JPH08264312A

JPH08264312A - 電流リード

Info

Publication number: JPH08264312A
Application number: JP7069560A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kakazu; 修嘉数; Nobuhiro Shibuta; 信広渋田; Kenichi Sato; 謙一佐藤
Original assignee: Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
Current assignee: Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
Priority date: 1995-03-28
Filing date: 1995-03-28
Publication date: 1996-10-11

Abstract

(57)【要約】【目的】酸化物超電導体を用いた電流リードにおい
て、酸化物超電導体を外部からの衝撃力や応力から保護
し、より機械的強度の向上した電流リードを提供する。【構成】電流リードは、１対のリード端子３４ａ、３
４ｂと、リード端子３４ａ、３４ｂの間を電気的に接続
する酸化物超電導体のバルク材３２と、バルク材３２に
密着する補強部材３１および３３を備える。補強部材
は、イットリア安定化ジルコニアまたはガラス繊維強化
プラスチックからなる補強基材３１と、補強基材３１を
バルク材３２に接着する低温用樹脂接着剤３３とからな
る。補強基材３１は、バルク材３２に近い熱収縮率を有
し、接着剤３３には、熱収縮率の調整のため、セラミッ
クス粉末が添加されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸化物超電導体を用い
た電流リードに関し、特に、電力、輸送、高エネルギ
ー、医療等の分野において用いられる超電導マグネット
等の超電導装置へ電流を供給するため用いる電流リード
に関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導マグネット等の超電導装置へ外部
電源から電流を供給するための電流リードには、Ｃｕ系
の金属材料が主に用いられてきた。しかしながら、金属
材料は、通電によりジュール熱を発生し、さらに高い熱
伝導率のため、外部から熱を侵入させやすい。このた
め、金属材料を使用するパワーリードは、超電導装置に
おいて冷媒の蒸発を促進するという問題を有している。

【０００３】超電導マグネットシステム等に用いられる
電流リードには、たとえば次のような特性が要求され
る。電流リードを介して巻線部に侵入する熱量を最小限
にくい止めるため、断面積はできるだけ小さく、かつ熱
伝導率が低い材料から形成されることが望ましい。一
方、このような形状および材質において、できるだけ多
くの電流を流せることが望まれる。また、電流リード
は、十分な強度を有し、冷却・昇温のヒートサイクルに
対して劣化しないことが望まれる。

【０００４】近年、より高い臨界温度を示す超電導材料
としてセラミックス系のもの、すなわち酸化物超電導体
が注目されている。熱伝導率が比較的低く、液体窒素温
度において超電導状態を示すことのできる酸化物超電導
体は、電流リードの材料として有望である。一方、酸化
物超電導体は、金属材料に比べて機械的強度が低く、曲
げ応力や衝撃力によって亀裂や破損が発生しやすい。そ
こで、酸化物超電導体を電流リードに応用する場合、破
損防止のため、酸化物超電導体に補強を加えることが必
要となってくる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、酸化
物超電導体を用いた電流リードにおいて、酸化物超電導
体を外部からの衝撃力や応力から保護し、より機械的強
度の向上した電流リードを提供することである。

【０００６】本発明のさらなる目的は、酸化物超電導体
を用い、超電導体装置への熱侵入がより少なく、信頼性
の高い電流リードを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明者は、電流リードにおいて、酸化物超電導体
を補強のための成形材料に接着剤によって接着する構成
を発案し、鋭意検討を行なってきた。そして、接着剤お
よび補強のための成形材料として、適切なものを見出し
本発明を完成させるに至った。

【０００８】本発明に従う電流リードは、１対のリード
端子と、１対のリード端子間を電気的に接続する酸化物
超電導体のバルク材と、バルク材に密着する補強部材と
を備える。該補強部材は、イットリア安定化ジルコニア
およびガラス繊維強化プラスチックからなる群から選択
される少なくとも１つの材料の成形体からなる補強基材
と、該補強基材をバルク材に接着する低温用樹脂接着剤
とからなる。本発明においてガラス繊維強化プラスチッ
クの成形体からなる補強基材は、３００Ｋから７７Ｋへ
の冷却で、（ｘ−０．０２）％〜（ｘ＋０．０８）％
（ｘは、バルク材の３００Ｋから７７Ｋに冷却したとき
の熱収縮率を示す）の範囲の熱収縮率を、１対のリード
端子間を結ぶ方向において示すものである。また低温用
樹脂接着剤には、熱収縮率の調整のため、セラミックス
粉末が添加されている。

【０００９】本発明において、リード端子は、外部端子
に接続するためのもので、たとえば銅、銀、白金、金等
の低抵抗金属から構成することができる。１対のリード
端子を酸化物超電導体のバルク材に接続するための方法
は、特に限定されるものではない。たとえば一般的な方
法として、酸化物超電導体にリード端子をハンダ付けす
る方法を挙げることができる。ハンダ付けを行なう場
合、酸化物超電導体においてハンダを付与する部分に、
予め銀等のメタライズ層を形成することが好ましい。

【００１０】酸化物超電導体のバルク材は、酸化物超電
導体そのものからなるものである。酸化物超電導体に
は、Ｙ₁ Ｂａ₂ Ｃｕ₃ Ｏ_7-Y（０≦Ｙ＜１）等のイット
リウム系酸化物超電導体、Ｂｉ₂ Ｓｒ₂ Ｃａ₁ Ｃｕ₂ Ｏ
_10-X、Ｂｉ₂ Ｓｒ₂ Ｃａ₂ Ｃｕ ₃ Ｏ_10-X、（Ｂｉ，Ｐ
ｂ）₂ Ｓｒ₂ Ｃａ₁ Ｃｕ₂ Ｏ_10-X、（Ｂｉ，Ｐｂ）₂ Ｓ
ｒ ₂ Ｃａ₂ Ｃｕ₃ Ｏ_10-X（０≦Ｘ＜１）等のビスマス系
酸化物超電導体、Ｔｌ₂ Ｓｒ₂ Ｃａ₁ Ｃｕ₂ Ｏ_10-Z、Ｔ
ｌ₂ Ｓｒ₂ Ｃａ₂ Ｃｕ₃ Ｏ_10-Z（０≦Ｚ＜１）等のタリ
ウム系酸化物超電導体などがある。バルク材は、たとえ
ば酸化物超電導体またはその原料からなる粉末またはス
ラリーを焼結することによって得ることができる。本発
明では、原料のセラミックス粉末をプレス成形した後に
焼結する方法（焼結法）によって形成された焼結体をバ
ルク材として用いることができる。また、バルク材とし
て、レーザペデスタル法により作製したものを好ましく
用いることができる。レーザペデスタル法は、酸化物超
電導体の原料からなるロッドの端部にレーザビーム（た
とえばＣＯ₂ レーザビーム）を照射し、溶融された部分
に種結晶を付着させた後、溶融部分から結晶を引上げて
いく方法である。レーザペデスタル法によれば、原料を
一旦溶融し、１方向に凝固させて結晶化を進めていくた
め、焼結法に比べて密度の高い緻密な酸化物超電導体を
製造することができる。レーザペデスタル法に従って形
成されるバルク材は、たとえば酸化物超電導体自体の固
有密度（真密度）の９５％以上の密度を有しており、高
い臨界電流を示すことができ、しかも熱伝導率が低いも
のである。またレーザペデスタル法によるバルク材は、
緻密度が高いため、機械的強度も比較的高い。本発明に
おいて用いられる酸化物超電導体のバルク材は、たとえ
ば、２，５００〜１７，５００Ａ／ｃｍ² 、好ましくは
４，０００〜１７，５００Ａ／ｃｍ² （７７Ｋ，自己磁
場下）の臨界電流密度を有することができる。

【００１１】本発明において酸化物超電導体のバルク材
は、補強のため、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳ
Ｚ）およびガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）か
らなる群から選択される少なくとも１つの材料の成形体
に、低温用樹脂接着剤を介して接着される。

【００１２】ＹＳＺは、酸化物超電導体に非常に近い熱
収縮率および熱膨張係数を有する材料である。ＹＳＺ
（Ｙ₂ Ｏ₃ −ＺｒＯ₂ ）において、Ｙ₂ Ｏ₃ の含有量
は、たとえば１〜８モル％、好ましくは３〜６モル％と
することができる。

【００１３】本発明においてＧＦＲＰの成形体は、３０
０Ｋから７７Ｋへの冷却で、（ｘ−０．０２）％〜（ｘ
＋０．０８）％（ｘは、酸化物超電導体のバルク材の３
００Ｋから７７Ｋに冷却したときの熱収縮率を示す）の
範囲の熱収縮率を、リード端子間を結ぶ方向において示
すものである。本発明において熱収縮率は、以下の式で
定義することができる。［数１］（Ａ−Ｂ）×１００％／ＡＡ：冷却前の所定の部分の長さ（３００Ｋにおける所定
の部分の長さ）Ｂ：冷却後の所定の部分の長さ（７７Ｋにおける所定の
部分の長さ）酸化物超電導体を用いた電流リードは液体窒素温度（７
７Ｋ）で使用できる一方、電流リードは一般に液体ヘリ
ウム温度（４．２Ｋ）で使用されることも多い。本発明
では、後述する種々の実験に基づきＧＦＲＰの成形体に
ついて３００Ｋから７７Ｋへの冷却における熱収縮率を
規定しているが、この熱収縮率の条件を満足する本発明
の電流リードは、７７Ｋでの使用と同様に４．２Ｋにお
いても使用することができる。すなわち、本発明の電流
リードは、３００Ｋ→４．２Ｋのヒートサイクルにおい
ても、超電導体の特性を低下させずに繰返して使用する
ことができる。

【００１４】酸化物超電導体の温度と熱収縮率（ｄＬ／
Ｌ_293K）との関係を図１に示す。図においてＢｉ２２１
２；ａｂ、Ｂｉ２２１２；ｃは、それぞれ、Ｂｉ系２２
１２相超電導体についてａｂ軸方向およびｃ軸方向の熱
収縮率と温度との関係を示している。Ｂｉ２２２３；ａ
ｂ、Ｂｉ２２２３；ｃも同様にＢｉ系２２２３相超電導
体について、ａｂ軸方向およびｃ軸方向の熱収縮率と温
度との関係を示している。図に示すように、酸化物超電
導体について、７７Ｋから４．２Ｋへの熱収縮量は、ご
くわずかなものであり、３００Ｋから７７Ｋへの熱収縮
量に比べて非常に小さいことがわかる。このことから
も、補強基材について３００Ｋから７７Ｋへの冷却にお
ける熱収縮率を規定した本発明が、３００Ｋから４．２
Ｋへの冷却においても支障なく機能することがわかる。

【００１５】ＧＦＲＰの成形体として、マトリックス樹
脂、充填材、ガラス繊維よりなるシート状の材料（ＳＭ
Ｃ：Sheet Moulding Compound)をプレス成形したものを
用いることができる。また、ＧＦＲＰの成形体として、
ＦＷ（フィラメント・ワインディング）法に従い、マン
ドレルに樹脂を含浸させたガラス繊維を巻き付ける方法
によって形成されたものを好ましく用いることができ
る。ＦＷ法では、チューブ等の回転体が得られる。ＧＦ
ＲＰ成形体におけるガラス繊維の含有率は、６５重量％
〜９０重量％が好ましく、より好ましくは６５重量％〜
８７重量％である。この範囲の含有率において、酸化物
超電導体により近い熱収縮率を有する材料が得られる。
より特定的には、ＧＦＲＰからなる板状の成形体の場
合、ガラス繊維の含有率は、６５〜９０重量％が好まし
く、より好ましくは６５〜８７重量％である。一方、Ｆ
Ｗ法に従って形成された管状のＧＦＲＰ成形体の場合、
ガラス繊維の含有率は、６０〜９０重量％とすることが
でき、好ましくは６５〜８５重量％とすることができ
る。ＧＦＲＰのマトリックス樹脂として、ビスフェノー
ルＡ型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂、ポリイミド樹
脂、ビニルエステル樹脂等を挙げることができ、特にエ
ポキシ樹脂が好ましい。

【００１６】ＹＳＺまたはＧＦＲＰの成形体からなる補
強基材の形状は、電流リードの用途および使用形態に応
じて種々のものとすることができる。補強基材は、たと
えば、板状体とすることができ、その上に酸化物超電導
体のバルク材を接着させることができる。また、補強基
材を管状体（チューブ、パイプ等）とすることもでき
る。この場合、管状体内にバルク材が挿入され、接着剤
により固定される。リード端子は、管状体の両端に設け
ることができ、管状体に挿入されたバルク材と接続され
る。さらに、管状体の補強基材を用いる場合、管状体の
外周にバルク材を接着してもよい。この場合、管状体の
周りに複数本のバルク材を並べて接着していけば、より
コンパクトな構造物において、より大きな容量を有する
電流リードを提供できる。

【００１７】ＧＦＲＰ成形体における熱収縮率は、収縮
の方向によって異なってくる。たとえば、図２に示すよ
うな平板のＧＦＲＰ成形体の場合、矢印ＸおよびＹで示
す面内方向の収縮率と、矢印Ｚで示す厚み方向の収縮率
とは異なっている。この平板の主要面上に酸化物超電導
体のバルク材を接着する場合、厚み方向（Ｚ）の収縮
は、バルク材にそれほど影響を与えないが、面内方向の
収縮はバルク材に影響を及ぼす。また、たとえば図３に
示す管状のＧＦＲＰ成形体の場合、径方向（Ｒ）よりも
軸方向（長手方向）（Ｈ）の収縮の方が、バルク材に大
きな影響を与える。これらの部材で、バルク材を補強す
る場合、上述したようなバルク材に大きな影響を与える
方向は、１対のリード端子間を結ぶ方向に一致する。ま
た、リード端子間を結ぶ方向は、多くの場合、超電導バ
ルク材の長手方向となり、収縮量の最も大きな方向とな
る。以上のことから、本発明において、バルク材に密着
させて用いられる補強基材に関し、リード端子間を結ぶ
方向の熱収縮率が特に重要であり、この方向における熱
収縮率が、酸化物超電導体と一致するか、またはそれに
非常に近いことが望ましい。ＹＳＺを用いる場合、熱収
縮率が酸化物超電導体とほぼ等しいため好ましい一方、
ＧＦＲＰを用いる場合、この方向の熱収縮率が、（ｘ−
０．０２）％〜（ｘ＋０．０８）％（ｘはバルク材の熱
収縮率を示す）の範囲のものを使用することが好まし
い。熱収縮率がこの範囲から外れる場合、使用時の冷却
−昇温のヒートサイクルによって、接着された補強基材
からバルク材に過度の引張り応力または圧縮応力がかか
り、バルク材が破壊される恐れがある。一方、この範囲
内では、ヒートサイクルによるバルク材への影響はほと
んどなく、バルク材に対して好ましい補強が実現され
る。

【００１８】ＧＦＲＰからなる管状体の補強基材は、上
述したＦＷ法によって形成することができる。この場
合、図３に示すように、管状体の補強基材１０において
ガラス繊維１はソレノイド状に巻かれている。巻かれた
ガラス繊維は、管状体の軸方向（矢印Ｈで示す）に対し
て所定の角度θ（ロービング角度）をなしている。本発
明では、角度θが３５°〜５５°であることが好まし
く、３５°〜４５°であることがより好ましい。この角
度の範囲において巻かれたガラス繊維を有するＧＦＲＰ
は、特に軸方向（矢印Ｈで示す）において酸化物超電導
体と近い熱収縮率を示すことができる。

【００１９】なお、このようなＧＦＲＰ管状体を補強基
材として用いる場合、ＧＦＲＰ成形体におけるガラス繊
維の含有率が６０〜９０重量％の範囲内であり、かつ上
述した巻き角度（ロービング角度）θが３５°〜５５°
の範囲内であれば、ＧＦＲＰ成形体の熱収縮率の範囲が
（ｘ−０．０２）％〜（ｘ＋０．０８）％（ｘはバルク
材の３００Ｋから７７Ｋに冷却したときの熱収縮率）を
多少はずれていても、好ましい電流リードを提供するこ
とができる。したがって、本発明の他の局面によれば、
次の特徴を備える電流リードを提供することができる。
この電流リードは、１対のリード端子と、１対のリード
端子間を電気的に接続する酸化物超電導体のバルク材
と、バルク材に密着する補強部材とを備える。電流リー
ドにおいて、補強部材は、ＧＦＲＰの管状成形体からな
る補強基材と、補強基材をバルク材に接着する低温用樹
脂接着剤とからなる。管状成形体中において、ガラス繊
維はソレノイド状に巻かれており、かつ巻かれたガラス
繊維と管状成形体の軸方向とのなす角度は、３５°〜５
５°の範囲内である。管状成形体におけるガラス繊維の
含有率は６０重量％〜９０重量％である。低温用樹脂接
着剤には、熱収縮率の調整のため、セラミックス粉末が
添加されている。このような電流リードにおいて、ＧＦ
ＲＰの管状成形体は、３００Ｋから７７Ｋへの冷却で、
好ましくは（ｘ−０．０２）％〜（ｘ＋０．２０）％、
より好ましくは（ｘ−０．０２）％〜（ｘ＋０．１０）
％、さらに好ましくは（ｘ−０．０２）％〜（ｘ＋０．
０８）％（ｘは、バルク材の３００Ｋから７７Ｋに冷却
したときの熱収縮率を示す）の範囲の熱収縮率を、１対
のリード端子間を結ぶ方向において示すことができる。
このような電流リードにおいて、バルク材の配置、ＧＦ
ＲＰのマトリックス材料等は、上述したとおりのものを
用いることができる。

【００２０】本発明において、酸化物超電導バルク材
は、低温用樹脂接着剤により補強基材に接着される。低
温用樹脂接着剤は、液体窒素温度等の低温においても、
亀裂等が生じず、接着力が維持されるものであり、たと
えば、エポキシ樹脂系接着剤、ポリイミド樹脂系接着
剤、ビニルエステル樹脂系接着剤等が好ましく用いられ
る。本発明では、熱収縮率の調整のため、この接着剤に
セラミックス粉末が添加されている。添加されるセラミ
ックスとして、たとえば、アルミナ、ジルコニアまたは
それらの混合物が好ましい。セラミックス粉末の添加量
は、たとえば３〜２４重量％、好ましくは５〜２０重量
％である。セラミックス粉末の粒径は、たとえば１〜５
０μｍである。接着剤に、ジルコニア等のセラミックス
粉末を混合することにより、接着剤と補強基材またはバ
ルク材との熱収縮率の差を小さくすることができ、接着
材の界面における剥離を防止することができる。またセ
ラミックス粉末を添加することにより、ヒートサイクル
に対しても接着剤の接着力を維持することができる。

【００２１】

【発明の作用効果】以上述べてきたように、本発明で
は、熱収縮特性ひいては熱膨張特性が酸化物超電導体に
より近い材料を補強のための基材として用いている。こ
のような基材と酸化物超電導体とを、熱収縮率の調整の
ためセラミックス粉末が添加された低温用樹脂接着剤に
より接着することで、冷却−昇温のヒートサイクルに対
しても、基材と酸化物超電導体との剥がれが生じず、基
材の収縮および膨張による影響によって酸化物超電導体
が破壊されることがなく、外部からの応力や衝撃力に十
分耐え得る補強を超電導体に対して施すことができた。

【００２２】本発明に従う電流リードは、補強のための
基材を予め準備し、それに超電導バルク材を接着し、端
子を付与することにより、簡単に組立てることができ
る。リードの組立において、酸化物超電導体が破壊され
る恐れもなく、簡単に十分な補強がなされる。

【００２３】本発明の電流リードは、ヒートサイクルに
おいて、酸化物超電導体に亀裂が発生せず、繰返して使
用することができる。本発明の電流リードは、繰返し使
用において、超電導体の特性が低下しないため、特に冷
却エネルギーを低減する目的において、性能の高い電流
リードとして応用が可能である。本発明の電流リード
は、簡単な構造において、効果的な酸化物超電導体の補
強を実現するものである。

【００２４】なお、上述した材料の選定の意義は、以下
に述べる実施例においてさらに明確にされる。

【００２５】

【実施例】

（１）酸化物超電導体のバルク材の作製Ｂｉ₂ Ｏ₃ 、ＳｒＣＯ₃ 、ＣａＣＯ₃ およびＣｕＯの粉
末をＢｉ：Ｓｒ：Ｃａ：Ｃｕ＝２：２：１：２となるよ
う混合し、７５０〜８６０℃での仮焼結と粉砕を複数回
繰返し、Ｂｉ系２２１２相の組成からなる粉末を調製し
た。次に、得られた粉末を静水圧プレスにより成形し、
得られた成形体を７５０〜８６０℃にて加熱し、焼結体
を得た。

【００２６】得られた焼結体に、通常のレーザペデスタ
ル法に従ってＣＯ₂ レーザビームを照射し、溶融させた
部分から、線径４ｍｍのビスマス系酸化物超電導体の多
結晶を成長させた。得られた多結晶を、適当な長さに加
工した後、８４０℃で２００時間の熱処理を行なった。
以上のプロセスにより、直径４ｍｍ、長さ２５０ｍｍの
ビスマス系２２１２相酸化物超電導体のバルク材を調製
した。

【００２７】（２）電流リードの作製例１補強基材として、ガラス繊維の含有率が異なる４種類の
ＧＦＲＰ成形体と、イットリア安定化ジルコニア（Ｙ₂
Ｏ₃ −ＺｒＯ₂ ）の成形体を用いた。補強基材は、いず
れも、４ｍｍ（厚み）×４０ｍｍ（幅）×２００ｍｍ
（長さ）のサイズの平板であった。ＧＦＲＰにおいてマ
トリックスはエポキシ樹脂である。エポキシ樹脂とし
て、ビスフェノールＡ型のものが用いられた。ＧＦＲＰ
成形体のいずれも、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸
させ、成形して得られたものである。なお、ガラスクロ
スは、平織りクロス、繻子織りクロス、レジクロス等の
いずれでも良い。

【００２８】（１）で得られた酸化物超電導体のバルク
材の両端５０ｍｍに銀によるスパッタコーディングを施
した。また、補強材上に、１対の銅電極をねじで固定し
た。銅電極の間にバルク材を入れ、ジルコニア粉末を１
０重量％含有するエポキシ樹脂系接着剤で、接着、固定
した。また、Ｐｂ−Ｓｎ合金のハンダにより、銅電極と
バルク材とを接着、固定した。

【００２９】形成された電流リードを図４に示す。図４
（ａ）は、電流リードの側面図、（ｂ）は平面図であ
る。電流リード３０において、補強基材３１上には、超
電導バルク材３２が載置され、接着剤３３で固定されて
いる。超電導バルク材３２の両端には、電極３４ａおよ
び３４ｂが嵌め込まれ、固定されている。電極３４ａお
よび３４ｂの間に存在する超電導バルク材３２の部分に
は、接着剤３４が施されている。

【００３０】ＧＦＲＰ成形体において、図２に示すよう
な面内方向における３００Ｋ→７７Ｋの熱収縮率は、ガ
ラス繊維の含有率が大きくなるほど小さくなった。ここ
で酸化物超電導バルク材の３００Ｋから７７Ｋに冷却し
たときの長さ方向における熱収縮率は、０．１４％であ
った。ＹＳＺも同様に０．１４％の熱収縮率を有してい
た。なお、３００Ｋから４．２Ｋに冷却したときの長さ
方向における熱収縮率について、酸化物超電導バルク材
およびＹＳＺはともに０．１５％であった。

【００３１】構成した電流リードを室温から液体窒素へ
浸漬する工程を最高で１００回まで繰返し行なった。１
０回、５０回、１００回のヒートサイクルを繰返した段
階で、電流リードの臨界電流値を測定した。測定は、１
μＶ／ｃｍの定義で実施した。そして、次の式により、
各回における臨界電流の劣化率を求めた。［数２］Ｐ＝Ｉｃ×１００％／ＩｃｏＰ：臨界電流の劣化率Ｉｃ：Ｘ回目の浸漬時の臨界電流値Ｉｃｏ：１回目の浸漬時の臨界電流値結果を補強材の熱収縮率とともに表１に示す。表におけ
る○は好ましいもの、×は好ましくないものを示す。こ
の結果より、熱収縮率の差が、０．０９％未満である場
合、ヒートサイクルに対しても耐える補強ができること
が明らかとなった。なお、劣化しなかった電流リードで
は、液体窒素温度で、２８１Ａの臨界電流（Ｉｃ）を流
すことができた。

【００３２】

【表１】

【００３３】例２補強基材としてＹＳＺおよびガラス繊維を８５重量％含
有する例１のＧＦＲＰを用いた。ジルコニア粉末を０
（比較用）、５、１０、１５、２０重量％それぞれ含有
するエポキシ系樹脂を調製し、接着のため使用した。ジ
ルコニア粉末は、粒径約１．５μｍのものを使用した。
補強基材と銅電極の接着および超電導体の固定のため、
接着剤を使用した。以上に述べた以外は、例１と同様に
して電流リードを構成した。

【００３４】例１と同様にヒートサイクルによる超電導
体の劣化を測定した結果を、表２に示す。表において○
は好ましいもの、×は好ましくないものを示す。補強基
材をＧＦＲＰとした場合、エポキシ樹脂の剥離は観察さ
れなかったが、超電導体の劣化が認められた。一方、補
強基材をＹＳＺとしたとき、エポキシ系樹脂のみの接着
では、１回目の液体窒素への浸漬において接着部が剥離
した。エポキシ樹脂にＹＳＺの原料となるジルコニア粉
末を５〜２０重量％混合した場合は、剥離は認められ
ず、１００回のヒートサイクル試験後でも、臨界電流の
低下は認められなかった。一方、エポキシ接着剤にジル
コニア粉末を２５重量％混合した場合、粉末と接着剤が
分離し、接着を行なうことができなかった。なお、劣化
の生じなかった電流リードでは、液体窒素温度において
２７４Ａの臨界電流を流すことができた。

【００３５】

【表２】

【００３６】例３ＦＷ法により形成したＧＦＲＰからなるパイプを１０種
類準備した。これらのＧＦＲＰにおいて、マトリックス
は、酸無水物硬化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂であ
った。ＧＦＲＰにおけるガラス繊維の含有率は、約６５
重量％に調整されていた。１０種類のパイプにおいて、
図３に示されるようなガラス繊維の巻角度は、それぞれ
１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４
０°、４５°、５０°、５５°であった。これらのパイ
プを用いて図５に示すような電流リードを構成した。

【００３７】図５を参照して、（ａ）は斜視図であり、
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれの部分を
示す断面図である。電流リード４０において、ＧＦＲＰ
パイプ４１内に、超電導バルク４２が挿入されている。
超電導バルク４２とパイプ４１の間には、両者を接着す
るため、薄く接着剤の層４３が存在する。バルク４２の
両端には、銅電極４４ａ、４４ｂがハンダ４５により接
着される。銅電極には、段階的に径の異なる穴が形成さ
れており、奥に設けられた小さな穴にバルク４２が嵌め
込まれ、表面に近い大きな穴にパイプ４１が嵌め込まれ
ている。銅電極とバルク材の間にもＧＦＲＰのパイプが
存在しており、できるだけ銅電極の影響（熱収縮および
熱膨張による影響）をバルク材に与えないようにしてい
る。銅電極とパイプとの間には、接着剤を施してもよい
し、施さなくてもよい。このような構造では、補強材が
バルクの周囲に同心円上に配置され、補強材からバルク
材に受ける径方向の応力は均等になるため、補強はより
効果的である。

【００３８】以上の構造を有する電流リードにおいて、
バルク材には（１）で調製したものを用い、接着剤に
は、ジルコニア粉末を約１０重量％含有するエポキシ接
着剤を用いた。ＧＦＲＰからなるパイプの内径は６ｍ
ｍ、外径は９ｍｍであった。このような構成の電流リー
ドにおいて、ヒートサイクルにかける前では、２８１〜
３４３Ａの臨界電流を液体窒素温度で流すことができ
た。次に、例１と同様にして３００Ｋ→７７Ｋのヒート
サイクルを１００回繰返し、臨界電流の劣化の程度を調
査していった。その結果を表３および表４ならびに図６
に示す。なお、図６では、巻角度１０°〜３５°での結
果を示し、４０°〜５５°の結果を省略している。表
３、４および図６ではＩｃ／Ｉｃｏの値がヒートサイク
ルの各回について示されている。ガラス繊維の巻角度が
１５°〜２５°のＧＦＲＰを用いた場合、臨界電流の劣
化が起こった。一方、巻角度３５°〜５５°では、臨界
電流の劣化は起こらなかった。なお、３００Ｋ→４．２
Ｋの冷却においても、電流リードにおいて特性の劣化は
なかった。

【００３９】

【表３】

【００４０】

【表４】

【００４１】以上の結果を踏まえ、ＦＷ法により形成さ
れたＧＦＲＰパイプの熱収縮特性について調査した。上
述と同様に、酸無水物硬化ビスフェノールＡ型エポキシ
樹脂をマトリックスとする内径３０ｍｍ、外径３４ｍ
ｍ、長さ５０ｍｍのＧＦＲＰパイプを９種類準備した。
これらのパイプにおいて、ガラス繊維の巻角度は、それ
ぞれ、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０
°、７０°、８０°、約９０°であった。９種類のパイ
プに関し、３００Ｋから７７Ｋに冷却したとき、および
３００Ｋから４．２Ｋに冷却したときの熱収縮量を、長
さ方向（軸方向）と径方向（周方向）のそれぞれについ
て測定した結果を図７および図８に示す。図から、軸方
向において、酸化物超電導体バルク（たとえば約０．１
４％（３００Ｋ→７７Ｋ）または約０．１５％（３００
Ｋ→４．２Ｋ）の熱収縮量を示す）に近い熱収縮率を示
すことができるパイプは、巻角度が約３５°〜約４５°
の範囲のものであることがわかる。また、ＧＦＲＰパイ
プを用いる場合、熱収縮率がやや大きなもの（巻き角度
が、たとえば４５°〜５５°のもの）もバルクの補強に
用いることができることがわかった。

【００４２】例４本発明に従って、図９に示すような電流リードを構成す
ることもできる。図９において、（ａ）は側面図、
（ｂ）はＡ−Ａ′の沿う断面図、（ｃ）はＢ−Ｂ′に沿
う断面図、（ｄ）は（ｂ）を拡大した断面図である。こ
の電流リードでは、ＧＦＲＰパイプ５１の外周に沿って
複数本の超電導バルク５２が並べられ、接着、固定され
ている。ＧＦＲＰパイプ５１は、例３で示したＦＷ法に
よる円筒形のＧＦＲＰパイプについて、その外周部を削
り、バルク材を嵌め込むための溝を形成することにより
得られる。１２本のバルク５２は、外周部に形成された
１２の溝にそれぞれ嵌め込まれ、たとえばジルコニア粉
末を含有するエポキシ接着剤によって接着される。バル
クには、たとえば例１で示したものを用いることができ
る。ＧＦＲＰパイプ５１によって補強されたバルク５２
の両端には、銅電極５４ａ、５４ｂが被せられ、ハンダ
５５で固定されている。このような構成により、大電流
容量の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】酸化物超電導体の温度と熱収縮率との関係を示
す図である。

【図２】本発明に用いられる補強基材の１つの例を示す
斜視図である。

【図３】本発明に用いられる補強基材のもう１つの例を
示す斜視図である。

【図４】本発明に従って例１で作製された電流リードを
示す図である。

【図５】本発明に従って例３で作製された電流リードを
示す図である。

【図６】例３において作製された電流リードに関し、ヒ
ートサイクルに対する臨界電流の変化の様子を示す図で
ある。

【図７】ＦＷ法によって作製されたＧＦＲＰパイプの熱
収縮率特性（３００Ｋ→７７Ｋ）を示す図である。

【図８】ＦＷ法によって作製されたＧＦＲＰパイプの熱
収縮率特性（３００Ｋ→４．２Ｋ）を示す図である。

【図９】本発明に従う例４の電流リードを示す図であ
る。

【符号の説明】

１ガラス繊維１０補強基材３０電流リード３１補強基材３２超電導バルク材３３接着剤３４ａ、３４ｂ電極４０電流リード４１、５１ＧＦＲＰパイプ４２、５２超電導バルク４３接着剤の層４４ａ、４４ｂ、５４ａ、５４ｂ銅電極４５、５５ハンダ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１対のリード端子と、前記１対のリード端子間を電気的に接続する酸化物超電
導体のバルク材と、前記バルク材に密着する補強部材とを備え、前記補強部材は、イットリア安定化ジルコニアおよびガラス繊維強化プラ
スチックからなる群から選択される少なくとも１つの材
料の成形体からなる補強基材と、前記補強基材を前記バルク材に接着する低温用樹脂接着
剤とからなり、前記ガラス繊維強化プラスチックの成形体からなる補強
基材は、３００Ｋから７７Ｋへの冷却で、（ｘ−０．０
２）％〜（ｘ＋０．０８）％（ｘは、前記バルク材の３
００Ｋから７７Ｋに冷却したときの熱収縮率を示す）の
範囲の熱収縮率を、前記１対のリード端子間を結ぶ方向
において示すものであり、かつ前記低温用樹脂接着剤に
は、熱収縮率の調整のため、セラミックス粉末が添加さ
れていることを特徴とする、電流リード。
【請求項２】前記補強基材が、イットリア安定化ジル
コニアおよびガラス繊維強化プラスチックからなる群か
ら選択される少なくとも１つの材料の成形体からなる板
状体であり、前記板状体上に、前記バルク材が接着されていることを
特徴とする、請求項１記載の電流リード。
【請求項３】前記補強基材が、イットリア安定化ジル
コニアおよびガラス繊維強化プラスチックからなる群か
ら選択される少なくとも１つの材料の成形体からなる管
状体であり、前記管状体内に、前記バルク材が挿入され、前記接着剤
により固定されていることを特徴とする、請求項１記載
の電流リード。
【請求項４】前記補強基材が、イットリア安定化ジル
コニアおよびガラス繊維強化プラスチックからなる群か
ら選択される少なくとも１つの材料の成形体からなる管
状体であり、前記管状体の外周に、前記バルク材が接着されているこ
とを特徴とする、請求項１記載の電流リード。
【請求項５】前記管状体は、ガラス繊維強化プラスチ
ックの成形体からなり、前記管状体中において、ガラス繊維はソレノイド状に巻
かれており、かつ巻かれた前記ガラス繊維と前記管状体
の軸方向とのなす角度は、３５°〜５５°の範囲である
ことを特徴とする、請求項３または４記載の電流リー
ド。
【請求項６】前記ガラス繊維強化プラスチックのマト
リックスが、エポキシ樹脂であることを特徴とする、請
求項１〜５のいずれか１項記載の電流リード。
【請求項７】前記低温用樹脂接着剤が、エポキシ樹脂
系接着剤であることを特徴とする、請求項１〜６のいず
れか１項記載の電流リード。
【請求項８】前記接着剤に添加されるセラミックス
が、アルミナ、ジルコニアおよびそれらの混合物からな
る群から選択される少なくとも１つの材料であることを
特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項記載の電流リ
ード。
【請求項９】前記ガラス繊維強化プラスチックにおけ
るガラス繊維の含有率が、６５重量％〜９０重量％であ
ることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項記載
の電流リード。
【請求項１０】１対のリード端子と、前記１対のリー
ド端子間を電気的に接続する酸化物超電導体のバルク材
と、前記バルク材に密着する補強部材とを備え、前記補強部材は、ガラス繊維強化プラスチックの管状成形体からなる補強
基材と、前記補強基材を前記バルク材に接着する低温用樹脂接着
剤とからなり、前記管状成形体中において、ガラス繊維はソレノイド状
に巻かれており、かつ巻かれた前記ガラス繊維と前記管
状成形体の軸方向とのなす角度は、３５°〜５５°の範
囲であり、前記管状成形体におけるガラス繊維の含有率は、６０重
量％〜９０重量％であり、かつ前記低温用樹脂接着剤に
は、熱収縮率の調整のため、セラミックス粉末が添加さ
れていることを特徴とする、電流リード。