JP2004165368A - 超電導装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱アンカーにおける電界集中を緩和し、放電の発生を抑することができる超電導装置を提供することを目的とする。
【解決手段】熱アンカー部６では、絶縁体６ｃの一方の端面は、凹形形状の溝部６ｅを有し、その絶縁体６ｃの端面と平行な溝部６ｅの底面に高電位にある金属部材６ａが、金属膜６ｄを介して接合されている。また、底面の金属膜６ｄは、金属部材６ａの底面よりも広い範囲に形成されている。これによって、金属部材６ａと金属部材６ａの底面より広く形成された金属膜６ｄが等電位となるため、金属部材６ａと絶縁体６ｃの接触面の境界部６ｆにおいて、電界集中が緩和され、放電を抑制することができる。また、フラッシュオーバーによる絶縁破壊を抑制することができる。
【選択図】 図２
【解決手段】熱アンカー部６では、絶縁体６ｃの一方の端面は、凹形形状の溝部６ｅを有し、その絶縁体６ｃの端面と平行な溝部６ｅの底面に高電位にある金属部材６ａが、金属膜６ｄを介して接合されている。また、底面の金属膜６ｄは、金属部材６ａの底面よりも広い範囲に形成されている。これによって、金属部材６ａと金属部材６ａの底面より広く形成された金属膜６ｄが等電位となるため、金属部材６ａと絶縁体６ｃの接触面の境界部６ｆにおいて、電界集中が緩和され、放電を抑制することができる。また、フラッシュオーバーによる絶縁破壊を抑制することができる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、臨界温度以下に保持されるコイルや素子などの超電導部材と室温にある電源とを電気的に接続する電流リードにおける熱伝導による熱やジュール熱を、電気的絶縁を保持しつつ冷凍機や冷媒へと伝える熱アンカーを有する超電導装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、臨界温度以下に冷却された超電導コイルと室温にある電源とを電気的に接続し、かつ超電導コイルを永久電流モードに励磁し、あるいは永久電流モードを消磁するために用いられる電流リードの冷却方式には、伝導冷却式とガス冷却式とがある。ここでは、伝導冷却式について、次に説明する。
【０００３】
図９に、従来の伝導冷却式電流リードを用いた超電導装置の代表的な構成を示す。また、図１０に、熱アンカー部１１０の断面図を示す。
【０００４】
この従来の超電導装置１００は、臨界温度以下の状態で電気抵抗がゼロとなる超電導線を巻回して構成される超電導コイル１０１を収容している内槽容器１０２、これこの内槽容器１０２を収容し、かつ断熱状態に保持するために内部が真空状態にされる真空容器１０３から構成されている。
【０００５】
超電導コイル１０１は、冷凍機１０４の２段ステージ１０６により冷却される。
電流供給を担う電流リード１０７は、室温側端子電流リード１０７ｃから絶縁導入部１０８を介して真空部１０９に導入される。また、真空容器１０３内の電流リード１０７は、高温側電流リード１０７ｂと低温側電流リード１０７ａに区分され、その間に熱アンカー部１０１が設置される。
【０００６】
熱アンカー部１０１は、高温側電流リード１０７ｂによって熱伝導で伝えられた真空容器１０３の外部の熱、高温側電流リード１０７ｂや室温側端子電流リード１０７ｃで発生したジュール熱などの少なくとも一部を、冷凍機一段ステージ１０５に放熱させるために設けられている。また、冷凍機一段ステージ１０５は、一般には接地電位にあるため、熱アンカー部１１０は、熱的には良好な伝導体で、電気的には絶縁体である必要がある。
【０００７】
熱アンカー部１１０の電流リード側と冷凍機一段ステージ１０５側は、銅、アルミニウムなどの金属で形成された金属部材１１０ａ、１１０ｂで構成されている。また、これらの金属部材１１０ａ、１１０ｂの間には、絶縁体１１０ｃが介在している。
【０００８】
絶縁体１１０ｃには、電気的には絶縁体であり、かつ、熱的には良導体の性質を有する、窒化アルミニウム、サファイアなどが用いられている。また、絶縁体１１０ｃを金属部材１１０ａ、１１０ｂに対して大きい部材としているのは、高電位側の金属部材１１０ａから接地側の金属部材１１０ｂまでの沿面距離をかせぐためである（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００９】
【非特許文献１】
酒井政弘、外３名、「低温・真空中におけるセラミック沿面フラッシュオーバー特性」、基礎・材料・共通部門 平成８年度総合研究会論文集、電気学会、ｐ．２２９−２３８
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の超電導装置１００の熱アンカー部１１０では、熱アンカー部１１０の電流リード側の金属部材１１０ａと絶縁体１１０ｃの接触面の境界部１１１、つまり、電流リード１０７側の金属部材１１０ａのＲ部が始まる部分は、高電位にある金属部材１１０ａ、絶縁体１１０ｃ、真空部１０９の境界にある、いわゆるトリプルジャンクションにあたり、沿面方向に向かい高電界となりやすい。そのため、電流リード１０７に通電し電位が高くなるとこのトリプルジャンクションにあたる金属部材１１０ａと絶縁体１１０ｃの接触面の境界部１１１から放電しやすくなるという問題があった。最悪の場合、高電位側の金属部材１１０ａから接地側の金属部材１１０ｂまでの絶縁破壊を生じるという問題もあった。
【００１１】
また、絶縁体１１０ｃをさらに大きくしても、トリプルジャンクションにおける電界を下げることにはならないので、放電の起点となることは避けられないという問題があった。
【００１２】
そこで本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、熱アンカーにおける電界集中を緩和し、放電の発生を抑制することができる超電導装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の超電導装置は、臨界温度以下に冷却保持される超電導部材と、室温にある電源と前記超電導部材とを電気的に接続する電流リードと、前記電流リードに接続された第１の端面と前記第１の端面と対向する第２の端面とを有する第１の金属部材と、前記第２の端面の面積よりも面積が大きい金属膜を介して、前記第２の端面と面接触する第１の面を有する絶縁基板と、前記絶縁基板の第１の面と対向する第２の面と接触する第３の端面を有し、前記第３の端面と対向する第４の端面に冷却手段が接続された第２の金属部材とを具備することを特徴とする。
【００１４】
この超電導装置によれば、第１の金属部材と、第１の金属部材の第２の端面の面積より広く形成された金属膜とが等電位となるため、第１の金属部材と絶縁基板との接触面の境界部において、電界集中が緩和され、放電を抑制することができる。また、フラッシュオーバーによる絶縁破壊を抑制することができる。
【００１５】
また、金属膜を溶解させて、第１の金属部材と絶縁基板とを接合するため、第１の金属部材と絶縁基板との接続面の面粗さによって形成される空隙部を金属膜で充填することができる。これによって、第１の金属部材と絶縁基板との接続面の空隙部で生じる放電を抑制することができる。
【００１６】
また、絶縁基板の第１の面が溝部を有し、溝部の底面に金属膜を形成することもできる。さらに、溝部の底面以外に、側面にも金属膜を形成することもできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の超電導装置１の概要を図１および図２を参照して説明する。図１に、第１の実施の形態の超電導装置１の構成の概要を示す。また、図２に、熱アンカー部６の断面図を示す。
【００１９】
第１の実施の形態の超電導装置１は、内槽容器２、真空容器３、超電導コイル４、電流リード５、熱アンカー部６、冷凍機７、冷凍機一段ステージ８、冷凍機二段ステージ９で主に構成されている。
【００２０】
内槽容器２は、例えば、液体ヘリウムや液体窒素などの冷媒を有し、臨界温度以下の状態を保持した容器であり、内槽容器２内部には、超電導部材として機能する、臨界温度以下の状態で電気抵抗がゼロとなる超電導線を巻回して構成される超電導コイル４が収納されている。ここで、超電導コイル４は、冷凍機７の冷凍機二段ステージ９と接触し、２段ステージ９によって冷却される。
【００２１】
真空容器３は、内槽容器２を収容し、真空容器３の外部と内槽容器２との熱の授受を抑制するため、その内部を真空状態にしている。これによって、内槽容器２と真空容器３との間を断熱状態に保持することができる。
【００２２】
電流リード５は、超電導コイル４を励磁または消磁する電源１０と超電導コイル４とを電気的に接続するものである。電流リード５は、室温側端子電流リード５ｃから絶縁導入部１１を介して真空部１２に導入される。また、電流リード５は、室温側端子電流リード５ｃ、高温側電流リード５ｂ、低温側電流リード５ａに区分される。
【００２３】
熱アンカー部６は、高温側電流リード５ｂと低温側電流リード５ａとの間に配置され、高温側電流リード５ｂや室温側端子電流リード５ｃにおいての通電時に発生したジュール熱、高温側電流リード５ｂによって伝わる熱の少なくとも一部を、冷凍機一段ステージ８に放熱させるために設けられている。また、冷凍機一段ステージ１０５は、一般には接地電位にあるため、熱アンカー部６は、熱的には良好な伝導体で、電気的には絶縁体である必要がある。
【００２４】
次に、図２を参照して、熱アンカー部６について、さらに説明する。
熱アンカー部６の金属部材６ａ、６ｂは、導電性で、熱伝導率の高い金属であり、例えば、銅、アルミニウムなどが用いられる。
【００２５】
金属部材６ａ、６ｂ間に設けられた絶縁体６ｃは、電気的には絶縁体で、熱的には良導体のものであればよく、例えば、窒化アルミニウム、サファイアなどが用いられる。
【００２６】
絶縁体６ｃの一方の端面（電流リード５側）は、凹形形状の溝部６ｅを有し、その絶縁体６ｃの端面と平行な溝部６ｅの底面に金属部材６ａが、金属膜６ｄを介して接合されている。ここで、溝部６ｅの底面は、金属部材６ａと、絶縁体６ｃの溝部６ｅの底面に垂直な側面との間で放電しない程度に、金属部材６ａの底面よりも広く構成されている。なお、絶縁体６ｃの溝部６ｅの側面は、底面に対して垂直であることに限らず、底面からテーパ状に広がる形状でもよい。さらに、絶縁体６ｃに形成される溝部は、４つの側面と底面からなる形状でも、２つの側面と底面からなる樋状の形状でもよい。
【００２７】
また、溝部６ｅの底面の金属膜６ｄは、金属部材６ａの底面よりも広い範囲に形成されている。ここで、金属膜６ｄは、例えば、ペースト状の銀材料を溝部６ｅの底面に塗布し、その後焼き付けを行うことで生成される。
また、図２に示す金属膜６ｄと接する側の金属部材６ａのＲ部は、製作可能な限り小さくしてもよい。
【００２８】
絶縁体６ｃの他方の端面には、金属部材６ｂが接続されている。また、金属部材６ａ、絶縁体６ｃおよび金属部材６ｂの積層部は、電気的な絶縁体からなる部材（図示していない）によって、積層方向に押圧をかけて固定されている。
【００２９】
また、図３に示すように、絶縁体６ｃの一方の端面（電流リード５側）に、金属膜６ｄを金属部材６ａの底面よりも広い範囲に形成し、絶縁体６ｃの一方の端面を平面で構成することもできる。
【００３０】
また、熱アンカー部６は、電流リード５と冷凍機一段ステージ８との間に設置され、熱アンカー部６の金属部材６ａが電流リード５と、熱アンカー部６の金属部材６ｂが冷凍機一段ステージ８と接続されている。ここで、金属部材６ａが高電位側、金属部材６ｂが接地電位側となる。
【００３１】
電源１０から電圧が印加され、電流リード５に通電されると、電流リード５には、ジュール熱が発生する。また、室温によって与えられた熱が、電流リード５の室温側端子電流リード５ｃから低温側である低温側電流リード５ａに向かって熱伝導される。
【００３２】
これらの高温側電流リード５ｂおよび室温側端子電流リード５ｃで発生したジュール熱の一部と高温側電流リード５ｂによって熱伝導された熱の少なくとも一部は、高温側電流リード５ｂと低温側電流リード５ａとの間に、熱アンカー部６を接続することによって、熱アンカー部６の金属部材６ａに熱伝導される。金属部材６ａに熱伝導された熱は、金属膜６ｄ、絶縁体６ｃを介して金属部材６ｂに伝えられ、さらに、金属部材６ｂから冷凍機一段ステージ８に伝えられる。また、金属部材６ｂは、金属部材６ｂよりも低温の冷凍機一段ステージ８により冷却されているので、効率よく金属部材６ｂから冷凍機一段ステージ８に熱を移動させることができる。
【００３３】
これによって、高温側電流リード５ｂおよび室温側端子電流リード５ｃで発生したジュール熱と高温側電流リード５ｂによって熱伝導された熱の少なくとも一部が、内槽容器２内の冷媒に伝わるのを抑制できるため、冷媒の温度が安定し、超電導コイルの冷却を安定して行うことができる。
【００３４】
また、電流リード５と接続されている熱アンカー部６の金属部材６ａは、絶縁体６ｃを介して金属部材６ｂに接続されているので、電流リード５を流れる電流が金属部材６ｂ側に流れることは通常はない。また、一般的には、高電位にある金属部材、絶縁体、真空部の境界であるトリプルジャンクションでは、沿面方向に向かい高電界となり、金属部材と絶縁体の接触面の境界部から放電をおこすことがある。
【００３５】
しかしながら、熱アンカー部６では、絶縁体６ｃの一方の端面は、凹形形状の溝部６ｅを有し、その絶縁体６ｃの端面と平行な溝部６ｅの底面に高電位にある金属部材６ａが、金属膜６ｄを介して接合されている。また、底面の金属膜６ｄは、金属部材６ａの底面よりも広い範囲に形成されている。これによって、金属部材６ａと、金属部材６ａの底面より広く形成された金属膜６ｄとが等電位となるため、金属部材６ａと絶縁体６ｃとの接触面の境界部６ｆにおいて、電界集中が緩和され、放電を抑制することができる。また、フラッシュオーバーによる絶縁破壊を抑制することができる。
【００３６】
また、金属膜６ｄを溶解させて、金属部材６ａと絶縁体６ｃとを接合するため、金属部材６ａと絶縁体６ｃとの接続面の面粗さによって形成される空隙部を金属膜６ｄで充填することができる。これによって、金属部材６ａと絶縁体６ｃとの接続面の空隙部で生じる放電を抑制することができる。
【００３７】
ここで、熱アンカー部６の境界部６ｆにおける電界と、図１０に示した従来の熱アンカー部１１０の金属部材１１０ａと絶縁体１１０ｃの接触面の境界部１１１における電界とを比較解析した一例では、本発明の熱アンカー部６の境界部６ｆにおける電界は、従来の熱アンカー部１１０の境界部１１１における電界の１／３程度であることがわかり、電界低下が得られていることがわかった。
【００３８】
さらに、高電位の金属部材６ａを金属膜６ｄを介して接合する絶縁体６ｃの一方の端面を凹形形状の溝部６ｅにすることで、金属部材６ａと金属部材６ｂ間の絶縁体６ｃの表面に沿った最短距離を示す沿面距離を増加させることができる。
これによって、電気的絶縁の強度を高めることができる。
【００３９】
また、図４に示すように、絶縁体６ｃの凹形形状の溝部６ｅの表面に渡って、金属膜６ｇを形成することもできる。
【００４０】
この構成において、金属部材６ａと、凹形形状の溝部６ｅの表面に形成された金属膜６ｇとが等電位となるため、凹形形状の溝部６ｅの底面に垂直な側面と、それに平行する金属部材６ａの側面との空間における放電を抑制することができる。これによって、電界集中がさらに緩和され、放電を抑制することができる。
また、フラッシュオーバーによる絶縁破壊を抑制することができる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の超電導装置は、第１の実施の形態の超電導装置１と熱アンカー部の構成のみが異なるので、熱アンカー部について説明し、第１の実施の形態の超電導装置１の構成と同一部分の説明は省略する。
【００４２】
第２の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部２０を図５を参照して説明する。
熱アンカー部２０は、金属部材２１、２２、絶縁体２３、金属膜２４で主に構成されている。なお、これらの構成部の材料や特性は、第１の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部６で説明したものと同一なので、重複する説明を省略する。
【００４３】
絶縁体２３の一方の端面（電流リード５側）は、凹形形状の溝部２５を有し、その絶縁体２３の端面と平行な溝部２５の底面に凸形形状をなす金属部材２１が、金属膜２４を介して接合されている。ここで、溝部２５の表面には、溝部２５の表面に渡って金属膜２４が形成されている。ここで、金属膜２４は、例えば、ペースト状の銀材料を溝部２５の表面に塗布し、その後焼き付けを行うことで生成される。さらに、絶縁体２３に形成される溝部は、４つの側面と底面からなる形状でも、２つの側面と底面からなる樋状の形状でもよい。
【００４４】
金属部材２１は、凸形形状を有し、断面積の小さい小断面部２１ａと断面積の大きい大断面部２１ｂで構成されている。金属部材２１の大断面部２１ｂは、絶縁体２３の溝部２５から絶縁体２３の表面に沿って張り出している。また、金属部材２１の大断面部２１ｂの絶縁体２３側の面と絶縁体２３の表面との距離は、放電をおこさない程度の距離に保持されている。絶縁体２３の他方の端面には、金属部材２２が接続している。ここで、金属部材２１の形状は、この形状に限られるものではなく、さらに多段に構成されてもよい。
【００４５】
第２の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部２０では、金属部材２１の大断面部２１ｂは、絶縁体２３の表面に沿って、金属膜２４の端部を超えるように張り出すことで、金属膜２４の端部に生じる電界集中を緩和することができる。これによって、金属部材２１と絶縁体２３との間の放電を抑制することができる。
また、フラッシュオーバーによる絶縁破壊を抑制することができる。
【００４６】
また、金属膜２４を溶解させて、金属部材２１と絶縁体２３とを接合させるため、金属部材２１と絶縁体２３との接続面の面粗さによって形成される空隙部を金属膜２４で充填することができる。これによって、金属部材２１と絶縁体２３との接続面の空隙部で生じる放電を抑制することができる。
【００４７】
また、図６に示すように、絶縁体２３を介して金属部材２１と対向する金属部材２６を、金属部材２１の大断面部２１ｂよりも大きな断面になるように構成してもよい。また、金属部材２６の絶縁体２３と接触する面への金属部材２１の大断面部２１ｂの射影が、金属部材２６の絶縁体２３と接触する面の内部にあるように、金属部材２１は配設されている。この構成によって、金属部材２６と図１に示した冷凍機一段ステージ８との接地電位面が広くなり、金属部材２１と絶縁体２３との間の電界集中を緩和することができる。
【００４８】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態の超電導装置は、第１の実施の形態の超電導装置１と熱アンカー部の構成のみが異なるので、熱アンカー部について説明し、第１の実施の形態の超電導装置１の構成と同一部分の説明は省略する。
【００４９】
第３の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部３０を図７を参照して説明する。
図７に示すように、第３の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部３０は、第２の実施の形態の熱アンカー部２０の電流リード５側の絶縁体２３表面の構成と金属部材２１の構成を、冷凍機一段ステージ８側の絶縁体の表面の構成と金属部材の構成に適用したものである。
【００５０】
熱アンカー部３０は、金属部材３１、３２、絶縁体３３、金属膜３４で主に構成されている。なお、これらの構成部の材料や特性は、第１の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部６で説明したものと同一なので、重複する説明を省略する。
【００５１】
絶縁体３３の双方の端面は、凹形形状の溝部３５を有し、その絶縁体３３の端面と平行な溝部３５の底面に凸形形状をなす金属部材３１、３２が、金属膜３４を介して接合されている。ここで、溝部３５の表面には、溝部３５の表面に渡って金属膜３４が形成されている。ここで、金属膜２４は、例えば、ペースト状の銀材料を溝部３５の表面に塗布し、その後焼き付けを行うことで生成される。さらに、絶縁体３３に形成される溝部は、４つの側面と底面からなる形状でも、２つの側面と底面からなる樋状の形状でもよい。
【００５２】
金属部材３１、３２は、凸形形状を有し、断面積の小さい小断面部３１ａ、３２ａと断面積の大きい大断面部３１ｂ、３２ｂとで構成されている。金属部材３１、３２の大断面部３１ｂ、３２ｂは、絶縁体３３の表面に沿って張り出している。また、金属部材３１、３２の大断面部３１ｂ、３２ｂの絶縁体３３側の面と絶縁体３３の表面との距離は、放電をおこさない程度の距離に保持されている。
【００５３】
第３の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部３０は、特に、交流電圧が印加されるとき対応させ、電流リード５側と冷凍機一段ステージ８側の構造を同一にし、金属部材３１、３２の大断面部３１ｂ、３２ｂは、絶縁体３３の溝部３５から絶縁体３３の表面に沿って、金属膜３４の端部を超えるように張り出すことで、金属膜３４の端部に生じる電界を緩和することができる。これによって、金属部材３１、３２と絶縁体３３との間の放電を抑制することができる。また、フラッシュオーバーによる絶縁破壊を抑制することができる。
【００５４】
また、金属膜３４を溶解させて、金属部材３１、３２と絶縁体３３とを接合するため、金属部材３１、３２と絶縁体３３との接続面の面粗さによって形成される空隙部を金属膜３４で充填することができる。これによって、金属部材３１、３２と絶縁体３３との接続面の空隙部で生じる放電を抑制することができる。
【００５５】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態の超電導装置は、第１の実施の形態の超電導装置１と熱アンカー部の構成のみが異なるので、熱アンカー部について説明し、第１の実施の形態の超電導装置１の構成と同一部分の説明は省略する。
【００５６】
第４の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部４０を図８を参照して説明する。
熱アンカー部４０は、金属部材４１、４２、絶縁体４３、金属膜４４、熱伝導体４５で主に構成されている。なお、金属部材４１、４２、絶縁体４３、金属膜４４の材料や特性は、第１の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部６で説明したものと同一なので、重複する説明を省略する。
【００５７】
熱伝導体４５には、熱伝導を促すことができる流動性を有する流動材として機能する、例えば、グリースなどや、ヤング率の小さい部材として機能する、例えば、インジウムなどが用いられる。
【００５８】
絶縁体４３の一方の端面（電流リード５側）は、凹形形状の溝部４６を有し、この溝部４６の表面には、溝部４６の表面に渡って金属膜４４が形成されている。ここで、金属膜４４は、例えば、ペースト状の銀材料を溝部４６の表面に塗布し、その後焼き付けを行うことで生成される。また、絶縁体４３の端面と平行で、金属膜４４が形成された溝部４６の底面に金属部材４１が、熱伝導体４５を介して接続されている。さらに、絶縁体４３に形成される溝部は、４つの側面と底面からなる形状でも、２つの側面と底面からなる樋状の形状でもよい。
【００５９】
熱伝導体４５は薄膜をなし、金属部材４１と金属膜４４との間において、熱伝導体４５は完全な層をなしておらず、所々で金属部材４１と金属膜４４とが接する部分もある。これにより、例えば、電気的な絶縁体であるグリースを熱伝導体４５として用いた場合でも、金属部材４１と金属膜４４とは等電位となる。
【００６０】
また、金属部材４１の熱は、熱伝導体４５、金属膜４４、絶縁体４３を介して金属部材４２に伝えられる。
【００６１】
第４の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部４０では、特に、金属部材４１と絶縁体４３とが金属膜４４を介して接合されていない場合などに、熱伝導体４５を介して金属部材４１と金属膜４４を接続させることで、金属部材４１と金属膜４４の等電位を保持することができる。これによって、金属部材４１と絶縁体４３との間の放電を抑制することができる。また、フラッシュオーバーによる絶縁破壊を抑制することができる。
【００６２】
また、金属部材４１と金属膜４４との間にグリースやインジウムなどの熱伝導体４５を介在させることで、金属部材４１と金属膜４４との接続面の面粗さによって形成される空隙部を熱伝導体４５で充填することができる。これによって、金属部材４１と金属膜４４との間の熱伝導を効率よく行わせることができる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の超電導装置によれば、熱アンカーにおける電界集中を緩和し、放電の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の超電導装置の概要を示す図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部の断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部の他の例を示す断面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部の他の例を示す断面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部の断面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部の他の例を示す断面図。
【図７】本発明の第３の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部の断面図。
【図８】本発明の第４の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部の断面図。
【図９】従来の伝導冷却式電流リードを用いた超電導装置の代表的な構成を示す図。
【図１０】従来の伝導冷却式電流リードを用いた超電導装置の熱アンカー部の断面図。
【符号の説明】
１…超電導装置
２…内槽容器
３…真空容器
４…超電導コイル
５…電流リード
５ａ…低温側電流リード
５ｂ…高温側電流リード
５ｃ…室温側端子電流リード
６…熱アンカー部
６ａ、６ｂ…金属部材
６ｃ…絶縁体
６ｄ…金属膜
６ｅ…溝部
６ｆ…境界部
７…冷凍機
８…冷凍機一段ステージ
９…冷凍機二段ステージ
１０…電源
１１…絶縁導入部
１２…真空部
【発明の属する技術分野】
本発明は、臨界温度以下に保持されるコイルや素子などの超電導部材と室温にある電源とを電気的に接続する電流リードにおける熱伝導による熱やジュール熱を、電気的絶縁を保持しつつ冷凍機や冷媒へと伝える熱アンカーを有する超電導装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、臨界温度以下に冷却された超電導コイルと室温にある電源とを電気的に接続し、かつ超電導コイルを永久電流モードに励磁し、あるいは永久電流モードを消磁するために用いられる電流リードの冷却方式には、伝導冷却式とガス冷却式とがある。ここでは、伝導冷却式について、次に説明する。
【０００３】
図９に、従来の伝導冷却式電流リードを用いた超電導装置の代表的な構成を示す。また、図１０に、熱アンカー部１１０の断面図を示す。
【０００４】
この従来の超電導装置１００は、臨界温度以下の状態で電気抵抗がゼロとなる超電導線を巻回して構成される超電導コイル１０１を収容している内槽容器１０２、これこの内槽容器１０２を収容し、かつ断熱状態に保持するために内部が真空状態にされる真空容器１０３から構成されている。
【０００５】
超電導コイル１０１は、冷凍機１０４の２段ステージ１０６により冷却される。
電流供給を担う電流リード１０７は、室温側端子電流リード１０７ｃから絶縁導入部１０８を介して真空部１０９に導入される。また、真空容器１０３内の電流リード１０７は、高温側電流リード１０７ｂと低温側電流リード１０７ａに区分され、その間に熱アンカー部１０１が設置される。
【０００６】
熱アンカー部１０１は、高温側電流リード１０７ｂによって熱伝導で伝えられた真空容器１０３の外部の熱、高温側電流リード１０７ｂや室温側端子電流リード１０７ｃで発生したジュール熱などの少なくとも一部を、冷凍機一段ステージ１０５に放熱させるために設けられている。また、冷凍機一段ステージ１０５は、一般には接地電位にあるため、熱アンカー部１１０は、熱的には良好な伝導体で、電気的には絶縁体である必要がある。
【０００７】
熱アンカー部１１０の電流リード側と冷凍機一段ステージ１０５側は、銅、アルミニウムなどの金属で形成された金属部材１１０ａ、１１０ｂで構成されている。また、これらの金属部材１１０ａ、１１０ｂの間には、絶縁体１１０ｃが介在している。
【０００８】
絶縁体１１０ｃには、電気的には絶縁体であり、かつ、熱的には良導体の性質を有する、窒化アルミニウム、サファイアなどが用いられている。また、絶縁体１１０ｃを金属部材１１０ａ、１１０ｂに対して大きい部材としているのは、高電位側の金属部材１１０ａから接地側の金属部材１１０ｂまでの沿面距離をかせぐためである（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００９】
【非特許文献１】
酒井政弘、外３名、「低温・真空中におけるセラミック沿面フラッシュオーバー特性」、基礎・材料・共通部門 平成８年度総合研究会論文集、電気学会、ｐ．２２９−２３８
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の超電導装置１００の熱アンカー部１１０では、熱アンカー部１１０の電流リード側の金属部材１１０ａと絶縁体１１０ｃの接触面の境界部１１１、つまり、電流リード１０７側の金属部材１１０ａのＲ部が始まる部分は、高電位にある金属部材１１０ａ、絶縁体１１０ｃ、真空部１０９の境界にある、いわゆるトリプルジャンクションにあたり、沿面方向に向かい高電界となりやすい。そのため、電流リード１０７に通電し電位が高くなるとこのトリプルジャンクションにあたる金属部材１１０ａと絶縁体１１０ｃの接触面の境界部１１１から放電しやすくなるという問題があった。最悪の場合、高電位側の金属部材１１０ａから接地側の金属部材１１０ｂまでの絶縁破壊を生じるという問題もあった。
【００１１】
また、絶縁体１１０ｃをさらに大きくしても、トリプルジャンクションにおける電界を下げることにはならないので、放電の起点となることは避けられないという問題があった。
【００１２】
そこで本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、熱アンカーにおける電界集中を緩和し、放電の発生を抑制することができる超電導装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の超電導装置は、臨界温度以下に冷却保持される超電導部材と、室温にある電源と前記超電導部材とを電気的に接続する電流リードと、前記電流リードに接続された第１の端面と前記第１の端面と対向する第２の端面とを有する第１の金属部材と、前記第２の端面の面積よりも面積が大きい金属膜を介して、前記第２の端面と面接触する第１の面を有する絶縁基板と、前記絶縁基板の第１の面と対向する第２の面と接触する第３の端面を有し、前記第３の端面と対向する第４の端面に冷却手段が接続された第２の金属部材とを具備することを特徴とする。
【００１４】
この超電導装置によれば、第１の金属部材と、第１の金属部材の第２の端面の面積より広く形成された金属膜とが等電位となるため、第１の金属部材と絶縁基板との接触面の境界部において、電界集中が緩和され、放電を抑制することができる。また、フラッシュオーバーによる絶縁破壊を抑制することができる。
【００１５】
また、金属膜を溶解させて、第１の金属部材と絶縁基板とを接合するため、第１の金属部材と絶縁基板との接続面の面粗さによって形成される空隙部を金属膜で充填することができる。これによって、第１の金属部材と絶縁基板との接続面の空隙部で生じる放電を抑制することができる。
【００１６】
また、絶縁基板の第１の面が溝部を有し、溝部の底面に金属膜を形成することもできる。さらに、溝部の底面以外に、側面にも金属膜を形成することもできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態の超電導装置１の概要を図１および図２を参照して説明する。図１に、第１の実施の形態の超電導装置１の構成の概要を示す。また、図２に、熱アンカー部６の断面図を示す。
【００１９】
第１の実施の形態の超電導装置１は、内槽容器２、真空容器３、超電導コイル４、電流リード５、熱アンカー部６、冷凍機７、冷凍機一段ステージ８、冷凍機二段ステージ９で主に構成されている。
【００２０】
内槽容器２は、例えば、液体ヘリウムや液体窒素などの冷媒を有し、臨界温度以下の状態を保持した容器であり、内槽容器２内部には、超電導部材として機能する、臨界温度以下の状態で電気抵抗がゼロとなる超電導線を巻回して構成される超電導コイル４が収納されている。ここで、超電導コイル４は、冷凍機７の冷凍機二段ステージ９と接触し、２段ステージ９によって冷却される。
【００２１】
真空容器３は、内槽容器２を収容し、真空容器３の外部と内槽容器２との熱の授受を抑制するため、その内部を真空状態にしている。これによって、内槽容器２と真空容器３との間を断熱状態に保持することができる。
【００２２】
電流リード５は、超電導コイル４を励磁または消磁する電源１０と超電導コイル４とを電気的に接続するものである。電流リード５は、室温側端子電流リード５ｃから絶縁導入部１１を介して真空部１２に導入される。また、電流リード５は、室温側端子電流リード５ｃ、高温側電流リード５ｂ、低温側電流リード５ａに区分される。
【００２３】
熱アンカー部６は、高温側電流リード５ｂと低温側電流リード５ａとの間に配置され、高温側電流リード５ｂや室温側端子電流リード５ｃにおいての通電時に発生したジュール熱、高温側電流リード５ｂによって伝わる熱の少なくとも一部を、冷凍機一段ステージ８に放熱させるために設けられている。また、冷凍機一段ステージ１０５は、一般には接地電位にあるため、熱アンカー部６は、熱的には良好な伝導体で、電気的には絶縁体である必要がある。
【００２４】
次に、図２を参照して、熱アンカー部６について、さらに説明する。
熱アンカー部６の金属部材６ａ、６ｂは、導電性で、熱伝導率の高い金属であり、例えば、銅、アルミニウムなどが用いられる。
【００２５】
金属部材６ａ、６ｂ間に設けられた絶縁体６ｃは、電気的には絶縁体で、熱的には良導体のものであればよく、例えば、窒化アルミニウム、サファイアなどが用いられる。
【００２６】
絶縁体６ｃの一方の端面（電流リード５側）は、凹形形状の溝部６ｅを有し、その絶縁体６ｃの端面と平行な溝部６ｅの底面に金属部材６ａが、金属膜６ｄを介して接合されている。ここで、溝部６ｅの底面は、金属部材６ａと、絶縁体６ｃの溝部６ｅの底面に垂直な側面との間で放電しない程度に、金属部材６ａの底面よりも広く構成されている。なお、絶縁体６ｃの溝部６ｅの側面は、底面に対して垂直であることに限らず、底面からテーパ状に広がる形状でもよい。さらに、絶縁体６ｃに形成される溝部は、４つの側面と底面からなる形状でも、２つの側面と底面からなる樋状の形状でもよい。
【００２７】
また、溝部６ｅの底面の金属膜６ｄは、金属部材６ａの底面よりも広い範囲に形成されている。ここで、金属膜６ｄは、例えば、ペースト状の銀材料を溝部６ｅの底面に塗布し、その後焼き付けを行うことで生成される。
また、図２に示す金属膜６ｄと接する側の金属部材６ａのＲ部は、製作可能な限り小さくしてもよい。
【００２８】
絶縁体６ｃの他方の端面には、金属部材６ｂが接続されている。また、金属部材６ａ、絶縁体６ｃおよび金属部材６ｂの積層部は、電気的な絶縁体からなる部材（図示していない）によって、積層方向に押圧をかけて固定されている。
【００２９】
また、図３に示すように、絶縁体６ｃの一方の端面（電流リード５側）に、金属膜６ｄを金属部材６ａの底面よりも広い範囲に形成し、絶縁体６ｃの一方の端面を平面で構成することもできる。
【００３０】
また、熱アンカー部６は、電流リード５と冷凍機一段ステージ８との間に設置され、熱アンカー部６の金属部材６ａが電流リード５と、熱アンカー部６の金属部材６ｂが冷凍機一段ステージ８と接続されている。ここで、金属部材６ａが高電位側、金属部材６ｂが接地電位側となる。
【００３１】
電源１０から電圧が印加され、電流リード５に通電されると、電流リード５には、ジュール熱が発生する。また、室温によって与えられた熱が、電流リード５の室温側端子電流リード５ｃから低温側である低温側電流リード５ａに向かって熱伝導される。
【００３２】
これらの高温側電流リード５ｂおよび室温側端子電流リード５ｃで発生したジュール熱の一部と高温側電流リード５ｂによって熱伝導された熱の少なくとも一部は、高温側電流リード５ｂと低温側電流リード５ａとの間に、熱アンカー部６を接続することによって、熱アンカー部６の金属部材６ａに熱伝導される。金属部材６ａに熱伝導された熱は、金属膜６ｄ、絶縁体６ｃを介して金属部材６ｂに伝えられ、さらに、金属部材６ｂから冷凍機一段ステージ８に伝えられる。また、金属部材６ｂは、金属部材６ｂよりも低温の冷凍機一段ステージ８により冷却されているので、効率よく金属部材６ｂから冷凍機一段ステージ８に熱を移動させることができる。
【００３３】
これによって、高温側電流リード５ｂおよび室温側端子電流リード５ｃで発生したジュール熱と高温側電流リード５ｂによって熱伝導された熱の少なくとも一部が、内槽容器２内の冷媒に伝わるのを抑制できるため、冷媒の温度が安定し、超電導コイルの冷却を安定して行うことができる。
【００３４】
また、電流リード５と接続されている熱アンカー部６の金属部材６ａは、絶縁体６ｃを介して金属部材６ｂに接続されているので、電流リード５を流れる電流が金属部材６ｂ側に流れることは通常はない。また、一般的には、高電位にある金属部材、絶縁体、真空部の境界であるトリプルジャンクションでは、沿面方向に向かい高電界となり、金属部材と絶縁体の接触面の境界部から放電をおこすことがある。
【００３５】
しかしながら、熱アンカー部６では、絶縁体６ｃの一方の端面は、凹形形状の溝部６ｅを有し、その絶縁体６ｃの端面と平行な溝部６ｅの底面に高電位にある金属部材６ａが、金属膜６ｄを介して接合されている。また、底面の金属膜６ｄは、金属部材６ａの底面よりも広い範囲に形成されている。これによって、金属部材６ａと、金属部材６ａの底面より広く形成された金属膜６ｄとが等電位となるため、金属部材６ａと絶縁体６ｃとの接触面の境界部６ｆにおいて、電界集中が緩和され、放電を抑制することができる。また、フラッシュオーバーによる絶縁破壊を抑制することができる。
【００３６】
また、金属膜６ｄを溶解させて、金属部材６ａと絶縁体６ｃとを接合するため、金属部材６ａと絶縁体６ｃとの接続面の面粗さによって形成される空隙部を金属膜６ｄで充填することができる。これによって、金属部材６ａと絶縁体６ｃとの接続面の空隙部で生じる放電を抑制することができる。
【００３７】
ここで、熱アンカー部６の境界部６ｆにおける電界と、図１０に示した従来の熱アンカー部１１０の金属部材１１０ａと絶縁体１１０ｃの接触面の境界部１１１における電界とを比較解析した一例では、本発明の熱アンカー部６の境界部６ｆにおける電界は、従来の熱アンカー部１１０の境界部１１１における電界の１／３程度であることがわかり、電界低下が得られていることがわかった。
【００３８】
さらに、高電位の金属部材６ａを金属膜６ｄを介して接合する絶縁体６ｃの一方の端面を凹形形状の溝部６ｅにすることで、金属部材６ａと金属部材６ｂ間の絶縁体６ｃの表面に沿った最短距離を示す沿面距離を増加させることができる。
これによって、電気的絶縁の強度を高めることができる。
【００３９】
また、図４に示すように、絶縁体６ｃの凹形形状の溝部６ｅの表面に渡って、金属膜６ｇを形成することもできる。
【００４０】
この構成において、金属部材６ａと、凹形形状の溝部６ｅの表面に形成された金属膜６ｇとが等電位となるため、凹形形状の溝部６ｅの底面に垂直な側面と、それに平行する金属部材６ａの側面との空間における放電を抑制することができる。これによって、電界集中がさらに緩和され、放電を抑制することができる。
また、フラッシュオーバーによる絶縁破壊を抑制することができる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態の超電導装置は、第１の実施の形態の超電導装置１と熱アンカー部の構成のみが異なるので、熱アンカー部について説明し、第１の実施の形態の超電導装置１の構成と同一部分の説明は省略する。
【００４２】
第２の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部２０を図５を参照して説明する。
熱アンカー部２０は、金属部材２１、２２、絶縁体２３、金属膜２４で主に構成されている。なお、これらの構成部の材料や特性は、第１の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部６で説明したものと同一なので、重複する説明を省略する。
【００４３】
絶縁体２３の一方の端面（電流リード５側）は、凹形形状の溝部２５を有し、その絶縁体２３の端面と平行な溝部２５の底面に凸形形状をなす金属部材２１が、金属膜２４を介して接合されている。ここで、溝部２５の表面には、溝部２５の表面に渡って金属膜２４が形成されている。ここで、金属膜２４は、例えば、ペースト状の銀材料を溝部２５の表面に塗布し、その後焼き付けを行うことで生成される。さらに、絶縁体２３に形成される溝部は、４つの側面と底面からなる形状でも、２つの側面と底面からなる樋状の形状でもよい。
【００４４】
金属部材２１は、凸形形状を有し、断面積の小さい小断面部２１ａと断面積の大きい大断面部２１ｂで構成されている。金属部材２１の大断面部２１ｂは、絶縁体２３の溝部２５から絶縁体２３の表面に沿って張り出している。また、金属部材２１の大断面部２１ｂの絶縁体２３側の面と絶縁体２３の表面との距離は、放電をおこさない程度の距離に保持されている。絶縁体２３の他方の端面には、金属部材２２が接続している。ここで、金属部材２１の形状は、この形状に限られるものではなく、さらに多段に構成されてもよい。
【００４５】
第２の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部２０では、金属部材２１の大断面部２１ｂは、絶縁体２３の表面に沿って、金属膜２４の端部を超えるように張り出すことで、金属膜２４の端部に生じる電界集中を緩和することができる。これによって、金属部材２１と絶縁体２３との間の放電を抑制することができる。
また、フラッシュオーバーによる絶縁破壊を抑制することができる。
【００４６】
また、金属膜２４を溶解させて、金属部材２１と絶縁体２３とを接合させるため、金属部材２１と絶縁体２３との接続面の面粗さによって形成される空隙部を金属膜２４で充填することができる。これによって、金属部材２１と絶縁体２３との接続面の空隙部で生じる放電を抑制することができる。
【００４７】
また、図６に示すように、絶縁体２３を介して金属部材２１と対向する金属部材２６を、金属部材２１の大断面部２１ｂよりも大きな断面になるように構成してもよい。また、金属部材２６の絶縁体２３と接触する面への金属部材２１の大断面部２１ｂの射影が、金属部材２６の絶縁体２３と接触する面の内部にあるように、金属部材２１は配設されている。この構成によって、金属部材２６と図１に示した冷凍機一段ステージ８との接地電位面が広くなり、金属部材２１と絶縁体２３との間の電界集中を緩和することができる。
【００４８】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態の超電導装置は、第１の実施の形態の超電導装置１と熱アンカー部の構成のみが異なるので、熱アンカー部について説明し、第１の実施の形態の超電導装置１の構成と同一部分の説明は省略する。
【００４９】
第３の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部３０を図７を参照して説明する。
図７に示すように、第３の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部３０は、第２の実施の形態の熱アンカー部２０の電流リード５側の絶縁体２３表面の構成と金属部材２１の構成を、冷凍機一段ステージ８側の絶縁体の表面の構成と金属部材の構成に適用したものである。
【００５０】
熱アンカー部３０は、金属部材３１、３２、絶縁体３３、金属膜３４で主に構成されている。なお、これらの構成部の材料や特性は、第１の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部６で説明したものと同一なので、重複する説明を省略する。
【００５１】
絶縁体３３の双方の端面は、凹形形状の溝部３５を有し、その絶縁体３３の端面と平行な溝部３５の底面に凸形形状をなす金属部材３１、３２が、金属膜３４を介して接合されている。ここで、溝部３５の表面には、溝部３５の表面に渡って金属膜３４が形成されている。ここで、金属膜２４は、例えば、ペースト状の銀材料を溝部３５の表面に塗布し、その後焼き付けを行うことで生成される。さらに、絶縁体３３に形成される溝部は、４つの側面と底面からなる形状でも、２つの側面と底面からなる樋状の形状でもよい。
【００５２】
金属部材３１、３２は、凸形形状を有し、断面積の小さい小断面部３１ａ、３２ａと断面積の大きい大断面部３１ｂ、３２ｂとで構成されている。金属部材３１、３２の大断面部３１ｂ、３２ｂは、絶縁体３３の表面に沿って張り出している。また、金属部材３１、３２の大断面部３１ｂ、３２ｂの絶縁体３３側の面と絶縁体３３の表面との距離は、放電をおこさない程度の距離に保持されている。
【００５３】
第３の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部３０は、特に、交流電圧が印加されるとき対応させ、電流リード５側と冷凍機一段ステージ８側の構造を同一にし、金属部材３１、３２の大断面部３１ｂ、３２ｂは、絶縁体３３の溝部３５から絶縁体３３の表面に沿って、金属膜３４の端部を超えるように張り出すことで、金属膜３４の端部に生じる電界を緩和することができる。これによって、金属部材３１、３２と絶縁体３３との間の放電を抑制することができる。また、フラッシュオーバーによる絶縁破壊を抑制することができる。
【００５４】
また、金属膜３４を溶解させて、金属部材３１、３２と絶縁体３３とを接合するため、金属部材３１、３２と絶縁体３３との接続面の面粗さによって形成される空隙部を金属膜３４で充填することができる。これによって、金属部材３１、３２と絶縁体３３との接続面の空隙部で生じる放電を抑制することができる。
【００５５】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態の超電導装置は、第１の実施の形態の超電導装置１と熱アンカー部の構成のみが異なるので、熱アンカー部について説明し、第１の実施の形態の超電導装置１の構成と同一部分の説明は省略する。
【００５６】
第４の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部４０を図８を参照して説明する。
熱アンカー部４０は、金属部材４１、４２、絶縁体４３、金属膜４４、熱伝導体４５で主に構成されている。なお、金属部材４１、４２、絶縁体４３、金属膜４４の材料や特性は、第１の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部６で説明したものと同一なので、重複する説明を省略する。
【００５７】
熱伝導体４５には、熱伝導を促すことができる流動性を有する流動材として機能する、例えば、グリースなどや、ヤング率の小さい部材として機能する、例えば、インジウムなどが用いられる。
【００５８】
絶縁体４３の一方の端面（電流リード５側）は、凹形形状の溝部４６を有し、この溝部４６の表面には、溝部４６の表面に渡って金属膜４４が形成されている。ここで、金属膜４４は、例えば、ペースト状の銀材料を溝部４６の表面に塗布し、その後焼き付けを行うことで生成される。また、絶縁体４３の端面と平行で、金属膜４４が形成された溝部４６の底面に金属部材４１が、熱伝導体４５を介して接続されている。さらに、絶縁体４３に形成される溝部は、４つの側面と底面からなる形状でも、２つの側面と底面からなる樋状の形状でもよい。
【００５９】
熱伝導体４５は薄膜をなし、金属部材４１と金属膜４４との間において、熱伝導体４５は完全な層をなしておらず、所々で金属部材４１と金属膜４４とが接する部分もある。これにより、例えば、電気的な絶縁体であるグリースを熱伝導体４５として用いた場合でも、金属部材４１と金属膜４４とは等電位となる。
【００６０】
また、金属部材４１の熱は、熱伝導体４５、金属膜４４、絶縁体４３を介して金属部材４２に伝えられる。
【００６１】
第４の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部４０では、特に、金属部材４１と絶縁体４３とが金属膜４４を介して接合されていない場合などに、熱伝導体４５を介して金属部材４１と金属膜４４を接続させることで、金属部材４１と金属膜４４の等電位を保持することができる。これによって、金属部材４１と絶縁体４３との間の放電を抑制することができる。また、フラッシュオーバーによる絶縁破壊を抑制することができる。
【００６２】
また、金属部材４１と金属膜４４との間にグリースやインジウムなどの熱伝導体４５を介在させることで、金属部材４１と金属膜４４との接続面の面粗さによって形成される空隙部を熱伝導体４５で充填することができる。これによって、金属部材４１と金属膜４４との間の熱伝導を効率よく行わせることができる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の超電導装置によれば、熱アンカーにおける電界集中を緩和し、放電の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の超電導装置の概要を示す図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部の断面図。
【図３】本発明の第１の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部の他の例を示す断面図。
【図４】本発明の第１の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部の他の例を示す断面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部の断面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部の他の例を示す断面図。
【図７】本発明の第３の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部の断面図。
【図８】本発明の第４の実施の形態の超電導装置の熱アンカー部の断面図。
【図９】従来の伝導冷却式電流リードを用いた超電導装置の代表的な構成を示す図。
【図１０】従来の伝導冷却式電流リードを用いた超電導装置の熱アンカー部の断面図。
【符号の説明】
１…超電導装置
２…内槽容器
３…真空容器
４…超電導コイル
５…電流リード
５ａ…低温側電流リード
５ｂ…高温側電流リード
５ｃ…室温側端子電流リード
６…熱アンカー部
６ａ、６ｂ…金属部材
６ｃ…絶縁体
６ｄ…金属膜
６ｅ…溝部
６ｆ…境界部
７…冷凍機
８…冷凍機一段ステージ
９…冷凍機二段ステージ
１０…電源
１１…絶縁導入部
１２…真空部
Claims (7)
- 臨界温度以下に冷却保持される超電導部材と、
室温にある電源と前記超電導部材とを電気的に接続する電流リードと、
前記電流リードに接続された第１の端面と前記第１の端面と対向する第２の端面とを有する第１の金属部材と、
前記第２の端面の面積よりも面積が大きい金属膜を介して、前記第２の端面と面接触する第１の面を有する絶縁基板と、
前記絶縁基板の第１の面と対向する第２の面と接触する第３の端面を有し、前記第３の端面と対向する第４の端面に冷却手段が接続された第２の金属部材と
を具備することを特徴とする超電導装置。 - 前記絶縁基板の前記第１の面が、溝部を有し、前記溝部の底面に、前記金属膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の超電導装置。
- 前記絶縁基板の前記第１の面の前記溝部の側面が、さらに金属膜で形成されていることを特徴とする請求項２記載の超電導装置。
- 前記第１の金属部材が、凸部を有し、前記第２の端面が前記凸部に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の超電導装置。
- 前記絶縁基板の第２の面が、溝部を有し、前記溝部の底面および側面が金属膜で覆われ、前記第２の金属部材が、凸部を有し、前記第３の端面が前記凸部に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の超電導装置。
- 前記第１の金属部材が、前記金属膜が形成された前記絶縁基板の第１の面に、流動性材料または前記第１の金属部材よりもヤング率の小さい部材を介して設置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の超電導装置。
- 前記第１の端面の前記第３の端面への射影が、前記第３の端面内にあることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の超電導装置。
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