(57)【要約】【課題】酸化物超電導線材を巻回してなるパンケーキ形の超電導コイルにおいて、パンケーキコイル間の渡り部の接続時の熱による悪影響が少なく、接続抵抗の低い製造方法を提供する。【解決手段】酸化物超電導線材４を円板状に巻回してなり相互に渡り部によって接続され同軸に隣接して設けられた第１および第２のシングルパンケーキコイル７，８を備えた超電導コイルの製造方法において、前記第１のシングルパンケーキコイル７の巻き始めに前記渡り部として余長を残しておき、前記第２のシングルパンケーキコイル８の巻き始めを前記余長と重ね合せ接続してダブルパンケーキコイル１とする構成とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物超電導線材を円板状に巻回してなり相互に渡り部によって接続され同軸に隣接して設けられた第１および第２のシングルパンケーキコイルを備えた超電導コイルの製造方法において、前記第１のシングルパンケーキコイルの巻き始めに前記渡り部として余長を残しておき、前記第２のシングルパンケーキコイルの巻き始めを前記余長と重ね合せ接続してダブルパンケーキコイルとすることを特徴とする超電導コイルの製造方法。
【請求項２】
酸化物超電導線材を円板状に巻回してなり相互に渡り部によって接続され同軸に隣接して設けられた第１および第２のシングルパンケーキコイルを備えた超電導コイルの製造方法において、前記渡り部を形成する接続導体を前記第１および第２のシングルパンケーキコイルの外部から押し付け、前記接続導体と前記第１および第２のシングルパンケーキコイルとを高周波電力によって局所加熱し冶金接続することを特徴とする超電導コイルの製造方法。
【請求項３】
酸化物超電導線材を円板状に巻回してなり相互に渡り部によって接続され同軸に隣接して設けられた第１および第２のシングルパンケーキコイルを備えた超電導コイルの製造方法において、前記渡り部を形成する接続導体を前記第１および第２のシングルパンケーキコイルの外部から押し付け、前記接続導体に取り付けた熱アンカーに赤外線レーザを照射しスポット加熱することにより、前記第１および第２のシングルパンケーキコイルと接続導体を冶金接続することを特徴とする超電導コイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化物超電導線材を巻回してなるパンケーキ形の超電導コイルの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化物高温超電導コイルは、酸化物超電導線材を円板状に巻回しエポキシ樹脂等で含浸されたシングルパンケーキコイルを数枚〜数１０枚積層して１つのコイルを構成する場合が多いが、酸化物超電導線材は、引張りや変形に対して極めて弱く、超電導特性を表すｎ値および臨界電流の低下（劣化）が、コイルの製造過程において発生しがちである。
【０００３】
従来の超電導コイルの製造方法を図４に示す。すなわち、図４（ａ），（ｂ）に示すように巻芯９に取り付けられた金属ターミナル１０に酸化物超電導テープ線材４の巻始めを半田付けし、図４（ｃ）に示すように酸化物超電導テープ線材４およびエポキシ樹脂等の含浸材５を供給しながら、巻枠端板２．２間でＡ方向に巻芯９を回転させて一定方向に巻線し、シングルパンケーキコイル１１を製作する。そして、図４（ｄ），（ｅ）に示すように、同一の２枚のシングルパンケーキコイル１１同士を金属ターミナル１０および接続導体１２を介して、電気的に接続し、ダブルパンケーキコイル１として製造している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
シングルパンケーキコイル同士の接続には、接続導体をコイルの内側から半田付けする場合が多いが、半田付けは、入熱がコイル内部へ伝わり、線材を接着している樹脂の強度の低下や線材の熱歪みを生じる。他方、コイル内部への入熱を抑制するために、９０〜１２０℃程度の融点を持つ低温半田によって接続を行うと、低温半田は抵抗が大きいため、コイル励磁時に接続部における発熱量が大きくなり、コイルを長時間安定に励磁することができないなどの問題がある。
【０００５】
そこで本発明は、酸化物超電導線材を巻回してなるパンケーキ形の超電導コイルにおいて、パンケーキコイル間の渡り部の接続時の熱による悪影響が少なく、接続抵抗の低い製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、酸化物超電導線材を円板状に巻回してなり相互に渡り部によって接続され同軸に隣接して設けられた第１および第２のシングルパンケーキコイルを備えた超電導コイルの製造方法において、前記第１のシングルパンケーキコイルの巻き始めに前記渡り部として余長を残しておき、前記第２のシングルパンケーキコイルの巻き始めを前記余長と重ね合せ接続してダブルパンケーキコイルとすることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、酸化物超電導線材を巻回してなるパンケーキ形の超電導コイルにおいて、パンケーキコイル間の渡り部を線材同士の接続によって形成するので、渡り部の接続時の熱による悪影響が少なく、接続抵抗の低い製造方法を提供することができる。
【０００８】
請求項２の発明は、酸化物超電導線材を円板状に巻回してなり相互に渡り部によって接続され同軸に隣接して設けられた第１および第２のシングルパンケーキコイルを備えた超電導コイルの製造方法において、前記渡り部を形成する接続導体を前記第１および第２のシングルパンケーキコイルの外部から押し付け、前記接続導体と前記第１および第２のシングルパンケーキコイルとを高周波電力によって局所加熱し冶金接続することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、酸化物超電導線材を巻回してなるパンケーキ形の超電導コイルにおいて、パンケーキコイル間の渡り部を接続導体との高周波局所加熱によって形成するので、渡り部の接続時の熱による悪影響が少なく、接続抵抗の低い製造方法を提供することができる。
【００１０】
請求項３の発明は、酸化物超電導線材を円板状に巻回してなり相互に渡り部によって接続され同軸に隣接して設けられた第１および第２のシングルパンケーキコイルを備えた超電導コイルの製造方法において、前記渡り部を形成する接続導体を前記第１および第２のシングルパンケーキコイルの外部から押し付け、前記接続導体に取り付けた熱アンカーに赤外線レーザを照射しスポット加熱することにより、前記第１および第２のシングルパンケーキコイルと接続導体を冶金接続することを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、酸化物超電導線材を巻回してなるパンケーキ形の超電導コイルにおいて、パンケーキコイル間の渡り部を接続導体をレーザによってスポット加熱することによって形成するので、渡り部の接続時の熱による悪影響が少なく、接続抵抗の低い製造方法を提供することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１を用いて説明する。
図１（ａ），（ｂ）に示すように、第１パンケーキコイル７の巻線を行う際、巻枠端板２．２間に取り付けられたガイドリング６にガイド溝付き巻芯３を固定する。ガイド溝付き巻芯３には、図１（ｄ）に示すように、巻き始めの余長を取り付けるガイド溝３ａをつけておき、離型した酸化物超電導テープ線材４を溝３ａに埋め込み固定する。
【００１３】
一方、ガイド溝付き巻芯３のガイド溝と干渉しないよう切り欠きを設けた巻枠端板２をガイドリング６に嵌着し、両側の巻枠端板２を通しボルト等により締結する。この状態で、図１（ｃ）のように酸化物超電導テープ線材４およびエポキシ樹脂等の含浸材５を供給しながら、一定の方向に巻線を行うことによって、第１パンケーキコイル７の巻線を行う。
【００１４】
次工程において、上記方法にて巻線をおこなった第１パンケーキコイル７を乾燥・硬化させた後、巻枠端板２を取り外し、図１（ｅ）〜（ｈ）に示すように、巻芯３のガイド溝に固定しておいた巻始めの余長線材に対して、第２パンケーキコイル８の巻き始め線材を巻芯３上で、半田によるラップ（重ね合せ）接続をおこない、第１パンケーキコイル７と反対方向に巻線を行う。重ね合せ接続は、半田あるいは高周波加熱あるいはレーザ加熱によって行う。こうすることによって、第１パンケーキコイル７と第２パンケーキコイル８が内周側においてラップ接続されたダブルパンケーキコイル１が製作される。
【００１５】
この実施の形態の製造方法によれば、従来、パンケーキコイル相互間の接続部に介在していた金属ターミナルが不要となるため、同じ接続長あたりの接続抵抗が例えば約１μΩであったものが、約０．１μΩとおよそ１／１０となり、パンケーキコイル７，８同士の接続部の接続抵抗を大幅に減少させることができる。
【００１６】
さらに、パンケーキコイル７，８の金属ターミナル間に金属板などを半田付けする必要がないので、半田の融点以上の温度に金属ターミナルを加熱する際に発生する熱歪みや、含浸材５の劣化などが生じる恐れがない。このようにこの実施の形態によれば、ガイド溝付き巻芯３のガイド溝に取付た余長の線材にラップ接続するため、接続時の加熱による悪影響を避けることができる。
【００１７】
つぎに本発明の第２の実施の形態を図２を参照して説明する。この実施形態は、高周波加熱によってパンケーキコイル間の接続導体を冶金接続するものである。すなわち、シングルパンケーキコイル１１を２枚積層し、その端部に取り付けられた金属ターミナル１０同士間を接続導体１２を用いて接続する。この接続を行う際、高周波加熱装置１３から金属ターミナル１０および接続導体１２に高周波の交流電流を供給する。使用する周波数（ｆ）は、接続導体１２の材質（σ，μ）および板厚（δ）から下記の式（１）を用いて算出する。
【００１８】
【数１】
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ただし、ω＝２πｆ，σ：電気伝導率，μ：透磁率
【００１９】
例えば、金属ターミナル１０に銅、接続導体１２に銀テープあるいは、銀シース酸化物超電導テープ線材を使用する場合、最外郭の銀シース厚さがおよそ２０μｍ程度であるため、９．５ＭＨｚの交流電流を用いれば、表皮厚さが最外郭の銀シース厚さと同等となる。最外郭の銀シース厚さの代表例は、１０μｍ〜５０μｍ、銀シースの電気伝導率の代表例は、１０７〜１０８程度とすると１ＭＨｚ〜５０ＭＨｚの交流電流を使用すれば、超電導線材は加熱せず、最外郭の銀シースのみ選択的に加熱することができる。
【００２０】
したがって、高周波電流を供給した状態で、接続導体１２を、加圧軸１４に取り付けられた加圧ローラ１５により、順次金属ターミナル１０に押し付けていくことにより、接続導体１２と金属ターミナル１０の接点近傍が局所的に加熱され、短時間の内に、冶金接続を行うことができる。
【００２１】
この実施の形態によれば、金属ターミナル１０の接続を行っている面と反対面に接続されている線材４との間の半田層１６およびシングルパンケーキコイル１１内部への熱影響を低減でき、熱歪み、半田層１６の溶解、含浸材５への悪影響を減少させることができ、接続時の熱歪み等による線材劣化や含浸材５の剥離を防止することができる。
【００２２】
つぎに本発明の第３の実施の形態を図３を参照して説明する。この実施の形態は、レーザ加熱によってパンケーキコイル間の接続導体を冶金接続するものである。すなわち、シングルパンケーキコイル１１を２枚積層し、その端部に取り付けられた金属ターミナル１０同士間を接続導体１２を用いて接続する。接続導体１２には、レーザを集光し、スポット加熱を行うための熱アンカー１７を複数取り付けておき、クランプ１９により接続導体１２をシングルパンケーキコイル１１，１１に固定する。この状態で、レーザ発振器１８から熱アンカー１７に向けてレーザを照射し、集中加熱を行う。複数取り付けた熱アンカー１７を同じ手順で、スポット加熱を繰り返すことにより、必要な接続長分の冶金接続を行う。レーザにて照射しスポット加熱を行っている熱アンカー以外を冷却することによって、周囲への熱拡散を抑制することができる。
【００２３】
この実施の形態によれば、接続を行っている金属ターミナル１０の反対面の半田層１６や、含浸材５への熱影響およびシングルパンケーキコイル１１の熱歪みを抑制することができ、接続時の熱歪み等による線材劣化や含浸材の剥離を防止することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、酸化物超電導線材を巻回してなるパンケーキ形の超電導コイルにおいて、パンケーキコイル間の渡り部の接続時の熱による悪影響が少なく、接続抵抗の低い製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の超電導コイルの製造方法を示し、（ａ）は第１パンケーキコイルの平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ部詳細図、（ｄ）は（ａ）のｄ−ｄ矢視図、（ｅ）はダブルパンケーキコイルの平面図、（ｆ）は（ｅ）のｆ−ｆ線に沿う断面図、（ｇ）は（ｅ）のｇ−ｇ矢視図、（ｈ）は（ｅ）のｈ−ｈ線に沿う斜視図。
【図２】本発明の第２の実施の形態の超電導コイルの製造方法を示し、（ａ）は要部の斜視図、（ｂ）は（ａ）のｂ部詳細図。
【図３】本発明の第３の実施の形態の超電導コイルの製造方法を示す要部斜視図。
【図４】従来の超電導コイルの製造方法を示し、（ａ）はシングルパンケーキコイルの平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ部詳細図、（ｄ）はダブルパンケーキコイルの平面図、（ｅ）は（ｄ）のｅ−ｅ線に沿う断面図。
【符号の説明】
１…ダブルパンケーキコイル、２…巻枠端板、３…ガイド溝付き巻芯、３ａ…溝、４…酸化物超電導テープ線材、５…含浸材、６…ガイドリング、７…第１パンケーキコイル、８…第２パンケーキコイル、９…巻芯、１０…金属ターミナル、１１…シングルパンケーキコイル、１２…接続導体、１３…高周波加熱装置、１４…加圧軸、１５…加圧ローラ、１６…半田層、１７…熱アンカー、１８…レーザ発振器、１９…クランプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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