(57)【要約】【課題】プレス成型回数を減少させ、偏向電磁石コイルの製造時間を短縮することを目的とする。【解決手段】巻線定盤１と、巻線定盤１に設置され、所定の高さを有し巻線定盤１に平行な断面が円孤形状の巻枠２と、巻線定盤１における巻枠２の内径側に着脱可能に設置され、所定の高さを有する張りコマ３と、巻枠２の内径側に導体４を押圧するプレス治具９とを備える。導体４を巻回する際に、張りコマ３は、導体４を巻枠２の外周に沿わせる場合の導体長と、導体４を巻枠２及び当該張りコマ３の外周側に沿わせる場合の導体長が等しくなる位置に設置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体を巻回し、円孤形状に形成する偏向電磁石コイルの巻線装置であって、
巻線定盤と、巻線定盤に設置され、所定の高さを有し前記巻線定盤に平行な断面が円孤形状の巻枠と、前記巻線定盤における前記巻枠の内径側に着脱可能に設置され、所定の高さを有する張りコマと、前記巻枠の内径側に前記導体を押圧するプレス治具とを備え、
前記導体を巻回する際に、前記張りコマは、前記導体を前記巻枠の外周に沿わせる場合の導体長と、前記導体を前記巻枠及び当該張りコマの外周側に沿わせる場合の導体長が等しくなる位置に設置されることを特徴とする偏向電磁石コイルの巻線装置。
【請求項２】
前記巻線定盤は、前記張りコマの位置を設定する位置決めピンを係合する係合穴を有し、前記位置決めピンは前記巻線定盤に着脱可能に設置され、
前記導体を巻回する際に、前記張りコマは前記位置決めピンに当接することを特徴とする請求項１記載の偏向電磁石コイルの巻線装置。
【請求項３】
前記張りコマを前記巻枠の内径側に対向する距離を変える方向に移動させるスライド機構を備え、
前記導体を巻回する際に、前記張りコマは、前記巻線定盤及び前記スライド機構に着脱可能に設置されることを特徴とする請求項１記載の偏向電磁石コイルの巻線装置。
【請求項４】
導体を巻回し、円孤形状に形成する偏向電磁石コイルの巻線方法であって、
所定の高さを有し高さ方向と垂直な断面が円孤形状の巻枠が設置された巻線定盤に、張りコマを所定の位置に設置する張りコマ設置手順と、
前記巻枠及び張りコマの外周側に沿わせて、前記導体を所定の回数だけ巻線し、前記巻枠及び前記張りコマの外周側に前記巻線定盤の垂直方向に層をなした層状枠体を形成する層状枠体形成手順と、
前記張りコマを前記巻線定盤から取り外し、前記層状枠体を前記巻枠の内径側にプレス治具にて押圧するプレス成型手順とを含み、
前記張りコマ設置手順の際に、前記張りコマは、前記導体を前記巻枠の外周に沿わせる場合の導体長と、前記導体を前記巻枠及び前記張りコマの外周側に沿わせる場合の導体長が等しくなる位置に設置され、
前記偏向電磁石コイルの巻線層数が所定の層数に達していない場合に、前記張りコマ設置手順、前記層状枠体形成手順及び前記プレス成型手順を繰り返すことを特徴とする偏向電磁石コイルの巻線方法。
【請求項５】
前記層状枠体形成手順において、前記層状枠体は外周側に複数の層を形成することを特徴とする請求項４記載の偏向電磁石コイルの巻線方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイクロトロン放射光発生装置等の円形加速器における荷電粒子ビームや、円形加速器により加速された荷電粒子ビームを偏向させる偏向電磁石のコイルの巻線方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
円形加速器等においては、荷電粒子ビームが所定の円軌道を描きつつ加速させるために偏向電磁石が用いられている。例えば特許文献１には、曲率中心を有した円弧状に荷電粒子ビームの軌道を曲げるコイル（円弧状コイルと呼ぶ）を有する偏向電磁石が記載されている。偏向電磁石は、ヨークに組み込んだ円弧状コイルに電流を流すことで、ヨーク磁極の間に磁場を発生させて、磁力により高エネルギーに加速された荷電粒子のビームを偏向させるものである。従来の偏向電磁石は、所定のギャップを介して互いに対向する一対の磁極及びこの一対の磁極を連結するヨークを有するとともに、多数枚の電磁鋼板が積層されて構成された電磁石本体と、この電磁石本体に設けられ磁極間のギャップに一様の磁場を発生させてギャップ内を通る荷電粒子ビームの軌道を、曲率中心を持つ円弧状に曲げる円弧状コイルとを備えていた。
【０００３】
円弧状コイルは、荷電粒子ビーム軌道の外周側及び内周側を交互に回転するように導体が巻かれ、円弧状コイルの内周側及び外周側は円弧状になっている。円弧状コイルは、成型後にヨークに組み込みが可能な形状で、かつ導線を密着させるために製作精度が求められる。円弧状コイルの巻線方法は、例えば特許文献２に示されているように、１ターン毎に導体を巻芯に沿わせて巻き付けることで、円弧形状のコイルを成型していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２５２１００号公報（００１５段、図１）
【特許文献２】特開平９−２２７９９号公報（００４４段、図９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
円弧形状に導線を巻回する巻線方法は、特許文献２に具体的に記載されていない。例えば、円弧形状の巻芯とプレス治具を用いて巻線を行うことが考えられる。まず巻線張力を利用し、円弧形状の巻芯に沿わせて巻線を行う。巻芯の内径側では、巻線張力を緩め、プレス治具を用いて導体を巻芯の内径側にプレスする。続いて、導体を巻芯に固定し、再び巻線張力を掛けて巻芯に沿わせて巻線を行う。上記を繰り返し行うことで、所定の円弧形状を形成することができる。
【０００６】
しかしながら、巻線が巻芯の内径側にさしかかると導体を巻芯に沿わせるためにプレス成型しなければならず、１ターンの巻線毎にプレス成型することが必要であり、製作するコイルのターン数に比例して、プレス成型工程が増加する問題があった。プレス成型工程が増加することで偏向電磁石コイルの製造に時間がかかる問題があった。
【０００７】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、プレス成型回数を減少させ、偏向電磁石コイルの製造時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
巻線定盤と、巻線定盤に設置され、所定の高さを有し巻線定盤に平行な断面が円孤形状
の巻枠と、巻線定盤における巻枠の内径側に着脱可能に設置され、所定の高さを有する張りコマと、巻枠の内径側に導体を押圧するプレス治具とを備える。導体を巻回する際に、張りコマは、導体を巻枠の外周に沿わせる場合の導体長と、導体を巻枠及び当該張りコマの外周側に沿わせる場合の導体長が等しくなる位置に設置される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る偏向電磁石コイルの巻線装置は、巻枠２及び張りコマ３の外周側に巻線定盤１の垂直方向に層をなした層状枠体３１を形成することができ、プレス成型回数を減少させ、偏向電磁石コイルの製造時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１による巻線装置を説明する図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】実施の形態１による巻線装置にて層状枠体をプレス成型する際の図である。
【図４】実施の形態１による巻線装置にて行う２層目の巻線方法を説明する図である。
【図５】実施の形態１による巻線方法を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２による巻線方法を説明する図である。
【図７】実施の形態２による巻線方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態３による巻線装置を説明する正面図である。
【図９】本発明の実施の形態３による巻線装置を説明する裏面図である。
【図１０】図８及び図９のＢ−Ｂ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１〜図３は実施の形態１による巻線装置を説明する図である。図１は巻線装置の正面図であり、１層目の巻線を巻いた状態である。図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。図３は、層状枠体を巻線装置にてプレス成型する際の図である。巻線装置５０は、巻線定盤１と、巻枠２と、張りコマ３と、プレス治具９を備える。巻線定盤１に円弧形状の巻枠２と巻枠２の内径側に張りコマ３が着脱可能に設置される。巻枠２は、所定の高さを有し巻線定盤１に平行な断面、あるいは高さ方向と垂直な断面が円弧形状である。巻枠２は、巻線定盤１に固定するための６つに貫通穴２０と、巻枠２の裏面に巻線定盤１に設けられた巻枠位置決めピン５ａ、５ｂに係合する係合穴１５を有する。巻枠２は、係合穴１５と巻枠位置決めピン５ａ、５ｂに係合させ、巻枠取り付けボルト６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ、６ｆで巻線定盤１に固定される。張りコマ３は、所定の高さを有し、巻線定盤１に固定するための貫通穴１９を有する。張りコマ３は、巻線定盤１に設けられた長穴１８がある部分に配置され、巻線定盤１の係合穴１６に着脱可能に設けられた位置決めピン（１層目）７ａ、７ｂに当接させて、コマ取り付けボルト８とナット３０にて、巻線定盤１に固定される。張りコマ３及び巻枠２の設置位置は、導体４を巻枠２の外周に沿わせる際の導体長と、導体４を巻枠２及び張りコマ３の外周側に沿わせる際の導体長が等しくなる位置に設置されている。また、巻枠２及び張りコマ３の位置関係は、巻枠位置決めピン５ａ、５ｂと位置決めピン７ａ、７ｂによって再現性を確保している。巻枠２及び張りコマ３の所定の高さは、それぞれ偏向電磁石コイルの高さよりも高ければよい。
【００１２】
図１及び図２に示す巻線装置５０の巻枠２及び張りコマ３の外周側に沿わせて、張りコマ３の側である内径側が凸状になるように導体４を所定の回数だけ巻線し、巻枠２及び張りコマ３の外周側に巻線定盤１の垂直方向に層をなした層状枠体３１を形成する。１層目の層状枠体３１ａは１層目導体４ａで形成される。層状枠体３１は、最終的に巻枠２の外周形状になるようにプレス成型されるので、巻枠２の外径側に位置する側を層状枠体３１の外径側と呼び、巻枠２の内径側に位置する側を層状枠体３１の内径側と呼ぶことにする
。図２は、層状枠体３１ａが巻枠２及び張りコマ３の高さまで形成された例を示している。図３に示すように、プレス治具９は、当て板２１と複数の、例えば３つのプレス金具２２ａ、２２ｂ、２２ｃを有し、巻線定盤１に着脱可能に設けられる。それぞれのプレス金具２２は、プレス金具台２３と締め付けボルト２４を有する。
【００１３】
図３及び図４を用いて、巻線装置５０にて層状枠体３１をプレス成型する方法を説明する。図４は、実施の形態１による巻線装置にて行う２層目の巻線方法を説明する図である。図１のように、１層目の層状枠体３１ａが、その内径側が凸状に形成された後に、着脱可能に設置された張りコマ３と位置決めピン７ａ、７ｂは巻線定盤１から取り外される。図３に示すように、プレス治具９にて層状枠体３１の内径側は巻枠２の内径側に押圧され、層状枠体３１は巻枠２の形状である円弧形状になるようにプレス成型される。その後、プレス治具９は図示しない固定具で巻線定盤１に固定され、層状枠体３１の円弧形状を保持する。
【００１４】
次に、図４に示すように、１層目の層状枠体３１ａをプレス治具９で固定した状態で、張りコマ３が再度設置されて、２層目のコイル巻線を巻く構成にする。この際、張りコマ３を２層目の２層目導体４ｂの周長に合わせた位置に設置できるように、張りコマ３は巻線定盤１に２層目用の位置決めピン１７ａ、１７ｂで位置決めされて、コマ取り付けボルト８とナット３０にて、巻線定盤１に固定される。１層目の層状枠体３１ａが形成された巻枠２及び張りコマ３の外周側に沿わせて、張りコマ３の側である内径側が凸状になるように導体４を所定の回数だけ巻線し、１層目の層状枠体３１ａが形成された巻枠２及び張りコマ３の外周側に巻線定盤１の垂直方向に層をなした２層目の層状枠体３１ｂを形成する。
【００１５】
実施の形態１の巻線装置５０は、上記のように層状枠体３１を外周側に形成することを繰り返し行うことで、複数層を有するコイルを効率良く形成することができる。
【００１６】
次に巻線装置５０を用いた偏向電磁石コイルの巻線方法を説明する。図５は、実施の形態１による巻線方法を示すフローチャートである。まず、図１及び図２に示すように、巻線定盤１に巻枠２を設置する（ステップＳＴ１）。巻線定盤１に張りコマ３を設置する（ステップＳＴ２、張りコマ設置手順）。図１に示すように、内径側が凸状になるように導体４を巻線し、層状枠体３１を形成（ステップＳＴ３、層状枠体形成手順）。ステップＳＴ３では、上述したように、巻線装置５０の巻枠２及び張りコマ３の外周側に沿わせて、張りコマ３の側である内径側が凸状になるように導体４を所定の回数だけ巻線し、巻枠２及び張りコマ３の外周側に巻線定盤１の垂直方向に層をなした層状枠体３１を形成する。
【００１７】
次に、張りコマ３を取り外す（ステップＳＴ４）。図３に示すように、内径側が円弧形状になるように層状枠体３１を、プレス治具９でプレス成型する（ステップＳＴ５、プレス成型手順）。プレス治具９で層状枠体３１を円弧形状に固定し、層状枠体３１の円弧形状を保持する。（ステップＳＴ６）。１層目導体４ａのスプリングバック及び層状枠体３１の巻崩れを防止するために、プレス治具９で層状枠体３１を固定する。ステップＳＴ６が終了すると１層分のコイル巻線が完成する（ステップＳＴ７）。次に所定層分の巻線手順（ステップＳＴ２からステップＳＴ７）が終了したかを判定する（ステップＳＴ８）。所定層分に達していない場合は、ステップＳＴ２に戻り、巻線手順を行う。所定層分に達していた場合は、ステップＳＴ９に進む。
【００１８】
ステップＳＴ９にて、コイル全周をプレス成型加熱して、接着剤で接着一体化する（ステップＳＴ９）。接着剤が硬化すると、所定層を有する偏向電磁石コイルが完成する（ステップＳＴ１０）。
【００１９】
上記のように実施の形態１の巻線装置５０では、１層毎の複数ターンを一度に巻線プレスを行うので、従来の巻線方法のように、ターン毎のプレス成型作業を行い、プレス成型工程が増加することで偏向電磁石コイルの製造時間が長くなっていたのとは異なり、プレス成型工程を少なくでき、巻線作業を短縮することが可能である。したがって、プレス成型回数を減少させ、偏向電磁石コイルの製造時間を短縮することができる。
【００２０】
以上のように実施の形態１の偏向電磁石コイルの巻線装置５０によれば、巻線定盤１と、巻線定盤１に設置され、所定の高さを有し巻線定盤１に平行な断面が円孤形状の巻枠２と、巻線定盤１における巻枠２の内径側に着脱可能に設置され、所定の高さを有する張りコマ３と、巻枠２の内径側に導体４を押圧するプレス治具９とを備え、導体４を巻回する際に、張りコマ３は、導体４を巻枠２の外周に沿わせる場合の導体長と、導体４を巻枠２及び当該張りコマ３の外周側に沿わせる場合の導体長が等しくなる位置に設置されるので、巻枠２及び張りコマ３の外周側に巻線定盤１の垂直方向に層をなした層状枠体３１を形成することができ、プレス成型回数を減少させ、偏向電磁石コイルの製造時間を短縮することができる。
【００２１】
実施の形態１の偏向電磁石コイルの巻線方法によれば、所定の高さを有し高さ方向と垂直な断面が円孤形状の巻枠２が設置された巻線定盤１に、張りコマ３を所定の位置に設置する張りコマ設置手順と、巻枠２及び張りコマ３の外周側に沿わせて、導体４を所定の回数だけ巻線し、巻枠２及び張りコマ３の外周側に巻線定盤１の垂直方向に層をなした層状枠体３１を形成する層状枠体形成手順と、張りコマ３を巻線定盤１から取り外し、層状枠体３１を巻枠２の内径側にプレス治具９にて押圧するプレス成型手順とを含み、張りコマ設置手順の際に、張りコマ３は、導体４を巻枠２の外周に沿わせる場合の導体長と、導体４を巻枠２及び張りコマ３の外周側に沿わせる場合の導体長が等しくなる位置に設置され、偏向電磁石コイルの巻線層数が所定の層数に達していない場合に、張りコマ設置手順、層状枠体形成手順及びプレス成型手順を繰り返すので、プレス成型回数を減少させ、偏向電磁石コイルの製造時間を短縮することができる。
【００２２】
実施の形態２．
実施の形態１では、コイル１層毎に、巻線及びプレス成型する場合について述べたが、導体４のサイズが小さく、剛性が低いもの、例えば導体厚さが１ｍｍ程度のものであれば、複数層または、コイル全層を一度に巻線した後にプレス成型することが可能である。図６は本発明の実施の形態２による巻線方法を説明する図である。実施の形態１とは、複数層または、コイル全層を一度に巻線した後にプレス成型する点で異なる。導体４は、剛性が低く、導体断面積が小さいものである。導体４の断面形状は、円形でも四角型でもよい。断面形状が円形の場合は、例えば断面形状の直径が１ｍｍ程度のものであればよい。
【００２３】
図７は、実施の形態２による巻線方法を示すフローチャートである。実施の形態２のフローチャートは、図５のフローチャートからステップＳＴ３がステップＳＴ１１に変更され、ステップＳＴ７がステップ１２に変更された点で異なる。巻線定盤１に張りコマ３が設置された（ステップＳＴ２）後に、ステップＳＴ１１（層状枠体形成手順）にて、内径側が凸状になるように導体４を、所定の複数層分だけ巻線し、層状枠体３１を形成する。また、ステップＳＴ６が終了するとプレス成型されたコイル巻線が完成する（ステップＳＴ１２）。次に所定層分の巻線手順（ステップＳＴ２からステップＳＴ１１）が終了したかを判定する（ステップＳＴ８）。所定層分に達していない場合は、ステップＳＴ２に戻り、巻線手順を行う。所定層分に達していた場合は、ステップＳＴ９に進む。
【００２４】
実施の形態２の巻線方法は、複数層に形成した層状枠体３１をプレス成型するので、実施の形態１に比べてさらにプレス成型工程を少なくでき、巻線作業を短縮することが可能である。したがって、実施の形態１に比べてさらにプレス成型回数を減少させ、偏向電磁
石コイルの製造時間を短縮することができる。
【００２５】
また、全層の巻線を一度に行うこともできる。全層の巻線を一度に行う場合は、プレス固定金具を設置して巻線作業を行うことがなく、張りコマ３、プレス治具９の着脱作業およびプレス成型作業を１回で済ませるので、プレス成型回数を大幅に減少させ、偏向電磁石コイルの製造時間を大幅に短縮することができる。
【００２６】
実施の形態３．
実施の形態１では、張りコマ３を設置するために、各層毎に位置決めピンを設ける構造を示したが、図８〜図１０に示すように、巻線装置５０（５０ｂ）は張りコマ３を任意の位置にスライドさせるスライド機構１０を備えることで、実施の形態１と同等の効果が得られると共に、１つの巻線装置５０にて類似形状の偏向電磁石コイルの巻線を行うことができる。以下に説明する。
【００２７】
図８〜図１０は実施の形態３による巻線装置を説明する図である。図８は巻線装置の正面図であり、１層目の巻線を巻いた状態である。図９は、図８におけるＢ−Ｂ断面図である。図１０は、巻線装置の裏面図である。スライド機構１０は、２つのレール支持台１３ａ、１３ｂと、２つのレール１２ａ、１２ｂと、ボールねじ２５と、コマ固定台１４を有する。また、コマ固定台１４には張りコマ３の位置を確認するための側長ユニット１１が設けられる。測長ユニット１１は、例えば巻枠２側に位置するレール支持台１３ｂからの距離を測定する。ボールねじ２５における巻線定盤１の外側にはハンドルが設けられ、ハンドルを回すことでコマ固定台１４が巻線定盤１の外側から内側まで移動することができる。すなわち、スライド機構１０は張りコマ３を巻枠２の内径側に対向する距離を変える方向に移動させることができる。
【００２８】
巻線装置５０ｂを用いた偏向電磁石コイルの巻線方法を説明する。基本的には実施の形態１と同様であるが、ステップＳＴ２でスライド機構１０を用いる点で異なる。ステップＳＴ２にて、張りコマ３をスライド機構１０に取り付け、測長ユニット１１により測定した距離を確認しながら、張りコマ３を所定の位置に移動し、設置する。ステップＳＴ４にて、張りコマ３をスライド機構１０及び巻線定盤１から取り外す。
【００２９】
実施の形態３の巻線装置５０ｂは、張りコマ３を所定位置に変更するスライド機構１０を設けたので、位置決めピン７ａ、７ｂ、１７ａ、１７ｂ等を係合する係合穴を不要にでき、巻線定盤１を取り変えることなく、類似形状の偏向電磁石コイルの巻線を行うことができる。
【００３０】
また、実施の形態３の巻線装置５０ｂは、張りコマ３を所定位置に変更するスライド機構１０を設けたので、実施の形態１と異なり位置決めピン７ａ、７ｂ、１７ａ、１７ｂの着脱を行わないので、実施の形態１よりも張りコマ３の位置設定作業を短時間で行うことができる。また、実施の形態３の巻線装置５０ｂは、実施の形態１の巻線装置５０ａに比べて、位置決めピンを不要にでき、部品点数を少なくすることができる。
【００３１】
なお、実施の形態３の巻線装置５０ｂを用いた偏向電磁石コイルの巻線方法として、実施の形態２に示した複数層または、コイル全層を一度に巻線した後にプレス成型する方法にも適用できる。
【符号の説明】
【００３２】
１…巻線定盤、２…巻枠、４、４ａ、４ｂ…導体、７ａ、７ｂ…位置決めピン、９…プレス治具、１０…スライド機構、１６…係合穴、１７ａ、１７ｂ…位置決めピン、３１、３１ａ、３１ｂ…層状枠体、５０、５０ａ、５０ｂ…巻線装置。
【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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【図９】
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【図１０】
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