(57)【要約】【課題】容易に変形させることができ、しかも真空中におけるガス放出の少ない電線および電線の製造方法を提供する。【解決手段】真空中で使用される、外部から強制冷却可能な電線１０であって、中空な金属製の外管１１と、外管１１内に配置された、導電性素材で形成された中空な内管１２と、内管１２の外面と外管１１との間に形成された絶縁層１５とからなる。内管１２内に水等の冷却媒体を流せば、電線１０を強制冷却することができるから、発熱による電線１０の損傷を防ぐことができ、電線１０を真空に保たれた空間で使用した場合において、内管１２と外管１１の間に空気が残存していたり、真空中においてガスを放出するような素材を絶縁層１５に使用していたとしても、電線１０を設置した空間の真空度が低下することを防ぐことができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中で使用される、外部から強制冷却可能な電線であって、
中空な金属製の外管と、
該外管内に配置された、導電性素材で形成された中空な内管と、
該内管の外面と前記外管との間に形成された絶縁層とからなる
ことを特徴とする電線。
【請求項２】
前記内管の素材が、金属であり、
前記絶縁層が、伸縮可能である
ことを特徴とする請求項１記載の電線。
【請求項３】
前記絶縁層が、
前記内管の外面に螺旋状に巻きつけられた絶縁テープと、
該絶縁テープの外面と前記外管の内面との間に充填された、伸縮可能な絶縁材とからなる
ことを特徴とする請求項１記載の電線。
【請求項４】
前記絶縁材が、
前記内管の外面と前記外管の内面との間に、溶融した樹脂材料を注入して固化させることによって形成されている
ことを特徴とする請求項３記載の電線。
【請求項５】
前記内管の素材が、前記外管の素材と異なる
ことを特徴とする請求項１記載の電線。
【請求項６】
真空中において粒子を加速する加速器に使用される
ことを特徴とする請求項１記載の電線。
【請求項７】
導電性素材で形成された中空な内管の外面に、絶縁テープを巻きつけ、
絶縁テープが巻きつけられた前記内管を、その外径よりも大きい内径を有する外管に挿入し、
絶縁テープが巻きつけらた前記内管の外面と前記外管の内面との間に、絶縁材を充填する
ことを特徴とする電線の製造方法。
【請求項８】
前記絶縁材が、
前記内管の外面と前記外管の内面との間に、溶融した樹脂材料を注入して固化させることによって形成された
ことを特徴とする請求項７記載の電線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電線および電線の製造方法に関する。粒子加速器のコイルや電磁石に使用される電線には、非常に大きな電流が供給されるため、通電時の発熱量も非常に大きくなる。このため、粒子加速器のコイル等の電線には、内部に中空な空間を有するものが使用されており、この中空な空間に、純水やフレオン等を流し、電線を外部から強制冷却することによって、電線の温度上昇を防いでいる。また、加速器内は高度な真空に保つ必要があるため、真空状態において、電線からガスが放出されることを防ぐ必要がある。
本発明は、外部から強制冷却可能であり、かつ真空中で使用可能な電線および電線の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の加速器用コイル装置として、特許文献１（従来例１）に示す技術がある。
従来例１のコイル装置には、冷却通路を有する筒状の導体の表面をアルミナ繊維帯によって被覆した線材が使用されており、この線材を複数本束ねて、その周囲にさらにアルミナ繊維帯（絶縁カバー）を巻き付けることによってコイル装置が形成されている。このため、線材表面に被覆されたアルミナ繊維帯と絶縁カバーによって導体を外部から絶縁することができる。
また、アルミナ繊維帯と絶縁カバーには、純水とアルミナとからなるアルミナ含浸剤が含浸された後乾燥されており、複数本の線材同士および線材と絶縁カバーが固着され、かつコイル装置内の空間が全てアルミナによって埋められている。つまり、アルミナ繊維帯と絶縁カバー内には空気が存在しないから、真空状態においても電線からガスが放出されることを防ぐことができ、加速器内の真空度が低下することを防ぐことができる。
【特許文献１】
特開平８−４５７３２号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、加速器内に発生する磁場は、通常、コイル装置、つまり線材を変形させて調整しているが、従来例１のコイル装置では、線材同士および線材と絶縁カバーが完全に固着されるので、線材を変形することができず、磁場調整を行うことができないという問題がある。
かといって、線材のアルミナ繊維帯や線材を束ねる絶縁カバーにアルミナを含浸させなければコイル装置の形状を変更することも可能であるが、アルミナ繊維帯と絶縁カバー内には空気が残存してしまい、真空状態においても線材等からガスが放出され、加速器内の真空度が低下してしまう。
つまり、従来例１のコイル装置に使用した線材では、変形させることによる磁場調整と真空中におけるガス放出の低減を両立させることはできない。
【０００４】
本発明はかかる事情に鑑み、容易に変形させることができ、しかも真空中におけるガス放出の少ない電線を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の電線は、真空中で使用される、外部から強制冷却可能な電線であって、中空な金属製の外管と、該外管内に配置された、導電性素材で形成された中空な内管と、該内管の外面と前記外管との間に形成された絶縁層とからなることを特徴とする。
請求項２の電線は、請求項１記載の発明において、前記内管の素材が、金属であり、前記絶縁層が、伸縮可能であることを特徴とする。
請求項３の電線は、請求項１記載の発明において、前記絶縁層が、前記内管の外面に螺旋状に巻きつけられた絶縁テープと、該絶縁テープの外面と前記外管の内面との間に充填された、伸縮可能な絶縁材とからなることを特徴とする。
請求項４の電線は、請求項３記載の発明において、前記絶縁材が、前記内管の外面と前記外管の内面との間に、溶融した樹脂材料を注入して固化させることによって形成されていることを特徴とする。
請求項５の電線は、請求項１記載の発明において、前記内管の素材が、前記外管の素材と異なることを特徴とする。
請求項６の電線は、請求項１記載の発明において、真空中において粒子を加速する加速器に使用されることを特徴とする。
請求項７の電線の製造方法は、導電性素材で形成された中空な内管の外面に、絶縁テープを巻きつけ、絶縁テープが巻きつけられた前記内管を、その外径よりも大きい内径を有する外管に挿入し、絶縁テープが巻きつけらた前記内管の外面と前記外管の内面との間に、絶縁材を充填することを特徴とする。
請求項８の電線の製造方法は、請求項７記載の発明において、前記絶縁材が、前記内管の外面と前記外管の内面との間に、溶融した樹脂材料を注入して固化させることによって形成されたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本実施形態の電線は、非常に大きな電流が供給される粒子加速器のコイルや電磁石、電流導入端子等に使用されるものであり、外部から強制冷却ができ、しかも、真空中で使用しても電線自体からガスが放出されることを抑えることができるものである。
以下には、代表として、本実施形態の電線を粒子加速器のトリムコイルに使用した場合を説明する。
【０００７】
図１は本実施形態の電線１０の概略説明図である。図２は本実施形態の電線１０の概略断面図であり、（Ａ）は外管１１と内管１２の断面形状が相似形の場合であり、（Ｂ）は外管１１と内管１２の断面形状が異なる場合である。図３は本実施形態の電線１０を採用したトリムコイル４を使用した粒子加速器１の概略説明図である。
【０００８】
図３において、符号２は、粒子加速器１の一対の磁極を示している。この一対の磁極２，２の外周にはメインコイル３が巻き付けられている。この一対の磁極２，２間には、加速する陽子からウラン等の重イオンまでの荷電粒子が通されるビーム通過領域１ｈが形成されている。このビーム通過領域１ｈは高真空状態に保たれている。
このため、メインコイル３に電流を流せば、一対の磁極２，２間、つまりビーム通過領域１ｈ内に磁場が形成されるので、この磁場と垂直に粒子を入射させれば、粒子を加速することができる。
【００９】
この粒子加速器１のビーム通過領域１ｈにおいて、一対の磁極２，２の互いに対向する内面、つまりビーム通過領域１ｈ内には、本実施形態の電線１０を採用したトリムコイル４が設けられている。
このため、トリムコイル４に電流を流せば、トリムコイル４の周囲に磁場が形成され、その磁場によってビーム通過領域１ｈ内に形成される磁場を調整することができる。
【００１０】
さて、本実施形態の電線１０を詳細に説明する。
図１および図２（Ａ）に示すように、本実施形態の電線１０は、中空な外管１１と、この外管１１の内部に配置された内管１２と、この内管１２の外面と外管１１の内面との間に設けられた絶縁層１５とから構成されている。
【００１１】
外管１１は、中空な円管であり、例えばステンレスやアルミニウム、銅等の金属によって形成されたものである。
この外管１１の内部には、内管１２が挿入されている。この内管１２は、断面形状が外管１１と相似形である中空な円管であり、例えば銅やアルミニウム等の金属や、アルミニウム等の導電性を有する素材によって形成されたものである。この内管１２の中空な部分が、純水やフレオン等の冷却媒体を流すための冷却媒体通路10h となっている。
【００１２】
この内管１２の外面には、絶縁テープ１６が螺旋状に巻き付けられている。この絶縁テープ１６は、例えばガラスやポリエチレン、ナイロン等の非導電性素材によって形成されたものである。
この内管１２に巻き付けられた絶縁テープ１６の外面と、前記外管１１の内面との間には、例えばエポキシ合成ゴム等の樹脂やアルミナ、酸化珪素等の非導電性素材からなる絶縁材１７が充填されている。つまり、絶縁テープ１６と絶縁材１７によって絶縁層１５が形成されているのである。
【００１３】
このため、本実施形態の電線１０によれば、内管１２に電流を流せば内管１２の周囲、つまり前述したトリムコイル４の周囲に磁場を形成させることができる。このとき、内管１２は発熱するが、内管１２内の冷却媒体通路10h に水等の冷却媒体を流せば内管１２を強制冷却することができるから、電線１０の温度が高くなることを防ぐことができ、電線１０の発熱によるトリムコイル４の損傷を防ぐことができる。
なお、内管１２および外管１１の素材を非磁性材料によって形成すれば、内管１２に通電しない状態において、電線１０が一対の磁極２，２が形成する磁場に影響を与えることを防ぐことができるから、ビーム通過領域１ｈ内における粒子の加速軌道が乱れることを防ぐことができる。
【００１４】
また、外管１１と内管１２との間には、非導電性素材からなる絶縁層１５が形成されており、内管１２と外管１１との間を確実に絶縁することができる。しかも、絶縁層１５および内管１２が金属製の外管１１内に収容されているから、外管１１によって絶縁層１５および内管１２を外部から気密に隔離することができる。
このため、内管１２と外管１１の間に空気が残存していたり、真空中においてガスを放出するような素材を絶縁テープ１６や絶縁材１７に使用していたとしても、ビーム通過領域１ｈ内が高真空状態になったときに、電線１０からガスが放出されることを防ぐことができ、ビーム通過領域１ｈの真空度が低下することを防ぐことができる。
【００１５】
さらに、外管１１と内管１２との間が絶縁層１５によって埋められているから、外管１１に対する内管１２の相対的な位置が固定される。よって、内管１２に通電したときに、内管１２が一対の磁極２，２間に発生する磁場から電磁力を受けても内管１２は外管１１内で移動しないので、内管１２に通電したときに、内管１２が外管１１内で暴れて破損することも防ぐことができる。
【００１６】
さらに、内管１２の素材として金属を使用し、かつ絶縁材１７として例えばエポキシ樹脂や合成ゴム等の伸縮可能な素材を使用すれば、電線１０を自在に曲げることができるから、電線１０を後から自由に変形させてトリムコイル４の形状を変化させることができる。よって、粒子加速器１のビーム通過領域１ｈ内の磁場を容易に調整することができる。
【００１７】
なお、絶縁テープ１６は内管１２の外面に螺旋状に巻き付けているので、その素材として伸縮性を有するものだけでなく、伸縮性を有しないものも使用することができる。この場合、絶縁テープ１６をその一部が重なり合うように螺旋状に巻き付けていれば、重なり合っている部分同士の相対的な滑りによって内管１２の変形に絶縁テープ１６を追従させることができるから、絶縁テープ１６自体が伸びなくても内管１２の変形の抵抗となることを防ぐことができる。そして、内管１２の変形による絶縁テープ１６同士の相対的な滑りの量が、その重なり合い量よりも少なければ、絶縁テープ１６によって内管１２の表面を確実に覆っておくことができる。
さらになお、絶縁テープ１６に代えて、内管１２の外面に絶縁素材を塗布する等の方法でコーティングしてもよい。この場合にも、電線１０を曲げたりしてもも、絶縁コーティングによって内管１２の表面を確実に覆っておくことができる。
【００１８】
さらに、本実施形態の電線１０を粒子加速器１のトリムコイル４に使用する場合には、コイル内管１２に導電性の高い素材、例えば銅等を使用し、外管１１の素材に気密性や電磁波の遮断性が高い素材、例えばステンレス等を使用すれば、粒子がビーム通過領域１ｈを通過するときに発生する散乱ビームから絶縁層１５および内管１２を保護する効果を高くすることができるから、トリムコイル４の耐久性を向上させることができる。
なお、内管１２の素材および外管１１の素材は、同じ素材としても良いし、異なる素材としてもよい。そして、使用する素材は上記の素材に限られず、電線１０の使用される状態において、内管１２および外管１１に必要とされる機能をそれぞれ備えた素材を使用すれば、用途に応じて最適な電線１０とすることができる。
【００１９】
さらに、内管１２の断面形状が外管１１の断面形状と相似形であるから、電線１０を変形させるときに、単なる一重のステンレス管を曲げる場合と同様に曲げることができる。
なお、内管１２の断面形状は外管１１の断面形状と異なる形状、例えば、内管１２を円形断面とし外管１２を四角形断面（図２（Ｂ）参照）とすれば、内管１２には加工が容易な円形断面の管を使用でき、かつ電線１０の設置場所が平面であっても容易にかつ安定した状態で設置することができる。この場合、複数層に電線１０を巻いてコイルとする場合には、隣接する電線１０同士を確実に密着させることができるから、コイルをコンパクトにすることができ、かつコイルの形状を安定させることができる。
さらになお、内管１２および外管１１の断面形状は上記の形状に限られず、電線１０の用途に応じてそれぞれ最適な形状を採択することができる。
【００２０】
つぎに、本実施形態の電線１０の製造方法を説明する。
まず、内管１２の外面に絶縁テープ１６を螺旋状に巻き付けて、内管１２の外面を完全に絶縁テープ１６によって覆う。
ついで、絶縁テープ１６が巻き付けられた内管１２を、その外径よりも内径が大きい外管１１に挿入する。そして、内管１２の外面、つまり絶縁テープ１６の外面と外管１１の内面との間に、絶縁材１７を充填する。
すると、内管１２と外管１１を備えた二重管構造を有し、両者の間に絶縁テープ１６と絶縁材１７とからなる絶縁層１５が形成された電線１０を製造することができる。
【００２１】
通常、内管と外管を有する金属性の二重管は引き抜き加工によって成形される、つまり内管と外管を同時に引き抜くことによって成形されるが、本願のごとく内管１２を外管１１内に挿入することによって二重管構造とすれば、内管１２と外管１１とを同時に成形する必要がないから、内管１２と外管１１の素材や断面形状を自由に選択することができる。
よって、電線１０の用途に応じて、内管１２と外管１１をそれぞれ最適な形状および材料にすることができる。しかも、引き抜き加工を使用しないから、内管１２および外管１１を接続しながら電線１０を形成すれば、長尺な電線１０であっても製造することができる。
【００２２】
また、内管１２を、その外面に絶縁テープ１６を巻きつけてから外管１１に挿入するから、内管１２と外管１１との間の絶縁性を確実に保つことができる。つまり、内管１２と外管１１との間には絶縁テープ１６が必ず存在するから、外管１１内に内管１２を挿入したときに、内管１２の中心軸が外管１１の中心軸からずれた場合であっても、内管１２の外面には絶縁テープ１６が巻きつけられているから、内管１２と外管１１が直接接触することを確実に防ぐことができ、両者の間の絶縁性を確実に保つことができる。そして、絶縁テープ１６を巻きつけるだけであるから、内管１２を容易かつ安価に製造することができる。
【００２３】
なお、絶縁テープ１６に代えて、内管１１の外面に絶縁素材をコーティングしてもよく、この場合にも、内管１２と外管１１が直接接触することを確実に防ぐことができ、両者の間の絶縁性を確実に保つことができる。
さらになお、外管１２の内面に絶縁素材をコーティングしてもよい。この場合には、内管１２の外面に絶縁テープ１６を巻きつけたりや絶縁コーティングを施したりしなくても、内管１２と外管１１が直接接触することを確実に防ぐことができ、両者の間の絶縁性を確実に保つことができる。
さらになお、外管１２の内面に絶縁素材をコーティングし、内管１２の外面にも絶縁テープ１６や絶縁コーティングを施せば、両者の間の絶縁性をより高く保つことができる。
さらになお、内管１２の外面と外管１１の外面との間に確実に絶縁材１７を存在させることができる場合、言い換えれば、内管１２の外面と外管１１の外面とが全く接触しない状態で絶縁材１７を両者の間に充填することができるのであれば、外管１２の内面に絶縁素材をコーティングしたり内管１２の外面に絶縁テープ１６や絶縁コーティングを施したりしなくてもよいが、このような加工をしておけば、電線１０の製造が容易になるし、設計誤差などによる絶縁性の低下などを防ぐことができる。
【００２４】
さらに、絶縁材１７としてエポキシ樹脂等の樹脂材料を使用し、溶融した樹脂材料を内管１２と外管１１の間に注入して固化させれば、内管１２と外管１１の間に空気が残存することを防ぐことができる。すると、内管１２の冷却媒体通路10h 内に冷却媒体を流したときに、絶縁材１７の内部に結露が発生することを防ぐことができるから、結露を介して内管１２内を流れる電流が外管１１に漏電することを防ぐことができ、外管１１と内管１２の絶縁状態を確実に維持することができる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、内管内に水等の冷却媒体を流せば、電線を強制冷却することができるから、発熱による電線の損傷を防ぐことができる。また、外管と内管との間に絶縁層が形成されているので、内管を外部から確実に絶縁することができる。しかも、絶縁層および内管が金属製の外管内に収容されているから、外管の内部と外部とを気密に隔離することができる。このため、電線を真空に保たれた空間で使用した場合において、内管と外管の間に空気が残存していたり、真空中においてガスを放出するような素材を絶縁層に使用していたとしても、電線を設置した空間の真空度が低下することを防ぐことができる。
請求項２の発明によれば、内管および外管がいずれも金属製であり、両者の間に形成されている絶縁層が伸縮可能であるから、コイル等に成形された電線を、後から自由に変形させてその形状を変化させることができる。このため、加速器などのコイル用線材と使用すれば、コイル等を変形させて加速器内の磁場を容易に調整することができる。
請求項３の発明によれば、内管の外面に絶縁テープを螺旋状に巻きつけており、その絶縁テープと外管の内面との間には伸縮可能な絶縁材が充填されている。このため、内管と外管との間の絶縁性を高くすることができるし、コイル等に成形された電線を、後から自由に変形させてコイル等の形状を変化させることができる。
請求項４の発明によれば、溶融した樹脂材料を内管と外管の間に注入して固化させているので、内管と外管の間に空気が残存することを防ぐことができる。このため、内管内に冷却媒体を流した場合に、絶縁材の内部に結露が発生することを防ぐことができるから、結露を介して内管内を流れる電流が外管に漏電することを防ぐことができ、外管と内管の絶縁状態を確実に維持することができる。
請求項５の発明によれば、内管、外管を、それぞれに最適な素材を使用することができるから、用途に応じて最適な電線とすることができる。例えば、内管に電線の導電性の高い素材、例えば銅等を使用し、外管の素材に気密性や電磁波の遮断性が高い素材、例えばステンレス等を使用すれば、電力の損失が少なく、かつ加速器などのコイルの線材として最適な電線とすることができる。
請求項６の発明によれば、電線からのガスの放出を抑えることができるから、粒子通路を確実に高真空に保つことができ、粒子の加速効率を高くすることができる。また、外管の素材にステンレス等を使用すれば、粒子が粒子通路を通過するときに発生する散乱ビームから絶縁層および内管を保護する効果を高くすることができるから、コイルの耐久性を向上させることができる。
請求項７の発明によれば、内管を外管内に挿入するので、内管と外管とを同時に成形する必要がない。言い換えれば、引き抜き加工によって成形する必要がないから、内管と外管の素材や断面形状を自由に選択することができる。よって、用途に応じて最適な電線を製造することができる。しかも、引き抜き加工を使用しないから、長尺な電線であっても製造することができる。また、内管を、その外面に絶縁テープを巻きつけてから外管に挿入するから、内管と外管との間の絶縁性を確実に保つことができる。
請求項８の発明によれば、溶融した樹脂材料を内管と外管の間に注入して固化させているので、内管と外管の間に空気が残存することを防ぐことができる。このため、内管内に冷却媒体を流した場合に、絶縁材の内部に結露が発生することを防ぐことができるから、結露を介して内管内を流れる電流が外管に漏電することを防ぐことができ、外管と内管の絶縁状態を確実に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の電線１０の概略説明図である。
【図２】本実施形態の電線１０の概略断面図であり、（Ａ）は外管１１と内管１２の断面形状が相似形の場合であり、（Ｂ）は外管１１と内管１２の断面形状が異なる場合である。
【図３】本実施形態の電線１０を採用したコイルを使用した粒子加速器１の概略説明図である。
【符号の説明】
１          粒子加速器
１０        電線
１１        外管
１２        内管
１５        絶縁層
１６        絶縁テープ
１７        絶縁材
【図１】
2004207035.tif 000003
【図２】
2004207035.tif 000004
【図３】
2004207035.tif 000005