JP5693915B2 - 超電導電流リード及び超電導マグネット装置 - Google Patents

Description

本発明は、超電導体を用いた超電導電流リード及び超電導マグネット装置に関する。

超電導マグネット装置等の超電導機器には、超電導コイル等の超電導体に電力を供給するための電流リードが用いられている。例えば超電導マグネット装置では、電流リードを介して、室温側（高温側）に設置された電源と、低温側に設置された超電導コイルとが電気的に接続される。

超電導コイルには、通常、電流リードを介して大電流が流される。また、超電導コイルの超電導状態を保持するために、超電導コイルの温度を臨界温度以下の極低温に保持する必要がある。従って、電流リードとして、電流が流れる際にジュール熱を発生させないように、電気抵抗が略０に近い超電導体、中でも臨界温度の高いＹ系、Ｂｉ系等の酸化物超電導材料を用いるのが一般的である。以下、超電導体を用いた電流リードを超電導電流リードという。

酸化物超電導材料を用いた超電導電流リードの超電導体として、従来は、酸化物超電導材料をバルク状に加工したバルク状超電導体が用いられていた。しかし、バルク状超電導体は、製造コストが高いという欠点がある。そこで、最近は、超電導材料を金属材料と複合化し、線材状に加工した超電導線材、特に超電導テープ線材が、超電導電流リードの超電導体として、用いられるようになってきている。超電導線材又は超電導テープ線材は、比較的容易に製造することができるため、バルク状超電導体と比較して製造コストが低いという利点を有する。

超電導マグネット装置では、超電導コイルが発生する磁場が、超電導電流リードの超電導テープ線材の幅広面（以下「テープ面」という。）に対して平行に印加されることがある。すると、超電導電流リードに流れる電流と超電導コイルが発生する磁場とにより生ずるローレンツ力が、超電導電流リードを構成する超電導テープ線材に作用する。

特に、超電導テープ線材が延在する方向に直交する方向であって、かつ、テープ面に平行な方向に磁場が印加され、超電導体テープ線材のテープ面に垂直な方向にローレンツ力が作用する場合を考える。すると、超電導テープ線材が延在する方向に直交する方向であって、かつ、テープ面に垂直な方向に超電導テープ線材が変位して歪が発生し、臨界電流値が低下するおそれがある。また、作用するローレンツ力が大きくなり、発生した歪が破壊歪に近づくと、超電導テープ線材が破損するおそれがある。

更に、超電導体テープ線材が変位して発生する歪としては、ローレンツ力によるものに限られない。例えば超電導マグネット装置を冷却する際に、超電導体テープ線材を固定する部材の収縮に伴って、超電導体テープ線材が延在する方向に圧縮され、超電導体テープ線材が延在する方向に直交する方向であって、かつ、テープ面に垂直な方向に変位して歪が発生することがある。

超電導テープ線材に歪が発生して臨界電流値が低下すること、又は、超電導テープ線材が破損することを防止するために、例えばガラス繊維強化エポキシ樹脂よりなる外被部材により、超電導テープ線材を全体的に接触して包囲しながら固定する方法がある（例えば特許文献１参照。）。

特開平０８−１８５７２６号公報

ところが、上記したような、外被部材により超電導テープ線材を全体的に接触して包囲しながら固定する方法には、次のような問題がある。

特許文献１に開示されるように、例えば外被部材により超電導テープ線材を接触して固定すれば、上記した歪の発生を防止することはできる。しかし、外被部材を介して高温側から低温側に熱が侵入するため、低温側への熱侵入量が多くなり、高温側から低温側に侵入する熱量が大きくなるという問題がある。

また、上記した課題は、超電導電流リードを構成する超電導体の延在する方向に垂直な断面の形状が、その断面に平行な異なる二つの方向に沿った幅寸法のうち一方が他方に比べて短い場合、例えば矩形形状である場合にも、共通する課題である。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、超電導電流リードにおける超電導体が変位することによる臨界電流値の低下又は破損を防止するとともに、低温側に侵入する侵入熱量を低減することができる超電導電流リードを提供する。

上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる手段を講じたことを特徴とするものである。

本発明は、一端に設けられた高温側電極端子と、他端に設けられた低温側電極端子と、前記高温側電極端子と前記低温側電極端子とを接続するように設けられ、前記高温側電極端子から前記低温側電極端子に向かって延在する超電導体と、前記超電導体が延在する方向と直交する方向への前記超電導体の変位を規制するように設けられた変位規制部材とを有し、前記変位規制部材は、表面が絶縁され、前記超電導体よりも高温側及び前記超電導体よりも低温側のいずれか一方にのみ接触するように設けられ、前記超電導体に固定されていない、超電導電流リードである。

また、本発明は、上述の超電導電流リードにおいて、前記変位規制部材は、前記超電導体よりも高温側で支持され、前記超電導体が延在する方向と直交する方向への前記超電導体の高温側の部分の変位を規制するように設けられた第１の変位規制部材と、前記超電導体よりも低温側で支持され、前記超電導体が延在する方向と直交する方向への前記超電導体の低温側の部分の変位を規制するように設けられた第２の変位規制部材とにより構成される。

また、本発明は、上述の超電導電流リードにおいて、前記超電導体の変位は、前記超電導体に流れる電流と、前記超電導体の低温側に接続されている超電導コイルが発生する磁場とにより生ずるローレンツ力による変位である。

また、本発明は、本発明に係る超電導電流リードと、前記超電導電流リードの低温側に接続されている超電導コイルとを有する、超電導マグネット装置である。

本発明によれば、超電導電流リードにおける超電導体が変位することによる臨界電流値の低下又は破損を防止するとともに、低温側に侵入する侵入熱量を低減することができる。

実施の形態に係る超電導マグネット装置の構成を示す断面図である。 実施の形態に係る超電導電流リードの斜視図及び上面図である。 変位規制部材が設けられていない超電導電流リード（比較例１）の斜視図及び側面図である。 変位規制部材が設けられていない超電導電流リード（比較例１）の斜視図である。 変位規制部材が設けられていない超電導電流リード（比較例１）の斜視図である。 外被部材により被覆されている超電導テープ線材（比較例２）を示す一部断面を含む斜視図である。 実施の形態に係る超電導電流リードの別の例における斜視図及び上面図である。 実施の形態に係る超電導電流リードの別の例における斜視図及び上面図である。 実施の形態の第１の変形例に係る超電導電流リードの斜視図及び正面図である。 実施の形態の第２の変形例に係る超電導電流リードの斜視図である。

次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
（実施の形態）
＜超電導マグネット装置＞
次に、図１を参照し、実施の形態に係る超電導マグネット装置１について説明する。図１は、超電導マグネット装置１の構成を示す断面図である。

本実施の形態に係る超電導マグネット装置１は、図２を用いて後述する超電導電流リード１０を冷凍機冷却型超電導マグネット装置に適用したものである。冷凍機として、例えば１段式又は２段式のギフォード・マクマホン（Gifford-McMahon：ＧＭ）冷凍機を用いることができる。

超電導マグネット装置１は、真空容器２、超電導コイル３、伝熱部材４、荷重支持体５、熱シールド板６、ＧＭ冷凍機７、常温ブスバー８、１段電流ライン９、超電導電流リード１０、及び２段電流ライン１１を有する。

真空容器２は、例えば略円筒状の形状を有している。真空容器２の上面には、ＧＭ冷凍機７が固定されている。

超電導コイル３は、超電導線材により形成されている。超電導コイル３は、熱シールド板６で囲まれた空間に設けられている。超電導コイル３は、伝熱部材４を介して後述する低温側冷却ステージ７ｄに接続されており、ＧＭ冷凍機７により冷却されて超電導状態となる。

超電導コイル３は、後述する超電導電流リード１０の低温側に接続されている。そして、超電導コイル３は、真空容器２の外部に設けられた電源８ａから、後述する１段電流ライン９、超電導電流リード１０、及び２段電流ライン１１を介して電力が供給される。

図１に示す例では、超電導コイル３が囲繞する空間は熱シールド板６で囲まれた空間に含まれている。しかし、真空容器２及び熱シールド板６に円筒状の形状を有する凹部を設け、超電導コイル３が、凹部により画成される空間を囲繞するようにしてもよい。

伝熱部材４は、超電導コイル３と後述する低温側冷却ステージ７ｄとの間に設けられている。伝熱部材４は、超電導コイル３と低温側冷却ステージ７ｄと熱的に接続し、低温側冷却ステージ７ｄの冷熱を超電導コイル３に伝熱するものである。

荷重支持体５は、真空容器２と伝熱部材４との間に設けられている。荷重支持体５は、伝熱部材４を真空容器２に取り付けることによって、伝熱部材４に取り付けられた超電導コイル３の荷重を支持するためのものである。

熱シールド板６は、真空容器２の内部に設けられている。熱シールド板６は、超電導コイル３へ侵入する輻射熱を抑制するためのものである。熱シールド板６は、銅、アルミニウム等の電気伝導率の大きい材料により形成されており、例えば略円筒状の形状を有している。

ＧＭ冷凍機７は、１段目冷却シリンダ７ａ及び２段目冷却シリンダ７ｂよりなる多段冷却シリンダ構造を有している。１段目冷却シリンダ７ａは、真空容器２の内部に挿入されており、２段目冷却シリンダ７ｂは、熱シールド板６で囲まれた空間に挿入されている。

熱シールド板６の天板の上部には、高温側冷却ステージ７ｃが固定されており、高温側冷却ステージ７ｃには、１段目冷却シリンダ７ａが接続されている。高温側冷却ステージ７ｃは、１段目冷却シリンダ７ａにより冷却される。熱シールド板６の天板の下部には、高温側冷却ステージ７ｃと接続するように２段目冷却シリンダ７ｂが設けられている。２段目冷却シリンダ７ｂの下側先端には、低温側冷却ステージ７ｄが接続されている。低温側冷却ステージ７ｄは、２段目冷却シリンダ７ｂにより冷却される。高温側冷却ステージ７ｃ及び低温側冷却ステージ７ｄは、銅、アルミニウム等の高熱伝導率部材で形成されている。

常温ブスバー８、１段電流ライン９、超電導電流リード１０、及び２段電流ライン１１は、電源８ａから超電導コイル３に電流を流すためのものである。電源８ａは、常温ブスバー８と接続され、更に、１段電流ライン９を通り、熱シールド板６に接触させて冷却した後、超電導電流リード１０の高温側と接続される。そして、超電導電流リード１０の低温側は、伝熱部材４を介し、超電導コイル３の図示しないコイル電極と接続される。

１段電流ライン９として、銅、アルミニウム等の電気伝導率の大きい材料を用いることができる。２段電流ライン１１として、銅、アルミニウム等の電気伝導率の大きい材料を用いることができ、あるいは、これらの電気伝導率の大きい材料と併せてＢｉ２２２３、Ｂｉ２２１２、Ｙ１２３、ＭｇＢ_２等の高温超電導材料を用いることができる。

本実施の形態に係る超電導マグネット装置１では、後述するように、超電導電流リード１０を構成する超電導体１２が変位することによる臨界電流値の低下又は超電導体１２の破損を防止するとともに、低温側に侵入する侵入熱量を低減することができる。

なお、本実施の形態では、冷凍機冷却型超電導マグネット装置について説明した。しかし、冷凍機冷却型超電導マグネット装置に代え、例えば液体ヘリウムを冷媒とする液体冷却型超電導マグネット装置でもよく、あるいは、例えば液体ヘリウムの蒸発ガスを冷媒とするガス冷却型超電導マグネット装置でもよい。
＜超電導電流リード＞
次に、図２を参照し、実施の形態に係る超電導電流リード１０について説明する。

図２は、超電導電流リード１０の斜視図及び上面図である。図２（ａ）は斜視図であり、図２（ｂ）は上面図を示す。なお、図２（ｂ）では、超電導体１２及び変位規制部材１５のみを示す。

図２（ａ）に示すように、本実施の形態に係る超電導電流リード１０は、超電導体１２、高温側電極端子１３、低温側電極端子１４及び変位規制部材１５を有する。

高温側電極端子１３は、超電導電流リード１０の一端に設けられた電極端子である。高温側電極端子１３は、電気の良導体である銅等の金属により構成されている。高温側電極端子１３は、超電導電流リード１０の高温側（１段電流ライン９側）に接続されている。また、図１及び図２（ａ）に示すように、高温側電極端子１３は、熱シールド板６を介して、又は直接に、高温側冷却ステージ７ｃに熱的に接続されている。

低温側電極端子１４は、超電導電流リード１０の他端に設けられた電極端子である。低温側電極端子１４は、電気の良導体である銅等の金属により構成されている。低温側電極端子１４は、超電導電流リード１０の低温側（２段電流ライン１１側）に接続されている。また、図１及び図２（ａ）に示すように、低温側電極端子１４は、伝熱部材４を介して低温側冷却ステージ７ｄに熱的に接続されている。

超電導体１２は、高温側電極端子１３と低温側電極端子１４とを接続するように設けられる。また、超電導体１２は、高温側電極端子１３から低温側電極端子１４に向かって延在するように設けられている。

以下、本実施の形態では、超電導体１２が超電導テープ線材よりなる例について説明する。（以下の変形例でも同様。）
しかし、超電導体１２が超電導テープ線材により構成される場合のみならず、超電導体１２の延在する方向に垂直な断面の形状が、その断面に平行な異なる二つの方向に沿った幅寸法のうち一方が他方に比べて短い場合、例えば矩形形状であってもよい。

超電導体１２として、例えばＢｉ２２２３、Ｂｉ２２１２、Ｙ１２３、ＭｇＢ_２等の高温超電導材料を用いることができる。また、超電導体１２が超電導テープ線材であるときは、例えば、銀等の金属を母材としてＢｉ２２２３、Ｂｉ２２１２等の多芯線が被覆されてなる高温超電導線材、あるいは、ハステロイ等の金属テープ基材上にＹ１２３等の薄膜を堆積してなる高温超電導線材、等の各種の超電導テープ線材を用いることができる。

図２（ａ）に示すように、超電導体１２は、高温側電極端子１３及び低温側電極端子１４に形成された溝部に、例えばはんだ接合により、埋め込まれている。具体的には、高温側電極端子１３及び低温側電極端子１４に形成された溝部にはんだめっきを施すことによって、溝部の表面をはんだにより薄く被覆する。そして、薄くはんだにより被覆された溝部に、超電導体１２を装填し、超電導体１２が装填された状態の溝部に溶融されたはんだを充填し、はんだを固化することによって、超電導体１２をはんだ接合する。このような方法により、超電導体１２を確実に高温側電極端子１３及び低温側電極端子１４に固定することができる。

変位規制部材１５は、超電導体１２が延在する方向と直交する方向への超電導体１２の変位を規制するように設けられている。

特に、超電導体１２が例えば超電導テープ線材よりなる場合、変位規制部材１５は、超電導テープ線材のテープ面に垂直な方向への変位を規制するように設けられているのが好ましい。

なお、超電導体１２が延在する方向に垂直な断面の形状が、その断面に平行な異なる二つの方向に沿った幅寸法のうち一方が他方に比べて短い場合、例えば矩形形状であるときは、変位規制部材１５は、超電導体１２のその短い幅寸法の方向への変位を規制するように設けられていてもよい。

変位規制部材１５は、超電導体１２よりも高温側及び超電導体１２よりも低温側のいずれか一方にのみ接触するように設けられていることが好ましい。すなわち、変位規制部材１５は、超電導体１２よりも高温側及び超電導体１２よりも低温側のいずれか一方にのみ支持されており、他方には熱的に接触しないように設けられていることが好ましい。このような配置で変位規制部材１５を設けることによって、超電導体１２の高温側から低温側に侵入する熱量を低減することができる。

例えば、変位規制部材１５は、高温側電極端子１３及び低温側電極端子１４のいずれか一方に支持されているのが好ましい。このとき、変位規制部材１５は、高温側電極端子１３及び低温側電極端子１４のいずれか一方に、例えば絶縁ボルト等により固定することができる。

あるいは、変位規制部材１５は、高温側電極端子１３に代え、例えば熱シールド板６、高温側冷却ステージ７ｃ等の、超電導体１２よりも高温側のいずれかの部材に支持されていてもよい。また、変位規制部材１５は、低温側電極端子１４に代え、例えば伝熱部材４、低温側冷却ステージ７ｄ等の、超電導体１２よりも低温側のいずれかの部材に支持されていてもよい。

また、変位規制部材１５は、超電導体１２の高温側電極端子１３に接続される部分、又は低温側電極端子１４に接続される部分を除いて、超電導体１２には固定されないことが好ましい。これにより、超電導体１２の高温側から低温側に侵入する熱量を低減することができるとともに、超電導マグネット装置を冷却する際に、変位規制部材１５と超電導体１２との間の熱膨張率差により超電導体１２が破損することを防止できる。

また、例えば、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、変位規制部材１５が、低温側電極端子１４に支持され、超電導体１２の中央部を超電導テープ線材のテープ面の両面を含む三方向から囲むように設けられていてもよい。

変位規制部材１５は、表面が絶縁されたものであることが好ましい。変位規制部材１５として、例えば、ガラス繊維強化エポキシ樹脂等のガラス繊維強化プラスチック（Glass Fiber Reinforced Plastics；ＧＦＲＰ）、ホルマール、エナメル、エポキシ樹脂等の絶縁性材料により全体が構成されたものを用いることができる。あるいは、変位規制部材１５として、例えば上記した絶縁性材料により表面が被覆されたものを用いることができる。これにより、超電導体１２が変位して変位規制部材１５に接触した場合でも、超電導体１２と変位規制部材１５との間の電気的な絶縁を確保することができる。

次に、図２から図６を参照し、本実施の形態に係る超電導電流リード１０が、超電導体１２が変位することによる臨界電流値の低下又は破損を防止するとともに、低温側に侵入する侵入熱量を低減することができる作用効果について、比較例１、２と対比しながら説明する。

図３は、変位規制部材が設けられていない超電導電流リード（比較例１）の斜視図及び側面図である。図４及び図５は、変位規制部材が設けられていない超電導電流リード（比較例１）の斜視図である。図６は、外被部材により被覆されている超電導テープ線材（比較例２）を示す一部断面を含む斜視図である。

後述する図７及び図８も含め、図２から図６において、超電導テープ線材よりなる超電導体１２（以下「超電導テープ線材１２」という。）の延在する方向をＸ方向とする。そして、超電導テープ線材１２の延在する方向に直交する方向であって、かつ、超電導テープ線材１２のテープ面（以下、単に「テープ面」という。）に平行な方向をＹ方向とし、超電導テープ線材１２の延在する方向に直交する方向であって、かつ、テープ面に垂直な方向をＺ方向とする。また、超電導テープ線材１２に沿って上から下へ向かう方向（＋Ｘ方向）に電流Iが流れるものとする。更に、超電導テープ線材１２に電流Ｉが流れる際に、超電導マグネット装置１の超電導コイル３が発生する磁場Ｂが、図４及び図５を除き、超電導テープ線材１２の延在する方向に直交する方向であって、かつ、テープ面に平行な方向（＋Ｙ方向）に印加されるものとする。

図４は、超電導テープ線材１２に電流Ｉが流れる際に、超電導マグネット装置１の超電導コイル３が発生する磁場Ｂが、超電導テープ線材１２の延在する方向に直交する方向であって、かつ、テープ面に垂直な方向（＋Ｚ方向）に印加されるように配置した場合を示している。通常、磁場Ｂがテープ面に対して平行に印加された場合（図３（ａ））の超電導テープ線材１２の臨界電流値は、磁場Ｂがテープ面に対して垂直に印加された場合（図４）の超電導テープ線材１２の臨界電流値に比べ、大きい。従って、図２及び図３（ａ）に示すような配置で運用することが、超電導マグネット装置にとって有利である。

そして、図２及び図３に示す場合では、超電導テープ線材１２には、Ｉ×Ｂに等しいローレンツ力Ｆが、超電導テープ線材１２の延在する方向に直交する方向であって、かつ、テープ面に垂直な方向（＋Ｚ方向）に作用する。その結果、図３（ｂ）に示すように、超電導テープ線材１２は、超電導テープ線材１２の延在する方向に直交する方向であって、かつ、テープ面に垂直な方向（＋Ｚ方向）にΔＺ変位し、超電導テープ線材１２の延在する方向に後述する歪が発生する。

なお、図５に示すように、超電導コイル３をＧＭ冷凍機７により常温から例えば４Ｋ程度の極低温まで冷却する際に、超電導テープ線材１２を固定する部材の収縮に伴って、超電導テープ線材１２の延在する方向に圧縮する圧縮力Ｆ_ｔｈが作用することがある。このときも、図３（ｂ）に示すように、超電導テープ線材１２は、超電導テープ線材１２の延在する方向に直交する方向であって、かつ、テープ面に垂直な方向（Ｚ方向）にΔＺ変位し、超電導テープ線材１２の延在する方向に後述する歪が発生する。

ここで、歪は超電導テープ線材１２の延在する方向の応力と弾性係数から求めることができる。

そして、超電導テープ線材１２が破損（破壊）するときの歪を破壊歪Ｓ_ｍａｘとすると、超電導テープ線材１２が変位して発生する歪Ｓが、例えば所定の安全率Ｒを用いて下記式（１）
Ｓ＞ＲＳ_ｍａｘ （１）
を満たすときは、超電導テープ線材１２が破損するおそれがある。また、発生する歪Ｓにより超電導テープ線材１２が破損しない場合であっても、臨界電流値が低下することがある。

比較例１に係る超電導電流リードでは、変位規制部材が設けられていないため、超電導テープ線材１２が変位して発生する歪Ｓが、超電導テープ線材１２が破損（破壊）するときの破壊歪Ｓ_ｍａｘと所定の安全率Ｒとを乗じた値を超えるおそれがある。

従って、超電導コイル３に電流を流す際に作用するローレンツ力Ｆにより、又は、超電導コイル３を冷却する際に作用する圧縮力Ｆ_ｔｈにより、超電導テープ線材１２が破損するか、又は、超電導テープ線材１２の臨界電流値が低下するおそれがある。

図６に示す比較例２のように、例えば外被部材１２ａにより超電導テープ線材１２を接触して包囲するように固定すれば、上記の問題は回避できる。しかし、外被部材１２ａを介して高温側から低温側に熱が侵入するため、超電導電流リードの高温側から低温側に侵入する侵入熱量が大きくなるという問題がある。

一方、本実施の形態に係る超電導電流リード１０では、超電導テープ線材１２の延在する方向と直交する方向であって、かつ、テープ面に垂直な方向への超電導テープ線材１２の変位を規制するための変位規制部材１５を設けることができる。

本実施の形態では、図２（ｂ）に示すように、超電導テープ線材１２に電流を流さないとき、あるいは、超電導テープ線材１２を冷却する前の状態で、超電導テープ線材１２と変位規制部材１５とが距離Ｄだけ離隔するように設けることができる。そして、歪ＳがＲＳ_ｍａｘと等しくなるときの変位ΔＺをΔＺ１とすると、例えば距離Ｄが下記式（２）
Ｄ≦ΔＺ１ （２）
を満たすときは、超電導テープ線材１２が破損することを防止できる。すなわち、歪Ｓが、破壊歪Ｓ_ｍａｘに所定の安全率Ｒを乗じた値に等しくなるときのＺ方向の変位をΔＺ１とし、距離ＤをΔＺ１以下にする。これにより、超電導テープ線材１２に歪が発生することによる臨界電流値の低下又は破損を防止するとともに、低温側に侵入する侵入熱量を低減することができる。

また、外被部材により超電導体１２を直接荷重支持しないため、外被部材の熱膨張率を調整する必要がなく、超電導電流リード１０及び超電導マグネット装置１の製造コストを低減することができる。

また、前述したように、本実施の形態では、磁場Ｂがテープ面に対して平行に印加されるように配置することができる。従って、磁場Ｂがテープ面に対して垂直に印加されるように配置した場合に比べ、臨界電流値を大きくすることができ、超電導マグネット装置の運用上、有利である。

なお、変位規制部材が、２つの変位規制部材１５ａ、１５ｂにより構成され、その２つの変位規制部材１５ａ、１５ｂが、低温側電極端子１４に支持され、超電導テープ線材１２の中央部をテープ面の両面側から挟むように対向して設けられていてもよい。そのような構成を有する、本実施の形態に係る超電導電流リードの別の例における斜視図及び上面図を、それぞれ図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す。

また、変位規制部材は、超電導テープ線材１２のテープ面に垂直な方向に沿った正逆二方向のうち、少なくとも超電導テープ線材１２にローレンツ力Ｆが作用する方向への変位を規制するように設けられていてもよい。従って、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す変位規制部材１５ａ、１５ｂのうち１５ｂを省略し、変位規制部材１５ａのみが、超電導テープ線材１２のローレンツ力Ｆによる変位を規制するように設けられていてもよい。そのような構成を有する、本実施の形態に係る超電導電流リードの別の例における斜視図及び上面図を、それぞれ図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す。
（実施の形態の第１の変形例）
次に、図９を参照し、実施の形態の第１の変形例に係る超電導電流リード１０ａについて説明する。本変形例に係る超電導電流リード１０ａでは、変位規制部材が、超電導体１２よりも高温側で支持された第１の変位規制部材１５ｃ、１５ｄ、及び、超電導体１２よりも低温側で支持された第２の変位規制部材１５ｅ、１５ｆにより構成されている。

本変形例に係る超電導電流リード１０ａも、実施の形態に係る超電導マグネット装置１と同様の超電導マグネット装置を構成することができる。従って、本変形例では、超電導マグネット装置についての説明を省略する。

図９は、本変形例に係る超電導電流リード１０ａの斜視図及び正面図である。図９（ａ）は斜視図であり、図９（ｂ）は正面図を示す。

図９（ａ）に示すように、本変形例に係る超電導電流リード１０ａは、超電導体１２、高温側電極端子１３、低温側電極端子１４、第１の変位規制部材１５ｃ、１５ｄ、及び第２の変位規制部材１５ｅ、１５ｆを有する。超電導体１２、高温側電極端子１３及び低温側電極端子１４は、実施の形態に係る超電導電流リード１０と同様にすることができ、説明を省略する。

第１の変位規制部材１５ｃ、１５ｄは、超電導体１２よりも高温側で支持され、超電導体１２が延在する方向と直交する方向への超電導体１２の高温側の部分の変位を規制するように設けられている。また、第２の変位規制部材１５ｅ、１５ｆは、超電導体１２よりも低温側で支持され、超電導体１２が延在する方向と直交する方向への超電導体１２の低温側の部分の変位を規制するように設けられている。

特に、超電導体１２が例えば超電導テープ線材よりなる場合、第１の変位規制部材１５ｃ、１５ｄは、超電導テープ線材のテープ面に垂直な方向への超電導テープ線材の高温側の部分の変位を規制するように設けられているのが好ましい。そして、第２の変位規制部材１５ｅ、１５ｆは、超電導テープ線材のテープ面に垂直な方向への超電導テープ線材の低温側の部分の変位を規制するように設けられているのが好ましい。

なお、超電導体１２が延在する方向に垂直な断面の形状が、その断面に平行な異なる二つの方向に沿った幅寸法のうち一方が他方に比べて短い場合、例えば矩形形状であるときは、変位規制部材１５ｃ〜１５ｆは、超電導体１２のその短い幅寸法の方向への変位を規制するように設けられていてもよい。

また、第１の変位規制部材１５ｃ、１５ｄ、及び第２の変位規制部材１５ｅ、１５ｆのいずれも、超電導体１２よりも高温側及び超電導体１２よりも低温側のいずれか一方にのみ接触するように設けられていることが好ましい。これにより、超電導体１２の高温側から低温側に侵入する熱量を低減することができる。

例えば、第１の変位規制部材１５ｃ、１５ｄが高温側電極端子１３に支持され、第２の変位規制部材１５ｅ、１５ｆが低温側電極端子１４に支持されるように構成することができる。

また、変位規制部材１５ｃ〜１５ｆは、表面が絶縁されたものであることが好ましい。これにより、超電導体１２が変位して変位規制部材１５ｃ〜１５ｆに接触した場合でも、超電導体１２と変位規制部材１５ｃ〜１５ｆとの間の電気的な絶縁を確保することができる。

また、変位規制部材１５ｃ〜１５ｆは、超電導体１２には固定されないことが好ましい。これにより、超電導体１２の高温側から低温側に侵入する熱量を低減することができるとともに、超電導マグネット装置を冷却する際に、変位規制部材１５ｃ〜１５ｆと超電導体１２との間の熱膨張率差により超電導体１２が破損することを防止できる。

なお、図８を用いて前述したのと同様に、第１の変位規制部材１５ｃ、１５ｄのうちの一方を省略してもよく、第２の変位規制部材１５ｅ、１５ｆのうちの一方を省略してもよい。

本変形例でも、例えば、超電導テープ線材１２に電流を流さないとき、あるいは、超電導テープ線材１２を冷却する前の状態で、超電導テープ線材１２と変位規制部材１５ｃ〜１５ｆとが距離Ｄだけ離隔するように設けることができる。そして、距離Ｄを、歪Ｓが、破壊歪Ｓ_ｍａｘに所定の安全率Ｒを乗じた値に等しくなるときのＺ方向の変位ΔＺ１以下にする。これにより、超電導テープ線材１２に歪が発生することによる臨界電流値の低下又は破損を防止するとともに、低温側に侵入する侵入熱量を低減することができる。
（実施の形態の第２の変形例）
次に、図１０を参照し、実施の形態の第２の変形例に係る超電導電流リード１０ｂについて説明する。本変形例に係る超電導電流リード１０ｂでは、第１の変位規制部材１５ｇが超電導電流リード１０ｂよりも高温側で支持され、第２の変位規制部材１５ｈが超電導電流リード１０ｂよりも低温側で支持されている。

本変形例に係る超電導電流リード１０ｂも、実施の形態に係る超電導マグネット装置１と同様の超電導マグネット装置を構成することができる。従って、本変形例では、超電導マグネット装置についての説明を省略する。

図１０は、本変形例に係る超電導電流リード１０ｂの斜視図である。

図１０に示すように、本変形例に係る超電導電流リード１０ｂは、超電導体１２、高温側電極端子１３、低温側電極端子１４、第１の変位規制部材１５ｇ、及び第２の変位規制部材１５ｈを有する。超電導体１２、高温側電極端子１３及び低温側電極端子１４は、実施の形態に係る超電導電流リード１０と同様にすることができ、説明を省略する。

第１の変位規制部材１５ｇは、超電導体１２よりも高温側で支持され、超電導体１２が延在する方向と直交する方向への超電導体１２の高温側の部分の変位を規制するように設けられている。また、第２の変位規制部材１５ｈは、超電導体１２よりも低温側で支持され、超電導体１２が延在する方向と直交する方向への超電導体１２の低温側の部分の変位を規制するように設けられている。

特に、超電導体１２が例えば超電導テープ線材よりなる場合、第１の変位規制部材１５ｇは、超電導テープ線材のテープ面に垂直な方向への超電導テープ線材の高温側の部分の変位を規制するように設けられているのが好ましい。そして、第２の変位規制部材１５ｈは、超電導テープ線材のテープ面に垂直な方向への超電導テープ線材の低温側の部分の変位を規制するように設けられているのが好ましい。

なお、超電導体１２が延在する方向に垂直な断面の形状が、その断面に平行な異なる二つの方向に沿った幅寸法のうち一方が他方に比べて短い場合、例えば矩形形状であるときは、変位規制部材１５ｇ、１５ｈは、超電導体１２のその短い幅寸法の方向への変位を規制するように設けられていてもよい。

また、第１の変位規制部材１５ｇ及び第２の変位規制部材１５ｈのいずれも、超電導体１２よりも高温側及び超電導体１２よりも低温側のいずれか一方にのみ接触するように設けられていることが好ましい。これにより、超電導体１２の高温側から低温側に侵入する熱量を低減することができる。

例えば、第１の変位規制部材１５ｇが高温側冷却ステージ７ｃに支持され、第２の変位規制部材１５ｈが低温側冷却ステージ７ｄに支持されるように構成することができる。

また、変位規制部材１５ｇ、１５ｈは、表面が絶縁されたものであることが好ましい。これにより、超電導体１２が変位して変位規制部材１５ｇ、１５ｈに接触した場合でも、超電導体１２と変位規制部材１５ｇ、１５ｈとの間の電気的な絶縁を確保することができる。

また、変位規制部材１５ｇ、１５ｈは、超電導体１２には固定されないことが好ましい。これにより、超電導体１２の高温側から低温側に侵入する熱量を低減することができるとともに、超電導マグネット装置を冷却する際に、変位規制部材１５ｇ、１５ｈと超電導体１２との間の熱膨張率差により超電導体１２が破損することを防止できる。

なお、図７を用いて前述したのと同様に、第１の変位規制部材１５ｇを超電導テープ線材１２のテープ面の両面側に設けてもよく、第２の変位規制部材１５ｈを超電導テープ線材１２のテープ面の両面側に設けてもよい。

本変形例でも、例えば、超電導テープ線材１２に電流を流さないとき、あるいは、超電導テープ線材１２を冷却する前の状態で、超電導テープ線材１２と変位規制部材１５ｇ、１５ｈとが距離Ｄだけ離隔するように設けることができる。そして、距離Ｄを、歪Ｓが、破壊歪Ｓ_ｍａｘに所定の安全率Ｒを乗じた値に等しくなるときのＺ方向の変位ΔＺ１以下にする。これにより、超電導テープ線材１２に歪が発生することによる臨界電流値の低下又は破損を防止するとともに、低温側に侵入する侵入熱量を低減することができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 超電導マグネット装置
２ 真空容器
３ 超電導コイル
４ 伝熱部材
５ 荷重支持体
６ 熱シールド板
７ ＧＭ冷凍機
７ａ １段目冷却シリンダ
７ｂ ２段目冷却シリンダ
７ｃ 高温側冷却ステージ
７ｄ 低温側冷却ステージ
８ 常温ブスバー
８ａ 電源
９ １段電流ライン
１０ 超電導電流リード
１１ ２段電流ライン
１２ 超電導体（超電導テープ線材）
１２ａ 外被部材
１３ 高温側電極端子
１４ 低温側電極端子
１５、１５ａ、１５ｂ 変位規制部材
１５ｃ、１５ｄ、１５ｇ 第１の変位規制部材
１５ｅ、１５ｆ、１５ｈ 第２の変位規制部材

Claims (4)

1. 一端に設けられた高温側電極端子と、
   他端に設けられた低温側電極端子と、
   前記高温側電極端子と前記低温側電極端子とを接続するように設けられ、前記高温側電極端子から前記低温側電極端子に向かって延在する超電導体と、
   前記超電導体が延在する方向と直交する方向への前記超電導体の変位を規制するように設けられた変位規制部材とを有し、
   前記変位規制部材は、表面が絶縁され、前記超電導体よりも高温側及び前記超電導体よりも低温側のいずれか一方にのみ接触するように設けられ、前記超電導体に固定されていない、超電導電流リード。
2. 前記変位規制部材は、
   前記超電導体よりも高温側で支持され、前記超電導体が延在する方向と直交する方向への前記超電導体の高温側の部分の変位を規制するように設けられた第１の変位規制部材と、
   前記超電導体よりも低温側で支持され、前記超電導体が延在する方向と直交する方向への前記超電導体の低温側の部分の変位を規制するように設けられた第２の変位規制部材と
   により構成される、請求項１に記載の超電導電流リード。
3. 前記超電導体の変位は、前記超電導体に流れる電流と、前記超電導体の低温側に接続されている超電導コイルが発生する磁場とにより生ずるローレンツ力による変位である、請求項１又は２に記載の超電導電流リード。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の超電導電流リードと、
   前記超電導電流リードの低温側に接続されている超電導コイルと
   を有する、超電導マグネット装置。

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