JPH04121081A - 超電導磁石荷重支持体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超電導磁石に働く荷重を支える荷重支持体、
特に超電導磁気浮上鉄道の超電導磁石を支持する構造体
に関する。

〔従来の技術〕

従来技術として、特開昭５６−７４１３号公報が挙げら
れる。この従来例は、外槽の両側板に対して、中心軸お
よびその細部と、中空軸およびねじが設けられ、その外
側にＦＲＰ等からなるパイプ成形材が各円錐形に構成さ
れ、ステンレス等からなる折返し材も同様に円錐形に構
成される。そして最外部のパルプ成形部材は中央のリン
グにはまり込んでいて、パイプ部材の各端部はねじによ
り軸、リング等に完全に固定される。これにより少ない
支持カラム配置で超電導磁石の内槽支持を行うことがで
きる。

〔発明が解決しようとする課題〕

この従来の断熱支持体の最大の問題点は、各方向の負荷
に対する剛性のバランスが不充分であること１円錐形の
コーン部材の小径側の応力が高くなること、コーンと締
結部材間の充分強固な締結が難かしいなどの点にあった
。

本発明の目的は、各方向の負荷に対する剛性のバランス
のとれたコーン形状を有する荷重支持体を提供すること
にある。本発明の他の目的は、コーン内の応力が均一化
するようなコーン形状を有する荷重支持体を提供するこ
とにある。本発明の他の目的は、極低温環境下でも充分
強固な締結部強度を有する荷重支持体を提供するにある
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、荷重支持体に鋤（軸方向負
荷と横方向負荷に対する剛性をほぼ等しくなるように、
コーン角度を設定したものである。

上記他の目的を達成するために、コーン内の応力の高い
小径側の肉厚を厚く、応力の低い大径側の肉厚を薄くし
て、応力分布を均一化したものである。

また上記他の目的を達成するために、コーンと締結部材
との接着強度、接触強度、抜は出し強度を上昇すべく締
結部材の表面に加工を施したり、機械的なはめ込み部を
有する締結構造としたものである。また極低温環境下で
の締結部材間の熱収縮の違いによる締結力の低下を防ぐ
べく低剛性締結体を使用したものである。さらに締結部
の接着強度、締結強度を充分なものとするために、おじ
による締付け過程に、ＦＲＰコーンと締結部材間ですべ
りを伴わないように締付け部材を回転部材と非回転部材
に分割したものである。

すなわち、本発明は、超電導磁石を格納する内槽と、こ
の内槽を複数のＦＲＰ　（繊維強化プラスチックス）コ
ーンで支持して格納する真空容器より成る外槽と、を備
えた超電導磁石荷重支持体において、ＦＲＰコーンの大
径側の該コーン中心軸と直交する面とのなす角度が３５
〜５５度に形成されていることを特徴とするものである
。

また、本発明は、超電導磁石を格納する内槽と。

この内槽を複数のＦＲＰコーンで支持して格納する真空
容器より成る外槽と、を備えた超電導磁石荷重支持体に
おいて、ＦＲＰコーンの大径側の該コーン中心軸と直交
する面とのなす角度が３５〜５５度に形成されていると
共に、ＦＲＰコーンは高応力部位の肉厚が他部位より厚
く形成されていることを特徴とするものである。ここで
、ＦＲＰコーンの両端の締結部材との接合部における該
コーン端部の肉厚が他部位より厚く形成されているもの
がよい。

また、本発明は、前記荷重支持体において、ＦＲＰコー
ンと該コーンを固定する固定部材との接触面となる固定
部材の面に小さな凹凸が多数設けられているものである
。または、ＦＲＰコーンと該コーンを固定する固定部材
との接合部に該ＦＲＰコーンを抜出不能にするくさび状
のテーパ部材が介在されているものである。または、Ｆ
ＲＰコーンと該コーンを固定する固定部材との接合部分
におけるＦＲＰコーンに抜止用の突起が一体に形成され
ているものである。

また、前記荷重支持体において、ＦＲＰコーンを固定す
る固定部材はねじ締付部材よりなると共に、ねじ締付部
材はねじを有するねじ部とＦＲＰコーンに直接面圧を及
ぼす押圧部とに分割され、ねじ部の回転動が押圧部に非
伝導に形成されているものがよい。ここで、固定部材の
ＦＲＰコーンとの接触面にローレット状の凹凸が多数設
けられているものがよい。

また、前記荷重支持体において、内側のＦＲＰコーンの
小径側を固定台座に締結固定するボルト及び／又は他の
固定部材の剛性が低く形成されてＦＲＰコーンと前記他
部材との熱収縮量の差を吸収する締め付け弾性伸びが貯
えられるよう形成されているものがよい。ここで、ボル
トの首下部に径を細くした伸び可能部が形成されている
ものがよい。また、Ｆ’ＲＰコーンと固定部部材との接
触部分の締結前における初期寸法は、前記接触部分に隙
間が生じるように設定されているものがよい。

また、前記荷重支持体において、ＦＲＰコーンを固定す
る固定部材はＦＲＰコーンと該固定部材との接触面に直
交する方向に軸を有する多数のボルトで形成されている
ものがよい。ここで、被固定部材は複数のスリットが形
成されている、又は複数個に分割されているものがよい
。

〔作用〕

コーンの軸方向の剛性はコーン角度が大になる（とがっ
た形状になる）程上昇し、逆に横方向の剛性はコーン角
度が小になる（平たい形状になる）程上昇する。従って
これら面剛性が等しくなるコーン角度が剛性上バランス
のとれた形状となる。

また、コーンに加わる応力はコーンの厚さが一定の場合
、その小径側と大径側でほぼその径の比に反比例した大
きさとなるため、このコーンの肉厚分布をこの応力の大
きさに対応して設定すれば、断熱特性を損うことなく高
強度が達成できる。

また、ＦＲＰコーンと締結部材との締結部は、極低温状
態で使用される場合、ＦＲＰコーンの熱収縮が締結部材
のそれよりも大きく、接着界面が剥離したり、締付け面
圧が低下して締結強度を損うことになるが、接着界面に
凹凸をつけたり、機械的なはめ込み部を設けることによ
り、たとえ剥離が発生しても機械的なかみ合いにより充
分な締結強度が確保でき、締付け部材の剛性を低くして
おくことにより同一締付け力で大きな締め代が確保でき
ることになり、この大きな締め代で、ＦＲＰコーンの熱
収縮と締付け部材の熱収縮の差の分を充分吸収できるこ
とになる。また、ＦＲＰコーンと締結部材が締結過程中
に相対すべりを伴わないように締結部材を分割すること
により、均一な接着層あるいは安定した締結面圧を得る
ことができ、充分高い締結強度を得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。外側
コーン６と外槽側取付台座１０とは、締結部材１１に設
けたねじ１３により締め付けられる。コーンとこれら部
材間の接合面はねじ締め付けの面圧のみか、あるいは接
着剤１２の介在により強固に締結させられている。外側
コーン６と折返し部材９、あるいは内側コーン５と折返
し部材９は締結部材１］’　、あるいは１１′によって
同様に強固に締結させられている。

内側コーン５と内槽側台座７とはボルト８により締め付
けられる。この場合の接合面も同様にボルト締付けの面
圧のみか、あるいは接着層１２の介在により強固に締結
させられている。ここに使われている内側コーン５及び
外側コーン６のコーン角度θと、それぞれのコーンの大
径側から小径側への単位温度当りの熱流量Ｑと軸方向（
２方向）剛性Ｇｚあるいは横方向（Ｘ方向）剛性Ｇｘの
比である下記式（１）で示される比剛性５−８Ｓ　−Ｓ
＝Ｇ／Ｑ　　　　　　　　　　　・・・・・・（１）の
関係を計算し、材料の熱伝導率λと弾性率Ｅで乗除した
無次元値で示すと第２図の如くなる。本荷重支持体は断
熱特性が高く、かつ、全方向の剛性が高いことが要求さ
れることから、比剛性Ｓ・Ｓは高い程良く、本発明の如
く、コーン角度θが３５から５５°の範囲で成形すれば
、最大剛性の８０％は確保されることになり、これらの
要求に沿ったものが得られる。

本発明の他の実施例を第３図に示す。本実施例は、コー
ンの内径側と外径側の肉厚比、例えば、外側コーン６の
場合にはｔ＾／ｌａ、内側コーン５の場合にはｔａ／ｌ
ｂをそれぞれのコーンの内径と外径の比の逆数、例えば
外側コーンの場合ｒｓ／ｒ＾、内側コーンの場合ｒｂ／
ｒａにそれぞれ等しくすることにより、第４図の応力分
布計算例の実線に示す如く、応力分布がほぼ均一になり
、破線で示す肉厚一定のコーンの場合に比へで、小径側
の最大応力をかなり減少させることができ、強度の向上
が達成される。

肉厚分布を調節して最大応力を低下させる他の実施例を
第５図に示す。コーン５又は６と締結部材１１．１１′
及び１１′との接合部におけるコーンの肉厚ｔ６をコー
ン主部の肉厚ｔｃよりも充分厚くし、かつ、このコーン
主部と接合部を曲線、例えば円弧Ｒでつなぐ形状にする
ことにより、応力分布がコーン両端の接合部近傍におい
ても略均−になり、−層最大応力を低下させ強度の向上
を達成することができる。

本発明の他の実施例を第６図に示す。本発明ではコーン
５，６と台座７，１０、折返し部材９、締結部材１１．
１１’　　　１１″′との接着界面の、台座７，１０、
折返し部材９、締結部材１１，１１’　、１１’側に凹
凸の加工１４を施し、極低温状態でのこれらの部材の熱
収縮の差による接着はく離が発生しても、凹凸の加工１
４を介して、コーン５あるいは６と台座７，１０、折返
し部材９、締結部材１１．１１’　　　１１″Ｌとの力
の伝達が可能となり、熱負荷にも強い締結を得ることが
できる。

本発明の他の実施例を第７図に示す。本発明では、台座
７，１０．折返し部材９、締結部材１１゜１１’　、１
１’の接着面にあたる場所に角度が５度程度のテーパ１
５を設け、この部分に接着剤１２を充てんすることによ
り、極低温状態でのこれらの部材の熱収縮の差による接
着はく離が発生しても、このテーパ１５を介して、コー
ン５，６と台座７，１０、折返し部材９、締結部材１１
，１１’　、１１’間の力の伝達が可能となり、同様に
熱負荷にも強い締結を得ることができる。

本発明の他の実施例を第８図に示す。本発明では、内側
コーン５及び外側コーン６の両端部にリング状の突起１
６を設け、極低温状態でのコーン５．６と台座７，１０
、折返し部材９、締結部材１１．１１’　、１１’間の
熱収縮の差による接着はく離が発生しても、このリング
状突起１６を介して、コーン５，６と、台座７，１０、
折返し部材９、締結部材１１．１１’　　１１’との力
の伝達が可能となり、熱負荷にも強い締結を得ることが
できる。

本発明の他の実施例を第９図に示す。本実施例では、締
結部材１１、あるいは１１’　、１１”をねじ部１１Ａ
と受圧部１１Ｂに分割しているため、ねじ部１１Ａを回
して締め付ける過程で、受圧部１１Ｂとコーン５は相対
すべりを伴うことなく締め付けられることになり、充分
安定した締結強度が得られることになる。

本発明の他の実施例を第１０図に示す。本実施例では、
接着を伴なわないねじ締結のみによってコーン５あるい
は６と、台座７，１０、折返し部材９、締結部材１１Ａ
、ＩＩＢ、１１’　Ａ、１１’　Ｂ、１１’　Ａ、１１
’　Ｂ、８Ｂを締結するものである。この場合、受圧部
１１Ｂ、１１’　Ｂ、１１’Ｂ、８Ｂ及び台座７，１ｏ
、折返し部材９のコーン５，６との接触面にローレット
状の凹凸２０を設けており強固な締結強度が得られる。

本発明の他の実施例を第１１図に示す。本実施例では、
取付ボルト８の首下部に径を細くした伸び部８′を設け
ておく。このようにすると、常温で取付ボルト８を締め
付けて、極低温に冷却された場合、ＦＲＰコーン５の熱
収縮量と台座７及び取付ボルト８の熱収縮量の差の分だ
け取付ボルト８はゆるむことになるが、取付ボルト伸び
部８′に充分な締め付け弾性伸びが貯えられているため
、この熱収縮量の差によるゆるみをほとんど無視できる
ようになり、極低温でも充分強固な締結強度が得られる
。

本発明の他の実施例を第１２図（ａ）（ｂ）に示す。本
実施例の締結部の締結前の状態を同図（ｂ）に示すが、
この状態では、ＦＲＰコーン５と締結部材１１との下部
接触端にすき間δが生じるように各々の初期寸法を設定
しておき、締結終了時には、同図（ａ）に示すように全
接触面で充分な面圧を受けるように締め付ける。この場
合、この初期すき間δを、ＦＲＰコーン５と、締結部材
１１、折り返し部材９との熱収縮量の差よりも充分大き
く設定しておくことにより、極低温でも充分強固な締結
強度が得られることになる。

本発明の他の実施例を第１３図に示す。本実施例は、コ
ーン５，６と締付リング１８．１８’１８′、折返し部
材９、との締結を締付ボルト１７．１７’　　　１７’
で行なうものである。この場合、締付過程で、締付リン
グ１８．１８’１８′が周方向に自由に収縮できないと
、コーン５．６と充分高い面圧での連結が不可能となる
ため、締付リング１８．１８’　　　１８’には多数の
スリット１９を設けて周方向の剛性を下げておく。

本方法では、周方向に多数の締付ボルト１７゜１７’　
、１７’で締付けられるため各部位でのばらつきの少な
い安定した締結強度が得られることになる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、超電導磁石の荷重支持体の全方向の剛
性を均一に高くとれるため、超電導磁石のあらゆる方向
の加振力に対して超電導コイルの振動変形を小さくする
ことができる。従って、超電導コイルのクエンチの防止
に効果がある。

また、ＦＲＰコーンの強度を上げることができるため、
クエンチの起こりにくい、信頼性の高い超電導磁石を提
供できる。

また、ＦＲＰコーンと締結部材との充分な締結強度が得
られるため、同様にクエンチの起こりにくい、信頼性の
高い超電導磁石を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の荷重支持体の縦断面図、第
２図は第１図のコーン角度θと比剛性Ｓ・Ｓとの関係を
示す図、第３図は本発明の他の実施例の荷重支持体の縦
断面図、第４図は第３図の場合のコーンの応力分布を示
す図、第５図乃至第１３図は本発明のそれぞれ異なる他
の実施例の荷重支持体の縦断面図である。 １・・超電導コイル、２・・・内槽、３・・外槽、４・
・シールド板、５・・・内側コーン、６・・・外側コー
ン、７・・・内槽側取付台座、８・・・取付ボルト、９
・・・折り返し部材、１０・・・外槽側取付台座、１１
・・・締結部材。 １２・・・接着剤、１３・・・ねじ、１４　・凹凸加工
、１５・・・テーパ、１６・・・リング状突起、ＩＩＡ
・・・締結部材ねじ部、ＩＩＢ・・・締結部材受圧部、
８Ｂ・・・取付ボルト受圧部、８′・・・取付ボルト伸
び部、１８・・・締付リング、１９・・・スリット。 代理人　　鵜　　沼　　辰　　之 ８　ＬイＪｊプ訪 １「坪ｔすＬａ １２　　拶ｉすプ１プ 第２図 コーン功虜 第 図 じ 第７ 図 １５：テーノｔ０ 第８ 図 １６：オ濯 第９ 図 １３　シたン乙゛ ２０：Ｄ ム・ソｆ−／ｊ’ごつＰにηて５ ８′［ヂψρ°ぎμ 第 ２図 （ａ） −りｔｅｊ攪 （ｂ） Ｉｇめ 手続補正書 平成３年３月２０日 １、事件の表示 平成２年特許願第２３７６６９ 万 ２、発明の名称 超電導磁石荷重支持体 ３、補正をする者 事件との関係

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超電導磁石を格納する内槽と、この内槽を複数のＦ
   ＲＰ（繊維強化プラスチックス）コーンで支持して格納
   する真空容器より成る外槽と、を備えた超電導磁石荷重
   支持体において、ＦＲＰコーンの大径側の該コーン中心
   軸と直交する面とのなす角度が３５〜５５度に形成され
   ていることを特徴とする超電導磁石荷重支持体。 ２、超電導磁石を格納する内槽と、この内槽を複数のＦ
   ＲＰコーンで支持して格納する真空容器より成る外槽と
   、を備えた超電導磁石荷重支持体において、ＦＲＰコー
   ンの大径側の該コーン中心軸と直交する面とのなす角度
   が３５〜５５度に形成されていると共に、ＦＲＰコーン
   は高応力部位の肉厚が他部位より厚く形成されているこ
   とを特徴とする超電導磁石荷重支持体。 ３、請求項１又は２において、ＦＲＰコーンの両端の締
   結部材との接合部における該コーン端部の肉厚が他部位
   より厚く形成されている超電導磁石荷重支持体。 ４、請求項１〜３のいずれかにおいて、ＦＲＰコーンと
   該コーンを固定する固定部材との接触面となる固定部材
   の面に小さな凹凸が多数設けられている超電導磁石荷重
   支持体。 ５、請求項１〜３のいずれかにおいて、ＦＲＰコーンと
   該コーンを固定する固定部材との接合部に該ＦＲＰコー
   ンを抜出不能にするくさび状のテーパ部材が介在されて
   いる超電導磁石荷重支持体。 ６、請求項１〜５のいずれかにおいて、ＦＲＰコーンと
   該コーンを固定する固定部材との接合部分におけるＦＲ
   Ｐコーンに抜止用の突起が一体に形成されている超電導
   磁石荷重支持体。 ７、請求項１〜６のいずれかにおいて、ＦＲＰコーンを
   固定する固定部材はねじ締付部材よりなると共に、ねじ
   締付部材はねじを有するねじ部とＦＲＰコーンに直接面
   圧を及ぼす押圧部とに分割され、ねじ部の回転動が押圧
   部に非伝導に形成されている超電導磁石荷重支持体。 ８、請求項７において、固定部材のＦＲＰコーンとの接
   触面にローレット状の凹凸が多数設けられている超電導
   磁石荷重支持体。 ９、請求項１〜８のいずれかにおいて、内側のＦＲＰコ
   ーンの小径側を固定台座に締結固定するボルト及び／又
   は他の固定部材の剛性が低く形成されてＦＲＰコーンと
   前記他部材との熱収縮量の差を吸収する締め付け弾性伸
   びが貯えられるよう形成されている超電導磁石荷重支持
   体。 １０、請求項９において、ボルトの首下部に径を細くし
   た伸び可能部が形成されている超電導磁石荷重支持体。 １１、請求項９において、ＦＲＰコーンと固定部材との
   接触部分の締結前における初期寸法は、前記接触部分に
   隙間が生じるように設定されている超電導磁石荷重支持
   体。 １２、請求項１〜３のいずれかにおいて、ＦＲＰコーン
   を固定する固定部材はＦＲＰコーンと該固定部材との接
   触面に直交する方向に軸を有する多数のボルトで形成さ
   れている超電導磁石荷重支持体。 １３、請求項１２において、被固定部材は複数のスリッ
   トが形成されている、又は複数個に分割されている超電
   導磁石支持体。