(57)【要約】【課題】酸化物超伝導バルクの温度を安定化する時間を短縮し、冷却効率を向上して、着磁工程に必要な時間を短縮できる、超伝導バルクの着磁方法を提供する。【解決手段】扁平な環状または板状の酸化物超伝導バルクを、その超伝導疑似単結晶の一面をコールド・ステージに接して載置すると共に、前記酸化物超伝導バルクの外周側に設けた着磁コイルに電流を流し、パルス磁場を発生させ、前記酸化物超伝導バルクを、冷媒中で或いは冷凍機によって得られる低温において、前記面に鉛直な方向に着磁するバルク超伝導体のパルス着磁方法において、前記酸化物超伝導バルクの着磁に先立って、酸化物超伝導バルクの表面部分の含浸用樹脂皮膜を取り除き、その周囲に金属環を嵌合させることを特徴とする。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平な環状または板状の酸化物超伝導バルクを、その超伝導疑似単結晶の一面をコールド・ステージに接して載置すると共に、前記酸化物超伝導バルクの外周側に設けた着磁コイルに電流を流し、パルス磁場を発生させ、前記酸化物超伝導バルクを、冷媒中で或いは冷凍機によって得られる低温状態で前記面に鉛直な方向に着磁するバルク超伝導体のパルス着磁方法において、
前記酸化物超伝導バルクの着磁に先立って、酸化物超伝導バルクの表面部分にある含浸用樹脂皮膜を取り除き、酸化物超伝導バルクの周囲に金属環を嵌合させることを特徴とするバルク超伝導体のパルス着磁方法。
【請求項２】
前記金属環は、セラミック粉末を混入した樹脂を介して前記酸化物超伝導バルクに嵌合し、密着することを特徴とする請求項１に記載のバルク超伝導体のパルス着磁方法。
【請求項３】
前記セラミック粉末は、窒化硅素、窒化チタン、酸化硅素または酸化チタンのうち一種或いは複数種の混合物からなることを特徴とする請求項２に記載のバルク超伝導体のパルス着磁方法。
【請求項４】
前記金属環は、焼き嵌めによって、前記酸化物超伝導バルクに嵌合することを特徴とする請求項１に記載のバルク超伝導体のパルス着磁方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、扁平な環状または板状の酸化物超伝導バルクを、その超伝導疑似単結晶の一面をコールド・ステージに接して載置すると共に、前記酸化物超伝導バルクの外周側に設けた着磁コイルに電流を流し、パルス磁場を発生させ、前記酸化物超伝導バルクを、冷媒中で、前記面に鉛直な方向に着磁するバルク超伝導体のパルス着磁方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ここで扱う酸化物超伝導バルクは、一般に円環状または円板状、円柱状であって、通常、図１に示すように、超伝導疑似単結晶のａｂ面に鉛直な厚さ方向（ｃ軸方向）に着磁する（例えば、非特許文献１および２）が、超伝導遷移温度以下に冷却した状態で、着磁コイルに電流を流す際に、酸化物超伝導バルクに強い電磁力が作用し、これを破壊する可能性がある。そこで、前記酸化物超伝導バルクの外周からエポキシ樹脂などの樹脂を含浸し、補強する処置が講じられている。また、特許文献１には、超電導バルク材料の補強構造として金属リングによる圧縮応力を用いることが開示されている。
【０００３】
パルス着磁法ではＩＭＲＡ法（反復着磁法）が用いられるようになり、捕捉磁場は３０Ｋで３．８Ｔを記録できるようになったが、捕捉磁場はＦＣに比べて少ない欠点があった。これは磁束の侵入で起こる発熱のために温度が上昇することに起因するが、酸化物超伝導バルクに含浸されたエポキシ樹脂皮膜が放熱の妨げとなって、温度の安定までに長い時間を要するという問題があった。
【０００４】
また、補強構造としての金属リングにおいても、含浸されたエポキシ樹脂皮膜の表面に取り付けられているため、放熱のための熱伝導が考慮されていなかった。このため、磁束の侵入で起こる発熱のために温度が上昇し大きな捕捉磁場を得ることができない問題があった。
【０００５】
【非特許文献１】
エッチ．フジシロ、エス．コハヤシ（Ｈ．Ｆｕｊｉｓｈｉｒｏ  ａｎｄ  Ｓ．Ｋｏｈａｙａｓｈｉ）：アイイーイーイー  トランス．スーパーコンダクター（：ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄ）１２巻  ２００２  １１２４頁
【非特許文献２】
エッチ．フジシロ、エム．イケダ、テー．ナイトウ、ケー．ノト（Ｈ．Ｆｕｊｉｓｈｉｒｏ，Ｍ．Ｉｋｅｂｅ，Ｔ．Ｎａｉｔｏ  ａｎｄ  Ｋ．Ｎｏｔｏ）：ジャーナルオブアプライドフィジックス（Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ）  ３３巻  １９９４
４９６５ページ
【特許文献１】
特開平１１−３３５１２０号公報（第２頁、図第１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来、樹脂の含浸は、せいぜい、酸化物超伝導バルクの表面から１ｍｍ程度であり、冷却にはあまり影響しないものと考えられているが、本発明者らの実験によれば、この１ｍｍ程度の樹脂の存在が、樹脂のない場合に比較して、酸化物超伝導バルクの温度（超伝導遷移温度以下）の安定までに３倍以上の時間を必要とすることが判明した。
【０００７】
本発明は、上記事情に基づいてなされたもので、酸化物超伝導バルクの温度を安定化する時間を短縮し、冷却効率を向上して、着磁工程に必要な時間を短縮できるバルク超伝導体のパルス着磁方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、扁平な環状または板状の酸化物超伝導バルクを、その超伝導疑似単結晶の一面をコールド・ステージに接して載置すると共に、前記酸化物超伝導バルクの外周側に設けた着磁コイルに電流を流し、パルス磁場を発生させ、前記酸化物超伝導バルクを、冷媒中で或いは冷凍機によって得られる低温状態で前記面に鉛直な方向に着磁するバルク超伝導体のパルス着磁方法において、前記酸化物超伝導バルクの着磁に先立って、酸化物超伝導バルクの表面部分にある含浸用樹脂皮膜を取り除き、酸化物超伝導バルクの周囲に金属環を嵌合させることを特徴とする。
【０００９】
この場合、本発明の実施の形態として、前記金属環が、熱伝導率の高いセラミック粉末を混入した樹脂を介して前記酸化物超伝導バルクに嵌合し、密着すること、また、前記樹脂が、窒化硅素、窒化チタン、酸化硅素、酸化チタン等のセラミック粉末を混入したエポキシ樹脂であること、あるいは、前記金属環が、焼き嵌めによって、前記酸化物超伝導バルクに嵌合することが、それぞれ、有効である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。ここでは、扁平な円環状（または円板状、円柱状）の酸化物超伝導バルク１を、その超伝導疑似単結晶の一面をコールド・ステージ２に接して載置する。酸化物超伝導バルク１の外周側に設けた着磁コイル３に電流を流し、パルス磁場を発生させ、酸化物超伝導バルク１を、前記面に鉛直な方向に着磁するバルク超伝導体のパルス着磁方法において、酸化物超伝導バルク１の着磁に先立って、表面のエポキシ樹脂を取り除き、その周囲に高い熱伝導率の金属環５を嵌合させる（図１（ｃ）を参照）。
【００１１】
上述の酸化物超伝導バルク１は、例えば、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｙ（ここで、ＲＥはＹ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕから選ばれる１種類または２種類以上の元素を示す）を主成分とするもので、要すれば、この相中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５やＲＥ４Ｂａ２Ｃｕ２Ｏ１０などを分散したものを用いる。また、コールド・ステージ２は、冷凍機の伝熱部に繋がっていて、その上面にサファイア板６を設けて、これに酸化物超伝導バルク１を載置しても良い。
実施の形態では図２に示すように、コールド・ステージ２に熱伝導用の円板９を有する銅の伝熱ロッド７を介して、前記冷凍機の冷凍部１０に接続されることもある。
【００１２】
このような酸化物超伝導バルク１は、７７Ｋ（窒素の沸点）で磁場をトラップして１Ｔ（テスラ）程度の磁束密度が得られるが、６３Ｋ（窒素の融点）、５１Ｋ（酸素の融点）などの低温ではその数倍の磁束密度が達成される。上述のような、マグネットとしての使用態様で、前記の酸化物超伝導バルク１を用いると、強い電磁力により破壊する畏れがあり、このような事情から、一般には、ステンレス製のリングを嵌めて補強したり、超伝導バルクの表面に樹脂を含浸して補強している。
【００１３】
パルス着磁法では、ＩＭＲＡ法（反復着磁法）が用いられるようになり、捕捉磁場は３０Ｋで３．８Ｔを記録できるようになったが、捕捉磁場はＦＣに比べて少ない。これは、磁束の侵入で起こる発熱のために温度が上昇することに起因する。先述のように樹脂を含浸させた場合、温度の安定までに長い時間を要するという問題があった。
【００１４】
本発明者は、酸化物超伝導バルク１について、その超伝導疑似単結晶のａｂ面内に沿う方向と、ａｂ面に垂直な方向に関して、熱伝導率ｋに異方性が有り、図３の実験データで示されるように、ａｂ面に垂直な方向よりも、ａｂ面内に沿う方向への熱伝導率が数倍高いことを把握している。そこで、本発明では、酸化物超伝導バルク１に着磁する場合の方法として、超伝導バルクの、樹脂を含浸させない或いは含浸された樹脂を取り除いたａｂ面を直接コールド・ステージ２に、あるいは、実施例のように銅の伝熱ロッド７を介して冷凍機の冷却部で冷却することにより、冷却時間の短縮を図るものである。しかも、熱伝導率の高い酸化物超伝導バルク１のａｂ面に沿う方向への放熱性を高めるために、酸化物超伝導バルク１の外周に熱伝導性の高い金属環５を嵌合している（図１（ｃ）参照）。
【００１５】
特に、着磁に際して発生した熱を酸化物超伝導バルク１から除くために、酸化物超伝導バルク１の外周に対する金属環５の密着性（熱伝導性）を高めるように、その外周と金属環５との間に熱伝導率の高い樹脂接着剤（例えば、窒化硅素、窒化チタン、酸化硅素、酸化チタンなどの粉末を混入したエポキシ樹脂）を用い、あるいは、金属環５を焼き嵌めするのである。なお、液体窒素による冷媒での直接冷却では、バルク全体を金属で被覆しておいてもよい。
【００１６】
本発明における酸化物超伝導バルクの冷却は、上記のように冷凍機の冷却部によってなされることに限定されない。すなわち、冷凍機を用いる代わりに該酸化物超伝導バルクを液体窒素、液体ネオン、液体ヘリウム、液体アルゴンのうちのいずれか一種の冷媒を用いることによって冷却し、利用することで、同等或いは類似した効果をもたらすことができる。このように用いる該酸化物超伝導バルクは一般に冷媒中に浸漬されることで冷却される。該冷媒は、液体に限定されず、気体でもよい。又、冷媒は冷凍機によって冷却される状態として用いることもでき、必ずしもその沸点で用いることに限定されない。すなわち、冷凍機を用いて冷却された液体或いは気体の状態にある冷媒により該酸化物超伝導バルクを所定の温度に冷却して用いることができる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明は、以上詳述したように、酸化物超伝導バルクの着磁に先立って、樹脂を含浸させない或いは含浸された樹脂を取り除き、その周囲に高い熱伝導率の金属環を嵌合させることにより、酸化物超伝導バルクの温度を安定化する時間を短縮し、冷却効率を向上して、着磁工程に必要な時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】超伝導バルクの断面を模式的に示した図で、（ａ）は表面に含浸エポキシ樹脂皮膜が形成された超伝導バルクの表面に平行な断面図、（ｂ）は表面に垂直な断面図、（ｃ）は、本発明の超伝導バルクの表面に垂直な断面図である。
【図２】本発明のパルス着磁方法を実施する場合の具体的構成を示す模式図である。
【図３】熱伝導性に関しての異方性を開示した実験グラフである。
【符号の説明】
１    酸化物超伝導バルク
２    コールド・ステージ
３    着磁コイル
５    金属環
６    サファイア板
７    伝熱ロッド
８    真空容器
９    円板
１０  冷凍機の冷却部
１１  エポキシ樹脂皮膜
【図１】
2004319797.tif 000003
【図２】
2004319797.tif 000004
【図３】
2004319797.tif 000005