JPH02114599A - 磁気シールド板 - 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】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は超伝導物質の完全反磁性という特長を生かすこ
とによって、強磁界に対しては磁気シールド機能を十分
に発揮し、また弱磁界に対しては漏れ磁束をも完壁にシ
ールドし得る様な磁気シールド板に関するものである。

［従来の技術］ 高温超伝導物質の発見に伴ない、超伝導利用技術の開発
が盛んに進められており、実用化の面でもその発展が期
待されている。

即ち超伝導利用技術としては、送電２発電、エネルギー
貯蔵などの電力システムにおける超伝導化による省エネ
ルギー技術、核融合やＭＨＤ発電などの新エネルギー開
発技術、磁気浮上列車、高エネルギー加速器、ジョセフ
ソン素子、ＭＨＩ（核磁気共鳴コンピューター断層診断
装置）。

５ＱＵＩＤ（超伝導量子干渉素子）などの各種新技術等
があり、その利用分野は多方面に亘っている。

この様な超伝導利用技術が発展すれば、利用による利益
の一方で、空間には強い磁力線が飛びかうことになって
、磁力線による弊害が社会問題化することが予想される
。例えば磁気カード、電子機器、心臓ペースメーカー等
は強い磁力線によって誤動作を起こす恐れがあり、これ
を防止する上で磁気シールドの重要性が今よりはるかに
高くなる。又ＭＲＩや５ＱＵＩＤなどの装置は現在でも
ある程度実用化されているが、高温超伝導物質の出現に
よって今以上に普及する可能性があり、他の超伝導利用
技術の普及も含めて、人体が強い磁力線に曝される危険
性が大きくなり、これらの装置の普及に際しては、それ
に先だってぜひとも有効な磁気シールド技術を実用化し
ておく必要がある。

現在強い磁気のシールドには鉄等の金属磁性材料が使用
されており、安価ではあっても重量が大きいという欠点
をかかえている。又飽和磁束密度が小さいので磁気発生
源が近くに存在する場合は十分なシールド能力が発揮さ
れず、磁束密度が小さくなる遠い位置まで引き下がって
磁気シールド構造を設けることになるのでシールド構造
は益々大規模で重量の大きなものとなる。しかもこうし
て達成される鉄のシールド能力は数１００Ｇを５０Ｇ程
度に落とすのが精−杯であり、前記超伝導材料内ばから
発生する強磁界をシールドするには未だ十分とは言えな
い。

一方生体磁気を測定するＳＱＵ　Ｉ　Ｄにおいては、測
定環境を形成する上で外部磁界の完壁な遮断即ち地磁気
をゼロ磁界近くまで落とす程の強力な磁気シールド能力
が必要とされる。こうした高度の磁気シールド効果は金
属磁性材料によるシールドでは不可能であり、これに代
わってパーマロイやアモルファス等の高透磁率金属磁性
材料も開発されているが、それらのシールド性能も到底
満足できるものではない。

こうした情況の中で、超伝導材料による磁気シールドに
ついて検討が進められているが未だ研究レベルであり、
実用段階には程遠い状況にある。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明はこうした事情に着目してなされたものであって
、強磁界に対する磁気シールド性能を十分に備え、また
弱磁界に対しては殆んどゼロ磁界近くまで磁気をシール
ドすることのできる様な６ｉ１気シ一ルド部材、殊に磁
気シールド構造体を形成するに当たっての実用性が高い
磁気シールド板を提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段コ しかして上記目的を達成した本発明の磁気シールド板は
、良熱伝導性板材の片面に、良熱伝導性材料からなる冷
媒流通用細管をろう付すると共に、上記板材の他方側表
面に、超伝導膜を形成してなる点に要旨を有するもので
ある。

［作用］ 超伝導材料による磁気シールドは、所謂超伝導材料の完
全反磁性という特性を利用するものであるが、詳細には
、第１種超伝導材料においては臨界磁界まで超伝導材料
の表面をマイスナー電流が流れて外部６１１界と逆向き
の磁界を作って磁力線を跳ね返すという特性を利用する
ものである。しかるに上記マイスナー効果だけを発揮す
る第１種超伝導材料では、マイスナー電流が僅かであっ
て弱６ｎ界に対する磁気シールド材料として使用し得る
に止まり、強磁界に対するシールド能力は十分でない。

これに対し第２　ｆｆｆｌ超伝導材料の臨界磁界にはＨ
ｃ、（下部臨界磁界）とＨｃ２　（上部臨界磁界）があ
り、まずＨｅ、までの低磁界領域ではマイスナー電流に
よる磁気シールド効果が発揮される。モしてＨｅ、を超
える磁界の元では超伝導材料内に量子磁束の形で磁界が
侵入し、Ｈｅ２　（上部臨界磁界）に至るまでは、量子
磁束が内部に人り込もうとする時に働くピンニング力に
よって磁束の濃度分布が磁力線の垂直方向の横断面で変
化する様になり、表面からある深さＰまで負の濃度勾配
をもって分布する。この濃度勾配の結果、量子磁束が存
在する領域には臨界電流密度Ｊｃの輸送電流が表面電流
と同じ方向に流れる。この輸送電流が外部磁界と反対方
向に磁界を作り、磁気シールド作用を発揮する。尚第２
種超伝導材料においては表面から２以上の深さには磁束
が入り込まないので外部磁界は深さＰまでの範囲内でシ
ールドされることになる。従ってＰ値が小さいほど薄い
材料でシールドすることができることになる。ここでＰ
の値を、外部磁界Ｂｅ、真空の透磁率μ０．臨界電流密
度Ｊｃを用いて表わすと下記（１）式の通りとなる。

Ｐ＝Ｂｅ／　（μｏ　・Ｊｃ）−（１）上記の様に、第
１　ｆｆｆｉ超伝導材料では弱磁界シールドを実施する
ことができるが、強磁界シールドも併せて実施しようと
するときは第２種超伝導材料を使用する必要があり、本
発明では用途に応じて超伝導材料を適宜選択することに
なるが、実質的には臨界温度の高い第２種超伝導材料を
使用することが推奨される。

本発明の磁気シールド板は、こうした超伝導材料を使用
してなるものであって、超伝導材料については近年臨界
温度Ｔｃの高い物質が次々発見されているが、Ｎｂ−Ｔ
ｉ、Ｎｂ−Ｚｒ。

Ｖ３　Ｇａ、Ｎｂ、Ｓｎ、Ｎｂ、Ａｌ Ｎｂ、Ｇａ、Ｎｂｓ　Ｇｅ、Ｎｂ３　（ＡＩ、Ｇｅ）等
の合金系超伝導材料では臨界温度が５〜２０にであり、
超伝導状態を得るには液体Ｈｅ、液体Ｈ２，液体Ｎｅ等
による冷却が必要となる。又Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０，Ｌａ
−５ｒ−Ｃｕ−０゜Ｂ１−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０，Ｔｌ
−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０等の酸化物系超伝導材料の臨界
温度は３０〜１２０にとかなり高温であるが、やはり前
記冷媒あるいは液体Ｎ２による冷却を必要とする。

本発明の磁気シールド板は、こうした冷却媒体の流通路
を確保する目的で、良熱伝導性板材の片面に例えば螺旋
状に形成した良熱伝導性材料製の冷媒流通用細管をろう
付は接合すると共に、上記板材の他方側表面に前記超伝
導材料からなる超伝導膜を被覆して構成している。上記
良熱伝導性板材及び細管の材質としては、基本的にはＡ
Ｉ。

Ｃｕ、Ｔｉ及びその合金等が例示されるが、詳細には例
えばＡＩを基とする素材の場合、純ＡＩ系、Ａｌ−Ｍｎ
系、Ａｔ−Ｍｇ−５ｔ系の合金を芯材とし、その表層に
Ａｌ−５ｉ系、ＡＩＡｌ−５ｔ−系の合金からなるろう
材を被覆した複合材料（プレージングシート）を挙げる
ことができ、該複合材料からなる良熱伝導性板材及び冷
媒流通用細管を前述の如く組合せて例えば５７０〜６１
０℃の高温加熱を施すことにより表層のろう材を熔融さ
せて板材と細管の接触点を接合し、所望とする構造の冷
媒流通用管路を有する板材を形成することができる。

尚良熱伝導性板材の厚みについては、０．３〜３ｍｍが
好ましく、また冷媒流通用細管についてはその厚みを０
．１〜０．５１１１ｍ　、直径を３〜１０ｍｍ、細管を
２本以上併設する場合の配設ピッチを３０〜１５０ｍｍ
とすることが望まれる。又上記良熱伝導性板材及び細管
の７囲気と接する面側には、断熱性に優れた材料を被覆
することが好ましく、例えばポリエステルフィルムなど
の熱伝導性の悪いフィルム（好ましい厚さとしては１〜
５０μｍ）の両面又は片面にＡＩなどの光学的反射率に
優れた材料を蒸着したラミネートフィルム（殊に該フィ
ルムを多数枚積層した断熱材料）を例示することができ
、あるいは断熱性の優れた樹脂（ウレタン樹脂等）を３
〜１０ｍｍの厚さでモールドする等の断熱構造の採用も
推奨される。

本発明においては、こうして得られた板材の他方側表面
に超伝導膜を形成する訳であるが、該超伝導膜形成方法
としては、プラズマ流中に例えばＹ酸化物、Ｂａ炭酸塩
、Ｃｕ酸化物等からなる超伝導原料を没入して、被処理
体の表面に解離・成膜した後、焼結するプラズマスプレ
ィ法、Ｙ。

Ｂａ、Ｃｕ等の金属アルコキシドの加水分解・懸濁溶液
を浸漬等の手段により被処理体の表面に付着させた後、
乾燥・焼結して超伝導膜を得るゾル−ゲル法、超伝導原
料パウダーを被処理体の表面にスプレーして焼成するス
プレーパイロソシス法、超伝導原料ターゲットにイオン
を照射して超伝導原料粒子を被処理体の表面にスパッタ
蒸着させるスパッタリング法等を例示することができる
。尚被処理体への超伝導膜形成は、ろう付接合により板
材に冷媒流通用細管を接合した後、行なうのが一般的で
あるが、接合前に良熱伝導性板材の片側表面に超伝導膜
を形成しておき、該超伝導膜形成面と反対側の面に冷媒
流通用細管をろう付は接合して本発明磁気シールド板を
形成することもできる。

冷媒流通用構造体の表面上に形成する超伝導膜の厚みに
ついては、特に制限を設けるものではないが、強磁界シ
ールドを行なう場合前記した様に第２種超伝導材料の表
面から深さＰの範囲内で磁気をシールドすることになる
ので、Ｐを超える厚みに形成することは無駄である。そ
して厚みＰは、前記（１）式で示される様に超伝導膜の
臨界電流密度Ｊｃに左右されるので、シールドしようと
する外部磁界Ｂｅの強さに応じて必要とされる臨界電流
密度Ｊｃの超伝導材料を選択し、（１１式に従って厚さ
Ｐを決定することになる。尚超伝導材料においてはその
厚みが大きくなると、臨界磁界以下でもシールド性が失
なわれるフラックス・ジャンプという現象があり、この
臨界厚みはＮｂＴｉ、Ｎｂ３Ｓｒ等の合金系超伝導材料
で約１００μｍ　、　Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０等の酸化物系
超伝導材料で約０．４１１１ｍと言われている。従って
超伝導材料の厚みはフラックス・ジャンプにも留意して
決定することが望まれ、結局のところ、超伝導膜の膜圧
については０．００１〜０．５＋ｎｍの範囲で適宜選択
することになる。

［実施例］ 実施例 第１図は本発明に係る磁気シールド材の構造を示す斜視
説明図であり、１はＡ１合金芯材の表面にろう付は材料
を被覆してなるプレージングシート製板材（良熱伝導性
板材）、２は同じプレージングシート製細管（良熱伝導
性細管）、３はＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系超伝導材料膜を夫
々示している。冷媒流通用構造体には、プレージングシ
ート製板材１の片側表面にプレージングシート製の細管
２を配置して加熱処理することによりろう付は点Ｒで夫
々接合されており、該冷媒流通用構造体にの片側表面に
Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−０系超伝導材料膜が０．３　ｍｍの厚
さで被覆形成されている。

こうして得られた実施例磁気シールド板の良熱伝導性細
管２に液体Ｎ２を流しつつ、２Ｔ（テスラ）の磁場に対
する該δｎ磁気シールド板磁気シールド効果を測定した
ところ、外部６ｎ界と反対側における磁場の大ぎさは５
Ｘ１０−’Ｔであり、従来の磁気シールド材では到底得
られなかったシールド効果を確認することができた。尚
第１図では良熱伝導性細管２を螺旋状に１木だけ配設し
た例を示したが、第２図に示す様に２本以上螺旋状に併
設したり、あるいは直線的に配設することは勿論自由で
ある。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、強磁界に対する磁
気シールド性能に優れていると共に、弱ｂｉｉ界に対し
てはほぼゼロ磁界まで磁気をシールドすることのできる
磁気シールド板を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す斜視説明図、第２図は他
の実施例を示す斜視説明図である。 １・・・良熱伝導性板材 ２・・・良熱伝導性細管　　　　３・・・超伝導膜Ｋ・
・・冷媒流通用構造体 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 良熱伝導性板材の片面に、良熱伝導性材料からなる冷媒
   流通用細管をろう付接合すると共に、上記板材の他方側
   表面に、超伝導膜を形成してなることを特徴とする磁気
   シールド板。