(57)【要約】【課題】電子機器・装置・デバイスに必要な均一な磁場を小型で軽量な構造で実現できる電磁石および電磁コイルおよび電磁コイルの製造方法を提供すること。【解決手段】ガラス又はカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープ１を巻き回し、更に表面にブラスト処理をした銅条３又はアルミ条と絶縁材である絶縁紙２とを所定の回数巻き回した後に、前記エポキシプリプレグテープ１を巻き回した第１のコイルの外周に重ねて、表面をブラスト処理した銅条３又はアルミ条と絶縁材である絶縁紙２とを所定の回数巻き回した後に、エポキシプリプレグ１を巻き回した第２のコイルとを備え、第１のコイルまたは第２のコイルの外周に熱収縮テープ４を巻き回した後に加圧変形を行い、所定の形状で成形し、加熱硬化させて形成した電磁コイルを真空中で樹脂含浸した後に、加圧した状態で加熱硬化した電磁コイル。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス又はカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープを巻き回し、更に表面にブラスト処理をした銅条又はアルミ条と絶縁材とを重ね合わせて所定の回数巻き回した後に、ガラス又はカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープを巻き回した第１のコイルを備えたことを特徴とする電磁コイル。
【請求項２】
請求項１記載の第１のコイルの外周に重ねて、表面をブラスト処理した銅条又はアルミ条と絶縁材とを重ね合わせて所定の回数巻き回した後、ガラスまたはカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープを巻き回した第２のコイルを備えたことを特徴とする電磁コイル。
【請求項３】
請求項１記載の第１のコイルまたは請求項２記載の第２のコイルの外周に熱収縮テープを巻き回した後に加圧変形を行い、所定の形状で成形し、加熱硬化させて形成した電磁コイルを備えたことを特徴とする電磁コイル。
【請求項４】
請求項３記載の電磁コイルを真空中で樹脂含浸した後に、加圧した状態で加熱硬化させて形成したことを特徴とする電磁コイル。
【請求項５】
請求項４記載の電磁コイルの軸方向の両端部に機械加工を施した後に、前記機械加工を施した加工面にエッチング処理を施したことを特徴とする電磁コイル。
【請求項６】
請求項５記載のコイルの軸方向の両端部を除いた外周面の任意の位置に全周に亘り溝加工を施した後に、溝加工を施した面にエッチング処理を施し、請求項１記載の複数の第１のコイルを形成した請求項２記載の第２のコイルを備えたことを特徴とする電磁コイル。
【請求項７】
円状又はレーストラック状又は扇形状の請求項５ないし請求項６記載のいずれか１項に記載の電磁コイルの側面に、前記円状又はレーストラック状又は扇形状の主面の中心軸に対して、垂直又は０°＜任意の角度＜１８０°になる１箇所以上の貫通口を機械加工により設け、機械加工を施した面にエッチング処理を施した単体コイルからなることを特徴とする電磁コイル。
【請求項８】
円状又はレーストラック状又は扇形状の請求項５ないし請求項６記載のいずれか１項に記載の電磁コイルの側面に、前記円状又はレーストラック状又は扇形状の主面の中心軸に対して、垂直又は０°＜任意の角度＜１８０°になる貫通口を設け、機械加工により単体又は対で鞍型形状を形成し、機械加工を施した面にエッチング処理を施したことを特徴とする電磁コイル。
【請求項９】
機械加工を施し、エッチング処理を施した面上に絶縁材を介在させて、前記絶縁材上に冷却板を設置したことを特徴とする請求項６又は請求項７記載の電磁コイル。
【請求項１０】
前記機械加工を施した面と前記絶縁材の接する面及び前記冷却板と前記絶縁材の接する面に熱拡散コンパンドを介在させたことを特徴とする請求項９記載の電磁コイル。
【請求項１１】
請求項１０記載の前記冷却板を熱収縮テープ又はガラステープを巻き回した後に、加熱して、固着したことを特徴とする電磁コイル。
【請求項１２】
電磁コイルの一部又は全周を樹脂モールドで形成したことを特徴とする請求項６又は請求項７又は請求項８又は請求項９又は請求項１０記載の電磁コイル。
【請求項１３】
５〜３０重量％（ｗｔ％）のフィラーを混合してなる樹脂で電磁コイルの一部又は全周を樹脂モールドで形成したことを特徴とする電磁コイル。
【請求項１４】
請求項５記載の電磁コイルの軸方向の両端部を除いた外周面の任意の位置に全周に亘り溝加工を施した後に、機械加工を施した加工面にエッチング処理を施し、複数の請求項２記載の第２のコイルからなる電磁コイルにおいて、前記電磁コイルの厚さ方向の側面が楔状の形状になるようにして、前記側面に接するように楔状の形状の冷却板を嵌め込んだ構造にしたことを特徴とする電磁コイル。
【請求項１５】
請求項１及至請求項１４記載のいずれか１項の電磁コイルを備えたことを特徴とする電磁石。
【請求項１６】
ガラス又はカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープを巻き回し、更に表面にブラスト処理をした銅条又はアルミ条と絶縁材とを重ね合わせて所定の回数巻き回した後に、ガラスまたはカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープを巻き回して、第１のコイルを形成する工程を含んでなることを特徴とする電磁コイルの製造方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の第１のコイルの外周に重ねて、表面にブラスト処理をした銅条又はアルミ条と絶縁材とを重ね合わせて所定の回数巻き回した後、ガラスまたはカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープを巻き回し、第２のコイルを形成する工程を含んでなることを特徴とする電磁コイルの製造方法。
【請求項１８】
請求項１６記載の第１のコイル又は請求項１７記載の第２のコイルの外周に熱収縮テープを巻き回した後に加圧変形を行い、所定の形状で成形し、加熱硬化させて形成する工程を含んでなることを特徴とする電磁コイルの製造方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の電磁コイルを真空中で樹脂含浸した後に、加圧した状態で加熱硬化させて形成する工程を含んでなることを特徴とする電磁コイルの製造方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の電磁コイルの軸方向の両端部に機械加工を施した後に、前記機械加工を施した加工面にエッチング処理を施す工程を含んでなることを特徴とする電磁コイルの製造方法。
【請求項２１】
請求項２０記載の電磁コイルの軸方向の両端部を除いた外周面の任意の位置に全周に亘り溝加工を施した後に、エッチング処理を施し、複数の請求項１７記載の第２のコイルを形成する工程を含んでなることを特徴とする電磁コイルの製造方法。
【請求項２２】
円状又はレーストラック状又は扇形状の請求項２０ないし請求項２１記載のいずれか１項の電磁コイルの側面に、前記円状又はレーストラック状又は扇形状の主面の中心軸に対して垂直又は０°＜任意の角度＜１８０°になる１箇所以上の貫通口を機械加工により設け、エッチング処理を施した単体コイルからなる電磁コイルを形成する工程を含んでなることを特徴とする電磁コイルの製造方法。
【請求項２３】
円状又はレーストラック状又は扇形状の請求項２０ないし請求項２１記載のいずれか１項の電磁コイルの側面に、前記円状又はレーストラック状又は扇形状の主面の中心軸に対して、垂直又は０°＜任意の角度＜１８０°になる角度で貫通口を設け、機械加工により単体又は対で鞍型形状を形成し、エッチング処理を施した電磁コイルを形成する工程を含んでなることを特徴とする電磁コイルの製造方法。
【請求項２４】
機械加工を施し、エッチング処理を施した面上に絶縁材を介在させて、前記絶縁材上に冷却板を設置した請求項２１又は請求項２２記載の電磁コイルを形成する工程を含んでなることを特徴とする電磁コイルの製造方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の機械加工を施し、エッチング処理を施した面と絶縁材の接する面又は冷却板と前記絶縁材の接する面に熱拡散コンパンドを介在させた請求項２４記載の電磁コイルを形成する工程を含んでなることを特徴とする電磁コイルの製造方法。
【請求項２６】
請求項２４記載の冷却板を熱収縮テープで巻き回した後に、加熱して、固着した電磁コイルを備える工程を含んでなることを特徴とする電磁コイルの製造方法。
【請求項２７】
コイルの一部又は全周を樹脂モールドで形成した請求項２１又は請求項２２又は請求項２３又は請求項２４又は請求項２５記載の電磁コイルを形成する工程を含んでなることを特徴とする電磁コイルの製造方法。
【請求項２８】
５〜３０重量％（ｗｔ％）のフィラーを混合してなる樹脂で電磁コイルの一部又は全周を樹脂モールドで形成する工程を含んでなることを特徴とする電磁コイルの製造方法。
【請求項２９】
請求項２１記載の電磁コイルの軸方向の両端部を除いた外周面の任意の位置に全周に亘り溝加工を施した後に、エッチング処理を施し、複数の請求項１７記載の第２のコイルからなる構造のコイルを備えたことを特徴とする電磁コイルにおいて、前記深さ方向の側面が楔状の形状になるようにして、前記側面に接するように楔状の形状の冷却板を嵌め込んだ構造のコイルを形成する工程を含んでなることを特徴とする電磁コイルの製造方法。
【請求項３０】
請求項１記載の第１のコイル又は請求項２記載の第２のコイルにおいて、ガラス又はカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープを所定回数巻き回し、予め板状の巻き始めのリードを埋め込み、前記テープを所定回数巻き回す時に前記リードの一部分を貫通させた後に、コイル導体である銅条又はアルミ条を半田又は銀ローにより接合させ、巻き終わりリードも同様にコイル導体である銅条又はアルミ条を半田又は銀ローにより接合させ、前記テープを所定回数巻き回す時に前記リードの一部分を貫通させた後に、巻き終わりリードを埋め込み、更にガラス又はカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープを所定回数巻き、前記リードを埋め込むことを特徴とするリード線の処理方法。
【請求項３１】
請求項６の形成される複数個の電磁コイルに相当するリードを予め請求項２９記載の方法で行うことを特徴とするリード線の処理方法。
【請求項３２】
請求項１６及至請求項３１記載いずれかの方法により作製した構成物を備えたことを特徴とする電磁コイル。
【請求項３３】
請求項３２記載の電磁コイルを具備したことを特徴とする電磁石。
【請求項３４】
請求項１及至請求項３１記載の要件を具備したことを特徴とする電磁コイル。
【請求項３５】
請求項３３記載の電磁コイルを具備したことを特徴とする電磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁石および電磁コイルおよび電磁コイルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子ビームを偏向させて使用する、分析用の電磁石又は高均一な磁場を発生させるコイルにおいては、電子ビームを精度良く偏向或いは分析するために高均一度の発生する磁場が要求される。一般に供される電磁石の構造は、Ｃ型、Ｈ型、ウインドフレーム型及び空芯コイルに大別され、電子ビームの形状により選択される。また、進行方向に沿って配置されるヨークやコイルは、電子ビームの入射又は出射の妨げと成らないように配置されることが要求される。
【０００３】
横に広い電子ビームの形状の場合は、横方向に磁場の均一度を比較的に得やすいＣ型、Ｈ型、ウインドフレーム型、空芯コイルが使用される。しかし、縦に長い電子ビームの形状の場合は、縦方向の磁場の均一度を得やすいウインドフレーム型、空芯コイル型が適している。
【０００４】
図１９には、ウインドフレーム構造のマグネットにおける通常の鞍型電磁コイルを示す断面図が示されている。図１９(a)は、その上断面図で、図１９(b)は、その横断面図で、図１９(c)は、その縦断面図が示されている。また、図２０には、ウインドフレーム構造のマグネットにおける変形鞍型電磁コイルを示す断面図が示されている。図２０(a)は、その上断面図で、図２０(b)は、その横断面図で、図２０(c)は、その縦断面図が示されている。従来のウインドフレーム型の図１９と図２０で示されるコイル導体は、無酸素銅とフォローコンダクターとで構成される。しかしながら、図１９に示される通常の鞍型電磁コイルは、必要な磁場を確保する場合に、コイルはみ出し部分の体積を抑制するには限界があるという問題点があった。また、図２０に示される変形鞍型電磁コイルは、必要な磁場を確保する場合に、コイルはみ出し部分の体積を抑制できるものの、フリンジングフィールドが大きく、所要電力がより増大するという問題点があった。
【０００５】
電子ビームの進行方向の入射出射部の収束、発散に大きく影響する磁場のフリンジングフィールドのコントロールが、これらに共通して要求されるもう一つの重要な課題である。
【０００６】
なお、ウインドフレーム型コイルは、特許文献１、特許文献２に開示され、空芯コイルは、特許文献２に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−３０２７０７号公報
【特許文献２】ＵＳ  ２００５／０２５８３８０Ａ１
【特許文献３】特開２００４−１５２５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１又は特許文献２に開示された技術では、縦長電子ビームを使用する装置に使用される電磁石は、ウインドフレーム型のヨークと鞍型コイルを組み合わせたものである。そのために、高ギャップの鞍型コイルは、ギャップの１／２に相当する以上の長さのはみ出し部分が電子ビームの入射、出射側にはみ出すことになるので、フリンジングフィールドがより大きく発生し、ビームのコントロールが難しくなるという問題点があった。
【０００９】
なお、はみ出し部分の体積が大きいことは、電磁石としてより重く、使用する電力も多く必要とし、環境負荷の観点からも改善が必要な課題であった。
【００１０】
また、特許文献３に開示された技術は、電磁石を使用しないで、複数の空心コイルを組み合わせて、縦長電子ビームに対して均一磁場を形成するものである。
【００１１】
しかしながら、縦長電子ビームの入射、出射に妨げと成らないように、コイルの開端部とコイル終端部において、はみ出し部分が縦長電子ビームに対して上方又は下方に位置する構造になるように形成しているので、はみ出し部分の体積が大きくなり、電磁石としてより重く、使用する電力量が増加するという問題点があった。
【００１２】
これらの問題点は、電子ビームの性質を左右するもので、最新技術に要求される、より高度なビームコントロールを阻害する大きな課題になった。また、大電力を必要とする装置は、稼働する費用が膨大なものになるという欠点があった。
【００１３】
本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたもので、その技術課題は、電子機器・装置・デバイスに必要な均一な磁場を小型で軽量な構造で、はみ出し部分の体積をより削減した、省電力で稼働できる電磁コイルおよび電磁コイルの製造方法を提供することである。なお、本発明の電磁コイルの製造法は、ウインドフレーム型電磁石や鞍型コイルに限定されるものではない。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するための第１の発明は、ガラス又はカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープを巻き回し、更に表面にブラスト処理をした銅条又はアルミ条と絶縁材とを重ね合わせて所定の回数巻き回した後に、ガラス又はカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープを巻き回した第１のコイルを備えた電磁コイルである。
【００１５】
上記目的を達成するための第２の発明は、第１の発明の第１のコイルの外周に重ねて、表面をブラスト処理した銅条又はアルミ条と絶縁材とを重ね合わせて所定の回数巻き回した後、ガラスまたはカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープを巻き回した第２のコイルを備えた電磁コイルである。
【００１６】
上記目的を達成するための第３の発明は、第１の発明の第１のコイルまたは第２の発明の第２のコイルの外周に熱収縮テープを巻き回した後に加圧変形を行い、所定の形状で成形し、加熱硬化させて形成したコイルを備えた電磁コイルである。
【００１７】
上記目的を達成するための第４の発明は、第３の発明の電磁コイルを真空中で樹脂含浸した後に、加圧した状態で加熱硬化させて形成した電磁コイルである。
【００１８】
上記目的を達成するための第５の発明は、第４の発明の電磁コイルの軸方向の両端部に機械加工を施した後に、前記機械加工を施した加工面にエッチング処理を施した電磁コイルである。
【００１９】
上記目的を達成するための第６の発明は、第５の発明のコイルの軸方向の両端部を除いた外周面の任意の位置に全周に亘り溝加工を施した後に、溝加工を施した面にエッチング処理を施し、第１の発明の複数の第１のコイルを形成した第２の発明の第２のコイルを備えた電磁コイルである。
【００２０】
上記目的を達成するための第７の発明は、円状又はレーストラック状又は扇形状の第５の発明ないし第６の発明のいずれか１項に記載の電磁コイルの側面に、前記円状又はレーストラック状又は扇形状の主面の中心軸に対して、垂直又は０°＜任意の角度＜１８０°になる１箇所以上の貫通口を機械加工により設け、機械加工を施した面にエッチング処理を施した単体コイルからなる電磁コイルである。
【００２１】
上記目的を達成するための第８の発明は、円状又はレーストラック状又は扇形状の第５の発明ないし第６の発明のいずれか１項に記載の電磁コイルの側面に、前記円状又はレーストラック状又は扇形状の主面の中心軸に対して、垂直又は０°＜任意の角度＜１８０°になる貫通口を設け、機械加工により単体又は対で鞍型形状を形成し、機械加工を施した面にエッチング処理を施した電磁コイルである。
【００２２】
上記目的を達成するための第９の発明は、機械加工を施し、エッチング処理を施した面上に絶縁材を介在させて、前記絶縁材上に冷却板を設置した第６の発明又は第７の発明に記載の電磁コイルである。
【００２３】
上記目的を達成するための第１０の発明は、前記機械加工を施した面と前記絶縁材の接する面及び前記冷却板と前記絶縁材の接する面に熱拡散コンパンドを介在させた第９の発明に記載の電磁コイルである。
【００２４】
上記目的を達成するための第１１の発明は、第１０の発明に記載の前記冷却板を熱収縮テープ又はガラステープを巻き回した後に、加熱して、固着した電磁コイルである。
【００２５】
上記目的を達成するための第１２の発明は、電磁コイルの一部又は全周を樹脂モールドで形成した第６の発明又は７の発明又は第８の発明又は第９の発明又は第１０の発明に記載の電磁コイルである。
【００２６】
上記目的を達成するための第１３の発明は、５〜３０重量％（ｗｔ％）のフィラーを混合してなる樹脂で電磁コイルの一部又は全周を樹脂モールドで形成した電磁コイルである。
【００２７】
上記目的を達成するための第１４の発明は、第５の発明に記載の電磁コイルの軸方向の両端部を除いた外周面の任意の位置に全周に亘り溝加工を施した後に、機械加工を施した加工面にエッチング処理を施し、複数の第２の発明に記載の第２のコイルからなる電磁コイルにおいて、前記電磁コイルの厚さ方向の側面が楔状の形状になるようにして、前記側面に接するように楔状の形状の冷却板を嵌め込んだ構造にした電磁コイルである。
【００２８】
上記目的を達成するための第１５の発明は、第１の発明及至第１４の発明に記載のいずれか１項の電磁コイルを備えた電磁石である。
【００２９】
上記目的を達成するための第１6の発明は、ガラス又はカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープを巻き回し、更に表面にブラスト処理をした銅条又はアルミ条と絶縁材とを重ね合わせて所定の回数巻き回した後に、ガラスまたはカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープを巻き回して、第１のコイルを形成する工程を含んでなる電磁コイルの製造方法である。
【００３０】
ガラス又はカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープを巻き回して形成する事で、コイル巻き線時の柔軟性を確保でき、任意の形状に巻き回しできるようになり、後の製作工程で加圧整形し、加熱硬化することによって強固な構造体を形成し、機械加工に対する耐久性を持たせることができる。その結果、電磁コイルの運搬、組み立て時や励磁時の電磁力に対しても耐久性を持たせることができ、電磁コイルの最初の形状を維持できる。
【００３１】
ブラストをかけた銅条又はアルミ条を使用することで、表面の酸化層を取り除き、被表面積を大きくし、絶縁材と銅条又はアルミ条との含浸性とより強固な接着性を得ることができ、機械加工に対する耐久性を向上できる。
【００３２】
上記目的を達成するための第１７の発明は、第１６の発明に記載の第１のコイルの外周に重ねて、表面にブラスト処理をした銅条又はアルミ条と絶縁材とを重ね合わせて所定の回数巻き回した後、ガラスまたはカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープを巻き回し、第２のコイルを形成する工程を含んでなる電磁コイルの製造方法である。
【００３３】
上記目的を達成するための第１８の発明は、第１６の発明に記載の第１のコイル又は第１７の発明に記載の第２のコイルの外周に熱収縮テープを巻き回した後に加圧変形を行い、所定の形状で成形し、加熱硬化させて形成する工程を含んでなる電磁コイルの製造方法である。
【００３４】
上記目的を達成するための第１９の発明は、第１８の発明に記載の電磁コイルを真空中で樹脂含浸した後に、加圧した状態で加熱硬化させて形成する工程を含んでなる電磁コイルの製造方法である。
【００３５】
上記目的を達成するための第２０の発明は、第１９の発明に記載の電磁コイルの軸方向の両端部に機械加工を施した後に、前記機械加工を施した加工面にエッチング処理を施す工程を含んでなる電磁コイルの製造方法である。
【００３６】
上記目的を達成するための第２１の発明は、第２０の発明に記載の電磁コイルの軸方向の両端部を除いた外周面の任意の位置に全周に亘り溝加工を施した後に、エッチング処理を施し、複数の第１７の発明に記載の第２のコイルを形成する工程を含んでなる電磁コイルの製造方法である。
【００３７】
上記目的を達成するための第２２の発明は、円状又はレーストラック状又は扇形状の第２０の発明ないし第２１の発明に記載のいずれか１項の電磁コイルの側面に、前記円状又はレーストラック状又は扇形状の主面の中心軸に対して垂直又は０°＜任意の角度＜１８０°になる１箇所以上の貫通口を機械加工により設け、エッチング処理を施した単体コイルからなる電磁コイルを形成する工程を含んでなる電磁コイルの製造方法である。
【００３８】
上記目的を達成するための第２３の発明は、円状又はレーストラック状又は扇形状の第２０の発明ないし第２１の発明に記載のいずれか１項の電磁コイルの側面に、前記円状又はレーストラック状又は扇形状の主面の中心軸に対して、垂直又は０°＜任意の角度＜１８０°になる角度で貫通口を設け、機械加工により単体又は対で鞍型形状を形成し、エッチング処理を施した電磁コイルを形成する工程を含んでなる電磁コイルの製造方法である。
【００３９】
上記目的を達成するための第２４の発明は、機械加工を施し、エッチング処理を施した面上に絶縁材を介在させて、前記絶縁材上に冷却板を設置した第２１の発明又は第２２の発明に記載の電磁コイルを形成する工程を含んでなる電磁コイルの製造方法である。
【００４０】
上記目的を達成するための第２５の発明は、第２４の発明に記載の機械加工を施し、エッチング処理を施した面と絶縁材の接する面又は冷却板と前記絶縁材の接する面に熱拡散コンパンドを介在させた第２４の発明に記載の電磁コイルを形成する工程を含んでなる電磁コイルの製造方法である。
【００４１】
上記目的を達成するための第２６の発明は、第２４の発明に記載の冷却板を熱収縮テープで巻き回した後に、加熱して、固着した電磁コイルを備える工程を含んでなる電磁コイルの製造方法である。
【００４２】
上記目的を達成するための第２７の発明は、コイルの一部又は全周を樹脂モールドで形成した第２１の発明又は第２２の発明又は２３の発明又は第２４の発明又は第２５の発明に記載の電磁コイルを形成する工程を含んでなる電磁コイルの製造方法である。
【００４３】
上記目的を達成するための第２８の発明は、５〜３０重量％（ｗｔ％）のフィラーを混合してなる樹脂で電磁コイルの一部又は全周を樹脂モールドで形成する工程を含んでなる電磁コイルの製造方法である。
【００４４】
上記目的を達成するための第２９の発明は、第２１の発明に記載の電磁コイルの軸方向の両端部を除いた外周面の任意の位置に全周に亘り溝加工を施した後に、エッチング処理を施し、複数の第１７の発明に記載の第２のコイルからなる構造のコイルを備えたことを特徴とする電磁コイルにおいて、前記深さ方向の側面が楔状の形状になるようにして、前記側面に接するように楔状の形状の冷却板を嵌め込んだ構造のコイルを形成する工程を含んでなる電磁コイルの製造方法である。
【００４５】
上記目的を達成するための第３０の発明は、第１の発明の第１のコイル又は第２の発明の第２のコイルにおいて、ガラス又はカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープを所定回数巻き回し、予め板状の巻き始めのリードを埋め込み、前記テープを所定回数巻き回す時に前記リードの一部分を貫通させた後に、コイル導体である銅条又はアルミ条を半田又は銀ローにより接合させ、巻き終わりリードも同様にコイル導体である銅条又はアルミ条を半田又は銀ローにより接合させ、前記テープを所定回数巻き回す時に前記リードの一部分を貫通させた後に、巻き終わりリードを埋め込み、更にガラス又はカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープを所定回数巻き、前記リードを埋め込むリード線の処理方法である。
【００４６】
上記目的を達成するための第３１の発明は、第６の発明で形成される複数個の電磁コイルに相当するリードを予め第２９の発明に記載の方法で行うリード線の処理方法である。
【００４７】
上記目的を達成するための第３２の発明は、第１６の発明及至第３１の発明に記載のいずれかの方法により作製した構成物を備えた電磁コイルである。
【００４８】
上記目的を達成するための第３３の発明は、第３２の発明に記載の電磁コイルを具備した電磁石である。
【００４９】
上記目的を達成するための第３４の発明は、第１の発明及至第３１の発明に記載の要件を具備した電磁コイルである。なお、本発明の電磁コイルを製作する場合は、第１の発明及至第３１の発明に記載の全てを満足しなくてもよい。
【００５０】
上記目的を達成するための第３５の発明は、第３３の発明に記載の電磁コイルを具備した電磁石である。
【発明の効果】
【００５１】
本発明によれば、ガラスまたはカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープを巻き回し、前記テープにおける主面の両面にブラスト処理をした銅条又はアルミ条と絶縁材を所定の回数巻き回した主面上に前記ガラスまたはカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープを巻き回した第１のコイルと前記第１のコイルの主面の両面にブラスト処理をした銅条又はアルミ条と絶縁材を所定の回数巻き回した主面上に前記ガラスまたはカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープを巻き回した第２のコイルとを備え、前記第１のコイルまたは前記第２のコイルの外周に熱収縮テープを巻き回した後に加圧変形を行い、所定の形状で成形し、加熱硬化させて形成したコイルを真空中で樹脂含浸した後に、加圧した状態で加熱硬化して形成したコイルを備えることで、エポキシプリプレグテープに柔軟性を付与できるようになる。その結果、任意の形状にコイルを容易に形成できるようになる。
【００５２】
つまり、熱収縮テープを外周に巻き回した後に加圧変形を行い、所定の形状で成形し、加熱硬化させて形成したコイルは、巻き回したエポキシプリプレグテープが加圧常態で固化する事になるので、十分な強度が付加される。その結果、コイルの運搬、組み立て、励磁による電磁力での変形などにも十分耐える高い剛性を備えた構造体になる。
【００５３】
また、ブラスト処理を施した銅条又はアルミ条を使用することで銅条又はアルミ条の表面酸化被膜を取り被表面積を増大することで樹脂含浸による銅条又はアルミ条、絶縁材との接着強度を高め、機械加工に十分耐えるものとなる。
【００５４】
更に、第４の発明に記載のコイルの軸方向の両端部に機械加工を施した後に、前記機械加工を施した加工面にエッチング処理を施し、コイルの軸方向の両端部を除いた外周面の主面の任意の位置に溝加工を施した後に、エッチング処理を施して、複数の第２の発明に記載の第２のコイルを構成する。その結果、エッチング処理をすることにより、機械加工時に発生した銅条又はアルミ条のバリが除去され且つ絶縁材はエッチングされずに残り、十分な沿面距離が確保され、巻き回されたコイルの層間絶縁が確保され、レアーショートが無くなる。なお、第１のコイルと第２の複数のコイルは各々独立して励磁出来るようになり、軸方向の磁場の強さを微調整出来るので、高均一度の磁場空間を得ることが可能になる。
【００５５】
また、円状又はレーストラック状又は扇形状の第５の発明ないし第６の発明に記載のいずれかの発明のコイルの側面に、前記円状又はレーストラック状又は扇形状の主面の中心軸に対して、垂直又は０°＜任意の角度＜１８０°になる１箇所以上の貫通口を機械加工により設け、機械加工により単体又は対で鞍型形状を形成し、エッチング処理を施した単体コイルからなるコイルの軸方向の両端部に機械加工を施した後に、前記機械加工を施した加工面にエッチング処理を施し、コイルの軸方向の両端部を除いた外周面の主面の任意の位置に溝加工を施した後に、エッチング処理を施し、複数の前記第２のコイルからなる構造にすることで、任意形状のコイルの作成が可能となった。
【００５６】
なお、機械加工を施しエッチング処理をした面上に絶縁材を介在させて、前記絶縁材上に冷却板を設置した事によりコイルはエンドクーリングが行え、冷却効率が飛躍的に改善され、その分電流密度を高めて電流を流せるために小型軽量となる。
【００５７】
更に、機械加工を施した面と前記絶縁材の接する面及び前記冷却板と前記絶縁材の接する面に熱拡散コンパウンドを介在させる事によりエッチングされた表面の空間に熱拡散コンパウンドが介在することにより更に冷却効率が改善される。
【００５８】
また、コイルの軸方向の両端部を除いた主面の任意の位置に溝加工を施した側面が楔状の形状になるようにして、前記側面に接するように楔状の形状の冷却板を嵌め込んだ構造のコイルを形成する事により冷却板とコイル溝部の隙間を最少とする事が出来、分割されたコイルの冷却効率を向上させることが出来る。
【００５９】
なお、絶縁材と熱拡散コンパウンドを介在させることは前述の通りであり、又、楔状の形状にこだわるものではなく溝部の形状に合わせた冷却板を挿入して冷却する事は可能であることは言うまでもない。
【００６０】
更に、前記冷却板をコイルの機械加工を施した面に熱収縮テープで巻き回し固定した後に、加熱して固着するので、コイルはテープの収縮力でより密着度が上がる為に冷却効率を向上させるのに効果がある。
【００６１】
また、５〜３０重量％（ｗｔ％）のフィラーを混合してなる、コイルの一部又は全周を樹脂モールドで形成する事で、コイルの耐湿性、絶縁耐圧性能を改善でき、更には空間を樹脂で埋めることで、熱伝導性を向上できる。
【００６２】
なお、フィラーを５〜３０重量％（ｗｔ％）を加えた樹脂としたのは、コイル形状により充填率が異なるためである。つまり、小型で隙間の小さいコイルは、比較的少量の充填率が適切であり、大型コイルは比較的充填率を多くした樹脂によりモールドすることにより、銅条コイル又はアルミ条コイルと樹脂の収縮率の違いに起因した歪みによって生じるクラックを抑制でき、耐クラック性を向上させたコイルが得られる。
【００６３】
更に、本発明の第１の発明及至第１４の発明に記載のいずれかの発明の電磁コイルを備えた又は第１６の発明及至第３１の発明に記載いずれかの方法により作製した構成物を備えた電磁石においても、本発明の電磁コイルと同様の効果を奏する。
【００６４】
また、前記第１のコイル又は前記第２のコイルにおいてガラスまたはカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープを所定回数巻き回し、予め板状の巻き始めのリードを埋め込み、前記リードの一部分は前記テープを所定回数巻き回す時に貫通させた後で、コイル導体である銅条又はアルミ条と半田又は銀ローにより接合させるリード線の処理方法により、第６の発明で形成される複数個のコイルに相当するリードを処理できる。更に、ガラス又はカーボン繊維基材からなるプリプレグテープが巻き回されているので、コイルに機械加工を施す際に巻き回したコイル部とリード部を分離できる。その結果、加工時にリード部のみを残してコイル端面に機械加工をするのが容易になり、第２のコイルの溝加工で複数のコイルを分離する際に予め溝加工される部分を避けて、リードの取り付けができるので、溝加工の際にリードを切り落とすことなく分離コイルを製作できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
本発明を実施するための最良の形態に係る電磁石および電磁コイルおよび電磁コイルの製造方法を以下に図面を参照して詳細に説明する。図１は、巻き回すコイルの主面に対して垂直な方向から見た本発明の第１のコイルの断面図である。図２は、巻き回すコイルの主面に対して垂直な方向から見た本発明の第２のコイルの断面図である。図３は、本発明の第１のコイル又は第２のコイルの外周に熱収縮テープを巻き回した後に加圧変形を行い所定の形状を維持させ加熱硬化を行った電磁コイルの状態変化を示す断面図である。図３(a)は、加圧変形前後の本発明の電磁コイルの状態を示す断面図である。（破線は、加圧変形前の状態を示す。）図３(b)は、加圧変形方向を示した本発明の電磁コイルの状態を示す断面図である。図４は、図３のコイルを真空中で樹脂に含浸を行いその後、加圧した状態でキュアーを行った本発明の電磁コイルを説明する図である。図４(a)は、コイルが樹脂に含浸した状態の断面図で、図４(b)は、コイルを真空中で樹脂中に含浸を行いその後、加圧した状態でキュアーを行う装置の概略を示す断面図である。図５は、図４のコイルの軸方向の両端部に機械加工を施す工程と加工面にエッチング処理を施す工程により本発明の電磁コイルの状態変化を示す概略断面図である。図５(a)は、機械加工処理中の電磁コイルの断面図である。図５(b)は、機械加工処理後の電磁コイルの断面図である。図５(c)は、エッチング処理中の電磁コイルの断面図である。図５(d)は、エッチング処理後の電磁コイルの断面図である。図６は、複数の第２のコイルを備えた本発明の電磁コイルの概略断面図である。図７は、単体コイルからなる本発明の電磁コイルの概略断面図である。図７(a)は、円形状の電磁コイルである。図７(b)は、レーストラック形状の電磁コイルである。図７(c)は、扇形形状の電磁コイルである。図８は、２対又は鞍型形状からなる本発明の電磁コイルの概略斜視図である。図８(a)は、２対の円形形状の電磁コイルである。図８(b)は、２対のレーストラック形状の電磁コイルである。図８(c)は、２対の扇形形状の電磁コイルである。図８(d)は、鞍型円形状の電磁コイルである。図８(e)は、鞍型レーストラック形状の電磁コイルである。図８(f)は、鞍型扇形形状１の電磁コイルである。図８(g)は、鞍型扇形形状２の電磁コイルである。図９は、冷却板を備えた本発明の電磁コイルの概略断面図である。図１０は、冷却板を熱収縮テープに巻き回した本発明の電磁コイルの概略断面図と概略斜視図である。図１０(a)は、本発明の電磁コイルの概略断面図である。図１０(b)は、本発明の電磁コイルの概略斜視図である。図１１は、樹脂モールドで形成した本発明の電磁コイルの概略断面図である。図１２は、楔型の冷却板を備えた本発明の電磁コイルの概略断面図である。図１３は、本発明のリード線の処理方法を説明する概略斜視図である。図１４は、図１０に示した本発明の電磁コイルの構造を示した概略斜視図である。図１５は、図１０に示した本発明の電磁コイルの組み立て構成を示す概略斜視図である。図１６は、図１３に示した本発明のリード線の処理方法を説明する電気端子部の概略断面図である。図１７は、図１６に示した本発明のリード線の処理方法を説明する電気端子部の概略断面図の例である。図１７aは、第１例で、図１７ｂは、第２例で、図１７cは、第３例である。図１８(a)は、上断面図で、図１８(b)は、横断面図で、図１８(c)は、縦断面図である。図２１は、閉口部を有するヨークと２対の鞍形レーストラック形状の電磁コイルを示し、図２１(a)は、上断面図で、図２１(b)は、概観斜視図である。図２２は、開口部を有するヨークと貫通口が一つの場合の円形状の電磁コイルを示し、図２２(a)は、上断面図で、図２２(b)は、概観斜視図である。図２３は、閉口部を有するヨークと２対のレーストラック形状の電磁コイルを示し、図２３(a)は、上断面図で、図２３(b)は、概観斜視図である。図２４は、開口部を有するヨークと２対のレーストラック形状の電磁コイルを示し、図２４(a)は、上断面図で、図２４(b)は、概観斜視図である。
【００６６】
本発明を実施するための最良の形態に係る電磁コイルは、シートコイルを用いた構造のものが使用される。図１に示されるように、本発明を実施するための最良の形態に係る電磁コイルは、ガラス又はカーボン繊維基材のエポキシプリプレグテープ１を巻き回し、その上に好ましくは、両面にショットをかけて、表面を荒らした銅条３と絶縁紙である絶縁紙２を所定の回数巻き回し、更にその上にガラス又はカーボン繊維基材のエポキシプリプレグテープ１を巻き回した構造の第１のコイルからなる。なお、本発明を実施するための最良の形態では、銅条３を用いているが、より軽量化するにはアルミ条が好適である。
【００６７】
また、本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの第１のコイルで用いられているエポキシプリプレグテープ１は、必ずしもエポキシ製のものに限定されるわけではない。なお、本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの第１のコイルで用いている絶縁紙２は、登録商標「ノーメックスペーパー」、ＰＥＴからなる登録商標「ルミラー」又はポリイミドからなる登録商標「カプトン」等の含浸性、接着強度を向上させる処理をされたものが好ましい。
【００６８】
図２に示されるように、本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルは、第１のコイルにおける主面の両面に銅条３と絶縁材である絶縁紙２とを所定の回数巻き回した主面上にガラスまたはカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープ１を巻き回した構造の第２のコイルを形成する。
【００６９】
なお、本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの第２のコイルで用いられているエポキシプリプレグテープ１は、必ずしもエポキシ製のものに限定されるわけではない。また、本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルにおける第２のコイルで用いている絶縁紙２は、登録商標「ノーメックスペーパー」、ＰＥＴからなる登録商標「ルミラー」又はポリイミドからなる登録商標「カプトン」等の含浸性、接着強度を向上させる処理をされたものが好ましい。
【００７０】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルにおいて、第１のコイル又は第２のコイルの構造を備えるのは、軽量で均一磁場を得るための基本構造を与え、設計の自由度を確保するためである。
【００７１】
図３に示されるように、本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルは、第１のコイルまたは第２のコイルの外周に熱収縮テープ４を巻き回した後に加圧変形を行い、所定の形状で成形し、加熱硬化させて形成している。
【００７２】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルでは、熱収縮テープ４でなくともガラステープやエポキシプレグテープを加熱硬化時に加圧することで、構造体としての強度を得ることを可能にしている。
【００７３】
なお、従来のシートコイルは、電子機器・装置・デバイスに必要な均一な磁場を小型で軽量な構造で構成できるものの、実用強度を確保できないことが、大きな技術障壁になっていた。
【００７４】
図４に示されるように、本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルは、第１のコイルまたは第２のコイルの外周に熱収縮テープ４を巻き回した後に加圧変形を行い、所定の形状で成形する。次に、加熱硬化させて形成した電磁コイルを真空中で含浸ケース６の樹脂中に含浸する。（図４(a)参照）更に、真空含浸タンク９で加圧した状態でキュアーして電磁コイルを形成する。（図４(b)参照）
【００７５】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルでは、真空脱発泡した後に、加圧することで、気泡を消滅させている。その結果として、電磁コイルの強度や電気性能（絶縁性・耐圧性）を向上できる。
【００７６】
図５に示されるように、本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルは、真空中で樹脂中に含浸し、加圧した状態でキュアーして形成した電磁コイルの軸方向の両端部に機械加工を施す。その後に、機械加工を施した加工面にエッチング処理を施す。
【００７７】
図５(a)に示される機械加工工程では、機械加工部１３により電磁コイルの機械加工面を切削加工する。その結果、図５(b)に示されるような平坦な機械加工面が得られる。図５(c)に示される切削加工上がりの電磁コイルは、次のエッチング工程でエッチング治具１４に装填される。その後、エッチング治具１４に装填された電磁コイルにエッチング液が注がれ、必要な時間保持される。その結果、エッチング液と各々の構成物のエッチング速度に差があるので、エッチング速度が速い銅条１６が深くエッチングされ、エッチング速度が遅いガラスエポキシ層１５や絶縁層１７はエッチングされずに残り、図５(ｄ)に示されるように、銅条１６とガラスエポキシ層１５や絶縁層１７との間に段差ができる。
【００７８】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルでは、エッチング処理を施すことで機械加工により残存するバリ等を除去して、銅条１６の導電層と絶縁層との段差を設けることで沿面距離を確保している。その結果、導電層同士の接触することが構造上無くなり、絶縁性が向上し、レアーショートを防ぐことができる。
【００７９】
図６に示されるように、本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルは、電磁コイルの軸方向の両端部に機械加工を施した後に、電磁コイルの軸方向の両端部を除いた外周部の主面の任意の位置に溝加工を施す。溝２０を形成した後に、エッチング処理を施し、複数の第２のコイル１９を形成する。
【００８０】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルでは、第１のコイル１８と複数の第２のコイル１９を任意の形状で作製することで、設計に応じて必要な磁場を均一に与えることが可能になる。
【００８１】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルは、図７(a)に示されるような円状又は図７(b)に示されるようなレーストラック状又は図７(c)に示されるような扇形形状のコイルの側面に、円状又はレーストラック状又は扇形状の主面の中心軸に対して、垂直又は任意の角度になるような方向に１箇所以上の貫通口を機械加工により設け、エッチング処理を施す。
【００８２】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルでは、円状又はレーストラック状又は扇形状の単体コイルを選択し、単体コイルの主面の中心軸に対して垂直又は任意の角度で電磁コイルの側面に１箇所以上の貫通口を設けることで、比較的簡単な構造で、大きな磁場を確保できるので、イオンビームなどが通過できるようになる。
【００８３】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルは、図８(a)に示されるような円状又は図８(b)に示されるようなレーストラック状又は図８(c)に示されるような扇形状の電磁コイルの側面に、電磁コイルの主面の中心軸に対して、垂直又は任意の方向になるように貫通口を設けて、機械加工により単体（図８(g)参照）又は２対で鞍型形状を形成（図８(d)、図８(e)、図８(f)）し、エッチング処理を施している。
【００８４】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルでは、比較的簡単な構造で大きな磁場を確保できる、円状又はレーストラック状又は扇形状の単体又は２対のコイルで鞍型形状を形成する。また、電磁コイルの主面の中心軸に対して、垂直又は任意の方向に１箇所以上の貫通口を電磁コイルの側面に設けて、イオンビームなどが通過できるようにしている。
【００８５】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルでは、比較的簡単な構造で、大きな磁場を確保できる形状で、電磁コイルの主面の中心軸に対して、垂直又は任意の方向に１箇所以上の貫通口を電磁コイルの側面に設けているが、２対のコイルに限定されるものではなく、３対でも複数対であってもかまわない。
【００８６】
なお、図２１〜図２４に示されるように、本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルでは、形状の違うヨーク５０や形状の違う電磁コイル５や貫通孔の数に違いにより、磁極ポール５１の向きや磁場の大きさや磁場の向きを制御でき、用途に応じて様々な実施形態が考えられる。例えば、図２１は、閉口部を有するヨークと２対の鞍形レーストラック形状の電磁コイルの例である。図２２は、開口部を有するヨークと貫通口が一つの場合の円形状の電磁コイルの例である。図２３は、閉口部を有するヨークと２対のレーストラック形状の電磁コイルの例である。図２４は、開口部を有するヨークと２対のレーストラック形状の電磁コイルの例を示す。いずれの場合も、コイル５とヨーク５０を合わせた総体積は、同じ磁場を得るための従来の電磁コイルとヨークを合わせた総体積より小さくできる。
【００８７】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルは、図９に示されるように、機械加工を施した電磁コイル５の面上に絶縁材２１を介在させて、絶縁材２１上の両端に冷却板２３を設置した電磁コイルである。冷却板２３は、絶縁材２１端部に設置することで、必要最小限の冷却板２３のサイズを実現できる。
【００８８】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルでは、導体のエンドクリーニング効果により、高い冷却効率を実現している。
【００８９】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルは、図９に示されるように機械加工を施した面と絶縁材２１の接する面及び冷却板２３と絶縁材２１の接する面に熱拡散コンパウンド２２を介在させている。
【００９０】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルでは、機械加工を施した面と絶縁材２１の接する面及び冷却板２３と絶縁材２１の接する面に熱伝導性の良い熱拡散コンパンド２２を密着させることで、高い冷却効率を実現している。
【００９１】
本発明を実施するための最良の形態のコイルは、図１０に示されるように冷却板２３を熱収縮テープ４に巻き回した後に、加熱して、固着して作製する。
【００９２】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルでは、冷却板２３と熱収縮テープ４を巻き回すことで接触を良くして冷却効率を向上させ、加熱して固着することで引っ張り強度を保ちながら、コイル５と冷却板２３を密着させている。
【００９３】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルは、図１１に示されるように電磁コイル５の一部又は全周を樹脂モールドで形成した電磁コイルで、５〜３０重量％（ｗｔ％）のフィラーを混合している。なお、５％未満のフェラーを混合した場合は、樹脂と導体との膨張係数の差による歪みの影響を受けて、電磁コイルにクラックが発生し、電磁コイルの絶縁を保てなくなる。３０％を超えるフィラーを混合した場合は、樹脂の粘度が上がりすぎて樹脂モールドが著しく難しくなる問題があった。
【００９４】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルでは、電磁コイルの空間に樹脂を充填させることで、絶縁性、耐湿性、熱伝導性が向上する。また、フィラーを樹脂に混合することで機械強度、大型の樹脂モールドした電磁コイルの耐クラック性の向上を図ることができる。
【００９５】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルは、図１２に示されるように電磁コイル５の軸方向の両端部を除いた外周面の任意の位置に溝加工を施した後に、エッチング処理を施し、複数の第２のコイルからなる構造の電磁コイにおいて、溝加工を施した深さ方向の側面が楔状の形状になるようにして、側面に接するように楔型の冷却板２３を嵌め込んでいる。
【００９６】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルでは、電磁コイル５の深さ方向の側面が楔状の形状になるようにして、側面に接するように楔型の冷却板２３を嵌め込んだ構造にすることで、冷却板と電磁コイルと空間との機械加工の誤差を吸収して隙間を最小限に抑制して密着性を改善している。
【００９７】
本発明を実施するための最良の形態の電磁石は、上述した第１の発明から第１４の発明における電磁コイルのいずれかの特徴を備えることで、電磁コイル性能に依存する電磁石性能を改善している。本発明を実施するための最良の形態の電磁石は、上述した第１の発明から第１４の発明における電磁コイルのいずれかの特徴を備えることで、同様の発明の効果を有するのは言うまでもない。
【００９８】
本発明を実施するための最良の形態に係る電磁コイルの製造方法は、シートコイルを用いた構造のものが使用される。図１に示されるように、本発明を実施するための最良の形態に係る電磁コイルの製造方法は、ガラス又はカーボン繊維基材のエポキシプリプレグテープ１を巻き回し、その上に好ましくは、両面にショットをかけて、表面を荒らした銅条３と絶縁材である絶縁紙２を所定の回数巻き回し、更にその上にガラス又はカーボン繊維基材のエポキシプリプレグテープ１を巻き回して、第１のコイルを形成する工程からなる。
【００９９】
なお、本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法の第１のコイルを形成する工程で用いられているエポキシプリプレグテープ１は、必ずしもエポキシ製のものに限定されるわけではない。また、本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法の第１のコイルを形成する工程で用いている絶縁紙２は、登録商標「ノーメックスペーパー」、登録商標「ルミラー」又は登録商標「カプトン」等の含浸性、接着強度を向上させる処理をされたものが好ましい。
【０１００】
図２に示されるように、本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法は、第１のコイルの外周に重ねて、表面をブラスト処理した銅条３又はアルミ条と絶縁材で絶縁紙２とを重ね合わせて、所定の回数巻き回した後に、ガラスまたはカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープ１を巻き回して、第２のコイルを形成する工程からなる。
【０１０１】
なお、本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法の第２のコイルを形成する工程で用いられているエポキシプリプレグテープ１は、必ずしもエポキシ製のものに限定されるわけではない。また、本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法の第２のコイルを形成する工程で用いている絶縁紙２は、登録商標「ノーメックスペーパー」登録商標「ルミラー」又は登録商標「カプトン」等の含浸性、接着強度を向上させる処理をされたものが好ましい。
【０１０２】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法において、第１のコイル又は第２のコイルを形成する工程を備えるのは、軽量で均一磁場を得るための基本構造を与え、設計の自由度を確保できる電磁コイルを製造するためである。
【０１０３】
図３に示されるように、本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法は、第１のコイルまたは第２のコイルの外周に熱収縮テープ４を巻き回した後に加圧変形を行い、所定の形状で成形し、加熱硬化させて電磁コイルを形成する工程からなる。
【０１０４】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法では、熱収縮テープ４でなくともエポキシプレグテープを加熱硬化時に加圧することで、構造体としての強度を確保している。
【０１０５】
図４に示されるように、本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法は、第１のコイルまたは第２のコイルの外周に熱収縮テープ４を巻き回した後に加圧変形を行い、所定の形状で成形し、加熱硬化させて形成した電磁コイルを真空中で含浸ケース６に樹脂を含浸した（図４(a)参照）後に、真空含浸タンク９で加圧した状態でキュアーして電磁コイルを形成する（図４(b)参照）工程からなる。
【０１０６】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法では、真空脱発泡した後に、加圧することで、気泡を消滅させている。その結果として、電磁コイルの強度や電気性能（絶縁性・耐圧性）を向上できる。
【０１０７】
図５に示されるように、本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法は、真空中で樹脂含浸した後に、加圧した状態でキュアーして形成した電磁コイルの軸方向の両端部に機械加工を施した後に、機械加工を施した加工面にエッチング処理を施して電磁コイルを形成する工程からなる。
【０１０８】
図５(a)に示されるように、機械加工工程で、機械加工部１３により電磁コイルの機械加工面を切削加工する。その結果、図５(b)に示されるような平坦な機械加工面が得られる。図５(c)に示されるように、切削加工上がりの電磁コイルは、次のエッチング工程でエッチング治具１４に装填され、エッチング液が注がれ、必要な時間保持される。その結果、図５(d)に示されるように、銅条１６が深くエッチングされ、ガラスエポキシ層１５や絶縁層１７はエッチングされずに残る。
【０１０９】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法では、機械加工により残存するバリ等を除去し、銅条１６の導電層と絶縁層との段差を設けることで、導電層同士の接触を撲滅させて、絶縁性を向上している。
【０１１０】
図６に示されるように、本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法は、コイルの軸方向の両端部に機械加工を施した後に、電磁コイルの軸方向の両端部を除いた外周面の任意の位置に全周に亘り溝加工を施し、溝２０を形成した後に、エッチング処理を施し、複数の第１のコイルを形成した複数の第２のコイル１９を形成する工程からなる。
【０１１１】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法では、複数の第１のコイル１８と複数の第２のコイル１９を任意の形状で作製することで、設計に応じて必要な磁場を均一に与えることが可能になる。
【０１１２】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法は、図７(a)に示されるような円状又は図７(b)に示されるようなレーストラック状又は図７(c)に示されるような扇形形状の電磁コイルの側面に、円状又はレーストラック状又は扇形状の主面の中心軸に対して、垂直又は任意の角度に１箇所以上の貫通口を機械加工により設け、エッチング処理を施して単体コイルを形成する工程からなる。なお、任意の角度は、０°以上１８０°以下が好適である。
【０１１３】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法では、比較的簡単な構造で、大きな磁場を確保できる円状又はレーストラック状又は扇形状の単体コイルを選択し、電磁コイルの側面に、円状又はレーストラック状又は扇形状の主面の中心軸に対して、垂直又は任意の角度に１箇所以上の貫通口を設けることで、イオンビームなどが通過できるようにしている。なお、任意の角度は、０°以上１８０°以下が好適である。
【０１１４】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法は、図８(a)に示されるような円状又は図８(b)に示されるようなレーストラック状又は図８(c)に示されるような扇形状の電磁コイルの側面に、円状又はレーストラック状又は扇形状の主面の中心軸に対して、垂直又は０°以上１８０°以下の任意の角度に貫通口を設け、機械加工により単体（図８(g)参照）又は２対で鞍型形状を形成（図８(d)、図８(e)、図８(f)）し、エッチング処理を施して、電磁コイルを形成する工程からなる。
【０１１５】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法では、比較的簡単な構造で、大きな磁場を確保できる円状又はレーストラック状又は扇形状の単体又は２対のコイルで鞍型形状を形成して、電磁コイルの側面に円状又はレーストラック状又は扇形状の主面の中心軸に対して、垂直又は０°以上１８０°以下の任意の角度に１箇所以上の貫通口を設けることで、イオンビームなどが通過できるようにしている。
【０１１６】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法では、比較的簡単な構造で、大きな磁場を確保できる円状又はレーストラック状又は扇形状の２対のコイルで鞍型形状を形成して、電磁コイルの側面に円状又はレーストラック状又は扇形状の主面の中心軸に対して、垂直又は任意の角度に１箇所以上の貫通口を設けているが、２対のコイルに限定されるものではなく、３対でも複数対であってもかまわない。
【０１１７】
なお、図２１〜図２４に示されるように、本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法は、形状の違うヨーク５０や形状の違う電磁コイル５や貫通孔の数に違いにより、磁極ポール５１の向きや磁場の大きさや磁場の向きを制御する実施形態へも適用できる。電磁コイル５とヨーク５０を合わせた総体積は、同じ磁場を得るための従来の電磁コイルとヨークを合わせた総体積より小さくできる電磁コイルの製造方法、例えば、図２１のレーストラック形状の電磁コイルの製造方法、図２２の貫通口が一つの場合の円形状の電磁コイルの製造方法、図２３の２対のレーストラック形状の電磁コイルの製造方法、図２４のレーストラック形状の電磁コイルの製造方法に適用できる。
【０１１８】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法は、図９に示されるように、機械加工を施した電磁コイル５の面上に絶縁材２１を介在させて、絶縁材２１上の両端に冷却板２３を設置した電磁コイルを形成する工程からなる。冷却板２３は、絶縁材２１の端部に設置することで、必要最小限の冷却板２３のサイズを実現できる。
【０１１９】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法では、導体のエンドクリーニング効果により、高い冷却効率を実現している。
【０１２０】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法では、図９に示されるように機械加工を施した面と絶縁材２１の接する面及び冷却板２３と絶縁材２１の接する面に熱拡散コンパウンド２２を介在させた電磁コイルを形成する工程からなる。
【０１２１】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法では、機械加工を施した面と絶縁材２１の接する面及び冷却板２３と絶縁材２１の接する面に熱伝導性の良い熱拡散コンパウンド２２を密着させることで、高い冷却効率を実現している。
【０１２２】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法は、図１０に示されるように冷却板２３を熱収縮テープ４に巻き回した後に、加熱して、固着して電磁コイルを形成する工程からなる。
【０１２３】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法では、接触を良くして冷却効率を向上させ、固着に関しては引っ張り強度を保ちながら、電磁コイル５と冷却板２３を密着させている。
【０１２４】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法は、図１１に示されるように電磁コイル５の一部又は全周を樹脂モールドで電磁コイルを形成する工程からなり、５〜１５重量％（ｗｔ％）のフィラーを混合して電磁コイルを形成する工程からなる。なお、５％未満のフェラーを混合して電磁コイルを形成する工程では、電磁コイルの絶縁性を確保できない。１５％を超えるフェラーを混合して電磁コイルを形成する工程では、必要な樹脂モールドの粘性を確保できない。
【０１２５】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法では、空間に樹脂が充填されることで、絶縁性、耐湿性、熱伝導性が向上する。また、樹脂にフィラーを混合することで機械強度、大型の樹脂モールドした電磁コイルの耐クラック性の向上を図ることができる。
【０１２６】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法は、図１２に示されるように電磁コイル５の軸方向の両端部を除いた外周面の任意の位置に溝加工を施した後に、エッチング処理を施し、複数の第２のコイルからなる電磁コイルにおいて、溝加工を施した深さ方向の側面が楔状の形状になるようにして、側面に接するように楔型の冷却板２３を嵌め込んだ構造の電磁コイルを形成する工程からなる。
【０１２７】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの製造方法では、電磁コイル５の深さ方向の側面が楔状の形状になるようにして、側面に接するように楔型の冷却板２３を嵌め込んだ構造にすることで、冷却板とコイル空間との機械加工の誤差を吸収して隙間を最小限に抑制して密着性を改善している。
【０１２８】
本発明を実施するための最良の形態のリード線の処理方法は、図１２、図１３、図１４、図１５、図１６、図１７に示されるように第１のコイルおよび第２のコイルにおいて、ガラス又はカーボン繊維基材からなるエポキシプリプレグテープ２６を所定回数巻き回し、予め板状である主コイル４５の巻き始めのリード３８を埋め込み、エポキシプリプレグテープ２６を所定回数巻き回す時に主コイルの巻き始めのリード３８の一部分を貫通させた後で、コイル導体である第１のコイルの銅条２７又はアルミ条、第２のコイルの銅条２８又はアルミ条と半田又は銀ロー付け４１で接合させ、主コイルの巻き終わりのリード３９もコイル導体である第１のコイルの銅条２７又はアルミ条、第２のコイルの銅条２８又はアルミ条を半田又は銀ロー付け４１で接合させ、エポキシプリプレグテープ２６を所定回数巻き回す時に主コイルの巻き終わりのリード３９の一部分を貫通させた後に巻き終わりのリード３９を埋め込み、更にガラス又はカーボン繊維基材からなるエポキシプルプレグテープ２６を所定回数巻き、埋め込むリード線の処理方法である。なお、複数個の電磁コイルに相当するリード線の処理方法にも適用できる。また、主コイルの巻き始めのリード３８と主コイルの巻き終わりのリード３９は、絶縁材２１が挟まれた構造になる。
【０１２９】
本発明を実施するための最良の形態の電磁コイルの処理方法では、冷却端子２４や電気端子２５の配線スペースを最小限にできる。
【０１３０】
以上に示したように、本発明により電子機器・装置・デバイスに必要な均一な磁場を小型で軽量な構造で実現できる電磁石および電磁コイルおよび電磁コイルの製造方法の提供が可能になる。
【０１３１】
本発明の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。図１８は、ウインドフレーム構造のマグネットにおける本発明の鞍型コイルの概略断面図を示し、図１８(a)は、上断面図で、図１８(b)は、横断面図で、図１８(c)は、縦断面図である。図１９は、ウインドフレーム構造のマグネットにおける通常の鞍型コイルの概略断面図を示し、図１９(a)は、上断面図で、図１９(b)は、横断面図で、図１９(c)は、縦断面図である。図２０は、ウインドフレーム構造のマグネットにおける変形鞍型コイルの概略断面図を示し、図２０(a)は、上断面図で、図２０(b)は、横断面図で、図２０(c)は、縦断面図である。
【０１３２】
表１には、ウインドフレーム構造のマグネットの特性比較表が示されている。
【０１３３】
【表１】
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【０１３４】
図１８に示されるように、本発明の鞍型コイルは、ヨーク５０の高さｂ=５０ｃｍ、ヨーク５０の幅a=２０ｃｍにした。図１９に示される通常の鞍型コイルと図２０に示される変形鞍型コイルと性能比較できるように、ヨーク５０のギャップは同一にした。（表１参照）本発明の鞍型コイルのコイル導体は、アルミ材又は銅材で形成されるのに対して、通常の鞍型コイルおよび変形鞍型コイルでは、無酸素銅フォローコンダクターとで構成される。本発明の鞍型コイルは、コイル導体をアルミ条で形成することで、同じ磁場（０．２Ｔ）を得るためのコイル導体を０．５ｍｍまで薄くできる。同様に、コイル導体を銅条で形成することで、同じ磁場（０．２Ｔ）を得るためのコイル導体を０．４ｍｍまで薄くできる。また、本発明の鞍型コイルを備えた電磁石を作製した場合には、コイル導体をアルミ条で形成することで、その所要電力は、３０ｋｗまで低減でき、必要な冷却水の量は、３０Ｌ/ｍｉｎまで低減でき、電磁石としての重量は、３．９トンまで低減できた。同様に、コイル導体を銅条で形成することで、その所要電力は、２４ｋｗまで低減でき、必要な冷却水の量は、２５Ｌ/ｍｉｎまで低減でき、電磁石としての重量は、４．６トンまで低減できた。また、本発明の鞍型コイルは、コイル導体をアルミ条で形成することで、フリンジングフィールドも小さくでき、コイルはみだしのロスも１６ｃｍまで低減できた。同様に、コイル導体を銅条で形成することで、フリンジングフィールドも小さくでき、コイルはみだしのロスも１３ｃｍまで低減できた。
【０１３５】
本発明の実施例に示されるように、本発明により軽量で消費電力の小さいフレキシブルな形状の電磁コイルが実現できることがわかる。
【０１３６】
以上に示されたように、本発明により、電子機器・装置・デバイスに必要な均一な磁場を小型で軽量な構造ではみ出し部分をより少なく、しかも省電力で稼働する事が実現できる電磁石および電磁コイルおよび電磁コイルの製造方法の提供が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】巻き廻すコイルの主面に対して垂直な方向から見た本発明の第１のコイルの断面図。
【図２】巻き廻すコイルの主面に対して垂直な方向から見た本発明の第２のコイルの断面図。
【図３】本発明の第１のコイル又は第２のコイルの外周に熱収縮テープを巻き廻した後に加圧変形を行い所定の形状を維持させ加熱硬化を行った電磁コイルの状態変化を示す断面図。図３(a)は、加圧変形前後の本発明の電磁コイルの状態を示す断面図。（破線は、加圧変形前の状態を示す。）図３(b)は、加圧変形方向を示した本発明の電磁コイルの状態を示す断面図。
【図４】図３の電磁コイルを真空中で樹脂に含浸を行いその後、加圧した状態でキュアーを行った本発明の電磁コイルを説明する図。図４(a)は、電磁コイルが樹脂に含浸した状態の断面図。図４(b)は、電磁コイルを真空中で樹脂に含浸を行いその後、加圧した状態でキュアーを行う装置の概略を示す断面図。
【図５】図４の電磁コイルの軸方向の両端部に機械加工を施す工程と加工面にエッチング処理を施す工程により本発明の電磁コイルの状態変化を示す概略断面図。図５(a)は、機械加工処理中のコイルの断面図。図５(b)は、機械加工処理後の電磁コイルの断面図。図５(c)は、エッチング処理中の電磁コイルの断面図。図５(d)は、エッチング処理後の電磁コイルの断面図。
【図６】複数の第２のコイルを備えた本発明の電磁コイルの概略断面図。
【図７】単体コイルからなる本発明の電磁コイルの概略断面図。図７(a)は、円形状のコイル。図７(b)は、レーストラック形状のコイル。図７(c)は、扇形形状のコイル。
【図８】２対又は鞍型形状からなる本発明の電磁コイルの概略斜視図。図８(a)は、２対の円形形状のコイル。図８(b)は、２対のレーストラック形状のコイルである。図８(c)は、２対の扇形形状のコイルである。図８(d)は、鞍型円形状のコイルである。図８(e)は、鞍型レーストラック形状のコイルである。図８(f)は、鞍型扇形形状１のコイルである。図８(g)は、鞍型扇形形状２のコイルである。
【図９】冷却板を備えた本発明の電磁コイルの概略断面図。
【図１０】冷却板を熱収縮テープに巻き回した本発明の電磁コイルの概略断面図。図１０(a)は、本発明の電磁コイルの概略断面図。図１０(b)は、本発明の電磁コイルの概略斜視図。
【図１１】樹脂モールドで形成した本発明の電磁コイルの概略断面。
【図１２】楔型の冷却板を備えた本発明の電磁コイルの概略断面図。
【図１３】本発明のリード線の処理方法を説明する概略斜視図。
【図１４】図１０に示した本発明の電磁コイルの構造を示した概略斜視図。
【図１５】図１０に示した本発明の電磁コイルの組み立て構成を示す概略斜視図。
【図１６】図１３に示した本発明のリード線の処理方法を説明する電気端子部の概略断面図。
【図１７】図１６に示した本発明のリード線の処理方法を説明する電気端子部の概略断面図の例。図１７aは、第１例。図１７ｂは、第２例。図１７cは、第３例。
【図１８】ウインドフレーム構造のマグネットにおける本発明の鞍型電磁コイルを示す概略断面図。図１８(a)は、上断面図。図１８(b)は、横断面図。図１８(c)は、縦断面図。
【図１９】ウインドフレーム構造のマグネットにおける通常の鞍型電磁コイルを示す断面図。図１９(a)は、上断面図。図１９(b)は、横断面図。図１９(c)は、縦断面図。
【図２０】ウインドフレーム構造のマグネットにおける変形鞍型電磁コイルを示す断面図。図２０(a)は、上断面図。図２０(b)は、横断面図。図２０(c)は、縦断面図。
【図２１】閉口部を有するヨークと２対の鞍形レーストラック形状の電磁コイルを示す図。図２１(a)は、上断面図。図２１(b)は、概観斜視図。
【図２２】開口部を有するヨークと貫通口が一つの場合の円形状の電磁コイルを示す図。図２２(a)は、上断面図。図２２(b)は、概観斜視図。
【図２３】閉口部を有するヨークと２対のレーストラック形状の電磁コイルを示す図。図２３(a)は、上断面図。図２３(b)は、概観斜視図。
【図２４】開口部を有するヨークと２対のレーストラック形状の電磁コイルを示す図。図２４(a)は、上断面図。図２４(b)は、概観斜視図。
【符号の説明】
【０１３８】
１．エポキシプリプレグ
２．絶縁紙
３. 銅条
４．熱収縮テープ
５．電磁コイル
６．含浸ケース
７．樹脂
８．樹脂タンク
９．真空含浸タンク
１０．真空ポンプ
１１．加圧エアー
１２. エッチング液
１３．機械加工部
１４．エッチング治具
１５．ガラスエポキシ層
１６. 銅条
１７．絶縁層
１８. 第1のコイル
１９. 第2のコイル
２０．溝
２１．絶縁材
２２．熱拡散コンパウンド
２３．冷却板
２４．冷却端子
２５．電気端子
２６. エポキシプリプレグテープ
２７. 第1のコイルの銅条
２８. 第２のコイルの銅条
２９. 第2のコイルの溝
３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６，３７.  冷却板
３８. 主コイル巻始めのリード
３９. 主コイル巻終りのリード
４０. 主コイルターミナル
４１. 銀ロー付
４２. ターミナル固定板
４３. 副コイル巻始めのリード
４４. 副コイル巻終りのリード
４５. 主コイル
４６. 副コイル１
４７. 副コイル２
４８. 副コイル３
５０. ヨーク
５１. 磁極ポール
５２. 構造体
５３. 溝加工して分離されたコイル
５４. 銅条と絶縁体を巻回したコイル
【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】
2008117928.tif 000011
【図９】
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【図１０】
2008117928.tif 000013
【図１１】
2008117928.tif 000014
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2008117928.tif 000025
【図２３】
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【図２４】
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