(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導機器に電力供給源から電力を供給するための電流リードであって、前記電流リードは、電気的絶縁性材料を介してその両側に配置された支持部材からなる電流リード支持体と、前記各支持部材の両端にそれぞれ接合された導電性材料からなる電流端子と、前記各支持部材の両端の電流端子間にそれぞれ接続され、前記電流リード支持体の外周に巻回された２本のテープ状の酸化物超電導線材とからなり、前記各テープ状の酸化物超電導線材は、前記電流リード支持体の外周に同方向に無誘導巻きされていることを特徴とする酸化物超電導電流リード。
【請求項２】
電流リード支持体の両側にそれぞれ接合された一対の電流端子は、互いに離間して配置されていることを特徴とする請求項１記載の酸化物超電導電流リード。
【請求項３】
電流リード支持体の両側にそれぞれ接合された一対の電流端子は、互いに電気的絶縁性材料を介して配置されていることを特徴とする請求項１記載の酸化物超電導電流リード。
【請求項４】
テープ状の酸化物超電導線材は、電流リード支持体の外周に電気的絶縁性材料を介して巻回されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の酸化物超電導電流リード。
【請求項５】
テープ状の酸化物超電導線材は、その複数枚を積層した積層体よりなることを特徴とする請求項４記載の酸化物超電導電流リード。
【請求項６】
テープ状の酸化物超電導線材は、その複数枚を並列配置したことを特徴とする請求項４記載の酸化物超電導電流リード。
【請求項７】
テープ状の酸化物超電導線材は、基板上に中間層を介して積層された超電導層及び安定化層を備えたＲｅＢａｘＣｕ３Ｏｙ系酸化物超電導線材（ここでＲｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｅｒ、Ｙｂから選択されたいずれか１種又は２種以上の元素を示し、ｘ≦２、ｙ＝６．２〜７の範囲を示す。）であることを特徴とする請求項１または４乃至６いずれか１項記載の酸化物超電導電流リード。
【請求項８】
テープ状の酸化物超電導線材は、基板面を外側にして前記電流リード支持体の外周に巻回されていることを特徴とする請求項７記載の酸化物超電導電流リード。
【請求項９】
超電導機器に電力供給源から電力を供給するための電流リードであって、前記電流リードは、電気的絶縁性材料を介してその両側に配置された非磁性のＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）、ステンレス合金、Ｎｉ基合金またはチタン合金のいずれか１種よりなる半円筒状または半円柱状の形状を有する支持部材からなる電流リード支持体と、前記各支持部材の両端にそれぞれ接合された導電性材料からなる電流端子と、前記各支持部材の両端の電流端子間にそれぞれ接続され、前記電流リード支持体の外周に巻回された２本のテープ状のＲｅＢａｘＣｕ３Ｏｙ系酸化物超電導線材（ここでＲｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｅｒ、Ｙｂから選択されたいずれか１種又は２種以上の元素を示し、ｘ≦２、ｙ＝６．２〜７の範囲を示す。）とからなり、前記各テープ状の酸化物超電導線材は、その基板面を外側にして前記電流リード支持体の外周に同方向に無誘導巻きされていることを特徴とする酸化物超電導電流リード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導を応用した低温機器、例えば、超電導マグネットに電源から電流を供給するための酸化物超電導線材を用いた電流リードに関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導応用機器、例えば、超電導マグネットを運転する場合、マグネットを超電導状態とするために極低温に冷却する必要があり、この冷却方法として２つの方式が知られている。即ち、液体ヘリウムや液体窒素等の冷媒に浸漬する方式（浸漬冷却方式）と冷凍機や冷媒からの熱伝導を利用する方式（伝導冷却方式）である。この冷却したマグネットを励磁するためには、超電導コイルに電流を流さなければならず、電源から電流を供給するための電流リードが必要である。この場合、電流リードは導電体であることが必要であるが、電気抵抗が小さくかつ熱伝導率の大きいＣｕやＡｌなどの金属を使用すると、電流リード自体のジュール発熱に加え外部からの熱侵入により超電導マグネットの冷却効率が悪くなり、超電導状態を維持するためには冷却コストが膨大になるという問題があった。特に、冷凍機を用いた伝導冷却方式の場合にこの傾向は顕著であり、冷却が不可能となる場合も生ずる。
【０００３】
この問題を解決するためには、超電導マグネットに用いる電流リードとして、導電性と低熱伝導性を両立させる必要があり、超電導マグネットでは電流リード部分も液体窒素温度以下に冷却されるため、電気抵抗及び熱伝導率の小さい酸化物超電導体を電流リードとして使用することにより、電流を供給しつつ、熱侵入量を低く抑えることが可能となる。
【０００４】
この場合、超電導電流リードに使用される超電導体として、Ｂｉ（２２２３）系あるいはＢｉ（２２１２）系等のＢｉ系とＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＹＢＣＯ）に代表されるＲｅ系酸化物超電導体のバルク体を棒状あるいは円筒状に成型したものや、銀あるいは銀合金により被覆された超電導体部分の臨界電流密度（Ｊｃ）の高い銀シース線材が用いられてきており、銀マトリックス中に超電導フィラメントの多数本を配置したテープ状の電流リードが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
前者の酸化物超電導体のバルク体を電流リードに使用した場合、バルク体が脆く、かつ機械的強度が小さいため、その製作及び使用上の間題を生ずる。即ち、バルク体自身には可撓性がなく一定以上の曲げ歪を与えると破損するという問題があり、そのため、電流リードの取り付け方向は直線方向に限られるほか、取り付け作業の際のハンドリングやマグネット運転時の振動による歪の印加を避けるために、平編み線を電極部分に設けるなど歪がバルク体に伝わらない構造とする必要があった。
【０００６】
また、後者の銀あるいは銀合金シース線材は、結晶の配向性を高めるためには圧延加工を施してテープ状に形成する必要があり、そのため、ある程度の厚さの銀あるいは銀合金シースが必要となり、シース材が熱伝導率の非常に高い銀あるいは銀合金であるため、電流リード自体の熱伝導率が大きくなる結果をもたらすという難点がある。
【０００７】
一方、電流リードとして、金属基板上に酸化物超電導層を設けたテープ状の超電導体を用いることが検討されており、酸化物超電導体と銀テープとを交互に積層したテープ状の超電導電流リードが知られている（例えば、特許文献２及び３参照。）。この場合においても、電流リード自体の熱伝導率が大きくなるという問題がある。
【０００８】
さらに、金属基板上に形成された中間層と、中間層の上に形成された酸化物超電導層と、酸化物超電導層の上に形成された安定化層を有するテープ状の酸化物超電導線材が知られており（例えば、特許文献４参照。）、このテープ状の酸化物超電導線材は、高い臨界電流値を有する上、金属基板として通常使用されているＮｉ基合金基板は、銀あるいは銀合金と比較すると、その熱伝導率は１／４程度と小さく、また、このＮｉ基合金基板の機械的強度は非常に大きくその取り扱いも容易で、酸化物超電導電流リードへの適用に非常に適した線材であるといえる。
【０００９】
このテープ状の酸化物超電導線材は、電流リードへの適用に非常に適した線材であるが、酸化物超電導体のＪｃを向上させるためには結晶粒のｃ軸を膜面（テープ面）に垂直に配向させる必要があり、このため、金属基板上に中間層を介して酸化物超電導体の薄層が形成されており、また、超電導マグネットへ大電流を供給するためにはテープ状の酸化物超電導線材と補強テープとの積層構造やテープ状の酸化物超電導線材をフォーマー等の補強部材の外周に巻回した構造とする必要がある。この場合、前者の場合には製造工程が複雑となる上、電流リード自体の熱伝導率が大きくなり易いという問題があり、一方、後者の場合には、フォーマーの可撓性を向上させる必要がある上、フォーマー等の補強部材の外周に巻回されたテープ状酸化物超電導線材に印加される歪により超電導特性が低下し易いという問題がある。
【００１０】
このような問題点を解決するために、本出願人は先に可撓性及び機械的特性に優れ、熱伝導量を低減させるとともに超電導特性に優れた酸化物超電導電流リードを出願している（特願２００７−１５４３７２参照）。
【００１１】
この発明による酸化物超電導電流リードは、超電導機器と電力供給源とを接続するための電流リードであって、可撓性を有するパイプ状の支持部材の両側に、それぞれ電気的絶縁材料からなる低熱伝導部材を介して接続された電極と、支持部材の外周に絶縁材を介して移動可能に巻回され、両電極に電気的に接続されたテープ状の酸化物超電導線材とを備え、テープ状の酸化物超電導線材のスパイラルピッチが支持部材の軸方向長さよりも小さくしたものである。
【００１２】
【特許文献１】特開平９−１１５３５６号公報
【特許文献２】特開平５−２４３０４４号公報
【特許文献３】特開平６−２８９３０号公報
【特許文献４】特開２００４−１７１８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記の酸化物超電導電流リードは、曲げ歪が印加されたときに超電導体の臨界電流値の低下が抑制されるが、熱伝導率の非常に大きい銀を安定化層として使用するため、酸化物超電導体のバルク体よりもその長さを大きくして熱侵入量を低減させる必要がある。上記の支持部材の外周にテープ状の酸化物超電導線材を巻回することにより、長さによる問題は解決されるが、超電導機器へ電流を供給するためには２本の電流リードを必要とするため、電力供給源と超電導機器との間の電流リードの配置に必要な空間を確保する必要があり、冷却空間を大きくしなければならないという問題がある。また、各電流リードの巻線部分で発生する自己磁界により電流リードの特性が低下するという問題がある。
【００１４】
本発明は、以上の問題を解決するためになされたもので、可撓性及び機械的特性に優れ、熱伝導量を低減させるとともに、電流リードの長さを小さくして、コンパクトで、かつ超電導特性に優れた酸化物超電導電流リードを提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の問題を解決するために、本発明の酸化物超電導電流リードは、超電導機器に電力供給源から電力を供給するための電流リードであって、この電流リードは、電気的絶縁性材料を介してその両側に配置された支持部材からなる電流リード支持体と、この各支持部材の両端にそれぞれ接合された導電性材料からなる電流端子と、各支持部材の両端の電流端子間にそれぞれ接続され、電流リード支持体の外周に巻回された２本のテープ状の酸化物超電導線材とからなり、各テープ状の酸化物超電導線材は、電流リード支持体の外周に同方向に無誘導巻きされているように構成したものである。
【００１６】
この電流リードは、電気的絶縁性材料を介してその両側に配置された電気的絶縁性及び低熱伝導性で、かつ非磁性の材料からなる半円筒状または半円柱状の形状を有する支持部材からなる電流リード支持体と、各支持部材の両端にそれぞれ接合された導電性材料からなる電流端子と、各支持部材の両端の電流端子間にそれぞれ接続され、電流リード支持体の外周に巻回された２本のテープ状のＲｅＢａｘＣｕ３Ｏｙ系酸化物超電導線材（ここでＲｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｅｒ、Ｙｂから選択されたいずれか１種又は２種以上の元素を示し、ｘ≦２、ｙ＝６．２〜７の範囲を示す。以下同じ。）とからなり、各テープ状の酸化物超電導線材は、その基板面を外側にして電流リード支持体の外周に同方向に無誘導巻きされているように構成することもできる。
【００１７】
以上の発明における無誘導巻きとは、電流リード支持体の両端の電流端子間にそれぞれ接続されたテープ状の酸化物超電導線材が、使用状態において逆向きに通電されることにより、互いの線材から発生する磁界が打消し合うように同方向に電流リード支持体の外周に巻回されていることを示し、この場合には、単一の電流リードで超電導機器に電力供給源から電力を供給することができる。
【００１８】
また、以上述べた発明におけるテープ状の酸化物超電導線材としては、ハステロイ（登録商標）等のＮｉ系合金基板上に中間層を介して積層された超電導層及び安定化層を備えたＲｅＢａｘＣｕ３Ｏｙ系酸化物超電導線材を用いることができ、特にＹＢａｘＣｕ３Ｏｙ（ＹＢＣＯ）超電導線材を用いることが好適する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電流リード支持体の両端部に接合された各電流端子間に接続されたテープ状の酸化物超電導線材が電流リード支持体の外周に同方向に無誘導巻きされているため、単一の電流リードで超電導機器に電力供給源から電力を供給することができ、これにより、可撓性及び機械的特性に優れ、熱伝導量を低減させることができる上、コンパクトで、かつ電流リードの巻線部分で発生する自己磁界による超電導特性の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図２は、本発明の酸化物超電導電流リードに用いられる電流リード支持体１０及びこの両端に接合された電流端子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ及び１１ｄを示したもので、同図（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれその平面図、正面図及び右側面図（左側面図も対称）を示している。
【００２１】
図２において、電流リード支持体１０は、ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）等の電気的絶縁性材料１２を介してその両側に配置された支持部材１３ａ及び１３ｂからなり、電流端子１１ａ及び１１ｂは、支持部材１３ａの両端に接合され、電流端子１１ｃ及び１１ｄは、支持部材１３ｂの両端に接合されている。
【００２２】
支持部材１３ａ及び１３ｂは、低熱伝導性で、かつ非磁性の材料からなる半円筒状（または半円柱状）の形状を有し、一方、電流端子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ及び１１ｄは、無酸素銅等の導電性材料からなる半円板状の一側にそれぞれ矩形状の接続部材１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄを形成した形状を有し、各支持部材１３ａ及び１３ｂの両端にそれぞれ接合されている。
【００２３】
電流端子１１ａ、１１ｃ及び１１ｂ、１１ｄは、それぞれＧＦＲＰ等の電気的絶縁性材料を介して接合され、半円板状の部分の接合により、電流リード支持体１０と同一外径を有し、電流リード支持体１０の表面と同一表面をなすように電流リード支持体１０の両側に接合されている。この電気的絶縁性材料を介して接合された電流端子１１ａ、１１ｃ及び１１ｂ、１１ｄは、図２（ａ）に示すように、各支持部材１３ａ及び１３ｂの両端に延長して伸びる電気的絶縁性材料１２を介して、電流リード支持体１０の両側に接合することもでき、あるいは、電流端子１１ａ、１１ｃ及び１１ｂ、１１ｄを、それぞれ離間して配置することもできる。
【００２４】
上記の電流リード支持体１０を形成する低熱伝導性で、かつ非磁性の材料からなる支持部材１３ａ及び１３ｂとしては、ＧＦＲＰの他、ステンレス合金、Ｎｉ基合金またはチタン合金のいずれか１種よりなるものを用いることができる。この場合、電流リード支持体１０が電気的絶縁性を有しないステンレス合金等であるときは、図２（ａ）に示すように、電流端子１１ａ、１１ｃ及び１１ｂ、１１ｄは、それぞれＧＦＲＰ等の電気的絶縁性で、かつ低熱伝導性の中間部材１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び１５ｄを介して電流リード支持体１０の両側に接合される。
【００２５】
図１は、上記の電流リード支持体１０の両端に接合された電流端子１１ａ及び１１ｂ、１１ｃ及び１１ｄ間にテープ状の超電導線が接続された酸化物超電導電流リード２０を示している。尚、同図において図２と同一部分は同符号で示した
図１において、模式的に示したテープ状のＲｅＢａｘＣｕ３Ｏｙ系酸化物超電導線材Ａ（太い実線）及びＢ（太い点線）は、ハステロイ等のＮｉ系合金基板上に中間層を介して積層された超電導層及び安定化層を備えたＲｅＢａｘＣｕ３Ｏｙ系酸化物超電導線材からなり、電流リード支持体の外周にカプトンテープ（登録商標）等の電気的絶縁テープを介して、その基板面を外側にして電流リード支持体１０の外周に同方向に無誘導巻きされるように巻回されており、それぞれの超電導線材Ａ及びＢは、絶縁されるとともに、超電導線材Ａは、電流端子１１ａ及び１１ｂの半円板状の部分にその超電導層が半田接続され、同様に超電導線材Ｂは、電流端子１１ｃ及び１１ｄの半円板状の部分にその超電導層が半田接続されている。この場合、電流リード支持体１０が電気的絶縁性材料により形成されているときは、電流リード支持体の外周の電気的絶縁テープあるいは超電導線材Ａ及びＢの絶縁を省略することも可能である。
【００２６】
また、ＲｅＢａｘＣｕ３Ｏｙ系酸化物超電導線材Ａ及びＢは、通常その幅が１．０〜５．０ｍｍ、超電導層の厚さが０．５〜３．０μｍ、安定化層の厚さが０．０１〜０．２ｍｍの範囲内のものが用いられる。超電導線材の幅が１．０ｍｍ未満であると、電流リードとしての通電容量を確保することが困難となり、一方、その幅が５．０ｍｍを超えると通常使用される小径の円柱状または円筒状の電流リード支持体の外周に巻回することが困難となる。また、超電導層の厚さが０．５μｍ未満であると電流リードとしての通電容量を確保することが困難となり、一方、その厚さが３．０μｍを超えると、超電導層の密度の低下やクラックの発生により超電導特性が低下する。さらに、安定化層の厚さが０．０１ｍｍ未満であると安定化層としての役割、即ち、過電流や温度上昇等により超電導状態から常電導状態に転移したときに安定化層に分流させて超電導層の焼損を防止することが困難となり、一方、その厚さが０．２ｍｍを超えると熱侵入量が大きくなり、電流リードの性能を低下させる。
【００２７】
このＲｅＢａｘＣｕ３Ｏｙ系酸化物超電導線材Ａ及びＢは、それぞれテープ状のＲｅＢａｘＣｕ３Ｏｙ系酸化物超電導線材の複数枚を積層した積層体より構成することもでき、またはその複数枚を並列配置して構成することもできる。
【００２８】
超電導線材Ａ及びＢは、その基板面を外側にして電流リード支持体１０の外周に巻回することにより、曲げ歪が印加されたときの超電導特性の低下を抑制することができる。即ち、超電導線材Ａ及びＢを、そのスパイラルピッチが電流リード支持体の軸方向長さよりも小さく、かつ電流リード支持体の外周に移動可能に巻回することにより、電流リード２０に曲げ歪が印加された場合に、超電導線材Ａ及びＢが絶縁テープ上を滑ってスパイラルピッチＰ内で圧縮及び引張歪を相殺して吸収することができ、これにより、電流リード２０に曲げ歪が印加されたときの超電導層に付加される歪量を軽減することが可能となる。
【００２９】
以上から明らかなように、本発明による酸化物超電導電流リードは、単一の電流リードで酸化物超電導機器に電力供給源から電力を供給することができ、電流リードの巻線部分で発生する自己磁界による超電導特性の低下を抑制することができるため、従来の比較例１の電流リード本体の外側にテープ状の超電導線材を巻回した電流リードを２本用いた場合と比較してその熱侵入量を著しく低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明による酸化物超電導電流リードは、超電導機器に電力供給源電源から電流を供給するための電流リードに使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の酸化物超電導電流リードの一実施例を示す正面図である。
【図２】本発明の酸化物超電導電流リードに用いられる電流リード支持体及びその両端に接合された電流端子の一実施例を示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）及び右側面図（ｃ）である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  電流リード支持体
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 電流端子
１２、１２´ 電気的絶縁性材料
１３ａ、１３ｂ 支持部材
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ 接続部材
１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ 中間部材
２０ 酸化物超電導電流リード
Ａ、Ｂ ＲｅＢａｘＣｕ３Ｏｙ系酸化物超電導線材
【図１】
0005011181.tif 000002
【図２】
0005011181.tif 000003