(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル状に巻いてから拡散処理を行って超電導特性を発現させる方法が採用される安定化複合超電導線材を製造するに当り、安定化の為の線状マトリックスに予め伸線加工を施すと共に溝を形成しておき、この溝に接合用半田を介することなく超電導線を挿入し、前記溝の側壁を超電導線に圧接する様に締め付けると共に、前記溝側壁の上端部によって前記超電導線の上部を覆い被せる様にかしめ、前記超電導線が、前記線状マトリックス中に、接合用半田を介することなく埋め込まれたものとし、その後断面積の減少を生じさせる加工を行なわないことを特徴とする安定化複合超電導線材の製造方法。
【請求項２】
前記安定化複合超電導線材の断面が矩形状若しくは円形状である請求項１に記載の安定化複合超電導線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置等に用いられる超電導マグネットの素材として有用な超電導線材、およびその様な超電導線材を製造する為の有用な方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３に一般的な超電導線の断面構造を示す。図示する様に、超電導導体５は安定化のために銅のような安定化材６（これを第１の安定化材と呼ぶ）と複合化され、超電導線１が構成される。
【０００３】
現在実用化されている最も一般的な超電導線はＮｂＴｉ超電導線であるが、こきで超電導導体として用いられるＮｂＴｉは合金であり、銅との複合化が容易であること、複合ビレットを通常の伸線加工によって線材化できること、および比較的安価で取り扱いも容易であること、等からＭＲＩ装置をはじめとして様々な超電導応用機器に広く用いられている。
【０００４】
しかしながら、上記ＮｂＴｉ超電導線は、１０テスラを超える高磁界では電流容量が落ちるために、ＮＭＲマグネットや物性用マグネット等の高磁界が必要な分野では、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線がＮｂＴｉと併用されている。また、Ｎｂ3Ｓｎは金属間化合物という非常に脆い材料であり、伸線加工が難しい上にマグネットに巻き上げる曲げ加工でもその特性が著しく低下することがある。
【０００５】
こうしたことから、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線は、ＮｂとＣｕＳｎ（ブロンズ）で構成された複合材料を伸線加工し、絶縁皮膜した後にコイル形状に巻いてから、７００℃近傍で５０〜１００時間程度の高温長時間の拡散処理を行ない、Ｎｂの廻りにＮｂ3Ｓｎを生成させてＮｂ3Ｓｎの超電導特性を発現させる様にした、いわゆるワインド・アンド・リアクト法（Ｗ＆Ｒ法）が採用されるのが一般的である。
【０００６】
こうしたＮｂ3Ｓｎ超電導線にあっても、２０テスラ以上の高度磁界においては電流容量が低下するので、２０テスラの高磁界の実現を目指して臨界磁界の高い酸化物超電導線が世界中で開発が進められている。そして、この酸化物超電導線用の代表的品種としては、Ｂｉ系酸化物（ＢｉＳｒＣａＣｕ）が挙げられる。しかしながら、このＢｉ系酸化物にあってもやはり脆い材料であることから、原料は焼成後粉末にし、安定化材（前記第１の安定化材）としての銀と複合化されて線材に加工した後、前記Ｎｂ3Ｓｎと同様にＷ＆Ｒ法によってマグネットとして構成される。
【０００７】
上記した合金系、化合物系および酸化物系の超電導線は、いずれの場合も超電導線としての安定化を図るために、安定化材中に埋め込まれて複合化線材として形成されるのが一般的である（本発明では、これを「安定化複合超電導線材」と呼ぶ）。そして、この安定化材としては、合金系および金属間化合物系等のいわゆる金属系超電導線の場合には、銅やＡｌが用いられており、また酸化物超電導導体の場合には、銀や銀合金が用いられている。
【０００８】
上記安定化材の超電導体の対する割合を銅比と呼んでいるが、超電導マグネットが大型になればなるほど安定化要請が強くなると共に、強度が高いことが要請させる為に、安定化材割合は飛躍的に増大し、銅比が１０以上になることが多くなる。
【０００９】
ところで上記の様な高銅比安定化複合超電導線材としては、図４に示す断面構造を持つものが用いられることが多い。即ち、超電導線１を接合用半田７を用いて前記第１の安定化材６とは別の安定化材２（これを第２の安定化材と呼ぶ）中に包合したものである。こうした技術としては、例えば特開平５−２９０６４６号や同１０−１１６５２３号等の技術が知られている。これらの技術では、安定化マトリックスの一部に溝を形成しておき、この溝内に超電導線材を挿入して接合用半田によって固定した後、溝の開口部を蓋体によって覆うことによって、前記超電導線材を安定化材マトリックス中に埋設するものである。
【００１０】
この様な半田付き埋め込み型超電導線材は、超電導線と安定化銅の両者の電気的・熱伝導的密着性を確保すると同時に、伸びの小さな超電導線に過剰な伸線加工を施さなくても組み立てることができるという特徴を有している。換言すれば、超電導線と安定化銅を同時加工すると、伸びの小さい超電導線が断線してしまうので、接合用半田を用いて組み立て、埋め込まれる超電導線が断線に至る歪を受けなくすることによって、埋め込み型超電導線材の製造を可能にしているのである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の様な技術では、半田付け工程が必要となって、製造の為の工程数が増加するばかりでなく、高価な半田を使用することから材料コストが高くなり、また半田の濡れ性が悪い場合には、電気的・熱伝導的密着性の悪化からくる超電導マグネットの特性劣化を生じ、更に半田の接合強度が不十分な場合には、超電導線がマトリックスからはみ出す等、様々な技術的課題があった。
【００１２】
また、この半田を用いる方法は、ＮｂＴｉ超電導線に限定されており、Ｎｂ3Ｓｎ線や酸化物超電導線に用いることはできなかった。即ち、この化合物系や酸化物系の超電導線を、接合用半田を用いた埋め込み型超電導線材に適用すると、半田が線材の一部を構成しており、その融点は上記の拡散反応熱処理温度よりも低いので、熱処理時に半田が溶融するという事態が生じることになり、上記Ｗ＆Ｒ法によるマグネットの作製は不可能であった。こうしたことから、半田付き埋め込み型超電導線材を、Ｎｂ3Ｓｎ線や酸化物超電導線を素材として構成しようとしても、マグネットに巻いて熱処理することができず、実用化されることはなかったのである。
【００１３】
本発明はこうした状況の下になされたものであって、その目的は、基本的に接合用半田を使用しない様にすることによって、工程数の増加や材料コストの低減を図ると共に、超電導線と線状マトリックスとの密着性を強固にすることによって、電気的・熱伝導的密着性を達成し、しかもＮｂ３Ｓｎ超電導線や酸化物超電導線を素材に用いてもＷ＆Ｒ法によってマグネットを構成することのできる安定化複合超電導線材を製造する為の有用な方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決する為の手段】
上記の目的を達成し得た本発明方法とは、コイル状に巻いてから拡散処理を行って超電導特性を発現させる方法が採用される安定化複合超電導線材を製造するに当り、安定化の為の線状マトリックスに予め伸線加工を施すと共に溝を形成しておき、この溝に接合用半田を介することなく超電導線を挿入し、前記溝の側壁を超電導線に圧接する様に締め付けると共に、前記溝側壁の上端部によって前記超電導線の上部を覆い被せる様にかしめ、前記超電導線が、前記線状マトリックス中に、接合用半田を介することなく埋め込まれたものとし、その後断面積の減少を生じさせる加工を行なわない点に要旨を有するものである。
【００１５】
また、本発明で対象とする安定化複合超電導線材の具体的な構成としては、断面が矩形状若しくは円形状であるものが挙げられる。尚、この発明における線状マトリックスは、前記の第２の安定化材に相当するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
接合用半田を用いることによる上記の様な不都合を考慮し、これまでにも超電導線を半田なしで固定することについても検討されてきた。こうした技術は、マトリックスに予め溝を形成しておき（以下、これを「門型導体」と呼ぶことがある）、この溝に超電導線を挿入した後、前記門型導体をかしめつつ伸線して安定化複合超電導線材中に固定するものである。しかしながら、こうした方法では、超電導線が断線してしまい、半田なし埋め込み型安定化複合超電導線材の製造は困難と考えられていた。
【００１７】
上記の様な断線が生じる原因は、次の様に考えることができる。上記の方法では、門形導体の溝に超電導線を挿入した後に、かしめつつ伸線することを前提とするものであり、こうした伸線工程の際に門型導体を大きく変形させる為に過度の減面が生じ、殆ど塑性変形できない超電導線との間に、伸びに大きな差が生じることになる。複合材の伸線加工においては、構成材の変形伸びは一定でなければならないが、門型導体と超電導線の間の伸びに大きな差が生じる結果、元々伸び特性の良くない超電導線が断線することになるのである。
【００１８】
本発明者らは、上記の様な技術における不都合を考慮し、基本的に接合用半田を使用しないで、良好な特性を発揮することのできる安定化複合超電導線材を開発すべく、様々な角度から検討した。その結果、上記構成を採用すれば、上記目的が見事に達成されることを見出し、本発明を完成した。
【００１９】
本発明の特徴は、前記線状マトリックスに予め伸線加工を施すと共に溝を形成しておくことによって、溝に超電導線を挿入した後における断面積の減少（これを「有効変形」と呼ぶ）の量をできるだけ少なくして、超電導線の変形を極力少なくしたものである。即ち、上記の様な従来方法では門型導体に超電導線を挿入した後に伸線加工を行なうものであったので、上記の様な有効変形が生じ、これが断線の原因になっていたのであるが、本発明では前記線状マトリックスに予め伸線加工を施した後に溝に超電導導体を挿入する構成を採用したので上記有効変形が生じずに、断面積は一定で断面形状だけが変わることになる（これを「無効変形」と呼ぶ）。
【００２０】
そして、こうした構成を採用することによって、断線等の不都合を発生させることなく、且つ接合用半田を用いなくても、超電導線と線状溝付き異型マトリックスとの密着性を強固にすることができて、電気的・熱伝導的密着性を達成し、しかもＮｂ3Ｓｎ線や酸化物超電導線を素材に用いてもＷ＆Ｒ法によってマグネットを構成することのできる安定化複合超電導線材が実現できたのである。また、ＮｂＴｉ超電導線に比べて、加工性が良好でないＮｂ3Ｓｎ超電導線や酸化物超電導線の単重は、より加工上の制限を受けるので、大単重化はＮｂＴｉ超電導線以上に困難とされていたのであるが、本発明によると、こうした技術的課題も解決することができるのである。
【００２１】
例えば、Ｎｂ3Ｓｎ超電導線では５００ｋｇ級単重の線材を得ることは困難とされていたのであるが、本発明によれば５００ｋｇ級の安定化材を一体化させることにより５００ｋｇ級単重のＮｂ3Ｓｎ線や酸化物超電導線の製造が容易に達成されることになる。
【００２２】
本発明の構成および作用・効果を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の安定化複合超電導線材を製造する為の手順の一例を示す説明図であり、図中１は、超電導線、２は安定化材（第２の安定化材）としての線状マトリックスを、夫々示す。尚、図１では説明の便宜上、超電導線の詳細な構成については図示していないが、この超電導線１は金属系超電導線の場合は、前記図３、４に示した様に多数の超電導フィラメント（即ち、前記第１の安定化材６を多数含む）からなる複合化多芯線である。また、超電導線を構成する素材としては、上記多数の合金系超電導フィラメント以外にも、強度用線材や素線間絶縁材を含み得るものであり、これらも超電導線と一緒に抱合しても良い。
【００２３】
図１に示した方法においては、断面が円形である超電導線１と線状マトリックス２を密着結合させるという観点から、前記線状マトリックス２は、超電導線１を抱合した後の最終形状に近い断面形状に形成されている。即ち、図１に示した段階では、線状マトリックス２は、伸線加工が完了した状態であり、その後の加工において断面積は殆ど変化しない（無効変形のみ）様にされている。例えば、このときの線状マトリックス２の断面積は、最終形状の１００〜１０５％程度である。
【００２４】
そして、線状マトリックス２には、溝３が一方向に開口して形成されており、この溝３の開口部は線状超電導導体１が挿入できる程度に開いた形状にされる。尚、図１に示した線状マトリックス２では、断面外形が大略矩形状に形成されると共に、前記溝３に超電導線を挿入し易い様に溝２の開口部とは反対の方向に凹状に反った形状とされ［図１（ａ）］、その後の工程によって所定の超電導線材の断面形状に整形される。
【００２５】
この異形断面形状の線状マトリックス２の溝３内に、接合用半田を用いることなく超電導線１を挿入してから［図１（ｂ）］、前記溝３の両側壁を圧接する様に締め付けると共に、溝３の上端部によって超電導線１の上部を覆い被せる様にかしめることによって、線状マトリックス２中に超電導線１を埋設した安定化複合超電導線材４［図１（ｃ）］を得ることができる。
【００２６】
得られた安定化複合超電導線材４は、図１（ｃ）に示す様に、その断面外形が所定の形状（この図では矩形状）に成形されると共に、超電導線１と線状マトリックス２との密着性が十分なものとなって、超電導線１が線状マトリックス２中に強固に抱合したものとなる。尚、図１に示した断面構成では、超電導線１が線状マトリックス２に対して偏芯した状態で埋め込まれているが、本発明の構成はこうした偏芯状態に限定されるものではなく、線状マトリックス２の加工ができる範囲内で、超電導線１が線状マトリックス２の中心部分に存在する様に構成しても良い。
【００２７】
上記の密着抱合のときには、超電導線に過剰な伸びがかかると断線するが、本発明方法によれば、線状マトリックス２に予め伸線加工を施しており、複合化後には伸線加工を施さないものであるので、超電導線１に負荷される伸びは密着抱合時における５％以下だけとなり、上記の様な断線が生じることもない。
【００２８】
本発明では、上記一体化工程において、超電導線１と線状マトリクス２の間に接合用半田を使用しないものである。しかしながら、上記の様な工程によって安定化複合超電導線材４を形成することによって、超電導線１と線状マトリックス２との密着性が強固に達成され、これによって電気的・熱伝導的密着性が確保できると共に、接合用半田を用いずに超電導線１を線状マトリックス２中に強固に抱合されることによって、超電導線のマトリックス内からのはみ出し等の技術的課題も解決される。また、本発明によれば、半田付け加工が不要となって工程数の低減が図れると共に、高価な半田を用いる必要もないので、コストを大幅に低減することができる。
【００２９】
ところで、通常の超電導線では、その表面がホルマール被覆などのワニス系樹脂で絶縁被覆されているのが一般的であるが、本発明では、こうしたワニス系樹脂を使用してその表面に絶縁処理すると、溝を接合した部分から発泡する場合がある。こうしたことから、本発明の線状超電導導体１の表面に絶縁処理を施す場合には、紙テープによるテープ巻きや樹脂系ファイバーによる編組等によって絶縁層を形成することが推奨される。
【００３０】
尚、本発明の超電導線材において超電導線１としては、特に限定されるものではなく、前述したＮｂ−Ｔｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、Ｎｂ３Ａｌ等の金属系超電導線の他、前述した各種の酸化物超電導線のいずれも採用できる。また、前記図１では、超電導線１の断面形状が丸型のものを示したけれども、この形状についても丸型に限らず、例えば平角型のものであっても良い。更に、前記線状マトリックス２（安定化材）を構成する素材としては、埋設する超電導線１の種類に応じて適宜選べば良い。例えば、超電導線としてＮｂＴｉ超電導線を用いる場合には、この超電導線が比較的加工性が良くまた熱処理も低温で済むことから、銅（無酸素銅等）やアルミニウムまたはこれらの合金（銅合金やＡｌ合金）を使用すれば良い。また、Ｎｂ３Ｓｎ超電導線を用いる場合には、熱処理温度が高いことから（前記Ｗ＆Ｒ法）、融点の高い銅を使用するのが良い。更に、酸化物超電導線を用いる場合には、融点や酸素透過性等の点で銀または銀合金が採用される。
【００３１】
上記した方法によって本発明の安定化複合超電導線材が製造されるのであるが、こうした超電導線材は、前記超電導線が前記マトリックスに予め形成された溝に挿入され、前記溝の側壁上端部によって実質的に覆われており、接合用半田を用いないという特徴を有する。
【００３２】
図２は、本発明の安定化超電導線材を製造するための他の手順例を示す説明図であり、この図の基本的な構成は前記図１と類似し、対応する部分には同一の参照符号を付すことによって重複説明を回避する。そして、図２に示した構成では、線状マトリックス２の断面外形において、最終的な断面形状が大略円形状となる様な超電導線材を製造する為に構成された以外は前記図１に示したものと同様である。
【００３３】
本発明の安定化複合超電導線材は、コイル状に巻回されることによって超電導マグネットの素材とされるものである。また、図１、２に示した工程の後は、基本的に伸線加工は不要であるが、スキンパス程度の線引き加工は可能である。
【００３４】
次に、実施例を示すが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００３５】
【実施例】
実施例１
Ｃｕマトリックス中に、５５本のＮｂ−Ｔｉ合金フィラメントを埋設し、直径が０．７ｍｍで銅比が０．２となる丸型複合多芯線を通常の方法で作製した。この複合多芯線５ｋｍを用い、前記図１に示した方法に従って、異形銅マトリックス中に抱合し、断面形状が１．９×３．５ｍｍの矩形状で銅比が１０．５の安定化複合超電導線材を作製した。そして、この超電導線材の表面に、絶縁テープ紙によるテープ巻きによって絶縁層を形成した。
【００３６】
実施例２
Ｃｕマトリックス中に、１万本のＮｂ3Ｓｎフィラメントを埋設し、直径が１．０ｍｍで銅比が０．２となる丸型複合多芯線を通常の方法で作製した。この複合多芯線５ｋｍを用い、前記図１に示した方法に従って、異形銅マトリックス中に抱合し、断面形状が２．０×４．０ｍｍの矩形状で銅比が２０．０の安定化複合超電導線材を作製した。そして、この超電導線材の表面に、ガラス編組によって絶縁層を形成した。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、基本的に接合用半田を使用しない様にすることによって、工程数の増加や材料コストの低減を図ると共に、超電導線とマトリックスとの密着性を強固にすることによって、電気的・熱伝導的密着性を達成し、しかもＮｂ3Ｓｎ超電導線や酸化物超電導線を素材に用いてもＷ＆Ｒ法によってマグネットを構成することのできる安定化複合超電導線材が製造できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の安定化複合超電導線材を製造する為の手順の一例を示す説明図である。
【図２】本発明の安定化複合超電導線材を製造する為の他の手順例を示す説明図である。
【図３】一般的な超電導線の断面構造を示す説明図である。
【図４】高銅比安定化複合超電導線材の断面構造を説明する為の図である。
【符号の説明】
１  超電導線
２  線状マトリックス（第２の安定化材）
３  溝
４  安定化複合超電導線材
５  超電導導線
６  第１の安定化材
７  接合用半田
【図１】
0004213290.tif 000002
【図２】
0004213290.tif 000003
【図３】
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【図４】
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