特許 6444549 超電導電流リード

(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】6444549

(24)【登録日】2018年12月7日

(45)【発行日】2018年12月26日

(54)【発明の名称】超電導電流リード

(51)【国際特許分類】

   H01B 12/02 20060101AFI20181217BHJP

   H01F 6/06 20060101ALI20181217BHJP

【ＦＩ】

   H01B12/02ZAA

   H01F6/06 510

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2018-5066(P2018-5066)

(22)【出願日】2018年1月16日

(62)【分割の表示】特願2013-264251(P2013-264251)の分割

【原出願日】2013年12月20日

(65)【公開番号】特開2018-92941(P2018-92941A)

(43)【公開日】2018年6月14日

【審査請求日】2018年2月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】306013120

【氏名又は名称】昭和電線ケーブルシステム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105050

【弁理士】

【氏名又は名称】鷲田 公一

(72)【発明者】

【氏名】塩原 敬

(72)【発明者】

【氏名】高橋 亨

(72)【発明者】

【氏名】引地 康雄

(72)【発明者】

【氏名】箕輪 昌啓

【審査官】 和田 財太

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−０３０７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２１１１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２９７０２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０９９５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１７５２９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｂ １２／００

Ｈ０１Ｂ １３／００

Ｈ０１Ｆ ６／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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と、
前記超電導線材の両端部に接合される第１の金属電極、第２の金属電極と、
前記超電導線材、前記第１の金属電極、及び前記第２の金属電極を含むリード本体を位置決めした状態で収容する補強部材と、
前記超電導線材の幅方向にローレンツ力が作用するときに、前記超電導線材の幅方向に生じる曲げ歪みを規制する曲げ歪み阻止板と、を備え、
前記曲げ歪み阻止板は、前記超電導線材の少なくとも一方の幅方向縁部に沿って、所定の離間距離をもって配置され、
前記所定の離間距離が、前記超電導線材の線材長の５％以下であることを特徴とする超電導電流リード。

【請求項2】

前記超電導線材が幅方向に複数本並べて配置され、
前記曲げ歪み阻止板は、前記複数本の超電導線材の間に、前記超電導線材の幅方向に対して垂直に配置されることを特徴とする請求項１に記載の超電導電流リード。

【請求項3】

前記曲げ歪み阻止板は、前記超電導線材よりも熱伝導性の低い材料で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導電流リード。

【請求項4】

前記曲げ歪み阻止板は、少なくとも前記超電導線材と対向する側の表面が絶縁され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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、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なる超電導電流リードに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、超電導ケーブルや超電導磁石装置等、超電導を利用した超電導応用機器の分野では、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。

【0003】

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。

【0004】

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であり、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。

【0005】

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（例えば特許文献１、２）。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。

【0006】

超電導磁石装置においては、超電導コイルに電流が流れることによって磁場が発生するため、この磁場によるローレンツ力が超電導電流リードに作用する。特に、磁場の向きが、超電導線材の幅方向と一致するように超電導電流リードが配置される場合、超電導線材の幅広面（以下「テープ面」）に作用するローレンツ力が大きくなり、超電導線材の厚さ方向の曲げ歪み（以下「フラットワイズ曲げ歪み」）が生じる。このフラットワイズ曲げ歪みは、超電導特性（例えば通電特性）の低下を招き、超電導線材の破損に繋がる虞もある。

【0007】

そこで、一般には、磁場の向きが超電導線材の厚さ方向（Ｚ方向）と一致するように、すなわち磁場の向きとテープ面とが直交するように超電導電流リードが配置される（図１参照）。これにより、超電導線材のテープ面にローレンツ力が作用しないので、超電導線材のフラットワイズ曲げ歪みは最小限に抑えられる。また、ローレンツ力による超電導線材のフラットワイズ曲げ歪みを抑制するために、超電導線材のテープ面と平行に変位規制部材を配置した超電導電流リードが提案されている（例えば特許文献３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平０７−２９７０２５号公報

【特許文献2】特開２０１１−２１１１１０号公報

【特許文献3】特開２０１２−９９５７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、磁場の向きと超電導線材の厚さ方向とが一致するように超電導電流リードを配置した場合は、超電導線材の幅方向（Ｙ方向）にローレンツ力が作用するため、幅方向の曲げ歪み（以下「エッジワイズ曲げ歪み」）が生じることとなる（図２参照）。フラットワイズ曲げ歪みに比較してエッジワイズ曲げ歪みは生じにくいが、エッジワイズ曲げ歪みが大きくなると超電導線材の通電特性が低下する。
エッジワイズ曲げ歪みε［％］は、図２に示すように、超電導線材の幅をＷ、曲率半径をＲとしたとき、
ε＝［Ｗ／（２Ｒ＋Ｗ）］×１００ ・・・（１）
で表される。曲率半径Ｒは、超電導線材の線材長から求めることができる。超電導線材の線材長は、超電導線材の両端に取り付けられる金属電極間の距離に等しい。

【0010】

本発明の目的は、磁場中に配置されたときに生じるエッジワイズ曲げ歪みを抑制でき、エッジワイズ曲げ歪みに起因する超電導特性（例えば臨界電流値Ｉｃ）の劣化を防止することができる超電導電流リードを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明に係る超電導電流リードは、
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と、
前記超電導線材の両端部に接合される第１の金属電極、第２の金属電極と、
前記超電導線材、前記第１の金属電極、及び前記第２の金属電極を含むリード本体を位置決めした状態で収容する補強部材と、
前記超電導線材の幅方向にローレンツ力が作用するときに、前記超電導線材の幅方向に生じる曲げ歪みを規制する曲げ歪み阻止板と、を備え、
前記曲げ歪み阻止板は、前記超電導線材の少なくとも一方の幅方向縁部に沿って、所定の離間距離をもって配置され、
前記所定の離間距離が、前記超電導線材の線材長の５％以下であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、磁場中に配置されたときに生じるエッジワイズ曲げ歪みが曲げ歪み阻止板によって規制されるので、エッジワイズ曲げ歪みに起因する超電導特性の低下を防止することができる。したがって、良好な超電導特性を有する超電導電流リードを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】超電導線材に作用するローレンツ力を示す図である。

【図2】超電導線材に生じるエッジワイズ曲げ歪みを示す図である。

【図3】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である。

【図4】超電導リードの外観図である。

【図5】超電導線材の一般的な構成を示す図である。

【図6】超電導電流リードをＺ方向先端側から見た平面図である。

【図7】図８におけるＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。

【図8】超電導電流リードをＹ方向基端側から見た正面図である。

【図9】図６におけるＩＸ−ＩＸ矢視断面図である。

【図10】超電導電流リードの他の一例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図３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４は、超電導リード１０の外観図である。図５は、超電導線材１１の一般的な構成を示す図である。図６は、超電導電流リード１０をＺ方向先端側から見た平面図である。図７は、図８におけるＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。図８は、超電導電流リード１０をＹ方向基端側から見た正面図である。図９は、図６におけるＩＸ−ＩＸ矢視断面図である。

【0015】

図３に示すように、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１５、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。

【0016】

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、常温部となる低温容器４０外に配置される。電源３０は、常電導電流リード１５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１５は、例えば銅線である。

【0017】

超電導電流リード１０は、超電導線材１１、第１の金属電極１２、第２の金属電極１３、及び補強部材１４を有する。超電導電流リード１０は、容器４１内に配置される。超電導線材１１の高温側となる一端部は第１の金属電極１２に接続され、低温側となる他端部は第２の金属電極１３に接続される。

【0018】

超電導線材１１は、図５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する。

【0019】

金属基板１１１は、Ｎｉ合金（例えばハステロイ（登録商標））、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系の材料に代表される低磁性の無配向金属基板である。

【0020】

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。

【0021】

超電導層１１３は、例えばＲＥ系超電導体（ＲＥ：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）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。

【0022】

超電導層１１３には、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｃｅのうち少なくとも１つを含む５０μｍ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。

【0023】

安定化層１１４は、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。

【0024】

超電導線材１１の熱収縮率は、主として金属基板１１１に依存する。室温から７７Ｋに冷却した際のハステロイの熱収縮率は、０．２０４％である。また、超電導線材１１の熱伝導率は、主として金属基板１１１及び安定化層１１４に依存する。７７Ｋにおけるハステロイの熱伝導率は５．１６４Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、Ａｇの熱伝導率は２３７．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。

【0025】

第１の金属電極１２（高温側電極）及び第２の金属電極１３（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の金属電極１２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１５に接続される。第１の金属電極１２の近傍の温度は、例えば７７Ｋである。第２の金属電極１３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の金属電極１３の近傍の温度は、例えば４．２Ｋである。

【0026】

第１の金属電極１２及び第２の金属電極１３は、それぞれ長さ方向（Ｘ方向）における一方の端面に、超電導線材１１を固定するための固定溝１２ａ、１３ａを有する。固定溝１２ａ、１３ａ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。固定溝１２ａ、１３ａの高さ（Ｚ方向）は、超電導線材１１の厚みよりも若干大きく設定される。固定溝１２ａ、１３ａの深さ（Ｘ方向）は、超電導線材１１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。

【0027】

第１の金属電極１２の固定溝１２ａには、超電導線材１１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。第２の金属電極１３の固定溝１３ａには、超電導線材１１の他方の端部が固定溝１３ａの底部に突き当たるまで挿入される。超電導線材１１と固定溝１２ａ、１３ａの隙間には溶融半田が充填される。すなわち、超電導線材１１と第１の金属電極１２及び第２の金属電極１３は、半田付けにより接合され、電気的に接続される。

【0028】

このように、超電導電流リード１０においては、固定溝１２ａ、１３ａに超電導線材１１が挿入されて接合されるので、リード本体の組立工程が極めて容易であり、また超電導電流リード１０の小型化を図る上でも有用である。

【0029】

補強部材１４は、超電導線材１１よりも熱伝導率が低い材料で構成される。これにより、補強部材１４を介して外部から侵入する熱量（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。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。

【0030】

補強部材１４は、超電導線材１１の両端部に第１の金属電極１２と第２の金属電極１３が接合されたリード本体を、所定の電極間距離（第１の金属電極１２と第２の金属電極１３の離間距離）となるように位置決めした状態で収容する。補強部材１４は、中空の直方体部材であり、天面が開口した収容部１４２及び収容部１４２の開口を閉塞する蓋部１４１を有する。収容部１４２は、底壁１４２Ｃと、底壁１４２Ｃの幅方向縁部から垂直に起立する側壁１４２Ａ、１４２Ｂを有する。収容部１４２にリード本体が収容された後、収容部１４２の開口を閉塞するように蓋部１４１が接着される。なお、収容部１４２及び蓋部１４１には、部分的に開口が形成されていてもよい。

【0031】

収容部１４２にはリード本体が収容され、所定の電極間距離となるように位置決めされる。具体的には、リード本体の位置決めを行うための位置決め部（図示略）を補強部材１４に設けておき、これを利用して第１の金属電極１２及び第２の金属電極１３を所定の位置に固定する。このとき、補強部材１４の側壁１４２Ａは、超電導線材１１の一方の幅方向縁部に沿って所定の離間距離ｄ１をもって配置される。また、側壁１４２Ｂは、超電導線材１１の他方の幅方向縁部に沿って所定の離間距離ｄ２をもって配置される。超電導電流リード１０は、超電導磁石装置１への取付作業を容易にする観点から、幅方向に対称的な構造であるのが好ましいため、ここでは離間距離ｄ１、ｄ２は同じに設定されるものとする。

【0032】

超電導電流リード１０が超電導磁石装置１に適用される場合、超電導電流リード１０は、磁場の向きが超電導線材１１の厚さ方向（Ｚ方向）と一致するように、すなわち磁場の向きとテープ面とが直交するように配置される（図１参照）。これにより、超電導線材１１の厚さ方向の曲げ歪み（フラットワイズ曲げ歪み）は最小限に抑えられる。この場合、超電導線材１１の幅方向（Ｙ方向）にローレンツ力が作用するため、幅方向の曲げ歪み（エッジワイズ曲げ歪み）が生じることとなる（図２参照）。

【0033】

超電導電流リード１０においては、補強部材１４の側壁１４２Ａ、１４２Ｂが、超電導線材１１に生じるエッジワイズ曲げ歪みを規制する。具体的には、ローレンツ力がＹ方向基端側から先端側（図７では下から上）に向かって作用する場合は、側壁１４２Ａが、超電導線材１１に生じるエッジワイズ曲げ歪みを規制する曲げ歪み阻止板として機能する。また、ローレンツ力がＹ方向先端側から基端側（図７では上から下）に向かって作用する場合は、側壁１４２Ｂが、超電導線材１１に生じるエッジワイズ曲げ歪みを規制する曲げ歪み阻止板として機能する。つまり、補強部材１４の側壁１４２Ａ、１４２Ｂのうち、超電導線材１１にローレンツ力が作用することにより超電導線材１１との離間距離が狭くなる方の側壁が、超電導線材１１に生じるエッジワイズ曲げ歪みを規制する。
これにより、超電導線材１１に生じるエッジワイズ曲げ歪みが規制されるので、エッジワイズ曲げ歪みに起因して超電導特性（例えば臨界電流値Ｉｃ）が著しく低下するのを防止することができる。

【0034】

ここで、曲げ歪み阻止板として機能する補強部材１４の側壁１４２Ａ、１４２Ｂと超電導線材１１との離間距離ｄ１、ｄ２は、超電導線材１１の線材長Ｌ（電極間距離に同じ）の５％以下であることが好ましい。これにより、超電導線材１１に生じるエッジワイズ曲げ歪みを、超電導特性（特に臨界電流値Ｉｃ）に影響を及ぼさない程度に規制することができる。

【0035】

また、補強部材１４が、ステンレス合金等の金属材料で構成される場合、曲げ歪み阻止板となる側壁１４２Ａ、１４２Ｂの超電導線材１１と対向する側の表面には絶縁加工が施される。これにより、エッジワイズ曲げ歪みによって超電導線材１１と側壁１４２Ａ、１４２Ｂとが接触しても、超電導特性は損なわれない。

【0036】

このように、実施の形態に係る超電導電流リード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の金属電極１２、第２の金属電極１３と、超電導線材１１、第１の金属電極１２、及び第２の金属電極１３を含むリード本体を位置決めした状態で収容する補強部材１４と、超電導線材１１の幅方向にローレンツ力が作用するときに超電導線材１１の幅方向に生じる曲げ歪みを規制する側壁１４２Ａ、１４２Ｂ（曲げ歪み阻止板）と、を備える。

【0037】

超電導電流リード１０によれば、磁場中に配置されたときに生じるエッジワイズ曲げ歪みが、曲げ歪み阻止板として機能する側壁１４２Ａ、１４２Ｂによって規制されるので、エッジワイズ曲げ歪みに起因して超電導特性が著しく低下するのを防止することができる。したがって、超電導電流リード１０は、良好な超電導特性を有するものとなる。

【0038】

［第２の実施の形態］
図１０は、第２の実施の形態に係る超電導電流リード１０Ａの断面図である。図１０は、第１の実施の形態における図７に対応する。
図１０に示すように、第２の実施の形態に係る超電導電流リード１０Ａは、幅方向に並べて配置される２本の超電導線材１１Ａ、１１Ｂを有する。この点で第１の実施の形態に係る超電導電流リード１０と相違する。その他の構成は第１の実施の形態に係る超電導電流リード１０と同様である。

【0039】

超電導電流リード１０Ａにおいては、超電導線材１１Ａ、１１Ｂの間に仕切板１４３が配置される。具体的には、仕切板１４３は、超電導線材１１Ａ、１１Ｂの長さ方向に沿って、超電導線材１１Ａ、１１Ｂの幅方向に対して垂直に配置される。仕切板１４３は、例えば補強部材１４の底壁１４２Ｃから蓋部１４１にわたる高さを有する。仕切板１４３は、例えば補強部材１４と同様の材料で構成される。

【0040】

超電導電流リード１０Ａにおいては、補強部材１４の側壁１４２Ａ、１４２Ｂとともに、仕切板１４３も曲げ歪み阻止板として機能する。すなわち、補強部材１４の側壁１４２Ａが超電導線材１１Ａに対する曲げ歪み阻止板となる場合、仕切板１４３は、超電導線材１１Ｂに生じるエッジワイズ曲げ歪みを規制する曲げ歪み阻止板として機能する。また、補強部材１４の側壁１４２Ｂが超電導線材１１Ｂに対する曲げ歪み阻止板となる場合、仕切板１４３は、超電導線材１１Ａに生じるエッジワイズ曲げ歪みを規制する曲げ歪み阻止板として機能する。

【0041】

超電導電流リード１０Ａは、幅方向に対称的な構造であるのが好ましいため、ここでは仕切板１４３と超電導線材１１Ａ、１１Ｂとの離間距離ｄ３、ｄ４は同じに設定されるものとする。この場合、離間距離ｄ１〜ｄ４が、超電導線材１１の線材長Ｌの５％以下であることが好ましい。

【0042】

このように、第２の実施の形態に係る超電導電流リード１０Ａ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１１Ａ、１１Ｂと、超電導線材１１Ａ、１１Ｂの両端部に接合される第１の金属電極１２、第２の金属電極１３と、超電導線材１１Ａ、１１Ｂ、第１の金属電極１２、及び第２の金属電極１３を含むリード本体を位置決めした状態で収容する補強部材１４と、超電導線材１１Ａ、１１Ｂの幅方向にローレンツ力が作用するときに超電導線材１１Ａ、１１Ｂの幅方向に生じる曲げ歪みを規制する側壁１４２Ａ、１４２Ｂ、及び仕切板１４３（曲げ歪み阻止板）と、を備える。

【0043】

第２の実施の形態に係る超電導電流リード１０Ａによれば、第１の実施の形態に係る超電導電流リード１０と同様の効果が得られる。

【0044】

［実施例１］
実施例１では、ＹＢＣＯからなる超電導層を有する１本（４枚積層×１束）の超電導線材１１を用意し、この両端部に、表面に錫めっき処理が施された無酸素銅製の金属電極（第１の金属電極１２、第２の金属電極１３）を接合し、さらにＧＦＲＰ製の補強部材１４に収容して、第１の実施の形態に係る超電導電流リード１０を作製した。超電導電流リード１０における超電導線材１１の線材長Ｌ（電極間距離）は１００ｍｍ、線材幅Ｗは５ｍｍとし、側壁１４２Ａ、１４２Ｂと超電導線材１１との離間距離ｄ１、ｄ２は０．５〜５．０ｍｍとした。

【0045】

［比較例１］
実施例１の超電導電流リード１０において、側壁１４２Ａ、１４２Ｂを省略したものを比較例１とした。

【0046】

実施例１及び比較例１に係る超電導電流リードについて、極低温環境下における臨界電流特性を評価した。具体的には、超電導電流リードの金属電極に熱伝導板を取り付け、伝導冷却により超電導電流リード全体が７７Ｋとなるように冷却し、臨界電流値Ｉｃを測定した（外部磁場０．５Ｔ、設計値２００Ａ）。評価結果を表１に示す。

【0047】

【表1】

【0048】

［実施例２］
実施例２では、ＹＢＣＯからなる超電導層を有する超電導線材１１を２本（４枚積層×２本）用意し、これらの両端部に、表面に錫めっき処理が施された無酸素銅製の金属電極（第１の金属電極１２、第２の金属電極１３）を接合し、さらに仕切板１４３を有するＧＦＲＰ製の補強部材１４に収容して、第２の実施の形態に係る超電導電流リード１０Ａを作製した。超電導電流リード１０Ａにおける超電導線材１１Ａ、１１Ｂの線材長Ｌ（電極間距離）は１００ｍｍ、線材幅Ｗは５ｍｍとし、超電導線材１１Ａと側壁１４２Ａ、仕切板１４３との離間距離ｄ１、ｄ３、及び超電導線材１１Ｂと側壁１４２Ｂ、仕切板１４３との離間距離ｄ２、ｄ４は、いずれも同じ値で、０．５〜５．０ｍｍとした。

【0049】

［比較例２］
実施例２の超電導電流リード１０Ａにおいて、仕切板１４３を省略したものを比較例２とした。

【0050】

実施例２及び比較例２に係る超電導電流リードについて、極低温環境下における臨界電流特性を評価した。具体的には、超電導電流リードの金属電極に熱伝導板を取り付け、伝導冷却により超電導電流リード全体が７７Ｋとなるように冷却し、臨界電流値Ｉｃを測定した（外部磁場０．５Ｔ、設計値４００Ａ）。評価結果を表２に示す。

【0051】

【表2】

【0052】

実施例３では、ＹＢＣＯからなる超電導層を有する超電導線材１１を２本（４枚積層×２本）用意し、これらの両端部に、表面に錫めっき処理が施された無酸素銅製の金属電極（第１の金属電極１２、第２の金属電極１３）を接合し、さらに仕切板１４３を有するＧＦＲＰ製の補強部材１４に収容して、第２の実施の形態に係る超電導電流リード１０Ａを作製した。超電導電流リード１０Ａにおける超電導線材１１Ａ、１１Ｂの線材長Ｌ（電極間距離）は１５０ｍｍ、線材幅Ｗは５ｍｍとし、超電導線材１１Ａと側壁１４２Ａ、仕切板１４３との離間距離ｄ１、ｄ３、及び超電導線材１１Ｂと側壁１４２Ｂ、仕切板１４３との離間距離ｄ２、ｄ４は、いずれも同じ値で、７.５ｍｍ以下とした。

【0053】

［比較例３］
実施例３の超電導電流リード１０Ａにおいて、仕切板１４３を省略したものを比較例３とした。

【0054】

実施例３及び比較例３に係る超電導電流リードについて、極低温環境下における臨界電流特性を評価した。具体的には、超電導電流リードの金属電極に熱伝導板を取り付け、伝導冷却により超電導電流リード全体が７７Ｋとなるように冷却し、臨界電流値Ｉｃを測定した（外部磁場０．５Ｔ、設計値４００Ａ）。評価結果を表３に示す。

【0055】

【表3】

【0056】

表１〜３に示すように、実施例１〜３では、エッジワイズ曲げ歪みが生じるように外部磁場が印加されても、臨界電流値Ｉｃの低下は少なく、実使用上問題のない範囲となった。これより、超電導電流リードに曲げ歪み阻止板を設けることの有用性が確認された。
特に、離間距離ｄ１〜ｄ４を超電導線材１１の線材長Ｌの５％以下とした実施例１−１〜１−３、実施例２−１〜２−３、及び実施例３−１〜３−３では、臨界電流値Ｉｃの低下はほとんどなく、ほぼ設計通りの特性を得ることができた。

【0057】

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

【0058】

例えば、第１の実施の形態及び第２の実施の形態において、補強部材１４の側壁１４２Ａ、１４２Ｂのうち、超電導線材１１にローレンツ力が作用することにより超電導線材１１との離間距離が広くなる方の側壁は、曲げ歪み阻止板として機能しないので、省略することができる。

【0059】

また例えば、第２の実施の形態において、超電導線材１１の本数は２本（４枚積層×２本）に限定されない。超電導電流リード１０Ａが３本以上の超電導線材１１を有する場合、隣接する超電導線材１１の間に、それぞれ仕切板１４３が配置される。

【0060】

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。

【符号の説明】

【0061】

１ 超電導磁石装置
１０ 超電導電流リード
１１ 超電導線材
１１１ 金属基板
１１２ 中間層
１１３ 超電導層
１１４ 安定化層
１２ 第１の金属電極
１３ 第２の金属電極
１４ 補強部材
１４１ 蓋部
１４２ 収容部
１４２Ａ、１４２Ｂ 側壁（曲げ歪み阻止板）
１４２Ｃ 底壁
１４３ 仕切板
１５ 常電導電流リード
２０ 超電導コイル
３０ 電源
４０ 低温容器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】