(57)【要約】【課題】簡単な構成で低抵抗な超伝導環状部材を提供することを目的とする。【解決手段】超伝導環状部材２１は、超伝導層３０と、超伝導層を覆う保護層３１と、を備える。超伝導層３０は、全周に亘って連続した環状をなしている。また、超伝導環状部材２１は、超伝導層３０と保護層３１とを備える超伝導線材２５の両端が接合されている接合部３３を有していてもよい。そのため、超伝導線材２５を利用することで、安価かつ簡単な構成でありながら低抵抗な超伝導環状部材２１を提供できる。なお、基板に超伝導材料を溶射する製法により、繋ぎ目のない円筒状の超伝導磁気シールド装置を生成することもできる。しかし、その場合、工数や材料費等の問題でコストが高くなる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導層と、
前記超伝導層を覆う保護層と、を備え、
前記超伝導層は、全周に亘って連続した環状をなしている、超伝導環状部材。
【請求項２】
前記超伝導層と前記保護層とを備える超伝導線材の両端が接合されている接合部、を更に備える、請求項１に記載の超伝導環状部材。
【請求項３】
前記接合部では、前記両端において前記保護層から前記超伝導層が露出している面が、互いに接合されている、請求項２に記載の超伝導環状部材。
【請求項４】
前記超伝導層が露出した面の裏側の面は、前記保護層によって覆われている、請求項３に記載の超伝導環状部材。
【請求項５】
前記両端のうち一端における、前記保護層から前記超伝導層が露出している面が前記超伝導線材の表面に形成されており、
前記両端のうち他端における、前記保護層から前記超伝導層が露出している面が前記超伝導線材の裏面に形成されている、請求項３又は４に記載の超伝導環状部材。
【請求項６】
前記接合部を補強する補強手段を、更に備えている、請求項２〜５の何れか一項に記載の超伝導環状部材。
【請求項７】
円筒形状の基板と、
請求項１〜６の何れか一項に記載の超伝導環状部材と、を備え、
前記超伝導環状部材は、前記基板の内周側又は外周側に複数設置されている、超伝導磁気シールド装置。
【請求項８】
請求項７に記載の超伝導磁気シールド装置を備える、脳磁計装置。
【請求項９】
超伝導層と前記超伝導層を覆う保護層とを有する超伝導線材において、両端の前記保護層の一部を剥がし、超伝導層が露出した面を形成する工程と、
前記両端の前記超伝導層が露出した面を、互いに接合させて加圧した状態で焼成する工程と、を備える、超伝導環状部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超伝導環状部材、超伝導磁気シールド装置、脳磁計装置、及び超伝導環状部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超伝導層と、超伝導層を覆う保護層と、を備えた超伝導環状部材が用いられている。この超伝導環状部材の利用方法として、例えば、超伝導磁気シールドがある。特許文献１では、超伝導量子干渉計（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＱＵＩＤ）センサと、ＳＱＵＩＤセンサを取り囲む超伝導磁気シールド装置と、を用いた脳磁計装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−２５１５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のような超伝導環状部材は、例えば、超伝導線材の両端を接合して環状とすることで構成される場合がある。ここで、通常、市販の超伝導線材を用いて環状に形成する際、線材の両端の接合部において超伝導線材の保護層（例えば、銀層）が重なり合う。その場合、抵抗値が所望の値よりも高くなり、内部電流が短時間で減衰する。そのため、超伝導環状部材を超伝導磁気シールド装置に用いる場合においては、ＤＣ磁場の遮蔽が短期間でできなくなる恐れがあった。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、簡単な構成で低抵抗な超伝導環状部材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】
【０００６】
本発明に係る超伝導環状部材は、超伝導層と、超伝導層を覆う保護層と、を備え、超伝導層は、全周に亘って連続した環状をなしている。
【０００７】
この超伝導環状部材は、超伝導層が全周に亘って連続しているため、保護層を介して超伝導線材の両端部を接合した場合よりも抵抗を低くすることができる。これによって、簡単な構成で低抵抗な超伝導環状部材を得ることができる。
【０００８】
本発明に係る超伝導環状部材において、超伝導層と保護層とを備える超伝導線材の両端が接合されている接合部を更に備えてもよい。このような構成により、超伝導線材を利用した、安価かつ簡単な構成でありながら低抵抗な超伝導環状部材を得ることができる。
【０００９】
本発明に係る超伝導環状部材において、接合部では、両端において保護層から超伝導層が露出している面が互いに接合されていてもよい。このような構成により、両端の露出面同士を接合していない超伝導環状部材よりも、容易に低抵抗な超伝導環状部材を得ることができる。
【００１０】
本発明に係る超伝導環状部材において、超伝導層が露出した面の裏側の面は、保護層によって覆われていてもよい。このような構成により、端部の両面において保護層を残さずに超伝導層を露出させた場合よりも、接合部における超伝導層の露出を抑えることができる。
【００１１】
本発明における超伝導環状部材において、両端のうち一端における保護層から超伝導層が露出している面が超伝導部材の表面に形成されており、両端のうち他端における保護層から超伝導層が露出している面が超伝導線材の裏面に形成されていてもよい。このような構成により、超伝導線材がねじれることなく（メビウスの輪となることなく）環状に接合されている。
【００１２】
本発明に係る超伝導環状部材は、接合部を補強する補強手段を、更に備えてもよい。このような構成により、接合部の強度を上げることができ、破損を抑止することができる。
【００１３】
本発明に係る超伝導環状部材の製造方法は、超伝導層と該超伝導層を覆う保護層とを有する超伝導線材において、両端の保護層の一部を剥がし、超伝導層が露出した面を生成する工程と、両端の超伝導層が露出した面を、互いに対向させて加圧した状態で焼成する工程と、を備える。
【００１４】
この超伝導環状部材の製造方法は、超伝導線材を利用しつつ、超伝導層が全周に亘って連続するため、安価かつ簡単な構成で低抵抗な超伝導環状部材を得ることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、簡単な構成で低抵抗な超伝導環状部材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る脳磁計装置を示す概略図である。
【図２】図１に示す脳磁計装置の中心線軸Ｃに沿った断面図である。
【図３】（ａ）実施形態に係る超伝導環状部材の斜視図である。（ｂ）実施形態に係る超伝導環状部材の接合処理前の状態を示す概念図である。
【図４】実施形態に係る超伝導環状部材の接合部を上面から見た概念図である。
【図５】実施形態に係る超伝導環状部材の断面図である。
【図６】実施形態に係る超伝導環状部材の製造方法のフローチャートである。
【図７】実施形態に係る超伝導環状部材の接合処理を示す概念図である。
【図８】実施形態に係る超伝導環状部材の接合部に加圧治具を設けた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本実施形態に係る超伝導環状部材の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、特に明示する場合を除き、上下方向は説明図面中の方向を示す。また、各図において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１８】
図１に示す脳磁計装置１は、計測ユニット１Ａ内の計測位置Ｈに頭が位置するように着座した被験者Ｐに対して、脳の神経活動に伴って発生する微弱な磁場を非接触で計測、解析する装置である。この計測ユニット１Ａは、脳で発生する磁場を検出するＳＱＵＩＤセンサ３を備えている。この脳磁計装置１では、被験者Ｐの脳の様々な位置から発生する磁場を検出するため、数十個〜数百個（６４個，１２８個，２５６個など）といった多数の上記ＳＱＵＩＤセンサ３が、計測位置Ｈの周囲に配置され、センサホルダ４で固定されている。
【００１９】
計測ユニット１Ａは、ＳＱＵＩＤセンサ３を冷却する液体ヘリウム５を収納するためのデュワー（容器）７を備えている。デュワー７は、図１に示すように、円筒状で有底の断熱容器である。また、デュワー７の底部７ｂは、被験者Ｐの頭部を覆うように内に凹んでいる。
【００２０】
センサホルダ４は、ＳＱＵＩＤセンサ３の耐震性を向上させて、生体磁場の計測に対する振動の影響を低減させるべく、デュワー７の内側面７ａに固定されている。
【００２１】
更に、計測ユニット１Ａは、デュワー７を包囲するように配置される、被験者Ｐを覆う二重構造の筒型体１５を備えている。この二重構造の筒型体１５の外筒部１５ａと内筒部１５ｂとの間には、超伝導磁気シールド装置１１が内蔵されている。また、筒型体１５とデュワー７との間には断熱材１９が充填されている。
【００２２】
脳磁計装置１は、被験者Ｐの脳で発生する極めて微弱な磁場を検出するため、計測位置Ｈの近傍における外部磁場の影響を除去する必要がある。このため、脳磁計装置１は、中心軸線Ｃが計測位置Ｈを通るように配置された筒状の超伝導磁気シールド装置１１を備えている。超伝導磁気シールド装置１１は、デュワー７を包囲して筒型体１５の外筒部１５ａに支持されると共に、筒型体１５の上下寸法とほぼ同じ寸法で延在している。また、計測位置Ｈは、中心軸線Ｃ上に位置すると共に、上下方向においても超伝導磁気シールド装置１１の全高のほぼ中央に位置している。
【００２３】
また、脳磁計装置１は、超伝導磁気シールド装置１１を冷却するための極低温の冷却ガスを超伝導磁気シールド装置１１へ送出すると共に、超伝導磁気シールド装置１１を冷却した後の冷却ガスが流入する冷凍機１Ｂを有している。なお、冷凍機１Ｂとして、ＧＭ冷凍機、スターリング冷凍機、パルスチューブ冷凍機等が特に好ましい。また、冷却ガスとして、例えばヘリウムガスを用いることもできる。
【００２４】
次に、本実施形態の超伝導環状部材２１を用いた超伝導磁気シールド装置１１の構成について説明する。
【００２５】
図２に示す超伝導磁気シールド装置１１は、計測位置Ｈの近傍において、例えば地磁気、外部磁場の変動等の影響を除去するためのものである。超伝導磁気シールド装置１１は、基板２０と、複数の超伝導環状部材２１と、冷却ガス配管２２と、を備えている。
【００２６】
基板２０は、超伝導環状部材２１を支持すると共に、冷却ガスが流通する冷却ガス配管２２により冷却されることで超伝導環状部材２１を冷却するためのものである。基板２０は、中心軸線Ｃを中心とした中空の円筒形状をなしており、全体の上下寸法は、筒型体１５の上下寸法とほぼ同じ寸法となっている。なお、本実施形態では脳磁計装置１へ好適に適用される超伝導磁気シールド装置１１の基板２０の一例として、外径寸法が約６５０ｍｍ、基板２０全体での上下寸法が約１６００ｍｍ程度のものを用いる。また、本実施形態における基板２０は、ニッケルを含む金属によって構成されているが、ＳＵＳ３０４、真鍮、銅等の材料によって構成してもよい。
【００２７】
超伝導環状部材２１は、基板２０に設置される。超伝導環状部材２１は、超伝導転移温度以下まで冷却されて超伝導状態となることで完全反磁性を示すため、基板２０の内周側の磁場変動を除去することができる。すなわち、超伝導環状部材２１の完全反磁性によって、基板２０に包囲された計測位置Ｈが外部磁場から遮蔽される。これにより、ＳＱＵＩＤセンサ３では、外部磁場によるノイズの影響をほとんど受けることなく、微弱な磁場計測が可能になる。
【００２８】
また、超伝導環状部材２１は、基板２０の内周側に複数設置され、それぞれが基板２０の内周に沿って一周する環状に形成されている。また、超伝導環状部材２１は、基板２０の中心軸線Ｃ方向に沿って略等間隔に並んで配置されているため、超伝導環状部材２１の内周側の磁場変動を除去する作用を中心軸方向において均一できる。なお、超伝導環状部材２１は、基板２０の外周に沿って一周する環状に形成されるように、基板２０の外周側に設置してもよい。
【００２９】
冷却ガス配管２２は、複数の基板２０全体の外周側を、基板２０に沿って上下に往復するように取り付けられている。また、冷却ガス配管２２は、１本の流路を形成する、複数本の管で構成されている。これら複数本の管は、管同士を公知の手段で連結することで一本の流路を形成する。また、冷却ガス配管２２は、途中で分岐も合流もしていない。なお、１本の管で１本の流路を構成する冷却ガス配管や複数の流路を構成する冷却ガス配管を超伝導磁気シールド装置１１に用いてもよい。更には、途中で分岐又は合流をする冷却ガス配管を超伝導磁気シールド装置１１に用いてもよい。
【００３０】
次に、本実施形態に係る超伝導環状部材２１の構成について、図３〜図５を用いて詳細に説明する。
【００３１】
図３（ａ）に示すように、超伝導環状部材２１は、全体として円形の環状をなしている。超伝導環状部材２１は、超伝導層３０と、それを覆う保護層３１と、を備えている（図５参照）。超伝導環状部材２１は、超伝導層３０と保護層３１とを備える帯状の超伝導線材２５の両側の端部３２Ａ，３２Ｂ（図３（ｂ）参照）を互いに接合することで、環状に形成されている。従って、超伝導環状部材２１は、超伝導線材２５の両端が接合されている接合部３３を備える。接合部３３では、超伝導線材２５の一端における表面２６Ａと他端における裏面２６Ｂとが、互いに接合されている。なお、表面２６Ａは、保護層３１が施された面と保護層３１が剥離された後述の露出面３４Ａとを含む。また、裏面２６Ｂは、保護層３１が施された面と保護層３１が剥離された後述の露出面３４Ｂとを含む。また、図４は接合部３３を外周面から垂直な方向から見た概念図であり、実線及び破線は両端の端部３２Ａ，３２Ｂの境界を示している。
【００３２】
超伝導層３０は、ビスマス系酸化物超伝導体であり、磁束侵入長よりも十分に大きい膜厚を有している。例えば、超伝導層３０の厚さは、０．１〜０．２ｍｍとしてよい。ここで、超伝導環状部材２１に用いられるビスマス系酸化物超伝導体として、例えば、組成式Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘで表されるＢｉ２２２３が好ましい。なお、超伝導環状部材２１に用いられる超伝導体としては、Ｂi２２１２等が採用されてもよい。
【００３３】
超伝導層３０は、全周に亘って連続した環状をなしている。超伝導層３０が全周に亘って連続した状態とは、超伝導層３０が全周に亘って途切れることなく、電気的にかつ物理的に連続している状態である。すなわち、超伝導環状部材２１の内部において、超伝導層３０は、全周に亘って間に他の部材を挟むことなく、電気的かつ物理的に連続するように形成されている。
【００３４】
保護層３１は、銀を材料として構成される。なお、保護層３１には、銅、ステンレス等を材料として用いてもよい。保護層３１は、超伝導層３０を内周面及び外周面から挟み込むようにして形成されていてもよいし、超伝導層３０の横断面視における四方を囲むようにして形成されていてもよい。例えば、保護層３１の厚さは、０．０２〜０．１ｍｍとしてよい。
【００３５】
図３（ｂ）及び図７に示すように、接合部３３では、超伝導線材２５の両端において保護層３１から超伝導層３０が露出している露出面３４Ａ，３４Ｂが、互いに接合されている。超伝導線材２５の一端側の露出面３４Ａは、表面２６Ａ（外周側）の保護層３１が線方向に剥離されることで形成される。また、一端側の露出面３４Ａの裏側の面３６Ａ（内周側の面）では保護層３１が剥離されていない。従って、超伝導層３０における露出面３４Ａの裏側の面３６Ａは保護層３１によって覆われている。超伝導線材２５の他端側の露出面３４Ｂは、裏面２６Ｂ（内周側）の保護層３１が線方向に剥離されることで形成される。他端側の露出面３４Ｂの裏側の面３６Ｂ（外周側の面）では保護層３１が剥離されていない。従って、超伝導層３０における露出面３４Ｂの裏側の面３６Ｂは保護層３１によって覆われている。
【００３６】
以上によって、超伝導環状部材２１では、両端のうち一端における露出面３４Ａが超伝導線材２５の表面２６Ａに形成されており、両端のうち他端における露出面３４Ｂが超伝導線材２５の裏面２６Ｂに形成されている。これにより、超伝導線材２５がねじれることなく（メビウスの輪となることなく）環状に接合されている。また、接合部３３においては、露出面３４Ａ，３４Ｂにおける超伝導層３０が一体となるように形成される。これにより、接合部３３においても、超伝導層３０が電気的及び物理的に途切れることなく、連続した状態となる。なお、製造時において露出面同士が圧縮及び焼成されて露出面３４Ａ，３４Ｂが一体となる。そのため、図５では、互いの境界は示されていない。
【００３７】
露出面３４Ａ，３４Ｂにおいて、保護層３１は、図４に示すように線淵を底辺、線幅を高さとする略平行四辺形状に剥離されている。なお、接合処理において、両端の位置決めを容易にするために、先端Ａにおいて線幅方向に長さＷの遊びを設けている。例えば、遊びの長さＷは１ｍｍ、露出面３４Ａ，３４Ｂの線方向における全長にあたる長さＬは２０ｍｍ、略平行四辺形形状の底辺部分の長さＴは１０ｍｍとしてよい。なお、各部分の長さはこれに限定されない。例えば、Ｗが０ｍｍ〜線幅、Ｌが２〜５０ｍｍ、Ｔが１〜４９ｍｍの範囲で構成されてもよい。また、露出面３４Ａ，３４Ｂの形状も略平行四辺形状に限定されない。例えば、単に線幅を短辺又は長辺とする長方形形状であってもよく、線幅を一辺とする正方形であってもよい。
【００３８】
次に、本実施形態に係る超伝導環状部材２１の製造方法について、図６、図７、及び図８を用いて説明する。図６は、超伝導環状部材２１の製造方法のフローチャートである。
【００３９】
まず、各端部３２Ａ，３２Ｂの片面のみにおいて保護層３１としての銀被膜を剥離することで、超伝導層３０の露出した露出面３４Ａ，３４Ｂが形成される（ステップＳ１）。ここで、図７に示すように、両端の保護層３１の剥離により形成された段の線方向の長さＳを両端で同程度とすることで、接合処理後、接合部３３において超伝導層３０が露出する部分を無くす或いは微小にすることができる。
【００４０】
次に、露出面３４Ａ，３４Ｂの間に、超伝導層３０と同様の超伝導体である原料粉３５が塗布される（ステップＳ２）。
【００４１】
次に、露出面３４Ａ，３４Ｂを対向させて両端の端部３２Ａ，３２Ｂを接合させた状態で、図８に示すように加圧治具４０によって露出面３４Ａ，３４Ｂと垂直方向Ｄに圧力が加えられる（ステップＳ３）。ここで加える圧力は、１００〜１０００ＭＰaとしてよい。
【００４２】
次に、加圧治具４０により圧力を加えた状態で、焼成を行う（ステップＳ４）。ここでの焼成条件は、８３０〜８５０℃で５０〜１５０時間としてもよい。以上の手順により、接合部３３において超伝導層３０が連続した、超伝導環状部材２１が製造される。
【００４３】
ここで、接合部３３において超伝導層３０が露出するのを防ぐため、樹脂により接合部３３を覆ってもよい。また、装置全体のスペースの許す限り、ステップＳ３で用いた加圧治具４０を接合部３３に取り付けたまま使用してもよい。
【００４４】
次に、本実施形態に係る超伝導環状部材２１の作用・効果について説明する。
【００４５】
以上説明したように、超伝導環状部材２１は、超伝導層３０と、それを覆う保護層３１と、を備えている。そして、超伝導層３０は、全周に亘って連続した環状をなしている。この構成により、保護層３１を介して超伝導線材２５の端部３２Ａ，３２Ｂを接合した場合よりも抵抗を低くすることができる。そのため、簡単な構成で低抵抗な超伝導環状部材２１を得ることができる。例えば、ステップＳ４において、大気雰囲気の環境下、８３８℃で１００時間の熱処理を行ったところ、７０〜９０Ｋで０．５〜５．０Ａの超伝導電流が維持される、超伝導環状部材２１を形成できた。一方、保護層を介して超伝導線材の両端部を接合した場合は、前述の超電導電流を維持できなかった。
【００４６】
また、超伝導環状部材２１は、超伝導層３０と保護層３１とを備える超伝導線材２５の両端が接合されている接合部３３を有している。そのため、超伝導線材２５を利用した、安価かつ簡単な構成でありながら低抵抗な超伝導環状部材２１を得ることができる。なお、基板に超伝導材料を溶射する製法により、繋ぎ目のない円筒状の超伝導磁気シールド装置を形成する構成を採用してもよい。その場合、上述の実施形態に比して、工数や材料費等の問題でコストが高くなる。
【００４７】
また、接合部３３では、両端において保護層３１から超伝導層３０が露出している露出面３４Ａ，３４Ｂが互いに接合されている。この構成に限らず、両端の露出面同士を接合せずに端部３２Ａと端部３２Ｂの先端同士を突き合わせて接合することにより、両端の超伝導層３０を接触させてもよい。なお、両端の露出面同士を互いに接合した方が、上記のような露出面同士を接合せずに端部３２Ａ，３２Ｂの先端同士を突き合わせて接合するよりも、容易に低抵抗な超伝導環状部材を容易に得ることができる。
【００４８】
また、超伝導層３０が露出した露出面３４Ａ，３４Ｂの裏側の面３６Ａ，３６Ｂは、保護層３１によって覆われている。そのため、各端部の両面において保護層３１を残さずに超伝導層３０を露出させた場合よりも、接合部３３における超伝導層３０の露出を抑えることができる。
【００４９】
また、超伝導環状部材２１は、接合部３３を補強する補強手段として、樹脂層か加圧治具を設けて使用することで、接合部３３の強度を上げることができ、破損を抑止することができる。
【００５０】
また、超伝導環状部材２１の製造方法は、超伝導層３０と超伝導層３０を覆う保護層３１とを有する超伝導線材において、両端の保護層３１の一部を剥がし、超伝導層３０が露出した面を生成する工程と、両端の超伝導層３０が露出した面を、互いに対向させて加圧した状態で焼成する工程と、を備える。そのため、超伝導線材を利用しつつ超伝導層３０が全周に亘って連続するため、安価かつ簡単な構成で低抵抗な超伝導環状部材２１を提供できる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本実施形態に係る超伝導環状部材、超伝導磁気シールド、脳磁計、及び超伝導環状部材の製造方法は上記に限定されず、種々の変更を行うことができる。
【００５２】
例えば、超伝導環状部材は、内周面及び外周面の両側に保護層３１が設けられていたが、少なくとも一方に設けられていればよい。
【００５３】
なお、上記実施形態では、超伝導環状部材２１を超伝導磁気シールド装置１１に用いることとしたが、これに限定されず、ケーブルや永久電流モードで使用するマグネット、超伝導センサ等にも適用できる。
【符号の説明】
【００５４】
１…脳磁計装置、１１…超伝導磁気シールド装置、２０…基板、２１…超伝導環状部材、２５…超伝導線材、２６Ａ…表面、２６Ｂ…裏面、３０…超伝導層、３１…保護層、３２Ａ，３２Ｂ…端部、３３…接合部、３４Ａ，３４Ｂ…露出面、３６Ａ，３６Ｂ…裏側の面、４０…加圧治具。
【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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