(57)【要約】【課題】超電導体の温度変化を容易に検知可能な超電導線材、超電導コイル、及び超電導保護装置の提供。【解決手段】本発明の超電導線材１Ａは、第１超電導線材１ａと、温度検知用の第２超電導線材１０とを備え、第１超電導線材１ａの臨界温度Ｔｃ、第２超電導線材１０の臨界温度Ｔｘが、Ｔｘ＜Ｔｃの関係を満たすことを特徴とする。本発明の超電導線材１Ａにおいて、第１超電導線材１ａを超電導状態とする運転温度Ｔｏｐ、前記臨界温度Ｔｃ、前記臨界温度Ｔｘが、Ｔｏｐ＜Ｔｘ＜Ｔｃの関係を満たすことが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１超電導線材と、温度検知用の第２超電導線材とを備え、
前記第１超電導線材の臨界温度Ｔｃ、前記第２超電導線材の臨界温度Ｔｘが、Ｔｘ＜Ｔｃの関係を満たすことを特徴とする超電導線材。
【請求項２】
前記第１超電導線材を超電導状態とする運転温度Ｔｏｐ、前記臨界温度Ｔｃ、前記臨界温度Ｔｘが、Ｔｏｐ＜Ｔｘ＜Ｔｃの関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の超電導線材。
【請求項３】
前記第１超電導線材は、超電導層と金属安定化層とを備え、
前記第２超電導線材は、前記第１超電導線材の前記金属安定化層に接する位置に配されていることを特徴とする請求項１または２に記載の超電導線材。
【請求項４】
前記第２超電導線材は、少なくともその一部が前記第１超電導線材の前記金属安定化層の内部に配されていることを特徴とする請求項３に記載の超電導線材。
【請求項５】
前記第１超電導線材の前記超電導層と前記金属安定化層との間に金属安定化基層が介在されてなり、前記第２超電導線材は前記金属安定化基層に接触するように配されていることを特徴とする請求項４に記載の超電導線材。
【請求項６】
前記第１超電導線材の前記金属安定化層は、前記超電導層の上部及び側部に配され、前記第２超電導線材は前記超電導層の側方に配されていることを特徴とする請求項３または４に記載の超電導線材。
【請求項７】
前記第２超電導線材を、少なくとも２つ備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の超電導線材。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の超電導線材を用いてなる超電導コイル。
【請求項９】
請求項８に記載の超電導コイルを用いてなる超電導保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導線材、超電導コイル、及び超電導保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＮｂＴｉ等の合金系超電導体やＮｂ３Ｓｎ等の化合物系超電導体などの金属系の低温超電導体を使用した低温超電導コイルは、超電導体の臨界温度が１０Ｋ以下と低いため、運転温度は４Ｋ程度と極低温であり、比熱が小さい。そのため、低温超電導コイルにおいて何らかの原因で超電導状態から常電導状態へ遷移するクエンチが発生する。そのため、超電導コイルにおけるクエンチの発生を確実かつ速やかに検出して常電導領域の拡大を防ぐことが重要である。金属系の低温超電導体を使用した低温超電導コイルにおける常電導転移の検出手法としては、常電導転移により発生した電圧を検知する方法や、バランス電圧を検知する方法が知られている。
【０００３】
しかし、Ｂｉ系やＹ系に代表されるような酸化物超電導体は、臨界温度が１００Ｋ程度と高いため、運転温度２０Ｋ以上が想定され、冷凍機など消費電力が軽減できる。金属系の低温超電導体と比較すると運転温度での比熱が大きく、常電導転移した際の伝搬速度が遅くなる。そのため、従来の電圧測定による検出法では、常電導転移の発生を上手く検出できない可能性がある。
微小な温度上昇を検知する方法として、超電導体上にカーボン膜を設けて電圧を検出し、この検出電圧を温度に変換する方法が提案されている（特許文献１参照）。また、電圧測定による検出法ではなく、電磁的にノイズに強いクエンチ検出法として、光ファイバを使用した方法も提案されている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２５７７６８２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】フジクラ技報８０号  １９９１年４月  第１頁〜第６頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の方法は、電気抵抗Ｒの温度依存性を利用した手法であり、温度Ｔが１０Ｋ以下でｄＲ／ｄＴの変化率が大きいことを利用してクエンチ（常電導転移）検出精度を上げている。しかしながら、特許文献１に記載の方法では、合金系超電導体ＮｂＴｉの外周に銅層と絶縁皮膜とが設けられた超電導体上に、塗布またはスパッタリングによりカーボン膜を接着しているが、長尺の超電導線材の長手方向にカーボン膜を設けるとなると、生産性が著しく低下してしまうため実用的ではない。
また、非特許文献１では、２つのコアを有した光ファイバを伝搬するレーザ光で干渉系を組み、レーザ光の位相変化により１０Ｋ程度の温度上昇を検出する方法が提案されている。しかしながら、この検出方法では、温度上昇の光ファイバ加熱長が２〜６ｍと長く、大型の超電導コイルには適用可能であるが、数ｃｍ程度の微小な区間の温度上昇を検知するのは困難と考えられる。
【０００７】
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、超電導体の温度変化を容易に検知可能な超電導線材、超電導コイル、及び超電導保護装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成とした。
本発明の超電導線材は、第１超電導線材と、温度検知用の第２超電導線材とを備え、前記第１超電導線材の臨界温度Ｔｃ、前記第２超電導線材の臨界温度Ｔｘが、Ｔｘ＜Ｔｃの関係を満たすことを特徴とする。
本発明の超電導線材は、前記第１超電導線材を超電導状態とする運転温度Ｔｏｐ、前記臨界温度Ｔｃ、前記臨界温度Ｔｘが、Ｔｏｐ＜Ｔｘ＜Ｔｃの関係を満たすことが好ましい。
本発明の超電導線材において、前記第１超電導線材は、超電導層と金属安定化層とを備え、前記第２超電導線材は、前記第１超電導線材の前記金属安定化層に接する位置に配されていることが好ましい。
本発明の超電導線材において、前記第２超電導線材は、少なくともその一部が前記第１超電導線材の前記金属安定化層の内部に配されていることも好ましい。
本発明の超電導線材は、前記第１超電導線材の前記超電導層と前記金属安定化層との間に金属安定化基層が介在されてなり、前記第２超電導線材は前記金属安定化基層に接触するように配されている構成とすることもできる。
本発明の超電導線材は、前記第１超電導線材の前記金属安定化層は、前記超電導層の上部及び側部に配され、前記第２超電導線材は前記超電導層の側方に配されている構成とすることもできる。
本発明の超電導線材は、前記第２超電導線材を、少なくとも２つ備えることも好ましい。
また、本発明は、上記超電導線材を用いてなる超電導コイルを提供する。
さらに、本発明は、上記超電導コイルを用いてなる超電導保護装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の超電導線材は、温度検知用の第２超電導線材を備えることにより、万一、常電導転移が発生した場合にも、温度検知用の第２超電導線材の臨界温度Ｔｘを超えた時点で、第２超電導線材が常電導状態となり、第２超電導線材の電圧が急激に上昇する。これにより、超電導線材における常電導転移に伴う温度上昇を容易に検知することができる。
また、本発明の超電導線材は、第１超電導線材の臨界温度Ｔｃを、温度検知用の第２超電導線材の臨界温度Ｔｘよりも高く設定することにより、万一、超電導線材の一部で常電導転移が発生した場合、温度Ｔｘにて常電導転移の発生を検知した時点で、電流値を低下させるなどの処置を施すことができるため、超電導線材における常電導転移領域が拡大することを防ぐことができる。
本発明の超電導線材は、温度検知用の第２超電導線材が、超電導層に近い金属安定化層に接する位置、又は、少なくとも一部が金属安定化層の内部に位置するように配されていることにより、万一、常電導転移が発生した場合にも、良好な精度および応答性で、温度変化（温度上昇）を検知することができる。
【００１０】
本発明の超電導コイルは、上記本発明の超電導線材を巻回して形成されたコイル体を備えることにより、万一、常電導転移が発生した場合にも、温度検知用の第２超電導線材の臨界温度Ｔｘまで温度が上昇した時点で、第２超電導線材の電圧値が大幅に上昇するので、容易に超電導コイル内の温度変化（常電導転移）を検知することができる。
本発明の超電導保護装置は、上記本発明の超電導コイルを備えることにより、万一、常電導転移が発生した場合にも、温度検知用の第２超電導線材の臨界温度Ｔｘまで温度が上昇した時点で、第２超電導線材の電圧値が大幅に上昇し、直ちに検出器で検出される電圧値が大きく変化するので、容易に超電導コイル内の温度変化（常電導転移）を検知することができる。また、本発明の超電導保護装置を構成する超電導コイルにおいて、第１超電導線材の臨界温度Ｔｃは、温度検知用の第２超電導線材の臨界温度Ｔｘよりも高く設定されている。そのため、本発明の超電導保護装置は、温度Ｔｘにて常電導転移の発生を検知した時点で、電流値を低下させるなどの処置を施すことができるため、超電導コイル内の常電導転移領域が拡大することを防いで、超電導コイルを良好な状態で保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超電導線材の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る超電導線材の他の例を示す概略斜視図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る超電導線材の一例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る超電導線材の一例を示す概略断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る超電導線材の他の例を示す概略断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る超電導線材の一例を示す概略断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る超電導線材の一例を示す概略断面図である。
【図８】本発明に係る超電導コイルの一例を示す概略斜視図である。
【図９】本発明に係る超電導保護装置の一例を示す概略構成図である。
【図１０】ＭｇＢ２の抵抗−温度特性の一例をプロットしたグラフである。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る超電導線材の他の例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［超電導線材］
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る超電導線材の一例を示す概略断面図である。
本実施形態の超電導線材１Ａは、第１超電導線材１ａと温度検知用の第２超電導線材１０とを備えてなる。
本実施形態の超電導線材１Ａは、テープ状の基材１１の上にベッド層１５と中間層１６と超電導層１７とが積層されるとともに、超電導層１７の上に金属安定化基層１８と金属安定化層１９が積層されて構成された第１超電導線材１ａと、第１超電導線材１ａの金属安定化層１９の上部（上層部）に設けられた収納溝９に収容された温度検知用の第２超電導線材１０により概略構成されている。
【００１３】
本実施形態の超電導線材１Ａを構成する第１超電導線材１ａに適用できる基材１１は、通常の超電導線材の基材として使用でき、高強度であれば良く、長尺のケーブルとするためにテープ状であることが好ましく、耐熱性の金属からなるものが好ましい。例えば、銀、白金、ステンレス鋼、銅、ハステロイ等のニッケル合金等の各種金属材料、もしくはこれら各種金属材料上にセラミックスを配したもの等が挙げられる。各種耐熱性の金属の中でも、ニッケル合金が好ましい。中でも、市販品であれば、ハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）が好適であり、ハステロイとして、モリブデン、クロム、鉄、コバルト等の成分量が異なる、ハステロイＢ、Ｃ、Ｇ、Ｎ、Ｗ等のいずれの種類も使用できる。基材１１の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は、１０〜５００μｍである。
【００１４】
ベッド層１５は、耐熱性が高く、界面反応性を低減するためのものであり、その上に配される膜の配向性を得るために用いる。このようなベッド層１５は、必要に応じて配され、例えば、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、「アルミナ」とも呼ぶ）等から構成される。このベッド層１５は、例えばスパッタリング法等の成膜法により形成され、その厚さは例えば１０〜２００ｎｍである。
また、本発明において、第１超電導線材１ａは図１に示す構造に限るものではなく、基材１１とベッド層１５との間に拡散防止層が介在された構造としても良い。拡散防止層は、基材１１の構成元素拡散を防止する目的で形成されたもので、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、あるいは希土類金属酸化物等から構成され、その厚さは例えば１０〜４００ｎｍである。なお、拡散防止層の結晶性は問われないので、通常のスパッタ法等の成膜法により形成すればよい。
このように基材１１とベッド層１５との間に拡散防止層を介在させることにより、後述する中間層１６や超電導層１７等の他の層を形成する際に、必然的に加熱されたり、熱処理される結果として熱履歴を受ける場合に、基材１１の構成元素の一部がベッド層１５を介して超電導層１７側に拡散することを効果的に抑制することができる。基材１１とベッド層１５との間に拡散防止層を介在させる場合の例としては、拡散防止層としてＡｌ２Ｏ３、ベッド層１５としてＹ２Ｏ３を用いる組み合わせを例示することができる。
【００１５】
中間層１６は、単層構造あるいは複層構造のいずれでも良く、その上に積層される超電導層１７の結晶配向性を制御するために２軸配向する物質から選択される。中間層１６の好ましい材質として具体的には、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ３、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等の金属酸化物を例示することができる。なお、本実施形態の超電導線材１Ａにおいて、図１に示す構造に限定されるものではなく、中間層１６と超電導層１７との間にキャップ層が介在されていることが好ましい。
この中間層１６をイオンビームアシスト蒸着法（以下、ＩＢＡＤ法と略記する）により良好な結晶配向性（例えば結晶配向度１５゜以下）で成膜するならば、その上に形成するキャップ層の結晶配向性を良好な値（例えば結晶配向度５゜前後）とすることができ、これによりキャップ層の上に成膜する超電導層１７の結晶配向性を良好なものとして優れた超電導特性を発揮できるようにすることができる。
【００１６】
中間層１６の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良いが、通常は、０．００５〜２μｍの範囲とすることができる。
中間層１６は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法（ＩＢＡＤ法）、化学気相成長法（ＣＶＤ法）等の物理的蒸着法；熱塗布分解法（ＭＯＤ法）；溶射等、酸化物薄膜を形成する公知の方法で積層できる。特に、ＩＢＡＤ法で形成された前記金属酸化物層は、結晶配向性が高く、超電導層１７やキャップ層の結晶配向性を制御する効果が高い点で好ましい。ＩＢＡＤ法とは、蒸着時に、下地の蒸着面に対して所定の角度でイオンビームを照射することにより、結晶軸を配向させる方法である。通常は、イオンビームとして、アルゴン（Ａｒ）イオンビームを使用する。例えば、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ又はＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）からなる中間層１６は、ＩＢＡＤ法における結晶配向度を表す指標であるΔΦ（ＦＷＨＭ：半値全幅）の値を小さくできるため、特に好適である。
【００１７】
キャップ層は、中間層１６の表面に対してエピタキシャル成長し、その後、横方向（面方向）に粒成長（オーバーグロース）して、結晶粒が面内方向に選択成長するという過程を経て形成されたものが好ましい。このようなキャップ層は、前記金属酸化物層からなる中間層１６よりも高い面内配向度が得られる。
キャップ層の材質は、上記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、好ましいものとして具体的には、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等が例示できる。キャップ層の材質がＣｅＯ２である場合、キャップ層は、Ｃｅの一部が他の金属原子又は金属イオンで置換されたＣｅ−Ｍ−Ｏ系酸化物を含んでいても良い。
【００１８】
このＣｅＯ２層は、ＰＬＤ法（パルスレーザ蒸着法）、スパッタリング法等で成膜することができるが、大きな成膜速度を得られる点でＰＬＤ法を用いることが望ましい。ＰＬＤ法によるＣｅＯ２層の成膜条件としては、基材温度約５００〜１０００℃、約０．６〜１００Ｐａの酸素ガス雰囲気中で行うことができる。
ＣｅＯ２層の膜厚は、５０ｎｍ以上であればよいが、十分な配向性を得るには１００ｎｍ以上が好ましく、５００ｎｍ以上であれば更に好ましい。但し、厚すぎると結晶配向性が悪くなるので、５００〜１０００ｎｍとすることが好ましい。
【００１９】
超電導層１７は、臨界温度Ｔｃが後述する第２超電導線材１０を構成する超電導体の臨界温度Ｔｘよりも高温のものであれば特に限定されないが、臨界温度が高い酸化物超電導体が好ましく、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ等の希土類元素を表す）なる材質のものを例示できる。この超電導層１７として、具体的には、臨界温度が液体窒素温度（７７Ｋ）よりも高い酸化物超電導体であるＹ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ：臨界温度Ｔｃ＝９３Ｋ）又はＧｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−Ｘ：臨界温度Ｔｃ＝９５Ｋ）などが挙げられる。また、その他の酸化物超電導体、例えば、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ４＋２ｎ＋δ（Ｂｉ２２２３相（ｎ＝３：臨界温度Ｔｃ＝１１０Ｋ）、Ｂｉ２２１２相（ｎ＝２：臨界温度Ｔｃ＝８０Ｋ）など）、ＢｉＳｒＣａＣｕ２Ｏｚ（臨界温度Ｔｃ＝１０５Ｋ）、Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ（臨界温度Ｔｃ＝１２０Ｋ）なる組成等に代表される臨界温度の高い他の酸化物超電導体からなるものを用いても良いのは勿論である。
【００２０】
超電導層１７の厚みは、０．５〜５μｍ程度であって、均一な厚みであることが好ましい。
超電導層１７は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）等の物理的蒸着法；熱塗布分解法（ＭＯＤ法）等で積層することができ、なかでも生産性の観点から、ＴＦＡ−ＭＯＤ法（トリフルオロ酢酸塩を用いた有機金属堆積法、塗布熱分解法）、ＰＬＤ法又はＣＶＤ法を用いることが好ましい。
【００２１】
ここで前述のように、良好な配向性を有するキャップ層上に超電導層１７を形成すると、このキャップ層上に積層される超電導層１７もキャップ層の配向性に整合するように結晶化する。よってキャップ層上に形成された超電導層１７は、結晶配向性に乱れが殆どなく、この超電導層１７を構成する結晶粒の１つ１つにおいては、基材１１の厚さ方向に電気を流しにくいｃ軸が配向し、基材１１の長さ方向にａ軸どうしあるいはｂ軸どうしが配向している。従って得られた超電導層１７は、結晶粒界における量子的結合性に優れ、結晶粒界における超電導特性の劣化が殆どないので、基材１１の長さ方向に電気を流し易くなり、十分に高い臨界電流密度が得られる。
【００２２】
超電導層１７の上に積層されている金属安定化基層１８はＡｇなどの良電導性かつ超電導層１７と接触抵抗が低くなじみの良い金属材料からなる層として形成される。金属安定化基層１８の厚さは１〜３０μｍとすることが好ましい。金属安定化基層１８は、公知の方法で形成することができるが、中でもスパッタ法で形成することが好ましい。
【００２３】
金属安定化層１９は、良導電性の金属材料からなり、超電導層１７が超電導状態から常電導状態に遷移しようとした時に、金属安定化基層１８とともに、超電導層１７の電流が転流するバイパスとして機能する。
金属安定化層１９を構成する金属材料としては、良導電性を有するものであればよく、特に限定されないが、銅、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ合金）等の銅合金、ステンレス等の比較的安価なものを用いるのが好ましく、中でも高い導電性を有し、安価であることから銅がより好ましい。これにより、材料コストを低く抑えながら金属安定化層１９を厚膜化することが可能となり、事故電流に耐える超電導線材１Ａを安価に得ることができる。金属安定化層１９の厚さは１０〜３００μｍとすることが好ましい。下限値以下とすることにより超電導層１７を安定化する一層高い効果が得られ、上限値以下とすることで超電導線材１Ａを薄型化できる。金属安定化層１９は、公知の方法で形成することができ、スパッタ法や、銅などの金属テープを金属安定化基層１８上に半田付けする方法により形成することができる。
【００２４】
温度検知用の第２超電導線材１０は、超電導コア部１０ａを有する長尺の線材であり、超電導コア部１０ａの外周には金属被覆層１０ｂが形成され、金属被覆層１０ｂの外周には絶縁層（図示略）が形成されて構成されている。
第２超電導線材１０の超電導コア部１０ａは、第１超電導線材１ａの超電導層１７の臨界温度Ｔｃよりも低い臨界温度Ｔｘである超電導体より形成されている。また、第２超電導線材１０の臨界温度Ｔｘは、超電導線材１Ａを超電導状態とする運転温度Ｔｏｐよりも高く設定されている。すなわち、第１超電導線材１ａの臨界温度Ｔｃ、第２超電導線材１０の臨界温度Ｔｘ、超電導線材１Ａの運転温度Ｔｏｐは、Ｔｏｐ＜Ｔｘ＜Ｔｃの関係を満たすように設定されている。第１超電導線材１ａの臨界温度Ｔｃ、第２超電導線材１０の臨界温度Ｔｘ、超電導線材１Ａの運転温度Ｔｏｐは、前記関係を満たしていれば特に限定されるものではないが、更に、Ｔｃ≧７７Ｋ、Ｔｏｐ≦Ｔｘ−５Ｋの関係を満たすように設定されていることが好ましい。
【００２５】
第２超電導線材１０の超電導コア部１０ａを形成する超電導体としては、上記温度関係を満たす超電導体であれば特に限定されない。超電導線材１Ａを超電導状態とする運転温度Ｔｏｐは、具体的には、例えば、液体ヘリウム温度（４．２Ｋ）や、冷凍機冷却温度（２０Ｋ〜７７Ｋ程度）などとすることができ、汎用の冷凍機を使用する方が安価であるため、冷却機冷却温度とすることが好ましい。また、第１超電導線材１ａの超電導層１７は、上述の如く、臨界温度の高い酸化物超電導体より形成されていることが好ましい。従って、第２超電導線材１０の臨界温度Ｔｘはこれらの間の温度であるため、超電導コア部１０ａを形成する超電導体は、第１超電導線材１ａの臨界温度Ｔｃと運転温度Ｔｏｐとの間の温度領域の臨界温度を有するものが好ましい。超電導コア部１０ａを形成する超電導体としては、具体的には、ＭｇＢ２（臨界温度Ｔｘ＝３９Ｋ）、ＬａＦｅＡｓＯ１−ｘＦｘ（臨界温度Ｔｘ＝２６Ｋ）、ＮｄＦｅＡｓＯ１−ｘＦｘ（臨界温度Ｔｘ＝５１Ｋ）、ＳｍＦｅＡｓＯ１−ｘＦｘ（臨界温度Ｔｘ＝５５Ｋ）、Ｇｄ１−ｘＴｈｘＦｅＡｓＯ（臨界温度Ｔｘ＝５６Ｋ）、ＣｅＦｅＡｓＯ１−ｘＦｘ（臨界温度Ｔｘ＝４１Ｋ）、Ｌａ２−ｘＳｒｘＣｕＯ４（臨界温度Ｔｘ＝４０Ｋ）、Ｌａ２−ｘＢａｘＣｕＯ４（臨界温度Ｔｘ＝３０Ｋ）、Ｎｂ３Ｇｅ（臨界温度Ｔｘ＝２３Ｋ）などを例示することができ、中でも、ＭｇＢ２が好ましい。
【００２６】
超電導コア部１０ａの断面形状は、図１に示す円形に限定されるものではなく、扁平でも多角形でもよく、また、多芯化されていてもよい。超電導コア部１０ａの径や厚さ又はその領域の幅は、０．０１〜０．３ｍｍとすることが好ましい。また、温度検知用の第２超電導線材１０の電流密度等の超電導特性は、温度検知用の電流を流すことができれば、特に限定されるものではない。
【００２７】
第２超電導線材１０の金属被覆層１０ｂは、超電導コア部１０ａと反応しないものであれば特に限定されないが、銅、銅合金、銀、銀合金などより形成されていることが好ましく、導電性や加工性が良好であり、安価であることから、銅より形成されていることが特に好ましい。金属被覆層１０ｂの厚さは、０．０１〜０．３ｍｍとすることが好ましい。
第２超電導線材１０の絶縁層は、絶縁性を有し、超電導臨界温度のような低温にも耐えうるものであれば特に限定されず、例えば、ポリイミド樹脂や、ＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等のフッ素樹脂などより形成されていることが好ましい。絶縁層の厚さは、５〜２０μｍとすることが好ましい。
【００２８】
長尺線状の第２超電導線材１０の径または厚さは、０．０１〜０．３ｍｍである。
第２超電導線材１０の製造方法は特に限定されないが、ＰＩＴ法（Powder In Tube法）により製造されることが、簡便であり細径化も可能であるため好ましい。このＰＩＴ法とは、超電導コア部１０ａを形成する超電導体の粉末や、超電導体を形成しうる原料粉末を、金属被覆層１０ｂを構成する金属である銅や銀等の金属管に装入し、加熱・焼結し、この管状金属と共に延伸加工して線材化する手法である。
第２超電導線材１０の製造方法の一例として、超電導コア部１０ａがＭｇＢ２、金属被覆層１０ｂが銅より形成されている場合について例示する。この場合、ＭｇＢ２粉末を銅製の金属管内に収容し、伸線、圧延、焼成を繰り返して細径長尺化する方法（ex situ法）や、銅製の金属管内にＭｇ粉末とＢ粉末が１：２のモル比で混合された原料粉末を封入して伸線、圧延、焼成を繰り返して細径長尺化したのち、加熱処理にて線材内でＭｇＢ２を形成する方法（in situ法）などにより超電導素線を作製したのち、ポリイミド樹脂などによりその外周に絶縁層を形成することにより第２超電導線材１０を製造することができる。
【００２９】
温度検知用の第２超電導線材１０は、第１超電導線材１ａの金属安定化層１９の上部（上層部）に、超電導線材１Ａ（第１超電導線材１ａ）の長手方向に連続的に形成された収納溝９の内部に、超電導線材１Ａ（第１超電導線材１ａ）の長手方向に沿って収納されている。収納溝９は、金属安定化層１９が金属安定化基層１８上に積層された後に、レーザ等により加工することにより形成しても良いし、金属安定化層１９が銅などの金属テープを半田付けしたものである場合は、予め従来公知の方法で金属テープ上部に収納溝９を形成した後に、金属安定化層１９を積層させてもよい。収納溝９への第２超電導線材１０の設置方法は、第１超電導線材１ａの短手方向の収納溝９の幅を、第２超電導線材１０の径（大きさ）とほぼ同等、或いは僅かに大きく設定して、第２超電導線材１０を収納溝９へ嵌め込む方法や、接着剤や半田による接合などが挙げられる。なお、接着剤を用いて収納溝９に第２超電導線材１０を接合する場合、温度変化の検知精度の低下を招かないように、第２超電導線材１０と収納溝９（すなわち、金属安定化層１９）との間に接着剤が介在する領域をなるべく小さくすることが好ましい。これらの中でも、収納溝９へ第２超電導線材１０を嵌め込む方法の方が、簡便であり、第２超電導線材１０と収納溝９（すなわち、金属安定化層１９）との接触面積が増え、温度変化の検知精度が良好となるので好ましい。
【００３０】
収納溝９の深さは、第２超電導線材１０の径（大きさ）に合わせて適宜調整することができるが、第２超電導線材１０の径をｄとし、収納溝９の深さをＬとした場合、ｄ≦Ｌであることが好ましい。第２超電導線材１０の一部が、金属安定化層１９の上面よりも突出する構造とすることも可能であるが、前記のようにｄ≦Ｌとし、金属安定化層１９の内部に第２超電導線材１０が配されている構造とする方が、第２超電導線材１０と金属安定化層１９の接触面積が増加して温度変化の検知精度が一層向上するだけでなく、超電導線材１Ａを薄型化できるので、超電導線材１Ａを同心円状に巻回して超電導コイルとする場合、超電導線材１Ａを高密度で巻回でき、良好な電流密度とすることができるので好ましい。
なお、図１においては、収納溝９の断面形状が四角形の場合を例示しているが、本実施形態はこの例に限定されるものではない。例えば、図１に破線で示すように、第２超電導線材１０の断面形状に合わせて（図１では円形）、収納溝９の底部形状を円弧状等に形成することにより、第２超電導線材１０と金属安定化層１９との接触面積を増やして温度変化の検知精度を向上させたり、収納溝９と第２超電導線材１０との嵌め込みによる接合構造をより一層強固にすることができる。
【００３１】
また、超電導線材１Ａは、図２に示すように、その周囲の露出面を絶縁性の絶縁層２０で被覆されている構成とすることもできる。絶縁層２０は、通常使用される各種樹脂や酸化物等、公知の材質からなるものである。前記樹脂として具体的には、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ケイ素樹脂、シリコン樹脂、アルキッド樹脂、ビニル樹脂等が例示できる。絶縁層２０による被覆の厚さは特に限定されず、被覆対象部位等に応じて、適宜調節すれば良い。絶縁層２０は、その材質に応じて公知の方法で形成すれば良く、例えば、原料を塗布して、これを硬化させれば良い。また、シート状のものが入手できる場合には、これを使用して被覆しても良い。
【００３２】
本発明では、第１超電導線材１ａの臨界温度Ｔｃ、第２超電導線材１０の臨界温度Ｔｘ、超電導線材１Ａを超電導状態とする運転温度Ｔｏｐが、Ｔｏｐ＜Ｔｘ＜Ｔｃの関係を満たすように設定することにより、超電導線材１Ａを運転温度Ｔｏｐで運転すると、第１超電導線材１ａと第２超電導線材１０は、夫々、臨界温度ＴｃおよびＴｘよりも低温に冷却されているので、超電導状態となる。しかし、超電導線材１Ａの運転中に、万が一、第１超電導線材１ａの一部において、超電導状態から常電導状態へと遷移する常電導転移が発生した場合、金属安定化基層１８及び金属安定化層１９には、超電導層１７の電流が転流する。その際、金属安定化基層１８あるいは金属安定化層１９では、転流した電流が流れることで、ジュール熱が発生し発熱が起こる。本実施形態の超電導線材１Ａは、このように常電導転移に伴う発熱により温度が上昇すると、温度検知用の第２超電導線材１０の臨界温度Ｔｘを超えた時点で、第２超電導線材１０が常電導状態となり、第２超電導線材１０の抵抗が急激に上昇して電圧が急激に上昇する。これにより、超電導線材１Ａにおける常電導転移に伴う温度上昇を検知することができる。
【００３３】
一般的に、超電導体が常電導転移する際の抵抗値の変化量はかなり大きい。一例として、図１０にＭｇＢ２の抵抗−温度特性をプロットしたグラフを示す。図１０に示すように、ＭｇＢ２（臨界温度３９Ｋ）では、超電導状態では抵抗値は０であるが、常電導状態における抵抗値は約１００μΩｃｍ程度である。従って、本発明のように温度検知用に第２超電導線材１０を用いる構成とすることにより、従来公知の温度により電圧値が変化する温度検知媒体（カーボン抵抗や半導体など）を用いる場合と比較して、温度変化に対する抵抗の上昇が著しく大きいので、容易に温度変化（常電導転移）を検知することができる。また、本発明においては、第１超電導線材１ａの臨界温度Ｔｃは、温度検知用の第２超電導線材１０の臨界温度Ｔｘよりも高く設定されているため、温度Ｔｘにて常電導転移の発生を検知した時点で、電流値を低下させるなどの処置を施すことができるため、第１超電導線材１ａ（超電導線材１Ａ）の常電導転移領域が拡大することを防ぐことができる。
【００３４】
なお、本実施形態においては、第１超電導線材１ａの金属安定化層１９の内部に、温度検知用の第２超電導線材１０が１つ配されている構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、超電導線材１Ａの信頼性を向上させるために、２つ以上の第２電導線材１０が金属安定化層１９の内部に配されている構成とすることも好ましい。
【００３５】
＜第２実施形態＞
図３は、本発明の第２実施形態に係る超電導線材の一例を示す概略断面図である。図３において、図１および図２に示した超電導線材１Ａと同じ構成要素には同一の符号を付した。なお、以下の説明では、上述した第１実施形態と異なる部分について主に説明し、同様の部分については説明を省略する。
本実施形態の超電導線材２Ａは、テープ状の基材１１の上にベッド層１５と中間層１６と超電導層１７と金属安定化基層１８とがこの順に積層された積層体Ｓ１と、この積層体Ｓ１の上面、一方の側面、他方の側面および下面を覆うように形成された金属安定化層１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ（金属安定化層１９）とにより構成された第１超電導線材２ａと、第１超電導線材２ａの積層体Ｓ１上の金属安定化層１９ａ内に、積層体Ｓ１の上面である金属安定化基層１８の上面と接するように配された温度検知用の第２超電導線材１０とにより概略構成されている。
第２実施形態の超電導線材２Ａは、積層体Ｓ１の周囲に金属安定化層１９がある点、および、温度検知用の第２超電導線材１０が金属安定化基層１８に接している点において、上述した第１実施形態の超電導線材１Ａとは異なっている。
【００３６】
第１超電導線材２ａの金属安定化層１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ（金属安定化層１９）は、良導電性の金属材料からなり、超電導層１７が超電導状態から常電導状態に遷移しようとしたときに、金属安定化基層１８とともに、超電導層１７の電流が転流するバイパスとして機能する。金属安定化層１９ａ〜１９ｄ（金属安定化層１９）を構成する金属材料としては、良導電性を有するものであればよく、特に限定されないが、銅等の比較的安価なものを用いるのが好ましい。これにより、材料コストを低く抑えながら金属安定化層１９ａ〜１９ｄ（金属安定化層１９）を厚膜化することが可能となり、事故電流に耐える超電導線材２Ａを安価に得ることができる。
金属安定化層１９ａ〜１９ｂの厚さは１０〜３００μｍとすることが好ましい。下限値以下とすることにより超電導層１７を安定化する一層高い効果が得られ、上限値以下とすることで超電導線材２Ａを薄型化できる。金属安定化層１９ａ〜１９ｄは、メッキ法により形成されている。
【００３７】
本実施形態において、温度検知用の第２超電導線材１０は、金属安定化基層１８上の金属安定化層１９内に、金属安定化基層１８の上面と第２超電導線材１０の下面とが接するように配されている。このように第２超電導線材１０を金属安定化層１９ａ内に設置する方法としては、第１超電導線材２ａの基材１１とベッド層１５と中間層１６と超電導層１７と金属安定化基層１８との積層体Ｓ１を形成した後に、積層体Ｓ１の上面（金属安定化基層１８の上面）に第２超電導線材１０を沿わせた状態で銅等の良導電性の金属をメッキすることにより、金属安定化層１９ａ〜１９ｄが形成されると同時に、第２超電導線材１０を金属安定化層１９ａ内に埋没させて固定する方法が挙げられる。
【００３８】
超電導線材２Ａの第１超電導線材１ａにおいて、万が一、その一部で常電導転移が発生した場合、金属安定化基層１８及び金属安定化層１９には、超電導層１７の電流が転流してジュール熱が発生し発熱が起こる。本実施形態の超電導線材２Ａは、温度検知用の第２超電導線材１０の下面が超電導層１７上に積層された金属安定化基層１８の上面に接する状態で金属安定化層１９ａ内に配されていることにより、上述の第１実施形態の超電導線材１Ａの効果に加えて、より一層温度変化（温度上昇）の検知精度および応答性を向上させることができる。
【００３９】
なお、図３では、金属安定化層１９ａの厚さと第２超電導線材１０の径がほぼ同一である場合について例示しているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。金属安定化層１９ａの厚さを第２超電導線材１０の径よりも大きく設定し、温度検知媒体１０が金属安定化層１９ａ内に完全に埋没していてもよいし、第２超電導線材１０の径（厚さ）を金属安定化層１９ａの厚さよりも大きくして、第２超電導線材１０の一部が露出していてもよい。
【００４０】
また、本実施形態においては、１つの温度検知用の第２超電導線材１０が金属安定化層１９ａの内部に配されている構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。超電導線材２Ａの信頼性を向上させるために、２つ以上の第２超電導線材１０が金属安定化層１９ａの内部に配されている構成とすることも好ましい。
【００４１】
＜第３実施形態＞
図４は、本発明の第３実施形態に係る超電導線材の一例を示す概略断面図である。図４において、図１および図２に示した超電導線材１Ａ、並びに、図３に示した超電導線材２Ａと同じ構成要素には同一の符号を付した。なお、以下の説明では、上述した第１実施形態および第２実施形態と異なる部分について主に説明し、同様の部分については説明を省略する。
本実施形態の超電導線材３Ａは、テープ状の基材１１の上にベッド層１５と中間層１６と超電導層１７と金属安定化基層１８とがこの順に積層された積層体Ｓ１と、この積層体Ｓ１の上面、一方の側面、他方の側面および下面を覆うように形成された金属安定化層１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ（金属安定化層１９）とにより構成された第１超電導線材３ａと、第１超電導線材３ａの超電導層１７の側方の金属安定化層１９ｂ内に配された温度検知用の第２超電導線材１０とにより概略構成されている。
第３実施形態の超電導線材３Ａは、温度検知用の第２超電導線材１０が金属安定化層１９ｂ内に配されている点において、上述した第２実施形態の超電導線材２Ａとは異なっている。
【００４２】
金属安定化層１９ａ〜１９ｄとしては第２実施形態と同様のものが挙げられ、メッキ法により形成されている。第２超電導線材１０を金属安定化層１９ｂ内に設置する方法としては、第１超電導線材３ａの積層体Ｓ１の一方の側面に第２超電導線材１０を沿わせた状態で銅等の良導電性の金属をメッキすることにより、金属安定化層１９ａ〜１９ｄが形成されると同時に、第２超電導線材１０を金属安定化層１９ｂ内に埋没させて固定する方法が挙げられる。
【００４３】
本実施形態の超電導線材３Ａは、第１超電導線材３ａの超電導層１７の側面と接する金属安定化層１９ｂ内に温度検知用の第２超電導線材１０が配されているので、万一、常電導転移が発生した場合、超電導層１７より金属安定化層１９ｂへと電流が転流することによる発熱を、良好な精度および応答性で検知することができる。さらに、第２超電導線材１０を、金属安定化層１９ｂ内のうち、超電導層１７の近傍に配する構成とすることにより、温度検知の精度および応答性をより一層向上させることができる。
【００４４】
なお、図４では、金属安定化層１９ｂの厚さと第２超電導線材１０の径（厚さ）がほぼ同一である場合について例示しているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。金属安定化層１９ｂの厚さを第２超電導線材１０の径よりも大きく設定し、第２超電導線材１０が金属安定化層１９ｂ内に完全に埋没していてもよいし、第２超電導線材１０の径（厚さ）を金属安定化層１９ｂの厚さよりも大きくし、第２超電導線材１０の一部が露出していてもよい。
【００４５】
また、本実施形態においては、１つの温度検知用の第２超電導線材１０が金属安定化層１９ｂの内部に配されている構成を例示したが、本発明はこれに限定されない。超電導線材３Ａの信頼性を向上させるために、２つ以上の温度検知用の第２超電導線材１０を備える構成とすることも好ましい。超電導線材３Ａが、２つ以上の第２超電導線材１０を備える場合、複数の第２超電導線材１０の配置は特に限定されず、金属安定化層１９ｂ内に複数配されていても良いし、積層体Ｓ１の一方の側面側の金属安定化層１９ｂと、積層体Ｓ１の他方の側面側の金属安定化層１９ｃとにそれぞれ配されていても良い。また、本実施形態の変形例として、図５に示す超電導線材３Ｂのように、積層体Ｓ１の側方の金属安定化層１９ｂと、積層体Ｓ１上の金属安定化層１９ａとに、温度検知用の第２超電導線材１０が配されていても良い。さらに、積層体Ｓ１上の金属安定化層１９ａと、積層体Ｓ１の両側面の金属安定化層１９ｂ、１９ｃとに、それぞれ第２超電導線材１０が配されている構成とすることも勿論可能であるし、第１超電導線材１本あたりの温度検知用の第２超電導線材１０の数は、特に限定されるものではない。
【００４６】
さらに、本実施形態の変形例の他例として、図１１に示す超電導線材３Ｃの様に、基材１とベッド層１５と中間層１６と超電導層１７とがこの順に積層された積層体Ｓ２と、この積層体Ｓ２の上面、一方の側面、他方の側面および下面を覆うように形成された金属安定化基層１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ（金属安定化基層１８）と、金属安定化基層１８の外周を覆うように形成された金属安定化層１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ（金属安定化層１９）とにより構成された第１超電導線材３ｃの、第１超電導線材３ｃの超電導層１７の側方の金属安定化層１９ｂ内に、金属安定化基層１８ｂに接するように温度検知用の第２超電導線材１０が配されていてもよい。この場合、金属安定化基層１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ（金属安定化基層１８）は、前記した第１実施形態と同様の材料よりメッキ法により形成されている。図１１に示す超電導線材３Ｃにおいても、さらに、金属安定化層１９ｃ、１９ａ等に、金属安定化基層１８に接するように第２超電導線材１０が配されている構成とすることも勿論可能であるし、第１超電導線材３ｃ１本あたりの温度検知用の第２超電導線材１０の数は、特に限定されるものではない。
【００４７】
＜第４実施形態＞
図６は、本発明の第４実施形態に係る超電導線材の一例を示す概略断面図である。図６において、図１および図２に示した超電導線材１Ａと同じ構成要素には同一の符号を付した。なお、以下の説明では、上述した第１実施形態と異なる部分について主に説明し、同様の部分については説明を省略する。
本実施形態の超電導線材４Ａは、テープ状の基材１１の上にベッド層１５と中間層１６と超電導層１７とが積層されるとともに、超電導層１７の上に金属安定化基層１８と金属安定化層１９が積層されて構成された第１超電導線材４ａと、第１超電導線材４ａの上面（金属安定化層１９の上面）に接するように設けられた温度検知用の第２超電導線材１０により概略構成されている。
【００４８】
第１超電導線材４ａの上面（金属安定化層１９の上面）に温度検知用の第２超電導線材１０を設置する方法としては、接着剤などにより固定する方法や、図２に示すように外周部に絶縁層２０を設ける際に、第１超電導線材４ａの上面に接するように沿わせた状態で絶縁性のテープなどを巻きつけることにより、第１超電導線材４ａの上面と絶縁層２０との間に配する方法等を例示できる。本実施形態の超電導線材４Ａは、第１超電導線材４ａへの第２超電導線材１０の設置方法が簡便であり、生産性が良好であるため好ましい。
なお、図６に示す本実施形態の超電導線材４Ａでは、第１超電導線材４ａの金属安定化層１９の上面に接するように第２超電導線材１０が設置された例を示したが、本発明はこれに限定されない。図２に示す如く、第１超電導線材の外周を覆うように形成された絶縁層２０の上面に第２超電導線材が配されていても良いし、絶縁層２０の内部に第２超電導線材が配されていてもよい。
【００４９】
＜他の実施形態＞
第１〜第４実施形態では、薄膜積層構造の超電導線材について述べたが、本発明はこれに限定されない。
図７は、本発明の他の実施形態に係る超電導線材の一例を示す概略断面図である。この実施形態の超電導線材５Ａは、扁平な断面形状を有する線材であり、長手方向に伸びる複数の超電導体フィラメントにより形成された扁平な断面形状の超電導層３７と、超電導層３７の周囲を被覆する扁平な金属安定化層３９とで構成された第１超電導線材５ａと、第１超電導線材５ａの金属安定化層３９に形成された収納溝９に収容された温度検知用の第２超電導線材１０とで概略構成されている。
【００５０】
超電導層３７形成する材料としては、例えば、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏｘ（Ｂｉ２２１２相：臨界温度Ｔｃ＝８０Ｋ）、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ（Ｂｉ２２２３相：臨界温度Ｔｃ＝１１０Ｋ）、Ｂｉ１．６Ｐｂ０．４Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ、Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｙ、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘなどで示される組成を持つ酸化物超電導材料のような高温超電導材料から選択された１種以上のものが用いられ、特に、Ｂｉ２２２３相またはＢｉ２２１２相のＢｉ系酸化物超電導材料が用いられる。
金属安定化層３９は、銀あるいは銀合金より形成されている。収納溝９および第２超電導線材１０としては、上述の第１実施形態と同様の構成および構造とすることができる。
【００５１】
本実施形態の超電導線材５Ａは、超電導層３７の原料粉末が充填された銀または銀合金製のパイプを伸線して多芯化し、さらに伸線、圧延および焼成を繰り返すＰＩＴ法（Powder In Tube法）により製造される。超電導線材５Ａ（第１超電導線材５ａ）の厚さは、テープ状の導体構造の場合、０．２〜０．３ｍｍ程度であり、超電導層３７と金属安定化層３９との体積比率は、例えば、２：３程度とすることができる。
本実施形態の超電導線材５Ａの第１超電導線材５ａにおいて、金属安定化層３９は超電導層３７の全周を覆っているが、超電導層３７の幅方向両端側においては、超電導層３７の外方に突出部３９ａが形成されている。温度検知用の第２超電導線材１０は、超電導層３７の幅方向の一端側の突出部３９ａの上部に、第１超電導線材５ａの長手方向に連続的に形成された収納溝９の内部に、第１超電導線材５ａの長手方向に沿って収納されている。収納溝９の形成は、例えば、伸線、圧延および焼成等により超電導層３７と金属安定化層３９が形成された後に、金属安定化層１９をレーザ等により加工することにより、或いは、ロール圧延時に超電導層３７がない部分の突出部３９ａにロール圧延で溝を形成することにより行うことができる。収納溝９への第２超電導線材１０の設置方法は、上述の第１実施形態と同様である。
【００５２】
本実施形態の超電導線材５Ａも、上記実施形態と同様に第１超電導線材５ａと温度検知用の第２超電導線材１０を備えることにより、超電導線材５Ａの一部で温度上昇が起こり、第２超電導線材１０の臨界温度Ｔｘに達した時点で、第２超電導線材１０の電圧値が大幅に上昇するので、容易に温度変化（温度上昇）を検知することができる。
また、本実施形態の超電導線材５Ａも、第１〜第３実施形態の超電導線材と同様に、第１超電導線材５ａの金属安定化層３９に温度検知用の第２超電導線材１０が配されていることにより、万一、常電導転移が発生した場合にも、良好な精度および応答性で、温度変化（温度上昇）を検知することができる。さらに、本実施形態の超電導線材５Ａは、温度検知媒体を超電導線材の外周面に設置する場合と比較して、薄型化することができ、超電導線材５Ａを同心円状に巻回して超電導コイルとする場合、超電導線材５Ａを高密度で巻回でき、良好な電流密度とすることができる。
【００５３】
なお、本実施形態においては、１つの温度検知用の第２超電導線材１０が金属安定化層３９の内部に配されている構成を例示したが、本発明はこれに限定されず、超電導線材５Ａの信頼性を向上させるために、２つ以上の第２超電導線材１０が金属安定化層３９の内部に配されている構成とすることも好ましい。また、金属安定化層３９における第２超電導線材１０の配置も適宜変更可能である。さらに、本実施形態においては、複数本の超電導フィラメントより超電導層３７が形成されている例を示したが、本実施形態はこれに限定されず、１本の超電導フィラメントより超電導層３７が形成されていてもよい。
【００５４】
［超電導コイル］
次に、本発明に係る超電導コイルの一実施形態について説明する。
図８は、本発明の超電導コイル５０の一実施形態を示す概略斜視図である。
超電導コイル５０は、第１コイル体５１上に、第２コイル体５２が、同軸的に積層されて構成されている。
第１コイル体５１は、上述した本発明に係る第２実施形態の超電導線材２Ａが、金属安定化層１９ａ側を外側にして、同心円状、反時計回りに多数回巻回されて構成されたパンケーキ型のコイル体である。第１コイル体５１を構成する超電導線材２Ａの金属安定化層１９ａ内には、温度検知用の第２超電導線材１０が配されており、超電導線材２Ａの巻回に伴い、第２超電導線材１０も同心円状、反時計回りに多数回巻回されている。
第２コイル体５２は、上述した本発明に係る第２実施形態の超電導線材２Ａが、金属安定化層１９ａ側を外側にして、同心円状、時計回りに多数回巻回されて構成されたパンケーキ型のコイル体である。第２コイル体５２を構成する超電導線材２Ａの金属安定化層１９ａ内には、温度検知用の第２超電導線材１０が配されており、超電導線材２Ａの巻回に伴い、第２超電導線材１０も同心円状、時計回りに多数回巻回されている。
第１コイル体５１の巻回終端である外周端部５１ａと、第２コイル体５２の巻回端部である外周端部５２ａとは、互いに隣接するように配されており、良導電性の接続板（図示略）により、電気的および機械的に接続されている。
【００５５】
なお、本実施形態の超電導コイル５０において、第１コイル体５１及び第２コイル体５２を構成する各超電導線材２Ａ、２Ａが備える温度検知用の第２超電導線材１０、１０は、超電導コイル５０内の温度変化（温度上昇）を検知可能であれば、夫々のコイル体に独立に配されていても良いし、２つのコイル体に連続的に配されていても良い。例えば、第１コイル体５１の超電導線材２Ａが備える温度検知用の第２超電導線材１０と、第２コイル体５２の超電導線材２Ａが備える温度検知用の第２超電導線材１０が、個々に、外部の検出手段（図示略）に連通されていてもよい。また、第１コイル体５１の温度検知用の第２超電導線材１０と、第２コイル体５２の温度検知用の第２超電導線材１０が、第１コイル体５１の巻回終端である外周端部５１ａと、第２のコイル体５２の巻回端部である外周端部５２ａで連続的に繋がった状態で配されており、第２超電導線材１０の端部が外部の検出手段（図示略）に連通されていてもよい。
【００５６】
本発明の超電導コイル５０は、本発明の超電導線材２Ａを巻回して形成された第１および第２コイル体５１、５２を備えることにより、万一、常電導転移が発生した場合にも、温度検知用の第２超電導線材１０の臨界温度Ｔｘまで温度が上昇した時点で、第２超電導線材の電圧値が大幅に上昇するので、容易に超電導コイル５０内の温度変化（常電導転移）を検知することができる。また、本発明の超電導線材２Ａにおいては、第１超電導線材の臨界温度Ｔｃは、温度検知用の第２超電導線材１０の臨界温度Ｔｘよりも高く設定されているため、温度Ｔｘにて常電導転移の発生を検知した時点で、電流値を低下させるなどの処置を施すことができるため、超電導コイル５０を構成する第１超電導線材の常電導転移領域が拡大することを防ぐことができる。
【００５７】
なお、本実施形態においては、コイル体を２個積層させた構成の超電導コイル５０を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、３個以上のコイル体より形成されていても良いのは勿論である。また、超電導コイル５０を構成する第１コイル体５１および第２コイル体５２は、上述した本発明に係る第１〜第４実施形態のおよび他の実施形態の超電導線材１Ａ、２Ａ、３Ａ、３Ｂ、４Ａ、５Ａのうち、いずれの超電導線材より形成されていても良いのは勿論である。
【００５８】
［超電導保護装置］
次に、本発明に係る超電導保護装置の一実施形態について説明する。
図９は、本発明の超電導保護装置１００の一実施形態を示す概略構成図である。
超電導保護装置１００は、上記本発明の超電導コイル５０が備える温度検知用の第２超電導線材手段６０の一端６０ａが電源６１と連通され、第２超電導線材６０の他端６０ｂが検出器６２に連通されて概略構成されている。この超電導保護装置１００は、電源６１を作動させて第２超電導線材６０の一端６０ａより第２超電導線材６０に電流を流し、第２超電導線材６０の他端６０ｂにおいて検出器６２により、第２超電導線材６０の電圧値の変化を観測して超電導コイル５０内の温度変化（常電導転移）を検出する。これにより、万一、超電導コイル５０において超電導転移が発生した場合、超電導コイル中の温度が第２超電導線材６０の臨界温度Ｔｘまで上昇した時点で直ちに検出される電圧値に変化が現れるため、常電導転移を検出することができる。
【００５９】
本発明の超電導保護装置１００は、本発明の超電導コイル５０を備えることにより、万一、常電導転移が発生した場合にも、温度検知用の第２超電導線材６０の臨界温度Ｔｘまで温度が上昇した時点で、第２超電導線材６０の電圧値が大幅に上昇し、直ちに検出器６２で検出される電圧値が大きく変化するので、容易に超電導コイル５０内の温度変化（常電導転移）を検知することができる。また、本発明の超電導保護装置１００を構成する超電導コイル５０において、第１超電導線材の臨界温度Ｔｃは、温度検知用の第２超電導線材の臨界温度Ｔｘよりも高く設定されている。そのため、本発明の超電導保護装置１００は、温度Ｔｘにて常電導転移の発生を検知した時点で、電流値を低下させるなどの処置を施すことができるため、超電導コイル５０内の常電導転移領域が拡大することを防いで、超電導コイル５０を良好な状態で保護することができる。
【００６０】
以上、本発明の超電導線材、超電導コイルおよび超電導保護装置について説明したが、上記実施形態において、超電導線材の各部、超電導コイルを構成する各部、および超電導保護装置を構成する各部は一例であって、本発明の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【実施例】
【００６１】
以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例）
「第１超電導線材の作製」
幅５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのテープ状のハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）製の基材上に、イオンビームアシストスパッタ法（ＩＢＡＤ法）により１．２μｍ厚のＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７（ＧＺＯ；中間層）を形成した上に、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）により１．０μｍ厚のＣｅＯ２（キャップ層）を成膜した。次いでＣｅＯ２層上にＰＬＤ法により１．０μｍ厚のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７（超電導層）を形成し、さらに超電導層上にスパッタ法により１０μｍの銀層（金属安定化基層）を形成した。その後、０．１ｍｍ厚の銅層（金属安定化層）を半田により銀層上に積層することにより、第１超電導線材（臨界温度Ｔｃ＝９３Ｋ）を作製した。
【００６２】
「第２超電導線材の作製」
ＰＩＴ法（Powder In Tube法）により製造された直径Φ＝０．８ｍｍのＭｇＢ２超電導線材（臨界温度Ｔｘ＝３９Ｋ）を準備し、このＭｇＢ２超電導線材の外周部に厚さ１２．５μｍのポリイミドテープを巻き付けることにより、第２超電導線材を作製した。
【００６３】
「超電導線材および超電導コイルの作製」
上記で作製した第１超電導線材の銅層の上面に、第２超電導線材を配置して、この線材の周囲に、厚さ１２．５μｍのポリイミドテープを巻きつけることにより、図６に示す構造の超電導線材を作製した。
次いで、得られたポリイミドテープ付きの超電導線材を、内径７０ｍｍとして同心円状に３５回巻回させてコイル体を作製した。次に、同様の手順で作製した２個のコイル体を同軸的に積層させることにより、高さ１０ｍｍ、総ターン数７０ターン（３５ターン×２）の超電導コイルを作製した。
【００６４】
「評価」
作製した超電導コイルを、冷凍機による伝導冷却により２０Ｋまで冷却し、超電導状態とした。次に、温度調整器により昇温させたところ、温度が３９Ｋを越えた時点で直ちに、第２超電導線材の電圧値が発生することを確認した。この結果より、本発明によれば、超電導コイル（および超電導線材）内における常電導転移（温度上昇）を容易に検出可能であることが明らかである。
【符号の説明】
【００６５】
１Ａ、２Ａ、３Ａ、３Ｂ、４Ａ、５Ａ…超電導線材、１ａ、２ａ、３ａ、３ｂ、４ａ、５ａ…第１超電導線材、９…収納溝、１０、６０…第２超電導線材、１１…基材、１５…ベッド層、１６…中間層、１７、３７…超電導層、１８…金属安定化基層、１９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、３９…金属安定化層、２０…絶縁層、５０…超電導コイル、５１…第１コイル体、５２…第２コイル体、１００…超電導保護装置。
【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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