JP2002280212A - 酸化物超電導電流リードの電極構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷凍機冷却型の超電導マグネットに使用する
酸化物超電導電流リードの電極に関して、冷却時の熱収
縮あるいは振動等の外力による電流リードへの荷重負荷
を軽減し、電流リードの破損防止、特性劣化防止するこ
とができる酸化物超電導電流リードの電極構造を提供す
ること。 【解決手段】 冷凍機冷却型超電導マグネットに用いら
れ、超電導コイルに接続される酸化物超電導電流リード
の両端に設けられ、当該酸化物超電導リードを支持する
とともに電気接続する電極構造において、前記酸化物超
電導電流リードの両端に装着されるキャップ１，３と、
前記キャップ１，３の一端に接続された接続部２，４と
を備え、前記接続部２，３は、前記キャップ１，３に接
合される一端側がフレキシブルなＵ字形状の部位を備え
た板材からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍機冷却型超電
導マグネットの超電導コイルに接続される酸化物超電導
電流リードの電極構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図４に示すような冷凍機冷却型超
電導マグネットが提案されている。

【０００３】図４に示すような超電導マグネット５０に
おいては、真空容器５１内にコイル巻枠５２が配置さ
れ、コイル巻枠５２には、所謂超伝導コイル５３が巻か
れている。コイル巻枠５２の外周面には、外周冷却用銅
ブロック５４が装着され、外周冷却用銅ブロック５４は
コイル巻枠５２とともに冷却ステージ５５に装着されて
いる。そして、この冷却ステージ５５は、冷媒（例え
ば、ヘリウム）通路管部５６に支持されている。

【０００４】さらに、冷却ステージ５５には、一対の電
極（以下、この電極を低温側電極と呼ぶ）５７及び５７
が絶縁体（図示せず）を介して支持され、図示はしない
が、これらの低温側電極５７及び５７はコイル５３に夫
々接続されている。冷却ステージ５５の下側には、別の
冷却ステージ５８が冷媒通路管部５６に支持されてお
り、この冷却ステージ５８には、一対の電極（以下、こ
の電極を高温側電極と呼ぶ）５９及び５９が絶縁体（図
示せず）を介して支持されている。夫々対応する低温側
電極５７と高温側電極５９との間には、酸化物超電導電
流リードバルク６０が夫々装着されており、これらの低
温側電極５７、高温側電極５９、及び電流リードバルク
６０によって超電導電流リード部が構成される。

【０００５】超電導コイル５３は、冷却ステージ５８の
外周端に支持された熱シールド板６１によって、覆われ
ている。高温側電極５９及び５９には、銅製電流リード
６２が接続され（図５には、高温側電極５９に接続され
た銅製電流リード６２のみを示す）、この銅製電流リー
ド６２は、真空容器５１外に引き出されている。なお、
真空容器５１の下側には、所謂ＧＭ冷凍機６３が取り付
けられ、この冷凍機６３は冷媒通路管部５６に連結され
ている。

【０００６】このような従来の冷凍機冷却型の酸化物超
電導電流リードに通電するための電極として、図５及び
図６に示すような高温及び低温側電極（銅キャップ）５
７，５９を使用していた。

【０００７】図５は従来の酸化物超電導電流リードを示
す部分側面断面図、図６（ａ）は図５の酸化物超電導リ
ードの銅キャップを示す平面断面図、図６（ｂ）は図６
（ａ）の銅キャップの正面断面図、図６（ｃ）は図６
（ｂ）の銅キャップの一側面図、図６（ｄ）は図６
（ｂ）の銅キャップの他の側面図である。

【０００８】図５に示すように、中空円筒状の酸化物超
電導電流リードバルク６０の両端に銅キャップ５７，５
９が装着され、符号６５に示すように、半田付けされて
固定されている。ここで、銅キャップ５７と、５９とは
同様な形状を備えているので、ここでは，銅キャップ５
７についてのみ説明する。

【０００９】図６を参照すると、銅キャップ５７は、円
筒状の外筒部５７ｂと、この外筒部５７ｂの内部を通っ
て一端側に圧入されて装着される内円筒部５７ｃとを備
えている。また、外円筒部５７ｂの一端から軸方向外方
に板状の接続部５７ｄが設けられており、この接続部に
は、固定するためのねじ孔５７ａ，５７ａが設けられて
いる。

【００１０】酸化物超伝導電流リードバルク６０の一端
は、銅キャップ５７の外円筒部５７ｂ，５７ｃとの問
に、挟み込まれ、半田付けによって接合固定される。

【００１１】この銅キャップ５７，５９は、液体窒素中
（７７Ｋ）において１０００Ａ通電したとき接続抵抗
は、０．２μオーム以下となり、良好な値を示してい
た。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
銅キャップ電極を用いた電流リードを装置に組み入れた
場合、熱収縮（最も低くなるところで約５Ｋ）あるいは
振動等による外力が直接電流リードに加わり、電極部の
接続抵抗が大きくなってしまったり、場合によっては電
流リードが破損してしまうことがあった。

【００１３】したがって、外力を緩和するため、図７に
示すように、酸化物超伝導電流リードバルク６０の片側
電極に銅網線６６を用いるなどして、その先端部６６ａ
を装着してフレキシブルな構造を採用した事もあった。

【００１４】この従来の編電極では、外力緩和を図る事
はできたが、銅網線６６を符号６５に示すように、半田
付けしなくてはならないため、半田付けに時間を要し、
また、網線であるため半田が部分的についていない事が
あった。このため、電極部での接続抵抗に関しては、個
々のばらつきが大きいとともに、接続抵抗もＣｕキャッ
プ電極に比べて大きくなっていた。例えば、接続抵抗の
基準値０．５μΩ以下（１０００Ａ通電時）をクリアし
ないものも出ていた。

【００１５】そこで、本発明の技術的課題は、冷凍機冷
却型の超電導マグネットに使用する酸化物超電導電流リ
ードの電極に関して、冷却時の熱収縮あるいは振動等の
外力による電流リードへの荷重負荷を軽減し、電流リー
ドの破損防止、特性劣化防止することができる酸化物超
電導電流リードの電極構造を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、冷凍機
冷却型超電導マグネットに用いられるとともに超電導コ
イルに接続される酸化物超電導電流リードの両端に設け
られ、当該酸化物超電導リードを支持するとともに電気
接続する電極構造において、前記酸化物超電導電流リー
ドの両端に装着されるキャップと、前記キャップの一端
に接続された接続部とを備え、前記接続部は、前記キャ
ップに接合される一端側がフレキシブルなＵ字形状の部
位を備えた板材からなることを特徴とする酸化物超電導
電流リードの電極構造が得られる。

【００１７】また、本発明によれば、前記酸化物超電導
電流リードの電極構造において、前記Ｕ字形状の部位の
屈曲部に少なくとも一本の切り込みからなるスリットを
設けたことを特徴とする酸化物超電導電流リードの電極
構造が得られる。

【００１８】また、本発明によれば、前記酸化物超電導
電流リードの電極構造において、前記両端のＵ字状の部
位は、前記酸化物超電導電流リードの中心軸回りに互い
に位置ずれして設けられていることを特徴とする酸化物
超電導電流リードの電極構造が得られる。

【００１９】また、本発明によれば、前記酸化物超電導
電流リードの電極構造において、前記Ｕ字形状の部位
は、前記中心軸回りに互いに９０度回転した位置に設け
られていることを特徴する酸化物超電導電流リードの電
極構造が得られる。

【００２０】また、本発明によれば、前記の酸化物超電
導電流リードの電極構造において、前記キャップは軸方
向に設けられた切り込みからなる少なくとも２本のスリ
ットを備えていることを特徴とする酸化物超電導電流リ
ードの電極構造が得られる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２２】図１（ａ）は本発明の実施の形態による酸
化物超電導電流リード部を示す正面断面図、図１（ｂ）
は図１（ａ）の酸化物超電流リード部の高温側電極の部
分側面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の酸化物超電流リー
ド部の低温側電極の部分側面図である。

【００２３】図１（ａ）に示すように、酸化物超電導電
流リードは、中空円筒状の酸化物超電導電流リードバル
ク２０と、その一端に設けられた高温側電極と、他端に
設けられた低温側電極とを備えている。酸化物超伝導リ
ードバルク２０は先の従来例のところで説明したものと
同様に、中空円筒形状を備えている。夫々の電極は十分
に焼きなましされた銅から形成されている。

【００２４】高温側電極は、銅からなるキャップ部１
と、その一端に半田付け等によって一端が接合された接
続部２とを備えたキャップ状を呈している。キャップ部
１は、従来技術のところで説明したものと同様に、２重
円筒構造である。しかし、本発明の実施の形態によるも
のは、軸方向に設けられた開口側からの切り込みによる
スリット３ａを備えている点で従来技術によるものとは
異なっている。また、接続部２は長尺状の銅板の一端を
Ｕ字形状に２回、即ち、Ｓ字形状に折り曲げた形状を有
している。接続部２のキャップ部・側の折り曲げ部（Ｒ
部）２ａには、後に詳しく説明するように、長さ方向に
切り込みが設けられており、この部分にフレキシビリテ
ィを持たせてある。また、折り曲部２ａ，２ｂに連続し
た他端側は真っ直ぐで長孔２ｄが形成された端子部２ｃ
となっている。

【００２５】また、低温側電極は、銅からなるキャップ
部３と、その一端に半田付け等によって一端が接続され
た接続部４とを備えている。キャップ部３はキャップ部
１と同様に２重円筒形状で開口側からスリット３ａが設
けられている。接続部４のキャップ部１に接合された側
と反対の他端側は、支持台５に半田付けされている。

【００２６】また、支持台５には、円形の孔部６ａ，６
ａを備えたＬ字形状の細長い銅板６が端子部として設け
られている。

【００２７】なお，接続部２，４は、酸化物超電導電流
リードブロック２０を介して、軸回りに互いに９０度ず
れた位置となるように、設けられている。

【００２８】図２（ａ）は接続部２の屈曲部２ａを示す
部分平面図、図２（ｂ）は接続部２の屈曲部２ａを示す
部分正面図，図２（ｃ）は接続部２の屈曲部２ａを示す
斜視図である。

【００２９】図２を参照すると、接続部２は屈曲部２ａ
を通過するように、屈曲部に沿って２本の切り込みから
なるスリット２１，２１が設けられている。これによっ
て、屈曲部２ａはフレキシブルとなる。

【００３０】図３（ａ）は低温側電極を示す平而断面
図、図３（ｂ）は図３（ａ）の低温側電極の縦断面図で
ある。

【００３１】図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照すると、
キャップ部３は２重円筒形状であり、外側の円筒部に
は、軸方向に２本のスリット３ａ，３ａが設けられてい
る。キャップを支持する接続部４はＵ字形状であり、そ
の屈曲部（Ｒ部）を通過するように、長さ方向に切り込
みからなるスリット４１が、図２のスリット２１と同様
な形状で設けられている。

【００３２】このような酸化物超電導電流リード部を作
製するには、図１に示すように、酸化物超伝導リードバ
ルク２０の両端に高温側電極及び低温側電極のキャップ
部１，３の開口を夫々差し込めばよい。

【００３３】また、キャップ部１，３と接続部２，４と
の接合は、酸化物超伝導リードバルク２０にキャップ部
１，３を設けた後でも良いが、夫々の接続部のＵ字形状
の位置が軸回りに９０度ずれるように、構成しなければ
ならない。

【００３４】このように、本発明の実施の形態による電
極構造においては、酸化物超電導電流リードの両端電極
ともに、Ｕ字型の板を取りいれた構造とし、Ｕ字は高温
側と低温側とで９０度の角度を持たせている。このＵ字
部分には、更にフレキシブルとするため、夫々２本のス
リット２１，２１及び４１，４１を入れている。

【００３５】さらに、キャップ部１，３には、スリット
３ａが設けられているために、熱収縮による電極の円周
方向に加わる応力を緩和することができる。

【００３６】次に、本発明の実施の形態による電極構造
を用いた電流リードを使用して、その作用効果について
検討した。

【００３７】その時の接続抵抗は安定して０．２μΩ以
下（液体窒素温度７７Ｋにおいて、１０００Ａ通電時）
となり、個々のばらつきは殆ど無かった。（仕様０．５
μΩ以下をクリア）また、本発明の電極構造により、電
流リードの長手方向、横方向において、３ｍｍ前後の変
位であれば吸収可能であった。

【００３８】また、実際の熱収縮量は最大となる長手方
向で１ｍｍ以下であるため、十分許容可能である。

【００３９】また、本発明の実施の形態による電極構造
では、数百グラムの外力で約３ｍｍ変位し、実際に電流
リードに加わる熱収縮力あるいは他の外力は大きく見積
もっても２ｋｇであり、本電極で外力を吸収可能であ
る。これにより、電流リードには殆ど外力が加わる事が
無くなることが判明した。

【００４０】なお、本発明の実施の形態による電極構造
を用いた電流リードは、冷凍機冷却超電導マグネットに
組み込まれ、１年以上経過しているが、問題なく稼動し
ている。

【００４１】以上説明した本発明の実施の形態による電
極構造では，冷凍機冷却型超電導マグネットの電流リー
ドにする以外に（超電導マグネットに限らず）冷凍機あ
るいは液体ヘリウムを使用する低温機器への電流通電用
電極として有望である。

【００４２】また、本発明の実施の形態による電極構造
では、酸化物超電導一般（Ｂｉ系超電導体、Ｙ系超電導
体、酸化物Ａｇシース線材等）にも適用できる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
冷凍機冷却型の超電導マグネットに使用する酸化物超電
導電流リードの電極に関して、冷却時の熱収縮あるいは
振動等の外力による電流リードへの荷重負荷を軽減し、
電流リードの破損防止、特性劣化防止することができる
酸化物超電導電流リードの電極構造を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の実施の形態による酸化物超電
導電流リード部を示す正面断面図である。（ｂ）は
（ａ）の酸化物超電流リード部の高温側電極の部分側面
図である。（ｃ）は（ａ）の酸化物超電流リード部の低
温側電極の部分側面図である。

【図２】（ａ）は接続部２の屈曲部２ａを示す部分平面
図である。（ｂ）は接続部２の屈曲部２ａを示す部分正
面図である。（ｃ）は接続部２の屈曲部２ａを示す斜視
図である。

【図３】（ａ）は低温側電極を示す平面断面図である。
（ｂ）は（ａ）の低温側電極の縦断面図である。

【図４】従来技術による冷凍機冷却型超電導マグネット
を示す図である。

【図５】従来の酸化物超電導電流リードを示す部分側面
断面図である。

【図６】（ａ）は図５の酸化物超電導リードの銅キャッ
プを示す平面断面図である。（ｂ）は（ａ）の銅キャッ
プの正面断面図である。（ｃ）は（ｂ）の銅キャップの
一側面図である。（ｄ）は（ｂ）の銅キャップの他の側
面図である。

【図７】従来の酸化物超伝導電流リードバルク６０の電
極の他の例を示す正面図である。

【符号の説明】

１ キャップ部（高温側電極） ２ 接続部 ２ａ，２ｂ 折曲部（Ｒ部） ２ｃ 端子部 ２ｄ 長孔 ３ キャップ部（低温側電極） ３ａ スリット ４ 接続部 ５ 支持台 ６ 端子部 ６ａ 孔部 ２０ 酸化物超電導電流リードバルク ２１，４１ スリット ５０ 超電導マグネット ５１ 真空容器 ５２ コイル巻枠 ５３ 超伝導コイル ５４ 外周冷却用銅ブロック ５５ 冷却ステージ ５６ 通路管部 ５７ 低温側電極 ５７ａ ねじ孔 ５７ｂ 外円筒部 ５７ｃ 内円筒部 ５７ｄ 接続部 ５８ 冷却ステージ ５９ 高温側電極 ６０ 酸化物超伝導電流リードバルク ６１ 熱シールド板 ６２ 銅製電流リード ６３ ＧＭ冷凍機 ６６ 銅網線

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷凍機冷却型超電導マグネットに用いら
   れるとともに超電導コイルに接続される酸化物超電導電
   流リードの両端に設けられ、当該酸化物超電導リードを
   支持するとともに電気接続する電極構造において、前記
   酸化物超電導電流リードの両端に装着されるキャップ
   と、前記キャップの一端に接続された接続部とを備え、
   前記接続部は、前記キャップに接合される一端側がフレ
   キシブルなＵ字形状の部位を備えた板材からなることを
   特徴とする酸化物超電導電流リードの電極構造。
2. 【請求項２】 請求項１記載の酸化物超電導電流リード
   の電極構造において、前記Ｕ字形状の部位の屈曲部に少
   なくとも一本の切り込みからなるスリットを設けたこと
   を特徴とする酸化物超電導電流リードの電極構造。
3. 【請求項３】 請求項１記載の酸化物超電導電流リード
   の電極構造において、前記両端のＵ字状の部位は、前記
   酸化物超電導電流リードの中心軸回りに互いに位置ずれ
   して設けられていることを特徴とする酸化物超電導電流
   リードの電極構造。
4. 【請求項４】 請求項３記載の酸化物超電導電流リード
   の電極構造において、前記Ｕ字形状の部位は、前記中心
   軸回りに互いに９０度回転した位置に設けられているこ
   とを特徴する酸化物超電導電流リードの電極構造。
5. 【請求項５】 請求項１記載の酸化物超電導電流リード
   の電極構造において、前記キャップは軸方向に設けられ
   た切り込みからなる少なくとも２本のスリットを備えて
   いることを特徴とする酸化物超電導電流リードの電極構
   造。