(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶状のＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥはＹ又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素。６．８≦ｙ≦７．１）中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５が分散された複数の板状の酸化物超電導バルク体、及び、積層された前記酸化物超電導バルク体の間に配置された１つ以上の高強度補強部材により形成された酸化物超電導バルク積層体と、
前記酸化物超電導バルク積層体の外周に設けられた１つ以上の外周補強部材と、
を備え、
前記酸化物超電導バルク体が、前記高強度補強部材と結合または接着されており、
前記高強度補強部材が前記外周補強部材と結合または接着されており、
前記高強度補強部材の室温での引っ張り強度が８０ＭＰａ以上であり、
前記外周補強部材の室温での引っ張り強度が８０ＭＰａ以上である、
ことを特徴とする酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項２】
前記酸化物超電導バルク体の厚みが、０．３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項３】
前記酸化物超電導バルク体と、前記高強度補強部材とが、交互に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項４】
前記酸化物超電導バルク体が、前記外周補強部材と結合または接着されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項５】
前記高強度補強部材の熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項６】
前記外周補強部材は、酸化物超電導バルク積層体の外周に一体に設けられたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項７】
前記外周補強部材は前記酸化物超電導バルク積層体の積層方向に複数に分割されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項８】
隣り合う前記外周補強部材は、前記高強度補強部材を介して配置されたことを特徴とする請求項７に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項９】
前記外周補強部材の熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項１０】
前記酸化物超電導バルク積層体の最上面及び／又は最下面に、前記高強度補強部材が配置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項１１】
前記酸化物超電導バルク積層体の最上面及び／又は最下面に配置された少なくとも１つの前記高強度補強部材厚さが、前記酸化物超電導バルク体の間に配置された前記高強度補強部材の厚さよりも厚いことを特徴とする請求項１０に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項１２】
前記酸化物超電導バルク積層体の最上面及び最下面に配置された前記高強度補強部材は、前記外周補強部材と結合または接着されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項１３】
前記外周補強部材の外側に、さらに、室温での引っ張り強度が８０ＭＰａ以上である第２の外周補強部材を備えることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項１４】
前記第２の外周補強部材の熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項１３に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項１５】
前記酸化物超電導バルク体、及び前記高強度補強部材がリング状であり、前記酸化物超電導バルク積層体が有孔の構造であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項１６】
前記酸化物超電導バルク積層体の内周に、室温での引っ張り強度が８０ＭＰａ以上である内周補強部材が一体に設けられたことを特徴とする請求項１５に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項１７】
前記酸化物超電導バルク積層体の内周に、前記酸化物超電導バルク積層体の積層方向に複数に分割され、且つ室温での引っ張り強度が８０ＭＰａ以上である内周補強部材が設けられたことを特徴とする請求項１５に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項１８】
隣り合う前記内周補強部材は、前記高強度補強部材を介して配置されたことを特徴とする請求項１７に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項１９】
前記内周補強部材の熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項２０】
前記酸化物超電導バルク積層体の最上面及び／又は最下面に、前記高強度補強部材が結合または接着されており、前記高強度補強部材は、前記酸化物超電導バルク積層体の内周に設けられた内周補強部材とも結合または接着されていることを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項２１】
前記内周補強部材の内側に、室温での引っ張り強度が８０ＭＰａ以上である第２の内周補強部材をさらに備えることを特徴とする請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項２２】
前記第２の内周補強部材の熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする請求項２１に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項２３】
前記酸化物超電導バルク体は、それぞれ、結晶軸のｃ軸方向が前記酸化物超電導バルク体の内周軸に略一致し、かつ、結晶軸のａ軸方向が前記各酸化物超電導バルク体同士で所定の角度範囲内でずらして積層されていることを特徴とする請求項１５〜２２のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【請求項２４】
前記有孔の酸化物超電導バルク積層体における前記リング形状の酸化物超電導バルク体は、内周軸が一致する多重リング構造を有している、請求項１５〜２３のいずれか１項に記載の酸化物超電導バルクマグネット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物超電導バルク体と補強材とを有する酸化物超電導バルクマグネットに関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶状のＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ（ＲＥは、希土類元素）相中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５相が分散した酸化物超電導材料は、高い臨界電流密度（以下、「Ｊｃ」と示すこともある。）を有するために、磁場中の冷却やパルス着磁により励磁され、強力な磁場を発生できる超電導バルクマグネットとして使用可能である。【０００３】
超電導バルクマグネットは非常に強力な磁場をコンパクトな空間に発生できるという優れた特長を有するが、コンパクトな空間に非常に強力な磁場を閉じ込めることになるので、超電導バルク体内部に大きな電磁応力が作用することになる。この電磁応力は、閉じ込められた磁場が広がるように作用するのでフープ応力とも呼ばれる。５〜１０Ｔ級の強磁場の場合には、作用する電磁応力が超電導バルク体自身の材料機械強度を超えることもあり、その結果、超電導バルク体が破損するおそれがある。超電導バルク体が破損すると、超電導バルク体は強磁場を発生することができなくなる。【０００４】
電磁応力による超電導バルク体の破損を防止することができれば、コンパクトで強磁場という超電導バルクマグネットの特長を活かすことができ、小型ＮＭＲ（Nuclear  Magnetic  Resonance）用磁石部材や磁気力を利用した薬物輸送システムなどマグネットを利用する応用において、機器の高性能化や機器の小型軽量化に役立つことが期待されている。【０００５】
電磁力による超電導バルク体の破損を防止するために、例えば特許文献１では、円柱状の超電導バルク体とこれを囲む金属リングとにより構成された超電導バルクマグネットが提案されている。このような構成にすることにより、冷却時に金属リングによる圧縮応力が超電導バルク体に加わり、その圧縮応力が電磁応力を軽減する効果を有するため、超電導バルク体の割れを抑制することができる。このように、特許文献１には、円柱状の超電導バルク体の破損が防止できることが示されている。【０００６】
ところで、一般的な大きさ（例えば、直径４０〜１００ｍｍ程度）の単結晶状の酸化物超電導材料を用いて、高強度の磁場を着磁により発生させるためには、それぞれの単結晶状の酸化物超電導材料をリング形状とし、その内部に強磁場を発生させることも有効である。この際、これらの内周および外周軸を合わせて積層することがさらに有効である。【０００７】
一般的に、円盤状上のバルク材をリング形状に加工することにより、リング内の内側で比較的高強度で均一な磁場を利用することが可能となる。これにより、特に高い均一度が求められるＮＭＲやＭＲＩ（Magnetic  Resonance  Imaging）等への応用が可能となる。【０００８】
また、特許文献２には、六角形の超電導バルク体を７個組み合わせて、その周囲に繊維強化樹脂等からなる補強部材配置し、さらにその外周にはステンレスやアルミ等の金属からなる支持部材が配置された超電導磁場発生素子が開示されている。【０００９】
特許文献３には、結晶軸のｃ軸方向の厚さが０．３〜１５ｍｍのリング状バルク超電導体を積層した酸化物超電導バルクマグネットが開示されている。【００１０】
また、特許文献４には、外周および内周が補強された複数のリング状超電導体を積層した超電導バルク磁石が開示されている。【００１１】
さらに、特許文献５には、半径方向に多重リング構造を有する超電導体を積層した超電導バルク磁石が開示されている。【００１２】
また、特許文献６には、一つのバルク体の外周および上下面が補強されたバルク磁石が開示されている。
特許文献７には、カップ状の伝導部材の内部に高温超伝導体が置かれ、複数の高温超伝導体の間に挟まれる伝導部材を有するバルク磁石が開示されている。しかしながら、特許文献７の図3には、伝導部材17ｂと高温超伝導体とが接触して熱を伝えてはいるものの、超電導バルク体の電磁気力に対する補強の概念は示されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１１−３３５１２０号公報
【特許文献２】特開平１１−２８４２３８号公報
【特許文献３】特開平１０−３１０４９７号公報
【特許文献４】特開２０１４−７５５２２号公報
【特許文献５】国際公開第２０１１／０７１０７１号
【特許文献６】特開２０１４−１４６７６０号公報
【特許文献７】特開２００２−００６０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、特許文献１〜７に示した従来技術においては、高磁場（例えば１０Ｔ級：６〜１０Ｔ）を安定に捕捉することはできないという問題があった。【００１５】
本発明は、この問題を解決し、必要とされる磁場領域を確保するための高い磁場強度条件下でも、超電導バルク体の破損を防止し、かつ、超電導バルク体表面において十分な総磁束量を得ることができる酸化物超電導バルクマグネットを提供することを目的とする。【００１６】
また、それぞれの単結晶状の酸化物超電導材料をリング形状とし、その内部に強磁場を発生させた場合、必要とされる高い磁場領域を確保するための高い磁場強度条件下でも、超電導バルク体の破損を防止し、かつ、リング内部において十分な総磁束量を得ることができ、さらに、磁場の均一性が高い酸化物超電導バルクマグネットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題の解決のため、本願発明者らは、鋭意検討した結果、複数の酸化物超電導バルク体を積層し、個々の酸化物超電導バルク体の間に高強度補強部材を結合又は接着して配置することで、複合材料化し、比較的低強度の酸化物超電導体を補強し高強度化することで、強磁場下でも超電導バルク体の破損を防止できることを見出して発明を為すに至った。なお、酸化物超電導バルク体と高強度補強部材とが結合又は接着されたものを、以下「酸化物超電導バルク積層体」、リング状の酸化物超電導バルク体と高強度補強部材とが結合又は接着された酸化物超電導バルクマグネットを、以下「有孔の酸化物超電導バルク積層体」とも呼ぶ。【００１８】
また、本願発明者らは検討の過程で、従来は電磁気的な応力により破壊する現象のみ報告されていたが、クエンチと呼ばれる現象によっても破壊が起こることを突き止めるに至った。【００１９】
超電導線材をコイルに巻いて作製した超電導マグネットでは、金属系および酸化物超電導線材においてもクエンチは知られており、安定化金属との複合加工等の対策が取られている、しかし、このようなクエンチ現象は、ＲＥ系のバルクマグネットでは、ほとんど知られていなかった。その理由は、単結晶状のＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ相中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５相が分散した酸化物超電導材料の場合、超電導電流パスの自由度が大きいこと等から、クエンチは、約１０Ｋ以下の低温領域では観測されていたが、約２０Ｋ以上の高温領域では観測されておらず、また、線材コイルマグネット等で起こるようなクエンチによる破損は、起きないものと考えられていた。【００２０】
しかしながら、本願発明者らの検討によって、バルクマグネットにおいても着磁過程や昇温過程等の局所的な発熱（磁束の移動）が引き金となって、局所的な臨界電流密度Ｊｃの低下が発生し、さらに、この臨界電流密度Ｊｃの低下が発熱（磁束の移動）をもたらすサイクルが極めて短時間に発生し、捕捉していた磁場のエネルギーが熱となって瞬時に解放され、この時の熱衝撃等で破損することが起こり得ることが新たに分かった。このため、上記のように電磁気的な応力に対する補強を行った上で、さらに、クエンチによるバルクマグネットの破損を抑制できることが必要となる。【００２１】
本発明の要旨は、以下のとおりである。【００２２】
（１）単結晶状のＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥはＹ又は希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素。６．８≦ｙ≦７．１）中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５が分散された複数の板状の酸化物超電導バルク体、及び、積層された前記酸化物超電導バルク体の間に配置された１つ以上の高強度補強部材により形成された酸化物超電導バルク積層体と、
前記酸化物超電導バルク積層体の外周に設けられた１つ以上の外周補強部材と、
を備え、
前記酸化物超電導バルク体が、前記高強度補強部材と結合または接着されており、
前記高強度補強部材が前記外周補強部材と結合または接着されており、
前記高強度補強部材の室温での引っ張り強度が８０ＭＰａ以上であり、
前記外周補強部材の室温での引っ張り強度が８０ＭＰａ以上である、
ことを特徴とする酸化物超電導バルクマグネット。
【００２３】
（２）前記酸化物超電導バルク体の厚みが、０．３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする前記（１）の酸化物超電導バルクマグネット。
（３）前記酸化物超電導バルク体と、前記高強度補強部材とが、交互に積層されていることを特徴とする前記（１）の酸化物超電導バルクマグネット。
【００２４】
（４）前記酸化物超電導バルク体が、前記外周補強部材と結合または接着されていることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかの酸化物超電導バルクマグネット。
【００２６】
（５）前記高強度補強部材の熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかの酸化物超電導バルクマグネット。
【００２７】
（６）前記外周補強部材は、酸化物超電導バルク積層体の外周に一体に設けられたことを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかの酸化物超電導バルクマグネット。
【００２８】
（７）前記外周補強部材は前記酸化物超電導バルク積層体の積層方向に複数に分割されたことを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかの酸化物超電導バルクマグネット。
【００２９】
（８）隣り合う前記外周補強部材は、前記高強度補強部材を介して配置されたことを特徴とする前記（７）の酸化物超電導バルクマグネット。
【００３１】
（９）前記外周補強部材の熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする前記（１）〜（８）のいずれかの酸化物超電導バルクマグネット。
【００３２】
（１０）前記酸化物超電導バルク積層体の最上面及び／又は最下面に、前記高強度補強部材が配置されていることを特徴とする前記（１）〜（９）のいずれかの酸化物超電導バルクマグネット。
【００３３】
（１１）前記酸化物超電導バルク積層体の最上面及び／又は最下面に配置された少なくとも１つの前記高強度補強部材厚さが、前記酸化物超電導バルク体の間に配置された前記高強度補強部材の厚さよりも厚いことを特徴とする前記（１０）の酸化物超電導バルクマグネット。
【００３４】
（１２）前記酸化物超電導バルク積層体の最上面及び最下面に配置された前記高強度補強部材は、前記外周補強部材と結合または接着されていることを特徴とする前記（１０）又は（１１）の酸化物超電導バルクマグネット。
【００３５】
（１３）前記外周補強部材の外側に、さらに、室温での引っ張り強度が８０ＭＰａ以上である第２の外周補強部材を備えることを特徴とする前記（１）〜（１２）のいずれかの酸化物超電導バルクマグネット。
【００３７】
（１４）前記第２の外周補強部材の熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする前記（１３）の酸化物超電導バルクマグネット。
【００３８】
（１５）前記酸化物超電導バルク体、及び前記高強度補強部材がリング状であり、前記酸化物超電導バルク積層体が有孔の構造であることを特徴とする前記（１）〜（１４）のいずれかの酸化物超電導バルクマグネット。
【００３９】
（１６）前記酸化物超電導バルク積層体の内周に、室温での引っ張り強度が８０ＭＰａ以上である内周補強部材が一体に設けられたことを特徴とする前記（１５）の酸化物超電導バルクマグネット。
【００４０】
（１７）前記酸化物超電導バルク積層体の内周に、前記酸化物超電導バルク積層体の積層方向に複数に分割され、且つ室温での引っ張り強度が８０ＭＰａ以上である内周補強部材が設けられたことを特徴とする前記（１５）の酸化物超電導バルクマグネット。
【００４１】
（１８）隣り合う前記内周補強部材は、前記高強度補強部材を介して配置されたことを特徴とする前記（１７）の酸化物超電導バルクマグネット。
【００４３】
（１９）前記内周補強部材の熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする前記（１６）〜（１８）のいずれかの酸化物超電導バルクマグネット。
【００４４】
（２０）前記酸化物超電導バルク積層体の最上面及び／又は最下面に、前記高強度補強部材が結合または接着されており、前記高強度補強部材は、前記酸化物超電導バルク積層体の内周に設けられた内周補強部材とも結合または接着されていることを特徴とする前記（１６）〜（１９）のいずれかの酸化物超電導バルクマグネット。
【００４５】
（２１）前記内周補強部材の内側に、室温での引っ張り強度が８０ＭＰａ以上である第２の内周補強部材をさらに備えることを特徴とする前記（１６）〜（２０）のいずれかの酸化物超電導バルクマグネット。
【００４７】
（２２）前記第２の内周補強部材の熱伝導率が２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることを特徴とする前記（２１）の酸化物超電導バルクマグネット。
【００４８】
（２３）前記酸化物超電導バルク体は、それぞれ、結晶軸のｃ軸方向が前記酸化物超電導バルク体の内周軸に略一致し、かつ、結晶軸のａ軸方向が前記各酸化物超電導バルク体同士で所定の角度範囲内でずらして積層されていることを特徴とする前記（１５）〜（２２）のいずれかの酸化物超電導バルクマグネット。
【００４９】
（２４）前記有孔の酸化物超電導バルク積層体における前記リング形状の酸化物超電導バルク体は、内周軸が一致する多重リング構造を有している、前記（１５）〜（２３）のいずれかの酸化物超電導バルクマグネット。
【発明の効果】
【００５０】
以上説明したように、本発明によれば、高い磁場領域を確保するための高い磁場強度条件下でも、電磁気的な応力およびクエンチによる超電導バルク体の破損を防止し、強磁場を発生することが可能な超電導バルクマグネットを提供することができる。また、単結晶状の酸化物超電導材料をリング形状とした場合、リング内部において十分な総磁束量を得ることができ、さらに、磁場の均一性の高い酸化物超電導バルクマグネットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネットの一例を示す概略分解斜視図である。
【図２】同実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネットの他の構成例を示す概略分解斜視図であって、酸化物超電導バルク積層体の最上面および最下面に高強度補強部材が結合されている例を示す。
【図３Ａ】同実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネットの他の構成例を示す概略分解斜視図であって、最上部および最下部の高強度補強部材の厚さが他の高強度補強部材の厚さに比べ厚なっている例を示す。
【図３Ｂ】図３Ａの変形例であって、最上部および最下部の高強度補強部材の大きさが他の高強度補強部材よりも大きくなっている例を示す。
【図３Ｃ】高強度補強部材の外径が、高強度補強部材と結合する酸化物超電導バルク体の外径よりも大きく、分割された複数の外周リングを有する酸化物超電導バルクマグネットの酸化物超電導バルクマグネットを中心軸に平行な面で切断した状態を示す断面図である。
【図３Ｄ】外周補強リングが径方向に二重構造を有し、内側の外周補強リングの内径が高強度補強部材の外径より小さい酸化物超電導バルクマグネットを中心軸に平行な面で切断した状態を示す断面図である。
【図４】同実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネットの他の構成例を示す概略分解斜視図であって、矩形の高強度補強部材と矩形の酸化物超電導バルク体とが交互に積層されている例を示す。
【図５】同実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネットの他の構成例を示す概略分解斜視図であって、六角形の高強度補強部材と六角形の酸化物超電導バルク体とが交互に積層されている例を示す。
【図６Ａ】実施例１に係る酸化物超電導バルクマグネットを示す概略分解斜視図である。
【図６Ｂ】比較材である酸化物超電導バルクマグネットを示す概略分解斜視図である。
【図６Ｃ】図６Ａに示した酸化物超電導バルクマグネットを中心軸に平行な面で切断した状態を示す断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｂに示した比較材の酸化物超電導バルクマグネットを中心軸に平行な面で切断した状態を示す断面図である。
【図７Ａ】実施例２に係る酸化物超電導バルクマグネットを示す概略分解斜視図である。
【図７Ｂ】比較材である酸化物超電導バルクマグネットを示す概略分解斜視図である。
【図７Ｃ】図７Ａに示した酸化物超電導バルクマグネットを中心軸に平行な面で切断した状態を示す断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｂに示した比較材の酸化物超電導バルクマグネットを中心軸に平行な面で切断した状態を示す断面図である。
【図７Ｅ】試験Ｎｏ．２−２に対応する酸化物超電導バルクマグネットの構成を示す概略分解斜視図である。
【図７Ｆ】図７Ｅに示した酸化物超電導バルクマグネットを中心軸に平行な面で切断した状態を示す断面図である。
【図７Ｇ】外周補強リングが径方向に二重構造を有し、内側の外周補強リングの内径が高強度補強部材の外径より小さい酸化物超電導バルクマグネットを中心軸に平行な面で切断した状態を示す断面図である。
【図７Ｈ】外周補強リングが一重構造であるの酸化物超電導バルクマグネットを中心軸に平行な面で切断した状態を示す断面図である。
【図８Ａ】実施例３に係る酸化物超電導バルクマグネットを示す概略分解斜視図である。
【図８Ｂ】比較材である酸化物超電導バルクマグネットを示す概略分解斜視図である。
【図９Ａ】本発明の第１の実施形態に係るリング形状の酸化物超電導バルクマグネットの一例を示す概略分解斜視図である。
【図９Ｂ】図９Ａに示す酸化物超電導バルクマグネットの部分断面図である。
【図９Ｃ】同実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネットの変形例であって、酸化物超電導バルクマグネットの中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す（超電導バルク体の外径が相違、外周補強リングの外形同一）。
【図９Ｄ】同実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネットの変形例であって、酸化物超電導バルクマグネットの中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す（超電導バルク体の外径が相違、外周補強リングの外周面に段差あり）。
【図９Ｅ】同実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネットの変形例であって、酸化物超電導バルクマグネットの中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す（超電導バルク体の外径が相違、外周補強リングの外周面がテーパ形状）。
【図１０Ａ】本発明の第２の実施形態に係る超電導バルクマグネットの一例を示す概略分解斜視図であって、有孔の酸化物超電導バルク積層体の上下面に高強度補強部材が結合されている例を示す。
【図１０Ｂ】同実施形態に係る外周補強リングと高強度補強部材と有孔の酸化物超電導バルク積層体との位置関係の例を示す部分断面図である。
【図１０Ｃ】同実施形態に係る外周補強リングと高強度補強部材と有孔の酸化物超電導バルク積層体との位置関係の例を示す図である。
【図１０Ｄ】同実施形態に係る（複数の）外周補強リングと高強度補強部材と有孔の酸化物超電導バルク積層体の位置関係の例を示す図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る有孔の酸化物超電導バルク積層体の一例を示す概略分解斜視図であって、上下面の高強度補強部材の厚さが他の高強度補強部材の厚さに比べ厚くなっている例を示す。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る有孔の酸化物超電導バルク積層体の一例を示す概略分解斜視図であって、リング形状の高強度補強部材の内径がリング形状の酸化物超電導バルク体の内径に比べ小さい例を示す。
【図１３Ａ】本発明の第５の実施形態に係る有孔の酸化物超電導バルク積層体の一例を示す概略分解斜視図であって、リング形状の高強度補強部材の内径がリング形状の酸化物超電導バルク体の内径に比べ小さく、かつ内周補強リングが配置されている例を示す。
【図１３Ｂ】同実施形態に係る内周補強リング、高強度補強部材とリング形状の酸化物超電導バルク体の位置関係の例を示す部分断面図である。
【図１３Ｃ】同実施形態に係る内周補強リング、高強度補強部材とリング形状の酸化物超電導バルク体の位置関係の例を示す部分断面図である。
【図１３Ｄ】同実施形態に係る内周補強リング、高強度補強部材とリング形状の酸化物超電導バルク体の位置関係の例を示す部分断面図である。
【図１３Ｅ】同実施形態に係る内周補強リング、高強度補強部材とリング形状の酸化物超電導バルク体の位置関係の例を示す部分断面図である。
【図１４Ａ】本発明の第６の実施形態に係る有孔の酸化物超電導バルク積層体の一例を示す位置関係の例を示す部分断面図であって、内周補強リングが径方向に二重構造を有し、外側の内周補強リングの外径が接する高強度補強部材の内径より大きい例を示す。また、高強度補強部材の外径が、当該高強度補強部材と結合又は接着する少なくともいずれか一方の前記酸化物超電導バルク体の外径よりも大きい例も示す。
【図１４Ｂ】外周補強リングが径方向に二重構造を有し、内側の外周補強リングの内径が接する高強度補強部材の外径より小さい例を示す部分断面図である。
【図１４Ｃ】外周補強リングおよび内周リングが径方向に二重構造を有し、内側の外周補強リングの内径が接する高強度補強部材の外径より小さいく、かつ、外側の内周補強リングの外径が接する高強度補強部材の内径より大きい例を示す部分断面図である。
【図１５】超電導バルク材料の結晶学的方位の揺らぎを示す説明図である。
【図１６Ａ】本発明の第７の実施形態に係る有孔の酸化物超電導バルク積層体の一例を示す概略分解斜視図であって、リング形状の酸化物超電導バルク体が多重リング構造になっている例を示す。
【図１６Ｂ】同実施形態に係る多重リング形状超電導バルク体の一例を示す平面図である。
【図１６Ｃ】同実施形態に係る多重リング形状超電導バルク体の他の一例を示す平面図である。
【図１６Ｄ】同実施形態に係る多重リング形状超電導バルク体の他の一例を示す平面図である。
【図１７Ａ】実施例１に係る有孔の酸化物超電導バルク積層体の概略分解斜視図である。
【図１７Ｂ】実施例１に対する比較材の概略分解斜視図である。
【図１７Ｃ】図１７Ａの酸化物超電導バルク積層体を中心軸線に沿って切断したときの断面図である。
【図１７Ｄ】図１７Ｂの酸化物超電導バルク積層体を中心軸線に沿って切断したときの断面図である。
【図１８Ａ】実施例２に係る有孔の酸化物超電導バルク積層体の概略分解斜視図である。
【図１８Ｂ】実施例２に対する比較材の概略分解斜視図である。
【図１８Ｃ】図１８Ａの酸化物超電導バルク積層体を中心軸線に沿って切断したときの断面図である。
【図１８Ｄ】図１８Ｂの酸化物超電導バルク積層体を中心軸線に沿って切断したときの断面図である。
【図１９Ａ】実施例３に係る有孔の酸化物超電導バルク積層体の概略分解斜視図である。
【図１９Ｂ】実施例３に対する比較材の概略分解斜視図である。
【図１９Ｃ】図１９Ａの酸化物超電導バルク積層体を中心軸線に沿って切断したときの断面図である。
【図１９Ｄ】図１９Ｂの酸化物超電導バルク積層体を中心軸線に沿って切断したときの断面図である。
【図２０Ａ】実施例３に係る有孔の酸化物超電導バルク積層体の概略分解斜視図である。
【図２０Ｂ】実施例３に対する比較材の概略分解斜視図である。
【図２０Ｃ】図２０Ａの酸化物超電導バルク積層体を中心軸線に沿って切断したときの断面図である。
【図２０Ｄ】図２０Ｂの酸化物超電導バルク積層体を中心軸線に沿って切断したときの断面図である。
【図２１Ａ】実施例５に係る有孔の酸化物超電導バルク積層体を示す概略分解斜視図である。
【図２１Ｂ】実施例５に対する比較材の概略分解斜視図である。ある
【図２２Ａ】実施例１０の一態様に係る本発明の酸化物超電導積層体マグネットを中心軸線に沿って切断したときの断面図である。
【図２２Ｂ】実施例１０の別の態様に係る本発明の酸化物超電導積層体マグネットを中心軸線に沿って切断したときの断面図である。
【図２２Ｃ】実施例１０に係る比較例の酸化物超電導積層体マグネットを中心軸線に沿って切断したときの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
【００５３】
本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネットで用いる酸化物超電導バルク体（以下、単に「超電導バルク体」ともいう。）は、単結晶状のＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５相（２１１相）等に代表される非超電導相が分散した組織を有するもので、特に微細分散した組織を有するバルク材（所謂ＱＭＧ（登録商標）材料）が望ましい。ここで、単結晶状というのは、完璧な単結晶でなく、小傾角粒界等の実用に差支えない欠陥を有するものも包含するという意味である。ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ相（１２３相）及びＲＥ２ＢａＣｕＯ５相（２１１相）におけるＲＥは、Ｙ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕからなる希土類元素及びそれらの組み合わせで、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄを含む１２３相は１：２：３の化学量論組成から外れ、ＲＥのサイトにＢａが一部置換した状態になることもある。また、非超電導相である２１１相においても、Ｌａ、Ｎｄは、Ｙ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕとは幾分異なり、金属元素の比が非化学量論的組成であったり、結晶構造が異なっていることが知られている。
【００５４】
前述のＢａ元素の置換は、臨界温度を低下させる傾向がある。また、より酸素分圧の小さい環境においては、Ｂａ元素の置換が抑制される傾向にある。
【００５５】
１２３相は、２１１相とＢａとＣｕとの複合酸化物からなる液相との包晶反応、
２１１相＋液相（ＢａとＣｕの複合酸化物）  →  １２３相
によりできる。そして、この包晶反応により、１２３相ができる温度（Ｔｆ：１２３相生成温度）は、ほぼＲＥ元素のイオン半径に関連し、イオン半径の減少に伴いＴｆも低くなる。また、低酸素雰囲気及びＡｇ添加に伴い、Ｔｆは低下する傾向にある。
【００５６】
単結晶状の１２３相中に２１１相が微細分散した材料は、１２３相が結晶成長する際、未反応の２１１粒が１２３相中に取り残されるためにできる。即ち、上記バルク材は、
２１１相＋液相（ＢａとＣｕの複合酸化物）  →  １２３相＋２１１相
で示される反応によりできる。
【００５７】
バルク材中の２１１相の微細分散は、臨界電流密度Ｊｃ向上の観点から極めて重要である。Ｐｔ、Ｒｈ又はＣｅの少なくとも一つを微量添加することで、半溶融状態（２１１相と液相からなる状態）での２１１相の粒成長が抑制され、結果的に材料中の２１１相が約１μｍ程度に微細化される。２１１相の微細分散状況は、試料を鏡面研磨した後、光学顕微鏡で確認できる。
【００５８】
添加量は、微細化効果が現れる量及び材料コストの観点から、Ｐｔで０．２〜２．０質量％、Ｒｈで０．０１〜０．５質量％、Ｃｅで０．５〜２．０質量％が望ましい。添加されたＰｔ、Ｒｈ、Ｃｅは１２３相中に一部固溶する。また、固溶できなかった元素は、ＢａやＣｕとの複合酸化物を形成し、材料中に点在することになる。
【００５９】
また、マグネットを構成するバルク酸化物超電導体は、磁場中においても高い臨界電流密度（Ｊｃ）を有する必要がある。この条件を満たすには、超電導的に弱結合となる大傾角粒界を含まない単結晶状の１２３相である必要がある。さらに高いＪｃ特性を有するためには、磁束の動きを止めるためのピンニングセンターが必要となる。このピンニングセンターとして機能するものが微細分散した２１１相であり、より細かく多数分散していることが望ましい。先に述べたように、Ｐｔ、ＲｈやＣｅは、この２１１相の微細化を促進する働きがある。また、ピンニングサイトとして、ＢａＣｅＯ３、ＢａＳｉＯ３、ＢａＧｅＯ３、ＢａＳｎＯ３等の可能性が知られている。また、２１１相等の非超電導相は、劈開し易い１２３相中に微細分散することによって、超電導体を機械的に強化し、バルク材料として成り立たす重要な働きをも担っている。
【００６０】
１２３相中の２１１相の割合は、Ｊｃ特性及び機械強度の観点から、５〜３５体積％が望ましい。また、材料中には、５０〜５００μｍ程度のボイド（気泡）を５〜２０体積％含むことが一般的であり、さらにＡｇ添加した場合、添加量によって１〜５００μｍ程度のＡｇ又はＡｇ化合物を０体積％超２５体積％以下含む。
【００６１】
また、結晶成長後の材料の酸素欠損量（ｘ）は、０．５程度で半導体的な抵抗率の温度変化を示す。これを各ＲＥ系により３５０℃〜６００℃で１００時間程度、酸素雰囲気中においてアニールすることにより酸素が材料中に取り込まれ、酸素欠損量（ｘ）は０．２以下となり、良好な超電導特性を示す。この時、超電導相中には双晶構造ができる。しかしながら、この点を含めここでは単結晶状と呼ぶことにする。
【００６２】
以下に、本発明の実施形態について、図に沿って説明する。
【００６３】
図１は、本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット１００の一例を示す概略分解斜視図である。本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット１００は、図１に示すように、円板状の酸化物超電導バルク体１１０と、円板状の高強度補強部材１２０と、外周補強リング１３０とからなる。
【００６４】
本実施形態では、酸化物超電導バルク体１１０として、３つの超電導バルク体１１１、１１３、１１５が設けられており、高強度補強部材１２０として、２つの高強度補強部材１２１、１２３が設けられている。酸化物超電導バルク体１１０と高強度補強部材１２０とは、円板の中心軸線方向に、交互に積層される。
【００６５】
例えば図１に示すように、超電導バルク体１１１、１１３の間に高強度補強部材１２１が配置され、超電導バルク体１１３、１１５の間に高強度補強部材１２３が配置されている。積層された酸化物超電導バルク体１１０と高強度補強部材１２０とは結合または接着されていることが好ましい。こうして酸化物超電導バルク積層体（１１０＋１２０）が形成される。また、その外周に中空の外周補強部材である外周補強リング１３０が設けられ、嵌合された状態となっている。外周補強リング１３０は高強度補強部材１２０と結合または接着されていることが好ましい。さらに外周補強リング１３０は酸化物超電導バルク体１１０と結合または接着されていてもよい。こうして酸化物超電導バルクマグネット１００が形成される。
超電導バルク体１１３は、セラミックスであるため、圧縮力に対しては比較的耐力が強いが、引張力に対する耐力が弱い。このため、引張力に対する耐力が強い高強度補強部材１２０と結合又は接着させて複合構造化し、酸化物超電導バルク積層体（１１０＋１２０）とすることで、圧縮力と引張力の両方に高耐力となる。そして、この積層体の更に外周に、外周補強リング１３０が配置されることで、より一層、高耐力となり、高い磁場強度条件下でも、電磁気的な応力およびクエンチによる超電導バルク体の破損を防止できるようになる。
【００６６】
中心軸線方向に積層された酸化物超電導バルク体１１０と高強度補強部材１２０とを結合または接着させるとき、例えば樹脂またはグリース等で行ってもよく、より望ましくは、より強固な結合力が得られる半田付けで行うのがよい。半田付けの場合、酸化物超電導バルク体１１０の表面にＡｇ薄膜をスパッタ処理等により製膜し、さらに１００℃〜５００℃でアニール処理することが望ましい。これにより、Ａｇ薄膜とバルク材料表面とがよくなじむ。半田自身にも熱伝導性を向上さる働きがあるため、半田付け処理は、バルクマグネット全体熱伝導性を向上させバルクマグネット全体の温度を均一化させる観点からも望ましい。
【００６７】
また、このとき、電磁気的な応力に対しての補強方法として、高強度補強部材１２０としては、半田付けが可能なアルミ合金、Ｎｉ基合金、ニクロム、ステンレス等の金属が望ましい。熱膨張率差による酸化物超電導バルク体と高強度補強部材との界面近傍での剥離・へき開割れ抑制の観点からは、さらには、高強度補強部材１２０として、線膨脹係数が酸化物超電導体と比較的近く、室温からの冷却の際に僅かに酸化物超電導バルク体１１０に圧縮応力を作用させるニクロムを用いることが望ましい。一方、クエンチによる破壊防止の観点からは、高強度補強部材１２０として、高熱伝導度および高電気伝導度を有する銅、銅合金、アルミニウム、アルミ合金、銀、銀合金等の金属が望ましい。なおこれらの金属は半田付けが可能である。さらには、無酸素銅、アルミニウム、銀が熱伝導度および電気伝導度の観点から望ましい。
【００６８】
このような高強度金属からなる高強度補強部材１２０による補強により、全体としての熱伝導率化により、バルクマグネットとしての熱的安定性が増し、クエンチが発生しにくくなり、より低温領域すなわち高臨界電流密度Ｊｃ領域での高磁場着磁が可能となる。銅、アルミニウム、銀等の金属は、電気伝導度も高いことから、磁束の移動に伴い局所的な温度上昇により超電導特性の劣化が発生した場合、超電導電流を迂回させる作用が期待でき、クエンチ抑制効果があると考えられる。また、このとき、クエンチ抑制効果を高めるためには、酸化物超電導バルクと高電気伝導の高強度材料との界面の接触抵抗が小さいことが望ましく、酸化物超電導バルクの表面に銀皮膜を形成した後、半田等で接合することが望ましい。
【００６９】
半田等で結合する際、気泡の巻き込み等を抑制し半田を均一に浸透させるため、細孔を有する高強度補強部材１２０を用いることは有効である。高強度補強部材１２０および外周補強リング１３０の加工は、一般的な金属の機械加工で加工される。バルクマグネットの実際上の設計では、高強度金属からなる高強度補強部材１２０を挿入する分、超電導材料の割合が減少するため、目的とする使用条件に合わせて、高強度補強部材１２０の割合を決めればよく、また、上記の観点から、強度が高い高強度金属と熱伝導率が高い高強度金属とを複数それぞれの割合を決め組み合わせて用いることが望ましい。
【００７０】
また、超電導バルク体１１０の常温引っ張り強度は６０ＭＰａ程度であり、また、高強度補強部材１２０を超電導バルク体１１０に貼り付けるための半田の常温引っ張り強度は、通常８０ＭＰａ未満である。このことから、常温引っ張り強度が８０ＭＰａ以上の高強度補強部材１２０は、補強部材として有効である。そのため、高強度補強部材１２０の強度は、常温引っ張り強度が８０ＭＰａ以上であることが好ましい。さらにまた、熱伝導度が高い高強度金属の熱伝導率としては、超電導材料内で発生した熱の伝達・吸収の観点から、２０Ｋ〜７０Ｋの温度領域で２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましく、さらに望ましくは、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましい。また、高強度補強部材１２０として、複数の円板が酸化物超電導バルク体１１０の間に配置されている場合、当該円板のうち少なくとも１つが２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有していればよい。
【００７１】
また、外周補強リング１３０についても、クエンチ抑制効果を高めるために、高い熱伝導率を有する材質から形成してもよい。この場合、外周補強リング１３０には、例えば、高い熱伝導率を有する銅、アルミニウム、銀等の金属を主成分として含む材質を用いることができる。高い熱伝導率を有する外周補強リング１３０の熱伝導率は、超電導材料内で発生した熱の伝達・吸収の観点から、冷凍機冷却等により安定して強磁場を発生できる２０Ｋ〜７０Ｋの温度領域で２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましく、さらに望ましくは、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましい。
【００７２】
また、外周補強リング１３０は、同心円状に複数のリングを配置して構成することも可能である。すなわち、対向するリングの周面同士を接するようにして全体として１つの外周補強リングを構成する。この場合、外周補強リングを構成するリングのうち少なくとも１つが２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有していればよい。
【００７３】
また、図１〜図３Ｄには３枚の酸化物超電導バルク体からなるバルクマグネットの例を示したが、本発明の要旨は、比較的強度が低い酸化物超電導バルク体と高強度の補強部材との複合材料化による高強度化であるため、より多く多層化することで複合化の効果がより発揮される。酸化物超電導体の厚さは、直径（外径）にも依存するが、１０ｍｍ以下が望ましく、さらに望ましくは６ｍｍ以下であり、0.3ｍｍ以上である。0.3ｍｍ未満の場合、酸化物超電導体の結晶性の揺らぎによる超電導特性の劣化が起こる。
【００７４】
以上、本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット１００について説明した。本実施形態によれば、少なくとも積層された酸化物超電導バルク体１１０の間に、高強度補強部材１２０が配置される。特に引っ張り応力に対し、比較的低強度である酸化物超電導バルク体１１０と高強度補強部材１２０とを交互に積層させて複合材料化することで、その強度を高めることができる。さらに、高強度補強部材１２０および外周補強リング１３０として熱伝導率の高い材料を用いることで、クエンチの発生も抑制できる。これにより、高い磁場強度条件下でも、酸化物超電導バルク体１１０の破損を防止することができ、十分な総磁束量を得ることができる。
【００７５】
また、本実施形態に係る酸化物超電導バルク積層体は、図２〜図４に示すような構成であってもよい。
【００７６】
例えば、図２に示す酸化物超電導バルクマグネット１００Ａは、酸化物超電導バルクマグネット１００Ａの中心線軸方向の最上面及び最下面に高強度補強部材１２０が配置されている。すなわち、図１に示す構成の酸化物超電導バルク積層体の最上面及び最下面に、高強度補強部材１２５、１２７が設けられ、それぞれ対向する酸化物超電導バルク体１１１、１１５と結合または接着されている。
【００７７】
また、例えば図３Ａに示す酸化物超電導バルクマグネット１００Ｂのように、図２に示す構成の酸化物超電導バルク積層体において、最上面または最下面のうち少なくともいずれか一方の高強度補強部材１２５Ｂ、１２７Ｂの厚さを、他の高強度補強部材１２１、１２３の厚さに比べ厚くしてもよい。着磁過程においては酸化物超電導バルク積層体の上面および下面の表面に最大応力がかかる。このため、この部分を十分に補強する必要がある。そこで、図３Ａに示すように、最上面または最下面のうち少なくともいずれか一方の高強度補強部材１２５Ｂ、１２７Ｂの厚さを他の高強度補強部材１２１、１２３よりも厚くすることで、酸化物超電導バルクマグネット１００Ｂの端部の強度を高めることができる。
【００７８】
また、図３Ｂに示す酸化物超電導バルクマグネット１００Ｂ−２のように、最上面および最下面の高強度補強部材１２５Ｂ−２、１２７Ｂ−２の外径を外周補強リング１３０の外径と概ね等くし、各高強度補強部材１２５Ｂ−２、１２７Ｂ−２を外周補強リング１３０の上面および下面と接合させてもよい。これにより、より強固に最上面および最下面の高強度補強部材１２５Ｂ−２、１２７Ｂ−２を外周補強リング１３０に接合することもできる。さらに、高強度補強部材１２０および外周補強リング１２５Ｂ−２、１２７Ｂ−２として熱伝導率の高い材料を用いることでクエンチの発生も抑制できる。
【００７９】
また、図３Ｃに示すように高強度補強部材３２０（３２１〜３２５）の外周端部が、高強度補強部材と結合する酸化物超電導バルク体３１０（３１１〜３１４）の外径よりも大きく、分割された複数の外周リング３３０（３３１〜３３４）と強固に結合しており、高強度補強部材が比較的薄い場合は特に有用である。
【００８０】
また、さらに図３Ｄに示すように外周補強リングが径方向に二重構造を有し、内側の外周補強リング３３０（３３１〜３３５）の内径が高強度補強部材の外径より小さく、高強度補強部材の外周端が外側の外周補強リング（３４０）と結合されている場合は、高強度補強部材の外周端は外周補強リングにより強固に接合されており、より大きな補強効果を発揮する。
【００８１】
さらに、本実施形態に係る酸化物超電導バルク積層体を構成する超電導バルク体１１０および高強度補強部材１２０の形状は、必ずしも円板状である必要はない。例えば図４に示す酸化物超電導バルクマグネット１００Ｃのように、超電導バルク体１１０および高強度補強部材１２０の形状を矩形にしてもよい。このとき、外周補強部材１３０Ｃも、超電導バルク体１１０および高強度補強部材１２０の形状に対応して、矩形の貫通孔の形成された中空部材として形成される。
【００８２】
あるいは図５に示す酸化物超電導バルクマグネット１００Ｄのように、超電導バルク体１１０および高強度補強部材１２０の形状を六角形にしてもよい。このとき、外周補強部材１３０Ｄも、超電導バルク体１１０および高強度補強部材１２０の形状に対応して、六角形の貫通孔の形成された中空部材として形成される。
【００８３】
次に、単結晶状の酸化物超電導材料をリング形状とした場合についての第１〜８の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００８４】
＜第１の実施形態＞
まず、第１の実施形態について、図９Ａ〜図９Ｅを用いて説明する。図９Ａは、本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット９００の一例を示す概略分解斜視図である。図９Ｂは、図９Ａに示す酸化物超電導バルクマグネット９００の部分断面図である。図９Ｃ〜図９Ｅは、本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット９００の変形例であって、酸化物超電導バルクマグネット９００の中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。
【００８５】
本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット９００は、円板の中央部に貫通孔を有するリング形状の酸化物超電導バルク体９１０と、円板の中央部に貫通孔を有するリング形状の高強度補強部材９２０と、外周補強リング９３０とからなる。本実施形態では、酸化物超電導バルク体９１０として、３つの超電導バルク体９１２、９１４、９１６が設けられており、高強度補強部材９２０として、２つの高強度補強部材９２２、９２４が設けられている。酸化物超電導バルク体９１０と高強度補強部材９２０とは、リングの中心軸線方向に、交互に積層される。例えば図９Ａに示すように、超電導バルク体９１２、９１４の間に高強度補強部材９２２が配置され、超電導バルク体９１４、９１６の間に高強度補強部材９２４が配置されている。積層された酸化物超電導バルク体９１０と高強度補強部材９２０とは結合または接着され、その外周に中空の金属製の外周補強リング９３０が嵌合される。こうして中央が貫通した、有孔の酸化物超電導バルク積層体が形成される。外周補強リング９３０は高強度補強部材９２０と結合または接着されていることが好ましい。さらに外周補強リング９３０は酸化物超電導バルク体９１０と結合または接着されていてもよい。こうして酸化物超電導バルクマグネット９００が形成される。
リング形状の超電導バルク体９１０は、セラミックスであるため、圧縮力に対しては比較的耐力が強いが、引張力に対する耐力が弱い。このため、引張力に対する耐力が強い高強度補強部材９２０と結合又は接着させて複合構造化し、酸化物超電導バルク積層体（９１０＋９２０）とすることで、圧縮力と引張力の両方に高耐力となる。そして、この積層体の更に外周に、外周補強リング９３０が配置されることで、より一層、高耐力となり、高い磁場強度条件下でも、電磁気的な応力およびクエンチによる超電導バルク体の破損を防止できるようになる。
【００８６】
中心軸線方向に積層された酸化物超電導バルク体９１０と高強度補強部材９２０との結合または接着は、例えば樹脂またはグリース等で行ってもよく、より望ましくは、より強固な結合力が得られる半田付けで行うのがよい。半田付けの場合、リング形状の酸化物超電導バルク体９１０の表面にＡｇ薄膜をスパッタ処理等により製膜し、さらに１００℃〜５００℃でアニール処理することが望ましい。これにより、Ａｇ薄膜とバルク材料表面とがよくなじむ。半田自身にも熱伝導性を向上さる働きがあるため、半田付け処理は、熱伝導性を向上させバルクマグネット全体の温度を均一化させる観点からも望ましい。
【００８７】
また、このとき、電磁気的な応力に対しての補強方法として、高強度補強部材９２０としては、半田付けが可能なアルミ合金、Ｎｉ基合金、ニクロム、ステンレス等の金属が望ましい。熱膨張率差による酸化物超電導バルク体と高強度補強部材との界面近傍での剥離・へき開割れ抑制の観点からは、さらには、線膨脹係数が酸化物超電導バルク体９１０と比較的近く、室温からの冷却の際に僅かに酸化物超電導バルク体９１０に圧縮応力を作用させるニクロムがさらに望ましい。一方、クエンチによる破壊防止の観点からは、高強度補強部材９２０として、高熱伝導度および高電気伝導度を有する銅、銅合金、アルミニウム、アルミ合金、銀、銀合金等の金属が望ましい。なおこれらの金属は半田付けが可能である。さらには、無酸素銅、アルミニウム、銀が熱伝導度および電気伝導度の観点から望ましい。また、半田等で結合する際、気泡の巻き込み等を抑制し半田を均一に浸透させるため、細孔を有する高強度補強部材９２０を用いることは有効である。
【００８８】
このような高強度金属からなる高強度補強部材９２０による補強により、全体としての熱伝導率化により、バルクマグネットとしての熱的安定性が増し、クエンチが発生しにくくなり、より低温領域すなわち高臨界電流密度Ｊｃ領域での高磁場着磁が可能となる。銅、アルミニウム、銀等の金属は、電気伝導度も高いことから、局所的に超電導特性を劣化させる揺籃が発生した場合、超電導電流を迂回させる作用が期待でき、クエンチ抑制効果があると考えられる。また、このとき、クエンチ抑制効果を高めるためには、酸化物超電導バルクと高電気伝導の高強度材料との界面の接触抵抗が小さいことが望ましく、酸化物超電導バルクの表面に銀皮膜を形成した後、半田等で接合することが望ましい。
【００８９】
バルクマグネットの実際上の設計では、高強度金属からなる高強度補強部材９２０を挿入する分、超電導材料の割合が減少するため、目的とする使用条件に合わせて、高強度補強部材９２０の割合を決定すればよい。また、上記の観点から、高強度補強部材９２０を、強度が高い高強度金属と熱伝導率が高い高強度金属とを複数それぞれの割合を決めて、組み合わせて構成することが望ましい。
【００９０】
また、超電導バルク体９１０の常温引っ張り強度は６０ＭＰａ程度であり、また、高強度補強部材９２０を超電導バルク体９１０に貼り付けるための半田の常温引っ張り強度は、通常８０ＭＰａ未満である。このことから、常温引っ張り強度が８０ＭＰａ以上の高強度補強部材９２０は、補強部材として有効である。そのため、高強度補強部材９２０の強度は、常温引っ張り強度が８０ＭＰａ以上であることが好ましい。さらに、熱伝導度が高い高強度金属の熱伝導率としては、超電導材料内で発生した熱の伝達、吸収の観点から、２０Ｋ〜７０Ｋの温度領域で２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましく、さらに望ましくは、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましい。また、高強度補強部材９２０として、複数のリング状の板が酸化物超電導バルク体９１０の間に配置されている場合、当該板のうち少なくとも１つが２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有していればよい。
【００９１】
また、外周補強リング９３０についても、クエンチ抑制効果を高めるために、高い熱伝導率を有する材質から形成してもよい。この場合、外周補強リング９３０には、例えば、高い熱伝導率を有する銅、アルミニウム、銀等の金属を主成分として含む材質を用いることができる。高い熱伝導率を有する外周補強リング９３０の熱伝導率は、超電導材料内で発生した熱の伝達・吸収の観点から、冷凍機冷却等により安定して強磁場を発生できる２０Ｋ〜７０Ｋの温度領域で２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましく、さらに望ましくは、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましい。
【００９２】
また、外周補強リング９３０は、同心円状に複数のリングを配置して構成することも可能である。すなわち、対向するリングの周面同士を接するようにして全体として１つの外周補強リングを構成する。この場合、外周補強リングを構成するリングのうち少なくとも１つが２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有していればよい。
【００９３】
高強度補強部材９２０および外周補強リング９３０の加工は、一般的な機械加工法で加工される。各リング形状の酸化物超電導バルク体９１０の内外周の中心軸は、発生磁場強度向上および均一度（または対称性）向上のため必要である。また、各リング形状の酸化物超電導バルク体９１０の外周の直径および内周の直径は、設計事項であり、必ずしも一致させる必要はない。例えば、ＮＭＲまたはＭＲＩ用のバルクマグネットの場合、中心付近に磁場均一度を高めるためのシムコイル等を配置する必要が生じる場合がある。その際には、中心付近の内径を大きくし、シムコイル等を配置し易くすることが望ましい。また、外周の直径に関しても、中心部の磁場強度を増したり、均一度を向上させるため、外周部の直径を変化させ目的とする磁場強度や均一度を調整することは、有効である。
【００９４】
外周補強リング９３０の形状（外周および内周）は、リング形状の酸化物超電導バルク体９１０の外周面が外周補強リング９３０の内周面に密着していればよい。例えば、図９Ｂに示すように、酸化物超電導バルク体９１０の外径がすべて同一であれば、外周補強リング１３０の内径も同一となる。あるいは、図９Ｃ、図９Ｄ、図９Ｅに示すように、超電導バルク体９１２の外径が他の超電導バルク体９１４、９１６の外径より大きい場合もある。このとき、外周補強リング９３１、９３２、９３３は、内周面が各超電導バルク体９１２、９１４、９１６の外周面に接するように段差が設けられる。
【００９５】
外周補強リング９３０の外周面の形状については、特に限定されず、例えば図９Ｃに示すように、中心軸線方向の各位置で同一の外径となるようにしてもよい。また、図９Ｄに示すように、径方向の厚みが同一となるように、外周面に段差を有する外周補強リング９３１としてもよい。あるいは、図９Ｅに示すように、径方向の厚みが略同一となるように、外周面がテーパ形状の外周補強リング９３２としてもよい。
【００９６】
また、高強度補強部材９２０の外径は、図９Ｂに示すように、リング形状の超電導バルク体９１０の外径に必ずしも一致させる必要はない。例えば、図９Ｃ〜図９Ｅに示すように、超電導バルク体９１２と高強度補強部材９２０との外径が相違していてもよい。さらに、複数の外周補強リング９３０を積層する場合などは、ネジ穴を有する各外周補強リング９３０にネジを挿入し中心軸を合わせることは有効である。
【００９７】
また、図９Ａ〜９Ｅには３枚の酸化物超電導バルク体からなるバルクマグネットの例を示したが、本発明の要旨は、比較的強度が低い酸化物超電導バルク体と高強度の補強部材との複合材料化による高強度化であるため、より多く多層化することで複合化の効果がより発揮される。酸化物超電導体の厚さは、直径（外径）にも依存するが、１０ｍｍ以下が望ましく、さらに望ましくは６ｍｍ以下であり、0.3ｍｍ以上である。0.3ｍｍ未満の場合、酸化物超電導体の結晶性の揺らぎによる超電導特性の劣化が起こる。（層数は、３枚以上が望ましく、さらに望ましくは、５枚以上である。）
【００９８】
以上、本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット９００について説明した。本実施形態によれば、少なくとも積層されたリング形状の酸化物超電導バルク体９１０の間に、リング状の高強度補強部材９２０が配置される。特に引っ張り応力に対し、比較的低強度である酸化物超電導バルク体９１０と高強度補強部材９２０とを交互に積層させて複合材料化することで、その強度を高めることができる。さらに、高強度補強部材９２０および外周補強リング９３０として熱伝導率の高い材料を用いることで、クエンチの発生も抑制できる。これにより、高い磁場強度条件下でも、酸化物超電導バルク体９１０の破損を防止することができ、リング内部において十分な総磁束量を得ることができ、さらに、磁場の均一性が高い酸化物超電導バルクマグネット９００を提供することができる。
【００９９】
＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について、図１０Ａ〜図１０Ｃを用いて説明する。図１０Ａは、本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット１０００の一例を示す概略分解斜視図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示す酸化物超電導バルクマグネット１０００の部分断面図である。図１０Ｃは、本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット１０００の変形例であって、酸化物超電導バルクマグネット１０００の中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。
【０１００】
本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット１０００は、第１の実施形態と比較して、中心軸線方向の端部に、高強度補強部材１０２０が設けられる点で相違する。図１０Ａに示すように、酸化物超電導バルクマグネット１０００は、リング形状の酸化物超電導バルク体１０１０と、リング形状の高強度補強部材１０２０と、外周補強リング１０３０とからなる。本実施形態では、酸化物超電導バルク体１０１０として、３つの超電導バルク体１０１２、１０１４、１０１６が設けられており、高強度補強部材１０２０として、４つの高強度補強部材１０２１、１０２３、１０２５、１０２７が設けられている。酸化物超電導バルク体１０１０と高強度補強部材１０２０とは、リングの中心軸線方向に、交互に積層される。例えば図１０Ａに示すように、超電導バルク体１０１２、１０１４の間に高強度補強部材１０２３が配置され、超電導バルク体１０１４、１０１６の間に高強度補強部材１０２５が配置されている。
【０１０１】
また、超電導バルク体１０１２には、高強度補強部材１０２３が配置された側と反対側の面に高強度補強部材１０２１が設けられる。同様に、超電導バルク体１０１６には、高強度補強部材１０２５が配置された側と反対側の面に高強度補強部材１０２７が設けられる。このとき、最上面の高強度補強部材１０２１および最下面の高強度補強部材１０２７と、外周補強リング１０３０との位置関係は、図１０Ｂに示すように、高強度補強部材１０２１、１０２７が外周補強リング１０３０内に収まるようにしてもよい。あるいは、図１０Ｃに示すように、高強度補強部材１０２１、１０２７の外径を外周補強リング１０３０の外形と略同一として、外周補強リング１０３０の端面を高強度補強部材１０２１、１０２７で覆うようにしてもよい。
【０１０２】
積層された酸化物超電導バルク体１０１０と高強度補強部材１０２０とは結合または接着され、その外周に中空の金属製の外周補強リング１０３０が嵌合される。こうして中央が貫通した、有孔の酸化物超電導バルク積層体が形成される。なお、中心軸線方向に積層された酸化物超電導バルク体１０１０と高強度補強部材１０２０との結合または接着は、第１の実施形態と同様に行ってもよい。
【０１０３】
図１０Ａ〜図１０Ｅでは、酸化物超電導バルクマグネット１０００の中心軸線方向の両端部に、高強度補強部材１０２１、１０２７を設ける例を示したが、必ずしも最上面および最下面の両方に高強度補強部材１０２１、１０２７を配置する必要はない。例えば図１０Ａの最上面にのみ高強度補強部材１０２１を配置した「有孔の酸化物超電導バルク積層体」の下に、図１０Ａの最下面にのみ高強度補強部材１０２７を配置した「有孔の酸化物超電導バルク積層体」を配置することによって、全体として最上面および最下面の両方に高強度補強部材１０２１、１０２７を配置した「有孔の酸化物超電導バルク積層体」を構成してもよい。
【０１０４】
以上、本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット１０００について説明した。本実施形態によれば、積層されたリング形状の酸化物超電導バルク体１０１０の間および中心軸線方向の端部に、リング状の高強度補強部材１０２０が配置される。このような酸化物超電導バルク体１０１０と高強度補強部材１０２０とを交互に積層させて複合材料化することで、その強度を高めることができる。さらに、高強度補強部材１０２０および外周補強リング１０３０として熱伝導度の高い材料を用いることで、クエンチの発生も抑制できる。これにより、高い磁場強度条件下でも、酸化物超電導バルク体１０１０の破損を防止することができ、リング内部において十分な総磁束量を得ることができ、さらに、磁場の均一性が高い酸化物超電導バルクマグネット１０００を提供することができる。また、図１０Ｄに外周補強リングが分割されている場合を示す。
【０１０５】
＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態について、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット１１００の一例を示す概略分解斜視図である。酸化物超電導バルクマグネット１１００は、リング形状の酸化物超電導バルク体１１１０と、リング形状の高強度補強部材１１２０と、外周補強リング１１３０とからなる。本実施形態では、酸化物超電導バルク体１１１０として、３つの超電導バルク体１１１２、１１１４、１１１６が設けられており、高強度補強部材１１２０として、４つの高強度補強部材１１２１、１１２３、１１２５、１１２７が設けられている。
【０１０６】
酸化物超電導バルク体１１１０と高強度補強部材１１２０とは、リングの中心軸線方向に、交互に積層される。例えば図１１に示すように、超電導バルク体１１１２、１１１４の間に高強度補強部材１１２３が配置され、超電導バルク体１１１４、１１１６の間に高強度補強部材１１２５が配置されている。また、超電導バルク体１１１２には、高強度補強部材１１２３が配置された側と反対側の面に高強度補強部材１１２１が設けられる。同様に、超電導バルク体１１１６には、高強度補強部材１１２５が配置された側と反対側の面に高強度補強部材１１２７が設けられる。なお、中心軸線方向に積層された酸化物超電導バルク体１１１０と高強度補強部材１１２０との結合または接着は、第１の実施形態と同様に行ってもよい。
【０１０７】
本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット１１００は、第２の実施形態と比較して、最上面または最下面の高強度補強部材１１２１、１１２７のうち少なくともいずれか一方の厚みが、他の高強度補強部材１１２３、１１２５の厚さに比べ厚くなっている。これは、着磁過程において酸化物超電導バルクマグネット１１００の上面および下面の表面に最大応力がかかるためであり、この部分を十分に補強する必要がある。特に、図１１に示す「有孔の酸化物超電導バルク積層体」を単体として使用する場合は、その必要性が高くなる。そこで、本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット１１００のように、酸化物超電導バルクマグネット１１００の最上面または最下面の高強度補強部材１１２１、１１２７の厚みを大きくすることで、最大応力に耐え得る十分な強度を確保することができる。
【０１０８】
なお、第２の実施形態と同様、例えば図１１の最上面にのみ高強度補強部材１１２１を配置した「有孔の酸化物超電導バルク積層体」の下に、図１１の最下面にのみ高強度補強部材１１２７を配置した「有孔の酸化物超電導バルク積層体」を配置することによって、全体として最上面および最下面の両方に高強度補強部材１１２１、１１２７を配置した「有孔の酸化物超電導バルク積層体」を構成してもよい。
【０１０９】
＜第４の実施形態＞
次に、第４の実施形態について、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット１２００の一例を示す概略分解斜視図である。酸化物超電導バルクマグネット１２００は、リング形状の酸化物超電導バルク体１２１０と、リング形状の高強度補強部材１２２０と、外周補強リング１２３０とからなる。本実施形態では、酸化物超電導バルク体１２１０として、４つの超電導バルク体１２１２、１２１４、１２１６、１２１８が設けられており、高強度補強部材１２２０として、５つの高強度補強部材１２２１、１２２３、１２２５、１２２７、１２２９が設けられている。
【０１１０】
本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット１２００は、第１〜第３の実施形態と比較して、高強度補強部材１２２０の内径が酸化物超電導バルク体１２１０の内径より小さくなっている。リング形状の酸化物超電導バルク体１２１０の内周面は、着磁過程において応力が集中する部分である。酸化物超電導バルクマグネット１２００に割れが発生する場合、この部分から発生することが多い。高強度補強部材１２２０の内径を小さくすることにより、酸化物超電導バルク体１２１０の内周面からの亀裂の発生を抑制する効果を高めることができる。また、高強度補強部材１２２０の内径は、その上下の各リング形状の酸化物超電導バルク体１２１０の内径が異なる場合は、より小さい方の内径より小さくする必要がある。亀裂の起点となる部分を補強することによって亀裂に対する補強効果を高めることができる。リング形状の酸化物超電導バルク体１２１０の亀裂の起点は内周面にあり、特に上面あるいは下面と内周面との交点線部分を補強することが望ましい。したがって、高強度補強部材１２２０の内径を、内径が小さい方の酸化物超電導バルク体１２１０より小さくすることで、内径が小さい酸化物超電導バルク体１２１０を補強することができる。さらに、高強度補強部材１２２０および外周補強リング１２３０として熱伝導度の高い材料を用いることで、クエンチの発生も抑制できる。
【０１１１】
＜第５の実施形態＞
次に、第５の実施形態について、図１３Ａ〜図１３Ｅを用いて説明する。図１３Ａは、本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット１３００の一例を示す概略分解斜視図である。図１３Ｂ〜図１３Ｅは、本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット１３００の変形例であって、酸化物超電導バルクマグネット１３００の中心軸線に沿って切断したときの部分断面図を示す。
【０１１２】
酸化物超電導バルクマグネット１３００は、リング形状の酸化物超電導バルク体１３１０と、リング形状の高強度補強部材１３２０と、外周補強リング１３３０と、内周補強リング１３４０とからなる。図１３Ａに示す例では、酸化物超電導バルク体１３１０として、２つの超電導バルク体１３１２、１３１４が設けられており、高強度補強部材１３２０として、３つの高強度補強部材１３２１、１３２３、１３２５が設けられている。また、内周補強リング１３４０として、２つの内周補強リング１３４２、１３４４が設けられている。
【０１１３】
本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット１３００は、第１〜第４の実施形態と比較して、酸化物超電導バルク体１３１０の内周面を補強するための内周補強リング１３４０が、酸化物超電導バルク体１３１０の内周面に結合または接着されている点で相違する。内周補強リング１３４０は、高強度補強部材１３２０とも結合または接着しているため、線膨脹係数が酸化物超電導バルク体１３１０より大きな素材である場合にも、酸化物超電導バルク体１３１０および高強度補強部材１３２０の内周面と強固に結合することができる。したがって、これらの内周面を補強することができ、割れを抑制する効果を有する。
【０１１４】
さらに、高強度補強部材１３２０、内周補強リング１３４０および外周補強リング１３３０として熱伝導度の高い材料を用いることで、クエンチの発生も抑制できる。このとき、高強度補強部材１３２０および外周補強リング１３３０は、上記第１の実施形態と同様に構成することができる。また、内周補強リング１３４０についても、クエンチ抑制効果を高めるために、例えば、高い熱伝導率を有する銅、アルミニウム、銀等の金属を主成分として含む材質を用いることができる。高い熱伝導率を有する内周補強リング１３４０の熱伝導率は、超電導材料内で発生した熱の伝達・吸収の観点から、冷凍機冷却等により安定して強磁場を発生できる２０Ｋ〜７０Ｋの温度領域で２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましく、さらに望ましくは、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましい。また、内周補強リング１３４０は、同心円状に複数のリングを配置して構成することも可能である。すなわち、対向するリングの周面同士を接するようにして全体として１つの内周補強リングを構成する。この場合、内周補強リングを構成するリングのうち少なくとも１つが２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有していればよい。
【０１１５】
また、このとき、リング形状の酸化物超電導バルク体１３１０の内周面と内周補強リング１３４０の外周面とを密着させることが望ましい。また、内周補強リング１３４０と高強度補強部材１３２０との基本的な位置関係としては、例えば図１３Ｂに示すように、酸化物超電導バルク体１３１０および高強度補強部材１３２０の内径を同一にして、１つの内周補強リング１３４１を設けてもよい。
【０１１６】
あるいは、図１３Ｃに示すように、高強度補強部材１３２０の内径を酸化物超電導バルク体１３１０の内径よりも僅かに小さくし、各酸化物超電導バルク体１３１２、１３１４、１３１６の内周面にそれぞれ内周補強リング１３４１、１３４３、１３４５を設け、各高強度補強部材１３２１、１３２３、１３２５、１３２７の内径と内周補強リング１３４１、１３４３、１３４５の内径とを同一とするようにしてもよい。内周補強リング１３４０の肉厚が高強度補強部材１３２０の肉厚に対して大きい場合には、強度の観点から図１３Ｃが望ましい。これにより、内周補強リング１３４０と高強度補強部材１３２０との接触面積を大きくすることができ、内周補強リング１３４０と高強度補強部材１３２０との接続部分の強度を高めることができる。また、リング形状の酸化物超電導バルク体１３１０の内周径が異なる場合には、作業性の観点から、図１３Ｄに示すように内周補強リング１３４０が内周補強リング１３４１、１３４３、１３４５のように分割されている方が望ましい。図１３Ｅに外周補強リングが分割されている場合を示す。
【０１１７】
＜第６の実施形態＞
次に、第６の実施形態について、図１４Ａ〜図１４Ｃを用いて説明する。図１４Ａ〜Ｃは、本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット１４００の例を示す中心軸線に沿って切断したときの部分断面図である。
【０１１８】
酸化物超電導バルクマグネット１４００は、リング形状の酸化物超電導バルク体１４１０と、リング形状の高強度補強部材１４２０と、外側の外周補強リング１４３０と内側の外周補強リング１４４０、内側の内周補強リング１４５０と外側の内周補強リング１４６０からなる。図１４Ａに示す例では、酸化物超電導バルク体１４１０として、５つの超電導バルク体１４１１〜１４１５が設けられており、高強度補強部材１４２０として、６つの高強度補強部材１４２１〜１４２６が設けられている。
図１４Ａに示す例では内側の５つの外周補強リング１４４０（１４４１〜１４４５）、外側の５つの内周補強リング１４６０（１４６１〜１４６５）からなる。酸化物超電導バルク体１４１０として、５つの超電導バルク体１４１１〜１４１５が設けられており、高強度補強部材１４２０として、６つの高強度補強部材１４２１〜１４２６が設けられている。
【０１１９】
本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット１４００は、第１〜第５の実施形態と比較して、高強度補強部材１４２０の外周端部が内側の外周補強リング１４４０と外側の外周補強リング１４３０とで結合されている点で異なり、さらに、高強度補強部材１４２０の内周端部が内側の内周補強リング１４５０と外側の内周補強リング１４６０とで結合されている点で相違する。
【０１２０】
各外周および内周補強リングは、金属を使用できるため、金属の高強度補強部材と半田等により強固に接続することが可能であり、二重の内周および外周リングにより側面および上下面のニ方向から強固に結合することができる。この効果により酸化物超電導バルク体１４１０は、周囲の補強部材と強固に結合することができ、割れを抑制する顕著な効果を有する。
【０１２１】
さらに、高強度補強部材１４２０、二重の内周補強リング（１４５０、１４６０）および二重の外周補強リング（１４３０、１４４０）として熱伝導度の高い材料を用いることで、クエンチの発生も抑制できる。このとき、高強度補強部材１４２０および外周補強リング（１４３０、１４４０）は、上記第１の実施形態と同様に構成することができる。また、内周補強リング（１４５０、１４６０）についても、クエンチ抑制効果を高めるために、例えば、高い熱伝導率を有する銅、アルミニウム、銀等の金属を主成分として含む材質を用いることができる。高い熱伝導率を有する内周補強リング（１４５０、１４６０）の熱伝導率は、超電導材料内で発生した熱の伝達・吸収の観点から、冷凍機冷却等により安定して強磁場を発生できる２０Ｋ〜７０Ｋの温度領域で２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましく、さらに望ましくは、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上が望ましい。また、内周補強リング（１４５０、１４６０）は、同心円状に複数のリングを配置して構成することも可能である。すなわち、対向するリングの周面同士を接するようにして全体として１つの内周補強リングを構成する。この場合、内周補強リングを構成するリングのうち少なくとも１つが２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有していればよい。
【０１２２】
図１４Ｂに外周のみ二重リング構造による高強度補強板の外周端部の側面および上下面からの結合した場合の一例を示す。設計上、内径を確保する必要がある場合等、内周補強高強度補強板の内周端部は内周リングによる上下面からの結合のみの場合も考えられる。
【０１２３】
図１４Ｃに内周のみ二重リング構造による高強度補強板の外周端部の側面および上下面からの結合した場合の一例を示す。設計上、外径の制約をある場合等、補強高強度補強板の外周端部は外周リングによる上下面からの結合のみの場合も考えられる。
【０１２４】
＜第７の実施形態＞
次に、第７の実施形態について、図１５を用いて説明する。図１５は、超電導バルク体１５１０の結晶学的方位の揺らぎを示す説明図である。
【０１２５】
酸化物超電導バルク体１５１０は単結晶材料であることから、結晶方位の異方性が捕捉磁束密度分布の乱れ（軸対称性からのズレ）として現れる。この結晶方位の異方性を平均化するために、酸化物超電導バルク体１５１０の結晶方位をずらしながら酸化物超電導バルク体１５１０を積層してもよい。
【０１２６】
複数のリング形状の酸化物超電導バルク体１５１０を積層する際、相対的な結晶軸に関し、ｃ軸方向が各リングの内周軸と略一致するように配置すると同時にａ軸の方位をずらすことが望ましい。単結晶状のＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５が微細分散されたリング形状の酸化物超電導バルク体１５１０は、一般に単結晶状のＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙの結晶方位に揺らぎを有している。ｃ軸方向の揺らぎの大きさは、±１５°程度あり、ここでいうｃ軸方向が各リングの内周軸と略一致するとは、単結方位のずれが±１５°程度あることを意味する。ａ軸をずらす角度は積層枚数にもよるが、１８０°、９０°等、４回対称にならない角度が望ましい。
【０１２７】
このように、酸化物超電導バルク体１５１０の結晶方位をずらしながら酸化物超電導バルク体１５１０を積層することで、結晶方位の異方性を平均化することができる。
【０１２８】
＜第８の実施形態＞
次に、第８の実施形態について、図１６Ａ〜図１６Ｄを用いて説明する。図１６Ａは、本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット１６００の一例を示す概略分解斜視図である。図１６Ｂ〜図１６Ｄは、本実施形態に係る酸化物超電導バルク体１６１０の構成例であって、酸化物超電導バルク体１６１０の平面図を示す。
【０１２９】
本実施形態に係る酸化物超電導バルクマグネット１６００は、第１〜第６の実施形態と比較して、酸化物超電導バルク体１６１０が径方向に多重リング構造を有する点で相違する。多重リング構造とは、径方向に単一のリングではなく、複数のリングが同心円状に配置された構造をいう。例えば図１６Ｂに示すように、酸化物超電導バルク体１６１０は、内径および外径の異なる、径方向の幅が略同一であるリング１６１０ａ〜１６１０ｅを、径方向に所定の隙間１６１３を設けて同心円状に配置した五重リング構造としてもよい。
【０１３０】
また、例えば図１６Ｃに示すように、酸化物超電導バルク体１６１０は、内径および外径の異なるリング１６１０ａ〜１６１０ｃを、径方向に所定の隙間１６１３を設けて同心円状に配置した四重リング構造としてもよい。このとき、リング１６１０ｃの径方向の幅が、他のリング１６１０ａ、１６１０ｂの径方向の幅よりも大きくともよい。各リングの幅は設計事項である。
【０１３１】
このような多重リング構造のリング形状の酸化物超電導バルク体１６１０を積層することによって、酸化物超電導バルク体１６１０は、４回対称性を伴う結晶成長により超電導電流分布にも４回対称性が僅かに反映される傾向があるが、同心円の多重リング形状とすることで、着磁によって誘起される超電導電流の流路を軸対称に近づけるという作用が生ずる。この効果により、捕捉した磁場の均一性が向上する。このような特性を有する酸化物超電導バルクマグネット１６００は、特に高い磁場均一度が求められるＮＭＲやＭＲＩ応用に適している。
【０１３２】
また、酸化物超電導バルク体１６１０は、例えば図１６Ｄに示すように、１つのリングに、同心円の円弧形状の隙間１６１３を形成し、同一円周上にある隙間１６１３の周方向に複数の継ぎ目１６１５を設けるようにしてもよい。これにより、酸化物超電導バルクマグネット１６００の組み立て作業を簡便にすることができる。
【実施例】
【０１３３】
（実施例１）
図６Ａに、実施例１の酸化物超伝導バルクマグネットを示す。実施例１の酸化物超電導バルクマグネット６００では、Ｇｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導バルク体を用いた。まず、市販されている純度９９．９質量％のガドリニウム（Ｇｄ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）のそれぞれの酸化物の粉末を、Ｇｄ：Ｂａ：Ｃｕ＝１．６：２．３：３．３のモル比で秤量し、それに白金を０．５質量％及び銀を１０質量％加えた。この秤量粉を１時間かけて十分混練してから、大気中にて１１７３Ｋで８時間仮焼した。【０１３４】
次に、金型を用いて仮焼粉を円板形状に成形した。この成形体を１４２３Ｋまで加熱して溶融状態にし、３０分間保持した後、降温途中で種付けを行い、１２７８Ｋ〜１２５２Ｋの温度領域を１８０時間かけて徐冷し結晶成長させ、直径７０ｍｍの単結晶状の酸化物超電導バルク体を得た。この単結晶状の酸化物超電導バルク体を外径６５．０ｍｍ、高さ８．０ｍｍに加工した。この時、加工によりできた端材を鏡面研磨し微細組織を光学顕微鏡で確認したところ、１μｍ程度の２１１相が分散していた。【０１３５】
さらに、スパッタリングより超電導バルク体の表面に銀を約２μｍのコーティングをした。これを酸素気流中において７０３Ｋで１００時間熱処理した。同様に処理を行い、超電導バルク体６１０（６１１〜６１５）を５個作製した。【０１３６】
また、厚さ１．０ｍｍのニクロムの板を外径６５．０ｍｍに加工し、同様に４枚の高強度補強部材６２０（６２１〜６２４）を作製した。ニクロムの表面には予め半田を薄く付けた。外周補強リング６３０にはＳＵＳ３１６Ｌ製の外径７３．０ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ４４．５ｍｍのリングを用い、その内周面にも薄く半田を付けた。【０１３７】
次に、半田が溶融する温度に加熱した外周補強リング６３０中に、超電導バルク体６１０とニクロム（高強度補強部材６２０）とを交互に挿入し、それぞれに半田を馴染ませた後、全体を室温に冷却することでそれぞれを結合させ、酸化物超電導バルクマグネット６００を作製した。図６Ａに得られた有孔の酸化物超電導バルクマグネットの積層状態を示す。また、図６Ｃに図６Ａの断面図を示す。【０１３８】
得られた酸化物超電導バルクマグネット６００を室温で９Ｔの磁場中に配置した後、冷凍機を用い４５Ｋに冷却した後、外部磁場を０．１Ｔ／分の速度でゼロ磁場まで減磁した。この結果、酸化物超電導バルクマグネット６００の軸上表面で７．９２Ｔの捕捉磁束密度を確認し、この着磁によって超電導バルク体６１０が割れることなく着磁できることが確かめられた。【０１３９】
図６Ｂに、比較材として作製した酸化物超伝導バルクマグネットを示す。比較材として、上記と同様に作製した単結晶状の酸化物超電導バルク体から、外径６５．０ｍｍ、高さ２２．２ｍｍの超電導バルク体６５１（６５１ａ、６５１ｂ）を２個、上記と同様に作製した。これらを上記と同様に作製したＳＵＳ３１６Ｌ製の外径７３．０ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ４４．５ｍｍの外周補強リング６５３中に配置し同様に半田により結合することで比較材の酸化物超電導バルクマグネット６５０を作製した。すなわち、比較材には高強度補強部材が設けられていない。図６Ｂに得られた比較材の状態を示す。また、図６Ｄに図６Ｂの断面図を示す。【０１４０】
比較材を上記と同様に室温で９Ｔの磁場中に配置した後、冷凍機を用い４５Ｋに冷却した後、外部磁場を０．１Ｔ／分の速度でゼロ磁場まで減磁した。この着磁過程において４．９Ｔまで減磁した段階で、酸化物超電導バルクマグネット６５０の軸上中心部で磁束密度の急激な低下が確認された。ゼロ磁場に減磁した時の軸上表面部での捕捉磁束密度は２．６５Ｔであった。着磁実験の後、室温で超電導バルク体６５１を調べたところ、超電導バルク体６５１に割れが確認された。【０１４１】
これらの実験により酸化物超電導バルク体間に高強度補強部材を配置し、上下の酸化物超電導バルク体と結合または接着することによって、超電導バルク体に割れが発生することなく高い捕捉磁束密度を有する酸化物超電導バルク積層体が得られることが明らかになった。【０１４２】
表１に、上記実施例１についての着磁試験結果を示す。着磁試験に際して、表１に記載の各試験の本発明または比較例として用いる酸化物超電導バルク体、高強度補強部材および外周補強リングを作製した。酸化物超電導バルク体については、上記実施例１と同様に作製した直径７０ｍｍの単結晶状の酸化物超電導バルク体を用いて、表１の各試験の製造条件に基づき、厚さの異なる外径６５．０ｍｍの円柱形状に加工し、円柱状の酸化物超電導バルク体を作製した。また、各高強度部材に関しても、表１に記載の材質および厚さの板から外径６５．０ｍｍの円盤状の板に加工した。さらに、外周補強リングに関しても、表１に記載の材質およびサイズのリングに加工した。【０１４３】
【表１】
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【０１４４】
これらの円柱状の酸化物超電導バルク体、高強度補強部材および外周補強リングを結合し、各試験で用いる酸化物超電導バルクマグネットを作製した。本発明および比較例のバルクマグネットの組み立てには半田を用いた。半田による組み立ての場合、上記実施例１と同様に、それぞれの部材をホットプレート上で半田が溶融する温度に加熱した外周補強リング中に、超電導バルク体と各高強度補強部材とを交互に挿入し、それぞれに半田を馴染ませた後、全体を室温に冷却することでそれぞれを結合させ、超電導バルクマグネットを作製した。【０１４５】
また、外周補強リングの材質として、表１中の試験Ｎｏ．１−５の「内周：無酸素銅、外周：ＳＵＳ３１６Ｌの接合材」は、外径８７．６ｍｍ、内径７６．３５ｍｍ、高さ５３．６ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌリング中に、外径７６．３ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ５３．６ｍｍの無酸素銅リングをＳｎ−Ｚｎ系半田で接合した接合材を意味する。また、高強度補強部材の材質として、表１中の試験Ｎｏ．１−６の「ニクロムの無酸素銅クラッド材」は、厚さ０．５ｍｍのニクロム板の両面を厚さ０．５ｍｍの無酸素銅板でＳｎ−Ｚｎ系の半田で半田付けし積層化した材料を意味する。【０１４６】
性能評価のための着磁試験に関しては、表１に示す各着磁条件で行った。着磁試験の結果は、表１に示すように、高強度補強部材を交互に積層した超電導バルクマグネットは割れが発生していないのに対し、高強度補強部材を交互に積層していない比較材では割れが発生する結果となった。このことから、高強度補強部材による補強が有効に機能し、強い磁場を発生できることが明らかになった。【０１４７】
（実施例２）
図７Ａに、実施例２の酸化物超伝導バルクマグネットを示す。実施例２の酸化物超電導バルクマグネット７００では、Ｇｄ−Ｄｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導バルク体を用いた。まず、市販されている純度９９．９質量％のガドリニウム（Ｇｄ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）のそれぞれの酸化物の粉末を、Ｇｄ：Ｄｙ：Ｂａ：Ｃｕ＝４．５：０．５：７：１０のモル比で秤量し、それにＢａＣｅＯ３を１．０質量％及び銀を１０質量％加えた。この秤量粉を１時間かけて十分混練してから、大気中にて１１７３Ｋで８時間仮焼した。【０１４８】
次に、金型を用いて仮焼粉を円板形状に成形した。この成形体を１４２３Ｋまで加熱して溶融状態にし、３０分間保持した後、降温途中で種付けを行い、１２７５Ｋ〜１２４８Ｋの温度領域を１８０時間かけて徐冷し結晶成長させ、直径７０ｍｍの単結晶状の酸化物超電導バルク体を得た。このようにして得られた単結晶状の酸化物超電導バルク体を加工して、外径６５．０ｍｍであって、高さ４．０ｍｍの円板状の超電導バルク体７１０（７１１、７１５）を２個、高さ６．０ｍｍの円板状の超電導バルク体７１０（７１２、７１４）を２個および高さ１０．０ｍｍの円板状の超電導バルク体７１０（７１３）を１個得た。さらに、スパッタリングより超電導体の表面に銀を約２．５μｍのコーティングをした。これを酸素気流中において７０３Ｋで１００時間熱処理することで、酸化物超電導バルク体７１０（合計５個）を作製した。【０１４９】
また、厚さ１．５ｍｍのニクロムの板から外径６５．０ｍｍの円板状の高強度補強部材７２０（７２５、７２６）を２枚、厚さ１．０ｍｍのニクロムの板から外径６５．０ｍｍの円板状の高強度補強部材７２０（７２１、７２４）を２枚、厚さ０．５ｍｍのニクロムの板から外径６５．０ｍｍの円板状の高強度補強部材７２０（７２２、７２３）を２枚作製した。ニクロムの表面には予め半田を薄く付けた。外周補強リング７３０にはＳＵＳ３１６Ｌ製の外径７３．０ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ３６．５ｍｍのリングを用い、その内周面にも薄く半田を付けた。【０１５０】
次に、半田が溶融する温度に加熱した外周補強リング７３０中に、ニクロム（高強度補強部材７２０）と超電導バルク体７１０とを交互に挿入し、それぞれに半田を馴染ませた後、全体を室温に冷却することでそれぞれを結合させ、酸化物超電導バルクマグネット７００を作製した。なお、超電導バルク体７１０については、酸化物超電導バルクマグネット７００の中心軸線方向の中央に配置されるものほど肉厚の部材が配置されるようにし、高強度補強部材７２０については、中心軸線方向の中央に配置されるものほど薄肉の部材が配置されるようにした。この酸化物超電導バルクマグネット７００の積層状態を図７Ａに示す。また、図７Ｃに図７Ａの断面図を示す。【０１５１】
得られた酸化物超電導バルクマグネットを室温で９．５Ｔの磁場中に配置した後、冷凍機を用い４０Ｋに冷却した後、外部磁場を０．１Ｔ／分の速度でゼロ磁場まで減磁した。この結果、酸化物超電導バルクマグネット７００の軸上表面で８．８５Ｔの捕捉磁束密度を確認し、この着磁によって超電導バルク体７１０が割れることなく着磁できることが確かめられた。【０１５２】
図７Ｂに、比較材として作製した酸化物超伝導バルクマグネットを示す。比較材として、上記と同様に作製した単結晶状の酸化物超電導バルク体から、外径６５．０ｍｍ、高さ１８．０ｍｍの超電導バルク体７５１を２個、上記と同様に作製した。これらを上記と同様に作製したＳＵＳ３１６Ｌ製の外径７３．０ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ３６．５ｍｍの外周補強リング７５３中に配置し同様に半田により結合することで比較材の酸化物超電導バルクマグネット７５０を作製した。すなわち、比較材には高強度補強部材が設けられていない。図７Ｂに得られた比較材の状態を示す。また、図７Ｄに図７Ｂの断面図を示す。【０１５３】
これを同様に室温で９．５Ｔの磁場中に配置した後、冷凍機を用い４０Ｋに冷却した後、外部磁場を０．１Ｔ／分の速度でゼロ磁場まで減磁した。この着磁過程において５．６Ｔまで減磁した段階で、酸化物超電導バルクマグネット７５０の軸上中心部で磁束密度の急激な低下が確認された。ゼロ磁場に減磁した時の軸上表面部での捕捉磁束密度は２．６５Ｔであった。着磁実験の後、室温で超電導バルク体７５１を調べたところ、超電導バルク体７５１に割れが確認された。【０１５４】
これらの実験により、酸化物超電導バルク体間に高強度補強部材を配置し、上下の酸化物超電導バルク体と結合または接着することによって、超電導バルク体に割れが発生することなく高い捕捉磁束密度を有する酸化物超電導バルク積層体が得られることが明らかになった。【０１５５】
表２に、上記実施例２についての着磁試験結果を示す。着磁試験に際して、表２に記載の各試験の本発明または比較例として用いる酸化物超電導バルク体、高強度補強部材および外周補強リングを作製した。酸化物超電導バルク体については、上記実施例２と同様に作製した直径７０ｍｍの単結晶状の酸化物超電導バルク体を用いて、表２に記載した種々の厚さの異なる外径６５．０ｍｍの円柱形状に加工し、酸化物超電導バルク体を作製した。また、各高強度補強部材に関しても、表２に記載の材質および厚さの板から、外径６５．０ｍｍの円板状の板に加工した。さらに、外周補強リングに関しても、表２に記載の材質およびサイズのリングに加工した。【０１５６】
【表２】
0006493419.tif 000003
【０１５７】
これらの円柱状の酸化物超電導バルク体、高強度補強部材および外周補強リングを結合し、各試験で用いる酸化物超電導バルクマグネットを作製した。本発明および比較例のバルクマグネットの組み立てには半田を用いた。半田による組み立ての場合、上記実施例２と同様に、それぞれの部材をホットプレート上で半田が溶融する温度に加熱した外周補強リング中に、超電導バルク体と各高強度補強部材とを交互に挿入し、それぞれに半田を馴染ませた後、全体を室温に冷却することでそれぞれを結合させて、超電導バルクマグネットを作製した。また、最上面および最下面の高強度補強材を外周補強リングの上面および下面に貼り付けた超電導バルクマグネットも作製した。【０１５８】
なお、表２中の試験Ｎｏ．２−２、Ｎｏ．２−３、Ｎｏ．２−４、Ｎｏ．２−６の最上面および最下面の高強度補強材については、強固に最上面および最下面の高強度補強材と外周補強リングとを接合させるため、その外径を外周補強リングの外径に等くし、外周補強リングの上面および下面と接合させた。図７Ｅおよび図７Ｆに、試験Ｎｏ．２−２に対応する酸化物超電導バルクマグネットの構成を示す。【０１５９】
また、高強度補強部材の材質として、表２中の試験Ｎｏ．２−５の「ニクロムの無酸素銅クラッド材」は、厚さ０．５ｍｍのニクロム板の両面を厚さ０．５ｍｍの無酸素銅板でＳｎ−Ｚｎ系の半田で半田付けし積層化した材料を意味する。外周補強リングの材質については、表２中の試験Ｎｏ．２−６の「内周：無酸素銅、外周：ＳＵＳ３１６Ｌの接合材」は、外径８７．６ｍｍ、内径７６．３５ｍｍ、高さ５３．６ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌリング中に外径７６．３ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ５３．６ｍｍの無酸素銅リングをＳｎ−Ｚｎ系半田で接合した接合材を意味する。【０１６０】
性能評価のための着磁試験に関しては、表２に示す各着磁条件で行った。着磁試験の結果は、表２に示すように、本発明のように高強度補強部材を交互に積層し、かつ、上面および下面に高強度部材を接合した超電導バルクマグネットでは割れは発生しなかった。これに対し、高強度補強部材を交互に積層していない比較材では割れが発生する結果となった。このことから、高強度補強部材による補強が有効に機能し、強い磁場を発生できることが明らかになった。【０１６１】
（実施例３）
図８Ａに、実施例３の酸化物超伝導バルクマグネットを示す。実施例３の酸化物超電導バルクマグネット８００では、Ｅｕ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導バルク体を用いた。まず市販されている純度９９．９質量％のユーロビウム（Ｅｕ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）のそれぞれの酸化物の粉末を、Ｅｕ：Ｂａ：Ｃｕ＝９：１２：１７のモル比で秤量し、それにＢａＣｅＯ３を１．０質量％及び銀を１６質量％加えた。この秤量粉を１時間かけて十分混練してから、大気中にて１１７３Ｋで８時間仮焼した。【０１６２】
次に、金型を用いて仮焼粉を円板形状に成形した。この成形体を１４２３Ｋまで加熱して溶融状態にし、３０分間保持した後、降温途中で種付けを行い、１２８８Ｋ〜１２５８Ｋの温度領域を２００時間かけて徐冷し結晶成長させ、直径７０ｍｍの単結晶状の酸化物超電導バルク体を得た。この単結晶状の酸化物超電導バルク体を一辺が５０．０ｍｍ、高さ１．８ｍｍの四角形状に加工した。さらに、スパッタリングより超電導バルク体の表面に銀を約１．５μｍコーティングした。これを酸素気流中において７１３Ｋで１００時間熱処理した。同様に処理を行い、超電導バルク体８１０を２０枚作製した。【０１６３】
また、厚さ１．０ｍｍのニクロムの板から一辺５０．０ｍｍの四角形状の高強度補強部材８２０（８２０ａ、８２０ｂ）を２枚、厚さ０．３ｍｍのニクロムの板から一辺が５０．０ｍｍの四角形状の高強度補強部材８２０を１９枚作製した。ニクロムの表面には予め半田を薄く付けた。外周補強リング８３０にはアルミ合金製の外周の一辺７０．０ｍｍ、内周は一辺が５０．０５ｍｍ、高さ４４．２ｍｍのリングを用い、その内周面にも薄く半田を付けた。【０１６４】
次に、半田が溶融する温度に加熱した矩形の外周補強リング８３０中に、ニクロム（高強度補強部材８２０）と超電導バルク体８１０とを交互に挿入し、それぞれに半田を馴染ませた後、全体を室温に冷却することでそれぞれを結合させた。このとき、酸化物超電導バルクマグネット８００の最上面および最下面には１．０ｍｍ厚のニクロムの高強度補強部材８２０ａ、８２０ｂを配置した。この酸化物超電導バルクマグネット８００の積層状態を図８Ａに示す。【０１６５】
得られた酸化物超電導バルクマグネット８００を室温で９．５Ｔの磁場中に配置した後、冷凍機を用い４５Ｋに冷却した後、外部磁場を０．１Ｔ／分の速度でゼロ磁場まで減磁した。この結果、酸化物超電導バルクマグネット８００の軸上表面で７．３４Ｔの捕捉磁束密度を確認し、この着磁によって超電導バルク体８１０が割れることなく着磁できることが確かめられた。【０１６６】
図８Ｂに、比較材として作製した酸化物超伝導バルクマグネットを示す。比較材として、上記と同様に作製した単結晶状の酸化物超電導バルク体から一辺５０．０ｍｍ、高さ１．８ｍｍの矩形の超電導バルク体８５１を２４枚、上記と同様に作製した。これらを同様に作製したアルミ合金製の外周の一辺７０．０ｍｍ、内周は一辺が５０．０５ｍｍ、高さ４４．２ｍｍの外周補強リング８５３を用い半田により結合することで比較材の酸化物超電導バルクマグネット８５０を作製した。【０１６７】
比較材を上記と同様に室温で９．５Ｔの磁場中に配置した後、冷凍機を用い４５Ｋに冷却した後、外部磁場を０．１Ｔ／分の速度でゼロ磁場まで減磁した。この着磁過程において５．１Ｔまで減磁した段階で、酸化物超電導バルクマグネット８５０の軸上表面で磁束密度の急激な低下が確認された。ゼロ磁場に減磁した時の軸上表面での捕捉磁束密度は２．４１Ｔであった。着磁実験の後、室温で超電導バルク体８５１を調べたところ、超電導バルク体８５１に割れが確認された。【０１６８】
これらの実験により矩形の酸化物超電導バルク体間に高強度補強部材を配置し、上下の酸化物超電導バルク体と結合または接着することによって、超電導バルク体に割れが発生することなく高い捕捉磁束密度を有する酸化物超電導バルク積層体が得られることが明らかになった。【０１６９】
（実施例４）
実施例１で作製した直径７０ｍｍの単結晶状の白金添加のＧｄ系酸化物超電導バルク体を加工して、外径６５．０ｍｍ、高さ４．０ｍｍの円板状の超電導バルク体を６個作製した。さらに、スパッタリングより超電導体の表面に銀を約２．５μｍのコーティングをした。これを酸素気流中において７０３Ｋで１００時間熱処理することで、酸化物超電導バルク体６個を作製した。【０１７０】
また、厚さ１．０ｍｍのニクロムの板から外径６９．０ｍｍの円板状の高強度補強部材を２枚、厚さ０．３ｍｍのニクロムの板から外径６９．０ｍｍの円板状の高強度補強部材を５枚作製した。ニクロムの表面には予め半田を薄く付けた。内側の外周補強リングにはＳＵＳ３１４製の外径６９．０ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ４．０ｍｍのリングを用い、その表面にも薄く半田を付けた。また、外側の外周補強リングにはＳＵＳ３１６Ｌ製の外径７９．０ｍｍ、内径６９．０５ｍｍ、高さ２８．５ｍｍのリングを用い、その内周面にも薄く半田を付けた。【０１７１】
次に、半田が溶融する温度に加熱した外側の外周補強リング（７３００）中に、ニクロム製の高強度補強部材、内側の外周補強リングと超電導バルク体とを交互に挿入し、それぞれに半田を馴染ませた後、全体を室温に冷却することでそれぞれを結合させ、酸化物超電導バルクマグネット（本発明（１））を作製した。この酸化物超電導バルクマグネットの断面図を図７Ｇに示す。積層された酸化物超電導バルク体７１０（７１１〜７１６）と高強度補強部材７２０（７２１〜７２７）の外周に分割された内側の外周補強リング７３１０（７３1１〜７３1６）、その外側に外側の外周リング７３００が備えられている。【０１７２】
また、同様に、外径６５．０ｍｍ、高さ４．０ｍｍの円板状の超電導バルク体を６個作製した。厚さ０．６ｍｍのニクロムの板から外径６９．０ｍｍの円板状の高強度補強部材を７枚作製した。ニクロムの表面には予め半田を薄く付けた。外周補強リングにはＳＵＳ３１６Ｌ製の外径７９．０ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ２８．５ｍｍのリングを用い、その内周面にも薄く半田を付けた。【０１７３】
次に、半田が溶融する温度に加熱した外周補強リング中に、ニクロム製の高強度補強部材と超電導バルク体とを交互に挿入し、それぞれに半田を馴染ませた後、全体を室温に冷却することでそれぞれを結合させ、酸化物超電導バルクマグネット（本発明（２））を作製した。この酸化物超電導バルクマグネットの断面図を図７Ｈに示す。積層された酸化物超電導バルク体７１０（７１１〜７１６）と高強度補強部材７２０（７２１〜７２７）の外周に外周補強リング７３０が備えられている。【０１７４】
次に比較材として、上記と同様に作製した単結晶状の酸化物超電導バルク体から、外径６５．０ｍｍ、高さ１４．２ｍｍの超電導バルク体を２個、上記と同様に作製した。これらを上記と同様に作製したＳＵＳ３１４製の外径８６．０ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ２８．８ｍｍの外周補強リング中に配置し同様に半田により結合することで比較材の酸化物超電導バルクマグネットを作製した。すなわち、比較材には高強度補強部材が設けられていない。【０１７５】
得られた酸化物超電導バルクマグネット［本発明（１）、本発明（２）、比較例］を室温で８．５Ｔの磁場中に配置した後、冷凍機を用い４０Ｋに冷却し、外部磁場を０．０５Ｔ／分の速度でゼロ磁場まで減磁した。この結果、酸化物超電導バルクマグネットの軸上表面で、本発明（１）、本発明（２）は割れることなく、７．２Ｔの捕捉磁束密度を確認した。しかしながら、比較材は、着磁過程において磁束密度の急激な低下が確認された。着磁実験の後、室温で超電導バルク体を調べたところ、超電導バルク体に割れが確認された。
次に本発明（１）、本発明（２）を室温で１２．０Ｔの磁場中に配置した後、冷凍機を用い４０Ｋに冷却し、外部磁場を０．０５Ｔ／分の速度でゼロ磁場まで減磁した。この結果、酸化物超電導バルクマグネットの軸上表面で、本発明（１）は割れることなく、９．５Ｔの捕捉磁束密度を確認した。しかしながら、本発明（２）は、着磁過程において磁束密度の急激な低下が確認された。着磁実験の後、室温で超電導バルク体を調べたところ、超電導バルク体に割れが確認された。【０１７６】
これらの実験により、酸化物超電導バルク体間に高強度補強部材を配置し、上下の酸化物超電導バルク体と結合または接着することによって、超電導バルク体の割れ抑制効果を有することが明らかになった。また、さらに外周補強リングをニ重構造にし、高強度補強部材を外周端部で上下面および側面で強固に接合することによって、さらに割れの発生を抑えより高い捕捉磁束密度を有する酸化物超電導バルク積層体が得られることが明らかになった。【０１７７】
表３（表３−１と表３−２を総称して表３とよぶ。）に、上記実施例４についての着磁試験結果を示す。着磁試験に際して、表３に記載の各試験の本発明または比較例として用いる酸化物超電導バルク体、高強度補強部材および外周補強リングを作製した。酸化物超電導バルク体については、上記実施例４と同様に作製した直径７０ｍｍの単結晶状の酸化物超電導バルク体を用いて、表３に記載した種々の厚さの異なる円柱形状に加工し、酸化物超電導バルク体を作製した。また、各高強度補強部材に関しても、表３に記載の材質および厚さの板から、円板状の板に加工した。さらに、外周補強リングに関しても、表３に記載の材質およびサイズのリングに加工した。【０１７８】
【表３−１】
0006493419.tif 000004
【０１７９】
【表３−２】
0006493419.tif 000005
【０１８０】
これらの円柱状の酸化物超電導バルク体、高強度補強部材および外周補強リングを結合し、各試験で用いる酸化物超電導バルクマグネットを作製した。本発明および比較例のバルクマグネットの組み立てには半田を用いた。半田による組み立ての場合、上記実施例４と同様に、それぞれの部材をホットプレート上で半田が溶融する温度に加熱した外周補強リング中に、超電導バルク体、内側の外周補強リングと各高強度補強部材とを挿入し、それぞれに半田を馴染ませた後、全体を室温に冷却することでそれぞれを結合させて、超電導バルクマグネットを作製した。【０１８１】
性能評価のための着磁試験に関しては、表３に示す各着磁条件で行った。着磁試験の結果は、表３に示すように、酸化物超電導バルク体間に高強度補強部材を配置し、上下の酸化物超電導バルク体と結合または接着することによって、超電導バルク体の割れ抑制効果を有することが明らかになった。また、さらに外周補強リングを二重構造にし、高強度補強部材を外周端部で上下面および側面で強固に接合することによって、さらに割れの発生を抑えより高い捕捉磁束密度を有する酸化物超電導バルク積層体が得られることが明らかになった。【０１８２】
（実施例５）
実施例５の超電導バルクマグネット１７００では、Ｇｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導バルク体１７１０を用いた。まず、市販されている純度９９．９質量％のガドリニウム（Ｇｄ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）のそれぞれの酸化物の粉末を、Ｇｄ：Ｂａ：Ｃｕ＝１．６：２．３：３．３のモル比で秤量し、それに白金を０．５質量％及び銀を１０質量％加えた。この秤量粉を１時間かけて十分混練してから、大気中にて１１７３Ｋで８時間仮焼した。【０１８３】
次に、金型を用いて仮焼粉を円板形状に成形した。この成形体を１４２３Ｋまで加熱して溶融状態にし、３０分間保持した後、降温途中で種付けを行い、１２７８Ｋ〜１２５２Ｋの温度領域を１８０時間かけて徐冷し結晶成長させ、超電導相の結晶学的方位のｃ軸が略円板平面の法線と平行な円板形状の直径７０ｍｍの単結晶状の酸化物超電導バルク体を得た。この単結晶状の酸化物超電導バルク体を、外径６５．０ｍｍ、内径３５．０ｍｍ、高さ８．０ｍｍのリング形状に加工した。加工によりできた端材を鏡面研磨し微細組織を光学顕微鏡で確認したところ、１μｍ程度の２１１相が分散していた。さらに、スパッタリングより超電導体の表面に銀を約２μｍのコーティングした。これを酸素気流中において７２３Ｋで１００時間熱処理した。同様に処理を行い、リング状の酸化物超電導バルク体１７１０（１７１１〜１７１６）を６個作製した。【０１８４】
また、厚さ１．０ｍｍのニクロムの板を外径６５．０ｍｍ、内径３５．０ｍｍに加工し、同様に５枚の高強度補強部材１７２０（１７２１〜１７２５）を作製した。ニクロムの表面には予め半田を薄く付けた。外周補強リング１７３０にはＳＵＳ３１６Ｌ製の外径７３．０ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ５３．６ｍｍのリングを用い、その内周面にも薄く半田を付けた。【０１８５】
次に、半田が溶融する温度に加熱した外周補強リング１７３０中に、超電導バルク体とニクロムリングとを交互に挿入し、それぞれに半田を馴染ませた後、全体を室温に冷却することでそれぞれを結合させ、超電導バルクマグネット１７００を作製した。図１７Ａに得られた有孔の酸化物超電導バルク積層体の積層状態を示す。また、図１７Ｃに図１７Ａの断面図を示す。【０１８６】
得られた酸化物超電導バルクマグネット１７００を室温で７Ｔの磁場中に配置した後、冷凍機を用い４０Ｋに冷却した後、外部磁場を０．１Ｔ／分の速度でゼロ磁場まで減磁した。この結果、酸化物超電導バルクマグネット１７００の軸上中心部で６．８５Ｔの捕捉磁束密度を確認し、この着磁によって酸化物超電導バルク体１７１０が割れることなく着磁できることが確かめられた。【０１８７】
次に比較材として、上記と同様に作製した単結晶状の酸化物超電導バルク体１１から、外径６５．０ｍｍ、内径３５．０ｍｍ、高さ１７．０ｍｍのリング２個、高さ１９ｍｍのリング１個を上記と同様に作製した。図１７Ｂに得られた比較材の状態を示す。また、図１７Ｄに図１７Ｂの断面図を示す。これらを上記と同様に作製したＳＵＳ３１６Ｌ製の外径７３．０ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ５３．６ｍｍの外周補強リング１３中に配置し、上記と同様に半田により結合することで比較材の酸化物超電導バルクマグネット１７５０を作製した。すなわち、比較材には高強度補強部材が設けられていない。【０１８８】
比較材を上記と同様に室温で７Ｔの磁場中に配置した後、冷凍機を用い４０Ｋに冷却した後、外部磁場を０．１Ｔ／分の速度でゼロ磁場まで減磁した。この着磁過程において５．１Ｔまで減磁した段階で、酸化物超電導バルクマグネット１７５０の軸上中心部で磁束密度の急激な低下が確認された。ゼロ磁場に減磁したときの軸上中心部での捕捉磁束密度は０．２３Ｔであった。着磁実験の後、室温で超電導バルク体１７５１を調べたところ、超電導バルク体１７５１に割れが確認された。【０１８９】
これらの実験によりリング形状の酸化物超電導バルク体間に高強度補強部材を配置し、上下のリング形状の酸化物超電導バルク体と結合または接着することによって、超電導体に割れが発生することなく高い捕捉磁束密度を有する酸化物超電導バルクマグネットが得られることが明らかになった。【０１９０】
表４（表４−１と表４−２を総称して表４とよぶ。）に、上記実施例５についての着磁試験結果を示す。着磁試験に際して、表４に記載の各試験の本発明または比較例として用いるリング状の酸化物超電導バルク体、高強度補強部材および外周補強リングを作製した。リング状の酸化物超電導バルク体については、上記実施例５と同様に作製した直径７０ｍｍの単結晶状の酸化物超電導バルク体を用いて、表４の各試験の製造条件に基づき、厚さの異なる外径６５．０ｍｍ、内径３５．０ｍｍのリング形状に加工し、リング状の酸化物超電導バルク体を作製した。また、各高強度補強部材に関しても、表４に記載の材質および厚さの板から外径６５．０ｍｍ、内径３５．０ｍｍ〜３５．２ｍｍのリングに加工した。さらに、外周補強リングに関しても表４記載の材質およびサイズのリングに加工した。【０１９１】
【表４−１】
0006493419.tif 000006
【０１９２】
【表４−２】
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【０１９３】
これらのリング状の酸化物超電導バルク体、高強度補強部材および外周補強リングを結合し、各試験で用いる酸化物超電導バルクマグネットを作製した。本発明および比較例の酸化物超電導バルクマグネットの組み立てには半田を用いた。半田による組み立ての場合、上記実施例５と同様に、それぞれの部材をホットプレート上で半田が溶融する温度に加熱した外周補強リング１７３０中に、超電導バルク体と各高強度補強部材とを交互に挿入し、それぞれに半田を馴染ませた後、全体を室温に冷却することでそれぞれを結合させ、超電導バルクマグネット１７００を作製した。【０１９４】
なお、高強度補強部材の材質として、表４中の試験Ｎｏ．１−５の「ニクロムの無酸素銅クラッド材」は、厚さ０．５ｍｍのニクロム板の両面を厚さ０．５ｍｍの無酸素銅板でＳｎ−Ｚｎ系の半田で半田付けし、積層化した材料を意味する。また、表１中の試験Ｎｏ．１−８の「ニクロムのアルミクラッド材」は、厚さ０．５ｍｍのニクロム板の両面を厚さ０．５ｍｍのアルミ板でＳｎ−Ｚｎ系の半田で半田付けし、積層化した材料を意味する。【０１９５】
また、外周補強リングの材質として、表４中の試験Ｎｏ．１−６の「内周：無酸素銅、外周：ＳＵＳ３１６Ｌの接合材」は、外径８７．６ｍｍ、内径７６．０５ｍｍ、高さ５３．６ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌリング中に外径７６．０ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ５３．６ｍｍの無酸素銅リングをＳｎ−Ｚｎ系半田で接合した接合材を意味する。試験Ｎｏ．１−８の「内周：Ｃｕ合金、外周：ＳＵＳ３０４Ｌの接合材」は、外径８７．６ｍｍ、内径７６．３５ｍｍ、高さ５３．６ｍｍのＳＵＳ３０４Ｌリング中に外径７６．３ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ５３．６ｍｍのＣｕ合金リングをＳｎ−Ｚｎ系半田で接合した接合材を意味する。【０１９６】
性能評価のための着磁試験に関しては、表４に示す各着磁条件で行った。着磁試験の結果は、表４に示すように、本発明のように高強度補強部材を交互に積層した超電導バルクマグネットは割れが発生していないのに対し、高強度補強部材を交互に積層していない比較材では割れが発生する結果となった。このことから、高強度補強部材による補強が有効に機能し、強い磁場を発生できることが明らかになった。【０１９７】
（実施例６）
実施例６の超電導バルクマグネット１８００では、Ｅｕ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導バルク体１８１０を用いた。まず、市販されている純度９９．９質量％のユーロビウム（Ｅｕ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）のそれぞれの酸化物の粉末を、Ｅｕ：Ｂａ：Ｃｕ＝１．６：２．３：３．３のモル比で秤量し、それにＣｅＯ２を１．０質量％及び銀を１０質量％加えた。この秤量粉を１時間かけて十分混練してから、大気中にて１１７３Ｋで８時間仮焼した。【０１９８】
次に、金型を用いて仮焼粉を円板形状に成形した。この成形体を１４２３Ｋまで加熱して溶融状態にし、３０分間保持した後、降温途中で種付けを行い、１２８８Ｋ〜１２６２Ｋの温度領域を１８０時間かけて徐冷し結晶成長させ、超電導相の結晶学的方位のｃ軸が略円板平面の法線と平行な円板形状の直径７０ｍｍの単結晶状の超電導バルク体を得た。これらの単結晶状の酸化物超電導バルク体を加工し、外径６５．０ｍｍ、内径３２．０ｍｍ、高さ８．０ｍｍのリング１個、外径６５．０ｍｍ、内径３２．０ｍｍ、高さ１０．０ｍｍのリング１個、外径６５．０ｍｍ、内径３６．０ｍｍ、高さ１０．０ｍｍのリング２個を得た。さらに、スパッタリングより超電導体の表面に銀を約２μｍのコーティングをした。これを酸素気流中において７２３Ｋで１００時間熱処理した。同様に処理を行い、リング状の酸化物超電導バルク体１８１０（１８１１〜１８１４）を４個作製した。【０１９９】
また、ニクロムの板から、外径６５．０ｍｍ、内径３１．８ｍｍ厚さ１．５ｍｍのリング状の高強度補強部材１枚、外径６５．０ｍｍ、内径３１．８ｍｍ厚さ０．８ｍｍのリング状の高強度補強部材２枚、外径６５．０ｍｍ、内径３５．８ｍｍ厚さ０．８ｍｍのリング状の高強度補強部材１枚の、４つの高強度補強部材１８２０（１８２１〜１８２４）を作製した。ニクロムの表面には予め半田を薄く付けた。外周補強リング１８３０にはＳＵＳ３１６Ｌ製の外径７３．０ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ４２．２ｍｍのリングを用い、その内周面にも薄く半田を付けた。【０２００】
つぎに、半田が溶融する温度に加熱した外周補強リング１８３０中に、酸化物超電導バルク体および高強度補強部材を以下のように配置し、それぞれに半田を馴染ませた後、全体を室温に冷却することでそれぞれを結合させ、有孔の酸化物超電導バルク積層体を作製した。この有孔の酸化物超電導バルク積層体の積層状態を図１８Ａに示す。また、図１８Ｃに図１８Ａの断面図を示す。【０２０１】
１）ニクロム製リング（高強度補強部材１８２１、最上面）
：外径６５．０ｍｍ、内径３１．８ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ
２）酸化物超電導バルク体１８１１
：外径６５．０ｍｍ、内径３２．０ｍｍ、高さ８．０ｍｍ
３）ニクロム製リング（高強度補強部材１８２２）
：外径６５．０ｍｍ、内径３１．８ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ
４）酸化物超電導バルク体１８１２
：外径６５．０ｍｍ、内径３２．０ｍｍ、高さ１０．０ｍｍ
５）ニクロム製リング（高強度補強部材１８２３）
：外径６５．０ｍｍ、内径３１．８ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ
６）酸化物超電導バルク体１８１３
：外径６５．０ｍｍ、内径３６．０ｍｍ、高さ１０．０ｍｍ
７）ニクロム製リング（高強度補強部材１８２４）
：外径６５．０ｍｍ、内径３５．８ｍｍ、厚さ０．８ｍｍ
８）酸化物超電導バルク体１８１４
：外径６５．０ｍｍ、内径３６．０ｍｍ、高さ１０．０ｍｍ【０２０２】
さらに、同様の方法でもう一組の有孔の酸化物超電導バルク積層体を作製した。そして、ニクロム製の高強度補強部材がある側を上面および下面となるように積層し、樹脂接着し、一つの有孔の酸化物超電導バルク積層体とした。【０２０３】
得られた有孔の酸化物超電導バルク積層体を室温で８Ｔの磁場中に配置した後、冷凍機を用い４０Ｋに冷却した後、外部磁場を０．１Ｔ／分の速度でゼロ磁場まで減磁した。この結果、超電導バルクマグネットの軸上中心部で７．８５Ｔの捕捉磁束密度を確認し、この着磁によって超電導バルク体１８１０が割れることなく着磁できることが確かめられた。【０２０４】
次に、比較材として、上記と同様に作製した単結晶状超電導バルク体から、外径６５．０ｍｍ、内径３２．０ｍｍ、高さ２１．０ｍｍのリング１個と、外径６５．０ｍｍ、内径３６．０ｍｍ、高さ２１．０ｍｍのリング１個とを、上記と同様に作製した（符号１８５１ａ、１８５１ｂ）。これらを上記と同様に作製したＳＵＳ３１６Ｌ製の外径７３．０ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ４２．２ｍｍの外周補強リング１８５３中に配置し、上記と同様に半田により結合することで有孔の酸化物超電導バルク積層体を得た。この積層状態を図１８Ｂに示す。また、図１８Ｂの断面図を図１８Ｄに示す。【０２０５】
さらに、同様にして作製した有孔の酸化物超電導バルク積層体を、超電導バルク体の内径が小さい方をそれぞれ上面および下面になるように配置し、樹脂で接着することによって、一つの比較材の超電導バルクマグネットを作製した。これを上記と同様に室温で８Ｔの磁場中に配置した後、冷凍機を用い４０Ｋに冷却した後、外部磁場を０．１Ｔ／分の速度でゼロ磁場まで減磁した。この着磁過程において５．１Ｔまで減磁した段階で、超電導バルクマグネットの軸上中心部で磁束密度の急激な低下が確認された。ゼロ磁場に減磁した時の軸上中心部での捕捉磁束密度は０．２３Ｔであった。着磁実験の後、室温で超電導バルク体１８５１を調べたところ、超電導バルク体１８５１に割れが確認された。【０２０６】
これらの実験によりリング形状の酸化物超電導バルク体間に高強度補強部材を配置して、上下の前記リング形状の酸化物超電導バルク体と結合または接着し、さらに、酸化物超電導バルク積層体の最上面および最下面に配置された高強度補強部材の厚さが、酸化物超電導バルク体の間に配置された高強度補強部材の厚さよりも厚く、かつ、高強度補強部材の内径が酸化物超電導バルク体の内径よりも小さくすることにより、超電導バルク体に割れが発生することなく高い捕捉磁束密度を有する有孔の酸化物超電導バルク積層体が得られることが明らかになった。【０２０７】
表５（表５−１と表５−２を総称して表５とよぶ。）に、上記実施例６についての着磁試験結果を示す。着磁試験に際して、表５に記載の各試験の本発明または比較例として用いるリング状の酸化物超電導バルク体、高強度補強部材および外周補強リングを作製した。リング状の酸化物超電導バルク体については、上記実施例６と同様に作製した直径７０ｍｍの単結晶状の酸化物超電導バルク体を用いて、表５の各試験の製造条件に基づき、厚さの異なる外径６５．０ｍｍ、内径３５．０ｍｍのリング形状に加工し、リング状の酸化物超電導バルク体を作製した。また、各高強度補強部材に関しても、表５に記載の材質および厚さの板から外径６５．０ｍｍ、内径３５．０ｍｍ〜３５．４ｍｍのリングに加工した。さらに、外周補強リングに関しても、表５記載の材質およびサイズのリングに加工した。【０２０８】
【表５−１】
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【０２０９】
【表５−２】
0006493419.tif 000009
【０２１０】
これらのリング状の酸化物超電導バルク体、高強度補強部材および外周補強リングを結合し、各試験で用いる酸化物超電導バルクマグネットを作製した。本発明および比較例の酸化物超電導バルクマグネットの組み立てには、半田、または表５中に記載のように樹脂を用いた。半田による組み立ての場合、上記実施例６と同様に、それぞれの部材をホットプレート上で半田が溶融する温度に加熱した外周補強リング１８３０中に、超電導バルク体と各高強度補強部材とを交互に挿入し、それぞれに半田を馴染ませた後、全体を室温に冷却することでそれぞれを結合させ、超電導バルクマグネット１８００を作製した。【０２１１】
なお、高強度補強部材の材質として、表５中の試験Ｎｏ．２−５の「ニクロムの無酸素銅クラッド材」は、厚さ０．５ｍｍのニクロム板の両面を厚さ０．５ｍｍの無酸素銅板でＳｎ−Ｚｎ系の半田で半田付けし積層化した材料を意味する。また、表５中の試験Ｎｏ．２−７の「ニクロムのアルミクラッド材」は、厚さ０．５ｍｍのニクロム板の両面を厚さ０．５ｍｍのアルミ板でＳｎ−Ｚｎ系の半田で半田付けし積層化した材料を意味する。【０２１２】
また、外周補強リングの材質として、表５中の試験Ｎｏ．２−６の「内周：無酸素銅、外周：ＳＵＳ３１６Ｌの接合材」は、外径８７．６ｍｍ、内径７６．０５ｍｍ、高さ５３．６ｍｍのＳＵＳ３１６Ｌリング中に外径７６．０ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ５３．６ｍｍの無酸素銅リングをＳｎ−Ｚｎ系半田で接合した接合材を意味する。表５中の試験Ｎｏ．２−７の「内周：銅合金、外周：ＳＵＳ３０４Ｌの接合材」は、外径８７．６ｍｍ、内径７６．０５ｍｍ、高さ５３．６ｍｍのＳＵＳ３０４Ｌリング中に外径７６．０ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ５３．６ｍｍの銅合金リングをＳｎ−Ｚｎ系半田で接合した接合材を意味する。【０２１３】
性能評価のための着磁試験に関しては、表５に示す各着磁条件で行った。着磁試験の結果は、表５に示すように、本発明のように高強度補強部材を交互に積層し、かつ、上面および下面に高強度補強部材を接合した超電導バルクマグネットは割れが発生していないのに対し、高強度補強部材を交互に積層していない比較材では割れが発生する結果となった。このことから、高強度補強部材による補強が有効に機能し、強い磁場を発生できることが明らかになった。【０２１４】
（実施例７）
実施例７の超電導バルクマグネット１９００では、Ｇｄ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導バルク体を用いた。まず、市販されている純度９９．９質量％のガドリニウム（Ｇｄ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）のそれぞれの酸化物の粉末を、Ｇｄ：Ｂａ：Ｃｕ＝９：１２：１７のモル比で秤量し、それにＢａＣｅＯ３を１．０質量％及び銀を１０質量％加えた。この秤量粉を１時間かけて十分混練してから、大気中にて１１７３Ｋで８時間仮焼した。【０２１５】
次に、金型を用いて仮焼粉を円板形状に成形した。この成形体を１４２３Ｋまで加熱して溶融状態にし、３０分間保持した後、降温途中で種付けを行い、１２７８Ｋ〜１２４５Ｋの温度領域を２００時間かけて徐冷し結晶成長させ、超電導相の結晶学的方位のｃ軸が略円板平面の法線と平行な円板形状の直径７０ｍｍの単結晶状の酸化物超電導バルク体を得た。このようにして得られた単結晶状の酸化物超電導バルク体から、外径６５．０ｍｍ、内径３５．０ｍｍ、高さ６．０ｍｍのリング２個、および、高さ７．５ｍｍのリング２個を作製した。さらに、スパッタリングよりこれらの酸化物超電導バルク体の表面に銀を約２μｍのコーティングした。これを酸素気流中において７２３Ｋで１００時間熱処理した。同様に処理を行い、リング状の酸化物超電導バルク体１９１０（１９１１〜１９１４）を４個作製した。【０２１６】
また、厚さ１．５ｍｍおよび厚さ０．５ｍｍのニクロムをそれぞれ２枚加工し、各板から外径６５．０ｍｍ、内径３１．０ｍｍのリング状の高強度補強部材１９２０（１９２１〜１９２４）を作製した。ニクロムの表面には予め半田を薄く付けた。外周補強リング１９３０にはアルミ合金製の外径７７．０ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ３０．２ｍｍのリングを用い、その内周面にも薄く半田を付けた。さらにＦｅ−３６Ｎｉ合金製の内周補強リング（外径３４．９５ｍｍ、内径３１．０ｍｍ、高さ６．０ｍｍのリング２個、および外径３４．９５ｍｍ、内径３１．０ｍｍ、高さ１５．０ｍｍのリング１個）１９４０（１９４１〜１９４３）を作製し、その外周面にも薄く半田を付けた。【０２１７】
次に、半田が溶融する温度に加熱した外周補強リング１９３０中に高強度補強部材としてのニクロムリング、リング状の超電導バルク体、内周補強リングを順に挿入し、それぞれに半田を馴染ませた後、全体を室温に冷却することでそれぞれを結合させた。このとき各超電導バルク体は、超電導相の結晶学的方位のａ軸を約７°ずらしながら積層させた。図１９Ａに、得られた有孔の酸化物超電導バルク積層体の積層状態を示す。また、図１９Ｃに図１９Ａの断面図を示す。【０２１８】
得られた超電導バルクマグネット１０００を室温で９．５Ｔの磁場中に配置した後、冷凍機を用い４５Ｋに冷却した後、外部磁場を０．１Ｔ／分の速度でゼロ磁場まで減磁した。この結果、超電導バルクマグネットの軸上中心部で８．９Ｔの捕捉磁束密度を確認し、この着磁によって超電導バルク体１９１０が割れることなく着磁できることが確かめられた。【０２１９】
次に比較材として、上記と同様に作製した単結晶状の酸化物超電導バルク体から、外径６５．０ｍｍ、内径３５．０ｍｍ、高さ３０．２ｍｍのリング１個を、上記と同様に作製した。これらを上記と同様に作製したアルミ合金製の外径７７．０ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ３０．２ｍｍの外周補強リング１９５３中に配置した。さらにＦｅ−３６Ｎｉ合金製の外径３４．９５ｍｍ、内径３１．０ｍｍ、高さ３０．２ｍｍの内周補強リング１９５４を超電導バルク体１９５１の内部に配置し、上記と同様に半田により結合することで比較材の有孔の酸化物超電導バルク積層体を作製した。この積層状態を図１９Ｂに示す。また、図１９Ｄに図１９Ｂの断面図を示す。【０２２０】
これを上記と同様に室温で９．５Ｔの磁場中に配置した後、冷凍機を用い４５Ｋに冷却した後、外部磁場を０．１Ｔ／分の速度でゼロ磁場まで減磁した。この着磁過程において５．８Ｔまで減磁した段階で、超電導バルクマグネットの軸上中心部で磁束密度の急激な低下が確認された。ゼロ磁場に減磁した時の軸上中心部での捕捉磁束密度は１．８９Ｔであった。着磁実験の後、室温で超電導バルク体１９５１を調べたところ、超電導バルク体１９５１に割れが確認された。【０２２１】
これらの実験によりリング形状の酸化物超電導バルク体間に高強度補強部材を配置し、さらに、内周補強リングを配置し、上下の酸化物超電導バルク体と結合または接着され、強度補強部材の内径が酸化物超電導バルク体の内径に対して同一または小さく、それぞれの内周軸が一致した有孔の酸化物超電導バルク積層体が形成される。有孔の酸化物超電導バルク積層体の内周面に内周補強リングが結合または接着されて配置されていることによって、超電導バルク体に割れが発生することなく高い捕捉磁束密度を有する酸化物超電導バルクマグネットが得られることが明らかになった。【０２２２】
表６（表６−１と表６−２を総称して表６とよぶ。）に、上記実施例７についての着磁試験結果を示す。着磁試験に際して、表６に記載の各試験の本発明または比較例として用いるリング状の酸化物超電導バルク体、高強度補強部材および外周補強リングを作製した。リング状の酸化物超電導バルク体については、上記実施例７と同様に作製した直径７０ｍｍの単結晶状の酸化物超電導バルク体を用いて、表６に記載した種々の厚さの異なる外径６５．０ｍｍ、内径３５．０ｍｍのリング形状に加工し、リング状の酸化物超電導バルク体を作製した。また、各高強度補強部材に関しても、表６に記載の材質および厚さの板から外径６５．０ｍｍ、内径３１．０ｍｍのリングに加工した。さらに、外周補強リングに関しても、表６に記載の材質およびサイズのリングに加工した。【０２２３】
【表６−１】
0006493419.tif 000010
【０２２４】
【表６−２】
0006493419.tif 000011
【０２２５】
これらのリング状の酸化物超電導バルク体、高強度補強部材および外周補強リングを結合し、各試験で用いる酸化物超電導バルクマグネットを作製した。各実施例の本発明および比較例のバルクマグネットの組み立てには、半田を用いた。半田による組み立ての場合、上記実施例と同様に、それぞれの部材をホットプレート上で半田が溶融する温度に加熱した外周補強リング１９３０中に、超電導バルク体と各高強度補強部材とを交互に挿入し、それぞれに半田を馴染ませた後、全体を室温に冷却することでそれぞれを結合させ、超電導バルクマグネット１９００を作製した。【０２２６】
性能評価のための着磁試験に関しては、表６に示す各着磁条件で行った。着磁試験の結果は、表６に示すように、内周補強リングを有するバルクマグネットにおいて、高強度補強部材を交互に積層し接合した超電導バルクマグネットは割れが発生していないのに対し、高強度補強部材を交互に積層していない比較材では割れが発生する結果となった。このことから、高強度補強部材による補強が有効に機能し、強い磁場を発生できることが明らかになった。【０２２７】
（実施例８）
本実施例の超電導バルクマグネット２０００では、Ｇｄ（Ｄｙ）−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導バルク体を用いた。まず、市販されている純度９９．９質量％のガドリニウム（Ｇｄ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）のそれぞれの酸化物の粉末を、Ｇｄ：Ｄｙ：Ｂａ：Ｃｕ＝８：１：１２：１７のモル比で秤量し、それにＣｅＯ２を１．０質量％及び銀を１２質量％加えた。この秤量粉を１時間かけて十分混練してから、大気中にて１１７３Ｋで８時間仮焼した。【０２２８】
次に、金型を用いて仮焼粉を円板形状に成形した。この成形体を１４２３Ｋまで加熱して溶融状態にし、３０分間保持した後、降温途中で種付けを行い、１２７８Ｋ〜１２４５Ｋの温度領域を２００時間かけて徐冷し結晶成長させ、直径７０ｍｍの単結晶状の酸化物超電導バルク体を得た。この単結晶状の酸化物超電導バルク体を、外径６５．０ｍｍ、内径３５．０ｍｍ、高さ１０．０ｍｍのリング形状に加工した。さらに、スパッタリングより超電導バルク体の表面に銀を約２μｍのコーティングをした。これを酸素気流中において７２３Ｋで１００時間熱処理した。同様に処理を行い、リング状の酸化物超電導バルク体２０１０（２０１１〜２０１４）を４個作製した。【０２２９】
また、厚さ１．５ｍｍのニクロムの板２枚および厚さ１．０ｍｍのニクロムの板３枚を加工して、外径６５．０ｍｍ、内径３１．０ｍｍのリング状の高強度補強部材２０２０（２０２１〜２０２５）をそれぞれ作製した。ニクロムの表面には予め半田を薄く付けた。外周補強リング２０３０にはアルミ合金製の外径７７．０ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ４６．５ｍｍのリングを用い、その内周面にも薄く半田を付けた。さらにＦｅ−３６Ｎｉ合金製の外径３４．９５ｍｍ、内径３１．０ｍｍ、高さ１０．０ｍｍの内周補強リング２０４０（２０４１〜２０４４）を作製し、その外周面にも薄く半田を付けた。【０２３０】
次に、半田が溶融する温度に加熱した外周補強リング２０３０中に高強度補強部材としてのニクロムリング、リング状の超電導バルク体、内周補強リングを順に挿入し、それぞれに半田を馴染ませた後、全体を室温に冷却することでそれぞれを結合させた。このとき、酸化物超電導バルク体の最上面および最下面には、１．５ｍｍ厚のニクロムリングを配置した。このとき各超電導バルク体２０４１〜２０４４は、超電導相の結晶学的方位のａ軸を約９°ずらしながら積層された。図２０Ａに得られた有孔の酸化物超電導バルク積層体の積層状態を示す。また、図２０Ｃに図２０Ａの断面図を示す。【０２３１】
得られた超電導バルクマグネット２０００を室温で９Ｔの磁場中に配置した後、冷凍機を用い４０Ｋに冷却した後、外部磁場を０．１Ｔ／分の速度でゼロ磁場まで減磁した。この結果、超電導バルクマグネットの軸上中心部で８．８５Ｔの捕捉磁束密度を確認し、この着磁によって超電導バルク体２０１０が割れることなく着磁できることが確かめられた。【０２３２】
次に比較材として、上記と同様に作製した単結晶状の酸化物超電導バルク体から外径６５．０ｍｍ、内径３５．０ｍｍ、高さ２３．１ｍｍのリング２個を、上記と同様に作製した（符号２０５１（２０５１ａ、２０５１ｂ））。これらを上記と同様に作製したアルミ合金製の外径７７．０ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ４６．５ｍｍの外周補強リング２０５３中に配置し、さらにＦｅ−３６Ｎｉ合金製の外径３４．９５ｍｍ、内径３１．０ｍｍ、高さ４６．５ｍｍの内周補強リング２０５４に、上記と同様に半田により結合し、比較材の有孔の酸化物超電導バルク積層体を作製した。この積層状態を図２０Ｂに示す。また、図２０Ｄに図２０Ｂの断面図を示す。【０２３３】
これを、上記と同様に室温で９Ｔの磁場中に配置した後、冷凍機を用い４０Ｋに冷却した後、外部磁場を０．１Ｔ／分の速度でゼロ磁場まで減磁した。この着磁過程において５．８Ｔまで減磁した段階で、超電導バルクマグネットの軸上中心部で磁束密度の急激な低下が確認された。ゼロ磁場に減磁した時の軸上中心部での捕捉磁束密度は１．８９Ｔであった。着磁実験の後、室温で超電導バルク体２０５１を調べたところ、超電導バルク体２０５１に割れが確認された。【０２３４】
これらの実験により、リング形状の酸化物超電導バルク体間に高強度補強部材を配置し、さらに、内周補強リングを配置し、上下の酸化物超電導バルク体と結合または接着され、強度補強部材の内径が酸化物超電導バルク体の内径に対して小さく、それぞれの内周軸が一致した有孔の酸化物超電導バルク積層体が形成される。有孔の酸化物超電導バルク積層体の内周に金属リングが結合または接着されて配置されていることによって、超電導バルク体に割れが発生することなく高い捕捉磁束密度を有する酸化物超電導バルクマグネットが得られることが明らかになった。【０２３５】
（実施例９）
本実施例の超電導バルクマグネット２１００では、Ｅｕ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導バルク体を用いた。まず、市販されている純度９９．９質量％のユーロビウム（Ｅｕ）、バリウム（Ｂａ）、銅（Ｃｕ）のそれぞれの酸化物の粉末を、Ｅｕ：Ｂａ：Ｃｕ＝９：１２：１７のモル比で秤量し、それにＢａＣｅＯ３を１．０質量％及び銀を１６質量％加えた。この秤量粉を１時間かけて十分混練してから、大気中にて１１７３Ｋで８時間仮焼した。【０２３６】
次に、金型を用いて仮焼粉を円板形状に成形した。この成形体を１４２３Ｋまで加熱して溶融状態にし、３０分間保持した後、降温途中で種付けを行い、１２８８Ｋ〜１２５８Ｋの温度領域を２００時間かけて徐冷し結晶成長させ、直径７０ｍｍの単結晶状の酸化物超電導バルク体を得た。この単結晶状の酸化物超電導バルク体を、外径６５．０ｍｍ、内径３５．０ｍｍ、高さ１．８ｍｍのニ重リング形状に加工した。二重リング形状の超電導バルク体２１１０の溝は、中心から２３．５ｍｍの位置に約１．０ｍｍの幅で、サンドブラスト法により加工して形成した。このとき、酸化物超電導バルク体２１１０の内側リング２１１１と外側リング２１１２とを結ぶ継ぎ目（図１６Ｄの継ぎ目１６１５に対応）は２個所設けた。さらに、スパッタリングより超電導バルク体の表面に銀を約２μｍコーティングした。これを酸素気流中において７２３Ｋで１００時間熱処理した。同様に処理を行い、リング状の酸化物超電導バルク体２１１０を２０枚作製した。【０２３７】
また、厚さ１．０ｍｍのニクロムの板２枚および厚さ０．３ｍｍのニクロムの板１９枚を加工して、外径６５．０ｍｍ、内径３１．０ｍｍのリング状の高強度補強部材２１２０をそれぞれ作製した。ニクロムの表面には予め半田を薄く付けた。外周補強リング２１３０にはアルミ合金製の外径７７．０ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ４４．０ｍｍのリングを用い、その内周面にも薄く半田を付けた。さらにニクロム製の外径３４．９５ｍｍ、内径３１．０ｍｍ、高さ１．８ｍｍの内周補強リング２１４０を作製し、その表面にも薄く半田を付けた。【０２３８】
次に、半田が溶融する温度に加熱した外周補強リング２１３０中に高強度補強部材としてのニクロムリング、リング状の超電導バルク体、内周補強リングを順に挿入し、それぞれに半田を馴染ませた後、全体を室温に冷却することでそれぞれを結合させた。このとき、酸化物超電導バルク体の最上面および最下面には、１．０ｍｍ厚のニクロムリングの高強度補強部材を配置した。また、このとき各超電導バルク体２１１０は、超電導相の結晶学的方位のａ軸を約４°ずらしながら積層された。図２１Ａに得られた有孔の酸化物超電導バルク積層体の積層状態を示す。【０２３９】
得られた超電導バルクマグネット２１４０を室温で７Ｔの磁場中に配置した後、冷凍機を用い４０Ｋに冷却した後、外部磁場を０．１Ｔ／分の速度でゼロ磁場まで減磁した。この結果、超電導バルクマグネットの軸上中心部で６．８５Ｔの捕捉磁束密度を確認し、この着磁によって超電導バルク体が割れることなく着磁できることが確かめられた。【０２４０】
次に比較材として、上記と同様に作製した単結晶状の酸化物超電導バルク体から、外径６５．０ｍｍ、内径３５．０ｍｍ、高さ１．８ｍｍの二重リング形状の超電導バルク体２２枚を同様に作製した（符号２１５１）。これらを、上記と同様に作製したアルミ合金製の外径７７．０ｍｍ、内径６５．０５ｍｍ、高さ４４．０ｍｍの外周補強リング２１５３中に配置し、さらにＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastics）製の外径３４．９５ｍｍ、内径３１．０ｍｍ、高さ４４．０ｍｍの内周補強リング２１５４を同様に配置し、半田により結合することで比較材の有孔の酸化物超電導バルク積層体を作製した。この積層状態を図２１Ｂに示す。【０２４１】
これを、上記と同様に室温で７Ｔの磁場中に配置した後、冷凍機を用い４０Ｋに冷却した後、外部磁場を０．１Ｔ／分の速度でゼロ磁場まで減磁した。この着磁過程において４．８Ｔまで減磁した段階で、超電導バルクマグネットの軸上中心部で磁束密度の急激な低下が確認された。ゼロ磁場に減磁した時の軸上中心部での捕捉磁束密度は１．３５Ｔであった。着磁実験の後、室温で超電導バルク体２１５１を調べたところ、超電導バルク体２１５１に割れが確認された。【０２４２】
これらの実験により、リング形状の酸化物超電導バルク体間に高強度補強部材を配置し、さらに、内周補強リングを配置し、上下の酸化物超電導バルク体と結合または接着することによって、超電導バルク体に割れが発生することなく高い捕捉磁束密度を有する酸化物超電導バルクマグネットが得られることが明らかになった。【０２４３】
（実施例１０）
実施例５で作製した白金添加Ｇｄ系の直径７０ｍｍの酸化物超電導体を用い、外径６２．０ｍｍ、内径３２．０ｍｍ、高さ３．０ｍｍのリング８個を作製した。さらに、スパッタリングよりこれらの酸化物超電導バルク体の表面に銀を約２μｍのコーティングをした。これを酸素気流中において７２３Ｋで１００時間熱処理した。同様に処理を行い、リング状の酸化物超電導バルク体２２１０（２２１１〜２２１８）を８個作製した。【０２４４】
また、厚さ１．０ｍｍを２枚、厚さ０．３ｍｍのＳＵＳ３１６を７枚加工し、各板から外径６６．０ｍｍ、内径２９．０ｍｍのリング状の高強度補強部材２２２０（２２２１〜２２２７）を作製し、表面には予め半田を薄く付けた。内側の外周補強リング２２３１０（２２３１１〜２２３１８）にはＳＵＳ３１４製の外径６６．０ｍｍ、内径６２．０５ｍｍ、高さ３．０ｍｍのリングを８個用い、また、外側の外周補強リング２２３００にはＳＵＳ３１４製の外径８６．０ｍｍ、内径６６．０５ｍｍ、高さ２８．８ｍｍのリングを用いその内周面にも薄く半田を付けた。さらに外側のニクロム製内周補強リング（外径３１．９５ｍｍ、内径２９．０ｍｍ、高さ３．０ｍｍ）を８個作製し、内側のＳＵＳ３１４製内周リングには外径２８．９５ｍｍ、内径２７．０ｍｍ、高さ２８．８ｍｍのリング１個作製し、その外周面にも薄く半田を付けた。【０２４５】
次に、半田が溶融する温度に加熱した外側の外周補強リング２２３００中に高強度補強部材としてのＳＵＳ３１６リング、内側の外周補強リング、リング状の超電導バルク体、外側の内周補強リング、内側の内周補強リングを挿入し、それぞれに半田を馴染ませた後、全体を室温に冷却することでそれぞれを結合させた。このとき各超電導バルク体は、超電導相の結晶学的方位のａ軸を約７°ずらしながら積層させた。図２２Ａに、得られた有孔の酸化物超電導バルク積層体［本発明（１）］の断面図を示す。【０２４６】
また、さらに、厚さ１．０ｍｍを２枚、厚さ０．３ｍｍのＳＵＳ３１６を７枚加工し、各板から外径６２．０ｍｍ、内径３２．０ｍｍのリング状の高強度補強部材を作製し、表面には予め半田を薄く付けた。外周補強リングにはＳＵＳ３１４製の外径８６．０ｍｍ、内径６２．０５ｍｍ、高さ２８．８ｍｍのリングを用い、その内周面にも薄く半田を付けた。さらにＳＵＳ３１４製内周リングには外径３１．９５ｍｍ、内径２７．０ｍｍ、高さ２８．８ｍｍのリング１個作製し、その外周面にも薄く半田を付けた。【０２４７】
次に、半田が溶融する温度に加熱した外側の外周補強リング２２３０中に高強度補強部材としてのＳＵＳ３１６リング、リング状の超電導バルク体、内周補強リングを挿入し、それぞれに半田を馴染ませた後、全体を室温に冷却することでそれぞれを結合させた。このとき各超電導バルク体は、超電導相の結晶学的方位のａ軸を約７°ずらしながら積層させた。図２２Ｂに、得られた有孔の酸化物超電導バルク積層体［本発明（２）］の断面図を示す。【０２４８】
次に比較材として、上記と同様に作製した単結晶状の酸化物超電導バルク体から、外径６２．０ｍｍ、内径３２．０ｍｍ、高さ１４．３ｍｍのリング２個を、上記と同様に作製した。これらを上記と同様に作製したＳＵＳ３１４製の外径８６．０ｍｍ、内径６２．０５ｍｍ、高さ２８．８ｍｍの外周補強リング中に配置した。さらにＳＵＳ３１４製の外径３１．９５ｍｍ、内径２７．０ｍｍ、高さ２８．８ｍｍの内周補強リングを超電導バルク体の内部に配置し、上記と同様に半田により結合することで比較材の有孔の酸化物超電導バルク積層体［比較材］を作製した。この断面図を図２２Ｃに示す。【０２４９】
得られた超電導バルクマグネット［本発明（１）、本発明（２）、比較材］を室温で８．０Ｔの磁場中に配置した後、冷凍機を用い４０Ｋに冷却した後、外部磁場を０．０５Ｔ／分の速度でゼロ磁場まで減磁した。この結果、超電導バルクマグネットの軸上中心部で、本発明（１）および本発明（２）は、割れることなく、７．９５Ｔを捕捉していたが、比較材は、着磁実験の後、室温で超電導バルク体を調べたところ、超電導バルク体に割れが確認された。【０２５０】
次に、本発明（１）および本発明（２）を１１．０Ｔの磁場中に配置した後、冷凍機を用い４０Ｋに冷却した後、外部磁場を０．０５Ｔ／分の速度でゼロ磁場まで減磁した。この結果、超電導バルクマグネットの軸上中心部で、本発明（１）は、割れることなく、１０．９Ｔを捕捉していたが、本発明（２）は、着磁実験の後、室温で超電導バルク体を調べたところ、超電導バルク体に割れが確認された。【０２５１】
これらの実験によりリング形状の酸化物超電導バルク体間に高強度補強部材を配置し、さらに、二重の内周および外周補強リングを配置し、上下の酸化物超電導バルク体と結合または接着されることによって、超電導バルク体に割れが発生することなく高い捕捉磁束密度を有する酸化物超電導バルクマグネットが得られることが明らかになった。【０２５２】
表７（表７−１と表７−２、表７−３を総称して表７とよぶ。）に、上記実施例１０についての着磁試験結果を示す。着磁試験に際して、表７に記載の各試験の本発明（1）、本発明（２）または比較例として用いるリング状の酸化物超電導バルク体、高強度補強部材および外周補強リングを作製した。リング状の酸化物超電導バルク体については、上記実施例１０と同様に作製した直径７０ｍｍの単結晶状の酸化物超電導バルク体を用いて、表４に記載した種々の厚さの異なるリング形状に加工し、リング状の酸化物超電導バルク体を作製した。また、各高強度補強部材に関しても、表７に記載の材質および厚さの板から加工した。さらに、外周補強リングに関しても、表７に記載の材質およびサイズのリングに加工した。【０２５３】
【表７−１】
0006493419.tif 000012
【０２５４】
【表７−２】
0006493419.tif 000013
【０２５５】
【表７−３】
0006493419.tif 000014
【０２５６】
これらのリング状の酸化物超電導バルク体、高強度補強部材および外周補強リングを結合し、各試験で用いる酸化物超電導バルクマグネットを作製した。各実施例の本発明および比較例のバルクマグネットの組み立てには、半田を用いた。半田による組み立ての場合、上記実施例と同様に、それぞれの部材をホットプレート上で半田が溶融する温度に加熱した外周補強リング２２３０中に、超電導バルク体と各高強度補強部材とを交互に挿入し、それぞれに半田を馴染ませた後、全体を室温に冷却することでそれぞれを結合させ、超電導バルクマグネット２２００を作製した。【０２５７】
性能評価のための着磁試験に関しては、表７に示す各着磁条件で行った。着磁試験の結果は、表７に示すように、内周補強リングを有するバルクマグネットにおいて、１０Ｔ以下の着磁条件では、高強度補強部材を交互に積層し接合した超電導バルクマグネットは割れが発生していないのに対し、高強度補強部材を交互に積層していない比較材では割れが発生する結果となった。また、１１Ｔ以上の着磁条件では、二重の外周および内周リング構造を有し高強度補強部材をより強固に結合した超電導バルクマグネットにおいても割れが発生せず、より強い磁場を発生できることが明らかになった。【０２５８】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【０２５９】
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ    酸化物超電導バルクマグネット
１１０    超電導バルク体
１２０    高強度補強部材
１３０    外周補強リング
６００    酸化物超電導バルクマグネット
６１０    超電導バルク体
６２０    高強度補強部材
６３０    外周補強リング
７００    酸化物超電導バルクマグネット
７１０    超電導バルク体
７２０    高強度補強部材
７３０    外周補強リング
７４０    外側の外周補強リング
８００    酸化物超電導バルクマグネット
８１０    超電導バルク体
８２０    高強度補強部材
８３０    外周補強リング
９００    酸化物超電導バルクマグネット
９１０    リング形状の酸化物超電導バルク体
９２０    高強度補強部材
９３０    外周補強リング
１０００    酸化物超電導バルクマグネット
１０１０    リング形状の酸化物超電導バルク体
１０２０    高強度補強部材
１０３０    外周補強リング
１１００    酸化物超電導バルクマグネット
１１１０    リング形状の酸化物超電導バルク体
１１２０    高強度補強部材
１１３０    外周補強リング
１２００    酸化物超電導バルクマグネット
１２１０    リング形状の酸化物超電導バルク体
１２２０    高強度補強部材
１２３０    外周補強リング
１３００    酸化物超電導バルクマグネット
１３１０    リング形状の酸化物超電導バルク体
１３２０    高強度補強部材
１３３０    外周補強リング
１３４０    外周補強リング
１４００    酸化物超電導バルクマグネット
１４１０    リング形状の酸化物超電導バルク体
１４２０    高強度補強部材
１４３０    内側の外周補強リング
１４４０    外側の外周補強リング
１４５０    外側の内周補強リング
１４６０    内側の内周補強リング
１５１０    リング形状の酸化物超電導バルク体
１６００    酸化物超電導バルクマグネット
１６１０    リング形状の酸化物超電導バルク体
１６１０ａ、１６１０ｂ、１６１０ｃ、１６１０ｄ、１６１０ｅ    リング（酸化物超電導バルク体）
１６１３    隙間
１６１５    継ぎ目
１６２０    高強度補強部材
１６３０    外周補強リング
１７００    酸化物超電導バルクマグネット（実施例５）
１７１０    リング形状の酸化物超電導バルク体
１７２０    高強度補強部材
１７３０    外周補強リング
１８００    酸化物超電導バルクマグネット（実施例６）
１８１０    リング形状の酸化物超電導バルク体
１８２０    高強度補強部材
１８３０    外周補強リング
１９００    酸化物超電導バルクマグネット（実施例７）
１９１０    リング形状の酸化物超電導バルク体
１９２０    高強度補強部材
１９３０    外周補強リング
１９４０    内周補強リング
２０００    酸化物超電導バルクマグネット（実施例８）
２０１０    リング形状の酸化物超電導バルク体
２０２０    高強度補強部材
２０３０    外周補強リング
２０４０    内周補強リング
２１００    酸化物超電導バルクマグネット（実施例９）
２１１０    リング形状の酸化物超電導バルク体
２１１１    リング形状の酸化物超電導バルク体の内側リング
２１１２    リング形状の酸化物超電導バルク体の外側リング
２１２０    高強度補強部材
２１３０    外周補強リング
２１４０    内周補強リング
２２００    酸化物超電導バルクマグネット（実施例１０  図２２Ａ）
２２５０    酸化物超電導バルクマグネット（実施例１０  図２２Ｂ ）
２２９０    酸化物超電導バルクマグネット（実施例１０  図２２Ｃ ）
２２１０    リング形状の酸化物超電導バルク体
２２２０    高強度補強部材
２２３００    外側の外周補強リング
２２３１０    内側の外周補強リング
２２４００    内側の内周補強リング
２２４１０    外側の内周補強リング
２２３０    外周補強リング
２２４０    内周補強リング
Ｏ    各酸化物超電導バルク体および外周補強リングの中心軸線
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
0006493419.tif 000023
【図６Ｂ】
0006493419.tif 000024
【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
0006493419.tif 000026
【図７Ａ】
0006493419.tif 000027
【図７Ｂ】
0006493419.tif 000028
【図７Ｃ】
0006493419.tif 000029
【図７Ｄ】
0006493419.tif 000030
【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
0006493419.tif 000056
【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
0006493419.tif 000059
【図１６Ｄ】
0006493419.tif 000060
【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１７Ｄ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図１９Ｄ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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