(57)【要約】【課題】薄膜超電導線の超電導臨界電流を測定するに際して、大きな電流を流しても発熱を生じることがなく、さらにバラツキのない精度の高い測定結果を得ることが可能な超電導臨界電流測定装置を提供する。【解決手段】薄膜超電導線材に電流電極および電圧電極を直接圧接して電流を流すことにより超電導臨界電流を測定する直接通電方式の超電導臨界電流測定装置であって、電流電極および電圧電極を前記薄膜超電導線材に圧接する直前に、薄膜超電導線材の表面を研磨処理、還元処理、あるいはエッチング処理することにより、薄膜超電導線材の表面に形成されている金属酸化物を除去する除去機構が設けられている超電導臨界電流測定装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜超電導線材に電流電極および電圧電極を直接圧接して電流を流すことにより超電導臨界電流を測定する直接通電方式の超電導臨界電流測定装置であって、
前記電流電極および電圧電極を前記薄膜超電導線材に圧接する直前に、前記薄膜超電導線材の表面を研磨処理することにより、前記薄膜超電導線材の表面に形成されている金属酸化物を除去する除去機構が設けられていることを特徴とする超電導臨界電流測定装置。
【請求項２】
薄膜超電導線材に電流電極および電圧電極を直接圧接して電流を流すことにより超電導臨界電流を測定する直接通電方式の超電導臨界電流測定装置であって、
前記電流電極および電圧電極を前記薄膜超電導線材に圧接する直前に、前記薄膜超電導線材の表面を還元処理することにより、前記薄膜超電導線材の表面に形成されている金属酸化物を除去する除去機構が設けられていることを特徴とする超電導臨界電流測定装置。
【請求項３】
薄膜超電導線材に電流電極および電圧電極を直接圧接して電流を流すことにより超電導臨界電流を測定する直接通電方式の超電導臨界電流測定装置であって、
前記電流電極および電圧電極を前記薄膜超電導線材に圧接する直前に、前記薄膜超電導線材の表面をエッチング処理することにより、前記薄膜超電導線材の表面に形成されている金属酸化物を除去する除去機構が設けられていることを特徴とする超電導臨界電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導臨界電流測定装置に関し、特に銅メッキした薄膜超電導線の臨界電流値を測定する超電導臨界電流測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液体窒素の温度で超電導性を有する超電導線において、薄膜超電導線が様々な分野において実用化されつつある。この薄膜超電導線は、通常の銅芯製やアルミ芯製の電線と異なり、テープ状の金属製基板上に配向層が形成され、その上に多結晶性物質からなる超電導層が形成され、さらにその上に銅を薄くメッキした保護層が形成されている。一方、超電導線については、品質管理の一環として、様々な位置における臨界電流の測定が行われている。
【０００３】
薄膜超電導線における臨界電流の測定装置としては、通常、薄膜超電導線に電極を直接圧接して電流を流すことにより超電導臨界電流を測定する直接通電方式の超電導臨界電流測定装置が用いられる。
【０００４】
ここで、従来の超電導臨界電流測定装置の構成につき説明する。図４は従来の超電導臨界電流測定装置の構成図である。図４において、１０はテープ状の薄膜超電導線であり、２１は前記薄膜超電導線の送り出し機構であり、２２は巻き取り機構である。そして、２３は送り出し側の、２４は巻取り側のプーリーである。また、６０は液体窒素溜め即ち容器であり、６１は液体窒素溜め６０に溜められた液体窒素である。
【０００５】
また、７０、７２は、薄膜超電導線１０に電流を流すために電流源と接続して設けられた送り出し側および巻き取り側の電流電極であり、７１、７３は各々の電流電極に対応する受け台である。そして、７４、７６は、薄膜超電導線１０の抵抗を測定するために電流計と接続して設けられた送り出し側および巻き取り側の電圧電極であり、７５、７７は各々の電圧電極に対応する受け台である。そして、送り出し機構２１、巻き取り機構２２、電流源および電圧計は、それぞれのＩ／Ｆ（インターフェース）を介してＰＣ（パーソナルコンピュータ）と接続されている。
【０００６】
以上のような構成の下、送り出し機構２１から巻き出された薄膜超電導線１０は、プーリー２３を通って水平に液体窒素溜め６０の液体窒素６１に浸漬されて、そのまま電流電極７０，７２、電圧電極７４、７６と各々の受け台７１、７３、７５、７７との間を通り、プーリー２４から垂直に立ち上がり、巻き取り機構２２で巻き取られるようになっている。
【０００７】
次に、上記超電導臨界電流測定装置を用いた測定方法につき説明する。
まず、送り出し機構２１、巻き取り機構２２、さらには送り出し側のプーリー２３、巻取り側のプーリー２４を所定量回転させて、薄膜超電導線１０の測定対象箇所を、送り出し側の電流電極７０、巻き取り側の電流電極７２、送り出し側の電圧電極７４、巻き取り側の電圧電極７６の下方に位置させる。
【０００８】
その後、これら４個の電極７０、７２、７４、７６を支持する圧力シリンダ（図示せず）を下降させ、対応する受け台７１、７３、７５、７７との間に、前記薄膜超電導線１０を、保護層（図示せず）を上側（電極側）に、基板（図示せず）を下側（受け台側）にして挟み込む。
【０００９】
この状態で、薄膜超電導線１０と各電極７０、７４、７６、７２の間の導通を取り、その後、ＰＣで電流源を制御しつつ、設定した電流値まで徐々に電流を上げていく。電圧電極７４、７６で発生する電圧をモニターし、ＰＣにその値を取り込み、予め設定した閾値を超えたところで、電流を流すのを停止する。また、事前に定義した臨界電流における発生電圧から臨界電流値を求める。
【００１０】
そして、当該箇所の測定が終了すると、送り出し側のプーリー２３、巻取り側のプーリー２４を所定量回転させて、薄膜超電導線１０を送り出し、次の測定対象の箇所で、上記と同様の操作を繰り返して測定を行う。さらに、薄膜超電導線１０の移動距離や測定回数等をＰＣに予め入力しておくことにより、測定を自動で行うことができる。
【００１１】
以上は基本的な測定の原理に関するものであり、上記のような測定装置に関連して、例えば、１００ｍを超える長尺の薄膜超電導線の全長に渡って臨界電流を効率よく測定するために、電流電極と電圧電極を多数配置しておく等種々の提案がされている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平１０−２３９２６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、薄膜超電導線の保護層として設けられたメッキ層は酸化され易いため、その表面には金属酸化物の薄膜が形成されていることが多い。特に銅メッキ層においてこの傾向が強く、銅メッキ層の表面には酸化銅の薄膜が形成されていることが多い。この場合、酸化銅の薄膜を介して測定電流が流れることになるが、酸化銅の薄膜が存在することにより電流電極および電圧電極との接触抵抗が大きくなり、酸化銅の薄膜部位で発熱する。
【００１３】
そして、超電導線の場合には、臨界電流が非常に大きいため、酸化銅の薄膜は大きく発熱し、発熱の程度によっては発熱箇所の導電率に大きな悪影響を与え、大きな電流を流すことに制限が発生したり、薄膜超電導層の温度が上昇したりして、精度の高い測定結果を得ることができない可能性があった。また、酸化銅の薄膜の厚さも必ずしも一定とは言えず、これも前記測定の精度に悪影響を与える可能性があった。
【００１４】
このため、薄膜超電導線の超電導臨界電流を測定するに際して、大きな電流を流しても発熱を生じることがなく、さらにバラツキのない精度の高い測定結果を得ることが可能な超電導臨界電流測定装置が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、以上の課題を解決することを目的としてなされたものである。以下、各請求項の発明を説明する。
【００１６】
請求項１に記載の発明は、
薄膜超電導線材に電流電極および電圧電極を直接圧接して電流を流すことにより超電導臨界電流を測定する直接通電方式の超電導臨界電流測定装置であって、
前記電流電極および電圧電極を前記薄膜超電導線材に圧接する直前に、前記薄膜超電導線材の表面を研磨処理することにより、前記薄膜超電導線材の表面に形成されている金属酸化物を除去する除去機構が設けられていることを特徴とする超電導臨界電流測定装置である。
【００１７】
本請求項の発明においては、電流電極および電圧電極を薄膜超電導線材に圧接する直前に薄膜超電導線材の表面を、研磨により処理しているため、金属酸化物が充分に除去された状態で薄膜超電導線材を電流電極および電圧電極に圧接することができる。その結果、電流電極および電圧電極と薄膜超電導線材表面の保護層との接触が良好となり、大電流を流しても発熱を生じることがなく、また接触抵抗のバラツキがなくなるため、全長に渡って臨界電流や、各箇所の臨界電流を精密に測定することができる。さらに、研磨は極めて簡便な手段であるため、コストの大幅な上昇を招くことがない。
【００１８】
具体的には、例えば、バフ研磨機やロータリー研磨機等の機械研磨装置を超電導臨界電流測定装置の上流側に設置して、薄膜超電導線材の移動に合わせて研磨を行い、測定中は研磨を停止するように、研磨と測定のタイミングを調整する。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、
薄膜超電導線材に電流電極および電圧電極を直接圧接して電流を流すことにより超電導臨界電流を測定する直接通電方式の超電導臨界電流測定装置であって、
前記電流電極および電圧電極を前記薄膜超電導線材に圧接する直前に、前記薄膜超電導線材の表面を還元処理することにより、前記薄膜超電導線材の表面に形成されている金属酸化物を除去する除去機構が設けられていることを特徴とする超電導臨界電流測定装置である。
【００２０】
本請求項の発明においては、電流電極および電圧電極を薄膜超電導線材に圧接する直前に薄膜超電導線材の表面を、還元により処理しているため、金属酸化物が充分に除去された状態で薄膜超電導線材を電流電極および電圧電極に圧接することができる。その結果、電流電極および電圧電極と薄膜超電導線材表面の保護層との接触が良好となり、大電流を流しても発熱を生じることがなく、また接触抵抗のバラツキがなくなるため、全長に渡って臨界電流や、各箇所の臨界電流を精密に測定することができる。
【００２１】
具体的には、例えば、還元剤としてメタノールを用い、その蒸気を薄膜超電導線材と接触させることにより、薄膜超電導線材の表面に形成されている金属酸化物を還元する。
【００２２】
なお、還元処理においては、表面の酸化銅層が取去られた銅等への悪影響を防止するために、化学的に緩やかな還元作用を有する還元剤を用いる。また、請求項１の発明と同様に、還元と測定のタイミングを調整する。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、
薄膜超電導線材に電流電極および電圧電極を直接圧接して電流を流すことにより超電導臨界電流を測定する直接通電方式の超電導臨界電流測定装置であって、
前記電流電極および電圧電極を前記薄膜超電導線材に圧接する直前に、前記薄膜超電導線材の表面をエッチング処理することにより、前記薄膜超電導線材の表面に形成されている金属酸化物を除去する除去機構が設けられていることを特徴とする超電導臨界電流測定装置である。
【００２４】
本請求項の発明においては、電流電極および電圧電極を薄膜超電導線材に圧接する直前に薄膜超電導線材の表面をエッチングにより処理しているため、金属酸化物が充分に除去された状態で薄膜超電導線材を電流電極および電圧電極に圧接することができる。その結果、電流電極および電圧電極と薄膜超電導線材表面の保護層との接触が良好となり、大電流を流しても発熱を生じることがなく、また接触抵抗のバラツキがなくなるため、全長に渡って臨界電流や、各箇所の臨界電流を精密に測定することができる。
【００２５】
具体的には、例えば、エッチング液として塩化第二鉄を用い、薄膜超電導線材をエッチング液に浸漬することにより、薄膜超電導線材の表面に形成されている金属酸化物を剥離する。
【００２６】
なお、エッチング処理においては、表面の酸化銅層が取去られた銅等への悪影響を防止するために、化学的に緩やかなエッチング作用を有するエッチング液を用いる。また、請求項１の発明と同様に、還元と測定のタイミングを調整する。
【発明の効果】
【００２７】
本発明により、薄膜超電導線の超電導臨界電流を測定するに際して、大きな電流を流しても発熱を生じることがなく、さらにバラツキのない精度の高い測定結果を得ることが可能な超電導臨界電流測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明をその最良の実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。
【００２９】
（第１の実施の形態）
本実施の形態においては、薄膜超電導線材の表面に形成されている金属酸化物を除去する除去機構として研磨による除去機構を用いている。以下、図１を参照しつつ本実施の形態を説明する。
【００３０】
図１は、本実施の形態に係る超電導臨界電流測定装置における除去機構の構成を模式的に示す図である。図１に示す除去機構は、図４に示す超電導臨界電流測定装置の送り出し機構２１と送り出し側のプーリー２３の間に設置され、例えば酸化銅からなる金属酸化物層を研磨により除去する。
【００３１】
図１において、２５は上流側の高さ固定用プーリーであり、２６は下流側の高さ固定用プーリーであり、３０はバフ研磨機であり、３１は受け台であり、３２は小ノズルである。図１に示すように、送り出し機構２１から送り出された薄膜超電導線１０は、上流側の高さ固定用プーリー２５と下流側の高さ固定用プーリー２６により高さが調節され、バフ研磨機３０を通される。
【００３２】
そして、バフ研磨機３０を通される間に薄膜超電導線１０の表面に形成されていた酸化銅層がバフ研磨により除去され、その後小ノズル３２から噴出される窒素により薄膜超電導線１０の表面に付着している研磨粉が吹飛ばされる。そして、この状態で送り出し側のプーリー２３から液体窒素６１を収容した液体窒素溜め６０内に送り出され、前記の方法で臨界電流が精密に測定される。
【００３３】
なお、電流電極および電圧電極との密接な接触を担保するため、バフは研磨番手６００番のものを使用し、バフを１分あたり１５０００回程度の回転数で回転させて研磨する。また、臨界電流を測定している時には薄膜超電導線の送りは停止しているため、研磨も停止させる。これにより、常に金属酸化物が除去された直後の状態で測定が行われ、より精密な測定が可能となる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
本実施の形態においては、除去機構として還元処理による除去機構を用いている。以下、図２を参照しつつ本実施の形態を説明する。
【００３５】
図２は、本実施の形態に係る超電導臨界電流測定装置における除去機構の構成を模式的に示す図である。図２に示す除去機構は、図４に示す超電導臨界電流測定装置の送り出し機構２１と送り出し側のプーリー２３の間に設置され、例えば酸化銅からなる金属酸化物層を、メタノール等による還元処理により除去する。
【００３６】
図２において、２５は上流側の高さ固定用プーリーであり、２６は下流側の高さ固定用プーリーであり、４０は還元剤としてのメタノール（ＣＨ３ＯＨ）を収容する恒温槽であり、４１は長さが約５０ｃｍの還元反応容器であり、４２は有機溶剤対応ブースであり、４３は吸気部に設けられたフィルターであり、４４は排気部である。恒温槽４０に収容されたメタノールは約５０℃に加熱され、還元反応容器４１にメタノールの蒸気が供給されている。
【００３７】
そして、送り出し機構２１から送り出された薄膜超電導線１０は、上流側の高さ固定用プーリー２５と下流側の高さを固定用プーリー２６により高さが調節され、還元反応容器４１を通される。薄膜超電導線１０が還元反応容器４１を通る間にメタノールの蒸気と接触することにより、表面の酸化銅層が還元反応により除去され、その状態で送り出し側のプーリー２３から液体窒素６１を収容した液体窒素溜め６０内に送り出され、前記の方法で臨界電流が精密に測定される。
【００３８】
なお、使用するメタノール、還元反応で生じるホルムアルデヒド等のガスは有害であり、引火点も低いため、メタノール槽４０、還元反応容器４１のみならず、送り出し機構２１、上流側の高さ固定用プーリー２５も有機溶媒対応ブース４２内に入れられ、さらにブース４２にはフィルター４３を有する吸気部と排気部４４とが設置され、還元反応で発生したホルムアルデヒドは、排気部４４により図示しない廃棄物処理系に強制送出されるようになっている。
【００３９】
なお、本実施の形態においても、臨界電流を測定している時には薄膜超電導線の送りは停止しているが、メタノールの有する還元作用は化学的に緩やかであるため、送りが停止して薄膜超電導線とメタノールの蒸気とが接触したままであっても、表面の酸化銅層が取去られた銅や薄膜超電導線本体に悪影響が及ぶことはない。
【００４０】
（第３の実施の形態）
本実施の形態は、前記除去機構としてエッチングによる除去機構を用いる例である。以下、図３を参照しつつ本実施の形態を説明する。
【００４１】
図３は、本実施の形態に係る超電導臨界電流測定装置における除去機構の構成を模式的に示す図である。図３に示す除去機構は、図４に示す超電導臨界電流測定装置の送り出し機構２１と送り出し側のプーリー２３の間に設置され、例えば酸化銅からなる金属酸化物層を、エッチング剤として塩化第二鉄等を用いたエッチングにより除去する。
【００４２】
図３において、２５は上流側の高さ固定用プーリーであり、２６は下流側の高さ固定用プーリーであり、５０はエッチング液としての塩化第二鉄の水溶液（濃度：１％以下）を収容する恒温層であり、５１は４０〜５０℃程度に加熱されたエッチング液であり、５２は第１洗浄水槽であり、５３は洗浄水であり、５４は第２洗浄水槽であり、５５はＮ２ガスノズルであり、５６は除去機構に付属したプーリーであり、５７はブースであり、５８は吸気部に設けられたフィルターであり、５９はその排気部である。
【００４３】
そして、送り出し機構２１から送り出された薄膜超電導線１０は、上流側の高さ固定用プーリー２５と下流側の高さ固定用プーリー２６により高さが調節され、さらにエッチング液５１に浸漬させたプーリー５６の下側をくぐらせることにより、エッチング液５１中を２〜３秒間通される。エッチング液５１中を通される間に表面の酸化銅層が剥離して除去される。その後、洗浄水に浸漬させたプーリー５６の下側をくぐらせることにより、第１洗浄水槽５２と第２洗浄水槽５４内の洗浄水５３で洗浄され、最後にＮ２ガスノズル５５から噴出するＮ２ガスで洗浄水が吹飛ばされ、その状態で送り出し側のプーリー２３から液体窒素６１を収容した液体窒素溜め６０内に送り出され、前記の方法で臨界電流が精密に測定される。
【００４４】
なお、エッチングに際しても有毒なガスが発生するため、先の第２の実施の形態と同じく、送り出し機構２１からＮ２ガスノズル５５までをブース５７内に入れ、さらにブース５７にはフィルター５８を有する吸気部と排気部５９とが設置され、エッチングで発生した有毒ガスは、排気部５９により図示しない廃棄物処理系に強制送出されるようにしている。
【００４５】
なお、本実施の形態においても、臨界電流を測定している時には薄膜超電導線の送りは停止しているが、塩化第二鉄の有するエッチング作用は化学的に緩やかであるため、数十秒程度であれば、送りが停止して薄膜超電導線がエッチング液に浸漬したままであっても、表面の酸化銅層が取去られた銅や薄膜超電導線本体に悪影響が及ぶことがない。
【００４６】
しかし、長時間に渡って送りが停止する場合には、エッチング液に浸漬させたプーリーを上昇させて、薄膜超電導線をエッチング液から離脱し、洗浄工程まで進む機構を別途設けておくことが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超電導臨界電流測定装置における除去機構の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る超電導臨界電流測定装置における除去機構の構成を模式的に示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る超電導臨界電流測定装置における除去機構の構成を模式的に示す図である。
【図４】従来技術の超電導臨界電流測定装置の構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０                            薄膜超電導線
２１                            送り出し機構
２２                            巻き取り機構
２３、２４、２５、２６、５６    プーリー
３０                            バフ研磨機
３１、７１、７３、７５、７７    受け台
３２                            小ノズル
４０、５０                      恒温槽
４１                            還元反応容器
４２                            有機溶剤対応ブース
４３、５８                      フィルター
４４、５９                      排気部
５１                            エッチング液
５２                            第１洗浄水槽
５３                            洗浄水
５４                            第２洗浄水槽
５５                            Ｎ２ガスノズル
５６                            プーリー
５７                            ブース
６０                            液体窒素溜め
６１                            液体窒素
７０、７２                      電流電極
７４、７６                      電圧電極
【図１】
2010133815.tif 000003
【図２】
2010133815.tif 000004
【図３】
2010133815.tif 000005
【図４】
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