(57)【要約】  複数の超伝導ワイヤ（１２）を電気的に接続する超伝導ジョイント（３２；６６）。熱伝導性かつ導電性の材料のブロック（２２；６２）が、そのブロックの表面の少なくとも一部を被覆する電気的絶縁被膜（３０）で被覆される。その電気的絶縁被膜に接触する成形超伝導接合材料（３２）が提供される。超伝導ワイヤの超伝導フィラメント（１４）がその成形超伝導接合材料内に埋設される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の超伝導ワイヤ（１２）を電気的に接続する超伝導ジョイント（３２；６６）であって、
極低温冷却されるように構成された熱伝導性かつ導電性の材料（２６，２８；７６）のブロック（２２；６２）と、
前記ブロックの表面の少なくとも一部を被覆する電気的絶縁被膜（３０）と、
前記電気的絶縁被膜に接触している成形超伝導接合材料（３２）と、
を備え、
前記超伝導ワイヤの超伝導フィラメント（１４）が前記成形超伝導接合材料内に埋設されている超伝導ジョイント。
【請求項２】
前記ブロックは金属を含む材料製であり、前記電気的絶縁被膜（３０）は当該金属の酸化物を含む請求項１に記載の超伝導ジョイント。
【請求項３】
前記金属はアルミニウムまたは銅である請求項２に記載の超伝導ジョイント。
【請求項４】
前記電気的絶縁被膜（３０）はポリマーの層を含む請求項１に記載の超伝導ジョイント。
【請求項５】
前記電気的絶縁被膜（３０）はセラミック層を含む請求項１に記載の超伝導ジョイント。
【請求項６】
複数の超伝導ワイヤ（１２）を電気的に接続する超伝導ジョイントであって、
極低温冷却されるように構成（２６，２８；７６）された、熱伝導性であるが電気的絶縁性の材料のブロック（２２；６２）と、
前記ブロックの表面（２０；６８）に接触している成形超伝導接合材料（３２）と、
を備え、
前記超伝導ワイヤの超伝導フィラメント（１４）が前記成形超伝導接合材料内に埋設されている超伝導ジョイント。
【請求項７】
前記超伝導接合材料を少なくとも部分的に通って延出する、前記冷却されるブロックに機械的に接合された柱（３８；６４）をさらに備えた請求項１から６のいずれかに記載の超伝導ジョイント。
【請求項８】
前記柱は熱伝導性材料製であり、前記冷却されるブロックに熱的に接触している請求項７に記載の超伝導ジョイント。
【請求項９】
前記柱は前記冷却されるブロックの材料製であり、冷却されるブロックと一体に形成されている請求項８に記載の超伝導ジョイント。
【請求項１０】
前記超伝導接合材料は、前記冷却されるブロックの表面に空隙（２０）内に成形されている請求項１から９のいずれかに記載の超伝導ジョイント。
【請求項１１】
前記超伝導接合材料は、成形が完了すると取り除かれる一時的なモールド（８２）内で成形される、請求項１から９のいずれかに記載の超伝導ジョイント。
【請求項１２】
前記一時的なモールドは多部品の一時的なモールドであり、成形された超伝導接合材料から取り除かれる前に解体される、請求項１１に記載の超伝導ジョイント。
【請求項１３】
極低温冷却媒体の流れを中に通すために前記ブロックの材料内に形成される貫通経路（２６；７６）を配設することによって前記ブロック（２２；６２）が極低温冷却されるように構成されている請求項１から１２のいずれかに記載の超伝導ジョイント。
【請求項１４】
前記ブロックから極低温冷凍機への熱伝導経路を提供する熱導電体（３４）を配設することによって前記ブロック（２２；６２）が極低温冷却されるように構成されている請求項１から１３のいずれかに記載の超伝導ジョイント。
【請求項１５】
前記複数の超伝導ワイヤを収容するために、前記ブロックの材料内に経路（２４）が配設されている請求項１から１４のいずれかに記載の超伝導ジョイント。
【請求項１６】
前記経路（２４）は前記ブロックの材料内の前記空隙（２０）に、その下端付近で接合する、請求項１０に従属している場合の請求項１５に記載の超伝導ジョイント。
【請求項１７】
前記経路（２４）は前記空隙（２０）に、その上面において接合する、請求項１０に従属している場合の請求項１５に記載の超伝導ジョイント。
【請求項１８】
複数の超伝導ワイヤ（１２）を電気的に接続する方法であって、
熱伝導性かつ導電性材料製のブロック（２２；６２）を提供するステップと、
前記ブロックの少なくとも一部を被覆する電気的絶縁被膜（３０）を提供するステップと、
前記電気的絶縁被膜に対して露出される成形空隙（２０；８４）を提供するステップと、
前記複数の超伝導ワイヤの超伝導フィラメント（１４）を露出して前記超伝導フィラメントを前記成形空隙内に配置するステップと、
前記成形空隙内に液体超伝導接合材料（３２）を導入して、それにより前記超伝導接合材料内に超伝導フィラメントを埋設するステップと、
前記液体超伝導接合材料を固化させるステップと、
を含む方法。
【請求項１９】
前記ブロックはアルミニウムを含む材料製であり、前記電気的絶縁層（３０）は前記ブロックを陽極酸化して酸化アルミニウム層を形成することによって設けられる請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記電気的絶縁層（３０）はポリマーの物理蒸着層である請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記電気的絶縁層（３０）は噴霧で施されたセラミック層である請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
複数の超伝導ワイヤ（１２）を電気的に接続する方法であって、
熱伝導性であるが電気的絶縁性の材料製のブロック（２２；６２）を提供するステップと、
前記ブロックの表面に露出される成形空隙（２０；８４）を配設するステップと、
前記複数の超伝導ワイヤの超伝導フィラメント（１４）を露出して前記複数の超伝導フィラメントを前記成形空隙内に配置するステップと、
前記成形空隙内に液体超伝導接合材料（３２）を導入して、それにより前記超伝導接合材料内に前記超伝導フィラメントを埋設するステップと、
前記液体超伝導接合材料を固化させるステップと、
を含む方法。
【請求項２３】
液体超伝導接合材料を導入する前記ステップの前に、前記成形空隙（２０；８４）内に、前記冷却されるブロックに機械的に接合された柱（３８；６４）を配設するステップをさらに含む請求項１８から２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
前記柱は前記冷却されるブロックの材料で一体に形成されている請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記空隙（２０）は前記冷却されるブロックの表面に形成される請求項１８から２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
前記成形空隙は、成形が完了すると取り除かれる一時的なモールド内で成形される請求項１８から２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
前記一時的なモールドは多部品の一時的なモールドであり、成形された超伝導接合材料から取り除かれる前に解体される、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
極低温冷却媒体の流れを中に通すために前記ブロックの材料内に貫通経路（２６；７６）が形成されている請求項１８から２７のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
前記ブロック（２２；６２）に熱伝導体（３４）が取り付けられ、それにより前記ブロックから極低温冷凍機への熱伝導経路を提供している請求項１８から２７のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
前記超伝導ワイヤを収容するために、前記ブロックの材料内に経路（２４）を形成するステップをさらに含む請求項１８から２９のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
前記経路は前記ブロックの材料内の空隙（２０）に、その下端付近で接合する、請求項２５に従属している場合の請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記経路はブロック上面の凹部で接合する、請求項２５に従属している場合の請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
図面の図４、９、１０に実質的に説明された、および／または図示された超伝導ジョイント。
【請求項３４】
図面の図２から１０に実質的に説明された、および／または図示された複数の超伝導ワイヤを電気的に接続する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
例えば磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）システムで使用するために超伝導ワイヤの比較的大型の電磁石を製造することが知られている。ＭＲＩシステムの既知のマグネットは直径が２ｍ、長さが１．５ｍであり、数１０キロメートルのワイヤを含む。一般にマグネットは、円筒形のマグネットの軸に沿って軸方向に離間したいくつかの比較的短いコイルから成り、いくつかの他の設計も知られているが、本発明は特定のマグネット設計には限定されない。
【背景技術】
【０００２】
そのような超伝導マグネットは通常、単一の長さ分の超伝導ワイヤから巻かれているわけではない。いくつかの別個のコイルを用いる場合、それらは通常個別に製造されて、マグネットの組み付け時に電気的に接続される。単一のコイル内においてでさえ、数倍の長さ分のワイヤを接続しなければならないことが多い。
【０００３】
超伝導ワイヤ間のジョイントは製造するのが難しい。最適なのは、ジョイント自体に超伝導性があること、すなわち、マグネット作動時に抵抗がゼロであるということである。これに関してはしばしば妥協があり、幾分かの抵抗を持った「超伝導」ジョイントがしばしば受け入れられている。
【０００４】
超伝導ジョイントを製造する一般に周知の方式は、数倍の長さ分の超伝導ワイヤを取り、約１メートルの長さ以上の超伝導フィラメントから、典型的には銅である外部クラッドを剥離する。次に２つのワイヤの超伝導フィラメントを捻り合わせ、２つのワイヤの超伝導フィラメント間の良好な接触を与える。次に、結果として捻られたフィラメントは、典型的には銅の、かなり浅い槽であるジョイントカップの内部へとコイル状に巻かれる。次にジョイントカップは、典型的には液体ウッドメタルである超伝導材料で充填され、冷却し凝固して前記捻られたフィラメントを超伝導物質内に埋設する、る。典型的なジョイントカップは、一端が閉じられた、直径約４ｃｍ、高さ約４ｃｍの円筒形槽である。図１は、超伝導フィラメント１４が捻り合わされた状態でワイヤ１２が導き入れられる従来型のジョイントカップ１０を示す。ジョイントカップは典型的には溶融ウッドメタルなどの液体超伝導接合材料で縁まで充填される。次に超伝導接合材料は凝固させられる。
【０００５】
本発明は、これらの特徴または方法ステップの変更を追及するものではなく、ジョイントカップ自体に関するものである。
【０００６】
従来、超伝導マグネットは、典型的にはヘリウムである液体極低温媒体浴に部分的に浸漬することによって冷却されていた。これがコイルを超伝導転移温度より低い温度に維持する。超伝導ジョイントを液体極低温媒体内に浸漬することで、超伝導ジョイントも超伝導転移温度より低い温度に維持できる。
【０００７】
ところが、マグネットの最近の設計は、極低温媒体浴を、コストが高いことや、状況によっては極低温媒体の浪費であることから回避している。これらの設計には冷却回路または熱サイフォンを備えることができる：マグネットと熱的に接触する熱伝導チューブが、循環する極低温媒体を運び、その極低温媒体は冷却され次にチューブへと導入されて、そこでマグネットから熱を取り出し、膨張または沸騰して熱対流により循環してリザーバに戻り、そこで再冷却される。循環は重力誘導式でも、ポンプなどの任意の適切な手段によって補助されてもよい。極低温媒体浴を用いた構成の場合よりも、ずっと低量の極低温媒体が要求される。マグネットコイルの冷却は、チューブの壁を通した、または可能性としては巻型などのマグネットコイル支持構造の材料を介した伝導によるものである。別の超伝導マグネットでは、極低温媒体を一切使用しない。マグネットコイルは、典型的には銅編組体または積層体などの、極低温冷凍機への伝導性導管を介した熱伝導によって冷却される。そのような構成はドライマグネットとして知られる。
【０００８】
これらの場合それぞれにおいて、ジョイントの冷却は、多くの従来型である液体極低温媒体への浸漬方式よりも効果が低い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって本発明は、液体極低温媒体への浸漬によって冷却されないマグネットにおいて超伝導ジョイントが充分に冷却されるようにするための改良された超伝導ジョイントとその冷却方法を提供することを目指すものである。
【００１０】
低量極低温媒体方式超伝導マグネット、すなわち、極低温媒体浴への浸漬による冷却に依存せず、例えば熱サイフォンまたは冷却回路内で低量の極低温媒体によって冷却される超伝導マグネット、または乾式超伝導マグネット、すなわち、極低温媒体によって冷却されず、例えば極低温冷凍機への熱伝導冷却に依存するマグネット、を製造するためには、極低温媒体への浸漬による冷却を必要としない、適切に冷却される超伝導ジョイントを製造する必要がある。
【００１１】
この課題への１つの取り組みは、ジョイントを冷凍機に熱的に接続する、銅またはアルミニウム編組体または積層体などのフレキシブルな熱伝導体を用いること、または電気的絶縁接着層を用いて、冷却される構成要素に超伝導ジョイントを取り付けることにある。この後者の取り組みは例えば、英国特許第２４５３７３４号（米国特許出願公開２００９／０１０１３２５Ａ１号に相応する）明細書に記載されている。
【００１２】
後者の選択し難い理由は、超伝導ジョイントの効果的な冷却のための適切な熱伝導を維持しながらも充分な電気的絶縁を達成するところにある。これは一般に、英国特許第２４５３７３４号明細書に記載された例のうちいくつかに見られるように、冷却される構成要素と超伝導ジョイントとの間に複数の界面をもたらす。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、改良された超伝導ジョイントと、超伝導ジョイントの改良された形成方法を提供する。ある実施形態においては、超伝導ジョイントと冷却される構成要素との間に単一の電気的絶縁被膜のみが配置されている。その電気的絶縁被膜は、従来技術によって提供された構成の電気的絶縁層に比べてより薄く、より熱伝導性が高いものとすることができる。
【００１４】
別の実施形態において、冷却される構成要素自体が、電気的絶縁性の、熱伝導材料で形成される。
【００１５】
固着またはボルト止めされたジョイントは、超伝導ジョイントの冷却を妨害することがあるため、可能ならば回避される。
【００１６】
本発明の上記およびさらなる目的、特徴および利点は、図面と併せたいくつかの実施形態の以下の説明からより明白となろう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ウッドメタルで充填するジョイントカップを用いた従来型超伝導ジョイントの図である。
【図２】本発明の一実施形態による、ジョイントカップ空隙を備えてその中に接続用の複数のワイヤを配置した冷却されるブロックの図である。
【図３】図２の冷却されるブロックの破断図である。
【図４】本発明の別の実施形態による、ジョイントカップ空隙を備えた冷却されるブロックの破断図である。
【図５】本発明の別の実施形態による、ジョイントカップ空隙を備えた冷却されるブロックの破断図である。
【図６】本発明の一実施形態による超伝導ジョイント形成方法のステップの図である。
【図７】本発明の一実施形態による超伝導ジョイント形成方法のステップの図である。
【図８】本発明の一実施形態による超伝導ジョイント形成方法のステップの図である。
【図９】本発明の一実施形態による超伝導ジョイント形成方法のステップの図である。
【図１０】本発明の一実施形態による超伝導ジョイントの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図２は、本発明の一実施形態による超伝導ジョイントを形成するためのジョイントカップを示す。カップは、熱伝導性材料製の冷却されるブロック２２内に形成された空隙２０を備える。この場合、ブロック２２はアルミニウム製である。好適には、図示のように経路２４が配設され、接合される複数のワイヤ１２はその経路に沿って空隙２０内へと通る。捻り合わせた複数の超伝導フィラメント１４は図のように空隙内へと巻かれる。次に空隙２０は溶融ウッドメタルなどの超伝導接合材料で充填される。この実施形態のジョイントカップは、図３の破断図に見られるような貫通経路２６を含む。この貫通経路の両端は流体コネクタ２８で終端する。使用時、流体コネクタ２８と貫通経路２６を通って液体ヘリウムなどの極低温流体が流され、ジョイントカップを含むブロック２２を冷却するように構成される。貫通経路２６は、熱サイフォン内の冷却媒体を流す回路または冷却ループ構成内に適宜配置される。こうしてブロック２２は極低温流体の温度まで冷却されるが、その温度は、超伝導ワイヤおよび超伝導接合材料の超伝導転移温度より低くなければならない。
【００１９】
図４は、本発明の別の実施形態の破断図を示す。この実施形態において、経路２４はジョイントカップ空隙２０に下方から入る。超伝導接合材料３２が、ジョイントカップ空隙２０と経路２４を充填した状態で示されている。組み付け中、例えば、溶融超伝導材料の温度に耐えることができるクレイなどの或る種の封止剤を経路２４内に配置して超伝導接合材料３２の漏出を防止するべきである。この異なる形態のジョイントカップの空隙の形状寸法は、ある種の被覆プロセスに適合すると思われ、また、ワイヤ１２が空隙２０の底部から入ることが望まれる場合にはそのような構成を可能とする。
【００２０】
図５は、本発明の別の実施形態を示す。これは図４の構成と類似しているが、貫通経路２６も流体コネクタ２８も備えていない。むしろ、この例では銅積層体またはアルミニウム積層体などの可撓性熱伝導体３４が、この例ではボルトまたはねじ３６によってブロック２２の表面に確りと取り付けられている。このような実施形態において、ブロック２２と可撓性熱伝導体３４の接合面に熱絶縁層が存在しないことが重要である。好ましくは、インジウムワッシャなどの熱伝導界面をブロックと可撓性熱伝導体の間に介在させて、ブロックから可撓性熱伝導体への有効な熱伝導を保証するようにしてもよい。可撓性熱伝導体の他端は、例えば極低温冷凍機の冷却面などの冷却される面に取り付けられる。この、冷凍機への連結は、極低温冷凍機の冷却面などにそれ自体が熱的に連結される別のものに可撓性熱伝導体３４が取り付けられるならば、間接的であってもよい。可撓性熱伝導体３４は、銅またはアルミニウム編組体などの熱導電性編組体でよい。可撓性熱伝導体３４を、アルミニウムまたは銅製の棒などの剛性熱導電体で置き換えることもできる。
【００２１】
さらに別の例では、冷却されるブロックを極低温冷凍機に直接接触させて前記熱的連結を省略することもできる。
【００２２】
冷却されるブロックが、乾式システムにおいて冷凍機とマグネット間の熱的連結として働くこともできる。
【００２３】
図２〜５に関連して説明した全実施形態において、空隙２０と経路２４の表面は、電気的絶縁被膜３０によって被覆されている。ブロック２２の上方およびその他の外面も、図５に関連して説明した形態などの実施形態において伝導体３４を接合するブロック２２の面以外は、この被膜またはその他の電気的絶縁被膜で被覆されることができる。図示した例では、この被膜は、アルミニウムブロック２２上に陽極酸化処理または任意の他の適切なプロセスによって形成した酸化アルミニウムの被膜である。貫通経路２６は、貫通経路内に熱的抵抗層が形成されることを防止するために、酸化アルミニウム被膜形成後に形成されることができる。この工程はドリル加工でなされることができる。別法として、貫通経路を電気的絶縁被膜形成前に形成して、被膜形成中に貫通経路を封止する、または後の段階で貫通経路から被膜を除去するようにしてもよい。この電気的絶縁被膜３０は、例えば超伝導マグネットのクエンチ時などの最高予測電圧に耐えるに十分なものでなければならない。一般的要件は、少なくとも６ｋVで電気的絶縁が有効であることである。
【００２４】
別の実施形態において、ブロックは銅製、または、要求される熱伝導性を提供するアルミニウムまたは銅パウダーまたは銅ウールなどの熱伝導性フィラーを含む複合材料であることができる。銅製ブロックは、空隙２０の面３０に形成または堆積された、例えば酸化銅またはセラミック或いはポリマー層の薄い被膜を有することができる。複合材料のブロックには、例えば銅ウールなどの導電性フィラーが使用された場合には特に、ポリマーまたは樹脂の電気的絶縁層３０が設けられることができる。
【００２５】
超伝導ジョイントが、ＭＲＩシステムの超伝導マグネットのワイヤを連結して形成されている例示の実施形態では、クエンチ時に典型的に生成する非常に高い電圧に耐えるために、少なくとも６ｋＶまでの電気的絶縁を提供することが必要だということが判明した。適切な被膜の特定の例は：
約２５μｍの厚さまでの、物理蒸着ポリマー層；
２３０〜２５５μｍの厚さまでの、噴霧堆積されたセラミック層；
アルミニウムブロックの表面を陽極酸化して形成された約２５０μｍの厚さまでの酸化アルミニウム、
を含む。物理蒸着処理は、全露出面に一定の厚さの被膜を塗布する点で特に有利であることがわかった。
【００２６】
その他の被膜を使用することもでき、さらに、スラリーの適用や浸漬処理、または塗布によって施すことができる。
【００２７】
別の実施形態では、ブロック２２は、英国のセラミック・サブストレート・アンド・コンポーネンツ社（Ceramic Substrates and Components Ltd., Lukely Works, Carisbrooke Road, Newport, Isle of Wight, United Kingdom PO30 1DH （ HYPERLINK "http://www.macor.info" www.macor.info））によるメイカー（MACOR（登録商標））ブランド名で販売されているような、機械加工可能なガラスセラミック材料製であることができる。そのような実施形態において、材料自体に電気的絶縁性があるため、空隙２０の内側に電気的絶縁被膜を設ける必要はない。材料は、ドリル加工、ミル加工および切削などの従来の方法により機械加工されることができる。同様の実施形態において、充填された樹脂のブロックに、鋳込まれた、または機械加工で組み込まれたジョイントカップ空隙と冷却媒体貫通経路を設けてもよい。適切な樹脂は、比較的高い熱伝導性を持ちながら高い電気的絶縁性を持つ、エマーソン＆キューミング（Emerson ＆ Cuming）のスタイキャスト（STYCAST（登録商標））２８５０ＧＴ樹脂である。そのような構成では、ブロックの材料が十分な品質の電気的絶縁性と熱伝導性を持っていることから、表面被膜を施す必要はない。経路２４は例えば、ブロック内に形成された経路を貫通するアルミニウムまたは銅の管によって形成されることができる。それは、例えば樹脂またははんだで、定位置に保持されることができる。
【００２８】
図示された例において、各ケースの空隙２０には中柱３８が配設されている。この柱は、操作者が捻り線１４を空隙２０内に正しく巻き入れて組み付けるのに役立つ。より重要なことに、柱はジョイントの中心部からブロック２２への有効な熱伝導経路を提供し、そこから、貫通経路２６を通って流れる冷却媒体への、または熱伝導体３４への熱伝導経路を提供する。この柱は任意選択的だが、ある方が好ましい。この柱は、空隙２０の幾何学的中心に配置される必要はない。
【００２９】
柱は、冷却されるブロックのジョイントと接触している付加的な表面積を提供する。使用時、ウッドメタルを使用しているジョイントは、アルミニウムまたは銅製の柱よりも収縮する傾向があり、柱への良好な熱的接触が維持されることを保証する。本発明の別の実施形態において、ブロックの材料はウッドメタルよりも収縮して、ジョイントの外表面上に良好な熱的接触を提供する。
【００３０】
或る実施形態において、単一のブロック２２内に、１つより多いジョイントカップ空隙２０が形成されることができる。そのような複数のジョイントカップ空隙は、全てがブロックの同じ側に形成される必要はない。例えば、立方骨ブロック２２では４個のジョイントカップ２０をそれぞれの側部に形成して、残りの２つの側部でそれぞれ流体コネクタ２８を担持するようにしてもよい。
【００３１】
１つまたは複数の空隙２０を含むブロック２２は、成型加工されても、押出しで機械加工されてもよく、または、他の適切な処理を用いることもできる。
【００３２】
本発明の超伝導ジョイントは、冷却されるブロック２２と接触する表面積がより大きいため、また、比較的薄い被膜３０という１つのみの熱バリアを有しているため、図１に例示した従来技術の超伝導ジョイントよりも効率よく冷却される。
【００３３】
ブロック２２とジョイントカップ空隙２０内のジョイントとの間の効率よい熱的連結は、ジョイント内のクエンチ時に熱的バッファとして機能し、熱を急速に消散させ超伝導動作を急速に再生させることができる。
【００３４】
図６〜９は、本発明の変更例の実施形態による超伝導ジョイントの製造方法のステップを図示している。
【００３５】
この変更例において、冷却されるブロック６２には一体型柱６４が配設され、その周りに超伝導ジョイント６６形成されている。上記に説明した実施形態と同様に、柱と、ブロックの隣接面６８は電気的絶縁被膜によって被覆される。その被膜は、典型的には６〜１０ｋＶの領域の特定の水準の電気的絶縁性を提供しながら高い熱伝導性を持つように選択されるべきである。アルミニウム製ブロックは、許容できる熱伝導性を持ちながら要求される電圧絶縁を提供するに十分な酸化アルミニウムの層を提供するために、便利に陽極酸化されることができることが判明している。
【００３６】
図６は、本発明のこの変更例の超伝導ジョイント６６の製造における初期のステップを示す。例えばアルミニウムの押出物７０が形成される。
【００３７】
押出しプロファイルがブロック部分７２とフィン部分７４を画定する。図示した実施形態において、押出し中にブロック部分に貫通経路７６が設けられる。好ましくは、フィン部分７４のプロファイルには凸部または突棘７８が設けられ、それが、完成した超伝導ジョイントを確りと定位置に保持するように働く。
【００３８】
図７に示すように、押出物７０は要求される長さに切断されてブロック６２を形成する。次に、矢印８０で示す方向に機械加工動作が実行される。フィン部分７４の断面が除去されて、ブロック６２の長さに沿って分布した、分離された柱６４が残る。このステップが完了すると、結果として得られた物が、アルミニウム製であった場合には陽極酸化処理され、アルミニウム以外であった場合は電気的絶縁材料で被覆される。陽極酸化処理またはその他の被覆は、貫通経路７６の内側面には施されないことが好ましい。別の実施形態において、このことは、押出物からは貫通経路７６を除外して、陽極酸化処理完了後、またはその他の電気的絶縁被覆処理後に完成ブロック６２に貫通経路をドリル加工することによって実行されてもよい。
【００３９】
超伝導ジョイントが、ＭＲＩシステムの超伝導マグネットのワイヤを連結して形成されている例示の実施形態では、クエンチ時に典型的に生成する非常に高い電圧に耐えるために、少なくとも６ｋＶまでの電気的絶縁を提供することが必要だということが判明した。適切な被膜の特定の例は：
約２５μｍの厚さまでの、物理蒸着ポリマー層；
２３０〜２５５μｍの厚さまでの、噴霧堆積されたセラミック層；
アルミニウムブロックの表面を陽極酸化して形成された約２５０μｍの厚さまでの酸化アルミニウム、
を含む。物理蒸着処理は、全露出面に一定の厚さの被膜を形成する点で特に有利であることがわかった。
【００４０】
その他の被膜を使用することもでき、さらに、スラリーの適用や浸漬処理、または塗布によって施すことができる。
【００４１】
図８は、処理における次の段階の上面図を示す。２部品型モールド８２がブロックの面６８上に配置される。２部品型モールドは空隙８４を含み、この空隙８４はモールドが定位置についたときに柱６４の周りに一時的なジョイントカップ空隙を画定する。接続される複数の超伝導ワイヤ１２、ならびに、特に、超伝導フィラメントの捻り線１４は、一時的なジョイントカップ空隙にコイル状に巻かれる。次に一時的なジョイントカップ空隙は、溶融ウッドメタルなどの超伝導接合材料で充填される。この材料は硬化させられる。超伝導接合材料が硬化し終わると、２部品型モールド８２は除去され、図９に示すように超伝導ジョイント６６が残る。
【００４２】
２部品型モールドが低価格な電気的絶縁材料で製造されている、または電気的絶縁材料で被覆されている場合、それは完成した超伝導ジョイント６６の周りの定位置に残されることができる。モールドが定位置に残されている場合、２部品型である必要はない。モールドは単一部品型で定位置に残されることができる。
【００４３】
勿論、好ましい場合にはモールドは２より多い部品で構成されていてもよい。
【００４４】
上記に説明した機械加工可能なガラスセラミック材料は、このモールドの製造に適した材料であることがわかるであろう。
【００４５】
貫通経路７６は、図４に２８で示すような流体コネクタに連結されることができ、図２〜４に関連して説明したのと同じ方式で極低温冷却媒体を運ぶように配置されるべきである。
【００４６】
図１０は、本発明の別の実施形態を示す。この実施形態は図９の構成と同じであるが、貫通経路７６も流体コネクタも備えていない。むしろ、この例では銅積層体またはアルミニウム積層体などの可撓性熱伝導体３４が、図５に関連して説明した構成と同様に、この例ではボルトまたはねじ８６によってブロック６８の表面に確りと取り付けられている。このような実施形態において、ブロック６８と可撓性熱伝導体３４の接合面に熱絶縁層が存在しないことが重要である。望ましい場合、インジウムワッシャなどの熱伝導界面をブロック６８と可撓性熱伝導体３４の間に介在させて、ブロックから可撓性熱伝導体への有効な熱伝導を保証してもよい。可撓性熱伝導体の他端は、例えば極低温冷凍機の冷却面などの冷却される面に取り付けられる。
この、冷凍機への連結は、極低温冷凍機の冷却面などにそれ自体が熱的に連結される別のものに可撓性熱伝導体３４が取り付けられるのならば、間接的であってもよい。可撓性熱伝導体３４は、銅またはアルミニウム編組体などの熱導電性編組体でよい。可撓性熱伝導体３４を、アルミニウムまたは銅製の棒などの剛性熱導電体で置き換えることもできる。
【００４７】
さらに別の例では、冷却されるブロックを極低温冷凍機に直接接触させて前記熱的連結を省略することもできる。
【００４８】
冷却されるブロックが、乾式システムにおいて冷凍機とマグネット間の熱的連結として働くこともできる。
【００４９】
別の実施形態において、ブロック６８は銅製、または、要求される熱伝導性を提供するアルミニウムまたは銅パウダーまたは銅ウールなどの熱伝導性フィラーを含む複合材料であることができる。銅製ブロックは、空隙２０の面３０に形成または堆積された、例えば酸化銅またはポリマー層の薄い被膜を有することができる。複合材料のブロックには、ポリマーまたは樹脂の電気的絶縁層３０が設けられてもよい。
【００５０】
超伝導ジョイントが、ＭＲＩシステムの超伝導マグネットの複数のワイヤを連結して形成されている例示の実施形態では、クエンチ時に典型的に生成する非常に高い電圧に耐えるために、少なくとも６ｋＶまでの電気的絶縁を提供することが必要だということが判明した。適切な被膜の特定の例は：
約２５μｍの厚さまでの、物理蒸着ポリマー層；
２３０〜２５５μｍの厚さまでの、噴霧堆積されたセラミック層；
アルミニウムブロックの表面を陽極参加処理して形成された約２５０μｍの厚さまでの酸化アルミニウム、を含む。物理蒸着処理は、全露出面に一定の厚さの被膜を形成する点で特に有利であることがわかった。
【００５１】
その他の被膜を使用することもでき、さらに、スラリーの適用や浸漬処理、または塗布によって施すことができる。
【００５２】
別の実施形態では、ブロック６８は、英国のセラミック・サブストレート・アンド・コンポーネンツ社（Ceramic Substrates and Components Ltd., Lukely Works, Carisbrooke Road, Newport, Isle of Wight, United Kingdom PO30 1DH （ HYPERLINK "http://www.macor.info" www.macor.info））によるメイカー（MACOR（登録商標））ブランド名で販売されているような、機械加工可能なガラスセラミック材料製であることができる。そのような実施形態において、材料自体に電気的絶縁性があるため、空隙２０内部に電気的絶縁被膜を設ける必要はない。材料は、ドリル加工、ミル加工および切削などの従来の方法により機械加工されることができる。同様の実施形態において、充填された樹脂のブロックに、ジョイントカップ空隙と冷却媒体貫通経路を設けるか機械加工してもよい。適切な樹脂は、比較的高い熱伝導性を持ちながら高い電気的絶縁性を持つ、エマーソン＆キューミング（Emerson ＆ Cuming）のスタイキャスト（STYCAST（登録商標））２８５０ＧＴ樹脂である。
【００５３】
このようにして本発明は、新規の超伝導ジョイントと、超伝導ジョイント形成方法を提供する。超伝導ジョイントは、冷却される構成要素から、単一の熱的抵抗界面のみによって隔てられている。本発明のジョイントカップ空隙と冷却されるブロックは低価格な材料から単純に形成されて、ジョイントが極低温冷却媒体に浸漬されない状況において、複数の超伝導ワイヤを接続する信頼性の高い超伝導ジョイントを提供する。
【００５４】
本発明を限られた数の特定の例に関連して論じてきたが、当業者には明白であろうように、本発明の範囲内で様々な変更形態が可能である。例えば、柱３８、６４を、それぞれの冷却されるブロック２２、６２から別々に形成して、超伝導ジョイントが形成される前に冷却されるブロックに接合してもよい。ウッドメタルを、超伝導ジョイント形成材料として特定的に引用して本発明を説明してきたが、動作温度において要求される超伝導特性と容認できる融点とを持つ任意の他の材料を使用することもできる。超伝導フィラメントを、超伝導ジョイントを形成するために超伝導材料内に埋設する前に捻り合わせることが通例であり望ましいと考えられているが、本発明はそのような捻り合わせを要求するものではなく、捻り合わせていないフィラメントを使用してもよい。
【００５５】
それぞれがひとつの個々のジョイントを含むいくつかの電気的絶縁ブロックを、被冷却物にボルト止めするか、または別途熱的かつ機械的に取り付けて、任意の個数の接合冷却ブロックを、単一の被冷却物によって冷却できるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１２  超伝導ワイヤ
１４  超伝導フィラメント
２０  空隙
２２  ブロック
２４  経路
２６  貫通経路
２８  流体コネクタ
３０  電気絶縁性被膜
３２  超伝導ジョイント
３４  熱伝導体
３８  柱
６２  ブロック
６４  柱
６６  超伝導ジョイント
６８  ブロック
７６  貫通経路
８２  モールド
８４  空隙
【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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【国際調査報告】
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