JP2001110637A

JP2001110637A - 超電導体の着磁方法

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Publication number: JP2001110637A
Application number: JP29253999A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Yanagi; 陽介柳; Yoshitaka Ito; 佳孝伊藤; Masaaki Yoshikawa; 雅章吉川; Tetsuo Oka; 徹雄岡
Original assignee: IMURA ZAIRYO KAIHATSU KENKYUSH; IMRA Material R&D Co Ltd
Current assignee: IMURA ZAIRYO KAIHATSU KENKYUSH; IMRA Material R&D Co Ltd
Priority date: 1999-10-14
Filing date: 1999-10-14
Publication date: 2001-04-20
Anticipated expiration: 2019-10-14
Also published as: JP3540969B2

Abstract

(57)【要約】【課題】より弱い磁場を用いて超電導体に着磁するこ
とができ，また着磁された超電導体がより強い磁場を捕
捉して，より強い永久磁石として利用可能となる超電導
体の着磁方法を提供すること。【解決手段】パルス磁場を相対的に臨界電流密度の高
い部分と低い部分とを有する超電導体の印加するに当
り，まず初期パルス磁場を印加し，次いで初期パルス磁
場よりも強度の強い中期パルス磁場を印加し，その後中
期パルスの強度以下の強さの後期パルス磁場を印加して
着磁を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は，バルク形状の超電導体に強い磁
場を捕捉させて磁石装置等を構成するための超電導体の
着磁方法に関する。

【０００２】

【従来技術】近年，ＳｍＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xなどの高温超電
導体では，その組織制御により液体窒素温度程度でも永
久磁石では不可能な１Ｔを超える大きな磁場が捕捉でき
るものが得られるようになった。これらの高温超電導体
は，材料開発により一層の特性向上が期待でき，また，
低温に冷却するとさらに大きな磁場が捕捉可能になるこ
とが知られている。そこで，これらのバルク状の高温超
電導体を着磁して，これまで容易には得られなかった強
力な磁場を発生する磁石装置として使うことが検討され
るようになってきた。

【０００３】バルク状の超電導体が磁石として機能する
のは，超電導遷移温度以下に冷却されて超電導状態にな
った超電導体内部に磁束線がピン止めされるためであ
る。したがって，冷却した超電導体の内部に磁束線がピ
ン止めされた状態を実現するための方法，すなわち着磁
方法が課題となる。

【０００４】実験的によく使われる方法は，大きな外部
磁場中で超電導体内部に磁束線が十分はいった状態で冷
却して超電導状態にした後に外部磁場を取り去り，その
際にピン止めされた磁束線が超電導体内に残って着磁さ
れる，磁場中冷却（ＦＣ）と呼ばれる方法である。しか
し，この方法は高磁場を長時間超電導体に印加する必要
があること，着磁後に超電導体の温度を保ったまま使用
したい場所に移動させるのが困難なことなど，実用的に
は問題が多い。

【０００５】そのため，簡易な手段でバルク状の超電導
体を着磁する方法として，パルス磁場を超電導体に印加
して着磁する，パルス着磁という方法があり，特開平６
−１６８８２３，特開平１０−１２４２９，特開平１０
−１５４６２０等が提案されており，特に特開平１０−
１５４６２０には，パルス着磁手順の工夫により捕捉磁
場を増やす方法も開示されている。これらの方法では，
機器等の内部に組み込まれた超電導体を着磁することも
可能であり，実用的には多くのメリットがある。

【０００６】

【解決しようとする課題】しかしながら，上記従来のパ
ルス着磁においては，超電導体に捕捉される磁場に対し
てはるかに大きなパルス磁場を印加する必要があった。
そのため，高い特性を持つ超電導体を着磁する場合には
必要な磁場がさらに大きくなり，着磁が困難になるとい
う問題があった。これは高い磁場を得ることが実用上困
難であるためである。

【０００７】本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので，より弱い磁場を用いて超電導体に着磁す
ることができ，また着磁された超電導体がより強い磁場
を捕捉して，より強い永久磁石として利用可能となる超
電導体の着磁方法を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題の解決手段】請求項１に記載の発明は，超電導遷
移温度以下に冷却された超電導体を準備し，該超電導体
の近傍に配設した着磁コイルにパルス電流を通電し，こ
れにより発生するパルス磁場を上記超電導体に印加して
該超電導体の着磁を行なう着磁方法において，上記超電
導体は相対的に臨界電流密度の高い部分と低い部分とを
有してなり，上記パルス磁場の上記超電導体の印加に当
り，まず初期パルス磁場を印加し，少なくとも臨界電流
密度の相対的に低い部分と超電導体中心部に磁場を侵入
させ，次いで該初期パルス磁場よりも強度の強い中期パ
ルス磁場を印加し，少なくとも臨界電流密度の相対的に
高い部分に磁場を侵入させ，その後上記中期パルスの強
度以下の強さの後期パルス磁場を印加し，超電導体中心
部から外縁に向けて着磁することを特徴とする超電導体
の着磁方法にある。

【０００９】本発明において最も注目すべきことは，臨
界電流密度の高い部分と低い部分とを有する超電導体に
対し，まず初期パルス磁場を印加し，次いで初期パルス
磁場よりも強い中期パルス磁場を印加し，その後中期パ
ルス以下の強さの後期パルス磁場を印加して着磁を行な
うことである。

【００１０】次に，本発明の作用につき説明する。一般
に超電導体の内部では，磁場は量子化されて磁束線とな
って存在する。超電導体内にある磁束線には互いに反発
力が働くので，磁束線は超電導体から抜けようとする。
これに抗して磁束線を超電導体内部にピン止めする力が
働くとき，超電導体は磁場を捕捉できる。パルス着磁法
は，パルス磁場の増磁過程で超電導体外縁部より磁束線
を超電導体内部に侵入させ，印加した外部磁場が無くな
った後もピン止め力によってそのまま超電導体内に磁束
線を保持させることにより，超電導体を着磁する方法で
ある。

【００１１】臨界電流密度が低い超電導体，すなわち特
性の低い超電導体は，磁場が容易に超電導体内部に侵入
することができる。よって，パルス磁場の増磁過程にお
いて超電導体外縁部にはあまり大きな磁場勾配ができな
い。一方，臨界電流密度が高い超電導体，すなわち特性
の高い超電導体は，超電導体外縁部で印加された外部磁
場が強くシールドされるため，パルス磁場の増磁過程で
超電導体にかかる磁場が一定以上に大きくなるまで超電
導体内にはほとんど磁束線が侵入しない。特性の極めて
高い超電導体（ＳｍＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xなどが一例として挙
げられる。）を低温に冷却し，より特性の高い状態にす
ると，上述の傾向がより顕著になり，パルス磁場の立ち
上がり時に超電導体の外縁部に非常に大きな磁場勾配が
できる。

【００１２】超電導体内部で磁束線が動くと発熱が起こ
るので，大きな磁場勾配ができている場合，一旦磁束線
の侵入がどこかで起こるとそこで局所的に温度が上昇
し，その場所の特性が相対的にさらに低くなる。そのた
め，ますます多くの磁束線が集中して侵入するフラック
ス・ジャンプと呼ばれる現象が起こる。このような現象
が起きると，超電導体外縁部等の初めに磁束線の侵入が
起こったところから超電導体中心部に向かって磁束線の
通り道ができ，そこでの磁場は，印加された外部磁場の
大きさにほぼ等しくなる。したがって，このフラックス
・ジャンプを利用すれば，超電導体に印加した磁場の大
きさに近い磁場を超電導体中心部に侵入させることがで
きる。

【００１３】従来の着磁方法では，超電導体中心部に着
磁に十分な磁場を侵入させるには，超電導体全体に磁場
を侵入させる必要があったため，超電導体中心部に捕捉
できる磁場の少なくとも２倍以上の印加磁場が必要だっ
た。そのため，パルス磁場の増磁過程で磁束線の侵入に
伴う発熱により大きく温度が上昇し，超電導体のピン止
め力が小さくなって，超電導体中心部まで侵入させた磁
束線がパルス磁場の減磁過程で抜けてしまい，超電導体
の捕捉磁場が減っていた。

【００１４】これに対し，本発明の方法では，特性の高
い部分と低い部分とが形成された超電導体を用いて，こ
れに対し初期パルス磁場，中期パルス磁場，後期パルス
磁場と三段階に分けてパルス磁場を印加する。後述する
ごとく予め超電導体に対する単パルス磁場を利用した着
磁実験（実施形態例１における図２等参照）を行なう等
すれば，当該超電導体において，少なくとも臨界電流密
度の相対的に低い部分と超電導体中心部に磁場が侵入可
能となるパルス磁場の大きさを知ることができる。

【００１５】また，超電導体外縁部の局所的に特性の低
いところから侵入した磁束線がちょうど超電導体の中心
部に到達するときに外部磁場が減少に転じるような大き
さのパルス磁場（以後，最適印加磁場と呼ぶ）を選ぶ
と，超電導体中心部に到達した磁束線はそのまま保持さ
れる。このような大きさのパルス磁場を初期パルス磁場
として着磁に使用することで，上記のように磁束線が局
所的に集中して侵入するような過程を発生させることが
できる。このため，初期パルス磁場の強度は小さくて済
む。なお，上記超電導体中心部とは超電導体の外縁より
最も遠い部分で単パルス着磁等の印加で最も磁場が侵入
し難い部分のことである。

【００１６】仮に初期パルス磁場の大きさが最適印加磁
場未満の場合には，超電導体中心部には殆ど磁場が入ら
ないため，超電導体中心部に磁場が捕捉されない。ま
た，超電導体外縁部では磁場は主として特定の場所に捕
捉されてしまい，磁束線の通り道にならなかった領域に
は磁場があまり残らず，かなり不均一な着磁状態となる
おそれがある。

【００１７】仮に最適印加磁場より大きなパルス磁場を
初期パルス磁場として利用した場合，磁束線の運動によ
る発熱のため，特に磁束線の侵入経路となった超電導体
外縁部の局所的に特性の低いところと超電導体中心とを
結ぶ領域の捕捉磁場が少なくなるおそれがある。つま
り，着磁の効率が悪くなるおそれがある。また，パルス
磁場の減磁過程で超電導体の中心部から特定の場所へ向
かって，増磁過程とは逆方向にフラックス・ジャンプが
起こり，超電導体内に侵入させた磁束線が抜けてしまう
こともある。

【００１８】なお，パルス磁場の増磁過程，減磁過程と
は，次の通りである。パルス磁場を発生させるパルス電
流は電流０から増大してピークを迎え，その後減少して
再び０となる。パルス電流の０〜ピーク間はパルス磁場
も増大し，ピーク〜０間はパルス磁場も減少する。それ
ぞれの過程を増磁過程，減磁過程と呼ぶ。

【００１９】ただし，パルス磁場がある程度大きい場
合，超電導体全体に完全に磁束線が侵入するようにな
り，初期パルス磁場の印加の際に超電導体外縁部の磁束
線の通り道にならなかった領域，すなわち特性が高い，
臨界電流密度が高い領域にも磁場が残るようになる。

【００２０】よって，中期パルス磁場として最適印加磁
場より大きい，適当な大きさの印加磁場を選択すること
で，少なくとも臨界電流密度の相対的に高い部分に磁場
を侵入させることが実現できる。つまり，超電導体は初
期パルス磁場による着磁によって，超電導体中心部に磁
場を侵入させ，この部分を中心に特性の低い部分に磁束
を保持させた状態となっている。ここに中期パルス磁場
による着磁を行なうことで，超電導体外縁部全体に磁場
を侵入させることができ，超電導体全体の捕捉磁束量を
増やすことができる。

【００２１】この場合は，超電導体中心部にすでに磁場
があるため磁束線の駆動力となる磁場勾配が大きくなら
ず，ある程度大きな印加磁場をかけても，超電導体中心
部には磁束線が侵入しない。そのため，超電導体外縁部
全体に磁場を侵入させるべく，最適印加磁場を超える磁
場を印加しても，超電導体中心部の磁場はほぼ一定に保
つことができる。これによって，超電導体の特性の低い
部分も高い部分もだいたい同じように磁場が着磁され
る。

【００２２】なお，上記中期パルス磁場にふさわしい大
きさのパルス磁場を選択するには，後述する実施形態例
１の図２に示すごとく，単パルス磁場による着磁を当該
超電導体に対して行なって，超電導体の磁場分布等を求
めることで，特性の高い部分に磁場が侵入するが，超電
導体中心部からは磁場が抜けない程度の大きさのパルス
磁場を知ることができる。

【００２３】また，初期パルス磁場，続いて印加する中
期パルス磁場を終えた後，後期パルス磁場として，中期
パルスの強度以下の後期パルス磁場を印加する。超電導
体内部に侵入する磁束線の量は既に侵入している磁束線
がある分，および印加磁場が中期パルス磁場以下となっ
た分だけ少なくなる。その結果中期パルス磁場での着磁
に比べ，超電導体中での温度上昇が減り，侵入した磁束
線が有効に捕捉されるようになり，超電導体中心部から
外縁に向けて着磁が実現され，捕捉磁場を増やすことが
できる。

【００２４】このように後期パルス磁場の印加により，
仮に超電導体が後述する実施形態例１に示すごとき円柱
状である場合は，図８等より明らかであるが，略同心円
状かつ略均一に中心部から外縁部へ向けて徐々に磁場が
小さくなるような磁場分布を得ることができる。なお，
仮に超電導体の形状が四角柱等であれば磁場分布はピラ
ミッド状等を呈する。

【００２５】まとめると，初期パルス磁場によって，超
電導体における特性の低い部分から中心部へ向けて磁場
を侵入させてやり，これによって超電導体の中心部近傍
や特性の低い部分に磁束を捕捉させる。次いで中期パル
ス磁場により，中心部近傍が捉えた磁束の大きさを低下
させることなく，特性の高い部分に磁場を捕捉させ，最
後の後期パルス磁場で超電導体の全体の捕捉磁場を太ら
せてやり，磁石としての性能を高めることができる。従
来と異なり，着磁の途中で中心から磁場が洩れる等，磁
場の強度が着磁中に低下することがない。また，特性の
低い部分から順に着磁しているため，より低い強度のパ
ルス磁場を利用して，より強い磁場を超電導体に捕捉さ
せることができる。

【００２６】以上，本発明によれば，より弱い磁場を用
いて超電導体に着磁することができ，また着磁された超
電導体がより強い磁場を捕捉して，より強い永久磁石と
して利用可能となる超電導体の着磁方法を提供すること
ができる。

【００２７】上記初期パルス磁場は超電導体の中心部に
対し磁場が捕捉可能な強度の磁場で，前述した最適印加
磁場である。この大きさは超電導体の種類等によって異
なる。この大きさを定める方法としては，例えば次のよ
うな方法がある。未着磁の超電導体にパルス磁場を印加
し，着磁を行なう。このパルス磁場の大きさを適当に変
更して，印加磁場と捕捉磁束量，表面最大磁場との関係
を導出し，後述する実施形態例１の図２にかかるような
線図を得る。このような線図において，捕捉磁束量，表
面最大磁場が最大となった最適印加磁場の±１０％の範
囲にある磁場を初期パルス磁場として印加することが好
ましい。

【００２８】初期パルス磁場がこの範囲を逸脱した場合
は後述する図８のような中心部から外縁に向かって大き
さがだいたい均一に低減するような磁場分布を得ること
が困難となるおそれがある。また，着磁後の捕捉磁束量
や表面最大磁場が小さくなるおそれがある。

【００２９】また，上記中期パルス磁場は，初期パルス
磁場により着磁された超電導体の中心部における磁場が
抜けない程度の大きさで印加する必要がある。この大き
さを定める方法としては，例えば次のような方法があ
る。未着磁の超電導体にパルス磁場を印加し，着磁を行
なう。このパルス磁場の大きさを適当に変更して，印加
磁場と捕捉磁束量，表面最大磁場との関係を導出し，後
述する実施形態例１の図２にかかるような線図を得る。

【００３０】このような線図における最大捕捉磁束量よ
り捕捉磁束量が１０〜３０％低下した際の印加磁場であ
って，初期パルス磁場よりも大きな磁場を中期パルス磁
場として印加することが好ましい。中期パルス磁場がこ
の範囲を逸脱した場合は後述する図８のような中心部か
ら外縁に向かって大きさがだいたい均一に低減するよう
な磁場分布を得ることが困難となるおそれがある。ま
た，着磁後の捕捉磁束量や表面最大磁場が小さくなるお
それがある。

【００３１】なお，超電導体の種類等により差はある
が，印加磁場が高くなることで捕捉磁束量は減少してゆ
く。この減少の傾きが大きく急激に低下するものも，殆
ど平らな状態で低下する場合もある。殆ど平らである超
電導体に対する中期パルス磁場としてかなり大きな磁場
を与えても初期パルス磁場で印加した磁束が抜けない。

【００３２】ただし，１０Ｔより大きなパルス磁場は生
成することが困難であるため，中期パルス磁場の上限
は，１０Ｔとすることが好ましい。また，後期パルス磁
場の大きさは中期パルス磁場の大きさ以下であればよ
い。

【００３３】また，本発明にかかる着磁方法において利
用するパルス磁場は，立ち上がり時間，つまり０からピ
ークに達する時間が１〜３０ｍｓであるパルス電流より
得ることが好ましい。これにより，パルス磁場の増磁過
程で超電導体の外縁部に充分大きな磁場勾配を生じさ
せ，フラックスジャンプによって磁束線を超電導体の中
心部に侵入させることができる。１ｍｓ未満では，磁束
線が超電導体内に充分入らないうちにパルス磁場が減磁
過程に入ってしまうおそれがあり，３０ｍｓを越えるパ
ルス磁場を発生させるためには必要なパルス電源が非常
に大型となってしまい，実用的でなくなるおそれがあ
る。

【００３４】次に，請求項２に記載の発明のように，上
記初期パルス磁場は複数回印加することが好ましい。こ
れにより，初期パルス磁場による超電導体の中心部に捕
捉される磁場をより大きくすることができる。

【００３５】次に，請求項３に記載の発明のように，上
記後期パルス磁場は複数回印加し，各印加の際のパルス
磁場は中期パルス磁場の強度から順次強度が低減する
か，または各印加の際のパルス磁場は中期パルス磁場の
強度と略等しいことが好ましい。これにより，すでに捕
捉された磁場がある分だけ超電導体内に新たに侵入する
磁場が減るため，その結果超電導体の発熱が少なくなっ
て捕捉される磁場を増やすことができる。

【００３６】次に，請求項４に記載の発明のように，上
記超電導体は，半溶融状態から徐冷凝固して結晶成長さ
せたＲＥ-Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_X（ＲＥはＬａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅ
ｕ，Ｇａ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｙの
いずれか１種以上の元素である。）を主相とすることが
好ましい。これにより磁束線のピン止め力の強い超電導
体を用いることにより，該超電導体が大きな磁場を捕捉
できる。なお，ＲＥ-Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xにおける_Xは任意の
正数である。

【００３７】また，本発明によれば，強く着磁された超
電導体が得られるため，疑似的に強い永久磁石として機
能する超電導体を得ることができる。このように着磁さ
れた超電導体は，永久磁石の着磁，磁場プレス，ＭＭＲ
（核磁気共鳴装置），ＭＲＩ（磁気共鳴イメージン
グ），磁気分離等に利用できる。

【００３８】

【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１７を用いて説明する。本例の着磁方法の
概略について説明する。超電導遷移温度以下に冷却され
た超電導体を準備し，該超電導体の近傍に配設した着磁
コイルにパルス電流を通電し，これにより発生するパル
ス磁場を上記超電導体に印加して該超電導体の着磁を行
なう。上記超電導体は，相対的に臨界電流密度の高い部
分と低い部分とを有し，これに対し，まず初期パルス磁
場を印加し，次いで該初期パルス磁場よりも強度の強い
中期パルス磁場を印加し，その後上記中期パルスの強度
以下の強さの後期パルス磁場を印加して，着磁を行な
う。

【００３９】図１に本例にかかる超電導体１及びその着
磁に使用した着磁装置１０を示す。図１（ａ）に示すご
とく，上記着磁装置１０は，冷凍機１２０によって冷却
される断熱容器１１内に配設されたコールドヘッド１２
と，断熱容器１１内で該コールドヘッド１２に接触させ
て配設され熱伝導により超電導遷移温度以下に冷却され
る超電導体１と，断熱容器１１の外部に配設され超電導
体１に磁場を印加するための着磁コイル１４と，該着磁
コイル１４に種々の大きさのパルス電流を通電すること
により超電導体１の印加磁場を任意に制御できるパルス
電源１５とからなる。

【００４０】本例の着磁には，立ち上がり時間１３ｍｓ
のパルス電流を上記着磁コイル１４に流して発生させた
パルス磁場を利用した。図１（ｂ）に示すごとく，超電
導体１は直径３６ｍｍ，厚み１６ｍｍの円柱形バルク形
状である。この超電導体１はＳｍＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_XとＳｍ₂
ＢａＣｕＯ_Xとをモル比で３：１に混合し，さらに１０
ｗｔ％のＡｇ₂Ｏと０．５ｗｔ％のＰｔを添加した粉末
を出発試料として溶融法で作成した。

【００４１】図１（ｃ）に示すごとく，この超電導体１
は溶融法によって作製され，凝固開始時に中心に置いた
種結晶から伸びるファセット・ライン１０１が十字状に
現われているものである。この超電導体１において，フ
ァセット・ライン１０１付近の超電導特性は他の部分に
比べてわずかに高くなっている。従って，この超電導体
１は，ファセット・ライン１０１付近は臨界電流密度の
高い部分であり，このファセット・ライン１０１間の該
ファセット・ライン１０１に対し４５度に当たる部分
（同図に示す符号１０５付近の範囲）は相対的に臨界電
流密度の低い，超電導特性の低い部分となる。

【００４２】次に，初期パルス磁場や中期パルス磁場の
大きさを定めるための単パルス着磁実験について説明す
る。直径３６ｍｍ，厚さ１６ｍｍの円柱形バルク形状の
上記超電導体を準備し，これを３５Ｋに冷却した。この
超電導体に対し単パルス磁場を用いて着磁して，次のよ
うな測定を行なった。

【００４３】この超電導体に対し，種々の大きさのパル
ス磁場を印加した時の超電導体の表面の捕捉磁場分布
を，磁場センサをＸ方向，Ｙ方向それぞれ２ｍｍ間隔で
走査して測定した。その分布上の最大値が表面最大磁場
Ｂ_maxで，分布全体の積分値が捕捉磁束量φである。こ
の測定においては，図１（ｃ）及び図３に示すごとく，
測定のＸＹ方向と超電導体１のファセット・ライン１０
１の方向とを揃え，すべて同じ向きで測定した。この測
定結果を示す線図を図２に，また，図２の各〜にお
ける超電導体表面の磁場分布を図３に示した。

【００４４】なお，この実験は単パルス磁場による着磁
である。よって，パルス磁場により着磁を行なって測定
を終えた後，超電導体を超電導遷移温度よりも高い温度
に加熱して，捕捉された磁束を取り除いた。従って，各
単パルス磁場が印加される際の超電導体はまったく着磁
されていない状態にある。

【００４５】また，特に図２における，，，につ
いては，磁場を示す各等高線に数値を付した別図面を図
４〜図６として掲載した。の状態にある超電導体の磁
場分布は，図４に示されるごとく，右斜め方向に磁場の
高い部分が存在し，僅かに超電導体中心部分へ磁場が侵
入した状態にあることが分かる。

【００４６】図５に示すごとく，の状態はファセット
ラインに対し４５度の位置にある部分で超電導特性が相
対的に低い部分から超電導体の中心部へ向かって磁場が
入り込んだ状態を示している。全体としてＸ状の磁場分
布が認められる。

【００４７】図６に示すごとく，の状態は，より中心
部の磁場が高くなり，また，極端なＸ状の模様が磁場分
布に認められなくなった状態である。しかし僅かにファ
セット・ラインに対し４５度の位置にある部分の磁場が
高い。他の，〜については特に等高線に数値を記
載しないが，図４〜図６より明らかであるため，省略し
た。

【００４８】以上の測定結果である図２〜図６より，印
加磁場が３．５Ｔ以下のときはほとんど超電導体中に磁
場が入っていないのに対し，印加磁場が３．５Ｔを超え
ると，急に図中４５度方向，すなわちファセット・ライ
ンに対し４５度の方向から磁場が侵入していることがわ
かった。

【００４９】上記実験から，上記超電導体に対する最適
印加磁場は４．３６Ｔで，このときの捕捉磁束量は最大
２．９５Ｔに達しており，磁場捕捉率（＝捕捉磁束量／
印加磁場）は６７％であることが分かった。

【００５０】また，図３のに示すごとく，最適印加磁
場が印加された場合，超電導体外縁部のファセット・ラ
イン上にあまり磁場が捕捉されていないこともわかる。
印加磁場がさらに大きいときは，図３より超電導体外縁
部のファセット・ライン上に対する磁場の捕捉が始まる
ことが分かるが，図２より表面最大磁場，捕捉磁束量の
双方共に最適印加磁場をかけた場合よりも減少傾向にあ
る。

【００５１】印加磁場がより高くなると，超電導体中心
部に過剰に侵入した磁束線が，パルス磁場がファセット
・ラインに対し４５度の方向にフラックス・ジャンプを
起こして抜けるため，図３のや等より，磁場が主と
してファセット・ライン上に捕捉されていることが分か
る。

【００５２】このような単パルス磁場の着磁実験より，
本例の着磁方法において，初期及び中期パルス着磁の際
の適切な磁場を求めることができた。つまり，初期のパ
ルス磁場はファセット・ラインに対し４５℃の方向で磁
場が侵入し，中心部に磁場が捕捉された際の磁場で最適
印加磁場４．３６の±１０％の範囲にある４．４Ｔ程度
がふさわしいことが分かった。

【００５３】また，最適な中期パルス磁場を求めるた
め，初期パルス磁場として４．４Ｔを超電導体に印加し
た後，種々の大きさの磁場を１回だけ重畳して，同様の
捕捉磁場分布測定を行なった。その結果，ファセット・
ライン上にも充分磁場を捕捉させることができ，かつ初
期パルス磁場により超電導体の中心部に捕捉された磁場
が保持可能な６．２Ｔ程度の磁場が中期のパルス磁場に
ふさわしいことが分かった。

【００５４】次に本例にかかる超電導体の着磁方法につ
いて詳細に説明する。本例の上述した着磁方法に基づい
て，順に初期パルス６回，中期パルス１回，後期パルス
１８回という手順で超電導体１に対する着磁を行なっ
た。この時の超電導体の温度は３５Ｋに維持され，また
立ち上がり時間１３ｍｓのパルス電流をコイルに通電し
て発生させたパルス磁場を利用した。

【００５５】まず４．４Ｔのパルス磁場を３回印加した
後，略同じ大きさのパルス磁場を更に３回印加した。こ
れが図７にかかるＰ１に当たる過程で初期パルス磁場で
ある。続いて，図７におけるＰ２の過程で６．２Ｔの中
期パルス磁場を１回，図７のＰ３にあたる過程で５．９
Ｔから順次大きさを低減させて１８回後期パルス磁場の
印加を行った。後期パルス磁場の最後１８回目は３．７
Ｔで行なった。

【００５６】各パルス磁場が印加された直後の超電導体
における捕捉磁束量及び表面の最大磁場とを図７に記載
した。なお，測定方法の詳細は上述の記載と同様であ
る。また，図７における〜における超電導体の磁場
分布を図８に記載した。特に，における超電導体の
磁場分布については，図９，図１０に示すごとく，拡大
して等高線に磁場の大きさを数値で記載した。他の，
〜については特に等高線に数値を記載しないが，図
９，図１０より明らかであるため，省略した。

【００５７】図７からこの一連の過程における表面最大
磁場ならびに捕捉磁束量の変化の履歴が分かり，矢印で
示した最後の点が最終的な着磁後の表面最大磁場および
捕捉磁束量である。図９より，初期パルス磁場を印加し
た段階でファセット・ラインに対する４５度の方向から
中心部へ向かって磁場が侵入し，ファセット・ライン上
にはあまり磁場がはいってこないことが分かった。ま
た，図１０より，最終的には同心円状の綺麗で形の崩れ
ていない磁場分布が超電導体に形成されたことが分かっ
た。

【００５８】ここに，比較例１（従来技術；特開平１０
−１５４６２０の方法）として，次のような着磁を上記
と同様の超電導体に対し施して，上記と同様に超電導体
における捕捉磁束量と表面の最大磁場とを測定した。こ
の時の超電導体の温度は３５Ｋに維持され，また立ち上
がり時間１３ｍｓのパルス電流をコイルに通電して発生
させたパルス磁場を利用した。ただし，着磁の方法は最
初に６．９Ｔのパルス磁場を印加し，その後順次パルス
磁場の大きさを低減させて，最後は３．７Ｔの磁場を印
加した。図１２のＰｃ１に示すごとき着磁の過程であ
る。

【００５９】各パルス磁場が印加された直後の超電導体
における捕捉磁束量及び表面の最大磁場とを図１２に記
載した。なお，測定方法の詳細は上述の記載と同様であ
る。また，図１２の〜における超電導体の磁場分布
を図１３に記載した。特ににおける超電導体の磁場分
布については，図１４に示すごとく，等高線に磁場の大
きさを数値で記載した。他の〜については特に等高
線に数値を記載しないが，図１４より明らかであるた
め，省略した。

【００６０】図１２からこの一連の過程における表面最
大磁場ならびに捕捉磁束量の変化の履歴が分かり，矢印
で示した最後の点が最終的な着磁後の表面最大磁場およ
び捕捉磁束量である。図１３，図１４より，比較例１の
ような着磁プロセスでは，より小さな磁場を印加するた
びに表面最大磁場，捕捉磁束量共に増えているが，超電
導体中心部での磁場が本例のごとく高くならないため，
最終的な着磁後の表面最大磁場，捕捉磁束量がともに本
例より少なかった。

【００６１】更に，本例の結果である図７と，比較例の
結果である図１２とを同じ線図に記載した。これが図１
１である。本例の着磁方法では，局所的な磁場侵入を利
用して最初に超電導体中心部に大きな磁場を捕捉させる
ため，着磁後の表面最大磁場は３．２Ｔに達し，従来技
術の２．８Ｔを大きく上回っている。また，捕捉磁束量
についても同様で本例だと２６４５μＷｂ，比較例１で
は２４３２μＷｂである。また，着磁に必要な最大の印
加磁場は最高で６．２Ｔであり，比較例１の６．９Ｔよ
り低くて済むこともわかった。

【００６２】また別の比較例２として，次のような着磁
を行なった。この時の超電導体の温度は３５Ｋに維持さ
れ，また立ち上がり時間１３ｍｓのパルス電流をコイル
に通電して発生させたパルス磁場を利用した。ただし，
着磁の方法は最初に最適印加磁場と略等しい４．４Ｔの
パルス磁場を印加し，その後何度か４．４Ｔ近傍の大き
さのパルス磁場を印加した。その後は順次パルス磁場の
大きさを低減させて最後に３．７Ｔの磁場を印加した。
図１５のＰｃ２に示すごとき着磁の過程である。

【００６３】各パルス磁場が印加された直後の超電導体
における捕捉磁束量及び表面の最大磁場とを図１５に記
載した。なお，測定方法の詳細は上述の記載と同様であ
る。また，図１５における〜における超電導体の磁
場分布を図１６に記載した。更に，特ににおける超電
導体の磁場分布については，図１７に示すごとく，等高
線に磁場の大きさを数値で記載した。他の〜につい
ては特に等高線に数値を記載しないが，図１７より明ら
かであるため，省略した。

【００６４】図１５からこの一連の過程における表面最
大磁場ならびに捕捉磁束量の変化の履歴が分かり，矢印
で示した最後の点が最終的な着磁後の表面最大磁場およ
び捕捉磁束量である。図１６，図１７より，比較例２の
ような着磁プロセスでは，途中経過においても，最終的
にも臨界電流密度が低い部分にしか着磁ができず，いび
つでゆがんだ磁場分布でしか得られないことが分かっ
た。このように比較例２では，着磁後の表面最大磁場は
３．２Ｔに達し，本例に近い値が得られたが，捕捉磁束
量が少ない上に磁場分布がいびつなので，磁石としての
性能が低く，実用的にはあまり好ましくない。

【００６５】本例の作用効果について説明する。本例で
は初期パルス磁場によって，超電導体における特性の低
い部分から中心部へ向けて磁場を侵入させてやり，これ
によって超電導体の中心部近傍や特性の低い部分に磁束
を捕捉させる。この状態の磁場分布が図８のやであ
る。

【００６６】次いで中期パルス磁場により，中心部近傍
が捉えた磁場の大きさを低下させることなく，特性の高
い部分に磁場を捕捉させる。この状態の磁場分布が図８
のである。最後の後期パルス磁場で超電導体の全体の
捕捉磁場を太らせてやり，磁石としての性能を高めるこ
とができる。この状態が図８の〜である。同図より
明らかであるが，着磁の途中で中心から磁場が洩れる
等，磁場の強度が着磁中に低下することがない。得られ
た磁場分布は中心部から外縁に向かって均一で綺麗な同
心円状になっており，このことから，磁場発生源として
使用する際に，空間に対称性のよい磁場を発生できるこ
とが分かる。

【００６７】更に，本例では特性の低い部分から順に着
磁しているため，より低い強度のパルス磁場を利用し
て，より強い磁場を超電導体に捕捉させることができ
る。これは図１１より明らかである。

【００６８】以上，本例によれば，より弱い磁場を用い
て超電導体に着磁することができ，また着磁された超電
導体がより強い磁場を捕捉して，より強い永久磁石とし
て利用可能となる超電導体の着磁方法を提供することが
できる。

【００６９】実施形態例２次に，実施形態例１とは異なる方法で中期パルス磁場の
大きさを定め，実施形態例１と同様に初期パルス磁場，
中期パルス磁場，後期パルス磁場にて超電導体を着磁す
る方法について説明する。

【００７０】中期パルス磁場の大きさを，実施形態例１
では単パルス磁場による着磁実験を行なって，表面最大
磁場や捕捉磁束量を測定して，その結果に基づいて定め
た。本例では，超電導体に連続的にパルス磁場を印加し
て，（つまり着磁のごとに捕捉された磁場を抜かな
い。）表面最大磁場を測定し，その結果に基づいて定め
るのである。

【００７１】図１と同様の超電導体に対し着磁するが，
図１８に示すごとく，まず３．１Ｔの磁場を印加する。
この時の超電導体における磁場分布が図１８（ａ）で，
リング状の着磁分布が得られる。続いてリング状の着磁
分布を持った状態の超電導体に対し，２度目の着磁とし
て３．７Ｔのパルス磁場を印加する。この時の磁場分布
が図１８（ｂ）で，リング状の磁場分布が図１８（ａ）
のときよりも少し太くなった。

【００７２】続いて４．３Ｔのパルス磁場を着磁する。
この４．３Ｔのパルス磁場は実施形態例１に記載した通
り，最適捕捉磁場に略等しい。この着磁で一気に中心部
まで磁場が侵入したことが図１８（ｃ）より明らかであ
り，また図１８の線図より知れるごとく，表面最大磁場
の大きさが急激に上昇した。

【００７３】その後，順次４．８Ｔ，５．４Ｔ，５．９
Ｔ，６．５Ｔ，７．０Ｔのパルス磁場を印加する。図１
８（ｄ）〜（ｇ）より磁場分布はあまり変化がないが，
線図より，最大表面磁場は５．４Ｔのパルス着磁を行な
った直後が最大で，その後は徐々に減少していくことが
分かった。なお，特に図１８（ｇ）における超電導体の
磁場分布については，図１９に示すごとく，等高線に磁
場の大きさを数値で記載した。他の（ａ）〜（ｆ），
（ｈ）については特に等高線に数値を記載しないが，図
１９より明らかであるため，省略した。

【００７４】従って，超電導体を準備し，超電導体着磁
装置に組み込んだ後，図２０に示すように，パルス磁場
を徐々に高めながら重畳して印加してやり，最大捕捉磁
場の大きさが減少傾向となった時点からパルス磁場を徐
々に低めながら重畳して印加する。これにより，実施形
態例１に記載したような単パルス実験を行なわずとも，
自然と初期パルス磁場，中期パルス磁場，後期パルス磁
場の印加を実現することができる。以上により，本例に
よれば，超電導体を着磁装置を含む超電導磁石装置に組
み込んだ状態で本発明にかかる着磁方法を実現すること
ができ，実用性に優れる。その他は実施形態例１と同様
の作用効果を得ることができる。

【００７５】

【発明の効果】上述のごとく，本発明によれば，より弱
い磁場を用いて超電導体に着磁することができ，また着
磁された超電導体がより強い磁場を捕捉して，より強い
永久磁石として利用可能となる超電導体の着磁方法を提
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，（ａ）着磁装置の構成
を示す説明図，（ｂ）超電導体の寸法を示す説明図，
（ｃ）超電導体のファセット・ラインを示す説明図。

【図２】実施形態例１における，超電導体に単パルス磁
場による着磁を行なった際の印加磁場の大きさ，表面最
大磁場及び捕捉磁束量の関係を示す線図。

【図３】実施形態例１における，図２に対応する捕捉磁
場分布を示す線図。

【図４】実施形態例１における，図２のにかかる捕捉
磁場分布を示す線図。

【図５】実施形態例１における，図２のにかかる捕捉
磁場分布を示す線図。

【図６】実施形態例１における，図２のにかかる捕捉
磁場分布を示す線図。

【図７】実施形態例１における，本例にかかる着磁方法
による着磁を行なった際の印加磁場の大きさ，表面最大
磁場及び捕捉磁束量の関係を示す線図。

【図８】実施形態例１における，図７に対応する捕捉磁
場分布を示す線図。

【図９】実施形態例１における，図７のにかかる捕捉
磁場分布を示す線図。

【図１０】実施形態例１における，図７のにかかる捕
捉磁場分布を示す線図。

【図１１】実施形態例１における，本例と比較例とのそ
れぞれの印加磁場の大きさ，表面最大磁場及び捕捉磁束
量の関係を示す対比線図。

【図１２】実施形態例１における，比較例１にかかる着
磁方法による着磁を行なった際の印加磁場の大きさ，表
面最大磁場及び捕捉磁束量の関係を示す線図。

【図１３】実施形態例１における，図１２に対応する捕
捉磁場分布を示す線図。

【図１４】実施形態例１における，図１２のにかかる
捕捉磁場分布を示す線図。

【図１５】実施形態例１における，比較例２にかかる着
磁方法による着磁を行なった際の印加磁場の大きさ，表
面最大磁場及び捕捉磁束量の関係を示す線図。

【図１６】実施形態例１における，図１５に対応する捕
捉磁場分布を示す線図。

【図１７】実施形態例１における，図１５のにかかる
捕捉磁場分布を示す線図。

【図１８】実施形態例２における，着磁を行なった際の
印加磁場の大きさと捕捉磁束量の関係を示す線図，及び
（ａ）〜（ｇ）対応する捕捉磁場分布を示す線図。

【図１９】実施形態例２における，図１８の（ｇ）にか
かる捕捉磁場分布を示す線図。

【図２０】実施形態例２における，印加磁場と捕捉磁場
との関係とを示す線図。

【符号の説明】１．．．超電導体，１０．．．着磁装置，

───────────────────────────────────────────────────── 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 (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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超電導遷移温度以下に冷却された超電導
体を準備し，該超電導体の近傍に配設した着磁コイルに
パルス電流を通電し，これにより発生するパルス磁場を
上記超電導体に印加して該超電導体の着磁を行なう着磁
方法において，上記超電導体は相対的に臨界電流密度の
高い部分と低い部分とを有してなり，上記パルス磁場の
上記超電導体の印加に当り，まず初期パルス磁場を印加
し，少なくとも臨界電流密度の相対的に低い部分と超電
導体中心部に磁場を侵入させ，次いで該初期パルス磁場
よりも強度の強い中期パルス磁場を印加し，少なくとも
臨界電流密度の相対的に高い部分に磁場を侵入させ，そ
の後上記中期パルスの強度以下の強さの後期パルス磁場
を印加し，超電導体中心部から外縁に向けて着磁するこ
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，上記初期パルス磁場
は複数回印加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又は２において，上記後期パル
ス磁場は複数回印加し，各印加の際のパルス磁場は中期
パルス磁場の強度から順次強度が低減するか，または各
印加の際のパルス磁場は中期パルス磁場の強度と略等し
い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のいずれか一項において，
上記超電導体は，半溶融状態から徐冷凝固して結晶成長
させたＲＥ-Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_X（ＲＥはＬａ，Ｎｄ，Ｓｍ，
Ｅｕ，Ｇａ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｙ
のいずれか１種以上の元素である。）を主相とすること
を特徴とする超電導体の着磁方法。