JP2005340637A - 超電導コイル - Google Patents

Abstract

【課題】接着用樹脂がフィルム状絶縁材に大きく弾かれず、微小な剥離が大きく進展し難い絶縁層を形成することにある。
【解決手段】超電導線を巻回して巻線部２を構成し、その外周にフィルム状絶縁材を用いて絶縁層３を形成すると共に、この絶縁層３を介して巻線部２を支持体１に固着してなる超電導コイルにおいて、接着用樹脂３ｃを用いて巻線部２と絶縁層３とを接着すると共に、この絶縁層３の表面に接着用樹脂からなる固着層３ｄを形成し、この固着層３ｄを支持体１に接着用樹脂を用いて接着させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高エネルギー物理量の粒子検出などに用いられる間接冷却方式の超電導コイルに関する。

一般に、この種の超電導コイルにおいては、超電導巻線を多重に巻回して巻線部を形成すると共に、その外周にフィルム状の絶縁材を用いて絶縁層を成形し、巻線部を絶縁層を介して支持筒に固着する構成として、この支持筒を冷却媒体により冷却することにより間接的に巻線部を冷却して超電導状態にしている(例えば、特許文献１)。

以下、図５及び図６を参照して超電導コイルの従来例について説明する。

従来のソレノイド形超電導コイルは、図５に示すように熱伝導性に優れた円筒形の支持体１を備え、この支持体１の内側に巻線部２が配設され、この巻線部２の外周面と支持体１の内周面とを絶縁層３を介して接着している。また、巻線部２は、その両端側にリング状の絶縁板５を介して支持筒１の両端開口部より挿入されて固定された押え板４により一体的に締付けられている。

ここで、上記巻線部２及び絶縁層３の詳細について、図６により説明する。

巻線部２は、絶縁被覆超電導線２ａをソレノイド巻きしたものである。また、絶縁層３は、ポリイミドのフィルム状絶縁材３ａ、プラスチックの強化シート状絶縁材３ｂ、エポキシの接着用樹脂３ｃから構成したものである。フィルム状絶縁材３ａと強化シート状絶縁材３ｂは、接着用樹脂３ｃで接着してあり、しかも多層に積層してある。

換言すれば、絶縁層３は接着用樹脂３ｃにより一体に固まっている。絶縁層３と支持体１及び絶縁層３と巻線部２はそれぞれ接着用樹脂３ｃで接着してある。絶縁層３の内部の隙間や巻線部２と絶縁層３との隙間には接着用樹脂３ｃが詰まっている。フィルム状絶縁材３ａとフィルム状絶縁材３ａは円周面内に突合せてあり、フィルム状絶縁材３ａと接着用樹脂３ｃの界面は円周内面に連続して広がっている。

このように構成された超電導コイルにおいては、支持体１を熱伝導により冷却すると、まず絶縁層３が冷却され、さらに巻線部２が冷却されて超電導状態になる。また、巻線部２を励磁する際や消磁する際に支持体１と巻線部２との間に電位差を生じるが、耐電圧特性に優れたフィルム状絶縁材３ａが絶縁層３の絶縁破壊強度を高めている。

また、強化シート状絶縁材３ｂは、接着作業時、フィルム状絶縁材３ａが機械的に損傷しないように保護する機能も有している。
特公平３−１８０７号公報

上述した従来の超電導コイルにおいては、接着用樹脂が所定の温度で十分に流動してから硬化するが、流動状態の接着用樹脂が濡れ性の低いフィルム状絶縁材に弾かれ易いため、運転の際に、支持体と巻線部との間に剥離を生じることがあり、熱伝導の妨げになるという問題があった。

また、強化シート状絶縁材を用いているため、フィルム状絶縁材が容易に変形せず、平坦のままであるとフィルム状絶縁材と接着用樹脂との界面に微小な剥離が生じた場合、大きな剥離に進展し易いという問題があった。

さらに、フィルム状絶縁材同士が同一円周面内で突合せられているため、フィルム状絶縁材と接着用樹脂との界面が円周面内に連続して広がっていると、フィルム状絶縁材と接着用樹脂との界面に微小な剥離が生じた場合、大きな剥離に進展し易いという問題があった。

本発明は上記のような問題を解消するためになされたもので、接着用樹脂がフィルム状絶縁材に大きく弾かれず、微小な剥離が大きく進展し難い絶縁層を形成できる信頼性の高い超電導コイルを提供することを目的とする。

本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により超電導コイルを構成する。

請求項１に対応する発明は、超電導線を巻回して巻線部を構成し、その外周にフィルム状絶縁材を用いて絶縁層を形成すると共に、この絶縁層を介して前記巻線部を支持体に固着してなる超電導コイルにおいて、接着用樹脂を用いて前記巻線部と絶縁層とを接着すると共に、この絶縁層の表面に接着用樹脂からなる固着層を形成し、この固着層を前記支持体に接着用樹脂を用いて接着させる。

上記構成の超電導コイルにおいては、絶縁層と支持体を接着する際、フィルム状絶縁材が既に固着層で覆ってあるため、流動状態の接着用樹脂が直にフィルム状絶縁材に触れて弾かれることがなく、絶縁層と支持体が強固に接着する。

請求項２に対応する発明は、超電導線を巻回して巻線部を構成し、その外周にフィルム状絶縁材を用いて絶縁層を形成すると共に、この絶縁層を介して前記巻線部を支持体に固着してなる超電導コイルにおいて、繊維を用いて布状絶縁材を構成し、この布状絶縁材を当てたフィルム状絶縁材及び接着用樹脂を用いて前記絶縁層を形成したものである。

上記構成の超電導コイルにおいては、フィルム状絶縁材に布状絶縁材を当ててあるため、流動状態の接着用樹脂が布状絶縁材に絡みつき、フィルム状絶縁材に大きく弾かれなくなる。

請求項３に対応する発明は、超電導線を巻回して巻線部を構成し、その外周にフィルム状絶縁材を用いて絶縁層を形成すると共に、この絶縁層を介して前記巻線部を支持体に固着してなる超電導コイルにおいて、前記巻線部を配列した超電導線の凹凸に前記絶縁層を押し当てて変形させたものである。

上記構成の超電導コイルにおいては、絶縁層のフィルム状絶縁材及び接着用樹脂が平坦でなく凹凸になっているため、フィルム状絶縁材と接着用樹脂の界面に微小な剥離が生じても大きな剥離に進展しなくなる。

請求項４に対応する発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに対応する発明の超電導コイルにおいて、フィルム状絶縁材に布状絶縁材を貼り合せて短冊状絶縁材を構成し、この短冊状絶縁材の上に短冊状絶縁材の一部を重ね合せて絶縁層を形成したものである。

上記構成の超電導コイルにおいては、流動状態の接着用樹脂がフィルム状絶縁材に大きく弾かれることがなくなると共に、フィルム状絶縁材とフィルム絶縁材が突合せでなく重ね合せてあるため、フィルム状絶縁材と接着用樹脂の界面の剥離が進展し難くなる。

請求項５に対応する発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに対応する発明の超電導コイルにおいて、フィルム状絶縁材の片面に布状絶縁材を貼り合せて絶縁テープを形成し、この絶縁テープのフィルム状絶縁材を内側にして前記巻線部の内側に螺旋状に重ね巻きして前記絶縁層を形成したものである。

上記構成の超電導コイルにおいては、流動状態の接着用樹脂がフィルム状絶縁材に大きく弾かれることがなく、フィルム状絶縁材と接着用樹脂の界面の剥離が進展し難くなるとともに、絶縁層の外周側が接着用樹脂を保持し易い布状絶縁材になるため、絶縁層と支持体が強固に接着する。

請求項６に対応する発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに対応する発明の超電導コイルにおいて、前記フィルム状絶縁材をポリイミドフィルムとし、前記接着用樹脂をエポキシ樹脂として、ガラス繊維を用いて布状絶縁材を構成したものである。

上記構成の超電導コイルにおいては、運転時の極低温で優れた耐電圧特性及び熱伝導性を発揮し得る。

本発明は、接着用樹脂がフィルム状絶縁材に大きく弾かれず、接着用樹脂とフィルム状絶縁材の高い耐電圧特性を生かしながら支持体と巻線部の熱伝達性を安定化させることができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１の実施形態における超電導コイルの一部を断面して示すもので、図６と同一部品には同一符号を付して説明する。

第１の実施形態では、支持体１と絶縁被覆超電導線２ａをソレノイド巻きした巻線部２との間に存する絶縁層３を、フィルム状絶縁材３ａとプラスチックの強化シート状絶縁材３ｂとを多層に積層して各積層間を接着用樹脂３ｃで接着する構成とし、接着用樹脂３ｃを加熱硬化させて巻線部２の外周側に接着するまでは図６と同じであるが、絶縁層３の外周側表面に接着用樹脂の固着層３ｄを形成し、この固着層３ｄを支持体１の内周面に接着用樹脂３ｃを加熱硬化させて接着するものである。この場合、固着層３ｄの外周側表面に微視的な凹凸が存するが、そのままの状態で接着する。

ここで、上記フィルム状絶縁材３ａとしては厚さが１０〜５０μｍのポリイミドフィルムが用いられ、また接着用樹脂３ｃとしては加熱硬化形の液状エポキシ樹脂が用いられる。

このような構成の超電導コイルにおいては、絶縁層３ｄの最外周におけるフィルム状絶縁材３ａは、加熱硬化した固着層３ｄで覆われているので、接着用樹脂３ｃが加熱硬化時に流動した際、フィルム状絶縁材３ａと直に触れなくなる。また、固着層３ｄと接着用樹脂３ｃとの界面が凹凸状になっているため、平坦な場合と比べて大きな結合強度が得られる。

このように第１の実施形態によれば、絶縁層３と支持体１の接合界面において、流動時の接着用樹脂３ｃがフィルム状絶縁材３ａに弾かれることがなくなり、固着層３ｄと接着用樹脂３ｃとの界面が強固に結合されるので、絶縁層３と支持体１の間の熱伝導性を安定化させることができる。

図２は本発明の第２の実施形態における超電導コイルの一部を断面して示すもので、図６と同一部品には同一符号を付して説明する。

第２の実施形態では、支持体１と絶縁被覆超電導線２ａをソレノイド巻きした巻線部２との間に存する絶縁層３として、フィルム状絶縁材３ａの表面に布状絶縁材３ｅを当てて複数層に積層し、各積層間を接着用樹脂３ｃにより一体に固着したものである。

この場合、布状絶縁材３ｅには予め接着用樹脂３ｃを含浸させ、半硬化状態にして過度にべた付かないようにしてあり、布状絶縁材３ｅとフィルム状絶縁材２ａとが貼り合わされている。この半硬化状態の接着用樹脂３ｃは、後工程で完全に加熱硬化させる際に十分流動するように硬化度が調整されている。

ここで、上記フィルム状絶縁材３ａは厚さが１０〜５０μｍのポリイミドフィルムが用いられ、また接着用樹脂３ｃは加熱硬化形の液状のエポキシ樹脂が用いられ、さらに布状絶縁材３ｅは厚さが５０〜２５０μｍで、繊維としてガラス繊維のものが用いられる。

このような構成の超電導コイルにおいては、従来の超電導コイルとは異なり、フィルム状絶縁材３ａの表面に強化シート絶縁材（図６に示す３ｂ）に代えて、布状絶縁材３ｅを当てているため、接着用樹脂３ｃが加熱硬化時に一旦流動しても布状絶縁材３ｅに絡みつき、フィルム状絶縁材３ａに大きく弾かれることがなくなる。また、布状絶縁材３ｅは強化シート状絶縁材３ｂと同様にフィルム状絶縁材３ａが機械的に損傷しないように保護する。

このように第２の実施形態によれば、接着用樹脂３ｃが加熱硬化時に一旦流動化してもフィルム状絶縁材３ａに弾かれないので、絶縁層３と支持体１との間及び絶縁層３と巻線部２との間の熱伝導性を安定化させることができる。

図３は本発明の第３の実施形態における超電導コイルの一部を断面して示すもので、図６と同一部品には同一符号を付して説明する。

第３の実施形態では、巻線部２を断面平角形の絶縁被覆超電導線２ａを巻回し、且つ四隅がある曲率を持たせて構成し、その外周側と支持体１の内周側に設けられる絶縁層３として、フィルム状絶縁材３ａの表面に布状絶縁材３ｅを当てて複数層に積層し、各積層間を接着用樹脂３ｃにより一体に固着したものである。

この場合、巻線部２の外周側には四隅に設けられた曲率により複数の凹部が形成されている。

上記絶縁層３を形成するに当たっては、巻線部２の外周側に接着用樹脂３ｃを塗り、その上にフィルム状絶縁材３ａ、布状絶縁材３ｅを押し当てながら、接着用樹脂３ｃを加熱硬化させる。この布状絶縁材３ｅの押し当て及び接着用樹脂３ｃの加熱硬化により、絶縁層３の内周側は巻線部２の凹部に馴染んで変形し、複数の凸部３ｆが形成される。

ここで、フィルム状絶縁材３ａ、接着用樹脂３ｃ及び布状絶縁材３としては、第２の実施形態と同様のものが用いられる。

このような構成の超電導コイルにおいて、絶縁層３の内周側におけるフィルム状絶縁材３ａ、布状絶縁材３ｅ及び接着用樹脂３ｃが平坦ではなく凹凸になっているため、フィルム状絶縁材３ａと接着用樹脂３ｃとの界面に微小な剥離が生じても、大きな剥離に進展することがなくなる。また、従来の超電導コイルとは異なり、強化シート絶縁材（図６に示す３ｂ）を用いていないため、絶縁層３の内周側が容易に変形する。

このように第３の実施形態によれば、フィルム状絶縁材３ａと接着用樹脂３ｃとの界面に微小な剥離が生じても、大きな剥離に進展することがないので、絶縁層３と巻線部２との間の熱伝導性を安定化させることができる。

図４は本発明の第４の実施形態における超電導コイルの一部を断面して示すもので、図６と同一部品には同一符号を付して説明する。

第４の実施形態では、支持体１と絶縁被覆超電導線２ａをソレノイド巻きした巻線部２との間に存する絶縁層３として、フィルム状絶縁材と布状絶縁材を貼り合せた短冊状絶縁材３ｇの上に短冊状絶縁材３ｇの一部を押し当てながら重ね合せ、且つ短冊状絶縁材３ｇと短冊状絶縁材３ｇとを接着用樹脂３ｃにより接着したものである。

この場合、短冊状絶縁材３ｇの一部を押し当てることにより、短冊状絶縁材３ｇが重ね合せ部分で折り曲げられる。

ここで、フィルム状絶縁材３ａ、接着用樹脂３ｃ及び布状絶縁材３としては、第２の実施形態と同様のものが用いられる。

このような構成の超電導コイルにおいて、フィルム状絶縁材３ａが折れ曲がっているので、フィルム状絶縁材３ａと接着用樹脂３ｃとの界面の剥離が進展し難くなる。また、従来の超電導コイルとは異なり、強化シート絶縁材（図６に示す３ｂ）を用いていないので、フィルム状絶縁材３ａが容易に折れ曲がる。

このように第４の実施形態によれば、フィルム状絶縁材３ａと接着用樹脂３ｃとの界面に微小な剥離が生じても、大きな剥離に進展することがないので、絶縁層３と巻線部２との間の熱伝導性を安定化させることができる。

次に本発明の第５の実施形態を前述した図４を用いて説明する。

図４において、第５の実施形態では、短冊状絶縁材３ｇに代えて絶縁テープを用いるものである。この絶縁テープは、フィルム状絶縁材の片面に布状絶縁材を貼り合せたものである。

この場合、絶縁層３は、絶縁テープのフィルム状絶縁材を内側にして巻線部２の外側に螺旋状に重ね巻きして構成される。

このような構成の超電導コイルにおいては、フィルム状絶縁材が容易に折れ曲がると共に、絶縁層３の最外周が接着用樹脂３ｃを保持し易い布状絶縁材になるため、その最外周が固着層（図１示す３ｄ）と同様に作用する。

このように第５の実施形態によれば、フィルム状絶縁材と接着用樹脂との界面の剥離が進展し難くなると共に、絶縁層３の最外周と支持体１とが強固に接着するので、絶縁層３の熱伝導性及び絶縁層３と支持体１の間の熱伝導性を安定化させることができる。

次に本発明の第６の実施形態を前述した図１乃至図４を用いて説明する。

第６の実施形態では、フィルム状絶縁材３ａとしてポリイミドフィルムを、接着用樹脂３ｃとして加熱硬化形の液状エポキシ樹脂を、布状絶縁材３ｅの繊維としてはガラス繊維を用いるものである。

上記フィルム状絶縁材３ａの厚さは１０〜５０μｍであり、布状絶縁材３ｅの厚さは５０〜２５０μｍである。

ここで、布状絶縁材３ｅには予め接着用樹脂３ｃが含浸してあり、接着用樹脂３ｃは半硬化状態にして過度にべた付かないようにしてあり、布状絶縁材３ｅとフィルム状絶縁材３ａと貼り合わせてある。

また、半硬化状態の接着用樹脂３ｃは、後工程で完全に加熱硬化させる際に十分流動性が存するように硬化度が調整されている。

この布状絶縁材３ｅとフィルム状絶縁材３ａとを貼り合わせたもの、及び半硬化状態にしていない液状の接着用樹脂３ｃを用いて、巻線部２が支持体１に固着される。

このような構成の超電導コイルにおいては、フィルム状絶縁材３ａが容易に変形し折れ曲がると共に、フィルム状絶縁材３ａが優れた耐電圧特性を発揮するようになる。

このように第６の実施形態によれば、フィルム状絶縁材３ａと接着用樹脂３ｃの界面の剥離が進展がし難くなると共に、絶縁層３が十分な耐電圧特性を維持するので、巻線部２と支持体１との間の熱伝達を安定化させ、十分な耐電圧特性を確保することができる。

前述した図１乃至図４に示す各実施形態において、接着用樹脂３ｃとしてビスマレイミドトリアジン樹脂を、布状絶縁材３ｅの繊維としてホウ素を含有しないガラス繊維を用いることにより、放射線量の多い環境下でも巻線部２と支持体１との間の熱伝達性を維持することができる。

本発明による超電導コイルの第１の実施形態における要部を示す断面図。 本発明による超電導コイルの第２の実施形態における要部を示す断面図。 本発明による超電導コイルの第３の実施形態における要部を示す断面図。 本発明による超電導コイルの第４の実施形態における要部を示す断面図。 従来の超電導コイルを示す断面図。 図５の超電導コイルの要部を示す断面図。

符号の説明

１…支持体、２…巻線部、３…絶縁層、３ａ…フィルム状絶縁材、３ｂ…強化シート状絶縁材、３ｃ…接着用樹脂、３ｄ…固着層、３ｅ…布状絶縁材、３ｇ…短冊状絶縁材

Claims (6)

1. 超電導線を巻回して巻線部を構成し、その外周にフィルム状絶縁材を用いて絶縁層を形成すると共に、この絶縁層を介して前記巻線部を支持体に固着してなる超電導コイルにおいて、
   前記巻線部と絶縁層とを接着用樹脂により接着すると共に、この絶縁層の表面に接着用樹脂からなる固着層を形成し、この固着層を前記支持体に接着用樹脂を用いて接着させたことを特徴とする超電導コイル。
2. 超電導線を巻回して巻線部を構成し、その外周にフィルム状絶縁材を用いて絶縁層を形成すると共に、この絶縁層を介して前記巻線部を支持体に固着してなる超電導コイルにおいて、
   繊維を用いて布状絶縁材を構成し、この布状絶縁材を当てたフィルム状絶縁材及び接着用樹脂を用いて前記絶縁層を形成したことを特徴とする超電導コイル。
3. 超電導線を巻回して巻線部を構成し、その外周にフィルム状絶縁材を用いて絶縁層を形成すると共に、この絶縁層を介して前記巻線部を支持体に固着してなる超電導コイルにおいて、
   前記巻線部を配列した超電導線の凹凸部に前記絶縁層を押し当てて変形させたことを特徴とする超電導コイル。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の超電導コイルにおいて、
   フィルム状絶縁材に布状絶縁材を貼り合せて短冊状絶縁材を構成し、この短冊状絶縁材の上に短冊状絶縁材の一部を重ね合せて絶縁層を形成したことを特徴とする超電導コイル。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の超電導コイルにおいて、
   フィルム状絶縁材の片面に布状絶縁材を貼り合せて絶縁テープを形成し、この絶縁テープのフィルム状絶縁材を内側にして前記巻線部の内側に螺旋状に重ね巻きして前記絶縁層を形成したことを特徴とする超電導コイル。
6. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の超電導コイルにおいて、前記フィルム状絶縁材をポリイミドフィルムとし、前記接着用樹脂をエポキシ樹脂として、ガラス繊維を用いて布状絶縁材を構成したことを特徴とする超電導コイル。

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