(57)【要約】【課題】超電導体を効果的に冷却でき、更に、着磁に必要な機器（超電導マグネット、着磁コイル、パルス電源等）が小型で済み、強力な磁場を発生できるコンパクトな磁極を持った高性能な超電導磁石装置とそれによるスパッタリング成膜装置を提供する。【解決手段】超電導磁場発生装置１は、超電導遷移温度以下に冷却され外部に磁場を発する超電導体２と、超電導体２を冷却する冷却部３３を有する冷却装置３と、超電導体２を冷却部３３に保持する冷却取付部材４と、超電導体２及び冷却取付部材４を収容する断熱容器５とを有する。冷却取付部材４は、超電導体２を側面２５から固定する側面固定部４０を有する。超電導磁場発生装置１はスパッタリング成膜装置等に適用できる。【選択図】  図１
2005079158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導遷移温度以下に冷却され外部に磁場を発する超電導体と、
前記超電導体を冷却する冷却部を有する冷却装置と、
前記超電導体を前記冷却装置の前記冷却部に保持する冷却取付部材と、
前記超電導体及び前記冷却取付部材を収容する断熱容器とを具備する超電導磁場発生装置において、
前記冷却取付部材は、
前記超電導体を側面から固定する側面固定部を具備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、前記冷却取付部材の先端面は、前記超電導体の磁場発生面より前方に突き出ていないことを特徴とする超電導磁場発生装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記冷却取付部材は、リング形状をなしており、上記超電導体よりも冷却による熱収縮が大きい材料で形成されており、冷却時における前記冷却取付部材と前記超電導体との熱収縮量の差に基づいて、前記冷却取付部材の前記側面固定部により上記超電導体をこれの側面から固定す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〜請求項３のうちのいずれか一項において、前記冷却取付部材は周方向の一部に間隙を形成可能な形状を有しており、前記冷却取付部材の前記間隙を縮めることにより上記超電導体をこれの側面から固定するねじ機構を有す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〜請求項４のうちのいずれか一項において、前記超電導体の側面の少なくとも一部は断面でテーパ状となっており、且つ、
前記冷却取付部材の前記側面固定部は前記超電導体のテーパ部分と係合すると共に断面でテーパ状の拘束面を有しており、
上記冷却取付部材を上記冷却部に接近させることにより、前記冷却取付部材の前記テーパ状の拘束面及び前記超電導体のテーパ部分の係合を介して上記超電導体をこれの側面から固定す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、前記冷却取付部材の前記側面固定部は、前記超電導体よりも熱伝導性が高い材料を介して、上記超電導体をこれの側面から固定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、前記冷却取付部材の前記側面固定部は、前記超電導体の臨界温度以下に冷却したとき、磁場発生により前記超電導体に生じる外向きの力に抗する圧縮力が生じるように、前記超電導体をこれの側面から固定す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１〜請求項７のうちのいずれか一項において、前記冷却取付部材は、前記冷却取付部材を前記冷却装置の前記冷却部の側に向けて引っ張って固定する固定機構を有する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、その主成分がＲＥーＢａーＣｕー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１０】
請求項９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種類を含むことを特徴とする超電導磁場発生装置。
【請求項１１】
薄膜原料を含むターゲットを保持するためのターゲットホルダと、成膜対象物を保持するための成膜対象物ホルダとを有する減圧チャンバと、
前記減圧チャンバに保持され磁場の作用で前記ターゲットの表面付近にプラズマを集中させるためのスパッタガンとを具備しており、
前記スパッタガンから発せられる磁場の作用で前記ターゲットの表面近傍にプラズマを集中させてスパッタリングを行い、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成膜装置において、
前記スパッタガンは、請求項１〜請求項１０のうちのいずれか一項からなる超電導磁場発生装置が組み込まれていることを特徴とするスパッタリング成膜装置。
【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、成膜用のスパッタリング成膜装置等の強磁場を必要とする各種装置に利用可能な、超電導体による磁場発生装置に関する。また磁場発生装置をスパッタガンの一部として用いたスパッタリング成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導体として、溶融凝固法により作製したＹ系等のバルク状（塊状）の高温超電導体を搭載する超電導磁場発生装置を、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）の高温超電導体は、磁場を印加することでテスラ級の磁場を発生する強力な磁石となることから、種々の用途に向けた強磁場発生装置としての応用が検討されている。例えば、特許文献１、特許文献２には、超電導体を冷凍機で冷却し真空排気装置等と一体にした超電導磁石装置が開示されている。また、特許文献３、特許文献４には、超電導磁石装置をスパッタガンとして用いたマグネトロンスパッタリング成膜装置が開示されている。また、特許文献５、特許文献６には、補強リングで超電導体を包囲することにより強磁場発生を可能にした超電導磁場発生素子が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２８３８２２号公報
【特許文献２】特開２００１−６８３３８号公報
【特許文献３】特開平１０−７２６６７号公報
【特許文献４】特開２００２−１４６５２９号公報
【特許文献５】特開平１１−２８４２３８号公報
【特許文献６】特開平１１−３３５１２０号公報
【０００３】
上記した超電導体から大きな磁場を発生させるためには、超電導体を効率よく冷却させることが好ましいが、上記した公報技術によれば、超電導体を効率よく冷却させるには必ずしも充分ではなく、更なる改善が求められている。
【０００４】
また、図１４に示す超電導磁場発生装置１Ｘが近年開発されている。このものによれば、真空に排気される断熱容器５Ｘ内に、超電導体２Ｘ、冷凍機３０Ｘの寒冷発生部として機能するコールドヘッド３１Ｘ、取付部材４Ｘが収容されている。コールドヘッド３１Ｘから延長部を介して超電導体２Ｘ側に延長された冷却部３３Ｘが設けられている。
【０００５】
取付部材４Ｘは天井に穴の開いたシルクハット形状をなしており、室をもつ筒状体４０Ｘと、筒状体４０Ｘの一端から径内方向に延設されたリング鍔形状の押圧部４１Ｘと、筒状体４０Ｘの他端から径外方向に延設されたリング鍔形状の外鍔部４２Ｘとをもつ。超電導体２Ｘと冷却部３３Ｘの間には、両者の熱接触を良好にするため、インジウムシート２９Ｘが配置されている。このシルクハット形状取付部材４Ｘの室にバルク状の超電導体２Ｘが収容された状態で、外鍔部４２Ｘの挿通孔に挿通したボルト部材７Ｘを、冷却部３３Ｘの雌ねじ孔３４Ｘにねじ込むことにより、取付部材４Ｘにより超電導体２Ｘが冷却部３３Ｘに固定されている。ボルト部材７Ｘの頭部７０Ｘは外鍔部４２Ｘを押さえつけている。そして、超電導体２Ｘの磁場発生面２１Ｘは取付部材４Ｘのリング鍔形状の押圧部４１Ｘにより矢印Ｙ１方向に押圧され、超電導体２Ｘの裏面はインジウムシート２９Ｘを介して冷却部３３Ｘに接触する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した超電導磁場発生装置１Ｘによれば、超電導体２Ｘを冷却部３３Ｘに容易に取り付けることができる利点が得られる。しかしながら超電導体２Ｘの側面２５Ｘは取付部材４Ｘの筒状体４０Ｘに包囲されているものの、超電導体２Ｘの側面２５Ｘは取付部材４Ｘの筒状体４０Ｘの内壁面に必ずしも充分には接触していない。即ち、ボルト部材７Ｘの頭部７０Ｘにより外鍔部４２Ｘを押さえ付けることにより、取付部材４Ｘの押圧部４１Ｘで超電導体２Ｘの磁場発生面２１Ｘを押圧する方式が採用されている関係上、超電導体２Ｘの側面２５Ｘと取付部材４Ｘの筒状体４０Ｘの内壁面とが優先的に接触すると、ボルト部材７Ｘを冷却部３３Ｘの雌ねじ孔３４Ｘにねじ込んだとき、取付部材４Ｘの押圧部４１Ｘが超電導体２Ｘの磁場発生面２１Ｘを押圧する押圧力が充分に得られないためである。このため超電導体２Ｘの側面２５Ｘと取付部材４Ｘの筒状体４０Ｘとの間には、微小な隙間４８Ｘが形成されている。このように図１４に示す従来例によれば、超電導体２Ｘの側面２５Ｘを積極的に冷却できず、取付部材４Ｘは超電導体２Ｘの冷却には必ずしも十分に寄与していないことになる。このように隙間４８Ｘが形成されていると、取付部材４Ｘが冷却されても、取付部材４Ｘは超電導体２Ｘの側面２５Ｘに接触する度合は小さい。
【０００７】
また強磁場を発生させる超電導磁場発生装置としては、超電導体２Ｘを収容する断熱容器５Ｘの外に磁極としてできるだけ大きな磁場を発生できることが好ましい。しかしながら、上記した超電導磁場発生装置１Ｘによれば、図１４に示すように、取付部材４Ｘは、超電導体２Ｘのうち磁場発生面２１Ｘを押圧固定する押圧部４１Ｘを有する必要があるため、取付部材４Ｘの押圧部４１Ｘの影響により、超電導体２Ｘの磁場発生面２１Ｘと断熱容器の先端部５２Ｘとの距離がそれだけ離れ、その間の隙間５３Ｘの隙間幅ｔａが増加し、超電導体２Ｘに捕捉させる磁場は大きいものの、断熱容器５Ｘの外で実際に使える磁場としてはそれだけ小さくなり、超電導磁場発生装置１Ｘの本来の性能を充分に発揮するには限界があった。
【０００８】
また、超電導体２Ｘから磁場を発生させるためには、超電導体２Ｘを予め着磁する必要がある。着磁の方法としては、超電導体２Ｘを収容した断熱容器５Ｘをリング状の超電導マグネット１００のボアに挿入して静磁場を印加する方法、超電導体２Ｘを収容した断熱容器５Ｘの周囲にリング状の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パルス電流を通電して発生するパルス磁場により超電導体２Ｘを着磁する方法等がある。しかしながら超電導磁石装置１Ｘによれば、取付部材４Ｘの外鍔部４２Ｘを上からボルト部材７Ｘで固定しているので、取付部材４Ｘの外鍔部４２Ｘの影響により、超電導体２Ｘの径に対して磁極の径が大きくなる。ひいては超電導体２Ｘを収容する断熱容器５Ｘの径が大きくなる。このため、着磁に必要な超電導マグネット１００の径や着磁コイルの径、更には、パルス電源等が大きくなるという問題点があった。また、磁極が大きいことで、複数の磁極を組合わせたり、装置に組み込んだりする場合に取付けの方法や場所が制約される等の問題があった。
【０００９】
これらの問題は、図１４に示すようにシルクハット形状の取付部材４Ｘで超電導体２Ｘを冷却部３３Ｘに押付ける方式で超電導体２Ｘを固定していることに起因していることが判明した。
【００１０】
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたものであり、超電導体を効果的に冷却でき、更に、着磁に必要な機器（例えば超電導マグネット、着磁コイル、パルス電源等）が小型で済み、強力な磁場を発生できるコンパクトな磁極を持った高性能な超電導磁石装置とそれによるスパッタリング成膜装置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】
【００１１】
様相１の発明は、超電導遷移温度以下に冷却され外部に磁場を発する超電導体と、超電導体を冷却する冷却部を有する冷却装置と、超電導体を冷却装置の冷却部に保持する冷却取付部材と、超電導体及び冷却取付部材を収容する断熱容器とを具備する超電導磁場発生装置において、冷却取付部材は、超電導体をこれの側面から固定する側面固定部を具備していることを特徴とする超電導磁場発生装置である。
【００１２】
第１様相の発明は、超電導体をその側面から冷却取付部材により固定する取付構造を特徴とする。即ち、冷却取付部材により超電導体をこれの側面から固定することにより、超電導体の側面と冷却取付部材との熱接触性を高めて超電導体の側面を積極的に冷却でき、冷却取付部材を利用して超電導体を効率良く冷却することができる。特に、ＲＥーＢａーＣｕーＯ系の超電導体の場合には、強力な磁場を発生できるのがｃ軸方向であるのに対し、熱伝導率、熱拡散係数はａ，ｂ軸の方が大きい。このため冷却取付部材がａ，ｂ軸に対向すれば、超電導体を効率よく冷却でき、超電導体の磁場変化等で発生した熱を、超電導体の側面から早く取り除き、超電導体を効率良く冷却することができる。但し、ａ軸、ｂ軸、ｃ軸の配向関係は上記に限定されるものではない。
【００１３】
上記超電導体は、必ずしも超電導物質そのものに限定されるものではなく、超電導体は樹脂含浸、金属皮膜等の表面処理や上記引例にあるような金属リングによる補強等がされていてもよい。上記冷却装置は、冷却部を有する冷凍機とすることができ、ＧＭ冷凍機、パルス管冷凍機、スターリング冷凍機等を用いることができる。この場合、冷却部とは、冷凍機のコールドヘッドそのものである場合もあれば、コールドヘッドから銅ブロック等で延長した部分である場合もある。また、上記した冷却取付部材としては、超電導体を取り付ける取付部材としての強度と、超電導体を冷却する冷却部材としての熱伝導性とを併有する材料で形成することが好ましい。
【００１４】
次に、様相２の発明によれば、冷却取付部材は、超電導体の磁場発生面よりも前方に突き出ていないことを特徴とする。断熱容器の先端部の内面と超電導体の磁場発生面との距離を小さくすることができる。したがって、超電導体が捕捉した磁場の距離による減衰を小さくでき、磁極から発生する磁場を強力にすることができる。
【００１５】
次に、様相３の発明によれば、冷却取付部材は、リング形状をなしており、超電導体よりも冷却による熱収縮が大きい材料で形成されており、冷却時における冷却取付部材と超電導体との熱収縮量の差に基づいて、冷却取付部材の側面固定部により超電導体をこれの側面から固定することを特徴とする。この場合、相対的に高い温度（例えば、室温より高い温度）で超電導体に冷却取付部材を嵌め、その後、冷却装置で冷却取付部材を冷却することにより、冷却取付部材の熱収縮に伴い超電導体を締め付け固定できるので、超電導体の取付が簡便である。また、冷却取付部材の温度を上昇させれば、冷却取付部材の熱膨張により冷却取付部材と超電導体との間にクリアランスを容易に形成でき、クリアランスを利用して超電導体を取り外すことが容易となる。リング形状とは、単純な円筒状でもよいし、あるいは、超電導体に合わせるように角部をもつリング形状でもよい。
【００１６】
様相４の発明のように、冷却取付部材は一部に間隙をもつリング形状で、ねじの機構により間隙を縮めることにより超電導体を側面から固定する形態を例示することができる、この場合、超電導体の材料強度や超電導体との熱接触を考慮して、ねじの螺進退により超電導体の取付強度を調整することができる。一部に間隙をもつリング形状とは、円柱状の超電導体に対し、Ｃ形のリング状で間隙が１箇所であってもよいし、半円状の部材が向かい合う形で間隙が２箇所であってもよい。
【００１７】
次に、様相５の発明によれば、超電導体の側面の少なくとも一部は断面でテーパ状となっており、且つ、冷却取付部材の側面固定部は超電導体のテーパ部分と係合すると共に断面でテーパ状の拘束面を有しており、冷却取付部材を冷却部に接近させることにより、冷却取付部材のテーパ状の拘束面及び超電導体のテーパ部分の係合を介して超電導体をこれの側面から固定することを特徴とする。この場合、冷却取付部材を冷却部に接近させることにより、超電導体のテーパ部分を介して超電導体をこれの側面から固定することができる。この場合、冷却取付部材を冷却部に接近させるだけで超電導体をこれの側面から固定できるので、固定が簡単で、また、脱着等の操作が容易である。
【００１８】
次に、様相６の発明によれば、冷却取付部材の側面固定部は、超電導体よりも熱伝導性が高い材料を介して、超電導体をこれの側面から固定することを特徴とする。超電導体がセラミックス等のように脆い材料の場合には、機械的にではなく、熱伝導性が良く軟質の材料を介して固定することが、超電導体の損傷を避けるのに好ましい。また、超電導体と冷却取付部材との間に隙間が形成される場合には、熱伝導性の材料を両者の隙間の充填材として用いて超電導体を固定できる。熱伝導性の材料としては、Ｉｎ，Ａｌ，Ｃｕ，はんだ，ウッドメタル等の柔らかい低融点の金属が例示される。また、これらの金属、熱伝導性の粒子、熱伝導性の繊維の少なくとも１種を混合した樹脂等が例示される。
【００１９】
次に、様相７の発明によれば、冷却取付部材の側面固定部は、超電導体の臨界温度以下に冷却したとき、磁場発生により超電導体に生じる外向きの力に抗する圧縮力が生じるように、超電導体をこれの側面から固定することを特徴とする。この場合、強力な磁場の捕捉により生ずるフープ力によって超電導体自体が破損するのを防止することができる。故に、耐久性、信頼性に優れた磁場発生装置とすることができる。
【００２０】
次に、様相８の発明によれば、冷却取付部材は、冷却取付部材を冷却装置の冷却部の側に向けて引っ張って固定する固定機構を有することを特徴とする。この場合、通常の超電導体側より固定する方法に比べ、取付機構をより内側に位置させるのに有利となり、超電導体の周囲に配置される冷却取付部材の外径を小さくするのに有利となる。従って、径の小さなコンパクトな磁極とするのに有利となる。
【００２１】
例えば、冷却取付部材を冷却部に固定する機構として、冷却取付部材が雄ねじ部を有する構造にすれば、雄ねじ部を冷却部の一部に通し、雄ねじ部をナット部材で締結することにより、超電導体を冷却部側から引張って固定することができる。
【００２２】
また、冷却取付部材を冷却部に固定する機構として、冷却取付部材が雌ねじ孔を有する構造にすれば、冷却部側から冷却部の一部を挟んで雌ねじ孔をボルト部材で締結することにより、超電導体を冷却部側から引張って固定することができる。この場合、ねじの位置をより内側にできると同時に、冷却取付部材を突起部のない単純な筒形状にすることができ、超電導体と一体にして脱着することができる。特に、冷却取付部材は、超電導体の周を包囲する補強リングを兼ねることができ、磁極構成が簡単になると同時に、耐久性、信頼性に優れた磁場発生装置とすることができる。
【００２３】
次に、様相９の発明によれば、超電導体は、溶融凝固法により作製され、その主成分がＲＥーＢａーＣｕー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ことが好ましい。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合成したＲＥーＢａーＣｕーＯ系の超電導体は、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している。この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易くなり、磁場発生装置としての性能が向上する。
【００２４】
更に、様相１０の発明のように、超電導体は、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｃｅのうちの少なくとも１種類を含むことが望ましい。Ａｇ，Ａｕは超電導相と反応せずに超電導母相内に析出し、超電導遷移温度等の超電導特性を損なうことなく、セラミックスであるＲＥーＢａーＣｕーＯ系の超電導体の機械的強度を向上させる。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ーＢａーＣｕーＯ系の超電導体は、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。
【００２５】
次に、様相１１の発明は、薄膜原料を含むターゲットを保持するためのターゲットホルダと、成膜対象物を保持するための成膜対象物ホルダとを有する減圧チャンバと、減圧チャンバに保持され磁場の作用でターゲットの表面付近にプラズマを集中させるためのスパッタガンとを具備しており、
スパッタガンから発せられる磁場の作用でターゲットの表面近傍にプラズマを集中させてスパッタリングを行い、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、各様相のうちのいずれかからなる超電導磁場発生装置が組み込まれていることを特徴とするスパッタリング成膜装置である。
【００２６】
上述したように、各様相の発明による超電導磁場発生装置は磁極から発せられる磁場が極めて強いという特徴を有している。これをスパッタガンに組み込むことによりターゲット表面の磁場が強化され、高性能な成膜用のスパッタリング成膜装置を実現することができる。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、複数台取付けることができる。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。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、冷却取付部材は、超電導体の側面を外側から固定する側面固定部を備えているため、超電導体をこれの側面からも効果的に冷却でき、更に、着磁に必要な機器（超電導マグネット、着磁コイル、パルス電源等）が小型で済み、強力な磁場を発生できるコンパクトな磁極を持った高性能な超電導磁石装置とそれによるスパッタリング成膜装置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】
【００２８】
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】
【００２９】
本発明の実施例１に係る超電導磁場発生装置１を図１に示す。複雑化を避けるため、ハッチングを省略している部分がある。この超電導磁場発生装置１は、超電導遷移温度以下に冷却されると磁場を捕捉することにより外部に磁場を発するバルク状の超電導体２と、超電導体２を冷却する冷却装置３と、超電導体２を冷却装置３の冷却部３３に保持される冷却取付部材４と、超電導体２、冷却取付部材４及び冷却部３３を収容すると共に真空断熱室５０を有する断熱容器５とを有する。本実施例によれば、超電導体２は断熱容器５内に同軸的に配置されるため、断熱容器５の中心軸芯ＰＡは超電導体２の中心軸芯Ｐと整合する。超電導体２は、溶融凝固法により作製されており、その主成分がＲＥーＢａーＣｕー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。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。
【００３０】
超電導体２は、所要の肉厚をもつ円柱形状をなしており、先端面である平坦な磁場発生面２１及び平坦な裏面２３をもつ。超電導体２の磁場発生面２１は、真空となる微小な隙間５３を介して断熱容器５の先端部５２の内壁面に対面すると共に、冷却部３３の冷却面３４に背向する。超電導体２の裏面２３は冷却部３３の冷却面３４に対面するので、超電導体２の裏面２３は冷却される。図１に示すように、超電導体２の側面２５は、超電導体２の中心軸芯Ｐを通る断面で、超電導体２の中心軸芯Ｐに対して直線的に傾斜してテーパ状となっている。即ち、超電導体２のテーパ状の側面２５は、超電導体２の磁場発生面２１に向かうにつれて外径が次第に小さくなるように、円錐状の傾斜面とされている。超電導体２の側面２５は、超電導体２の磁場発生面２１に垂直の中心軸芯Ｐに対して平行にまたは非平行に沿って並走している面と定義できる。
【００３１】
図１に示すように、冷却装置３は、冷凍機３０と、冷凍機３０により低温に冷却されるコールドヘッドとも呼ばれる寒冷発生部３１と、寒冷発生部３１に延長部３２を介して連結された冷却部３３とを有する。冷凍機３０はＧＭ冷凍機、パルス管冷凍機、スターリング冷凍機等を用いることができる。断熱容器５は、円筒形状をなす筒壁部５１と、真空となる隙間５３を介して超電導体２の磁場発生面２１に対面する先端部５２とを有する。断熱容器５の真空断熱室５０は図略の真空排気系により排気されて高真空状態に維持され、外部に対して断熱性が確保される。
【００３２】
冷却取付部材４は、超電導体２の側面２５をこれの外側から固定するように、超電導体２の中心軸芯Ｐの回りを１周するリング形状の側面固定部４０を有する。冷却取付部材４は、冷却部３３の冷却面３４に背向するリング形状をなす平坦な先端面４１と、冷却部３３の冷却面３４に対面するリング形状をなす平坦な対向面４２とを有する。冷却取付部材４は、セラミックスである超電導体２よりも冷却による熱収縮が大きい材料、一般的には金属材料（ステンレス鋼等）で形成されている。この金属材料は、超電導体２による良好な磁路を形成するように非磁性とされている。
【００３３】
ここで、セラミックス製の超電導体２の熱収縮量よりも金属製の冷却取付部材４の熱収縮量が大きい。故に、冷却時に冷却取付部材４と超電導体２との熱収縮量の差に基づいて、冷却取付部材４の側面固定部４０により超電導体２をこれの側面２５から拘束して固定することができる。なお、冷却取付部材４の外壁面４９は、超電導体２の中心軸芯Ｐ及び断熱容器５の筒壁部５１に沿っているため、断熱容器５の径の増加を抑えることができる。
【００３４】
図１に示すように、冷却取付部材４は、超電導体２の磁場発生面２１を覆う部分を有していない。即ち、冷却取付部材４の先端面４１と超電導体２の磁場発生面２１とは、同一面状またはほぼ同一面状とされており、冷却取付部材４は超電導体２の磁場発生面２１よりも前方（矢印Ｙ２方向）に突き出ていないか、あるいは、実質的に突き出ていない。この点、図１４に示す従来技術とは異なる。ここで、前方とは、超電導体２の磁場発生面２１からの磁場放散方向を意味する。
【００３５】
図１に示すように、冷却取付部材４の側面固定部４０は、内周面を形成する円錐テーパ形状の拘束面４３を有する。拘束面４３は、超電導体２の中心軸芯Ｐを通る断面で直線的なテーパ状をなす。冷却取付部材４の拘束面４３のテーパ角と超電導体２のテーパ状の側面２５のテーパ角とは、同一またはほぼ同一に設定されている。従って、冷却取付部材４のテーパ状の拘束面４３は、超電導体２のテーパ状の側面２５と係合して良好に密着することができ、熱接触性を高めることができる。なお側面２５と拘束面４３との間に、インジウム等の熱接触部材を介在させても良い。
【００３６】
冷却取付部材４は、冷却取付部材４を冷却装置３の冷却部３３の側に向けて矢印Ｙ１方向に引っ張って固定する固定機構４５を有する。固定機構４５は、冷却取付部材４に一体的に設けられた取付部４６と、冷却取付部材４に対して別体をなす締結部材としてのナット部材４７とで形成されている。図１に示すように、取付部４６は、冷却取付部材４のうち冷却部３３の冷却面３４に対向する対向面４２（例えば下面）から冷却部３３に向けて、超電導体２の中心軸芯Ｐに沿って複数本突出して設けられている。取付部４６は雄ねじ部をもつ。例えば、取付部４６は、雄ねじ部をもつボルト部材を冷却取付部材４の対向面４２に溶接等により固定して形成できる。
【００３７】
超電導体２を冷却部３３の冷却面３４に保持するときには、まず、冷却取付部材４の取付部４６を冷却部３３の挿通孔３３ａに挿通する。次に、挿通孔３３ａから露出した取付部４６の雄ねじ部にワッシャ部材４８を介してナット部材４７を挿入し、ナット部材４７を回して取付部４６に締結する。これにより冷却取付部材４は冷却部３３に着脱可能に固定される。ここで、ナット部材４７の回転操作量を増加させてナット部材４７を冷却取付部材４の取付部４６に締結する締結力を増加させると、冷却取付部材４を冷却部３３に接近させる方向（矢印Ｙ１方向）に付勢することができる。この結果、冷却取付部材４のテーパ状の拘束面４３と超電導体２のテーパ状の側面２５との熱接触性を高めつつ係合させることができる。ひいては、この係合を介して超電導体２の冷却性を高めることができ、更に、超電導体２をこれの側面２５から冷却取付部材４により固定することができる。
【００３８】
上記のように超電導体２を冷却部３３に固定した状態では、図１に示すように、ナット部材４７のうち内端４７ｉ、取付部４６は、超電導体２の径方向（矢印Ｒ方向）において冷却取付部材４の外壁面４９よりも径内側に位置している。これにより磁極の径サイズの小型化に有利となる。しかもナット部材４７は冷却取付部材４の外周側に位置せず、冷却取付部材４の下側に位置するので、この意味においても磁極の径サイズの小型化に有利である。
【００３９】
図１に示すように、超電導体２の裏面２３と冷却部３３の冷却面３４との間には、シート状の熱接触部材２９が介在し、両者の熱接触性を高め、超電導体２の冷却を促進させている。熱接触部材２９は冷却部３３の冷却面３４と冷却取付部材４の対向面４２との間にも延設されている。熱接触部材２９は、超電導体２よりも熱伝導性が高く、軟質な材料（例えばインジウム）で形成されている。
【００４０】
超電導体２から磁場を発生させるためには、超電導体２を予め着磁する必要がある。着磁の方法としては、前述したように、超電導体２を収容した断熱容器５をリング状の超電導マグネット１００のボアに挿入して静磁場を印加する方法、超電導体２を収容した断熱容器５の周囲にリング状の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パルス電流を通電して発生するパルス磁場により超電導体２を着磁する方法等がある。この点本実施例によれば、図１に示す冷却取付部材４は、上記した図１４に示す超電導磁石装置１Ｘとは異なり、外鍔部４２Ｘを有しない外鍔レス構造であるため、磁極の径を小さくでき、ひいては断熱容器５の径を小さくできる。このため着磁に必要な超電導マグネット１００の径や着磁コイルの径、更には、パルス電源等を小型化できるという利点が得られる。また、磁極の小型化を図れることで、複数の磁極を組合わせたり、装置に組み込んだりする場合に取付けの方法や場所が制約されにくい等の利点が得られる。
【００４１】
本実施例によれば、前記した冷却取付部材４は、超電導体２を取付ける機能と超電導体２を冷却する機能とを併有する。従って、超電導体２はこれの裏面２３から冷却部３３の冷却面３４により冷却されるだけでなく、超電導体２の側面２５からも冷却取付部材４を介して冷却部３３の冷却面３４により積極的に冷却され、超電導体２を効率良く迅速に冷却できる。しかも固定機構４５を構成するナット部材４７をこれの螺進方向に回転操作して超電導体２の固定力を高めるほど、冷却取付部材４及び超電導体２を冷却部３３の方向（矢印Ｙ１方向）へ引張って付勢することができ、超電導体２の冷却能を高めるのに有利となる利点が得られる。
【００４２】
また、超電導体２がＲＥーＢａーＣｕーＯ系である場合には、強力な磁場を発生できるのがｃ軸にあるのに対し、熱伝導率、熱拡散係数はａ軸，ｂ軸の方が大きい。本実施例によれば図１に示すように、冷却取付部材４の拘束面４３が超電導体２のａ，ｂ軸に対向しているため、超電導体２を効率よく冷却できる。故に超電導体２の磁場変化等で発生した熱を、超電導体２の側面２５から冷却取付部材４を介して早く取り除くことができ、超電導体２を効率良く冷却することができる。但し場合によっては、冷却取付部材４の拘束面４３がａ軸，ｂ軸方向に対向しないようにしても良い。
【００４３】
更に本実施例によれば、冷却取付部材４を冷却装置３の冷却部３３の側に向けて矢印Ｙ１方向に引っ張って固定する固定機構４５を有するため、固定機構４５のナット部材４７を回転操作すれば、冷却取付部材４のテーパ状の拘束面４３と超電導体２のテーパ状の側面２５との熱接触性を高めることができ、超電導体２の側面２５の冷却に有利である。
【００４４】
加えて本実施例によれば、取付部４６が冷却取付部材４の対向面４２（下面）に連結されているため、取付部４６をナット部材４７と共に冷却取付部材４のうちできるだけ内側に配置するのに有利となる。結果として、超電導体２及び冷却取付部材４を収容する断熱容器５の筒壁部５１の径を小さくすることができる。
【００４５】
また本実施例によれば、図１に示すように、冷却取付部材４が超電導体２の磁場発生面２１よりも前方（矢印Ｙ２方向）に突き出していないので、超電導体２の磁場発生面２１と断熱容器５の先端部５２との間に生成される隙間５３をできるだけ狭くすることができ、超電導体２から断熱容器５の外部に出る磁場を強くすることができる。
【００４６】
更に本実施例によれば、ナット部材４７を回転操作して冷却取付部材４の取付部４６に締結する締結力を増加させると、冷却取付部材４を冷却部３３に接近させる方向（矢印Ｙ１方向）に一層付勢することができる。この結果、冷却取付部材４のテーパ状の拘束面４３と超電導体２のテーパ状の側面２５との熱接触性を高め得るばかりか、冷却取付部材４から超電導体２側に向かって径内方向（矢印Ｒ１方向）に向かう圧縮力が超電導体２の側面２５に働く。故に、磁場を捕捉することにより超電導体２に働く膨張を抑えるのに有利となる。ひいては、超電導体２の亀裂発生を抑制でき、超電導体２においてより高い磁場を信頼性良く発生することができる。殊に、図１に示すように、冷却取付部材４のうち磁場発生面２１側を覆う先端面４１が厚肉であり、大きな圧縮力を発揮できるため、亀裂の起点となり易い磁場発生面２１における圧縮力を増加させるのに貢献できる。
【００４７】
加えて本実施例によれば、冷却取付部材４は超電導体２よりも冷却による熱収縮が大きい材料で形成されているため、超電導体２の超電導体２の臨界温度以下に冷却したとき、冷却時における冷却取付部材４と超電導体２との熱収縮量の差に基づいて、冷却取付部材４の側面固定部４０は超電導体２の側面２５を締めることができ、冷却取付部材４の側面固定部４０により超電導体２の側面２５を固定する度合を高めるのに有利となると共に、磁場を捕捉することにより超電導体２に働く膨張を抑えるのにも有利となる。
【実施例２】
【００４８】
本発明の実施例２に係る超電導磁場発生装置１を図２,図３に示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。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、相違する部分を中心として説明する。本実施例によれば、超電導体２の側面２５、冷却取付部材４の拘束面４３は中心軸芯Ｐに沿っている。図２に示すように、冷却取付部材４は、切れ目状の間隙４０ｐを有するＣ形のリング状の側面固定部４０と、側面固定部４０の一端に径外方向に突出するように形成された舌状の第１取付片７１と、側面固定部４０の他端に径外方向に突出するように形成された舌状の第２取付片７２と、第１取付片７１の挿通孔に挿通された締結部材として機能する雄ねじ部材７３と、雄ねじ部材７３を螺合するように第２取付片７２に形成された取付孔としての雌ねじ孔７４とを有する。冷却取付部材４の側面固定部４０の外壁面４９にはこれの周方向に分散した突部４９ｓが複数個形成されている。突部４９ｓに取付部４６が溶接等で連結されている。
【００４９】
雄ねじ部材７３を雌ねじ孔７４にねじ込むことにより、冷却取付部材４の側面固定部４０はこれの径内方向（矢印Ｒ１方向）に収縮するため、冷却取付部材４の側面固定部４０の拘束面４３により超電導体２の側面２５は締められ、超電導体２は固定される。なお、超電導体２の側面２５、冷却取付部材４の内周面である拘束面４３は、超電導体２の中心軸芯Ｐに沿っている。
【００５０】
冷却取付部材４は、冷却取付部材４を冷却装置３の冷却部３３の側に向けて矢印Ｙ１方向に引っ張って固定する固定機構４５を有する。固定機構４５は、冷却取付部材４に一体的に設けられたボルト部材で形成された取付部４６と、冷却取付部材４に対して別体をなすナット部材４７とで形成されている。取付部４６は冷却取付部材４の突部４９ｓに溶接等で連結されている。
【００５１】
本実施例によれば、超電導体２の側面２５と冷却取付部材４の側面固定部４０との間には、全周域にわたり、インジウム等の軟質な熱伝導性が高い熱接触部材２９Ｂが配置されている。このため図２に示す締結用の雄ねじ部材７３を冷却取付部材４の雌ねじ孔７４に締結したとき、超電導体２と冷却取付部材４との間における熱接触性の向上が図られている他に、機械的な締め付けによる超電導体２の破損防止を図ることができる。
【００５２】
本実施例によれば、雄ねじ部材７３の締結力を調整すれば、超電導体２をこれの側面２５から固定する力を調整することができる。また、取付部４６は、超電導体２の裏面２３を冷却部３３の冷却面３４に密着させて固定する力を発生させる。取付部４６と雄ねじ部材７３とは互いに独立しているため、雄ねじ部材７３を用いて超電導体２をこれの側面２５から固定する力と、取付部４６を用いて超電導体２の裏面２３を冷却部３３の冷却面３４に密着させて固定する力とを独立して制御することができる。
【００５３】
本実施例においても、冷却取付部材４は超電導体２の磁場発生面２１よりも前方（矢印Ｙ２方向）に突き出ていない。このため、超電導体２の磁場発生面２１と断熱容器５の先端部５２との間に形成されている真空に維持される隙間５３をできるだけ狭くすることができ、断熱容器５の外部に出る磁場を強くすることができる。
【実施例３】
【００５４】
本発明の実施例３に係る超電導磁場発生装置１を図４に示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。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、相違する部分を中心として説明する。超電導体２よりも熱収縮率の大きな材料で形成されたリング形状の冷却取付部材４が設けられている。冷却取付部材４は超電導体２の側面２５の外側に嵌められている。冷却取付部材４の内周面である拘束面４３と超電導体２の側面２５との間には、熱伝導性の良い熱接触部材２９Ｂが配置されている。冷却取付部材４及び超電導体２は、それらの境界に熱接触部材２９Ｂを介在させた状態で一体化されている。即ち、冷却取付部材４は、セラミックス製の超電導体２を外側から補強する補強部材として超電導体２と一体化され、単一部品として取り扱うことができる。なお、超電導体２の側面２５、冷却取付部材４の拘束面４３は、超電導体２の中心軸芯Ｐに沿っている。
【００５５】
冷却取付部材４は、超電導体２よりも冷却による熱収縮が大きい材料（例えばステンレス鋼）で形成されている。冷却取付部材４は、冷却取付部材４を冷却装置３の冷却部３３の側に向けて矢印Ｙ１方向に引っ張って固定する固定機構４５を有する。固定機構４５は、冷却取付部材４のうち冷却部３３に対向する対向面４２に形成され冷却取付部材４の周方向に間隔を隔てて形成された取付孔としての雌ねじ孔７７と、雌ねじ孔７７に螺合される雄ねじ部をもつボルト部材で形成された頭部４６ａをもつ取付部４６とで形成されている。取付部４６は冷却取付部材４と分離可能とされている。超電導体２を冷却部３３に保持するときには、冷却取付部材４の雌ねじ孔７７に取付部４６の雄ねじ部をワッシャ部材４８を介して螺合し、取付部４６の頭部４６ａを回して取付部４６の雄ねじ部を雌ねじ孔７７に着脱可能に締結する。
【００５６】
この状態で、冷却装置３の冷却部３３により超電導体２及び冷却取付部材４を低温に冷却すれば、冷却取付部材４はこれの径内方向（矢印Ｒ１方向）に熱収縮するため、冷却取付部材４と超電導体２との熱収縮量の差に基づいて、冷却取付部材４の側面固定部４０の拘束面４３により超電導体２の側面２５を拘束して固定することができる。このように冷却取付部材４を冷却すると、冷却取付部材４から超電導体２側に向かって径内方向（矢印Ｒ１方向）に向かう圧縮力が超電導体２の側面２５に作用する。故に、磁場を捕捉することにより超電導体２に働く膨張力をキャンセルするのに有利となり、より超電導体２においてより高い磁場を信頼性良く発生することができる。
【００５７】
なお、取付部４６及び冷却取付部材４の熱収縮率を近づける等のため、取付部４６の材質は冷却取付部材４の材質と同一または同系とすることができるが、これに限定されるものではない。
【００５８】
上記したように超電導体２を冷却取付部材４により固定した状態では、図４に示すように、取付部４６、更には取付部４６の頭部４６ａの内端４６ｉは、超電導体２の径方向（矢印Ｒ方向）において、冷却取付部材４の外壁面４９よりも径内側に位置しており、磁極の径サイズの小型化が図られ、ひいては断熱容器５の筒壁部５１の径の小型化が図られている。
【００５９】
本実施例においても、取付部４６の頭部４６ａを回せば、冷却部３３側から冷却取付部材４を矢印Ｙ１方向に引張って付勢することができ、これにより熱接触部材２９を介しての冷却部３３の冷却面３４と冷却取付部材４との密着力を高めることができる。同様に、熱接触部材２９を介しての冷却部３３の冷却面３４と超電導体２の裏面２３との密着力を高めることができる。
【００６０】
また、冷却取付部材４は、セラミックス製の超電導体２を外側から補強する補強部材として超電導体２と一体になっている。このため超電導体２の取扱いが楽になり、超電導体２の冷却部３３への取付も簡単である。更に冷却取付部材４はリング形状であり、その形状が単純なので、製造コストが安くすみ、費用対策効果が大きい利点が得られる。
【００６１】
本実施例においても、図４に示すように、冷却取付部材４は、超電導体２の先端面である磁場発生面２１を覆う部分を有していない。即ち、冷却取付部材４は、超電導体２の磁場発生面２１よりも前方（矢印Ｙ２方向）に突き出ていない。このため、超電導体２の磁場発生面２１と断熱容器５の先端部５２との隙間５３をできるだけ狭くすることができ、断熱容器５の外部に出る磁場を強くすることができる。
【００６２】
さて、磁場をかなり強くする等のような使用条件が厳しいとき、超電導体２の磁場発生面２１において亀裂が生成することが間々ある。この点本実施例によれば、図４に示すように、冷却取付部材４に形成されている取付孔として機能する雌ねじ孔７７は、冷却取付部材４の対向面４２に開口しているものの、冷却取付部材４の先端面４１には到達していない未貫通孔である。このため冷却取付部材４を冷却した際、熱収縮に基づいて冷却取付部材４が超電導体２を締める圧縮力を発揮するとき、冷却取付部材４の先端面４１付近の圧縮力を確保するのに有利である。このため超電導体２のうち亀裂の起点となり易い磁場発生面２１における亀裂を抑制するのに有利である。
【００６３】
また、雌ねじ孔７７は冷却取付部材４の対向面４２において開口しているものの、空洞状の雌ねじ孔７７には取付部４６が進入して装填されている。故に、冷却取付部材４を冷却した際、熱収縮に基づいて冷却取付部材４の側面固定部４０が超電導体２を径内方向へ締める圧縮力を発揮するとき、冷却取付部材４の対向面４２付近における当該圧縮力を確保するのにも有利である。故に超電導体２の側面２５に作用する当該圧縮力を超電導体２の軸長方向にわたりできるだけ均一に作用させるのに貢献でき、超電導体２の耐久性の向上に有利である。
【実施例４】
【００６４】
本発明の実施例４に係る超電導磁場発生装置１の要部を図５に示す。本実施例は実施例３と基本的には同様の構成、作用効果を有する。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３と相違する部分を中心として説明する。冷却取付部材４は、冷却取付部材４を冷却装置３の冷却部３３の側に向けて矢印Ｙ１方向に引っ張って固定する固定機構４５を有する。固定機構４５は、冷却取付部材４のうち冷却部３３に対向する対向面４２に形成され冷却取付部材４の周方向に間隔を隔てて形成された雌ねじ孔７７と、雌ねじ孔７７に螺合される雄ねじ部をもつボルト部材で形成された取付部４６とで形成されている。
【００６５】
本実施例によれば、雌ねじ孔７７は、冷却取付部材４の対向面４２から先端面４１に向けて貫通しており、先端面４１において開口７７ｍをもつ。このため断熱容器５の真空断熱室５０を図略の真空排気装置により排気させるとき、冷却取付部材４の雌ねじ孔７７と取付部４６との境界域に空気が残留したとしても、その空気を排出させるのに有利である。ひいては断熱容器５の真空断熱室５０の真空度、真空断熱性を高く維持するのに有利である。
【００６６】
更に図５に示すように、取付部４６の先端４６ｕは雌ねじ孔７７の開口７７ｍまで到達している。即ち、取付孔としての空洞状の雌ねじ孔７７の長さ方向の全域にわたり取付部４６が進入して装填されている。故に冷却取付部材４を冷却した際、熱収縮に基づいて冷却取付部材４の側面固定部４０が超電導体２を径内方向へ締める圧縮力を発揮するとき、当該圧縮力を超電導体２の軸長方向にわたりできるだけ均一に作用させるのに貢献でき、超電導体２の耐久性の向上に有利である。
【実施例５】
【００６７】
本発明の実施例５に係る超電導磁場発生装置１の要部を図６,図７に示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、実施例１と相違する部分を中心として説明する。共通する機能を奏する部位には共通の符号を付する。冷却取付部材４は、冷却部３３に向けてのびるコールドヘッド延長部を兼ねる延長部４ｅと、延長部４ｅの先端（上端）に一体的に成形されたリング形状をなす側面固定部４０と、延長部４ｅの他端に一体的に形成された鍔状の固定部４ｆとで形成されている。冷却取付部材４の側面固定部４０の外径は、延長部４ｅの外径よりも大きくされている。冷却取付部材４の固定部４ｆは固定具４ｈにより冷却部３３に固定されている。冷却取付部材４は超電導体２よりも熱収縮率の大きな材料で形成されており、超電導体２に対応する形状の保持穴８０を有する。保持穴８０は断熱容器５の先端部５２に向けて開口し、底壁面８０ｂと円形状の内壁面８０ｆとを有する。
【００６８】
超電導体２の取付時には、超電導体２を冷却取付部材４の側面固定部４０の保持穴８０に嵌合する。この場合、超電導体２の嵌合性を考慮すると、保持穴８０の内壁面８０ｆと超電導体２の側面２５との間には微小な隙間８０ｋが形成されている方が好ましい。取付時には、保持穴８０に超電導体２を嵌合した状態で、冷却装置３により冷却取付部材４及び超電導体２を冷却すると、冷却取付部材４の側面固定部４０が径内方向（矢印Ｒ１方向）に収縮し、側面固定部４０の拘束面４３により超電導体２をこれの側面２５から固定することができる。なお、超電導体２は中心線Ｍ１，Ｍ２の交点に中心軸芯Ｐをもつ。
【００６９】
超電導体２を冷却取付部材４から取り外すときには、冷却取付部材４を常温域等に昇温させれば、冷却取付部材４の側面固定部４０が径外方向（矢印Ｒ２方向）に膨張する。金属製の冷却取付部材４の熱膨張量はセラミックス製の超電導体２の熱膨張量よりも大きいため、超電導体２を冷却取付部材４の側面固定部４０から取り外すことができる。
【００７０】
更に図７に示すように、冷却取付部材４の保持孔８０の内部と外部とを連通させる連通孔８１が冷却取付部材４に形成されているため、保持孔８０の内外の連通性が確保され、冷却取付部材４の保持孔８０から冷却取付部材４を取り外す操作が容易となる。また、冷却取付部材４の保持孔８０に超電導体２を嵌合するとき、保持孔８０内に残留する空気を連通孔８１を介して保持孔８０の外に排出でき、断熱容器５の真空断熱室５０の真空度、真空断熱性を高く維持するのに有利である。また連通孔８１の内径を所要量とすれば、針状等の治具を保持孔８０の外部から連通孔８１に挿入し、保持孔８０内の超電導体２の裏面２３を治具により押圧すれば、超電導体２の取り外し作業を一層容易化することができる。
【００７１】
本実施例においても、図７に示すように、冷却取付部材４は、超電導体２の磁場発生面２１を覆う部分を有していない。即ち、冷却取付部材４は、超電導体２の磁場発生面２１よりも前方（矢印Ｙ２方向）に突き出ていない。このため、超電導体２の磁場発生面２１と断熱容器５の先端部５２との隙間５３をできるだけ狭くすることができ、断熱容器５の外部に出る磁場を強くすることができる。
【実施例６】
【００７２】
本発明の実施例６に係る超電導磁場発生装置１の要部を図８〜図１０に示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。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と相違する部分を中心として説明する。本実施例によれば、断熱容器５の中心軸芯ＰＡを通る断面において、超電導体２の磁場発生面２１は断熱容器５の中心軸芯ＰＡと交差する方向（例えば直交する方向）に指向している。即ち図８に示すように、超電導体２の中心軸芯Ｐと断熱容器５の中心軸芯ＰＡとは交差している。
【００７３】
冷却取付部材４は、冷却部３３に向けてのびるコールドヘッド延長部を兼ねる延長部４ｅと、延長部４ｅの一端（上端）に一体的に成形されたリング形状をなす側面固定部４０と、延長部４ｅの他端（下端）に一体的に成形された鍔形状をなす固定部４ｆとで形成されている。図９に示すように側面固定部４０は二股状をなしており、周方向の一部に間隙４０ｐを形成する第１片部４０ａと第２片部４０ｂとを有する。第１片部４０ａの拘束面４３、第２片部４０ｂの拘束面４３はそれぞれ半円形状をなしている。第１片部４０ａの挿通孔４０ｃに挿通したボルト部材である取付部４６を、第２片部４０ｂの雌ねじ孔４０ｄにねじ込み、間隙４０ｐを縮めて第１片部４０ａ及び第２片部４０ｂを互いに接近させることにより、円柱状の超電導体２をこれの側面２５から固定している。図８に示すように、超電導体２はこれの側面２５のみで固定されており、冷却取付部材４の表面は超電導体２の磁場発生面２１よりも外側に突き出していない。
【００７４】
図８に示すように、断熱容器５は、相対的に径が大きい筒形状の第１筒壁部５１ａと、先端部５２をもち相対的にサイズが小さい第２筒壁部５１ｂとを有する。本実施例によれば、超電導体２の磁場発生面２１は、断熱容器５の中心軸芯ＰＡと交差する方向（例えば直交する方向）に指向しているため、断熱容器５の第２筒壁部５１ｂの両側に強磁場を発生させることができる。図８に示すように、第２筒壁部５１ｂは偏平筒形状をなしており、超電導体２の磁場発生面２１に対面する壁５１ｓと、超電導体２の裏面２３に対面する壁５１ｔとを有する。
【００７５】
上記した実施例では、図９に示すように第１片部４０ａの根元部と第１片部４０ｂの根元部とは一体化されているが、図１１に示す他の形態のように、第１片部４０ａ及び第２片部４０ｂを互いに別体とし、分離可能構造としても良い。この場合、図１１に示すように、第１片部４０ａの挿通孔４０ｃに挿通したボルト部材である取付部４６を第２片部４０ｂの雌ねじ孔４０ｄにねじ込み、且つ、第１片部４０ａの挿通孔４０ｍに挿通したボルト部材である別の取付部４６Ｂを第２片部４０ｂの雌ねじ孔４０ｎにねじ込む。これにより第１片部４０ａ及び第２片部４０ｂを互いに接近させ、超電導体２をこれの側面２５から固定している。この状態では、超電導体２の磁場発生面２１及び裏面２３の双方は真空断熱室５０に対面する。
【実施例７】
【００７６】
本発明の実施例７を図１２に示す。本実施例はマグネトロンスパッタリング成膜装置に適用した例である。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。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と相違する部分を中心として説明する。図１２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３１０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。
【００７７】
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を収容する真空断熱室５０をもつ断熱容器５と、超電導体２を冷却する冷却部３３をもつ冷却装置３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９とを有する。冷却装置３は断熱容器５の下部に設けられており、走行車輪か３８ｘをもつ昇降部３８が冷却装置３の下部に設けられている。昇降部３８は、超電導体２を収容する断熱容器５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。
【００７８】
図１２に示すように、強磁性体９は、超電導体２の外周側に配置されたリングヨーク９１と、超電導体２の裏面２３側に配置されたバックヨーク９２とで形成されている。リングヨーク９１は減圧チャンバ２０４に保持されている。バックヨーク９２は超電導磁場発生装置１において超電導体２の裏面２３側に取り付けられている。リングヨーク９１及びバックヨーク９２の材料は、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）等を例示できる。
【００７９】
図１２に示すように、リングヨーク９１の内周面と超電導体２の外周面との間には、断熱容器５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９１の内周面をこれの径方向において超電導体２の外周面に接近させたり、あるいは、リングヨーク９１の内周面をこれの径方向において超電導体２の外周面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９１を配置する自由度を高めることができる。
【００８０】
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に着脱可能に組み付けるときには、図１２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。次に昇降部３８を上昇作動させて断熱容器５を超電導体２と共に矢印Ｙ２方向に上昇させ、断熱容器５の先端部５２を挿入空間２１２に挿入し、断熱容器５の先端部５２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の磁場による磁気回路３００が成膜室２０３のうちターゲット２０６の付近に形成される。
【００８１】
成膜時には、先ず、図略の真空排気系により、成膜室２０３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３１０中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、磁場の影響を受けて、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２２の強磁場によりプラズマ３１０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。
【００８２】
図１２に示すように、本実施例においても、冷却取付部材４は、超電導体２の磁場発生面２１よりも前方（矢印Ｙ２方向）に向けて実質的に突き出ていない。このため、超電導体２の磁場発生面２１と断熱容器５の先端部５２との隙間５３をできるだけ狭くすることができ、断熱容器５の外部に出る磁場を強くすることができ、プラズマ状のスパッタガスイオンをターゲット２０６の表面付近に集束させるのに有利となる。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。
【００８３】
図１３は、上記したスパッタリング成膜装置２００に搭載されている超電導体２を一体化した冷却取付部材４を示す。図１３に示すように、超電導体２の側面２５と冷却取付部材４との隙間には、熱伝導性部材６５（商品名：スタイキャスト）を充填し、超電導体２をこれの側面２５から固定し、超電導体２及び冷却取付部材４は一体化されている。熱伝導性部材６５は、熱伝導性が良いアルミナ等のセラミックスまたは金属の微小物を樹脂に混在させたものである。場合によっては熱伝導性部材６５はインジウムで形成しても良い。
【００８４】
冷却時には、金属製の冷却取付部材４の熱収縮量はセラミックス製の超電導体２の熱収縮量よりも大きいため、冷却取付部材４が径内方向（矢印Ｒ１方向）に熱収縮すると、熱収縮に伴う圧縮力が超電導体２の側面２５から作用する。冷却取付部材４には雌ねじ孔７７が形成されている。雌ねじ孔７７は、冷却取付部材４の側面固定部４０の対向面４２から先端面４１にかけて貫通している。
【００８５】
本実施例によれば、図１２に示すように、ボルト部材で形成された取付部４６を冷却部３３の挿通孔及びバックヨーク９２の取付孔９２ｍに挿通し、取付部４６の雄ねじ部を冷却取付部材４の雌ねじ孔７７に螺合することにより、冷却部３３側から取付部４６のねじ込み操作により冷却取付部材４を矢印Ｙ１方向に引張って超電導体２と共に固定する構成になっている。
【００８６】
このマグネトロンスパッタリング成膜装置は、磁場の作用でターゲット２０６の表面近傍にプラズマ３１０を集中させてスパッタリングを行い、薄膜を形成する装置である。磁場が強いほど、ターゲット２０６の近傍にプラズマが強く集中し、その結果、成膜速度の向上、高真空での成膜、成膜対象物に形成される薄膜のプラズマによるダメージの減少等のメリットが得られる。
【００８７】
ターゲット２０６の表面近傍における磁力線の分布は図１２に示すようであり、ターゲット２０６の表面にできるだけ強い磁場を出すことが、スパッタリング成膜装置としての性能向上につながる。そのため、ターゲット２０６の上にできるだけ多くの磁束が出るように、磁場を発する磁極やヨークはできるだけターゲット２０６に近付けて配置される。
【００８８】
図１４に示す従来の超電導磁場発生装置１Ｘを用いたスパッタリング成膜装置の問題点は次のようである。リングヨーク９１は断熱容器５の外方に配置されているため、ターゲット２０６を取付けるターゲットホルダ２０７の裏面に当たるまでリングヨーク９１を近付けることができる。これに対して超電導体２は断熱容器５に収容されているため、断熱容器５の厚みと隙間５３分だけターゲットホルダ２０７の裏面に近付けることができない。図１４に示した従来の超電導磁場発生装置１によれば、超電導体２の磁場発生面２１と断熱容器５と先端部５２との隙間５３が広いので、超電導体２から発生した磁場のうち、ターゲット２０６の表面に出ないで、リングヨーク９１に吸収される割合が多くなる。よって超電導体２には大きな磁場が捕捉されているにもかかわらず、ターゲット２０６の表面の磁場としてはあまり強くならないという問題が生じる。故に、超電導体２に捕捉させた磁場をプラズマの集中に有効に利用できなかった。
【００８９】
この点本実施例によれば、前述したように超電導体２の磁場発生面２１と断熱容器５の先端部５２との隙間５３を狭くすることができるので、ターゲット２０６の表面の磁場をより強くすることができる。即ち、超電導体２に捕捉させた磁場をプラズマ３１０の集中に有効に利用できるようになり、スパッタリング成膜装置の性能を向上させることができる。
【００９０】
（確認実験）
直径６０ｍｍのＳｍ系の超電導体２を用い、同じ条件で着磁して、図１４に示す従来例に係る超電導磁場発生装置を搭載したスパッタリング成膜装置と、図１２に示すスパッタリング成膜装置とについて、ターゲット２０６の表面の水平磁場強度を比較した。従来例では０．９Ｔ（テスラ）であったが、本実施例では１．０Ｔ（テスラ）に向上した。これにより超電導体２に捕捉させた磁場をプラズマの集中に有効に利用できるようになり、スパッタリング成膜装置の性能を向上させることができる。
【００９１】
（他の例）
上記した実施例１によれば、冷却取付部材４は超電導体２の磁場発生面２１よりも前方（矢印Ｙ２方向）に突き出ていないか、あるいは、実質的に突き出ていないが、冷却取付部材の先端面が超電導体の磁場発生面より前方に突き出ていないことは請求項２に相当するため、請求項１の発明としては、冷却取付部材４の側面固定部４０が超電導体２の側面２５に接触してこれを固定する限り、冷却取付部材４は超電導体２の磁場発生面２１よりも前方（矢印Ｙ２方向）に微小量であれば、突き出ていても良いものである。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、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明の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利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】実施例１に係り、超電導磁場発生装置を模式的に示す断面図である。
【図２】実施例２に係り、超電導体を取り付けた状態の冷却取付部材を模式的に示す平面図である。
【図３】実施例２に係り、超電導磁場発生装置の断面図であり、図２の矢視Ｗ３−Ｗ３に沿う断面図である。
【図４】実施例３に係り、超電導磁場発生装置を模式的に示す断面図である。
【図５】実施例４に係り、超電導磁場発生装置の要部を模式的に示す断面図である。
【図６】実施例５に係り、超電導体を取り付けた状態の冷却取付部材の平面図である。
【図７】実施例５に係り、超電導磁場発生装置を模式的に示す断面図である。
【図８】実施例６に係り、超電導磁場発生装置を模式的に示す断面図である。
【図９】実施例６に係り、超電導磁場発生装置の要部の異なる方向の断面図である。
【図１０】実施例６に係り、図９の矢印Ｗ１０方向から視認した超電導磁場発生装置の要部を模式的に示す断面図である。
【図１１】実施例６の他の形態に係る超電導磁場発生装置の要部を模式的に示す断面図である。
【図１２】実施例７に係り、超電導磁場発生装置を着脱可能にスパッタリング成膜装置に組み付けた状態を模式的に示す断面図である。
【図１３】超電導体を取り付けた状態の冷却取付部材の斜視図である。
【図１４】従来例に係る超電導磁場発生装置を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
図中、１は超電導磁場発生装置、２は超電導体、２１は磁場発生面、２３は裏面、２５は側面、３は冷却装置、３３は冷却部、４は冷却取付部材、４０は側面固定部、４１は先端面、４２は対向面、４５は固定機構、５は断熱容器、５０は真空断熱室、５１は筒壁部、５２は先端部、２００はスパッタリング成膜装置、２０２は基台、２０３は成膜室、２０４は減圧チャンバ、２０６はターゲット２０６、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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【図１４】
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