JP2011216612A - 超電導コイルの巻線装置および巻線方法 - Google Patents

Abstract

【課題】逆Ｒ形状部を有する巻枠に巻き形状を乱すことなく、超電導線材を巻回することができる超電導コイルの巻線装置および巻線方法を提供する。
【解決手段】前記巻枠を支持する支持手段と、前記巻枠に前記超電導線材を巻回するために、前記巻枠を回転させる回転手段と、前記巻枠のうち、前記逆Ｒ形状部の曲面に沿うように、前記超電導線材を押える押え機構部とを有しており、前記押え機構部は、前記逆Ｒ形状部に沿って前記超電導線材を押えるための逆Ｒ部クランプと、前記逆Ｒ形状部の両側に位置する前記超電導線材を押えるためのサイドクランプとを備えている超電導コイルの巻線装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、超電導線材を巻枠に巻回して磁石、特に超電導磁石を製造するために用いられる超電導コイルの巻線装置および巻線方法に関するものである。

この種の超電導コイルは、一般に、超電導線材に所定のテンションをかけた状態で、巻枠を回転させて超電導線材を巻回することにより製造される。したがって、巻枠が真円形や楕円形の場合（例えば、特許文献１）、巻枠の中心部が巻枠の内側に位置するため、巻枠の中心部を中心にして巻枠を回転させたときには、テンションがかけられた超電導線材は、常に、巻枠の中心の方向に向かうため、テンションをコントロールしながら巻枠を回転することにより、巻き形状が乱れることなく、巻線作業をスムーズに行うことができる。

一方、荷電粒子ビームを偏向する用途等では偏向磁石が採用されている。図１１は偏向磁石コイルの斜視図である。偏向磁石コイルは、扇形レーストラック形状などと通称されている扇面形状の巻枠ｂに超電導線材ｃを巻回することにより構成されている。

特開２００３−３１８０１７号公報

上記のように、超電導線材ｃが巻回される面が、凹曲状の逆Ｒ形状部ｂ１を有する巻枠ｂの場合、逆Ｒ形状部ｂ１の曲り面の中心が巻枠ｂの外側に位置するため、テンションがかけられた超電導線材は、逆Ｒ形状部ｂ１においては巻枠の中心の方向に向かうことができない。このため、巻き形状が乱れて巻線形状を維持することができない。この結果、巻線形状を維持するために、巻線作業が複雑化して作業能率が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、これらの問題点に鑑み、簡単な作業により、逆Ｒ形状部を有する巻枠に巻き形状を乱すことなく、超電導線材を巻回することができる超電導コイルの巻線装置および巻線方法を提供することを課題とする。

本発明者は鋭意検討の結果、以下に示す各請求項の発明により、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

請求項１に記載の発明は、
超電導線材が巻回される面が凹曲状の逆Ｒ形状部を有する巻枠に、超電導線材を巻回して超電導コイルを製造するための超電導コイルの巻線装置であって、
前記巻枠を支持する支持手段と、
前記巻枠に前記超電導線材を巻回するために、前記巻枠を回転させる回転手段と
前記逆Ｒ形状部の曲面に沿うように、前記超電導線材を押える押え機構部と
を有しており、
前記押え機構部は、
前記逆Ｒ形状部に沿って前記超電導線材を押えるための逆Ｒ部クランプと、
前記逆Ｒ形状部の両側に位置する前記超電導線材を押えるためのサイドクランプと、
を備えていることを特徴とする超電導コイルの巻線装置である。

本請求項の発明においては、逆Ｒ形状部の両側に位置する超電導線材を押えるためのサイドクランプを備えているため、逆Ｒ形状部に沿って既に巻回された超電導線材にかかるテンションをサイドクランプにより遮断することができる。このため、巻回された超電導線材が緩んで巻き形状が乱れるのを防止することができると共に、超電導線材にかかるテンションを遮断した状態で、逆Ｒ部クランプにより、逆Ｒ形状部において超電導線材が巻枠から離れることなく、逆Ｒ形状部に沿って巻回することができる。

このように、本請求項の発明によれば、押え機構部の２種類のクランプのみで巻線形状を維持することができるため、装置が簡略化し、しかも、巻線作業を簡単に行うことができる。

請求項２に記載の発明は、
前記サイドクランプが、
前記超電導線材を前記巻枠に押し付けるコイル押板と、
前記コイル押板を、前記巻枠に近接、離間させる第１機構部と、
前記コイル押板を、前記超電導線材の供給軌道内に進入、退避させる前記コイル押板の第２機構部と
を備えており、
前記超電導線材の巻回時には、前記コイル押板を、前記超電導線材の前記供給軌道から退避させ、
前記超電導線材の押し付け時には、前記コイル押板を、前記供給軌道内に進入させることを特徴とする請求項１に記載の超電導コイルの巻線装置である。

本請求項の発明においては、超電導線材の巻回時には、コイル押板を、超電導線材の前記供給軌道から退避させ、超電導線材の押し付け時には、コイル押板を、供給軌道内に進入させることができるため、超電導線材の巻回時に、コイル押板が邪魔にならず、巻線作業を円滑に行うことができる。

請求項３に記載の発明は、
前記サイドクランプおよび／または前記逆Ｒ部クランプが、手動式、または駆動手段を用いた自動式であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超電導コイルの巻線装置である。

本請求項の発明においては、前記サイドクランプや前記逆Ｒ部クランプが手動式の場合、機構を簡略化することができる。また、自動式の場合、作業の能率をより一層向上でき、さらに、超電導線材のテンションを制御する制御手段を加えてテンションの安定化を図ることにより、コイルの巻回厚みの均一化が図れる。

請求項４に記載の発明は、
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の超電導コイルの巻線装置を用いた超電導コイルの巻線方法であって、
前記逆Ｒ部クランプを用いて、前記超電導線材を前記巻枠の前記逆Ｒ形状部の曲面に沿わせ、
前記サイドクランプを用いて、前記超電導線材の前記逆Ｒ形状部の両側部を押えることを特徴とする超電導コイルの巻線方法である。

本請求項の発明においては、逆Ｒ部クランプを用いて、超電導線材を巻枠の逆Ｒ形状部の曲面に沿わせる一方、サイドクランプを用いて、逆Ｒ形状部の曲面に沿う超電導線材の両側部を押えるため、逆Ｒ形状部の曲面に沿って巻回された超電導線材がテンションによって緩んで超電導線材の巻き形状が乱れるのを防止できる。また、サイドクランプによって超電導線材を押えている間に、逆Ｒ部クランプによる作業を円滑に行うことができる。

請求項５に記載の発明は、
請求項２または請求項３に記載の超電導コイルの巻線装置を用いた超電導コイルの巻線方法であって、
前記コイル押板を前記超電導線材の前記供給軌道から退避させた後に、前記逆Ｒ形状部に前記超電導線材を巻回し、
前記コイル押板を前記超電導線材の前記供給軌道に進入させた後に、前記逆Ｒ形状部に巻回された前記超電導線材の端部を前記コイル押板により押えることを特徴とする超電導コイルの巻線方法である。

本請求項の発明においては、請求項２の発明と同様、超電導線材の巻回状態に応じてコイル押板の超電導線材の供給軌道への進入、退避が行われるため、コイル押板が邪魔にならず、巻線作業を円滑に行うことができる。

本発明により、巻き形状を乱すことなく、扇形の巻枠に超電導線材を巻回することができる超電導コイルの巻線装置および巻線方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る超電導コイルの巻線装置の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る超電導コイルの巻線装置の一部拡大した斜視図である。 本発明の一実施形態に係る超電導コイルの巻線装置のサイドクランプの拡大した斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る超電導コイルの巻線装置の本体部の正面図、平面図および背面図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る超電導コイルの巻線装置のサイドクランプの動作を説明する正面図である。 （ａ）（ｂ）はコイル小径時におけるコイル押板によるバッファ押付け前の正面図および裏面図である。 （ａ）（ｂ）はコイル小径時におけるコイル押板によるバッファ押付け後の正面図および裏面図である。 （ａ）（ｂ）はコイル大径時におけるコイル押板によるバッファ押付け前の正面図および裏面図である。 （ａ）（ｂ）はコイル大径時におけるコイル押板によるバッファ押付け後の正面図および裏面図である。 （ａ）〜（ｉ）は本発明の一実施形態に係るコイルの巻線工程を示す図である。 偏向磁石コイルの斜視図である。

以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る超電導コイルの巻線装置の斜視図である。図２は、本発明の一実施形態に係る超電導コイルの巻線装置の一部拡大した斜視図である。図３は、本発明の一実施形態に係る超電導コイルの巻線装置のサイドクランプの拡大した斜視図である。図４の（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る超電導コイルの巻線装置の本体部の正面図、平面図および背面図である。

１．巻枠の説明
巻枠ｂは、扇形レーストラック形状に形成されており、中央部の下側に位置する逆Ｒ形状部ｂ１と、両側に位置する半円部ｂ２とを有している。ここで、レーストラック形状とは、２つの半円を直線でつないだ形状である。また、扇形レーストラック形状とは、レーストラック形状の直線部分を円弧に湾曲させた外側円弧および内側円弧を有する扇面形状であり、半円と内側円弧とが変曲点で結ばれている。そして、巻枠ｂの逆Ｒ形状部ｂ１は、扇形レーストラック形状の内側円弧部分に相当する。

２．超電導コイルの巻線装置の説明
（１）装置全体の説明
超電導コイルの巻線装置１は、巻枠ｂを回転させることにより、テンションが加えられた状態で供給される超電導線材ｃを巻枠ｂの外周側に巻回して超電導コイルを製造する装置である。超電導コイルの巻線装置１の近傍には、巻枠ｂを含む平面と同一平面内に位置する超電導線材ｃの供給リールｄおよびガイドｅが配置されている。

超電導コイルの巻線装置１は、巻枠ｂを取付けるための背板２と、背板２を支持する支持体３と、背板２を回転させるためのモーター、伝達機構等からなる回転手段（図示略）と、押え機構部４とを有している。巻枠ｂは背板２の正面側に着脱可能に取り付けられるものである。

（２）押え機構部の説明
押え機構部４は、逆Ｒ部クランプ５とサイドクランプ６を備えている。

逆Ｒ部クランプ５は、巻回された超電導線材ｃおよび逆Ｒ形状部ｂ１を同時に挟むことにより、超電導線材ｃを逆Ｒ形状部ｂ１に沿わせるものである。

サイドクランプ６は、逆Ｒ形状部ｂ１に沿って巻回された超電導線材ｃが、超電導線材ｃにかかるテンションによって緩むのを防ぐものである。

サイドクランプ６は、超電導線材ｃを巻枠ｂに押えるためのコイル押板６ａを備え、２個のサイドクランプ６は、コイル押板６ａが超電導線材ｃを巻枠ｂの変曲部に向けて押えることができるようにｃ２、ｃ３(図１０参照)の２個所に配置され、また、残りの２個のサイドクランプ６は、コイル押板６ａが超電導線材ｃを巻枠ｂの半円部の頂点に向けて押えることができるようにｃ１、ｃ４(図１０参照)の２個所に配置されている。

（３）サイドクランプ６の動作の説明
図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る超電導コイルの巻線装置のサイドクランプ６の動作を説明する正面図である。
サイドクランプ６は、コイル押板６ａを巻枠ｂに近接、離間させる第１機構部６ｂと、コイル押板６ａの第２機構部６ｃとを備えている。第１機構部６ｂには機構部材を保持するベース部材が含まれている。

サイドクランプ６は背板２の背面側に取付けられ、コイル押板６ａは、第１機構部６ｂおよび第２機構部６ｃにより、背板２に設けられた突出孔２ａから背板２の正面側に突出して超電導線材ｃを押えるように動作する。

第２機構部６ｃは、超電導線材ｃの供給軌道が巻枠ｂを含む平面内に位置するため、コイル押板６ａが超電導線材ｃの巻回動作の邪魔をしないように、巻回するときには、コイル押板６ａを超電導線材ｃの供給軌道から退避させる。また、超電導線材ｃを巻枠ｂに押付けるときには、巻枠ｂを含む平面内に位置する供給軌道にコイル押板６ａを進入させる。

第１機構部６ｂは、第１機構部６ｂのベース部材に取り付けられる第１シャフト６ｅと、第１シャフト６ｅに沿って往復動する第１保持体６ｆとを備えている。第１保持体６ｆには貫通孔６ｇが設けられ、貫通孔６ｇは第１シャフト６ｅに嵌め込まれている。

そして、第１保持体６ｆの往動によりコイル押板６ａが巻枠ｂに近接し、第１保持体６ｆの復動によりコイル押板６ａが巻枠ｂから離間する。

第２機構部６ｃは、第１シャフト６ｅと交差するように配置される第２シャフト６ｈと、第１保持体６ｆに取付けられる第２保持体６ｉと、ガイドプレート６ｊとを備えている。第２保持体６ｉには貫通孔６ｋが設けられ、貫通孔６ｋには第２シャフト６ｈに嵌め込まれている。

第２シャフト６ｈの下端にはカムフォロア６ｍが取付けられ、第２シャフト６ｈの上端にはプッシャーガイド６ｎおよびコイル押板６ａが取り付けられ、第２保持体６ｉとカムフォロア６ｍとの間には第１ばね（圧縮コイルばね）６ｐが介在し、これによりカムフォロア６ｍをばね付勢してガイドプレート６ｊに圧接している。ガイドプレート６ｊにはテーパ６ｑを有するカム溝６ｒが設けられており、カムフォロア６ｍはガイドプレート６ｊおよびカム溝６ｒに沿って移動する。

そして、ガイドプレート６ｊのカム溝６ｒにカムフォロア６ｍが位置した状態から第２保持体６ｉが往動を開始すると、カムフォロア６ｍがガイドプレート６ｊのテーパ６ｑに沿って移動してカム溝６ｒから抜け出し、これにより、第２シャフト６ｈがカムプレート６ｊとは反対の方向に移動してコイル押板６ａが超電導線材ｃの供給軌道中に進入する。また、これと同時に、コイル押板６ａは、第１機構部６ｂにより巻枠ｂに近接する。

第２保持体６ｉは、スライドガイド６ｕを介して第１保持体６ｆに取付けられている。これにより、第２保持体６ｉは、第１保持体６ｆとは別個に往復動可能となっている。また、第１保持体６ｆにはばねポスト６ｓ（図５（ａ）参照）が取り付けられ、第２保持体６ｉにもばねポスト６ｔが取付けられ、ばねポスト６ｓ、６ｔの間には第２ばね（引張コイルばね）６ｘが配置されている。そして、コイル押板６ａが巻枠ｂに近接して超電導線材ｃを押え付けたときは、第２ばね６ｘのばね力により、バッファ押付けが可能になる。

（４）バッファ押付けの説明
第２ばね６ｘによるバッファ量は、所定値に設定される。図６および図７は、コイル小径時におけるコイル押板６ａによるバッファ押付け前およびバッファ押付け後の図である。図８および図９は、コイル大径時におけるコイル押板６ａによるバッファ押付け前およびバッファ押付け後の図である。

図６および図８に示すように、切欠け部６ｚを有するストッパプレート６ｙを第２保持体６ｉに取付け、第１保持体６ｆから突出するピン６１を切欠け部６ｚ内に位置させ、第２ばね６ｘの伸びの上限をＬに設定している。これにより、コイル押板６ａを超電導線材ｃに押え付けときには、第２ばね６ｘの伸び量がＬのばね力を発揮する。

超電導コイルの巻回中において、巻枠ｂに超電導線材ｃを巻回したコイル径の大小にかかわらず、第２ばね６ｘのばね力のみでコイル押板６ａの押付け力が発揮できるように、巻枠ｂに向けたコイル押板６ａの移動量を調整している。例えば、図６および図７に示すように、巻回の初期段階でコイル径が小径の場合には、コイル押板６ａの移動量を大きくし、図８および図９に示すように、巻回が進んでコイル径が大径となった場合には、コイル押板６ａの移動量を小さくする。

なお、コイル押板６ａの外周には、緩衝材であるＯリング６ｖ（図３参照）が嵌め込まれている。

また、サイドクランプ６はテンションレバー６ｗを備えており、テンションレバー６ｗを押して第１保持体６ｆを第１シャフト６ｅに沿って往動させてコイル押板６ａを超電導線材ｃの供給軌道に進入させる。そして、コイル押板６ａを超電導線材ｃに押付けた状態で、テンションレバー６ｗを回動させてストッパー（図示略）を第１シャフト６ｅに摩擦係止することにより、コイル押板６ａによる押え付け状態を保持する。コイル押板６ａによる押え付けを解除するときには逆の動作を行う。

以上の逆Ｒ部クランプ５およびサイドクランプ６は手動式ものであるが、電動機械またはエアや油などを駆動流体として用い、アクチュエータと組み合わせて自動機械化することも可能である。

３．巻線工程の説明
次に、超電導コイルの巻線装置を用いた巻線工程について説明する。図１０（ａ）〜（ｉ）は巻線工程を示す図である。

コイルの巻線工程は、はじめに、図１に示すように、超電導コイルの巻線装置１の背板２に巻枠ｂをセットし、供給リールから超電導線材ｃを巻枠ｂに供給しながら巻枠ｂを回転させて巻枠ｂに超電導線材ｃを巻回させる。巻回中は、超電導線材ｃに所定のテンションがかかるようにする。

次いで、図１０（ａ）に示すように、巻枠ｂを回転させて巻回を開始する。なお、矢印は巻枠ｂの回転方向を示している。

なお、説明の便宜上、図１０（ａ）に示す状態では、サイドクランプ６のコイル押板６ａで超電導線材ｃを巻枠ｂに押付けた拘束状態とし、かつ、逆Ｒクランプ５で巻枠ｂの逆Ｒ形状部ｂ１および超電導線材ｃを挟んだ状態にしている。

次に、図１０（ｂ）に示す状態では、ｃ１のサイドクランプ６のコイル押板６ａは超電導線材ｃの供給軌道から退避させて開放状態にする。

次に、図１０（ｃ）に示す状態では、ｃ２のサイドクランプ６のコイル押板６ａも開放状態にする。

次に、図１０（ｄ）に示す状態では、ｃ１のサイドクランプ６を拘束状態にし、ｃ３のサイドクランプ６を開放状態にする。

次に、図１０（ｅ）に示す状態では、ｃ２のサイドクランプ６を拘束状態にし、ｃ４のサイドクランプ６を開放状態にする。

そして、図１０（ｄ）に示す状態から図１０（ｅ）に示す状態になるまでの間に、次の作業を行う。すなわち、超電導線材ｃに加えているテンションを取り除く。次に、巻枠ｂの逆Ｒ形状部ｂ１および既に巻回された超電導線材ｃから逆Ｒ部クランプ５を順次取り外しながら、超電導線材ｃを逆Ｒ形状部ｂ１に沿って巻き重ねて行き、巻き終わった超電導線材ｃおよび逆Ｒ形状部ｂ１に逆Ｒ部クランプ５を順次挟んで行く。そして、逆Ｒ形状部ｂ１の巻線が終わると、超電導線材ｃに所定のテンションがかかるようにする。これにより超電導線材を逆Ｒ形状部ｂ１に沿わせることができる。

次に、図１０（ｆ）に示す状態では、ｃ４のサイドクランプ６を開放状態にし、残りのサイドクランプ６を拘束状態にする。

次に、図１０（ｇ）に示す状態では、すべてのサイドクランプ６を拘束状態にする。

そして、図１０（ｈ）（ｉ）に示すように巻枠ｂを回転させて逆Ｒ形状部ｂ１以外の巻枠ｂの外周に超電導線材ｃを巻回させると、図１０（ａ）の状態に戻る。

以上の操作を繰り返すことにより、巻枠ｂに超電導線材ｃを巻回することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

１ 巻線装置
２ 背板
３ 支持体
４ 押え機構部
５ 逆Ｒ部クランプ
６ サイドクランプ
６ａ コイル押板
６ｂ 第１機構部
６ｃ 第２機構部
６ｅ 第１シャフト
６ｆ 第１保持体
６ｇ 貫通孔
６ｈ 第２シャフト
６ｉ 第２保持体
６ｊ ガイドプレート
６ｋ 貫通孔
６ｍ カムフォロア
６ｎ プッシャーガイド
６ｐ 第１ばね
６ｑ テーパ
６ｒ カム溝
６ｓ ばねポスト
６ｔ ばねポスト
６ｕ スライドガイド
６ｖ Ｏリング
６ｗ テンションレバー
６ｘ 第２ばね
６ｙ ストッパプレート
６ｚ 切欠け部
６１ ピン
ｂ 巻枠
ｂ１ 逆Ｒ形状部
ｂ２ 半円部
ｃ 超電導線材
ｄ 供給リール
ｅ ガイド

Claims (5)

1. 超電導線材が巻回される面が凹曲状の逆Ｒ形状部を有する巻枠に、超電導線材を巻回して超電導コイルを製造するための超電導コイルの巻線装置であって、
   前記巻枠を支持する支持手段と、
   前記巻枠に前記超電導線材を巻回するために、前記巻枠を回転させる回転手段と
   前記逆Ｒ形状部の曲面に沿うように、前記超電導線材を押える押え機構部と
   を有しており、
   前記押え機構部は、
   前記逆Ｒ形状部に沿って前記超電導線材を押えるための逆Ｒ部クランプと、
   前記逆Ｒ形状部の両側に位置する前記超電導線材を押えるためのサイドクランプと、
   を備えていることを特徴とする超電導コイルの巻線装置。
2. 前記サイドクランプは、
   前記超電導線材を前記巻枠に押し付けるコイル押板と、
   前記コイル押板を、前記巻枠に近接、離間させる第１機構部と、
   前記コイル押板を、前記超電導線材の供給軌道内に進入、退避させる前記コイル押板の第２機構部と
   を備えており、
   前記超電導線材の巻回時には、前記コイル押板を、前記超電導線材の前記供給軌道から退避させ、
   前記超電導線材の押し付け時には、前記コイル押板を、前記供給軌道内に進入させることを特徴とする請求項１に記載の超電導コイルの巻線装置。
3. 前記サイドクランプおよび／または前記逆Ｒ部クランプが、手動式、または駆動手段を用いた自動式であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超電導コイルの巻線装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の超電導コイルの巻線装置を用いた超電導コイルの巻線方法であって、
   前記逆Ｒ部クランプを用いて、前記超電導線材を前記巻枠の前記逆Ｒ形状部の曲面に沿わせ、
   前記サイドクランプを用いて、前記超電導線材の前記逆Ｒ形状部の両側部を押えることを特徴とする超電導コイルの巻線方法。
5. 請求項２または請求項３に記載の超電導コイルの巻線装置を用いた超電導コイルの巻線方法であって、
   前記コイル押板を前記超電導線材の前記供給軌道から退避させた後に、前記逆Ｒ形状部に前記超電導線材を巻回し、
   前記コイル押板を前記超電導線材の前記供給軌道に進入させた後に、前記逆Ｒ形状部に巻回された前記超電導線材の端部を前記コイル押板により押えることを特徴とする超電導コイルの巻線方法。

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