JP5160283B2 - 評価用試料の通電特性試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、評価用試料の通電特性試験装置に係り、特に、評価用試料の両端に発生する電圧を測定することによって、その評価用試料が超電導材料である場合には臨界電流密度を、金属である場合には抵抗率の磁場・温度依存性又は残留抵抗比を計測する通電特性試験装置に関するものである。

これまでに、本願発明者らは、高温超電導電流リード（ＨＴＳリード）の信頼性確保のためのＨＴＳリードの基礎特性試験装置を提案している。
特開２００７−１３９５７７号公報 特開２００７−１４２１３７号公報

しかしながら、昨今は、超電導材料（ＲＥ系線材）やアルミニウムや銅などの金属導電材といった種々の評価用試料の通電試験を迅速、かつ的確に行うことが要請されるようになってきている。
本発明は、上記状況に鑑みて、評価用試料の通電試験を迅速、かつ的確に行うことができる評価用試料の通電特性試験装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕評価用試料の通電特性試験装置において、超電導ソレノイド磁石装置（１）の室温ボア（４）中に評価用試料（１２）を取付けた評価ステージ（１１）を挿入し、試料冷却用冷凍機（３０）と試料通電用電流リード（１７）を含む通電回路からなるクライオスタットで構成し、前記評価用試料（１２）に印加する磁場強度、試料温度および通電電流を任意に制御可能な手段を備える評価用試料の通電特性試験装置であって、前記評価用試料（１２）の両端に発生する電圧を測定することによって、前記評価用試料（１２）が超電導材料である場合には前記超電導材料が常電導転移する臨界電流密度を、前記評価用試料（１２）が金属材料である場合には抵抗率の磁場・温度依存性又は残留抵抗比を計測することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記評価ステージ（１１）は絶縁体（１１Ｅ）の両端部に導体端子（１１Ｆ）を設けて構成し、この導体端子（１１Ｆ）に超電導材料を電気的に接続することにより、この超電導材料が常電導転移したときの発生電圧を測定することを特徴とする。
〔３〕上記〔２〕記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記評価ステージ（１１）の絶縁体（１１Ｅ）にガラス繊維を含む複合材料を用いた場合、前記ガラス繊維をクロス巻きまたはフィラメントワインディング巻きとすることにより、前記評価ステージ（１１）の径方向の異方性を無くし、冷却時における変形を抑制し、前記評価ステージ（１１）にセットされる評価用試料（１２）に機械的ダメージを与えないようにしたことを特徴とする。

〔４〕上記〔１〕記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記評価ステージ（１１）を多角柱とし、この多角柱を回転可能にすることで、この多角柱の一面と超電導ソレノイド磁石（３）による印加磁場方向を調整可能にし、前記評価用試料（１２）への磁場印加角度を設定可能とすることを特徴とする。
〔５〕上記〔４〕記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記評価ステージ（１１）の多角柱には中心を通る回転軸（１１Ａ）を設け、低融点金属（１１Ｇ）を介して、前記通電回路に電気的・機械的・熱的に接続することにより、前記評価ステージ（１１）の磁場印加角度を設定可能にしたことを特徴とする。

〔６〕上記〔１〕、〔２〕、〔３〕、〔４〕、又は〔５〕記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記評価ステージ（１１）に駆動用モータ及び位置検知センサ（１１Ｂ）を取付け、前記評価ステージ（１１）の位置を自動的に制御する手段を具備することを特徴とする。
〔７〕上記〔１〕又は〔６〕記載の評価用試料の通電特性試験装置において、超電導ソレノイド磁石（３）の強力な磁場が前記試料冷却用冷凍機（３０）の駆動用モータに悪影響を与えないように、前記超電導ソレノイド磁石（３）の磁場中心から前記駆動用モータを十分な距離に離したことを特徴とする。

〔８〕上記〔１〕又は〔６〕記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記試料冷却用冷凍機（３０）の駆動用モータに磁場の影響が及ばないモータを用いたことを特徴とする。
〔９〕上記〔８〕記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記モータが超音波モータであることを特徴とする。

〔１０〕上記〔１〕記載の評価用試料の通電特性試験装置において、超電導ソレノイド磁石（３）の強力な磁場が前記試料冷却用冷凍機（３０）の動作に悪影響を及ぼさないようにするため、前記超電導ソレノイド磁石（３）の磁場中心から前記試料冷却用冷凍機（３０）を十分な距離に離しつつ、前記超電導ソレノイド磁石（３）による磁場中心に配置した前記評価用試料（１２）を効果的に冷却するように、この評価用試料（１２）と前記試料冷却用冷凍機（３０）の低温端の間に、熱伝導率が高く断面積の大きい部材（２３）を配置し、効果的な伝熱経路を確保したことを特徴とする。

〔１１〕上記〔１０〕記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記効果的な伝熱経路として、前記試料冷却用冷凍機のコールドヘッド（２６）に熱伝導率の高い部材（２３）を吊り下げることにより、断面積が大きくなっても、前記試料冷却用冷凍機（３０）のコールドヘッド（２６）の軸方向に力を作用させることにより、前記試料冷却用冷凍機（３０）のシリンダの変形を防止することを特徴とする。

〔１２〕上記〔１〕記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記試料冷却用冷凍機（３０）のコールドヘッド（２６）直近に熱容量をもたせることにより、ヒータ（１９）による温度制御時の熱の変動を小さくし、温度調整を容易にしたことを特徴とする。
〔１３〕上記〔１〕記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記試料通電用電流リード（１７）の熱アンカ部（２０Ａ）に熱容量を持たせることにより、前記試料通電用電流リード（１７）の電流通電時のジュール発熱による温度上昇を抑制することを特徴とする。

〔１４〕上記〔１〕記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記試料通電用電流リード（１７）を高温超電導電流リードとなし、この高温超電導電流リードの大電流によるジュール発熱を低減し、前記評価用試料（１２）を安定的に冷却可能としたことを特徴とする。
〔１５〕上記〔１４〕記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記高温超電導電流リードの高温端にあたる部分に熱容量が大きい部材（２０Ａ）を設け、前記高温超電導電流リードの通電時の限界温度に対する安定性を確保したことを特徴とする。

〔１６〕上記〔１〕記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記評価用試料（１２）の電圧計測線（１１Ｄ）を撚り線とするようにしたことを特徴とする。
〔１７〕上記〔１〕記載の評価用試料の通電特性試験装置において、超電導ソレノイド磁石（１０４）と、前記評価用試料を取り付けた評価ステージ（１０６）、前記試料冷却用冷凍機（１１３）および前記試料通電用電流リード（１１１）を含む通電回路を、一つの真空容器（１０１）内に収納することを特徴とする。

〔１８〕上記〔１〕記載の評価用試料の通電特性試験装置において、真空容器（１０１）から前記評価ステージ（１０６）を接続する断熱荷重支持材（１０９）の形状を、三角錐または円筒形状の複数本を三角錐体として構成することにより、断熱支持距離を長くし、前記評価ステージ（１０６）にセットされる評価用試料に作用する電磁力を支持可能とすることを特徴とする。

〔１９〕上記〔１〕記載の評価用試料の通電特性試験装置において、評価試料冷却用冷凍機（２０７，２０７′）と中間温度冷却用冷凍機（２０８，２０８′）をそれぞれ複数台備えることを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）評価用試料の通電試験を迅速、かつ的確に行うことができる。
（２）評価ステージの構成を改良することにより、分流を防止し、評価用試料が超電導材料の場合には臨界電流を正確に測定することができる。
（３）評価ステージの構成を改良することにより、評価ステージ上にセットされた評価用試料へのひずみを抑制することができる。

（４）評価用試料に対する磁場印加角度を正確に設定することができる。
（５）試料の取り外しや再接続による機械的・熱的なダメージを防止することができる。
（６）評価ステージの位置を自動的に制御することができる。
（７）試料冷却用冷凍機の駆動モータに対する超電導ソレノイド磁石による強磁場の影響を抑えることができる。

（８）試料冷却用冷凍機の駆動モータ自体が超電導ソレノイド磁石による強磁場の影響を受けないようなモータを用いることで、試料冷却用冷凍機に磁場の影響を与えないようにすることができる。モータを例えば、超音波モータとする。
（９）超電導ソレノイド磁石の磁場中心から冷凍機を十分な距離離すことにより、超電導ソレノイド磁石の磁場の影響を軽減することができる。

（１０）評価用試料と冷凍機低温側との間に効果的な伝熱経路を確保することができる。
（１１）冷凍機コールドヘッドの軸方向に力を作用させることで、冷凍機シリンダの変形を防止させることができる。
（１２）試料冷却用冷凍機のコールドヘッド直近に熱容量（熱バッファ）をもたせることにより、ヒータによる温度制御時の熱の変動を小さくし、温度調整を容易にすることができる。

（１３）試料通電用の電流リードの熱アンカ部に熱容量を持たせることにより、電流通電時のジュール発熱による温度上昇を抑制し、ヒータ温度制御を容易にすることができる。
（１４）試料通電用電流リードを高温超電導電流リードとすることで、この高温超電導電流リードの大電流によるジュール発熱を低減し、評価用試料を安定的に冷却することができる。

（１５）高温超電導電流リードの高温端にあたる部分に熱容量が大きい部材を設けることで、高温超電導電流リードの通電時の限界温度に対する安定性を確保することができる。
（１６）評価用試料の電圧計測線を撚線（ループを形成しない線）とすることにより、強磁場での臨界電流測定精度を向上させることができる。

（１７）超電導ソレノイド磁石と、評価用試料を取り付けた評価ステージ、試料冷却用冷凍機、および試料通電用の電流リードを含む通電回路を一つの真空容器内に収納するようにしたので、コンパクトな構成とすることができ、かつ評価用試料の寸法を大きくとることができる。
（１８）真空容器から評価ステージを接続する断熱支持材の形状を、三角錐または円筒形状の複数本で三角錐のように構成することにより、断熱支持距離を長くし、評価用試料に作用する電磁力を支持可能とすることができる。

（１９）評価用試料冷却用冷凍機の他に複数の中間温度冷却用冷凍機を備えることにより、電流リードの大電流によるジュール発熱を複数の中間温度冷却用冷凍機により冷却することができる。

本発明の評価用試料の通電特性試験装置は、超電導ソレノイド磁石装置の室温ボア中に評価用試料を取付けた評価ステージを挿入し、試料冷却用冷凍機と試料通電用電流リードを含む通電回路からなるクライオスタットで構成し、前記評価用試料に印加する磁場強度、試料温度および通電電流を任意に制御可能な手段を備える評価用試料の通電特性試験装置であって、前記評価用試料の両端に発生する電圧を測定することによって、前記評価用試料が超電導材料である場合には前記超電導材料が常電導転移する臨界電流密度を、前記評価用試料が金属材料である場合には抵抗率の磁場・温度依存性又は残留抵抗比を計測する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の実施例を示す評価用試料の通電特性試験装置の要部正面図、図２はその評価用試料の通電特性試験装置の要部側面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図、図４は図２のＢ−Ｂ線断面図、図５は図２のＣ−Ｃ線断面図、図６はその評価用試料の通電特性試験装置の上面図である。

これらの図において、１は超電導ソレノイド磁石装置であり、フランジ２Ａを有する断熱容器２とその断熱容器２内に配置される超電導ソレノイド磁石（例えば、５．５Ｔマグネット）３を備えている。４は超電導ソレノイド磁石装置１の室温ボア、５は室温ボア４の中に形成される熱シールドであり、この熱シールド５は断熱容器２に固定されている。一方、室温ボア４内にセットされる評価用試料装置１０には、熱シールド１０Ａ内に、例えば、評価用試料１２を配置できる多角柱からなる評価ステージ１１が配置されている。この評価ステージ１１は、回転軸１１Ａを備えてブスバー１３に支持されており、モータ（図示なし）により回転可能となっている。ここでその評価ステージ１１上にセットされる評価用試料１２は、例えば、超電導材料（ＲＥ系線材など）あるいは金属部材（アルミニウム、銅などの導電線材）である。

また、後述するが、熱アンカ機構１４は、評価ステージ１１を支えるブスバー１３に接続され、２段側熱アンカ１４Ａと２段側熱アンカベース１４Ｂとフレキシブル伝熱板１４Ｃ（２段冷凍機コールドヘッド２６へ接続される）と試料温調用ヒータ１５とを備えている。１６は熱アンカベースサポート、１６Ａは２段側熱バッファ、１７は試料通電用電流リード（ＨＴＳリード）、１８は２段側伝熱板、１９はヒータ、２０は１段側ヒータ温調付き熱バッファ、２０Ａは１段側ＰＬ熱アンカであり、この１段側ＰＬ熱アンカ２０Ａに熱容量を持たせることにより、試料通電用電流リード１７の電流通電時のジュール発熱による温度上昇を抑制するようにした。

さらに、この試料通電用電流リード１７を高温超電導電流リードとすることで、大電流によるジュール発熱を低減し、評価用試料１２を安定的に冷却可能とした。この試料通電用電流リード１７としての高温超電導電流リードの高温端にあたる部分には、上記したように熱容量が大きい部材（１段側ＰＬ熱アンカ）２０Ａを設けたので、高温超電導電流リード１７の通電時の限界温度に対して安定性を確保することができる。

２１はシールド上板、２２は１段側伝熱板、２３は２段側ヒータ温調付き熱バッファ、２４は１段冷凍機コールドヘッド、２５は熱シールドサポート、２６は２段冷凍機コールドヘッド、２７，２７′は低温側電流リード（低温側ＰＬ）、２８，２８′はその低温側電流リード２７，２７′にそれぞれ接続される高温側電流リード（高温側ＰＬ）、２９Ａは高温側電流リード２８が接続される電流端子（＋）、２９Ｂは高温側電流リード２８′が接続される電流端子（−）、３０は試料冷却用２段冷凍機、３１は試料冷却用１段冷凍機、３２はフランジ、３３，３４は計測用ポート、３５は排気ポートである。

試料冷却用２段冷凍機３０の駆動用モータ（図示なし）は、超電導ソレノイド磁石３の強力な磁場によって悪影響を及ぼされないように、超電導ソレノイド磁石３の磁場中心から十分に離すようにしている。この試料冷却用２段冷凍機３０の駆動用モータには、磁場の影響が及ばないモータを用いるようにする。例えば、超音波モータが望ましい。
さらに、超電導ソレノイド磁石３の強力な磁場が、試料冷却用２段冷凍機３０自身の動作に悪影響を及ぼさないようにするため、超電導ソレノイド磁石３の磁場中心から試料冷却用２段冷凍機３０を十分な距離に離しつつ、超電導ソレノイド磁石３による磁場中心に配置した評価用試料１２を効果的に冷却するように、評価用試料１２と試料冷却用２段冷凍機３０の低温端との間に、熱伝導率が高く、断面積の大きい部材を配置し、効果的な伝熱経路を確保するようにした。

その効果的な伝熱経路として、試料冷却用冷凍機３０のコールドヘッド２６に熱伝導率の高い部材（ブロック）〔２段側ヒータ温調付き熱バッファ２３〕を吊り下げるようにした。これにより、断面積が大きく（質量が重く）なっても、試料冷却用２段冷凍機３０のコールドヘッド２６の軸方向に力を作用させることができ、試料冷却用２段冷凍機３０のシリンダの変形を防止することができる。

また、試料冷却用２段冷凍機３０のコールドヘッド２６直近に２段側ヒータ温調付き熱バッファ２３を配置し熱容量をもたせることによって、ヒータ１９による温度制御時の熱の変動を小さくし、温度調整を容易にするようにした。
ここで、評価用試料１２をセットする評価ステージ１１周りの詳細について説明する。
図７は本発明の実施例を示す評価用試料の通電特性試験装置の評価ステージとその周りを示す正面図、図８はその評価ステージとその周りを示す側面図、図９はその評価ステージとその周りを示す裏面図、図１０はその評価ステージの側面図である。

これらの図において、評価ステージ１１は多角柱であり、その側面の一面に評価用試料１２、例えば、超電導材料としてのＲＥ系線材をセットするようにしている。この評価ステージ１１には回転軸１１Ａがあり、この回転軸１１Ａを中心にして評価ステージ駆動用モータ（図示なし）によって回転可能になっている。また、この評価ステージ１１には回転位置を検出する位置検知センサ１１Ｂとしてのホール素子と評価ステージ１１の温度を検知する温度検知センサ１１Ｃが搭載されている。また、図７に示すように、評価用試料１２のＤ点とＥ点との両端に発生する電圧を測定するための電圧計測線１１Ｄはループを形成しないように、例えば撚り線状にする。また、評価ステージ１１は絶縁体としての複合材料であるＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）絶縁ベース１１Ｅと、その両端部に配置された導体端子１１ＦとしてのＣｕ端子からなる。この導体端子１１Ｆに評価用試料１２を電気的に接続することにより、評価用試料１２が超電導材料としてのＲＥ系線材の場合、このＲＥ系線材が常電導転移したときの発生電圧を電圧計測線１１Ｄにより正確に測定することができる。

評価ステージ１１にＧＦＲＰ絶縁ベース１１Ｅを用いた場合、ガラス繊維をクロス巻き、またはフィラメントワインディング巻きとすることにより、評価ステージ１１の径方向の異方性を無くすことができ、冷却時における変形を抑制し、評価用試料１２に機械的ダメージを与えないようにすることができる。
図１１は本発明の評価用試料の通電特性試験装置の評価ステージの回転態様を示す図である。

図１１（ａ）は評価用試料１２としてのＲＥ系線材がＣ軸０度の場合、図１１（ｂ）は評価ステージ１１を回転して評価用試料１２としてのＲＥ系線材のＣ軸が３０度の場合、図１１（ｃ）は評価ステージ１１を回転して評価用試料１２としてのＲＥ系線材のＣ軸が４５度の場合、図１１（ｄ）は評価ステージ１１を回転して評価用試料１２としてのＲＥ系線材のＣ軸が６０度の場合、図１１（ｅ）は評価ステージ１１を回転して評価用試料１２としてのＲＥ系線材のＣ軸が９０度の場合をそれぞれ示している。

評価ステージ１１は回転軸１１Ａを中心としてこれら図１１に示されるように回転させることができ、評価用試料１２の磁場印加角度を正確に設定することができる。
このように、評価ステージ１１は多角柱とし、この多角柱の評価用試料１２を配置する一面と超電導ソレノイド磁石３による印加磁場方向とを調整可能にすることにより、評価用試料１２の磁場印加角度を正確に設定することができる。

また、評価ステージ１１には中心を通り、この評価ステージ１１を回転させるための回転軸１１Ａがあるが、導体端子１１ＦとしてのＣｕ端子とブスバー１３の間に低融点金属１１Ｇを配置することで、導体端子１１Ｆとブスバー１３の電気的接触が良好となり、回転軸１１Ａが低融点金属１１Ｇ（例えば、インジウム）を介して通電回路に電気的・機械的・熱的に接続することになり、評価ステージ１１の磁場印加角度を容易に設定することができる。なお、低融点金属１１Ｇは、螺子１１Ｈによって締付けられるようになっている。

このように評価ステージ１１を回転可能に構成したので、評価用試料１２の取外しや再接続による機械的、熱的なダメージを防止することができる。
さらに、評価用ステージ１１には、上記したように、回転軸１１Ａおよび駆動用モータ（図示なし）、位置検知センサ１１Ｂが配置されているので、評価用試料１２の位置制御を自動的に行うことができる。

図８に示すように、評価ステージ１１の両端にはブスバー１３が配置され、熱アンカ機構１４としての、２段側熱アンカ１４Ａと２段側熱アンカベース１４Ｂとフレキシブル伝熱板１４Ｃとを備え、さらに試料温調用ヒータ１５が搭載されている。この試料温調用ヒータ１５を備えた熱アンカ機構１４により評価ステージ１１の温度が制御され、温度センサ１１Ｃで検出される。この時、試料温調用ヒータ１５による温度制御時の熱の変動を小さくし、温度調整を容易するようにした。

したがって、評価ステージ１１にセットされる評価用試料１２の温度を正確に設定できる。
図１２は本発明の他の実施例を示す評価用試料の通電特性試験装置の全体模式図、図１３は図１２の断熱荷重支持材の変形例を示す図である。
この図において、１０１は外槽真空容器、１０２は外槽フランジ、１０３は熱シールド、１０４は超電導ソレノイド磁石、１０５はセカンドステージ、１０６は評価ステージ、１０７，１０９は断熱荷重支持材、１０８はファーストステージ、１１０は通電電流用端子、１１１は試料通電用電流リード、１１２は試料通電用電極、１１３はセカンド（低温側）ステージの試料冷却用２段冷凍機、１１４はファースト（高温側）ステージの冷却用１段冷凍機である。

このように、超電導ソレノイド磁石１０４と、評価用試料（図示なし）を取り付けた評価ステージ１０６、試料冷却用２段冷凍機１１３、および試料通電用電流リード１１１を含む通電回路を、一つの外槽真空容器１０１内に収納するようにした。
これにより、外槽真空容器の一体化と、評価ステージ１０６を挿入する室温ボア径の拡大を図ることができ、評価用試料の寸法を大きくとることができる。

また、図１３に示すように、真空容器側のファーストステージ１０８から評価ステージ１０６を接続する断熱荷重支持材１０７の形状は、様々な形状とすることができる。図１３（ａ）に示すように、三角柱１１５を評価ステージ１１６に向けて複数本三角錐のように形成したり、図１３（ｂ）に示すように、円柱１１７を評価ステージ１１６に向けて複数本三角錐のように形成することにより、断熱荷重支持材１０７に電磁力がかかっても強固に支持できる。さらに、図１３（ｃ）に示すように、距離Ｌ₁ に対して距離Ｌ₂ を長くすることにより、熱侵入の低減を図ることができるように構成することができる。

図１４は本発明の他の更なる実施例を示す評価用試料の通電特性試験装置の全体模式図である。
この図において、２０１は外槽真空容器、２０２は超電導ソレノイド磁石、２０３は熱シールド、２０４はセカンドステージ、２０５は評価用試料（図示なし）を取り付けた評価ステージ、２０６，２１２は断熱荷重支持材、２０７，２０７′はセカンド（低温側）ステージの２台の試料冷却用２段冷凍機、２０８，２０８′はファースト（高温側）ステージを冷却する中間温度冷却用冷凍機としての２台の冷却用１段冷凍機、２０９は通電電流用端子、２１０は試料通電用電流リード、２１１は試料通電用電極、２１３はファーストステージである。

このように、冷凍機の全体構成として、試料冷却用冷凍機２０７と中間温度冷却用冷凍機２０８に、さらに試料冷却用冷凍機２０７′と中間温度冷却用冷凍機２０８′とを加えるようにすることで、大電流によるジュール発熱を有効に冷却することができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の評価用試料の通電特性試験装置は、種々の評価用試料を迅速、かつ的確に試験することのできる評価用試料の通電特性試験装置として利用可能である。

本発明の実施例を示す評価用試料の通電特性試験装置の要部正面図である。 本発明の実施例を示す評価用試料の通電特性試験装置の要部側面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。 図２のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の実施例を示す評価用試料の通電特性試験装置の上面図である。 本発明の実施例を示す評価用試料の通電特性試験装置の評価ステージとその周りを示す正面図である。 本発明の実施例を示す評価用試料の通電特性試験装置の評価ステージとその周りを示す側面図である。 本発明の実施例を示す評価用試料の通電特性試験装置の評価ステージとその周りを示す裏面図である。 本発明の実施例を示す評価用試料の通電特性試験装置の評価ステージの側面図である。 本発明の実施例を示す評価用試料の通電特性試験装置の評価ステージの回転態様を示す図である。 本発明の他の実施例を示す評価用試料の通電特性試験装置の全体模式図である。 図１２の断熱荷重支持材の変形例を示す図である。 本発明の他の更なる実施例を示す評価用試料の通電特性試験装置の全体模式図である。

１ 超電導ソレノイド磁石装置
２ 断熱容器
２Ａ，３２ フランジ
３，１０４，２０２ 超電導ソレノイド磁石
４ 室温ボア
５，１０Ａ，１０３，２０３ 熱シールド
１０ 評価用試料装置
１１，１０６，１１６，２０５ 評価ステージ
１１Ａ 回転軸
１１Ｂ 位置検知センサ
１１Ｃ 温度検知センサ
１１Ｄ 電圧計測線
１１Ｅ ＧＦＲＰ絶縁ベース
１１Ｆ 導体端子（Ｃｕ端子）
１１Ｇ 低融点金属
１１Ｈ 螺子
１２ 評価用試料
１３ ブスバー
１４ 熱アンカ機構
１４Ａ ２段側熱アンカ
１４Ｂ ２段側熱アンカベース
１４Ｃ フレキシブル伝熱板
１５ 試料温調用ヒータ
１６ 熱アンカベースサポート
１６Ａ ２段側熱バッファ
１７ 試料通電用電流リード（ＨＴＳリード）
１８ ２段側伝熱板
１９ ヒータ
２０ １段側ヒータ温調付き熱バッファ
２０Ａ １段側ＰＬ熱アンカ
２１ シールド上板
２２ １段側伝熱板
２３ ２段側ヒータ温調付き熱バッファ
２４ １段冷凍機コールドヘッド
２５ 熱シールドサポート
２６ ２段冷凍機コールドヘッド
２７，２７′ 低温側電流リード（低温側ＰＬ）
２８，２８′ 高温側電流リード（高温側ＰＬ）
２９Ａ 電流端子（＋）
２９Ｂ 電流端子（−）
３０ 試料冷却用２段冷凍機
３１ 試料冷却用１段冷凍機
３３，３４ 計測用ポート
３５ 排気ポート
１０１，２０１ 外槽真空容器
１０２ 外槽フランジ
１０５，２０４ セカンドステージ
１０７，１０９，２０６，２１２ 断熱荷重支持材
１０８，２１３ ファーストステージ
１１０，２０９ 通電電流用端子
１１１，２１０ 試料通電用電流リード
１１２，２１１ 試料通電用電極
１１３ 試料冷却用２段冷凍機
１１４ 冷却用１段冷凍機
１１５ 三角柱
１１７ 円柱
２０７，２０７′ ２台の試料冷却用２段冷凍機
２０８，２０８′ ２台の冷却用１段冷凍機

Claims (19)

1. 超電導ソレノイド磁石装置の室温ボア中に評価用試料を取付けた評価ステージを挿入し、試料冷却用冷凍機と試料通電用電流リードを含む通電回路からなるクライオスタットで構成し、前記評価用試料に印加する磁場強度、試料温度および通電電流を任意に制御可能な手段を備える評価用試料の通電特性試験装置であって、前記評価用試料の両端に発生する電圧を測定することによって、前記評価用試料が超電導材料である場合には前記超電導材料が常電導転移する臨界電流密度を、前記評価用試料が金属材料である場合には抵抗率の磁場・温度依存性又は残留抵抗比を計測することを特徴とする評価用試料の通電特性試験装置。
2. 請求項１記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記評価ステージは絶縁体の両端部に導体端子を設けて構成し、該導体端子に超電導材料を電気的に接続することにより、前記超電導材料が常電導転移したときの発生電圧を測定することを特徴とする評価用試料の通電特性試験装置。
3. 請求項２記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記評価ステージの絶縁体にガラス繊維を含む複合材料を用いた場合、前記ガラス繊維をクロス巻きまたはフィラメントワインディング巻きとすることにより、前記評価ステージの径方向の異方性を無くし、冷却時における変形を抑制し、前記評価ステージにセットされる評価用試料に機械的ダメージを与えないようにしたことを特徴とする評価用試料の通電特性試験装置。
4. 請求項１、２又は３記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記評価ステージを多角柱とし、該多角柱を回転可能にすることで、該多角柱の一面と超電導ソレノイド磁石による印加磁場方向を調整可能にし、前記評価用試料への磁場印加角度を設定可能とすることを特徴とする評価用試料の通電特性試験装置。
5. 請求項４記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記評価ステージの多角柱には中心を通る回転軸を設け、低融点金属を介して、前記通電回路に電気的、機械的、熱的に接続することにより、前記評価ステージの磁場印加角度を設定可能にしたことを特徴とする評価用試料の通電特性試験装置。
6. 請求項１、２、３、４又は５記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記評価ステージに駆動用モータ及び位置検知センサを取付け、前記評価ステージの位置を自動的に制御する手段を具備することを特徴とする評価用試料の通電特性試験装置。
7. 請求項１又は６記載の評価用試料の通電特性試験装置において、超電導ソレノイド磁石の強力な磁場が前記試料冷却用冷凍機の駆動用モータに悪影響を与えないように、前記超電導ソレノイド磁石の磁場中心から前記駆動用モータを十分な距離に離したことを特徴とする評価用試料の通電特性試験装置。
8. 請求項１又は６記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記試料冷却用冷凍機の駆動用モータに磁場の影響が及ばないモータを用いたことを特徴とする評価用試料の通電特性試験装置。
9. 請求項８記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記モータが超音波モータであることを特徴とする評価用試料の通電特性試験装置。
10. 請求項１記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記超電導ソレノイド磁石の強力な磁場が前記試料冷却用冷凍機の動作に悪影響を及ぼさないようにするため、前記超電導ソレノイド磁石の磁場中心から前記試料冷却用冷凍機を十分な距離に離しつつ、前記超電導ソレノイド磁石による磁場中心に配置した前記評価用試料を効果的に冷却するように、該評価用試料と前記試料冷却用冷凍機の低温端の間に、熱伝導率が高く断面積の大きい部材を配置し、効果的な伝熱経路を確保したことを特徴とする評価用試料の通電特性試験装置。
11. 請求項１０記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記効果的な伝熱経路として、前記試料冷却用冷凍機のコールドヘッドに熱伝導率の高い部材を吊り下げることにより、断面積が大きくなっても、前記試料冷却用冷凍機のコールドヘッドの軸方向に力を作用させることにより、前記試料冷却用冷凍機のシリンダの変形を防止することを特徴とする評価用試料の通電特性試験装置。
12. 請求項１記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記試料冷却用冷凍機のコールドヘッド直近に熱容量をもたせることにより、ヒータによる温度制御時の熱の変動を小さくし、温度調整を容易にしたことを特徴とする評価用試料の通電特性試験装置。
13. 請求項１記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記試料通電用電流リードの熱アンカ部に熱容量を持たせることにより、前記試料通電用電流リードの電流通電時のジュール発熱による温度上昇を抑制することを特徴とする評価用試料の通電特性試験装置。
14. 請求項１記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記試料通電用電流リードを高温超電導電流リードとなし、該高温超電導電流リードの大電流によるジュール発熱を低減し、前記評価用試料を安定的に冷却可能としたことを特徴とする評価用試料の通電特性試験装置。
15. 請求項１４記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記高温超電導電流リードの高温端にあたる部分に熱容量が大きい部材を設け、前記高温超電導電流リードの通電時の限界温度に対する安定性を確保したことを特徴とする評価用試料の通電特性試験装置。
16. 請求項１記載の評価用試料の通電特性試験装置において、前記評価用試料の電圧計測線を撚り線とするようにしたことを特徴とする評価用試料の通電特性試験装置。
17. 請求項１記載の評価用試料の通電特性試験装置において、超電導ソレノイド磁石と、前記評価用試料を取り付けた評価ステージ、前記試料冷却用冷凍機および前記試料通電用電流リードを含む通電回路を、一つの真空容器内に収納することを特徴とする評価用試料の通電特性試験装置。
18. 請求項１記載の評価用試料の通電特性試験装置において、真空容器から前記評価ステージを接続する断熱荷重支持材の形状を、三角錐または円筒形状の複数本を三角錐体として構成することにより、断熱支持距離を長くし、前記評価ステージにセットされる評価用試料に作用する電磁力を支持可能とすることを特徴とする評価用試料の通電特性試験装置。
19. 請求項１記載の評価用試料の通電特性試験装置において、評価試料冷却用冷凍機と中間温度冷却用冷凍機をそれぞれ複数台備えることを特徴とする評価用試料の通電特性試験装置。