JP6488020B2 - 超電導磁石装置及び超電導磁石励磁用具 - Google Patents

Description

本発明は、超電導磁石装置及び超電導磁石励磁用具に関する。

超電導現象により磁場を発生させる超電導磁石装置が、磁気共鳴イメージング（Magnetic Resonance Imaging；ＭＲＩ）装置や、核磁気共鳴（Nuclear Magnetic Resonance；ＮＭＲ）装置等に利用されている。超電導磁石装置に備えられる超電導コイルには、ニオブチタン（ＮｂＴｉ）、ニオブ三スズ（Ｎｂ_３Ｓｎ）等の超電導体の線材が利用されている。また、近年、二ホウ化マグネシウム（ＭｇＢ_２）、ＢＳＣＣＯ、ＹＢＣＯ（Ｙ１２３）等の高温超電導体の実用化も進められている。

一般に、超電導コイルの励磁は、所要の電流値の励磁電流を励磁用リードを通じて電源から給電することで行われる。そして、励磁後には、超電導コイルが電源から切り離され、永久電流モードの運転が続けられる。永久電流モードにおいては、閉回路化された超電導コイルを無抵抗で電流が流れ続け、必要とされる磁場を発生させる。その後、超電導コイルを消磁させる際には、再び回路のループが切り替えられる。

超電導コイルが組み込まれた回路の切り替えは、超電導体を利用した素子である永久電流スイッチによって行われている。永久電流スイッチの作動形式としては、機械式、熱式、磁界式等があるが、熱式が主流となっている。熱式の永久電流スイッチは、無誘導巻線とされた超電導体が抵抗線ヒータ等によって加熱可能に構成される。転移温度（臨界温度）以下の超電導状態にある超電導線が、転移温度を超える温度に加熱されることでスイッチがＯＦＦに切り替えられる。

従来、超電導体を転移温度以下に冷却する方法としては、超電導コイルを液体ヘリウム等に浸漬させて沸騰冷却する方法が主流であった。しかしながら、近年では、冷凍技術の進展や高温超電導体の実用化に伴い、冷凍機を使用した伝導冷却型の超電導磁石装置の開発も広く進められるようになっている。超電導コイルや永久電流スイッチは、真空容器内に収容され、真空断熱下に冷凍機によって伝導冷却されて転移温度以下の極低温に保たれる。

超電導磁石装置において超電導コイルの励磁を行う際には、永久電流スイッチが転移温度を超える温度に加熱されてスイッチがＯＦＦの状態とされる。そのため、転移温度以下に保持すべき超電導コイルは、加熱されている永久電流スイッチからの熱負荷に晒される状態となる。また、超電導コイルは、常温下におかれている電源と励磁用リードを介して熱的に接続された状態となる。しかも、電源から励磁用リードを通じて給電される励磁電流は大電流であるため、軽視できない熱量のジュール熱が超電導コイルに伝熱し得る。こうした熱負荷は、超電導コイルの冷却を行う冷凍機に対して、大きな冷却負荷を与えるものとなっている。

永久電流スイッチから超電導コイルへの熱負荷を抑える技術としては、永久電流スイッチを冷却する専用の冷凍機を併設する技術が知られている。例えば、特許文献１には、超電導コイルと、永久電流スイッチと、超電導コイルを冷却する第１極低温冷凍機と、永久電流スイッチを冷却する別の第２極低温冷凍機と、真空容器とを備える冷凍機冷却型超電導磁石装置について開示されている。

また、励磁用リードと超電導コイルとの熱的な接続を遮断する技術が知られている。例えば、特許文献２には、固定コネクタと可動コネクタと中間可動コネクタとで、着脱式の電流リード部を構成する技術が開示されている。

特開２０１０−２８３１８６号公報 特開平４−０３４９０５号公報

超電導コイルを液体ヘリウム等に浸漬させて沸騰冷却する形態の超電導磁石装置においては、超電導コイルに対して熱的に接続される励磁用リードを、蒸発したヘリウムの顕熱を利用して冷却することが可能である。これに対して、冷凍機を使用した伝導冷却型の超電導磁石装置においては、超電導コイルに付随して設置される超電導コイル用冷凍機が専ら超電導コイルの冷却に使われており、励磁用リードを冷却する余力が無い場合が多いのが現状である。

特許文献１に記載の技術によると、第２極低温冷凍機と励磁用リード（電流リード）とが熱的に接続されているため、第２極低温冷凍機によって、永久電流スイッチと共に励磁用リードを冷却することが可能である。しかしながら、第２極低温冷凍機の稼働を停止すると、励磁用リードを介して第２極低温冷凍機から超電導コイルに熱が侵入してしまう。そのため、永久電流モードの運転時において、超電導コイル用の冷凍機による運転負荷（冷却負荷）が増大してしまう虞がある。また、第２極低温冷凍機の稼働を常時継続する場合には、冷凍機に費やされる運転動力が膨大なものとなってしまう。

一方、特許文献２に記載の着脱式のリードによると、永久電流モードの運転時には、超電導コイルと電源との熱的な接続を切り離しておくことが可能である。しかしながら、超電導コイルの励磁を行う際には、励磁リードを電源等と熱的に接続された状態にしなければならない。よって、励磁リードを介して侵入してくる侵入熱によって、超電導コイル用冷凍機による冷却負荷が増大する事態は、依然として避けることができない。

そこで、本発明は、励磁用リードを介した超電導コイルへの伝熱を抑制し、超電導コイルのための冷却負荷を低減することが可能な超電導磁石装置及び超電導磁石励磁用具を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明に係る超電導磁石装置は、超電導コイルと、前記超電導コイルが組み込まれた回路の開閉を切り替える永久電流スイッチと、前記超電導コイル及び前記永久電流スイッチを収容した真空容器と、一端が前記超電導コイルに接続されると共に他端が前記真空容器の外側に引き出されており、前記超電導コイルに対する励磁電流を通電可能な超電導コイル用リードと、前記真空容器の外側に引き出されている前記超電導コイル用リードを囲んだ状態で前記真空容器の外面に立設されている伸縮自在なベローズと、前記ベローズの開口を気密に覆うと共に、前記真空容器の外面に面する側に、前記超電導コイル用リードの他端と接続可能な内側端子、反対側に、前記超電導コイルに対する励磁電流を給電する電源に接続される励磁用リードと接続可能な外側端子をそれぞれ有し、前記ベローズの伸縮を伴って前記内側端子及び前記外側端子が接続された状態と接続されていない状態とに進退する可動コネクタ部とを備え、前記可動コネクタ部が備えられる前記真空容器の外面には、前記励磁用リード及び前記励磁用リードに対して熱的に接続されたリード用冷凍機を支持すると共に、前記真空容器の外面に密接して前記励磁用リードを気密状態に保持可能なカバー体を有し、前記カバー体は、開口を有する箱状の覆いであり、且つ、前記箱状の覆いの頂部に前記開口に向かう方向に可動する可動固定部を支持しており、前記可動固定部は、前記励磁用リードが固定されていると共に、前記励磁用リードを前記カバー体の開口に向かう方向に進退可能であることを特徴とする。

また、本発明に係る超電導磁石励磁用具は、超電導コイルに対する励磁電流を給電する電源に接続される励磁用リードと、前記励磁用リードに対して熱的に接続されたリード用冷凍機と、前記励磁用リード及び前記リード用冷凍機を支持すると共に、前記超電導コイルを備えている超電導磁石装置の外面に密接して、前記励磁用リードを気密状態に保持可能なカバー体とを備え、前記カバー体は、開口を有する箱状の覆いであり、且つ、前記箱状の覆いの頂部に前記開口に向かう方向に可動する可動固定部を支持しており、前記可動固定部は、前記励磁用リードが固定されていると共に、前記励磁用リードを前記カバー体の開口に向かう方向に進退可能であることを特徴とする。

本発明によれば、励磁用リードを介した超電導コイルへの伝熱を抑制し、超電導コイルのための冷却負荷を低減することが可能な超電導磁石装置及び超電導磁石励磁用具を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る超電導磁石装置の断面図である。 本発明の第１実施形態に係る超電導磁石励磁用具を拡大して示す断面図である。 超電導磁石励磁用具の使用方法を説明する図である。 超電導磁石励磁用具の使用方法を説明する図である。 超電導磁石励磁用具の使用方法を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る超電導磁石励磁用具の一例を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る超電導磁石励磁用具の一例を示す断面図である。

［第１実施形態］
はじめに、本発明の第１実施形態に係る超電導磁石装置及び超電導磁石励磁用具について説明する。なお、以下の各図において共通する構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る超電導磁石装置の断面図である。
図１に示すように、超電導磁石装置１００は、超電導コイル１と、高熱伝導部材２と、永久電流スイッチ３と、端子板３ａと、超電導コイル用冷凍機４と、遮熱シールド５と、積層断熱材６と、真空容器７と、超電導コイル用リード９と、永久電流スイッチ用リード１０と、固定コネクタ板（固定コネクタ部）１４と、固定ベローズ（ベローズ）１６と、可動コネクタ板（可動コネクタ部）１８と、超電導コイル用リードアダプタ１９と、永久電流スイッチ用リードアダプタ２０とを備えている。図１においては、可動コネクタ板１８が備えられる真空容器７の外面に、超電導コイル１の励磁を行うための超電導磁石励磁用具２００が取り付けられた状態の超電導磁石装置１００が示されている。

超電導磁石装置１００は、冷凍機を使用した伝導冷却型の超電導磁石装置である。超電導コイル１は、超電導体からなる超電導線がボビンに捲回された構造を有している。超電導体としては、窒素の沸点未満の転移温度を示すニオブチタン（ＮｂＴｉ）等の超電導体、及び、窒素の沸点以上の転移温度を示す二ホウ化マグネシウム（ＭｇＢ_２）、ＢＳＣＣＯ、ＹＢＣＯ（Ｙ１２３）等の高温超電導体のいずれも適用され得る。通常、超電導線とボビンとの間や超電導線同士の間には絶縁層が設けられ、電気的に互いに絶縁される。

高熱伝導部材２は、超電導コイル１と熱的に接続されている。高熱伝導部材２は、超電導コイル１と共に、永久電流スイッチ３及び永久電流スイッチ３の端子板３ａを支持しており、永久電流スイッチ３や端子板３ａとも熱的に接続されている。高熱伝導部材２は、高熱伝導性を有するアルミニウム、銅、これらの合金等によって形成されている。なお、本明細書において、熱的に接続されているとは、主として固相における熱伝導や、互いに接触している固相間の熱伝達を介して伝熱可能とされている状態を意味する。また、高熱伝導性を有するとは、温度４Ｋにおける熱伝導率が、２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを意味する。

超電導コイル用冷凍機４は、第１ステージ４ａと第２ステージ４ｂとを備える２段ステージ型とされている。超電導コイル用冷凍機４としては、例えば、ギフォード・マクマホン（Gifford-McMahon；ＧＭ）冷凍機、スターリング冷凍機、パルス管型冷凍機等が利用可能である。超電導コイル用冷凍機４の冷却性能は、例えば、温度６０Ｋにおいて６０Ｗ、温度４Ｋにおいて１Ｗである。

超電導コイル用冷凍機４は、超電導コイル１と熱的に接続されている。詳細には、超電導コイル用冷凍機４の第２ステージ４ｂが、高熱伝導部材２と接している。超電導コイル用冷凍機４は、高熱伝導部材２と熱的に接続されている超電導コイル１、永久電流スイッチ３、端子板３ａを伝導冷却することができる。

永久電流スイッチ３は、超電導コイル１が組み込まれた回路の開閉を切り替える素子となっている。永久電流スイッチ３は、例えば、無誘電巻きされた超電導線が、ヒータとしての抵抗線と共巻きされた熱式の永久電流スイッチとされる。永久電流スイッチ３の超電導線は、超電導コイル１から引き出された超電導線と接続され、不図示の抵抗線は、端子板３ａに引き出されている。

超電導コイル１、高熱伝導部材２、永久電流スイッチ３及び端子板３ａは、内面側に遮熱シールド５が積層されている積層断熱材６によって、全面にわたって覆われている。遮熱シールド５と積層断熱材６とによって、外側から超電導コイル１等へ向かう放射熱が遮蔽されるようになっている。また、遮熱シールド５と積層断熱材６とは、超電導コイル用冷凍機４の第１ステージ４ａと熱的に接続されている。遮熱シールド５や積層断熱材６は、超電導コイル用冷凍機４によって伝導冷却されるようになっている。

真空容器７は、超電導コイル１、高熱伝導部材２、永久電流スイッチ３及び端子板３ａを収容している。詳細には、超電導コイル１等を覆っている積層断熱材６が、真空容器７の内面から離隔した内側に収容されている。真空容器７の内部は、高真空状態とされ、超電導コイル１や高熱伝導部材２や永久電流スイッチ３等は、熱的に接続された箇所が少ない状態で、真空内に断熱的に保持されるようになっている。

超電導コイル用リード９は、一端が、永久電流スイッチ３に引き出されている超電導コイル１に接続されている一方、他端が、真空容器７の外側に引き出されている。なお、超電導コイル用リード９としては、入力側と出力側の一対の電線が備えられているが、以下では、これらを一括して超電導コイル用リード９として説明する。超電導コイル用リード９は、電源と電気的に接続されることによって、超電導コイル１に対する励磁電流を通電可能としている電線である。超電導コイル１と永久電流スイッチ３とは、電源に対して回路上で並列の関係で繋がれる。

永久電流スイッチ用リード１０は、一端が、永久電流スイッチ３に付随する端子板３ａに接続されている。端子板３ａからは、不図示の抵抗線が永久電流スイッチ３に渡されており、永久電流スイッチ３が備える超電導線と共巻きされている。また、永久電流スイッチ用リード１０は、他端が、真空容器７の外側に引き出されている。なお、永久電流スイッチ用リード１０としては、入力側と出力側の一対の電線が備えられているが、以下では、これらを一括して永久電流スイッチ用リード１０として説明する。永久電流スイッチ用リード１０は、電源と電気的に接続されることによって、永久電流スイッチ３に対する作動電流、すなわち抵抗線への電流を通電可能としている電線である。

超電導コイル用リード９や永久電流スイッチ用リード１０は、高熱伝導性を有する、銅、銅合金等の常伝導体で形成してもよいし、超電導体又は高温超電導体で形成してもよい。超電導コイル１の巻線が高温超電導体であれば、超電導コイル１の動作温度は、１５Ｋ以上の温度にすることができる。例えば、転移温度が９０Ｋ以上のＹＢＣＯであれば、超電導コイル１の動作温度は、７０Ｋ以上の温度にすることができる。通常、冷凍機による冷凍能力は被冷却体の温度に比例する。よって、冷凍機による冷凍能力を高くして通電を安定的に行う観点からは、超電導コイル用リード９や永久電流スイッチ用リード１０、特に超電導コイル用リード９を高温超電導体で形成することが好ましい。

超電導コイル用リード９や永久電流スイッチ用リード１０の材質が銅である場合、温度約４Ｋにおいて、設計上の許容電流における電流密度は、１６Ａ／ｍｍ^２、熱伝導率は、２５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）となる。これに対して、超電導体のニオブチタン（ＮｂＴｉ）である場合、温度約４Ｋにおいて、設計上の許容電流における電流密度は、２００Ａ／ｍｍ^２、熱伝導率は、０．１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）となる。つまり、超電導コイル用リード９や永久電流スイッチ用リード１０を常伝導体から超電導体に換装することによって良好な導通が実現されるようになる。そのため、電流密度を確保しつつリードを細径化することも可能となり、超電導体による低い熱伝導率と細径化とによって、リードを介した熱侵入を大幅に低減することができる。その結果、冷凍機への熱負荷も低減されるため、冷凍機の運転動力を削減したり、より冷凍能力が低い冷凍機に換装したりすることが可能となる。

図１に示すように、超電導磁石装置１００が備える真空容器７の外面には、超電導コイル１の励磁を行うための超電導磁石励磁用具２００が取り付けられる。超電導磁石装置１００は、超電導磁石励磁用具２００の取り付け位置に、固定コネクタ板１４と、固定ベローズ１６と、可動コネクタ板１８とを有している。

図２は、本発明の第１実施形態に係る超電導磁石励磁用具を拡大して示す断面図である。
図２に示すように、固定コネクタ板１４は、真空容器７の壁部に設けられた貫通孔７ｃを気密に閉塞しており、スクリュ１４ｂによって内部側から真空容器７の壁部に固定されている。そして、超電導コイル用リード９の他端、及び、永久電流スイッチ用リード１０の他端のそれぞれは、固定コネクタ板１４を貫通して真空容器７の外側に引き出され、固定コネクタ板１４の外側に端子接続可能に集約されている。

固定ベローズ１６は、真空容器７の外側に引き出されている超電導コイル用リード９の他端、及び、永久電流スイッチ用リード１０の他端のそれぞれを囲んだ状態で、真空容器７の外面に立設されている。固定ベローズ１６は、伸縮自在な筒状の形状を有すると共に、筒状部に気密性を有しており、例えば、ステンレス鋼等を材質として形成されている。

可動コネクタ板１８は、筒状の固定ベローズ１６の先端側の開口を気密に覆っている。可動コネクタ板１８は、固定ベローズ１６の先端側に固定されており、固定ベローズ１６の伸縮に伴って、固定コネクタ板１４と垂直な方向に可動するようになっている。可動コネクタ板１８には、超電導コイル用リードアダプタ１９と永久電流スイッチ用リードアダプタ２０とが固定されている。なお、超電導コイル用リードアダプタ１９及び永久電流スイッチ用リードアダプタ２０としては、入力側と出力側の一対のアダプタが備えられているが、以下では、それぞれを一括して説明する。

超電導コイル用リードアダプタ１９は、真空容器７の外面に対向する内側、すなわち固定コネクタ板１４を臨む内側に、超電導コイル用リード９の他端と接続可能な内側端子１９ａを有している。また、その反対の外側に、励磁用リード２９と接続可能な外側端子１９ｂを有している。同様に、永久電流スイッチ用リードアダプタ２０は、真空容器７の外面に対向する内側に、永久電流スイッチ用リード１０の他端と接続可能な内側端子２０ａを有している。また、その反対側に、通電用リード３０と接続可能な外側端子２０ｂを有している。超電導コイル用リードアダプタ１９や永久電流スイッチ用リードアダプタ２０は、高熱伝導性を有する、銅、銅合金等の常伝導体で形成してもよいし、超電導体又は高温超電導体で形成してもよい。

可動コネクタ板１８は、固定ベローズ１６の伸縮を伴って固定コネクタ板１４に対して垂直方向に進退し、内側端子（１９ａ，２０ａ）や外側端子（１９ｂ，２０ｂ）のリードとの接続、すなわち、各端子が接続した接続状態と各端子の接続が切れた非接続状態とを切り替えることができる。超電導コイル用リードアダプタ１９や永久電流スイッチ用リードアダプタ２０は、内側端子（１９ａ，２０ａ）と外側端子（１９ｂ，２０ｂ）との間が電気的に接続されているため、各端子が接続状態となると、励磁用リード２９と超電導コイル用リード９との間、及び、通電用リード３０と永久電流スイッチ用リード１０との間のそれぞれが入出力双方向に導通するようになっている。可動コネクタ板１４は、絶縁性の材料によって形成される。或いは、適宜の材料によって形成され、各リードが接する接触面が絶縁テープ、絶縁ワッシャ等によって絶縁される。

図２に示すように、超電導磁石励磁用具２００は、カバー体２５と、励磁用リード２９と、通電用リード３０と、リード用冷凍機３４とを備えている。超電導磁石励磁用具２００は、カバー体２５を介して、可動コネクタ板１８が備えられる真空容器７の外面に装着されている。

カバー体２５は、開口を有する箱状の覆いとされている。カバー体２５の開口端は、側方に鍔状に延出してフランジ部（固定部）２５ａを形成している。フランジ部２５ａには、螺子孔２５ｂが設けられており、螺子孔２５ｂが真空容器７の外面に設けられている螺子穴７ｂと面一になるようにカバー体２５が配置されている。そして、カバー体２５のフランジ部２５ａは、螺子孔２５ｂと螺子穴７ａに螺合するスクリュ２６によって真空容器７に着脱自在に固定されている。カバー体２５は、励磁用リード２９、通電用リード３０及びリード用冷凍機３４を、真空容器７の外面上に支持している。

カバー体２５のフランジ部２５ａの開口端側の面には、不図示のＯリングが介装される。カバー体２５は、超電導磁石装置１００の外面、すなわち真空容器７の外面にＯリングを介して密接し、励磁用リード２９の先端側、通電用リード３０の先端側、可動コネクタ板１８、超電導コイル用リードアダプタ１９、永久電流スイッチ用リードアダプタ２０等を気密状態に保持することができる。

カバー体２５は、壁部に真空排気を行うための排気孔２５ｃを有している。排気孔２５ｃには、真空ポンプのホース（Ｈ）を接続可能な不図示のメインバルブ（Ｖ１）と、ブレイクバルブ（Ｖ２）とが接続されるようになっている（図３参照）。カバー体２５の内部は、超電導コイル１の励磁を行う際には、真空ポンプによって真空引きが施される。排気孔２５ｃ又はメインバルブ（Ｖ１）には、カバー体２５の内部の真空度を把握するために、不図示の真空計や連成計を設置してもよい。設置する真空計としては、ピラニ真空計又はイオン真空計が好ましい。

カバー体２５は、頂部に貫通孔２５ｄを有している。カバー体２５の頂部の外面には、貫通孔２５ｄを囲んだ状態で、基端側ベローズ３６が立設されている。基端側ベローズ３６は、伸縮自在な筒状の形状を有すると共に、筒状部に気密性を有しており、例えば、ステンレス鋼等を材質として形成されている。基端側ベローズ３６の外側の開口は、基端側フランジ板（可動固定部）３８によって気密に覆われている。

カバー体２５の頂部の外面には、基端側ベローズ３６の周囲に複数の螺子軸４０が垂設されている。螺子軸４０の先端側は、基端側フランジ板３８に設けられている貫通孔に緩挿されており、螺子軸４０に螺合するナット４１によって締結固定されている。基端側フランジ板３８は、螺子軸４０に沿って可動自在に設けられており、ナット４１による固定位置の調節によって、基端側ベローズ３６の伸縮を伴って、カバー体２５の頂部からの高さが変えられるようになっている。

基端側フランジ板３８には、入出力一対の励磁用リード２９のそれぞれと、入出力一対の通電用リード３０のそれぞれとが固定されている。励磁用リード２９及び通電用リード３０は、基端側フランジ板３８を貫通しており、電源と接続されるそれぞれの基端側において基端側フランジ板３８に固定されている。また、励磁用リード２９及び通電用リード３０は、中間フランジ板４２と先端側フランジ板４３とを貫通しており、それぞれの先端側に先端側フランジ板４３、基端側フランジ板３８と先端側フランジ板４３との間の中間位置に中間フランジ板４２を固定している。

カバー体２５の頂部の内面からは、複数の支持軸４４が垂下している。支持軸４４の基端側は、貫通孔２５ｄの近傍の頂部の内面に固定されている。一方、支持軸４４の先端側は、鍔状のフランジ部材４５が有する螺子溝に螺合している。フランジ部材４５は、先端側フランジ板４３に立設されている先端側ベローズ４６の開口端に固定されている。支持軸４４の材質は、好ましくはガラス繊維強化プラスチック（ガラスＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics））又は炭素繊維強化プラスチック（カーボンＦＲＰ）である。機械的強度に優れる金属材料等と比較して、低い熱伝導率を兼ね備えているためである。

先端側フランジ板４３は、中央が支持軸４４によって略固定されるようになっている。そのため、基端側フランジ板３８に固定されている励磁用リード２９や通電用リード３０は、それぞれの先端部が、可動コネクタ板１８に設置されている超電導コイル用リードアダプタ１９や永久電流スイッチ用リードアダプタ２０の外側端子（１９ｂ，２０ｂ）に対向する所定位置に正確に位置決めされるようになっている。

基端側フランジ板３８は、絶縁性の材料によって形成される。或いは、適宜の材料によって形成され、励磁用リード２９や通電用リード３０が貫通して接する接触面が絶縁テープ、絶縁ワッシャ等によって絶縁される。一方、中間フランジ板４２及び先端側フランジ板４３は、絶縁性と共に高熱伝導性を有する材料によって形成される。或いは、導電性と共に高熱伝導性を有する材料によって形成され、励磁用リード２９や通電用リード３０が貫通して接する接触面が絶縁テープ、絶縁ワッシャ等によって絶縁される。絶縁性と共に高熱伝導性を有する材料としては、例えば、窒化アルミニウム、炭化珪素等が挙げられる。

励磁用リード２９は、導電性を有するブスバ等の棒体とされている。入出力一対の励磁用リード２９は、図２に示す形態においては、低温側リード２９ａと、高温側リード２９ｂとが長手方向に接合されてそれぞれ形成されている。高温側リード２９ｂの材質は、優れた導電性を有する点で、銅又は銅合金とすることが好ましい。一方、低温側リード２９ａの材質は、銅、銅合金等の常伝導体であってもよいが、好ましくは超電導体、より好ましくは高温超電導体とする。低温側リード２９ａの先端部は、接触抵抗を低減させる観点から、金蒸着又は金めっきを施すことが好ましい。

例えば、低温側リード２９ａの基端側の温度が約７０Ｋ以上となる運転の場合、転移温度が９０Ｋ程度以上の高温超電導体で低温側リード２９ａを形成しておけば、電気抵抗は略無くなる。つまり、５００Ａ程度の励磁電流を通電したとしても、発熱を実質的に生じなくさせることができる。励磁用リード２９を伝う侵入熱は、通常、約０．２Ｗ程度見込まれるが、微弱であるので問題となることは無い。

入出力一対の励磁用リード２９は、基端側フランジ板３８からカバー体２５の外側に突出している基端側において不図示の励磁電流電源の入出力端子のそれぞれに電気的に接続される。励磁電流電源は、超電導コイル１に対する所要の電流値の励磁電流を給電するための電源である。一方、入出力一対の通電用リード３０は、基端側フランジ板３８からカバー体２５の外側に突出している基端側において不図示の作動電流電源の入出力端子のそれぞれに電気的に接続される。作動電流電源は、永久電流スイッチ３に対する作動電流を給電する、すなわちヒータとしての抵抗線への通電を行うための電源である。

リード用冷凍機３４は、第１ステージ３４ａと第２ステージ３４ｂとを備える２段ステージ型とされている。リード用冷凍機３４としては、例えば、ギフォード・マクマホン（Gifford-McMahon；ＧＭ）冷凍機、スターリング冷凍機、パルス管型冷凍機等が利用可能である。リード用冷凍機３４の冷却性能は、例えば、第２ステージ３４ｂの到達最低温度が温度５Ｋに達するものである。

リード用冷凍機３４は、入出力一対の励磁用リード２９及び入出力一対の通電用リード３０と熱的に接続されている。詳細には、リード用冷凍機３４の第２ステージ３４ｂは、板状の第１熱伝導部材５１に接している。そして、第１熱伝導部材５１に連結された柔軟性と高熱伝導性とを有する第２熱伝導部材５２と、第２熱伝導部材５２に連結された先端側フランジ板４３に立設されている第３熱伝導部材５３とを介して先端側フランジ板４３と熱的に接続されている。一方、リード用冷凍機３４の第１ステージ３４ａは、環状の第４熱伝導部材５４に接している。そして、第４熱伝導部材５４に連結された柔軟性と高熱伝導性とを有する第５熱伝導部材５５を介して中間フランジ板４２と熱的に接続されている。

第１熱伝導部材５１、第３熱伝導部材５３及び第４熱伝導部材５４は、例えば、高熱伝導性を有する、銅、銅合金等の高熱伝導体が板状、筒状、円環状等の所定形状に形成されている。一方、第２熱伝導部材５２及び第５熱伝導部材５５は、高熱伝導性を有する、銅、銅合金等の高熱伝導体の細線が網状等に成形されて柔軟性を持った状態に形成されている。すなわち、リード用冷凍機３４は、柔軟性を有する第２熱伝導部材５２や第５熱伝導部材５５を介して励磁用リード２３に接続されている。そのため、励磁用リード２３及び通電用リード２８は、リード用冷凍機３４によって伝導冷却されている状態で、先端側フランジ板２２、中間フランジ板１９及び基端側フランジ板２４と一体となって固定コネクタ板１４からの高さを変えることができる。

ここで、超電導磁石励磁用具２００を使用して行う超電導コイル１の励磁方法について説明する。

図３、図４及び図５は、超電導磁石励磁用具の使用方法を説明する図である。図３は、超電導磁石装置に超電導磁石励磁用具を装着した状態、図４は、各リードを結線した状態、図５は、超電導磁石装置から超電導磁石励磁用具を取り外した状態を示している。図３、図４及び図５は、超電導磁石励磁用具の使用方法における操作及び作動を順に示したものである。なお、図４においては、電源や真空ポンプの図示を省略している。

超電導磁石装置１００に備えられる超電導コイル１を励磁するにあたっては、図３に示すように、可動コネクタ板１８が備えられる真空容器７の外面に、超電導磁石励磁用具２００を装着しておく。すなわち、超電導磁石励磁用具２００のカバー体２５と真空容器７とを、カバー体２５の内部が気密状態となるように所定の取り付け位置に密着させて固定する。このとき、基端側フランジ板３８は、カバー体２５の外側に高さを持って突出した状態、つまり、励磁用リード２９の先端部及び通電用リード３０の先端部が、カバー体２５の頂部寄りに収納されている状態にしておく。また、超電導磁石装置１００が備える超電導コイル１、永久電流スイッチ３等については、転移温度以下に十分に冷却しておく。

続いて、カバー体２５が有する排気弁２５ｃに設置されているメインバルブＶ１に、真空ポンプのホースＨを接続し、真空ポンプによって、カバー体２５の内部に真空引きを施す。このとき、カバー体２５の内部の真空度は、１０Ｐａ以下とすることが好ましい。カバー体２５の内部を高真空状態とすることによって、雰囲気中の水分等による短絡を防止することができる。

続いて、リード用冷凍機３４を作動させる。リード用冷凍機３４の第１ステージ３４ａと第２ステージ３４ｂとを、好ましくは励磁用リード２９、超電導コイル用リード９等の転移温度以下となる十分な低温に冷やし、カバー体２５の内部の励磁用リード２９や通電用リード３０を冷却しておく。

続いて、図４に示すように、励磁用リード２９及び通電用リード３０を固定している基端側フランジ板３８を押し込み、基端側フランジ板３８をカバー体２５の側に移動させる。基端側フランジ板３８が押し込まれることによって、はじめに、励磁用リード２９の先端部及び通電用リード３０の先端部のそれぞれが、可動コネクタ板１８に固定されている超電導コイル用リードアダプタ１９及び永久電流スイッチ用リードアダプタ２０のそれぞれの外側端子（１９ｂ，２０ｂ）に接続される。

図４に示すように、さらに、基端側フランジ板３８を深く押し込むと、可動コネクタ板１８は、固定ベローズ１６の圧縮を伴って、固定コネクタ板１４の側に近づく。そして、可動コネクタ板１８の反対側に固定されている超電導コイル用リードアダプタ１９及び永久電流スイッチ用リードアダプタ２０のそれぞれの内側端子（１９ａ，２０ａ）は、固定コネクタ板１４に引き出されている超電導コイル用リード９の他端、及び、永久電流スイッチ用リード１０の他端のそれぞれに接続される。基端側フランジ板３８については、このような接続が行われた状態でナット４１によって螺子軸４０に締結して高さを固定する。

また、入出力一対の励磁用リード２９の基端側に励磁電流電源の入出力端子のそれぞれを電気的に接続すると共に、入出力一対の通電用リード３０の基端側に作動電流電源の入出力端子のそれぞれを電気的に接続する。これによって、励磁電流電源から、入力側励磁用リード２９、入力側超電導コイル用リードアダプタ１９、入力側超電導コイル用リード９、超電導コイル１、出力側超電導コイル用リード９、出力側超電導コイル用リードアダプタ１９、出力側励磁用リード２９を順に経て、励磁電流電源に戻る回路が結線される。また、同様にして、作動電流電源から、永久電流スイッチ３に付随する端子板３ａを経て、作動電流電源に戻る回路が結線される。

超電導コイル１への励磁電流の通電は、永久電流スイッチ３がＯＦＦの状態で開始する。永久電流スイッチ３は、作動電流電源からの給電により、永久電流スイッチ３に付随する端子板３ａに作動電流を通電することで作動する。例えば、熱式の永久電流スイッチ３に備えられる超電導線を、抵抗線への通電により転移温度以上に抵抗加熱すると、電気抵抗が生じて永久電流スイッチ３がＯＦＦの状態となる。永久電流スイッチ３がＯＦＦの状態となったら超電導コイル１に、励磁電流電源から必要な電流値の励磁電流を給電する。

励磁電流の給電を終えた後は、永久電流スイッチ３をＯＮの状態に切り替える。永久電流スイッチ３の切り替えは、作動電流電源からの給電を操作することによって作動させる。例えば、作動電流電源からの給電を停止することにより、熱式の永久電流スイッチ３に備えられる超電導線の抵抗加熱を中止すると、超電導コイル用冷凍機４による伝導冷却によって永久電流スイッチ３がＯＮの状態となる。

続いて、超電導コイル１への励磁電流を徐々に低下させて給電を停止する。その結果、超電導コイル１を流れる励磁電流は、ＯＮの状態の永久電流スイッチ３を通って循環的に流れ続け、永久電流モードの運転となる。この状態では、励磁電流電源、作動電流電源、超電導磁石励磁用具２００を超電導磁石装置１００から撤去することが可能である。

超電導磁石励磁用具２００を撤去するにあたっては、はじめに、励磁用リード２９及び通電用リード３０を固定している基端側フランジ板３８を、カバー体２５の外側に引き出す。基端側フランジ板３８が引き出されることによって、可動コネクタ板１８は、固定ベローズ１６の伸長を伴って、固定コネクタ板１４から離隔する。そして、可動コネクタ板１８に固定されている超電導コイル用リードアダプタ１９及び永久電流スイッチ用リードアダプタ２０のそれぞれの内側端子（１９ａ，２０ａ）は、固定コネクタ板１４に引き出されている超電導コイル用リード９の他端、及び、永久電流スイッチ用リード１０の他端のそれぞれから引き抜かれ、非接続状態となる。

さらに、基端側フランジ板３８を引き出すと、励磁用リード２９の先端部及び通電用リード３０の先端部のそれぞれは、可動コネクタ板１８に固定されている超電導コイル用リードアダプタ１９及び永久電流スイッチ用リードアダプタ２０のそれぞれの外側端子（１９ｂ，２０ｂ）から脱し、非接続状態となる。すなわち、励磁用リード２９と超電導コイル１との間、及び、通電用リード３０と永久電流スイッチ３との間のそれぞれは、熱的に接続された状態ではなくなる。その結果、励磁用リード２９や通電用リード３０を介した外部から超電導コイル１や永久電流スイッチ３への伝熱が遮断される。リード用冷凍機３４については、基端側フランジ板３８を引き出し、超電導コイル１等への伝熱を遮断した後は稼働を停止してよい。また、引き出した基端側フランジ板３８は、ナット４１によって螺子軸４０に締結固定すればよい。

なお、超電導コイル用リードアダプタ１９や永久電流スイッチ用リードアダプタ２０の各端子が接続状態にあるか否かは、励磁用リード２９や通電用リード３０の入出力間の電気抵抗に基いて確認することが可能である。つまり、電気抵抗が無限大になっていれば、非接続状態であると確認できる。また、リード用冷凍機３４の第１ステージ３４ａや第２ステージ３４ｂの温度変化に基いて確認することも可能である。つまり、稼働中のリード用冷凍機３４における第１ステージ３４ａや第２ステージ３４ｂの温度降下速度が速まっていれば、非接続状態に切り替わったと確認できる。また、カバー体２５に可動コネクタ板１８の高さを目視可能な窓部を設けて確認を行ってもよい。

基端側フランジ板３８を引き出し、超電導コイル用リードアダプタ１９及び永久電流スイッチ用リードアダプタ２０のそれぞれの各端子を非接続状態とした後、ブレイクバルブＶ２（図３参照）を開放し、カバー体２５の内部の真空状態を破る。そして、カバー体２５に螺合しているスクリュ２６を取り外すことにより、超電導磁石励磁用具２００を撤去する。

図５に示すように、超電導磁石励磁用具２００が撤去された超電導磁石装置１００においては、超電導コイル用リードアダプタ１９及び永久電流スイッチ用リードアダプタ２０のそれぞれの各端子が外界に露出した状態となる。そこで、各端子を損傷や腐食等から保護し、異物の付着等による接触抵抗の増大を防止するために、必要に応じて、保護カバー５８を装着する。保護カバー５８は、超電導磁石励磁用具２００と同様の取り付け位置に、スクリュ２６で締結固定すればよい。

以上の超電導磁石励磁用具２００が取り付けられる超電導磁石装置１００によれば、永久電流モード時等において、励磁用リード２９と超電導コイル１との間、及び、通電用リード３０と永久電流スイッチ３との間を熱的に接続されていない状態にすることができる。そのため、励磁用リード２９や通電用リード３０を介した、外部の常温空間から超電導コイル１や永久電流スイッチ３への伝熱を良好に抑制することができる。その結果、超電導コイル用冷凍機４に掛かる熱負荷が抑えられ、超電導コイル１を転移温度以下の所定温度に冷却するのに伴う冷却負荷を低減することができる。

また、超電導磁石励磁用具２００は、励磁用リード２９や通電用リード３０を冷却可能なリード用冷凍機３４を備えている。そのため、励磁用リード２９と超電導コイル１との間、及び、通電用リード３０と永久電流スイッチ３との間を結線したとき、これらの間の温度勾配を小さく抑えることができる。また、励磁用リード２９や通電用リード３０、及び、超電導コイル用リードアダプタ１９や永久電流スイッチ用リードアダプタ２０を介した伝導冷却によって、超電導コイル用リード９や永久電流スイッチ用リード１０、或いは、超電導コイル１や永久電流スイッチ３を伝導冷却することが可能である。

また、超電導磁石励磁用具２００は、着脱自在である。そのため、単一機を複数の超電導磁石装置１００の励磁に用いることが可能であり、低コストで複数の超電導磁石装置１００を運用することができる。また、着脱自在な超電導磁石励磁用具２００にリード用冷凍機３４が備えられているため、超電導磁石装置１００には、超電導コイル用冷凍機４が備えられていれば足りる。よって、製造コストも削減される点で有利である。

また、超電導磁石装置１００は、超電導磁石励磁用具２００を取り付けたままの状態で運用、搬送、取引などすることも可能である。すなわち、励磁用リード２９と、通電用リード３０と、リード用冷凍機３４と、カバー体２５とを付随して備える超電導磁石装置１００であれば、基端側フランジ板３８の引き出し及び押し込みによって、励磁用リード２９や通電用リード３０を介した侵入熱を遮断する作用が得られる。

超電導磁石装置１００は、ＭＲＩ装置等に好適に用いることができる。超電導磁石装置１００は、励磁用リード２９や通電用リード３０を介する熱侵入が低減された状態で永久電流モードの運転が可能である。そのため、クエンチが防止されており、且つ、撮像に電源ノイズが入らない優れたＭＲＩ装置を実現することができる点で有用である。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る超電導磁石装置及び超電導磁石励磁用具について説明する。

図６は、本発明の第２実施形態に係る超電導磁石励磁用具の一例を示す断面図である。
図６に示すように、第２実施形態に係る超電導磁石装置１００Ａは、前記の超電導磁石装置１００と異なり、真空容器７の外面の取り付け位置に、嵌合凹部１８ａと、案内部１８ｂとが設けられた可動コネクタ板１８Ａを有する形態となっている。第２実施形態に係る超電導磁石装置１００Ａが備える真空容器７の外面には、超電導コイル１の励磁を行うための超電導磁石励磁用具２００Ａが取り付けられている。

第２実施形態に係る超電導磁石励磁用具２００Ａは、励磁用リード２９や通電用リード３０に対してリード用冷凍機３４Ａが間接的に固定されており、リード用冷凍機３４Ａが励磁用リード２９や通電用リード３０と一体となって進退可能に設けられたものである。そして、リード用冷凍機３４Ａは、可動コネクタ板１８Ａに対して熱的に接続自在に設けられた伝熱連結部材（伝熱部）６０を有する先端側フランジ板４３Ａと固定された形態となっている。図６に示す形態の超電導磁石励磁用具２００Ａは、１段ステージ型のリード用冷凍機３４Ａを備えている。

図６に示すように、真空容器７の外面の超電導磁石励磁用具２００Ａの取り付け位置には、超電導コイル用リードアダプタ１９と永久電流スイッチ用リードアダプタ２０とが固定された可動コネクタ板１８Ａが備えられている。なお、以下の図においては、永久電流スイッチ用リードアダプタ２０、通電用リード３０、永久電流スイッチ用リード１０についての図示を省略している。これらは、超電導コイル用リードアダプタ１９、励磁用リード２９、超電導コイル用リード９のそれぞれと同様に、別途、設置及び接続がなされる。

可動コネクタ板１８Ａは、外側の面の中央に円柱状に減肉された嵌合凹部１８ａを有している。また、嵌合凹部１８ａの開口端の周縁に、案内部１８ｂを有している。案内部１８ｂは、可動コネクタ板１８Ａの外側の面から高さを持って環状に設けられており、嵌合凹部１８ａの周囲を囲んでいる。案内部１８ｂの内周面は、可動コネクタ板１８Ａの外側から嵌合凹部１８ａに向けてテーパ状に縮径し、嵌合凹部１８ａの内周面に連なっている。嵌合凹部１８ａには、案内部１８ｂの環内周面に沿って伝熱連結部材６０の先端部が案内されるようになっている。

図６に示すように、超電導磁石励磁用具２００Ａは、カバー体２５Ａと、励磁用リード２９と、不図示の通電用リード３０と、１段ステージ型のリード用冷凍機３４Ａとを備えている。カバー体２５Ａは、前記のカバー体２５と同様のフランジ部２５ａ及び排気孔２５ｃを有しており、頂部には貫通孔２５ｄを有している。カバー体２５Ａの頂部の外面には、基端側ベローズ３６Ａの周囲に複数の螺子軸４０が垂設されており、螺子軸４０の先端側は、基端側フランジ板３８Ａに設けられている貫通孔に緩挿されて締結固定されている。基端側フランジ板３８Ａには、入出力一対の励磁用リード２９のそれぞれと、入出力一対の通電用リード３０のそれぞれとが固定されている。

リード用冷凍機３４Ａは、可動コネクタ板１８Ａを臨む内側に第１ステージ３４ａを備えている。リード用冷凍機３４Ａとしては、例えば、ギフォード・マクマホン（Gifford-McMahon；ＧＭ）冷凍機、スターリング冷凍機、パルス管型冷凍機等が利用可能である。

リード用冷凍機３４Ａは、励磁用リード２９及び不図示の通電用リード３０を固定している基端側フランジ板３８Ａを貫通して基端側フランジ板３８Ａに固定されている。基端側フランジ板３８Ａは、ナット４１による固定位置の調節によって、基端側ベローズ３６の伸縮を伴って、カバー体２５Ａの頂部からの高さが可変するようになっている。すなわち、リード用冷凍機３４Ａは、励磁用リード２９や通電用リード３０と一体となってカバー体２５Ａの開口に向けて進退可能に設けられている。

リード用冷凍機３４Ａの第１ステージ３４ａには、剛性と高熱伝導性とを有する先端側フランジ板（熱伝導部材）４３Ａが固定されている。励磁用リード２９及び通電用リード３０のそれぞれは、先端側フランジ板４３Ａを貫通しており、それぞれの先端側において先端側フランジ板４３Ａに固定されている。つまり、剛性と高熱伝導性とを有する先端側フランジ板４３Ａが、リード用冷凍機３４Ａと、励磁用リード２９や通電用リード３０との間を熱的に接続している。

先端側フランジ板４３Ａは、可動コネクタ板１８Ａに向けて垂下した伝熱連結部材６０を可動コネクタ板１８Ａに臨む側の面に有している。伝熱連結部材６０は、基端が、先端側フランジ板４３Ａの可動コネクタ板１８Ａを臨む側の面に固定されており、先端に、可動コネクタ板１８Ａの嵌合凹部１８ａに嵌合する嵌合部６０ａを有している。伝熱連結部材６０は、先端側フランジ板４３Ａに固定されている励磁用リード２９や通電用リード３０と一体となってカバー体２５Ａの開口に向けて進退自在に設けられている。そして、伝熱連結部材６０の嵌合部６０ａが、嵌合凹部１８ａに嵌合することで、リード用冷凍機３４Ａの第１ステージ３４ａと可動コネクタ板１８Ａとが熱的に接続自在とされている。

先端側フランジ板４３Ａや伝熱連結部材６０は、剛性と高熱伝導性とを有する熱伝導部材であって、好ましくは、窒化アルミニウム又は炭化珪素によって形成される。窒化アルミニウムや炭化珪素としては、温度１００Ｋにおいて、熱伝導率が３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上５００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、温度５０Ｋにおいて、熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に達するものが好ましい。或いは、先端側フランジ板４３Ａや伝熱連結部材６０は、導電性を有する、銅、銅合金等の高熱伝導体によって形成し、以下の図において網掛けで示すように、他の部材と接する接触面を絶縁テープ、絶縁ワッシャ等によって絶縁してもよい。

以上の超電導磁石励磁用具２００Ａが取り付けられる超電導磁石装置１００Ａによれば、前記の超電導磁石装置１００や超電導磁石励磁用具２００と同様に、永久電流モード時等において、励磁用リード２９と超電導コイル１との間、及び、通電用リード３０と永久電流スイッチ３との間を熱的に接続されていない状態にすることができる。そのため、外部の常温空間から超電導コイル１や永久電流スイッチ３への、励磁用リード２９や通電用リード３０を介した伝熱を良好に抑制することができる。その結果、超電導コイル用冷凍機４に掛かる熱負荷が抑えられ、超電導コイル１を転移温度以下の所定温度に冷却するのに伴う冷却負荷を低減することができる。

特に、リード用冷凍機３４Ａが、カバー体２５Ａの開口に向けて進退可能に設けられ、剛性と高熱伝導性とを有する熱伝導部材（先端側フランジ板４３Ａ）を介して励磁用リード２９や通電用リード３０と熱的に接続されている。そのため、前記の超電導磁石励磁用具２００のように柔軟性を有する熱伝導部材（第２熱伝導部材、第５熱伝導部材）を介した場合と比較して伝熱抵抗が低く抑えられ、励磁用リード２９、通電用リード３０等の冷却に伴う冷却負荷がより低減される。

また、リード用冷凍機３４Ａが、励磁用リード２９や通電用リード３０と一体的にカバー体２５Ａに支持されている。そのため、前記の超電導磁石励磁用具２００と比較して、カバー体２５Ａの内部の構造が単純化される。つまり、伝熱抵抗を及ぼす接合箇所の総面積や構成部品の点数が削減されて、冷却効率に優れると共に小型化に適した形態となる点で有利である。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る超電導磁石装置及び超電導磁石励磁用具について説明する。

図７は、本発明の第３実施形態に係る超電導磁石励磁用具の一例を示す断面図である。
図７に示すように、第３実施形態に係る超電導磁石装置１００Ｂは、前記の超電導磁石装置１００Ａと同様に、真空容器７の外面の取り付け位置に、嵌合凹部１８ａと、案内部１８ｂとが設けられた可動コネクタ板１８Ａを有する形態となっている。第３実施形態に係る超電導磁石装置１００Ｂが備える真空容器７の外面には、超電導コイル１の励磁を行うための超電導磁石励磁用具２００Ｂが取り付けられている。

第３実施形態に係る超電導磁石励磁用具２００Ｂは、前記の超電導磁石励磁用具２００Ａと同様に、励磁用リード２９や不図示の通電用リード３０に対してリード用冷凍機３４Ｂが間接的に固定されており、リード用冷凍機３４Ｂが励磁用リード２９や通電用リード３０と一体となって進退可能に設けられたものである。超電導磁石励磁用具２００Ｂが、前記の超電導磁石励磁用具２００Ａと異なる点は、リード用冷凍機として、２段ステージ型のリード用冷凍機３４Ｂを備えている点である。

図７に示すように、超電導磁石励磁用具２００Ｂは、カバー体２５Ａと、励磁用リード２９と、通電用リード３０と、２段ステージ型のリード用冷凍機３４Ｂとを備えている。カバー体２５Ａは、前記のカバー体２５と同様のフランジ部２５ａ及び排気孔２５ｃを有しており、頂部には貫通孔２５ｄを有している。カバー体２５Ａの頂部の外面には、基端側ベローズ３６Ａの周囲に複数の螺子軸４０が垂設されており、螺子軸４０の先端側は、基端側フランジ板３８Ａに設けられている貫通孔に緩挿されて締結固定されている。基端側フランジ板３８Ａには、入出力一対の励磁用リード２９のそれぞれと、入出力一対の通電用リード３０のそれぞれとが固定されている。

リード用冷凍機３４Ｂは、可動コネクタ板１８Ａを臨む内側に第１ステージ３４ａと、第２ステージ３４ｂとを備えている。リード用冷凍機３４Ｂとしては、前記のリード用冷凍機３４と同様に、例えば、ギフォード・マクマホン（Gifford-McMahon；ＧＭ）冷凍機、スターリング冷凍機、パルス管型冷凍機等が利用可能である。

リード用冷凍機３４Ｂは、励磁用リード２９及び通電用リード３０を固定している基端側フランジ板３８Ａを貫通して基端側フランジ板３８Ａに固定されている。基端側フランジ板３８Ａは、ナット４１による固定位置の調節によって、基端側ベローズ３６の伸縮を伴って、カバー体２５Ａの頂部からの高さが可変するようになっている。すなわち、リード用冷凍機３４Ｂは、前記のリード用冷凍機３４Ａと同様に、励磁用リード２９や通電用リード３０と一体となってカバー体２５Ａの開口に向けて進退可能に設けられている。

リード用冷凍機３４Ｂの第１ステージ３４ａには、剛性と高熱伝導性とを有する先端側フランジ板（熱伝導部材）４３Ａが固定されている。励磁用リード２９及び通電用リード３０のそれぞれは、先端側フランジ板４３Ａを貫通しており、それぞれの先端側において先端側フランジ板４３Ａに固定されている。つまり、剛性と高熱伝導性とを有する先端側フランジ板４３Ａが、リード用冷凍機３４Ａと、励磁用リード２９や通電用リード３０との間を熱的に接続している。

リード用冷凍機３４Ｂの第２ステージ３４ｂは、先端側フランジ板４３Ａをさらに貫通して可動コネクタ板１８Ａを臨む内側に突出している。そして、リード用冷凍機３４Ｂの第２ステージ３４ｂは、可動コネクタ板１８Ａに向けて垂下した伝熱連結部材６０Ｂと熱的に接続されている。伝熱連結部材６０Ｂは、基端が、リード用冷凍機３４Ｂの第２ステージ３４ｂと固定されており、先端に、可動コネクタ板１８Ａの嵌合凹部１８ａに嵌合する嵌合部６０ａを有している。伝熱連結部材６０Ｂは、先端側フランジ板４３Ａに固定されている励磁用リード２９や通電用リード３０と一体となってカバー体２５Ａの開口に向けて進退自在に設けられている。そして、伝熱連結部材６０Ｂの嵌合部６０ａが、嵌合凹部１８ａに嵌合することで、リード用冷凍機３４Ｂの第２ステージ３４ｂと可動コネクタ板１８Ａとが熱的に接続自在とされている。なお、伝熱連結部材６０Ｂの材質は、前記の伝熱連結部材６０についてと同様に選択することができる。

以上の超電導磁石励磁用具２００Ｂが取り付けられる超電導磁石装置１００Ｂによれば、前記の超電導磁石装置１００や超電導磁石励磁用具２００と同様に、永久電流モード時等において、励磁用リード２９と超電導コイル１との間、及び、通電用リード３０と永久電流スイッチ３との間を熱的に接続されていない状態にすることができる。そのため、外部の常温空間から超電導コイル１や永久電流スイッチ３への、励磁用リード２９や通電用リード３０を介した伝熱を良好に抑制することができる。その結果、超電導コイル用冷凍機４に掛かる熱負荷が抑えられ、超電導コイル１を転移温度以下の所定温度に冷却するのに伴う冷却負荷を低減することができる。

特に、リード用冷凍機３４Ｂが、カバー体２５Ａの開口に向けて進退可能に設けられているため、剛性と高熱伝導性とを有する熱伝導部材（先端側フランジ板４３Ａ）を介することによって伝熱抵抗が低く抑えられる。また、カバー体２５Ａの内部の構造が単純化される点で有利である。さらに、リード用冷凍機３４Ｂが、２段ステージ型とされているため、第１ステージと比較して到達温度が低い第２ステージによって、効果的に励磁用リード２９や通電用リード３０を伝導冷却することができる。伝熱連結部材６０Ｂは、１段ステージ型に備えられる伝熱連結部材６０と比較して短尺化され、熱伝導が良好となるので、可動コネクタ板１８Ａを介した効果的な吸熱が可能となる点で有利である。

なお、以上の超電導磁石装置及び超電導磁石励磁用具の構成は、本発明の作用効果を妨げない限り種々の構成に置換、変更等することが可能である。

例えば、前記の超電導磁石装置及び超電導磁石励磁用具においては、永久電流スイッチ用リード１０が固定コネクタ板１４に引き出され、永久電流スイッチ用リードアダプタ２０が可動コネクタ板１８に固定され、通電用リード３０が超電導磁石励磁用具に備えられている。しかしながら、永久電流スイッチ３と作動電流電源とを電気的に接続するこれらの構成については、超電導磁石励磁用具に設けないものとすることもできる。すなわち、永久電流スイッチ３への作動電流は、励磁電流を通電するリードと比較して低電流であるため、他の電気的経路を介して通電してもよい。

また、前記の超電導磁石装置は、冷凍機を使用した伝導冷却型の超電導磁石装置とされている。しかしながら、本発明は、冷媒による浸漬冷却型の超電導磁石装置に適用してもよい。例えば、遮熱シールド５の内部に、液体ヘリウム等の冷媒を収容した冷媒格納容器を配置し、超電導コイル１や永久電流スイッチ３をその冷媒に浸漬させて冷却する形態を採ることができる。このとき、超電導コイル用リード９や永久電流スイッチ用リード１０に相当するリードについては、冷媒格納容器を貫通させて外側に引き出した状態とする。超電導コイル用冷凍機４については、設置を省略してもよいし、冷媒の再凝縮を行うために利用してもよい。

浸漬冷却型の超電導磁石装置においても、超電導コイル用リード９と、永久電流スイッチ用リード１０と、固定コネクタ板（固定コネクタ部）１４と、固定ベローズ（ベローズ）１６と、可動コネクタ板（可動コネクタ部）１８と、超電導コイル用リードアダプタ１９と、永久電流スイッチ用リードアダプタ２０とが備えられることによって、前記の超電導磁石励磁用具を着脱自在に取り付けることができる。そのため、前記の超電導磁石装置及び超電導磁石励磁用具と同様の作用効果を得ることが可能である。このような浸漬冷却型の超電導磁石装置は、超電導コイル１にニオブチタン（ＮｂＴｉ）等の超電導体（低温超伝導体）を用いる場合に好適である。

１００ 超電導磁石装置
２００ 超電導磁石励磁用具
１ 超電導コイル
２ 高熱伝導部材
３ 永久電流スイッチ
３ａ 端子板
４ 超電導コイル用冷凍機
４ａ 第１ステージ
４ｂ 第２ステージ
５ 遮熱シールド
６ 積層断熱材
７ 真空容器
７ｂ 螺子穴
７ｃ 貫通孔
９ 超電導コイル用リード
１０ 永久電流スイッチ用リード
１４ 固定コネクタ板（固定コネクタ部）
１４ｂ スクリュ
１６ 固定ベローズ（ベローズ）
１８ 可動コネクタ板（可動コネクタ部）
１８ａ 嵌合凹部
１８ｂ 案内部
１９ 超電導コイル用リードアダプタ
１９ａ 内側端子
１９ｂ 外側端子
２０ 永久電流スイッチ用リードアダプタ
２０ａ 内側端子
２０ｂ 外側端子
２５ カバー体
２５ａ フランジ部（固定部）
２５ｂ 貫通孔
２５ｃ 排気孔
２５ｄ 貫通孔
２６ スクリュ
２９ 励磁用リード
２９ａ 低温側リード
２９ｂ 高温側リード
３０ 通電用リード
３４ リード用冷凍機
３４ａ 第１ステージ
３４ｂ 第２ステージ
３６ 基端側ベローズ
３８ 基端側フランジ板（可動固定部）
４０ 螺子軸
４１ ナット
４２ 中間フランジ板
４３ 先端側フランジ板
４４ 支持軸
４５ フランジ部材
４６ 先端側ベローズ
５１ 第１熱伝導部材
５２ 第２熱伝導部材
５３ 第３熱伝導部材
５４ 第４熱伝導部材
５５ 第５熱伝導部材
５８ 保護カバー
６０ 伝熱連結部材（伝熱部）

Claims (12)

1. 超電導コイルと、
   前記超電導コイルが組み込まれた回路の開閉を切り替える永久電流スイッチと、
   前記超電導コイル及び前記永久電流スイッチを収容した真空容器と、
   一端が前記超電導コイルに接続されると共に他端が前記真空容器の外側に引き出されており、前記超電導コイルに対する励磁電流を通電可能な超電導コイル用リードと、
   前記真空容器の外側に引き出されている前記超電導コイル用リードを囲んだ状態で前記真空容器の外面に立設されている伸縮自在なベローズと、
   前記ベローズの開口を気密に覆うと共に、前記真空容器の外面に面する側に、前記超電導コイル用リードの他端と接続可能な内側端子、反対側に、前記超電導コイルに対する励磁電流を給電する電源に接続される励磁用リードと接続可能な外側端子をそれぞれ有し、前記ベローズの伸縮を伴って前記内側端子及び前記外側端子が接続された状態と接続されていない状態とに進退する可動コネクタ部とを備え、
   前記可動コネクタ部が備えられる前記真空容器の外面には、前記励磁用リード及び前記励磁用リードに対して熱的に接続されたリード用冷凍機を支持すると共に、前記真空容器の外面に密接して前記励磁用リードを気密状態に保持可能なカバー体を有し、
   前記カバー体は、開口を有する箱状の覆いであり、且つ、前記箱状の覆いの頂部に前記開口に向かう方向に可動する可動固定部を支持しており、
   前記可動固定部は、前記励磁用リードが固定されていると共に、前記励磁用リードを前記カバー体の開口に向かう方向に進退可能であることを特徴とする超電導磁石装置。
2. 前記超電導コイル用リードが、高温超電導体で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導磁石装置。
3. 一端が前記永久電流スイッチに接続されると共に他端が前記真空容器の外側に引き出されており、前記永久電流スイッチに対する作動電流を通電可能な永久電流スイッチ用リードをさらに備え、
   前記ベローズは、前記真空容器の外側に引き出されている前記永久電流スイッチ用リードを囲んだ状態で前記真空容器の外面に立設されており、
   前記可動コネクタ部は、前記真空容器の外面に面する側に、前記永久電流スイッチ用リードの他端と接続可能な内側端子、反対側に、前記永久電流スイッチに対する作動電流を給電する電源に接続される通電用リードと接続可能な外側端子をさらに有し、
   前記カバー体は、前記通電用リードをさらに支持すると共に、前記真空容器の外面に密接して前記励磁用リード及び前記通電用リードを気密状態に保持可能であり、
   前記可動固定部は、前記通電用リードが固定されていると共に、前記通電用リードを前記カバー体の開口に向かう方向に進退可能であることを特徴とする請求項１に記載の超電導磁石装置。
4. 超電導コイルに対する励磁電流を給電する電源に接続される励磁用リードと、
   前記励磁用リードに対して熱的に接続されたリード用冷凍機と、
   前記励磁用リード及び前記リード用冷凍機を支持すると共に、前記超電導コイルを備えている超電導磁石装置の外面に密接して、前記励磁用リードを気密状態に保持可能なカバー体とを備え、
   前記カバー体は、開口を有する箱状の覆いであり、且つ、前記箱状の覆いの頂部に前記開口に向かう方向に可動する可動固定部を支持しており、
   前記可動固定部は、前記励磁用リードが固定されていると共に、前記励磁用リードを前記カバー体の開口に向かう方向に進退可能であることを特徴とする超電導磁石励磁用具。
5. 前記励磁用リードの先端側が、高温超電導体で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の超電導磁石励磁用具。
6. 前記超電導コイルが組み込まれた回路の開閉を切り替える永久電流スイッチに対する作動電流を給電する電源に接続される通電用リードをさらに備え、
   前記カバー体は、前記通電用リードをさらに支持すると共に、前記超電導コイル及び前記永久電流スイッチを備えている超電導磁石装置の外面に密接して、前記励磁用リード及び前記通電用リードを気密状態に保持可能であり、
   前記可動固定部は、前記通電用リードが固定されていると共に、前記通電用リードを前記カバー体の開口に向かう方向に進退可能であることを特徴とする請求項４に記載の超電導磁石励磁用具。
7. 前記超電導磁石装置は、
   前記超電導コイルと、
   前記超電導コイルが組み込まれた回路の開閉を切り替える永久電流スイッチと、
   前記超電導コイル及び前記永久電流スイッチを収容した真空容器と、
   一端が前記超電導コイルに接続されると共に他端が前記真空容器の外側に引き出されており、前記超電導コイルに対する励磁電流を通電可能な超電導コイル用リードと、
   前記真空容器の外側に引き出されている前記超電導コイル用リードを囲んだ状態で前記真空容器の外面に立設されている伸縮自在なベローズと、
   前記ベローズの開口を気密に覆うと共に、前記真空容器の外面に面する側に、前記超電導コイル用リードの他端と接続可能な内側端子、反対側に、前記超電導コイルに対する励磁電流を給電する電源に接続される励磁用リードと接続可能な外側端子をそれぞれ有し、前記ベローズの伸縮を伴って前記内側端子及び前記外側端子が接続された状態と接続されていない状態とに進退する可動コネクタ部とを備え、
   前記カバー体は、前記可動コネクタ部が備えられる前記真空容器の外面に対して着脱自在に固定される固定部を有していることを特徴とする請求項４に記載の超電導磁石励磁用具。
8. 前記リード用冷凍機が、前記カバー体に固定されており、柔軟性と高熱伝導性とを有する熱伝導部材を介して前記励磁用リードと熱的に接続されていることを特徴とする請求項４に記載の超電導磁石励磁用具。
9. 前記リード用冷凍機が、前記励磁用リードと熱的に接続されたと共に剛性と高熱伝導性とを有する熱伝導部材に固定されており、前記励磁用リードと一体となって進退可能に設けられていることを特徴とする請求項７に記載の超電導磁石励磁用具。
10. 剛性と高熱伝導性とを有する前記熱伝導部材が、窒化アルミニウム又は炭化珪素によって形成されていることを特徴とする請求項９に記載の超電導磁石励磁用具。
11. 前記リード用冷凍機が、前記可動コネクタ部に対して熱的に接続自在に設けられた伝熱部と熱的に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の超電導磁石励磁用具。
12. 前記伝熱部が、窒化アルミニウム又は炭化珪素によって形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の超電導磁石励磁用具。

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