(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導遷移温度以下に冷却された超電導体を準備し，該超電導体の近傍に配設した着磁コイルにパルス電流を通電し，これにより発生するパルス磁場を上記超電導体に印加して該超電導体の着磁を行なう着磁方法において，
上記超電導体は相対的に臨界電流密度の高い部分と低い部分とを有してなり，
上記パルス磁場の上記超電導体の印加に当り，
まず初期パルス磁場を印加し，少なくとも臨界電流密度の相対的に低い部分と超電導体中心部に磁場を侵入させ，
次いで該初期パルス磁場よりも強度の強い中期パルス磁場を印加し，少なくとも臨界電流密度の相対的に高い部分に磁場を侵入させ，
その後上記中期パルスの強度以下の強さの後期パルス磁場を印加し，超電導体中心部から外縁に向けて着磁することを特徴とする超電導体の着磁方法。
【請求項２】
請求項１において，上記初期パルス磁場は複数回印加することを特徴とする超電導体の着磁方法。
【請求項３】
請求項１又は２において，上記後期パルス磁場は複数回印加し，各印加の際のパルス磁場は中期パルス磁場の強度から順次強度が低減するか，または各印加の際のパルス磁場は中期パルス磁場の強度と略等しいことを特徴とする超電導体の着磁方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において，上記超電導体は，半溶融状態から徐冷凝固して結晶成長させたＲＥ-Ｂａ2Ｃｕ3ＯX（ＲＥはＬａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇａ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｙのいずれか１種以上の元素である。）を主相とすることを特徴とする超電導体の着磁方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は，バルク形状の超電導体に強い磁場を捕捉させて磁石装置等を構成するための超電導体の着磁方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年，ＳｍＢａ2Ｃｕ3ＯXなどの高温超電導体では，その組織制御により液体窒素温度程度でも永久磁石では不可能な１Ｔを超える大きな磁場が捕捉できるものが得られるようになった。
これらの高温超電導体は，材料開発により一層の特性向上が期待でき，また，低温に冷却するとさらに大きな磁場が捕捉可能になることが知られている。
そこで，これらのバルク状の高温超電導体を着磁して，これまで容易には得られなかった強力な磁場を発生する磁石装置として使うことが検討されるようになってきた。
【０００３】
バルク状の超電導体が磁石として機能するのは，超電導遷移温度以下に冷却されて超電導状態になった超電導体内部に磁束線がピン止めされるためである。
したがって，冷却した超電導体の内部に磁束線がピン止めされた状態を実現するための方法，すなわち着磁方法が課題となる。
【０００４】
実験的によく使われる方法は，大きな外部磁場中で超電導体内部に磁束線が十分はいった状態で冷却して超電導状態にした後に外部磁場を取り去り，その際にピン止めされた磁束線が超電導体内に残って着磁される，磁場中冷却（ＦＣ）と呼ばれる方法である。
しかし，この方法は高磁場を長時間超電導体に印加する必要があること，着磁後に超電導体の温度を保ったまま使用したい場所に移動させるのが困難なことなど，実用的には問題が多い。
【０００５】
そのため，簡易な手段でバルク状の超電導体を着磁する方法として，パルス磁場を超電導体に印加して着磁する，パルス着磁という方法があり，特開平６−１６８８２３，特開平１０−１２４２９，特開平１０−１５４６２０等が提案されており，特に特開平１０−１５４６２０には，パルス着磁手順の工夫により捕捉磁場を増やす方法も開示されている。
これらの方法では，機器等の内部に組み込まれた超電導体を着磁することも可能であり，実用的には多くのメリットがある。
【０００６】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来のパルス着磁においては，超電導体に捕捉される磁場に対してはるかに大きなパルス磁場を印加する必要があった。そのため，高い特性を持つ超電導体を着磁する場合には必要な磁場がさらに大きくなり，着磁が困難になるという問題があった。
これは高い磁場を得ることが実用上困難であるためである。
【０００７】
本発明は，かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので，より弱い磁場を用いて超電導体に着磁することができ，また着磁された超電導体がより強い磁場を捕捉して，より強い永久磁石として利用可能となる超電導体の着磁方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題の解決手段】
請求項１に記載の発明は，超電導遷移温度以下に冷却された超電導体を準備し，該超電導体の近傍に配設した着磁コイルにパルス電流を通電し，これにより発生するパルス磁場を上記超電導体に印加して該超電導体の着磁を行なう着磁方法において，
上記超電導体は相対的に臨界電流密度の高い部分と低い部分とを有してなり，
上記パルス磁場の上記超電導体の印加に当り，
まず初期パルス磁場を印加し，少なくとも臨界電流密度の相対的に低い部分と超電導体中心部に磁場を侵入させ，
次いで該初期パルス磁場よりも強度の強い中期パルス磁場を印加し，少なくとも臨界電流密度の相対的に高い部分に磁場を侵入させ，
その後上記中期パルスの強度以下の強さの後期パルス磁場を印加し，超電導体中心部から外縁に向けて着磁することを特徴とする超電導体の着磁方法にある。
【０００９】
本発明において最も注目すべきことは，臨界電流密度の高い部分と低い部分とを有する超電導体に対し，まず初期パルス磁場を印加し，次いで初期パルス磁場よりも強い中期パルス磁場を印加し，その後中期パルス以下の強さの後期パルス磁場を印加して着磁を行なうことである。
【００１０】
次に，本発明の作用につき説明する。
一般に超電導体の内部では，磁場は量子化されて磁束線となって存在する。
超電導体内にある磁束線には互いに反発力が働くので，磁束線は超電導体から抜けようとする。これに抗して磁束線を超電導体内部にピン止めする力が働くとき，超電導体は磁場を捕捉できる。
パルス着磁法は，パルス磁場の増磁過程で超電導体外縁部より磁束線を超電導体内部に侵入させ，印加した外部磁場が無くなった後もピン止め力によってそのまま超電導体内に磁束線を保持させることにより，超電導体を着磁する方法である。
【００１１】
臨界電流密度が低い超電導体，すなわち特性の低い超電導体は，磁場が容易に超電導体内部に侵入することができる。よって，パルス磁場の増磁過程において超電導体外縁部にはあまり大きな磁場勾配ができない。
一方，臨界電流密度が高い超電導体，すなわち特性の高い超電導体は，超電導体外縁部で印加された外部磁場が強くシールドされるため，パルス磁場の増磁過程で超電導体にかかる磁場が一定以上に大きくなるまで超電導体内にはほとんど磁束線が侵入しない。
特性の極めて高い超電導体（ＳｍＢａ2Ｃｕ3ＯXなどが一例として挙げられる。）を低温に冷却し，より特性の高い状態にすると，上述の傾向がより顕著になり，パルス磁場の立ち上がり時に超電導体の外縁部に非常に大きな磁場勾配ができる。
【００１２】
超電導体内部で磁束線が動くと発熱が起こるので，大きな磁場勾配ができている場合，一旦磁束線の侵入がどこかで起こるとそこで局所的に温度が上昇し，その場所の特性が相対的にさらに低くなる。そのため，ますます多くの磁束線が集中して侵入するフラックス・ジャンプと呼ばれる現象が起こる。
このような現象が起きると，超電導体外縁部等の初めに磁束線の侵入が起こったところから超電導体中心部に向かって磁束線の通り道ができ，そこでの磁場は，印加された外部磁場の大きさにほぼ等しくなる。
したがって，このフラックス・ジャンプを利用すれば，超電導体に印加した磁場の大きさに近い磁場を超電導体中心部に侵入させることができる。
【００１３】
従来の着磁方法では，超電導体中心部に着磁に十分な磁場を侵入させるには，超電導体全体に磁場を侵入させる必要があったため，超電導体中心部に捕捉できる磁場の少なくとも２倍以上の印加磁場が必要だった。
そのため，パルス磁場の増磁過程で磁束線の侵入に伴う発熱により大きく温度が上昇し，超電導体のピン止め力が小さくなって，超電導体中心部まで侵入させた磁束線がパルス磁場の減磁過程で抜けてしまい，超電導体の捕捉磁場が減っていた。
【００１４】
これに対し，本発明の方法では，特性の高い部分と低い部分とが形成された超電導体を用いて，これに対し初期パルス磁場，中期パルス磁場，後期パルス磁場と三段階に分けてパルス磁場を印加する。
後述するごとく予め超電導体に対する単パルス磁場を利用した着磁実験（実施形態例１における図２等参照）を行なう等すれば，当該超電導体において，少なくとも臨界電流密度の相対的に低い部分と超電導体中心部に磁場が侵入可能となるパルス磁場の大きさを知ることができる。
【００１５】
また，超電導体外縁部の局所的に特性の低いところから侵入した磁束線がちょうど超電導体の中心部に到達するときに外部磁場が減少に転じるような大きさのパルス磁場（以後，最適印加磁場と呼ぶ）を選ぶと，超電導体中心部に到達した磁束線はそのまま保持される。
このような大きさのパルス磁場を初期パルス磁場として着磁に使用することで，上記のように磁束線が局所的に集中して侵入するような過程を発生させることができる。
このため，初期パルス磁場の強度は小さくて済む。
なお，上記超電導体中心部とは超電導体の外縁より最も遠い部分で単パルス着磁等の印加で最も磁場が侵入し難い部分のことである。
【００１６】
仮に初期パルス磁場の大きさが最適印加磁場未満の場合には，超電導体中心部には殆ど磁場が入らないため，超電導体中心部に磁場が捕捉されない。また，超電導体外縁部では磁場は主として特定の場所に捕捉されてしまい，磁束線の通り道にならなかった領域には磁場があまり残らず，かなり不均一な着磁状態となるおそれがある。
【００１７】
仮に最適印加磁場より大きなパルス磁場を初期パルス磁場として利用した場合，磁束線の運動による発熱のため，特に磁束線の侵入経路となった超電導体外縁部の局所的に特性の低いところと超電導体中心とを結ぶ領域の捕捉磁場が少なくなるおそれがある。つまり，着磁の効率が悪くなるおそれがある。
また，パルス磁場の減磁過程で超電導体の中心部から特定の場所へ向かって，増磁過程とは逆方向にフラックス・ジャンプが起こり，超電導体内に侵入させた磁束線が抜けてしまうこともある。
【００１８】
なお，パルス磁場の増磁過程，減磁過程とは，次の通りである。
パルス磁場を発生させるパルス電流は電流０から増大してピークを迎え，その後減少して再び０となる。パルス電流の０〜ピーク間はパルス磁場も増大し，ピーク〜０間はパルス磁場も減少する。それぞれの過程を増磁過程，減磁過程と呼ぶ。
【００１９】
ただし，パルス磁場がある程度大きい場合，超電導体全体に完全に磁束線が侵入するようになり，初期パルス磁場の印加の際に超電導体外縁部の磁束線の通り道にならなかった領域，すなわち特性が高い，臨界電流密度が高い領域にも磁場が残るようになる。
【００２０】
よって，中期パルス磁場として最適印加磁場より大きい，適当な大きさの印加磁場を選択することで，少なくとも臨界電流密度の相対的に高い部分に磁場を侵入させることが実現できる。
つまり，超電導体は初期パルス磁場による着磁によって，超電導体中心部に磁場を侵入させ，この部分を中心に特性の低い部分に磁束を保持させた状態となっている。ここに中期パルス磁場による着磁を行なうことで，超電導体外縁部全体に磁場を侵入させることができ，超電導体全体の捕捉磁束量を増やすことができる。
【００２１】
この場合は，超電導体中心部にすでに磁場があるため磁束線の駆動力となる磁場勾配が大きくならず，ある程度大きな印加磁場をかけても，超電導体中心部には磁束線が侵入しない。そのため，超電導体外縁部全体に磁場を侵入させるべく，最適印加磁場を超える磁場を印加しても，超電導体中心部の磁場はほぼ一定に保つことができる。
これによって，超電導体の特性の低い部分も高い部分もだいたい同じように磁場が着磁される。
【００２２】
なお，上記中期パルス磁場にふさわしい大きさのパルス磁場を選択するには，後述する実施形態例１の図２に示すごとく，単パルス磁場による着磁を当該超電導体に対して行なって，超電導体の磁場分布等を求めることで，特性の高い部分に磁場が侵入するが，超電導体中心部からは磁場が抜けない程度の大きさのパルス磁場を知ることができる。
【００２３】
また，初期パルス磁場，続いて印加する中期パルス磁場を終えた後，後期パルス磁場として，中期パルスの強度以下の後期パルス磁場を印加する。
超電導体内部に侵入する磁束線の量は既に侵入している磁束線がある分，および印加磁場が中期パルス磁場以下となった分だけ少なくなる。
その結果中期パルス磁場での着磁に比べ，超電導体中での温度上昇が減り，侵入した磁束線が有効に捕捉されるようになり，超電導体中心部から外縁に向けて着磁が実現され，捕捉磁場を増やすことができる。
【００２４】
このように後期パルス磁場の印加により，仮に超電導体が後述する実施形態例１に示すごとき円柱状である場合は，図８等より明らかであるが，略同心円状かつ略均一に中心部から外縁部へ向けて徐々に磁場が小さくなるような磁場分布を得ることができる。
なお，仮に超電導体の形状が四角柱等であれば磁場分布はピラミッド状等を呈する。
【００２５】
まとめると，初期パルス磁場によって，超電導体における特性の低い部分から中心部へ向けて磁場を侵入させてやり，これによって超電導体の中心部近傍や特性の低い部分に磁束を捕捉させる。
次いで中期パルス磁場により，中心部近傍が捉えた磁束の大きさを低下させることなく，特性の高い部分に磁場を捕捉させ，最後の後期パルス磁場で超電導体の全体の捕捉磁場を太らせてやり，磁石としての性能を高めることができる。
従来と異なり，着磁の途中で中心から磁場が洩れる等，磁場の強度が着磁中に低下することがない。
また，特性の低い部分から順に着磁しているため，より低い強度のパルス磁場を利用して，より強い磁場を超電導体に捕捉させることができる。
【００２６】
以上，本発明によれば，より弱い磁場を用いて超電導体に着磁することができ，また着磁された超電導体がより強い磁場を捕捉して，より強い永久磁石として利用可能となる超電導体の着磁方法を提供することができる。
【００２７】
上記初期パルス磁場は超電導体の中心部に対し磁場が捕捉可能な強度の磁場で，前述した最適印加磁場である。この大きさは超電導体の種類等によって異なる。
この大きさを定める方法としては，例えば次のような方法がある。
未着磁の超電導体にパルス磁場を印加し，着磁を行なう。このパルス磁場の大きさを適当に変更して，印加磁場と捕捉磁束量，表面最大磁場との関係を導出し，後述する実施形態例１の図２にかかるような線図を得る。
このような線図において，捕捉磁束量，表面最大磁場が最大となった最適印加磁場の±１０％の範囲にある磁場を初期パルス磁場として印加することが好ましい。
【００２８】
初期パルス磁場がこの範囲を逸脱した場合は後述する図８のような中心部から外縁に向かって大きさがだいたい均一に低減するような磁場分布を得ることが困難となるおそれがある。また，着磁後の捕捉磁束量や表面最大磁場が小さくなるおそれがある。
【００２９】
また，上記中期パルス磁場は，初期パルス磁場により着磁された超電導体の中心部における磁場が抜けない程度の大きさで印加する必要がある。
この大きさを定める方法としては，例えば次のような方法がある。
未着磁の超電導体にパルス磁場を印加し，着磁を行なう。このパルス磁場の大きさを適当に変更して，印加磁場と捕捉磁束量，表面最大磁場との関係を導出し，後述する実施形態例１の図２にかかるような線図を得る。
【００３０】
このような線図における最大捕捉磁束量より捕捉磁束量が１０〜３０％低下した際の印加磁場であって，初期パルス磁場よりも大きな磁場を中期パルス磁場として印加することが好ましい。
中期パルス磁場がこの範囲を逸脱した場合は後述する図８のような中心部から外縁に向かって大きさがだいたい均一に低減するような磁場分布を得ることが困難となるおそれがある。また，着磁後の捕捉磁束量や表面最大磁場が小さくなるおそれがある。
【００３１】
なお，超電導体の種類等により差はあるが，印加磁場が高くなることで捕捉磁束量は減少してゆく。この減少の傾きが大きく急激に低下するものも，殆ど平らな状態で低下する場合もある。殆ど平らである超電導体に対する中期パルス磁場としてかなり大きな磁場を与えても初期パルス磁場で印加した磁束が抜けない。
【００３２】
ただし，１０Ｔより大きなパルス磁場は生成することが困難であるため，中期パルス磁場の上限は，１０Ｔとすることが好ましい。
また，後期パルス磁場の大きさは中期パルス磁場の大きさ以下であればよい。
【００３３】
また，本発明にかかる着磁方法において利用するパルス磁場は，立ち上がり時間，つまり０からピークに達する時間が１〜３０ｍｓであるパルス電流より得ることが好ましい。これにより，パルス磁場の増磁過程で超電導体の外縁部に充分大きな磁場勾配を生じさせ，フラックスジャンプによって磁束線を超電導体の中心部に侵入させることができる。
１ｍｓ未満では，磁束線が超電導体内に充分入らないうちにパルス磁場が減磁過程に入ってしまうおそれがあり，３０ｍｓを越えるパルス磁場を発生させるためには必要なパルス電源が非常に大型となってしまい，実用的でなくなるおそれがある。
【００３４】
次に，請求項２に記載の発明のように，上記初期パルス磁場は複数回印加することが好ましい。
これにより，初期パルス磁場による超電導体の中心部に捕捉される磁場をより大きくすることができる。
【００３５】
次に，請求項３に記載の発明のように，上記後期パルス磁場は複数回印加し，各印加の際のパルス磁場は中期パルス磁場の強度から順次強度が低減するか，または各印加の際のパルス磁場は中期パルス磁場の強度と略等しいことが好ましい。
これにより，すでに捕捉された磁場がある分だけ超電導体内に新たに侵入する磁場が減るため，その結果超電導体の発熱が少なくなって捕捉される磁場を増やすことができる。
【００３６】
次に，請求項４に記載の発明のように，上記超電導体は，半溶融状態から徐冷凝固して結晶成長させたＲＥ-Ｂａ2Ｃｕ3ＯX（ＲＥはＬａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇａ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｙのいずれか１種以上の元素である。）を主相とすることが好ましい。
これにより磁束線のピン止め力の強い超電導体を用いることにより，該超電導体が大きな磁場を捕捉できる。
なお，ＲＥ-Ｂａ2Ｃｕ3ＯXにおけるXは任意の正数である。
【００３７】
また，本発明によれば，強く着磁された超電導体が得られるため，疑似的に強い永久磁石として機能する超電導体を得ることができる。
このように着磁された超電導体は，永久磁石の着磁，磁場プレス，ＭＭＲ（核磁気共鳴装置），ＭＲＩ（磁気共鳴イメージング），磁気分離等に利用できる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例にかかる超電導体の着磁方法につき，図１〜図１７を用いて説明する。
本例の着磁方法の概略について説明する。
超電導遷移温度以下に冷却された超電導体を準備し，該超電導体の近傍に配設した着磁コイルにパルス電流を通電し，これにより発生するパルス磁場を上記超電導体に印加して該超電導体の着磁を行なう。
上記超電導体は，相対的に臨界電流密度の高い部分と低い部分とを有し，これに対し，まず初期パルス磁場を印加し，次いで該初期パルス磁場よりも強度の強い中期パルス磁場を印加し，その後上記中期パルスの強度以下の強さの後期パルス磁場を印加して，着磁を行なう。
【００３９】
図１に本例にかかる超電導体１及びその着磁に使用した着磁装置１０を示す。図１（ａ）に示すごとく，上記着磁装置１０は，冷凍機１２０によって冷却される断熱容器１１内に配設されたコールドヘッド１２と，断熱容器１１内で該コールドヘッド１２に接触させて配設され熱伝導により超電導遷移温度以下に冷却される超電導体１と，断熱容器１１の外部に配設され超電導体１に磁場を印加するための着磁コイル１４と，該着磁コイル１４に種々の大きさのパルス電流を通電することにより超電導体１の印加磁場を任意に制御できるパルス電源１５とからなる。
【００４０】
本例の着磁には，立ち上がり時間１３ｍｓのパルス電流を上記着磁コイル１４に流して発生させたパルス磁場を利用した。
図１（ｂ）に示すごとく，超電導体１は直径３６ｍｍ，厚み１６ｍｍの円柱形バルク形状である。
この超電導体１はＳｍＢａ2Ｃｕ3ＯXとＳｍ2ＢａＣｕＯXとをモル比で３：１に混合し，さらに１０ｗｔ％のＡｇ2Ｏと０．５ｗｔ％のＰｔを添加した粉末を出発試料として溶融法で作成した。
【００４１】
図１（ｃ）に示すごとく，この超電導体１は溶融法によって作製され，凝固開始時に中心に置いた種結晶から伸びるファセット・ライン１０１が十字状に現われているものである。この超電導体１において，ファセット・ライン１０１付近の超電導特性は他の部分に比べてわずかに高くなっている。従って，この超電導体１は，ファセット・ライン１０１付近は臨界電流密度の高い部分であり，このファセット・ライン１０１間の該ファセット・ライン１０１に対し４５度に当たる部分（同図に示す符号１０５付近の範囲）は相対的に臨界電流密度の低い，超電導特性の低い部分となる。
【００４２】
次に，初期パルス磁場や中期パルス磁場の大きさを定めるための単パルス着磁実験について説明する。
直径３６ｍｍ，厚さ１６ｍｍの円柱形バルク形状の上記超電導体を準備し，これを３５Ｋに冷却した。
この超電導体に対し単パルス磁場を用いて着磁して，次のような測定を行なった。
【００４３】
この超電導体に対し，種々の大きさのパルス磁場を印加した時の超電導体の表面の捕捉磁場分布を，磁場センサをＸ方向，Ｙ方向それぞれ２ｍｍ間隔で走査して測定した。その分布上の最大値が表面最大磁場Ｂmaxで，分布全体の積分値が捕捉磁束量φである。
この測定においては，図１（ｃ）及び図３に示すごとく，測定のＸＹ方向と超電導体１のファセット・ライン１０１の方向とを揃え，すべて同じ向きで測定した。
この測定結果を示す線図を図２に，また，図２の各▲１▼〜▲８▼における超電導体表面の磁場分布を図３に示した。
【００４４】
なお，この実験は単パルス磁場による着磁である。よって，パルス磁場により着磁を行なって測定を終えた後，超電導体を超電導遷移温度よりも高い温度に加熱して，捕捉された磁束を取り除いた。
従って，各単パルス磁場が印加される際の超電導体はまったく着磁されていない状態にある。
【００４５】
また，特に図２における，▲２▼，▲３▼，▲４▼については，磁場を示す各等高線に数値を付した別図面を図４〜図６として掲載した。
▲２▼の状態にある超電導体の磁場分布は，図４に示されるごとく，右斜め方向に磁場の高い部分が存在し，僅かに超電導体中心部分へ磁場が侵入した状態にあることが分かる。
【００４６】
図５に示すごとく，▲３▼の状態はファセットラインに対し４５度の位置にある部分で超電導特性が相対的に低い部分から超電導体の中心部へ向かって磁場が入り込んだ状態を示している。全体としてＸ状の磁場分布が認められる。
【００４７】
図６に示すごとく，▲４▼の状態は，より中心部の磁場が高くなり，また，極端なＸ状の模様が磁場分布に認められなくなった状態である。しかし僅かにファセット・ラインに対し４５度の位置にある部分の磁場が高い。
他の▲１▼，▲５▼〜▲８▼については特に等高線に数値を記載しないが，図４〜図６より明らかであるため，省略した。
【００４８】
以上の測定結果である図２〜図６より，印加磁場が３．５Ｔ以下のときはほとんど超電導体中に磁場が入っていないのに対し，印加磁場が３．５Ｔを超えると，急に図中４５度方向，すなわちファセット・ラインに対し４５度の方向から磁場が侵入していることがわかった。
【００４９】
上記実験から，上記超電導体に対する最適印加磁場は４．３６Ｔで，このときの捕捉磁束量は最大２．９５Ｔに達しており，磁場捕捉率（＝捕捉磁束量／印加磁場）は６７％であることが分かった。
【００５０】
また，図３の▲５▼に示すごとく，最適印加磁場が印加された場合，超電導体外縁部のファセット・ライン上にあまり磁場が捕捉されていないこともわかる。
印加磁場がさらに大きいときは，図３より超電導体外縁部のファセット・ライン上に対する磁場の捕捉が始まることが分かるが，図２より表面最大磁場，捕捉磁束量の双方共に最適印加磁場をかけた場合よりも減少傾向にある。
【００５１】
印加磁場がより高くなると，超電導体中心部に過剰に侵入した磁束線が，パルス磁場がファセット・ラインに対し４５度の方向にフラックス・ジャンプを起こして抜けるため，図３の▲７▼や▲８▼等より，磁場が主としてファセット・ライン上に捕捉されていることが分かる。
【００５２】
このような単パルス磁場の着磁実験より，本例の着磁方法において，初期及び中期パルス着磁の際の適切な磁場を求めることができた。
つまり，初期のパルス磁場はファセット・ラインに対し４５℃の方向で磁場が侵入し，中心部に磁場が捕捉された際の磁場で最適印加磁場４．３６の±１０％の範囲にある４．４Ｔ程度がふさわしいことが分かった。
【００５３】
また，最適な中期パルス磁場を求めるため，初期パルス磁場として４．４Ｔを超電導体に印加した後，種々の大きさの磁場を１回だけ重畳して，同様の捕捉磁場分布測定を行なった。その結果，ファセット・ライン上にも充分磁場を捕捉させることができ，かつ初期パルス磁場により超電導体の中心部に捕捉された磁場が保持可能な６．２Ｔ程度の磁場が中期のパルス磁場にふさわしいことが分かった。
【００５４】
次に本例にかかる超電導体の着磁方法について詳細に説明する。
本例の上述した着磁方法に基づいて，順に初期パルス６回，中期パルス１回，後期パルス１８回という手順で超電導体１に対する着磁を行なった。
この時の超電導体の温度は３５Ｋに維持され，また立ち上がり時間１３ｍｓのパルス電流をコイルに通電して発生させたパルス磁場を利用した。
【００５５】
まず４．４Ｔのパルス磁場を３回印加した後，略同じ大きさのパルス磁場を更に３回印加した。これが図７にかかるＰ１に当たる過程で初期パルス磁場である。
続いて，図７におけるＰ２の過程で６．２Ｔの中期パルス磁場を１回，図７のＰ３にあたる過程で５．９Ｔから順次大きさを低減させて１８回後期パルス磁場の印加を行った。後期パルス磁場の最後１８回目は３．７Ｔで行なった。
【００５６】
各パルス磁場が印加された直後の超電導体における捕捉磁束量及び表面の最大磁場とを図７に記載した。なお，測定方法の詳細は上述の記載と同様である。
また，図７における▲１▼〜▲８▼における超電導体の磁場分布を図８に記載した。特に▲２▼，▲８▼における超電導体の磁場分布については，図９，図１０に示すごとく，拡大して等高線に磁場の大きさを数値で記載した。
他の▲１▼，▲３▼〜▲７▼については特に等高線に数値を記載しないが，図９，図１０より明らかであるため，省略した。
【００５７】
図７からこの一連の過程における表面最大磁場ならびに捕捉磁束量の変化の履歴が分かり，矢印で示した最後の点が最終的な着磁後の表面最大磁場および捕捉磁束量である。
図９より，初期パルス磁場を印加した段階でファセット・ラインに対する４５度の方向から中心部へ向かって磁場が侵入し，ファセット・ライン上にはあまり磁場がはいってこないことが分かった。
また，図１０より，最終的には同心円状の綺麗で形の崩れていない磁場分布が超電導体に形成されたことが分かった。
【００５８】
ここに，比較例１（従来技術；特開平１０−１５４６２０の方法）として，次のような着磁を上記と同様の超電導体に対し施して，上記と同様に超電導体における捕捉磁束量と表面の最大磁場とを測定した。
この時の超電導体の温度は３５Ｋに維持され，また立ち上がり時間１３ｍｓのパルス電流をコイルに通電して発生させたパルス磁場を利用した。
ただし，着磁の方法は最初に６．９Ｔのパルス磁場を印加し，その後順次パルス磁場の大きさを低減させて，最後は３．７Ｔの磁場を印加した。図１２のＰｃ１に示すごとき着磁の過程である。
【００５９】
各パルス磁場が印加された直後の超電導体における捕捉磁束量及び表面の最大磁場とを図１２に記載した。なお，測定方法の詳細は上述の記載と同様である。また，図１２の▲１▼〜▲８▼における超電導体の磁場分布を図１３に記載した。特に▲８▼における超電導体の磁場分布については，図１４に示すごとく，等高線に磁場の大きさを数値で記載した。
他の▲１▼〜▲７▼については特に等高線に数値を記載しないが，図１４より明らかであるため，省略した。
【００６０】
図１２からこの一連の過程における表面最大磁場ならびに捕捉磁束量の変化の履歴が分かり，矢印で示した最後の点が最終的な着磁後の表面最大磁場および捕捉磁束量である。
図１３，図１４より，比較例１のような着磁プロセスでは，より小さな磁場を印加するたびに表面最大磁場，捕捉磁束量共に増えているが，超電導体中心部での磁場が本例のごとく高くならないため，最終的な着磁後の表面最大磁場，捕捉磁束量がともに本例より少なかった。
【００６１】
更に，本例の結果である図７と，比較例の結果である図１２とを同じ線図に記載した。これが図１１である。
本例の着磁方法では，局所的な磁場侵入を利用して最初に超電導体中心部に大きな磁場を捕捉させるため，着磁後の表面最大磁場は３．２Ｔに達し，従来技術の２．８Ｔを大きく上回っている。また，捕捉磁束量についても同様で本例だと２６４５μＷｂ，比較例１では２４３２μＷｂである。
また，着磁に必要な最大の印加磁場は最高で６．２Ｔであり，比較例１の６．９Ｔより低くて済むこともわかった。
【００６２】
また別の比較例２として，次のような着磁を行なった。
この時の超電導体の温度は３５Ｋに維持され，また立ち上がり時間１３ｍｓのパルス電流をコイルに通電して発生させたパルス磁場を利用した。
ただし，着磁の方法は最初に最適印加磁場と略等しい４．４Ｔのパルス磁場を印加し，その後何度か４．４Ｔ近傍の大きさのパルス磁場を印加した。その後は順次パルス磁場の大きさを低減させて最後に３．７Ｔの磁場を印加した。図１５のＰｃ２に示すごとき着磁の過程である。
【００６３】
各パルス磁場が印加された直後の超電導体における捕捉磁束量及び表面の最大磁場とを図１５に記載した。なお，測定方法の詳細は上述の記載と同様である。また，図１５における▲１▼〜▲８▼における超電導体の磁場分布を図１６に記載した。更に，特に▲８▼における超電導体の磁場分布については，図１７に示すごとく，等高線に磁場の大きさを数値で記載した。
他の▲１▼〜▲７▼については特に等高線に数値を記載しないが，図１７より明らかであるため，省略した。
【００６４】
図１５からこの一連の過程における表面最大磁場ならびに捕捉磁束量の変化の履歴が分かり，矢印で示した最後の点が最終的な着磁後の表面最大磁場および捕捉磁束量である。
図１６，図１７より，比較例２のような着磁プロセスでは，途中経過においても，最終的にも臨界電流密度が低い部分にしか着磁ができず，いびつでゆがんだ磁場分布でしか得られないことが分かった。
このように比較例２では，着磁後の表面最大磁場は３．２Ｔに達し，本例に近い値が得られたが，捕捉磁束量が少ない上に磁場分布がいびつなので，磁石としての性能が低く，実用的にはあまり好ましくない。
【００６５】
本例の作用効果について説明する。
本例では初期パルス磁場によって，超電導体における特性の低い部分から中心部へ向けて磁場を侵入させてやり，これによって超電導体の中心部近傍や特性の低い部分に磁束を捕捉させる。この状態の磁場分布が図８の▲１▼や▲２▼である。
【００６６】
次いで中期パルス磁場により，中心部近傍が捉えた磁場の大きさを低下させることなく，特性の高い部分に磁場を捕捉させる。この状態の磁場分布が図８の▲３▼である。
最後の後期パルス磁場で超電導体の全体の捕捉磁場を太らせてやり，磁石としての性能を高めることができる。この状態が図８の▲４▼〜▲８▼である。
同図より明らかであるが，着磁の途中で中心から磁場が洩れる等，磁場の強度が着磁中に低下することがない。
得られた磁場分布は中心部から外縁に向かって均一で綺麗な同心円状になっており，このことから，磁場発生源として使用する際に，空間に対称性のよい磁場を発生できることが分かる。
【００６７】
更に，本例では特性の低い部分から順に着磁しているため，より低い強度のパルス磁場を利用して，より強い磁場を超電導体に捕捉させることができる。これは図１１より明らかである。
【００６８】
以上，本例によれば，より弱い磁場を用いて超電導体に着磁することができ，また着磁された超電導体がより強い磁場を捕捉して，より強い永久磁石として利用可能となる超電導体の着磁方法を提供することができる。
【００６９】
実施形態例２
次に，実施形態例１とは異なる方法で中期パルス磁場の大きさを定め，実施形態例１と同様に初期パルス磁場，中期パルス磁場，後期パルス磁場にて超電導体を着磁する方法について説明する。
【００７０】
中期パルス磁場の大きさを，実施形態例１では単パルス磁場による着磁実験を行なって，表面最大磁場や捕捉磁束量を測定して，その結果に基づいて定めた。本例では，超電導体に連続的にパルス磁場を印加して，（つまり着磁のごとに捕捉された磁場を抜かない。）表面最大磁場を測定し，その結果に基づいて定めるのである。
【００７１】
図１と同様の超電導体に対し着磁するが，図１８に示すごとく，まず３．１Ｔの磁場を印加する。この時の超電導体における磁場分布が図１８（ａ）で，リング状の着磁分布が得られる。
続いてリング状の着磁分布を持った状態の超電導体に対し，２度目の着磁として３．７Ｔのパルス磁場を印加する。この時の磁場分布が図１８（ｂ）で，リング状の磁場分布が図１８（ａ）のときよりも少し太くなった。
【００７２】
続いて４．３Ｔのパルス磁場を着磁する。この４．３Ｔのパルス磁場は実施形態例１に記載した通り，最適捕捉磁場に略等しい。この着磁で一気に中心部まで磁場が侵入したことが図１８（ｃ）より明らかであり，また図１８の線図より知れるごとく，表面最大磁場の大きさが急激に上昇した。
【００７３】
その後，順次４．８Ｔ，５．４Ｔ，５．９Ｔ，６．５Ｔ，７．０Ｔのパルス磁場を印加する。図１８（ｄ）〜（ｇ）より磁場分布はあまり変化がないが，線図より，最大表面磁場は５．４Ｔのパルス着磁を行なった直後が最大で，その後は徐々に減少していくことが分かった。
なお，特に図１８（ｇ）における超電導体の磁場分布については，図１９に示すごとく，等高線に磁場の大きさを数値で記載した。
他の（ａ）〜（ｆ），（ｈ）については特に等高線に数値を記載しないが，図１９より明らかであるため，省略した。
【００７４】
従って，超電導体を準備し，超電導体着磁装置に組み込んだ後，図２０に示すように，パルス磁場を徐々に高めながら重畳して印加してやり，最大捕捉磁場の大きさが減少傾向となった時点からパルス磁場を徐々に低めながら重畳して印加する。これにより，実施形態例１に記載したような単パルス実験を行なわずとも，自然と初期パルス磁場，中期パルス磁場，後期パルス磁場の印加を実現することができる。
以上により，本例によれば，超電導体を着磁装置を含む超電導磁石装置に組み込んだ状態で本発明にかかる着磁方法を実現することができ，実用性に優れる。
その他は実施形態例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００７５】
【発明の効果】
上述のごとく，本発明によれば，より弱い磁場を用いて超電導体に着磁することができ，また着磁された超電導体がより強い磁場を捕捉して，より強い永久磁石として利用可能となる超電導体の着磁方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１における，（ａ）着磁装置の構成を示す説明図，（ｂ）超電導体の寸法を示す説明図，（ｃ）超電導体のファセット・ラインを示す説明図。
【図２】実施形態例１における，超電導体に単パルス磁場による着磁を行なった際の印加磁場の大きさ，表面最大磁場及び捕捉磁束量の関係を示す線図。
【図３】実施形態例１における，図２に対応する捕捉磁場分布を示す線図。
【図４】実施形態例１における，図２の▲２▼にかかる捕捉磁場分布を示す線図。
【図５】実施形態例１における，図２の▲３▼にかかる捕捉磁場分布を示す線図。
【図６】実施形態例１における，図２の▲４▼にかかる捕捉磁場分布を示す線図。
【図７】実施形態例１における，本例にかかる着磁方法による着磁を行なった際の印加磁場の大きさ，表面最大磁場及び捕捉磁束量の関係を示す線図。
【図８】実施形態例１における，図７に対応する捕捉磁場分布を示す線図。
【図９】実施形態例１における，図７の▲２▼にかかる捕捉磁場分布を示す線図。
【図１０】実施形態例１における，図７の▲８▼にかかる捕捉磁場分布を示す線図。
【図１１】実施形態例１における，本例と比較例とのそれぞれの印加磁場の大きさ，表面最大磁場及び捕捉磁束量の関係を示す対比線図。
【図１２】実施形態例１における，比較例１にかかる着磁方法による着磁を行なった際の印加磁場の大きさ，表面最大磁場及び捕捉磁束量の関係を示す線図。
【図１３】実施形態例１における，図１２に対応する捕捉磁場分布を示す線図。
【図１４】実施形態例１における，図１２の▲８▼にかかる捕捉磁場分布を示す線図。
【図１５】実施形態例１における，比較例２にかかる着磁方法による着磁を行なった際の印加磁場の大きさ，表面最大磁場及び捕捉磁束量の関係を示す線図。
【図１６】実施形態例１における，図１５に対応する捕捉磁場分布を示す線図。
【図１７】実施形態例１における，図１５の▲８▼にかかる捕捉磁場分布を示す線図。
【図１８】実施形態例２における，着磁を行なった際の印加磁場の大きさと捕捉磁束量の関係を示す線図，及び（ａ）〜（ｇ）対応する捕捉磁場分布を示す線図。
【図１９】実施形態例２における，図１８の（ｇ）にかかる捕捉磁場分布を示す線図。
【図２０】実施形態例２における，印加磁場と捕捉磁場との関係とを示す線図。
【符号の説明】
１．．．超電導体，
１０．．．着磁装置，
【図１】
0003540969.tif 000002
【図２】
0003540969.tif 000003
【図３】
0003540969.tif 000004
【図４】
0003540969.tif 000005
【図５】
0003540969.tif 000006
【図６】
0003540969.tif 000007
【図７】
0003540969.tif 000008
【図８】
0003540969.tif 000009
【図９】
0003540969.tif 000010
【図１０】
0003540969.tif 000011
【図１１】
0003540969.tif 000012
【図１２】
0003540969.tif 000013
【図１３】
0003540969.tif 000014
【図１４】
0003540969.tif 000015
【図１５】
0003540969.tif 000016
【図１６】
0003540969.tif 000017
【図１７】
0003540969.tif 000018
【図１８】
0003540969.tif 000019
【図１９】
0003540969.tif 000020
【図２０】
0003540969.tif 000021