JP2003309295A - 超電導磁気シールド体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】完全シールドできる磁場が大きく、かつ低磁場
から上部臨界磁場に近い高磁場においてシールドできる
磁場が大きい超電導磁気シールド体を提供する。 【解決手段】Nb層またはTa層を介してNbTi合金層と電気
伝導度80% IACS以上の高導電性金属材料からなる常電導
金属層が交互に２層以上積層した構造を有するNbTi超電
導多層板からなる第一の多層管と、Nb層またはTa層を介
してNbTi合金層と常電導金属層が交互に２層以上積層し
た構造を有するNbTi超電導多層板であって、該常電導金
属層が電気伝導度80% IACS以上の高導電性金属材料から
なる層と、ビッカース硬度が120 〜240 の高硬度金属材
料からなる層からなり、かつ前記高導電性金属材料から
なる層の合計体積が、前記NbTi合金層の合計体積よりも
大きいNbTi超電導多層板からなる第二の多層管とが軸を
同一にして嵌合した複合多層管からなる超伝導磁気シー
ルド体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＭＲＩ（磁気共鳴
医療画像診断装置）、リニアモーターカーのほか、実験
用超電導機器・装置において使用される磁気シールドに
関するものであり、低磁場から高磁場まで高いシールド
能力を有する磁気シールド体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超電導多層板を深絞り加工して円筒形状
とし、磁気シールド体として利用する技術は、特開平３
−２７３７００号公報で示されており、さらに３テスラ
以上の強磁場をシールドする磁気シールド体として、超
電導材料と良導電性金属を交互に１層以上積層した超電
導多層板からなる筒状体を円周方向に複数個嵌合、密着
して成る複合磁気シールド体が、特開平９−１２１０９
５号公報に開示されている。同公報では、円筒の軸方向
に平行な３テスラの磁場を０．５Ｔ以下に低減すること
ができる領域を確保でき、このような磁場が低減された
領域は、複合円筒を組み合わせて、長さを延ばしたり、
円筒端部に鍔を付けることにより、拡大することが出
来、さらに周方向に肉厚を増やすことにより、さらにシ
ールド可能な磁場を増大させることが出来ることが示さ
れている。

【０００３】一方、Ｎｂ層またはＴａ層を介してＮｂＴ
ｉ合金層と常電導金属層が交互に２層以上積層した構造
を有するＮｂＴｉ超電導多層板であって、該常電導金属
層が、電気伝導度８０％ ＩＡＣＳ以上の高導電性金属
材料からなる層と、ビッカース硬度が１２０以上２４０
以下の高硬度金属材料からなる層の２種類の層からな
り、かつ前記高導電性金属材料からなる層の合計体積
が、前記ＮｂＴｉ合金層の合計体積よりも大きいことを
特徴とするＮｂＴｉ超電導多層板が特開２００１−２５
１０９０号公報に提示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平３−２７３７００号公報、特開平９−１２１０９５
号公報に記載された発明の超電導多層板からなる円筒、
またはその嵌合複合円筒の円筒軸上中心部では、３テス
ラ以下の低磁場側では一円筒磁気シールド体当り約０．
８テスラの磁場をシールドできるが、４テスラ超、上部
臨界磁場未満の高磁場側では、１円筒当たりがシールド
できる磁場の大きさは低下する。この傾向は磁場が高く
なるほど顕著となる。

【０００５】図１の曲線１は、Ｎｂ層を介してＮｂＴｉ
合金層が純度９９％以上の銅からなる常電導金属層と交
互に３０層積層した構造を有する厚さ１mmのＮｂＴｉ超
電導多層板から深絞り加工によって作製した円筒１個が
シールドできる磁場の大きさを、印加磁場に対してプロ
ットしたものである。印加磁場がごく小さい領域では、
シールドできる磁場の大きさは印加磁場の大きさに等し
いが、印加磁場がある磁場を超えると、印加磁場より小
さくなる。さらに、印加磁場を増加すると、シールドで
きる磁場の大きさは１．５テスラ付近で最大となり、さ
らに印加磁場を増加するとシールドできる磁場は低下し
てゆき、８テスラ付近では最大シールド磁場の４０％以
下まで低下する。

【０００６】このように、シールドできる磁場は高磁場
側では著しく減少する。これは、特開平３−２７３７０
０号公報や特開平９−１２１０９５号公報に記載の超電
導多層板における臨界電流密度Ｊｃの磁場依存性が、印
加磁場が増加するに従い大きく低下する傾向があること
に起因する。Ｊｃの磁場依存性は、量子化磁束のピン止
め点（Ｔｉ析出物）の大きさや形態に依る。

【０００７】また、上記特開２００１−２５１０９０号
公報に記載された発明の超電導多層板からなる円筒で
は、高磁場側でのＪｃが高いため、深絞り加工して円筒
形状にした磁気シールド体は高磁場側において比較的大
きな磁場をシールドできるが、円筒内部に侵入し始める
磁場の大きさが小さいという問題がある。図１の曲線２
はこの様子を示したものである。曲線２は曲線１に比べ
て完全シールドライン（図１の直線３）から離れるとき
のＢが小さい。即ち完全シールドできる磁場が小さいこ
とを意味している。

【０００８】そこで本発明は、完全シールドできる磁場
が大きく、かつ低磁場から上部臨界磁場に近い高磁場に
おいて、シールドできる磁場が大きい超電導磁気シール
ド体を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の第１の発明は、Ｎｂ層またはＴａ層を介して
ＮｂＴｉ合金層と電気伝導度８０％ ＩＡＣＳ以上の高
導電性金属材料からなる常電導金属層が交互に２層以上
積層した構造を有するＮｂＴｉ超電導多層板からなる第
一の多層管と、Ｎｂ層またはＴａ層を介してＮｂＴｉ合
金層と常電導金属層が交互に2 層以上積層した構造を有
するＮｂＴｉ超電導多層板であって、該常電導金属層
が、電気伝導度８０％ ＩＡＣＳ以上の高導電性金属材
料からなる層と、ビッカース硬度が１２０以上２４０以
下の高硬度金属材料からなる層からなり、かつ、前記高
導電性金属材料からなる層の合計体積が、前記ＮｂＴｉ
合金層の合計体積よりも大きいＮｂＴｉ超電導多層板か
らなる第二の多層管とが軸を同一にして嵌合した複合多
層管からなる超伝導磁気シールド体であって、磁場Ｂを
複合多層管の軸と平行になるように印加する場合に、シ
ールドできる磁場の大きさをΔＢ_s （Ｂ）、シールドで
きる磁場の最大値をΔＢ_{s max} （Ｂ_m）、このときの印
加磁場をＢ_m 、また、ΔＢ_s （Ｂ₀ ）＝０．９・Ｂ₀ と
なる時の印加磁場をＢ₀ とするとき、 Ｂ₀ ≧０．６５・Ｂ_m であり、かつ、８テスラにおけるシールド磁場をΔＢ_s
（８）とするとき、 ｛ΔＢ_s （８）｝／｛ΔＢ_{s max} （Ｂ_m ）｝≧０．７ であることを特徴とする超電導磁気シールド体である。
第２の発明は、電導金属層の内、高導電性金属材料から
なる層が純度９９％以上の銅であり、高硬度金属材料か
らなる層が固溶強化型銅合金及び／または時効硬化型銅
合金であることを特徴とする前記第１発明に記載の超電
導磁気シールド体である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、発明の詳細を超電導磁気
シールド体が円筒である場合を例に説明する。図３に示
すように、超電導磁気シールド円筒４を、円筒軸に平行
な磁場５の中に置くと、超電導円筒にはその磁場を打ち
消す向きに自発的に電流６が流れる。これをシールド電
流または遮蔽電流という。シールド電流は、その磁場に
おける超電導材料の臨界電流密度に相当する。磁束密度
Ｂの磁場下の臨界電流密度がＪｃ、超電導体の厚さがｄ
であるとき、シールド可能な磁場の大きさは、おおよそ
μ₀ ・Ｊｃ・ｄで表せる。したがってＪｃが大きいほ
ど、また超電導体の厚さｄが大きいほど、大きな磁場を
シールドすることが出来る。

【００１１】しかし、Ｊｃは、Ｊｃ＝Ｃ／（Ｂ＋Ｂ₁ ）
（ここでＣ，Ｂ₁ は定数）で近似されるような磁場依存
性を持つため、印加磁場が高くなるとＪｃが低下し、高
磁場において磁気シールド性能は一般に低下する。この
Ｊｃの磁場依存性は、量子化磁束をピン止めする常電導
物質（ＮｂＴｉの場合はＴｉ析出物）の大きさや形態に
依存する。超電導磁気シールド円筒軸上中心部の磁場Ｂ
_inは、印加磁場Ｂに対して、図４のような値をとる。Ｂ
＝０〜Ｂ′まで超電導磁気シールド円筒内部の磁場はゼ
ロで完全シールドしているが、ＢがＢ′を超えると磁場
は円筒内部へ入り始め、印加磁場が大きくなるに従いシ
ールドできる磁場の大きさは変化する。同じ結果を印加
磁場Ｂに対するシールド磁場ΔＢ_s （Ｂ）の変化として
プロットすると、図５のような曲線となる。図１も図５
と同様、印加磁場Ｂに対するシールド磁場ΔＢ_s （Ｂ）
の変化を示したプロットした例である。

【００１２】超電導体中に分散して量子化磁束をピン止
めする常電導物質の量や形態がＪｃの磁場依存性に及ぼ
す影響を調査する中で、次に示す２種類のＮｂＴｉ超電
導材料から作製した周方向に接合部分の無い管を、軸を
同一にして嵌合すると、完全シールドできる磁場が大き
く、かつ低磁場から高磁場までシールドできる磁場の大
きさの変化が小さい磁気シールド体を得ることができる
ことを見出した。

【００１３】２つの超電導多層板の内、１つは、Ｎｂ層
またはＴａ層を介してＮｂＴｉ合金層と電気伝導度８０
％ ＩＡＣＳ以上の高導電性金属材料からなる常電導金
属層が交互に２層以上積層した構造を有するＮｂＴｉ超
電導多層板（これを超電導多層板「Ａ」と呼ぶ）であ
り、もう一つはＮｂ層またはＴａ層を介してＮｂＴｉ合
金層と常電導金属層が交互に２層以上積層した構造を有
するＮｂＴｉ超電導多層板であって、該常電導金属層
が、電気伝導度８０％ ＩＡＣＳ以上の高導電性金属材
料からなる層とビッカース硬度が１２０以上２４０以下
の高硬度金属材料からなる層の２種類の層からなり、か
つ、前記高導電性金属材料からなる層の合計体積が、前
記ＮｂＴｉ合金層の合計体積よりも大きいことを特徴と
するＮｂＴｉ超電導多層板（これを超電導多層板「Ｂ」
と呼ぶ）である。

【００１４】これら２種類のＮｂＴｉ超電導材料から作
製した周方向に接合部分の無い管を、軸を同一にして嵌
合して用いると、低磁場から高磁場までシールドできる
磁場の大きさの変化が小さくなる理由を以下に説明す
る。超電導多層板「Ａ」から作製した深絞り円筒に円筒
軸に平行な磁場を印加していく時、円筒内部へ磁場が入
り込む際の磁場の大きさは、同じ厚さの超電導多層板
「Ｂ」から作製した深絞り円筒に比較して大きい特徴を
持っており、一方、３テスラ以上を印加した場合のシー
ルド磁場は、超電導多層板「Ｂ」から作製した円筒の方
が大きいという特徴を持っている。これは、それぞれの
超電導多層板における臨界電流密度Ｊｃの磁場依存性の
特徴に依っている。

【００１５】超電導多層板「Ａ」と、超電導多層板
「Ｂ」のＪｃの磁場依存性を図２に示した。超電導多層
板「Ａ」は、磁場が板に平行に印加された場合、圧延方
向（図中記号：ＲＤ方向）に流せる電流が幅方向（図中
記号：ＴＤ方向）に流せる電流の約６０％〜７５％であ
るため、円筒のシールド電流は圧延方向のＪｃで決ま
り、シールド磁場はやや小さいが、磁場が板に垂直に印
加された場合（図中記号：⊥Ｈ）は、特に２テスラ以下
の低磁場において比較的高いＪｃを有する。

【００１６】一方、超電導多層板「Ｂ」は、磁場が板に
平行に印加された場合（図中記号：//Ｈ）、圧延方向の
Ｊｃは幅方向のＪｃにほぼ等しく、磁場が板に垂直に印
加された場合、２テスラ以上の高磁場では超電導多層板
「Ａ」のＪｃよりも高く、１テスラ程度の低磁場では、
Ｊｃが超電導多層板「Ａ」より小さいという特徴を持っ
ている。印加磁場を増加してゆく際、円筒開口端部にお
いては磁場が若干の角度を持っているため、円筒端部で
は、印加磁場が板に垂直な方向（または、角度を持った
方向）を持つ場合のＪｃが重要になる。低磁場において
は、この点で超電導多層板「Ａ」の方が有利である。

【００１７】すなわち、超電導多層板「Ａ」は低磁場側
で垂直磁場に対して有効な大きさのピン止め点（Ｔｉ析
出物）が存在し、超電導多層板「Ｂ」では高磁場側で垂
直磁場に対して有効な大きさのピン止め点が存在する。
超電導多層板「Ａ」，「Ｂ」両者を組み合わせることに
より円筒解放端において角度を持った磁場を効率良くピ
ン止めし、大きなシールド電流を流すことによって、低
磁場から高磁場までの磁場において、シールド可能な磁
場の大きさが大きく、かつ変化が小さい磁気シールド体
を得ることができるのである。

【００１８】以下に本発明の要件につき詳細に説明す
る。本発明による複合超電導磁気シールド体は、超電導
多層板からなる多層管を半径方向に複数個嵌合して配置
した複合多層管であり、シールドできる磁場の大きさを
ΔＢ_s （Ｂ）、シールドできる磁場の最大値をΔＢ
_{s max} （Ｂ_m ）、このときの印加磁場をＢ_m 、また、Δ
Ｂ_s （Ｂ₀ ）＝０．９・Ｂ₀ となる時の印加磁場をＢ₀
とするとき、 Ｂ₀ ≧０．６５・Ｂ_m であり、かつ、８テスラにおけるシールド磁場をΔＢ_s
（８）とするとき ｛ΔＢ_s （８）｝／｛ΔＢ_{s max} （Ｂ_m ）｝≧０．７ であることを特徴とする。図５に上記記号の示す値を記
した。

【００１９】完全シールドを厳密に定義することは難し
いため、代わりにΔＢ_s （Ｂ₀ ）＝０．９・Ｂ₀ とし、
９０％シールドできる磁場Ｂ₀ を指標として用いた。９
０％シールドできる磁場が大きいことは、完全シールド
できる磁場も大きいことを意味している。本発明者ら
は、Ｂ₀ がＢ_m に近いほど、９０％シールドできる磁場
が大きくなることを見出した。Ｂ₀ をＢ_m の０．６５倍
以上としたのは、０．６５倍未満では９０％シールドで
きる磁場が小さすぎ、低磁場側で使用する際に磁気シー
ルドが不十分であるためである。

【００２０】｛ΔＢ_s （８）｝／｛ΔＢ
_{s max} （Ｂ_m ）｝≧０．７において、０．７以上とした
のは、０．７未満では高磁場側での磁気シールドが不十
分であり、低磁場から高磁場までをカバーする磁気シー
ルド体として不適であるためである。

【００２１】このような特性をもつ複合多層管を構成す
る超電導多層板は、Ｎｂ層またはＴａ層を介してＮｂＴ
ｉ合金層と電気伝導度８０％ ＩＡＣＳ以上の高導電性
金属材料からなる常電導金属層が交互に２層以上積層し
た構造を有するＮｂＴｉ超電導多層板（上述の多層板
「Ａ」）から構成された多層管と、Ｎｂ層またはＴａ層
を介してＮｂＴｉ合金層と常電導金属層が交互に２層以
上積層した構造を有するＮｂＴｉ超電導多層板であっ
て、該常電導金属層が、電気伝導度８０％ ＩＡＣＳ以
上の高導電性金属材料からなる層と、ビッカース硬度が
１２０以上２４０以下の高硬度金属材料からなる層の２
種類の層からなり、かつ、前記高導電性金属材料からな
る層の合計体積が、前記ＮｂＴｉ合金層の合計体積より
も大きいことを特徴とするＮｂＴｉ超電導多層板（上述
の多層板「Ｂ」）から構成された多層管が軸を同一にし
て嵌合した複合多層管であることを特徴とする。

【００２２】Ｎｂ層またはＴａ層を介してＮｂＴｉ合金
層と電気伝導度８０％ ＩＡＣＳ以上の高導電性金属材
料からなる常電導金属層が交互に２層以上積層した構造
を有するＮｂＴｉ超電導多層板から構成された円筒を用
いるのは、本多層板が板に角度を持って印加された磁場
に対して、特に低磁場側でＪｃが高く、円筒端部に角度
を持って印加される磁場のシールド性能が高いためであ
る。多層板の中に高硬度金属層が導入されていないの
は、層形状や層厚をやや乱雑にし、Ｔｉ析出物の大きさ
をやや大きめにして、板に角度を持って印加される磁場
を効率よくピン止めさせ、低磁場側での垂直磁場に対す
る磁気シールドを大きくするためである。

【００２３】ＮｂＴｉ層にくびれ、即ち加工が不十分な
箇所があると、時効熱処理を行った際に、厚さ及び幅お
よそ１００ナノメーター、長さ数百ナノメーターのやや
大きめのＴｉが析出する。このＴｉ析出物は、板に角度
を持って印加される磁場に対して比較的有効なピン止め
点となり、垂直磁場に対するＪｃ値が特に低磁場におい
て高くなる。

【００２４】一方、もう一つの超電導多層板として、Ｎ
ｂ層またはＴａ層を介してＮｂＴｉ合金層と常電導金属
層が交互に２層以上積層した構造を有するＮｂＴｉ超電
導多層板であって、該常電導金属層が、電気伝導度８０
％ ＩＡＣＳ以上の高導電性金属材料からなる層と、ビ
ッカース硬度が１２０以上２４０以下の高硬度金属材料
からなる層の２種類の層からなり、かつ、前記高導電性
金属材料からなる層の合計体積が、前記ＮｂＴｉ合金層
の合計体積よりも大きいことを特徴とするＮｂＴｉ超電
導多層板から構成された円筒を用いるのは、本多層板が
高磁場側において高いＪｃを有し、Ｊｃの圧延方向異方
性を持たないため、高磁場側において優れた磁気シール
ド効果をもたらすためである。

【００２５】ビッカース硬度が１２０以上２４０以下の
高硬度金属材料層は、ＮｂＴｉ層が圧延により乱れるの
を抑制するために使用する。一般に高導電金属層はビッ
カース硬度が１００以下と低いため、ＮｂＴｉ層と高導
電金属層を含む多層板を圧延すると、ＮｂＴｉ層が十分
圧延されない箇所が所々に出来、ＮｂＴｉ層に多くのく
びれが生じる。このようなＮｂＴｉ層の圧延方向のくび
れが圧延方向のＪｃ値を低下させる。ここで、高硬度金
属材料層を導入すると、ＮｂＴｉ層と高硬度金属層の硬
度差が小さくなり、ＮｂＴｉ層のくびれが抑制され、圧
延方向のＪｃの低減が抑制される。但し、高硬度金属層
は電気伝導度が低く、超電導安定性に問題が生じるた
め、ＮｂＴｉ層の合計体積よりも大きい高導電金属層の
導入が必要となる。高導電性金属とはＩＡＣＳ８０％以
上の導電性を持つ金属のことである。

【００２６】上記の高導電性金属層の材料として、タフ
ピッチ銅、脱酸銅、無酸素銅などの純度９９％以上の銅
が、超電導安定性を高めるために適している。純度９９
％以上としたのは、９９％未満では、液体ヘリウム温度
における電気抵抗が十分小さくならず、液体ヘリウム温
度において、電気や熱の高伝導体としての役割を果たせ
ないからである。高硬度金属層の材料としては、Ｃｕ−
１０〜３０％Ｎｉなどの固溶強化型銅合金やＣｕ−３Ｎ
ｉ−０．６Ｓｉ−０．２Ｚｎ合金やＣｕ−０．７Ｃｒ−
０．２Ｚｒのような時効硬化型銅合金が適している。

【００２７】嵌合する順番としては、多層板「Ａ」から
なる多層管を外側に置いても、内側に置いても効果は得
られる。また、シールドしたい磁場の大きさに合わせ
て、嵌合する多層管の個数を増加することができる。

【００２８】本発明では、印加磁場が複合多層管の軸に
平行な場合を例にあげているが、角度を持っている場合
でも同様のシールド効果が得られる。また、複合円筒を
例にあげて説明したが、管の形をしているものであれば
同様のシールド効果が得られる。

【００２９】

【実施例】［実施例１］厚さ５０μｍのＮｂ２枚を最外
層に配し、同Ｎｂ８枚を介して厚さ０．８mmのＮｂＴｉ
５枚と厚さ０．８mmのＣｕ−３０Ｎｉ合金（数字は質量
％，固溶強化型銅合金，通称キュプロニッケル）４枚を
積層した多層部を６組準備した。次に、側面厚さ２０mm
の銅箱の中にこの多層部６組を厚さ４mmの無酸素銅５枚
と交互に積層して入れ、厚さ１０mmの無酸素銅で蓋をし
て真空中で電子ビーム溶接して封止した。ここで用いた
無酸素銅の電気伝導度は１１１％ＩＡＣＳ、一方、Ｃｕ
−３０Ｎｉ合金のビッカース硬度は２００であった。ま
た無酸素銅とＮｂＴｉの総体積比（Ｃｕ／ＮｂＴｉ）は
１．６７であった。封止した銅の箱を８５０℃で１時間
加熱した直後に３４mmの厚さまで圧延した。

【００３０】次に本材料を３７０℃６時間で窒素ガス雰
囲気中において熱処理を行った後、厚さ１７mmまで冷間
圧延した。次に本材を厚さ８．５mm、４．３mmと冷間圧
延して行く途中で３７０℃６時間の熱処理を施した。厚
さ４．３mmから１mmまで冷間圧延した後、３４０℃で５
００時間の熱処理を施した。ここで便宜上、本多層板を
多層板Ｃと呼ぶ。多層板Ｃを深絞り加工し、内径２５m
m、高さ５０mmの円筒Ｃ _cy1 を作製した。

【００３１】また、厚さ１０mmの無酸素銅で作製した箱
の中に、厚さ１mmのＮｂＴｉ３０枚と厚さ１mmの無酸素
銅２９枚を、間に厚さ５０μｍのＮｂ６０枚を介して交
互に積層し、厚さ１０mmの無酸素銅で真空中において電
子ビーム溶接により封止した。ここで用いたのは１１１
％ＩＡＣＳである。封止した銅の箱を８５０℃で１時間
加熱した直後に３４mmの厚さまで圧延した。

【００３２】次に本材料を３７０℃６時間で窒素ガス雰
囲気中において熱処理を行った後、厚さ１７mmまで冷間
圧延した。次に本材を厚さ８．５mm、４．３mmと冷間圧
延して行く途中で３７０℃６時間の熱処理を施した。厚
さ４．３mmから１mmまで冷間圧延した後、３４０℃で５
００時間の熱処理を施した。ここで便宜上、本多層板を
多層板Ｄと呼ぶ。多層板Ｄを深絞り加工し、内径２２．
８mm、高さ５０mmの円筒Ｄ_cyl を作製した。

【００３３】多層円筒Ｃ_cyl の中に多層円筒Ｄ_cyl を挿
入し、テーパーのついた最大径２３．５mmの円筒形状の
マンドレルを多層円筒Ｄ_cyl の中に挿入し、円筒Ｃ_cyl
とＤ _cyl を押し広げ両者を一体化し、外径約２７．５m
m、高さ約５０mmの超電導複合円筒（本発明円筒１）を
得た。

【００３４】比較例１として、多層板Ｃから内径２２．
８mm、高さ５０mmの円筒Ｃ_cyl ′を作製し、多層円筒Ｃ
_cyl の中に多層円筒Ｃ_cyl ′を挿入し、テーパーのつい
た最大径２３．５mmの円筒形状のマンドレルを多層円筒
Ｃ_cyl ′の中に挿入し、円筒Ｃ_cyl とＣ_cyl ′を押し広
げ両者を一体化し、外径約２７．５mm、高さ約５０mmの
超電導複合円筒（比較例円筒１）を得た。

【００３５】また、比較例２として、多層板Ｄから内径
２５mm、高さ５０mmの円筒Ｄ_cyl ′を作製し、多層円筒
Ｄ_cyl ′の中に多層円筒Ｄ_cyl を挿入し、テーパーのつ
いた最大径２３．５mmの円筒形状のマンドレルを多層円
筒Ｄ_cyl の中に挿入し、円筒Ｄ_cyl とＤ_cyl ′を押し広
げ両者を一体化し、外径約２７．５mm、高さ約５０mmの
超電導複合円筒（比較例円筒２）を得た。

【００３６】さらに、別の比較例３として、円筒Ｃ_cyl
で、無酸素銅の代りに電気伝導度が７０％ＩＡＣＳのＣ
ｕ−１２Ｚｎを用いた円筒Ｃ_cyl ″を作製し、円筒Ｃ
_cyl ″の中に円筒Ｄ_cyl を挿入し、本発明円筒１を作製
する場合と同様にして、両者を一体化し、外径約２７．
５mm、高さ約５０mmの超電導複合円筒（比較例円筒３）
を作製した。

【００３７】これら本発明円筒１、比較例円筒１、２、
３の超電導複合円筒をそれぞれ一組ずつ液体ヘリウムに
浸漬し、超電導複合円筒軸上中心部にホール素子を置い
て、円筒軸に平行な磁場を印加し、円筒内部に侵入した
磁場を計測した。その結果、本発明円筒１では、Ｂ₀ ＝
０．７２・Ｂ_m 、かつ、Ｂ₀ ＝１．７テスラとなって、
９０％シールドできる磁場が大きく、さらに、｛ΔＢ_s
（８)]／｛ΔＢ_smax（Ｂ_m ）｝＝０．７１となって、高
磁場においてもシールドできる磁場が大きい磁気シール
ド円筒が得られた。

【００３８】一方、比較例円筒１では、｛ΔＢ_s （８)]
／｛ΔＢ_smax（Ｂ_m ）｝＝０．７８と高いが、Ｂ₀ ＝
０．３５・Ｂ_m 、Ｂ₀ ＝１．２５テスラとなって、９０
％シールドできる磁場が小さかった。また、比較例円筒
２では、Ｂ₀ ＝０．７５・Ｂ_mかつ、Ｂ₀ ＝１．８テス
ラとなって、９０％シールドできる磁場は大きいが、
｛ΔＢ_s （８)]／｛ΔＢ_smax（Ｂ_m ）｝＝０．４７とな
って、高磁場においてシールドできる磁場の大きさの低
下が大きかった。また比較例円筒３では、１〜８テスラ
の磁場を印加する間、超電導状態が一時的に破れる現象
（フラックスジャンプ）が数回にわたって起こり、磁気
シールド体として不適当であった。

【００３９】［実施例２］側面厚さ２０mmの銅箱の中に
厚さ１．０mmのＮｂＴｉ３０枚と厚さ１mmの常電導金属
を厚さ５０μｍのＮｂ６０枚を介して積層した。このと
き常電導金属はＣｕ−３Ｎｉ−０．６Ｓｉ−０．２Ｚｎ
合金（数字は質量％，時効硬化型銅合金，通称コルソン
合金）と無酸素銅を交互に使用した。これを厚さ１０mm
の無酸素銅で蓋をして真空中で電子ビーム溶接して封止
した。ここで用いた無酸素銅の電気伝導度は１１１％Ｉ
ＡＣＳ、一方、Ｃｕ−３Ｎｉ−０．６Ｓｉ−０．２Ｚｎ
合金のビッカース硬度は１８０であった。また無酸素銅
とＮｂＴｉの総体積比は１．１３であった。

【００４０】封止した銅の箱を８５０℃で１時間加熱し
た直後に３４mmの厚さまで圧延した。次に本材料を３９
０℃３時間で窒素ガス雰囲気中において熱処理を行った
後、厚さ１７mmまで冷間圧延した。次に本材を厚さ８．
５mm、４．３mmと冷間圧延して行く途中で３９０℃３時
間の熱処理を施した。厚さ４．３mmから１mmまで冷間圧
延した後、３４０℃で７００時間の熱処理を施した。こ
こで便宜上、本多層板を多層板Ｅと呼ぶ。多層板Ｅを深
絞り加工し、内径２０．６mm、高さ５０mmの円筒Ｅ_cyl
と内径２２．８、高さ５０mmの円筒Ｅ_cyl ´を作製し
た。また、実施例１で使用した多層板Ｄを深絞り加工
し、内径２５mm、高さ５０mmの円筒Ｄ_cyl ′を作製し
た。

【００４１】多層円筒Ｄ_cyl ′の中に多層円筒Ｅ_cyl と
Ｅ_cyl ′を挿入し、テーパーのついた最大径２１．２mm
の円筒形状のマンドレルを多層円筒Ｄ_cyl ′の中に挿入
し、円筒Ｅ_cyl ′とＥ_cyl 、Ｄ_cyl ′を押し広げ３者を
一体化し、外径約２７．５mm、高さ約５０mmの超電導複
合円筒（本発明円筒２）を得た。

【００４２】比較例４として、多層板Ｅから内径２５m
m、で高さ約５０mmの円筒Ｅ_cyl ″を作製し、多層円筒
Ｅ_cyl ″の中に多層円筒Ｅ_cyl とＥ_cyl ′を挿入し、テ
ーパーのついた最大径２１．２mmの円筒形状のマンドレ
ルを多層円筒Ｅ_cyl ′の中に挿入し、円筒Ｅ_cyl とＥ
_cyl ′、Ｅ_cyl ″を押し広げ３者を一体化し、外径約２
７．５ｍｍ、高さ約５０ｍｍの超電導複合円筒（比較例
円筒４）を作製した。

【００４３】また、比較例５として、多層板Ｄから内径
２０．６mm、高さ５０mmの円筒Ｄ_{cy l} ″を作製し、多層
円筒Ｄ_cyl の中に多層円筒Ｄ_cyl ′とＤ_cyl ″を挿入
し、テーパーのついた最大径２１．２mmの円筒形状のマ
ンドレルを多層円筒Ｄ_cyl の中に挿入し、円筒Ｄ_cyl ′
とＤ_cyl ″を押し広げ３者を一体化し、外径約２７．５
mm、高さ約５０mmの超電導複合円筒（比較例円筒５）を
得た。

【００４４】さらに、別の比較例６として、円筒Ｅ_cy1
と円筒Ｅ_cy1 ′をのＣｕ−３Ｎｉ−０．６Ｓｉ−０．２
Ｚｎ合金の代りに、ビッカース硬度８０のＣｕ−０．２
Ｚｒを用いて作製した円筒Ｆ_cyl と円筒Ｆ_cyl ′を作製
し、本発明円筒２を作製するのと同様にして円筒
Ｄ_cyl ′と円筒Ｆ_cyl と円筒Ｆ_cyl ′の３者を一体化さ
せ、外径約２７．５mm、高さ約５０mmの超電導複合円筒
（比較例円筒６）を作製した。

【００４５】これら本発明円筒２、比較例円筒４、５、
６の超電導複合円筒をそれぞれ一組ずつ液体ヘリウムに
浸漬し、超電導複合円筒軸上中心部にホール素子を置い
て、円筒軸に平行な磁場を印加し、円筒内部に侵入した
磁場を計測した。その結果、本発明円筒２では、Ｂ₀ ＝
０．６８・Ｂ_m 、かつ、Ｂ₀ ＝３．４テスラと大きく、
さらに、｛ΔＢ_s （８)]／｛ΔＢ_smax（Ｂ_m ）｝＝０．
７５となって、９０％シールドできる磁場が大きく、か
つ高磁場においてもシールドできる磁場が大きい磁気シ
ールド円筒が得られた。

【００４６】一方、比較例円筒４では、｛ΔＢ_s （８)]
／｛ΔＢ_smax（Ｂ_m ）｝＝０．８２と高いが、Ｂ₀ ＝
０．３４・Ｂ_m 、Ｂ₀ ＝２．９テスラとなって、９０％
シールドできる磁場が小さい磁気シールド円筒であっ
た。また、比較例５では、Ｂ₀ ＝０．７５・Ｂ_m 、か
つ、Ｂ₀ ＝３．７テスラとなって、９０％シールドでき
る磁場が大きいが、｛ΔＢ_s （８)]／｛ΔＢ
_smax（Ｂ_m ）｝＝０．４４となって、高磁場においてシ
ールドできる磁場の大きさの低下が大きかった。比較例
６では、Ｂ₀ ＝０．６８・Ｂ_m 、かつ、Ｂ₀ ＝３．４テ
スラとなって、９０％シールドできる磁場が大きいが、
｛ΔＢ_s （８)]／｛ΔＢ_smax（Ｂ_m ）｝＝０．５１とな
って、高磁場においてシールドできる磁場の大きさの低
下が大きかった。

【００４７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によって、完
全シールドできる磁場が大きく、かつ、高磁場において
もシールドできる磁場が大きい超電導磁気シールド体を
提供することが可能となった。本磁気シールド体は、低
磁場から高磁場までの磁気シールドが必要な超電導機器
の磁気シールド体として有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】超電導多層円筒Ａと超電導多層円筒Ｂがシール
ドできる磁場の大きさの印加磁場依存性を示す図。

【図２】超電導多層板Ａと超電導多層板Ｂの臨界電流密
度Ｊｃの印加磁場依存性示す図。

【図３】超電導円筒による磁気シールドを示す模式図。

【図４】円筒内部の磁場のプロット例を示す図。

【図５】シールド磁場のプロット例を示す図。

【符号の説明】

１：多層板Ａからなる複合円筒がシールドできる磁場の
印加磁場依存性 ２：多層板Ｂからなる複合円筒がシールドできる磁場の
印加磁場依存性 ３：完全シールドライン ４：超電導円筒 ５：印加磁場 ６：シールド電流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０５Ｋ 9/00 ＺＡＡ Ｇ０１Ｎ 24/02 ５４０Ａ Ｆターム(参考） 4C096 AB48 AD08 CA02 CA42 4F100 AB01A AB01B AB01C AB01D AB01E AB12A AB12D AB17E AB31A AB31D AB31E BA05 BA06 BA07 BA08 BA10A BA10C BA10E DA11 GB31 GB66 JD08 JG01C JG01E JK12E YY00C YY00E 4M113 BA02 BA29 BA30 CA12 CA13 CA17 5E321 AA01 BB25 BB53 GG07

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎｂ層またはＴａ層を介してＮｂＴｉ合
   金層と電気伝導度８０％ ＩＡＣＳ以上の高導電性金属
   材料からなる常電導金属層が交互に２層以上積層した構
   造を有するＮｂＴｉ超電導多層板からなる第一の多層管
   と、 Ｎｂ層またはＴａ層を介してＮｂＴｉ合金層と常電導金
   属層が交互に２層以上積層した構造を有するＮｂＴｉ超
   電導多層板であって、該常電導金属層が、電気伝導度８
   ０％ ＩＡＣＳ以上の高導電性金属材料からなる層と、
   ビッカース硬度が１２０以上２４０以下の高硬度金属材
   料からなる層からなり、かつ、前記高導電性金属材料か
   らなる層の合計体積が、前記ＮｂＴｉ合金層の合計体積
   よりも大きいＮｂＴｉ超電導多層板からなる第二の多層
   管とが軸を同一にして嵌合した複合多層管からなる超伝
   導磁気シールド体であって、 磁場Ｂを複合多層管の軸と平行になるように印加する場
   合に、シールドできる磁場の大きさをΔＢ_s （Ｂ）、シ
   ールドできる磁場の最大値をΔＢ_{s max} （Ｂ_m）、この
   ときの印加磁場をＢ_m 、また、ΔＢ_s （Ｂ₀ ）＝０．９
   ・Ｂ₀ となる時の印加磁場をＢ₀ とするとき、 Ｂ₀ ≧０．６５・Ｂ_m であり、かつ、８テスラにおけるシールド磁場をΔＢ_s
   （８）とするとき、 ｛ΔＢ_s （８）｝／｛ΔＢ_{s max} （Ｂ_m ）｝≧０．７ であることを特徴とする超電導磁気シールド体。
2. 【請求項２】 前記常電導金属層の内、高導電性金属材
   料からなる層が純度９９％以上の銅であり、高硬度金属
   材料からなる層が固溶強化型銅合金または時効硬化型銅
   合金のいずれかまたは両方であることを特徴とする、請
   求項１に記載の超電導磁気シールド体。