フィラメントを備える複合多芯超電導線材の接続方法が開示されている。すわなち、銅マトリックスを除去して内部の超電導フィラメントを露出させた後、露出した超電導フィラメントを束ねて接続する。
【０００５】
また、Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる超電導線材においては、臨界電流特性を向上させるため時効熱処理を施すことがあり、その際、銅マトリックスと超電導フィラメントとの界面にチタン銅（ＣｕＴｉ２）化合物が生成し易い。このチタン銅化合物は伸線加工時の断線要因となる。そこで、例えば超電導フィラメントの周囲に反応を防止するバリア層を被覆する。図１１（ｂ）に、従来技術に係る超電導線材５０の断面図を示す。図１１（ｂ）に示す例では、銅マトリックス５３中に配置されるＮｂ−Ｔｉ合金からなる超電導フィラメント５１がタンタル（Ｔａ）バリア層５２で被覆されている。例えば特許文献２には、Ｎｂ−Ｔｉフィラメントの周りにＮｂやＴａの単層バリア層、或いはＮｂとＴａとの複合バリア層を配置した超電導線材について開示されており、また、特許文献３には、ＮｂにＴａ等を添加した超電導金属からなる合金を用いた超電導線材について開示されている。
【０００６】
このようなＮｂ−Ｔｉ合金からなる永久電流用の超電導線材の接続部は、例えば圧密化で一体化した超電導フィラメントの束から構成され、超電導接続された接続端部間を流れる超電導電流はこれらの超電導フィラメント同士の間を複雑に分流している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２９０２２３９号公報
【特許文献２】特開平０９−１０６７１５号公報
【特許文献３】特開平０８−２１２８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、例えば特許文献１に記載の方法により得られる接続部では、接続される超電導フィラメント同士が一体化されてしまうため、磁場安定性に乏しく、かつ、個々の超電導フィラメントに流れる電流値が不均一となり、永久電流モードの長期安定性の確保が困難である。このような弊害は、超電導金属からなるバリア層を超電導金属フィラメントの外周に形成した特許文献３の構成を相互に接続した場合においても起こり得る。
【０００９】
また、特許文献２のような、Ｎｂ−Ｔｉフィラメントよりも軟らかいＮｂ単体のバリア層を介して接続した場合、バリア層が破れてＮｂ−Ｔｉフィラメント同士が直接接触してしまうおそれがある。Ｎｂ−Ｔｉフィラメントよりも硬いＴａの単層バリア層又は複合バリア層を介して接続した場合、Ｎｂ−Ｔｉフィラメント間を隙間なく密着させることが困難となってしまう。
【００１０】
本発明の目的は、良好な磁場安定性と長期間に亘る通電安定性とを有する永久電流用の超電導線材、その接続部、これらを備える永久電流スイッチ及び超電導磁石システム並びに永久電流用の超電導線材の接続方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、銅マトリックスの内部にＮｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメントが内蔵された永久電流用の超電導線材において、前記超電導フィラメントの周囲に動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｔａ合金が被覆された超電導線材が提供される。
【００１２】
本発明の第２の態様によれば、前記Ｎｂ−Ｔａ合金は、Ｔａを１０質量％以上５０質量％以下含有し、温度４．２Ｋにおける動作磁場の環境下で超電導性を有さない第１の態様に記載の超電導線材が提供される。
【００１３】
本発明の第３の態様によれば、前記Ｎｂ−Ｔａ合金は、Ｔａを１０質量％以上含有し、温度４．２Ｋにおける動作磁場が０．１５Ｔ以上の環境下で超電導性を有さない第２の態様に記載の超電導線材が提供される。
【００１４】
本発明の第４の態様によれば、前記銅マトリックスは、Ｃｕ−Ｎｉ合金からなる第１〜第３の態様のいずれかに記載の超電導線材が提供される。
【００１５】
本発明の第５の態様によれば、前記Ｎｂ−Ｔａ合金は、ビッカース硬さが前記超電導フィラメントの１．０倍以上１．５倍以下である第１〜第４の態様のいずれかに記載の超電導線材が提供される。
【００１６】
本発明の第６の態様によれば、前記Ｎｂ−Ｔａ合金は、厚さが０．１μｍ以下に被覆されている第１〜第５の態様のいずれかに記載の超電導線材が提供される。
【００１７】
本発明の第７の態様によれば、Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメントが機械的手段によって密着され一体化した永久電流用の超電導線材の接続部において、前記超電導フィラメントの周囲に動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｔａ合金が被覆され、接続される前記超電導フィラメント同士の接触を抑制しつつ、前記Ｎｂ−Ｔａ合金が相互に密着することで前記超電導フィラメントが一体化されている超電導線材の接続部が提供される。
【００１８】
本発明の第８の態様によれば、Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメントが密着され一体化した永久電流用の超電導線材の接続部において、接続される前記超電導フィラメント同士が常電導金属を介して機械的手段により一体化されている超電導線材の接続部が提供される。
【００１９】
本発明の第９の態様によれば、前記常電導金属は、Ｎｂ−Ｔａ合金である第８の態様に記載の超電導線材の接続部が提供される。
【００２０】
本発明の第１０の態様によれば、Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメントが密着され一体化した永久電流用の超電導線材の接続部において、接続される前記超電導フィラメント同士が、前記超電導フィラメントの間を仕切るように前記超電導フィラメントの周囲に冶金的手段で生成され、動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｓｎ化合物により仕切られている超電導線材の接続部が提供される。
【００２１】
本発明の第１１の態様によれば、第１〜第６の態様のいずれかの超電導線材を備える永久電流スイッチが提供される。
【００２２】
本発明の第１２の態様によれば、前記超電導線材には、第７〜第１０の態様のいずれかの接続部が設けられている第１１の態様に記載の永久電流スイッチが提供される。
【００２３】
本発明の第１３の態様によれば、第１〜第６の態様のいずれかの超電導線材と、第７〜第１０の態様のいずれかの接続部と、を備える超電導磁石システムが提供される。
【００２４】
本発明の第１４の態様によれば、前記超電導線材には、第１１又は第１２の態様の永久電流スイッチが接続されている第１３の態様に記載の超電導磁石システムが提供される。
【００２５】
本発明の第１５の態様によれば、Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメントを密着させ一体化する永久電流用の超電導線材の接続方法において、前記超電導フィラメントを溶融Ｓｎ浴に浸漬することで、前記超電導フィラメントの間を仕切るように、動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｓｎ化合物を前記超電導フィラメントの表面に生成させつつ、前記超電導フィラメントを包む銅マトリックスを除去する冶金的な工程と、前記超電導フィラメントの表面に付着したＳｎを酸によって除去する工程と、前記Ｎｂ−Ｓｎ化合物で表面が被覆された前記超電導フィラメント同士を相互に接合して一体化する工程と、を有する超電導線材の接続方法が提供される。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、良好な磁場安定性と長期間に亘る通電安定性とが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る永久電流用の超電導線材の断面図であり、（ｂ）は超電導線材を構成する超電導フィラメントの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の変形例に係る永久電流用の超電導線材を構成する超電導フィラメントの断面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る超電導線材が備えるＮｂ−Ｔａバリア層中のＴａの含有率と臨界温度及び臨界磁場との関係を表わすグラフである。
【図４】本発明の実施例１に係る超電導線材が備えるＮｂ−Ｔａバリア層中のＴａの含有率と温度４．２Ｋにおける臨界磁場との関係を表わすグラフである。
【図５】本発明の実施例１に係るＴａの含有率が１０質量％のＮｂ−Ｔａバリア層を備える超電導線材を用いた閉回路内に発生する電圧スパイクと経過時間との関係を表わすグラフである。
【図６】本発明の実施例１に係る超電導線材を用いた閉回路における外部磁場と電圧スパイクの発生数との関係を表わすグラフである。
【図７】本発明の実施例１に係る超電導線材を用いた閉回路における外部磁場と永久電流の通電安定性との関係を表わすグラフである。
【図８】本発明の実施例２に係る超電導線材の超電導フィラメントに被覆したＮｂ−Ｔａバリア層を構成するＴａの含有率が１０質量％のＮｂ−Ｔａ合金のビッカース硬さの測定結果を、比較例としてバリア層を構成する他の材料、超電導フィラメント及び銅マトリックスをそれぞれ構成するＮｂ−Ｔｉ合金及びＣｕのビッカース硬さの測定結果とともにプロットしたグラフである。
【図９】本発明の実施例２に係る超電導線材の超電導フィラメントに被覆したＮｂ−Ｔａバリア層を構成するＮｂ−Ｔａ合金中のＴａの含有率とＮｂ−Ｔａ合金のビッカース硬さとの関係を表わすグラフである。
【図１０】機械的手段により超電導フィラメントが密着され一体化した超電導線材の接続部の断面観察結果であって、（ａ）は本発明の実施例２に係る超電導線材の接続部の模式図であり、（ｂ）は比較例に係る超電導線材の接続部の模式図である。
【図１１】従来技術を用いた超電導線材及び超電導線材の接続方法の説明図であって、（ａ）は超電導フィラメントの接続部の断面図であり、（ｂ）は超電導線材の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
＜本発明の一実施形態＞
（１）超電導線材及び超電導線材の接続部
以下に、本発明の一実施形態に係る永久電流用の超電導線材について、図１を用いて説明する。また、例えば超電導線材の両端を相互に接続した接続部についても併せて説明する。図１（ａ）は本実施形態に係る永久電流用の超電導線材１０の断面図であり、（ｂ）は超電導線材１０を構成する超電導フィラメント１１の断面図である。
【００２９】
（超電導線材の構成）
図１（ａ）に示すように、超電導線材１０は、銅マトリックス１３の内部に、例えばニオブ−チタン（Ｎｂ−Ｔｉ）合金からなる多数本の超電導フィラメント１１が内蔵された複合多芯超電導線材として構成されている。
【００３０】
超電導フィラメント１１は、例えば六角形等の多角形状に形成され、対辺距離が例えば５０μｍ程度に構成されている。また、図１（ｂ）に示すように、個々の超電導フィラメント１１の周囲には、例えば動作環境下で超電導性を有さないニオブ−タンタル（Ｎｂ−Ｔａ）合金からなるＮｂ−Ｔａバリア層１２ａが被覆されている。
【００３１】
銅マトリックス１３は、例えば銅−ニッケル（Ｃｕ−Ｎｉ）合金からなる。銅マトリックス１３により、Ｎｂ−Ｔａバリア層１２ａが個々に被覆された多数本の超電導フィラメント１１が束ねられることで、銅マトリックス１３に多数本の超電導フィラメント１１が内蔵された超電導線材１０が構成されている。銅マトリックス１３をＣｕ−Ｎｉ合金から構成することで、常電導状態において超電導線材１０の全体の電気抵抗値を大きくすることができる。
【００３２】
Ｎｂ−Ｔａバリア層１２ａは、例えばＴａを１０質量％以上５０質量％以下含有し、超電導線材１０が適用される機器等の動作環境下、例えば温度４．２Ｋにおける動作磁場の環境下で超電導性を有さないよう構成されている。また、Ｎｂ−Ｔａバリア層１２ａは、例えばビッカース硬さが超電導フィラメント１１の１．０倍以上１．５倍以下であり、厚さが例えば０．１μｍ以下に被覆されている。
【００３３】
このように、超電導フィラメント１１の周囲にＮｂ−Ｔａバリア層１２ａを被覆することで、チタン銅（ＣｕＴｉ２）化合物の生成反応を抑制することができる。
【００３４】
脆性の高いチタン銅化合物は、例えば臨界電流特性を向上させるための時効熱処理等により超電導フィラメントの周囲に生成され、例えば超電導フィラメントの伸線加工（減面加工）時の断線要因となってしまう。
【００３５】
本実施形態では、Ｎｂ−Ｔａバリア層１２ａにより、チタン銅化合物の生成を抑えることができ、超電導フィラメント１１の断線を低減することができる。
【００３６】
（超電導線材の接続部の構成）
上記のように構成される永久電流用の超電導線材１０は、例えば超電導線材１０の両端を接続する等して設けられた接続部を備え、超電導磁石システムを構成する閉回路等として用いられる場合がある。
【００３７】
永久電流用の超電導線材１０の接続部は、例えば圧密化等の機械的手段によって、多数本の超電導フィラメント１１が密着され一体化した構造を備える。接続部においては、超電導フィラメント１１を包む銅マトリックス１３が予め取り除かれたうえで、接続される個々の超電導フィラメント１１同士の接触を抑制しつつ、動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｔａバリア層１２ａを構成するＮｂ−Ｔａ合金が相互に密着することで、超電導フィラメント１１が一体化されている。
【００３８】
このように、例えば上記接続部を含む閉回路として構成される超電導線材１０は、所定の機器等に組み込まれ、所定の温度及び動作磁場の環境下で使用される。上述のように、Ｎｂ−Ｔａバリア層１２ａは、例えばＴａを１０質量％以上５０質量％以下含有し、このような動作環境下で超電導性を有さないよう構成される。つまり、Ｎｂ−Ｔａ合金中のＴａの含有率を比較的大きくし、Ｎｂ−Ｔａ合金の臨界温度や臨界磁場（臨界磁界）を低下させることで、超電導性を有さないこととすることができる。
【００３９】
つまり、Ｔａの含有率は、超電導線材１０の構成や材質、動作環境に応じて適宜調整することができる。具体的には、液体ヘリウム（Ｈｅ）等の冷却による温度４．２Ｋにおいて、動作磁場が０．１５Ｔ（テスラ）以上の環境下では、Ｎｂ−Ｔａバリア層１２ａのＴａが１０質量％以上の超電導線材１０を用いることができる。
【００４０】
このように、超電導性を有さないＮｂ−Ｔａ合金のような常電導金属を介して超電導フィラメント１１同士が一体化されることで、良好な磁場安定性と長期間に亘る通電安定性とを得ることができる。
【００４１】
上述の特許文献１のように超電導フィラメントを構成するＮｂ−Ｔｉ合金同士が直接接続される場合、超電導電流が流れる部位のサイズが大きくなってしまい、フラックスジャンプと呼ばれる磁気跳躍等の磁気的な不安定性が生じ易い。また、特許文献２のようにＮｂバリア層を介して超電導フィラメント同士が接続される場合、純Ｎｂは動作環境によっては超電導性を有する低特性の超電導体であるため、超電導フィラメント同士が電気的、磁気的に結合し易く、低磁場での不安定性や接続部の超電導性が消失するクエンチ現象が生じる要因となり得る。また、特許文献３のように超電導金属からなるＮｂ−Ｔａ合金等のバリア層を介した接続の場合においても、同様の障害が生じてしまう。
【００４２】
本実施形態では、超電導性を有さないＮｂ−Ｔａ合金を介して超電導フィラメント１１同士が一体化される構成となっている。これにより、上記特許文献１〜３等の場合と異な
り、低磁場でも安定な超電導性が得られ、また、クエンチ現象が生じ難くなる。
【００４３】
また、上述のように、Ｎｂ−Ｔａバリア層１２ａのビッカース硬さが超電導フィラメント１１の１．０倍以上１．５倍以下と、超電導フィラメント１１よりも若干硬いため、Ｎｂ−Ｔａバリア層１２ａの破れ等によって超電導フィラメント１１同士が接触しないよう、超電導フィラメント１１を一体化させて接続することができる。
【００４４】
上述のように、Ｎｂ単体のバリア層は、例えばＮｂ−Ｔｉ合金からなる超電導フィラメントよりも軟らかいため、圧密化等による接続時の変形の際、被覆が破れて内部のＮｂ−Ｔｉ合金が相互に接触する部位が生じ易い。これにより、超電導フィラメント同士が直接接触する電気抵抗値がゼロの部位と、低特性な超電導性或いは常電導性を有するＮｂバリア層を介して接触する部位とが混在し、超電導フィラメント毎に接続抵抗が大きく異なってしまう。よって、低抵抗接続部位に電流が集中し、時間経過とともに電気的、磁気的な不安定性が生じることとなる。Ｔａの含有率を０．５質量％あるいは５質量％とする特許文献３の構成においても充分な硬さが得られず、同様の弊害を生ずると考えられる。
【００４５】
一方で、例えば特許文献２のＴａの単体バリア層又は複合バリア層は、Ｎｂ−Ｔｉ合金等からなる超電導フィラメントよりも極度に硬いため、伸線加工時等に断線し易いほか、空隙を生じさせずに超電導フィラメントの束を相互に密着させ接続することが困難である。
【００４６】
本実施形態では、Ｎｂ−Ｔａバリア層１２ａが適度な硬さを有するため、接続時の変形の際に被覆が破れにくく、また、空隙が生じるのを抑制しつつ超電導フィラメント１１の束全体を密着させ易い。このように、接続される個々の超電導フィラメント１１同士が常電導金属として機能するＮｂ−Ｔａ合金を介して一体化されることで、接続抵抗のばらつきが低減し、個々の超電導フィラメント１１に流れる電流の分布が略均等となって、永久電流の長期的な通電安定性を実現することができる。
【００４７】
上述のように、Ｎｂ−Ｔａバリア層１２ａは例えば厚さが０．１μｍ以下に被覆されており、この場合、接続部の実質的な電気抵抗値を例えば１×１０−１３Ω以下とすることができる。電気抵抗値が１×１０−１３Ω以下であれば、核磁気共鳴現象を応用した機器等に適用した場合であっても、永久電流モードでの電流や磁場の減衰を支障のない程度に小さくすることができる。
【００４８】
（２）超電導線材の製造方法
次に、本発明の一実施形態に係る超電導線材１０の製造方法および超電導線材１０の接続方法について説明する。
【００４９】
（超電導線材の製造方法）
まず、Ｎｂ−Ｔｉ合金棒の周囲に、例えばＴａを１０質量％以上５０質量％以下含有するＮｂ−Ｔａ合金シートを数層巻き付けた複合体を銅管に挿入し、単芯ビレットを製作する。この単芯ビレットに押出加工と伸線加工とを施し、多角形状の単芯線材を得る。
【００５０】
次に、単芯線材を多数本、例えば数百本束ねて銅管に組み込み、伸線加工とツイスト加工とを施して、Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる超電導フィラメント１１が銅マトリックス１３に内蔵され、超電導フィラメント１１の周囲にＮｂ−Ｔａバリア層１２ａが被覆された超電導線材１０を製造する。
【００５１】
上記のような伸線加工やツイスト加工等を経た後、超電導線材１０が備えるＮｂ−Ｔａバリア層１２ａは、加工硬化による効果も加わって、例えばビッカース硬さが超電導フィ
ラメント１１の１．０倍以上１．５倍以下となっている。また、上記所定量のＴａを含有することで、動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｔａバリア層１２ａとなっている。
【００５２】
（超電導線材の接続方法）
超電導線材１０を接続するには、まず、超電導線材１０の端部の銅マトリックス１３を酸により溶解し、接続される相互の端部の露出した超電導フィラメント１１同士を束ねて銅管に挿入する。次に、銅管に挿入した多数本の超電導フィラメント１１を圧密化等の機械的手段により密着し一体化して、超電導線材１０の接続部を得る。
【００５３】
すなわち、超電導フィラメント１１を挿入した銅管を例えばプレス加工で押しつぶし、超電導フィラメント１１の周囲に被覆されたＮｂ−Ｔａ合金を相互に密着させることで超電導フィラメント１１を一体化する。このとき、超電導フィラメント１１よりも若干硬いＮｂ−Ｔａ合金により、接続される超電導フィラメント１１同士の接触が抑制される。
【００５４】
このように、動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｔａバリア層１２ａを介し、相互の接触を抑制しつつ超電導フィラメント１１同士が密着され一体化することで、良好な磁場安定性と長期間に亘る通電安定性とを得ることができる。
【００５５】
（３）変形例に係る超電導線材の接続部及び接続方法
次に、本発明の一実施形態の変形例に係る永久電流用の超電導線材の接続部及びその接続方法について、図２を用いて説明する。図２は、本変形例に係る永久電流用の超電導線材を構成する超電導フィラメント１１の断面図である。
【００５６】
本変形例に係る超電導線材の接続部は、Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメント１１が密着され一体化した永久電流用の超電導線材の接続部であって、接続される多数本の超電導フィラメント１１同士が、超電導フィラメント１１の間を仕切るように超電導フィラメント１１の周囲に冶金的手段で生成され、動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｓｎ（ニオブ−スズ）化合物により仕切られている。
【００５７】
具体的には、図２に示すように、個々の超電導フィラメント１１の周囲には、生成したＮｂ−Ｓｎ化合物からなるＮｂ−Ｓｎ化合物層１２ｂが被覆された状態となっている。Ｎｂ−Ｓｎ化合物層１２ｂは、例えば純Ｎｂ或いはＮｂ−Ｔａ合金等のＮｂ合金と、Ｓｎと、の化合物から構成される。また、Ｎｂ−Ｓｎ化合物層１２ｂは、動作環境下、例えば温度４．２Ｋにおける動作磁場の環境下で超電導性を有さないよう構成され、厚さが例えば０．１μｍ以下に被覆されている。
【００５８】
個々の超電導フィラメント１１に被覆されたＮｂ−Ｓｎ化合物層１２ｂは、相互に密着し一体化されており、これにより、多数本の超電導フィラメント１１が密着され一体化した状態となっている。
【００５９】
このように、超電導フィラメント１１の間がＮｂ−Ｓｎ化合物で仕切られた接続端部が例えば半田等を介して相互に接合されて、本変形例に係る超電導線材の接続部が構成される。
【００６０】
以上のように、超電導フィラメント１１の間がＮｂ−Ｓｎ化合物で仕切られた接続部は、以下の接続方法を用いることで得られる。
【００６１】
すなわち、本変形例に係る超電導線材の接続方法は、超電導フィラメント１１を溶融Ｓｎ浴に浸漬することで、超電導フィラメント１１の間を仕切るように、動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｓｎ化合物を超電導フィラメント１１の表面に生成させつつ、超電
導フィラメント１１を包む銅マトリックスを除去する冶金的な工程と、超電導フィラメント１１の表面に付着したＳｎを酸によって除去する工程と、Ｎｂ−Ｓｎ化合物で表面が被覆された超電導フィラメント１１同士を相互に接合して一体化する工程と、を有する。
【００６２】
具体的には、銅マトリックス１３の内部にＮｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメント１１が内蔵された、上述の図１（ａ）と同様の構成を備える永久電流用の超電導線材の端部を溶融Ｓｎ浴に浸漬する。超電導フィラメント１１には、予め、例えば純ＮｂやＮｂ−Ｔａ合金等のＮｂ合金からなるバリア層が被覆されている。Ｎｂ−Ｔａ合金からなるバリア層は、例えば上述の実施形態に係るＮｂ−Ｔａバリア層１２ａであってもよい。つまり、上述の実施形態に係る超電導線材１０を用いて本変形例の接続部を得ることもできる。
【００６３】
このように、超電導線材を溶融Ｓｎ浴に浸漬することで冶金的な反応が起こり、超電導フィラメント１１の周囲に被覆された純ＮｂやＮｂ合金の細部にＳｎが浸入してＮｂと反応する。これにより、超電導フィラメント１１の表面に、例えば厚さが０．１μｍ以下のＮｂ−Ｓｎ化合物層１２ｂを生成させる。一方で、超電導フィラメント１１を包む銅マトリックス中のＣｕが、液相のＳｎと共晶反応を起こして溶融し除去される。
【００６４】
以上により、超電導フィラメント１１の表面に、低融点のＮｂ−Ｓｎ化合物が形成される。なお、上記の冶金的な工程においては、溶融Ｓｎ浴の温度及び浸漬時間を適宜選択する。
【００６５】
次に、超電導フィラメント１１の表面に付着した未反応のＳｎ等を酸によって除去し、例えば半田付け等により上記の接続端部を相互に接合して、超電導フィラメント１１が密着され一体化した超電導線材の接続部を得る。
【００６６】
本変形例に係る超電導線材の接続部も、上述の実施形態に係る超電導線材１０の接続部と同様の効果を奏する。
【００６７】
すなわち、本変形例では、接続される超電導フィラメント１１の間が、動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｓｎ化合物で仕切られた接続部となっている。これにより、超電導フィラメント１１同士の接触が抑制され、良好な磁場安定性と長期間に亘る通電安定性とを得ることができる。
【００６８】
また、本変形例では、Ｎｂ−Ｓｎ化合物層１２ｂは例えば厚さが０．１μｍ以下に被覆されている。これにより、実質的な電気抵抗値が１×１０−１３Ω以下となって、例えば核磁気共鳴現象を応用した機器等に適用した場合であっても、永久電流モードでの電流や磁場の減衰を支障のない程度に小さくすることができる。このように、本変形例に係る超電導線材の接続部も、超電導磁石システム等に適用され得る。
【００６９】
また、本変形例では、超電導フィラメント１１の表面にＮｂ−Ｓｎ化合物を生成させた状態で、例えば半田付け等で相互に接合している。このように、本変形例では、プレス加工等の機械的手段によらずに超電導線材を接続するので、接続時等にＮｂ−Ｓｎ化合物層１２ｂの被覆が破れにくい。これにより、超電導フィラメント１１同士の接触がいっそう抑制され、接続抵抗のばらつきが低減し、個々の超電導フィラメント１１に流れる電流の分布が略均等となって、永久電流の長期的な通電安定性を実現することができる。
【００７０】
（４）永久電流スイッチ及び超電導磁石システム
上述の実施形態に係るＮｂ−Ｔａバリア層１２ａが被覆された永久電流用の超電導線材１０やこれを用いた接続部、或いは、上述の変形例に係る、超電導フィラメント１１の表
面にＮｂ−Ｓｎ化合物を生成させた接続部は、例えば永久電流スイッチや超電導磁石システムに使用される。以下に、超電導線材１０や超電導線材１０の接続部を用いた永久電流スイッチ並びに超電導磁石システムの構成について説明する。
【００７１】
（永久電流スイッチ）
超電導線材１０を用いた永久電流スイッチは、例えばヒータによってスイッチ巻き線の温度を上下させて超電導状態のオン・オフを行う熱式永久電流スイッチとして構成されている。すなわち、永久電流スイッチは、例えばヒータと、超電導線材１０から構成されヒータに隣接するスイッチ巻き線と、ヒータに接続されヒータに電流を供給する電源と、を備える。
【００７２】
永久電流スイッチの備えるスイッチ巻き線は、例えば後述の超電導磁石システム等を構成する閉回路の一部に組み込まれ、温度４．２Ｋの液体ヘリウム（Ｈｅ）中に浸漬されるよう構成される。なお、閉回路への組み込みの際、閉回路を構成する超電導線材１０と、スイッチ巻き線を構成する超電導線材１０とが接続されることで、超電導線材１０に設けられた接続部が永久電流スイッチの構成に含まれる場合がある。
【００７３】
上記構成において、ヒータへの通電が行われていない状態では、スイッチ巻き線は、液体ヘリウム等により臨界温度以下に冷却され、超電導状態となっている。すなわち、永久電流スイッチがオンとなり、接続される超電導磁石システムの閉回路に永久電流が流れている状態となる。
【００７４】
一方、上記構成において、電源からヒータに電流を流してスイッチ巻き線を発熱させると、スイッチ巻き線は常電導状態となる。すなわち、永久電流スイッチがオフとなり、接続される超電導磁石システムの閉回路に永久電流が流れない状態となる。
【００７５】
（超電導磁石システム）
超電導線材１０を用いた超電導磁石システムは、例えば大電流通電により強力な磁場を発生する電磁石として構成されている。すなわち、超電導磁石システムは、超電導線材１０から構成される超電導コイルと、超電導線材１０の両端を接続して超電導コイルを含む閉回路を構成するよう超電導線材１０に設けられた接続部と、閉回路を構成する超電導線材１０に接続された永久電流スイッチと、を備え、永久電流現象が応用された電磁石となっている。なお、永久電流スイッチには、上述の超電導線材１０を用いた永久電流スイッチを用いてもよい。
【００７６】
超電導磁石システムの備える閉回路内には、例えばソレノイドコイル等の超電導コイルが設けられている。超電導コイルを含む閉回路は、例えば温度４．２Ｋの液体ヘリウム（Ｈｅ）中に浸漬され、超電導磁石システムには外部電源が接続されている。外部電源から閉回路の超電導コイルに通電して閉回路内に永久電流を流し、その後、外部電源からの通電を止めることで、超電導磁石システムを、新たな電力を供給されることなく永久電流が流れ続ける永久電流モードとすることができる。
【００７７】
このように構成される超電導磁石システムは、例えば核磁気共鳴現象を応用した核磁気共鳴分析装置や医療用の磁気共鳴イメージング装置等に適用される。これにより、これらの装置の長期運転における信頼性が大幅に向上する。
【００７８】
以上のように、上記においては、超電導線材１０及び超電導線材１０の接続部を用いた永久電流スイッチ並びに超電導磁石システムの構成について説明したが、上述の変形例に係る超電導線材の接続部を適用する場合も同様の構成とすることができる。
【００７９】
また、上述の実施形態に係る超電導線材１０やその接続部、変形例に係る超電導線材の接続部が適用される永久電流スイッチや超電導磁石システムの構成は、上記に限られない。
【００８０】
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【実施例】
【００８１】
（１）実施例１
本発明の実施例１に係る超電導線材、及び超電導線材を用いた閉回路の超電導特性を示す各種の測定結果について説明する。
【００８２】
（測定サンプルの製作）
まずは、上述の実施形態と同様の手順にて、本実施例に係る超電導線材を製作した。具体的には、直径１７ｍｍのＮｂ−Ｔｉ合金棒の周囲に、厚さ０．１ｍｍのＮｂ−Ｔａ合金シートを３層巻き付けた複合体を、内径１７．８ｍｍ、外径３０ｍｍの銅管に挿入し、単芯ビレットを製作した。このとき、Ｔａの含有率がそれぞれ０質量％〜１００質量％の範囲内のＮｂ−Ｔａ合金シートを複数種類用いた。
【００８３】
次に、上述の実施形態と同様の手順にて、上記単芯ビレットから、対辺距離が０．８ｍｍの略六角形の単芯線材を製作した。この単芯線材８４７本を束ね、内径２６ｍｍ、外径３０ｍｍの銅管に組み込み、上述の実施形態と同様の手順にて、直径が１．０ｍｍの超電導線材を製作した。
【００８４】
以上により、Ｔａの含有率が０質量％〜１００質量％の範囲内のＮｂ−Ｔａバリア層を備える超電導線材がそれぞれ製造された。これらＴａの含有率が異なる超電導線材について、臨界温度及び臨界磁場を測定した。
【００８５】
さらに、上述の実施形態と同様の手順にて、本実施例に係る超電導線材の両端を接続して、直径が５０ｍｍ、巻き数が１ターンの閉回路を製作し、閉回路内に発生する電圧スパイクを測定した。
【００８６】
（臨界温度及び臨界磁場の測定結果）
図３に、Ｎｂ−Ｔａバリア層中のＴａの含有率と臨界温度及び臨界磁場（臨界磁界）との関係を表わすグラフを示す。図３の横軸はＮｂ−Ｔａバリア層中のＴａの含有率（質量％：ｗｔ％）であり、左側の縦軸は臨界温度Ｔｃ（Ｋ）であり、右側の縦軸は臨界磁場（磁束密度）Ｂ（Ｔ）である。また、図中、臨界温度Ｔｃを○印で示し、臨界磁場Ｂを●印で示している。
【００８７】
図３に示すように、Ｎｂ−Ｔａバリア層中のＴａの含有率が高まるにつれて、超電導性が得られる臨界温度Ｔｃ及び臨界磁場Ｂが低下する傾向にあった。係る傾向は、図４に示す、温度４．２Ｋにおける臨界磁場の測定値においても同様であった。
【００８８】
図４は、Ｎｂ−Ｔａバリア層中のＴａの含有率と温度４．２Ｋにおける臨界磁場（臨界磁界）との関係を表わすグラフである。図４の横軸はＮｂ−Ｔａバリア層中のＴａの含有率（質量％：ｗｔ％）であり、縦軸は臨界磁場（磁束密度）Ｂ（Ｔ）である。
【００８９】
図４からは、温度４．２Ｋにおいて、それぞれのＴａの含有率のＮｂ−Ｔａバリア層が、超電導性を有さない磁場範囲を読み取ることができる。例えばＴａの含有率が１０質量％の場合は、磁場Ｂが０．１３Ｔ以上で超電導性を有さない。よって、Ｔａの含有率が１
０質量％のＮｂ−Ｔａバリア層を備える超電導線材の温度４．２Ｋにおける動作磁場としては、少なくとも０．１３Ｔ以上、より好ましくは０．１５Ｔ以上が望ましい。
【００９０】
（電圧スパイクの測定結果）
上記のように製作した閉回路にかける外部磁場を変化させて閉回路内に電流を誘起し、永久電流モードとした。この状態で閉回路が発生する磁場を磁場センサと電圧端子とで精密計測し、磁場変化をモニタすると共に、閉回路内に発生する電圧スパイクを測定した。
【００９１】
図５に、Ｔａの含有率が１０質量％のＮｂ−Ｔａバリア層を備える超電導線材を用いた閉回路内に発生する電圧スパイクと経過時間との関係を表わすグラフを示す。図５の横軸は経過時間（ｈ）であり、縦軸は閉回路内の端子電圧（μＶ）である。図５の上段は外部磁場（磁束密度）Ｂが０．０５Ｔの場合であり、下段は外部磁場（磁束密度）Ｂが０．１５Ｔの場合である。
【００９２】
図５に示すように、外部磁場Ｂが０．０５Ｔの場合、閉回路内での局所的な常電導転移の発生を示す電圧スパイクが頻繁にみられる。結果、１０ｈまで永久電流モードを保持することができず、クエンチ（超電導消失）が生じている。一方、外部磁場Ｂが０．１５Ｔの場合、電圧スパイクの大きさ及び頻度が低減し、１０ｈ以上に亘って安定的な永久電流モードを保持することができた。
【００９３】
また、図６に、本実施例に係る超電導線材を用いた閉回路における外部磁場と電圧スパイクの発生数との関係を表わすグラフを示す。図６の横軸は外部磁場（磁束密度）Ｂ（Ｔ）であり、縦軸は１０ｈあたりの電圧スパイクの発生数（回／１０ｈ）である。また、図中、超電導線材が備えるＮｂ−Ｔａバリア層のＴａの含有率が０質量％〜２０質量％までの複数の閉回路の測定結果について、０質量％を○印、５質量％を●印、１０質量％を□印、２０質量％を■印で示している。
【００９４】
図６に示すように、Ｔａの含有率に応じて電圧スパイクの発生数が減少する磁場の遷移領域があり、この遷移領域より大きな動作磁場の環境下でそれぞれのＴａの含有率の超電導線材を使用することにより、永久電流を安定化できることが分かる。
【００９５】
また、図７に、本実施例に係る超電導線材を用いた閉回路における外部磁場と永久電流の通電安定性との関係を表わすグラフを示す。図７の横軸はＮｂ−Ｔａバリア層中のＴａの含有率（質量％：ｗｔ％）であり、縦軸は外部磁場（磁束密度）Ｂ（Ｔ）である。図中、永久電流の通電安定性を○印（良好）及び×印（不良）で示している。永久電流の通電安定性の良否を判定する指標としては、超電導特性が不安定であることに起因すると考えられる電流減衰や電圧スパイクの発生頻度等の数値を用いた。
【００９６】
図７からは、Ｎｂ−Ｔａバリア層中のＴａの含有率に応じて、安定な超電導性が得られる動作磁場の境界領域を読み取ることができる。つまり、永久電流の通電安定性の良否に基づき図中に破線で記した境界線より上側が安定な超電導性が得られる領域である。図７に示すように、通電安定性が確保できるＴａの含有率は、係るＮｂ−Ｔａバリア層を備える超電導線材の動作環境、すなわち、外部磁場Ｂに依存する。例えばＴａの含有率が１０質量％の場合は、少なくとも外部磁場Ｂが０．１５Ｔ以上の領域において優れた通電安定性を有することが分かる。
【００９７】
（２）実施例２
次に、本発明の実施例２に係る超電導線材が備えるＮｂ−Ｔａバリア層のビッカース硬さの測定結果について説明する。測定サンプルとしては、上述の実施例１と同様の手順で製作した超電導線材を用いた。
【００９８】
図８に、超電導線材の超電導フィラメントに被覆したＮｂ−Ｔａバリア層を構成するＴａの含有率が１０質量％のＮｂ−Ｔａ合金のビッカース硬さの測定結果を、比較例としてバリア層を構成する他の材料、超電導フィラメント及び銅マトリックスをそれぞれ構成するＮｂ−Ｔｉ合金及びＣｕのビッカース硬さの測定結果とともにプロットしたグラフを示す。図８の横軸は超電導フィラメントの伸線加工前後の断面積比、つまり、伸線加工時の減面加工率であり、縦軸はビッカース硬さＨｖである。また、図中、バリア層を構成する材料のうち、Ｔａを●印、Ｎｂ−Ｔａ合金を△印、Ｎｂを○印で示し、超電導フィラメントを構成するＮｂ−Ｔｉ合金を□印、銅マトリックスを構成するＣｕを◆印で示している。
【００９９】
図８に示すように、超電導フィラメントの減面加工率が高まるにつれ、各構成材料が加工硬化し、ビッカース硬さＨｖが増大することが分かる。また、各構成材料同士を比較すると、純ＮｂはＮｂ−Ｔｉ合金より軟らかく、純ＴａはＮｂ−Ｔｉ合金と比べて非常に硬いことが分かる。Ｔａの含有率が１０質量％のＮｂ−Ｔａ合金は、Ｎｂ−Ｔｉ合金よりやや硬いことが分かる。
【０１００】
また、図９に、超電導線材の超電導フィラメントに被覆したＮｂ−Ｔａバリア層を構成するＮｂ−Ｔａ合金中のＴａの含有率とＮｂ−Ｔａ合金のビッカース硬さとの関係を表わすグラフを示す。図９の横軸はＮｂ−Ｔａバリア層中のＴａの含有率（質量％：ｗｔ％）であり、縦軸はビッカース硬さＨｖである。
【０１０１】
図９に示すように、Ｔａをわずかに添加したＮｂ−Ｔａ合金であっても、ビッカース硬さＨｖが飛躍的に高まることが分かる。このような特性により、Ｎｂ−Ｔａバリア層を所定の硬さ、つまり、超電導フィラメントの１．０倍以上１．５倍以下の硬さに調整することが可能となり、超電導線材の接続部における永久電流の通電安定性に寄与するものと考えられる。
【０１０２】
また、図１０に、上述の実施形態と同様、機械的手段により超電導フィラメントが密着され一体化した超電導線材の接続部の断面観察結果の模式図を示す。図１０（ａ）はＮｂ−Ｔａバリア層を用いた本実施例に係る超電導線材の接続部の模式図であり、図１０（ｂ）はＮｂバリア層を用いた比較例に係る超電導線材の接続部の模式図である。
【０１０３】
図１０（ｂ）に示す比較例に係る接続部では、超電導フィラメント５１を被覆するＮｂバリア層５２が、超電導フィラメント５１を構成するＮｂ−Ｔｉ合金よりも軟らかいため、機械的手段による接続時の変形により、Ｎｂバリア層５２が破れて内部の超電導フィラメント５１が直接接触する部位Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ等が多数存在していた。このような接続部の断面構造の観察結果から、上述の特許文献２のようなＮｂバリア層を用いた場合の接続部では、超電導フィラメント間の接続抵抗が部位によって大きく異なってしまうことにより、個々の超電導フィラメントに流れる電流に大きな偏りが生じ、超電導線材やその接続部における永久電流の通電安定性が不充分となることが分かる。
【０１０４】
一方、図１０（ａ）に示す本実施例に係る接続部では、超電導フィラメント２１を被覆するＮｂ−Ｔａバリア層２２ａが、超電導フィラメント２１を構成するＮｂ−Ｔａ合金よりも若干硬いため、ほとんどのＮｂ−Ｔａバリア層２２ａが破れることなく圧密化され、略全ての超電導フィラメント２１がＮｂ−Ｔａバリア層２２ａを介して一体化されていた。このような接続部の断面構造の観察結果から、例えば本実施例に係るＮｂ−Ｔａバリア層２２ａを用いた場合の接続部では、Ｎｂ−Ｔａバリア層２２ａを介して一体化される超電導フィラメント２１同士の接続抵抗の差異が小さくなることにより、結果として、個々の超電導フィラメント２１に流れる電流が均一化され、超電導線材やその接続部における
永久電流の通電安定性が改善されることが分かる。
【０１０５】
なお、比較例に係る超電導線材の接続部として、Ｔａバリア層をＮｂバリア層の外側に配置した複合バリア層を用いた場合、ビッカース硬さの大きいＴａバリア層が超電導フィラメントの外周部にあるため伸線加工性が良好ではなく、また、接続部における変形が不均一となっていることが確認された。
【０１０６】
（３）実施例３
続いて、本発明の実施例３に係る超電導線材を用いた閉回路における電流減衰の測定結果について説明する。測定サンプルとしては、上述の実施例１と同様の手順で製作した超電導線材の両端を接続した閉回路を用いた。このとき、超電導線材の備えるＮｂ−Ｔａバリア層のＴａの含有率を１０質量％とし、Ｎｂ−Ｔａバリア層の厚さを様々に変化させた複数の超電導線材を用いた。
【０１０７】
上述の実施例１と同様の手順で、上記閉回路を永久電流モードとして磁場変化をモニタし、係る磁場の変化から電流減衰を割り出した。
【０１０８】
Ｎｂ−Ｔａバリア層の厚さを０．１μｍ以下とすることで、接続部の電気抵抗値は１×１０−１３Ω以下となり、測定感度の下限と略同等の高特性が得られた。Ｎｂ−Ｔａバリア層をより薄くすれば接続抵抗を更に下げることも可能であるが、Ｎｂ−Ｔａバリア層が極度に薄いと接続時の圧密化でＮｂ−Ｔａバリア層が破れる懸念がある。このため、Ｎｂ−Ｔａバリア層の厚さとしては０．０３μｍ以上０．１μｍ以下が好適である。この後、永久電流モードを約１ヵ月間保持して通電安定性を確認したところ、安定した良好な結果が得られた。
【０１０９】
以下の表１に、実施例１〜３の測定に付随するデータ及び上記測定結果のまとめを示す。
【０１１０】
【表１】
【０１１１】
（４）実施例４
続いて、本発明の実施例４に係る超電導線材を用いた閉回路における通電安定性の測定結果について説明する。本実施例に係る超電導線材は、超電導フィラメントの表面がＮｂ−Ｓｎ化合物で被覆された接続部を備える。
【０１１２】
すなわち、上述の実施例１と同様の手順で、純ＮｂからなるＮｂバリア層が超電導フィラメントに被覆された超電導線材を製作した。次に、上述の変形例と同様の手順で、溶融Ｓｎ浴の温度を５００℃、浸漬時間を９０分間として、超電導フィラメントの周囲に厚さが約０．１μｍのＮｂ−Ｓｎ化合物層を生成させてこの超電導線材の両端を接続し、閉回路とした。
【０１１３】
係る閉回路について、上述の実施例１と同様の手順で、永久電流の通電安定性を測定したところ、良好な通電安定性が確認できた。これにより、超電導フィラメントの周囲に生成させたＮｂ−Ｓｎ化合物層が、上述の実施例に係る超電導線材の接続部におけるＮｂ−Ｔａバリア層と同様の効果を発揮することが確認された。
【０１１４】
（５）実施例５
次に、本発明の実施例５に係る超電導線材を用いた超電導磁石システムにおける通電安定性の測定結果について説明する。測定サンプルとしては、上述の実施例１と同様の手順で、超電導線材を製作し、両端を接続して製作した閉回路を組み込んだ超電導磁石システムを用いた。
【０１１５】
すなわち、本実施例に係る超電導線材を用いた閉回路内に、巻きボビンのサイズが内径１００ｍｍ、外径１５０ｍｍ、軸長１００ｍｍのソレノイドコイルを製作し、Ｎｂ−Ｔｉ合金の超電導線材からなる超電導コイルとした。得られた閉回路の超電導コイルに永久電流スイッチを並列に半田付けし、永久電流モードによる稼働が可能な超電導磁石システムを製作した。
【０１１６】
上記超電導磁石システムの超電導コイルに通電して永久電流モードとし、約６ヵ月間に亘る長期の通電安定性を測定した結果、経時変化の少ない安定した磁場が発生していることが確認された。以上のことから、本実施例に係る超電導磁石システムを、核磁気共鳴現象を応用した分析装置やイメージング装置等に適用すれば、これら装置の長期運転における信頼性が大幅に向上することが期待される。
【符号の説明】
【０１１７】
１０ 超電導線材
１１ 超電導フィラメント
１２ａ Ｎｂ−Ｔａバリア層
１２ｂ Ｎｂ−Ｓｎ化合物層
１３ 銅マトリックス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅マトリックスの内部にＮｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメントが内蔵された永久電流用の超電導線材において、
前記超電導フィラメントの周囲に動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｔａ合金が被覆された
ことを特徴とする超電導線材。
【請求項２】
前記Ｎｂ−Ｔａ合金は、
Ｔａを１０質量％以上５０質量％以下含有し、
温度４．２Ｋにおける動作磁場の環境下で超電導性を有さない
ことを特徴とする請求項１に記載の超電導線材。
【請求項３】
前記Ｎｂ−Ｔａ合金は、
Ｔａを１０質量％以上含有し、
温度４．２Ｋにおける動作磁場が０．１５Ｔ以上の環境下で超電導性を有さない
ことを特徴とする請求項２に記載の超電導線材。
【請求項４】
前記銅マトリックスは、Ｃｕ−Ｎｉ合金からなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の超電導線材。
【請求項５】
前記Ｎｂ−Ｔａ合金は、
ビッカース硬さが前記超電導フィラメントの１．０倍以上１．５倍以下である
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の超電導線材。
【請求項６】
前記Ｎｂ−Ｔａ合金は、厚さが０．１μｍ以下に被覆されている
ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の超電導線材。
【請求項７】
Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメントが機械的手段によって密着され一体化した永久電流用の超電導線材の接続部において、
前記超電導フィラメントの周囲に動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｔａ合金が被覆され、
接続される前記超電導フィラメント同士の接触を抑制しつつ、前記Ｎｂ−Ｔａ合金が相互に密着することで前記超電導フィラメントが一体化されている
ことを特徴とする超電導線材の接続部。
【請求項８】
Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメントが密着され一体化した永久電流用の超電導線材の接続部において、
接続される前記超電導フィラメント同士が常電導金属を介して機械的手段により一体化されている
ことを特徴とする超電導線材の接続部。
【請求項９】
前記常電導金属は、Ｎｂ−Ｔａ合金である
ことを特徴とする請求項８に記載の超電導線材の接続部。
【請求項１０】
Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメントが密着され一体化した永久電流用の超電導線材の接続部において、
接続される前記超電導フィラメント同士が、前記超電導フィラメントの間を仕切るように前記超電導フィラメントの周囲に冶金的手段で生成され、動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｓｎ化合物により仕切られている
ことを特徴とする超電導線材の接続部。
【請求項１１】
請求項１〜請求項６のいずれかの超電導線材を備える
ことを特徴とする永久電流スイッチ。
【請求項１２】
前記超電導線材には、
請求項７〜請求項１０のいずれかの接続部が設けられている
ことを特徴とする請求項１１に記載の永久電流スイッチ。
【請求項１３】
請求項１〜請求項６のいずれかの超電導線材と、
前記超電導線材に設けられた請求項７〜請求項１０のいずれかの接続部と、を備える
ことを特徴とする超電導磁石システム。
【請求項１４】
前記超電導線材には、
請求項１１又は請求項１２の永久電流スイッチが接続されている
ことを特徴とする請求項１３に記載の超電導磁石システム。
【請求項１５】
Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメントを密着させ一体化する永久電流用の超電導線材の接続方法において、
前記超電導フィラメントを溶融Ｓｎ浴に浸漬することで、前記超電導フィラメントの間を仕切るように、動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｓｎ化合物を前記超電導フィラメントの表面に生成させつつ、前記超電導フィラメントを包む銅マトリックスを除去する冶金的な工程と、
前記超電導フィラメントの表面に付着したＳｎを酸によって除去する工程と、
前記Ｎｂ−Ｓｎ化合物で表面が被覆された前記超電導フィラメント同士を相互に接合して一体化する工程と、を有する
ことを特徴とする超電導線材の接続方法。
【請求項１】
銅マトリックスの内部にＮｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメントが内蔵された永久電流用の超電導線材において、
前記超電導フィラメントの周囲に動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｔａ合金が被覆された
ことを特徴とする超電導線材。
【請求項２】
前記Ｎｂ−Ｔａ合金は、
Ｔａを１０質量％以上５０質量％以下含有し、
温度４．２Ｋにおける動作磁場の環境下で超電導性を有さない
ことを特徴とする請求項１に記載の超電導線材。
【請求項３】
前記Ｎｂ−Ｔａ合金は、
Ｔａを１０質量％以上含有し、
温度４．２Ｋにおける動作磁場が０．１５Ｔ以上の環境下で超電導性を有さない
ことを特徴とする請求項２に記載の超電導線材。
【請求項４】
前記銅マトリックスは、Ｃｕ−Ｎｉ合金からなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の超電導線材。
【請求項５】
前記Ｎｂ−Ｔａ合金は、
ビッカース硬さが前記超電導フィラメントの１．０倍以上１．５倍以下である
ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の超電導線材。
【請求項６】
前記Ｎｂ−Ｔａ合金は、厚さが０．１μｍ以下に被覆されている
ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の超電導線材。
【請求項７】
Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメントが機械的手段によって密着され一体化した永久電流用の超電導線材の接続部において、
前記超電導フィラメントの周囲に動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｔａ合金が被覆され、
接続される前記超電導フィラメント同士の接触を抑制しつつ、前記Ｎｂ−Ｔａ合金が相互に密着することで前記超電導フィラメントが一体化されている
ことを特徴とする超電導線材の接続部。
【請求項８】
Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメントが密着され一体化した永久電流用の超電導線材の接続部において、
接続される前記超電導フィラメント同士が常電導金属を介して機械的手段により一体化されている
ことを特徴とする超電導線材の接続部。
【請求項９】
前記常電導金属は、Ｎｂ−Ｔａ合金である
ことを特徴とする請求項８に記載の超電導線材の接続部。
【請求項１０】
Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメントが密着され一体化した永久電流用の超電導線材の接続部において、
接続される前記超電導フィラメント同士が、前記超電導フィラメントの間を仕切るように前記超電導フィラメントの周囲に冶金的手段で生成され、動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｓｎ化合物により仕切られている
ことを特徴とする超電導線材の接続部。
【請求項１１】
請求項１〜請求項６のいずれかの超電導線材を備える
ことを特徴とする永久電流スイッチ。
【請求項１２】
前記超電導線材には、
請求項７〜請求項１０のいずれかの接続部が設けられている
ことを特徴とする請求項１１に記載の永久電流スイッチ。
【請求項１３】
請求項１〜請求項６のいずれかの超電導線材と、
前記超電導線材に設けられた請求項７〜請求項１０のいずれかの接続部と、を備える
ことを特徴とする超電導磁石システム。
【請求項１４】
前記超電導線材には、
請求項１１又は請求項１２の永久電流スイッチが接続されている
ことを特徴とする請求項１３に記載の超電導磁石システム。
【請求項１５】
Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる多数本の超電導フィラメントを密着させ一体化する永久電流用の超電導線材の接続方法において、
前記超電導フィラメントを溶融Ｓｎ浴に浸漬することで、前記超電導フィラメントの間を仕切るように、動作環境下で超電導性を有さないＮｂ−Ｓｎ化合物を前記超電導フィラメントの表面に生成させつつ、前記超電導フィラメントを包む銅マトリックスを除去する冶金的な工程と、
前記超電導フィラメントの表面に付着したＳｎを酸によって除去する工程と、
前記Ｎｂ−Ｓｎ化合物で表面が被覆された前記超電導フィラメント同士を相互に接合して一体化する工程と、を有する
ことを特徴とする超電導線材の接続方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−８９４１６（Ｐ２０１３−８９４１６Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２８００９（Ｐ２０１１−２２８００９）
【出願日】平成２３年１０月１７日（２０１１．１０．１７）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１７日（２０１１．１０．１７）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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