JP2014103139A - 伝導冷却超電導マグネットおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁性樹脂部のボイド内の空気が超電導コイルの外部に放出されることを抑制する。
【解決手段】真空容器１１０と、真空容器１１０内において真空容器１１０と所定の間隔を置いて位置する輻射シールド１２０と、輻射シールド１２０内に位置する巻枠１４０とを備える。また、巻枠１４０に巻き回された超電導線１６０、および、この超電導線１６０の周囲を覆ってこの超電導線１６０同士の間を埋めた絶縁性樹脂部１７０を含む超電導コイル１と、超電導コイル１および輻射シールド１２０を伝導で冷却する冷凍機１３０と、超電導コイル１の周囲の少なくとも外周部を覆って巻枠１４０との間において超電導コイル１を封止する樹脂封止部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、伝導冷却超電導マグネットおよびその製造方法に関する。

超電導コイルの外周にステンレス箔からなる補強層を設けた超電導マグネットの構成を開示した先行文献として、特開昭５８―７１６０６号公報(特許文献１)がある。

特許文献１に記載された超電導マグネットにおいては、鋼製ボビンに化合物超電導線を巻き回し、エポキシ樹脂などの含浸材を化合物超電導線の線間および層間に含浸して硬化させている。その後、巻き回した化合物超電導線の外周にＮｂＴｉ合金超電導線を巻き回し、その外周にステンレス箔からなる補強層を設けている。

特開昭５８―７１６０６号公報

超電導線の線間および層間にエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂を含浸硬化させて超電導線と一体に固化させることにより作製した超電導コイルにおいては、絶縁性樹脂部内に空気のボイドが存在する。超電導コイルは、極低温まで冷却され、また、強磁場を発生する。そのため、超電導コイルには、熱応力および電磁力が作用する。この熱応力または電磁力によって、絶縁性樹脂部に割れまたは剥離が発生することがある。

絶縁性樹脂部の割れまたは剥離が超電導コイルの表面まで達すると、ボイド内の空気が超電導コイルの外部に放出される。すると、超電導コイルの真空冷却が不十分となって超電導状態を維持できなくなる。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、絶縁性樹脂部のボイド内の空気が超電導コイルの外部に放出されることを抑制できる、伝導冷却超電導マグネットおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に基づく伝導冷却超電導マグネットは、真空容器と、真空容器内において真空容器と所定の間隔を置いて位置する輻射シールドと、輻射シールド内に位置する巻枠とを備える。また、伝導冷却超電導マグネットは、巻枠に巻き回された超電導線、および、この超電導線の周囲を覆ってこの超電導線同士の間を埋めた絶縁性樹脂部を含む超電導コイルと、超電導コイルおよび輻射シールドを伝導で冷却する冷凍機と、超電導コイルの周囲の少なくとも外周部を覆って巻枠との間において超電導コイルを封止する樹脂封止部とを備える。

本発明によれば、絶縁性樹脂部のボイド内の空気が超電導コイルの外部に放出されることを抑制できる。

本発明の実施形態１に係る伝導冷却超電導マグネットの構成を示す断面図である。 図１の伝導冷却超電導マグネットを矢印ＩＩから見た図である。 図１のＩＩＩ部を拡大して示す図である。 超電導線に液晶の絶縁性樹脂を塗布した状態を示す断面図である。 図１のＶ部において絶縁性樹脂部に割れおよび剥離が生じた状態を示す断面図である。 窒素の蒸気圧と温度との関係を示すグラフである。 本実施形態の第１変形例に係る超電導マグネットの構成の一部を示す断面図である。 本実施形態の第２変形例に係る超電導マグネットの構成の一部を示す断面図である。 本実施形態の第３変形例に係る超電導マグネットの構成の一部を示す断面図である。 本発明の実施形態２に係る超電導マグネットの構成の一部を示す断面図である。 本発明の実施形態３に係る超電導マグネットの構成の一部を示す断面図である。 本発明の実施形態４に係る超電導マグネットの構成の一部を示す断面図である。 本発明の実施形態５に係る超電導マグネットの構成の一部を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態１に係る伝導冷却超電導マグネットおよびその製造方法について図面を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る伝導冷却超電導マグネットの構成を示す断面図である。図２は、図１の伝導冷却超電導マグネットを矢印ＩＩから見た図である。図３は、図１のＩＩＩ部を拡大して示す図である。

図１，２に示すように、本発明の実施形態１に係る伝導冷却超電導マグネット１００においては、直方体状の外形を有する真空容器１１０内に、真空容器１１０と所定の間隔を置いて直方体状の外形を有する輻射シールド１２０が配置されている。真空容器１１０は、真空容器１１０の内部と外部とを真空断熱している。

輻射シールド１２０は、外部からの熱輻射による熱が後述する超電導コイル１に侵入することを防止している。本実施形態においては、輻射シールド１２０はアルミニウムから形成されているが、輻射シールド１２０の材料はこれに限られず、熱伝導性のよい材料であればよい。

輻射シールド１２０内に、巻枠１４０が固定されている。巻枠１４０は、筒状の巻軸１４１と、巻軸１４１の両端に連結された円板状の端板１４２とから構成されている。巻軸１４１の軸方向と２つの端板１４２とは直交している。巻軸１４１と端板１４２との連結部分は、隙間が生じないように連結されている。

本実施形態においては、巻軸１４１の軸方向が鉛直方向となるように、巻枠１４０が配置されている。ただし、巻枠１４０の向きはこれに限られず、巻軸１４１の軸方向が水平方向となるように、巻枠１４０が配置されていてもよい。また、巻枠１４０はステンレス鋼から形成されているが、巻枠１４０の材料はこれに限られない。さらに、巻枠１４０に電気絶縁処理が施されていてもよい。なお、巻枠１４０に貫通して設けられている図示しないねじ孔などは、超電導コイル１の組み立て後にエポキシ樹脂などで封止されている。

巻枠１４０は、真空容器１１０の内面と一方の端板１４２の上面とを繋ぐ断熱性支持部材１５０によって吊り下げられている。断熱性支持部材１５０は、輻射シールド１２０を貫通している。

巻枠１４０の巻軸１４１に、超電導線１６０が巻き回されている。超電導線１６０は、ニオブチタン合金からなる。ただし、超電導線１６０の材料は、ニオブチタン合金に限られず、たとえば、ニオブ錫合金などでもよい。

超電導線１６０の巻き始め端側１６１は、真空容器１１０の外側に引き出されている。真空容器１１０には、超電導線１６０の巻き始め端側１６１を引き出しつつ気密性を維持する引出口１１１が設けられている。超電導線１６０の巻き始め端側１６１は、輻射シールド１２０、一方の端板１４２および後述する熱伝導部材１９０を貫通している。

また、超電導線１６０の巻き終り端側１６２は、真空容器１１０の外側に引き出されている。真空容器１１０には、超電導線１６０の巻き終り端側１６２を引き出しつつ気密性を維持する引出口１１２が設けられている。超電導線１６０の巻き終り端側１６２は、輻射シールド１２０、一方の端板１４２および後述する熱伝導部材１９０を貫通している。

超電導線１６０は、絶縁性樹脂部１７０によって、周囲を覆われて超電導線１６０同士の間を埋められている。絶縁性樹脂部１７０においては、エポキシ樹脂などの絶縁性樹脂が硬化して一体になっている。一体に固化した超電導線１６０と絶縁性樹脂部１７０とから、超電導コイル１が構成されている。

伝導冷却超電導マグネット１００は、冷凍機１３０を備えている。冷凍機１３０は、２段の冷却部を有している。冷凍機１３０の第１段部１３１は、輻射シールド１２０と接触している。冷凍機１３０の第２段部１３２は、銅などからなる熱伝導部材１９０および巻枠１４０を介して超電導コイル１と間接的に接触している。

図１，２に示すように、熱伝導部材１９０は、巻枠１４０における一方の端板１４２の上面および他方の端板１４２の下面と、冷凍機１３０の第２段部１３２とに接するように設けられている。熱伝導部材１９０の端板１４２と接する部分は、平面視において、端板１４２の形状と略同等の円形である。

本実施形態においては、図１，３に示すように、超電導コイル１の外周部が、樹脂封止部で覆われている。樹脂封止部は、超電導コイル１に樹脂フィルム１８０が接着剤１８１，１８２によって貼り付けられることにより構成されている。本実施形態においては、樹脂フィルム１８０はポリエステルからなるが、樹脂フィルム１８０の材料はこれに限られず、ポリエチレンテレフタレートまたはポリイミドなどの低温で破壊しにくい封止樹脂であればよい。

接着剤１８１，１８２は、低温でも接着強度が強く割れにくいエポキシ系の接着剤である。具体的には、日東シンコー製のニトフィックス(登録商標)、Ｅｍｅｒｓｏｎ＆Ｃｕｍｉｎｇ製のＳＴＹＣＡＳＴ２８５０、または、ナガセケムテックス製のＸＮ１２４４などを接着剤１８１，１８２として用いることができる。

接着剤１８１は、超電導コイル１の外周面に一様に塗布されている。接着剤１８２は、樹脂フィルム１８０と端板１４２との間を塞ぐように、接着剤１８１の外側に塗り足されている。

樹脂封止部は、一方の端板１４２と他方の端板１４２との間を塞ぐように設けられている。よって、超電導コイル１は、巻枠１４０の巻軸１４１と２つの端板１４２と樹脂封止部とによって囲まれている。すなわち、樹脂封止部と巻枠１４０との間において超電導コイル１が封止されている。

以下、伝導冷却超電導マグネットの製造方法について説明する。
一般的に、超電導コイルを製作する際、巻枠に巻き回した超電導線を一体化する。特に、超電導コイルを真空中に配置する伝導冷却超電導マグネットにおいては、超電導線同士の間の冷却を促進するために、超電導線同士の間にエポキシ樹脂などの絶縁性樹脂を充填して超電導線を一体化する。

この絶縁性樹脂を充填する従来の方法として、真空含浸方式がある。真空含浸方式においては、まず、真空装置内に配置された浸漬用容器内に液状の絶縁性樹脂を投入する。真空装置内を真空引きしつつ、巻枠に巻き回された超電導線を浸漬用容器内に浸漬する。その状態で、真空装置内を大気雰囲気に開放する。その結果、大気圧によって、超電導線同士の間に液状の絶縁性樹脂が浸透して充填される。

本実施形態に係る伝導冷却超電導マグネットの製造方法においては、真空含浸方式ではなく塗り巻き方式によって絶縁性樹脂を充填する。

塗り巻き方式においては、超電導線１６０を巻枠１４０に巻き回す直前に、超電導線１６０の表面に液状の絶縁性樹脂を塗布する。図４は、超電導線に液晶の絶縁性樹脂を塗布した状態を示す断面図である。図４に示すように絶縁性樹脂部１７０となる液状の絶縁性樹脂を塗布した超電導線１６０を、巻枠１４０に巻き回す。

塗り巻き方式は、真空含浸方式とは異なり、真空含浸装置を必要としないため、簡易に絶縁性樹脂を充填することができるとともに、大型の超電導コイルの作製にも対応できる。また、真空含浸方式においては、浸漬用容器を満たす量の絶縁性樹脂が必要であるが、塗り巻き方式においては、充填に必要な量だけの絶縁性樹脂を用意すればよいため、塗り巻き方式の方が真空含浸方式より絶縁性樹脂を効率よく利用できる。

さらに、真空含浸方式においては、超電導線１６０同士の間の狭い隙間に絶縁性樹脂を浸透させるために、粘度の低い絶縁性樹脂を使用しなくてはならない。絶縁性樹脂の熱伝導率、接着強度および線膨張係数を改善するために用いる粉末添加剤(フィラー)を絶縁性樹脂に添加すると、絶縁性樹脂の粘度が増加するため、真空含浸方式では粉末添加剤の添加が制限されて絶縁性樹脂の特性改善を十分に行うことができない。

一方、塗り巻き方式においては、絶縁性樹脂の粘度の影響をほとんど受けないため、粉末添加剤を用いて、絶縁性樹脂の特性改善を十分に行うことができる。その結果、好適な絶縁性樹脂部１７０を得ることができる。

塗り巻き方式にて超電導線１６０を巻き回した後、絶縁性樹脂を加熱して硬化させて超電導線１６０と一体に固化させることにより超電導コイル１を形成する。これにより形成された絶縁性樹脂部１７０は、巻枠１４０とも接着している。

その後、超電導コイル１外周部に接着剤１８１を塗布して封止樹脂である樹脂フィルム１８０を貼り付ける。さらに、接着剤１８２を塗布することにより、樹脂フィルム１８０および接着剤１８１，１８２からなる樹脂封止部と巻枠１４０とによって超電導コイル１を封止する。

以下、伝導冷却超電導マグネット１００において磁場を発生させる際の動作について説明する。

まず、超電導コイル１を超電導状態にするために、真空容器１１０内を減圧して真空引きする。その後、冷凍機１３０を稼動させる。輻射シールド１２０は、冷凍機１３０の第１段の冷却部により約６０Ｋまで冷却される。超電導コイル１は、冷凍機１３０の第２段の冷却部により、最終的に４Ｋ以下の温度まで冷却される。

輻射シールド１２０および超電導コイル１が十分冷却された後、図示しない外部の電源装置から超電導コイル１に電流を流すことにより、強磁場を発生させる。

このように、超電導コイル１は、極低温まで冷却され、また、強磁場を発生する。そのため、超電導コイル１には、熱応力および電磁力が作用する。この熱応力または電磁力によって、絶縁性樹脂部１７０に割れまたは剥離が発生することがある。

図５は、図１のＶ部において絶縁性樹脂部に割れおよび剥離が生じた状態を示す断面図である。図５に示すように、絶縁性樹脂部１７０には、塗り巻き時に絶縁性樹脂中に混入した空気からなるボイド１７１が多数存在する。

超電導コイル１が極低温まで冷却されて、巻枠１４０と超電導線１６０と絶縁性樹脂部１７０との熱収縮率の差により生じる熱応力が、絶縁性樹脂部１７０の破壊強度を超えると、絶縁性樹脂部１７０に亀裂１７２が発生してボイド１７１同士が繋がることがある。

また、熱応力が絶縁性樹脂部１７０の接着力を超えると、巻枠１４０と絶縁性樹脂部１７０とが剥離して亀裂１７３が形成されることがある。この亀裂１７３は、端板１４２の表面に沿って進展する。

亀裂１７２と亀裂１７３とが繋がると、超電導コイル１内の複数のボイド１７１内に閉じ込められていた空気１０が、超電導コイル１の亀裂１７２，１７３を通過して移動可能となる。

この亀裂１７２，１７３の発生現象は、超電導コイル１を通電励磁することにより超電導コイル１に作用する電磁力によって増長される。

仮に、亀裂１７２，１７３が発生した場合においても、通常運転時において超電導コイル１が約１０Ｋ以下に冷却されている間は、ボイド１７１内の空気が固化しているため、亀裂１７２，１７３を移動する空気の量は少ない。

図６は、窒素の蒸気圧と温度との関係を示すグラフである。図６においては、縦軸に窒素の蒸気圧、横軸に窒素の温度を示している。

図６に示すように、空気の大部分を占める窒素においては、温度が３３Ｋを超えると、蒸気圧が０．１Ｐａを超える。仮に、真空容器１１０内の真空度が０．１Ｐａを超えた場合、ガス分子の熱伝導の影響が現れて超電導コイル１の熱負荷が増加し、超電導コイル１の再冷却に支障が出る可能性がある。

ここで、絶縁性樹脂部１７０のボイド１７１内の空気１０が、真空容器１１０内の真空度にどの程度影響を及ぼし得るか検討する。たとえば、真空容器１１０の容積を０．２ｍ³とする。容積が０．０２ｍ³である超電導コイル１において、絶縁性樹脂部１７０の占積率が１０％、絶縁性樹脂部１７０におけるボイド含有率が２％、発生した亀裂１７２，１７３によって繋がるボイドの割合を１０％とする。

この場合、真空度に影響するボイド１７１の絶縁性樹脂部１７０における含有率は０．２％であり、このボイド１７１に含まれる空気１０の体積は、０．０２(ｍ³)×０．１×０．００２＝４×１０^-6ｍ³である。ボイド１７１から真空容器１１０内に放出される空気１０の圧力を１気圧＝１０１３２５Ｐａとすると、真空容器１１０内の真空度は、１０１３２５×４×１０^-6÷０．２＝２.０Ｐａとなる。

真空容器１１０内の真空度が低下すると、外部から真空容器１１０内に侵入する熱量が急増する。仮に、真空度が２．０Ｐａまで低下した場合、冷凍機１３０の冷凍能力によって超電導コイル１を再び極低温状態まで冷却することは難しい。

そこで、本実施形態に係る伝導冷却超電導マグネット１００においては、樹脂封止部を設けている。上記のように、樹脂封止部は、超電導コイル１に樹脂フィルム１８０が接着剤１８１，１８２によって貼り付けられることにより構成されている。

従来の超電導マグネットのようにステンレス箔からなる補強層を設けた場合と、本実施形態の伝導冷却超電導マグネット１００のようにポリエステルからなる樹脂フィルム１８０を貼り付けた場合とを比較すると、極低温状態における熱収縮率は下記の表１に示すとおりである。

表１に示すように、室温から４Ｋまで冷却した際、超電導コイル１の熱収縮率は−０．５２％、ＳＵＳ３０４の熱収縮率は−０．３０％、ポリエステルの熱収縮率は−０．６０％である。

よって、ステンレス箔からなる補強層の熱収縮率に対して、超電導コイル１の熱収縮率は０．２２％だけ大きい。ポリエステルからなる樹脂フィルム１８０の熱収縮率に対して、超電導コイル１の熱収縮率は０．０８％だけ小さい。

ステンレス箔からなる補強層のように超電導コイル１に対して熱収縮率に大きな差がある場合、超電導コイル１と補強層との間に大きな熱応力が発生する。この大きな熱応力によって、超電導コイル１と補強層との間に剥離が生じることがある。

一方、樹脂フィルム１８０のように超電導コイル１に対して熱収縮率の差が小さい場合、超電導コイル１と樹脂フィルム１８０との間に発生する熱応力は小さい。よって、接着剤１８１に負荷される熱応力が小さいため、樹脂フィルム１８０と超電導コイル１との間に剥離が生じにくい。

また、樹脂は金属に比較して弾性係数が小さいため、樹脂フィルム１８０はステンレス箔からなる補強層より大きな変形能を有する。この変形能の違いによっても、超電導コイル１との間に発生する熱応力は、ステンレス箔からなる補強層に比較して樹脂フィルム１８０の方が小さくなる。

これらのことから、本実施形態に係る伝導冷却超電導マグネット１００のように樹脂フィルム１８０を含む樹脂封止部を設けることにより、超電導コイル１と樹脂封止部との間に剥離が生ずることを抑制することができる。

その結果、絶縁性樹脂部１７０内のボイド１７１から亀裂１７２，１７３を通過した空気１０の移動を樹脂封止部で遮断して、真空容器１１０内に空気１０が放出されることを抑制できる。

さらに、本実施形態に係る伝導冷却超電導マグネット１００においては、樹脂フィルム１８０と端板１４２との間に接着剤１８２を塗布しているため、超電導コイル１と樹脂フィルム１８０とが剥離することをさらに抑制することができる。また、絶縁性樹脂部１７０内のボイド１７１から亀裂１７２，１７３を通過した空気１０が、樹脂フィルム１８０と端板１４２との間から真空容器１１０内に放出されることを抑制できる。

本実施形態のように樹脂封止部を設けることにより、従来の補強層を設けた場合と比較して、伝導冷却超電導マグネット１００の軽量化および低コスト化を図ることができる。

なお、本実施形態においては、液状の絶縁性樹脂を超電導線１６０に塗布して塗り巻きを行なったが、絶縁性樹脂のプリプレグを周囲に巻き付けた超電導線１６０を巻枠１４０に巻き回してもよい。この場合にも、プリプレグを加熱して融解させた後で本硬化させることにより、超電導線１６０と絶縁性樹脂とを一体に固化させて超電導コイル１を構成することができる。

以下、本実施形態の変形例に係る超電導マグネットについて説明する。図７は、本実施形態の第１変形例に係る超電導マグネットの構成の一部を示す断面図である。図８は、本実施形態の第２変形例に係る超電導マグネットの構成の一部を示す断面図である。

第１変形例および第２変形例の超電導マグネットは、熱伝導部材の形状および配置が実施形態１に係る超電導マグネットとは主に異なる。そのため、他の構成については、説明を繰り返さない。

図７に示すように、本実施形態の第１変形例に係る超電導マグネットにおいては、熱伝導部材１９１が、巻枠１４０における一方の端板１４２の下面および他方の端板１４２の上面と、冷凍機１３０の第２段部１３２とに接するように設けられている。熱伝導部材１９１の端板１４２と接する部分は、平面視において、端板１４２の形状と略同等の円形である。

超電導線１６０は、熱伝導部材１９１同士の間において、巻軸１４１に巻き回されている。樹脂封止部は、一方の熱伝導部材１９１と他方の熱伝導部材１９１との間を塞ぐように設けられている。接着剤１８２は、樹脂フィルム１８０と熱伝導部材１９１との間を塞ぐように、接着剤１８１の外側に塗り足されている。

この場合も、超電導コイル１は、巻枠１４０の巻軸１４１と２つの端板１４２と樹脂封止部とによって囲まれている。すなわち、樹脂封止部と巻枠１４０との間において超電導コイル１が封止されている。

第１変形例の超電導マグネットにおいては、熱伝導部材１９１を介して冷凍機１３０により超電導コイル１を冷却することができる。

図８に示すように、本実施形態の第２変形例に係る超電導マグネットにおいては、熱伝導部材１９２が、樹脂フィルム１８０の外周部と、冷凍機１３０の第２段部１３２とに接するように設けられている。

第２変形例の超電導マグネットにおいては、熱伝導部材１９２および樹脂封止部を介して冷凍機１３０により超電導コイル１を冷却することができる。

図９は、本実施形態の第３変形例に係る超電導マグネットの構成の一部を示す断面図である。第３変形例の超電導マグネットは、樹脂フィルムの形状および配置のみ実施形態１に係る超電導マグネットとは異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。

図９に示すように、第３変形例の超電導マグネットにおいては、樹脂フィルム１８０によって超電導コイル１の外周部および巻枠１４０の外表面を覆っている。第３変形例の超電導マグネットにおいては、端板１４２と接着剤１８１との接着部が樹脂フィルム１８０によって覆われているため、接着剤１８２を塗布する必要がない。

このようにした場合にも、絶縁性樹脂部１７０内のボイド１７１から亀裂１７２，１７３を通過した空気１０の移動を樹脂封止部で遮断して、真空容器１１０内に空気１０が放出されることを抑制できる。

以下、本発明の実施形態２に係る超電導マグネットについて説明する。
(実施形態２)
図１０は、本発明の実施形態２に係る超電導マグネットの構成の一部を示す断面図である。図１０においては、図３で示す部分に相当する部分を示している。

図１０に示すように、本発明の実施形態２に係る超電導マグネットにおいては、樹脂封止部は、超電導コイル１に樹脂系接着剤１８３を含浸したガラスクロス１８４が樹脂系接着剤１８３によって貼り付けられることにより構成されている。

本実施形態においては、樹脂系接着剤１８３として、エポキシ系の接着剤を用いている。液状の樹脂系接着剤１８３をガラスクロス１８４に含浸させることにより、樹脂系接着剤１８３とガラスクロス１８４とを強固に密着させることができる。そのため、実施形態１の樹脂フィルム１８０と接着剤１８１との接着力に比較して、樹脂系接着剤１８３とガラスクロス１８４との接着力を高くすることができる。

その結果、樹脂封止部での剥離の発生を抑制することができる。本実施形態に係る超電導マグネットにおいては、絶縁性樹脂部１７０内のボイド１７１から亀裂１７２，１７３を通過した空気１０の移動を樹脂封止部でより確実に遮断して、真空容器１１０内に空気１０が放出されることを抑制できる。

なお、樹脂系接着剤１８３をガラスクロス１８４に含浸させる際に真空含浸法を用いれば、樹脂系接着剤１８３内にできたボイド内に空気が存在しないため、真空容器１１０内の真空度を維持するために好ましい。

以下、本発明の実施形態３に係る超電導マグネットについて説明する。
(実施形態３)
図１１は、本発明の実施形態３に係る超電導マグネットの構成の一部を示す断面図である。図１１においては、図３で示す部分に相当する部分を示している。

図１１に示すように、本発明の実施形態３に係る超電導マグネットにおいては、樹脂封止部は、超電導コイル１にシリコンシーラント１８５，１８６が塗布されることにより構成されている。

具体的には、超電導コイル１の外周部にシリコンシーラント１８５を塗布し、シリコンシーラント１８５と端板１４２との接着部を覆うようにシリコンシーラント１８６をシリコンシーラント１８５の外側に塗り足している。

シリコンシーラントは、実施形態１の接着剤１８１として用いたエポキシ系の接着剤と比較して、低温での弾性変形能が大きい。そのため、実施形態１のように樹脂フィルム１８０を配置しなくても、絶縁性樹脂部１７０内のボイド１７１から亀裂１７２，１７３を通過した空気１０の移動を樹脂封止部で遮断して、真空容器１１０内に空気１０が放出されることを抑制できる。

シリコンシーラント１８５，１８６としては、Ｓｉｌｉｃｏｎｅｓ製のＣＡＦ４を用いることができる。

なお、実施形態１の接着剤１８１，１８２をシリコンシーラント１８５，１８６に置換してもよい。すなわち、本実施形態において、樹脂フィルム１８０を超電導コイル１の外周部に配置してもよい。

以下、本発明の実施形態４に係る超電導マグネットについて説明する。
(実施形態４)
図１２は、本発明の実施形態４に係る超電導マグネットの構成の一部を示す断面図である。

図１２に示すように、本発明の実施形態４に係る超電導マグネットにおいては、樹脂封止部は、超電導コイル１に封止樹脂が真空含浸法により成膜されることにより構成されている。

具体的には、巻枠１４０の外周に金属製の筒１４３を配置し、超電導コイル１を巻枠１４０と筒１４３とで囲む。巻枠１４０と筒１４３とで囲まれた空間に、封止樹脂としてエポキシ樹脂を真空含浸して硬化させる。それにより、超電導コイル１の外周部に、樹脂封止部である封止樹脂膜１８７が形成される。

本実施形態においては、超電導コイル１と封止樹脂膜１８７との間に界面が存在するため、絶縁性樹脂部１７０に発生した亀裂１７２，１７３と封止樹脂膜１８７に発生した亀裂が繋がりにくく、真空容器１１０内に空気１０が放出されることを抑制できる。

また、封止樹脂膜１８７は、真空含浸法で形成されているため、封止樹脂膜１８７内にできたボイド内に空気が存在せず、真空容器１１０内の真空度を維持するために好ましい。

以下、本発明の実施形態５に係る超電導マグネットについて説明する。
(実施形態５)
図１３は、本発明の実施形態５に係る超電導マグネットの構成の一部を示す断面図である。

図１３に示すように、本発明の実施形態５に係る超電導マグネットにおいては、超電導コイル１における超電導線１６０の引き出し部にハーメチックシール構造をさらに備える。

ハーメチックシール構造は、端板１４２における超電導線１６０の引き出し部に設けられている。ハーメチックシール構造は、金属筒１４４と、金属筒１４４内に充填された絶縁性の充填部材１８８と、充填部材１８８を金属筒１４４内に閉じ込める口金部１８９とからなる。

超電導線１６０の巻き始め端側１６１および巻き終り端側１６２がハーメチックシール構造を通過して引き出されることにより、絶縁性樹脂部１７０内のボイド１７１から亀裂１７２，１７３を通過した空気１０の移動をハーメチックシール構造で遮断して、真空容器１１０内に空気１０が放出されることを抑制できる。本実施形態は、実施形態１〜４のいずれか１つと適宜組み合わせ可能である。

なお、今回開示した上記実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ 超電導コイル、１０ 空気、１００ 伝導冷却超電導マグネット、１１０ 真空容器、１１１，１１２ 引出口、１２０ 輻射シールド、１３０ 冷凍機、１３１ 第１段部、１３２ 第２段部、１４０ 巻枠、１４１ 巻軸、１４２ 端板、１４３ 筒、１４４ 金属筒、１５０ 断熱性支持部材、１６０ 超電導線、１６１ 巻き始め端側、１６２ 巻き終り端側、１７０ 絶縁性樹脂部、１７１ ボイド、１７２，１７３ 亀裂、１８０ 樹脂フィルム、１８１，１８２ 接着剤、１８３ 樹脂系接着剤、１８４ ガラスクロス、１８５，１８６ シリコンシーラント、１８７ 封止樹脂膜、１８８ 充填部材、１８９ 口金部、１９０，１９１，１９２ 熱伝導部材。

Claims (7)

1. 真空容器と、
   前記真空容器内において前記真空容器と所定の間隔を置いて位置する輻射シールドと、
   前記輻射シールド内に位置する巻枠と、
   前記巻枠に巻き回された超電導線、および、該超電導線の周囲を覆って該超電導線同士の間を埋めた絶縁性樹脂部を含む超電導コイルと、
   前記超電導コイルおよび前記輻射シールドを伝導で冷却する冷凍機と、
   前記超電導コイルの周囲の少なくとも外周部を覆って前記巻枠との間において前記超電導コイルを封止する樹脂封止部とを備える、伝導冷却超電導マグネット。
2. 前記樹脂封止部は、前記超電導コイルに樹脂フィルムが接着剤によって貼り付けられることにより構成されている、請求項１に記載の伝導冷却超電導マグネット。
3. 前記樹脂封止部は、前記超電導コイルに樹脂系接着剤を含浸したガラスクロスが該樹脂系接着剤によって貼り付けられることにより構成されている、請求項１に記載の伝導冷却超電導マグネット。
4. 前記樹脂封止部は、前記超電導コイルにシリコンシーラントが塗布されることにより構成されている、請求項１に記載の伝導冷却超電導マグネット。
5. 前記樹脂封止部は、前記超電導コイルに封止樹脂が真空含浸法により成膜されることにより構成されている、請求項１に記載の伝導冷却超電導マグネット。
6. 前記超電導コイルにおける前記超電導線の引き出し部にハーメチックシール構造をさらに備えた、請求項１から５のいずれかに記載の伝導冷却超電導マグネット。
7. 真空容器内において該真空容器と所定の間隔を置いて位置する輻射シールドの内側に配置された巻枠に、絶縁性樹脂を塗布した超電導線を巻き回す工程と、
   前記超電導線を巻き回す前記工程の後、前記絶縁性樹脂を加熱して硬化させて前記超電導線と一体に固化させることにより超電導コイルを形成する工程と、
   前記超電導コイルの周囲の少なくとも外周部を封止樹脂により覆って、前記巻枠との間において前記超電導コイルを封止する工程と
   を備える、伝導冷却超電導マグネットの製造方法。

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