(57)【要約】【課題】作用面から発生する磁場の均一性や指向性を簡便に制御することができる超電導バルク磁石を提供すること。【解決手段】最高点の高さが０．５ｍｍ以上の凸部（２）か、最深点の深さが０．５ｍｍ以上の凹部の少なくとも一方が作用面に存在することを特徴とする超電導バルク体（１）に磁場を捕捉させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
最高点の高さが０．５ｍｍ以上の凸部か、最深点の深さが０．５ｍｍ以上の凹部の少なくとも一方が作用面に存在することを特徴とする超電導バルク体。
【請求項２】
前記凸部の最高点または前記凹部の最深点が前記作用面の中心にあることを特徴とする請求項１に記載の超電導バルク体。
【請求項３】
前記凸部の最高点に至るまでの凸部の傾斜または前記凹部の最深点に至るまでの凹部の傾斜が一定ではないことを特徴とする請求項１または２に記載の超電導バルク体。
【請求項４】
前記作用面の反対側の面にも高さ０．５ｍｍ以上の凸部か、深さ０．５ｍｍ以上の凹部が存在することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超電導バルク体。
【請求項５】
前記作用面に凸部が存在し、前記作用面の反対側の面にも凸部が存在することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の超電導バルク体。
【請求項６】
前記作用面に凹部が存在し、前記作用面の反対側の面にも凹部が存在することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の超電導バルク体。
【請求項７】
前記作用面と前記作用面の反対側の面の凹凸が面対称になっていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の超電導バルク体。
【請求項８】
前記凸部の最高点または前記凹部の最深点が前記作用面の中心から周縁方向に外れた位置にあることを特徴とする請求項１、３〜７のいずれか一項に記載の超電導バルク体。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の超電導バルク体を２つ以上重ね合わせた構造を有する超電導バルク体。
【請求項１０】
前記２つ以上の超電導バルク体の前記凸部の最高点または前記凹部の最深点が１本の直線上に存在することを特徴とする請求項９に記載の超電導バルク体。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の超電導バルク体に磁場を捕捉させたことを特徴とする、超電導バルク磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導バルク体と超電導バルク磁石に関するものである。具体的には、捕捉磁場の指向性や均一性を制御した超電導バルク磁石と、そのような機能を備えた超電導バルク磁石を提供できる超電導バルク体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久体よりも、はるかに高い磁場を発生する超電導バルク磁石が開発され、医療用磁気断層撮影装置（ＭＲＩ）や磁気浮上列車などに応用されている。超電導磁石としては、超電導線をコイル状に巻いた電磁石型の超電導コイル磁石が一般的であるが、近年、高温超電導磁石であるＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系バルク体（ＲＥは、Ｙ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕからなる群より選択される１種類または２種類以上の元素を表す。）に磁場を捕捉させて、磁石として機能させる超電導バルク磁石の開発も進んでいる（例えば特許文献１参照）。超電導バルク磁石は、超電導コイル磁石よりもはるかにコンパクトであり、比較的小さな空間に大きな磁場を発生する用途に適している。また、本質的に永久電流モードで運転されるため、いったん励磁すれば、冷却している限り磁場を発生し続けるというメリットもある。このため、超電導バルク磁石は、ドラッグデリバリーシステム、水質浄化システム、ミキサー・ポンプ、エネルギー貯蔵など、多くの分野での使用が期待されている。
【０００３】
超電導バルク磁石には、磁性体や空間に磁場を作用させるための作用面が備わっている。作用面は磁性体や空間に向けて設置されて、磁場を効率良く作用させるために使用される。その作用面は、超電導バルク磁石の取り扱いを容易にして安定な磁場を発生させるために、切削や研磨などの方法により極めて精度良く平坦に加工されており、面の凹凸は０．１ｍｍ未満に仕上げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２１４３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような平坦な作用面を有する従来の超電導バルク磁石に捕捉される磁場は均一にはならない。例えば、平坦な作用面を有する円柱状の超電導バルク磁石の作用面付近の磁場を測定してみると、作用面の中心で強く、中心から周縁へ向かうにしたがって弱くなる。このため、均一な磁場が必要とされている用途においては、超電導バルク磁石は利用しにくいという問題があった。例えば、磁気浮上特性を利用した教材や強磁性体に対する吸引力を利用する分野への応用では使いやすいさが重視されるため、磁場が均一でない超電導バルク磁石は利用しにくいという問題がある。
【０００６】
一方、このような作用面から発生する磁場の不均一性を逆に利用して、特定の狭い範囲の磁場を高めた指向性の高い超電導バルク磁石を提供することも考えられる。しかしながら、平坦な作用面を有する従来の超電導バルク磁石では磁場勾配が緩やかなため、広い範囲に磁場が作用してしまううえ、特定の狭い範囲の磁場を集中的に高めることはできなかった。特定の狭い範囲の磁場を少しでも高めようとすると、より強い磁場を捕捉できる材料を選択する必要があるが、そのような材料は高価なことや製造が容易ではないという問題がある。このため、従来は超電導バルク磁石の磁場の指向性を実用的なレベルにまで簡便に高めることはできないという問題がある。
【０００７】
本発明らは、このような従来技術が抱える課題を解決するために、作用面から発生する磁場の均一性や指向性を簡便に制御することができる超電導バルク磁石を提供することを目的として検討を重ねた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の従来技術の課題を解決するために鋭意検討を行なった結果、本発明者らは、超電導バルク磁石の作用面に凹部や凸部を設けることによって、作用面から発生する磁場の均一性や指向性を簡便に制御できることを見出した。本発明は、このような知見に基づいて開発されたものであり、特に以下の課題解決手段を含むものである。
【０００９】
［１］  最高点の高さが０．５ｍｍ以上の凸部か、最深点の深さが０．５ｍｍ以上の凹部の少なくとも一方が作用面に存在することを特徴とする超電導バルク体。
［２］  前記凸部の最高点または前記凹部の最深点が前記作用面の中心にあることを特徴とする［１］に記載の超電導バルク体。
［３］  前記凸部の最高点に至るまでの凸部の傾斜または前記凹部の最深点に至るまでの凹部の傾斜が一定ではないことを特徴とする［１］または［２］に記載の超電導バルク体。
［４］  前記作用面の反対側の面にも高さ０．５ｍｍ以上の凸部か、深さ０．５ｍｍ以上の凹部が存在することを特徴とする［１］〜［３］のいずれか一項に記載の超電導バルク体。
［５］  前記作用面に凸部が存在し、前記作用面の反対側の面にも凸部が存在することを特徴とする［１］〜［４］のいずれか一項に記載の超電導バルク体。
［６］  前記作用面に凹部が存在し、前記作用面の反対側の面にも凹部が存在することを特徴とする［１］〜［４］のいずれか一項に記載の超電導バルク体。
［７］  前記作用面と前記作用面の反対側の面の凹凸が面対称になっていることを特徴とする［１］〜［６］のいずれか一項に記載の超電導バルク体。
［８］  前記凸部の最高点または前記凹部の最深点が前記作用面の中心から周縁方向に外れた位置にあることを特徴とする［１］、［３］〜［７］のいずれか一項に記載の超電導バルク体。
［９］  ［１］〜［８］のいずれか一項に記載の超電導バルク体を２つ以上重ね合わせた構造を有する超電導バルク体。
［１０］  前記２つ以上の超電導バルク体の前記凸部の最高点または前記凹部の最深点が１本の直線上に存在することを特徴とする［９］に記載の超電導バルク体。
［１１］  ［１］〜［１０］のいずれか１項に記載の超電導バルク体に磁場を捕捉させたことを特徴とする、超電導バルク磁石。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、作用面から発生する磁場の均一性や指向性を制御した超電導バルク磁石や、そのような特徴を有する超電導バルク磁石を製造できる超電導バルク体を提供することができる。本発明の超電導バルク磁石や超電導バルク体は、簡単な構造を有するものであることから、安価で簡便に製造することができる。また、本発明の超電導バルク磁石や超電導バルク体は、使用される状況や使用目的に応じてさまざまな形状に加工することが可能であり、実用性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】比較例の超電導バルク体の捕捉磁場分布図である。
【図２】実施例１の超電導バルク体の捕捉磁場分布図である。
【図３】実施例１の超電導バルク体の垂直断面図である。
【図４】実施例２の超電導バルク体の捕捉磁場分布図である。
【図５】実施例２の超電導バルク体の垂直断面図である。
【図６】実施例３の超電導バルク体の捕捉磁場分布図である。
【図７】実施例３の超電導バルク体の垂直断面図である。
【図８】実施例３の超電導バルク体の垂直断面図である。
【図９】実施例３の超電導バルク体の垂直断面図である。
【図１０】実施例３の超電導バルク体の垂直断面図である。
【図１１】実施例３の超電導バルク体の垂直断面図である。
【図１２】実施例３の超電導バルク体の垂直断面図である。
【図１３】実施例４の超電導バルク体の垂直断面図である。
【図１４】実施例５の超電導バルク体の垂直断面図である。
【図１５】実施例６の超電導バルク体の垂直断面図である。
【図１６】実施例７の超電導バルク体の垂直断面図である。
【図１７】実施例８の超電導バルク体の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様や具体例に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
【００１３】
（超電導バルク体の特徴）
本発明の超電導バルク体は、従来平坦であった作用面の形状を工夫することにより用途に応じた磁場を捕捉させうるものであり、結果として平坦ではない作用面を有することを特徴とする超電導バルク体である。すなわち、本発明の超電導バルク体には、凸部か凹部の少なくとも一方が存在する。
【００１４】
（凸部）
本発明の超電導バルク体の作用面に存在する凸部は、最高点の高さが０．５ｍｍ以上である。ここでいう凸部の高さとは、作用面に凸部が存在しなかったと仮定した場合の仮想平坦面に対する凸部表面の高さを意味する。また、凸部の高さの最高点とは、そのような凸部表面の仮想平坦面からの高さのうち最も高い点を意味する。
【００１５】
最高点の高さが０．５ｍｍ以上である凸部を作用面に有する本発明の超電導バルク体は、凸部に局所的に強い磁場を捕捉させることができるという特徴を有する。平坦な作用面を有する従来の超電導バルク体においても、作用面の中心付近に周縁部よりも強い磁場を捕捉させることはできたが、中心付近に捕捉される磁場は周縁部に比べてさほど大きくすることができなかった。本発明にしたがって作用面に凸部を形成し、その高さを調整することによって、凸部により強い磁場を所望の強度で捕捉することができるようになった。例えば、凸部の最高点により強い磁場を捕捉させて、最高点に向かう磁場勾配を大きくしたい場合は、凸部の最高点の高さをより高くすればよい。本発明における凸部の最高点の高さは、例えば０．７ｍｍ以上にすることができ、また１．０ｍｍ以上にすることができ、５．０ｍｍ以上にすることもできる。凸部の最高点の高さは、例えば３０．０ｍｍ以下にすることができ、また２０．０ｍｍ以下にすることができ、１０．０ｍｍ以下にすることもできる。
【００１６】
本発明における凸部の高さの最高点は、点状に１点のみ存在していてもよいし、線として存在していてもよいし、面として存在していてもよい。線として存在している場合や面として存在している場合は、その線内や面内のいずれの点も凹部の最高点となっている。凸部の最高点が１点のみ存在するように設計すれば、超電導バルク体の頂点にピンポイントで強い磁場を捕捉させることができる。これによって、製造される超電導バルク体の磁場の指向性を高めることができる。そのような凸部が頂点を有する形状として、円錐、角錐、曲線錐などを挙げることができる。一方、凸部が天面を有するように設計すれば、超電導バルク体の天面全体に強い磁場を捕捉させることができる。これによって、製造される超電導バルク体から特定の範囲にわたって強い磁場をほぼ均一に発生させることができる。そのような凸部が天面を有する形状として、作用面に垂直な断面が台形である形状を挙げることができる。また、凸部は半球状、円弧状、楕円球状などその他の様々な形状をとることもできる。本発明では、超電導バルク磁石や超電導バルク体の使用目的や用途に応じて、これらのいずれの形状であっても採用することができる。
【００１７】
凸部の最高点に至るまでの傾斜は、自由に設計することが可能である。磁気勾配が大きければ磁気力が大きくなることから、凸部の最高点に至るまでの傾斜を大きくすれば、磁性体に対する影響を大きく変化させることができることになる。したがって、凸部の最高点に至るまでの傾斜を大きくすることによって、超電導バルク体を製造したときの磁場の指向性をより高めることができる。このため、局所的に強い磁場をピンポイントで作用させたいときには、凸部の最高点に至るまでの傾斜を大きくしておくことが好ましい。凸部の最高点に至るまでの平均傾斜は、例えば０．０１以上にすることができ、０．０３以上にすることが好ましい。平均傾斜の上限値は、構造的強度が保たれる限り特に制限されないが、例えば５以下にすることができ、１以下に設定することも可能である。ここでいう凸部の最高点に至るまでの平均傾斜とは、凸部の周縁から最高点までの傾斜の平均を意味する。例えば、作用面を垂直方向で上から見たときの径が４０ｍｍの円形凸部であって中心の最高点の高さが１ｍｍである凸部があった場合、平均傾斜は０．０５となる。
【００１８】
凸部の最高点に至るまでの傾斜は、一定であってもよいし、一定でなくてもよい。凸部の最高点に至るまでの傾斜が一定であるときは、超電導バルク体の垂直断面（作用面に垂直な方向の断面）を見たときに、凸部の最高点に至るまでの傾斜が１本の直線となる。逆に傾斜が一定でない場合は、超電導バルク体の垂直断面（作用面に垂直な方向の断面）を見たときに、凸部の最高点に至るまでの傾斜が曲線となるか、複数の直線の組み合わせからなるか、あるいは曲線と直線の組み合わせからなる。垂直断面を見たときの傾斜が曲線となる場合、凸部の周縁から最高点に向かうにしたがって傾斜が連続的に大きくなるように設計すれば、製造される超電導バルク体の凸部最高点に一段と強い磁場をピンポイントで集中させ、磁場の指向性を高めることができる。逆に凸部の周縁から最高点に向かうにしたがって傾斜が連続的に小さくなるように設計すれば、製造される超電導バルク体の強い磁場発生領域をある程度広い範囲にわたって確保することができる。
【００１９】
凸部の最高点は、作用面の中心になるように設計してもよいし、中心から周縁方向に外れた位置になるように設計してもよい。凸部の最高点が作用面の中心になるように設計することによって、超電導バルク体を製造したときに作用面の中心から強い磁場を発生させることができるようになる。例えば、作用面と凸部が上から見たときにともに円形であって、角度依存性がない場合は、中心に向かって角度依存性なく磁場強度が高まる超電導バルク体とすることができる。一方、凸部の最高点が作用面の中心から周縁方向に外れた位置になるように設計すれば、作用面の中心から外れた位置で磁場強度を最も強くすることができる。このような超電導バルク体は、例えば狭小なスペース内で磁気誘導を行いたいとき等に便利に使用することができる。例えば、超電導バルク体を作用面の中心を軸として回転させることによって、強い磁場を働かせる領域を変えることができる。このとき、超電導バルク体を水平方向や垂直方向へ移動させることなく、その場で回転させることにより強い磁場を働かせる領域を変えることができるため、作業効率がよく、従来はスペースが無ければ不可能であった作業や処置も簡便に行うことができる。
【００２０】
本発明の超電導バルク体の作用面に形成する凸部は、磁場を捕捉することができる結晶軸方向であればどのような方向に隆起しているものであってもよいが、超電導バルク体の結晶方向に対してｃ軸方向に隆起しているものであることが好ましい。
【００２１】
（凹部）
本発明の超電導バルク体の作用面に凹部が存在する場合、その凹部の最深点の深さは０．５ｍｍ以上である。ここでいう凹部の深さとは、作用面に凹部が存在しなかったと仮定した場合の仮想平坦面に対する凹部表面の深さを意味する。また、凹部の深さの最深点とは、そのような凹部表面の仮想平坦面からの深さのうち最も深い点を意味する。
【００２２】
最深点の深さが０．５ｍｍ以上である凹部を作用面に有する本発明の超電導バルク体は、凹部の捕捉磁場を弱くすることができるという特徴を有する。このため、周縁部の捕捉磁場との関係を調整すれば、作用面に均一性の高い磁場を捕捉させることができるという特徴を有する。作用面が平坦な従来の超電導バルク体は、作用面の中心付近に周縁部よりも強い磁場が捕捉されてしまうため均一な磁場を捕捉させることはできなかった。本発明にしたがって作用面に凹部を形成し、その深さを調整することによって、作用面に均一な磁場を捕捉させることができるようになった。また、超電導バルク磁石や超電導バルク体の使用目的や用途によっては、作用面の中に磁場が弱い領域を意図的に設けることが必要とされる場合があるが、そのような必要性にも応えることができるようになった。例えば、凹部の最深点に捕捉させる磁場を弱めたい場合は、凹部の最深点の深さをより深くすればよい。本発明における凹部の最深点の深さは、例えば０．７ｍｍ以上にすることができ、また１．０ｍｍ以上にすることができ、５．０ｍｍ以上にすることもできる。凹部の最深点の深さは、超電導バルク体の厚みにもよるが、例えば３０．０ｍｍ以下にすることができ、また２０．０ｍｍ以下にすることができ、１０．０ｍｍ以下にすることもできる。
【００２３】
本発明における凹部の深さの最深点は、点状に１点のみ存在していてもよいし、線として存在していてもよいし、面として存在していてもよい。線として存在している場合や面として存在している場合は、その線内や面内のいずれの点も凹部の最深点となっている。最深点が１点のみ存在している場合の凹部の形状として、円錐、角錐、曲線錐などを挙げることができる。一方、最深点が面として存在している場合の形状として、作用面に垂直な断面が台形である形状を挙げることができる。また、凹部は半球状、円弧状、楕円球状などその他の様々な形状をとることもできる。本発明では、超電導バルク磁石や超電導バルク体の使用目的や用途に応じて、これらのいずれの態様であっても採用することができる。
【００２４】
凹部の最深点に至るまでの傾斜については、凸部の最高点に至るまでの説明を参照することができる。凹部の最深点の位置については、凸部の最高点の位置に関する説明を参照することができる。
本発明の超電導バルク体の作用面に形成する凹部は、磁場を捕捉することができる結晶軸方向であればどのような方向に隆起しているものであってもよいが、超電導バルク体の結晶構造に対してｃ軸方向にくぼむように形成されていることが好ましい。
【００２５】
（凸部または凹部の形成方法）
本発明の超電導バルク体の作用面に凸部または凹部を形成する方法は特に制限されない。例えば、凸部または凹部がある作用面を型取りしたモールドの中に超電導バルク体の構成材料を注入して焼成することにより、凸部または凹部がある作用面を有する超電導バルク体を製造することができる。また別の方法として、作用面が平坦な超電導バルク体に、凸部または凹部からなる別の超電導バルク体を重ねて貼り合わせることにより、凸部または凹部がある作用面を有する超電導バルク体を製造することもできる。あるいは、さらに別の方法として、比較的大きな超電導バルク体の表面を切削したり研磨したりすることにより、凸部または凹部がある作用面を形成することにより、凸部または凹部がある作用面を有する超電導バルク体を製造することもできる。これらの方法にしたがって製造した超電導バルク体の表面は、さらに滑らかに研磨することにより平滑にすることができる。
【００２６】
（その他の構成）
本発明の超電導バルク体の作用面とは反対側の面は、平坦であっても凹凸を有していてもよい。本発明の超電導バルク体の使用目的や使用態様に応じて、作用面とは反対側の面の形状も選択すれば、一段と使用目的にかなう超電導バルク体とすることが可能である。例えば、作用面とは反対側の面にも、凸部や凹部を形成することが可能であり、例えば最高点の高さが０．５ｍｍ以上の凸部や、最深点の深さが０．５ｍｍ以上の凹部を形成することが可能である。
【００２７】
作用面に凸部が形成されている場合は、作用面の反対側の面にも凸部が形成されていることが好ましく、また、作用面に凹部が形成されている場合は、作用面の反対側の面にも凹部が形成されていることが好ましい。さらに、作用面に形成されている凹凸形状と、作用面の反対側の面に形成されている凹凸形状は、これらの面の中央に存在する面で互いに対称の関係にあることが好ましい。このような構成を採用することにより、作用部に凸部を有する場合はその凸部の最高点により強い磁場を捕捉させることができるようになり、磁場の指向性を一段と高めることが可能になる。あるいは、作用部の凸部の最高点の高さが低くても、磁場の指向性を比較的高くすることが可能になる。一方、作用部に凹部を有する場合は、凹部の最深部の深さを浅くしても、磁場の均一性を確保しやすくなる傾向がある。
【００２８】
本発明の超電導バルク体は、１つだけを単独で使用してもよいし、２つ以上を組み合わせて使用してもよい。２つ以上を組み合わせて使用する場合は、本発明の超電導バルク体を２つ以上組み合わせて使用してもよいし、本発明の超電導バルク体と本発明以外の超電導バルク体を組み合わせて使用してもよい。２つ以上を組み合わせて使用する場合は、それぞれの凸部の最高点または凹部の最深点が１本の直線上に位置するように固定して使用することが好ましい。例えば、作用面とその反対面にそれぞれ凸部を有する本発明の超電導バルク体を複数個組み合わせて用いる場合は、それらのすべての凸部の最高点が１つの直線上に位置するように設置することが好ましい。これらの凸部が各超電導バルク体の中心軸上にあるときは、各超電導バルク体の中心軸を１本の直線上にそろえて配置することが好ましい。このような構成を採用することにより、磁場の指向性を一段と高めることができる。
【００２９】
本発明の超電導バルク体には、通常の超電導バルク体に設置することが可能な様々な部材を設置したり、被膜を形成したり、充填したりすることが可能である。
超電導バルク体には、例えば形状記憶合金からなる締付具や金属製のリング（円環）などを設置することが好ましい。特に本発明の超電導バルク体が凸部を有する場合は、形状安定性が悪いため、締付具や金属製のリングを設置することによって形状安定性や長期安定性を確保することが望ましい。これによって、取り扱いや種々の装置への装着が容易になるため、応用範囲を拡げることができる。
【００３０】
超電導バルク体の少なくとも一部の表面には、被膜を形成することができる。超電導バルク体は温度変化により劣化しやすいため、水分から保護することなどを目的として被膜を設けることができる。被膜は金属製または樹脂製であることが好ましく、樹脂製であることがより好ましい。樹脂としてはエポキシ樹脂やシリコーン樹脂を挙げることができ、シリコーン樹脂を採用することが好ましい。また、樹脂には他の材料を添加することが可能であり、例えばガラス遷移や無機粒子を添加することができ、無機粒子を添加することが好ましい。特に、酸化マグネシウム粒子、酸化アルミニウム粒子、酸化カルシウム粒子などの無機酸化物粒子を分散させたシリコーン樹脂を好ましく用いることができる。特に、無機酸化物粒子とシリコーン樹脂の配合比率を、本発明で用いる超電導バルク体の線熱膨張係数と被膜の線熱膨張係数がほぼ同じになるように調整することが極めて好ましい。具体的には、シリコーン樹脂１００質量部に対して無機粒子を２０〜５００質量部とすることが好ましい。また、シリコーン樹脂と無機粒子と硬化剤を組み合わせた組成物を用いて、超電導バルク体表面に被膜を形成して十分な耐候性を付与することもできる。
【００３１】
これらの被膜形成材料は、凸部や凹部によって生じた空間を埋めるための充填材料として使用することもできる。特に凸部が形成された本発明の超電導バルク体は位置安定性が良くないため、上記のように締付具や金属製のリング等を設置することが好ましいが、これらに設置した後は締付具や金属製のリングと超電導バルク体との間に空間が生じる。この空間を埋めたり、凸部を平坦化したりすることを目的として、充填材料を充填することができる。充填材料によって扱いやすい構造にすることにより、本発明の超電導バルク体は様々な用途へ応用しやすくなる。
【００３２】
さらに本発明の超電導バルク体には、種々の補強を行うことが可能である。例えば、特開２０１２−２１４３２９号公報の段落番号００４０〜００４４に記載されるような熱伝導性部材による補強、同公報の段落番号００４５〜００４８に記載されるような含浸処理による補強、同公報の段落番号００４９〜００５２に記載されるような締付具による補強を、本発明の超電導バルク体にも適用することが可能である。同公報の上記段落番号に記載される事項は、本願明細書の一部としてここに引用する。
【００３３】
（超電導バルク体の種類）
本発明で採用する超電導バルク体の種類は特に制限されない。例えば、典型的な高温超電導体であるＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系バルク体（ＲＥは、Ｙ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕからなる群より選択される１種類または２種類以上の元素を表す。）を用いて本発明を実施することができる。また、このような典型的な超電導バルク体に種々の改良を加えたものに対しても、本発明を好ましく実施することができる。
【００３４】
例えば、ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系円柱状結晶片を含む超電導バルク体であって、その上面と下面が下記の式（１）および式（２）を満たすことを特徴とする、磁場捕捉能が高い超電導バルク体に対して、好ましく本発明を実施することができる。
式（１）：    ０．９３  ≦  Ｘ  ≦  １．０７
（上式においてＸは、超電導相の組成式ＲＥxＢａ2Ｃｕ3Ｏy（ｙは６．８〜７．０）におけるＸ値を表す。）
式（２）：    θｃ  ≦  ６°
（上式において、θｃは上面または下面で観測される結晶の主軸のうちｃ軸に最も近いものとｃ軸とのなす角度を表し、前記領域に結晶の主軸が観測されない場合は式（２）を満たさないものとする。）
【００３５】
（超電導バルク磁石）
本発明の超電導バルク体を用いることによって、超電導バルク磁石を作製することができる。超電導バルク体に磁場を捕捉させるには、まず超電導バルク体に磁場を加え、液体窒素などで冷却する。その後、超電導バルク体が十分冷えた後に、外部の磁場を取り除いて超電導バルク体に磁場を捕捉する。超電導バルク体から超電導バルク磁石を作製する方法の詳細については、既知の方法を適宜選択して用いることができ、具体的には後述の実施例を参考にすることができる。
【００３６】
本発明の超電導バルク磁石は、高磁場源や磁気浮上安定源などとして様々な用途に効果的に応用されうる。例えば、磁気誘導型のドラッグデリバリーシステム、ドラッグステイなどの診断・医療分野に応用することが可能であり、マグネトロンスパッタ装置などのエレクトロニクス分野にも応用することが可能である。さらに、水質浄化などを目的とした磁気分離装置などの環境分野にも応用することが可能であり、超電導モータ（ミキサー、ポンプ）、発電機、フライホイールシステムなどの電気分野やエネルギー貯蔵分野にも応用することが可能である。その他にも、幅広い技術分野での応用が期待される。
【００３７】
上記の用途のうち、例えばドラッグデリバリーシステムに超電導バルク磁石を利用する場合、従来の作用面が平坦な超電導バルク磁石では、磁場の広がる範囲が広くて、必要のない箇所にまで磁場が作用してしまうという問題があった。このため、磁性体と結合した薬剤が必要のない箇所に停滞してしまい、広範囲にわたって副作用のおそれを懸念しなければならなかったり、必要な箇所に薬剤を到達させるために多量の薬剤を使用しなければならなかったりするといった様々な問題に対処しなければならなかった。これに対して本発明の超電導バルク磁石を用いれば、局所的に強い磁場を捕捉することができ、磁場勾配を大きくすることができるため、必要最小限の薬剤を用いて効率良く患部へ薬剤を停留させることができるようになる。
【００３８】
また、水質浄化に超電導バルク磁石を利用する場合、従来の作用面が平坦な超電導バルク磁石では、磁気勾配が低いために磁性体が結合した汚染物に対する単位体積あたりの収集能力を高めることができないという問題があった。このため、大がかりな収集装置を用いなければならず、経済面や効率面で劣るという課題があった。これに対して本発明の超電導バルク磁石を用いれば、磁場勾配を大きくして、磁性体が結合した汚染物に作用させる磁気力を大きくすることができるため、単位体積あたりの収集能力を飛躍的に高めることができる。その結果、装置のコンパクト化や収集効率化を図ることができるようになる。
このように、本発明の超電導バルク磁石は極めて応用範囲が広く、利用価値が高いものである。
【実施例】
【００３９】
以下に実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。また、以下の実施例で参照している図面の中には、わかりやすくするために実際の形状よりも誇張された模式図が示されているものもあるが、実際のサイズは以下の文章中に記載される通りである。
【００４０】
（比較例）
図１に、組成Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導バルク体からなる、上下の作用面が平坦な直径４０ｍｍ×高さ１４ｍｍの寸法を有する円盤状の超電導バルク体の捕捉磁場分布図を示す。バルク体の最高点から１ｍｍ上の捕捉磁場（すなわち作用面から１ｍｍ上にある作用面と平行な仮想面における捕捉磁場）を調べた結果、最大捕捉磁場は８，１００Ｇ、２，５００Ｇ以上の捕捉磁場を示す面積は５３６ｍｍ2を示した。なお、下記に示す全ての実施例における超電導バルク体の組成は、この比較例と同様、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系である。
【００４１】
（実施例１）
図２に、直径４０ｍｍ×周縁部の厚み１３ｍｍであり、中心部の厚み１４ｍｍを有する（中心軸上に位置する最高点の高さが１ｍｍ）凸の作用面を有し、その反対側が平坦な同寸法を有する超電導バルク体の捕捉磁場分布図を示す。図３にその垂直断面形状の模式図を示す。比較例と同様、バルク体の最高点から１ｍｍ上の捕捉磁場を調べた結果、最大捕捉磁場は８，２００Ｇ、２，５００Ｇ以上の捕捉磁場を示す面積は２９２ｍｍ2を示した。比較例に比べ、同一磁場（２，５００Ｇ）で比較した場合、凸バルクの捕捉磁場面積は小さい。このことから、平坦な作用面を有する超電導バルク体の捕捉磁場に比べ、凸形状の作用面を有するバルク体の捕捉磁場は局在化するといえる。
【００４２】
（実施例２）
図４に、直径３７ｍｍ×周縁部の厚み１２ｍｍであり、中心部の厚み１４ｍｍを有する（中心軸上に位置する最高点の高さが１ｍｍ）作用面とその反対の面（両端の面）に凸の形状を有する超電導バルク体の捕捉磁場分布図を示す。図５にその垂直断面形状の模式図を示す。比較例や実施例１と同様に、バルク体の作用面にある最高点から１ｍｍ上の捕捉磁場を調べた結果、最大捕捉磁場は７，９００Ｇ、２，５００Ｇ以上の捕捉磁場を示す面積は２６３ｍｍ2を示した。実施例１に比べ、同一磁場（２，５００Ｇ）で比較した場合、凸バルクの捕捉磁場面積は小さい。このことから、平坦な作用面を有する超電導バルク体の捕捉磁場や片端凸形状のバルク体の捕捉磁場に比べ、両端凸形状の作用面を有するバルク体の捕捉磁場は一段と局在化するといえる。
【００４３】
（実施例３）
図６に、中央部の厚み１２ｍｍで直径３３ｍｍの凹部を有する直径３７ｍｍ×周縁部の厚み１４ｍｍの超電導バルク体の捕捉磁場分布図を示す。図７にその垂直断面模式図を示す。バルク体の作用面にある最高点から１ｍｍ上の捕捉磁場を調べた結果、全体的に２，２００Ｇの捕捉磁場を有する超電導バルク体を得た。このことから、作用面に凹形状を有するバルク体の補足磁場は、比較例に比べて均一なものを得られる。
以上のことから、作用面に凸形状または凹形状、加えて作用面の反対の面に凸形状または凹形状を有する超電導バルク体の捕捉磁場分布は、平坦な作用面を有する超電導バルク体に比べて、その補足磁場は局在化または平坦になるといえる。これらの垂直断面模式図のバリエーションを図８〜１２に示す。
【００４４】
（実施例４）
作用面に凸部を有する超電導バルク体の周囲を金属リングで締結したものを作製した。
内径が３９ｍｍで厚さが３ｍｍの鉄系形状記憶合金の一種であるＦｅ−２８Ｍｎ−６Ｓｉ−５Ｃｒ合金からなるリングを内径が４０．２ｍｍになるように室温で拡径したのち、実施例２で製造した超伝導バルク体の側周に配し、３００℃に加熱した。この処理により、合金の形状記憶効果によってリングが収縮し、図１３に示すように超伝導バルク体を強固に締結した。
【００４５】
（実施例５）
作用面に凸部を有する超電導バルク体を３つ並べて締結したものを作製した。
３つの超電導バルク体は、実施例２の製法にしたがって作製したものを使用した。図１４に示すように、３つの超電導バルク体の中心軸が１本の直線上に重なるように配置して、実施例４と同じ方法にしたがって金属リングで締結した。
このバルク体は、実施例２よりも作用面の中心部により大きな磁場が局在化している。
【００４６】
（実施例６）
作用面に凸部を有する超電導バルク体の周囲を金属リングで締結し充填材料を充填したものを作製した。
実施例４にしたがって金属リングで締結した超電導バルク体を作製した。シリコーン樹脂（セメダイン社製スーパーＸ）１０ｇと、平均粒径が１７μｍである酸化アルミニウム２０ｇを２０℃で混合することにより調製した組成物を用いて図１５に示すように充填材料からなる樹脂領域を形成した。
【００４７】
（実施例７）
作用面に凸部を有する超電導バルク体の周囲を金属リングで締結したものを作製した。
実施例４と同様の方法にしたがって、金属リングの外壁に段差が形成されている金属リングに超電導バルク体を締結した。図１６に示すように、金属リングの外壁に段差が形成されているために、装置へ装着が容易にできる。この段差はねじ切りに代えることもできる。
【００４８】
（実施例８）
作用面に凸部を有する超電導バルク体として、図１７に示す構造を有するものを作製した。この超電導バルク体は、図１７の奥行き方向のいずれの位置における垂直断面も実施例１の垂直断面（図３）と同じである蒲鉾型の形状をしている。作用面の反対側の面は平坦面となっている。
このバルク体は、凸部の最高点が直線状に連続しており、その直線上に大きな磁場が局在化している。
図５，７〜１２に示した垂直断面構造を有する蒲鉾型の超電導バルク体も同様に作製することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１  超電導バルク体
２  凸部
３  最高点
４  天面
５  凹部
６  金属リング
７  樹脂領域
【図３】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図６】
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