JPH027408A - ヘリカルコイルの製造方法 - Google Patents

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必要であり、２０テスラ以
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て
いる。

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つの型成があるが本発明は、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・直列に接続する多層コイルである。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引張り応力
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なるＣｕ及びＣｕ合金は数多くあ
る０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／Ｗ２、引張り強さで
４０ｋｇ／ｍ”が限界である。この他に析出硬化型Ｃｕ
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ｉ、ｏ、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難しい。

（発明が解決しようとするｉｌｌｌｌＭ）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５
０ｋｇ／ｍｕ”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（ｌＡＣ３）
が要求される。そこで本発明の目的は、５０ｋｇ／ｎｎ
”以上の耐力と８０％以上のｌＡＣ３を有するヘリカル
コイルの製造方法を提供することにある。

〔発明の構成〕

（ｉｌ１題を解決するための手段） 本発明の製造方法においては、銅あるいは銅合金あるい
はこれらに短繊維、ウィスカ、粒子等を混入した素材か
らなる円筒体の円周面に螺旋溝を形成し、無機系あるい
は有機系の繊維によって複合化して引張強さを高めた銅
シートを前記螺旋溝に巻きこみ、高温高圧で加圧して繊
維強化複合円筒をつくり、この円筒の強化繊維間を螺旋
状に切断する。

（作用） 通常のヘリカルコイルでは円周方向のみに太きな引張り
応力が働き、軸方向の圧縮応力は前者応力の１７５〜１
／１０程である。そこで、導電率は銅よりも劣るが、引
張り強さが銅の１０〜２０倍程度の値と有する強化繊維
をヘリカルコイル内に内蔵した複合材料として１強度と
導電率の向上を計る。すなわち１円周方向の強度は強化
繊維に、また導電率はマトリックス材であるＣｕあるい
はＣｕ合金に分担させる。

（実施例） 第１図に本発明の実施例の製造プロセスを示す。

同図（Ａ）では、純銅あるいは銅合金を用いてヘリカル
コイルとして必要な円筒素材１０を製作し、同図（Ｂ）
ではヘリカルコイルの各層中央部に長繊維の強化材が巻
きつけられるような螺旋状の溝１２を機械加工によって
設ける１次に同図（Ｃ）に示すように溝１２の中に第２
図に示すタングステン線強化シート１３を巻きつける。

このタングステン線強化シート１３は、溶融金属法ある
いは、プラズマ溶射法で、タングステンワイヤ１８の回
りを銅で被覆したものである。更にタングステン線強化
シート１３の外周側より、保護鋼シート１４を巻きつけ
てタングステン線強化シート１３の緩みを防止すると同
時に同図（Ｄ）に示す一体化プロセスでの拡散を容易に
する。

第１図（Ｄ）のホットプレスによる一体化プロセスは、
螺旋状の溝１２内にあるタングステン線強化シート１３
と保護鋼シート１４とが円筒素材１０と一体化すること
を目的としており、円筒素材１０の中心部に中子３０を
入れ、強化繊維に巻きつけた円筒１５の外周側に金型３
１を配置し、ヒーター３３で加熱し、真空中で上部のピ
ストン３２で加圧する。その加圧条件は、９８０℃±２
０℃、　１．５〜２ｋｇ／ｍ２．　１０〜２０分である
。円筒素材１０の大小及び強化繊維１３の体積量にもよ
るが、概ね上記のホットプレス条件で、溝１２内の空孔
は消失し、強化シート１３と保護銅シート１４及び円筒
素材１０はほぼ完全に相互拡散し、一体化される。

次にホットプレス内の円筒１５を取り出し、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って仕上げる（第１図（Ｅ））
。

このようにして仕上げた螺旋コイル１７のマトリックス
は完全に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ＣＢ）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１０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。

第３図はこのようなリングローリング鍛造を行うことに
よって得られたコイル導体のタングステンの体積率Ｖｆ
と０．２％耐力と導電率（ＩＡＣ５、％）の実験データ
を示す、引張り強さ１５０ｋｇ／ｍ”以上のタングステ
ンワイヤを使用した場合の結果であるが、Ｖｆ＝２０％
において、耐力５０ｋｇ／ｍ”、　　導電率８５％以上
の特性が得られた。

なお、繊維強化銅シート１３の外側に銅の厚さをあまり
必要としない場合には保護銅シート１４を省略すること
ができる。

本実施例ではマトリックス材として純銅、強化繊維とし
てタングステンワイヤを用いたが、マトリックス材とし
て短繊維、ウィスカ、粒子等を混入した純銅や銅合金を
用いてもよい、また、強化繊維として炭化珪素、炭素、
ボロン及び有機系繊維を用いても同様な効果を得ること
が可能である。

またホットプレスの代りにＨＩＰ（高温等方加圧）を用
いても同様の複合化が可能である。

〔発明の効果〕

本発明においては銅あるいは銅合金と強化繊維で複合化
したヘリカルコイルとするので、高強度で且つ高導電率
を有する導体を得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）　、　（ｏ）　
、　（Ｅ）は本発明の実施例の製造プロセスを示す図、
第２図は上記実施例で用いるタングステン線強化鋼シー
トの断面図、第３図は上記実施例によるヘリカルコイル
の特性を示す図、第４図（Ａ）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ
）　、　（ｏ）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。 １・・・円筒素材　　　　　３・・・螺旋状コイル１２
・・・外周溝 １３・・・タングステン線強化鋼シート１４・・・保護
銅シート １６・・・螺旋状加ニスリット １７・・・タングステン線強化螺旋状コイル１８・・・
タングステン線 円筒素材 螺旋状の 強化繊維と保護器の 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　第子丸　健 ホットプレスによる 一体化 強化Ｉａ雑内臓の 螺旋状コイル 第 図 １θ ２θ タングステンの体積率 ｆ （％） 第 図 円筒素材 リングローリング 加工硬化された 螺旋状コイル 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 銅あるいは銅合金あるいはこれらに短繊維、ウィスカ、
   粒子等を混入した素材からなる円筒体の円周面に螺旋溝
   を形成し、無機系あるいは有機系の繊維によって複合化
   して引張強さを高めた銅シートを前記螺旋溝に巻きこみ
   、高温高圧で加圧して繊維強化複合円筒をつくり、この
   円筒の強化繊維間を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。