(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体、導体を被覆する無機物の絶縁体、絶縁体を被覆する金属のシースからなる無機物絶縁金属被覆ケーブルを巻き回してなる電磁コイルにおいて、前記無機物絶縁金属被覆ケーブルの曲げ加工を施された部分の内側の曲率半径が、前記無機物絶縁金属被覆ケーブルの曲げ加工を施された部分における、曲率中心から外側までの距離と、曲率中心から内側までの距離との差の２．５倍以上であることを特徴とする電磁コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線に曝される場所などに用いられる、無機物絶縁金属被覆ケーブル（Ｍｉｎｅｒａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｃａｂｌｅ：以下、ＭＩＣと称する）を用いた電磁コイルに関し、特に巻線の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電荷を帯びた素粒子やイオンを高いエネルギー状態に加速し標的に衝突させて、原子核の構造などの研究を行なうために、各種の加速器が用いられている。この装置では、素粒子もしくはイオンの加速や、方向の制御にローレンツ力を用いるので、高磁場を発生させるための電磁石を多数設置する必要がある。そして、加速器においては、粒子の加速に伴う各種放射線の発生が避けられず、用いる電磁石についても、放射線に対する対策が必要となる。
【０００３】
従来、加速器に用いる電磁石の電磁コイルは、放射線量が１０６Ｇｙ（グレイ）ないし１０８Ｇｙの環境で使用され、放射線による電磁コイルの絶縁劣化の対策として、放射線量が１０８Ｇｙ以下のレベルでは、耐放射線特性の高い有機物の絶縁体が用いられ、放射線量が１０８Ｇｙ以上のレベルでは、無機物の絶縁体が用いられている。放射線量が１０８Ｇｙ以上で、特に高いレベルでは、絶縁体を無機物だけで構成することが必要となる。
【０００４】
また、一般に、このような電磁コイルにおいては、通電に伴う発熱による障害を防止するために、巻線に中空の導体を用いたり、別途に通水用パイプを導体に沿わせたりすることで、中空部に冷却水を通水しながら運転する必要がある。
【０００５】
図２は、このような用途に用いるＭＩＣの例の断面図で、図２（ａ）は冷却水を通水するための中空部を設けていない例を示す図、図２（ｂ）は冷却水を通水するための中空部を設けた例を示す図である。
【０００６】
図２において、２０１は無酸素銅からなる導体、２０２は酸化マグネシウムからなる絶縁体、２０３は銅からなるシース、２０４は通水用の中空部である。通電による発熱で温度が過度に上昇しないようにするには、導体の絶縁にも熱伝導率の高い材料を用いる必要があるが、酸化マグネシウムは酸化物の中で酸化ベリリウムに次いで高い熱伝導率を具備していて比較的低価格であり、しかも当然のことながら無機物であることから、十分な耐放射線特性を有し、このような用途に適している。
【０００７】
しかし、酸化マグネシウムは、それ自体のみでは機械的な強度が十分確保できず、空気中の炭酸ガスや水と化学反応を起こすので、ＭＩＣにおいては酸化マグネシウムの絶縁層を金属のシースで保護している。このために、ＭＩＣは図２に示したような多層構造となる。
【０００８】
そして、導体をコイルとするには、巻線作業に伴う曲げ加工が必須であり、ＭＩＣの多層構造が巻線作業の障害となる。即ち、棒状の物体に曲げ変形を加えると、内側には圧縮変形、外側には引張変形が生じ、棒状物体の断面積が大きいほど、変形の程度が大きくなる。具体的にＭＩＣにおいては、曲げ加工を施した部分の内側でシースに皺が生じ、それが甚だしくなると、皺の凹みの部分が導体と接触、もしくはそれに近い状態となり、絶縁破壊を起こす虞がある。
【０００９】
図３は、皺発生によって絶縁破壊を起こした状態を、模式的に示したものである。図３に示したように、曲げ加工部の内側、即ち、図における左下側のシース３０３には皺が発生し、絶縁体３０２を破砕した状態で、導体３０１と接触、もしくは接触に近い状態となっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の技術的な課題は、ＭＩＣを用いた電磁コイルを製作する際の、ＭＩＣの曲げ加工に伴う絶縁破壊を防止し、十分な信頼性を備え、優れた耐放射線特性を有する電磁コイルを得るための構造を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の問題を解決するため、ＭＩＣに曲げ加工を施す際の、ＭＩＣの曲率半径と絶縁破壊の頻度について検討した結果なされたものである。
【００１２】
即ち、本発明は、導体、導体を被覆する無機物の絶縁体、絶縁体を被覆する金属のシースからなる無機物絶縁金属被覆ケーブルを巻き回してなる電磁コイルにおいて、前記無機物絶縁金属被覆ケーブルの曲げ加工を施された部分の内側の曲率半径が、前記無機物絶縁金属被覆ケーブルの曲げ加工を施された部分における、曲率中心からの外側までの距離と、曲率中心からの内側までの距離との差の２．５倍以上であることを特徴とする電磁コイルである。
【００１３】
【作用】
本発明によるＭＩＣを用いた電磁コイルにおいては、ＭＩＣの曲げ加工を一定の曲率半径以上で行なっているので、曲げ加工を施された部分のシースの内側に皺が生じても、著しい変形とはならないため、シースと導体の接触による絶縁破壊が起こることがない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１は、ＭＩＣの曲げ加工の状態を示す図で、図１（ａ）はＭＩＣの長手方向に垂直な断面を示し、図１（ｂ）はＭＩＣの長手方向に平行な断面を示す。図１において、１０１は無酸素銅からなる導体で、断面の形状は１辺が１２ｍｍの正方形である。１０２は酸化マグネシウムからなる絶縁体である。１０３は厚さが１ｍｍの銅からなるシースで、断面の内側の形状は１辺が１８ｍｍの正方形である。
【００１６】
つまり、このＭＩＣの図１（ｂ）におけるＤの部分の寸法は２０ｍｍである。そして、ここでは、ＭＩＣの曲率半径、即ち、図２（ｂ）におけるＲ１が６０ｍｍとなるように、型枠にＭＩＣを沿わせて曲げ加工を施した。従って、Ｒ１／Ｄ＝３である。その結果、図２（ｂ）に示したように、曲げ加工箇所のシース１０３の内側、即ち、図２（ｂ）の左下側には皺が生じたものの、導体１０１に接触するには至らず、絶縁が確保されている。
【００１７】
一方、前記の図３に示した例は、図１に示した例と同じＭＩＣを用い、ＭＩＣの曲率半径、即ち、図３におけるＲ０を３５ｍｍとしたものである。この場合もＤは２０ｍｍであるから、Ｒ０／Ｄ＝１．７５である、そして、この場合では、シース３０３の圧縮による変形が大きく、曲げ加工箇所のシースの内側、即ち、図３における左下側では、シース３０３が導体３０１に接触して絶縁破壊を起こしている。
【００１８】
次に、ＭＩＣの曲率半径と前記破壊の頻度を検証するために、同一のＭＩＣに様々な曲率半径で曲げ加工を施した場合について、曲率半径（Ｒ）とＭＩＣの径（Ｄ）の比（Ｒ／Ｄ：以下曲率半径比と記す。）と絶縁破壊の発生率を検討した。この場合Ｄは、ＭＩＣの断面がなす正方形の１辺とした。
【００１９】
そして、図４には、前記曲率半径比と絶縁破壊発生率の関係を示した。この図から明らかなように、曲率半径比が１付近の領域では、殆どが絶縁破壊を起こし、曲率半径比の増加に伴う絶縁破壊発生率の低下が認められ、曲率半径比が２．５以上の領域では、絶縁破壊発生率が０となる。従って、ＭＩＣを用いた電磁コイルにおいては、曲率半径比を一定以上とすることで、巻線作業の際の絶縁破壊をなくすことができる。
【００２０】
また、図５は、このようにして得られる電磁コイルに必要な部材を取り付けた状態の外観図である。図５に示したように、ここでは冷却水の通水用パイプ５０２をＭＩＣ５０１に沿わせて巻き回し、電磁コイルとケース５０４の間には、スズ５０３を充填して冷却効率の向上を図っている。そして、ＭＩＣの端末には、通電するためのブスバー５０５と、シースと導体との間の絶縁を確保するための、セラミックからなる絶縁端末５０６が取り付けられている。
【００２１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、ＭＩＣを用いた耐放射線特性に優れる電磁コイルを、巻線工程における絶縁破壊を起こすことなく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコイルにおけるＭＩＣの曲げ加工の状態を示す図で、図１（ａ）はＭＩＣの長手方向に垂直な断面、図１（ｂ）はＭＩＣの長手方向に平行な断面を示す。
【図２】ＭＩＣの断面図で、図２（ａ）は冷却水を通水するための中空部を設けていない例を示す図、図２（ｂ）は冷却水を通水するための中空部を設けた例を示す図。
【図３】シースの皺発生によって絶縁破壊を起こした状態を模式的に示した図。
【図４】曲率半径比と絶縁破壊発生率の関係を示す図。
【図５】電磁コイルに必要な部材を取り付けた状態の外観図。
【符号の説明】
１０１，２０１，３０１    導体
１０２，２０２，３０２    絶縁体
１０３，２０３，３０３    シース
２０４    中空部
５０１    ＭＩＣ
５０２    通水用パイプ
５０３    スズ
５０４    ケース
５０５    ブスバー
５０６    絶縁端末
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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