JPH09326513A

JPH09326513A - 磁気シールド体および超電導マグネット装置

Info

Publication number: JPH09326513A
Application number: JP8253472A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Sawamura; 充澤村; Hiroaki Otsuka; 広明大塚; Ikuo Ito; 郁夫伊藤; Misao Hashimoto; 操橋本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-04-05
Filing date: 1996-09-25
Publication date: 1997-12-16

Abstract

(57)【要約】【課題】強磁界の磁気シールドに十分な特性が得られ
るように自由にシールド体の厚みを変えられる磁気シー
ルド体を提供すること。【解決手段】シート状の超電導材料を筒状に捲積した
もので、周方向に少なくとも１８０度以上覆う超電導板
を２枚以上を対で覆う、または周方向に少なくとも３６
０度以上覆う超電導板からなるシールド体。【効果】拡径といった特別な加工を施すことなく強磁
界を磁気シールドするのに十分な特性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＭＲＩ、磁気浮上
搬送装置、磁気分離装置、加速器、核融合実験装置、超
電導発電機など、強力な磁界が使用されている装置に利
用されるものである。具体的には超電導線材の接続部、
永久電流スイッチ本体、もしくは永久電流スイッチとコ
イル線材との接続箇所、超電導電流リードなど磁場に弱
い超電導部位を保護するためや、希土類金属合金または
化合物を含む蓄冷材を強力な磁界から保護するための磁
気シールド体および該シールド体を用いた超電導マグネ
ットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超電導線材を用いた応用機器としてＭＲ
Ｉ（磁気共鳴医療画像診断装置）、磁気浮上搬送装置
（例えばリニアモーターカー）、磁気分離装置、加速
器、核融合実験装置、超電導発電機などの機器があげら
れる。これらの応用ではいずれも線材は高磁界発生用の
超電導マグネットとして用いられている。これらに永久
電流スイッチを組み込むことにより、一度励磁を行え
ば、その後電源を必要とせずに安定な磁界を半永久的に
保持できるマグネットが量産されている。特に、ＭＲＩ
用マグネットでは発生磁界の極めて高い安定度が要求さ
れ、それに伴い高度な超電導接続技術が求められてい
た。また、永久電流スイッチについては、スイッチとし
て機能するようスイッチ部の超電導線には超電導状態が
被れやすくする工夫をしている。

【０００３】一方、超電導線材については、経済性の点
からも数ｋｍもある長尺な線材を使ってマグネットにす
るよりも、数百ｍ程度の線材を数カ所の接続箇所を設け
てマグネットを作製する方が安価で取り扱いの手間も軽
減される。しかし、超電導接続技術が数多く開発された
が、強磁界応用で使うには特性上まだ不十分である。と
言うのも、これらの接続の良否を判定する因子は、接続
部の電流−磁界特性と接続抵抗値であり、こうした接続
部分は通常の線材部分に比べ臨界電流密度が低く、外部
磁界に対しても比較的弱い磁界で一部が常電導転移する
ことが多い（例えば、IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED S
UPER CONDUCTIVITY、VOL.5、NO.2 P240 Fig.6 ）。一部
に、常電導転移が起これば接続抵抗値も増加するため、
安定な磁界を保持する能力が低下する欠点をもってい
た。上記理由により、これまで接合部分は可能な限り磁
界の低いところに設置したり、もしくはマグネットのコ
イル部分に接合線を使用しないのが現状である。

【０００４】また最近、冷凍機付き超電導マグネット装
置が開発され、液体ヘリウムを定期的に注入しなくとも
冷却することができ、利便性のよいマグネットが普及し
つつある。これらの冷凍機には耐久性の面から優れたギ
フォード・マクマホン（Ｇ−Ｍ）型冷凍機が採用され、
熱交換機としての役割を果たす蓄冷材を必要とするのが
特徴の１つで、構造上コンパクトにするため蓄冷材がデ
ィスプレーサーと呼ばれる膨張器と共に移動する仕組み
になっている。特に温度２０Ｋ以下に冷却するタイプに
は、液体ヘリウム温度付近で優れた大きな比熱を有する
希土類元素を含む磁性蓄冷材が使われている。しかし、
磁性材料であるため、超電導マグネットの発生する磁界
に対して磁力が働き、ディスプレーサーの移動に伴い摩
擦熱発生にともなう冷却能力低下や耐久性の低下など様
々な問題を抱えていた。

【０００５】次に、磁気シールド技術の現状について述
べる。超電導材料で磁気シールドをおこなうには、通常
磁気シールドをもたらす超電導遮蔽電流が閉ループをも
たないと磁気シールド効果がないと考え、シールドした
い領域を穴のあいた閉ループで囲むような形状、もしく
は穴のあいた閉ループを含む形状で、磁気シールドして
いた。例えば、円筒形状などが典型的な例である。この
場合、変えるべき超電導材料の厚みは、穴のあいた閉ル
ープの径方向の厚みであり、同心状に幾重にも穴のあい
た閉ループを重ねることが必要であった。

【０００６】この様な観点から、継ぎ目のない筒状体の
みで、軸方向と、厚さ方向に組み合わせた磁気シールド
体（特願平０７一２７７７３４号）によって、超電導線
材の接続部に適用する方法も考え出されている。しか
し、強磁界をシールドするのに十分な厚みを持たせる必
要があるのに対し、この筒状体では同心状に段々に大き
くした筒状体をいくつも用意せねばならず、そのための
拡径加工による材料破断や加工コストの面で大きな課題
を抱えていた。この様に強磁界を磁気シールドするのに
十分な特性が得られるように、自由に厚みが変えられる
簡便な方法が求められていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、強磁界を磁
気シールドするのに十分な特性が得られるように自由に
シールド体の厚みを変えることができる磁気シールド体
を、外部磁界による接合部の特性劣化から、超電導接合
部などを保護すること、もしくは磁性蓄冷材を用いた冷
凍機を外部磁界による冷凍能力低下や耐久性の低下など
から保護することを目的として、提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴は、
シート状の超電導材料を筒状に捲積したものであり、該
筒状捲積体が、周方向に少なくとも１８０度以上覆う超
電導板を２枚以上を対で覆う超電導板からなるシールド
体、または周方向に少なくとも３６０度以上覆う超電導
板からなるシールド体で、かつ該筒状捲積体の内径を該
筒状捲積体の軸方向長さで割った値が１／５０以上かつ
１以下、望ましくは０．５以下であることを特徴とする
磁気シールド体である。

【０００９】本発明でのシート状の超電導材料とは、超
電導物質単独、もしくは安定化、高強度化のために超電
導物質と複合化した材料がシート状になったものを指
す。筒状に捲積したものとは、該シート状の超電導材料
を図１のように巻いたものを指す。巻き方は、好ましく
はスパイラル状でなく、同一箇所を幾重にも重ねる様に
巻くことが望ましい。

【００１０】本発明での周方向の角度を少なくとも１８
０度以上覆う超電導板とは、磁気シールドしたい領域の
少なくとも半分以上を覆う大きさのシート状の超電導材
料である。また周方向の角度とは該シールド体の軸を中
心に１枚の超電導板で覆われる角度を指す。

【００１１】本発明での超電導板を２枚以上を対で覆う
超電導板からなるシールド体とは、前述の超電導板を２
枚以上用いて、２枚１対で隙間の無い様に磁気シールド
したい領域を覆ったシールド体を指す。

【００１２】本発明での周方向の角度を少なくとも３６
０度以上覆う超電導板からなるシールド体とは、磁気シ
ールドしたい領域を１枚で覆うことのできる大きさの超
電導板を巻き重ねてできた磁気シールド体を指す。この
場合、磁気シールドしたい領域を１枚で覆うことのでき
る大きさのシート状の超電導材料であれば、何枚使用し
てもよく、もちろん１枚でもよい。同じ厚みになるので
あればシート状の超電導材料は１枚の一体ものであるこ
とが最も好ましいが、幾枚も重ね巻いて使うことも可能
である。

【００１３】本発明の磁気シールド体をより効率よく使
うには、該筒状捲積体の軸と周方向のシート端部とでな
す面が、できるだけ外部磁界の方向に垂直に近くなるよ
う周方向のシート端部の位置を調整すること、および該
筒状捲積体の軸方向にはできるだけ分割しないことが好
ましい（図２及び図３参照）。加えて図３（イ）で示す
ように各シート状の超電導材料は、外部磁場と該捲積体
の軸でなす面により該シートを２つに分けて考える場
合、各片側の周回部（Ｓ）が少なくとも９０度以上の片
側周回部の角度（ＳＡ）をもち、かつ全体で１８０度以
上の周回部の角度（ＴＡ）になるように、外部磁場に対
して該筒状捲積体の位置を調整することが望ましい。

【００１４】また、該筒状捲積体の内径（Ｄ）とは、開
口端の形状が円形であれば、その開口部分の直径を指
し、楕円形であれば、短軸を指し、矩形ならば、短辺を
指す（図４参照）。このように筒の中心軸を通る線分の
内、最も短い長さを意味することとする。図４のような
極端に偏平な形状でもシールド効果はある。

【００１５】本発明の第２の特徴は、シート状の超電導
材料を筒状に捲積したものに、１個もしくは複数個の継
ぎ目のない筒状超電導シールド体を同軸方向に、内側に
内装もしくは外側から覆い被せたもので、外部磁場の遮
蔽を主な目的とする場合において、該筒状捲積体の内径
を該筒状捲積体の軸方向長さで割った値が１／５０以上
かつ１以下、望ましくは０．５以下であることを特徴と
する磁気シールド体である。

【００１６】継ぎ目のない超電導体とは、軸方向につな
ぎ目や、もしくは切れ目の全くない筒型形状の超電導体
を指す。例えば、シート状の超電導体から深絞り加工し
た筒状体や、ドーナッツ状の円盤がこれに該当する。さ
らに、シート状の超電導体からつくられたものでなくと
もよく、同種、異種の超電導材料を使った場合でも効果
は変わらない。特に、中空部のあるバルク状の超電導体
でも効果は同じである。

【００１７】１個もしくは複数個の継ぎ目のない筒状超
電導シールド体を同軸方向に、内側に内装もしくは外側
から覆い被せて、あるいは両方組み合わせたものとは、
図５のように該筒状捲積体の外側に同軸状に被せたり、
内装したり、両方でもよい。また、図６のように複数個
の超電導体を径方向に組み合わせて、外側、内側、もし
くは両方に設置してもよい。これによって、該筒状捲積
体の軸方向の磁界も磁気シールドする効果を向上するこ
とができる。

【００１８】また、該筒状捲積体の内径（Ｄ）とは、開
口端の形状が円形であれば、その開口部分の直径を指
し、楕円形であれば、短軸を指し、矩形ならば、短辺を
指す。このように筒の中心軸を通る線分の内、最も短い
長さを意味することとする。

【００１９】本発明の第３の特徴は、超電導線材もしく
はテープ材をコイル筒状に巻いたもので、線材もしくは
テープ材の両端を短絡接続し、その接続部を該筒状コイ
ル体の内側に設置したもので、該筒状コイル体の軸方向
に対して平行な外部磁場の遮蔽を主な日的とする場合に
おいて、該筒状コイル体の内径を該筒状コイル体の軸方
向長さで割った値が１／５０以上かつ１以下、望ましく
は０．５以下である磁気シールド体である。ここでの短
絡接続とは超電導体同士が互いに電気的にできるだけ低
抵抗で接続されたものを指し、従来の技術でも挙げた、
半田付け、かしめ・圧接、拡散接合、電子ビーム溶接、
スポット溶接によって接続されることを意味する。該筒
状コイル体の内側とは、例えば、図７のように配置する
ことを指し、該筒状コイル体で囲まれた内側を意味す
る。

【００２０】本発明の第４の特徴は、超電導線材もしく
はテープ材をコイル筒状に巻いたもので、線材もしくは
テープ材の両端を短絡接続し、その接続部を該筒状コイ
ル体の内側に設置したものを、請求項１の磁気シールド
体の内側に内装もしくは外側から覆い被せたもので、外
部磁場の遮蔽を主な目的とすること磁気シールド体であ
る。ここでの短絡接続とは超電導体同士が互いに電気的
にできるだけ低抵抗で接続されたものを指し、従来の技
術でも挙げた、半田付け、かしめ・圧接、拡散接合、電
子ビーム溶接、スポット溶接によって接続されることを
意味する。該筒状コイル体の内側とは、例えば図７のよ
うに配置することを指し、該筒状コイル体で囲まれた内
側を意味する。

【００２１】本発明の第５の特徴は、請求項１の磁気シ
ールド体において、該シールド体に、１個もしくは複数
個の継ぎ目のない筒状超電導シールド体を、該超電導シ
ールド体の軸と該筒状捲積体の軸とが垂直になるよう
に、外側から覆い被せることを特徴とする磁気シールド
体である。

【００２２】１個もしくは複数個の継ぎ目のない筒状超
電導シールド体を、該超電導シールド体の軸と該筒状捲
積体の軸とが垂直になるように、外側から覆い被せたも
のとは、図８のように該筒状捲積体の外側に被せたりす
ることを指す。また、図９のように複数個の継ぎ目のな
い超電導体を組み合わせて外側に同軸上に被せると好ま
しい。

【００２３】本発明の第６の特徴は、請求項１、２、４
もしくは５の磁気シールド体において、該シールド体の
片側もしくは両側の開口端に、穴のあいた継ぎ目のない
超電導シールド体を設置することを特徴とする磁気シー
ルド体である。シールド体の片側もしくは両側の開口端
に、穴のあいた継ぎ目のない超電導シールド体を設置す
ることとは、図１０のように該シールド体の開口端部
に、ドーナッツ状の超電導磁気シールド材料を設置する
ことである。これによって開口部の面積を狭くでき、侵
入する磁界を抑えることができる。

【００２４】本発明の第７の特徴は、請求項１、２、
４、５もしくは６の該超電導磁気シールド体において、
ヒーターによる加熱機構を設けることを特徴とする磁気
シールド体である。加熱装置とは、例えば無誘導に巻か
れた高抵抗導線や高抵抗シートなどに外部から電流を流
すことで発熱し、該超電導磁気シールド体を加熱できる
ようにした装置を意味する。

【００２５】本発明の第８の特徴は、請求項１、２、
４、５、６または７の磁気シールド体において、該シー
ト状の超電導材料が、１種類以上の超電導特性を示す材
料と常電導金属材料を交互に１層以上積層した材料を含
む磁気シールド体である。１種類以上の超電導特性を示
す材料と常電導金属材料を交互に１層以上積層した材料
とは、超電導状態の安定化、高強度化のために超電導特
性を示す材料と熱伝導率の比較的良い常電導金属材料を
少なくとも１層以上にわたって、交互に積層してできた
複合材料を指す。

【００２６】本発明の第９の特徴は、請求項８の磁気シ
ールド体において、超電導特性を示す材料としてＮｂ−
Ｔｉ合金を含むもので、かつ常電導金属材料としてＣ
ｕ，ＡｌもしくはＣｕ合金、Ａｌ合金を含む磁気シール
ド体である。

【００２７】本発明の第１０の特徴は、請求項８の磁気
シールド体において、超電導特性を示す材料に温度７７
Ｋで超電導特性を示す材料を含む磁気シールド体であ
る。温度７７Ｋで超電導特性を示す材料とは、Ｙ系酸化
物超電導体やＢｉ系酸化物超電導体などの高温超電導体
を指す。特に、Ａｇなどの金属に超電導体を塗布、吹き
付け、もしくは熱間、冷間圧延などして作製されたもの
は任意形状を形成できるため有効であり、特にＢｉ系酸
化物高温超電導体などが該当する。

【００２８】本発明の第１１の特徴は、請求項請求項
１、２、４、５、６、７、８、９または１０において、
超電導マグネット装置の超電導線の接合部を該磁気シー
ルド体で覆い、かつ該磁気シールド体の筒の軸方向と、
超電導マグネットから発生する磁界とのなす角度が４５
度から９０度になるような位置に設置する超電導マグネ
ット装置である。該磁気シールド体の筒の軸方向と、超
電導マグネットから発生する磁界とのなす角度とは、図
１１の（Ａ）を指す。この場合超電導マグネットから発
生する磁界とは、該磁気シールド体を設置しない時の磁
界を指す。また、この角度が４５度から９０度になるよ
うな位置とは、例えば図２０のようにマグネットの外周
の設置などがあげられる。

【００２９】本発明の第１２の特徴は、請求項請求項
１、２、４、５、６、７、８、９または１０において、
特に超電導マグネット装置の超電導永久電流スイッチを
該磁気シールド体で覆い、かつ該磁気シールド体の筒の
軸方向と、超電導マグネットから発生する磁界とのなす
角度が４５度から９０度になるような位置に設置するこ
とを特徴とする超電導マグネット装置である。

【００３０】本発明の第１３の特徴は、請求項３におい
て、特に超電導マグネット装置の超電導線の接合部もし
くは超電導永久電流スイッチもしくは両方を該磁気シー
ルド体で覆い、かつ該磁気シールド体の筒の軸方向と、
超電導マグネットから発生する磁界とのなす角度が０度
から４５度になるような位置に設置することを特徴とす
る超電導マグネット装置である。

【００３１】本発明の第１４の特徴は、請求項１、２、
３、４、５、６、７、８、９または１０記載の磁気シー
ルド体を、特に希土類金属合金または化合物を含む蓄冷
材を用いた冷凍機付き超電導マグネット装置の該蓄冷材
を包囲するように配置し、超電導マグネット装置から発
生した磁界を遮蔽することを特徴とする超電導マグネッ
ト装置である。

【００３２】

【発明の実施の形態】本発明は外部磁界による接合部の
特性低下から超電導線材の接合部などを保護するため、
もしくは超電導永久電流スイッチの永久電流状態時での
外部磁界による擾乱を抑制するための磁気シールド体も
しくはマグネット装置である。本発明の対象とする磁場
は、直流、交流または変動磁界を問わず、あらゆる磁界
に適用できる。もちろん、直流重畳下の変動磁界に対し
ても可能で、重畳した変動磁界のみを磁気シールドする
こともできる。

【００３３】本発明について詳細を説明する前に、本発
明の概略を説明する。前述の通り、強磁界を磁気シール
ドする為には、超電導材料の厚さを変えることが必要で
ある反面、厚さを変えるには、超電導遮蔽ループがシー
ルドしたい領域を取り囲む必要があると考えられ、結果
的に同心上に幾重にも穴のあいた閉ループを重ねること
が必要であり、これが大きな課題を引き起こす原因であ
った。発明者らは詳細に検討した結果、磁気シールド性
能に方向性はあるものの、シールドしたい磁界にあわせ
て任意に厚みを変えることのできる磁気シールド体を提
案した。これが本発明の第１および第３番目の請求項に
相当する。また、該磁気シールド体は磁気シールド性能
に方向性がある点を考慮し、磁気シールドの補強として
提案した磁気シールド体が、第２、第４、第５および第
６番目の請求項に対応する。さらに、これら磁気シール
ド体を組み込んだ超電導マグネット装置を提案したもの
が、第１１、第１２および第１３番目の請求項に対応す
る。加えて、上記のシールド体および装置の磁気シール
ド特性を十分発揮させるための超電導材料もしくは加熱
機構について提案したものが、第７、第８、第９および
第１０番目の請求項に対応する。以上が概略である。

【００３４】次に、本発明について説明する。まず、請
求項１におけるシート状の超電導材料を筒状に捲積した
筒状捲積体で周方向の角度を少なくとも１８０度以上覆
う超電導板を２枚以上を対で覆う、もしくは周方向の角
度を少なくとも３６０度以上覆う超電導板からなるシー
ルド体である理由を説明する。まず、周方向の角度を少
なくとも３６０度以上覆う超電導板からなるシールド体
の場合から考える。捲積体（Ｃ）との比較のため継ぎ目
のない筒状体（Ｏ）と対比させて説明する。ここでは例
として、捲積体（Ｃ）を一回巻きの円筒形状の捲積体と
し、継ぎ目のない筒状体（Ｏ）も円筒形状とする。磁気
シールド効果をもたらす要因は超電導材料を流れる遮蔽
電流であり、通常、継ぎ目（切れ目）により遮蔽電流が
分断されると、磁気シールド効果は低下する。Ｃおよび
Ｏの軸に垂直に磁界を印加した場合の流れる遮蔽電流分
布は図１２に示すとおりである。この結果から分かるよ
うに、捲積体（Ｃ）と筒状体（Ｏ）での電流分布に違い
はなく、筒状体（Ｏ）に図１３のＰおよびＱの部分で切
れていても電流分布に変化がなく、捲積体（Ｃ）と筒状
体（Ｏ）とは、この磁場配置では磁気シールド効果は同
じであることを意味する。もちろん超電導板を３６０度
以上、何重にも巻き重ねた捲積体である方が継ぎ目（切
れ目）の影響が少なく好ましい。

【００３５】次に、周方向の角度を少なくとも１８０度
以上覆う超電導板を２枚以上を対で覆う場合を考える。
先ほど例示した図の場合、捲積体（Ｃ）の継ぎ目（切れ
目）部分を図１４のように軸と継ぎ目部分とでなす面が
外部磁界に対して垂直になる配置においていた。しか
し、上記の電流分布を踏まえると、外部磁界に対して垂
直になるような配置であれば、図１５の様に超電導シー
トが上下２分割になった場合も同様な電流分布を示すた
め、磁気シールド効果も同じ効果を示す。以上の理由
で、シート状の超電導材料を筒状に捲積した筒状捲積体
で周方向の角度を少なくとも１８０度以上覆う超電導板
を２枚以上を対で覆う、もしくは周方向の角度を少なく
とも３６０度以上覆う超電導板からなるシールド体は磁
気シールド効果を発揮する。

【００３６】次に、磁気シールドするのに好ましい条件
をまとめる。まず第１に継ぎ目（切れ目）の位置は捲積
体の軸と周方向のシート端部とでなす面ができるだけ外
部磁界の方向に垂直に近くなるようを調整するほうが好
ましい。なぜなら遮蔽電流がシート端部によって遮られ
ることが無く、効率よく磁気シールドできるからであ
る。第２に捲積体（Ｃ）の軸方向には、できるだけ分割
しない方が好ましい。なぜなら捲積体の軸方向に２分割
し、捲積体の軸に垂直な外磁界の場合、電流分布は図１
６のようになり、遮蔽電流が分断されてしまい、中心部
分での磁気シールド効果は分割しない捲積体に比べて低
下してしまうからである。以上が磁気シールドするのに
好ましい条件である。

【００３７】請求項１における該筒状捲積体の内径
（Ｄ）を該筒状捲積体の軸方向長さ（Ｌ）で割った値が
１／５０以上かつ１以下、望ましくは０．５以下である
ことを以下に説明する。外部磁界に対する該シート状超
電導材料の超電導特性、すなわち臨界電流密度の大きさ
に鑑みて十分巻き重ねた形状であれば、軸方向に対して
垂直な外部磁場の侵入は主に該筒状捲積体の開口部から
である。この外部磁場（Ｂｏ）の侵入の程度は、円筒形
状を例に取ると以下の式（１）にて概算できる。

【００３８】Ｂ／Ｂｏ＝２・ｅｘｐ（−３．６７・Ｌ／２Ｄ）（１）ここで、Ｂとは筒状体軸上かつ該筒状体の軸方向長さの
半分の位置の磁界の大きさを指す。中心磁界を外部磁界
の大きさに比べて１／３程度に低下させたい場合は、Ｄ
／Ｌの値を約１以下にすることが必要となる。またさら
に、数％程度にまで低下させたい場合はＤ／Ｌの値を約
０．５以下の形状が求められる。また、Ｄ／Ｌをできる
だけ小さくしたいことが式（１）から分かるが、実用上
Ｄ／Ｌがあまりに小さい形状は設置場所をとり好ましく
ない。超電導導線の径は０．１〜数mm程度の太さである
ことを考えて、シールド体の内径は１cm程度以上が見込
まれる。一方、実用上設置できるスペースを長させいぜ
い数十cm程度までと考えると１／５０以上となる。これ
らが理由である。

【００３９】次に、請求項２における該筒状捲積体の内
径（Ｄ）を該筒状捲積体の軸方向長さ（Ｌ）で割った値
が１／５０以上かつ１以下、望ましくは０．５以下であ
ることを以下に説明する。外部磁界に対する該シート状
超電導材料の超電導特性、すなわち臨界電流密度の大き
さに鑑みて十分巻き重ねた形状であれば、軸方向に対し
て垂直な外部磁場の侵入は主に該筒状捲積体の開口部か
らである。この外部磁場（Ｂｏ）の侵入の程度は、前述
の式（１）にて概算できる。中心磁界を外部磁界の大き
さに比べて１／３程度に低下させたい場合は、Ｄ／Ｌの
値を約１以下にすることが必要となる。またさらに、数
％程度にまで低下させたい場合はＤ／Ｌの値を約０．５
以下の形状が求められる。また、軸方向の外部磁場の侵
入の程度は、円筒形状を例にすると以下の式（２）にて
概算できる。

【００４０】Ｂ／Ｂｏ＝２・ｅｘｐ（−７．６６・Ｌ／２Ｄ）（２）やはり、先程とほぼ同様な関数であることからも分かる
ようにＤ／Ｌを１以下、望ましくは０．５以下にするこ
とで中心磁界をできるだけ低減できる。また、Ｄ／Ｌを
できるだけ小さくしたいことが式（２）からも分かる
が、実用上Ｄ／Ｌがあまりに小さい形状は設置場所をと
り好ましくない。超電導導線の径は０．１〜数mm程度の
太さであることを考えて、シールド体の内径は１cm程度
以上が見込まれる。一方、実用上設置できるスペースを
長させいぜい数十cm程度までと考えると１／５０以上と
なる。これらが理由である。また１個もしくは複数個の
継ぎ目のない筒状超電導シールド体を同軸方向に、内側
に内装もしくは外側から覆い被せることで、軸方向に平
行な磁界を磁気シールドすることができる。可能ならば
軸方向に垂直な磁界を磁気シールドする能力を補強する
意味で、１個の継ぎ目のない筒状超電導シールド体で内
側に内装もしくは外側から覆い被せることが望ましい。

【００４１】請求項３における超電導線材もしくはテー
プ材をコイル筒状に巻いたもので、線材もしくはテーブ
材の両端を短絡接続し、その接続部を該筒状コイル体の
内側に設置したものについて説明する。超電導線材もし
くはテープ材を使って短絡接続し、閉ループを組むこと
で、コイル筒状体の軸方向の磁界を遮蔽しようと超電導
電流が流れ、コイル筒状体は磁気シールド効果をもつ。
しかし、短絡接続した部分はその他の部分よりも磁界に
対して弱いため、工夫しなければ磁気シールド効果が時
間と共に減衰してしまう。本発明のように短絡接続部を
該筒状コイル体の内側に設置することで、接続部の受け
る磁界を低減することができ安定した磁気シールド効果
が得られる。以上が理由である。また接続部分はできる
だけ少なく、１個であることが最も望ましい。また、接
続部分の内側に設置場所は該コイル筒状体の軸の中央付
近でかつ、該コイル筒状体の側壁に近い位置が望まし
い。

【００４２】また、該筒状コイル体の内径（Ｄ）を該筒
状コイル体の軸方向長さ（Ｌ）で割った値が１／５０以
上かつ１以下、望ましくは０．５以下である理由を以下
に述べる。請求項２の作用についての説明で述べたよう
に、開口部から侵入する磁界をできるだけ低減するため
Ｄ／Ｌの値を小さくすることが必要である。しかし、実
用上のスペースの問題からＤ／Ｌの値はせいぜい１／５
０以上であることが求められる。以上が理由である。

【００４３】請求項４における超電導線材もしくはテー
プ材をコイル筒状に巻いたもので、線材もしくはテープ
材の両端を短絡接続し、その接続部を該筒状コイル体の
内側に設置したものを、請求項１の磁気シールド体の内
側に内装もしくは外側から覆い被せることについて説明
する。コイル筒状体は鞠方向の磁界を遮蔽する磁気シー
ルド能力を有するが、軸に垂直な磁界に対してはほとん
どシールド効果をもたない。なぜなら閉ループを鎖交す
る磁束がほとんど得られないためである。本発明のよう
に請求項１の磁気シールド体と組み合わせることで外部
磁界の方向によらず、良好な磁気シールド効果が得られ
る。以上が理由である。コイル筒状体は複数個あっても
よく、軸上に並べたり、同軸上に組み合わせて使っても
よい。

【００４４】請求項５における、シールド体に１個もし
くは複数個の継ぎ目のない筒状超電導シールド体を、該
超電導シールド体の軸と該筒状捲積体の軸とが垂直にな
るように、内側に内装もしくは外側から覆い被せること
を以下に説明する。筒型の軸に対して垂直な磁界の場
合、図１２にも示したように磁気シールド効果を生む超
電導電流は流れる。この電流の流れる領域を広げること
で、より大きな超電導電流が流れることが可能になり、
ひいては大きな磁界に対しても十分な磁気シールドが得
られる。そこで、捲積体の軸とが垂直になるように継ぎ
目のない筒状超電導シールド体の軸を調整して配置する
ことで、大きな磁界に対しても十分な磁気シールドが得
られる。以上が理由である。また形状として特に、図１
７のようなクラ型のシールド体２個を使うことも含まれ
る。

【００４５】請求項６における、磁気シールド体におい
て、該シールド体の片側もしくは両側の開口端に、穴の
あいた継ぎ目のない超電導シールド体を設置することを
以下に説明する。請求項１、２の説明から分かるように
十分巻き重ねた形状であれば、開口部分の大きさによっ
て外部磁場の侵入は決定される。この点を踏まえて、開
口部分の大きさを小さくすること、つまり開口端に、穴
のあいた継ぎ目のない超電導シールド体を設置すること
で、外部磁場の侵入を低減し、磁気シールド効果が高め
られる。穴のあいた継ぎ目のない超電導シールド体であ
るのは、磁気シールドに関与する超電導電流が穴の部分
を閉ループで囲むように流れることができることが望ま
しい為である。以上が理由である。

【００４６】請求項７における、ヒーターによる加熱機
構を設けることを以下に説明する。工業的に広く使われ
ている超電導体のほとんどが第２種超電導体と呼ばれ
る、超電導体内部に磁束を持ちながらも高い磁界でも超
電導状態を保ち続ける材料で構成されている。それゆ
え、本発明のような磁気シールド応用では、少なからず
超電導体内に磁界が侵入する。このままだとあまり問題
にはならないが、シールド体が何らかの熱的、電磁気的
な擾乱によって超電導状態の破れ（クエンチ）が起こる
と、今までシールドしていた磁界が内部に取り込まれ、
再び超電導状態が復帰した際には、逆に磁界を取り込ん
だままで磁気シールドの効果が発揮できない状況が起こ
りうる。このような非常時には、ヒーターによる加熱機
構を設けておけば、外部磁界がない状態でヒーターによ
る加熱機構によりシールド体を加熱し、磁界を超電導体
の外に出し、再び冷却することで、磁気シールド効果を
回復する事ができる。このように簡便に磁気シールド効
果が回復できる点が理由である。

【００４７】請求項８における、磁気シールド体におい
て該シート状の超電導材料が、１種類以上の超電導特性
を示す材料と常電導金属材料を交互に１層以上積層した
材料を含む磁気シールド体について以下に説明する。超
電導材料は、何らかの熱的、電磁気的な擾乱によって超
電導状態の破れ（クエンチ）が起こる欠点を持つ。この
現象をできるだけ抑制するため、電磁気的、もしくは熱
的な安定をはかるためほとんどの超電導線材は常電導金
属材料と組み合わせて使用されている。本発明もクエン
チしてしまうことは、磁気シールド効果を失ってしまう
ことになるため、常電導金属材料と組み合わせて使うこ
とが望ましい。これが理由である。

【００４８】請求項９における、超電導特性を示す材料
としてＮｂ−Ｔｉ合金を含むもので、かつ常電導金属材
料としてＣｕ，ＡｌもしくはＣｕ合金、Ａｌ合金を含む
磁気シールド体について以下に説明する。Ｎｂ−Ｔｉ合
金は、最も一般に使用される超電導材料で、高い臨界電
流密度をもつ材料に加工でき、比較的ひずみに強い特徴
を持つことから、同じ厚みであっても高い磁界まで磁気
シールド可能で、超電導シートを作成した後に巻き重ね
ても臨界電流密度をあまり下げずに加工できる利点を有
する。また、常電導金属材料としてＣｕ，Ａｌもしくは
Ｃｕ合金、Ａｌ合金を用いることで、比較的安価に手に
入り、丈夫で耐クエンチ性も前述の理由から向上する利
点がある。特に、ＣｕまたはＡｌは高導電材料であり、
超電導材料が一部クエンチを起こしても、今まで流れて
いた電流が、そのままクエンチが起きた部分に流れて更
なる発熱を起こすことなく、ＣｕまたはＡｌを迂回して
流れることができ、クエンチの部分の広がりを抑えるこ
とができる耐クエンチ効果がある。また、Ｃｕ合金、Ａ
ｌ合金では、特に交流や変動磁界にさらされることがあ
る応用に有効である。常電導金属材料内の渦電流による
発熱を合金にすることで抑えることができ、安定した磁
気シールド効果を保つことができる。これらが理由であ
る。

【００４９】請求項１０における、温度７７Ｋで超電導
特性を示す材料を含む磁気シールド体について以下に説
明する。温度７７Ｋで超電導特性を示す材料は、特に酸
化物超電導体があげられる。特に、最近ではこの酸化物
超電導体を使ったテープもしくは線材によるコイル応用
が行われており、特にＢｉ系酸化物はこの分野で応用が
盛んである。このような温度７７Ｋで超電導特性を示す
材料をこれらの線材の部分補強として、もしくは線材接
続部の保護として、シールド体として利用することがで
きる。この７７Ｋとは、液体窒素の沸点温度近傍を指
す。これは酸化物超電導体を使ったテープもしくは線材
によるコイル応用には、冷媒として液体窒素を用いるこ
とが多く、また比較的安価な冷媒であることから７７Ｋ
に限定した。

【００５０】また、従来の４．２Ｋで動作させる超電導
マグネットにおいても利用できる。使用温度が低温故、
温度７７Ｋで超電導特性を示す材料の臨界電流密度は、
７７Ｋの時と比べて飛躍的に向上し、高磁界まで磁気シ
ールド可能なシールド体にすることができる。５テスラ
以上の高磁界を発生するマグネットには従来の４．２Ｋ
で動作させる超電導材料が多く使われており、高磁界に
さらされるこのような分野には特に有効である。以上が
理由である。

【００５１】請求項１１および請求項１２における、超
電導マグネット装置の超電導線の接合部を該磁気シール
ド体で覆い、かつ該磁気シールド体の筒の軸方向と、超
電導マグネットから発生する磁界とのなす角度が４５度
から９０度になるような位置に設置することを特徴とす
る超電導マグネット装置について以下に説明する。請求
項１、２で説明したように磁気シールド体の筒の軸方向
と、超電導マグネットから発生する磁界とのなす角度が
９０度となる位置に設置されることが望ましい。しか
し、マグネット装置によってはスペース上この様な望ま
しい配置にならない場合がある。この場合でも超電導マ
グネット装置の超電導線の接合部または超電導永久電流
スイッチをシールドする分野では、主に磁界強度を低減
する事ができれば、接合部の性能または永久電流スイッ
チの安定性はシールド体を組み込むことで向上する。シ
ールド体の筒の軸方向と、超電導マグネットから発生す
る磁界とのなす角度が４５度以上であれば、シールド体
から見るとシールド体の軸に垂直な磁界成分が平行な磁
界成分よりも大きく、磁気シールド効果もシールド体の
軸に垂直な磁界成分に応じて向上する。

【００５２】また、超電導線の接合部については、超電
導線に垂直な磁界がその臨界電流密度を急激に低下させ
る要因である。該超電導マグネット装置における磁気シ
ールド体の配置の場合には、この垂直な磁界が主であ
り、これを大きく減らすことができ、その臨界電流密度
を高く維持できることから特に有効である。以上が理由
である。

【００５３】請求項１３における、超電導マグネット装
置の超電導線の接合部を該磁気シールド体で覆い、かつ
該磁気シールド体の筒の軸方向と、超電導マグネットか
ら発生する磁界とのなす角度が０度から４５度になるよ
うな位置に設置することを特徴とする超電導マグネット
装置について以下に説明する。請求項３で説明したよう
に、磁気シールド体の筒の軸方向と、超電導マグネット
から発生する磁界とのなす角度が平行（角度が０度）と
なる位置に設置されることが望ましい。しかし、マグネ
ット装置によってはスペース上この様な望ましい配置に
ならない場合がある。この場合でも電導マグネット装置
の超電導線の接合部もしくは超電導永久電流スイッチも
しくは両方をシールドする分野では、主に磁界強度を低
減する事ができれば接合部の性能や永久電流スイッチの
安定性はシールド体を組み込むことで向上する。シール
ド体の筒の軸方向と、超電導マグネットから発生する磁
界とのなす角度が４５度以下であれば、シールド体から
見るとシールド体の軸に平行な磁界成分が垂直な磁界成
分よりも大きく、磁気シールド効果もシールド体の軸に
平行な磁界成分に応じて向上する。以上が理由である。

【００５４】請求項１４における、超電導マグネット装
置の希土類金属合金または化合物を含む蓄冷材を用いた
冷凍機付き超電導マグネット装置の該蓄冷材を包囲し、
超電導マグネット装置から発生した磁界を遮蔽すること
について説明する。希土類金属合金または化合物を含む
蓄冷材としては、例えばＥｒ₃Ｎｉ、ＥｒＮｉ_0.9Ｃｏ
_0.1、Ｈｏ_1.5Ｅｒ_1.5Ｒｕ等が挙げられる。また該蓄
冷材を包囲し、超電導マグネット装置から発生した磁界
を遮蔽することとは、該蓄冷材に、請求項１、２、３、
４、５、６、７、８、９または１０記載の超電導磁気シ
ールド体をもって、包囲し、超電導マグネット装置から
発生した強力な磁界に対して遮蔽に必要な適切な厚みや
形状を変えることで、該蓄冷材近傍に分布する強磁界も
しくは大きな磁界勾配を低減することを指す。これによ
って、超電導マグネットの磁界による磁力を抑え、ディ
スプレーサーの往復運動から発生する摩擦熱による冷却
能力低下や磨耗や変形に伴う耐久性の低下を低減するこ
とができる。特に、冷凍機の蓄冷材が入っている部分は
外観からも凹凸のある複雑な形状をしており、この形状
に合うように遮蔽に必要な形状や厚みを変えることがで
きる点で優れている。このように冷凍機の冷凍能力およ
び耐久性を高めることで、冷凍機付き超電導マグネット
装置全体を安定に効率よく動作させることができる。こ
れが理由である。

【００５５】

【実施例】外部磁界の発生装置としては超電導マグネッ
トを使用した。試料である超電導体としては、シート加
工したＣｕ／Ｎｂ／Ｎｂ−Ｔｉの多層材（Ｎｂ−Ｔｉ積
層数：３０）と厚さ０．６mmのＡｇ−Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ
Ｃｕ２０ｘを用いた。測定はいずれも液体ヘリウム中で
おこない、励磁速度は５テスラ／１５分以下の速度であ
った。いずれの場合も超電導材料が動かないよう低温用
樹脂にて固定しており、内部の磁界測定はホール素子を
用いた。

【００５６】（実施例１）試料の超電導体として、厚さ
０．２１mmのＣｕ／Ｎｂ／Ｎｂ−Ｔｉ多層材を巻き重ね
て内径１２．２mm、外径２１mm、長さ３０mmの円筒形状
にした試料（イ）を３個用意し、そのうち１個を万力に
より円筒形状が楕円筒体になるよう変形させた（ロ）。
またもう１個は、巻き重ねた部分をほどいて５分割し再
度巻き直した（ハ）。この３種類の筒体で１テスラの外
磁界における中心磁界を測定した。このときの値は
（イ）０．０２１テスラ、（ロ）０．０１９テスラ、
（ハ）０．０２２テスラであった。また（イ）について
は、３テスラまでの外部磁界に対しての中心磁界を測定
した。その結果を図１８に示す。

【００５７】また、厚さ０．２１mmのＣｕＮｉ／Ｎｂ／
Ｎｂ−Ｔｉ多層材を巻き重ねて内径１２．２mm、外径２
１mm、長さ３０mmの円筒形状にした試料に５０Ｈｚで８
００ガウスの交流磁界を印加した場合、円筒形状の中心
でサーチコイルを用いて測定した結果、９ガウスであっ
た。この様に外部磁界に対する磁気シールド効果がある
ことがわかる。

【００５８】（実施例２）試料の超電導体として、厚さ
０．１３mmのＣｕ／Ｎｂ／Ｎｂ−Ｔｉ多層材を巻き重ね
て内径２．０mm、外径３．２mm、長さ１００mmの円筒形
状にした試料を用意した。この筒体の０．１テスラの外
磁界における中心磁界を測定した。このときのホール素
子の示す値は測定精度１０ガウスの範囲内で零となっ
た。また、試料の超電導体として、厚さ０．２１mmのＣ
ｕ／Ｎｂ／Ｎｂ−Ｔｉ多層材を巻き重ねて内径１５mm、
外径１９．８mm、長さ３０mmの円筒形状にした試料を用
意し、１テスラの外磁界における中心磁界を測定した。
このときの値は、０．３６テスラであった。この様に外
部磁界に対する磁気シールド効果があることがわかる。

【００５９】（実施例３）試料の超電導体として、厚さ
０．６mmのＡｇ−Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２０ｘを巻き重
ねて、後に熱処理した内径１８mm、外径２０mm、長さ２
４mmの円筒形状をもちいた。液体ヘリウム中で０．２テ
スラの外磁界における中心磁界を測定した。このときの
値は０．０４テスラとなった。この様に外部磁界に対す
る磁気シールド効果があることがわかる。

【００６０】（実施例４）試料の超電導体として、０．
２１mmのＣｕ／Ｎｂ／Ｎｂ−Ｔｉ多層材を巻き重ねて内
径１５mm、外径１９．７mm、長さ３０mmの円筒形状にし
た試料（ニ）を用意した。また、深絞り加工により内径
２０mm、厚さ０．７５mm、長さ１０mmの円筒形状のＣｕ
／Ｎｂ／Ｎｂ−Ｔｉ多層材（ホ）３個と、内径２０mm、
厚さ０．７５mm、長さ３０mmの円筒形状のＣｕ／Ｎｂ／
Ｎｂ−Ｔｉ多層材（へ）１個、および内径１２mm、厚さ
０．７５mm、長さ３０mmの円筒形状のＣｕ／Ｎｂ／Ｎｂ
−Ｔｉ多層材（ト）１個を用意した。

【００６１】同軸上に（ニ）に（ホ）、（へ）を外側に
被せたときと、同軸上に（ニ）の中に（ト）を組み合わ
せた場合、および（ニ）に（ホ）と（ト）を両方組み合
わせた場合で実験をおこなった。外部磁界は１．５テス
ラで（ニ）＋（ホ）で０．０１８テスラ、（ニ）＋
（へ）で０．０２１テスラ、（ニ）＋（ト）で０．０１
３テスラ、（ニ）＋（ホ）＋（ト）で０．０１２テスラ
であった。また、（ニ）＋（ホ）での３テスラまでの中
心部の磁界を図１９に示す。この様に外部磁界に対する
磁気シールド効果があることがわかる。

【００６２】（実施例５）試料の超電導体として、０．
２１mmのＣｕ／Ｎｂ／Ｎｂ−Ｔｉ多層材を巻き重ねて内
径１７mm、外径１７．９mm、長さ２０mmの円筒形状にし
た試料を用意した。これに内径１８．６mm、厚さ約１２
mm、長さ１０mmの円筒形状のＹＢａ２Ｃｕ３０ｘのバル
ク材２個を同軸上に並べて外に被せた状態で実験をおこ
なった。外部磁界は１．０９テスラで超電導円筒の内側
中心で０．１７テスラであった。この様に外部磁界に対
する磁気シールド効果があることがわかる。

【００６３】（実施例６）試料の超電導体として、０．
２１mmのＣｕ／Ｎｂ／Ｎｂ−Ｔｉ多層材を巻き重ねて内
径２０．２mm、外径２２mm、長さ２２mmの円筒形状にし
た試料（チ）を用意した。これに内径３０mm、厚さ約
０．７５mm、長さ２２mmの円筒形状のＣｕ／Ｎｂ／Ｎｂ
−Ｔｉ多層材１個（リ）と、内径３０mm、厚さ約０．７
５mm、長さ１０mmの円筒形状のＣｕ／Ｎｂ／Ｎｂ−Ｔｉ
多層材（ヌ）２個を用意した。（チ）の軸に垂直に
（リ）を外から被せた試料と、同じく（チ）の軸に垂直
に（ヌ）２個を外から被せた試料とで実験をおこなっ
た。外部磁界は０．３テスラで（チ）のみの場合は超電
導円筒の内側中心で０．１５テスラであったが、（チ）
＋（リ）および（チ）＋（ヌ）では共に０．０４テスラ
まで低下した。この様に外部磁界に対する磁気シールド
効果があることがわかる。

【００６４】（実施例７）試料の超電導体として、厚さ
０．２１mmのＣｕ／Ｎｂ／Ｎｂ−Ｔｉ多層材を巻き重ね
て内径１２．２mm、外径２１mm、長さ３０mmの円筒形状
にした試料（ル）に、厚さ０．７５mm、内径８mm、外径
１４mmの円板形状のＣｕ／Ｎｂ／Ｎｂ−Ｔｉ多層材
（ヲ）２枚を用意した。外部磁界を１テスラとして超電
導円筒の中心において、（ル）単独で０．０２１テス
ラ、（ル）＋（ヲ）１枚を片側開口端に設置した場合
は、０．０１６テスラ、（ル）＋（ヲ）１枚を片側開口
端に設置した場合は、０．０１１テスラに減少した。こ
の様に外部磁界に対する磁気シールド効果があることが
わかる。

【００６５】（実施例８）径が約１mmのＮｂＴｉ／Ｃｕ
超電導線材を、外径１２mm、長さ２６mmの硬質アルミニ
ウム製円筒巻き枠に巻き付け、コイル形状にした。更
に、超電導線材端部を硝酸によりＣｕ外皮を溶かし、Ｎ
ｂＴｉ極芯多芯線をとりだし、さらに表面を再度酸洗し
たのちに、超電導線材端部を互いにより合わせてＣｕチ
ューブにてかしめることで短絡させた。このコイル形状
体と巻き枠に低温用の樹脂で全体を固定した。この試料
は軸に平行な外部磁界５００ガウスに対してコイル内側
が３８ガウスにまでシールドした。この様に外部磁界に
対する磁気シールド効果があることがわかる。

【００６６】（実施例９）さらに、厚さ０．２１mmのＣ
ｕ／Ｎｂ／Ｎｂ−Ｔｉ多層材を巻き重ねて内径１１．３
mm、外径１１．９mm、長さ２５mmの円筒形状にした試料
について実験した。この試料は軸に垂直な外部磁界１５
００ガウスに対してコイル内側が２００ガウスであっ
た。この試料を先ほどのコイル形状体の内部に同軸に挿
入した。この試料では軸に垂直な外部磁界１５００ガウ
スに対してコイル内側が１３０ガウスに低下した。この
様に外部磁界に対する磁気シールド効果があることがわ
かる。

【００６７】（実施例１０）実施例１で用いた厚さ０．
２１mmのＣｕ／Ｎｂ／Ｎｂ−Ｔｉ多層材を巻き重ねて内
径１２．２mm、外径２１mm、長さ３０mmの円筒形状にし
た試料を、ほどいて板に戻し、歪みゲージを試料内部に
８枚を低温ワニスで接着した。これを再度巻き重ねて内
径１２．１mm、外径２３mm、長さ３０mmの円筒形状にし
た試料とした。さらに試料円筒の外側に燐青銅線を無誘
導に巻き、低温ワニスで接着した。歪みゲージは並列に
つなぎ、低電流電源１と電気的に接続した。一方、燐青
銅線は低電流電源１と電気的に接続した。つまり歪みゲ
ージ、燐青銅線はそれぞれ独立のヒーターとなり、試料
を加熱する装置となった。

【００６８】これを液体ヘリウムにて冷却し、磁界を５
テスラまで印加した。その後、減磁し零に戻した。この
とき内部に捕捉された磁界は１．７テスラであった。こ
の状態で、まず歪みゲージに電流１２０ｍＡを流し、加
熱したところ捕捉磁界は６００ガウス程度に下げること
ができた。同じ手順で励減磁した後、燐青銅線に電流１
２０ｍＡを流し、加熱したところ捕捉磁界は４００ガウ
ス程度に下げることができた。この様に試料内に磁界が
捕捉された場合、ヒーターによって捕捉された磁界を低
減することができた。

【００６９】（実施例１１）以下、本発明の第１１から
１４までを図にて説明する。図２０は本発明の第１１の
発明による超電導マグネット装置の一実施例を示す断面
図である。図２０の１１は本発明第１、２、４から１０
までのいずれかの超電導シールド体であり、この磁気シ
ールド体１１は超電導マグネット２１の超電導接続部を
取り囲んでおかれている。この超電導シールド体の筒の
軸は超電導マグネット装置の発生磁界に対して垂直に近
い位置に配置されている。このため磁気シールドが効率
的に行われ、超電導接続部にかかる磁界が低減され、超
電導接続部の最大に流すことのできる電流（臨界電流）
が増加し、マグネットに流せる最大の電流値が向上する
ことで、通常運転時の磁場安定性、耐クエンチ性を高め
ることができた。

【００７０】図２１は本発明の第１２の発明による超電
導マグネット装置の一実施例を示す断面図である。図２
１の１１は本発明第１、２、４から１０までのいずれか
の超電導シールド体であり、この磁気シールド体１１は
超電導マグネット２１の超電導永久電流スイッチを取り
囲んでおかれている。この超電導シールド体の筒の軸は
超電導マグネット装置の発生磁界に対して垂直に近い位
置に配置されている。このため磁気シールドが効率的に
行われ、超電導永久電流スイッチにかかる磁界が低減さ
れ、超電導永久電流スイッチにかかる電磁力が低減さ
れ、かつ最大に流すことのできる電流（臨界電流）が増
加するため、マグネットに流せる最大の電流値が向上
し、通常運転時の磁場安定性、耐クエンチ性を高めるこ
とができた。

【００７１】図２２は本発明の第１３の発明による超電
導マグネット装置の一実施例を示す断面図である。図２
２の１１は本発明第３の超電導シールド体であり、この
磁気シールド体１１は超電導マグネット２１の超電導接
続部および超電導永久電流スイッチを取り囲んでおかれ
ている。この超電導シールド体の筒の軸は超電導マグネ
ット装置の発生磁界に対して平行に近い位置に配置され
ている。このため磁気シールドが効率的に行われ、超電
導接続部および超電導永久電流スイッチにかかる磁界が
低減され、超電導永久電流スイッチにかかる電磁力が低
減され、かつ超電導接続部および超電導永久電流スイッ
チに最大流すことのできる電流（臨界電流）が増加する
ため、マグネットに流せる最大の電流値が向上し、通常
運転時の磁場安定性、耐クエンチ性を高めることができ
た。

【００７２】図２３は本発明の第１４の発明による超電
導マグネット装置の一実施例を示す断面図である。図２
３の１１は本発明の第１から１０までのいずれかの超電
導磁気シールド体であり、この磁気シールド体１１は超
電導マグネット２１を冷却する冷凍機３１の希土類金属
合金または化合物を含む蓄冷材の入った部位３２を取り
囲むように設置している。冷凍機の蓄冷材が入っている
部分は外観からも凹凸のある複雑な形状をしているが、
この形状に合うように遮蔽に必要な形状や厚みを変える
ことができ、効率よく超電導マグネットの磁界による磁
力を抑え、冷凍機の冷凍能力および耐久性を高めること
で、冷凍機付き超電導マグネット装置全体を安定に効率
よく動作させることができた。

【００７３】

【発明の効果】本発明により、拡径といった特別な加工
を施すことなく、強磁界を磁気シールドするのに十分な
特性が得られるようにシールド体の厚みや被シールド体
の形状にあわせて形状を変えることができ、超電導装置
と組み合わせることで、外部磁界による接合部の特性低
下から超電導線材の接合部などを保護し、通常運転時の
磁場安定性、耐クエンチ性を高める効果が得られた。ま
た、冷凍機付き超電導マグネット装置の冷凍機に使われ
る希土類金属合金または化合物を含む蓄冷材のある部分
を形状に合うように遮蔽に必要な形状や厚みを変えるこ
とで保護し、効率よく超電導マグネットの磁界による磁
力を抑え、冷凍機の冷凍能力および耐久性を高めること
で、冷凍機付き超電導マグネット装置全体を安定に効率
よく動作させる効果が得られた。

【図面の簡単な説明】

【図１】シート状の超電導材料を筒状に捲積した例。

【図２】シート状の超電導材料の磁気シールド体として
の使い方で好ましくない例を示す説明図。巻き重ねよう
とする領域を半分以上を、各１枚のシート状の超電導材
料で覆っていない好ましくない例（ア）。片側外周部が
９０度未満である好ましくない例（イ）。シート端部と
捲積体の軸でなす面が外部磁界に対して平行に近い角度
を持つ配置にした好ましくない例（ウ）。軸方向に分割
された好ましくない例（エ）。

【図３】シート状の超電導材料の磁気シールド体として
の使い方で好ましい例を示す説明図。巻き重ねようとす
る領域を半分以上を、各１枚のシート状の超電導材料で
覆っている好ましい例（ア）。片側外周部が９０度以上
で角度（ＴＡ）が１８０度以上の好ましい例（イ）。シ
ート端部と捲積体の軸でなす面が外部磁界に対して垂直
に近い角度を持つ配置にした好ましい例（ウ）。軸方向
に分割しない好ましい例（エ）。

【図４】筒状捲積体の内径（Ｄ）の例。

【図５】１個もしくは複数個の継ぎ目のない筒状超電導
シールド体を同軸方向に、内側に内装もしくは外側から
覆い被せて、あるいは両方組み合わせた磁気シールド体
の例。

【図６】複数個の超電導体を径方向に組み合わせて、外
側、内側、もしくは両方に設置した磁気シールド体の
例。

【図７】筒状コイル体の内側に短絡接続した磁気シール
ド体の例。

【図８】１個もしくは複数個の継ぎ目のない筒状超電導
シールド体を、該超電導シールド体の軸と該筒状捲積体
の軸とが垂直になるように、外側から覆い被せた磁気シ
ールド体の例。

【図９】継ぎ目のない超電導体を組み合わせて外側に複
数個を同軸上に被せた磁気シールド体の例。

【図１０】開口端部にドーナッツ状の超電導磁気シール
ド材料を設置した磁気シールド体の例。

【図１１】磁気シールド体の筒の軸方向と、超電導マグ
ネットから発生する磁界とのなす角度を示した簡略図。

【図１２】一回巻きの円筒形状の捲積体（Ｃ）と、継ぎ
目のない筒状体（Ｏ）の軸に垂直に磁界を印加した場合
の流れる電流分布。

【図１３】筒状体（Ｏ）に切れ目（ＰおよびＱ）がある
磁気シールド体の例。

【図１４】捲積体（Ｃ）の軸と継ぎ目部分とでなす面の
簡略説明図。

【図１５】超電導シートが上下２分割になった磁気シー
ルド体。

【図１６】捲積体の軸方向に２分割した磁気シールド体
とその電流分布。

【図１７】捲積体の外側にクラ型シールド体２個を使っ
た磁気シールド体。

【図１８】本発明における実施例１の測定結果のグラ
フ。

【図１９】本発明における実施例４の測定結果のグラ
フ。

【図２０】本発明第１１の発明による超電導マグネット
装置の構成を示す斜視断面図。

【図２１】本発明第１２の発明による超電導マグネット
装置の構成を示す斜視断面図。

【図２２】本発明第１３の発明による超電導マグネット
装置の構成を示す斜視断面図。

【図２３】本発明第１４の発明による超電導マグネット
装置の構成を示す斜視断面図。

【符号の説明】

１１磁気シールド体２１超電導マグネット２２超電導マグネットの固定支持体３１希土類金属合金または化合物を含む蓄冷材を用
いた冷凍機３２希土類金属合金または化合物を含む蓄冷材があ
る部分Ａ磁気シールド体の筒の軸方向と、超電導マグネ
ットから発生する磁界とのなす角度Ｄ筒状捲積体の内径Ｐ筒状体の切れ目Ｑ筒状体の切れ目Ｓ片側周回部ＳＡ片側周回部の角度ＴＡ周回部の角度

フロントページの続き (72)発明者橋本操神奈川県川崎市中原区井田1618番地新日本製鐵株式会社技術開発本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シート状の超電導材料を筒状に捲積した
ものであり、該筒状捲積体が、周方向に少なくとも１８
０度以上覆う超電導板を２枚以上を対で覆う超電導板か
らなるシールド体、または周方向に少なくとも３６０度
以上覆う超電導板からなるシールド体で、かつ該筒状捲
積体の内径を該筒状捲積体の軸方向長さで割った値が１
／５０以上かつ１以下、望ましくは０．５以下であるこ
とを特徴とする磁気シールド体。
【請求項２】シート状の超電導材料を筒状に捲積した
ものに、１個もしくは複数個の継ぎ目のない筒状超電導
シールド体を同軸方向に、内側に内装もしくは外側から
覆い被せたもので、外部磁場の遮蔽を主な目的とする場
合において、該筒状捲積体の内径を該筒状捲積体の軸方
向長さで割った値が１／５０以上かつ１以下、望ましく
は０．５以下であることを特徴とする磁気シールド体。
【請求項３】超電導線材もしくはテープ材をコイル筒
状に巻いたもので、線材もしくはテープ材の両端を短絡
接続し、その接続部を該筒状コイル体の内側に設置した
もので、該筒状コイル体の軸方向に対して平行な外部磁
場の遮蔽を主な目的とする場合において、該筒状コイル
体の内径を該筒状コイル体の軸方向長さで割った値が１
／５０以上かつ１以下、望ましくは０．５以下であるこ
とを特徴とする磁気シールド体。
【請求項４】超電導線材もしくはテープ材をコイル筒
状に巻いたもので、線材もしくはテープ材の両端を短絡
接続し、その接続部を該筒状コイル体の内側に設置した
ものを、請求項１記載の磁気シールド体の内側に内装も
しくは外側から覆い被せたもので、外部磁場の遮蔽を主
な目的とすることを特徴とする磁気シールド体。
【請求項５】請求項１記載の磁気シールド体におい
て、該シールド体に、１個もしくは複数個の継ぎ目のな
い筒状超電導シールド体を、該超電導シールド体の軸と
該筒状捲積体の軸とが垂直になるように、外側から覆い
被せることを特徴とする磁気シールド体。
【請求項６】請求項１、２、４もしくは５記載の磁気
シールド体において、該シールド体の片側もしくは両側
の開口端に、穴のあいた継ぎ目のない超電導シールド体
を設置することを特徴とする磁気シールド体。
【請求項７】請求項１、２、４、５もしくは６記載の
磁気シールド体において、ヒーターによる加熱機構を設
けることを特徴とする磁気シールド体。
【請求項８】請求項１、２、４、５、６もしくは７記
載の磁気シールド体において、該シート状の超電導材料
が、１種類以上の超電導特性を示す材料と常電導金属材
料を交互に１層以上積層した材料を含む磁気シールド
体。
【請求項９】請求項８記載の磁気シールド体におい
て、超電導特性を示す材料としてＮｂ−Ｔｉ合金を含む
もので、かつ常電導金属材料としてＣｕ，Ａｌもしくは
Ｃｕ合金、Ａｌ合金を含む磁気シールド体。
【請求項１０】請求項８記載の磁気シールド体におい
て、特に超電導特性を示す材料に温度７７Ｋで超電導特
性を示す材料を含む磁気シールド体。
【請求項１１】請求項１、２、４、５、６、７、８、
９または１０において、特に超電導マグネット装置の超
電導線の接合部を該磁気シールド体で覆い、かつ該磁気
シールド体の筒の軸方向と、超電導マグネットから発生
する磁界とのなす角度が４５度から９０度になるような
位置に設置することを特徴とする超電導マグネット装
置。
【請求項１２】請求項１、２、４、５、６、７、８、
９または１０において、特に超電導マグネット装置の超
電導永久電流スイッチを該磁気シールド体で覆い、かつ
該磁気シールド体の筒の軸方向と、超電導マグネットか
ら発生する磁界とのなす角度が４５度から９０度になる
ような位置に設置することを特徴とする超電導マグネッ
ト装置。
【請求項１３】請求項３において、特に超電導マグネ
ット装置の超電導線の接合部もしくは超電導永久電流ス
イッチもしくは両方を該磁気シールド体で覆い、かつ該
磁気シールド体の筒の軸方向と、超電導マグネットから
発生する磁界とのなす角度が０度から４５度になるよう
な位置に設置することを特徴とする超電導マグネット装
置。
【請求項１４】請求項１、２、３、４、５、６、７、
８、９または１０に記載の磁気シールド体を、特に希土
類金属合金または化合物を含む蓄冷材を用いた冷凍機付
き超電導マグネット装置の該蓄冷材を包囲するように配
置し、超電導マグネット装置から発生した磁界を遮蔽す
ることを特徴とする超電導マグネット装置。