JPH04206696A - 酸化物超電導磁気シールド筒状体及びその製造方法 - 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、酸化物超電導体を用いた磁気シールド筒状体
及びその製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来、磁気シールドのためにパーマロイ、フェライト等
の強磁性体により囲まれた空間か利用されている。また
、近年、研究開発か盛んな超電導体の反磁性を利用した
磁気シールド装置等も多く提案されている。例えば、特
開平１−１３４９９８号公報ては磁気シールドする空間
の最内側に超電導体を配置することが提案されている。

また、出願人は特願平１−９７１９７号にて、遮蔽する
磁気源に対し、磁気源側より基板−超電導層の順て少な
くとも２層を有する磁気シールド筒を提案した。

［発明か解決しようとする課題］ しかしながら、実用的な磁気シールド体に関しては未だ
開発段階であるのが現状である。特に、実用性のある大
型磁気シールド体にあっては、機械的強度を保持するた
めには金属等の基板か必須とされている。また、高磁気
シールド性のためには一体成形により超電導体を得る必
要かあるとされている。しかし、大型化するほど基板も
含め酸化物超電導体の一体成形は困難となり、装置も大
型化し工業的にも好ましくない。従来技術では、一体て
積層基板を作成するために、均一に積層することか困難
てあった。また、積層時に不均一部分か導入されると、
酸化物超電導体層の形成後、その部分に応力か集中し、
酸化物超電導体の特性か劣化するという問題かあった。

更にまた、金属基板と酸化物超電導体、特にＢ１−３ｒ
−Ｃａ−Ｃｕ−０系超電導体との反応を防止するために
貴金属等の中間層を形成し、中間層上に酸化物超電導層
を形成するのか一般的となっているか、金属基板上に中
間層を均一に、更に中間層上に酸化物超電導層を均一に
形成することは難しく、そのため優れた超電導特性か得
られないおそれもある。

本発明は、酸化物超電導体を用いて磁気シールドするた
めの超電導特性か優れた磁気シールド体、特に応用範囲
の広い筒状体の酸化物超電導磁気シールド体及びその製
造方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ すなわち、本発明によれば、超電導磁気シールド筒状体
てあって、基板−中間層一貴金属層一酸化物超電導層の
順て配置された構造を有し、接合により筒状体を形成す
る分割基板上に中間層を積層した分割積層基板と筒状に
形成された貴金属筒状体とを接合してなる筒状積層体上
に酸化物超電導層を一体的に形成して構成されることを
特徴とする酸化物超電導磁気シールド筒状体か提供され
る。

更にまた、接合により筒状体を形成するように構成され
た分割基板上に、中間層を積層した分割積層基板を作製
するとともに、貴金属筒状体を作製した後、該貴金属筒
状体と該分割積層基板を接合して筒状積層体を作製し、
次いて、該筒状積層体の貴金属層の上に酸化物超電導層
を形成することを特徴とする、酸化物超電導磁気シール
ド筒状体の製造方法か提供される。

以下１本発明について詳しく説明する。

本発明の磁気シールド筒状体における筒状体４よ酸化物
超電導層を内側としてもあるいは外側としてもよいか、
特に磁気シールド筒状体内部に低磁場空間を得たい場合
には遮蔽する磁気源側より基板−中間層一貴金属層一酸
化物超電導層の順に配置する方か、磁気シールド筒状体
内部空間に振動により発生する基板、中間屠がらの磁気
ノイズの影響を除去できるために好ましい。また有底、
無底のいずれてもよい。詩に、有底即ち底付筒状体とし
た場合には、同し筒長の無底筒状体よりも高い磁気遮蔽
効果が得られ、好ましい。また１、筒状体の外形状は特
に制限されず、円筒、四角筒、多角筒等使用目的及び使
用条件に合わせて適宜選択することかてきる。

本発明の超電導磁気シールド筒状体の構成は、基板−中
間層一貴金属層一酸化物超電導層の順に配置されるもの
である。これは、基板−酸化物超電導体層の構成では、
基板として、酸化物超電導体の焼成温度まての高温で酸
化物超電導体の機械的強度を保持できる金属基板を用い
ると、直接酸化物超電導体層と接触して焼成した場合、
焼成中に酸化物超電導体との反応が激しく、得られた超
電導特性か低くなるからてあり、一方、酸化物超電導体
との反応か少なく、超電導特性の低下を回避てきる貴金
属は、それ自体で酸化物超電導体の機械的強度を保持す
る場合、貴金属基板の厚さか厚くなり、コスト的に問題
となるからである。さらに、セラミックスを基板として
用いる場合、大型基板を得ることか難しいという問題が
ある。そのため、本発明の超電導磁気シールド筒状体の
構成は、基板として、酸化物超電導体の焼成温度まで、
酸化物超電導体の機械的強度を保持できる材料を用い、
基板と酸化物超電導層の間に、基板と酸化物超電導層と
の反応を防止する貴金属層を配置し、さらに、基金属層
と基板を酸化物超電導体の焼成温度から液体窒素等の極
低温度までの温度範囲において接着することが可能な中
間層を配置することから成る。

本発明に用いる基板としては、酸化物超電導体の機械的
強度を保持てきるものであればよく、例えば、ジルコニ
ア、チタニア等のセラミックスや５ＵＳ４３０．５ＵＳ
３１０．５ＵＳ３０４．インコネル、インコロイ、ハス
テロイ等の金属を用いることかできる。基板の厚さは、
特に制限されない。

また、本発明の中間層としては、基板と貴金属の間に配
置され、基板と貴金属を接着する機能があればよい。例
えば、ガラス、各種セラミックス、金属ペースト、貴金
属ペーストなどを用いることができる。この場合、特に
、中間層を基板と貴金属層との間に全面的でなく部分的
に、例えば、ストライブ状、散点状、格子状またはラン
ダムに配置することか好ましい（第１図（ｂ）参照）。

ガラス層の部分的配置は、貴金属層上に形成される酸化
物超電導層を含めて磁気シールド体全体として、超電導
特性発現のための液体窒素等の極低温度と室温間を繰り
返す冷熱サイクルの際に受ける熱衝撃を緩和し、安定し
た磁気シールド特性を維持することかでき、好適である
。

中間層上に形成される貴金属層は、金、銀等により構成
され、特に、安価な銀を用いることか好ましい。貴金属
層の厚さは、酸化物超電導体と基板または中間層との反
応を防止てきる厚さてあればよい。特に、中間層と貴金
属層の厚さは、酸化物超電導層、貴金属層、中間層、基
板の熱膨張率、弾性率、機械的強度、及び酸化物超電導
層、基板の厚さに合わせて、酸化物超電導層に発生する
熱応力を低減するように適宜選択すればよい。中間層を
部分的に配置する場合、中間層の厚さを５０〜２５０ｐ
ｍ、貴金属層の厚さを５０〜７００ｇｍにすることが好
ましい。中間層の厚さかこの範囲から外れる場合には、
酸化物超電導層に発生する熱応力が酸化物超電導体の機
械的強度を越え、液体窒素等の極低温度に冷却した際に
、酸化物超電導層にクラックを引き起こす原因となる。

また、貴金属層の厚さが５０１Ｌｍ未満の場合、上記緩
和材としての作用か得られず、また、７００ｋｍを越え
る場合、上記緩和材としての作用よりも、酸化物超電導
層と貴金属層の熱膨張差にょる熱応力か支配的となる場
合があり、特に緩和材としての作用は向上せず、コスト
増加を引き起す原因となるのて好ましくない。

本発明における酸化物超電導体としては、特に限定され
るものてなく、例えば、Ｍ−Ｂａ−Ｃｕ−０県北合物て
、繭かＳｃ、Ｙ及びＬａ　、Ｅｕ　、Ｇｄ　、Ｅｒ、Ｙ
ｂ　、Ｌｕ等のランタニドから選ばれる一種以上の希土
類元素を含む多層ペロブスカイト構造を有する希土類系
酸化物超電導体、また例えばＢｉ２５ｒ２Ｃａ、Ｃｕ２
０ｘやＢｌ　２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３０ｘに代表される組
成を有するビスマス系（Ｂｉ系）超電導体等いずれの酸
化物超電導体でもよい。

本発明の超電導磁気シールド筒状体は、上記のように基
板−中間層一貴金属層一酸化物超電導層の構造を有し、
更に筒状体を構成する基板及び中間層は一体的に形成す
ることなく、分割基板に中間層を積層した分割積層基板
を組合わせ接合して筒状体を構成し、貴金属層は予め筒
状に形成し、分割積層基板と共に筒状積層体とし１．更
に、酸化物超電導層は一体的に形成するものである。こ
の場合、分割基板の分割態様及び形状は各種の形態を採
ることかできる。

例えば、第１図及び第２図に基板の分割形態と分割基板
の形状の典型的な例を示した。第１図（ａ）は無底の筒
状体の分割態様であって、第１図（ｂ）に示す分割積層
基板７を組合せ接合するもので、筒状体を軸方向に平行
に４分割する態様である。

第２図（ａ）〜（ｄ）は底付筒状体の軸方向に平行に分
割する態様であり、第２図（ａ）は筒部と底部とを連続
的に分割形成する態様であり、（ｂ）は筒部と底部とを
別々に形成分割する態様であり、また（Ｃ）は筒部と底
部とを別々に形成し且つ筒部のみ分割する態様である。

尚、第２図（ｄ）は二つの開口部を有する筒状体であっ
て、その内径を異ならせた態様を示す。

本発明において基板の分割態様は、上記のように各種あ
るか磁気シールド筒状体の使用目的、使用条件、中間層
、貴金属層及び酸化物超電導層の種類、更に下記で説明
する分割体の接合方法等により好適な態様を適宜選択す
ることができる。

上記のように分割された基板の分割基板は、組合わせて
接合し筒状体を形成する。この分割基板の接合において
も、各種の態様かある。

例えば、第３図に接合の典型的な態様を示した。第３図
（ａ）においては、基板分割体ｌにフランジを設け、フ
ランジ４をナツト５とボルト６により接合する態様てあ
り、第３図（ｂ）は分割体の接合部８を突き合わせて接
合する態様であり、基板か金属であれば溶接等て、セラ
ミツつてあればガラス接合等の公知の方法により接合す
ることかできる。

本発明において、中間層は上記基板の分割基板上に筒状
体に接合形成する前に形成する。

分割基板上に形成する中間層は、分割基板の接合の態様
に合わせて各種の態様を採ることかてきる。例えば、第
３図において、中間層は部分的接合のガラス層２から構
成され、第３図（ａ）ではフランジ部４上を除いた分割
基板上に厚さ１００〜２００ｐｍのガラス層２を形成す
る。また、第３図（ｂ）は、基板にフランジを設けない
場合て、それぞれ分割基板ｌ上に中間層のガラス層２を
形成した分割積層基板７の態様を示している。

次に、第１図（ｃ）〜（ｅ）に貴金属層形成の態様を示
す。例えば、第１図（ｃ）において、厚さ３００〜５０
０ＪＬｍの銀箔を重ね合わせ、または突き合わせによっ
て溶接して銀の筒状体３を作製し、前記分割体積層基板
と接合するまで各種材質で作製された芯材により支持を
行なう。

上記、銀箔の溶接方法は、第１図（ｄ）に示すように、
一方のＡｇ層を他方のＡｇ層上まで延ばしてＡｇ層を重
ね合わせて二重とし、上Ａｇ層の先端部と下Ａｇ層との
接点９を溶接またはＡｇペーストを用いて接合するか、
または第１図（ｅ）に示すように、　Ａｇ層の接点９で
溶接またはＡｇペーストを用いて接合する。Ａｇペース
トを用いて接合する場合には、Ａｇペーストを塗布後、
約８ｏｏ〜９ｏｏ℃で焼付け、接合を完成させる。また
、Ａｇの中間層上には、酸化物超電導層を形成するため
接合の溶接部及びＡｇペースト塗布部を接合後、グライ
ンダー等により平滑化するのが好ましい。

第１図において、上記のようにして作製された銀の筒状
体３の周囲に、前記分割積層基板７を巻き付けて組合せ
た後、ガラス溶融温度て焼成して、分割積層基板７のガ
ラス層２と銀の筒状体３を接合した後、各分割積層基板
７をフランジ締め、または溶接によって接合して一体と
し、筒状積層体とする。

第３図（ｂ）において、金属基板、貴金属層をそれぞれ
溶接する場合において、金属基板、貴金属層の融点か大
きく異なるときには、高融点材料側を溶接する際に、低
融点材料か一部溶融する場合かあり、そのような場合に
は必ずしも接合断面部会面を溶接する必要はなく、肉感
溶接等を用い、実用上の機械的強度が満足されればよい
。

本発明の酸化物超電導磁気シールド筒状体は、上記のよ
うに筒状積層体として構成された基板、中間層及び貴金
属層上に前記の酸化物超電導体の層を一体的に形成して
基板−中間層一貴金属層一酸化物超電導層の構造とする
。酸化物超電導層を貴金属層上に形成する方法は、スプ
レー等の塗布成形、ドクターブレード法等公知のいずれ
の方法を用いてもよい。通常は、スプレー塗布法か用し
＼られ、塗布後約８００〜１１５０°Ｃで焼成して酸化
物超電導層を形成する。酸化物超電導層の厚さは、特に
限定するものてなく、実用上有効な磁気シールド能を得
るために必要な超電導特性、超電導材料によって適宜選
択すればよい。

本発明の底付筒状体においては、該筒状体の軸方向の断
面において筒部と底部との連続部が湾曲部、鈍角部を有
して形成されるのか好ましい。底部と筒部とか湾曲、鈍
角てなく鋭角、直角等の角度で連続する場合は、磁気シ
ールド体として、超電導特性発現のための液体窒素等の
極低温度と室温間を繰り返す冷熱サイクルの際に受ける
熱衝撃によって、その部分に応力か集中しクラック等か
発生して、磁気シールド特性か著しく劣化するため好ま
しくない。また、湾曲部の曲率半径Ｒは５■■以上であ
るのか好ましい。Ｒ＜５１１＠の場合は磁気シールド体
として、超電導特性発現のための液体窒素等の極低温度
と室温間を繰り返す冷熱サイクルの際に受ける熱衝撃に
よって、その部分に応力か集中しクラック等か発生して
、磁気シールド特性か著しく劣化するため好ましくない
。さらに、筒状体の底部を構成する各部材はそれぞれ鈍
角にて接続することか、上記と同様の理由て好ましい。

また、本発明の底付筒状体において、第２図（ｄ）に示
すように、内径を異なる二つの開口部を有する筒状体と
すると、センサ等の配線か導入てきる小径の開口部を有
する磁気シールド筒状体となり、好ましい。

［実施例］ 以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

但し、本発明は下記実施例により制限されるものではな
い。

（実施例１） 第１図は本発明の基板筒状体の分割形態の一実施例を示
した説明図である。内径ｌＯＯ■閣φ、長さ４５０■鳳
の円筒体が組合わせて構成されるように、第１図（ａ）
に示した筒状体の軸方向にモ行に分割する態様て、基板
となるインコネルを用いて、４分割した分割体１を４個
製造した。各分割体１には接合のためのフランジ４をそ
れぞれ分割接合部の２カ所に設けた。まず、各分割体１
をサンドフラストにより表面処理を行い、その後、中間
層のガラス層２を３０ｍｍ間隔の格子状で形成するため
に紙テープでマスキングし、ホーロー用釉薬ガラススラ
リーをスプレー塗布して、８００〜９００°Ｃて１時間
焼成し、１００　ｐ、、ｍの厚さで、格子状のガラス層
２をフランジ４を除く各分割体ｌ上に形成して分割積層
基板７を作製した。

次いて、肉厚３００ｐｍのＡｇ箔を突合わせ溶接により
外径ＬｏｏｍｓのＡｇの筒状体３を作製し、これを金属
製の芯材により補強して支持した。

次に、上記中間層のガラス層焼付は済みの分割積層基板
７をＡｇの筒状体３の周囲に巻き付けて組合わせた後、
８５０〜９００℃で、１時間加熱して、ガラス層２とＡ
ｇの筒状体３とを接合した。

その後、ガラス層２及び銀の筒状体３を積層形成した４
個の分割体のそれぞれのフランジ４を合わせ、ボルト６
とナツト５により第３図（ａ）に示す態様で固定して筒
状積層体９を構成した。

上記のようにして得られた筒状積層体ｌＯのＡｇ層上に
、Ｂｉ２５ｒ２ＣａＣｕ２０Ｘを含有するスラリーをス
プレー塗布して、酸素雰囲気中、８７５〜９００°Ｃで
３０分間部分溶融した後、８５０°Ｃまて冷却速度１’
Ｃ／分で徐冷し、８５０°Ｃて１５時間結晶化した。そ
の後、窒素雰囲気に変え、４５０〜７００℃で１０時間
熱処理して厚さ２５０終ｍのｆｌｉ系酸化物超電導層を
形成し、酸化物超電導円筒体を得た。

得られた酸化物超電導円筒体は、目視観察にて外観上は
良好であり、また冷熱サイクル評価も良好てあった。こ
れらの結果を第１表に示した。

なお、冷熱サイクル評価は、酸化物超電導円筒体を液体
窒素中に浸漬し、円筒体全体が液体窒素温度となった後
、３０分保持して磁気シールド能を測定した。その後、
円筒体を液体窒素中から取り出して室温に放置し、円筒
体全体が室温になった後３０分保持する操作を１サイク
ルとし、再び液体窒素中に浸漬、保持、磁気シールド能
測定、室温取り出し、放置、保持とサイクルを５回繰り
返し、１回目と５回目の冷熱サイクル磁気シールド能と
をそれぞれ次式にて比較し、８０％以上を０１５０％以
上を△、５０％未満をＸとした。

また、外観評価は、ガラス接合部不均一をａ。

鋼溶接不十分をｂとした。

（以下、余白） （実施例２〜１５） 第１表に示した庇付または底無しの円筒体を、各円筒体
の寸法、基板の材質、分割数及び接合形態、中間層のＡ
ｇ層の厚さ及び接合形態をそれぞれ第１表に示したよう
にし、実施例１と同様にして各酸化物超電導磁気シール
ド筒状体を得て、外観及び冷熱サイクル評価を行った。

その結果を第１表に示した。

（比較例１〜１０） 筒状基板を一体的に形成した以外は、実施例１と同様に
して第１表に示した各酸化物超電導磁気シールド筒状体
を得て、外観及び冷熱サイクル評価を行った。その結果
を第１表に示した。

上記の実施例及び比較例より明らかなように、本発明の
分割基板を用いて形成した酸化物超電導磁気シールド筒
状体は、酸化物超電導層等が均一化され、比較例に比べ
て、外観、冷熱サイクル評価共に優れそいることか分る
。

［発明の効果コ 本発明の酸化物超電導磁気シールド筒状体は、基板を分
割して形成するため、大型な筒状体であっても製造か容
易であり、且つ各層の接合か均一に行われるため得られ
る筒状体の磁気シールド使も安定し、極めて実用性か高
く工業的に有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の無底の基板筒状体の分割形態の一実施
例を示した説明図、第２図は庭付基板筒状体の分割形態
の一実施例を示した概要図、第３図は本発明の基板及び
中間層の接合の一実施例を示した断面説明図である。 ■・・一基板の分割体、２・・・ガラス層（中間層）３
・・・銀の筒状体、４・−・フランジ、５・・・ナツト
６−・・ボルト、７・・・分割積層基板、８・・・接合
部９・・・接点、１０・−・筒状積層体

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）超電導磁気シールド筒状体であって、基板−中間
   層−貴金属層−酸化物超電導層の順で配置された構造を
   有し、接合により筒状体を形成する分割基板上に中間層
   を積層した分割積層基板と筒状に形成された貴金属筒状
   体とを接合してなる筒状積層体上に酸化物超電導層を一
   体的に形成して構成されることを特徴とする酸化物超電
   導磁気シールド筒状体。
2. （２）前記分割体の接合が、筒状体の軸方向に平行であ
   る請求項１記載の酸化物超電導磁気シールド筒状体。
3. （３）基板が金属で、且つ中間層がセラミックスである
   請求項１記載の酸化物超電導磁気シールド筒状体。
4. （４）前記筒状体が底付筒状体であり、筒部と底部とか
   曲率半径か５ｍｍ以上の湾曲部を有して及び／または鈍
   角にて接続形成した請求項１、２または３記載の酸化物
   超電導磁気シールド筒状体。
5. （５）筒状体の底部を構成する各部材を鈍角にて接続し
   た請求項４記載の酸化物超電導磁気シールド筒状体。
6. （６）基板が金属で、且つ中間屠がガラスであり、該ガ
   ラス層が該基板上に部分的に配置されている請求項１〜
   ５のいずれかに記載の酸化物超電導磁気シールド筒状体
   。
7. （７）接合により筒状体を形成するように構成された分
   割基板上に、中間層を積層した分割積層基板を作製する
   とともに、貴金属筒状体を作製した後、該貴金属筒状体
   と該分割積層基板を接合して筒状積層体を作製し、次い
   で、該筒状積層体の貴金属層の上に酸化物超電導層を形
   成することを特徴とする、酸化物超電導磁気シールド筒
   状体の製造方法。