(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の円筒形セラミック基材の外表面に導電性パターンを形成する工程、
前記導電性パターン上に、高温超伝導微粒子および／または高温超伝導体前駆物質微粒子を泳動電着させる工程、及び
前記第１の円筒形セラミック基材を熱処理して、前記微粒子を焼結させ、インプットコイルおよびこのインプットコイルと一体型のピックアップコイルを形成する工程
を具備することを特徴とする量子干渉型磁束計の製造方法。
【請求項２】
第１の円筒形セラミック基材の上部内表面に、導電性層を形成する工程、
前記導電性層上に、高温超伝導微粒子および／または高温超伝導体前駆物質微粒子を泳動電着させる工程、及び
前記第１の円筒形セラミック基材を熱処理して、前記微粒子を焼結させ、第１の磁気シールド層を形成する工程
を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の量子干渉型磁束計の製造方法。
【請求項３】
前記ピックアップコイルの外径よりも大きな内径を有する第２の円筒形セラミック基材の外表面に導電性膜を形成する工程、
前記導電性膜上に、高温超伝導微粒子および／または高温超伝導体前駆物質微粒子を泳動電着させる工程、及び
前記第２の円筒形セラミック基材を熱処理して、前記微粒子を焼結させ、第２の高温超伝導シールド層を形成する工程、
前記第２の円筒形セラミック基材の下端部内に前記ピックアップコイルの先端部が挿入されるように配置する工程、および
前記第２の円筒形セラミック基材の上端部から高温超伝導量子干渉型素子を挿入して、前記インプットコイルと前記高温超伝導量子干渉型素子を磁気的に結合させる工程
を更に具備することを特徴とする請求項１または２に記載の量子干渉型磁束計の製造方法。
【請求項４】
前記導電性パターン、導電性層および導電性膜は、セラミック基材の表面に導電性ペースト層を形成し、この導電性ペースト層を熱処理することにより形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の量子干渉型磁束計の製造方法。
【請求項５】
前記導電性パターン、導電性層および導電性膜は、導電性物質のメッキ、または導電性物質の蒸着により形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の量子干渉型磁束計の製造方法。
【請求項６】
前記導電性パターン、導電性層および導電性膜は、銀を主成分として含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の量子干渉型磁束計の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、量子干渉型磁束計、特に、高温超伝導薄膜を用いた量子干渉型磁束計の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
量子干渉型（以下、ＳＱＵＩＤと呼ぶ）磁束計は、地磁気の５，０００万分の１以下の磁場を検出することができる高感度の磁気センサである。超伝導の量子化現象を利用しており、従来の磁気センサよりも３桁以上の高感度を有している。特に、高温超伝導薄膜を用いたＳＱＵＩＤ磁束計の開発により、液体窒素温度（７７．３Ｋ）での動作が可能となり、その応用分野は拡大しつつある。
【０００３】
ＳＱＵＩＤ磁束計は、超伝導薄膜を微細加工して、弱い超伝導状態である接合部を図４に示すように並列に接続したデバイスである。ＳＱＵＩＤ磁束計にバイアス電流を流すと、図５に示すように、臨界電流値（Ｉｃ）までは超伝導状態であるため、ＳＱＵＩＤ磁束計の両端に発生する電圧はゼロである。しかし、臨界電流値を越えると、ＳＱＵＩＤ磁束計は常伝導状態に変化し、電圧が派生する。
【０００４】
一方、ＳＱＵＩＤ磁束計に磁場を印加し、並列に接続された接合部分のループに磁束を入れると、臨界電流値が減少する。
【０００５】
ここで、図６に示すように、バイアス電流を臨界電流値近傍に固定して、外部から磁場を印加すると、ＳＱＵＩＤ磁束計の両端に発生する電圧が変化する。この電圧変化を検出することにより、磁場の強さを測定することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の高温超伝導薄膜を用いたＳＱＵＩＤ磁束計では、そのピックアップコイルの作製が非常に困難であるという問題がある。即ち、高温超伝導材料は、成形、加工が困難であることから、同軸型ピックアップコイルの形状に仕上げることが出来ないため、通常、平板型ピックアップコイルとして、薄膜デバイスであるＳＱＵＩＤ素子と一体化して作製していた。
【０００７】
即ち、高温超伝導材料を用いた同軸型ピックアップコイルは、これまで作製されていなかった。
このように、従来の高温超伝導材料を用いたＳＱＵＩＤ磁束計のピックアップコイルは平板型であるため、磁気測定においては、ＳＱＵＩＤ素子に対して鉛直方向の磁気勾配に対する感受性はなかった。
【０００８】
本発明は、このような事情の下になされ、ＳＱＵＩＤ素子に対し鉛直方向の磁気勾配に対する感受性を有する、同軸型ピックアップコイルを備えた量子干渉型磁束計の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、第１の円筒形セラミック基材の外表面に導電性パターンを形成する工程、前記導電性パターン上に、高温超伝導微粒子および／または高温超伝導体前駆物質微粒子を泳動電着させる工程、及び前記第１の円筒形セラミック基材を熱処理して、前記微粒子を焼結させ、インプットコイルおよびこのインプットコイルと一体型のピックアップコイルを形成する工程を具備することを特徴とする量子干渉型磁束計の製造方法を提供する。
【００１０】
本発明の量子干渉型磁束計の製造方法は、第１の円筒形セラミック基材の内表面に、導電性層を形成する工程、前記導電性層上に、高温超伝導微粒子および／または高温超伝導体前駆物質微粒子を泳動電着させる工程、及び前記第１の円筒形セラミック基材を熱処理して、前記微粒子を焼結させ、第１の磁気シールド層を形成する工程を更に具備するものとすることが出来る。
【００１１】
また、前記ピックアップコイルの外径よりも大きな内径を有する第２の円筒形セラミック基材の外表面に導電性膜を形成する工程、前記導電性膜上に、高温超伝導微粒子および／または高温超伝導体前駆物質微粒子を泳動電着させる工程、及び前記第２の円筒形セラミック基材を熱処理して、前記微粒子を焼結させ、第２の高温超伝導シールド層を形成する工程、前記第２の円筒形セラミック基材の下端部内に前記ピックアップコイルの先端部が挿入されるように配置する工程、および前記第２の円筒形セラミック基材の上端部から高温超伝導量子干渉型素子を挿入して、前記インプットコイルと前記高温超伝導量子干渉型素子を磁気的に結合させる工程を更に具備するものとすることが出来る。
【００１２】
以上の本発明の方法において、導電性パターン、導電性層および導電性膜は、セラミック基材の表面に導電性ペースト層を形成し、この導電性ペースト層を熱処理することにより形成することが出来る。或いはまた、導電性物質のメッキ、または導電性物質の蒸着により形成することが出来る。
【００１３】
なお、導電性パターン、導電性層および導電性膜は、銀を主成分として含むものとすることが出来る。
【００１４】
以上のように構成される本発明の量子干渉型磁束計の製造方法によると、円筒形セラミック基材の外面に、インプットコイルと一体型の、同軸型ピックアップコイルを形成することが出来るため、高温超伝導量子干渉型素子に対し鉛直方向の磁気勾配に対しても高い感受性を付与することが出来る。
【００１５】
また、ピックアップコイルのスケールアップが容易であるため、感度の向上を容易に行うことが可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明は、円筒形セラミック基材に泳動電着により高温超伝導微粒子および／または高温超伝導体前駆物質微粒子を堆積することにより、インプットコイルおよびこのインプットコイルと一体型の同軸型ピックアップコイルを形成することを特徴とする。
【００１７】
本発明に使用される円筒形セラミック基材としては、１０００℃程度までの耐熱性を有すること、超伝導体に対して安定であること、比較的超伝導体の熱膨張係数に近いことなどの条件から、アルミナ(Ａｌ２Ｏ３)、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、イットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等を用いることが出来る。入手性の点で、これらの中では、アルミナを好ましく用いることが出来る。
【００１８】
本発明に使用される高温超伝導微粒子および／または高温超伝導体前駆物質微粒子としては、特に限定されないが、例えば、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７粒子、ＹＢａ２Ｃｕ４Ｏ８粒子等を用いることが出来る。
【００１９】
本発明において、高温超伝導微粒子および／または高温超伝導体前駆物質微粒子は、泳動電着により堆積されるので、その下地は導電性でなければならない。そのため、円筒形セラミック基材表面に導電性材料を被着させる必要がある。導電性材料としては、超伝導体と反応しない金属として銀が好ましい。
【００２０】
円筒形セラミック基材表面に導電性材料を被着させる方法としては、導電性ペーストを塗布し、熱処理する方法、導電性材料をめっきまたは蒸着により被着する方法等を挙げることが出来る。
銀ペーストとしては、９０４Ｔ、ＦＳＰ−３０６Ｔ、ＭＨ−１０６Ｄ（商品名：田中貴金属社製）を挙げることが出来る。
【００２１】
泳動電着は、高温超伝導微粒子および／または高温超伝導体前駆物質微粒子を分散させた溶媒中に円筒形セラミック基材を配置し、被着された導電性材料に対向させて陽極を配置し、導電性材料を陰極として用い、電極間に電圧を印加することにより行われる。溶媒としては、トルエン、アセトン等を用いることが出来る。溶媒中の微粒子の濃度は、通常、３０ｍｇ〜４０ｍｇ／ｃｍ３であり、ヨウ素の濃度は、０．４ｍｇ／ｃｍ３である。
【００２２】
泳動電着の条件は、通常用いられる条件を用いることが出来る。例えば、電圧４０〜５００Ｖ、時間１０〜６０秒である。なお、泳動電着は、磁場が泳動方向に対して平行に印加された状態で行うことが望ましい。
【００２３】
泳動電着された高温超伝導微粒子および／または高温超伝導体前駆物質微粒子は、次いで熱処理され、焼結される。この熱処理により、高温超伝導体前駆物質微粒子は高温超伝導微粒子となる。熱処理温度は９５０〜９３０℃、熱処理雰囲気は酸素であるのが好ましい。
【００２４】
以上、インプットコイルおよびこのインプットコイルと一体型の同軸型ピックアップコイルを形成する工程について説明したが、本発明では、円筒形セラミック基材の内面に高温超伝導膜からなる磁気シールドを形成する工程、およびピックアップコイルよりも大きい内径を有する別の円筒形セラミック基材の外面に高温超伝導膜を形成して磁気シールド管を得る工程も、上述と同様のプロセスで行うことが可能である。
【００２５】
以下、本発明の一実施例に係る量子干渉型磁束計の製造方法ついて、図面を参照して説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施例に係る方法により製造された量子干渉型磁束計のピックアップコイル部を取出して概略的に示す図である。また、図２は、図１に示すピックアップコイル部を備える量子干渉型磁束計を概略的に示す図である。
【００２７】
まず、純度９７％場のアルミナからなる、内径１８ｍｍ、外形２１ｍｍの第１の円筒形セラミック基材１を準備した。この円筒形セラミック基材１の上部内表面および外表面に、スクリーン印刷により、それぞれ内表面銀ペースト膜および外表面銀ペーストパターンを０．０５ｍｍの膜厚に形成した。銀ペーストとしては、ＦＳＰ−３０６Ｔ（田中貴金属社製）を用いた。
【００２８】
次いで、この第１の円筒形セラミック基材１を６００℃で１時間、大気中で熱処理した。この熱処理により、銀ペーストの揮発成分は蒸発し、銀成分が第１の円筒形セラミック基材１の内表面および外表面に固着した。その結果、膜厚０.０５ｍｍの内表面銀膜および外表面銀パターンが形成された。
【００２９】
次に、内表面銀膜および外表面銀パターン上に、高温超伝導微粒子またはを泳動電着させた。高温超伝導微粒子としては、本実施例の場合、粒径３μｍ以下のＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７粒子を用いた。泳動電着は、次のようにして行った。
【００３０】
即ち、アセトン５００ｍリットル、ヨウ素２００ｍリットル、およびＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７１５ｇを含む電着浴中に、円筒形セラミック基材１を配置した。陽極としてスパイラル状の白金線（０．５ｍｍ径）を円筒形セラミック基材１の外側に配置し、直線状の白金線（０．５ｍｍ径）を内側に配置した。なお、陰極としては、円筒形セラミック基材１の内表面および外表面に形成された内表面銀膜および外表面銀パターンを用いた。
【００３１】
陽極および陰極間に５００Ｖの電圧を２０秒間印加することにより、円筒形セラミック基材１の内表面および外表面に形成された内表面銀膜および外表面銀パターン上に、高温超伝導微粒子を泳動電着させた。
【００３２】
その後、第１の円筒形セラミック基材１を図３に示すような熱履歴で熱処理して、第１の高温超伝導微粒子を焼結した。熱処理雰囲気は、酸素であった。
【００３３】
熱履歴は、図３に示すように、まず３００℃ま昇温して１時間維持し、次いで５００℃／ｈの昇温速度で８００℃まで昇温し、次に１００℃／ｈの昇温速度で９３０℃まで昇温し、そこで１時間維持した。降温は、まず６０℃／ｈの降温速度で５００℃まで降温し、そこで５時間維持し、次いで６０℃／ｈの降温速度で常温まで冷却した。
【００３４】
その結果、第１の円筒形セラミック基材１の外表面に、ピックアップコイル２およびインプットコイル３が形成され、内表面に第１の磁気シールド４が形成された。このようにして、インプットコイル３と一体型のピックアップコイル２からなる同軸型のピックアップコイル部５が得られた。
【００３５】
次に、図２に示すように、ピックアップコイル部５の外径よりも大きな内径を有する第２の円筒形セラミック基材６の外表面全面に、銀ペーストを塗布した。銀ペーストとしては、上述と同様のものを用いた。
【００３６】
次いで、第２の円筒形セラミック基材６を、６００℃で１時間、大気中で熱処理した。この熱処理により、銀ペーストの揮発成分は蒸発し、銀成分が外表面全面に固着し、銀層を形成した。
【００３７】
その後、銀層上に、高温超伝導微粒子を泳動電着させた。高温超伝導微粒子および泳動電着の条件は、上述と同様であった。
【００３８】
更に、第２の円筒形セラミック基材６を、上述と同様の熱履歴で熱処理して、高温超伝導微粒子を焼結することにより、外表面に第２の磁気シールド層が形成された磁気シールド管７が得られた。
【００３９】
そして、磁気シールド管７の下端部内に上述のピックアップコイル部５の先端部が挿入されるように配置するとともに、磁気シールド管７の上端部から高温超伝導量子干渉型素子８を挿入して、ピックアップコイル部５のインプットコイル３と高温超伝導量子干渉型素子８を磁気的に結合させて、量子干渉型磁束計が完成された。
【００４０】
なお、ピックアップコイル部５の内面の第１の磁気シールド層３は、鉛直方向の磁気雑音を排除する役割を有する。
【００４１】
以上のようにして、量子干渉型磁束計を、簡単な工程で、精度よく、低コストで製造することが出来た。
【００４２】
以上説明した実施例では、円筒形セラミック基材に銀ペーストを塗布することにより導電性パターンまたは導電性層を形成したが、本発明はこれに限らず、メッキや蒸着により導電性物質を被着させてもよい。
【００４３】
また、以上の実施例では、高温超伝導微粒子を泳動電着した例を示したが、本発明はこれに限らず、熱処理により高温超伝導微粒子となる、高温超伝導前駆物質微粒子を泳動電着させてもよい。或いはまた、高温超伝導微粒子と高温超伝導前駆物質微粒子の混合物を泳動電着させることも可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によると、円筒形セラミック基材の外面に、インプットコイルと一体型の、同軸型ピックアップコイルを形成することが出来るため、高温超伝導量子干渉型素子に対し鉛直方向の磁気勾配に対しても高い感受性が付与された量子干渉型磁束計を、容易に提供することが出来る。
【００４５】
また、ピックアップコイルのスケールアップが容易であるため、感度の向上を容易に行うことが可能である。
【００４６】
本発明の方法により製造された量子干渉型磁束計により、磁気による非破壊検査や生体測定の精度を向上させることが出来ることから、本発明は、極微磁気測定の技術の進歩および用途拡大に対する貢献度が非常に高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る方法により製造された量子干渉型磁束計のピックアップコイル部を取出して示す斜視図。
【図２】図１に示すピックアップコイル部を備える量子干渉型磁束計を示す斜視図。
【図３】泳動電着された高温超伝導微粒子の熱処理における熱履歴を示す図。
【図４】ＳＱＵＩＤ磁束計の動作原理を説明するための図。
【図５】ＳＱＵＩＤ磁束計の動作原理を説明するための図。
【図６】ＳＱＵＩＤ磁束計の動作原理を説明するための図。
【符号の説明】
１…第１の円筒形セラミック基材
２…ピックアップコイル
３…インプットコイル
４…第１の磁気シールド層
５…同軸型ピックアップコイル部
６…第２の円筒形セラミック基材
７…磁気シールド管
８…ＳＱＵＩＤ素子。
【図１】
0004132720.tif 000002
【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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