JPH11329526A - 低温機器用超電導線材の接続装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超電導コイルその他の低温機器を冷却す
る冷媒への熱侵入を低減し、電流リードなどの電流供給
線材を収容してある真空容器４の気密性および耐圧性を
保持可能であるとともに、とくに大容量の電流を供給す
る場合に、極低温での通電を可能とした低温機器用超電
導線材の接続装置を提供すること。 【解決手段】 少なくとも一対の超電導線材３５、３７
を接続する接続部分において超電導線材が直接挿通され
る貫通孔の部分を形成しないことに着目し、第１の超電
導線材３５を埋め込んで電気的に接続する埋込み用穴部
３２Ａを形成するとともに真空容器４に貫通して設ける
接続用電流端子３２と、接続用電流端子３２を真空容器
４に固定する絶縁部材３１と、を設け、接続用電流端子
３２に第２の超電導線材３７の他方を電気的に接続可能
としたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は低温機器用超電導線
材の接続装置にかかるもので、とくに超電導コイルなど
の低温機器に電流を供給するための電流リード（超電導
線材）どうしを接続する低温機器用超電導線材の接続装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の超電導コイルないし超電導磁石、
核磁気共鳴装置（ＭＲＩ）、ウィグラー、あるいは加速
器などの超電導機器に代表される低温機器に電流を供給
するためには、超電導線材などからなる電流リードを接
続している。とくに、酸化物超電導電流リードを用いる
ことにより、液体ヘリウムを冷媒として採用しない冷凍
機冷却型超電導磁石などが可能となってきている。ただ
し、低温機器と電流リードとの接続部に常電導部分を介
在させる必要がある場合に、電流リードを真空容器の真
空中に保持することにより対流あるいは熱伝導による熱
侵入を抑制するとともに、低温機器を冷媒雰囲気もしく
は、あるガス雰囲気内に保持する構造とすることがあ
る。たとえば、特開平７−２９７４５５号などがある。

【０００３】図３および図４にもとづき概説する。図３
は、超電導コイル装置１の断面図であって、超電導コイ
ル装置１は、断熱真空容器としたクライオスタット容器
２と、このクライオスタット容器２に収容した冷媒３
（たとえば液体ヘリウム）と、真空容器４と、外部電源
装置５と、電流供給線材６と、超電導コイル７と、多段
冷却ステージ式の小型冷凍機たとえばＧＭ冷凍機（ギフ
ォード・マクマフォン冷凍機）８と、を有する。電流供
給線材６は、銅材などによる金属製電流リード本体９
と、それぞれ超電導線材から構成した第１の電流リード
１０、第２の電流リード１１、超電導コイル側端子１２
および超電導コイル側超電導線材１３と、を有する。

【０００４】ＧＭ冷凍機８の第一段冷却ステージ８Ａの
部分において、金属製電流リード本体９と第１の電流リ
ード１０とを高温側接続部１４により、ＧＭ冷凍機８の
第二段冷却ステージ８Ｂの部分において、第１の電流リ
ード１０と第２の電流リード１１とを中間接続部１５に
より、さらに、第２の電流リード１１と超電導コイル側
端子１２とを低温側接続部１６により、それぞれ電気的
に接続する。

【０００５】ＧＭ冷凍機８の第一段冷却ステージ８Ａと
高温側接続部１４との間に第１のセラミックス板１７を
介在し、ＧＭ冷凍機８の第二段冷却ステージ８Ｂと中間
接続部１５との間に第２のセラミックス板１８を介在
し、さらに、真空容器４の底部壁面と低温側接続部１６
との間に第３のセラミックス板１９を介在して、それぞ
れ熱的に接触してある。なお、冷媒３と超電導コイル側
端子１２との間に冷却伝達部材２０を介在させてある。

【００６９】こうした構成の超電導コイル装置１におい
て、ＧＭ冷凍機８および電流供給線材６を採用すること
により、外部電源装置５部分の温度３００Ｋ領域から、
たとえば第一段冷却ステージ８Ａ部分が温度７０Ｋ、第
二段冷却ステージ８Ｂ部分が温度１５Ｋ、第３のセラミ
ックス板１９部分が温度４Ｋレベルにそれぞれ冷却され
て超電導コイル７を所定の極低温に維持することができ
る。

【０００６】図４は、真空容器４の底部（第３のセラミ
ックス板１９）の接続部分２１における拡大断面図であ
って、従来は図示のように、第３のセラミックス板１９
を真空容器４の貫通孔４Ａに挿通し、第３のセラミック
ス板１９の貫通孔１９Ａに超電導コイル側端子１２を挿
通するとともに、樹脂材２２およびハンダ材２３などに
よりシールすることが考えられた。

【０００７】しかしながら、こうした接続部分２１の構
造は複雑であるとともに、極低温においては樹脂材２２
およびハンダ材２３が熱収縮して気密性を保持しにくい
こと、臨界電流がたとえば５００アンペアなどと大きな
場合には複数本の超電導コイル側端子１２を第３のセラ
ミックス板１９に通す必要があること、および内層（真
空容器４内部側）と外層（真空容器４の外部側）とで圧
力差が大きな場合には、真空容器４の気密性を保障する
ことができないなどの問題がある。

【０００８】なお、上述のようにＧＭ冷凍機８により電
流供給線材６を冷却しないまでも、その一部（電流リー
ド）を真空容器４内に収容して、超電導コイル７と電流
リードとの接続部分に常電導部分を介在させる必要があ
る場合に、電流供給線材６は真空容器４の真空中に保持
され、超電導コイル７は冷媒３雰囲気もしくは、あるガ
ス雰囲気内に保持されることになり、既述と同様に接続
部分における気密性あるいは耐圧性を維持する必要があ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
諸問題にかんがみなされたもので、超電導コイルその他
の低温機器を冷却する冷媒（液体ヘリウム）への熱侵入
を低減可能な低温機器用超電導線材の接続装置を提供す
ることを課題とする。

【００１０】また本発明は、電流リードなどの電流供給
線材と低温機器との接続部分におけるジュール発熱を抑
制して低温機器への熱侵入を低減可能な低温機器用超電
導線材の接続装置を提供することを課題とする。

【００１１】また本発明は、電流リードなどの電流供給
線材を収容してある真空容器の気密性および耐圧性を保
持可能な低温機器用超電導線材の接続装置を提供するこ
とを課題とする。

【００１２】また本発明は、とくに大容量の電流を供給
する場合に、極低温での通電を可能とした低温機器用超
電導線材の接続装置を提供することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、電流
リードその他の形態の少なくとも一対の超電導線材を接
続する接続部分において超電導線材が直接挿通される貫
通孔の部分を形成しないこと、および第１の超電導線材
と第２の超電導線材とを接続用電流端子を介して接続可
能とすることに着目したもので、クライオスタット容器
の外部に配置した外部電源装置に電気的に接続するとと
もに真空容器内に収容した第１の超電導線材と、上記ク
ライオスタット容器内において冷媒に浸漬するとともに
上記真空容器とは隔離した状態の低温機器に電気的に接
続する第２の超電導線材と、を接続する低温機器用超電
導線材の接続装置であって、上記第１の超電導線材ある
いは上記第２の超電導線材の少なくともいずれか一方を
埋め込んで電気的に接続することができる埋込み用穴部
を形成するとともに上記真空容器に貫通して設ける接続
用電流端子と、この接続用電流端子を上記真空容器に固
定する絶縁部材と、を設けるとともに、上記接続用電流
端子に上記第１の超電導線材あるいは上記第２の超電導
線材の他方を電気的に接続可能としたことを特徴とする
低温機器用超電導線材の接続装置である。

【００１４】上記埋込み用穴部は、上記接続用電流端子
において上記真空容器を通してこれを貫通させていない
ようにすることができる。

【００１５】上記第１の超電導線材あるいは上記第２の
超電導線材の少なくともいずれか一方は、これを上記接
続用電流端子に並列に接続することができる。

【００１６】上記絶縁部材と上記真空容器との間に金属
製のＯリングその他の金属製シール部材を設けることが
できる。

【００１７】上記絶縁部材を上記真空容器に固定する固
定ボルトなどの固定部材を設けることができる。

【００１８】上記接続用電流端子に、互いに連通はして
いず、上記第１の超電導線材および上記第２の超電導線
材の長さ方向に重複部分を有する第１の埋込み用孔部お
よび第２の埋込み用孔部を形成するとともに、これら第
１の埋込み用孔部および第２の埋込み用孔部に上記第１
の超電導線材および上記第２の超電導線材をそれぞれ電
気的に接続することができる。

【００１９】本発明による低温機器用超電導線材の接続
装置においては、第１の超電導線材あるいは第２の超電
導線材の少なくともいずれか一方を埋め込んで電気的に
接続することができる埋込み用穴部を形成した接続用電
流端子を真空容器に貫通して設け、接続用電流端子に第
１の超電導線材あるいは第２の超電導線材の他方を接続
可能としたので、第１および第２の超電導線材どうしは
真空容器の壁面を貫通して接続するのではなく、この接
続用電流端子を介して電気的に接続されることになる。
さらに、この接続用電流端子自体は、絶縁ガイシなどの
絶縁部材を介してこれを真空容器に固定するようにした
ので、気密性および耐圧性にすぐれた接続部分を構成す
ることができる。

【００２０】したがって従来のように、真空容器に形成
した貫通孔自体に、極低温において熱収縮を起こすよう
な樹脂材あるいはハンダ材の採用を回避し、この接続用
電流端子を真空容器に固定する絶縁部材により有効に気
密状態を保持した状態で超電導コイル側端子その他の電
流リードなどの超電導線材どうしを接続することがで
き、真空容器内における電流供給線材への対流による熱
侵入を抑制することができるとともに、電流供給線材を
介した、あるいはそのジュール発熱による冷媒への熱侵
入を低減化することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の第１の実施の形
態による低温機器用超電導線材の接続装置３０を図１に
もとづき説明する。ただし、図３および図４と同様の部
分には同一符号を付し、その詳述はこれを省略する。図
１は、低温機器用超電導線材の接続装置３０の拡大断面
図であって、低温機器用超電導線材の接続装置３０は、
絶縁ガイシ３１（絶縁部材）と、接続用電流端子３２
と、を有する。

【００２２】絶縁ガイシ３１は、円形状のセラミックス
板などからこれを構成し、その中央部に固定用貫通孔３
１Ａを形成し、固定用貫通孔３１に接続用電流端子３２
を圧入してその間を気密状態で固定してある。

【００２３】絶縁ガイシ３１は、真空容器４との間に金
属製のＯリング３３など（金属製シール部材）を介在さ
せ、その周面の所定箇所に取り付ける固定ボルト３４
（固定部材）により真空容器４との間を密着状態に固定
する。

【００２４】接続用電流端子３２には真空容器４の内側
（真空空間側）から所定深さの埋込み用穴部３２Ａを開
口形成し、この埋込み用穴部３２Ａに、たとえば前記超
電導コイル側端子１２（図３）などの第１の超電導線材
３５を挿通して、ハンダ材３６により固定して電気的に
接続する。

【００２５】接続用電流端子３２の超電導コイル７側に
突出した部分に、第２の超電導線材３７（たとえば前記
超電導コイル側超電導線材１３）をハンダ材３６などに
より電気的に接続する。

【００２６】こうした構成の低温機器用超電導線材の接
続装置３０においては、第１の超電導線材３５を接続す
る埋込み用穴部３２Ａは真空容器４を通してその外側に
貫通していないので、真空容器４の外部における冷媒３
のガス空間との間では気密性が保持されるとともに、真
空容器４を耐圧構造とすることができる。したがって、
真空容器４内の真空状態をきわめて良好に維持してその
対流による第１の超電導線材３５を介しての熱侵入を効
果的に抑制可能であるとともに、第１の超電導線材３５
とハンダ材３６との電気的接続状態を良好に実現するこ
とができる。また、第１の超電導線材３５と接続用電流
端子３２とのハンダ付け作業が容易である。

【００２７】この埋込み用穴部３２Ａの大きさを選択
し、通電する電流の容量に合わせて第１の超電導線材３
５のサイズあるいは形態を自由に選択することができ
る。

【００２８】さらに、電流は第１の超電導線材３５およ
びハンダ材３６を流れ、接続用電流端子３２の常電導部
分である非貫通領域３２Ｂはきわめて小さいため、この
非貫通領域３２Ｂを有する接続部分における侵入熱は、
抵抗発熱がある場合より低減されることになる。

【００２９】なお図１に仮想線で示すように、接続用電
流端子３２の埋込み用穴部３２Ａとは反対側にも同様の
構成の埋込み用孔部３２Ｃを形成して、非貫通領域３２
Ｂを縮小し、この埋込み用孔部３２Ｃに第２の超電導線
材３６を挿通した上で電気的に接続することも可能であ
る。要するに本発明においては、埋込み用穴部は真空容
器４の外側（超電導コイル６側）から開口形成してもよ
く、内外両側から形成した場合であってもこれらが互い
に連通状態にないようにすればよいものである。

【００３０】図２は、本発明の第２の実施の形態による
低温機器用超電導線材の接続装置４０の拡大断面図であ
って、低温機器用超電導線材の接続装置４０において
は、接続用電流端子３２に真空容器４の内外両側から第
１の埋込み用孔部４１および第２の埋込み用孔部４２を
形成したものである。ただし、第１の埋込み用孔部４１
および第２の埋込み用孔部４２は、互いに連通はしてい
ず、第１の超電導線材３５および第２の超電導線材３７
の長さ方向に重複部分４３を有している。

【００３１】こうした構成の低温機器用超電導線材の接
続装置４０においても、真空容器４部分における気密性
および耐圧性を維持した第１の超電導線材３５および第
２の超電導線材３７どうしの接続を可能とするととも
に、その重複部分４３におけるジュール発熱をきわめて
小さくすることができ、冷媒３および超電導コイル７方
向への侵入熱量を低減することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、絶縁部材
および接続用電流端子を用いたので、接続用電流端子に
形成する埋込み用穴部を貫通させることなく、耐圧性お
よび気密性にすぐれた超電導線材の接続構造を実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による低温機器用超
電導線材の接続装置３０の拡大断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態による低温機器用超
電導線材の接続装置４０の拡大断面図である。

【図３】従来の超電導コイル装置１の断面図である。

【図４】同、真空容器４の底部（第３のセラミックス板
１９）の接続部分２１における拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 超電導コイル装置（図３） ２ クライオスタット容器 ３ 冷媒（たとえば液体ヘリウム） ４ 真空容器 ４Ａ 真空容器４の貫通孔（図１、図２、図４） ５ 外部電源装置 ６ 電流供給線材 ７ 超電導コイル ８ ＧＭ冷凍機（ギフォード・マクマフォン冷凍機） ８Ａ ＧＭ冷凍機８の第一段冷却ステージ ８Ｂ ＧＭ冷凍機８の第二段冷却ステージ ９ 金属製電流リード本体 １０ 第１の電流リード １１ 第２の電流リード １２ 超電導コイル側端子 １３ 超電導コイル側超電導線材 １４ 高温側接続部 １５ 中間接続部 １６ 低温側接続部 １７ 第１のセラミックス板 １８ 第２のセラミックス板 １９ 第３のセラミックス板 １９Ａ 第３のセラミックス板１９の貫通孔（図４） ２０ 冷却伝達部材 ２１ 接続部分 ２２ 樹脂材 ２３ ハンダ材 ３０ 低温機器用超電導線材の接続装置（第１の実施の
形態、図１） ３１ 絶縁ガイシ（絶縁部材） ３１Ａ 絶縁ガイシ３１の固定用貫通孔 ３２ 接続用電流端子 ３２Ａ 接続用電流端子３２の埋込み用穴部 ３２Ｂ 接続用電流端子３２の非貫通領域 ３２Ｃ 接続用電流端子３２の埋込み用穴部３２Ａとは
反対側の埋込み用孔部 ３３ 金属製のＯリング（金属製シール部材） ３４ 固定ボルト（固定部材） ３５ 第１の超電導線材 ３６ ハンダ材 ３７ 第２の超電導線材 ４０ 低温機器用超電導線材の接続装置（第２の実施の
形態、図２） ４１ 第１の埋込み用孔部 ４２ 第２の埋込み用孔部 ４３ 第１の埋込み用孔部４１および第２の埋込み用孔
部４２の長さ方向における重複部分

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クライオスタット容器の外部に配置し
   た外部電源装置に電気的に接続するとともに真空容器内
   に収容した第１の超電導線材と、 前記クライオスタット容器内において冷媒に浸漬すると
   ともに前記真空容器とは隔離した状態の低温機器に電気
   的に接続する第２の超電導線材と、を接続する低温機器
   用超電導線材の接続装置であって、 前記第１の超電導線材あるいは前記第２の超電導線材の
   少なくともいずれか一方を埋め込んで電気的に接続する
   ことができる埋込み用穴部を形成するとともに前記真空
   容器に貫通して設ける接続用電流端子と、 この接続用電流端子を前記真空容器に固定する絶縁部材
   と、 を設けるとともに、 前記接続用電流端子に前記第１の超電導線材あるいは前
   記第２の超電導線材の他方を電気的に接続可能としたこ
   とを特徴とする低温機器用超電導線材の接続装置。
2. 【請求項２】 前記埋込み用穴部は、前記接続用電流
   端子において前記真空容器を通してこれを貫通させてい
   ないことを特徴とする請求項１記載の低温機器用超電導
   線材の接続装置。
3. 【請求項３】 前記第１の超電導線材あるいは前記第
   ２の超電導線材の少なくともいずれか一方は、これを前
   記接続用電流端子に並列に接続することを特徴とする請
   求項１記載の低温機器用超電導線材の接続装置。
4. 【請求項４】 前記絶縁部材と前記真空容器との間に
   金属製シール部材を設けたことを特徴とする請求項１記
   載の低温機器用超電導線材の接続装置。
5. 【請求項５】 前記絶縁部材を前記真空容器に固定す
   る固定部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の低
   温機器用超電導線材の接続装置。
6. 【請求項６】 前記接続用電流端子に、互いに連通は
   していず、前記第１の超電導線材および前記第２の超電
   導線材の長さ方向に重複部分を有する第１の埋込み用孔
   部および第２の埋込み用孔部を形成するとともに、 これら第１の埋込み用孔部および第２の埋込み用孔部に
   前記第１の超電導線材および前記第２の超電導線材をそ
   れぞれ電気的に接続したことを特徴とする請求項１記載
   の低温機器用超電導線材の接続装置。