JP2971705B2 - 超電導コイルの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は超電導コイルの製造方
法に関し、特にコンジット２重構造の大型の高磁界超電
導コイルの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】トカマク型核融合炉等に使用される超電
導コイルには、その形状が渦巻き状をしているととも
に、超電導撚線や冷媒を保持するコンジットが第１コン
ジットと第２コンジットから構成される２重構造となっ
ているものがある。

【０００３】図１４はこのような超電導コイルの一例を
示している。図において、１はステンレス材やチタン材
等から構成される薄肉で長尺な中空状の第１コンジット
であり、この第１コンジット１は内部に超電導撚線３を
液体ヘリウム等の冷媒とともに収め、冷媒を気密状態で
保持する役割を有している。２はステンレス材等から構
成され、その長手方向に溝２ａが形成され、所定ターン
の渦巻き状に成形された第２コンジットである。この第
２コンジット２は、溝２ａを対向して重ね合わせて形成
される溝空間内に第１コンジット１を収容して、この第
１コンジット１を強度的に補強することにより、電磁力
による超電導撚線３の変形等を防止する役割を有してい
る。

【０００４】図１５および図１６は、例えば特開平１ー
１７３６０４号公報に示される、このような超電導コイ
ルの第２コンジット２の製造方法の説明図である。ま
ず、図１５で示す方法では、所定厚さの板材を所定ター
ンの渦巻き状に切断した後、この渦巻き状体に機械加工
によって溝２ａを形成することにより、第２コンジット
２を形成している。一方、図１６で示す方法では、所定
厚さの板材を所定幅の同心リング状にカットした後、こ
のリング材に機械加工によって溝２ａを形成する。そし
て、溝２ａを有したリング材を半リング状にカットした
後、これらを径違いにずらしつつ各接合部４を溶接接合
することにより第２コンジット２を形成している。

【０００５】このようにして、右巻きおよび左巻きの第
２コンジット２をそれぞれ加工製造した後、巻き加工が
終わった第１コンジット１を一対の第２コンジット２で
挟むようにして組み合わせて溝２ａ内に収め、超電導コ
イルを製作している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の超電導コイルの製造方法では、第２コンジ
ット２を製作するのに、板材の切断や溝の形成といった
多数の工程において機械加工を必要とするため、製作に
長時間を要し、製造コストが高くなってしまうという課
題があった。また、板材を切断する場合に、不要部分が
多量に発生し、材料の利用効率が悪いという課題もあっ
た。

【０００７】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたものであり、機械加工を減少できるととも
に、材料の利用効率も高めることができる超電導コイル
の製造方法を提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、超電導撚線
と冷媒とを収容する気密保持用の第１コンジットと、渦
巻き状に成形されているとともに、重ね合わせて用いら
れる少なくとも一方側に、長手方向に向かって第１コン
ジットを収容する溝が形成されている一対の補強用の第
２コンジットとを有して構成される超電導コイルの製造
方法において、第２コンジットを、長尺素材を巻型に押
し曲げしつつ、渦巻き状に巻回して成形するものであ
る。

【０００９】

【作用】この発明においては、長尺素材にすでに溝加工
がなされている場合には、第２コンジットは、この長尺
素材を巻型に押し曲げしつつ渦巻き状に巻回して成形す
ることにより製作される。また、長尺素材に溝加工がな
されていない場合には、第２コンジットは、この長尺素
材を巻型に押し曲げしつつ渦巻き状に巻回して成形した
後、これらに溝加工を施すことにより製作される。な
お、溝加工が不要な第２コンジットについては、溝加工
が施されていない長尺素材を渦巻き状に巻回して成形す
るだけで製作される。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。 実施例１．図１はこの発明の実施例１に係る超電導コイ
ルの製造方法を説明するための第２コンジット製作用の
巻線装置の斜視図である。

【００１１】図において、１０は矢印方向に回転可能な
巻線ドラム、１１は巻線ドラム１０上に固定され、その
外径が第２コンジット２の渦巻き内径と等しい巻型、１
２は巻型１１に一端Ｅａが固定された第２コンジット２
形成用の直線状の長尺素材Ｅを、この巻型１１側に加圧
して押し曲げしつつ、渦巻き状に巻いていくプレス装
置、１３はプレス装置１２により巻型１１周りに押し曲
げられた長尺素材Ｅを、巻型１１に加圧して固定してい
く押え具である。ここで、第２コンジット２形成用の長
尺素材Ｅは、後に説明するように種々の形状のものがあ
るが、少なくとも断面が矩形状をした一定長さ（製造の
容易性を考慮した長さ）のものであればよい。なお、超
電導コイルの構造は図１４で説明したものと同一である
ため、説明を省略する。

【００１２】つぎに、この実施例１による巻線装置の動
作について説明する。まず、長尺素材Ｅの一端Ｅａを巻
型１１の外周部に溶接等により固定する。その後、プレ
ス装置１２で長尺素材Ｅを巻型１１に加圧して押し曲げ
しつつ、巻線ドラム１０を回転させて、この長尺素材Ｅ
を巻型１１外周面に巻いてく。この場合、巻回された長
尺素材Ｅは、この長尺素材Ｅに順次所定ピッチで押え具
１３が取り付けられ、巻型１１側に固定される。そし
て、長尺素材Ｅが一定長さだけ巻かれると、この長尺素
材Ｅに次の長尺素材Ｅを溶接で中継ぎ接合し、これらの
長尺素材Ｅを順次巻型１１の外周面側、およびこの巻型
１１周りに巻かれた長尺素材Ｅの外周面側に巻いてい
く。この場合、前周目の長尺素材Ｅの固定用に用いられ
た押え具１３は次の周に巻かれる長尺素材Ｅに順次付け
替えられる。そして、長尺素材Ｅによる所定ターン数の
渦巻き体が形成されると、この渦巻き体に必要な機械加
工等が施されて、第２コンジット２が製作される。

【００１３】以上のように、この実施例１による超電導
コイルの製造方法では、第２コンジット２を製作するに
あたり、板材を渦巻き状に切断するのではなく、長尺素
材Ｅを巻型１１に押し曲げしつつ巻くようにしているた
め、板材の不要部分の切り落としが無くなる分、材料の
利用効率が高くなる。また、板材を切断するといった機
械加工に比べ、長尺素材Ｅの曲げ加工は、大きな加工機
械を必要とせず、かつ作業も短時間で終了するため、こ
の超電導コイルの製造方法では、第２コンジット２を低
コストで短時間のうちに製作できる。

【００１４】実施例２．上記実施例１では、プレス装置
１２により直線状の長尺素材Ｅを単に巻型１１に加圧し
て押し曲げしつつ、渦巻き状に巻回するものとしている
が、この実施例２では、図２で示されるように、巻線装
置にベンダー１４を設け、このベンダー１４のローラ１
４ａ間に長尺素材Ｅを通してこの長尺素材Ｅをある程度
予曲げした後、この長尺素材Ｅを巻型１１に巻くように
するものとしている。

【００１５】この実施例２によれば、ベンダー１４によ
り長尺素材Ｅを予曲げしているので、上記実施例１の効
果に加えて、長尺素材Ｅの押し曲げ時のスプリングバッ
クを減少できるため、巻き上がった渦巻き体の曲げによ
る残留応力を最小にすることができ、例えば、応力除去
のための焼鈍工程を無くすこともできる。

【００１６】実施例３．上記実施例１では、プレス装置
１２により直線状の長尺素材Ｅを単に巻型１１に加圧し
て押し曲げしつつ、渦巻き状に巻回するものとしている
が、この実施例３では、図３で示されるように、長尺素
材Ｅをテンショナー１５により引っ張りつつ、この長尺
素材Ｅを巻型１１に巻くようにするものとしている。

【００１７】この実施例３では、テンショナー１５を介
して、この長尺素材Ｅにその降状応力を超える曲げ応力
を与えることにより、プレス装置１２が無くてもこの長
尺素材Ｅを容易に巻型１１に巻くことができる。この場
合、テンショナー１５は長尺素材Ｅを挟み着ける一対の
挟着板１５ａと、この挟着板１５ａを長尺素材Ｅ側に加
圧するボルト１５ｂ等とから構成されているため、この
テンショナー１５は任意の面圧で長尺素材Ｅを挟みつ
つ、この長尺素材Ｅを摺動させることができる。したが
って、このテンショナー１５を使用して、どのような長
尺素材Ｅに対しても必要な張力を与えることができ、こ
の長尺素材Ｅを巻型１１に容易に巻くことができる。な
お、１６はテンショナー１５の反力を受けるための受台
であり、１７は張力の測定器である。

【００１８】実施例４．上記実施例１では、直線状の長
尺素材Ｅをその一端Ｅａを巻型１１に溶接等で固定し、
プレス装置１２により長尺装置ｅを巻型１１に加圧して
押し曲げしつつ、渦巻き状に巻回するものとしている
が、この実施例３では、図４で示されるように、巻線装
置に固定治具１８を設け、この固定治具１８に長尺素材
Ｅの一端Ｅａを溶接等により結合した後、この固定治具
１８を巻型１１にボルト１８ａを介して取り付けるよう
にするものとしている。

【００１９】長尺素材Ｅを直接巻型１１に溶接にて固定
すれば、巻線加工終了後、渦巻き状に巻回された長尺素
材Ｅを巻型１１から取り外すのが困難となるが、この実
施例４では、固定治具１８を設け、この固定治具１８に
長尺素材Ｅの一端Ｅａを溶接等により結合することによ
り、巻型１１に巻回された渦巻き体を固定治具１８ごと
巻型１１から容易に取り外しができる。なお、この渦巻
き体からの固定治具１８の取り外しは困難なくできる。

【００２０】つぎに、上記各実施例における第２コンジ
ット２の製作方法を、長尺素材Ｅの具体的形状を示しつ
つ、図５乃至図１３を参照しつつさらに詳細に説明す
る。

【００２１】図５では、未加工の１次長尺素材Ｅ１に溝
加工を施して、長手方向に溝２ａを有する２次長尺素材
Ｅ２を形成し、つぎに、この２次長尺素材Ｅ２を巻線装
置を使用して渦巻き状に巻回することにより、第２コン
ジット２を成形することを示している。この場合、一対
の２次長尺素材Ｅ２をその溝２ａを対向させて重ね合わ
せた状態で、これらを一度に渦巻き状に巻回するように
してもよい。

【００２２】図６では、未加工の１次長尺素材Ｅ１を巻
線装置を使用して渦巻き状に巻回することにより、ま
ず、渦巻き体Ｆ１を成形し、つぎに、この渦巻き体Ｆ１
に溝２ａを形成することにより、第２コンジット２を成
形することを示している。この場合、巻線加工後に溝加
工をしているため、巻線加工時の曲げにより溝２ａに変
形が生じず、寸法精度のよい第２コンジェット２が成形
される。

【００２３】図７では、未加工の１次長尺素材Ｅ１の長
手方向にドリル等による孔加工を施して中空穴５が形成
された２次長尺素材Ｅ３を、巻線装置を使用して渦巻き
状に巻回して渦巻き体Ｆ２を成形後、この渦巻き体Ｆ２
を破線Ｌの位置で水平に切断することにより、第２コン
ジット２を成形することを示している。この場合、一回
の巻線加工により一対の第２コンジット２が成形できる
とともに、２次長尺素材Ｅ３が一対の２次長尺素材Ｅ２
を一体化したものであるため、一対の２次長尺素材Ｅを
巻回する場合に比べて、相互に位置ずれを生じることな
く、巻線加工も容易になされる。

【００２４】図８では、冷間引き抜き加工によって溝２
ａが一体に形成された２次長尺素材Ｅ２を、巻線装置を
使用して渦巻き状に巻回することにより、第２コンジッ
ト２を成形することを示している。この場合、溝２ａを
有する２次長尺素材Ｅ２が冷間引き抜き加工によって製
作される分、機械加工（溝加工）が減少でき、第２コン
ジット２の製作時間を短縮できる。

【００２５】図９では、一対の２次長尺素材Ｅ２を重ね
合わせ、対向する一対の溝２ａで形成される溝空間内に
中子１９を入れた状態で、これらを巻線装置を使用して
渦巻き状に巻回して、第２コンジット２を成形すること
を示している。この場合、一対の２次長尺素材Ｅ２中に
中子１９を有しているため、この２次長尺素材Ｅ２の溝
２ａには、巻線加工時の曲げによる変形が生じない。

【００２６】図１０は、２次長尺素材Ｅ２を形成する場
合に、巻線加工後の形状変形を考慮して２次長尺素材Ｅ
２の断面形状を定めることを示している。すなわち、２
次長尺素材Ｅ２の断面形状を、巻線時の外周面側（図中
左側）の肉厚を厚くするとともに、内周面側（図中右
側）の肉厚を薄くしている。そこで、巻線時には外周面
側に引張応力が作用し、内周面側に圧縮応力が作用する
ため、２次長尺素材Ｅ２の巻線後の断面は破線で示され
るように適正な形状となる。

【００２７】図１１は、２次長尺素材Ｅの溝２ａ内の溶
接接合部Ｅｂ周りに、巻線加工時の補強用に補強用中子
２０を入れる場合を示している。溶接接合部Ｅｂは他の
部分に比べて強度的に弱くなりやすいため、この溶接接
合部Ｅｂにおいて巻線加工時に腰折れ現象が生じやす
い。このため、２次長尺素材Ｅ２の溝２ａ内の溶接接合
部Ｅｂの前後位置に補強用中子２０を入れて、この補強
用中子２０により、溶接接合部Ｅｂの補強をして、巻線
加工時の溶接接合部Ｅｂの腰折れ現象を防止するように
した。

【００２８】この場合、図１２で示されるように、溶接
接合部Ｅｂの位置に配置される補強用中子２０の中間部
を中実とするとともに、この補強用中子２０に、溶接接
合部Ｅｂから遠ざかる補強用中子２０の端部側に向かっ
て、段階的に径の大きくなるくり抜き孔２０ａを設け
た。したがって、補強用中子２０の中間部の強度が最も
大きくなり、端部側にいくに従って、その強度が小さく
なっていく。その結果、２次長尺素材Ｅ２の溶接接合部
Ｅｂおよびこの近傍の曲げ加工が滑らかに行なわれる。
なお、補強用中子２０のくり抜き孔２０ａを円錐形状や
角錐形状となるようにしてやれば、２次長尺素材Ｅ２の
溶接接合部Ｅｂおよびこの近傍の曲げ加工はより滑らか
に行なわれる。

【００２９】なお、上記各実施例においては、長尺素材
Ｅは巻線加工前に中継ぎ溶接をするようにしたが、図１
３で示されるように、長尺素材Ｅを１本１本巻線装置で
曲げ加工を行なった後、曲げ加工ずみの長尺素材Ｅを互
いに溶接接合するようにしてもよい。この方法ではスプ
リングバックによる長尺素材Ｅの曲率の戻りを考慮する
必要があるが、溶接接合部Ｅｂの曲げ加工が生じないた
め、溶接接合部Ｅｂの変形（腰折れ現象等）が防止でき
る。

【００３０】また、第１コンジット１を収める上記一対
の第２コンジット２にはすべて溝２ａが形成されている
が、一方側の第２コンジット２にのみ第１コンジット１
を収容する深い溝２ａを形成し、他方側の第２コンジッ
ト２には溝２ａを形成せず、この溝２ａが形成された第
２コンジット２に溝２ａを形成しない第２コンジット２
を蓋をするように重ね合わせるようにしてもよい。この
場合、いずれの第２コンジット２も上記各実施例で示す
方法で容易に製作できる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなようにこの発明
によれば、超電導撚線と冷媒とを収容する気密保持用の
第１コンジットと、渦巻き状に成形されているととも
に、重ね合わせて用いられる少なくとも一方側に、長手
方向に向かって第１コンジットを収容する溝が形成され
ている一対の補強用の第２コンジットとを有して構成さ
れる超電導コイルの製造方法において、第２コンジット
を、長尺素材を巻型に押し曲げしつつ、渦巻き状に巻回
して成形するようにしているため、超電導コイルの製造
にあたり、第２コンジェットを板材から成形する場合に
比べ、板材の切断等の機械加工を無くすることができる
とともに、材料の利用効率も高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１に係る巻線装置の斜視図で
ある。

【図２】この発明の実施例２に係る巻線装置の斜視図で
ある。

【図３】この発明の実施例３に係る巻線装置の斜視図で
ある。

【図４】この発明の実施例４に係る巻線装置の要部斜視
図である。

【図５】この発明による第１の長尺素材から第２コンジ
ットを製造する工程を説明するための図である。

【図６】この発明による第２の長尺素材から第２コンジ
ットを製造する工程を説明するための図である。

【図７】この発明による第３の長尺素材から第２コンジ
ットを製造する工程を説明するための図である。

【図８】この発明による中子を有した長尺素材から第２
コンジットを製造する工程を説明するための図である。

【図９】この発明による第４の長尺素材から第２コンジ
ットを製造する工程を説明するための図である。

【図１０】この発明による第５の長尺素材から第２コン
ジットを製造する工程を説明するための図である。

【図１１】この発明による溶接接合部に補強用中子を有
した長尺素材から第２コンジットを製造する工程を説明
するための図である。

【図１２】この発明による補強用中子を示す断面図であ
る。

【図１３】この発明による中継ぎしない長尺素材から第
２コンジットを製造する工程を説明するための図であ
る。

【図１４】超電導コイルを示す斜視断面図である。

【図１５】第２コンジットの従来の製造方法を説明する
図である。

【図１６】第２コンジットの従来の製造方法を説明する
図である。

【符号の説明】

１ 第１コンジット ２ 第２コンジット ２ａ 溝 ３ 超電導撚線 １１ 巻型 Ｅ 長尺素材 Ｅ１ １次長尺素材 Ｅ２ ２次長尺素材 Ｅ３ ２次長尺素材

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超電導撚線と冷媒とを収容する気密保持
   用の第１コンジットと、渦巻き状に成形されているとと
   もに、重ね合わせて用いられる少なくとも一方側に、長
   手方向に向かって前記第１コンジットを収容する溝が形
   成されている一対の補強用の第２コンジットとを有して
   構成される超電導コイルの製造方法において、前記第２
   コンジットを、長尺素材を巻型に押し曲げしつつ、渦巻
   き状に巻回して成形することを特徴とする超電導コイル
   の製造方法。