(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導層と常電導層を各層少なくとも１層以上積層した同一幅の２組の平板を用い、平板の両端部を残して２組の平板に同間隔で１本以上の切り開き線を長手方向に設け、切り開き帯部を交互に同一形状になるように反対方向に曲げて開いてできる２組の磁気シールド体を隙間のないように筒状に組み合わせて成る磁気シールド体。
【請求項２】
請求項１記載のシールド体を軸方向に複数個積層したことを特徴とする磁気シールド体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＭＲＩ等の超電導コイルを有する産業機器から発生する磁場の外部への漏洩を防ぐ磁気シールド体、又は、外部の磁場が超電導機器に影響するのを防ぐシールド体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術の第１としては、超電導層と常電導層から構成される肉厚１〜３mm程度の平板を深絞り加工し、底部を切り取った円筒状の円周方向に電気的な閉環な磁気シールド体（特開平３−２７３７００号公報）がある。この多層構造を有する磁気シールド体により超電導コイルを使った産業機器から発生する強磁場をシールドすることが可能になった。厚さ約１１μｍのＮｂＴｉ層とＣｕ層がＮｂ層を介して交互にそれぞれ３０層積層する総肉厚１mmの円筒は、約０．８テスラの静磁場をシールドできることが報告されている（まてりあ第３３巻第５号１９９４年ｐ．６３７−６３９）。
【０００３】
第２に、シート基板にＮｂＴｉ等の超電導物質とＣｕ、Ａｌ等の常電導物質を交互に多数回蒸着したシートを円環状に切り出し積層して円筒状とする磁気シールド体（例えば第５１回１９９４年春季低温工学超電導学会講演概要集ｐ．２００）がある。
【０００４】
また、帯状の超電導シートを長手方向中央の折線部で２重折りとし、折線部を切開し形成された帯状の部分を両側に押し開いて閉環状シートとしたシールド体及びこれを複数個筒の軸方向に積層したシールド体（特願平５−２４８３５号）、さらに、帯状超電導シートを両端を残し、長手方向中央部で切開し形成された帯状の部分を相反対方向に湾曲したシールド体及びこれを複数個筒の軸方向に積層したシールド体（同上）がある。
【０００５】
また、多層構造を有する超電導磁気シールド平板に板の両端を残して複数のスリットを入れ、これらのスリットで挟まれた部分を交互に反対方向へ折曲げた磁気シールド体（特開平６−００７８９１号）がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＭＲＩを始めとする超電導マグネットを利用した産業機器では、内径１．５ｍ以上の大径の円環状シールド体が必要である。また、近年こうした機器の使用磁場は強大化の傾向にあり、より強磁場を効率良くシールドできる磁気シールド体が求められている。効率良くとは、省スペース、軽量なシールド体で強磁場がシールド可能ということである。この観点からは、特開平３−２７３７００号公報に開示した深絞りで作製した超電導多層円筒が最も適していると言えるが、内径１．５ｍ以上の閉環円筒を深絞りで作製するためには、円筒径の約１．５倍以上の大きな元板が必要な上、深絞った後、底部を切り取って使用するため歩留まりが非常に悪いという問題がある。また、大きな元板作製のため幅広の冷間圧延機が必要であるなど設備的にも制約がある。歩留まりと設備の制約の点については蒸着で超電導／常電導物質を積層して円環状に切り出して円筒状に積層するシールド帯についても同様である。蒸着設備も大型のものは世の中にあまりない。
【０００７】
超電導と常電導の多層構造を有する板で円筒を作る場合、帯状の板を丸めて溶接するという方法が使えない。筒状の超電導体で筒の軸方向の強磁場をシールドするためには、強磁場中におかれた超電導円筒の中を外部の磁場を打ち消すように周方向に遮蔽電流を流す必要があるからである。したがって、多層構造を有する筒に溶接部分があると、そこで遮蔽電流が阻害されて十分なシールド効果を発現することができないのである。
【０００８】
歩留まり良く、シールド効果の十分な筒状シールド体を得るため特願平５−２４８３５号のように、帯状平板を長手方向折線部で２つ折りにし、両端を残して折線部を切開して新たに形成された帯状部分を押し開いた筒状シールド体が発明されているが、この技術では板を１８０度曲げる箇所が生じてしまうため多層構造の場合は超電導層の分断や、強加工による遮蔽電流密度の変化が生じるという問題がある。また、実際にシールド体の元板の厚さが２mmを超える板を１８０度曲げ加工するのは困難に近い。
【０００９】
一方、上記の先行技術で別に提案されている帯状の超電導／常電導多層板を両端を残して切開し新たに形成された帯状の部分を相反する方向に湾曲させたシールド体を複数個筒の軸方向に積層する複合シールド体では、遮蔽電流の流れる帯状の部分には段差があるため遮蔽電流の流れは軸に対して対称とならない。したがって筒の軸方向の磁場は完全にはシールドできないという問題がある。
【００１０】
この問題は、特願平６−００７８９１号で発明された超電導／常電導多層板に両端を残したまま複数の切り欠きを入れ、切り欠きで挟まれた部分を交互に反対方向へ湾曲させるシールド体についても同様に存在する。
【００１１】
本発明は、以上の問題点を鑑みて成されたものであり、超電導／常電導多層板から歩留まり良く、ＮｂＴｉ層に影響を及ぼさず、かつ遮蔽電流が平均して筒の軸方向に垂直に効率良く流れるような筒形状のシールド体を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の磁気シールド体は、超電導層と常電導層を各層少なくとも１層以上積層した同一幅の２組の平板を用い、平板の両端部を残して２組の平板に同間隔で１本以上の切り開き線を長手方向に設け、切り開き帯部を交互に同一形状になるように反対方向に曲げて開いてできる２組の磁気シールド体を隙間のないように筒状に組み合わせて成る磁気シールド体または上述のシールド体を軸方向に複数個積層したことを特徴とする磁気シールド体である。
【００１３】
一枚の本超電導／常電導平板に等間隔で１本以上の切り欠きを入れる。一本の切り欠きの長さは後で押し開く半円の円弧の長さより若干大きくなるようにする。切り欠きにより形成された切り欠きと切り欠きの間または、切り欠きと片端の間の帯状部分を隣り合うそれぞれが反対方向となるようにそれぞれ押し開く。半円状に開かない両端のミミの部分の内、切り欠きが入っている長さは片側のミミの幅の半分程度である（図１（Ａ））。本シールド体を説明の便宜上シールド体Ａと言い、帯状部分を半円状に押し広げた後の切り欠きの端から端までの距離をＬa とする。
【００１４】
一方、同一幅の同平板を用意し、シールド体Ａで押し開いた半円の径の円弧と同じ長さの切り欠きを入れて、先のシールド体Ａの場合と同様に切り欠きにより形成された切り欠きと切り欠きの間または、切り欠きと片端の間の帯状部分を隣り合うそれぞれが反対方向となるようにそれぞれ押し開く（図１（Ｂ））。このときミミの端部から端部までの距離をＬb とすると、Ｌa とＬb の大きさの関係はＬa ＞Ｌb となっている。本シールド体を説明の便宜上シールド体Ｂと言う。
【００１５】
次にシールド体Ａとシールド体Ｂを組み合わせる。シールド体Ａで形成したミミの内側の部分の切り欠きにシールド体Ｂのミミの部分を合わせ、お互いの円弧がない部分を補うようにシールド体ＡとＢを組み合わせる（図１（Ｃ））。シールド体ＡまたはＢのどちらか一方のシールド体だけでは遮蔽電流１の流れは円筒の軸に対して対称ではない（図２（Ａ））が、シールド体ＡとＢが組み合わされることにより、遮蔽電流１はシールド体ＡとＢを流れる電流の平均として考えてよいため軸に対して対称な遮蔽電流と見做すことができる（図２（Ｂ））。
【００１６】
本発明のシールド体で使用する超電導／常電導板は、ＮｂＴｉ合金等の超電導層の少なくとも１層以上とＣｕ、Ａｌ等の常電導層の少なくとも１層以上から成る超電導多層板から形成される。この超電導／常電導板はＮｂＴｉ層とＣｕ層をＮｂ層を介して積層し、熱間圧延、冷間圧延及び時効熱処理を適宜施してα−Ｔｉを微細に析出させたもの、または、超電導層としてＮｂＴｉ合金、常電導層としてＣｕまたはＡｌを交互に金属基板上にスパッタ蒸着して形成されたもの等が用いられる。
【００１７】
元板平板に入れる切り欠きの本数は１本でも複数でも良い。円周方向に遮蔽電流が流れる面が円筒の軸方向、即ち印加磁場の方向に対してできるだけ垂直に近くするためには、切り欠きの本数をできるだけ多くする方が良いが、２つのシールド体を組み合わせる作業の点からは１本から１０本程度までが適当と思われる。
【００１８】
本シールド体の製造方法としては、例えば、コイル圧延した超電導／常電導冷間圧延板の長手方向に適当な間隔で１本乃至複数の切れ込みを円盤状の電動鋸で設け、必要な熱処理を施した後コイルの状態で保管しておき、必要なときに切断して上述のシールド体Ａとシールド体Ｂを作製して使用する。
また、本発明の円筒には単なる磁場のシールドのみではなく時間的な磁場変動を抑制して時間的安定性を向上させる磁場制御体としての役割を有する。
【００１９】
【実施例】
図３に示すようなＮｂＴｉ３０層２、Ｃｕ３１層３を交互にＮｂ層４を介しながら積層したトータル厚さ０．８５mmの超電導多層板を用いて、図４に示すような５種類のシールド円筒を作製し、円筒外側に配置した超電導コイルにより３テスラまでの磁場を印加したときの円筒内部の磁場を測定し、これらの磁気シールド特性を比較した。５種類のシールド円筒は外観の寸法が同じになるように作製した。円筒の寸法は内径４０mm、長さ４０mmである。
【００２０】
図４（Ａ）に示す本発明のシールド円筒は次のように作製した。まず、板厚０．８５mm、幅４０mm、長さ８４mmのＮｂＴｉ層を３０層含む超電導多層板の長手方向中央部に板の両端部を残して長さ７４mmの１本の切り欠きを円盤状の電動鋸を用いて入れ、該切り欠きと板の端に形成された幅約２０mmの帯状の部分を交互に反対方向に内径４０mmの半円ができるように折り曲げることによりシールド体１Ａを作る。次に、幅４０mm、長さ７２mmの同様の超電導多層板に板の両端部を残して長さ６３mmの切り欠きを先の電動鋸を用いて入れ、切り欠きと板の長手方向の端部との間に形成された幅約２０mmの帯状の部分を交互に反対方向に内径４０mmの半円になるように折り曲げてなるシールド体１Ｂを作る。シールド体１Ａの円筒の中にシールド体１Ｂをいれるようにして、これら２組のシールド体を外部より内部空間が遮蔽されるような筒形状に組み合わせた。
【００２１】
図４（Ｂ）に示す本発明のシールド円筒は次のように作製した。まず、板厚０．８５mm、幅４０mm、長さ８４mmのＮｂＴｉ層を３０層含む超電導多層板の長手方向に等間隔に板の両端部を残して長さ７４mmの３本の切り欠きを円盤状の電動鋸を用いて入れ、該切り欠きと板の端に形成された幅約１０mmの帯状の部分を交互に反対方向に内径４０mmの半円ができるように折り曲げることによりシールド体２Ａを作る。次に、幅４０mm、長さ７２mmの同様の超電導多層板に板の両端部を残して長さ６３mmの３本の切り欠きを等間隔に入れ、切り欠きと板の長手方向の端部との間に形成された幅約１０mmの帯状の部分を交互に反対方向に内径４０mmの半円になるように折り曲げてなるシールド体２Ｂを作る。シールド体２Ａの円筒の中にシールド体２Ｂをいれるようにして、これら２組のシールド体を外部より内部空間が遮蔽されるような筒形状に組み合わせた。
【００２２】
比較のための図４（Ｃ）に示すシールド円筒は次のように作製した。まず、板厚０．８５mm、幅２０mm、長さ８３mmのＮｂＴｉ層を３０層含む超電導多層板の長手方向中央部に板の両端部を残して長さ６３mmの１本の切り欠きを円盤状の電動鋸を用いて入れ、該切り欠きの直線を延長する部分で該多層板を折り曲げ、次に切り欠きの部分を左右に内径４０mmの円となるように押し開くことによりシールド体のユニットを作製する。同様のシールド体ユニットをもう１個作製し、これらの２個を円筒軸方向に積み重ねた。
【００２３】
比較のための図４（Ｄ）に示すシールド円筒は次のように作製した。まず、板厚０．８５mm、幅２０mm、長さ８３mmのＮｂＴｉ層を３０層含む超電導多層板の長手方向中央部に板の両端部を残して長さ６３mmの１本の切り欠きを円盤状の電動鋸を用いて入れ、該切り欠きと板の端に形成された幅約１０mmの帯状の部分を交互に反対方向に内径４０mmの半円ができるように折り曲げることによりシールド体のユニットを作る。同様のシールド体ユニットをあと４個作製し、円筒軸方向に積み重ねた。
【００２４】
比較のための図４（Ｅ）に示すシールド円筒は次のようにして作製した。まず、板厚０．８５mm、幅２０mm、長さ８３mmのＮｂＴｉ層を３０層含む超電導多層板の長手方向に等間隔に板の両端部を残して長さ６３mmの３本の切り欠きを円盤状の電動鋸を用いて入れ、該切り欠きと板の端に形成された幅約１０mmの帯状の部分を交互に反対方向に内径４０mmの半円ができるように折り曲げることによりシールド体を作った。
【００２５】
比較のための図４（Ｆ）に示すシールド円筒は次のようにして作製した。板厚０．８５mm、直径幅１２６mmのＮｂＴｉ層を３０層含む超電導多層板を穴の開いたダイスに円筒型のマンドレルを押し込むことにより、内径４０mm、長さ約５０mmの底付き円筒を作製し、底及び端部を切り取ることにより、内径４０mm、長さ４０mmのシールド円筒を作製した。
【００２６】
図４（Ａ）乃至（Ｆ）の上記シールド円筒をそれぞれ液体ヘリウム中において、超電導マグネットの中に軸中心を合わせて配置し、同位置にホール素子を置いて３テスラまでの直流磁場を印加した。
【００２７】
印加磁場と円筒内部の磁場を表１に示した。シールド性能は円周方向に完全に閉環な比較シールド円筒Ｆが最も優れていた。シールド円筒Ｆでは円筒内部の磁場は印加磁場５５３０ガウスまでは実質的に零にすることができた。シールド円筒Ｆが優れたシールド性能を持つのは、接続部、切れ目、変形部のない一体ものの円筒であることから当然で、本発明はシールド性能がこれにできるだけ近く、しかも歩留まり良く比較的小さい元板から作製できるシールド体の作製を目指しているのである。シールド円筒Ｆの次に優れたシールド性能を持つのが本発明のシールド円筒Ｂで、印加磁場５０９０ガウスまで円筒内部を零磁場にできた。本発明のシールド円筒Ａは４６２０ガウス、比較のシールド円筒Ｃは４５２０ガウス、同じくシールド円筒Ｄは４１７０ガウスまで、同じく比較のシールド円筒Ｅは３８１０ガウスまで円筒内部を零磁場にできた。即ち、内部を零磁場に保てる最大印加磁場は、シールド円筒Ｆ、Ｂ、Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅの順に大きかった。また印加磁場が大きくなると印加磁場に応じて臨界尾電流密度が低下するためシールド性能が低下するが、その低下の仕方がそれぞれのシールド円筒で若干優劣が現れた。シールド性能の低下の最も少なかったのは、当然のことながらシールド円筒Ｆであったが、以下の順位はＢ、Ａ、Ｃ、Ｅ、Ｄの順であった。高磁場側でシールド体ＤとＥのシールド性能の優劣の順位が入れ替わっていた。シールド体Ｅでは一つの帯状部分がその上下にある帯状部分と接続している効果が有効であることを示す結果となった。
【００２８】
【表１】
0003650426.tif 000002
【００２９】
【発明の効果】
本発明の超電導磁気シールド体は、板に入れた切り欠きの長さで筒状シールド体の大きさを決められることから、元板の特に幅方向の大きさに制限を受けず大径の閉環状円筒または筒が作製できる。また、材料に切り欠きを入れる他に歩留まりに影響する加工はないため、シールド体としての歩留まりが極めて良好である。また、材料の変形加工として１８０度曲げのような強加工を行わないため、シールド体を流れる遮蔽電流が阻害されることがないため、良好なシールド特性を得ることができる。さらに筒の軸に対しシールド体が対称であるため筒の軸に平行な磁場を良好にシールドすることができる。また、円筒の内部（開口端以外）はシールド体の壁によって覆われているので外部からの電波ノイズ等も軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は超電導多層板に切り欠きを１箇所入れ反対方向に開いて作製したシールド体の斜視図。切り欠きの長さは円筒半円周の長さよりも大きくとってある。
（Ｂ）は超電導多層板に切り欠きを１箇所入れ反対方向に開いて作製したシールド体の斜視図。ミミからミミまでの長さは（Ａ）の切り欠きの長さよりもやや小さい。
（Ｃ）は上記シールド体Ａ及びＢを組み合わせたシールド体。
【図２】（Ａ）は図１のシールド体ＡまたはＢの一方に遮蔽電流が流れている様子を示す図。
（Ｂ）は図１のシールド体Ａを２個積層したシールド体に遮蔽電流が流れている様子を示す図。
【図３】超電導層ＮｂＴｉと常電導層ＣｕをＮｂを介して積層した超電導多層板の断面図。
【図４】（Ａ）は本発明のシールド体を表す斜視図。
（Ｂ）は本発明のシールド体を表す斜視図。
（Ｃ）は比較のためのシールド体を表す斜視図。
（Ｄ）は比較のためのシールド体を表す斜視図。
（Ｅ）は比較のためのシールド体を表す斜視図。
（Ｆ）は比較のためのシールド体を表す斜視図。
【符号の説明】
１    超電導遮蔽電流
２    ＮｂＴｉ層
３    Ｃｕ層
４    Ｎｂ層
【図１】
0003650426.tif 000003
【図２】
0003650426.tif 000004
【図３】
0003650426.tif 000005
【図４】
0003650426.tif 000006