JPS61183979A - 超電導磁気遮蔽体 - 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） 零発岨は超電導体によって磁界を遮蔽する超電導磁気遮
蔽体に関するものである。

（従来の技術） 従来、超電導を利用した磁気遮蔽体として、磁界の強さ
に応じて第１種超電導体及びｖ６２種超電導体が用いら
れていた。第１種超電導体を用いた磁気遮蔽体は、超電
導の性質である完全反磁性（マイスナー効果）を利用す
るものであり、その臨界磁界が低いため強い磁界を遮蔽
することは不可である。ところが！２種超電導体を用い
た磁気遮蔽体は、超電導状態と常電導状態との混合状態
を利用するものであり、その臨界磁界は上部臨界磁界と
下部臨界磁界とに分かれ、上部臨界磁界が極めて高いた
め強い磁界の遮蔽に利用することが出来る・ （発明が解決しようとする問題点） 上記の如き磁気遮蔽体は厚みが増すと遮蔽効果がアップ
するので１強い磁界に対しては厚手の超電導材が用いら
れる。しかし厚くすると局部的な磁束流動によ〕発熱し
て遮蔽効果が激減すると云う二次的弊害を生じることが
ある。従って上記の如＜′ＭＩ１２種超電導体を用いて
強い磁界を遮蔽する場合、超電導材の比較的厚いシート
或いはテープを多層に重ね合わせたものや、アルミニウ
ム或いは銅と共に交互に重ね合わせた構造のものが採用
される。然し乍ら、これら両者は共通して１強い磁界を
遮蔽するには全体として厚くな９１重量が非常に大きく
汝るため実用性の点で不充分さがあった。亦、前者の場
合、低磁界であっても速い励磁によシ磁束跳ｗＬ（遮蔽
体内部に磁束が侵入し。

中心に向って移動することによって温度上昇を引き起こ
し、更に多くの磁束が侵入するという破局現象）を起こ
しやすぐ磁界を遮蔽するために必要な安定性に欠くと云
った難点があった。一方後者は、アルミニウムや銅の冷
却効果が付加され前者より比較的改善された構造である
と云えるが、なお超電導材のもつ特性を充分に発揮させ
る構造には至っていない、そしてこのような超電導磁気
遮蔽体は、厚みが厚い程磁気遮蔽効果は大きい（超電導
体の厚みと磁気遮蔽効果とは正比例するとされていた）
ので、上記の如く発熱を抑える処置が講じられれば薄手
のものを積層するよりも出来るだけ厚い超電導体を用い
る方が製造コスト及び工数を低減させ得る為有利である
と考えられていた。

本発明は上記超電導体のうち、主に第２種超電導体を用
いた磁気遮蔽体に関するもので、本発明者等は軽量且つ
安定な磁気遮蔽体を得るべく、上記第２８１超電導体の
基本特性について鋭意探究した結果１次の２つの新たな
事実を知見した。即ち、その１は、超電導体単一層の厚
みと磁気遮蔽効果との関係において、該磁気遮蔽効果は
超電導体の厚みの増大と共に原点から急激に増大し、Ｎ
後援やかな勾配をもって漸増する如き曲線を描くこと。

その２は、同一厚みの超電導体を複数積層した場合、そ
の磁気遮蔽効果はその層数に正比例する。

換言すれば全体の磁気遮蔽効果は、単一層のもつ磁気遮
蔽効果の層数倍とまることである。本発明は斯かる知見
をもとになされたもので、超電導体のこの特性を活かし
、非常に軽量で且つ安定化され実用性の高い全く新規な
超電導磁気遮蔽体を提供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の超電導磁気遮蔽体は、単一層の厚みと磁気遮蔽
効果との関係が上述の如き曲線を描く超電導材料の薄い
フィルムと、金属シートとを一対一に重積した複合体で
あって、上記超電導材料フィルムの厚みが前記漸増状態
に移行する変曲点以下の厚みであり且つ少なくとも上記
複合体の一層より成ることを特徴とするものである。上
記超電導材料としては・ニオブ金属・ニオブ系合金・ニ
オブ系化合物及びバナジウム系化合物等が採用され、更
に具体的には％　ＮｂｍＮｂ−Ｔｔ、Ｎｂ−Ｚｒ＊Ｎｂ
ＮｍＮｂＣ，Ｎｂ、８ｎ−Ｎｂ、ＡｌａＮｂｉＧａ　５
ＮｂａＧｅ及びＶｌｌＧａ等が挙げられる。これらはい
ずれも第２穏超電導Ｊ＋　４−１　　ｂ　　　　品引μ
ｘ＜　／　　７１−１−Ｊ−＋　　ｙ　　＋　　＋−＋
　　−、、−−−上Ｎｂ−Ｔｉが最も望ましい。亦、該
超電導材料のフィルムと複合される金属シートとしては
、高純度のアルミニウムや銅が最適であるが、低純度の
これら金属及びその他の金属シートも採用可能である。

超電導材料のフィルムと金属シートとの複合体は、金属
シートに対し超ｎ導材料をスパッタ法により製膜して金
属シート上に超電導材料の薄膜を形成したもの、或いは
別途調製された超′４導体フィルムと金属シートとを超
音波半田にて密着させたもの、更にはこの両者を単に層
積したもの等が包含される。超電導材料フィルムの厚み
は。

前記の如く厚みと磁気遮蔽効果との関係における変曲点
以下の厚みであることを必須とするが、この変曲点の厚
みを超えると後の（作用）の欄で詳述する如く本発明が
意図する顕著な遮蔽効果が得られなくなる傾向となる。

斯くして上記複合体を遮蔽すべき磁界の強さに応じて単
数若しくは複数積層することによって１本発明の磁気遮
蔽体が得られるが、複数積層した場合各層は超電導材料
フィルムと金属シートとが交互に配列するよう積層され
る。

（作用） 次に本発明磁気遮蔽体の作用を添付の実施例図を参照し
ながら説明する。第１図はＮｂ−Ｔｉ合金を例に採った
厚みと磁気遮蔽効果との関係をグラフに示したものであ
シ、横軸はＮｂ−Ｔｉ合金の厚み（単位、声ｍ　）　ｓ
　縦軸は遮蔽された磁気量（単位。

テスラ）を夫々示す、第１図において遮蔽磁気量、即ち
磁気遮蔽効果はＮｂ−Ｔｉの厚みが０から１０１１ｍ位
迄は急激に増大し、２０．Ｕｒｎを超えると緩やかな勾
配をもった漸増状態となる。従来この種の超電導体によ
り磁気遮蔽する場合、前述の如く２００〜５００声ｍの
比較的厚手のものが用りられ、しかもその厚さと磁気遮
蔽効果とは正比例すると考えられていたから、２０声ｍ
　以下の磁気遮蔽効果はこの１００〜５００声ｍにおけ
る実測値から計算上推定するしかなかった。而して８１
図の如き特性曲線を示すことが知見されると、２０μｍ
以下での磁気遮蔽効果は従来の推定値よ〕大幅に大であ
ることが明らかとなシ、薄膜でも磁界の強さによっては
（例えば地球磁場等の遮蔽）これを磁気遮蔽体として用
いることも可能である。亦。

本発明者等の別の実験では同一厚みの超電導材料を複数
積層した場合の磁気遮蔽効果は単一層の遮蔽効果の層数
倍となることが確認された（第２図参照）、従って第１
図における２０声ｍ以下の厚みのＮｂ−’Ｉ’ムフイル
ムを複数積層した場合の磁気遮蔽効果は、２０声ｍ以上
の厚みのフィルムを積層したものと比較した場合、全厚
みを同一とすると遥かに大となることが理解される。第
１表はＮｂ−Ｔｉ合金の単一層の厚みと層数による磁気
遮蔽効果の関係を示すものであ）、この第１表によって
２０声ｍ以下のフィルムを積層したものの遮蔽効果が極
めて優れていることが容易に理解されるであろう。

（以下余白） 第１表で明らかな如く、全厚みを同じとした場合単一層
の厚みが薄い程磁気遮蔽効果が大であシ、ＣｔＬは２０
声ｍ（変曲点）以下の厚みにおいて特に顕著である。斯
かる現象は本発明者等が知見した前記２つの事実に基づ
くものであル、このような遮蔽体は強い磁界の遮蔽に用
いた時にその威力を発揮する。例えばＮｂ−Ｔｉ合金を
超電導磁気遮蔽体として３テスラの磁界を遮蔽する場合
、従来のように０．１１０１の厚みのものを用いると３
０層以上を要し超電導体層の躾・厚さがａｉｌｌにもな
るのに対し。

厚みが１０声ｍのＮｂ−Ｔｉフィルムを用いる８４２層
で遮蔽出来、従ってその総厚さは０．４２　ＩＩとなシ
前者のわずか約７分の１の厚さでその目的が達成される
ことになる。この事実は強い磁界に対しては厚手の磁気
遮蔽体をと云う従来の常識を完傘に覆すものであシ、実
用性等の面において画期的であると云っても過言ではな
い。

亦１本発明の磁気遮蔽体におかては、上記の如き超電導
材料にアルミニウムや銅等の金属シートが複合されてい
るが、該金属シートは超′シ導体層の安定化（主に冷却
効果）に寄与するものであり。

更に具体的には超電導体層のみに比べて熱伝導が非常に
大きくなる為に、超電導体層の全ての部分に対して放熱
効果が良くなり、磁束流動による温度上昇が低く抑えら
れ、また常電導転位した部分の電流の岐路を形成し発生
熱量を抑え、磁束跳躍のような速い磁束の変動に対し誘
導磁界によるブレーキ効果を発揮するなどである。超電
導材料を多層にしたものを強い磁界に晒した場合、第１
層が最も強い磁界に晒らされ、第２層以後の各層では少
しずつ磁界が弱くなり、最終層ではＯとなる。

このような機能は各層が安定に働かなくては充分に発揮
されず１例えば第１層で磁束跳躍が起こった場合、第２
層では急激な磁界の変化を受け、第２層でも磁束跳躍を
起こすことにな力、結果として所望の磁気遮蔽効果が得
られなくなる。本発明の磁気遮蔽体では、薄層化された
超電導材料フィルムに上記の如く作用する金属シートが
複合されているから、斯かる磁束跳躍等が抑制され各超
電導体層が安定化されてその本来の特性が充分に活かさ
れることになるのである。

（実施例） 次に実施例について説明する。

（、）　　複合体の調製； （ａ−１）　　市販のアルミニウム箔（厚み１３メｍ）
にＮｂ−Ｔｉ合金をスパッター法によシ製膜し、Ｎｂ−
Ｔｉ層の厚みが０．９５．Ｌｏ、４．５．８．５．１２
及び２０μｍ　の６種の複合体を得た。

これらの表面を酸洗いした後、超音波半田によって表面
に半田の薄いコーテイング膜を形成した。

また厚み１．０鱈の銅板にも同様のコーティングを行っ
た後１両者を重ね合わせて圧着加熱し４種の比較例とし
ての複合体を得た。

（４）遮蔽磁気量の測定；　上記複合体を直径４７ｎの
円板状に加工し、その中心部におｈて遮蔽磁気量を測定
した。測定結果は第１因に示す通力である。この第１図
から磁気遮蔽効果はＮｂ−１層の厚みが０〜１０声ｍ間
で急激に増大し、２０７ｍを超えると上昇率が極端に低
下し緩かな勾配をもった漸増状態に移行することが判明
した。

（ｃ）　　複合体の積層；Ｎｂ−Ｔｉ層の厚みが１０及
び２０メｍの複合体を上記要領で準備し、これらを夫々
２乃至５層に積層した。

（ｄ）　　３！！蔽磁気量の測定；（Ｃ）で準備した積
層体と夫々の単一の複合体について（ｂ）と同要領で遮
蔽磁気量を測定した。測定結果を＠２図に示す。第２図
において磁気遮蔽効果は複合体の層数に正比例すること
が判明した。

第２図の結果より、Ｎｂ−Ｔｉ合金を用いた場合、２０
　ｐｍ　以下のＮｂ−Ｔｉフィルムを金属シートと複合
しこれを複数積層したものは、厚みが２０７ｍを超える
Ｎｂ−Ｔｉを積層したものに比べ、総厚みが小であって
も磁気遮蔽効果が極めて大となることが理解される。ま
た１層数の重ね効果は、金属シートの安定化作用によっ
て磁束跳躍等が回避されＮｂ−Ｔｌ層の特性が遺憾なく
発揮された為と考えられる。

尚、Ｆ記実施例でけＮｂ−’ｌ’ｉ　合金のみについて
説明したが、前掲の他の超電導材料においても。

異体的数値は夫々に違いがあるが、いずれも第１図及び
第２図の如き特性を奏することが本発明者等の実験によ
って確認されている。亦、実施例の如き複合体及びこれ
の積層体は磁力線を反射させるものであシ、この所謂“
鏡面効果”を利用し、　　　゛磁界の周囲に適宜配置さ
せることによって、一方で磁界を遮蔽し他方で磁力線を
集中させて磁束密度の高い磁場を積極的に取シ出し、こ
れを他の目的に利用することも可能である。

（発明の効果） 叙上の如く、本発明の超′１導磁気遮蔽体は、超電導材
料の従来知られていなかった上記磁気遮蔽特性と、金属
シートの安定化作用とが有機的に結合されて成シ、薄層
であっても従来にない極めて大なる磁気遮蔽効果を奏す
るものである。従ってこれを各種磁気遮蔽機器に応用す
れば、その＠量化ｅ低コスト化に大きく寄与することは
自明であル、シかも薄層であることから成形加工性が高
い点も付加され、よって本発明遮蔽体は実用性の極めて
高い超電導磁気遮蔽体として各方面から好評を博するこ
と請合いである。

【図面の簡単な説明】

第１図はＮｂ−Ｔ！　合金の厚みと磁気遮蔽効果の関係
を示すグラフであり、第２図はＮｂ−Ｔｌ合金フィルム
の全厚み（重ね効果）と磁気遮蔽効果の関係を示すグラ
フである。 一以上一

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．単一層の厚みと磁気遮蔽効果との関係において、該
   磁気遮蔽効果が厚みの増大と共に原点から急激に増大し
   、爾後緩やかな勾配をもつて漸増する如き曲線を描く超
   電導材料の薄いフィルムと、金属シートとを一対一に重
   積した複合体であつて、上記超電導材料フィルムの厚み
   が前記漸増状態に移行する変曲点以下の厚みであり且つ
   少なくとも上記複合体の一層より成ることを特徴とする
   超電導磁気遮蔽体。
2. ２．上記超電導材料のフィルムが、ニオブ金属ニオブ系
   合金・ニオブ系化合物及びバナジウム系化合物より選ば
   れたいずれか一種のフィルムである特許請求の範囲第１
   項記載の遮蔽体。
3. ３．上記金属シートがアルミニウム及び銅より選ばれた
   いずれか一種のシートである特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載の遮蔽体。
4. ４．上記複合体を２層以上積層して成る特許請求の範囲
   第１項・第２項又は第３項記載の遮蔽体。