(57)【要約】【課題】信頼性（機械的特性、電気的特性）、現地取付作業性に優れるとともに、小型化を図ることができる電流リードを提供する。【解決手段】電流リードは、熱電変換素子の低温部側に低温側コア電極が接合され、熱電変換素子の常温部側に常温側コア電極が接合されてなる素子ユニットと、一端側が超電導応用機器に接続され、他端側がプラグ・ソケット構造により低温側コア電極に接続される低温側キャップ電極と、一端側が外部機器に接続され、他端側がプラグ・ソケット構造により常温側コア電極に接続される常温側キャップ電極と、を備え、低温側キャップ電極と常温側キャップ電極とにより、素子ユニットが軸方向に移動可能に狭持され、低温側キャップ電極と常温側キャップ電極との間に支柱が介在する。【選択図】図２
2015079905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温部に設置される超電導応用機器と常温部に設置される外部機器とを接続する電流リードであって、
熱電変換素子の低温部側に低温側コア電極が接合され、前記熱電変換素子の常温部側に常温側コア電極が接合されてなる素子ユニットと、
一端側が前記超電導応用機器に接続され、他端側がプラグ・ソケット構造により前記低温側コア電極に接続される低温側キャップ電極と、
一端側が前記外部機器に接続され、他端側がプラグ・ソケット構造により前記常温側コア電極に接続される常温側キャップ電極と、を備え、
前記低温側キャップ電極と前記常温側キャップ電極とにより、前記素子ユニットが軸方向に移動可能に狭持され、
前記低温側キャップ電極と前記常温側キャップ電極との間に支柱が介在することを特徴とする電流リード。
【請求項２】
前記支柱が、当該電流リードの中心軸からずれた位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電流リード。
【請求項３】
前記支柱が、前記低温側キャップ電極と前記常温側キャップ電極との間に位置する大径部と、前記大径部の軸方向両側に連設される小径部とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電流リード。
【請求項４】
前記支柱が、絶縁材料で構成され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電流リード。
【請求項５】
前記低温側キャップ電極と前記常温側キャップ電極のいずれか一方を収容する固定部材を備え、
前記低温側キャップ電極と前記常温側キャップ電極の他方と前記固定部材とが螺合することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電流リード。
【請求項６】
前記低温側キャップ電極を収容する低温側固定部材と、
前記常温側キャップ電極を収容する常温側固定部材と、を備え、
前記低温側固定部材と前記常温側固定部材とが螺合することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電流リード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温部に設置される超電導応用機器と常温部に設置される外部機器を接続する電流リードに関し、特に熱電変換素子を用いた熱電冷却型の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マグネット等、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】
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、熱電変換素子（以下、ペルチェ素子）を利用した熱電冷却型電流リードが提案されている（例えば特許文献１）。ペルチェ素子は、例えばＢｉＴｅ（ビスマス−テルル）系の化合物半導体で構成され、通電したときに一端側から吸熱し、他端側から放熱する機能を有する。ペルチェ素子がｐ型半導体で構成される場合は、電流の流入側で吸熱が生じ、流出側で発熱が生じる。逆に、ペルチェ素子がｎ型半導体で構成される場合は、電流の流入側で発熱が生じ、流出側で吸熱が生じる。したがって、熱電冷却型電流リードにおける通電方向に応じて、ｐ型半導体又はｎ型半導体で構成されるペルチェ素子を用いることで、通電時に低温部から常温部に向けて熱が移動するので、低温部への熱侵入が低減される。
【０００４】
熱電冷却型の電流リードにおいては、ペルチェ素子の一端側に低温部の超電導応用機器に接続される電極（低温側電極）が接合され、他端側に常温部の外部機器に接続される電極（常温側電極）が接合される。ペルチェ素子と低温側電極及び常温側電極とを電気的に接続する手法としては、作業が容易であり、また良好な電気接続性が得られることから、半田接合が好適であるとされている。以下において、低温側電極と常温側電極を区別しない場合は、単に「電極」と称する。
【０００５】
ここで、半田接続部に意図しない外力（特にせん断方向の外力）が働くと、半田接続部が破損し、電流リードとしての性能に関わる電気抵抗が上昇する虞がある。そのため、半田接続部を含む電流リード本体（例えばペルチェ素子＋電極）の周囲には、保護部材が配置される（例えば特許文献２、３）。すなわち、保護部材の内部に電流リード本体が固定された構造となる。このような構造では、電流リード本体が熱収縮することに伴い半田接続部に応力が集中するため、半田接続部が破損しやすくなる。特許文献２、３では、可撓性を有するフレキシブル導体により、電流リード本体で生じる熱歪みが吸収されるようになっている。
【０００６】
一方、近年では、電流リードの大容量化が要求されている。ペルチェ素子及び電極の断面積を大きくすることにより、電流リードの電流容量を大きくすることができる。しかし、断面積を大きくすると、ペルチェ素子と電極の平面度にずれが生じやすく、半田付け不良が発生して半田接続部の電気抵抗が上昇する虞がある。そこで、電流リードの大容量化を図る際には、電流リードを複数用意して、これを並列に装着するという対応が採られる（例えば特許文献４）。
なお、特許文献２〜４は、酸化物超電導体を利用した電流リードであるが、ペルチェ素子を利用した電流リードにおいても同様の構成が採用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−６８５９号公報
【特許文献２】特開平７−２８３０２３号公報
【特許文献３】特開平７−９９１１１号公報
【特許文献４】特開平５−１１４５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の電流リードにおいては、熱歪みを吸収するためのフレキシブル導体が電流流路となっているため、電流リードの電流容量はフレキシブル導体によっても制約を受ける。従来の電流リードは、大きなものでも１００Ａ級である。このように、従来の電流リードは単体での電流容量がそもそも小さいため、複数の電流リードを用いて大容量化を図ろうとすると、電流リードを配置するために非常に大きなスペースが必要となり、機器が大型化してしまう。また、それぞれの電流リードの電極にケーブルを接続するため、現地取付作業が煩雑となる。
さらには、ペルチェ素子と電極が半田接続されるため、電流リードが適用されている機器の設計変更があった場合や、電流リード自体に不具合があった場合等に、容易に交換することができない。
【０００９】
本発明の目的は、信頼性（機械的特性、電気的特性）、現地取付作業性に優れるとともに、小型化を図ることができる電流リードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る電流リードは、低温部に設置される超電導応用機器と常温部に設置される外部機器とを接続する電流リードであって、
熱電変換素子の低温部側に低温側コア電極が接合され、前記熱電変換素子の常温部側に常温側コア電極が接合されてなる素子ユニットと、
一端側が前記超電導応用機器に接続され、他端側がプラグ・ソケット構造により前記低温側コア電極に接続される低温側キャップ電極と、
一端側が前記外部機器に接続され、他端側がプラグ・ソケット構造により前記常温側コア電極に接続される常温側キャップ電極と、を備え、
前記低温側キャップ電極と前記常温側キャップ電極とにより、前記素子ユニットが軸方向に移動可能に狭持され、
前記低温側キャップ電極と前記常温側キャップ電極との間に支柱が介在することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、信頼性（機械的特性、電気的特性）、現地取付作業性に優れるとともに、小型化を図ることができる電流リードを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る電流リードを用いた超電導磁石装置の一例を示す図である。
【図２】実施の形態に係る電流リードの詳細な構成を示す図である。
【図３】本発明の他の実施の形態に係る電流リードを示す図である。
【図４】電流リードの他の一例を示す図である。
【図５】電流リードの他の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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１は、本発明の一実施の形態に係る電流リード１０を用いた超電導磁石装置１を示す図である。
図１に示すように、超電導磁石装置１は、低温部２０に設置される超電導コイル２１、常温部３０に設置される電源３１、電源３１と超電導コイル２１を電気的に接続する２つの電流リード１０等を備える。２つの電流リード１０を区別する場合は、電流リード１０Ａ、１０Ｂと称する。
【００１４】
超電導コイル２１は、例えば、真空断熱構造を有する低温容器２２内に設置され、液体ヘリウムによって冷却される。電源３１は、超電導コイル２１を励磁するのに必要な電流を、電流リード１０を介して供給する。
【００１５】
電流リード１０は、熱電変換素子であるペルチェ素子１１を有する熱電冷却型の電流リードである。ペルチェ素子１１の一方の面には超電導コイル２１に接続される低温側電極１２が接合され、他方の面には電源３１に接続される常温側電極１３が接合される。低温側電極１２、常温側電極１３は、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｌ、またはその合金などの金属が好ましく、特に電気抵抗の面からＣｕ含有量が９０重量％以上であることが望ましく、例えば純度９９．９９％以上の無酸素銅で構成される。
【００１６】
ペルチェ素子１１は、例えばＢｉＴｅ系、ＢｉＴｅＳｂ系、又はＢｉＳｂ系の化合物半導体で構成される。特に、熱電変換効率の面からＴｅ含有量が５〜５０重量％であるＢｉＴｅ系半導体又はＢｉＴｅＳｂ系半導体が好適である。ＢｉＴｅ系半導体又はＢｉＴｅＳｂ系半導体を適用した場合、常温から２００Ｋ付近までの温度範囲で良好な冷却能力が得られる。また、ＢｉＳｂ系半導体を適用した場合、２００Ｋ付近から液体窒素温度（７７Ｋ）付近までの温度範囲で良好な冷却能力が得られる。
また、ペルチェ素子１１には、室温以下の低温において、性能指数Ｚ（＝α2／（κρ）、α：ゼーベック係数、κ：熱伝導率、ρ：比抵抗）の値が最大となるように組成が調整された半導体を使用することが望ましい。
【００１７】
電源３１の正極側に接続される電流リード１０Ａのペルチェ素子１１にはｎ型半導体が適用され、負極側に接続される電流リード１０Ｂのペルチェ素子１１にはｐ型半導体が適用される。例えば、ＢｉＴｅ系半導体の導電型は、ＳｂＩ３を添加することによりｎ型に制御され、ＰｂＩ３を添加することによりｐ型に制御される。また、構成元素の量を化学量論比からわずかにずらすことによって、ＢｉＴｅ系半導体の導電型を制御することもできる。
何れの電流リード１０Ａ、１０Ｂにおいても、ペルチェ素子１１の低温側で吸熱が生じ、常温側で発熱が生じる。すなわち、通電時には、ペルチェ素子１１において低温側から常温側に向けて熱が移動するので、低温部２０への熱侵入が低減されるとともに、超電導コイル２１を効率よく冷却することができる。
【００１８】
図２は、実施の形態に係る電流リード１０の詳細な構成を示す図である。図２Ａは電流リード１０の軸方向に沿う縦断面図であり、図２Ｂは図２ＡにおけるＩＩ−ＩＩ断面図である。図３は、電流リード１０を分解して示す図である。
【００１９】
図２、３に示すように、電流リード１０は、電流リード１０のコア部となる素子ユニットＤＵと、素子ユニットＤＵを超電導コイル２１又は電源３１に接続するためのキャップ部となる低温側キャップ電極１２２、常温側キャップ電極１３２、及び低温側キャップ電極１２２と常温側キャップ電極１３２との間に介在する支柱１７等を備える。
【００２０】
以下において、電流リード１０の構成要素であるペルチェ素子１１、低温側電極１２、及び常温側電極１３が配列される方向（図２、３において上下方向）を「軸方向」、軸方向に直交する方向を「径方向」と称する。
【００２１】
素子ユニットＤＵは、ペルチェ素子１１の低温部２０側に低温側コア電極１２１が接合され、ペルチェ素子１１の常温部３０側に常温側コア電極１３１が接合された構成を有する。すなわち、低温側電極１２が低温側コア電極１２１と低温側キャップ電極１２２とで構成され、常温側電極１３が常温側コア電極１３１と常温側キャップ電極１３２とで構成される。ペルチェ素子１１、低温側コア電極１２１、及び常温側コア電極１３１は、例えば略円柱形状を有する。
【００２２】
ペルチェ素子１１と低温側コア電極１２１、ペルチェ素子１１と常温側コア電極１３１は、それぞれ半田付けにより接合される。この場合に用いられる半田としては、Ｓｎ含有量が９０〜９９重量％であるＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ（いわゆる鉛フリー半田）が耐熱性の面から好適である。
【００２３】
低温側コア電極１２１は、ペルチェ素子１１と接合する一方の端部に、胴部１２１ａよりも大径のフランジ部１２１ｂを有する。また、低温側コア電極１２１の他方の端部には、付勢部材１６を収容するばね収容部１２１ｃが形成される。
【００２４】
低温側コア電極１２１の胴部１２１ａの周面には、多点接触式の接触子１４（いわゆるマルチラムバンド）が配置される。接触子１４は、径方向において、低温側コア電極１２１と低温側キャップ電極１２２との間に介在し、これらを電気的に接続する。多点接触式の接触子１４は、接触抵抗が非常に小さく抵抗発熱による温度上昇を抑制することができるので、導通を確保できるとともに、外部からの熱侵入を低減することができる。
【００２５】
ばね収容部１２１ｃには圧縮コイルばね等の付勢部材１６が配置される。付勢部材１６は、軸方向において、低温側コア電極１２１と低温側キャップ電極１２２との間に介在し、素子ユニットＤＵを常温側キャップ電極１３２に向けて押圧する。付勢部材１６を配置することにより、素子ユニットＤＵを低温側キャップ電極１２２から容易に挿抜することができる。
【００２６】
なお、付勢部材１６は、低温側コア電極１２１と低温側キャップ電極１２２との間の電流流路として機能しないものとする。付勢部材１６が電流流路として機能すると、抵抗発熱により温度が上昇したり、通電電流が不安定となったりするためである。例えば、付勢部材１６と低温側キャップ電極１２２との間に両者を電気的に絶縁する絶縁部材（図示略）が介在するようにしてもよい。これにより、大きな押圧力が得られる金属製のものを付勢部材１６として適用することができる。
【００２７】
常温側コア電極１３１は、ペルチェ素子１１と接合する一方の端部に、胴部１３１ａよりも大径のフランジ部１３１ｂを有する。
常温側コア電極１３１の胴部１３１ａの周面には、多点接触式の接触子１５（いわゆるマルチラムバンド）が配置される。接触子１５は、径方向において、常温側コア電極１３１と常温側キャップ電極１３２との間に介在し、これらを電気的に接続する。多点接触式の接触子１５は、接触抵抗が非常に小さく抵抗発熱による温度上昇を抑制することができるので、導通を確保できるとともに、外部からの熱侵入を低減することができる。
【００２８】
支柱１７は、低温側キャップ電極１２２と常温側キャップ電極１３２との間に介在する段付きの柱状部材である。支柱１７は、低温側キャップ電極１２２と常温側キャップ電極１３２との間に位置する大径部１７ａと、大径部１７ａの軸方向両側に連設される小径部１７ｂ、１７ｃとを有する。小径部１７ｂが低温側キャップ電極１２２の支柱収容部１２２ｄに挿嵌され、小径部１７ｃが常温側キャップ電極１３２の支柱収容部１３２ｄに挿嵌される。
なお、ここでは支柱１７として段付きの柱状部材を例示するが、支柱１７は直胴状の柱状部材であってもよい。
【００２９】
低温側キャップ電極１２２と常温側キャップ電極１３２との間に支柱１７を介在させることにより、低温側キャップ電極１２２及び常温側キャップ電極１３２は中心軸の周りに回転不能となる。また、支柱１７により電流リード１０が外部から受ける衝撃が分散される。したがって、素子ユニットＤＵに加わる外力を低減することができるので、電流リード１０の信頼性が向上する。
【００３０】
支柱１７は、電気絶縁性を有する材料で構成されるのが好ましい。これにより、支柱１７を介して低温側キャップ電極１２２と常温側キャップ電極１３２とが導通し、素子ユニットＤＵを通らない電流流路が形成されるのを防止することができる。さらには、支柱１７は、熱伝導率の小さい材料で構成されるのが好ましい。これにより、低温部２０側への熱の侵入を防止することができるので、電流リードとしての性能が確保される。
【００３１】
低温側キャップ電極１２２は、低温側コア電極１２１に接続される大径部１２２ａと、超電導コイル２１に接続される小径部１２２ｂとからなる二段円柱形状を有する。大径部１２２ａは、低温側コア電極１２１を収容するユニット収容部１２２ｃ及び支柱１７の一方の小径部１７ｂを収容する支柱収容部１２２ｄを有する。
ここでは、ユニット収容部１２２ｃ及び支柱収容部１２２ｄが中心軸からずれた位置（具体的には電流リード１０の中心軸に関して対称な位置）に形成されているが、ユニット収容部１２２ｃ及び支柱収容部１２２ｄの何れか一方が中心軸上に形成されていてもよい。ただし、低温側キャップ電極１２２及び常温側キャップ電極１３２の回転を防止する観点から、支柱１７は中心軸からずれた位置に配置されるのが好ましい。
【００３２】
ユニット収容部１２２ｃの内径は、低温側コア電極１２１の胴部１２１ａの外径とほぼ同じ（フランジ部１２１ｂよりも小さい）とされる。このユニット収容部１２２ｃに低温側コア電極１２１が摺接した状態で挿入される。つまり、低温側コア電極１２１がプラグとなり、低温側キャップ電極１２２がソケットとなる。
また、ユニット収容部１２２ｃの深さは、低温側コア電極１２１のフランジ部１２１ｂが低温側キャップ電極１２２に当接した状態において、低温側コア電極１２１と低温側キャップ電極１２２の間に軸方向の隙間が生じる程度とされる。低温側コア電極１２１と低温側キャップ電極１２２とが接触しうる構造となっていると、多点接触式の接触子１４を通らない電流流路が形成される虞があり、電流が不安定となるためである。なお、この隙間には、素子ユニットＤＵの軸方向の移動を妨げない範囲で、弾性部材を配置するようにしてもよい。
【００３３】
支柱収容部１２２ｄの内径は、支柱１７の小径部１７ｂの外径とほぼ同じ（大径部１７ａよりも小さい）とされる。この支柱収容部１２２ｄに支柱１７の小径部１７ｂが挿嵌される。また、支柱収容部１２２ｄの深さは、電流リード１０を組み立てたときに、支柱１７の大径部１７ａの一方の端面が低温側キャップ電極１２２に当接するように、支柱１７の小径部１７ｂの長さと同程度に設定される。
【００３４】
常温側キャップ電極１３２は、常温側コア電極１３１に接続される大径部１３２ａと、電源３１に接続される小径部１３２ｂとからなる二段円柱形状を有する。大径部１３２ａは、常温側コア電極１３１を収容するユニット収容部１３２ｃ及び支柱１７の他方の小径部１７ｃを収容する支柱収容部１３２ｄを有する。ユニット収容部１３２ｃは素子ユニットＤＵを挟んで低温側キャップ電極１２２のユニット収容部１２２ｃと対向し、支柱収容部１３２ｄは支柱１７を挟んで低温側キャップ電極１２２の支柱収容部１２２ｄと対向する。また、大径部１３２ａは、外周面に、後述する固定部材１８と螺合するねじ部１３２ｅを有する。
【００３５】
ユニット収容部１３２ｃの内径は、常温側コア電極１３１の胴部１３１ａの外径とほぼ同じ（フランジ部１３１ｂよりも小さい）とされる。このユニット収容部１３２ｃに常温側コア電極１３１が摺接した状態で挿入される。つまり、常温側コア電極１３１がプラグとなり、常温側キャップ電極１３２がソケットとなる。
また、ユニット収容部１３２ｃの深さは、常温側コア電極１３１のフランジ部１３１ｂが常温側キャップ電極１３２に当接した状態において、常温側コア電極１３１と常温側キャップ電極１３２の間に軸方向の隙間が生じる程度とされる。常温側コア電極１３１と常温側キャップ電極１３２とが接触しうる構造となっていると、多点接触式の接触子１５を通らない電流流路が形成される虞があり、電流が不安定となるためである。なお、この隙間には、素子ユニットＤＵの軸方向の移動を妨げない範囲で、弾性部材を配置するようにしてもよい。
【００３６】
支柱収容部１３２ｄの内径は、支柱１７の小径部１７ｃの外径とほぼ同じ（大径部１７ａよりも小さい）とされる。この支柱収容部１３２ｄに支柱１７の小径部１７ｃが挿嵌される。また、支柱収容部１３２ｄの深さは、電流リード１０を組み立てたときに、支柱１７の大径部１７ａの他方の端面が低温側キャップ電極１２２に当接するように、支柱１７の小径部１７ｃの長さと同程度に設定される。
【００３７】
電流リード１０においては、低温側キャップ電極１２２のユニット収容部１２２ｃに付勢部材１６を介して素子ユニットＤＵの一端部が収容され、常温側キャップ電極１３２のユニット収容部１３２ｃに素子ユニットＤＵの他端部が収容される。また、低温側キャップ電極１２２の支柱収容部１２２ｄに支柱１７の一端部（小径部１７ｂ）が収容され、常温側キャップ電極１３２の支柱収容部１３２ｄに支柱１７の他端部（小径部１７ｃ）が収容される。素子ユニットＤＵは、低温側キャップ電極１２２と常温側キャップ電極１３２とにより、軸方向に移動可能（摺動可能）に狭持されることとなる。
【００３８】
本実施の形態では、固定部材１８により、素子ユニットＤＵ、低温側キャップ電極１２２、及び常温側キャップ電極１３２が固定される。
固定部材１８は、低温側キャップ電極１２２を収容する低温側キャップ収容部１８ａと常温側キャップ電極１３２を収容する常温側キャップ収容部１８ｂとを有する。低温側キャップ収容部１８ａの内径は、低温側キャップ電極１２２の大径部１２２ａの外径とほぼ同じとされる。常温側キャップ収容部１８ｂの内径は、常温側キャップ電極１３２の大径部１３２ａの外径とほぼ同じとされる。常温側キャップ収容部１８ｂは、内周面に、常温側キャップ電極１３２と螺合するねじ部１８ｃを有する。
【００３９】
固定部材１８は、電気絶縁性を有する材料で構成されるのが好ましい。これにより、固定部材１８を介して低温側キャップ電極１２２と常温側キャップ電極１３２とが導通し、素子ユニットＤＵを通らない電流流路が形成されるのを防止することができる。さらには、固定部材１８は、熱伝導率の小さい材料で構成されるのが好ましい。これにより、外部からの熱の侵入を防止することができるので、電流リードとしての性能が確保される。
【００４０】
具体的には、固定部材１８としては、例えばガラス繊維をプラスチックに混入して強度を向上させたガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：Glass Fiber Reinforced Plastics）製のものが好適である。ＧＦＲＰ製の固定部材１８を用いることにより、素子ユニットＤＵを通らない電流流路が形成されるのを防止することができる。また、外部からの熱の流入を遮断することができるので、固定部材１８で覆われた内部の構造体の温度上昇、及びこれに伴う機器の損傷、劣化を効果的に防止することができる。
【００４１】
電流リード１０は、固定部材１８に素子ユニットＤＵ、低温側キャップ電極１２２、及び常温側キャップ電極１３２を収容した状態で、常温側キャップ電極１３２のねじ部１３２ｅと固定部材１８のねじ部１８ｃとを螺合させることにより容易に組み立てられる。また、固定部材１８を介して別部材であるボルトを常温側キャップ電極１３２に締め付ける場合に比較して、素子ユニットＤＵに加わる圧力は均等になる。さらには、ボルトを用いる場合に比較して、外部からの熱侵入を低減することができる。
【００４２】
電流リード１０を組み立てる際、素子ユニットＤＵが付勢部材１６によって常温側キャップ電極１３２に向けて所定の押圧力で押圧される状態となるまで、固定部材１８は締め込まれる。固定部材１８の常温側キャップ電極１３２への締め込み量を調整することで、素子ユニットＤＵに加わる圧力を適宜に調整することができる。支柱１７の大径部１７ａの長さを調整しておくことで、固定部材１８の常温側キャップ電極１３２への締め込み量を容易に制限することができる。
【００４３】
所定の押圧力は、０．２〜２０．０ＭＰａであることが好ましく、より好ましくは７．０〜１０．０ＭＰａである。素子ユニットＤＵ（ペルチェ素子１１）に加わる圧力が２０．０ＭＰａより大きいとペルチェ効果が低下し、さらにはペルチェ素子１１が損傷してしまう虞があるためである。また、素子ユニットＤＵに加わる圧力が０．２ＭＰａより小さいと素子ユニットＤＵを安定した姿勢で保持するのが困難となるためである。
【００４４】
このように、電流リード１０は、低温部２０に設置される超電導コイル２１（超電導応用機器）と常温部３０に設置される電源３１（外部機器）とを接続するものである。
電流リード１０は、ペルチェ素子１１（熱電変換素子）の低温部２０側に低温側コア電極１２１が接合され、ペルチェ素子１１の常温部３０側に常温側コア電極１３１が接合されてなる素子ユニットＤＵと、一端側が超電導コイル２１に接続され、他端側がプラグ・ソケット構造により低温側コア電極１２１に接続される低温側キャップ電極１２２と、一端側が電源３１に接続され、他端側がプラグ・ソケット構造により常温側コア電極１３１に接続される常温側キャップ電極１３２と、を備える。そして、電流リード１０は、低温側キャップ電極１２２と常温側キャップ電極１３２とにより、素子ユニットＤＵが軸方向に移動可能に狭持され、低温側キャップ電極１２２と常温側キャップ電極１３２との間に支柱が介在する。
【００４５】
電流リード１０によれば、低温側キャップ電極１２２と常温側キャップ電極１３２との間に支柱１７が介在するので、低温側キャップ電極１２２及び常温側キャップ電極１３２の回転が防止されるとともに、電流リード１０が外部から受ける衝撃が分散される。したがって、素子ユニットＤＵにかかる負荷、特にペルチェ素子１１にかかる負荷が格段に低減されるので、電流リード１０の信頼性が向上する。
【００４６】
また、低温側キャップ電極１２２と常温側キャップ電極１３２により、素子ユニットＤＵが軸方向に移動可能（摺動可能）に狭持されているので、温度変化に伴う素子ユニットＤＵの軸方向の熱歪みは、素子ユニットＤＵの移動動作によって吸収される。
また、素子ユニットＤＵは、低温側キャップ電極１２２及び常温側キャップ電極１３２に対してプラグ・ソケット構造により装着されるので、取付作業が極めて簡易である。また、素子ユニットＤＵは、低温側キャップ電極１２２及び常温側キャップ電極１３２から容易に脱着することができるので、例えばペルチェ素子１１が損傷して電気抵抗が上昇した場合は、素子ユニットＤＵだけを交換することができる。また例えば、電流リード１０が接続される機器側の接続部（電極）の形状や、接続方法などに変更があった場合は、低温側キャップ電極１２２又は常温側キャップ電極１３２を交換するだけで対応することができる。既存の設備を有効利用できるので、コスト面でも利点がある。
【００４７】
さらには、従来の電流リードのように、熱歪みを吸収するために電気抵抗の大きいフレキシブル導体を用いる必要はないので、ペルチェ素子１１、低温側電極１２、及び常温側電極１３の断面積を大きくすることにより単体としての電流容量を大きくすることができ、また、フレキシブル導体がない分だけ軸方向の寸法を小さくすることができる。特に、複数の電流リード１０を用いて大容量化に対応する場合、必要な電流リード１０の数が低減されるので、機器の小型化を図ることができる。
【００４８】
このように、本実施の形態の電流リード１０は、信頼性（機械的特性、電気的特性）、現地取付作業性に優れ、機器の小型化を図る場合に極めて有用である。
【００４９】
なお、上述した例では、素子ユニットＤＵ、支柱１７をそれぞれ１つ備える電流リード１０について説明したが、電流リード１０において、複数の素子ユニットＤＵを備える構成としてもよいし、複数の支柱１７を備える構成としてもよい。また、素子ユニットＤＵ、支柱１７の数が異なっていてもよい。
【００５０】
図４は、電流リード１０の他の一例を示す図である。図４Ａは電流リード１０の軸方向に沿う縦断面図であり、図４Ｂは図４ＡにおけるＩＶ−ＩＶ面図である。
図４に示す電流リード１０は、５個の素子ユニットＤＵ１〜ＤＵ５と５個の支柱１７１〜１７５を有し、これらが低温側キャップ電極１２２と常温側キャップ電極１３２とにより狭持されている。なお、素子ユニットＤＵ１〜ＤＵ５、支柱１７１〜１７５の構成は実施の形態で説明した構成と同様であり、また個々の素子ユニットＤＵ１〜ＤＵ５、支柱１７１〜１７５の低温側キャップ電極１２２及び常温側キャップ電極１３２への装着態様も同様である。
【００５１】
電流リード１０をこのような構成とすることにより、ケーブルを一組のキャップ電極１２２、１３２に接続するだけでよいので取付作業が格段に簡易化される。また、個々の素子ユニットＤＵ１〜ＤＵ５の電流容量は、従来の電流リードに比較して大きいので、大容量の定格電流（例えば１ｋＡ）に対応する場合に必要な電流リード１０の数は少なくて済む。したがって、電流リード１０の小型化、ひいては機器の小型化を図ることができる。
【００５２】
好ましくは、素子ユニットＤＵ１〜ＤＵ５は、同一円周上に均等に配置される。これにより、素子ユニットＤＵ１〜ＤＵ５間で通電電流が不均一になるのを防止することができるので、それぞれの素子ユニットＤＵ１〜ＤＵ５において安定したペルチェ効果が得られる。
【００５３】
また、素子ユニットＤＵを作製した後、低温側キャップ電極１２２と常温側キャップ電極１３２に素子ユニットＤＵを装着して電流リード１０を組み立てるので、電気抵抗のばらつきの少ない素子ユニットＤＵを選択して用いることができる。これにより、素子ユニットＤＵ１〜ＤＵ５間における偏流現象を防ぐことができる。
【００５４】
［実施例］
実施例１では、素子ユニットを１つ、直胴状の支柱を１つ有する電流リードを作製した。素子ユニットと支柱は、電流リードの軸に関して対称となるように配置した。
実施例２では、素子ユニットを１つ、段付きの支柱を１つ備える電流リードを作製した（図２参照）。素子ユニットと支柱は、電流リードの軸に関して対称となるように配置した。
実施例３では、素子ユニットを５つ、段付きの支柱を５つ備える電流リードを作製した（図４参照）。素子ユニットは同一円周上に等間隔で配置し、電流リードの軸に関してそれぞれの素子ユニットと対象となる位置に支柱を配置した。
【００５５】
［参考例］
参考例１では、素子ユニットを１つ有する電流リード（支柱なし）を作製した。素子ユニットの配置は、実施例１と同じとした。
参考例２では、素子ユニットを５つ有する電流リード（支柱なし）を作製した。素子ユニットの配置は、実施例３と同じとした。
【００５６】
実施例１〜３、参考例１、２に係る電流リードに対して外部から所定の衝撃を与え、その後の特性（電流リードの通電特性、ペルチェ素子の外観）を評価した。評価結果を表１に示す。
表１に示すように、実施例１〜３に係る電流リードでは、衝撃前後の抵抗値に変化はなく、ペルチェ素子の外観も良好であった。これに対して、参考例１、２に係る電流リードでは、衝撃後の抵抗値が増大し、ペルチェ素子の一部に破損が観察された。これより、低温側キャップ電極と常温側キャップ電極との間に支柱を介在させることの有用性が確認された。
【００５７】
【表１】
2015079905.tif 000003
【００５８】
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。
【００５９】
例えば、常温側キャップ電極１３２側に固定部材１８を設けるようにしてもよい。
また例えば、図５に示すように、低温側キャップ電極１２２を収容する低温側固定部材１８１と、常温側キャップ電極１３２を収容する常温側固定部材１８２と、を備え、低温側固定部材１８１と常温側固定部材１８２とが螺合するようにしてもよい。
【００６０】
また、実施の形態では、低温側コア電極１２１及び常温側コア電極１３１がプラグを構成し、低温側キャップ電極１２２及び常温側キャップ電極１３２がソケットを構成するが、プラグ・ソケット構造は逆であってもよい。
【００６１】
電流リード１０には、必要に応じてガス冷却機構を配置するようにしてもよい。これにより、外部からの熱侵入を低減することが可能となる。外部からの熱侵入が性能に敏感に影響するような機器に好適である。また、複数の素子ユニットＤＵを並設する場合には、中央部に熱が籠もって外部からの熱侵入が増大する虞があるので、ガス冷却機構により積極的にペルチェ素子１１等を冷却するのが望ましい。
【００６２】
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】
【００６３】
１  超電導磁石装置
１０  電流リード
１１  ペルチェ素子
１２  低温側電極
１２１  低温側コア電極
１２２  低温側キャップ電極
１３  常温側電極
１３１  常温側コア電極
１３２  常温側キャップ電極
１４、１５  接触子
１６  付勢部材
１７  支柱
１８、１８１、１８２  固定部材
２０  低温部
２１  超電導コイル
２２  低温容器
３０  常温部
３１  電源
ＤＵ、ＤＵ１〜ＤＵ５  素子ユニット
【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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