WO2014136288A1

WO2014136288A1 - 超電導磁気シールド装置及びその製造方法

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Publication number: WO2014136288A1
Application number: PCT/JP2013/071403
Authority: WO
Inventors: 三上　行雄
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-08-07
Publication date: 2014-09-12
Anticipated expiration: 2015-09-05
Also published as: JP2013251527A; JP6211277B2

Abstract

　本発明は高温超電導材料を用いても組み立ての容易化、歩留まりの向上、及び低コスト化を図ることができる超電導磁気シールド装置に係り、周方向に配設された軸方向用超電導材からなる軸方向磁気シールドと、前記軸方向磁気シールドの軸方向に対して直交或いは傾いて配設され、前記軸方向磁気シールドと電気的に接続される横方向用超電導材からなる横方向磁気シールドと、前記軸方向磁気シールド及び前記横方向磁気シールドを支持する支持体とを備える。

Description

超電導磁気シールド装置及びその製造方法

　本発明は、高温超電導体を用いて磁気シールドを行う超電導磁気シールド装置及びその製造方法に関する。

　例えば、脳磁計や心磁計のような微弱磁場を計測する微弱磁場計測装置は、地磁気等の外部磁場が印加された場合、これを外乱として計測してしまう。このため、外乱が微弱磁場計測装置に悪影響を及ぼさないように微弱磁場計測装置を外乱となる外部磁場から遮蔽する磁気シールド装置でシールドし、これにより微弱磁場を計測することが行われている。

　従来、この磁気シールド装置としては、微弱磁場計測装置を設置する部屋の内壁全体を磁気シールド材で構成し、この磁気シールドルームにより外部磁場の影響を防止するものがあった（特許文献１参照）。しかしながら、磁気シールドルームは部屋全体を磁気シールドする構成であるため、大掛かりな設備となってしまう。

　そこで、内部に人体全体或いは頭部を装着可能とした筒状の超電導磁気シールド装置が提案されている（特許文献２参照）。この超電導磁気シールド装置は筒状基材にマイスナー効果を有する超電導体を配設した構成を有し、地磁気等が印加された際に超電導体が有する完全反磁性により対象空間の磁場を遮蔽する。これにより、地磁気等の外部磁場に影響されることなく、微弱磁場を計測することが可能となる。

特開２００２－２９１７１３号公報特開平１０－３１３１３５号公報

　ところで、超電導磁気シールドを構成する超電導材としては、低温超電導材と高温超電導材が存在する。超電導磁気シールドの材料として低温超電導材を用いた場合、低温超電導材は成型が容易であるため大径の円筒形状を有した超電導磁気シールドを比較的容易に製造することかできる。しかしながら、低温超電導材料を用いた場合には冷却温度を９Ｋ以下に保つ必要があり、冷却装置が大掛かりになってしまう。

　これに対し、超電導磁気シールドの材料として高温超電導材を用いた場合、冷却温度は８０Ｋ以下と冷却は容易になるが、高温超電導材料は製造が面倒となる。具体的には、円筒状基材に溶射により高温超電導材料を被膜形成することが行われる。しかしながら、この作業は面倒で作製に長い時間を要し製品コストが高くなるという問題点がある。

　一方、超電導磁気シールド装置は、筒状に形成された超電導磁気シールドの内部に人が入るため、これに対応した大きさが必要となる。これに対し、従来の高温超電導材料を用いた超電導磁気シールドは、一体物とされていたため部分補修ができなかった。

　よって、超電導磁気シールドの一部に不良箇所が発生すると、大きな形状を有する超電導磁気シールドの全てが使用不可能となり、全体を改めて作製し直す必要が生ずる。このため、従来の超電導磁気シールド装置は歩留まりが低く、製造に関するリスクが高いという問題点があった。

　更に、高温超電導材料は歪に対して脆弱であり、歪により容易にクラックが発生するため、超電導磁気シールド装置の組み立て作業においてその取扱に注意を要するという問題点もあった。

　本発明は、上述した従来技術の問題を解決する、改良された有用な超電導磁気シールド装置及びその製造方法を提供することを総括的な目的とする。

　本発明のより詳細な目的は、高温超電導材料を用いても組み立ての容易化、歩留まりの向上、及び低コスト化を図りうる超電導磁気シールド装置及びその製造方法を提供することにある。

　この目的を達成するために、本発明は、
　前記軸方向磁気シールドの軸方向に対して直交或いは傾いて配設され、前記軸方向磁気シールドと接続される横方向用超電導材からなる横方向磁気シールドと、
　前記軸方向磁気シールド及び前記横方向磁気シールドを支持する支持体とを有する。

　開示の発明によれば、軸方向磁気シールドと横方向磁気シールドとにより超電導磁気シールド装置が構成されているため、超電導磁気シールド装置の組み立ての容易化、歩留まりの向上、及び低コスト化を図ることができ、また軸方向磁場及び横方向磁場が印加されてもこれを確実にシールドすることができる。

本発明の第１実施形態である超電導磁気シールド装置の斜視図である。本発明の第１実施形態である超電導磁気シールド装置の平面図である。本発明の第１実施形態である超電導磁気シールド装置の分解斜視図である。軸方向用テープ状超電導材を拡大して示す斜視図である。軸方向用テープ状超電導材と横方向用テープ状超電導材との接合位置を拡大して示す断面図である。軸方向磁場が印加された時に軸方向用テープ状超電導材に発生する渦電流を示す図である。横方向磁場が印加された時に軸方向用テープ状超電導材と横方向用テープ状超電導材との間に発生する渦電流を示す図である。本発明の第１実施形態である超電導磁気シールド装置の横方向磁場に対するシールド率を示す図である。本発明の第１実施形態である超電導磁気シールド装置の軸方向磁場に対するシールド率を示す図である。軸方向のシールド率と、軸方向用テープ状超電導材の接続抵抗と、軸方向用テープ状超電導材の間隙との関係を示す図である。本発明の第２実施形態である超電導磁気シールド装置の分解図である。本発明の第３実施形態である超電導磁気シールド装置の分解斜視図である。本発明の第４実施形態である超電導磁気シールド装置の平面図である。第４実施形態である超電導磁気シールド装置に用いる横方向用テープ状超電導材を拡大して示す図である。本発明の第５実施形態である超電導磁気シールド装置の平面図である。は、本発明の第５実施形態である超電導磁気シールド装置の斜視図である。本発明の第６実施形態である超電導磁気シールド装置の平面図である。本発明の第６実施形態である超電導磁気シールド装置の一部を切り欠いた斜視図である。本発明の第６実施形態である超電導磁気シールド装置の軸方向のシールド率と軸方向用テープ状超電導材の接続抵抗との関係を示す図である。は、本発明の第７実施形態である超電導磁気シールド装置の製造方法を説明するための図である（その１）。本発明の第７実施形態である超電導磁気シールド装置の製造方法を説明するための図である（その２）。本発明の第７実施形態である超電導磁気シールド装置の製造方法を説明するための図である（その３）。本発明の第７実施形態である超電導磁気シールド装置の斜視図である。

１０Ａ～１０Ｇ　　超電導磁気シールド装置
１１Ａ，１１Ｂ　　支持体
１２Ａ，１２Ｂ　　軸方向磁気シールド
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ　　横方向磁気シールド
１４　　空間部
１５Ａ，１５Ｂ　　軸方向用テープ状超電導材
１６，２０　　横方向用テープ状超電導材
２０Ａ　　本体部
２０Ｂ　　折曲部
１７　　冷却管
１８，１９　　はんだ
３０　　閉塞用磁気シールド
３２　　閉塞用テープ状超電導材
３４　　間隙
４０　　格子状磁気シールド

　以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

　なお、添付の全図面の中の記載で、同一又は対応する部材又は部品には、同一又は対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面は、特に指定しない限り、部材もしくは部品間の相対比を示すことを目的としない。従って、具体的な寸法は、以下の限定的でない実施形態に照らし、当業者により決定することができる。

　また、以下説明する実施形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述される全ての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

　図１乃至図３は、本発明の第１実施形態である超電導磁気シールド装置１０Ａを示している。図１は超電導磁気シールド装置１０Ａの斜視図、図２は平面図、図３は分解斜視図である。この超電導磁気シールド装置１０Ａは、例えば脳磁計や心磁計のような微弱磁場を計測する微弱磁場計測装置に適用される。

　超電導磁気シールド装置１０Ａは、支持体１１Ａ、軸方向磁気シールド１２Ａ、及び横方向磁気シールド１３Ａ等を有している。本実施形態では、最内周に支持体１１Ａが配設され、その外周に軸方向磁気シールド１２Ａが配設され、更にその外周に横方向磁気シールド１３Ａが配設された構成とされている。よって、超電導磁気シールド装置１０Ａは、支持体１１Ａ、軸方向磁気シールド１２Ａ、及び横方向磁気シールド１３Ａが三重に重なった構成とされている。

　また、超電導磁気シールド装置１０Ａは、全体として円筒形状を有している。よって、その中央部分には空間部１４が形成されており、超電導磁気シールド装置１０Ａを脳磁計に適用した場合には、この空間部１４の内部に脳磁計が配設され、また被測定体となる人の頭部が挿入される。以下、超電導磁気シールド装置１０Ａを構成する各構成要素について説明する。

　先ず、支持体１１Ａについて説明する。支持体１１Ａは円筒形状を有しており、軸方向磁気シールド１２Ａ及び横方向磁気シールド１３Ａを支持するものである。

　この支持体１１Ａは、特にその材質を限定されるものではないが、本実施形態では非磁性で成形性の良好な樹脂或いは金属を用いている。具体的には、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）等を用いることができる。また、この支持体１１Ａの内周に、各磁気シールド１２，１３Ａを冷却する冷媒が流れる冷却管を配設してもよい。

　軸方向磁気シールド１２Ａは、軸方向磁場に対するシールドを行うものである。なお、本明細書において、円筒の軸方向（図中矢印Ｚ１，Ｚ２で示す方向）の磁場を軸方向磁場と呼び、円筒の軸方向に直交する方向の磁場を横方向磁場と呼ぶものとする。また、軸方向磁場に対する磁気シールドを軸方向磁気シールドといい、横方向磁場に対する磁気シールドを横方向磁気シールドというものとする。

　なお、軸方向又は横方向以外の方向から印される磁場は、軸方向の成分（軸方向磁場成分）と、横方向の成分（横方向磁場成分）とに分解することができる。このため、以下の説明においては軸方向磁場と横方向磁場についてのみ説明するものとする。

　次に、軸方向磁気シールド１２Ａについて説明する。軸方向磁気シールド１２Ａは、軸方向用テープ状超電導材１５Ａを支持体１１Ａの軸方向に複数積層した（積み重ねた）構成を有している。軸方向用テープ状超電導材１５Ａは、図４に拡大して示すように、テープ状超電導材２１を曲げてリング状にすると共に、その両端部をはんだ１８で接合した構成としてもよい。

　ここで、テープ状超電導材２１としては、超電導材の外周を金属で覆うか、又は金属の基板の上に高温超電導材を成膜したものを用いることができる。また、超電導材としては、臨界温度が高い高温超電導材を用いている。このテープ状超電導材２１としては、例えば住友電気工業株式会社製のDI-BSCCO（製品名）を用いることができる。

　このように構成されたテープ状超電導材２１は、超電導材単体の場合に比べて機械的強度が高く、歪に対しても強い。このため、図４に示すようにテープ状超電導材２１をループ状に成形しても、その歪により高温超電導材が損傷するようなことはなく歩留まりの向上を図ることができる。また、テープ状超電導材２１及び軸方向用テープ状超電導材１５Ａの取扱が容易であることにより、軸方向磁気シールド１２Ａの組み立て作業を容易に行うことができる。

　上記の構成とされた軸方向用テープ状超電導材１５Ａは、支持体１１Ａの外周に接着剤等を用いて固定される。これにより、軸方向磁気シールド１２Ａは、支持体１１Ａに支持された構成となる。

　次に、横方向磁気シールド１３Ａについて説明する。横方向磁気シールド１３Ａは、本実施形態では横方向用テープ状超電導材１６を支持体１１Ａの周方向に複数並設した（平行に並べた）構成を有している。この横方向用テープ状超電導材１６は、上記したテープ状超電導材２１と同様に、高温超電導材の外周を金属で覆うか、又は金属の基板の上に高温超電導材を成膜した構成のものを使用することができる。

　横方向磁気シールド１３Ａは、軸方向磁気シールド１２Ａと異なり直線状とされている。よって、軸方向磁気シールド１２Ａと横方向磁気シールド１３Ａは、図１及び図７に示すように、互いに直交する方向に延在した構成となっている。

　また本実施形態では、各々の横方向用テープ状超電導材１６の長手方向が軸方向と平行なるよう構成されている。更に横方向用テープ状超電導材１６は、筒状とされた軸方向磁気シールド１２Ａの外周位置を囲うように配設されている。

　各横方向用テープ状超電導材１６は、図５に拡大して示すように、各軸方向磁気シールド１２Ａを構成する軸方向用テープ状超電導材１５Ａに例えばはんだ１９を用いて接合されることにより電気的に接続されている。即ち、軸方向用テープ状超電導材１５Ａと横方向用テープ状超電導材１６は、はんだ１９等により電気的に接続される。

　次に、上記構成とされた超電導磁気シールド装置１０Ａにおいて、外部から磁場が印加された時の動作について説明する。

　超電導磁気シールド装置１０Ａに対して軸方向磁場（Ｂ_Ａ）が印加された場合（図６参照）は、軸方向磁気シールド１２Ａが機能する。即ち、軸方向磁場（Ｂ_Ａ）が印加された場合は、軸方向磁気シールド１２Ａを構成する各軸方向用テープ状超電導材１５Ａに周方向に渦電流Ａが発生し、これにより軸方向磁場（Ｂ_Ａ）が空間部１４内に影響することを防止できる。

　これに対し、超電導磁気シールド装置１０Ａに対して横方向磁場（Ｂ_Ｓ）が印加された場合（図７参照）は、横方向磁気シールド１３Ａが機能する。即ち、横方向磁場（Ｂ_Ｓ）が印加された場合は、図７に示すように軸方向用テープ状超電導材１５Ａ及び横方向用テープ状超電導材１６内に、横方向磁場（Ｂ_Ｓ）の印加位置を中心として円方向に流れる渦電流Ａが発生する。

　前記のように、軸方向用テープ状超電導材１５Ａと横方向用テープ状超電導材１６ははんだ１９で電気的に接続されている（図５参照）。よって、横方向磁場（Ｂ_Ｓ）で発生する渦電流Ａは各テープ状超電導材１５，１６の内部或いは各テープ状超電導材１５，１６を跨いで流れる。よって、超電導磁気シールド装置１０Ａによれば、横方向磁場（Ｂ_Ｓ）が空間部１４内に影響することを防止できる。

　図８は、超電導磁気シールド装置１０Ａの横方向磁場（Ｂ_Ｓ）に対するシールド率を示している。また図９は、超電導磁気シールド装置１０Ａの軸方向磁場（Ｂ_Ａ）に対するシールド率を示している。図８及び図９に示す特性は、いずれもシミュレーションにより求めたものである。

　各図において、横軸は周数であり、縦軸はシールド率である。ここで、シールド率とは、超電導磁気シールド装置１０Ａの空間部１４内の磁場の強さ（ＢＩＮ）に対する外部の磁場ＢＯＵＴの強さの比をいう（シールド率＝ＢＯＵＴ／ＢＩＮ）。

　なお図８、図９、及び後述する図１０において、横軸に周波数を取っているのは次の理由による。即ち、本実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ａは、軸方向用テープ状超電導材１５Ａの両端部を接合するのにはんだ１８を用い（図４参照）、また各テープ状超電導材１５，１６を接合するのにもはんだ１９を用いている。即ち、軸方向磁気シールド１２Ａ及び横方向磁気シールド１３Ａは完全な超電導体ではなく、はんだ１８，１９の抵抗成分を含んだものである。

　このため、印加される磁場が直流的な磁場である場合には、軸方向磁気シールド１２Ａ及び横方向磁気シールド１３Ａはこれを有効にシールドすることができない。しかしながら、印加される磁場が交流的な磁場である場合には、シールドを行うことができる。そこで、図８～図１０は、横軸として印加される磁場の周波数を取っている。

　一般に、脳磁計や心磁計のような微弱磁場を計測する場合、軸方向磁場及び縦方向磁場のいずれの磁場であっても、磁場の周波数は１Hz以上を計測する。そこで、図８で横方向の外部磁場（Ｂ_Ｓ）が１Hzにおけるシールド率を見ると、横方向磁気シールド１３Ａのシールド率は約7000と高い値となっていることが判る。また、図９で軸方向の外部磁場（Ｂ_Ａ）が１Hzにおけるシールド率を見ると、軸方向磁気シールド１２Ａのシールド率は約12500と高い値となっていることが判る。

　よって、図８及び図９に示す結果より、本実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ａによれば、外部からの軸方向磁場（Ｂ_Ａ）及び横方向磁場（Ｂ_Ｓ）の双方に対して有効なシールドを行うことができることが証明された。

　一方、前記のように軸方向磁気シールド１２Ａは軸方向用テープ状超電導材１５Ａを軸方向に積層したものであり、横方向磁気シールド１３Ａは横方向用テープ状超電導材１６を周方向に並設したものである。即ち、軸方向磁気シールド１２Ａ及び横方向磁気シールド１３Ａは一体成形されたものではなく、軸方向用テープ状超電導材１５Ａ及び横方向用テープ状超電導材１６を複数集合させ、これを接合した構成とされている。

　更に、個々のテープ状超電導材１５，１６は、軸方向磁気シールド１２Ａ及び横方向磁気シールド１３Ａの作製時において良否検査が可能である。

　よって本実施形態では、良品であるテープ状超電導材１５，１６を選定した上で、軸方向磁気シールド１２Ａ及び横方向磁気シールド１３Ａを作製することが可能となる。これにより本実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ａによれば、高温超電導材を用いても歩留まりを高めることができる。

　ところで、本実施形態のように軸方向用テープ状超電導材１５Ａを積層した構成の軸方向磁気シールド１２Ａでは、隣接する軸方向用テープ状超電導材１５Ａ間に必然的に間隙ΔＷ１（図５，図７に矢印で示す）が発生する。同様に、横方向磁気シールド１３Ａを横方向用テープ状超電導材１６を並設した構成とすると、隣接する横方向用テープ状超電導材１６間に必然的に間隙ΔＷ２（図２，図７に矢印で示す）が発生する。

　図１０（Ａ）は、軸方向磁気シールド１２Ａにおいて、隣接する軸方向用テープ状超電導材１５Ａの距離ΔＷ１と、軸方向用テープ状超電導材１５Ａの接続抵抗と、軸方向磁気シールド１２Ａのシールド率との関係を示している。

　図１０（Ａ）において、矢印Ａで示す特性はΔＷ１＝1mmの時のシールド率と接続抵抗との関係を示し、矢印Ｂで示す特性はΔＷ１＝2mmの時のシールド率と接続抵抗との関係を示し、矢印Ｃで示す特性はΔＷ１＝3mmの時のシールド率と接続抵抗との関係を示し、更に矢印Ｄで示す特性はΔＷ１＝4mmの時のシールド率と接続抵抗との関係を示している。

　また図１０（Ｂ）は、横方向磁気シールド１３Ａにおいて、隣接する横方向用テープ状超電導材１６の距離ΔＷ２と、横方向用テープ状超電導材１６の接続抵抗と、横方向磁気シールド１３Ａのシールド率との関係を示している。

　図１０（Ｂ）において、矢印Ａで示す特性はΔＷ２＝1mmの時のシールド率と接続抵抗との関係を示し、矢印Ｂで示す特性はΔＷ２＝2mmの時のシールド率と接続抵抗との関係を示し、矢印Ｃで示す特性はΔＷ２＝3mmの時のシールド率と接続抵抗との関係を示し、更に矢印Ｄで示す特性はΔＷ２＝4mmの時のシールド率と接続抵抗との関係を示している。

　図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）の結果より、軸方向磁気シールド１２Ａ及び横方向磁気シールド１３Ａのいずれにおいても、似た特性が得られた。即ち、軸方向磁気シールド１２Ａ及び横方向磁気シールド１３Ａのいずれにおいても、隣接する軸方向用テープ状超電導材１５Ａ，１６間の間隙ΔＷ１，ΔＷ２が小さくなるに従いシールド率が良好になることが判った。また、軸方向磁気シールド１２Ａ及び横方向磁気シールド１３Ａのいずれにおいても、接続抵抗が小さいほど、シールド率が良好になることが判った。

　本実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ａでは、軸方向磁気シールド１２Ａを構成する各軸方向用テープ状超電導材１５Ａの両端部の接続抵抗（即ち、はんだ１８の接続抵抗）を軸方向磁気シールド１２Ａのシールド率が１０００以上となるよう設定した。即ち、軸方向用テープ状超電導材１５Ａのはんだ１８による接続抵抗を約0.1Ωに設定した。また、軸方向に積層された軸方向用テープ状超電導材１５Ａの間隙を2mm以下とした。

　このように各値を設定することにより、超電導磁気シールド装置１０Ａを脳磁計や心磁計のような微弱磁場を計測する微弱磁場計測装置に適用しても、外部磁場を確実にシールドでき、これらの計測を正確に行うことが可能となる。

　同様に、軸方向磁気シールド１２Ａと横方向磁気シールド１３Ａとの電気的接続については、軸方向用テープ状超電導材１５Ａと横方向用テープ状超電導材１６との接続抵抗を横方向磁気シールド１３Ａのシールド率が１０００以上となるよう設定した。即ち、はんだ１９による接続抵抗を約0.1Ωに設定した。また、周方向に並設された横方向用テープ状超電導材１６の間隙を2mm以下とした。

　このように各値を設定することによっても、超電導磁気シールド装置１０Ａを脳磁計や心磁計のような微弱磁場を計測する微弱磁場計測装置に適用しても、外部磁場を確実にシールドでき、これらの計測を正確に行うことが可能となる。

　次に、本発明の第２乃至第７実施形態について説明する。

　図１１乃至図２３は、第２乃至第７実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ｂ～１０Ｆを示している。なお、図１１乃至図２３において、図１乃至図７に示した第１実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ａの構成と対応する構成については同一符号を付してその説明を省略する。

　図１１は、第２実施形態である超電導磁気シールド装置１０Ｂを示している。

　前記した第１実施形態である超電導磁気シールド装置１０Ａは、横方向用テープ状超電導材１６が軸方向（矢印Ｚ１，Ｚ２方向）と平行に配設した例を示した。これに対して本実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ｂは、横方向用テープ状超電導材１６の延在方向（図中、矢印Ｄ１，Ｄ２方向）を軸方向磁気シールド１２Ａの軸方向（Ｚ１，Ｚ２方向）に対して傾いて配設した。

　図１１では、横方向用テープ状超電導材１６を軸方向に対して角度θ傾けた例を示している。このように、軸方向に対する横方向用テープ状超電導材１６の延出方向は平行（θ＝０°）に限定されるものではなく、任意の角度に適宜変更が可能なものである。この構成とした場合でも、前記した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

　図１２は、第３実施形態である超電導磁気シールド装置１０Ｃを示している。

　前記した第１実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ａは、支持体１１Ａを最内周位置に配置した構成を示した。これに対して本実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ｃは、支持体１１Ｂを最外周位置に配設したものである。

　即ち、本実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ｃでは、最内周に軸方向磁気シールド１２Ａが位置し、その外側に横方向磁気シールド１３Ａが位置し、最外周に支持体１１Ｂが位置した構成とされている。このように、支持体１１Ｂが最外周位置に配設されても、軸方向磁気シールド１２Ａ及び横方向磁気シールド１３Ａはこの支持体１１Ｂにより支持される。

　また、支持体１１Ｂの外周面には、軸方向磁気シールド１２Ａ及び横方向磁気シールド１３Ａの高温超電導材を冷却する冷媒が流れる冷却管１７が配設されている。この冷却管１７は、図１２に示す例では支持体１１Ｂの外周に螺旋状に配設されているが、これに限定されるものではない。

　本実施形態のように支持体１１Ｂが最外周に配設され、軸方向磁気シールド１２Ａ及び横方向磁気シールド１３Ａがその内部に位置することにより、各磁気シールド１２，１３は支持体１１Ｂにより保護されるため、不要な外力が印加されても磁気シールド１２，１３が損傷することを防止できる。

　図１３は、第４実施形態である超電導磁気シールド装置１０Ｄを示す平面図である。

　前記した第１実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ａは、横方向磁気シールド１３Ａを構成する複数の横方向用テープ状超電導材１６は、細長い板状の形状とされており、折り曲げられてはいなかった。これに対して本実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ｄでは、横方向磁気シールド１３Ｃを構成する横方向用テープ状超電導材２０の上方の所定範囲（Ｚ１方向側の所定範囲）を内側に折曲した構成とした。

　図１４は、本実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ｄを構成する一つの横方向用テープ状超電導材２０の一例を拡大して示している。同図に示すように、横方向用テープ状超電導材２０は、その上部を折曲されることにより本体部２０Ａと、折り曲げられた折曲部２０Ｂとを有した構成とされており、全体して略Ｌ字形状を有している。

　このように、横方向磁気シールド１３Ｃを構成する横方向用テープ状超電導材２０に折曲部２０Ｂを形成することにより、超電導磁気シールド装置１０Ｄの上側の開口部の一部は折曲部２０Ｂにより塞がれた構成となる。円筒状の超電導磁気シールドにおいて、開口部の一部を超電導材で覆うことによりシールド効果は大きく増大する。よって、本実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ｄによれば、更にシールド効果を高めることができる。なお、折り曲げ角度は、図示される直角に限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。

　図１５及び図１６は、第５実施形態である超電導磁気シールド装置１０Ｅを示している。

　前記した第１実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ａは、支持体１１Ａの外周に沿って複数の軸方向用テープ状超電導材１５Ａを軸方向に並設されるよう積み重ねて配設していた。これに対して本実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ｅは、支持体１１Ａの外周に横方向磁気シールド１３Ａを構成する横方向用テープ状超電導材１６を複数配設した後、この横方向用テープ状超電導材１６上に１本の軸方向用テープ状超電導材１５Ｂを螺旋状に巻回した構成としている。

　図１乃至図３に示した超電導磁気シールド装置１０Ａの場合、個々の軸方向用テープ状超電導材１５Ａを支持体１１Ａに装着する方法としては、次の方法が考えられる。

　先ず、テープ状超電導材２１をリング状に形成し、これを支持体１１Ａに所定範囲にわたり接着固定する。続いて、テープ状超電導材２１の両端部を付き合わせ、この端部同士をはんだ１８で接合する（図４参照）。

　これに対して本実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ｅは、軸方向磁気シールド１２Ａを一本の軸方向用テープ状超電導材１５Ｂにより構成している。また、軸方向磁気シールド１２Ａの長さは、横方向用テープ状超電導材１６が配設された支持体１１Ａを複数回にわたり螺旋状に巻回できる長さに設定されている。よって、単に１本の軸方向用テープ状超電導材１５Ｂを横方向用テープ状超電導材１６が配設された支持体１１Ａに巻回することにより、軸方向磁気シールド１２Ｂを支持体１１Ａに装着することができる。

　この際、軸方向磁気シールド１２Ｂの内側面には、予めペースト状のはんだを塗布しておく。そして、この状態で軸方向磁気シールド１２Ｂが巻回された支持体１１Ａを加熱炉で加熱しはんだを溶融することにより、一括的に軸方向磁気シールド１２Ｂを横方向用テープ状超電導材１６に電気的及び機械的に接合することができる。

　よって、本実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ｅによれば、部品点数の削減を図れると共に、組み立て作業の簡単化を図ることができる。

　なお、上記の説明では軸方向磁気シールド１２Ｂのみを１本の軸方向用テープ状超電導材１５Ｂにより形成し、これを支持体１１Ａに螺旋状に巻回した例を示したが、横方向磁気シールドを１本の横方向用テープ状超電導材で構成し、これを支持体１１Ａに螺旋状に巻回する構成する構成としてもよい。

　また、軸方向磁気シールド及び横方向磁気シールドの双方を１本のテープ状超電導材で構成し、いずれも支持体１１Ａに対して螺旋状に巻回する構成とすることも可能である。この構成することにより、更に超電導磁気シールド装置の組み立て作業の簡単化を図ることができる。

　更に、上記した例では軸方向磁気シールド及び横方向磁気シールドの夫々を１本のテープ状超電導材で構成した例を示したが、軸方向磁気シールド及び横方向磁気シールドは複数のテープ状超電導材を繋ぎ合わせることにより１本とした構成としてもよい。

　図１７及び図１８は、第６実施形態である超電導磁気シールド装置１０Ｆを示している。

　なお、図１７は超電導磁気シールド装置１０Ｆの平面図であり、図１８は超電導磁気シールド装置１０Ｆの一部を切り欠くことにより、軸方向磁気シールド１２Ａの断面を示す図である。また図１８においては、支持体１１Ａの図示は省略している。

　前記したように、脳磁計や心磁計のような微弱磁場を計測する微弱磁場計測装置に超電導磁気シールド装置を適用する場合、軸方向磁気シールド１２Ａを構成する軸方向用テープ状超電導材１５Ａの間隙、及び横方向磁気シールド１３Ａを構成する横方向用テープ状超電導材１６の間隙を2mm以下に設定することが望ましい。しかしながら、更に高精度の磁気シールドを行う必要が生じる場合が考えられる。

　本実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ｆは、これに対応するために軸方向磁気シールド１２Ａを構成する軸方向用テープ状超電導材１５Ａの間に形成される間隙３４を閉塞用磁気シールド３０で塞ぐ構成としたものである。

　閉塞用磁気シールド３０は、本実施形態では軸方向磁気シールド１２Ａの内側に配設されている。しかしながら、閉塞用磁気シールド３０を軸方向磁気シールド１２Ａの外側（横方向磁気シールド１３Ａと対向する側）に配設することも可能である。

　閉塞用磁気シールド３０は、複数の閉塞用テープ状超電導材３２により構成されている。この閉塞用テープ状超電導材３２は、軸方向磁気シールド１２Ａを構成する軸方向用テープ状超電導材１５Ａと同一構成のものを用いることができる。即ち、閉塞用テープ状超電導材３２は、図４に示したように、テープ状超電導材２１を曲げてリング状にすると共に、その両端部をはんだ１８で接合したものを用いることができる。

　閉塞用磁気シールド３０を構成する各閉塞用テープ状超電導材３２は、隣接する軸方向用テープ状超電導材１５Ａの間隙３４の大きさよりも大きな幅（Ｚ１，Ｚ２方向の長さ）を有している。また、各閉塞用テープ状超電導材３２は、軸方向用テープ状超電導材１５Ａに電気的に接合（例えば、はんだ付け）された構成とされている。

　このように間隙３４を閉塞用磁気シールド３０で塞ぐことにより、前記の超電導磁気シールド装置１０Ａに比べ、更に外部磁場が空間部１４内に進入することを防止することができる。

　図１９は、本実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ｆの効果を示す図である。

　同図において、矢印Ｆで示すのは図１０に矢印Ａで示した特性と同じである。即ち、軸方向用テープ状超電導材１５Ａの間隙ΔＷ１を1mmとした時の接続抵抗とシールド率との関係を示している。前記したように、軸方向用テープ状超電導材１５Ａの間隙ΔＷ１を1mmとすることにより、高いシールド効果が得られることが分かる。

　これに対して図中矢印Ｅで示すのは、間隙３４を閉塞用磁気シールド３０で塞いだ本実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ｆの特性を示している。超電導磁気シールド装置１０Ｆの特性は、軸方向用テープ状超電導材１５Ａの間隙ΔＷ１を1mmとした時の特性に比べてシールド率が約１０程度向上していることが分かる。

　よって、軸方向用テープ状超電導材１５Ａ間に形成される間隙３４を塞ぐ閉塞用磁気シールド３０を設けることにより、高いシールド効果が得られることが実証された。

　なお、本実施形態のように高いシールド効果を得る方法として、軸方向磁気シールド１２Ａを形成する際に、隣接する軸方向用テープ状超電導材１５Ａの間隙ΔＷがなくなるよう（ΔＷ＝０となるよう）、軸方向用テープ状超電導材１５Ａを支持体１１Ａに配設することも考えられる。

　しかしながら、多数の軸方向用テープ状超電導材１５Ａをリング状に成形しつつ、かつ隣接する間隙ΔＷがなくなるよう支持体１１Ａに配設する作業は困難で手間の掛かる作業となる。これに対し、閉塞用テープ状超電導材３２により間隙３４を塞ぐ作業は容易であり、かつ閉塞用テープ状超電導材３２が間隙３４を塞ぐことができれば、閉塞用テープ状超電導材３２が上下方向（Ｚ１，Ｚ２方向）に若干ずれたとしても高いシールド性は維持される。

　よって、本実施形態に係る超電導磁気シールド装置１０Ｆによれば、組み立て作業の容易化を図りつつ、高いシールド性を実現することができる。

　なお上記した実施形態では、軸方向磁気シールド１２Ａに形成される間隙３４を覆う閉塞用磁気シールド３０を設ける構成を示したが、横方向磁気シールド１３Ａを構成する横方向用テープ状超電導材１６間に形成される間隙（図７に矢印ΔＷ２で示す）を塞ぐように閉塞用テープ状超電導材（請求項に記載の第２の閉塞用超電導材に相当する）を配設する構成としてもよい。

　このように、閉塞用テープ状超電導材は、軸方向用テープ状超電導材１５Ａ間に形成される間隙３４をのみ塞ぐように設けても、また横方向用テープ状超電導材１６間に形成される間隙（ΔＷ２）のみを塞ぐように設けても、更に間隙３４及び間隙（ΔＷ２）の双方を塞ぐように設けた構成としてもよい。

　図２０乃至図２３は、第７実施形態である超電導磁気シールド装置１０Ｇ及びその製造方法を示している。

　前記した第１実施形態では、支持体１１Ａに軸方向用テープ状超電導材１５Ａを配設することにより軸方向磁気シールド１２Ａを形成し、その後に軸方向磁気シールド１２Ａの上部に横方向用テープ状超電導材１６をはんだ付けすることにより横方向磁気シールド１３Ａを接合し、これにより超電導磁気シールド装置１０Ａを製造していた。

　これに対して本実施形態では、軸方向用テープ状超電導材１５Ａと横方向用テープ状超電導材１６を格子状にはんだ付けした構成の格子状磁気シールド４０を予め製造しておき、これを支持体１１Ａに配設することにより超電導磁気シールド装置１０Ｆを製造した。以下、超電導磁気シールド装置１０Ｆの製造方法の一例について説明する。

　超電導磁気シールド装置１０Ｆを製造するには、先ずテープ状超電導材２１を図２０に矢印Ｘ１，Ｘ２方向に列設する。続いて、この列設されたテープ状超電導材２１上に、テープ状超電導材２１を図２０に矢印Ｙ１，Ｙ２方向に列設する。

　このＸ１，Ｘ２方向に列設に列設されたテープ状超電導材２１は横方向用テープ状超電導材１６を構成し、Ｙ１，Ｙ２方向に列設に列設されたテープ状超電導材２１は軸方向用テープ状超電導材１５Ａを構成する。また、軸方向用テープ状超電導材１５Ａとなるテープ状超電導材２１上に軸方向用テープ状超電導材１５Ａとなるテープ状超電導材２１を重ねる際、各テープ状超電導材２１が交差する部位には高融点はんだを配設しておく。

　格子状に配列されたテープ状超電導材２１は加熱炉において加熱処理が行われる。これにより高融点はんだは溶融し、各テープ状超電導材２１の各交差部分においてははんだ付けが行われる。これにより、軸方向用テープ状超電導材１５Ａと横方向用テープ状超電導材１６は接合され、シート状の格子状磁気シールド４０が製造される（電磁シールド形成工程）。

　上記のテープ状超電導材２１をＸ１，Ｘ２方向及びＹ１，Ｙ２方向に列設させる処理は容易であり、また多数の交差部におけるはんだ付けを行う処理も一括的に行うため容易である。よって、格子状磁気シールド４０の製造を容易に行うことができる。

　また電磁シールド形成工程においてテープ状超電導材２１を格子状に列設する際、本実施形態では基台等の平面上で列設処理を行うことができる。よって、円筒形状の支持体１１Ａに対して多数の軸方向用テープ状超電導材１５Ａ及び横方向用テープ状超電導材１６を配設する方法に比べ、各テープ状超電導材２１を近接させる処理を容易に行うことができる。

　なお、各図においては図示の便宜上、隣接する軸方向用テープ状超電導材１５Ａ間の間隙、及び隣接する横方向用テープ状超電導材１６間の間隙を広く図示しているが、各間隙の実際の寸法は2mm程度とされている。

　上記のように製造された格子状磁気シールド４０は、図２１に示されるように、予め製造されていた支持体１１Ａに巻き付けることにより装着される（装着工程）。この際、格子状磁気シールド４０と支持体１１Ａは、接着剤等を用いて固定される。

　テープ状超電導材２１は曲げることが可能なテープ状の部材であり、これを格子状にはんだ付けした格子状磁気シールド４０も可撓性を有している。また、格子状磁気シールド４０は軸方向用テープ状超電導材１５Ａと横方向用テープ状超電導材１６が一体化した構成であるため、軸方向用テープ状超電導材１５Ａと横方向用テープ状超電導材１６を一括的に支持体１１Ａに巻き付けることができる。

　よって本実施形態では、格子状磁気シールド４０を支持体１１Ａに装着する処理を容易に行うことがきる。

　図２２は、格子状磁気シールド４０が支持体１１Ａに巻き付けられることにより、軸方向用テープ状超電導材１５Ａの両端部（図中、矢印Ｐで示す）が突き合わされた状態を示している。軸方向用テープ状超電導材１５Ａは、軸方向磁場を有効にシールドするために電気的に接合する必要がある（図４参照）。

　この各軸方向用テープ状超電導材１５Ａの端部Ｐを電気的に接合するため、このつき合わせ部分にはんだ４５を配設する。このはんだ４５は、電磁シールド形成工程において格子状に配置されたテープ状超電導材２１を接合するのに用いた高融点はんだに比べ、融点が低い低融点はんだを用いている。

　次に、加熱処理を行うことにより、はんだ４５を溶融して各軸方向用テープ状超電導材１５Ａの突き合わせ部分を電気的に接合する（接合工程）。上記の処理を行うことにより、図２３に示す超電導磁気シールド装置１０Ｇが製造される。

　本実施形態に係る製造方法では、上記のように電磁シールド形成工程において格子状磁気シールド４０を容易に製造することができる。このため、超電導磁気シールド装置１０Ｇの組み立て作業を容易に行うことが可能となる。

　以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。

　本国際出願は２０１３年３月５日に出願された日本国特許出願２０１３－０４３２９３号に基づく優先権を主張するものであり、日本特許出願２０１３－０４３２９３号の全内容をここに本国際出願に援用する。

Claims

　周方向に配設された軸方向用超電導材からなる軸方向磁気シールドと、
　前記軸方向磁気シールドの軸方向に対して直交或いは傾いて配設され、前記軸方向磁気シールドと電気的に接続される横方向用超電導材からなる横方向磁気シールドと、
　前記軸方向磁気シールド及び前記横方向磁気シールドを支持する支持体と、
を有する超電導磁気シールド装置。
　前記軸方向用超電導材及び前記横方向用超電導材は、高温超電導材であ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装置。
　前記軸方向用超電導材及び前記横方向用超電導材は、テープ状超電導材であ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装置。
　前記軸方向磁気シールドは、前記軸方向用超電導材を前記軸方向に複数積層した構成であ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装置。
　前記横方向磁気シールドは、前記横方向用超電導材を前記周方向に複数並設した構成であ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装置。
　前記支持体を、接合された前記軸方向磁気シールドと前記横方向磁気シールドとの最外周位置又は最内周位置に配設したことを特徴とする請求項１記載の超電導磁気シールド装置。
　前記軸方向磁気シールド又は前記横方向磁気シールドの少なくとも一方は、１本の前記軸方向用超電導材又は１本の前記横方向用超電導材を螺旋状に巻回した構成であ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装置。
　前記軸方向磁気シールドを構成する複数の前記軸方向用超電導材の間に形成される間隙を塞ぐ第１の閉塞用超電導材を設けたことを特徴とする請求項４記載の超電導磁気シールド装置。
　前記横方向磁気シールドを構成する複数の前記軸方向用超電導材の間に形成される間隙を塞ぐ第２の閉塞用超電導材を設けたことを特徴とする請求項５記載の超電導磁気シールド装置。
　周方向に延在するよう形成されたテープ状の軸方向用超電導材と、軸方向に対して直交或いは傾いて配設されると共に前記軸方向用超電導材と電気的に接続されるテープ状の横方向用超電導材と、前記軸方向用超電導材及び前記横方向用超電導材を支持する支持体とを有する超電導磁気シールド装置の製造方法であって、
　複数の前記軸方向用超電導材と複数の前記横方向用超電導材を格子状に配置すると共に、前記軸方向用超電導材と前記横方向用超電導材の交差する部位を第１の導電性接合材で接合し電磁シールドを形成する電磁シールド形成工程と、
　前記電磁シールドを前記支持体に巻き付ける装着工程と、
　前記軸方向用超電導材の端部を前記第１の導電性接合材よりも接合温度が低い第２の導電性接合材で接合する接合工程と
を有することを特徴とする超電導磁気シールド装置の製造方法。