ＮｂＴｉ系超電導線材
【課題】高い銅比であっても、高い電界電流密度Ｊｃ、および高いフィラメント健全性（ｎ値）を発揮できるようなＮｂＴｉ系超電導線材を、軸直角断面形状に応じてその適切な構造を提供する。
【解決手段】ＮｂＴｉ系超電導線材として、Ｃｕマトリクス中に複数本のＮｂＴｉ合金フィラメントが配置され、軸直角断面が略円形状であるＮｂＴｉ系超電導線材において、前記Ｃｕマトリクスの断面積とＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積の比（Ｃｕマトリクスの断面積／ＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積）が５．０〜１５．０未満の範囲であると共に、ＮｂＴｉ合金フィラメントの平均径ｄが３０〜２００μｍであり、且つこのＮｂＴｉフィラメント平均径ｄに対するＮｂＴｉ合金フィラメント相互の平均間隔Ｓの割合（Ｓ／ｄ）が０．１０〜０．４０の範囲にあるものが例示される。
【解決手段】ＮｂＴｉ系超電導線材として、Ｃｕマトリクス中に複数本のＮｂＴｉ合金フィラメントが配置され、軸直角断面が略円形状であるＮｂＴｉ系超電導線材において、前記Ｃｕマトリクスの断面積とＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積の比（Ｃｕマトリクスの断面積／ＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積）が５．０〜１５．０未満の範囲であると共に、ＮｂＴｉ合金フィラメントの平均径ｄが３０〜２００μｍであり、且つこのＮｂＴｉフィラメント平均径ｄに対するＮｂＴｉ合金フィラメント相互の平均間隔Ｓの割合（Ｓ／ｄ）が０．１０〜０．４０の範囲にあるものが例示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮｂＴｉ合金フィラメントをＣｕマトリクス中に配置して構成されるＮｂＴｉ系超電導線材に関するものであり、殊に高い電界電流密度（Ｊｃ）、高いフィラメント健全性（ｎ値）、および熱的・電気的安定性を備え、ＭＲＩ装置やＮＭＲ装置に用いる超電導マグネットの素材として有用なＮｂＴｉ系超電導線材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ装置やＮＭＲ装置等に用いられる超電導マグネットは、大電流通電による強磁場発生を、電気抵抗ゼロを利用して電源を用いない永久電流モード運転で行なうものであり、超電導現象を利用することによって初めて実現されるものである。こうした永久電流モード運転を遂行する上で、高い磁場安定性（例えば、年０．０１％以下の磁場減衰率）を有することが必要である。
【０００３】
高い磁場安定性を達成するためには、永久電流モード運転中に線材自身が発生する電気抵抗を小さくすることが重要となる。このときの抵抗値は、超電導線材にマグネットの運転電流を流したときに発生する電圧Ｖを通じて、線材の特性と下記（１）式の関係があることが知られている。
Ｖ＝Ｖｃ（Ｊｏｐ／Ｊｃ）n …（１）
【０００４】
但し、ＪｏｐおよびＪｃは、夫々マグネットの運転電流における超電導線材の電流密度、超電導線材の臨界電流密度であり、Ｖｃは臨界電流を定義する基準電圧であり、指数がｎ値である。
【０００５】
上記ｎ値は、超電導状態から常電導状態への転移の鋭さを示す量となるものであり、高い磁場安定性を確保するためには、Ｊｏｐに比べて十分に高いＪｃとｎ値を有する線材であることが重要である。このうちｎ値は超電導線材の発生電圧に指数的に関与することになるので、線材の臨界電流密度Ｊｃを高くするのと同様に、ｎ値を大きくすることで、磁場の安定に有効に作用することになる。このｎ値が小さい場合は、高い磁場安定性を確保するには、マグネットの運転電流を著しく低下させる必要が生じるために、線材の使用量が多くなってしまい、超電導マグネットを大型させることとなり、コンパクト化を図りたいという要求に反することになる。
【０００６】
超電導マグネットの素材として実用化されている金属系超電導線材としては、ＮｂＴｉ系線材とＮｂ3Ｓｎ系線材の２種類が代表的なものとして知られている。このうち、ＮｂＴｉ系超電導線材（合金線材）は、Ｎｂ3Ｓｎ系超電導線材（化合物線材）に比べて臨界磁場（超電導を維持できる最高磁場）が低いこと、また安価に作製できることから、低・中磁場用マグネットや高磁場用マグネットの外層用素材として用いられている。
【０００７】
こうしたＮｂＴｉ系超電導線材におけるｎ値は、フィラメントの健全性が良好なときに高くなることが知られている。この「フィラメントの健全性」とは、線材形状の健全性の意味であり、具体的には長手方向のＮｂＴｉ合金フィラメントの断面積変化が小さく、軸直角断面内での場所による断面積変化が小さいこと（いわゆるソーセージング現象が小さいこと）である。
【０００８】
ＮｂＴｉ系超電導線材の構造について、これまでにも様々な技術が提案されている。例えば、特許文献１には、ＮｂＴｉ合金フィラメントを対称的に配置すると共に、Ｃｕマトリクスの断面積とＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積の比（Ｃｕマトリクスの断面積／ＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積：以下「銅比」と呼ぶことがある）を３以上とすることによって、高度な磁場の均一性を達成する技術が提案されている。また特許文献２には、ＮｂＴｉ合金フィラメント径を３〜２０μｍとすると共に、上記銅比を６〜８の範囲とし、線材横断面積内におけるフィラメントの存在領域を０．３Ｄ〜０．９Ｄの範囲（Ｄは線材外径）等の要件を規定することによって、フィラメントの健全性を確保した技術が提案されている。
【特許文献１】特開平２−１０６１２号公報
【特許文献２】特開２００２−３０４９２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＭＲＩやＮＭＲ用の超電導マグネットに使用されるＮｂＴｉ系超電導線材では、高速でマグネットを励磁する必要がないので、フィラメント径は２０μｍ以上と太く、また高い安定性（熱的安定性および電気的安定性）が要求されるので、マトリクス材料もＣｕが用いられるのが一般的である。特に、７Ｔ（テスラ）以下の低・中磁場の発生に用いられるＮｂＴｉ系超電導線材は、銅比が５．０以上に設定されることが一般的である。
【００１０】
しかしながら、銅比だけを単に高めただけでＮｂＴｉ系超電導線材を製造すると、例えば押し出し、伸線等の縮径加工の際に、ＮｂＴｉ合金フィラメントの異常変形が生じ易くなる。そのため、超電導線材の長さ方向でフィラメント径が大きく変動するいわゆるソーセージング現象が発生したり、フィラメントが断線し易くなるという問題が生じる。こうした現象が生じると、超電導線材の臨界電流密度Ｊｃとｎ値は著しく低下することになる。即ち、従来の銅比が５．０以下のＮｂＴｉ超電導線材（特に、軸直角断面が円形の丸線）では、臨界電流密度は５Ｔの磁場中で臨界電流密度Ｊｃ：２７００Ａ／ｍｍ2程度以上、ｎ値：４０程度以上の値が得られているが、銅比が５．０以上を超えると、これらの特性が著しく低下することになる。
【００１１】
ところで、超電導線材をマグネットとして適用するには、超電導線材を巻線する必要があるが、こうした巻線においては軸直角断面が略矩形状の線材（以下、「平角線材」と呼ぶことがある）は高い占面率で巻線することができ、マグネットのコンパクト化に有効である。こうした平角線材は、断面が円形の線材で最終径の近傍まで伸線加工し、その後、圧延やダイス伸線によって断面略矩形状に加工して仕上げることになる。こうした加工においては、フィラメントが扁平になったり、線材の断面内でフィラメントの割れが生じることがある。その結果として、高銅比の丸線材と同様に超電導特性が劣化することになる。
【００１２】
本発明者らが検討したところによれば、丸線材を平角線材に加工する際に、フィラメントの配置状況によって、臨界電流密度Ｊｃとｎ値が大きく変化することが判明した。即ち、平角線材では丸線材とは異なる配慮が必要になるが、これまで丸線材と平角線材ではその特性を向上させるために断面形状に応じた工夫がなされていないのが実情である。
【００１３】
本発明はこうした状況の下でなされたものであって、その目的は、高い銅比であっても、高い電界電流密度Ｊｃ、および高いフィラメント健全性（ｎ値）を発揮できるようなＮｂＴｉ系超電導線材を、軸直角断面形状に応じてその適切な構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成することのできた本発明のＮｂＴｉ系超電導線材とは、Ｃｕマトリクス中に複数本のＮｂＴｉ合金フィラメントが配置され、軸直角断面が略円形状であるＮｂＴｉ系超電導線材において、前記Ｃｕマトリクスの断面積とＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積の比（Ｃｕマトリクスの断面積／ＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積）が５．０〜１５．０未満の範囲であると共に、ＮｂＴｉ合金フィラメントの平均径ｄが３０〜２００μｍであり、且つこのＮｂＴｉフィラメント平均径ｄに対するＮｂＴｉ合金フィラメント相互の平均間隔Ｓの割合（Ｓ／ｄ）が０．１０〜０．４０の範囲にある点に要旨を有するものである。
【００１５】
このＮｂＴｉ系超電導線材においては、超電導線材の外径をＤとしたとき、外表面から半径方向０．１５Ｄに相当する位置までにはＮｂＴｉ合金フィラメントが配置されていないものであることが好ましい。
【００１６】
一方、本発明の目的を達成することのできたＮｂＴｉ系超電導線材の他の構成は、Ｃｕマトリクス中に複数本のＮｂＴｉ合金フィラメントが配置され、軸直角断面が略矩形状であるＮｂＴｉ系超電導線材において、Ｃｕマトリクスの断面積とＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積の比（Ｃｕマトリクスの断面積／ＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積）が５．０〜１５．０未満の範囲であると共に、ＮｂＴｉ合金フィラメントの平均径ｄが３０〜２００μｍであり、且つこのＮｂＴｉ合金フィラメント径ｄに対するＮｂＴｉ合金フィラメント相互の平均間隔Ｓの割合（Ｓ／ｄ）が０．１０〜０．４０の範囲にある点に要旨を有するものである。
【００１７】
このＮｂＴｉ系超電導線材（軸直角断面が略矩形状であるＮｂＴｉ系超電導線材）においては、超電導線材断面の短辺側長さをＨ、長辺側長さをＷとしたとき、外表面からの深さ方向０．１０Ｈおよび０．１５Ｗに相当する位置までにはＮｂＴｉフィラメントが配置されていないものであることが好ましい。また、超電導線材の軸直角断面における長辺側長さＷと、短辺側長さＨの比（Ｗ／Ｈ）が１．２〜２．０であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ＮｂＴｉ系超電導線材におけるＮｂＴｉ合金フィラメント径、およびこのフィラメント径とフィラメント間隔の関係を適正化することによって、また必要により断面形状の違いに応じてフィラメントの存在領域を適切に制御することによって、銅比が５．０以上であっても、高い電界電流密度Ｊｃ、および高いフィラメント健全性（ｎ値）を発揮できるＮｂＴｉ系超電導線材が実現でき、こうしたＮｂＴｉ系超電導線材はＭＲＩ装置やＮＭＲ装置等で用いる超電導マグネットの素材として極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
複合加工理論からすれば、同じ断面構造を有するＮｂＴｉ系超電導線材において、ＮｂＴｉ系フィラメントの周囲若しくはフィラメント集合体からなるフィラメント群の周囲に、Ｃｕよりも変形抵抗の大きい材料（ＮｂＴｉの変形抵抗により近い材料）を配置した構造とすると、フィラメントの異常変形が著しく改善され、数ミクロンオーダのフィラメント径であっても健全なフィラメントが得られることは良く知られていることである。即ち、ＮｂＴｉとマトリクス材との変形抵抗差を小さくすることによって、健全なフィラメントが得られるのである。こうした理論からして、銅比を大きくすれば変形抵抗差が大きくなって不均一変形が生じやすくなることが予想される。
【００２０】
本発明者らは、こうした知見に基づき、上記目的を達成するための線材の構成について様々な角度から検討した。その結果、その線材断面形状の如何にかかわらず、ＮｂＴｉ合金フィラメント径（平均径）、およびＮｂＴｉ合金フィラメント平均径とフィラメント間隔の関係を適正化することによって、銅比が高い状態であっても上記目的に適うＮｂＴｉ系超電導線材が得られることを見出し、本発明を完成した。
【００２１】
本発明の超電導線材において、銅比、ＮｂＴｉ合金フィラメント径、ＮｂＴｉ合金フィラメント径とフィラメント間隔の関係を規定した理由は、次の通りである。
【００２２】
［銅比：５．０〜１５．０未満］
これまで、銅比が５．０以上となると超電導線材の特性が劣化するといわれていたが、本発明の超電導線材ではこの銅比が５．０以上であるものの特性を改善するものであるので、銅比が５．０以上であることを前提とする。しかしながら、この銅比が１５．０以上となると、押出しや伸線等によって複合加工する必要性がなくなり、例えば銅比が小さい（１．０程度）線材をＣｕ製スリ−ブや凹状溝に入れ、これらを圧着や半田付け等によって密着性を確保することによって複合線材化が実現できるので、上記のような問題は生じない。
【００２３】
こうしたことから、本発明のＮｂＴｉ系超電導線材ではＣｕマトリクスの断面積とＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積の比（Ｃｕマトリクスの断面積／ＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積）を５．０〜１５．０未満の範囲と規定した。
【００２４】
［ＮｂＴｉ合金フィラメントの平均径ｄ：３０〜２００μｍ］
ＮｂＴｉ合金フィラメント径ｄが３０μｍ未満では、ＮｂＴｉ合金系超電導線材の製造プロセスにおける熱処理時（後述する）に、母材のＣｕとＮｂＴｉ合金フィラメントの界面にＣｕＴｉ化合物が析出しやすい状態になる。こうした化合物は硬く、ＣｕとＮｂＴｉ合金フィラメントからなる複合線の伸線において、ソーセージング発生等を招き、臨界電流密度Ｊｃやｎ値の低下を引き起こすことになる。製造条件によっては、ＣｕＴｉ化合物の大きさが１５μｍ程度まで成長するという観点からして、ＮｂＴｉ合金フィラメント平均径の好ましい下限は５０μｍである。
【００２５】
一方、ＮｂＴｉ合金フィラメント平均径が２００μｍよりも大きくなると、いわゆる「磁束ジャンプ」によってマグネットがクエンチする現象を招くことになる。即ち、マグネットに電流を印加していくと、線材の動き等の外乱等が誘引となって線材内に止めていた磁束が飛んでしまう現象が生じることは知られているが、フィラメント径が大きいと、熱が周囲に拡散する比表面積が細いフィラメントに比べて小さくなるので、熱が線材内に籠ってしまい、クエンチに至ることになる。実用的なマグネットの励磁時間を実現する観点からして、ＮｂＴｉ合金フィラメント径の好ましい上限は１００μｍである。
【００２６】
尚、本発明において、ＮｂＴｉ合金フィラメントの径を平均径と規定したのは、線材内で線材径に多少の変動があっても、それを平均化したときに上記の範囲にすれば良いことを意味する。但し、上記の範囲内部であればＮｂＴｉ合金フィラメント径にばらつきがあっても良いというものではなく、ＮｂＴｉ合金フィラメントは、あくまでできるだけ均一（同一径）に成形されることが前提である。
【００２７】
［ＮｂＴｉ合金フィラメントの平均径ｄに対するＮｂＴｉ合金フィラメント相互の平均間隔Ｓの割合（Ｓ／ｄ）：０．１０〜０．４０］
上記割合（Ｓ／ｄ）が０．１０未満では、多芯線材の素材となる単芯線材の作製において（後述する製造手順参照）、ＮｂＴｉ合金フィラメントの周りに配置するＣｕ層が薄くなり過ぎるために、Ｃｕ層に割れや断線等の加工上の問題を引き起こすことになる。一方、この割合（Ｓ／ｄ）が０．４０を超えると、フィラメント径に対して、その周囲のＣｕ部（Ｃｕマトリクス）の割合が大きくなり過ぎて、フィラメントの配置状態が適正でなくなり、その結果、臨界電流密度Ｊｃやｎ値の著しい低下を引き起こすことになる。尚、この割合（Ｓ／ｄ）の好ましい下限は０．２０であり、好ましい上限は０．３０である。またＮｂＴｉ合金フィラメント相互の間隔を「平均間隔Ｓ」としたのは、ＮｂＴｉ合金フィラメント径を「平均径ｄ」としたのと同様の主旨である。
【００２８】
上記した各要件は、丸線材と平角線材のいずれにおいても、共通するものである。ＮｂＴｉ系超電導線材の特性を改善するには、ＮｂＴｉ合金フィラメントの存在領域も適切に制御することも好ましい。但し、この存在領域は、丸線材と平角線材では、夫々の形状に応じた配慮が必要となる。
【００２９】
丸線材においては、伸線加工の際にフィラメントの健全性を維持してより高い臨界電流密度Jｃやｎ値を実現するには、超電導線材の外径をＤとしたとき、外表面から半径方向０．１５Ｄに相当する位置までにはＮｂＴｉ合金フィラメントが存在しないようにすることが好ましい。即ち、ＮｂＴｉ合金フィラメントの存在領域は、外表面から半径方向０．１５Ｄに相当する位置よりも内側の領域となる。尚、線材中心部には、ＮｂＴｉ合金フィラメントが存在しても良いが、フィラメント間距離の適正化という観点から、ＮｂＴｉ合金フィラメントが存在しない領域を形成しても良い。但し、こうした領域は、所定範囲のフィラメント径を維持しつつ銅比を適正範囲内にするという観点から、中心部から半径方向で０．６Ｄ（Ｄは線材外径）までとすることがより好ましい。
【００３０】
一方、平角線材では、上記のように伸線加工の最終段階で、断面が略矩形状となるように加工されるのであるが、丸線材の段階でＮｂＴｉ合金フィラメントの存在が適切であっても、平角線材に加工されたときに適切な存在領域から外れ、臨界電流密度Ｊｃやｎ値の低下となって現われることになる。特に平角線材では、外周部にＮｂＴｉ合金フィラメントが存在するときの影響が大きく、上記各特性への悪影響となって現われる。これは、断面略矩形状に加工する際に、上下方向（短辺側方向）ではフィラメントは拘束されているので変位は少ないが、幅方向（長辺側方向）ではフィラメントは外部に逃げる方向に変位し、その際に線材に割れが生じたり、不均一な変形が生じることになる。丸線材の変位状況を図１（図中１はＣｕマトリクス、２はＮｂＴｉ合金フィラメント、３はＮｂＴｉ系超電導線材の夫々を示す）に示す。
【００３１】
こうした理由から、平角線材の場合には、超電導線材断面の短辺側では丸線材と同様の存在領域となるのであるが（即ち、短辺側長さＨとしたときに、外表面からの深さ方向０．１５Ｈに相当する位置までにはＮｂＴｉ合金フィラメントが存在しないこと）、長辺側では略矩形状に加工した最終段階において（最大でも）、長辺側長さをＷとしたとき、外表面からの深さ方向０．１５Ｗに相当する位置までにはＮｂＴｉ合金フィラメントが存在しないような構成とすることが好ましい。但し、平角線材にするための加工において、線材中のＮｂＴｉ合金フィラメント自体は変形が若干生じるものの、丸線材と平角線材では、ＮｂＴｉ合金フィラメントの平均径ｄの規定範囲は同じとなる。
【００３２】
上記のような好ましい要件を規定することによって、その効果を発揮させるためには、平角線材の長辺側長さＷと短辺側長さＨも適切な比（Ｗ／Ｈ）の範囲とすることが好ましい。この比（Ｗ／Ｈ）の値が１．２未満では、平角線材にしたときの上記不都合がそれほど顕著に現われず、比（Ｗ／Ｈ）の値が２．０よりも大きくなれば、線材が扁平になり過ぎて上記のように存在領域を規定してもその効果が発揮されにくくなる。こうしたことから、平角線材の長辺側長さＷと短辺側長さＨ（Ｗ／Ｈ）は、１．２〜２．０の範囲とすることが好ましい。平角線材の断面構造を模式的に図２に示す。
【００３３】
図３は、ＮｂＴｉ系超電導線材（丸線材）の基本的な断面構造を示す模式図である。この図３に示すように、ＮｂＴｉ系超電導線材３ではＣｕマトリクス１中に、複数のＮｂＴｉ合金フィラメント２が相互に接触しないように配置して構成されたものである。尚、この図３では、説明の便宜上、ＮｂＴｉ合金フィラメント２の数は１９本であるものを示したが、実際には数１０〜数１００本配置されるのが一般的である。
【００３４】
本発明のＮｂＴｉ系超電導線材においては、Ｃｕマトリクス１とＮｂＴｉ合金フィラメント２の断面積比（銅比）、ＮｂＴｉ合金フィラメントの径ｄ（平均径）、この平均径ｄに対するＮｂＴｉ合金フィラメント相互の間隔Ｓの比（Ｓ／ｄ）を適切に規定することによって、上記の効果を発揮させたものである。また必要によって、ＮｂＴｉ合金フィラメントの存在領域を０．８５Ｄ以下（図３中、Ｌで示した不存在領域が０．１５Ｄ以上）とするものである。こうした状況は、その断面形状や好ましい存在領域が異なる以外は、平角線材の場合においても同様である。
【００３５】
上記のような、ＮｂＴｉ系超電導線材を製造するには、基本的に下記の手順で行われる。まず、ＮｂＴｉ合金棒をＣｕパイプに挿入し、押出し加工や伸線加工等の減面加工を施し、Ｃｕ製母材中にＮｂＴｉ合金フィラメントが埋設された単芯材とし（通常、断面形状が六角形に形成される）、これを適当な長さに裁断する。そして、この単芯材を複数束ねて組み合わせてＣｕパイプに挿入してパイプ状複合線材(多芯線材）を構成する。こうした複合線材を構成するに際しては、ＮｂＴｉ合金フィラメントを挿入していないＣｕ棒を伸線加工することによって、単芯線と同じ断面形状にしたＣｕ線材（Ｃｕスペーサ）を、複合線材断面の所定の位置（外周、中央部およびＮｂＴｉフィラメント間）に配置することによって、ＮｂＴｉ合金フィラメントが存在しない領域を制御することになる。また、上記Ｃｕパイプ（単芯線および多芯線製造のＣｕパイプ）およびＣｕスペーサによって、超電導線材のＣｕマトリクス１（図３）が形成されることになる。また単芯線におけるＣｕパイプの厚さ（Ｃｕ層の厚さ）を変化させることによって、多芯線としたときのＮｂＴｉフィラメント相互の距離が調整されることになる。
【００３６】
こうして得られた複合線材を伸線加工することによって、ＮｂＴｉ系超電導線材とする。必要によって伸線途中で、α−Ｔｉを析出させて臨界電流密度を高めるための時効熱処理（３８０〜４３０℃程度）が行なわれる。こうした製造手順は、断面が最終的に略矩形状に形成されること以外は、平角線材においても同様である。
【００３７】
本発明のＮｂＴｉ系超電導線材では、その基本的構成として、Ｃｕマトリクス中にＮｂＴｉ合金フィラメントを配置したものであり、このＮｂＴｉ合金フィラメントで用いる合金素材としてはＮｂに４５〜５０質量％程度のＴｉを含むものが一般的に採用されるが、必要によってＴａ、Ｈｆ等の元素を少量（５質量％程度まで）含むものであっても良い。
【００３８】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００３９】
［実施例１］
Ｎｂ−４７質量％Ｔｉの棒材（直径：１００ｍｍ）をＣｕ製パイプ（外径：１２５ｍｍ、内径：１００ｍｍ）に挿入後、パイプの両端をＣｕで封止し、Ｃｕ／Ｎｂ−Ｎｂの複合材からなる押出しビレットを製作した。この押出しビレットを、押出加工後、伸線加工し、六角断面形状のＣｕ／ＮｂＴｉ複合線材を作製した。
【００４０】
次に、この六角単芯線と同じ断面形状に加工した六角Ｃｕ材（Ｃｕスペーサ）を、前記六角単芯線の配置が点対象となるように組み合わせて、Ｃｕパイプ内（外径：５０〜４０ｍｍ、内径：４３〜３５ｍｍ）に挿入し、これを様々な加工率で伸線加工することによって、各種の銅比を有する多芯のＮｂＴｉ系超電導線材（直径：１．０ｍｍ）を製造した。この製造工程の途中において、４００℃で６０時間の熱処理（時効熱処理）を３回行なった。得られたＮｂＴｉ系超電導線材について、下記の条件で臨界電流密度Ｊｃ、およびｎ値を測定した。
【００４１】
［臨界電流密度Ｊｃの測定］
液体ヘリウム中（温度４．２Ｋ）で、５Ｔ（テスラ）の外部磁場の下、試料（超電導線材）に通電し、４端子法によって発生電圧を測定し、この値が０．１μＶ／ｃｍの電界が発生した電流値（臨界電流Ｉｃ）を測定し、この電流値を、線材の非Ｃｕ部当りの断面積で除して臨界電流密度Ｊｃを求めた。
【００４２】
［ｎ値の測定］
臨界電流Ｊｃを求めたのと同じ計測によって得られた（Ｊｃ−Ｖ）曲線において、０．１μＶ／ｃｍと１．０μＶの間のデータを両対数表示し、その傾きとして求めた［前記（１）式参照］。
【００４３】
これらの測定結果を、ＮｂＴｉ系超電導線材の諸元（銅比、フィラメント本数、フィラメント平均径ｄ、フィラメント存在域、Ｓ／ｄ等）と共に、下記表１に示す。尚、フィラメントの存在領域は、フィラメントが配置される領域の最も内側の位置（最内層）と最も外側の位置（最外層）を線材直径Ｄを基準にして示したものであり、例えば「最外層：０．８５Ｄ」とはＮｂＴｉ合金フィラメントの最も外側の位置が０．８５Ｄの位置であること（即ち、外表面から半径方向０．１５までにはＮｂＴｉ合金フィラメントが存在しないこと）を意味している。また、最内層での「０．０Ｄ」とは線材中心部にもＮｂＴｉ合金フィラメントが存在することを意味する（実施例２の平角線材においても同様）。
【００４４】
【表１】
【００４５】
この結果から、次のように考察できる。まず試験Ｎｏ．１のものは、銅比が比較的低い例であり、フィラメントの存在領域が外表面よりにあっても、またＳ／ｄが大きい値を示していても超電導特性は比較的良好である。また試験Ｎｏ．２、５のものでは、銅比が５．５になったものであるが、フィラメントの存在領域やＳ／ｄ比が適正範囲から外れることによって、超電導特性が劣化している。更に、試験Ｎｏ．８のものは、Ｓ／ｄを極めて小さく設定したものであるが、多芯伸線時に断線が発生して超電導特性の評価に至らなかった。
【００４６】
これらに対し、試験Ｎｏ．３、４、６、７のものは、本発明で規定する要件を満足する実施例であり、良好な超電導特性を示すＮｂＴｉ系超電導線材が得られていることが分かる。
【００４７】
［実施例２］
実施例１で作製された丸線材の一部（試験Ｎｏ．４、５、６のもの）を用い、最終径近傍で前記比（Ｗ／Ｈ）が１．５となる平角線材（短辺側長さＨ：０．７８ｍｍ、長辺側長さＷ：１．１６ｍｍ）に加工した。このとき、平角加工時の圧延の圧下率を調整して、フィラメントの存在領域の異なるＮｂＴｉ系超電導線材を作製した。得られたＮｂＴｉ系超電導線材について、実施例１と同じ条件で臨界電流密度Ｊｃ、およびｎ値を測定した。
【００４８】
これらの測定結果を、ＮｂＴｉ系超電導線材の諸元（銅比、フィラメント本数、フィラメント径ｄ、フィラメント存在域、Ｓ／ｄ等）と共に、下記表２に示す。
【００４９】
【表２】
【００５０】
この結果から、次のように考察できる。試験Ｎｏ．１３のものは、Ｓ／ｄ比が外れており、臨界電流密度Ｊｃやｎ値の低下となって現われた。
【００５１】
これに対し、試験Ｎｏ．９〜１２、１４のものは、本発明で規定する要件を満足する実施例であり、良好な超電導特性を示すＮｂＴｉ系超電導線材が得られていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】丸線材の変位状況を示す模式図である。
【図２】平角線材の断面構造を示す模式図である。
【図３】ＮｂＴｉ系超電導線材（丸線材）の基本的な断面構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ Ｃｕマトリクス
２ ＮｂＴｉ合金フィラメント
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮｂＴｉ合金フィラメントをＣｕマトリクス中に配置して構成されるＮｂＴｉ系超電導線材に関するものであり、殊に高い電界電流密度（Ｊｃ）、高いフィラメント健全性（ｎ値）、および熱的・電気的安定性を備え、ＭＲＩ装置やＮＭＲ装置に用いる超電導マグネットの素材として有用なＮｂＴｉ系超電導線材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ装置やＮＭＲ装置等に用いられる超電導マグネットは、大電流通電による強磁場発生を、電気抵抗ゼロを利用して電源を用いない永久電流モード運転で行なうものであり、超電導現象を利用することによって初めて実現されるものである。こうした永久電流モード運転を遂行する上で、高い磁場安定性（例えば、年０．０１％以下の磁場減衰率）を有することが必要である。
【０００３】
高い磁場安定性を達成するためには、永久電流モード運転中に線材自身が発生する電気抵抗を小さくすることが重要となる。このときの抵抗値は、超電導線材にマグネットの運転電流を流したときに発生する電圧Ｖを通じて、線材の特性と下記（１）式の関係があることが知られている。
Ｖ＝Ｖｃ（Ｊｏｐ／Ｊｃ）n …（１）
【０００４】
但し、ＪｏｐおよびＪｃは、夫々マグネットの運転電流における超電導線材の電流密度、超電導線材の臨界電流密度であり、Ｖｃは臨界電流を定義する基準電圧であり、指数がｎ値である。
【０００５】
上記ｎ値は、超電導状態から常電導状態への転移の鋭さを示す量となるものであり、高い磁場安定性を確保するためには、Ｊｏｐに比べて十分に高いＪｃとｎ値を有する線材であることが重要である。このうちｎ値は超電導線材の発生電圧に指数的に関与することになるので、線材の臨界電流密度Ｊｃを高くするのと同様に、ｎ値を大きくすることで、磁場の安定に有効に作用することになる。このｎ値が小さい場合は、高い磁場安定性を確保するには、マグネットの運転電流を著しく低下させる必要が生じるために、線材の使用量が多くなってしまい、超電導マグネットを大型させることとなり、コンパクト化を図りたいという要求に反することになる。
【０００６】
超電導マグネットの素材として実用化されている金属系超電導線材としては、ＮｂＴｉ系線材とＮｂ3Ｓｎ系線材の２種類が代表的なものとして知られている。このうち、ＮｂＴｉ系超電導線材（合金線材）は、Ｎｂ3Ｓｎ系超電導線材（化合物線材）に比べて臨界磁場（超電導を維持できる最高磁場）が低いこと、また安価に作製できることから、低・中磁場用マグネットや高磁場用マグネットの外層用素材として用いられている。
【０００７】
こうしたＮｂＴｉ系超電導線材におけるｎ値は、フィラメントの健全性が良好なときに高くなることが知られている。この「フィラメントの健全性」とは、線材形状の健全性の意味であり、具体的には長手方向のＮｂＴｉ合金フィラメントの断面積変化が小さく、軸直角断面内での場所による断面積変化が小さいこと（いわゆるソーセージング現象が小さいこと）である。
【０００８】
ＮｂＴｉ系超電導線材の構造について、これまでにも様々な技術が提案されている。例えば、特許文献１には、ＮｂＴｉ合金フィラメントを対称的に配置すると共に、Ｃｕマトリクスの断面積とＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積の比（Ｃｕマトリクスの断面積／ＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積：以下「銅比」と呼ぶことがある）を３以上とすることによって、高度な磁場の均一性を達成する技術が提案されている。また特許文献２には、ＮｂＴｉ合金フィラメント径を３〜２０μｍとすると共に、上記銅比を６〜８の範囲とし、線材横断面積内におけるフィラメントの存在領域を０．３Ｄ〜０．９Ｄの範囲（Ｄは線材外径）等の要件を規定することによって、フィラメントの健全性を確保した技術が提案されている。
【特許文献１】特開平２−１０６１２号公報
【特許文献２】特開２００２−３０４９２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＭＲＩやＮＭＲ用の超電導マグネットに使用されるＮｂＴｉ系超電導線材では、高速でマグネットを励磁する必要がないので、フィラメント径は２０μｍ以上と太く、また高い安定性（熱的安定性および電気的安定性）が要求されるので、マトリクス材料もＣｕが用いられるのが一般的である。特に、７Ｔ（テスラ）以下の低・中磁場の発生に用いられるＮｂＴｉ系超電導線材は、銅比が５．０以上に設定されることが一般的である。
【００１０】
しかしながら、銅比だけを単に高めただけでＮｂＴｉ系超電導線材を製造すると、例えば押し出し、伸線等の縮径加工の際に、ＮｂＴｉ合金フィラメントの異常変形が生じ易くなる。そのため、超電導線材の長さ方向でフィラメント径が大きく変動するいわゆるソーセージング現象が発生したり、フィラメントが断線し易くなるという問題が生じる。こうした現象が生じると、超電導線材の臨界電流密度Ｊｃとｎ値は著しく低下することになる。即ち、従来の銅比が５．０以下のＮｂＴｉ超電導線材（特に、軸直角断面が円形の丸線）では、臨界電流密度は５Ｔの磁場中で臨界電流密度Ｊｃ：２７００Ａ／ｍｍ2程度以上、ｎ値：４０程度以上の値が得られているが、銅比が５．０以上を超えると、これらの特性が著しく低下することになる。
【００１１】
ところで、超電導線材をマグネットとして適用するには、超電導線材を巻線する必要があるが、こうした巻線においては軸直角断面が略矩形状の線材（以下、「平角線材」と呼ぶことがある）は高い占面率で巻線することができ、マグネットのコンパクト化に有効である。こうした平角線材は、断面が円形の線材で最終径の近傍まで伸線加工し、その後、圧延やダイス伸線によって断面略矩形状に加工して仕上げることになる。こうした加工においては、フィラメントが扁平になったり、線材の断面内でフィラメントの割れが生じることがある。その結果として、高銅比の丸線材と同様に超電導特性が劣化することになる。
【００１２】
本発明者らが検討したところによれば、丸線材を平角線材に加工する際に、フィラメントの配置状況によって、臨界電流密度Ｊｃとｎ値が大きく変化することが判明した。即ち、平角線材では丸線材とは異なる配慮が必要になるが、これまで丸線材と平角線材ではその特性を向上させるために断面形状に応じた工夫がなされていないのが実情である。
【００１３】
本発明はこうした状況の下でなされたものであって、その目的は、高い銅比であっても、高い電界電流密度Ｊｃ、および高いフィラメント健全性（ｎ値）を発揮できるようなＮｂＴｉ系超電導線材を、軸直角断面形状に応じてその適切な構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成することのできた本発明のＮｂＴｉ系超電導線材とは、Ｃｕマトリクス中に複数本のＮｂＴｉ合金フィラメントが配置され、軸直角断面が略円形状であるＮｂＴｉ系超電導線材において、前記Ｃｕマトリクスの断面積とＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積の比（Ｃｕマトリクスの断面積／ＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積）が５．０〜１５．０未満の範囲であると共に、ＮｂＴｉ合金フィラメントの平均径ｄが３０〜２００μｍであり、且つこのＮｂＴｉフィラメント平均径ｄに対するＮｂＴｉ合金フィラメント相互の平均間隔Ｓの割合（Ｓ／ｄ）が０．１０〜０．４０の範囲にある点に要旨を有するものである。
【００１５】
このＮｂＴｉ系超電導線材においては、超電導線材の外径をＤとしたとき、外表面から半径方向０．１５Ｄに相当する位置までにはＮｂＴｉ合金フィラメントが配置されていないものであることが好ましい。
【００１６】
一方、本発明の目的を達成することのできたＮｂＴｉ系超電導線材の他の構成は、Ｃｕマトリクス中に複数本のＮｂＴｉ合金フィラメントが配置され、軸直角断面が略矩形状であるＮｂＴｉ系超電導線材において、Ｃｕマトリクスの断面積とＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積の比（Ｃｕマトリクスの断面積／ＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積）が５．０〜１５．０未満の範囲であると共に、ＮｂＴｉ合金フィラメントの平均径ｄが３０〜２００μｍであり、且つこのＮｂＴｉ合金フィラメント径ｄに対するＮｂＴｉ合金フィラメント相互の平均間隔Ｓの割合（Ｓ／ｄ）が０．１０〜０．４０の範囲にある点に要旨を有するものである。
【００１７】
このＮｂＴｉ系超電導線材（軸直角断面が略矩形状であるＮｂＴｉ系超電導線材）においては、超電導線材断面の短辺側長さをＨ、長辺側長さをＷとしたとき、外表面からの深さ方向０．１０Ｈおよび０．１５Ｗに相当する位置までにはＮｂＴｉフィラメントが配置されていないものであることが好ましい。また、超電導線材の軸直角断面における長辺側長さＷと、短辺側長さＨの比（Ｗ／Ｈ）が１．２〜２．０であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ＮｂＴｉ系超電導線材におけるＮｂＴｉ合金フィラメント径、およびこのフィラメント径とフィラメント間隔の関係を適正化することによって、また必要により断面形状の違いに応じてフィラメントの存在領域を適切に制御することによって、銅比が５．０以上であっても、高い電界電流密度Ｊｃ、および高いフィラメント健全性（ｎ値）を発揮できるＮｂＴｉ系超電導線材が実現でき、こうしたＮｂＴｉ系超電導線材はＭＲＩ装置やＮＭＲ装置等で用いる超電導マグネットの素材として極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
複合加工理論からすれば、同じ断面構造を有するＮｂＴｉ系超電導線材において、ＮｂＴｉ系フィラメントの周囲若しくはフィラメント集合体からなるフィラメント群の周囲に、Ｃｕよりも変形抵抗の大きい材料（ＮｂＴｉの変形抵抗により近い材料）を配置した構造とすると、フィラメントの異常変形が著しく改善され、数ミクロンオーダのフィラメント径であっても健全なフィラメントが得られることは良く知られていることである。即ち、ＮｂＴｉとマトリクス材との変形抵抗差を小さくすることによって、健全なフィラメントが得られるのである。こうした理論からして、銅比を大きくすれば変形抵抗差が大きくなって不均一変形が生じやすくなることが予想される。
【００２０】
本発明者らは、こうした知見に基づき、上記目的を達成するための線材の構成について様々な角度から検討した。その結果、その線材断面形状の如何にかかわらず、ＮｂＴｉ合金フィラメント径（平均径）、およびＮｂＴｉ合金フィラメント平均径とフィラメント間隔の関係を適正化することによって、銅比が高い状態であっても上記目的に適うＮｂＴｉ系超電導線材が得られることを見出し、本発明を完成した。
【００２１】
本発明の超電導線材において、銅比、ＮｂＴｉ合金フィラメント径、ＮｂＴｉ合金フィラメント径とフィラメント間隔の関係を規定した理由は、次の通りである。
【００２２】
［銅比：５．０〜１５．０未満］
これまで、銅比が５．０以上となると超電導線材の特性が劣化するといわれていたが、本発明の超電導線材ではこの銅比が５．０以上であるものの特性を改善するものであるので、銅比が５．０以上であることを前提とする。しかしながら、この銅比が１５．０以上となると、押出しや伸線等によって複合加工する必要性がなくなり、例えば銅比が小さい（１．０程度）線材をＣｕ製スリ−ブや凹状溝に入れ、これらを圧着や半田付け等によって密着性を確保することによって複合線材化が実現できるので、上記のような問題は生じない。
【００２３】
こうしたことから、本発明のＮｂＴｉ系超電導線材ではＣｕマトリクスの断面積とＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積の比（Ｃｕマトリクスの断面積／ＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積）を５．０〜１５．０未満の範囲と規定した。
【００２４】
［ＮｂＴｉ合金フィラメントの平均径ｄ：３０〜２００μｍ］
ＮｂＴｉ合金フィラメント径ｄが３０μｍ未満では、ＮｂＴｉ合金系超電導線材の製造プロセスにおける熱処理時（後述する）に、母材のＣｕとＮｂＴｉ合金フィラメントの界面にＣｕＴｉ化合物が析出しやすい状態になる。こうした化合物は硬く、ＣｕとＮｂＴｉ合金フィラメントからなる複合線の伸線において、ソーセージング発生等を招き、臨界電流密度Ｊｃやｎ値の低下を引き起こすことになる。製造条件によっては、ＣｕＴｉ化合物の大きさが１５μｍ程度まで成長するという観点からして、ＮｂＴｉ合金フィラメント平均径の好ましい下限は５０μｍである。
【００２５】
一方、ＮｂＴｉ合金フィラメント平均径が２００μｍよりも大きくなると、いわゆる「磁束ジャンプ」によってマグネットがクエンチする現象を招くことになる。即ち、マグネットに電流を印加していくと、線材の動き等の外乱等が誘引となって線材内に止めていた磁束が飛んでしまう現象が生じることは知られているが、フィラメント径が大きいと、熱が周囲に拡散する比表面積が細いフィラメントに比べて小さくなるので、熱が線材内に籠ってしまい、クエンチに至ることになる。実用的なマグネットの励磁時間を実現する観点からして、ＮｂＴｉ合金フィラメント径の好ましい上限は１００μｍである。
【００２６】
尚、本発明において、ＮｂＴｉ合金フィラメントの径を平均径と規定したのは、線材内で線材径に多少の変動があっても、それを平均化したときに上記の範囲にすれば良いことを意味する。但し、上記の範囲内部であればＮｂＴｉ合金フィラメント径にばらつきがあっても良いというものではなく、ＮｂＴｉ合金フィラメントは、あくまでできるだけ均一（同一径）に成形されることが前提である。
【００２７】
［ＮｂＴｉ合金フィラメントの平均径ｄに対するＮｂＴｉ合金フィラメント相互の平均間隔Ｓの割合（Ｓ／ｄ）：０．１０〜０．４０］
上記割合（Ｓ／ｄ）が０．１０未満では、多芯線材の素材となる単芯線材の作製において（後述する製造手順参照）、ＮｂＴｉ合金フィラメントの周りに配置するＣｕ層が薄くなり過ぎるために、Ｃｕ層に割れや断線等の加工上の問題を引き起こすことになる。一方、この割合（Ｓ／ｄ）が０．４０を超えると、フィラメント径に対して、その周囲のＣｕ部（Ｃｕマトリクス）の割合が大きくなり過ぎて、フィラメントの配置状態が適正でなくなり、その結果、臨界電流密度Ｊｃやｎ値の著しい低下を引き起こすことになる。尚、この割合（Ｓ／ｄ）の好ましい下限は０．２０であり、好ましい上限は０．３０である。またＮｂＴｉ合金フィラメント相互の間隔を「平均間隔Ｓ」としたのは、ＮｂＴｉ合金フィラメント径を「平均径ｄ」としたのと同様の主旨である。
【００２８】
上記した各要件は、丸線材と平角線材のいずれにおいても、共通するものである。ＮｂＴｉ系超電導線材の特性を改善するには、ＮｂＴｉ合金フィラメントの存在領域も適切に制御することも好ましい。但し、この存在領域は、丸線材と平角線材では、夫々の形状に応じた配慮が必要となる。
【００２９】
丸線材においては、伸線加工の際にフィラメントの健全性を維持してより高い臨界電流密度Jｃやｎ値を実現するには、超電導線材の外径をＤとしたとき、外表面から半径方向０．１５Ｄに相当する位置までにはＮｂＴｉ合金フィラメントが存在しないようにすることが好ましい。即ち、ＮｂＴｉ合金フィラメントの存在領域は、外表面から半径方向０．１５Ｄに相当する位置よりも内側の領域となる。尚、線材中心部には、ＮｂＴｉ合金フィラメントが存在しても良いが、フィラメント間距離の適正化という観点から、ＮｂＴｉ合金フィラメントが存在しない領域を形成しても良い。但し、こうした領域は、所定範囲のフィラメント径を維持しつつ銅比を適正範囲内にするという観点から、中心部から半径方向で０．６Ｄ（Ｄは線材外径）までとすることがより好ましい。
【００３０】
一方、平角線材では、上記のように伸線加工の最終段階で、断面が略矩形状となるように加工されるのであるが、丸線材の段階でＮｂＴｉ合金フィラメントの存在が適切であっても、平角線材に加工されたときに適切な存在領域から外れ、臨界電流密度Ｊｃやｎ値の低下となって現われることになる。特に平角線材では、外周部にＮｂＴｉ合金フィラメントが存在するときの影響が大きく、上記各特性への悪影響となって現われる。これは、断面略矩形状に加工する際に、上下方向（短辺側方向）ではフィラメントは拘束されているので変位は少ないが、幅方向（長辺側方向）ではフィラメントは外部に逃げる方向に変位し、その際に線材に割れが生じたり、不均一な変形が生じることになる。丸線材の変位状況を図１（図中１はＣｕマトリクス、２はＮｂＴｉ合金フィラメント、３はＮｂＴｉ系超電導線材の夫々を示す）に示す。
【００３１】
こうした理由から、平角線材の場合には、超電導線材断面の短辺側では丸線材と同様の存在領域となるのであるが（即ち、短辺側長さＨとしたときに、外表面からの深さ方向０．１５Ｈに相当する位置までにはＮｂＴｉ合金フィラメントが存在しないこと）、長辺側では略矩形状に加工した最終段階において（最大でも）、長辺側長さをＷとしたとき、外表面からの深さ方向０．１５Ｗに相当する位置までにはＮｂＴｉ合金フィラメントが存在しないような構成とすることが好ましい。但し、平角線材にするための加工において、線材中のＮｂＴｉ合金フィラメント自体は変形が若干生じるものの、丸線材と平角線材では、ＮｂＴｉ合金フィラメントの平均径ｄの規定範囲は同じとなる。
【００３２】
上記のような好ましい要件を規定することによって、その効果を発揮させるためには、平角線材の長辺側長さＷと短辺側長さＨも適切な比（Ｗ／Ｈ）の範囲とすることが好ましい。この比（Ｗ／Ｈ）の値が１．２未満では、平角線材にしたときの上記不都合がそれほど顕著に現われず、比（Ｗ／Ｈ）の値が２．０よりも大きくなれば、線材が扁平になり過ぎて上記のように存在領域を規定してもその効果が発揮されにくくなる。こうしたことから、平角線材の長辺側長さＷと短辺側長さＨ（Ｗ／Ｈ）は、１．２〜２．０の範囲とすることが好ましい。平角線材の断面構造を模式的に図２に示す。
【００３３】
図３は、ＮｂＴｉ系超電導線材（丸線材）の基本的な断面構造を示す模式図である。この図３に示すように、ＮｂＴｉ系超電導線材３ではＣｕマトリクス１中に、複数のＮｂＴｉ合金フィラメント２が相互に接触しないように配置して構成されたものである。尚、この図３では、説明の便宜上、ＮｂＴｉ合金フィラメント２の数は１９本であるものを示したが、実際には数１０〜数１００本配置されるのが一般的である。
【００３４】
本発明のＮｂＴｉ系超電導線材においては、Ｃｕマトリクス１とＮｂＴｉ合金フィラメント２の断面積比（銅比）、ＮｂＴｉ合金フィラメントの径ｄ（平均径）、この平均径ｄに対するＮｂＴｉ合金フィラメント相互の間隔Ｓの比（Ｓ／ｄ）を適切に規定することによって、上記の効果を発揮させたものである。また必要によって、ＮｂＴｉ合金フィラメントの存在領域を０．８５Ｄ以下（図３中、Ｌで示した不存在領域が０．１５Ｄ以上）とするものである。こうした状況は、その断面形状や好ましい存在領域が異なる以外は、平角線材の場合においても同様である。
【００３５】
上記のような、ＮｂＴｉ系超電導線材を製造するには、基本的に下記の手順で行われる。まず、ＮｂＴｉ合金棒をＣｕパイプに挿入し、押出し加工や伸線加工等の減面加工を施し、Ｃｕ製母材中にＮｂＴｉ合金フィラメントが埋設された単芯材とし（通常、断面形状が六角形に形成される）、これを適当な長さに裁断する。そして、この単芯材を複数束ねて組み合わせてＣｕパイプに挿入してパイプ状複合線材(多芯線材）を構成する。こうした複合線材を構成するに際しては、ＮｂＴｉ合金フィラメントを挿入していないＣｕ棒を伸線加工することによって、単芯線と同じ断面形状にしたＣｕ線材（Ｃｕスペーサ）を、複合線材断面の所定の位置（外周、中央部およびＮｂＴｉフィラメント間）に配置することによって、ＮｂＴｉ合金フィラメントが存在しない領域を制御することになる。また、上記Ｃｕパイプ（単芯線および多芯線製造のＣｕパイプ）およびＣｕスペーサによって、超電導線材のＣｕマトリクス１（図３）が形成されることになる。また単芯線におけるＣｕパイプの厚さ（Ｃｕ層の厚さ）を変化させることによって、多芯線としたときのＮｂＴｉフィラメント相互の距離が調整されることになる。
【００３６】
こうして得られた複合線材を伸線加工することによって、ＮｂＴｉ系超電導線材とする。必要によって伸線途中で、α−Ｔｉを析出させて臨界電流密度を高めるための時効熱処理（３８０〜４３０℃程度）が行なわれる。こうした製造手順は、断面が最終的に略矩形状に形成されること以外は、平角線材においても同様である。
【００３７】
本発明のＮｂＴｉ系超電導線材では、その基本的構成として、Ｃｕマトリクス中にＮｂＴｉ合金フィラメントを配置したものであり、このＮｂＴｉ合金フィラメントで用いる合金素材としてはＮｂに４５〜５０質量％程度のＴｉを含むものが一般的に採用されるが、必要によってＴａ、Ｈｆ等の元素を少量（５質量％程度まで）含むものであっても良い。
【００３８】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００３９】
［実施例１］
Ｎｂ−４７質量％Ｔｉの棒材（直径：１００ｍｍ）をＣｕ製パイプ（外径：１２５ｍｍ、内径：１００ｍｍ）に挿入後、パイプの両端をＣｕで封止し、Ｃｕ／Ｎｂ−Ｎｂの複合材からなる押出しビレットを製作した。この押出しビレットを、押出加工後、伸線加工し、六角断面形状のＣｕ／ＮｂＴｉ複合線材を作製した。
【００４０】
次に、この六角単芯線と同じ断面形状に加工した六角Ｃｕ材（Ｃｕスペーサ）を、前記六角単芯線の配置が点対象となるように組み合わせて、Ｃｕパイプ内（外径：５０〜４０ｍｍ、内径：４３〜３５ｍｍ）に挿入し、これを様々な加工率で伸線加工することによって、各種の銅比を有する多芯のＮｂＴｉ系超電導線材（直径：１．０ｍｍ）を製造した。この製造工程の途中において、４００℃で６０時間の熱処理（時効熱処理）を３回行なった。得られたＮｂＴｉ系超電導線材について、下記の条件で臨界電流密度Ｊｃ、およびｎ値を測定した。
【００４１】
［臨界電流密度Ｊｃの測定］
液体ヘリウム中（温度４．２Ｋ）で、５Ｔ（テスラ）の外部磁場の下、試料（超電導線材）に通電し、４端子法によって発生電圧を測定し、この値が０．１μＶ／ｃｍの電界が発生した電流値（臨界電流Ｉｃ）を測定し、この電流値を、線材の非Ｃｕ部当りの断面積で除して臨界電流密度Ｊｃを求めた。
【００４２】
［ｎ値の測定］
臨界電流Ｊｃを求めたのと同じ計測によって得られた（Ｊｃ−Ｖ）曲線において、０．１μＶ／ｃｍと１．０μＶの間のデータを両対数表示し、その傾きとして求めた［前記（１）式参照］。
【００４３】
これらの測定結果を、ＮｂＴｉ系超電導線材の諸元（銅比、フィラメント本数、フィラメント平均径ｄ、フィラメント存在域、Ｓ／ｄ等）と共に、下記表１に示す。尚、フィラメントの存在領域は、フィラメントが配置される領域の最も内側の位置（最内層）と最も外側の位置（最外層）を線材直径Ｄを基準にして示したものであり、例えば「最外層：０．８５Ｄ」とはＮｂＴｉ合金フィラメントの最も外側の位置が０．８５Ｄの位置であること（即ち、外表面から半径方向０．１５までにはＮｂＴｉ合金フィラメントが存在しないこと）を意味している。また、最内層での「０．０Ｄ」とは線材中心部にもＮｂＴｉ合金フィラメントが存在することを意味する（実施例２の平角線材においても同様）。
【００４４】
【表１】
【００４５】
この結果から、次のように考察できる。まず試験Ｎｏ．１のものは、銅比が比較的低い例であり、フィラメントの存在領域が外表面よりにあっても、またＳ／ｄが大きい値を示していても超電導特性は比較的良好である。また試験Ｎｏ．２、５のものでは、銅比が５．５になったものであるが、フィラメントの存在領域やＳ／ｄ比が適正範囲から外れることによって、超電導特性が劣化している。更に、試験Ｎｏ．８のものは、Ｓ／ｄを極めて小さく設定したものであるが、多芯伸線時に断線が発生して超電導特性の評価に至らなかった。
【００４６】
これらに対し、試験Ｎｏ．３、４、６、７のものは、本発明で規定する要件を満足する実施例であり、良好な超電導特性を示すＮｂＴｉ系超電導線材が得られていることが分かる。
【００４７】
［実施例２］
実施例１で作製された丸線材の一部（試験Ｎｏ．４、５、６のもの）を用い、最終径近傍で前記比（Ｗ／Ｈ）が１．５となる平角線材（短辺側長さＨ：０．７８ｍｍ、長辺側長さＷ：１．１６ｍｍ）に加工した。このとき、平角加工時の圧延の圧下率を調整して、フィラメントの存在領域の異なるＮｂＴｉ系超電導線材を作製した。得られたＮｂＴｉ系超電導線材について、実施例１と同じ条件で臨界電流密度Ｊｃ、およびｎ値を測定した。
【００４８】
これらの測定結果を、ＮｂＴｉ系超電導線材の諸元（銅比、フィラメント本数、フィラメント径ｄ、フィラメント存在域、Ｓ／ｄ等）と共に、下記表２に示す。
【００４９】
【表２】
【００５０】
この結果から、次のように考察できる。試験Ｎｏ．１３のものは、Ｓ／ｄ比が外れており、臨界電流密度Ｊｃやｎ値の低下となって現われた。
【００５１】
これに対し、試験Ｎｏ．９〜１２、１４のものは、本発明で規定する要件を満足する実施例であり、良好な超電導特性を示すＮｂＴｉ系超電導線材が得られていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】丸線材の変位状況を示す模式図である。
【図２】平角線材の断面構造を示す模式図である。
【図３】ＮｂＴｉ系超電導線材（丸線材）の基本的な断面構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５３】
１ Ｃｕマトリクス
２ ＮｂＴｉ合金フィラメント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕマトリクス中に複数本のＮｂＴｉ合金フィラメントが配置され、軸直角断面が略円形状であるＮｂＴｉ系超電導線材において、前記Ｃｕマトリクスの断面積とＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積の比（Ｃｕマトリクスの断面積／ＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積）が５．０〜１５．０未満の範囲であると共に、ＮｂＴｉ合金フィラメントの平均径ｄが３０〜２００μｍであり、且つこのＮｂＴｉフィラメント平均径ｄに対するＮｂＴｉ合金フィラメント相互の平均間隔Ｓの割合（Ｓ／ｄ）が０．１０〜０．４０の範囲にあることを特徴とするＮｂＴｉ系超電導線材。
【請求項２】
超電導線材の外径をＤとしたとき、外表面から半径方向０．１５Ｄに相当する位置までにはＮｂＴｉ合金フィラメントが配置されていないものである請求項１に記載のＮｂＴｉ系超電導線材。
【請求項３】
Ｃｕマトリクス中に複数本のＮｂＴｉ合金フィラメントが配置され、軸直角断面が略矩形状であるＮｂＴｉ系超電導線材において、前記Ｃｕマトリクスの断面積とＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積の比（Ｃｕマトリクスの断面積／ＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積）が５．０〜１５．０未満の範囲であると共に、ＮｂＴｉ合金フィラメントの平均径ｄが３０〜２００μｍであり、且つこのＮｂＴｉ合金フィラメント平均径ｄに対するＮｂＴｉ合金フィラメント相互の平均間隔Ｓの割合（Ｓ／ｄ）が０．１０〜０．４０の範囲にあることを特徴とするＮｂＴｉ系超電導線材。
【請求項４】
超電導線材の軸直角断面における短辺側長さをＨ、長辺側長さをＷとしたとき、外表面からの深さ方向０．１０Ｈおよび０．１５Ｗに相当する位置までにはＮｂＴｉフィラメントが配置されていないものである請求項３に記載のＮｂＴｉ系超電導線材。
【請求項５】
超電導線材の軸直角断面における長辺側長さＷと、短辺側長さＨの比（Ｗ／Ｈ）が１．２〜２．０である請求項３または４に記載のＮｂＴｉ系超電導線材。
【請求項１】
Ｃｕマトリクス中に複数本のＮｂＴｉ合金フィラメントが配置され、軸直角断面が略円形状であるＮｂＴｉ系超電導線材において、前記Ｃｕマトリクスの断面積とＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積の比（Ｃｕマトリクスの断面積／ＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積）が５．０〜１５．０未満の範囲であると共に、ＮｂＴｉ合金フィラメントの平均径ｄが３０〜２００μｍであり、且つこのＮｂＴｉフィラメント平均径ｄに対するＮｂＴｉ合金フィラメント相互の平均間隔Ｓの割合（Ｓ／ｄ）が０．１０〜０．４０の範囲にあることを特徴とするＮｂＴｉ系超電導線材。
【請求項２】
超電導線材の外径をＤとしたとき、外表面から半径方向０．１５Ｄに相当する位置までにはＮｂＴｉ合金フィラメントが配置されていないものである請求項１に記載のＮｂＴｉ系超電導線材。
【請求項３】
Ｃｕマトリクス中に複数本のＮｂＴｉ合金フィラメントが配置され、軸直角断面が略矩形状であるＮｂＴｉ系超電導線材において、前記Ｃｕマトリクスの断面積とＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積の比（Ｃｕマトリクスの断面積／ＮｂＴｉ合金フィラメントの総断面積）が５．０〜１５．０未満の範囲であると共に、ＮｂＴｉ合金フィラメントの平均径ｄが３０〜２００μｍであり、且つこのＮｂＴｉ合金フィラメント平均径ｄに対するＮｂＴｉ合金フィラメント相互の平均間隔Ｓの割合（Ｓ／ｄ）が０．１０〜０．４０の範囲にあることを特徴とするＮｂＴｉ系超電導線材。
【請求項４】
超電導線材の軸直角断面における短辺側長さをＨ、長辺側長さをＷとしたとき、外表面からの深さ方向０．１０Ｈおよび０．１５Ｗに相当する位置までにはＮｂＴｉフィラメントが配置されていないものである請求項３に記載のＮｂＴｉ系超電導線材。
【請求項５】
超電導線材の軸直角断面における長辺側長さＷと、短辺側長さＨの比（Ｗ／Ｈ）が１．２〜２．０である請求項３または４に記載のＮｂＴｉ系超電導線材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−９１１３６（Ｐ２００８−９１１３６Ａ）
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２６９０８４（Ｐ２００６−２６９０８４）
【出願日】平成１８年９月２９日（２００６．９．２９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（５０２１４７４６５）ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社 (56)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２９日（２００６．９．２９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（５０２１４７４６５）ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社 (56)
【Ｆターム（参考）】
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