JP2000357607A - 電流導入端子の耐圧評価方法およびその耐圧評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体ヘリウムを使用することなく、冷凍
機（ＧＭ冷凍機４１）のみを使用して電流導入端子（低
温側電流導入端子８）を実働状態と同じ極低温レベルに
冷却し、取扱いが簡単で、テスト容器４３内に供給する
ヘリウムガスの圧力制御が容易で、評価効率を向上させ
ることができる電流導入端子の耐圧評価方法およびその
耐圧評価装置を提供すること。 【解決手段】 電流導入端子８を冷却する手段として、
４Ｋまで冷却可能なＧＭ冷凍機４１を用いることに着目
し、クライオスタット１６内を真空とする真空引き工程
と、クライオスタット１６に取り付けた冷凍機４１によ
り電流導入端子８を冷却する冷却工程と、テスト容器４
３に所定圧力のガスを供給してテスト容器４３の内部側
から電流導入端子８を介してクライオスタット１６内に
漏れ出るガスのリーク量を測定するリーク量測定工程
と、を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電流導入端子の耐圧
評価方法およびその耐圧評価装置にかかるもので、とく
に超電導マグネット装置その他の低温装置（クライオス
タット装置）において使用される電流導入端子の耐圧性
を検査するための電流導入端子の耐圧評価方法およびそ
の耐圧評価装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の、たとえば液体ヘリウムを使用す
るクライオスタット装置において、クライオスタット装
置内の超電導マグネットなどに電流を供給するために電
流導入端子が用いられている。図２は、耐圧電流導入端
子を使用する一般的な超電導マグネット装置１の概略断
面図であって、超電導マグネット装置１は、真空容器２
と、真空容器２内の液体ヘリウム槽３と、超電導マグネ
ット４と、を有する。

【０００３】超電導マグネット４は、吊り棒５により、
液体ヘリウム槽３内にこれを吊るし、液体ヘリウムＨ内
に浸してある。超電導マグネット４に電流を供給するた
めに、それぞれ一対の高温側電流導入端子６（電流導入
端子）、銅製電流リード７および低温側電流導入端子８
（電流導入端子）を設けてある。

【０００４】高温側電流導入端子６は室温レベルにある
が、低温側電流導入端子８は温度が約４Ｋとなる。とく
に低温側電流導入端子８は、超電導マグネット４に近い
その端部側（液体ヘリウム槽３の内側）は、液体ヘリウ
ムＨあるいはヘリウムガスにさらされ、その反対側（液
体ヘリウム槽３の外側）は、本装置において一般的には
真空空間９側の環境に位置することが多い。

【０００５】したがって低温側電流導入端子８について
は、４Ｋ付近の極低温環境下において真空空間９および
ヘリウムガス雰囲気の間で圧力差が発生することにな
る。とくに、超電導マグネット４がクエンチした場合に
は、温度が上昇し、液体ヘリウムＨの蒸発によるヘリウ
ムガスの発生により液体ヘリウム槽３内はさらに高圧と
なるため、低温側電流導入端子８部分から真空空間９に
ヘリウムガスが漏れ出るおそれがあり、低温側電流導入
端子８の耐圧性ないし気密性が問題となる。

【０００６】具体的には、図２において低温側電流導入
端子８部分を拡大して示すように、低温側電流導入端子
８は、ステンレスなどによる円形の取付けフランジ１０
と、セラミックスなどによる絶縁用のガイシ１１と、超
電導マグネット４側への取付け端子１２と、高温側電流
導入端子６との間の接続用の銀ロー１３と、を有する。

【０００７】低温側電流導入端子８における気密性を保
持するためには、取付けフランジ１０の中央部に位置す
る銅製電流リード７と銀ロー１３との間の耐圧性、銀ロ
ー１３とガイシ１１との間の耐圧性、およびガイシ１１
と取付けフランジ１０との間の耐圧性が問題となり、こ
の耐圧評価ないし検査のためには、実際と同条件すなわ
ち、４Ｋレベルの極低温下で低温側電流導入端子８を検
査する必要がある。

【０００８】図３は、低温側電流導入端子８の耐圧性を
評価するための従来の耐圧評価装置１５の概略断面図で
あって、耐圧評価装置１５は、クライオスタット１６
と、吊り棒１７によりクライオスタット１６内に吊るし
たテスト容器１８と、を有する。テスト容器１８は二重
構造であって、外側の液体窒素容器１９と、液体窒素容
器１９内側の液体ヘリウム容器２０と、液体ヘリウム容
器２０内に突出して設けた電流導入端子固定フランジ部
２１と、を有する。

【０００９】さらに耐圧評価装置１５は、液体ヘリウム
Ｈのトランスファーチューブ２２と、液体窒素導入管２
３と、ヘリウムガス導入管２４と、窒素ガス排気管２５
と、ヘリウムガス排気管２６と、を有する。トランスフ
ァーチューブ２２、ヘリウムガス導入管２４およびヘリ
ウムガス排気管２６をテスト容器１８の液体ヘリウム容
器２０内に接続し、液体窒素導入管２３および窒素ガス
排気管２５を液体窒素容器１９内に接続してある。

【００１０】クライオスタット１６には真空引き口２７
を設けて、バルブ２８を介して真空排気ポンプ２９（真
空排気手段）により内部を真空空間３０とすることがで
きるようにするとともに、ヘリウムガスのリーク量を測
定可能なリークデテクター３１に接続可能としてある。

【００１１】こうした構成の耐圧評価装置１５におい
て、液体窒素容器１９内の液体窒素Ｎにより液体ヘリウ
ム容器２０内における液体ヘリウムＨの蒸発量を低減す
るようにし、液体ヘリウム容器２０の電流導入端子固定
フランジ部２１に低温側電流導入端子８を取り付けてそ
の耐圧性について検査を行う。すなわち、まず、液体窒
素導入管２３から液体窒素を液体窒素容器１９内に供給
し液体ヘリウム容器２０を予冷する。なお、窒素ガス排
気管２５により液体窒素容器１９内の内圧が上昇するこ
とを防止する。トランスファーチューブ２２から液体ヘ
リウムＨを液体ヘリウム容器２０内に供給する。ヘリウ
ムガス導入管２４からヘリウムガスを供給することによ
り、液体ヘリウム容器２０内の内圧の制御を行う。

【００１２】かくして、所定圧力のヘリウムガスが充満
した液体ヘリウム容器２０内と真空空間３０との間にま
たがって低温側電流導入端子８が位置し、低温側電流導
入端子８から真空空間３０へのヘリウムガスのリーク量
を真空引き口２７を介してリークデタクター３１により
測定して、低温側電流導入端子８の耐圧性ないし気密性
を評価することができる。

【００１３】しかしながら、この耐圧評価装置１５によ
る耐圧評価方法では、１回の実験で液体ヘリウムＨを多
量に消費するためランニングコストが高いこと、液体窒
素容器１９および液体ヘリウム容器２０の予冷のための
ランニングタイムも２日と非常にかかること、さらに液
体ヘリウム容器２０内部のガス圧の制御が容易ではない
こと、などの諸問題がある。すなわち、液体ヘリウム容
器２０内では液体ヘリウムＨが蒸発するため内圧が上昇
するが、液体ヘリウムＨおよびヘリウムガスの混在状態
でその内圧ないしガス圧の制御が困難であるとともに、
あまり大きな圧力を低温側電流導入端子８にかけること
ができない。また、液体ヘリウム容器２０の予冷に時間
がかかる。なお、液体ヘリウム容器２０にトランスファ
ーチューブ２２を介してまず液体窒素Ｎを供給して液体
ヘリウム容器２０を予冷し、所定の低温レベルに達した
のち、液体窒素Ｎを入れ替えて液体ヘリウムＨをトラン
スファーチューブ２２から供給することも行われてい
る。したがって、予冷作業にさらに時間がかかるととも
に、窒素ガスが残って凍ってしまうこともある。

【００１４】以上のような状況であるため、低温側電流
導入端子８のメーカーとしては、低温状態を簡便に得る
ことができる液体窒素レベル（温度７７Ｋレベル）での
耐圧性の評価に留まっている場合が多く、７７Ｋ以下の
温度ではその品質を保障していないのが現状である。し
たがって、低温側電流導入端子８を温度７７Ｋ以下で使
用する場合には、低温側電流導入端子８の購入者ないし
使用者がその耐圧性の試験を行うことが要求される。

【００１５】なお高温側電流導入端子６については、室
温での使用であるため、その耐圧性の検査は比較的容易
である。

【００１６】

【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、液体ヘリウムを使用
することなく、冷凍機のみを使用して電流導入端子を実
働状態と同じ極低温レベルに冷却し、評価効率を向上さ
せることができる電流導入端子の耐圧評価方法およびそ
の耐圧評価装置を提供することを課題とする。

【００１７】また本発明は、電流導入端子の検査手法と
して有効な電流導入端子の耐圧評価方法およびその耐圧
評価装置を提供することを課題とする。

【００１８】また本発明は、低コストでかつ短期間で実
施可能な電流導入端子の耐圧評価方法およびその耐圧評
価装置を提供することを課題とする。

【００１９】また本発明は、取扱いが簡単で、かつリー
ク量を検出するためにテスト容器内に供給するヘリウム
ガスの圧力の制御が容易な電流導入端子の耐圧評価方法
およびその耐圧評価装置を提供することを課題とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、低温
側電流導入端子などの電流導入端子を冷却する冷媒とし
て液体ヘリウムを用いることなく、温度４Ｋレベルまで
冷却可能な、たとえばＧＭ冷凍機などを用いて電流導入
端子を所定極低温まで冷却することに着目したもので、
第一の発明は、クライオスタット内に配置したテスト容
器に取り付けた電流導入端子の耐圧性を評価する電流導
入端子の耐圧評価方法であって、上記クライオスタット
内を真空とする真空引き工程と、上記クライオスタット
に取り付けた、温度４Ｋレベルまで冷却可能な冷凍機に
より上記電流導入端子を所定温度レベルに冷却する冷却
工程と、上記テスト容器に所定圧力のガスを供給して上
記テスト容器の内部側から上記電流導入端子を介して上
記クライオスタット内に漏れ出る上記ガスのリーク量を
測定するリーク量測定工程と、を有することを特徴とす
る電流導入端子の耐圧評価方法である。

【００２１】第二の発明は、クライオスタット内に配置
したテスト容器に取り付けた電流導入端子の耐圧性を評
価する電流導入端子の耐圧評価装置であって、上記クラ
イオスタット内を真空とする真空排気手段と、上記クラ
イオスタットに取り付けるとともに、上記電流導入端子
を温度４Ｋレベルまで冷却可能な冷凍機と、上記テスト
容器に接続するとともに上記テスト容器内に所定圧力の
ガスを供給可能な加減圧のためのガス導入管と、上記テ
スト容器の内部側から上記電流導入端子を介して上記ク
ライオスタット内に漏れ出る上記ガスのリーク量を測定
するリークデテクターと、を有することを特徴とする電
流導入端子の耐圧評価装置である。

【００２２】上記冷凍機は、第一段冷却ステージおよび
第二段冷却ステージを有し、さらに、この第一段冷却ス
テージに接続するとともに、上記テスト容器を収容する
熱シールド板と、この第二段冷却ステージに接続すると
ともに、上記テスト容器に接続する伝熱板と、を有し、
この伝熱板および上記テスト容器を介して上記冷凍機に
より上記電流導入端子を温度４Ｋまで冷却することがで
きる。

【００２３】上記ガス導入管に、銀ロー付けあるいは溶
接などによって接続する着脱用パイプを設け、この着脱
用パイプの部分において上記クライオスタットと上記テ
スト容器との着脱を可能とすることができる。

【００２４】上記電流導入端子の上記耐圧性を評価する
温度範囲は、４Ｋから室温までとすることで、任意の温
度レベルでの耐圧性を評価することができる。

【００２５】本発明による電流導入端子の耐圧評価方法
およびその耐圧評価装置においては、液体ヘリウムを冷
媒として用いることなく、温度４Ｋレベルまで冷却可能
な、たとえばＧＭ冷凍機などを用いて低温側電流導入端
子などの電流導入端子を所定極低温まで冷却するように
したので、従来から取扱いが不便かつ高価な液体ヘリウ
ムを使用する必要がなく、低コストでの評価が可能であ
る。さらに、液体ヘリウムを冷媒として用いることな
く、テスト容器における内圧の供給源として用いること
になるので、電流導入端子がさらされるヘリウムガスの
圧力の制御も容易である。

【００２６】

【発明の実施の形態】つぎに本発明の実施の形態による
電流導入端子の耐圧評価装置４０をその耐圧評価方法と
ともに図１にもとづき説明する。ただし、図２および図
３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、電流導入端子（たとえば前記低温側
電流導入端子８）の耐圧評価装置４０の概略断面図であ
り、耐圧評価装置４０は、前記クライオスタット１６
と、ＧＭ冷凍機４１と、熱シールド板４２と、吊り棒１
７により熱シールド板４２内に吊るしたテスト容器４３
と、を有する。

【００２７】ＧＭ冷凍機４１の第一段冷却ステージ４４
に熱シールド板４２を熱接触させ、温度約５０Ｋまで冷
却可能とする。ＧＭ冷凍機４１の第二段冷却ステージ４
５に、伝熱板４６および電流導入端子固定フランジ部２
１を介して低温側電流導入端子８をボルト締めなどによ
り熱接触させ、低温側電流導入端子８を温度約４Ｋまで
冷却可能とする。

【００２８】テスト容器４３には、耐圧試験のための所
定ガス圧力を供給可能なガス導入管４７を接続して、た
とえばヘリウムガスを導入可能とし、ガス導入管４７を
介してテスト容器４３へのガスの出し入れを行うことに
より、テスト容器４３内の圧力を制御可能とする。なお
ガス導入管４７には、熱シールド板４２内におけるその
途中に着脱用パイプ４８を接続してある。ガス導入管４
７と着脱用パイプ４８との間は、溶接部４９および銀ロ
ー付け部５０により固定してある。

【００２９】さらに、前記真空引き口２７からバルブ２
８を介して真空排気ポンプ２９により、真空空間３０と
同様にテスト容器４３内も真空空間５１とする。

【００３０】こうした構成の電流導入端子の耐圧評価装
置４０において、ＧＭ冷凍機４１によるテスト容器４３
および低温側電流導入端子８の冷却操作にともない（冷
却工程）、真空引き口２７から真空引きすることにより
クライオスタット１６内および熱シールド板４２内を真
空空間３０および真空空間５１とする（真空引き工
程）。低温側電流導入端子８が温度４Ｋレベルに達した
のちは、真空引き口２７はバルブ２８により封じ切ら
れ、耐圧試験時には、真空引き口２７にリークデタクタ
ー３１をつなぎ、ガス導入管４７からのヘリウムガスな
どによるガス圧の供給により、テスト容器４３の内部側
から低温側電流導入端子８を介して熱シールド板４２お
よびクライオスタット１６内に漏れ出るヘリウムガスの
リーク量を測定して、低温側電流導入端子８の耐圧性を
検査することができる（リーク量測定工程）。

【００３１】なお、繰り返して複数個の低温側電流導入
端子８の耐圧試験を行う場合には、低温側電流導入端子
８を取り付けたテスト容器４３ごと交換が可能である。
具体的には、伝熱板４６とのボルト締めを外してＧＭ冷
凍機４１と分離し、テスト容器４３ごとクライオスタッ
ト１６および熱シールド板４２から取り出したのち、銀
ロー付け部５０の部分を溶かしてテスト容器４３とガス
導入管４７とを分離し、別の低温側電流導入端子８を取
り付けた他のテスト容器４３をクライオスタット１６内
にセットすることができる。すなわち、低温側電流導入
端子８付きのテスト容器４３を別途準備することが可能
となり、その交換の段取りをよくすることができる。ま
た、この新たな低温側電流導入端子８付きのテスト容器
４３を室温において耐圧性を確認後、温度４Ｋでの耐圧
試験を行うことができる。

【００３２】かくして、低温側電流導入端子８の極低温
下における耐圧試験が容易になり、従来では試験を行う
ことができなかった、たとえば５ｋｇｆ／ｃｍ²以上の
高圧での耐圧評価が可能となる。なお、この５ｋｇｆ／
ｃｍ²以上の高圧とは、クライオスタット１６の安全弁
（図示せず）の限界値を５ｋｇｆ／ｃｍ²とし、超電導
マグネット４がクエンチした場合を想定した値である。
また液体ヘリウムＨを使用しないため、低温の知識はさ
ほど必要なくなり、空気の凝結による配管の目詰まりな
ど実験中のトラブルがほとんどなくなる。さらに、ラン
ニングコストおよび実験時間を大幅に削減することが可
能となる。既述のように低温側電流導入端子８の交換も
容易であるため、従来の耐圧評価装置１５（図３）など
に比較して、簡便となっている。さらに、ＧＭ冷凍機４
１を用いた冷却作用を利用するため、ＧＭ冷凍機４１の
最低到達温度のみならず、ＧＭ冷凍機４１の運転制御に
より、温度４Ｋから室温での任意の温度における耐圧評
価も可能である。

【００３３】本発明による電流導入端子の耐圧評価装置
４０における低温側電流導入端子８の１本当たりの評価
にかかるランニングコストは、ＧＭ冷凍機４１を動作さ
せるための冷却水が４２０リットル／時間、電気が６．
５ｋｗ、および耐圧試験におけるガス圧供給用のヘリウ
ムガスが３５０リットルかかり、合計で約６０００円と
なる。これに対し、従来の耐圧評価装置１５（図２）で
は液体ヘリウムＨが３０リットル必要で約３００００円
のコストがかかり、本発明の電流導入端子の耐圧評価装
置４０によってコストを大幅に削減することができる。

【００３４】実施例として、低温側電流導入端子８の評
価を以下のような仕様で行った。ＧＭ冷凍機４１として
本出願人製のＲＳＤＫ−４０８Ｆを採用し、クライオス
タット１６は外径φ３１５×高さ６２０ｍｍ、テスト容
器４３は外径φ１１２×高さ１６０ｍｍ、真空引き時間
が５時間（５．０×１０^-5Ｔｏｒｒ到達）、冷却時間が
５時間（真空引き開始１時間後冷却開始）、到達温度は
第一段冷却ステージ４４が１９Ｋ、第二段冷却ステージ
４５が４Ｋ、試料（低温側電流導入端子８）到達温度が
４Ｋの条件下で、温度４．２Ｋにおいて５．０ｋｇｆ／
ｃｍ²の圧力差をかけて低温側電流導入端子８を耐圧評
価した結果、ヘリウムガスのリーク量は１．０×１０^-9
Ｔｏｒｒ・リットル／秒以下となることを確認した。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、液体ヘリ
ウムを冷却媒体として用いず、ＧＭ冷凍機などにより機
械的に電流導入端子を極低温にまで冷却してその耐圧性
を試験可能としたので、簡単かつ低コストで、極低温に
おける電流導入端子の耐圧評価が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による電流導入端子（たと
えば低温側電流導入端子８）の耐圧評価装置４０の概略
断面図である。

【図２】耐圧電流導入端子を使用する一般的な超電導マ
グネット装置１の概略断面図である。

【図３】低温側電流導入端子８の耐圧性を評価するため
の従来の耐圧評価装置１５の概略断面図である。

【符号の説明】

１ 超電導マグネット装置（図２） ２ 真空容器 ３ 液体ヘリウム槽 ４ 超電導マグネット ５ 吊り棒 ６ 高温側電流導入端子（電流導入端子） ７ 銅製電流リード ８ 低温側電流導入端子（電流導入端子） ９ 真空空間 １０ 低温側電流導入端子８の取付けフランジ １１ 低温側電流導入端子８のガイシ １２ 低温側電流導入端子８の取付け端子 １３ 低温側電流導入端子８の銀ロー １５ 低温側電流導入端子８（電流導入端子）の耐圧評
価装置（図３） １６ クライオスタット １７ 吊り棒 １８ テスト容器 １９ 液体窒素容器 ２０ 液体ヘリウム容器 ２１ 電流導入端子固定フランジ部 ２２ トランスファーチューブ ２３ 液体窒素導入管 ２４ ヘリウムガス導入管 ２５ 窒素ガス排気管 ２６ ヘリウムガス排気管 ２７ 真空引き口 ２８ バルブ ２９ 真空排気ポンプ（真空排気手段） ３０ 真空空間 ３１ リークデタクター ４０ 電流導入端子の耐圧評価装置（実施の形態、図
１） ４１ ＧＭ冷凍機（温度４Ｋレベルまで冷却可能な冷凍
機） ４２ 熱シールド板 ４３ テスト容器 ４４ ＧＭ冷凍機４１の第一段冷却ステージ ４５ ＧＭ冷凍機４１の第二段冷却ステージ ４６ 伝熱板 ４７ ガス導入管 ４８ 着脱用パイプ ４９ 溶接部 ５０ 銀ロー付け部 ５１ 真空空間 Ｈ 液体ヘリウム（図２、図３） Ｎ 液体窒素（図３）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安原 征治 神奈川県平塚市夕陽ケ丘63番30号 住友重 機械工業株式会社平塚事業所内 Ｆターム(参考） 4M114 AA31 CC03 CC11 DA02 DA12 DA45

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クライオスタット内に配置したテスト
   容器に取り付けた電流導入端子の耐圧性を評価する電流
   導入端子の耐圧評価方法であって、 前記クライオスタット内を真空とする真空引き工程と、 前記クライオスタットに取り付けた、温度４Ｋレベルま
   で冷却可能な冷凍機により前記電流導入端子を所定温度
   レベルに冷却する冷却工程と、 前記テスト容器に所定圧力のガスを供給して前記テスト
   容器の内部側から前記電流導入端子を介して前記クライ
   オスタット内に漏れ出る前記ガスのリーク量を測定する
   リーク量測定工程と、 を有することを特徴とする電流導入端子の耐圧評価方
   法。
2. 【請求項２】 クライオスタット内に配置したテスト
   容器に取り付けた電流導入端子の耐圧性を評価する電流
   導入端子の耐圧評価装置であって、 前記クライオスタット内を真空とする真空排気手段と、 前記クライオスタットに取り付けるとともに、前記電流
   導入端子を温度４Ｋレベルまで冷却可能な冷凍機と、 前記テスト容器に接続するとともに前記テスト容器内に
   所定圧力のガスを供給可能な加減圧のためのガス導入管
   と、 前記テスト容器の内部側から前記電流導入端子を介して
   前記クライオスタット内に漏れ出る前記ガスのリーク量
   を測定するリークデテクターと、 を有することを特徴とする電流導入端子の耐圧評価装
   置。
3. 【請求項３】 前記冷凍機は、第一段冷却ステージお
   よび第二段冷却ステージを有し、さらに、 この第一段冷却ステージに接続するとともに、前記テス
   ト容器を収容する熱シールド板と、 この第二段冷却ステージに接続するとともに、前記テス
   ト容器に接続する伝熱板と、を有し、 この伝熱板および前記テスト容器を介して前記冷凍機に
   より前記電流導入端子を温度４Ｋまで冷却することを特
   徴とする請求項２記載の電流導入端子の耐圧評価装置。
4. 【請求項４】 前記ガス導入管に接続する着脱用パイ
   プを設け、 この着脱用パイプの部分において前記クライオスタット
   と前記テスト容器との着脱を可能としたことを特徴とす
   る請求項２記載の電流導入端子の耐圧評価装置。
5. 【請求項５】 前記電流導入端子の前記耐圧性を評価
   する温度範囲は、４Ｋから室温までであることを特徴と
   する請求項２記載の電流導入端子の耐圧評価装置。