(57)【要約】【課題】高温側と低温側とを電気的に接続する超電導電流リードにおいて、製造コストの低い超電導線材又は超電導テープ線材を用いるとともに、低温側に侵入する侵入熱量を低減することができる超電導電流リードを提供する。【解決手段】一端に設けられた高温側電極端子１１と、他端に設けられた低温側電極端子１２と、高温側電極端子１１と低温側電極端子１２との間に設けられており、互いに並列に接続された複数本の第１の超電導線材Ｗ１よりなる第１のリード部１３と、第１のリード部１３と低温側電極端子１２との間に、第１のリード部１３と直列に接続されるように設けられており、第１の超電導線材Ｗ１の本数よりも少ない本数の第２の超電導線材Ｗ２よりなる第２のリード部１４とを有する。【選択図】図１
2012028041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に設けられた高温側電極端子と、
他端に設けられた低温側電極端子と、
前記高温側電極端子と前記低温側電極端子との間に設けられており、互いに並列に接続された複数本の第１の超電導線材よりなる第１のリード部と、
前記第１のリード部と前記低温側電極端子との間に、前記第１のリード部と直列に接続されるように設けられており、前記第１の超電導線材の本数よりも少ない本数の第２の超電導線材よりなる第２のリード部と
を有する、超電導電流リード。
【請求項２】
前記第１のリード部の前記低温側電極端子側と、前記第２のリード部の前記高温側電極端子側とを接続する中間接続端子を有する、請求項１に記載の超電導電流リード。
【請求項３】
前記中間接続端子は、前記高温側電極端子側から前記低温側電極端子側に向かって延在するように形成された複数の溝部を有し、
前記第１の超電導線材及び前記第２の超電導線材の各々は、はんだ接合により前記溝部に埋め込まれている、請求項２に記載の超電導電流リード。
【請求項４】
前記第２の超電導線材は、前記第１の超電導線材と連続した超電導線材により構成されている、請求項１から請求項３のいずれかに記載の超電導電流リード。
【請求項５】
前記第１のリード部の前記高温側電極端子側は、前記高温側電極端子に接続されており、
前記高温側電極端子は、前記第２の超電導線材と連続した超電導線材により構成された第１の超電導線材と、前記高温側電極端子との間の接続抵抗が、前記第２の超電導線材と連続した超電導線材以外の超電導線材により構成された第１の超電導線材と、前記高温側電極端子との間の接続抵抗より大きくなるように調整するための、抵抗調整部を有する、請求項４に記載の超電導電流リード。
【請求項６】
前記高温側電極端子と、前記低温側電極端子とを一体に支持する支持部材を有する、請求項１から請求項５のいずれかに記載の超電導電流リード。
【請求項７】
前記支持部材と前記第１の超電導線材との熱膨張係数の差、及び、前記支持部材と前記第２の超電導線材との熱膨張係数の差が、±０．１４％以内である、請求項６に記載の超電導電流リード。
【請求項８】
前記超電導線材は、超電導テープ線材であり、
前記第１の超電導線材は、第１の超電導テープ線材であり、
前記第２の超電導線材は、第２の超電導テープ線材であり、
前記超電導電流リードは、前記高温側電極端子が超電導マグネット装置内の高温部に接続されると共に、前記低温側電極端子が前記超電導マグネット装置内の低温部に接続されるものであり、
前記第１の超電導テープ線材及び前記第２の超電導テープ線材は、前記第１の超電導テープ線材のテープ面及び前記第２の超電導テープ線材のテープ面が、前記超電導マグネット装置が発生する磁界に略平行になるように配置されるものである、請求項１から請求項７のいずれか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、超電導線材を用いた超電導電流リードに関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導マグネット装置等の超電導機器には、超電導コイル等の超電導体に電力を供給するための電流リードが用いられている。例えば超電導マグネット装置では、電流リードを介して、室温側（高温側）に設置された電力供給源と、低温側に設置された超電導コイルとが電気的に接続される。
【０００３】
超電導コイルには、通常、電流リードを介して大電流が流される。また、超電導コイルの超電導状態を保持するために、超電導コイルの温度を臨界温度以下の極低温に保持する必要がある。従って、電流リードとして、電流が流れる際にジュール熱を発生させないように、電気抵抗が略０に近い超電導体、中でも臨界温度の高いY系、Bi系等の酸化物超電導材料を用いるのが一般的である。以下、超電導体を用いた電流リードを超電導電流リードという。
【０００４】
また、電力供給源が設置される室温側（高温側）の部分と、超電導コイルが設置される低温側の部分との間には、大きな温度差が存在する。この温度差のため、超電導コイルには、電流リードを介して室温側（高温側）から熱が侵入する。
【０００５】
酸化物超電導材料を用いた超電導電流リードとして、従来は、酸化物超電導材料をバルク状に加工したものである、バルク状超電導体が用いられている。しかし、バルク状超電導体は、それを製造するのに比較的長い時間を要し、比較的高度な技術を要し、比較的大型の製造設備が必要であることから、製造コストが高いという欠点がある。
【０００６】
そこで、最近は、製造コストを低減するため、バルク状超電導体に代え、超電導材料を、展性に富み、芯線の超電導状態を安定化させる機能も有する金属材料と複合化し、線材状に加工したものである超電導線材、特に超電導テープ線材が用いられるようになってきている。超電導線材又は超電導テープ線材は、比較的容易に製造することができるため、バルク状超電導体と比較して製造コストも比較的低いという利点を有する。
【０００７】
しかし、超電導線材又は超電導テープ線材は、超電導材料よりなる芯線と、金属材料よりなる基材とにより構成されている。そのため、超電導線材又は超電導テープ線材を超電導状態においてバルク状超電導体と等しい電流を流すことができるように設計すると、金属材料よりなる基材を介して室温側（高温側）から低温側に侵入する熱量が大きくなってしまう。
【０００８】
そこで、超電導線材又は超電導テープ線材を用いる超電導電流リードにおいて、円筒状の支持部材に線材又はテープ線材を巻き回し、熱の伝導経路を長くすることによって、低温側に侵入する侵入熱量を減らす超電導電流リードがある（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−３０５７６５号公報
【特許文献２】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】
【００１０】
ところが、上記したような、線材又はテープ線材を巻き回し、熱の伝導経路を長くすることによって、低温側に侵入する熱量を減らす超電導電流リードにおいては、次のような問題がある。
【００１１】
線材を巻き回す場合、線材に大きな曲げ歪が加えられることによって、臨界電流の値が低下する。また、特にテープ線材では、テープ線材を巻き回すことによって、テープ線材の断面矩形形状のうち長辺を含む幅広面（以下「テープ面」という。）に垂直に磁界が加わることによって、臨界電流の値が低下する。
【００１２】
長尺の線材を巻き回さず、線材が略真っ直ぐに延在するようにすれば、上記の問題は回避できる。しかし、超電導電流リードの長さが非常に大きくなり、超電導マグネット装置等の各種の超電導機器に備え付けることは困難であり、非現実的である。
【００１３】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、高温側と低温側とを電気的に接続する超電導電流リードにおいて、製造コストの低い超電導線材又は超電導テープ線材を用いるとともに、低温側に侵入する侵入熱量を低減することができる超電導電流リードを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明は、一端に設けられた高温側電極端子と、他端に設けられた低温側電極端子と、前記高温側電極端子と前記低温側電極端子との間に設けられており、互いに並列に接続された複数本の第１の超電導線材よりなる第１のリード部と、前記第１のリード部と前記低温側電極端子との間に、前記第１のリード部と直列に接続されるように設けられており、前記第１の超電導線材の本数よりも少ない本数の第２の超電導線材よりなる第２のリード部とを有する、超電導電流リードである。
【００１６】
また、本発明は、上述の超電導電流リードにおいて、前記第１のリード部の前記低温側電極端子側と、前記第２のリード部の前記高温側電極端子側とを接続する中間接続端子を有する。
【００１７】
また、本発明は、上述の超電導電流リードにおいて、前記中間接続端子は、前記高温側電極端子側から前記低温側電極端子側に向かって延在するように形成された複数の溝部を有し、前記第１の超電導線材及び前記第２の超電導線材の各々は、はんだ接合により前記溝部に埋め込まれている。
【００１８】
また、本発明は、上述の超電導電流リードにおいて、前記第２の超電導線材は、前記第１の超電導線材と連続した超電導線材により構成されている。
【００１９】
また、本発明は、上述の超電導電流リードにおいて、前記第１のリード部の前記高温側電極端子側は、前記高温側電極端子に接続されており、前記高温側電極端子は、前記第２の超電導線材と連続した超電導線材により構成された第１の超電導線材と、前記高温側電極端子との間の接続抵抗が、前記第２の超電導線材と連続した超電導線材以外の超電導線材により構成された第１の超電導線材と、前記高温側電極端子との間の接続抵抗より大きくなるように調整するための、抵抗調整部を有する。
【００２０】
また、本発明は、上述の超電導電流リードにおいて、前記高温側電極端子と、前記低温側電極端子とを一体に支持する支持部材を有する。
【００２１】
また、本発明は、上述の超電導電流リードにおいて、前記支持部材と前記第１の超電導線材との熱膨張係数の差、及び、前記支持部材と前記第２の超電導線材との熱膨張係数の差が、±０．１４％以内である。
【００２２】
また、本発明は、上述の超電導電流リードにおいて、前記超電導線材は、超電導テープ線材であり、前記第１の超電導線材は、第１の超電導テープ線材であり、前記第２の超電導線材は、第２の超電導テープ線材であり、前記超電導電流リードは、前記高温側電極端子が超電導マグネット装置内の高温部に接続されると共に、前記低温側電極端子が前記超電導マグネット装置内の低温部に接続されるものであり、前記第１の超電導テープ線材及び前記第２の超電導テープ線材は、前記第１の超電導テープ線材のテープ面及び前記第２の超電導テープ線材のテープ面が、前記超電導マグネット装置が発生する磁界に略平行になるように配置されるものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、高温側と低温側とを電気的に接続する超電導電流リードにおいて、製造コストの低い超電導線材又は超電導テープ線材を用いるとともに、低温側に侵入する侵入熱量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施の形態に係る超電導電流リードの正面図である。
【図２】中間接続端子の付近を拡大して示す斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿う中間接続端子及び超電導線材の断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る超電導電流リードの第１のリード部及び中間接続端子の電気的な接続の状態を示す等価回路図である。
【図５】比較例に係る超電導電流リードの正面図である。
【図６】高温側電極端子と低温側電極端子との間における超電導電流リードの温度分布を計算した結果の一例を示すグラフである。
【図７】第１の実施の形態の第１の変形例に係る超電導電流リードにおける図１のＢ−Ｂ線に相当する線に沿う高温側電極端子及び超電導線材の断面図である。
【図８】第１の実施の形態の第２の変形例に係る超電導電流リードの正面図である。
【図９】第１の実施の形態の第２の変形例に係る超電導電流リードの高温側電極端子、第１のリード部及び中間接続端子の電気的な接続の状態を示す等価回路図である。
【図１０】第１の実施の形態の第３の変形例に係る超電導電流リードの正面図である。
【図１１】第１の実施の形態の第４の変形例に係る超電導電流リードの正面図である。
【図１２】第１の実施の形態の第５の変形例に係る超電導電流リードの正面図である。
【図１３】図１２における点線で囲まれた領域IIを拡大して示す斜視図である。
【図１４】図１２のＣ−Ｃ線に沿う中間接続端子及び超電導線材の断面図である。
【図１５】第１の実施の形態の第６の変形例に係る超電導電流リードの正面図である。
【図１６】第１の実施の形態の第７の変形例に係る超電導電流リードの正面図である。
【図１７】第１の実施の形態の第８の変形例に係る超電導電流リードの正面図である。
【図１８】第２の実施の形態に係る超電導マグネット装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、本発明を実施するための形態について図面と共に説明する。
（第１の実施の形態）
初めに、図１から図３を参照し、第１の実施の形態に係る超電導電流リードについて説明する。
【００２６】
図１は、本実施の形態に係る超電導電流リード１０の正面図である。図２は、中間接続端子１５の付近を拡大して示す斜視図である。図３は、図１のＡ−Ａ線に沿う中間接続端子１５及び超電導線材の断面図である。なお、図３においては、支持部材の図示を省略している。
【００２７】
図１に示すように、本実施の形態に係る超電導電流リード１０は、高温側電極端子１１、低温側電極端子１２、第１のリード部１３、第２のリード部１４、中間接続端子１５、及び支持部材１６を有する。
【００２８】
高温側電極端子１１は、超電導電流リード１０の一端に設けられた電極端子であり、低温側電極端子１２は、超電導電流リード１０の他端に設けられた電極端子である。高温側電極端子１１及び低温側電極端子１２は、電気の良導体である銅等の金属により構成されている。
【００２９】
第１のリード部１３は、高温側電極端子１１と低温側電極端子１２との間に設けられており、互いに並列に接続された複数本である第１の本数の第１の超電導線材Ｗ１よりなる。図１に示す例では、第１の本数が２本である。
【００３０】
第２のリード部１４は、高温側電極端子１１と低温側電極端子１２との間に、第１のリード部１３の低温側電極端子１２側に第１のリード部１３と直列に接続されるように設けられており、第１の本数よりも少ない第２の本数の第２の超電導線材Ｗ２よりなる。図１に示す例では、第２の本数が１本である。
【００３１】
すなわち、本実施の形態に係る超電導電流リード１０は、高温側電極端子１１と低温側電極端子１２との間に中間接続端子１５を設け、中間接続端子１５と低温側電極端子１２との間の超電導線材の本数を、高温側電極端子１１と中間接続端子１５との間の超電導線材の本数よりも減らすものである。
【００３２】
また、本実施の形態では、第１の超電導線材Ｗ１、第２の超電導線材Ｗ２は、ともに、超電導テープ線材よりなる。
【００３３】
第２の超電導線材Ｗ２は、第１の超電導線材Ｗ１と連続した超電導線材により構成されている。これにより、第１のリード部１３と第２のリード部１４との間の接続抵抗が小さくなるため、少ない本数の超電導線材により、大きな電流を流すことができる超電導電流リードを実現することができる。
【００３４】
なお、第２の超電導線材Ｗ２と連続した超電導線材により構成される第１の超電導線材Ｗ１を超電導線材Ｗ１１とする。また、第２の超電導線材Ｗ２と連続していない超電導線材により構成される第１の超電導線材Ｗ１を超電導線材Ｗ１２とする。
【００３５】
第１の超電導線材Ｗ１及び第２の超電導線材Ｗ２を構成する超電導線材として、例えば、銀等の金属を母材としてＢｉ−２２１２等の多芯線が被覆されてなる高温超電導線材、あるいは、ハステロイ等の金属テープ基材上にＹＢＣＯ等の薄膜を堆積してなる高温超電導線材、等の各種の超電導線材を用いることができる。
【００３６】
中間接続端子１５は、第１のリード部１３と第２のリード部１４との間に設けられている。中間接続端子１５は、第１のリード部１３の低温側電極端子１２側が接続されるとともに、第２のリード部１４の高温側電極端子１１側が接続されるものである。
【００３７】
中間接続端子１５は、電気の良導体である銅等の金属により構成されている。また、図２及び図３に示すように、中間接続端子１５は、高温側電極端子１１側から低温側電極端子１２側に向かって延在する複数の溝部１７を有する。そして、第１の超電導線材Ｗ１及び第２の超電導線材Ｗ２は、はんだ接合により溝部１７に埋め込まれている。
【００３８】
具体的には、溝部１７にはんだめっきを施すことによって、溝部１７の底面及び側面をはんだにより薄く被覆する。そして、はんだめっきにより薄くはんだにより被覆された溝部１７に、超電導線材を装填し、超電導線材が装填された状態の溝部１７に溶融されたはんだ１８を充填し、はんだ１８を固化することによって、超電導線材をはんだ接合する。このような方法により、超電導線材を溝部１７に埋め込むことができる。
【００３９】
このように、第１の超電導線材Ｗ１及び第２の超電導線材Ｗ２をはんだ接合により例えば銅等の金属により構成されている中間接続端子１５の溝部１７に埋め込むことにより、第１の超電導線材Ｗ１及び第２の超電導線材Ｗ２の各線材を、確実に中間接続端子１５に固定することができる。また、第１の超電導線材Ｗ１及び第２の超電導線材Ｗ２の各線材を、確実に中間接続端子１５に電気的に接続することができる。これにより、はんだ及び中間接続端子１５の銅よりなる部分を介して第１の超電導線材Ｗ１と第２の超電導線材Ｗ２との間に流れる電流経路に沿った電気抵抗を低減することができ、第１の超電導線材Ｗ１と第２の超電導線材Ｗ２との間の接続抵抗を小さくすることができる。
【００４０】
ここで、図４を参照し、接続抵抗の値の好ましい範囲について説明する。図４は、本実施の形態に係る超電導電流リード１０の第１のリード部１３及び中間接続端子１５の電気的な接続の状態を示す等価回路図である。
【００４１】
第２の超電導線材Ｗ２と連続した超電導線材により構成される第１の超電導線材Ｗ１（超電導線材Ｗ１１）に流れる電流をＩ１とし、第２の超電導線材Ｗ２と連続していない超電導線材により構成される第１の超電導線材Ｗ１（超電導線材Ｗ１２）に流れる電流をＩ２とする。そして、超電導線材Ｗ１１の第１のリード部１３における抵抗をＲ１とし、超電導線材Ｗ１２の第１のリード部１３における抵抗、中間接続端子１５における接続抵抗を、それぞれＲ２、Ｒｘとする。
【００４２】
ここで、超電導線材の抵抗は無視できる程度に小さいので、Ｒ１は高温側電極端子１１と超電導線材Ｗ１１との間の接続抵抗、Ｒ２は高温側電極端子１１と超電導線材Ｗ１２との間の接続抵抗、Ｒｘは超電導線材Ｗ１２から中間接続端子１５を経由して超電導線材Ｗ１１までの接続抵抗となる。また、本願において、接続抵抗とは、超電導線材と金属との接続に用いられるはんだなどの接合金属の電気抵抗（はんだなどの接合金属の厚さ、金属と超電導線材との接触面積などに依存）と、超電導線材を金属に接続することにより生じる金属内部の電流分布の偏りによる電気抵抗（金属の形状に依存）との和を示すものである。
すると、電流Ｉ１が超電導線材Ｗ１１を流れる場合も、電流Ｉ２が超電導線材Ｗ１２を流れる場合も、第１のリード部１３にかかる電圧が等しいことから、式（１）
【００４３】
【数１】
2012028041.tif 000003
が成り立つ。そして、式（１）を変形すると、電流Ｉ１と電流Ｉ２とは、式（２）
【００４４】
【数２】
2012028041.tif 000004
に示す関係で示される。
【００４５】
ここで、電流Ｉ１と電流Ｉ２とが略等しくなるためには、式（３）
【００４６】
【数３】
2012028041.tif 000005
に示す関係が満たされることが好ましい。
【００４７】
図２に示すように、中間接続端子１５の長さ、すなわち溝部１７の長さをＬ１とする。また、図３に示すように、溝部１７同士の間の距離をＤ１とし、溝部１７の下方における中間接続端子１５の厚さをＴ１とし、溝部１７の深さをＴ２とする。また、超電導テープ線材のテープ面に平行な方向のはんだ１８の厚さをＤ２とし、テープ面に垂直な方向のはんだ１８の厚さをＴ３とする。超電導テープ線材の幅をＷＤとする。一例として、
銅の電気抵抗率ρＣｕ：２．６×１０−10Ωｍ 
はんだ１８の電気抵抗率ρＳ：１．０×１０−９Ωｍ
テープ面に平行な方向のはんだ１８の厚さＤ２：０．０５ｍｍ
テープ面に垂直な方向のはんだ１８の厚さＴ３：０．１ｍｍ
テープ線材の幅ＷＤ：４．３ｍｍ
溝部１７の深さＴ２：０．５ｍｍ
とした場合を考える。そして、
溝部１７の長さＬ１：１０ｍｍ
溝部１７同士の間の距離Ｄ１：２ｍｍ
溝部１７の下方における中間接続端子１５の厚さＴ１：８ｍｍ
とする。このような条件の下で接続抵抗Ｒｘを数値計算すると、０．０３μΩ程度となる。
【００４８】
また、はんだ接合を確実にするため、超電導テープ線材の厚さをＷＴとすると、溝部１７の深さＴ２は、厚さＷＴと、はんだ１８の厚さＴ３との合計ＷＴ＋Ｔ３よりも大きくすることが好ましい。
【００４９】
支持部材１６は、高温側電極端子１１と、低温側電極端子１２と、中間接続端子１５とを一体に支持する。すなわち、一体に設けられた支持部材１６に、高温側電極端子１１、低温側電極端子１２、及び中間接続端子１５のそれぞれを例えばネジ止めすることによって、固定する。高温側電極端子１１と、低温側電極端子１２と、中間接続端子１５とが支持部材１６に支持されることによって、超電導線材に応力が加えられ歪むことによる臨界電流値の低下を防止できる。
【００５０】
支持部材１６を介して低温側電極端子１２へ熱が侵入することを防止するため、支持部材１６は、熱伝導率が小さい材料よりなることが好ましい。このような熱伝導率が低い材料として、例えばＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）、ＡｌＮ、ポリイミド等を用いることができる。
【００５１】
また、支持部材１６を介して高温側電極端子１１から低温側電極端子１２へ電流が流れることを防止するため、支持部材１６は、電気的に絶縁された状態で高温側電極端子１１及び低温側電極端子１２を支持することが好ましい。支持部材１６として、熱伝導率が小さいものの、電気的な絶縁性が高くない材料を用いるときは、高温側電極端子１１、低温側電極端子１２、及び中間接続端子１５の各端子を、例えば電気的な絶縁性を有するナイロンボルト等を用いて支持部材１６に固定することができる。
【００５２】
また、支持部材１６と超電導線材との熱膨張係数の差が±０．１４％以内であることが好ましい。支持部材１６と超電導線材との熱膨張係数の差が±０．１４％を超える場合、超電導電流リード１０を動作温度まで冷却させたときの支持部材１６の収縮量と超電導線材の収縮量の差が大きく、超電導線材の高温側から低温側に向かう方向に大きな歪が加わることによって、臨界電流値が低下するおそれがあるからである。従って、支持部材１６と超電導線材との熱膨張係数の差が±０．１４％以内であることによって、歪が加えられることによる超電導電流リード１０の臨界電流値の低減を防止できる。
【００５３】
次に、図５を参照し、本実施の形態に係る超電導電流リード１０が、比較例に係る超電導電流リード１１０に比べ、輸送電流を減少させることなく、低温側電極端子１２へ侵入する侵入熱量を低減できることについて説明する。図５は、比較例に係る超電導電流リード１１０の正面図である。
【００５４】
図５に示すように、比較例に係る超電導電流リード１１０は、高温側電極端子１１、低温側電極端子１２、及び支持部材１６を有する。高温側電極端子１１、低温側電極端子１２、及び支持部材１６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。一方、比較例に係る超電導電流リード１１０は、中間接続端子を有しておらず、高温側電極端子１１と低温側電極端子１２との間には、単一のリード部が設けられ、リード部は、複数本である第１の本数の第１の超電導線材Ｗ１よりなる。第１の本数は、本実施の形態に係る超電導電流リード１０と同様に、２本である。
【００５５】
超電導線材の臨界電流値は、温度の増大に伴って著しく低下する。従って、高温側電極端子１１と低温側電極端子１２とを接続する超電導線材は、最も臨界電流値が低下する高温側電極端子１１と接続される部分における臨界電流値によって、輸送できる最大の電流が制限される。
【００５６】
図１及び図５に示すように、本実施の形態に係る超電導電流リード１０も、比較例に係る超電導電流リード１１０も、高温側電極端子１１と接続される超電導線材の本数は等しい。従って、輸送できる最大の電流も等しい。
【００５７】
一方、低温側電極端子１２へ侵入する侵入熱量は、超電導線材の断面積の合計、すなわち、超電導線材の本数に比例する。図１に示すように、本実施の形態に係る超電導電流リード１０は、中間接続端子１５と低温側電極端子１２との間の超電導線材の本数（１本）が、高温側電極端子１１と中間接続端子１５との間の超電導線材の本数（２本）よりも少ない。そのため、図１及び図５に示すように、本実施の形態に係る超電導電流リード１０における低温側電極端子１２に接続される超電導線材の本数（１本）は、比較例に係る超電導電流リード１１０における低温側電極端子１２に接続される超電導線材の本数（２本）よりも少ない。従って、本実施の形態に係る超電導電流リード１０における低温側電極端子１２に侵入する侵入熱量は、比較例に係る超電導電流リード１１０における低温側電極端子１２に侵入する侵入熱量よりも少ない。
【００５８】
次に、図６を参照し、本実施の形態に係る超電導電流リード１０が、比較例に係る超電導電流リード１１０に比べ、低温側電極端子１２へ侵入する侵入熱量を低減できる量の具体例について説明する。図６は、高温側電極端子１１と低温側電極端子１２との間における超電導電流リードの温度分布を計算した結果の一例を示すグラフである。
【００５９】
図６は、本実施の形態に係る超電導電流リード１０及び比較例に係る超電導電流リード１１０について、高温側電極端子１１における温度を５０Ｋ、低温側電極端子１２における温度を４Ｋと仮定したときの、高温側電極端子１１と低温側電極端子１２との間の温度分布を示す。図６における横軸は、高温側電極端子１１から低温側電極端子１２までの距離を１として規格化された、各位置における高温側電極端子１１からの距離を示す。図６における縦軸は、各位置における温度を示す。実線は、本実施の形態に係る超電導電流リード１０における温度分布を示す。点線は、比較例に係る超電導電流リード１１０における温度分布を示す。
【００６０】
比較例に係る超電導電流リード１１０では、高温側電極端子１１側（以下「高温側」という。）から低温側電極端子１２側（以下「低温側」という。）に向かって一様に温度が低下する。また、温度は超電導線材に相当する熱伝導率に逆比例した傾きをもって変化するが、温度の低下に伴って熱伝導率も低下するため、低温側ほど傾きが大きくなり、上に凸の曲線形状を示す。
【００６１】
一方、本実施の形態に係る超電導電流リード１０では、中間接続端子１５が設けられている領域において、超電導線材に代え熱伝導率が大きい銅により伝熱されるため、温度が略一定になる。従って、高温側から中間接続端子１５まで一様に温度が低下し、中間接続端子１５が設けられている領域において温度は略一定になり、中間接続端子１５から低温側まで再び一様に温度が低下する。
【００６２】
また、低温側電極端子１２に侵入する侵入熱量Ｑは、高温側電極端子１１からの距離が１の近傍における温度勾配と、その温度における超電導線材の熱伝導率と、低温側電極端子１２に接続された超電導線材の本数との積に基づいて、求めることができる。中間接続端子の長さを、電流リードを構成する超電導線材の長さの８．３％程度とし、図６から侵入熱量Ｑを求めた。すると、比較例に係る超電導電流リード１１０（点線）においてＱ＝０．２６９Ｗ／ｍであり、本実施の形態に係る超電導電流リード１０（実線）においてＱ＝０．１４８Ｗ／ｍであった。従って、中間接続端子１５と低温側電極端子１２との間の超電導線材の本数を、高温側電極端子１１と中間接続端子１５との間の超電導線材の本数よりも減らす本実施の形態によれば、高温側電極端子１１から低温側電極端子１２に向かって超電導線材の本数が変わらない比較例に比べ、例えば侵入熱量Ｑを４５％低減することができる。
【００６３】
なお、超電導線材の本数、材料を変更したとき、超電導線材に加えられる磁界の大きさ等、種々の条件を変更したとき、中間接続端子１５の高温側電極端子１１からの距離を変更することによって、侵入熱量がより小さくなるように設計することも可能である。
【００６４】
本実施の形態では、超電導電流リード１０が、第１のリード部１３と第２のリード部１４との間に中間接続端子１５を有する例について説明した。しかし、第１のリード部１３と第２のリード部１４とが電気的に接続されていればよく、中間接続端子がなくてもよい。中間接続端子がないときは、第１のリード部１３と第２のリード部１４との間で、各超電導テープ線材を直接はんだ接続することによって、電気的に接続することができる。
【００６５】
また、本実施の形態では、超電導線材として、断面矩形形状を有する超電導テープ線材である例について説明した。しかし、超電導線材として、断面矩形形状を有するものに限られるものではなく、断面円形形状を有するものであってもよく、断面多角形形状を有するものであってもよい。
（第１の実施の形態の第１の変形例）
次に、図７を参照し、第１の実施の形態の第１の変形例に係る超電導電流リード１０ａについて説明する。図７は、本変形例に係る超電導電流リード１０ａにおける図１のＢ−Ｂ線に相当する線に沿う高温側電極端子１１ａ及び超電導線材の断面図である。なお、本変形例に係る超電導電流リード１０ａの正面図は、図１に示す第１の実施の形態に係る超電導リード１０の正面図と同様であり、図示を省略する。
【００６６】
図７に示すように、超電導線材は、高温側電極端子１１ａに形成された溝部１７ａに、はんだ１８ａを用いたはんだ接合により埋め込まれている。
【００６７】
第１の実施の形態と同様に、第２の超電導線材Ｗ２と連続した超電導線材により構成される第１の超電導線材Ｗ１を超電導線材Ｗ１１とする。また、第２の超電導線材Ｗ２と連続していない超電導線材により構成される第１の超電導線材Ｗ１を超電導線材Ｗ１２とする。すると、本変形例に係る超電導電流リード１０ａでは、図７に示すように、超電導線材Ｗ１１が埋め込まれている高温側電極端子１１ａにおける厚さＴＨ１に比べ、超電導線材Ｗ１２が埋め込まれている高温側電極端子１１ａにおける厚さＴＨ２が厚い。
【００６８】
すなわち、高温側電極端子１１ａは、超電導線材Ｗ１２が埋め込まれている面と反対面に、厚さを厚くするための凸部１１ａ−１を有する。凸部１１ａ−１は、本発明における抵抗調整部に相当する。
【００６９】
図４に示した等価回路図において、中間接続端子１５における接続抵抗Ｒｘが抵抗Ｒ１、Ｒ２と比較して十分小さくない場合には、式（２）により電流Ｉ１が電流Ｉ２よりも大きくなる。すなわち、図４において、超電導線材Ｗ１１を介して流れる電流Ｉ１は、超電導線材Ｗ１２に流れる電流に比べて大きい。すなわち、高温側電極端子１１ａと低温側電極端子１２との間を流れる電流Ｉは各超電導線材に均等に分散されず、偏流することになる。その結果、超電導線材Ｗ１２を流れる電流Ｉ２は臨界電流値を超えていないのに、超電導線材Ｗ１１を流れる電流Ｉ１のみが臨界電流値を超えるおそれがあり、各超電導線材の臨界電流値を有効に活用することができない。
また、超電導線材と高温側電極端子１１ａとの間の接続抵抗は、高温側電極端子１１ａにおける厚さＴＨ１、ＴＨ２の−０．５乗に比例すると考えられる。すると、前述したように厚さＴＨ１に比べＴＨ２が厚いため、超電導線材Ｗ１１と高温側電極端子１１ａとの間の接続抵抗は、超電導線材Ｗ１２と高温側電極端子１１ａとの間の接続抵抗よりも大きくなり、Ｒ１＞Ｒ２となる。これにより、式（２）において電流Ｉ１と電流Ｉ２とを略等しくすることができる。
【００７０】
すなわち、凸部１１ａ−１を設けることによって、超電導線材Ｗ１１と高温側電極端子１１ａとの間の接続抵抗が、超電導線材Ｗ１２と高温側電極端子１１ａとの間の接続抵抗よりも大きくなるように、調整される。これにより、第１の超電導線材Ｗ１１、Ｗ１２に流れる電流を略等しくすることができ、高温側電極端子１１ａと低温側電極端子１２との間を流れる電流Ｉを、一部の超電導線材に偏流させず、各超電導線材に均等に分散して流すことができる。
（第１の実施の形態の第２の変形例）
次に、図８及び図９を参照し、第１の実施の形態の第２の変形例に係る超電導電流リード１０ｂについて説明する。図８は、本変形例に係る超電導電流リード１０ｂの正面図である。本変形例に係る超電導電流リード１０ｂの高温側電極端子１１ｂ以外の部分は、図１を用いて説明した第１の実施の形態に係る超電導電流リード１０と同様であり、図８において図１と同一の符号を付し、説明を省略する（以下の変形例、実施の形態においても同様）。また、図９は、本変形例に係る超電導電流リード１０ｂの高温側電極端子１１ｂ、第１のリード部１３及び中間接続端子１５の電気的な接続の状態を示す等価回路図である。
【００７１】
本変形例に係る超電導電流リード１０ｂは、図８に示すように、高温側電極端子１１ｂの第１のリード部１３側にスリットＳが形成され、２つの部分に分割されている。第１の実施の形態と同様に、第２の超電導線材Ｗ２と連続した超電導線材により構成される第１の超電導線材Ｗ１を超電導線材Ｗ１１とする。また、第２の超電導線材Ｗ２と連続していない超電導線材により構成される第１の超電導線材Ｗ１を超電導線材Ｗ１２とする。すると、高温側電極端子１１ｂは、超電導線材Ｗ１１が接続されている第１の電極端子１１ｂ−１と、超電導線材Ｗ１２が接続されている高温側電極端子１１ｂにおける第２の電極端子１１ｂ−２とに分割されている。スリットＳは、超電導線材と略平行になるように形成され、接続されている超電導線材の端部よりも更に距離ＬＨ０だけ高温側まで形成されている。
【００７２】
電流をＩ１、Ｉ２、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒｘの定義を、第１の実施の形態と同様とする。また、接続されている超電導線材の端部とスリットＳの上端との間の高温電極端子１１ｂによる抵抗をＲＣｕとする。すると、本変形例に係る超電導電流リード１０ｂの高温側電極端子１１ｂ、第１のリード部１３及び中間接続端子１５の電気的な接続の状態は、図９に示される。そして、電流Ｉ１、Ｉ２の関係は、式（２）と同様の導出方法により、下記式（４）
【００７３】
【数４】
2012028041.tif 000006
に示される。
【００７４】
抵抗ＲＣｕが抵抗Ｒｘに対して十分大きくなるように距離ＬＨ０を十分長くしたときは、式（４）において電流Ｉ１と電流Ｉ２を略等しくすることができる。これにより、第１の超電導線材Ｗ１１、Ｗ１２に流れる電流を略等しくすることができ、高温側電極端子１１ｂと低温側電極端子１２との間を流れる電流Ｉを、一部の超電導線材に偏流させず、各超電導線材に均等に分散して流すことができる。
（第１の実施の形態の第３の変形例）
次に、図１０を参照し、第１の実施の形態の第３の変形例に係る超電導電流リード１０ｃについて説明する。図１０は、本変形例に係る超電導電流リード１０ｃの正面図である。
【００７５】
第１の実施の形態と同様に、第２の超電導線材Ｗ２と連続した超電導線材により構成される第１の超電導線材Ｗ１を超電導線材Ｗ１１とする。また、第２の超電導線材Ｗ２と連続していない超電導線材により構成される第１の超電導線材Ｗ１を超電導線材Ｗ１２とする。すると、本変形例に係る超電導電流リード１０ｃは、図１０に示すように、超電導線材Ｗ１１が埋め込まれている高温側電極端子１１ｃにおける溝部の長さＬＨ１に比べ、超電導線材Ｗ１２が埋め込まれている高温側電極端子１１ｃにおける溝部の長さＬＨ２が長い。また、超電導線材Ｗ１１が埋め込まれている長さＬＨ１の溝部の終端からＬＨ２−ＬＨ１の長さだけ高温側に延在する部分１１ｃ−１は、本発明における抵抗調整部に相当する。
【００７６】
すなわち、本変形例は、第１の実施の形態の第１の変形例と同様に、式（２）において、Ｒ１＞Ｒ２とすることによって、電流Ｉ１と電流Ｉ２とを略等しくするものである。従って、高温側電極端子１１ｃと低温側電極端子１２との間を流れる電流Ｉを、一部の超電導線材に偏流させず、各超電導線材に均等に分散して流すことができる。
【００７７】
すなわち、部分１１ｃ−１を設けることによって、超電導線材Ｗ１１と高温側電極端子１１ｃとの間の接続抵抗が、超電導線材Ｗ１２と高温側電極端子１１ｃとの間の接続抵抗よりも大きくなるように、調整される。これにより、第１の超電導線材Ｗ１１、Ｗ１２に流れる電流を略等しくすることができ、高温側電極端子１１ｃと低温側電極端子１２との間を流れる電流Ｉを、一部の超電導線材に偏流させず、各超電導線材に均等に分散して流すことができる。
（第１の実施の形態の第４の変形例）
次に、図１１を参照し、第１の実施の形態の第４の変形例に係る超電導電流リード１０ｄについて説明する。図１１は、本変形例に係る超電導電流リード１０ｄの正面図である。
【００７８】
第１の実施の形態と同様に、第２の超電導線材Ｗ２と連続した超電導線材により構成される第１の超電導線材Ｗ１を超電導線材Ｗ１１とする。また、第２の超電導線材Ｗ２と連続していない超電導線材により構成される第１の超電導線材Ｗ１を超電導線材Ｗ１２とする。すると、本変形例に係る超電導電流リード１０ｄでは、図１１に示すように、超電導線材Ｗ１１は、接続抵抗部１１ｄ−１を介して高温側電極端子１１ｄと接続されている。また、接続抵抗部１１ｄ−１は、本発明における抵抗調整部に相当する。接続抵抗部１１ｄ−１としては、例えばはんだ、ステンレス、真鍮等よりなる金属材料を用いることができる。
【００７９】
すなわち、本変形例も、第１の実施の形態の第１の変形例と同様に、式（２）において、Ｒ１＞Ｒ２とすることによって、電流Ｉ１と電流Ｉ２とを略等しくするものである。従って、高温側電極端子１１ｄと低温側電極端子１２との間を流れる電流Ｉを、一部の超電導線材に偏流させず、各超電導線材に均等に分散して流すことができる。
【００８０】
すなわち、接続抵抗部１１ｄ−１を設けることによって、超電導線材Ｗ１１と高温側電極端子１１ｄとの間の接続抵抗が、超電導線材Ｗ１２と高温側電極端子１１ｄとの間の接続抵抗よりも大きくなるように、調整される。これにより、第１の超電導線材Ｗ１１、Ｗ１２に流れる電流を略等しくすることができ、高温側電極端子１１ｄと低温側電極端子１２との間を流れる電流Ｉを、一部の超電導線材に偏流させず、各超電導線材に均等に分散して流すことができる。
（第１の実施の形態の第５の変形例）
次に、図１２から図１４を参照し、第１の実施の形態の第５の変形例に係る超電導電流リード１０ｅについて説明する。図１２は、本変形例に係る超電導電流リード１０ｅの正面図である。図１３は、図１２における点線で囲まれた領域IIを拡大して示す斜視図である。図１４は、図１２のＣ−Ｃ線に沿う中間接続端子１５ｅ及び超電導線材の断面図である。
【００８１】
図１２に示すように、本変形例に係る超電導電流リード１０ｅは、第１のリード部１３及び第２のリード部１４において、超電導テープ線材である超電導線材の各テープ面が対向するように設けられている。第２の超電導線材Ｗ２が、第１の超電導線材Ｗ１と連続した超電導線材により構成されているのは、第１の実施の形態と同様である。
【００８２】
中間接続端子１５ｅが、第１のリード部１３と第２のリード部１４との間に設けられており、第１のリード１３部の低温側電極端子１２側が接続されるとともに、第２のリード部１４の高温側電極端子１１側が接続されるのは、第１の実施の形態と同様である。また、中間接続端子１５ｅが、電気の良導体である銅等の金属により構成されているのも、第１の実施の形態と同様である。
【００８３】
一方、図１３及び図１４に示すように、中間接続端子１５ｅは、一の面と、一の面と反対面に、高温側電極端子１１側から低温側電極端子１２側に向かって延在する複数の溝部１７を有しており、高温側電極端子１１側から低温側電極端子１２側に向かう方向に垂直な断面がＨ字状の形状を有している。そして、第１の超電導線材Ｗ１及び第２の超電導線材Ｗ２は、はんだ接合により溝部１７に埋め込まれている。これにより、はんだ１８及び中間接続端子１５ｅの銅よりなる部分を介して第１の超電導線材Ｗ１と第２の超電導線材Ｗ２との間に流れる電流経路に沿った抵抗を低減することができ、第１の超電導線材Ｗ１と第２の超電導線材Ｗ２との間の接続抵抗を小さくすることができる。
【００８４】
図１３に示すように、中間接続端子１５ｅの長さ、すなわち溝部１７の長さをＬ２とする。また、図１４に示すように、一の面、反対面に形成されている溝部１７の底面同士の距離をＴ４とし、Ｌ２＝１０ｍｍ、Ｔ４＝５ｍｍとする。また、銅の電気抵抗率ρＣｕ、はんだ１８の電気抵抗率ρＳ、テープ面に平行な方向のはんだ１８の厚さＤ２、テープ面に垂直な方向のはんだ１８の厚さＴ３、テープ線材の幅ＷＤ、溝部１７の深さＴ２は、第１の実施の形態と同様とする。このような条件の下で第１の超電導線材Ｗ１と第２の超電導線材Ｗ２との間の接続抵抗Ｒｘを数値計算すると、０．０２３μΩ程度となる。
【００８５】
また、はんだ接合を確実にするため、超電導テープ線材の厚さをＷＴとすると、溝部１７の深さＴ２は、厚さＷＴと、はんだ１８の厚さＴ３との合計ＷＴ＋Ｔ３よりも大きくすることが好ましい。
【００８６】
本変形例でも、中間接続端子１５ｅと低温側電極端子１２との間の超電導線材の本数を、高温側電極端子１１と中間接続端子１５ｅとの間の超電導線材の本数よりも減らすことによって、低温側電極端子１２に侵入する侵入熱量Ｑを低減することができる。
【００８７】
また、本変形例でも、第１の実施の形態の第１の変形例から第４の変形例のいずれかに係る超電導電流リードにおける接続方法により、超電導線材を高温側電極端子１１に接続することができる。これにより、第１の超電導線材Ｗ１１、Ｗ１２に流れる電流を略等しくすることができ、高温側電極端子１１と低温側電極端子１２との間を流れる電流Ｉを、一部の超電導線材に偏流させず、各超電導線材に均等に分散して流すことができる。
（第１の実施の形態の第６の変形例）
次に、図１５を参照し、第１の実施の形態の第６の変形例に係る超電導電流リード１０ｆについて説明する。図１５は、本変形例に係る超電導電流リード１０ｆの正面図である。
【００８８】
本変形例に係る超電導電流リード１０ｆでは、第２の超電導線材Ｗ２が第１の超電導線材Ｗ１と連続した超電導線材により構成されていない。
【００８９】
図１５に示すように、本変形例に係る超電導電流リード１０ｆでは、第２の超電導線材Ｗ２のいずれも中間接続端子１５を介して第１の超電導線材Ｗ１と接続されている。第２の超電導線材Ｗ２が、第１の超電導線材Ｗ１と連続した超電導線材により構成されていないこと以外については、本変形例に係る超電導電流リード１０ｆは、図１を用いて説明した第１の実施の形態に係る超電導電流リード１０と同様に構成されている。
【００９０】
本変形例に係る超電導電流リード１０ｆは、第２の超電導線材Ｗ２のいずれも第１の超電導線材Ｗ１と連続していないため、第１の超電導線材Ｗ１の各超電導線材における高温側電極端子１１と中間接続端子１５との間の接続抵抗を等しくすることができる。これにより、製造コストの低い超電導線材又は超電導テープ線材を用いることができ、低温側に侵入する侵入熱量を低減することができるとともに、高温側電極端子１１と低温側電極端子１２との間を流れる電流Ｉを、一部の超電導線材に偏流させず、各超電導線材に均等に分散して流すことができる。
（第１の実施の形態の第７の変形例）
次に、図１６を参照し、第１の実施の形態の第７の変形例に係る超電導電流リード１０ｇについて説明する。図１６は、本変形例に係る超電導電流リード１０ｇの正面図である。
【００９１】
本変形例に係る超電導電流リード１０ｇは、第１のリード部１３が３本の第１の超電導線材Ｗ１よりなり、第２のリード部１４が２本の第２の超電導線材Ｗ２よりなる。第１のリード部１３は、互いに並列に接続された３本の第１の超電導線材Ｗ１よりなる。また、第２のリード部１４は、互いに並列に接続された２本の第２の超電導線材Ｗ２よりなる。
【００９２】
第２のリード部１４における第２の超電導線材Ｗ２の本数（第２の本数）が、第１のリード部１３における第１の超電導線材Ｗ１の本数（第１の本数）よりも少なければよく、本変形例に示すように、第２の本数、第１の本数のいずれも任意の本数にすることができる。
【００９３】
また、第２の本数と第１の本数の差も、本変形例に示すように１本でなくてもよく、２本以上であってもよい。
【００９４】
本変形例に係る超電導電流リード１０ｇも、高温側電極端子１１と低温側電極端子１２との間に中間接続端子１５を設け、中間接続端子１５と低温側電極端子１２との間の超電導線材の本数を、高温側電極端子１１と中間接続端子１５との間の超電導線材の本数よりも減らすものである。従って、製造コストの低い超電導線材又は超電導テープ線材を用いることができるとともに、低温側に侵入する侵入熱量を低減することができる。
【００９５】
また、本変形例でも、第１の実施の形態の第１の変形例から第４の変形例のいずれかに係る超電導電流リードにおける接続方法により、超電導線材を高温側電極端子１１に接続することができる。これにより、第１の超電導線材Ｗ１１、Ｗ１２に流れる電流を略等しくすることができ、高温側電極端子１１と低温側電極端子１２との間を流れる電流Ｉを、一部の超電導線材に偏流させず、各超電導線材に均等に分散して流すことができる。
（第１の実施の形態の第８の変形例）
次に、図１７を参照し、第１の実施の形態の第８の変形例に係る超電導電流リード１０ｈについて説明する。図１７は、本変形例に係る超電導電流リード１０ｈの正面図である。
【００９６】
本変形例に係る超電導電流リード１０ｈは、第２のリード部１４と低温側電極端子１２との間に設けられており、第２のリード部１４における第２の超電導線材Ｗ２の本数（第２の本数）よりも少ない本数（第３の本数）の第３の超電導線材Ｗ３よりなる第３のリード部１４ｈを有する。また、超電導電流リード１０ｈは、第２のリード部１４と第３のリード部１４ｈとの間に設けられており、第２のリード部１４の低温側電極端子１２側が接続されるとともに、第３のリード部１４ｈの高温側電極端子１１側が接続される、第２の中間接続端子１５ｈを有する。
【００９７】
第２の中間接続端子１５ｈの形状、構造、材質等は、第１のリード部１３と第２のリード部１４との間に設けられた中間接続端子１５と同様にすることができる。
【００９８】
なお、各リード部１３、１４、１４ｈが、それぞれ中間接続端子１５、１５ｈを介して高温側電極端子１１と低温側電極端子１２との間を直列に接続するものであり、各リード部１３、１４、１４ｈにおける超電導線材の本数が高温側電極端子１１側から低温側電極端子１２側に向かって順次減少するものであればよい。従って、高温側電極端子１１と低温側電極端子１２との間を直列に接続するリード部の数を任意の数ｎ（ｎ＝１、２、３・・・）にすることができ、このとき、各リード部を接続するための中間接続端子の数をｎ−１にすることができる。
【００９９】
本変形例に係る超電導電流リード１０ｈは、高温側電極端子１１と低温側電極端子１２との間に直列に接続された中間接続端子１５、１５ｈを設け、各中間接続端子において、高温側電極端子１１側における超電導線材の本数に比べ、低温側電極端子１２側における超電導線材の本数を少なくするものである。従って、製造コストの低い超電導線材又は超電導テープ線材を用いることができるとともに、低温側に侵入する侵入熱量を低減することができる。
【０１００】
また、本変形例でも、第１の実施の形態の第１の変形例から第４の変形例のいずれかに係る超電導電流リードにおける接続方法により、超電導線材を高温側電極端子に接続することができる。これにより、第１の超電導線材Ｗ１１、Ｗ１２に流れる電流を略等しくすることができ、高温側電極端子１１と低温側電極端子１２との間を流れる電流Ｉを、一部の超電導線材に偏流させず、各超電導線材に均等に分散して流すことができる。
（第２の実施の形態）
次に、図１８を参照し、第２の実施の形態に係る超電導マグネット装置２０について説明する。図１８は、超電導マグネット装置２０の構成を示す断面図である。
【０１０１】
本実施の形態に係る超電導マグネット装置２０は、第１の実施の形態に係る超電導電流リード１０を冷凍機冷却型超電導マグネット装置に応用したものである。冷凍機として、例えば１段式又は２段式のギフォード・マクマホン（Gifford-McMahon：ＧＭ）冷凍機を用いることができる。
【０１０２】
超電導マグネット装置２０は、真空容器２１、ＧＭ冷凍機２２、輻射シールド部材２３、超電導コイル２４、高温側冷却ステージ２５、低温側冷却ステージ２６、超電導電流リード１０、及び電源２７を有する。
【０１０３】
真空容器２１は、例えば略円筒状の形状を有している。真空容器２１の上面には、ＧＭ冷凍機２２が固定されている。
【０１０４】
ＧＭ冷凍機２２は、１段目冷却シリンダ２２ａ及び２段目冷却シリンダ２２ｂよりなる多段冷却シリンダ構造を有している。１段目冷却シリンダ２２ａ及び２段目冷却シリンダ２２ｂは、真空容器２１内に挿入されている。また、２段目冷却シリンダ２２ｂは、真空容器２１内に設けられた輻射シールド部材２３の内部にも挿入されている。
【０１０５】
輻射シールド部材２３は、銅、アルミニウム等の高熱伝導率部材で形成されており、例えば略円筒状の形状を有している。輻射シールド部材２３の天板の上部には、高温側冷却ステージ２５が固定されており、高温側冷却ステージ２５には、１段目冷却シリンダ２２ａが接続されている。よって、高温側冷却ステージ２５は、１段目冷却シリンダ２２ａにより冷却される。輻射シールド部材２３の天板の下部には、高温側冷却ステージ２５と接続するように２段目冷却シリンダ２２ｂが設けられている。２段目冷却シリンダ２２ｂの下側先端には、低温側冷却ステージ２６が接続されている。よって、低温側冷却ステージ２６は、２段目冷却シリンダ２２ｂにより冷却される。高温側冷却ステージ２５及び低温側冷却ステージ２６は、銅、アルミニウム等の高熱伝導率部材で形成されている。
【０１０６】
超電導コイル２４は、輻射シールド部材２３の内部に設けられている。超電導コイル２４は、Ｃｕ伝熱板２８を介して低温側冷却ステージ２６に接続されており、これにより、ＧＭ冷凍機２２により冷却されて超電導状態となる。なお、図１８に示す例では、超電導コイル２４が囲繞する空間は輻射シールド部材２３の内部に含まれているが、真空容器２１及び輻射シールド部材２３に円筒状の形状を有する凹部を設け、超電導コイル２４が凹部により画成される空間を囲繞するようにしてもよい。
【０１０７】
超電導コイル２４は、電源２７から配線２９及び超電導電流リード１０を介して電力が供給される。配線２９は、真空容器２１及び輻射シールド部材２３に設けられた絶縁碍子３０を通り、真空容器２１の外部に設けられた電源２７と、輻射シールド部材２３の内部の高温部３１において、超電導電流リード１０の高温側電極端子１１と接続される。そして、超電導電流リード１０の低温側電極端子１２は、輻射シールド部材２３の内部の低温部３２において、超電導コイル２４の図示しないコイル電極と接続される。
【０１０８】
すなわち、本実施の形態において、超電導電流リード１０は、高温側電極端子１１が、超電導マグネット装置２０内の高温部３１に接続されると共に、低温側電極端子１２が超電導マグネット装置２０内の低温部３２に接続される。
【０１０９】
本実施の形態では、超電導電流リード１０に代え、第１の実施の形態の第１の変形例から第８の変形例のいずれかに係る超電導電流リード１０ａ〜１０ｈを用いることができる。
【０１１０】
なお、超電導電流リード１０は、Ｂｉ−２２１２、ＹＢＣＯ等の高温超電導材料により構成された図示しない磁気シールド部材により囲繞されていてもよい。
【０１１１】
本実施の形態に係る超電導マグネット装置２０では、超電導電流リード１０として、製造コストの低い超電導線材又は超電導テープ線材を用いることができるとともに、低温側、すなわち超電導コイルに侵入する侵入熱量を低減することができる。従って、超電導コイル２４が温度上昇して臨界電流値が低下するか、あるいは、更に温度上昇して常電導状態に転移しないように防止することができる。これにより、ＧＭ冷凍機２２の運転に伴う消費電力を低減することができ、また、超電導マグネット装置２０の発生する磁界の安定性を高めることができる。
【０１１２】
更に、本実施の形態に係る超電導マグネット装置２０では、第１の超電導テープ線材Ｗ１及び第２の超電導テープ線材Ｗ２は、第１の超電導テープ線材Ｗ１のテープ面及び第２の超電導テープ線材Ｗ２のテープ面が、超電導マグネット装置２０が発生する磁界Ｈに略平行になるように設けられていることが好ましい。図１８に示すように、例えば、超電導電流リード１０を、超電導コイル２４の中心軸ＣＡの近傍に、中心軸ＣＡと略平行に配置することによって、超電導マグネット装置２０が発生する磁界Ｈに略平行になるようにすることができる。
ここで、酸化物超電導材料の超電導特性は異方的であり、テープ面に垂直に磁場が印加されると著しく臨界電流が低下する。そのため、超電導テープ線材を、テープ面が超電導マグネット装置２０が発生する磁界に略平行になるように配置することによって、超電導電流リードの臨界電流値が超電導マグネット装置２０の発生する磁界により低下することを防止できる。
【０１１３】
以上、本発明の好ましい実施の形態について記述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１４】
１０、１０ａ〜１０ｈ、１１０  超電導電流リード
１１、１１ａ〜１１ｄ  高温側電極端子
１２  低温側電極端子
１３  第１のリード部
１４  第２のリード部
１４ｈ  第３のリード部
１５、１５ｅ  中間接続端子
１５ｈ  第２の中間接続端子
１６  支持部材
１７、１７ａ  溝部
１８、１８ａ  はんだ
２０  超電導マグネット装置
２１  真空容器
２２  ＧＭ冷凍機
２２ａ  １段目冷却シリンダ
２２ｂ  ２段目冷却シリンダ
２３  輻射シールド部材
２４  超電導コイル
２５  高温側冷却ステージ
２６  低温側冷却ステージ
２７  電源
２８  Ｃｕ伝熱板
２９  配線
３０  絶縁碍子
３１  高温部
３２  低温部
ＣＡ  中心軸
Ｈ  磁界
Ｗ１  第１の超電導線材
Ｗ２  第２の超電導線材
【図１】
2012028041.tif 000007
【図２】
2012028041.tif 000008
【図３】
2012028041.tif 000009
【図４】
2012028041.tif 000010
【図５】
2012028041.tif 000011
【図６】
2012028041.tif 000012
【図７】
2012028041.tif 000013
【図８】
2012028041.tif 000014
【図９】
2012028041.tif 000015
【図１０】
2012028041.tif 000016
【図１１】
2012028041.tif 000017
【図１２】
2012028041.tif 000018
【図１３】
2012028041.tif 000019
【図１４】
2012028041.tif 000020
【図１５】
2012028041.tif 000021
【図１６】
2012028041.tif 000022
【図１７】
2012028041.tif 000023
【図１８】
2012028041.tif 000024