お知らせ

明興双葉株式会社〈本社:東京都中央区 代表取締役会長兼社長:是松孝典 以下「明興双葉」〉と株式会社由紀精密〈本社:神奈川県茅ヶ崎市 代表取締役社長:大坪正人 以下「由紀精密」〉は、従来よく用いられるニオブチタン合金よりも高温・高磁場応用が実現できる金属間化合物を用いた新しい超伝導ワイヤーを開発する。
現状広く実用化されているニオブチタン合金〈NbTi〉の臨界磁場は約10Tだが、本プロジェクトでは、ニオブスズ〈Nb₃Sn〉やニオブアルミ〈Nb₃Al〉などの高温・高磁場応用の実現が期待できるが脆く伸ばしにくい金属間化合物を線材へ加工する製造技術を確立させ、新しい超伝導ワイヤー製造技術を開発する。
明興双葉の持つ0.05mmという髪の毛よりも細い線を連続的に加工できる量産伸線技術と、由紀精密の持つ全く新しい製造装置の開発能力を組み合わせ、共同開発を進める。2019年中に試作品を評価し、2020年以降の製品化を目指す。将来的にはCERNをはじめとした衝突型加速器、MRIなどの高磁場が必要な医療器、船舶や電車、リニアモーターカーをはじめ、あらゆる業界での利用が期待される。

– 超伝導、金属間化合物について
超伝導物質は臨界温度以下で電気抵抗がゼロのため強力な電磁石を作ることができ、MRI診断装置、高速リニア新幹線、高エネルギー粒子加速器や核融合炉など、医療、輸送、エネルギー等の幅広い分野に 応用されている。しかし、磁場の強さが限界値を超えると超伝導性が破壊され〈臨界磁場〉、そこが超伝導応用機器としての性能限界となる。
広く実用化されているニオブチタン合金〈NbTi〉の液体ヘリウムで冷却できる温度〈4.2K=約マイナス269℃〉での臨界磁場は約10Tである。それよりも強い磁場が必要な場合は、別の超伝導素材を線材化する必要がある。これまでに使用された素材として、例えばニオブスズ〈Nb₃Sn〉があるが、ニオブチタンは加工しやすい「合金」〈異種の金属がただ混ざりあったもの〉であることに対して、ニオブスズは機械的に脆弱な「金属間化合物」〈異種の金属が単純な整数比で結合したもの〉であるため、線材にすることが難しい。 ※1
同じ金属間化合物にニオブアルミ〈Nb₃Al〉や二ホウ化マグネシウム〈MgB₂〉があり、同様に加工が非常に難しいが、それぞれニオブチタンより臨界温度、臨界磁場共に優位であり巨大な潜在能力を秘めている。 ※2 ※3 ※4

– 高い磁束密度を出せるワイヤー開発の必要性
今や、MRI診断装置の世界市場は1兆円規模に拡大しており、特に中国での需要が急速に増加している。現在のMRIにはニオブチタン製の超伝導磁石が搭載されているが、脳や脊髄の活動に関連した血流動態反応を可視化するf-MRIでは、7~12Tもの強い磁場を提供できる超伝導磁石が必要となる。さらに中国内陸部などの液体ヘリウムの入手が困難な地域では、冷凍機冷却で運転できる新しいMRIが求められる。10K以上で動作する超伝導磁石が必要で、ニオブチタンではもはや成り立たない。
さらに世界最大の素粒子物理学の研究機構「セルン〈CERN〉」では、現在の周長27kmの大型ハドロン衝突型加速器〈LHC〉に引き続き、将来計画として周長100kmもの超巨大円形加速器〈FCC〉の建設が検討されている。その計画では、長さが約14mの超伝導磁石がおよそ4,600台製造され、周長100kmの地下トンネルに並べられるとされる。超伝導磁石の発生磁場は16Tであり、使われる超伝導線材には、1,500A/㎟もの高い電流密度を16Tで保持できる高い性能が求められている。今のとこ ろ、候補としてニオブスズが検討されているが、まだまだ数多くの課題が残されており、新しい高性能超伝導ワイヤーが必要とされている。 ※5 ※6 ※7

– 明興双葉の技術を生かしたブレークスルー
ニオブチタンは延性に富む合金で線材加工やコイル巻き線が容易である。そのため、超伝導市場の圧倒的なシェアを占めている。一方、金属間化合物超伝導材料は、ニオブチタンより臨界温度、臨界磁場共に優位であるが、本質的な機械的脆弱性を克服しなければニオブチタンほどの広い普及は難しい。
銅をはじめとする一般的な電線市場では、電流容量を変えずに機械的自由度を増す、即ち柔軟性が高められた「可とう電線」が大量に流通している。線材外径を細くして柔軟性を出し、それらを多重編組して大電流容量を維持する。この基本原理を金属間化合物線材に適用し、ニオブチタン合金に及ばない金属間化合物線材の本質的な弱点を克服する。金属間化合物は加工そのものが難しい素材であるが、約60年間で培ってきた明興双葉の技術力を生かしてブレークスルーを図る。

– 開発者のコメント
明興双葉株式会社 電線事業本部 技術部長 山本 優
技術者としてこれまで様々な電線材の加工研究に取り組んできました。超伝導体を用いた次世代高磁場用線材の研究開発の一員として、プロジェクトをスタート出来る事を非常に嬉しく思います。弊社が長年培った経験・技術・ノウハウを駆使し、”未来の感動を創り出すために”邁進してまいります。
株式会社由紀精密 開発部 部長 永松 純 ※8
このような形で再び超伝導に関われることを嬉しく思います。超伝導を工業製品として応用することは材料そのものの研究とは違った困難があり、またそれが魅力でもあります。本プロジェクトで安定した超伝導ワイヤーの製造技術を確立させ、次世代の線材候補として裾野が広がるよう、精一杯努力したいと思います。

– 開発会社情報
明興双葉株式会社 www.meiko-futaba.co.jp
銅をはじめとする金属の細線化から、平編銅線や可とう軟銅撚り線などの加工技術を得意とする電気導体の製造・販売メーカー。通信ケーブルや信号ケーブルなど半導体製造装置及び工作機械等に用いられるワイヤーハーネスも幅広く取り扱う。主に自動車業界や産業用機械などの電線・シールド線の製品を供給しており、特にハイブリッドカーのシールド線において非常に高いシェアを持つ。1954年設立。国内4拠点、海外1拠点、従業員数400人からなる。由紀ホールディングスグループ会社。
お問い合わせ先 mf-sales@meiko-futaba.co.jp

株式会社由紀精密 www.yukiseimitsu.co.jp
1950年2月、創始者大坪三郎によって創業された金属の精密切削加工を得意とする町工場。現在三代目の社長である大坪正人は、航空宇宙業界の品質管理に対応するためJIS Q 9100〈航空宇宙品質マネジメントシステム〉の取得、ITを使った経営で、経済産業省のIT経営力大賞の受賞など、より高付加価値なものづくりに特化した経営戦略に力を入れている。ヨーロッパの航空ショーで、海外の顧客に製品の精密さを理解してもらうために開発したコマが話題をよび、これまでにNHK、日本テレビ等に特集を組まれている。また、PROJECT Tourbillonがクロノス〈時計雑誌〉に、経営戦略が日本経済新聞に掲載されるなど、由紀精密が関わるプロジェクトは製造業以外の多くのメディアにも登場している。
お問い合わせ先 press@yukiseimitsu.co.jp

※日刊工業新聞の本件記事に東海旅客鉄道株式会社のリニアモーターカーの写真が使われておりますが、本研究とは直接的には関係ございません。何卒、ご了承ください。



参考

※1 太刀川恭治,菊池章弘「Nb₃Sn超電導線材の特徴と諸外国の開発動向」低温工学,50巻4号〈2015〉p.p.155-165.

※2 菊池章弘「Nb₃Al線材の研究開発を振り返る -新たな局面を迎えて-」低温工学,53巻1号〈2018〉p.p.27-34.

※3 J.Nagamatsu, N.Nakagawa, T.Muranaka, Y.Zenitani, J.Akimitsu, “Superconductivity at 39 K in magnesium diboride”, Nature 410 〈01 March 2001〉 63-64.

※4 ニオブスズと同じA15型化合物であるニオブアルミは、臨界温度がニオブチタンの約2倍、臨界磁場〈4.2K〉が約3倍と優れている。多少の機械ひずみを加えても高特性を維持する耐力があり、ニオブスズほどの脆弱性もない。さらにAlB₂型化合物の二ホウ化マグネシウムの臨界温度は39Kであり、ニオブチタンでは不可能な液体水素温度〈20K〉での動作が可能である。

※5 「販売戦略・市場拡大等に関する調査 報告書 2)医療機器一般に係る調査」みずほ情報総研 平成28年3月
〈https://www.med-device.jp/pdf/state/summary/AMED2015_marketing_2a_overseasmarket.pdf〉

※6 「平成26年度超電導機器の市場形成に資する技術戦略策定に向けた調査報告書」 独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構〈委託先〉株式会社三菱総合研究所 平成27年2月

※7 D.Tommasini, et. al., “The 16 T Dipole Development Program for FCC”, IEEE Transaction on Applied Superconductivity Vol.27 〈2017〉 4000405 〈5 pages〉

※8 由紀精密の開発部部長である永松は、2001年の青山学院大学在学時、2018年10月時点でも金属系超伝導物質で最高温度となる39Kで超伝導性を示すMgB₂を発見した研究者としても知られる。英国科学雑誌「Nature」に論文が掲載された。 ※3