JP2000258520A - 超電導体の冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空断熱式の超電導体の冷却装置において、
冷却性能により優れた超電導体の冷却装置を提供するこ
と。 【解決手段】 冷却装置１は、外容器２と、外容器２内
に配設される内容器３とを有している。内容器３の蓋部
３７には、貫通孔２１（内側部１８及び第１孔部３０）
と同軸の位置に貫通孔４２が設けられており、この貫通
孔４２に熱伝導体としてのサファイア棒４３が貫通固定
されている。サファイア棒４３の一方端（下方端）は、
内容器３の内部に位置して液体窒素４に接しており、そ
の他方端（上方端）は、第２容器部の内側部１８の内周
部分を通った状態で、内容器３の外部でサファイア板３
３に対向する位置にまで延びて配設されている。サファ
イア棒４３の他方端の取り付け面４３ａに超電導体とし
てのＳＱＵＩＤ基板４４が載置されて取り付けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超電導体の冷却装
置に関し、詳しくは真空断熱式の超電導体の冷却装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導体の冷却装置の従来技術として
は、T. S. Leeらにより、超電導量子干渉デバイス（ Su
perconducting Quantum Interference Device；以下単
にＳＱＵＩＤと云う）を超電導遷移温度以下に冷却する
真空断熱式の冷却装置が文献（Rev. Sci. Instrum. 67
(12) 1996 )に報告されている。図６は、この従来の超
電導体の冷却装置の構造を示す断面図である。

【０００３】この冷却装置５０は、密閉容器としての筐
体を成す外容器５１内に、密閉容器としての金属製の内
容器５２が配設されて成っている。外容器５１の上壁
は、その周方向に複数配置されたボルトで側壁に固定さ
れている。内容器５２の内部には冷媒としての液体窒素
５３が収納されており、この液体窒素５３に熱伝導体と
しての冷却棒５４の下端部が浸漬されている。冷却棒５
４は内容器５２の上壁を貫通し、さらに外容器５１の上
壁に穿設された孔部５５を挿通して外容器５１の外部に
突設されており、上端に超電導体としてのＳＱＵＩＤチ
ップ５６が設置されている。この冷却棒５４は二分割さ
れ、その下端部側は熱膨張係数が内容器５２と略同等の
銅製の棒から成り、これに連結された上端部側は熱膨張
係数が比較的小さいサファイア製の棒からなる。

【０００４】冷却棒５４の上方には、冷却棒５４の上端
部に被さるように、窓部５７を有するカップ状部材５８
が設置され、当該窓部５７がＳＱＵＩＤチップ５６に対
向するように配設されている。このカップ状部材５８の
開放端は、当該カップ状部材５８の上下動を許容するベ
ローズ５９を介して、外容器５１上壁の上記孔部５５の
周辺に結合されている。そして、外容器５１、カップ状
部材５８およびベローズ５９で画成された内空間は略真
空に保持され真空断熱層６０が形成されている。

【０００５】ＳＱＵＩＤチップ５６には、このＳＱＵＩ
Ｄチップ５６で得られる情報信号等を伝送するための配
線６１が接続されており、この配線６１は外容器５１の
上記孔部５５から一旦下方に導出され、外容器５１の上
壁に穿設された導出孔６２から上方の外部へ導出され
る。また、外容器５１の上壁には、内容器５２に液体窒
素５３を供給するための供給管６３が貫通配置され、内
容器５２に接続されている。また、カップ状部材５８
は、支持板６５および支持アーム６６を介して、当該カ
ップ状部材５８の上下動を可能とする送りねじ６７に螺
合される。この送りねじ６７は、外容器５１の上壁上面
に固定されている。

【０００６】このように構成された従来の冷却装置５０
では、内容器５２に収納された液体窒素５３により、冷
却棒５４を介してＳＱＵＩＤチップ５６が冷却される。
また、冷却棒５４およびＳＱＵＩＤチップ５６が、上記
真空断熱層６０内に位置するので、外部との熱交換が遮
断されてＳＱＵＩＤチップ５６の冷却状態が保持され
る。そして、この状態で、カップ状部材５８に設けられ
た窓部５７の上方に被検体６４が設置され、ＳＱＵＩＤ
チップ５６による被検体６４の磁気計測が実施される。
この時、上記送りねじ６７を回転し、カップ状部材５８
を上下に移動することで、ＳＱＵＩＤチップ５６と窓部
５７との間隔が最適な間隔にされて被検体６４の測定感
度が高められる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うな真空断熱式の超電導体の冷却装置において、冷却性
能により優れた超電導体の冷却装置を提供することを課
題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らの調査研究の
結果、上述した従来技術の冷却装置に対して、以下のよ
うな事実を新たに見出した。

【０００９】（１）超電導体（ＳＱＵＩＤチップ５６）
が、窓部を挟んで反対側に設けられている被検体の状態
を検知する際に、被検体等の外部からの輻射熱が窓部を
介して、超電導体に伝達される。これにより、超電導体
の温度が上昇し、超電導体の冷却効率が悪くなってしま
うことが判明した。

【００１０】（２）熱伝導体（冷却棒５４）が、内容器
を貫通する下端部側を銅とし、上端部側を非磁性で且つ
熱膨張係数が比較的小さいサファイアとされた二分割構
成とされている。しかしながら、このように異種部材を
連結する構成とすると、その連結部での熱伝導率が悪く
なり、超電導体の冷却効率が悪くなってしまうことも判
明した。

【００１１】上述した（１）の点を考慮し、請求項１に
記載の発明は、略密閉される内部空間を有し、窓部が設
けられた外容器と、外容器の内部空間内に配設され、冷
媒が収納される内容器と、内容器を貫通し、一方端が内
容器の内部に位置して冷媒に接すると共に他方端が窓部
に対向する位置に配設される熱伝導体と、熱伝導体の他
方端に取り付けられ、窓部を挟んで反対側に設けられる
被検体の状態を検知する超電導体と、を備え、外容器と
内容器とにより画成される空間が略真空に保持されて、
真空断熱層が形成され、窓部には、外容器外部からの輻
射熱の超電導体への伝達を抑制するための被覆層が形成
されていることを特徴としている。

【００１２】このように構成された超電導体の冷却装置
によれば、窓部には、外容器外部からの輻射熱の超電導
体への伝達を抑制するための被覆層が形成されているの
で、超電導体が、窓部を挟んで反対側に設けられている
被検体の状態を検知する際等に、被検体等の外容器外部
からの輻射される熱が窓部を介して、超電導体に伝達さ
れるのが抑制される。これにより、外部からの輻射熱の
伝達に起因した超電導体の温度の上昇を抑制し、超電導
体の冷却効率を向上することができる。

【００１３】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、窓部の所定位置は、被覆層が非形成と
されていることを特徴としている。この場合には、被覆
層が非形成とされている所定位置を介して、超電導体を
外部から観察することができる。

【００１４】上述した（２）の点を考慮し、請求項３に
記載の発明は、略密閉される内部空間を有し、上面に窓
部が設けられた外容器と、外容器の内部空間内に配設さ
れる内容器と、内容器を貫通し、下方端が内容器の内部
に位置すると共に上方端が窓部に対向する位置に配設さ
れ、一つの部材からなる熱伝導体と、熱伝導体の上方端
の上面に載置される超電導体と、を備え、外容器と内容
器とにより画成される空間が略真空に保持されて、真空
断熱層が形成され、内容器の内部には、超電導体を冷却
するための冷媒が、熱伝導体の内容器の内部に位置する
部分と接するように収納されていることを特徴としてい
る。

【００１５】このように構成された超電導体の冷却装置
によれば、冷媒の熱を、内容器を貫通し、下方端が内容
器の内部に位置すると共に上方端が窓部に対向する位置
に配設され、一つの部材からなる熱伝導体を通して、熱
伝導体の上方端の上面に載置される超電導体に伝導して
いる。これにより、上述した従来技術の冷却装置が有す
るような、異種部材が連結された連結部を介することな
く、冷媒の熱を超電導体に伝達することができ、熱伝導
率の悪化を抑制し、超電導体の冷却効率を向上すること
ができる。

【００１６】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の発明において、外容器は、内部に内容器が配設される
第１外容器部と、第１外容器部の上方に位置し、窓部が
設けられる第２外容器部と、を備え、第２外容器部は、
外周面に雄ねじ部が設けられる筒状部分を有し、筒状部
分の内側に熱伝導体が位置する内側部と、内周面に雄ね
じ部に螺合する雌ねじ部が設けられる筒状部分を有する
外側部と、を備えており、内側部と外側部のいずれか一
方が、第１外容器部に固定されており、内側部と外側部
のいずれか他方が、窓部が設けられた上面部を有してい
ることを特徴としている。この場合には、第１外容器部
の上方に位置し、窓部が設けられる第２外容器部が、内
側部の雄ねじ部が外側部の雌ねじ部へ螺合して結合され
る構造とされる。これにより、両ねじ部の螺合位置を変
化させて、内側部と外側部のうち第１外容器部に固定さ
れるいずれか一方と、内側部と外側部のうち窓部が設け
られた上面部を有するいずれか他方との相対位置が自在
に調整され、超電導体と窓部との間隔が容易に調整され
る。従って、従来の部品点数が多く複雑な位置調整機構
が不要とされる。

【００１７】上述した（２）の点を考慮し、請求項５に
記載の発明は、略密閉される内部空間を有し、窓部が設
けられた外容器と、外容器の内部空間内に配設される内
容器と、内容器を貫通し、一方端が内容器の内部に位置
すると共に他方端が窓部に対向する位置に配設され、一
つの部材からなる熱伝導体と、熱伝導体の他方端に取り
付けられる超電導体と、を備え、外容器と内容器とによ
り画成される空間が略真空に保持されて、真空断熱層が
形成され、内容器の内部には、超電導体を冷却するため
の冷媒が、熱伝導体の内容器の内部に位置する部分と接
するように収納されていることを特徴としている。

【００１８】このように構成された超電導体の冷却装置
によれば、冷媒の熱を、内容器を貫通し、一方端が内容
器の内部に位置すると共に他方端が窓部に対向する位置
に配設され、一つの部材からなる熱伝導体を通して、熱
伝導体の他方端に取り付けられる超電導体に伝導してい
る。これにより、上述した従来技術の冷却装置が有する
ような、異種部材が連結された連結部を介することな
く、冷媒の熱を超電導体に伝達することができ、熱伝導
率の悪化を抑制し、超電導体の冷却効率を向上すること
ができる。

【００１９】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
の発明において、外容器は、内部に内容器が配設される
第１外容器部と、窓部が設けられた第２外容器部と、を
備え、第２外容器部は、外周面に雄ねじ部が設けられる
筒状部分を有し、筒状部分の内側に熱伝導体が位置する
内側部と、内周面に雄ねじ部に螺合する雌ねじ部が設け
られる筒状部分を有する外側部と、を備えており、内側
部と外側部のいずれか一方が、第１外容器部に固定され
ており、内側部と外側部のいずれか他方が、窓部が設け
られた面部を有していることを特徴としている。この場
合には、窓部が設けられる第２外容器部が、内側部の雄
ねじ部が外側部の雌ねじ部へ螺合して結合される構造と
される。これにより、両ねじ部の螺合位置を変化させ
て、内側部と外側部のうち第１外容器部に固定されるい
ずれか一方と、内側部と外側部のうち窓部が設けられた
面部を有するいずれか他方との相対位置が自在に調整さ
れ、超電導体と窓部との間隔が容易に調整される。従っ
て、従来の部品点数が多く複雑な位置調整機構が不要と
される。

【００２０】請求項７に記載の発明は、請求項３〜６に
記載の発明において、超電導体が、窓部を挟んで反対側
に設けられる被検体の状態を検知する検知手段であっ
て、前記窓部には、外容器外部からの輻射熱の超電導体
への伝達を抑制するための被覆層が形成されていること
を特徴としている。この場合には、窓部には、外容器外
部からの輻射熱の超電導体への伝達を抑制するための被
覆層が形成されているので、超電導体が、窓部を挟んで
反対側に設けられている被検体の状態を検知する際等
に、被検体等の外容器外部からの輻射される熱が窓部を
介して、超電導体に伝達されるのが抑制される。これに
より、外部からの輻射熱の伝達に起因した超電導体の温
度の上昇を抑制し、超電導体の冷却効率を向上すること
ができる。

【００２１】請求項８に記載の発明は、請求項７に記載
の発明において、窓部の所定位置は、被覆層が非形成と
されていることを特徴としている。この場合には、被覆
層が非形成とされている所定位置を介して、超電導体を
外部から観察することができる。

【００２２】請求項９に記載の発明は、請求項４又は６
に記載の発明において、超電導体には、当該超電導体に
て得られた情報を伝送する配線が接続され、第１外容器
部に固定される内側部と外側部のいずれか一方には、配
線を外部に導出する導出孔が形成されていることを特徴
としている。この場合には、超電導体に接続された配線
は、内側部と外側部のうち第１外容器部に固定されるい
ずれか一方に形成された導出孔を通して真空断熱層から
外部へと導出される。これにより、内側部と外側部とに
よる超電導体と窓部との間隔調整を可能とした構造にお
いて、配線の挿通作業を簡易に行うことができる。

【００２３】請求項１０に記載の発明は、請求項４、６
及び９のいずれか一項に記載の発明において、内側部と
外側部との間に配設され、両ねじ部の螺合部よりも真空
断熱層寄りの部分の内側部と外側部との両方に当接し
て、真空断熱層を封止する封止部材が備えられているこ
とを特徴としている。この場合には、上記の両ねじ部の
螺合部よりも真空断熱層寄りの部分において、真空断熱
層が封止される。これにより、この両ねじ部の螺合部か
らの真空漏れが有効に防止できる。

【００２４】請求項１１に記載の発明は、請求項３〜１
０のいずれか一項に記載の発明において、内容器と外容
器とは、内容器を外容器の内部空間内に配設するための
固定部材を介して接続されており、内容器の固定部材が
固定される位置の周囲に、内容器の壁部の一部が薄形化
された薄形部が設けられていることを特徴としている。
この場合には、内容器の固定部材が固定される位置の周
囲に、内容器の壁部の一部が薄形化された薄形部が設け
られているので、内容器から固定部材への熱伝達が抑制
される。これにより、冷媒の熱が固定部材を介して内容
器から外容器に伝導されるのを抑制でき、外容器が冷却
されることを抑制できる。

【００２５】請求項１２に記載の発明は、請求項３〜１
１のいずれか一項に記載の発明において、内容器が繊維
強化プラスチックからなることを特徴としている。この
場合には、繊維強化プラスチックはその熱伝導率が金属
よりも小さいという特性を有しているので、冷媒の熱が
内容器を伝導して外部へ散逸することが抑制される。ま
た、内容器の熱伝導率が小さいため、これに接する封止
部材の冷却が一層抑制される。さらに、繊維強化プラス
チックが非磁性という特性を有しているので、超電導体
によって磁気計測を行う場合に磁気的な悪影響を及ぼす
ことがない。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００２７】図１は、本発明による超電導体の冷却装置
の一実施形態を示す概略上面図であり、図２は、図１の
II−II線に沿った概略断面図である。尚、図１において
は、窓部を取り外した状態を示している。冷却装置１
は、外容器２と、外容器２内に配設される内容器３とを
有している。

【００２８】外容器２はガラス繊維強化プラスチック
（ Glass Fiber Reinforced Plastics；以下単にＧＦＲ
Ｐと呼ぶ）で形成されており、第１外容器部１１と第２
外容器部１２を有している。第１外容器部１１は、主
に、筒状の胴部１３、板状の底部１４及び蓋部１５にて
構成されている。胴部１３と底部１４とは、一体成形さ
れている。胴部１３と蓋部１５とは、エポキシ樹脂を主
成分とする接着剤を用いて互いに固定されている。な
お、胴部１３と底部１４とを別体に形成し、エポキシ樹
脂を主成分とする接着剤を用いて、封止された状態で互
いに固定されるように構成することも可能である。ま
た、胴部１３と蓋部１５との固定部分の構造に関し、胴
部１３の蓋部１５側の端部に環状溝を設け、この環状溝
にフッ素樹脂からなるＯリングを配設し、後述する真空
引きにより、蓋部１５と胴部１３を固定するように構成
することも可能である。

【００２９】第２外容器部１２は、主に、筒状の内側部
１８、外側部１９及び蓋部２０にて構成される。内側部
１８は、第１外容器部１１の蓋部１５に対して一体成形
されている。従って、底部１４、胴部１３及び蓋部１５
により画成される第１外容器２の内部空間は、貫通孔２
１を介して、第２外容器部１２の内部空間（内側部１８
の内側の空間部分）と通じるように構成される。なお、
内側部１８を蓋部１５と別体に形成し、内側部１８の一
方の端部（下端部）と蓋部１５とが、エポキシ樹脂を主
成分とする接着剤により、封止された状態で固定される
ように構成することも可能である。

【００３０】内側部１８には、第１外容器部１１の蓋部
１５に固定される一方の端部の近傍位置の外周面に、雄
ねじ部２２が設けられている。外側部１９の一方の端部
（下端部）の近傍位置の内周面には、雄ねじ部２２に螺
合する雌ねじ部２３が設けられている。内側部１８の雄
ねじ部２２が形成された位置よりも他方の端部（上端
部）寄りの部分において、内側部１８の外周には、環状
溝２４が設けられ、環状溝２４には封止部材としてのフ
ッ素樹脂からなるＯリング２５が配設される。このＯリ
ング２５は外側部１９の内周面に圧接される。なお、環
状溝２４を複数形成し、各環状溝２４にＯリング２５を
配設するように構成することも可能である。

【００３１】外側部１９の他方の端部（上端部）には、
蓋部２０が外側部１９と一体形成されている。蓋部２０
の略中央位置には、所定の径を有する第１孔部３０が穿
設されている。また、蓋部２０には、第１孔部３０と略
同心軸の位置に、第１孔部３０の径より小さい径を有す
る第２孔部３１が、第１孔部３０に連続して穿設されて
いる。なお、蓋部２０と外側部１９とを別体に形成し、
エポキシ樹脂を主成分とする接着剤により、封止された
状態で固定されるように構成することも可能である。蓋
部２０と外側部１９とを別体に形成し、固定する場合、
蓋部２０に、外側部１９の他方の端部（上端部）の端面
に当接する第１部分と、外側部１９の他方の端部（上端
部）の内周面に対抗する外周面を有する第２部分とを設
けると共に、この第２部分の外側部１９の他方の端部
（上端部）の内周面に対抗する外周面に環状溝を設け、
この環状溝にフッ素樹脂からなるＯリングを配設させ
て、蓋部２０と外側部１９とを固定するように構成する
ことも可能である。

【００３２】図２に示されるように、第１孔部３０には
窓部としてのサファイア板３３が外挿されている。サフ
ァイア板３３は、蓋部２０の第１孔部３０と第２孔部３
１とで形成される段部３４に対して、エポキシ樹脂を主
成分とする接着剤により、封止された状態で固定され
る。サファイア板３３は、透磁性および透光性を有し、
平面視で略真円状に且つ略２００μｍの厚さに形成され
ている。また、サファイア板３３は、サファイア板３３
と段部３４との間にＯリングを介して、真空吸着させ
て、固定するように構成してもよい。

【００３３】内容器３も、外容器２と同様にＧＦＲＰで
形成されており、筒状の胴部３５、板状の底部３６及び
蓋部３７にて構成されている。胴部３５と底部３６とは
一体形成されている。胴部３５と蓋部３７とは、エポキ
シ樹脂を主成分とする接着剤を用いて、封止された状態
で互いに固定される。胴部３５、底部３６及び蓋部３７
により画成される内部空間には、冷媒としての液体窒素
４が収納されている。液体窒素４は、図示しない液体窒
素供給源から液体窒素供給通路５を介して内容器３内に
供給される。また、液体窒素４から気化した窒素は、窒
素排出通路６を介して内容器３及び外容器２の外側に排
出される。内容器３の蓋部３７及び第１外容器部１１の
蓋部１５には、液体窒素供給通路５及び窒素排出通路６
を通すための貫通孔７が設けられている。液体窒素供給
通路５及び窒素排出通路６とは、二重管構造となってお
り、内管と外管との間には発砲ウレタン４９が挿入され
ている。なお、胴部３５と底部３６とを別体に形成し、
エポキシ樹脂を主成分とする接着剤により、封止された
状態で固定されるように構成することも可能である。

【００３４】外容器２と内容器３とは、固定部材３８を
介して固定される。固定部材３８は、外容器２（第１外
容器部１１）の蓋部１５の内面（下面）と内容器３の蓋
部３７の外面（上面）とに固定される。詳細には、外容
器２（第１外容器部１１）の蓋部１５の内面（下面）と
内容器３の蓋部３７の外面（上面）との両者に形成され
た凹部に、固定部材３８の端部が嵌合された状態で、エ
ポキシ樹脂を主成分とする接着剤を用いて固定される。
内容器３の蓋部３７の凹部の周囲には、凹部を取り囲む
状態で溝部４０が形成されており、この溝部４０の形成
により、薄形部４１が形成されることになる。

【００３５】また、内容器３の蓋部３７には、貫通孔２
１（内側部１８及び第１孔部３０）と同軸の位置に貫通
孔４２が設けられており、この貫通孔４２に熱伝導体と
してのサファイア棒４３が貫通固定されている。孔部は
エポキシ樹脂を主成分とする接着剤で封止されている。
サファイア棒４３の一方端（下方端）は、内容器３の内
部に位置して液体窒素４に接しており、その他方端（上
方端）は、第２容器部の内側部１８の内周部分を通った
状態で、内容器３の外部でサファイア板３３に対向する
位置にまで延びて配設されている。サファイア棒４３の
他方端の取り付け面４３ａに超電導体としてのＳＱＵＩ
Ｄ基板４４が載置されて取り付けられている。第２外容
器部１２の蓋部２０の上方近傍には、図２に示されるよ
うに、サファイア板３３を挟んでＳＱＵＩＤ基板４４に
対向するように、ＳＱＵＩＤ基板４４の測定対象である
被検体７０が設置される。ＳＱＵＩＤ基板４４は、平面
視で略正方形状の基板を有しており、基板の中心位置に
は、ＳＱＵＩＤの接合（磁気センサを実現するためのジ
ョセフソン接合部）が設けられている。

【００３６】内側部１８に外側部１９を外挿し、両ねじ
部２２，２３が螺合された状態では、底部１４、胴部１
３、蓋部１５、内側部１８、外側部１９及び蓋部２０
（サファイア板３３）とにより画成される内部空間は、
実質的に密閉された状態となる。胴部１３には、一端側
が図示しない真空ポンプに接続された真空引き通路８の
他端側が、胴部１３内部（第１外容器部１１内部）に開
口して接続されている。真空ポンプが作動し、真空引き
（減圧）が行われた状態では、底部１４、胴部１３、蓋
部１５、内側部１８、外側部１９及び蓋部２０（サファ
イア板３３）とにより画成される内部空間は、実質的に
真空状態（大気圧よりも減圧された状態）が維持される
ことになる。これにより、外容器２と内容器３とにより
画成される空間は、実質的に真空（大気圧よりも減圧さ
れた状態）に保持されて真空断熱層９が形成されること
になる。

【００３７】ＳＱＵＩＤ基板４４に接続され、ＳＱＵＩ
Ｄ基板４４に加えるバイアス電流及び被検体７０周辺の
情報信号を電圧として伝送する配線と、サファイア棒４
３に巻き付けられ、ＳＱＵＩＤ基板４４に印加するバイ
アス磁場用の配線とにより構成される配線ユニット４５
が設けられている。配線ユニット４５は、第２外容器部
１２の内側部１８、詳細には、内側部１８の雄ねじ部２
２と蓋部１５に固定される一方の端部との間に、穿設さ
れた導出孔４６を挿通して真空断熱層９内（内側部１８
の内周部分）から外部に導出され、信号処理手段８０等
に接続されている。また、導出孔４６はエポキシ樹脂を
主成分とする接着剤４７で封止され、真空断熱層９の略
真空が保持されている。

【００３８】サファイア板３３には、ＳＱＵＩＤ基板４
４側の面に、図３のハッチングにて示される領域に、被
覆層４８が形成されている。被覆層４８は、図４に示さ
れるように、サファイア板３３上に銀が蒸着されること
りより形成される厚さ略０．１５μｍの第１被覆層４８
ａと、第１被覆層４８ａ上に金が蒸着されることりより
形成される厚さ略０．１５μｍの第２被覆層４８ｂとに
より構成されている。被覆層４８（第１被覆層４８ａ）
の材料として銀を用いたのは、図５に示されるように、
「低温工学ハンドブック（内田老鶴圃新社：昭和５７年
９月１５日発行）」に記載されたポリエステルフィルム
に蒸着した金属膜の厚さと放射率の関係から見ると、銀
の放射率が極めて低い値を示しているからであり、銀の
膜厚も上記の関係に基づいて略０．１５μｍに設定し
た。第２被覆層４８ｂとして、金を被覆したのは、第１
被覆層４８ａとして用いた銀の酸化防止のためである。
なお、被覆層４８（第１被覆層４８ａ）として、上述し
た銀以外に、図５に示されるような、アルミニウム、銅
あるいは金をサファイア板３３上に蒸着させるようにし
てもよい。また、被覆層４８を形成するに際して、蒸着
以外の手法を用いてもよい。

【００３９】サファイア板３３の中心位置近傍には、図
３に示されるように、略円形の被覆層４８が非形成とさ
れた部分４８ｃが設けられている。この被覆層４８が非
形成とされた部分４８ｃは、サファイア板３３の中心位
置αから僅かにずれて設けられているが、これは、上述
したように、ＳＱＵＩＤ基板４４の基板の中心位置にＳ
ＱＵＩＤの接合（磁気センサを実現するためのジョセフ
ソン接合部）が設けられているため、この接合部に外部
からの輻射熱が伝達されるのを避けているからである。
また、被覆層４８は、サファイア板３３の周辺部分４８
ｄにも形成されていない。サファイア板３３の周辺部分
４８ｄに被覆層４８を形成しない理由は、サファイア板
３３と蓋部２０（段部３４）との接着固定に際して、密
着性をより向上させるためである。略円形の被覆層４８
の非形成部分４８ｃから外周に向けて伸びる直線状の被
覆層４８の非形成部分４８ｅが存在するが、この直線状
の非形成部分４８ｅは、略円形の非形成部分４８ｃを設
けるためのマスク部を被覆層４８の蒸着前にサファイア
板３３に製作し、蒸着後このマスク部を取り除いて略円
形の非形成部分４８ｃを形成する上で生じるものであ
る。

【００４０】図２に示されるように、内容器３の周囲に
は、吸着用活性炭層９０（紙状）と輻射熱を反射するた
めのスーパーインシュレーション層１００が設けられて
いる。スーパーインシュレーション層１００は、一方の
面にアルミニウム蒸着膜が形成され、他方の面に紙等の
繊維質材料からなる膜（層）が形成されたポリエステル
樹脂フィルムが多層に重ねられて構成されている。ま
た、スーパーインシュレーション層１００は、サファイ
ア棒４３の内容器３から外側に出ている部分にも設けら
れている。吸着用活性炭層９０は、活性炭粒子を通気性
を有する袋部材に入れ、この袋部材を内容器３の周囲に
巻くように構成しても良い。

【００４１】このように構成された冷却装置１では、Ｓ
ＱＵＩＤ基板４４は、サファイア棒４３を介して内容器
３に収納された液体窒素４により、液体窒素温度（約７
７Ｋ）付近まで冷却され、動作可能になる。また、液体
窒素４の熱を伝導するサファイア棒４３の他方端とＳＱ
ＵＩＤ基板４４とは真空断熱層９内に位置しており、外
部との熱交換が遮断されるので、ＳＱＵＩＤ基板４４は
冷却状態に保持されてその安定な動作が保証される。

【００４２】液体窒素４の熱を、内容器３を貫通し、一
方端（下方端）が内容器３の内部に位置すると共に他方
端（上方端）がサファイア板３３に対向する位置に配設
され、一つの部材からなるサファイア棒４３を通して、
サファイア棒４３の他方端（上方端）の取り付け面４３
ａ（上面）に取り付けられるＳＱＵＩＤ基板４４に伝導
している。これにより、上述した従来技術の冷却装置が
有するような、異種部材が連結された連結部を介するこ
となく、冷媒の熱をＳＱＵＩＤ基板４４に伝達すること
ができ、熱伝導率の悪化を抑制し、ＳＱＵＩＤ基板４４
の冷却効率を向上することができる。

【００４３】また、サファイア板３３には、外容器２外
部からの輻射熱のＳＱＵＩＤ基板４４への伝達を抑制す
るための被覆層４８が形成されているので、ＳＱＵＩＤ
基板４４が、サファイア板３３を挟んで反対側に設けら
れている被検体７０の状態を検知する際等に、被検体７
０等の外容器２外部からの輻射される熱がサファイア板
３３を介して、ＳＱＵＩＤ基板４４に伝達されるのが抑
制される。これにより、外部からの輻射熱の伝達に起因
したＳＱＵＩＤ基板４４の温度の上昇を抑制し、ＳＱＵ
ＩＤ基板４４の冷却効率を向上することができる。

【００４４】更に、第２外容器部１２、すなわち、内側
部１８と外側部１９とが、内側部１８の雄ねじ部２２が
外側部１９の雌ねじ部２３へ螺合して結合される構造と
される。これにより、両ねじ部２２，２３の螺合位置を
変化させて、第１外容器部１１に固定される内側部１８
と、サファイア板３３が設けられる蓋部２０が固定され
る外側部１９との相対位置が自在に調整され、ＳＱＵＩ
Ｄ基板４４とサファイア板３３との間隔が容易に調整さ
れる。従って、ＳＱＵＩＤ基板４４とサファイア板３３
との間隔が最適な間隔にされて被検体７０の測定感度が
高められる。例えば、外側部１９の内側部１８へのねじ
込み量を大きくすることにより、ＳＱＵＩＤ基板４４を
サファイア板３３に近接させ、ＳＱＵＩＤ基板４４から
被検体７０までの距離を１ｍｍ以下として非常に高感度
な計測を可能にした。このように、両ねじ部２２，２３
の螺合位置を変化させて、ＳＱＵＩＤ基板４４とサファ
イア板３３との間隔を調整するので、従来の部品点数が
多く複雑な位置調整機構を必要としない。その結果、冷
却装置１を安価に構成することも可能となる。

【００４５】更に、サファイア板３３には被覆層４８の
非形成部分４８ｃが設けられており、この被覆層４８の
非形成部分４８ｃを介して、ＳＱＵＩＤ基板４４を外部
から観察することができる。この被覆層４８の非形成部
分４８ｃは、ＳＱＵＩＤ基板４４の基板の中心位置に設
けられたＳＱＵＩＤの接合（磁気センサを実現するため
のジョセフソン接合部）に外部からの輻射熱が伝達され
るのを避けるために、サファイア板３３の中心位置から
離れた位置に設けられている。従って、被覆層４８の非
形成部分４８ｃを設けた場合でも、外部からの輻射熱の
伝達に起因したＳＱＵＩＤ基板４４、特にＳＱＵＩＤの
接合の温度上昇を抑制し、ＳＱＵＩＤ基板４４の冷却効
率の低下を抑制することができる。

【００４６】更に、ＳＱＵＩＤ基板４４に接続された配
線ユニット４５は、第１外容器部１１に固定される内側
部１８に穿設された導出孔４６を通して真空断熱層９か
ら外部へと導出されるので、内側部１８と外側部１９と
によるＳＱＵＩＤ基板４４とサファイア板３３との間隔
調整を可能とした構造において、配線ユニット４５の挿
通作業を簡易に行うことができる。また、配線ユニット
４５を外部に導出するのに１つの導出孔４６を同一方向
に通せばよく、２つの導出孔４６を往復方向に通す従来
に比して配線ユニット４５の挿通作業を簡易にすること
ができ、作業性を一層向上できる。

【００４７】更に、両ねじ部２２，２３の螺合部よりも
真空断熱層９寄りの部分において、Ｏリングによって真
空断熱層９を封止するので、この両ねじ部２２，２３の
螺合部からの真空漏れを防止することができ、真空断熱
層９の略真空を一層保持してＳＱＵＩＤ基板４４の冷却
状態を一層安定に維持できる。

【００４８】更に、内容器３の蓋部３７の固定部材３８
が固定される部分（凹部）の周囲には、固定部材３８が
固定される部分（凹部）を取り囲む状態で溝部４０が形
成されており、この溝部４０により薄形部４１が形成さ
れることになる。この薄形部４１により、内容器３から
固定部材３８への熱伝達が抑制され、液体窒素４の熱が
固定部材３８を介して内容器３から外容器２に伝導され
るのを抑制でき、外容器２が冷却されることを抑制でき
る。

【００４９】更に、内容器３は熱伝導率が金属よりも小
さいＧＦＲＰで形成されているので、液体窒素４の熱が
内容器３を伝導して外部へ散逸することを抑制でき、液
体窒素４の保持性能が向上し、ＳＱＵＩＤ基板４４の冷
却状態をさらに一層安定に維持できる。

【００５０】なお、上述した実施形態においては、内側
部１８が第１外容器部１１に固定され、外側部１９にサ
ファイア板３３が設けられる蓋部２０が固定される構成
となっているが、これに限られることなく、外側部１９
が第１外容器部１１に固定され、内側部１８にサファイ
ア板３３が設けられる蓋部２０が固定される構成として
もよい。この場合には、配線ユニット４５を真空断熱層
９から外部へと導出ための導出孔４６は、外側部１９に
設けられることになる。

【００５１】また、本実施形態においては、図２にも示
されるように、ＳＱＵＩＤ基板４４（冷却装置１）の上
方に設けられる被検体の状態を検出するように構成され
ているが、被検体がＳＱＵＩＤ基板４４（冷却装置１）
の下方に設けられるような構成のものにおいても適用す
ることが可能である。

【００５２】また、超電導体をＳＱＵＩＤ基板４４とし
ているが、他の超電導体であってもよく、例えば、高温
超電導体磁気センサ等にも適用し得る。この場合、冷媒
はその超電導体の臨界温度に対応した温度のものが選択
される。また、熱伝導体はサファイア棒４３に限られる
ものではなく、熱伝導性に優れ、熱膨張係数が小さく、
且つ非磁性といった特性を有する材質で成るもの、例え
ばルビー等であってもよく、また形状は棒状でなく、例
えば板状であってもよい。また、接着剤としてエポキシ
樹脂を主成分とするものを用いているが、その他の不飽
和ポリエステル系樹脂を主成分とするものでもよいし、
ＧＦＲＰと同系の有機成分を含むものであってもよく、
さらには、接着接合ではなく溶着してもよい。さらに、
窓部は透光性を有していなくても構わないが、超電導体
（ＳＱＵＩＤ基板４４）の状態を外部から観察するため
には、透光性を有しているほうが好ましい。

【００５３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、特に、真
空断熱式の超電導体の冷却装置において、冷却性能によ
り優れた超電導体の冷却装置を提供することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超電導体の冷却装置の実施形態を
示す概略上面図である。

【図２】図１のII−II線に沿った概略断面図である。

【図３】本発明による超電導体の冷却装置の実施形態に
含まれる、窓部の上面図である。

【図４】本発明による超電導体の冷却装置の実施形態に
含まれる、窓部の一部断面図である。

【図５】ポリエステルフィルムに蒸着した金属膜の厚さ
と放射率の関係を示す図表である。

【図６】従来の超電導体の冷却装置の構造を示す断面図
である。

【符号の説明】

１…冷却装置、２…外容器、３…内容器、４…液体窒
素、５…液体窒素供給通路、６…窒素排出通路、８…真
空引き通路、９…真空断熱層、１１…第１外容器部、１
２…第２外容器部、１８…内側部、１９…外側部、２２
…雄ねじ部、２３…雌ねじ部、２４…環状溝、２５…Ｏ
リング、３３…サファイア板、３８…固定部材、４０…
溝部、４１…薄形部、４２…貫通孔、４３…サファイア
棒、４３ａ…取り付け面、４４…ＳＱＵＩＤ基板、４５
…配線ユニット、４６…導出孔、４７…接着剤、４８…
被覆層、４８ａ…第１被覆層、４８ｂ…第２被覆層、４
８ｃ…被覆層の非形成部分、７０…被検体、８０…信号
処理手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G017 AB05 AD32 AD33 3L044 AA04 BA07 CA16 DA02 DB03 EA04 KA04 4M114 AA17 AA19 AA28 AA31 BB03 BB05 CC08 CC11 CC18 DA02 DA07 DA09 DA13 DA54

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略密閉される内部空間を有し、窓部が設
   けられた外容器と、 前記外容器の前記内部空間内に配設され、冷媒が収納さ
   れる内容器と、 前記内容器を貫通し、一方端が前記内容器の内部に位置
   して前記冷媒に接すると共に他方端が前記窓部に対向す
   る位置に配設される熱伝導体と、 前記熱伝導体の前記他方端に取り付けられ、前記窓部を
   挟んで反対側に設けられる被検体の状態を検知する超電
   導体と、を備え、 前記外容器と前記内容器とにより画成される空間が略真
   空に保持されて、真空断熱層が形成され、 前記窓部には、前記外容器外部からの輻射熱の前記超電
   導体への伝達を抑制するための被覆層が形成されている
   ことを特徴とする超電導体の冷却装置。
2. 【請求項２】 前記窓部の所定位置は、前記被覆層が非
   形成とされていることを特徴とする請求項１に記載の超
   電導体の冷却装置。
3. 【請求項３】 略密閉される内部空間を有し、上面に窓
   部が設けられた外容器と、 前記外容器の前記内部空間内に配設される内容器と、 前記内容器を貫通し、下方端が前記内容器の内部に位置
   すると共に上方端が前記窓部に対向する位置に配設さ
   れ、一つの部材からなる熱伝導体と、 前記熱伝導体の前記上方端の上面に載置される超電導体
   と、を備え、 前記外容器と前記内容器とにより画成される空間が略真
   空に保持されて、真空断熱層が形成され、 前記内容器の内部には、前記超電導体を冷却するための
   冷媒が、前記熱伝導体の前記内容器の内部に位置する部
   分と接するように収納されていることを特徴とする超電
   導体の冷却装置。
4. 【請求項４】 前記外容器は、 内部に前記内容器が配設される第１外容器部と、 前記第１外容器部の上方に位置し、前記窓部が設けられ
   た第２外容器部と、を備え、 前記第２外容器部は、 外周面に雄ねじ部が設けられる筒状部分を有し、前記筒
   状部分の内側に前記熱伝導体が位置する内側部と、 内周面に前記雄ねじ部に螺合する雌ねじ部が設けられる
   筒状部分を有する外側部と、を備えており、 前記内側部と前記外側部のいずれか一方が、前記第１外
   容器部に固定されており、 前記内側部と前記外側部のいずれか他方が、前記窓部が
   設けられた上面部を有していることを特徴とする請求項
   ３に記載の超電導体の冷却装置。
5. 【請求項５】 略密閉される内部空間を有し、窓部が設
   けられた外容器と、 前記外容器の前記内部空間内に配設される内容器と、 前記内容器を貫通し、一方端が前記内容器の内部に位置
   すると共に他方端が前記窓部に対向する位置に配設さ
   れ、一つの部材からなる熱伝導体と、 前記熱伝導体の前記一方端に取り付けられる超電導体
   と、を備え、 前記外容器と前記内容器とにより画成される空間が略真
   空に保持されて、真空断熱層が形成され、 前記内容器の内部には、前記超電導体を冷却するための
   冷媒が、前記熱伝導体の前記内容器の内部に位置する部
   分と接するように収納されていることを特徴とする超電
   導体の冷却装置。
6. 【請求項６】 前記外容器は、内部に前記内容器が配設
   される第１外容器部と、前記窓部が設けられた第２外容
   器部と、を備え、 前記第２外容器部は、 外周面に雄ねじ部が設けられる筒状部分を有し、前記筒
   状部分の内側に前記熱伝導体が位置する内側部と、 内周面に前記雄ねじ部に螺合する雌ねじ部が設けられる
   筒状部分を有する外側部と、を備えており、 前記内側部と前記外側部のいずれか一方が、前記第１外
   容器部に固定されており、 前記内側部と前記外側部のいずれか他方が、前記窓部が
   設けられた面部を有していることを特徴とする請求項５
   に記載の超電導体の冷却装置。
7. 【請求項７】 前記超電導体が、前記窓部を挟んで反対
   側に設けられる被検体の状態を検知する検知手段であっ
   て、 前記窓部には、前記外容器外部からの輻射熱の前記超電
   導体への伝達を抑制するための被覆層が形成されている
   ことを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に 記載
   の超電導体の冷却装置。
8. 【請求項８】 前記窓部の所定位置は、前記被覆層が非
   形成とされていることを特徴とする請求項７に記載の超
   電導体の冷却装置。
9. 【請求項９】 前記超電導体には、当該超電導体にて得
   られた情報を伝送する配線が接続され、 前記前記第１外容器部に固定される前記内側部と前記外
   側部のいずれか一方には、前記配線を外部に導出する導
   出孔が形成されていることを特徴とする請求項４又は６
   に記載の超電導体の冷却装置。
10. 【請求項１０】 前記内側部と前記外側部との間に配設
    され、前記両ねじ部の螺合部よりも真空断熱層寄りの部
    分の前記内側部と前記外側部との両方に当接して、前記
    真空断熱層を封止する封止部材が備えられていることを
    特徴とする請求項４、６及び９のいずれか一項に記載の
    超電導体の冷却装置。
11. 【請求項１１】 前記内容器と前記外容器とは、前記内
    容器を前記外容器の前記内部空間内に配設するための固
    定部材を介して接続されており、 前記内容器の前記固定部材が固定される位置の周囲に、
    前記内容器の壁部の一部が薄形化された薄形部が設けら
    れていることを特徴とする請求項３〜１０のいずれか一
    項に記載の超電導体の冷却装置。
12. 【請求項１２】 前記内容器が繊維強化プラスチックか
    らなることを特徴とする請求項３〜１１のいずれか一項
    に記載の超電導体の冷却装置。