特開 2025-1746 超電導線材の製造方法、超電導コイルの製造方法、および単結晶引上装置の製造方法

(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】P2025001746

(43)【公開日】2025-01-09

(54)【発明の名称】超電導線材の製造方法、超電導コイルの製造方法、および単結晶引上装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01B 13/00 20060101AFI20241226BHJP

   H01F 6/06 20060101ALI20241226BHJP

【ＦＩ】

H01B13/00 563Z

H01F6/06 140

H01F6/06 150

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023101390

(22)【出願日】2023-06-21

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松崎 栄仁

(72)【発明者】

【氏名】澤 史雄

(72)【発明者】

【氏名】小柳 圭

(72)【発明者】

【氏名】大谷 安見

(72)【発明者】

【氏名】戸坂 泰造

【テーマコード（参考）】

5G321

【Ｆターム（参考）】

5G321AA12

5G321BA03

5G321CA09

5G321CA36

5G321DD05

(57)【要約】

【課題】クエンチを抑制する。
【解決手段】超電導線材の製造方法は、外周側面を有し、銅を含むマトリクスと、マトリクス中に設けられ、ニオブチタン合金を含むフィラメントと、外周側面を覆い、ポリビニルホルマール樹脂を含む絶縁膜と、を有する線材に機械加工を施すことにより、マトリクスを加工硬化させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外周側面を有し、銅を含むマトリクスと、
前記マトリクス中に設けられ、ニオブチタン合金を含むフィラメントと、
前記外周側面を覆い、ポリビニルホルマール樹脂を含む絶縁膜と、
を有する線材に機械加工を施すことにより、前記マトリクスを加工硬化させる、
超電導線材の製造方法。

【請求項2】

前記機械加工は、前記線材に曲げ歪みを加える曲げ加工を含む、
請求項１に記載の超電導線材の製造方法。

【請求項3】

前記曲げ加工は、前記線材の上下方向および左右方向からなる群より選ばれる少なくとも一つの方向から行われる、
請求項２に記載の超電導線材の製造方法。

【請求項4】

前記曲げ加工により、前記線材に１．０％よりも大きい曲げ歪みを加える、
請求項２に記載の超電導線材の製造方法。

【請求項5】

前記機械加工は、前記線材の長手方向に引張応力を加える引張加工を含む、請求項１に記載の超電導線材の製造方法。

【請求項6】

前記引張加工は、前記線材を第１のリールから第２のリールに巻き替えるときに、前記線材の長手方向に前記引張応力を加えることを含む、
請求項５に記載の超電導線材の製造方法。

【請求項7】

前記超電導線材は、丸線材または平角線材である、
請求項１に記載の超電導線材の製造方法。

【請求項8】

前記機械加工は、前記線材の線径を変えることなく行われる、
請求項１に記載の超電導線材の製造方法。

【請求項9】

前記超電導線材を有する超電導コイルの製造方法であって、
前記超電導線材は、請求項１に記載の超電導線材の製造方法により製造される、
超電導コイルの製造方法。

【請求項10】

前記超電導線材を有する超電導コイルを備える単結晶引上装置の製造方法であって、
前記超電導線材は、請求項１に記載の超電導線材の製造方法により製造される、
単結晶引上装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、超電導線材、超電導コイル、および単結晶引上装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、超電導コイルの製造に用いられる超電導線材の開発が進められている。超電導コイルは、例えば単結晶引上装置等の様々な装置に用いることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９－６３３６６号公報

【特許文献2】特許第４５３２３６９号公報

【特許文献3】特許第７１４３１４７号公報

【特許文献4】特開２０００－３４８５４８号公報

【特許文献5】特開２００４－０６３１２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、クエンチを抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の超電導線材の製造方法は、外周側面を有し、銅を含むマトリクスと、マトリクス中に設けられ、ニオブチタン合金を含むフィラメントと、外周側面を覆い、ポリビニルホルマール樹脂を含む絶縁膜と、を有する線材に機械加工を施すことにより、マトリクスを加工硬化させる。

【発明の効果】

【0006】

本発明に係る超電導線材の製造方法によれば、クエンチを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】線材の例を示す模式図である。

【図2】機械加工装置の第１の例を示す模式図である。

【図3】機械加工の第１の例を説明するための模式図である。

【図4】機械加工装置の第２の例を示す模式図である。

【図5】機械加工の第２の例を説明するための模式図である。

【図6】引張試験により測定された線材の残留歪みの比較結果を示すグラフである。

【図7】単結晶引上装置の例を示す模式図である。

【図8】超電導マグネット装置１０５の構造例を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。以下に示す各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、その説明を一部省略する場合がある。図面は模式的なものであり、厚さと平面寸法との関係、各部の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。

【0009】

実施形態の超電導線材の製造方法は、ホルマール被覆ＮｂＴｉ系線材に機械加工を施すことを含む。以下、実施形態の超電導線材の製造方法の例についてさらに説明する。

【0010】

（線材）
図１は、線材の例を示す模式図である。図１は、ホルマール被覆ＮｂＴｉ系線材であって、機械加工が施される線材１を示す。ホルマール被覆ＮｂＴｉ系線材は、例えば、超電導コイルに用いることができる。図１は、Ｘ軸と、Ｙ軸と、Ｚ軸と、をさらに示す。Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸は、互いに垂直に交差する。図１は、Ｙ軸とＺ軸とを含むＹ－Ｚ断面を示す。線材１のＹ－Ｚ断面は、線材１の長手方向（長さ方向）と垂直に交差する断面に相当する。

【0011】

線材１は、マトリクス２と、フィラメント３と、絶縁膜４と、を有する。線材１は、例えば、丸線材または平角線材である。

【0012】

マトリクス２は、外周側面２ａを有する線材である。マトリクス２は、銅（Ｃｕ）を主成分とする。主成分とは、構成成分のうち最も含有量が多い成分である。マトリクス２は、例えば、９９原子％以上１００原子％以下の銅を含有する。マトリクス２は、例えば、銅線からなる。マトリクス２は、不可避不純物を含んでいてもよい。マトリクス２は、例えば、線材１の長手方向に延在する。マトリクス２の径は、特に限定されないが、例えば１．２０ｍｍである。

【0013】

フィラメント３は、マトリクス２中に設けられる。Ｙ－Ｚ断面において、フィラメント３は、マトリクス２に隙間なく囲まれてもよい。フィラメント３は、例えば、線材１の長手方向に延在する。フィラメント３は、例えば、ニオブチタン合金からなる。ニオブチタン合金は、超電導体である。フィラメント３は、不可避不純物を含んでいてもよい。フィラメント３の径は、マトリクス２の径よりも小さく、特に限定されないが、例えば０．０５ｍｍである。図１は、複数のフィラメント３を示す。複数のフィラメント３は、線材１の中心軸Ｃを中心とする円に沿って配置される。換言すると、線材１の中心軸Ｃは、複数のフィラメント３で取り囲まれる。フィラメント３の数は、図１に示す数に限定されない。

【0014】

線材１の銅とニオブチタンの構成比Ｃｕ：ＮｂＴｉは、特に限定されないが、例えば４：１～１１：１である。構成比Ｃｕ：ＮｂＴｉの例は、Ｃｕ：ＮｂＴｉ＝１１：１（平角線材）や、Ｃｕ：ＮｂＴｉ＝４：１（丸線材）等が挙げられる。

【0015】

絶縁膜４は、マトリクス２の外周側面２ａに設けられる。Ｙ－Ｚ断面において、絶縁膜４は、マトリクス２を覆う。絶縁膜４は、例えば、ポリビニルホルマール樹脂を含む。絶縁膜４は、例えば、マトリクス２の外周側面２ａに対してホルマール被覆処理を行うことにより形成できる。絶縁膜４の厚さは、マトリクス２の径よりも小さく、特に限定されないが、例えば０．０３ｍｍである。

【0016】

超電導体は、外乱の印加によって、超電導状態から常伝導状態に変移することがある（超電導破壊、以下、クエンチという）。超電導コイルは、例えば、超電導体間を電気的に絶縁する絶縁体（例えば、樹脂）にクラックが生じると、クラック近傍で発熱して、クエンチを引き起こす可能性がある。大電流が流れる超電導コイルにクエンチが発生すると、超電導コイルが破壊されるおそれがある。このため、クエンチを防止することが求められている。

【0017】

クエンチを抑制する方法の一例としては、線材の表面に、硬化性樹脂を含浸した絶縁性繊維編組含有プラスチックからなる絶縁被覆層を形成する方法が知られている。クエンチを抑制する方法の他の例としては、線材の熱処理工程において、正反両方向から曲げ歪みを加える両振り曲げ加工を線材に施す方法が知られている。クエンチを抑制する方法の別の例としては、線材を被覆する繊維編組に含侵される樹脂硬化物として複数の無機材料の粒子を有する樹脂硬化物を用いる方法が知られている。しかしながら、これらの方法では十分にクエンチを抑制することは困難である。

【0018】

また、従来の線材の製造方法の一例としては、線材のツイスト加工の直前に軟化熱処理を行う方法が知られている。さらに、従来の線材の製造方法の他の例としては、リアクト処理した歪み依存性を示す化合物系超電導線に曲げ歪みを付加した後、該曲げ歪みを除荷する方法が知られている。しかしながら、実施形態の超電導線材の製造方法は、ホルマール被覆ＮｂＴｉ系線材を用いており、従来の線材の製造方法とは線材の構成が大きく異なる。また、従来の線材の製造方法は、一般的にインゴットを細く伸ばしながら線材を形成する際に機械加工を行うものであって、線径を変えずに機械加工するものではない。さらに、従来の線材は、加工硬化が好ましくないため、その後線材を熱処理することにより、線材の焼き鈍しが一般的に行われる。

【0019】

市販のホルマール被覆ＮｂＴｉ系線材は、弾性限界が低く、比較的低い応力で塑性変形する。この原因は、最終工程でホルマール被覆をする際、４００℃程度にまで加熱されるため、マトリクス２の銅が焼き鈍しを起こすためである。よって、ホルマール被覆ＮｂＴｉ系線材を用いて製造された超電導コイルは、電磁力等で線材に引張応力が加えられると、塑性域に入る。塑性域に入ると、含浸材などの周囲とのひずみ差が大きくなるため、クエンチを起こしやすい。

【0020】

そこで、実施形態の超電導線材の製造方法は、ホルマール被覆ＮｂＴｉ系線材を用いて超電導コイルを形成する前に線材１に対して機械加工を施すことにより、マトリクス２を加工硬化させる。機械加工は、熱処理を行うことなく行われることが好ましい。これにより、クエンチを抑制できる。

【0021】

（機械加工の第１の例）
図２は、機械加工装置の第１の例を示す模式図である。図２は、機械加工装置１０を示す。図２は、Ｘ軸と、Ｙ軸と、Ｚ軸と、をさらに示す。

【0022】

機械加工装置１０は、線材１を水平方向に曲げることが可能な曲げ加工装置である。機械加工装置１０は、表面１１と、表面１２と、ローラー１３と、ローラー１４と、を有する。

【0023】

表面１１は、機械加工装置１０の本体に設けられる。表面１１は、Ｘ軸とＹ軸とを含むＸ－Ｙ平面に沿って延在する。表面１１は、Ｘ－Ｙ平面と交差する方向（例えばＺ軸方向）に延在する取付穴Ｈ１を有する。図２は、複数の取付穴Ｈ１を示す。取付穴Ｈ１の数は、図２に示す数に限定されない。

【0024】

表面１２は、機械加工装置１０の本体に設けられる。表面１２は、表面１１と交差する方向（例えばＺ軸方向）に延在する。表面１１は、Ｘ－Ｚ平面と交差する方向（例えばＹ軸方向）に延在する取付穴Ｈ２を有する。図２は、複数の取付穴Ｈ２を示す。取付穴Ｈ２の数は、図２に示す数に限定されない。

【0025】

ローラー１３は、表面１１に設けられる。ローラー１３は、表面１１と交差する方向（例えばＺ軸方向）に回転軸を有する。ローラー１３は、線材１に曲げ歪みを加えるために設けられる。ローラー１３は、例えば樹脂製であることが好ましい。樹脂製のローラー１３は、例えば、金属製のローラー１３よりも絶縁膜４の損傷を抑制できる。ローラー１３の径は、特に限定されないが、例えば２１ｍｍである。

【0026】

図２は、複数のローラー１３として、ローラー１３ａと、ローラー１３ｂと、ローラー１３ｃと、ローラー１３ｄと、ローラー１３ｅと、を示す。各ローラー１３は、複数の取付穴Ｈ１の一つに取り付けられる。ローラー１３ａないしローラー１３ｅは、表面１１をジグザグに沿うように間隔を空けて配置される。ローラー１３の数は、図２に示す数に限定されない。各ローラー１３の位置や径に応じて、曲げ歪みの値を調整できる。

【0027】

ローラー１４は、表面１２に設けられる。ローラー１４は、表面１２と交差する方向（例えばＸ軸方向）に回転軸を有する。ローラー１４は、例えば、線材１を送るために設けられる。ローラー１４は、例えば樹脂製であることが好ましい。樹脂製のローラー１４は、例えば、金属製のローラー１４よりも絶縁膜４の損傷を抑制できる。ローラー１４の径は、特に限定されないが、例えば２１ｍｍである。

【0028】

図２は、複数のローラー１４を示す。各ローラー１４は、複数の取付穴Ｈ２の一つに取り付けられる。複数のローラー１４は、ローラー１４ａと、ローラー１４ｂと、を含む。ローラー１４ａは、表面１２における線材１の導入側の端部に設けられる。ローラー１４ｂは、表面１２における線材１の導出側の端部に設けられる。ローラー１４の数は、図２に示す数に限定されない。

【0029】

図３は、機械加工の第１の例を説明するための模式図である。ここでは、機械加工装置１０を用いた曲げ加工の例について説明する。図３は、線材１と、ローラー１３ａと、ローラー１３ｂと、ローラー１３ｃと、ローラー１３ｄと、ローラー１３ｅと、ローラー１４ａと、ローラー１４ｂと、を示す。図３に示すように、線材１は、ローラー１４ａからローラー１４ｂまで、ローラー１３ａ、ローラー１３ｂ、ローラー１３ｃ、ローラー１３ｄ、ローラー１３ｅを順に経由して送られる。線材１は、例えば一つのリールに巻かれてから各ローラーに送られ、各ローラーを経由した後に他の一つのリールに巻き替えられてもよい。

【0030】

線材１は、ローラー１３ａからローラー１３ｅまでを経由することによりＸ－Ｙ平面に沿って線材１の左方向および線材１の右方向から交互に曲げ歪みが加えられる。これにより、線材１の左右方向から曲げ加工を行うことができ、線材１のマトリクス２を加工硬化させることができる。線材１に対する曲げ歪みの程度については、クエンチを抑制するために必要な加工硬化の程度に基づいて各ローラー１３の位置や径を調整することにより、適宜調整できる。

【0031】

（機械加工の第２の例）
図４は、機械加工装置の第２の例を示す模式図である。図４は、機械加工装置２０を示す。図４は、Ｘ軸と、Ｙ軸と、Ｚ軸と、をさらに示す。

【0032】

機械加工装置２０は、線材１を垂直方向に曲げることが可能な曲げ加工装置である。機械加工装置２０は、表面２１と、ローラー２２と、ローラー２３と、を有する。

【0033】

表面２１は、機械加工装置２０の本体に設けられる。表面２１は、Ｘ軸とＺ軸とを含むＸ－Ｚ平面に沿って延在する。表面２１は、Ｘ－Ｚ平面と交差する方向（例えばＹ軸方向）に延在する取付穴Ｈ３を有する。図４は、複数の取付穴Ｈ３を示す。取付穴Ｈ３の数は、図４に示す数に限定されない。

【0034】

ローラー２２は、表面２１に設けられる。ローラー２２は、表面２１と交差する方向（例えばＹ軸方向）に回転軸を有する。ローラー２２は、線材１に曲げ歪みを加えるために設けられる。ローラー２２は、例えば樹脂製であることが好ましい。樹脂製のローラー２２は、例えば、金属製のローラー２２よりも絶縁膜４の損傷を抑制できる。ローラー２２の径は、特に限定されないが、例えば２１ｍｍである。

【0035】

図４は、複数のローラー２２として、ローラー２２ａと、ローラー２２ｂと、ローラー２２ｃと、ローラー２２ｄと、ローラー２２ｅと、を示す。各ローラー２２は、各取付穴Ｈ３に取り付けられる。ローラー２２ａないしローラー２２ｅは、表面２１をジグザグに沿うように間隔を空けて配置される。ローラー２２の数は、図４に示す数に限定されない。

【0036】

ローラー２３は、表面２１に設けられる。ローラー２３は、表面２１と交差する方向（例えばＹ軸方向）に回転軸を有する。ローラー２３は、例えば、線材１を送るために設けられる。ローラー２３は、例えば樹脂製であることが好ましい。樹脂製のローラー２３は、例えば、金属製のローラー２３よりも絶縁膜４の損傷を抑制できる。ローラー２３の径は、特に限定されないが、例えば２１ｍｍである。

【0037】

図４は、複数のローラー２３を示す。複数のローラー２３は、ローラー２３ａと、ローラー２３ｂと、を含む。ローラー２３ａは、表面２１における線材１の導入側の端部に設けられる。ローラー２３ｂは、表面２１における線材１の導出側の端部に設けられる。ローラー２３の数は、図４に示す数に限定されない。

【0038】

図５は、機械加工の第２の例を説明するための模式図である。ここでは、機械加工装置２０を用いた曲げ加工の例について説明する。図５は、線材１と、ローラー２２ａと、ローラー２２ｂと、ローラー２２ｃと、ローラー２２ｄと、ローラー２２ｅと、ローラー２３ａと、ローラー２３ｂと、を示す。図５に示すように、線材１は、ローラー２３ａからローラー２３ｂまで、ローラー２２ａ、ローラー２２ｂ、ローラー２２ｃ、ローラー２２ｄ、ローラー２２ｅを順に経由して送られる。線材１は、例えば一つのリールに巻かれてから各ローラーに送られ、各ローラーを経由した後に他の一つのリールに巻き替えられてもよい。

【0039】

線材１は、ローラー２２ａからローラー２２ｅまで経由することによりＸ－Ｚ平面に沿って線材１の上方向および線材１の下方向から交互に曲げ歪みが加えられる。これにより、線材１の上下方向から曲げ加工を行うことができ、線材１のマトリクス２を加工硬化させることができる。線材１に対する曲げ歪みの程度については、クエンチを抑制するために必要な加工硬化の程度に基づいて各ローラー２２の位置や径を調整することにより、適宜調整できる。

【0040】

機械加工の第１の例と第２の例は、適宜組み合わせることができる。例えば、機械加工装置１０を用いて線材１の左右方向に曲げ加工を施した前または後に機械加工装置２０を用いて線材１の上下方向に曲げ加工を施してもよい。これらの曲げ加工により、線材に１．０％よりも大きい曲げ歪みを加えることが好ましい。これにより、マトリクス２を加工硬化させてクエンチを抑制しやすくできる。

【0041】

機械加工装置１０および／または機械加工装置２０を用いて、線材１に引張応力を加える引張加工を施してもよい。例えば、複数のローラー２２および複数のローラー２３を用い、線材１を長手方向に引っ張ることにより、線材１に引張応力を加えることができる。これに限定されず、線材１を第１のリールから第２のリールに巻き替えるときに、線材１の長手方向に張力を加えることにより、引張加工を施してもよい。引張加工を施すことにより、線材１のマトリクス２を加工硬化させることができる。線材１に対する引張加工の程度については、クエンチを抑制するために必要な加工硬化の程度に基づいて各ローラー２２の位置や径を調整することにより、適宜調整できる。引張加工は、曲げ加工を施すことなく行われてもよい。

【0042】

機械加工は、例えば、ホルマール被覆処理により絶縁膜４を形成した後であって超電導コイルを形成するための巻線を行う前に行われることが好ましい。また、機械加工により、線材１の径は、変化しないことが好ましい。線材１の径は、例えば、曲げ歪み量や引張応力を調整することにより制御できる。

【0043】

超電導体のクエンチを抑制できることの評価方法として、線材の残留歪みを測定する方法がある。残留歪みは、線材に対して引張試験を行うことにより、測定される。引張試験は、以下の条件により行われる。試験片は、超電導線材であり、径が約１．２ｍｍの丸線であり、長手方向の長さが約６０ｍｍである２種類の線材（線材Ａ、線材Ｂ）を試験片として用いる。試験温度は、－１９６℃であり、試験速度は１時間で０．３０％程度と可能な限り低速度である。試験ひずみ範囲は０～０．３０％であり、０．０５％毎に除荷、負荷を繰り返し、０．３０％まで実施する。除荷は荷重の０％までに設定する。負荷は、ＪＩＳ Ｈ ７３０３に準拠する方法により実施される。

【0044】

図６は、引張試験により測定された線材の残留歪みの比較結果を示すグラフである。図６に示すように、線材Ａの機械加工前（機械加工なし）の残留歪みの相対値を１．００とすると、機械加工後（機械加工あり）の残留歪みの相対値は０．８３９である。線材Ｂの機械加工前の残留歪みの相対値を１．００とすると、機械加工後の残留歪みの相対値は０．７５３である。これらの結果から、機械加工を施すことにより線材の残留歪みを低減できるため、超電導体のクエンチを抑制できることがわかる。なお、機械加工後の線材は、機械加工装置１０を用いた曲げ加工と、機械加工装置２０を用いた曲げ加工と、の両方を施した後の線材である。

【0045】

（処理されたホルマール被覆ＮｂＴｉ系線材の使用方法例）
実施形態の超電導線材の製造方法により処理されたホルマール被覆ＮｂＴｉ系線材を用い、例えば超電導コイルを有する単結晶引上装置を製造できる。図７は、単結晶引上装置の例を示す模式図である。図７は、磁界印加型チョクラルスキー（ＭＣＺ）法を用いる単結晶引上装置１００を示す。

【0046】

単結晶引上装置１００は、チャンバー１０１と、坩堝１０２と、支持体１０３と、ヒーター１０４と、超電導マグネット装置１０５と、を有する。

【0047】

チャンバー１０１は、単結晶シリコン等の単結晶半導体である単結晶体２０３を製造するための空間を有する。チャンバー１０１内には、例えばアルゴンガス等の不活性ガスが導入されてもよい。

【0048】

坩堝１０２は、チャンバー１０１内に設けられる。坩堝１０２は、シリコン等の単結晶材料の溶融物２０１を収容できる。坩堝１０２は、例えば、グラファイト製である。

【0049】

支持体１０３は、坩堝１０２の下に設けられる。支持体１０３は、坩堝１０２を支持できる。単結晶引上装置１００は、支持体１０３を回転軸として坩堝１０２を回転させることができる。

【0050】

ヒーター１０４は、坩堝１０２の周りに設けられる。ヒーター１０４は、坩堝１０２を加熱できる。ヒーター１０４は、例えば、チャンバー１０１の内壁と坩堝１０２との間に配置される。

【0051】

超電導マグネット装置１０５は、溶融物２０１に一方向の横磁場を印加して、坩堝１０２内の溶融物２０１の対流を抑制できる。

【0052】

図８は、超電導マグネット装置１０５の構造例を示す模式図である。超電導マグネット装置１０５は、クライオスタット１５１と、超電導コイル１５２と、冷凍機１５３と、を有する。図８は、便宜のため、クライオスタット１５１を点線で示し、超電導コイル１５２および冷凍機１５３を実線で示す。

【0053】

クライオスタット１５１は、円筒状である。クライオスタット１５１は、図７に示すチャンバー１０１の側面を囲むように配置される。クライオスタット１５１の内部は真空に保持されてもよい。

【0054】

超電導コイル１５２は、クライオスタット１５１内に設けられる。超電導コイル１５２は、クライオスタット１５１の外周側面に沿って湾曲する。図８は、２つの超電導コイル１５２を示す。２つの超電導コイル１５２は、図７に示すチャンバー１０１を挟むように互いに対向して設けられる。

【0055】

超電導コイル１５２は、実施形態の超電導線材の製造方法により加工硬化されたホルマール被覆ＮｂＴｉ系線材を用いて製造できる。超電導コイル１５２は、例えば、ホルマール被覆ＮｂＴｉ系線材の巻回体からなる超導電体と、複数の超電導体の間を電気的に絶縁する絶縁体と、を有する。なお、超電導コイル１５２の構造は、上記構造に限定されない。

【0056】

冷凍機１５３は、クライオスタット１５１の外周側面に設けられる。冷凍機１５３は、超電導コイル１５２が超電導を発現する極低温まで超電導コイル１５２を冷却できる。

【0057】

単結晶引上装置１００を用いた単結晶体２０３の製造では、坩堝１０２内に単結晶材料を投入し、ヒーター１０４により加熱して溶融させる。単結晶材料の溶融物２０１中に、種結晶２０２を、坩堝１０２に挿入し、種結晶２０２を引き上げていく。これにより、結晶が成長し、単結晶体２０３を生成できる。

【0058】

このとき、ヒーター１０４の加熱によって誘起される、溶融物２０１の坩堝１０２内での対流を防止するために、超電導マグネット装置１０５の超電導コイル１５２へ通電がなされる。坩堝１０２内の溶融物２０１は、超電導コイル１５２が発生する横磁場によって動作抑止力を受け、坩堝１０２内で対流することなく、種結晶２０２の引上げに伴ってゆっくりと引き上げられ、固体の単結晶体２０３として製造される。

【0059】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0060】

１…線材、２…マトリクス、２ａ…外周側面、３…フィラメント、４…絶縁膜、１０…機械加工装置、１１…表面、１２…表面、１３…ローラー、１３ａ…ローラー、１３ｂ…ローラー、１３ｃ…ローラー、１３ｄ…ローラー、１３ｅ…ローラー、１４…ローラー、１４ａ…ローラー、１４ｂ…ローラー、２０…機械加工装置、２１…表面、２２…ローラー、２２ａ…ローラー、２２ｂ…ローラー、２２ｃ…ローラー、２２ｄ…ローラー、２２ｅ…ローラー、２３…ローラー、２３ａ…ローラー、２３ｂ…ローラー、１００…単結晶引上装置、１０１…チャンバー、１０２…坩堝、１０３…支持体、１０４…ヒーター、１０５…超電導マグネット装置、１５１…クライオスタット、１５２…超電導コイル、１５３…冷凍機、２０１…溶融物、２０２…種結晶、２０３…単結晶体、Ｃ…中心軸、Ｈ１…取付穴、Ｈ２…取付穴、Ｈ３…取付穴。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】