(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶状のＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５が分散された酸化物超電導バルク体を用いた超電導バルク磁石であって、
前記酸化物超電導バルク体の形状が、平面部と部分球面部とからなる部分球状、又は、平面部と円錐面部とからなる円錐状であることを特徴とする、超電導バルク磁石。
但し、ＲＥは希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素で、酸素欠損量（ｘ）は０．２以下である。
【請求項２】
前記平面部を支持する支持板と、
前記部分球面部又は前記円錐面部を取り囲むように配置されると共に、前記支持板に接続されて、前記酸化物超電導バルク体を補強する補強体と、
を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の超電導バルク磁石。
【請求項３】
前記補強体は、前記酸化物超電導バルク体の部分球面部又は円錐面部と同形状にくり抜かれた金属製の補強体であることを特徴とする、請求項２に記載の超電導バルク磁石。
【請求項４】
前記補強体は、
前記支持板に接続された円柱状の補強リングと、
当該補強リングの内壁と前記部分球面部又は前記円錐面部との間の空間に存在する樹脂と、
からなることを特徴とする、請求項２に記載の超電導バルク磁石。
【請求項５】
前記円柱状の補強リングは、前記支持板と接続されている端部と反対側の端部において、内周面から内向きに突出する鍔部を有することを特徴とする、請求項４に記載の超電導バルク磁石。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の超電導バルク磁石の着磁方法であって、
前記酸化物超電導バルク体の平面部に垂直な方向を、磁場方向に向けて磁場中冷却し、前記部分球面部、又は、前記円錐面部が磁場発生面になるように着磁することを特徴とする、超電導バルク磁石の着磁方法。
【請求項７】
単結晶状のＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５が分散された酸化物超電導バルク体を用いた超電導バルク磁石であって、
前記酸化物超電導バルク体の形状は、円形の平面部と、前記平面部の中央部が最も厚く、前記平面部の外周部に向かって連続的に厚さが薄くなり、外周部でゼロとなる形状を有する立体部とからなる形状であることを特徴とする、超電導バルク磁石。
但し、ＲＥは希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素で、酸素欠損量（ｘ）は０．２以下である。
【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を利用した超電導バルク磁石及び超電導バルク磁石の着磁方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、ＲＥ（Ｙを含む希土類元素）、Ｂａ、Ｃｕの酸化物からなる酸化物超電導体において、前記ＲＥ、Ｂａ、Ｃｕの酸化物超電導体の組織ＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ相中に直径２０μｍ以下のＲＥ２ＢａＣｕＯ５が分散した組織を有することを特徴とする酸化物超電導バルク材料が提案されている。このような単結晶状のＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ（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。ｘは酸素欠損量で、０．２以下）中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５が微細分散した超電導バルク体は、強いピン止め力を有しているので、従来の永久磁石に比べて非常に強力な磁場発生源になりうる。このような超電導バルク体を利用した磁場発生源を超電導バルク磁石と呼ぶ。
【０００３】
超電導体のピン止め力の原理を説明するビーンモデルによると、超電導バルク磁石における磁場ピーク値や磁気勾配は、超電導バルク体の臨界電流密度（Ｊｃ）という特性と試料サイズによって決まることが知られている。すなわち、磁気勾配は臨界電流密度Ｊｃに比例し、磁場ピーク値は臨界電流密度Ｊｃと試料サイズの積に比例する。そのため、磁場強度の強い超電導バルク磁石を開発するために、超電導バルク体の高臨界電流密度Ｊｃ化や大型化に関する研究開発が世界中で行われている。
【０００４】
このように超電導バルク磁石には、コンパクトで強磁場、高い磁気勾配という優れた特長があるため、医療分野での磁気ターゲティングや磁気的薬剤搬送システム、環境分野での磁気分離を始め、船舶用モータや風力発電用発電機などの磁石を利用する応用において、これらの機器を大幅に小型軽量化するものとして期待されている。
【０００５】
超電導バルク磁石に用いられる超電導バルク体の形状としては、特許文献２に開示されているように、円柱形状のものが一般的である。円柱形状の超電導バルク体の場合、円柱の平らな面（円形状の端面）が磁場発生面となるように着磁されている。さらに特許文献２では、電磁力による超電導体の破壊防止ために、外周部に金属リングの補強を設けている。
【０００６】
また、特許文献３には、最高点の高さが０．５ｍｍ以上の凸部か、最深点の深さが０．５ｍｍ以上の凹部の少なくともいずれか一方が作用面（磁場発生面）に存在することを特徴とする超電導バルク体に磁場を捕捉することが開示されている。このような形状の超電導バルク体を用いることよって、磁場発生面から発生する磁場の均一性や指向性を簡便に制御することができるとされている。特許文献３には、磁場の指向性については、特定の狭い範囲の磁場を高めることとしているが、磁気勾配の分布については特に記載はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平２−１５３８０３号公報
【特許文献２】特開平１１−３３５１２０号公報
【特許文献３】特開平２０１４−１３８０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
超電導バルク体の応用分野の１つである医療分野での磁気ターゲティングや磁気的薬剤搬送システムでは、対象とする患部によっては、比較的狭い領域に強磁場かつ高い磁気勾配を有する磁場が求められる。そのような場合、超電導バルク磁石の磁場分布としては、磁気勾配が超電導バルク磁石中央部に向かって連続的に大きくなるような磁場分布が望ましい。すなわち、磁場強度が最も高い超電導バルク体中央部付近で、磁気勾配も同時に高くなることが望ましい。
【０００９】
しかしながら、従来の超電導バルク磁石では、磁気勾配は材料特性（Ｊｃ）に比例するためほぼ一定である。磁気勾配が超電導バルク磁石中央部に向かって連続的に大きくなるような磁場分布を得るためには、超電導バルク体の材料組成や微細組織等を変化させるような手段にて、材料特性（Ｊｃ）を端部から中央部に向かって連続的に高特性化するように超電導バルク体を製作する必要がある。しかし、そのような超電導バルク体は製造が容易ではないという問題がある。
【００１０】
一方、特許文献３には、磁場の指向性を強め、特定の狭い範囲の磁場を高めることが示されているが、磁場の指向性を高めることと、磁気勾配を大きくすることは同じではない。特定の狭い範囲の磁場を高めても、その範囲の磁気勾配が必ずしも高くはならない。従って、単に磁場発生面に凸部を設けた超電導バルク体を用いただけでは、磁場強度が最も高い超電導バルク体中央部付近で磁気勾配も同時に高くなることにはならないし、磁気勾配が超電導バルク磁石中央部に向かって連続的に大きくなるような磁場分布にもならない。
【００１１】
そこで、本発明では、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、磁場強度が最も高い超電導バルク体中央部付近で、磁気勾配も同時に高くなる超電導バルク磁石を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の超電導バルク体を利用した超電導バルク磁石は、以下のとおりである。
【００１３】
（１）
単結晶状のＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５が分散された酸化物超電導バルク体を用いた超電導バルク磁石であって、
前記酸化物超電導バルク体の形状が、平面部と部分球面部とからなる部分球状、又は、平面部と円錐面部とからなる円錐状であることを特徴とする、超電導バルク磁石。
但し、ＲＥは希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素で、酸素欠損量（ｘ）は０．２以下である。
（２）
前記平面部を支持する支持板と、
前記部分球面部又は前記円錐面部を取り囲むように配置されると共に、前記支持板に接続されて、前記酸化物超電導バルク体を補強する補強体と、
を更に備えることを特徴とする、（１）に記載の超電導バルク磁石。
（３）
前記補強体は、前記酸化物超電導バルク体の部分球面部又は円錐面部と同形状にくり抜かれた金属製の補強体であることを特徴とする、（２）に記載の超電導バルク磁石。
（４）
前記補強体は、
前記支持板に接続された円柱状の補強リングと、
当該補強リングの内壁と前記部分球面部又は前記円錐面部との間の空間に存在する樹脂と、
からなることを特徴とする、（２）に記載の超電導バルク磁石。
（５）
前記円柱状の補強リングは、前記支持板と接続されている端部と反対側の端部において、内周面から内向きに突出する鍔部を有することを特徴とする、（４）に記載の超電導バルク磁石。
（６）
（１）〜（５）のいずれか１項に記載の超電導バルク磁石の着磁方法であって、
前記酸化物超電導バルク体の平面部に垂直な方向を、磁場方向に向けて磁場中冷却し、前記部分球面部、又は、前記円錐面部が磁場発生面になるように着磁することを特徴とする、超電導バルク磁石の着磁方法。
（７）
単結晶状のＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ中にＲＥ２ＢａＣｕＯ５が分散された酸化物超電導バルク体を用いた超電導バルク磁石であって、
前記酸化物超電導バルク体の形状は、円形の平面部と、前記平面部の中央部が最も厚く、前記平面部の外周部に向かって連続的に厚さが薄くなり、外周部でゼロとなる形状を有する立体部とからなる形状であることを特徴とする、超電導バルク磁石。
但し、ＲＥは希土類元素から選ばれる１種又は２種以上の元素で、酸素欠損量（ｘ）は０．２以下である。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように本発明によれば、磁場強度が最も高い超電導バルク体中央部付近で、磁気勾配も同時に高くなる超電導バルク磁石を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る超電導バルク磁石の一例を示す概念図である。
【図２】本発明の実施形態に係る超電導バルク磁石と従来の超電導バルク磁石の磁場分布の比較図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態に係る超電導バルク磁石の別の態様を示す概念図である。
【図３Ｂ】本発明の実施形態に係る超電導バルク磁石の別の態様を示す概念図である。
【図４】本発明の実施形態に係る超電導バルク磁石の別の態様を示す概念図である。
【図５】実施例１での超電導バルク体の構成を比較する説明図である。
【図６】実施例２での超電導バルク磁石の構成を比較する説明図である。
【図７】実施例３での超電導バルク磁石の構成を比較する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１７】
本発明の実施形態で用いる超電導バルク体は、単結晶状のＲＥ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ相（１２３相）中に直径２０μｍ以下の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あればよく、特に、非超電導相が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。１２３相及び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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。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。
【００２２】
また、超電導バルク磁石を構成する超電導バルク体は、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止め点が必要となる。このピン止め点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、ピン止め点として、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、超電導バルク体を機械的に強化し、実用材料として成り立たす重要な働きをも担っている。
【００２３】
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。
【００２４】
また、結晶成長後の超電導バルク体の酸素欠損量（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超電導バルク体中に取り込まれ、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。
【００２５】
以下に、本発明の一実施形態について、図に沿って説明する。図１は、本実施形態における超電導バルク磁石を構成する超電導バルク体１１０の一例を示す概念図である。図１において、超電導バルク体１１０は部分球状、又は、円錐状の形状である。ここで部分球とは、球の一部を平面で切り取った形状のことをいう。部分球状の超電導バルク体１１０は、平面部と立体部である部分球面部とからなり、円錐状の超電導バルク体１１０は、平面部と立体部である円錐面部とからなる。
【００２６】
超電導バルク磁石中の超電導バルク体１１０は、磁場中冷却法やパルス着磁法で着磁される。磁場中冷却法とは、超電導バルク体１１０を臨界温度以上に保持した状態で外部磁場を印加し、磁場を印加した状態のまま所定の温度に冷却してから、外部磁場を減磁することで超電導バルク体１１０を着磁する方法である。パルス着磁法とは、超電導バルク体１１０を臨界温度以下の所定の温度に冷却した状態で、パルス的な外部磁場を印加することで超電導バルク体１１０を着磁する方法である。パルス着磁法の方が着磁設備は簡便であるが、超電導バルク体１１０の着磁能力を最大限に生かすためには磁場中冷却法の方が好ましい。
【００２７】
本実施形態のような形状の超電導バルク体１１０を、磁場中冷却法やパルス着磁法で着磁する場合には、部分球又は円錐状の超電導バルク体１１０の底面（平面部）に垂直な方向を、磁場方向に向けて磁場中冷却することによって、超電導バルク体１１０の部分球状面、又は、円錐面が磁場発生面１１２になるように着磁することができる。超電導バルク体１１０の部分球状面、又は、円錐面を磁場発生面１１２とすることで、磁場強度が最も高い超電導バルク体１１０の中央部付近で、磁気勾配も同時に高くなる超電導バルク磁石を構成することができる。超電導バルク体１１０の着磁方向の厚さは、部分球状、又は、円錐状の形状のどちらの場合も、超電導バルク体１１０の中央部が最も厚くなっている。更に、超電導バルク体１１０に厚さは、外周部に向かって連続的に薄くなっており、外周部では超電導バルク体１１０の厚さはゼロとなる。
【００２８】
このように、超電導バルク体１１０の形状は、円形の平面部と、中央部が最も厚く、外周部に向かって連続的に厚さが薄くなり、外周部でゼロとなる形状を有する立体部とからなる形状であれば、どのような形状でも本実施形態と同様の効果を有する。磁場分布の対象性が要求される場合や、製作の容易さを考慮すると、立体部の形状は、円形の平面部の中心点から立体部の中央部の最厚点へ伸ばした垂線を軸として、３次元軸対象であることが好ましい。また、製作の容易さを重視する場合には、超電導バルク体１１０の形状は、部分球状、又は、円錐状の形状が好ましい。上述したように、超電導バルク体１１０は単結晶状に結晶成長させたものであり、一般的には円柱形状の前駆体を用いて結晶成長させることが多い。そのような場合には、機械的加工によって、部分球状、又は、円錐状の形状の所定の形状の超電導バルク体１１０を形成することができる。
【００２９】
図２は、本実施形態における超電導バルク磁石と従来の超電導バルク磁石との磁場分布の比較である。図２（ａ）は本実施形態における超電導バルク磁石の超電導バルク体の一例で、超電導バルク体１１０は半球形状をしている。一方、図２（ｂ）は従来の超電導バルク磁石の超電導バルク体の一例で、超電導バルク体１１は円柱形状をしている。図２（ａ）の半球形状の超電導バルク体１１０の直径と、図２（ｂ）の円柱形状の超電導バルク体１１の直径は同じである。
【００３０】
それぞれの超電導バルク磁石は、図中の矢印の向きに着磁されている。すなわち、図２（ａ）の超電導バルク体１１０は部分球状面が磁場発生面であり、図２（ｂ）の超電導バルク体１１は円柱の平らな面が磁場発生面である。図２（ｂ）に示す従来の超電導バルク体１１では、磁気勾配はほぼ一定である。一方、図２（ａ）に示す本実施形態に係る超電導バルク体１１０の場合、磁気勾配が超電導バルク体１１０の中央部に向かって連続的に大きくなっている。すなわち、磁場強度が最も高い超電導バルク体１１０の中央部付近で、磁気勾配も同時に高くなっている。このような磁場分布を有するのは、本実施形態に係る超電導バルク体１１０の形状が中央部で最も厚く、外周部に向かって連続的に厚さが薄くなり、外周部でゼロになっているためである。
【００３１】
超電導バルク体１１０の厚さを外周部に向かって連続的に薄くすることによって、磁気勾配の分布をある程度変化させることができ、外周部の厚さをゼロにすることによって、外周部の磁場強度を小さくできる。その結果、磁場強度が最も強い超電導バルク体１１０の中央部付近の磁気勾配を顕著に大きくすることが可能になる。従って、本実施形態に係る超電導バルク体１１０の構造とすることで、磁場強度が最も高い超電導バルク体１１０の中央部付近で、磁気勾配も同時に高くなる超電導バルク磁石を提供できる。なお、本実施形態に係る超電導バルク体１１０は外周部でその厚みがゼロとなっているが、加工時の面取り程度の厚さがあっても同様の効果を有する。
【００３２】
ここで、超電導バルク磁石は、永久磁石では実現できない数Ｔ級の非常に強い磁場を発生することができるが、超電導バルク体１１０が磁化される際に超電導バルク体１１０内に強い電磁力が発生し、超電導バルク体１１０が破壊する可能性がある。超電導バルク体１１０の破壊を防止するために、超電導バルク体１１０を補強する補強体を設けた方が好ましい。また、超電導バルク磁石を冷却することで、超電導バルク体１１０と補強体との熱収縮率の違いによって超電導バルク体１１０内に圧縮応力が作用し、超電導バルク体１１０が磁化される際の電磁力を軽減することができる。補強体の材質としては、ステンレス鋼、銅合金、アルミ合金、チタンが好ましい。超電導バルク体１１０と補強体の間に樹脂の薄い層を設けることで、補強体による応力が超電導バルク体１１０により均一にかかるようになる。
【００３３】
しかしながら、本実施形態に係る超電導バルク体１１０は外周部でその厚みがゼロとなっている。すなわち、外周部においてストレートな側面を有していないので、従来のストレートな内側面を有する円環状の金属製補強リングを補強体として用いるだけでは、超電導バルク体１１０を固定する効果が小さく、十分な補強効果を得ることができない。従来のストレートな内側面を有する円環状の金属製補強リングを用いた場合には、超電導バルク体１１０が円環状の金属製補強リングの中を簡単に上下に移動してしまう。
【００３４】
そこで、本実施形態に係る超電導バルク磁石１００Ａにおいて、一端部が支持板１３０に接続された超電導バルク体１１０を金属製補強リング１２２で補強する場合には、図３Ａのように、金属製補強リング１２２と超電導バルク体１１０との間の大きな隙間に樹脂１２４を充填する。本実施形態では金属製補強リング１２２と充填された樹脂１２４とを併せて補強体１２０Ａと呼ぶことにする。金属製補強リング１２２と樹脂１２４とで補強体１２０Ａを形成することによって、超電導バルク体１１０を効果的に補強することができる。さらに、図３Ｂのように、金属製補強リング１２２の、支持板１３０に接続された端部と反対側の端部に、内周面から内向きに突出する鍔部１２６を設けることによって、隙間に充填された樹脂１２４や超電導バルク体１１０が上下方向にずれることを抑制できる。その結果、より強固に超電導バルク体１１０を固定できるので、補強体１２０Ｂによる補強の効果は一層増す。
【００３５】
あるいは、図４に示す超電導バルク磁石１００Ｃのように、補強体１２０Ｃを、円柱形状のアルミ合金等から超電導バルク体１１０の外形（例えば、部分球面部又は円錐面部）と同形状にくり抜いて形成してもよい。これによって、金属製補強リングと超電導バルク体間の大きな隙間に樹脂を充填するという手間を省くことができるので、より好ましい。
【００３６】
図３Ａ、図３Ｂ又は図４のような補強体１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃを用いることによって、超電導バルク磁石１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを冷却した際に、超電導バルク体１１０と補強体１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃとの熱収縮率の違いによって超電導バルク体１１０内に圧縮応力が作用し、超電導バルク体１１０が磁化される際の電磁力を軽減させることができる。しかしながら、本実施形態に係る超電導バルク磁石１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃの場合、補強体１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃから超電導バルク体１１０に圧縮応力が作用すると、超電導バルク体１１０が下側、すなわち平坦面を有する側に飛び出し、外れる恐れがある。
【００３７】
このような冷却時に超電導バルク体１１０が補強体１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃから外れることは、図３Ａ、図３Ｂ又は図４のように、超電導バルク体１１０の平らな面側に、ボルト等で機械的に固定した支持板１３０を設けることで防止することができる。なお、超電導バルク磁石１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃを冷凍機で冷却する場合には、磁場発生面と反対側を冷凍機のコールドヘッドに取り付けることになるが、その場合には支持板１３０は省略してもよい。
【００３８】
以上、本実施形態に係る超電導バルク磁石について説明した。本実施形態によれば、超電導バルク磁石を構成する超電導バルク体の形状を、中央部で最も厚く、外周部に向かって連続的に厚さが薄くなり、外周部でゼロになる形状とする。超電導バルク体の厚さを端部に向かって連続的に薄くすることで磁気勾配の分布をある程度変化させることができ、外周部の厚さをゼロにすることで外周部の磁場強度を小さくすることができる。その結果、磁場強度が最も強い超電導バルク体の中央部付近の磁気勾配を顕著に大きくすることが可能になる。
【実施例】
【００３９】
（実施例１）
Ｐｔを０．５質量％およびＡｇを１５質量％含み、かつＧｄ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＧｄ２ＢａＣｕＯ５が微細分散した単結晶状の超電導バルク体に機械的加工を施して、図５のように、超電導バルク体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを製作した。本発明の構造を有する超電導バルク体１０Ａは、図５（ａ）のように直径３０ｍｍの半球形状とした（実施例Ａ）。
【００４０】
比較例として、超電導バルク体１０Ｂは、図５（ｂ）のように直径３０ｍｍ、高さ１５ｍｍの円柱とし（比較例Ｂ）、超電導バルク体１０Ｃは、図５（ｃ）のように円柱部１２の上下に略部分球１４ａ、１４ｂを組み合わせた形状で、円柱部１２の厚さは５ｍｍとした（比較例Ｃ）。
【００４１】
これらの超電導バルク体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを２Ｔの磁場中において液体窒素中で冷却する磁場中冷却法にて着磁した。着磁後の超電導バルク体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの中心部の磁場強度は、それぞれ０．６９Ｔ、０．８３Ｔ、０．７５Ｔであった。超電導バルク体１０Ｂの磁気勾配は、０．０５５Ｔ／ｍｍ、０．０５７Ｔ／ｍｍでほぼ一定であった。また、超電導バルク体１０Ｃの磁気勾配は、端部で若干の磁気勾配の変化はあったものの、中央部付近の磁気勾配は０．０５７Ｔ／ｍｍでほぼ一定であった。
【００４２】
これらの比較例に対して、超電導バルク体１０Ａでは、磁気勾配が超電導バルク体中央部に向かって連続的に大きくなっており、中心部付近の磁場勾配は０．０６５Ｔ／ｍｍ、であった。超電導バルク体１０Ａでは、磁場強度が最も高い超電導バルク体中央部付近で、磁気勾配も同時に高くなっていた。超電導バルク体１０Ａ、１０Ｂの中央部付近の磁気勾配を比較すると、超電導バルク体１０Ｂと比較して超電導バルク体１０Ａの磁場勾配が１８％程度向上した。
【００４３】
本結果から、本発明の構成とすることによって、磁場強度が最も高い超電導バルク体中央部付近で、磁気勾配も同時に高くなる超電導バルク磁石を提供することができることが判った。
【００４４】
（実施例２）
ＣｅＯ２を１質量％およびＡｇを１０質量％含み、かつＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＹ２ＢａＣｕＯ５が微細分散した単結晶状の超電導バルク体機械的加工を施して、図６のように、超電導バルク体２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆを製作した。本発明の構造を有する超電導バルク体２０Ｄは、図６（ａ）のように直径４６ｍｍ、高さ１５ｍｍの円錐形状とした（実施例Ｄ）。補強体２２Ｄとして、非磁性のステンレス鋼ＳＵＳ３１６Ｌ製の円柱から円錐形状をくり抜き、エポキシ系樹脂で超電導バルク体２０Ｄを補強体２２Ｄに接着固定した後、非磁性のステンレス鋼ＳＵＳ３１６Ｌ製の支持板２４Ｄを超電導バルク体２０Ｄの背面に設けてボルト固定した。
【００４５】
比較例として、超電導バルク体２０Ｅは、図６（ｂ）のように直径４６ｍｍ、高さ１５ｍｍの円柱とし、非磁性のステンレス鋼ＳＵＳ３１６Ｌで製作した金属製補強リング２２Ｅとエポキシ系樹脂で接着固定した（比較例Ｅ）。別の比較例として、超電導バルク体２０Ｆは、図６（ｃ）のように円柱部と円錐を組み合わせた形状で、円柱部の厚さは５ｍｍとした。超電導バルク体２０Ｆの場合、金属製補強リング２２Ｆａと超電導バルク体２０Ｆとの間に大きな隙間が生じるが、その隙間を樹脂２２Ｆｂで充填した（比較例Ｆ）。
【００４６】
これらの超電導バルク体を３．５Ｔの磁場中において液体窒素中で冷却する磁場中冷却法にて着磁した。着磁後の超電導バルク体２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆの中心部の磁場強度は、それぞれ０．８８Ｔ、１．１Ｔ、０．９５Ｔであった。超電導バルク体２０Ｅの磁気勾配は、０．０４８Ｔ／ｍｍでほぼ一定であった。また、超電導バルク体２０Ｆの磁気勾配は、端部で若干の磁気勾配の変化はあったものの、中央部付近の磁気勾配は０．０５Ｔ／ｍｍでほぼ一定であった。
【００４７】
これらの比較例に対して、超電導バルク体２０Ｄでは、磁気勾配が超電導バルク体中央部に向かって連続的に大きくなっており、中心部付近の磁場勾配は０．０５９Ｔ／ｍｍ、であった。超電導バルク体２０Ｄでは、磁場強度が最も高い超電導バルク体中央部付近で、磁気勾配も同時に高くなっていた。超電導バルク体２０Ｄ、２０Ｅの中央部付近の磁気勾配を比較すると、超電導バルク体２０Ｅと比較して超電導バルク体２０Ｄの磁場勾配が２３％程度向上した。
【００４８】
本結果から、本発明によって、磁場強度が最も高い超電導バルク体中央部付近で、磁気勾配も同時に高くなる超電導バルク磁石を提供することができることが判った。
【００４９】
（実施例３）
ＣｅＯ２を２質量％およびＡｇを１０質量％含み、かつＥｕ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｙ中にＥｕ２ＢａＣｕＯ５が微細分散した単結晶状の超電導バルク体機械的加工を施して、図７のように、超電導バルク体３０Ｇ、３０Ｈ、３０Ｉ、３０Ｊを製作した。本発明の補強リング構造を有する超電導バルク体３０Ｇは、図７（ａ）のように直径２０ｍｍの半球形状とした（実施例Ｇ）。補強体３２Ｇとして、アルミ合金製の円柱から半球形状をくり抜き、エポキシ系樹脂で超電導バルク体３０Ｇを補強体３２Ｇに接着固定した後、アルミ合金製の支持板３４Ｇを背面からボルト固定した。
【００５０】
本発明の別の補強体構造を有する超電導バルク体３０Ｈは、同様に直径２０ｍｍの半球形状であるが、金属製補強リング３２Ｈとして、図７（ｂ）のようにアルミ合金製であり、内周面から内向きに突出する鍔部３６Ｈのある円環形状とし、円環形状の金属製補強リング３２Ｈと超電導バルク体３０Ｈとの間に生じる大きな隙間はエポキシ系の樹脂３２Ｈｂで充填した（実施例Ｈ）。また、超電導バルク体３０Ｉは、実施例Ｇ、Ｈと同様に直径２０ｍｍの半球形状として、補強体３２Ｉを、図７（ｃ）のようにアルミ合金製の鍔部のない円環形状の金属製補強リング３２Ｉａと、円環形状の金属製補強リング３２Ｉａと超電導バルク体３０Ｉとの間に生じる大きな隙間を充填したエポキシ系の樹脂３２Ｉｂにより構成した。
【００５１】
比較例として、超電導バルク体３０Ｊは、実施例Ｇ、Ｈ、Ｉと同様の直径２０ｍｍの半球形状であり、補強体３２Ｊも超電導バルク体３０Ｇの補強体３２Ｇと同様であるが、図７（ｄ）のように支持板を設けない超電導バルク磁石について検証した（比較例Ｊ）。
【００５２】
これらの超電導バルク体を液体窒素への冷却を１０回繰り返した後、２Ｔの磁場中において液体窒素中で冷却する磁場中冷却法にて着磁した。超電導バルク体を着磁および冷却した状態にて、補強体部を冶具で固定した後、しっかり固定された鉄製ブロックをゆっくりと超電導バルク体の磁場発生面に近づけ、距離１ｃｍの点で保持するという実験を行った。
【００５３】
比較例である超電導バルク体３０Ｊについては、支持板が設けられていないため、鉄製ブロックを近づけなくても、冷却を５回繰り返した時点で超電導バルク体３０Ｊと補強体３２Ｊとが外れた。一方、本発明の構成である超電導バルク体３０Ｇ、３０Ｈについては、超電導バルク体と鉄製ブロック間に強い吸引力が生じたものの、特に大きな変化はなかった。超電導バルク体３０Ｉについても、冷却を繰り返しただけでは超電導バルク体３０Ｉは支持板３４Ｉから外れることはなかった。
【００５４】
ここで、超電導バルク体と金属とでは熱収縮率が異なる（金属の方が大きい）ため、冷却時に圧縮応力が作用する。一般的な円板形状の超電導バルク体と金属製補強リングとで構成される超電導バルク磁石では、圧縮応力は外周から均等に作用するので、超電導バルク磁石が外れることは考えにくいが、本発明の構造のように超電導バルク体の厚さが変化して端部で厚さがゼロになるような超電導バルク磁石では、圧縮応力の一部が超電導バルク体を金属製補強リングから外れるように作用することが懸念される。実施例Ｉの超電導バルク体３０Ｉに鉄製ブロックを近づけたところ、超電導バルク体３０Ｉが徐々に充填樹脂３２Ｉｂとともに金属製補強リング３２Ｉａからずれ始め、最終的には金属製補強リング３２Ｉａから外れ、鉄製ブロックに引き付けられた。
【００５５】
本結果から、本発明の構造を有する超電導バルク磁石に対しては、補強体を効果的に作用させるためには支持板が必要であることが明らかになった。さらに補強体としては、実施例Ｇのように、アルミ合金等の金属製の円柱形状から超電導バルク体の形状をくり抜いて形成された補強体や、実施例Ｈのように、内向きに突出する鍔部のある円環形状のアルミ合金等の部材と充填樹脂とからなる補強体がより好ましいことが明らかになった。
【００５６】
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】
【００５７】
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１１、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ、３０Ｇ、３０Ｈ、３０Ｉ、３０Ｊ、１１０  超電導バルク体
２２Ｄ、３２Ｇ、３２Ｉ、３２Ｉｂ、３２Ｊ、１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０Ｃ  補強体
２２Ｅ、２２Ｆａ、３２Ｈ、３２Ｉａ、１２２  金属製補強リング
２２Ｆｂ、３２Ｈｂ、１２４                  樹脂
２４Ｄ、３４Ｇ、１３０                      支持板
３６Ｈ、１２６                              鍔部
１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ                超電導バルク磁石
１１２                                      磁場発生面
【図１】
0006435927.tif 000002
【図２】
0006435927.tif 000003
【図３Ａ】
0006435927.tif 000004
【図３Ｂ】
0006435927.tif 000005
【図４】
0006435927.tif 000006
【図５】
0006435927.tif 000007
【図６】
0006435927.tif 000008
【図７】
0006435927.tif 000009