(57)【要約】【課題】簡単な構成でありながらも、臨界電流発生の際の超電導線材の焼損を抑制すること。【解決手段】超電導線材２に電気的に並列接続される所定電気抵抗値Ｒｎの常電導体１０と、前記超電導線材２、及び前記常電導体１０を含む並列回路２０に検査電流Ｉを流す電流値可変の定電流源たる電流電源１１と、を備え、前記検査電流Ｉの電流値Ｉｔを可変し、臨界電流を定義する臨界電流定義電圧Ｖｔが前記超電導線材２に生じたときの検査電流Ｉの電流値Ｉｔから、当該臨界電流定義電圧Ｖｔ発生時に前記常電導体１０に流れる常電導体分流電流値Ｉｎを除いた電流値に基づいて前記臨界電流を検査する臨界電流検査装置１を構成した。【選択図】図１
2013148440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導線材に電気的に並列接続される所定電気抵抗値の常電導体と、
前記超電導線材、及び前記常電導体を含む並列回路に検査電流を流す電流値可変の定電流源と、を備え、
前記検査電流の電流値を変化させ、前記超電導線材に流れる臨界電流を定義する所定電圧が前記超電導線材に生じたときの検査電流の電流値から、当該所定電圧発生時に前記常電導体に流れる電流値を除いた電流値に基づいて前記臨界電流を検査する
ことを特徴とする臨界電流検査装置。
【請求項２】
前記超電導線材に予め想定されている臨界電流の電流値に、当該所定電圧発生時に前記常電導体に流れる電流値を加えた電流値を上限に前記検査電流を変化させ、前記上限の電流値に至るまでに前記所定電圧が発生するか否かに基づいて、前記超電導線材の臨界電流特性の不良を判定する、ことを特徴とする請求項１に記載の臨界電流検査装置。
【請求項３】
前記超電導線材に予め想定されている臨界電流の電流値に、当該所定電圧発生時に前記常電導体に流れる電流値を加えた上限電流値に対する、当該所定電圧発生時に前記常電導体に流れる電流値の比率が５％以上となるように前記常電導体の所定電気抵抗値を設定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の臨界電流検査装置。
【請求項４】
前記超電導線材に予め想定されている臨界電流の電流値に、当該所定電圧発生時に前記常電導体に流れる電流値を加えた上限電流値に対する、当該所定電圧発生時に前記常電導体に流れる電流値の比率が１０％以下となるように前記常電導体の所定電気抵抗値を設定したことを特徴とする請求項１乃至３に記載の臨界電流検査装置。
【請求項５】
前記常電導体に発生した電圧が、前記所定電圧に達した場合に、前記超電導線材への検査電流の流入を止め、又は前記超電導線材に流入する電流を減じることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の臨界電流検査装置。
【請求項６】
前記超電導線材に予め想定されている臨界電流の電流値に応じて、前記抵抗値が異なる常電導体を交換自在に設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の臨界電流検査装置。
【請求項７】
超電導線材に所定電気抵抗値の常電導体を電気的に並列接続し、前記超電導線材、及び前記常電導体を含む並列回路を構成し、当該並列回路に検査電流を流し、
前記検査電流の電流値を可変し、臨界電流を定義する所定電圧が前記超電導線材に生じたときの検査電流の電流値から、当該所定電圧発生時に前記常電導体に流れる電流値を除いた電流値に基づいて前記臨界電流を検査する
ことを特徴とする臨界電流検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導線材の臨界電流を検査する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導線材において、臨界電流は性能を左右する重要な特性の一つである。臨界電流とは、超電導体に流せる限界の電流値を指し、一般的には、超電導体に所定電界（例えば１×１０-4Ｖ／ｍ）を生じさせる電流値が臨界電流として定義されている。
この臨界電流を測定する技術には、直接通電方式と間接測定方式とがある。直接通電方式は、超電導線材に検査電流を直接通電して臨界電流を測定する手法であり、代表的なものとして直流四端子法が知られている。この直流四端子法では、超電導線材に流す検査電流の電流値を次第に大きくし、上記の所定電界に対応する所定電圧（以下、臨界電流定義電圧と言う）が超電導線材に生じたときの検査電流の電流値から臨界電流を測定している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、間接測定方式としては、例えば、超電導線材の磁化測定をホール素子等で行い当該磁化測定の測定値を換算して臨界電流を求める手法が知られている。しかしながら、測定値から臨界電流への換算が用いられるため正確性に欠け、超電導線材に電流を流したときの通電特性と必ずしも一致しないことがある。このため、超電導線材の品質検査の一つとして臨界電流特性の検査を行う際には、信頼性の観点から直接通電方式による測定が行われることが多い。
【０００４】
ところで、臨界電流近傍の電流が超電導線材に流れると、超電導線材が電気抵抗を発生して常電導に転移し急激な抵抗上昇に伴う大きな発熱を生じ、超電導線材を焼損することがある。この対策として、超電導線材においては、超電導層の直上に例えば銀等の良電導体から成る保護層と呼ばれる第１の常電導金属層が設けられている。この保護層は、通常、比較的薄いため、電気的な安定を増して焼損を抑制するために、保護層の更に直上に銅等の良導体から成る安定層と呼ばれる第２の常電導金属層が設けられている。これにより、超電導層の超電導が部分的に不安定になって抵抗上昇が発生した場合でも、電流は、抵抗が上昇した超電導層よりも電気抵抗の小さな安定層を流れるため、発熱に伴う焼損が防止される。
【０００５】
しかしながら、超電導線材の製造現場において、品質検査の一環として臨界電流特性を検査する場合、超電導線材に安定層を設けた後でないと臨界電流を測定することができない。したがって、臨界電流特性の検査において不良が認められたときのコスト的な損失が安定層を要する分だけ大きくなる。また安定層の形成が不十分である場合には、臨界電流特性の検査時に超電導線材が発熱し焼損させてしまう、といった問題もある。
【０００６】
そこで、異常な電流が超電導線材に発生するとき、すなわち急激な臨界電流の低下、断線発生、及び臨界電流定義電圧から発生する抵抗より高い抵抗を有する電流の発生があるときに、異常な電流を迂回させる分流器を超電導線材と別途に設けることで、超電導線材の焼損を防止する技術が知られている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２７０９１６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２３０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、異常な電流が発生したタイミングで、当該異常な電流が分流器に向かうように制御することは非常に煩雑であり、また構成も複雑になる、といった問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成でありながらも、臨界電流発生の際の超電導線材の焼損を抑制できる臨界電流検査装置、及び臨界電流検査方法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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、超電導線材に電気的に並列接続される所定電気抵抗値の常電導体と、前記超電導線材、及び前記常電導体を含む並列回路に検査電流を流す電流値可変の定電流源と、を備え、前記検査電流の電流値を変化させ、前記超電導線材に流れる臨界電流を定義する所定電圧が前記超電導線材に生じたときの検査電流の電流値から、当該所定電圧発生時に前記常電導体に流れる電流値を除いた電流値に基づいて前記臨界電流を検査することを特徴とする臨界電流検査装置を提供する。
【００１０】
また本発明は、上記臨界電流検査装置において、前記超電導線材に予め想定されている臨界電流の電流値に、当該所定電圧発生時に前記常電導体に流れる電流値を加えた電流値を上限に前記検査電流を変化させ、前記上限の電流値に至るまでに前記所定電圧が発生するか否かに基づいて、前記超電導線材の臨界電流特性の不良を判定する、ことを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、上記臨界電流検査装置において、前記超電導線材に予め想定されている臨界電流の電流値に、当該所定電圧発生時に前記常電導体に流れる電流値を加えた上限電流値に対する、当該所定電圧発生時に前記常電導体に流れる電流値の比率が５％以上となるように前記常電導体の所定電気抵抗値を設定したことを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、上記臨界電流検査装置において、前記超電導線材に予め想定されている臨界電流の電流値に、当該所定電圧発生時に前記常電導体に流れる電流値を加えた上限電流値に対する、当該所定電圧発生時に前記常電導体に流れる電流値の比率が１０％以下となるように前記常電導体の所定電気抵抗値を設定したことを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、上記臨界電流検査装置において、前記常電導体に発生した電圧が、前記所定電圧に達した場合に、前記超電導線材への検査電流の流入を止め、又は前記超電導線材に流入する電流を減じることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、上記臨界電流検査装置において、前記超電導線材に予め想定されている臨界電流の電流値に応じて、前記抵抗値が異なる常電導体を交換自在に設けたことを特徴とする。
【００１５】
また上記目的を達成するために、本発明は、超電導線材に所定電気抵抗値の常電導体を電気的に並列接続し、前記超電導線材、及び前記常電導体を含む並列回路を構成し、当該並列回路に検査電流を流し、前記検査電流の電流値を可変し、臨界電流を定義する所定電圧が前記超電導線材に生じたときの検査電流の電流値から、当該所定電圧発生時に前記常電導体に流れる電流値を除いた電流値に基づいて前記臨界電流を検査することを特徴とする臨界電流検査方法を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、超電導線材、及び常電導体を含む並列回路に検査電流を流して臨界電流特性を検査する構成であるため、臨界電流の発生に伴い超電導線材に急激な抵抗上昇が発生したとしても、一定割合の検査電流は常電導体に分流されることから、別途に特別な回路を備えること無く簡単な回路構成でありながらも超電導線材の焼損を抑制できる。
また常電導体の抵抗値が所定電気抵抗値に固定されて既知であることから、臨界電流を定義する所定電圧が前記超電導線材に生じたときに常電導体に流れる電流値も一義に決定され、当該電流値を検査電流から除くことで、超電導線材の臨界電流を求められる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る臨界電流検査装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】冷却容器内での常電導体の配置例を模式的に示す図である。
【図３】臨界電流特性検査のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る臨界電流検査装置１の構成を模式的に示す図である。
臨界電流検査装置１は、超電導線材２の臨界電流特性を検査する装置である。特に本実施形態の臨界電流検査装置１は、超電導線材２の製造現場での品質管理に用いられ、超電導線材２の臨界電流の電流値が臨界電流の設計値（以下、臨界電流仕様値）を下回らないかを検査するために用いられる。なお、この臨界電流仕様値に幅がある場合には、製品の品質上、満足すべき値の下限値が臨界電流仕様値に設定される。
検査対象の超電導線材２は、数十メートルから数キロメートルに亘る長さの長尺テープ状に形成されたものである。この超電導線材２は、送りリール３に巻かれて設置され、当該送りリール３で送り出しながら巻き取りリール４で順次に巻き取る、いわゆるリールトゥリール（Reel to Reel）方式で走行される。
【００１９】
超電導線材２は、テープ状の基材の表面に超電導層を薄膜形成したものである。この超電導層には、例えば液体窒素温度（７７Ｋ）以上で超電導となる高温超電導体が用いられている。高温超電導には、ＲＥ系超電導体（ＲＥ：希土類元素）が知られており、本実施形態では、化学式ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７-Ｙで表されるイットリウム系酸化物超電導体が用いられている。超電導線材２は、超電導層上に銀等の良導体からなる保護層（と呼ばれる第１の常電導金属層が設けられている。また、更にこの保護層の上に銅等の良電導体から成る安定層と呼ばれる第２の常電導金属層が設けられていてもよい。本実施形態では、この超電導線材２を超電導転移温度まで冷却するために、図１に示すように、超電導線材２の走行経路内には冷却容器５が配置され、この冷却容器５には液体窒素６が満たされている。超電導線材２は、走行経路内に適宜に配置された複数のローラ７によって冷却容器５の液体窒素６の中を走行するように導かれる。このように超電導線材２が液体窒素６の中に通線されることで、超電導転移温度以下に冷却され超電導状態となる。
【００２０】
臨界電流検査装置１は、冷却容器５の中で超電導状態となった超電導線材２に検査電流を流し、当該超電導線材２に生じる電圧を監視することで、臨界電流特性の検査を行う。具体的には、図１に示すように、臨界電流検査装置１は、常電導体１０と、電流電源１１と、一対の電流電極１２、１３と、一対の電圧電極１４、１５と、第１電圧計１６及び第２電圧計１７と、制御装置１８とを備えている。
常電導体１０は、常電導性材（例えば、銅、銅合金などの比較的高導電率の金属が好ましい）から形成され、既知の所定の電気抵抗値を有するものであり、超電導線材２と常時、電気的に並列に接続され、当該常電導体１０と超電導線材２とにより並列回路２０が構成されている。この常電導体１０は、冷却容器５の液体窒素６の中に配置し温度を一定に保つことで、温度変化に伴う電気抵抗値の変動が抑制されている。
電流電源１１は、出力側の負荷変動によらずに一定の電流を出力し、なおかつ出力電流値を可変な定電流源であり、並列回路２０に並列に接続され、当該並列回路２０に検査電流Ｉを流すものである。この電流電源１１は、予め設定された掃引速度で検査電流Ｉの電流値Ｉｔをゼロから、予め設定された上限電流値Ｉｍａｘまで順次に増大可能に構成されている。この上限電流値Ｉｍａｘについては後述する。
【００２１】
一対の電流電極１２、１３は、及び一対の電圧電極１４、１５は、直流四端子法にて超電導線材２の電流−電圧特性を測定するものであり、それぞれが冷却容器５の液体窒素６の中に配置されている。
さらに詳述すると、電流電極１２、１３のそれぞれは、超電導線材２の長手方向に所定の離間距離だけ離れて配置され、これら電流電極１２、１３に上記電流電源１１が接続される。電流電極１２、１３は、それぞれ上部電流電極１２Ａ、１３Ａと、下部電流電極１２Ｂ、１３Ｂとを備え、上部電流電極１２Ａ、１３Ａと、下部電流電極１２Ｂ、１３Ｂとで超電導線材２を挟み込むことで、電流電源１１の検査電流を超電導線材２に流す、いわゆるクランプ式の電極として構成されている。この一対の電流電極１２、１３には、超電導線材２との間で上記並列回路２０を構成するように上述の常電導体１０が接続されている。したがって、超電導線材２、及び常電導体１０には、各々の抵抗値の逆数比に応じて検査電流Ｉを分流した電流が流れることとなる。
【００２２】
電圧電極１４、１５は、電流電極１２、１３の間への通電に伴い超電導線材２に発生する電圧を測定すべく、離間配置された電流電極１２、１３の内側に、超電導線材２の長手方向に所定の距離だけ離れて配置され、これら電圧電極１４、１５に第１電圧計１６が接続されている。電圧電極１４、１５は、それぞれ上部電圧電極１４Ａ、１５Ａと、下部電圧電極１４Ｂ、１５Ｂとを備え、上部電圧電極１４Ａ、１５Ａと、下部電圧電極１４Ｂ、１５Ｂとで超電導線材２を挟み込む、いわゆるクランプ式の電極として構成されている。第１電圧計１６は、これら電圧電極１４、１５の間に生じる電位差を電圧Ｖ１として検出し、検査の間は、この電圧Ｖ１を監視することで、臨界電流を定義する臨界電流定義電圧Ｖｔが超電導線材２に発生したか否かが検知される。
【００２３】
第２電圧計１７は、電流電源１１の通電によって常電導体１０に発生する電圧Ｖ２を監視するためのものである。上述の通り、常電導体１０は、超電導線材２との間で並列回路２０を構成することから、電圧Ｖ２に基づき、超電導線材２に臨界電流定義電圧Ｖｔが発生したか否かが検知できる。具体的には、電圧電極１４、１５の離間距離と、この離間距離間の常電導体１０の電気抵抗値Ｒｎとに基づき、超電導線材２に臨界電流定義電圧Ｖｔが発生したときに第２電圧計１７で検知される電圧Ｖ２が臨界電流定義電圧相当電圧Ｖｒとして予め求めることができる。このとき、第２電圧計１７が常電導体１０に接続された一対の電流電極１２、１３の間の電位差を電圧Ｖ２として計測している場合には、臨界電流定義電圧相当電圧Ｖｒは臨界電流定義電圧Ｖｔと一致する。
検査の間、第２電圧計１７の電圧Ｖ２を監視し、臨界電流定義電圧相当電圧Ｖｒに達したかを検知することで、例えば超電導線材２において電圧電極１４、１５の間以外の場所で臨界電流が発生する等の理由によって第１電圧計１６で臨界電流定義電圧Ｖｔが検知されない状況下でも、超電導線材２に臨界電流定義電圧Ｖｔが発生していることを速やかに検知できる。
【００２４】
制御装置１８は、各部を中枢的に制御して臨界電流特性検査を実行するものである。具体的には、制御装置１８は、電流電源１１が出力する検査電流Ｉの電流値Ｉｔの制御、並びに、第１電圧計１６が検出する電圧Ｖ１、及び第２電圧計１７が検出する電圧Ｖ２の監視を通じて、超電導線材２の臨界電流の電流値が臨界電流仕様値を下回らないかを判定し、下回った場合に不良判定を出力する。
【００２５】
この検査においては、超電導線材２に臨界電流仕様値の電流が流れるまでの間に、臨界電流定義電圧Ｖｔ、及び臨界電流定義電圧相当電圧Ｖｒのいずれの発生も検知されなければ、臨界電流の電流値は臨界電流仕様値以下ではなく、臨界電流特性が不良ではないことを示す。すなわち、超電導線材２に臨界電流仕様値の電流が流れる電流値を検査電流Ｉの上限（上述の上限電流値Ｉｍａｘ）として検査を行うことで、超電導線材２の臨界電流特性の良否を十分に検査できる。
上限電流値Ｉｍａｘは、超電導線材２の臨界電流仕様値をＩｓとし、常電導体１０に分流される常電導体分流電流値をＩｎとすると、次式（１）により決定される。
【００２６】
上限電流値Ｉｍａｘ＝臨界電流仕様値Ｉｓ＋常電導体分流電流値Ｉｎ      （１）
【００２７】
常電導体分流電流値Ｉｎは、上記臨界電流定義電圧相当電圧Ｖｒと、上記電気抵抗値Ｒｎに基づいて、次式（２）により予め求められる。
【００２８】
常電導体分流電流値Ｉｎ＝臨界電流定義電圧相当電圧Ｖｒ／電気抵抗値Ｒｎ        （２）
【００２９】
これら式（１）及び（２）により予め求めた上限電流値Ｉｍａｘが検査電流Ｉの上限値として制御装置１８に予め設定され、検査時には、制御装置１８が電流電源１１を制御して検査電流Ｉをゼロから上限電流値Ｉｍａｘを上限に順次増大させることとなる。
【００３０】
検査電流Ｉを順次増大させる過程において、超電導線材２の臨界電流が臨界電流仕様値Ｉｓよりも低いとき（すなわち臨界電流特性が不良であるとき）には、検査電流Ｉが上限電流値Ｉｍａｘに至る前の電流値で、超電導線材２での臨界電流定義電圧Ｖｔの発生、又は／及び常電導体１０での臨界電流定義電圧相当電圧Ｖｒの発生が検出され、この電流値が検査対象の超電導線材２の臨界電流の電流値Ｉｃを示すことになる。
この臨界電流の発生時には、常電導体１０に臨界電流定義電圧相当電圧Ｖｒが発生することで、検査電流Ｉのうち、上記（２）式で求められる常電導体分流電流値Ｉｎの電流が常電導体１０に分流される。したがって、臨界電流の電流値Ｉｃは、検査電流Ｉの電流値Ｉｔ、及び常電導体分流電流値Ｉｎを用いて次式（３）により求められる。
【００３１】
臨界電流の電流値Ｉｃ＝検査電流Ｉの電流値Ｉｔ−常電導体分流電流値Ｉｎ  （３）
【００３２】
この式（３）から明らかなように、臨界電流の電流値Ｉｃが低いほど、検査電流Ｉに対する常電導体分流電流値Ｉｎの比率は大きくなる。したがって、臨界電流発生時に超電導線材２に流れる電流の比率が小さいため、超電導線材２の発熱を抑えて焼損発生の可能性を著しく低くできる。
【００３３】
ただし、上記（２）式に示されるように、臨界電流発生時の常電導体分流電流値Ｉｎは、常電導体１０の電気抵抗値Ｒｎに反比例する。したがって、電気抵抗値Ｒｎが大きいほど常電導体分流電流値Ｉｎは小さくなることから、臨界電流発生時に検査電流Ｉが常電導体１０に分流される比率が小さくなり、常電導体１０に検査電流Ｉを分流させない状態と変わらなくなってしまう。このような場合に、超電導線材２に抵抗が生じて発熱したときには、常電導体１０への分流が少ないため、検査電流Ｉを瞬時に遮断、或いは低下させなければ、超電導線材２を焼損させる可能性が高くなる。
これとは逆に、電気抵抗値Ｒｎを小さくするほど臨界電流発生時に常電導体１０に流れる常電導体分流電流値Ｉｎを大きくできるものの、上記式（１）から明らかなように、上限電流値Ｉｍａｘも大きくなることから、検査時に、臨界電流仕様値Ｉｓよりも大きな電流値を長時間流すこととなり、効率的でない。
【００３４】
そこで、本実施形態では、臨界電流発生時に検査電流Ｉが常電導体１０に分流される比率を高め、超電導線材２が焼損する可能性を低くするために、常電導体分流電流値Ｉｎが検査電流Ｉの上限電流値Ｉｍａｘの少なくとも５％以上となるように常電導体１０の電気抵抗値Ｒｎが設定されている。
また、常電導体１０の電気抵抗値Ｒｎは、上限電流値Ｉｍａｘが臨界電流仕様値Ｉｓよりも大幅に大きくならないようにするために、常電導体分流電流値Ｉｎを検査電流Ｉの上限電流値Ｉｍａｘの少なくとも１０％以下とする抵抗値が設定されている。
このように、常電導体１０の電気抵抗値Ｒｎを、超電導線材２の臨界電流仕様値Ｉｓに応じて適切に設定することで、臨界電流発生時における超電導線材２の焼損の可能性を低めつつ、無駄に大きな検査電流Ｉを流すことなく検査を行うことができる。
【００３５】
超電導線材２の臨界電流仕様値Ｉｓ、すなわち検査電流Ｉの上限電流値Ｉｍａｘは、製造される超電導線材２の種類等によって変わることから、本実施形態の臨界電流検査装置１においては、超電導線材２の各臨界電流仕様値Ｉｓごとに、電気抵抗値Ｒｎが検査電流Ｉの上限電流値Ｉｍａｘの５％以上かつ１０％以下の常電導体１０が予め用意され、検査対象の超電導線材２に応じて交換自在に構成されている。この構成においては、冷却容器５の中を走行する超電導線材２に常電導体１０が干渉することなく交換可能にするために、図２に示すように、常電導体１０は、冷却容器５を平面視したときに超電導線材２に重ならない位置に配置されている。
なお、冷却容器５の中で常電導体１０を超電導線材２の上方に配置することで、平面視で常電導体１０を超電導線材２に重ねて配置することもできる。また、温度変化に伴い変動する電気抵抗値Ｒｎが、検査電流Ｉの上限電流値Ｉｍａｘの５％以上かつ１０％以下に収まる場合には、冷却容器５の外に常電導体１０を配置しても良い。
【００３６】
臨界電流検査装置１を用いて超電導線材２の臨界電流特性を検査する場合には、検査対象の超電導線材２を送りリール３に巻回して、図１に示すように、液体窒素６を満たした冷却容器５に通線可能にセットする。そして、送りリール３と巻き取りリール４とにより超電導線材２の検査対象の区間が一対の電圧電極１４、１５の間に位置するまでリールトゥリールで走行させて停止する。そして、電流電源１１により超電導線材２に検査電流Ｉを通電して、当該検査対象の区間における臨界電流特性を検査する。その後、超電導線材２の全長に亘り臨界電流特性が検査されるまで、次の区間が一対の電圧電極１４、１５の間に位置するように走行させ、この区間に対して臨界電流特性を検査するという処理が繰り返し行われる。超電導線材２の走行の制御は、制御装置１８が行っても良いし、別途に設けた装置が行っても良い。
検査対象の区間に対する臨界電流特性検査について図３を参照して説明する。
【００３７】
図３は、臨界電流特性検査のフローチャートである。
検査対象の区間が一対の電圧電極１４、１５の間に配置されると、制御装置１８は、図３に示すように、電流電源１１を制御し、検査電流Ｉをゼロから所定の掃引速度で増大させながら超電導線材２に通電する（ステップＳ１）。
通電の間、制御装置１８は、第１電圧計１６の電圧Ｖ１、及び第２電圧計１７の電圧Ｖ２を監視し、検査対象の区間への臨界電流定義電圧Ｖｔの発生、又は、常電導体１０への臨界電流定義電圧相当電圧Ｖｒの発生が検知されたか否かを判定する（ステップＳ２）。
【００３８】
臨界電流定義電圧Ｖｔ、及び臨界電流定義電圧相当電圧Ｖｒのいずれも発生していない場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、制御装置１８は、検査電流Ｉが上限電流値Ｉｍａｘに到達したか否かを判断する（ステップＳ３）。検査電流Ｉが上限電流値Ｉｍａｘに到達していない場合には（ステップＳ３：Ｎｏ）、制御装置１８は、電圧Ｖ１、及び電圧Ｖ２の監視を継続すべく、ステップＳ２に処理ステップを戻す。
一方、検査電流Ｉが上限電流値Ｉｍａｘに到達した場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、検査対象の区間にあっては、臨界電流が臨界電流仕様値Ｉｓよりも大きいことを示すため、制御装置１８は、速やかに電流電源１１の検査電流Ｉの出力を停止して超電導線材２への検査電流Ｉの流入を止め（ステップＳ４）、「不良なし」の旨を出力する（ステップＳ５）。そして、次の検査対象の区間について臨界電流特性を検査すべく、処理ステップをステップＳ１に戻す。
【００３９】
一方、ステップＳ２の判定の結果、臨界電流定義電圧Ｖｔ、又は臨界電流定義電圧相当電圧Ｖｒの発生が検知された場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、検査対象の区間で臨界電流が生じたことを意味するため、制御装置１８は、速やかに電流電源１１の検査電流Ｉの出力を停止して超電導線材２への検査電流Ｉの流入を止め（ステップＳ６）、超電導線材２での抵抗値の増加に伴う焼損を防止する。上述の通り、臨界電流発生時には、検査電流Ｉのうち、常電導体分流電流値Ｉｎの電流は常電導体１０に流れることから、超電導線材２での焼損発生の可能性が低められる。
【００４０】
そして、制御装置１８は、超電導線材２の臨界電流の電流値Ｉｃが臨界電流仕様値Ｉｓ以下であることを示すため、「不良検知」の旨を出力し（ステップＳ７）、次の検査対象の区間について臨界電流特性を検査すべく、処理ステップをステップＳ１に戻す。なお、このステップＳ７において、制御装置１８は、上記（３）式に基づいて、臨界電流定義電圧Ｖｔ、及び臨界電流定義電圧相当電圧Ｖｒのいずれかの発生が検知されたときの検査電流Ｉの電流値Ｉｔと、そのときに常電導体１０に流れている常電導体分流電流値Ｉｎとから臨界電流の電流値Ｉｃを算出して出力しても良い。また、不良を検知した時点で、超電導線材２に対する臨界電流特性検査を終了しても良い。
【００４１】
次いで、上記臨界電流検査装置１による臨界電流検査の具体例を説明する。
（具体例１）
超電導線材２として、臨界電流仕様値Ｉｓが２５０ＡであるＹＢＣＯテープ線材を上記リールトゥリール方式で冷却容器５に通線して検査した。このとき電流電極１２、１３の間の距離は１ｍ、電圧電極１４、１５の間の距離は０．８ｍとした。臨界電流の基準電圧は、１μＶ／ｃｍ＝１×１０-4Ｖ／ｍとし、臨界電流定義電圧Ｖｔは、８×１０-5Ｖである。常電導体１０には、液体窒素６による冷却温度（７７Ｋ）での比抵抗が２×１０-9Ωｍの銅を用い、直径が２５ｍｍφの丸棒、長さが１ｍの常電導体１０を用いた。第２電圧計１７によって常電導体１０の電位差を計測する計測間距離は０．８ｍとした。臨界電流定義電圧Ｖｔと同等の電圧が第２電圧計１７で計測されるときに常電導体１０に流れている電流の電流値（常電導体分流電流値Ｉｎ）は２０Ａと計算されることから、検査電流Ｉの上限電流値Ｉｍａｘは、上記（１）式に基づき２７０Ａとした。
【００４２】
そして、臨界電流検査装置１により超電導線材２の検査を進めたところ、ある検査対象の区間で、検査電流Ｉが上限電流値Ｉｍａｘに至る前に臨界電流定義電圧Ｖｔ、及び臨界電流定義電圧相当電圧Ｖｒのいずれかの発生が検知され（図３：ステップ２：Ｙｅｓ）、そのときの検査電流Ｉの電流値Ｉｔは２６４Ａであった。
したがって、超電導線材２の臨界電流の電流値Ｉｃは、上記（３）式に基づき、２４４Ａと計算される。また、常電導体分流電流値Ｉｎは臨界電流の電流値Ｉｃの８．２％（上限電流値Ｉｍａｘの７．４％）であった。電流電源１１の電流掃引速度を５Ａ／ｓとしたとき、臨界電流定義電圧Ｖｔが発生してから、超電導線材２の電圧Ｖ１が臨界電流定義電圧Ｖｔの２倍の電圧（焼損発生の可能性が非常に高くなる電圧）に達する時間は５ｓ程度となった。すなわち、焼損の危険が発生するまで５ｓの時間猶予があり、十分に時間猶予を持って電流を遮断することができた。
【００４３】
（具体例２）
具体例２では、具体例１において、常電導体１０の直径のみを１０ｍｍφに変更して測定した。この常電導体１０では、常電導体分流電流値Ｉｎは３Ａと計算されることから、検査電流Ｉの上限電流値Ｉｍａｘは、上記（１）式に基づき２５３Ａとした。
そして、臨界電流検査装置１により超電導線材２の検査を進めたところ、ある検査対象の区間で、検査電流Ｉが上限電流値Ｉｍａｘに至る前に臨界電流定義電圧Ｖｔ、及び臨界電流定義電圧相当電圧Ｖｒのいずれかの発生が検知され（図３：ステップ２：Ｙｅｓ）、そのときの検査電流Ｉの電流値Ｉｔは２４８Ａであった。
したがって、超電導線材２の臨界電流の電流値Ｉｃは、上記（３）式に基づき、２４５Ａと計算される。また、常電導体分流電流値Ｉｎは臨界電流の電流値Ｉｃの１．２％（上限電流値Ｉｍａｘの１．１％）であった。電流電源１１の電流掃引速度を５Ａ／ｓとしたとき、臨界電流定義電圧Ｖｔが発生してから、超電導線材２の電圧Ｖ１が臨界電流定義電圧Ｖｔの２倍の電圧（焼損発生の可能性が非常に高くなる電圧）に達する時間は１．５ｓ程度となった。すなわち、焼損の危険が発生するまで１．５ｓの時間猶予しかなく、これは常電導体１０を設置しない場合と大差がない値であり、焼損の危険があった。
【００４４】
（具体例３）
具体例３では、具体例１において、常電導体１０の直径のみを５０ｍｍφに変更して測定した。この常電導体１０では、常電導体分流電流値Ｉｎは７８Ａと計算されることから、検査電流Ｉの上限電流値Ｉｍａｘは、上記（１）式に基づき３２８Ａとした。
そして、臨界電流検査装置１により超電導線材２の検査を進めたところ、ある検査対象の区間で、臨界電流定義電圧Ｖｔの発生は検知されないものの、臨界電流定義電圧相当電圧Ｖｒの発生が検知され（図３：ステップ２：Ｙｅｓ）、そのときの検査電流Ｉの電流値Ｉｔは３２３Ａであった。
したがって、超電導線材２の臨界電流の電流値Ｉｃは、上記（３）式に基づき、２４５Ａと計算される。また、常電導体分流電流値Ｉｎは臨界電流の電流値Ｉｃの３２％（上限電流値Ｉｍａｘの２４％）であった。
電流電源１１の電流掃引速度を５Ａ／ｓとしたとき、臨界電流定義電圧Ｖｔが発生してから、超電導線材２の電圧Ｖ１が臨界電流定義電圧Ｖｔの２倍の電圧（焼損発生の可能性が非常に高くなる電圧）に達する時間は１７ｓ程度となった。すなわち、検査電流Ｉの電流値Ｉｔが臨界電流の電流値Ｉｃに対して大き過ぎて無駄に余計な電流を消費し、さらに、焼損の危険が発生するまで１７ｓという、焼損回避の目的に対しては過剰な程に長い時間猶予が生じ、測定時間についても無駄が生じた。
【００４５】
具体例１に示されるように、常電導体１０の電気抵抗値Ｒｎを適切に設定し、常電導体分流電流値Ｉｎを臨界電流の電流値Ｉｃの８．２％程度（上限電流値Ｉｍａｘの７．４％程度）とすることで、検査電流Ｉを遮断して焼損発生を回避するまでに十分に猶予時間が得られ、また上限電流値Ｉｍａｘも無駄に大きくならない。
これに対して、具体例２に示されるように、常電導体１０の電気抵抗値Ｒｎを大きくして常電導体分流電流値Ｉｎを臨界電流の電流値Ｉｃの１．２％程度（上限電流値Ｉｍａｘの１．１％程度）まで小さくし過ぎしてしまうと、検査電流Ｉの遮断により焼損発生を回避するまでに十分な猶予時間が得られない。
また具体例３に示されるように、常電導体１０の電気抵抗値Ｒｎを小さくして常電導体分流電流値Ｉｎを臨界電流の電流値Ｉｃの３２％（上限電流値Ｉｍａｘの２４％）程度まで大きくし過ぎしてしまうと無駄に大きな電流を消費し、さらに、過剰な程に長い時間猶予が生じ、測定時間についても無駄が生じる。
すなわち、これらの具体例１〜３の中で、常電導体分流電流値Ｉｎが少なくとも上限電流値Ｉｍａｘの５％〜１０％の範囲に収められている具体例１が最適であることが示された。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態によれば、超電導線材２、及び常電導体１０を含む並列回路２０に検査電流Ｉを流して臨界電流特性を検査する構成とした。この構成により、臨界電流発生に伴い超電導線材２に急激な抵抗上昇が発生したとしても、検査電流Ｉのうちの一定量は常電導体１０に分流されることから、別途に特別な回路を備えること無く簡単な回路構成でありながらも超電導線材２の焼損を抑制できる。特に、超電導線材２の超電導層上に銀等の貴金属良導体からなる厚さ１〜２０μｍ程度の保護層と呼ばれる第１の常電導金属層のみが設けられている場合であっても、焼損を抑制しつつ、超電導線材２の臨界電流の電流値Ｉｃを求めることができる。
また常電導体１０の電気抵抗値Ｒｎが所定電気抵抗値に固定されて既知であることから、臨界電流を定義する臨界電流定義電圧Ｖｔが超電導線材２に生じたときに常電導体１０に流れる電流値（常電導体分流電流値Ｉｎ）も一義に決定され、当該常電導体分流電流値Ｉｎを検査電流Ｉの電流値Ｉｔから除くことで、超電導線材２の臨界電流の電流値Ｉｃを求めることができる。
【００４７】
また本実施形態によれば、超電導線材に予め想定されている臨界電流の電流値である臨界電流仕様値Ｉｓに、上記常電導体分流電流値Ｉｎを加えた上限電流値Ｉｍａｘを上限にして検査電流Ｉを可変し、この上限電流値Ｉｍａｘに至るまでに臨界電流定義電圧Ｖｔが発生するか否かに基づいて、超電導線材２の臨界電流特性の不良を判定する構成とした。
これにより、臨界電流発生は、当該臨界電流が臨界電流仕様値Ｉｓよりも低く不良の場合にだけに限定されることから、臨界電流発生に伴う焼損の可能性を低めることができる。特に、臨界電流が臨界電流仕様値Ｉｓよりも高い良品の場合には、臨界電流が発生しない事から焼損が確実に抑えられ、歩留まりの向上を図ることができる。
【００４８】
また本実施形態によれば、上限電流値Ｉｍａｘに対する常電導体分流電流値Ｉｎの比率を５％以上とするように常電導体１０の電気抵抗値Ｒｎを設定したため、臨界電流の発生時に検査電流Ｉを遮断して焼損発生を回避するまでに十分に猶予時間が得られ、焼損発生の回避を確実なものにできる。
特に上限電流値Ｉｍａｘに対する常電導体分流電流値Ｉｎの比率を１０％以下とするように常電導体１０の電気抵抗値Ｒｎを設定することで、上限電流値Ｉｍａｘが、焼損回避の目的に対して過剰に大きくなり過ぎて無駄に電流を消費することもない。
【００４９】
また本実施形態によれば、常電導体１０に発生した電圧Ｖ２が、臨界電流定義電圧Ｖｔに対応する臨界電流定義電圧相当電圧Ｖｒに達した場合に、超電導線材２への検査電流Ｉの流入を遮断する構成とした。
これにより、超電導線材２の電圧Ｖ１を測定している区間以外で臨界電流が発生しした等の理由で臨界電流定義電圧Ｖｔの発生が検知されない場合でも、当該臨界電流発生を検知して超電導線材２への検査電流の流入を止めて焼損防止を図ることができる。
【００５０】
また本実施形態によれば、臨界電流仕様値Ｉｓに応じて、電気抵抗値Ｒｎが異なる常電導体１０を交換自在に設けたため、臨界電流仕様値Ｉｓが異なる各種の超電導線材２の臨界電流の検査に好適に用いることができる。
【００５１】
なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を例示したものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。
例えば、上述した実施形態では、臨界電流定義電圧Ｖｔ、及び臨界電流定義電圧相当電圧Ｖｒのいずれかの発生が検知されたときに、超電導線材２への検査電流Ｉの流入を止める構成とした。しかしながら、これに限らず、超電導線材２への検査電流Ｉの流入を完全に止めるのではなく、臨界電流から十分に低い電流値まで減じる構成としても良い。
また、上述した実施形態では、超電導線材２への検査電流Ｉの流入を止めるために、電流電源１１を制御して検査電流Ｉの出力を停止する構成としたが、これに限らず、電流電源１１と超電導線材２の間に、電流路を遮断するスイッチ回路、或いは電流を減じる電気回路を設けて、臨界電流定義電圧Ｖｔ、及び臨界電流定義電圧相当電圧Ｖｒのいずれかの発生が検知されたときに、電流電源１１から超電導線材２への検査電流Ｉの流入を遮断し、或いは減じる構成としても良い。
【符号の説明】
【００５２】
１  臨界電流検査装置
２  超電導線材
１０  常電導体
１１  電流電源（定電流源）
１２、１３  電流電極
１４、１５  電圧電極
１６  第１電圧計
１７  第２電圧計
１８  制御装置
２０  並列回路
Ｉ  検査電流
Ｉｃ  臨界電流の電流値
Ｉｍａｘ  上限電流値
Ｉｎ  常電導体分流電流値
Ｉｓ  臨界電流仕様値
Ｉｔ  検査電流の電流値
Ｒｎ  電気抵抗値
Ｖ１  超電導線材の電圧
Ｖ２  常電導体の電圧
Ｖｒ  臨界電流定義電圧相当電圧
Ｖｔ  臨界電流定義電圧
【図１】
2013148440.tif 000003
【図２】
2013148440.tif 000004
【図３】
2013148440.tif 000005