(57)【要約】【課題】着脱が容易であり、更に、超電導体の磁力や磁場分布の変化を抑え、超電導磁場発生装置としての本来の性能の低下を抑えるのに有利な超電導磁場発生装置とその励磁方法、及び、超電導磁場発生装置を用いたスパッタリング成膜装置、強磁性体着脱治具を提供する。【解決手段】超電導遷移温度以下で外部に磁場を発する超電導体２と、超電導体２を収容する収容室３０をもつ断熱容器３と、超電導体２を冷却する冷却装置と、超電導体２から発せられる磁場の分布形状を補正する強磁性体６とを具備する。強磁性体６は、少なくとも一部（６１）が超電導体２の周囲に配置されており、超電導体２とその周囲に配置された強磁性体６（６１）の部分とが面する空間に、磁場分布が形成されるように磁気回路６７を構成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導遷移温度以下で外部に磁場を発する超電導体と、
前記超電導体を収容する収容室をもつ断熱容器と、
前記超電導体を冷却する冷却装置と、
前記超電導体から発せられる磁場の分布形状を補正する強磁性体とを具備し、
前記強磁性体は、少なくとも一部が前記超電導体の周囲に配置されており、
且つ、前記超電導体とその周囲に配置された前記強磁性体の部分とが面する空間に、磁場分布が形成されるように磁気回路を構成していることを特徴とする超電導磁場発生装置。
【請求項２】
請求項１において、前記超電導体の周囲の強磁性体は、前記断熱容器の外側において前記断熱容器に対して着脱可能に取り付けられていることを特徴とする超電導磁場発生装置。
【請求項３】
請求項２において、前記強磁性体を保持可能な着脱補助部材が設けられており、前記断熱容器の壁をガイドとして前記着脱補助部材を相対移動させることにより、前記着脱補助部材は、前記強磁性体が前記超電導体の周囲に配置されるように前記強磁性体を着脱可能に取り付けることを特徴とする超電導磁場発生装置。
【請求項４】
請求項１において、前記超電導体の周囲の強磁性体は前記断熱容器と一体にされていることを特徴とする超電導磁場発生装置。
【請求項５】
請求項１において、前記超電導体の周囲の強磁性体は、前記断熱容器の内部に収容されていることを特徴とする超電導磁場発生装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のうちのいずれか一項において、前記超電導体の周囲の強磁性体は、前記冷却装置により冷却される構造を有することを特徴とする超電導磁場発生装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のうちのいずれか一項において、前記超電導体は、溶融凝固法により作製されており、その主成分がＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（ＲＥはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｄｙ，Ｈｏのうちの１種以上）で表されることを特徴とする超電導磁場発生装置。
【請求項８】
請求項７において、前記超電導体は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｃｅのうちの少なくとも１種を含むことを特徴とする超電導磁場発生装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項８において、強磁場利用装置に着脱可能に組み付けられることを特徴とする超電導磁場発生装置。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のうちのいずれか一項に記載の超電導磁場発生装置の前記超電導体を励磁する方法であって、前記超電導体の周囲の強磁性体を前記超電導体から外した状態において前記超電導体を着磁した後、前記周囲の強磁性体を前記超電導体の周囲に取付けることを特徴とする超電導磁場発生装置の励磁方法。
【請求項１１】
請求項１〜請求項９のうちのいずれか一項に記載の超電導磁場発生装置の前記超電導体を励磁する方法であって、前記超電導体の周囲の強磁性体を前記超電導体の周囲に配置したまま前記超電導体を着磁することを特徴とする超電導磁場発生装置の励磁方法。
【請求項１２】
薄膜原料を含むターゲットを保持するターゲットホルダと成膜対象物を保持する成膜対象物ホルダとを有する減圧チャンバと、
前記ターゲットの表面の近傍にプラズマを集中させる磁場を発生させるスパッタガンとを具備しており、
前記ターゲットから放出される薄膜原料を前記成膜対象物の表面に被着させて前記成膜対象物に薄膜を形成するスパッタリング装置において、
前記スパッタガンは、請求項１〜請求項９のうちのいずれか一項からなる超電導磁場発生装置を有することを特徴とするスパッタリング成膜装置。
【請求項１３】
請求項１〜請求項９のうちのいずれか一項に記載の前記超電導磁場発生装置の前記断熱容器に前記強磁性体の少なくとも一部を着脱可能に取り付けるための強磁性体着脱治具であって、
案内部と、前記案内部に沿って移動することにより前記超電導磁場発生装置の前記断熱容器に対して接近または離間可能な可動体と、前記断熱容器に対して接近または離間する方向に前記可動体を前記案内部に沿って移動させる駆動部とで構成されており、
前記可動体は、前記強磁性体の少なくとも一部を着脱可能に保持可能であり、前記断熱容器への前記可動体の接近に伴い前記強磁性体を前記超電導体の周囲に配置させると共に、前記断熱容器からの前記可動体の離間に伴い前記強磁性体を前記超電導体の周囲から離脱させることを特徴とする強磁性体着脱治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は着磁装置、磁気分離装置、磁場プレス機、核磁気共鳴装置、発電機、モータ、スパッタリング成膜装置等のように強磁場を必要とする装置に利用可能な超電導磁場発生装置と、その励磁方法と、超電導磁場発生装置をスパッタガンとして用いたスパッタリング成膜装置、強磁性体着脱治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融凝固法により作製したバルク状（塊状）の超電導体を例にとって従来技術について説明する。溶融凝固法により作製したＹ系等のバルク状（塊状）の超電導体は、磁場を印加して着磁することで従来の永久磁石をはるかに凌ぐテスラ級の磁場を発生する強力な磁石となることから、この超電導バルク磁石を形成する超電導体をマグネトロンスパッタリング成膜装置のスパッタガンとして用いる応用が検討されている。例えば、特開平１０−７２６６７号公報には、超電導体をパルス磁場で着磁して超電導バルク磁石とし、これをスパッタガンとして用いるマグネトロンスパッタリング成膜装置が本出願人により開示されている。また、特開２００２−１４６５２９号公報には、複数の超電導バルク磁石となる超電導体をスパッタガンとして用いるマグネトロンスパッタリング成膜装置が本出願人により開示されている。
【特許文献１】特開平１０−７２６６７号公報
【特許文献２】特開２００２−１４６５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
更に、超電導磁場発生装置の開発の一環として、図１１〜図１３に示す超電導磁場発生装置を組み付けると共に、磁気回路を形成するヨークを減圧チャンバ側に固定したマグネトロンスパッタリング成膜装置が本出願人により先行例として開発されている（本出願時に未公知）。このものによれば、磁気回路を形成するヨークを減圧チャンバ側に固定しているため、超電導体から発せられる磁場の分布形状をヨークによって補正することができる。
【０００４】
ここで、図１１は先行例（本出願時に未公知）にかかる超電導磁場発生装置１Ｘを示す。図１２はこの超電導磁場発生装置１Ｘをスパッタリング成膜装置２００Ｘに取り付ける前の状態を示す。図１３はこの超電導磁場発生装置１Ｘをスパッタリング成膜装置２００Ｘに取り付けた後の状態を示す。前述したように図１１〜図１３は本出願時に未公知のものである。
【０００５】
このものによれば、図１１に示すように、高真空状態に維持された断熱容器３Ｘ内に超電導体２Ｘ及び下ヨーク６３Ｘが収納されており、これらが冷凍機のコールドヘッド４１Ｘに固定されている。超電導体２Ｘの励磁にあたり、超電導体２Ｘが収容された断熱容器３Ｘを超電導マグネット１００Ｘのボアの中に挿入する。そして超電導マグネット１００Ｘに所望の磁場を印加した状態で、超電導体２Ｘを超電導遷移温度以下に冷却して磁場を捕捉させた後、印加した磁場をゼロにし、その後、超電導体２Ｘが収容された断熱容器３Ｘを超電導マグネット１００Ｘのボアから取出す。これにより超電導体２Ｘが着磁される。超電導体２Ｘによれば、超電導体２Ｘの下面に下ヨーク６３Ｘが設けられているものの、超電導体２Ｘの外周囲にリングヨークが設けられていないため、磁力線６７ｍは超電導体２Ｘの前方に広がり、その磁場はかなり広く放射している。
【０００６】
上記した先行例によれば、図１２及び図１３に示すように、強磁性体としてのリングヨーク６１Ｘがスパッタリング成膜装置２００Ｘの減圧チャンバ２０４Ｘ側に予め固定されている。そして超電導磁場発生装置１Ｘをスパッタリング成膜装置２００Ｘに組み付けるにあたり、超電導体２Ｘを励磁した超電導磁場発生装置１Ｘを、冷凍部４３Ｘと共に、図１２に示すように、スパッタリング成膜装置２００Ｘへの組付箇所の下に配置する。次に、断熱容器３Ｘと共に超電導体２Ｘを、図１３に示すように昇降部４８Ｘ（ジャッキ）で持ち上げ、リングヨーク６１Ｘの内側に挿入する。この結果、リングヨーク６１Ｘが超電導体２Ｘの外周囲に配置される。
【０００７】
このように超電導磁場発生装置１Ｘを組み付ける際に、減圧チャンバ２０４Ｘにリングヨーク６１Ｘが固定されているため、減圧チャンバ２０４Ｘのリングヨーク６１Ｘと超電導体２Ｘとが吸引し合って、リングヨーク６１Ｘに対する超電導体２Ｘの軸ずれを起こさないように、スパッタリング成膜装置側２００Ｘには、着脱機構としてダンパ２１０Ｘやガイド２１１Ｘが設けられている。
【０００８】
しかしながらこの先行例によれば、前述したように、スパッタリング成膜装置２００Ｘ側にリングヨーク６１Ｘが固定されている。このため超電導磁場発生装置１Ｘをスパッタリング成膜装置２００Ｘに組み付ける際に、スパッタリング成膜装置２００Ｘに固定されているリングヨーク６１Ｘと超電導磁場発生装置１Ｘの超電導体２Ｘとが磁力で吸引し合う。このため組付の際に、リングヨーク６１Ｘと超電導磁場発生装置１Ｘの超電導体２Ｘとが磁力で吸引し合って衝突しないように、前述したごとく頑丈な着脱機構（ダンパ２１０Ｘ及びガイド２１１Ｘ）が必要とされ、装置が複雑で大規模になる。
【０００９】
また、超電導磁場発生装置１Ｘをスパッタリング成膜装置２００Ｘに組み付けるまでは、図１１に示すように、その超電導体２Ｘを収容した断熱容器３Ｘが露出状態とされる。このため、超電導体２Ｘの強磁場による磁力線６７ｍがその周囲に広く放射されており、鉄製の工具や器具が断熱容器３Ｘ内の超電導体２Ｘに向けて飛んでくっつくおそれがある。
【００１０】
更に、成膜対象物２０８Ｘをもつスパッタリング成膜装置２００Ｘのターゲット２０６Ｘを交換する際には、ターゲット２０６Ｘを磁力から開放する為に、超電導磁場発生装置１Ｘを降下させる必要があるが、この交換の際に毎回、リングヨーク６１Ｘと超電導体２Ｘとが互いに引き離されるため、超電導体２Ｘの磁場分布が変化する。このため交換頻度が増加すると、超電導体２Ｘの磁力や磁場分布の変化回数が増加し、結果として、超電導体２Ｘの磁力や磁場分布が次第に減衰し、超電導磁場発生装置１Ｘとしての本来の性能が低下するおそれがある。
【００１１】
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたものであり、着脱が容易であり、更に、交換頻度が増加したとしても、超電導体の磁力や磁場分布の変化を抑え、超電導磁場発生装置としての本来の性能の低下を抑えるのに有利な超電導磁場発生装置、その励磁方法、及び、超電導磁場発生装置を用いたスパッタリング成膜装置、強磁性体着脱治具を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
様相１の発明に係る超電導磁場発生装置は、超電導遷移温度以下で外部に磁場を発する超電導体と、超電導体を収容する収容室をもつ断熱容器と、超電導体を冷却する冷却装置と、超電導体から発せられる磁場の分布形状を補正する強磁性体とを具備し、
強磁性体は、少なくとも一部が超電導体の周囲に配置されており、且つ、超電導体とその周囲に配置された強磁性体の部分とが面する空間に、磁場分布が形成されるように磁気回路を構成していることを特徴とするものである。
【００１３】
超電導体の発せられる磁場は、その着磁方向はもとよりその周囲にも戻るという形で強磁場が放射されている。本発明によれば、強磁性体を用いて超電導体から発せられる磁場の分布を補正すると共に、超電導体の少なくとも周囲に強磁性体を配置して磁気回路を構成することにより、磁場の放射方向を特定の方向に制御、あるいは、磁場の及ぶ範囲を磁極近傍に制限している。したがって、超電導体の周囲に強磁性体がなく超電導体が剥き出しになっている場合に比較して磁場の放射を抑制でき、安全であり、また、強磁場利用装置への装着が容易である。
【００１４】
また、発生する磁場が強磁性体により所望の磁場分布形状に整えられるので、スパッタリング成膜装置等の強磁場利用装置に、超電導磁場発生装置をコンパクトな一つの部品として取付けてそのまま利用することができる。
【００１５】
さらに、図１１〜図１３に示す先行技術に係るスパッタリング成膜装置等の強磁場利用機器に対して超電導磁場発生装置を着脱する際に、強磁場利用機器側の強磁性体と超電導体とを互いに引き離す必要がない。このため、超電導磁場発生装置の着脱の毎に、超電導体の磁力や磁場分布が変化するおそれが少なく、超電導体の本来の能力を発揮するのに有利となる。
【００１６】
上記した冷却装置は、無冷媒で冷却が可能な冷凍機、有冷媒で冷却が可能な冷凍機を例示することができ、具体的にはＧＭ冷凍機、パルス管冷凍機、スターリング冷凍機などを例示することができる。上記した強磁性体としては、飽和磁束密度または残留磁束密度の大きいものが好ましい。具体的には、パーメンジュール（Ｆｅ−Ｃｏ−Ｖ系）、電磁軟鉄（Ｆｅ）、珪素鋼板（Ｆｅ−Ｓｉ系）、センダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系）などの高透磁率材料を用いることができる。更には、上記した強磁性体としては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｃｏ系などの永久磁石材料を用いることができる。
【００１７】
超電導体の周囲に配置されている強磁性体が高透磁率材料である場合には、高透磁率材料はヨークとして機能することができ、一般的には、超電導体による磁場で超電導体とは逆向きに磁化される。したがって、超電導体と周囲の強磁性体が面する空間（断熱容器の外部の磁極前方）には、超電導体の磁極から出てこれの半径方向に広がり、超電導体の周囲に配置されている強磁性体（例えばヨーク）に入るような磁場分布が形成される。
【００１８】
また、上記超電導体の周囲の強磁性体が永久磁石材料である場合には、永久磁石材料が最初に磁化された方向により、外部に形成される磁場の分布形状は異なる。即ち、永久磁石材料の磁化の方向が超電導体と逆である場合には、上述した高透磁率材料の場合に似た磁場分布となる。一方、永久磁石材料が超電導体と同じ方向に磁化された場合には、超電導体とその周囲に配置されている強磁性体の両方から前方に磁場が放射され、一つの大きな単磁極からの磁場分布となる。
【００１９】
次に、様相２の発明に係る超電導磁場発生装置は、超電導体の周囲の強磁性体は、断熱容器の外部において断熱容器に対して着脱可能に取り付けられていることを特徴とするものである。超電導磁場発生装置から磁場を発生させるためには、超電導体を予め着磁する必要がある。一般的な着磁方法としては、超電導体を収容した断熱容器をリング形状の超電導マグネットのボアに挿入し、静磁場を超電導体に印加して超電導体を着磁する方法、あるいは、超電導体を収容した断熱容器の周囲に着磁コイルを配置し、コンデンサ等で構成されるパルス電源からこれにパルス電流を通電することにより発生するパルス磁場により超電導体を着磁する方法等が挙げられる。この点様相２に係る本発明によれば、超電導体の周囲の強磁性体は、断熱容器の外部において断熱容器に対して着脱可能に取り付けられているため、超電導体の着磁に必要のない周囲の強磁性体を超電導体に対して取り外して超電導体の着磁を行えるので、ボア径の小さい超電導マグネットや、内径の小さいコイルとそれに応じた小容量のパルス電源など、着磁に必要な装置が小型で済むというメリットがある。
【００２０】
次に、様相３の発明に係る超電導磁場発生装置によれば、強磁性体を保持可能な着脱補助部材が設けられており、断熱容器の壁をガイドとして着脱補助部材を相対移動させることにより、着脱補助部材は、強磁性体が超電導体の周囲に配置されるように強磁性体を着脱可能に取り付けることを特徴とするものである。超電導体の周囲に配置されている強磁性体を分離して超電導体を着磁した場合には、着磁後に再度、超電導体の周囲に強磁性体を取付ける必要がある。この場合、着磁された超電導体と、超電導体の周囲の強磁性体との間には大きな磁気吸引力または磁気反発力が働くため、取付操作の途中において、超電導体に対して強磁性体が偏るように位置変位し、強磁性体が断熱容器にうまく取り付かないおそれがある。この点様相３に係る本発明によれば、着脱補助部材が設けられており、断熱容器の外壁をガイドにして着脱補助部材を移動させ、強磁性体を超電導体に対して着脱できるので、取付・取外しの操作を確実かつ安全にできる。
【００２１】
次に、様相４の発明にかかる超電導磁場発生装置によれば、超電導体の周囲の強磁性体は断熱容器と一体にされていることを特徴とするものである。この場合、強磁性体は断熱容器と一体にされているため、超電導体の周囲の強磁性体を着脱するための機構が不要である。また、強磁性体は断熱容器と一体にされているため、超電導体の周囲の強磁性体をより超電導体の周囲に近付けることができるので、磁場発生部をよりコンパクトにすることができる。
【００２２】
次に、様相５の発明にかかる超電導磁場発生装置によれば、超電導体の周囲の強磁性体は、断熱容器の内部に収容されていることを特徴とするものである。この場合、強磁性体は、断熱容器の内部に収容されているため、周囲の強磁性体を超電導体に対して着脱するための機構が不要である。また、強磁性体は断熱容器の内部に収容されているため、周囲の強磁性体をより超電導体に近付けることができるので、磁場発生部をよりコンパクトにすることができる。さらに、断熱容器の構造を簡単にすることができる。
【００２３】
次に、様相６の発明にかかる超電導磁場発生装置は、超電導体の周囲の強磁性体は、冷却装置により冷却される構造を有することを特徴とするものである。一般的に、強磁性体は冷却されると、その飽和磁化や残留磁束密度等の磁気特性が向上し、磁性体としての性能が向上する。この点本発明では、超電導体の周囲の強磁性体は、冷却装置により外部の温度以下に冷却されるので、外部の温度と同じである場合に比較して、強磁性体の磁気特性が向上し、磁気回路を構成するのに必要な強磁性体の体積が少なくて済む。また、強磁性体が同じ体積であれば、強磁性体の磁場が強くなり、磁場発生装置としての性能が向上する利点が得られる。
【００２４】
次に、様相７の発明にかかる超電導磁場発生装置によれば、超電導体は、溶融凝固法により作製されており、その主成分がＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（ＲＥはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｄｙ，Ｈｏのうちの１種以上）で表されるものである。超電導体の構成材料を一旦融点以上に加熱して溶融し再び凝固させる溶融凝固法で、ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導体を合成することができる。この場合、超電導体において結晶粒が粗大で、かつ、超電導となる母相に絶縁相が微細に分散した組織を有することができる。このように微細に分散した絶縁相が磁場のピン止め点として働くため、捕捉磁場の大きい超電導体が得られ、磁場発生装置としての性能が向上する利点が得られる。
【００２５】
次に、様相８の発明にかかる超電導磁場発生装置によれば、超電導体は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｃｅの少なくとも１種類を含むことができる。ここで、Ａｇ，Ａｕは超電導相と反応せずに超電導母相内に析出し、そして、超電導遷移温度などの超電導特性を損なうことなく、セラミックスであるＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導体の機械的強度を向上させることができる。従って、磁場発生装置としての信頼性が向上する。また、Ｐｔ，Ｒｈ，Ｃｅを含有したＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系超電導体は、母相である超電導相に絶縁相がより微細に分散しており、より強いピン止め力を示す。従って、超電導体の捕捉磁場が増加し磁場発生装置としての性能が向上する。
【００２６】
次に、様相９の発明にかかる超電導磁場発生装置によれば、強磁場利用装置に着脱可能に組み付けられる。この場合、強磁場利用装置から外した状態の超電導磁場発生装置の超電導体を着磁させるのに有利となる。
【００２７】
次に、様相１０の発明に係る超電導磁場発生装置の励磁方法は、超電導磁場発生装置の超電導体を励磁する方法であって、超電導体の周囲の強磁性体を超電導体から外した状態において超電導体を着磁した後、周囲の強磁性体を超電導体の周囲に取付けることを特徴とするものである。本発明によれば、超電導体の着磁に必要のない周囲の強磁性体を取り外して超電導体の着磁を行うことができる。このためボア径の小さい超電導マグネットや、内径の小さいコイルとそれに応じた小容量のパルス電源など、着磁に必要な装置が小型で済むというメリットがある。また、強磁性体は超電導体の周囲から離間するため、超電導体を着磁する際に超電導体に印加する磁場の影響を、強磁性体が受けることを少なく、あるいは無くすることができ、超電導体の磁化の方向を超電導体の着磁方向とは独立に選ぶことが可能である。
【００２８】
次に、様相１１の発明に係る超電導磁場発生装置の励磁方法は、超電導体の周囲の強磁性体を超電導体の周囲に配置したまま超電導体を着磁することを特徴とするものである。本発明によれば、超電導体の周囲の強磁性体を取付けたまま超電導体を着磁するので、着磁後に、強磁性体を超電導体の周囲に取付ける必要がなく簡単である。また、超電導体の着磁と同時に所望の磁場分布を形成できるので、安定した磁場分布を再現性良く実現することができる。
【００２９】
次に、様相１２の発明のスパッタリング成膜装置は、薄膜原料を含むターゲットを保持するターゲットホルダと成膜対象物を保持する成膜対象物ホルダとを有する減圧チャンバと、ターゲット表面の近傍にプラズマを集中させる磁場を発生させるスパッタガンとを具備しており、ターゲットから放出される薄膜原料を成膜対象物の表面に被着させて成膜対象物に薄膜を形成するスパッタリング成膜装置において、スパッタガンは、請求項１〜請求項９のうちのいずれか一項からなる超電導磁場発生装置を有することを特徴とするものである。
【００３０】
上述したように、請求項１〜請求項９の発明による超電導磁場発生装置は、漏れ磁場が少なく、発生する磁場が所望の分布形状に整えられたコンパクトな一つの部品となっている。したがって、スパッタガンの装着を簡便で且つ安全に行うことができ、従って保守管理が容易なスパッタリング成膜装置が実現することができる。また、スパッタガンの性能が安定した信頼性の高いスパッタリング成膜装置とすることができる。スパッタリング成膜装置に取付けられるスパッタガンの台数は１台に限るものではなく、複数の種類のターゲットを具備する、いわゆる多元スパッタリング成膜装置にも適用でき、複数台のスパッタガンをスパッタリング成膜装置に取付けることことができる。また、複数のターゲットが対向して構成される対向型スパッタリング成膜装置にも適用できる。
【００３１】
次に、様相１３の発明の強磁性体着脱治具は、請求項１〜請求項９のうちのいずれか一項に記載の前記超電導磁場発生装置の断熱容器に強磁性体の少なくとも一部を取り付けるための強磁性体着脱治具であって、
案内部と、案内部に沿って移動することにより超電導磁場発生装置の断熱容器に対して接近または離間可能な可動体と、断熱容器に対して接近または離間する方向に可動体を案内部に沿って移動させる駆動部とで構成されており、
可動体は、強磁性体の少なくとも一部を着脱可能に保持可能であり、断熱容器への可動体の接近に伴い強磁性体を超電導体の周囲に配置させると共に、断熱容器から可動体の離間に伴い強磁性体を超電導体の周囲から離脱させることを特徴とするものである。
【００３２】
この強磁性体着脱治具によれば、可動体は、強磁性体を保持した状態で、超電導磁場発生装置の断熱容器に対して接近または離間可能とされている。強磁性体を可動体に保持した状態で、取付作業者または制御装置等により駆動部が一方向に操作されると、強磁性体を保持した可動体が断熱容器に対して接近する方向に移動する。この結果、可動体に保持されている強磁性体の少なくとも一部は、超電導体の周囲に配置される。また、取付作業者または制御装置等により駆動部が他方向に操作されると、強磁性体を保持した可動体が断熱容器に対して離間する方向に移動する。この結果、超電導体の周囲に配置されている強磁性体の少なくとも一部は、超電導体から離間される。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、着脱が容易であり、更に、超電導体の磁力や磁場分布の変化を抑え、超電導磁場発生装置としての本来の性能の低下を抑えるのに有利な超電導磁場発生装置とその励磁方法、及び、超電導磁場発生装置を用いたスパッタリング成膜装置、強磁性体着脱治具を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３５】
図１は本実施例に係る超電導磁場発生装置１を示す。図１に示すように、超電導磁場発生装置１は、超電導遷移温度以下で磁場を捕捉することにより外部に磁場を発する超電導バルク磁石となる超電導体２と、超電導体２を密閉状態に収容する収容室３０をもつ筒形状の断熱容器３と、超電導体２を低温に冷却する冷却装置４と、超電導体２から発せられる磁場の分布形状を補正する強磁性体６とを有する。
【００３６】
冷却装置４は超電導体２を超電導臨界温度以下に冷却するものであり、断熱容器３の収容室３０に収容され且つ低温となる寒冷部であるコールドヘッド４１と、コールドヘッド４１を冷却する冷凍部４３とを有する。冷凍部４３は、ＧＭ冷凍機、パルス管冷凍機、スターリング冷凍機などで形成されている。
【００３７】
断熱容器３は金属製であり、収容室３０を区画する円筒形状の外壁３４と、上面となるように先端側に形成された端壁３５とをもつ。収容室３０の内部は、図示しない真空排気装置により大気圧以下に真空排気され、いわゆる魔法瓶のように真空により断熱がとられている。超電導体２は、断熱容器３の端壁３５に対面するように、収容室３０の一端側つまり断熱容器３の上部側に配置されている。超電導体２は、溶融した後に凝固させる溶融凝固法によりバルク円盤状に作製されており、その主成分がＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏで表される。ここで、ＲＥはＹ，Ｌａ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｄｙ，Ｈｏのうちの１種以上を意味する。超電導体２は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｃｅのうちの少なくとも１種類を含むことができる。
【００３８】
強磁性体６は、超電導体２の外周囲に同軸的に配置されているリングヨーク６１と、超電導体２の下面に同軸的に配置されている第２ヨークとしての下ヨーク６３とで形成されている。従ってリングヨーク６１の内周面６１ｉは、リング状の真空の隙間６５を介して超電導体２の外周面２ｐをリング形状に包囲している。隙間６５は、常温雰囲気に面する外周面６１ｐをもつリングヨーク６１と低温側の超電導体２とを熱的に遮るため、超電導体２の低温を維持し易い。リングヨーク６１の外周面６１ｐは、超電導体２の外周面２ｐに背向している。
【００３９】
図１に示すように、リングヨーク６１は、超電導体２の外周囲に配置されるように、断熱容器３の上部に溶接などで一体化されている。この結果、リングヨーク６１の内周面６１ｉは断熱容器３の収容室３０に対面しており、断熱容器３の収容室３０の一部を形成している。また、図１に示すように、リングヨーク６１の先端面６１ｆと断熱容器３の端壁３５とは、相手材に接触または接近できるように同一面状、あるいはほぼ同一面状とされている。下ヨーク６３は超電導体２の一端面側（下面側）に接触して同軸的に配置されている。下ヨーク６３は、真空排気された断熱容器３の収容室３０に超電導体２と共に収容されている。
【００４０】
リングヨーク６１及び下ヨーク６３を形成する強磁性体６の材料としては、飽和磁束密度または残留磁束密度の大きいものが好ましく、具体的には、パーメンジュール（Ｆｅ−Ｃｏ−Ｖ系）、電磁軟鉄（Ｆｅ）、珪素鋼板（Ｆｅ−Ｓｉ系）、センダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系）などの高透磁率材料を例示することができる。従って、超電導体２の周囲に配置されているリングヨーク６１として高透磁率材料で形成することができる。高透磁率材料は磁力線を透過させるヨークとして機能することができる。
【００４１】
リングヨーク６１の先端面６１ｆは一般的には、超電導体２による磁場で超電導体２の先端面２ｆの磁極とは逆の磁極に磁化される。したがって、超電導体２の磁極からの磁力線はリングヨーク６１を透過する。この結果、超電導体２の先端面２ｆとリングヨーク６１の先端面６１ｆが面する空間ＭＡ（断熱容器３の外部の磁極前方,矢印Ｙ１方向）には、超電導体２の磁極から出てこれの半径方向に広がり、リングヨーク６１の先端面６１ｆからリングヨーク６１の内部、下ヨーク６３の内部に入るように閉ループ状の磁気回路６７をもつ磁場分布が形成される。この結果、本実施例によれば、超電導体２とその周囲に配置された強磁性体６の部分とが面する空間ＭＡに、磁場分布が形成されるように磁気回路６７が構成される。即ち、リングヨーク６１及び下ヨーク６３は、超電導体２から発せられる磁場の分布形状を補正するものである。
【００４２】
なお、図１に示すように、リングヨーク６１の内周面６１ｉと超電導体２の外周面２ｐとの間には、着磁コイル等の他の部材が介在していない。このため、リングヨーク６１の内周面６１ｉをこれの径方向において超電導体２の外周面２ｐに任意に接近させたり、あるいは、リングヨーク６１の内周面６１ｉをこれの径方向において超電導体２の外周面２ｐから任意に離間させたりすることができる。この結果、超電導体２に対してリングヨーク６１を配置する自由度を高めることができる利点が得られる。なお、上記した着磁コイルは導線を多重にリング状に巻回しているため、径方向サイズが増加しがちである。
【００４３】
本実施例によれば、超電導体２の励磁は、リングヨーク６１が断熱容器３に保持された状態で、超電導体２を収容する断熱容器３の一端部（上端部）をリング形状の超電導マグネット１００（図１参照）のボアに挿入した状態で実施される。超電導マグネット１００により超電導体２を励磁している間は、超電導体２及びリングヨーク６１は、超電導マグネット１００により印加した磁場の方向に磁化される。しかし超電導マグネット１００による印加磁場をゼロにすると、超電導体２から発する磁場によりリングヨーク６１は、磁場を印加していた場合と逆向きに磁化される。結果として、リングヨーク６１の先端面６１ｆの極性は、超電導体２の先端面２ｆの磁極の極性と反対となる。これにより図１に示すように、超電導体２、リングヨーク６１、下ヨーク６３を透過する閉ループの磁場分布が形成される。
【００４４】
本実施例によれば、リングヨーク６１は断熱容器３に一体的に取り付けられているため、超電導体２を着磁した後に、リングヨーク６１を断熱容器３に後から嵌める必要がなく、磁極としての立ち上げ操作が簡単となる利点が得られる。更に、リングヨーク６１は断熱容器３に一体的に取り付けられているため、磁極構造がコンパクトとなる。
【００４５】
また図１に示すように、超電導体２の外周囲にリングヨーク６１が配置されているため、超電導体２の磁力線は、リングヨーク６１に向かうように径外方向に補正され易くなる。この結果、リングヨーク６１と超電導体２の下面（他端面）側の下ヨーク６３と超電導体２とを透過する閉ループ状の磁気回路６７が構成されている。故に、超電導体２の磁場の放射方向は、超電導体２の先端面２ｆとリングヨーク６１の先端面６１ｆの面する方向、つまり上側に制限されると共に、超電導体２の強磁場が及ぶ範囲も超電導体２の磁極近傍に制限される。
【００４６】
加えて本実施例によれば、リングヨーク６１は、スパッタリング成膜装置等の強磁場利用装置に保持されているのではなく、超電導磁場発生装置１に保持されている。このため超電導磁場発生装置１をスパッタリング成膜装置等の強磁場利用装置へ組み付ける際にも、上記した先行例とは異なり、スパッタリング成膜装置等の強磁場利用装置と超電導磁場発生装置１との間において余分な磁力が働くことを抑制することができる。このため、特別な着脱機構が不要となる利点が得られる。更に超電導磁場発生装置１を一つの部品という形でスパッタリング成膜装置等の強磁場利用装置に簡便に組み付け得る。
【実施例２】
【００４７】
図２は本発明の実施例２の超電導磁場発生装置１を示す。本実施例は基本的には実施例１と同様な構成、作用効果を奏する。共通する機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、実施例１と異なる点を中心として説明する。本実施例によれば、図２に示すように、リングヨーク６１は、超電導体２の外周面２ｐに配置されるように超電導体２と共に断熱容器３の収容室３０内に配置されている。リングヨーク６１は、下ヨーク６３と一体的に形成されており、強磁性体６を形成している。つまり、強磁性体６は、超電導体２の外周囲に配置されているリングヨーク６１と、超電導体２の下面に配置されている下ヨーク６３とで一体的に形成されている。
【００４８】
図２に示すように、リングヨーク６１の内周面６１ｉは超電導体２の外周面２ｐをリング状の真空の隙間６５を介して包囲している。リングヨーク６１の外周面６１ｐは断熱容器３の内周面３ｉにリング状の真空の隙間６６を介して包囲されている。このようにリングヨーク６１は超電導体２及び下ヨーク６３と共に断熱容器３の収容室３０の先端側に収容されているため、リングヨーク６１は超電導体２及び下ヨーク６３と共にコールドヘッド４１で室温以下（一般的には超電導体２の遷移温度以下）に冷却される。
【００４９】
図２に示すように常温雰囲気に面する外周面３ｐをもつ断熱容器３とリングヨーク６１との間には、真空の隙間６６が形成されている。リングヨーク６１と超電導体２との間には隙間６５が形成されている。故に、リングヨーク６１ひいては超電導体２を低温に維持するのに有利となる。
【００５０】
なお本実施例によれば、図２に示すように、リングヨーク６１の内周面６１ｉと超電導体２の外周面２ｐとの間には、隙間６５が形成されているものの、着磁コイル等の他の部材が介在していない。このため、リングヨーク６１の内周面６１ｉをこれの径方向において超電導体２の外周面２ｐに任意に接近させたり、あるいは、リングヨーク６１の内周面６１ｉをこれの径方向において超電導体２の外周面２ｐから任意に離間させたりすることができ、超電導体２に対してリングヨーク６１を配置する自由度を高めることができる利点が得られる。
【００５１】
超電導体２の励磁方法は基本的には実施例１と同様とすることができる。即ち、超電導体２の励磁は、リングヨーク６１が断熱容器３内に保持された状態で、超電導体２を収容する断熱容器３の一端部（上端部）をリング形状の超電導マグネット１００（図１参照）のボアに挿入した状態で実施される。超電導マグネット１００により超電導体２を励磁している間は、超電導体２及びリングヨーク６１は、超電導マグネット１００により印加した磁場の方向に磁化される。しかし超電導マグネット１００による印加磁場をゼロにすると、超電導体２から発する磁場によりリングヨーク６１は、磁場を印加していた場合と逆向きに磁化される。結果として、リングヨーク６１の先端面６１ｆの極性は、超電導体２の先端面２ｆの磁極の極性と反対となる。これにより図２に示すように、超電導体２、リングヨーク６１、下ヨーク６３を透過する閉ループの磁気回路６７が形成される。
【００５２】
本実施例によれば、図２に示すように、リングヨーク６１は超電導体２と共に断熱容器３の収容室３０に収容されているため、リングヨーク６１を超電導体２の径方向において超電導体２に近付け易くなるため、超電導磁場発生装置１の磁極がよりコンパクトになる利点が得られる。更に、リングヨーク６１が断熱容器３の収容室３０内に超電導体２と共に配置されているため、断熱容器３の構造が簡単となる利点が得られる。
【００５３】
更にまたリングヨーク６１が断熱容器３の収容室３０に収容されているため、軟磁性材料で形成されたリングヨーク６１も積極的に冷却されるので、リングヨーク６１の磁気特性が向上する。故に、磁気回路６７を構成するのに必要な強磁性体６である強磁性体６の占める体積が少なくて済む利点が得られる。また、強磁性体６が同じ体積であれば、外部に発生する磁場が強くなる利点が得られる。
【実施例３】
【００５４】
図３〜図５は本発明の実施例３の超電導磁場発生装置１を示す。本実施例は基本的には実施例１と同様な構成、作用効果を奏する。共通する機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、実施例１と異なる点を中心として説明する。本実施例によれば、図３に示すように、リングヨーク６１は、超電導体２の外周面２ｐに配置されているが、断熱容器３に対して着脱可能とされている。図３に示すように、断熱容器３は円筒形状の金属製をなす。断熱容器３は、収容室３０を区画する円筒形状の外壁３４と、上面となる端壁３５と、径外方向に延設された鍔部３６とをもつ。図３に示すように、断熱容器３の外周側には金属製の着脱補助部材７が同軸的に配置されている。着脱補助部材７は、断熱容器３の外周側を包囲する円筒形状の筒状部７１と、リングヨーク６１の軸端面６１ｕに対面するように径外方向に延設された鍔部７２ｂと、鍔部３６に対面する鍔部７２ｃとをもつ。超電導体２の先端面２ｆが  断熱容器３の端壁３５に対面するように、超電導体２は断熱容器３の先端側つまり断熱容器３の上部側に配置されている。
【００５５】
なお、図３に示すように、リングヨーク６１の内周面６１ｉと超電導体２の外周面２ｐとの間には、着磁コイル等の他の部材が介在していない。このため、リングヨーク６１の内周面６１ｉをこれの径方向において超電導体２の外周面２ｐに接近させたり、あるいは、リングヨーク６１の内周面６１ｉをこれの径方向において超電導体２の外周面２ｐから離間させたりすることができ、超電導体２に対してリングヨーク６１を配置する自由度を高めることができる。、
図４，図５は超電導体２を励磁した後に、リングヨーク６１をこれが超電導体２の外周側に位置するように断熱容器３に取り付ける形態を示す。図４はリングヨーク６１を断熱容器３に取り付ける前の状態を示す。図５はリングヨーク６１を断熱容器３に取り付けた後の状態を示す。
【００５６】
本実施例によれば、図４，図５に示すように、リングヨーク６１を断熱容器３に取り付けるための治具であるリングヨーク着脱治具８が設けられている。図４に示すように、リングヨーク着脱治具８は冷凍部４３の設置部４３ｍに着脱可能に設置可能である。このリングヨーク着脱治具８は、案内部としての複数の支柱８０と、複数の支柱８０を連結する連結部８１と、連結部８１に形成されている雌ねじ孔８２に螺進退可能に螺合された雄ねじ８３ａを有する可動体としての軸状部材８３と、軸状部材８３を回転操作させる駆動部としてのハンドル８４と、軸状部材８３の先端部（下端部）に保持された可動体としてのリングヨーク取付部８５とを備えている。
【００５７】
図４に示すように、リングヨーク取付部８５の内側に位置するように、リングヨーク６１は着脱補助部材７の上側の鍔部７２ｂに同軸的に載置された状態で、第２取付具としての第２ねじ８７により着脱可能に着脱補助部材７に取り付けられている。ここで、着脱補助部材７のうち、断熱容器３と対面する筒状部７１の内壁には、Ｏ−リング等の複数個の弾性部７４が着脱補助部材７の軸長方向に沿って間隔を隔てて保持されている。各弾性部７４は着脱補助部材７の内周面を連続的に１周するようなリング形状をなしているが、着脱補助部材７の内周面を間隔を隔てて断続的に１周するようなリング状に配置されていても良い。弾性部７４は、樹脂やゴムなどの有機系高分子材料で形成することができる。
【００５８】
まず、リングヨーク６１を断熱容器３に取付けるには、図４に示すように、リングヨーク６１を着脱補助部材７の鍔部７２ｂに載置し、第２取付具としての第２ねじ８７で着脱補助部材７に固定する。リングヨーク６１がついた着脱補助部材７をリングヨーク取付部８５に第１ねじ８６により固定する。次に、図４に示すように、リングヨーク着脱治具８を矢印Ｙ２方向に降下させて、もしくは、水平方向にスライドさせて、冷凍部４３の設置部４３ｍに固定する。この状態では、図４に示すように、着脱補助部材７は断熱容器３の先端部から離間しており、断熱容器３の上方に配置されている。次に、リングヨーク着脱治具８のハンドル８４を取付作業者等が回転操作することにより、軸状部材８３をこれの軸長方向に沿って移動させ、矢印Ｙ２方向（下方向）に低速で降下させ、リングヨーク６１を保持する着脱補助部材７を低速で下に降ろす。この結果、着脱補助部材７が断熱容器３の外周に次第に嵌まるようになる。この場合、着脱補助部材７の内面側の弾性部７４が緩衝機能を果たすと共に、断熱容器３の外壁３４がガイドになり、故に、リングヨーク６１を保持する着脱補助部材７が断熱容器３の外周側に嵌合し、真っ直ぐに装着される。この結果、図５に示すように、リングヨーク取付部８５のリングヨーク６１は超電導体２の外周面側に配置される。ここで、軸状部材８３の雄ねじ８３ａ及び雌ねじ孔８２は、ハンドル８４の回転運動を軸状部材８３の直進移動に低速で変換する変換機構として機能することができる。
【００５９】
超電導体２を保持する着脱補助部材７の鍔部７２ｃが、図５に示すように、断熱容器３の鍔部３６まで達したら、第３取付具としての第３ねじ８８を締結し、着脱補助部材７を冷凍部４３側に固定する。次に、第１ねじ８６を外してリングヨーク着脱治具８のリングヨーク取付部８５と着脱補助部材７とを分離可能とする。この状態では、リングヨーク６１が超電導体２の外周囲に配置されている（図５参照）。
【００６０】
更に第１ねじ８６を取り外して着脱補助部材７とリングヨーク取付部８５とを分離可能とした状態で、ハンドル８４を逆回転させることにより軸状部材８３をこれの軸長方向に沿って移動させ、矢印Ｙ１方向に（上方向）上昇させる。これにより超電導体２の外周面側にリングヨーク６１を残したまま、リングヨーク着脱治具８のリングヨーク取付部８５が軸状部材８３と共に超電導体２から矢印Ｙ１方向に離間する。このようにしてリングヨーク６１を超電導体２の外周囲に着脱可能に取り付けることができる。その後、リングヨーク着脱治具８を冷凍部４３から取り外せば良い。
【００６１】
なお、超電導体２の外周囲に配置されているリングヨーク６１を、超電導体２を収容する断熱容器３から取り外すときには、逆の操作を行えば良い。即ち、リングヨーク６１が保持されていないリングヨーク着脱治具８のリングヨーク取付部８５を矢印Ｙ２方向に降下させて超電導体２の外周側に配置させる。次に、第１ねじ８６により着脱補助部材７の鍔部７２ｂとリングヨーク取付部８５とを連結する。次に第３ねじ８８を取り外す。この状態では、リングヨーク６１と着脱補助部材７は断熱容器３から分離され、リングヨーク着脱治具８に接続されている。次に、ハンドル８４を操作することにより軸状部材８３をリングヨーク６１と共に超電導体２から離間するように移動させて矢印Ｙ１方向に上昇させれば良い。
【００６２】
本実施例によれば、着脱補助部材７の筒状部７１は基本的には断熱容器３の外壁と同軸的な相似形をなしており、その内壁には複数の弾性部７４が保持されている。このため、着脱補助部材７は断熱容器３の外壁３４をガイドとして着脱方向にスライドできるようにようになっている。このためリングヨーク６１を超電導体２の外周囲に同軸的に配置させるのに有利となる。
【００６３】
本実施例によれば、超電導体２の励磁は、超電導体２を収容する断熱容器３からリングヨーク６１を外した状態で、実施例１，２の場合と同様に行なうことができる。即ち、超電導体２を着磁した後、前述したようにリングヨーク着脱治具８を用いてリングヨーク６１を、超電導体２の外周囲に位置するように断熱容器３の外周側に取付けることができる。
【００６４】
このように本実施例によれば、リングヨーク６１を外した状態で超電導体２を着磁できるため、着磁に用いるリング形状の超電導マグネット１００（図１参照）のサイズが小型で済む利点が得られる。更に、リングヨーク着脱治具８は、リングヨーク６１を保持する前記した着脱補助部材７を具備しているので、リングヨーク６１を安全に着脱することができる。
【００６５】
更に本実施例によれば、超電導体２を着磁した後に、強磁性体６であるリングヨーク６１を、超電導体２を収容する断熱容器３の外周囲に取付けるので、リングヨーク６１は着磁による磁場の影響を受けない。
【実施例４】
【００６６】
図６は本発明の実施例４の超電導磁場発生装置１を示す。本実施例は基本的には実施例１と同様な構成、作用効果を奏する。共通する機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、実施例１と異なる点を中心として説明する。本実施例によれば、図６に示すように、強磁性体６は超電導体２の外周囲に配置されており、リング形状の永久磁石６４と、リング形状の永久磁石６４に同軸的に隣設するリングヨーク６１と、超電導体２の下面側の下ヨーク６３とで構成されている。リングヨーク６１及び永久磁石６４は、超電導体２を収容する断熱容器３の外周側となるように、リングヨーク着脱治具８の着脱補助部材７の鍔部７２ｂに設置されている。
【００６７】
図７は別例を示す。この場合、永久磁石６４がない状態で断熱容器３内の超電導体２を着磁する。着磁後に、超電導体２を収容した断熱容器３の先端部にリング形状の永久磁石６４を同軸的に嵌める。超電導体２の先端面２ｆの極性と、永久磁石６４の先端面６４ｆの極性とは同極とされている。このように超電導体２の先端面２ｆの極性と永久磁石６４の先端面６４ｆの極性とが同極であれば、超電導体２からの磁場を前方遠くまで飛ばすことができる。
【実施例５】
【００６８】
図８は本発明の実施例５の超電導磁場発生装置１を示す。本実施例は基本的には実施例１と同様な構成、作用効果を奏する。共通する機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、実施例１と異なる点を中心として説明する。本実施例によれば、図８に示すように、リングヨーク着脱治具８Ｃは冷凍部４３の設置部４３ｍに着脱可能である。リングヨーク着脱治具８Ｃは、互いに並設された案内部としての複数の支柱８０と、複数の支柱８０を連結する盤状の連結部８１,９０と、連結部８１の下方に配置された支柱８０の軸長方向に沿って昇降可能な可動体としての着脱ステージ８９と、連結部８１に保持され着脱ステージ８９の雌ねじ孔８９ｘに螺進退可能に螺合された雄ねじ８３ａを有する軸状部材８３と、軸状部材８３を回転操作させることにより着脱ステージ８９を昇降可能な駆動部としてのハンドル８４とを備えている。着脱ステージ８９は、着脱補助部材７の鍔部７２ｂを着脱可能に係合するＵ字形状の係合孔８９ｔをもつ。また下側の連結部９０にも、Ｕ字形状の切り欠き部９０ｔが形成されており、リングヨーク着脱治具８Ｃは、冷凍機４３の設置部４３ｍに着脱可能となっている。
【００６９】
図８に示すように、着脱補助部材７の上部の鍔部７２ｂの上面には、強磁性体６であるリングヨーク６１が固定されている。そして、着脱補助部材７の鍔部７２ｂをリングヨーク着脱治具８の着脱ステージ８９に着脱可能に載置し、着脱補助部材７と着脱ステージ８９とを図略のねじで固定する。その後、ハンドル８４を回転操作させて軸状部材８３を回転させることにより、着脱ステージ８９を軸状部材８３の軸長方向に沿って移動させて矢印Ｙ２方向に低速で降下させ、着脱ステージ８９及び着脱補助部材７と共にリングヨーク６１を低速で矢印Ｙ２方向に降下させる。この結果、断熱容器３のうち超電導体２を収容した部分の外周囲に、リングヨーク６１を配置させることができる。
【００７０】
なお、断熱容器３のうち超電導体２を収容した部分の外周囲からリングヨーク６１を外すときには、ハンドル８４を逆方向に回転操作させて軸状部材８３を逆方向に回転させることにより、着脱ステージ８９をリングヨーク６１と共に軸状部材８３の軸長方向に沿って移動させて矢印Ｙ１方向に低速で上昇させればよい。
【００７１】
図８に示すように、断熱容器３の下部には冷却装置４が設けられている。冷却装置４は冷凍部４３を有する。冷却装置４の下部には、走行車輪４８ｒをもつ昇降部４８が設けられている。昇降部４８は、超電導体２を収容する断熱容器３を矢印Ｙ１,Ｙ２方向に昇降させるものであり、ジャッキで構成されている。
【００７２】
（適用例）
図９及び図１０は、図３に示す実施例３の超電導磁場発生装置１をマグネトロンスパッタリング成膜装置２００に組み付けた適用例を示す。図９は超電導磁場発生装置１をスパッタリング成膜装置２００に組み付ける前の状態を示す。図１０は超電導磁場発生装置１をスパッタリング成膜装置２００に取り付けた後の状態を示す。超電導磁場発生装置１は、超電導遷移温度以下で磁場を補足することにより外部に磁場を発する超電導体２と、超電導体２を収容する収容室３０をもつ断熱容器３と、超電導体２を冷却する冷凍部４３をもつ冷却装置４と、超電導体２から発せられる磁場の分布形状を補正する強磁性体６とを有する。
【００７３】
強磁性体６は、リングヨーク６１と下ヨーク６３とで形成されており、超電導磁場発生装置１に取り付けられている。冷却装置４は断熱容器３の下部に設けられており、冷却装置４の下部に昇降部４８が設けられている。昇降部４８は、超電導体２を収容する断熱容器３を矢印Ｙ１，Ｙ２方向に昇降させるものであり、ジャッキで構成されている。
【００７４】
図９に示すように、リングヨーク６１の内周面６１ｉと超電導体２の外周面２ｐとの間には、断熱容器３の壁部分が存在するものの、着磁コイル等の他の部材が介在していない。このため、リングヨーク６１の内周面６１ｉをこれの径方向において超電導体２の外周面２ｐに接近させたり、あるいは、リングヨーク６１の内周面６１ｉをこれの径方向において超電導体２の外周面２ｐから離間させたりすることができ、超電導体２に対してリングヨーク６１を配置する自由度を高めることができる。
【００７５】
図９に示すように、スパッタリング成膜装置２００は、基台２０２と、基台２０２の上側に設置され図略のポンプにより減圧状態（例えば１０-4〜１０-5Ｔｏｒｒ程度）に維持される成膜室２０３をもつ減圧チャンバ２０４と、磁場の作用でターゲット２０６の表面の近傍にプラズマを集中させるスパッタガンとなる超電導磁場発生装置１を具備する。減圧チャンバ２０４は、薄膜原料を含むターゲット２０６を保持するように成膜室２０３の下部に設けられたターゲットホルダ２０７と、成膜対象物２０８を保持するように成膜室２０３の上部に設けられた成膜対象物ホルダ２０９とを有する。ターゲット２０６の下方には挿入空間２１２が形成されている。
【００７６】
上記した超電導磁場発生装置１をスパッタリング成膜装置２００に組み付けるときには、図９に示すように、超電導バルク磁石とされた超電導体２をもつ超電導磁場発生装置１を、減圧チャンバ２０４の挿入空間２１２の下方に配置する。次に、超電導磁場発生装置１の昇降部４８を上昇作動させて断熱容器３を超電導体２と共に矢印Ｙ１方向に上昇させ、図１０に示すように断熱容器３の先端端である端壁３５を挿入空間２１２に挿入し、断熱容器３の端壁３５をターゲットホルダ２０７に接近または接触させる。このようにすれば、超電導体２で形成された超電導バルク磁石の磁気回路６７が成膜室２０３のうちターゲット２０６の付近に形成される。
【００７７】
成膜時には、先ず、図略の真空排気装置により、成膜室を不純物ガスが残留しないように高真空（例えば１０-6Ｔｏｒｒ台）に排気する。次に、真空排気をしながら図略のガス導入ポートからスパッタガスを導入し、例えば数ミリＴｏｒｒのスパッタガスの雰囲気にする。この状態で、ターゲット２０６と成膜対象物２０８との間に所定の電圧（例えば数ＫＶ）を印加する。この場合、一般的には、ターゲット２０６をマイナスとし、成膜対象物２０８をプラスとなるように電圧を印加させる。これにより成膜室２０３内においてプラズマ放電を発生させる。プラズマ中６８の電子は磁場によって運動をしながら、スパッタガス分子（一般的にはアルゴンであるが、これに限定されるものではない）をイオン化する。このプラズマ状のスパッタガスイオンは、ターゲット２０６の表面において集束されるため、加速されてターゲット２０６の表面に衝突する。これによりターゲット２０６の表面よりターゲット物質をスパッタさせて、成膜対象物２０８の表面に堆積させ、大きな成膜速度で薄膜を成膜対象物２０８に形成することができる。この場合、超電導体２の強磁場によりプラズマ６８をターゲット２０６付近に集中させることができる利点が得られる。このため成膜室２０３において高真空での放電が可能となり、成膜速度の向上を図ることができ、薄膜中の不純物が低減し、薄膜の成膜品質の向上、生産性の向上を図ることができる。なおターゲット２０６をマイナスとし、成膜対象物２０８をプラスとなるように電圧を印加させるとしているが、これに限らず、ターゲット２０６と成膜対象物２０８との間に交流電圧を印加することにしても良い。
【００７８】
その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、例えば、超電導磁場発生装置はスパッタリング成膜装置に限らず、磁気分離装置、磁場プレス機、核磁気共鳴装置、発電機、モータ等の強磁場利用装置にも適用できる等、必要に応じて適宜変更して実施できるものである。
【００７９】
（その他）上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
（付記項１）各請求項において、超電導体の先端面の極性と、超電導体の周囲に配置されている強磁性体の先端面の極性とは、異極であることを特徴とする
超電導磁場発生装置、その励磁方法、超電導磁場発生装置を用いたスパッタリング成膜装置、強磁性体着脱治具。超電導体の磁場を径方向に集中させるのに有利となる。
（付記項１）各請求項において、超電導体の先端面の極性と、超電導体の周囲に配置されている強磁性体の先端面の極性とは、同極であることを特徴とする
超電導磁場発生装置、その励磁方法、超電導磁場発生装置を用いたスパッタリング成膜装置、強磁性体着脱治具。超電導体の磁場を超電導体の先端面の前方に放射させるのに有利となり、一つの大きな単磁極からの磁場分布が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は着磁装置、磁気分離装置、磁場プレス機、核磁気共鳴装置、発電機、モータ、スパッタリング成膜装置等のように強磁場を必要とする強磁場利用分野に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】実施例１に係り、超電導体の外周囲に配置されたリングヨークをもつ超電導磁場発生装置の断面図である。
【図２】実施例２に係り、超電導体の外周囲に配置されたリングヨークをもつ超電導磁場発生装置の断面図である。
【図３】実施例３に係り、超電導体の外周囲に配置されたリングヨークをもつ超電導磁場発生装置の断面図である。
【図４】実施例３に係り、超電導磁場発生装置にリングヨークを取り付ける前の状態を示す断面図である。
【図５】実施例３に係り、超電導磁場発生装置にリングヨークを取り付けた後の状態を示す断面図である。
【図６】実施例４に係り、超電導体の外周囲に配置されたリング状の永久磁石及びリングヨークをもつ超電導磁場発生装置の断面図である。
【図７】実施例４の別例に係り、超電導体の外周囲に配置されたリング状の永久磁石及びリングヨークをもつ超電導磁場発生装置の断面図である。
【図８】実施例５に係り、リングヨーク着脱治具を用いて超電導磁場発生装置にリングヨークを取り付ける状態を示す斜視図である。
【図９】適用例に係り、超電導体の外周囲に配置されたリングヨークをもつ超電導磁場発生装置をマグネトロンスパッタリング成膜装置に組み付ける前の状態を示す断面図である。
【図１０】適用例に係り、超電導体の外周囲に配置されたリングヨークをもつ超電導磁場発生装置をマグネトロンスパッタリング成膜装置に組み付けた後の状態を示す断面図である。
【図１１】先行例（本出願時に未公知）に係り、超電導磁場発生装置の断面図である。
【図１２】上記先行例に係り、リングヨークをもつマグネトロンスパッタリング成膜装置に超電導磁場発生装置を組み付ける前の状態を示す断面図である。
【図１３】上記先行例に係り、リングヨークをもつマグネトロンスパッタリング成膜装置に超電導磁場発生装置を組み付けた後の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
図中、１は超電導磁場発生装置、２は超電導体、３は断熱容器、３０は収容室、４は冷却装置、４１はコールドヘッド、４３は冷凍部、４８は昇降部、６は強磁性体、６１はリングヨーク、６３は下ヨーク、６４は永久磁石、６７は磁気回路、７は着脱補助部材、８４はハンドル（駆動部）、２００はスパッタリング成膜装置、２０３は成膜室、２０６はターゲット、２０７はターゲットホルダ、２０８は成膜対象物、２０９は成膜対象物ホルダを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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