Ｎｂ３Ａｌ超電導多芯線材
【課題】Ｎｂ３Ａｌ超電導多芯線材の製造工程において、高いＪｃ特性（輸送臨界電流密度特性）を損なわずに伸線加工時の断線を抑制して長尺化することにある。
【解決手段】Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の中心には、１本又は複数本の中心金属線材としての中心ダミー材９が配置され、中心ダミー材９の外周は中心ダミー材９とは異なる材料で構成された金属緩衝層１０によって被覆されおり。中心ダミー材９の外周には、ＮｂとＡｌ又はこれらの合金からなる複数本の超電導線材としてのシングル線材６が配置され、複数本のシングル線材６の外周が金属被覆層としての金属シース材１２によって被覆されることで構成される。
【解決手段】Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の中心には、１本又は複数本の中心金属線材としての中心ダミー材９が配置され、中心ダミー材９の外周は中心ダミー材９とは異なる材料で構成された金属緩衝層１０によって被覆されおり。中心ダミー材９の外周には、ＮｂとＡｌ又はこれらの合金からなる複数本の超電導線材としてのシングル線材６が配置され、複数本のシングル線材６の外周が金属被覆層としての金属シース材１２によって被覆されることで構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｎｂ３Ａｌ化合物系超電導線材は、ＮｂＴｉ超電導線材と比べ、特に高磁界における輸送臨界電流密度特性（以下、Ｊｃ特性と略す。）が優れていることから、１２〜２５Ｔ（テスラ）程度の高磁界下で運転する超電導マグネット用材料などへの応用が期待されている。具体的には、高エネルギー粒子加速器などに利用され、その場合、高いＪｃ特性を得ることに加えて、長尺化するための伸線加工技術が要請される。
【０００３】
上述の要請に応えるため、従来、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導線材の製造方法として、Ｎｂシート及びＡｌシートを積層し、それを断面渦巻形状に巻きつけるジェリーロール法が提案されている。この方法によれば、シート状のＮｂとＡｌとの拡散距離が短くなるため、高いＪｃ特性を得ることができる。さらに、ジェリーロール法によって製造された超電導線材を多芯組みして伸線工程を経ることで、長尺化したＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材が製造される（例えば、特許文献１参照）。
一般に、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の中心にはＮｂやＴａなどの中心金属線材（ダミー材）が配置され、これによって機械的強度の向上や加工性改善を図る方法が適用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１３２１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、中心金属線材の硬度が超電導線材と比較して高い場合、中心金属線材が伸線工程で超電導線材に食い込んでＪｃ特性の低下を引き起こし、さらには断線する場合があった。例えば、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材を高エネルギー粒子加速器などの放射線環境中で利用する場合は、超電導線材自身の低放射化対策として上述の中心金属線材には半減期が短いＴａなどが用いられるが、Ｔａは加工硬化が大きいため、Ｊｃ特性の低下が大きく、断線のおそれが大きかった。
【０００６】
本発明の目的は、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の製造工程において、高いＪｃ特性を損なわずに伸線加工時の断線を抑制して長尺化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第１の態様は、１本又は複数本からなる中心金属線材と、前記中心金属線材の外周に被覆され、前記中心金属線材とは異なる材料で構成された金属緩衝層と、前記金属緩衝層で被覆された前記中心金属線材の外周に配置され、ＮｂとＡｌ、又はこれらの合金からなる複数本の超電導線材と、前記複数本の超電導線材の外周に被覆された金属被覆層とを備えたＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材である。
【０００８】
本発明の第２の態様は、第１の態様のＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材において、前記金属緩衝層の材料の硬度が、前記金属緩衝層で被覆された前記中心金属線材の材料の硬度よりも低いＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材である。
【０００９】
本発明の第３の態様は、第１の態様又は第２の態様のＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材において、前記中心金属線材がＴａ又はその合金からなり、前記金属緩衝層がＮｂ又はその合金からなるＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材である。
【００１０】
本発明の第４の態様は、第１ないし第３の態様のいずれかのＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材おいて、前記中心金属線材の体積を１００とした場合に、前記金属緩衝層の体積が１０以下となるＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高いＪｃ特性を損なわずに伸線加工時の断線を抑制して長尺化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態におけるＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材の製造工程の一例を示す図である。
【図２Ａ】図１の工程内容の一例を示す説明図である。
【図２Ｂ】図１の工程内容の一例を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態における中心ダミー材９を金属緩衝層１０で被覆する方法の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の横断面の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の変形例における中心ダミー材９を金属緩衝層１０で被覆する方法の一例を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態の変形例におけるＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の横断面の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材］
本発明に係る実施形態のＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材について説明する。図４（ａ）は実施の形態におけるＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の横断面の一例を示す図、図４（ｂ）は図４（ａ）の中心部を拡大した一例を示す図である。
【００１４】
本実施形態によれば、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材は、その中心に中心金属線材としての中心ダミー材９が、１本、又は図示例のように複数本配置され、中心ダミー材９の外周は中心ダミー材９とは異なる材料で構成された金属緩衝層１０によって被覆されている。中心ダミー材９が複数本配置される場合には、複数本のダミー材９は金属緩衝層によって個別に被覆されている。金属緩衝層１０で被覆された中心ダミー材９の外周には、ＮｂとＡｌ又はこれらの合金からなる超電導線材としてのシングル線材６が複数本配置され、複数本のシングル線材６の外周がさらに金属被覆層としての金属シース材１２によって被覆されている。
【００１５】
中心ダミー材９は、金属線材で構成される。中心ダミー材は本実施形態のように断面が六角形状で構成される場合があるが、これに限られず、円、楕円、その他多角形状であってもよい。本実施形態のように中心ダミー材が六角形状であれば複数本の場合、隙間なく束ねることが可能であるため好ましい。中心ダミー材９は、１本又は複数本を束ねた状態でＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の横断面の中心に配置される。そうすることで、中心よりも偏って配置される場合に比べて高いＪｃ特性と良好な伸線加工性を有することができる。中心ダミー材９に硬度の高い線材を用いた場合、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の機械的強度を向上させることができる。中心ダミー材９には例えばＴａやＮｂを用いる
ことが好ましい。特に半減期の短いＴａを用いた場合には、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材を高エネルギー粒子加速器などの放射線環境中で利用することができる。
【００１６】
金属緩衝層１０は、金属性のシートにより構成され、中心ダミー材９の外周に被覆される。金属緩衝層１０には例えばＮｂ、Ｎｂ合金、ＮｂＴａ合金、ＮｂＴｉ合金、Ｖ（バナジウム）などの非磁性の金属を用いることが好ましい。金属緩衝層１０の材料は中心ダミー材９とは異なる材料で構成するため、例えば中心ダミー材９の材料がＴａであれば、金属緩衝層１０の材料はＮｂで構成する。ここで、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の製造工程において、シングル線材６の前躯体となるＮｂ／Ａｌ過飽和固溶体を生成する際に１５００℃以上での急熱急冷処理工程を経るため、金属緩衝層１０の材料は、その融点が１５００℃以上である金属が好ましい。さらに、１５００℃以上の温度において後述するシングル線材６との間で金属間化合物が生成されない金属が好ましい。
【００１７】
また、歩留よくＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の生産性を上げるためには、金属緩衝層１０の体積は、中心ダミー材の体積を１００とした場合に、１０以下であることが好ましい。
【００１８】
シングル線材６は、ＮｂシートとＡｌシート、又はこれらの合金からなるシートを積層させて巻芯３に巻きつけるジェリーロール法によって製造される金属線材である。シングル線材６の断面形状は、中心ダミー材と同様に、本実施形態では六角形状であるが、これに限られず、円、楕円、その他多角形状であってもよい。本実施形態のようにシングル線材６が六角形状であれば隙間なく複数のシングル線材を配置することが可能であるため好ましい。各シングル線材６の外周は化合物生成防止材であるバリア層１１によって被覆される。シングル線材６は、金属緩衝層１０で被覆された中心ダミー材９の外周を囲うように複数本配置され、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の横断面が円形を形成するように集合し配置される。
【００１９】
金属被覆層１２は、集合配置された複数のシングル線材６の外周に複数のシングル線材を一括するように被覆される。金属被覆層１２には例えばＮｂ又はＮｂ合金を用いることが好ましい。
このようにして本実施形態のＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材が構成される。
【００２０】
本実施の形態は、以下に挙げる一つ又はそれ以上の効果を有する。
（１）中心金属線材の外周に被覆され、中心金属線材とは異なる材料で構成された金属緩衝層を備えたので、中心金属線材の硬度がＮｂとＡｌ、又はこれらの合金からなる複数本の超電導線材と比較して高い場合であっても、金属緩衝層の作用により伸線加工時に超電導線材に中心金属線材が食い込むのを有効に防止できるので、高いＪｃ特性を損なわずに伸線加工時の断線を抑制して超電導線材を長尺化することができる。
【００２１】
（２）金属緩衝層１０に用いられる材料が、中心ダミー材９に用いる材料よりも硬度が低い材料であると、金属緩衝層１０によって中心ダミー材９とシングル線材６との硬度差が埋められて変形抵抗差を緩和することができ、加工性を改善できる。
【００２２】
（３）中心ダミー材９の材料がＴａ又はＴａ合金であり、金属緩衝層１０の材料がＮｂ又はＮｂ合金であると、Ｎｂ又はＮｂ合金は加工性がよいので、中心ダミー材９に金属緩衝層１０を被覆する際の塑性変形性を向上させることができる。
Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材を、例えば高エネルギー粒子加速器などの放射線環境下における超電導マグネットに利用する場合は、超電導線材が放射化して超電導特性が低下する他、被爆管理などの問題が生じる。したがって、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材を高エネルギー粒子加速器などの放射線環境中で利用する場合は、超電導線材自身の低放
射化対策として上述の中心ダミー材９には半減期が短いＴａが用いられる。Ｔａを用いることで、超電導線材自身の低放射化を図ることができる。特に、低放射化に当たってＴａを用いることは、ＴａがＮｂに比べて液体ヘリウム温度下における磁気的な安定性に優れていることからも好ましい。
ところが、中心ダミー材９としてＴａを用いた従来のＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の断線個所を走査型電子顕微鏡で観察すると、Ｔａとシングル線材６との金属間における硬度の差異から、シングル線材６が中心ダミー材９の硬度に耐え切れず、Ｔａがシングル線材６に食い込み、不均質な変形状態となっていた。この点で、本実施形態によれば、Ｔａを用いても、そのようなことはなく、伸線加工時の不均質な変形から生じる金属間の干渉が金属緩衝層１０によって抑制されるため、高いＪｃ特性を損なわずに伸線加工時の断線を抑制してキロメートル級の長尺化に資することができる。また、金属緩衝層１０には、中心ダミー材９の材料とは異なる材料が用いられるため、少なくとも不均質な変形が生じた同じ環境下で金属緩衝層１０は変形しない。したがって、シングル線材６への干渉を抑制することができる。なお、低放射化が不要な環境下での利用であれば中心ダミー材９にはＮｂを用いてもよい。
【００２３】
（４）金属緩衝層１０を用いた場合、金属緩衝層１０を用いなかった場合と比べて、伸線加工時の断線を抑制させることができる。しかし、金属緩衝層１０が増えることで、金属緩衝層１０に対する超電導線材の体積が相対的に減ることとなるため、高い超電導特性を得る為には、金属緩衝層１０の体積を少なくすることが求められる。中心ダミー材の体積を１００とした場合に、金属緩衝層１０の体積が１０以下であれば、超電導線材の体積を必要以上に減少させることがなく、高い超電導特性を維持することができ、それと同時に、伸線加工時に確実に断線を抑制することが可能となる。したがって、金属緩衝層１０の体積が１０以下であれば、歩留よくＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の生産性を上げることができる。
【００２４】
＜本実施の形態の変形例＞
なお、上述した実施の形態では、図３、図４に示すように、複数本の中心ダミー材９を個別に金属被覆層１０で被覆するようにしたが、一括して被覆するようにしてもよい。図５及び図６はそのような一括被覆した場合の変形例を示したものである。図５に示すように、複数本の中心ダミー材９をあらかじめ１つに束ねた状態で、その外周側面が金属緩衝層１０によって被覆される。このような変形例によれば、複数本の中心ダミー材９をそれぞれ金属緩衝層１０で被覆する工程を短縮できる。また、図６に示すように、複数の中心ダミー材９の外周に一括して金属緩衝層１０が被覆されているＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材が得られる。
【００２５】
＜他の応用例、利用例＞
本実施形態のＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材は超電導マグネットに用いることができる。高靭性・高硬度性から、線材自身の降伏応力、引張り強度、ヤング率などの機械的強度の面で優れている。その結果、強磁場による電磁力にも耐える超電導マグネットを製造することができる。さらに、両端抵抗を十分に抑えることで、永久電流超電導マグネットが実現できる。
【００２６】
さらに、例えば冷媒に液体ヘリウムを使用する場合に、Ｎｂ／Ａｌ系以外の他の金属系超電導体や酸化物系超電導体と組合わせることで、強磁場を発生する超電導マグネットなどが実現できる。ここで、他の金属系超電導体には、例えばＮｂＴｉ系合金、Ｎｂ３Ｓｎ系化合物、Ｖ３Ｇａ系、ＭｇＢ２系、シェブレル系化合物などが好ましい。必要に応じて２種以上の超電導マグネットを配置する。酸化物超電導体は、例えばＹ系、Ｂｉ系、Ｔｌ系、Ｈｇ系、Ａｇ／Ｐｂ系の超電導体であることが好ましい。なお、冷凍機伝導冷却に用いる場合は、ＭｇＢ２系又は酸化物超電導体と組合わせることで、高性能超電導マグネッ
トなどが実現できる。さらに、交流電力機器へ応用する場合は、交流損失を低減させるために線材を撚ってツイスト加工を施す必要がある。
【００２７】
具体的な他の応用例、利用例として、送電ケーブル、核磁気共鳴分析装置（ＮＭＲ）、医療用磁気共鳴診断装置（ＭＲＩ）、磁気分離装置、磁場中単結晶引上げ装置、超電導発電機、核融合炉用マグネット、高エネルギー粒子加速器用マグネットなどの機器に用いることができる。
【００２８】
［Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の製造方法］
次に、上述したＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の製造工程の概要を説明する。図１は第１実施の形態におけるＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の製造工程の一例を示している。図２Ａ、図２Ｂ及び図３は、図１の製造工程の一部を抜き出して斜視図で具体的に説明した一例を示している。
【００２９】
＜（１）シングル線材製造工程（図１のステップ１００〜１０６、図２Ａ）＞
【００３０】
まず、図１に示すように、Ａｌシート１、Ｎｂシート２、及び巻芯３を用意する（ステップ１００）。そして、これらからジェリーロール法を用いてシングル積層体４を製造する（ステップ１０１）。
これらのステップ１００、１０１では、具体的には、図２Ａに示すように、所定の厚さを有するＡｌシート１、Ｎｂシート２を積層し、棒状の巻芯３にジェリーロール状に合わせ巻きする。これによって、ジェリーロール積層体としてのシングル積層体４を製造する（図２Ａ（ａ））。ここで、Ａｌシート１及びＮｂシート２は、Ａｌ又はＡｌ合金、Ｎｂ又はＮｂ合金のいずれであってもよく、高いＪｃ特性を得るためには、Ａｌの体積を１とした場合にＮｂの体積が２．５〜３．５の範囲となることが好ましい。巻芯３には例えばＴａを用いることが好ましい。
【００３１】
次に、図１に示すように、シングル積層体４をシングルビレット５（Ｃｕ／Ｃｕ合金管）に充填する（ステップ１０２）。
このステップ１０２では、具体的には、図２Ａに示すように、上述の工程で得たシングル積層体４の他に、シングルビレット５、及び化合物生成防止材であるバリア層１１を用意する。シングルビレット５には例えばＣｕ管又はＣｕ合金管を用いることが好ましい。バリア層１１には例えばＴａシートを用いることが好ましい。そして、シングル積層体４をバリア層１１で被覆して、シングルビレット５内に充填する（図２Ａ（ｂ））。
シングルビレット５内に充填することで、後に施すダイス伸線加工の際に焼き付けなどを起こしても、シングル積層体４の表面を直接傷めることがなく、シングル積層体４の加工性を損なわずに伸線加工することができる。
【００３２】
次に、図１に示すように、静水圧押出（ステップ１０３）、ダイスによる伸線加工（ステップ１０４）を施し、Ｃｕ／Ｃｕ合金を除去することで（ステップ１０５）、シングル線材６を製造する（ステップ１０６）。
これらのステップ１０３〜１０６では、具体的には、静水圧押出を施した後のダイスによる伸線加工で、所望の径になるまで伸線加工し、図２Ａに示すように、断面が六角形状となるように加工する。必要に応じて、焼鈍処理を施して軟化させる。焼鈍処理においては、熱によってＡｌとＮｂとの金属間化合物が生成されない限度で行うことで、加工性を損なわずに伸線加工することができる。次に、シングルビレット５を硝酸を主成分とする液体に数時間浸して、Ｃｕ又はＣｕ合金を完全に除去し、断面が六角形状であるシングル線材６を製造する（図２Ａ（ｃ））。
【００３３】
なお、上述の伸線加工は、ドローベンチ、スエージャー、カセットローラーダイス、ま
たは溝ロール等を用いて行う。一般的には、１パス当たりの断面減少率が１０％〜３０％程度となるように伸線加工を繰り返す。また、超電導線材の多芯線化は、例えば断面丸型形状、断面六角形状などに伸線加工された超電導線材を管に組み込み、上述のドローベンチ等を用いて、１パス当たりの断面減少率が１０％〜３０％程度となるように、所定の線径となるまで伸線加工する。
【００３４】
＜（２）被覆中心ダミー材製造工程（図１のステップ１２０〜１２１、図３＞
次に、図１に示すように、中心ダミー材９及び金属緩衝シートからなる金属緩衝層１０を用意する（ステップ１２０）。そして、中心ダミー材９の外周を金属緩衝層１０で被覆して被覆中心ダミー材を形成する（ステップ１２１）。ここで、金属緩衝層１０は、伸線工程において、中心ダミー材９と超電導線材との材料の硬度差に起因する超電導線材の断線を防止する緩衝材である。
これらのステップ１２０〜１２１では、具体的には、図３に示すように、金属緩衝シートからなる金属緩衝層１０で中心ダミー材９の外周側面を覆うように、金属緩衝層１０を外周側面の形状に沿って変形させ、中心ダミー材９に１ターン巻き付ける（図３（ａ））。これにより中心ダミー材９の外周を金属緩衝層１０で被覆した中心ダミー材が構成される（図３（ｂ））。なお、中心ダミー材９を金属緩衝層１０で被覆する方法は、この方法に限らず、例えば筒状の金属緩衝層１０に中心ダミー材９を挿入して被覆する方法、中心ダミー材９を融液状の金属緩衝層１０に浸して被覆する方法であってもよい。また、複数本の中心ダミー材９を用いる場合は、１本の中心ダミー材９を金属緩衝層１０で被覆した後に複数本に切断する方法の他、あらかじめ複数本に切断した中心ダミー材９のそれぞれを金属緩衝層１０で被覆する方法であってもよい。
【００３５】
＜（３）前駆体超電導多芯線材製造工程（図１のステップ１０７〜１１１、図２Ｂ＞
シングル線材６及び被覆中心ダミー材１０を形成した後、図１に示すように、金属緩衝層１０で被覆した中心ダミー材９の外周に複数本のシングル線材６を配置して多芯ビレット７（Ｃｕ／Ｃｕ合金管）に充填する（ステップ１０７）。その後、静水圧押出（ステップ１０８）、ダイスによる伸線加工（ステップ１０９）を施し、Ｃｕ／Ｃｕ合金を除去することで（ステップ１１０）、前躯体超電導多芯線材８を製造する（ステップ１１１）。
これらのステップ１０７〜１１１では、具体的には、図２Ｂに示すように、まず、シングル線材６、多芯ビレット７、中心ダミー材９、金属被覆層１２を用意する（図２Ｂ（ａ））。多芯ビレット７には例えばＣｕ管又はＣｕ合金管を用いることが好ましい。金属被覆層１２には例えばＮｂ管を用いることが好ましい。
【００３６】
そして複数本のシングル線材６を、内周に金属被覆層１２が設けられた多芯ビレット７内に充填する。このとき、金属緩衝層１０で被覆された中心ダミー材９も複数本のシングル線材６とともに多芯ビレット７内に充填する（図２Ｂ（ｂ））。金属緩衝層１０で被覆した中心ダミー材９は、１本又は複数本の束となって金属被覆層１１の中心に配置されるようにする。したがって、中心ダミー材９とシングル線材６との間には金属緩衝層１０が緩衝材として挟まれている状態となる。
そして、内部にシングル線材６及び中心ダミー材９が充填された多芯ビレット７に、静水圧押出を施し、更にダイスにより所望の径になるまで伸線加工する。必要に応じて焼鈍処理を施すことで、多芯ビレット７の加工性を損なわずに伸線加工できる。その後、硝酸を主成分とする液体に数時間浸して、Ｃｕ又はＣｕ合金を完全に溶かして、多芯ビレット７を除去する。これにより、Ｎｂ／Ａｌ線材としての前躯体超電導多芯線材８が製造される（図２Ｂ（ｃ））。
【００３７】
＜（４）Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材製造工程（ステップ１１２〜１１４、図４）＞
前躯体超電導多芯線材８を作成した後は、図１に示すように、急熱急冷処理（ステップ１１２）及び変態熱処理（ステップ１１３）を施し、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材を
製造する（ステップ１１４）。
具体的には、急熱急冷処理により、前躯体超電導多芯線材８を連続的に通電加熱し、自己通電加熱により１５００℃〜２０００℃の高温で短時間に急速に加熱する。急速加熱後すぐに、Ｇａバス内の液体Ｇａ中に通すなどして急速冷却し、Ｎｂ／Ａｌの過飽和固溶体を生成する。その後、変態熱処理において、Ｎｂ／Ａｌの過飽和固溶体を、８００℃で１０時間程度再加熱することにより、Ｎｂ３Ａｌ化合物を生成する。その結果、図４に示したＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材を得る。
【００３８】
なお、複数本の中心ダミー材９を個別に被覆するようにした上述の実施の形態と異なり、複数本の中心ダミー材９を一括して金属緩衝層１０によって被覆する場合は、図５に示すように複数本の中心ダミー材９をあらかじめ１つに束ねた状態で、その外周側面を金属緩衝層１０によって１ターン巻き付ける（図５（ａ））。このようにして一括被覆の中心ダミー材９を形成する（図５（ｂ））。
このように複数本の中心ダミー材９を用いる場合には、１つに束ねた複数本の中心ダミー材９と等しい線径からなる１本の中心ダミー材９を、金属緩衝層１０で被覆してもよい。図６は、このように一括被覆した中心ダミー材９を用いて製造されたＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の横断面の一例を示す図である。
【実施例】
【００３９】
次に、本発明の実施例を説明する。
【００４０】
＜実施例１＞
図２Ａにおいて、厚さ０．０３ｍｍのＡｌシート１と、厚さ０．１０ｍｍのＮｂシート２とを、直径２ｍｍのＴａ棒にジェリーロール状に合わせ巻きした。その後、外周に厚さ０．１ｍｍのＴａシートを化合物生成防止材（バリア層）として被覆し、外径が約１３ｍｍからなるシングル積層体４を製造した。そのシングル積層体４を、外径１６ｍｍ、内径１４ｍｍ、全長１５０ｍｍからなるＣｕ管に充填した。そのＣｕ管を、押出機により線径８ｍｍまで押出加工し、ドローベンチを用いて、断面六角対辺長２．８０ｍｍとなるように伸線加工した後、硝酸に浸して、外郭であるＣｕ管を完全に除去して、断面六角対辺長２．５５ｍｍのシングル線材６を製造した。
【００４１】
図２Ｂにおいて、上述のシングル線材６を、１本当たりの全長が３００ｍｍとなるように２７６本に切断し、断面六角対辺長２．５５ｍｍのＴａ棒を３７本とともに、Ｎｂ層で被覆した後、外径５９ｍｍ、内径５４ｍｍからなるＣｕ合金管に充填した。ここで、３７本のそれぞれのＴａ棒の外周には、厚さ０．１０ｍｍのＮｂシートが１ターン巻き付けて被覆してある（例えば、図３（ｂ））。
【００４２】
得られたＣｕ合金管を、静水圧押出により線径３０ｍｍまで押出加工し、ドローベンチや釜式伸線機を用いて伸線加工した。その結果、線径が０．８ｍｍに縮径されるまで、断線することなく伸線加工することができた。
【００４３】
以上より、中心ダミー材９としてのＴａ棒の外周を金属緩衝層１０としてのＮｂシートで被覆することは、伸線加工時の断線を抑制しつつ長尺化することができると認められる。
【００４４】
なお、前躯体超電導多芯線材８の芯線数について、本実施例ではシングル線材６を２７６本、中心ダミー材９としてのＴａ棒を３７本とする３１３芯構造であるが、これに限られず、応用する機器に応じて増減させてもよい。
【００４５】
＜実施例２＞
実施例２が、実施例１と異なる点は、３７本のＴａ棒を１束として、その外周を一括して厚さ０．１０ｍｍのＮｂシートで被覆した点である（例えば、図５）。その他は、実施例１と同様に、２７６本に切断したシングル線材６であって、全長３００ｍｍ、断面六角対辺長２．５５ｍｍのものと、３７本のＴａ棒であって断面六角対辺長２．５５ｍｍのものとを、Ｎｂ層で被覆した後、Ｃｕ合金管に充填したものを準備した。Ｃｕ合金管は、外径５９ｍｍ、内径５４ｍｍからなる。
実施例１と同様に伸線加工した結果、線径が０．８ｍｍに縮径されるまで、断線することなく伸線加工することができた。
【００４６】
＜実施例３＞
実施例３では、金属緩衝層としてのＮｂシートの厚さを変えた場合の加工性と、Ｊｃ特性について評価した。
実施例１と同様にして、断面六角対辺長が２．８０ｍｍのシングル線を得た。次に、シングル線６全体を硝酸に浸して、外側に配置されるＣｕを完全に除去した。除去後の六角対辺長は２．５５ｍｍである。これを、長さ３００ｍｍに２７６本切断した後、外径５９ｍｍ、内径５４ｍｍのＣｕ合金パイプに組み込んだ。このとき、中心には六角対辺長が２．５５ｍｍのＴａ棒を３７本配置した。
ここでは、３７本のＴａ棒のそれぞれの表面に、種々の厚さのＮｂシートを１ターン巻き付けたもの（図３参照）を準備し、加工性とＪｃ特性を評価した。具体的には、中心ダミー材の体積と、その表面に配置される金属緩衝層１０としてのＮｂシートの体積が、中心ダミー材が１００に対して、１、３、５、１０、２０、３０となるように、Ｎｂシートを巻き付けて線材を作製した。
【００４７】
その結果を表１に示す。
【表１】
Ｎｂシートの体積を１にした場合には、線径１．０ｍｍまでの歩留まり（断線しない確率）は８１％であったが、体積を３にすると９０％、体積を５にすると９５％まで向上することがわかった。また、体積が１０を越えると歩留まりは１００％となり、線形１．０ｍｍまで断線しないことがわかった。
次に、線径１．０ｍｍまで無断線で加工できた多芯線を急熱急冷処理および再加熱処理して、Ｎｂ３Ａｌ化合物とし、温度４．２ＫでＪｃ特性を評価した。その結果、Ｎｂシートの体積を１０まで増加させた場合でも、２３Ｔという高い磁界で、実用レベルである２００Ａ／ｍｍ２を上回るＪｃが得られていることが確認できた。しかしながら、Ｎｂシートの体積を１０を超えて増加させた場合は、非超電導相の割合を増加させるだけになった。すなわち、金属緩衝層１０の体積を増加させれば加工性が向上するが、超電導線材の体積が減少することになるため、過度に金属緩衝層１０の体積を増加させた場合は、高い超電導特性を維持できなくなる。
このため、Ｎｂシートの体積は１０が最も効果的であることがわかった。したがって、歩留まり８０％以上でも許容される場合は、Ｎｂシートの体積は非超電導相の割合の増加を抑えられる１０以下が好ましい。すなわち、中心ダミー材と、その表面に配置される金
属緩衝層（Ｎｂシート）の体積は、中心ダミー材が１００に対して、Ｎｂシートは１０以下にすることで、高い性能を有する長尺線を安定して作製することができることを確認した。
【００４８】
＜比較例＞
比較例として、上述の実施例１において、Ｔａ棒が被覆されていないものを準備して実施例１と同様の伸線加工を行い、加工性を比較評価した。その結果、線径が１．４ｍｍに縮径されたところで断線が発生した。
【符号の説明】
【００４９】
１ Ａｌシート
２ Ｎｂシート
３ 巻芯
４ シングル積層体
５ シングルビレット５
６ シングル線材
７ 多芯ビレット
８ 前躯体超電導多芯線材
９ 中心ダミー材
１０ 金属緩衝層
１１ バリア層
１２ 金属被覆層
【技術分野】
【０００１】
本発明はＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｎｂ３Ａｌ化合物系超電導線材は、ＮｂＴｉ超電導線材と比べ、特に高磁界における輸送臨界電流密度特性（以下、Ｊｃ特性と略す。）が優れていることから、１２〜２５Ｔ（テスラ）程度の高磁界下で運転する超電導マグネット用材料などへの応用が期待されている。具体的には、高エネルギー粒子加速器などに利用され、その場合、高いＪｃ特性を得ることに加えて、長尺化するための伸線加工技術が要請される。
【０００３】
上述の要請に応えるため、従来、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導線材の製造方法として、Ｎｂシート及びＡｌシートを積層し、それを断面渦巻形状に巻きつけるジェリーロール法が提案されている。この方法によれば、シート状のＮｂとＡｌとの拡散距離が短くなるため、高いＪｃ特性を得ることができる。さらに、ジェリーロール法によって製造された超電導線材を多芯組みして伸線工程を経ることで、長尺化したＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材が製造される（例えば、特許文献１参照）。
一般に、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の中心にはＮｂやＴａなどの中心金属線材（ダミー材）が配置され、これによって機械的強度の向上や加工性改善を図る方法が適用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１３２１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、中心金属線材の硬度が超電導線材と比較して高い場合、中心金属線材が伸線工程で超電導線材に食い込んでＪｃ特性の低下を引き起こし、さらには断線する場合があった。例えば、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材を高エネルギー粒子加速器などの放射線環境中で利用する場合は、超電導線材自身の低放射化対策として上述の中心金属線材には半減期が短いＴａなどが用いられるが、Ｔａは加工硬化が大きいため、Ｊｃ特性の低下が大きく、断線のおそれが大きかった。
【０００６】
本発明の目的は、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の製造工程において、高いＪｃ特性を損なわずに伸線加工時の断線を抑制して長尺化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第１の態様は、１本又は複数本からなる中心金属線材と、前記中心金属線材の外周に被覆され、前記中心金属線材とは異なる材料で構成された金属緩衝層と、前記金属緩衝層で被覆された前記中心金属線材の外周に配置され、ＮｂとＡｌ、又はこれらの合金からなる複数本の超電導線材と、前記複数本の超電導線材の外周に被覆された金属被覆層とを備えたＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材である。
【０００８】
本発明の第２の態様は、第１の態様のＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材において、前記金属緩衝層の材料の硬度が、前記金属緩衝層で被覆された前記中心金属線材の材料の硬度よりも低いＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材である。
【０００９】
本発明の第３の態様は、第１の態様又は第２の態様のＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材において、前記中心金属線材がＴａ又はその合金からなり、前記金属緩衝層がＮｂ又はその合金からなるＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材である。
【００１０】
本発明の第４の態様は、第１ないし第３の態様のいずれかのＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材おいて、前記中心金属線材の体積を１００とした場合に、前記金属緩衝層の体積が１０以下となるＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高いＪｃ特性を損なわずに伸線加工時の断線を抑制して長尺化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態におけるＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材の製造工程の一例を示す図である。
【図２Ａ】図１の工程内容の一例を示す説明図である。
【図２Ｂ】図１の工程内容の一例を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態における中心ダミー材９を金属緩衝層１０で被覆する方法の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の横断面の一例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態の変形例における中心ダミー材９を金属緩衝層１０で被覆する方法の一例を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態の変形例におけるＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の横断面の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材］
本発明に係る実施形態のＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材について説明する。図４（ａ）は実施の形態におけるＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の横断面の一例を示す図、図４（ｂ）は図４（ａ）の中心部を拡大した一例を示す図である。
【００１４】
本実施形態によれば、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材は、その中心に中心金属線材としての中心ダミー材９が、１本、又は図示例のように複数本配置され、中心ダミー材９の外周は中心ダミー材９とは異なる材料で構成された金属緩衝層１０によって被覆されている。中心ダミー材９が複数本配置される場合には、複数本のダミー材９は金属緩衝層によって個別に被覆されている。金属緩衝層１０で被覆された中心ダミー材９の外周には、ＮｂとＡｌ又はこれらの合金からなる超電導線材としてのシングル線材６が複数本配置され、複数本のシングル線材６の外周がさらに金属被覆層としての金属シース材１２によって被覆されている。
【００１５】
中心ダミー材９は、金属線材で構成される。中心ダミー材は本実施形態のように断面が六角形状で構成される場合があるが、これに限られず、円、楕円、その他多角形状であってもよい。本実施形態のように中心ダミー材が六角形状であれば複数本の場合、隙間なく束ねることが可能であるため好ましい。中心ダミー材９は、１本又は複数本を束ねた状態でＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の横断面の中心に配置される。そうすることで、中心よりも偏って配置される場合に比べて高いＪｃ特性と良好な伸線加工性を有することができる。中心ダミー材９に硬度の高い線材を用いた場合、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の機械的強度を向上させることができる。中心ダミー材９には例えばＴａやＮｂを用いる
ことが好ましい。特に半減期の短いＴａを用いた場合には、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材を高エネルギー粒子加速器などの放射線環境中で利用することができる。
【００１６】
金属緩衝層１０は、金属性のシートにより構成され、中心ダミー材９の外周に被覆される。金属緩衝層１０には例えばＮｂ、Ｎｂ合金、ＮｂＴａ合金、ＮｂＴｉ合金、Ｖ（バナジウム）などの非磁性の金属を用いることが好ましい。金属緩衝層１０の材料は中心ダミー材９とは異なる材料で構成するため、例えば中心ダミー材９の材料がＴａであれば、金属緩衝層１０の材料はＮｂで構成する。ここで、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の製造工程において、シングル線材６の前躯体となるＮｂ／Ａｌ過飽和固溶体を生成する際に１５００℃以上での急熱急冷処理工程を経るため、金属緩衝層１０の材料は、その融点が１５００℃以上である金属が好ましい。さらに、１５００℃以上の温度において後述するシングル線材６との間で金属間化合物が生成されない金属が好ましい。
【００１７】
また、歩留よくＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の生産性を上げるためには、金属緩衝層１０の体積は、中心ダミー材の体積を１００とした場合に、１０以下であることが好ましい。
【００１８】
シングル線材６は、ＮｂシートとＡｌシート、又はこれらの合金からなるシートを積層させて巻芯３に巻きつけるジェリーロール法によって製造される金属線材である。シングル線材６の断面形状は、中心ダミー材と同様に、本実施形態では六角形状であるが、これに限られず、円、楕円、その他多角形状であってもよい。本実施形態のようにシングル線材６が六角形状であれば隙間なく複数のシングル線材を配置することが可能であるため好ましい。各シングル線材６の外周は化合物生成防止材であるバリア層１１によって被覆される。シングル線材６は、金属緩衝層１０で被覆された中心ダミー材９の外周を囲うように複数本配置され、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の横断面が円形を形成するように集合し配置される。
【００１９】
金属被覆層１２は、集合配置された複数のシングル線材６の外周に複数のシングル線材を一括するように被覆される。金属被覆層１２には例えばＮｂ又はＮｂ合金を用いることが好ましい。
このようにして本実施形態のＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材が構成される。
【００２０】
本実施の形態は、以下に挙げる一つ又はそれ以上の効果を有する。
（１）中心金属線材の外周に被覆され、中心金属線材とは異なる材料で構成された金属緩衝層を備えたので、中心金属線材の硬度がＮｂとＡｌ、又はこれらの合金からなる複数本の超電導線材と比較して高い場合であっても、金属緩衝層の作用により伸線加工時に超電導線材に中心金属線材が食い込むのを有効に防止できるので、高いＪｃ特性を損なわずに伸線加工時の断線を抑制して超電導線材を長尺化することができる。
【００２１】
（２）金属緩衝層１０に用いられる材料が、中心ダミー材９に用いる材料よりも硬度が低い材料であると、金属緩衝層１０によって中心ダミー材９とシングル線材６との硬度差が埋められて変形抵抗差を緩和することができ、加工性を改善できる。
【００２２】
（３）中心ダミー材９の材料がＴａ又はＴａ合金であり、金属緩衝層１０の材料がＮｂ又はＮｂ合金であると、Ｎｂ又はＮｂ合金は加工性がよいので、中心ダミー材９に金属緩衝層１０を被覆する際の塑性変形性を向上させることができる。
Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材を、例えば高エネルギー粒子加速器などの放射線環境下における超電導マグネットに利用する場合は、超電導線材が放射化して超電導特性が低下する他、被爆管理などの問題が生じる。したがって、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材を高エネルギー粒子加速器などの放射線環境中で利用する場合は、超電導線材自身の低放
射化対策として上述の中心ダミー材９には半減期が短いＴａが用いられる。Ｔａを用いることで、超電導線材自身の低放射化を図ることができる。特に、低放射化に当たってＴａを用いることは、ＴａがＮｂに比べて液体ヘリウム温度下における磁気的な安定性に優れていることからも好ましい。
ところが、中心ダミー材９としてＴａを用いた従来のＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の断線個所を走査型電子顕微鏡で観察すると、Ｔａとシングル線材６との金属間における硬度の差異から、シングル線材６が中心ダミー材９の硬度に耐え切れず、Ｔａがシングル線材６に食い込み、不均質な変形状態となっていた。この点で、本実施形態によれば、Ｔａを用いても、そのようなことはなく、伸線加工時の不均質な変形から生じる金属間の干渉が金属緩衝層１０によって抑制されるため、高いＪｃ特性を損なわずに伸線加工時の断線を抑制してキロメートル級の長尺化に資することができる。また、金属緩衝層１０には、中心ダミー材９の材料とは異なる材料が用いられるため、少なくとも不均質な変形が生じた同じ環境下で金属緩衝層１０は変形しない。したがって、シングル線材６への干渉を抑制することができる。なお、低放射化が不要な環境下での利用であれば中心ダミー材９にはＮｂを用いてもよい。
【００２３】
（４）金属緩衝層１０を用いた場合、金属緩衝層１０を用いなかった場合と比べて、伸線加工時の断線を抑制させることができる。しかし、金属緩衝層１０が増えることで、金属緩衝層１０に対する超電導線材の体積が相対的に減ることとなるため、高い超電導特性を得る為には、金属緩衝層１０の体積を少なくすることが求められる。中心ダミー材の体積を１００とした場合に、金属緩衝層１０の体積が１０以下であれば、超電導線材の体積を必要以上に減少させることがなく、高い超電導特性を維持することができ、それと同時に、伸線加工時に確実に断線を抑制することが可能となる。したがって、金属緩衝層１０の体積が１０以下であれば、歩留よくＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の生産性を上げることができる。
【００２４】
＜本実施の形態の変形例＞
なお、上述した実施の形態では、図３、図４に示すように、複数本の中心ダミー材９を個別に金属被覆層１０で被覆するようにしたが、一括して被覆するようにしてもよい。図５及び図６はそのような一括被覆した場合の変形例を示したものである。図５に示すように、複数本の中心ダミー材９をあらかじめ１つに束ねた状態で、その外周側面が金属緩衝層１０によって被覆される。このような変形例によれば、複数本の中心ダミー材９をそれぞれ金属緩衝層１０で被覆する工程を短縮できる。また、図６に示すように、複数の中心ダミー材９の外周に一括して金属緩衝層１０が被覆されているＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材が得られる。
【００２５】
＜他の応用例、利用例＞
本実施形態のＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材は超電導マグネットに用いることができる。高靭性・高硬度性から、線材自身の降伏応力、引張り強度、ヤング率などの機械的強度の面で優れている。その結果、強磁場による電磁力にも耐える超電導マグネットを製造することができる。さらに、両端抵抗を十分に抑えることで、永久電流超電導マグネットが実現できる。
【００２６】
さらに、例えば冷媒に液体ヘリウムを使用する場合に、Ｎｂ／Ａｌ系以外の他の金属系超電導体や酸化物系超電導体と組合わせることで、強磁場を発生する超電導マグネットなどが実現できる。ここで、他の金属系超電導体には、例えばＮｂＴｉ系合金、Ｎｂ３Ｓｎ系化合物、Ｖ３Ｇａ系、ＭｇＢ２系、シェブレル系化合物などが好ましい。必要に応じて２種以上の超電導マグネットを配置する。酸化物超電導体は、例えばＹ系、Ｂｉ系、Ｔｌ系、Ｈｇ系、Ａｇ／Ｐｂ系の超電導体であることが好ましい。なお、冷凍機伝導冷却に用いる場合は、ＭｇＢ２系又は酸化物超電導体と組合わせることで、高性能超電導マグネッ
トなどが実現できる。さらに、交流電力機器へ応用する場合は、交流損失を低減させるために線材を撚ってツイスト加工を施す必要がある。
【００２７】
具体的な他の応用例、利用例として、送電ケーブル、核磁気共鳴分析装置（ＮＭＲ）、医療用磁気共鳴診断装置（ＭＲＩ）、磁気分離装置、磁場中単結晶引上げ装置、超電導発電機、核融合炉用マグネット、高エネルギー粒子加速器用マグネットなどの機器に用いることができる。
【００２８】
［Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の製造方法］
次に、上述したＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の製造工程の概要を説明する。図１は第１実施の形態におけるＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の製造工程の一例を示している。図２Ａ、図２Ｂ及び図３は、図１の製造工程の一部を抜き出して斜視図で具体的に説明した一例を示している。
【００２９】
＜（１）シングル線材製造工程（図１のステップ１００〜１０６、図２Ａ）＞
【００３０】
まず、図１に示すように、Ａｌシート１、Ｎｂシート２、及び巻芯３を用意する（ステップ１００）。そして、これらからジェリーロール法を用いてシングル積層体４を製造する（ステップ１０１）。
これらのステップ１００、１０１では、具体的には、図２Ａに示すように、所定の厚さを有するＡｌシート１、Ｎｂシート２を積層し、棒状の巻芯３にジェリーロール状に合わせ巻きする。これによって、ジェリーロール積層体としてのシングル積層体４を製造する（図２Ａ（ａ））。ここで、Ａｌシート１及びＮｂシート２は、Ａｌ又はＡｌ合金、Ｎｂ又はＮｂ合金のいずれであってもよく、高いＪｃ特性を得るためには、Ａｌの体積を１とした場合にＮｂの体積が２．５〜３．５の範囲となることが好ましい。巻芯３には例えばＴａを用いることが好ましい。
【００３１】
次に、図１に示すように、シングル積層体４をシングルビレット５（Ｃｕ／Ｃｕ合金管）に充填する（ステップ１０２）。
このステップ１０２では、具体的には、図２Ａに示すように、上述の工程で得たシングル積層体４の他に、シングルビレット５、及び化合物生成防止材であるバリア層１１を用意する。シングルビレット５には例えばＣｕ管又はＣｕ合金管を用いることが好ましい。バリア層１１には例えばＴａシートを用いることが好ましい。そして、シングル積層体４をバリア層１１で被覆して、シングルビレット５内に充填する（図２Ａ（ｂ））。
シングルビレット５内に充填することで、後に施すダイス伸線加工の際に焼き付けなどを起こしても、シングル積層体４の表面を直接傷めることがなく、シングル積層体４の加工性を損なわずに伸線加工することができる。
【００３２】
次に、図１に示すように、静水圧押出（ステップ１０３）、ダイスによる伸線加工（ステップ１０４）を施し、Ｃｕ／Ｃｕ合金を除去することで（ステップ１０５）、シングル線材６を製造する（ステップ１０６）。
これらのステップ１０３〜１０６では、具体的には、静水圧押出を施した後のダイスによる伸線加工で、所望の径になるまで伸線加工し、図２Ａに示すように、断面が六角形状となるように加工する。必要に応じて、焼鈍処理を施して軟化させる。焼鈍処理においては、熱によってＡｌとＮｂとの金属間化合物が生成されない限度で行うことで、加工性を損なわずに伸線加工することができる。次に、シングルビレット５を硝酸を主成分とする液体に数時間浸して、Ｃｕ又はＣｕ合金を完全に除去し、断面が六角形状であるシングル線材６を製造する（図２Ａ（ｃ））。
【００３３】
なお、上述の伸線加工は、ドローベンチ、スエージャー、カセットローラーダイス、ま
たは溝ロール等を用いて行う。一般的には、１パス当たりの断面減少率が１０％〜３０％程度となるように伸線加工を繰り返す。また、超電導線材の多芯線化は、例えば断面丸型形状、断面六角形状などに伸線加工された超電導線材を管に組み込み、上述のドローベンチ等を用いて、１パス当たりの断面減少率が１０％〜３０％程度となるように、所定の線径となるまで伸線加工する。
【００３４】
＜（２）被覆中心ダミー材製造工程（図１のステップ１２０〜１２１、図３＞
次に、図１に示すように、中心ダミー材９及び金属緩衝シートからなる金属緩衝層１０を用意する（ステップ１２０）。そして、中心ダミー材９の外周を金属緩衝層１０で被覆して被覆中心ダミー材を形成する（ステップ１２１）。ここで、金属緩衝層１０は、伸線工程において、中心ダミー材９と超電導線材との材料の硬度差に起因する超電導線材の断線を防止する緩衝材である。
これらのステップ１２０〜１２１では、具体的には、図３に示すように、金属緩衝シートからなる金属緩衝層１０で中心ダミー材９の外周側面を覆うように、金属緩衝層１０を外周側面の形状に沿って変形させ、中心ダミー材９に１ターン巻き付ける（図３（ａ））。これにより中心ダミー材９の外周を金属緩衝層１０で被覆した中心ダミー材が構成される（図３（ｂ））。なお、中心ダミー材９を金属緩衝層１０で被覆する方法は、この方法に限らず、例えば筒状の金属緩衝層１０に中心ダミー材９を挿入して被覆する方法、中心ダミー材９を融液状の金属緩衝層１０に浸して被覆する方法であってもよい。また、複数本の中心ダミー材９を用いる場合は、１本の中心ダミー材９を金属緩衝層１０で被覆した後に複数本に切断する方法の他、あらかじめ複数本に切断した中心ダミー材９のそれぞれを金属緩衝層１０で被覆する方法であってもよい。
【００３５】
＜（３）前駆体超電導多芯線材製造工程（図１のステップ１０７〜１１１、図２Ｂ＞
シングル線材６及び被覆中心ダミー材１０を形成した後、図１に示すように、金属緩衝層１０で被覆した中心ダミー材９の外周に複数本のシングル線材６を配置して多芯ビレット７（Ｃｕ／Ｃｕ合金管）に充填する（ステップ１０７）。その後、静水圧押出（ステップ１０８）、ダイスによる伸線加工（ステップ１０９）を施し、Ｃｕ／Ｃｕ合金を除去することで（ステップ１１０）、前躯体超電導多芯線材８を製造する（ステップ１１１）。
これらのステップ１０７〜１１１では、具体的には、図２Ｂに示すように、まず、シングル線材６、多芯ビレット７、中心ダミー材９、金属被覆層１２を用意する（図２Ｂ（ａ））。多芯ビレット７には例えばＣｕ管又はＣｕ合金管を用いることが好ましい。金属被覆層１２には例えばＮｂ管を用いることが好ましい。
【００３６】
そして複数本のシングル線材６を、内周に金属被覆層１２が設けられた多芯ビレット７内に充填する。このとき、金属緩衝層１０で被覆された中心ダミー材９も複数本のシングル線材６とともに多芯ビレット７内に充填する（図２Ｂ（ｂ））。金属緩衝層１０で被覆した中心ダミー材９は、１本又は複数本の束となって金属被覆層１１の中心に配置されるようにする。したがって、中心ダミー材９とシングル線材６との間には金属緩衝層１０が緩衝材として挟まれている状態となる。
そして、内部にシングル線材６及び中心ダミー材９が充填された多芯ビレット７に、静水圧押出を施し、更にダイスにより所望の径になるまで伸線加工する。必要に応じて焼鈍処理を施すことで、多芯ビレット７の加工性を損なわずに伸線加工できる。その後、硝酸を主成分とする液体に数時間浸して、Ｃｕ又はＣｕ合金を完全に溶かして、多芯ビレット７を除去する。これにより、Ｎｂ／Ａｌ線材としての前躯体超電導多芯線材８が製造される（図２Ｂ（ｃ））。
【００３７】
＜（４）Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材製造工程（ステップ１１２〜１１４、図４）＞
前躯体超電導多芯線材８を作成した後は、図１に示すように、急熱急冷処理（ステップ１１２）及び変態熱処理（ステップ１１３）を施し、Ｎｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材を
製造する（ステップ１１４）。
具体的には、急熱急冷処理により、前躯体超電導多芯線材８を連続的に通電加熱し、自己通電加熱により１５００℃〜２０００℃の高温で短時間に急速に加熱する。急速加熱後すぐに、Ｇａバス内の液体Ｇａ中に通すなどして急速冷却し、Ｎｂ／Ａｌの過飽和固溶体を生成する。その後、変態熱処理において、Ｎｂ／Ａｌの過飽和固溶体を、８００℃で１０時間程度再加熱することにより、Ｎｂ３Ａｌ化合物を生成する。その結果、図４に示したＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材を得る。
【００３８】
なお、複数本の中心ダミー材９を個別に被覆するようにした上述の実施の形態と異なり、複数本の中心ダミー材９を一括して金属緩衝層１０によって被覆する場合は、図５に示すように複数本の中心ダミー材９をあらかじめ１つに束ねた状態で、その外周側面を金属緩衝層１０によって１ターン巻き付ける（図５（ａ））。このようにして一括被覆の中心ダミー材９を形成する（図５（ｂ））。
このように複数本の中心ダミー材９を用いる場合には、１つに束ねた複数本の中心ダミー材９と等しい線径からなる１本の中心ダミー材９を、金属緩衝層１０で被覆してもよい。図６は、このように一括被覆した中心ダミー材９を用いて製造されたＮｂ３Ａｌ化合物超電導多芯線材の横断面の一例を示す図である。
【実施例】
【００３９】
次に、本発明の実施例を説明する。
【００４０】
＜実施例１＞
図２Ａにおいて、厚さ０．０３ｍｍのＡｌシート１と、厚さ０．１０ｍｍのＮｂシート２とを、直径２ｍｍのＴａ棒にジェリーロール状に合わせ巻きした。その後、外周に厚さ０．１ｍｍのＴａシートを化合物生成防止材（バリア層）として被覆し、外径が約１３ｍｍからなるシングル積層体４を製造した。そのシングル積層体４を、外径１６ｍｍ、内径１４ｍｍ、全長１５０ｍｍからなるＣｕ管に充填した。そのＣｕ管を、押出機により線径８ｍｍまで押出加工し、ドローベンチを用いて、断面六角対辺長２．８０ｍｍとなるように伸線加工した後、硝酸に浸して、外郭であるＣｕ管を完全に除去して、断面六角対辺長２．５５ｍｍのシングル線材６を製造した。
【００４１】
図２Ｂにおいて、上述のシングル線材６を、１本当たりの全長が３００ｍｍとなるように２７６本に切断し、断面六角対辺長２．５５ｍｍのＴａ棒を３７本とともに、Ｎｂ層で被覆した後、外径５９ｍｍ、内径５４ｍｍからなるＣｕ合金管に充填した。ここで、３７本のそれぞれのＴａ棒の外周には、厚さ０．１０ｍｍのＮｂシートが１ターン巻き付けて被覆してある（例えば、図３（ｂ））。
【００４２】
得られたＣｕ合金管を、静水圧押出により線径３０ｍｍまで押出加工し、ドローベンチや釜式伸線機を用いて伸線加工した。その結果、線径が０．８ｍｍに縮径されるまで、断線することなく伸線加工することができた。
【００４３】
以上より、中心ダミー材９としてのＴａ棒の外周を金属緩衝層１０としてのＮｂシートで被覆することは、伸線加工時の断線を抑制しつつ長尺化することができると認められる。
【００４４】
なお、前躯体超電導多芯線材８の芯線数について、本実施例ではシングル線材６を２７６本、中心ダミー材９としてのＴａ棒を３７本とする３１３芯構造であるが、これに限られず、応用する機器に応じて増減させてもよい。
【００４５】
＜実施例２＞
実施例２が、実施例１と異なる点は、３７本のＴａ棒を１束として、その外周を一括して厚さ０．１０ｍｍのＮｂシートで被覆した点である（例えば、図５）。その他は、実施例１と同様に、２７６本に切断したシングル線材６であって、全長３００ｍｍ、断面六角対辺長２．５５ｍｍのものと、３７本のＴａ棒であって断面六角対辺長２．５５ｍｍのものとを、Ｎｂ層で被覆した後、Ｃｕ合金管に充填したものを準備した。Ｃｕ合金管は、外径５９ｍｍ、内径５４ｍｍからなる。
実施例１と同様に伸線加工した結果、線径が０．８ｍｍに縮径されるまで、断線することなく伸線加工することができた。
【００４６】
＜実施例３＞
実施例３では、金属緩衝層としてのＮｂシートの厚さを変えた場合の加工性と、Ｊｃ特性について評価した。
実施例１と同様にして、断面六角対辺長が２．８０ｍｍのシングル線を得た。次に、シングル線６全体を硝酸に浸して、外側に配置されるＣｕを完全に除去した。除去後の六角対辺長は２．５５ｍｍである。これを、長さ３００ｍｍに２７６本切断した後、外径５９ｍｍ、内径５４ｍｍのＣｕ合金パイプに組み込んだ。このとき、中心には六角対辺長が２．５５ｍｍのＴａ棒を３７本配置した。
ここでは、３７本のＴａ棒のそれぞれの表面に、種々の厚さのＮｂシートを１ターン巻き付けたもの（図３参照）を準備し、加工性とＪｃ特性を評価した。具体的には、中心ダミー材の体積と、その表面に配置される金属緩衝層１０としてのＮｂシートの体積が、中心ダミー材が１００に対して、１、３、５、１０、２０、３０となるように、Ｎｂシートを巻き付けて線材を作製した。
【００４７】
その結果を表１に示す。
【表１】
Ｎｂシートの体積を１にした場合には、線径１．０ｍｍまでの歩留まり（断線しない確率）は８１％であったが、体積を３にすると９０％、体積を５にすると９５％まで向上することがわかった。また、体積が１０を越えると歩留まりは１００％となり、線形１．０ｍｍまで断線しないことがわかった。
次に、線径１．０ｍｍまで無断線で加工できた多芯線を急熱急冷処理および再加熱処理して、Ｎｂ３Ａｌ化合物とし、温度４．２ＫでＪｃ特性を評価した。その結果、Ｎｂシートの体積を１０まで増加させた場合でも、２３Ｔという高い磁界で、実用レベルである２００Ａ／ｍｍ２を上回るＪｃが得られていることが確認できた。しかしながら、Ｎｂシートの体積を１０を超えて増加させた場合は、非超電導相の割合を増加させるだけになった。すなわち、金属緩衝層１０の体積を増加させれば加工性が向上するが、超電導線材の体積が減少することになるため、過度に金属緩衝層１０の体積を増加させた場合は、高い超電導特性を維持できなくなる。
このため、Ｎｂシートの体積は１０が最も効果的であることがわかった。したがって、歩留まり８０％以上でも許容される場合は、Ｎｂシートの体積は非超電導相の割合の増加を抑えられる１０以下が好ましい。すなわち、中心ダミー材と、その表面に配置される金
属緩衝層（Ｎｂシート）の体積は、中心ダミー材が１００に対して、Ｎｂシートは１０以下にすることで、高い性能を有する長尺線を安定して作製することができることを確認した。
【００４８】
＜比較例＞
比較例として、上述の実施例１において、Ｔａ棒が被覆されていないものを準備して実施例１と同様の伸線加工を行い、加工性を比較評価した。その結果、線径が１．４ｍｍに縮径されたところで断線が発生した。
【符号の説明】
【００４９】
１ Ａｌシート
２ Ｎｂシート
３ 巻芯
４ シングル積層体
５ シングルビレット５
６ シングル線材
７ 多芯ビレット
８ 前躯体超電導多芯線材
９ 中心ダミー材
１０ 金属緩衝層
１１ バリア層
１２ 金属被覆層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１本又は複数本からなる中心金属線材と、
前記中心金属線材の外周に被覆され、前記中心金属線材とは異なる材料で構成された金属緩衝層と、
前記金属緩衝層で被覆された前記中心金属線材の外周に配置され、ＮｂとＡｌ、又はこれらの合金からなる複数本の超電導線材と、
前記複数本の超電導線材の外周に被覆された金属被覆層と、
を備えたことを特徴とするＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材。
【請求項２】
前記金属緩衝層の材料の硬度は、前記金属緩衝層で被覆された前記中心金属線材の材料の硬度よりも低いことを特徴とする請求項１に記載のＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材。
【請求項３】
前記中心金属線材がＴａ又はその合金からなり、前記金属緩衝層がＮｂ又はその合金からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材。
【請求項４】
前記中心金属線材の体積を１００とした場合に、前記金属緩衝層の体積が１０以下となることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材。
【請求項１】
１本又は複数本からなる中心金属線材と、
前記中心金属線材の外周に被覆され、前記中心金属線材とは異なる材料で構成された金属緩衝層と、
前記金属緩衝層で被覆された前記中心金属線材の外周に配置され、ＮｂとＡｌ、又はこれらの合金からなる複数本の超電導線材と、
前記複数本の超電導線材の外周に被覆された金属被覆層と、
を備えたことを特徴とするＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材。
【請求項２】
前記金属緩衝層の材料の硬度は、前記金属緩衝層で被覆された前記中心金属線材の材料の硬度よりも低いことを特徴とする請求項１に記載のＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材。
【請求項３】
前記中心金属線材がＴａ又はその合金からなり、前記金属緩衝層がＮｂ又はその合金からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材。
【請求項４】
前記中心金属線材の体積を１００とした場合に、前記金属緩衝層の体積が１０以下となることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のＮｂ３Ａｌ超電導多芯線材。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１８２４７０（Ｐ２０１０−１８２４７０Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３３３３（Ｐ２００９−２３３３３）
【出願日】平成２１年２月４日（２００９．２．４）
【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２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月４日（２００９．２．４）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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