(57)【要約】【課題】測定時間が短く、かつ超電導線の歩留まりを向上することができる、超電導線の臨界電流測定装置および臨界電流測定方法を提供する。【解決手段】超電導線１０の臨界電流測定装置１は、第１の電極１１、１２と短区間測定部２とを有している。第１の電極１１、１２は、超電導線１０の長手方向Ｘに沿って延びる被測定区間１３の両端に接して、被測定区間３に電流を流すためのものである。短区間測定部２は、被測定区間１３内に位置する複数の短区間の各々の長手方向Ｘの両端に接することにより、第１の電極１１、１２で被測定区間１３に電流を流したときの複数の短区間の各々の電圧を測定することにより複数の短区間の各々の臨界電流値を測定するためのものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導線の長手方向に沿って延びる被測定区間の両端に接して、前記被測定区間に電流を流すための第１の電極と、
前記被測定区間内に位置する複数の短区間の各々の前記長手方向の両端に接することにより、前記第１の電極で前記被測定区間に電流を流したときの前記複数の短区間の各々の電圧を測定することにより前記複数の短区間の各々の臨界電流値を測定するための短区間測定部とを備えた、超電導線の臨界電流測定装置。
【請求項２】
前記短区間に電流を流すための第２の電極をさらに備えた、請求項１に記載の超電導線の臨界電流測定装置。
【請求項３】
前記超電導線を前記長手方向に移動させるための移動装置をさらに備えた、請求項１または２に記載の超電導線の臨界電流測定装置。
【請求項４】
超電導線の長手方向に沿って延びる被測定区間の両端に第１の電極を接触させて、前記被測定区間に電流を流す工程と、
前記被測定区間内に位置する複数の短区間の各々の前記長手方向の両端に短区間測定用電極を接触させて、前記第１の電極で前記被測定区間に電流を流したときの前記複数の短区間の各々の電圧を測定することにより前記複数の短区間の各々の臨界電流値を測定する工程とを備えた、超電導線の臨界電流測定方法。
【請求項５】
前記第１の電極で前記被測定区間に電流を流したときの前記複数の短区間の各々の電圧を測定することにより前記複数の短区間の各々の臨界電流値を測定する工程の後に、前記短区間ごとに電流を流したときの前記短区間ごとの電圧を測定することにより前記短区間ごとの臨界電流値を測定する工程をさらに備えた、請求項４に記載の超電導線の臨界電流測定方法。
【請求項６】
前記短区間ごとに電流を流したときの前記短区間の臨界電流値を測定する工程は、
前記複数の短区間の内の一つの前記短区間の臨界電流値を測定する工程と、
前記超電導線を前記長手方向に移動させる工程と、
前記複数の短区間の内の他の前記短区間の臨界電流値を測定する工程とを含む、請求項５に記載の超電導線の臨界電流測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導線の臨界電流測定装置および臨界電流測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導線材の重要な特性の一つとして臨界電流値（Ｉｃ）があり、臨界電流値は超電導線材の重要な保証項目の一つである。
【０００３】
特開平１０−２３９２６０号公報（特許文献１）には、超電導線の所定の区間に電流を流して所定の区間の電圧を測定することにより臨界電流値を測定する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２３９２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特開平１０−２３９２６０号公報に記載されている臨界電流測定装置によると、長尺状の超電導線の臨界電流値を測定する場合、特定の長さの区間毎に臨界電流値が測定される。１回の臨界電流値の測定時間は、臨界電流値が測定される区間の長さを変化させてもそれほど変わらない。そのため、超電導線のすべての区間の臨界電流値を測定するトータルの時間を短くするためには、１回の臨界電流値の測定区間の距離を長くすることが有効である。
【０００６】
しかしながら、長い区間の臨界電流値を測定した場合に超電導線に欠陥が発見されると、その長い区間の超電導線を全て廃棄する必要があった。この場合、欠陥を有しない部分の超電導線も一緒に廃棄するため、超電導線の歩留まりがよくなかった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、測定時間が短く、かつ超電導線の歩留まりを向上することができる、超電導線の臨界電流測定装置および臨界電流測定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】
本発明に係る超電導線の臨界電流測定装置は、第１の電極と短区間測定部とを備えている。第１の電極は、超電導線の長手方向に沿って延びる被測定区間の両端に接して、被測定区間に電流を流すためのものである。短区間測定部は、被測定区間内に位置する複数の短区間の各々の長手方向の両端に接することにより、第１の電極で被測定区間に電流を流したときの複数の短区間の各々の電圧を測定することにより複数の短区間の各々の臨界電流値を測定するためのものである。
【０００９】
本発明に係る超電導線の臨界電流測定装置によれば、被測定区間を複数の短区間に区切って超電導線の臨界電流値が測定される。このように、短区間毎に臨界電流値を測定することができるため、複数ある短区間の一つに欠陥が見つかった場合、その短区間のみを廃棄すればよい。よって、長区間全体を廃棄する場合と比較して、歩留まりが向上する。また、複数の短区間の臨界電流値を同時に測定することができる。それゆえ、超電導線のトータルの臨界電流測定時間を、長区間毎に測定する場合と同様に、短く維持することができる。
【００１０】
上記の超電導線の臨界電流測定装置において好ましくは、超電導線の臨界電流測定装置は短区間に電流を流すための第２の電極をさらに備えている。
【００１１】
たとえば、超電導線の被測定区間に位置する複数の短区間の内、ある特定の短区間は低い臨界電流値（Ｉｃ１）を有し、他の短区間は高い臨界電流値（Ｉｃ２)を有する場合がある。ここで、臨界電流値とは、超電導体が、抵抗値が０の超電導状体から抵抗値が有限の値を有する常伝導状態に変化する臨界値のことである。それゆえ、被測定区間全体にＩｃ１よりも大きく、Ｉｃ２よりも小さい電流が流れると、低い臨界電流値を有する短区間は有限の抵抗値を有するために発熱する。さらに被測定区間に流れる電流が大きくなると、低い臨界電流値を有する短区間はさらに発熱してしまいジュール熱によって溶断される場合がある。本発明の超電導線の臨界電流測定装置によれば、第２の電極を用いて短区間毎に電流が流されて短区間毎の電圧が測定される。このように、選択的に短区間毎の臨界電流値を測定することができるので、上記のような場合でも、超電導線が溶断することがなく、複数の短区間の各々の臨界電流値を測定することができる。
【００１２】
上記の超電導線の臨界電流測定装置において好ましくは、超電導線の臨界電流測定装置は、超電導線を長手方向に移動させるための移動装置をさらに備えている。
【００１３】
移動装置により、短区間測定部に対して超電導線を相対的に移動させることができる。
本発明に係る超電導線の臨界電流測定方法は、以下の工程を備えている。
【００１４】
超電導線の長手方向に沿って延びる被測定区間の両端に第１の電極を接触させて、被測定区間に電流が流される。被測定区間内に位置する複数の短区間の各々の長手方向の両端に短区間測定用電極を接触させて、第１の電極で被測定区間に電流を流したときの複数の短区間の各々の電圧を測定することにより、複数の短区間の各々の臨界電流値が測定される。
【００１５】
本発明に係る超電導線の臨界電流測定方法によれば、被測定区間を複数の短区間に区切って超電導線の臨界電流値が測定される。このように、短区間毎に臨界電流値を測定することができるため、複数ある短区間の一つに欠陥が見つかった場合、その短区間のみを廃棄すればよい。よって、長区間全体を廃棄する場合と比較して、歩留まりが向上する。また、複数の短区間の臨界電流値を同時に測定することができる。それゆえ、超電導線のトータルの臨界電流測定時間を、長区間毎に測定する場合と同様に、短く維持することができる。
【００１６】
上記の超電導線の臨界電流測定方法において好ましくは、超電導線の臨界電流測定方法は、第１の電極で被測定区間に電流を流したときの複数の短区間の各々の電圧を測定することにより複数の短区間の各々の臨界電流値を測定する工程の後に、短区間ごとに電流を流したときの短区間ごとの電圧を測定することにより短区間ごとの臨界電流値を測定する工程をさらに備えている。
【００１７】
これにより、選択的に短区間毎の臨界電流値を測定することができるので、上記と同様、超電導線が溶断することがなく、複数の短区間の各々の臨界電流値を測定することができる。
【００１８】
上記の超電導線の臨界電流測定方法において好ましくは、短区間ごとに電流を流したときの短区間の臨界電流値を測定する工程は、以下の工程を有している。複数の短区間の内の一つの短区間の臨界電流値が測定される。超電導線が長手方向に移動される。複数の短区間の内の他の短区間の臨界電流値が測定される。
【００１９】
これにより、複数の短区間の各々の臨界電流値を順次測定することが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、被測定区間を複数の短区間に区切って超電導線の臨界電流値が測定される。そのため、短区間毎に臨界電流値を測定することができるため、複数ある短区間の一つに欠陥が見つかった場合、その短区間のみを廃棄すればよい。よって、長区間全体を廃棄する場合と比較して、歩留まりが向上する。また、複数の短区間の臨界電流値を同時に測定することができる。それゆえ、超電導線のトータルの臨界電流測定時間を、長区間毎に測定する場合と同様に、短く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態１に係る超電導線の臨界電流測定装置を示す概略模式図である。
【図２】実施の形態１に係る超電導線の臨界電流測定方法を示すステップ図である。
【図３】実施の形態２に係る超電導線の臨界電流測定装置を示す概略模式図である。
【図４】移動装置により超電導線が移動される前の状態を示す図である。
【図５】移動装置により超電導線が移動した後の状態を示す図である。
【図６】移動装置により超電導線がさらに移動した後の状態を示す図である。
【図７】実施の形態２に係る超電導線の臨界電流測定方法を示すステップ図である。
【図８】ステップＳ３の詳細を示すステップ図である。
【図９】超電導線に流す電流と電圧の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１における超電導線の臨界電流測定装置の構成について、図１を用いて説明する。
【００２３】
図１に示すように、本実施の形態に係る超電導線１０の臨界電流測定装置１は、１対の第１の電極１１、１２と、複数の短区間測定部２と、電流源３と、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）４と、移動装置６、７と、液体窒素容器８とを主に有している。１対の第１の電極１１、１２は、超電導線１０の長手方向Ｘに沿って延びる被測定区間１３の両端に接して、被測定区間１３に電流を流すためのものである。電流源３は、１対の第１の電極１１、１２と電気的に接続されており、被測定区間１３に電流を流すためのものである。
【００２４】
複数の短区間測定部２の各々は、被測定区間１３内に位置する複数の短区間の各々の長手方向Ｘの両端に接することにより、第１の電極１１、１２で被測定区間１３にわたって電流を流したときの複数の短区間の各々の電圧を測定することにより複数の短区間の各々の臨界電流値を測定するためのものである。複数の短区間測定部２の各々は、１対の短区間測定用電極３１、３１と電圧計４１とを主に有している。１対の短区間測定用電極３１、３１の各々は、超電導線１０の短区間の長手方向Ｘの両端に当接可能に設けられている。電圧計４１は、１対の短区間測定用電極３１、３１に挟まれた区間（短区間）の電圧を測定可能に設けられている。互いに隣り合う短区間測定部２同士は、短区間測定用電極３１を共有している。短区間の長さ（つまり短区間測定用電極３１の配置ピッチＰ）は、たとえば２ｍである。本実施の形態では短区間の数は、たとえば６個であるが、短区間の数は複数であればいくらでもよく、たとえば４個でも８個でもよい。
【００２５】
ＰＣ４は、電流源３および複数の電圧計４１からなる計測装置部５を制御可能に設けられている。ＰＣ４は、たとえば被測定区間１３に電流を流すよう電流源３を制御可能であり、かつ電圧計４１で測定された電圧から臨界電流値を算出可能である。
【００２６】
移動装置６、７は、送りローラ６と、受けローラ７とを有している。送りローラ６には、臨界電流を測定する前の超電導線１０が巻きつけられている。送りローラ６は、超電導線１０を送り出す部分である。受けローラ７は、臨界電流を測定した後の超電導線１０を巻き取る部分である。ＰＣ４は、送りローラ６および受けローラ７の動作を制御可能である。ＰＣ４は、たとえば、超電導線１０を送る距離や速度を制御したり、送る方向（順方向や逆方向）を制御可能である。
【００２７】
液体窒素容器８は、内部に液体窒素９を貯めるためのものである。超電導線１０が、液体窒素容器８に貯められた液体窒素９内に浸漬可能に液体窒素容器８は配置されている。液体窒素容器８に貯められた液体窒素９によって、測定対象物である超電導線１０が臨界温度以下に冷却されて超電導線１０が超電導状態になる。
【００２８】
次に、本実施の形態に係る超電導線１０の臨界電流測定方法について図１および図２を用いて説明する。
【００２９】
図１に示すように、被測定区間１３の両端に１対の第１の電極１１、１２を接触させて、電流源３により被測定区間１３に電流が流される（ステップＳ１：図２）。次に、被測定区間１３内に位置する複数の短区間の両端に複数の短区間測定用電極３１が接続される。短区間とは、たとえば、互いに隣り合う１対の短区間測定用電極３１、３１で挟まれた区間のことである。そして、被測定区間１３の全区間にわたり電流を流したときの複数の短区間の各々の電圧が各々の電圧計４１によって測定されることによって、複数の短区間の各々の臨界電流値が測定される（ステップＳ２：図２）。
【００３０】
ここで、臨界電流値の測定方法について図９を用いて説明する。
臨界電流値とは、超電導体に流すことができる最大の電流値のことである。理想的な超電導体では抵抗値が０なので電流を流しても電圧は０である。しかし現実の超電導線１０では、電流を流すと僅かながら電圧が検出される。
【００３１】
臨界電流値は、たとえば図９に示すように、被測定区間１３に電流が流されたときの電圧を測定することによって求めることができる。被測定区間１３に流す電流値は低い値から徐々に高い値へ変化させることができる。各々の電流値に対する電圧が、図９に示すようにプロットされる。電流値を徐々に大きくしていくと電圧が急激に大きくなるところがある。ある基準となる電圧の閾値（点線で示す基準電圧）を決めて、その閾値の電圧になる電流が臨界電流（Ｉｃ）として決定される。
【００３２】
次に、実施の形態１に係る超電導線１０の臨界電流測定装置１および臨界電流測定方法の作用効果について説明する。
【００３３】
実施の形態１に係る超電導線１０の臨界電流測定装置１および臨界電流測定方法によれば、一度に６箇所の短区間の臨界電流値を測定することができる。そのため、６箇所の短区間の内の一つに欠陥が見つかった場合、その短区間のみを廃棄すればよい。よって、長区間全体を廃棄する場合と比較して、歩留まりが向上する。また、６箇所の短区間の臨界電流値を同時に測定することができる。それゆえ、超電導線のトータルの臨界電流測定時間を、長区間を測定する場合と同様に、短く維持することができる。
【００３４】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における超電導線の臨界電流測定装置の構成について、図３を用いて説明する。
【００３５】
図３に示すように、本実施の形態２の構成は、実施の形態１の構成と比較して短区間に電流を流すための第２の電極２１、２２、２３と電流源２０とを有している点において異なっている。第２の電極２１、２２は、電流源２０と電気的に接続されており、互いに隣り合う１対の短区間測定用電極３１、３１に挟まれた区間（短区間）に電流を流すためのものである。第２の電極２１、２２は、互いに隣り合う１対の短区間測定用電極３１、３１によって挟まれた短区間の少し外側に設けられている。
【００３６】
また電極２３は、第１の電極１１との間にある、１対の短区間測定用電極３１、３１に挟まれた短区間に電流を流すことができるので第２の電極の一例である。この場合、第１の電極１１と第２の電極２３とを通して、電流源３により１対の短区間測定用電極３１、３１に挟まれた区間（短区間）に電流を流すことが可能である。
【００３７】
これ以外の実施の形態２の構成は、上述した実施の形態１の構成と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００３８】
次に、本実施の形態２に係る超電導線１０の臨界電流測定方法について、図３〜図８を用いて説明する。
【００３９】
まず、図３に示すように、被測定区間１３の両端に１対の第１の電極１１、１２が当接されて、電流源３により被測定区間１３にわたり電流が流される（ステップＳ１：図７）。次に、被測定区間１３に電流が流されているときの複数の短区間の各々の電圧が電圧計４１の各々によって測定され、複数の短区間の各々の臨界電流値が測定される（ステップＳ２：図７）。次に、短区間毎に電流を流すための第２の電極２１、２２、２３が超電導線１０に接続される。１対の第２の電極２１、２２の間の１対の短区間測定用電極３１、３１により挟まれた区間（例えば図４における短区間ｄ４）に電流源２０により電流が流される。電流が流された短区間の電圧が電圧計４１により測定され、短区間の臨界電流値が測定される（ステップＳ３：図７）。同様に、第１の電極１１と第２の電極２３の間の１対の短区間測定用電極３１、３１により挟まれた区間（例えば図４における短区間ｄ１）に電流源３により電流が流される。電流が流された短区間の電圧が電圧計４１により測定され、短区間の臨界電流値が測定される（ステップＳ３：図７）。
【００４０】
短区間ごとに電流を流したときの短区間の臨界電流値を測定する工程（ステップＳ３）は、複数の短区間の各々の臨界電流値を順次測定できるように、図８に示す工程を含んでいてもよい。以下、図８に示す工程を図４〜図６を用いて説明する。
【００４１】
図４に示すように、超電導線１０の短区間ｄ１の両端に１対の短区間測定用電極３１、３１が接続され、短区間ｄ４の両端には別の１対の短区間測定用電極３１、３１が接続される。短区間ｄ１の少し外側に第１の電極１１と第２の電極２３とが接続され、短区間ｄ４の少し外側に１対の第２の電極２１、２２が接続される。電流源３により短区間ｄ１に電流が流され、短区間ｄ１の電圧が電圧計４１により測定されることにより、短区間ｄ１の臨界電流値が測定される。同様に、電流源２０により短区間ｄ４に電流が流され、短区間ｄ４の電圧が電圧計４１により測定されることにより、短区間ｄ４の臨界電流値が測定される。このようにして、短区間ｄ１と短区間ｄ４の臨界電流値が測定される（ステップＳ４：図８）
次に、超電導線１０が送りローラ６により送り出され受けローラ７により巻き取られることで、長手方向Ｘに移動される（ステップＳ５：図８）。これにより図５に示すように、短区間ｄ１があった場所に短区間ｄ２が移動し、短区間ｄ４があった場所に短区間ｄ５が移動してくる。
【００４２】
超電導線１０が移動した後、図４で説明した方法と同様の方法により、短区間ｄ２と短区間ｄ５の臨界電流値が測定される（ステップＳ６：図８）。
【００４３】
次に、超電導線１０が送りローラ６により送り出され受けローラ７により巻き取られることで、長手方向Ｘに移動されるにさらに移動される。これにより図６に示すように、短区間ｄ２があった場所に短区間ｄ３が移動し、短区間ｄ５があった場所に短区間ｄ６が移動してくる。
【００４４】
超電導線１０が移動した後、図４で説明した方法と同様の方法により、短区間ｄ３と短区間ｄ６の臨界電流値が測定される。
【００４５】
上記のようなステップで、短区間ｄ１〜ｄ６の各々の短区間に電流を流したときの電圧を測定することにより複数の短区間の各々の臨界電流値を全て測定することができる。
【００４６】
次に、実施の形態２に係る超電導線１０の臨界電流測定装置１および臨界電流測定方法の作用効果について説明する。
【００４７】
たとえば、超電導線１０の被測定区間１３に位置する複数の短区間の内、ある特定の短区間は低い臨界電流値（Ｉｃ１）を有し、他の短区間は高い臨界電流値（Ｉｃ２)を有する場合がある。ここで、臨界電流値とは、超電導体が、抵抗値が０の超電導状体から抵抗値が有限の値を有する常伝導状態に変化する臨界値のことである。それゆえ、被測定区間１３全体にＩｃ１よりも大きく、Ｉｃ２よりも小さい電流が流れると、低い臨界電流値を有する短区間は有限の抵抗値を有するために発熱する。さらに被測定区間１３に流れる電流が大きくなると、低い臨界電流値を有する短区間はさらに発熱してしまいジュール熱によって溶断される場合がある。この超電導線１０の臨界電流測定方法によれば、短区間毎に電流が流されて短区間毎の電圧が測定される。それゆえ、選択的に短区間毎の臨界電流値を測定することができるので、上記のような場合でも、超電導線１０が溶断することがなく、複数の短区間の各々の臨界電流値を測定することができる。
【００４８】
また、超電導線１０の一部が著しく損傷しており被測定区間１３の全区間にわたって電流を流すことができない場合がある。この場合、短区間の電圧も正確に測定することができない。実施の形態２に係る超電導線１０の臨界電流測定装置１および臨界電流測定方法電流によれば、短区間毎に電流を流して短区間毎の電圧を測定することで短区間毎の臨界電流値を測定することができる。それゆえ、超電導線１０の一部が著しく損傷しており被測定区間１３の全区間にわたって電流を流すことができない場合でも、短区間の臨界電流値を正確に測定することができる。
【００４９】
超電導線１０を長手方向Ｘに移動させる移動装置６、７や移動工程を有する場合は、超電導線１０を順次長手方向へ移動させて複数の短区間の各々の臨界電流値の測定することができるので、短時間で精度良く超電導線１０の臨界電流値を測定することができる。
【００５０】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、超電導線の臨界電流測定装置および臨界電流測定方法に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１  超電導線の臨界電流測定装置、２  短区間測定部、３  電流源、４  ＰＣ、５  測定装置部、６  送りローラ、７  受けローラ、８  液体窒素容器、９  液体窒素、１０  超電導線、１１，１２  第１の電極、１３  被測定区間、２０  電流源、２１〜２３  第２の電極、３１  短区間測定用電極、４１  電圧計。
【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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