JPH09283325A

JPH09283325A - 超電導コイルとその製造方法

Info

Publication number: JPH09283325A
Application number: JP8978096A
Authority: JP
Inventors: Kenji Goto; 謙次後藤; Shoji Iwasaki; 庄治岩崎; Nobuyuki Sadakata; 伸行定方; Takashi Saito; 隆斎藤; Tsukasa Kono; 宰河野
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1996-04-11
Filing date: 1996-04-11
Publication date: 1997-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】エポキシ樹脂等の硬化性樹脂が超電導線の周
りに均一に充填されていてクラックやクエンチの虞が無
く、しかも製造が容易で補強効果に優れた超伝導コイル
とその製法を提供すること。【解決手段】超電導線と超電導線の各巻付線間をセパ
レートするように設けられた樹脂液吸収材とを有するコ
イル層が巻胴上に形成されているとともに、前記コイル
層に硬化性樹脂が充填されていることを特徴とする超電
導コイル。コイル部に、樹脂液吸収材を含む下地層、側
部層を更に形成して、硬化性樹脂を充填することが好ま
しい。超電導線と該超電導線の各巻付線間をセパレート
するように設けた樹脂液吸収材とを含む層を巻胴上に形
成し、次いで該層に樹脂液を含浸した後、該樹脂液を硬
化せしめることを特徴とする超電導コイルの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＭＲＩ（磁気イメ
ージング装置）、粒子加速器等のマグネット用コイル等
に使用可能な超電導コイルに関する。

【０００２】

【従来の技術】巻胴に超電導線を巻回した超電導コイル
の超電導状態が破れる現象であるクエンチは、通電中に
おける、超電導線の機械的な動き等によって生じる。そ
のため一般に、超電導線はその周りにエポキシ樹脂等の
硬化性樹脂を充填することにより固定されている。その
固定法であるエポキシ樹脂等の含浸方法として、例えば
次の２方法が行われている。（１）図４（ａ）に示すように、樹脂未充填の超電導コ
イル１０の外周部に型枠２０をはめ込み、次いで樹脂液
を超電導線の周りに含浸し、硬化により固化させた後、
図４（ｂ）に示すように、型枠を外した上で、超電導コ
イル１０の外周部に付着した余分な樹脂を削り取って形
を整える方法。（２）樹脂未充填の超電導コイルを樹脂含浸浴に浸漬し
て超電導コイルの周りに樹脂液を含浸し、樹脂液が増粘
して寒天状の状態になったところで、図５に示すように
超電導コイル１０を樹脂含浸浴２１から取り出して、超
電導コイル１０の外周面に付着した余分な樹脂を除去し
て形を整え、次いて硬化する方法。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
（１）の含浸方法の場合、樹脂が硬化により固化した後
に加工を行うため、樹脂除去等の加工に手間を非常に取
る。また、コイル部の最外周の樹脂層は１〜２ｍｍ以下
と、できるだけ薄くする必要があるが、この加工は至難
の技である。例えば、厚い樹脂部分があると、液体ヘリ
ウムの温度まで冷却した時、巻枠、超電導線及び樹脂と
の間には線膨張係数の差があるため、樹脂部分にクラッ
クが生じてしまう問題がある。このクラックはさらに大
きな亀裂へと進行してクエンチの発生の原因ともなるの
で、クラックはできるだけ避けなければならない。ま
た、前記（２）の含浸方法では、樹脂が増粘し硬化し始
める時間を予測することが難しいという問題がある。樹
脂の硬化時間は、樹脂量、樹脂温度、その温度分布、反
応発生のトリガーのタイミングが一定でない等の要因に
より変動するからである。さらに、硬化が開始すると、
短時間で樹脂液全体が硬化してしまい易い。さらにま
た、半硬化の寒天状の樹脂を削り加工するにしても、外
周部の大切な超電導線の部分までも削りかねないような
難しい加工であるという問題があった。

【０００４】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、エポキシ樹脂等の硬化性樹脂が超電導線の周りに均
一に充填されているとともに、コイル部に厚い樹脂部分
を有さないので、クラックやクエンチの虞がないといっ
た利点を有し、また製造が容易で補強効果等に優れた超
電導コイルを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の超電導性コイル
は、鍔板を両側に備えた巻胴に、超電導線が卷かれてな
る超電導コイルであって、前記超電導線と該超電導線の
各巻付線間をセパレートするように設けられた樹脂液吸
収材とを有するコイル層が巻胴上に形成されているとと
もに、前記コイル層に硬化性樹脂が充填されていること
を特徴とする。また、本発明の超電導コイルは、前記コ
イル層に硬化性樹脂が充填されていることに加え、前記
コイル層と前記巻胴との間に設けられ、前記巻胴の外周
面に被覆された樹脂液吸収材を有する下地層又は前記コ
イル層と前記鍔板の内側面との隙間に充填された樹脂液
吸収材を有する側部層、の少なくとも一層に硬化性樹脂
が更に充填されていることが好ましい。本発明の超電導
コイルの製造方法は、鍔板を両側に備えた巻胴に、超電
導線が卷かれてなる超電導コイルの製造方法であって、
前記超電導線と該超電導線の各巻付線間をセパレートす
るように設けられた樹脂液吸収材を有する層を巻胴上に
少なくとも形成し、次いで該層に樹脂液を含浸した後、
該樹脂液を硬化せしめることを特徴とする。

【０００６】

【作用】樹脂液の浸透性と保持性に優れた樹脂液吸収材
が、コイル層の超電導線の周りに存在するので、巻線部
の内部まで樹脂液が容易に含浸される。従って、巻線部
内部の超電導線もその周りに硬化性樹脂を充填されるの
で、超電導線の固定が確実である。超電導コイルのコイ
ル層のみならず、下地層又は側部層のいずれかの層、好
ましくはこれらの両層が樹脂液吸収材を有すると、コイ
ル層の外周から樹脂液が一層浸透しやすくなり超電導線
の固定がより確実となる。また、下地層や側部層に樹脂
液吸収材が存在するため、これらの層内に大きな隙間が
存在しない。従って、厚みの大きい樹脂部分がこれらの
層内に存在しない。従って、超電導コイルにクラックが
発生しない。さらにまた、樹脂液吸収材を有する層を最
外層として、コイル層の外周に設ければ、コイル部の最
外周の厚み調整が容易となる。最外周の厚みは、最外周
の樹脂液吸収材の厚み分、例えば１ｍｍ以下と薄くする
ことができるので、一層クエンチが発生しにくい超電導
コイルが製造できる。しかも、樹脂液の硬化後は、樹脂
液の硬化物である硬化性樹脂は樹脂液吸収材により補強
される。以上より、本発明の超電導コイルはクエンチが
発生しない超電導コイルである。

【０００７】また、本発明の超電導コイルの製造方法に
よると、樹脂液吸収材の存在下に、樹脂液を含浸できる
ので、樹脂液の含浸が容易である。従って、樹脂液の粘
度調整等の煩わしさが無い。さらに、コイル形状が複雑
なため、コイル部の最内部まで樹脂液を含浸させること
が通常困難な構造の超電導コイルであっても、樹脂液吸
収材を有する層に樹脂液を含浸する、本発明の製造方法
によれば、樹脂液を確実にコイル部の最内部まで含浸で
きる。また、樹脂液吸収材を適宜選択することにより、
補強効果や電気絶縁性に優れ、線膨張係数が調整された
超電導コイルの製造が可能となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の超電導コイルの第
１実施例の断面図、図２はその製造方法を示す図であ
る。図１〜図２において、符号１は下地層、２はコイル
層、２ａはコイル層吸収材層、２ｂは超電導線、３は側
部層、８ａは巻胴、８ｂは鍔板である。コイル層２は超
電導線２ｂとコイル層吸収材層２ａとを有する層に硬化
性樹脂が充填されている層である。コイル層吸収材層２
ａは超電導線２ｂの各巻付線間をセパレートするように
設けた樹脂液吸収材に硬化性樹脂を充填した層である。
則ち、コイル層２は、超電導線２ｂと、樹脂液吸収材
と、これらの周り及び樹脂液吸収材の空隙に充填された
硬化性樹脂とから構成されている層である。図１に示す
超電導コイル１０は、鍔板８ｂを両側に備えた巻胴８ａ
に、超電導線２ｂが卷かれてなる超電導コイルであっ
て、前記超電導線２ｂと該超電導線２ｂの各巻付線間を
セパレートするように設けられた樹脂液吸収材とを有す
るコイル層２が巻胴８ａ上に形成されているとともに、
前記コイル層２には硬化性樹脂が充填され、さらに前記
コイル層２と前記巻胴８ａとの間に設けられ、前記巻胴
８ａの外周面に被覆された樹脂液吸収材を有する下地層
１及び前記コイル層２と前記鍔板８ｂの内側面との間の
隙間に充填された樹脂液吸収材を有する側部層３の両層
にも硬化性樹脂が充填されている。

【０００９】図１に示す超電導コイル１０において、下
地層１、コイル層２及び側部層３に相当する部分が樹脂
液吸収材を有さないとすれば、巻胴８ａと超電導線２ｂ
との間、超電導線の周り及び鍔板８ｂと超電導線２ｂと
の間などに大きな隙間ができて、この隙間に硬化性樹脂
が充填されるため、樹脂のみからなる厚い樹脂部分がで
きる。しかしながら、図１の超電導コイル１０の例で
は、下地層１、コイル層２及び側部層３が樹脂液吸収材
を有しているので、これらの層内には大きな隙間が存在
しない。従って、巻胴８ａと超電導線２ｂとの間、超電
導線２ｂの周り及び鍔板８ｂの内側面と超導電線２ｂの
ターン部との間には、硬化性樹脂のみからなる厚い樹脂
部分が存在しないので、超電導コイルにクラックが発生
しない。これに対して、図３に示す超電導コイル１０’
は、図１に示す超電導コイルの構成に加えて、コイル層
２の外側に、樹脂液吸収材を有する最外層４を更に形成
し、該最外層４にも硬化性樹脂を充填した構成の超電導
コイルの例である。図１の構成の超電導コイルと比較し
て、図３の構成の超電導コイルは、コイル部の最外周の
厚み調整が一層容易であるという利点がある。

【００１０】図１又は図３に示す構造において、硬化性
樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタ
ン樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は樹脂液として、
樹脂液吸収材と超電導線とを有する層などの層内に液状
で浸透して、該層内等に含浸される。次いで静置又は加
熱により硬化して固化し、超電導線の周りや樹脂液吸収
材の空隙等に硬化性樹脂として充填される。硬化性樹脂
は超電導線２ｂを固定するのみならず巻胴８ａとコイル
層２とを一体化する。

【００１１】樹脂液吸収材として、繊維製の糸やシート
材を用いることが出来る。繊維製の糸やシート材はそれ
自体又は重ね合わさった部分に空隙を有するので、エポ
キシ樹脂等の樹脂液の浸透性や保持性に優れる。具体的
には、天然若しくは合成樹脂製の紙状のシート材や麻、
綿、ポリエチレンテレフタレート等の天然若しくは合成
繊維製の糸やテープ、布等のシート材や石英、ガラス、
アルミナ等の無機繊維製のテープや布等のシート材であ
る。

【００１２】これらのうち、ガラス繊維やアルミナ繊維
等の無機繊維のシート材を樹脂液吸収材として用いる
と、コイル部に補強効果や電気絶縁性を付与することが
できる。従って、コイル部にクラックが発生しにくい
し、超電導線間の電気絶縁性が良好である。また、これ
らの無機繊維のシート材は耐熱性であるので、超電導素
線の各巻付線間をセパレートするように設けた樹脂液吸
収材の存在下で、７００〜８００℃で拡散熱処理を行う
ことができ、Ｎｂ₃Ｓｎ金属間化合物を生成させて超電
導素線を超電導線とすることができるなどの利点があ
る。樹脂液吸収材として、超高強力ポリエチレン繊維で
あるダイニーマを用いると、補強効果が大きく、且つエ
ポキシ樹脂等の硬化性樹脂の線膨張係数に近似している
ので、硬化性樹脂にクラックが発生しにくい。下地層
１、コイル層２、側部層３等が有する樹脂液吸収材の成
分は異なっても良いが、各層の樹脂液吸収材を全て二酸
化珪素とするなど同一成分であるとコイルの形状安定性
が優れる。

【００１３】前記構造の超電導コイル１０、１０’は、
超電導線２ｂと該超電導線２ｂの各巻付線間をセパレー
トするように設けられた樹脂液吸収材とを有する層を巻
胴８ａ上に形成し、次いで該層に樹脂液を含浸した後、
該樹脂液を硬化せしめることによって製造できる。ここ
で図３に示すように、下地層１、コイル層２、側部層
３、最外層４が形成されている構造の本発明の超電導コ
イルの製造方法を図２（ａ）〜（ｄ）に従って以下に説
明する。

【００１４】まず、図２（ａ）に示すように、巻胴８ａ
の外周面及び鍔板８ｂの内側面に樹脂液吸収材１ｔを被
覆して下地層１用の吸収材層を形成し、次いで図２
（ｂ）に示すように、前記吸収材層の上に超電導線２ｂ
を、該超電導線２ｂの隣接する各巻付線間を樹脂液吸収
材２ｔがセパレートするように巻き付けてコイル層１用
の層を形成する。さらに、図２（ｂ）に示すように鍔板
８ｂの内側面と超電導線２ｂのターン部との隙間に樹脂
液吸収材３ｔを充填して側部層３用の層を形成する。次
いで超電導コイルの全体を樹脂含浸浴に浸漬し、樹脂液
を樹脂液吸収材１ｔ、２ｔ、３ｔに含浸させ、次いで樹
脂液の粘度が多少上がった時に、図２（ｄ）に示すよう
に、樹脂含浸浴２１より引き上げ、超電導コイル１０の
コイル部の外周面に付着した余分な樹脂を除去する。さ
らに、含浸された樹脂液を硬化せしめる。

【００１５】上記は、Ｎｂ₃Ｓｎ、Ｖ₃Ｇａ等の超電導金
属化合物系の超電導線２ｂを巻き付けて超電導コイルを
製造する場合の工程であるが、超電導線２ｂの代わりに
超電導素線を用いても本発明の超電導性コイルを製造で
きる。この場合は、超電導素線の巻付け後、樹脂液を含
浸する前に超電導素線を拡散熱処理する。なお、超電導
素線とは、超電導金属化合物を形成する以前の各元素単
続状態で複合線材化され、その後に拡散熱処理を施して
前記超電導金属化合物を生成させて超電導線とすること
ができる性質の素線である。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を更に詳しく説明する。次のよ
うにして、図３に示すように、下地層１、コイル層２、
側部層３、最外層４が形成されている構造の本発明の超
電導コイル１０’を製造した。図２（ａ）に示すような
直径３００ｍｍの鍔板８ｂを有する巻枠８の巻胴８ａの
外周面と鍔板８ｂの内側面のそれぞれの面に厚み０．２
５ｍｍの石英テープ１ｔを下地層１用の樹脂液吸収材と
して２層に巻き付け被覆して下地層１用の層を形成した
巻枠８を準備した。また、ＮｂとＳｎを複合して線材化
した超電導素線とを準備した。次いで、図２（ｂ）に示
すように、幅５ｍｍ、厚み０．２５ｍｍの石英テープ２
ｔ（コイル層２用の樹脂液吸収材）を、幅３．０ｍｍ、
厚み２．０ｍｍの偏平な前記超電導素線の外周に隙間無
く巻き付けながら、これらを卷胴８ａ上の石英テープ１
ｔからなる下地層１用の層の上に多数層厚みに巻き付け
てコイル層２用の層を形成した。次いで、鍔板８ｂの内
側面と超電導素線のターン部との間の幅０．１〜２．５
ｍｍの隙間に石英紡糸３ｔ（側部層３用の樹脂液吸収
材）を詰め込んで側部層３用の層を形成した。

【００１７】さらに、図２（ｃ）に示すように幅２５ｍ
ｍ、厚み０．２５ｍｍの石英テープ４ｔ（最外層４用の
樹脂液吸収材）を、前記コイル層２用の層と前記側部層
３用の層の上に１層厚みに巻き付け被覆して最外層４用
の層を形成した。次いで、８００℃×５０時間保持して
拡散熱処理を行い、Ｎｂ₃Ｓｎ金属間化合物を生成させ
て超電導素線をＮｂ₃Ｓｎ系超電導線として超電導コイ
ルを得た。ここで、巻枠８ａと超電導線２ｂとの結合及
び超電導線２ｂの各巻線間の結合は全く認められなかっ
た。これは、石英テープ２ｔが超電導素線の各巻付線間
をセパレートするように設けられていたことに起因す
る。

【００１８】ついで、前記の超電導コイルをエポキシ樹
脂液が入った樹脂含浸浴２１に浸漬し、該樹脂含浸浴２
１が収容されている室内を真空引きし、次いで前記室内
を加圧することにより、巻胴８ａ上に形成された下地層
１用、コイル層２用、側部層３用、最外層４用、などの
層及びこれらの層間の空隙に、エポキシ樹脂液を含浸せ
しめた。エポキシ樹脂液の含浸後、超電導コイルをしば
らく樹脂含浸浴２１中に静置したのち、エボキシ樹脂液
の粘度が若干上がったところで、図２（ｄ）に示すよう
に、樹脂含浸浴２１から超電導コイル１０を引き上げ、
表面の余分なエポキシ樹脂液を液切りした。コイル部外
周の石英テープ４ｔに保持されていた、余分なエポキシ
樹脂液を目標の形状になるまで取り省いた。さらに、エ
ポキシ樹脂の硬化を加熱炉中で進行させることよって、
硬化性樹脂としてエポキシ樹脂の硬化物が充填された超
電導コイル１０’を得た。

【００１９】超電導コイル１０’は図３に示すように、
超電導線２ｂと該超電導線２ｂの各巻付線間をセパレー
トするように設けられた樹脂液吸収材２ｔとを有するコ
イル層２が巻胴８ａ上に形成されているとともに、コイ
ル層２には硬化性樹脂が充填され、さらにコイル層２と
巻胴８ａとの間に設けられ、巻胴８ａの外周面に被覆さ
れた樹脂液吸収材１ｔを有する下地層１、コイル層２と
鍔板８ｂの内側面との隙間に充填された樹脂液吸収材３
ｔを有する側部層３の両層に硬化性樹脂が充填されてい
る上に、コイル層２の外側に、樹脂液吸収材４ｔを有す
る最外層４を更に形成し、最外層４にも硬化性樹脂を充
填した構成の超電導コイルである。

【００２０】また、超電導コイル１０’のコイル部全体
がエポキシ樹脂により一体化されていた。則ち、下地層
１、コイル層２、側部層３、最外層４の各層内及びこれ
らの層間にエポキシ樹脂が均一に充填されて、これらの
層はエポキシ樹脂により一体化されていた。さらに、下
地層１は巻胴８ａと鍔板８ｂとにエポキシ樹脂により接
着されていた。下地層１、コイル層２、側部層３、最外
層４からなるコイル部にはエポキシ樹脂が充填されてい
ない空隙部分やエポキシ樹脂のみからなる肉厚の樹脂部
分は存在しなかった。石英テーブ２ｔとその周り及びそ
の空隙に充填されたエポキシ樹脂とから構成されている
コイル層吸収材層２ａが、超電導線２ｂの各線の周りに
存在して、超電導線２ｂは硬化したエポキシ樹脂により
コイル層吸収材層２ａの中に完全に固定されていた。石
英テープ４ｔとその空隙に充填されたエポキシ樹脂とか
らなる最外層４の厚みは０．６ｍｍと薄かった。得られ
た超電導コイル１０は液体ヘリウムによる冷却効率に優
れるとともにクラックやクエンチが発生しない超電導コ
イルであった。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように超電導線の固定が確
実で、コイル部にクラックが発生しないので、本発明の
超電導コイルはクエンチが発生しない超電導コイルであ
る。また、本発明の超電導コイルの製造方法によると、
樹脂液の含浸が容易であるので、クエンチしない超電導
コイルの製造が容易である。さらにまた、コイル部の補
強効果や電気絶縁性等に優れた超電導コイルを提供する
ことも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の超電導コイルを示す部分
切欠正面図である。

【図２】本発明の超電導性コイルの製造方法を示す図
であり、（ａ）下地層形成準備工程、（ｂ）コイル層と
側部層形成準備工程、（ｃ）最外層形成準備工程、
（ｄ）含浸工程、の各工程を示す。

【図３】本発明の他の例の超電導コイルを示す部分切
欠正面図である。

【図４】従来の超電導コイルの含浸工程の一例を示す
図である。

【図５】従来の超電導コイルの含浸工程の他の例を示
す図である。

【符号の説明】

１下地層１ｔ〜４ｔ樹脂液吸収
材２コイル層２ａコイル層吸収材層２ｂ超電導線
３側部層４最外層８巻枠
８ａ巻胴８ｂ鍔板１０、１０’ 超電導コイ
ル２０型枠２１樹脂含浸浴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斎藤隆東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者河野宰東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鍔板を両側に備えた巻胴に、超電導線が
卷かれてなる超電導コイルであって、前記超電導線と該
超電導線の各巻付線間をセパレートするように設けられ
た樹脂液吸収材とを有するコイル層が巻胴上に形成され
ているとともに、前記コイル層に硬化性樹脂が充填され
ていることを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】前記コイル層と前記巻胴との間に設けら
れ、前記巻胴の外周面に被覆された樹脂液吸収材を有す
る下地層又は前記コイル層と前記鍔板の内側面との隙間
に充填された樹脂液吸収材を有する側部層、の少なくと
も一層に硬化性樹脂が更に充填されていることを特徴と
する請求項１記載の超電導コイル。
【請求項３】鍔板を両側に備えた巻胴に、超電導線が
卷かれてなる超電導コイルの製造方法であって、前記超
電導線と該超電導線の各巻付線間をセパレートするよう
に設けられた樹脂液吸収材とを有する層を巻胴上に少な
くとも形成し、次いで該層に樹脂液を含浸した後、該樹
脂液を硬化せしめることを特徴とする超電導コイルの製
造方法。