JPH0855715A - 超電導コイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】通電状態におけるクエンチ現象を防ぎ冷却効果
を上げることのできる超電導コイルの製造方法を得る。 【構成】平角成形撚線２の外周に有機合成フィルムテー
プ１を１／２ラップで巻き付後、外側の片面にエポキシ
樹脂４を粒状に連続して塗布する。この絶縁導体をコイ
ル巻型で巻回し加圧加熱キュアにより成型し、電磁石の
鉄心に圧力を加えながら組み込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超電導コイルに係り、
特に素線絶縁を改良した超電導コイルの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の超電導コイルの製造方法では、素
線絶縁として、ガラス基材のテープに熱硬化性樹脂を含
浸してＢステージの状態にしたプリプレグテープや、有
機合成フィルムの両面に上記と同様なプリプレグ処理を
行った絶縁テープを超電導導体に巻回している。

【０００３】このようにして素線絶縁された超電導導体
は、巻型でコイル状に巻かれた後、加圧された状態で加
熱される。この結果、コイルの素線と絶縁テープとが接
着され、一体に成型されて、組み立てられるまでの搬送
による変形を防ぐとともに、超電導磁石の鉄心への挿着
を容易にし、通電時における電磁力による大幅な移動を
防いで、クエンチ現象の防止が図られている。

【０００４】しかしながら、このような製造方法で製作
された超電導コイルでは、次のような欠点があった。

【０００５】すなわち、この超電導コイルを電磁石の鉄
心に組み込み、超電導導体が超電導状態となる臨界温度
に達するまで冷却した場合に、超電導コイルは、この超
電導コイルの支持部材となる鉄心や、非磁鋼製カラーな
どとの熱膨脹係数の差によって、超電導コイルとこれら
の支持部材との間で相互の位置がずれて、僅かな間隙が
形成されるおそれがある。

【０００６】すると、超電導コイルに通電した場合に、
鉄心との間に働く電磁力により超電導コイルが超電導磁
石の内部で移動して、超電導状態における不安定状態の
要因となるおそれがある。

【０００７】一方、超電導コイルに対し、あらかじめプ
リストレスを与えて、超電導状態においても間隙が生じ
ない圧力まで押さえ込む方法も考えられるが、この方法
は、超電導線とテープ間の接着層にクラックが生じ、こ
れが通電時に超電導コイルの超電導状態が崩れるクエン
チの原因となるおそれがある。

【０００８】さらに、超電導線の外周を熱硬化性樹脂や
熱可塑性樹脂で直接完全に固める方法は、超電導線と冷
媒の熱伝導率を大きく低下させるだけでなく、超電導線
をリジッドに固定したためにこの超電導線にかかる前述
した電磁力に対して、局部的に超電導線自体がクエンチ
を起こらない範囲内での追従が阻害されているので、ク
エンチが起こるおそれが増す。

【０００９】また、超電導コイルが繰り返し電磁力を受
けているうちに、超電導線の外周や層間の硬化樹脂が疲
労してクラックが発生し、このクラックがクエンチの要
因となるだけでなく、長期に亘る運転によって、この状
態の超電導コイルに電磁力が繰り返し印加されると、硬
化樹脂全体の破損に進展してコイルを破損するおそれも
ある。

【００１０】一方、このような欠点を改善するために、
特公平２−３５４４２号公報では、片面に合成樹脂接着
剤を塗布した有機合成フィルムを合成樹脂接着剤の塗布
面を外側にして超電導線の外周に巻回し、この素線絶縁
導体をコイル巻型で成型した後、プレスによって加圧加
熱でキュアして超電導コイルを製作し、鉄心やステンレ
スカラーなどのマグネット構造体に圧力を加えながら組
み込む超電導コイルの製造方法が提案されている。

【００１１】この製造方法によれば、超電導線と絶縁テ
ープとの間の接着面が減少するので、若干の改善効果は
期待できる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな超電導コイルの製造方法では、合成樹脂接着剤を塗
布した有機合成テープを線材の絶縁として用いているの
で、素線絶縁導体をコイル巻型で成形するときに、この
素線絶縁導体に加えられる超電導線の曲げ、捻り加工に
よって、この超電導線に巻回された有機合成テープの相
互間がずれて、この有機合成テープの間に間隙が生ずる
おそれがある。

【００１３】もし、この有機合成テープのずれによる、
有機合成テープ間の間隙の発生を防ぐためには、この有
機合成テープはほとんど全面が重なるようにして巻き付
けなければならない。すると、巻き付けに時間がかかる
だけでなく、有機合成テープの重なりで、熱伝導が阻害
されるおそれがある。

【００１４】さらに、外側にだけ合成樹脂接着剤を塗布
した有機合成テープをほとんど全面が重なるようにラッ
プ巻回しした素線絶縁導体でも、前述したプレスで加圧
加熱キュア中に、軟化した合成樹脂接着材が重なった有
機合成テープの間に侵入して、内部の超電導線に付着す
るおそれがある。

【００１５】すると、前述したクラックが発生したり、
リジットに固定することでクエンチの発生の要因となる
おそれもある。さらに、この超電導コイルの製造方法に
よれば、ラップ巻回された有機合成テープは、侵入した
合成樹脂接着剤のために互いに接着される。

【００１６】この結果、有機合成テープの内側への冷媒
の侵入が妨げられ、超電導線に冷媒が直接接触せず、さ
らに、軟化して流動性が増した樹脂によって、少なくと
も超電導線の全外周に樹脂層が形成されるので、冷媒の
熱伝達は樹脂層を介して行われることになり、超電導コ
イルの冷却効率が低下する。

【００１７】そこで、本発明の目的は、このような課題
を解決するためになされたもので、臨界状態において、
不安定状態が発生するおそれを解消することのできる超
電導コイルの製造方法を提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明の
超電導コイルの製造方法は、外周にフィルムテープが重
ね巻きで巻き付けられた絶縁導体の少なくとも片側の一
部に接着剤を塗布した後、巻型で巻回し加圧加熱して成
形したことを特徴とする。

【００１９】また、請求項２に記載の発明の超電導コイ
ルの製造方法は、片面の片側に接着剤が塗布されたフィ
ルムテープの接着剤塗布部を除いて重ね巻きした絶縁導
体を巻型で巻回し加圧加熱して成形したことを特徴とす
る。

【００２０】さらに、請求項３に記載の発明の超電導コ
イルの製造方法は、加圧加熱した超電導コイルをプリ圧
力を付与して鉄心に組み込むことを特徴とする。

【００２１】

【作用】本発明により得られた超電導コイルは、重ね巻
きした最外周のテープ間だけで導体が互いに固定され、
素線絶縁に用いているラップ巻回した有機合成フィルム
テープと導体との間には、樹脂の流動侵入はまったくな
く、組立て時の取扱い工程などに必要な形状を維持する
ことができ、コイルの励磁中にはクエンチの起こらない
範囲での導体の滑らかな動きを可能にする。

【００２２】さらに、コイルの層間には、重ね巻きされ
たテープ厚さだけの間隙が形成され、冷媒の流入を可能
にし、さらに超電導線との冷媒との熱移動可能面積は増
大し、冷却効果を著しく改善できる。

【００２３】超電導線の外側に直接ラップ巻回し素線絶
縁されたテープは、ラップした部分の接着はなく、超電
導線側への冷媒の流入も僅かであるが可能となり、冷媒
と超電導線が直接接触して冷却が期待でき、超電導状態
の安定性が向上する。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の超電導コイルの製造方法の一
実施例を図面を参照して説明する。図１は、請求項１に
記載の発明の超電導コイルに使用される絶縁導体の製造
過程を示す斜視図である。

【００２５】図１に示すように、厚さ25.4μｍ、幅16mm
のポリイミド有機合成フィルムテープ１を平角成形撚線
２の外周にテープ幅の半分をラップさせて巻回し、テー
プによる素線絶縁を形成する。

【００２６】次に、図２（ａ）に示すように、テープ絶
縁導体の片面の表面の中央部に対し、エポキシ樹脂５を
粒状にテープ絶縁導体の幅の２分の１の幅で塗布してＢ
ステージ状に半硬化させる。なお、図２（ｂ）は、詳細
後述する他の実施例であり、図３は後述する請求項２に
記載の発明に用いるポリイミド有機合成フィルムテープ
である。

【００２７】図４は、このように形成された絶縁導体４
をヒートプレスで加熱キュアしている状態を示す部分縦
断面図で、図５で後述するビーム加速器用超電導ダイポ
ールマグネットに組み込まれる超電導コイルの場合を示
す。

【００２８】図４において、超電導コイル６は、ヒート
プレスに組み込まれるヒータ付の中型８の外周にあらか
じめ巻き付けられている。この超電導コイル６が巻き付
けられた中型８は、ヒートプレスの外型９の内部に挿入
され、上方から加圧板10ａの下端が中型９と外型９の間
に挿入される。

【００２９】次に、油圧シリンダ20に高圧の作動油が図
示しない油圧源から供給されると、油圧シリンダ20が載
置されたベース21の各四隅に立設された案内柱22を案内
軸として中ベース18が上昇し、上部ベース19との間で超
電導コイル６を上下から加圧するとともに、ヒータ７に
通電して超電導コイル６は加熱キュアされる。

【００３０】ここで、ヒートプレスで圧縮されたときの
超電導コイル６の積み重ねの寸法をＨとすると、この寸
法Ｈは、ヒートプレスから取り出すことによって値が異
なってくる。したがって、超電導コイルをマグネット構
造体に組込む前に、予め加圧加熱キュア後の個々の実製
品の弾性係数を求めておけば、マグネット全体を超電導
状態になる温度まで冷却した場合に生ずるマグネット構
造体とコイルとの収縮量の差を吸収し、且つ、超電導コ
イルを十分保持しうるコイルの変位量、並びにその変位
量を得る加圧力を決定することができる。

【００３１】図５は、図４で前述した寸法に加圧加熱キ
ュアされた超電導コイルをビーム加速用超電導ダイポー
ルマグネットの構造体に組み込む工程を示す縦断面図で
ある。図５において、下部ヨーク12と側面部ヨーク14
は、締付ボルト15で強固に固定され、側面部ヨーク14の
中央に真空チャンバ13が収納されている。

【００３２】超電導コイル６と下部ヨーク12との間、又
は、超電導コイル６と上部ヨーク11との間の少なくとも
一方にスペーサ16を重ねて、超電導コイル６の必要変位
量ｔを確保した後、上部ヨーク11をボルト15で加圧し
て、この上部11の下面と側面図ヨーク14の上端の接合面
が完全に接触するまで締め付けて超電導マグネットを組
み立てる。

【００３３】本発明の超電導コイルの製造方法により製
作された超電導コイルは、この超電導コイルを超電導温
度まで冷却しても、超電導コイルの各素線間には圧縮残
留応力が加わっているので、自己の励磁により電磁力が
作用しても構造体の内部における動きが制限され、クエ
ンチ現象を防ぐことができる。

【００３４】また、加熱キュアにより各素線がポリイミ
ド有機合成フィルムテープを介して接着しているため、
コイル形状を維持することができ、運搬時の取扱いが容
易であるにもかかわらず、超電導コイルの形状を維持す
るために用いたエポキシ樹脂は、２分の１ラップで巻か
れたポリイミド有機合成フィルムテープの内部へ侵入せ
ず、各素線とポリイミド有機合成フィルムとがエポキシ
樹脂で接着せず、超電導コイルの励磁中に超電導線に印
加される電磁力に対して、クエンチ現象が発生しない範
囲での微少な変位も可能とする。

【００３５】また、ポリイミド有機合成テープと素線間
に冷媒が流れる経路が形成されるので、冷却効果が著し
く向上し、従来、クエンチの発生原因となり得る微細な
発熱に対しても対応することができ、従来の超電導コイ
ルに比べて不安定要因の発生を確実に防ぐことができ
る。

【００３６】次に、図３は、請求項２に記載の発明の超
電導コイルの製造方法に用いるポリイミド有機合成フィ
ルムテープの一例を示す図である。

【００３７】図３においては、図２と同様に、平角成形
撚線２の外周に厚さ25.4μｍで幅が16mmのポリイミド有
機合成フィルムテープ１を２分の１ラップで巻き付ける
が、このポリイミド有機合成テープ１には、片面の片側
寄りに、あらかじめこのポリイミド有機合成フィルムテ
ープ１の幅Ｗの３分の１の幅で、図２で示した素線絶縁
導体に塗布したエポキシ樹脂５を粒状に連続して塗布す
る。

【００３８】このエポキシ樹脂５が塗布されたポリイミ
ド有機合成テープ１を平角成形撚線２の外周に２分の１
ラップで巻き付けるときには、エポキシ樹脂５の塗布面
を外側にして全塗布面を十分に露出させて巻き付けられ
る。

【００３９】このようなポリイミド有機合成フィルムテ
ープが巻装された超電導コイル用の素線絶縁導体におい
ても、図４で示したヒートプレスの中型８に巻き付けた
後、外型９に挿入し加圧板10ａで加圧することによっ
て、超電導コイルは各層間の一部がポリイミド有機合成
テープ１とエポキシ樹脂５で接着される。

【００４０】このとき、各層のポリイミド有機合成テー
プ１の内面側の平角成形撚体２の外面の間には、エポキ
シ樹脂が侵入しないので、図１及び図２で示した素線絶
縁導体で成形した超電導コイル６と同様に、冷媒による
冷却効果を上げることができる。

【００４１】また、図２（ａ）及び図３に示した素線絶
縁導体において、素線絶縁を構成するポリイミド有機合
成テープ１には、粒状のエポキシ樹脂５を帯状に塗布し
た側で説明したが、例えば、素線絶縁導体の幅の５分の
１から６分の１の幅で、エポキシ樹脂５を図２（ａ）に
示すように中央部で帯状に塗布してもよい。また、この
帯状の塗布層の幅をさらに狭くして、帯状の塗布層を２
条としてもよい。

【００４２】さらに、図１，図２（ａ）及び図３で示し
たエポキシ樹脂の塗布形状は、粒状でも帯状でもなく、
例えば、図２（ｂ）に示すように、素線絶縁導体の幅の
４分の１から５分の１の径の円板状６として、断続的に
塗布してもよい。

【００４３】また、図２（ａ），（ｂ）において、エポ
キシ樹脂５は、片面に塗布した例で説明したが、塗布面
の幅を更に狭くして両面に施してもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上、請求項１に記載の発明の超電導コ
イルの製造方法によれば、外周にフィルムテープが重ね
巻きで巻き付けられた絶縁導体の少なくとも片側の一部
に接着剤を塗布し、巻型で巻回して加圧加熱成形するこ
とで、フィルムテープ間及びこのフィルムテープと超電
導導体間への接着剤の侵入を防ぎ、冷媒の侵入を可能に
して超電導コイルの冷却効果を上げたので、臨界温度で
通電時における超電導コイルの安定性を上げることので
きる超電導コイルの製造方法を得ることができる。

【００４５】また、請求項２に記載の発明の超電導コイ
ルの製造方法によれば、片面の片側に接着剤が塗布され
たフィルムテープの接着剤塗布部を除いて重ね巻きした
絶縁導体を巻型で巻回して加圧加熱成形することで、フ
ィルムテープ間及びこのフィルムテープと超電導導体間
への接着剤の侵入を防ぎ、冷媒の侵入を可能にして超電
導コイルの冷却効果を上げたので、臨界温度で通電時に
おける超電導コイルの安定性を上げることのできる超電
導コイルの製造方法を得ることができる。

【００４６】さらに、請求項３に記載の発明の超電導コ
イルの製造方法によれば、加圧加熱した超電導コイルを
プリ圧力を付与して鉄心に組み込むことで、フィルムテ
ープ間及びこのフィルムテープと超電導導体間への接着
剤の侵入を防ぎ、冷媒の侵入を可能とするとともに、通
電による電磁力に対するコイルの移動をプリ圧力で減ら
したので、臨界温度で通電時における超電導コイルの安
定性を上げることのできる超電導コイルの製造方法を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１及び請求項３に記載の発明の超電導コ
イルの製造方法の一実施例に用いられる絶縁導体の一例
を示す図。

【図２】請求項１及び請求項２に記載の発明の超電導コ
イルの製造方法に使用する絶縁導体の一例を示す斜視
図。

【図３】請求項２に記載の本発明の超電導コイルの製造
方法に使われる絶縁導体に巻装されるフィルムテープを
示す図。

【図４】本発明の超電導コイルの製造方法に使用される
ヒートプレスの正面図。

【図５】本発明の超電導コイルの製造方法で製作された
超電導コイルの鉄心組込方法を示す図。

【符号の説明】

１…ポリイミド合成樹脂フィルムテープ、２…平角成形
撚線、４…絶縁導体、５…エポキシ樹脂テープ、６…超
電導コイル。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周にフィルムテープが重ね巻きで巻き
   付けられた絶縁導体の少なくとも片側の一部に接着剤を
   塗布した後、巻型で巻回し加圧加熱して成形する超電導
   コイルの製造方法。
2. 【請求項２】 片面の片側に接着剤が塗布されたフィル
   ムテープの接着剤塗布部を除いて重ね巻きした絶縁導体
   を巻型で巻回し加圧加熱して成形する超電導コイルの製
   造方法。
3. 【請求項３】 加圧加熱した超電導コイルをプリ圧力を
   付与して鉄心に組み込むことを特徴とする請求項１又は
   請求項２に記載の超電導コイルの製造方法。