(57)【要約】      （修正有）【課題】着磁により磁束を捕捉して磁場を発生できる超電導バルク磁石において、真空容器外の大気側に発生できる磁束密度が高く、安価な真空断熱容器内蔵型超電導磁石を提供する。【解決手段】超電導バルク体２の表面形状を配置する真空断熱容器８の低温内筒底面形状の３次元凹凸形状１２に嵌合する形状にし、前記真空断熱用として大量生産の飲料保冷用真空ボトルの低温内筒底面に隙間を最小にするように嵌合して、前記超電導バルク体２を配置することで、前記真空断熱容器の大気側の外筒底面から超電導バルク体２表面までの距離を短くする。この構造により、着磁された超電導バルク体２で発生する磁場内において、大気側の外筒底面で利用できる磁場が強くなる構造にしたものである。【選択図】図１
2015097246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部磁場により着磁される第一の超電導体と、
前記超電導体を冷却する寒冷発生手段と
底面部に凹状もしくは凸状もしくは凹凸状の３次元形状を有する内筒容器と、常温外気に接する外筒容器間に真空空間を有する真空断熱容器で構成され、
前記第一の超電導体および寒冷発生手段の低温部が前記真空断熱容器内に配置された真空断熱容器内蔵型超電導磁石において、
前記第一の超電導体および寒冷発生手段の低温部が前記内筒容器内に配置され、
前記第一の超電導体が内筒容器底面に対向して配置され、該第一の超電導体の対向する端面が該内筒容器底部の３次元形状に嵌合する形状を有し、
前記第一の超電導体と前記内筒容器底面が嵌合するように小さい隙間で配置された、
ことを特徴とする真空断熱容器内蔵型超電導磁石。
【請求項２】
前記内筒容器底部の前記真空空間側の３次元形状に嵌合する第二の超電導バルク体を、
前記第二の超電導体と前記内筒容器底面の真空空間側の３次元形状に嵌合するように接合し、接合面を熱的に一体化した、
ことを特徴としている請求項１記載の真空断熱容器内蔵型超電導磁石。
【請求項３】
前記寒冷発生手段が、第一および第二の超電導体の超電導臨界温度以下の液化温度を有する液化ガスである
ことを特徴としている請求項１および請求項２記載の真空断熱容器内蔵型超電導磁石。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超電導磁石に係り、とくに、真空断熱容器の大気面側の発生磁場が大きい、真空断熱容器内蔵型超電導磁石に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の磁石の１つである、超電導バルク体を内蔵した超電導バルク磁石は、他の外部磁石の磁場を利用して前記超電導バルク体を着磁させる磁石であるが、この着磁された超電導バルク磁石は、磁性薬剤を患部に誘導する磁気的ドラッグ・デリバリー装置や磁性再生細胞を再生部位に誘導する磁性幹細胞誘導装置等に応用する開発が進められている。
【０００３】
磁性幹細胞誘導装置では、例えば皮膚からの深度が浅い軟骨欠損箇所に磁性幹細胞を、正確に体外より磁気誘導できる医療機器の開発が進められている。
特に、磁石として強力な磁場を比較的狭い空間に発生できる超電導バルク磁石の適用試行が実施されているが、生体の体外に磁石を配置させるため、強力な磁場を有し、安価な超電導バルク磁石の提供が求められている。
【０００４】
従来の冷凍機一体型の真空断熱容器内蔵型超電導磁石において、外部磁石により着磁された超電導バルク体を真空断熱容器の真空空間内で超電導臨界温度以下に冷却維持しながら移動できる小型超電導バルク磁石構造が、特開２００５−５７２１８公（特許文献１）に開示されている。
【０００５】
体内に注入された磁性物質を患部等の所定の位置に誘導する装置において、断熱容器内で超電導臨界温度以下に冷却維持して、着磁した超電導バルク磁石の位置を調整可能な構造は、断熱容器の大気面側に発生させた磁気力を利用する際、磁場をより強く作用させることで、磁性物質の誘導機能を向上させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−５７２１８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記断熱容器として飲料の保冷、保温用に提供されている低価格な汎用の真空断熱容器を使用する場合、前記真空断熱容器は室温の外筒と低温の内筒で構成し外筒と内筒の間を真空排気された構造であり、特許文献１の真空容器の底面のフラットな形状と異なり、製造コストが安価な低温の薄肉の内筒の底面は耐圧強度上の問題から円弧状に凹型か、中央部分が円弧の凸型の凹凸形状を有している。
【０００８】
このため、フラットな表面の円盤状の超電導バルク体を内筒底面部に配置する場合、超電導バルク体と前記真空容器の大気面側との距離が内筒底面の凹凸形状分さらに離れ、着磁された超電導バルク体の磁場が、前記真空容器の大気面側表面において小さくなり、前記の磁性物質の誘導機能が低下する問題があった。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、真空断熱容器の大気面側の磁場が大きく、かつ製造コストが安価な真空保冷容器に内蔵した、安価な真空断熱容器内蔵型超電導磁石を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述の目的を達成するために、本発明は、超電導バルク体を真空容器を薄肉の内筒で構成した安価な真空断熱容器の大気側表面に、より近く配置できる構造にしたものである。
【００１１】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の真空断熱容器内蔵型超電導磁石は、寒冷発生手段のヘリウム冷凍機で冷却される超電導バルク体の表面形状を、配置する真空断熱容器の低温内筒底面形状に嵌合する形状とする構造としたことを特徴としたものである。
【００１２】
本真空断熱容器内蔵型超電導磁石によれば、低温内筒底面形状に嵌合させて超電導バルク体を配置できるので、前記真空断熱容器の大気側の外筒底面から超電導バルク体表面までの距離を平均的に短くできる。したがって、着磁された超電導バルク体が発する磁場の大気側の外筒底面での磁場を強くした真空断熱容器内蔵型超電導磁石を提供することが可能となる。
【００１３】
また、真空断熱容器として市販の大量生産された小型、軽量で安価な飲料保冷用真空ボトル等の魔法瓶の真空断熱容器を適用できるので製作コストを低減でき、低コストの真空断熱容器内蔵型超電導磁石を提供することが可能となる。
【００１４】
請求項２に記載の真空断熱容器内蔵型超電導磁石によれば、前記内筒容器底面部の真空空間側の底面形状に嵌合する端面を有する超電導バルク体を熱的に一体化させた構造を有したことを特徴としたものである。
【００１５】
本構成によれば、低温に冷却された内筒底面で真空空間側に配置した超電導バルク体を臨界温度以下に冷却できるので、着磁された超電導バルク体と真空断熱容器の大気側面との距離をさらに短くでき、大気側の外筒底面での磁場がさらに強くなる真空断熱容器内蔵型超電導磁石を提供することが可能となる。
【００１６】
請求項３に記載の真空断熱容器内蔵型超電導磁石によれば、寒冷発生手段として沸点が超電導バルク体の超電導臨界温度以下の液体窒素等の液化ガスを内筒容器に注入した構造を有したことを特徴としたものである。
【００１７】
本構成によれば、ヘリウム冷凍機より安価な液化ガスで超電導バルク体を低冷却できるので、さらに安価な真空断熱容器内蔵型超電導磁石を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、低温に冷却された内筒内側底面に配置する高温超電導バルク体と真空断熱容器の常温側底面との距離を短くできるので、大気側の外筒底面での磁場がさらに強くなり、製造コストが安価な真空断熱容器内蔵型超電導磁石を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施例の真空断熱容器内蔵型超電導磁石の構成図である。
【図２】本発明の第２実施例の真空断熱容器内蔵型超電導磁石の構成図である。
【図３】本発明の第３実施例の真空断熱容器内蔵型超電導磁石の構成図である。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の複数の実施例について図を用いて説明する。各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
【００２１】
[実施例１]
【００２２】
本発明の第１実施例の真空断熱容器内蔵型超電導磁石について、図１を参照しながら、さらに具体的に説明する。図１は本発明の第１実施例の真空断熱容器内蔵型超電導磁石の断面図を示す。
【００２３】
本実施例の真空断熱容器内蔵型超電導磁石１において、被冷却体である例えばY-Ba-Cu-O系の酸化物高温超電導体で製作されたディスク状の酸化物高温超電導バルク体２は銅やステンレス鋼やアルミニュウム製等の補強熱伝導リング３を有しており、この超電導バルク体２は寒冷発生手段としてのヘリウム冷凍機４の高圧ヘリウムガスの断熱膨張による冷凍部５の非磁性の例えばステンレス製の冷却ステージ６と、熱伝導率が大きな例えば銅製の熱伝導体７を介して熱的に一体化され、これらは非磁性の例えばステンレス製の真空断熱容器８内に配置されている。
【００２４】
真空断熱容器８は常温の外筒容器９と低温側の内筒容器１０で構成され、材料からのアウトガスを放出しきれる高温真空中で両筒の接続部を気密状に冶金的に一体化することで、両容器間に形成された真空空間１１を形成し、真空空間１１の真空圧力が劣化し、断熱性能が低下することを防止している。
【００２５】
内筒容器の板厚は上部室温から底部の低温部への熱伝導による熱侵入量を小さくするために、０．２〜０．５ｍｍの薄肉の金属板で製作されており、耐圧強度を確保するため、内筒容器１０の底部の円盤部は３次元の凹状や凸状もしくは凹凸状の凹凸突起形状１２を有している。
【００２６】
ヘリウム冷凍機４の断熱膨張冷凍部の冷却ステージ６は、圧縮機部１３で加圧された作動ガスである高圧ヘリウムガスの断熱膨張の寒冷により極低温に冷却される。膨張後の低圧ヘリウムガスは再び圧縮機部１３に回収され加圧される。
【００２７】
超電導バルク体２は、熱伝導体７で例えば超電導臨界温度以下の温度７７Ｋの極低温に冷却される。
【００２８】
ヘリウム冷凍機４の圧縮機部１３および圧縮熱排熱用の空冷ファン１４は、電源ケーブル１５から給電される例えば直流電源で運転される。
【００２９】
大量生産された飲料用真空断熱容器では、内筒容器１０の室温部付近の内周部に飲料用蓋（図示せず）のパッキンでの液漏れを防止するシール突起１６が設けられている。
【００３０】
また、外筒容器９の開口部の外周部には、蓋をネジ止めするためのネジ用突起１７が螺旋状に設けられている。
【００３１】
ヘリウム冷凍機４の冷凍部５の上部常温部には、保持ブッシュ部材１８が接着剤等で一体化され、Ｏリング溝１９に配置したシール用Ｏリング２０で、内筒容器１０の内周部との接触ラインを気密状態にした構造を有している。
【００３２】
保持ブッシュ部材１８と外筒容器９は、例えばプラスチック製のネジ式蓋２１で固定支持され、ネジ式蓋２１は冷凍部５を貫通する孔２２を有している。
【００３３】
保持ブッシュ部材１８下部には、例えば発泡ポリウレタン製の断熱材２３が設けられ、その外側には円筒状の発泡ポリウレタン製の断熱材２４が設けられている。
【００３４】
本構造により、超電導バルク体２の表面形状は、内筒容器底部の凹凸突起形状１２に嵌合する３次元構造を有しており、外筒容器９の底面２５と超電導バルク体２との距離を短くすることができる。
【００３５】
また、超電導バルク体２を３次元の凹凸形状１２に嵌合して接触して保持でき、超電導バルク体２が傾いたりして冷却後に半径方向等に移動することを防止できる。
【００３６】
次に、超電導バルク体２の着磁方法について説明する。
【００３７】
超電導臨界温度より高い温度状態の超電導バルク体２を、予め例えば５Tの磁場を発生している外部の高磁場に励磁された電磁石２６の磁場中心部に配置し、常電導状態の超電導バルク体２内に、磁束を侵入させる。
【００３８】
次に、ヘリウム冷凍機４の常温圧縮機部１３および空冷ファン１４に電源ケーブル１５より給電され運転をスタートする。
【００３９】
ヘリウム冷凍機４により超電導バルク体２が超電導臨界温度の例えば７７Kに到達し、ヘリウム冷凍機４が定常状態になった後、電磁石２６を消磁し、消磁の際に超電導バルク体２内の磁束が減少する際に発生した誘導電流を、電気抵抗がゼロの超電導状態の超電導バルク体２が維持し、侵入した磁束密度５Ｔと同程度の磁束密度を捕捉する。
【００４０】
着磁後は真空断熱容器内蔵型超電導磁石１を電磁石２６から抜出し、超電導磁石として使用する。ヘリウム冷凍機４は、連続的に２年間程度は連続運転でき、真空断熱容器８もその間真空圧力を一定に保持して断熱機能を維持でき、超電導バルク体２の冷却温度を維持できる。
【００４１】
したがって、本構造によれば、強磁場に着磁された超電導バルク体２と外筒容器９の底面２５の距離を小さくでき、底面２５に接する大気側の磁場を強くでき、利用する磁束密度を大きく確保して提供できる効果がある。
【００４２】
また、大量生産の安価な真空断熱容器８を用いることで、真空断熱容器内蔵型超電導磁石１を低コストで製造できる。
【００４３】
本実施例では、着磁後の真空断熱容器の底面外部に高い磁束密度を有する、低コストの真空断熱容器内蔵型超電導磁石を提供できる効果がある。
【００４４】
なお、本実施例では、超電導バルク体がY-Ba-Cu-O系の酸化物高温超電導体である場合について説明したが、Ｇｄ-Ba-Cu-O系の酸化物高温超電導やＭｇＢ２等の他の超電導バルク体であっても同様な効果が生じ、この場合、ヘリウム冷凍機の冷却温度は各超電導体の超電導臨界温度以下を担保できる機器を選定する。
【００４５】
なお、本実施例では、内筒容器３内側空間は真空排気せず空気が存在し、ヘリウム冷凍機４の冷却ステージ６の冷却とともに空気が液化し内筒容器３内側の圧力が低下するが、Ｏリング２０で大気側と気密状態を維持できるので、大気側から常温の空気が流入して熱侵入量が増加し超電導バルク体２の温度が上昇し、着磁された磁束密度が低下することを防止することができる。
【００４６】
[実施例２]
【００４７】
次に、本発明の第２実施例について図２を用いて説明する。図２は本発明の真空断熱容器内蔵型超電導磁石の断面図を示す。
【００４８】
この第２実施例の真空断熱容器内蔵型超電導磁石では、内筒容器１０の底面外面部に、凹凸突起形状１２に嵌合する高温超電導バルク体２７を接着剤等で熱的に一体化して配置した構成を有している。
【００４９】
超電導バルク体２は嵌合する凹凸突起形状１２に熱伝導性が高いグリースや接着剤等で熱的に一体化されており、凹凸突起形状１２を介して熱的に一体化された高温超電導バルク体２７を冷却された超電導バルク体２で、超電導臨界温度以下に冷却される。
【００５０】
ここで、高温超電導バルク体２７の外周は例えばエポキシ樹脂等の樹脂膜で気密ラップ（図示せず）されており、配置される真空空間１１内に高温超電導バルク体２７からの残留ガスの排出を防止しても良い。
【００５１】
本構造により、超電導バルク体２の着磁運転の際に、電磁石２６で高温超電導バルク体２７も同時に着磁することができる。
【００５２】
したがって、本実施例では高温超電導バルク体２７と外筒容器９の底面２５との距離がさらに短くなり、かつ、超電導バルク体２の磁束密度と高温超電導バルク体２７の磁束密度が加算されるため、着磁後の真空断熱容器の底面外部にさらに高い磁束密度を有する真空断熱容器内蔵型超電導磁石を提供できる効果が生じる。
【００５３】
[実施例３]
【００５４】
次に、本発明の第３実施例について図３を用いて説明する。図３は本発明の真空断熱容器内蔵型超電導磁石の断面図を示す。
【００５５】
この第３実施例の真空断熱容器内蔵型超電導磁石では、寒冷発生手段として液体窒素２８を適用しており、液体窒素２８を内筒容器１０の内部に充填し、蒸発して液面が低下すれば外部から補給注入するようにしたものである。
【００５６】
保持ブッシュ部材１８下部および内筒容器１０の上部には、例えば発泡ポリウレタン製の断熱材２９が設けられている。
【００５７】
超電導バルク体２および高温超電導バルク体２７は液体窒素２８で超電導臨界温度以下の約７７Ｋに冷却されるので、着磁運転により電磁石２６で着磁することができる。    
【００５８】
本構造により、超電導バルク体２および高温超電導バルク体２７は液体窒素２８で超電導臨界温度以下の約７７Ｋに冷却され、着磁運転により電磁石２６で着磁することができる。  
【００５９】
したがって、本実施例では高価なヘリウム冷凍機を使用せずに真空断熱容器内蔵型超電導磁石を構成できるので、さらに低コストの真空断熱容器内蔵型超電導磁石を提供できる効果が生じる。
【００６０】
また、以上の実施例では、超電導バルク体を着磁する際に外部電磁石の静磁場中で着磁するフィールドクール法で着磁する場合について説明したが、パルス状の変動磁場で着磁するパルス着磁法で着磁する場合においても、同様な効果が生じる。
【００６１】
また、以上の実施例では、冷凍機として蓄冷器が運転中に移動するギフォード・マクマホン型冷凍機、ソルベイ式冷凍機、スターリング式冷凍機を適用した場合について説明したが、蓄冷器が運転中に移動しないパルス管式冷凍機を適用しても同様な効果が生じる。
【００６２】
また、以上の実施例では超電導バルク体２がＹ系の高温超電導バルク体である場合について説明したが、例えばGd系、Sｍ、Er系の高温超電導バルク材やMｇB2系の超電導バルク体であっても、同様な作用、効果が生じる。
【００６３】
また、以上の実施例では内筒容器１０の内部空間は空気である場合について説明したが、空気の代わりに例えば固化温度が超電導バルク体２の超電導臨界温度より高い温度の例えば炭酸ガスを充填することにより、ヘリウム冷凍機で冷却される際、内筒容器１０内部が減圧され、対流による常温部からの熱侵入量が低下して、超電導バルク体２の冷却温度がさらに低下し、着磁性能が向上して着磁される磁束密度がさらに大きくなる効果が生じる。
【００６４】
以上、本発明になる真空断熱容器に内蔵された超電導バルク磁石によれば、大気空間において磁束密度が高く、低コストの真空断熱容器内蔵型超電導磁石を提供することができる効果がある。
【符号の説明】
【００６５】
１…真空断熱容器内蔵型超電導磁石、２…超電導バルク体、３…補強熱伝導リング、４…ヘリウム冷凍機、５…冷凍部、６…冷却ステージ、７…熱伝導体、８…真空断熱容器、９…外筒容器、１０…内筒容器、１１…真空空間、１２…凹凸突起形状、１８…保持ブッシュ部材、２１…ネジ式蓋、２０…Ｏリング、２７…高温超電導バルク体、２６…電磁石
【図１】
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【図２】
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【図３】
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