JP2021097082A - Winding device and winding method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、巻線装置および巻線方法に関するものである。 The present disclosure relates to winding devices and winding methods.
磁気共鳴画像診断（ＭＲＩ：magnetic resonance imaging）に適用する高磁場を発生するための超電導コイルは、均一な空間の磁場を得る。このため超電導コイルは、その位置精度およびサイズが精密に制御されることが重要である。そのため、超電導線を巻枠などに巻回する際に、巻かれる超電導線の複数のループ間の間隔が一定となるように、巻回が進む方向についての一の超電導線のループと、それに隣り合う他の超電導線のループとの間にクリアランスを設けながら巻回される。たとえば特開２０１６−１００３５４号公報（特許文献１）には、超電導線の張力変動への追従性を向上させて、超電導線が巻き付けられる位置の精度を向上でき巻線機が提案されている。 A superconducting coil for generating a high magnetic field, which is applied to magnetic resonance imaging (MRI), obtains a magnetic field in a uniform space. Therefore, it is important that the position accuracy and size of the superconducting coil are precisely controlled. Therefore, when winding the superconducting wire around a winding frame or the like, one loop of the superconducting wire in the direction in which the winding advances and adjacent to it so that the distance between the plurality of loops of the superconducting wire to be wound is constant. It is wound with a clearance between it and the loop of other matching superconducting wires. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-100534 (Patent Document 1) proposes a winding machine capable of improving the followability of the superconducting wire to tension fluctuations and improving the accuracy of the position where the superconducting wire is wound.
特開２０１６−１００３５４号公報においては、超電導線を巻枠側へ供給するガイド部材が、巻枠の１対のフランジに挟まれる領域の外側にて超電導線を巻枠側へ供給し、巻枠に巻回させていると推定される。その場合、ガイド部材と巻枠とが離れているため、超電導線の巻回される位置の精度が低下すると考えられる。つまり一の超電導線のループと、それに隣り合う他の超電導線のループとの間のクリアランスを精度よく設けるためには、超電導線を巻き付ける位置の制御が重要となる。このため超電導線を巻回させるガイドを巻枠になるべく近づけて巻線する必要がある。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-100534, a guide member for supplying superconducting wires to the winding frame side supplies the superconducting wires to the winding frame side outside the region sandwiched between a pair of flanges of the winding frame, and the winding frame. It is presumed that it is wound around. In that case, since the guide member and the winding frame are separated from each other, it is considered that the accuracy of the winding position of the superconducting wire is lowered. That is, in order to provide an accurate clearance between the loop of one superconducting wire and the loop of another superconducting wire adjacent to the loop, it is important to control the position where the superconducting wire is wound. Therefore, it is necessary to wind the guide for winding the superconducting wire as close as possible to the winding frame.
ところが、特開２０１６−１００３５４号公報にて仮にガイド部材を１対のフランジに挟まれる位置の内部に配置しガイド部材に近づければ、ガイド部材がフランジにぶつかる恐れがある。 However, if the guide member is placed inside the position where it is sandwiched between the pair of flanges and brought close to the guide member in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-100534, the guide member may hit the flange.
本開示は上記の課題に鑑みなされたものである。その目的は、巻枠に近づけた場合でも巻枠に干渉することなくスムーズに高い位置精度で超電導線を巻回できる巻線装置、および巻回方法を提供することである。 The present disclosure has been made in view of the above issues. An object of the present invention is to provide a winding device and a winding method capable of winding a superconducting wire smoothly and with high position accuracy without interfering with the winding frame even when the superconducting wire is brought close to the winding frame.
本開示に従った巻線装置は、第１ガイドローラと、第２ガイドローラとを備えている。第１ガイドローラおよび第２ガイドローラは、壁部を有する巻枠に供給される超電導線の延びるＸ方向に交差するＹ方向に互いに対向可能となっている。第１ガイドローラおよび第２ガイドローラは個別に、巻枠の表面から突起するように形成された壁部の突起方向に沿って移動可能である。第１ガイドローラおよび第２ガイドローラがＸ方向に沿って移動することにより、第１ガイドローラおよび第２ガイドローラのいずれかが交互に巻枠の壁部に隣接する領域に超電導線を巻回するようガイド可能である。 A winding device according to the present disclosure includes a first guide roller and a second guide roller. The first guide roller and the second guide roller can face each other in the Y direction intersecting the X direction in which the superconducting wire supplied to the winding frame having the wall portion extends. The first guide roller and the second guide roller can be individually moved along the projecting direction of the wall portion formed so as to project from the surface of the winding frame. As the first guide roller and the second guide roller move along the X direction, either the first guide roller or the second guide roller alternately winds the superconducting wire in the region adjacent to the wall portion of the winding frame. It is possible to guide you to do so.
本開示に従った巻線方法は、第１巻回工程と、切り替えられる工程と、第２巻回工程とを備える。第１巻回工程では、第１ガイドローラおよび第２ガイドローラのうち一方が壁部を有する巻枠に近接しながら超電導線の巻回が進む方向に沿って動く。第１巻回工程では上記一方が超電導線を巻枠に巻回するようガイドし、超電導線が巻枠に巻回される。切り替えられる工程では、第１ガイドローラおよび第２ガイドローラのうち上記一方とは異なる他方が超電導線を巻枠に巻回するようガイドするようにされる。第２巻回工程では、上記他方が巻枠に近接しながら、上記他方が超電導線を巻枠に巻回するようガイドし、超電導線が巻枠に巻回される。 The winding method according to the present disclosure includes a first winding step, a switching step, and a second winding step. In the first winding step, one of the first guide roller and the second guide roller moves in the direction in which the winding of the superconducting wire advances while being close to the winding frame having the wall portion. In the first winding step, one of the above guides the superconducting wire to be wound around the winding frame, and the superconducting wire is wound around the winding frame. In the switching step, the other of the first guide roller and the second guide roller, which is different from the above one, is guided to wind the superconducting wire around the winding frame. In the second winding step, while the other is close to the winding frame, the other guides the superconducting wire to be wound around the winding frame, and the superconducting wire is wound around the winding frame.
本開示に従えば、巻枠に近づけた場合でも巻枠に干渉することなくスムーズに高い位置精度で超電導線を巻回できる巻線装置、および巻回方法を提供できる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a winding device and a winding method capable of smoothly winding a superconducting wire with high position accuracy without interfering with the winding frame even when the superconducting wire is brought close to the winding frame.
以下、本実施の形態について図に基づいて説明する。 Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings.
後に詳述するが、最初に、本実施の形態の巻線装置の構成の概略について図６を用いて簡単に説明する。なお、説明の便宜のため、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向が導入されている。図６は、本実施の形態の巻線装置の構成を示す概略平面図である。図６を参照して、本実施の形態の巻線装置１０００は、第１ガイドローラ１９と、第２ガイドローラ２０とを備えている。第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０は、壁部４を有する巻枠１に供給される超電導線３の延びるＸ方向に交差するＹ方向に互いに対向可能となっている。第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０は個別に、巻枠１の表面から突起するように形成された壁部４の突起方向である図６のＸ方向に沿って移動可能である。第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０がＸ方向に沿って移動することにより、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のいずれかが交互に巻枠１の壁部４に隣接する領域に超電導線３を巻回するようガイド可能である。以下、本実施の形態について詳述する。
Although will be described in detail later, first, an outline of the configuration of the winding device of the present embodiment will be briefly described with reference to FIG. For convenience of explanation, the X direction, the Y direction, and the Z direction are introduced. FIG. 6 is a schematic plan view showing the configuration of the winding device of the present embodiment. With reference to FIG. 6, the
まず、本実施の形態の巻線装置により形成される超電導コイルアセンブリの構成について図１〜図３を用いて説明する。図１は、本実施の形態の巻線装置により巻回される超電導コイルアセンブリの内部を切り開きその構成を示す概略斜視図である。図２は、本実施の形態の巻線装置により巻回される超電導コイルアセンブリの内部構成を示す概略断面図である。図３は、本実施の形態の巻線装置により巻回される超電導コイルアセンブリに含まれる、図２の点線で囲む領域ＩＩＩでの超電導コイルの態様を示す概略断面図である。 First, the configuration of the superconducting coil assembly formed by the winding device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a schematic perspective view showing the configuration of a superconducting coil assembly wound by the winding device of the present embodiment by cutting open the inside. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an internal configuration of a superconducting coil assembly wound by the winding device of the present embodiment. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an aspect of the superconducting coil in the region III surrounded by the dotted line in FIG. 2 included in the superconducting coil assembly wound by the winding device of the present embodiment.
図１および図２を参照して、本実施の形態の超電導コイルアセンブリ１００は、磁気共鳴画像診断用の部材である。超電導コイルアセンブリ１００は、巻枠１と、超電導線が巻回されたループとしての複数の超電導コイル２とを備えている。つまり超電導コイル２は巻枠１に巻回されている。超電導コイル２は、ＭＲＩに適用する高磁場を発生するためのものである。
With reference to FIGS. 1 and 2, the
巻枠１は、中央部分に空洞を有するたとえば円筒形状である。巻枠１は、オーステナイトステンレスおよびアルミニウムのいずれかにより形成されている。巻枠１の外側を向く筒状の側面である外側面上には、壁部４が形成されている。壁部４はそれ以外の領域に対して巻枠１の外側面が外側に突起した領域である。壁部４は巻枠１の延びる方向すなわち図２の左右方向に沿って間隔をあけて複数形成されている。複数の壁部４のそれぞれは、巻枠１の外側面を１周する形状を有している。すなわち巻枠１が円筒形状であれば、複数の壁部４のそれぞれは円環形状である。複数の壁部４のうち、隣り合う１対の壁部４の間に挟まれるように、複数の超電導コイル２のうちの１つが配置される。したがって複数の超電導コイル２のそれぞれは、巻枠１の外側面上のうち、１対の壁部４の間に挟まれ溝状となった領域に１つずつ配置されている。それら複数の超電導コイル２のそれぞれは図２の左右方向に互いに間隔をあけて配置されている。それぞれの超電導コイル２は、これを挟む１対の壁部４により、巻枠１の延びる方向について動かないように位置決めされている。
The winding
壁部４は巻枠１の延びる方向の一方および他方の端部にも形成されてもよい。図２に示すように、当該一方および他方の端部としての壁部４は、他の壁部４すなわち上記一方の端部および他方の端部の間の領域の壁部４よりも図２の上下方向に長く延びていてもよい。
The
図３を参照して、たとえば図２の左右方向に隣り合う１対の壁部４の間には、１つの超電導コイル２として、超電導線３が巻回されたループが複数配置されている。これらの複数の超電導線３が巻回されたループは、図２の左右方向に隣り合う１対の壁部４の間に挟まれた領域ごとに１本ずつの超電導線３が、互いに間隔をあけて複数回巻回されたものであり、それらが任意の手段で電気的に繋がることにより全体として１本の超電導線として機能するものであってもよい。あるいは複数の超電導線３が巻回されたループは、図２の左右方向に隣り合う１対の壁部４の間に挟まれた領域ごとに１本の超電導線３が複数回巻回されることで複数の互いに間隔をあけた超電導線３のループを形成したものであり、それらが隣り合う１対の壁部４の間に挟まれた領域間で互いに繋がらないよう独立したものであってもよい。以下においてはこれら双方の場合の、１対の壁部４の間に挟まれた領域内に形成される単一の超電導コイル２内に含まれる複数の超電導線３のループのことを、複数の超電導線３と総括して表記する。
With reference to FIG. 3, for example, a plurality of loops around which a
超電導線３が複数回巻回されることにより、単一の超電導コイル２が形成されている。図３の断面図においては複数の超電導線３が図の上下方向および左右方向に行列状に並ぶように巻回されている。しかし１対の壁部４の間での複数の超電導線３の巻回態様はこれに限られない。たとえば上下方向および左右方向について無秩序に複数の超電導線３が配置されるように巻回されることで超電導コイル２が形成されていてもよい。
A
巻枠１には複数の超電導コイル２が巻回される。超電導コイル２を構成する超電導線は、たとえば一般公知のニオブチタンなどにより形成されている。これにより、外部から超電導コイルアセンブリ１００への通電により超電導コイル２がつくる磁場の均一性が高められる。
A plurality of
図１および図２において、巻枠１に超電導コイル２が巻回される位置および数は、外部から超電導コイルアセンブリ１００への通電により超電導コイル２がつくる磁場の強度およびその磁場の均一性の仕様を満たすように設計される。したがって超電導コイル２の巻回される密度は、必ずしも図２の左右方向において全体に亘り均等でなくてもよい。また単一の超電導コイル２に含まれる複数の超電導線３の数についても同様に、外部から超電導コイルアセンブリ１００への通電により超電導コイル２がつくる磁場の強度およびその磁場の均一性の仕様を満たすように設計される。
In FIGS. 1 and 2, the position and number at which the
超電導コイルアセンブリ１００において、以上の超電導コイル２は、容器１０内に収納されている。容器１０は巻枠１の外表面の外側に、巻枠１を包むように形成されている、筒状の部材である。ただし巻枠１は容器１０の一部を構成する。すなわち容器１０は、巻枠１と、フランジ５と、外筒６とにより形成されている。巻枠１とフランジ５と外筒６とはいずれも同一の材質である、たとえばステンレス、アルミニウムまたはガラス繊維強化エポキシ樹脂により形成されることが好ましい。
In the
フランジ５は巻枠１の外表面の一部、特に巻枠１の延びる方向の一方および他方の端部に接合されている。フランジ５は、巻枠１に接合される領域に比べて、巻枠１から外側すなわち図２の上下側に離れた領域において、その延びる方向すなわち図２の左右方向の寸法が、巻枠１よりも少し小さくなるような形状を有している。具体的には、フランジ５は、図２の左右方向の一方及び他方の端部が左右方向に沿って互いに向かい合うように延びている。図２の左右方向の間隔を保ちつつ、フランジ５は巻枠１から離れるように、すなわち巻枠１の外側に向けて延びている。このためにフランジ５は、図２の左右方向から、巻枠１から離れる外側方向に延びるように屈曲している。
The
外筒６はフランジ５の延びる方向の一方および他方の端部に接合されている。外筒６は巻枠１およびフランジ５を外側から囲むようにフランジ５の延びる方向に延びる、筒状、たとえば円筒状の部材である。ただし図示されないが外筒６はフランジ５からその外側に延びる部分を含んでいてもよい。フランジ５と外筒６とを併せた部分が、巻枠１を外側から覆う蓋のように配置されている。
The outer cylinder 6 is joined to one end and the other end in the extending direction of the
フランジ５と外筒６とが接合されることにより、フランジ５の巻枠１と反対側すなわち外側の縁に近い領域には、そこから図の左右方向に延びる部分と、屈曲部と、図の上下方向に延びる部分とを有するように壁部４が形成されている。この壁部４と、フランジ５と、外筒６の延びる方向すなわち図２の左右方向の端部とに囲まれた領域が形成されている。この囲まれた領域にも、超電導コイル２が配置される。
By joining the
このように巻枠１とフランジ５と外筒６とが接合されることで形成された容器１０の内部には、液体冷媒１１が充填されている。
The inside of the
次に、図４〜図１７、および必要に応じて図３を用いて、上記超電導コイルアセンブリ１００の製造方法について説明する。なおここでは特に、超電導コイルアセンブリ１００の製造方法のうち、図９〜図１７の超電導線３の巻線方法、および図６〜図８の当該巻線工程に用いられる巻線装置について重点的に説明する。
Next, a method of manufacturing the
図４は、本実施の形態の巻線装置により巻回される超電導コイルアセンブリの製造方法の第１工程の態様を示す概略断面図である。図４を参照して、まず巻枠１が準備される。ここで準備される巻枠１は、上記のように間隔をあけて複数の壁部４が形成されていることが好ましい。この１対の壁部４の図４の左右方向の間隔は、次工程にてその壁部４の間に挟まれるように巻回される超電導コイル２の幅にほぼ等しくなり、壁部４が超電導コイル２に接触する程度の間隔であることが好ましい。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an aspect of a first step of a method for manufacturing a superconducting coil assembly wound by the winding device of the present embodiment. With reference to FIG. 4, first, the winding
次に、巻枠１に超電導線が巻回される。つまり巻枠１に形成された複数の壁部４のうち互いに隣り合う１対の壁部４の間に挟まれる領域に、１本の超電導線が複数回巻回される。したがって複数の超電導線３のループとしての上記したような複数の超電導線３が形成される。これにより、互いに隣り合う１対の壁部４の間に挟まれる領域に巻回された超電導線は、複数の超電導線３を含む単一の超電導コイル２となる。なお当該複数の超電導線３は、一の１対の壁部４の間に挟まれる領域と、それに隣り合う他の１対の壁部４の間に挟まれる領域との間で電気的に接続されてもよいし、電気的に繋がらず互いに独立していてもよい。
Next, the superconducting wire is wound around the winding
このとき、超電導線３が膨らまない程度の比較的小さいテンションで超電導線３が巻回される。これにより、超電導線３の巻回による巻枠１の変形を小さくできる。巻枠１の変形を小さくすることで、超電導コイル２の位置精度が向上する。これにより、超電導コイルアセンブリ１００への通電時に超電導コイル２がつくる磁場の均一性が高められる。
At this time, the
図３を再度参照して、超電導コイル２の形成において、巻枠１に巻回される複数の超電導線３は、巻枠１の延びる方向すなわち図３の左右方向にて互いに間隔をあけて配置される。図３の左右方向の隣り合う１対の超電導線３に挟まれる間隔は、クリアランス９として形成された隙間である。クリアランス９を設けることにより、図３の左右方向に隣り合う１対の超電導線３の間についてその幅の寸法の自由度を高めることができる。つまり、超電導コイルアセンブリ１００への通電による超電導コイル２がつくる磁場の強度および均一性を高めるために、超電導コイル２の位置および形状の設計の自由度を高める必要がある。超電導コイル２の位置は巻枠１の加工精度によって決定する。超電導コイル２の形状は、通常、超電導線３の形状、超電導線３の巻回される数、および超電導線３の図３の上下方向に積層される層数によって決まる。そこで超電導線３とそれの図３の左右方向に隣り合う超電導線３との間にクリアランス９を設けることが好ましい。これにより、超電導コイル２の図３の左右方向の幅の寸法の自由度を高めることができる。
With reference to FIG. 3 again, in the formation of the
また複数の超電導線３は、図３の上下方向に複数層積層されるように巻回されている。図３の上下方向において互いに隣り合う１対の超電導線３の間には互いに間隔をあけるように、超電導線３が配置されてもよい。図３に示すように、複数の超電導線３のうち、図３の上下方向について、すなわち巻枠１の巻回される径方向について、隣り合う１対の超電導線３の間に隙間が存在する場合、当該隙間にはたとえばシート材８が巻回されることが好ましい。たとえば当該シート材８は、図３の上下方向に隣り合う１対の超電導線３の間に樹脂材料が含浸されることで形成されてもよい。あるいは当該シート材８は上記方法以外の方法により形成された絶縁材料であってもよい。
Further, the plurality of
なおこのようなシート材８を挟まず、複数の超電導線３のうち、図３の上下方向について、すなわち巻枠１の巻回される径方向について、隣り合う１対の超電導線３の間は単に隙間が形成されてもよい。あるいは上記図３の上下方向の隣り合う１対の超電導線３に挟まれる層が複数形成されるうちの一部の層のみにシート材８が設けられ、他の層にはシート材８が設けられず単に隙間が設けられてもよい。
Of the plurality of
シート材８は、絶縁性のある薄い素材である。具体的には、シート材８は、一般公知のＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate：ポリエチレンテレフタラート）、ガラスクロス、ノーメックスシート、クラフト紙からなる群から選択されるいずれかの材料であることが好ましい。なお超電導線３とその外側（図３の上側）に隣接するように巻かれる超電導線３との間にシート材８を挟むように巻回することで、超電導線３の図３上下方向の高さの寸法を設計する自由度を高めることができる。
The
あるいは図３の左右方向の１対の超電導線３間のクリアランス９、および図３の上下方向のシート材８の配置部分には、以下のようにワニスが供給されてもよい。その場合、超電導線３が巻回され超電導コイル２が形成された後、超電導コイル２の超電導線３が励磁時に動かないように、真空含浸により巻枠１と一体化される。
Alternatively, varnish may be supplied as follows to the
具体的には、超電導コイル２が巻回された巻枠１が乾燥された後、これが真空装置内に投入され、真空装置内が比較的低真空の状態とされる。超電導コイル２が巻回された巻枠１が指定温度になり、かつ真空装置内が必要な真空度となったところで、装置内にワニスが注入され、超電導コイル２の超電導線３の隙間にワニスが供給される。なおワニスは、供給される前に脱泡され、ワニス内に溶解している空気が排出され、指定温度に制御される。必要な量のワニスが超電導コイル２側に供給された後に、真空装置内に窒素または空気が供給され、真空装置内が大気圧以上の圧力となるように加圧される。加圧することにより、超電導コイル２を構成する複数の超電導コイル３間のクリアランス９などに確実にワニスを入れることができる。その後、真空装置内でワニスが加熱により硬化される。これにより超電導コイル２を構成する複数の超電導線３と巻枠１とが一体化される。
Specifically, after the winding
次に、巻枠１等が真空装置から取り出された後、巻枠１の外表面上にフランジ５が、たとえば気密溶接により取り付けられる。図５は、本実施の形態の巻線装置により巻回される超電導コイルアセンブリの製造方法の第２工程の態様を示す概略断面図である。図５を参照して、巻枠１が真空装置から取り出された後、巻枠１の外表面上に、外筒６が、たとえば気密溶接により取り付けられる。フランジ５および外筒６が取り付けられることにより、巻枠１とフランジ５と外筒６とからなる容器１０が形成され、図５の工程での超電導コイル２は容器１０内に収納される。なお図５に示すように、フランジ５と外筒６との境界部分に追加で壁部４が形成され、ここにも超電導コイル２が巻回され含浸された部材が配置されてもよい。
Next, after the winding
超電導コイル２が収納された容器１０内には、液体冷媒１１が充填される。これにより超電導コイルアセンブリ１００が形成される。
The
次に、図６〜図８を用いて、超電導コイルアセンブリ１００の製造方法のうち、特に超電導コイル２の巻枠１への巻線工程に用いられる巻線装置について重点的に説明する。
Next, with reference to FIGS. 6 to 8, among the methods for manufacturing the
図７は、本実施の形態の巻線装置の構成を示す概略側面図である。図６および図７を参照して、巻線装置１０００は、超電導線ドラム１３と、ドラム回転駆動部１４と、第１固定ローラ１５と、可動ローラ１６と、第２固定ローラ１７と、テンションコントローラ１８と、第１ガイドローラ１９と、第２ガイドローラ２０と、巻枠回転駆動部２１と、テンション変動吸収部２２とを主に備えている。なお第１固定ローラ１５、可動ローラ１６、第２固定ローラ１７、およびテンションコントローラ１８はテンショナー部２００として配置されている。また第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０を含む部分はトラバーサ部３００として配置されている。
FIG. 7 is a schematic side view showing the configuration of the winding device of the present embodiment. With reference to FIGS. 6 and 7, the winding
超電導線３はＸ方向に沿って延び、図６の矢印Ｘ１の方向に沿って流れる。巻線装置１０００のＸ方向正側、すなわち超電導線３の流れるＸ方向についての下流側に、巻回されるべき巻枠１が配置される。巻枠１はたとえばその円筒形状が延びる方向が、超電導線３の延びるＸ方向に交差するＹ方向となるように、配置されている。壁部４は、巻枠１の延びる方向であるＹ方向に互いに間隔をあけて複数配置されている。また巻枠１にはこれを回転駆動させることが可能な巻枠回転駆動部２１が取り付けられていることが好ましい。巻枠回転駆動部２１としてはたとえばサーボモータが用いられる。
The
超電導線ドラム１３は、巻枠１に供給されるべき超電導線３が初期状態において巻き付けられている部材である。超電導線ドラム１３はたとえば木材または樹脂材料により形成され、たとえば図６のＹ方向に延び、ＸＺ平面上にて円形状を有する円柱形状または円筒形状を有することが好ましい。
The
ドラム回転駆動部１４は、超電導線ドラム１３を回転駆動させ、超電導線ドラム１３に巻回されている超電導線３を引き出す部材である。ドラム回転駆動部１４はたとえば超電導線ドラム１３の円柱形状の延びるＹ方向の一方の端部に取り付けられていてもよいがこれに限られない。ドラム回転駆動部１４としてはたとえばサーボモータが用いられる。
The drum
ドラム回転駆動部１４は、自身が回転することにより超電導線ドラム１３からほどけるように超電導線３を引き出し、これを巻枠１側すなわち図６のＸ方向右側へ送り出す機構を有している。またドラム回転駆動部１４は、超電導線ドラム１３をその軸方向すなわち図６のＹ方向に沿って移動させる機構を有している。ドラム回転駆動部１４が超電導線ドラム１３から超電導線３を巻き解く角度に応じて、テンショナー部２００に供給される超電導線３の角度が変化する。このため、超電導線ドラム１３がたとえばＹ方向に沿う図中矢印Ｙ１で示す方向に移動される。これにより、超電導線３の供給される角度がたとえばＸ方向に沿う方向などの所望の方向となるように制御される。
The drum
テンショナー部２００は、巻枠１に巻回される際の超電導線３のテンションをコントロールする。具体的には、第１固定ローラ１５は、超電導線ドラム１３から供給される超電導線３が、超電導線３の上流側にて巻掛けられる部材である。第２固定ローラ１７は、超電導線ドラム１３から供給される超電導線３が、超電導線３の下流側にて巻掛けられる部材である。
The
可動ローラ１６は、超電導線３の流れるＸ方向について第１固定ローラ１５と第２固定ローラ１７との間に配置されている。すなわち超電導線ドラム１３から引き出された超電導線３は、第１固定ローラ１５、可動ローラ１６、第２固定ローラ１７の順に巻掛けられる。可動ローラ１６は、超電導線３のテンションの変動に応じて第１固定ローラ１５から第２固定ローラ１７に向かうＸ方向に直交するＹ方向に移動可能に設けられた部材である。可動ローラ１６はテンション変動吸収部２２としてのバネまたはエアシリンダに取り付けられ、当該テンション変動吸収部２２により支持されている。たとえば超電導線３のテンションが変動した場合、テンション変動吸収部２２としてのバネまたはエアシリンダにより可動ローラ１６が、Ｘ方向およびＹ方向の双方に直交する図７のＺ方向に沿う図中矢印Ｚ１で示す方向に移動する。これにより可動ローラ１６およびテンション変動吸収部２２は、超電導線３のテンションが一定値となるように維持している。つまりテンション変動吸収部２２は、超電導線３に付加されるテンションの変動をバネなどで吸収可能な部材である。
The
第１固定ローラ１５および第２固定ローラ１７は、樹脂材料、ステンレスおよびアルミニウムから選択されるいずれかの材料により形成されている。
The first fixed
テンションコントローラ１８は、超電導線３のテンションをコントロールする部材である。テンションコントローラ１８は市販品の購入部品であってもよい。テンションコントローラ１８は、図６および図７に示すようにＸ方向に互いに間隔をあけて２台配置されてもよい。テンションコントローラ１８は、超電導線３のテンションを測定して、当該テンションが一定値となるように、ドラム回転駆動部１４および巻枠回転駆動部２１をフィードバック制御する。
The
トラバーサ部３００は、超電導線３を巻枠１の表面上のどの位置に巻回するかについて、当該位置をコントロールする。ここで図８は、図６中の点線で囲まれた領域ＶＩＩＩの概略拡大断面図である。図６、図７および図８を参照して、トラバーサ部３００は、超電導線３の延びるＸ方向について、巻枠１に隣接する位置に配置されている。トラバーサ部３００はＸ方向について、テンショナー部２００と巻枠１との間に配置されている。
The
トラバーサ部３００は、Ｘ方向についてテンショナー部２００との間に、十分な距離を保つように設置されることが好ましい。テンショナー部２００とトラバーサ部３００とのＸ方向の距離が短い場合、テンショナー部２００からトラバーサ部３００側に向かう超電導線３は、Ｘ方向に対する角度が所望の大きさに対して大幅にずれ、超電導線３に意図しない曲げ跡が生じる可能性があるためである。ただしこのようなＸ方向の距離を充分に設けるだけのスペースが存在しない場合には、テンショナー部２００に図示されない巻枠１の軸方向すなわちＹ方向に沿って超電導線３を移動させることが可能な機構を設けることが好ましい。このようにすれば、巻線装置１０００全体をコンパクトにしつつ、上記のような超電導線３の延びる方向のずれを抑制できる。
It is preferable that the
Ｘ方向に沿って延びる超電導線３に交差する方向、すなわちＹ方向に互いに対向可能となるように、トラバーサ部３００を構成する第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０が配置される。なおＹ方向に対向可能とは、２つのガイドローラ間がＹ方向に対向する場合に限らず、両者間のＹ方向の位置ずれが大きくＹ方向に全く対向しない場合も本実施の形態として含み得ることを意図する。第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０は、超電導線３の位置をＹ方向について拘束するようにガイドする、たとえば円盤形状の部材である。第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０は、樹脂、ステンレスおよびアルミニウムからなる群から選択されるいずれかの材料により形成されることが好ましい。
The
つまりトラバーサ部３００において、超電導線３は、第１ガイドローラ１９よりＹ方向負側には配置されず、第２ガイドローラ２０よりＹ方向正側には配置されないように、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０によりＹ方向の位置が拘束されている。つまりＹ方向について、第１ガイドローラ１９と第２ガイドローラ２０との一方に超電導線３を沿わせることにより、超電導線３のＹ方向の位置をガイドしている。
That is, in the
ここでは第１ガイドローラ１９は巻枠１への超電導線３の巻回が後からなされる方向すなわち図６および図８のＹ方向負側に配置される。また第２ガイドローラ２０は巻枠１への超電導線３の巻回が先になされる方向すなわち図６および図８のＹ方向正側に配置される。
Here, the
駆動機構２３が取り付けられた回転軸２４がＹ方向に沿って延び、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０を貫通している。回転軸２４はたとえばボールねじのオスねじが形成された軸であり、駆動機構２３はたとえば回転軸２４を軸周りに回転させることが可能なサーボモータである。これにより第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０はＹ方向に沿って移動可能となっている。ただし第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０をＹ方向に移動可能とさせるために、駆動機構２３および回転軸２４として上記の代わりにたとえばエアシリンダが用いられてもよい。
The rotating
第１ガイドローラ１９には、駆動機構２３Ａが取り付けられた回転軸２４Ａが、Ｘ方向に沿って延びたものが取り付けられている。つまり第１ガイドローラ１９のＹ方向負側を向く円形の面側と、回転軸２４Ａのボールねじに含まれるナットとが接合されることで、回転軸２４Ａが第１ガイドローラ１９に取り付けられてもよい。あるいは第１ガイドローラ１９と回転軸２４Ａとはリニアガイドにより接続されてもよい。これにより第１ガイドローラ１９はＸ方向に沿って、すなわち図６および図８の矢印Ｘ２の方向に移動可能となっている。駆動機構２３Ａ、回転軸２４Ａの代わりにエアシリンダが用いられてもよい。
A
第２ガイドローラ２０には、駆動機構２３Ｂが取り付けられた回転軸２４Ｂが、Ｘ方向に沿って延びたものが取り付けられている。つまり第２ガイドローラ２０のＹ方向正側を向く円形の面側と、回転軸２４Ｂのボールねじに含まれるナットとが接合されることで、回転軸２４Ｂが第２ガイドローラ２０に取り付けられてもよい。あるいは第２ガイドローラ２０と回転軸２４Ｂとはリニアガイドにより接続されてもよい。これにより第２ガイドローラ２０はＸ方向に沿って、すなわち図６および図８の矢印Ｘ２の方向に移動可能となっている。駆動機構２３Ｂ、回転軸２４Ｂの代わりにエアシリンダが用いられてもよい。
A rotary shaft 24B to which the
したがって第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０は、回転軸２４に対して径方向の位置が変化し偏心するように、Ｘ方向に沿って移動可能である。また第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０は、これらを貫通する回転軸２４により、Ｙ方向に沿って図６の矢印Ｙ２の方向に移動可能である。
Therefore, the
このようにＸ方向についての矢印Ｘ２に沿う動きは、第１ガイドローラ１９と第２ガイドローラ２０との間で異なる部材により個別に制御される。つまり第１ガイドローラ１９は切替機構としてのボールねじなどの回転軸２４Ａにより、Ｘ方向に移動する。第２ガイドローラ２０は切替機構としてのボールねじなどの回転軸２４Ｂにより、Ｘ方向に移動する。
As described above, the movement along the arrow X2 in the X direction is individually controlled by different members between the
このため第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０は個別に、巻枠１の表面から突起するように形成された壁部４の突起方向であるＸ方向に沿って移動可能である。この第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のＸ方向についての個別の動きにより、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のいずれかが交互に、巻枠１の壁部４に隣接する領域に超電導線３を巻回するようガイド可能である。
Therefore, the
つまり第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のうち一方が超電導線３を所望の位置に巻回するように超電導線３のＹ方向の位置を拘束する。そのために第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のいずれかが超電導線３を巻枠１の表面上に巻かれるよう保持する。なおここでの巻枠１の表面とは、巻枠１上に既に巻回された超電導線３の表面の上側の領域を含むものとする。第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のいずれかが、巻かれようとする超電導線３を、Ｙ方向について第１ガイドローラ１９または第２ガイドローラ２０のうちのいずれか、ガイドを行なうほうの表面に沿わせるように接触された状態とする。すなわち第１ガイドローラ１９のＹ方向正側の円盤状の表面、または第２ガイドローラ２０のＹ方向負側の円盤状の表面に、その直後に巻かれる予定の直線状の超電導線３の部分のＹ方向の端部が沿うように接触される。このようにして超電導線３が第１ガイドローラまたは第２ガイドローラにガイド（位置を拘束）された状態で、超電導線３が巻枠１に巻回される。第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のうち他方は超電導線３のＹ方向の位置の拘束には関与しない。
That is, one of the
超電導コイルアセンブリ１００（図１参照）は、巻枠１に複数回超電導線３を巻回することで形成される複数のループ状の超電導線３のクリアランス９（図３参照）を確保する必要がある。コイルの磁場を均一にするためである。そのために、超電導線３の巻回されるべき位置の精度を向上する必要がある。そのためには巻枠１と、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０とのＸ方向の距離をなるべく近づけることが好ましい。そのためにトラバーサ部３００には、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０と巻枠１とのＸ方向の距離を測定するための、図示されないレーザー変位計が設置されることが好ましい。当該レーザー変位計は、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０と巻枠１とのＸ方向の距離を測定する。その測定値を基に、上記のように第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のいずれかがＸ方向について巻枠１に近づきながら、超電導線３を高い位置精度で巻回させるよう、そのＹ方向の位置をガイドする。
The superconducting coil assembly 100 (see FIG. 1) needs to secure a clearance 9 (see FIG. 3) of a plurality of loop-shaped
次に、図９のフローチャートおよび図１０〜図１７を用いて、超電導コイルアセンブリ１００の製造方法のうち、特に上記巻線装置１０００を用いた超電導コイル２の巻枠１への巻線工程について重点的に説明する。
Next, with reference to the flowchart of FIG. 9 and FIGS. 10 to 17, of the methods for manufacturing the
図９は、本実施の形態の巻線方法における巻枠への超電導線の巻回工程を示すフローチャートである。図１０は、本実施の形態の巻線方法における巻枠への超電導線の巻回工程の第１工程を示す概略断面図である。なお図１０〜図１７においては第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のうち、巻枠１に近接しながら超電導線３のＸ方向の位置をガイドしている側については参照符号の最後にＡを付している。
FIG. 9 is a flowchart showing a winding process of the superconducting wire around the winding frame in the winding method of the present embodiment. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the first step of the winding step of the superconducting wire around the winding frame in the winding method of the present embodiment. In FIGS. 10 to 17, of the
図９を参照して、まず第２ガイドローラ２０を退避させる（Ｓ１０）。具体的には、図１０を参照して、第２ガイドローラ２０が、巻枠１の延びる図の左右方向（Ｙ方向）に交差する図の上下方向（Ｘ方向）について壁部４から離れるように、図の上側へ退避する。つまり第２ガイドローラ２０は、巻枠１の表面すなわちたとえば円柱状の側面から突起するように形成された壁部４より、巻枠１に対して外側に配置された状態となる。この退避は、ボールねじなどの回転軸２４Ｂ（図８参照）および、これを回転させるサーボモータなどの駆動機構２３Ｂ（図８参照）によりなされるが、図１０以降では回転軸２４Ｂおよび駆動機構２３Ｂは図示省略されている。これにより第２ガイドローラ２０は、たとえその配置位置のＹ座標が壁部４と一致しても、壁部４と接触せず、壁部４からの干渉を受けない状態となる。
With reference to FIG. 9, first, the
この状態で、第１ガイドローラ１９Ａにより、超電導線ドラム１３から供給される超電導線３のＹ方向位置がガイドされながら、超電導線３が巻枠１に巻回される（Ｓ２０）。つまり第１ガイドローラ１９Ａが、Ｘ方向について壁部４を有する巻枠１に近接し、超電導線３の巻回が進む図１０の矢印Ｍ１の方向、すなわちＹ方向に沿って図６の矢印Ｙ２の方向に動きながら、超電導線３が巻枠１に巻回される第１巻回工程がなされる。このとき第１ガイドローラ１９Ａは、超電導線３を巻枠１に巻回するようガイドする観点から、巻かれようとする超電導線３をＹ方向について第１ガイドローラ１９Ａの表面に沿わせるように接触された状態とする。この状態が、超電導線３が第１ガイドローラ１９Ａにガイドされた状態である。この状態で、超電導線３が巻枠１に巻回されることがより好ましい。
In this state, the
このとき第１ガイドローラ１９Ａの矢印Ｍ１の方向への動きは、ボールねじなどの回転軸２４および、これを回転させるサーボモータなどの駆動機構２３によりなされる。なおこれにより第２ガイドローラ２０も矢印Ｍ１の方向へ移動する。
At this time, the movement of the
なお超電導線３の巻回は、原則として図のＹ方向正側から負側へ、すなわち図１０の左側から右側へ進行する。ただし超電導線３の積層される上層の巻回時に、後述のように巻回の進行方向が逆転し、図１０の右側から左側へ進行する場合があってもよいし、なくてもよい。
As a general rule, the winding of the
図１１は、本実施の形態の巻線方法における巻枠への超電導線の巻回工程の第２工程を示す概略断面図である。図１１を参照して、第１ガイドローラ１９Ａおよび第２ガイドローラ２０が矢印Ｍ１の方向に動き、やがて第２ガイドローラ２０が壁部４と干渉しない位置に達する。つまり第２ガイドローラ２０は図１１の左側の壁部４よりも右側の領域に達する。このように第２ガイドローラ２０が巻枠１の壁部４と干渉しない位置まで、超電導線３の巻枠１への巻回が進む（Ｓ３０）。第２ガイドローラ２０が巻枠１の壁部４と干渉しない位置まで超電導線３の巻枠１への巻回が進んだ後も、しばらくは引き続き、第１ガイドローラ１９Ａによる超電導線３のガイドがなされてもよい。つまり図１１のように、第２ガイドローラ２０が巻枠１の壁部４と干渉しない位置まで超電導線３の巻枠１への巻回が進んだ後も、しばらくは第１ガイドローラ１９Ａが第２ガイドローラ２０よりも巻枠１に近い位置に配置される状態が維持されてもよい。ただし図１１においては、第１ガイドローラ１９Ａおよび第２ガイドローラ２０の巻枠１に対するＸ方向の距離が図１０に対しやや変化してもよい。そして超電導線３が一旦停止する（Ｓ４０）。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a second step of the winding step of the superconducting wire around the winding frame in the winding method of the present embodiment. With reference to FIG. 11, the
図１２は、本実施の形態の巻線方法における巻枠への超電導線の巻回工程の第３工程を示す概略断面図である。図１２を参照して、次に、第２ガイドローラ２０が巻枠１に近づけられる（Ｓ５０）。つまり図１０、図１１においてＸ方向について巻枠１の表面および壁部４から離れるように退避していた第２ガイドローラ２０が、図１２では巻枠１の表面に近づくように移動する。この移動は、ボールねじなどの回転軸２４Ｂおよび、これを回転させるサーボモータなどの駆動機構２３Ｂによりなされる。このとき第２ガイドローラ２０は巻回される超電導線３に接触する態様となることが好ましい。これにより、それまでＸ方向について巻枠１に対して退避していた第２ガイドローラ２０が巻枠１に近接するように切り替えられる。この結果、以降は第２ガイドローラ２０が超電導線３を巻枠１に巻回するようガイドするように切り替えられてもよい。なおこの工程（Ｓ５０）は、第２ガイドローラ２０が壁部４に干渉しない位置に配置されている限り、任意のタイミングで行なえる。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a third step of the winding step of the superconducting wire around the winding frame in the winding method of the present embodiment. With reference to FIG. 12, the
第２ガイドローラ２０が巻枠１に近づけられた後、超電導線３のＸ方向に沿う進行が再開される。ここでは第２ガイドローラ２０Ａが巻回される超電導線３に接触している。このため、図１２のように第２ガイドローラ２０Ａに超電導線３を沿わせることにより超電導線３のＹ方向位置がガイドされながら、超電導線３が巻枠１に巻回されてもよい（Ｓ６０）。この場合は工程（Ｓ６０）は第２巻回工程と考えられる。しかしたとえば引き続き第１ガイドローラ１９Ａに超電導線３を沿わせることにより超電導線３のＹ方向位置がガイドされながら、超電導線３が巻枠１に巻回されてもよい（Ｓ６０）。この場合は工程（Ｓ６０）は引き続き第１巻回工程と考えられる。
After the
図１３は、本実施の形態の巻線方法における巻枠への超電導線の巻回工程の第４工程を示す概略断面図である。図１３を参照して、第１ガイドローラ１９が退避される（Ｓ７０）。すなわち矢印Ｍ１の方向への第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０Ａの進行により、やがて第１ガイドローラ１９が右側の壁部４に干渉する位置に到達する。そこで、当該位置に到達する直前に、第１ガイドローラ１９が、巻枠１の延びる図の左右方向（Ｙ方向）に交差する図の上下方向（Ｘ方向）について壁部４から離れるように、図の上側へ退避する。つまり第１ガイドローラ１９は、壁部４より巻枠１に対して外側に配置された状態となる。この退避は、ボールねじなどのオスねじが形成された回転軸２４Ａ（図８参照）および、これを回転させるサーボモータなどの駆動機構２３Ａ（図８参照）によりなされるが、図１０以降ではこれらは図示省略されている。これにより第１ガイドローラ１９は、たとえその配置位置のＹ座標が壁部４と一致しても、壁部４と接触せず、壁部４からの干渉を受けない状態となる。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a fourth step of the winding step of the superconducting wire around the winding frame in the winding method of the present embodiment. With reference to FIG. 13, the
上記のガイドローラが切り替えられる工程は、工程（Ｓ５０）に加えて、第１ガイドローラ１９を壁部４の突起方向であるＸ方向に沿って、巻枠１の表面と反対側である図１３の上側に移動させる工程（Ｓ７０）を有していると考えてもよい。この場合、工程（Ｓ７０）はこれ以降は第２ガイドローラ２０が超電導線３を巻枠１に巻回するようガイドするように切り替えられる工程となる。あるいは工程（Ｓ５０）のみをガイドローラが切り替えられる工程と考えてもよい。
In the step of switching the guide roller, in addition to the step (S50), the
このように切り替えられた後、第２ガイドローラ２０Ａにより、超電導線ドラム１３から供給される超電導線３のＹ方向位置がガイドされながら、超電導線３が巻枠１に巻回される（Ｓ８０）。つまり第２ガイドローラ２０ＡがＸ方向について巻枠１に近接し、超電導線３の巻回が進む図１０の矢印Ｍ１の方向、すなわちＸ方向に沿って図６の矢印Ｘ２の方向に動きながら、超電導線３が巻枠１に巻回される第２巻回工程がなされる。このとき第２ガイドローラ２０Ａは、超電導線３を巻枠１に巻回するようガイドする観点から、巻かれようとする超電導線３をＹ方向について第２ガイドローラ２０Ａの表面に沿わせるように接触された状態とする。この状態が、超電導線３が第２ガイドローラ２０Ａにガイドされた状態である。この状態で、超電導線３が巻枠１に巻回されることがより好ましい。
After switching in this way, the
図１４は、本実施の形態の巻線方法における巻枠への超電導線の巻回工程の第５工程を示す概略断面図である。図１４を参照して、巻回が進み、右側の壁部４に達したところで、以降の超電導線３は、たとえばその直前に巻回された超電導線３の直上の層を形成するように巻回される、いわゆる層上りがなされる（Ｓ９０）。第２ガイドローラ２０Ａは右側の壁部４に隣接する位置に達しているため、これまでと巻回の進行方向を逆転させ、図１４の右側から左側へ、図中の矢印Ｍ２の方向へ進行する態様とされてもよい。このようにすれば巻回の効率を高められる。ただし（Ｓ９０）の直後においても第２ガイドローラ２０Ａの巻回の進行方向をその直前と同一の図１３の矢印Ｍ１の方向としてもよい。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing a fifth step of the winding step of the superconducting wire around the winding frame in the winding method of the present embodiment. With reference to FIG. 14, when the winding progresses and reaches the
引き続き図１４を参照して、第２ガイドローラ２０Ａおよび第１ガイドローラ１９が矢印Ｍ２の方向に動きながら超電導線３が巻回される（Ｓ１００）。これにより、やがて第１ガイドローラ１９が壁部４と干渉しない位置に達する。つまり第１ガイドローラ１９は図１４の右側の壁部４よりも左側の領域に達する。このように第１ガイドローラ１９が巻枠１の壁部４と干渉しない位置まで、超電導線３の巻枠１への巻回が進む（Ｓ１１０）。第１ガイドローラ１９が巻枠１の壁部４と干渉しない位置まで超電導線３の巻枠１への巻回が進んだ後も、しばらくは引き続き、第２ガイドローラ２０Ａによる超電導線３のガイドがなされてもよい。つまり図１４のように、第１ガイドローラ１９が巻枠１の壁部４と干渉しない位置まで超電導線３の巻枠１への巻回が進んだ後も、しばらくは第２ガイドローラ２０Ａが第１ガイドローラ１９よりも巻枠１に近い位置に配置される状態が維持されてもよい。ただし図１４においては、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０Ａの巻枠１に対するＸ方向の距離が図１３に対しやや変化してもよい。そして超電導線３が一旦停止する（Ｓ１２０）。
Subsequently, referring to FIG. 14, the
図１５は、本実施の形態の巻線方法における巻枠への超電導線の巻回工程の第６工程を示す概略断面図である。図１５を参照して、次に、第１ガイドローラ１９が巻枠１に近づけられる（Ｓ１３０）。つまり図１３、図１４においてＸ方向について巻枠１の表面および壁部４から離れるように退避していた第１ガイドローラ１９が、図１５では巻枠１の表面に近づくように移動する。この移動は、ボールねじなどの回転軸２４Ａおよび、これを回転させるサーボモータなどの駆動機構２３Ａによりなされる。このとき第１ガイドローラ１９は巻回される超電導線３に接触する態様となることが好ましい。これにより、それまでＸ方向について巻枠１に対して退避していた第１ガイドローラ１９が巻枠１に近接するように切り替えられる。この結果、以降は第２ガイドローラ２０が超電導線３を巻枠１に巻回するようガイドするように切り替えられてもよい。なおこの工程（Ｓ１３０）は、第１ガイドローラ１９が壁部４に干渉しない位置に配置されている限り、任意のタイミングで行なえる。
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing a sixth step of the winding step of the superconducting wire around the winding frame in the winding method of the present embodiment. With reference to FIG. 15, the
第１ガイドローラ１９が巻枠１に近づけられた後、超電導線３のＸ方向に沿う進行が再開される。ここでは第１ガイドローラ１９Ａが巻回される超電導線３に接触している。このため、図１５のように第１ガイドローラ１９Ａに超電導線３を沿わせることにより超電導線３のＹ方向位置がガイドされながら、超電導線３が巻枠１に巻回されてもよい（Ｓ１４０）。この場合は工程（Ｓ１４０）は第１巻回工程と考えられる。しかしたとえば引き続き第２ガイドローラ２０Ａに超電導線３を沿わせることにより超電導線３のＹ方向位置がガイドされながら、超電導線３が巻枠１に巻回されてもよい（Ｓ１４０）。この場合は工程（Ｓ１４０）は引き続き第２巻回工程と考えられる。
After the
図１６は、本実施の形態の巻線方法における巻枠への超電導線の巻回工程の第７工程を示す概略断面図である。図１６を参照して、第２ガイドローラ２０が退避される（Ｓ１５０）。すなわち矢印Ｍ２の方向への第２ガイドローラ２０および第１ガイドローラ１９Ａの進行により、やがて第２ガイドローラ２０が右側の壁部４に干渉する位置に到達する。そこで、当該位置に到達する直前に、第２ガイドローラ２０が、巻枠１の延びる図の左右方向（Ｙ方向）に交差する図の上下方向（Ｘ方向）について壁部４から離れるように、図の上側へ退避する。つまり第２ガイドローラ２０は、壁部４より巻枠１に対して外側に配置された状態となる。この工程では（Ｓ１０）と同様の動作がなされる。
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing a seventh step of the winding step of the superconducting wire around the winding frame in the winding method of the present embodiment. With reference to FIG. 16, the
上記のガイドローラが切り替えられる工程は、工程（Ｓ１３０）に加えて、第２ガイドローラ２０を壁部４の突起方向であるＸ方向に沿って、巻枠１の表面と反対側である図１６の上側に移動させる工程（Ｓ１５０）を有していると考えてもよい。この場合、工程（Ｓ７０）はこれ以降は第１ガイドローラ１９が超電導線３を巻枠１に巻回するようガイドするように切り替えられる工程となる。あるいは工程（Ｓ１３０）のみをガイドローラが切り替えられる工程と考えてもよい。
In the step of switching the guide roller, in addition to the step (S130), the
このように切り替えられた後、工程（Ｓ２０）などと同様に再度、第１ガイドローラ１９ＡによりＹ方向位置がガイドされながら、超電導線３が巻枠１に巻回される（Ｓ１６０）。第１ガイドローラ１９Ａが巻枠１に近接しながら超電導線３が巻枠１に巻回される。その他については工程（Ｓ２０）と同様である。
After switching in this way, the
図１７は、本実施の形態の巻線方法における巻枠への超電導線の巻回工程の第８工程を示す概略断面図である。図１７を参照して、巻回が進み左側の壁部４に達したところで、工程（Ｓ９０）と同様にいわゆる層上りがなされる（Ｓ１７０）。その後、再度巻線が矢印Ｍ１の方向に進むように、工程（Ｓ２０）と同様の巻線がなされる。以降、図９のフローチャートに示す各工程が繰り返される。
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing the eighth step of the winding step of the superconducting wire around the winding frame in the winding method of the present embodiment. With reference to FIG. 17, when the winding progresses and reaches the
なお図２および図４では、ある１対の壁部４の間に挟まれた領域と、それのＹ方向に隣り合う１対の壁部４の間に挟まれた領域との間には、超電導線３が巻回されない領域が存在する。このような構成であってもよい。しかし図６、図８、図１０〜図１７のように、超電導線３が巻回される１対の壁部４間の領域に隣り合う１対の壁部４間の領域にも超電導線３が巻かれてもよい。
Note that in FIGS. 2 and 4, the region sandwiched between a pair of
また図１０〜図１７に示すように、Ｘ方向について隣り合う１対の超電導線３の間には、シート材８が巻回されることが好ましい。シート材８は上記の巻線装置１０００を用いた超電導コイル２の巻枠１への巻線工程の最中であっても、上記の位置に挟み込むように配置することが可能である。
Further, as shown in FIGS. 10 to 17, it is preferable that the
次に、本実施の形態の作用効果について説明する。 Next, the action and effect of the present embodiment will be described.
本開示に従った巻線装置１０００は、壁部４を有する巻枠１に供給される超電導線３の延びるＸ方向に交差するＹ方向に互いに対向可能となる第１ガイドローラ１９と第２ガイドローラ２０とを備えている。第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０は個別に、巻枠１の表面から突起するように形成された上記壁部４の突起方向であるＸ方向に沿って移動可能である。第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０が突起方向であるＸ方向に沿って移動することにより、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のいずれかが交互に巻枠１の壁部４に隣接する領域に超電導線３を巻回するようガイド可能である。
The winding
このようにすれば、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０の少なくともいずれかを巻回対象物である巻枠１に接近させることで、巻枠１に超電導線３を、より高い位置精度で巻回できる。ガイドローラが巻枠１から離れていては、超電導線３を巻回する巻枠１の表面上の位置が安定せず、形成される超電導コイルアセンブリ１００の磁場の均一性低下など、品質低下を招き得る。しかしガイドローラが巻枠１に接近すると、これが壁部４に干渉して巻回工程が円滑になされないという工程上の問題を招き得る。本開示によれば上記の双方の問題を解消し、ガイドローラを壁部４に干渉させることなく、高い位置精度で超電導線３を巻回できる。
In this way, by bringing at least one of the
上記巻線装置１０００は、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０を突起方向であるＸ方向に沿って移動させる切替機構としての回転軸２４，２４Ａ，２４Ｂをさらに備えることが好ましい。このようにすれば、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０の、超電導線３の延びるＸ方向についての位置を、高精度に調整できる。
The winding
上記巻線装置１０００において、上記切替機構は、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のそれぞれに個別に取り付けられたボールねじであることが好ましい。このようにすれば、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０の、超電導線３の延びるＸ方向についての位置を、高精度に調整できる。
In the winding
上記巻線装置１０００において、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のいずれかに沿わせるように接触された超電導線３が巻枠１に巻回される。このような構成であってもよい。このようにして第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のいずれかの円盤状の主表面が、直後に巻かれようとしている直線状の超電導線３のたとえば図６、図８のＹ方向の位置を決めるようにガイドする。このようにすれば、超電導線３の巻枠１に対する巻回の位置精度をいっそう高めることができる。その結果、より高品質の超電導コイルアセンブリ１００を提供できる。
In the winding
本開示に従った巻線方法においては、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のうち一方が壁部４を有する巻枠１に近接しながら超電導線３の巻回が進む方向であるＹ方向に沿って動き、上記一方が超電導線３を巻枠１に巻回するようガイドし、超電導線３が巻枠１に巻回される第１巻回工程がなされる。第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のうち上記一方とは異なる他方が超電導線３を巻枠１に巻回するようガイドするように切り替えられる工程がなされる。上記他方が巻枠１に近接しながら、上記他方が超電導線３を巻枠１に巻回するようガイドし、超電導線３が巻枠１に巻回される第２巻回工程がなされる。
In the winding method according to the present disclosure, one of the
第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０を用いて超電導線３を巻線することにより、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０の巻枠１に設けられた壁部４との干渉が抑制できる。また壁部４に極めて近い領域への超電導線３の巻回においても、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のいずれかのみを巻回させたい部分に近接させることで、超電導線３の位置を精密制御することができる。超電導線３を巻回させたい位置に応じて第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のうち巻枠１に近づけ超電導線３をガイドするものを切り替えることで、いずれか一方の退避すべきガイドローラを巻枠１から退避させ、他方の近接すべきガイドローラを巻枠１に近づけることができるためである。これにより、２つのうちいずれかのガイドローラを巻枠１に近づけることで、高い位置精度で超電導線３を巻回できるため、超電導コイルアセンブリ１００の磁場の均一性を向上できる。
By winding the
また、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０を切り替えるときにおいても、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のいずれかが必ず超電導線３をガイドしている。このため巻枠１に隣接する位置において超電導線３の位置が指定した位置から動くことがない。これによる位置精度向上の効果も得られる。
Further, even when switching between the
さらに、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０で超電導線３をＹ方向についてのいずれの方向にガイドすべきかを自動で切り替えることができる。このため超電導線３を自動で巻枠１に巻回できる。
Further, the
上記巻線方法においては、第１巻回工程においては、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のうち他方が、巻枠１の表面から突起するように形成された上記壁部４より巻枠１に対して外側に配置された状態となる。第２巻回工程においては、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のうち一方が壁部４より巻枠１に対して外側に配置された状態となる。このようになされることが好ましい。このようにすれば、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０の壁部４との干渉を抑制できる。
In the winding method, in the first winding step, the other of the
上記巻線方法において、切り替えられる工程は、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のうち一方を、上記壁部４の突起方向であるＸ方向に沿って巻枠１の表面と反対側へ移動させる工程を有することが好ましい。このようにすれば、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０の壁部４との干渉を抑制できる。
In the winding method, in the step of switching, one of the
上記巻線方法において、第１巻回工程は第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のうち上記他方を巻枠１に近づける工程を含む。第２巻回工程は第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のうち上記一方を巻枠１に近づける工程を含む。このようになされることが好ましい。このようにすれば、高い位置精度で超電導線３を巻回できるため、超電導コイルアセンブリ１００の磁場の均一性を向上できる。
In the winding method, the first winding step includes a step of bringing the other of the
上記巻線方法において、第１巻回工程および第２巻回工程においては、第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のいずれかに沿わせるように接触された超電導線３が巻枠１に巻回される。このような構成であってもよい。このようにして第１ガイドローラ１９および第２ガイドローラ２０のいずれかの円盤状の主表面が、直後に巻かれようとしている直線状の超電導線３のたとえば図６、図８のＹ方向の位置を決めるようにガイドする。このようにすれば、超電導線３の巻枠１に対する巻回の位置精度をいっそう高めることができる。その結果、より高品質の超電導コイルアセンブリ１００を提供できる。
In the above winding method, in the first winding step and the second winding step, the
以上に述べた実施の形態（に含まれる各例）に記載した特徴を、技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせるように適用してもよい。 The features described in the above-described embodiments (each example included in the embodiment) may be applied so as to be appropriately combined within a technically consistent range.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示は上記した説明ではなくて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意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The present disclosure is expressed by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
１ 巻枠、２ 超電導コイル、３ 超電導線、４ 壁部、５ フランジ、６ 外筒、８ シート材、９ クリアランス、１０ 容器、１１ 液体冷媒、１３ 超電導線ドラム、１４ ドラム回転駆動部、１５ 第１固定ローラ、１６ 可動ローラ、１７ 第２固定ローラ、１８ テンションコントローラ、１９，１９Ａ 第１ガイドローラ、２０，２０Ａ 第２ガイドローラ、２１ 巻枠回転駆動部、２２ テンション変動吸収部、２３，２３Ａ，２３Ｂ 駆動機構、２４，２４Ａ，２４Ｂ 回転軸、１００ 超電導コイルアセンブリ、２００ テンショナー部、３００ トラバーサ部、１０００ 巻線装置。 1 winding frame, 2 superconducting coil, 3 superconducting wire, 4 wall part, 5 flange, 6 outer cylinder, 8 sheet material, 9 clearance, 10 container, 11 liquid refrigerant, 13 superconducting wire drum, 14 drum rotation drive unit, 15th 1 Fixed roller, 16 Movable roller, 17 2nd fixed roller, 18 Tension controller, 19, 19A 1st guide roller, 20, 20A 2nd guide roller, 21 winding frame rotation drive unit, 22 tension fluctuation absorption unit, 23, 23A , 23B drive mechanism, 24, 24A, 24B rotating shaft, 100 superconducting coil assembly, 200 tensioner part, 300 traverser part, 1000 winding device.
Claims (9)
前記第１ガイドローラおよび前記第２ガイドローラは個別に、前記巻枠の表面から突起するように形成された前記壁部の突起方向に沿って移動可能であり、
前記第１ガイドローラおよび前記第２ガイドローラが前記突起方向に沿って移動することにより、前記第１ガイドローラおよび前記第２ガイドローラのいずれかが交互に前記巻枠の前記壁部に隣接する領域に前記超電導線を巻回するようガイド可能である、巻線装置。 It is provided with a first guide roller and a second guide roller that can face each other in a direction intersecting the extending direction of the superconducting wire supplied to the winding frame having a wall portion.
The first guide roller and the second guide roller can be individually moved along the projection direction of the wall portion formed so as to project from the surface of the winding frame.
As the first guide roller and the second guide roller move along the projection direction, either the first guide roller or the second guide roller alternately adjacent to the wall portion of the winding frame. A winding device that can guide the superconducting wire to wind around the region.
前記第１ガイドローラおよび前記第２ガイドローラのうち前記一方とは異なる他方が前記超電導線を前記巻枠に巻回するようガイドするように切り替えられる工程と、
前記他方が前記巻枠に近接しながら、前記他方が前記超電導線を前記巻枠に巻回するようガイドし、前記超電導線が前記巻枠に巻回される第２巻回工程とを備える、巻線方法。 One of the first guide roller and the second guide roller moves along the direction in which the winding of the superconducting wire advances while being close to the winding frame having a wall portion, and the one winds the superconducting wire around the winding frame. In the first winding process in which the superconducting wire is wound around the winding frame,
A step in which the other of the first guide roller and the second guide roller, which is different from the one, is switched to guide the superconducting wire to be wound around the winding frame.
A second winding step is provided in which the other side guides the superconducting wire to be wound around the winding frame while the other side is close to the winding frame, and the superconducting wire is wound around the winding frame. Winding method.
前記第２巻回工程においては、前記第１ガイドローラおよび前記第２ガイドローラのうち前記一方が、前記壁部より前記巻枠に対して外側に配置された状態となる、請求項５に記載の巻線方法。 In the first winding step, the other of the first guide roller and the second guide roller is outside the winding frame from the wall portion formed so as to protrude from the surface of the winding frame. It will be in the state of being placed in
The fifth aspect of the present invention, wherein in the second winding step, one of the first guide roller and the second guide roller is arranged outside the winding frame from the wall portion. Winding method.
前記第２巻回工程は前記一方を前記巻枠に近づける工程を含む、請求項５〜７のいずれか１項に記載の巻線方法。 The first winding step includes a step of bringing the other closer to the winding frame.
The winding method according to any one of claims 5 to 7, wherein the second winding step includes a step of bringing one of the windings closer to the winding frame.
In the first winding step and the second winding step, the superconducting wire contacted along either the first guide roller or the second guide roller is wound around the winding frame. , The winding method according to any one of claims 5 to 8.
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