JP3142934B2 - 超電導電流リードの接続構造体 - Google Patents

超電導電流リードの接続構造体

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超電導電流リード部材同
士もしくは超電導電流リード部材と常電導導体部材との
電気的な接続構造体に係り、特に任意の構造化や特性の
均一化された超電導電流リードの接続構造体、あるいは
熱的衝撃や機械的外力による破損の保護などが図られた
超電導電流リードの接続構造体に関する。
【0002】
【従来の技術】酸化物超電導体からなる超電導電流リー
ドは、熱伝導率が低いという特性を備えている。この特
性を利用して、超電導電流リード部材の一方を極低温中
の超電導線に接続し、他方を常温中にある常電導導体
(たとえば銅製の電流リード)を接続して、常温中にあ
る常電導導体から極低温中への熱進入を防ぎながら所要
の電流を流す手段が考えられる。また、この超電導電流
リード部材としての利用においては、線径が細ければ細
い程、常電導導体から極低温中への熱進入も低減し得
る。したがって、超電導電流リード部材は、できるだけ
細くするのが理想的であり、図9に要部を断面的に示す
ごとく、超電導電流リード部材と常電導導体部材の接続
構造体は、酸化物超電導体からなる超電導電流リード部
材1の被接続端子部1aを膨大に(拡張)形成する一方、
常電導導体である銅製電流リード部材2の被接続端子部
2aと同一形状として、両被接続端子部1a,2aの被接合面
を対接させ電気的に接続している。そして、前記超電導
電流リード部材1の被接続端子部1a被接合面と銅製電流
リード2の被接続端子部2aの被接合面との接続について
は、被接合面間に導電性の接着剤を介在させて接続する
か、あるいは図 に要部構成を断面的に示すごとく、超
電導電流リード部材1および銅製電流リード部材2の各
被接合面を対接させて、これらをクランプ3によって堅
固に締め付け、機械的に接続する手段などがある。
【0003】また、前記酸化物超電導体は、一般的に機
械的な強度が劣り、僅かな機械的衝撃でも破損し易いと
いう脆さがあるので、比較的線径が小さくて長尺なもの
などを製造ないし加工することが非常に困難である。し
たがって、丸棒形で比較的短尺なものを得て、これらを
接続して所要の超電導電流リード部材1を構成する場合
がしばしばある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記図
示した構成の超電導電流リード部材1の場合、すなわち
被接続端子部1aを選択的に拡張形成(膨大化)して、そ
の被接続端面を銅製電流リード2の被接続端子部2a端面
とほぼ同形状にし、両被接続端面を対接させ接続するこ
とにより、接触面積を大きくし接触抵抗の低減を図った
構成では次のような問題がある。つまり、接触面積を大
きくし接触抵抗の低減を図るため、超電導電流リード部
材1の被接続端子部1aを急激に拡張形成(膨大化)して
おり、この被接続端子部1aと比較的線径が小さい部分1b
との連接部4が、熱的衝撃,銅製電流リード部材2との
接続時,あるいは組み立て時に発生する機械的外力によ
って破断など起こし易いという問題がある。
【0005】また、丸棒形の短尺な超電導電流リード部
材1を、複数個直列に接続一体化して構成する超電導電
流リードの場合は、前記の各短尺な超電導電流リード部
材1が必ずしも特性の均一性を保持しないため、設計上
も多くの制約を伴うことになり、構成の繁雑さと相俟っ
て実用的に問題がある。
【0006】さらに、前記いずれの場合も、超電導電流
リードの構成がいわゆる直線的で、使用態様も一定の範
囲に制限されている。しかし、この種の超電導電流リー
ドを装着する極低温装置のコンパクト化などの点から、
超電導電流リードについても任意な形状,任意な使用態
様の選択・設定も要求される場合も往々生じているが、
前記従来の超電導電流リードの構成では、このような要
望に対応し得ない。
【0007】ここで、前記熱的衝撃について説明する
と、超電導電流リード1は、常温中では超電導状態とは
ならず、極低温中でのみ超電導状態となる。したがっ
て、ここでいう熱的衝撃とは、常温から極低温への急激
な温度変化における超電導電流リード1の膨張、収縮に
よる熱的疲労のことである。
【0008】本発明は上記問題点を解決するためのもの
であり、任意の構造(形状)の選択が可能で、かつ一様
な特性を呈する超電導電流リード、もしくは超電導電流
リードの熱的衝撃や機械的外力による破損の防止、超電
導電流リードと常電導導体との接続の容易性を確保する
ことが可能な超電導電流リードの接続構造体の提供を目
的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係る超電導電流
リードの接続構造体は、超電導電流リード部材同士もし
くは超電導電流リード部材と常電導導体部材との電気的
な接続構造体において、前記各被接合部材は被接合面が
互いに密着的な対接可能な加工面での接合により電気的
に接続されていることを特徴とし(第1の接続構造
体)、また、酸化物超電導体から成る超電導電流リード
部材と常電導導体部材とがほぼ同形の被接合面で対接し
て電気的に接続する接続構造体において、前記超電導電
流リード部材の径が被接合面方向へ徐々に膨大化されて
構成されていることを特徴とし(第2の接続構造体)、
さらに、酸化物超電導体からなる超電導電流リード部材
と常電導導体部材との電気的な接続構造体において、前
記両被接合部材は被接合面が互いに嵌合・密着して対接
可能な錐形の凹凸面を備え、前記錐形の凹凸面の嵌合・
密着により電気的に接続していることを特徴として(第
3の接続構造体)いる。
【0010】
【作用】第1の接続構造体の場合は、超電導電流リード
がいわゆるユニット化されているため、これらユニット
化されている超電導電流リード部材の選択・組み合わせ
により任意の形状ないし構造で、かつ均一な特性の長尺
形超電導電流リードとして機能する。
【0011】また、第2および第3の接続構造体の場合
は、熱的衝撃や機械的外力に対して耐久性を有するとと
もに、超電導電流リード部材と常電導導体との接続も容
易に達成し得る。
【0012】
【実施例】以下図1〜図8を参照して本発明の実施例を
説明する。
【0013】実施例1 本実施例はユニット化された超電導電流リード部材の選
択・組み合わせにより構成された超電導電流リードの接
続構造体の場合である。図1は前記ユニット化さた超電
導電流リード部材5の一構造例を断面的に示したもの
で、超電導電流リード部材5は、拡張形成(膨大化)し
た被接続端子部5aおよびこの被接続端子部5a間を連接す
る線径の小さ部分5bとで構成されている。そして、前記
被接続端子部5aの端面は、互いに接続される他の超電導
電流リード部材5の被接続端子部5aの端面、もしくは常
電導電流リード部材の被接続端子部の端面と、対接可能
な形(状態)に任意の角度および方向にに加工された構
成を成している。つまり、前記超電導電流リード部材5
の被接続端子部5aの端面は、相互に接続して構成する超
電導電流リードの接続構造体の形態に対応して、接続さ
れる他の超電導電流リード部材5などの被接続端子部5a
の端面の傾斜方向や角度に応じて適宜面加工されてい
る。
【0014】図2および図3は、前記のように構成され
た超電導電流リード部材5複数個を、相互にその被接続
端子部5a端面間に、たとえば銀粉末を含有する導電性接
着剤層を介して、密着的に対接させて構成した超電導電
流リードの接続構造体のそれぞれ異なる構造例を斜視的
に示したものである。すなわち、図2は超電導電流リー
ド部材5などの被接続端子部5aの端面の傾斜方向を変え
て、湾曲的に構成した超電導電流リード接続構造体であ
り、また図3は分岐形もしくは合流形に構成した超電導
電流リード接続構造体である。
【0015】上記構成例では、超電導電流リード部材5
相互の被接続端子部5a端面間に、導電性接着剤層を介在
させて一体化したが、図4にその断面構造を示すごと
く、超電導電流リード部材5相互の被接続端子部5a端面
を、予め銀蒸着もしくは銀箔処理しておくとともに、対
接する被接続端子部5a同士を接続する孔を穿設してお
き、金属棒もしくは酸化物超電導体製のボルトナット6
で締め付け一体化して接続構造体を構成してもよい。
【0016】さらに、前記の構成例では、超電導電流リ
ード部材5の被接続端子部5aなどを膨大化(拡張形成)
したが、たとえば図5に断面的に示すように、超電導電
流リード部材5に膨大化(拡張形成)部を設けずに、被
接続端子面同士を接続して所要の超電導電流リード接続
構造体を構成してもよい。
【0017】実施例2 本実施例は、熱的衝撃および機械的外力による破損など
を保護可能に構成された超電導電流リードの場合であ
る。図6は熱的衝撃や機械的外力による破損からの保護
が可能な、超電導電流リードの接続構造体の構成例の要
部を断面的に示したもので、5′は超電導電流リード部
材、7はたとえば銅から成る常電導電流部材である。そ
して、この構成例においては、酸化物超電導体から成る
超電導電流リード部材5′と常電導電流部材7とは、ほ
ぼ同形の被接合面で対接して電気的に接続する接続構造
体を構成しており、かつ前記超電導電流リード部材5′
は被接合面方向へ徐々に膨大化した形状を成している。
つまり、前記超電導電流リード部材5′の被接続端子部
5a′は、細径部5b′から徐々に拡張形成(膨大化)され
ており、前記被接続端子部5a′と細径部5b′との連接部
8が熱的および機械的に補強された構成となるため、熱
的衝撃および機械的外力に対して大幅に保護された超電
導電流リードの接続構造体として機能し得ることにな
る。
【0018】なお、超電導電流リード部材5′および常
電導電流部材7の接続部9の断面積は、超電導電流リー
ド部材5′の電流密度が常電導電流部材7の電流密度よ
りはるかに大きいことから、超電導電流リード部材5′
に流す電流と常電導電流部材7の材質によって決められ
る。たとえば、超電導電流リード部材5′に流す電流を
1000[A] としたとき、常電導電流部材7が銅とすると銅
の電流密度が約12.7[A/mm2 ]であるため、超電導電流
リード部材5′および常電導電流部材7の接続部9の断
面積は約78.5[ mm2 ]となる。ただし、銅の電流密度1
2.7[A/mm2 ]は、温度を液体窒素レベルに置き換えて
算出した値である。
【0019】図7は他の構成例を断面的に示したもの
で、この構成の場合は超電導電流リード部材5′と常電
導電流部材7との被接続面の位置決めや接続を容易に成
し得る超電導電流リードの接続構造体である。すなわ
ち、この構成においては、超電導電流リード部材5′の
被接続端子部5a′を円錐状の凸面にし、一方、常電導電
流部材7の接続端子部7a′を、前記超電導電流リード部
材5′の円錐状被接続端子部5a′に合致する円錐状の凹
面形状とし、これら円錐状の凹凸面の嵌合による一体化
で、超電導電流リード部材5′を常電導電流部材7に接
続して成る超電導電流リードの接続構造体である。
【0020】なお、この構成例においては、前記円錐状
の凹凸面の嵌合による一体化に当たり、常電導電流部材
7の接続端子部7a′を円錐状の凸面化し、超電導電流リ
ード部材5′の被接続端子部5a′を円錐状の凹面形状と
ししても、前記の場合と同様に接続時の位置決め、接続
を容易に行い得る。また、接続端子部の形状は円錐状に
限定されることなく角錐状などでもよい。
【0021】図8は、さらに他の異なる構成例を断面的
に示したもので、前記図6に図示した構成と図7に図示
した構成とを備えた超電導電流リードの接続構造体であ
る。すなわち、超電導電流リード部材5′の被接続端子
部5a′を、細径部5b′から徐々に拡張形成(膨大化)し
た構成とし、前記被接続端子部5a′と細径部5b′との連
接部8が熱的および機械的に補強される構成とする一
方、超電導電流リード部材5′の被接続端子部5a′およ
び常電導電流部材7の接続端子部7a′を、嵌合して一体
化が可能な円錐状の凹凸面とし、位置決めなど容易な構
成とすることにより、熱的衝撃および機械的外力に対し
て大幅に保護でき、かつ接続の位置決めも容易に成し得
る超電導電流リードの接続構造体である。
【0022】なお、この構成例の場合、超電導電流リー
ド部材5′と常電導電流部材7との接続は、超電導電流
リード部材5′および常電導電流部材7の被接続端子部
5a′、7a′をそれぞれ膨大化しておき、この膨大化部分
でネジ10により機械的に接続するか、あるいはネジ10に
よる機械的な接続の代わりに、たとえば導電性の接着剤
で超電導電流リード部材5′と常電導電流部材7とを接
続してもよい。
【0023】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係る超電導電流リードの接続構造体は、使用態様に
応じて任意なもしくは複雑な構造ないし形状を採り得る
し、かつ均一な特性を呈する超電導電流リードとして機
能し得る。また、熱的衝撃や機械的外力による破損も解
消し得るし、超電導電流リード部材と常電導電流部材と
の接続部における接触抵抗の低減も図り得る。しかも、
超電導電流リードの接続構造体の構成に当たり、超電導
電流リード部材と常電導電流部材とを高い精度で位置決
めし容易に接続することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る超電導電流リードの接続構造体を
構成する超電導電流リード部材の構造例を示す断面図。
【図2】本発明に係る超電導電流リードの接続構造体の
第1の構造例を示す斜視図。
【図3】本発明に係る超電導電流リードの接続構造体の
第2の構造例を示す斜視図。
【図4】本発明に係る超電導電流リードの接続構造体の
第3の構造例を示す断面図。
【図5】本発明に係る超電導電流リードの接続構造体の
第4の構造例を示す断面図。
【図6】本発明に係る超電導電流リードの接続構造体の
第5の構造例を示す断面図。
【図7】本発明に係る超電導電流リードの接続構造体の
第6の構造例を示す断面図。
【図8】本発明に係る超電導電流リードの接続構造体の
第7の構造例を示す断面図。
【図9】従来の超電導電流リードの接続構造体の構造例
を示す断面図。
【図10】従来の超電導電流リードと常電導導体の他の
構造例を示す断面図。
【符号の説明】
1,5,5′……超電導電流リード部材 1a,5a……
超電導電流リード部材の被接続端子部 1a,5b……超
電導電流リード部材の細径部 2,7……常電導電流
リード部材 2a,7a……常電導電流リード部材の被接
続端子部 3……クランプ 4,8…超電導電流リ
ード部材の被接続端子部と細径部の連接部 6……ボル
トナット 9……接続部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01F 6/00 ZAA H01F 6/06 ZAA

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超電導電流リード部材同士もしくは超電
    導電流リード部材と常電導導体部材との電気的な接続構
    造体において、 前記各被接合部材は被接合面が互いに密着的な対接可能
    な加工面での接合により電気的に接続されていることを
    特徴とする超電導電流リードの接続構造体。
  2. 【請求項2】 酸化物超電導体から成る超電導電流リー
    ド部材と常電導導体部材とがほぼ同形の被接合面で対接
    して電気的に接続する接続構造体において、 前記超電導電流リード部材の径が被接合面方向へ徐々に
    膨大化されて構成されていることを特徴とする超電導電
    流リードの接続構造体。
  3. 【請求項3】 酸化物超電導体からなる超電導電流リー
    ド部材と常電導導体部材との電気的な接続構造体におい
    て、 前記両被接合部材は被接合面が互いに嵌合・密着して対
    接可能な錐形の凹凸面を備え、前記錐形の凹凸面の嵌合
    ・密着により電気的に接続していることを特徴とする超
    電導電流リードの接続構造体。
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