JP5789696B1 - 超電導電流リード及び超電導電流リードの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超電導線材と金属電極を好適に接続することにより、大電流を流すことができる信頼性の高い超電導電流リードを提供する。【解決手段】超電導電流リード１０は、金属基板１１１上に中間層１１２、超電導層１１３、安定化層１１４が順に積層された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第１及び第２の電極１２−１、１２−２と、超電導線材１１と第１、第２の電極１２−１、１２−２とを含むリード本体を、所定の電極間距離となるように位置決めした状態で収容する補強部材１４と、を備える。複数の超電導線材１１は、両端部で一体的に導通可能に接続されたユニット端子１０１−１、１０１−２を介して、電極１２−１、１２−２に電気的に接続されている。【選択図】図８

Description

本発明は、超電導を応用した低温機器、例えば、超電導マグネットに電源からの電流を供給するために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、超電導線材及び金属電極が補強部材に収容されて構成される超電導電流リード及びこの製造方法に関する。

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について、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。

超電導応用機器の運転は、極低温環境下で行われるため、低温部の断熱性が極めて重要となる。低温部の断熱性が悪く、低温部への熱侵入が大きいと、超電導応用機器の冷却効率が低下して超電導状態を維持するための冷却コストが増大することとなり、場合によっては超電導応用機器を運転できなくなってしまうためである。この低温部への熱侵入の経路としては、低温容器を伝熱する経路、電流リードを伝熱する経路が考えられる。

低温容器を介した熱侵入を防止するための手法としては、液体窒素等の冷媒及び超電導応用機器を収容する冷媒槽と、冷媒槽の外側に設けられる真空槽とを有する二重構造の低温容器が知られている。この低温容器によれば、真空断熱により低温部への熱侵入が低減される。

電流リードを介した熱侵入を防止するための手法としては、酸化物超電導体を用いた超電導電流リードが提案されている。酸化物超電導体は、液体窒素温度以下では電気抵抗がゼロ、かつ熱伝導率が小さい（銅の数１０分の１）。そのため、超電導電流リードにおいては、通電時にジュール熱の発生はなく、低温部への伝熱量も極めて小さくなる。したがって、超電導電流リードによれば、低温部への熱侵入が低減される。

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。この構成において、電流容量を増加する際には、例えば、特許文献１に示すように、超電導線材の本数を増加するとともに第１の金属電極及び第２の金属電極も大きくして、複数の超電導線材の両端部のそれぞれと金属電極とを半田で接続することにより対応している。

特開２０１１−２１１１１０号公報

しかしながら、上述したような超電導線材を増加することにより電流容量を大きくする超電導電流リードの構成では、超電導線材と第１の金属電極及び第２の金属電極との半田接続箇所が増加するため、互いの接続抵抗の均一化は困難である。各接続箇所の接続抵抗に均一性がなく、ばらつきが生じている場合、通電時に偏流が生じ、超電導線材の本数に対応する十分な大電流を流すことが困難となる。

本発明の目的は、超電導線材と金属電極を好適に接続することにより、大電流を流すことができる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、
金属基板上に中間層、超電導層、安定化層が順に積層されたテープ状の超電導線材を複数備え、並列した前記複数の超電導線材の一方の端部同士と、他方の端部同士とに、それぞれ導電性を有する端子部材が通電可能に一体的に接続され、かつ、前記一方の端部同士と前記他方の端部同士は前記端子部材でそれぞれ挟持されている線材ユニットと、
前記線材ユニットの両端部の端子部材にそれぞれ接続される金属電極と、
前記金属電極を、所定の電極間距離となるように収容する補強部材と、
を備え、
前記複数の超電導線材は、前記端子部材を介して前記金属電極に電気的に接続されている、
構成を採る。

本発明の超電導電流リードの製造方法の一つの態様は、
金属基板上に中間層、超電導層、安定化層が順に積層されたテープ状の超電導線材を複数用いて、これら複数の前記超電導線材を並列にして、前記複数の超電導線材の一方の端部同士と、他方の端部同士とに、それぞれ導電性を有する端子部材で挟持して通電可能に一体的に接続して線材ユニットを作成するユニット製作工程と、
前記線材ユニットの両端部の端子部材にそれぞれ金属電極を接続する電極接続工程と、
前記金属電極を、所定の電極間距離となるように補強部材に収容する収容工程とを有し、
前記ユニット製作工程では、前記端子部材で、前記複数の超電導線材の一方の端部及び他方の端部のそれぞれを挟持した状態で、前記端子部材と前記超電導線材を半田で一体的に接続する、
ようにした。

本発明によれば、超電導線材と金属電極を好適に接続することにより、大電流を流すことができる信頼性の高い超電導電流リードを提供できる。

本発明の一実施の形態に係る超電導電流リードを用いた超電導磁石装置を示す図 本発明の一実施の形態に係る超電導電流リードにおける超電導線材の構成を模式的に示す図 本発明の一実施の形態の超電導電流リードの斜視図 線材ユニットの要部構成を示す斜視図 本発明の一実施の形態の超電導電流リードを示す図であり、図５Ａは超電導電流リードの平面図、図５Ｂは、同超電導電流リードの側面図 図５におけるＩＩ−ＩＩ線矢視断面図 図５におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図 図５におけるＩＶ−ＩＶ線矢視断面図 比較例としての従来の電極と超電導線材との接続を示す要部断面図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態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、本発明の一実施の形態に係る超電導電流リード１０における超電導線材１１の構成を模式的に示す図である。図３は、本発明の一実施の形態の超電導電流リード１０の斜視図である。

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、低温容器４０外である常温部に配置される。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に示すように複数のテープ状の超電導線材１１を有する線材ユニット１００、第１の電極１２−１、第２の電極１２−２、及び補強部材１４を有する。超電導電流リード１０における線材ユニット１００は、図３に示すように外観上、補強部材１４により覆われている。超電導電流リード１０は、容器４１内に配置される。

線材ユニット１００は、並列に一様に並べた複数の超電導線材１１と、これら複数の超電導線材１１の端部同士をそれぞれ通電可能に接続した導電性を有するユニット端子（端子部材）１０１−１、１０１−２（図４参照）とを含む。すなわち、線材ユニット１００は、並列した複数の超電導線材１１の一方の端部同士と、他方の端部同士とに、それぞれユニット端子１０１−１、１０１−２を通電可能に一体的に接続して構成されている。

線材ユニット１００は、複数の超電導線材１１を一体のユニットとして構成する。つまり、線材ユニット１００を、第１の電極１２−１、第２の電極１２−２のそれぞれに接続すると、各超電導線材１１はそれぞれ第１の電極１２−１、第２の電極１２−２に接続される。具体的には、並列の複数の超電導線材１１の高温側となる一端部のそれぞれが、第１の電極１２−１に電気的に接続され、低温側となる他端部のそれぞれが、第２の電極１２−２に電気的に接続される。

線材ユニット１００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。

線材ユニット１００は、複数の超電導線材１１として、１０本の超電導線材１１を備える。なお、本実施の形態の超電導電流リード１０では、１０本の超電導線材１１を有する線材ユニット１００を２つ用いて、それぞれの端部を一様に、第１の電極１２−１、第２の電極１２−２のそれぞれに接続しているが、これに限らない。一つの線材ユニット１００（超電導線材１１を１０本）を用いた構成としてもよいし、３つ以上の線材ユニットを備えた構成にしてもよい。

超電導線材１１は、図２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。

超電導線材１１において、超電導層１１３側（安定化層１１４側）の面を第１面１１ａと称し、金属基板１１１側の面を第２面１１ｂと称する。

図４は、線材ユニット１００の要部構成を示す斜視図である。
図４に示すように、線材ユニット１００において、複数の超電導線材１１は、超電導線材１１の第２面１１ｂ同士を貼り合わせて、２枚一組の超電導線材１１の組（線材対）を構成している。これら超電導線材１１の線材対では、上下面、つまり線材の組の表裏面にそれぞれ超電導層１３側の面である第１面１１ａが配設されている。

線材ユニット１００は、２つの超電導線材１１を、基板側の面、つまり、第２面１１ｂ同士を貼り合わせて線材対を形成し、これら線材対を５つ並列に一様に並べられている。そして、これら線材対の各対の端部同士、つまり、同じ向きの端子同士が、ユニット端子１０１−１、１０１−２により通電可能な状態で一体的に接続されている。

ユニット端子１０１−１、１０１−２は、ここでは、それぞれ、超電導線材１１の端部どうしをそれぞれ挟み込む一対の金属平板（金属板）、つまり、２枚の挟持板１０３、１０４により構成されている。挟持板１０３、１０４は、導電性を有している。挟持板１０３、１０４は、各超電導線材１１の高温側となる一端部のそれぞれを、ユニット端子１０１−１として挟持し、且つ、半田接合で一体化する。また、挟持板１０３、１０４は、各超電導線材１１の低温側となる他端部のそれぞれを、ユニット端子１０１−２として挟持し、且つ、半田接合で一体化している。このように構成された線材ユニット１００の高温側となる一端部が、第１の電極１２−１に接続され、線材ユニット１００の低温側となる他端部が、第２の電極１２−２に接続されている（図７参照）。

図５は、本発明の一実施の形態の超電導電流リード１０を示す図であり、図５Ａは超電導電流リード１０の平面図、図５Ｂは、同超電導電流リード１０の側面図である。図６は、図５におけるＩＩ−ＩＩ線矢視断面図であり、図７は、図５におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視で示す部分の全体の断面図である。図８は、図５におけるＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。

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。

図６及び図８に示すように、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（電極同士の互いに対向する端面）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、超電導線材１１の両端部のそれぞれに、同様の状態で接合されている。これにより、第１の電極１２−１と第２の電極１２−２の構成を電極１２とも称して、超電導線材１１との接続構造とともに説明する。

電極１２（第１、第２の電極１２−１、１２−２）は、長さ方向（Ｘ方向）における一方の端面に、線材ユニット１００を固定するための固定溝（切欠部）１２ａを有する。固定溝１２ａの幅方向（Ｙ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。開放されている場合は、固定溝１２ａは電極１２にスリット状に形成される。固定溝１２ａの高さ（Ｚ方向）は、線材ユニット１００の端部（つまり、超電導線材１１と超電導線材１１に接合されたユニット端子１０１）の厚みよりも若干大きく設定される。ここでは、固定溝１２ａの高さ（Ｚ方向）は、固定溝１２ａ内に、２つの線材ユニット１００の端部が挿入されるため、線材ユニット１００の端部×２つ分の厚みよりも若干大きく設定されている。固定溝１２ａの深さ（Ｘ方向）は、線材ユニット１００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。
固定溝１２ａには、線材ユニット１００の一方の端部が固定溝１２ａの底部に突き当たるまで挿入される。線材ユニット１００と固定溝１２ａの隙間には、半田が充填されている。これにより、線材ユニット１００、１００と、第１の電極１２−１及び第２の電極１２−２は、半田付けにより接合され、電気的に接続されている。

このように、超電導電流リード１０においては、固定溝１２ａに線材ユニット１００が挿入されて接合されている。これにより、複数の超電導線材１１を有する超電導電流リード１０の構成であっても、固定溝１２ａに線材ユニット１００を挿入して接合するだけで、電極１２に複数の超電導線材１１を一度に一様に接合できる。これにより、従来と異なり、超電導線材１１のそれぞれと電極１２との接続を個々に行うことがないため、それぞれの接続部分の接続抵抗にばらつきが生じることなく、均一の接続抵抗で接続できる。よって、大容量の通電が可能な超電導電流リード１０を容易に製造できるとともに、超電導電流リード１０の小型化を図ることができる。

補強部材１４は、超電導線材１１を覆う筒状体であり、線材ユニット１００の両端部に接合された第１及び第２の電極１２−１、１２−２を、電極１２−１、１２−２間を所定距離空けた状態で収容し、支持する。補強部材１４は、線材ユニット１００を覆うように、電極１２（１２−１、１２−２）間に架設されている。
ここでは、補強部材１４は、線材ユニット１００を収容した際に、超電導線材１１が、第１の電極１２−１と第２の電極１２−２との電極間において撓みを有する（図８参照）。補強部材１４は、その両端部内に配置される第１の電極１２−１、第２の電極１２−２に対して、外面側から固定ピン１５を圧入することによって、第１の電極１２−１、第２の電極１２−２を固定している。

補強部材１４は、低熱伝導性の材料（例えば繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：Glass Fiber Reinforced Plastics）、ステンレス合金、ニッケル基合金、チタン合金等）で構成される。

補強部材１４は、超電導線材１１よりも熱伝導率が低いことが望ましい。これにより、外部からの熱侵入量を低減することができる。熱侵入量を低減する観点からは、ＧＦＲＰが好適である。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。また、７７ＫにおけるＧＦＲＰの熱収縮率は０．２１３％であり、超電導線材１１の熱収縮率よりも大きい。

一方、超電導線材１１が破損したときに超電導磁石装置１を保護する観点からは、バイパスとして機能するステンレス合金、ニッケル基合金、チタン合金等が好適である。７７Ｋにおけるステンレス合金（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６）の熱伝導率は７．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、超電導線材１１の熱伝導率よりも小さい。また、７７Ｋにおけるステンレス合金（ＳＵＳ３０４）の熱収縮率は０．２８１であり、超電導線材１１の熱収縮率よりも大きい。

次に、本実施の形態の超電導電流リード１０の製造方法について説明する。

先ず、超電導線材１１の基板側の第２面１１ｂ同士を貼り合わせる等して重ね合わせた一対の超電導線材１１である線材対を、複数（ここでは５つの対）並列に並べて、超電導線材１１の高温側である一方側の端部と、ユニット端子１０１−１とを半田で接続する。同様に、超電導線材１１の低温側である他方側の端部と、ユニット端子１０１−２とを半田で接続する。これら超電導線材１１の端部とユニット端子１０１との半田接続（第１半田接続部）は、線材ユニット１００（具体的にはユニット端子１０１）と電極１２の接続（第２半田接続部）で用いられる半田よりも高い融点（例えば、融点の差５０［℃］以上）の半田で実行される。例えば、超電導線材１１とユニット端子１０１とを接続する第１半田接続部における半田の融点は、約１９０［℃］、電極１２とユニット端子１０１とを接続する第２半田接続部における半田の融点は、約１４０［℃］であることが好ましい。

また、超電導線材１１の両端部のそれぞれに接合されるユニット端子１０１は、ここでは、複数の超電導線材１１の端部をそれぞれ挟持する２枚の挟持板で構成されている。よって、複数の超電導線材１１の両端部のそれぞれを、ユニット端子１０１−２、ここでは２枚の挟持板１０３、１０４で挟み込み押圧しつつ、双方の接続部分（第１半田接続部に相当）を融点約１９０［℃］の半田で接続できる。これにより、一層、複数の超電導線材１１と第１及び第２の電極１２−１、１２−２は、互いを強固に均一に電気的に接合される。このとき、超電導線材１１の対は、上下面（表裏面）のそれぞれで電極１２の内面に半田を介して接続される。なお、ユニット端子１０１−１、１０１−２（具体的には、２枚の金属平板である挟持板）で、複数の超電導線材１１を挟み込み押圧しつつ互いを半田で接続する場合、双方の接続部分を半田の融点温度まで加熱した後で、ユニット端子１０１−１、１０１−２（具体的には、２枚の挟持板）で超電導線材１１を押圧する。

なお、この押圧については、例えば、超電導線材１１から構成される線材対を間に配置したユニット端子１０１（具体的には、２枚の金属平板である挟持板）を挟むように、上下に更に、一対の金属板部を配置する。加えて、これら一対の金属板部にボルト（直径４［ｍｍ］）を架設して、一対の金属板部間が狭くなるように、所定のトルク（０．１［Ｎ・ｍ］）で管理して締め付ける。すると、ユニット端子１０１に対し超電導線材１１を挟持する方向に圧力がかかり、ユニット端子１０１は、線材対に押し付けられる。これにより、ユニット端子は、超電導線材１１に対して、接続強度が高くなり、且つ、接続抵抗値が下がった状態で接合されることになる。

このように超電導線材１１の両端部のそれぞれにユニット端子１０１を接合して線材ユニット１００を構成する。
そして、線材ユニット１００の両端部、つまり、超電導線材１１を挟持したユニット端子１０１−１、１０１−２をそれぞれ電極１２−１、１２−２の固定溝１２ａ、１２ａに挿入する。そして、固定溝１２ａ、１２ａとユニット端子１０１−１、１０１−２との接続部分（第２半田接続部に相当）を、融点約１４０［℃］の低温半田で接続する。これにより、超電導線材１１を均一の接続抵抗で接続したユニット端子１０１と、第１及び第２の電極１２−１、１２−２とを接続するだけで、線材ユニット１００の複数の超電導線材１１と電極１２とを電気的に効率良く確実に接続できる。すなわち、複数の超電導線材１１のそれぞれを電極１２に直接接続する構成と比較して、超電導電流リード１０では、備える超電導線材１１の略本数分に対応する送電容量を得ることができ、設計通りの電流値を確保することを容易に行うことができる。

次いで、線材ユニット１００を、補強部材内に収容しつつ、第１及び第２の電極１２−１、１２−２を、所定間隔を空けて補強部材１４に固定ピン１５を介して固定する。
これにより、超電導電流リードとして、例え、複数の超電導線材１１を備える構成であっても、電極１２−１、１２−２との接続抵抗を低減して、超電導線材１１と電極１２を好適に接続できる。よって、大電流を流すことができる信頼性の高い安定して大容量送電が可能な信頼性の高い超電導電流リードを実現できる。

実施例１として、７７Ｋ，自己磁場中に置ける１本当たりの臨界電流値（Ｉｃ）が１５０［Ａ］以上の超電導線材１１を２０本用意して、図１〜図８で示す実施の形態における超電導電流リード１０を制作した。具体的には、第２面１１ｂ（図３参照）どうしを貼り合わせてなる一対の超電導線材１１（線材対）を５つ並列で並べ、それぞれの端部に電極１２−１、１２−２で挟み込みつつ融点約１９０［℃］の半田で接合して線材ユニット１００を形成した。この線材ユニット１００を２つ作成して重ね合わせて、５本４段の超電導線材を構成し、それぞれの端部を電極１２−１、１２−２に挿入して融点約１４０［℃］の半田により接続した。次いで、線材ユニット１００を、補強部材内に収容しつつ、第１及び第２の電極１２−１、１２−２を、所定間隔を空けて補強部材１４に固定ピン１５を介して固定し、超電導電流リード１０を作製した。そして、超電導電流リード１０を液体窒素中（７７Ｋ）に配置し、超電導線材の送電容量の測定を行い、３０００［Ａ］以上のＩｃが得られることがわかった。

比較例１として、７７Ｋ，自己磁場中に置ける１本当たりのＩｃが１５０［Ａ］以上の超電導線材１１を２０本用意して、図９に示す電極と超電導線材との接続構造を有する超電導電流リード１２０を製作した。具体的には、図９に示すように、２面を有する一対の電極１２０（図９では超電導電流リード１２０において超電導線材の両端にそれぞれ接続される一対の電極１２０のうち、一方の電極１２２のみ図示）を用意し、電極１２０のそれぞれの面に、超電導線材１１を１０本ずつ融点約１９０［℃］の半田で接続し、補強部材内に収容しつつ、第１及び第２の電極１２１、１２２を、所定間隔を空けて補強部材１４に固定ピン１５を介して固定することで、電極１２０間に２０本の超電導線材１１が架設された超電導電流リード１２２を構成した。そして、超電導電流リード１２２を液体窒素中（７７Ｋ）に配置し、超電導線材の送電容量の測定を行ったところ、１０００［Ａ］未満のＩｃであった。

この結果、複数の超電導線材１１を直接電極に接合するよりも、ユニット端子１０１に一様に接合して、線材ユニット１００を形成し、この線材ユニットを電極１２に接合する構成の方が、送電容量が大きく、大容量の超電導電流リードを確保できる。

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。

以上、本発明の実施の形態について説明した。なお、以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記装置の構成や各部分の形状についての説明は一例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更や追加が可能であることは明らかである。

本発明に係る超電導電流リード及び超電導電流リードの製造方法は、接続抵抗を低減して安定的に得ることができるとともに、接続強度が高く、安定した超電導特性を有する超電導電流リードを提供するものとして有用である。

１ 超電導磁石装置
１０ 超電導電流リード
１１ 超電導線材
１１ａ 第１面
１１ｂ 第２面
１２ 電極
１２ａ 固定溝（切り欠き部）
１２−１ 第１の電極（常温側電極）
１２−２ 第２の電極（低温側電極）
１４ 補強部材
１５ 固定ピン
２０ 超電導コイル
２１ コイル電極
３０ 電源
３５ 常電導電流リード
４０ 低温容器
４１ 容器
４２ 真空槽
１００ 線材ユニット
１０３、１０４ 挟持板（金属板）
１０１ ユニット端子（端子部材）
１１１ 金属基板
１１２ 中間層
１１３ 超電導層
１１４ 安定化層

Claims (5)

1. 金属基板上に中間層、超電導層、安定化層が順に積層されたテープ状の超電導線材を複数備え、並列した前記複数の超電導線材の一方の端部同士と、他方の端部同士とに、それぞれ導電性を有する端子部材が通電可能に一体的に接続され、かつ、前記一方の端部同士と前記他方の端部同士は前記端子部材でそれぞれ挟持されている線材ユニットと、
   前記線材ユニットの両端部の端子部材にそれぞれ接続される金属電極と、
   前記金属電極を、所定の電極間距離となるように収容する補強部材と、
   を備え、
   前記複数の超電導線材は、前記端子部材を介して前記金属電極に電気的に接続されている、
   ことを特徴とする超電導電流リード。
2. 前記端子部材は、前記複数の超電導線材の端部を挟む２枚の金属板で構成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の超電導電流リード。
3. 前記金属電極は、通電方向と同方向に切り欠かれた切り欠き部を備え、
   前記切り欠き部に、前記線材ユニットの端部を構成する前記端子部材が、電気的に接続された状態で挿入されている、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の超電導電流リード。
4. 前記超電導層が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５０ｎｍ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３のいずれか一項に記載の超電導電流リード。
5. 金属基板上に中間層、超電導層、安定化層が順に積層されたテープ状の超電導線材を複数用いて、これら複数の前記超電導線材を並列にして、前記複数の超電導線材の一方の端部同士と、他方の端部同士とに、それぞれ導電性を有する端子部材で挟持して通電可能に一体的に接続して線材ユニットを作成するユニット製作工程と、
   前記線材ユニットの両端部の端子部材にそれぞれ金属電極を接続する電極接続工程と、
   前記金属電極を、所定の電極間距離となるように補強部材に収容する収容工程とを有し、
   前記ユニット製作工程では、前記端子部材で、前記複数の超電導線材の一方の端部及び他方の端部のそれぞれを挟持した状態で、前記端子部材と前記超電導線材を半田で一体的に接続する、
   ことを特徴とする超電導電流リードの製造方法。

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