JP2014504349A - 極低温素子絶縁体 - Google Patents
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Abstract
【構成】本発明は、極低温素子（２）の絶縁体（１）を提供する。絶縁体は、金属被着ポリマー膜とポリマーネットの交互層からなる多層絶縁材料からなる内側部分（４）を有する。この内側部分（４）を包囲する外側支持メッシュ（５）は、ステンレス鋼からなる。この絶縁体（１）は、支持メッシュ（５）が極低温素子（２）の動作から生じる力を原因とする損傷に対して内側部分（４）を保持するため、極低温素子（２）を絶縁するために好適である。
【選択図】図１
【選択図】図１
Description
本発明は、極低温素子の絶縁体に関する。
一部の機械装置においては、極低温の温度範囲を維持して動作を適正化する必要がある。例えば、超伝導電気装置の超伝導素子の場合、超伝導を示す温度に維持する必要がある。素子を極低温域に維持するためには、素子を冷却すると同時に、同じ温度域に維持されていない隣接素子（adjacent components）からこの素子を絶縁する必要がある。極低温素子の加熱を最小限に抑えるためにこれを真空室に封じ込めたとしても、一般には、この素子の温度を高くする放射熱負荷を防止するために、絶縁する必要がある。
従来、極低温素子を多層絶縁体（multi-layer insulation）で包着することによって絶縁を行っている。この絶縁体は、アルミ被覆二軸配向ポリエチレンテレフタレート（例えばＭｙｌａｒ（登録商標））の薄いシートとポリエステルネットを交互に積層したものからなる。多層絶縁体（multi-layer insulation）の場合、きわめて軽量で感度がよくなければならない。
多くの安定的極低温素子（static cryogenic components）の場合、これを多層絶縁体で包着し、これを極低温用テープで所定位置に保持すればそれで十分であるが、安定的（static）ではない、即ち動作時に動く動的極低温素子（cryogenic components）の場合、素子動作時に多層絶縁体に動作疲労が発生し、裂けるか、あるいは剥離する傾向がある。この結果、多層絶縁体の絶縁効率が大きく低下する。この絶縁効率低下は、特に、動作時に回転し、大きな求心力が作用する極低温素子の場合に顕著にみられる。このような極低温素子の実例は、高速超電導回転電気装置でみられる。
以上の点からみて、動作時に極低温素子の動作から発生する力に対してすぐれた抵抗を確保するすぐれた絶縁性を極低温素子（cryogenic components）に与えることが必要である。より具体的には、高速超電導回転電気装置の極低温素子に対してすぐれた絶縁性を確保する必要がある。
本発明による極低温素子の絶縁体は、内側部分が金属被着ポリマー膜層とポリマーネット層が交互に積層した多層絶縁体（an inner portion formed of a multi-layer insulating material comprising alternating layers of metalized polymer film and polymer netting）からなり、そして外側支持メッシュが実質的に内側部分を取り囲む（substantially surrounding the inner portion）ステンレス鋼からなる。
本発明の絶縁体は、従来の絶縁体と比較した場合、外側支持メッシュが多層絶縁体からなる内側部分に極低温素子の動作から生じる力に対して保護を与える点ですぐれた作用効果を発揮する。
本発明の絶縁体材料は、多層絶縁体材料である。一般に、多層絶縁体は単層絶縁体と比較した場合絶縁性がきわめてすぐれている点で好ましい。多層絶縁体材料は、金属被着ポリマー膜層とポリマーネット層を交互に積層したものからなる。これらの層は、任意の好適な金属被着ポリマー膜と任意の好適なポリマーネットから構成することができる。なお、金属被着ポリマー膜としてはアルミニウム被着二軸配向ポリエチレンテレフタレート（例えばＭｙｌａｒ（登録商標））が好ましく、ポリマーネットとしてはポリエステルネットが好ましい。また、容易に理解できるように、これら材料はいずれも当業者にとって公知な任意の実質的に等価な材料と代替可能である。
本発明の支持メッシュは、強度が比較的高く、耐腐食性にすぐれ、高真空極低温用途に適性を示すステンレス鋼で構成する。自動車のマフラを構成するさいに、あるいは小動物用のフェンスを構成するさいに利用されている従来のステンレス鋼メッシュなどが、本発明の絶縁体に利用することができる。なお、本発明の用途に特化して具体的に製造されたステンレス鋼メッシュを利用することが好ましい。
本発明の絶縁体にさらに接着テープを使用して、内側部分を極低温素子周囲に保持するのが有利である。この接着テープの場合、極低温素子の周囲に位置した後で、外側の支持メッシュを内側部分の周囲に包着する（wrapped around）前に内側部分に貼着することができる。接着テープとしては、高真空極低温用途に利用するのが好適な任意のテープを使用することができる。本発明の好適な実施態様では、接着テープとしてアルミニウム被着二軸配向ポリエチレンテレフタレートテープからなるテープを使用することができる。
また、本発明の絶縁体に、好ましくは伝熱性の低い材料からなる複数のスペーサを使用して、内側部分を極低温素子の表面から離間しておくことができる。すなわち、これらスペーサは絶縁材料からなる内側部分を極低温素子の表面から離間する作用をもつ。当業者ならば容易に理解できるように、スペーサは、絶縁材料を極低温素子の周囲に直接包着する場合に好適である。理由は、極低温素子の絶縁性をさらに改善できるからである。
本発明の絶縁体がスペーサを有する場合、これらスペーサは高真空極低温適性を示す任意の材料で構成することができる。スペーサはガラス繊維強化プラスチック（ＧＲＰ）や炭素繊維強化プラスチック（ＣＲＰ）で構成することが有利である。
使用時、当業者にとって自明な任意の手段または方法を使用して、内側部分周囲の所定位置に本発明の支持メッシュを保持することができる。一般的にいえば、本発明の一部を構成するスペーサを使用する場合には、まずこれらを位置決めすることによって本発明の絶縁体を極低温素子周囲に装着することができる。次に、スペーサに被せ、閉じ、そして接着テープまたはその他の好適な手段を使用して、所定位置に保持する。最後に、支持メッシュを内側部分の周囲に緩く包着し、適当な方法で所定位置に固着すればよい。支持メッシュを所定位置に保持するために必要な最小の張力（tension）で支持メッシュを包着すれば、内側部分の周囲に支持メッシュを包着することによって発生する内側部分の圧縮作用を最小限に抑えることができ、好ましい。内側部分の過剰な圧縮は、内側部分の絶縁性が低くなるため好ましくない。スペーサを利用すると、スペーサによって直接支持される内側部分断面において内側部分の圧縮が確実に局在化するため、内側部分の圧縮作用を最小限に抑えることができる。
本発明の好適な実施態様の場合、絶縁体にさらに支持メッシュを内側部分周囲に保持するワイヤタイ（結束用針金）を使用してもよい。これら結束用針金は、当業者にとっては自明な方法でワイヤメッシュを所定位置に結束するために使用できる。ステンレス鋼製の結束用針金を使用するのが好ましいが、任意の適当な材料からなるものを使用することも可能である。
また、本発明は金属被着ポリマー膜（metalized polymer film）とポリマーネット（polymer netting）の交互層（alternating layers）からなる多層絶縁材料製（multi-layer insulating material）の内側部分で極低温素子を包囲する工程、および内側部分をステンレス鋼製の支持メッシュで包着する工程からなる極低温素子を絶縁する方法を提供するものである。
本発明の方法は、支持メッシュで内側部分を包着すると、絶縁材料からなる内側部分を極低温素子の動作から発生する力から保護（to protect the inner portion of the insulating material against forces resulting from the motion of the cryogenic component）できるため有利である。
本発明の方法の場合、極低温素子を内側部分で包囲する前に、低伝熱性を示すスペーサを極低温素子に被着する工程（the step of over-binding the cryogenic component with spacers formed of low thermal conductivity）を有することが有利である。
本発明方法を使用して極低温素子を絶縁する場合、当業者にとって自明な任意の好適な方法で内側部分を所定位置に保持することができる。なお、この場合内側部分を接着テープによって所定位置に保持することが好ましい。当業者にとって自明な好適な方法で支持メッシュは所定位置に保持することができるが、少なくとも一本の結束用針金を使用して、支持メッシュを所定位置に保持することが好ましい。
本発明の方法は、実質的に、本発明の絶縁体で極低温素子を絶縁する工程からなる。特に、以上説明してきた絶縁体の作用効果および材料はいずれも本発明方法に適用可能である。例えば、内側部分は、アルミニウム被着二軸配向ポリエチレンテレフタレートとポリエステルネットの交互層からなる多層絶縁体で構成することが好ましく、スペーサを使用する場合には、炭素繊維強化プラスチックまたはガラス繊維強化プラスチックで構成することが好ましい。
本発明の絶縁体は、真空室内、低温槽（例えば構造用取り付き部材）内、あるいは低温槽自体の一部内に設けられる任意の素子を始めとする任意の好適な極低温素子の周囲に設けることができる。
本発明の前記以外の細部および作用効果は、添付図面に示し、かつ以下説明する好適な実施態様の細部から明らかになるはずである。
本発明の好適な実施態様による絶縁体１を図１に示す。図示のように、絶縁体１は極低温素子２の周囲に設ける。ここで図１は概略図であり、従って絶縁体１を構成する異なる層の相対的な層厚は正確ではない。
図示の絶縁体１は複数のスペーサ３、多層絶縁体からなる内側部分４、および支持メッシュ５からなる。スペーサ３は、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＲＰ）のバンドである。内側部分４は、アルミニウム被着二軸配向ポリエチレンテレフタレートとポリエステルネットの交互層からなる従来の多層絶縁体で形成する。支持メッシュ５はステンレス鋼で形成する。
絶縁体１は、以下のようにして極低温素子２の周囲に包着する。
最初に、極低温素子２にスペーサ３を被着する。スペーサ３の被着位置は、絶縁体の１の内側部分４を支持できる好適な位置であればよい。具体的には、スペーサ３は実質的に相互に平行であり、極低温素子の外面周囲に実質的に一定の間隔で位置する。
次に、絶縁体の内側部分４をスペーサに被せ、閉じ、そしてアルミニウム被着二軸配向ポリエチレンテレフタレート（図示省略）を使用して従来と同様な方法で内側部分４を所定位置に保持する。
最後に、内側部分４の周囲に支持メッシュ５を緩く包着し、短いステンレス鋼（図示省略）を使用して所定位置に結束する。
ここで重要なのは、内側部分４を支持メッシュ５で包着する張力である。支持メッシュ５をあまりにも強く包着すると、内側部分４の圧縮が異常になるため、絶縁体１による熱絶縁量が低下する。一方、支持メッシュ５をあまりにも緩く包着すると、極低温素子の動作（例えば回転）によって発生する力に対する内側部分４の支持（保護）が不十分になる。
支持メッシュ５のメッシュ孔サイズも重要な要素である。メッシュ孔サイズについては、内側部分に異常な圧縮作用が加わらないように十分大きくなければならず、また支持メッシュ５の内側部分４に対する支持（保護）が不十分にならない程度におさめる必要がある。支持メッシュ５の適正なメッシュ孔サイズは、絶縁すべき極低温素子２および極低温素子が動作する条件に依存する。当業者ならば、支持メッシュ５の適正なメッシュ孔サイズを容易に決定できるはずである。
１：絶縁体
２：極低温素子
３：スペーサ
４：内側部分
５：支持メッシュ
２：極低温素子
３：スペーサ
４：内側部分
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Claims (13)
- 金属被着ポリマー膜とポリマーネットの交互層からなる多層絶縁材料からなる内側部分（４）、および
前記内側部分を実質的に包囲するステンレス鋼からなる外側支持メッシュ（５）からなることを特徴とする極低温素子（２）の絶縁体（１）。
- 前記多層絶縁材料が、アルミニウム被着二軸配向ポリエチレンテレフタレートとポリエステルネットの交互層からなる請求項１に記載の絶縁体（１）。
- さらに、前記極低温素子（２）の周囲の所定位置に前記内側部分（４）を保持する接着テープを有する請求項１または２に記載の絶縁体（１）。
- 前記接着テープが、アルミニウム被着二軸配向ポリエチレンテレフタレートテープである請求項３に記載の絶縁体（１）。
- さらに、低伝熱性材料のバンドからなり、前記内側部分（４）を前記極低温素子（２）の表面から離間する複数のスペーサ（３）を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の絶縁体（１）。
- 前記スペーサ（３）が、ガラス繊維強化プラスチックである請求項５に記載の絶縁体（１）。
- 前記スペーサ（３）が、炭素繊維強化プラスチックである請求項５に記載の絶縁体（１）。
- さらに、前記支持メッシュ（５）を前記内側部分（４）の周囲に保持する結束用針金を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の絶縁体（１）。
- 前記結束用針金がステンレス鋼からなる請求項８に記載の絶縁体（１）。
- 金属被着ポリマー膜とポリマーネットの交互層からなる多層絶縁材料からなる内側部分（４）で極低温素子（２）を包囲する工程、および
前記内側部分（４）をステンレス鋼からなる支持メッシュ（５）で包着する工程からなる極低温素子（２）を絶縁することを特徴とする方法。
- さらに、前記極低温素子（２）を前記内側部分（４）で包囲する前に、低伝熱性材料のバンドからなるスペーサ（３）を前記極低温素子（２）の上に被着する工程を有する請求項１０に記載の方法。
- 接着テープを使用して前記内側部分（４）を所定位置に保持する請求項１０または１１に記載の方法。
- 少なくとも１本の結束用針金を使用して前記支持メッシュ（５）を所定位置に保持する請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の方法。
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