(57)【要約】【課題】  複雑な形状のコイルでも正確に形成できるコイルの製造方法及びヘリカル電磁石に対応したＭ型電磁石を提供する。【解決手段】  円柱形状等の基体２０の側面に、巻型３０を取り付ける基準となる曲線の方程式を算出する工程と、算出した曲線に沿って、複数の巻型３０を所定の間隔を隔てて、基体２０の側面に順次取り付ける工程と、基体２０の側面に取り付けた複数の巻型３０に、巻線１２を巻線工具で捻りを加えながら、順次複数回巻回す工程と、を含む構成とした。  また、Ｍ型電磁石では、外形が略円柱形状で、同心円的に左右対称の略扇型のコイルスペースを有する構成とした。【選択図】  図１
2005123480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱形状等の基体の側面に、巻型を取り付ける基準となる曲線の方程式を算出する工程と、
前記算出した曲線に沿って、複数の巻型を所定の間隔を隔てて、前記基体の側面に順次取り付ける工程と、
前記基体の側面に取り付けた複数の巻型に、巻線を順次複数回巻回す工程と、
を含むことを特徴とするコイルの製造方法。
【請求項２】
円柱形状等の基体の側面に、巻型を取り付ける基準となる曲線の方程式を算出する工程と、
前記算出した曲線に沿って、複数の巻型を所定の間隔を隔てて、前記基体の側面に順次取り付ける工程と、
前記基体の側面に取り付けた複数の巻型に、巻線を巻線工具で捻りを加えながら、順次複数回巻回す工程と、
を含むことを特徴とするコイルの製造方法。
【請求項３】
外形が略円柱形状で、同心円的に左右対称の略扇型のコイルスペースを有することを特徴とするＭ型電磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルの製造方法及びＭ型電磁石に係り、特に、高度な核物理実験に用いられる、特殊形状のコイルの製造方法、及び、そのコイルを用いたＭ型電磁石に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、イオンや電子等の荷電粒子を加速し、様々な応用分野に利用される加速器に用いられる電磁石は、通常は、荷電粒子の進行方向を偏向したり、或いは、荷電粒子のビームの収束やビームクオリティの補正等に用いられる、２極、４極、６極電磁石が主流である。
【０００３】
例えば、加速する荷電粒子の進行方向を偏向する偏向電磁石としては、図６に示すような、磁極１１２周囲にコイル１１４を巻回したＨ型電磁石１１０、また、図７に示すように、ヨークとコイルが一体化したウィンドウフレーム型の電磁石１２０が従来技術として存在する。
【０００４】
しかし、宇宙の創生といわれるビッグバン等の研究において、例えば、陽子のスピンの向きを揃えて、偏極した陽子同士を加速し、超高速で正面衝突させて、陽子を構成するクォークの性質を究明する場合等においては、陽子のスピンを反転させる特殊形状のコイルを備えた電磁石が用いられる。
【０００５】
この特殊な電磁石は、非特許文献１に開示されるように、サイベリアン・スネーク電磁石と呼ばれ、この電磁石を励磁するヘリカル部を有する複雑形状のコイルは、線径が数ミリ以下の細い導体を多数回巻回し、極低温下で、超伝導状態で、高い電流密度で電流を流すようにされている。
【０００６】
【非特許文献１】Haif Length Model of Siberian Snake Magnet for RHIC  Nucl. Inst. and Meth., A452(2000)53-60  M.Okamura, T.Tominaka, T.Kawaguchi, A.Jain, J.Muratore,G.Morgan,  E.Willen
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来の超伝導タイプのコイルでは、線径が数ミリ以下の細い導体を巻回し、複雑形状の磁場を形成するようにしていたが、常伝導状態で励磁される、線径が十数ミリの以上の、例えばホローコンダクター等の巻線を高精度に巻回して、図８に示すような複雑形状のコイル１０を、製造することは非常に困難であった。
【０００８】
また、円筒形状に、巻線を巻回してコイルを製造する場合、その巻線の断面は常に均一なものでなければならない。
しかし、従来の電磁石では、巻線を磁極に沿って、順次巻回して成型するものであり、断面形状の均一性の問題は表面化しないが、このような成型方法を複雑形状のコイルに適用して、断面を常に均一に保つのは非常に困難である。
【０００９】
更に、ヘリカル電磁石としては、図６及び図７に示すような従来形状の電磁石では、所望の磁場を生成するには、対応が不可能であることが判明している。
【００１０】
本発明は、上記課題（問題点）を解決し、複雑な形状のコイルでも正確に形成できるコイルの製造方法及びヘリカル電磁石に対応したＭ型電磁石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】
【００１１】
本発明のコイルの製造方法は、請求項１に記載のものでは、円柱形状等の基体の側面に、巻型を取り付ける基準となる曲線の方程式を算出する工程と、前記算出した曲線に沿って、複数の巻型を所定の間隔を隔てて、前記基体の側面に順次取り付ける工程と、前記基体の側面に取り付けた複数の巻型に、巻線を順次複数回巻回す工程と、を含む構成とした。
【００１２】
また、請求項２に記載のコイルの製造方法では、円柱形状等の基体の側面に、巻型を取り付ける基準となる曲線の方程式を算出する工程と、前記算出した曲線に沿って、複数の巻型を所定の間隔を隔てて、前記基体の側面に順次取り付ける工程と、前記基体の側面に取り付けた複数の巻型に、巻線を巻線工具で捻りを加えながら、順次複数回巻回す工程と、を含む構成とした。
【００１３】
請求項３に記載のＭ型電磁石では、外形が略円柱形状で、同心円的に左右対称の略扇型のコイルスペースを有する構成とした。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のコイルの製造方法及びＭ型電磁石は、上述のように構成したために、以下のような優れた効果を有する。
（１）本発明のコイルの製造方法は、請求項１に記載したようにすると、如何なる複雑な形状のコイルも正確に製造することが可能になる。
（２）また、請求項２に記載したようにすると、巻線の形状が四角形状等の場合でも、如何なる複雑な形状のコイルも正確に製造することが可能になる。
（３）本発明のＭ型電磁石では、本発明のコイルの製造方法によって製造された、ヘリカルコイルを組み込むことにより、ヘリカル電磁石が製作可能になり、高度な核物理実験に対応した電磁石を作り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明のコイルの製造方法及びＭ型電磁石の各実施の形態を図１乃至図５を用いて順次説明する。
【００１６】
先ず、本発明のコイルの製造方法について、図１乃至図４を用い、図８を参照して説明する。
図１は、本発明のコイルの製造方法の工程を説明するための図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
図２は、本発明のコイルの製造方法の工程を説明するための斜視図である。
【００１７】
図３は、本発明のコイルの製造方法に用いる巻型の構造を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。
図４は、本発明のコイルの製造方法に用いる巻線工具を示す図である。
【００１８】
図１乃至図４に示すように、本実施の形態のコイルの製造方法には、コイル１０を巻回すための基礎となる円柱形状の基体２０、巻型３０及び巻線工具４０を用いる。
巻型３０は、着脱自在のアーム３２と、基体２０側面に填め込まれる軸３４とを備えている。
【００１９】
本実施の形態のコイルの製造方法の第一の工程としては、ヘリカル構造等を含む複雑形状のコイル１０を製作するため、基体２０の側面に、巻型３０を取り付ける基準となる曲線Ｌを、所定の計算式に基づいて算出する。
【００２０】
例えば、この曲線Ｌの計算式は、図８に示す形状のコイル１０の場合では、パラメータ表示では、次式で与えられる。
【数１】
2005123480.tif 000003
【数２】
2005123480.tif 000004
【数３】
2005123480.tif 000005
【００２１】
ここで、Ｚは基体２０の軸方向を座標とし、Ｘ、ＹはＺに垂直な平面内で、それぞれ水平、垂直方向の座標としている。
また、上記各式（１）〜（３）中の各パラメータは以下の通りである。
ｒ：基体２０の半径
λ：コイル１０の軸方向の巻ピッチ
ｗ：コイル１０の幅
ｈ：コイル１０の高さ
【００２２】
巻型３０を取り付ける基礎となる曲線Ｌの方程式を算出した後に、基体２０側面に、図２に示すように、この曲線Ｌを描画し、図４に示す巻型３０の軸３４を装着するための穴を所定間隔で多数設ける。
【００２３】
次に、図１及び図２に示すように、基体２０側面に設けた穴に、巻型３０の軸３４を装着して、巻型３０を順次、基体２０に取り付けて行く。
【００２４】
巻型３０の取り付け完了後は、この巻型３０に沿って、巻線１２を巻回して行くが、上述したように、巻線１２の線径が、例えば、十数ミリ以上のホローコンダクター等のような、断面形状が角形の巻線１２の場合は、巻型３０に沿って巻回すと、ねじれが発生して、断面形状が不均一になるという問題がある。
【００２５】
そこで、図５に示す、巻線工具４０で巻線１２を挟み、捻りを加えながら、巻型３０に沿って巻回すようにすると、巻線１２の断面形状が常に均一なコイル１０の製造方法とすることができる。
【００２６】
このような手順で、巻線１２を多数回、順次巻回して行くと、最終的には、図８に示すような複雑形状のコイル１０を正確に製造することができる。
このとき、着脱自在のアーム３２を各巻型３０からそれぞれ取り外すことにより、成型後のコイル１０を、容易に基体２０から取り外すことができる。
【００２７】
特に、本発明のコイルの製造方法が際だって優れている点は、基体２０の断面形状を、例えば楕円形に変更したり、或いは、基体２０の軸方向の形状を変更したりすることにより、いかなる複雑形状のコイル１０にも対応して、正確に製造できるという特徴を有していることである。
【００２８】
次に、本発明のＭ型電磁石について、図５を用いて説明する。
本発明のコイルの製造方法により、ヘリカル構造を含む任意の形状のコイル１０を正確に製造可能になったが、このような形状のコイル１０に、鉄又はケイ素鋼板のリターンヨークを組み込んで電磁石とするが、上述したとおり、従来は、断面形状がＨ型で磁極を有するものや、ウィンドウフレーム型のようにコイルが一体化しているものであった（図６、図７参照）。
【００２９】
しかし、正確な磁場計算によると、ヘイカル構造を含むコイルを組み込み、ヘリカル電磁石５０とするには、図５に断面図を示すように、外形が略円柱形状で、同心円的に左右対称の略扇型のコイルスペース５２を有し、このコイルスペース５２に本発明のコイルの製造方法により製造されたヘリカルコイル１０を組み込むことによって、初めて製作が可能になる。
この電磁石５０は、上半分断面形状が略Ｍ型になることに因み、発明者によりＭ型電磁石と命名されている。
【００３０】
従って、本発明のコイルの製造方法によって、いかなる複雑形状のコイルも正確に製造できるようになり、この製造方法によって製作されたヘリカルコイル１０をＭ型電磁石５０に組み込むことにより、ヘリカル電磁石５０が製作可能になり、高度な核物理実験に対応した電磁石を作り出すことができる。
【００３１】
本発明のコイルの製造方法は、上記実施の形態に限定されず種々の変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、角形の巻線に捻りを加えながら巻回す工程で説明した。
これは、角形形状の巻線を用いる方が、コイルスペースの利用効率が良いためであるが、例えば、断面形状が円形の場合は、捻りを加えなくても、断面形状を常に均一に保つことができるために、巻線工具によって捻りを加えながら巻回す工程が構成要件にならない場合があることを付記しておく。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のコイルの製造方法を説明するための図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図２】本発明のコイルの製造方法を説明するための斜視図である。
【図３】本発明のコイルの製造方法に用いる巻型の形状を説明するための図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
【図４】本発明のコイルの製造方法に用いる巻線工具を説明するための側面図である。
【図５】本発明のＭ型電磁石を示す正面図である。
【図６】従来のＨ型電磁石を示す正面図である。
【図７】従来のウィンドウ型電磁石を示す正面図である。
【図８】複雑形状のコイルを示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０：コイル
１２：巻線
２０：基体
３０：巻型
４０：巻線工具
５０：Ｍ型電磁石
５２：コイルスペース
Ｌ：曲線
【図１】
2005123480.tif 000006
【図２】
2005123480.tif 000007
【図３】
2005123480.tif 000008
【図４】
2005123480.tif 000009
【図５】
2005123480.tif 000010
【図６】
2005123480.tif 000011
【図７】
2005123480.tif 000012
【図８】
2005123480.tif 000013