WO2011046038A1 - 超電導機器用容器および超電導機器 - Google Patents

Abstract

超電導体を含む部材としての超電導コイルを内部に保持する超電導機器用容器であって、開口部を有する樹脂製の筐体部材としての真空断熱容器２０と、開口部を貫通するように配置された金属部材としてのリード電極５０と、開口部を覆うとともに真空断熱容器２０とリード電極５０とを接続し、熱応力緩和部としての屈曲部を有する接続部材６３、６５とを備えることにより、超電導コイルなどの超電導体を収納する超電導機器用容器の壁面と、当該超電導機器用容器の壁面を貫通するように固定される金属部材との固定部における剥離やクラックの発生を抑制することが可能な超電導機器用容器および超電導機器を提供する。

Description

超電導機器用容器および超電導機器

　本発明は、超電導機器用容器および超電導機器に関するものであり、より特定的には、超電導線材と外部とを接続する接続構造を含む超電導機器用容器および当該超電導機器用容器を用いた超電導機器に関するものである。

　例えば、Ｎｂ_３Ｓｎ（ニオブスズ）などの金属超電導体材料よりも、Ｂｉ（ビスマス）系やＹ（イットリウム）系の酸化物超電導体材料を用いた方が、臨界温度が高い超電導線材を形成することができることがわかっている。このため近年は、特に、酸化物超電導体材料を用いた超電導線材が、電磁石用や、送電用の線材として応用されることが期待される。このように近年の超電導線材は、従来の超電導線材に比べてかなり高温下にて使用することができる。しかしそれでも、液体窒素などの極低温環境下に当該超電導線材からなる超電導コイルなどを載置した上で、当該超電導コイルを外部負荷と電気的に接続することが必要となる。このため超電導コイルを液体窒素槽内に載置し、金属部材（例えば、リード電極）を用いて当該超電導コイルと外部負荷とを電気的に接続する構造が用いられる。また、上記超電導コイルを内部に保持する液体窒素槽には、冷媒である液体窒素を当該液体窒素槽へ供給するための配管が接続される。

　液体窒素（および超電導コイル）を収納する液体窒素槽への熱侵入を抑制し、当該液体窒素槽の内部が超電導コイルを機能させるために十分な温度に冷却された状態を保つためには、当該液体窒素槽が、真空断熱容器であることが好ましい。特に、輻射熱抑止フィルムを備えた真空断熱容器は、外部からの熱侵入を高効率に抑制できる。超電導コイルを収納する液体窒素槽（真空断熱容器）としては、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）からなる収納容器が従来から広く用いられている。ＦＲＰは、十分な強度を有しており、かつ低コストであるため、収納容器の材料として従来から広く用いられている。ＦＲＰからなる真空断熱容器（収納容器）の内部に輻射熱抑止フィルムを備えることにより、当該超電導コイルを収納する液体窒素槽の外部からの断熱を確保することができる。

　このようなＦＲＰ製の収納容器は、その外部や内部の壁面をなすＦＲＰ製板材に開口部を設け、当該開口部を貫通しながら交差するようにリード電極や金属製の配管などの金属部材の長手方向が配置される。このため従来は、ＦＲＰ製の収納容器と、当該収納容器を貫通する金属部材とを強固に固定するために、ＦＲＰ製の収納容器の壁面に設けられた開口部の内壁に雌ねじ部を設け、当該開口部を貫通するように配置される金属部材の外周部に雄ねじ部を設けて、両者を螺合するように固定させている。両者の固着をより強固なものとするために、雌ねじ部と雄ねじ部との間に接着剤を挟む場合もある。

　ただし、上述したＦＲＰ製の収納容器と金属部材との固定方法においては、ＦＲＰ製板材の開口部から見て外側から接着剤を塗布し、金属部材の雄ねじ部を取り付ける。このため接着剤により雌ねじ部と雄ねじ部とが接着される部分（接着部）に機械的な応力や熱応力が加われば、接着部が剥離したり、接着部からクラックが発生することがある。このような剥離やクラックが起こると、真空断熱容器の外部から内部に大気が流入（リーク）することがある。このようなリークが起これば、超電導コイルの機能が損なわれる可能性がある。

　そこで、例えば、特開２００８－２１８８６１号公報（特許文献１）において、雄ねじが施された部材（雄ねじ部材）と雌ねじが施された部材（雌ねじ部材）とに鍔部を設け、当該鍔部の表面がＦＲＰ製の収納容器の板材（壁面）と同一面上に配置される構造を有するＦＲＰ製クライオスタットの製造方法が開示されている。特許文献１のＦＲＰ製クライオスタットでは、ＦＲＰ製の収納容器の板材（壁面）には凹部を設けており、当該凹部に鍔部が嵌合される構造となっている。このような構成とすることにより、凹部の底面と鍔部の内面とが嵌合されて接着する接着面の全体に接着剤が満遍なく行き渡る。したがって、雄ねじ部材と雌ねじ部材との接着をより強固にすることができる。つまり、雄ねじ部材と雌ねじ部材との接着部に機械的な応力や熱応力が加わっても、接着部から剥離やクラックが発生することを抑制することができる。したがって、超電導コイルの機能を確保することが可能となる。

　また、特許文献１に開示されるＦＲＰ製クライオスタットは、鍔部が設けられた雄ねじ部材と、雄ねじ部材と接合されたリード電極などの金属部材とが異種材料により構成されていたとしても、これらが雄ねじ部材に形成された継手挿入孔の１箇所のみで固着されている。このため、雄ねじ部材と金属部材との熱膨張の差（低温収縮率の差）による固着部への熱応力の集中を緩和することができる構成となっている。

　しかしながら、特許文献１に開示されるＦＲＰ製クライオスタットでは、金属部材が接合された雄ねじ部材と、ＦＲＰ製の収納容器との間の接着部に、当該雄ねじ部材や金属部材とＦＲＰ製の収納容器との熱膨張の差に起因する熱応力が直接的に作用するため、当該接着部から剥離やクラックが発生する可能性を完全には、排除することができないという問題がある。さらに、ＦＲＰと金属部材や雄ねじ部材を構成する材料との熱膨張係数の差が大きいという点からも、上記のような接着部の剥離やクラックの発生の可能性は、高くなる。

　本発明は、以上の問題に鑑みなされたものである。その目的は、超電導コイルなどの超電導体を収納する超電導機器用容器の壁面と、当該超電導機器用容器の壁面を貫通するように固定される金属部材との固定部における剥離やクラックの発生を抑制することが可能な超電導機器用容器および当該超電導機器用容器を用いた超電導機器を提供することである。

　本発明に係る超電導機器用容器は、超電導体を含む部材を内部に保持する超電導機器用容器であって、開口部を有する樹脂製の筐体部材と、開口部を貫通するように配置された金属部材と、開口部を覆うとともに筐体部材と金属部材とを接続し、湾曲部を有する接続部材とを備える。上記樹脂製の筐体部材は、例えば、ＦＲＰにより構成されていてもよい。

　ここで、樹脂製の筐体部材と、上記金属部材とが接続部材により固定されている超電導機器用容器において、例えば、超電導体を冷却するために筐体部材内部の温度が液体窒素温度にまで冷却された場合を考える。このとき、当該筐体部材と金属部材との構成材料の熱膨張係数の差により、温度変化に起因する変形量（熱収縮量）が筐体部材と金属部材とで異なる。この場合、単に筐体部材と金属部材とを接着剤などで接続固定していると、筐体部材と接着剤、あるいは接着剤と金属部材との接続部から剥離やクラックが発生する可能性がある。しかし、筐体部材と金属部材とを接続する接続部材が、筐体部材と金属部材との熱収縮量の差を吸収する構造である湾曲部を有していれば、例えば、超電導機器用容器の温度が上昇（あるいは温度が低下）して膨張（収縮）が起こったとしても、筐体部材と金属部材との熱膨張（熱収縮）量の差は、当該湾曲部が変形することで吸収される。このため、筐体部材と金属部材との接続部において熱応力に起因する剥離やクラックなどの不具合の発生を抑制し、筐体部材と金属部材とを確実に接続することができる。

　本発明に係る超電導機器用容器は、超電導体を含む部材を内部に保持する超電導機器用容器であって、開口部を有する樹脂製の筐体部材と、開口部を貫通するように配置された金属部材と、開口部を覆うとともに筐体部材と金属部材とを接続し、かつ、金属からなり弾性変形可能な部分を含む接続部材とを備える。

　ここで、上記超電導機器用容器において、例えば、超電導体を冷却するために筐体部材内部の温度が液体窒素温度にまで冷却された場合を考える。このとき、当該筐体部材と金属部材との構成材料の熱膨張係数の差により、温度変化に起因する変形量（熱収縮量）が筐体部材と金属部材とで異なる。この場合、単に筐体部材と金属部材とを接着剤などで接続固定していると、筐体部材と接着剤あるいは接着剤と金属部材との接続部から剥離やクラックが発生する可能性がある。しかし、本発明による超電導機器用容器では、筐体部材と金属部材とを接続する接続部材が、また筐体部材と金属部材との熱収縮量の差を吸収する構造である金属製の弾性変形可能な部分を有している。このため、例えば、超電導機器用容器の温度が上昇（あるいは温度が低下）して膨張（収縮）が起こったとしても、筐体部材と金属部材との熱膨張（熱収縮）量の差は、当該部分が弾性変形することで吸収される。このため、筐体部材と金属部材との接続部において熱応力に起因する剥離やクラックなどの不具合の発生を抑制し、筐体部材と金属部材とを確実に接続することができる。

　本発明に係る超電導機器は、上記超電導機器用容器と、当該超電導機器用容器の内部に配置された、超電導体を含む部材とを備える。この場合、金属部材が貫通した筐体部材の部分（開口部）でのクラックなどの発生を抑制し、信頼性の高い超電導機器を実現できる。

　例えば、以上に述べた本発明の超電導機器用容器の一例として、樹脂の一例としてのＦＲＰからなる、超電導コイルを収納する筐体部材と、上記超電導コイルを外部負荷と電気的に接続するための金属部材であるリード電極と、筐体部材とリード電極とを接続する接続部材とを備える超電導機器用容器が考えられる。このリード電極は、筐体部材の壁面を構成するＦＲＰ製板材に設けた開口部を貫通するよう配置されている。ここでの筐体部材とリード電極とは、湾曲部を有する接続部材により接続されている。このため、超電導コイルを収納する筐体部材とリード電極との接続部において剥離やクラックが発生することが抑制される。したがって、筐体部材とリード電極とは、確実に接続されるため、例えば、上記筐体部材の内部に、外部から大気が流入して超電導コイルの電気的特性に影響を及ぼすなどの現象の発生を抑制することができる。

　本発明によれば、樹脂製の筐体部材と金属部材とを接続する接続部材が、筐体部材と金属部材との熱膨張の差を吸収できる。このため、当該接続部材が、筐体部材と金属部材との間隙を、信頼性高く確実に接続することができる。そのため上述した樹脂製の、超電導体を含む部材を収納する筐体部材と、当該超電導体を含む部材を外部負荷と電気的に接続するためのリード電極などの金属部材とを確実に接続することで、筐体部材の内部に保持される超電導体を含む部材（例えば、超電導コイル）の電気的特性の劣化を抑制することができる。

図１は、本発明の各実施の形態に係る超電導機器の概略図である。 図２は、図１中に丸点線で囲んだ領域Ａの拡大図である。 図３は、図２に示した領域の斜視模式図である。 図４は、図１中に丸点線で囲んだ領域Ｃの拡大図である。 図５は、本発明の実施の形態２における、図１中に丸点線で囲んだ領域Ａの拡大図である。 図６は、本発明の実施の形態３における、図１中に丸点線で囲んだ領域Ａの拡大図である。 図７は、本発明の実施の形態４における、図１中に丸点線で囲んだ領域Ａの拡大図である。 図８は、本発明の実施の形態５における、図１中に丸点線で囲んだ領域Ａの拡大図である。 図９は、本発明の実施の形態６における、図１中に丸点線で囲んだ領域Ａの拡大図である。 図１０は、本発明の実施の形態７における、図１中に丸点線で囲んだ領域Ａの拡大図である。 図１１は、図１０に示した樹脂製フランジ部の表面を示す平面模式図である。 図１２は、図１０に示した金属製フランジ部の表面を示す平面模式図である。

　以下、図面を参照しながら、本発明の各実施の形態について説明する。なお、各実施の形態において、同一の機能を果たす要素に異なる参照符号を付す場合においても、その説明は、特に必要がなければ繰り返さない。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

　（実施の形態１）
　本発明の実施の形態１に係る超電導機器は、本発明に従った超電導機器用容器と、当該超電導機器用容器の内部に保持された超電導コイル６０とを備える。超電導機器用容器は、超電導コイル６０を収納するためのＦＲＰ製の筐体部材と、上記超電導コイルを外部負荷と電気的に接続するための金属部材であるリード電極５０と、筐体部材の内部に冷媒としての液体窒素を供給するための金属製の配管７０とを備えている。具体的には図１に示すように、ＦＲＰ製の板材で構成される筐体部材としての真空断熱容器２０の内部すなわち容器内部空間１０に超電導コイル６０が配置されている。真空断熱容器２０の容器内部空間１０は、例えば、液体窒素などの冷媒で充填されている。このことにより、超電導コイル６０の電磁石としての機能を可能としている。そして真空断熱容器２０の一の側面を構成する板材には、金属部材であるリード電極５０を貫通させるための開口部が形成されている。つまり、真空断熱容器２０のうち、図１の下側の壁面（板材）に設けた開口部を貫通するようにリード電極５０が配置（接続）されている。

　また、図１において真空断熱容器２０の上側の壁面（板材）にも開口部が形成されている。当該開口部を貫通するように、配管７０が配置されている。配管７０は、図示しない冷媒供給部と接続されている。当該配管７０を介して、容器内部空間１０に冷媒としての液体窒素が供給される。

　真空断熱容器２０の外側には、さらに、内部に真空断熱槽３０を備える真空断熱容器４０が配置されている。つまり、超電導コイル６０は、二重の真空断熱容器により外部から保護されている。真空断熱槽３０には、例えば、輻射熱抑止フィルムが配置されている。これは、真空断熱容器２０の容器内部空間１０に熱が侵入することを抑制し、当該容器内部空間１０を極低温の状態に保つためである。

　そして、図１に示すように、真空断熱容器４０の一の側面（真空断熱容器２０の一の側面と対向する側面）を構成する板材についても、真空断熱容器２０の一の側面を構成する板材と同様に、リード電極５０を貫通させるための開口部が形成されている。つまり、リード電極５０は、その一方の端部が容器内部空間１０の超電導コイル６０に接続されており、真空断熱容器２０、真空断熱槽３０、真空断熱容器４０を貫通した上で、他方の端部が例えば、真空断熱容器４０の外部に配置された（図示しない）外部負荷と接続される。

　図１のように真空断熱容器２０の容器内部空間１０が外部から二重に断熱されていても、真空断熱容器２０の容器内部空間１０には、外部から熱が侵入することがある。この外部から侵入する熱（熱侵入）には、真空断熱容器２０の表面から容器内部空間１０に侵入する熱Ｑ_Ｃと、超電導コイル６０に接続されたリード電極５０を通って外部から容器内部空間１０に侵入する熱Ｑ_Ｌと、配管７０を介して外部から容器内部空間１０に進入する熱Ｑ_Ｎとの３種類が存在する。

　例えば、真空断熱槽３０の真空度をＰ、真空断熱槽３０のギャップ（図１における真空断熱槽３０の幅すなわち真空断熱容器２０の外側の表面と真空断熱容器４０の内側の表面との距離）をｈ、真空断熱容器４０の外側の表面積をＳとすれば、Ｑ_Ｃは、Ｐ^２×Ｓ／ｈに比例する。またＱ_Ｌは、リード電極５０に接続された外部負荷から超電導コイル６０に向けて、リード電極５０上を流れる電流Ｉの大きさに比例する。

　このようなＱ_ＣやＱ_Ｌなどの熱侵入により、例えば、図１の丸点線Ａで囲まれた領域、つまり、真空断熱容器２０を構成する一の板材とリード電極５０とには、熱の出入りに起因する熱膨張や熱収縮が発生する。このことにより、真空断熱容器２０とリード電極５０とを接続する部材において熱応力が発生し、当該接続する部材と真空断熱容器２０との接続部、あるいは当該接続する部材とリード電極５０との接続部において剥離やクラックが発生する可能性がある。

　そこで本実施の形態１においては、このような剥離やクラックの発生を抑制するために図１の領域Ａの部分（真空断熱容器２０とリード電極５０とが接続された部分）は、図２および図３に示す態様で接続されている。具体的には図２に示すように、接続部材は、真空断熱容器２０の板材と接続されており、リード電極５０の延在方向に沿って延在する第１の接続部材６３と、湾曲部を有し、湾曲部先端６４にて接合材６６によりリード電極５０と接続される第２の接続部材６５とが接合された構成となっている。

　第１の接続部材６３において真空断熱容器２０の開口部内部に挿入される部分には、ねじ山となる凹凸部３４が形成されている。また、真空断熱容器２０の開口部の側壁にも、上記凹凸部３４に対応する（ねじ山となる）凹凸部が形成されている。第１の接続部材６３は、上述した凹凸部３４が形成された(開口部内部に挿入される）円筒部と、当該円筒
部の端部に形成されたフランジ部とからなる。フランジ部は、円筒部の延在方向の中心軸から見て径方向の外周側へ広がるように形成されている。また、当該フランジ部の外周部では、上記第２の接続部材６５と接続するための接合壁部が円周状に形成されている。

　また、第２の接続部材６５は、図２および図３に示すように断面Ｕ字状の湾曲部が円環状につながった形状（ドーナツ状の形状）となっている。異なる観点から言えば、第２の接続部材６５は、リード電極５０の外周側面に内周部が接触する円環状と形状を有している。第２の接続部材６５の外周部は、上記第１の接続部材６３におけるフランジ部の外周に位置する接合壁部と接続されている。また、第２の接続部材６５の内周部は、リード電極５０の側壁と接合材６６により接続されている。

　第１の接続部材６３と真空断熱容器２０とは、真空断熱容器２０の開口部の内壁に形成された凹凸部に、第１の接続部材６３の凹凸部３４がねじ込まれることにより接続、固定されている。なお、図１の領域Ｂや、他のリード電極５０と真空断熱容器２０、４０との接続部における接続構造は、上述した図２および図３に示した構造と同様である。

　第１の接続部材６３と第２の接続部材６５とは、例えば、Ｆｅ－Ｎｉ合金からなることが好ましい。そして、第１の接続部材６３と第２の接続部材６５とを構成するＦｅ－Ｎｉ合金の組成は、同一であることが好ましい。このようにすれば、第１の接続部材６３と第２の接続部材６５との接合部における熱応力の発生を抑制することができる。また第１の接続部材６３と第２の接続部材６５とは、一般公知の接着剤やろう材など任意の方法を用いて接続されることが好ましい。

　図２および図３に示した超電導機器では、リード電極５０と接続部材との間隙６７のうち、特に第１の接続部材６３とリード電極５０との間隙（図７における左右方向の幅）を、第２の接続部材６５の外周部とリード電極５０との間隔よりも非常に狭くすることができる。このため、第２の接続部材６５のサイズ（つまり、湾曲部のサイズ）よりも第１の接続部材６３の凹凸部３４が形成された部分の幅を小さくできる。したがって、真空断熱容器２０に形成される開口部の径を第２の接続部材６５の幅より小さくできるので、リード電極５０と真空断熱容器２０との接続部分における密閉性をより高めることができる。この結果、より信頼性高くリード電極５０と真空断熱容器２０とを接続することができる。

　ここで、図２の左右方向における、真空断熱容器２０とリード電極５０との熱膨張の差の吸収は、第２の接続部材６５により行なわれる。第２の接続部材６５は、上述のように湾曲部を有し、リード電極５０との間に間隙６７を有する。リード電極５０と第２の接続部材６５との間の間隙６７は、リード電極５０と第１の接続部材６３との間の間隙よりも広くなっている。つまり、第１の接続部材６３を挿入固定する真空断熱容器２０の開口部の径を小さくできる一方、第２の接続部材６５に形成される湾曲部の曲率半径を大きくすることで、真空断熱容器２０の板材とリード電極５０との熱膨張の差を当該湾曲部の変形で十分吸収できる。

　このようにすれば、第１の接続部材６３を挿入する開口部の径を小さくすることにより容器内部空間１０の外部からの密閉性を高めるとともに、真空断熱容器２０の板材とリード電極５０との熱膨張の差を第２の接続部材６５の湾曲部により吸収し、接続部分における剥離やクラックの発生をより確実に抑制することができる。したがって、超電導コイル６０の機能をより確実に確保することができる。

　また図２の凹凸部３４は、湾曲部と同様に弾性変形が可能である。つまり、当該凹凸部３４は、伸縮により図２の上下方向に沿った当該凹凸部３４の幅を自在に変化させることができる。このため接続部材は、湾曲部により図２の左右方向に自由に変形可能であることに加え、凹凸部３４により図２の上下方向にもある程度自由に変形可能となる。以上により凹凸部３４は、リード電極５０と真空断熱容器２０との間の熱応力をさらに確実に吸収できる。

　またここで、リード電極５０を構成する金属部材は、例えば、銅（Ｃｕ）であることが好ましい。リード電極５０は、電気信号を伝播する部材であるため、電気伝導性に優れ、かつ安価な材質として銅を採用することが好ましい。ただしリード電極５０の材料としては、銅の代わりに例えば、アルミや銀を用いてもよい。

　ここで接続部材を構成する第１および第２の接続部材６３、６５を構成する材料の熱膨張係数は、真空断熱容器２０を構成するＦＲＰの熱膨張係数の２倍以下であることが好ましい。具体的には、接続部材を構成する材料は、Ｆｅ－Ｎｉ合金であることが好ましい。

　ＦＲＰの２０℃における熱膨張係数（線膨張係数）は、６×１０^－６（／℃）である。したがって、接続部材の２０℃における熱膨張係数は、１２×１０^－６（／℃）以下であることが好ましい。

　ここでＦｅ－Ｎｉ合金の２０℃における熱膨張係数（線膨張係数）は、鉄とニッケルとの組成（合金中に含有する割合）によって異なる。例えば、当該合金中のニッケルの含有率が約３６質量％であり、鉄の含有率が約６４質量％であるとき、当該合金の２０℃における熱膨張係数は、１×１０^－６（／℃）と最小になる。この場合よりもニッケルの含有率が増加した場合も減少した場合も、熱膨張係数は、単調に増加する。具体的には当該合金中のニッケルの含有率がほぼ０質量％である場合、当該合金の２０℃における熱膨張係数は、１０×１０^－６（／℃）である。また当該合金中のニッケルの含有率が７０質量％であるとき、当該合金の２０℃における熱膨張係数は、１２×１０^－６（／℃）である。このため、上述したように接続部材としてＦｅ－Ｎｉ合金を用いる場合は、当該合金中のニッケルの含有率が７０質量％以下であることが好ましい。なお、当該合金中のニッケルの含有率が約３０質量％または約４２質量％のとき、当該合金の２０℃における熱膨張係数は、ＦＲＰの２０℃における熱膨張係数と同じ６×１０^－６（／℃）となる。したがって、接続部材の材料としてＦｅ－Ｎｉ合金を用いる場合は、当該合金中のニッケルの含有率を約３０質量％または約４２質量％とすることが、特に好ましい。つまり、真空断熱容器２０の２０℃における熱膨張係数と接続部材の２０℃における熱膨張係数との差が小さいほど、真空断熱容器２０と接続部材１２との熱膨張（熱収縮）の差が小さくなる。このため、真空断熱容器２０とリード電極５０とをより高品質に接続することができる。

　また、真空断熱容器４０の内側の真空断熱槽３０は、上述した真空断熱容器２０（容器内部空間１０）への熱侵入Ｑ_Ｃを抑制するために真空状態とした断熱槽である。したがって、真空断熱槽３０の内部についても、容器内部空間１０と同様に、外部から大気などが流入しないことが好ましい。したがって、真空断熱容器４０とリード電極５０とが接続される領域において図２や図３に示した接続部材により両者（真空断熱容器４０とリード電極５０）が信頼性高く接続されることが好ましい。したがって、図１の丸点線Ｂで囲まれた領域は、図１の丸点線Ａで囲まれた領域と同様の態様により、真空断熱容器４０とリード電極５０とが接続されることが好ましい。つまり、図２に示す真空断熱容器２０を真空断熱容器４０に置き換えた態様にて接続されることが好ましい。

　次に、図４を参照して、図１の領域Ｃにおける配管７０と真空断熱容器２０との接続部の構造を説明する。図４を参照して、配管７０と真空断熱容器２０との接続部の構造は、基本的には図２および図３に示したリード電極５０と真空断熱容器２０との接続部の構造と同様である。すなわち、図４に示した接続部では、図２におけるリード電極５０の代わりに冷媒を流通させるための配管７０が開口部を貫通するとともに第２の接続部材６５と接続されている。このような構成により、図２および図３に示した接続部と同様に、配管７０と真空断熱容器２０との接続部における剥離やクラックの発生を抑制することができる。また、図１の領域Ｄ、および図１における他の配管７０と真空断熱容器２０、４０との接続部の構造は、基本的に図４に示した接続部の構造と同様である。

　（実施の形態２）
　図５を参照して、本発明の実施の形態２に係る超電導機器を構成する超電導機器用容器のリード電極と真空断熱容器との接続部の構造を説明する。なお、図５は、図２に対応する。

　本発明の実施の形態２に係る超電導機器は、基本的には図１～図４に示した超電導機器と同様の構成を備えるが、リード電極５０と真空断熱容器２０、４０との接続部の構造が図２および図３に示した構造とは異なっている。すなわち、図５に示すように、真空断熱容器２０の板材とリード電極５０とを接続する接続部材１２は、ＦＲＰ製の真空断熱容器２０とリード電極５０との熱膨張の差を吸収することができる弾性変形可能な構造（バネ状の形状）を有している。具体的には、接続部材１２は、図２に示すように断面形状がＪ字型の湾曲部が（リード電極５０の外周側面を囲むように）円環状につながった形状を有している。そして当該湾曲部の先端にあたる湾曲部先端１４は、リード電極５０と接合材１６にて接続されている。なお、リード電極５０の延在方向側から見た接続部材１２の形状は、リード電極５０の外周側面に沿った円環状の形状を有している。

　このようにすれば、図１～図４に示した超電導機器における第２の接続部材６５（図２参照）と同様に、接続部材１２の湾曲部が、真空断熱容器２０（ＦＲＰ）とリード電極５０との熱膨張の差を吸収する。つまり、リード電極５０と接続部材１２との材質の違いによる熱膨張の差により、湾曲部先端１４の接合材１６に生じた熱応力は、接続部材１２を伝って真空断熱容器２０の方へ伝播しようとする。しかし、接続部材１２の湾曲部が、熱応力の伝播を遮断する（つまり、この湾曲部が変形することで当該熱応力を吸収する）。このため、当該熱応力が真空断熱容器２０に到達する割合は、少なくなる。したがって、接続部材１２が湾曲部を有することにより、真空断熱容器２０と接続部材１２、リード電極５０との間の熱膨張の差が吸収される。このためリード電極５０および真空断熱容器２０と接続部材との接続部における剥離やクラックなどが起こる可能性を小さくすることができる。したがって、例えば、上記クラックなどを介して大気が容器内部空間１０に流入し、超電導コイル６０の電気的特性を劣化させる可能性を低下させることができる。

　また、図５に示すように、リード電極５０と真空断熱容器２０との間には、真空断熱容器２０の開口部の幅をリード電極５０の幅（リード電極５０の延在方向に交差する断面の直径）よりも広く設けているために間隙１７が存在する。当該間隙１７は、接続部材１２の湾曲部が延在する領域として用いられる。このため、接続部材１２の湾曲部は、十分な曲率半径を有することになり、当該湾曲部が弾性変形することで真空断熱容器２０とリード電極５０との熱膨張の差を容易に吸収できる。

　ここで接合材１６によるリード電極５０と接続部材１２との接続方法としては、一般公知の溶接法やろう付け（ろう材）を用いることが好ましい。また、図５において接続部材１２と真空断熱容器２０とが接続される部分は、一般公知の接着剤やろう材などを用いた任意の方法を用いて接続することができる。

　以上のように、湾曲部を有し、ＦＲＰとの熱膨張係数の差が小さい材質からなる接続部材１２は、リード電極５０と真空断熱容器２０との熱膨張の差を吸収する。このため接続部材１２は、図１～図３に示した第１および第２の接続部材６３、６５と同様に、リード電極５０と真空断熱容器２０とを信頼性高く確実に接続することができる。つまり、外部から容器内部空間１０へのリークを抑制し、容器内部空間１０の超電導コイル６０の機能を高めることができる。

　容器内部空間１０の超電導コイル６０を高性能に機能させるため、上記接続部材１２は、図１の真空断熱容器２０とリード電極５０との接続部分である領域Ａに用いることが好ましい。しかし、その外側の、真空断熱容器４０とリード電極５０との接続部分、つまり、図１の丸点線で囲まれた領域Ｂについても、丸点線で囲まれた領域Ａと同様に接続部材１２を用いて接続してもよい。さらに、図１～図４に示した超電導機器と同様に、図５に示した接続部材１２を、図１の領域Ｃなど（つまり、配管７０と真空断熱容器２０、４０との接続部）に適用してもよい。

　本発明の実施の形態２は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態１と異なる。すなわち、本発明の実施の形態２について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態１に順ずる。

　（実施の形態３）
　図６を参照して、本発明の実施の形態３に係る超電導機器を構成する超電導機器用容器のリード電極と真空断熱容器との接続部の構造を説明する。なお、図６は、図２に対応する。

　本発明の実施の形態３に係る超電導機器は、基本的には図１～図４に示した超電導機器と同様の構成を備えるが、リード電極５０と真空断熱容器２０、４０との接続部の構造が図２および図３に示した構造とは異なっている。すなわち、図６に示すように、リード電極５０と真空断熱容器２０とを接続する接続部材２２は、図５に示した接続部材１２と同様に平面形状が円環状であり、断面形状がＵ字状である湾曲部を有しているが、当該湾曲部の外周端部から外側へ放射状に延びるフランジ部２８をさらに有している。接続部材２２は、板材の延在する方向（図６の左右方向）に延在する領域において固定用部材２１により真空断熱容器２０の板材と固定されている。例えば、固定用部材２１を用いて、接続部材２２の外周部に形成されたフランジ部２８を、図６の下側から上側へ、真空断熱容器２０の板材に向けて押さえ付けることにより、接続部材２２のフランジ部２８が真空断熱容器２０へ固定される。固定用部材２１の平面形状は、例えば、円環状であってもよい。そして、固定用部材２１は、真空断熱容器２０に対して従来周知の方法により固定することができる。例えば、固定用部材２１を真空断熱容器２０に対してボルトや接着剤などの固着部材により固定してもよい。他方、接続部材２２とリード電極５０とは、実施の形態１（図２参照）と同様に湾曲部先端２４にて、接合材２６により接続されている。

　接続部材２２が配置される領域では、リード電極５０を貫通させるために真空断熱容器２０の板材に開口部が設けられている。また当該開口部の幅（直径）は、リード電極５０の幅（直径）よりも大きいため、リード電極５０と真空断熱容器２０との間に間隙２７が存在する。しかし、図６に示すように、間隙２７のうち、特にリード電極５０と真空断熱容器２０とに挟まれた領域の幅（真空断熱容器２０に形成された開口部の側壁とリード電極５０の表面との間の距離）は、接続部材２２の湾曲部の（図６における左右方向での）幅よりも狭い。具体的にはリード電極５０と真空断熱容器２０とに挟まれた間隙２７の幅は、接続部材２２の湾曲部の幅のおよそ半分となっている。

　つまり、図６に示した態様とすることにより、真空断熱容器２０に形成される開口部の直径を、図５に示した当該開口部の直径より小さくすることができる。異なる観点から言えば、接続部材２２の湾曲部の（図６の左右方向における）幅のおよそ半分（図６における外周側の半分）は、真空断熱容器２０の開口部の周囲の領域と平面的に重なっている。このような接続態様を取ることにより、図６に示した構造では、真空断熱容器２０に形成する開口部（リード電極５０が挿通する開口部）の幅(直径）を、接続部材２２のサイズとは独立して小さく設定することができる。そして、このように買い凹部の幅を狭くすることにより、リード電極５０と真空断熱容器２０との接続部における密閉性をより高めることができる。また、図６に示した接続部材２２は、図１の領域Ｃ、Ｄにおける配管７０と真空断熱容器２０、４０との接続部に適用してもよい。

　本発明の実施の形態３は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態２と異なる。すなわち、本発明の実施の形態２について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態２に順ずる。

　（実施の形態４）
　図７を参照して、本発明の実施の形態４に係る超電導機器を構成する超電導機器用容器のリード電極と真空断熱容器との接続部の構造を説明する。なお、図７は、図２に対応する。

　本発明の実施の形態４に係る超電導機器は、基本的には図５に示した接続部材を含む超電導機器と同様の構成を備えるが、リード電極５０と真空断熱容器２０、４０との接続部の構造が図５に示した構造とは異なっている。すなわち、図７に示すように、接続部材３２と真空断熱容器２０とが接続される部分において、接続部材３２、真空断熱容器２０の板材ともに凹凸部３４が形成されている。

　例えば、図５においては、接続部材１２と真空断熱容器２０とが接続される部分の断面形状は、直線状となっている。一方、図７に示した接続部材は、当該接続される部分の断面形状が直線状ではなく凹凸部３４を有する点においてのみ、図５に示した実施の形態２と異なる。つまり、接続部材３２のねじ山である凹凸部３４が、真空断熱容器２０の開口部の内壁に形成された、上記凹凸部３４に対応する凹凸部にねじ込まれることにより、接続部材３２が真空断熱容器２０に接続されている。そして、図７に示した接続部の構成は、開口部のその他においては、上述した本発明の実施の形態２と同様であり、接続部材３２の湾曲部は、接合材３６によりリード電極５０と接続されている。接続部材３２は、真空断熱容器２０の板材とリード電極５０との間隙３７を埋めるように配置されている。

　ここで、凹凸部３４は、上述のように接続部材３２を真空断熱容器２０に接続固定するためのねじ部として作用する。また、凹凸部３４は、接続部材３２の湾曲部と同様に、板材とリード電極５０との熱膨張の差を吸収する弾性変形可能なバネ状の構造としても作用する。つまり、例えば、リード電極５０と接続部材３２との接合材３６に生じた熱応力は、接続部材３２の湾曲部のみならず、凹凸部３４によっても、真空断熱容器２０の方へ伝播することを抑制される。したがって、接続部材３２が湾曲部に加えて凹凸部３４を有することにより、真空断熱容器２０と接続部材３２、リード電極５０との間の熱膨張の差がさらに吸収される。このためリード電極５０と真空断熱容器２０との接続部における剥離やクラックなどが起こる可能性をさらに小さくすることができる。したがって、例えば、大気が容器内部空間１０に流入し、超電導コイル６０の電気的特性を劣化させる可能性をさらに低下させることができる。

　また図７の凹凸部３４は、図２に示した凹凸部３４と同様に、湾曲部と同様に弾性変形が可能である。つまり、当該凹凸部３４は、伸縮により図７の上下方向に沿った当該凹凸部３４の幅を自在に変化させることができる。このため接続部材３２は、湾曲部により図７の左右方向に自由に変形可能であることに加え、凹凸部３４により図７の上下方向にもある程度自由に変形可能となる。以上により凹凸部３４は、リード電極５０と真空断熱容器２０との間の熱応力をさらに確実に吸収できる。

　なお凹凸部３４におけるリード電極５０と真空断熱容器２０との間は、実施の形態１の図２におけるリード電極５０と真空断熱容器２０との間と同様に、一般公知の接着剤やろう材など任意の方法を用いて接続することができる。さらに、図１～図４に示した超電導機器と同様に、図７に示した接続部材３２を、図１の領域Ｃなど（つまり、配管７０と真空断熱容器２０、４０との接続部）に適用してもよい。

　本発明の実施の形態４は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態２と異なる。すなわち、本発明の実施の形態４について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態２に順ずる。

　（実施の形態５）
　図８を参照して、本発明の実施の形態５に係る超電導機器を構成する超電導機器用容器のリード電極５０と真空断熱容器との接続部の構造を説明する。なお、図８は、図２に対応する。

　本発明の実施の形態５に係る超電導機器は、基本的には、図１～図４に示した超電導機器と同様の構成を備えるが、リード電極５０と真空断熱容器２０、４０との接続部の構造が図２および図３に示した構造とは異なっている。すなわち、図８に示すように、接続部材４２には、図８における上下側の計２箇所に湾曲部が存在する。このため接続部材４２は、間隙４７を囲むリング状の断面形状となっている。なお、接続部材４２の平面形状（リード電極５０の延在方向側から見た形状）は、リード電極５０の外周側面に沿った円環状である。

　例えば、図５に示す実施の形態２の接続部材１２では、湾曲部は、下側１箇所のみに存在する。接続部材１２は、当該湾曲部の先端部である湾曲部先端１４において接合材１６によりリード電極５０と接続されている。これと同様に図８の接続部材４２は、図５の湾曲部先端１４に相当する領域である接続領域４４において、接合材４６によりリード電極５０と接続されている。しかし、例えば、上側の湾曲部の先端に当たる上側湾曲部接続領域４８において接合材４６によりリード電極５０と接続部材４２とを接続してもよい。あるいは上側と下側との両方において、接合材４６によりリード電極５０と接続部材４２とを接続してもよい。

　接続部材４２が湾曲部を図８の上下２箇所に有することにより、当該接続部材４２によってリード電極５０と真空断熱容器２０との熱膨張係数の差に起因する熱応力をより確実に吸収することができる。

　なお、図８においても接続部材４２と真空断熱容器２０とが接続される部分については、一般公知の接着剤やろう材など任意の方法を用いて接続することができる。また例えば、図７の実施の形態４と同様に、図８においても接続部材４２と真空断熱容器２０とが接続される部分に凹凸部を設けてもよい。このようにすれば、上述したように当該凹凸部においてリード電極５０と真空断熱容器２０との熱膨張の差をより確実に吸収できる。さらに、図１～図４に示した超電導機器と同様に、図８に示した接続部材４２を、図１の領域Ｃなど（つまり、配管７０と真空断熱容器２０、４０との接続部）に適用してもよい。

　本発明の実施の形態５は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態１と異なる。すなわち、本発明の実施の形態５について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態１に順ずる。

　（実施の形態６）
　図９を参照して、本発明の実施の形態６に係る超電導機器を構成する超電導機器用容器のリード電極５０と真空断熱容器との接続部の構造を説明する。なお、図９は、図２に対応する。

　本発明の実施の形態６に係る超電導機器は、基本的には、図１～図４に示した超電導機器と同様の構成を備えるが、リード電極５０と真空断熱容器２０、４０との接続部の構造が図２および図３に示した構造とは異なっている。すなわち、図９に示すように、リード電極５０と真空断熱容器２０の板材とを接続する接続部材５２が、図９の左右方向に延在し、図９の上下方向に凸または凹となった部分を含む凹凸形状部を有する。接続部材５２の平面形状（リード電極５０の延在方向側から見た形状）は、リード電極５０の外周側面に沿った円環状の形状である。図９に示すように、接続部材５２は、バネ状の形状である凹凸形状部を含むため、図９の左右方向に幅を自在に変化（伸縮）させることができる。このように接続部材５２がバネ状の形状を有することにより、上述した各実施の形態の接続部材と同様に、真空断熱容器２０の板材とリード電極５０との熱膨張の差を吸収することができる。

　なお、接続部材５２とリード電極５０とは、図９の下側において接合材５６により接続されている。しかし、図９の上側の上側接続領域５８においてリード電極５０と接続部材５２とが接続されていてもよい。なお、リード電極５０と真空断熱容器２０の板材との間の間隙（接続部材５２が配置される開口部の幅）を極力小さくする方が、リード電極５０と真空断熱容器２０の間におけるリークの発生を抑制する観点上、より好ましい。

　また、図９においても接続部材５２と真空断熱容器２０とが接続される部分については、一般公知の接着剤やろう材など任意の方法を用いて接続することができる。さらに、図１～図４に示した超電導機器と同様に、図９に示した接続部材５２を、図１の領域Ｃなど（つまり、配管７０と真空断熱容器２０、４０との接続部）に適用してもよい。

　本発明の実施の形態６は、以上に述べた各点についてのみ、本発明の実施の形態１と異なる。すなわち、本発明の実施の形態６について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て本発明の実施の形態１に順ずる。

（実施の形態７）
　図１０～図１２を参照して、本発明の実施の形態６に係る超電導機器を構成する超電導機器用容器のリード電極５０と真空断熱容器との接続部の構造を説明する。なお、図１０は、図２に対応する。

　本発明の実施の形態７に係る超電導機器は、基本的には図１～図４に示した超電導機器と同様の構成を備えるが、リード電極５０と真空断熱容器２０、４０との接続部の構造が図２および図３に示した構造とは異なっている。すなわち、図１０に示すように、ＦＲＰ製の真空断熱容器２０を貫通するように開口部が形成されている。当該開口部は、真空断熱容器２０の外周側に位置する相対的に幅の広い大径部と、真空断熱容器２０の内周側に位置し当該大径部より幅の小さい小径部とからなる。小径部の幅（直径）は、リード電極５０の幅（直径）と実質的に同じである。また、大径部には、ＦＲＰからなる筐体側固定部７３が挿入固定されている。筐体側固定部７３と大径部内壁との接合方法は、接着剤などの任意の接着部材を用いることができる。

　筐体側固定部７３は、開口部における大径部の内部から真空断熱容器２０の外周面上にまで伸びるとともに、真空断熱容器２０の外周面上において開口部から外側へ広がるような樹脂製フランジ部を含む。また、筐体側固定部７３の中央部には、貫通穴７４が形成されている。貫通穴７４は、上記開口部の小径部と連なるように形成されている。筐体側固定部７３における貫通穴７４の内壁には、ネジ構造である凹凸部３４が形成されている。また、リード電極５０の側面には、上記凹凸部３４に対応するネジ構造部７８が形成されている。リード電極５０のネジ構造部７８が筐体側固定部７３の貫通穴７４における凹凸部３４にねじ込まれることにより、リード電極５０と筐体側固定部７３とは、接続される。このようなネジ構造部７８が形成されることで、リード電極５０のトータルの体積が大きくなるので、リード電極５０の全体としての熱容量を大きくできる。また、リード電極５０と筐体側固定部７３との接触面積を、当該ネジ構造部７８および凹凸部３４が形成されていない場合より大きくできるので、リード電極５０と筐体側固定部７３との間の熱伝導をよりスムーズに行なうことができる。

また、リード電極５０には、上記筐体側固定部７３の樹脂製フランジ部と対向して配置される金属製フランジ部を含む金属部材側固定部７５が固定されている。金属部材側固定部７５は、その平面形状が円形状であって、中央部にリード電極５０を挿入するための穴が形成されている。この穴にリード電極５０を挿入した状態で、リード電極５０の側面と金属部材側固定部７５（より具体的には金属部材側固定部７５における上記穴の内壁または当該穴に隣接する表面部分）とがろう材などの接合材６６により気密に接続固定されている。なお、接合材６６の材料としては、たとえば銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ），亜鉛（Ｚｎ）などの元素を含む銀ロウなどを用いることができる。

金属部材側固定部７５において上記穴に隣接する領域は、図１０に示すように断面が湾曲した湾曲部となっている。また、異なる観点から言えば、当該穴に隣接する領域は、弾性変形可能な部分となっている。このような湾曲部（あるいは弾性変形可能な部分）が形成されることで、真空断熱容器２０とリード電極５０との熱膨張（熱収縮）量の差を吸収することができる。また、当該湾曲部（弾性変形可能な部分）は、リード電極５０の側面に対して傾斜した方向から接触するので、接合材６６によるリード電極５０と金属部材側固定部７５との接続をより容易に行なうことができる。

　金属部材側固定部７５が接続されたリード電極５０を、真空断熱容器２０に固定された筐体側固定部７３の貫通穴７４に挿入固定する。このとき、金属部材側固定部７５の金属製フランジ部は、筐体側固定部７３の樹脂製フランジ部と対向して配置される。そして、金属製フランジ部と樹脂製フランジ部とは、接着部材７６により接続固定される。なお、接着部材７６としては、エポキシ系接着剤などを用いることができる。また、接着部材７６を用いた金属製フランジ部と樹脂製フランジ部との接合方法としては、たとえば樹脂製フランジ部の表面７２上に予め接着部材７６を配置（たとえば塗布）し、その後当該接着部材７６上に金属製フランジ部が重なるように、金属部材側固定部７５が接続されたリード電極５０を貫通穴７４の内部に挿入する、といった方法を用いてもよい。あるいは、液状の接着部材７６を保持した容器の内部において、接着部材７６に金属製フランジ部と樹脂製フランジ部とを浸漬した状態で、当該金属製フランジ部と樹脂製フランジ部とを接着してもよい。

図１１に示すように、筐体側固定部７３の樹脂製フランジ部における接着部材７６と接合される表面７２には、貫通穴７４を中心とした円周状に（たとえば同心円状に）線状凹凸部７９が形成されている。また、図１２に示すように、金属部材側固定部７５の金属製フランジ部における接着部材７６と接合される表面８２にも、リード電極５０を中心とした円周状に（たとえば同心円状に）線状凹凸部７９が形成されている。このような線状凹凸部７９が形成されることで、上記表面７２、８２の表面積を大きくすることができる。このため、金属製フランジ部および樹脂製フランジ部と接着部材７６との接合界面の面積を大きくできるので、当該接着部材７６による金属性フランジ部と樹脂製フランジ部との接着強度を向上させることができる。特に、当該接着部材７６が樹脂製の接着剤である場合には、金属製フランジ部と接着部材７６との接着強度は、樹脂製フランジ部と接着部材７６との接着強度より小さくなる可能性がある。そのため、少なくとも金属製フランジ部の表面８２に上記線状凹凸部７９を形成することが好ましい。また、このような線状凹凸部７９は、貫通穴７４またはリード電極５０を中心として周方向に延びるように形成されることが好ましい。このようにすれば、貫通穴７４またはリード電極５０から、金属製フランジ部（または樹脂製フランジ部）の外周までのリークパスの長さ（樹脂製フランジ部または金属製フランジ部の表面７２、８２と接着部材７６との接合界面の、径方向での沿面距離）を効果的に長くすることができる。また、線状凹凸部７９は、完全な同心円状であってもよいが、図１１や図１２に示すように周方向において円周を分断した円弧状の平面形状であってもよい。なお、線状凹凸部７９は、金属製フランジ部（または樹脂製フランジ部）の内周側から外周側まで（径方向に）延びるように形成されることは好ましくない。すなわち、線状凹凸部７９は、貫通穴７４またはリード電極５０を中心として周方向のみに延びるように形成されることが好ましい。

　ここで、筐体側固定部７３の材料としては、真空断熱容器２０を構成する材料（たとえばＦＲＰ）と同じ材料を用いることが好ましい。また、金属部材側固定部７５の材料は、上記筐体側固定部７３を構成する材料と熱膨張係数が近い材料を用いることが好ましい。たとえば、金属部材側固定部７５の材料の熱膨張係数と、筐体側固定部７３を構成する材料の熱膨張係数との差の絶対値が、筐体側固定部７３を構成する材料の熱膨張係数の±１０％以内、より好ましくは±５％以内の範囲に入るように、金属部材側固定部７５の材料を選択することが好ましい。具体的には、筐体側固定部７３の材料としてＦＲＰを用いる場合、金属部材側固定部７５の材料としてコバールを用いることができる。このようにすれば、特にクラックなどの発生が懸念される金属製フランジ部と樹脂製フランジ部との接合界面（接着部材７６による接合部）について、金属製フランジ部と樹脂製フランジ部との熱膨張係数の差を十分小さくできるので、当該接合界面でのクラックの発生確率を低減できる。

　金属製フランジ部の厚さは、０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下とすることができる。このような数値範囲としたのは、比較的容易に入手できる板材、フィルム材の厚さがこの程度であるためである。また、樹脂製フランジ部の厚さは、０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下、より好ましくは０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることができる。このような数値範囲としたのは、比較的容易に入手できる板材、フィルム材の厚さがこの程度であるためである。

　また、金属部材側固定部７５の金属製フランジ部の外径（あるいは筐体側固定部７３の樹脂製フランジ部の外径）は、リード電極の外径、許容されるスペース、冷媒の温度等から、対向したフランジ接着部の熱応力が接着強度を超えないように、上記フランジ厚さと併せて設計することができる。

　そして、金属製フランジ部と樹脂製フランジ部とを、図１０に示すように接着部材７６により接合することで、当該接合面が真空断熱容器２０の内部を真空断熱容器２０の外部から隔離する封止部の一部となる。このような金属製フランジ部と樹脂製フランジ部とを接着部材７６で接合した構成とすることで、真空断熱容器の内部と外気との温度差に起因する熱応力が金属製フランジ部と樹脂製フランジ部との接合部に発生した場合に、当該金属製フランジ部と樹脂製フランジ部とが（たとえばバイメタルのように）ある程度弾性変形することで、上記熱応力を吸収することができる。

　また、金属製フランジ部と樹脂製フランジ部との外周部については、図１０に示すように端面をテーパ加工する（すなわち、金属製フランジ部および樹脂製フランジ部の端部について、その厚みが外周端に向かうにつれて薄くなるように、表面７２、８２に対して傾斜した端面を形成する）ことが好ましい。このようにすれば、上述した熱応力により当該端部が破損するといった問題の発生を抑制できる。

　また、図１０～図１２に示した真空断熱容器２０とリード電極５０との接続部の構造では、真空封止の機能を担う封止部（金属製フランジ部と樹脂製フランジ部との接合部）と、リード電極５０を真空断熱容器２０へと機械的に支持する支持部（リード電極５０のネジ構造部７８と筐体側固定部７３の貫通穴７４内の凹凸部３４とが噛み合って互いに固定されている部分）とが互いに独立している。このため、真空断熱容器２０に対するリード電極５０の相対的な位置が変動するような応力が上記支持部に加わった場合に、当該支持部に亀裂などが発生しても、封止部での機密性が維持されていれば真空封止を維持することができる。

　また、真空断熱容器２０の外周面から樹脂製フランジ部までの距離Ｔ（図１０参照）は、当該封止部が急激に冷却される様な場合にも直接接触しない程度の距離をあらかじめ設定することが望ましい。

　以下、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。

　本発明に係る超電導機器用容器は、超電導体を含む部材としての超電導コイル６０を内部に保持する超電導機器用容器であって、開口部を有する樹脂製の筐体部材としての真空断熱容器２０、４０と、開口部を貫通するように配置された金属部材としてのリード電極５０および配管７０と、開口部を覆うとともに真空断熱容器２０、４０とリード電極５０または配管７０とを接続し、熱応力緩和部を有する接続部材（接続部材１２、２２、３２、４２、５２、６３、６５および金属部材側固定部７５と筐体側固定部７３とからなる接続部材）とを備える。上記樹脂製の真空断熱容器２０、４０は、たとえばＦＲＰにより構成されていてもよい。接続部材は、熱応力緩和部として湾曲部を有していてもよい。

　ここで、樹脂製の真空断熱容器２０、４０と、上記リード電極５０または配管７０とが接続部材により固定されている超電導機器用容器において、たとえば超電導コイル６０を冷却するために真空断熱容器２０内部の温度が液体窒素温度にまで冷却された場合を考える。このとき、当該真空断熱容器２０とリード電極５０または配管７０との構成材料の熱膨張係数の差により、温度変化に起因する変形量（熱収縮量）が真空断熱容器２０とリード電極５０または配管７０とで異なる。この場合、単に真空断熱容器２０とリード電極５０または配管７０とを接着剤などで接続固定していると、真空断熱容器２０と接着剤、あるいは接着剤とリード電極５０または配管７０との接続部から剥離やクラックが発生する可能性がある。しかし、真空断熱容器２０とリード電極５０または配管７０とを接続する接続部材（接続部材１２、２２、３２、４２、５２、６３、６５および金属部材側固定部７５と筐体側固定部７３とからなる接続部材）が、真空断熱容器２０とリード電極５０または配管７０との熱収縮量の差を吸収する構造である熱応力緩和部（たとえば湾曲部）を有していれば、たとえば超電導機器用容器の温度が上昇（あるいは温度が低下）して膨張（収縮）が起こったとしても、真空断熱容器２０とリード電極５０または配管７０との熱膨張（熱収縮）量の差は、当該熱応力緩和部が変形することで吸収される。このため、真空断熱容器２０とリード電極５０または配管７０との接続部において熱応力に起因する剥離やクラックなどの不具合の発生を抑制し、真空断熱容器２０とリード電極５０または配管７０とを確実に接続することができる。

　上記超電導機器用容器において、図２および図３に示した第１および第２の接続部材６３、６５からなる接続部材は、開口部の内壁に接触する筐体側固定部としての第１の接続部材６３と、開口部の幅より広い幅を有し、湾曲部を有する金属部材側固定部としての第２の接続部材６５とを含んでいてもよい。第２の接続部材６５においては、第２の接続部材６５の一方端（外周側の端部）が第１の接続部材６３と接続され、当該一方端と湾曲部を介して反対側に位置する他方端（内周側の端部）がリード電極５０または配管７０と接続されていてもよい。

　この場合、第２の接続部材６５より第１の接続部材６３の幅（すなわち開口部の幅）を小さくできる。つまり、真空断熱容器２０、４０に形成する開口部の幅（径）を、湾曲部の構成（第２の接続部材６５の構成）とは独立して小さく設定できるので、開口部の径が大きい場合よりも、当該開口部からの熱の出入りを抑制することができる。

　上記超電導機器用容器において、接続部材１２、２２、３２、４２、５２、６３、６５および図１０に示した金属部材側固定部７５の熱膨張係数は、真空断熱容器２０、４０を構成する樹脂の熱膨張係数の２倍以下であることが好ましい。つまり、接続部材１２、２２、３２、４２、５２、６３、６５および図１０に示した金属部材側固定部７５の熱膨張係数と、真空断熱容器２０、４０を構成する樹脂の熱膨張係数との差が小さければ、熱膨張係数の差に起因して接続部材１２、２２、３２、４２、５２、６３、６５および金属部材側固定部７５と筐体側固定部７３とからなる接続部材と真空断熱容器２０、４０との接続部に熱応力が集中することを抑制でき、結果的に当該接続部が熱応力により破損する可能性を低減できる。したがって、真空断熱容器２０、４０とリード電極５０または配管７０とをより確実に接続することができる。

　上記超電導機器用容器において、接続部材１２、２２、３２、４２、５２、６３、６５および図１０に示した金属部材側固定部７５を構成する材料は、Ｆｅ－Ｎｉ合金であることが好ましい。また、上記真空断熱容器２０、４０を構成する樹脂は、ＦＲＰであることが好ましい。ここで、鉄（Ｆｅ）とニッケル（Ｎｉ）との合金であるＦｅ－Ｎｉ合金は、樹脂（特にＦＲＰ）との熱膨張係数の差が小さい。このため当該Ｆｅ－Ｎｉ合金を、接続部材１２、２２、３２、４２、５２、６３、６５および図１０に示した金属部材側固定部７５を構成する材料として用いることが好ましい。

　上記超電導機器用容器において、図１０に示すように、接続部材は、開口部の内壁に接触する樹脂製の筐体側固定部７３と、金属部材としてのリード電極５０または配管７０と接続された金属製の金属部材側固定部７５とを含んでいてもよい。筐体側固定部７３は、筐体部材としての真空断熱容器２０、４０の外周面上において開口部から外側に延びる樹脂製フランジ部を有していてもよい。金属部材側固定部７５は、樹脂製フランジ部と対向配置される金属製フランジ部を有していてもよい。金属製フランジ部と樹脂製フランジ部とは接着部材７６により接合されていてもよい。応力緩和部は、金属製フランジ部と樹脂製フランジ部との接合部を含んでいてもよい。また、湾曲部は、金属部材側固定部７５においてリード電極５０または配管７０と接続された接続部（図１０においてリード電極５０と接続された内周側の端部）と金属製フランジ部との間に配置されていてもよい。

　この場合、金属製フランジ部と樹脂製フランジ部とが接着部材７６により接続固定された部分が真空封止部となるので、当該フランジ部同士が対向する広い面積の真空封止部を形成できる。さらに、金属製フランジ部および樹脂製フランジ部は、熱応力を緩和するように弾性変形可能な厚さとすることができるので、当該フランジ部の弾性変形によって熱応力を緩和することもできる。

　本発明に係る超電導機器用容器は、超電導体を含む部材である超電導コイル６０を内部に保持する超電導機器用容器であって、開口部を有する樹脂製の筐体部材としての真空断熱容器２０、４０と、開口部を貫通するように配置された金属部材としてのリード電極５０または配管７０と、開口部を覆うとともに真空断熱容器２０、４０とリード電極５０または配管７０とを接続し、かつ、金属からなり弾性変形可能な部分（湾曲部）を含む接続部材（接続部材１２、２２、３２、４２、５２、６３、６５および金属部材側固定部７５と筐体側固定部７３とからなる接続部材）とを備える。

　ここで、上記超電導機器用容器において、たとえば超電導体を冷却するために真空断熱容器２０、４０内部の温度が液体窒素温度にまで冷却された場合を考える。このとき、当該真空断熱容器２０、４０とリード電極５０または配管７０との構成材料の熱膨張係数の差により、温度変化に起因する変形量（熱収縮量）が真空断熱容器２０、４０とリード電極５０または配管７０とで異なる。この場合、単に真空断熱容器２０、４０とリード電極５０または配管７０とを接着剤などで接続固定していると、真空断熱容器２０、４０と接着剤、あるいは接着剤とリード電極５０または配管７０との接続部から剥離やクラックが発生する可能性がある。しかし、本発明による超電導機器用容器では、真空断熱容器２０、４０とリード電極５０または配管７０とを接続する接続部材が、真空断熱容器２０、４０とリード電極５０または配管７０との熱収縮量の差を吸収する構造である金属製の弾性変形可能な部分を有している。このため、たとえば超電導機器用容器の温度が上昇（あるいは温度が低下）して膨張（収縮）が起こったとしても、真空断熱容器２０、４０とリード電極５０または配管７０との熱膨張（熱収縮）量の差は、当該部分が弾性変形することで吸収される。このため、真空断熱容器２０、４０とリード電極５０または配管７０との接続部において熱応力に起因する剥離やクラックなどの不具合の発生を抑制し、真空断熱容器２０、４０とリード電極５０または配管７０とを確実に接続することができる。

　上記超電導機器用容器において、接続部材６３、６５は、開口部の内壁に接触する筐体側固定部としての第１の接続部材６３と、開口部の幅より広い幅を有し、弾性変形可能な部分を有する金属部材側固定部としての第２の接続部材６５とを含んでいてもよい。第２の接続部材６５においては、第２の接続部材６５の一方端が第１の接続部材６３と接続され、一方端と弾性変形可能な部分（湾曲部）を介して反対側に位置する他方端がリード電極５０または配管７０と接続されていてもよい。

　この場合、第２の接続部材６５より第１の接続部材６３の幅（すなわち開口部の幅）を小さくできる。つまり、真空断熱容器２０、４０に形成する開口部の幅（径）を、第２の接続部材６５の構成とは独立して小さく設定できるので、開口部の径が大きい場合よりも、当該開口部からの熱の出入りを抑制することができる。

　上記超電導機器用容器において、図１０に示すように、接続部材は、開口部の内壁に接触する樹脂製の筐体側固定部７３と、弾性変形可能な部分を有し、金属部材としてのリード電極５０または配管７０と接続された金属製の金属部材側固定部７５とを含んでいてもよい。筐体側固定部７３は、筐体部材としての真空断熱容器２０、４０の外周面上において開口部から外側に延びる樹脂製フランジ部を有していてもよい。金属部材側固定部７５は、樹脂製フランジ部と対向配置される金属製フランジ部を有していてもよい。金属製フランジ部と樹脂製フランジ部とは、接着部材７６により接合されていてもよい。弾性変形可能な部分は、金属製フランジ部と樹脂製フランジ部との接合部を含んでいてもよい。また、弾性変形可能な部分は、金属部材側固定部７５においてリード電極５０または配管７０と接続された接続部（図１０においてリード電極５０と接続された内周側の端部）と金属製フランジ部との間に配置されていてもよい。また、金属製フランジ部の厚みを十分薄くすることにより、金属製フランジ部自体を弾性変形可能な部分としてもよい。

　この場合、金属製フランジ部と樹脂製フランジ部とが接着部材７６により接続固定された部分が真空封止部となるので、当該フランジ部同士が対向する広い面積の真空封止部を形成できる。さらに、金属製フランジ部および樹脂製フランジ部は、熱応力を緩和するように弾性変形可能な厚さとすることができるので、当該フランジ部の弾性変形によって熱応力を緩和することもできる。

　また、本発明に係る超電導機器用容器は、超電導体を含む部材である超電導コイル６０を内部に保持する超電導機器用容器であって、開口部を有する樹脂製の筐体部材としての真空断熱容器２０、４０と、開口部を貫通するように配置された金属部材としてのリード電極５０または配管７０と、開口部を覆うとともに真空断熱容器２０、４０とリード電極５０または配管７０とを接続する接続部材（金属部材側固定部７５と筐体側固定部７３とからなる接続部材）とを備える。接続部材は、開口部の内壁に接触する樹脂製の筐体側固定部７３と、金属部材としてのリード電極５０または配管７０と接続された金属製の金属部材側固定部７５とを含んでいてもよい。筐体側固定部７３は、筐体部材としての真空断熱容器２０、４０の外周面上において開口部から外側に延びる樹脂製フランジ部を有していてもよい。金属部材側固定部７５は、樹脂製フランジ部と対向配置される金属製フランジ部を有していてもよい。金属製フランジ部と樹脂製フランジ部とは、接着部材７６により接合されていてもよい。金属部材側固定部７５においてリード電極５０または配管７０と接続された接続部（図１０においてリード電極５０と接続された内周側の端部）と金属製フランジ部との間に弾性変形可能な部分（たとえば断面形状が湾曲した湾曲部）が配置されていてもよい。また、金属製フランジ部の厚みを十分薄くすることにより、金属製フランジ部自体を弾性変形可能な部分としてもよい。また、樹脂製フランジ部は、真空断熱容器２０、４０の外周表面から所定の距離Ｔ（図１０参照）だけ離れて配置されていてもよい。また異なる観点から言えば、樹脂製フランジ部と真空断熱容器２０、４０の外周表面との間には、間隙が形成されていてもよい。

　また、上記超電導機器用容器では、図１２に示すように、金属製フランジ部において接着部材７６（図１０参照）と接触する表面８２には、金属部材としてのリード電極５０（または配管７０）と接続された接続部を中心として円周方向に延びる線状の凹凸部７９が形成されていてもよい。このような凹凸部７９を形成することで、金属製フランジ部と接着部材７６との接合界面の面積を大きくできる。

　また、上記超電導機器用容器では、図１０に示すように、筐体側固定部７３には、筐体部材としての真空断熱容器２０、４０の開口部の内部に位置する貫通穴７４が形成されていてもよい。金属部材としてのリード電極５０または配管７０は、貫通穴７４に挿入されていてもよい。貫通穴７４の内周面には、凹凸部３４が形成されていてもよい。リード電極５０または配管７０の外周面には、ネジ構造部７８が形成されていてもよい。ネジ構造部７８が凹凸部３４と噛み合うことにより、リード電極５０または配管７０は、筐体側固定部７３に固定されていてもよい。この場合、リード電極５０または配管７０と接続部材（筐体側固定部７３）との固定をネジ構造により容易に行なうことができる。また、筐体側固定部７３とリード電極５０または配管７０との接触面積を、当該凹凸部３４やネジ構造部７８が形成されていない場合より大きくできるので、筐体側固定部７３とリード電極５０または配管７０との間の熱伝導をスムーズに行なうことができる。

　本発明に係る超電導機器は、上記超電導機器用容器と、当該超電導機器用容器の内部に配置された、超電導体を含む部材としての超電導コイル６０とを備える。この場合、リード電極５０または配管７０が貫通した真空断熱容器２０、４０の部分（開口部）でのクラックなどの発生を抑制し、信頼性の高い超電導機器を実現できる。

　以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示し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。

　本発明は、超電導機器の外部に対する密閉性を高める技術として、特に優れている。

　１０　容器内部空間
１２，２２，３２，４２，５２　接続部材
１４，２４，６４　湾曲部先端
１６，２６，３６，４６，５６，６６　接合材
１７，２７，３７，４７，６７　間隙
２０，４０　真空断熱容器
２１　固定用部材
２８　フランジ部
３０　真空断熱槽
３４　凹凸部
４４　接続領域
４８　上側湾曲部接続領域
５０　リード電極
５８　上側接続領域
６０　超電導コイル
６３　第１の接続部材
６５　第２の接続部材
７０　配管。
７２，８２　表面
７３　筐体側固定部
７４　貫通穴
７５　金属部材側固定部
７６　接着部材
７８　ネジ構造部
７９　凹凸部。

特開２００８－２１８８６１号公報

Claims (11)

1. 　　超電導体を含む部材を内部に保持する超電導機器用容器であって、
   　開口部を有する樹脂製の筐体部材と、
   　前記開口部を貫通するように配置された金属部材と、
   　前記開口部を覆うとともに前記筐体部材と前記金属部材とを接続し、熱応力緩和部を有する接続部材とを備える、超電導機器用容器。
2. 　前記接続部材は、前記熱応力緩和部として湾曲部を有する、請求項１に記載の超電導機器用容器。
3. 　前記接続部材は、前記開口部の内壁に接触する筐体側固定部と、
   　前記開口部の幅より広い幅を有し、前記湾曲部を有する金属部材側固定部とを含み、
   　前記金属部材側固定部においては、前記金属部材側固定部の一方端が前記筐体側固定部と接続され、前記一方端と前記湾曲部を介して反対側に位置する他方端が前記金属部材と接続されている、請求項２に記載の超電導機器用容器。
4. 　前記接続部材を構成する材料は、Ｆｅ－Ｎｉ合金である、請求項１～３のいずれか１項に記載の超電導機器用容器。
5. 　前記接続部材は、前記開口部の内壁に接触する樹脂製の筐体側固定部と、
   　前記金属部材と接続された金属製の金属部材側固定部とを含み、
   　前記筐体側固定部は、前記筐体部材の外周面上において前記開口部から外側に延びる樹脂製フランジ部を有し、
   　前記金属部材側固定部は、前記樹脂製フランジ部と対向配置される金属製フランジ部を有し、
   　前記金属製フランジ部と前記樹脂製フランジ部とは、接着部材により接合され、
   　前記応力緩和部は、前記金属製フランジ部と前記樹脂製フランジ部との接合部を含む、請求項１に記載の超電導機器用容器。
6. 超電導体を含む部材を内部に保持する超電導機器用容器であって、
   　開口部を有する樹脂製の筐体部材と、
   　前記開口部を貫通するように配置された金属部材と、
   　前記開口部を覆うとともに前記筐体部材と前記金属部材とを接続し、かつ、金属からなり弾性変形可能な部分を含む接続部材とを備える、超電導機器用容器。
7. 　前記接続部材は、前記開口部の内壁に接触する筐体側固定部と、
   　前記開口部の幅より広い幅を有し、前記弾性変形可能な部分を有する金属部材側固定部とを含み、
   　前記金属部材側固定部においては、前記金属部材側固定部の一方端が前記筐体側固定部と接続され、前記一方端と前記弾性変形可能な部分を介して反対側に位置する他方端が前記金属部材と接続されている、請求項６に記載の超電導機器用容器。
8. 　前記接続部材は、前記開口部の内壁に接触する樹脂製の筐体側固定部と、
   　前記弾性変形可能な部分を有し、前記金属部材と接続された金属製の金属部材側固定部とを含み、
   　前記筐体側固定部は、前記筐体部材の外周面上において前記開口部から外側に延びる樹脂製フランジ部を有し、
   　前記金属部材側固定部は、前記樹脂製フランジ部と対向配置される金属製フランジ部を有し、
   　前記金属製フランジ部と前記樹脂製フランジ部とは、接着部材により接合され、
   　前記弾性変形可能な部分は、前記金属製フランジ部と前記樹脂製フランジ部との接合部を含む、請求項６に記載の超電導機器用容器。
9. 　前記金属製フランジ部において前記接着部材と接触する表面には、前記金属部材と接続された前記接続部を中心として円周方向に延びる凹凸部が形成されている、請求項５または８に記載の超電導機器用容器。
10. 　前記筐体側固定部には、前記筐体部材の前記開口部の内部に位置する貫通穴が形成され、
    　前記金属部材は、前記貫通穴に挿入され、
    　前記貫通穴の内周面には、メネジ部が形成され、
    　前記金属部材の外周面には、オネジ部が形成され、
    　前記オネジ部が前記メネジ部と噛み合うことにより、前記金属部材は、前記筐体側固定部に固定されている、請求項５、８または９のいずれか１項に記載の超電導機器用容器。
11. 　請求項１または請求項６に記載の超電導機器用容器と、
    　前記超電導機器用容器の内部に配置された、超電導体を含む部材とを備える、超電導機器。

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