JP2000277333A

JP2000277333A - 超電導体の着磁方法及び超電導磁石装置

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Publication number: JP2000277333A
Application number: JP8385499A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Ito; 佳孝伊藤; Masaaki Yoshikawa; 雅章吉川; Yosuke Yanagi; 陽介柳; Tetsuo Oka; 徹雄岡; Uichiro Mizutani; 宇一郎水谷; Hiroshi Ikuta; 博志生田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2000-10-06
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: JP3671726B2

Abstract

(57)【要約】【課題】捕捉磁場特性の優れた超電導体に，コンパク
トな装置で高い磁場を捕捉させることができる，超電導
体の着磁方法及び超電導磁石装置を提供すること。【解決手段】超電導遷移温度以下の温度に冷却した超
電導体２に強磁性体３を近接させた状態で，着磁コイル
４により発生するパルス磁場を印加する。強磁性体３は
予め磁化されており，かつ超電導体２を超電導遷移温度
以下に冷却する以前に，強磁性体３を上記超電導体に近
接させておくことが好ましい。強磁性体３は，超電導体
２の着磁方向の片側もしくは両側に対向して配設するこ
とが好ましい。強磁性体３は，超電導体２と磁気回路を
構成するように配設することが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，バルク形状（塊状）の超電導体
に高い磁場を捕捉させて磁石として用いる場合の，超電
導体の着磁方法及び超電導体磁石装置に関する。

【０００２】

【従来技術】溶融法により作製されたＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ
−Ｏ系（ＲＥはＹ又は希土類元素）の高温超電導体は１
Ｔ（テスラ）を越える大きな磁場を捕捉することがで
き，従来の永久磁石を凌ぐ性能の磁石となることが知ら
れている。この超電導体を簡便に着磁する方法として
は，例えば，特開平６−１６８８２３号公報（文献
１），Japanese Journal of Applied Physics Vol.35
(1996) p.p. 2114-2125（文献２），特開平１０−０１
２４２９号公報（文献３），特開平１０−１５４６２０
号公報（文献４）に記載されているごとく，パルス磁場
を超電導体に印加する方法（パルス着磁法）が開示され
ている。

【０００３】上記文献１によれば，高温超電導体を７７
Ｋに冷却した後，高温超電導体の周囲に配置した着磁コ
イルにパルス電流を通電することにより超電導体に図４
に示すごときパルス磁場Ｐを印加する。これにより，超
電導体は，いわゆるピン止め力によって磁場を捕捉して
強力な磁石となる。このパルス着磁法によれば，従来の
ＦＣ（Field Cooling：磁場中冷却）法やＺＦＣ（Zero
Field Cooling：ゼロ磁場冷却）法などの静磁場による
着磁方法に比べて非常に簡便に超電導体を着磁すること
ができ，この方法を利用した超電導磁石装置はコンパク
トにすることができる。

【０００４】また，文献２においては，超電導体に最大
の磁場を捕捉させるためには，印加する磁場の大きさに
最適値があり，それより大きな磁場を印加すると，捕捉
される磁場が減少することが報告されている。また，文
献３には，液体窒素に代えて冷凍機を用いて超電導体を
冷却する方法が示されている。また，文献４には，超電
導体にパルス磁場を複数回印加する着磁方法が示されて
いる。この方法によれば，パルス磁場を１回だけ印加す
る場合よりも大きな磁場を超電導体に捕捉させることが
できる。

【０００５】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記従来のパ
ルス着磁法においては，次のような問題点がある。この
問題点を明らかにするために，超電導体が磁場を捕捉す
るメカニズムを簡単に説明する。

【０００６】一般に，超電導遷移温度以下に冷却された
超電導体に外部から磁場を印加すると，ある定まった量
の磁場が磁束線１本の単位（量子化磁束）となって，多
くの磁束線の形で超電導体の内部に侵入する。この磁束
線は超電導体内部に分散するピン止め点に捕捉され，外
部の磁場が無くなっても磁場が超電導体内部に残る。そ
の結果，超電導体は着磁されて磁石となる。

【０００７】超電導体内のピン止め点が磁束線を捕捉す
る力（ピン止め力）は，超電導体の材料固有の特性であ
り，一般に低温になるほど強くなる。そのため，超電導
体を冷却して低い温度にすれば，ピン止め力は向上し，
超電導体が捕捉できる磁場は多くなる。

【０００８】パルス着磁においては，図４に示したよう
に，磁場が短時間で大きく変化するため，原理的に超電
導体内に侵入する磁束線が外部磁場の変化に追随でき
ず，印加したパルス磁場が超電導体の中心まで有効に伝
わらない。従って，同じ強さの磁場を印加したときに超
電導体に捕捉される磁場は，静磁場着磁の場合よりも小
さくなってしまう。

【０００９】また，パルス磁場の印加中には磁束線が超
電導体内部で激しく動くため，超電導体の温度が上昇す
る。そのため，ピン止め力が低下し，最終的に超電導体
に捕捉される磁場は，静磁場着磁の場合よりも小さくな
ってしまう。これらの問題は，捕捉磁場特性の優れた
（ピン止め力の強い）超電導体であるほど，また，より
低温で着磁する場合ほど深刻になり，上記従来のパルス
着磁法では十分な強度の磁場が捕捉できないという問題
があった。

【００１０】さらに，上記文献４に開示されているよう
に，超電導体にできる限り大きな磁場を捕捉させるため
には，捕捉される磁場より十分大きなパルス磁場を印加
することが必要となる。この場合，着磁コイルの巻数を
多くしたり，パルス電流を供給する電源を大型化した
り，さらには，大きな電磁力に耐えうる様に着磁コイル
全体を頑丈な構造にする必要がある。これらのことは，
パルス着磁法が他のＦＣ法やＺＦＣ法よりも簡便な装置
で超電導体を容易に着磁できるという大きな特徴を損な
ってしまう。

【００１１】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，捕捉磁場特性の優れた超電導体に，コン
パクトな装置で高い磁場を捕捉させることができる，超
電導体の着磁方法及び超電導磁石装置を提供しようとす
るものである。

【００１２】

【課題の解決手段】請求項１の発明は，超電導遷移温度
以下の温度に冷却した超電導体に強磁性体を近接させた
状態で，着磁コイルにより発生するパルス磁場を印加す
ることを特徴とする超電導体の着磁方法にある。

【００１３】本発明において最も注目すべきことは，パ
ルス着磁の際に上記強磁性体を上記超電導体に近接させ
ておくことである。ここで，強磁性体を超電導体に近接
させるとは，少なくとも，上記着磁コイルにより超電導
体に印加するパルス磁場が上記強磁性体にも印加され，
それにより誘起された強磁性体の磁化の効果が超電導体
に及ぶように，該強磁性体を位置させることをいう。

【００１４】上記強磁性体は，飽和磁化，又は残留磁化
が大きいことが好ましい。具体的には，例えば表１に示
すように，パーメンジュール（Fe-50Co-2V），電磁軟
鉄，ケイ素鋼（Fe-3Si），Fe-3.5Al，センダスト（Fe-
9.5Si-5.5Al），メタグラス2605SC（Fe-3B-2Si-0.5
C），メタグラス2605S2（Fe-3B-5Si）などの高透磁率材
料，Sm-Co，Nd-Fe-Bなどの永久磁石材料，Gd，Dy，Tb，
EuOなどの希土類材料がある。

【００１５】次に，本発明の作用について説明する。強
磁性体は磁場がかかると強く磁化され，それ自体が磁場
を発生するようになる。そのため，強磁性体を超電導体
に近接させて上記着磁コイルによりパルス磁場を印加す
ると，超電導体には着磁コイルが発するパルス磁場だけ
でなく，そのパルス磁場により磁化された強磁性体によ
る磁場が重畳して印加される。それ故，超電導体に実効
的にかかる磁場は，上記強磁性体のない場合よりも大き
くなる。従って，着磁コイルからの印加磁場の大きさが
同じであっても，強磁性体を用いることにより，これを
用いない場合よりも多くの磁場を超電導体に捕捉させる
ことができる。

【００１６】また，着磁コイルの磁場がゼロになった後
でも，残留磁化，もしくは超電導体に捕捉された磁場に
より誘起される磁化が強磁性体に残るので，超電導体に
は引き続き磁場がかかった状態が継続される。これによ
り，上述した発熱による捕捉磁場の減少が抑制され，従
来のパルス着磁法よりも多くの磁場を捕捉することが可
能となる。

【００１７】即ち，上述したように，強磁性体がないと
超電導体の発熱によりピン止め力が弱くなり，磁束線が
超電導体から抜け出てしまうが，強磁性体が近接して存
在すると，磁束線が強磁性体に引きつけられ超電導体か
ら抜けにくくなる。発熱した超電導体は時間の経過と共
に冷却され，一定時間後には着磁前の温度に戻るので，
強磁性体により保持されていた超電導体内の磁束線がピ
ン止め点に捕捉され，強磁性体を取り除いた後も多くの
磁場を捕捉できるようになる。

【００１８】

【表１】

【００１９】また，請求項２の発明のように，上記強磁
性体は予め磁化されており，かつ上記超電導体を超電導
遷移温度以下に冷却する以前に，上記強磁性体を上記超
電導体に近接させておくことが好ましい。この場合に
は，上記強磁性体の磁化による磁場が上記超電導体にか
かったまま超電導遷移温度以下に冷却されるため，上記
超電導体に一定量の磁場が捕捉された状態でパルス磁場
が印加される。その結果，パルス磁場の印加による超電
導体の発熱が少なくなり，さらに多くの磁場捕捉が可能
となる。

【００２０】また，請求項３の発明のように，上記強磁
性体は，上記超電導体の着磁方向の片側もしくは両側に
対向して配設することが好ましい。この場合には，磁場
を発する超電導体の面に対向して強磁性体が近接するの
で，より効果的に超電導体に磁場を捕捉させることがで
きる。強磁性体の効果を十分に発揮するためには，対向
する超電導体とのギャップはできるだけ狭いことが望ま
しい。また，強磁性体の形状は，反磁場ができるだけ小
さくなるように，着磁方向に細長いことが好ましい。

【００２１】また，請求項４の発明のように，上記強磁
性体は，上記超電導体と磁気回路を構成するように配設
することが好ましい。磁気回路を構成することにより，
強磁性体の反磁場が最小に抑えられ，強磁性体の効果が
より増大する。この場合も，近接する超電導体とのギャ
ップはできるだけ狭いことが望ましい。

【００２２】さらに，請求項５の発明のように，上記強
磁性体は室温以下の温度に冷却されていることが好まし
い。一般に，強磁性体は，キュリー温度以下で，かつ温
度が低いほどその飽和磁化が高くなる傾向にあり，超電
導体の捕捉磁場を向上させる効果がより大きくなる。特
に，表１に示したGd，Dy，Tb，EuOの希土類材料は，い
ずれも室温（３００Ｋ）以下のキュリー温度を持ち，そ
れぞれ２９２Ｋ，８８Ｋ，２２４Ｋ，６９Ｋ以下で強磁
性体となる。

【００２３】次に，上記超電導体の着磁方法を利用した
超電導磁石装置としては，次の装置がある。即ち，請求
項６の発明のように，断熱容器内に配設された超電導体
と，該超電導体に近接して配設された強磁性体と，上記
超電導体を固定するための試料ホルダーと，上記超電導
体を冷却するための冷却装置と，上記超電導体にパルス
磁場を印加するための着磁コイルとからなることを特徴
とする超電導磁石装置がある。

【００２４】本発明の超電導磁石装置において最も注目
すべきことは，上述した発明の着磁方法を適用するため
に，高い捕捉磁場を実現するための上記強磁性体と，上
記超電導体を固定するための上記試料ホルダーを有する
ことである。

【００２５】上記強磁性体としては，例えば表１の各種
材料などを用いることができる。形状は，上述したよう
に，着磁方向に細長いものが好ましい。また，後述する
ように，超電導体が複数個ある場合には，それぞれの超
電導体に磁場を絞り込むように，超電導体に対向する面
に凹凸を設けることもできる。

【００２６】上記試料ホルダーは，パルス磁場の印加中
や，着磁後強磁性体を取り除く時に，上記超電導体が上
記強磁性体と引き合うことにより移動し，上記断熱容器
に接触するのを防ぐためのものである。また，上記冷却
装置の冷却部に強く接触させ，上記超電導体を効率よく
冷却する役割もある。

【００２７】試料ホルダーの材質は，上記超電導体に働
く電磁力に耐えうる機械的強度を有するもの用いる。ま
た，上記超電導体の捕捉磁場に影響を及ばさない非磁性
体であることが望ましい。また，上記超電導体を効率よ
く冷却する点から，熱伝導率が高いことが望ましい。こ
れらの性質を持つ材料としては，SUS304，SUS316などの
ステンレス材料，ＦＲＰ，スタイキャストなどの複合強
化樹脂などがある。

【００２８】上記断熱容器は，外部からの熱の侵入を防
いで上記超電導体の温度の上昇を防止し，かつ超電導体
の冷却を容易にするためのものである。具体的には，例
えば，輻射シールド板を備えた真空断熱槽といった本格
的な断熱対策を施したものがある。また，例えば，単に
ＦＲＰや発泡スチロールといった熱伝導度の極めて低い
材料を構成材料として用いた簡便なものもある。

【００２９】上記着磁コイルは，鋸波，矩形波，正弦
波，コンデンサ放電波形等の種々の波形で単発または複
数の短時間電流（パルス電流）を通電することにより，
パルス磁場を発生するものである。例えばコンデンサ放
電を利用する場合には，着磁コイルの寸法，コイルの巻
数，全回路の抵抗・インダクタンス・静電容量等を調整
することにより，パルス磁場の大きさやパルスの立ち上
がり時間を制御することができる。

【００３０】また，着磁コイルは液体窒素等の冷媒や冷
凍機などで冷却してもよい。この場合には，コイルの抵
抗が小さくなるので，小型の電源で大きな磁場を印加す
ることが可能となる。また，着磁コイルの材質は，低抵
抗の銅やアルミニウムもしくは超電導材料が用いられ
る。

【００３１】着磁コイルの配置は，上述した文献１，２
に示されているごとく，上記断熱容器の中に超電導体と
共に収納されていてもよいし，文献３に示されているご
とく，上記断熱容器の外に配設してあってもよい。ま
た，着磁コイルは，必ずしも上記超電導体の周囲にある
必要はなく，超電導体の着磁方向の片側もしくは両側の
面に対向していればよい。

【００３２】上記冷却装置は，上記超電導体を直接冷却
するものであって，後述する冷凍機や，冷却した冷媒を
循環させながら冷却する冷媒循環型の冷却装置，冷媒に
浸漬してその蒸気圧を調整して冷却する冷媒貯留型の冷
却装置など，種々の構成をとることができる。

【００３３】上記超電導体は，バルク形状（塊状）であ
り，その形状は，円柱状，角柱状等，種々の形状をとる
ことができる。また，必ずしも１個である必要はなく，
複数個が着磁方向に積み重なっていてもよい。この場合
は，長さが有限であることの影響が弱められるので，捕
捉磁場を高めることができる。また，着磁方向に対して
横に並べてもよい。この場合には，捕捉された強力な磁
場をより遠くまで及ばせることが可能となる。

【００３４】また，上記超電導体は，いわゆるピン止め
点を有するものであって，例えば後述する高温超電導体
を用いる。超電導体の捕捉磁場特性に異方性がある場合
には，捕捉磁場特性が最大となる方位と着磁の方向が一
致するように配置することが好ましい。また，上記超電
導体は，スタイキャスト，エポキシ樹脂等の充填含浸剤
や金属リングなどで補強処理が施されていてもよい。

【００３５】次に，本発明の超電導磁石装置の作用につ
いて説明する。本発明の装置において超電導体を着磁す
る際には，まず，上記試料ホルダーにより固定された上
記超電導体に上記強磁性体を近接させて配置する。次
に，上記冷却装置によって超電導体を超電導遷移温度以
下まで冷却する。所定の温度になった後，上記着磁コイ
ルによって超電導体にパルス磁場を印加する。また，上
述したように，超電導体を冷却した後に，強磁性体を近
接させてもよい。これにより，上記のごとく，超電導体
に多くの磁場が捕捉される。

【００３６】このように，本発明の超電導磁石装置によ
れば，上記の超電導体の着磁方法を確実かつ容易に実施
することができる。また，本発明の超電導磁石装置は，
上記のごとく簡単な構成であるため非常にコンパクトに
することができる。それ故，本発明の超電導磁石装置
は，種々の機器における磁石装置として有効に利用する
ことができる。

【００３７】また，請求項７の発明のように，上記強磁
性体は，上記超電導体の着磁方向の片側もしくは両側に
対向して配設することができる。この場合には，上述の
ように，効果的により多くの磁場を捕捉させることがで
きる。

【００３８】また，請求項８の発明のように，上記強磁
性体は，上記超電導体と磁気回路を構成するように配設
することができる。この場合には，上述のように，強磁
性体の効果がさらに増大する。

【００３９】また，請求項９の発明のように，上記試料
ホルダーは，上記強磁性体と対向している面により上記
超電導体を支えていることが好ましい。この場合には，
パルス磁場の印加中，または着磁後強磁性体を取り除く
時に，磁場を捕捉した超電導体が強磁性体に引きつけら
れてその電磁力により破壊されるのを防止することがで
きる。

【００４０】また，請求項１０の発明のように，上記着
磁コイル，又は，上記強磁性体の一部または全部が脱着
可能であることが好ましい。この場合には，超電導体の
周囲の空間を広く確保することができ，超電導体から発
せられる磁場を有効に利用することが可能となる。

【００４１】また，請求項１１の発明のように，上記冷
却装置としては冷凍機を用い，該冷凍機には上記超電導
体を冷却するためのコールドヘッドを設けることができ
る。この場合には，超電導体を簡便に，かつ継続的に冷
却することができ，上記の超電導体の着磁方法により実
現した強力な磁場をより安定して利用することができ
る。

【００４２】また，請求項１２の発明のように，上記超
電導体は，溶融法により作製した，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔの
うちの少なくとも１つを含むＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系
（ここに，ＲＥはＹ, 希土類元素，又はこれらの元素の
組合せ）であることが好ましい。ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ
系の超電導体は，溶融法で作製することにより，強力な
ピン止め点を無数に含ませることができ，かつ捕捉磁場
特性の強い方位を揃えて結晶を大きく成長させることが
できる。また，Ｐｔを混ぜることにより，ピン止め点を
より強力にすることができる。さらに，ＡｇやＡｕを混
ぜることにより，超電導体の機械的強度が増加し，上記
の超電導体の着磁方法において働く電磁力によって超電
導体が破壊するのを防ぐことができる。

【００４３】

【発明の実施の形態】実施形態例１本発明の実施形態例にかかる超電導体の着磁方法につ
き，図１〜図５を用いて説明する。本例の着磁方法は，
図１，図２に示すごとく，超電導遷移温度以下の温度に
冷却した超電導体２に強磁性体３を近接させた状態で，
着磁コイル４により発生するパルス磁場を印加する着磁
方法である。

【００４４】即ち，本例では，超電導体の着磁方法の効
果を調べるため，図１，図２に示すように，超電導体２
の片側あるいは両側に強磁性体３を近接して配置し，液
体窒素８中でパルス着磁を行って捕捉される磁場の量を
測定した。また，比較のために，図１における強磁性体
３を取り除いた場合についても同様に捕捉される磁場の
量を測定した。

【００４５】強磁性体３の材質としては，電磁軟鉄とパ
ーメンジュールの２種類を用いた。これらのサイズはい
ずれもφ３８×ｔ３０（ｍｍ）である。超電導体２は，
１０重量％のＡｇ₂Ｏ（酸化銀）と０．５重量％のＰｔ
（白金）を添加して溶融法で作製したＳｍ−Ｂａ−Ｃｕ
−Ｏ系である。サイズはφ３６×ｔ１８（ｍｍ）であ
る。超電導体２は，図３に示すごとく，急冷や電磁力に
よるクラックの発生を防ぐため，ＳＵＳリング２９とス
タイキャスト２８により補強した。

【００４６】また，超電導体２と強磁性体３の間のギャ
ップＧ（図１，図２）は０．５ｍｍとした。また，着磁
コイル４としては，巻数２７ターンのものを用いた。

【００４７】次に，パルス磁場を１回だけ印加したとき
の効果を調べた。まず，超電導体２を，強磁性体３，着
磁コイル４と共に液体窒素８中に浸漬し，７７Ｋに冷却
した。次に，パルス電源より着磁コイル４に単発のパル
ス電流を通電し，図４に示すパルス磁場Ｐを超電導体２
に印加した。このときのパルス磁場ＰのピークＰ₀まで
の時間（立ち上がり時間）は１ｍｓである。

【００４８】強磁性体３と着磁コイル４を取り除いた
後，液体窒素８中で，超電導体２の表面から０．５ｍｍ
離れた水平面内でホール素子をスキャンして捕捉磁場分
布を測定した。この測定を印加磁場の強度を変えて実施
した。また，それぞれのパルス磁場の印加は，試料を液
体窒素８から取り出して温度を上げ，捕捉磁場をゼロに
（消磁）してから行った。また，この一連のパルス磁場
の印加は，上記強磁性体３の個数及び種類を変えてそれ
ぞれ行った。

【００４９】このようにして測定した捕捉磁場の総量
（捕捉磁束）の印加磁場に対する変化を図５に示す。同
図は，横軸に印加磁場（Ｔ）を，縦軸に捕捉磁束（１０
^-4Ｗｂ）をとったものである。そして，測定結果の代表
として，電磁軟鉄よりなる強磁性体３を２つ用いた場合
（図２）を符号Ｅ１，パーメンジュールよりなる強磁性
体３を２つ用いた場合（図２）を符号Ｅ２，強磁性体３
を用いなかった場合を符号Ｃ１により示した。

【００５０】図５より知られるごとく，強磁性体３が電
磁軟鉄，パーメンジュールのいずれであっても（Ｅ１，
Ｅ２），捕捉磁場の最大値は，強磁性体を用いない場合
（Ｃ１）に比べ約１．３倍に増加するのがわかる。ま
た，特にパーメンジュールの強磁性体を２つ用いた場合
（Ｅ２）には，同じ大きさの印加磁場で捕捉される磁場
が，強磁性体がない場合（Ｃ１）より大きくなっている
のがわかる。以上より，本発明の超電導体の着磁方法に
よれば，超電導体の捕捉磁場が向上することが確認でき
た。

【００５１】実施形態例２本例では，実施形態例１におけるパルス磁場の印加回数
を複数回に増やした場合の捕捉磁束を測定した。即ち，
実施形態例１における１回のパルス磁場印加に代えて，
まず，４Ｔ（テスラ）のパルス磁場を印加して捕捉磁場
を測定し，そのまま消磁しないで，次に少しだけ弱い磁
場を印加した。このように磁場の強度を弱くしながらパ
ルス磁場を繰り返して印加した。

【００５２】この時の捕捉磁束の変化を図６に示す。同
図は，横軸に印加磁場（Ｔ）を，縦軸に捕捉磁束（１０
^-4Ｗｂ）をとったものである。そして，測定結果の代表
として，電磁軟鉄よりなる強磁性体３を１つ用いた場合
（図１）を符号Ｅ３，電磁軟鉄よりなる強磁性体３を２
つ用いた場合（図２）を符号Ｅ４，パーメンジュールよ
りなる強磁性体３を２つ用いた場合（図２）を符号Ｅ
５，強磁性体３を用いなかった場合を符号Ｃ２により示
した。

【００５３】同図より知られるごとく，いずれの場合も
印加磁場を下げながら繰り返し印加することにより捕捉
磁束は増加し飽和したが，強磁性体３を用いると（Ｅ３
〜Ｅ５），用いない場合（Ｃ２）に比べ，捕捉磁束はほ
ぼ１．２倍に増加することがわかる。また，強磁性体３
を片側に配置した場合（Ｅ３）でも，捕捉磁場増加の効
果があることがわかる。

【００５４】実施形態例３本例では，本発明の超電導体の着磁方法を利用した超電
導磁石装置について，図７，図８を用いて説明する。本
例の超電導磁石装置１は，図７に示すごとく，断熱容器
１０内に配設された超電導体２と，該超電導体２に近接
して配設された強磁性体３と，上記超電導体２を固定す
るための試料ホルダー５と，上記超電導体１を冷却する
ための冷却装置としての冷凍機６と，上記超電導体２に
パルス磁場を印加するための着磁コイル４とからなる。

【００５５】超電導体２は，１５重量％のＡｇ₂Ｏ（酸
化銀）と０．５重量％のＰｔ（白金）を添加して溶融法
で作製したＳｍ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系である。サイズはφ
３０×ｔ１５（ｍｍ）であり，実施形態例１と同様に，
図３に示すごとく，ＳＵＳリング２９とスタイキャスト
２９で補強した。

【００５６】断熱容器１０は，ＳＵＳ３０４を用い，超
電導体２と冷凍機６のコールドヘッド６１を収納してい
る。断熱容器１０の内部は，外部からの熱の侵入をでき
る限り防ぐために，真空状態にしてある。強磁性体３
は，超電導体２上方の断熱容器１０の外に，超電導体２
との距離が３ｍｍとなるように近接して配置してある。
材質は，電磁軟鉄，またはパーメンジュールを用い，サ
イズはφ４０×ｔ６５（ｍｍ）である。

【００５７】着磁コイル４は，超電導体２の周囲に位置
するように，断熱容器１０の外部に配設してあり，コン
デンサ放電を利用したパルス電源４１に電気的に接続さ
れている。また着磁コイル４は，図８に示すように液体
窒素８に浸漬される構造になっている。また，同図に示
すように，着磁コイル４と強磁性体３とは一体構造に設
けてあり，その全体が超電導体２に対して脱着できるよ
う構成してある。このような構成により，上記強磁性体
３は室温の状態で使用される。

【００５８】冷却装置は，図７に示すごとく，コンプレ
ッサ６２，コールドヘッド６１を有する冷凍機６よりな
る。コールドヘッド６１は，熱を奪って冷却する部分で
あり，図８に示すように，熱伝導性に優れ，かつ渦電流
を生じないサファイアブロック６９を介して超電導体に
連結してある。

【００５９】超電導体取付部の詳細を図８に示す。試料
ホルダー５は，ＳＵＳ３０４製で，ハット型をしてお
り，内側に超電導体２が収納されている。上面の中央に
は穴１９を設けてあり，捕捉磁場を測定するためのホー
ル素子１８が取り付けてある。試料ホルダー５の内側の
高さは超電導体２の高さより低くしてあり，ボルト１５
で試料ホルダー５のつばを下方に押しやることにより，
超電導体２の上面が試料ホルダー５の天井１２に押さ
れ，超電導体２がサファイアブロック６９を介してコー
ルドヘッド６１に固定されている。

【００６０】次に，本例の超電導磁石装置１において超
電導体２を着磁する手順の一例を説明する。図８のよう
に強磁性体３を配置した後，冷凍機６を作動させて超電
導体２を超電導遷移温度以下に冷却する。次いで，実施
形態例２と同様にして，磁場の強さが順次弱くなるよう
に超電導体２に繰り返してパルス磁場を印加する。その
後，着磁コイル４と強磁性体３を取り外すことにより，
着磁された超電導体２による強磁場空間を断熱容器外に
作ることができる。

【００６１】次に，本例の超電導磁石装置１における発
生磁場強度を，強磁性体３を用いない従来の磁石装置と
比較する。上記の手順により３３Ｋで着磁したときの，
超電導体表面のホール素子で測定した捕捉磁場の変化
を，従来の磁石装置の場合と比較して図９に示す。同図
の横軸は印加磁場（Ｔ），縦軸はホール素子１８により
測定した捕捉磁場（Ｔ）である。そして，本例の超電導
磁石装置１において上記強磁性体３として電磁軟鉄を用
いた場合を符号Ｅ６，パーメンジュールを用いた場合を
符号Ｅ７，強磁性体を用いなかった場合を符号Ｃ３とし
て示した。

【００６２】また，Ｅ６，Ｅ７については，図９中にお
いて，印加磁場ゼロにおける縦軸の値が，強磁性体３を
取り外した後の捕捉磁場である。図９より知られるごと
く，同じ超電導体２を用いているにもかかわらず，本発
明の超電導磁石装置１では，強磁性体３を用いない従来
の磁石装置の約１．２倍の発生磁場が得られることがわ
かる。

【００６３】実施形態例４本例の超電導磁石装置は，図１０に示すように，強磁性
体３を超電導体２の上側だけでなく，下側にも取り付け
てある。さらに，上側の強磁性体３（ａ）は着磁コイル
４を冷却する液体窒素８により，下側の強磁性体３
（ｂ）は超電導体２と共に冷凍機６のコールドヘッド６
１により室温以下に冷却されるよう構成した。

【００６４】この場合には，強磁性体３が室温以下に冷
却されることにより，超電導体２にさらに効果的に磁場
を捕捉させることができ，高い発生磁場が得られる。ま
た，試料ホルダー５は，つばの部分を下方からボルト１
５で引っ張るようにして固定している。そのため，実施
形態例３よりも径の大きな超電導体２を取り付けること
ができ，より大きな磁場をより遠くまで発生できる磁石
装置となる。その他は実施形態例３と同様の効果が得ら
れる。

【００６５】実施形態例５本例の超電導磁石装置を図１１〜図１３を用いて説明す
る。本例の超電導磁石装置は，図１１に示すように，着
磁方向がコールドヘッド６１に対して直角となるように
超電導体２が取り付けられており，２個の着磁コイル４
が，超電導体２を両側から挟み込むように対向して断熱
容器１０の外に配設されている。２個の着磁コイル４に
同じ向きに電流を流して超電導体２を着磁する。

【００６６】また，図１２に示すように，円柱状の７個
の超電導体２を同一平面内に並べ，ＳＵＳリング２９と
スタイキャスト２８で補強した超電導複合体２０を使用
している。この超電導複合体２０をハット型の試料ホル
ダー５で両側からコールドヘッド６１に押しつけて固定
している。

【００６７】また，強磁性体３は左右の着磁コイル４内
に収納され，その超電導複合体２０と対向する面は，図
１３に示すように，個々の超電導体２に効率よく磁場が
集中するよう円柱状の凸部３５を個々の超電導体２に対
応して７つ設けた。本例の超電導磁石装置を用いて超電
導体２を着磁させた場合には，極性の異なる強力な磁場
を左右の空間に発生させることができる。

【００６８】実施形態例６本例の超電導磁石装置は，図１４に示すように，２個の
超電導体２が対向して取り付けられており，３個の着磁
コイル４がそれらの両側と間に配置されている。また，
強磁性体３は，各着磁コイル４の内側にあり，かつ右端
と左端をつなぐ形でコイルの外側に伸びており，磁気回
路を構成している。そして，強磁性体３は，着磁コイル
４と共に液体窒素８で冷却されている。強磁性体３と着
磁コイル４は，超電導体２の着磁後，上方に取り外され
る。

【００６９】本例の超電導磁石装置を用いて超電導体２
を着磁させた場合には，上記強磁性体３が磁気回路を構
成することにより，強磁性体３の反磁場が最小に抑えら
れ，強磁性体の効果がより増大する。そのため，２個の
超電導体２の間に室温の強力な磁場空間を発生させるこ
とができる。なお，上記各実施形態例では，説明の都合
上，同一機能部分には同一符号を用いた。

【００７０】

【発明の効果】上述のごとく，本発明によれば，捕捉磁
場特性の優れた超電導体に，コンパクトな装置で高い磁
場を捕捉させることができる，超電導体の着磁方法及び
超電導磁石装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態例１における，強磁性体を１つ用いた
着磁方法を示す説明図。

【図２】実施形態例１における，強磁性体を２つ用いた
着磁方法を示す説明図。

【図３】実施形態例１における，超電導体の構成を示す
説明図。

【図４】実施形態例１における，印加するパルス磁場を
示す説明図。

【図５】実施形態例１における，印加磁場の強さと捕捉
磁束との関係を示す説明図。

【図６】実施形態例２における，パルス磁場を複数回印
加した場合の捕捉磁束の推移を示す説明図。

【図７】実施形態例３における，超電導磁石装置の構成
を示す説明図。

【図８】実施形態例３における，超電導磁石装置の主要
部の詳細を示す説明図。

【図９】実施形態例３における，パルス磁場を複数回印
加した場合の捕捉磁束の推移を示す説明図。

【図１０】実施形態例４における，超電導磁石装置の主
要部の詳細を示す説明図。

【図１１】実施形態例５における，超電導磁石装置の主
要部の詳細を示す説明図。

【図１２】実施形態例５における，超電導複合体の構成
を示す説明図。

【図１３】実施形態例５における，強磁性体の斜視図。

【図１４】実施形態例６における，超電導磁石装置の主
要部の詳細を示す説明図。

【符号の説明】

１．．．超電導磁石装置，１０．．．断熱容器，２．．．超電導体，３．．．強磁性体，４．．．着磁コイル，５．．．試料ホルダー，６．．．冷凍機，６１．．．コールドヘッド，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柳陽介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 (72)発明者岡徹雄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 (72)発明者水谷宇一郎名古屋市千種区不老町名古屋大学工学研究科内 (72)発明者生田博志名古屋市千種区不老町名古屋大学理工科学総合研究センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超電導遷移温度以下の温度に冷却した超
電導体に強磁性体を近接させた状態で，着磁コイルによ
り発生するパルス磁場を印加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，上記強磁性体は予め
磁化されており，かつ上記超電導体を超電導遷移温度以
下に冷却する以前に，上記強磁性体を上記超電導体に近
接させておく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又は２において，上記強磁性体
は，上記超電導体の着磁方向の片側もしくは両側に対向
して配設す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１〜３のいずれか１項において，
上記強磁性体は，上記超電導体と磁気回路を構成するよ
うに配設することを特徴とする超電導体の着磁方法。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項において，
上記強磁性体は室温以下の温度に冷却されていることを
特徴とする超電導体の着磁方法。
【請求項６】断熱容器内に配設された超電導体と，該
超電導体に近接して配設された強磁性体と，上記超電導
体を固定するための試料ホルダーと，上記超電導体を冷
却するための冷却装置と，上記超電導体にパルス磁場を
印加するための着磁コイルとからなることを特徴とする
超電導磁石装置。
【請求項７】請求項６において，上記強磁性体は，上
記超電導体の着磁方向の片側もしくは両側に対向して配
設してあることを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項８】請求項６において，上記強磁性体は，上
記超電導体と磁気回路を構成するように配設してあるこ
とを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項９】請求項６〜８のいずれか１項において，
上記試料ホルダーは，上記強磁性体と対向している面に
より上記超電導体を支えていることを特徴とする超電導
磁石装置。
【請求項１０】請求項６〜９のいずれか１項におい
て，上記着磁コイル，又は，上記強磁性体の一部または
全部が脱着可能であることを特徴とする超電導磁石装
置。
【請求項１１】請求項６〜１０のいずれか１項におい
て，上記冷却装置は冷凍機であり，該冷凍機には上記超
電導体を冷却するためのコールドヘッドを設けているこ
とを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項１２】請求項６〜１１のいずれか１項におい
て，上記超電導体は，溶融法により作製した，Ａｇ，Ａ
ｕ，Ｐｔのうちの少なくとも１つを含むＲＥ−Ｂａ−Ｃ
ｕ−Ｏ系（ここに，ＲＥはＹ, 希土類元素，又はこれら
の元素の組合せ）であることを特徴とする超電導磁石装
置。