JPH06333738A - 酸化物超電導体を用いた電流リード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】銀箔被覆のエッジに応力が集中して酸化物超電
導体に生ずるクラックの発生を排除し、機械的に安定な
低温側リードを備えた電流リードを得る。 【構成】極低温に保持された超電導コイルに外部電源か
らの励磁電流を通流する電流リード１が、良導電性金属
線材の束３からなる高温側リード２と、棒状の酸化物超
電導体８からなる低温側リード５との直列接続体からな
り、棒状の酸化物超電導体の両端部が銀箔被覆１１さ
れ、接続金具に形成された穴１２内で導電結合されたも
のにおいて、銀箔被覆１１の穴から突出した端縁部分１
１Ａと酸化物超電導体８の外周面との間に、酸化物超電
導体側に凹に形成された溝３１からなる応力集中緩和手
段３０を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、真空断熱容器に収納
された超電導コイルに外部電源からの直流励磁電流を供
給する電流リード、ことに低温側リードに酸化物超電導
体を用いた電流リードに関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導磁石装置の超電導コイルは液体ヘ
リウム等の極低温冷媒により冷却されて超電導状態を保
持するので、液体窒素を用いた輻射シールドや多層断熱
層を有する真空断熱容器に液体ヘリウムに浸漬した状態
で収納される。また、電流リードは液体ヘリウムが気化
した低温のヘリウムガスにより冷却され、常温側からの
侵入熱および電流リードで発生するジュール熱が極低温
部に侵入するのを阻止するよう構成される。従来電流リ
ードには導体として銅等の電気良導体を用いていたが、
銅は良導電体であると同時に良熱伝導体でもあるため極
低温部への侵入熱が増し、高価な液体ヘリウムの気化損
失が大きくなる。そこで、電流リードの低温側に高温超
電導体である酸化物超電導体を用い、ジュール熱を零に
すると同時にその低熱伝導性を利用して極低温部への侵
入熱を大幅に低減した電流リードが知られている。

【０００３】図４は超電導磁石装置の電流リードの従来
構造を簡略化して示す側面図、図５は図４の要部の内部
構造を示す断面図である。図において、超電導コイル１
０は図示しない真空断熱容器内に液体ヘリウムＨe に浸
漬した状態で収納され、リード線１０Ａにより電流リー
ド１の低温端子９Ａに導電接続される。電流リード１は
上部に常温端子２Ａを有する高温側リード２と低温端子
９Ａを有する低温側リード５の直列接続体として構成さ
れ、低温のヘリウムガスＧＨe がリード内を通って常温
端子２Ａ側に抜けることにより冷却される。高温側リー
ド２は図５にその一部を示すように、筒状容器４の内部
に下端部が中間接続金具６に導電結合された導体３とし
て、銅または銅合金などの良導電性金属線材の束を収納
し、その隙間に形成された冷却通路を低温のヘリウムガ
スＧＨe が流れることにより、常温端子２Ａ側からの進
入熱および導体３に電流が流れることにより発生するジ
ュ−ル熱の排熱が行われる。

【０００４】また、低温側リード５は、低熱伝導性金属
または絶縁材からなる筒状容器７の内部に、例えばイッ
トリウム系，ビスマス系などからなる棒状の酸化物超電
導体８を、その上端部を中間接続金具６に導電結合し，
下端部を低温端子金具９に導電結合した状態で収納し、
筒状容器７との間に低温のヘリウムガスＧＨe による冷
却通路を形成し、酸化物超電導体８の温度を液体窒素温
度（約７７Ｋ）以下に冷却することにより、酸化物超電
導体は超電導状態となってジュ−ル熱が零となり、かつ
低温端子９Ａ側への侵入熱が少なく液体ヘリウムの消費
量が少ない超電導磁石装置の電流リード１が得られる。

【０００５】一方、棒状の酸化物超電導体８の両端部に
は銀箔被覆１１が形成され、この部分を金具６および９
に形成された穴１２に挿入し、例えば銀ろう，はんだな
どの金属ろうを用いて導電結合することにより、結合部
の導電性が高い低温側リード５が得られる。さらに、低
温側リード５の組立作業は、中間接続金具６の凹所に棒
状の酸化物超電導体８の端部を挿入した状態で半田等に
よる導電結合を行い、次いで棒状の酸化物超電導体８の
他方端に低温端子金具９の凹所を嵌め込んで半田等によ
る導電結合を行い、しかる後筒状容器７を低温端子金具
側から挿入してその両端を中間接続金具６および低温端
子金具９の外周面に固定する手順で行われ、棒状の酸化
物超電導体８の両端を一対の金具を介して筒状容器７に
固定することにより、外力に耐える剛性の高い低温側リ
ード５を有する電流リード１が形成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、棒状の
酸化物超電導体８の両端に銀箔被覆１１を施し、端部を
中間接続金具６および低温端子金具９の穴１２に挿入し
て導電結合することにより、結合部の電気抵抗が低く，
この部分での発生損失が少ない低温側リード５を有する
電流リード１を得ることができる。ところが、銀箔被覆
１１は棒状の酸化物超電導体８の端部に穴１２の深さよ
り幾分幅の広い銀箔を緊密に巻付け、その外側から締め
付け荷重を加えた状態で熱処理（例えば８５０°C ）を
行うことにより、酸化物超電導体の外側を密着して覆う
導電層を形成するものであり、このため、図５にＡ部の
拡大図を示すように銀箔被覆１１の縁端部１１Ａが酸化
物超電導体８に食い込んだ状態となり、このエッジ型の
食い込み部に応力が集中して僅かな外力によって酸化物
超電導体にクラック１３が発生し、これが発端となって
電流リード１の組立作業中，あるいは運転中に酸化物超
電導体８が破損するという事態に進展することがあり、
その改善が求められている。

【０００７】この発明の目的は、銀箔被覆のエッジが酸
化物超電導体に食い込むことにより酸化物超電導体に生
ずる応力集中を排除し、機械的に安定な低温側リードを
備えた電流リードを得ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明によれば、真空断熱容器に収納されて極低
温に保持された超電導コイルに外部電源からの励磁電流
を通流する電流リードが、良導電性金属からなる高温側
リードと、棒状の酸化物超電導体からなる低温側リード
との直列接続体からなり、前記棒状の酸化物超電導体の
両端部が銀箔被覆されて接続金具に形成された穴内で導
電結合され、かつ低温の冷媒ガスで冷却されるものにお
いて、前記銀箔被覆の前記穴から突出した端縁部分と前
記酸化物超電導体の外周面との間に酸化物超電導体側に
凹に形成された溝からなる応力集中緩和手段を備えてな
るものとする。

【０００９】また、応力集中緩和手段としての凹溝がそ
の底面と側壁面とを結ぶ湾曲面を有するものとする。さ
らに、応力集中緩和手段としての凹溝が合成樹脂硬化物
により充填されてなるものとする。

【００１０】

【作用】この発明において、棒状の酸化物超電導体の端
部に銀箔被覆を有する低温側リードが、その酸化物超電
導体の銀箔被覆が金具に形成された穴から突出した端縁
部分と酸化物超電導体の外周面との間に、酸化物超電導
体側に凹に形成された溝からなる応力集中緩和手段を備
えるよう構成したことにより、銀箔被覆の端縁部分を凹
溝の外側に浮き上がった状態として酸化物超電導体から
隔離できるので、銀箔被覆のエッジが酸化物超電導体に
食い込んだ状態となることによって酸化物超電導体に従
来生じた応力集中を排除し、応力集中が原因で生ずる酸
化物超電導体のクラックの発生、さらにはこの進展によ
って生ずる酸化物超電導体の破損を防ぎ、低温側リード
の信頼性を向上する機能が得られる。

【００１１】また、応力集中緩和手段としての凹溝がそ
の底面と側壁面とを結ぶ湾曲面を有するよう構成すれ
ば、凹溝をコ字状とした場合、その底面と側壁面との角
に応力が集中することを排除し、凹溝を設けることによ
り酸化物超電導体に生ずる機械的強度の低下を抑制する
機能が得られる。さらに、応力集中緩和手段としての凹
溝を合成樹脂硬化物により充填するよう構成すれば、凹
溝を設けることによって酸化物超電導体に生ずる断面係
数の低下を合成樹脂硬化物が補償し、凹溝を機械的に一
層強化できるとともに、銀箔被覆のエッジが合成樹脂硬
化物の表面に固着して形態安定性が増すので、応力集中
緩和手段の応力緩和性能機能および機械的安定性を向上
する機能が得られる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明を実施例に基づいて説明す
る。図１はこの発明の実施例になる酸化物超電導体を用
いた電流リードの要部を示す断面図であり、従来技術と
同じ構成部分には同一参照符号を付すことにより、重複
した説明を省略する。図において、棒状の酸化物超電導
体８の両端部に銀箔被覆１１を有する低温側リード５
は、銀箔被覆１１が中間接続金具６または低温端子金具
９に形成された穴１２から突出した端縁部分１１Ａと酸
化物超電導体８の外周面との間に、酸化物超電導体側に
凹に形成された溝３１（凹溝と呼ぶ）からなる応力集中
緩和手段３０を備える。応力集中緩和手段３０は図中に
その拡大図を示すように、酸化物超電導体８の外周に沿
って予め形成される凹溝３１の内壁面が１つの連続した
湾曲面３２で構成され、この凹溝３１上に端縁１１Ａが
位置するよう銀箔を緊密に巻付け、その外側から締め付
け荷重を加えた状態で熱処理（例えば８５０°C ）を行
うことにより、酸化物超電導体の外側を密着して覆う銀
箔被覆１１を形成する。このように形成された応力集中
緩和手段３０を有する酸化物超電導体８は、銀箔被覆さ
れた部分を中間接続金具６および低温端子金具９に形成
された穴１２に挿入し、例えば銀ろう，はんだなどの金
属ろうを用いて導電結合層３９を形成することにより、
結合部の導電性が高く従って通流時の発生損失の少ない
低温側リード５が得られる。

【００１３】このように構成された応力集中緩和手段３
０を備えた電流リードにおいては、銀箔被覆１１の端縁
部分１１Ａを凹溝３１の外周側に浮き上がった状態とし
て酸化物超電導体から隔離できるので、銀箔被覆のエッ
ジが酸化物超電導体に食い込んだ状態となることによっ
て酸化物超電導体に従来生じた応力集中を排除し、応力
集中が原因で生ずる酸化物超電導体のクラックの発生を
防止できる。

【００１４】また、応力集中緩和手段３０を構成する凹
溝３１がその底面と側壁面とを結ぶ連続した１つの湾曲
面３２を有することにより、凹溝をコ字状とした場合そ
の角に応力が集中して発生する機械的弱点部を排除でき
るので、凹溝を設けることにより酸化物超電導体８に生
ずる機械的強度の低下を最小限に抑制できる利点が得ら
れる。

【００１５】図２はこの発明の異なる実施例になる酸化
物超電導体を用いた電流リードの要部を示す断面図であ
り、応力集中緩和手段４０が、凹溝３１内に充填された
合成樹脂硬化物４１を備えた点が前述の実施例と異なっ
ている。このように構成された応力集中緩和手段４０を
有する電流リードにおいては、凹溝を設けることによっ
て酸化物超電導体８に生ずる断面係数の低下を、凹溝３
１に充填された合成樹脂硬化物４１が補強して断面係数
の低下を防止するとともに、銀箔被覆１１のエッジが合
成樹脂硬化物４１の表面に固着してその形状安定性を増
すので、より応力緩和性能機能が高く機械的安定性に優
れた応力集中緩和手段を備えた電流リードを得ることが
できる。

【００１６】図３はこの発明の他の実施例になる酸化物
超電導体を用いた電流リードの要部を示す断面図であ
り、高温側リード２に中間接続金具６を介して連結され
た低温側リード１５は、上端部が中間接続金具６に，下
端部が下部接続金具２０にそれぞれ導電結合された棒状
の酸化物超電導体１８と、下部接続金具２０および低温
端子金具１９に上下端が導電接続された可撓性導体２１
と、中間接続金具６および低温端子金具１９とに上下端
が連結されて酸化物超電導体１８および可撓性導体２１
を収納する筒状容器１７とで構成され、酸化物超電導体
１８の両端部には銀箔被覆１１が形成されくとともに、
前述の実施例で述べたと同様な応力集中緩和手段３０ま
たは４０が設けられる。

【００１７】また、可撓性導体２１は、良導電性金属編
組材または良導電性金属箔材の束，金属系超電導線材の
束，あるいは酸化物超電導線材または酸化物超電導リボ
ン材の束のいずれかで構成される。さらに、下部接続金
具２０と筒状容器１７の内壁面との間には隙間２０Ｇを
設けるとともに、棒状の酸化物超電導体１８の周囲には
例えば繊維強化プラスチック材等からなる振れ止め材２
２を配置し、低温端子金具１９，振れ止め材２２，中間
接続金具６をそれぞれ貫通して筒状容器内を高温側リー
ド側に向けて流れる低温のヘリウムガスＧＨe により冷
却され、棒状の酸化物超電導体１８が超電導状態とな
り、そのジュ−ル熱が排除されるとともに、高温側リー
ドからの侵入熱を低減するよう構成される。

【００１８】このように構成された電流リードにおいて
は、棒状の酸化物超電導体１８の下端部が結合した下部
接続金具２０の機械的拘束が、柔軟な可撓性導体２１、
および下部接続金具２０の周囲の隙間２０Ｇで開放され
るので、棒状の酸化物超電導体の両端が固定されること
によって生ずる機械的ストレス、および低温側リード１
５の各部材の熱収縮差によって棒状の酸化物超電導体１
８に作用する熱応力が排除され、且つ振れ止め材２２が
棒状の酸化物超電導体を緩やかに支持して電流リードの
振動や横置きした際作用する曲げ荷重を緩和するので、
低温側リード１５の組立加工終了後に棒状の酸化物超電
導体１８に作用すると予想される機械的ストレスの殆ど
全てを排除することが可能となる。従って、酸化物超電
導体１８に加わる外力そのものが低減されるので、応力
集中緩和手段３０または４０による応力緩和効果と併せ
て酸化物超電導体のクラック発生をより確実に回避でき
るとともに、機械的安定性に優れた電流リードを得るこ
とができる。

【００１９】なお、前述の各実施例は低温側リードを１
つの棒状の酸化物超電導体８または１８を用いて構成し
た場合を例に説明したが、酸化物超電導体を複数の棒状
の酸化物超電導体を互いに並行して用いるよう構成した
場合にも、各酸化物超電導体に応力集中緩和手段を設け
ることにより、外力によるクラックの発生を阻止して酸
化物超電導体の損傷を防止することができる。

【００２０】

【発明の効果】この発明は前述のように、棒状の酸化物
超電導体の端部に銀箔被覆を有する低温側リードにおい
て、銀箔被覆が金具に形成された穴から突出した端縁部
分と酸化物超電導体の外周面との間に、酸化物超電導体
側に凹に形成された溝からなる応力集中緩和手段を備え
るよう構成した。その結果、銀箔被覆の端縁部分を凹溝
の外側に浮き上がった状態として酸化物超電導体から隔
離できるので、銀箔被覆のエッジが酸化物超電導体に食
い込んだ状態となることによって酸化物超電導体に従来
生じた応力集中を排除することが可能となり、応力集中
が原因で生ずる酸化物超電導体のクラックの発生を阻止
できるとともに、このクラックが発端となって電流リー
ドの組立作業中，あるいは電流リードの運転中に酸化物
超電導体が破損する事態を回避できるので、酸化物超電
導体が損傷することによって超電導コイル装置の運転が
停止したり、あるいはこれが原因で発生する経済的損失
を未然に回避できる信頼性の高い酸化物超電導体を用い
た電流リードを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はこの発明の実施例になる酸化物超電導
体を用いた電流リードの要部を示す断面図、（ｂ）は図
１（ａ）の３０で示す部分の拡大図

【図２】（ａ）はこの発明の異なる実施例になる酸化物
超電導体を用いた電流リードの要部を示す断面図、
（ｂ）は図２（ａ）の４０で示す部分の拡大図

【図３】この発明の他の実施例になる酸化物超電導体を
用いた電流リードの要部を示す断面図

【図４】超電導磁石装置の電流リードの従来構造を簡略
化して示す側面図

【図５】（ａ）は図４の要部の内部構造を示す断面図、
（ｂ）は図４（ａ）のＡ部の拡大図

【符号の説明】

１ 電流リード ２ 高温側リード ３ 良電導性金属線材の束 ４ 筒状容器 ５ 低温側リード ６ 中間接続金具 ７ 筒状容器 ８ 棒状の酸化物超電導体 ９ 低温端子金具 １０ 超電導コイル １１ 銀箔被覆 １１Ａ 端縁部 １２ 穴 １３ クラック １５ 低温側リード １７ 筒状容器 １８ 棒状の酸化物超電導体 １９ 低温端子金具 ２０ 下部接続金具 ２１ 可撓性導体 ２２ 振れ止め材 ３０ 応力集中緩和手段 ３１ 凹溝 ３２ 湾曲面 ３９ 導電結合層 ４０ 応力集中緩和手段 ４１ 合成樹脂硬化物 Ｈe 液体ヘリウム ＧＨe 低温のヘリウムガス

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空断熱容器に収納されて極低温に保持さ
   れた超電導コイルに外部電源からの励磁電流を通流する
   電流リードが、良導電性金属からなる高温側リードと、
   棒状の酸化物超電導体からなる低温側リードとの直列接
   続体からなり、前記棒状の酸化物超電導体の両端部が銀
   箔被覆されて接続金具に形成された穴内で導電結合さ
   れ、かつ低温の冷媒ガスで冷却されるものにおいて、前
   記銀箔被覆の前記穴から突出した端縁部分と前記酸化物
   超電導体の外周面との間に酸化物超電導体側に凹に形成
   された溝からなる応力集中緩和手段を備えて成ることを
   特徴とする酸化物超電導体を用いた電流リード。
2. 【請求項２】応力集中緩和手段としての凹溝がその底面
   と側壁面とを結ぶ湾曲面を有することを特徴とする請求
   項１記載の酸化物超電導体を用いた電流リード。
3. 【請求項３】応力集中緩和手段としての凹溝が合成樹脂
   硬化物により充填されてなることを特徴とする請求項１
   または請求項２記載の酸化物超電導体を用いた電流リー
   ド。