(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内の対向する壁面間をスペーサーを介して固定されてなる極低温用容器に補強繊維としてタテ糸及びヨコ糸がポリエチレンからなる負膨張繊維よりなる織物を積層した繊維強化プラスチックであり、これを織物の積層方向と直交する断面が上記両壁面に接してなる極低温用容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は極低温用容器、特に超電導コイルの安定性に優れた極低温用容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、極低温の環境下で使用される超伝導マグネットのスペーサー等の部材は、ステンレス、アルミ合金などの金属又はガラス繊維強化プラスチック材（ＧＦＲＰ）から構成されていた。このため、低温に冷却した場合熱収縮が大きく、スペーサーの両面でゆるみが生ずることとなり固定することができなくなるばかりでなく、材料の摩擦係数が高いため、スペーサー超電導マグネット間で大きな摩擦発熱を生じ超電導マグネットがクエンチをする大きな原因となっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
極低温分野でのスペーサーの主要な応用として、クライオスタット中のマグネットの固定がある。
通常寒剤貯蔵容器であるクライオスタットはステンレス等の金属やガラス繊維強化プラスチック（以下ＧＦＲＰ）が使用される。超電導マグネットはクライオスタット中に、その壁面との間隙をスペーサーを介して固定され、マグネット全体が液体Ｈｅなどの寒剤で浸漬された状態で使用する。ここで、外部容器としてのステンレス又はＧＦＲＰは通常の正膨張材料であるので、室温から低温してなるに従い収縮する。それに対して、マグネットは通常超電導線を固定するため、エポキシ樹脂などが浸漬されているが、これも大きく収縮する。通常外容器とマグネットの収縮は、後者の方が大きいので両者の間隙は広がる方向になる。さらに両者の間に使用されるスペーサーはＧＦＲＰなどが使用されるが、これは正膨張材であるため室温でしっかり固定しても低温になるにつれて収縮し、ＬＨｅＴ（液体Ｈｅ温度）では間隙がゆるみマグネットは固定できないばかりか滑りによる摩擦熱のため低電流値でクエンチを生ずることとなる。
【０００４】
本発明は極低温で発生する間隙をなくするとともに材料の摩擦係数を下げ、摩擦発熱を極力抑えることによりマグネットの安定性を高めるための容器を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために繊維強化プラスチックの繊維材料として高強度・高弾性率ポリエチレン繊維を用いることを特徴とする。かかるポリエチレン繊維は例えば特開昭５５−１０７５６６号公報、特開昭５６−１５４０８号公報に開示されるような製法を用いて得ることができる。かかる繊維はいずれも負膨張を示し、ガラスに比べて比重が小さく、比強度、比弾性率の高い、且つ軽量な強化繊維が得られる。
【０００６】
寸法変化についていえば、これらの繊維はいずれも負膨張率（室温から温度を下げると伸長する）を有するという特異な性質を持つ。一方マトリクス樹脂は正膨張を示すがこれらの繊維を一方向に引きそろえて成形した成形体は繊維と直交する面で切断してその切断面が２つの壁面よりなる空隙を支持する方向でスペーサーとして使えば系が低温になるにつれて、切断面と直交する方向に膨張しマグネットをクライオスタット壁面にしっかりと固定することが可能となる。また、この様な状況下で外部又はマグネット自身の生ずる磁場変動及び外部のしょうげきなどによる外力によりマグネットがクライオスダット壁面に対して動いた場合でもこれら有機繊維よりなる強化プラスチックはステンレスなどの金属やＧＦＲＰより摩擦係数が大幅に低いためなめらかで且つゆるやかな滑りが生ずることとなりそれより生ずる摩擦発熱は極めて小さなエネルギーですむことになる。これはマグネットの撹乱する確率を低下させ安定な運転を可能とすることになる。これらの作用はいずれの負膨張繊維を用いても可能であるが高強度高弾性率ポリエチレン繊維の場合が最も好ましい。即ち繊維強化プラスチックにした場合の繊維方向の負膨張性（低温になるにつれて伸びる性質）はポリエチレンが最も著しくまたそれらの繊維のうち摩擦係数もポリエチレンが最も低く望ましい。
【０００７】
次に負膨張繊維をタテ／ヨコ糸とする織物として使用する場合、繊維と直交する方向の膨張率はタテ糸とヨコ糸の相乗効果のため多くの負膨張繊維に於いて負膨張性を示すとは限らない。これに対して高強度・高弾性率ポリエチレン繊維をタテ及びヨコ糸とし、その比率が７０／３０〜３０／７０の範囲とした織物を積層した繊維強化プラスチックは、繊維と直交する方向に著しい負膨張を示す。従ってこれを繊維と直交する方向に切断して、その切断面が２つの壁面よりなる空隙を支持する方向でスペーサーとして使えば、系が低温になるにつれて切断面と直交する方向に膨張しマグネットをクライオスダット壁面に固定することが可能となる。また、壁面とマグネットが相対的に動いた場合でも、高強度・高弾性率ポリエチレン繊維よりなる繊維強化プラスチックの摩擦係数が低いため摩擦発熱に起因するマグネットのクエンチは極めて生じ難くなる。これより高い安定性を示すマグネット作動システムを得るための極低温容器を提供することができる。
【０００８】
〔実施例〕
以下本発明の実施例について図１，２を用いて説明する。
１及び２は、ステンレス製よりなる外筒−１，内筒−１であり、３及び４は同様にステンレス製の内筒−２及び外筒−２である。これらの筒は８，フランジ９下底板−１，１０，下底板−２により接合されている。また１〜２の間及び３〜４の間は真空に保たれている。５は超電導コイルであり、内筒−１及び内筒−２の容器内に収納され液体Ｈｅで満たされている。
超電導コイルは６，外スペーサー及び７，内スペーサーにより内簡−１，及び−２の壁に室温で固定した後内簡で囲まれた室内に液体Ｈｅを注ぎ超電導コイルをＬＨｅＴに保って特性を調べた。
スペーサーの作成は以下の方法によった。負膨張繊維としては、ポリエチレン繊維（東洋紡ダイニーマ，ＳＫ−６０），アラミド繊維（日本アラミド繊維、トワロンＨＭ），ポリアリレート（クラレ，ベクトラン），カーボン繊維（ハーキュレス，ＡＳ−４），ガラス繊維（日東紡，Ｔ−ガラス）のロービング又はクロスを用いてプリプレグを作成した。マトリックスとしては以下に示すエポキシ樹脂を使用した。
0003582601.tif 000002
これを積層して１００℃×２ｈｒ×，その後１３０℃×３ｈｒにて硬化成形し、繊維体積含有率６５％厚さ２０ｍｍの一方向強化（図３）又はクロス（図４）よりなる繊維強度プラスチック平板を成形した。
これを図３又は４の様に厚さ１０ｍｍ，幅２００ｍｍの形状に切り出し繊維と直交すると面Ａ及びその平行面が、クライオスタットと超電導コイルよりなる２つの間隙壁を支える方向に挿入しコイルとをクライオスタット面に固定した。
超電導コイルは一辺の長さが２５ｃｍで四角に曲面をもつＧＦＲＰ巻わくに１．２ｍｍφの超電導体をテンション１０Ｋｇにて５層巻回した後以下の配合よりなるエポキシ樹脂ドープを作成し、浸漬含浸した後１００℃×４ｈｒ，更に１３０℃×３ｈｒ加熱硬化し超電導コイルを完成させた。
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これらの評価結果を表１に示す。
【０００９】
【表１】
0003582601.tif 000004
【００１０】
【クエンチ特性】
超電導コイル装置にスペーサーを介して、クライオスタット壁に固定し、コイルを液体Ｈｅに浸漬してクエンチ電流を測定した。結果は繰返しのトレーニングにより到達した最大電流密度とその時のトレーニング回数により示す。
【００１１】
【熱膨張率】
各試料より小片を切り出し室温から液体Ｈｅ温度まで繊維方向の寸法変化率をＴＭＡ法により測定し、熱膨張率を算出した。（昇温速度：５℃／ｍｉｎ）
【００１２】
【曲げ特性】
各試料からｘ＝５ｍｍ，ｙ＝１００ｍｍ，ｚ＝２０ｍｍの試料を切り出し支点間距離８０ｍｍ，クロスヘッド速度１ｍｍ／分でＡ面とその平行面に支点を置く３点曲げを室温および液体Ｈｅ温度で行ない、比曲げ強度、比曲げ弾性率を算出した。
【００１３】
【圧縮特性】
各試料からｘ＝１０ｍｍ，ｙ＝１０ｍｍ，ｚ＝２０ｍｍの試料を切り出しクロスヘッド速度１ｍｍ／分でＡ面とその平行面に荷重をかける圧縮試験を室温及び液体Ｈｅ温度で行ない、比圧縮強度、比圧縮弾性率を算出した。
【００１４】
【摩擦係数】
各試料を１０×１０ｍｍ×５ｍｍに切りＡ面に垂直荷重２Ｋｇ／ｃｍ２  をかけＡ面とエポキシ成形体及びステンレスＳＵＳ３０４とを接触させ、ＬＨｅＴにて振幅５００μｍ、振動数８Ｈｚにて摩擦係数を測定した。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によると極低温下で発生する容器内の壁面間の間隙をなくすとともに、容器内部の材料の摩擦係数を下げ、摩擦発熱を極力抑えることによりマグネットの安定性を大幅に改善し、ひいてはマグネットのクエンチ特性を大幅に向上させることを可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における容器の平面図。
【図２】本発明における容器の正面図。
【図３】本発明において使用するスペーサーの一方強化成形体の例。
【図４】本発明において使用するスペーサーのクロス成形体の例。
【符号の説明】
１：外筒−１，２：内筒−１，３：内筒−２，４：外筒−２，
５：超電導コイル，６：外スペーサー，７：内スペーサー，８：フランジ，
９：下底板−１，１０：下底板−２。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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