特開 2023-151498 化合物超電導前駆体素線、化合物超電導前駆体撚線および化合物超電導撚線

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023151498

(43)【公開日】2023-10-16

(54)【発明の名称】化合物超電導前駆体素線、化合物超電導前駆体撚線および化合物超電導撚線

(51)【国際特許分類】

   H01B 12/10 20060101AFI20231005BHJP

【ＦＩ】

H01B12/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022061124

(22)【出願日】2022-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000005290

【氏名又は名称】古河電気工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(71)【出願人】

【識別番号】000125369

【氏名又は名称】学校法人東海大学

(74)【代理人】

【識別番号】100114292

【弁理士】

【氏名又は名称】来間 清志

(74)【代理人】

【識別番号】100205659

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 拓也

(72)【発明者】

【氏名】杉本 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 清慈

(72)【発明者】

【氏名】福島 弘之

(72)【発明者】

【氏名】谷口 諒

(72)【発明者】

【氏名】淡路 智

(72)【発明者】

【氏名】小黒 英俊

【テーマコード（参考）】

5G321

【Ｆターム（参考）】

5G321AA11

5G321BA03

5G321CA09

5G321CA16

5G321CA36

5G321CA38

5G321CA42

5G321CA52

5G321DC09

5G321DC11

(57)【要約】      （修正有）

【課題】従来よりも、撚線製造性および超電導特性に優れた化合物超電導前駆体素線、化合物超電導前駆体撚線及び化合物超電導撚線を提供する。
【解決手段】化合物超電導前駆体素線１は、複数本の化合物超電導前駆体フィラメント１１及び複数本の化合物超電導前駆体フィラメントを埋設し、第一安定化材を含む第一マトリックス前駆体１２で構成される化合物超電導前駆体部１０と、化合物超電導前駆体部の外周側に配置される強化材部３０と、強化材部の内周側及び外周側の少なくとも一方に配置され、第二安定化材からなる安定化材部４０とを有し、安定化材部のビッカース硬さ（ＨＶ）が９０以下であり、かつ、化合物超電導前駆体素線の０．２％引張耐力が２００ＭＰａ以上である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数本の化合物超電導前駆体フィラメント、および前記複数本の化合物超電導前駆体フィラメントを埋設し、第一安定化材を含む第一マトリックス前駆体で構成される化合物超電導前駆体部と、
前記化合物超電導前駆体部の外周側に配置される強化材部と、
前記強化材部の内周側および外周側の少なくとも一方に配置され、第二安定化材からなる安定化材部と
を有する化合物超電導前駆体素線であって、
前記安定化材部のビッカース硬さ（ＨＶ）が９０以下であり、かつ、前記化合物超電導前駆体素線の０．２％引張耐力が２００ＭＰａ以上である、化合物超電導前駆体素線。

【請求項2】

前記強化材部が、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、ＴｉおよびＨｆの群から選択される１種の金属または２種以上の金属で構成される合金もしくは複合材からなる、請求項１に記載の化合物超電導前駆体素線。

【請求項3】

前記強化材部が、複数本の強化フィラメント、および前記複数本の強化フィラメントを埋設し、第三安定化材を含む第三マトリックスで構成される、請求項１に記載の化合物超電導前駆体素線。

【請求項4】

前記強化フィラメントが、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、ＴｉおよびＨｆの群から選択される１種の金属または２種以上の金属で構成される合金からなり、前記第三安定化材が銅または銅合金である、請求項３に記載の化合物超電導前駆体素線。

【請求項5】

前記化合物超電導前駆体フィラメントがＮｂ_３Ｓｎ前駆体であり、前記化合物超電導前駆体部と前記強化材部との間に、ＮｂもしくはＴａまたはそれらの合金もしくは複合材からなるＳｎ拡散防止部をさらに有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の化合物超電導前駆体素線。

【請求項6】

前記第一安定化材が銅または銅合金である、請求項１～５のいずれか１項に記載の化合物超電導前駆体素線。

【請求項7】

前記第二安定化材が銅または銅合金である、請求項１～６のいずれか１項に記載の化合物超電導前駆体素線。

【請求項8】

前記化合物超電導前駆体素線において、
前記強化材部の占積率が、５．０％以上４０．０％以下、かつ、前記化合物超電導前駆体部の占積率よりも小さく、
前記強化材部の外周側に配置される前記安定化材部の占積率が１５．０％以上である、請求項１～７のいずれか１項に記載の化合物超電導前駆体素線。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか１項に記載の化合物超電導前駆体素線を複数本撚り合わせてなる１次撚線を複数本撚り合わせてなる２次撚線を構成要素として有する、化合物超電導前駆体撚線。

【請求項10】

請求項１～８のいずれか１項に記載の化合物超電導前駆体素線の１本または複数本と銅素線または銅合金素線の１本または複数本とを撚り合わせてなる１次撚線を複数本撚り合わせてなる２次撚線を構成要素として有する、化合物超電導前駆体撚線。

【請求項11】

前記銅素線または前記銅合金素線のビッカース硬さ（ＨＶ）が９０以下である、請求項１０に記載の化合物超電導前駆体撚線。

【請求項12】

前記化合物超電導前駆体撚線を構成する前記化合物超電導前駆体素線の１本または複数本の横断面のうち、前記化合物超電導前駆体部の最大扁平率が０超０．２以下である、請求項９～１１のいずれか１項に記載の化合物超電導前駆体撚線。

【請求項13】

請求項９～１２のいずれか１項に記載の化合物超電導前駆体撚線を加熱させてなる化合物超電導撚線。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、化合物超電導前駆体素線、化合物超電導前駆体撚線および化合物超電導撚線に関する。

【背景技術】

【0002】

強磁場発生用の大型超電導マグネットに適用される、Ｎｂ_３Ｓｎなどの化合物超電導素線を複数本撚り合わせることによって大電流化した化合物超電導撚線において、マグネット運転時に印加される電磁応力による素線の動きに起因する性能低下を抑制し、導体電流密度を増大するために、撚りピッチを短くし、撚線のボイド率（撚線中の空隙部の割合）を小さくする構造とすることがある。

【0003】

しかしながら、化合物超電導生成熱処理前の素線（以下、化合物超電導前駆体素線ともいう）を撚り合わせる工程（撚線工程）において、撚りピッチを短くし、その後の圧縮工程において撚線のボイド率を小さくすると、化合物超電導前駆体素線に対して局所的に大きい加工応力が印加される頻度が多くなり、化合物超電導前駆体素線に異常変形や断線が発生することにより、製造歩留まりが著しく低下するという問題があった。さらに、この異常状態にあるＮｂ_３Ｓｎ前駆体素線を撚り合わせた撚線に超電導生成熱処理を施したＮｂ_３Ｓｎ超電導マグネットは、励磁時に生じる電磁応力によって、Ｎｂ_３Ｓｎ素線中のＮｂ_３Ｓｎフィラメントに大きな歪が印加され、超電導特性が低下するだけでなく、極端な場合、Ｎｂ_３Ｓｎフィラメントにクラックが入り超電導状態を維持できなくなるという問題があった。

【0004】

一方、Ｎｂ_３Ｓｎ前駆体素線内部に高強度材を複合した、高強度型Ｎｂ_３Ｓｎ前駆体素線および複数の素線を撚り合わせた撚線を用い超電導生成熱処理を施して得られるＮb_３Ｓｎ超電導マグネットは、励磁時に生じる大きな電磁応力下においても優れた超電導特性を示す。しかしながら、高強度材を複合したＮｂ_３Ｓｎ前駆体素線は、その構成によっては、素線自体のスプリングバックが大きいため、撚りピッチを短くしたり、撚線のボイド率を小さくしたりする必要がある場合に、所定の撚線構造で要求された寸法に制御することが困難であり、撚線製造性における問題があった。これまで、上記のような問題に対処するために、多くの技術開発が実施されてきた。

【0005】

例えば、特許文献１では、Ｃｕ母材の中にＮｂフィラメントを多数本埋設したＣｕＮｂ強化材と複合化したＮｂ_３Ｓｎ超電導線についての記述がある。また、特許文献２では、化合物超電導素線の断面構造を規定し、高強度化を優先したＣｕＮｂ強化タイプの化合物超電導撚線についての記述がある。しかしながら、特許文献１～２は、応力下での超電導性能向上に着目したものであり、撚線加工性の向上については配慮されていないため、大容量導体の製造に、そのまま適用することはできない。

【0006】

また、特許文献３では、ＰＩＴ法によるＮｂ_３Ｓｎ超伝導前駆体素線において、特定のＳｎ拡散バリア構造で撚線化することにより、高い伝導度のＣｕによる安定化を確実にし、特に良好な電流安定性を得る技術が開示されている。しかしながら、特許文献３は、撚線の製造性の向上や、撚線自体の強化を意図していないため、運転時に大きな電磁応力が印加される化合物超電導撚線導体には適用できない。

【0007】

また、特許文献４では、合金素線を焼鈍によって調質し、撚線の加工性を向上する手法が開示されている。また、特許文献５では、寸法規定した撚線を焼鈍してから、成型加工することにより、形状を改善する手法が開示されている。また、特許文献６では、焼鈍した素線または１次撚り線を成型加工後、再焼鈍することにより、撚線の形状を改善する手法が開示されている。しかしながら、特許文献４～６は、いずれも、撚線加工性の向上を意図したものであるが、運転時に大きな電磁応力が印加される化合物超電導撚線導体に、そのまま適用することはできない。

【0008】

また、非特許文献１および２は、Ｎｂロッド法Ｃｕ－Ｎｂ強化型Ｎｂ_３Ｓｎ線材の性能を示したものであり、大容量導体に用いる化合物超電導前駆体撚線の製造性を向上する技術を示したものではない。

【0009】

また、非特許文献３および４では、ＩＴＥＲ－ＣＳ用導体（国際核融合実験炉用センターソレノイド用導体）の通電特性を向上させるために、撚りピッチを短く、撚線のボイド率を小さくすることにより、運転時の強大な電磁応力による性能低下を抑制する技術が紹介されているが、撚線の製造性を向上する技術を示したものではない。

【0010】

また、非特許文献５は、多くの銅線と共撚りし、撚りピッチを長く、撚線のボイド率を小さくし、平角形状にした、多重撚線の開発結果についての報告であり、撚線の製造性を向上する技術を示したものではない。

【0011】

特許文献１～６および非特許文献１～５が述べているのは、化合物超電導線材および撚線導体設計を適正化するための学術的研究成果である。合理的に、実機コイル用撚線導体を設計し製造するためには、解決すべき課題として、運転時の電磁応力下での超電導特性の向上および撚線の製造性の向上を両立する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特許第６１５５２５３号公報

【特許文献2】国際公開第２０２０／０６６９０８号

【特許文献3】特許第６４２５６７３号公報

【特許文献4】特許第６２０１８１５号公報

【特許文献5】特許第３１４８２１２号公報

【特許文献6】特許第２９３０９９４号公報

【非特許文献】

【0013】

【非特許文献1】Ｍ． Ｓｕｇｉｍｏｔｏ， ｅｔ ａｌ．、「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｎｂ－ｒｏｄ－ｍｅｔｈｏｄ Ｃｕ－Ｎｂ ｒｅｉｎ－ｆｏｒｃｅｄ Ｎｂ３Ｓｎ Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ ｃａｂｌｅｓ ｆｏｒ ｒｅａｃｔ－ａｎｄ－ｗｉｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｗｉｄｅ－ｂｏｒｅ ｈｉｇｈ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ｃｏｉｌｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ａｐｐｌ． Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ．、Ｖｏｌ．２５ Ｎｏ．３（２０１５）６０００６０５

【非特許文献2】Ｍ． Ｓｕｇｉｍｏｔｏ， ｅｔ ａｌ．、「Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｖａｒｉｏｕｓ Ｎｂ－Ｒｏｄ－Ｍｅｔｈｏｄ Ｃｕ－Ｎｂ／Ｎｂ３Ｓｎ Ｗｉｒｅｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｆｏｒ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｒｅａｃｔ－ａｎｄ－Ｗｉｎｄ Ｃｏｉｌｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ａｐｐｌ． Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ．、Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．４ （２０２０）６０００９０５

【非特許文献3】ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． ｏｎ Ａｐｐｌ． Ｓｕｐｅｒ．、２４ ３（２０１４）４８０２４０４、Ｙ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ

【非特許文献4】ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． ｏｎ Ａｐｐｌ． Ｓｕｐｅｒ．、２４ ３（２０１４）４２００７０５、Ｙ．Ｎａｂａｒａ

【非特許文献5】ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． ｏｎ Ａｐｐｌ． Ｓｕｐｅｒ．、２７ ４（２０１７）４８００２０６、Ｌ．Ｍｕｚｚｉ

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

Ｎｂ_３Ｓｎなどの化合物系超電導線材を用いた大型超電導マグネットの製造に適用される大型超電導導体は、撚線構造を有する。その撚線構造は、丸撚り構造や平角構造があるが、撚線断面当たりの電流密度を向上させ、撚りが崩れないようにするために、成型加工（圧縮加工）を施す。このような撚線構造では、撚線が１重撚り（素線を１回だけ撚り合わせる撚線）で製作されるのではなく、複数回撚り合わせて製作する多重撚り構造（高次撚り構造）とする場合がある。

【0015】

上記のように、従来技術においては、大型超電導マグネットに適用されるＮｂ_３Ｓｎ超電導撚線において、電流密度の増大と通電時に電磁応力による超電導素線の動きを抑制するために、撚りピッチを短くする構成や、撚線のボイド率を小さくする構成を採用する。そのため、Ｎｂ_３Ｓｎ生成熱処理前の素線（Ｎｂ_３Ｓｎ前駆体素線）を用いた撚線製造工程において、撚りピッチを短くする撚線加工工程で素線が断線したり、撚線のボイド率を小さくする圧縮工程において、素線内部の構造材の異常変形が生じ、極端な場合、断線したりする。このような不具合状態にあるＮｂ_３Ｓｎ前駆体撚線導体を用いて、コイル巻線をした後、Ｎｂ_３Ｓｎ生成熱処理を施す（ワインド・アンド・リアクト法による）Ｎｂ_３Ｓｎ超電導マグネットや、Ｎｂ_３Ｓｎ生成熱処理を施した後、コイル巻線を行う（リアクト・アンド・ワインド法による）Ｎｂ_３Ｓｎ超電導マグネットのいずれにおいても、マグネット運転時に生じる電磁応力によって、Ｎｂ_３Ｓｎ超電導撚線を構成する素線中のＮｂ_３Ｓｎフィラメントに大きな歪が印加され超電導特性が低下し、極端な場合、Ｎｂ_３Ｓｎフィラメントにクラックが入り、超電導状態を維持できなくなるという問題があった。

【0016】

本開示の目的は、従来よりも、撚線製造性および超電導特性に優れた化合物超電導前駆体素線、化合物超電導前駆体撚線および化合物超電導撚線を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0017】

［１］ 複数本の化合物超電導前駆体フィラメント、および前記複数本の化合物超電導前駆体フィラメントを埋設し、第一安定化材を含む第一マトリックス前駆体で構成される化合物超電導前駆体部と、前記化合物超電導前駆体部の外周側に配置される強化材部と、前記強化材部の内周側および外周側の少なくとも一方に配置され、第二安定化材からなる安定化材部とを有する化合物超電導前駆体素線であって、前記安定化材部のビッカース硬さ（ＨＶ）が９０以下であり、かつ、前記化合物超電導前駆体素線の０．２％引張耐力が２００ＭＰａ以上である、化合物超電導前駆体素線。
［２］ 前記強化材部が、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、ＴｉおよびＨｆの群から選択される１種の金属または２種以上の金属で構成される合金もしくは複合材からなる、上記［１］に記載の化合物超電導前駆体素線。
［３］ 前記強化材部が、複数本の強化フィラメント、および前記複数本の強化フィラメントを埋設し、第三安定化材を含む第三マトリックスで構成される、上記［１］に記載の化合物超電導前駆体素線。
［４］ 前記強化フィラメントが、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、ＴｉおよびＨｆの群から選択される１種の金属または２種以上の金属で構成される合金からなり、前記第三安定化材が銅または銅合金である、上記［３］に記載の化合物超電導前駆体素線。
［５］ 前記化合物超電導前駆体フィラメントがＮｂ_３Ｓｎ前駆体であり、前記化合物超電導前駆体部と前記強化材部との間に、ＮｂもしくはＴａまたはそれらの合金もしくは複合材からなるＳｎ拡散防止部をさらに有する、上記［１］～［４］のいずれか１つに記載の化合物超電導前駆体素線。
［６］ 前記第一安定化材が銅または銅合金である、上記［１］～［５］のいずれか１つに記載の化合物超電導前駆体素線。
［７］ 前記第二安定化材が銅または銅合金である、上記［１］～［６］のいずれか１つに記載の化合物超電導前駆体素線。
［８］ 前記化合物超電導前駆体素線において、前記強化材部の占積率が、５．０％以上４０．０％以下、かつ、前記化合物超電導前駆体部の占積率よりも小さく、前記強化材部の外周側に配置される前記安定化材部の占積率が１５．０％以上である、上記［１］～［７］のいずれか１つに記載の化合物超電導前駆体素線。
［９］ 上記［１］～［８］のいずれか１つに記載の化合物超電導前駆体素線を複数本撚り合わせてなる１次撚線を複数本撚り合わせてなる２次撚線を構成要素として有する、化合物超電導前駆体撚線。
［１０］ 上記［１］～［８］のいずれか１つに記載の化合物超電導前駆体素線の１本または複数本と銅素線または銅合金素線の１本または複数本とを撚り合わせてなる１次撚線を複数本撚り合わせてなる２次撚線を構成要素として有する、化合物超電導前駆体撚線。
［１１］ 前記銅素線または前記銅合金素線のビッカース硬さ（ＨＶ）が９０以下である、上記［１０］に記載の化合物超電導前駆体撚線。
［１２］ 前記化合物超電導前駆体撚線を構成する前記化合物超電導前駆体素線の１本または複数本の横断面のうち、前記化合物超電導前駆体部の最大扁平率が０超０．２以下である、上記［９］～［１１］のいずれか１つに記載の化合物超電導前駆体撚線。
［１３］ 上記［９］～［１２］のいずれか１つに記載の化合物超電導前駆体撚線を加熱させてなる化合物超電導撚線。

【発明の効果】

【0018】

本開示によれば、従来よりも、撚線製造性および超電導特性に優れた化合物超電導前駆体素線、化合物超電導前駆体撚線および化合物超電導撚線を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、実施形態の化合物超電導前駆体素線の一例を示す横断面図である。

【図2】図２は、実施形態の化合物超電導前駆体素線の他の例を示す横断面図である。

【図3】図３は、実施形態の化合物超電導前駆体撚線の一例を示す横断面図である。

【図4】図４は、実施形態の化合物超電導前駆体撚線を構成する化合物超電導前駆体素線の一例を示す横断面図である。

【図5】図５は、実施形態の化合物超電導撚線を構成する化合物超電導素線の一例を示す横断面図である。

【図6】図６は、実施形態の化合物超電導撚線を構成する化合物超電導素線の他の例を示す横断面図である。

【図7】図７は、実施形態の化合物超電導撚線を構成する化合物超電導素線の他の例を示す横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、実施形態に基づき詳細に説明する。

【0021】

本発明者らは、複数の化合物超電導素線を撚り合わせてなるＮｂ_３Ｓｎ前駆体撚線などの化合物超電導前駆体撚線において、その製造性に優れ、かつ、化合物超電導撚線として超電導マグネットに組み込んだときに、優れた超電導特性を得るために、鋭意研究を重ねた結果、化合物超電導素線を構成する安定化材部の特性および化合物超電導前駆体素線の特性がそれぞれ所定の関係を満たすことで、従来技術が抱える問題を解決した化合物超電導前駆体素線およびそれを用いた化合物超電導前駆体撚線、ならびに撚線後に化合物超電導相を生成するための化合物超電導生成熱処理を施して得られる化合物超電導撚線を発明するに至った。

【0022】

はじめに、実施形態の化合物超電導前駆体素線について説明する。

【0023】

実施形態の化合物超電導前駆体素線は、複数本の化合物超電導前駆体フィラメント、および複数本の化合物超電導前駆体フィラメントを埋設し、第一安定化材を含む第一マトリックス前駆体で構成される化合物超電導前駆体部と、化合物超電導前駆体部の外周側に配置される強化材部と、強化材部の内周側および外周側の少なくとも一方に配置され、第二安定化材からなる安定化材部とを有し、安定化材部のビッカース硬さ（ＨＶ）が９０以下であり、かつ、化合物超電導前駆体素線の０．２％引張耐力が２００ＭＰａ以上である。

【0024】

図１は、実施形態の化合物超電導前駆体素線の一例を示す横断面図である。図１に示すように、化合物超電導前駆体素線１は、化合物超電導前駆体部１０と強化材部３０と安定化材部４０とを有する。

【0025】

化合物超電導前駆体素線１を構成する化合物超電導前駆体部１０は、複数本の化合物超電導前駆体フィラメント１１と第一マトリックス前駆体１２とで構成される。化合物超電導前駆体部１０は、線状であり、化合物超電導前駆体素線１の軸方向（素線軸方向）に沿って延在している。第一マトリックス前駆体１２は、複数本の化合物超電導前駆体フィラメント１１を埋設し、第一安定化材を含む。

【0026】

化合物超電導前駆体フィラメント１１は、後述する化合物超電導相を生成するための化合物超電導生成熱処理を施すことによって、後述する図５～７に示す化合物超電導相を含む化合物超電導フィラメント２１になる。後述する化合物超電導素線３を構成する化合物超電導相がＮｂ_３Ｓｎで形成される金属化合物超電導相であることが好ましいことから、化合物超電導前駆体フィラメント１１はＮｂ_３Ｓｎ前駆体であることが好ましく、Ｎｂであることがより好ましい。化合物超電導相の種類に応じて、化合物超電導前駆体フィラメント１１を構成する材料は適宜選択される。

【0027】

第一安定化材を含む第一マトリックス前駆体１２は、化合物超電導生成熱処理を施すことによって、図５～７に示す第一安定化材を含む第一マトリックス２２になる。第一マトリックス２２は、化合物超電導素線３における、化合物超電導フィラメント２１の損傷の抑制、磁気的安定化、熱的安定化という効果を奏することができる。第一マトリックス前駆体１２を構成する第一安定化材が銅または銅合金であると、これらの効果がさらに向上する。

【0028】

また、化合物超電導相がＮｂ_３Ｓｎで形成される金属化合物超電導相であることが好ましいことから、第一安定化材はＣｕ－Ｓｎ合金で形成されていることが好ましい。化合物超電導素線３を構成する化合物超電導相の種類に応じて、第一安定化材を構成する材料は適宜選択される。

【0029】

第一マトリックス前駆体１２の第一安定化材がＣｕ－Ｓｎ合金である場合、第一安定化材はＳｎを最大で１５．８質量％（固溶限）まで含有することができる。加えて、第一マトリックス前駆体１２の第一安定化材は、ＣｕおよびＳｎ以外の他の元素を少量であれば含有してもよく、例えばＴｉなどを０．２０質量％以上０．３５質量％以下の範囲で含有することが好ましい。

【0030】

図１および後述する図２、５～６では、ブロンズ法によってＮｂ_３Ｓｎの化合物超電導相を生成する例を示しているが、Ｎｂ_３Ｓｎの化合物超電導相の生成には、内部スズ法などの別の方法を適用してもよい。また、ここでは、化合物超電導相がＮｂ_３Ｓｎである例を示しているが、化合物超電導相は、ＮｂＴｉなどの合金系超電導体と比較して、歪感受性の大きい超電導特性を有する化合物超電導体でもよい。

【0031】

化合物超電導前駆体素線１を構成する強化材部３０は、筒状であり、化合物超電導前駆体部１０の外周側に配置される。強化材部３０は、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、ＴｉおよびＨｆの群から選択される１種の金属または２種以上の金属で構成される合金もしくは複合材からなることが好ましい。なお、強化材部３０は、不可避不純物を含んでもよい。強化材部３０は、引張り歪および曲げ歪に強い高強度機能を具備するという効果を奏することができる。

【0032】

また、図２に示すように、強化材部３０ａは、複数本の強化フィラメント３１と第三マトリックス３２とで構成されてもよい。第三マトリックス３２は、複数本の強化フィラメント３１を埋設し、第三安定化材を含む。複数本の強化フィラメント３１および第三マトリックス３２を備える強化材部３０ａは、強化材部３０に比べて、高強度機能だけでなく安定化機能を適切に具備するという効果を奏することができる。

【0033】

強化材部３０ａを構成する強化フィラメント３１は、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、Ｆｅ、ＴｉおよびＨｆの群から選択される１種の金属または２種以上の金属で構成される合金からなることが好ましい。なお、強化フィラメント３１は、不可避不純物を含んでもよい。

【0034】

例えば強化フィラメント３１がＮｂを主として含有する場合、不可避不純物として、例えば、Ｏが１５０ｐｐｍ以下、Ｈが１５ｐｐｍ以下、Ｃが１００ｐｐｍ以下、Ｎが１００ｐｐｍ以下、Ｆｅが５０ｐｐｍ以下、Ｎｉが５０ｐｐｍ以下、Ｔｉが２０ｐｐｍ以下、Ｓｉが５０ｐｐｍ以下、Ｗが３００ｐｐｍ以下、およびＴａが１０００ｐｐｍ以下含まれることがある。また、強化フィラメント３１がＴａを主として含有する場合、不可避不純物として、Ｏ、Ｈ、Ｃ、Ｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｗ、ＮｂおよびＭｏが含まれることがある。

【0035】

強化フィラメント３１を構成するこれらの金属または合金は、化合物超電導生成熱処理時に、Ｃｕに固溶しにくいため、Ｃｕとの化合物が形成されにくく、曲げ歪特性の向上に有効に寄与する。そのなかでも、強化フィラメント３１は、化合物超電導素線３への影響を考慮すると、強磁性を示さないＮｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、ＭｏおよびＨｆの群から選択される１種の金属または２種以上の金属で構成される合金からなることが好ましく、さらに、加工性の点からはＮｂ、ＴａおよびＶの群から選択される１種の金属または２種以上の金属で構成される合金からなることが好ましい。

【0036】

また、強化フィラメント３１を構成する上記元素群から選択される２種以上の金属で構成される合金としては、銅または銅合金との複合加工性に優れるという点で、Ｎｂ－Ｔａ合金であることが好ましい。また、上記元素群から選択される金属と銅とで構成される合金としては、銅または銅合金との複合加工性に優れるという点で、Ｃｕ－Ｎｂ合金またはＣｕ－Ｖ合金であることが好ましい。

【0037】

上記のＣｕに固溶しにくいとは、化合物超電導生成熱処理（例えば、６００℃～７５０℃）において、強化フィラメント３１を構成する金属または合金がＣｕに固溶する割合が１ａｔ％未満であることをいう。

【0038】

上記のように、強化材部３０ａでは、Ｃｕに固溶しにくい金属材料で構成される複数の強化フィラメント３１が第三マトリックス３２に埋設されている。そのため、強化材部３０ａ内の強化フィラメント３１に金属間化合物が生成されることを抑制でき、強化材部３０に比べて、強化材部３０ａは引張り歪および曲げ歪に強い高強度な構成要素として機能できる。

【0039】

強化材部３０ａの第三マトリックス３２を構成する第三安定化材は、銅または銅合金であることが好ましい。なお、第三安定化材は、不可避不純物を含んでもよい。第三安定化材の不可避不純物としては、Ｏ、Ｆｅ、ＳおよびＢｉが挙げられる。第三安定化材を含む第三マトリックス３２は、強化材部３０に強化機能に加えて安定化機能を具備させるという効果を奏することができる。

【0040】

化合物超電導前駆体素線１を構成する安定化材部４０は、筒状であり、強化材部３０の内周側および外周側の少なくとも一方に配置される。安定化材部４０は、第二安定化材からなる。図１～２では、安定化材部４０が強化材部３０の内周側および外周側の両方に配置される例を示している。安定化材部４０は、強化材部３０の加工中の異常変形を抑制し、安定化機能を具備するという効果を奏することができる。

【0041】

安定化材部４０を構成する第二安定化材は、銅または銅合金であることが好ましく、無酸素銅であることがより好ましい。なお、第二安定化材は、不可避不純物を含んでもよい。第二安定化材の不可避不純物としては、Ｏ、Ｆｅ、ＳおよびＢｉが挙げられる。

【0042】

また、上記のように、化合物超電導前駆体素線１では、化合物超電導前駆体部１０を構成する第一安定化材、安定化材部４０を構成する第二安定化材、および強化材部３０ａを構成する第三安定化材を使用している。ここでいう安定化材とは、ＪＩＳ Ｈ ７００５：２００５に規定されているように、冷媒と熱的接触を確保し、および／または、電気的分流回路として働くように超電導体に電気的および／または熱的に接触させた、一般的には金属である材料であって、超電導体に複合化されて超電導体の安定性を増加させる常電導金属材料を意味する。具体的には、銅やアルミニウムなどの常電導金属は、極低温で比抵抗が低く、熱伝導が良いため、超電導線のマトリックスとして使用した場合、超電導状態から常電導状態への転移があっても、これらの常電導金属に電流がバイパスして流れる。これにより、後述する化合物超電導素線３において、発熱が抑えられ、また、発生した熱はすばやく伝播・拡散し、冷却される。さらには、外部の磁束変動をダンピングして超電導体にじかに磁束変動を伝えない、銅やアルミニウムなどの常電導金属が、超電導線の安定化材として広く用いられる。

【0043】

また、安定化材部４０のビッカース硬さ（ＨＶ）が９０以下であり、かつ、化合物超電導前駆体素線１の０．２％引張耐力が２００ＭＰａ以上である。安定化材部４０のビッカース硬さは、化合物超電導前駆体素線１の軸方向に垂直な横断面における安定化材部４０のビッカース硬さである。また、化合物超電導前駆体素線１の０．２％引張耐力は、化合物超電導前駆体素線１の軸方向の０．２％引張耐力である。

【0044】

安定化材部４０のビッカース硬さ（ＨＶ）が９０以下であり、かつ、化合物超電導前駆体素線１全体の０．２％引張耐力が２００ＭＰａ以上であると、従来生じていた化合物超電導前駆体素線１の断線や化合物超電導前駆体素線１内部の化合物超電導前駆体部１０の異常変形を抑制し、撚線製造性を向上できる。さらに、複数の化合物超電導前駆体素線１を撚り合わせてなる化合物超電導前駆体撚線を用いて製造した化合物超電導マグネットは、励磁したときに生じる強大な電磁応力下においても堅牢であり、優れた超電導特性を維持することができる。このように、化合物超電導前駆体素線１および化合物超電導前駆体撚線２は製造性に優れており、化合物超電導撚線は堅牢かつ超電導特性に優れているので、合理的な設計の化合物超電導マグネットに供することができる。

【0045】

上記理由から、安定化材部４０のビッカース硬さは、９０以下、好ましくは８０以下、より好ましくは７０以下である。同様の理由から、化合物超電導前駆体素線１の０．２％引張耐力は、２００ＭＰａ以上、好ましくは２３０ＭＰａ以上、より好ましくは２５０ＭＰａ以上である。尚、安定化材部４０のビッカース硬さは、撚線加工や圧縮工程において、許容できない異常変形や有害な外傷の発生を抑制するために５０以上であることが望ましい。また、化合物超電導前駆体素線１の０．２％引張耐力は、良好な撚線加工性を維持するために、４００ＭＰａ以下であることが望ましい。

【0046】

また、化合物超電導前駆体部１０の化合物超電導前駆体フィラメント１１がＮｂ_３Ｓｎ前駆体である場合、化合物超電導前駆体素線１は、化合物超電導前駆体部１０と強化材部３０との間に、ＮｂもしくはＴａまたはそれらの合金もしくは複合材からなるＳｎ拡散防止部５０をさらに有することが好ましい。

【0047】

Ｓｎ拡散防止部５０は、化合物超電導生成熱処理時に、Ｎｂ_３Ｓｎフィラメントを化合物超電導体部２０に形成するための第一マトリックス前駆体１２を構成するＣｕ－Ｓｎ合金中のＳｎが、強化材部３０や安定化材部４０に拡散することを防止し、安定化材部４０を構成する第二安定化材および強化材部３０を構成する第三安定化材の残留抵抗比の低下を抑止すると共に、化合物超電導前駆体フィラメント１１のＮｂフィラメントと反応してＮｂ_３Ｓｎを生成するために必要なＳｎ量を、Ｃｕ－Ｓｎ合金中に保持する機能を有している。

【0048】

また、化合物超電導前駆体素線１において、強化材部３０の占積率が、５．０％以上４０．０％以下、かつ、化合物超電導前駆体部１０の占積率よりも小さく、強化材部３０の外周側に配置される安定化材部４０の占積率が１５．０％以上であることが好ましい。強化材部３０の占積率および安定化材部４０の占積率がそれぞれ上記範囲内であると、化合物超電導前駆体素線１の臨界電流をさらに向上できる。

【0049】

各構成部の占積率とは、化合物超電導前駆体素線１の軸方向に垂直な横断面積に占める各構成部の面積の割合である。具体的には、強化材部３０の占積率は、化合物超電導前駆体素線１の横断面積に占める強化材部３０の面積の割合である。化合物超電導前駆体部１０の占積率は、化合物超電導前駆体素線１の横断面積に占める化合物超電導前駆体部１０の面積の割合である。安定化材部４０の占積率は、化合物超電導前駆体素線１の横断面積に占める安定化材部４０の面積の割合である。

【0050】

次に、実施形態の化合物超電導前駆体撚線について説明する。

【0051】

実施形態の化合物超電導前駆体撚線は、上記実施形態の化合物超電導前駆体素線を複数本撚り合わせてなる１次撚線を複数本撚り合わせてなる２次撚線を構成要素として有する。また、他の実施形態の化合物超電導前駆体撚線は、上記実施形態の化合物超電導前駆体素線の１本または複数本と銅素線または銅合金素線の１本または複数本とを撚り合わせてなる１次撚線を複数本撚り合わせてなる２次撚線を構成要素として有する。化合物超電導前駆体素線のみで構成される２次撚線を構成要素として有する上記実施形態の化合物超電導前駆体撚線に対して、他の実施形態の化合物超電導前駆体撚線では、各次撚線に１本以上の銅素線または銅合金素線が含まれる。

【0052】

図３は、他の実施形態の化合物超電導前駆体撚線の一例を示す横断面図である。ここでは、２本の化合物超電導前駆体素線１と１本の銅素線６０とを共撚りさせてなる１次撚線２ａを３本撚り合わせてなる２次撚線２ｂを構成要素とし、４本の２次撚線２ｂを撚り合わせてなる３次撚線２ｃを平角成型加工させてなる化合物超電導前駆体撚線２を示している。

【0053】

化合物超電導前駆体撚線２の製造時、成型加工を施す前の状態で、２００℃以上５００℃以下で、数秒以上数時間以内の熱処理を施すことによって、化合物超電導前駆体素線１を調質する。この調質は、成型加工を施す前の状態であればよく、撚り合わせる前の化合物超電導前駆体素線１でもよいし、１次撚線２ａでもよいし、２次撚線２ｂでもよいし、３次撚線２ｃでもよい。この調質によって、安定化材部４０のビッカース硬さおよび化合物超電導前駆体素線の０．２％引張耐力を制御する。また、１次撚線などの撚線を調質する場合、化合物超電導前駆体素線に撚り合わせられる銅素線または銅合金素線の強度を制御する調質を行うことが好ましい。

【0054】

化合物超電導前駆体撚線２において、銅素線または銅合金素線のビッカース硬さ（ＨＶ）は、９０以下であることが好ましく、８０以下であることがより好ましく、７０以下であることがさらに好ましい。銅素線または銅合金素線のビッカース硬さは、銅素線または銅合金素線の軸方向に垂直な横断面における銅素線または銅合金素線のビッカース硬さである。銅素線または銅合金素線のビッカース硬さ（ＨＶ）が上記範囲内である化合物超電導前駆体撚線２は、核融合炉などに搭載される強磁場発生用の大型超電導マグネットに好適に用いられる。

【0055】

また、図４は、実施形態の化合物超電導前駆体撚線を構成する化合物超電導前駆体素線の一例を示す横断面図である。化合物超電導前駆体撚線を構成する化合物超電導前駆体素線１の１本または複数本の横断面のうち、化合物超電導前駆体部１０の最大扁平率が０超０．２以下であることが好ましい。換言すると、化合物超電導前駆体撚線を構成する１本または複数本の化合物超電導前駆体素線１の横断面のうち、最も変形している化合物超電導前駆体部１０の扁平率は０超０．２以下であることが好ましい。化合物超電導前駆体撚線を構成する化合物超電導前駆体素線１が１本である場合、１本の化合物超電導前駆体素線１を構成している化合物超電導前駆体部１０の扁平率は０超０．２以下であることが好ましい。化合物超電導前駆体部１０の扁平率が０である場合、化合物超電導前駆体部１０の横断面形状は真円である。

【0056】

化合物超電導前駆体部１０の扁平率は、（１－（ｂ／ａ））で定義される。ａは、化合物超電導前駆体素線１の横断面（素線軸方向に垂直な断面）における、化合物超電導前駆体部１０の長軸長さである。ｂは、化合物超電導前駆体素線１の横断面における、化合物超電導前駆体部１０の短軸長さである。化合物超電導前駆体部１０の長軸長さは、化合物超電導前駆体部１０の最大外形寸法に相当し、化合物超電導前駆体部１０の短軸長さは、化合物超電導前駆体部１０の最小外形寸法に相当する。

【0057】

化合物超電導前駆体部１０の扁平率が上記範囲内であると、化合物超電導前駆体撚線を化合物超電導生成熱処理して得られる化合物超電導撚線は高い臨界電流を維持できる。こうした理由から、化合物超電導前駆体部１０の扁平率が小さいほど、化合物超電導撚線の超電導特性が良好である。

【0058】

次に、実施形態の化合物超電導撚線について説明する。実施形態の化合物超電導撚線は、上記実施形態の化合物超電導前駆体撚線を加熱させてなる。この加熱処理は、化合物超電導相を生成するための化合物超電導生成熱処理である。

【0059】

図５は、実施形態の化合物超電導撚線を構成する化合物超電導素線の一例を示す横断面図であり、図１の構成を有する化合物超電導前駆体素線を加熱させてなる化合物超電導素線の横断面図である。図６は、図２の構成を有する化合物超電導前駆体素線を加熱させてなる化合物超電導素線の横断面図である。図７は、図４の状態の化合物超電導前駆体素線を加熱させてなる化合物超電導素線の横断面図である。

【0060】

図５～７に示すように、化合物超電導素線３は、化合物超電導体部２０と強化材部３０、３０ａと安定化材部４０とを有する。化合物超電導素線３は、複数の化合物超電導前駆体素線１を備える化合物超電導前駆体撚線２に対して化合物超電導生成熱処理を施すことによって得ることができる。化合物超電導生成熱処理は、コイル巻線前の化合物超電導前駆体撚線２に対して実施してもよいし、コイル巻線後の化合物超電導前駆体撚線２に対して実施してもよい。

【0061】

化合物超電導素線３を構成する化合物超電導体部２０は、化合物超電導相を含む複数本の化合物超電導フィラメント２１および第一マトリックス２２で構成される。化合物超電導体部２０は、線状であり、化合物超電導素線３の軸方向に沿って延在している。第一マトリックス２２は、複数本の化合物超電導フィラメント２１を埋設し、第一安定化材を含む。

【0062】

化合物超電導相は、Ｎｂ_３Ｓｎで形成される金属化合物超電導相であることが好ましい。化合物超電導相は、Ｎｂ_３Ｓｎに限定されるものではなく、例えば、Ｎｂ_３Ａｌや、超電導特性を有する他の金属化合物超電導相で形成されてもよい。

【0063】

第一安定化材を含む第一マトリックス２２は、化合物超電導素線３における、化合物超電導フィラメント２１の損傷の抑制、磁気的安定化、熱的安定化という効果を奏することができる。第一マトリックス２２を構成する第一安定化材が銅または銅合金であると、これらの効果がさらに向上する。

【0064】

化合物超電導相がＮｂ_３Ｓｎで形成される金属化合物超電導相であることが好ましいことから、ブロンズ法Ｎｂ_３Ｓｎ前駆体素線の場合、第一安定化材はＣｕ－Ｓｎ合金で形成されていることが好ましい。また、化合物超電導相の種類に応じて、第一安定化材を構成する材料は適宜選択される。

【0065】

第一マトリックス２２の第一安定化材がＣｕ－Ｓｎ合金である場合、第一マトリックス２２中のＳｎ含有割合は、化合物超電導前駆体素線１を構成する第一マトリックス前駆体１２中のＳｎ含有割合よりも小さい。Ｃｕ－Ｓｎ合金中のＳｎが化合物超電導フィラメント２１としてのＮｂ_３Ｓｎフィラメントの生成に使用される結果として、第一マトリックス２２中のＳｎ含有割合が０．１質量％以上２．０質量％程度に小さくなっても、第一マトリックス２２はＣｕに相当する安定化材としての機能を有しない。

【0066】

図５～６では、ブロンズ法によって製造した化合物超電導体部２０を示している。ブロンズ法では、第一安定化材であるＣｕ－Ｓｎ合金の第一マトリックス前駆体１２中に、化合物超電導前駆体フィラメント１１であるＮｂフィラメントが複数本埋設された状態の化合物超電導前駆体素線１に対し、化合物超電導相を生成するための化合物超電導生成熱処理を施すと、第一マトリックス前駆体１２中のＳｎが拡散して、Ｎｂフィラメントの表面と反応することによって、Ｎｂフィラメントから化合物超電導フィラメント２１であるＮｂ_３Ｓｎフィラメントを生成することができる。

【0067】

また、図５～６に示す化合物超電導体部２０の拡大図では、Ｓｎと反応せずに残った未反応Ｎｂの芯部分２３が存在する例を示している。ただし、化合物超電導前駆体素線１の第一マトリックス前駆体１２中に含有されるＳｎの量や、化合物超電導前駆体素線１の化合物超電導前駆体フィラメント１１の径サイズなどによっては、未反応の芯部分２３が化合物超電導体部２０の化合物超電導フィラメント２１に存在せず、化合物超電導フィラメント２１はＮｂ_３Ｓｎからなることもある。

【0068】

強化材部３０は、筒状または周方向に亘って同心円状に分散して配置されており、化合物超電導体部２０の外周側に配置される。化合物超電導素線３を構成する強化材部３０は、化合物超電導前駆体素線１を構成する強化材部３０と基本的に同じ構成および機能を有する。

【0069】

安定化材部４０は、筒状であり、強化材部３０の内周側および外周側の少なくとも一方に配置される。図５～７では、安定化材部４０が強化材部３０の内周側および外周側の両方に配置される例を示している。化合物超電導素線３を構成する安定化材部４０は、化合物超電導前駆体素線１を構成する安定化材部４０と基本的に同じ構成および機能を有する。

【0070】

上記で述べたように、化合物超電導前駆体素線１の０．２％引張耐力が所定範囲内であり、化合物超電導前駆体素線１中の強化材部３０、３０ａにより、引張に対する耐力を適切に保つことができるので、撚りピッチを短くする撚線工程や、撚線のボイド率を小さくする成型加工（圧縮加工）で従来生じていた化合物超電導前駆体素線の断線が抑制される。さらに、安定化材部４０のビッカース硬さが所定範囲内であり、強化材部３０、３０ａが化合物超電導前駆体部１０を保護するので、撚線のボイド率を小さくする成型加工において、安定化材部４０が選択的に変形して、化合物超電導前駆体部１０の異常変形が抑制される。その結果、撚線製造性が向上し、化合物超電導前駆体部１０の変形が少ない化合物超電導前駆体撚線２を得ることができる。

【0071】

また、化合物超電導前駆体撚線２をコイル巻線した後に化合物超電導生成熱処理を施す方法（ワインド・アンド・リアクト法）で製造した化合物超電導マグネット、および化合物超電導前駆体撚線２を化合物超電導生成熱処理した後にコイル巻線をする方法（リアクト・アンド・ワインド法）で製造した化合物超電導マグネットのいずれの場合においても、マグネット励磁時に、撚線中の化合物超電導素線３に印加される電磁力によって生じる、化合物超電導素線３の化合物超電導フィラメント２１に印加される歪が、強化材部３０、３０ａを複合していることにより小さくなるだけでなく、化合物超電導体部２０の変形が少ないので、超電導特性が向上する。

【0072】

こうしたことから、撚線製造性と超電導特性の両方が向上するので、結果として、合理的なマグネット設計が可能になる。具体的には、ワインド・アンド・リアクト法で製造する化合物超電導マグネットにおいて、励磁時に生じる電磁応力が、化合物超電導撚線に繰り返して印加される場合、強化材部に加工歪が印加されて強度が増大し、化合物超電導フィラメントの残留歪が緩和される効果により、超電導特性が向上する。また、リアクト・アンド・ワインド法で製造する化合物超電導マグネットにおいて、化合物超電導撚線に室温で適切な事前曲げ歪印加処理を施すことによって、優れた超電導特性を得ることができる。その結果、いずれの製造方法においても、合理的な化合物超電導マグネット設計が可能になる。

【0073】

以上説明した実施形態によれば、化合物超電導素線を構成する安定化材部の特性および化合物超電導前駆体素線の特性がそれぞれ所定の関係を満たすことによって、従来よりも撚線製造性および超電導特性に優れ、合理的なマグネット設計が可能になる。

【0074】

以上、実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本開示の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本開示の範囲内で種々に改変することができる。

【実施例0075】

次に、実施例および比較例について説明するが、本開示はこれら実施例に限定されるものではない。

【0076】

（実施例１）
化合物超電導体部がブロンズ法によって形成されたＮｂ_３Ｓｎであり、ＴａからなるＳｎ拡散防止部を備え、強化材部が無酸素銅のマトリックス中にＮｂフィラメントを埋設したＣｕ－Ｎｂ複合材であり、無酸素銅の安定化材部を強化材部の外周側に有する複数の化合物超電導素線を備える化合物超電導撚線を製造した。以下、詳細に説明する。

【0077】

Ｔｉが添加されたＣｕＳｎ合金に複数本のＮｂロッドを埋設したビレットに対して、押出加工と伸線加工とを施すことによって、ＮｂロッドとＣｕＳｎ合金の複合素線を得た。続いて、無酸素銅管の中央部にこの複合素線を複数本配置して集合体を構成し、この集合体の外周に管状のＴａをＳｎ拡散防止部として配置し、管状のＴａの外周に無酸素銅管を配置し、無酸素銅管の外周に、無酸素銅に複数本のＮｂロッドを埋設したビレットに対して押出加工と伸線加工とを施して得られたＣｕ－Ｎｂ強化材部用の素線を複数本配置することにより、化合物超電導前駆体素線用ビレットを得た。続いて、化合物超電導前駆体素線用ビレットに対して、押出し伸線加工を施すことによって、素線を得た。続いて、素線を２００℃以上５００℃以下で、数秒以上数時間以内の熱処理を施すことによって、素線を調質して化合物超電導前駆体素線を得た。

【0078】

続いて、図３に示すように、直径０．８３ｍｍの２本の化合物超電導前駆体素線と直径０．８３ｍｍの１本の銅素線とを撚り合わせて１次撚りし、３本の１次撚線を撚り合わせて２次撚りし、４本の２次撚り線を撚り合わせて３次撚りし、３次撚線を平角成型加工して、化合物超電導前駆体撚線を得た。１次撚り、２次撚り、３次撚りの撚りピッチは、それぞれ２５ｍｍ、４８ｍｍ、９０ｍｍとした。３次撚線の平角成型加工は、撚線のボイド率３０％とした。ここで、撚線のボイド率とは、図３に示す矩形状の点線内の面積に占める、全ての化合物超電導前駆体素線および全ての銅素線の合計面積を除いた面積の割合である。

【0079】

続いて、化合物超電導前駆体撚線を５７０℃以上６７０℃以下で、数１００時間の化合物超電導生成熱処理を施すことによって、表１に示す化合物超電導撚線を得た。

【0080】

（実施例２）
強化材部をＴａに変更し、安定化材部を強化材部の内周側と外周側に備え、強化材部および安定化材部の占積率ならびに化合物超電導前駆体素線の０．２％引張耐力を表１の値に変更したこと以外は実施例１と同様にして、化合物超電導撚線を製造した。

【0081】

（比較例１）
調質を行わなかったこと以外は実施例１と同様にして、化合物超電導撚線を製造した。

【0082】

（比較例２）
調質を行わなかったこと以外は実施例２と同様にして、化合物超電導撚線を製造した。

【0083】

（比較例３）
強化材部を設けず、安定化材部の占積率を表１の値に変更したこと以外は実施例１と同様にして、化合物超電導撚線を製造した。

【0084】

（比較例４）
調質を行わなかったこと以外は比較例３と同様にして、化合物超電導撚線を製造した。

【0085】

上記実施例および比較例で製造した化合物超電導前駆体撚線から取り出した化合物超電導前駆体素線、および化合物超電導撚線から取り出した化合物超電導素線について下記の特性を調査した。結果を表１に示す。

【0086】

安定化材部のビッカース硬さは、次のようにして測定した。まず、化合物超電導前駆体素線をエポキシ系樹脂に埋め込んだサンプルを化合物超電導前駆体素線の軸方向に対して垂直に切断し、切断面を研磨した。続いて、ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準拠し、化合物超電導前駆体素線の横断面に対して、ダイヤモンドでできた角錐形圧子を、荷重１０ｇ、時間１５秒で押し付け、生じた圧痕を計測するマイクロビッカース硬さ試験によって、安定化材部のビッカース硬さを測定した。

【0087】

化合物超電導前駆体素線の０．２％引張耐力は、ＪＩＳ Ｃ ３００２の５．（引張り）に準ずる方法を適用した。具体的には、長さ１８０ｍｍの化合物超電導前駆体素線の両端４０ｍｍをチャッキングし、軸方向に０．２％～０．５％の引張歪を印加してから除荷したときに得られたヤング率に等しい直線を、歪０．２％までオフセットし、応力歪曲線との交点（応力度）を０．２％引張耐力とした。

【0088】

化合物超電導素線の臨界電流は、次のようにして測定した。長さ５ｃｍの化合物超電導素線を液体ヘリウム中（４．２Ｋ）で、外部磁場１４．５Ｔを素線の軸方向に対して垂直に印加した状態で、化合物超電導素線に通電し、４端子法（電圧タップ間距離１ｃｍ）で０．１μＶ／ｃｍの電界が化合物超電導素線に発生したときの電流値を臨界電流値とした。

【0089】

【表1】

【0090】

表１に示すように、安定化材部のビッカース硬さが９０以下であり、かつ、化合物超電導前駆体素線の０．２％引張耐力が２００ＭＰａ以上である化合物超電導前駆体素線を用いると、撚線製造性および超電導特性に優れていた。

【0091】

また、実施例１と比較例１の比較、および実施例２と比較例２の比較をすると、安定化材部のビッカース硬さおよび化合物超電導前駆体素線の０．２％引張耐力を制御する調質を施すことによって、化合物超電導前駆体撚線の横断面で、最も変形が大きい化合物超電導前駆体素線の化合物超電導前駆体部の扁平率が０．２以下となり、その結果、撚り戻した化合物超電導素線の臨界電流が、相対的に高い値を維持していた。

【0092】

また、比較例３～４に比べて実施例１～２では、化合物超電導前駆体部の異常変形発生頻度が少なく、最も変形した化合物超電導前駆体部の扁平率が小さいことから、本開示の効果により、撚線製造性が向上した。そして、引張応力２００ＭＰａ印加時の臨界電流（４．２Ｋ、１４．５Ｔ）は、強化材部と複合化することの効果により、強化材部がない場合よりも、３割近く高い値であった。

【0093】

なお、上記の実施例のように、Ｃｕ－Ｎｂ複合材中のＮｂはフィラメント状にＣｕマトリックス中に分散させることが有効であるが、ＣｕとＮｂとをそれぞれシート状に積層させても同様な効果を得ることができる。また、上記の実施例では、化合物超電導前駆体素線や銅素線の表面処理を施していないが、素線表面にＣｒメッキなどの処理を施すと、化合物超電導前駆体撚線の化合物超電導生成熱処理時に、撚線中で接触する素線表面の無酸素銅部位同士が融着することが無く、化合物超電導撚線自体の可とう性や、超電導マグネット運転において、変動磁場が印加された時に素線間に流れる結合電流による付加的な交流損失発生を抑制することができる。さらに、上記の実施例においては、素線直径、各次の撚り本数、撚りピッチ、撚り次数（多重に撚り合わせる回数）、成型加工後のボイド率について、撚線製造が難しい具体的な数値に対して効果を確認したが、本発明の効果は、これらの数値に限定されるものではなく、化合物超電導撚線の通電容量等の要求特性を満足するために任意に設計された、素線直径、各次撚線の撚り本数、撚りピッチ、撚り次数、ボイド率に対して有効である。

【0094】

１ 化合物超電導前駆体素線
２ 化合物超電導前駆体撚線
２ａ １次撚線
２ｂ ２次撚線
２ｃ ３次撚線
３ 化合物超電導素線
１０ 化合物超電導前駆体部
１１ 化合物超電導前駆体フィラメント
１２ 第一マトリックス前駆体
２０ 化合物超電導体部
２１ 化合物超電導フィラメント
２２ 第一マトリックス
２３ 芯部分
３０、３０ａ 強化材部
３１ 強化フィラメント
３２ 第三マトリックス
４０ 安定化材部
５０ Ｓｎ拡散防止部
６０ 銅素線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】