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JP2829008B2 - 超電導磁石.半導体単結晶引上げ装置.核磁気共鳴装置及び超電導磁石の製造方法 - Google Patents
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JP2829008B2 - 超電導磁石.半導体単結晶引上げ装置.核磁気共鳴装置及び超電導磁石の製造方法 - Google Patents

超電導磁石.半導体単結晶引上げ装置.核磁気共鳴装置及び超電導磁石の製造方法

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JP2829008B2
JP2829008B2 JP63287537A JP28753788A JP2829008B2 JP 2829008 B2 JP2829008 B2 JP 2829008B2 JP 63287537 A JP63287537 A JP 63287537A JP 28753788 A JP28753788 A JP 28753788A JP 2829008 B2 JP2829008 B2 JP 2829008B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、高磁界発生装置や核磁気共鳴装置NMR、単
結晶引上げ装置、エレクトロンビーム転写装置等に使用
される超電導磁石及び半導体単結晶引上げ装置及び核磁
気共鳴及び超電導磁石の製造方法に関する。
(従来の技術) 産業用、医療用等に用いられるNbTi超電導コイルは、
広い空間に効率よく磁界を発生させるために、銅比の比
較的小さいNbTi線を密巻きに巻回して用いるのが普通で
ある。これら装置を使用中に万が一超電導コイルの超電
導特性が破れるクエンチが発生すると、大量の液体ヘリ
ウムが大気に放出され危険であるし、再び使用状態に立
ち上げるのに、多額の費用と時間とを費やす。
そこでこれらの超電導コイルの設計者は、超電導線の
負荷率に安全を見込み30〜50[%]のマージンをとるの
が普通である。
超電導特性を劣化させるクエンチの原因として、非含
浸の超電導コイルの場合は、超電導導体の10[μm]〜
100[μm]の動きによる摩擦発熱があげられる。これ
を防ぐ方法として、巻線張力を増して、巻線部の半径方
向の応力を強めて、強い摩擦力で超電導導体の動きを小
さくする方法が考えられる。この方法では、ある程度の
クエンチ電流を上げる事が可能であるが、動き自体を止
める事は不可能である。
また強い巻線張力で製作した超電導コイルは、巻線部
が通電によっても巻枠に強く押し付けられているので、
電磁力による巻線部の軸方向収縮力により、超電導コイ
ル端部の巻線部と巻枠との境界で、せん断力の集中が起
こり、トレーニングによっても臨界電流値にまで到達し
ないことが多い。
超電導導体の動きを抑える方法として、超電導コイル
全体をエポキシ等で含浸する方法がある。しかし、金属
巻枠と一体化し含浸された超電導コイルは、巻枠と巻枠
部との間に生じるせん断力の集中を生じてしまい、クラ
ックや巻枠からの剥離をお越し超電導特性が劣化してし
まうのが普通で、やはり高い負荷率で超電導コイルを運
転することは困難であった。
超電導コイルを高い負荷率で運転することは直ちにNb
Tiの量を減らしてコストダウンに結び付くが、磁界発生
の高効率化や液体ヘリウムの量の低減、システム全体の
コンパクト化に繋がるのでメリットが非常に大きいが、
以上の様な理由によって、高い負荷率で使用できる安定
な超電導磁石を製作することは困難であった。
(発明が解決しようとする課題) そこで本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、クエンチの発生がなく、磁界発生の効率が良く、
高い負荷率で安定に運転することのできる超電導磁石及
びこれを用いた半導体単結晶引上げ装置及び核磁気共鳴
装置及び超電導磁石の製造方法の提供を目的としてい
る。
(課題を解決するための手段) 本発明の超電導磁石は、樹脂によって含浸される超電
導コイルと、前記超電導コイルの端面と共に含浸される
強化樹脂からなるフランジと、前記フランジを介して前
記超電導コイルの半径方向に働く力を支持吸収する支持
材とから構成される。
次に本発明の半導体単結晶引上げ装置は、超電導線と
超電導線との間を樹脂によって含浸してなる超電導コイ
ルと、前記超電導コイルの端面と共に含浸される強化樹
脂からなるフランジと、前記フランジを介して前記超電
導コイルの半径方向に働く力を支持吸収する支持材とか
ら構成される超電導磁石を用いた構成である。
次に本発明の核磁気共鳴装置は、超電導線と超電導線
との間を樹脂によって含浸してなる超電導コイルと、前
記超電導コイルの端面と共に含浸される強化樹脂からな
るフランジと、前記フランジを介して前記超電導コイル
の半径方向に働く力を支持吸収する支持材とから構成さ
れる超電導磁石を用いた構成である。
次に、本発明の超電導磁石の製造方法は、超電導コイ
ルを巻枠に巻回する第1の工程と、前記第1の工程によ
って巻回された超電導コイルの端面にフランジを接触さ
せ、前記巻枠と前記超電導コイルと前記フランジとを含
浸する第2の工程と、前記第2の工程後、前記巻枠を前
記超電導コイルから取り外す第3の工程と、前記超電導
コイルを支持する支持材を、前記フランジに固定具を介
して設ける第4の工程とから成る。
次に本発明の超電導磁石は、樹脂によって含浸される
超電導コイルと、前記超電導コイルの端面と共に含浸さ
れる強化樹脂からなるフランジと、前記フランジを介し
て前記超電導コイルの半径方向に働く力を支持吸収する
支持材とから構成される超電導コイルのボア内に前記超
電導コイルが発生する磁界よりも高い磁界を発生する超
電導コイルを配置した構成である。
(作用) 本発明は、エポキシ等の樹脂による含浸超電導コイル
を基本とし、これにより超電導コイル内部の超電導体の
動きを抑えることが可能になる。巻枠(巻線治具)は含
浸後に取り外す構造にしてあるので、ボア部分の金属円
筒がなくなり、巻枠と巻線部との間のせん断応力を極小
にすることができる。したがって、これによりエポキシ
等の樹脂にクラックが入ったり、剥離をおこすことを防
ぐことができる。
超電導コイルの支持方法は、FRPフランジの下側から
ボルトで支える方式であるため、フランジと巻線部との
間に引張力がかからないようになり、この部分でのクラ
ックを防ぐことが可能となる。またボルトの長さをある
程度長くとることにより、電磁力等による超電導コイル
の径方向の変形を吸収し、支持構造から好ましくない応
力がかかるのを防ぐことができる。
(実施例) 以下図面を参照しながら説明していく。
第1図は本発明の超電導磁石の一実施例の断面図であ
る。
超電導コイル10は巻線部1の上下のFRPフランジ2、
2′と一体含浸されており、ボア9には巻枠がない。超
電導コイル10は、下FRPフランジ2′の下側から細い多
数のボルト11で支持し、上側から吊らない構造になって
いる。フランジ2′に設けられるボルト11は、電磁力な
どによる超電導コイル10の径方向の変形を吸収すること
ができる。超電導コイル10の重量は金属またはFRP製の
支持材3で受け、これを複数のスタッドで上の金属また
はFRPの支持材4の間には引張力がかからないように複
数のバネ座金5で押し合うようにし、同時にバネ座金5
によって超電導コイル10が横振れするのを防ぐようにし
てある。超電導磁石は、上述の様に構成される超電導コ
イル10を具備して構成されている。
この様な超電導磁石を用いて半導体単結晶引上げ装置
や核磁気共鳴装置を構成することも可能である。
また核超電導コイルのボア内に該超電導コイルが発生
する磁界よりも高い磁界を発生する超電導コイルを配置
した新たな超電導コイルを構成することもできる。該超
電導コイルを用いて核磁気共鳴装置を構成することもで
きる。
第2図は本発明の超電導磁石の製作方法により製作さ
れた超電導磁石の断面図である。
まず超電導線を巻枠金属円筒6と金属線巻線巻枠7、
7′(巻枠)で囲まれる超電導コイル巻線部1に巻回す
る(第1の工程)。巻枠円筒6は4個以上に分割可能で
あり、上下の巻線巻枠7、7′とはネジ8、8′で固定
されている。
次に第1の工程によって超電導線が巻回された超電導
コイル10の端面にFRPフランジ2、2′(フランジ)を
接触させて、金属線巻線巻枠7、7′と超電導コイル10
とFRPフランジ2、2′とを同時に樹脂にて含浸する
(第2の工程)。ここで上下FRPフランジ2、2′は予
め巻線巻枠7、7′に固定されている。また超電導コイ
ル巻線部1の内径および樹脂含浸後に取り外される部分
は、その部分にテフロンシートを張るか、金属表面をテ
ルロンコーティングする等の処理を施して、樹脂含浸後
に容易に取り外せるようにしておく。そして超電導コイ
ル10は巻線して、外径をガラスシートで厚く密に覆い、
エポキシで含浸し熱硬化処理を施す。
その後、金属線巻線巻枠7、7′を超電導コイル10か
ら取り外す(第3の工程)。第2の工程の熱硬化処理に
より金属表面に貼ったテフロンの作用でもって金属巻線
巻枠7、7′は容易に取り外すことが可能となる。
そして超電導コイル10を支持するための部材として支
持材4、3(図1中)をFRPフランジ2、2′に図1中
のボルト11(固定具)を介して設ける(第4の工程)。
この様な工程によって製作された超電導磁石は、0〜
3回の非常に少ないトレーニングで超電導線の臨界電流
値に到達することができる。そのため80〜100[%]で
の使用負荷率を採用することができ、これまで用いられ
てきた非含浸、または金属巻線巻枠7、7′と一体で含
浸する超電導磁石の常識な負荷率40〜70[%]と比較し
て、大幅に超電導導体の量を低減されることが可能であ
る。
また含浸後に巻枠7、7′を取り外すので、有効的な
巻枠厚さは極めて薄く、例えば0.2〜1[mm]以下程度
にすることができ、通常のステンレス鋼等の5〜10[m
m]程度の巻枠と比較すると超電導導体の量を節約する
ことができる。
また必要な常温空間に対して、超電導コイルの巻線の
内径が小さくできるので、磁界の発生率が向上し、さら
に超電導導体のアンペア・ターン数が少なくて済むとい
う利点もある。
さらに超電導コイルの長さに対する内径の比が小さく
なるので、必要な空間の磁界均一性が向上し、NMR等に
使用される均一性の必要な磁界に対しては非常に有効で
ある。
〔発明の効果〕
この様な構成をした本発明では、クエンチの発生が抑
えられ、磁界発生の効率が良く、高い負荷率で安定に動
作することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の超電導磁石の一実施例の断面図であ
る。第2図は、本発明の超電導磁石製作方法により製作
される超電導磁石の一実施例を示す断面図である。 1……超電導コイル巻線部、2……FRPフランジ、3…
…下側支持材、4……上側支持材、5……バネ座金、6
……分割式巻枠金属円筒、7、7′……金属巻線巻枠、
8、8′……金属巻線巻枠固定ボルト、9……ボア、10
……超電導コイル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−4304(JP,A) 特開 昭63−196017(JP,A) 特開 昭59−199597(JP,A) 特開 昭63−261807(JP,A) 特開 昭63−157411(JP,A) 実開 昭59−176113(JP,U) 実開 昭63−55509(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01F 6/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】樹脂によって含浸される超電導コイルと、 前記超電導コイルの端面と共に含浸される強化樹脂から
    なるフランジと、 前記フランジに接続され、前記フランジを介して前記超
    電導コイルの半径方向に働く力を支持吸収する支持材と から構成されることを特徴とする超電導磁石。
  2. 【請求項2】超電導線と超電導線との間を樹脂によって
    含浸してなる超電導コイルと、前記超電導コイルの端面
    と共に含浸される強化樹脂からなるフランジと、 前記フランジを介して前記超電導コイルの半径方向に働
    く力を支持吸収する支持材と から構成される超電導磁石を用いたことを特徴とする半
    導体単結晶引上げ装置。
  3. 【請求項3】超電導線と超電導線との間を樹脂によって
    含浸してなる超電導コイルと、前記超電導コイルの端面
    と共に含浸される強化樹脂からなるフランジと、 前記フランジを介して前記超電導コイルの半径方向に働
    く力を支持吸収する支持材と から構成される超電導磁石を用いたことを特徴とする核
    磁気共鳴装置。
  4. 【請求項4】樹脂によって含浸される超電導コイルと、 前記超電導コイルの端面と共に含浸される強化樹脂から
    なるフランジと、 前記フランジを介して前記超電導コイルの半径方向に働
    く力を支持吸収する支持材と から構成される超電導コイルのボア内に前記超電導コイ
    ルが発生する磁界よりも高い磁界を発生する超電導コイ
    ルを配置したことを特徴とする超電導磁石。
  5. 【請求項5】超電導線と超電導線との間を樹脂によって
    含浸してなる超電導コイルと、前記超電導コイルの端面
    と共に含浸される強化樹脂からなるフランジと、 前記フランジを介して前記超電導コイルの半径方向に働
    く力を支持吸収する支持材と から構成される超電導コイルのボア内に前記超電導コイ
    ルが発生する磁界よりも高い磁界を発生する超電導コイ
    ルを配置したことを特徴とする超電導磁石を用いたこと
    を特徴とする核磁気共鳴装置。
  6. 【請求項6】超電導コイルを巻枠に巻回する第1の工程
    と、 前記第1の工程によって巻回された超電導コイルの端面
    にフランジを接触させ、 前記巻枠と前記超電導コイルと前記フランジとを含浸す
    る第2の工程と、 前記第2の工程後、前記巻枠を前記超電導コイルから取
    り外す第3の工程と、 前記超電導コイルを支持する支持材を、前記フランジに
    固定具を介して設ける第4の工程と から成ることを特徴とする超電導磁石の製造方法。
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