JPS63233577A - 超電導磁気遮蔽体 - 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） 本発明は超電導体によって磁界を遮蔽する超伝導磁気遮
蔽体に関するものである。

（従来の技術） 従来、超電導を利用した磁気遮蔽体としては、磁界の強
さに応じて第１種超電導体及び第２種超電導体が用いら
れていた。第１種超電導体を用いた磁気遮蔽体は、超電
導の性質である完全反磁性（マイナス−効果）を利用す
るものであるが、その臨界磁界が低いため強い磁界を遮
蔽することは不可能である。とこ、ろが第２種超電導体
を用いた磁気遮蔽体は、超電導状態と常電導状態との混
合状態を利用するものであり、その臨界磁界は上部臨界
磁界と下部臨界磁界とに分かれ、上部臨界磁界が極め、
て高いため強い磁界の遮蔽に利用することができる。

また、同じ第２種超電４体を用いた磁気遮蔽において、
鎖交磁束不変の原理を利用したいわゆる電磁遮蔽といっ
たものも強い磁界の遮蔽に利用することができる。

（発明が解決しようとする問題点） 前記磁気遮蔽体には、薄膜の超電導層を多層化した遮蔽
体がある。このような遮蔽体は超電導層が薄い領域では
比較的強い磁界に対して安定な遮蔽を行うが、非常に強
い磁界、すなわち超電導材の上部臨界磁界に近い磁界の
強さにおいては、磁束流動による発熱によって遮蔽効果
が全く消失するという二次的弊害を生じることがあった
。また超電導層が厚い場合、即ち２０μｍ程度の厚さで
あれば、超電導層を多層（１０ｙＩ／！！程度）積層し
た遮蔽体は、比較的低い磁界の強さであ１ても、上記同
様の弊害を起こすことがあった。斯かる意味では、超電
導層が薄ければ薄いほど安定化が良いということができ
る。

しかし、超電導体を磁界の中にさらすと、磁界が超電導
層の中に侵入しくこの侵入の深さには限界があり、これ
を一般に磁束の侵入深さといい、５００人程人程ある）
、超電導層の厚みがこの磁束の侵入深さ以下のときは、
磁束はほとんど通りぬけ遮蔽困難となる。また上部臨界
磁界をこえる強い磁界の環境下では、通常超電導として
の性質が失われ常電導化してしまう。

一方、前記のごとき電磁遮蔽では、超電導体をハンダな
どで接合し、連続導体（電流が流れるように閉じられた
回路）にする必要がある。従って。

導体が超電導材であり、抵抗が零であっても接合部はわ
ずかながら抵抗を有する為、１つの回路としても若干の
抵抗をもつ、斯かる電磁遮蔽は断続的な磁界に対しては
完全な遮蔽を行い得るが、−横磁界（変化のない一定の
強さの磁界）に対しては上記抵抗により経時的に遮蔽効
果が減衰低下し。

完全な遮蔽が不可能となる。従ってこのような電磁遮蔽
は変動磁界の遮蔽に限られるため応用範囲が非常に狭い
。

また電磁遮蔽により大面積の遮蔽をする場合は超電導コ
イルが複数個用いられるが、超電導コイル相互間のすき
間から磁界が漏れるため高い遮蔽効果が得られない、従
って、超電導コイル相互間のすき間をなくした網目状の
遮蔽体が考えられるが、超電導体を網目状に接合する労
力は多大なものとなる。さらに強い磁界の遮蔽において
は、上述の網目状の遮蔽体を機械的に重ね合わせて多層
化する必要があり、全体の容積が比較的大きくなるため
、それに鳥って遮蔽体の保持槽も大きくなり冷媒の量も
多く必要となる。

本発明は、上記超電導体のうち、主に第２種超電導体を
用いた磁気遮蔽体に関するもので１本発明者等は上述の
ごとき問題点に鑑み研究した結果。

上記超電導遮蔽と電磁遮蔽の両者の特長を生かし極めて
遮蔽効果の高い磁気遮蔽体の開発に成功し、ここに本発
明を提供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段） 即ち１本発明の超電導磁気遮蔽体は、多数の小孔を有す
る基板と、該基板上に積層された少なくとも一層の超電
導フィルム層とより成り、該フィルム層の厚みが１００
μｍ以下であって且つ該フィルム層が複数の場合は各フ
′イルム層間に金属フィルム層を介在させて成ることを
要旨とするものである。

上記基板としては、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ及びステンレスス
チールなどの金属あるいは、ポリエステル、ポリフェニ
レンスルフィド、塩化ビニリデン、ポリイミド、ポリエ
ーテルサルフォンなどの有機高分子材料などが採用・さ
れる、該基板は多数の小孔を有し、１つの小孔の面積は
３ａ１以下とし且つ該小孔による基板全面積に対する開
口率は９０％以下であることが望ましい、また、小孔の
形状は多種考えられるが、丸、四角或はその他の形状が
全て採用可能である。

上記超電導フィルム層としては、ニオブ金属、ニオブ系
化合物、ニオブ系合金、バナジウム系化金物及びバナジ
ウム系合金等が採用され、具体的には、Ｎｂ、Ｎｂ−Ｔ
ｉ合金、Ｎｂ−Ｚｒ合金、ＮｂＮ、ＮｂＣ１Ｎｂ、Ｓｎ
、Ｎｂ、Ａｌ、Ｎ’ｂ。

Ｇａ、Ｎｂ、Ｇｅ、Ｎｂ５Ａ（！Ｇｅ及びＶ、Ｇａ等が
あげられる。その他セラミックス系ペロブスカイト型超
電導材料（例えばＢａ−Ｙ−Ｃｕ−０系化合物Ｌａ−８
ｒ−Ｃｕ−０県北合物）やシェブレル超電導材料（例え
ば、ＰｂＭｏ、Ｓ、）等も採用される。これらはいずれ
も第２種超電導体で、前記特性を保有するものであり、
遮蔽すべき磁界の強さや冷媒の温度によって材料の種類
が決定されるが、実用上Ｎｂ−Ｔｉ合金が最も望ましい
、亦、該超電導フィルム層相互間に介在される金属フィ
ルム層としては、高純度のアルミニウムや銅が最適であ
るが、その低銀など、また低純度のこれら金属及びその
他の金属も採用可能である。超電導フィルム層及び金属
フィルム層は、通常スパッタ法や電子ビーム蒸着法によ
り順次製膜される。上記基板の小孔１個の面積及び小孔
による開口率は。

それぞれ３ａ１（望ましくは１μ−〜０．７５ｄｌ）及
び９０％以下であることが望ましいが、これらを超える
と、取扱い上において、また高磁場環境下での応力に対
して強度が不十分となる。特に面積が小さ過ぎると蒸着
の際に目詰りを起し易くなる。

さらに該条件においては、超電導フィルム層の面積が小
さくなり強い磁界を遮蔽するのに必要な遮蔽電流（環境
磁界を打ち消すような磁界を発生するように流れる電流
）の容量が得られなくなる。

更に上記小孔の開口面積が３２を超えると各小孔内の遮
蔽磁界に勾配が出来、各部分における完全な遮蔽が難し
くなる。亦、超電導フィルム層が１００μ麓を超えると
、速い励磁に対して安定な遮蔽が期待できなくなる。斯
かる意味では超電導フィルム層が薄いものほど安定化効
果が得られると言える。

（作用） 本発明の超電導磁気遮蔽体に於いて、小孔部では電磁遮
蔽が、また小孔部以外の部分では完全反磁性及び混合状
態による反磁性を利用した超電導遮蔽が夫々なされ、こ
れら２種の遮蔽作用が相乗して極めて効果的に磁気遮蔽
がなされる。

電磁遮蔽では、超電導体でできた閉回路に遮蔽すべき磁
界を打ち消すような逆向きの磁界を発生するように遮蔽
電流が流れるため、超電導体の臨界電流密度が大きいも
のほど、強い磁界を効率よく且つ安定に遮蔽し得る。

亦、超電導フィルム層を薄膜化することによって、上部
臨界磁界及び臨界電流密度が同種のバルクの値よりも大
きくなるため、前述の両遮蔽方法を組み合わせた本発明
の遮蔽体は、極めて強い磁界の遮蔽に用いることが可能
であると共に、比較的少ない超電導材料で所望の強さの
磁界を遮蔽することができる。

本発明の磁気遮蔽体は、前述の網目状遮蔽体のごとく閉
回路形成の為のハンダ等による接合部が全く存在しない
ので、これを臨界温度以下に保持すると、遮蔽を行うべ
き閉回路（小孔周辺部）の全抵抗が零となり、遮蔽すべ
き磁界が一様磁界あるいは変動磁界に関係なく、完全な
遮蔽が可能であり、その応用に制限がない。

亦１本発明の磁気遮蔽体は基板に小孔を有しない一様な
シートを用いたものと比べ、小孔内部にも冷媒がゆきわ
たるため冷却が全領域に充分なされると共に、高磁界に
おいては遮蔽体の小孔部に磁束を強制的にトラップし、
磁束流動による発熱を抑え得るような構造となっている
ため、高磁界における安定化効果は抜群である。

さらに、前述のごとく超電導フィルム層が薄いほど安定
化効果が得られるが１本発明では該フィルム層を磁束の
侵入深さより薄くしても、同種のバルクによる上部臨界
磁界より高い磁界であっても遮蔽可能である。即ち、第
２種超電導体ではコヒーレンス長さく超電導電子が存在
し得る超電導材料表面からの深さ）より磁束の侵入深さ
の方が大きいため、磁束の侵入深さ以下の厚みであって
も電気抵抗が零である性質は保持されると共に、上部臨
界磁界についても同種のバルクに関する値よりもかなり
上昇するからである。

前述のごとき従来の薄膜を積層化した超電導磁気遮蔽体
は、安定化効果を得るため磁束の侵入深さ以下まで小さ
くすると、磁界の強さ及び超電導材層の層数に関係なく
磁界が殆ど通りぬけてしまうため遮蔽困難になる。とこ
ろが、本発明の磁気遮蔽体は電磁遮蔽をも行うものであ
り、超電導フィルム層の厚みが磁束の侵入深さ以下であ
っても超電導層の抵抗は零であるため、遮蔽電流が流れ
磁気遮蔽効果は消失しない。

亦、本発明の磁気遮蔽体において超電導フィルム層を複
数にする場合は、該超電導フィルム層相互間にＣｕ、Ａ
ｌ、Ａｇ等の金属フィルム層を介しているが、該金属フ
ィルム層は超電導体層の安定化（主に冷却効果）に寄与
するものであり、更に具体的には超電導フィルム層の熱
伝導が非常に大きくなる為に超電導フィルム層の全ての
部分に対して放熱効果が良くなり、磁束流動による温度
上昇が低く抑えられ、また常電導転位した部分の電流の
岐路を形成し発生熱量を抑え、超電導へ復起させる効果
を持つ、超電導材料を多層にしたものを強い磁界に晒し
た場合、第１層が最も強い磁界に晒され、第２層以後の
各層では少しずつ磁界か弱くなり、最終層では殆ど零と
なる。このような機能は各層が安定に働かなくては充分
に発揮されず１例えば第１層で磁束跳躍が起こった場合
。

第２１Ｂでは急激な磁界の変化を受け、第２層でも磁束
跳躍を起こすことになり、結果として所望の磁気遮蔽効
果が得られなくなる。

本発明の磁気遮蔽体では、薄層化された超電導フィルム
層相互間に上記の如く作用する金属フィルム層を介して
おり、また磁束流動を強制的に抑える小孔を有するため
、上記磁束跳躍等が抑制され各超電導体層が安定され、
該両遮蔽方法の特長が充分に活かされることになるので
ある。

（実施例及び比較例） 次に実施例及び比較例について述べる。

（ａ）厚みが５０μｍのポリフェニレンスルフィドシー
トを３枚準備してこれを基板とし、これら各基板に１辺
３ＩＩＩＩの正方形の小孔を基板面積に対する開口率が
３０％、８０％、９１％となるよう多数穿設した。

また上記各基板の片面にＮｂ−Ｔｉ合金を無加熱の状態
でスパッタ法により１０μｍの厚みに製膜を行いＮｂ−
Ｔｉ合金による超電導フィルム層を形成して複合体とな
し、これら３種の複合体を夫々実施例１．２及び比較例
１（小孔の開口率が夫々３０％、８０％、９１％）とし
た。

上記各複合体を直径４５ｍの円板状に加工し、その中心
部においてその磁気遮蔽量の測定を行なった。その結果
、実施例１は０．０５２テスラ、実施例２は０．０１２
テスラ、比較例１は０．、．９００テスラであった。こ
れにより小孔の開口率が９０％を超えると殆んど遮蔽効
果がないことが理解され、また、磁場による応力や取扱
い上遮蔽体全体の強度に問題が生じることも知見された
。

（ｂ）厚み３０μｍのＮｉシートを２枚準備してこれを
基板となし、一方には口径３０μｍの小孔を開口率的５
％となるよう多数穿設した。

この２枚の基板の片面に上記（ａ）と同様にＮｂ−Ｔｉ
合金による厚さ１０μｍの超電導フィルム層を製膜して
２種の複合体となし、これら複合体を夫々実施例３及び
比較例２（小孔を穿設しない方）とした。

（ａ）と同様に磁気遮蔽量を測定した結果、実施例３　
Ｌｔ　０　、０８９　テＸ　ラ、比較例２は０．０７２
テスラであった。これより小孔を設けなル箋方が磁気遮
蔽効果が低いことが理解される。

（ｃ）厚み３０μｍのＮｉシートを５枚準備してこれを
基板となし、該基板の夫々に口径約５０μｍの小孔を基
板に対する開口率が約５％となるよう穿設した。

これら基板上に上記と同様のスパッタ法によりＮ　ｂ　
−Ｔ　ｉ合金による超電導フィルム暦及びＣｕ（純度９
９．９９％）による金属フィルム層を各１０層交互に製
膜形成して５種の複合体を得た。この場合、金属フィル
ム層の厚みは２μｍで一定となし、一方超電導フィルム
暦の厚みは４種の複合体について夫々１μｍ、１０μｍ
、３０μｍ、１００μｍ及び１５０μｍとしこれらを順
次実施例４，５．６．７及び比較例３とした。この複合
体の一例を第１図及び第２図に示す。図に於いて、符号
１は基板を、２・・・は小孔を、３・・・は超電導フィ
ルム層を、４・・・は金属フィルム層を夫々示す。

上記各複合体について前記と同様に磁気遮蔽量を測定し
たところ、実施例４は０．２０テスラ、実施例５は０．
８８テスラ、実施例６は０．９８テスラ、実施例７は１
８１テスラ及び比較例３は０．７５テスラであった。

この結果上記の如く積層化された遮蔽体においては、超
電導材料フィルム層が小さいほど安定化効果は大きく、
また超電導材料の使用量に対する遮蔽効果も大きくなる
ことが理解される。また比較例３に示した厚み１５０μ
ｍの超電導材料フィルム層による積層体では磁気遮蔽量
は比較的高い値を示しているが１時に不安定な状態にな
ることもあり、さらには速い励磁に対しては磁束跳錫を
引き起こし遮蔽効果がなくなるため実用上問題を生じる
こともわかった。

（ｄ）厚み５０μｍのＣｕシートを基板とし、これに口
径３ｎｎの小孔を基板に対する開口率が４０％となるよ
う多数穿設した。

上記基板をメタン−アルゴン混合ガス雰囲気中で加熱を
行ないながら反応性スパッタリング法により、該基板上
にＮｂＣ化合物（バルクの上部臨界磁界が１．６９テス
ラ）による超電導フィルム層及びＡｌ２（純度９９．９
９％）による金属フィルム層を各々１００層交互に積層
製膜して複合体を得、これを実施例８とした。この場合
の超電導フィルム層の厚みは４００人、金属フィルム層
の厚みは１ｏＯＯ人である。

上記実施例８の複合体を４０枚重ね合わせ、これを磁界
の強さが１．８テスラの雰囲気中に晒しその磁気遮蔽量
を測定したところ約０．３テスラであった。

この結果、上記の如く極めて薄い超電導フィルム層を用
いることによって、バルクの上部臨界磁界以上の磁界で
あっても遮蔽することが出来ることが理解される。これ
は超電導フィルムＢを磁束の侵入深さ以下の厚みにする
と上部臨界磁界が上昇すること及び小孔の廻りに閉回路
が形成される為、通常の超電導遮蔽と電磁遮蔽とが並行
して行なわれるからである。従って更に多層にすること
。

によって完全な遮蔽も可能とされ、しかも各超電導フィ
ルム層が非常に薄い為安定化効果も抜群となる。

尚、上記実施例では、超電導フィルム層としてＮｂ−Ｔ
ｉ合金あるいはＮｂＣ化合物を使用した例を示したが、
他の超電導材料においても具体的数値は夫々違いがある
が、上述のごとき作用を有することは本発明者等の実験
によって確認されている。但し、実施例８の場合、上部
臨界磁界の極めて高い超電導材料においては、その確認
実験に用いる磁界の発生が呪技術では困難であるため確
認はできていないが、ＮｂＣ以外の超電導材料において
も上記のごとき作用を有することが一容易に類推される
。亦、上記金属フィルム層に代え或は之と併用して誘電
体フィルム層を超電導フィルム層間に介装させるように
すれば、上部臨界磁界以上の磁界での磁気遮蔽効果が向
上することも予想される。

（発明の効果） 取上の如く、本発明の超電導を利用した磁気遮蔽体は、
超電導材の反磁性による遮蔽と小孔部の閉回路形成によ
る電磁遮蔽とが並行してなされるもので、この両遮蔽特
性により一様磁界或は変化磁界に関係なく磁気遮蔽が極
めて効果的になされる。しかも上記磁気遮蔽特性と遮蔽
体の小孔部更には超電導フィルム層間に介装される金属
フィルム層とが相乗して、強磁界に対しても極めて安定
であり、従来にない全く新規な磁気遮蔽体として位置付
けられる。従って、これを各種磁気遮蔽機器に応用すれ
ば、その軽量化、低コスト、高安定性に大きく寄与する
ことは自明であり、しかも薄層であることから成形加工
性が高い点も付加され、よって本発明遮蔽体は実用性の
極めて高い磁気遮蔽体として各方面から好評を博するこ
と請合いである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明磁気遮蔽体の一例を示す斜視図、第２図
は第１図の■−■線拡大縦断面図である。 （符号の説明） １・・・基板、　２・・・小孔、　３・・・超電導フィ
ルム層、　４・・・金属フィルム層。 一以上一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、多数の小孔を有する基板と、該基板上に積層された
   少なくとも一層の超電導フィルム層とより成り、該フィ
   ルム層の厚みが１００μｍ以下であって且つ該フィルム
   層が複数の場合は各フィルム層間に金属フィルム層を介
   在させて成る超電導磁気遮蔽体。 ２、上記基板が、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、ステンレススチー
   ル等の金属あるいは、ポリエステル、ポリフェニレンス
   ルフィド、塩化ビニリデン、ポリイミド、ポリエーテル
   サルフォン等の有機高分子材料より選ばれたいずれか１
   種からなる特許請求の範囲第１項記載の磁気遮蔽体。 ３、上記各小孔の開口面積が３ｃｍ＾２以下であり且つ
   該小孔による基板の開口率が９０％以下である特許請求
   の範囲第１項記載の磁気遮蔽体。 ４、上記超電導フィルム層が、ニオブ金属、ニオブ系化
   合物、ニオブ系合金、バナジウム系化合物及びバナジウ
   ム系合金より選ばれたいずれか１種のフィルムから成る
   特許請求の範囲第１項記載の磁気遮蔽体。 ５、上記金属フィルム層がＣｕ、Ａｌ及びＡｇより選ば
   れたいずれか１種の金属より成る特許請求の範囲第１項
   記載の磁気遮蔽体。