(57)【要約】      （修正有）【課題】信頼性の高い超電導線材の試験方法を提供する。【解決手段】超電導線材１の試験方法は、０．４９Ｎ以上９．８Ｎ未満の張力Ｔを超電導線材１に加えながら超電導線材１をコイル状に巻線する巻線工程と、巻線工程後に超電導線材１を液体窒素８中に所定時間浸漬して取り出す浸漬工程と、浸漬工程後に超電導線材１を検査する工程とを備えている。また、巻線工程はテープと超電導線材とを重ね合わせてコイル状に巻線する。除去工程では巻線工程後に前記テープを除去する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．４９Ｎ以上９．８Ｎ未満の張力を超電導線材に加えながら前記超電導線材をコイル状に巻線する巻線工程と、
前記巻線工程後に前記超電導線材を液体冷媒中に所定時間浸漬して取り出す浸漬工程と、
前記浸漬工程後に前記超電導線材を検査する工程とを備えた、超電導線材の試験方法。
【請求項２】
テープと超電導線材とを重ね合わせてコイル状に巻線する巻線工程と、
前記巻線工程後に前記テープを除去する除去工程と、
前記除去工程後に前記超電導線材を液体冷媒中に所定時間浸漬して取り出す浸漬工程と、
前記浸漬工程後に前記超電導線材を検査する工程とを備えた、超電導線材の試験方法。
【請求項３】
前記浸漬工程において、加圧雰囲気で前記超電導線材を液体冷媒中に浸漬する、請求項１または２に記載の超電導線材の試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導線材の試験方法に関し、より特定的には超電導線材のバルーニングの試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導ケーブルなどの超電導機器を使用する際には、超電導機器中の超電導体フィラメントを臨界温度（Ｔc）以下に冷却するために、たとえば液体窒素や液体ヘリウムなどの液体冷媒に超電導機器が浸漬され、極低温に保持される。一方、たとえば点検などの際には、液体冷媒から超電導機器が取り出され、室温の気体冷媒などを超電導機器の周りに流入することにより、極低温から室温にまで温度上昇される。しかしながら、液体冷媒浸漬後に室温へ温度上昇する際、従来の超電導機器には以下のような問題が生じていた。
【０００３】
すなわち、超電導機器を構成している酸化物超電導線材の表面には、微小なピンホールが存在していることが多い。この酸化物超電導線材を長期間液体冷媒に浸漬すると、そのピンホールを介して酸化物超電導線材内の超電導体フィラメントの空隙に液体冷媒が浸入する。この状態から室温まで温度上昇する場合、その温度上昇速度が大きいと酸化物超電導線材内に浸入した液体冷媒が気化し、気化したガスが外に放出されない。これにより、酸化物超電導線材内部の圧力が上昇し、酸化物超電導線材が膨張する。この現象をバルーニングという。バルーニングが発生すると、超電導体フィラメントが破壊され、臨界電流密度の低下などの特性低下が生じるという問題があった。
【０００４】
そこで、超電導ケーブルにバルーニングが発生することを防止するために、超電導ケーブルの製造に用いられる酸化物超電導線材について、以下のようなバルーニングの試験が行なわれている。たとえば１ｋｍの長さの酸化物超電導線材を、９．８Ｎ以上の張力を加えながらパンケーキ状に巻線する。そしてパンケーキ状に巻線した酸化物超電導線材を液体窒素中に一定時間浸漬する。ここで、酸化物超電導線材をパンケーキ状に巻線するのは、酸化物超電導線材をコンパクトな形状にして液体窒素中に浸漬しやすくするためである。その後、液体窒素中から酸化物超電導線材を取り出すことにより、酸化物超電導線材の温度を急激に室温まで上昇させて、酸化物超電導線材にバルーニングが発生するか否かを検査する。このようにしてバルーニングの試験を行ない、バルーニングの発生しなかった酸化物超電導線材を用いて超電導ケーブルなどの超電導機器を製造している。
【０００５】
なお、特開平１０−１９７４６８号公報（特許文献１）には、従来の超電導線材の試験方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−１９７４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の超電導線材のバルーニングの試験方法には、信頼性が低いという問題があった。すなわち、上記従来のバルーニングの試験を行なった結果、超電導線材にバルーニングが発生しなくても、その超電導線材を用いて製造した超電導機器にはバルーニングが発生することがあった。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、信頼性の高い超電導線材の試験方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の超電導線材の一の試験方法は、０．４９Ｎ以上９．８Ｎ未満の張力を超電導線材に加えながら超電導線材をコイル状に巻線する巻線工程と、巻線工程後に超電導線材を液体冷媒中に所定時間浸漬して取り出す浸漬工程と、浸漬工程後に超電導線材を検査する工程とを備えている。
【０００９】
本願発明者らは、従来の試験方法の信頼性が低いという問題が、以下の理由によるものであることを見出した。すなわち、９．８Ｎ以上の大きな張力を加えながら超電導線材がパンケーキ状に巻線されると、超電導線材に巻き締まりの現象が生じる。超電導線材に巻き締まりの現象が生じると、超電導線材に膨れしろがなくなるので、ピンホールを介して液体窒素が超電導線材内部に侵入しても、見かけ上超電導線材は膨張せず、バルーニングは発生しない。しかし、実際に超電導機器に使用される場合には、パンケーキ状以外の巻き締まりのない形状で超電導線材が使用されることもある。このように、膨れしろがある状態で超電導線材が使用される場合に、超電導機器にバルーニングが生じていた。
【００１０】
そこで、本発明の超電導線材の一の試験方法によれば、９．８Ｎ未満という従来よりも弱い張力で超電導線材を巻線することにより、巻き締まりの現象が超電導線材に生じにくくなる。これにより、超電導線材に膨れしろができるので、超電導線材にピンホールがある場合には、ピンホールを介して液体冷媒が超電導線材内部に侵入し、超電導線材にバルーニングが発生する。このため、真にバルーニングの発生しない超電導線材か否かを確認することができ、試験の信頼性を向上することができる。また、０．４９Ｎ以下という張力で超電導線材を巻線することにより、超電導線材を確実に巻線することができる。
【００１１】
本発明の超電導線材の他の試験方法は、テープと超電導線材とを重ね合わせてコイル状に巻線する巻線工程と、巻線工程後にテープを除去する除去工程と、除去工程後に超電導線材を液体冷媒中に所定時間浸漬して取り出す浸漬工程と、浸漬工程後に超電導線材を検査する工程とを備えている。
【００１２】
本発明の超電導線材の他の試験方法によれば、テープと超電導線材とを重ね合わせて一旦巻線して、その後テープを除去することにより、コイル状に巻線された超電導線材同士の間に隙間を生じさせることができる。この隙間が超電導線材の膨れしろとなるので、超電導線材にピンホールがある場合には、ピンホールを介して液体冷媒が超電導線材内部に侵入し、超電導線材にバルーニングが発生する。このため、真にバルーニングの発生しない超電導線材か否かを確認することができ、試験の信頼性を向上することができる。
【００１３】
上記試験方法において好ましくは、浸漬工程において、加圧雰囲気で超電導線材を液体冷媒中に浸漬する。これにより、超電導線材にピンホールがある場合には液体冷媒がピンホールを介して超電導線材内部に侵入しやすくなる。したがって、バルーニングの発生する超電導線材を発見しやすくなるので、試験の信頼性がさらに向上する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の超電導線材の試験方法によれば、コイル状に巻線された超電導線材に膨れしろを形成することができる。このため、超電導線材にピンホールがある場合には、ピンホールを介して液体窒素が超電導線材内部に侵入し、超電導線材にバルーニングが発生する。したがって、真にバルーニングの発生しない超電導線材か否かを確認することができるので、試験の信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図に基づいて説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、超電導線材の構成を概念的に示す部分断面斜視図である。図１を参照して、たとえば、多芯線の超電導線材について説明する。超電導線材１は、たとえばテープ状の線材であり、長手方向に延びる複数本の超電導体フィラメント２と、それらを被覆するシース部３とを有している。複数本の超電導体フィラメント２の各々の材質は、たとえばＢｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の組成よりなっており、特に、（ビスマスと鉛）：ストロンチウム：カルシウム：銅の原子比がほぼ２：２：２：３の比率で近似して表されるＢｉ２２２３相を含む材質が最適である。シース部３の材質は、たとえば銀よりなっている。超電導線材１は、たとえば幅４．３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ、長さ１ｋｍである。
【００１７】
バルーニングが発生する超電導線材１には、ピンホール３ａが生成している。ピンホール３ａは、たとえば外部から超電導体フィラメント２まで貫通するように生成したり、超電導体フィラメント２同士の間を繋ぐように生成したりする。
【００１８】
なお、上記においては多芯線について説明したが、１本の超電導体フィラメント２がシース部３により被覆される単芯線構造の酸化物超電導線材が用いられてもよい。
【００１９】
次に、本実施の形態の超電導線材１の試験方法について、図２〜図６を用いて説明する。
【００２０】
始めに、図２に示すように、張力Ｔを超電導線材１に加えながら超電導線材１をパンケーキ状（コイル状）に巻線する。具体的には、たとえば直径３１８ｍｍのリール５を中心部に有する、たとえば直径８００ｍｍの平板４を準備する。そして、リール５に超電導線材１の一端を固定する。そして、リール５を矢印Ａで示される方向に回転し、たとえば０．９８Ｎの張力Ｔを超電導線材１に加えながら、平板４上のリール５の周りに超電導線材１を巻線する。なお、張力Ｔは０．４９Ｎ以上９．８Ｎ未満とされ、好ましくは９．０Ｎ以下とされる。この方法で超電導線材１を巻線したコイル１０を図３および図４に示す。
【００２１】
次に、図５に示すように、液体窒素８を充填した容器７を準備し、液体窒素８中に超電導線材１のコイル１０を浸漬する。これにより、超電導線材１が冷却される。コイル１０はたとえば２４時間浸漬される。コイル１０を液体窒素８中に浸漬している間、液体窒素８をたとえば１ＭＰａに加圧する。その後、液体窒素８中からコイル１０を取り出すことにより、超電導線材１が室温まで急激に昇温される。
【００２２】
続いて、昇温後の超電導線材１について、バルーニングの発生の有無を検査する。このとき、超電導線材１にピンホール３ａ（図１）が生成している場合には、ピンホール３ａを介して侵入した液体窒素８が気化することにより、図６に示すような膨れ（バルーニング）１１ａ〜１１ｃが発生している。以上の方法により、超電導線材１の試験が行なわれる。
【００２３】
本願発明者らは、従来の試験の信頼性が低い理由を見出した。これについて以下に詳細に説明する。
【００２４】
図７は、従来の方法により巻線されたコイルを示す要部拡大図である。図７を参照して、従来の方法によりリール５に巻線された超電導線材１０１ａ〜１０１ｃが平板４上に配置されている。超電導線材１０１ａは、超電導線材１０１ａよりも内径側に存在する超電導線材１０１ｂから力ｆ３を受け、超電導線材１０１ａよりも外径側に存在する超電導線材１０１ｃから力ｆ４を受ける。従来の試験方法では、巻線時に超電導線材に加えられる張力は９．８Ｎ以上と大きいので、巻き締まりの現象が超電導線材に生じ、力ｆ３および力ｆ４が大きくなる。その結果、力ｆ３および力ｆ４によって超電導線材１０１ａの膨れが抑制されるので、見かけ上バルーニングが発生しない。
【００２５】
図８は、超電導ケーブルの断面図である。図９は図８におけるケーブルコアの拡大図である。図８および図９を参照して、超電導ケーブル３０は、ケーブルコア３１と、断熱管３８と、防食層３９とを備えている。断熱管３８および防食層３９の内側に形成された冷媒流通路３７内に、単芯或いは複数芯撚り合わせたケーブルコア３１が挿入されている。そして、冷媒流通路３７内のケーブルコア３１の外周に冷媒が流通される。
【００２６】
ケーブルコア３１は、内側から順にフォーマ（複数の銅の撚り線）３２と、複数の超電導線材１と、クラフト紙３５と、絶縁紙３４とから構成されている。外径がたとえば２０ｍｍの複数の銅の撚り線よりなるフォーマ３２の外周には、複数の超電導線材１がスパイラル状に巻き付けられている。フォーマ３２および複数の超電導線材１により、スパイラルワインディング導体が構成されている。複数の超電導線材１の各々は、クラフト紙３５を挟んで互いに絶縁された積層構造となっている。下層（内径側）である複数の超電導線材１は、たとえば１３本の超電導線材１が２００ｍｍピッチで配置されている。また、上層（外径側）である複数の超電導線材１は、たとえば１４本の超電導線材１が２００ｍｍピッチで配置されている。超電導線材１の外周は、たとえばポリプロピレンラミネート紙（ＰＰＬＰ（登録商標））よりなる絶縁紙３４で覆われている。
【００２７】
図１０は、スパイラルワインディング導体の断面斜視図である。なお、図１０では、上層の超電導線材１を図示していない。図１０に示すように、スパイラルワインディング導体１２において、フォーマ３２の外周にスパイラル状に巻き付けられた複数の超電導線材１の各々は巻き締まりのない状態で配置されており、隣り合う超電導線材１から力を受けることはない。このため、従来の試験においてバルーニングが発生しなかった超電導線材１を用いても、超電導ケーブル３０にバルーニングが発生することがあり、試験の信頼性が低かった。
【００２８】
一方、本実施の形態では、従来よりも弱い張力を加えながら超電導線材１を巻線するので、試験の信頼性が向上する。これについて以下に詳細に説明する。
【００２９】
図１１は図４の要部拡大図である。図１１を参照して、超電導線材１のうち任意の位置に存在する超電導線材１を超電導線材１ａとする。超電導線材１ａは、超電導線材１ａよりも内径側に存在する超電導線材１ｂから力ｆ１を受け、超電導線材１ａよりも外径側に存在する超電導線材１ｃから力ｆ２を受ける。本実施の形態では、巻線時に超電導線材１に加えられる張力は９．８Ｎ未満と小さいので、力ｆ１および力ｆ２は力ｆ３およびｆ４よりも小さくなる。つまり、超電導線材１に膨れしろが形成される。その結果、ピンホールの生成している超電導線材１にはバルーニングが発生し、試験の信頼性が向上する。
【００３０】
なお、従来のバルーニング試験では膨れが生じなかった超電導線材１について、本実施の形態におけるバルーニングの試験を行なったところ、４０μｍ以上の幅の膨れが、長さ１ｋｍ当たり３０箇所発生した。
【００３１】
本実施の形態の超電導線材１の試験方法においては、加圧雰囲気で超電導線材１を液体窒素８中に浸漬する。これにより、超電導線材１にピンホールがある場合には液体窒素８がピンホールを介して超電導線材１内部に侵入しやすくなる。したがって、バルーニングの発生する超電導線材１を発見しやすくなるので、試験の信頼性がさらに向上する。
【００３２】
（実施の形態２）
本実施の形態の超電導線材の試験方法について、図１２〜図１５を用いて説明する。
【００３３】
始めに、図１２に示すように、たとえば１０μｍ以上厚さのポリイミド樹脂よりなるテープ１４と超電導線材１とを重ね合わせて、パンケーキ状（コイル状）に巻線する。具体的には、リール５に超電導線材１およびテープ１４の一端を固定し、リール５を矢印Ａで示される方向に回転し、張力を超電導線材１およびテープ１４に加えながら、平板４上のリール５の周りに超電導線材１およびテープ１４を巻線する。この方法で超電導線材１およびテープ１４を巻線したコイル１０を図１３に示す。なお、テープ１４としては、たとえばカプトン（登録商標、東レ・デュポン社製）などが適している。
【００３４】
次に、図１４に示すように、超電導線材１を回転自在に保持するための回転軸２１ａを有するターンテーブル２１と、２つのローラ２２ａおよび２２ｂを有するガイド台２２と、ローラ２３ａを有する巻替機２３とを準備する。そして、ターンテーブル２１の回転軸２１ａに超電導線材１のコイル１０を配置する。そして、矢印Ｅで示される方向に回転軸２１ａを回転しながら、テープ１４の他端をコイル１０から引き出し、ローラ２２ａおよび２２ｂを通してローラ２３ａに固定する。そして、ローラ２２ａ，２２ｂ，および２３ａの各々をそれぞれ矢印Ｂ，矢印Ｃ、および矢印Ｄで示される方向に回転し、コイル１０からテープ１４を抜き取る（除去する）。抜き取ったテープ１４は巻替機２３に集められ、再利用される。テープ１４を抜き取った直後のコイル１０を図１５に示す。
【００３５】
図１６は、図１５の要部拡大図である。図１６に示すように、テープ１４を抜き取った後のコイル１０において、隣り合う超電導線材１ａと超電導線材１ｂとの間には隙間ｄ１が生じている。
【００３６】
その後、図５に示す実施の形態１と同様の方法により、コイル１０を液体窒素８中に所定時間浸漬して取り出し、バルーニングの発生の有無を検査する。以上の方法により、超電導線材の試験が行なわれる。
【００３７】
本実施の形態の超電導線材１の試験方法によれば、テープ１４を超電導線材１に重ねて一旦巻線して、その後テープ１４を除去することにより、コイル状に巻線された超電導線材１ａ，１ｂ同士の間に隙間ｄ１を生じさせることができる。この隙間ｄ１が超電導線材１の膨れしろとなるので、超電導線材１にピンホール３ａ（図１）がある場合には、ピンホール３ａを介して液体窒素８が超電導線材１内部に侵入し、超電導線材１にバルーニングが発生する。このため、真にバルーニングの発生しない超電導線材１か否かを確認することができ、試験の信頼性を向上することができる。
【００３８】
なお、実施の形態１および２では、液体冷媒として液体窒素を用いる場合について示したが、本発明はこのような場合の他、液体冷媒として液体ヘリウムなども用いることができる。
【００３９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】超電導線材の構成を概念的に示す部分断面斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１における超電導線材の製造方法の第１工程を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１における超電導線材の製造方法の第２工程を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１における超電導線材の製造方法の第２工程を示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における超電導線材の製造方法の第３工程を示す側面図である。
【図６】バルーニングの発生した超電導線材を模式的に示す平面図である。
【図７】従来の方法により巻線されたコイルを示す要部拡大図である。
【図８】超電導ケーブルの断面図である。
【図９】図８におけるケーブルコアの拡大図である。
【図１０】スパイラルワインディング導体の断面斜視図である。
【図１１】図４の要部拡大図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における超電導線材の製造方法の第１工程を示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における超電導線材の製造方法の第２工程を示す平面図である。
【図１４】本発明の実施の形態２における超電導線材の製造方法の第３工程を示す側面図である。
【図１５】本発明の実施の形態２における超電導線材の製造方法の第４工程を示す平面図である。
【図１６】図１５の要部拡大図である。
【符号の説明】
【００４１】
１，１ａ〜１ｃ，１０１ａ〜１０１ｃ  超電導線材、２  超電導体フィラメント、３  シース部、３ａ  ピンホール、４  平板、５  リール、７  容器、８  液体窒素、１０  コイル、１１ａ〜１１ｃ  膨れ、１２  スパイラルワインディング導体、１４  テープ、２１  ターンテーブル、２１ａ  回転軸、２２  ガイド台、２２ａ，２２ｂ，２３ａ  ローラ、２３  巻替機、３０  超電導ケーブル、３１  ケーブルコア、３２  フォーマ、３４  絶縁紙、３５  クラフト紙、３７  冷媒流通路、３８  断熱管、３９  防食層。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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