JPH05243778A

JPH05243778A - 金属間化合物系超電導磁気シールド体およびその製造方法

Info

Publication number: JPH05243778A
Application number: JP4043207A
Authority: JP
Inventors: Ikuo Ito; 郁夫伊藤; Shigeru Minamino; 繁南野; Yasuhiro Shimizu; 庸宏清水; Tsutomu Sasaki; 勉佐々木
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-02-28
Filing date: 1992-02-28
Publication date: 1993-09-21

Abstract

(57)【要約】【目的】金属間化合物超電導材料を用いた磁気シール
ド用底附き円筒において超電導遮蔽電流を妨害する欠陥
がなく、漏洩磁場を抑えられることと、加工性が良く常
電導金属との多層化、大面積化が容易であること。【構成】Ｘ金属元素の層とＹ金属元素かまたはＹを含
む合金からなる層とが板の厚さ方向に１層以上ずつ交互
に積層され、かつ両者の全界面には組成Ｘ₃Ｙの金属間
化合物系超電導層が形成されてなる磁気シールド用底附
き円筒体とクラッド圧延および深絞り等を用いてなるそ
の製造法。【効果】従来は接合のない底附き円筒容器が開発され
ておらず両端開口部からの漏洩磁場が大きかったが、本
発明によれば底附きである上、開口端の穴を小さくする
ことも可能であり、漏洩磁場を大幅に抑えられる。また
クラッド圧延、深絞り等の採用により円筒の大型化も容
易になった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属間化合物系超電導体
を用いた磁気シールド体およびその製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】底付き筒形容器または底無し筒形の超電
導体は、外部磁場がある値になるまではその内部を高い
効率で磁気シールドすることができる。図２に底無し円
筒体７を示すが、これは外部磁場８による磁束を打ち消
すように、超電導体中に超電導遮蔽電流９が外部磁場の
向きとは垂直な方向に閉ループを作って流れることによ
る。そのため従来から本形状の磁気シールド体が各種考
案され、中には実用化されたものもある。万一この閉ル
ープの途中に超電導体の切れ目や接続部があると、超電
導遮蔽電流が流れなくなったり大幅に減衰したりするた
め磁気シールド特性もそれに準じていた。

【０００３】ここで超電導体の中でもＸ₃Ｙなる組成の
金属間化合物系超電導体は臨界温度（Ｔｃ）、臨界磁場
（Ｂｃ₂）、臨界電流密度（Ｊｃ）の主要三特性が、実
用材として大量に製造されているＮｂ−Ｔｉ合金系超電
導体に比べ非常に高いものがある。例えばＮｂ₃Ｓｎや
Ｖ₃ＧａではＴｃおよびＢｃ₂がＮｂ−Ｔｉ合金系のそ
れの約２倍高く、かつ高磁場中でのＪｃも高いため、線
材化されて高磁場発生用マグネット等に使用されてい
る。したがってすぐれた超電導特性を有するＸ₃Ｙなる
組成の金属間化合物系超電導体からなる円筒は、強磁場
中での磁気シールド応用に高いポテンシャルを有すると
いえる。

【０００４】このＸ₃Ｙなる金属間化合物系超電導層が
板の厚さ方向に常電導金属層と交互に多層化された構造
を有する底無し円筒は例は少ないが存在する。例えば図
３に示すようにＣｕ−Ｓｎ合金管１０とＮｂ管１１を同
心状に多層化し、中心にＣｕ−Ｓｎ合金棒１０′を配し
て熱間押出しによって縮径し一体化した丸棒状にする。
次に内部のＣｕ−Ｓｎ合金芯部に適当な径の穴を穿孔し
て図４に示すような多層底無し円筒１３となし、適当な
熱処理を行ってＣｕ−Ｓｎ合金３中のＳｎをＮｂ層２中
に拡散させてＮｂ₃Ｓｎ層４を形成させる方法である。

【０００５】また図５に示すようにＮｂ₃Ｓｎテープ１
４をボビン１５に螺旋状に巻き付け、テープ間隙に半田
１６を含浸させて各テープ層間を電気的に導通させて円
筒体１７とする方法も行われていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図３に示すような多層
構造体１２を熱間押出しで縮径し円筒とする方法は最後
に穴をあけなければならず、あまりに長い円筒を作るこ
とは穿孔の技術上不可能である。また押出しであるため
円筒の径は初めの多層構造体の径以下にならざるを得な
い。したがって直径の大きな円筒体を作るにはそれ以上
の、望ましくはそれよりも大きな直径の多層構造体を押
出すことのできる押出し機が必要であるが、押出し力の
増大、設備の大型化、それによる高コスト化等により非
常な困難がともなった。さらに異種金属同士が完全に接
合していなければその後の良加工性も得られないので、
接合面に垂直な方向へのある程度の減面加工が必要であ
る。ちなみにこの減面加工時は、一般に材料が軟化した
方が接合性が良いのである程度の高温にするのが望まし
く、この理由から従来法では熱間押出し法がとられてい
た。この方法によれば、異種金属からなる多層構造体か
ら良好な接合性を有する円筒を得ることはできたが、そ
の直径または長さには大きな制約があり、それらサイズ
の大きい多層複合円筒を得ることは非常に困難であっ
た。

【０００７】また図５に示すような方法で作製した円筒
の場合、その軸に平行な印加磁場成分に対してはテープ
線材の長手方向と超電導遮蔽電流の方向が一致するた
め、若干のテープ間隙中の半田を横切る必要があっても
その数が非常に少ないため、かなり良い磁気シールド特
性を示す。しかし軸と垂直な磁場成分に対しては、超電
導遮蔽電流が半田による接合部を多数横切るため、先に
記した理由により磁気シールド特性はきわめて低かっ
た。

【０００８】

【課題を解決するための手段】したがって本発明は上記
課題を克服するため鋭意研究開発に努めた結果、組成Ｘ
₃Ｙなる金属間化合物系超電導層が存在する一体化した
多層複合板からなり、金属間化合物系超電導体の各層に
おいては軸方向および周方向に切れ目または接続部が全
くなく、開口端が減るため漏洩磁場を大幅に減らすこと
のできる底付き筒形容器形状をした超電導磁気シールド
体、および異種金属層間の良好な接合が得られる上、大
直径または大きな長さを有し、かつ磁気遮蔽電流を流さ
ないかまたは減衰させてしまう原因となる切れ目または
接続部が円筒の軸方向および周方向に全く存在しない長
所を有する、底付き筒形容器または底無し筒形形状の金
属間化合物系超電導磁気シールド体の容易な製造方法を
提供しようとするものである。

【０００９】本発明は図１に示すようにＮｂまたはＶの
いずれかであるＸ金属元素からなる層２と、Ｓｎ，Ｇ
ａ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｇｅのうち少なくとも１種以上である
Ｙ金属元素からなるかまたはＹが成分をなす合金からな
る層３とが板の厚さ方向に少なくとも１層以上ずつ交互
に積層され、かつ両者のすべての界面にはＸ元素または
Ｙ元素の拡散により形成された組成Ｘ₃Ｙなる金属間化
合物系超電導層４が存在する多層複合板５からなる、各
超電導層が軸方向および周方向に切れ目または接続部の
ない、底６が付いた筒形容器形状をした金属間化合物系
超電導磁気シールド体１であることを特徴とする。組成
Ｘ₃Ｙなる金属間化合物系超電導体としては、例えば代
表的なものとしてＮｂ₃Ｓｎ，Ｖ₃Ｇａ，Ｎｂ₃Ａｌ，
Ｎｂ₃（Ａｌ，Ｇｅ），Ｎｂ₃Ｇｅ等が挙げられる。Ｙ
が成分をなす成分としてはＣｕ合金、またはＡｌ合金が
加工性等の点で扱いやすい。

【００１０】また上記多層複合板の最外層と最内層がＣ
ｕまたはＡｌのいずれかで、これらとＸまたはＹからな
る金属、合金、または金属間化合物の多層複合部との境
界にはＮｂ，Ｔａ，または両者の合金からなる層が存在
することを特徴とする。

【００１１】ここで金属間化合物系超電導層が２種類の
金属層に挟まれながら交互に積層されている、すなわち
多層化されているのであるが、トータルの超電導層の厚
さが同じ場合、超電導単層の厚さが小さいほど、すなわ
ち層数が多いほど超電導安定性の観点からは望ましい。
ただしその超電導単層厚さは超電導状態を保持するため
に最小でもコヒーレンス長の２倍以上でなければならな
い。

【００１２】また、図６（ａ）に示すように、開口端１
９を有する底付き筒形容器１′において底６′には必要
に応じ適当な径の穴１８があいていることも可能であ
る。センサーや被シールド体等の出し入れや冷媒の出入
りをさせて冷却性能を高めるといった効果がある。場合
によっては図６（ｂ）に示すように、底６と反対側に、
部分的に穴のあいた底６′を切れ目、接続部がなく形成
させた底付き筒形容器１″とすることもできる。このタ
イプは漏洩磁場を抑える観点からは非常に好ましい。こ
こで両開口端を全く底でふさいだ場合も考えられるが、
製造技術、物の出し入れが不可能である等、あまり現実
的ではない。また筒形とは円筒および断面が楕円形や多
角形である筒形を総称した呼び名である。

【００１３】また図７（ａ）に示すように、金属板から
なる筐体状または円筒状中空体２０中に、Ｘ金属元素か
らなる板２１が１層以上と、Ｙ金属元素からなる板また
はＹが成分をなす合金板２２が１層以上を交互に充填積
層し、端部をふさいで溶接密封した後、必要に応じて熱
処理を加えつつ圧延または鍛造を施して複合板とし、し
かる後プレス成形または管圧延を施して軸方向および周
方向に切れ目または接続部のない底付き筒形容器を製造
し、必要に応じて底部を切断して底無し筒形としてから
熱処理を施して、両異種金属層の界面に組成Ｘ₃Ｙなる
金属間化合物系超電導層を形成させることを特徴とす
る。また上記中空体をなす金属板はＹ金属元素からなる
板またはＹが成分をなす合金板であってもなんら差し支
えない。

【００１４】上記プレス成形法としては、深絞り成形
法、張り出し成形法、鍛造成形法等がある。特に深絞り
成形法においては、底付き筒形容器の軸方向の長さを大
きくするために、しごき深絞り成形法や、再深絞り成形
法およびその繰り返しや、液圧成形をすることもでき
る。管圧延法は一旦深絞りで底付き円筒容器を作った
後、軸方向の長さを伸ばして深さ比（深さ／直径）を大
きくする場合に都合が良い。具体的にはスピニング法等
が挙げられる。

【００１５】また図８（ａ）に示すように、金属からな
る同心状に積層した２個の直径の異なる円筒２４および
２４′の間隙か、または最内側の円筒２４′のかわりに
丸棒２４″を置いた間隙に、Ｘ金属元素からなる円筒２
５と、Ｙ金属元素からなるかまたはＹが成分をなす合金
からなる円筒２６各１層以上を、同心状に積層してなる
円筒状複合体または柱状複合体を、必要に応じて熱処理
を加えつつ管圧延加工、スピニング加工、穿孔押出し加
工、または穿孔ダイス引き抜き加工のうち１種類以上を
用いて軸方向および周方向に切れ目または接続部のない
一体化した底無し円筒としてから、熱処理を施して両異
種金属層の界面にＸ₃Ｙなる金属間化合物系超電導層を
形成させることを特徴とする。直径の異なる同心状に積
層した２個の金属円筒２４，２４′または丸棒２４″が
Ｙ金属元素からなるかまたはＹが成分をなす合金であっ
てもなんら差し支えない。

【００１６】また図７（ｂ），図８（ｂ）に示すよう
に、上記Ｘ金属元素からなる板または円筒１層以上と、
Ｙ金属元素からなるかまたはＹが成分をなす合金からな
る板または円筒１層以上を交互に充填積層する際に、両
者のすべての界面にＣｕ板２３又はＣｕ円筒２７を挿入
することを特徴とする。

【００１７】さらには金属間化合物系超電導体のＪｃを
向上させるために、Ｘ金属元素からなる板または円筒の
組織中か、またはＹ金属元素からなるかＹが成分をなす
合金からなる板または円筒の組織中か、または両者のす
べての界面に挿入されるＣｕからなる板または円筒の組
織中に、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｈｆ，Ｍｇ，Ｇａのうちの
少なくとも１種以上を微量添加することも可能である。

【００１８】また金属板からなる筐体状または円筒状中
空体、または金属からなる同心状に積層した２個の直径
の異なる円筒、または最内側の円筒のかわりに円形棒が
ＣｕまたはＡｌのいずれかで、これら中空体内面と充填
される板または円筒の積層体との間にはすべてＮｂ，Ｔ
ａまたは両者の合金のうちのいずれかからなる板または
円筒を挿入することを特徴とする。

【００１９】ところで上記溶接密封時の雰囲気は複合材
加工による異種材料の接合性の観点からは真空中が望ま
しい。また筐体状または円筒状中空体中に充填後に密封
せず、片端あるいは両端を開放したまま加工することも
可能である。

【００２０】

【作用】本発明による磁気シールド体は、従来技術によ
り作られた組成Ｘ₃Ｙなる金属間化合物系超電導体から
なりかつ開口端が両端にある底無し円筒に比べ、切れ目
または接続部がない底付き円筒容器であるため開口端が
片側しかなく、外部磁場からの内部シールドであれ、ま
たは内部磁場源からの外部シールドであれ漏洩磁場を大
幅に低減できる。従来は組成Ｘ₃Ｙなる金属間化合物系
超電導体からなる複合体で底と円筒が一体となり、かつ
その軸方向および周方向に超電導層の切れ目または接続
部が全くない筒形容器はなかったので、両者を組み合わ
せた場合必然的に境界に超電導体の切れ目または接合部
を生じていた。組成Ｘ₃Ｙなる金属間化合物系超電導体
は第二種超電導体であるが、これに磁束が侵入してきた
時に磁気シールド効果を発生させるのは、磁場中で閉ル
ープを作って流れる超電導遮蔽電流である。切れ目はこ
れを全く遮断してしまうし、接合部はというと、超電導
層同士が直接正常部と全く同じ状態で接合しているのが
理想であるが、これはほとんど不可能といってよく、大
幅な特性低下は避けられなかった。

【００２１】本発明による磁気シールド体は底と円筒が
切れ目または接続部がなくつながっているので、磁場の
強さにもよるがこの境界からの漏洩磁場を全くなくすこ
とができる。したがって図６（ｂ）に示すように、底と
反対側にも部分的に穴のあいた底がある場合は、図６
（ａ）に示すような片端の底が全くない場合、すなわち
片端全面開放の場合に比較してさらに漏洩磁場を減らす
ことができる。

【００２２】また上記多層複合板の最外層と最内層がＣ
ｕまたはＡｌのいずれかである高導電金属を用いること
で磁気シールド体の超電導安定性が向上する。これは超
電導体中に何らかの原因で常電導の芽ができた時に、高
導電金属の熱伝導性が記述のＹ金属元素からなるかＹが
成分をなす合金よりもすぐれていることにより、すみや
かにその熱を奪って冷媒中へ放散することによる。また
高導電金属とこれら多層複合部が直に接している場合、
特に拡散速度の大きいＹ金属元素を含む金属または合金
と接している場合は、熱処理中等の高温加熱時にＹ金属
元素が拡散して合金化し、導電率ひいては熱伝導率が大
幅に減少して超電導安定化効果も低下する。したがって
Ｙ金属元素の拡散速度の非常に小さいＮｂ，Ｔａまたは
両者の合金のいずれかからなる層をその境界に設けて高
導電金属中への拡散バリヤーとするものである。

【００２３】また上記底付き筒形容器または底無し筒形
を作る方法として、本発明では組成Ｘ₃Ｙの各金属元素
成分Ｘ，Ｙを含む２種類の金属板または合金板を交互に
積層し、金属の中空体に密封した後、必要に応じて熱処
理を加えつつ圧延または鍛造して複合板とすることで、
各異種金属層間が良好に接合した多層板が容易に得られ
る。間に常電導層をはさんだ多層超電導層はトータルの
超電導層の厚さが同じ場合、超電導単層の厚さが小さい
ほど、すなわち多層化の層数が増えるほど超電導安定性
向上の観点からは望ましい。理由の一つは変動磁場中で
の単位体積当りヒステリシス損失は単層厚さが小さいほ
ど減少するからである。またもう一つの理由として、何
らかの原因で超電導層中に局部的に発熱があり、常電導
の芽が発生した場合、隣接した常電導層は金属であり、
比較的熱伝導性が良好なので放熱媒体としての役割も有
しており、超電導単層厚さが小さい方が放熱特性は向上
する。したがって上記のように重要な効果を有する板に
おける多層化が本発明の製造方法によれば容易に可能に
なるものである。

【００２４】また上記多層複合板は各層間に良好に接合
していることで加工性も良く、研究の結果プレス成形
性、特に深絞り性にもすぐれることがわかった。深絞り
法で作った場合すでに記したような利点を有する。各超
電導層の切れ目、接合部の無い底付き円筒容器ができ
る。従って上記複合体に対し、クラッド圧延の後で深絞
りを行なうことで大サイズの筒形を作ることができる。
さらにこれに例えばスピニングを加えることで軸方向に
長い、すなわち深さ比の大きい筒形を作ることもでき
る。この比が大きい方が筒の中心部あるいは底部付近で
の開口端からの漏洩磁場が小さくなり、すなわち磁気シ
ールド効果も向上する。かかる後、すべての加工が終了
した最終サイズにおいて適当な熱処理を施すことによっ
て金属元素ＸまたはＹの拡散によって組成Ｘ₃Ｙなる層
状の金属間化合物が各異種金属層間の全界面に形成され
る。最終サイズで熱処理を行なうのは、金属間化合物が
きわめて脆い機械的特性を有するので、形成させた後で
は加工が事実上不可能になるからである。

【００２５】この形成される金属間化合物超電導層の厚
さは実用的には約１μｍ前後〜１０μｍ前後が望まし
い。理由としてはあまり大きいと曲げ歪に対しより敏感
になることと、熱処理時間が温度にもよるが長くなり過
ぎる、熱処理温度が高いと層厚は増えるが化合物の結晶
粒が粗大化しＪｃが低下する等が挙げられる。例えばＮ
ｂ₃Ｓｎ，Ｖ₃Ｇａ等では結晶粒界がＪｃ向上の重要因
子であるピン止め点であるといわれており、化合物層の
厚さを大きくするよりも結晶粒微細化がＪｃ向上にとっ
て非常に重要である。また耐曲げ歪特性向上のために
は、機械的強度にすぐれ、よりフレキシブルな未反応Ｎ
ｂ層が残存している方が望ましい。

【００２６】またＸ金属元素であるＮｂまたはＶは純金
属でも加工性が良いが、Ｙ金属元素はＳｎのように純金
属では軟らか過ぎたり、Ｇｅのように脆かったりするた
め、加工性を向上させるためにＹを含む合金にするもの
である。ただし合金元素としては加工性の良いことはも
ちろん、超電導体Ｘ₃Ｙの生成や特性に悪影響を及ぼさ
ないものであることも必要である。さらに例えばＮｂ₃
ＳｎにおいてＳｎが成分をなす合金としてＣｕ−Ｓｎ合
金を用いるが、超電導体である化学量論比のＮｂ₃Ｓｎ
が熱処理によって形成される際に、Ｃｕが触媒的な作用
をなすという効果もある。

【００２７】また同心状に異種金属円筒を積層した円筒
状複合体、または柱状複合体を、必要に応じて熱処理を
加えつつ管圧延加工、スピニング加工、穿孔押出し加
工、または穿孔ダイス引き抜き加工のうち１種類以上を
用いて軸方向および周方向に切れ目または接続部のない
一体化した底無し円筒とすることによって、開口端は円
筒の両側にできるので漏洩磁場は底付き円筒よりも若干
大きいが、直径または軸長の大きな底無し円筒を容易に
得ることができる。これら製造方法は特に大口径の円筒
や軸方向に長大な円筒の製造に適している。したがって
これによって大空間や非常に細長い空間等に対し、強力
な磁気シールド体として利用することが可能になる。

【００２８】またＹ金属元素を合金化しないか、しかも
第２番目以降の他金属元素の量がわずかである場合、Ｙ
の濃度が高いので超電導体Ｘ₃Ｙの生成には一般に都合
が良い。しかしこの場合は触媒作用を有するＣｕが不足
することになるので、このＣｕを板または円筒の形でＸ
金属元素とＹ金属元素またはＹが成分をなす合金からな
る板または円筒の交互積層された全界面に挿入し、以後
はすでに記したような加工を施すものである。

【００２９】また板または円筒の積層体を充填する筐体
状または円筒状中空体をＣｕまたはＡｌの高導電金属に
するのは、これら金属が超電導安定性を向上させる効果
があるためである。ただしこの場合、金属間化合物系超
電導層形成のための熱処理の際に、高導電金属が金属元
素ＸやＹが拡散してきて合金化し導電率が低下するのを
防ぐために、中空体内表面と交互多層化された板または
円筒の外周部との間に、ＮｂやＴａまたは両者の合金か
らなる拡散バリヤーとなるべき板または円筒を挿入する
ものである。

【００３０】以上記してきたように、組成Ｘ₃Ｙなる金
属間化合物系超電導体はＮｂ−Ｔｉ合金系超電導体（Ｔ
ｃ〜９Ｋ，Ｂｃ₂〜１２Ｔ）に比べてＴｃ，Ｂｃ₂が高
く、例えばＮｂ₃Ｓｎ，Ｖ₃ＧａのようなＴｃが１７〜
１８Ｋ、Ｂｃ₂が２０Ｔ強といった高特性のものを上記
のような利用ができることによって、高価な液体Ｈｅ
（沸点４．２Ｋ）に使わずに冷凍機だけを用いたＨｅガ
ス冷却（１２Ｋ位まで容易に冷却可能）によっても磁気
シールドが可能になり、大幅な冷却コストの低減が可能
になる。

【００３１】

【実施例】実施例１図７（ａ）に示すように交互積層した複合体をクラッド
圧延法により加工して厚さ３０μｍのＣｕリッチ−Ｓｎ
合金が９層とＮｂの１０層を交互に積層し、最表面は両
側とも厚さ１００μｍのＣｕ−Ｓｎ合金層とした厚さ
０．７７mmの多層複合板を得た。この時筐体状中空体は
多層板と同じＣｕリッチ−Ｓｎ合金を用いたものであ
る。それを直径７０mmの円形ブランクとし、外径２５mm
のポンチと内径２７．７mmのダイスにより深絞り加工を
行なった。これにより図１に示すように内径２５mm，肉
厚０．７７mm，高さ約３０mmの底付き円筒容器を得た。
Ｃｕ−Ｓｎ合金が加工硬化するため途中適宜中間焼鈍を
行なったところ、加工性は良好で途中での材料破損や欠
陥は発生しなかった。また最終形状にて熱処理を不活性
ガス中で行ない各界面につき厚さ５μｍ前後のＮｂ₃Ｓ
ｎ層を得た。Ｃｕ−Ｓｎ合金層を硝酸で溶解して露出し
た層がＮｂ₃Ｓｎであることをオージェ分析装置で確認
した。

【００３２】次いで図９に示すようにこれをソレノイド
型超電導コイル２８のボアー中心部に、円筒容器１の中
心軸２９とコイルの発生する磁場３０とが平行になるよ
うに上記円筒容器を配置し、さらに容器中心部に直径５
mmのホール素子３１をセットし、これらを液体Ｈｅ中に
浸漬して超電導磁気シールド特性を調べた。

【００３３】これによりコイルの発生磁場が０．６Ｔま
でシールド効率が９８％以上である良好な磁気シールド
特性が得られた。それに対し上記円筒容器の底部を切断
して、両端開口にした場合で０．６Ｔの時シールド効率
は９２％であり、底部を円筒の元あった箇所に置いた場
合で０．６Ｔの時シールド効率は９４％であった。ここ
でシールド効率は次の式による。シールド効率(%)=（コイル発生１磁場−円筒内磁場)/コ
イル発生磁場×100

【００３４】またＮｂ層のかわりにＶ層、Ｃｕ−Ｓｎ合
金層のかわりにＣｕ−Ｇａ合金層を用いたほかは同じ条
件の円筒容器を製作した。そして最終形状にて熱処理を
不活性ガス中で行ない各界面につきＶ₃Ｇａ層を得た
後、上記Ｎｂ₃Ｓｎ円筒容器と同じ要領で磁気シールド
特性を調べたところ、コイルの発生磁場が０．８Ｔまで
シールド効率が９８％以上である良好な磁気シールド特
性が得られた。

【００３５】実施例２図７（ａ）に示す複合体において、交互積層した板を挿
入する筐体状中空体を実施例１におけるＣｕリッチ−Ｓ
ｎ合金のかわりにＣｕとし、Ｃｕ層と他金属層の全界面
には厚さ１０μｍのＮｂバリヤー層がある以外は、実施
例１と同じようにほぼ同一サイズの底付き円筒容器を得
て、同様に超電導磁気シールド特性を調べたところほぼ
同じ特性が得られた。ただし実施例１のＮｂ₃Ｓｎ円筒
容器の特性測定の際、コイル発生磁場の励磁速度を大き
くすると、急激な磁束跳躍が生じて磁気シールド特性が
全くゼロになってしまったが、本例の場合は励磁速度を
２倍にしても磁束跳躍が起こらなかった。すなわち超電
導安定性が純Ｃｕの被覆により向上した。

【００３６】また図７（ｂ），図８（ａ），（ｂ）に示
す各複合体においても同様に最外層の部分を純Ｃｕに置
き換えたところ同様の効果があった。また上のいずれの
例においてもＣｕをＡｌに置き換えてもほぼ同様の結果
が得られた。

【００３７】実施例３図７（ｂ）に示すように交互積層した複合体をクラッド
圧延法により加工して厚さ２０μｍのＣｕ−Ｓｎリッチ
合金が９層と厚さ３０μｍのＮｂ１０層を交互に積層
し、両者の全界面には最表面は厚さ５μｍのＣｕ層が挿
入され、最外側は厚さ１００μｍのＣｕ層とした厚さ
０．７８mmの多層複合板を得た。これはＣｕ−Ｓｎ合金
がＳｎリッチであるので加工硬化しないため中間焼鈍は
必要なく、加工性が良好で途中での材料破損や欠陥は発
生しなかった。以下実施例１と同様の方法で同サイズの
底付き円筒容器を得た。この後最終形状にて熱処理を不
活性ガス中で行ない各界面につきＮｂ₃Ｓｎ層を形成さ
せ、以下実施例１と同様の方法で超電導磁気シールド特
性を調べた。コイルの発生磁場が０．６Ｔまでシールド
効率が９８％以上である良好な磁気シールド特性が得ら
れた。

【００３８】実施例４図８（ａ）に示すように交互積層した複合体を管圧延法
により加工して厚さ３０μｍのＣｕリッチ−Ｓｎ合金が
９層とＮｂの１０層を交互に積層し、最表面は両側とも
厚さ１００μｍのＣｕ−Ｓｎ合金層とした内径２５mm，
肉厚０．７７mm，高さ約３０mmの底無し多層複合円筒を
得た。Ｃｕ−Ｓｎ合金が加工硬化するため途中適宜中間
焼鈍を行なったところ、加工性は良好で途中での材料破
損や欠陥は発生しなかった。また最終形状にて熱処理を
不活性ガス中で行ない各界面につきＮｂ₃Ｓｎ層を得
た。以下実施例１と同様の方法で超電導磁気シールド特
性を調べた。コイルの発生磁場が０．６Ｔまでシールド
効率が９２％以上である良好な磁気シールド特性が得ら
れた。

【００３９】実施例５図８（ｂ）に示すように交互積層した複合体を管圧延法
により加工して厚さ２０μｍのＣｕ−Ｓｎリッチ合金が
９層と厚さ３０μｍのＮｂ１０層を交互に積層し、両者
の全界面には最表面は厚さ５μｍのＣｕ層が挿入され、
最外側は厚さ１００μｍのＣｕ層とした内径２５mm，肉
厚０．７８mm，高さ約３０mmの底無し多層複合円筒を得
た。これはＣｕ−Ｓｎ合金がＳｎリッチであるので加工
硬化しないため中間焼鈍は必要なく、加工性が良好で途
中での材料破損や欠陥は発生しなかった。以下実施例１
と同様の方法で同サイズの底付き円筒容器を得た。この
後最終形状にて熱処理を不活性ガス中で行ない各界面に
つきＮｂ₃Ｓｎ層を形成させ、以下実施例１と同様の方
法で超電導磁気シールド特性を調べた。コイルの発生磁
場が０．６Ｔまでシールド効率が９２％以上である良好
な磁気シールド特性が得られた。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば組
成Ｘ₃Ｙなる金属間化合物系超電導層と常電導金属層と
が交互に積層され一体化した多層複合板からなる、各超
電導層が軸方向および周方向に切れ目または接続部のな
い底付き筒形容器や底無し筒形を得ることができる。超
電導遮蔽電流は上記磁気シールド体のいずれの方向にも
流れることができるので、超電導状態にあるかぎり安定
した高い磁気シールド特性を得ることができる。また本
発明の製造法によれば、上記のような長所を有する底付
き筒形容器や底無し筒形で直径または軸長方向にサイズ
の大きな物を容易に作ることが可能になり、その工業的
な利用価値は非常に高いものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】金属間化合物系超電導層と常電導金属層が交互
に多層化された底付き円筒容器を示す図。

【図２】磁場中にある底無し超電導円筒体に超電導遮蔽
電流が流れて円筒体内部を磁気シールドしているところ
を示す図。

【図３】Ｃｕ−Ｓｎ合金管とＮｂ管を同心状に交互に多
層化し、中心にＣｕ−Ｓｎ合金棒１０′を配した円柱状
複合体を示す図。

【図４】図３の複合体を熱間押出しによって縮径した
後、内部のＣｕ−Ｓｎ合金芯部に穴を穿孔して作った底
無し多層円筒を示す図。

【図５】（ａ）はＮｂ₃Ｓｎテープを円筒状ボビンに螺
旋状に巻き付け、テープ間隙に半田を含浸させてつくっ
た底無し円筒を示し、（ｂ）はその一部断面拡大図。

【図６】（ａ）は一端が一部穴のあいた底を有し、他端
は開放された円筒を示し、（ｂ）は一端が一部穴のあい
た底を有し、他端は完全な底を有する円筒を示す図。

【図７】（ａ）はＸ金属板とＹが成分をなす金属板を交
互に積層して筐体状中空体に挿入しているところ、
（ｂ）はＸ金属板とＹが一成分をなす金属板を交互に積
層し、かつそれらの全界面に超電導層Ｘ₃Ｙを形成させ
るための触媒作用を有する金属板を挿入したものを筐体
状中空体に挿入しているところを示す図。

【図８】（ａ）はＸ金属円筒とＹが成分をなす金属円筒
を交互に積層して、同心状の２個の円筒状中空体の間隙
に挿入しているところ、（ｂ）はＸ金属円筒とＹが成分
をなす金属円筒を交互に積層し、かつそれらの全界面に
超電導層Ｘ₃Ｙを形成させるための触媒作用を有する金
属円筒を挿入したものを円筒状中空体に挿入していると
ころを示す図。

【図９】底付き円筒容器を超電導コイルの中空部に置
き、円筒容器中心部にはホール素子を配して外部から軸
に平行な磁場を印加させた時の超電導磁気シールドを測
定している要領を示す図。

【符号の説明】

１底付き円筒容器形状をした多層金属間化合物系
超電導磁気シールド体１′ 部分的に穴のあいた底を有する円筒１″ １の底付き円筒の開口端側に部分的に穴のあい
た底が附いた円筒２Ｘ金属元素からなる層３Ｙ金属元素からなるかまたはＹが成分をなす合
金からなる層４組成Ｘ₃Ｙなる金属間化合物系超電導層５多層複合板６底付き円筒容器の底６′ 部分的に
穴のあいた底７底無し円筒体８外部磁場９超電導遮蔽電流１０Ｃｕ−Ｓｎ合金管１０′ Ｃｕ−Ｓ
ｎ合金棒１１Ｎｂ管１２熱間押出
し用多層複合円柱１３底無し多層円筒１４Ｎｂ₃Ｓ
ｎテープ１５ボビン１６半田１７Ｎｂ₃Ｓｎテープを巻き付けた円筒１８底にあいた穴１９開口端２０筐体状中空体２１Ｘ金属元
素からなる板２２Ｙ金属元素からなる板またはＹが成分をなす合
金板２３組成Ｘ₃Ｙなる金属間化合物形成の際の触媒作
用を有する金属板２４同心状に積層した直径の異なる２個の円筒のう
ち外側の円筒２４′ 同心状に積層した直径の異なる２個の円筒のう
ち内側の円筒２４″ 金属の円形棒２５Ｘ金属元素からなる円筒２６Ｙ金属元素からなる円筒またはＹが成分をなす
合金円筒２７組成Ｘ₃Ｙなる金属間化合物形成の際の触媒作
用を有する金属円筒２８超電導コイル２９円筒容器
の中心軸３０コイルの発生する磁場３１ホール素
子

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＮｂまたはＶのいずれかであるＸ金属元
素からなる層と、Ｓｎ，Ｇａ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｇｅのうち
少なくとも１種以上であるＹ金属元素からなるかまたは
Ｙが成分をなす合金からなる層とが板の厚さ方向に少な
くとも１層以上ずつ交互に積層され、かつ両者のすべて
の界面にはＸ元素またはＹ元素の拡散により形成された
組成Ｘ₃Ｙなる金属間化合物系超電導層が存在する一体
化した多層複合板からなる、軸方向および周方向に切れ
目または接続部のない底付き筒形容器であることを特徴
とする金属間化合物系超電導磁気シールド体。
【請求項２】ＸまたはＹからなる金属、合金、または
金属間化合物の多層複合部との境界に、Ｎｂ，Ｔａ，ま
たは両者の合金からなる層を介して最外層と最内層がＣ
ｕまたはＡｌのいずれかからなることを特徴とする金属
間化合物系超電導磁気シールド体。
【請求項３】金属板からなる筐体状または円筒状中空
体中に、Ｘ金属元素からなる板１層以上と、Ｙ金属元素
からなる板またはＹが成分となす合金板１層以上を交互
に充填積層し、端部をふさいで溶接密封した後、必要に
応じて熱処理を加えつつ圧延または鍛造を施して一体化
した複合板とし、しかる後プレス成形または管圧延を施
して軸方向および周方向に切れ目または接続部のない底
付き筒形容器を製造し、必要に応じて底部を切断して底
無し筒形としてから熱処理を施して、両異種金属層の界
面に組成Ｘ₃Ｙなる金属間化合物系超電導層を形成させ
ることを特徴とする金属間化合物系超電導磁気シールド
体の製造方法。
【請求項４】金属からなる同心状に積層した２個の直
径の異なる円筒の間隙か、または最内側の円筒のかわり
に円形棒を置いた間隙に、Ｘ金属元素からなる円筒と、
Ｙ金属元素からなるかまたはＹが成分をなす合金からな
る円筒各１層以上を、同心状に交互に積層してなる円筒
状複合体または柱状多層複合体を、必要に応じて熱処理
を加えつつ管圧延加工、スピニング加工、穿孔押出し加
工、穿孔ダイス引き抜き加工のうち１種類以上を用いて
軸方向および周方向に切れ目または接続部のない一体化
した底無し円筒としてから、熱処理を施して両異種金属
層の界面にＸ₃Ｙなる金属間化合物系超電導層を形成さ
せることを特徴とする金属間化合物系超電導磁気シール
ド体の製造方法。
【請求項５】Ｘ金属元素からなる板または円筒１層以
上と、Ｙ金属元素からなるかまたはＹが成分をなす合金
からなる板または円筒１層以上を交互に充填積層する際
に、両者のすべての界面にＣｕの板または円筒を挿入す
ることを特徴とする請求項３又は４記載の金属間化合物
系超電導磁気シールド体の製造方法。
【請求項６】金属板からなる筐体状または円筒状中空
体、または金属からなる同心状に積層した２個の直径の
異なる円筒、または最内側の円筒のかわりの円形棒がＣ
ｕまたはＡｌのいずれかで、これら中空体内面と充填さ
れる板または円筒の積層体との間にはすべてＮｂ，Ｔａ
または両者の合金のうちのいずれかからなる板または円
筒を挿入することを特徴とする請求項３，４又は５記載
の金属間化合物系超電導磁気シールド体の製造方法。