(57)【要約】【課題】本発明は、超電導コイルに樹脂を含浸させる際に、超電導コイル内のボイドの残留の発生を抑制することができる超電導コイルの樹脂含浸方法を提供することを課題とする。【解決手段】環状の超電導コイルを収納した環状の収納容器下部の内側（又は収納容器下部の外側）から収納容器内に樹脂を注入し、収納容器内の残留気体を排出するための収納容器上部の外側（又は収納容器上部の内側）に設置された排出口に向かって収納容器内の樹脂の液面を進行させる。本発明によれば、収納容器内の残留気体を排出するための収納容器上部の外側に設置された排出口に向かって、収納容器内の樹脂の液面を進行させるため、超電導コイルに樹脂を含浸させる際に、超電導コイル内のボイドの残留の発生を抑制することができ、高性能なクエンチレスコイルを形成することができる。【選択図】図１
2007234692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の超電導コイルを収納した環状の収納容器下部の内側から、前記収納容器内に樹脂を注入し、
前記収納容器内の残留気体を排出するための前記収納容器上部の外側に設置された排出口に向かって、前記収納容器内の前記樹脂の液面を進行させることを特徴とする超電導コイルの樹脂含浸方法。
【請求項２】
環状の超電導コイルを収納した環状の収納容器下部の外側から、前記収納容器内に樹脂を注入し、
前記収納容器内の残留気体を排出するための前記収納容器上部の内側に設置された排出口に向かって、前記収納容器内の前記樹脂の液面を進行させることを特徴とする超電導コイルの樹脂含浸方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の超電導コイルの樹脂含浸方法であって、前記排出口に向かって、前記収納容器内の前記樹脂の液面を進行させることにより、前記収納容器内の前記残留気体を前記収納容器外に排出させることを特徴とする超電導コイルの樹脂含浸方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載の超電導コイルの樹脂含浸方法であって、前記収納容器上部外側の角部及び前記収納容器上部内側の角部のうち少なくとも何れかが斜めに形成されていることを特徴とする超電導コイルの樹脂含浸方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の超電導コイルの樹脂含浸方法であって、
前記排出口に接続された排出配管内に設置された液面計により前記収納容器内に前記樹脂が充填されたとを確認した後、前記樹脂の温度を硬化温度まで上昇させることにより、前記樹脂を固化させることを特徴とする超電導コイルの樹脂含浸方法。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の超電導コイルの樹脂含浸方法であって、
前記収納容器に前記樹脂が充填された後、前記樹脂の温度を硬化温度まで上昇させて、前記樹脂を固化させ、
前記樹脂を固化させる際には、前記超電導コイルに直接通電を行うことを特徴とする超電導コイルの樹脂含浸方法。
【請求項７】
請求項６に記載の超電導コイルの樹脂含浸方法であって、前記超電導コイルに直接通電を行う際には、前記超電導コイルの温度を前記超電導コイルの抵抗より導出し、前記温度に基づいて、前記超電導コイルに直接通電する電力を調節することを特徴とする超電導コイルの樹脂含浸方法。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れかに記載の超電導コイルの樹脂含浸方法であって、前記超電導コイルに前記樹脂を含浸させる際には、真空・加圧含浸法を用いることを特徴とする超電導コイルの樹脂含浸方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導コイルの樹脂含浸方法に係り、特に、医療機器であるＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置（以下「ＭＲＩ装置」という。）の超電導コイルに適用するのに好適な樹脂含浸方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＩ装置の解像度を上げるためには、高磁場を達成する必要がある。このためには、密巻きコイルとする必要がある。密巻きコイルとすると、コイル線間の隙間が非常に狭くなり、樹脂含浸時のボイドの残留が問題になる。
【０００３】
超電導コイルへの樹脂含浸においては、コイル内の残留ボイドをできるだけ少なくするため、一般的な方法として真空・加圧含浸法（以下「ＶＩＰ法」という。）が採用されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。特許文献１には、ガラス繊維で覆われたＮｂ3Ｓｎの超電導線で構成されるコイルへの樹脂含浸方法としてＶＩＰ法が記載されている。特許文献２には、多量の絶縁層を有する超電導コイルへの樹脂含浸方法としてＶＩＰ法が記載されている。
【０００４】
ＶＩＰ法における真空含浸では、真空中でコイルに樹脂を含浸することにより、コイル内への気体の混入を抑制する。但し、絶対真空は達成できないことから、コイル内には、若干の気体が残留する場合がある。また、加圧含侵では、真空含浸で含浸できない部分へ樹脂を供給する。さらに、加圧含浸により、残留ボイドの容積を小さくすることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１５４６０７号公報
【特許文献２】特開２００１−１８９２２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば、Ｎｂ−Ｔｉの超電導材に銅材を被服し、その上を絶縁材であるエポキシ樹脂で覆った超電導線をボビンに密巻とした一体型のコイルを対象とする場合、密巻きコイルは、コイル線の隙間が非常に狭いことから、ボイドが発生してしまうと、このボイドは抜け出ることが困難となる。電磁力が作用するとボイドに応力が集中し、ボイドを起点として樹脂割れが発生する。樹脂割れが発生すると、そのエネルギーにより、超電導から常電導に転移するクエンチ現象が発生する。従って、クエンチ現象を回避するためには、超電導コイル内のボイドの残留を生じさせないことが重要となる。
【０００７】
本発明は、超電導コイルに樹脂を含浸させる際に、超電導コイル内のボイドの残留の発生を抑制することができる超電導コイルの樹脂含浸方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
環状の超電導コイルを収納した環状の収納容器下部の内側（又は収納容器下部の外側）から、収納容器内に樹脂を注入し、収納容器内の残留気体を排出するための収納容器上部の外側（又は収納容器上部の内側）に設置された排出口に向かって、収納容器内の樹脂の液面を進行させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、収納容器内の残留気体を排出するための収納容器上部の外側に設置された排出口に向かって、収納容器内の樹脂の液面を進行させるため、超電導コイルに樹脂を含浸させる際に、超電導コイル内のボイドの残留の発生を抑制することができ、高性能なクエンチレスコイルを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施の形態を、以下に説明する。本発明の実施の形態に係る超電導コイルの樹脂含浸方法においては、コイルの内側（つまり、ボビン側）の下部から樹脂を注入し、注入した樹脂の液位の上昇をコイル内側から最も遠い位置であるコイル外側の上部に向かい斜めになるようにする。さらに、コイル外側の上部には気泡溜管が設置される。この斜に上昇する液位の最終到達場所をコイル外側の上部に設置した気泡溜管内とする。
【００１１】
樹脂含浸中の気泡溜管内は、真空引きが行われており、真空状態が維持される。コイル上部のスペーサ−には、コイル中心から気泡溜管へ向かって溝が設けられており、気泡溜管に残存気体が集まり易い構造となっている。さらに、コイル内の残存ガスを上部に（気泡溜管方向に）抜けやするするため、コイル内部枠であるスペーサ部（コイル内側の上部）の角が斜めに加工されている。尚、スペーサ部の角を斜めに加工することで、ボイドが溜まり易いコイル線の隙間の大きい部分を排除する役割をも兼用させる。このような構造とすることで、コイルへの樹脂含浸過程で、コイル内の残留気体の排出を可能とすることができる。
【００１２】
尚、コイルの上部に設置した気泡溜管内に接点式液面計又は熱電温度計を設置し、その信号の変化を基にコイル内が樹脂で満たされたかどうかを判断するようにしてもよい。接点式液面計又は熱電温度計からの信号変化を受けて、次の工程となる樹脂硬化作業（樹脂温度の上昇）を行う。樹脂硬化作業の前に、接点式液面計又は熱電温度計を用いてコイル内が樹脂で満たされているか否かを確認することにより、コイル内が未含浸になることを回避できる。
【００１３】
また、樹脂硬化作業において樹脂温度を上昇させる際に、コイル自身に電力を通電し加熱することにより樹脂の温度を制御するようにしてもよい。樹脂の温度は、コイルの抵抗（Ｒt）変化を基に導出する。具体的には、コイルへの印加電圧（Ｖ）、電流（Ｉ）を計測し、以下の式から導出する。
【００１４】
Ｒt＝Ｖ／Ｉ                                                         …（１）
Ｒt＝Ｒs｛１＋αs（Ｔ2−Ｔs）｝                                     …（２）
ここで、
Ｒs：基準温度における抵抗（Ω）
αs：抵抗の温度係数（銅２０℃で０.００４３）
Ｔs：基準温度
Ｔ2：コイル線の温度（内部樹脂温度に相当）
である。
【００１５】
つまり、上記２つの式より、コイル通電中のコイル温度を求めることができる。求めたコイル温度を基にコイルへの印加電圧を制御し、コイル内の温度管理を行う。尚、本実施の形態においては、樹脂全体の温度を上昇させるために、別のヒータで温度管理を行う。つまり、コイル通電による温度制御はコイル内の温度を一様な温度にするものとして用いる。
【００１６】
樹脂硬化作業において樹脂温度を上昇させる際に、コイル自身に電力を通電し加熱することによりコイル内の温度を一様にすることで、コイル内を一様に硬化させることができる。従って、熱収縮により発生する含浸樹脂内部の空間形成を回避することができる。
【００１７】
次に、本発明における超電導コイルの樹脂含浸方法について、図面を用いて具体的に説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明に係る超電導コイルの樹脂含浸方法に関する第１の実施例を、図１乃至図８を用いて説明する。本実施例は、超電導コイルに樹脂を含浸するに際して、環状の超電導コイルを収納した環状の収納容器下部の内側（又は収納容器下部の外側）から収納容器内に樹脂を注入し、収納容器内の残留気体を排出するための収納容器上部の外側（又は収納容器上部の内側）に設置された排出口に向かって収納容器内の樹脂の液面を進行させることにより、超電導コイル内のボイドの残留の発生を抑制するものである。
【００１９】
第１の実施例における超電導コイルの樹脂含浸方法に用いる装置について説明する。図１は、第１の実施例におけるコイル樹脂含浸装置の全体構成図である。図２は、第１の実施例における樹脂含浸コイルの構造図である。本実施例における樹脂含浸方法は、ＶＩＰ法によるオートクレイブ成形である。まず、樹脂の含浸が行われる超電導コイル１が、オートクレイブ容器２内に設置した樹脂溜め容器３内に設置される。樹脂溜め容器３には、底の部分に、樹脂を樹脂溜め容器３内に注入するための樹脂注入系４が接続されている。また、樹脂の温度を測定するための温度計（Ｔ１）、及び樹脂加熱用のヒータ５が設置されている。オートクレイブ容器２には、真空系６、加圧系統７が接続されており、また、内部の圧力を監視する圧力計（Ｐ１）が設置されている。
【００２０】
ボビン８及びバインダー９の内側に設置された、ガラス絶縁材１０，ＦＲＰ製上部スペーサ１１及びＦＲＰ製下部スペーサ１２に囲まれるように、密巻きコイル１が収納されている。ＦＲＰ製下部スペーサ１２には、バインダー９の下部に設けられた隙間１３から流入する樹脂１４が、ボビン８側に到達するように溝１５が設けられている。また、ＦＲＰ製下部スペーサ１２のボビン側には、コイルへ樹脂を注入するための穴１６が設けられている。
【００２１】
コイル上部のＦＲＰ製上部スペーサ１１には、残存気体が通過しやすいように溝１７が設けられている。つまり、溝１７と接続するようにコイル上部バインダー側に穴１８が空設けられており、その穴１８は気泡溜管１９に繋がっている。この気泡溜管１９内には、接点式の液面計（Ｌ１）が設置されている。液面計（Ｌ１）の設置位置は、樹脂溜め容器３の最終樹脂液位２６より僅かに低い位置に調整されている。この液面計は、気泡溜管１９を複数設ける場合には、その全てに設置することができる。図１においては、計８箇所（Ｌ１−Ｌ８）に液面計を設置した場合を示している。気泡溜管１９の上部には、真空・加圧を行う配管２０が接続されており、配管２０は弁（Ｖ３、Ｖ４）を介して真空・加圧系に接続されている。ここで、弁（Ｖ３、Ｖ４）は、液面計（Ｌ１−Ｌ８）の信号を集中管理する信号処理器（ＬAV）によって、開閉される。また、真空・加圧系にある弁（Ｖ１、Ｖ２）は、樹脂溜め容器３の液面計（Ｌ９）によって開閉される。
【００２２】
樹脂溜め容器３に接続されている樹脂注入系４は、上部の樹脂脱気装置に接続されている。樹脂脱気装置は、脱気樹脂溜めタンク２１、撹拌機２２、樹脂投入口２３、真空系２４、樹脂加熱用ヒータ２５、樹脂投入用の弁（Ｖ５）、樹脂注入用の弁（Ｖ６）、圧力計（Ｐ０）、温度計（Ｔ０）、液面計（Ｌ０）から構成されている。
【００２３】
以下、第１の実施例における超電導コイルの樹脂含浸方法について説明する。
【００２４】
コイル１に含浸する樹脂は、エポキシ樹脂を主剤として硬化剤を混合して用いるものであり、混合後は時間と共にゲル化が進むので、手早く作業を進める必要がある。そのため、樹脂溜め容器３内に樹脂を注入する前に、コイル１への樹脂含浸の準備を整えておく。具体的には、コイル１をオートクレイブ容器２内に設置し、電気、配管各系統を接続し、ヒータ５により含浸時の樹脂温度に樹脂溜め容器３を予熱しておき、加圧用の弁（Ｖ２、Ｖ３）を閉止し、真空引きを行い、オートクレイブ容器２及びコイル１内を真空状態に保つ。
【００２５】
次に、樹脂加熱用ヒータ２５で予熱された脱気樹脂溜めタンク２１にエポキシ樹脂の主剤と硬化剤とを混合した樹脂を投入して、撹拌混合した後、真空系２４から真空引きをして脱気を行う。この時、脱気を行う真空圧は、オートクレイブ容器２及びコイル１内の真空度よりも高めの真空度とする。例えば、コイル１内への含浸時の圧力を７Ｐａとし、脱気樹脂溜めタンク２１の圧力を５Ｐａとすることができる。
【００２６】
脱気圧について、より詳細に、図３を用いて説明する。図３は飽和曲線図であり、樹脂脱気圧と含浸圧の説明図である。図３において、横軸は樹脂温度を、縦軸は圧力を示している。エポキシ樹脂の主剤と硬化剤とを混合した樹脂は、撹拌混合したときの空気、液内に溶け込んでいる溶存気体、水分、揮発性ガス等が混合された状態になっている。この気体成分をできるだけ排除する必要がある。但し、あまり真空度を上げてしまうと、溶剤が減圧沸騰により蒸発してしまうため、混合比が合わなくなり、硬化後の強度変化を起こす可能性がある。従って、脱気樹脂溜めタンク２１の脱気圧（Ｐ０）は、減圧沸騰回避領域で飽和曲線に近い位置（Ｙ１）とする。コイル１内とオートクレイブ容器２内の真空含浸圧は、脱気タンク２１の内圧（Ｐ０）と同等か高めの位置（Ｙ２）とする。コイル１内とオートクレイブ容器２内圧（Ｐ１）を脱気タンク２１の内圧（Ｐ０）より低くすると、その差分の圧力により樹脂溜め容器３内に注入した樹脂から溶存気体がボイドとなり析出し、コイル１内に流入することになるからである。従って、コイル１内とオートクレイブ容器２内の真空含浸圧は、脱気タンク２１の内圧（Ｐ０）と同等か高めの位置（Ｙ２）とする。
【００２７】
この場合、コイル１内とオートクレイブ容器２内の真空含浸圧が若干高めとなることから、コイル１内とオートクレイブ容器２内に残る残留気体が多くなる。コイル上部が密閉された状況で樹脂含浸を行うと、この残留気体はコイル１上部にボイドとなり存在することになる。また、コイル上部が密閉された状況下の密巻きコイルでは、内部にガラス繊維の絶縁材を挿入することがあり、樹脂注入口１３より遠いコイル上部付近の真空度は若干低い状況にある。従って、なおさらコイル１上部に残留気体が多く存在することになる。これは、超電導コイルでクエンチ現象を誘発する原因となる。従って、この残留気体をコイル内に残さない対策が必要となる。
【００２８】
次に、樹脂脱気装置で脱気が完了した樹脂を樹脂溜め容器３に注入し、コイルに樹脂を含浸させる作業について、図６を用いて説明する。図６は、樹脂脱気装置で脱気が完了した樹脂を樹脂溜め容器３に注入開始してからの経過時間に対する、樹脂溜め容器３内の樹脂液位の変化、コイル内含浸液位の変化、コイル１内の圧力変化、オートクレイブ容器２内の圧力変化及びコイル内樹脂温度の変化を示したものである。
【００２９】
初期の装置条件は以下の通りである。つまり、オートクレイブ容器２内とコイル１内は７Ｐａの圧力を維持している。注入樹脂は、初期樹脂温度に調整され、５Ｐａ条件で脱気されて、その後７Ｐａの圧力を維持している。樹脂溜め容器３及びコイル１は初期樹脂温度と同等の温度で予熱されている。
【００３０】
この装置状態で、樹脂脱気装置にある弁（Ｖ６）を開け、樹脂を樹脂溜め容器３に注入する。この状態を図６のａ点に示す。時間経過とともに樹脂溜め容器３の液位が上昇し、満水レベルに到達する。この状態では、コイルは注入した樹脂内に浸かった状態であり、樹脂がコイル内に入るための駆動源は、樹脂溜め容器３に溜まった樹脂の高さである。この高さは僅かであるため、真空含浸では、コイル内の流動抵抗が大きく含浸量は僅かである。
【００３１】
樹脂溜め容器３の液面計（Ｌ９）が作動するｂ点に到達すると、樹脂脱気装置にある弁（Ｖ６）を閉め、樹脂の注入を止める。その後、加圧含浸に移行する。
【００３２】
加圧含浸では、真空系にある弁（Ｖ１）を閉止し、弁（Ｖ３）が閉止状態であることを確認し、加圧系にある弁（Ｖ２）を開き、オートクレイブ容器２内の圧力を徐々に上昇させる。加圧含浸が始まると、コイル１内に樹脂が入り始め、コイル１内液位が上昇する。この時、コイル１内の圧力は、まだ初期に設定した７Ｐａのままである。
【００３３】
コイル１内の液位が上昇して、気泡溜管１９に設置してある液面計（Ｌ１−Ｌ８）が動作する地点ｃでは、コイル内が樹脂で満たされ含侵が終了したことになる。ここで、本実施例においては、真空・加圧含浸を併用して、樹脂をコイル内に含浸し、コイル内空間が全て樹脂に満たされた後、樹脂温度を硬化温度まで上昇させ樹脂を固化させる。この時、重要となるのが、コイル内が樹脂で満たされたかどうかの判定である。この判定があいまいのまま、樹脂温度を硬化温度まで上昇させ樹脂を固化させると、内部に未含浸エリアが発生する等の問題が発生する。そこで、本実施例においては、コイル上部に設置した気泡溜管１９内に液面計（Ｌ１−Ｌ８）を設置し、コイル内が樹脂で満たされたかどうかを確実に判断できるようにする。これにより、次の工程である樹脂硬化作業に移る際に、未含浸の状態を確実に回避することができる。
【００３４】
ｃ点に到達したら、コイル１内樹脂含浸が終了しているので、気泡溜管１９系統の圧力をオートクレイブ容器２圧力に戻す。これは、真空系の弁（Ｖ４）を閉止し、加圧系統接続弁（Ｖ３）を開放する。これにより、オートクレイブ容器２圧力と気泡溜管１９系統の圧力が同圧となる。これで、コイル１内への樹脂含浸が終了するが、圧力は樹脂が硬化するまで維持する。
【００３５】
尚、本実施例においては、超電導コイルに樹脂を含浸させる際に、超電導コイル内のボイドの残留の発生を抑制させるため、以下のような対策を行っている。
【００３６】
まず、樹脂含浸するコイル１上部に気泡溜管１９を設置し、その内部を真空引きしている状態で樹脂含浸を行う。つまり、コイル内を直接真空引きする。これにより、コイル１内の残留気体を効率良く排出させることができる。
【００３７】
さらに、コイル１への樹脂含浸過程を制御する。これについては、図４で説明する。図４は第１の実施例におけるコイル内への樹脂含浸液位制御構成図を示している。ＦＲＰ製下部スペーサ１２には、バインダー下部隙間１３から流入する樹脂１４がボビン側に到達するように溝１５が多数設けられ、ボビン側には、コイルへ樹脂を注入するための穴１６が多数設けられている。これにより、バインダー下部隙間１３から流入する樹脂１４は、ボビン側に誘導され、ボビン側下部より樹脂がコイル１内に流入する。コイル下部のボビン側（コイル内側）より流入した樹脂は、コイル線間の流路を埋め、コイル下部のボビン側と向かい合う位置にあるコイル上部外側に向かい斜めの液位２７を形成し、バインダー９側のコイル上部の気泡溜管１９へ向かい上昇する（つまり、樹脂溜め容器上部の外側に設置された残留気体を排出するための気泡溜管に向かって、樹脂溜め容器内の樹脂の液面が進行する）。つまり、この斜に上昇する液位は、残存気体を斜め上部に押し上げ、コイル上部外側に設置した気泡溜管内を最終到達場所とする。樹脂含浸中の気泡溜管内は、真空引きが行われており、真空状態を維持する。これにより、残留気体は、液位２７に押し上げられ気泡溜管１９に導かれる。なお、コイル内の液位上昇については、コイル下部の外側から樹脂を注入し、注入樹脂液位の上昇を、コイル外側の下部と向かい合う位置にあるコイル上部の内側（ボビン側）に設置された気泡溜管に向かい斜めになるようにしてもよい（つまり、樹脂溜め容器上部の内側に設置された残留気体を排出するための気泡溜管に向かって、樹脂溜め容器内の樹脂の液面を進行させるようにせいてもよい。）。尚、本実施例において、上部とは樹脂溜め容器の高さ方向中間点より上方をいい、下部とは樹脂溜め容器の高さ方向中間点より下方をいう。また、外側とは樹脂溜め容器の径方向中間点より外側をいい、内側とは樹脂溜め容器の径方向中間点より中心側をいう。
【００３８】
さらに、コイル上部のＦＲＰ製上部スペーサ１１に残存気体が通過しやすいように、気泡溜管１９へ向かう溝１７が形成されている。コイル上部のＦＲＰ製上部スペーサ１１に溝１９が設けられ、溝１７と接続するようにコイル上部バインダー側に穴１８が設けられ、穴１８は気泡溜管１９に接続されている。溝１７等により、残留気体が気泡溜管１９に導かれることとなる。
【００３９】
さらに、コイル内の残存ガスを上部に抜けやするするための構造として、コイル内部枠となるスペーサ部の角を斜めに加工する。特に、残留気体が溜まり易いボビン８側上部のＦＲＰ製上部スペーサ１１の角の部分を斜めにカット２８する。スペーサ部の角を斜めに加工することで、ボイドが溜まり易いコイル線の隙間の大きい部分を排除する役割も兼用させる。このような構造とすることで、コイルへの樹脂含浸過程でコイル内の気体の排出を可能とする。コイル１ターン数を少なく調整する場合も図５に示すように、ボビン８側上部のＦＲＰ製上部スペーサ１１の角の部分を斜めにカット２８することになる。
【００４０】
コイル内への樹脂含浸作業が終了した後、樹脂の硬化過程に入る。この樹脂は温度を上げることで硬化するものであり、ｃ点以降のｄ点から樹脂の温度を上昇させて、一次硬化、二次硬化させて樹脂を固める。
【００４１】
ここで、使用される樹脂は、温度を上昇させて硬化させるものであるため、コイル内温度を一様にする温度管理が必要となる。径が大きいコイル内で温度がばらつくと、硬化場所が斑模様になり、樹脂内部に収縮による空間を形成する問題が発生する。そこで、本実施例においては、コイル自身に電力を通電し加熱することに、硬化温度管理を実施する。温度管理は、コイルの抵抗変化を基に温度を導出する。これにより、コイル内の温度を一様な温度で管理することができ、硬化場所が斑模様にならないことで、樹脂内部に空間を形成する問題を回避できる。
【００４２】
尚、樹脂温度の上昇は、樹脂溜め容器３内の樹脂加熱用のヒータ５とコイル１の直接通電による加熱を併用する。これは、コイル１内の温度管理が大きなコイルとなると難しいためである。つまり、径の大きなコイルでは、樹脂溜め容器３外部より加熱する樹脂加熱用のヒータ５だけでは、コイル内で温度差が生じ、硬化時の熱収縮のアンバランスが発生し、含浸樹脂内部に空間が形成される場合もある。樹脂加熱用のヒータ５とコイル１へ直接通電による加熱を併用することにより、コイル内での温度の均一化が図れ、含浸樹脂内部に空間が形成されことを回避できる。この直接通電は、樹脂加熱用のヒータ５の補助的なもので、大きな出力を必要としない。
【００４３】
以下、コイルへの直接通電による加熱について、図７を用いて説明する。図７は、直接通電による加熱法とコイル内温度導出法を説明した図である。Ｎｂ−Ｔｉの超電導コイル１線は、Ｎｂ−Ｔｉ超電導材に銅材を被服したものであり、常伝導では銅線の抵抗となる。このコイル線に直接通電させ、コイルを暖め、間接的に樹脂を加熱する。このようなコイルへの直接通電を採用することで、コイル１内の温度を一様にすることができる。コイルへ電圧Ｖをかけ、電流Ｉを流すと、コイル線の抵抗Ｒｔにより発熱する。コイル内部の温度は、温度上昇に伴う抵抗変化を温度に換算して同定する。これは、以下の式で導出することができる。
【００４４】
Ｒt＝Ｖ／Ｉ                                                         …（１）
Ｒt＝Ｒs｛１＋αs（Ｔ2−Ｔs）｝                                     …（２）
ここで、
Ｒs：基準温度における抵抗（Ω）
αs：抵抗の温度係数（銅２０℃で０.００４３）
Ｔs：基準温度
Ｔ2：コイル線の温度（内部樹脂温度に相当）
つまり、上記２つの式より、コイル通電中のコイル温度が判明する。この温度を基にコイルへの印加電圧を制御し、コイル内の温度管理を行う。但し、全体の樹脂は、別ヒータで温度管理しており、コイル通電による温度制御はコイル内の温度を一様な温度にするためのもので、投入樹脂全体の温度を上昇させるものではない。このようにコイル内の温度を一様にすることで、コイル内を一様に硬化させることができ、熱収縮によって発生する含浸樹脂内部の空間形成を回避でき、超電導コイルのクエンチ原因を回避することができる。
【００４５】
適切な温度制御により樹脂の温度を上昇させて、樹脂を固めることにより、樹脂の硬化作業が終了する。気泡溜管１９は、樹脂含浸後、硬化された後に除去される。また、気泡溜管１９が取付けられているコイル上部バインダー側の穴１８に詰まっている樹脂も除去される。これは、コイル超電導状態での樹脂割れを回避するために行うものである。
【００４６】
以上の作業により、クエンチレスの超電導コイルを作成することができる。
【００４７】
尚、本実施例においては、気泡溜管１９の上部に配管２０が接続されているが、配管２０を用いない構成とすることも可能である。この配管２０は、コイル１内を個別に真空状態とするもので、コイル内の残留気体を強制排気するためのものである。図８に、配管２０を用いない場合の樹脂含浸コイルの構成図を示す。図８に示した樹脂含浸コイルの構成図では、配管２０がないが、その他の構造は図２に示した樹脂含浸コイルの構成図と同様である。配管２０を用いない構成とすることにより、樹脂含浸効果は若干低下するが、簡略化によるコスト削減等の効果を得ることができる。
【００４８】
尚、本実施例に係る超電導コイルの樹脂含浸方法により作成された超電導コイルは、ＭＲＩ装置その他の超電導材を用いたコイルや、常電導材を用いた絶縁コイルなどに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第１の実施例におけるコイル樹脂含浸装置の全体構成図。
【図２】第１の実施例における樹脂含浸コイルの構造図。
【図３】樹脂脱気圧と含浸圧の説明図。
【図４】第１の実施例におけるコイル内への樹脂含浸液位制御構成図。
【図５】第１の実施例におけるコイルターン数調整コイルの内部構成図。
【図６】第１の実施例における樹脂溜め容器の樹脂液位の変化、コイル内含浸液位の変化、コイル内圧力の変化、オートクレイブ容器内の圧力変化及びコイル内樹脂温度変化を示す図。
【図７】直接通電による加熱法とコイル内温度導出法の説明図。
【図８】簡略した樹脂含浸コイルの構造図。
【符号の説明】
【００５０】
１…コイル、２…オートクレイブ容器、３…樹脂溜め容器、４…樹脂注入系、８…ボビン、９…バインダー、２７…斜めの液位、２８…スペーサ角斜めカット部位。
【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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