(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍機冷却型超電導マグネットに用いられるとともに超電導コイルに接続される酸化物超電導電流リードの両端に設けられ、当該酸化物超電導リードを支持するとともに電気接続する電極構造において、前記酸化物超電導電流リードの両端に装着される一対のキャップと、前記一対のキャップの夫々一端に接続された一対の高温側電極の接続部と低温側電極の接続部とを備え、前記高温側電極の接続部は、前記キャップに接合される一端側がＵ字形状に２回折り曲げたフレキシブルなＳ字形状の部位を備えた板材からなり、前記低温側電極の接続部は前記キャップに接合される一端側がフレキシブルなＵ字形状の部位を備えた板材からなり、前記低温側電極の接続部に接続される端子部がＬ字形状を有し、前記高温側電極の接続部には前記Ｓ字形状の部位から延在している端子部が形成され、前記Ｓ字形状の部位の屈曲部及び前記Ｕ字形状の部位の屈曲部の少なくとも一方に少なくとも一本の切り込みからなるスリットを設け、前記Ｓ字形状の部位と、前記Ｕ字形状の部位は、前記中心軸回りに互いに９０度回転した位置に設けられていることを特徴とする酸化物超電導電流リードの電極構造。
【請求項２】
請求項１記載の酸化物超電導電流リードの電極構造において、前記両端のＵ字形状の部位は、前記酸化物超電導電流リードの中心軸回りに互いに位置ずれして設けられていることを特徴とする酸化物超電導電流リードの電極構造。
【請求項３】
請求項１記載の酸化物超電導電流リードの電極構造において、前記キャップは軸方向に設けられた切り込みからなる少なくとも２本のスリットを備えていることを特徴とする酸化物超電導電流リードの電極構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍機冷却型超電導マグネットの超電導コイルに接続される酸化物超電導電流リードの電極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図４に示すような冷凍機冷却型超電導マグネットが提案されている。
【０００３】
図４に示すような超電導マグネット５０においては、真空容器５１内にコイル巻枠５２が配置され、コイル巻枠５２には、所謂超伝導コイル５３が巻かれている。コイル巻枠５２の外周面には、外周冷却用銅ブロック５４が装着され、外周冷却用銅ブロック５４はコイル巻枠５２とともに冷却ステージ５５に装着されている。そして、この冷却ステージ５５は、冷媒（例えば、ヘリウム）通路管部５６に支持されている。
【０００４】
さらに、冷却ステージ５５には、一対の電極（以下、この電極を低温側電極と呼ぶ）５７及び５７が絶縁体（図示せず）を介して支持され、図示はしないが、これらの低温側電極５７及び５７はコイル５３に夫々接続されている。冷却ステージ５５の下側には、別の冷却ステージ５８が冷媒通路管部５６に支持されており、この冷却ステージ５８には、一対の電極（以下、この電極を高温側電極と呼ぶ）５９及び５９が絶縁体（図示せず）を介して支持されている。夫々対応する低温側電極５７と高温側電極５９との間には、酸化物超電導電流リードバルク６０が夫々装着されており、これらの低温側電極５７、高温側電極５９、及び電流リードバルク６０によって超電導電流リード部が構成される。
【０００５】
超電導コイル５３は、冷却ステージ５８の外周端に支持された熱シールド板６１によって、覆われている。高温側電極５９及び５９には、銅製電流リード６２が接続され（図５には、高温側電極５９に接続された銅製電流リード６２のみを示す）、この銅製電流リード６２は、真空容器５１外に引き出されている。なお、真空容器５１の下側には、所謂ＧＭ冷凍機６３が取り付けられ、この冷凍機６３は冷媒通路管部５６に連結されている。
【０００６】
このような従来の冷凍機冷却型の酸化物超電導電流リードに通電するための電極として、図５及び図６に示すような高温及び低温側電極（銅キャップ）５７，５９を使用していた。
【０００７】
図５は従来の酸化物超電導電流リードを示す部分側面断面図、図６（ａ）は図５の酸化物超電導リードの銅キャップを示す平面断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）の銅キャップの正面断面図、図６（ｃ）は図６（ｂ）の銅キャップの一側面図、図６（ｄ）は図６（ｂ）の銅キャップの他の側面図である。
【０００８】
図５に示すように、中空円筒状の酸化物超電導電流リードバルク６０の両端に銅キャップ５７，５９が装着され、符号６５に示すように、半田付けされて固定されている。ここで、銅キャップ５７と、５９とは同様な形状を備えているので、ここでは，銅キャップ５７についてのみ説明する。
【０００９】
図６を参照すると、銅キャップ５７は、円筒状の外筒部５７ｂと、この外筒部５７ｂの内部を通って一端側に圧入されて装着される内円筒部５７ｃとを備えている。また、外円筒部５７ｂの一端から軸方向外方に板状の接続部５７ｄが設けられており、この接続部には、固定するためのねじ孔５７ａ，５７ａが設けられている。
【００１０】
酸化物超伝導電流リードバルク６０の一端は、銅キャップ５７の外円筒部５７ｂ，５７ｃとの問に、挟み込まれ、半田付けによって接合固定される。
【００１１】
この銅キャップ５７，５９は、液体窒素中（７７Ｋ）において１０００Ａ通電したとき接続抵抗は、０．２μオーム以下となり、良好な値を示していた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の銅キャップ電極を用いた電流リードを装置に組み入れた場合、熱収縮（最も低くなるところで約５Ｋ）あるいは振動等による外力が直接電流リードに加わり、電極部の接続抵抗が大きくなってしまったり、場合によっては電流リードが破損してしまうことがあった。
【００１３】
したがって、外力を緩和するため、図７に示すように、酸化物超伝導電流リードバルク６０の片側電極に銅網線６６を用いるなどして、その先端部６６ａを装着してフレキシブルな構造を採用した事もあった。
【００１４】
この従来の編電極では、外力緩和を図る事はできたが、銅網線６６を符号６５に示すように、半田付けしなくてはならないため、半田付けに時間を要し、また、網線であるため半田が部分的についていない事があった。このため、電極部での接続抵抗に関しては、個々のばらつきが大きいとともに、接続抵抗もＣｕキャップ電極に比べて大きくなっていた。例えば、接続抵抗の基準値０．５μΩ以下（１０００Ａ通電時）をクリアしないものも出ていた。
【００１５】
そこで、本発明の技術的課題は、冷凍機冷却型の超電導マグネットに使用する酸化物超電導電流リードの電極に関して、冷却時の熱収縮あるいは振動等の外力による電流リードへの荷重負荷を軽減し、電流リードの破損防止、特性劣化防止することができる酸化物超電導電流リードの電極構造を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、冷凍機冷却型超電導マグネットに用いられるとともに超電導コイルに接続される酸化物超電導電流リードの両端に設けられ、当該酸化物超電導リードを支持するとともに電気接続する電極構造において、前記酸化物超電導電流リードの両端に装着される一対のキャップと、前記一対のキャップの夫々一端に接続された一対の高温側電極の接続部と低温側電極の接続部とを備え、前記高温側電極の接続部は、前記キャップに接合される一端側がＵ字形状に２回折り曲げたフレキシブルなＳ字形状の部位を備えた板材からなり、前記低温側電極の接続部は前記キャップに接合される一端側がフレキシブルなＵ字形状の部位を備えた板材からなり、前記低温側電極の接続部に接続される端子部がＬ字形状を有し、前記高温側電極の接続部には前記Ｓ字形状の部位から延在している端子部が形成され、前記Ｓ字形状の部位の屈曲部及び前記Ｕ字形状の部位の屈曲部の少なくとも一方に少なくとも一本の切り込みからなるスリットを設け、前記Ｓ字形状の部位と、前記Ｕ字形状の部位は、前記中心軸回りに互いに９０度回転した位置に設けられていることを特徴とする酸化物超電導電流リードの電極構造が得られる。
【００１８】
また、本発明によれば、前記酸化物超電導電流リードの電極構造において、前記両端のＵ字形状の部位は、前記酸化物超電導電流リードの中心軸回りに互いに位置ずれして設けられていることを特徴とする酸化物超電導電流リードの電極構造が得られる。
【００２０】
また、本発明によれば、前記の酸化物超電導電流リードの電極構造において、前記キャップは軸方向に設けられた切り込みからなる少なくとも２本のスリットを備えていることを特徴とする酸化物超電導電流リードの電極構造が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図１（ａ）は本発明の実施の形態による酸化物超電導電流リード部を示す正面断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の酸化物超電流リード部の高温側電極の部分側面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の酸化物超電流リード部の低温側電極の部分側面図である。
【００２３】
図１（ａ）に示すように、酸化物超電導電流リードは、中空円筒状の酸化物超電導電流リードバルク２０と、その一端に設けられた高温側電極と、他端に設けられた低温側電極とを備えている。酸化物超伝導リードバルク２０は先の従来例のところで説明したものと同様に、中空円筒形状を備えている。夫々の電極は十分に焼きなましされた銅から形成されている。
【００２４】
高温側電極は、銅からなるキャップ部１と、その一端に半田付け等によって一端が接合された接続部２とを備えたキャップ状を呈している。キャップ部１は、従来技術のところで説明したものと同様に、２重円筒構造である。しかし、本発明の実施の形態によるものは、軸方向に設けられた開口側からの切り込みによるスリット３ａを備えている点で従来技術によるものとは異なっている。また、接続部２は長尺状の銅板の一端をＵ字形状に２回、即ち、Ｓ字形状に折り曲げた形状を有している。接続部２のキャップ部・側の折り曲げ部（Ｒ部）２ａには、後に詳しく説明するように、長さ方向に切り込みが設けられており、この部分にフレキシビリティを持たせてある。また、折り曲部２ａ，２ｂに連続した他端側は真っ直ぐで長孔２ｄが形成された端子部２ｃとなっている。
【００２５】
また、低温側電極は、銅からなるキャップ部３と、その一端に半田付け等によって一端が接続された接続部４とを備えている。キャップ部３はキャップ部１と同様に２重円筒形状で開口側からスリット３ａが設けられている。接続部４のキャップ部１に接合された側と反対の他端側は、支持台５に半田付けされている。
【００２６】
また、支持台５には、円形の孔部６ａ，６ａを備えたＬ字形状の細長い銅板６が端子部として設けられている。
【００２７】
なお，接続部２，４は、酸化物超電導電流リードブロック２０を介して、軸回りに互いに９０度ずれた位置となるように、設けられている。
【００２８】
図２（ａ）は接続部２の屈曲部２ａを示す部分平面図、図２（ｂ）は接続部２の屈曲部２ａを示す部分正面図，図２（ｃ）は接続部２の屈曲部２ａを示す斜視図である。
【００２９】
図２を参照すると、接続部２は屈曲部２ａを通過するように、屈曲部に沿って２本の切り込みからなるスリット２１，２１が設けられている。これによって、屈曲部２ａはフレキシブルとなる。
【００３０】
図３（ａ）は低温側電極を示す平而断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の低温側電極の縦断面図である。
【００３１】
図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照すると、キャップ部３は２重円筒形状であり、外側の円筒部には、軸方向に２本のスリット３ａ，３ａが設けられている。キャップを支持する接続部４はＵ字形状であり、その屈曲部（Ｒ部）を通過するように、長さ方向に切り込みからなるスリット４１が、図２のスリット２１と同様な形状で設けられている。
【００３２】
このような酸化物超電導電流リード部を作製するには、図１に示すように、酸化物超伝導リードバルク２０の両端に高温側電極及び低温側電極のキャップ部１，３の開口を夫々差し込めばよい。
【００３３】
また、キャップ部１，３と接続部２，４との接合は、酸化物超伝導リードバルク２０にキャップ部１，３を設けた後でも良いが、夫々の接続部のＵ字形状の位置が軸回りに９０度ずれるように、構成しなければならない。
【００３４】
このように、本発明の実施の形態による電極構造においては、酸化物超電導電流リードの両端電極ともに、Ｕ字型の板を取りいれた構造とし、Ｕ字は高温側と低温側とで９０度の角度を持たせている。このＵ字部分には、更にフレキシブルとするため、夫々２本のスリット２１，２１及び４１，４１を入れている。
【００３５】
さらに、キャップ部１，３には、スリット３ａが設けられているために、熱収縮による電極の円周方向に加わる応力を緩和することができる。
【００３６】
次に、本発明の実施の形態による電極構造を用いた電流リードを使用して、その作用効果について検討した。
【００３７】
その時の接続抵抗は安定して０．２μΩ以下（液体窒素温度７７Ｋにおいて、１０００Ａ通電時）となり、個々のばらつきは殆ど無かった。（仕様０．５μΩ以下をクリア）また、本発明の電極構造により、電流リードの長手方向、横方向において、３ｍｍ前後の変位であれば吸収可能であった。
【００３８】
また、実際の熱収縮量は最大となる長手方向で１ｍｍ以下であるため、十分許容可能である。
【００３９】
また、本発明の実施の形態による電極構造では、数百グラムの外力で約３ｍｍ変位し、実際に電流リードに加わる熱収縮力あるいは他の外力は大きく見積もっても２ｋｇであり、本電極で外力を吸収可能である。これにより、電流リードには殆ど外力が加わる事が無くなることが判明した。
【００４０】
なお、本発明の実施の形態による電極構造を用いた電流リードは、冷凍機冷却超電導マグネットに組み込まれ、１年以上経過しているが、問題なく稼動している。
【００４１】
以上説明した本発明の実施の形態による電極構造では，冷凍機冷却型超電導マグネットの電流リードにする以外に（超電導マグネットに限らず）冷凍機あるいは液体ヘリウムを使用する低温機器への電流通電用電極として有望である。
【００４２】
また、本発明の実施の形態による電極構造では、酸化物超電導一般（Ｂｉ系超電導体、Ｙ系超電導体、酸化物Ａｇシース線材等）にも適用できる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、冷凍機冷却型の超電導マグネットに使用する酸化物超電導電流リードの電極に関して、冷却時の熱収縮あるいは振動等の外力による電流リードへの荷重負荷を軽減し、電流リードの破損防止、特性劣化防止することができる酸化物超電導電流リードの電極構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態による酸化物超電導電流リード部を示す正面断面図である。
（ｂ）は（ａ）の酸化物超電流リード部の高温側電極の部分側面図である。
（ｃ）は（ａ）の酸化物超電流リード部の低温側電極の部分側面図である。
【図２】（ａ）は接続部２の屈曲部２ａを示す部分平面図である。
（ｂ）は接続部２の屈曲部２ａを示す部分正面図である。
（ｃ）は接続部２の屈曲部２ａを示す斜視図である。
【図３】（ａ）は低温側電極を示す平面断面図である。
（ｂ）は（ａ）の低温側電極の縦断面図である。
【図４】従来技術による冷凍機冷却型超電導マグネットを示す図である。
【図５】従来の酸化物超電導電流リードを示す部分側面断面図である。
【図６】（ａ）は図５の酸化物超電導リードの銅キャップを示す平面断面図である。
（ｂ）は（ａ）の銅キャップの正面断面図である。
（ｃ）は（ｂ）の銅キャップの一側面図である。
（ｄ）は（ｂ）の銅キャップの他の側面図である。
【図７】従来の酸化物超伝導電流リードバルク６０の電極の他の例を示す正面図である。
【符号の説明】
１    キャップ部（高温側電極）
２    接続部
２ａ，２ｂ      折曲部（Ｒ部）
２ｃ    端子部
２ｄ    長孔
３    キャップ部（低温側電極）
３ａ    スリット
４    接続部
５    支持台
６    端子部
６ａ    孔部
２０    酸化物超電導電流リードバルク
２１，４１  スリット
５０    超電導マグネット
５１    真空容器
５２    コイル巻枠
５３    超伝導コイル
５４    外周冷却用銅ブロック
５５    冷却ステージ
５６    通路管部
５７    低温側電極
５７ａ    ねじ孔
５７ｂ    外円筒部
５７ｃ    内円筒部
５７ｄ    接続部
５８    冷却ステージ
５９    高温側電極
６０    酸化物超伝導電流リードバルク
６１    熱シールド板
６２    銅製電流リード
６３    ＧＭ冷凍機
６６    銅網線
【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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