JPH02275394A - 超電導磁気シールド円筒 - 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］ 本発明は超電導磁気シールド筒に係り、更に詳しくは、
地磁気の如き微小磁気やリニアモーター等の強磁気を遮
蔽するために好適に使用することかできる超電導磁気シ
ールド筒に関する。

［従来の技術］ 近年、超電導特性を有する超電導材料で作製された超電
導マグネットを用い、核磁気共鳴コンピューター断層診
断装置（Ｍ　ＲＩ　：Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅ５ｏｎａ
ｎｃｅ　Ｉｍａｇｉｎｇ　）　、磁気浮上列車などが実
用化されつつある。また、将来的にも核融合などの新エ
ネルギー開発、ＭＨＤ発電などの新しいエネルギー変換
技術にも超電導マクネットの強磁界の適用か検討されて
いる。

このようにＭＲＩ診断装置などの超電導マクネットを用
いた装置が利用された場合には、それに伴ない、これら
の“装置から漏れ磁界か生じ、外部に悪影響をもたらす
ことかあり、問題となっている。一方、脳磁波（α波）
等の微小磁気を１１１１１定するに際しては、地磁気な
どの外部磁界が影響すると、その正確な検出が困難にな
るという問題も発生する。

そこで、上記のような問題を解決するため、磁気源から
の磁気を遮蔽するための磁気シールド材料が要請されて
いる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来、磁気シールド材料として、高透磁率、低保磁力を
有する軟質の磁性材料が利用されていたが、大きな磁界
を遮蔽する場合にはシールド能力か低すぎ、一方低い磁
界の遮蔽の場合においても漏れ磁界を生ずる恐れかあっ
た。このため、シールド材料の体積を大きくし、シール
ド効果を高めることは可能であるか、シールド材料の重
量が増加することか避けられない、という問題がある。

［課題を解決するだめの手段］ そこで、本発明者は上記従来の磁気シールド材料の問題
を解決するため鋭意検討を行なった結果、ａ主導層と基
板とを少なくとも有する二層構造から成る磁気シールド
筒か有効であることを見出し、本発明に到達した。

即ち、本発明によれば、遮蔽する磁気源に対して、該磁
気源側より超電導層、基板を少なくとも有するニー層構
造からなり、該超電導層を外側とする円筒であることを
特徴とする超電導磁気シールド筒、か提供される。

また、本発明において、上記二層構造の超電導磁気シー
ルド筒において、超電導層と基板の間に中間層を設けて
三層構造とすると、中間層を設けない場合に比し、超電
導特性である臨界電流密度か向りし、好ましい。

さらに、」二記二層または三層構造の超電導磁気シール
１へ筒の超電導層の外側の磁気源側にこの超電導層を保
護するための保護層を設けた三層構造又は四層構造の超
電導磁気シールド筒とすることは、耐熱衝撃性か向上す
ることから好ましい。

［作用コ 本発明は漏れ磁気やｉ１！！磁気などの磁気源から適切
に遮蔽するための超電導磁気シールド筒で、超電導特性
を有する超電導層とそれを支持する基板の二層構造によ
り基本的に構成されているものである。

また、超電導特性あるいは耐熱衝撃性の向上の観点から
、中間層または保護層を有する三層構造、保護層および
中間層を有する四層構造とすることも、好ましいもので
ある。

本発明の超電導磁気シールド筒において、基板の熱膨張
係数か超電導層の熱膨張係数と略凹等となるように、基
板および超電導層の材質を選択することか好ましい。同
様に、中間層または保護層を有する三層構造の場合も、
中間層及び基板の熱膨張係数か超電導層の熱膨張係数と
略凹等となるように、基板、中間層および超電導層の材
質を選択し、さらに保護層および中間層を有する四層構
造の場合には、中間層及び基板の熱膨張係数が、超電導
層の熱膨張係数と略凹等となるように、基板、中間層お
よび超電導層の材質を選択することか好ましい。

このように用いる基板および各層の熱膨張係数を上記し
た所定の関係に保持することが好ましいか、ここて、ａ
電導層の＃Ｉ膨張係数と略凹等とは具体的には超電導層
の熱膨張係数の値に対し、約±５　Ｘ　１０−６／°Ｃ
の範囲を云うものである。

本発明で用いる超電導層としては特にその種類を限定す
るものではなく、例えばＢ１−５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系
、あるいはＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０系などか挙げられ、Ｂ　
１−５ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系の場合にはＢ１２５ｒ２Ｃ
ａＣｕ２０６の組成の結晶相を有するもの、Ｙ　−Ｂ　
ａ　−Ｃｕ　−０系の場合にはＹＢａ２ＣＬＩ３０７−
Ｙの組成の結晶相を有するものか用いられる。

また、超電導層の厚さは、余りＱすぎると超電導電流か
小さくなって磁気シールド能か低くなり、厚くなりすぎ
ると基板との密着性が悪化する。

超電導層の厚さとしては、具体的には約０．２　ｕ［１
１〜２ｍｍ程度が適当と考えられる。

基板としては、前記のように所定の熱膨張係数を有する
ものであればよく、金属材料、セラミックス材料あるい
はガラス材料など各種の材料を用いることかてきる。具
体的には、金属材料としては例えば、鉄、チタン、ベリ
リウム、ニッケル。

ステンレス鋼等を挙げることがてきる。また、セラミッ
クス材料としては、例えばスピネル、アルミナ、イツト
リア、ジルコニア、マグネシア等、ガラス材料としては
、例えば各種の結晶化ガラ、ス等を挙げることかできる
。

尚、基板は円筒内面の残留磁界に鑑みると、非磁性であ
ることか好ましい。

超電導層を保護するための保護層としては、耐熱衝撃性
（あるいは耐寒性）に優れた材料であればよく、金属材
料、セラミックス材料、ガラス材料あるいは有機材料な
どの各種の材料を用いることかできる。

次に、三層または四層構造とした場合において基板と超
電導層の間に設ける中間層としては、金属材料、セラミ
ックス材料あるいはガラス材料など各種の材料を用いる
ことができる。具体的には、金属材料としては例えば、
白金、ニッケル等を挙げることができる。また、セラミ
ックス材料としては、例えばジルコニア等、ガラス材料
としては、例えば各種の結晶化ガラス等を挙げることか
てきる。

この中間層は１．ｔｆｌ主導層との反応性がないことか
好ましく、超電導層との反応性がある中間層を用いる場
合には二層構造とし、反応性かある中間層を基板側、反
応性のない中間層を超電導層側とする。

超゛屯導層と基板を直接密着させることか難かしい場合
に、基板及び超電導層の両方に密着性の良好な中間層を
選定することにより、より高性能の磁気シールド筒を作
製することかできる。

本発明は、上記のような基板、超電導層、好ましくは超
電導層の外側に設ける保護層、更に好ましくは基板と超
電導層間に設ける中間層とから構成されるものであり、
それを磁気源に対し、保護層あるいは超電導層を外側と
する円筒状に形成した磁気シールド筒である。

このような形状の磁気シールド筒ては、円筒の長さと内
径の比を１．５以上とすることが円筒中央部での磁気シ
ールド能を高め望ましい。

なお、本発明の磁気シールド筒は、その端部において、
超電導層は基板円筒の外面を端部まで全体に被覆するこ
となく、基板円筒の端部より超電導層の端部か約５ｍｍ
以上、好ましくは１０ｒ１１１１〜５０１１１の範囲短
くして被覆すると、超電導層端部の剥離およびクラック
の生成か抑制され、望ましい。

次に、本発明の磁気シールド筒の製造方法の例を説明す
る。

円筒状の基板の外表面上に、結晶相の主成分かａ電導特
性を有する、例えばＢ１−３ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系から
なる超電導層をスプレー法によって塗布した後乾爆する
。次いて、基板の種類あるいは各層の種類によりそれぞ
れ異なる焼成条件により、例えば約８５０℃〜９５０°
Ｃの範囲の温度て約０．５〜２０時間程度焼成すること
により、本発明の磁気シールド筒が製造される。

なお、以上に説明した本発明の好ましい態様をまとめて
示せば、次の通りである。

（ａ）　ａ電導層と基板の間に中間層を設けた超電導磁
気シールド筒。

（ｂ）超電導層の外側の磁気源側に該超電導層を保護す
る保護層を設けた超電導磁気シールド筒。

（ｃ）基板の熱膨張係数か超電導層の熱膨張係数と略凹
等の超電導磁気シールド筒。

（ｄ）中間層及び基板の熱膨張係数が、超電導層の熱膨
張係数と略凹等の超電導磁気シールド筒。

（ｅ）基板の円筒長さが超電導層の軸方向長さよりも長
い超電導磁気シールド筒。

（ｆ）円筒長さと円筒内径の比か１．５以上である超電
導磁気シールド筒。

［実施例］ （実施例１〜６及び比較例１〜４） −辺の長さか１００　ｍｍで厚さか１ｍｍの各種金属板
の表面に結晶相の主成分がＢｉ２５ｒ２ＣａＣｕ２０．
イの粉末をスプレー法にて乾燥後の厚さか約０．１〜４
　ｍｃになるよう塗布し、乾燥後温度９００’Ｃて０．
５時間の焼成条件で焼成して、金属基板上に結晶相の主
成分かＢｉ２５ｒ２ＣａＣｕ□０８イの超電導セラミッ
クス層か形成された金属板を得た。

基板金属は熱膨張係数か４．７　Ｘ　１０−’／’Ｃの
コバールから１９．７Ｘ　１０−６／’Ｃの銅までの各
種材料とした。

その結果、表１に示す様に、熱膨張係数か４．７ＸＩＯ
−６／’Ｃのコバールでは剥離が生じ、８．９ｘ１０−
６Ｘ℃のチタンからｌ：１．３Ｘ　１０−’／’Ｃのニ
ッケルては基板と良好な密着状態が達成され１８．７　
ｘｌＯ−６／　’Ｃノ５ＵＳ３０４ステンレスと１９．
７ｘ　１０−６／　°Ｃノ銅ては、再び剥離が生じた。

又、超電導セラミックス層の良好な密着状態が達成され
た金属板では、表１に示す通り、５ガウス以−１−の磁
気シールド脂な有することか確認された。

（以下、 余白） （実施例７〜１２及び比較例５〜６） −辺の長さか］、　Ｏ［１ｖａ　＋ｎて厚さか５ｍｍの
各種セラミック板の表面に結晶相の主成分かＹＢａ２Ｃ
ｕ３０７−ｙの粉末をスプレー法にて乾燥後の厚さか約
１〜２．５１１１１１１になるよう塗布し、乾燥後温度
９５０°Ｃて１０時間の焼成条件て焼成して、セラミッ
ク基板上に結晶相の主成分がＹＢａ２Ｃｕ３ 層か形成されたセラミック板を得た。

基板セラミックは８１膨張係数か４．２　Ｘ　１０−’
／’Ｃのジルコンから１３．５ｘ　１０−”／’Ｃのマ
クネシアまでの各種材料とした。

その結果、表２に示す様に、熱１膨張係数か４．２ｘｌ
Ｏ−６／’Ｃのジルコンでは剥離か生じ８．８Ｘ　１０
−６Ｘ°Ｃのアルミナから１３．５Ｘ　１０−６／’Ｃ
のマクネシアでは基板と良好な密着状５Ｅか達成され、
所定以上の磁気シールド能を有することか確認された。

更に、超電導セラミックス層の残留カーボン着を測定し
たところ、第３図に示すように、残留カーボン帽か０．
５ｗｔ％未満の時に高い臨界電流密度を有し、磁気シー
ルド能か高いことが分った。また同時に、超電導セラミ
ックス層の密度を測定したところ、相対密度８０％以上
の高密度にすることが臨界電流密度を高め、磁気シール
ド詣も高め得ることか分った。

（以下、余白） （実施例１３〜１５） 一辺の長さか１００　ｍ＋ｏて厚さか５０１１１の各種
ガラス板の表面に結晶層の主成分がＢｉｚＳｒ２Ｃａ（
：ｕ２０ａ−ｖの粉末をスプレー法にて乾燥後の厚さか
約１ｍｍになるよう塗布し、乾燥後９００°Ｃて０．５
時間の焼成条件で焼成して、ガラス基板上に結晶相の主
成分かＢｉ２Ｓｒ、ＣａＣｕ２Ｏ。７の超電導セラミッ
クスの層が形成されたガラス板を得た。

基板ガラスは熱膨張係数カ月３．５ｘ　１０−６／　”
Ｃから１７．５ｘ　１０−６／　”Ｃの結晶化ガラスと
した。

その結果、表３に示す様に、すべてのガラスで超電導セ
ラミックス層と良好な密着状態か達成され、また５ガウ
ス以上の磁気シールド能を有することが確認された。

（以下、余白） （実施例１６〜１９） 実施例１で作成した超電導セラミックス層を形成した金
属板に於いて、更に超電導セラミックス層の表面に保護
層を設けて、液体窒素中に投下したときの耐熱衝撃性を
評価した。

保護層としては、アルミニウム金属と耐寒性の合Ｊ＆樹
脂を選定した。

その結果、表４に示す様に、どちらの保護層も液体窒素
中への投下試験ではセラミックスの耐熱衝撃性に比較し
て良好な効果を示した。

（以下、余白） （実施例２０〜２４） −・辺の長さか１００１１Ｉｌ１１で厚さか１［ｏＩｌ
ｌの各種金属板の表面に、中間層としてカルシア安定化
ジルコニア、白金、ニッケル及び１１１ｇ０・Ｂ２Ｏ３
・５ｉｎ２ガラスを約２００ルｌ形成し、更にその中間
層の上に超電導セラミックスとして結晶相の主成分がＢ
ｉ２５ｒｚＣａ（：ｕ２０Ｑイの粉末をスプレー法にて
乾燥後の厚さが約１ＩＩＩＩ１１になるよう塗布し、乾
燥後９００℃で０．５時間の焼成条件で焼成して、金属
基板上に結晶相の主成分かＢｉ２５ｒ２ＣａＣｕ２０８
−ｙの超電導セラミックス層が形成された金属板を得た
。

基板金属はチタン及びニッケルとした。

その結果、表５に示す様に、どの中間層についても良好
な密着状態が達成され、さらに液体窒素中での超電導特
性である臨界電流密度か中間層のない実施例１の場合に
比較して向上した。

表４ （実施例２４〜２８） 実施例２０〜２３て作成した超電導セラミックス層を形
成した金属板に於いて、更に超電導セラミックス層の表
面に保護層を設けて、液体窒素中に投下したときの＃熱
衝撃性を評価した。

保護層としては、アルミニウム金属、耐寒性の合成樹脂
を選定した。

その結果、表６に示す様に、どちらの保護層も液体窒素
中への投下試験て、保護層のない場合に比べて良好な耐
熱衝撃性を示した。

（以下、余白） （実施例２９〜３２、比較例７〜８ン 肉厚１１１ＩＩ１１〜５＋ｎ＋ｎの円筒状の各種基材の
外表面上に超電導セラミックス層を形成し、円筒状の磁
気シールド体を作成して、その磁気シールド効果を確認
した。

その結果、表７に示すように、円筒の長さと内（イの比
か１．５以上の場合に、円筒中央部での磁場の（＋ｌ′
ｉか印加磁場の１／１００以下に低減され、充分な磁気
シールド能を有することか確認された。

また、基板円筒の端部から、超電導セラミックス層端部
まての距離か１０ｍｍ以上の場合に、超電導セラミック
ス層端部の剥離およびクラック生成か抑止され、磁気漏
れか防止されることか分かった。

（以下、余白） 上記の各実施例について、基板と超電導セラミックス層
の、＠１膨張係数の差に対して、基板と超電導セラミッ
クス層の接合性をグラフに表わしてみれば、第１図に示
す如くとなる。第１図に示すように、基板と超電導セラ
ミックス層の熱膨張係数か路等しい、すなわち、約±５
　Ｘ　１０−６／’Ｃの範囲の差であれば両者の接合性
か良好であることがわかる。

また、基板と超電導セラミックス層の熱膨張係数の差に
対する臨界電流密度を示すと、第２図の如くなり、やは
り、両者の差か約±５　Ｘ　１０−’／’Ｃの範囲にあ
れば、臨界Ｔｉ、流密度か高いことかわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は基板と超電導セラミックス層の熱膨張係数の差
に対する基板と超電導セラミックス層の接合性を示すグ
ラフ、第２図は基板と超電導セラミックス層の熱膨張係
数の差に対する臨界電流密度を示すグラフ、第３図は残
留カーボン量に対する臨界電流密度を示すグラフである
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）遮蔽する磁気源に対して、該磁気源側より超電導
   層、基板を少なくとも有する二層構造からなり、該超電
   導層を外側とする円筒であることを特徴とする超電導磁
   気シールド筒。