特許 5724029 超電導電流リード、超電導電流リード装置、および超電導マグネット装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5724029

(24)【登録日】2015年4月3日

(45)【発行日】2015年5月27日

(54)【発明の名称】超電導電流リード、超電導電流リード装置、および超電導マグネット装置

(51)【国際特許分類】

   H01B 12/02 20060101AFI20150507BHJP

   H01B 12/06 20060101ALI20150507BHJP

   H01L 39/04 20060101ALI20150507BHJP

   C01G 1/00 20060101ALI20150507BHJP

   C01G 3/00 20060101ALI20150507BHJP

   H01F 6/00 20060101ALI20150507BHJP

【ＦＩ】

   H01B12/02

   H01B12/06

   H01L39/04

   C01G1/00 S

   C01G3/00

   H01F7/22 J

【請求項の数】10

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-500970(P2014-500970)

(86)(22)【出願日】2013年2月25日

(86)【国際出願番号】JP2013054713

(87)【国際公開番号】WO2013125721

(87)【国際公開日】20130829

【審査請求日】2014年5月21日

(31)【優先権主張番号】特願2012-37658(P2012-37658)

(32)【優先日】2012年2月23日

(33)【優先権主張国】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100126882

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 光永

(74)【代理人】

【識別番号】100160093

【弁理士】

【氏名又は名称】小室 敏雄

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】大保 雅載

【審査官】 和田 財太

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−２１８２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−０７１５１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５０３７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５０５８４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−００３４６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｂ １２／００−１３／００

Ｃ０１Ｇ １／００

Ｃ０１Ｇ ３／００

Ｈ０１Ｆ ６／００

Ｈ０１Ｌ ３９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電極部材と、
前記複数の電極部材を互いに接続するように、前記複数の電極部材間に配置された支持体と、
主面と、前記複数の各電極部材に接続される両端部とを有し、前記支持体の外面に配置され、前記支持体の外面において前記支持体の周方向に隣接する前記主面どうしのなす角度θが４０゜〜６０゜であり、それぞれがテープ形状を有する、複数の希土類系多層薄膜超電導線材と、
を備え、
前記支持体の横断面が、前記支持体の外周に３つ以上の取付面を有するような多角形状であり、前記３つ以上の取付面のうち少なくとも２つのそれぞれに、前記希土類系多層薄膜超電導線材が配置され、
前記複数の希土類系多層薄膜超電導線材のそれぞれが、基材上に、中間層、酸化物超電導層、第１の安定化層および第２の安定化層を積層した積層構造を有し、
前記第２の安定化層は銅からなり、
前記第２の安定化層の厚さは２０μｍ以上８０μｍ未満である、超電導機器に電流を供給する超電導電流リード。

【請求項2】

複数の電極部材と、
前記複数の電極部材を互いに接続するように、前記複数の電極部材間に配置された支持体と、
主面と、前記複数の各電極部材に接続される両端部とを有し、前記支持体の外面に配置され、前記支持体の外面において前記支持体の周方向に隣接する前記主面どうしのなす角度θが４０゜〜６０゜であり、それぞれがテープ形状を有する、複数の希土類系多層薄膜超電導線材と、
を備え、
前記支持体の横断面が、前記支持体の外周に３つ以上の取付面を有するような多角形状であり、前記３つ以上の取付面のうち少なくとも２つのそれぞれに、前記希土類系多層薄膜超電導線材が配置され、
前記複数の希土類系多層薄膜超電導線材のそれぞれが、基材上に、中間層、酸化物超電導層、および、第１の安定化層を積層した積層体と、前記積層体の全周を覆う第２の安定化層とを有する構造を有し、
前記第２の安定化層は銅からなり、
前記第２の安定化層の厚さは２０μｍ以上８０μｍ未満である、超電導機器に電流を供給する超電導電流リード。

【請求項3】

前記第２の安定化層の２つの端縁の間の凹部を埋めるように充填された半田層をさらに有する、請求項２に記載の超電導電流リード。

【請求項4】

前記積層構造の全周を覆う金属層をさらに有する、請求項１に記載の超電導電流リード。

【請求項5】

前記第２の安定化層の上にＣｕの圧延テープ材を有する積層構造を有し、前記積層構造の全周を覆う金属層をさらに有する、請求項２に記載の超電導電流リード。

【請求項6】

前記複数の希土類系多層薄膜超電導線材のそれぞれが、前記基材と前記取付面との距離が、前記第１の安定化層と前記取付面との距離よりも大きくなるように、前記取付面に沿って配置される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の超電導電流リード。

【請求項7】

前記希土類系多層薄膜超電導線材を２つ積層した構造を有し、さらに前記構造の全周を覆う金属層を有する、請求項１または２に記載の超電導電流リード。

【請求項8】

前記金属層または前記第２の安定化層の少なくとも外側表面に、導電性接合層が形成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の超電導電流リード。

【請求項9】

請求項１〜８のいずれか一項に記載の超電導電流リードの第１電極部材に第１電極端子が、第２電極部材に第２電極端子がそれぞれ接続され、
前記第１電極端子と前記第２電極端子に装着されて前記超電導電流リードを取り囲む外郭体を備える、超電導電流リード装置。

【請求項10】

減圧可能な外部容器と、前記外部容器の内部に設けられた低温側シールド容器と、前記低温側シールド容器の内部に収容された高温超電導コイルと、前記外部容器に取り付けられた冷凍機と、前記外部容器の内部に設けられて外部電源からの電流を前記高温超電導コイルに供給するための、請求項９に記載の超電導電流リード装置とを備える、超電導マグネット装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超電導電流リード、超電導電流リード装置、および超電導マグネット装置に関する。
本願は、２０１２年２月２３日に、日本に出願された特願２０１２−０３７６５８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

【背景技術】

【0002】

超電導応用機器、例えば、超電導マグネットを運転する場合、超電導マグネットを冷却する必要がある。冷却方法としては、液体ヘリウム、液体窒素等の冷媒に浸漬する方法（浸漬冷却方式）と、冷凍機または冷媒からの熱伝導を利用する方式（伝導冷却方式）が知られている。
冷却した超電導マグネットを用いて磁場を発生させるためには、超電導コイルに通電する必要がある。そのため、電源から超電導マグネットに電流を供給するために電流リードが使用されている。
電流リードは、導電体で構成され、電気抵抗が小さいＣｕ等の良導電体から形成されている。良導電体は熱伝導率が大きく、外部からの熱侵入量が多くなることに加え、電流リード自体にジュール発熱が生じるため、ジュール発熱により超電導マグネットの冷却効率が悪化する。

【0003】

冷却効率は、冷却コスト（冷凍機の場合、電気使用量）に直結する。そのため、特に冷凍機を用いた伝導冷却方式の場合、上記良伝導体の代わりに超電導体を用いた電流リードを適用する場合がある。
超電導体として酸化物超電導体を用いる場合、電気抵抗はゼロであるため、理屈上、ジュール発熱を生じることが無い。また、酸化物超電導層はセラミックスであるために熱伝導率が悪く、外部からの熱侵入量を抑制することができ、かつ、リード部でのジュール発熱が少ない良好な電流リードを構成することができる。

【0004】

従来、上記のような電流リードとして、酸化物超電導バルク体からなる超電導電流リードが用いられてきたが、酸化物超電導バルク体は比較的機械強度が弱く、脆いという点で使用上制限される場合があった。また、高温超電導体の一種であるＢｉ系酸化物超電導線材を用いた超電導電流リードとして一部製品化されている。
しかし、Ｂｉ系高温超電導体は、臨界電流−磁場特性の関係から、高温磁場中における臨界電流が低下するため、多くの線材が必要である。また、Ｂｉ系高温超電導線材は高温超電導層を良伝導体であるＡｇの被覆層で覆った構造であり、Ａｇの被覆層の面積割合が大きいことから、熱伝導による外部からの熱侵入が多い。

【0005】

Ｂｉ系高温超電導体に比べ、臨界温度−磁場特性が良好であるＹ系高温超電導線材を用いた電流リードの適用例として、偏流を抑え、電流が超電導状態から戻らなくなる状態（クエンチ）を抑制するための電流リードの構造が特許文献１に記載されている。
また、超電導線材における磁場による臨界電流の低下を抑制するために無誘導巻き状態にて構成される電流リードの構造が特許文献２に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】日本国特開２００９−２３０９１３号公報

【特許文献2】日本国特開２００９−２３０９１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

Ｂｉ系高温超電導体に比べ、臨界電流−磁場特性の良好なＹ系高温超電導線材を用いた電流リードの構造において、超電導マグネットに適用される場合は必ず電流リードに磁場が印加される。超電導線材では、印加磁場の強さ、角度によって臨界電流が低下する。但し、Ｙ系高温超電導線材の磁場の角度依存性については各々の製法によって異なる可能性があり、更に、データ等も十分詳細には公表されていない。また、電流リードに必要な特徴として、特定方向の磁場のみに対して臨界電流が低下することは好ましくない。この対策として、Ｙ系高温超電導線材を細かい角度で多数並べる方法が考えられる。しかし、多くの超電導線材を設けると、個々の超電導線材の安定化層の面積の和が大きくなり、安定化層を介する外部からの熱侵入を無視できなくなることが予想される。

【0008】

本発明は、以上のような従来の背景に鑑みなされたものである。即ち、希土類系の高温超電導線材を用いた電流リードに対して磁場角度依存性を考慮して、極力少ない本数で特定方向の磁場に対して臨界電流が低下することを避ける構造とした超電導電流リードと、それを備える超電導電流リード装置および超電導マグネット装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の第１の態様は、超電導機器に電流を供給するための超電導電流リードであって、複数の電極部材と、複数の電極部材を互いに接続するように、複数の電極部材間に配置された支持体と、主面と、複数の各電極部材に接続される両端部とを有し、支持体の外面に配置され、支持体の外面において支持体の周方向に隣接する主面どうしのなす角度θが４０゜〜６０゜であり、それぞれがテープ形状を有する、複数の希土類系多層薄膜超電導線材と、を備え、前記支持体の横断面が、前記支持体の外周に３つ以上の取付面を有するような多角形状であり、前記３つ以上の取付面のうち少なくとも２つのそれぞれに、前記希土類系多層薄膜超電導線材が配置され、前記複数の希土類系多層薄膜超電導線材のそれぞれが、基材上に、中間層、酸化物超電導層、第１の安定化層および第２の安定化層を積層した積層構造を有し、前記第２の安定化層は銅からなり、前記第２の安定化層の厚さは２０μｍ以上８０μｍ未満である。
支持体の周方向に隣接する希土類系多層薄膜超電導線材の主面どうしのなす角度θを４０゜〜６０゜の範囲とすると、作用磁場の角度に応じて臨界電流に依存する希土類系多層薄膜超電導線材であっても、支持体の周方向に隣接する少なくとも１つの希土類系多層薄膜超電導線材が高い臨界電流を確実に示す。従って、超電導電流リードの臨界電流を大きくすることができる。

【0010】

横断面が多角形状である支持体の取付面に沿って希土類系多層薄膜超電導線材を配置すれば、支持体の周方向に隣接する希土類系多層薄膜超電導線材どうしを確実に４０゜〜６０゜の範囲に配置できる。従って、磁場の向きに応じて少なくとも１つの希土類系多層薄膜超電導線材の臨界電流が低下しても、支持体の周方向に隣接する他の少なくとも１つの希土類系多層薄膜超電導線材が高い臨界電流を示す。従って、超電導電流リードの臨界電流を大きくすることができる。

【0011】

本発明の第２の態様は、超電導機器に電流を供給するための超電導電流リードであって、複数の電極部材と、複数の電極部材を互いに接続するように、複数の電極部材間に配置された支持体と、主面と、複数の各電極部材に接続される両端部とを有し、支持体の外面に配置され、支持体の外面において支持体の周方向に隣接する前記主面どうしのなす角度θが４０゜〜６０゜であり、それぞれがテープ形状を有する、複数の希土類系多層薄膜超電導線材と、を備え、前記支持体の横断面が、前記支持体の外周に３つ以上の取付面を有するような多角形状であり、前記３つ以上の取付面のうち少なくとも２つのそれぞれに、前記希土類系多層薄膜超電導線材が配置され、複数の希土類系多層薄膜超電導線材のそれぞれが、基材上に、中間層、酸化物超電導層、および、第１の安定化層を積層した積層体と、積層体の全周を覆う第２の安定化層とを有する構造を有し、前記第２の安定化層は銅からなり、前記第２の安定化層の厚さは２０μｍ以上８０μｍ未満である。
希土類系多層薄膜超電導線材として上記構造を用いると、支持体に安定化層を半田付けする等の方法で、希土類系多層薄膜超電導線材を支持体に強固に取り付けできる。また、希土類系多層薄膜超電導線材に安定化層を備えているため、超電導特性が安定する。

【0012】

本発明の第３の態様は、上記第２の態様の超電導電流リードにおいて、第２の安定化層の２つの端縁の間の凹部を埋めるように充填された半田層をさらに有する。
これにより、第２の安定化層を良好に接合できる。
本発明の第４の態様は、上記第１の態様の超電導電流リードにおいて、複数の希土類系多層薄膜超電導線材のそれぞれが、多層構造の上にＣｕの圧延テープ材を有する積層構造を有し、積層構造の全周を覆う金属層をさらに有する。
希土類系多層薄膜超電導線材として上記構造を用いると、水分の浸入を防ぎ、局所的な発熱の発散を促進するなど超電導層の保護できるため、希土類系多層薄膜超電導線材の超電導特性の低下を防ぐことができる。従って、超電導電流リードの信頼性を向上させることができる。
本発明の第５の態様は、上記第２の態様の超電導電流リードにおいて、第２の安定化層の上にＣｕの圧延テープ材を有する積層構造を有し、積層構造の全周を覆う金属層をさらに有する。
希土類系多層薄膜超電導線材として上記構造を用いると、さらに、水分の浸入を防ぎ、局所的な発熱の発散を促進するなど超電導層の保護できるため、希土類系多層薄膜超電導線材の超電導特性の特性低下を防ぐことができる。従って、超電導電流リードの信頼性をより向上させることができる。
本発明の第６の態様は、上記第１〜５のいずれか一つの態様の超電導電流リードにおいて、複数の希土類系多層薄膜超電導線材のそれぞれが、基材と取付面との距離が、第１の安定化層と取付面との距離よりも大きくなるように、取付面に沿って配置される。
上記のように配置すると、超電導電流リードの臨界電流を大きく、より安定させることができる。
本発明の第７の態様は、上記第１または２の態様の超電導電流リードにおいて、希土類系多層薄膜超電導線材を２つ積層した構造を有し、さらに構造の全周を覆う金属層を有する。
希土類系多層薄膜超電導線材として上記構造を用いると、超電導特性の特性低下を防ぐことができる積層構造を２つ使用するため、超電導特性がさらに安定する。従って、超電導電流リードの信頼性をより向上させることができる。
本発明の第８の態様は、上記第１〜７のいずれか一つの態様の超電導電流リードにおいて、金属層または前記第２の安定化層の少なくとも外側表面に、導電性接合層が形成されている。
これにより、別個に他の半田層を形成することなく、電極端子に直接接続できるため、容易に取り付けすることができる。
本発明の第９の態様は、超電導電流リード装置であって、上記第１〜８の態様のいずれかに記載の超電導電流リードの第１電極部材に第１電極端子が、第２電極部材に第２電極端子がそれぞれ接続され、第１電極端子と第２電極端子に装着されて超電導電流リードを取り囲む外郭体を備える。
超電導電流リードを取り囲む外郭体を備えていることにより、希土類系多層薄膜超電導線材を覆うことができるため、希土類系多層薄膜超電導線材を外力から保護できる。また、両電極端子を外郭体で接合できるため、機械強度の高い超電導電流リード装置を提供できる。

【0013】

本発明の第１０の態様は、超電導マグネット装置であって、減圧可能な外部容器と、外部容器の内部側に設けられた低温側シールド容器と、低温側シールド容器の内部に収容された高温超電導コイルと、外部容器に取り付けられた冷凍機と、外部容器の内部に設けられて外部電源からの電流を高温超電導コイル側に供給するための、上記第９の態様の超電導電流リード装置と、を備える。
上記超電導電流リード装置によれば、冷凍機により高温超電導コイルを伝導冷却して超電導状態にできる。また、高温超電導コイルを外部容器と低温側シールド容器で２重に囲むため、外部からの熱の侵入を少なくでき、高温超電導コイルの超電導状態を維持できる温度を保持できる。更に、超電導電流リード装置として希土類系多層薄膜超電導線材を含む構造であるため、電源から高温超電導コイルまでの電流供給経路において、損失の少ない状態で電流を供給できる。

【発明の効果】

【0014】

上記本発明の態様によれば、支持体の周囲に、主面どうしのなす角度θを４０゜〜６０゜の範囲とした複数の希土類系多層薄膜超電導線材を備えているため、作用磁場の角度に応じて臨界電流に依存性を有する希土類系多層薄膜超電導線材であっても、支持体の周方向に隣接する少なくとも１つの希土類系多層薄膜超電導線材が高い臨界電流を確実に示す。従って、臨界電流を大きく取ることができる超電導電流リードが得られる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１実施形態に係る超電導電流リードを示す平面図。

【図2】図１に示す超電導電流リードにおいて希土類系多層薄膜超電導線材を備えた部分の横断面図。

【図3】図１に示す超電導電流リードを備えた電流リード装置の分解斜視図。

【図4】図１に示す超電導電流リードに備えられている希土類系多層薄膜超電導線材の一例を示す部分断面斜視図。

【図5】図１に示す超電導電流リードが適用される超電導マグネット装置の一例を示す断面図。

【図6A】図１に示す超電導電流リードに備えられている希土類系多層薄膜超電導線材の第２の例を示す部分断面図。

【図6B】図１に示す超電導電流リードに備えられている希土類系多層薄膜超電導線材の第３の例を示す部分断面図。

【図6C】図１に示す超電導電流リードに備えられている希土類系多層薄膜超電導線材の第４の例を示す部分断面図。

【図6D】図１に示す超電導電流リードに備えられている希土類系多層薄膜超電導線材の第５の例を示す部分断面図。

【図6E】図１に示す超電導電流リードに備えられている希土類系多層薄膜超電導線材の第６の例を示す部分断面図。

【図7】希土類系多層薄膜超電導線材における臨界電流および磁場印加角度の依存性を示すグラフ。

【図8】実施例で用いた希土類系多層薄膜超電導線材の臨界電流に対する磁場角度依存性を示すグラフ。

【図9】実施例で用いた希土類系多層薄膜超電導線材の臨界電流の最悪値／標準値に対する配置角度依存性を示すグラフ。

【図10】本発明に係る超電導電流リードについて、熱伝導解析を行うために用いる微小体積モデルの説明図。

【図11】図１０に示す微小体積モデルの等価回路図。

【図12】図１０に示す微小体積モデルを直列接続した等価回路図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明に係る超電導電流リードについて、図面に基づき説明する。
図１〜図３は、本発明に係る超電導電流リードの第１実施形態を示す。第１実施形態の超電導電流リード１は、一端と他端に板状の電極端子７、８を備える。電極端子７、８間には、電極端子７、８を一体に接続するために、横断面が正八角形であるロッド形状の支持体５が形成される。支持体５の周面に沿って、支持体５の長さ方向に８本の希土類系多層薄膜超電導線材６が並列に取り付けられている。
電極端子７、８は、ＣｕあるいはＣｕ合金等の良伝導性金属材料からなる板状の端子部材であり、電極端子７、８それぞれの端部における中央付近には接続用の透孔７ａ、８ａが形成されている。電極端子７、８を接続している支持体５は、支持体５を介する熱侵入量をできるだけ少なくするために、熱侵入量の少ない、強度の高い金属材料、例えば、ステンレス鋼、ガラスエポキシ樹脂等からなることが好ましい。支持体５の両端部は、溶接一体化、銀ろう付け、あるいは嵌め込み構造等の接合方法により電極端子７、８に接合されている。
支持体５の横断面は正八角形であり、支持体５の周面には平面形状の細長い取付面５ａが８つ形成される。個々の取付面５ａには、テープ形状の希土類系多層薄膜超電導線材６が、一端６ａ（第１電極部材）が一方の電極端子（第１電極端子）７に、かつ他端６ｂ（第２電極部材）が他方の電極端子（第２電極端子）８に接合するように半田付けされている。

【0017】

図１に示す超電導電流リード１に対し図３に示す円筒型の外郭体９が外挿され、ロッド形状の超電導電流リード装置１０が形成されている。なお、図３は、超電導電流リード１から外郭体９を取り外した状態を示す分解図である。
板状の電極端子７の一端には、一端から膨出する、横断面が正八角形である接続部７Ａが形成されている。接続部７Ａの先端の正八角形の部分に横断面が正八角形である支持体５の一端が接合されている。
電極端子７は、支持体５に接続される板状の接続部７Ａと、接続部７Ａの他端に形成された鍔部７Ｂと、鍔部７Ｂから延出する端子部７Ｃとを有する。電極端子８も電極端子７と同様に、接続部８Ａと鍔部８Ｂと端子部８Ｃとを有する。
鍔部７Ｂと鍔部８Ｂとの間の部分は筒型の外郭体９に覆われ、全体としてロッド形状の超電導電流リード装置１０が形成される。

【0018】

希土類系多層薄膜超電導線材６は、一例として、図２に断面構造を示すように、テープ形状の酸化物超電導積層体１１の全周をＣｕまたはＣｕ合金等の良導電材料製の金属層（第２の安定化層）１２で覆って形成されている。本実施形態の酸化物超電導積層体１１は、詳細には、図４に示すようにテープ形状の基材１３上に、中間層１４と酸化物超電導層１５と保護層（第１の安定化層）１６とをこの順に積層して形成される。なお、図４では、酸化物超電導積層体１１の全周を取り囲む金属層１２を簡略に記載し、保護層１５の上に積層されている金属層１２の部分のみ示している。
基材１３は、可撓性を有する線材とするためにテープ形状であることが好ましく、耐熱性の金属からなることが好ましい。各種耐熱性金属の中でも、ニッケル合金からなることが好ましい。市販品であれば、ハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）が好適である。基材１３の厚さは、通常は、１０〜５００μｍである。また、基材１３として、ニッケル合金に集合組織を導入した配向Ｎｉ−Ｗ合金テープ基材等を適用することもできる。

【0019】

中間層１４としては、以下に説明する下地層１７と配向層１８とキャップ層１９とからなる構造を一例として適用できる。
下地層１７を設ける場合、下地層１７は、以下に説明する拡散防止層とベッド層との複層構造あるいは、これらのうちどちらか１層からなる構造を有することができる。
下地層１７として拡散防止層を設ける場合、拡散防止層は、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３、「アルミナ」とも呼ぶ）、あるいは、ＧＺＯ（Ｇｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７）等から構成される単層構造あるいは複層構造の層が望ましい。拡散防止層の厚さは、例えば１０〜４００ｎｍである。
下地層１７としてベッド層を設ける場合、ベッド層は、耐熱性を高め、界面反応性を低減し、ベッド層上に配置される膜の配向性を得るために用いられる。このようなベッド層は、例えば、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）等の希土類酸化物である。より具体的には、Ｅｒ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｄｙ_２Ｏ_３、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｅｕ_２Ｏ_３、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３等を例示することができ、これらの材料からなる単層構造あるいは複層構造をベッド層として使用できる。ベッド層の厚さは、例えば１０〜１００ｎｍである。また、拡散防止層およびベッド層の結晶性は特に問われないため、通常のスパッタ法等の成膜法により形成すれば良い。

【0020】

配向層１８は、配向層１８の上方に形成する酸化物超電導層１５の結晶配向性を制御するバッファ層として機能し、酸化物超電導層１５と格子整合性の良い金属酸化物からなることが好ましい。配向層１８の好ましい材質として、具体的には、Ｇｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７、ＭｇＯ、ＺｒＯ_２−Ｙ_２Ｏ_３（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ_３、ＣｅＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｚｒ_２Ｏ_３、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３等の金属酸化物を例示できる。配向層１８は、単層でも良いし、複層構造でも良い。
配向層１８は、スパッタ法、真空蒸着法、レーザ蒸着法、電子ビーム蒸着法、もしくは、イオンビームアシスト蒸着法（以下、ＩＢＡＤ法と略記する。）等の物理的蒸着法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、有機金属塗布熱分解法（ＭＯＤ法）、または、溶射等、酸化物薄膜を形成する公知の方法で積層できる。上記方法の中でも特に、ＩＢＡＤ法で形成された金属酸化物層は、結晶配向性が高く、配向層１８上のキャップ層１９および酸化物超電導層１５の結晶配向性を制御する効果が高いため、好ましい。ＩＢＡＤ法とは、蒸着時に、結晶の蒸着面に対して所定の角度でイオンビームを照射することにより、結晶軸を配向させる方法である。
通常は、イオンビームとして、アルゴン（Ａｒ）イオンビームを使用する。例えば、Ｇｄ_２Ｚｒ_２Ｏ_７、ＭｇＯ、または、ＺｒＯ_２−Ｙ_２Ｏ_３（ＹＳＺ）からなる配向層は、ＩＢＡＤ法における配向度を表す指標であるΔΦ（ＦＷＨＭ：半値全幅）の値を小さくできるため、特に好適である。

【0021】

キャップ層１９は、配向層１８の表面においてエピタキシャル成長させた後、結晶粒が面内方向に選択成長する過程を経て形成されていることが好ましい。このようなキャップ１９層は、配向層１８よりも高い面内配向度を得られる可能性がある。
キャップ層１９の材質は、上記機能を有していれば特に限定されない。具体的には、ＣｅＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｚｒ_２Ｏ_３、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３等が好適である。キャップ層１９の材質がＣｅＯ_２である場合、キャップ層１９は、Ｃｅの一部が他の金属原子もしくは金属イオンで置換されたＣｅ−Ｍ−Ｏ系酸化物を含んでいても良い。
キャップ層１９は、ＰＬＤ法（パルスレーザ蒸着法）、スパッタリング法等で成膜することができる。ＰＬＤ法によるＣｅＯ_２層の成膜条件としては、基材温度約５００〜１０００℃、約０．６〜１００Ｐａの酸素ガス雰囲気中で成膜することができる。ＣｅＯ_２のキャップ層１９の厚さは、５０ｎｍ以上であれば良いが、より十分な配向性を得るには１００ｎｍ以上が好ましい。結晶配向性を考慮すると、５０〜５０００ｎｍの範囲であることが好ましい。

【0022】

酸化物超電導層１５は通常知られている組成の希土類系高温酸化物超電導体からなる薄膜を広く適用することができる。例えば、ＲＥＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｙ（ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ等の希土類元素を表す）からなる材質、具体的には、Ｙ１２３（ＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｙ）またはＧｄ１２３（ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｙ）がある。酸化物超電導層１５の厚さは、０．５〜５μｍ程度であって、酸化物超電導層１５全体が均一な厚さを有することが好ましい。
酸化物超電導層１５の作製方法としては、真空蒸着法、レーザ蒸着法、化学気相成長法（ＣＶＤ法）、有機金属熱塗布分解法（ＭＯＤ法）等を用いることができる。なかでもレーザ蒸着法が好ましい。

【0023】

酸化物超電導層１５の上面を覆うように形成されている保護層１６は、ＡｇまたはＡｇ合金からなる。保護層１６は、ＤＣスパッタ装置またはＲＦスパッタ装置等の成膜装置により成膜され、厚さは１〜３０μｍ程度である。なお、本実施形態の保護層１６は、成膜装置により酸化物超電導層１５の上部に主に形成されている。しかし、成膜装置のチャンバの内部でテープ形状の基材１３を走行させながら成膜が行われるため、基材１３の両側面と裏面とに対して保護層１６の成膜粒子が回り込む。これにより、両側面と裏面にも、保護層１６の構成元素粒子が若干堆積される。
Ａｇ粒子が回り込んで、堆積されている場合、ニッケル合金からなるハステロイ製の基材１３の裏面と側面に金属のめっき層が密着する。なお、Ａｇ粒子の回り込みによる堆積が無い場合は、ニッケル合金からなるハステロイ製の基材１３にめっき層が十分に密着されなくなるおそれがある。

【0024】

酸化物超電導積層体１１の外周に被覆されている金属層１２は、一例として良導電性の金属材料からなる。酸化物超電導層１５が超電導状態から常電導状態に転移した時に、保護層１６とともに、金属層１２は電流を転流するバイパスとして機能する。金属層１２を構成する材料としては、良導電性を有していればよく、限定はされない。特に、銅、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ合金）、Ｃｕ−Ｎｉ合金等の銅合金、Ａｌ等の比較的安価な材質を用いることが好ましく、中でも高い導電性を有し、安価であることがらＣｕを用いることが好ましい。金属層１２の厚さは限定されず、適宜調整可能であるが、２０〜３００μｍであることが好ましい。

【0025】

以上のように形成された希土類系多層薄膜超電導線材６は、希土類系多層薄膜超電導線材６の外面の金属層１２が取付面５ａに沿うように支持体５に固定されている。ここで、保護層１６と支持体５の取付面５ａとの距離が短くなるように、希土類系多層薄膜超電導線材６を配置する。換言すると、基材１３と支持体５の取付面５ａとの距離が、保護層１６と支持体５の取付面５ａとの距離よりも大きくなるように、希土類系多層薄膜超電導線材６は、支持体５の取付面５ａに沿って配置されている。また、テープ形状の希土類系多層薄膜超電導線材６において、長さ方向における両端が、正八角形状の支持体５の長さ方向における両端部から電極端子７あるいは電極端子８に向けて所定の長さ分突出している。突出部分において、安定化層が電極端子７あるいは電極端子８に半田付けにより固定される。
上記構造によれば、電極端子７，８に安定化層が半田付けされるため、基材に接続される場合よりも接続抵抗が少なくなり、発熱量を抑えることができる。
支持体５は、線膨張係数がステンレスのような超電導線材（線膨張係数は基材に近い）に近い材料を用いることによってヒートサイクルに強い構造となり、信頼性が向上する。
更に説明すると、電極端子７の接続部７Ａにおける正八角形状に形成された部分にまで希土類系多層薄膜超電導線材６の端部６ａが延出されて半田付けされる。同様に、電極端子８の接続部８Ａにおける正八角形状に形成された部分にまで希土類系多層薄膜超電導線材６の端部６ｂが延出されて半田付けされる。

【0026】

本実施形態において希土類系多層薄膜超電導線材６を電極端子７、８に固定する材料としては半田を用いることができるが、低融点金属層として、融点１００〜３００℃の金属、例えば、Ｓｎ、Ｓｎ合金、インジウム等を適用しても良い。半田を用いる場合、Ｓｎ−Ｐｂ系、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｂｉ系、Ｂｉ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ａｇ系等のいずれの半田を用いても良い。

【0027】

テープ形状の希土類系多層薄膜超電導線材６は、正八角形状の支持体５の各側面に沿うように配置されているため、支持体５の周方向に隣接する各希土類系多層薄膜超電導線材６の表面（主面）どうしのなす角度θは、図２に例示するように４５゜である。なお、希土類系多層薄膜超電導線材６はテープ形状であるため、主面と酸化物超電導層１５とは平行な位置関係を有する。

【0028】

以上説明した構造の超電導電流リード装置１０は、例えば、図５に示す超電導マグネット装置（超電導機器）２０に適用される。
図５に示す超電導マグネット装置２０は、真空容器等の減圧可能な外部容器２１と、外部容器２１の内側に設置された内部容器（低温側シールド容器）２２と、内部容器２２に収容された高温超電導コイル２３と、外部容器２１の上部を閉じるフランジ部２５および内部容器２２の上部を閉じるフランジ部２６を貫通して設けられた冷凍機２７と、を主体として構成されている。冷凍機２７は第１ステージ２７Ａと第２ステージ２７Ｂと有する２段構造であり、第２ステージ２７Ｂが内部容器２２の内部に向かって延出されている。第２ステージ２７Ｂの先端部２７ｂには伝熱部材２８を介し高温超電導コイル２３が接続されていて、冷凍機２７からの伝導冷却により高温超電導コイル２３を臨界温度以下に冷却できる。高温超電導コイル２３としては、図示略のボビンに酸化物超電導線材を樹脂等の含浸材で固めた構造が一般的である。

【0029】

フランジ部２５の表面には、電流供給用の外部接続端子２９、３０が形成される。外部接続端子２９、３０がフランジ部２５を貫通するように延出されて外部容器２１の内部に引き込まれ、引込部分には、フランジ部２５とフランジ部２６とに接続するように超電導電流リード装置１０、１０が組み込まれている。外部接続端子２９、３０に超電導電流リード装置１０、１０の上端が接続され、超電導電流リード装置１０、１０の下端はそれぞれ高温超電導コイル２３を構成する図示略の酸化物超電導線材に接続されている。
外部容器２１は、図示略の真空ポンプに接続されていて、内部を所望の真空度に減圧できるように形成されている。また、外部接続端子２９、３０は外部の図示略の電源に超電導電流リード線を介し接続されており、電源から高温超電導コイル２３に通電し、所望の磁場を発生できる。

【0030】

図５に示す超電導マグネット装置２０は、図示略の真空ポンプにより外部容器２１の内部を減圧して真空状態とし、冷凍機２７を作動させて伝導冷却により高温超電導コイル２３を臨界温度以下に冷却する。その後、外部電源から接続端子２９、３０を介し高温超電導コイル２３に通電することで使用される。なお、冷凍機２７の能力にもよるが、冷凍機２７は高温超電導コイル２３を４.２Ｋ、２０Ｋあるいは４０Ｋ等のように希土類系酸化物超電導体が超電導状態となる液体窒素温度（７７Ｋ）よりも低温に冷却する能力を有する。そのため、外部容器２１の内側に設けられている超電導電流リード１も臨界温度以下（７７Ｋ以下が望ましい。）に冷却される。

【0031】

印加した電流は、接続端子２９、３０から超電導電流リード装置１０の超電導電流リード１を介して高温超電導コイル２３の酸化物超電導線材に流れる。超電導電流リード１において、電極端子７を仮に接続端子に近い高温になる端子として設置すると、電流は電極端子７から希土類系多層薄膜超電導線材６に流れ、電極端子８に流れて高温超電導コイル２３の酸化物超電導線材に達する。ここで、超電導電流リード１も臨界温度以下に冷却されているため、希土類系多層薄膜超電導線材６に設けられている８本の酸化物超電導層１５の抵抗が０となる。そのため、電極部材２から半田層、金属層１２、および、保護層１６を介し各酸化物超電導層１５に電流が流れ、電極部材３に通電し、高温超電導コイル２３に通電できる。高温超電導コイル２３に通電されると高温超電導コイル２３が磁場を発生させるため、超電導マグネット装置２０は所望の磁場を発生できる。

【0032】

次に、横断面が正八角形状である支持体５の周面に希土類系多層薄膜超電導線材６を配置した超電導電流リード装置１０の作用効果について説明する。
上記構造を有する超電導電流リード装置１０を超電導マグネット装置２０に適用すると、希土類系多層薄膜超電導線材６はテープ形状であり、酸化物超電導層１５も平面形状であるため、希土類系の酸化物超電導層１５において、酸化物超電導層１５の表面（主面）に対し磁場が作用する際の印加角度に応じて、臨界電流値が異なるという特性がある。
一例として、磁場が印加される角度が酸化物超電導層１５の表面（主面）に対し４０〜６０゜であると、酸化物超電導層１５の臨界電流値は１／２程度に小さくなる。しかし、図２に示すように支持体５の周囲に配置されている８本のテープ形状の酸化物超電導層１５は、それぞれ支持体５の周方向に隣接する各主面どうしのなす角度θが４０〜６０゜になるように配置されている。

【0033】

従って、支持体５の周面に取り付けられている特定の２つの希土類系多層薄膜超電導線材６を例に挙げると、２つの希土類系多層薄膜超電導線材６の酸化物超電導層１５のうち、磁場の作用する方向により、仮に、臨界電流値が低下した一方の希土類系多層薄膜超電導線材６に対し、隣接する他方の希土類系多層薄膜超電導線材６は２倍程度高い臨界電流を示す。

【0034】

また、支持体５に対しいずれの方向から磁場が作用するかは、超電導電流リード装置１０を超電導マグネット装置２０へ取り付ける方向によって異なる。支持体５の周面に８つの希土類系多層薄膜超電導線材６が半田付けされている場合は、超電導電流リード装置１０に対しいずれか任意の方向から磁場が作用し、いずれか１つの希土類系多層薄膜超電導線材６の臨界電流値が低下したとしても、隣接する他の希土類系多層薄膜超電導線材６は、臨界電流値が低下した希土類系多層薄膜超電導線材６よりも優れた臨界電流を示す。従って、超電導電流リード１は、優れた臨界電流特性を発揮できる。

【0035】

また、超電導電流リード１は外周が外郭体９、９により覆われているため、超電導マグネット装置２０に超電導電流リード装置１０を取り付ける際、周方向の位置を把握することが難しい。仮に、１本のみの希土類系多層薄膜超電導線材６を支持体５のいずれかの側面に備える構造の場合、酸化物超電導層１５に対し４０〜６０゜の方向に高温超電導コイル２３の磁場が作用するように設置すると、１本の希土類系多層薄膜超電導線材６の臨界電流値は大幅に低下する。例えば、１／２程度に低下する。
これに対し、２本以上、例えば８本の希土類系多層薄膜超電導線材６を周回りに備えた超電導電流リード１であれば、いずれか任意の方向から高温超電導コイル２３の磁場が作用し、特定の１本の希土類系多層薄膜超電導線材６の臨界電流値が低下しても、他の希土類系多層薄膜超電導線材６の超電導特性の低下する割合が小さくなる。そのため、超電導電流リード装置１０として大きな臨界電流を得ることができ、良好な臨界電流特性を得ることができる。

【0036】

なお、図１〜図３に示す第１実施形態では、支持体５について横断面が正八角形状である例について説明した。しかし、支持体５の横断面の形状は多角形状あるいは円形状であって、周方向に隣接する希土類系多層薄膜超電導線材６のなす角度を４０゜〜６０゜の範囲にできる形状であれば、いずれの横断面形状であっても良い。また、希土類系多層薄膜超電導線材６の本数も、２本以上であれば任意の数で良い。例えば、２本〜１２本の間で任意の数を選択できる。更に、支持体５の全周に希土類系多層薄膜超電導線材６を配置する必要はない。一例として、横断面が八角形状の支持体５に、２本、３本、４本、５本等、任意数の希土類系多層薄膜超電導線材６を取り付けて利用できる。なお、支持体５の横断面を円形状とする場合、支持体５の周面は曲面になる。そのため、支持体５の周面に沿ってテープ形状の希土類系多層薄膜超電導線材６を支持体５の長さ方向に沿って配置した場合、希土類系多層薄膜超電導線材６は周面に沿って湾曲状態に配置される。この状態において、周方向に隣接する希土類系多層薄膜超電導線材６のなす角度を４０゜〜６０゜にするとは、以下の場合を意味する。即ち、支持体５の周方向に隣接する希土類系多層薄膜超電導線材６の上面における幅方向中央部を通過する接線どうしがなす角度を４０〜６０゜にすることを意味する。
支持体５に取り付ける希土類系多層薄膜超電導線材６の本数は、超電導電流リード装置１０に流そうとする電流の大小に応じて適宜必要な本数を選択すれば良い。
支持体５を多角形状にすることにより、希土類系多層薄膜超電導線材６を湾曲させずに平らな支持体表面に取り付けられるので、線材６に生じる歪みを低減できる。従って、線材６が劣化する可能性を低減して支持体に取り付けることができる。

【0037】

また、支持体５の周面に取り付けた希土類系多層薄膜超電導線材６を、エポキシ樹脂等の固定材により覆っても良く、希土類系多層薄膜超電導線材６の１つ１つの外面を絶縁テープ等で絶縁処理しても良い。更に、気密性を向上させるために、希土類系多層薄膜超電導線材６の周面を覆う金属層１２に代えて、圧延銅テープまたは銅合金を、半田またはスズにより希土類系多層薄膜超電導線材６の周面に貼り合わせた構造とすることもできる。

【0038】

例えば、希土類系多層薄膜超電導線材の第２の構造例として、図６Ａに示すように、基材３３の上に中間層３４、酸化物超電導層３５、および、保護層３６を積層して形成される超電導積層体３７の上に、Ｃｕの圧延テープ材３８を貼り付け、更に全周を金属層３９で覆った構造の希土類系多層薄膜超電導線材４０を用いることができる。金属層３９は、めっきあるいは金属テープの貼り合わせ等により形成できるが、これらに限定されるものではない。
また、希土類系多層薄膜超電導線材の第３の構造例として、図６Ｂに示すように、基材４３の上に中間層４４、酸化物超電導層４５、および、保護層４６を積層して形成される超電導積層体４７の全周を金属層４８で覆い、その上に、Ｃｕの圧延テープ材４９を貼り付け、更に全周を金属層５０で覆った構造の希土類系多層薄膜超電導線材５１を用いることもできる。
更に、希土類系多層薄膜超電導線材の第４の構造例として、図６Ｃに示すように、全周が金属層４８で覆われた超電導積層体４７を２枚向き合わせて積層し、全周を金属層５２で覆った構造の希土類系多層薄膜超電導線材５３を用いることもできる。
更に、希土類系多層薄膜超電導線材の第５の構造例として、図６Ｄに希土類系多層薄膜超電導線材１００の幅方向に沿う断面模式図を示す。
図６Ｄに示す超電導線材１００において、積層基体Ｓ２は、基材１０１の一方の面上に中間層１０２、酸化物超電導層１０３、および、第１の安定化層１０８がこの順に積層されることで形成され、矩形断面を有する。また、超電導積層体１０５は、積層基体Ｓ２を中央に備え、第２の安定化層１１２（金属層）が積層基体Ｓ２の外周面のほぼ全体を覆うことで形成され、横断面が略矩形状である。さらに、超電導線材１００は、絶縁被覆層１０７が超電導積層体１０５の外周面全体を覆うことで形成される。金属安定化層１０４は、酸化物超電導層１０３上に形成された第１の安定化層１０８と、積層基体Ｓ２の外周面のほぼ全周を覆う第２の安定化層１１２とで構成されている。
第２の安定化層１１２は、良導電性の金属材料で形成され、酸化物超電導層１０３が超電導状態から常電導状態に遷移する時、第１の安定化層１０８とともに、酸化物超電導層１０３の電流を転流させるバイパスとして機能する。なお、金属テープ状の第２の安定化層１１２は、積層基体Ｓ２の周面に沿って横断面略Ｃ字型に配置され、積層基体Ｓ２のほぼ全周面を覆うように設けられている。詳述すると、第２の安定化層１１２は基材１０１の他方の面（中間層１０２が形成されていない面）側の中央部を除いて積層基体Ｓ２のほぼ全周を覆うように配置されている。基材１０１の他方の面側の中央部において第２の安定化層１１２により覆われていない部分は、第２の安定化層１１２の２つの端縁の間の凹部を埋めるように充填された半田層１１３により覆われている。
第２の安定化層１１２を構成する金属材料は、上述した希土類系多層薄膜超電導線材の第２の安定化層を構成する金属材料を適用でき、その厚さについても同等の範囲を選択できる。
なお、図６Ｄでは略されているが、金属テープ状の第２の安定化層１１２を積層基体Ｓ２の外周に半田を介して一体化する場合は、積層基体Ｓ２と第２の安定化層１１２との間には半田層が存在する。
さらに、図６Ｅに示すように、第２の安定化層１１２の片面もしくは両面には、Ｓｎなどの半田層（導電性接合層）１１４が形成（めっき）されていてもよい。第２の安定化層１１２の外側表面（外周面上）にも半田層１１４が形成されていることにより、別個に他の半田層を形成することなく、電極端子に直接接続できるため、容易に取り付けすることができる。
以上のように、本発明の実施形態の超電導電流リード１に適用する希土類系多層薄膜超電導線材の構造については種々変更が可能であり、図１、図６Ａ〜Ｅに示す構造の他、一般に知られている公知の希土類系酸化物超電導線材の種々の構造を用いることが可能である。

【実施例】

【0039】

ハステロイＣ２７６（米国ヘインズ社商品名）からなる幅５ｍｍ、厚さ０.１ｍｍのテープ形状の基材の表面に、Ａｌ_２Ｏ_３からなる厚さ１００ｎｍの拡散防止層と、Ｙ_２Ｏ_３からなる厚さ３０ｎｍのベッド層と、イオンビームアシスト蒸着法により形成された厚さ１０ｎｍのＭｇＯの配向層と、ＣｅＯ_２の厚さ５００ｎｍのキャップ層と、ＧｄＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_７−ｘの厚さ約２μｍの酸化物超電導層と、厚さ１０μｍのＡｇの保護層と、を形成した酸化物超電導積層体を用いた。酸化物超電導積層体に対し、酸素アニールを５００℃で行った。酸素アニールを施して希土類系多層薄膜超電導線材を得た。
得られた希土類系多層薄膜超電導線材について、主面（表面）に０．５Ｔの磁場を、磁場印加角度を種々変更して印加した場合の臨界電流の磁場角度依存性（７７Ｔ自己磁場０の場合の臨界電流Ｉｃ_０とした場合の比率）を測定した。また、同様に、１Ｔ磁場の場合の臨界電流の磁場角度依存性、３Ｔ磁場の場合の臨界電流の磁場角度依存性を測定し。これらの結果を併せて図７に示す。

【0040】

図７に示すように、いずれの強さの磁場中であっても相対する磁場角度依存性がある。図７に示す特性から、磁場角度θを希土類系多層薄膜超電導線材の表面に対し４０゜〜６０゜とした場合に、最も臨界電流値が低下することが分かった。
図７に示された結果を踏まえ、現状の高温超電導コイルに適用される超電導電流リードとして最も使用される確率の高い例として、温度７７Ｋ、磁場０．５Ｔの場合の希土類系多層薄膜超電導線材を配置する角度、本数、および、（臨界電流の最悪値）／（臨界電流の標準値）の比率を求めた。
上記構造の希土類系多層薄膜超電導線材においては、１０ｍｍ幅線材で標準電流値は３００Ａ／本（自己磁場状態）とし、最悪値では７７Ｋにおいて１本（支持体周囲の対角として２本）が最も臨界電流が低下する磁場角度に配置される。残りの希土類系多層薄膜超電導線材の電流値を磁場特性から算出し、合計の臨界電流（＝許容電流）を算出し、以下の表１に数値を示す。
算出の基としたのは、図８に示すように０．５Ｔの磁場が作用した場合に求められた希土類系多層薄膜超電導線材の磁場角度依存性である。また、表１に示す数値を図９のグラフに示す。

【0041】

【表1】

【0042】

表１と図８の結果から、角度θが４０゜以上、６０゜以下の範囲で（最悪値）／（標準値）が高くなる。従って、角度θを４０〜６０゜の範囲とすると、希土類系多層薄膜超電導線材を超電導電流リードとして有効利用できていることが判明した。

【0043】

次に、本発明に係る希土類系多層薄膜超電導線材を超電導電流リードに用いた構造と、一般に知られているＡｇシースタイプのＢｉ系酸化物超電導線材を超電導電流リードに用いた構造とにおける、簡略化した相対比較である熱伝導解析試算モデルについて説明する。以下では、基本的な構造を設定した後、１次元熱伝達モデルにおける試算結果について比較する。この試算結果は、仮定の上での単純化モデルにおける試算である。しかし、希土類系多層薄膜超電導線材に極めて類似しているＢｉ系酸化物超電導線材を用いた超電導電流リードとの相対比較を行う上で、有効な手段と考えられる。

【0044】

＜試算条件＞
熱伝導解析を行うために、図１０に示すような微少体積モデルを採用する。定常状態（時間積分項＝０）、熱伝達率ｋ、および、電気抵抗は温度に無関係で一定とする。伝導冷却のみを想定し、冷媒冷却は無いこととした。各部品間の熱接触比は０と設定し、外部容器側の超電導電流リードの高温端を７７Ｋ、内部容器の内側の超電導電流リードの低温端は４.２Ｋと設定した。上記試算モデルの部品として、銅製の端子およびステンレス鋼の支持体を用いた。また、希土類系多層薄膜超電導線材について、基材をハステロイ製、安定化層をＣｕ製とし、外郭体をＧＦＲＰ製のカバーとした。ステンレス鋼の支持体、希土類系多層薄膜超電導線材、および、ＧＦＲＰ製の外郭体は、等価回路を構成すると仮定した。

【0045】

超電導電流リードに通電すると、超電導電流リードの支持体、ハステロイ製の基材、および、安定化層は、抵抗を有するために若干発熱する。
上記状態の導体熱伝導の微少体積モデルを図１０に示す。ここで、熱侵入量Ｑ_ｃ＝ｋ・Ｓ・θ／Ｌ＋Ｑｊ／２の関係式が成立し、ジュール熱Ｑ_ｊ＝ρ・Ｉ^２・Ｌ／Ｓの関係が成立する（ｋ：熱伝導率[Ｗ／（ｍ・Ｋ）]、Ｓ：断面積[ｍ^２]、ρ：電気抵抗率[Ωｍ]、Ｉ：電流[Ａ]、Ｌ：長さ[ｍ]）。
図１０に示す微少体積モデルを等価回路として示すと、図１１に示す等価回路となる。図１１の等価回路を、図１に示す２本の希土類系多層薄膜超電導線材を取り付けた構造に適用すると、図１２に示す等価回路となる。
ここで、熱抵抗：Ｒ＝Ｌ／ｋＳ[Ｋ／Ｗ]、電気抵抗：ｒ＝ρＬ／Ｓ[Ω]、とし、各種パラメータは、以下に示すように文献（Y.Iwasa, Case Studies in Superconducting Magnets, P.632-642, 2nd ed. Springer, 2009）から引用した。

【0046】

＜Ｙ系電流リードパラメータ＞
・銅（無酸素銅）の電気抵抗率ρ
高温側 2.0E-09 [Ω・ｍ] （７７Ｋ）
低温側 5.0E-10 [Ω・ｍ] （ＲＲＲ＝３０、５Ｋ）（ＲＲＲ：残留抵抗比）
・熱伝導率ｋ
銅（高温側） ５００ [Ｗ／（ｍ／Ｋ）] （７７Ｋ）
ハステロイ ５ [Ｗ／（ｍ／Ｋ）] （４０Ｋ）（超電導線材の基材）
ステンレス鋼 ５ [Ｗ／（ｍ／Ｋ）] （４０Ｋ）（支持体）
ＧＦＲＰ ０.２５ [Ｗ／（ｍ／Ｋ）] （４０Ｋ）
銅（低温側） ２００ [Ｗ／（ｍ／Ｋ）] （ＲＲＲ＝３０、５Ｋ）
・ＧＦＲＰカバーは線材（１０ｍｍ幅×２本）、ステンレス鋼製の支持体と並列
線材銅断面積 ４.００ E-07 [ｍ^２]、長さＬ＝０.１４５ [ｍ]
線材ハステロイ部分断面積 ２.００ E-06 [ｍ^２]、長さＬ＝０.１４５ [ｍ]
ステンレス鋼支持体断面積 ３.００ E-05 [ｍ^２]、長さＬ＝０.１４５ [ｍ]
ＧＦＲＰ断面積 １.０７ E-04 [ｍ^２]、長さＬ＝０.２４５ [ｍ]
・熱抵抗Ｒ
線材 銅部分 熱抵抗 Ｒ ７２５ [Ｋ／Ｗ]
線材 ハステロイ部分 熱抵抗 Ｒ １４５００ [Ｋ／Ｗ]
ステンレス鋼製支持体 熱抵抗 Ｒ ９６７ [Ｋ／Ｗ]
ＧＦＲＰ製外郭体 熱抵抗 Ｒ ９１７５ [Ｋ／Ｗ]
・はんだ接続抵抗 線材−銅端子間
高温側 1.00E-07 [Ω・ｍ] （７７Ｋ）
低温側 1.00E-08 [Ω・ｍ] （４Ｋ）

【0047】

＜Ｂｉ系電流リード設定パラメータ＞
・Ａｇ熱伝導率 ｋ １５００ [Ｗ（ｍ・Ｋ）] （４０Ｋ）
・Ａｇ断面積 ５.７６E-0.6 [ｍ^２]、 長さ Ｌ＝０.２２８ [ｍ]
（４ｍｍ幅 2枚並列×６本＝１２本、銀比１.５）
・ＧＦＲＰ断面積 ２.８４E-0.4 [ｍ^２]、 長さ Ｌ＝０.２４５ [ｍ]
（充実構造（ただし、線材内部面積を除く））
・銀熱抵抗 Ｒ ７９ [Ｋ／Ｗ]
ＧＦＲＰ 熱抵抗 ３４５６ [Ｋ／Ｗ]

【0048】

以上のパラメータに基づき、希土類系多層薄膜超電導線材を備えた超電導電流リード、および、Ｂｉ系酸化物超電導線材を備えた超電導電流リードの低温端における熱侵入量の対比計算を行った。
希土類系多層薄膜超電導線材において、ハステロイ製の基材を０.１ｍｍ厚、銅メッキによる安定化銅層、および、線材幅１０ｍｍの超電導線材を用いて図１０〜図１２に示すモデル構造を作製した。ここで、高温端を７７Ｋ、低温端を４.２Ｋとした。Ｂｉ系超電導線材（銀比１.５、０.２３ｍｍ、４.４ｍｍ幅、７７Ｋ、自己磁場における臨界電流１０００Ａを満たす条件として１２本使用）を超電導電流リードに用いた構造の場合の熱侵入量試算値を１.０として、モデル構造の値との対比を行った。希土類系多層薄膜超電導線材を用いた超電導電流リードにおいて、銅めっき厚および熱侵入量相対値の計算結果を表２に示す。

【0049】

【表2】

【0050】

表２に示す結果から、Ｂｉ系酸化物超電導線材を用いる超電導電流リードの構造と対比すると、低温端での熱侵入量を少なくするためには、安定化銅の厚さを８０μｍ未満とすることが有利である。安定化銅の厚さが少ないほど、超電導電流リードの低温端での熱侵入量を小さくできることが分かる。
なお、支持体をステンレス鋼製とし、外郭体をＧＦＲＰ製の２ｍｍ厚としたが、外郭体をステンレス鋼製としても、表２に示す結果は変わらない。
また、安定化銅は、ある程度の厚さがないと、ピンホールの問題を生じ、水分の侵入により超電導特性の劣化が生じるおそれがある。これより、安定化銅の厚さは１μｍ以上であれば加工可能ではあるが、２０μｍ程度であればより好ましい。

【産業上の利用可能性】

【0051】

本発明は、超電導マグネットや超電導機器に利用される超電導電流リード、超電導電流リード装置、および、超電導マグネット装置に適用可能である。

【符号の説明】

【0052】

１ 電極リード
２、３ 電極部材
５ 支持体
５ａ 取付面
５ｂ 端部
６ 希土類系酸化物超電導線材
７、８ 電極端子
９ 外郭体
１０ 超電導電流リード装置
１１ 酸化物超電導積層体
１２、１１２ 金属層（第２の安定化層）
１３ 基材
１４ 中間層
１５ 酸化物超電導層
１６、１０８ 保護層（第１の安定化層）
１７ 下地層
１８ 配向層
１９ キャップ層
２０ 超電導マグネット装置（超電導機器）
２１ 外部容器
２２ 内部容器（低温側シールド容器）
２３ 高温超電導コイル
２７ 冷凍機
２８ 伝熱体
２９、３０ 外部接続端子
３３、４３、１０１ 基材
３４、４４、１０２ 中間層
３５、４５、１０３ 酸化物超電導層
３６、４６ 保護層
３７、４７、１０５ 超電導積層体
３８、４９ 圧延テープ
４０、５１ 希土類酸化物超電導線材
１１４ 半田層（導電性接合層）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6E】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】