JPH02144902A

JPH02144902A - ヘリカルコイルの製造方法

Info

Publication number: JPH02144902A
Application number: JP29822988A
Authority: JP
Inventors: Akinori Nagata; 永田　晃則
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-11-28
Filing date: 1988-11-28
Publication date: 1990-06-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は強磁場発生のための高強度、高導電率を有する
ヘリカルコイルの製造方法に関するものである。

（従来の技術）磁気閉じ込め核融合装置に必要とされる磁界は。

１０〜２０テスラ以上であろうと予想されている。これ
までの各種核融合装置では、常電導導体（銅線）のコイ
ルを用いているために膨大な電力を消費している。この
ため電力の消費のない超電導線材によるコイルの開発が
不可欠である。

強磁界に耐える超電導導体の開発のためには、各種導体
を開発して、強磁界発生装置の中に入れ、臨界電流密度
（Ｊｃ）、上部臨界磁界、交流損等を調べる必要がある
。

このために強磁界発生装置が発要であり、２０テラス以
上の磁界を発生させるためには、超電導マグネット（外
側）と水冷マグネット（内側）を組合せて両者の磁界の
和を発生できるハイブリッドマグネットが用いられろ。

この水冷マグネットコイルには、ポリへリックス型とビ
ッタ−型の２つの型があるが本発明は、前者のコイルの
製作方法に関するものである。

ポリへリックス型コイルは、平角線で単層ヘリカルコイ
ルを作り、同心環状に複数個のヘリカルコイルを組合わ
せ、電気的に並・直列に接続した多層コイルである。こ
の層間隙に冷却水を流して冷却する構造が一般に採用さ
れている。この多層コイルが独立に支持されているとす
れば、それぞれのコイルに生ずる円周方向の張引り応力
は、電流密度、コイルの半径及び磁界の積に比例する。

従って、コイル導体としては、できるだけ円周方向の強
度、特に耐力が高く導電率の大きな導体が要求される。

これらの仕様の対象とするＣｕ及びＣｕ合金は数多くあ
る。例えば、第４図に示すようにリングローリング鍛造
によって、純銅の耐力、引張り強さを上げる方法がある
が、この方法では耐力で３０ｋｇ／ｍｍ”、引張り強さ
で４０ｋｇ／Ｉ”が限界である。この他に析出硬化型Ｃ
ｕ合金であるＣｒ−Ｃｕ、　Ｃｒ−Ｚｒ−Ｃｕ等がある
がいずれも強度的には不十分である。またアルミナ分散
強化型銅合金は強度、電気特性共に十分な特性を有して
いるが、大型品を製造することが廻しい。

（発明が解決しようとする課題）このようにハイブリッドマグネットにおいて強磁界、例
えば４０〜５０テスラを得ようとすると水冷マグネット
に作用する円周方向応力は、非常に高くなるため、コイ
ル導体の耐力として５０に／ｍｎ＋以上を満足しなけれ
ばならない。さらにコンパクト化するには８０％以上の
導電率（ＩＡＣ３）が要求される。

そこで本発明の目的は、より高強度、高導電＞后を有す
るヘリカルコイルの製造方法を提供することである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明の製造方法においては、無機系、有機系あるいは
金凡系の繊維によって複合化した繊維強化銅、または短
繊維、ウィスカ、粒子等を混入した銅素材からなる平角
形状の伸線を円筒体の外表面に螺旋状に巻き付け、高温
中で加圧して、巻き伸線間を拡散接合して中空円筒をつ
くり、この円筒の拡散接合線に沿って螺旋状にスリット
加工する。

（作　　用）通常のヘリカルコイルでは、電磁力により円周方向に大
きな引張り応力が作用し、軸方向には圧縮応力が生じ、
その値は前者の１１５〜１／１０程度である。そこで、
軸に直角方向に接合面を設け、円周方向の高応力が接合
部に作用しない構造としたため、伸線索材の特性を十分
に活用することが可能である。

また、円筒体上に巻いたままの螺旋状コイルでは、コイ
ルとしての十分な寸法精度を得ることが不可能であるが
、伸線を円筒状に一体化した後、機械加工するため、十
分な加工精度を得ることは極めて容易である。

（実　施　例）第１図と第２図に本発明の実施例の製造プロセスを示す
。本実施例ではアルミナ分散強化銅を用いており、第２
図（Ａ）に示す棒状伸銅から冷間塑性引き抜き加工によ
って、同図（Ｂ）に示す平角形状の伸銅１１を得る。

次にこの平角状伸銅１１を円筒形状の内金型１３に、張
力を加えながら、伸銅間の隙間が極力小さくなるように
機械的に巻き付け、伸銅１１が弾性変形することによっ
て、その内、外径が大きくならないように、伸銅１１の
始端と終端を内金型１３に固定する（第１図（Ａ）。

このようにして成形した螺旋コイルの外側に耐熱材料か
ら成る外金型１４を配置する。この状態で、ホットプレ
ス１６内に入れ、螺旋コイルの軸方向から加圧する加圧
ヘッドＩ５を内金型Ｉ３と外金！！’ｉ１４の間に設置
する。

ホットプレス１６には加圧条件は、伸線１１のアルミナ
の含有量によって異なるが、軸方向の面圧で２〜５）ｃ
ｇ／ｌｌ１ｍ２．温度は８００°Ｃ〜９００℃、加圧時
間は１５〜６０分である。この加圧条件により、伸線１
１間の隙間は殆んど消失し、拡散接合される。また強制
的に巻きつけることによって生じた残留応力もはゾ完全
に零に近くなる（第１図（Ｂ））。

次にホットプレス内より螺旋状コイルを取り出し、内・
外金型、　１３．１４を除去すると伸線１１間が接合さ
れ、一体化された円筒１７が得られる（第１図（Ｃ））
。

ヘリカルコイル形状として要求される螺旋状コイルに機
械加工、あるいはワイヤカット等により、コイルの内外
径及び、接合線１８に沿ってスリット仕上げする（第１
図（Ｄ））。

このようにして仕上げた螺旋コイル１７のマトリックス
は軟化されているため十分な強度を得ることが出来ない
場合があるため、螺旋状コイルに切断する前に、第４図
（Ｂ）に示すリングローリング鍛造を行うことによりマ
トリックスの強度及び強化繊維の強度の向上を計ること
も可能である。

本実施例では、アルミナ分散強化銅の伸銅を用いたが、
短繊維、ウィスカ、粒子等を混入鋼や調合金製の伸銅を
用いてもよい。また強化繊維として炭化珪素、炭素、ボ
ロン、有機物系、金属基を用いても同様の効果を得るこ
とができる。またホットプレスの代りにＨＩＰ　（高温
等方加圧）を用いても同様の一体化が可能である。

第３図（Ａ）に示す板状の素材３０と円筒形状に加工し
、同図（Ｂ）に示すように円筒の軸方向に接合面１８を
設けると、電磁界力がその面に垂直に作用するため、接
合面１８の機械的強度、電気的特性が母材並に要求され
る。しかしながら、接合面のそれらの特性は母材７０〜
９０％程度までしか得られないことが実験的に判ってい
るため、本発明のような円周上の接合構造とその接合面
に沿ったスリット加工により、上記のような不都合が完
全に解消される。特に繊維強化銅素材を用いた際には、
強化材間の接合は殆んど不可能であるから５本発明には
製造方法が有効になる。

〔発明の効果〕

本発明においては、粒子あるいは繊維等で強化した伸銅
を用い、螺旋状に巻き付け、高温窩圧下において円周方
向に沿って伸銅を接合した後、その接合面に沿ってスリ
ット加工する。このため母材よりも機械的及び電気的特
性の劣る接合面がコイルの軸方向に存在しないため、高
強度で且つ高電導率を有し機械加工仕上げ寸法精度の優
れたヘリカルコイルとすることが可能である。これによ
り、より強磁界の水冷マグネットの製作が可能になり、
同時にコンパクトなハイブリッドマグネットを得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は本発明の実施
例の製造プロセスを示す図、第２図（Ａ）、（Ｂ）は上
記実施例で用いる伸線の図、第３図（Ａ）、（Ｂ）は他
の製造方法を本発明と対比する図、第４図（Ａ）、ＣＢ
）、（Ｃ）、（Ｄ）はヘリカルコイルの従来の製造プロ
セスを示す図である。１１・・・平角形状のアルミナ分散強化銅１３・・・内
金型　　　　　　１４・・・外金型１７・・・円筒形状
のアルミナ分散強化銅１８ａ、　１８ｂ、　１８ｈ−拡
散接合部１９・・・螺旋状コイル２０ａ、　２０ｂ、　２０ｈ−加工スリットｆｉａ圧 ↓ （Ｃン　−４４（イζンれ７；と１Ｌ」ＣＤ）螺力也→
ズコイノＬ代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　第子丸　健第１図（Ａ）１１１状゛イ申　ｍ（Ａ）板状素朴＋　角　イ申　４１司第図（Ｅｌ）車由方陶１；＃会むた円１研含限遣

Claims

【特許請求の範囲】

（１）平角形状の伸線を円筒に螺旋状に巻き付け、高温
高圧下で前記伸線間を一体に接合して中空円筒体とした
後、この中空円筒体の螺旋接合面に沿って螺旋状に切断
することを特徴とするヘリカルコイルの製造方法。
（２）伸線は、銅合金あるいは、短繊維、ウイスカ、粒
子を混入した銅、更には有機系、無機系及び金属系の強
化繊維によって強化された銅及び銅合金から成ることを
特徴とする請求項（１）のヘリカルコイルの製造方法。