(57)【要約】【課題】レーストラック型コイル用巻枠を容易かつ短時間で製造すると共に低コスト化を図る。【解決手段】外周面に導線を巻き付けてレーストラック型コイルを形成するための長円筒状の巻枠の製造方法であって、前記レーストラック型コイルの巻枠の厚さ分だけ小さくした外周面を有する成型板を、金属あるいは剛性を有する繊維強化樹脂から製作しておき、前記成型板を加工台上に載置し、前記成型板の外周面に前記導線幅以下の幅を有する半硬化のプリプレグテープを複数ターン巻き付け、前記巻き付け後に、少なくとも直線部の両側外面および上面に押さえ治具を外方より押し当て、ついで、前記プリプレグテープの硬化温度で加熱して硬化させて前記巻枠を成形し、その後、前記成型板より硬化した巻枠を取り外している。【選択図】図３
2009170725.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に導線を巻き付けてレーストラック型コイルを形成するための長円筒状の巻枠の製造方法であって、
製作する前記レーストラック型コイルの巻枠の厚さ分だけ小さくした外周面を有する成型板を、金属あるいは剛性を有する繊維強化樹脂で製作しておき、
前記成型板を加工台上に固定し、
前記成型板の外周面に半硬化のプリプレグテープを前記巻枠の厚さとなるまで複数ターン巻き付け、
前記巻き付け後に、少なくとも直線部の両側外面および上面に押さえ治具を外方より押し当て、
ついで、前記プリプレグテープの硬化温度で加熱して硬化させて前記巻枠を成形し、
その後、前記成型板より硬化した巻枠を取り外していることを特徴とするレーストラック型コイルの巻枠製造方法。
【請求項２】
前記プリプレグテープとして、強化繊維をガラス繊維からなる高強度の連続繊維とし、マトリクス樹脂をエポキシ樹脂からなる熱硬化性樹脂としているプリプレグテープを用いている請求項１に記載のレーストラック型コイルの巻枠製造方法。
【請求項３】
前記押さえ治具を押し当てる前に、成型板に巻き付けたプリプレグテープの外面をラッピング用テープでカバーし、前記プリプレグテープの加熱硬化後に剥離している請求項１または請求項２に記載のレーストラック型コイルの巻枠製造方法。
【請求項４】
前記プリプレグテープを０．６〜３２．４ｇｆの張力で前記成型板に巻き付けている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のレーストラック型コイルの巻枠製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーストラック型コイルの巻枠製造方法に関し、例えば、帯状の超電導線が巻回されて形成されるレーストラック型の超電導コイルを形成するための巻枠として好適に用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、本出願人は、特開平６−２７５４２９号公報（特許文献１）において、レーストラック型の超電導コイルを提供している。該レーストラック型の超電導コイルは、対向する一対の直線部と、該一対の直線部の長さ方向の両端の円弧部とを連続して設けた巻枠の外周面に超電導線を巻回した構成からなる。
【０００３】
通常の円筒状のコイルを形成するための巻枠であれば、円柱状の巻芯に樹脂含浸させたガラス繊維を巻き付けて加熱硬化させるフィラメントワインディング法や板状あるいは塊状の樹脂から母材をＮＣ旋盤で削り出すことにより容易に製造することができる。
これに対し、レーストラック型コイル用の巻枠は、従来、樹脂製の板状母材からＮＣ旋盤により削り出して製造しているが、レーストラック型コイル用の巻枠は通常の円筒状コイルの巻枠と比較して、ＮＣ旋盤で削り出して製作するのに高度な技術を要し、かつ、製作にかかる時間がかかると共に、母材の削り出し量が多く歩留まりが悪くなるため、コスト高になる等の問題がある。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２７５４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、レーストラック型コイルの巻枠を容易かつ短時間で製造すると共に製造コストの低コスト化を図ることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は、外周面に導線を巻き付けてレーストラック型コイルを形成するための長円筒状の巻枠の製造方法であって、
作成する前記レーストラック型コイルの巻枠の厚さ分だけ小さくした外周面を有する成型板を、金属あるいは剛性を有する繊維強化樹脂で製作しておき、
前記成型板を加工台上に固定し、
前記成型板の外周面に半硬化のプリプレグテープを前記巻枠の厚さとなるまで複数ターン巻き付け、
前記巻き付け後に、少なくとも直線部の両側外面および上面に押さえ治具を外方より押し当て、
ついで、前記プリプレグテープの硬化温度で加熱して硬化させて前記巻枠を成形し、
その後、前記成型板より硬化した巻枠を取り外していることを特徴とするレーストラック型コイルの巻枠製造方法を提供している。
【０００７】
前記製造方法によれば、プリプレグテープを成型板に巻き付けて硬化させることにより、長円筒状のレーストラック型コイル用巻枠を製造することができ、従来例のように樹脂製の板材母材から削り出して巻枠を製造する方法と比較して、容易であると共に短時間での製造が可能で量産性がよく、かつ巻枠形成材料に無駄がなく低コスト化を図ることができる。
【０００８】
また、プリプレグテープを巻き付ける成型板自体をレーストラック形状としているため、直線部分に巻き付けたプリプレグテープに負荷される張力より円弧部に巻き付けたプリプレグテープに負荷される張力が大となり、円弧部に巻き付けたプリプレグテープは伸びて厚さが減少しやすい。よって、両側円弧部に巻き付けられたプリプレグテープ層の厚さより直線部に巻き付けられたプリプレグテープ層の厚さが大となり、全周が均一な厚さとならない。この点に関して、本発明では、前記のように、成型板の直線部に巻き付けたプリプレグテープを押さえ治具で外方から押圧して円弧部の厚さと同等として、全周の厚さを均等としている。
さらに、プリプレグシートを複数ターン巻き付けると、各ターン毎でプリプレグシートの幅方向の端縁の位置が不揃いになりやすい。この点に関して、本発明では、押さえ治具により上方からも押圧してプリプレグテープの端縁の位置を揃えている。
よって、この状態で加熱硬化して成形される巻枠は、全周が均等な厚さで且つ端面も平面となっている高品質のレーストラック型コイルの巻枠を製造することができる。
【０００９】
前記プリプレグテープとして、強化繊維をガラス繊維からなる高強度の連続繊維とし、マトリクス樹脂をエポキシ樹脂からなる熱硬化性樹脂としている絶縁性のプリプレグテープを用いることが好ましい。
前記強化繊維は前記ガラス繊維に限定されず、絶縁性を有する高強度の連続繊維であれば良く、前記ガラウ繊維以外にボロン繊維、芳香族ポリアミド繊維、芳香族ポリエステル繊維、超高分子ポリエチレン繊維を用いてもよいが、カーボン繊維は電気導電性を有するため不適である。
一方、マトリクス樹脂としては、前記エポキシ樹脂以外に、不飽和ポリエステル系樹脂、フェノール樹脂、メラミン系樹脂、ユリア系樹脂、ジアリルフタレート系樹脂、ポリイミド系樹脂、ケイ素樹脂等が挙げられる。
その中でも、前記ガラス繊維をエポキシ樹脂で含浸したプリプレグテープが好適に用いられる。
前記したプリプレグテープを巻回して巻枠を形成すると高強度の巻枠とすることができる。
【００１０】
前記押さえ治具を押し当てる前に、成型板に巻き付けたプリプレグテープの外面をラッピング用テープでカバーし、前記プリプレグテープの加熱硬化後に剥離することが好ましい。
本方法では、成型板に巻き付けた半硬化のプリプレグテープを加熱炉で所要温度で加熱して硬化させるが、硬化するまでに半硬化のプリプレグテープのマトリクス樹脂の垂れ落ちを防止し、かつ、押さえ治具にマトリクス樹脂が溶着するのを防止するため、マトリクス樹脂と溶着せず且つ剥離性および加熱時に溶融しない耐熱性の良い樹脂、例えばテフロン（登録商標）製のテープをカバーとして用いることが好ましい。
該カバーはプリプレグシートの押さえ治具を押し当てる外周面に巻き付けて、その端縁を粘着剤で粘着してカバーした状態を保持している。
また、成形型に巻き付けたプリプレグテープの上端面ではマトリクス樹脂の垂れ下がりはないが、上方からの押さえ治具とマトリクス樹脂との溶着を防止するため、巻き付けたプリプレグテープの上端面も前記テフロンテープでカバーして押さえ治具を押し当てることが好ましい。この場合も、プリプレグテープの加熱硬化後にテフロンテープを剥離している。
前記カバー用のテープは、プリプレグテープより溶融温度が高く、剥離性の良いものであれば、テフロンテープに限定されず、例えば、ポリイミドテープを用いてもよい。
【００１１】
前記プリプレグテープを０．６〜３２．４ｇｆの張力で前記成型板に巻き付け、巻き付け後の直線部分の厚さと円弧部分の厚さの差を減少させていることが好ましい。
【００１２】
前記したように、レーストラック型とした成型板の外周面にプリプレグテープを巻き付ける場合、両側の円弧部分はより張力がかかり易い一方、直線部分は円弧部と比較して張力がかかりにくく、所要の複数ターンの巻き付け後において直線部分の巻き付け層の合計厚さは円弧部分と比較して厚くなりやすい。
本発明は、直線部分の円弧部分の厚さの差を出来るだけ減少するため、プリプレグテープの巻き付け時の張力を前記した０．６〜３２．４ｇｆの範囲としている。
０．６ｇｆ以上としているのは、０．６ｇｆより小さいと、張力のかかりにくい成型板の直線部に巻き付けたプリプレグテープは横押さえ治具で押さえても円弧部の厚さと同等にできない程度に厚くなる。また、張力のかかりやすい成型板の円弧部に巻き付けたプリプレグテープも弛くなる。
一方、３２．４ｇｆ以下としているのは、３２．４ｇｆより大きいと、成型板の円弧部に巻き付けたプリプレグテープには張力がかかりすぎ、プリプレグが引き伸ばされて薄くなりすぎることによる。
なお、前記押さえ治具で直線部分を外方から押圧する前の状態で、円弧部分の厚さは直線部分の厚さの７０〜９０％程度とし、前記押さえ治具で１〜３ｋｇｆ/ｃｍ２の圧力で押圧して直線部分の厚さを円弧部分の厚さと同等としている。
【発明の効果】
【００１３】
前述したように、本発明によれば、プリプレグテープを予め製作した成型板に巻き付けて硬化させることにより、長円筒状のレーストラック型コイルの巻枠を製造することができ、樹脂製の板材から削り出して巻枠を製造する方法と比較して短時間に容易に製造できるため、量産化に適する。かつ、巻枠の材料に無駄が発生せず低コスト化を図ることができる。
また、巻枠の直線部分となるプリプレグテープを押さえ治具で両側から押圧してプリプレグテープの直線部分の厚さを円弧部分の厚さと同等として全周を厚さを均等することができ、さらに、押さえ治具により上方から押圧してプリプレグテープの巻き付け端面を揃えることで、巻枠の端面も平面に保持でき、高品質のレーストラック型コイルの巻枠を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図３に、本発明の実施形態を示す。
本実施形態のレーストラック型コイルの巻枠１０は、外周面に帯状の酸化物超電導線を巻回してレーストラック型の超電導コイルを形成するものである。
【００１５】
前記巻枠１０は、図１に示すように、一対の直線部１０ａと、該直線部１０ａの両端をそれぞれ連結する円弧部１０ｂからなる長円筒状（レーストラック形状）であり、直線部１０ａと円弧部１０ｂの径方向の厚さを略均一の３ｍｍとすると共に、軸線方向の幅を５ｍｍとしている。該巻枠１０は強化繊維であるガラス繊維にマトリクス樹脂であるエポキシ樹脂を含浸させた半硬化状のガラステープからなるプリプレグテープ３０を巻回した後に、熱硬化させて形成している。
【００１６】
次に、前記巻枠１０の製造方法について説明する。
まず、巻枠１０を製造する前に、巻枠１０の外周面より巻枠１０の厚さ分だけ小さくした外周面を有し、軸線方向Ｘに直交する断面を長円形状とした成型板２１を製作しておく。該成型板２１の外周面は一対の直線部２１ａと該一対の直線部２１ａの端部同士を連結する円弧部２１ｂからなり、その軸線方向Ｘの高さＨは５ｍｍとしている。
成型板２１は、本実施形態では、強度を有する板状あるいは塊状の繊維強化樹脂を切削加工して形成しているが、金型で成形してもよい。さらに、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属を切削加工、プレス加工して形成してもよい。また、成型板２１は、外周面にプリプレグテープを巻き付けるものであるため、長円形状の筒状とせずに、外周面を長円形状とした中実体としてもよい。
【００１７】
前記成型板２１を図２に示す平板状の加工台２０の上面２０ａに載置して固定する。
前記加工台２０も成型板２１と同様に、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）等により成形している。  なお、加工台２０および成型板２１を形成する材質は、後述する加熱温度で変形しない耐熱性および剛性を有するものとしている。
【００１８】
前記成型板を固定した加工台２０をモータ等を備えた回転手段（図示せず）上に載置し、回転手段の回転軸上に成型板２１の中心点Ｏを位置決めし、回転手段により加工台２０と成型板２１が中心点Ｏを中心に回転する構成としている。
一方、加工台２０の成型板２１に巻き付ける前記プリプレグテープ３０は広幅面と狭幅面からなる帯状としており、広幅面３０ｙにおけるテープ長さ方向と直交する方向を幅方向Ｙと称す。
前記プリプレグテープ３０は加工台２０の成型板２１に巻き付けられる前は、テープ巻きした状態でテープ供給装置４０に回転自在に取り付けている。
【００１９】
ついで、前記プリプレグテープ３０をテープ供給装置４０から引き出し、プリプレグテープ３０の一端３０ａを成型板２１の外周面の所要箇所に粘着テープで固定する。
次いで、加工台２０と成型板２１を回転手段により回転させ、加工台２０と成型板２１の回転によりプリプレグテープ３０が引っ張られてテープ供給装置４０より引き出され、この引き出されたプリプレグテープ３０が順次成型板２１の外周面に巻き付けられる。
このとき、プリプレグテープ３０はその幅方向Ｙが成型板２１の軸線方向Ｘと一致するように成型板２１に巻き付けられる。
また、プリプレグテープ巻き付け持のプリプレグテープ３０にかかる張力を０．６〜３２．４ｇｆとしている。本実施形態ではプリプレグテープ３０を１９．４ｇｆの張力で成型板２１に巻き付けている。
前記加工台２０が１回転すると、２ターン目からはプリプレグテープ３０が成型板２１に巻き付けられたプリプレグテープ３０の外面に順次巻き付けられる。
【００２０】
前記方法によりプリプレグテープ３０を成型板２１に所要ターン数巻き付けた後、成型板２１に巻き付けたプリプレグテープ３０をテープ供給装置４０側のプリプレグテープ３０から切り離す。
【００２１】
ついで、図３（Ａ）に示すように、成型板２１に巻き付けたプリプレグテープ３０の外周面にテフロンテープからなるラッピング用テープ３１を巻き付けて、その端縁を巻き付けたラッピング用テープ３１の外面に粘着剤で固着し、巻き付け状態のプリプレグテープの外周面をラッピングする。
また、成型板２１に巻き付けたプリプレグテープ３０の上端面もテフロンテープからなるラッピング用テープ３２で被覆する。
【００２２】
次いで、図３（Ｂ）に示すように、成型板２１の直線部２１ａに巻き付けたプリプレグテープ３０の外側面を両側から角柱状の横押さえ治具２２を前記ラッピング用テープ３１に押し当てて押圧する。
次いで、図３（Ｃ）に示すように、プリプレグテープ３０の幅方向Ｙの上端面３０ｂをラッピング用テープ３２を介して上方から板状の上押さえ治具２３で押圧して、該プリプレグテープ３０の幅方向の上下両端面（狭幅面）３０ｂ、３０ｃを上押さえ治具２３の下面２３ａと加工台２０の上面２０ａとで押圧する。
巻き付け前のプリプレグテープ３０の幅は製造した巻枠に巻回される超電導線の幅以下としているが、成型板２１に巻き付けたプリプレグテープ３０を横押さえ治具２２と上押さえ治具２３で押圧したときに、プリプレグテープ３０の幅が超電導線の幅と同程度となるようにしている。
なお、横押さえ治具２２と上押さえ治具２３は加工台２０と同様のＦＲＰにより成形している。
【００２３】
次いで、前記加工台２０を回転手段より取り外し、硬化炉に挿入して、該硬化炉内で１２０℃で３時間加熱し、プリプレグテープ３０のマトリクス樹脂を硬化させて一体化させる。
その後、加工台２０を硬化炉より取り出し、加工台２０から上押さえ治具２３、横押さえ治具２２を取り外す。さらに、成型板２１から硬化して一体化されたプリプレグテープ３０を取り出し、該プリプレグテープ３０にラッピングしたラッピング用テープ３１を剥離する。
これにより、プリプレグテープ３０の積層体からなるレーストラック型コイルの巻枠１０が製造される。
【００２４】
前記した本発明の巻枠製造方法によれば、成型板を予め設けておき、該成型板に半硬化のプリプレグテープ３０を巻き付けた後に熱硬化させているため、長円筒状のレーストラック型コイル用の巻枠１０を短時間で容易に製造することができる。よって、前記１つの成型板を用いることで、同一形状の巻枠の短時間で量産化できる。
また、プリプレグテープ３０を成型板２１に巻き付けて長円筒状とし、そのまま硬化させて巻枠１０とするため、巻枠材料となるプリプレグテープに無駄が発生せず、巻枠を低コストで製造することができる。
【００２５】
さらに、成型板２１の直線部２１ａに巻き付けたプリプレグテープ３０を横押さえ治具２２で両側から押圧して直線部分の厚さと円弧部分の厚さと同等とし、かつ、上押さえ治具２３により上方から押圧して端面側の形状を揃えた状態で加熱硬化しているため、成型板２１にプリプレグテープ３０を巻き付ける方法で巻枠を製造しても、所要形状を有する高品質の長円筒状のレーストラック型コイル用の巻枠を製造することができる。
【００２６】
実施の形態はすべての点で例示であって、これら実施形態に限定されず、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の巻枠は、帯状の超電導線を巻回して形成する超電導コイル用の巻枠として好適に用いられ、該巻枠に超電導線を巻回して形成した超電導コイルは、自動車等の駆動用モータや、その他発電機、変圧器、超電導電力貯蔵装置（ＳＭＥＳ）等の超電導機器に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態の巻枠の斜視図である。
【図２】（Ａ）（Ｂ）はプリプレグテープを成型板に巻き付ける方法を示す図面である。
【図３】（Ａ）は成型板にプリプレグテープを巻き付けた状態を示す平面図、（Ｂ）は成型板に巻き付けたプリプレグテープを横押さえ治具で押圧した状態を示す平面図、（Ｃ）は成型板に巻き付けたプリプレグテープを横押さえ治具と上押さえ治具で押圧した状態を示す成型板短軸方向の断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  巻枠
１０ａ  直線部
１０ｂ  円弧部
２０  加工台
２１  成型板
２１ａ  直線部
２２  横押さえ治具
２３  上押さえ治具
３０  プリプレグテープ
３１  ラッピング用テープ
【図１】
2009170725.tif 000003
【図２】
2009170725.tif 000004
【図３】
2009170725.tif 000005