JPH06150736A - 超電導永久電流スイッチ用線材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、オン・オフ制御を磁界で行う方式
の永久電流スイッチ用線材として好適であり、臨界磁界
が適度に低く、低磁界での臨界電流密度が大きく、常電
導状態での比抵抗が大きい永久電流スイッチ用線材を提
供すること、および、加工性を低下させることなく金属
基地の比抵抗を増大させることができ、製造が容易な永
久電流スイッチ用線材の製造方法の提供を目的とする。 【構成】 本発明は、ＣｕまたはＣｕ合金にＺｎまたは
Ｎｉを拡散させて生成された合金基地と、この合金基地
の内部に多数分散配列されたＮｂフィラメントとを具備
してなるものである。 【効果】 本発明によれば、ＣｕまたはＣｕ合金基地の
内部にＮｂのフィラメントが多数分散配列された構造に
なっているので、極低温に冷却することで、Ｎｂのフィ
ラメントが電気抵抗ゼロの超電導体となり、永久電流ス
イッチ用線材として適用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超電導関連装置で使用さ
れている超電導永久電流スイッチ用線材およびその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気エネルギー貯蔵の目的で超電
導エネルギー貯蔵システムの開発が進められている。こ
の超電導エネルギー貯蔵システムにおいて、超電導マグ
ネットに保持されたエネルギーを損失無く保存するため
には、永久電流スイッチが不可欠な要素となっている。
即ち、超電導マグネットを永久電流状態で運転する装置
においては、超電導コイルと永久電流スイッチを並列接
続して構成し、この並列回路を所望の電源にパワーリー
ドを介し接続する構成が一般的である。

【０００３】図９〜図１１に、このような構成の超電導
エネルギー貯蔵装置の一例を示す。これらの図において
符号１は超電導コイルを示し、この超電導コイル１と永
久電流スイッチ２を並列接続し、この回路にパワーリー
ド３と開閉スイッチ４とを介して交直変換装置５を接続
し、交直変換装置５に図示略の交流電源系統を接続して
構成されている。前記超電導コイル１と永久電流スイッ
チ２は、いずれも極低温において超電導状態に遷移する
超電導体から形成され、液体ヘリウムなどの冷媒で冷却
されるようになっている。なお、図９〜１１において
は、超電導コイル１と永久電流スイッチ２を液体ヘリウ
ムで冷却する装置と回路については省略している。

【０００４】図９〜図１１に示す超電導エネルギー貯蔵
装置を用いて電力の貯蔵を行なうには、図９に示すよう
に永久電流スイッチ２を開放して直流電流を超電導コイ
ル１に流し、磁気エネルギーとして電力を貯蔵する。次
に、図１０に示すように永久電流スイッチ２を閉じて超
電導コイル１の両端を短絡するとともに開閉スイッチ４
を開放すると、超電導コイル１は極低温状態に冷却され
ていて電気抵抗がゼロであるがために、電流は減衰する
ことなく超電導コイル１を流れ続け、そのときの超電導
コイル１に蓄えられたエネルギーが無損失で保存される
ことになる。次にこの貯蔵された電力を取り出すには、
図１１に示すように永久電流スイッチ２を開放するとと
もに開閉スイッチ２を閉じることで、超電導コイル１に
蓄えられていた磁気エネルギーを交流電力として取り出
すことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来、このような永久
電流スイッチ２のオン・オフ制御を行なう装置の原理と
しては、機械方式、温度制御方式、磁界制御方式などが
提案されている。このうち、現在実用化が進められて主
流となっているのは、温度制御方式であり、この温度制
御方式の装置は、永久電流スイッチ２を構成する超電導
線材に加熱ヒータを沿わせて設け、この加熱ヒータによ
り必要に応じて永久電流スイッチ２の超電導線材を臨界
温度以上になるように加熱する構成になっている。とこ
ろが、この温度制御方式の装置では、熱伝導に時間がか
かる問題や、制御系に潜熱などが影響するなどの問題が
あり、永久電流スイッチ２のオン・オフ制御の高速応答
には適応できない問題があった。

【０００６】そこで注目されているのが、磁界制御方式
である。この磁界制御方式とは、永久電流スイッチ２を
構成する超電導線材が、臨界磁界を越える磁場中におか
れると常伝導状態に遷移する現象を利用し、永久電流ス
イッチ２を構成する超電導線材に、別途設けた制御用超
電導コイルにより磁場をかけることができる構成とした
ものである。そしてこの磁界制御方式によれば、超電導
線材に所望の磁場をかけること、および、磁場を取り去
ることは制御用超電導コイルに対する通電制御により瞬
時にできるので、この磁界制御方式によれば永久電流ス
イッチ２のオン・オフ制御の高速応答が可能になる。

【０００７】そこで本願発明者らは、この磁界制御方式
用永久電流スイッチの線材の開発を試みたところ、この
線材に要求される特性は、臨界磁界が適度に低いこと、
低磁界での臨界電流が大きいこと、安定性が高いこと、
オフ状態（常伝導状態）での電気抵抗が高いことなどが
必要されることを知見し、この知見に基づく研究開発の
結果、本願発明に到達した。

【０００８】本発明は前記事情に鑑みてなされたもので
あり、オン・オフ制御を磁界で行う方式の永久電流スイ
ッチ用線材として好適であり、臨界磁界が適度に低く、
低磁界での臨界電流密度が大きく、常電導状態での比抵
抗が大きい永久電流スイッチ用線材を提供すること、お
よび、加工性を低下させることなく金属基地の比抵抗を
増大させることができ、製造が容易な永久電流スイッチ
用線材の製造方法の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は前
記課題を解決するために、ＣｕまたはＣｕ合金にＺｎま
たはＮｉを拡散させて生成された合金基地と、この合金
基地の内部に多数分散配列されたＮｂフィラメントとを
具備してなるものである。

【００１０】請求項２記載の発明は前記課題を解決する
ために、前記Ｎｂフィラメントが、ＣｕあるいはＣｕ合
金からなる金属基地の内部に分散された樹脂状晶を線引
き加工によりフィラメント化して形成されたものであ
る。

【００１１】請求項３記載の発明は前記課題を解決する
ために、Ｎｂの樹脂状晶をＣｕまたはＣｕ合金の金属基
地の内部に分散してなるインサイチュ合金あるいはこの
インサイチュ合金を縮径加工したインサイチュ線材を用
い、これらの合金あるいは線材の周囲に、Ｚｎ、Ｚｎ-
Ｃｕ合金、Ｎｉ-Ｃｕ合金のいずれかからなる被覆層を
設けて被覆複合線を形成し、この被覆複合線に線引き加
工を施して金属基地の内部にＮｂのフィラメントを多数
分散配列させ、次いで熱処理を施して金属基地の内部側
に前記被覆層中のＺｎまたはＮｉを拡散させることによ
り金属基地を高電気抵抗化するものである。

【００１２】

【作用】ＣｕまたはＣｕ合金基地の内部にＮｂのフィラ
メントが多数分散配列された構造になっているので、極
低温に冷却することで、Ｎｂのフィラメントが抵抗ゼロ
の超電導状態となり、永久電流スイッチ用線材として適
用できる。また、ＣｕあるいはＣｕ合金基地の内部に生
成したＮｂの樹脂状晶を線引き加工によりフィラメント
化したものにおいては、金属基地の内部に、Ｎｂの極細
のフィラメントが多数分散配列された構造を有してい
る。従ってＮｂフィラメントが極低温に冷却された場合
に超電導状態となり、これが永久電流スイッチ用線材と
しての超電導体となる。前記Ｎｂフィラメント自体は、
不連続繊維の集合体であるが、フィラメントどうしの間
隔が極めて小さいので超電導状態で近接効果が作用して
超電導電流が流れることになる。

【００１３】更に、金属基地をＣｕなどの良導電体に比
べて高電気抵抗化しているので、スイッチイング動作を
行う超電導エネルギー貯蔵用装置の永久電流スイッチ用
として好適になっている。また、ＣｕまたはＣｕ合金か
らなる金属基地内にＮｂの樹脂状晶を分散させたインサ
イチュ合金からスタートして製造したものは、超電導体
として臨界電流密度が高く、また、臨界磁界の比較的低
いものが容易に得られる。よって、磁界制御方式の永久
電流スイッチ用として好適である。

【００１４】また、本発明方法によれば、インサイチュ
合金からスタートして製造しているので、超電導体とし
て臨界電流密度が高く、また、臨界磁界の比較的低いも
のが容易に得られる。よって、磁界制御方式の永久電流
スイッチ用として好適な線材が得られる。更に前記の方
法によれば、必要な線径になるまでインサイチュ線の状
態で縮径してから被覆層を形成し、それから熱処理して
元素拡散させるので、インサイチュ線材の良好な加工性
を維持しながら塑性加工ができる。よって製造途中の縮
径加工中に断線などの事故を生じることがない。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は本発明に係る永久電流スイッチ用線
材を製造する方法の一例について説明するためのもの
で、この例の方法を実施するには、図１（ａ）に示すイ
ンサイチュ合金１０を製造する。このインサイチュ合金
１０は、所定成分のＣｕ-Ｎｂ合金を溶解鋳造して得ら
れるもので、ＣｕあるいはＣｕ合金からなる金属基地１
１の内部にＮｂの樹脂状晶１２が分散した組織を有し、
しかも縮径加工などの塑性加工性が高いものである。前
記Ｎｂの樹脂状晶１２は、直径数μｍ〜数１０μｍ程度
の大きさのものであり、Ｃｕに対してＮｂが固溶しない
ことから、鋳造した場合に、Ｎｂが樹脂状晶としてＣｕ
またはＣｕ合金からなる金属基地１１の内部に析出して
生成するものである。

【００１６】次に、前記インサイチュ合金１０に圧延加
工、鍛造加工、あるいは、ダイスによる線引き加工など
の塑性加工を施して縮径し、図１（ｂ）に示すインサイ
チュ線材１３を得る。このインサイチュ線材１３は、Ｃ
ｕあるいはＣｕ合金からなる金属基地１４の内部に、前
記塑性加工により樹脂状晶１２を加工して形成された繊
維状のＮｂのフィラメント１５が多数分散配列されたも
のである。なお、前記塑性加工の段階において、インサ
イチュ合金１０の外周部を損傷させないこと、あるい
は、ダイスとの焼き付きなどを無くするなどの目的か
ら、インサイチュ合金１０の外周にＣｕなどからなる加
工性の良好な管体を被せてから塑性加工しても良い。ま
た、前記塑性加工は、目的の永久電流スイッチ用線材に
要求される線径と同等のレベルまで必要回数繰り返すも
のとし、塑性加工中に中間焼鈍などの熱処理を適宜施し
ても良い。この場合、インサイチュ線材１３は加工性に
優れているので、加工中の断線事故などの問題は生じに
くい。

【００１７】インサイチュ線材１３を得たならば、この
インサイチュ線材１３にＺｎ、Ｃｕ-Ｚｎ合金、あるい
は、Ｃｕ-Ｎｉ合金からなるメッキ層を形成するか、こ
れらの材料からなる管体を被せることにより、図１
（ｃ）に示す被覆層１６を形成して被覆複合線１７を得
る。なお、被覆層１６としてＺｎ被覆層を用いた場合、
金属基地のＣｕに対するＺｎの固溶限が３８.２ａｔ％
であることから、被覆層１６のインサイチュ線材１３に
対する厚さを前記固溶限を越えないような厚さにしてお
くことが好ましい。なおまた、インサイチュ線材１３の
外周に被覆層１６を形成する手段としては、管体を被せ
て縮径する方法が大量生産向きで好ましいとともに、こ
の方法では管体の厚さを変更することで被覆層１６の厚
さを自由に調節できる利点もあるので好適である。

【００１８】次に、前記被覆複合線１７を加熱炉などに
おいて７００〜８００℃で数時間〜数１０時間加熱す
る。この加熱処理により被覆層１６を構成する金属元素
がインサイチュ線１３側に拡散し、これによりインサイ
チュ線材１３の金属基地１４にＺｎまたはＮｉが拡散し
て金属基地１４が高電気抵抗化され、図１（ｄ）に示す
永久電流スイッチ用線材１９が得られる。この線材１９
は、高電気抵抗化された金属基地の内部に、Ｎｂの極細
のフィラメントが多数分散配列された構造を有してい
る。従ってＮｂフィラメントが極低温に冷却された場合
に超電導体となり、これが永久電流スイッチ用線材とし
ての超電導体となる。前記Ｎｂフィラメント自体は、不
連続繊維の集合体であるが、フィラメントどうしの間隔
が極めて小さいので超電導状態では近接効果が作用して
超電導電流が流れることになる。

【００１９】更に、前記線材１９は、その金属基地をＣ
ｕなどの良導電体に比べて高電気抵抗化しているので、
スイッチイング動作を行う超電導エネルギー貯蔵用装置
の永久電流スイッチ用として好適になっている。また、
インサイチュ合金１０からスタートして製造しているの
で、超電導体として臨界電流密度が高く、また、臨界磁
界の比較的低いものが容易に得られる。よって、磁界制
御方式の永久電流スイッチ用として好適である。更に前
記の方法によれば、必要な線径までインサイチュ線１３
の状態で縮径してから被覆層１６を形成し、それから熱
処理して元素拡散させるので、インサイチュ線材１３の
良好な加工性を維持しながら加工ができる。なお、前記
のＮｉやＺｎを拡散させて高電気抵抗化した後の金属基
地は、インサイチュ線１３に比べて硬化し、塑性加工性
が低下することになる。よって、必要な線径までこれら
の元素の拡散を行なわずに最終段階で拡散させることに
よりインサイチュ線１３の有する高い加工性を維持する
ことができ、加工途中に断線させることなく所望の線径
の線材１９を得ることができる。

【００２０】なお、前記インサイチュ線材１３の金属基
地１４に元素を拡散させてこれを高電気抵抗化する場
合、Ｎｉ被覆を形成することも考えられるが、Ｎｉ被覆
を施してこれを拡散させると、Ｎｂ濃度４０重量％程度
で現われるＮｂＮｉ金属間化合物、Ｎｂ濃度６５重量％
程度で現われるＮｂＮｉ₃金属間化合物が析出し、これ
らが超電導特性と加工性に悪影響を及ぼすために、好ま
しくない。この点においてＮｉ濃度の低いＣｕ-Ｎｉ合
金を用いれば前記問題が生じるおそれは少なく、更に、
金属間化合物生成による悪影響のおそれの少ないＺｎや
Ｃｕ-Ｚｎ合金を用いれば問題は生じない。

【００２１】図２は前記永久電流スイッチ用線材１９が
設けられる超電導エネルギー貯蔵装置の一例を示すもの
であり、この例の装置において、２１は超電導コイル、
２２は超電導コイル２１に並列接続された永久電流スイ
ッチ、２３は超電導コイル２１と永久電流スイッチ２２
に接続されたパワーリード、２４はパワーリード２３に
組み込まれた開閉スイッチ、２５はパワーリード２３に
接続された交直変換器をそれぞれ示している。この例の
永久電流スイッチ２２は、前記線材１９をコイル状に加
工して形成されている。また、図２において２６は制御
用超電導コイル、２７はこの制御用超電導コイル２６に
接続された定電流源である。更に、図２において２８は
冷却容器による極低温領域を示し、この領域を液体ヘリ
ウムにより極低温に冷却することで超電導コイル２１と
永久電流スイッチ２２と制御用超電導コイル２６をそれ
ぞれ超電導状態にすることができるようになっている。
前記制御用超電導コイル２６は１テスラ程度の磁場を発
生させることができるものである。

【００２２】前記構成の装置にあっては、図９〜図１１
を基に説明した従来の超電導エネルギー貯蔵装置と同様
に、電力の充電と貯蔵と放出ができるものである。ま
ず、充電を行なうには、開閉スイッチ２４を閉じて回路
を接続するとともに、定電流源２７を作動させて制御用
超電導コイル２６に通電し、制御用超電導コイル２６に
より永久電流スイッチ２２の線材１９に磁場をかける。
この場合、線材１９の臨界磁界よりも高い磁場をかけ
る。これにより、線材１９は極低温においても常電導状
態になるので永久電流スイッチ２２は切られた状態にな
り、超電導コイル２１に直流電流が流れ、磁気エネルギ
ーとして電力を貯蔵することができるようになる。

【００２３】次に、開閉スイッチ２４を開いて、制御用
超電導コイル２６に対する通電を停止して永久電流スイ
ッチ２２に対する磁場を解除すると、永久電流スイッチ
２２の線材１９は超電導状態になるので、超電導コイル
２１の両端を短絡することになる。これにより、超電導
コイル２１は極低温状態に冷却されていて電気抵抗がゼ
ロであるがために、電流は減衰することなく超電導コイ
ル２１を流れ続け、そのときの超電導コイル２１に蓄え
られたエネルギーが無損失で保存されることになる。

【００２４】次にこの貯蔵された電力を取り出すには、
制御用超電導コイル２６に通電して永久電流スイッチ２
２の線材１９を常電導状態に遷移させとともに、開閉ス
イッチ２４を閉じて回路を接続する。これにより、超電
導コイル２１に蓄えられていた磁気エネルギーを交流電
力として取り出すことができる。このようにして永久電
流スイッチ２２のオン・オフ制御を行うことができる。
なお、このような磁場の負荷と解除により永久電流スイ
ッチ２２のオン・オフ制御を行なうならば、応答が速い
ので、高速応答に容易に対応することができる。

【００２５】図３は本発明方法の他の例について説明す
るためのもので、この例では、図１（ａ）に示したイン
サイチュ合金１０と同等のインサイチュ合金３０を用い
る。このインサイチュ合金３０は、ＣｕまたはＣｕ合金
からなる金属基地３１の内部にＮｂの樹脂状晶３２が多
数分散されてなるものである。次に前記インサイチュ合
金３０に圧延加工、鍛造加工、あるいは、ダイスによる
線引き加工などの塑性加工を施して縮径し、図３（ｂ）
に示すインサイチュ線材３３を得る。このインサイチュ
線材３３は、図１（ｂ）に示すものと同等のものであ
る。

【００２６】次いで前記インサイチュ線材３３を図３
（ｃ）に示すように多数本集合して加工性の良好なＣｕ
あるいはＣｕ合金などの管体３４の内部に収納し、全体
を前記と同様の塑性加工により縮径して複合線３５を
得、縮径後にこの複合線３５の周囲に図３（ｄ）に示す
被覆層３６を形成して被覆複合線３７を得る。ここで用
いる被覆層３６は図１（ｃ）に示す被覆層１６と同等の
ものを用いる。また、インサイチュ線材３３を集合して
から管体に収納し、更に縮径する作業を１回ではなく、
複数回繰り返し行なっても良い。

【００２７】次に、前記被覆複合線３７を加熱炉などに
おいて７００〜８００℃で数時間〜数１０時間加熱す
る。この加熱処理により被覆層３６を構成する金属元素
がインサイチュ線３３側に拡散し、これによりインサイ
チュ線材３３の金属基地にＺｎまたはＮｉが拡散して金
属基地が高電気抵抗化され、図３（ｅ）に示す永久電流
スイッチ用線材３９が得られる。この構成の線材３９
は、インサイチュ線材３３を縮径したものを多数含む多
心構造になっているので、臨界電流密度が高く、臨界磁
界が適当に低く、スイッチング時の磁場、および、電流
変動に伴う交流損失が小さく、安定性に優れる特徴があ
る。このように構成した永久電流スイッチ用線材３９に
あっても先に説明した例の線材１９と同様に図２に示す
超電導エネルギー貯蔵装置の永久電流スイッチ用として
使用することができる。

【００２８】図４は本発明方法の別の例について説明す
るためのもので、この例では、図１（ａ）に示したイン
サイチュ合金１０と同等のインサイチュ合金４０を用い
る。このインサイチュ合金４０は、ＣｕまたはＣｕ合金
からなる金属基地４１の内部にＮｂの樹脂状晶４２が多
数分散されてなるものである。次に前記インサイチュ合
金４０に圧延加工、鍛造加工、あるいは、ダイスによる
線引き加工などの塑性加工を施して縮径し、図４（ｂ）
に示すインサイチュ線材４３を得る。このインサイチュ
線材４３は、図１（ｂ）に示すものと同等のものであ
る。

【００２９】次いで前記インサイチュ線材４３の周囲に
被覆層４６を形成して被覆複合線４７を得る。ここで用
いる被覆層４６は図１（ｃ）に示す被覆層１６と同等の
ものを用いる。続いて図４（ｃ）に示すように被覆複合
線４７を多数本集合して加工性の良好なＣｕあるいはＣ
ｕ合金などの管体４４の内部に収納し、全体を前記と同
様の塑性加工により縮径して複合線４５を得る。

【００３０】次に、前記複合線４５を加熱炉などにおい
て７００〜８００℃で数時間〜数１０時間加熱する。こ
の加熱処理により被覆層４６を構成する金属元素がイン
サイチュ線４３側に拡散し、これによりインサイチュ線
材４３の金属基地にＺｎまたはＮｉが拡散して金属基地
が高電気抵抗化され、図４（ｄ）に示す永久電流スイッ
チ用線材４９が得られる。この拡散の場合、インサイチ
ュ線材４３の周囲に直接被覆層４６が形成されているの
で、被覆層４６を構成するＺｎやＮｉなどの金属元素が
拡散する距離が少なくて済み、拡散時の加熱温度や時間
を短縮できる効果がある。この構成の線材４９は、イン
サイチュ線材４３を縮径したものを多数含む多心構造に
なっているので、前記線材３９と同様の特徴を有するも
のである。このように構成した永久電流スイッチ用線材
４９にあっても先に説明した例の線材１９と同様に図２
に示す超電導エネルギー貯蔵装置の永久電流スイッチ用
として使用することができる。

【００３１】なお、図４（ａ）に示すインサイチュ合金
４０からインサイチュ線材４３を形成し、次いで被覆複
合線４７を製造する場合、あるいは、図３（ａ）に示す
インサイチュ合金３０からインサイチュ線材３３を形成
する場合に、図５に示すように、インサイチュ合金から
なる厚肉管体５１を形成し、これの内部に前記被覆層４
６を構成する元素と同等の元素からなるロッド５２を挿
入して複合し、これを縮径して多数本集合するなどの方
法を実施し、更に必要に応じて縮径して熱処理すること
により永久電流スイッチ用線材を製造しても良い。この
場合は、インサイチュ合金からなる厚肉管体５１の金属
基地に対し、厚肉管体５１の中心部側のロッド５２か
ら、ＺｎやＮｉを拡散させて厚肉管体５１の金属基地を
高電気抵抗化することができる。従ってロッド５２を構
成する金属元素の拡散距離が少なくなり、熱処理時間や
温度を低くすることができる効果がある。なお、この例
の構造において、拡散させるＺｎやＮｉの量は、厚肉管
体５１の肉厚を調整するか、その内部に挿入するロッド
５２の直径を調整することにより容易に行うことができ
る。

【００３２】（製造例１）Ｃｕ-５０ｗｔ％Ｎｂの組成
を有するインサイチュ合金を用い、このインサイチュ合
金に線引き加工を施して直径０.３ｍｍのＣｕ-Ｎｂ合金
からなるインサイチュ線材を得た。次にこのインサイチ
ュ線材をＺｎ管の内部に収納して線引き加工する方法に
より、表面に、厚さ１８μｍのＺｎ層を有する被覆複合
線を製造し、次にこの被覆複合線を加熱炉において８０
０℃で３０時間熱処理した。これによりＺｎ層のＺｎを
インサイチュ線材の金属基地内に拡散させてインサイチ
ュ線材の基地をＣｕ-Ｚｎ合金化し、永久電流スイッチ
用線材を得た。

【００３３】この線材試料においては、約３０重量％の
Ｚｎを合金化したことになり、この試料において、２０
Ｋにおける比抵抗は４.３μΩ・ｃｍとなった。また、
前記Ｚｎ層を被覆していないインサイチュ線材の２０Ｋ
における比抵抗は、０.２５μΩ・ｃｍであった。従っ
て、Ｚｎ層を被覆してインサイチュ線材の金属基地をＣ
ｕ-Ｚｎ合金化することにより、比抵抗を約１７倍に増
大させることができた。 一方、この線材試料の比抵抗
の温度特性を図６に示す。図６に示す結果から、Ｚｎを
被覆していないオリジナルの試料に比べて、本発明の試
料はいずれの温度でも比抵抗が増大していることが明ら
かである。また、両者の線材の超電導特性を比較したと
ころ、Ｚｎを金属基地に拡散させたことによる超電導特
性の劣化はほとんど見られず、いずれの試料も、０.２
テスラの磁場中において臨界電流は１００Ａであった。
以上のことから、比抵抗の小さなインサイチュ線材を用
いて比抵抗の大きな永久電流用線材を得ることができ
た。

【００３４】（製造例２）Ｃｕ-５０ｗｔ％Ｎｂの組成
を有するインサイチュ合金を用い、このインサイチュ合
金に線引き加工を施して直径０.３ｍｍのＣｕ-Ｎｂ合金
からなるインサイチュ線材を得た。次にこのインサイチ
ュ線材の表面に、厚さ１２μｍのＺｎメッキ層を形成し
て被覆複合線を製造し、次にこの被覆複合線を加熱炉に
おいて８００℃で３０時間熱処理した。これにより、Ｚ
ｎ層のＺｎをインサイチュ線材の金属基地内に拡散させ
てインサイチュ線材の基地をＣｕ-Ｚｎ合金化した。

【００３５】この試料においては、約１２重量％のＺｎ
を合金化したことになり、この試料において、２０Ｋに
おける比抵抗は２.４μΩ・ｃｍとなった。また、前記
Ｚｎ層を被覆していないインサイチュ線材の２０Ｋにお
ける比抵抗は、０.２５μΩ・ｃｍであった。従って、
Ｚｎ層を被覆してインサイチュ線材の金属基地をＣｕ-
Ｚｎ合金化することにより、比抵抗を約１０倍に増大さ
せることができた。一方、両者の線材の超電導特性を比
較したところ、Ｚｎを金属基地に拡散させたことによる
超電導特性の劣化はほとんど見られず、いずれのものも
０.２テスラの磁場中において臨界電流は１００Ａであ
った。この永久電流スイッチ用線材の温度と比抵抗との
関係を図７に示す。図７に示す結果から、Ｚｎを被覆し
ていないオリジナルの試料に比べて、本発明の試料はい
ずれの温度でも比抵抗が増大していることが明らかであ
る。以上のことから、比抵抗の小さなインサイチュ線材
を用いて比抵抗の大きな永久電流スイッチ用線材を得る
ことができた。また、前記永久電流スイッチ用線材の臨
界電流と磁場との関係を図８に示す。図８から明らかな
ように、この例の線材は、低磁界域での臨界電流が十分
に高いことが明らかである。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｃ
ｕまたはＣｕ合金基地の内部にＮｂのフィラメントが多
数分散配列された構造になっているので、極低温に冷却
することで、Ｎｂのフィラメントが電気抵抗ゼロの超電
導体となり、永久電流スイッチ用線材として適用でき
る。また、ＣｕまたはＣｕ合金基地の内部に生成したＮ
ｂの樹脂状晶を線引き加工によりフィラメント化したも
のにおいては、金属基地の内部に、Ｎｂの極細のフィラ
メントが多数分散配列された構造を有している。従って
Ｎｂフィラメントが極低温に冷却された場合に超電導体
となり、これが永久電流スイッチ用線材としての超電導
体となる。前記Ｎｂフィラメント自体は、不連続繊維の
集合体であるが、フィラメントどうしの間隔が極めて小
さいので近接効果が作用して超電導電流が流れることに
なる。

【００３７】更に、金属基地をＣｕなどの良導電体に比
べて高電気抵抗化しているので、スイッチイング動作を
行う超電導エネルギー貯蔵用装置の永久電流スイッチ用
として好適になる。また、インサイチュ合金からスター
トして製造したものは、超電導体として臨界電流密度が
高く、また、臨界磁界の比較的低いものが容易に得られ
る。よって、磁界制御方式の永久電流スイッチ用として
好適である。

【００３８】また、本発明方法によれば、インサイチュ
合金からスタートして製造しているので、超電導体とし
て臨界電流密度が高く、また、臨界磁界の比較的低いも
のが容易に得られる。よって、磁界制御方式の永久電流
スイッチ用として好適な線材が得られる。また、本発明
方法によれば、比抵抗の小さなインサイチュ線材を用
い、比抵抗の大きな永久電流用線材を得ることができ
た。更に本発明方法によれば、必要な線径までインサイ
チュ線の状態で縮径してから被覆層を形成し、それから
熱処理して元素拡散させるので、インサイチュ線材の良
好な加工性を維持しながら塑性加工ができる。これに対
して必要な線径まで塑性加工する前に元素拡散を行う
と、金属基地が硬化するので好ましくない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は本発明方法の第１の例で用いるイ
ンサイチュ合金の断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のイ
ンサイチュ合金を線引き加工して得たインサイチュ線材
を示す断面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のインサイチュ
線材にＺｎ層を被覆した被覆複合線を示す断面図、図１
（ｄ）は図１（ｃ）の被覆複合線に熱処理を施して得た
永久電流スイッチ用線材の断面図である。

【図２】図２は本発明に係る線材から形成した永久電流
スイッチを備えた超電導エネルギー貯蔵装置の一例を示
す構成図である。

【図３】図３（ａ）は本発明方法の第２の例で用いるイ
ンサイチュ合金の断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のイ
ンサイチュ合金を線引き加工したインサイチュ線材を示
す断面図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のインサイチュ線材
を多数本集合した状態を示す断面図、図３（ｄ）は図３
（ｃ）に示す集合体を線引き加工してからその表面に被
覆層を形成した状態を示す断面図、図３（ｅ）は図３
（ｄ）に示す被覆線材を熱処理して得た永久電流スイッ
チ用線材の第２の例を示す断面図である。

【図４】図４（ａ）は本発明方法の第３の例で用いるイ
ンサイチュ合金の断面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のイ
ンサイチュ合金を線引き加工したインサイチュ線材に被
覆層を形成した被覆複合線を示す断面図、図４（ｃ）は
図４（ｂ）の被覆複合線を多数本集合した状態を示す断
面図、図４（ｄ）は図４（ｃ）に示す被覆複合線を熱処
理して得た永久電流スイッチ用線材の第２の例を示す断
面図である。

【図５】図５は本発明に係る他の製造方法に使用するイ
ンサイチュ合金の管体とロッドを示す断面図である。

【図６】図６は３０ｗｔ％のＺｎを含むように被覆層を
設けて熱処理して構成した永久電流スイッチ用線材の比
抵抗と絶体温度の関係を示す線図である。

【図７】図７は１２ｗｔ％のＺｎを含むように被覆層を
設けて熱処理して構成した永久電流スイッチ用線材の臨
界電流と臨界磁場の関係を示す線図である。

【図８】図８は３０ｗｔ％のＺｎを含むように被覆層を
設けて熱処理して構成した永久電流スイッチ用線材の比
抵抗と絶体温度の関係を示す線図である。

【図９】図９は従来の永久電流スイッチを備えた超電導
エネルギー貯蔵装置の一例に充電している状態を示す構
成図である。

【図１０】図１０は従来の永久電流スイッチを備えた超
電導エネルギー貯蔵装置の一例に電力を保存している状
態を示す構成図である。

【図１１】図１１は従来の永久電流スイッチを備えた超
電導エネルギー貯蔵装置の一例から電力を取り出してい
る状態を示す構成図である。

【符号の説明】

１０、３０、４０、 インサイチュ合金、 １１、３
１、４１、 金属基地、 １２、３２、４２、 樹脂状晶、 １３、３３、４３、 インサイチュ線材、 １４、 金属基地、 １５、
フィラメント、 １６、３６、４６、 被覆層、 １７、３７、４７、 被覆複合線、 １９、３９、４９、 永久電流スイッチ用線材、 ２１、 超電導コイル、 ２２、 永久電流スイッチ、 ２６、 制御用超電導コイル、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 謙次 東京都江東区木場一丁目５番１号 株式会 社フジクラ内 (72)発明者 上所 操 宮城県仙台市青葉区中山七丁目２番１号 東北電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 本間 仁 宮城県仙台市青葉区中山七丁目２番１号 東北電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 能登 宏七 岩手県盛岡市月ヶ丘二丁目８番11号 (72)発明者 松川 倫明 岩手県盛岡市上田一丁目20番31号

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣｕまたはＣｕ合金にＺｎまたはＮｉを
   拡散させて生成された合金基地と、この合金基地の内部
   に多数分散配列されたＮｂフィラメントとを具備してな
   ることを特徴とする超電導永久電流スイッチ用線材。
2. 【請求項２】 前記Ｎｂフィラメントが、Ｃｕあるいは
   Ｃｕ合金からなる金属基地の内部に分散された樹脂状晶
   を線引き加工によりフィラメント化したものであること
   を特徴とする超電導永久電流スイッチ用線材。
3. 【請求項３】 Ｎｂの樹脂状晶をＣｕまたはＣｕ合金の
   金属基地の内部に分散してなるインサイチュ合金あるい
   はこのインサイチュ合金を縮径加工したインサイチュ線
   材を用い、この合金あるいは線材の周囲に、Ｚｎ、Ｚｎ
   -Ｃｕ合金、Ｎｉ-Ｃｕ合金のいずれかからなる被覆層を
   設けて被覆複合線を形成し、この被覆複合線に縮径加工
   を施して金属基地の内部にＮｂのフィラメントを多数分
   散配列させ、次いで熱処理を施して金属基地の内部に前
   記被覆層中のＺｎまたはＮｉを拡散させて金属基地を高
   電気抵抗化することを特徴とする超電導永久電流スイッ
   チ用線材の製造方法。