JP2000348548A - 交流用超電導線とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｎｂ等からなる拡散バリアがない構造で、良
好な伸線加工性を実現することができ、従来の超電導素
線と同等以上の臨界電流値を有し、従来の超電導素線に
比べてさらに交流損失を低減することが可能な交流用超
電導線とその製造方法を提供する。 【解決手段】 超電導素線１は、シリコンとマンガンを
含む銅合金からなるマトリックス領域８中にニオブチタ
ン合金の超電導体からなる超電導フィラメント７が複数
本埋込まれた多芯超電導線構造を備える。マトリックス
領域８は、シリコンを２重量％以上、４重量％以下、マ
ンガンを０．５重量％以上、１重量％以下含む銅合金か
らなる。超電導フィラメント７の外周面はマトリックス
領域８に接触している。超電導フィラメント７の直径は
０．１μｍ以上、０．２μｍ以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、交流用超電導線
に関し、特に、超電導変圧器、超電導発電機、超電導限
流器などの電力応用分野で使用される超電導線とその製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液体ヘリウム中で用いる合金系の交流用
超電導線として、超電導フィラメントの直径を１μｍ以
下に細径化し、銅合金からなる常電導マトリックス中に
超電導フィラメントが複数本埋込まれた交流用ニオブチ
タン（ＮｂＴｉ）超電導素線が開発されつつある。

【０００３】一般に、超電導線を商用周波数の５０／６
０Ｈｚで用いるためには、印加される交流磁界下での交
流損失を低減する必要がある。交流損失は、超電導フィ
ラメントに発生するヒステリシス損失と、フィラメント
間に誘起される結合電流による結合損失と、常電導マト
リックスに発生する渦電流損失とに分けることができ
る。ヒステリシス損失は超電導フィラメントの直径に比
例するため、超電導フィラメントを細径化することによ
り低減することができる。一般に商用周波数にて使用す
る場合には、超電導フィラメントをサブミクロンのオー
ダーまで細径化する。結合損失は超電導フィラメントの
ツイストピッチの二乗に比例するため、結合損失を低減
するためにはツイストピッチを短くする必要がある。ツ
イストピッチは超電導素線の直径に依存するため、超電
導素線の直径を小さくする必要がある。一般に商用周波
数で使用することを目的とした交流用超電導素線の直径
は、０．３〜０．１ｍｍ程度となっている。また、常電
導マトリックスに高抵抗の銅合金を使用することによ
り、結合損失と渦電流損失の低減を図っている。

【０００４】このように、商用周波数で用いるために交
流損失を低減するためにはマトリックスとして高抵抗の
銅合金を使用する必要があり、一般的には銅−ニッケル
（ＣｕＮｉ）合金が使用されている。銅−ニッケル合金
は、超電導フィラメントとしてのニオブチタン合金と押
出工程などの熱履歴により容易に反応し、ニオブチタン
合金からなる超電導フィラメントの表面に銅−チタン
（ＣｕＴｉ）などの化合物が生成する。これらの化合物
は延性に劣り、その後工程の伸線加工中に超電導フィラ
メントの断線や超電導素線の断線等のトラブルの原因と
なる。その結果、超電導線の製造歩留まりの低下や超電
導線の特性の劣化といった問題を引き起こす。

【０００５】一方、これらのトラブルを防止するため、
通常、工業的には１μｍ以下の直径を有する交流用ニオ
ブチタン超電導線を製造するために、たとえば、特公平
６−００３６９３号公報で提案されているように、ニオ
ブ（Ｎｂ）等のバリア材を配置する手法が用いられてい
る。このバリア材は超電導フィラメントの均一加工を阻
害する上記の化合物の形成を防止するために配置され
る。ＮｂＴｉ合金からなる超電導フィラメントとＣｕＮ
ｉ合金からなるマトリックスとの間にＮｂ材を拡散バリ
アとして配置し、化合物の生成を抑制する技術が一般的
に用いられる。このように、超電導フィラメントの周り
をＣｕＮｉ／Ｎｂ／ＮｂＴｉの層構造にすることによ
り、伸線加工が良好であり、かつ超電導特性の高い交流
用ＮｂＴｉ超電導線が開発されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】交流用超電導線には交
流損失を低減することが最も要求されている。実際に交
流用超電導線を機器に適用するためには極限まで交流損
失を低減した線材の開発が要求されている。

【０００７】上述のようにＮｂからなる拡散バリアを設
けることにより、化合物の生成を抑制し、生産性に優れ
た、超電導特性の高い交流用超電導線を製造することが
できる。しかしながら、拡散バリアとして設けられるＮ
ｂは、超電導線が使用される液体ヘリウム温度（４．２
Ｋ）では超電導状態となるため、拡散バリアとして使用
するＮｂ自体に交流損失が生じ、超電導線全体としての
交流損失が大きくなる。このため、実際に交流用超電導
線を機器に適用する場合を考えると、交流損失による発
熱のため、機器の安定性が低下するとともに、液体ヘリ
ウムの消費量が増加し、ランニングコストが高くなると
いう問題があった。

【０００８】そこで、この発明の目的は、Ｎｂ等からな
る拡散バリアを有しない構造で、良好な伸線加工性を実
現するとともに、従来の交流用超電導線と同等以上の臨
界電流特性を有し、かつ従来の超電導線に比べてさらに
交流損失を低減することが可能な交流用超電導線とその
製造方法を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に従った交流用
超電導線は、シリコンとマンガンを含む銅合金からなる
マトリックス中にニオブチタン合金の超電導体からなる
フィラメントが複数本埋込まれた多芯超電導線構造を備
える。上記のマトリックスは、シリコンを２重量％以
上、４重量％以下、マンガンを０．５重量％以上、１重
量％以下含む銅合金からなる。フィラメントの外周面は
マトリックスに接触している。フィラメントの直径は
０．１μｍ以上、０．２μｍ以下である（請求項１）。

【００１０】好ましくは、本発明の交流用超電導線にお
いて、フィラメントの間隔が０．０９μｍ以上、０．２
μｍ以下である（請求項２）。

【００１１】また、この発明の交流用超電導線では、フ
ィラメントの間隔の直径に対する比率が１以上、１．５
以下であるのが好ましい（請求項３）。

【００１２】この発明の交流用超電導線の直径は０．１
５ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下であるのが好ましい（請求
項４）。

【００１３】この発明の交流用超電導線は、その直径の
８倍以上、１２倍以下のピッチでツイストされているの
が好ましい（請求項５）。

【００１４】この発明の交流用超電導線に配置される安
定化銅のニオブチタン合金に対する体積含有率は１以
上、１．５以下であるのが好ましい（請求項６）。

【００１５】上記の安定化銅は、フィラメントが埋込ま
れたマトリックスを構成する銅合金と同一の組成の合金
によって複数本の線部分に分割され、その分割された安
定化銅の線部分の外径が１０μｍ以下であるのが好まし
い（請求項７）。

【００１６】また、この発明の交流用超電導線において
は、ニオブチタン合金の体積含有率が１０％以上である
のが好ましい（請求項８）。

【００１７】上述の構成を実現するために、本発明の交
流用超電導線はダブルスタック法により製造されるのが
好ましい（請求項９）。

【００１８】また、本発明の交流用超電導線の製造方法
としては、加工度が３以上、４以下で塑性加工するステ
ップの間に中間軟化熱処理するステップを介在させるこ
とが好ましい（請求項１０）。

【００１９】上記の中間軟化熱処理の温度条件は３００
℃以上、５００℃以下であるのが好ましい（請求項１
１）。

【００２０】さらに、本発明の交流用超電導線の製造方
法としては、ツイスト加工の直前に軟化熱処理するのが
好ましい（請求項１２）。

【００２１】上記のツイスト加工直前の軟化熱処理の温
度条件は３００℃以上、４００℃以下であるのが好まし
い（請求項１３）。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明は、交流損失の低減が要求
される交流用超電導線において、マトリックスの材質、
超電導フィラメントの直径、超電導フィラメント間の間
隔、安定化銅の比率、安定化銅の線部分の直径、ツイス
トピッチ等の交流用超電導線の諸元を規定し、さらには
スタック方法や中間軟化熱処理等の製造方法の条件を規
定することにより、従来の交流用ＮｂＴｉ超電導線では
必須であったＮｂ等からなる拡散バリアを有しない構造
で良好な伸線加工性を実現することができるとともに、
従来の交流用超電導線に比べてさらに交流損失を低減す
ることができる、という本願発明者らの知見に基づくも
のである。以下、本発明に従った交流用超電導線の好ま
しい具体的な実施の形態について説明する。

【００２３】本発明者は、まず、シリコンとマンガンを
含む銅合金からなるマトリックス中にニオブチタン合金
の超電導体からなるフィラメントが複数本埋込まれた多
芯超電導線において、マトリックスがシリコンを２重量
％以上、４重量％以下、マンガンを０．５重量％以上、
１重量％以下含む銅合金であること、マトリックスとフ
ィラメントとの間にＮｂ等からなる拡散バリアを有しな
い構造であること、すなわちフィラメントの外周面がマ
トリックスに接触していること、フィラメントの直径を
０．１μｍ以上、０．２μｍ以下にすること、により、
良好な伸線加工性を有し、高い臨界電流密度（Ｊｃ）を
有し、さらに交流損失を低減することができることを見
出した。これは、マトリックスに含まれるシリコンがフ
ィラメントとマトリックスとの界面における拡散反応の
抑制に寄与することによるものである。したがって、従
来の交流用超電導線においては化合物の形成を防止する
ために必須であったＮｂ等からなる拡散バリアがない構
造においても、上記のシリコンによる拡散反応の抑制効
果により、良好な伸線加工性をもたらすことができる。

【００２４】また、マトリックス中におけるシリコンの
含有率を２重量％以上、４重量％以下にすることによ
り、伸線加工性を劣化させることなく、マトリックスの
高抵抗化を実現することができ、交流損失の低減を達成
することができる。シリコンの含有率が２重量％未満で
は、マトリックスの抵抗が低いため、交流損失の低減効
果が小さい。また、シリコンの含有率が４重量％を超え
ると、マトリックス自体の伸線加工性が劣化するため、
超電導線の伸線加工性も劣化することになる。

【００２５】さらに、上記のようにマトリックス中にマ
ンガンを添加することにより、フィラメント間隔を狭め
た場合においてもフィラメントの電磁気的な結合を抑制
することができる。好ましくは、マトリックス中のマン
ガンの含有量を０．６重量％以上、０．９重量％以下に
することにより、伸線加工性を劣化させることなく、フ
ィラメントの電磁気的な結合を防止することができ、ヒ
ステリシス損失を低減することができる。

【００２６】なお、上記の交流用超電導線において、好
ましくは、マトリックスが液体ヘリウム温度（４．２
Ｋ）において２×１０^-7Ω・ｍ以上の比抵抗を有し、か
つフィラメントの直径を０．１２μｍ以上、０．１６μ
ｍ以下にすることにより、上記の効果をさらに高めるこ
とができる。

【００２７】本発明の交流用超電導線では、フィラメン
トの間隔を０．０９μｍ以上、０．２μｍ以下にするの
が好ましく、さらに、０．１２μｍ以上、０．１６μｍ
以下にするのが好ましい。このようにフィラメントの間
隔を規定することにより、高い臨界電流値を確保すると
ともに、フィラメントの電磁気的な結合を抑制すること
ができる。このため、ヒステリシス損失をさらに低減す
ることができる。フィラメントの間隔が０．０９μｍよ
りも狭くなると、近接効果によりヒステリシス損失の増
大が生じる。また、フィラメントの間隔が０．２μｍよ
りも広くなると、超電導線に含まれるニオブチタン合金
の量が少なくなるため、超電導線自体の臨界電流値が大
きく低下してしまい、実用的ではなくなる。

【００２８】さらに、本発明の超電導線において、フィ
ラメントの間隔の直径に対する比率が１以上、１．５以
下であるのが好ましく、１程度であるのがより好まし
い。このようにフィラメントの間隔の直径に対する比率
を規定することにより、伸線加工によるフィラメントの
不均一な変形を抑制することができ、ヒステリシス損失
をさらに低減することができる。

【００２９】この発明の交流用超電導線の直径を０．１
５ｍｍ以上、０．３ｍｍ以下にするのが好ましく、さら
に０．１５ｍｍ以上、０．２５ｍｍ以下にするのが好ま
しい。また、本発明の交流用超電導線は、その直径の８
倍以上、１２倍以下のピッチでツイストするのが好まし
く、１０倍以上、１２倍以下のピッチでツイストするの
がさらに好ましい。このように交流用超電導線の直径と
ツイストピッチを規定することにより、高い臨界電流値
を維持するとともに、結合損失をさらに低減することが
できる。なお、ツイストピッチを超電導線の直径の１０
倍以上、１２倍以下にするのは、長尺化を考慮するから
である。

【００３０】さらに、本発明の超電導線に配置される安
定化銅のニオブチタン合金に対する体積比率を１以上、
１．５以下にすることにより、超電導素線の熱的な安定
性を高めることができ、交流磁界の下、または交流通電
時に交流損失による発熱が生じても速やかに熱拡散が行
なわれ、安定に電流を流すことが可能となる。

【００３１】上記の安定化銅は、フィラメントが埋込ま
れたマトリックスを構成する銅合金と同一の組成の合金
によって複数本の線部分に分割され、その分割された安
定化銅の線部分の直径が１０μｍ以下であるのが好まし
く、５μｍ以上、９μｍ以下であるのがさらに好まし
い。このように安定化銅を構成することにより、良好な
伸線加工性を有し、渦電流損失の低減を図ることができ
る。

【００３２】また、本発明の交流用超電導線において、
ニオブチタン合金の体積含有率を１０％以上に設定する
ことにより、交流損失を低減することができるととも
に、高い臨界電流値を確保することが可能となる。

【００３３】本発明の交流用超電導線は、スタック加工
を２回繰返すダブルスタック法によって製造されるのが
好ましい。スタック加工を３回繰返すトリプルスタック
法では、マトリックスのニオブチタン合金に対する割合
が大きくなり、実質的に超電導線自体の臨界電流値が小
さくなるため好ましくない。また、スタック回数が増え
ると押出回数が増加することになり、超電導線に加わる
熱履歴回数も増加し、化合物の生成する割合も大きくな
り、伸線加工性と超電導線の特性の低下を引き起こすこ
とになる。したがって、スタック回数を２回以下にする
のが好ましい。

【００３４】また、シリコンとマンガンを含む銅合金で
は、塑性加工を加えれば加えるほど硬化が進行し、非常
にもろい状態となり、これ以上加工が不可能となる加工
硬化が生ずる。本発明の超電導線の製造方法では、ｌｎ
（Ｓｏ／Ｓ）［Ｓｏ：加工前の横断面積、Ｓ：加工後の
横断面積］で規定した加工度（ε）が４以下の塑性加工
が行なわれるごとに中間軟化熱処理を加えることによ
り、加工硬化に起因する断線等のトラブルを防止するこ
とができ、良好な伸線加工性を実現することができる。
なお、超電導線の特性、超電導線の製造容易性、納期の
短縮、製造コストの低減等の観点から、上記の軟化熱処
理の回数はできるだけ少ない方が好ましい。加工度が３
以上４以下の塑性加工が行なわれるごとに中間軟化熱処
理を加えるのが好ましい。

【００３５】上記の中間軟化熱処理の温度条件を３００
℃以上にすることにより、加工硬化したマトリックスを
軟化することができる。上記の温度を５００℃よりも高
くすると、化合物が生成することによる伸線加工性の劣
化と超電導線の特性の低下を招くため、上記の熱処理温
度は５００℃以下で行なわれるのが好ましい。したがっ
て、中間軟化熱処理の温度条件としては３００℃以上、
５００℃以下に規定するのが好ましい。

【００３６】本発明の交流用超電導線の製造方法におい
ては、ツイスト加工の直前に軟化熱処理をするのが好ま
しい。このように軟化熱処理をすることにより、マトリ
ックス材料の捻回特性が向上し、より短いピッチでのツ
イスト加工が可能となり、超電導線の交流損失をさらに
低減することができる。

【００３７】なお、ツイスト加工の直前ではフィラメン
トの直径はサブミクロンレベルに細径化されているた
め、塑性加工の途中に導入される中間軟化熱処理条件よ
りも低い温度で熱処理するのが好ましい。ツイスト加工
直前の軟化熱処理の温度条件を３００℃以上、４００℃
以下にすることにより、良好な捻回特性を実現すること
ができ、超電導線の特性の低下を抑制することが可能と
なる。

【００３８】以上のように、本発明の交流用超電導線に
おいては、ニオブチタン合金からなるフィラメントと銅
合金からなるマトリックスとの間にＮｂ等からなる拡散
バリアを配置しない構造で、良好な伸線加工性を有し、
従来の超電導線よりもさらに交流損失を低減することが
可能な交流用超電導線とその製造方法を提供することが
できる。

【００３９】

【実施例】（実施例１）交流用超電導線のマトリックス
として使用するために、シリコンの含有率を変えた銅−
シリコン合金を作製し、伸線加工性、機械的特性、電気
的特性の評価を行なった。作製した銅−シリコン合金
は、Ｃｕ−１．１重量％Ｓｉ合金、Ｃｕ−２．１重量％
Ｓｉ合金、Ｃｕ−３．４重量％Ｓｉ合金、Ｃｕ−４．５
重量％Ｓｉ合金の４種類である。なお、原材料として
は、無酸素銅と純シリコンを使用し、誘導加熱炉を用い
た真空溶解によって上記の合金を作製した。銅とシリコ
ン以外の不純物は０．０１重量％未満であった。切削加
工後の銅−シリコン合金のサンプルの直径は１０ｍｍで
あった。

【００４０】直径が１ｍｍになるまで減縮加工を２０％
の割合で複数回行なうことにより、作製したサンプルを
伸線加工した。直径が１０ｍｍから１ｍｍまで伸線加工
した場合の加工度（ε）は４．６１であった。伸線加工
の結果、Ｃｕ−４．５重量％Ｓｉ合金のサンプルは、直
径を４．６２ｍｍにする際の伸線加工時（加工度ε＝
１．５４）に断線が生じ、それ以降の伸線加工は不可能
であった。それ以外の３種類のサンプルは断線等のトラ
ブルが発生することなく、直径が１ｍｍになるまで伸線
加工が可能であった。

【００４１】図１は、各加工度で採取したサンプルにつ
いて実施したビッカース硬度の測定結果を示す。図１に
よれば、銅−シリコン合金におけるシリコンの含有率が
高まるに従って硬度（ＭＨｖ）が高く、伸線加工によっ
て加工硬化が生じていることは明らかである。また、Ｃ
ｕ−４．５重量％Ｓｉ合金のサンプルは、直径を４．６
２ｍｍに伸線加工する際（加工度ε＝１．５４）に断線
が生じたので、良好な伸線加工性を確保するためには、
シリコンの含有率を４重量％以下にする必要があること
が明らかとなった。

【００４２】図２は、伸線加工後の各サンプルについて
実施した軟化熱処理温度とビッカース硬度（ＭＨｖ）の
相関関係を調べた結果を示す。熱処理時間は各温度条件
で１時間保持して行なわれた。図２の結果から、銅−シ
リコン合金は３００℃以上の温度で軟化が始まり、４０
０℃の温度でほぼ完全に軟化されていることがわかる。
したがって、加工硬化を除去するためには、少なくとも
３００℃以上の温度で熱処理を行なう必要があることが
わかった。

【００４３】図３は、銅−シリコン合金の各サンプルの
液体ヘリウム温度（４．２Ｋ）における抵抗率（比抵
抗）の測定結果を示す。図３には、加工材と軟化材の２
種類の測定結果が示されており、従来の超電導線のマト
リックスとして一般的に使用されている銅−ニッケル合
金（Ｃｕ−１０重量％Ｎｉ合金、Ｃｕ−３０重量％Ｎｉ
合金）の抵抗率のレベルについても併せて示されてい
る。図３によれば、軟化材と加工材との間で抵抗率の差
異は小さく、シリコンの含有率を２重量％以上にするこ
とにより、銅−ニッケル合金と同等レベルの抵抗率を達
成することができることが判明した。

【００４４】これらの結果から銅−シリコン合金のシリ
コンの含有率としては２重量％以上、４重量％以下にす
ることにより、良好な伸線加工性を維持するとともに、
超電導線の交流損失の低減に寄与することが可能なマト
リックスの材料を提供できることが明らかとなった。

【００４５】（実施例２）さらに、交流用超電導線のマ
トリックスとして使用するために、シリコンとマンガン
を含む銅−シリコン−マンガン合金を作製し、伸線加工
性、機械的特性、電気的特性の評価を行なった。作製し
た銅−シリコン−マンガン合金は、Ｃｕ−２．９重量％
Ｓｉ−０．６６重量％Ｍｎの組成を有する合金である。
なお、原材料としては、無酸素銅と純シリコンと純マン
ガンを使用し、誘導加熱炉を用いた真空溶解によって合
金を作製した。また、銅、シリコン、マンガン以外の不
純物は０．０１重量％未満であった。作製した合金のサ
ンプルを加工度（ε）が５のレベルまで伸線加工した結
果、断線等のトラブルが発生することなく、伸線加工性
は良好であった。

【００４６】図４は、各加工度で採取した合金のサンプ
ルについて実施したビッカース硬度の測定結果を示す。
図４によれば、同じレベルのシリコン含有率を有するＣ
ｕ−３．４重量％Ｓｉ合金とＣｕ−２．９重量％Ｓｉ−
０．６６重量％Ｍｎ合金の硬度の測定結果を比較する
と、０．６６重量％のマンガンを添加したことによる硬
度の差異はほとんどなく、銅−シリコン−マンガン合金
も良好な伸線加工性を有することが明らかとなった。こ
れは、シリコンとマンガンを合わせた含有率（３．５６
重量％）がシリコンの含有率（３．４重量％）に相当す
ることを意味する。したがって、銅−シリコン合金にお
いて良好な伸線加工性を達成するためのシリコンの含有
率の上限値（４重量％）を考慮すると、銅−シリコン−
マンガン合金においてはマンガンの含有率の上限値を１
重量％にする必要があることがわかった。

【００４７】また、マンガンは超電導フィラメントの近
接効果を抑制する効果を有する。この効果を発揮するた
めのマンガンの含有率としては０．５重量％以上必要で
あると考えられる。したがって、良好な伸線加工性を有
し、かつ超電導線の交流損失を低減するためには、シリ
コンの含有率を２重量％以上、４重量％以下、マンガン
の含有率を０．５重量％以上、１重量％以下にする必要
があることが判明した。

【００４８】図５は、伸線加工後の合金サンプルについ
て実施した軟化熱処理温度とビッカース硬度（ＭＨｖ）
の相関関係を調査した結果を示す。なお、熱処理は各温
度条件で１時間保持して行なわれた。図５の結果から、
銅−シリコン−マンガン合金は銅−シリコン合金と同様
に３００℃以上の温度で軟化が始まり、４００℃の温度
でほぼ完全に軟化されることがわかる。したがって、銅
−シリコン−マンガン合金についても加工硬化を除去す
るためには少なくとも３００℃以上の温度で熱処理する
必要があることがわかった。

【００４９】図６は、銅−シリコン−マンガン合金のサ
ンプルの抵抗率（比抵抗）の温度依存特性の測定結果を
示す。なお、図６には、従来の超電導線のマトリックス
として一般的に使用されている銅−ニッケル合金（Ｃｕ
−１０重量％Ｎｉ合金、Ｃｕ−３０重量％Ｎｉ合金）
と、実施例１で作製された銅−シリコン合金との抵抗率
の温度依存特性も併せて示されている。銅−シリコン−
マンガン合金と銅−シリコン合金との間の抵抗率の差異
は小さく、銅−ニッケル合金と同等レベルの高抵抗特性
を維持できることが明らかとなった。

【００５０】（実施例３）実施例２で作製したＣｕ−
２．９重量％Ｓｉ−０．６６重量％Ｍｎ合金をマトリッ
クスとした交流用ＮｂＴｉ超電導線を試作した。図７
は、実施例３で作製した超電導線の断面構造を模式的に
示す横断面図である。図７に示すように、超電導素線１
は、１次スタック１０をさらにスタック加工した構造を
有し、外周部２とＮｂＴｉフィラメント配置領域３と安
定化銅配置領域４とを備える。外周部２はＣｕ−２．９
重量％Ｓｉ−０．６６重量％Ｍｎ合金からなる。ＮｂＴ
ｉフィラメント配置領域３は、ＮｂＴｉ合金からなる超
電導フィラメント７がＣｕ−２．９重量％Ｓｉ−０．６
６重量％Ｍｎ合金からなるマトリックス領域８中に複数
本埋込まれた構造を有する。超電導素線１の横断面中央
部に配置された安定化銅配置領域４は、安定化銅５がＣ
ｕ−２．９重量％Ｓｉ−０．６６重量％Ｍｎ合金からな
るマトリックス領域６によって複数本の線部分に分割さ
れた構造を有する。なお、超電導フィラメント７とマト
リックス領域８との間にはＮｂ等からなる拡散バリアは
配置されていない。すなわち、超電導フィラメント７の
外周面はマトリックス領域８に接触している。

【００５１】図７に示された超電導素線１は、いわゆる
ダブルスタック法を用いて作製した。以下、超電導素線
１の作製方法について説明する。

【００５２】まず、直径１０ｍｍのＮｂＴｉ合金からな
る丸棒をＣｕ−２．９重量％Ｓｉ−０．６６重量％Ｍｎ
合金からなるパイプに挿入して伸線加工（いわゆる嵌
合）することにより単芯線を作製した。ここで、フィラ
メントの間隔の直径に対する比率が１となるようにＣｕ
−２．９重量％Ｓｉ−０．６６重量％Ｍｎ合金からなる
パイプの寸法と嵌合回数を選定した。作製した単芯線を
六角形の横断面を有するように伸線加工し（六角形の対
辺間の距離が２．１８ｍｍ）、所定の長さに切断するこ
とにより、六角単芯セグメントを作製した。外径が６８
ｍｍ、内径が６１．５ｍｍのパイプ形状のＣｕ−２．９
重量％Ｓｉ−０．６６重量％Ｍｎ合金からなるビレット
中に、作製した六角単芯セグメントを６４９本挿入し、
１次ビレットを作製した。なお、六角単芯セグメントの
みではビレット内部の充填率が低く、伸線加工時に不均
一な変形が起こるため、残った隙間にはＣｕ−２．９重
量％Ｓｉ−０．６６重量％Ｍｎ合金からなる丸線材（フ
ィラー）を挿入することにより、ビレット内部の充填率
を９５％程度まで高めた。

【００５３】次に、作製した１次ビレットのサイズが直
径で３０ｍｍになるように４５０℃の温度で１次ビレッ
トに静水圧の押出加工を施した。これによって得られた
１次ビレットの押出材を伸線加工、六角伸線加工、切断
することにより、対辺間の距離が２．３１ｍｍの六角形
横断面を有する多芯六角セグメントを作製した。

【００５４】さらに、１次ビレットの作製と同様に、外
径が６８ｍｍ、内径が６１．５ｍｍのパイプ形状のＣｕ
−２．９重量％Ｓｉ−０．６６重量％Ｍｎ合金からなる
ビレット中に、中央部に作製した多芯六角セグメントを
４４４本、外周部にＣｕ−２．９重量％Ｓｉ−０．６６
重量％Ｍｎ合金からなる銅セグメントを１５１本挿入
し、２次ビレットを作製した。なお、１次ビレットの作
製と同様にビレットの内部に残った隙間にはＣｕ−２．
９重量％Ｓｉ−０．６６重量％Ｍｎ合金からなる丸線材
（フィラー）を挿入することにより、ビレット内部の充
填率を９５％程度まで高めた。

【００５５】このようにして作製した２次ビレットのサ
イズが直径で３０ｍｍとなるように４５０℃の温度で２
次ビレットに静水圧の押出加工を施した。その後、所定
の超電導素線の外径になるまで伸線加工し、最終的にツ
イスト加工することにより、交流用ＮｂＴｉ超電導素線
を作製した。

【００５６】なお、上記のダブルスタック法において、
１次ビレット押出材の伸線加工時に押出加工後の加工度
（ε）が４．０で伸線加工する際に銅−シリコン−マン
ガン合金からなるマトリックスの加工硬化に起因する断
線が生じ、それ以上の伸線加工が不可能となった。この
ため、本実施例の製造工程においては、押出加工後の伸
線加工において加工度（ε）が３．７の伸線加工が行な
われるごとに中間軟化熱処理を介在させた。なお、軟化
熱処理温度は、実施例２の結果に基づき、銅−シリコン
−マンガン合金がほぼ完全に軟化される４００℃とし
た。このように加工度が３．７の伸線加工が行なわれる
ごとに中間軟化熱処理を介在させることにより、伸線加
工時において断線が生じることなく、良好な伸線加工が
行なわれることが明らかとなった。

【００５７】表１は本実施例で作製した超電導素線の詳
細な諸元を示す。超電導素線は銅−シリコン−マンガン
合金と安定化銅とニオブチタン合金とから構成されてお
り、マトリックスとＮｂＴｉ合金からなる超電導フィラ
メントとの間にはＮｂ等からなる拡散バリアが配置され
ていない。また、安定化銅を除く超電導フィラメントの
周囲と外周部を含むマトリックスはすべてＣｕ−２．９
重量％Ｓｉ−０．６６重量％Ｍｎ合金からなる。フィラ
メントの間隔の直径に対する比率は１．０であり、超電
導素線の直径が０．２ｍｍのとき、超電導フィラメント
の直径と間隔は０．１２μｍである。なお、超電導フィ
ラメントは１次スタック中の本数である６４９本と２次
スタック中の１次スタックの数である４４４本とを掛け
合わせた２８８，１５６本である。さらに、安定化銅は
超電導素線の交流損失を低減するために銅−シリコン−
マンガン合金により分割されており、超電導素線の直径
が０．２ｍｍのときの安定化銅の線部分の直径、すなわ
ち安定化銅のコア径は６．３μｍまで細径化されてい
る。超電導素線の熱的な安定性を高めるために、超電導
素線中に含まれる安定化銅のニオブチタン合金に対する
体積比率は１．４まで高められている。また、ニオブチ
タン合金に対するその他のマトリックスの比率は８．２
であり、ダブルスタック化により９以下を達成してい
る。さらに、超電導素線中のニオブチタン合金の体積含
有率として１０％以上を達成することができる。これら
により、本実施例の超電導素線は高い臨界電流値を実現
可能な構成を有する。

【００５８】なお、評価用サンプルとして、超電導素線
の直径を変更することにより、超電導フィラメントの直
径と間隔を種々変更したサンプルを作製し、特性評価実
験を実施した。

【００５９】（比較例１）比較のために、マンガンを添
加しない銅−シリコン合金をマトリックスとした超電導
素線を試作した。試作した超電導素線は図７で示した実
施例３で作製した超電導素線と同等の横断面構造を有す
る。なお、実施例３ではマトリックスがＣｕ−２．９重
量％Ｓｉ−０．６６重量％Ｍｎ合金からなるのに対し
て、比較例１ではマトリックスがＣｕ−３．０重量％Ｓ
ｉ合金からなる。また、実施例３と同様にＮｂＴｉ合金
からなる超電導フィラメントとＣｕ−３．０重量％Ｓｉ
合金からなるマトリックスとの間にはＮｂ等からなる拡
散バリアを配置していない。すなわち、超電導フィラメ
ントの外周面はマトリックスに接触している。

【００６０】超電導素線の作製法は実施例３と同様のダ
ブルスタック法を採用した。ただし、単芯線の作製時に
はフィラメントの間隔の直径に対する比率を０．５５と
なるようにした。また、マトリックスの材料に合せてビ
レットとフィラーの材料としてＣｕ−３．０重量％Ｓｉ
合金を使用した。１次ビレットと２次ビレットに加えら
れる静水圧の押出加工において熱処理温度は４５０℃、
押出加工後の寸法は直径で３０ｍｍとし、実施例３と同
一条件とした。比較例１においても、銅−シリコン合金
からなるマトリックスの加工硬化を考慮して、実施例３
と同様に伸線加工の間に中間軟化熱処理を介在させた。
ただし、比較例１では、実施例３で断線が生じた押出加
工後の加工度が４．０の伸線加工において断線等のトラ
ブルが生じなかったため、押出加工後の加工度が４．４
の伸線加工が行なわれるごとに中間軟化熱処理を介在さ
せた。中間軟化熱処理温度は実施例３と同様に４００℃
とした。

【００６１】表１には、比較例１で作製した超電導素線
の諸元を実施例３の諸元と比較して示す。超電導素線は
銅−シリコン合金と安定化銅とＮｂＴｉ合金とから構成
されており、マトリックスとＮｂＴｉ合金からなる超電
導フィラメントとの間にはＮｂ等からなる拡散バリアが
配置されていない。また、安定化銅を除く超電導フィラ
メントの周囲と外周部を含むマトリックスはすべてＣｕ
−３．０重量％Ｓｉ合金からなる。超電導フィラメント
の間隔の直径に対する比率は０．５５であり、実施例３
の超電導素線に比べてフィラメントの間隔を狭めた構成
となっている。超電導素線の直径が０．２ｍｍのとき、
超電導フィラメントの直径は０．１μｍ、超電導フィラ
メントの間隔は０．０６μｍである。超電導フィラメン
トの本数は、１次スタック中の本数である１，０６９本
と２次スタック中の１次スタックの数である５１０本と
を掛け合わせた５４５，１９０本である。このように比
較例１ではフィラメント間隔を狭めた効果により、フィ
ラメント本数は実施例３に比べて増加している。さら
に、安定化銅は超電導素線の交流損失を低減するために
銅−シリコン合金により分割されており、超電導素線の
直径が０．２ｍｍのときの各Ｃｕコア径は５μｍまで細
径化されている。なお、実施例３と同様に、超電導素線
の熱的な安定性を高めるために、超電導素線中に含まれ
る安定化銅のＮｂＴｉ合金に対する体積比率は１．５ま
で高められている。ＮｂＴｉ合金に対するその他のマト
リックスの比率は５．４であり、フィラメント間隔が実
施例３に比べて狭いため、マトリックスの比率が低減さ
れている。これにより、比較例１の超電導素線は高い臨
界電流値を達成可能な構成を有する。

【００６２】なお、評価用サンプルとして、超電導素線
の直径を変更することにより、超電導フィラメントの直
径と間隔を種々変更したサンプルを作製し、特性評価実
験を実施した。

【００６３】（比較例２）比較例２として、従来一般的
に作製されている銅−ニッケル合金をマトリックスとし
て用いた超電導素線を試作した。試作した超電導素線
は、図７で示した実施例３で作製した超電導素線と同等
の横断面構造を有する。ただし、マトリックスは、一般
的に交流損失を低減するために高抵抗銅合金として使用
されているＣｕ−３０重量％Ｎｉ合金からなる。比較例
２では、ＮｂＴｉ合金からなる超電導フィラメントとＣ
ｕ−３．０重量％Ｓｉ合金からなるマトリックスとの間
には、化合物の形成を防止するためにＮｂからなる拡散
バリアを配置することにより、伸線加工性の劣化と超電
導特性の低下を回避する構造を採用した。

【００６４】また、比較例２の超電導素線の作製法は実
施例３と同様のダブルスタック法を採用したが、比較例
２では中間軟化熱処理を施さなくても良好な伸線加工を
行なうことができるので、実施例３や比較例１で採用し
た中間軟化熱処理を実施していない。

【００６５】なお、マトリックスの材料としてＣｕ−３
０重量％Ｎｉ合金を使用していることと、Ｎｂからなる
拡散バリアを配置していることと、軟化熱処理を採用し
ていないこと以外は比較例１と全く同じ製造工程で超電
導素線を作製した。

【００６６】表１に比較例２で作製した超電導素線の諸
元を実施例３と比較例１の超電導素線の諸元と比較して
示す。比較例２で作製した超電導素線は、高い臨界電流
密度と低い交流損失の観点から最適化されたものであ
る。また、マトリックスが銅−３０重量％ニッケル合金
からなること、Ｎｂからなる拡散バリアを有すること以
外は、比較例２の超電導素線は比較例１と同一の諸元を
有する。すなわち、超電導素線は銅−ニッケル合金と安
定化銅とＮｂＴｉ合金とから構成されているが、マトリ
ックスとＮｂＴｉ合金からなる超電導フィラメントとの
間にはＮｂからなる拡散バリアが配置されている。安定
化銅を除く超電導フィラメントの周囲と外周部を含むマ
トリックスはすべてＣｕ−３０重量％Ｎｉ合金からな
る。超電導フィラメントの間隔の直径に対する比率は
０．５５であり、実施例３に比べて間隔を狭めた構成と
なっている。超電導素線の直径は０．２ｍｍであり、超
電導フィラメントの直径は０．１１μｍ、超電導フィラ
メントの間隔は０．０６μｍである。なお、超電導フィ
ラメントの本数は、１次スタック中の本数である１，０
６９本と２次スタック中の１次スタックの数である５１
０本とを掛け合わせた５４５，１９０本である。このよ
うに、フィラメント間隔を狭めた効果により、フィラメ
ント本数は実施例３に比べて増加している。さらに、安
定化銅は超電導素線の交流損失を低減するために銅−ニ
ッケル合金により分割されており、各Ｃｕコア径は５μ
ｍまで細径化されている。なお、実施例３と同様に、超
電導素線の熱的な安定性を高めるために、超電導素線中
に含まれる安定化銅のＮｂＴｉ合金に対する体積比率は
１．５まで高められている。また、ＮｂＴｉ合金に対す
るその他のマトリックスの比率は５．４であり、フィラ
メント間隔が実施例３に比べて狭いため、マトリックス
の比率が低減されている。これにより、比較例２の超電
導素線は、高い臨界電流値を達成可能な構成を有する。

【００６７】

【表１】

【００６８】（実験１）実施例３で作製した超電導素線
について、超電導素線の直径を変更することにより超電
導フィラメントの直径や間隔を種々に変更したサンプル
を作製し、直流臨界電流試験を実施した。

【００６９】図８は、各外部磁界（０Ｔ〜２Ｔ）の存在
下における超電導フィラメント（ＮｂＴｉ合金）あたり
の直流臨界電流密度（Ｊｃ）の、超電導フィラメントの
直径と超電導素線の直径に対する依存性を示す。図８に
は、従来一般的に作製され、最適化された銅−ニッケル
合金をマトリックスの材料として用いた比較例２の臨界
電流密度も示している。

【００７０】図８によれば、実施例３の超電導素線で
は、超電導フィラメントの直径が０．１μｍレベルまで
細径化するに従い、臨界電流密度が向上し、０．１μｍ
のレベル以下では臨界電流密度が大きく低下する。特
に、交流用超電導素線が使用される０．３Ｔから１Ｔま
での外部磁界の存在下においては、超電導フィラメント
の直径を０．１μｍ以上、０．２μｍ以下にすることに
より、高い臨界電流密度が得られることが判明した。よ
り好ましくは超電導フィラメントの直径を０．１２μｍ
以上、０．１６μｍ以下にすることにより、さらに高い
臨界電流密度を達成することができることが明らかとな
った。

【００７１】また、超電導素線の設計として従来から最
適化されている比較例２の臨界電流密度のレベルと比較
しても、実施例３の臨界電流密度は同等以上であり、Ｎ
ｂ等からなる拡散バリアを配置しない構造でも、Ｎｂか
らなる拡散バリアを有する従来の銅−ニッケル合金から
なるマトリックスを配置した超電導素線の臨界電流密度
を達成することができることが明らかとなった。

【００７２】（実験２）実施例３で作製した超電導素線
について、超電導素線の直径を変更することにより、超
電導フィラメントの直径と間隔を変更したサンプルを種
々作製し、交流損失（ヒステリシス損失）の測定を実施
した。また、比較のため、比較例１と２で作製した超電
導素線についても超電導素線の直径を変更したサンプル
を作製し、交流損失（ヒステリシス損失）の測定を実施
した。

【００７３】図９は交流損失の測定結果を示す。図９の
横軸は超電導フィラメントの直径（μｍ）、縦軸はヒス
テリシス損失（Ｊ／ｍ³）である。

【００７４】実施例３の超電導素線では超電導フィラメ
ントの直径と間隔が等しいため、超電導フィラメントの
直径＝超電導フィラメントの間隔である。実施例３のサ
ンプルについては、外部変動磁界の振幅が±０．１Ｔ、
±０．５Ｔ、±１Ｔの条件下で測定したヒステリシス損
失の超電導フィラメントの直径に対する依存性を示して
いる。また、比較例１のサンプルについては、外部変動
磁界の振幅が±０．５Ｔの条件で測定した結果を示して
いる。なお、比較例１のサンプルについては超電導フィ
ラメントの間隔の直径に対する比率が０．５５であるた
め、図９の横軸の超電導フィラメントの直径を０．５５
倍すると超電導フィラメントの間隔に変換することがで
きる。さらに、従来の最適化された比較例２の超電導素
線については、外部変動磁界の振幅が±０．１Ｔ、±
０．５ｔ、±１Ｔの条件下で測定したヒステリシス損失
レベルを図９において矢印で示している。

【００７５】図９の測定結果から、実施例３で作製した
超電導素線では、０．５Ｔの外部変動磁界の振幅におい
て超電導フィラメントの直径が０．０９μｍのレベルま
で減少すると交流損失が低下し、さらに超電導フィラメ
ントの直径が小さくなると交流損失が逆に増大する結果
が得られた。これは、超電導フィラメントの間隔が０．
０９μｍになるまでは超電導フィラメントの電磁気的な
結合が抑制されており、それより間隔が狭くなると、超
電導フィラメントの電磁気的な結合が生じ、ヒステリシ
ス損失が増大することを示している。

【００７６】また、外部変動磁界の振幅が０．５Ｔと１
Ｔにおける測定結果によれば、超電導フィラメントの直
径を０．１μｍのレベルまで細径化することにより、実
施例３の超電導素線において比較例２の従来の最適化さ
れた超電導素線と同等以下の交流損失を実現できること
が明らかとなった。

【００７７】なお、比較例１の超電導素線のサンプルで
は、実施例３の超電導素線のサンプルに比べて交流損失
が１桁以上も大きい結果を示す。これは、超電導フィラ
メント間の電磁気的な結合による交流損失の増大による
ものと考えられる。この結果より、マトリックスにマン
ガンを添加した銅−シリコン−マンガン合金を採用する
ことにより、交流損失を低減することができることが判
明した。

【００７８】また、外部変動磁界の振幅が０．１Ｔの下
では実施例３の超電導素線は、超電導フィラメントの直
径と間隔が０．１μｍ以上、０．３μｍ以下の範囲のと
き、比較例２の従来の超電導素線に比べて１桁も低い交
流損失を有することが明らかとなった。この結果は、実
施例３の超電導素線がＮｂからなる拡散バリアを有しな
い構造であるため、Ｎｂ自体の交流損失を除去すること
ができた結果に基づくものであり、本発明の作用効果を
実証している。

【００７９】実験１と２の結果を併せて考慮すると、実
施例３の超電導素線では超電導フィラメントの直径を
０．１μｍ以上、０．２μｍ以下にし、超電導フィラメ
ントの間隔を０．０９μｍ以上、０．２μｍ以下にする
ことにより、高い臨界電流密度と低い交流損失とを兼ね
備えた超電導素線を実現することが可能であることがわ
かる。また、０．１Ｔレベルの低い外部磁界の存在下に
おいては、超電導フィラメントの直径を０．１２μｍ以
上、０．１６μｍ以下にし、超電導フィラメントの間隔
を０．１２μｍ以上、０．１６μｍ以下にすることによ
り、従来の超電導素線と同等の高い臨界電流密度を有
し、従来の超電導素線よりも１桁もオーダーの小さい交
流損失を実現できることが明らかとなった。

【００８０】（実験３）実施例３で作製した超電導素線
の直径を種々変更したサンプルのうち、直径の小さいサ
ンプルでは超電導素線の直径の１２倍以下のピッチでツ
イスト加工を行なうと、マトリックスの加工硬化に起因
すると考えられる断線が多発する結果が得られた。交流
損失を低減するという観点から考えると、結合損失はツ
イストピッチの二乗に比例するため、伸線加工性を損な
わないレベルで、できるだけ短いピッチでツイスト加工
を実施する必要がある。

【００８１】そこで、ツイスト加工性を改善するために
ツイスト加工直前に軟化熱処理を行なう方法を考えた。
実施例３のサンプルでは、加工硬化による伸線加工性の
劣化を抑制するために４００℃の温度で中間軟化熱処理
を伸線加工の間に介在させることにより、マトリックス
を軟化させて良好な伸線加工性を実現させた。しかしな
がら、ツイスト加工の直前では超電導素線の直径は０．
１５ｍｍから０．３ｍｍまでの範囲内に細径化されてお
り、超電導フィラメントの直径は０．１μｍから０．２
μｍまでの範囲内に超極細化されている。このため、軟
化熱処理により化合物が生成する等の問題が引き起こさ
れ、超電導特性が低下することが考えられる。本実験で
は、細径化された超電導素線の熱処理温度と直流臨界電
流値（Ｉｃ）との関係を測定し、ツイスト加工直前にお
ける軟化熱処理温度の最適化を検討した。

【００８２】測定に使用したサンプルは、超電導素線の
直径が０．２７ｍｍ、超電導フィラメントの直径が０．
１６μｍの実施例３によるサンプルと、超電導素線の直
径が０．２１４ｍｍ、超電導フィラメントの直径が０．
１３μｍの実施例３によるサンプルとの２種類である。
これら２種類のサンプルについて３００℃から５００℃
までの温度領域で２時間の軟化熱処理を実施した後、直
流臨界電流値の測定を実施した。なお、熱処理が施され
ていないサンプルについても直流臨界電流値の測定を実
施し、熱処理されたサンプルとの比較を行なった。

【００８３】図１０は、超電導素線の直径が０．２７ｍ
ｍのサンプルについて実施した、各外部磁界（０Ｔ〜１
Ｔ）の存在下の直流臨界電流値と熱処理温度との関係の
測定結果を示す。また、図１１は、超電導素線の直径が
０．２１４ｍｍのサンプルについて実施した、各外部磁
界（０Ｔ〜１Ｔ）の存在下の直流臨界電流値と熱処理温
度との関係の測定結果を示す。これらの測定結果から、
４００℃以下の熱処理温度では熱処理前（図では０℃）
の直流臨界電流値（Ｉｃ）と比較すると、直流臨界電流
値の低下はほとんど認められないが、４００℃より高い
５００℃で熱処理した後の直流臨界電流値は大きく低下
することが認められた。特に、超電導素線の直径、すな
わち超電導フィラメントの直径がより細径化された、超
電導素線の直径が０．２１４ｍｍのサンプルの方がその
低下の度合いが大きく、熱処理前に比べて１／２のレベ
ルに低下することが明らかとなった。これは、超電導フ
ィラメントの直径がより細径化されているため、超電導
フィラメントとマトリックスとの界面において化合物が
生成しやすいためであると考えられる。

【００８４】また、マトリックスを構成する銅−シリコ
ン−マンガン合金を軟化するためには３００℃以上の温
度で熱処理する必要がある。上記の測定結果から、超電
導フィラメントの直径が細径化された超電導素線のサン
プルにおいてツイスト加工直前の軟化熱処理温度として
は３００℃以上、４００℃以下の条件にすることによ
り、超電導特性、すなわち直流臨界電流値を低下させる
ことなく、マトリックスを軟化させることが可能である
ことがわかる。

【００８５】（実験４）実験３で得られた最適なツイス
ト加工直前の熱処理温度でマトリックスを軟化させ、そ
の後、ツイスト加工を実施することによりサンプルを作
製した。ツイスト加工を行なったサンプルは超電導素線
の直径が０．２１４ｍｍのサンプルである。

【００８６】温度３００℃で軟化熱処理したサンプルで
は、超電導素線の直径の１０倍から１２倍までのピッチ
でツイスト加工を行なっても断線が生じないで長尺のツ
イスト加工が可能であった。また、温度３５０℃で軟化
熱処理したサンプルでは、超電導素線の８倍から１０倍
までのピッチでツイスト加工を行なっても断線が生じる
ことなく、長尺のツイスト加工が可能であった。さら
に、温度４００℃で軟化熱処理したサンプルについても
超電導素線の直径の８倍のピッチでツイスト加工を行な
っても断線が生じることなく、長尺のツイスト加工が可
能であった。

【００８７】このように、ツイスト加工の直前において
３００℃以上、４００℃以下の温度で軟化熱処理を実施
することにより、超電導素線の超電導特性を低下させる
ことなく、超電導素線の直径の８倍以上、１２倍以下の
短いピッチで長尺線材のツイスト加工が可能であるとい
う結果が得られた。

【００８８】以上に開示された実施の形態および実施例
は、すべての点で例示であって制限的なものではないと
考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の
形態や実施例ではなく、特許請求の範囲によって示さ
れ、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべ
ての修正や変形を含むものである。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来の交流用超電導線の構造では必須であった、超電導
フィラメントとマトリックスとの間に配置されるＮｂ等
からなる拡散バリアがない構造で、良好な伸線加工性を
実現することができるとともに、従来の超電導線と同等
以上の高い臨界電流値を有し、さらに交流損失を低減す
ることが可能な交流用超電導線とその製造方法を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１で作製した銅−シリコン合金の加工度
とビッカース硬度との関係の測定結果を示す図である。

【図２】実施例１で作製した銅−シリコン合金の伸線加
工後のサンプルについて実施した軟化熱処理温度とビッ
カース硬度との関係を示す図である。

【図３】実施例１で作製した銅−シリコン合金のサンプ
ルの液体ヘリウム温度における比抵抗（抵抗率）のシリ
コン含有率依存性を示す図である。

【図４】実施例２で作製した銅−シリコン−マンガン合
金の加工度とビッカース硬度との関係の測定結果を、実
施例１で作製した銅−シリコン合金と従来一般的に使用
されている銅−ニッケル合金の測定結果と比較して示す
図である。

【図５】実施例２で作製した銅−シリコン−マンガン合
金の伸線加工後のサンプルについて実施した軟化熱処理
温度とビッカース硬度との関係を、実施例１で作製した
銅−シリコン合金と従来一般的に使用されている銅−ニ
ッケル合金の測定結果と比較して示す図である。

【図６】実施例２で作製した銅−シリコン−マンガン合
金のサンプルの抵抗率の温度依存性の測定結果を、実施
例１で作製した銅−シリコン合金のサンプルと従来一般
的に使用されている銅−ニッケル合金の測定結果と比較
して示す図である。

【図７】実施例３で作製した超電導素線の横断面構造を
模式的に示す断面図である。

【図８】実施例３で作製した超電導素線のサンプルにお
いて超電導フィラメント（ＮｂＴｉ）あたりの直流臨界
電流密度（Ｊｃ）の、超電導素線の直径と超電導フィラ
メントの直径に対する依存性を、比較例２で作製したサ
ンプルと比較して示す図である。

【図９】実施例３で作製した超電導素線のサンプルのヒ
ステリシス損失の、超電導フィラメントの直径に対する
依存性を、比較例１と２で作製したサンプルの測定結果
と比較して示す図である。

【図１０】実施例３で作製した超電導素線の直径が０．
２７ｍｍのサンプルのツイスト加工直前に実施した熱処
理温度と直流臨界電流値（Ｉｃ）との関係を示す図であ
る。

【図１１】実施例３で作製した超電導素線の直径が０．
２１４ｍｍのサンプルのツイスト加工直前に実施した熱
処理温度と直流臨界電流値（Ｉｃ）との関係を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 超電導素線 ２ 外周部 ３ ＮｂＴｉフィラメント配置領域 ４ 安定化銅配置領域 ５ 安定化銅 ６ マトリックス領域 ７ 超電導フィラメント ８ マトリックス領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笠原 奉文 東京都狛江市岩戸北二丁目11番１号 財団 法人電力中央研究所内 (72)発明者 鳥居 慎治 東京都狛江市岩戸北二丁目11番１号 財団 法人電力中央研究所内 (72)発明者 秋田 調 東京都狛江市岩戸北二丁目11番１号 財団 法人電力中央研究所内 (72)発明者 太刀川 恭治 東京都世田谷区成城３−13−29 Ｆターム(参考） 5G321 AA12 BA14 CA09 CA11 CA36 CA42 DD01

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコンとマンガンを含む銅合金からな
   るマトリックス中にニオブチタン合金の超電導体からな
   るフィラメントが複数本埋込まれた多芯超電導線構造を
   備えた交流用超電導線であって、 前記マトリックスが、シリコンを２重量％以上、４重量
   ％以下、マンガンを０．５重量％以上、１重量％以下含
   む銅合金からなり、 前記フィラメントの外周面は前記マトリックスに接触し
   ており、 前記フィラメントの直径が０．１μｍ以上、０．２μｍ
   以下であることを特徴とする、交流用超電導線。
2. 【請求項２】 前記フィラメントの間隔が０．０９μｍ
   以上、０．２μｍ以下であることを特徴とする、請求項
   １に記載の交流用超電導線。
3. 【請求項３】 前記フィラメントの間隔の直径に対する
   比率が１以上、１．５以下であることを特徴とする、請
   求項１または２に記載の交流用超電導線。
4. 【請求項４】 前記交流用超電導線の直径が０．１５ｍ
   ｍ以上、０．３ｍｍ以下であることを特徴とする、請求
   項１から３までのいずれかに記載の交流用超電導線。
5. 【請求項５】 前記交流用超電導線がその直径の８倍以
   上、１２倍以下のピッチでツイストされていることを特
   徴とする、請求項１から４までのいずれかに記載の交流
   用超電導線。
6. 【請求項６】 前記交流用超電導線に配置される安定化
   銅のニオブチタン合金に対する体積含有率が１以上、
   １．５以下であることを特徴とする、請求項１から５ま
   でのいずれかに記載の交流用超電導線。
7. 【請求項７】 前記安定化銅は、前記銅合金と同一の組
   成の合金によって複数本の線部分に分割されており、そ
   の分割された安定化銅の線部分の外径が１０μｍ以下で
   あることを特徴とする、請求項６に記載の交流用超電導
   線。
8. 【請求項８】 ニオブチタン合金の体積含有率が１０％
   以上であることを特徴とする、請求項１から７までのい
   ずれかに記載の交流用超電導線。
9. 【請求項９】 ダブルスタック法により製造することを
   特徴とする、請求項１から８までのいずれかに記載の交
   流用超電導線の製造方法。
10. 【請求項１０】 加工度が３以上、４以下で塑性加工す
    るステップの間に中間軟化熱処理するステップを介在さ
    せることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか
    に記載の交流用超電導線の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記中間軟化熱処理の温度条件が３０
    ０℃以上、５００℃以下であることを特徴とする、請求
    項１０に記載の交流用超電導線の製造方法。
12. 【請求項１２】 ツイスト加工の直前に軟化熱処理する
    ことを特徴とする、請求項１から１１までのいずれかに
    記載の交流用超電導線の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記ツイスト加工直前の軟化熱処理の
    温度条件が３００℃以上、４００℃以下であることを特
    徴とする、請求項１２に記載の交流用超電導線の製造方
    法。