JPH08236983A

JPH08236983A - 超電導磁気シールド方法

Info

Publication number: JPH08236983A
Application number: JP7346992A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Ito; 郁夫伊藤; Toyotaka Manabe; 豊孝眞鍋; Hiroaki Otsuka; 広明大塚; Tsutomu Sasaki; 勉佐々木; Mitsuru Sawamura; 充澤村; Masami Hasebe; 政美長谷部; Takashi Tsushima; 孝対馬
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-12-16
Filing date: 1995-12-14
Publication date: 1996-09-13

Abstract

(57)【要約】【目的】超電導コイル等の磁気発生体の周囲を超電導
磁気シールド筒形で覆って、効率よく磁気シールドす
る。【構成】超電導層と常電導金属層を厚さ方向に各々少
なくとも１層交互に積層させた構造の一部底を有する２
個の円筒を逆向きに突き合わせて超電導コイルを覆い、
外部に漏れてくる磁気のシールドを行う。【効果】強磁性体ではシールド不可能な２テスラ以上
の高磁場でも高効率のシールド特性を有し、単位特性当
たりの材料の重量比で約２桁の軽減をはかることができ
る。

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（核磁気共鳴
医療診断装置）、粒子加速器、超電導電力貯蔵システ
ム、または融液の流動制御のために磁場を印加した融液
からの種結晶引上法（チョコラルスキー法）による単結
晶引上装置などにおけるような強い磁気発生体の周囲を
超電導筒形で覆って効率よく磁気シールドでき、かつＭ
ＲＩ等においては変動磁場シールドの要求に応え、また
磁場印加単結晶引上においては建屋構造体や周囲の装置
に使用される鉄製の梁や部材の影響を受けることなく装
置設計を可能とするような超電導磁気シールド方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、超電導コイル等の強磁気発生体は
主として強磁場を発生させることが目的であり、そのた
め周辺にもかなり強い磁場がつくられていた。そこで超
電導コイルの周囲に磁気シールドの能力を有する材料を
配し、磁気がその外に漏れるのをできるだけ減らそうと
の試みが行われてきた。最もポピュラーなのが図３に示
すように、鋼板等の強磁性体３で超電導コイル２を覆う
方法でセルフシールド方式である。また同じく図３に示
すように超電導コイルからかなり離れた場所、たとえば
部屋の壁や天井、床等に強磁性体３Ａを埋め込む方法も
ある。これらの方法はＭＲＩ（核磁気共鳴医療診断装
置）や粒子加速器等に広く使われている。

【０００３】また主にＭＲＩで使われているのが図４に
示すように超電導コイル２の外側に別の超電導コイル４
を置き、外部電源からの強制電流を主コイル２とは逆向
きに流して逆向きの磁場を発生させ磁気シールドを行う
方法であり、アクティブシールド方式と呼ばれる。上記
の２つの方法以外に、超電導コイルの周囲を覆ってその
発生する磁気をシールドする方法は未だ実用化されてい
ない。

【０００４】しかし未だ実用化されていないがその可能
性があるものとして次のような方法も研究されている。
すなわち図５の断面図に示すように絶縁していない裸の
超電導線５をボビン６にコイル状に巻き、半田７をその
隙間に含浸させてコイル円筒８を形成する。図６の断面
図に示すようにコイル円筒８で超電導コイル２を覆って
磁気シールドするものである（宮本、西嶋、岡田、吉
和、岩田：低温工学２１（１９８６）２０５）。この
場合超電導線の両端末は開放されており、かつアクティ
ブシールドとは異なりコイルに輸送電流は流さない。磁
束９の侵入により発生する超電導遮蔽電流１０が流れて
パッシブにシールドするのでセルフシールドといえる。

【０００５】また図７に示すようにドーナツ円板状の超
電導金属の薄膜または板１１と常電導金属の薄膜または
板１２を、その厚さ方向に両者が交互になるように積層
し、できあがった円筒１３の内部空間（ボア）１４に超
電導コイルを置いて磁気シールドする方法も研究されて
いる（小川、吉竹、多田、佐治、新保、杉岡、井上：真
空３０（１９８７）２５４）。これも図６に示すよう
に磁束９の侵入により発生する超電導遮蔽電流１０が流
れるのでセルフシールドである。

【０００６】以上図４、図５、図７の超電導材料を用い
る方法では、図には示されていないがいずれも冷媒（液
体Ｈｅや液体窒素等）中に浸漬されており、そのための
容器であるクライオスタット内に格納されている。半導
体や酸化物の単結晶引上においても、例えば特開昭５６
−１０４７９１号公報や特開昭５７−１４９８９４号公
報、および超電導磁場印加結晶引上技術として特開昭６
０−１３７８９５号公報などに示されるような磁場印加
方法および装置が用いられるが、安全対策上の磁場シー
ルドは特にされていないか、強磁性体による磁気シール
ドが普通であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】強磁性体による磁気シ
ールドは現在最も広く普及している方法である。その最
大の理由は特性もさることながら常温で利用でき、液体
Ｈｅ等の冷媒およびそれを入れるための特別な容器が必
要ないことである。しかしながらこの強磁性体はそのほ
とんどが鉄系の材料であり、十分な磁気シールド特性を
出すためにはかなりの厚さが必要となり、重量も大きな
ものとなる。たとえば上述のセルフシールド方式のＭＲ
Ｉの場合、一般に超電導マグネットの数倍の重量の鋼板
が必要であるといわれる。鋼板だけで１０トンまたはそ
れ以上ともいわれ、一般病院等への普及を妨げる原因の
一つになっている。また特性的にも材料中の磁場が２Ｔ
（テスラ）付近で飽和してしまい、それ以上の磁場にお
いてはシールド効率は大幅に低下する。

【０００８】図４に示すＭＲＩで利用されている超電導
コイルによるアクティブシールド方式であるが、磁気シ
ールド特性に優れ、かなりの軽量化も実現されている。
しかしシールド専用に新たな超電導コイルが必要とな
り、長尺線材の巻線工程が増えること、コイル巻用の大
型ボビンが新規に必要になる等、かなり高価につく。さ
らにＭＲＩ等では重要な特性であるが、鋼板では外部変
動磁場（電車、車やエレベーター等が原因）に対するシ
ールド効果がかなりあるのに比べ、本方法ではこの特性
がきわめて低い。これは以下に示す図５の方法と同じ理
由によるが、金属線をコイルにしたものは、特にその半
径方向からの変動磁場に対して、それと垂直な面上にシ
ールド電流となる渦電流が流れにくい構造であることに
よる。

【０００９】図５に示す超電導線を巻いた半田含浸コイ
ルによるセルフシールド方式であるが、この場合上記ア
クティブシールド方式と同様、図８（ａ）に示すように
巻きボビンの軸１５と平行な磁場１６Ａに対しては超電
導遮蔽電流１０Ａが超電導線の方向と一致するので良い
シールド特性が得られる。しかし図８（ｂ）に示すよう
にそれと垂直な磁場１６Ｂに対しては遮蔽電流１０Ｂの
方向が線と垂直になる箇所があり、半田を介して多数の
線間を横切ることになるので、線間に存在する各種の電
気抵抗によって遮蔽電流はきわめて流れにくく、シール
ド特性もほとんどない。また高価な超電導線を使用する
のでコストも高い。

【００１０】図７に示すドーナツ円板状の超電導金属薄
膜または板１１と常電導金属薄膜または板１２をその厚
さ方向に交互に積層させて円筒状にしたものは、図９
（ａ）に示すように円筒の軸１５と平行な磁場１６Ａに
対しては超電導遮蔽電流１０Ａが円板面の方向と一致す
るので良いシールド特性が得られる。しかし図９（ｂ）
に示すようにそれと垂直な磁場１６Ｂに対しては遮蔽電
流１０Ｂの方向が垂直になる箇所があり、常電導金属を
介して多数の超電導層間を横切ることになるので、層間
に存在する各種の電気抵抗によって遮蔽電流はしだいに
弱くなって消滅し、シールド特性もそれに従う。また中
空部の穴が大きくなるほどシールド特性のみならず材料
歩留りも低下する。

【００１１】また、ＭＲＩでは、既述のように直流強磁
場をシールドするほかに変動磁場をシールドしたい要求
もある。ＭＲＩの測定空間では時間的に非常に安定な定
常磁場が必要であるが（＜０．１ｐｐｍ／ｈｒ）、電
車、自動車、エレベーターといった鉄の構造物が動く、
あるいは大電流が非定常に流れる等の理由で磁場安定性
が乱されるので、低周波変動磁場シールドが重要な問題
である。また外部より侵入する高周波電波ノイズ（ＴＶ
等）、特に測定中のＮＭＲ信号と同一周波数帯のものは
厳重にシールドする必要がある。これに対し、鉄ヨーク
は上記低周波変動磁場に対しては比較的良いシールド特
性を有するが、高周波電波ノイズシールドはほとんどで
きない。また図４、図５、図７に示す超電導線材や超電
導薄膜を用いたシールド法はすでに記した理由により半
径方向にベクトル成分を有する磁場に対しては、直流磁
場はもとより全周波数帯の変動磁場に対してシールド特
性は低い。

【００１２】半導体や酸化物の単結晶引上における超電
導磁場印加結晶引上技術では、鉄製部材を用いた台車が
強力磁場に吸引される事故を防止する安全対策や操作盤
等の計器類の狂いや故障の防止、またモーター類の機能
保護のため、磁場発生装置からの漏洩磁場をシールドす
る必要がある。また装置が位置する建屋の梁に使用され
ている鉄材や電源ケーブルの影響を受けて引上炉内の印
加磁場分布が変化するのを防止する必要がある。これら
の問題を解決するために強磁性体等によるシールド方法
があるが、重量が大きいこととシールド性能が不十分で
あるという問題があった。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、超電導層と常電導金属層が厚さ方向
に各々少なくとも１層交互に積層され、かつその全積層
界面が接合状態にある構造を有し、周方向および軸方向
に継目および切れ目が全く無く、底部の全面または一部
に底を有する筒形、または全く底を有しない筒形であっ
て、その少なくとも１個以上をもって磁気発生体の周囲
を覆って磁気シールドを行うことを特徴とする超電導磁
気シールド方法である。

【００１４】また底を有する筒形において、筒壁の軸方
向に２種類以上の異なる厚さを有し、その筒壁部の厚さ
が底部に比べて小さい部分を少なくとも１箇所有するこ
と、底を有する筒形または底を有しない筒形において、
磁気シールド特性向上のための材料厚さの増大を目的と
して、その全面または一部が重なり合うように、相似形
状を有する筒形を同心状に２層以上重ね合わせること、
底部の全面または一部に底を有する筒形において、磁気
シールド特性向上のための材料厚さの増大を目的とし
て、前記底部の全面または一部に前記超電導層と常電導
金属層とが交互に積層された板を少なくとも１枚重ね合
わせることも特徴とする。

【００１５】またさらに超電導層がＮｂ−Ｔｉ系合金、
Ｎｂ₃ Ｓｎ化合物系、Ｂｉ系酸化物系の各超電導材のい
ずれかであること、超電導層がＮｂ−Ｔｉ系合金であ
り、常電導金属層とＮｂ−Ｔｉ系合金層の間にＮｂまた
はＴａまたは両者の合金からなる層が必ず有ること、常
電導金属層がＣｕ、ＡｌまたはＡｇのうちの１つである
ことも特徴とする。

【００１６】また本発明は前述の超電導磁気シールド方
法により、直流強磁場のシールドと鉄製構造物や電源ケ
ーブル等からの外部磁場による変動磁場や高周波電波ノ
イズを効率よくシールドし、磁場印加単結晶引上を安全
にかつ周囲の影響を受けずに行なう方法である。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明はたとえば図１（ａ）の断
面（端面）図および（ｂ）の斜視図に示すように底面の
中心の一部に穴のあいた複合多層円筒１を２個突き合わ
せて、超電導コイル２を取り囲むように配して磁気シー
ルドを行う。またこれら２個だけでは軸方向の長さが足
りない時は、図２（ａ）および（ｂ）にそれぞれ断面図
と斜視図を示したように底を有さない複合多層円筒１Ａ
を間に入れてつなぐこともできる。この円筒１Ａの個数
はもちろん２個以上でも可能である。図１および図２に
おいて２０は継ぎ目である。また上記複合多層とは後に
も図１４により説明するように超電導層と常電導金属層
が厚さ方向に各々少なくとも１層交互に積層され、かつ
その金属層界面が接合状態にある構造をいう。

【００１８】また図１０に示すように、底を有さない円
筒１Ａ１個だけの場合や、図１１に示すように、底を有
さない円筒１Ａ２個またはそれ以上を突き合わせた場合
も可能である。さらには図１２および図１３に示すよう
に底を有さない円筒１Ａや一部底のある円筒１を突き合
わせずに間隔をおいて配することも可能である。さらに
は図１２および図１３に示すように底を有さない円筒１
Ａや一部底のある円筒１を突き合わせずに間隔をおいて
配することも可能である。このほか全面的に底を有する
円筒をコイルの片端に配したり、場合によっては両端に
配してしまうことも可能である。この底を有する円筒と
底を有さない円筒または一部底を有する円筒を適当に組
み合わせることも自由である。上記筒形は、筒の断面形
状が円筒でもよく、四角等の多角形の筒形ももちろん含
まれる。

【００１９】Ｎｂ−Ｔｉ等の実用超電導材料はその超電
導状態において磁束が材料中に侵入してきた場合、超電
導遮蔽電流がその磁場を打ち消す向きに環状に流れて、
その環の中の空間の磁場を低下させる効果がある。筒形
状の超電導体の場合、外から磁場が印加されるとそれを
打ち消す向きに筒形材料中を環状に遮蔽電流が流れる。
外部磁界の強さがある値以下で、筒の軸方向の長さが無
限であれば、筒の内部空間の磁場は完全に０に保たれ
る。

【００２０】同様のことが内部に磁気発生源がある場合
にも適用できる。すなわち内部磁場の強さがある値以下
で、筒の軸方向の長さが無限であれば、外部空間への筒
の内部からの磁気漏洩を完全になくすことができる。現
実には無限長の筒を作ることは不可能であるが、たとえ
ば円筒でその軸方向の長さに対する直径の比が０．５程
度で外部磁界をかけた場合、その円筒の中心部では９０
％以上の効率で磁気シールドすることが可能である。さ
らに長さを大きくすれば両端の開口部からの漏洩磁場は
減少してシールド効率をもっと上げることができ、高効
率のシールド空間も広がる。

【００２１】上記筒形の超電導材料としてＮｂ−Ｔｉ系
合金を使用した場合、液体Ｈｅ中において１０Ｔ以上の
比較的高い臨界磁場（Ｂ_C2）、および磁場中での比較的
高い、実用的な臨界電流密度（Ｊ_C ）を有しており、こ
のことは良好な磁気シールド特性につながる。すなわち
遮蔽電流密度は臨界電流密度に等しく大変大きいので、
鉄系の強磁性体が飽和する磁場２Ｔよりかなり高い、た
とえば超電導マグネットが通常発生する磁場５〜８Ｔ付
近でも大きなＪ_C 値を有している。したがって２Ｔ以下
で同程度の磁気シールド特性を得るためのシールド体の
厚さを、強磁性体に比べて２桁程度低減することができ
る上、鉄では不可能な２Ｔをはるかに越えた高磁場での
磁気シールドも可能である。

【００２２】また超電導コイル等から発生する強い磁気
を、その周囲を周方向および軸方向に継目、切れ目の全
く無い超電導筒形で覆った場合、磁場のかなり大部分の
向きに対して環状の遮蔽電流が流れ、有効に磁気シール
ドを行うことがきる。周方向に継目、切れ目がある場
合、抵抗を有していたり、超電導部ではあってもその特
性が大幅に劣ることがほとんどで、通常の超電導部と同
等以上の特性を持たせることは不可能に近い。したがっ
て図８（ｂ）および図９（ｂ）に示すように、上記環状
に流れる遮蔽電流がこれら継目、切れ目を横切る時、遮
蔽電流が時間とともに減衰し超電導磁気シールド特性も
同様に減衰する。したがって本発明によればこのような
継目が全くないので、円筒の全周長にわたって閉ループ
状に超電導遮蔽電流が減衰することなく流れることがで
き、高い磁気シールド特性が半永久的に得られる。

【００２３】また超電導筒形の軸方向にも継目、切れ目
が全く無いということで、既述の理由により、筒形の軸
に垂直な方向（円筒での半径方向）の磁場に対してもそ
れと垂直面内に渦電流が流れることができるので、良好
な磁気シールド特性を発揮できる。したがって、軸方向
はもとよりそれと垂直な方向の両ベクトル成分の磁気シ
ールドができることで、すなわち全方向磁場に対して磁
気シールドが可能ということになる。

【００２４】底の有無は空間的な意味での磁気シールド
特性に影響する。すなわち形状、サイズ等の条件が同じ
なら、底を有する方が磁気発生体を覆う面積比率が増
え、底を有さない場合に比べてシールド特性は向上す
る。超電導マグネット等ではその中心部の中空部（ボ
ア）において高磁場となり、その空間を測定や診断等の
ため被験体等の出し入れや通過をさせる必要があり、ボ
アの出入口を開口させるため円筒の底に穴をあけ、一部
底を有する形体としている。また円筒は材料の加工性等
の問題から軸方向の長さ限界がコイルの長さに対して小
さい場合があり、その場合は図２、図１１に示すように
円筒の長さ方向に継ぎ足して磁気シールド特性を向上さ
せうる。

【００２５】また図１５の断面図に示すように、これら
筒形１Ｂを印加磁場に応じてその軸方向に壁厚を変えれ
ば材料の有効な利用が可能になる。通常超電導マグネッ
トの構造上、筒形の底部には壁部より高磁場が印加され
るので、底部よりは壁部の厚さを薄くする。また同じ壁
部でも軸方向の位置によって印加磁場が異なることが多
いので、その大小に応じて厚さを段階的に変えること
は、さらなる超電導材料の有効利用になる。

【００２６】また同じ目的であるが、図１６に示すよう
に、これら相似形状を有する筒形１を印加磁場に応じて
軸方向の全部にわたり、または磁場の相対的に高い所で
部分的に同心状に積層させれば、おおむね積層厚さに比
例して磁気シールド特性が向上するので、材料の有効利
用の観点から上記方法と同様の効果が得られる。場合に
よっては図１７に示すように、筒形１の底部の一部また
は全面にわたって超電導板１９を重ね合わせることで、
印加磁場に応じて底部の厚さを段階的に変えることが可
能になり、材料の有効利用ができる。

【００２７】これら筒形シールドの超電導材にはＮｂ−
Ｔｉ系合金、Ｎｂ₃ Ｓｎ化合物系、Ｂｉ系酸化物系を利
用する場合、鉄ヨークでは不可能な高磁場中でのＪ_C 特
性がいずれも非常に高く、良好な磁気シールド特性を得
ることが可能になる。これらをさらに図１４に示すよう
に常電導金属と交互に重ねることにより超電導状態を安
定に維持することが可能になる。また常電導金属がＣｕ
やＡｌ、Ａｇのような高導電金属の場合、超電導層中に
フラックスジャンプ等で常電導の芽が出た時に超電導電
流のバイパスとして、またはその熱伝導性の良さによる
放熱媒体として安定性の向上に寄与する。このためには
これらの全積層界面は接合状態として、電流や熱の移動
を確保する必要がある。図１４は底なし円筒１Ａの例を
示しており、一部拡大図において１７，１７ＡはＣｕ層
などの常電導金属層、１８はＮｂ−Ｔｉ層などの超電導
層を示している。

【００２８】これら筒形シールドの超電導材にＮｂ−Ｔ
ｉ系合金を利用する場合、そのＪ_C特性は、通常３００
〜４５０℃程度の温度での長時間にわたる時効析出熱処
理によって大幅に向上させることができる。この時常電
導金属とＮｂ−Ｔｉ系合金中のＴｉとが拡散しあってＣ
ｕ−ＴｉやＡｌ−Ｔｉの化合物相を形成し、その後の加
工や超電導特性に対して悪影響を及ぼす。したがって超
電導金属層がＮｂ−Ｔｉ系合金の場合、常電導金属層と
の間の全界面に拡散バリヤーとしてのＮｂまたはＴａま
たは両者の合金からなる薄層を配することが上記不都合
の防止に有効であり、かつさらに高いシールド特性を求
めうる。

【００２９】半導体や酸化物の単結晶引上における超電
導磁場印加結晶引上は、溶融液の対流を抑え、温度変動
が小さく、るつぼ表面や溶融液表面からの不純物の対流
を防ぐ効果があることが知られている。これに対し本発
明の磁気シールドを組合わせることによって、超電導磁
石から発生する強力な磁場を狭い範囲に閉じこめること
ができ、鉄製の工具等が磁場に引き寄せられる等の安全
上の問題を解決できる。また、装置の近傍に建屋の鉄製
の梁がある場合でも、本発明の磁気シールド体を組み合
わせた結晶引上炉では、印加した磁場が鉄製の梁に乱さ
れることなく設計通りの磁場を得ることができる。

【００３０】

【実施例】

（実施例１）図１４に示すように厚さ３０μｍのＣｕ層
１７が９層とＮｂ−Ｔｉ層１８の１０層を交互に積層
し、最表面は両側とも厚さ１００μｍのＣｕ層１７Ａと
した厚さ０．７７ｍｍのＣｕ／Ｎｂ−Ｔｉ多層複合円筒
１Ａを製作した。すなわちクラッド積層および圧延加工
してできた板を深絞り加工により内径２００ｍｍ、長さ
２００ｍｍの底を有さない円筒を得た。加工性は良好で
途中での材料破損や欠損は発生しなかった。

【００３１】ついでこれを図１０に示すようにソレノイ
ド型超電導コイル２の外周に円筒の軸１５とコイル軸が
平行になるように配置し、これらを液体Ｈｅ中に浸漬
し、周囲に漏洩する磁場分布をホール素子で計測して磁
気シールド特性を調べた。５Ｇ（ガウス）ラインの広が
る領域の面積で評価したところ、比較材としての鋼板製
円筒と同じ５Ｇ領域面積になった時の鋼円筒の厚さは８
０ｍｍであり、約１００分の１の厚さで同程度のシール
ド特性を得た。

【００３２】（実施例２）実施例１と同様の方法で図１
に示すような、厚さ０．７７ｍｍのＣｕ／Ｎｂ−Ｔｉ多
層複合円筒を製作し、内径２００ｍｍ、長さ１００ｍ
ｍ、直径１００ｍｍの穴があいた一部底を有する円筒２
個を得た。これらを図１のように超電導コイル２の周囲
に配し、実施例１と同様の方法で磁気シールド特性を調
べたところ、５Ｇ領域面積は実施例１の両端開口円筒の
場合に比べて３０％減少させることができた。

【００３３】（実施例３）実施例２と同様の方法で図１
に示すような、厚さ０．７７ｍｍのＣｕ／Ｎｂ−Ｔｉ多
層複合円筒を製作し、内径２００ｍｍ、長さ１００ｍ
ｍ、直径１００ｍｍの穴があいた一部底を有する円筒２
個と、内径２０２ｍｍ、長さ１０１ｍｍであるほかは全
く同じ形状の円筒２個を得た。これらにより図１と同じ
形状のものを同心状に２層積層させて超電導コイル２の
周囲に配し、実施例１と同様の方法で磁気シールド特性
を調べたところ、実施例２に比べて特性が向上した。す
なわち外周部のある地点での磁場が実施例２と同じにな
るのは、超電導マグネットの発生磁場が実施例２のほぼ
２倍になるときであった。すなわち２層の積層化によっ
て特性もほぼ２倍になったといえる。

【００３４】（実施例４）図１４においてＣｕ層１７お
よび１７ＡとＮｂ−Ｔｉ層１８のすべての層間にバリヤ
ーとして厚さ０．１μｍのＮｂ層を設けた厚さ０．７９
ｍｍの板において実施例１と同様の方法で評価したとこ
ろ、より長時間の熱処理が可能になってＪ_C が向上し、
ほぼ同等の結果が得られた。バリヤー層がＴａまたはＮ
ｂ−Ｔｉ合金の場合でもほぼ同等の結果であった。

【００３５】（実施例５）実施例１において常電導金属
層にＡｌまたはＡｇを用いたほかは、同様の方法で評価
したところ、ほぼ同様の結果が得られた。

【００３６】（実施例６）図１８に半導体や酸化物など
の単結晶引上に用いられる磁場印加単結晶引上装置に本
発明の磁気シールドを組み合わせた例を示す。図中２が
超電導コイルで１Ａが本発明の複合多層円筒であり、２
１は単結晶引上炉、２３はるつぼ、２２は種結晶、Ｓは
単結晶、Ｍは原料融液である。マグネットの軸上中心部
に４０００ガウスの磁場を印加したときの漏洩磁場を本
発明の磁気シールドがない場合、ある場合についてそれ
ぞれ図１９、図２０に示した。図中２７は漏洩磁場２０
ガウスを示す範囲である。

【００３７】本発明の磁気シールドを使用した場合、漏
洩磁場範囲は大幅に減少し、その結果周囲の作業者にと
って安全であることがわかった。また、同様の磁気シー
ルドを強磁性体を使って行なう場合、磁気シールド重量
は約３トンであるのに対し、本発明の磁気シールド材の
総重量は４００ｋｇと大幅に減少することができた。さ
らに引上炉の中心から２ｍの距離の床に鉄製の梁がある
場合、磁気シールドがない場合、磁場の軸対称性が乱れ
るのに対し、本発明の磁気シールド体を図１８のように
配した場合、磁場の軸対称性は変化しないことがわかっ
た。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の超電導多
層複合筒形により、超電導コイル等の磁気発生体の周囲
を前述のように覆って従来の方法では容易に得られなか
った高性能な磁気シールドを行うことができ、その工業
的な利用価値は非常に高いものである。特に半導体や酸
化物の単結晶引上における超電導磁場印加結晶引上装置
に本発明の磁気シールドを組み合わせることにより、漏
洩磁場の範囲が狭まり、安全な作業環境を確保できた。
また、引上炉同士も間隔を狭めて配置することができる
などスペースの有効利用が可能となった。さらに、建屋
に使われている鉄製構造物の磁場分布に対する影響も抑
制され、磁場印加中で引き上げた半導体結晶の品質の安
定性が高まった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超電導磁気シールド方法の例を示す
（ａ）断面図および（ｂ）斜視図

【図２】本発明の超電導磁気シールド方法の例を示す
（ａ）断面図および（ｂ）斜視図

【図３】超電導コイルの従来の磁気シールド方法を示す
図

【図４】超電導コイルの従来の磁気シールド方法を示す
図

【図５】超電導コイルの従来の磁気シールド方法を示す
図

【図６】図５および図７の磁気シールド方法における作
用を説明する断面図

【図７】超電導コイルの従来の磁気シールド方法を示す
図

【図８】図５の磁気シールド方法における超電導遮蔽電
流を説明する図で、（ａ）は外部磁界の向きが軸に平行
な場合、（ｂ）は同じく直角な場合

【図９】図７の磁気シールド方法における超電導遮蔽電
流を説明する図で、（ａ）は外部磁界の向きが軸に平行
な場合、（ｂ）は同じく直角な場合

【図１０】本発明の超電導磁気シールド方法の例を示す
断面図

【図１１】本発明の超電導磁気シールド方法の例を示す
断面図

【図１２】本発明の超電導磁気シールド方法の例を示す
断面図

【図１３】本発明の超電導磁気シールド方法の例を示す
断面図

【図１４】超電導層と常電導金属層の積層状態を一部拡
大して示した複合多層円筒

【図１５】本発明の超電導磁気シールド方法の例を示す
断面図

【図１６】本発明の超電導磁気シールド方法の例を示す
断面図

【図１７】本発明の超電導磁気シールド方法の例を示す
断面図

【図１８】本発明の超電導磁気シールド方法を組み合わ
せた磁場印加単結晶引上装置の例を示す図

【図１９】超電導磁気シールドがない場合の磁場印加単
結晶引上装置の漏洩磁場分布を示す図

【図２０】超電導磁気シールドがある場合の磁場印加単
結晶引上装置の漏洩磁場分布を示す図

【符号の説明】

１一部底を有する複合多層円筒１Ａ底を有さない複合多層円筒１Ｂ底部、壁部の厚さが段階的に変えてある複合多層
円筒２超電導コイル３、３Ａ強磁性体４超電導コイル（シールド用）５裸の超電導線６ボビン７半田８コイル円筒９磁束線１０、１０Ａ、１０Ｂ超電導遮蔽電流１１超電導金属薄膜または板１２常電導金属薄膜または板１３円筒１４内部空間１５コイル軸１６Ａ、１６Ｂ外部磁界１７Ｃｕ層（常電導金属層）１７Ａ最表面Ｃｕ層（常電導金属層）１８Ｎｂ−Ｔｉ層（超電導層）１９超電導板２０継ぎ目２１単結晶引上炉２２種結晶２３るつぼ２４ワイヤ２５操作盤２６オペレータ２７漏洩磁場２０ガウスを示す範囲Ｓ単結晶Ｍ原料融液

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐々木勉神奈川県川崎市中原区井田1618番地新日本製鐵株式会社先端技術研究所内 (72)発明者澤村充神奈川県川崎市中原区井田1618番地新日本製鐵株式会社先端技術研究所内 (72)発明者長谷部政美神奈川県川崎市中原区井田1618番地新日本製鐵株式会社先端技術研究所内 (72)発明者対馬孝千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超電導層と常電導金属層が厚さ方向に各
々少なくとも１層交互に積層され、かつその全積層界面
が接合状態にある構造を有し、周方向および軸方向に継
目および切れ目が全く無く、底部の全面または一部に底
を有する筒形、または全く底を有しない筒形であって、
その少なくとも１個以上をもって磁気発生体の周囲を覆
って磁気シールドを行うことを特徴とする超電導磁気シ
ールド方法。
【請求項２】底を有する筒形において、筒壁の軸方向
に２種類以上の異なる厚さを有し、その筒壁部の厚さが
底部に比べて小さい部分を少なくとも１箇所有すること
を特徴とする請求項１記載の超電導磁気シールド方法。
【請求項３】底を有する筒形または底を有しない筒形
において、磁気シールド特性向上のための材料厚さの増
大を目的として、その全面または一部が重なり合うよう
に、相似形状を有する筒形を同心状に２層以上重ね合わ
せることを特徴とする請求項１記載の超電導磁気シール
ド方法。
【請求項４】底部の全面または一部に底を有する筒形
において、磁気シールド特性向上のための材料厚さの増
大を目的として、前記底部の全面または一部に前記超電
導層と常電導金属層とが交互に積層された板を少なくと
も１枚重ね合わせることを特徴とする請求項１または２
記載の超電導磁気シールド方法。
【請求項５】超電導層がＮｂ−Ｔｉ系合金、Ｎｂ₃ Ｓ
ｎ化合物系、Ｂｉ系酸化物系の各超電導材のいずれかで
あることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の
超電導磁気シールド方法。
【請求項６】超電導層がＮｂ−Ｔｉ系合金であり、常
電導金属層とＮｂ−Ｔｉ系合金層の間にＮｂまたはＴａ
または両者の合金からなる層が必ず有ることを特徴とす
る請求項１、２、３、４または５記載の超電導磁気シー
ルド方法。
【請求項７】常電導金属層がＣｕ、ＡｌまたはＡｇの
うちの１つであることを特徴とする請求項１、２、３、
４、５または６記載の超電導磁気シールド方法。
【請求項８】磁気発生体が、磁場印加チョコラルスキ
ー法による単結晶引上装置に用いるマグネットであるこ
とを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６または７
記載の超電導磁気シールド方法。