(57)【要約】【課題】機械的特性および臨界電流値の応力特性を向上させるとともに、臨界電流値を向上させた化合物系超電導線、並びに化合物系超電導線を用いた超電導マグネットを提供する。【解決手段】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て後、該曲げ歪みを除荷することにより機械的特性および臨界電流値の応力特性とともに、臨界電流値を向上させた化合物系超電導線であるまた、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て後、該曲げ歪みを除荷し、コイル巻きして機械的特性および臨界電流値を向上させた化合物系超電導線を用いた超電導マグネットである。【選択図】　　図１
2004063128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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て後、該曲げ歪みを除荷することにより機械的特性および臨界電流値の応力特性とともに、臨界電流値を向上させたことを特徴とする化合物系超電導線。
【請求項２】
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て後、該曲げ歪みを除荷し、コイル巻きして機械的特性および臨界電流値を向上させたことを特徴とする化合物系超電導線を用いた超電導マグネット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は歪み依存性を示す化合物系超電導線材（高温超電導線を含む）並びに該歪み依存性を示す化合物系超電導線を使用した超電導マグネットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超電導マグネットに用いられている実用超電導線材は主にニオブチタン合金線材とＮｂ３Ｓｎ化合物線材である。ニオブチタンは合金であるために優れた機械特性を有し、多くの超電導マグネットに用いられているが、その上部臨界磁場が低いため発生できる磁場は４．２Ｋで８〜９Ｔである。
一方Ｎｂ３Ｓｎで代表される化合物系超電導線は高い臨界磁場を有するため２０Ｔ級の超電導マグネットへ適用できるが、歪みに対して非常に敏感で、臨界電流密度が歪みに対して大きく依存する点が問題となっている。この問題点を克服するために、強加工した銅をＮｂ３Ｓｎの生成熱処理後にＮｂ３Ｓｎ超電導線材の外側に装着する方法や、高強度のＣｕＮｂやアルミナ分散銅などを予め配置した線材構成とする方法が採られている。このような構成とすることにより同じ応力に対する歪みの大きさを小さくすることができ、結果として応力による臨界電流密度の低下を抑制している。
【０００３】
さらに、従来のＮｂ３Ｓｎ線材では、応力に対して非常に敏感であるため、熱処理をしてからコイルに巻くリアクト＆ワインド法を用いることが困難であったが、高強度Ｎｂ３Ｓｎを用いることにより曲げ歪みの小さい大口径のマグネットの場合にはリアクト＆ワインド法を採用することができるようになりつつある。
この結果、コイル巻き時に、曲げと引っ張り歪みをコントロールすることが可能となってきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線を用いて実際にマグネットを製造するにはｋｍ級の長い線材全体にわたって歪みを制御し、線材に一定した歪みを付与する方法は未だ確立されていず、僅かに引っ張り歪みを用いた方法が発表されているだけで実用化の目途は立っていない。このような現象はＮｂ３Ｓｎ超電導線以外の化合物系複合化超電導線や酸化物超電導線の場合も同様であった。
本発明は、ｋｍ級の長い歪み依存性を示す化合物系超電導線をコイル状に巻線する際に、該超電導線材全体にわたって予め曲げ歪みを付与して後、これを除荷し、機械特性、超電導特性に優れた超電導線及び該超電導線を用いた超電導マグネットを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、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て後、該曲げ歪みを除荷することにより機械的特性および臨界電流値の応力特性とともに、臨界電流値を向上させたことを特徴とする化合物系超電導線である
【０００６】
請求項２の発明は、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て後、該曲げ歪みを除荷し、リールにコイル巻きして機械的特性および臨界電流値を向上させたことを特徴とする化合物系超電導線を用いた超電導マグネットである。
【０００７】
【作用】
一般的に、機械特性と呼ばれている応力−歪み特性は、歪み或いは応力の低い領域の弾性変形と、高い領域の塑性変形に分けられ、その境界線が降伏点である。弾性変形では歪みは与えられた応力に対して線形に変化するが、降伏点を越えて塑性変形を起こすと、応力に対して歪みの応答は極端に大きくなる。降伏点を越えて塑性変形を起こさせて後に与えた応力を除荷すると、線材は加工硬化を起こし、見かけ上の機械的特性の向上が見られると共に、残留応力が発生する。
【０００８】
Ｎｂ３Ｓｎ超電導線のような歪み依存性を示す化合物系複合化超電導線材の場合でも、一般的にこの降伏点は明確でないが、例えばＣｕＮｂ補強Ｎｂ３Ｓｎ線材では約０．０２％の歪みを越えると塑性変形のために、応力を与えた時に発生する歪みの応答が徐々に大きくなることが知られている。塑性変形の領域まで応力を引加してから除荷すると、歪みはゼロまで戻らずに残留応力が残るとともに、加工硬化によって見かけ上応力に対する歪み応答が小さくなることが知られている。
【０００９】
本発明ではコイル巻きする超電導線に曲げ歪みをかけ、この歪みを除荷する。
超電導線に曲げ歪みをかけた場合、線材は局所領域では引っ張りあるいは圧縮歪みと等価であり、降伏点以上の引っ張り歪みが加わると、局所的な加工硬化が起こる。このことにより、一度経験した歪みに達するまでは応力に対する相対的な歪みの大きさが図３に示すように小さくなることになる。本発明では、線材に曲げ歪みを付与するが、該曲げ歪みは線材の位置によって異なる歪みを与えたことに相当するので、低応力における歪み応答が線形でなく、上に凸の曲線となっている点で、一般的な加工硬化とは異なっている。
【００１０】
この時、応力ゼロの時の歪みはゼロではなく、図４に示すように有限値をとるが、化合物系超電導線がＮｂ３Ｓｎ等の場合には低温では複合材との熱収縮率の違いから発生する圧縮歪み（プリストレイン）が事前曲げ歪みによって導入された残留歪みのために減少するので、応力ゼロにおける臨界電流密度も増加する。
さらに、加工硬化による機械特性の向上により、図５に示すように臨界電流密度の応力依存性は格段に向上することになる。
【００１１】
なお、類似の観点から引っ張り歪みを事前に印加してから除荷することにより残留応力を導入し、超電導特性を向上させるアイデアが発表されているが、上述したようにｋｍ級の長い線材全体にわたって引っ張り歪みを制御しながら印加することは困難であり、安定した歪みの付与ができず、実現性がなく、実施されるに至っていない。
【００１２】
本発明は、長い超電導線材に対し、歪みを付与する方法として、曲げにより歪みを付与すると与える歪みを容易に制御でき、安定した歪みを付与できることに着目し、歪みに敏感な化合物系複合化超電導線材に曲げ歪みを印加し制御することで、さらに、機械特性を向上することで、歪み依存性を示す化合物系複合化超電導線の臨界電流密度を向上させ、該化合物系複合化超電導線により臨界電流が向上し、コンパクトで底コストの超電導マグネットの実用化をなし遂げたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の化合物系複合化超電導線及び該超電導線を用いた超電導マグネットにつき、図示した一実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の化合物系複合化超電導線、特にＮｂ３Ｓｎ超電導線の製造工程を示す説明図で、同図（イ）に示すように所定の太さに製造された超電導線用線材４をダイス１１に通すことにより規定値の細線に線引きして超電導線用線材３とし、リール１２に巻き取る。リール１２に巻かれた超電導線用線材３は同図（ロ）に示すように炉１３に入れられてリアクト処理（熱処理）される。
【００１４】
超電導線用線材３は、炉１３に入れられてリアクト処理（熱処理）されることにより複合化超電導線２となり、該複合化超電導線２は同図（ハ）に示すように次工程でその外周に絶縁体７が被覆され、絶縁体７が被覆された超電導線２はキャタピラ１４で引き取られてリール１５に巻き取る。リール１５に巻き取られることで超電導線２には曲げ歪みが付与され、次工程（図示せず）でリール１５から引き出されることにより付与された曲げ歪みが除荷されて機械的特性および臨界電流値の応力特性とともに、臨界電流値を向上させた化合物系複合超電導線１となる。
【００１５】
図２は本発明の化合物系複合化超電導線、特にＮｂ３Ｓｎを用いたマグネットの製造工程を示す説明図である。図１で示す前処理、即ち、リール１２にコイル巻きされたＮｂ３Ｓｎからなる超電導線用線材３は、炉１３に入れられてリアクト処理（熱処理）される。超電導線用線材３は、炉１３に入れられてリアクト処理（熱処理）されることにより超電導線２となり、該超電導線２は図２に示す次工程でその外周に絶縁体７が被覆される。
【００１６】
次に絶縁体７が被覆された超電導線２をボビン１６に巻き超電導マグネット５とする。
このボビン１６に超電導線２を巻く工程において超電導線２に励磁で臨界電流が最大となる曲げ歪みを付与する。図２ではボビン１６の前方にプーリー１７を配置し、該プーリー１７により超電導線２を曲げることで超電導線に曲げ歪みを付与している。プーリー１７により超電導線２に付与された曲げ歪みはプーリー１７を通過した時点で開放（除荷）され、機械的特性および臨界電流値の応力特性とともに、臨界電流値を向上した歪み依存性を示す超電導線１となり、ボビン１６に巻かれ超電導マグネットとなる。
【００１７】
一般に超電導マグネットでは、使用する磁場領域・マグネットの口径等に依存して超電導線材にかかる電磁力の大きさは様々である。本発明は、マグネットの設計に応じて使用する電磁力領域で臨界電流密度が最大となるような曲げ歪みを巻線時のプーリー等によりその径を替えることで簡単に制御し付与でき、超電導マグネット、とりわけ大きな電磁力のかかる大型のもののコンパクト化が可能となり、より大きな電磁力がかかるマグネットが設計できる。
【００１８】
さらに、化合物超電導線において、図２に示した生成熱処理・絶縁処理を行ったあと、プーリー１７を用いて曲げ歪みを加えてから、別のボビンに巻きなおす曲げ歪み印加処理を行うことで、機械特性と超伝導特性の向上した超電導線を作製することができる。この線は、ゼロ応力でも処理前の線材と比べ最大で２割程度の臨界電流値の向上が見込まれる。このため、例えば、応力ゼロに近い状態で使用する送電線用線材などの場合は、臨界電流が最大となる残留歪みとなる曲げ歪みを与えることによって臨界電流値を最適値に制御することも可能である。
【００１９】
なお、上記実施形態では特にＮｂ３Ｓｎ超電導線を例にして説明したが、高温超電導線等、化合物系複合化超電導線に曲げ歪みを付加し、除荷することで上記実施形態と同様な効果が得られることは勿論である。
また、上記実施形態では、超電導線に曲げ歪みを付与するのにプーリーを採用したが、曲げ歪みを付与する他の方法として固定ローラと可動ローラを組合わせた整直器等を使用することができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、歪み依存性を示す化合物系超電導線に曲げ歪みを付与し、除荷することで加工硬化により機械特性と超電導特性の応力依存性が向上し、
１．熱収縮率の違いによって複合超電導線の超電導部分が受ける圧縮歪みを自在に制御でき、応力ゼロにおける臨界電流密度を向上することができる。
２．応力に対する歪みの応答を低減できる。
３．上記効果により臨界電流の応力依存性を向上できる。
４．臨界電流に対する応力−歪み特性の最適化により、臨界電流密度を向上でき、マグネットのコンパクト化、低コスト化ができる。
等の優れた効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超電導線を製造する工程を示す説明図である。
【図２】本発明の超電導マグネットを製造する工程を示す説明図である。
【図３】超電導線に事前曲げ歪みを付与した時の応力−歪み特性を示すグラフである。
【図４】超電導線に事前曲げ歪みを付与した時の線材の伸びを示すグラフである。
【図５】超電導線に事前に０．０５％の曲げ歪みを付与した時の臨界電流の応力依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１　歪み依存性を示す化合物系超電導線
２　化合物系超電導線
３　超電導線用線材（細線）
４　超電導線用線材（太線）
５　化合物系超電導線マグネット
１２　リール
１３　炉
１５　リール
１６　ボビン
１７　プーリー
【図１】
2004063128.tif 000003
【図２】
2004063128.tif 000004
【図３】
2004063128.tif 000005
【図４】
2004063128.tif 000006
【図５】
2004063128.tif 000007