JPH01245867A - 超伝導体微粒子の選鉱・分級装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超伝導体、常伝導体、絶縁体等からなる微粒
子の混合物の中から超伝導体微粒子のみを選鉱できる装
置、更には異なる粒径の超伝導体微粒子の混合物の中か
ら、ある特定範囲の粒径の超伝導体微粒子を分級できる
装置に関する。

〔従来の技術） 近年、セラミックス材料をある一定の組成で焼結するこ
とにより、比較的室温に近い低温において超伝導性を示
す焼結体が得られることが見い出された。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上述のようにして得られた焼結体はその全てが
超伝導性を示すのではなく、常伝導体または絶縁体など
の不純物を含むこともあり、このような不純物を選択的
に除去することは困難であった。

また、超伝導体微粒子を分級する適当な方法も見い出さ
れておらず、粉体工学ハンドブック（井伊谷鋼−編集、
朝倉書店）に記載されているような一般的な粒子の分級
方法を、超伝導体微粒子に応用する以外に方法がなかっ
た。

例えば、従来の一般的な粒子の分級方法としては、目開
きの違う網を眼径の大きい方から順次積み屯ねて分級す
る、いわゆるふるい分は法や、流体中を沈降する粒子の
終末沈降速度を利用して分級する、いわゆる沈降法など
が知られている。

しかしながら、ふるい分は法においては、数−以下のふ
るい目開きは製造不可能なので、極小粒径の分級はでき
ない。したがフて、極小粒径の超伝導体微粒子の分級に
は十分な方法ではない。更には、ふるい目を通過させる
ため、微粒子に加圧力を加えることが多く、その場合は
、より高精度な分級の一手段としての、真空中での分級
を行なうことはできない。

また沈降法においては、沈降速度が粒径だけでなくその
比重にも依存するので、厳密な分級ができない。また液
相沈降法を用いる場合は、液体と微粒子の分離に手間が
かり、沈降速度も一般に遅いので分級に時間がかかる。

また当然のことながら、真空中では実施できない。

本発明は上記課題に鑑み成されたものであり、その目的
は、超伝導体微粒子を他の常伝導微粒子や絶縁体微粒子
との混合物の中から真空下で容易に選鉱でき、更にはあ
る範囲の大きさの粒径の超伝導体微粒子を真空下で容易
に分級できる、新規な選鉱・分級装置を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の超伝導体微粒子の選鉱・分級装置は、超伝導体
微粒子を含む粉体に磁場を印加して超伝導体微粒子−を
浮トさせるための手段（以下、「浮」−手段」と略称す
る）と、前記浮上した超伝導体微粒子を収集するための
手段（以下、「収集手段」と略称する）とを有すること
を特徴とする超伝導゛体微粒子の選鉱・分級装置である
。

本発明の装置は、超伝導体特有の磁気的性質であるマイ
スナー効果を利用することに基づく。

マイスナー効果とは、超伝導体微粒子が超伝導性を示す
温度下おいて、その微粒子に磁場を印加すると、その微
粒子が完全反磁性を示すという効果である。すなわち、
上記の温度下において、超伝導体微粒子を含む粉体に下
側から磁場を印加するとマイスナー効果により空間に浮
上する。−方、常伝導体や絶縁体等の微粒子については
マイスナー効果が発生しないので浮上しない。

したがって、本発明の装置の「浮上手段」により超伝導
体微粒子を浮上させ、その浮上した微粒子を「収集手段
」により収集すれば、まず常伝導体や絶縁体等が混入し
ている粉末の中から超伝導体微粒子のみを精度よく選鉱
することができる。

なお、通常、粒径が０．１μ以上の超伝導体微粒子につ
いて分級に有効なマイスナー効果を得ることができるの
で、従来の分級方法では困難であった、超伝導体の粒径
が約０．１−以上の微粒子とそれ未満の微粒子を容易に
分級することができる。

本発明の装置の「浮上手段」には、例えば電磁石や永久
磁石を用い得る。その磁石の形状は、超伝導体微粒子が
浮上するような磁場を印加可能であればどのような形状
でもよい。したがって、例えば板状、凹状等の磁石、あ
るいはそれら磁石の複数を配設したものであってもよい
。

本発明の装置の「収集手段」は、浮上した超伝導体微粒
子を収集できる手段であれば、どのような手段でもよい
。したかりて、例えば空中の粉体を収集できる公知の方
法などを用いればよい。また、ここでいう「浮上した超
伝導体微粒子」とは、収集の時点で浮上している微粒子
のみを意味するのではなく、例えば、あらかじめ浮上し
たが、その微粒子の特性（超伝導性、粒径、比重など）
に応じて他の場所に落下しており、収集の時点では浮上
していない微粒子をも意味する。

以上説明したように、本発明の装置は「浮上手段」と「
収集手段」とを有するので、少なくとも下記（ａ）の選
鉱および下記（ｂ）の分級が可能である。

（ａ）超伝導体の選鉱 （ｂ）粒径が約０．１−以上の超伝導体微粒子と、それ
未満の超伝導体微粒子との分級 なお、上記（ａ）の選鉱は、粒径が０．１μ以上の粉末
に対して行なえばよい。

上記（ｂ）の分級は、粒径が約０．１）ｕｎについての
分級であるが、それ以外の所望の粒径の分級を行なうこ
とも可能な本発明の装置の態様について以下で説明する
。

本発明の装置の「浮上手段」として、例えば、水平方向
に対してほぼ一様であるような磁場を印加できる「浮上
手段」を用いれば、超伝導体微粒子の浮上する高さは、
その粒径の大きさに依存する。なぜならば、超伝導体微
粒子を浮上させる力は、印加される磁場を粒子内から外
部に追い出す時の反発力により生じるからである。つま
り、下側から一様な磁場を印加する時などは、その下側
付近は磁束密度か大きく、上に浮上するほど磁束密度は
小さい。すると、粒径が小さく軽い超伝導体微粒子は、
その重さと釣り合うような小さな反発力しか生じない位
置まで浮上する。また、粒径か大きく重い超伝導体微粒
子は、下側付近でその反発力と重さが釣り合い、その付
近に留まるのである。

このような「浮上手段」としては、充分に広い平面の上
側面を有する磁石などを挙げることができる。ただし、
そのような磁石でなくとも、水平方向に対して充分に一
様な磁場を印加できるように多数の磁石を配設して用い
ることにより、上記分級は可能である。

このようにして浮上した超伝導体微粒子を、「収集手段
」により部位選択的に収集することによって、（Ｃ）粒
径がｏ、　ｔｐ以−Ｆの超伝導体微粒子のうちの所望の
粒径範囲の超伝導体微粒子の分級が可能となる。

このような「収集手段」としては、例えば上記「浮玉手
段」によフて超伝導体微粒子がその粒径に応じて異なる
高さに浮上させた場合は、「高ざの異なる複数の板」等
を用いることができる。その「板」を水平方向に平行移
動させることにより、所定の高さに浮上する超伝導微粒
子を「板」と−緒に水平移動させて集めることができる
。またその際には、「板」により水平移動された超伝導
体微粒子の各々を貯える「部室」を、上記「板」の下方
に設置しておき、磁場の印加を止めると、上記「板」に
より集められた所望の粒径の超伝導体微粒子が上記「部
室」に落下し、貯えられれるようにしておくこともでき
る。

また、本発明における「収集手段」は、上述の「板」等
に限定されるものではない。その他の態様としては、例
えば、浮上微粒子群の所定の高さに水平方向に薄板を挿
入して分級する手段、浮上微粒子群付近に気流を発生さ
せ、空間移動させて収集する手段なども用いることがで
きる。

以上、前記（Ｃ）の分級が可能な本発明の態様として、
水）方向に対してほぼ一様であるような磁場を印加でき
る「浮上手段」により、粒径に応じた高さに超伝導体微
粒子を浮上させ、それを「収集手段」により部位選択的
に収集する態様を説明したが、本発明の装置はこれに限
定されるものではなく、上記態様以外の態様であフても
前記（Ｃ）の分級は可能である。

つまり、本発明の装置の「浮上手段」として、印加する
磁場の強度が制御可能である「浮上手段」を用いる態様
である。印加磁場を制御可能な「浮上手段」を用い、ま
ず弱い磁場を印加し、粒径が比較的小さくて軽い超伝導
体微粒子のみを浮上させ、その浮上した粒子を収集し、
次いで強い磁場を印加すれば、粒径が比較的大きくて重
い超伝導体微粒子が浮上するので、その浮上した粒子を
収集する。このようにして前記（Ｃ）の分級が可能とな
る。

このような態様の「浮上手段」としては、印加磁場制御
可能な電磁石を用いることが望ましいが、永久磁石を用
いても可能である。

「浮上手段」が、更に進行波磁場を印加可能であれば、
「収集手段」による収集は、必ずしも微粒子が浮上して
いる時点で行なう必要がなくなる。

つまり１、進行波磁場により、超伝導微粒子を浮上させ
つつ台上を水平移動させれば、粒径が比較的小さく軽い
超伝導微粒子は遠くの方まで移動し、粒径が比較的大き
く重い超伝導微粒子は近くに残る。したがって、その粒
径に応じた分布が前記白玉に形成されるので、その台上
の微粒子を選択的に収集すれば、空中の微粒子を収集す
るような特別な収集手段は必要ない。

なお、上述の進行波磁場を印加する態様以外の、空中の
微粒子を収集するような特別な収集手段を必要としない
態様としては、例えば勾配を有する台を用いて、微粒子
をその台上にて滑りながら落下させる手段などを挙げる
ことができる。

以上、本発明の装置における「浮上手段Ｊおよび「収集
手段」について説明したが、それ以外にも本発明の装置
は、超伝導体微粒子に冷却が必要であれば適当な「冷却
手段」を併用し、真空中で選鉱・分級を行なう場合は適
当な「減圧手段」を併用すればよい。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。　　
　　　・ 実施例１ 第１図（ａ）　、　　（ｂ）は、本発明の装置の実施例
を示す斜視図および側面図である。

この装置はテーブル部とステージ部から成り、テーブル
部上をステージ４が矢印の方向に平行移動できる構成に
なっている。

テーブル部は、平板状鉄心５に導線６がコイル状に巻か
れており、直流電源７より電流を印加することによって
、鉄心５上に直流磁場が発生するようになっている。ま
た鉄心５の両脇にはレール９が設置されたレール台ＩＯ
が備えられている。

非磁性体からなるステージ４は内部を３つの部室４ａ、
　４ｂ、　４ｃに区切られた箱状台車であり、その仕切
り板１３はステージ４の側壁と同じ高さであるが、仕切
り板１２は、それよりも低いものである。

車輪＋１はパルスモータ−８により駆動され、ステージ
４がレール９に沿って移動できるようになっている。

次に、本実施例の装置の操作手順の一例を説明する。

まず、真空中において、また超伝導体微粒子が超伝導性
を示す温度下において、粒径が約Ｑ、１）ｕｎ以上の超
伝導体微粒子１、粒径が約０．１μ未満の超伝導体微粒
子２、その他の不純物微粒子３からなる混合物をステー
ジ４の部室４ａに投入する。次に、導１６Ａ６に直流電
流を印加すると、ステージ４上に直流磁場が発生し、粒
径が約０．１μ以上の超伝導体微粒子１だけが浮上する
。その浮上位置は、粒径が比較的大きな微粒子は低い位
置に浮上して、粒径が比較的小さな微粒子は高い位置に
浮−トする。この後、パルスモータ−８によりステージ
４を矢印の方向に水平移動させると、粒径が大きな微粒
子は仕切り板１３に衝突し、部室４ｂ上に留まる。粒径
が小さな微粒子は仕切り板１３を飛び越え、部室４ｃ上
に位置する。この状態になった時、ステージ４の平行移
動を停止し、導線６の電流を切ることにより、ステージ
４上の直流磁場が解除されて浮上していた微粒子１が落
下する。

このようにして、部室４ａ内には、不純物微粒子３と粒
径が約０．１μｓ未満の超伝導体微粒子２が残り、部室
４ｂには、比較的大きな粒径の超伝導体微粒子が分級さ
れ、部室４Ｃには、比較的小さな粒径の超伝導体微粒子
が分級される。

なおこの装置においては、部室４ｂと部室４Ｃに分級さ
れる微粒子の粒径は、仕切り板１３の高さや、印加する
直流磁場の強弱により制御することができる。また、部
屋や仕切り板の改を増すことによって、更に細かい分級
も可能である。

実施例２ 第２図（ａ）　、　（ｂ）は本発明の実施例に用いる装
置の斜視図および側面図である。

この装置は、浮上した超伝導体微粒子群を更に水平方向
に移動させるような、進行波磁場を印加して分級する装
置である。

まず、この装置の構成を説明する。

平板状鉄心５にコイル状に巻きつけられた単一の導線６
に、直流電源７により直流電流を印加することによって
、鉄心５上に直流磁場が発生する構成になっている。ま
た、複数の導線１４が鉄心５に一巻ずつ巻かれており、
この導線１４の各々に電源１５によりバイアス付加した
サイン波電流を印加することによって、鉄心５上に進行
波磁場が発生する構成になっている。鉄心５上にはステ
ージ４が設置され、そのステージ４の一端にはポケット
部４ｄが設けられている。

次に、この装置の操作方法および動作原理を図面を用い
て説明する。

まず、真空中において、また超伝導体微粒子が超伝導性
を示す温度下において、第２図に示すように、ポケット
部４ｄとｓｈている位置のステージ４上に、粒径が約０
．１ｇｍ以上の超伝導体微粒子１、粒径が約０．１−未
満の超伝導体微粒子２、その他の不純物微粒子３からな
る混合物を投入する。次に、導線６に直流電流を印加す
ると、第３図に示すような直流磁場１６が発生し、粒径
が約０．１−以上の超伝導体微粒子１だけが浮上する。

また同時に電源１５よりバイアス付加したサイン波電流
を導線１４に印加すると、第４図に示すような進行波磁
場１７が発生する。この進行波磁場１７は、微粒子１に
対して矢印方向に移動する力を与える。

なおこの装置においては、その分級レベルを磁場の強弱
によって制御することができる。例えば、弱い直流磁場
１６を印加しながら進行波磁場１７を印加すれば、比較
的粒径が小さく軽い微粒子１のみが浮上しながら移動し
、次にその直流磁場１６を強くすれば、今度は粒径が大
きく重い微粒子１が浮上しながら移動する。また、その
移動速度は進行波磁場１７の強弱により制御できる。な
お、このような装置はメカニカルな動きが無いため、攻
障が少なく、騒音も無い。

第２図に示す本発明の装置を用いて以下のようにして、
選鉱および分級を行なった。

まず、焼結することにより得たＹＢａ２Ｃｕ、。

０７−Ｘ系超伝導化合物を粉砕し、粉末とした。

次いで、その粉末を、第２図に示す本発明の装置に設置
し、液体窒素温度下にて、直流電流０．５Ａ、進行波電
流ＩＡで、３０分間選鉱を行なった。

そのようにして選鉱した超伝導体微粒子のＸ線回折パタ
ーンを第５図に示す。このＸ線回折パターンの結果から
、また選鉱した超伝導体微粒子が超伝導性を示すもので
あることから、粉体の中から超伝導体微粒子が良好に選
鉱されたことが確認できた。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明の装置を用いれば、超
伝導体微粒子の選鉱と分級を同時に実施でき、その方法
は容易であり、選鉱および分級の経過を目視できる。更
には、真空下において実施可能なので、気体の粘度およ
び気流などに影響されることなく、高速で高精度な分級
ができる。

また本発明の装置は、不純物を含む超伝導性焼結体の純
度を高めることにおいて、非常に有用である。つまり本
発明の装置を用いれば、選鉱および分級がμｓ単位でも
実施可能なので、その一つの微粒子内に超伝導性部分と
不純物部分が共存することが無い程度まで、焼結体を非
常に細かく粉砕して、選鉱および分級することができる
。その結果として、高純度の超伝導性粉末が得られるの
である。

【図面の簡単な説明】 第１図（ａ）　、　（ｂ）および第２図（ａ）　、　（
ｂ）は、各々実施例１，２の装、置の斜視図および側面
図、第３図は、実施例２の装置に発生する直流磁場を示
す図、 第４図は、実施例２の装置に発生する進行波磁場および
超伝導体微粒子の移動経路を示す図、第５図は、実施例
２の装置を用いて選鉱を行なって得た超伝導微粒子のＸ
線回折パターンを示す図である。 １・・・粒径が約０．１．以上の超伝導体微粒子２・・
・粒径が約０．１−未満の超伝導体微粒子３・・・不純
物微粒子 ４・・・ステージ ４　ａ　、　４　ｂ　、　４　ｃ一部屋　　　４　ｄ−
・・ポケット部５・・・鉄心　　　　　　６　１４・・
・導線７・・・直流電源　　　　８・・・パルスモータ
−９・・・レール　　　　　ＩＯ・・・レール台１１−
・・車輪　　　　　　１２１３・・・仕切り板１５・・
・電源　　　　　　１６・・・直流磁場１７・・・進行
波磁場 特許出願人　　キャノン株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超伝導体微粒子を含む粉体に磁場を印加して超伝
   導体微粒子を浮上させるための手段と、前記浮上した超
   伝導体微粒子を収集するための手段とを有することを特
   徴とする超伝導体微粒子の選鉱・分級装置。
2. （２）前記超伝導体微粒子を収集するための手段が、該
   超伝導体微粒子を部位選択的に収集するための手段であ
   る請求項１記載の超伝導体微粒子の選鉱・分級装置。