(57)【要約】【課題】局所的に高い曲げ耐性を有する超伝導線材、超伝導線材の製造方法、超伝導磁石および磁気共鳴断層撮影装置を提供する。【解決手段】本発明に係る超伝導線材１００は、超伝導フィラメント２１、超伝導フィラメント２１を被覆する金属シース２２、および金属シース２２を被覆する金属母材２３を有する線材主要部１と、線材主要部１を含む任意の箇所において他の部分より許容引っ張り歪みが０．０１％以上高い歪み耐性強化部２と、を有する。本発明に係る製造方法は、超伝導線材１００の前駆体を作製する前駆体作製工程Ｓ１と、前駆体を熱処理して超伝導線材１００を製造する熱処理工程Ｓ２と、を有し、前記熱処理工程Ｓ２は、熱処理を行って線材主要部１を形成する第１熱処理工程と、熱処理を行って歪み耐性強化部２を形成する第２熱処理工程と、を有し、第２熱処理工程の熱処理温度が、第１熱処理工程の熱処理温度よりも高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流を通電する超伝導フィラメント、前記超伝導フィラメントを被覆する金属シースおよび前記金属シースを被覆する金属母材を有する線材主要部と、
前記線材主要部を含む任意の箇所において他の部分より許容引っ張り歪みが０．０１％以上高い歪み耐性強化部と、
を有することを特徴とする超伝導線材。
【請求項２】
請求項１において、
前記超伝導フィラメントがＭｇＢ２で形成されていることを特徴とする超伝導線材。
【請求項３】
請求項２において、
前記超伝導フィラメントと前記金属シースとの間に、前記ＭｇＢ２以外のホウ素化合物またはマグネシウム化合物を有する中間層を有し、
前記歪み耐性強化部における前記中間層の厚さが、前記線材主要部における前記中間層の厚さの１．２倍以上となっていることを特徴とする超伝導線材。
【請求項４】
超伝導フィラメント、前記超伝導フィラメントを被覆する金属シースおよび前記金属シースを被覆する金属母材を有する線材主要部と、前記線材主要部の任意の箇所において他の部分より許容引っ張り歪みが０．０１％以上高い歪み耐性強化部と、を有する超伝導線材の製造方法であり、
前記超伝導フィラメントの原料を前記金属シースで被覆するとともに前記金属シースを前記金属母材で被覆して前記超伝導線材の前駆体を作製する前駆体作製工程と、
前記前駆体を熱処理して超伝導線材を製造する熱処理工程と、を有し、
前記熱処理工程は、熱処理を行って前記線材主要部を形成する第１熱処理工程と、熱処理を行って前記歪み耐性強化部を形成する第２熱処理工程と、を有し、
前記第２熱処理工程の熱処理温度が、前記第１熱処理工程の熱処理温度よりも高いことを特徴とする超伝導線材の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記熱処理工程は、
前記第１熱処理工程と前記第２熱処理工程とを同時に実施することを特徴とする超伝導線材の製造方法。
【請求項６】
請求項４において、
前記熱処理工程は、
前記前駆体に対して前記第１熱処理工程を経験させた後に、所定部位に対してさらに前記第２熱処理工程を行うことを特徴とする超伝導線材の製造方法。
【請求項７】
請求項４において、
前記熱処理工程は、
前記第１熱処理工程と前記第２熱処理工程との間に、前記線材主要部を巻き回してコイル状とするコイル形成工程を有することを特徴とする超伝導線材の製造方法。
【請求項８】
請求項４において、
前記歪み耐性強化部と前記線材主要部との間の任意の位置に、前記歪み耐性強化部から前記線材主要部に伝達される熱を除去する除熱装置を配置して前記熱処理工程を行うことを特徴とする超伝導線材の製造方法。
【請求項９】
請求項４において、
前記第２熱処理工程は、前記歪み耐性強化部の曲げ内側方向に放熱部材を熱的に接触させた状態で行うことを特徴とする超伝導線材の製造方法。
【請求項１０】
請求項４において、
前記第２熱処理工程の熱処理温度が、前記第１熱処理工程の熱処理温度よりも５０ケルビン以上高いことを特徴とする超伝導線材の製造方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超伝導線材を用いた超伝導磁石。
【請求項１２】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超伝導線材を用いた磁気共鳴断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導線材、超伝導線材の製造方法、超伝導磁石および磁気共鳴断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気共鳴断層撮影装置（ＭＲＩ装置）などで強力かつ安定的な磁場を必要とする場合、超伝導コイルにほぼ減衰しない電流を通電することで所望の磁場を得ている。銅線で電磁石を作製する場合、銅線の断面積あたりの電流密度は数Ａ／ｍｍ２程度であるが、超伝導コイルの場合は数百Ａ／ｍｍ２程度の高い電流密度を得ることができる。そのため、超伝導コイルは、小さな体格のコイルで強力な磁場を発生させることができる。
【０００３】
従来の超伝導コイルには主に低温超伝導線材であるＮｂＴｉ線材が用いられているが、その動作温度は約４ケルビン（Ｋ）と低いため、主に液体ヘリウムによる冷却が必要である。近年のヘリウム受給逼迫に伴い、液体ヘリウムを必要としない高い温度で使用できる超伝導線材が開発されている。
【０００４】
液体ヘリウムを必要としない超伝導線材として、Ｎｂ３Ｓｎ超伝導線材、ビスマス系酸化物超伝導線材、レアアース系酸化物超伝導線材、ＭｇＢ２超伝導線材（単に「ＭｇＢ２線材」ということがある）がある。レアアース系酸化物超伝導線材を除き、一般的にこれらの作製方法は大きく分けて２種類ある。一つは、ワインド・アンド・リアクト法と呼ばれる方法であり、超伝導線材の前駆体をコイル状に巻き回した後に熱処理を施す方法である。もう一つは、リアクト・アンド・ワインド法と呼ばれる方法であり、熱処理済みの超伝導線材をコイル状に巻き回す方法である。
【０００５】
なお、熱処理済みの超伝導線材には許容曲げ半径が存在する。許容曲げ半径よりも小さな曲率で超伝導線材を曲げると超伝導特性が低下してしまう。そのため、許容曲げ半径は超伝導線材を用いた超伝導コイルの設計・作製の制約になっている。
【０００６】
ここで、ＭｇＢ２線材を例に示す。例えば、非特許文献１に記載されているように、熱処理済みのＭｇＢ２線材に対し、室温で引っ張り負荷や曲げ負荷を印加した際の許容引っ張り歪みは０．２％程度である。よって、熱処理済みのＭｇＢ２線材を巻き回して超伝導コイルを作製する際、線材に対する引っ張りや曲げにより、ＭｇＢ２線材に許容される引っ張り歪みを超過してその超伝導特性を低下させる懸念がある。非特許文献１に記載されているように、ＭｇＢ２線材の曲げによる性能低下は、ＭｇＢ２線材に内包されているＭｇＢ２フィラメントに加えられる歪みが許容値を超えることで発生する。ＭｇＢ２線材の曲げに伴うＭｇＢ２フィラメントに加わる歪みは、そのフィラメントの曲げの中立線からの距離、一般的にはフィラメントとＭｇＢ２線材の中心との距離に比例する。よって、許容曲げ半径を小さくするためにはＭｇＢ２フィラメントをＭｇＢ２線材の中心のみに配置するか、ＭｇＢ２線材全体を細くすればよいが、これらの解決法ではＭｇＢ２フィラメントの面積が減少するため、ＭｇＢ２線材の臨界電流値が極端に低下してしまう。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Hideki Tanaka et al., “Tensile and Bending Stress Tolerance on Round MgB2 Wire Made By In Situ PIT Process”, IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, VOL. 28, NO. 4, JUNE 2018.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
超伝導線材の主な応用機器である超伝導コイルや超伝導磁石ではソレノイドコイル形状が採用されることが多い。その場合、コイルを形成する主要巻線部の曲げ半径はおよそ一定の大きさである。これに対し、例えば、超伝導線材の口出し部などは電極や他のコイルへの接続へと向かうため、主要巻線部の巻線方向とは異なる方向に曲げたり、主要巻線部の曲げ半径よりもきつい曲率で曲げたりする必要がある。なお、両端の口出し部を主要巻線部と同じ曲率で曲げた場合、超伝導コイル全体が大きくなるなど、コイル形状を制限してしまう。
【０００９】
本発明は前記状況に鑑みてなされたものであり、局所的に高い曲げ耐性を有する超伝導線材、超伝導線材の製造方法、超伝導磁石および磁気共鳴断層撮影装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決した本発明に係る超伝導線材は、電流を通電する超伝導フィラメント、前記超伝導フィラメントを被覆する金属シースおよび前記金属シースを被覆する金属母材を有する線材主要部と、前記線材主要部を含む任意の箇所において他の部分より許容引っ張り歪みが０．０１％以上高い歪み耐性強化部と、を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、局所的に高い曲げ耐性を有する超伝導線材、超伝導線材の製造方法、超伝導磁石および磁気共鳴断層撮影装置を提供できる。
前記した以外の課題、構成および効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る超伝導線材の全体的な構成を説明する概念図である。
【図２Ａ】図１中のＩＩａ−ＩＩａ線断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａ中のＩＩｂ部拡大図である。
【図３】本実施形態に係る超伝導線材の好適な製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】本実施形態に係る超伝導線材を熱処理する様子を説明する概念図である。
【図５】第１熱処理工程の熱処理温度の推移（上のグラフ）および第２熱処理工程の熱処理温度の推移（下のグラフ）の一例を説明するグラフである。
【図６】線材主要部および歪み耐性強化部を有する超伝導線材の超伝導特性グラフである。
【図７】線材主要部の温度の推移（上のグラフ）および歪み耐性強化部の温度の推移（下のグラフ）の他の一例を説明するグラフである。
【図８】線材主要部の温度の推移（上のグラフ）および歪み耐性強化部の温度の推移（下のグラフ）の他の一例を説明するグラフである。
【図９】線材主要部の前駆体をボビンに巻き回してコイル状とした後に超伝導線材を製造する様子を説明する概念図である。
【図１０】第２熱処理工程を行う際に除熱装置を用いて主要巻線部を保護する様子を説明する概念図である。
【図１１】超伝導線材を特定の位置で特定の方向に曲げることが予め決定されている場合において、歪み耐性強化部の曲げ内側方向に放熱部材を熱的に接触させた状態で第２熱処理工程を行う様子を説明する概略断面図である。
【図１２】超伝導線材を用いた超伝導磁石を説明する概略断面図である。
【図１３】超伝導磁石を用いた（すなわち、超伝導線材を用いた）磁気共鳴断層撮影装置を説明する概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、実施形態を概略的に示したものであるため、部材のスケールや間隔、位置関係などが誇張や変形、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。なお、以下の説明は本発明の内容の具体例を示すものであり、本発明はこれらの説明に限定されるものではない。本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
本明細書に記載される「〜」は、その前後に記載される数値を下限値および上限値として有する意味で使用する。本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された下限値または上限値は、他の段階的に記載されている下限値または上限値に置き換えてもよい。
【００１４】
［超伝導線材］
図１は、本実施形態に係る超伝導線材１００の全体的な構成を説明する概念図である。図２Ａは、図１中のＩＩａ−ＩＩａ線断面図である。なお、図２Ａでは、断面形状が円形であり８本の超伝導フィラメント２１を有する超伝導線材１００の断面を示しているが、断面形状や超伝導フィラメント２１の本数はこれに限定されない。図２Ｂは、図２Ａ中のＩＩｂ部拡大図である。
【００１５】
図１に示すように、超伝導線材１００は、線材主要部１と、歪み耐性強化部２と、を有している。超伝導線材１００は、図２Ａに示すように、その全体にわたって超伝導フィラメント２１、金属シース２２、金属母材２３および金属シース最外層２４を有している。超伝導フィラメント２１、金属シース２２、金属母材２３および金属シース最外層２４は、一般的な超伝導線材に用いられる公知の材料で形成できる。超伝導線材１００について、一見して超伝導フィラメント２１、金属シース２２、金属母材２３および金属シース最外層２４の区別が困難であるときは、断面を任意の条件でエッチング処理などすることによって各界面が明確に区別できるようになる。
【００１６】
ここで、超伝導フィラメント２１は、電流を通電する機能を有する。超伝導フィラメント２１は、Ｎｂ３Ｓｎ、ビスマス系酸化物、レアアース系酸化物、ＭｇＢ２などで形成できるが、中でもＭｇＢ２で形成することが好ましい。超伝導フィラメント２１をＭｇＢ２で形成すると、液体ヘリウムを必要としない高い温度で使用できる超伝導線材１００を比較的安価で得ることができる。
金属シース２２は、超伝導フィラメント２１を被覆する。金属シース２２は、例えば、ニオブや鉄、ステンレスなどで形成できる。
金属母材２３は、金属シース２２と金属シース最外層２４との間を充填するとともに超伝導線材１００の強度維持に寄与する。金属母材２３は、例えば、銅や鉄、ステンレスなどで形成できる。
金属シース最外層２４は、線材の傷付き防止や強度維持などに寄与する。金属シース最外層２４は、例えば、銅や鉄、ステンレス、銅合金などで形成できる。
【００１７】
超伝導線材１００は、その長さが数キロメートルにわたるため、ボビンＢ（図９参照）に巻き付けたコイル状としたうえで熱処理を行うのが一般的である。すなわち、線材主要部１は、大半が、ボビンＢに巻き付けたコイル状をなす部分に相当する。なお、本明細書では、超伝導線材１００のうち、コイル状をなす部分を主要巻線部１ａということがある。
【００１８】
歪み耐性強化部２は、線材主要部１を含む任意の箇所に設けることができるが、図１に示すように、特に、主要巻線部１ａ以外に設けることが好ましい。例えば、歪み耐性強化部２は、主要巻線部１ａから延出した部分であればどのような箇所でも好適に設けることができる。なお、歪み耐性強化部２は、端面２ａから２０ｃｍ以上離れた位置２ｂを基点として、主要巻線部１ａに向けて所望の長さをもって設けることが好ましい。言い換えると、歪み耐性強化部２は、端面２ａから２０ｃｍ未満の範囲には設けないことが好ましい。歪み耐性強化部２の端部は他の線材や端子などと接続するため、接続性を考慮すると主要巻線部１ａが有する高い超伝導特性をそのまま用いることが好ましいためである。歪み耐性強化部２は、１本の線材中に１箇所以上設けることができる。
【００１９】
そして、本実施形態における歪み耐性強化部２は、線材主要部１を含む任意の箇所において他の部分より許容引っ張り歪みが０．０１％以上高くなっている。つまり、本実施形態では、１本の超伝導線材１００中に少なくとも１箇所、局所的に許容引っ張り歪みが線材主要部１のそれよりも０．０１％以上高くなっている部位を有している。これにより、本実施形態に係る超伝導線材１００は、局所的に高い曲げ耐性を有している。従って、本実施形態では、歪み耐性強化部２における曲げ耐性が線材主要部１よりも高くなっており、主要巻線部１ａの曲げ半径よりもきつい曲率（小さい曲率）で曲げることができる。このため、超伝導線材１００は、歪み耐性強化部２において線材主要部１よりも小さい曲げ半径で曲げることができ、例えば、超伝導コイル５（図９参照）の設計・作製の自由度が向上する。このような観点から、歪み耐性強化部２の許容引っ張り歪みは、線材主要部１の許容引っ張り歪みよりも高いほど好ましく、特に限定されるものではないが、０．０２％以上、０．０３％以上、０．０４％以上または０．０５％以上などとすることが好ましい。なお、歪み耐性強化部２の許容引っ張り歪みを線材主要部１の許容引っ張り歪みよりも高くするほど歪み耐性強化部２を得るための熱処理の条件が厳しくなり、超伝導特性の低下を招くことがある。そのため、歪み耐性強化部２の許容引っ張り歪みは、線材主要部１の許容引っ張り歪みよりも０．３％高いことを上限とすることが好ましく、０．２％高いことを上限とすることがより好ましく、０．１％高いことを上限とすることがさらに好ましい。
歪み耐性強化部２は、後述する製造方法で説明する熱処理工程Ｓ２を行うことによって好適に形成することができる。
【００２０】
許容引っ張り歪みは、以下の（１）および（２）のいずれの手法でも測定することができる。
（１）引っ張り負荷を加えることで、超伝導特性が劣化しない限界引っ張り歪みを測定することができる。具体的には、およそ直線状の短尺超伝導線材（長さ数十ミリメートル〜百ミリメートル、以下「サンプル」という）を複数本用意し、それぞれのサンプルにそれぞれの大きさの引っ張り歪みを加える。通常、超伝導フィラメント２１に加えられた引っ張り歪みを直接測定するのは難しいが、伸び計や歪みゲージをサンプル表面に取り付けて引っ張ることで、超伝導フィラメント２１の引っ張り歪み＝サンプルの引っ張り歪みとして測定することができる。その後、極低温中でサンプルの臨界電流測定を行って臨界電流値とｎ値とを評価し、これらの性能が劣化した引っ張り歪み限界値を得る。
【００２１】
（２）曲げ負荷を加えることで、超伝導特性が劣化しない限界引っ張り歪みおよび限界圧縮歪みを測定することができる。具体的には、およそ直線状の短尺超伝導線材（長さ数十ミリメートル〜百ミリメートル、以下「サンプル」という）を複数本用意し、それぞれのサンプルに曲げ半径の異なる曲げ負荷を与える。この際、サンプルの曲げ内側には圧縮歪みが、サンプルの曲げ外側には引っ張り歪みが加えられる。超伝導フィラメント２１に加えられる最大引っ張り歪みおよび最大圧縮歪みは、曲げ中心線（通常はサンプルの曲げ半径方向の厚さ中心）からの最長距離と、曲げ半径とで求められる。つまり、曲げ中心線から最も曲げ外側方向の超伝導フィラメント２１に最大引っ張り歪みが加わり、曲げ中心線から最も曲げ内側方向の超伝導フィラメント２１に最大圧縮歪みが加わる。その後、極低温中でサンプルの臨界電流測定を行って臨界電流値とｎ値とを評価し、これらの性能が劣化した引っ張り歪み限界値または圧縮歪み限界値を得る。
また、曲げ負荷を加える場合、曲げ負荷により特性が劣化したサンプルの断面観察を行って引っ張り歪みまたは圧縮歪みのいずれで劣化したかを判断することもできる。例えば、引っ張り歪みによる劣化の場合、曲げ外側方向の超伝導フィラメント２１においてフィラメントの断裂などが観察される。また、圧縮歪みによる劣化の場合、曲げ内側方向の超伝導フィラメント２１においてフィラメントの座屈などが観察される。
【００２２】
ここで、１本の超伝導線材（ＭｇＢ２線材）に対して異なる熱処理温度で熱処理を行い、歪み耐性を向上させた具体例について説明する。
〔Ａ〕非特許文献１に示されているように、６００℃で熱処理したＭｇＢ２線材の限界引っ張り歪みは０．２％程度であった。なお、この限界引っ張り歪みは、前記した（１）および（２）の手法の両方で測定したものであり、いずれも０．２％程度となった。
〔Ｂ〕これに対し、同線材の一部を７００℃および８００℃でそれぞれ熱処理した箇所の限界引っ張り歪みは、０．３％程度および０．４％程度であった。すなわち、同線材の一部を７００℃および８００℃でそれぞれ熱処理した箇所の限界引っ張り歪みは、非特許文献１に示されているものに対して０．１％程度および０．２％程度高くなった。なお、これらの限界引っ張り歪みは、前記した（２）の手法で測定したものである。
前記〔Ａ〕および〔Ｂ〕から、熱処理温度を高温化することで、限界引っ張り歪みが向上すること、すなわち許容引っ張り歪みが向上することが確認された。具体的には、限界引っ張り歪みは、熱処理温度が５０℃（５０Ｋ）高くなるにつれて０．０５％程度向上することが分かった。
【００２３】
また、超伝導線材１００の超伝導フィラメント２１がＭｇＢ２で形成されている場合、超伝導線材１００は、図２Ｂに示すように、超伝導フィラメント２１と金属シース２２との間に、ＭｇＢ２以外のホウ素化合物またはマグネシウム化合物を有する中間層２５が形成される場合が多い。例えば、超伝導フィラメント２１にＭｇＢ２を使用し、金属シース２２に鉄を使用した場合、主にＦｅ２Ｂからなる中間層２５が形成される。このような中間層２５は、高温による熱処理、または長時間による熱処理により成長する。よって、前述したように、歪み耐性強化部２に第２熱処理温度Ｔ２（図５、図７、図８参照）を経験させた際に線材主要部１のどこまでその影響を受けたかを事前試作で確認することができる。つまり、熱処理後の超伝導線材１００の断面を観察し、中間層２５の厚さｔ２５を線材長手方向にたどっていくことで、第２熱処理温度Ｔ２の影響を受けた箇所を確認できる。
【００２４】
そして、図２Ｂに示すように、超伝導線材１００は、歪み耐性強化部２における中間層２５の厚さｔ２５が、線材主要部１における中間層２５の厚さｔ２５の１．２倍以上となっていることが好ましい。このような態様であると、歪み耐性強化部２の位置確認が容易となる。また、歪み耐性強化部２における許容引っ張り歪みが線材主要部１のそれと比較してより確実に０．０１％以上高くできる。
【００２５】
［超伝導線材１００の好適な製造方法］
次に、超伝導線材１００の好適な製造方法（以下、単に「本製造方法」ということがある）について説明する。なお、本製造方法の説明にあたって、既に説明している構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明は省略することがある。また、以下に説明する本製造方法は、前述した超伝導線材１００を好適に製造するための一例を示しているに過ぎず、以下のものに限定されるものではない。
【００２６】
図３は、超伝導線材１００の好適な製造方法の一例を示すフローチャートである。
図３に示すように、本製造方法は、前駆体作製工程Ｓ１と、熱処理工程Ｓ２と、を有し、これらの工程についてはこの順に行うものである。
【００２７】
（前駆体作製工程Ｓ１）
前駆体作製工程Ｓ１は、超伝導フィラメント２１の原料を金属シース２２で被覆するとともに金属シース２２を金属母材２３で被覆して超伝導線材１００の前駆体（図示せず）を作製する。前駆体作製工程Ｓ１は、例えば、円柱状の超伝導フィラメント２１の原料を円筒状の金属シース２２内に挿入したものを所定数用意し、これらを円柱状の中心材（図示せず）の周りに好ましくは等間隔に配置する。なお、この中心材は、金属母材２３となるものである。そして、その状態を維持しつつそれらを円筒形の金属シース最外層２４内に挿入する。そして、この前駆体作製工程Ｓ１においては、それを引き抜き加工などにより伸線処理し、超伝導線材１００の前駆体を作製する。
【００２８】
（熱処理工程Ｓ２）
熱処理工程Ｓ２は、作製した前駆体を熱処理して超伝導線材１００を製造する。この熱処理工程Ｓ２は、熱処理を行って線材主要部１を形成する第１熱処理工程（図示せず）と、熱処理を行って歪み耐性強化部２を形成する第２熱処理工程（図示せず）と、を有する。本実施形態においては、第２熱処理工程の熱処理温度は、第１熱処理工程の熱処理温度よりも高い条件で行う。このようにすると、歪み耐性強化部２の許容引っ張り歪みを線材主要部１の許容引っ張り歪みよりも０．０１％以上高くすることができる。なお、第２熱処理工程の熱処理温度は、第１熱処理工程の熱処理温度よりも５０Ｋ以上高くすることが好ましい。このようにすると、より確実に歪み耐性強化部２の許容引っ張り歪みを線材主要部１の許容引っ張り歪みよりも０．０１％以上高くすることができ、好ましくは０．０５％以上高くすることができる。第２熱処理工程の熱処理温度は、第１熱処理工程の熱処理温度よりも１００Ｋ以上高くすることがより好ましい。このようにすると、歪み耐性強化部２の許容引っ張り歪みを線材主要部１の許容引っ張り歪みよりも０．１％以上高くすることができる。なお、第２熱処理工程の熱処理温度は、第１熱処理工程の熱処理温度よりも２００Ｋ高くすることで線材主要部１の許容引っ張り歪みよりも０．２％高くすることができる。
【００２９】
熱処理工程Ｓ２は、次のようにして行うことができる。
なお、図４は、超伝導線材１００を熱処理する様子を説明する概念図である。図５は、第１熱処理工程の熱処理温度の推移（上のグラフ）および第２熱処理工程の熱処理温度の推移（下のグラフ）の一例を説明するグラフである。
【００３０】
図４に示すように、線材主要部１はコイル状で第１加熱装置３によって第１熱処理温度Ｔ１（図５）で熱処理され、歪み耐性強化部２は線材主要部１から切り離されることなく一体のまま、第２加熱装置４によって第２熱処理温度Ｔ２（図５）で熱処理される。なお、図４では、歪み耐性強化部２を直線状に伸ばして主要巻線部１ａから遠ざけた形状を示したが、例えば、歪み耐性強化部２は、コイル状の主要巻線部１ａからコイル軸方向に遠ざける形で熱処理することもできる。
【００３１】
そして、熱処理工程Ｓ２は、図５に示すように、第１熱処理工程と第２熱処理工程とを同時に実施することができる。第１熱処理工程および第２熱処理工程における熱処理温度維持開始時間をｔ１、熱処理温度維持終了時間をｔ２とすると、線材主要部１は、熱処理温度維持開始時間ｔ１〜熱処理温度維持終了時間ｔ２にわたって第１熱処理温度Ｔ１に維持される。これと同時に、歪み耐性強化部２は、熱処理温度維持開始時間ｔ１〜熱処理温度維持終了時間ｔ２にわたって第２熱処理温度Ｔ２に維持される。熱処理温度維持終了時間ｔ２に至った後、線材主要部１と歪み耐性強化部２は室温Ｔ３に向かって冷却される。ここで、第２熱処理温度Ｔ２は、第１熱処理温度Ｔ１よりも高温である。なお、第１熱処理温度Ｔ１は、超伝導線材１００の前駆体を超伝導体にならしめるために十分な温度である。一般的に、超伝導フィラメント２１は、金属シース２２、金属母材２３、金属シース最外層２４などに覆われているため、熱処理後の室温Ｔ３へ向かう冷却に伴う金属シース２２、金属母材２３および金属シース最外層２４の熱収縮により圧縮歪みが印加される。金属の熱膨張係数はおよそ１０−５／℃であるため、例えば、第２熱処理温度Ｔ２が第１熱処理温度Ｔ１よりも５０Ｋ高温であった場合、第２熱処理温度Ｔ２で熱処理された超伝導線材１００の超伝導フィラメント２１は、第１熱処理温度Ｔ１で熱処理されたそれよりも、最大で０．０５％程度高い圧縮歪みが印加されることになる。その結果、そのような温度差で熱処理した場合、最大で０．０５％程度高い許容引っ張り歪みを持つことになる。これらの温度差が大きくなるほど許容引っ張り歪みも大きくなり、例えば、温度差が１００Ｋある場合は０．１％程度高くなり、温度差が２００Ｋある場合は０．２％程度高くなり得る。第２熱処理工程によって得られる許容引っ張り歪み向上効果は、一般的な超伝導線材１００の許容引っ張り歪みである０．２％〜０．４％（すなわち、線材主要部１の許容引っ張り歪み０．２％〜０．４％）に対して重畳的に得られるものであり、超伝導線材１００の曲げ耐性向上の観点からは目覚ましい向上率といえる。
【００３２】
図６に、線材主要部１および歪み耐性強化部２を有する超伝導線材１００の超伝導特性グラフを示す。一般的に、超伝導線材１００の熱処理条件においては、その温度・時間を検討のうえ、最も臨界電流が高くなる条件で線材主要部１を熱処理する。よって、図６中の実線で示す第１熱処理温度Ｔ１を経験した線材主要部１の臨界電流特性６１は、図６中の破線で示す第２熱処理温度Ｔ２を経験した歪み耐性強化部２の臨界電流特性６２と比べ、同じ経験磁場に対する臨界電流値が高い。ここで、両者は切り離されることなく一つのコイル状またはその延長上で使用されるため、それぞれの超伝導特性が臨界電流値Ｉｃ以上となる経験磁場の上限を比較すると、これらの区別を容易につけることができる。具体的には、図６に示すように、第１熱処理温度Ｔ１を経験した線材主要部１の経験磁場上限Ｂ１と、第２熱処理温度Ｔ２を経験した歪み耐性強化部２の経験磁場上限Ｂ２とは、Ｂ１＞Ｂ２の関係となる。また、このことから、曲げ耐性が強化された歪み耐性強化部２は、線材主要部１よりも磁場強度が低い領域で使用することが好ましい。なお、一般的に、ソレノイドコイル状の超伝導コイル５（図９参照）の磁場分布は容易に計算できる。最も磁場強度が高い箇所は主要巻線部１ａの最内層であり、主要巻線部１ａから離れた口出し部（端面２ａを含む端部（例えば、図１に示す端面２ａから位置２ｂまでの部分））の磁場強度は比較的低い。よって、図６に示した歪み耐性強化部２の臨界電流特性６２と、線材主要部１やそれを組み合わせた超伝導磁石（図示せず）の磁場分布とを比較し、磁場強度が低くてもよい箇所に歪み耐性強化部２が位置するようにする。このようにすると、比較的低い臨界電流特性６２を有する歪み耐性強化部２でも問題なく使用することができる。ここで、線材主要部１と歪み耐性強化部２の間の超伝導線材１００は、両者の中間の臨界電流特性を或る傾斜をもって有することになる（そのような部分を「傾斜部」と呼ぶこととする）。従って、この傾斜部の臨界電流特性と磁場強度とを十分に比較し、通電電流値よりも高い臨界電流特性となるように設計することが好ましい。
【００３３】
また、熱処理工程Ｓ２は、図７に示すように、前駆体に対し第１熱処理工程を経験させた後に、所定部位に対してさらに第２熱処理工程を行うことができる。この態様とすることにより、超伝導線材１００の任意の箇所に歪み耐性強化部２を形成することができる。なお、図７は、線材主要部１の温度の推移（上のグラフ）および歪み耐性強化部２の温度の推移（下のグラフ）の他の一例を説明するグラフである。
【００３４】
図７に示す態様は、歪み耐性強化部２への熱処理プロセスを２段階にした場合の熱処理プロセスを示している。図７の下のグラフに示すように、この態様では、歪み耐性強化部２の温度は、線材主要部１とともに熱処理温度維持開始時間ｔ１〜熱処理温度維持終了時間ｔ２にわたって第１熱処理温度Ｔ１を経験した後、熱処理温度維持終了時間ｔ２〜第２熱処理温度維持開始時間ｔ３において第２熱処理温度Ｔ２に向かって昇温される。そして、第２熱処理温度維持開始時間ｔ３〜第２熱処理温度維持終了時間ｔ４まで第２熱処理温度Ｔ２が維持される。ただし、第２熱処理温度Ｔ２の維持時間は超伝導線材１００のうち、金属シース最外層２４および金属母材２３が第２熱処理温度Ｔ２に到達する程度の短時間とするのが好適である。第２熱処理温度Ｔ２の維持時間が長くなると、超伝導フィラメント２１の超伝導特性が低下する可能性がある。この間、図７の上のグラフに示すように、線材主要部１は、第１熱処理温度Ｔ１に維持される。第２熱処理温度維持終了時間ｔ４に至った後、線材主要部１と歪み耐性強化部２は室温Ｔ３に向かって冷却される。この態様では、歪み耐性強化部２が第１熱処理温度Ｔ１で熱処理温度維持開始時間ｔ１〜熱処理温度維持終了時間ｔ２にわたって維持されて超伝導体が生成される。そのため、図５を参照して説明した態様と比較して、歪み耐性強化部２の臨界電流特性６２が下がりにくく、比較的、線材主要部１の臨界電流特性６１に近い性能が得られる。さらに、歪み耐性強化部２のうち特に金属シース最外層２４および金属母材２３が第２熱処理温度Ｔ２を経験するため、線材主要部１よりも曲げ耐性が強くなる。
【００３５】
さらに、熱処理工程Ｓ２は、第１熱処理工程と第２熱処理工程との間に、線材主要部１を巻き回してコイル状とするコイル形成工程（図示せず）を有している。このようにすると、コイル状にした超伝導線材１００の任意の箇所に歪み耐性強化部２を形成することができる。ここで、図８は、線材主要部１の温度の推移（上のグラフ）および歪み耐性強化部２の温度の推移（下のグラフ）の他の一例を説明するグラフである。また、図９は、前駆体をボビンＢに巻き回してコイル状とした後に超伝導線材１００を製造する様子を説明する概念図である。
【００３６】
図８に示す態様は、超伝導線材１００がおよそコイル状に巻き回された後に、歪み耐性強化部２に第２熱処理温度Ｔ２を経験させる場合の熱処理プロセスを示している。図８に示すように、この態様では、はじめに、超伝導線材１００の前駆体の全体に対して、熱処理温度維持開始時間ｔ１〜熱処理温度維持終了時間ｔ２にわたって第１熱処理工程を行い、第１熱処理温度Ｔ１を経験させて超伝導性能を備えさせる。その後、超伝導線材１００を室温Ｔ３近くまで冷却した後、超伝導線材１００をボビンＢに巻き回してコイル状の超伝導コイル５とする（コイル形成工程）。そして、その後、図８の下のグラフに示すように、超伝導線材１００の任意の箇所に、第２熱処理温度維持開始時間ｔ３〜第２熱処理温度維持終了時間ｔ４にわたって第２熱処理工程を行い、第２熱処理温度Ｔ２を経験させて歪み耐性強化部２を形成する。なお、図８の上のグラフに示すように、歪み耐性強化部２に第２熱処理温度Ｔ２を経験させる間、線材主要部１は室温Ｔ３に維持される。
【００３７】
図９に示すように、この態様では、超伝導コイル５を形成する絶縁材料やボビンＢに、高温熱処理には耐えられない樹脂などを使用することができる。この場合、歪み耐性強化部２を熱処理する際には、超伝導コイル５は室温Ｔ３または室温Ｔ３に近い温度に維持する。超伝導コイル５から伸ばされた歪み耐性強化部２は、第２加熱装置４を用いて第２熱処理温度Ｔ２へと加熱された後、冷却される。この態様のように超伝導コイル５の形状に巻き回された後に歪み耐性強化部２へのみ熱処理を行うと、曲げ耐性を強化させたい箇所をコイル作製前に決定する必要がなく、任意の箇所の曲げ耐性を強化できる。
【００３８】
図１０は、第２熱処理工程を行う際に除熱装置６を用いて主要巻線部１ａを保護する様子を説明する概念図である。
一般的に、超伝導線材１００には無酸素銅など熱伝達し易い金属材料が含有されている。そのため、歪み耐性強化部２の熱処理時に熱がそのような金属材料を伝達して超伝導コイル５（つまり、線材主要部１のうち、特に主要巻線部１ａ）に到達し、温度が上昇することがあり得る。そこで、図１０に示すように、歪み耐性強化部２と線材主要部１（特に主要巻線部１ａ）との間の任意の位置に、歪み耐性強化部２から線材主要部１に伝達される熱を除去する除熱装置６を配置して前記した熱処理工程Ｓ２（すなわち、第１熱処理工程および第２熱処理工程）を行うことが好ましい。除熱装置６は、例えば、水冷のものを用いることが好ましい。このように、歪み耐性強化部２から超伝導コイル５へとつながる箇所を冷却することで線材主要部１の温度を室温近くに維持することができる。そのため、線材主要部１における超伝導フィラメント２１の超伝導特性が低下するのを防止することができる。また、このように除熱装置６を用いると、線材主要部１から歪み耐性強化部２までの距離を短くできる。図１０において、超伝導コイル５のもう一方の歪み耐性強化部２ｃと線材主要部１との間の任意の位置にも同様に除熱装置（図示せず）を設けてもよい。さらに、除熱装置６で除熱した位置が分かるように、超伝導線材１００において除熱装置６で除熱した位置が分かるよう印を付けておくことが好ましい。このようにすると、超伝導線材１００を用いて加工を行う際の作業性が向上する。
【００３９】
図１１は、超伝導線材１００を特定の位置で特定の方向に曲げることが予め決定されている場合において、歪み耐性強化部２の曲げ内側方向に放熱部材１９を熱的に接触させた状態で第２熱処理工程を行う様子を説明する概略断面図である。
図１１に示すように、歪み耐性強化部２のうち曲げ内側方向１８に放熱部材１９を熱的に接触させた状態で第２熱処理温度Ｔ２（例えば、図５など参照）を経験させることが好ましい。なお、放熱部材１９としては、例えば、放熱板や金属塊などが挙げられるが、これらに限定されない。このように、本実施形態では、放熱部材１９を設置して歪み耐性強化部２のうち曲げ内側方向１８の温度を曲げ外側方向１７の第２熱処理温度Ｔ２よりも低くなるように維持する。これにより、歪み耐性強化部２のうち、曲げ内側方向１８に位置する超伝導フィラメント２１の臨界電流特性は、第１熱処理温度Ｔ１を経験した臨界電流特性６１に近い特性となる。その一方で、歪み耐性強化部２のうち曲げ外側方向１７に位置する金属シース最外層２４や金属母材２３は第２熱処理温度Ｔ２に近い温度を経験することになるので、相応の圧縮歪みが印加され、許容引っ張り歪みが高くなる。すなわち、歪み耐性強化部２の曲げ耐性を強化しつつ、高い臨界電流特性を発揮することが可能となる。
【００４０】
［超伝導磁石および磁気共鳴断層撮影装置］
以上に説明した本実施形態に係る超伝導線材１００は、図１２および図１３に示すように、超伝導磁石２００および磁気共鳴断層撮影装置（ＭＲＩ装置）３００に好適に用いることができる。図１２は、超伝導線材１００を用いた超伝導磁石２００を説明する概略断面図である。図１３は、超伝導磁石２００を用いた（すなわち、超伝導線材１００を用いた）ＭＲＩ装置３００を説明する概略断面図である。
【００４１】
図１２に示すように、超伝導磁石２００は、超伝導線材１００を用いた円筒形状の超伝導コイル５と、超伝導コイル５と電気的に接続された永久電流スイッチ１０８と、これらを格納するとともにこれらを冷媒または冷凍機で冷却する有底円筒形状の冷凍容器１０９と、を含んで構成されている。超伝導コイル５と永久電流スイッチ１０８に流れる永久電流は、測定対象１１０（図１３参照）の位置に、時間安定性の高い静磁場を発生させる。この静磁場強度が高いほど、核磁気共鳴周波数が高くなり、核磁気共鳴信号強度も高くなる。
【００４２】
また、図１３に示すように、ＭＲＩ装置３００は、前記した円筒形状の超伝導磁石２００の内側に、超伝導コイル５と同軸に設けられた円筒形状の傾斜磁場コイル１１１と、傾斜磁場コイル１１１と電気的に接続された傾斜磁場用アンプ１１２と、を備えている。また、ＭＲＩ装置３００は、傾斜磁場コイル１１１の内側にＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）アンテナ１１３を有しており、このＲＦアンテナ１１３はＲＦ送受信機１１４と電気的に接続されている。そして、このＲＦアンテナ１１３の内側に前記した測定対象１１０が配置される。
【００４３】
このような構成を有するＭＲＩ装置３００は、傾斜磁場用アンプ１１２から必要に応じて時間変化する電流が傾斜磁場コイル１１１に供給され、測定対象１１０の位置に空間的に分布をもつ静磁場が発生する。さらに、ＲＦアンテナ１１３とＲＦ送受信機１１４とを用いて測定対象１１０に核磁気共鳴周波数の磁場を印加し、反応信号を測定することで測定対象１１０の断面画像診断を行うことができる。ＭＲＩ装置３００と同じ構成とすることで核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置も具現できる。なお、図１３に示したＭＲＩ装置３００の構成は一例であり、これに限定されない。
【００４４】
以上、本発明に係る超伝導線材１００、超伝導線材１００の製造方法、超伝導磁石２００およびＭＲＩ装置３００について実施形態により詳細に説明したが、本発明の主旨はこれに限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、前記した各構成、機能、処理部、処理手段、制御手段等は、それらの一部または全部を、例えば、集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）などの記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤなどの記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１００  超伝導線材
１      線材主要部
１ａ    主要巻線部
２      歪み耐性強化部
２１    超伝導フィラメント
２２    金属シース
２３    金属母材
２４    金属シース最外層
２５    中間層
Ｓ１    前駆体作製工程
Ｓ２    熱処理工程
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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