(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｂおよび／またはＶからなる層の少なくとも１層と、常電導金属からなる層の少なくとも１層を交互に積層してなると共に、該積層界面が固相拡散金属接合してなることを特徴とする超電導クラッド板であって、前記常電導金属が銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタニウム、チタニウム合金又はステンレス鋼の中から選ばれる１種類以上である超電導クラッド板。
【請求項２】
常電導金属からなる筐体中に、Ｎｂおよび／またはＶの板を少なくとも１枚挿入し、常電導金属からなる蓋で覆って箱とし、前記筐体と前記蓋の合せ目を真空中で溶接密封してから、前記箱を３００℃以上、９００℃以下（ただし、常電導金属がアルミニウムまたはアルミニウム合金の場合は、４５０℃以下）の温度に加熱して熱間加工を施して減厚加工を行った後、冷間加工を施して減厚加工を行って、所望の板厚にすることを特徴とする、請求項１に記載の超電導クラッド板の製造方法。
【請求項３】
常電導金属からなる筐体中に、Ｎｂおよび／またはＶの板を少なくとも１枚と、常電導金属の板を少なくとも１枚とを交互に積層して挿入し、常電導金属からなる蓋で覆って箱とし、前記筐体と前記蓋の合せ目を真空中で溶接密封してから、前記箱を３００℃以上、９００℃以下（ただし、常電導金属がアルミニウムまたはアルミニウム合金の場合は、４５０℃以下）の温度に加熱して熱間加工を施して減厚加工を行った後、冷間加工を施して減厚加工を行って、所望の板厚にすることを特徴とする、請求項１に記載の超電導クラッド板の製造方法。
【請求項４】
Ｎｂおよび／またはＶの板を少なくとも１枚と、前記板と縦横が同一寸法の常電導金属の板を少なくとも１枚とを、両金属板の端面を一致させるように交互に積層して積層体とし、該積層体の端面を真空中で溶接密封してから、前記積層体を３００℃以上、９００℃以下（ただし、常電導金属がアルミニウムまたはアルミニウム合金の場合は、４５０℃以下）の温度に加熱して熱間加工を施して減厚加工を行った後、冷間加工を行って減厚加工を行って、所望の板厚にすることを特徴とする、請求項１に記載の超電導クラッド板の製造方法。
【請求項５】
前記熱間加工が熱間圧延および／または熱間鍛造であり、前記冷間加工が冷間圧延および／または冷間鍛造である請求項２〜４のいずれか１項に記載の超電導クラッド板の製造方法。
【請求項６】
前記冷間加工の前、中間または後のいずれかの時点またはこれらの組み合せで、前記箱または前記積層体を３００℃以上、６００℃以下の温度で焼鈍を行う請求項２〜５のいずれか１項に記載の超電導クラッド板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導クラッド板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｎｂ（ニオビウム）は、単体（通常の市販品は数千ppm 程度のＴａをはじめ、わずかな他成分を有する）で第１種超電導体として良好な金属であり、従来、ＳＱＵＩＤ（Superconducting Quantum Interference Device ）素子を用いた脳磁計、心磁計（脳および心臓の磁気センサー）等の微弱なノイズ磁界のシールドや粒子加速器における超電導加速空洞の素材として利用されてきた。
【０００３】
磁気シールド材として利用される場合は、Ｎｂのマイスナー（完全反磁性）効果を利用したもので、Ｎｂの有するＢｃ（臨界磁界）＝約６００Ｇ（４．２Ｋにて）までは本効果を維持するとされ、上記応用では磁気シールドが必要な磁界の強さは都会における種々のノイズ磁界であり、ほとんどの場合１Ｇ未満なので上記Ｂｃは十分な余裕を有する。ほかに、純金属（他成分が相対的に少ない）であるため、加工性が良い等の理由で、微弱磁界シールド材としてよく使用されてきた。上記微弱磁界でなくとも、６００Ｇ程度までの中強度の磁界でも、Ｂｃ以下であるのでマイスナー効果が発現する。
【０００４】
超電導加速空洞材として利用される場合は、熱間圧延および／または冷間圧延で作製されたＮｂの厚板（通常、板厚数mmの円板）を、プレス加工（深絞り加工や張り出し加工を含む）やスピニング加工によって、図２に示す要素部材６を作製し、同形状の端部を突き合わせて周方向に真空中で電子ビーム（ＥＢ）溶接を行い、膨らんだ部分（セルという）が１個だけの図３に示す単セル空洞７や、いくつかのセルが連続してつながっている図４に示す連続セル空洞８（５個であれば５連空洞）とする。９は、要素部材６をＥＢ溶接した接合部である。
また、Ｖ（バナジウム）も第１種超電導体であり、ＴｃやＢｃはＮｂより若干劣るものの、液体ヘリウム沸点（１気圧で４．２Ｋ）での上述の応用法においては、Ｎｂに類似の性能が期待できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＮｂまたはＶを素材とした上記２つの典型的な応用例においては、いずれも材料の板厚がかなり厚い場合がほとんどだった。磁気シールドの場合、例えばＳＱＵＩＤ素子は通常数mm角のチップ状で小さく、その素子シールドであれば、シールド体の形状は、被シールド体のまわりを取り囲むような箱状や円筒状の形状をしていることが多く、また、外部磁界が開口部から入り込んでくるのを防止するため、開口部が小さくかつ細長い箱や円筒の形状を有している。ここで、箱や円筒の軸方向の長さ／開口部の直径や長さ（＝アスペクト比）が大きいほど細長く、その中心部における磁気シールド特性が向上することを意味する。また、板厚は、いずれも基台への取り付け固定や材料強度を維持するため、１mm前後またはそれ以上の厚さがある。これは、従来、Ｎｂブロックから箱や円筒を削り出す、機械切削法によることがほとんどだったことによる。つまり、シールド体自身の強度および機械切削時の機械へのグリップ強度を確保するための板厚が必要であった。多少大きめのシールド体になると、板厚数mmも珍しくなかった。このような板厚の大きい材料からアスペクト比の大きい深絞り加工は困難であり、ほとんど例がなかった。これに対し、マイスナー効果を利用した磁気シールドに必要な厚さは、実用上は「Londonの侵入深さ」（Ｎｂの場合、約４０nm＝４０×１０-9ｍ）の数倍あればよく、きわめて薄い薄膜のようなものでも、十分間に合うのである。ＮｂやＶは、大変高価な金属材料であるので、素材コスト低減のためには、単にムクの超電導板のみで薄くするという手もあるが、前記超電導材の応用例では、円筒等の成形体として使用される場合がほとんどであるので、薄くし過ぎると成形加工がしにくくなったり、成形できても成形体の十分な強度が得られないといった問題が発生しやすい。
【０００６】
超電導加速空洞の場合も同様で、加速空洞は図３や図４に示すように、中心に穴の開いたおわん状のものを対向して突き合わせたようなセルが連続した形状をしている。セルはＮｂの厚板からなり、液体Ｈｅ蒸発温度（１気圧で４．２Ｋ）では、全体が超電導状態になるが、実際に加速空洞の機能を果たすのは、空洞内側表面のLondonの侵入深さ程度である。その数倍としても１００〜２００nm程度の厚さしかないのであり、他の大部分は、超電導状態ではあってもその機能を発揮することはなく、単なる構造部材としての機能しか果たしていないのである。このおわんの膨らんだ内部空間の直径や軸方向の長さ等のサイズが狂うと、空洞に印加される高周波電界と加速されていく荷電粒子の速度の同期が取れなくなる（加速空洞は高周波共振器である）等の問題が生じるので、厳しいサイズ公差を維持するため、材料強度を増やす必要があり、Ｎｂ板厚を増やさざるをえないのである。
【０００７】
ところが、Ｎｂは、数mm程度の厚板の現行価格が数万円／kgと、非常に高価な素材であり、上記応用においては、より高純度の高級純Ｎｂを使用する必要があるため、素材コストもかなり高くつき、大きな問題になっていた。
また、超電導状態のＮｂまたはＶを利用するため、冷却性能の良いことが求められるが、ＮｂまたはＶは伝熱性があまり良くない材料であり、その板厚が大きくなることは、伝熱性、冷却性の観点からも問題となっていた。
そこで、本発明は、上記問題を解決し、高伝熱性で磁気シールド性や高周波粒子加速性に優れ、しかも安価な超電導材料およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
従来技術の課題を解決するための方策について鋭意検討した結果、加工性、伝熱性に優れ、強度もある程度（純Ｎｂと同程度以上）の大きさを有している常電導金属と、この超電導材Ｎｂおよび／またはＶからなる板とを下記のような製造方法で作製したクラッド板が非常に効果があり、かつ、この製造方法が界面接合の健全性および信頼性に、またクラッド材料中のＮｂ層および／またはＶ層の健全性および信頼性に、非常に優れていることを見出した。また、高価なＮｂおよび／またはＶの割合に対して、安価な銅やアルミニウム等の常電導金属の割合を十分多くすることができるので、クラッド材の素材コストを低減できる上、本製造方法が量産に大変適することを見出した。すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
【０００９】
発明の第一は、Ｎｂおよび／またはＶからなる層の少なくとも１層と、常電導金属からなる層の少なくとも１層を交互に積層してなると共に、該積層界面が固相拡散金属接合してなることを特徴とする超電導クラッド板であって、前記常電導金属が銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタニウム、チタニウム合金およびステンレス鋼の中から選ばれる１種類以上である第一発明に記載の超電導クラッド板である。
発明の第二は、常電導金属からなる筐体中に、Ｎｂおよび／またはＶの板を少なくとも１枚挿入し、常電導金属からなる蓋で覆って箱とし、前記筐体と前記蓋の合せ目を真空中で溶接密封してから、前記箱を３００℃以上、９００℃以下（ただし、常電導金属がアルミニウムまたはアルミニウム合金の場合は、４５０℃以下）の温度に加熱して熱間加工を施して減厚加工を行った後、冷間加工を施して減厚加工を行って、所望の板厚にすることを特徴とする、前記発明の第一に記載の超電導クラッド板の製造方法である。
発明の第三は、常電導金属からなる筐体中に、Ｎｂおよび／またはＶの板を少なくとも１枚と、常電導金属の板を少なくとも１枚とを交互に積層して挿入し、常電導金属からなる蓋で覆って箱とし、前記筐体と前記蓋の合せ目を真空中で溶接密封してから、３００℃以上、９００℃以下（ただし、常電導金属がアルミニウムまたはアルミニウム合金の場合は、４５０℃以下）の温度に加熱して熱間加工を施して減厚加工を行った後、冷間加工を施して減厚加工を行って、所望の板厚にすることを特徴とする、前記発明の第一に記載の超電導クラッド板の製造方法である。
発明の第四は、Ｎｂおよび／またはＶの板を少なくとも１枚と、前記板と縦横が同一寸法の常電導金属の板を少なくとも１枚とを、両金属板の端面を一致させるように交互に積層して積層体とし、該積層体の端面を真空中で溶接密封してから、前記積層体を３００℃以上、９００℃以下（ただし、常電導金属がアルミニウムまたはアルミニウム合金の場合は、４５０℃以下）の温度に加熱して熱間加工を施して減厚加工を行った後、冷間加工を施して減厚加工を行って、所望の板厚にすることを特徴とする、前記発明の第一に記載の超電導クラッド板の製造方法である。
発明の第五は、前記熱間加工が熱間圧延および／または熱間鍛造であり、前記冷間加工が冷間圧延および／または冷間鍛造である、前記発明の第二〜第四のいずれかに記載の超電導クラッド板の製造方法である。
発明の第六は、前記冷間加工の前、中間または後のいずれかの時点またはこれらの組み合せで、前記積層体を３００℃以上、６００℃以下の温度で焼鈍を行う、前記発明の第二〜第五のいずれかに記載の超電導クラッド板の製造方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、発明の実施の形態を説明する。
また、Ｎｂおよび／またはＶからなる層を、以下、単に超電導層と記す。
発明の第一として、図１（ａ）に、超電導層２の１層が常電導層３、３′の２層に挟まれた構造、図１（ｂ）に、超電導層２の２層が常電導３、３′の３層と交互に積層になった構造、図１（ｃ）に、超電導層２と常電導層３が各１層積層された構造を、それぞれ示す。超電導層と常電導層の全界面は金属接合を有する。これにより、本超電導クラッド板は、深絞りやスピニングといった成形加工が容易にできるようになる。この場合、超電導層と常電導層のトータル板厚の比（常電導層／超電導層の断面積比に相当）は、１より大きいほど好ましい。Ｎｂおよび／またはＶの素材コストが、一般的な常電導金属のそれに比べて、大変高価であるためである。超電導クラッドの板厚が一定の場合、この比が大きいほど、超電導層厚さは小さくなるので、クラッド材としてのトータルの素材費は、大幅に低減することが可能になる。ただし、この比が過大になると、超電導層厚さが小さくなり過ぎ、層に凹凸が生じたり、ひどい場合は穴が発生したりすることがあるので、好ましくない。また、単に素材コスト低減のためには本発明を使用せずとも、単にムクの超電導板のみで薄くするという手段もあるが、本発明で目的としている超電導材の応用例では、円筒等の成形体として使用される場合がほとんどであるので、薄くし過ぎると成形加工がしにくくなったり、成形できても成形体の十分な強度が得られないといった問題が発生しやすい。
【００１１】
銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、チタニウム、チタニウム合金およびステンレス鋼といった金属が、前記の望ましい常電導金属に該当する。すなわち銅（純銅）は、圧延性、成形加工性、機械強度のいずれにも優れ、特に電気伝導性、熱伝導性は各種純金属のうちで最高レベルである。銅合金は、その合金元素とその成分量にも依存するが、一般的に圧延性、成形加工性、電気伝導性、熱伝導性において純銅より劣るが、かなり良好といってよく、機械強度を純銅より大きくすることができるので、そのような用途において有効である。アルミニウム（純アルミニウム）は、圧延性、成形加工性、電気伝導性、熱伝導性に優れ、特に電気伝導性、熱伝導性は銅に次いで高いが、機械的強度では銅よりかなり劣る。アルミニウム合金は、既述の銅合金とほぼ同じような有効性がある。ステンレス鋼は、前記金属に比べると、電気伝導性、熱伝導性のいずれも劣るが、圧延性、成形加工性、耐食性、機械強度に優れ、薄い層でも非常に強度を大きくできるので、小さな板厚で強度向上を図りたい場合に有効である。これら常電導金属はそれぞれの長所を生かし、短所を補うような２種類以上の組み合わせ、例えば２層複合クラッド常電導金属材、３層複合クラッド常電導金属材のようなことも好適に行なえる。また、純銅や純アルミニウムといった高導電材は、変動磁界中にあっては渦電流が発生したり、超電導層間の結合電流を阻止できなかったりするので、比抵抗の高い銅合金やアルミニウム合金、ステンレス鋼といった金属材料に替えたり、これら高抵抗材と高導電材との複合材にして使用すると、前記渦電流や結合電流の抑止に効果がある。
【００１２】
発明の第二は、図５に示すように、片面に四角い板を格納できるように穴をあけた常電導金属からなる筐体１１を作製し、その中にＮｂまたはＶのいずれかからなる板１０を１枚挿入し、常電導金属からなる蓋１２で覆って箱とした後、筐体と蓋の合せ目を真空中で溶接して箱を密封する。または、対向する両面に四角い板を格納できるように穴をあけた常電導金属からなる筐体を作製し、その中にＮｂおよび／またはＶの板１０を１枚ずつ挿入し、常電導金属からなる蓋１２の２枚で覆って箱とした後、筐体と蓋の合せ目を真空中で溶接して箱を密封する。このように作製した密封したクラッド箱を、温度３００℃以上に加熱して、熱間加工を施して減厚加工を行うが、この真空密封によって、熱間加工における界面酸化が防止されて、良好な金属接合を得ることができ、その後の冷間加工や冷間プレス等の加工に対しても、大変加工性の良い図１（ａ）または（ｂ）に示すようなクラッド板１または４を得ることができる。図中、２はＮｂおよび／またはＶの層、３および３′は常電導金属層である。この際、金属接合が不良であると、その個所で界面剥離、膨れ、その後の加工時の破断等の不具合に到る。
【００１３】
前記筐体は、図５に示す底付きの筐体１１と蓋１２の組み合わせが望ましいが、底無しの（突き抜けの穴を有する）筐体と上下からかぶせる厚さの異なる２枚の蓋という組み合せもありうる。この底や蓋の厚さを適当に設計し、蓋の一部が穴に入り込むようにしたりすることで、Ｎｂおよび／またはＶの層２の、クラッド板１の断面における位置を中央にしたり、片側の表面に近くしたり、調整することができる。
【００１４】
また、熱間加工における加熱温度が３００℃以上であるのは、これによって全界面の良好な金属接合が得られるのであり、この温度が３００℃未満では、界面における金属原子の拡散が不十分で、良好な金属接合が得られにくいことによる。また、界面の金属接合は、その後の冷間加工を施すことでさらに確実なものとなる。また、必要に応じて、冷間加工の前後および／または中間に、温度３００℃以上で焼鈍を行って所望の板厚を得るのであるが、冷間加工は必要な材料強度向上をもたらし、焼鈍は硬くなりすぎた上記各素材を適度に軟化させたり、その後の冷間加工性を向上させたりする。また、最後に行う焼鈍によっては、冷間加工上がりのものに比べて、常電導金属（特に純金属）やＮｂおよび／またはＶの残留抵抗比（ＲＲＲ：Residual Resistance Ratio ）を大幅に向上させることができる。焼鈍の温度が３００℃以上であるのは、３００℃未満では上記焼鈍の効果が不十分であることによる。
【００１５】
以上により、本製造方法によれば、すべての界面が良好な金属接合を有し、各種加工性にすぐれ、材料強度コントロールが容易で、ＲＲＲが高く、伝熱性に優れた超電導層を少なくとも１層有し、かつ最外層が常電導金属層であるクラッド板を得ることができる。
【００１６】
発明の第三は、図６に示すように、常電導金属からなる筐体１３を作製し、その中にＮｂおよび／またはＶの板１０が少なくとも１枚（図６では２枚）と、常電導金属からなる板１４の少なくとも１枚とが、お互いに交互に積層されるように挿入し、常電導金属からなる蓋１２、１２′で覆って、箱とした後、筐体と蓋の合せ目を真空中で溶接して箱を密封し、温度３００℃以上に加熱して、熱間加工を施して必要な減厚加工を行うが、この真空密封によって、熱間加工における界面酸化が防止されて、良好な金属接合を得ることができ、その後の冷間加工や冷間プレス等の加工に対しても、大変加工性の良い図１（ａ）または（ｂ）に示すようなクラッド板１または４を得ることができる。図中、２はＮｂおよび／またはＶの層、３および３′は常電導金属層である。この際、金属接合が不良であると、その個所で界面剥離や膨れ、その後の加工時の破断等の不具合に到る。
【００１７】
この場合の筐体は、図６に示す底無しの（突き抜けの穴を有する）筐体１３と蓋１２、１２′の組み合わせが望ましいが、底付きの筐体と１枚の蓋の組み合わせもありうる。この蓋や底の厚さを適当に設計することで、図１（ａ）または  （ｂ）のＮｂおよび／またはＶの層２の、クラッド板１または４の断面における位置を中央にしたり、片側の表面に近くしたり、調整することができる。
【００１８】
また、熱間加工における加熱温度が３００℃以上であるのは、これによって全界面の良好な金属接合が得られるのであり、この温度が３００℃未満では、界面における金属原子の拡散が不十分で、良好な金属接合が得られにくいことによる。また、界面の金属接合は、その後の冷間加工を施すことでさらに確実なものとなる。
【００１９】
発明の第四は、図７に示すように、ＮｂおよびＶのいずれかからなる板１０が少なくとも１枚と、常電導金属からなる板１６が少なくとも１枚とを、お互いに交互に積層し、積層部の合せ目を真空中で溶接して隙間を密封し、温度３００℃以上に加熱して、熱間加工を施して減厚加工を行うが、この真空密封によって、熱間加工における界面酸化が防止されて、良好な金属接合を得ることができ、その後の冷間加工や冷間プレス等の加工に対しても、大変加工性の良い図１（ｃ）に示すようなクラッド板５を得ることができる。図中、２はＮｂまたはＶの層、３は常電導金属層である。この際、金属接合が不良であると、その個所で界面剥離や膨れ、その後の加工時の破断等の不具合に到る。発明の第二および第三に比べ、この方法によれば、常電導金属からなる箱や蓋が不要になるため、穴開けが不要になって、材料歩留まりが上がったり、同じ外寸の場合、この方法の方がＮｂの入った領域（正味有効部と呼ぶ）を大きくできる。また、蓋がないので、ＮｂまたはＶの層の片面を露出させることができ、最終製品構造が同じ構造を有する場合、発明の第二および第三に比べ、表面の常電導金属層を除去する手間が不要になり、製造コスト、生産性が向上するメリットもある。
【００２０】
また、熱間加工における加熱温度が３００℃以上であるのは、これによって全界面の良好な金属接合が得られるのであり、この温度が３００℃未満では、界面における金属原子の拡散が不十分で、良好な金属接合が得られにくいことによる。界面の金属接合は、その後の所望の板厚を得るための冷間加工を施すことで、さらに確実なものとなる。
【００２１】
以上により、本製造方法によれば、すべての界面が良好な金属接合を有し、各種加工性にすぐれ、材料強度コントロールが容易で、ＲＲＲが高く、伝熱性に優れた超電導層が少なくとも１層で、かつ、その層が表面に露出したクラッド板を得ることができる。
【００２２】
発明の第五は、発明の第二、第三および第四における熱間加工が、熱間圧延および／または熱間鍛造であることであるが、３００℃以上に加熱しての熱間圧延は、必要な減厚加工を行うに際し、最も容易かつ大量に処理することができる加工法であり、金属接合も短時間で容易に得ることができる優れた方法である。また、熱間鍛造は、必要な減厚を行うのに時間がかかり、熱間圧延に比べると、大量に処理することも困難であるが、Ｎｂおよび／またはＶの板を入れて蓋をするクラッド組立て時に生じる筐体中に隙間をつぶし、その後の熱間圧延における健全な加工を促すことができる。隙間のある状態でいきなり熱間圧延を行うと、場合によっては、筐体の一部が座屈を起こして、破断したりすることがある。したがって、クラッド組立て→真空中での溶接→熱間鍛造→熱間圧延と進めるのが望ましい。ただし、場合によっては、熱間圧延と熱間鍛造のどちらか単独で加工してしまうこともありうる。
【００２３】
また、熱間加工の後に行う冷間加工が、冷間圧延および／または冷間鍛造であることであるが、発明の第二、第三および第四でも説明したように、適度な加工率の冷間加工によって、材料強度を向上させることができる。この場合、一般には、冷間加工率を大きくするほど、材料強度は大きくなり、伸びは減少する。冷間圧延は、各種ある冷間加工の中では、熱間圧延同様、必要な減厚加工を行うに際し、最も容易かつ大量に処理することができる加工法である。冷間鍛造は、必要な減厚を行うのに時間がかかり、冷間圧延に比べると、短時間で大量に処理することも困難であるが、大きな幅を有する板を減厚させる場合に、圧延機のロール幅が不足するような場合、鍛造は比較的大きな幅のものを比較的小さな設備で加工できるといったように、設備上の制約で冷間圧延で対応不可能な場合に、冷間鍛造を行うとよい場合がある。よって、その時々の条件、場合によって、両者を使い分けるのが望ましい。
【００２４】
発明の第六においては、必要に応じて冷間加工の前、中間または後のいずれかの時点またはこれらの組み合わせで、３００℃以上の温度で焼鈍を行って、所望の板厚を得るのであるが、冷間加工は必要な材料強度向上をもたらし、焼鈍は硬くなりすぎた上記各素材を適度に軟化させたり、その後の冷間加工性を向上させたりする。また、最後に行う焼鈍によっては、冷間加工上がりのものに比べて、常電導金属（特に純金属）やＮｂおよび／またはＶの残留抵抗比ＲＲＲを大幅に向上させることができる。焼鈍の温度が３００℃以上であるのは、３００℃未満では、上記焼鈍の効果が不十分であることによるが、同じ３００℃以上でも、銅、銅合金においては３００〜６００℃の範囲が望ましく、Ｎｂにとっては４００〜１１００℃の範囲が望ましい。
【００２５】
以上により、本発明によれば、すべての界面が良好な金属接合を有し、各種加工性に優れ、材料強度コントロールが容易で、残留抵抗比が高く伝熱性に優れた超電導層を少なくとも１層有する超電導クラッド板を得ることができる。
【００２６】
【実施例】
［実施例１］
板厚１０mm、幅３００mm、長さ４００mmの純Ｎｂの板と、板厚５０mm、幅３２０mm、長さ４２０mmの四角い純銅ブロックの上面に深さ１１mm、幅３０１mm、長さ４０１mmの四角い穴をあけ、その中に上記Ｎｂ板を挿入した後、板厚１０mm、幅３２０mm、長さ４２０mmの純銅板をかぶせて固定し、周囲の銅の合わせ目を真空中でＥＢ溶接して、封着した。その複合スラブを３２０℃に加熱した後、板厚２０mmになるまで、繰り返し圧延した。また、表面酸化スケールを除去研磨した後、さらに板厚４．０mmまで、室温で圧延して、求めるクラッド板を得た。このクラッド板の室温での機械的強度は、破断強度および耐力のいずれも、Ｎｂ板  （焼鈍済み）のそれに比べて、約１０〜２０％高かった。また、深絞り加工試験を行ったところ、良好な加工性を示し、各種直径でかなり大きなアスペクト比  （円筒長さ／内径）の深絞り加工やスピニング加工が界面剥離や材料破断といったトラブルなく可能であり、純銅板並みの良好な成形加工性を確認できた。その際、Ｎｂ層の断面検査も行ったところ、ピンホールや破断もなく、良好な層形状を有していた。
【００２７】
また、上記圧延時の加熱温度を５００℃、７００℃、９００℃でも、同様の加工を行ったところ、加熱温度の上昇につれ、若干の機械的強度の低下をみたが、使用上の問題はなく、クラッド接合性は良好であり、深絞り加工性も維持された。上記圧延時の加熱温度を２８０℃で行ったところ、冷延加工の途中で、界面剥離が一部生じた。また、加熱しながらの圧延のかわりに鍛造を行ったが、圧延の場合とほぼ同等の上記各特性を有するクラッド板を得ることができた。室温での圧延のかわりに鍛造を行ったが、圧延の場合とほぼ同等の上記各特性を有するクラッド板を得ることができた。
【００２８】
［実施例２］
板厚１０mm、幅３００mm、長さ４００mmの純Ｎｂの板２枚で、板厚２８mm、幅３００mm、長さ４００mmの純銅の板１枚をサンドイッチ状に挟むように積層し、板厚５０mm、幅３２０mm、長さ４２０mmの四角い純銅ブロックに幅３０１mm、長さ４０１mmの四角い穴を上から下まで突き通しで開けた中に、上記積層板を挿入した後、板厚１０mm、幅３２０mm、長さ４２０mmの純銅板２枚を上下からかぶせて固定し、周囲の銅の合わせ目を真空中でＥＢ溶接して封着した。その複合スラブを３２０℃に加熱した後、板厚５mmになるまで、繰り返し圧延した。また、表面酸化スケールを除去研磨した後、さらに板厚０．５mmまで、室温で圧延して、求めるクラッド板を得た。このクラッド板の室温での機械的強度は、破断強度および耐力のいずれも、Ｎｂ板（焼鈍済み）のそれに比べて、約１０〜２０％高かった。また、各種直径で、かなり大きなアスペクト比の深絞り加工やスピニング加工が、界面剥離や材料破断といったトラブルなく、可能であり、純銅板並みの良好な成形加工性を確認できた。その際、Ｎｂ層の断面検査も行ったところ、ピンホールや破断なく、良好な層形状を有していた。
【００２９】
また、上記圧延時の加熱温度を５００℃、７００℃、９００℃でも、同様の加工を行ったところ、加熱温度の上昇につれ、若干の機械的強度の低下をみたが、使用上の問題はなく、クラッド接合性はほぼ同等であり、深絞り加工性も維持された。上記圧延時の加熱温度を２８０℃で行ったところ、冷延加工の途中で界面剥離が一部生じた。加熱しながらの圧延のかわりに鍛造を行ったが、圧延の場合とほぼ同等の上記各特性を有するクラッド板を得ることができた。室温での圧延のかわりに鍛造を行ったが、圧延の場合とほぼ同等の上記各特性を有するクラッド板を得ることができた。また、この場合は、Ｎｂ層を２層化することで、万一１層にピンホール等の欠陥が発生しても、健全なもう１層がカバーしてくれるので、本材料を磁気シールドに利用する場合の信頼性を増すことができた。
【００３０】
［実施例３］
板厚１０mm、幅３２０mm、長さ４２０mmの純Ｎｂの板と、板厚４０mm、幅３２０mm、長さ４２０mmの四角い純銅ブロックを積層し、周囲の合わせ目を真空中でＥＢ溶接して封着した。その複合スラブを３２０℃に加熱した後、板厚５mmになるまで、繰り返し圧延した。また、表面酸化スケールを除去研磨した後、さらに板厚０．５mmまで、室温で圧延して、求めるクラッド板を得た。このクラッド板の室温での機械的強度は、破断強度および耐力のいずれも、Ｎｂ板（焼鈍済み）のそれに比べて、同等かやや高かった。また、各種直径で、かなり大きなアスペクト比の深絞り加工やスピニング加工が、界面剥離や材料破断といったトラブルなく、可能であり、純銅板並みの良好な成形加工性を確認できた。その際、Ｎｂ層の断面検査も行ったところ、ピンホールや破断なく、良好な層形状を有していた。
【００３１】
また、上記圧延時の加熱温度を５００℃、７００℃、９００℃でも、同様の加工を行ったところ、加熱温度の上昇につれ、若干の機械的強度の低下をみたが、使用上の問題はなく、クラッド接合性はほぼ同等であり、成形加工性も維持された。上記圧延時の加熱温度を２８０℃で行ったところ、冷延加工の途中で界面剥離が一部生じた。加熱しながらの圧延のかわりに鍛造を行ったが、圧延の場合とほぼ同等の上記各特性を有するクラッド板を得ることができた。室温での圧延のかわりに鍛造を行ったが、圧延の場合とほぼ同等の上記各特性を有するクラッド板を得ることができた。
【００３２】
［実施例４］
実施例１〜３の各方法に用いた純銅材料をアルミニウムに代えて、同じように加工したところ、若干の機械強度の低下はあったものの、他はほぼ同じような特性を有するクラッド板を得ることができた。ただし、圧延時の加熱温度は最大４５０℃とした。
【００３３】
［実施例５］
実施例１〜３の各方法に用いた純銅材料を純銅とチタニウム、チタン合金またはステンレス鋼の複合材に代えて、同じように加工したところ、機械強度、剛性が大幅に増し、電気伝導性と熱伝導性がやや低下したが、他の特性はほぼ同じであるクラッド板を得ることができた。この超電導クラッド材は、実施例１〜４の超電導クラッド材に比べて、渦電流や結合損失が大幅に低減できた。
【００３４】
［実施例６］
実施例１〜３において、冷間圧延で厚さ３mmに仕上げた超電導クラッド板を、真空中で各種温度で１時間加熱して焼鈍を行った後、次に示すような評価を行った。その結果、焼鈍温度３００℃では、銅のＲＲＲは、焼鈍前の７０に対し、焼鈍後は１００と増大し、その冷却特性が大幅に向上したことが判明した。また、ＮｂのＲＲＲは、焼鈍前の５０が焼鈍後の６０に若干伸びた。また、焼鈍温度６００℃では、銅のＲＲＲは、焼鈍前の７０に対し、焼鈍後は１４０と倍増し、また、ＮｂのＲＲＲは、焼鈍前の５０が焼鈍後の１５０に大幅に増加した。ただし、焼鈍前に比べた引張り強度は、焼鈍温度３２０℃では低下代が小さかったが、焼鈍温度６００℃では半分以下に落ちた。
【００３５】
［実施例７］
実施例１におけるＮｂ板のかわりに同一寸法のＶ板を用意し、また同一寸法および数量の純銅部材を用意して部材組立てを行い、真空中でのＥＢ溶接を行った後、熱間圧延、冷間圧延、深絞り加工およびスピニング加工試験を、すべて実施例１と同様に行ったところ、Ｖの場合も同じように良好な加工性を示し、各種直径でかなり大きなアスペクト比（円筒長さ／内径）の深絞り加工やスピニング加工が界面剥離や材料破断といったトラブルなく可能であり、純銅板並みの良好な成形加工性を確認できた。その際、Ｖ層の断面検査も行ったところ、ピンホールや破断なく良好な層形状を有していた。
【００３６】
また、上記圧延時の加熱温度を５００℃、７００℃、９００℃でも同様の加工を行ったところ、加熱温度の上昇につれ、若干の機械的強度の低下をみたが、使用上の問題はなく、クラッド接合性は良好であり、深絞り加工性も維持された。上記圧延時の加熱温度を２８０℃で行ったところ、冷延加工の途中で界面剥離が一部生じた。また、加熱しながらの圧延のかわりに鍛造を行ったが、圧延の場合とほぼ同等の上記各特性を有するクラッド板を得ることができた。室温での圧延のかわりに鍛造を行ったが、圧延の場合とほぼ同等の上記各特性を有するクラッド板を得ることができた。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、安価な常電導金属層と良好に金属接合した、超電導金属であるＮｂおよび／またはＶの層を有する超電導クラッド板、およびその製造方法を得ることができる。この超電導クラッド板は、高価なＮｂまたはＶの層厚を全板厚に対し小さな割合にできるので、素材費を非常に低減することができる。それでいながら、電気伝導性、熱伝導性においては、従来のＮｂまたはＶのムク板よりも優れ、機械強度は、同等かもしくはそれを上回ることができ、加工性、成形性も同等以上というものである。また、もちろん全界面が良好に金属接合しているので、加工中に界面剥離や破断といった不良もきわめて発生しにくいものである。本超電導クラッド材を元材にすれば、安価で、特性に優れたＳＱＵＩＤ用磁気シールド体や粒子加速器用超電導空洞を、容易に成形加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超電導クラッド板の３種類の断面構造の模式図。
【図２】従来技術であるＮＢムク材からなる加速空洞における要素部材（ハーフセル）。
【図３】図２の要素部材２個を、その大きい方の口を面対称に向き合わせて合わせ目をＥＢ溶接して一体化した、空洞の１単位であるセルの模式図。
【図４】図３の単セルを軸方向に複数つなげて一体化した連続セルの模式図。
【図５】常電導金属からなる筐体にＮｂまたはＶの板を１枚挿入し、常電導金属からなる蓋をして超電導クラッドを組み立てる模式図。
【図６】常電導金属からなる筐体に、Ｎｂおよび／またはＶの板２枚と常電導金属の板１枚を交互に積層したものを挿入し、上下から常電導金属からなる蓋をして超電導クラッドを組み立てる模式図。
【図７】常電導金属からなる板にＮｂまたはＶの板１枚を積層して、超電導クラッドを組み立てる模式図。
【符号の説明】
１  ＮｂまたはＶが１層、常電導金属層が２層の超電導クラッド板
２  ＮｂまたはＶの層
３、３′  常電導金属層
４  Ｎｂおよび／またはＶが２層、常電導金属層が３層の超電導クラッド板
５  ＮｂまたはＶが１層、常電導金属層が１層の超電導クラッド板
６  Ｎｂムク材からなる加速空洞における要素部材
７  単位セル
８  連続セル
９  連続セルにおける溶接箇所
１０  Ｎｂおよび／またはＶの板
１１  常電導金属からなる底付き筐体
１２  常電導金属からなる蓋
１３  常電導金属からなる底無し（突き抜けの穴を有する）筐体
１４  常電導金属板
１５  Ｎｂおよび／またはＶの板２枚と常電導金属板１枚を重ねた積層体
１６  常電導金属板
【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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【図６】
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【図７】
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