JP2011171624A - 超電導コイル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】超電導線材を強く拘束することなく、たとえ超電導線材が変位したとしても、その変位部分と接触する箇所を減らすことによってクエンチ現象の発生を防止することが可能な超電導コイル及びその製造方法を提供することにある。
【解決手段】超電導コイル１０において、フランジ部１ａ（１ｄ）と超電導線材１２（１３）との間に配置されたスペーサ部２１ａ（２１ｂ）を取り除くことによりフランジ部１ａ（１ｄ）と超電導線材１２（１３）との間に空間部２５ａ・２５ｂを確保する。そして、変位した超電導線材１２（１３）とフランジ部１ａ（１ｄ）とが接触することを防ぐ。
【選択図】図４

Description

本発明は、超電導コイル及びその製造方法に関する。

従来、図１に示すように、強磁界を発生させる超電導コイル１００は、円筒状の胴部１とこの胴部１から径外方向Ｒに延設される対になったフランジ部１ａ・１ｂ（１ｃ・１ｄ）とを有する巻枠部２・７に超電導線材１２・１３を略螺旋状に巻き付けることにより構成されており、極低温（約４．２Ｋ）に冷却した状態で通電することにより励磁されるようになっている。

このような超電導コイル１００において、図２（Ａ）に示すように、超電導コイル１００が励磁状態にあるとき、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線材１２・１３（ここでは、巻付状態にある超電導線材の集合体）を胴部１の径外方向Ｒに膨らませようとするフープ力の径外方向Ｒへの分力Ｆ１及びＦ４が超電導線材１２・１３に作用する。また、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により巻枠部２に巻き付けられた超電導線材１２と巻枠部７に巻き付けられた超電導線材１３との間に発生する引力Ｆ２・Ｆ３（Ｆ２´とＦ３´を含むが以下Ｆ２´とＦ３´を省略する）が超電導線材１２・１３に作用する。このフープ力の径外方向Ｒへの分力Ｆ１・Ｆ４及び引力Ｆ２・Ｆ３の相互作用により、図２（Ｂ）及び図３に示すように、超電導線材１２・１３が変位するため、その変位部分とフランジ部１ａ・１ｂ（１ｃ・１ｄ）又は胴部１との接触箇所１２ａ・１２ｂ・１２ｃ（１３ａ・１３ｂ・１３ｃ）において摩擦熱が生じ、クエンチ現象が発生するリスクがある。ここで、クエンチ現象とは、超電導コイルが励磁状態にあるとき、超電導コイル内での機械的なクラックや超電導線材が巻枠部から剥れたりスリップしたりした際に発生する熱をきっかけに超電導状態が消失して常電導状態になってしまう現象のことである。

上記リスクを解消するために、例えば特許文献１のような技術が提案されている。この特許文献１では、巻枠部に超電導線材を複数層巻く際、各層間に易接着処理が施された絶縁シートを介在させることで、超電導線材と絶縁シートとの間を接着性樹脂で充填する場合に絶縁シートと接着性樹脂間の接着強度を従来よりも大幅に高めている。このように、励磁状態において超電導線材が変位を起こそうとしても超電導線材層間が強固に接着されているので超電導線材に変位が起こらないようにしている。したがって、超電導線材の表面や巻枠部に摩擦熱が伝わるといったことはなく、クエンチ現象の発生を防ぐことができるとしている。

また、例えば特許文献２のような技術では、超電導コイルが励磁されると、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線層に径外方向のフープ力Ｐと軸方向の圧縮力Ｑとが作用するが、超電導線層が一対のフランジ部および中間部材により強固に保持された状態にあるため、超電導線層を構成する超電導線材における変位を抑え、摩擦熱が生じることによるクエンチ現象の発生を防ぐことができるとしている。

特開２００６−１２０８２８号公報 特開２００８−７１７８９号公報

しかしながら、上記特許文献１のような構成では、超電導線材の変位を十分に防止するためには、超電導線材に対する大きな接着力（拘束力）が必要となるが、超電導線材層間を強固に接着するだけでは接着力（拘束力）に構造的・技術的な限界が存在する。また、もし超電導線材層間の接着が剥がれた場合、かえって超電導線材のズレに伴う大きなクエンチ現象を発生させるリスクがある。

また、上記特許文献２のような構成では、確かに、超電導線層が一対のフランジ部および中間部材により強固に保持された状態にあるため超電導線層が変位し難いというメリットがあると言える。しかし、一旦強固に保持された超電導線層が巻枠部上をスリップしてしまうとその時の摩擦熱が大きくなり、かえって大きなクエンチ現象を発生させるリスクがある。

そこで、本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、超電導線材を強く拘束することなく、たとえ超電導線材が変位したとしても、その変位部分と接触する箇所を減らしてクエンチ現象が発生する機会を減らすことによってクエンチ現象の発生を防止することが可能な超電導コイル及びその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するための第１の発明に係る超電導コイルは、円筒状の胴部と、当該胴部から径外方向に延設される少なくとも二対のフランジ部と、前記対になったフランジ部により挟まれた少なくとも２つの巻枠部と、前記巻枠部に巻き付けられた超電導線材と、を備え、前記対になった一方のフランジ部の全て又は一部が取り除かれることにより形成された空間部を有することを特徴としている。

上記の構成によれば、対になった一方のフランジ部の全て又は一部を取り除くことで空間部を形成することができる。これにより、励磁状態にある超電導コイルにおいて、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線材を胴部の径外方向に膨らませようとするフープ力と２つの巻枠部に巻き付けられた超電導線材間に発生する引力との相互作用によって超電導線材が変位したとしても、その変位した超電導線材とフランジ部の一方とが接触することを防ぐことができ、超電導線材の変位によるクエンチ現象を起こり難くすることができる。また、超電導線材を強く拘束することなく、クエンチ現象の発生を防止することが可能である。ここで、「取り除く」、「取り除かれる」とは、「取り外される、或いは、前記超電導線材から遠ざけられる」等を含み、一方のフランジ部の全て又は一部が、所定の位置から取り除かれることを指している。

また、第２の発明に係る超電導コイルは、円筒状の胴部と、当該胴部から径外方向に延設される少なくとも二対のフランジ部と、前記対になったフランジ部により挟まれた少なくとも２つの巻枠部と、前記巻枠部に巻き付けられた超電導線材と、前記対になったフランジ部の一方と前記超電導線材との間に配置されたスペーサ部と、を備え、前記スペーサ部が取り除かれることにより形成された空間部を有することを特徴としている。

上記の構成によれば、対になったフランジ部の一方と超電導線材との間に配置されたスペーサ部を取り除くことにより対になったフランジ部の一方と超電導線材との間に空間部を確保することができる。これにより、励磁状態にある超電導コイルにおいて、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線材を胴部の径外方向に膨らませようとするフープ力と２つの巻枠部に巻き付けられた超電導線材間に発生する引力との相互作用によって超電導線材が変位したとしても、その変位した超電導線材とフランジ部の一方とが接触することを防ぐことができ、超電導線材の変位によるクエンチ現象を起こり難くすることができる。

また、第３の発明は、第１又は第２の発明に係る超電導コイルにおいて、前記超電導線材は接着剤又は充填剤により固結されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、超電導線材を接着剤又は充填剤により固結することができる。これにより、対になった一方のフランジ部の全て又は一部やスペーサ部を取り除いたとしても超電導線材の型崩れを起こしにくくすることができる。

また、第４の発明は、第１〜第３の何れかの発明に係る超電導コイルにおいて、取り除かれる前記フランジ部又はスペーサ部は、超電導コイルが励磁状態にある時に前記超電導線材間に発生する引力を受けるフランジ部とは反対側のフランジ部又はスペーサ部であることを特徴としている。

上記の構成によれば、超電導コイルにおいて、取り除かれるフランジ部又はスペーサ部を、超電導コイルが励磁状態にある時に超電導線材間に発生する引力を受けるフランジ部とは反対側のフランジ部又はスペーサ部に配置することができる。これにより、励磁状態にある超電導コイルにおいて、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により２つの巻枠部に巻き付けられた超電導線材間に発生する引力によって超電導線材が移動・変位したとしても、引力を受けるフランジ部は超電導線材が大きく移動するのを防ぐとともに、その反対側のフランジ部又はスペーサ部と変位した超電導線材とが接触することを防ぐことができ、超電導線材の移動・変位によるクエンチ現象を起こり難くすることができる。

また、第５の発明は、第１、第３又は第４の発明に係る超電導コイルにおいて、前記取り除かれる側のフランジ部の前記胴部の軸方向外側に設けた壁部材と、前記フランジ部と前記壁部材との間を螺合したネジと、を備え、前記ネジを回転させることにより前記フランジ部が前記超電導線材から遠ざけられたものであることを特徴としている。

上記の構成によれば、フランジ部と壁部材との間を螺合したネジを回転させることにより、フランジ部と超電導線材との距離を調整することができる。これにより、励磁状態にある超電導コイルにおいて、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線材を胴部の径外方向に膨らませようとするフープ力と２つの巻枠部に巻き付けられた超電導線材間に発生する引力との相互作用によって超電導線材が変位した場合に、その変位の程度によってフランジ部と超電導線材との距離を調整することによって変位した超電導線材とフランジ部の一方とが接触することを防ぐことができ、超電導線材の変位によるクエンチ現象を起こり難くすることができる。

また、第６の発明に係る超電導コイルの製造方法は、円筒状の胴部と、当該胴部から径外方向に延設される少なくとも二対のフランジ部と、前記対になったフランジ部により挟まれた少なくとも２つの巻枠部とを準備する第１工程と、前記巻枠部に超電導線材を巻き付ける第２工程と、前記巻枠部に前記超電導線材を巻き付ける際又は巻き付けた後に前記超電導線材に接着剤又は充填剤を塗布する第３工程と、前記超電導線材が前記接着剤又は充填剤により固結された後に、前記フランジ部の少なくとも一方を取り除く第４工程と、を含むことを特徴としている。

上記の方法によれば、円筒状の胴部に径外方向に延設される少なくとも二対のフランジ部を形成することにより、対になったフランジ部により挟まれた少なくとも２つの巻枠部を形成している。これにより、巻枠部に超電導線材を巻き付ける工程において、超電導線材を対になったフランジ部の間に挟まれた巻枠部内に位置決めすることができる。また、巻枠部に超電導線材を巻き付ける際又は巻き付けた後に超電導線材に接着剤又は充填剤を塗布することによって、超電導線材の型崩れを起こしにくくすることができる。また、超電導コイルが励磁状態にある時にフランジ部の少なくとも一方を取り除くことにより、励磁状態にある超電導コイルにおいて、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により２つの巻枠部に巻き付けられた超電導線材間に発生する引力によって超電導線材が移動・変位したとしても、フランジ部と変位した超電導線材とが接触することを防ぐことができ、超電導線材の移動・変位によるクエンチ現象を起こり難くすることができる。

また、第７の発明に係る超電導コイルの製造方法は、円筒状の胴部と、当該胴部から径外方向に延設される少なくとも二対のフランジ部と、前記対になったフランジ部により挟まれた少なくとも２つの巻枠部と、前記対になったフランジ部の一方と超電導線材との間に配置されるスペーサ部を準備する第１工程と、前記巻枠部に超電導線材を巻き付ける第２工程と、前記巻枠部に前記超電導線材を巻き付ける際又は巻き付けた後に前記超電導線材に接着剤又は充填剤を塗布する第３工程と、前記超電導線材が前記接着剤又は充填剤により固結された後に、前記スペーサ部の少なくとも一方を取り除く第４工程と、を含むことを特徴としている。

上記の方法によれば、対になったフランジ部の一方と超電導線材との間にスペーサ部を配置し、超電導線材が接着剤又は充填剤により固結された後に、スペーサ部を取り除くことができる。これにより、励磁状態にある超電導コイルにおいて、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線材を胴部の径外方向に膨らませようとするフープ力と２つの巻枠部に巻き付けられた超電導線材間に発生する引力との相互作用によって超電導線材が変位したとしても、その変位した超電導線材とフランジ部とが接触することを防ぐことができ、超電導線材の変位によるクエンチ現象を起こり難くすることができる。

超電導線材を強く拘束することなく、たとえ超電導線材が変位したとしても、その変位部分と接触する箇所を減らしてクエンチ現象が発生する機会を減らすことによってクエンチ現象の発生を防止することが可能な超電導コイル及びその製造方法を提供することができる。

従来の超電導コイルの断面図である。 （Ａ）従来の超電導コイルを励磁状態にした際に超電導線材に作用する力関係を説明した説明図である。（Ｂ）従来の超電導コイルにおける超電導線材の変位と、超電導線材とフランジ部との接触箇所を示した説明図である。 図２（Ｂ）に示した超電導コイルの一部分の拡大図である。 第１実施形態に係る超電導コイルの断面図である。 第１実施形態に係る超電導コイルの製造工程を説明した説明図である。 第２実施形態に係る超電導コイルの断面図である。 第３実施形態に係る超電導コイルの断面図である。 変形例に係る超電導コイルの断面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明を実施するための第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図４は、第１実施形態に係る超電導コイル１０の断面図である。

（超電導コイル１０の構成）
超電導コイル１０は、極低温（本実施形態では約４．２Ｋ）に冷却した状態で通電することにより励磁されるように構成されている。具体的には、図４に示すように、第１実施形態における超電導コイル１０は、略円筒状の胴部１と、胴部１から径外方向Ｒに延設される二対のフランジ部１ａ・１ｂ（１ｃ・１ｄ）と、二対のフランジ部１ａ・１ｂ（１ｃ・１ｄ）により挟まれた２つの巻枠部２・７と、巻枠部２・７にそれぞれ巻き付けられた超電導線材１２・１３と、巻枠部２・７と超電導線材１２・１３との間に介在させた絶縁シート５ａ・５ｂと、フランジ部１ａ・１ｂ（１ｃ・１ｄ）と超電導線材１２・１３との間に介在させたエンドチーク３ａ・４ａ（３ｂ・４ｂ）とを備えている。また、エンドチーク３ａと超電導線材１２の間、及び、エンドチーク３ｂと超電導線材１３の間には、後述するスペーサ部２１ａ・２１ｂを取り外した後にできる空間部２５ａ・２５ｂが設けられている。

略円筒状をした胴部１は、アルミニウム、アルミニウム合金、又は、ステンレス等から構成されている。二対のフランジ部１ａ・１ｂ（１ｃ・１ｄ）は、胴部１から径外方向Ｒに延設されるようにして胴部１と一体形成されている。ここで、フランジ部１ｂ（１ｃ）は、超電導コイル１０が励磁状態にある時に超電導線材１２と超電導線材１３の間に発生する引力Ｆ２（Ｆ３）を受ける部分である。

巻枠部２は、一対のフランジ部１ａ・１ｂにより挟まれた胴部１を含む領域であり、超電導線材１２を巻き付ける土台となる枠である。巻枠部７も同様である。

超電導線材１２は、巻枠部２に略螺旋状（または整列巻）に密に巻き付けられている。第１実施形態では、超電導線材１２は、巻枠部２に１層あたり５０ターンになるように巻き付けられ、それが３０層になるように巻き付けられる。また、超電導線材１２の層と層の間に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シート又はガラスでできたガラスクロス６が巻き付けられている。超電導線材１３も同様の構成である。なお、図１〜７では、簡略化して１層あたり１９ターン、６層で図示している。ここで、超電導線材１２・１３とは、巻付状態にある超電導線材の集合体を示している。そして、超電導線材１２・１３の材料としては、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、およびＮｂ３Ａｌ等を挙げることができる。なお、超電導線材１２・１３の材料としてＮｂ３ＳｎやＮｂ３Ａｌを使用する場合、巻枠部２・７への巻き付け後に熱処理（７００℃程度）をするので、絶縁シート５ａ・５ｂ、エンドチーク３ａ・４ａ、及び、スペーサ部２１ａ・２１ｂには耐熱性を備えた素材を選択する必要がある。

更に、超電導線材１２・１３には、エポキシ樹脂などの接着剤３１が含浸されている。このようにすることで超電導線材１２・１３と積層されたＰＥＴシート又はガラスでできたガラスクロス６とが互いに接着されて固結した状態になり、それぞれの間で剥離が生じることを防ぐことができる。

絶縁シート５ａ・５ｂは、ポリエチレン、テフロン（ＰＴＦＥ）（登録商標）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂でできた厚さ数百μｍ程度の樹脂シートを素材としている。この絶縁シート５ａ・５ｂが巻枠部２・７部分となる胴部１に巻き付けられている。この絶縁シート５ａ・５ｂにより巻枠部２・７部分となる胴部１と超電導線材１２・１３との間を絶縁している。

エンドチーク３ａ・４ａはそれぞれフランジ部１ａ・１ｂが対向する側の面に接するように配置されている。また、図示しないが、エンドチーク３ａ・４ａはそれぞれリング状をしており、外側縁部の開口端から内側に向かって、径方向に切り込むように形成されたスリットを複数有している。また、エンドチーク３ａ・４ａは、テフロン（ＰＴＦＥ）などの難接着高分子材料で形成された厚み０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度のリング状部材である。スリットの幅は、０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度である。なお、１箇所のみスリットが外側縁部から内側縁部まで到達しているが、このスリット部分を反対方向にずらして変形させることによって開いたスリット部分を巻枠部２に挟み込ませることによって容易に取り付けることができるようにしている。なお、エンドチーク３ｂ・４ｂも同様である。

空間部２５ａ・２５ｂは、後述する超電導コイル１０の製造方法の過程においてスペーサ部２１ａ・２１ｂを取り外した後に、エンドチーク３ａと超電導線材１２の間、及び、エンドチーク３ｂと超電導線材１３の間にできる空間である。この空間部２５ａ・２５ｂにより、励磁状態にある超電導コイル１０において、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線材１２・１３を胴部１の径外方向Ｒに膨らませようとするフープ力の径外方向Ｒへの分力Ｆ１及びＦ４と２つの巻枠部２・７に巻き付けられた超電導線材１２・１３間に発生する引力Ｆ２・Ｆ３との相互作用によって、超電導線材１２・１３が図４に示すように変位したとしても、その変位した超電導線材１２・１３とエンドチーク３ａ・３ｂ（フランジ部１ａ・１ｄ）とが接触することを防ぐことができ（図４の接触箇所１２ａ・１３ａ参照）、超電導線材１２・１３の変位によるクエンチ現象を起こり難くすることができる。

（超電導コイル１０の製造方法）
次に、図５を参照して、第１実施形態に係る超電導コイル１０の製造方法について説明する。図５は、第１実施形態に係る超電導コイル１０の製造工程を説明した説明図である。

まず、アルミニウム、アルミニウム合金、又は、ステンレス等で成形された円筒状をした胴部１を成形加工することによって、胴部１から径外方向Ｒに延設される二対のフランジ部１ａ・１ｂ（１ｃ・１ｄ）を形成する。これにより、フランジ部１ａ・１ｂ（１ｃ・１ｄ）により挟まれた２つの巻枠部２・７が形成される（第１工程）。

次に、エンドチーク３ａ・４ａ（３ｂ・４ｂ）の外側縁部から内側縁部まで到達しているスリット部分を反対方向にずらして変形させることによって開かせる。そして、開いたスリット部分を巻枠部２に挟み込むことによって、エンドチーク３ａ・４ａ（３ｂ・４ｂ）をフランジ部１ａ・１ｂ（１ｃ・１ｄ）が対向する側の面に接するように巻枠部２・７に取り付ける。次に、ポリエチレン、テフロン（ＰＴＦＥ）、ポリイミド、又は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の樹脂でできた厚さ数百μｍの絶縁シート５ａ・５ｂを巻枠部２・７部分となる胴部１に巻き付ける。

次に、Ｃ形状をしたスペーサ部２１ａ・２１ｂをエンドチーク３ａ・３ｂの内面に接するように巻枠部２・７に嵌め込む（スペーサ部配置工程）。ここで、スペーサ部２１ａ・２１ｂには、テフロンなどの非接着性の樹脂を使用したり、アルミや鉄を使用してテフロンコーティング等の表面処理をしたりすることで巻枠部２・７から取り外し易くしている。なお、第１実施形態では、スペーサ部２１ａ・２１ｂにＣ形状をしたものを使用しているが、これに限らず、巻枠部２・７への嵌め込み、及び、巻枠部２・７からの取り外しが容易なものであれば、スペーサ部２１ａ・２１ｂを２つ割にしたものや、３又は４分割にしたもの、エンドチーク３ａ・４ａ同様に複数のスリットを入れたものでもよい。これにより、以下に述べる第２工程において、超電導線材１２・１３をフランジ部１ｂ（１ｃ）とスペーサ部２１ａ（２１ｂ）の間に挟まれた巻枠部２・７内に位置決めして巻くことができる。

次に、図５（Ａ）に示すように、超電導線材１２・１３を、巻枠部２・７に略螺旋状（または整列巻）に密に巻き付ける（第２工程）。第１実施形態では、超電導線材１２・１３を、巻枠部２・７に１層あたり５０ターンになるように巻き付け、それが３０層になるように巻き付ける。この際、超電導線材１２・１３の層と層の間に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シート又はガラスでできたガラスクロス６を巻き付ける。

次に、図５（Ｂ）に示すように、噴霧器３０からエポキシ樹脂製の接着剤３１を超電導線材１２・１３に噴霧・塗布して浸透させる（第３工程）。その後、自己発熱で反応させたキュアと呼ばれる加熱により超電導線材１２・１３内に浸透させた接着剤３１を硬化させる。このようにすることで超電導線材１２・１３と積層されたＰＥＴシート又はガラスでできたガラスクロス６とが互いに接着して固結した状態になる。即ち、超電導線材１２・１３の型崩れを起こしにくくすることができる。なお、接着剤３１の代わりに充填剤を用いてもよい。また、ワックスなどを超電導線材１２・１３に浸透させることで超電導線材１２・１３の隙間を埋めて含浸効果により超電導線材１２・１３の型崩れを防ぐようにしてもよい。

最後に、超電導線材１２・１３内に浸透させた接着剤３１が十分に硬化した後、スペーサ部配置工程において巻枠部２・７に嵌め込んだスペーサ部２１ａ・２１ｂを取り外す（第４工程）。これにより、図５（Ｃ）に示すように、エンドチーク３ａと超電導線材１２との間、及び、エンドチーク３ｂと超電導線材１３との間に空間部２５ａ・２５ｂを設けることができる。

以上の工程を経て第１実施形態に係る超電導コイル１０が製造される（図５（Ｄ）参照）。

以上に説明した第１実施形態に係る超電導コイル１０及びその製造方法によれば、フランジ部１ａ（１ｄ）と超電導線材１２（１３）との間に配置されたスペーサ部２１ａ（２１ｂ）を超電導線材１２（１３）が巻枠部２（７）に巻き付けられた後に取り外す、或いは、超電導線材１２（１３）から遠ざけることでフランジ部１ａ（１ｄ）と超電導線材１２（１３）との間に空間部２５ａ（２５ｂ）を確保することができる。これにより、励磁状態にある超電導コイル１０において、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線材１２（１３）を胴部１の径外方向Ｒに膨らませようとするフープ力の径外方向Ｒへの分力Ｆ１及びＦ４と巻枠部２・７に巻き付けられた超電導線材１２と超電導線材１３との間に発生する引力Ｆ２・Ｆ３との相互作用によって超電導線材１２・１３が変位・変形したとしても、その変位・変形した超電導線材１２・１３とフランジ部１ａ（１ｄ）とが接触することを防ぐことができ（図４の接触箇所１２ａ・１３ａ参照）、超電導線材１２・１３の変位・変形によるクエンチ現象を起こり難くすることができる。

また、超電導コイル１０が励磁状態にある時に超電導線材１２と超電導線材１３の間に発生する引力Ｆ２・Ｆ３を受けるフランジ部４a（４ｂ）とは反対側のフランジ部１ａ（１ｄ）と超電導線材１２（１３）との間に、空間部２５ａ（２５ｂ）を確保するためのスペーサ部２１ａ（２１ｂ）を設けて、超電導線材１２・１３が巻枠部２・７に巻き付けられた後に取り外す、或いは、超電導線材１２・１３から遠ざけることでスペーサ部２１ａ（２１ｂ）分の空間部２５ａ（２５ｂ）を確保することができる。これにより、励磁状態にある超電導コイル１０において、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線材１２・１３を胴部１の径外方向Ｒに膨らませようとするフープ力の径外方向Ｒへの分力Ｆ１及びＦ４と２つの巻枠部２・７に巻き付けられた超電導線材１２・１３間に発生する引力Ｆ２・Ｆ３との相互作用によって超電導線材１２・１３が変位したとしても、その変位した超電導線材１２・１３とフランジ部１ａ（１ｄ）とが接触することを防ぐことができ、超電導線材１２・１３の変位によるクエンチ現象を起こり難くすることができる。

なお、図２〜４では説明のためにフープ力の径外方向Ｒへの分力Ｆ１及びＦ４と引力Ｆ２・Ｆ３との相互作用によって発生する超電導線材１２・１３の変位を大きく図示しているが、実際は、０．１ｍｍ程度の変位である。そして、この微小な変位は、ＦＥＭ解析や超電導コイル１０に歪ゲージをしかけるなどして測定することが可能である。

（第２実施形態）
以下、本発明を実施するための第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。図６は、第２実施形態に係る超電導コイル５０の断面図である。図６（Ａ）は、超電導コイル５０のフランジ部１ｅ（１ｆ）を取り外す前の構成を示した断面図である。図６（Ｂ）は、超電導コイル５０のフランジ部１ｅ（１ｆ）を取り外した後の構成を示した断面図である。なお、第１実施形態と同様の箇所は説明を省略し、相違する構成を中心に説明する。

（超電導コイル５０の構成）
図６（Ｂ）に示す第２実施形態における超電導コイル５０は、図６（Ａ）に示す略円筒状の胴部１と、胴部１から径外方向Ｒに延設される二対のフランジ部１ｅ・１ｂ（１ｃ・１ｆ）と、二対のフランジ部１ｅ・１ｂ（１ｃ・１ｆ）により挟まれた２つの巻枠部２・７と、巻枠部２・７にそれぞれ巻き付けられた超電導線材１２・１３と、巻枠部２・７と超電導線材１２・１３との間に介在させた絶縁シート５ａ・５ｂと、フランジ部１ｂ（１ｃ）と超電導線材１２・１３との間に介在させたエンドチーク４ａ（４ｂ）とを備えた超電導コイル５０の製造過程において、フランジ部１ｅ（１ｆ）を取り外した後にできる空間部３５ａ・３５ｂを備えた構成となっている。

（超電導コイル５０の製造方法）
まず、第１実施形態同様、円筒状をした胴部１を成形加工することによって、胴部１から径外方向Ｒに延設される二対のフランジ部１ｅ・１ｂ（１ｃ・１ｆ）を形成する。これにより、フランジ部１ｅ・１ｂ（１ｃ・１ｆ）により挟まれた２つの巻枠部２・７が形成される（第１工程）。

次に、エンドチーク４ａ（４ｂ）の外側縁部から内側縁部まで到達しているスリット部分を反対方向にずらして変形させることによって開かせる。そして、開いたスリット部分を巻枠部２・７に挟み込むことによって、エンドチーク４ａ（４ｂ）をフランジ部１ｂ（１ｃ）の内面に接するように巻枠部２・７に取り付ける。次に、絶縁シート５ａ・５ｂを巻枠部２・７に巻き付ける。

次に、超電導線材１２・１３を、巻枠部２・７に略螺旋状（または整列巻）に密に巻き付ける（第２工程）。この際、超電導線材１２・１３の層と層の間に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シート又はガラスでできたガラスクロス６を巻き付ける。

次に、接着剤３１を超電導線材１２・１３に噴霧・塗布して浸透させる（第３工程）。その後、自己発熱で反応させたキュアと呼ばれる加熱により超電導線材１２・１３内に浸透させた接着剤３１を硬化させる。

最後に、超電導線材１２・１３内に浸透させた接着剤３１が十分に硬化した後、第１工程において形成したフランジ部１ｅ（１ｆ）を剥離させる等して取り外す（第４工程）。これにより、図６（Ｂ）に示すように、フランジ部１ｅ（１ｆ）を取り外した箇所に空間部３５ａ・３５ｂを設けることができる。

以上の工程を経て第２実施形態に係る超電導コイル５０が製造される（図６（Ｂ）参照）。

以上に説明した第２実施形態に係る超電導コイル５０及びその製造方法によれば、取り外したり超電導線材から遠ざけたりするフランジ部１ｅ（１ｆ）を、超電導コイル５０が励磁状態にある時に超電導線材１２と超電導線材１３との間に発生する引力Ｆ２・Ｆ３を受けるフランジ部１ｂ（１ｃ）とは反対側に配置している。これにより、励磁状態にある超電導コイル５０において、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により２つの巻枠部２・７に巻き付けられた超電導線材１２・１３間に発生する引力Ｆ２・Ｆ３によって超電導線材１２・１３が移動・変位したとしても、引力Ｆ２・Ｆ３を受けるフランジ部１ｂ（１ｃ）は超電導線材１２・１３が引力Ｆ２・Ｆ３に引っ張られて大きく移動するのを防ぐとともに（ストッパーの役割を果たす）、その反対側にあったフランジ部１ｅ（１ｆ）と変位した超電導線材１２・１３とが接触することを防ぐことができ、超電導線材１２・１３の移動・変位によるクエンチ現象を起こり難くすることができる。

また、上記に説明した第２実施形態に係る超電導コイル５０及びその製造方法によれば、円筒状の胴部１に径外方向Ｒに延設される二対のフランジ部１ｅ・１ｂ（１ｃ・１ｆ）を形成することにより、対になったフランジ部１ｅ・１ｂ（１ｃ・１ｆ）により挟まれた２つの巻枠部２・７を形成している。これにより、巻枠部２・７に超電導線材１２・１３を巻き付ける第２工程において、超電導線材１２・１３を対になったフランジ部１ｅ・１ｂ（１ｃ・１ｆ）の間に挟まれた巻枠部２・７内に位置決めすることができる。また、巻枠部２・７に巻き付けた超電導線材１２・１３に接着剤を塗布することによって、超電導線材１２・１３の型崩れを起こしにくくすることができる。また、超電導コイル５０が励磁状態にある時に超電導線材１２と超電導線材１３との間に発生する引力Ｆ２・Ｆ３を受けるフランジ部１ｂ（１ｃ）と反対側に設けられたフランジ部１ｅ（１ｆ）を取り外す、或いは、超電導線材１２・１３から遠ざけることにより、励磁状態にある超電導コイル５０において、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により２つの巻枠部２・７に巻き付けられた超電導線材１２・１３間に発生する引力Ｆ２・Ｆ３によって超電導線材１２・１３が移動・変位したとしても、引力Ｆ２・Ｆ３を受けるフランジ部１ｂ（１ｃ）は超電導線材１２・１３が大きく移動するのを防ぐとともに、その反対側に設けられたフランジ部１ｅ（１ｆ）と変位した超電導線材１２・１３とが接触することを防ぐことができ、超電導線材１２・１３の移動・変位によるクエンチ現象を起こり難くすることができる。

（第３実施形態）
以下、本発明を実施するための第３実施形態について図面を参照しつつ説明する。図７は、第３実施形態に係る超電導コイル６０の断面図である。図７（Ａ）は、超電導コイル６０のフランジ部４０ａ（４０ｂ）を超電導線材１２（１３）から遠ざける前の構成を示した断面図である。図７（Ｂ）は、超電導コイル６０のフランジ部４０ａ（４０ｂ）を超電導線材１２（１３）から遠ざけた後の構成を示した断面図である。なお、第１実施形態と同様の箇所は説明を省略し、相違する構成を中心に説明する。

（超電導コイル６０の構成）
第３実施形態における超電導コイル６０は、図７（Ａ）に示すように、略円筒状の胴部１と、胴部１から径外方向Ｒに設けられた二対のフランジ部４０ａ・１ｂ（１ｃ・４０ｂ）と、フランジ部４０ａ（４０ｂ）に対して胴部１の軸方向Ｐ外側に設けた壁部材４４ａ（４４ｂ）と、フランジ部４０ａ（４０ｂ）と壁部材４４ａ（４４ｂ）との間を螺合したネジ４１ａ（４１ｂ）と、ネジ４１ａ（４１ｂ）に装着したバネ４５ａ（４５ｂ）と、ネジ４１ａ（４１ｂ）と螺合した調整用ナット４２ａ（４２ｂ）と、二対のフランジ部４０ａ・１ｂ（１ｃ・４０ｂ）により挟まれた２つの巻枠部２・７と、巻枠部２・７にそれぞれ巻き付けられた超電導線材１２・１３と、巻枠部２・７と超電導線材１２・１３との間に介在させた絶縁シート５ａ・５ｂと、フランジ部１ｂ（１ｃ）と超電導線材１２・１３との間に介在させたエンドチーク４ａ（４ｂ）とを備えた構成となっている。

フランジ部４０ａ（４０ｂ）は、Ｃ形状をしており、ネジ４１ａ（４１ｂ）を固定するための固定穴４６ａ（４６ｂ）が設けられている。また、壁部材４４ａ（４４ｂ）には、ネジ４１ａ（４１ｂ）を挿通するための連通孔４７ａ（４７ｂ）が設けられている。そして、ネジ４１ａ（４１ｂ）は、連通孔４７ａ（４７ｂ）に挿通されて、バネ４５ａ（４５ｂ）が装着されて、固定穴４６ａ（４６ｂ）に入れられてフランジ部４０ａ（４０ｂ）と固定されている。即ち、バネ４５ａ（４５ｂ）は、フランジ部４０ａ（４０ｂ）をフランジ部１ｂ（１ｃ）の方向に付勢するように配置されることになる。更に、壁部材４４ａ（４４ｂ）の軸方向Ｐ外側に出っ張ったネジ４１ａ（４１ｂ）部分には調整用ナット４２ａ（４２ｂ）が螺合されている。

（超電導コイル６０の製造方法）
まず、円筒状をした胴部１を成形加工することによって、胴部１から径外方向Ｒに延設されるフランジ部１ｂ（１ｃ）及び壁部材４４ａ（４４ｂ）を形成する。そして、フランジ部１ｂ（１ｃ）と壁部材４４ａ（４４ｂ）との間に、Ｃ形状をしたフランジ部４０ａ（４０ｂ）を嵌め込む。そして、ネジ４１ａ（４１ｂ）を、連通孔４７ａ（４７ｂ）に挿通して、バネ４５ａ（４５ｂ）を装着して、固定穴４６ａ（４６ｂ）に入れてフランジ部４０ａ（４０ｂ）と固定する。更に、壁部材４４ａ（４４ｂ）の軸方向Ｐ外側に出っ張ったネジ４１ａ（４１ｂ）部分に調整用ナット４２ａ（４２ｂ）を螺合する。これにより、フランジ部４０ａ・１ｂ（１ｃ・４０ｂ）により挟まれた２つの巻枠部２・７が形成される（第１工程）。

次に、エンドチーク４ａ（４ｂ）の外側縁部から内側縁部まで到達しているスリット部分を反対方向にずらして変形させることによって開かせる。そして、開いたスリット部分を巻枠部２に挟み込むことによって、エンドチーク４ａ（４ｂ）をフランジ部１ｂ（１ｃ）の内面に接するように巻枠部２・７に取り付ける。次に、絶縁シート５ａ・５ｂを巻枠部２・７に巻き付ける。

次に、超電導線材１２・１３を、巻枠部２・７に略螺旋状（または整列巻）に密に巻き付ける（第２工程）。この際、超電導線材１２・１３の層と層の間に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シート又はガラスでできたガラスクロス６を巻き付ける。

次に、接着剤３１を超電導線材１２・１３に噴霧・塗布して浸透させる（第３工程）。その後、自己発熱で反応させたキュアと呼ばれる加熱により超電導線材１２・１３内に浸透させた接着剤３１を硬化させる。

最後に、超電導線材１２・１３内に浸透させた接着剤３１が十分に硬化した後、図７（Ｂ）に示すように、調整用ナット４２ａ（４２ｂ）を回転させることで、フランジ部４０ａ（４０ｂ）を軸方向Ｐ外側に移動させる（第４工程）。そして、フランジ部４０ａ（４０ｂ）を超電導線材１２・１３から遠ざけた箇所には空間部４３ａ・４３ｂができる。これにより、フランジ部４０ａ（４０ｂ）と超電導線材１２・１３との距離を調整することができる。また、フランジ部４０ａ（４０ｂ）を超電導線材１２・１３から遠ざけて空間部４３ａ・４３ｂを確保することができる。

以上の工程を経て第３実施形態に係る超電導コイル６０が製造される（図７（Ｂ）参照）。

以上に説明した第３実施形態に係る超電導コイル６０及びその製造方法によれば、フランジ部４０ａ（４０ｂ）と壁部材４４ａ（４４ｂ）との間を螺合したネジ４１ａ（４１ｂ）又は、調整用ナット４２ａ（４２ｂ）を回転させることにより、フランジ部４０ａ（４０ｂ）と超電導線材１２（１３）との距離を調整することができる。これにより、励磁状態にある超電導コイル６０において、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線材を胴部１の径外方向Ｒに膨らませようとするフープ力の径外方向Ｒへの分力Ｆ１及びＦ４と巻枠部２・７に巻き付けられた超電導線材１２と超電導線材１３との間に発生する引力Ｆ２・Ｆ３との相互作用によって超電導線材１２・１３が変位した場合に、その変位の程度によってフランジ部４０ａ（４０ｂ）と超電導線材１２（１３）との距離を調整することによって変位した超電導線材１２・１３とフランジ部４０ａ（４０ｂ）とが接触することを防ぐことができ、超電導線材１２・１３の変位によるクエンチ現象を起こり難くすることができる。

（変形例）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。

例えば、本発明は、超電導線材１２・１３を強く拘束することなく、たとえ超電導線材１２・１３が変位したとしても、その変位部分と接触する箇所（例えば、接触箇所１２ａ・１３ａ）を減らしてクエンチ現象が発生する機会を減少させるとの発想に基づくものである。とすれば、図２に示す従来の超電導コイル１００において、接触箇所１２ａ・１３ａをなくすべくフランジ部１ａ・１ｄの上部半分を取り除いた構成としてもよい。

また、第２実施形態では、第１工程において形成したフランジ部１ｅ（１ｆ）を、第４工程で剥離させる等して取り外すことにより、図６（Ｂ）に示す空間部３５ａ・３５ｂを設けている。しかしこれに限らず、第１工程において、Ｃ型リング形状をした、又は、リング形状にスリットを入れたフランジ部１ｅ（１ｆ）を巻枠部２・７に嵌め込み、第４工程で取り外すことにより空間部３５ａ・３５ｂを設けてもよい。

また、第３実施形態では、調整用ナット４２ａ（４２ｂ）を回転させることで、フランジ部４０ａ（４０ｂ）を軸方向Ｐ外側に移動させている。しかしこれに限らず、ネジをフランジ部１ｂ・４０ａ（１ｃ・４０ｂ）間に配置して調整用ナット４２ａ（４２ｂ）をフランジ部１ｂ（１ｃ）の外側に出たネジに螺合して、調整用ナット４２ａ（４２ｂ）を回転させることで、フランジ部４０ａ（４０ｂ）を軸方向Ｐ外側に移動させるようにしてもよい。この場合、フランジ部４０ａ（４０ｂ）を押し出す構成となる。

また、第３実施形態において、第４工程でフランジ部４０ａ（４０ｂ）を軸方向Ｐ外側に移動させる際に、超電導線材１２・１３とフランジ部４０ａ（４０ｂ）とが付かずに離れ易くするために、第１工程において超電導線材１２・１３とフランジ部４０ａ（４０ｂ）との間にテフロンなどの非接着性部材を入れてもよい。

また、第１〜第３実施形態では、接着剤３１を超電導線材１２・１３に噴霧・塗布して浸透させているが、これに限らず、接着剤又は充填剤を超電導線材１２・１３に真空含浸させたり、超電導線材１２・１３を巻枠部２・７に巻き付ける際に直接超電導線材１２・１３に接着剤又は充填剤を塗り込むようにしてもよい。

また、図８に示す超電導コイル７０のように、第１実施形態に係る超電導コイル１０の超電導線材１２・１３の外周にバインド部材７１・７２を設けてもよい。このバインド部材７１・７２は、アルミニウム製である。ここで、バインド部材７１・７２の材料としては、アルミニウム合金、ステンレス鋼、真鋳、銅、銅合金、チタン、チタン合金等が挙げられる。このバインド部材７１・７２は、超電導線材１２・１３の保護、及び、超電導コイル７０が励磁状態において、超電導線材１２・１３が胴部１から離れる距離を一定程度に規制するために設けられている。

このように、超電導線材１２・１３の外周にバインド部材７１・７２を設けた超電導コイル７０においても、フランジ部１ａ（１ｄ）と超電導線材１２（１３）との間に空間部２５ａ（２５ｂ）を確保することができる。このため、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線材１２・１３を胴部１の径外方向Ｒに膨らませようとするフープ力の径外方向Ｒへの分力Ｆ１及びＦ４と２つの巻枠部２・７に巻き付けられた超電導線材１２・１３間に発生する引力Ｆ２・Ｆ３との相互作用によって超電導線材１２・１３が変位したとしても、その変位した超電導線材１２・１３の外周に設けられたバインド部材７１・７２とフランジ部１ａ・１ｄとが接触することを防ぐことができ、超電導線材１２・１３の変位によるクエンチ現象を起こり難くすることができる。なお、第２実施形態における超電導コイル５０、及び、第３実施形態における超電導コイル６０の超電導線材１２・１３の外周にバインド部材７１・７２を設けた場合も同様である。

１ 胴部
１ａ・１ｂ（１ｃ・１ｄ） フランジ部
２・７ 巻枠部
１０ 超電導コイル
１２・１３ 超電導線材
１２ａ・１２ｂ・１２ｃ（１３ａ・１３ｂ・１３ｃ） 接触箇所
２１ａ・２１ｂ スペーサ部
２５ａ・２５ｂ 空間部
３１ 接着剤
Ｆ１・Ｆ４ フープ力の径外方向Ｒへの分力
Ｆ２・Ｆ３ 引力
Ｐ 軸方向
Ｒ 径外方向

Claims (7)

1. 円筒状の胴部と、
   当該胴部から径外方向に延設される少なくとも二対のフランジ部と、
   前記対になったフランジ部により挟まれた少なくとも２つの巻枠部と、
   前記巻枠部に巻き付けられた超電導線材と、
   を備え、
   前記対になった一方のフランジ部の全て又は一部が取り除かれることにより形成された空間部を有することを特徴とする超電導コイル。
2. 円筒状の胴部と、
   当該胴部から径外方向に延設される少なくとも二対のフランジ部と、
   前記対になったフランジ部により挟まれた少なくとも２つの巻枠部と、
   前記巻枠部に巻き付けられた超電導線材と、
   前記対になったフランジ部の一方と前記超電導線材との間に配置されたスペーサ部と、
   を備え、
   前記スペーサ部が取り除かれることにより形成された空間部を有することを特徴とする超電導コイル。
3. 前記超電導線材は接着剤又は充填剤により固結されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導コイル。
4. 取り除かれる前記フランジ部又はスペーサ部は、超電導コイルが励磁状態にある時に前記超電導線材間に発生する引力を受けるフランジ部とは反対側のフランジ部又はスペーサ部であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の超電導コイル。
5. 前記取り除かれる側のフランジ部の前記胴部の軸方向外側に設けた壁部材と、
   前記フランジ部と前記壁部材との間を螺合したネジと、
   を備え、
   前記ネジを回転させることにより前記フランジ部が前記超電導線材から遠ざけられたものであることを特徴とする請求項１、３又は４の何れかに記載の超電導コイル。
6. 超電導コイルの製造方法であって、
   円筒状の胴部と、当該胴部から径外方向に延設される少なくとも二対のフランジ部と、前記対になったフランジ部により挟まれた少なくとも２つの巻枠部とを準備する第１工程と、
   前記巻枠部に超電導線材を巻き付ける第２工程と、
   前記巻枠部に前記超電導線材を巻き付ける際又は巻き付けた後に前記超電導線材に接着剤又は充填剤を塗布する第３工程と、
   前記超電導線材が前記接着剤又は充填剤により固結された後に、前記フランジ部の少なくとも一方を取り除く第４工程と、
   を含むことを特徴とする超電導コイルの製造方法。
7. 超電導コイルの製造方法であって、
   円筒状の胴部と、当該胴部から径外方向に延設される少なくとも二対のフランジ部と、前記対になったフランジ部により挟まれた少なくとも２つの巻枠部と、前記対になったフランジ部の一方と超電導線材との間に配置されるスペーサ部を準備する第１工程と、
   前記巻枠部に超電導線材を巻き付ける第２工程と、
   前記巻枠部に前記超電導線材を巻き付ける際又は巻き付けた後に前記超電導線材に接着剤又は充填剤を塗布する第３工程と、
   前記超電導線材が前記接着剤又は充填剤により固結された後に、前記スペーサ部の少なくとも一方を取り除く第４工程と、
   を含むことを特徴とする超電導コイルの製造方法。