(57)【要約】【課題】超電導線材を強く拘束することなく、たとえ超電導線材が変位したとしても、その変位した超電導線材又はバインド部材と接触する箇所を減らすことによってクエンチ現象の発生を防止することが可能な超電導コイルを提供することにある。【解決手段】超電導コイル１０において、バインド部材８の最外周の軸方向Ｐの幅８ａを胴部１に巻かれた超電導線材１２の軸方向Ｐの幅１５ａより短くして、バインド部材８又は超電導線材１２とフランジ部１ａ又はエンドチーク３とが接触しないようにしている。【選択図】図４
2011171625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の胴部と当該胴部から径外方向に延設された対になったフランジ部とを含む巻枠と、
前記胴部に巻き付けられた超電導線材と、
前記超電導線材の外周に設けられたバインド部材と
を備え、
前記バインド部材の最外周の前記胴部軸方向の幅は、前記胴部に巻かれた超電導線材の前記胴部軸方向の幅より短くして当該バインド部材と前記フランジ部とが接触しないようにしたことを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】
前記バインド部材には、その熱収縮率が前記超電導線材の熱収縮率よりも大きくなる材料を使用し、
当該超電導コイルが励磁状態にあるときに、前記バインド部材の最外周の前記胴部軸方向の幅が前記胴部に巻かれた超電導線材の前記胴部軸方向の幅より短くなり、当該バインド部材と前記フランジ部とが接触しないようにしたことを特徴とする請求項１に記載の超電導コイル。
【請求項３】
前記バインド部材は、前記超電導線材の外周に層状に巻き付けられる線材であって、
前記巻枠の前記胴部軸方向外側に向かって積層数が漸減されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導コイル。
【請求項４】
前記対になったフランジ部の一方又は両方と前記バインド部材との間にスペーサ部を備え、
前記スペーサ部が取り除かれることにより、前記フランジ部の一方又は両方とバインド部材との間に空間部が設けられることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の超電導コイル。
【請求項５】
円筒状の胴部と当該胴部から径外方向に延設された対になったフランジ部とを含む巻枠と、
前記胴部に巻き付けられた超電導線材と、
前記超電導線材の外周に設けられたバインド部材と
を備え、
前記フランジ部の前記バインド部材に隣接する部分が取り除かれることにより、前記フランジ部の一方又は両方とバインド部材との間に空間部が設けられることを特徴とする超電導コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クエンチ現象を防止可能な超電導コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１に示すように、強磁界を発生させる超電導コイル１００は、円筒状の胴部１と胴部１から径外方向Ｏに延設された対になったフランジ部１ａ・１ｂとを有する巻枠２に超電導線材１２が略螺旋状に巻き付けられ、その超電導線材１２の外周面にバインド部材８が巻かれることにより構成されており、極低温（約４．２Ｋ）に冷却した状態で通電することにより励磁されるようになっている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
このような超電導コイル１００において、図２（Ａ）に示すように、超電導コイル１００が励磁状態にあるとき、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線材１２（ここでは、巻付状態にある超電導線材の集合体）を胴部１の径外方向Ｏに膨らませようとするフープ力の径外方向Ｏへの分力Ｆ１が超電導線材１２に作用する。このフープ力の径外方向Ｏへの分力Ｆ１、及び、超電導線材１２の重心位置などの影響を受けて、図２（Ｂ）及び図３に示すように、超電導線材１２は巻枠２から離れて傾いた状態に変位する。このため、その変位した超電導線材１２又はバインド部材８とフランジ部１ａ・１ｂ又は胴部１との接触箇所１２ａ・１２ｂ・１２ｃにおいて摩擦熱が生じ、クエンチ現象が発生するリスクがある。ここで、クエンチ現象とは、超電導コイルが励磁状態にあるとき、超電導コイル内での機械的なクラックや超電導線材が巻枠から剥れたりスリップしたりした際に発生する熱をきっかけに超電導状態が消失して常電導状態になってしまう現象のことである。
【０００４】
上記リスクを解消するために、例えば特許文献２のような技術が提案されている。この特許文献２では、超電導コイルが励磁されると、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線層に径外方向のフープ力と軸方向の圧縮力とが作用するが、超電導線層が一対のフランジ部および中間部材により強固に保持された状態にあるため、超電導線層を構成する超電導線材における変位を抑え、摩擦熱が生じることによるクエンチ現象の発生を防ぐことができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２１４４６６号公報
【特許文献２】特開２００８−７１７８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２のような構成では、確かに、超電導線層が一対のフランジ部および中間部材により強固に保持された状態にあるため超電導線層が変位し難いというメリットがあると言える。しかし、一旦強固に保持された超電導線層が巻枠上をスリップしてしまうとその時の摩擦熱が大きくなり、かえって大きなクエンチ現象を発生させるリスクがある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、超電導線材を強く拘束することなく（ゆるく巻く）、たとえ超電導線材が変位したとしても、その変位した超電導線材又はバインド部材と接触する箇所を減らしてクエンチ現象が発生する機会を減らすことによってクエンチ現象の発生を防止することが可能な超電導コイルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための第１の発明に係る超電導コイルは、円筒状の胴部と当該胴部から径外方向に延設された対になったフランジ部とを含む巻枠と、前記胴部に巻き付けられた超電導線材と、前記超電導線材の外周に設けられたバインド部材とを備え、前記バインド部材の最外周の前記胴部軸方向の幅は、前記胴部に巻かれた超電導線材の前記胴部軸方向の幅より短くして当該バインド部材と前記フランジ部とが接触しないようにしたことを特徴としている。
【０００９】
上記構成によれば、超電導線材の外周にバインド部材を設けることにより、超電導コイルが励磁状態にあるときに作用するフープ力により超電導線材が巻枠から離れる距離を一定程度に規制している。これにより、超電導線材とフランジ部との接触箇所において径外方向に大きくずれることを規制することができ、超電導線材とフランジ部との接触箇所における摩擦熱によるクエンチ現象を起こり難くすることができる。
【００１０】
更に、バインド部材の最外周の胴部軸方向の幅を巻枠の胴部に巻かれた超電導線材の胴部軸方向の幅より短くして、バインド部材とフランジ部とが接触しないようにしている。これにより、励磁状態にある超電導コイルにおいて、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線材を胴部の径外方向に膨らませようとするフープ力の径外方向への分力によって超電導線材が変位したとしても、その変位した超電導線材の外周に設けられたバインド部材とフランジ部とが接触することを防ぐことができ、超電導線材の変位によるクエンチ現象を起こり難くすることができる。
【００１１】
また、第２の発明は、第１の発明に係る超電導コイルにおいて、前記バインド部材には、その熱収縮率が前記超電導線材の熱収縮率よりも大きくなる材料を使用し、当該超電導コイルが励磁状態にあるときに、前記バインド部材の最外周の前記胴部軸方向の幅が前記胴部に巻かれた超電導線材の前記胴部軸方向の幅より短くなり、当該バインド部材と前記フランジ部とが接触しないようにしたことを特徴としている。
【００１２】
上記の構成によれば、バインド部材に、その熱収縮率が超電導線材の熱収縮率よりも大きくなる材料を使用することにより、超電導コイルが励磁状態にあるときに、バインド部材の最外周の胴部軸方向の幅を巻枠の胴部に巻かれた超電導線材の胴部軸方向の幅より短くすることができ、例え超電導線材が変位したとしても当該バインド部材とフランジ部とが接触しないようにすることができる。これにより、バインド部材とフランジ部とが接触することによるクエンチ現象を防止することができる。
【００１３】
また、第３の発明は、第１又は第２の発明に係る超電導コイルにおいて、前記バインド部材は、前記超電導線材の外周に層状に巻き付けられる線材であって、前記巻枠の前記胴部軸方向外側に向かって積層数が漸減されていることを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によれば、バインド部材に超電導線材の外周に巻き付け可能な線材を使用し、巻枠の胴部軸方向外側に向かって積層数が漸減するように層状に巻き付けることができる。これにより、超電導コイルが励磁状態にあるときに、バインド部材の最外周の胴部軸方向の幅を胴部に巻かれた超電導線材の胴部軸方向の幅より短くすることができ、例え超電導線材が変位したとしても当該バインド部材とフランジ部とが接触しないようにしてクエンチ現象を防止することができる。
【００１５】
また、第４の発明は、第１〜第３の何れかの発明に係る超電導コイルにおいて、前記対になったフランジ部の一方又は両方と前記バインド部材との間にスペーサ部を備え、前記スペーサ部が取り除かれることにより、前記フランジ部の一方又は両方とバインド部材との間に空間部が設けられることを特徴としている。
【００１６】
上記の構成によれば、対になったフランジ部の一方又は両方とバインド部材との間に設けたスペーサ部を取り除くことにより、対になったフランジ部の一方又は両方とバインド部材との間に空間部を設けることができる。これにより、超電導コイルが励磁状態にあるときに、例え超電導線材が変位したとしてもフランジ部とバインド部材との間に空間部が設けられているため、フランジ部とバインド部材とが接触するのを防止してクエンチ現象を防止することができる。
【００１７】
また、第５の発明に係る超電導コイルは、円筒状の胴部と当該胴部から径外方向に延設された対になったフランジ部とを含む巻枠と、前記胴部に巻き付けられた超電導線材と、前記超電導線材の外周に設けられたバインド部材とを備え、前記フランジ部の前記バインド部材に隣接する部分が取り除かれることにより、前記フランジ部の一方又は両方とバインド部材との間に空間部が設けられることを特徴としている。
【００１８】
上記の構成によれば、フランジ部のバインド部材に隣接する部分を取り除くことができる。これにより、励磁状態にある超電導コイルにおいて、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線材を胴部の径外方向に膨らませようとするフープ力の径外方向への分力によって超電導線材が変位したとしても、バインド部材とフランジ部とが接触することを防ぐことができ、バインド部材とフランジ部とが接触することによるクエンチ現象を防止することができる。
【発明の効果】
【００１９】
超電導線材を強く拘束することなく、たとえ超電導線材が変位したとしても、その変位した超電導線材又はバインド部材と接触する箇所を減らしてクエンチ現象が発生する機会を減らすことによってクエンチ現象の発生を防止することが可能な超電導コイルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来の超電導コイルの正面断面図である。
【図２】（Ａ）従来の超電導コイルを励磁状態にした際に超電導線材に作用する力関係を説明した説明図である。（Ｂ）従来の超電導コイルにおける超電導線材の変位と、超電導線材及びバインド部材とフランジ部との接触箇所を示した説明図である。
【図３】図２（Ｂ）に示した超電導コイルの拡大図である。
【図４】第１実施形態に係る超電導コイルの正面断面図である。
【図５】（Ａ）超電導コイルの側断面図である。（Ｂ）超電導コイルの正面断面図である。
【図６】第２実施形態に係る超電導コイルの正面断面図である。
【図７】バインド部材を超電導線材に巻き付ける方法を説明した説明図である。
【図８】第３実施形態に係る超電導コイルの正面断面図である。
【図９】第３実施形態に係る超電導コイルの製造工程を説明した説明図である。
【図１０】変形例１に係る超電導コイルの正面断面図である。
【図１１】変形例２に係る超電導コイルの正面断面図である。
【図１２】変形例３に係る超電導コイルの正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明を実施するための第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図４は、第１実施形態に係る超電導コイル１０の正面断面図である。図５（Ａ）は、超電導コイル１０の側断面図である。図５（Ｂ）は、超電導コイル１０の正面断面図である。
【００２２】
（超電導コイル１０の構成）
超電導コイル１０は、極低温（本実施形態では約４．２Ｋ）に冷却した状態で通電することにより励磁されるように構成されている。具体的には、図４に示すように、第１実施形態における超電導コイル１０は、略円筒状の胴部１と胴部１から径外方向Ｏに延設された対になったフランジ部１ａ・１ｂとを含む巻枠２と、巻枠２の胴部１に巻き付けられた超電導線材１２と、超電導線材１２の外周に設けられたバインド部材８と、胴部１と超電導線材１２との間に介在させた絶縁シート５と、フランジ部１ａ・１ｂと超電導線材１２との間に介在させたエンドチーク３・４とを備えている。
【００２３】
略円筒状をした胴部１は、アルミニウム、アルミニウム合金、又は、ステンレス等から構成されている。フランジ部１ａ・１ｂは、胴部１から径外方向Ｏに延設されるようにして胴部１と一体形成されている。そして、胴部１と対になったフランジ部１ａ・１ｂにより構成される巻枠２は、超電導線材１２を巻き付ける土台となる。
【００２４】
超電導線材１２は、巻枠２の胴部１に略螺旋状（または整列巻）に密に巻き付けられている。第１実施形態では、超電導線材１２は、胴部１に１層あたり５０ターンになるように巻き付けられ、それが３０層になるように巻き付けられる（なお、図１〜１２では、簡略化して１層あたり１９ターン、６層で図示している）。また、第１実施形態では、超電導線材１２の胴部１への巻き付け強度が、超電導コイル１０が励磁状態にあるときに作用するフープ力の径外方向Ｏへの分力Ｆ１により超電導線材１２が巻枠２から離れる程度にゆるくなるように超電導線材１２を胴部１に巻いている。換言すれば、超電導線材１２の胴部１への巻き付け強度としては、超電導コイル１０が励磁状態にある状態で超電導線材１２の内面の全部または一部分が電磁力によるフープ力によって浮き上がるように巻き張力を加減した程度が好ましい（なお詳細は後述する）。また、超電導線材１２の層と層の間には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シート又はガラスでできたガラスクロス６が巻き付けられている。
【００２５】
超電導線材１２の材料としては、ＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、およびＮｂ３Ａｌ等を挙げることができる。なお、超電導線材１２の材料としてＮｂ３ＳｎやＮｂ３Ａｌを使用する場合、胴部１への巻き付け後に熱処理（７００℃程度）をするので、絶縁シート５、及び、エンドチーク３・４には耐熱性を備えた素材を選択する必要がある。
【００２６】
更に、超電導線材１２には、エポキシ樹脂などの接着剤３１が含浸されている。このようにすることで超電導線材１２と積層されたＰＥＴシート又はガラスでできたガラスクロス６とが互いに接着されて固結した状態になり、それぞれの間で剥離が生じることを防ぐことができる。
【００２７】
バインド部材８は、超電導線材１２の外周に設けられている。このバインド部材８は、常温時に超電導線材１２の外周に接触する状態あるいは僅かな隙間を有した状態となるように配設されており、超電導コイル１０が励磁状態で、超電導線材１２が巻枠２から離れる距離を一定程度に規制するために設けられている。更に、図４に示すように、バインド部材８の最外周の軸方向Ｐの幅８ａを、胴部１に巻かれた超電導線材１２の胴部１軸方向Ｐの幅１５ａより短くして、バインド部材８とフランジ部１ａ・１ｂ又はエンドチーク３・４とが接触しないように構成している。このバインド部材８は、アルミニウム製である。ここで、バインド部材８の材料としては、上記アルミニウム以外のアルミニウム合金、ステンレス鋼、真鋳、銅、銅合金、チタン、チタン合金等を挙げることができる。
【００２８】
なお、上記バインド部材８は、超電導コイル１０の励磁前から幅８ａを超電導線材１２の幅１５ａより短くしている。しかし、これに限らず、バインド部材８に、その熱収縮率が超電導線材１２の熱収縮率よりも大きくなる材料を使用し、超電導コイル１０が励磁状態にあるときにバインド部材８における幅８ａが収縮して、結果として（励磁状態下にあるとき）、バインド部材８における幅８ａが超電導線材１２の幅１５ａより短くなり、バインド部材８とフランジ部１ａ・１ｂ又はエンドチーク３・４とが接触しないような構成にしてもよい。例えば、超電導線材１２にＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｎ、又はＮｂ３Ａｌを使用した場合、バインド部材８にアルミニウムを使用することなどが挙げられる。
【００２９】
絶縁シート５は、ポリエチレン、テフロン（ＰＴＦＥ）（登録商標）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂でできた厚さ数百μｍ程度の樹脂シートを素材としている。この絶縁シート５が胴部１に巻き付けられている。この絶縁シート５により胴部１と超電導線材１２との間を絶縁している。
【００３０】
エンドチーク３・４はそれぞれフランジ部１ａ・１ｂが対向する側の面に接するように配置されている。また、図示しないが、エンドチーク３・４はそれぞれリング状をしており、外側縁部の開口端から内側に向かって、径方向に切り込むように形成されたスリットを複数有している。また、エンドチーク３・４は、テフロン（ＰＴＦＥ）などの難接着高分子材料で形成された厚み０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度のリング状部材である。スリットの幅は、０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度である。なお、１箇所のみスリットが外側縁部から内側縁部まで到達しているが、このスリット部分を反対方向にずらして変形させることによって開いたスリット部分を胴部１に挟み込ませることによって容易に取り付けることができるようにしている。
【００３１】
（巻き付け強度に関して）
上記超電導線材１２の説明では、超電導線材１２の巻枠２の胴部１への巻き付け強度が、超電導コイル１０が励磁状態にあるときに作用するフープ力の径外方向Ｏへの分力Ｆ１により超電導線材１２が巻枠２から離れる程度にゆるくなるように超電導線材１２を胴部１に巻いているとしている。上記条件を満たす巻き付け強度を、超電導線材１２内面が胴部１を押す面圧（Ｐ）と定義して以下図５を参照して説明する。なお、面圧（Ｐ）に係る数値は、超電導線材１２内面から胴部１方向に向けて正の値をとるものとする。
【００３２】
まず、図５に示すように、内半径Ｒ、厚みｔ２の胴部１に超電導線材１２を厚さｔ１になるまでテンションをかけて巻き付けた超電導コイル１０がある。このとき、超電導線材１２に働く周方向応力をσθｃとし、胴部１に働く圧縮応力をσθｆとする。ここで、超電導コイル１０を内半径Ｒの薄肉円筒として、超電導コイル１０が励磁されていない状態で、超電導線材１２内面が胴部１を押す面圧（Ｐａ）は一般に次式（１）のようになる。
Ｐａ＝（ｔ１／Ｒ）・σθｃ・・・（１）
【００３３】
また、超電導線材１２の熱膨張係数をαｃ、巻枠２の熱膨張係数をαｆとする。また、超電導線材１２がＮｂＴｉで胴部１がアルミ製の場合αｃ＞αｆの関係が成り立つ。このような条件下で超電導コイル１０を励磁状態にして温度がΔＴ変化した場合、超電導線材１２には、次式（２）で示す周方向応力σθｃを減少させる熱応力（σｃｃ）が発生する。
σｃｃ=Em（αｃ−αｆ）ΔＴ・・・（２）
（Emは超電導コイル１０のヤング率とする）
従って、温度がΔＴ変化した後の超電導線材１２に働く周方向応力σθｃｃは次式（３）で表される。
σθｃｃ＝σθｃ−σｃｃ＝σθｃ−Em（αｃ−αｆ）ΔＴ・・・（３）
【００３４】
更に、超電導コイル１０が励磁状態にあるとき、超電導線材１２に巻枠２の径外方向Ｏに膨らませようとするフープ力が作用する。このフープ力は、超電導線材１２にだけ働くので、このフープ力の周方向に働く力をσθｅとすると、励磁状態において超電導線材１２に働く周方向応力σθｃｅは次式（４）で表される。
σθｃｅ＝σθｃｃ−σθｅ＝σθｃ−Em（αｃ−αｆ）ΔＴ−σθｅ・・・（４）
【００３５】
よって、超電導コイル１０が励磁状態にあるときの超電導線材１２内面が胴部１を押す面圧（Ｐａｅ）は、式（１）のσθｃに式（４）のσθｃｅをあてはめた次式（５）で表される。
Ｐａｅ＝（ｔ１／Ｒ）・（σθｃ−Em（αｃ−αｆ）ΔＴ−σθｅ）・・・（５）
【００３６】
そして、超電導線材１２の胴部１への巻き付け強度は、上記で説明した超電導コイル１０が励磁状態にあるときの超電導線材１２内面が胴部１を押す面圧（Ｐａｅ）が理論上０以下（０を含む負の値）となるような状態が好ましい（式（６）参照）。もっとも、面圧はプラスしかないため、超電導線材１２の胴部１への巻き付け強度は、超電導コイル１０が励磁状態にある状態で超電導線材１２の内面の全部または一部分が電磁力によるフープ力によって浮き上がるように巻き張力を加減した程度が好ましい。なお、超電導コイル１０が励磁状態にないときの超電導線材１２内面が胴部１を押す面圧（Ｐａｅ）は、０よりも大きくなるように超電導線材１２を胴部１に巻きつけている。
Ｐａｅ≦０・・・（６）
【００３７】
以上超電導線材１２の胴部１への巻き付け強度に関して説明したが、上記式等を求めるにあたって、簡略化・省略している要素もあるため（バインド部材８の省略等）、あくまで近似的・平均的な関係式である。より実用的な値を求めるには、超電導コイル１０の励磁時の電流値や、バインド部材８の要素や、励磁時の胴部１や巻枠２や超電導線材１２の変形等も考慮に入れた有限要素法などによって導出計算をするとよい。
【００３８】
上記のように構成された超電導コイル１０が励磁状態にあるとき、図４に示すように、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線材１２を胴部１の径外方向Ｏに膨らませようとするフープ力の径外方向Ｏへの分力Ｆ１が超電導線材１２に作用する。このフープ力の径外方向Ｏへの分力Ｆ１、及び、超電導線材１２の重心位置などの影響を受けて、超電導線材１２は巻枠２から離れて傾いた状態に変位する（図４参照）。このとき、その変位した超電導線材１２又はバインド部材８とフランジ部１ａ・１ｂ（エンドチーク３・４）又は胴部１との間で接触する箇所ができる。具体的には、図４に示すように、接触箇所１２ａ・１２ｂ・１２ｃである。そして、この接触箇所１２ａ・１２ｂ・１２ｃでの接触圧が高いと超電導線材１２が巻枠２から離れたり、ずれたりした場合に摩擦熱が生じ、クエンチ現象が発生する可能性がある。
【００３９】
この点、第１実施形態に係る超電導コイル１０では、超電導線材１２の胴部１への巻き付け強度を、超電導コイル１０が励磁状態にあるときに作用するフープ力の径外方向Ｏへの分力Ｆ１により超電導線材１２が巻枠２から離れる程度にゆるくしている。これにより、励磁状態にある超電導コイル１０において、超電導線材１２が巻枠２（胴部１）から離れた状態になり、接触箇所１２ｃにおける接触圧を低減することができ、接触箇所１２ｃにおける摩擦熱によるクエンチ現象を起こり難くすることができる。
【００４０】
このように超電導線材１２の胴部１への巻き付け強度をゆるくした場合、超電導コイル１０が励磁状態にあるとき、超電導線材１２が巻枠２（胴部１）から過度に離れ、超電導線材１２が接触箇所１２ｂにおいて径外方向Ｏに大きくずれることにより摩擦熱が生じ、クエンチ現象が発生する可能性がある。そこで、超電導線材１２の外周にバインド部材８を設けることにより、励磁状態において超電導線材１２が巻枠２から離れる距離を一定程度に規制している。これにより、超電導線材１２が接触箇所１２ｂにおいて径外方向Ｏに大きくずれることを規制することができ、接触箇所１２ｂにおける摩擦熱によるクエンチ現象を起こり難くすることができる。
【００４１】
このように超電導線材１２の外周にバインド部材８を設けた場合、従来の構成であると超電導コイル１０が励磁状態にあるとき、超電導線材１２が巻枠２から離れて傾いた状態に変位するため超電導線材１２の外周に設けられたバインド部材８の端部とフランジ部１ａとが接触箇所１２ａにおいて接触する（図２及び図３参照）。そして、この接触箇所１２ａにおいて超電導線材１２がずれたりした場合に摩擦熱が生じ、クエンチ現象が発生する可能性がある。そこで、バインド部材８の最外周の軸方向Ｐの幅８ａを胴部１に巻かれた超電導線材１２の軸方向Ｐの幅１５ａより短くして、バインド部材８とフランジ部１ａ又はエンドチーク３とが接触しないようにしている。これにより、励磁状態にある超電導コイル１０において、超電導線材１２が変位したとしても、その変位した超電導線材１２の外周に設けられたバインド部材８とフランジ部１ａ又はエンドチーク３とが接触すること自体を防ぐことができ、接触箇所１２ａにおける摩擦熱によるクエンチ現象を起こり難くすることができる。
【００４２】
なお、バインド部材８に、その熱収縮率が超電導線材１２の熱収縮率よりも大きくなる材料を使用した場合、超電導コイル１０が励磁状態にあるときにバインド部材８における幅８ａが収縮して、結果として、バインド部材８における幅８ａが超電導線材１２の幅１５ａより短くなり、例え超電導線材１２が変位したとしてもバインド部材８とフランジ部１ａ・１ｂ又はエンドチーク３・４とが接触しなくなる。これにより、バインド部材８とフランジ部１ａ・１ｂ又はエンドチーク３・４とが接触することによるクエンチ現象を防止することができる。
【００４３】
（第２実施形態）
以下、本発明を実施するための第２実施形態に係る超電導コイル５０について図面を参照しつつ説明する。図６は、第２実施形態に係る超電導コイル５０の正面断面図である。図７は、バインド部材５８を超電導線材１２に巻き付ける方法を説明した説明図である。なお、第１実施形態と同様の箇所は説明を省略し、相違する構成を中心に説明する。
【００４４】
（超電導コイル５０の構成）
図６に示す第２実施形態における超電導コイル５０は、略円筒状の胴部１と胴部１から径外方向Ｏに延設された対になったフランジ部１ａ・１ｂとを含む巻枠２と、胴部１に巻き付けられた超電導線材１２と、超電導線材１２の外周に巻き付けられたバインド部材５８と、胴部１と超電導線材１２との間に介在させた絶縁シート５と、フランジ部１ａ・１ｂと超電導線材１２との間に介在させたエンドチーク３・４とを備えている。
【００４５】
超電導線材１２の外周に巻き付けられるバインド部材５８は、鋼線・樹脂を含浸させた高強度繊維材で形成された線材である。このバインド部材５８は、超電導コイル５０の励磁状態で超電導線材１２が巻枠２から離れる距離を一定程度に規制するために設けられている。そして、図６に示すように、バインド部材５８は、超電導線材１２の外周に層状に巻き付けられ、巻枠２の軸方向Ｐ外側に向かって積層数が漸減されている。即ち、バインド部材５８は、超電導線材１２の端部に向かって連続的もしくは段階的に積層数が少なくなるように超電導線材１２の外周に巻き付けられる。
【００４６】
なお、上記のようにバインド部材５８を超電導線材１２に巻き付ける際には、図７に示すように、一層巻く毎にテフロン製のＣ型形状をした治具材５２をエンドチーク３・４（フランジ部１ａ・１ｂ）とバインド部材５８との間に嵌め込むようにする。具体的には、バインド部材５８の第１層５８ａを超電導線材１２に巻き付ける。その後、バインド部材５８の第１層５８ａの端部に治具材５２ａ・５２ｄを嵌め込む。そして、バインド部材５８の第２層５８ｂを治具材５２ａと治具材５２ｄとの間に巻き付ける。次に、バインド部材５８の第２層５８ｂの端部に治具材５２ａ・５２ｄよりも幅が大きい治具材５２ｂ・５２ｅを嵌め込む。そして、バインド部材５８の第３層５８ｃを治具材５２ｂと治具材５２ｅとの間に巻き付ける。次に、バインド部材５８の第３層５８ｃの端部に治具材５２ｂ・５２ｅよりも幅が大きい治具材５２ｃ・５２ｆを嵌め込む。そして、バインド部材５８の第４層５８ｄを治具材５２ｃと治具材５２ｆとの間に巻き付ける。その後、バインド部材５８が接着剤等で塗り固められた後に治具材５２ａ・５２ｂ・５２ｃ・５２ｄ・５２ｅ・５２ｆを取り外す。このような治具材５２を使用することによって、比較的容易にバインド部材５８を超電導線材１２の端部に向かって連続的もしくは段階的に積層数が少なくなるように超電導線材１２の外周に巻き付けることができる。
【００４７】
このように構成することで、バインド部材５８の最外周の軸方向Ｐの幅５８ａを、胴部１に巻かれた超電導線材１２の胴部１軸方向Ｐの幅１５ａより短くすることができ、超電導コイル５０が励磁状態にあるときに例え超電導線材１２が変位したとしてもバインド部材５８とフランジ部１ａ・１ｂ又はエンドチーク３・４とが接触しないようにしてクエンチ現象を防止することができる。
【００４８】
（第３実施形態）
以下、本発明を実施するための第３実施形態に係る超電導コイル６０について図面を参照しつつ説明する。図８は、第３実施形態に係る超電導コイル６０の正面断面図である。図８（Ａ）は、スペーサ部６１・６２を取り外す前の超電導コイル６０の正面断面図であり、図８（Ｂ）は、スペーサ部６１・６２を取り外した後の超電導コイル６０の正面断面図である。図９は、第３実施形態に係る超電導コイル６０の製造工程を説明した説明図である。なお、第１実施形態と同様の箇所は説明を省略し、相違する構成を中心に説明する。
【００４９】
（超電導コイル６０の構成）
図８（Ｂ）に示す第３実施形態における超電導コイル６０は、略円筒状の胴部１と胴部１から径外方向Ｏに延設された対になったフランジ部１ａ・１ｂとを含む巻枠２と、胴部１に巻き付けられた超電導線材１２と、超電導線材１２の外周に巻き付けられたバインド部材６８（バインド部材６８は、鋼線・樹脂を含浸させた高強度繊維材で形成された線材）と、胴部１と超電導線材１２との間に介在させた絶縁シート５と、フランジ部１ａ・１ｂと超電導線材１２との間に介在させたエンドチーク３・４とを備えている。また、エンドチーク３（フランジ部１ａ）とバインド部材６８との間、及び、エンドチーク４（フランジ部１ｂ）とバインド部材６８との間には、後述するスペーサ部６１・６２を製造工程において取り外した後にできる空間部６３・６４が設けられている。
【００５０】
（超電導コイル６０の製造工程）
次に、図９を参照して、第３実施形態に係る超電導コイル６０の製造工程について説明する。
【００５１】
まず、アルミニウム、アルミニウム合金、又は、ステンレス等で成形された円筒状をした胴部１を成形加工することによって、胴部１から径外方向Ｏに延設されたフランジ部１ａ・１ｂを形成する（巻枠準備工程）。
【００５２】
次に、エンドチーク３・４の外側縁部から内側縁部まで到達しているスリット部分を反対方向にずらして変形させることによって開かせる。そして、開いたスリット部分を巻枠２に挟み込むことによって、エンドチーク３・４をフランジ部１ａ・１ｂが対向する側の面に接するように巻枠２に取り付ける。次に、ポリエチレン、テフロン（ＰＴＦＥ）、ポリイミド、又は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の樹脂でできた厚さ数百μｍの絶縁シート５を胴部１に巻き付ける。
【００５３】
次に、図９（Ａ）に示すように、超電導線材１２を、胴部１に略螺旋状（または整列巻）に密に巻き付ける（巻付工程）。ここで、超電導線材１２を、胴部１に１層あたり５０ターンになるように巻き付け、それが３０層になるように巻き付ける。なお、巻き付け強度は、第１実施形態と同様である。この際、超電導線材１２の層と層の間に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）シート又はガラスでできたガラスクロス６を巻き付ける。なお、図９では、簡略化して１層あたり１９ターン、６層で図示している。
【００５４】
次に、図９（Ａ）に示すように、噴霧器３０からエポキシ樹脂製の接着剤３１を超電導線材１２に噴霧・塗布して浸透させる。その後、自己発熱で反応させたキュアと呼ばれる加熱により超電導線材１２内に浸透させた接着剤３１を硬化させる。このようにすることで超電導線材１２と積層されたＰＥＴシート又はガラスでできたガラスクロス６とが互いに接着して固結した状態になる。即ち、超電導線材１２の型崩れを起こしにくくすることができる。
【００５５】
次に、図９（Ｂ）に示すように、Ｃ形状をしたスペーサ部６１・６２を超電導線材１２の外周面端部にエンドチーク３・４の内面に接するように嵌め込む（スペーサ部設置工程）。ここで、スペーサ部６１・６２には、テフロンなどの非接着性の樹脂を使用したり、アルミや鉄を使用してテフロンコーティング等の表面処理をしたりすることで超電導線材１２から取り外し易くしている。なお、第３実施形態では、スペーサ部６１・６２にＣ形状をしたものを使用しているが、これに限らず、超電導線材１２への嵌め込み、及び、超電導線材１２からの取り外しが容易なものであれば、スペーサ部６１・６２を２つ割にしたものや、３又は４分割にしたもの、エンドチーク３・４同様に複数のスリットを入れたものでもよい。これにより、バインド部材６８をスペーサ部６１とスペーサ部６２との間に挟まれた超電導線材１２の外周面上に位置決めして巻くことができる。
【００５６】
次に、図９（Ｃ）に示すように、バインド部材６８を、超電導線材１２の外周面上に略螺旋状（または整列巻）に密に巻き付ける。ここで、バインド部材６８を、超電導線材１２の外周面上に１層あたり５０ターンになるように巻き付け、それが４層になるように巻き付ける（バインド工程）。なお、図９では、簡略化して１層あたり４１ターン、２層で図示している。その後、バインド部材６８を接着剤等で塗り固めて硬化させる。
【００５７】
最後に、図９（Ｄ）に示すように、超電導線材１２内に浸透させた接着剤３１、及び、バインド部材６８に塗った接着剤が十分に硬化した後、超電導線材１２の外周面端部に嵌め込んだスペーサ部６１・６２を取り外す（スペーサ部除去工程）。これにより、図９（Ｄ）に示すように、エンドチーク３（フランジ部１ａ）とバインド部材６８との間、及び、エンドチーク４（フランジ部１ｂ）とバインド部材６８との間に空間部６３・６４を設けることができる。
【００５８】
以上の工程を経て第３実施形態に係る超電導コイル６０が製造される。
【００５９】
上記の構成によれば、
エンドチーク３（フランジ部１ａ）とバインド部材６８との間、及び、エンドチーク４（フランジ部１ｂ）とバインド部材６８との間に設けたスペーサ部６１・６２を、バインド部材６８が超電導線材１２の外周に巻き付けられた後に取り外すことにより、エンドチーク３（フランジ部１ａ）とバインド部材６８との間、及び、エンドチーク４（フランジ部１ｂ）とバインド部材６８との間に空間部６３・６４を設けることができる。これにより、超電導コイル６０が励磁状態にあるときに、例え超電導線材１２が変位したとしてもエンドチーク３（フランジ部１ａ）とバインド部材６８との間、及び、エンドチーク４（フランジ部１ｂ）とバインド部材６８との間に空間部６３・６４が設けられているため、フランジ部１ａとバインド部材６８とが接触するのを防止してクエンチ現象を防止することができる。
【００６０】
（変形例）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。
【００６１】
（変形例１）
例えば、第１実施形態では、図４に示すように、バインド部材８全体の幅８ａを、胴部１に巻かれた超電導線材１２の幅１５ａより短くして、バインド部材８とフランジ部１ａ・１ｂ又はエンドチーク３・４とが接触しないようにしている。しかし、これに限らず、図１０に示す変形例１に係る超電導コイル７０のように、バインド部材７８の最外周の胴部１軸方向Ｐの幅７８ａを胴部１に巻かれた超電導線材１２の胴部１軸方向Ｐの幅７５ａより短くして、超電導線材１２とバインド部材７８との接触面の胴部１軸方向Ｐの幅７８ｂを胴部１に巻かれた超電導線材１２の胴部１軸方向Ｐの幅７５ａと同じにして（即ち、バインド部材７８を断面視でテーパ状にする）、バインド部材８とフランジ部１ａ・１ｂ又はエンドチーク３・４とが接触しないようにしてもよい（変形例１）。なお、図１０は、変形例１に係る超電導コイル７０の正面断面図である。
【００６２】
（変形例２）
また、例えば、本発明は、超電導線材１２を巻枠２の胴部１に強く拘束することなく、超電導コイルが励磁状態にあるときに、たとえ超電導線材１２が変位したとしても、超電導線材１２の外周に設けられたバインド部材とフランジ部１ａとが接触する箇所（接触箇所１２ａ）を無くしてクエンチ現象が発生する機会を減少させるとの発想に基づくものである。とすれば、図１１（Ａ）・（Ｂ）に示すように、円筒状の胴部１と胴部１から径外方向Ｏに延設された対になったフランジ部１ａ・１ｂとを含む巻枠２と、胴部１に巻き付けられた超電導線材１２と、超電導線材１２の外周に設けられたバインド部材８８とを備えた超電導コイル８０において、超電導線材１２の胴部１への巻き付け強度を、超電導コイル８０が励磁状態にあるときに作用するフープ力により超電導線材１２が巻枠２から離れる程度にゆるくし、バインド部材８８が超電導線材１２の外周に設けられた後に、フランジ部１ａ・１ｂのバインド部材８８に隣接する部分１ｃ・１ｄを取り除いた構成としてもよい（図１１（Ｂ）参照：変形例２）。なお、図１１は、変形例２に係る超電導コイル８０の正面断面図である。図１１（Ａ）は、バインド部材８８に隣接する部分１ｃ・１ｄを取り除く前の超電導コイル８０の正面断面図であり、図１１（Ｂ）は、バインド部材８８に隣接する部分１ｃ・１ｄを取り除いた後の超電導コイル８０の正面断面図である。
【００６３】
上記の構成によれば、バインド部材８８を超電導線材１２の外周に設けた後に、フランジ部１ａ・１ｂのバインド部材８８に隣接する部分１ｃ・１ｄを取り除くことができる。これにより、励磁状態にある超電導コイル８０において、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線材１２を胴部１の径外方向Ｏに膨らませようとするフープ力の径外方向への分力Ｆ１によって超電導線材１２が変位したとしても、バインド部材８８とフランジ部１ａ・１ｂとが接触することを防ぐことができ、バインド部材８８とフランジ部１ａ・１ｂとが接触することによるクエンチ現象を防止することができる。
【００６４】
（変形例３）
また、例えば、図１２（Ａ）・（Ｂ）に示すように、円筒状の胴部１と胴部１から径外方向Ｏに延設された対になったフランジ部１ａ・１ｂとを含む巻枠２と、胴部１に巻き付けられた超電導線材１２と、超電導線材１２の外周に設けられたバインド部材９８と、胴部１と超電導線材１２との間に介在させた絶縁シート５と、フランジ部１ａ・１ｂと超電導線材１２及びバインド部材９８との間に介在させたエンドチーク３ａ・４ａとを備えた超電導コイル９０において、バインド部材９８が超電導線材１２の外周に設けられた後に、エンドチーク３ａ・４ａのバインド部材９８に隣接する部分３ｂ・４ｂを取り除いた構成としてもよい（図１２（Ｂ）参照：変形例３）。なお、図１２は、変形例３に係る超電導コイル９０の正面断面図である。図１２（Ａ）は、エンドチーク３ａ・４ａのバインド部材９８に隣接する部分３ｂ・４ｂを取り除く前の超電導コイル９０の正面断面図であり、図１２（Ｂ）は、エンドチーク３ａ・４ａのバインド部材９８に隣接する部分３ｂ・４ｂを取り除いた後の超電導コイル９０の正面断面図である。
【００６５】
上記の構成により、励磁状態にある超電導コイル９０において、通電電流と自ら発した磁界との相互作用により超電導線材１２を胴部１の径外方向Ｏに膨らませようとするフープ力の径外方向への分力Ｆ１によって超電導線材１２が変位したとしても、バインド部材９８とフランジ部１ａ・１ｂとが接触することを防ぐことができ、バインド部材９８とフランジ部１ａ・１ｂとが接触することによるクエンチ現象を防止することができる。
【００６６】
（その他の変形例）
また、バインド部材には、第１〜３実施形態で挙げたものに限らず、例えばガラス繊維から構成される薄い帯状の絶縁性ガラステープを使用してもよい。
【００６７】
また、第１〜第３実施形態では、接着剤３１を超電導線材１２に浸透させて硬化させているが、これに限らず、接着剤３１又は充填剤を超電導線材１２に真空含浸させたり、超電導線材１２を胴部１に巻き付ける際に直接超電導線材１２に接着剤又は充填剤を塗り込むようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１  胴部
１ａ・１ｂ  フランジ部
２  巻枠
３・４  エンドチーク
５  絶縁シート
８  バインド部材
８ａ  バインド部材の最外周の軸方向Ｐの幅
１０  超電導コイル
１２  超電導線材
１２ａ・１２ｂ・１２ｃ  接触箇所
１５ａ  超電導線材の軸方向Ｐの幅
３１  接着剤
Ｆ１  フープ力の径外方向への分力
Ｐ  軸方向
Ｏ  径外方向
【図１】
2011171625.tif 000003
【図２】
2011171625.tif 000004
【図３】
2011171625.tif 000005
【図４】
2011171625.tif 000006
【図５】
2011171625.tif 000007
【図６】
2011171625.tif 000008
【図７】
2011171625.tif 000009
【図８】
2011171625.tif 000010
【図９】
2011171625.tif 000011
【図１０】
2011171625.tif 000012
【図１１】
2011171625.tif 000013
【図１２】
2011171625.tif 000014