(57)【要約】【課題】超電導線を接続して得た接合体の臨界電流値の低下を抑制できると共に電気抵抗値を低くでき、更に超電導線の接続を短時間に実施できること。【解決手段】超電導材料からなるフィラメント１１と、このフィラメントを包含するマトリックス１２とを有する超電導線１０の端部１３を接続する超電導線の接続方法において、超電導線の端部に対して、低融点金属１８により被覆した状態で、５Ｍｐａ〜１５Ｍｐａの加圧力Ｐ１を印加すると同時に摩擦摺動を印加することで低融点金属を溶融させ、この溶融した低融点金属中にマトリックスを溶解させて除去する第１工程と、接続される超電導線の端部の、第１工程により低融点金属に包含されたフィラメントを重ね合せた状態で、１０Ｍｐａ〜１００Ｍｐａの加圧力を印加すると同時に摩擦摺動を印加することで、低融点金属を再溶融して除去すると共に、フィラメント同士を接続して接合体を得る第２工程と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導材料からなる複数のフィラメントと、このフィラメントを包含するマトリックスとを有する超電導線の端部を接続する超電導線の接続方法において、
前記超電導線の前記端部に対して、低融点金属により被覆した状態で、前記フィラメントの長さ方向と垂直な方向に５ＭＰａ〜１５ＭＰａの範囲の加圧力を印加すると同時にこの加圧方向と垂直な方向に摩擦摺動を印加することで、前記低融点金属を溶融させ、この溶融した低融点金属中に前記マトリックスを溶解させて除去する第１工程と、
接続される前記超電導線の前記端部における前記フィラメントであって前記第１工程により前記低融点金属に包含された前記フィラメントを重ね合せた状態で、保護層を介して、前記フィラメントの長さ方向と垂直な方向に１０ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲の加圧力を印加すると同時にこの加圧方向と垂直な方向に摩擦摺動を印加することで、前記フィラメント間に介在する低融点金属を再溶融して除去すると共に、前記フィラメント同士を接続して接合体を得る第２工程と、を有することを特徴とする超電導線の接続方法。
【請求項２】
前記超電導材料が、Ｎｂ−Ｎｉ合金であることを特徴とする請求項１に記載の超電導線の接続方法。
【請求項３】
前記接合体におけるフィラメントを構成する超電導材料の構成要素であるα−Ｔｉ相は、面積換算径が１００ｎｍ以下で、前記フィラメント内に微細に分散することを特徴とする請求項２に記載の超電導線の接続方法。
【請求項４】
前記接合体の断面に介在する低融点金属の割合は、面積率で０％〜１０％の範囲であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超電導線の接続方法。
【請求項５】
前記低融点金属が、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、ＢｉまたはＧａの単体もしくは合金であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超電導線の接続方法。
【請求項６】
前記保護層が、ＡｌまたはＣｕの単体もしくは合金であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超電導線の接続方法。
【請求項７】
前記低融点金属の再溶融温度が、２５０℃〜４００℃の温度範囲であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の超電導線の接続方法。
【請求項８】
超電導線の２つの端部を接続することで得られる超電導線の接合体であって、
前記端部における複数のフィラメントと、このフィラメントを包含する低融点金属とを備え、前記フィラメントが超電導材料からなると共に、この超電導材料の構成要素が微細に分散して存在し、
２つの前記端部におけるそれぞれの前記フィラメント同士が、前記低融点金属内で直接、及び前記低融点金属を介して間接に電気的に接続され、
前記フィラメント及び前記低融点金属が保護層により挟み込まれて構成されたことを特徴とする超電導線の接合体。
【請求項９】
前記超電導材料がＮｂ−Ｎｉ合金であり、前記超電導材料の構成要素がα−Ｔｉ相であることを特徴とする請求項８に記載の超電導線の接合体。
【請求項１０】
前記フィラメントを構成するＮｂ−Ｎｉ合金のα−Ｔｉ相は、面積換算径が１００ｎｍ以下で、前記フィラメント内に微細に分散することを特徴とする請求項９に記載の超電導線の接合体。
【請求項１１】
前記低融点金属が接合体の断面に介在する割合は、面積率で０％〜１０％の範囲であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の超電導線の接合体。
【請求項１２】
前記低融点金属が、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｉｎ、ＢｉまたはＧａの単体もしくは合金であることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の超電導線の接合体。
【請求項１３】
前記保護層が、ＡｌまたはＣｕの単体もしくは合金であることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の超電導線の接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超電導線の接続方法、及び超電導線を接続することにより得られる超電導線の接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導マグネット等のコイルに使用される超電導線は、超電導材料であるＮｂ−Ｔｉ(ニオブチタン)合金などからなる複数のフィラメントを、Ｃｕ(銅)合金等からなるマトリックスに包含した構造とされている。このような超電導線を用いた超電導機器では、超電導線のループに電流が流されるが、超電導線のループの形成には、複数の超電導線同士を接続する必要がある。永久電流モードと呼ばれる、電流減衰を極めて小さなレベルまで抑制した状態で電流を流し続けるモードが要求される機器では、1×10−１１Ω以下といった極めて小さな抵抗値となるように、超電導線同士を接続する必要がある。
【０００３】
一般に、超電導線同士の接続は超電導性を有するはんだを用いて実施する。このはんだを用いた接続方法では、超電導線のフィラメントを包含する常電導性のＣｕ等からなるマトリックスや、超電導性ではあるが臨界電流値の低いはんだを介しての接続となる。このため、上述のはんだを用いた接続方法で永久電流モードを実現するためには、接続部分の長さを長くして接続面積を大きくする必要がある。
【０００４】
これに対して、永久電流モードで使用される超電導機器においては、超電導線のフィラメント同士を直接接続する固相拡散接合が用いられる場合がある。この場合には、まず、接続部のＣｕ等からなるマトリックスを硝酸などの酸または溶液によって溶解して除去し、フィラメントを露出させる。そして、接続するフィラメント同士を組み合わせた後、真空などの雰囲気中で加圧しながら加熱することにより接続する。
【０００５】
また、接続部のＣｕ等からなるマトリックスを酸等によって溶解して除去し、フィラメントを露出させた後に、接続するフィラメント同士を組み合せ、Ｃｕスリーブなどに通して圧着する方法も提案されている。
【０００６】
近年では、Ｃｕ等からなるマトリックスを酸またはその溶液で溶解して除去する代わりに、超電導線を液体状態のＳｎ等の低融点金属に含浸し、この低融点金属中にＣｕ等からなるマトリックスを溶解させる方法も提案されている。この方法では、まず、低融点金属中にＣｕ等からなるマトリックスを溶解させて除去すると共に、フィラメントを低融点金属で包含させた状態とする。この後、接続するフィラメントをＣｕスリーブに挿通して低融点金属の融点以上に加熱し、加熱した状態でプレス(加圧)することで、フィラメントの表面に付着した低融点金属をフィラメントから排出し、フィラメントの直接接続を実現している。
【０００７】
また、上述の手法において液体状の低融点金属中に超電導線のマトリックスを溶解した後に、加圧力と摩擦摺動を利用して超電導線の接続を実施する手法も提案されている。この手法では、フィラメントの長さ方向と垂直な方向に加圧すると同時に、この加圧方向と垂直な方向に摩擦摺動を加えることによって、フィラメントを被覆している低融点金属を除去して、フィラメント同士の直接接続を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１８−６０７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のようなＣｕ等からなるマトリックスを低融点金属中に溶解する手法は、フィラメントを酸化させることなく、Ｃｕ等からなるマトリックスを排除することができる。しかしながら、この手法では、低融点金属の溶媒を蓄えた溶媒槽を準備する必要があり、マトリックスの溶解に時間を要する。
【００１０】
また、この手法では、超電導線が長時間加熱されることによるフィラメントへの熱影響(熱劣化)が懸念される。例えば、Ｎｂ−Ｔｉ合金からなるフィラメントは、Ｎｂ−Ｔｉ相と微細に分散したα−Ｔｉ相とからなるが、４００℃以上の温度域でα−Ｔｉ相が減少し始め、超電導線の磁気的安定性が低下して臨界電流値が低下する恐れがある。
【００１１】
更に、この手法では、Ｃｕ等からなるマトリックスを除去できる代わりに、フィラメントが低融点金属により被覆されてしまい、フィラメントを接続するために低融点金属を排除するためには、別途、加熱・加圧処理を必要とする。例えば、低融点金属であるＳｎに包含されたフィラメントを３００℃に加熱した状態でプレスによって加圧し、Ｓｎを溶融させて排除する必要がある。従って、加熱装置が必要になると共に、接続部を３００℃に加熱するために十分な時間が必要になる。
【００１２】
また、低融点金属を排出するためには、フィラメントに垂直な方向に約１００ＭＰａ〜４００ＭＰａ程度の過大な加圧力を印加する必要があるため、フィラメントのくびれによる劣化が生じることが懸念される。
【００１３】
本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、超電導線の端部を接続して得た接合体におけるフィラメントの熱劣化に伴う臨界電流値の低下を抑制できると共に電気抵抗値を低くでき、更に、超電導線の端部の接続を短時間に実施できる超電導線の接続方法及び超電導線の接合体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の実施形態における超電導線の接続方法は、超電導材料からなる複数のフィラメントと、このフィラメントを包含するマトリックスとを有する超電導線の端部を接続する超電導線の接続方法において、前記超電導線の前記端部に対して、低融点金属により被覆した状態で、前記フィラメントの長さ方向と垂直な方向に５ＭＰａ〜１５ＭＰａの範囲の加圧力を印加すると同時にこの加圧方向と垂直な方向に摩擦摺動を印加することで、前記低融点金属を溶融させ、この溶融した低融点金属中に前記マトリックスを溶解させて除去する第１工程と、接続される前記超電導線の前記端部における前記フィラメントであって前記第１工程により前記低融点金属に包含された前記フィラメントを重ね合せた状態で、保護層を介して、前記フィラメントの長さ方向と垂直な方向に１０ＭＰａ〜１００ＭＰａの範囲の加圧力を印加すると同時にこの加圧方向と垂直な方向に摩擦摺動を印加することで、前記フィラメント間に介在する低融点金属を再溶融して除去すると共に、前記フィラメント同士を接続して接合体を得る第２工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の実施形態における超電導線の接合体は、超電導線の２つの端部を接続することで得られる超電導線の接合体であって、前記端部における複数のフィラメントと、このフィラメントを包含する低融点金属とを備え、前記フィラメントが超電導材料からなると共に、この超電導材料の構成要素が微細に分散して存在し、２つの前記端部におけるそれぞれの前記フィラメント同士が、前記低融点金属内で直接、及び前記低融点金属を介して間接に電気的に接続され、前記フィラメント及び前記低融点金属が保護層により挟み込まれて構成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の実施形態によれば、超電導線の端部を接続して得た接合体におけるフィラメントの熱劣化に伴う臨界電流値の低下を抑制できると共に電気抵抗値を低くでき、更に、超電導線の端部の接続を短時間に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施形態に係る超電導線の接続方法における第１工程を説明する工程構成図。
【図２】図１の第１工程の後に連続して行なう第２工程を説明する工程構成図。
【図３】図２の第２工程により得られた超電導線の接合体であり、図２のIII−III線に沿う断面図。
【図４】図１及び図２の超電導線の接続方法を示すフローチャート。
【図５】第１工程、第２工程のそれぞれの条件と、得られた接合体の評価結果とを示す図表。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
図１及び図２に示す接続対象の超電導線１０は、超電導材料である例えばＮｂ−Ｔｉ(ニオブチタン)合金からなる複数のフィラメント１１を、例えばＣｕ（銅）合金からなるマトリックス１２が包含して被覆した構造である。本実施形態は、上述の超電導線１０の端部１３を接続する方法であり、この接続の際に台座１４、加圧治具１５、加圧機構１６及び超音波発振器１７が用いられる。
【００１９】
台座１４は、超電導線１０を載置して支持する。また、加圧治具１５は、台座１４の上方に位置し、この台座１４に対向して配置される。加圧機構１６は、加圧治具１５に連結され、この加圧治具１５を台座１４へ向かって接近または離反（例えば上下動）させることで、台座１４に載置された超電導線１０の端部１３を、その長さ方向と垂直な方向に所定の加圧力Ｐ１、Ｐ２で加圧する。超音波発振器１７は、台座１４と加圧治具１５の少なくとも一方、本実施形態では台座１４及び加圧治具１９に配設されて、これらの台座１４及び加圧治具１５に、加圧力Ｐ１、Ｐ２の加圧方向と垂直な方向の超音波振動Ｗ１、Ｗ２を付与する。
【００２０】
本実施形態における超電導線１０の端部１３の接続方法は、図１、図２及び図４に示すように、接続される超電導線１０のそれぞれの端部１３におけるフィラメント１１を包含するマトリックス１２を除去する第１工程（図１）と、接続される超電導線１０のそれぞれの端部１３におけるフィラメント１１同士を接続する第２工程（図２）とを、例えば同一の台座１４、加圧治具１５、加圧機構１６及び超音波発振器１７を用いて連続して実施する。
【００２１】
第１工程では、図１に示すように、まず、接続される超電導線１０のそれぞれの端部１３を、シート状の低融点金属１８を介在させて重ね合わせ、更にこれらの端部１３の外側にも同じくシート状の低融点金属１８を介在させて、一対の保護層１９により挟み込み組み合せて組合せ体２０を形成する。従って、この組合せ体２０では、接続される超電導線１０のそれぞれの端部１３が、低融点金属１８により被覆された状態になっている。ここで、低融点金属１８は、Sｎ（錫）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｉｎ（インジウム）、Ｂｉ（ビスマス）またはＧａ（ガリウム）の単体もしくは合金である。また、保護層１９は、Ａｌ（アルミニウム）またはＣｕ（銅）の単体もしくは合金である。
【００２２】
次に、組合せ体２０を台座１４に載置し、加圧機構１６を作動させて、加圧治具１５と台座１４とにより組合せ体２０に対して、超電導線１０の端部１３におけるフィラメント１１の長さ方向と垂直な方向に加圧力Ｐ１を印加する。このときの加圧力Ｐ１は、５ＭＰａ〜１５ＭＰａの範囲の加圧力である。そして、上述の加圧力Ｐ１の加圧と同時に、台座１４及び加圧治具１５に対して超音波発振器１７から、加圧力Ｐ１の加圧方向と垂直な方向の超音波振動Ｗ１を付与して、組合せ体２０に超音波振動Ｗ１と同方向の摩擦摺動を印加する。このときの超音波発振器１７の出力は、５００Ｗ〜２０００Ｗ程度であり、超音波振動Ｗ１の周波数は、１５ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ程度である。
【００２３】
上述の組合せ体２０への加圧力Ｐ１と超音波振動Ｗ１の印加によって、組合せ体２０に局所的な摩擦発熱が生じて低融点金属１８が溶融する。この溶融した低融点金属１８中にマトリックス１２が溶解すると共に、溶融して液体になった低融点金属１８に超音波振動Ｗ１が加わることによるキャビテーションの効果によって、超電導線１０の端部１３からマトリックス１２が除去される。ここで、第１工程の工程時間は、６０秒以下に設定されている。
【００２４】
第１実施形態の終了時に、組合せ体２０は、図２に示すように、接続される超電導線１０のそれぞれの端部１３における複数のフィラメント１１が、マトリックス１２ではなく低融点金属１８により包含され、互いに重ね合されて、一対の保護層１９により挟み込まれて組み合されている。
【００２５】
第２工程では、上述の組合せ体２０を引き続き台座１４に載置した状態で、加圧機構１６を作動させて、加圧治具１５と台座１４とにより組合せ体２０に対して、超電導線１０の端部１３におけるフィラメント１１の長さ方向と垂直な方向に加圧力Ｐ２を印加する。このときの加圧力Ｐ２は、１０Ｍｐａ〜１００Ｍｐａの範囲の加圧力である。そして、上述の加圧力Ｐ２の印加と同時に、台座１４及び加圧治具１５に対して超音波発振器１７から、加圧力Ｐ２の加圧方向と垂直な方向の超音波振動Ｗ２を付与して、上記組合せ体２０に超音波振動Ｗ２と同方向の摩擦摺動を印加する。このときの超音波発振器１７の出力は、第１工程と同様に５００Ｗ〜２０００Ｗ程度であり、超音波振動Ｗ２の周波数は、第１工程と同様に１５ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ程度である。
【００２６】
上述の組合せ体２０への加圧力Ｐ２と超音波振動Ｗ２の印加とによって、組合せ体２０に局所的な摩擦発熱が生じ、接続される超電導線１０のそれぞれの端部１３における複数のフィラメント１１間に介在する低融点金属１８が再溶融する。そして、この再溶融した低融点金属１８が超音波振動Ｗ２により除去されると共に、接続される超電導線１０のそれぞれの端部１３におけるフィラメント１１同士が接続されて、接合体２１が得られる。ここで、上述の低融点金属１８の再溶融温度は、例えば２５０℃〜４００℃である。また、この第２工程の工程時間は、５秒以下に設定されている。
【００２７】
接続される超電導線１０のそれぞれの端部１３におけるフィラメント１１同士が接続されて得られた接合体２１は、図３に示すように、Ｎｂ−Ｔｉ合金から成る複数のフィラメント１１と、このフィラメント１１を包含する低融点金属１８と、これらのフィラメント１１及び低融点金属１８を挟み込んで保護する保護層１９と、を有して構成される。
【００２８】
この接合体２１においては、接続される超電導線１０のそれぞれの端部１３におけるフィラメント１１同士は、低融点金属１８内で直接、及び低融点金属１８を介して間接に電気的に接続されている。上述のフィラメント１１同士の直接接続を実現するために、接合体２１の断面に介在（即ち残存）する低融点金属１８の割合(残存率)は、面積率で０％〜１０％の範囲に設けられる。この残存率(面積率)は、第２工程の加圧力Ｐ２が第１工程の加圧力Ｐ１よりも高い１０Ｍｐａ〜１００Ｍｐａの範囲に設定されて、フィラメント１１同士の接続時に、再溶融した低融点金属１８を押し出して除去し易くすることで実現される。
【００２９】
また、フィラメント１１を構成するＮｂ−Ｔｉ合金は、Ｎｂ−Ｔｉ相とα−Ｔｉ相とを構成要素とする。接合体２１においては、α−Ｔｉ相は、面積換算径（不定形なα−Ｔｉ相と同一面積の円の直径）が１００ｎｍ以下であり、フィラメント１１内に微細に分散して存在する。このようなα−Ｔｉ相の微細分散状態は、第２工程における加圧力Ｐ２が１０Ｍｐａ〜１００Ｍｐａの範囲の高い値に設定されることで、第２工程の工程時間（接続時間）が短縮され、これにより接合体２１の温度上昇が抑制されて、α−Ｔｉ相の粗大化が回避されることにより実現される。
【００３０】
以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）〜（４）を奏する。
（１）図１〜図３に示すように、接続される超電導線１０のそれぞれの端部１３におけるフィラメント１１は、このフィラメント１１を包含するマトリックス１２を除去する第１工程（図１）においても、フィラメント１１同士を接続する第２工程（図２）においても、高温状態に長時間保持されることがない。このため、フィラメント１１の熱劣化（即ち、フィラメント１１を構成するＮｂ−Ｔｉ合金の構成要素であるα−Ｔｉ相の粗大化）が防止されて、このα−Ｔｉ相はフィラメント１１内に微細に分散した状態に維持される。この結果、フィラメント１１を含む超電導線１０の磁気的安定性が確保されて、超電導線１０を流れる臨界電流値の低下を抑制でき、この臨界電流値を良好にできる。
【００３１】
（２）接続される超電導線１０のそれぞれの端部１３におけるフィラメント１１には、このフィラメント１１を包含するマトリックス１２を除去する第１工程（図１）では５Ｍｐａ〜１５Ｍｐａの範囲の加圧力Ｐ１が印加され、フィラメント１１同士を接続する第２工程（図２）では１０Ｍｐａ〜１００Ｍｐａの範囲の加圧力Ｐ２が印加される。従って、超電導線１０のそれぞれの端部１３においてフィラメント１１間に介在する低融点金属１８が上述の加圧力Ｐ１、Ｐ２(特に加圧力Ｐ２)により排出されて、低融点金属１８の残存率が面積率で１０％以下に低下する。この結果、フィラメント１１同士が直接接触する割合が増大するので、接続された超電導線１０の端部１３（即ち接合体２１）の電気抵抗値を例えば１０−１１Ω以下に低下させることができる。
【００３２】
（３）接続される超電導線１０のそれぞれの端部１３のマトリックス１２を除去する第１工程（図１）においても、上記端部１３のフィラメント１１同士を接続する第２工程（図２）においても、超電導線１０の端部１３に加圧力Ｐ１、Ｐ２と同時に摩擦摺動を印加することで、局所的な摩擦発熱により低融点金属１８を溶融している。このため、低融点金属１８の溶融のために長時間を必要とせず、従って、超電導線１０の端部１３の接続を短時間に実施できる。
【００３３】
（４）接続される超電導線１０のそれぞれの端部１３におけるフィラメント１１には、このフィラメント１１を包含するマトリックス１２を除去する第１工程（図１）では５Ｍｐａ〜１５Ｍｐａの加圧力Ｐ１が印加され、フィラメント１１同士を接続する第２工程（図２）では１０Ｍｐａ〜１００Ｍｐａの範囲の加圧力Ｐ２が印加される。従って、第１工程においても、第２工程においても、超電導線１０のフィラメント１１には１００Ｍｐａを超える過大な加圧力が印加することがないので、超電導線１０のフィラメント１１のくびれによる劣化を防止できる。
【００３４】
（実施例）
以下、実施例及び比較例について説明する。これらの実施例及び比較例で用いた超電導線１０は、Ｎｂ−Ｔｉ合金からなる複数のフィラメント１１と、このフィラメント１１を包含するＣｕ−Ｎｉ合金からなるマトリックス１２とから構成されている。実施例１、２及び比較例では、超電導線１０をコイル状の巻き線とし、その両端部を接続した。図５の図表に、実施例１、２及び比較例における第１及び第２工程の条件と接合体の評価結果とをそれぞれ示す。
【００３５】
Ａ、第１工程（マトリックス除去工程）
実施例１及び２のいずれにおいても、低融点金属１８としてＳｎを用いてマトリックス１２の除去を行った。接続される超電導線１０の両端部をそれぞれシート状の低融点金属１８で上下から挟み込み、Ａｌからなる保護層１９を低融点金属１８の外側に設けて組合せ体２０とし、この組合せ体２０を加圧治具１５と台座１４との間に保持した。マトリックス１２の除去のために、加圧治具１５及び加圧機構１６を用いて組合せ体２０に加圧力Ｐ１を印加した。加圧力Ｐ１は、いずれも７ＭＰａとして実施した。この加圧状態下で、その後、加圧治具１５と台座１４に対して、超音波発振器１７から超音波振動Ｗ１を付与することにより、加圧治具１５と台座１４との間の組合せ体２０に摩擦摺動を印加した。このときの超音波振動の周波数は２０ｋＨｚ、超音波発振器１７の出力は１５００Ｗとした。この第１工程の工程時間は、実施例１、実施例２ともに３０秒である。
【００３６】
分析機能付走査電子顕微鏡による観察の結果、実施例１及び２のいずれにおいても、摩擦発熱により溶融した低融点金属１８中へのマトリックス１２の溶解と、液体になった低融点金属１８に超音波振動Ｗ１が付与されることによるキャビテーションの効果とによって、マトリックス１２が除去されていた。
【００３７】
一方、比較例は、特許文献１の実施例に記載の例４に従い、以下の手順でマトリックス１２の除去を実施した。まず、超電導線１０の端部を、加熱されて液体状態になった低融点金属１８（低融点金属浴）に浸漬し、マトリックス１２が十分に溶解した時点で液体状態の低融点金属１８から引き出した。この比較例での第１工程の工程時間は、７０００秒である。分析機能付走査電子顕微鏡による観察の結果、比較例においてもマトリックス１２が除去され、フィラメント１１は低融点金属１８に包含されて被覆されていた。
【００３８】
Ｂ、第２工程（接続工程）
実施例１、２及び比較例のいずれにおいても、第２工程では、加圧治具１５及び加圧機構１６を用いて組合せ体２０に加圧力Ｐ２を印加した。この組合せ体２０は、実施例１及び２では保護層１９がＡｌからなり、比較例では保護層１９がＣｕからなる。印加した加圧力Ｐ２は、実施例1では２０ＭＰａ、実施例２では３０ＭＰａ、比較例では１０ＭＰａとした。その後、加圧力Ｐ２の加圧状態下で、加圧治具１５と台座１４に対して超音波発振器１７から超音波振動Ｗ２を付与することで、加圧治具１５と台座１４との間の組合せ体２０に摩擦摺動を印加した。実施例１、２及び比較例のいずれにおいても、このときの超音波振動の周波数を２０ｋＨｚ、超音波発振器１７の出力を１５００Ｗとした。この第２工程の工程時間(接続時間)は、実施例１では３．４秒、実施例２では１．４秒、比較例では３．４秒である。
【００３９】
分析機能付走査電子顕微鏡により、超電導線１０の接続部(接合体２１)の断面観察を実施したところ、フィラメント１１間に介在(残存)する低融点金属１８の割合(残存率)は、実施例1では１０％程度、実施例２では５％程度、比較例では１５％程度であった。また、分析機能付透過電子顕微鏡によるフィラメント１１の観察の結果、実施例１及び２のいずれにおいても、フィラメント１１中に存在するα−Ｔｉ相は、面積換算径で１００ｎｍ程度の微細な構造を維持していた。
【００４０】
Ｃ、電流抵抗値と臨界電流値の評価結果
実施例１、２及び比較例について、作製した超電導線のコイルを液体ヘリウムにより４Kまで冷却し、外部磁場により上記コイルに誘導電流を流すことによって、電流の減衰から電気抵抗値を測定すると共に、コイルに流れる臨界電流値を測定した。その結果、実施例１及び２のいずれにおいても、低融点金属１８の残存率が１０％以下になっているため、電気抵抗値は、１０−１１Ω以下の良好な値を示し、図５では○印で表す。一方、比較例では、低融点金属１８の残存率が１５％であり、１０％以下ではないので、電気抵抗値は、１０−１１Ω以下の良好な値とはならず、図５に△印で表す。
【００４１】
また、臨界電流値については、比較例との相対比較により評価し、相対的に良好な場合を○印、非常に良好な場合を◎印とし、良好とは言えない場合を△印とした。その結果、相対的な臨界電流値は、実施例1では良好な値を示し、実施例２では比較例の１．５倍以上となってより好ましい結果となった。これは、実施例２では第２工程の工程時間が最も短く、接合体２１の温度上昇が抑制されてフィラメント１１のα−Ｔｉ相の粗大化が防止され、超電導線１０の磁気的安定性が確保されたためである。一方、比較例では良好とは言えない結果であった。これは、主に、第１工程においてフィラメント１１が、加熱されて液体状態になった低融点金属１８に浸漬されたことによりα−Ｔｉ相の粗大化が生じて、超電導線１０の磁気的安定性が低下したことによる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この実施形態は、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、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、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。
【００４３】
例えば、超電導線１０のフィラメント１１は、Ｎｂ−Ｔｉ合金に限らず、他の金属、例えばＮｂ３−Ｓｎ合金であってもよい。また、摩擦摺動の印加は、超音波発振器１７に限らず、磁歪素子を利用してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１０…超電導線、１１…フィラメント、１２…マトリックス、１３…端部、１４…台座、１５…加圧治具、１６…加圧機構、１７…超音波発振器、１８…低融点金属、１９…保護層、２０…組合せ体、２１…接合体、Ｐ１、Ｐ２…加圧力、Ｗ１、Ｗ２…超音波振動
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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