(57)【要約】【課題】外部からの熱侵入を抑制するのに有利な熱スイッチ装置および熱スイッチ装置および超電導装置を提供する。【解決手段】熱スイッチ装置４００は、断熱室４０を形成する基体４と、断熱室４０に配置された第１部材５００と、断熱室４０に配置され少なくとも一部が第１部材５００よりも大きな熱膨張率を有する材料を基材として形成された第２部材６００とを有する。第２部材６００が冷却されるに伴い、第１部材５００と第２部材６００とが直接的または間接的に接触する接触度が高くなる第１形態に切り替えられる。第２部材６００が昇温させるに伴い、第１部材５００と第２部材６００とが直接的または間接的に接触する接触度が低下するか、または、非接触となる第２形態に切り替えられる。【選択図】図１
2010192253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの熱伝達が抑えられる断熱室を形成する基体と、
前記基体の前記断熱室に配置された第１部材と、
前記基体の前記断熱室に配置され、少なくとも一部が前記第１部材よりも大きな熱膨張率を有する材料を基材として形成された第２部材とを具備しており、
前記第１部材および前記第２部材は、前記第２部材が降温されるに伴い前記第１部材と前記第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が高くなる第１形態と、前記第２部材が昇温させるに伴い前記第１部材と前記第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が低下するか、または、非接触となる第２形態とに切り替え可能とされていることを特徴とする熱スイッチ装置。
【請求項２】
請求項１において、前記第１部材は被冷却体に繋がり、前記第２部材は、前記被冷却体を冷却させる冷却能を発揮するための冷却部に繋がり、前記第１部材および前記第２部材は、前記冷却部による冷却能により冷却されて第１形態となることを特徴とする熱スイッチ装置。
【請求項３】
請求項１または２おいて、前記第１部材および前記第２部材は、前記第１部材と前記第２部材との間において電流が流れる通電経路を形成することを特徴とする熱スイッチ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記第１部材は雄部を有しており、前記第２部材は前記雄部を包囲する雌部を有することを特徴とする熱スイッチ装置。
【請求項５】
請求項４において、前記第１部材の前記雄部は、円筒形状をなす外壁面を有しており、前記第２部材の前記雌部は、前記外壁面と対面すると共に円筒形状をなす内壁面を有しており、
前記第１形態において前記外壁面と前記内壁面との接触度が高くなり、前記第２形態において前記外壁面と前記内壁面との接触度が低下するか、または、非接触となることを特徴とする熱スイッチ装置。
【請求項６】
請求項４において、前記第１部材の前記雄部は、断面で傾斜状をなす外壁面を有しており、前記第２部材の前記雌部は、断面で前記外壁面と共通する方向に傾斜する傾斜状をなすと共に前記外壁面と対面する内壁面を有しており、
前記第１形態において前記外壁面と前記内壁面との接触度が高くなり、前記第２形態において前記外壁面と前記内壁面との接触度が低下するか、または、非接触となることを特徴とする熱スイッチ装置。
【請求項７】
請求項１〜６のうちの一項において、前記第１部材および前記第２部材のうちの少なくとも一方は複数の層で形成されており、前記複数の層のうち、前記第１部材および前記第２部材のうちの他方に対面する層は、前記第２部材が降温されるに伴い前記第１部材と前記第２部材との接触度を高める熱膨張率を有する材料を基材として形成されていることを特徴とする熱スイッチ装置。
【請求項８】
臨界温度以下において超電導現象を示す超電導部と、外部からの熱伝達が抑えられる断熱室を形成すると共に前記断熱室に前記超電導部を収容する基体と、前記超電導部をこれの臨界温度以下に冷却させるための冷却部と、前記超電導部と前記冷却部との間に介在し前記冷却部の冷却能を前記超電導部に伝達させる熱スイッチ装置とを具備しており、
前記熱スイッチ装置は、
前記基体の前記断熱室に配置された第１部材と、
前記基体の前記断熱室に配置され、少なくとも一部が前記第１部材よりも大きな熱膨張率を有する材料を基材として形成された第２部材とを具備しており、
前記第１部材および前記第２部材は、前記冷却部により前記第２部材が冷却されるに伴い前記第１部材と前記第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が高くなる第１形態と、前記第２部材が昇温させるに伴い前記第１部材と前記第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が低下するか、または、非接触となる第２形態とに切り替え可能とされていることを特徴とする超電導装置。
【請求項９】
臨界温度以下において超電導現象を示す超電導部と、外部からの熱伝達が抑えられる断熱室を形成すると共に断熱室に前記超電導部を収容する基体と、前記超電導部をこれの臨界温度以下に冷却させるための冷却部と、前記超電導部に給電する給電部と、前記超電導部と前記給電部との間に介在し前記給電部から前記超電導部に給電させる熱スイッチ装置とを具備しており、
前記熱スイッチ装置は、
前記基体の前記断熱室に配置された第１部材と、
前記基体の前記断熱室に配置され、少なくとも一部が前記第１部材よりも大きな熱膨張率を有する材料を基材として形成された第２部材とを具備しており、
前記第１部材および前記第２部材は、前記冷却部により前記第２部材が冷却されるに伴い前記第１部材と前記第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が高くなる第１形態と、前記第２部材が昇温させるに伴い前記第１部材と前記第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が低下するか、または、非接触となる第２形態とに切り替え可能とされていることを特徴とする超電導装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は外部からの熱伝達が抑えられる断熱室を形成する基体を有する熱スイッチ装置、および、熱スイッチ装置を有する超電導装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導装置を例にとって説明する。従来、臨界温度以下において超電導現象を示す超電導部と、超電導部を真空断熱状態に収容する真空断熱室をもつ基体と、基体の真空断熱室に収容されている超電導部が臨界温度以下となるように超電導部を冷却させるための冷却部とを備えている超電導装置が知られている（特許文献１，２）。このものによれば、超電導部をこれの臨界温度以下に冷却させれば、超電導部の超電導現象が得られ、電気エネルギが節約される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−８９３４５号公報
【特許文献２】特開２００８−１５９８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した超電導装置によれば、超電導部は真空断熱室内に収容されているといえども、冷却部が停止されているときには、外部から真空断熱室への熱侵入により超電導部が昇温するおそれがある。この場合、超電導部の昇温の程度によっては、超電導装置を再起動させるとき、超電導部が超電導状態を示すまで冷却させるのに、時間がかかる不具合がある。
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、外部からの熱侵入をできるだけ抑制するのに有利な熱スイッチ装置および超電導装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）様相１に係る本発明の熱スイッチ置は、外部からの熱伝達が抑えられる断熱室を形成する基体と、基体の断熱室に配置された第１部材と、基体の断熱室に配置され、少なくとも一部が第１部材よりも大きい熱膨張率を有する材料を基材として形成された第２部材とを具備しており、第１部材および第２部材は、冷却部により第２部材が冷却されるに伴い第１部材と第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が高くなる第１形態と、第２部材が昇温させるに伴い第１部材と第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が低下するか、または、非接触となる第２形態とに切り替え可能とされていることを特徴とする。ここで、第１部材と第２部材とが直接的に接触する接触度とは、第１部材と第２部材とが中間部材を介することなく接触する接触度を意味する。また、第１部材と第２部材とが間接的に接触する接触度とは、第１部材と第２部材とが中間部材を介して接触する接触度を意味する。
【０００７】
様相１によれば、冷却部により第２部材が冷却されるに伴い、第２部材の熱収縮量が増加するため、熱第１部材と第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が高くなる第１形態に切り替えられる。これに対して、第２部材が昇温させるに伴い、第２部材の熱膨張量が増加するため、第１部材と第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が低下するか、または、非接触となる第２形態に切り替えられる。
【０００８】
（２）様相２に係る本発明の超電導装置は、臨界温度以下において超電導現象を示す超電導部と、外部からの熱伝達が抑えられる断熱室を形成すると共に断熱室に超電導部を収容する基体と、超電導部をこれの臨界温度以下に冷却させる冷却部と、超電導部と冷却部との間に介在し冷却部の冷却能を超電導部に伝達させる熱スイッチ装置とを具備しており、熱スイッチ装置は、基体の断熱室に配置された第１部材と、基体の断熱室に配置され、少なくとも一部が第１部材よりも大きな熱膨張率を有する材料を基材として形成された第２部材とを具備しており、
第１部材および第２部材は、冷却部により第２部材が冷却されるに伴い第１部材と第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が高くなる第１形態と、第２部材が昇温させるに伴い第１部材と第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が低下するか、または、非接触となる第２形態とに切り替え可能とされていることを特徴とする。
【０００９】
様相２によれば、冷却部により第２部材が冷却されるに伴い、第２部材の熱収縮量が増加するため、第１部材と第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が高くなる第１形態に切り替えられる。この場合、冷却部により冷却された第２部材の冷熱は、第２部材から第１部材に効率よく伝達され、超電導部が効率よく冷却される。
【００１０】
これに対して冷却部の冷却出力が低下したり停止したりすると、外部からの熱侵入により第２部材が次第に昇温する。これに伴い、第２部材が第１部材から離間するように熱膨張する。このため、第１部材と第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が低下するか、または、非接触となる第２形態に切り替えられる。この場合、第２部材から熱エネルギが超電導部に伝達されることが抑制され、超電導の低温状態が維持され易くなる。
【００１１】
（３）様相３に係る本発明の超電導装置は、臨界温度以下において超電導現象を示す超電導部と、外部からの熱伝達が抑えられる断熱室を形成すると共に断熱室に超電導部を収容する基体と、超電導部をこれの臨界温度以下に冷却させるための冷却部と、超電導部に給電する給電部と、超電導部と前記給電部との間に介在し給電部から超電導部に給電させる熱スイッチ装置とを具備しており、
熱スイッチ装置は、基体の断熱室に配置された第１部材と、基体の断熱室に配置され、少なくとも一部が第１部材よりも大きな熱膨張率を有する材料を基材として形成された第２部材とを具備しており、第１部材および第２部材は、冷却部により第２部材が冷却されるに伴い第１部材と第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が高くなる第１形態と、第２部材が昇温させるに伴い第１部材と第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が低下するか、または、非接触となる第２形態とに切り替え可能とされていることを特徴とする。
【００１２】
様相３によれば、冷却部により第２部材が冷却されるに伴い、第２部材の熱収縮量が増加するため、第１部材の第１接触面と第２部材の第２接触面とが直接的または間接的に接触する接触度が高くなる第１形態に切り替えられる。この場合、給電部から熱スイッチ装置を介して超電導部に効率よく給電される。
【００１３】
これに対して冷却部の冷却出力が低下したり停止したりすると、第２部材が次第に昇温する。これに伴い、第２部材の第２接触面が第１部材の第１接触面から離間するように熱膨張する。このため、第１部材の第１接触面と第２部材の第２接触面とが直接的または間接的に接触する接触度が低下するか、または、非接触となる第２形態に切り替えられる。この場合、給電部から超電導部に給電される給電エネルギは低下するか、無しとなる。
【発明の効果】
【００１４】
様相１に係る熱スイッチ装置よれば、冷却部により第２部材が冷却されるに伴い、第１部材と第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が高くなる第１形態に切り替えられる。これに対して、第２部材が昇温させるに伴い、第１部材と第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が低下するか、または、非接触となる第２形態に切り替えられる。
【００１５】
様相２に係る超電導装置によれば、冷却部により熱スイッチ装置の第２部材が冷却されるに伴い、熱スイッチ装置は、第１部材と第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が高くなる第１形態に切り替えられる。この場合、冷却部により冷却された第２部材の冷熱は、第２部材から熱スイッチ装置を介して第１部材に効率よく伝達され、超電導部が効率よく冷却される。これに対して、熱スイッチ装置の第２部材が昇温するに伴い、第１部材と第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が低下するか、または、非接触となる第２形態に熱スイッチ装置は切り替えられる。この場合、第２部材から熱スイッチ装置を介して熱が超電導部に伝達されることが抑制される。故に、超電導部の低温状態が長時間にわたり維持される。
【００１６】
様相３に係る超電導装置によれば、冷却部により熱スイッチ装置の第２部材が冷却されるに伴い、熱スイッチ装置は、第１部材と第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が高くなる第１形態に切り替えられる。この場合、給電部から熱スイッチ装置を介して超電導部に効率よく給電される。これに対して、熱スイッチ装置の第２部材が昇温するに伴い、熱スイッチ装置は第２形態に切り替えられ、熱スイッチ装置の遮断性が高くなる。この場合、給電部から熱スイッチ装置を介して超電導部に給電される電気エネルギは抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１に係り、熱スイッチ装置の第２形態を示す断面図である。
【図２】実施例１に係り、熱スイッチ装置の第１形態を示す断面図である。
【図３】実施例１に係り、熱スイッチ装置の第１形態を示す異なる方向からの断面図である。
【図４】実施例１に係り、熱スイッチ装置の第２形態を示す異なる方向からの断面図である。
【図５】実施例１に係り、熱スイッチ装置の第２形態を示す異なる方向からの断面図である。
【図６】実施例２に係り、熱スイッチ装置の第１形態を示す異なる方向からの断面図である。
【図７】実施例３に係り、熱スイッチ装置の第２形態を示す断面図である。
【図８】実施例４に係り、熱スイッチ装置の第２形態を示す断面図である。
【図９】実施例５に係り、熱スイッチ装置の第２形態を示す断面図である。
【図１０】実施例６に係り、熱スイッチ装置の第２形態を示す断面図である。
【図１１】実施例７に係り、熱スイッチ装置の第２形態を示す断面図である。
【図１２】実施例８に係り、熱スイッチ装置の第２形態を示す異なる方向からの断面図である。
【図１３】実施例９に係り、熱スイッチ装置の第２形態を示す異なる方向からの断面図である。
【図１４】実施例１０に係り、熱スイッチ装置の第２形態を示す異なる方向からの断面図である。
【図１５】実施例１１に係り、熱スイッチ装置の概念を模式的に示す側面図である。
【図１６】実施例１２に係り、熱スイッチ装置の概念を模式的に示す側面図である。
【図１７】実施例１３に係り、熱スイッチ装置を有する超電導モータ装置の概念を模式的に示す断面図である。
【図１８】実施例１４に係り、熱スイッチ装置を有する超電導モータ装置の概念を模式的に示す断面図である。
【図１９】材料の熱膨張率と温度との関係を示すグラフである。
【図２０】材料の熱膨張率と温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
第２部材の少なくとも一部は、第１部材よりも大きな熱膨張率を有する材料を基材として形成されている。熱膨張率は降温時に熱収縮率に対応する。従って、冷却部により第２部材が冷却されるに伴い、第２部材の熱収縮量は、第１部材の熱収縮量よりも大きくなる。これにより、冷却部により第２部材が冷却されるに伴い、第１部材と第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が高くなる第１形態に切り替えられる。冷却部からの冷却能が低下すると、第２部材が昇温する。第２部材の昇温に伴い、第２部材の熱膨張量は、第１部材の熱膨張よりも大きくなる。これにより、第１部材と第２部材とが直接的または間接的に接触する接触度が低下するか、または、非接触となる第２形態とに切り替え可能とされている。ここで、熱収縮および熱膨張は、第２部材の径方向でも良いし、第２部材の軸長方向でも良いし、径方向および軸長方向の双方を有効利用しても良い。
【００１９】
本発明の一視点によれば、好ましくは、第１部材は被冷却体に繋がり、第２部材は、被冷却体を冷却させる冷却能を発揮するための冷却部に繋がり、冷却部による冷却能により冷却されて第１形態となる。被冷却体としては何でも良く、超電導部が例示される。各様相に係る本発明よれば、冷却部としては、冷却部は冷凍機を含む構造であっても良いし、あるいは、冷凍機からの低温を超電導部側に伝熱させる伝熱機構でも良いし、あるいは、冷凍機を搭載せずに、極低温の冷媒（例えば液化ヘリウム、液化窒素、液化酸素）を断熱保持する機構でも良い。
【００２０】
本発明の一視点によれば、好ましくは、第１部材および第２部材は、第１部材と第２部材との間において電流が流れる通電経路を形成することができる。この場合、熱スイッチは電気スイッチを兼用することもできる。
【００２１】
本発明の一視点によれば、好ましくは、第１部材は雄部とされており、第２部材は雄部を包囲する雌部とされていることができる。雄部および雌部が嵌合する熱スイッチが形成される。
【００２２】
本発明の一視点によれば、好ましくは、第１部材を形成する雄部は、円筒形状をなす外壁面を有しており、第２部材を形成する雌部は、外壁面と対面すると共に円筒形状をなす内壁面を有しており、第１形態において外壁面と内壁面との接触度が高くなり、第２形態において外壁面と内壁面との接触度が低下するか、または、非接触となる。この場合、雄部の円筒形状をなす外壁面と雌部の円筒形状をなす内壁面とが嵌合する熱スイッチが形成される。
【００２３】
本発明の一視点によれば、好ましくは、第１部材を形成する雄部は、断面で傾斜状をなす外壁面を有しており、第２部材を形成する雌部は、断面で外壁面と共通する方向に傾斜する傾斜状をなすと共に外壁面と対面する内壁面を有しており、
第１形態において外壁面と内壁面との接触度が高くなり、第２形態において外壁面と内壁面との接触度が低下するか、または、非接触となる。この場合、雄部の傾斜状をなす外壁面と雌部の傾斜状をなす内壁面とが接触する熱スイッチが形成される。
【００２４】
本発明の一視点によれば、好ましくは、第１部材および第２部材のうちの少なくとも一方は複数の層で形成されており、複数の層のうち、第１部材および第２部材のうちの他方に対面する層は、第２部材が冷却されるに伴い第１部材と第２部材との接触度を高める熱膨張率を有する材料を基材として形成されている。
【００２５】
超電導部は、これの臨界温度以下に冷却されると、超電導状態を示すものであり、形状および構造を問わない。更に、冷却部は、超電導部材の超電導状態を維持するために超電導部をこれの臨界温度以下の低温に維持するものである。低温は極低温が好ましい。極低温とは、超電導部の超電導状態を維持できる温度域以下とすることができる。従って、超電導部を構成する超電導材料の臨界温度または組成によって、極低温状態の温度域は相違する。極低温状態とは、実用的には、窒素ガスの液化温度（７７Ｋ）以下よりも低温であることが好ましい。但し、極低温状態とは、超電導部材の組成によっては１００Ｋ以下、１５０Ｋ以下でよい場合がある。基体の断熱室は、高真空状態，低真空状態等の減圧状態とされていることが好ましい。減圧状態とは大気圧よりも低い圧力を意味する。
【００２６】
本発明の一視点によれば、第１部材および第２部材の同軸性を高めるために、第１部材および第２部材のうちの少なくとも一方を重力に対して支持する支持部材が設けられていることが好ましい。
【実施例１】
【００２７】
図１〜図５は実施例１を示す。熱スイッチ装置４００は、外部からの熱伝達が抑えられる断熱室４０（真空断熱室）を形成する基体４と、基体４の断熱室４０に配置され第１部材５００と、基体４の断熱室４０に配置された第２部材６００とを備えている。第１部材５００は、第１中心軸線５０１をもち長手方向に延びている第１本体部５０２と、第１本体部５０２よりも外径が増加するように第１本体部５０２の先端部に形成された雄部５０３をもつ。第２部材６００は、第２中心軸線６０１をもち長手方向に延びている第２本体部６０２と、第２本体部６０２の先端部に雄部５０３を嵌合する雌穴６０４をもつ雌部６０３をもつ。雌部６０３の外径は第２本体部６０２の外径よりも増加している。この場合、雌部６０３の内径および雄部５０３の外径を大きくさせるのに貢献できる。
【００２８】
第２部材６００のうち少なくとも雌部６０３は、第１部材５００の雄部５０３の熱膨張率よりも大きな熱膨張率を有する材料を基材として形成されている。熱膨張率は降温時には熱収縮率に対応する。従って、第２部材６００の雌部６０３は、第１部材５００の雄部５０３の熱収縮率よりも大きな熱収縮率を有する材料を基材として形成されている。第１部材５００および第２部材６００の材料は特に限定されるものではなく、金属、セラミックス、樹脂、補強材強化樹脂のいずれでもよいが、前述した熱膨張率（熱収縮率）の大小関係を有する必要がある。なお、補強材が繊維である場合には、繊維が延びる方向における熱膨張率（熱収縮率）を調整することができることが多い。
【００２９】
図１に示すように、第１部材５００を形成する雄部５０３の外壁面５０５（第１接触面）は、軸長方向に沿って外径が実質的に均一な直状の円筒形状をなす。第２部材６００を形成する雌部６０３の内壁面６０５（第２接触面）は、雄部５０３の外壁面５０５と対面すると共に、軸長方向に沿って内径が実質的に均一な直状の円筒形状をなす。
【００３０】
冷却部３Ｅ等により第２部材６００が冷却されて降温されると、径内方向（矢印ＤＡ２方向）において、第２部材６００の雌部６０３の熱収縮量は、第１部材５００の雄部５０３の熱収縮量よりも相対的に大きくなる。このため熱スイッチ装置４００は、第２部材６００の雌部６０３の内壁面６０５が第１部材５００の雄部５０３の外壁面５０５に接触する接触度が高くなり、第１形態に切り替えられる。第１形態によれば、図３に示すように、雌部６０３の内壁面６０５と雄部５０３の外壁面５０５とが全周的に接触することが好ましい。この場合、熱スイッチ装置４００を構成する第２部材６００と第１部材５００との間における熱または冷熱の移動性が良好に確保されるためである。また熱スイッチ装置４００が通電経路を形成する場合には、第２部材６００と第１部材５００との間における通電性が確保されるためである。
【００３１】
これに対して、第２部材６００が昇温されると、径外方向（矢印ＤＢ２方向）において、第２部材６００の雌部６０３の熱膨張量は、第１部材５００の熱膨張量よりも相対的に大きくなる。このため第２部材６００の雌部６０３の内壁面６０５が第１部材５００の雄部５０３の外壁面５０５から離間する。よって、熱スイッチ装置４００は、内壁面６０５と外壁面５０５とが互いに接触する接触度が低下するか、または、内壁面６０５と外壁面５０５とが互いに全体的に非接触となる第２形態に切り替えられる。第２形態によれば、図４に示すように、雌部６０３の内壁面６０５と雄部５０３の外壁面５０５とが全周的に均一に離間し、均一な隙間幅を有する隙間５０７が内壁面６０５と外壁面５０５との間において全周に形成されることが好ましい。この場合、第２部材６００の雌部６０３から第１部材５００の雄部５０３への熱侵入量は、隙間５０７により効果的に抑えられ、第１部材５００の昇温は抑制される。熱スイッチ装置４００が、第２部材６００から第１部材５００へ電流を流す通電経路を形成する場合には、雌部６０３の内壁面６０５と雄部５０３の外壁面５０５とが全周的に均一に離間することが好ましい。この場合、第２部材６００と第１部材５００との間における熱または冷熱の移動性が抑えられるためである。また熱スイッチ装置４００が通電経路を形成する場合には、第２部材６００と第１部材５００との間における通電性が抑えられるためである。
【００３２】
但し、第２形態においても、熱スイッチ装置４００が通電経路を形成しない場合には、図５に示すように、雌部６０３の内壁面６０５と雄部５０３の外壁面５０５とがほとんど離間しているものの、一部についてのみ、雌部６０３の内壁面６０５と雄部５０３の外壁面５０５とが接触していても良い。この場合においても、雌部６０３の内壁面６０５と雄部５０３の外壁面５０５とがほとんど離間しているため、熱スイッチ装置４００において、第２部材６００の雌部６０３から第１部材５００の雄部５０３への熱侵入量は抑えられる。なお、良好な隙間５０７が得られる温度域は、熱スイッチ装置４００の用途、使用環境、種類、第１部材５００及び第２部材６００の基材によっても相違するが、−５０℃よりも高温の温度領域、−２０℃よりも高温の温度領域、−１０℃よりも高温の温度領域、０℃よりも高温の温度領域、常温域の温度領域が例示される。但し、これらに限定されるものではない。
【００３３】
なお、第１部材５００および第２部材６００の材料は、共に熱伝導性および／または導電性が良好であることが好ましい。従って、第２部材６００の雌部６０３の基材としてはアルミニウム，アルミニウム合金が例示される。第１部材５００の雄部５０３の基材としては銅，銅合金が例示される。
【実施例２】
【００３４】
図６は実施例２を示す。本実施例は実施例１と同様の構成、同様の作用効果を奏するが、第１部材５００の雄部５０３は、第１中心軸線５０１と直交する断面で多角形状（六角形状）とされている。第２部材６００が冷却されると、第２部材６００の雌部６０３の筒形状をなす内壁面６０５が第１部材５００の雄部５０３の角部５０３ｘに接触する接触度が高くなる第１形態に熱スイッチ装置４００は切り替えられる。第２形態によれば、第２部材６００の雌部６０３の筒形状をなす内壁面６０５が第１部材５００の雄部５０３の角部５０３ｘから離間する。
【実施例３】
【００３５】
図７は実施例３を示す。本実施例は実施例１と同様の構成、同様の作用効果を奏する。第１部材５００を形成する雄部５０３の外壁面５０５は、第１中心軸線５０１に沿って第１中心軸線５０１を通過する断面で傾斜状をなす。第２部材６００を形成する雌部６０３の内壁面６０５は、同断面で、外壁面５０５と共通する方向に傾斜する傾斜状をなすと共に、雄部５０３の外壁面５０５と対面する。具体的には、図７に示すように、雄部５０３の外壁面５０５は、雄部５０３の先端面５０３ｅに向かうにつれて外径が減少する円錐壁面とされている。雌部６０３の内壁面６０５は、雌部６０３の先端面６０３ｅに向かうにつれて内径が増加する円錐壁面とされている。第２形態では、内壁面６０５と外壁面５０５との間に隙間５０７が形成され、第２部材６００から第１部材５００への熱侵入は抑えられる。
【００３６】
図７に示すように、第１部材５００の雄部５０３を重力に対して支持する第１支持部材５４０が設けられている。第２部材６００の雌部６０３を重力に対して支持する第２支持部材６４０が設けられている。これにより第１部材５００の第１中心軸線５０１の垂下、第２部材６００の第２中心軸線６０１の垂下が抑制されるため、微視的レベルで軸線５０１，６０１の同軸性が高くなり、隙間５０７の隙間幅を全周にわたり均一化させるのに有利である。第１支持部材５４０および第２支持部材６４０は熱伝導性が低い材料で形成されていることが好ましい。熱スイッチ装置が通電性を発揮する場合には、第１支持部材５４０および第２支持部材６４０は、電気抵抗が高い材料もしくは電気絶縁性をもつ材料で形成されていることが好ましい。
【実施例４】
【００３７】
図８は実施例４を示す。本実施例は実施例１と同様の構成、同様の作用効果を奏する。第１部材５００を形成する雄部５０３の外壁面５０５は、第１中心軸線５０１に沿って第１中心軸線５０１を通過する断面で傾斜状をなす。第２部材６００を形成する雌部６０３の内壁面６０５は、同断面で外壁面５０５と共通する方向に傾斜する傾斜状をなすと共に、外壁面５０５と対面する。具体的には、図８に示すように、雄部５０３の外壁面５０５は、雄部５０３の先端面５０３ｅに向かうにつれて外径が増加する円錐壁面とされている。雌部６０３の内壁面６０５は、雌部６０３の先端面６０３ｅに向かうにつれて内径が減少する円錐壁面とされている。内壁面６０５の円錐角は外壁面５０５の円錐角と実質的に同一とされていることが好ましい。
【００３８】
図８において、冷却部３Ｅ等により第２部材６００が冷却されて降温されると、径内方向（矢印ＤＡ２方向）において、第２部材６００の雌部６０３の熱収縮量は、第１部材５００の熱収縮量よりも相対的に大きくなる。このため第２部材６００の雌部６０３の内壁面６０５が第１部材５００の雄部５０３の外壁面５０５に接触する接触度が高くなり、第１形態に切り替えられる。第１形態によれば、雌部６０３の内壁面６０５と雄部５０３の外壁面５０５とが全周的に接触することが好ましい。第２部材６００と第１部材５００との間における熱または冷熱の移動性が確保されるためである。
【００３９】
このように熱スイッチ装置４００が第１形態に切り替えられるとき、第２部材６００が冷却部３Ｅ等により冷却される。このとき第２部材６００はこれの径内方向（矢印ＤＡ２方向）ばかりか、軸長方向（矢印ＬＡ２方向）に沿っても熱収縮され、第２部材６００の長さが収縮される。雌部６０３が矢印ＬＡ２方向に変異する。この結果、第１形態によれば、第２部材６００の雌部６０３の内壁面６０５が第１部材５００の雄部５０３の外壁面５０５に接触する接触度が更に高くなる。
【００４０】
このように熱スイッチ装置４００の接触度高くなると、接触を介して第２部材６００からの冷熱が第１部材５００に伝達される。このため、第１部材５００は冷却されて降温される。このとき第１部材５００は径内方向（矢印ＤＡ１方向）ばかりか、軸長方向（矢印ＬＡ１方向）に沿っても熱収縮され、第１部材５００の長さは収縮され、雄部５０３が矢印ＬＡ１方向に変位する。この結果、第２部材６００の雌部６０３の内壁面６０５が第１部材５００の雄部５０３の外壁面５０５に接触する接触度が更に一層高くなる利点が得られる。この結果、第２部材６００と第１部材５００との間における熱または冷熱の移動性が更に高められる。また熱スイッチ装置４００が通電経路を形成する場合には、第２部材６００と第１部材５００との間における通電性が高められる。
【００４１】
これに対して、冷却部３Ｅから第２部材６００に伝達される冷熱が低下する等すると、第２部材６００が次第に昇温される。すると、径外方向（矢印ＤＢ２方向）において、第２部材６００の雌部６０３の熱膨張量は、第１部材５００の雄部５０３の熱膨張量よりも相対的に大きくなる。このため図８に示すように、第２部材６００の雌部６０３の内壁面６０５が第１部材５００の雄部５０３の外壁面５０５から離間し、隙間５０７が形成される。よって、内壁面６０５と外壁面５０５とが互いに接触する接触度が低下するか、または、内壁面６０５と外壁面５０５とが互いに非接触となり、熱スイッチ装置４００が第２形態に切り替えられる。
【００４２】
このように熱スイッチ装置４００が第２形態に切り替えられるとき、第２部材６００が昇温されている。このとき第２部材６００は径外方向（矢印ＤＢ２方向）ばかりか、軸長方向（矢印ＬＢ２方向）に沿っても熱膨張され、第２部材６００の長さが伸張される。この結果、第２形態によれば、第２部材６００の雌部６０３の内壁面６０５が第１部材５００の雄部５０３の外壁面５０５から更に離間するため、隙間５０７の隙間幅が増加し、非接触度が更に高くなる。
【００４３】
このように熱スイッチ装置４００が第２形態に切り替えられるとき、第１部材５００も昇温されると、第１部材５００は径外方向（矢印ＤＢ１方向）ばかりか、軸長方向（矢印ＬＢ１方向）に沿っても熱膨張され、第１部材５００の長さが伸張する。この結果、第２形態によれば、第２部材６００の雌部６０３の内壁面６０５と第１部材５００の雄部５０３の外壁面５０５とが互いに離間する方向に更に変位する。このため、隙間５０７の隙間幅が更に増加するようになり、第１部材５００と第２部材６００と非接触度が更に一層増加する利点が得られる。この場合、第２部材６００と第１部材５００との間における熱または冷熱の移動性が抑えられる。また熱スイッチ装置４００が通電経路を形成する場合には、第２部材６００と第１部材５００との間における通電性が抑えられる。
【実施例５】
【００４４】
図９は実施例５を示す。本実施例は図８に示す実施例と同様の構成、同様の作用効果を奏する。但し、第２部材６００の第２本体部６０２は、湾曲部６０９（軸長方向における伸縮吸収部）をもつ。冷却部３Ｅにより第２部材６００が冷却される等して、第２部材６００が降温されて第１形態に切り替えられるとき、第２部材６００が冷却される。このとき第２部材６００は径内方向（矢印ＤＡ２方向）ばかりか、軸長方向（矢印ＬＡ２方向）に沿っても熱収縮されて、第２部材６００の長さは収縮する。この結果、軸長方向（矢印ＬＡ２方向）における熱収縮量が大きいとき、第１部材５００および第２部材６００の基材によっては、第２部材６００の雌部６０３の内壁面６０５が第１部材５００の雄部５０３の外壁面５０５に過剰に接触し過ぎ、第１部材５００をこれの長さ方向に過剰に引っ張るおそれがある。
【００４５】
この点について、図９に示す本実施例によれば、第２部材６００の第２本体部６０２に湾曲部６０９が形成されており、湾曲部６０９が軸長方向（矢印ＬＡ２方向）における過剰な熱収縮量を吸収する。このため、第２部材６００の雌部６０３の内壁面６０５が第１部材５００の雄部５０３の外壁面５０５に過剰に接触し過ぎるおそれが低減される。
【実施例６】
【００４６】
図１０は実施例６を示す。本実施例は、第２部材６００の長さ方向における伸縮性を利用している。第２部材６００が昇温しているときには、第２部材６００の第２接触面６０５Ｋと第１部材５００の第１接触面５０５Ｋとは、軸線５０１，６０１が延びる方向において隙間５０７を形成しつつ互いに対面している。ここで、第１接触面５０５Ｋおよび第２接触面６０５Ｋは、中心軸線５０１，６０１に対して直角方向に沿っている。
【００４７】
これに対して、第２部材６００が冷却される等して第２部材６００が降温されるとき、第２部材６００は径内方向ばかりか、軸長方向（矢印ＬＡ２方向）に沿っても熱収縮され、第２部材６００の長さは収縮する。この結果、軸長方向における熱収縮量が大きいとき、第２部材６００は矢印ＬＡ２方向に引っ張られ、第２部材６００の第２接触面６０５Ｋが第１部材５００の第１接触面５０５Ｋに接触し、第１形態に切り替えられる。
【００４８】
これに対して冷却部３Ｅの冷却運転が停止されると、第２部材６００が次第に昇温される。このとき第２部材６００は径外方向ばかりか、軸長方向（矢印ＬＢ２方向）に沿っても熱膨張され、第２部材６００の長さは伸張される。この結果、第２部材６００は矢印ＬＢ２方向に伸張し、第２接触面６０５Ｋが第１接触面５０５Ｋから離間し、隙間５０７が形成され、第２形態に切り替えられる。
【００４９】
ここで、第２部材６００の長さ方向における伸縮量は、第２部材６００の径方向における伸縮量よりも大きい。このため、隙間５０７の隙間幅を大きくしたとしても、熱収縮時に第２接触面６０５Ｋと第１接触面５０５Ｋとの接触性が良好に確保される。なお、必要に応じて、第１部材５００の外周壁面には被覆層５０８が被覆されていても良い。被覆層５０８は、高い電気絶縁材および／または高い熱絶縁性をもつ材料（例えばガラス系、セラミックス系）で形成されていることが好ましい。
【実施例７】
【００５０】
図１１は実施例７を示す。本実施例は、第２部材６００の長さ方向における伸縮性を利用している。第１部材５００を形成する雄部５０３の外壁面５０５（第１接触面）は、第１中心軸線５０１に沿って第１中心軸線５０１を通過する断面で傾斜状をなす。第２部材６００はこれの第２中心軸線６０１と交差する方向に延びる雌部６０３を有する。雌部６０３の内壁面６０５（第２接触面）は、同断面で外壁面５０５と共通する方向に傾斜する傾斜状をなすと共に、外壁面５０５と対面する。雌穴６０４は、第２中心軸線６０１の方向に貫通しているため、雌穴６０４の円錐面状をなす内壁面６０５の加工は、容易である。
【００５１】
具体的には、図１１に示すように、雄部５０３の外壁面５０５は、雄部５０３の先端面５０３ｅに向かうにつれて外径が増加する円錐壁面とされている。雌部６０３の内壁面６０５は、雌部６０３の先端面６０３ｅに向かうにつれて内径が減少する円錐壁面とされている。内壁面６０５の円錐角は外壁面５０５の円錐角と実質的に同一とされていることが好ましい。中心軸線５０１，６０１は径方向に互いにΔＭＥぶんずれている。
【００５２】
冷却部３Ｅ等により第２部材６００が冷却されて降温されると、径内方向（矢印ＤＡ２方向）において、熱スイッチ装置４００が第１形態に切り替えられる。このように第２部材６００が冷却されると、第２部材６００は径内方向（矢印ＤＡ２方向）ばかりか、軸長方向（矢印ＬＡ２方向）においても熱収縮され、第２部材６００の長さが収縮される。この結果、雌部６０３が矢印ＬＡ２方向に変位する。よって第２部材６００の雌部６０３の内壁面６０５が第１部材５００の雄部５０３の外壁面５０５に接触する接触度が更に高くなる。この場合、第２部材６００と第１部材５００との間における熱または冷熱の移動性が高められる。また熱スイッチ装置４００が通電経路を形成する場合には、第２部材６００と第１部材５００との間における通電性が高められる。
【００５３】
これに対して、冷却部３Ｅから第２部材６００に伝達される冷熱が低下する等すると、第２部材６００が次第に昇温される。すると、径外方向（矢印ＤＢ２方向）および軸長方向（矢印ＬＢ２方向）において、第２部材６００の雌部６０３の熱膨張量は、第１部材５００の雄部５０３の熱膨張量よりも相対的に大きくなる。このため図１１に示すように、雌部６０３が矢印ＬＢ２方向に変位する。よって、第２部材６００の雌部６０３の内壁面６０５が第１部材５００の雄部５０３の外壁面５０５から離間する。このため、内壁面６０５と外壁面５０５とが互いに接触する接触度が低下するか、または、内壁面６０５と外壁面５０５とが互いに非接触となる第２形態に切り替えられる。
【実施例８】
【００５４】
図１２は実施例８を示す。本実施例は各実施例と同様の構成、同様の作用効果を奏する。図１２に示すように、第２部材６００の雌部６０３は複数の層で形成されており、第１部材５００の雄部５０３に背向する第２外層６２１と、第１部材５００の雄部５０３の外壁面５０５に対面する第２内層６２２とを備えている。第２内層６２２の熱膨張率は、第２外層６２１の熱膨張率および第１部材５００の雄部５０３の熱膨張率よりも大きくなるように、第２内層６２２の基材は選択されている。従って、降温時において、第２内層６２２の熱収縮率は、第２外層６２１の熱収縮率および第１部材５００の雄部５０３の熱収縮率よりも大きくなるように、第２内層６２２の基材は選択されている。ここで、一般的には、熱膨張率が通常材料よりも大きな材料は、一般的にはコスト高である。しかし本実施例によれば、第２部材６００の雌部６０３が第２外層６２１と第２内層６２２との複数の層で形成されている。このため、熱膨張率が通常材料よりも大きくコスト高な材料は、第２内層６２２のみで済むため、熱スイッチ装置４００の第１形態および第２形態の切替作用を実現させつつ、熱スイッチ装置４００の製造コストを低減させるのに有利である。
【実施例９】
【００５５】
図１３は実施例９を示す。本実施例は各実施例と同様の構成、同様の作用効果を奏する。図１３に示すように、第１部材５００の雄部５０３は複数の層で形成されており、第２部材６００の雌部６０３の内壁面６０５に対面する第１外層５２１と、第２部材６００の雌部６０３の内壁面６０５に背向する第１内層５２２とを備えている。第１外層５２１の熱膨張率は、第１内層５２２の熱膨張率および第２部材６００の雌部６０３の熱膨張率よりも小さくなるように、第１外層５２１の基材は選択されている。従って、降温時において、第１外層５２１の熱収縮率は、第１内層５２２の熱収縮率および第２部材６００の雌部６０３の熱収縮率よりも小さくなるように、第１外層５２１の基材は選択されている。一般的には、熱膨張率が通常材料よりも小さな材料は、コスト高である。しかし本実施例によれば、図１２に示すように、第１部材５００の雄部５０３が第１外層５２１と第１内層５２２とで複数の層で形成されているため、熱膨張率が小さくコスト高な材料は、第１外層５２１のみで済む。このため、熱スイッチ装置４００の第１形態および第２形態の切替作用を実現させつつ、熱スイッチ装置４００の製造コストを低減させるのに有利である。
【実施例１０】
【００５６】
図１４は実施例１０を示す。本実施例は各実施例と同様の構成、同様の作用効果を奏する。図１４に示すように、第２部材６００の雌部６０３は複数の層で形成されており、第１部材５００の雄部５０３に背向する筒状の第２外層６２１と、第１部材５００の雄部５０３に対面する筒状の第２内層６２２と、第２内層６２２と第２外層６２１との間に介在する筒状の第２中間層６２３を備えている。雄部５０３に対面する第２内層６２２の熱膨張率は、第２外層６２１の熱膨張率および第１部材５００の雄部５０３の熱膨張率よりも大きくなるように、第２内層６２２の基材は選択されている。従って、降温時において、第２内層６２２の熱収縮率は、第２外層６２１の熱収縮率および第１部材５００の雄部５０３の熱収縮率よりも大きくなるように、第２内層６２２の基材は選択されている。ここで、熱膨張率が通常材料よりも大きな材料は、一般的にはコスト高である。しかし本実施例によれば、第２部材６００が第２外層６２１と第２内層６２２とを有するため、熱膨張率（熱収縮率）が大きくコスト高な材料は、第２内層６２２のみで済む。このため、熱スイッチ装置４００の第１形態および第２形態の切替作用を実現させつつ、熱スイッチ装置４００の製造コストを低減させるのに有利である。
【００５７】
更に、第２中間層６２３は、第２外層６２１と第２内層６２２との中間の熱膨張率を有するように基材が選択されている。第２部材６００の雌部６０３が径外方向に熱膨張するとき、あるいは、径内方向に熱収縮するとき、第２部材６００は良好に変位できる利点が得られる。なお雄部５０３に中間層を形成しても良い。
【実施例１１】
【００５８】
図１５は実施例１１を示す。本実施例は各実施例と同様の構成、同様の作用効果を奏する。図１５に示すように、装置は、低温に維持することが好ましい被冷却体７００と、外部からの熱伝達が抑えられる真空断熱室４０（断熱室）を形成すると共に真空断熱室４０に被冷却体７００を収容する基体４と、被冷却体７００を冷却させるための冷却部３Ｅと、被冷却体７００と冷却部３Ｅとの間に介在し冷却部３Ｅの冷熱（冷却出力）を被冷却体７００に伝達させる熱スイッチ装置４００とを備えている。熱スイッチ装置４００は、基体４の真空断熱室４０に配置され雄部５０３をもつ熱伝導性を有する第１部材５００と、基体４の真空断熱室４０に配置され雌部６０３をもつ熱伝導性を有する第２部材６００とを備えている。雌部６０３は熱伝導性を有すると共に、径方向において第１部材５００の雄部５０３よりも大きな熱膨張率（熱収縮率）を有する材料を基材として形成されている。
【００５９】
ここで、冷却部３Ｅのコンプレッサがオンとなり、冷却部３Ｅが冷凍出力を発生させると、冷却部３Ｅの冷熱により第２部材６００が真空断熱室４０内において冷却される。ここで第２部材６００が極低温（低温）に冷却されると、径内方向において、第２部材６００の雌部６０３の熱収縮量は、第１部材５００の雄部５０３の熱収縮量よりも相対的に大きくなる。このため第２部材６００の雌部６０３の内壁面６０５が、第１部材５００の雄部５０３の外壁面５０５に接触する接触度が高くなり、熱スイッチ装置４００は第１形態に切り替えられる。このような第１形態によれば、冷却部３Ｅの冷熱を被冷却体７００に効果的に伝達することを考慮すると、第２部材６００の雌部６０３の内壁面６０５と第１部材５００の雄部５０３の外壁面５０５とが全周的に接触することが好ましい。
【００６０】
これに対して、冷却部３Ｅのコンプレッサがオフとなり、冷却部３Ｅから第２部材６００に伝達される冷熱が低下すると、第２部材６００は真空断熱室４０において断熱状態に保持されているにもかかわらず、第２部材６００は次第に昇温される。すると、径外方向において、第２部材６００の雌部６０３の熱膨張量は、第１部材５００の雄部５０３の熱膨張量よりも相対的に大きくなる。このため第２部材６００の雌部６０３の内壁面６０５が第１部材５００の雄部５０３の外壁面５０５から離間し、内壁面６０５と外壁面５０５とが互いに接触する接触度が低下するか、または、内壁面６０５と外壁面５０５とが互いに非接触となる。結果として熱スイッチ装置４００は第２形態に切り替えられる。この結果、第２部材６００の雌部６０３から第１部材５００の雄部５０３へ向かう熱侵入量は、抑えられる。第１部材５００に熱的に繋がる被冷却体７００の低温状態が長時間にわたり良好に維持される。
【００６１】
このような第２形態によれば、第２部材６００の雌部６０３の内壁面６０５と第１部材５００の雄部５０３の外壁面５０５とが全周的に均一に離間し、均一な隙間幅を有する隙間５０７が全周に形成されることが好ましい。この場合、第２部材６００の雌部６０３から第１部材５００の雄部５０３へ向かう熱侵入量は、効果的に抑えられる。但し、第２形態においても、雌部６０３の内壁面６０５と雄部５０３の外壁面５０５とがほとんど離間しているものの、一部についてのみ、雌部６０３の内壁面６０５と雄部５０３の外壁面５０５とが接触されていても良い。この場合においても、雌部６０３の内壁面６０５と雄部５０３の外壁面５０５とがほとんど離間しているため、第２部材６００の雌部６０３から第１部材５００の雄部５０３への熱侵入量は抑えられる。
【実施例１２】
【００６２】
図１６は実施例１２を示す。本実施例は図１５に示す実施例１１と同様の構成、同様の作用効果を奏する。但し、図１６に示すように、被冷却体７００と冷却部３Ｅとの間には、熱スイッチ装置４００が直列に複数個（２個）並設されている。ここで、１個の熱スイッチ装置４００は、第２部材６００の雌部６０３から第１部材５００の雄部５０３への熱侵入量を抑える。熱スイッチ装置４００が直列に複数個並設されているため、第２部材６００の雌部６０３から第１部材５００の雄部５０３への熱侵入量が一層抑えられ、被冷却体７００への熱侵入量が一層抑制される。
【００６３】
なお熱スイッチ装置４００を直列に３個あるいは４個、それ以上並設させていても良い。この場合、各熱スイッチ装置４００は熱侵入を遮断させる作用を果たすため、第２部材６００の雌部６０３から第１部材５００の雄部５０３への熱侵入量は一層抑えられる。
【実施例１３】
【００６４】
図１７は実施例１３を示す。本実施例は、あくまでも本発明の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施例は超電導装置の代表例である磁場発生装置の一例として超電導モータ装置に適用している。図１７は、本例に係る超電導モータ装置１を示す。超電導モータ装置１は、車載用、定置用、産業用等に利用できるものであり、磁場発生部として機能する超電導モータ２と、冷却部として機能する極低温発生部３と、容器状をなす基体４とを有する。
【００６５】
ここで、超電導モータ２は、位相が１２０度ずつそれぞれ相違する三相の交流電流を給電するモータを形成する。超電導モータ２は、これの軸心Ｐ１の回りを１周する円筒形状をなす固定子２０と、固定子２０に対して回転可能な可動子として機能する回転子２７とを有する。回転子２７は、超電導モータ２の軸心Ｐ１の回りで回転可能に支持された回転軸２８と、回転軸２８の外周部にこれの周方向に間隔を隔てて配置された複数個の永久磁石部２９とを有する。永久磁石部２９は公知の永久磁石で形成できる。
【００６６】
固定子２０は、透磁ヨークとして機能する透磁率が高い材料で形成された円筒形状をなす固定鉄心２１と、固定鉄心２１を構成するティース部２１０に巻回されて保持された超電導部として機能する超電導コイル２２とを有する。ティース部２１０は、径内方向に均等な間隔を隔てて複数個配置されている。なお、図１において、超電導コイル２２において、ティース部２１０を挟むコイル線２２ｘとコイル線２２ｙとは、互いに逆向きに電流を流す。
【００６７】
超電導部として機能する超電導コイル２２は、三相の交流電流を通電できるように３個に分割されている。超電導コイル２２は公知の超電導材料で形成されている。超電導コイル２２は、固定鉄心２１の内周部に形成されたスロットル溝２１ａ内に配置されている。三相の交流電流が超電導コイル２２に流れると、固定子２０の回りつまり軸心Ｐ１の回りを回転する回転磁場が発生する。回転磁場により回転子２７がこれの軸心Ｐ１の回りで回転し、モータ機能が得られる。
【００６８】
極低温発生部３は、超電導コイル２２の超電導状態を維持するために超電導コイル２２を極低温に維持するものである。極低温発生部３で得られる極低温の温度領域は、超電導コイル２２を構成する超電導材料の材質に応じて選択されるが、窒素液化温度以下にでき、例えば、例えば０〜１５０Ｋ、殊に１〜１００Ｋ、１〜８０Ｋとすることができる。但し、超電導材料の材質によってはこれらに限定されるものではない。極低温発生部３は、極低温をコールドヘッド３２において発生させる冷凍機３０を有する。冷凍機３０としては、パルス管冷凍機、スターリング冷凍機、ギホードマクマホン冷凍機、ソルベイ冷凍機、ヴィルマイヤー冷凍機等といった公知の冷凍機を例示できる。
【００６９】
冷凍機３０のコールドヘッド３２と超電導モータ２の固定子２０の固定鉄心２１とを伝熱可能に繋ぐ伝熱材料を基材とする熱伝導部３３が設けられている。熱伝導部３３は、コールドヘッド３２で低温に冷却されるヘッド３３ｈをもつ。熱伝導部３３は、高い伝熱性を有する材料（例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金）等で形成されている。
【００７０】
図１７に示すように、基体４は容器状をなしており、超電導コイル２２を断熱させる断熱室４０として機能する減圧断熱室として機能する真空断熱室４０を形成する。真空とは、充分なる断熱を維持できる程度の減圧状態であることを意味し、例えば１０−１Ｐａ以下、１０−２Ｐａ以下、あるいは１０−５Ｐａ以下とすることができる。基体４の真空断熱室４０は、固定子２０に巻回されて保持されている超電導コイル２２の外周側（外側）を固定子２０の外周側（外側）と共に包囲する外側真空断熱室４１（例えば１０−１Ｐａ以下，１０−２Ｐａ以下）と、超電導コイル２２の内周側（内側）を固定子２０の内周側（内側）と共に包囲する内側真空断熱室４２（圧力：例えば１０−１Ｐａ以下，１０−２Ｐａ以下）とを有する。なお、真空断熱室４０は出荷時に高真空状態（大気圧よりも減圧されている状態）に維持されているが、メンテナンス等により長期にわたり高真空状態に維持されることが好ましい。
【００７１】
この場合、超電導コイル２２は外側真空断熱室４１と内側真空断熱室４２とで包囲されているため、超電導コイル２２は極低温状態に維持され、ひいては超電導状態が維持される。図１７に示すように、外側真空断熱室４１は、固定子２０の外周部を包囲する第１断熱室部分４１ａと、熱伝導部３３のヘッド部３３ｈおよびコールドヘッド３２の外側を包囲する第２断熱室部分４１ｃとを有する。第２断熱室部分４１ｃは、熱伝導部３３およびコールドヘッド３２を包囲しており、これらの低温を維持する。
【００７２】
図１７に示すように、基体４は、外側から内側にかけて、同軸的に配置された第１容器４３、第２容器４４、第３容器４５、第４容器４６を有する。第１容器４３および第２容器４４は、外側真空断熱室４１を形成するように、固定鉄心２１の径方向において互いに対面する。第３容器４５および第４容器４６は、内側真空断熱室４２を形成するように、固定鉄心２１の径方向において互いに対面する。
【００７３】
第４容器４６で区画される円筒形状の空間４７には、回転子２７が回転可能に配置されている。空間４７は大気に連通している。回転子２７は回転作動体に連結されている。なお、超電導モータ装置１が自動車等の車両に搭載される場合には、回転作動体は走行用のホィール等が例示される。従って、回転子２７が回転すると、ホィールが回転することができる。
【００７４】
図１７に示すように、第１容器４３は、超電導モータ２の外周部を包囲する筒状の第１包囲部４３１と、コールドヘッド３２および熱伝導部３３を覆うように第２包囲部４３４と、超電導コイル２２に給電する３相用の電流導入線５６を案内する案内室４３２を形成する筒状をなす案内部４３３と、冷凍機３０の冷媒ガスを圧縮させるコンプレッサ３０ａのフランジ３０ｃを取り付けるための取付フランジ部４３５とを有する。図１７に示すように、案内部４３３は、第１容器４３のうち超電導モータ２を包囲する第２包囲部４３４から突設されている。なお、第１容器４３の外側は大気開放とすることができるが、これに限定されるものではない。第１容器４３の外側は断熱材で覆われていても良い。
【００７５】
第１容器４３を構成する材料としては、漏れ磁束を透過させないか、あるいは、透過させにくいこと、強度を有することが好ましい。このような材料としては、透磁率が低い非磁性等の金属材料（例えばオーステナイト系等のステンレス鋼等の合金鋼）が例示される。第２容器４４，第３容器４５，第４容器４６を構成する材料としては、磁束の変化に基づく渦電流を抑制すべく、電気抵抗が高い材料が好ましい。このような材料としては、樹脂、補強材強化樹脂、セラミックス等が例示される。補強材強化樹脂の補強材はガラス、セラミックス等の無機物が例示される。補強材は補強繊維が好ましく、ガラス繊維、セラミックス繊維等の無機繊維が例示される。樹脂は熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれでも良い。
【００７６】
図１７に示すように、第１容器４３に部分的に突設されている筒形状をなす案内部４３３の先端部には、プレート状の固定部７０が固定されている。固定部７０は、電気的および熱的に絶縁性が高い材料、および／または、磁束を透過させにくい材料で形成されていることが好ましい。例えば、透磁率が低い非磁性，常磁性等の金属材料（例えばオーステナイト系）、樹脂、繊維強化樹脂、セラミックスが例示される。案内室４３２は外側真空断熱室４１に連通しているため、真空断熱状態（減圧断熱状態）とされ、断熱機能を発揮することができる。従って給電部として機能する電極５は、できるだけ低温に維持されやすい。
【００７７】
図１７に示すように、複数（３個）の電極５は、超電導コイル２２に電流導入線５６を介して電気的に接続されており、超電導コイル２２に給電する導電材料を基材とする端子である。電極５は、固定部７０から離間する方向に固定部７０から突出する突出部５５を有する。電極５は、第１容器４３の案内部４３３の先端部の固定部７０に固定状態に保持されている。なお、電極５を形成する材料としては導電材料であれば特に限定されず、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、銀、銀合金等が例示されるが、これらに限定されるものではなく、要するに導電性を有するものであれば良い。
【００７８】
さて、超電導モータ２が駆動されるときには、図略の切替スイッチがオンされると、外部の電源に繋がる電極５に三相の交流が給電される。ひいては超電導コイル２２に給電される。この結果、超電導モータ２において回転磁場が軸心Ｐ１の回りで発生し、回転子２７が軸心Ｐ１の回りで回転する。これにより超電導モータ２が駆動される。ここで、磁束は第３容器４５，内側真空断熱室４２，第４容器４６を透過し、回転子２７の永久磁石部２９に吸引および反発作用を発生させ、回転子２７が回転する。このように超電導モータ２が回転駆動されるとき、極低温発生部３が発生する極低温によりコールドヘッド３２，熱伝導部３３を介して、超電導コイル２２および固定鉄心２１は極低温状態に良好に維持される。故に、超電導コイル２２がこれの臨界温度以下に良好に維持され、超電導モータ２は良好に回転駆動する。なお、超電導コイル２２の電気抵抗は０かあるいは著しく低いため、超電導モータ２０の出力は高い。
【００７９】
さて本実施例によれば、図１７に示すように、電極５と超電導コイル２２とを繋ぐ３相用の電流導入線５６のそれぞれには、熱スイッチ装置４００Ｗが配置されている。熱スイッチ装置４００Ｗは、前記した各実施例のうちのいずれかの構造を有する。極低温発生部３により真空断熱室４０（案内室４３２を含む）内が極低温状態に冷却されると、熱スイッチ装置４００Ｗの第２部材６００が極低温状態に冷却される。すると、熱スイッチ装置４００Ｗが第１形態に切り替えられ、電気的に導通する。この場合、電極５から電流導入線５６および熱スイッチ装置４００Ｗを介して超電導コイル２２に向けて給電される。
【００８０】
これに対して超電導モータ２が停止されるときには、電極５に繋がるスイッチング素子５８がオフとされ電極５への給電が停止されると共に、極低温発生部３の冷凍機３０がオフとなる。この場合、外部の熱は、電極５から電流導入線５６および熱スイッチ装置４００Ｗを介して超電導コイル２２に侵入し易い。従って熱スイッチ装置４００Ｗは次第に昇温されて第２形態となる。このように熱スイッチ装置４００Ｗが第２形態になれば、前述したように熱スイッチ装置４００Ｗの内部は熱的および電気的に遮断される。このため、外部の熱が電極５から電流導入線５６および熱スイッチ装置４００Ｗを介して超電導コイル２２に向けて侵入することが抑制される。従って超電導コイル２２を低温状態に長時間にわたり良好に維持させることができる。よって超電導モータ装置を再起動させるときに有利である利点が得られる。
【実施例１４】
【００８１】
図１８は実施例１４を示す。本実施例は、図１７に示す実施例１３と基本的に同様の構成、同様の作用効果を有する。図１８に示すように、電極５と超電導コイル２２とを繋ぐ３相用の電流導入線５６のそれぞれには、熱スイッチ装置４００Ｗが配置されている。極低温発生部３により真空断熱室内が極低温状態に冷却されると、第２部材６００が極低温状態に冷却されると、熱スイッチ装置４００Ｗが第１形態に切り替えられ、熱スイッチ装置４００Ｗが電気的に導通する。このように熱スイッチ装置４００Ｗが導通すると、電極５から電流導入線５６および熱スイッチ装置４００Ｗを介して超電導コイル２２に向けて給電される。
【００８２】
これに対して極低温発生部３がオフとなると、前述したように熱スイッチ装置４００Ｗが第２形態となり、熱的および電気的に遮断される。このように熱スイッチ装置４００Ｗが遮断されると、外部の熱が電極５から電流導入線５６および熱スイッチ装置４００Ｗを介して超電導コイル２２に侵入することが抑制される。従って超電導コイル２２を低温状態に長時間にわたり維持させることができる。
【００８３】
更に図１８に示すように、熱伝導部３３のヘッド３３ｈと極低温発生部３のコールドヘッド３２との間には、熱スイッチ装置４００Ｘが介在されている。熱スイッチ装置４００Ｘは、雄部５０３をもつ第１部材５００と、雄部５０３を嵌合する雌穴６０４を有する雌部６０３をもつ第２部材６００とを有する。ここで極低温発生部３がオンとなり、コールドヘッド３２が極低温に冷却されると、熱スイッチ装置４００Ｘの第２部材６００はコールドヘッド３２により極低温に冷却される。この結果、径内方向（矢印ＤＡ２方向）において、第２部材６００の雌部６０３の熱収縮量は、第１部材５００の雄部５０３の熱収縮量よりも相対的に大きくなる。このため第２部材６００の雌部６０３の内壁面６０５が第１部材５００の雄部５０３の外壁面５０５に接触する接触度が高くなり、熱スイッチ装置４００Ｘは第１形態に切り替えられる。このような第１形態によれば、コールドヘッド３２の冷熱は、熱スイッチ装置４００Ｘを介して超電導コイル２２に伝達され、超電導コイル２２が効果的に冷却される。
【００８４】
これに対して極低温発生部３がオフとなると、コールドヘッド３２は次第に昇温される。すると、径外方向（矢印ＤＢ２方向）において、第２部材６００の雌部６０３の熱膨張量は第１部材５００の熱膨張量よりも相対的に大きくなる。このため熱スイッチ装置４００Ｘは第２形態に切り替えられ、隙間５０７が形成され、結果として、第２部材６００の雌部６０３の内壁面６０５が第１部材５００の雄部５０３の外壁面５０５から離間する。よって内壁面６０５と外壁面５０５とが互いに接触する接触度が低下するか、または、内壁面６０５と外壁面５０５とが互いに非接触となる。このような第２形態によれば、熱スイッチ装置４００Ｘにおいて、雌部６０３の内壁面６０５と雄部５０３の外壁面５０５とが全周的に均一に離間し、均一な隙間幅を有する隙間５０７が全周に形成されることが好ましい。この場合、第２部材６００の雌部６０３から第１部材５００の雄部５０３への熱侵入量は、効果的に抑えられる。場合によっては、熱スイッチ装置４００Ｘにおいて、雌部６０３の内壁面６０５と雄部５０３の外壁面５０５とが大部分において非接触であれば、雌部６０３の内壁面６０５と雄部５０３の外壁面５０５とが一部のみ接触していても良い。
【実施例１５】
【００８５】
図１９および図２０は基材と熱膨張率との関係を示す。図１９および図２０を考慮して、第２部材６００の熱膨張率（熱収縮率）の基材が第１部材５００の基材よりも大きくなるように、第１部材５００および第２部材６００の基材を、銅、銅合金、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、チタン、チタン合金等から選択することができる。Invar系，Inco系，Inconel系の合金は熱膨張率が比較的低めである。
【実施例１６】
【００８６】
上記した超電導モータ装置に適用した実施例によれば、極低温発生部３は冷凍機を含む構造であるが、これに限らず、冷凍機を搭載せずに、極低温の冷媒（例えば液化ヘリウム、液化窒素、液化酸素）を断熱保持する機構でも良い。回転子２７は、軸心Ｐ１の回りで回転可能に支持された回転軸２８と、回転軸２８の外周部にこれの周方向に間隔を隔てて配置された複数個の永久磁石部２９とを有する。しかしこれに限らず、固定子２０側に永久磁石部が設けられており、回転子２７側に超電導コイル２２が設けられていても良い。車載用の超電導モータ装置１に適用しているが、車載用に限らず、定置用でも良い。上記した超電導モータ装置に適用した実施例によれば、超電導モータ装置１は回転タイプであるため、可動子は回転子２７とされているが、可動子を直動させる直動タイプのリニアモータでも良い。この場合、固定子２０は一方向に延設された形状となり、可動子を直動させる可動磁場を発生させる。超電導モータ装置１は三相モータであるが、これに限らず、二相モータでも良い。回転子２７が永久磁石部２９を有し、固定子２０は、固定鉄心２１と、固定鉄心２１に巻回されて保持された超電導コイル２２とを有するが、これに限られるものではない。固定子が永久磁石部を有し、回転子が超電導コイルを有する構造でも良い。固定鉄心２１は筒形状とされているが、周方向に複数に分割された分割体を周方向に組み付けて筒体としても良い。ある実施例に特有の構造および機能は他の実施例にも適用できる。その他、本発明は上記した実施形態および実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。
【００８７】
上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
［付記項１］臨界温度以下において超電導現象を示す超電導部と、外部からの熱伝達が抑えられる断熱室を形成すると共に前記断熱室に前記超電導部を収容する基体と、前記超電導部をこれの臨界温度以下に冷却させるための冷却部と、前記超電導部と前記冷却部との間に介在し前記冷却部の冷却能を前記超電導部に伝達させる熱スイッチ装置とを具備する超電導装置。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は例えば産業用、車載用、医療用の超電導装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１は超電導モータ装置（超電導装置）、２は超電導モータ、２０は固定子、２１は固定鉄心、２２は超電導コイル（超電導部）、２７は回転子（可動子）、３は極低温発生部（冷却部）、３０は冷凍機、３０ａはコンプレッサ、３２はコールドヘッド、３３は熱伝導部、４は容器（基体）、４１は外側真空断熱室、４２は内側真空断熱室、４３は第１容器、４３２は案内室（真空断熱室）、４４は第２容器、４５は第３容器、４６は第４容器、４１は外側真空断熱室、４２は内側真空断熱室、５は電極（給電部）、４００は熱スイッチ装置、５００は第１部材、５０３は雄部、５０５は外壁面、５０７は隙間、５２１は第１外層、５２２は第２内層、６００は第２部材、６０３は雌部、６０５は内壁面、７００は被冷却体、６２１は第２層層、６２２は第２内層を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2010192253.tif 000018
【図１７】
2010192253.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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