JP2000133849A

JP2000133849A - 超電導体の着磁方法

Info

Publication number: JP2000133849A
Application number: JP10305631A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Yanagi; 陽介柳; Tetsuo Oka; 徹雄岡; Yoshitaka Ito; 佳孝伊藤; Masaaki Yoshikawa; 雅章吉川
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1998-10-27
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2000-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】超電導体に着磁する際に、ピン止め力によっ
て超電導体に加えられる応力の増大を抑制し、かかる応
力の増大による応力破壊を防止すること。【解決手段】前記超電導体を超電導遷移温度以下に
冷却する冷却過程中に、前記超電導体に印加する磁場を
小さくする。冷却過程中において、温度の比較的高い、
即ち電流密度が小さい冷却初期段階では磁場が大きく、
温度の比較的低い、即ち電流密度が大きい冷却終了段階
では磁場が小さくなる。このため比較的温度の低い（電
流密度が大きい）時に大きな磁場を印加するというピン
止め力が最も大きくなる状況を避けることができ、内部
応力の増大による超電導体の破壊を防止することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超電導体の着磁方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、第2種超電導体（以下、本明細
書内で第２種超電導体を超電導体という。）の内部で
は、磁場は量子化されて磁束線として存在する。超電導
体の内部に複数の磁束線が存在する場合、磁束線間には
互いの距離の２乗に反比例する反発力が相互に働く。そ
のため、磁束線を固定する場所がない場合には、外部磁
場がなくなると互いの反発力により磁束線が超電導体の
外部に抜けてしまう。ところが、超電導体の中に適当な
欠陥や不純物などがあると、磁束線は超電導体中を通る
よりもこれらの存在場所を通った方がエネルギーの低い
状態になるため、磁束線はそれらの場所に拘束される。
このような場所をピン止め点、その拘束力をピン止め力
Ｆｐと呼ぶ。ピン止め力Ｆｐが有効に働いているとき
は、外部磁場がなくても超電導体中に磁束線が安定して
存在できる。

【０００３】この原理を利用して、ピン止め点を多く含
む超電導体を作れば、超電導体に多くの磁束線を捕捉さ
せることができ、これを磁石として使うことができる。
かような用途に好適な超電導体として、イットリウム系
（Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系）、サマリウム系（Ｓｍ−Ｂａ
−Ｃｕ−Ｏ系）、ネオジム系（Ｎｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ
系）等の酸化物超電導体がある。これらの超電導体で
は、その超電導相の融点を越える温度に一旦加熱して部
分的に溶融させ、その後徐冷するいわゆる溶融法と呼ば
れる方法により、大型の擬似単結晶が合成できる。溶融
法で得られる塊状の超電導成形体は溶融バルクと呼ばれ
ている。溶融バルクでは、その超電導の母相中に絶縁相
の同素体が均一に微細分散した組織が得られる。この絶
縁相の同素体は有効なピン止め点として働くため、溶融
バルクを着磁することで強力な擬似永久磁石として用い
ることができる。

【０００４】また、溶融バルクのピン止め力Ｆｐは、着
磁する際の温度が低くなるほど強くなることが知られて
いる。本発明者らの研究でも、温度７７Ｋで着磁した場
合の捕捉磁場が０．６Ｔのイットリウム（Ｙ）系溶融バ
ルクを、温度３０Ｋで着磁したところ、その捕捉磁場は
４．４Ｔにも達した。このように溶融バルクに高い捕捉
磁場を付与するためには、該溶融バルクを低い温度で着
磁することが有効であることがわかっている。

【０００５】さて、溶融バルクに高い磁場を捕捉させる
ためには、少なくとも一旦溶融バルクの内部に捕捉させ
る磁場よりも高い磁場を侵入させる必要がある。そこ
で、従来は溶融バルクに必要な磁場をかけた状態で所定
温度まで冷却し、その後外部磁場を取り去る方法（Ｆｉ
ｅｌｄＣｏｏｌｉｎｇ、以下ＦＣ法という。）が行わ
れていた。例えば、「多芯線と導体」（船木和夫・住吉
文夫共著、産業図書）の２７５頁以下にもこの方法につ
いての記述がある。この方法の概略は以下の通りで、図
６に示す円柱状の溶融バルクを例にとって説明する。

【０００６】（１）まず、図６に示す半径ａの円柱状の
溶融バルク超電導体試料１０に超電導遷移温度よりも高
い温度Ｔ１で一定の静磁場Ｂ０を印加する。このとき、
試料１０中には印加した磁場と同じ大きさの磁場が一様
に分布した状態になる。

【０００７】（２）次に、印加した磁場を保ったまま試
料１０を超電導遷移温度以下の目的の温度Ｔ２まで冷却
する。この間、試料１０中のマクロな磁場分布は変化し
ないが、超電導状態になると磁場は量子化されて、磁束
線として超電導体内部に一様に分布するようになる。

【０００８】（３）次いで、温度Ｔ２を保ったまま、印
加した磁場を０になるまで減少させる。このときにおけ
る、試料１０内の磁場分布（磁束密度分布）を図7に示
す。超電導体内の磁束線は、相互に働く反発力により磁
束密度の低い方向へ動こうとするので、外部磁場の減少
に伴い超電導体内部の磁場も減少するが、ピン止め力Ｆ
ｐによって磁束線の一部は捕捉されたまま残る。このと
き試料１０内における外部磁場の変化の及ぶ範囲では、
磁束密度に勾配がつき、この部分に流れる超電導電流Ｊ
は臨界電流密度Ｊｃに等しくなる。つまり、磁束密度勾
配は、臨界電流密度Ｊｃに比例する傾きを持つ。尚、図
７では、Ｊｃが磁場によらず一定である場合の試料１０
に印加する磁場の変化について示している。外部磁場が
０になった後、試料１０内部に残った磁場（図７の斜線
で示す部分）が捕捉磁場である。

【０００９】図8は、印加磁場をＢ０から０にするまで
の過程における、試料１０内の電流密度分布の変化を示
したもので、図8（ａ）は、外部磁場Ｂ０が印加された
ときの電流密度分布を、図８（ｂ）は、外部磁場をＢ０
から０まで減少させる過程で取りうる磁場Ｂ１（０＜Ｂ
１＜Ｂ０）が印加されたときの電流密度分布を、図8
（ｃ）は、外部磁場が０となったときの電流密度分布を
示している。図よりわかるように、外部磁場がＢ０であ
るとき（図8（ａ））は、磁場が試料１０内に一様に分
布しているので、磁束密度勾配は生じておらず、そのた
め電流密度Ｊは０である。また、外部磁場がＢ１である
とき（図8（ｂ））は、試料１０の周縁部分に磁束密度
勾配が生じており、この勾配が生じている部分での電流
密度Ｊは臨界電流密度Ｊｃと等しい値を取る。また、試
料１０の中心部分では、磁束密度勾配が生じていないの
で、この部分の電流密度Ｊは０である。外部磁場が０と
なったとき（図8（ｃ））は、試料１０の周縁から中心
にかけて一様に磁束密度勾配が生じており、電流密度Ｊ
は一様に臨界電流密度Ｊｃと等しい値を取る。

【００１０】ところで、ピン止め力Ｆｐは、超電導電流
密度Ｊと磁場Ｂの積で表される（Ｆｐ＝Ｊ×Ｂ）。図9
は、印加磁場をＢ０から０にするまでの過程における、
ピン止め力Ｆｐの試料１０内での分布の変化を示したも
ので、図９（ａ）は、磁場Ｂ０が印加されたときのピン
止め力Ｆｐの分布を、図９（ｂ）は、印加磁場をＢ０か
ら０まで減少させる過程で取りうる磁場Ｂ１（０＜Ｂ１
＜Ｂ０）が印加されたときのピン止め力Ｆｐの分布を、
図９（ｃ）は、印加磁場が０となったときのピン止め力
Ｆｐの分布を示している。図よりわかるように、外部磁
場がＢ０であるとき（図９（ａ））は、電流密度Ｊが一
様に０であるので、Ｆ×Ｂで表されるピン止め力も一様
に０である。また、外部磁場がＢ１であるとき（図９
（ｂ））は、試料１０の周縁部分の電流密度Ｊは臨界電
流密度Ｊｃと等しい値を取り、かつ、この部分における
磁場Ｂは、試料１０の中心に向かうほど大きくなってい
るので、Ｊ×Ｂで表されるピン止め力Ｆｐは、試料１０
の周縁部から一定勾配で大きくなる。また、試料１０の
中心部分では、電流密度Ｊは０であるので、ピン止め力
も０である。外部磁場が０となったとき（図９（ｃ））
は、電流密度は一様に臨界電流密度Ｊｃと等しい値を取
り、かつ、磁場Ｂは、試料の周縁が０であり、中心に向
かうにつれて大きくなっているので、Ｆ×Ｂで表される
ピン止め力Ｆｐは、周縁が０で、中心に向かうにつれて
一定勾配で大きくなる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】超電導体内の磁束線
は、相互に働く反発力による磁束密度の低い方向（試料
外向き）の力と、これらに抗するピン止め力とがつりあ
って止まっている。一方、超電導体には、ピン止め点に
かかる力の総和として外向きの引張り応力が働いてい
る。

【００１２】この応力のため、上記のような従来の着磁
方法では、臨界電流密度Ｊｃの高い試料に大きな磁場を
着磁する場合は、試料が破壊される場合があった。即
ち、上記のような従来の着磁方法では、超電導体内部に
流れる超電導電流Ｊが臨界電流密度Ｊｃと等しくなるた
め、ＪｃとＢが共に大きい場合にはＪ×Ｂで表されるピ
ン止め力Ｆｐが非常に強くなり、上記の外向きの引張り
応力が大きくなって試料の破壊に至るのである。これま
では、数Ｔ（テスラ）を越える捕捉磁場を見込める超電
導体が容易に得られなかったこと、並びに印加すべき外
部磁場として、数Ｔを越える大きな静磁場が容易に得ら
れなかったことなどにより、その問題は顕在化していな
かった。ところが、最近になってＳｍ系など特性（臨界
電流密度Ｊｃ）の高い超電導体が得られるようになり、
また冷凍機冷却方式の超電導マグネットの普及などで、
着磁過程での試料の破壊が注目されるようになってき
た。

【００１３】また、超電導体の臨界電流密度Ｊｃは温度
が低いほど大きくなるので、従来のＦＣ法による着磁で
は同じ大きさの磁場で着磁した場合でも、試料にかかる
応力の最大値は着磁する温度が低いほど大きくなる。そ
のため、液体窒素温度では問題なく着磁できた超電導体
でも、より低い温度では着磁すると上記の応力が材料の
破壊強度を越えてしまう場合もあった。最近、特性の高
い超電導体が得られるようになったため、充分冷却して
着磁する場合には、捕捉磁場の最大値は、超電導特性で
はなく、破壊強度によって制限されるようになってしま
っている。

【００１４】故に、本発明は、上記実情に鑑みてなされ
たものであり、超電導体に着磁する際に、ピン止め力に
よって超電導体に加えられる応力の増大を抑制し、かか
る応力の増大による応力破壊を防止することを技術的課
題とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記した技術的課題を解
決するために成された請求項１の発明は、超電導体に外
部から磁場を印加した状態で該超電導体を超電導遷移温
度以下の任意の所望温度に冷却し、その後に外部からの
磁場を取り去ることにより前記超電導体を着磁する、超
電導体の着磁方法において、前記超電導体を超電導遷移
温度以下の任意の所望温度に冷却する冷却過程中で前記
超電導体の温度を超電導遷移温度から前記所望温度に冷
却するまでの間に、前記超電導体に印加されている磁場
を小さくすることを特徴とする、超電導体の着磁方法と
したことである。

【００１６】上記発明によれば、超電導体を超電導遷移
温度以下の所望温度に冷却する冷却過程中に、超電導体
に印加する磁場を小さくするので、超電導遷移温度より
低いが超電導遷移温度に近い温度で臨界電流密度が小さ
い冷却初期には印加磁場が大きく、超電導遷移温度より
十分低い温度で臨界電流密度が大きいときには印加磁場
が小さくなっている。このため超電導体内の磁場変化の
おこる場所では、磁場と臨界電流密度がともに大きくな
ってピン止め力が大きくなる状況を避けることができ
る。従って、ピン止め力に起因する超電導体の内部応力
もそれほど大きくならず、内部応力の増加による超電導
体の破壊を防止することができるものである。

【００１７】本発明において最も注目すべきところは、
超電導体の冷却過程中に磁場を小さくしていくことであ
る。従来のＦＣ法では、予め超電導体に強磁場をかけて
おき、次いで超電導体を冷却し、冷却が完了した後に磁
場を取り去る。従って、磁場を取り去って超電導体内に
磁場を捕捉させる直前では、冷却が完了して超電導体は
充分低い温度となっているにもかかわらず強磁場が印加
されており、この状態で磁場を取り去る際に非常に大き
いピン止め力が発生し、この大きなピン止め力による応
力のため超電導体が破壊される。これに対し、本発明
は、上述したように冷却過程中に磁場を小さくしてい
く。従って、超電導遷移温度より十分低い温度で臨界電
流密度が大きいときには、超電導体内の磁場変化のおこ
る場所の磁場は十分小さくなっている。このため超電導
体内で磁場と臨界電流密度がともにおおきくなってピン
止め力が大きくなるＦＣ方でおこる状況を避けることが
できる。従って、ピン止め力に起因する超電導体の内部
応力もそれほど大きくならず、内部応力の増加による超
電導体の破壊を防止することができるものである。

【００１８】また、上記技術的課題を解決するにあた
り、請求項２の発明のように、前記超電導体を超電導遷
移温度以下の任意の所望温度に冷却する冷却過程中で前
記超電導体の温度を超電導遷移温度から前記所望温度に
冷却するまでの間に、前記超電導体に印加されている磁
場を段階的に小さくすることが好ましい。

【００１９】上記発明によれば、超電導体を超電導遷移
温度以下に冷却する冷却過程中に、超電導体に印加する
磁場を段階的に小さくすることで、超電導体内に生じる
ピン止め力を容易に見積もることができ、温度・磁場の
制御が簡単かつ安全、確実に行うことができるという効
果を奏する。

【００２０】尚、上記請求項１及び請求項２の発明にお
いて、「冷却過程」とは、超電導体に磁場を印加した状
態で冷却を開始する時点から、これ以上冷却を行わない
最終的な冷却温度に達する時点までの全過程をいう。従
って、冷却を段階的に行い、各段階毎の冷却過程を第１
冷却過程、第２冷却過程・・・とした場合においては、
これらの各段階毎の冷却過程を全て含めて上記「冷却過
程」という。よって、例えば、冷却を第１冷却過程と第
２冷却過程と段階的に行い、第１冷却過程と第２冷却過
程との間の一定温度の期間に磁場を小さくした場合にお
いても、本発明にいう、「冷却過程中に磁場を小さくす
る」という概念に含まれる。

【００２１】また、請求項３の発明のように、超電導体
に外部から磁場を印加した状態で前記超電導体を超電導
遷移温度以下の任意の所望温度に冷却する冷却過程中
で、印加磁場を一定に保った状態で前記超電導体の温度
を下げる工程と、冷却過程の途中のある温度で前記超電
導体の温度を一定の時間一定に保持し、その間に前記超
電導体に印加されている磁場を小さくする工程とを、１
回ないし複数回組み合わせることもできる。

【００２２】上記発明によれば、印加磁場を一定に保っ
た状態で超電導体の温度を下げ、ある温度に到達した時
点で超電導体の温度を一定の時間一定に保持し、この間
（温度が一定である間）に超電導体に印加されている磁
場を小さくする。このような一連の工程を１回ないし複
数回組み合わせることで、超電導体内に生じるピン止め
力を一層容易に見積もることができ、温度、磁場の制御
がより簡単かつ安全、確実に行うことができるという効
果を奏する。

【００２３】また、請求項４の発明は、請求項１から３
のいずれか１項において、前記超電導体の各部位にかか
る応力が前記超電導体の破壊強度を越えないように、前
記超電導体に印加されている磁場を小さくすることであ
る。

【００２４】上記発明によれば、印加磁場は、超電導体
の各部位にかかる応力が破壊強度を越えないように小さ
くされるので、ピン止め力に起因する超電導体の内部応
力によって超電導体が破壊されることが確実に防止され
るものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の着磁手順の概略を図面に
基づいて説明する。ここで、図１は、本発明の着磁過程
における超電導体内部の磁束密度分布を示したものであ
る。簡単のため、磁場のクリープによる減少を無視し、
従来技術において説明した円柱状の超電導体試料を例に
とって説明する。

【００２６】（ステップ１・・・第１冷却過程）超電導
体試料に外部磁場Ｂ０を印加した状態で温度Ｔ１（超電
導遷移温度以下の温度）まで冷却する。このステップで
は、超電導体試料内部の磁場は一様に外部磁場Ｂ０と等
しく、また磁場分布は変化しない。

【００２７】（ステップ２・・・第１減磁過程）温度を
Ｔ１に保ったまま、外部磁場をＢ１（Ｂ１＜Ｂ０）まで
減少させる（図１（ａ）参照）。このステップでは、外
部磁場の変化（Ｂ０→Ｂ１）に伴い試料内部の磁束密度
分布も変化する。このとき磁束密度の勾配は温度Ｔ１で
の臨界電流密度Ｊｃ_Ｔ１に比例する傾きを持つ。

【００２８】（ステップ３・・・第２冷却過程）外部磁
場をＢ１に保ったまま、温度をＴ２（Ｔ２＜Ｔ１）まで
下げる。このステップでは、超電導体試料内部の磁場分
布は変化しない。

【００２９】（ステップ４・・・第２減磁過程）温度を
Ｔ２に保ったまま、外部磁場をＢ２（Ｂ２＜Ｂ１）まで
減少させる（図１（ｂ）参照）。このステップでは、外
部磁場の変化（Ｂ１→Ｂ２）に伴い試料内部の磁束密度
分布も変化する。このときの外部磁場の変化は、超電導
体試料の中心軸（点Ｏ）から半径ｂ（ｂ＜ａ）よりも外
側の部分に及ぶに留まり、試料中心部分までには及ばな
い。従って、磁束密度に変化のあった部分（ｂ〜ａ）の
磁束密度の勾配は温度Ｔ２での臨界電流密度Ｊｃ_Ｔ２に
比例する傾きとなり、変化のない部分（Ｏ〜ｂ）の磁束
密度の勾配は、Ｊｃ_Ｔ１に比例する傾きのままである。

【００３０】（ステップ５・・・第３冷却過程）外部磁
場をＢ２に保ったまま、温度をＴ３（Ｔ３＜Ｔ２）まで
下げる。このステップでは、超電導体試料内部の磁場分
布は変化しない。

【００３１】（ステップ６・・・第３減磁過程）温度を
Ｔ３に保ったまま、外部磁場を０まで下げる（図１
（ｃ）参照）。このステップでは、外部磁場の変化（Ｂ
２→０）に伴い試料内部の磁束密度分布も変化する。こ
のときの外部磁場の変化は、超電導体試料の中心軸（点
Ｏ）から半径ｃ（ｂ＜ｃ＜ａ）よりも外側の部分に及ぶ
に留まり、試料中心部分までには及ばない。従って、磁
束密度に変化のあった部分（ｃ〜ａ）の磁束密度の勾配
は温度Ｔ３での臨界電流密度Ｊｃ_Ｔ３に比例する傾きと
なり、変化のない部分（Ｏ〜ｃ）の磁束密度の勾配は、
そのまま（Ｏ〜ｂではＪｃ_Ｔ１に比例する傾き、ｂ〜ｃ
ではＪｃ_Ｔ２に比例する傾き）である。

【００３２】これらの各ステップのうち、外部磁場を固
定して温度を下げるステップ（ステップ１、ステップ
３、ステップ５）では、試料中の磁束密度分布は変わら
ない。一方、温度を固定して外部磁場を下げるステップ
（ステップ２、ステップ４、ステップ６）では、外部磁
場の変化に伴い試料内部の磁束密度分布も変化する。こ
のとき磁束密度の勾配は、その温度での臨界電流密度Ｊ
ｃに比例する傾きを持つ。前述したように、臨界電流密
度Ｊｃは、温度が低いほど大きくなる。即ち、Ｔ１＞Ｔ
２＞Ｔ３ならば、それぞれの温度での臨界電流密度Ｊｃ
_Ｔ１、Ｊｃ_Ｔ２、Ｊｃ_Ｔ３は、Ｊｃ_Ｔ１＜Ｊｃ_Ｔ２＜Ｊ
ｃ_Ｔ３となる。そこで、印加磁場Ｂ０、Ｂ１、Ｂ２をう
まく選んで、外部磁場を下げたときに試料内の磁束密度
の変化点がちょうど図１におけるｂ点、ｃ点まで達する
ようにすれば、最終的に図１（ｃ）に斜線で示したよう
な捕捉磁場分布が得られる。このとき試料中の電流密度
Ｊは、０＜ｒ＜ｂではＪ＝Ｊｃ_Ｔ１、ｂ＜ｒ＜ｃではＪ
＝Ｊｃ_Ｔ２、ｃ＜ｒ＜ａではＪ＝Ｊｃ_Ｔ３となる。これ
は、それぞれの位置で最後に磁束密度変化があったとき
の温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３での臨界電流密度Ｊｃ_Ｔ１、Ｊ
ｃ_Ｔ２、Ｊｃ_Ｔ３である。

【００３３】前述したように、超電導体に磁場を捕捉さ
せる場合には、少なくとも一旦その超電導体内に捕捉さ
せる磁場より高い磁場を侵入させる必要がある。そのた
め、高い磁場を捕捉しようとする場合には大きな印加磁
場が必要になり、Ｂが大きくなる。したがって、ＢとＪ
との積で表されるピン止め力Ｆｐによる破壊を防ぐため
には、Ｂの大きいとき、即ち、着磁過程で大きな磁場が
かかっているとき及び最終的な捕捉磁場が大きくなる場
所で、Ｊを小さくする必要が生じる。要するに、減磁過
程の最初や試料中心部ではＪが低くなるようにする必要
がある。

【００３４】従来の着磁方法では、超電導体内部に流れ
る超電導電流Ｊは磁場変化の影響がある範囲ではＪ＝Ｊ
ｃとなり、Ｊの大きさは制御できない。結局、特性の良
い、即ちＪｃの高い超電導体に大きな磁場を着磁させよ
うとして高い磁場をかけると、どうしてもＢとＪとの積
で表されるピン止め力Ｆｐが大きくなってしまう。

【００３５】一方、本発明では、ピン止め力Ｆｐが破壊
強度を越えないように温度と磁場を調節し、高い磁場が
かかるときの超電導電流Ｊを小さくしている。高い磁場
を着磁するには、一旦は大きな印加磁場が必要なため、
最初の減磁過程（ステップ２）は高い温度Ｔ１、即ちＪ
ｃが小さい場合の温度で行う。これにより、捕捉磁場が
最大となる超電導体中心部に大きな磁場を残し、かつ低
い電流密度Ｊ（＝Ｊｃ_Ｔ１）とすることができる。ステ
ップ２が終了した時点では、試料内のｂの位置での磁場
Ｂｂは初めの印加磁場Ｂ０よりも低いため、試料内のｂ
より外側では電流密度ＪをＪｃ_Ｔ１より高くすることが
できる。そこで、ステップ３では温度をＴ２に下げて電
流密度Ｊの高い状態にした後、ステップ４で再度外部磁
場を下げるのである。上記の例ではこれを２回繰り返し
たものである。

【００３６】図２は、本発明の着磁方法で着磁した場合
の試料中に生じるピン止め力Ｆｐの分布を示したもので
ある。尚、図２（ａ）は図１（ａ）に示す状態での、図
２（ｂ）は図１（ｂ）に示す状態での、図２（ｃ）は図
１（ｃ）に示す状態でのピン止め力Ｆｐの分布をそれぞ
れ示す。上記したように、本発明の着磁方法では、冷却
初期の比較的温度の高い、即ち電流密度Ｊが小さいとき
には大きな磁場をかけ、比較的温度の低い、即ち電流密
度Ｊが大きいときには印加磁場を小さくしているので、
試料に加えられる応力は破壊強度を越えず、試料が破壊
することなく目的の捕捉磁場が得られることがわかる。

【００３７】一方、従来のＦＣ法を使用して、試料に磁
場Ｂ０を印加した状態で温度をＴ３まで一気に冷却し、
その状態で磁場をＢ０から０まで下げた場合における、
試料内部の磁場分布を図３（ａ）に、ピン止め力の分布
を図３（ｂ）に示す。この場合には、温度が低い状態
（Ｊが大きい状態）で高い磁場が印加される部分がある
ので、ピン止め力Ｆｐが極めて大きい部分ができ、この
部分で材料の破壊強度を越える力が働く。このため、実
際には試料が破壊され、着磁できない。

【００３８】このように、本実施例によれば、試料を破
壊させずに大きな最大捕捉磁場が得られるものである。

【００３９】上記実施例では、温度と磁場は３段階で下
げているが、本発明はこれに限定されることはない。本
発明の目的は、超電導体を着磁する際に、ピン止め力Ｆ
ｐをできるだけ小さくし、ピン止め力Ｆｐによって材料
破壊を引き起こすことを防止することであり、これを解
決するためには、超電導体の冷却過程中に、該超電導体
に印加する磁場を小さくするのみで達成できる。つま
り、Ｂ（磁場の大きさ）とＪ（電流密度）との積で表さ
れるピン止め力Ｆｐによる破壊を防ぐためには、ＢとＪ
とが共に大きくなる状況を避ければよい。いいかえれ
ば、Ｂの大きいとき、即ち、着磁過程で大きな磁場がか
かっているとき及び最終的な捕捉磁場が大きくなる場所
で、電流密度Ｊを小さくすればよい。このためには、超
電導体を超電導遷移温度以下の所望温度に冷却する冷却
過程中に、超電導体に印加する磁場を小さくする本発明
の手段が有効である。本発明では、超電導体を超電導遷
移温度以下の所望温度に冷却する冷却過程中に、超電導
体に印加する磁場を小さくするので、超電導遷移温度よ
り低いが超電導遷移温度に近い温度で臨界電流密度が小
さい冷却初期には印加磁場が大きく、超電導遷移温度よ
り十分低い温度で臨界電流密度が大きいときには印加磁
場が小さくなっている。このため超電導体内の磁場変化
のおこる場所では、磁場と臨界電流密度がともに大きく
なってピン止め力が大きくなるという状況をさけること
ができる。従って、ピン止め力に起因する超電導体の内
部応力もそれほど大きくならず、内部応力の増加による
超電導体の破壊を防止することができるものである。

【００４０】超電導体を超電導遷移温度以下に冷却する
冷却過程中に、超電導体に印加する磁場を小さくする態
様は、上記例のように、超電導体に印加する磁場を段階
的に小さくしてもよいし、連続的に小さくしてもよい。
いずれの場合も本発明の目的を達成し得る。また、上記
例のように、超電導体の冷却過程を段階的に行い、各冷
却段階において超電導体に印加する磁場を、段階を経る
毎に小さくしても、本発明の目的を達成し得る。

【００４１】このように、本発明の方法を用いれば、材
料の機械的強度が許す範囲を有効に活かして捕捉磁場を
最大限まで増やすことができる。

【００４２】

【実施例】以下、本発明に係る好適な実施例を図面に基
づいて説明する。

【００４３】（第1実施例）本例において使用する高温
超電導体試料は、溶融法で合成したＳｍ−Ｂａ−Ｃｕ−
Ｏ系高温溶融バルクである。形状は、直径３０ｍｍ、高
さ１５ｍｍの円柱で、溶融バルクのｃ軸方向は円柱の軸
方向にほぼ揃っている。尚、この試料の超電導遷移温度
は、９５Ｋである。

【００４４】図４は、本例において使用する実験装置の
概略図である。図において、試料１０は、冷凍機２のコ
ールドヘッド２１に直接取り付けられ固定されている。
また、冷凍機２は、超電導マグネット３（外部磁場発生
装置）より発生する磁場の中心に試料１が位置するよう
に配置されている。試料１０とコールドヘッド２１は真
空ポンプ４で排気されている真空断熱容器５によって断
熱されている。

【００４５】上記構成の実験装置において、まず、冷凍
機２を駆動して試料１を冷却し、超電導遷移温度より上
の９６〜１００Ｋに温度を保つ。次に、超電導マグネッ
トで７Ｔの磁場を発生した。その後、試料１に磁場を印
加したまま７０Ｋに向けて冷却し、試料１の温度が７２
Ｋをきった時点で印加磁場を−０．４３Ｔ／分の減少速
度で５．５Ｔまで下げた。続いて磁場を５．５Ｔに保っ
たまま試料を６５Ｋに向けて冷却し、温度が６６Ｋをき
った時点で磁場を−０．４３Ｔ／分の減少速度で３．５
Ｔまで下げた。さらに、磁場を３．５Ｔに保ったまま試
料１を５９Ｋに向けて冷却し、温度が６０Ｋをきった時
点で磁場を−０．４３Ｔ／分の減少速度で０まで下げ
た。そして磁場が１Ｔをきった時点で試料１の温度を４
５Ｋに向けて冷却した。磁場が０Ｔとなり、かつ試料１
の温度が４５Ｋで安定したら、実験を終了した。この一
連の過程における超電導マグネットの発生磁界（外部磁
場）の変化、試料１の中心部における磁場、試料１の周
縁部における磁場、及び、試料１の温度変化を、図５に
示す。図よりわかるように、最終的に試料中心部には
５．４Ｔの磁場が捕捉できた。また、本例では、磁場が
充分小さくなった時点で温度を充分に下げたため、捕捉
磁場のクリープによる減少がほとんどないという効果も
得られている。

【００４６】（第２実施例）本例では、上記第1実施形
態例と同じ試料を使用した。ただし、温度と磁場を同時
に制御する方法で着磁した。はじめに、超電導マグネッ
トで試料に７Ｔの磁場を印加し、その状態で７０Ｋまで
冷却した。その後、磁場を−０．２２Ｔ／分で０Ｔとな
るまで減少させると同時に、−１℃／分の速度で温度を
４５Ｋまで下げた。その結果、上記第1実施形態例と同
様、試料中心部には５．４Ｔの磁場が捕捉された。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
超電導体に着磁する際に、超電導体に加えられる応力の
増大を抑制し、かかる応力の増大による応力破壊を防止
することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における、超電導体試料内
の磁束密度分布を示す図であり、図１（ａ）は温度Ｔ１
で外部磁場をＢ０からＢ１に下げたときの磁束密度分布
を示す図、図1（ｂ）は温度Ｔ２で外部磁場をＢ１から
Ｂ２に下げたときの磁束密度分布を示す図、図1（ｃ）
は温度Ｔ３で外部磁場をＢ２から０に下げたときの磁束
密度分布を示す図である。

【図２】本発明の実施の形態における、超電導体試料内
のピン止め力の分布を示す図であり、図１（ａ）は温度
Ｔ１で外部磁場をＢ０からＢ１に下げたときのピン止め
力の分布を示す図、図1（ｂ）は温度Ｔ２で外部磁場を
Ｂ１からＢ２に下げたときのピン止め力の分布を示す
図、図1（ｃ）は温度Ｔ３で外部磁場をＢ２から０に下
げたときのピン止め力の分布を示す図である。

【図３】従来のＦＣ法を使用した場合の、超電導体試料
内の磁束密度分布及びピン止め力分布を示す図であり、
図３（ａ）が磁束密度分布を図３（ｂ）がピン止め力の
分布を示す図である。

【図４】本発明の実施例における、実験装置の概略図で
ある。

【図５】本発明の実施例における、冷却温度、印加磁
場、試料中心部での捕捉磁場、試料周縁部での捕捉磁場
の変化を示すグラフである。

【図６】超電導体試料の概略図である。

【図７】従来のＦＣ法による、超電導体試料内の磁場分
布（磁束密度分布）を示す図である。

【図８】従来のＦＣ法による、超電導体試料内の電流密
度分布の変化を示したものであり、図8（ａ）は、外部
磁場Ｂ０が印加されたときの電流密度分布を、図８
（ｂ）は、外部磁場をＢ０から０まで減少させる過程で
取りうる磁場Ｂ１（０＜Ｂ１＜Ｂ０）が印加されたとき
の電流密度分布を、図8（ｃ）は、外部磁場が０となっ
たときの電流密度分布を示ず。

【図９】従来のＦＣ法による、超電導体試料内のピン止
め力の分布の変化を示したもので、図９（ａ）は、磁場
Ｂ０が印加されたときのピン止め力の分布を、図９
（ｂ）は、印加磁場をＢ０から０まで減少させる過程で
取りうる磁場Ｂ１（０＜Ｂ１＜Ｂ０）が印加されたとき
のピン止め力の分布を、図９（ｃ）は、印加磁場が０と
なったときのピン止め力の分布を示す。

【符号の説明】

２・・・冷凍機３・・・超電導マグネット１０・・・超電導体試料２１・・・コールドヘッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉川雅章愛知県刈谷市八軒町５丁目50番地株式会社イムラ材料開発研究所内Ｆターム(参考） 4M114 AA14 AA29 AA40 CC03 CC11 DA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超電導体に外部から磁場を印加した状態
で該超電導体を超電導遷移温度以下の任意の所望温度に
冷却し、その後に外部からの磁場を取り去ることにより
前記超電導体を着磁する、超電導体の着磁方法におい
て、前記超電導体を超電導遷移温度以下の任意の所望温度に
冷却する冷却過程中で前記超電導体の温度を超電導遷移
温度から前記所望温度に冷却するまでの間に、前記超電
導体に印加されている磁場を小さくすることを特徴とす
る、超電導体の着磁方法。
【請求項２】請求項１において、前記超電導体を超電導遷移温度以下の任意の所望温度に
冷却する冷却過程中で前記超電導体の温度を超電導遷移
温度から前記所望温度に冷却するまでの間に、前記超電
導体に印加されている磁場を段階的に小さくすることを
特徴とする、超電導体の着磁方法。
【請求項３】請求項１において、超電導体に外部から磁場を印加した状態で前記超電導体
を超電導遷移温度以下の任意の所望温度に冷却する冷却
過程中で、印加磁場を一定に保った状態で前記超電導体
の温度を下げる工程と、冷却過程の途中のある温度で前
記超電導体の温度を一定の時間一定に保持し、その間に
前記超電導体に印加されている磁場を小さくする工程と
を、１回ないし複数回組み合わせることを特徴とする、
超電導体の着磁方法。
【請求項４】請求項１から３のいずれか１項におい
て、前記超電導体の各部位にかかる応力が前記超電導体の破
壊強度を越えないように、前記超電導体に印加されてい
る磁場を小さくすることを特徴とする、超電導体の着磁
方法。