(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状治具に超電導線を巻き回すことにより、同軸上に配置された複数の円盤状巻線を形成する工程と、
前記複数の円盤状巻線から前記棒状治具を取り除く工程と、
前記複数の円盤状巻線の各々の内周面の中心軸である巻線中心軸から、前記複数の円盤状巻線の各々の外周面までの距離を測定する工程と、
内周側において周方向に延在する凹条部を有し、かつ、同軸上に配置された、複数のリング状固定部を含む外枠部を形成する工程と、
前記複数のリング状固定部の各々の前記凹条部の底面の形状を測定する工程と、
前記底面の形状測定に基づいて、前記複数のリング状固定部全体の中心軸をアライメントする工程と、
前記巻線中心軸から前記複数の円盤状巻線の各々の前記外周面までの距離を測定した結果と、前記複数のリング状固定部全体の中心軸をアライメントした結果とに基づいて、前記複数の円盤状巻線の各々の前記外周面を、対応する前記複数のリング状固定部の各々の前記凹条部の前記底面と離間させつつ、前記複数の円盤状巻線の各々を、対応する前記複数のリング状固定部の各々の前記凹条部に挿入する工程と、
前記複数のリング状固定部の各々の前記凹条部の一方の側面と、対応する前記複数の円盤状巻線の各々との間に第１調整部材を配置することにより、前記複数の円盤状巻線を前記巻線中心軸の方向において固定する工程と、
前記複数の円盤状巻線および前記外枠部の各々を、冷却して収縮させることにより、前記複数の円盤状巻線の各々の前記外周面と、対応する前記複数のリング状固定部の各々の前記凹条部の前記底面とを、直接的または間接的に接触させる工程とを備える、超電導コイルの製造方法。
【請求項２】
前記複数のリング状固定部のうち少なくとも１つの前記底面と、対応する前記複数の円盤状巻線のうち少なくとも１つの前記外周面との間において、第２調整部材を配置する工程をさらに備える、請求項１に記載の超電導コイルの製造方法。
【請求項３】
前記第１調整部材と前記複数の円盤状巻線の各々との間に、第１巻線保護部材を配置し、前記複数のリング状固定部の各々の前記凹条部の、前記一方の側面とは反対側に位置する他方の側面と前記複数の円盤状巻線の各々との間に第２巻線保護部材を配置する工程をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の超電導コイルの製造方法。
【請求項４】
前記複数の円盤状巻線の各々を前記複数のリング状固定部の各々の前記凹条部に挿入する工程の後に、前記複数の円盤状巻線から前記棒状治具を取り除く工程が行なわれる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超電導コイルの製造方法。
【請求項５】
同軸上に配置された複数の円盤状巻線と、
前記複数の円盤状巻線の各々を固定する外枠部と、
前記複数の円盤状巻線と前記外枠部とを冷却する冷媒とを備え、
前記外枠部は、内周側において周方向に延在する凹条部を有し、かつ、同軸上に配置された、複数のリング状固定部を含んでおり、
前記複数の円盤状巻線の各々は、対応する前記複数のリング状固定部の各々の前記凹条部に挿入されており、
前記複数の円盤状巻線の各々の外周面と、対応する前記複数のリング状固定部の各々の前記凹条部の底面とは、互いに直接的または間接的に接触しており、
前記複数のリング状固定部の各々の前記凹条部の一方の側面と、対応する前記複数の円盤状巻線の各々との間には、第１調整部材が位置している、超電導コイル。
【請求項６】
前記複数のリング状固定部のうち少なくとも１つの前記底面と、対応する前記複数の円盤状巻線のうち少なくとも１つの前記外周面との間に、第２調整部材が位置している、請求項５に記載の超電導コイル。
【請求項７】
前記第１調整部材と前記複数の円盤状巻線の各々との間に、第１巻線保護部材が位置しており、
前記複数のリング状固定部の各々の前記凹条部の、前記一方の側面とは反対側に位置する他方の側面と前記複数の円盤状巻線の各々との間に第２巻線保護部材が位置している、請求項５または請求項６に記載の超電導コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導コイルおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導コイルの支持構造物を開示した文献として、特開平２−２１１６０８号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載の超電導コイルの支持構造物は、ソレノイド磁石の、一組の磁石コイル用の磁石支持構造物である。当該支持構造物は、一組の支持リング、装着手段および複数組の支柱を備えている。一組の支持リングは、磁石の中孔の軸に沿って間隔をおいて配置された少なくとも２個の支持リングを有している。各支持リングは、磁石の中孔の軸と同軸に配置されている。装着手段は、一組の支持リングの各々の中に、一組の磁石コイルを、少なくとも１個ずつ磁石の中孔の軸と同軸に装着させる。【０００３】
上記超電導コイルの支持構造物は、磁石コイルを端の支持リングの半径方向内側表面で受ける。半径方向内側表面の直径は、端の支持リングおよび磁石コイルが室温のときに磁石コイルを端の支持リングに容易に挿入できるような大きさになっている。磁石コイルおよび端の支持リングが超電導温度まで冷却されたとき、エポキシおよび磁石コイルのワイヤ膨張係数に比べて端の支持リングのアルミニウム膨張係数が大きいことにより、磁石コイルが端の支持リングにより圧縮されてしっかりと保持される。端の支持リングが発生する圧縮応力は、励磁されたときの磁石コイルの内部の自己反発力によって生じる大きなフープ応力にコイルが耐えるのを助ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−２１１６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の超電導コイルにおいては、超電導コイルを冷却した際に、円盤状巻線より熱膨張率の高い外枠部が大きく収縮することにより、円盤状巻線が外枠部によって保持される。しかしながら、超電導コイルを冷却することで、収縮した外枠部からの圧力によって円盤状巻線に熱応力が生じる。この熱応力が円盤状巻線を変形させ、ひいては、超電導コイルを損傷させるおそれがある。【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、円盤状巻線の変形による損傷を抑制できる、超電導コイルの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に基づく超電導コイルの製造方法は、棒状治具に超電導線を巻き回すことにより、同軸上に配置された複数の円盤状巻線を形成する工程と、複数の円盤状巻線から棒状治具を取り除く工程と、複数の円盤状巻線の各々の内周面の中心軸である巻線中心軸から、複数の円盤状巻線の各々の外周面までの距離を測定する工程と、内周側において周方向に延在する凹条部を有し、かつ、同軸上に配置された、複数のリング状固定部を含む外枠部を形成する工程と、複数のリング状固定部の各々の凹条部の底面の形状を測定する工程と、底面の形状測定に基づいて、複数のリング状固定部全体の中心軸をアライメントする工程と、複数の円盤状巻線の各々を、対応する複数のリング状固定部の各々の凹条部に挿入する工程と、複数の円盤状巻線を巻線中心軸の方向において固定する工程と、複数の円盤状巻線の各々の外周面と、対応する複数のリング状固定部の各々の凹条部の底面とを、直接的または間接的に接触させる工程とを備えている。複数の円盤状巻線の各々を、対応する複数のリング状固定部の各々の凹条部に挿入する工程においては、巻線中心軸から複数の円盤状巻線の各々の外周面までの距離を測定した結果と、複数のリング状固定部全体の中心軸をアライメントした結果とに基づいて、複数の円盤状巻線の各々の外周面を、対応する複数のリング状固定部の各々の凹条部の底面と離間させつつ、挿入する。複数の円盤状巻線を巻線中心軸の方向において固定する工程においては、複数のリング状固定部の各々の凹条部の一方の側面と、対応する複数の円盤状巻線の各々との間に第１調整部材を配置することにより、固定する。複数の円盤状巻線の各々の外周面と、対応する複数のリング状固定部の各々の凹条部の底面とを、直接的または間接的に接触させる工程においては、複数の円盤状巻線および外枠部の各々を、冷却して収縮させることにより、接触させる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数のリング状固定部を含む外枠部を冷却して収縮させる際に、複数のリング状固定部の各々から受ける圧力によって複数の円盤状巻線の各々に生じる熱応力を、小さくすることができる。これにより、複数の円盤状巻線の変形による、超電導コイルの損傷を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る超電導コイルの構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る超電導コイルの製造方法において、巻線中心軸から外周面までの距離を測定しているときの、複数の円盤状巻線を示す一部断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る超電導コイルの製造方法において、外枠部の複数のリング状固定部の全体の中心軸をアライメントしているときの外枠部を示す一部断面図である。
【図４】図３に示した外枠部をＩＶ−ＩＶ線矢印方向から見た断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る超電導コイルの製造方法において、複数のリング状固定部のうちの１つの凹条部に、対応する複数の円盤状巻線のうちの１つを挿入した状態を示す一部断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る超電導コイルの構成を示す一部断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る超電導コイルの製造方法において、複数のリング状固定部のうちの１つの凹条部に、対応する複数の円盤状巻線のうちの１つを挿入した状態を示す一部断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２の第１変形例に係る超電導コイルの構成を示す一部断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２の第１変形例に係る超電導コイルの製造方法において、複数のリング状固定部のうちの１つの凹条部に、対応する複数の円盤状巻線のうちの１つを挿入した状態を示す一部断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る超電導コイルの構成を示す一部断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る超電導コイルの製造方法において、複数のリング状固定部のうちの１つの凹条部に、対応する複数の円盤状巻線の１つを挿入した状態を示す一部断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る超電導コイルの製造方法において、巻線中心軸から外周面までの距離を測定している状態の複数の円盤状巻線と、複数のリング状固定部全体の中心軸のアライメントを行っている外枠部との、相対的な位置関係を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態４に係る超電導コイルの製造方法において、複数の円盤状巻線の各々を凹条部に挿入する直前の状態を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態４に係る超電導コイルの製造方法において、複数の円盤状巻線の各々を凹条部に挿入した直後の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の各実施の形態に係る超電導コイルについて図面を参照して説明する。以下の実施の形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る超電導コイルの構成を示す斜視図である。なお、図１においては、超電導コイルの一部を切り欠いて、超電導コイルを模式的に図示している。
【００１２】
図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る超電導コイル１００は、複数の円盤状巻線１１０と、外枠部１２０と、図示しない冷媒とを備えている。
【００１３】
本実施の形態において、複数の円盤状巻線１１０および外枠部１２０の各々は、冷媒に浸漬した状態で図示しない冷媒容器に収容されている。すなわち、冷媒は、複数の円盤状巻線１１０と外枠部１２０とを冷却している。本実施の形態において、冷媒の種類は特に限定されない。冷媒は、たとえば、液体ヘリウムまたは液体窒素である。
【００１４】
複数の円盤状巻線１１０の各々は、たとえば、銅からなるマトリクスの中心部にニオブチタン合金を埋め込んで形成された超電導線が巻き回されて構成されている。本実施の形態において、複数の円盤状巻線１１０の各々の内周面上に、巻枠は位置していない。
【００１５】
複数の円盤状巻線１１０の各々は、同軸上に配置されている。具体的には、複数の円盤状巻線１１０の各々の内周面の中心軸が、巻線中心軸Ｃｃ上に位置している。複数の円盤状巻線１１０は、巻線中心軸Ｃｃ方向において、互いに離間して位置している。複数の円盤状巻線１１０は、互いに電気的に接続されている。
【００１６】
本発明の実施の形態１に係る超電導コイル１００は、２つの最外円盤状巻線１１１をさらに備えている。２つの最外円盤状巻線１１１の各々は、複数の円盤状巻線１１０の各々を構成する超電導線と同様の超電導線が巻き回されて構成されている。２つの最外円盤状巻線１１１の各々は、複数の円盤状巻線１１０の各々と同軸上に配置されている。２つの最外円盤状巻線１１１の各々は、巻線中心軸Ｃｃ方向において、複数の円盤状巻線１１０を挟むように位置している。２つの最外円盤状巻線１１１の各々は、複数の円盤状巻線１１０と電気的に互いに接続されている。２つの最外円盤状巻線１１１の各々も、冷媒に浸漬した状態で冷媒容器に収容されている。
【００１７】
外枠部１２０は、複数の円盤状巻線１１０の各々を固定する。外枠部１２０は、複数のリング状固定部１２１を含んでおり、具体的には、複数のリング状固定部１２１の各々が、対応する複数の円盤状巻線１１０の各々を固定する。
【００１８】
複数のリング状固定部１２１の各々は、内周側において周方向に延在する凹条部１２２を有し、かつ、互いに同軸上に配置されている。本実施の形態においては、複数のリング状固定部１２１は、一体の部材で構成されている。すなわち、複数のリング状固定部１２１の各々は、複数のリング状固定部１２１の全体の中心軸Ｃｆの方向において、互いに連なって構成されている。なお、複数のリング状固定部１２１の各々は、上記中心軸Ｃｆの方向において互いに離間して位置していてもよい。
【００１９】
複数の円盤状巻線１１０の各々は、対応する複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２に挿入されている。複数の円盤状巻線１１０の各々の外周面１１２と、対応する複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２の底面１２４とは、互いに直接的または間接的に接触している。本実施の形態において、複数の円盤状巻線１１０の各々の外周面１１２と、対応する複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２の底面１２４とは、互いに直接的に接触している。
【００２０】
外枠部１２０は、２つの最外リング状固定部１２３をさらに含んでいる。２つの最外リング状固定部の各々は、上記中心軸Ｃｆ方向において、複数のリング状固定部１２１を挟むように位置している。２つの最外リング状固定部１２３の各々は、内周面側において２つの最外円盤状巻線１１１の各々を支持している。
【００２１】
外枠部１２０は、複数のリング状固定部１２１の全体の中心軸Ｃｆ方向から見たときに、上記中心軸Ｃｆを中心とする周方向において、複数の部材が接合することにより構成されている。このため、外枠部１２０は、上記中心軸Ｃｆ方向に延びる複数の接合面１２７を有している。本実施の形態において、外枠部１２０は、上記中心軸Ｃｆを中心とする周方向において、互いに略同一の形状を有する４つの部材が接合することにより構成されている。本発明の実施の形態において、外枠部１２０を構成する部材は、ボルトなどの締結部材により互いに接合されている。
【００２２】
本実施の形態において、外枠部１２０は、超電導コイル１００の軽量化の観点から、アルミニウムで構成されている。アルミニウムは、本実施の形態において複数の円盤状巻線１１０を構成する材料の主成分である銅と比較して、熱膨張率が高い。なお、本実施の形態においては、外枠部１２０を構成する材料は、外枠部１２０を構成する材料の主成分である銅と比較して熱膨張率が高い材料であればよく、アルミニウムに限定されない。
【００２３】
複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２の一方の側面１２５と、対応する複数の円盤状巻線１１０の各々との間には、第１調整部材１３０が位置している。すなわち、超電導コイル１００は、複数の第１調整部材１３０をさらに備えている。
【００２４】
複数の第１調整部材１３０の各々は、巻線中心軸Ｃｃ方向から見たときに円環状の外形を有する、板状の部材である。複数の第１調整部材１３０の各々は、巻線中心軸Ｃｃ方向において、複数の円盤状巻線１１０と同軸上に位置している。
【００２５】
本実施の形態において、複数の第１調整部材１３０の各々は、巻線中心軸Ｃｃを中心とする周方向において、複数の部材が接合することにより構成されている。複数の第１調整部材１３０の各々は、一つに部材で構成されていてもよい。
【００２６】
本実施の形態において、第１調整部材１３０は、たとえば金属で構成されている。第１調整部材１３０は、熱膨張率の観点から、外枠部１２０を構成する材料と同様のアルミニウムで構成されいてもよいし、超電導線を構成する材料の主成分である銅で構成されていてもよい。
【００２７】
本実施の形態においては、複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２の、一方の側面１２５とは反対側に位置する他方の側面１２６は、複数の円盤状巻線１１０の各々と直接接触している。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態１に係る超電導コイル１００の製造方法について説明する。本発明の実施の形態１に係る超電導コイル１００の製造方法においては、まず、棒状治具に超電導線を巻き回す。棒状治具に超電導線を巻き回した後、超電導線に対して仕上げ加工を行う。これにより、図１に示すような複数の円盤状巻線１１０を形成する。この後に、複数の円盤状巻線１１０から棒状治具を取り除く。棒状治具は、たとえば、マンドレルである。
【００２９】
図２は、本発明の実施の形態１に係る超電導コイルの製造方法において、巻線中心軸から外周面までの距離を測定しているときの、複数の円盤状巻線を示す一部断面図である。図２においては、後述する巻線中心軸を含む面における、複数の円盤状巻線１１０の一部断面を図示している。
【００３０】
図２に示すように、複数の円盤状巻線１１０の各々の内周面の中心軸である巻線中心軸Ｃｃから、複数の円盤状巻線１１０の各々の外周面１１２までの距離Ｒｏを測定する。すなわち、複数の円盤状巻線１１０の各々を巻線中心軸Ｃｃ方向から見たときの、複数の円盤状巻線１１０の各々の外形を測定する。なお、巻線中心軸Ｃｃから、複数の円盤状巻線１１０の各々の内周面までの距離Ｒｉの長さは、棒状治具の外径の長さと同一である。このため、複数の円盤状巻線１１０同士において、巻線中心軸Ｃｃから、複数の円盤状巻線１１０の各々の内周面までの距離Ｒｉは互いに略同一である。
【００３１】
本実施の形態に係る超電導コイル１００の製造方法においては、複数の円盤状巻線１１０を形成するとともに、外枠部１２０を形成する。本実施の形態においては、複数の円盤状巻線１１０を形成する前に外枠部１２０を形成してもよいし、複数の円盤状巻線１１０を形成した後に外枠部１２０を形成してもよい。
【００３２】
図３は、本発明の実施の形態１に係る超電導コイルの製造方法において、外枠部の複数のリング状固定部の全体の中心軸をアライメントしているときの外枠部を示す一部断面図である。図４は、図３に示した外枠部をＩＶ−ＩＶ線矢印方向から見た断面図である。図３においては、外枠部１２０の接合面１２７の一部を図示している。
【００３３】
図３および図４に示すように、外枠部１２０を形成した後、複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２の底面１２４の形状を測定する。そして、底面１２４の形状測定に基づいて、複数のリング状固定部１２１全体の中心軸Ｃｆをアライメントする。具体的には、複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２の底面１２４から、複数のリング状固定部１２１全体の中心軸Ｃｆまでの距離Ｒｆの長さが、１つのリング状固定部１２１においていずれの箇所においても、一定の値に近づくようにアライメントする。また、これとともに、上記距離Ｒｆの長さが、複数のリング状固定部１２１同士で互い近づくように、複数のリング状固定部１２１の全体の中心軸Ｃｆをアライメントする。このようなアライメントを行うことにより、外枠部１２０の形成においては、高い寸法精度は要求されない。
【００３４】
図５は、本発明の実施の形態１に係る超電導コイルの製造方法において、複数のリング状固定部のうちの１つの凹条部に、対応する複数の円盤状巻線のうちの１つを挿入した状態を示す一部断面図である。図５において、複数の円盤状巻線１１０および外枠部１２０は、外枠部１２０の接合面を含む平面上における一部分を示している。
【００３５】
図５に示すように、次に、複数の円盤状巻線１１０の各々を、対応する複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２に挿入する。このとき、図２に示した巻線中心軸Ｃｃから複数の円盤状巻線１１０の各々の外周面１１２までの距離Ｒｏを測定した結果と、図３に示した複数のリング状固定部１２１全体の中心軸Ｃｆをアライメントした結果とに基づいて、図５に示すように複数の円盤状巻線１１０の各々の外周面１１２を、対応する複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２の底面１２４と離間させつつ、複数の円盤状巻線１１０の各々を挿入する。
【００３６】
複数の円盤状巻線１１０の各々を挿入する当該工程は、室温で行なわれる。また、複数の円盤状巻線１１０の各々を挿入する当該工程においては、外枠部１２０を構成する複数の部材に分割した状態で、複数の円盤状巻線１１０の各々を挿入する。複数の円盤状巻線１１０の各々を挿入した後に、外枠部１２０を構成する複数の部材を互いに接合する。
【００３７】
図５に示すように、複数の円盤状巻線１１０の各々を、対応する複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２に挿入したとき、円盤状巻線１１０の外周面１１２と、凹条部１２２の底面１２４との間には、隙間Ｓが形成されている。この隙間Ｓの大きさについては後述する。
【００３８】
なお、複数の円盤状巻線１１０を凹条部１２２に挿入する際には、図２に示した巻線中心軸Ｃｃから複数の円盤状巻線１１０の各々の外周面１１２までの距離Ｒｏを測定した結果と、図３に示した複数のリング状固定部１２１全体の中心軸Ｃｆをアライメントした結果とに基づいて、巻線中心軸Ｃｃに対する、複数のリング状固定部１２１全体の中心軸Ｃｆの相対的な位置を定めた上で行う。このとき、超電導コイル１００の製造方法の単純化の観点から、巻線中心軸Ｃｃと、複数のリング状固定部１２１全体の中心軸Ｃｆとが互いに一致するように、複数の円盤状巻線１１０の各々を凹条部１２２に挿入することが好ましい。
【００３９】
また、本実施の形態においては、図２および図５に示すように、室温下において、複数の円盤状巻線１１０を、巻線中心軸Ｃｃの方向において固定する。この際、複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２の一方の側面１２５と、対応する複数の円盤状巻線１１０の各々との間に第１調整部材１３０を配置することにより、固定する。
【００４０】
次に、複数の円盤状巻線１１０および外枠部１２０の各々を、冷却して収縮させることにより、複数の円盤状巻線１１０の各々の外周面１１２と、対応する複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２の底面１２４とを、直接的または間接的に接触させる。具体的には、複数の円盤状巻線１１０および外枠部１２０を冷媒容器に収容した後、冷媒容器に冷媒を充填することで、複数の円盤状巻線１１０および外枠部１２０を冷媒に浸漬させる。
【００４１】
本実施の形態においては、外枠部１２０の熱膨張率が、複数の円盤状巻線１１０の熱膨張率より大きい。このため、上記冷却の際、図３および図４に示した複数のリング状固定部１２１全体の中心軸Ｃｆと底面１２４との距離Ｒｆの収縮率は、図２に示した巻線中心軸Ｃｃから複数の円盤状巻線１１０の各々の外周面１１２までの距離Ｒｏの収縮率より大きい。これにより、図１に示すように、複数の円盤状巻線１１０の各々の外周面１１２と、対応する複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２の底面１２４とを、直接的または間接的に接触させることができる。ひいては、複数の円盤状巻線１１０の各々を、径方向において固定することができる。
【００４２】
さらに、本実施の形態においては、複数の円盤状巻線１１０および外枠部１２０を冷却させたときに、外枠部１２０が複数の円盤状巻線１１０を外周側から締め付けて円盤状巻線１１０に熱応力が発生することを抑制できるように、複数の円盤状巻線１１０の熱膨張率と、外枠部１２０の熱膨張率とを考慮して、図５に示した上記隙間Ｓの大きさを調整する。具体的には、図２に示した上記距離Ｒｏの長さと、図３に示した上記距離Ｒｆの長さとが、上記の冷却により互いに略同一となるように隙間Ｓの大きさを調整する。このように隙間Ｓの大きさを調整することで、複数の円盤状巻線１１０の各々の外周面１１２と、対応する複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２の底面１２４とを互いに接触させることができるとともに、外枠部１２０が複数の円盤状巻線に与える圧力を小さくすることができる。すなわち、上記熱応力を小さく抑えることができる。
【００４３】
上記の工程により、図１に示す本発明の実施の形態１に係る超電導コイル１００が製造される。
【００４４】
上記のように、本発明の実施の形態１に係る超電導コイル１００の製造方法は、複数の円盤状巻線１１０の各々の内周面の中心軸である巻線中心軸Ｃｃから、複数の円盤状巻線１１０の各々の外周面１１２までの距離Ｒｏを測定する工程と、複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２の底面１２４の形状を測定する工程と、底面１２４の形状測定に基づいて、複数のリング状固定部１２１全体の中心軸Ｃｆをアライメントする工程と、複数の円盤状巻線１１０の各々を、対応する複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２に挿入する工程と、複数の円盤状巻線１１０を巻線中心軸Ｃｃの方向において固定する工程と、複数の円盤状巻線１１０の各々の外周面１１２と、対応する複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２の底面１２４とを、直接的または間接的に接触させる工程とを備えている。複数の円盤状巻線１１０の各々を、対応する複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２に挿入する工程においては、巻線中心軸Ｃｃから複数の円盤状巻線１１０の各々の外周面１１２までの距離Ｒｏを測定した結果と、複数のリング状固定部１２１全体の中心軸Ｃｆをアライメントした結果とに基づいて、複数の円盤状巻線１１０の各々の外周面１１２を、対応する複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２の底面１２４と離間させつつ、挿入する。複数の円盤状巻線１１０を巻線中心軸Ｃｃの方向において固定する工程においては、複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２の一方の側面１２５と、対応する複数の円盤状巻線１１０の各々との間に第１調整部材１３０を配置することにより、固定する。複数の円盤状巻線１１０の各々の外周面１１２と、対応する複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２の底面１２４とを、直接的または間接的に接触させる工程においては、複数の円盤状巻線１１０および外枠部１２０の各々を、冷却して収縮させることにより、接触させる。
【００４５】
これにより、複数のリング状固定部１２１を含む外枠部１２０を冷却して収縮させる際に、複数のリング状固定部１２１の各々から受ける圧力によって複数の円盤状巻線１１０の各々に生じる熱応力を、小さくすることができる。これにより、複数の円盤状巻線１１０の変形による、超電導コイル１００の損傷を抑制できる。
【００４６】
また、本発明の実施の形態１に係る超電導コイル１００においては、複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２の一方の側面１２５と、対応する複数の円盤状巻線１１０の各々との間には、第１調整部材１３０が位置している。
【００４７】
これにより、超電導コイル１００の製造時において、複数の円盤状巻線１１０の各々の外周面１１２について、対応する複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２の底面１２４と互いに離間させた状態を維持することができる。このため、超電導コイル１００は上述の製造方法により製造することができ、円盤状巻線１１０の変形による超電導コイル１００の損傷を抑制することができる。
【００４８】
実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２に係る超電導コイルについて説明する。本発明の実施の形態２に係る超電導コイルは、複数のリング状固定部１２１の各々の底面１２４と、対応する複数の円盤状巻線１１０の各々の外周面１１２との間の構成のみが、図１に示した本発明の実施の形態１に係る超電導コイル１００と異なる。このため、本発明の実施の形態１に係る超電導コイル１００と同様である構成については説明を繰り返さない。
【００４９】
図６は、本発明の実施の形態２に係る超電導コイルの構成を示す一部断面図である。図７は、本発明の実施の形態２に係る超電導コイルの製造方法において、複数のリング状固定部のうちの１つの凹条部に、対応する複数の円盤状巻線のうちの１つを挿入した状態を示す一部断面図である。図６および図７においては、図５と同一の断面視にて図示している。
【００５０】
図６に示すように、本発明の実施の形態２に係る超電導コイル２００においては、複数のリング状固定部１２１のうち少なくとも１つの底面１２４と、対応する複数の円盤状巻線１１０のうち少なくとも１つの外周面１１２との間に、第２調整部材２４０が位置している。すなわち、図７に示すように、本発明の実施の形態２に係る超電導コイル２００の製造方法は、室温下において、複数のリング状固定部１２１のうち少なくとも１つの底面１２４と、対応する複数の円盤状巻線１１０のうち少なくとも１つの外周面１１２との間において、第２調整部材２４０を配置する工程をさらに備えている。
【００５１】
上記の構成により、外周面１１２と、凹条部１２２の底面１２４とを、複数の円盤状巻線１１０および外枠部１２０の冷却によっても直接的に接触させることが出来ない場合において、第２調整部材２４０により、外周面１１２と底面１２４とを互いに間接的に接触させることができる。
【００５２】
本実施の形態において、第２調整部材２４０は、複数の円盤状巻線１１０の外周面１１２全面と、対応する凹条部１２２の底面１２４との間に位置していてもよい。
【００５３】
第２調整部材２４０の厚さは、図２に示した巻線中心軸Ｃｃから複数の円盤状巻線１１０の各々の外周面１１２までの距離Ｒｏを測定した結果と、図３および図４に示した複数のリング状固定部１２１全体の中心軸Ｃｆをアライメントした結果とに基づいて、適宜調整される。図７に示すように、第２調整部材２４０が位置しつつ、底面１２４と外周面１１２との間には隙間Ｓが形成される。このようにして、図２に示した上記距離Ｒｏの長さが比較的短い、または、図３に示した上記距離Ｒｆの長さの差が比較的長い場合においても、図７に示した第２調整部材２４０の厚さを適宜調整することにより、図６に示すように外周面１１２と底面１２４とを互いに間接的に接触させることができることができる。また、複数の外枠部１２０を製造した際に、複数の外枠部１２０同士で上記距離Ｒｆに個体差がある場合においても、第２調整部材２４０により外周面１１２と底面１２４とを互いに間接的に接触させることができる。
【００５４】
第２調整部材２４０は、たとえば金属で構成されている。第２調整部材２４０は、ステンレス鋼で構成されていてもよい。なお、熱膨張率の観点から、第２調整部材２４０は、外枠部１２０を構成する材料と同様のアルミニウム、または、超電導線を構成する材料の主成分の銅で構成されてもよい。
【００５５】
本発明の実施の形態２において、第２調整部材２４０は、複数の円盤状巻線１１０の各々の外周面１１２の周方向の全面に沿って位置していてもよいし、複数の円盤状巻線１１０の各々の外周面１１２の周方向の一部分に沿って位置していてもよい。
【００５６】
本発明の実施の形態２において、巻線中心軸Ｃｃ方向における第２調整部材２４０の長さは、凹条部１２２の長さと同一である。なお、本発明の実施の形態２において、巻線中心軸Ｃｃ方向における第２調整部材２４０の長さは、凹条部１２２の長さと同一でなくてもよい。以下、巻線中心軸Ｃｃ方向における第２調整部材２４０の長さが、凹条部１２２の長さと同一でない場合の変形例について、説明する。
【００５７】
図８は、本発明の実施の形態２の第１変形例に係る超電導コイルの構成を示す一部断面図である。図９は、本発明の実施の形態２の第１変形例に係る超電導コイルの製造方法において、複数のリング状固定部のうちの１つの凹条部に、対応する複数の円盤状巻線のうちの１つを挿入した状態を示す一部断面図である。図８および図９においては、それぞれ、図６および図７と同一の断面視にて図示している。
【００５８】
図８に示すように、本発明の実施の形態２に係る超電導コイル２００ａにおいては、巻線中心軸Ｃｃ方向における第２調整部材２４０ａの長さが、凹条部１２２の長さより短くなっている。図９に示すように、本発明の実施の形態２に係る超電導コイル２００ａの製造方法においては、室温下で第２調整部材２４０を配置する際に、巻線中心軸Ｃｃ方向における第２調整部材２４０ａの長さが、凹条部１２２の長さより短くなっている。
【００５９】
実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３に係る超電導コイルについて説明する。本発明の実施の形態３に係る超電導コイルは、複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２に巻線保護部材を配置する点のみが、図１に示した本発明の実施の形態１に係る超電導コイル１００と異なる。このため、本発明の実施の形態１に係る超電導コイル１００と同様である構成については説明を繰り返さない。
【００６０】
図１０は、本発明の実施の形態３に係る超電導コイルの構成を示す一部断面図である。図１１は、本発明の実施の形態３に係る超電導コイルの製造方法において、複数のリング状固定部のうちの１つの凹条部に、対応する複数の円盤状巻線の１つを挿入した状態を示す一部断面図である。図１０および図１１においては、図５と同一の断面視にて図示している。
【００６１】
図１０に示すように、本発明の実施の形態３に係る超電導コイル３００においては、第１調整部材１３０と複数の円盤状巻線１１０の各々との間に、第１巻線保護部材３５０が位置している。そして、複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２の、一方の側面１２５とは反対側に位置する他方の側面１２６と複数の円盤状巻線１１０の各々との間に、第２巻線保護部材３６０が位置している。すなわち、図１１に示すように、本発明の実施の形態３に係る超電導コイル３００の製造方法においては、室温下において、第１調整部材１３０と複数の円盤状巻線１１０の各々との間に、第１巻線保護部材３５０を配置する。複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２の、一方の側面１２５とは反対側に位置する他方の側面１２６と複数の円盤状巻線１１０の各々との間に、第２巻線保護部材３６０を配置する。
【００６２】
本発明の実施の形態３においては、上記のように第１巻線保護部材３５０と第２巻線保護部材３６０とを配置することにより、冷却によって外枠部１２０が複数の円盤状巻線１１０より大きく収縮する際に、複数の円盤状巻線１１０の各々が他の部材との摩擦によって損傷することを抑制することができる。
【００６３】
図１０に示すように、第１巻線保護部材３５０および第２巻線保護部材３６０の各々は、たとえば絶縁材料で構されており、具体的には、ガラスエポキシで構成されている。また、第１巻線保護部材３５０および第２巻線保護部材３６０の各々は、巻線中心軸Ｃｃ方向から見たときに、複数の円盤状巻線１１０に沿った円環状の外形を有している。
【００６４】
また、図１１に示すように、第１巻線保護部材３５０と第２巻線保護部材３６０とを配置する際においては、第１巻線保護部材３５０および第２巻線保護部材３６０の各々と、対応する複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２の底面１２４とは、互いに離間している。具体的には、第１巻線保護部材３５０および第２巻線保護部材３６０の各々の外周面が、複数の円盤状巻線１１０のうち対応する円盤状巻線１１０の外周面１１２と同一平面上に位置するように、第１巻線保護部材３５０および第２巻線保護部材３６０の各々を配置する。
【００６５】
実施の形態４．
以下、本発明の実施の形態４に係る超電導コイルの製造方法について説明する。本発明の実施の形態４に係る超電導コイルの製造方法は、工程の順序が主に、本発明の実施の形態１に係る超電導コイル１００の製造方法と異なっている。このため、本発明の実施の形態１に係る超電導コイル１００の製造方法と同様である構成については説明を繰り返さない。なお、本発明の実施の形態４に係る超電導コイルの製造方法で製造された超電導コイルは、本発明の実施の形態１に係る超電導コイル１００と同様の構成を備える。
【００６６】
図１２は、本発明の実施の形態４に係る超電導コイルの製造方法において、巻線中心軸から外周面までの距離を測定している状態の複数の円盤状巻線と、複数のリング状固定部全体の中心軸のアライメントを行っている外枠部との、相対的な位置関係を示す図である。図１２においては、図２および図３と同一の断面視にて図示している。
【００６７】
図１２に示すように、本発明の実施の形態４においては、巻線中心軸Ｃｃから外周面１１２までの距離を測定するときに、複数の円盤状巻線１１０は、棒状治具１０に超電導線が巻き回された状態で構成されている。
【００６８】
本実施の形態において、棒状治具１０は、巻線中心軸Ｃｃ方向から見たときに、巻線中心軸Ｃｃを中心軸とする円形状の外形を有している。なお、棒状治具１０を巻線中心軸Ｃｃ方向から見たときの外径Ｒｍの長さは、適宜変更することができる。
【００６９】
棒状治具１０は移送可能に構成されており、棒状治具１０の移送の際に棒状治具１０の中心軸が描く軌道上に、複数のリング状固定部１２１全体の中心軸Ｃｆが位置するように構成されている。すなわち、本発明の実施の形態４においては、巻線中心軸Ｃｃが移動可能な軌道上に、複数のリング状固定部１２１全体の中心軸Ｃｆが位置している。なお、本発明の実施の形態４においては、固定された複数のリング状固定部１２１全体の中心軸Ｃｆに対して、外枠部１２０の相対的な位置を調整することにより、上記中心軸Ｃｆのアライメントが行なわれる。
【００７０】
図１２に示すように、巻線中心軸Ｃｃから外周面１１２までの距離Ｒｏを測定する際は、棒状治具１０の外径Ｒｍが、巻線中心軸Ｃｃから複数の円盤状巻線１１０の各々の内周面までの距離Ｒｉと同一である。
【００７１】
図１３は、本発明の実施の形態４に係る超電導コイルの製造方法において、複数の円盤状巻線の各々を凹条部に挿入する直前の状態を示す図である。
【００７２】
図１３に示すように、上記距離Ｒｏの測定および上記中心軸Ｃｆのアライメントの後、複数の円盤状巻線１１０の各々を対応する凹条部１２２に挿入する直前に、外枠部１２０は、複数のリング状固定部１２１全体の中心軸Ｃｆの位置を特定した状態で、外枠部１２０を構成する複数の部材に分割する。一方で、複数の円盤状巻線１１０を、棒状治具１０に超電導線が巻き回された状態で、棒状治具１０とともに移送する。具体的には、複数の円盤状巻線１１０および棒状治具１０を、分割された外枠部１２０を構成する複数の部材に囲まれた領域に、移送する。
【００７３】
図１４は、本発明の実施の形態４に係る超電導コイルの製造方法において、複数の円盤状巻線の各々を凹条部に挿入した直後の状態を示す図である。
【００７４】
図１４に示すように、複数の円盤状巻線１１０および棒状治具１０を移送した後、複数の円盤状巻線１１０の各々を複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２に挿入する。そして、複数の円盤状巻線１１０から棒状治具１０を取り除く。
【００７５】
複数の円盤状巻線１１０の各々を複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２に挿入する際は、棒状治具１０は、外枠部１２０と接触しないように、または、外枠部１２０と接触させつつ、外径Ｒｍを縮小させる。
【００７６】
上記のように、本発明の実施の形態４に係る超電導コイルの製造方法においては、複数の円盤状巻線１１０の各々を複数のリング状固定部１２１の各々の凹条部１２２に挿入する工程の後に、複数の円盤状巻線１１０から棒状治具１０を取り除く工程が行なわれる。これにより、円盤状巻線１１０の巻線中心軸Ｃｃと、複数のリング状固定部１２１の全体の中心軸Ｃｆとを容易に一致させることができる。
【００７７】
上述した実施の形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。
【００７８】
今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００７９】
１０  棒状治具、１００，２００，２００ａ，３００  超電導コイル、１１０  円盤状巻線、１１１  最外円盤状巻線、１１２  外周面、１２０  外枠部、１２１  リング状固定部、１２２  凹条部、１２３  最外リング状固定部、１２４  底面、１２５  一方の側面、１２６  他方の側面、１２７  接合面、１３０  第１調整部材、２４０，２４０ａ  第２調整部材、３５０  第１巻線保護部材、３６０  第２巻線保護部材。
【要約】
複数の円盤状巻線(１１０)の各々を、対応する複数のリング状固定部(１２１)の各々の凹条部(１２２)に挿入する工程においては、複数の円盤状巻線(１１０)の各々の外周面(１１２)を、対応する複数のリング状固定部(１２１)の各々の凹条部(１２２)の底面(１２４)と離間させつつ、挿入する。複数の円盤状巻線(１１０)の各々の外周面(１１２)と、対応する複数のリング状固定部(１２１)の各々の凹条部(１２２)の底面(１２４)とを、直接的または間接的に接触させる工程においては、複数の円盤状巻線(１１０)および外枠部(１２０)の各々を、冷却して収縮させることにより、接触させる。【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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