JP2015162427A - 超電導電流リード - Google Patents

Abstract

【課題】取付箇所に応じて容易に取り付けることができ、信頼性の高い超電導電流リードを実現すること。
【解決手段】超電導電流リード１０は、可撓性を有するテープ状の超電導線材１１と、超電導線材１１の両端部に接合される金属電極１２−１、１２−２と、可撓性を有し、且つ、超電導線材１１を覆うように金属電極１２−１、１２−２間に架け渡される筒状補強部材１４と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、酸化物超電導線材を用いた超電導電流リードに関し、特に、超電導線材を補強部材で覆うように収容した超電導電流リードに関する。

近年、超電導ケーブルや超電導マグネット等、超電導を利用した超電導応用機器の分野では、実用化に向けてさかんに研究、開発が行われている。一般に、超電導応用機器は低温部（低温容器）に設置され、常温部に設置された外部機器（例えば電源）と、電流リードを介して接続される。

一般に、超電導電流リードは、テープ状の超電導線材、超電導線材の一端部（高温側）に配置される第１の金属電極、及び超電導線材の他端部（低温側）に配置される第２の金属電極を備える。超電導線材と第１の金属電極及び第２の金属電極は、例えば半田付けにより接合される。

これら超電導線材、第１の金属電極、及び第２の金属電極は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）で構成されたカバー部材内に収容され、支持される（例えば特許文献１）。このように、超電導線材、第１の金属電極、及び第２の金属電極がカバー部材内に収容される場合、超電導線材は直線状に保持されることが一般的であり、超電導電流リード自体も直線状に形成されて折曲できない構造となっている。

特開２０００−３０７７６号公報

上述したように一般的に超電導電流リードは、直線状に形成されている。このため、超電導応用機器と外部機器とを接続する際に、寸法誤差等によって両機器間の位置にずれがあり、両機器間に超電導電流リードの全長に対応した間隔が空いていない場合、超電導電流リードを接続する作業が困難であり、手間が掛かるという問題がある。

本発明の目的は、折曲可能で有り、取付箇所に応じて容易に取り付けることができ、信頼性の高い超電導電流リードを提供することである。

本発明の超電導電流リードの一つの態様は、
可撓性を有するテープ状の超電導線材と、
前記超電導線材の両端部に接合される金属電極と、
可撓性を有し、且つ、前記超電導線材を覆うように前記金属電極間に架け渡される筒状補強部材と、
を備える構成を採る。

本発明によれば、超電導線材とともに超電導線材を覆う筒状補強部材が可撓性を有することによって、超電導電流リード自体を曲げることができるので、取付箇所に応じて容易に取り付けることができ、信頼性の高い超電導電流リードを実現する。

本発明の実施の形態１の超電導電流リードを用いた超電導磁石装置を示す図 実施の形態１の超電導リードの外観図 図２の超電導電流リードの要部構成を示す部分断面図 超電導線材の一般的な構成を示す図 実施の形態１の超電導電流リードの作用の説明に供する図 実施の形態１の変形例１としての超電導電流リードを示す部分断面図 実施の形態１の変形例２としての超電導電流リードを示す部分断面図 本発明の実施の形態２の超電導電流リードの外観図 実施の形態２の超電導電流リードの要部構成を示す部分断面図 実施の形態２の超電導電流リードの作用の説明に供する図 実施の形態２の変形例１としての超電導電流リードの作用の説明に供する図

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る超電導電流リード１０を用いた超電導磁石装置１を示す図である。図２は、超電導リード１０の外観図である。図３は、図２の超電導電流リード１０の要部構成を示す部分断面図である。図４は、超電導線材１１の一般的な構成を示す図である。

図１に示す超電導磁石装置１は、超電導電流リード１０、常電導電流リード３５、超電導コイル２０、電源３０、及び低温容器４０等を備える。

低温容器４０は、内側の容器４１と外側の真空槽４２とからなる二重構造を有する。容器４１は冷凍機（図示略）に接続される。真空槽４２は真空ポンプ（図示略）に接続され、内部を真空状態に保持される。

超電導コイル２０は、超電導線材を巻線したコイルである。超電導コイル２０は、低温部となる容器４１内に配置される。超電導コイル２０は、超電導電流リード１０と接続するためのコイル電極２１を有する。

電源３０は、常温部となる低温容器４０外に配置される。電源３０は、常電導電流リード３５及び超電導電流リード１０を介して、超電導コイル２０に電流を供給する。常電導電流リード３５は、例えば銅線である。

超電導電流リード１０は、図１及び図３に示すように複数のテープ状の超電導線材１１、第１の電極１２−１、第２の電極１２−２、及び筒状補強部材１４を有する。超電導電流リード１０は、容器４１内に配置される。超電導電流リード１０では、超電導線材１１の高温側となる一端部は第１の電極１２−１に接続され、低温側となる他端部は第２の電極１２−２に接続される。超電導電流リード１０は、常態時において、第１の電極１２−１、超電導線材１１及び第２の電極１２−２が直線状に並ぶように、形成されている。超電導電流リード１０は、第１の電極１２−１で、所定位置に配置された常電導電流リード３５に接続された導体引出部（図示略）に接続され、第２の電極１２−２で、所定位置に配置された超電導コイル２０のコイル電極２１に接続されている。

超電導電流リード１０では、超電導線材１１を複数本備えた構成としたが、これに限らず、超電導線材１１を１本用いた構成としてもよい。

超電導線材１１は、図４に示すように、超電導層１１３を有するテープ状の線材である。超電導線材１１は、例えばテープ状の金属基板１１１上に、中間層１１２、超電導層１１３、安定化層１１４が順に形成された積層構造を有しており、可撓性を有する。

金属基板１１１は、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ系（具体的には、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ−Ｍｏ系のハステロイ（登録商標）Ｂ、Ｃ、Ｘ等）、Ｗ−Ｍｏ系、Ｆｅ−Ｃｒ系（例えば、オーステナイト系ステンレス）、又は、Ｆｅ−Ｎｉ系（例えば、非磁性の組成系のもの）等の材料に代表される低磁性の結晶粒無配向・耐熱高強度金属基板である。

中間層１１２は、例えば金属基板１１１からの元素の拡散が超電導層１１３に及ぶのを防止するための第１の中間層（拡散防止層）と、超電導層１１３の結晶を一定の方向に配向させるための第２の中間層（配向層）など、複数の中間層を有する。第１の中間層は、例えばガリウムドープ酸化亜鉛層（ＧＺＯ）又はイットリウム安定化ジルコニア層（ＹＳＺ）で構成される。第１の中間層の成膜には、例えばイオンビームアシスト蒸着法（ＩＢＡＤ：Ion Beam Assisted Deposition）を適用できる。第２の中間層は、例えば酸化セリウム層（ＣｅＯ_２）で構成される。第２の中間層の成膜には、例えばＲＦスパッタ法を適用できる。また、２層以上の構造を有する中間層１１２として、第１の中間層としてのＧＺＯ層と、ＣｅＯ_２層との間に、ＩＢＡＤ法によりなるＭｇＯ層、スパッタリング法によりなるＬａＭｎＯ_３層を順に積層したものとしてもよい。

超電導層１１３は、例えばＲＥＢａ_ｙＣｕ_３Ｏ_ｚ系超電導体（ＲＥは、Ｙ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ及びＹｂから選択される１又は２種以上の希土類元素であり、ｙ≦２及びｚ＝６．２〜７）等の酸化物超電導体で構成される。ＲＥ系超電導体としては、ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７で表されるイットリウム系超電導体が代表的である。超電導層１１３の成膜には、有機金属体積法（ＭＯＤ：Metal-organic deposition）、パルスレーザー蒸着法（ＰＬＤ：Pulsed Laser Deposition）、スパッタ法、又は有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）を適用できる。

超電導層１１３には、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｃｅ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｎｂのうち少なくとも１つを含む５０［ｎｍ］以下の酸化物粒子が磁束ピンニング点として分散していることが好ましい。この場合、超電導層１１３の成膜法としては、三フッ化酢酸塩（ＴＦＡ）を用いたＴＦＡ−ＭＯＤ法が好適である。例えば、ＴＦＡを含むＢａ溶液中に、Ｂａと親和性の高いＺｒ含有ナフテン酸塩等を混合することにより、ＲＥ系超電導体からなる超電導層１１３に、Ｚｒを含む酸化物粒子（ＢａＺｒＯ_３）を磁束ピンニング点として分散させることができる。なお、超電導層１１３中に磁束ピンニング点を分散する手法は、公知の技術を適用することができる（例えば特開２０１２−０５９４６８号公報）。

超電導層１１３中に磁束ピンニング点を分散させることにより、超電導線材１１が湾曲した状態で用いられても、磁場の影響を受けにくく、安定した超電導特性が発揮される。

安定化層１１４は、主に水分等から超電導層１１３を保護するとともに、超電導状態が部分的に破れて抵抗が発生（常電導転移）した場合に電流を迂回させるための層である。安定化層１１４は、電気抵抗率が低く、熱伝導率の高い材料で構成されるのが好ましく、例えばＡｇ又はＣｕで構成される。安定化層１１４の成膜には、例えばスパッタ法を適用できる。

なお、超電導線材１１の熱収縮率は、主として金属基板１１１に依存する。室温から７７Ｋに冷却した際のハステロイの熱収縮率は、０．２０４％である。また、超電導線材１１の熱伝導率は、主として金属基板１１１及び安定化層１１４に依存する。７７Ｋにおけるハステロイの熱伝導率は５．１６４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、Ａｇの熱伝導率は２３７．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。

また、超電導線材１１の線材幅は、０ｍｍより大きく１０ｍｍ以下であり、ここでは幅１ｍｍとしている。

第１の電極１２−１（高温側電極）及び第２の電極１２−２（低温側電極）は、銅又は銅合金等の金属材料で構成される。第１の電極１２−１は、容器４１の底面近傍に配置され、導体引出部（図示略）を介して常電導電流リード３５に接続される。第１の電極１２−１の近傍の温度は、例えば７７Ｋである。第２の電極１２−２は、超電導コイル２０の近傍に配置され、超電導コイル２０のコイル電極２１に接続される。第２の電極１２−２の近傍の温度は、例えば４．２Ｋである。

第１の電極１２−１及び第２の電極１２−２は、それぞれ接続する超電導線材１１の延在方向（超電導電流リードの長手方向でもある）における一方の端面に超電導線材１１が取り付けられている。

なお、第１の電極１２−１と第２の電極１２−２は、本実施の形態では同形状に構成されている。このため、第１の電極１２−１と第２の電極１２−２との構成を同名称、同符号を用いて説明する。

第１の電極１２−１及び第２の電極１２−２は、図３に示すように、電極本体１２１と、電極本体１２１において長手方向（超電導電流リード１０の延在方向）の両端側にそれぞれ一体に設けられた線材接続部１２２及び端子接続部１２３と、を備える。

本実施の形態１では、線材接続部１２２は、円柱状に形成され、第１の電極１２−１、第２の電極１２−２とのそれぞれで互いに対向して配置されている。第１の電極１２−１の線材接続部１２２及び第２の電極１２−２の線材接続部１２２には、超電導線材１１の両端部のそれぞれが接続されている。

線材接続部１２２の外周面には、複数の超電導線材１１の端部が周方向に所定間隔を空けて、互いに並行に配置されている。これら超電導線材１１の端部のそれぞれは半田付けにより電気的に接続されている。このように、超電導線材１１は、線材接続部１２２間で、長手方向に延在するように配置され、線材接続部１２２間で架設した状態となっている。

また、第１の電極１２−１及び第２の電極１２−２において互いに対向する端面（線材接続部１２２の端面）同士は、可撓性を有し且つ導電性を有する導電部材１３により接続されている。

導電部材１３は、超電導線材１１が破損したときにバイパスとして機能し、超電導磁石装置１を保護する。
導電部材１３は、互いに対向する線材接続部１２２間で、且つ、線材接続部１２２の外周間を接続する超電導線材１１で囲まれる領域内で、長手方向に延在するように取り付けられている。導電部材１３は、超電導線材１１の延在方向に沿って、超電導線材１１と並んで配置されている。

ここでは導電部材１３は、金属線材を螺旋状に巻回して構成されたコイルバネである。
導電部材１３は、コイルバネのように螺旋状に形成されているため、線材接続部１１間を直線で繋ぐ場合よりも、導通させる際の導通経路の長さは長くなっており、直線で繋ぐ場合と比較して線材接続部１１間で熱を伝わりにくくしている。

超電導電流リード１０では、第１の電極１２−１及び第２の電極１２−２の線材接続部１２２間において導電部材１３の外周を囲むように、超電導線材１１が配設されている。

なお、線材接続部１２２における超電導線材１１との接続構造は、超電導線材１１を線材接続部１２２の外周面で、半田を介して接続する構成としたがこれに限らない。例えば、線材接続部１２２の端面に、超電導線材１１を固定するための固定溝を設け、この固定溝に、超電導線材１１の端部を挿入して接続するようにしてもよい。この構成の場合、固定溝に超電導線材１１の端部を挿入して半田を流し込むことで超電導線材１１と線材接続部１２２が電気的に接続されるようにしてもよい。また、この構成の場合、端面間を接続するコイルバネ（導電部材１３）は、端面同士の間において、端面間で架設される超電導線材１１を囲むように配置されてもよいし、線材接続部１２２の端面同士に設けずに、外周面同士の間で架設されるようにしてもよい。また、線材接続部１２２の端面に固定溝を形成する場合では、固定溝の幅方向両端は、開放されていてもよいし、閉塞されていてもよい。

このように、超電導電流リード１０では、線材接続部１２２の外周面に、周方向に所定間隔を空けて複数の超電導線材１１が配設されている。これにより、超電導線材１１の幅と、線材接続部１２２の外周の長さに応じて、多くの超電導線材１１を配設でき、所望の大電流を通電可能となっている。

電極本体１２１は、線材接続部１２２と端子接続部１２３との間に介設されている。電極本体１２１は、ここでは、線材接続部１２２の外径よりも大きい外径を有する円柱状に形成されている。電極本体１２１には、線材接続部１２２側の端部で、支持部材１５−１、１５−２を介して、筒状補強部材１４が固定されている。

端子接続部１２３は、超電導電流リード１０の他方の端面を構成する。第１の電極１２−１における端子接続部１２３は、常電導電流リード３５に接続された導体引出部（図示略）に導通可能に接続され、第２の電極１２−２における端子接続部１２３は、超電導コイル２０のコイル電極２１（図１参照）に導通可能に接続されている。

筒状補強部材１４は、超電導線材１１を覆う筒状体であり、可撓性を有する。筒状補強部材１４は、超電導線材１１を覆うように、電極１２（１２−１、１２−２）間に架設されている。

筒状補強部材１４は、絶縁性を有する材料より形成されることが好ましいが、取り付けられる電極１２−１、１２−２を導通させなければどのような材料で形成されてもよい。ここでは、筒状補強部材１４は、外周を蛇腹状に形成し、軸心に対して折曲可能なステンレス製のコルゲート管（コルゲート状体）により構成されている。筒状補強部材１４であるコルゲート管の開口する両端部で、支持部材１５−１、１５−２を介して、電極１２−１、１２−２（ここでは、各電極１２の電極本体１２１）にそれぞれ固定されている。これにより、筒状補強部材１４は、線材接続部１２１間に架設された状態となっている。

筒状補強部材１４の材料は、例えば、ステンレス合金、ニッケル基合金、チタン合金等がある。

支持部材１５（１５−１、１５−２）は、ここでは絶縁性を有する絶縁部材として形成されている。

支持部材１５は、ここでは筒状に形成されており、一端部で、筒状補強部材１４の端部にそれぞれ固定され、他端部で、各電極１２の電極本体１２１に固定されている。支持部材１５は、それぞれ、電極１２及び筒状補強部材１４に接着により固定されている。

支持部材１５は、例えば、超電導線材１１よりも熱伝導率が低いＧＦＲＰにより形成されてもよい。なお、７７ＫにおけるＧＦＲＰの熱伝導率は０．３９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、超電導線材１１の熱伝導率よりも著しく小さい。

これら支持部材１５（１５−１、１５−２）は、筒状補強部材１４を、第１の電極１２−１、第２の電極１２−２に対して、超電導線材１１を覆い、且つ、両電極１２と絶縁した状態で取り付けている。

支持部材１５を介して、電極１２間に取り付けられた筒状補強部材１４によって、電極１２間、つまり、超電導線材１１の両端部は、所定の電極間距離となるように位置決めされている。

このように構成された超電導電流リード１０は、可撓性を有するテープ状の超電導線材１１と、超電導線材１１の両端部に接合される電極１２と、可撓性を有し、且つ、超電導線材１１を覆うように電極１２間に架け渡される筒状補強部材１４とを有する。また、筒状補強部材１４は、電極１２に絶縁部材である支持部材１５を介して固定された金属製のコルゲート管である。また、電極１２（第１の電極１２−１、第２の電極１２−２）間に配置される導電部材１３はコイルバネであって可撓性を有するため、軸方向に対して折曲できる。

これにより、超電導電流リード１０は、図５に示すように、超電導線材１１が直線状態で配設された部分で曲げることができ、直線状態を基準状態とすると、基準状態の中心軸線Ｃから、両端をずれた位置（ずれの長さｌ）に両端部をずらすことが可能となっている。

ここで言う端部のずれとは、超電導電流リード１０において一端部を固定した際の他端部の可動範囲を意味する。

超電導電流リード１０によれば、超電導線材１１とともに超電導線材１１を覆う筒状補強部材１４が可撓性を有することによって、超電導電流リード１０自体を曲げることができる。これにより、超電導電流リード１０を取り付ける際に、取付箇所に応じて容易に取り付けることができ、信頼性の高い超電導電流リードを実現する。

例えば、超電導電流リード１０を用いて、低温部に設置された超電導応用機器と、常温部に設置された外部機器とへの接続位置がずれていても、両機器を容易に接続することができる。具体的には、超電導応用機器と外部機器とのそれぞれの接続位置が所定の距離よりも短かったり、超電導電流リード１０の予定した取付箇所の軸線からずれたりしている場合でも、中央部部分を折曲させることで、それに対応して配置し、両機器を接続できる。

なお、実施の形態１の超電導電流リード１０において、筒状補強部材１４が絶縁性を有する材料、例えば、繊維強化プラスチック等の樹脂で形成され、且つ、可撓性を有する場合、支持部材１５を介することなく、筒状補強部材１４の両端部を直接電極に固定した構成としてもよい。

また、超電導線材１１は、超電導電流リード１０自体が、その軸心に沿った直線状態から曲げられる場合、その曲げられる方向に、超電導線材１１の厚み方向を一致させて電極１２に接続されることが好ましい。

例えば、超電導電流リード１０を設置する箇所（例えば、図１に示す低温部に設置された超電導応用機器と、常温部に設置された外部機器とへの接続位置）がずれており、超電導電流リード１０の設置の際に曲げる方向Ａが予め設定されているとする。このような設置箇所に配置される超電導電流リードの変形例として図６に示す。

図６に示す超電導電流リード１０Ａは、超電導電流リード１０と同様の構成において、電極１２に対する超電導線材１１の配置位置を代えたものである。その他の構成は、超電導電流リード１０と同様である。よって、超電導電流リード１０Ａにおいて超電導電流リード１０と同様の構成については同名称、同符号を付して説明は省略する。

すなわち、超電導電流リード１０Ａは、可撓性を有するテープ状の超電導線材１１と、超電導線材１１の両端部に接合される電極１２−１、１２−２と、可撓性を有し、且つ、超電導線材１１を覆うように電極１２間に架け渡される筒状補強部材１４とを有する。また、筒状補強部材１４は、支持部材１５−１、１５−２を介して、絶縁された状態で電極１２−１、１２−２に固定されている。

超電導電流リード１０Ａでは、電極１２同士を接続する超電導線材１１は、その厚み方向が筒状補強部材１４の曲がる方向Ａ（例えば中心軸線Ｃに対してずれる方向）と一致するように、電極１２間（第１の電極１２−１、第２の電極１２−２間）に配置されている。すなわち、超電導線材１１は、超電導電流リードにおいて、短手方向（幅方向）に曲がらないように配置されることが好ましい。

超電導電流リード１０Ａによれば、超電導線材１１とともに超電導線材１１を覆う筒状補強部材１４が可撓性を有することによって、超電導電流リード１０と同様に、超電導電流リード自体を曲げることができる。これにより、超電導電流リード１０Ａを取り付ける際に、取付箇所に応じて容易に取り付けることができ、信頼性の高い超電導電流リードを実現する。

なお、実施の形態１の超電導電流リード１０の構成において導電部材１３を外して、図７に示すような超電導電流リード１０Ｂの構成としてもよい。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係る超電導電流リード１０Ｃの外観図である。図９は、図８の超電導電流リード１０Ｃの要部構成を示す側断面図である。

なお、本実施の形態２の超電導電流リード１０Ｃは、実施の形態１の超電導電流リード１０と同様に、低温部に設置された超電導応用機器（例えば図１の超電導コイル２０と、常温部に設置された外部機器（例えば図１の電源３０）との接続に用いられる。

超電導電流リード１０Ｃは、超電導電流リード１０の基本的構成及び基本的構成による同様の作用効果を有する。よって、以下では、超電導電流リード１０と同様の構成については、同名称、同符号を付して説明を省略する。

すなわち、超電導電流リード１０Ｃは、図８及び図９に示すように複数のテープ状の超電導線材１１と、筒状補強部材１４Ｃと、超電導線材１１の両端部にそれぞれ接続される第１の電極１２Ｃ−１及び第２の電極１２Ｃ−２と、を有する。

超電導電流リード１０Ｃは、図１に示す容器４１内に配置される。超電導電流リード１０Ｃでは、常態時において、超電導線材１１と、超電導線材１１の両端部に接続された第１の電極１２Ｃ−１及び第２の電極１２Ｃ−２とが直線状に並ぶように、形成されている。

超電導電流リード１０Ｃは、第１の電極１２Ｃ−１で、所定位置に配置された常電導電流リード３５（図１参照）に接続された導体引出部（図示略）に接続され、第２の電極１２Ｃ−２で、所定位置に配置された超電導コイル２０（図１参照）のコイル電極２１に接続される。

超電導電流リード１０Ｃでは、超電導線材１１の高温側となる一端部が、第１の電極１２Ｃ−１に接続されており、低温側となる他端部が第２の電極１２Ｃ−２に接続されている。

なお、超電導電流リード１０Ｃでは、実施の形態１における超電導線材１１と同様の超電導線材１１を２本用いた構成として説明する。

第１の電極１２Ｃ−１（高温側電極）及び第２の電極１２Ｃ−２（低温側電極）は、銅又は銅合金等の金属材料で構成される。なお、第１の電極１２Ｃ−１は、実施の形態１の第１の電極１２−１と同様に、容器４１（図１参照）の底面近傍に配置され、導体引出部（図示略）を介して常電導電流リード３５（図１参照）に接続される。第１の電極１２Ｃ−１の近傍の温度は、例えば７７Ｋである。第２の電極１２Ｃ−２は、実施の形態１の第２の電極１２−２と同様に、超電導コイル２０（図１参照）の近傍に配置され、超電導コイル２０のコイル電極２１（図１参照）に接続される。第２の電極１２Ｃ−２の近傍の温度は、例えば４．２Ｋである。

第１の電極１２Ｃ−１及び第２の電極１２Ｃ−２は、それぞれ超電導線材１１の延在方向（超電導電流リードの長手方向でもある）に沿って配置される。
第１の電極１２Ｃ−１及び第２の電極１２Ｃ−２は、互いに対向する面側で、超電導線材１１を介して接続され、長手方向において対向する側の面とは逆の面側で、超電導応用機器或いは電源等の外部機器に接続される。なお、第１の電極１２Ｃ−１と第２の電極１２Ｃ−２は、本実施の形態２では同形状に構成されている。このため、以下では、第１の電極１２Ｃ−１について説明し、第２の電極１２Ｃ−２の構成については、第１の電極１２Ｃ−１と同様の構成に同名称、同符号を用いて、その説明を省略する。
第１の電極１２Ｃ−１及び第２の電極１２Ｃ−２は、電極本体１２１Ｃ、線材接続部１２２Ｃ及び端子接続部１２３Ｃを備える。これら電極本体１２１Ｃ、線材接続部１２２Ｃ及び端子接続部１２３Ｃは、実施の形態１の電極本体１２１、線材接続部１２２及び端子接続部１２３と同様の機能を有する。

第１の電極１２Ｃ−１及び第２の電極１２Ｃ−２では、線材接続部１２２Ｃが、電極本体１２１Cにおいて長手方向（超電導電流リード１０の延在方向）の一端部に連続して設けられている。線材接続部１２２Ｃは、実施の形態１の線材接続部１２２と同様に、超電導線材１１を接続するものである。
線材接続部１２２Ｃは、第１の電極１２Ｃ−１において長手方向における一端面を構成する。この一端面は、第１の電極１２Ｃ−１の構成と同様の構成である第２の電極１２Ｃ−２の一端面と、互いに対向する端面であり、本実施の形態では、これら線材接続部１２２Ｃ同士の端面間で、超電導線材１１が接続されている。
すなわち、線材接続部１２２Ｃの一端面には、超電導線材１１を固定するための固定溝１２５−１が設けられている。

固定溝１２５−１、１２５−２では、幅方向（ここでは、超電導電流リード１０Ｃが直線状態から曲がる方向Ａ１と直交し、且つ軸方向とも直交する方向）の両端は、開放された形状（断面Ｕ字状）としていてもよいし、閉塞された形状（切り込み形状）としてもよい。ここでは、図８及び図９に示すように、固定溝１２５−１、１２５−２の幅方向の両端は、開放されている。固定溝１２５−１、１２５−２の高さ（超電導線材１１の厚み方向に対応）は、超電導線材１１の厚みよりも若干大きく設定される。固定溝１２５−１、１２５−２の深さ（超電導電流リード１０Ｃの延在方向である軸方向の長さ）は、超電導線材１１と強固に接合し、接続抵抗が充分小さく、かつ支持できる程度であればよい。

第１の電極１２Ｃ−１の固定溝１２５−１には、超電導線材１１の一方の端部が固定溝１２５−１の底部に突き当たるまで挿入されている。第２の電極１２Ｃ−２の固定溝１２５−２には、超電導線材１１の他方の端部が固定溝１２５−２の底部に突き当たるまで挿入されている。超電導線材１１と固定溝１２５−１、１２５−２の隙間には溶融半田が充填される。すなわち、超電導線材１１と第１の電極１２Ｃ−１及び第２の電極１２Ｃ−２は、半田付けにより接合され、電気的に接続される。ここでは、電極１２Ｃ（１２Ｃ−１、１２Ｃ−２）には、平行に並ぶ２本の超電導線材１１の両端部が接合されている。

これら超電導線材１１は、筒状補強部材１４Ｃの曲がる方向Ａ１と、超電導線材１１の厚み方向とを一致させた状態で電極１２Ｃ−１、１２Ｃ−２に接続されている。

このように、超電導電流リード１０Ｃでは、固定溝１２５−１、１２５−２に超電導線材１１が挿入されて接合されるので、電極１２と超電導線材１１との接続工程が極めて容易であり、また超電導電流リード１０Ｃ自体の小型化を図る上でも有用である。

電極本体１２１Ｃは、線材接続部１２２Ｃと端子接続部１２３Ｃとの間に介設されている。電極本体１２１Ｃは、ここでは線材接続部１２２Ｃとで同形の外周形状を有する直方体状に形成されている。
そして、電極本体１２１には、線材接続部１２２を覆うように、筒状補強部材１４Ｃが外嵌された状態で固定されている。
なお、端子接続部１２３Ｃは、超電導電流リード１０の端子接続部１２３と同様に、超電導電流リード（ここでは超電導電流リード１０Ｃ）の他方の端面を構成する。第１の電極１２Ｃ−１における端子接続部１２３Ｃは、常電導電流リード３５（図１参照）に接続された導体引出部（図示略）に、導通可能に接続されている。一方、第２の電極１２−２における端子接続部１２３Ｃは、超電導コイル２０のコイル電極２１（図１参照）に導通可能に接続されている。

筒状補強部材１４Ｃは、超電導電流リード１０Ｃにおいて、電極１２Ｃ（１２Ｃ−１、１２Ｃ−２）間に設けられた超電導線材１１を覆うように設けられている。

筒状補強部材１４Ｃは、可撓性を有する中空の合成樹脂材料により形成された直方体状チューブであり、延在方向に延びる軸心に対して折曲可能となっている。筒状補強部材１４Ｃは、ここでは絶縁性を有する。

筒状補強部材１４Ｃは、超電導線材１１の両端部に接合された第１の電極１２Ｃ−１と第２の電極１２Ｃ−２（詳細には電極本体１２１Ｃ）に固定されることで、第１の電極１２Ｃ−１と第２の電極１２Ｃ−２との間の距離が、所定の電極間距離となるようにしている。

なお、筒状補強部材１４Ｃは、内部の収容部１４２に超電導線材１１と、超電導線材１１が接続された電極１２Ｃの線材接続部１２２Ｃが収容されるように、電極本体１２１Ｃに外嵌し、その両端部を、電極本体１２１Ｃの周囲に配置する。

このように構成された超電導電流リード１０Ｃは、可撓性を有するテープ状の超電導線材１１と、超電導線材１１の両端部に接合される電極１２Ｃと、可撓性を有し、且つ、超電導線材１１を覆うように電極１２Ｃ間に架け渡される筒状補強部材１４Ｃとを有する。

これにより、図１０に示すように、超電導電流リード１０Ｃは、超電導線材１１が配設された部分で曲げることができ、直線状態を基準状態とすると、基準状態の中心軸線Ｃから、両端部の一方をずれた位置に位置することで、両端部をずらすことが可能となっている。ここでは、基準状態にある超電導電流リード１０Ｃでは、両端部の一方を、基準状態の中心軸線Ｃから中心軸線Ｃと直交する方向に長さｌだけずれた位置に位置させることができる。

超電導電流リード１０Ｃによれば、超電導線材１１とともに超電導線材１１を覆う筒状補強部材１４Ｃが可撓性を有することによって、超電導電流リード１０Ｃ自体を曲げることができる。これにより、超電導電流リード１０Ｃを取り付ける際に、取付箇所に応じて容易に取り付けることができ、信頼性の高い超電導電流リードを実現する。

例えば、超電導電流リード１０Ｃを用いて、低温部に設置された超電導応用機器と、常温部に設置された外部機器とへの接続位置がずれていても、両機器を容易に接続することができる。具体的には、超電導応用機器と外部機器との接続位置が、所定の距離よりも短かったり、超電導電流リード１０Ｃの予定した取付箇所の中心軸線Ｃからずれたりしている場合でも、中央部部分を折曲させることで、ずれに対応して配置して両機器を接続できる。図１０では、超電導電流リード１０Ｃは、長さｌの範囲内における両端部の位置ずれを吸収できる。

なお、電極１２Ｃ（第１の電極１２Ｃ−１、第２の電極１２Ｃ−２）間に、超電導線材１１と並行に導電部材を設け、この電極１２Ｃ同士は、可撓性を有する導電部材を介して通電可能に構成してもよい。これにより、実施の形態１の導電部材と同様に、超電導線材１１が損傷した場合に、導電部材をバイパスとして機能させることができる。なお、導電部材は、超電導線材１１及び筒状補強部材１４Ｃとともに折曲できる。また、導電部材がコイルバネであれば実施の形態１の導電部材と同様の作用効果を得ることができる。

さらに、実施の形態２の超電導電流リード１０Ｃにおいて、筒状補強部材１４Ｃは、金属製のコルゲート管（コルゲート状体）で構成してもよい。この場合、コルゲート状体の角状管の両端部は、電極１２に絶縁部材を介して固定するようにする。これにより、実施の形態２の超電導電流リード１０Ｃと同様の作用効果を得ることができる。

また、超電導電流リード１０Ｃでは、実施の形態１における超電導線材１１と同様の超電導線材１１を２本用いた構成として説明しているが、これに限らず、１本の超電導線材１１、或いは、図１１の超電導電流リード１０Ｄに示すように、３本以上の超電導線材１１を電極１２Ｃ−１、１２Ｃ−２間に複数の超電導線材１１を配置した構成としもよい。

図１１に示す超電導電流リード１０Ｄでは、電極１２Ｄ（１２Ｄ−１、１２Ｄ−２）間に、電極１２Ｄを、両端部で接続する超電導線材１１が３本以上並んで配置されている。これにより、設置環境に応じて折曲可能であり、且つ、大容量電流を通電可能な超電導電流リード１０Ｄを実現できる。

さらに、実施の形態１、実施の形態１の変形例１、２、実施の形態２及び実施の形態２の変形例における筒状補強部材１４、１４Ｃは、それぞれ超電導電流リード１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄをそれぞれ取り付ける際に可撓性を有するものであればよい。

すなわち、筒状補強部材１４、１４Ｃをゴム等の可撓性を有する合成樹脂で形成し、超電導電流リード１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄを所定の箇所に曲げて設置した後、経時に硬化するものでもよい。また、筒状補強部材１４、１４Ｃの外形は、円柱状、直方体状としたが、取り付ける際に可撓性を有していれば、外形は、六角形状、八角形状等の多角形状にする等、どのような形状にしてもよい。

［実施例１］
実施例１では、ＹＢＣＯからなる超電導層を有する超電導線材１１を２０本用意し、この両端部に、表面に錫めっき処理が施された無酸素銅製の金属電極１２−１、１２−２を接合した。また、バイパスとして機能する導電部材１３として、螺旋状のステンレス線材（コイルバネ）を、金属電極１２−１、１２−２の互いに対向する端面間に配置して、両電極１２−１、１２−２を導通可能な状態にした。さらに可撓性を有する筒状補強部材１４としてステンレス製のコルゲート管を、超電導線材１１、導電部材１３を覆うように配置して、その両端部をＧＦＲＰ製の支持部材１５−１、１５−２を介して、金属電極１２−１、１２−２に固定することで、超電導電流リード１０を作製した。超電導電流リード１０の全長Ｌは、２２０ｍｍ、電極１２−１、１２−２の直径は４０ｍｍとした。超電導線材１１は、幅１ｍｍ、厚さ０．１２ｍｍとし、コルゲート管は、内径３８ｍｍ、外径４８ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ１ｍｍ、外周の波の高さ５ｍｍ、波のピッチ１０ｍｍとした。コイルバネは、螺旋内径２４ｍｍ、螺旋外径２８ｍｍ、螺旋長さ１００ｍｍ、螺旋ピッチ１０ｍｍ、線径２ｍｍ、線の長さ８１７ｍｍとした。支持部材１５−１、１５−２は、内径３８ｍｍ、外径４０ｍｍ、長さ２５ｍｍとした。このときの超電導電流リード１０における両端部で可能なずれ（図５に示す超電導電流リード１０の軸心を通り直交する方向の両端部間の距離）は２２ｍｍであり、全長Ｌに対するずれ（長さ）ｌの割合は１０（上述したｌ／Ｌ×１００）％であった。

また、実施例１に係る超電導電流リードについて、極低温環境下における臨界電流特性を評価した。具体的には、超電導電流リードの金属電極に熱伝導板を取り付け、伝導冷却により超電導電流リードにおいて高温側が７７Ｋとなるように冷却し、低温側が４．２Ｋとなり、臨界電流値Ｉｃ（設計値５００Ａ）を測定した。なお、外部磁場は０Ｔ（自己磁場中）とした。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 超電導磁石装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 超電導電流リード
１１ 超電導線材
１２、１２Ｃ、１２Ｄ 電極
１２−１、１２Ｃ−１ 第１の電極（金属電極）
１２−２、１２Ｃ−２ 第２の電極（金属電極）
１３ 導電部材
１４、１４Ｃ 筒状補強部材
１５ 支持部材
２０ 超電導コイル
３０ 電源
３５ 常電導電流リード
４０ 低温容器
１１１ 金属基板
１１２ 中間層
１１３ 超電導層
１１４ 安定化層
１２１、１２１Ｃ 電極本体
１２２、１２２Ｃ 線材接続部
１２３、１２３Ｃ 端子接続部

Claims (7)

1. 可撓性を有するテープ状の超電導線材と、
   前記超電導線材の両端部に接合される金属電極と、
   可撓性を有し、且つ、前記超電導線材を覆うように前記金属電極間に架け渡される筒状補強部材と、
   を備える、
   超電導電流リード。
2. 前記筒状補強部材は、前記金属電極に絶縁部材を介して固定された金属製のコルゲート状体である、
   請求項１記載の超電導電流リード。
3. 前記絶縁部材は、繊維強化プラスチックで構成されることを特徴とする請求項２に記載の超電導電流リード。
4. 前記金属電極は、前記超電導線材と並んで配置された導電性及び可撓性を有する導電部材を介して接続されている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の超電導電流リード。
5. 前記導電部材はコイルバネである、
   請求項４記載の超電導電流リード。
6. 前記超電導線材は、厚み方向を前記筒状補強部材の曲がる方向と一致させた状態で、前記金属電極に接続されている、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の超電導電流リード。
7. 前記超電導線材は、金属基板上に中間層、超電導層、安定化層が順に積層されることで構成され、
   前記超電導層はＴＦＡ−ＭＯＤ法により形成され、
   前記超電導層中に、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｅのうち少なくとも１つを含む５０μｍ以下の酸化物粒子が磁束ピンニング点として分散していることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の超電導電流リード。

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