JP6129692B2 - 超伝導フィルタ装置及び調整方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、超伝導フィルタ装置及び調整方法に係わる。

超伝導体を用いた超伝導素子、例えばＧＨｚ帯のバンドパスフィルターはサファイア、ＭｇＯ、などの誘電損失が小さい誘電体基板の両面に超伝導薄膜を作製し、片面の膜をリソグラフィー技術により所定の形状の共振器が複数並んだパターンに加工して作製される。それらの共振器はすべてが同じ共振周波数でなくてはならない。共振周波数は共振器の長さと基板の厚さで決定されるが、共振器の長さは見かけ上同じでも加工時に超伝導膜にダメージがありその程度が共振器ごとに異なるため完全に共振周波数を揃えることが困難である。また基板の厚さも局所的に異なることも共振周波数を揃えることを困難にしている。

そこで一旦加工した後、各共振器の共振周波数を測定し共振器の一部をレーザーなどによって削る、あるいは誘電体膜を共振器の一部または全体に積層しその膜厚を制御して全ての共振器の共振周波数をそろえることがなされている。しかし、これらの方法では一旦調整した後は所望の周波数に変えることはできない。つまり前者の方法では共振器を削って共振器長を短くするので周波数は高くする方向には変えられるが低くすることはできない。一方、誘電体膜を積層すると実効的な共振器長は長くなるので周波数は低くする方向には変えられるが高くすることはできない。またこれらの方法は超伝導膜が超伝導状態にある時に実施するのは困難である。従って帯域幅が狭くロスが少ないシャープカットバンドパスフィルターを作製するのは困難であった。

特開２００６−１９１２７号公報

超伝導素子の高周波特性がずれにくい超伝導フィルタ装置および調整方法を提供する。

実施形態にかかる超伝導フィルタ装置は、超伝導素子と超伝導素子のフィルタ特性を調整するための誘電体部材とを有する高周波フィルタと、超伝導素子と誘電体部材の距離を調整するための駆動治具とを有し、誘電体部材と駆動治具は、連結と脱離の両方の形態をとることを特徴とする。

図１は、実施形態の高周波フィルタの概念図である。 図２は、実施形態の高周波フィルタの断面概念図である。 図３は、実施形態の共振器周波数調整部材の上面概念図である。 図４は、実施形態の共振器周波数調整部材の上面概念図である。 図５は、実施形態の超伝導高周波装置の断面概念図である。 図６は、実施形態の超伝導高周波装置の断面概念図である。 図７は、実施形態の超伝導高周波装置の調整方法を示すチャート図である。 図８は、実施形態の超伝導高周波装置の調整方法を示すチャート図である。 図９は、実施形態の超伝導高周波装置の断面概念図である。 図１０は、実施形態の超伝導高周波装置の断面概念図である。 図１１は、実施形態の超伝導高周波装置の断面概念図である。 図１２は、実施形態の超伝導高周波装置の断面概念図である。 図１３は、実施形態の超伝導高周波装置の断面概念図である。 図１４は、実施形態の超伝導高周波装置の断面概念図である。 図１５は、実施形態の超伝導高周波装置の断面概念図である。 図１６は、実施形態の超伝導高周波装置の断面概念図である。 図１７は、実施形態の超伝導高周波装置の断面概念図である。 図１８は、実施形態の超伝導高周波装置の断面概念図である。 図１９は、実施形態の超伝導高周波装置部品の断面概念図である。 図２０は、実施形態の超伝導高周波装置の断面概念図である。

（実施形態１）
実施形態の共振器である高周波フィルタは、超伝導素子と超伝導素子を収容する容器を有する。図１の概念図に示す高周波フィルタ１００は、誘電体基板９上に共振器パターン１と電力入出力点８を備える。図２の概念図に示す超伝導フィルタは、図１の概念図とは異なる断面の概念図である。図２の概念図に示す高周波フィルタ１００は、共振器パターン１と、おねじ２と、高周波コネクター７と、電力入出力点８と、低損失誘電体基板９と、グランドプレーン１０と、支持部材１１と、容器１２と、誘電体部材とを有する。

高周波フィルタ１００の超伝導素子は、共振器パターン１と、低損失誘電体基板９と、グランドプレーン１０とで構成される超伝導部材である。超伝導素子は、超伝導素子が超伝導状態になる例えば７７Ｋ以下の極低温まで冷やされた状態が好ましい。

共振器パターン１は、サファイアやＭｇＯなどの短波帯域からミリ波帯域の損失が小さい低損失誘電体基板９上に成膜したＹ，Ｂａ，Ｃｕ、Ｌａ、Ｔａ、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｐｂなどの元素を１種以上含む酸化物超伝導体膜を所望の形状に加工したものである。形状加工は、例えば、公知のリソグラフィー技術を採用することができる。

低損失誘電体基板９の共振器パターンが形成されたのと反対側の面には、Ｙ，Ｂａ，Ｃｕ、Ｌａ、Ｔａ、Ｂｉ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｐｂなどの元素を１種以上含む酸化物超伝導体膜からなるグランドプレーン１０を有する。

超伝導素子のグランドプレーン１０側の低損失誘電体基板９が形成された面と反対側の面には、超伝導素子を保持する支持部材１１が設けられている。支持部材１１は、Ｃｕ、Ａｌなどの比抵抗が低く熱伝導率の高い材料を用いることが好ましい。

高周波コネクター７は、高周波電力の入出力端子となる支持部材１１に取り付けられた部材である。高周波コネクター７は、高周波フィルタ１００の容器の内部と外部を接続するための導電性端子である。高周波電力は、高周波コネクター７Ａから入力される。入力された高周波電力は、電力入出力端子８Ａを通り、共振器パターン１を通過する過程で所望の周波数帯域以外の周波数帯の電力を減衰させる。共振器パターン１を通過した高周波電力は、入出力端子８Ｂを通り、高周波コネクター７Ｂから出力される。

容器１２は、高周波フィルタ１００内を外包する容器である。容器１２は、高周波フィルタ１００を極低温まで冷却する観点から、Ｃｕ、Ａｌなどの比抵抗が低く熱伝導率の高い材料で作製されたものが好ましい。容器１２の冷却が不十分であると、輻射により超伝導膜表面の温度が上がりＱ値が下がるため、熱伝導率の高い材料で作製されたものが好ましい。容器１２には、おねじ２をねじ込むためのめねじが設けられる。

低損失誘電体部材１３は、共振器パターン１との距離によって共振周波数を調整する部材である。誘電体部材は、おねじ２の共振器パターン１側に設けられる。おねじ２を回転することによって、低損失誘電体部材１３と共振器パターン１との距離を調整することができる。低損失誘電体部材１３は、サファイア、燒結アルミナ、ＭｇＯ、などの誘電損失が小さい材料からなる。おねじ２も、容器１２と同様に、比抵抗が小さく、熱伝導率の高い材料で構成されたものが好ましい。

超伝導素子の高周波特性調整は、例えば円柱状の低損失誘電体部材１３の先端を超伝導素子の共振器に近づけると共振周波数は低くなる。共振器パターン１の端部３に近づけると共振器パターン１の長さの中央付近４に近づけた場合よりも共振周波数は大きく変動する。また、端部の一方５だけでも低損失誘電体部材１３と共振器パターン１との距離を変化させることで、共振周波数は変化する。更に、共振器と共振器の間領域６に近づけると共振器間の結合が強くなる。超伝導素子の一つで、例えばバンドパスフィルターは、複数の共振器を結合させて特定の帯域を低ロスで通過させるが、各共振器の共振周波数をそろえ、所定の結合をもたせることで達成される。

図３と図４におねじ２の上面概念図を示す。実施形態の高周波フィルタ１００は、おねじ２を回転させて共振周波数特性を調整することができる構成である。おねじ２を回転させる機構乃至装置が、おねじ２と接続されたままであると、外部からの振動や熱が、超伝導フィルタに影響を及ぼしやすい。そこで、実施形態では、おねじ２の上部に、おねじ２を回転させる装置と連結及び脱離が可能なねじ山が設けられている。ねじ山の形状は、マイナス形状、六角形状など、回転に適した形状が好ましい。回転に適した形状としては、おねじ２を回転させるための駆動治具との連結を行いやすくする観点から、対称軸が多い形状が挙げられる。例えば正三角形では対称軸が３本あり、正方形、正六角形等、辺の数が増えるほど対称軸が増え、かみ合う位置が多くなるので好ましい。ただし対称軸の数は有限でなくてはならず無限の円形は除く。また、おねじ２は、バックラッシュの少ないものが、共振周波数特性を維持する観点から好ましい。

尚、低損失誘電体部材１３はバックラッシュの少ないおねじ２に取り付けてある。おねじ２は外包容器１２のめねじにねじ込まれている。従っておねじを回転させることで超伝導素子と低損失誘電体部材１３の距離を変えることができ、超伝導素子の高周波特性を変えることができる。おねじ２の先端は図３の概念図に示すようにマイナスのドライバーがかみ合う溝が設けられている。あるいは図４の概念図に示すように六角レンチ用の六角形のくぼみが設けられている。このような対称軸が多い形状のほうが、駆動治具と低損失誘電体部材１３との接続がスムーズに行える。例えば正三角形では対称軸が３本あり、正方形、正六角形等、辺の数が増えるほど対称軸が増え、かみ合う位置が多くなるので好ましく、対称軸が２本以上、好ましくは３本以上、さらに好ましくは４本以上の形態に加工する。ただし対称軸の数は有限でなくてはならず無限の円形は除く。ところで超伝導素子の高周波特性調整であるが、例えば円柱状の低損失誘電体部材１３の先端を超伝導素子である共振器に近づけると共振周波数は低くなる。共振器の端部３に近づけると共振器の長さの中央付近４に近づけた場合より大きく変動する。また端部の一方５だけでも変化する。更に共振器と共振器の間領域６に近づけると共振器間の結合が強くなる。超伝導素子の一つで、例えばバンドパスフィルターは、複数の共振器を結合させて特定の帯域を低ロスで通過させるが、各共振器の共振周波数をそろえ、所定の結合をもたせることで達成される。

（実施形態２）
実施形態の超伝導フィルタ装置は、高周波フィルタと、高周波フィルタの超伝導素子と誘電体部材との距離を調整するための駆動治具と、を有する。誘電体部材と駆動治具は、連結と脱離の両方の形態をとることができる。ここで、図５に、実施形態の超伝導フィルタ装置２００の概念図を示す。図５の高周波フィルタ装置２００は、高周波フィルタ１００と、コールドヘッド１４と、容器１５と、駆動治具１６とＯリング１７とを有する。図５の高周波フィルタ装置２００は、図示しない排気装置によって、容器１５内及び高周波フィルタ１００内を減圧することができる。

高周波フィルタ１００は、実施形態１の高周波フィルタ１００を使用することができる。高周波フィルタ１００は、図示しない冷凍機により７７Ｋ以下の低温に冷却されたコールドヘッド１４に保持される。高周波フィルタ１００の低損失誘電体部材１３はおねじ２を介して、駆動治具１６と連結されている。実施形態では、おねじ２を介して間接的に低損失誘電体部材１３と駆動治具１６が連結又は脱離することと、直接的に低損失誘電体部材１３と駆動治具１６が連結又は脱離することは、低損失誘電体部材１３と超伝導素子との距離を調整する観点から、同義として取り扱う。

駆動治具１６は、実施形態の構成では、容器１５外の駆動治具１６先端部を操作して、おねじ２を回転させることで、低損失誘電体部材１３と超伝導素子との距離を調整することができる第１の回転軸である。容器１５外の駆動治具１６の先端部には、モーターなどの駆動源を有する。駆動源は、駆動治具を回転させる機構を含む。駆動源は、駆動治具１６と低損失誘電体部材１３を連結し脱離するための駆動源をも有していても良いし、図示しない駆動源によって、連結と脱離を行なってもよい。実施形態では、低損失誘電体部材１３に接続したおねじ２を回転させる機構である。高周波フィルタ１００は、この機構に限定されるものではなく、低損失誘電体部材１３と超伝導素子との距離を調整可能な構成であれば、実施形態で説明した以外の構成でもよい。駆動治具１６は、容器１５の一部に設けられた穴を貫通して配置される。容器１５内の気密性を保つために、容器１５を貫通する領域の駆動治具１６の軸は、Ｏリング１７でシールされる。Ｏリング１７でシールされているため、容器１５は、気密性を保ち、駆動治具１６は、回転をすることができる。Ｏリング１７によって、空気及び熱が容器１３内へ侵入することを抑制することができる。

低損失誘電体部材１３と超伝導素子との距離を調整して、所望の周波数特性を有するフィルタに調整した後は、駆動治具１６を誘電体部材１３から脱離することができる。脱離は、図６の概念図に示すように、図５の概念図の駆動治具１６の軸方向に駆動治具を移動することによって行う。Ｏリングを用いて、駆動治具１６と容器１５の気密性を保っているため、駆動治具１６と低損失誘電体部材１３の脱離を行なってもＯリング１７によって、容器１５の気密を保つことができる。図６の概念図に示す駆動治具１６と低損失誘電体部材１３が脱離した状態では、容器１５外からの熱や振動が駆動治具１６から、高周波フィルタ１００に伝わらない構成となる。容器１５外からの熱や振動は、高周波フィルタ１００の周波数特性がずれる原因となる。また、高周波フィルタ１００の周波数特性が所望の特性からずれた場合は、再度、駆動治具１６と低損失誘電体部材１３をおねじ２を介して連結して、周波数特性の調整を行うことができる。

（第３実施形態）
第３実施形態は、高周波特性調整方法であって、超伝導素子と超伝導素子のフィルタ特性を調整するための誘電体部材とを有する高周波フィルタと、超伝導素子と誘電体部材の距離を調整するための駆動治具と、を有し、超伝導素子を冷却する工程と、駆動治具と連結した誘電体部材と超伝導素子との距離を調整する工程と、高周波フィルタのフィルタ特性を評価する工程と、誘電体部材と駆動治具を脱離する工程と、を有する。
第３実施形態は、図５と図６の概念図に示す第２実施形態の超伝導フィルタ装置２００を例として、図７のチャート図に示す高周波特性の調整方法について説明する。

ステップ１（Ｓ０１）
図５の概念図に示す低損失誘電体部材１３と接続したおねじ２と駆動治具１６が連結した形態から、高周波特性の調整を行う。なお、高周波フィルタ１００の超伝導素子は、超伝導素子が図示しない冷凍機によって超伝導状態になる例えば７７Ｋ以下に予め冷却される。容器１２と容器１５は、その内部が、図示しない減圧器によって例えば真空に減圧されている。冷却温度は、超伝導素子によって冷却温度が異なる。容器１２と容器１５内の圧力は、超伝導素子によって異なる。駆動治具１６を回転させて、おねじ２の容器１２へのねじ込み深さを変化させ、低損失誘電体部材１３と超伝導素子との距離を調整する。

ステップ２（Ｓ０２）
高周波コネクター７に図示しないネットワークアナライザーなどの周波数特性が評価可能な装置を接続し、高周波フィルタ１００の高周波特性を評価する。

ステップ３（Ｓ０３）
評価して得られた高周波フィルタ１００の高周波特性が所望の特性を有しているか判定を行う。所望の特性を有している場合は、ステップ４に進む。所望の特性を有していない場合は、ステップ１に戻り、低損失誘電体部材１３と超伝導素子の距離の調整を再度行う。

ステップ４（Ｓ０４）
図６の概念図に示すように、駆動治具１６を軸方向に移動させて、駆動治具１６と低損失誘電体部材１３を脱離させる。

実施形態の高周波特性調整方法では、超伝導状態において、高周波特性を調整し、かつ、調整に用いた駆動治具を高周波フィルタから物理的に分離することができる。駆動治具は、超伝導フィルタ装置外からの熱や振動を伝えてしまいやすい部材であるから、駆動治具が高周波フィルタと物理的に接続した状態を保持し続けることは、高周波特性を維持する観点から好ましくない。実施形態では、高周波特性の調整後に、高周波フィルタと駆動治具を脱離するため、高周波特性の安定性が向上する。また、高周波特性の調整後に、駆動治具などを有しないより気密性の高い別の容器に移して超伝導フィルタ装置として使用することもできる。

（第４実施形態）
第４実施形態は、図５と図６の概念図に示す第２実施形態の超伝導フィルタ装置を例として、第３実施形態の調整方法に工程を追加した高周波特性の調整方法について説明する。図８に第４実施形態の調整方法について示す。
なお、第４実施形態の調整方法において、ステップ１からステップ４までは第３実施形態と共通するため、共通する工程についての説明は省略する。

ステップ５（Ｓ０５）
高周波フィルタ１００の高周波特性が所望の特性を維持いるか判定を行う。高周波特性が長期間の使用によって、外界からの影響などにより、その高周波特性に変化が生じる可能性がある。高周波特性が変化した場合や高周波特性が変化した可能性のある場合に、任意の時機にステップ２と同様の評価を行う。

ステップ６（Ｓ０６）
評価して得られた高周波フィルタ１００の高周波特性が所望の特性を有しているか判定を行う。所望の特性を有している場合は、所要の時機にステップ５に戻る。所望の特性を有していない場合は、ステップ７に進む。

ステップ７（Ｓ０７）
高周波フィルタ１００が所望の特性を有していない場合は、低損失誘電体部材１３と超伝導素子の距離を再調整する必要がある。そこで、駆動治具１６と低損失誘電体部材１３を連結し、ステップ１に戻る。

実施形態の高周波特性調整方法では、第３実施形態と同様に、超伝導状態において、高周波特性を調整し、かつ、調整に用いた駆動治具を超伝導フィルタから物理的に分離することができる。そして、調整された高周波特性が変化した場合であっても、駆動治具１６を低損失誘電体部材１３と連結し、高周波特性を再調整することができる。

第３実施形態及び第４実施形態においては、高周波特性の調整をコンピュータを用いて自動化することができる。自動化をする場合は、マイコンやＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などの演算素子を用いて、各ステップをソフトウェアまたはハードウェア制御することができる。コンピュータを用いて高周波特性の調整が自動化された装置は、高周波特性調整システムとして実施をすることができる。

第３実施形態及び第４実施形態は、第２実施形態の装置の調整方法であるが、記載した調整方法又は調整システムは、以下の実施形態においても、同様に、高周波特性を調整することができる。

（第５実施形態）
図９は、駆動治具１６の駆動源を、内部磁石１８と外部磁石１９に置き換えた形態の超伝導フィルタ装置３００の概念図である。駆動治具１６の駆動源以外の超伝導フィルタ装置の構成は、第２実施形態と共通するため、その説明を省略する。また、図１０は、駆動治具１６と低損失誘電体部材１３を脱離させた形態の概念図である。

内部磁石１８は、駆動治具１６の軸の頂上部に取り付けられる。内部磁石１８のＮ極側が１８Ａであり、Ｓ極側が１８Ｂである。また、外部磁石１９は、内部磁石１８と同様の高さの容器１５外部に設けられる。外部磁石１９のＮ極側が１９Ａであり、Ｓ極側が１９Ｂである。外部磁石１９が回転すると、内部磁石１８が磁力によって追従するように配置される。内部磁石１８と外部磁石１９との距離は、磁力や必要とされる回転駆動力によって、適宜調整することができる。図１０の概念図に示すように、外部磁石１９を上方に操作することで、駆動治具１６を低損失誘電体部材１３から脱離することが可能な構成となっている。また、外部磁石１９を下方に操作することで、脱離した駆動治具１６と低損失誘電体部材１３を連結することが可能な構成となっている。

第５実施形態では、駆動源が駆動治具１６と物理的に接触しない形態の超伝導フィルタ装置３００である。熱進入も調整中の駆動冶具だけになるので少なくなり調整中に温度が上昇して特性がずれることがなくなる。この構成とすることで超伝導フィルタ装置は、安定に動作することが可能となった。調整方法及び調整システムは第３実施形態と第４実施形態と共通する。

（第６実施形態）
図１１は、駆動治具に第１の回転軸１６と、ギヤ２０と、第２の回転軸２１を用い、駆動治具の低損失誘電体部材１３と連結する部材に第２の回転軸２１を用い、さらにギヤ２０を保持する固定部材２２を用いた形態の超伝導フィルタ装置４００の概念図である。第６実施形態の駆動治具以外の超伝導フィルタ装置の構成は、第５実施形態と共通するため、その説明を省略する。図１２は、駆動治具（第１の回転軸１６、ギヤ２０、第２の回転軸２１）と低損失誘電体部材１３とを脱離させた形態の概念図である。

第６実施形態では、駆動治具は、第１の回転軸１６、ギヤ２０と第２の回転軸２１を介して、低損失誘電体部材１３の高さを調整する。第１の回転軸１６の先端部には、内部磁石１８が設けられている。第１の回転軸１６の他端は、ギヤ２０と接続する。ギヤ２０は、複数の歯数の異なる歯車を組み合わせて構成されている。ギヤ２０の回転は、第２の回転軸２１を介して、低損失誘電体部材１３を回転する駆動力となる。この形態では歯車を複数組み合わせるため内部磁石１８と外部磁石１９の磁力が小さくても回転軸２１のトルクを大きくすることができる。また、ギヤ２０のギヤ比を大きくすることで、第２の回転軸２１のトルクを大きくし、第２の回転軸２１の回転数を減らすことができる。第２の回転軸２１の回転数が減少することで、低損失誘電体部材１３と超伝導素子の高さの微調整が容易になる。

ギヤ２０は固定部材２２によって、ズレが生じないように固定されている。そこで、図１２の概念図に示すように、外部磁石１９を上方に操作することで、駆動治具を低損失誘電体部材１３から脱離することが可能な構成となっている。また、外部磁石１９を下方に操作することで、脱離した駆動治具と低損失誘電体部材１３を連結することが可能な構成となっている。

第６実施形態では、駆動源以外の構成によって、回転数やトルクを所望の数値に調整することができ、低損失誘電体部材１３と超伝導素子との距離を微調整するのに適している。また、駆動治具と低損失誘電体部材１３の位置を、ギヤ２０によってずらすことができるため、容器１５内外の空間的制約がある場合に、その位置を調整することができる。調整方法及び調整システムは第３実施形態と第４実施形態と共通する。

（第７実施形態）
図１３は、高周波フィルタ１００内に複数の低損失誘電体部材１３がある場合において、第６実施形態で説明した低損失誘電体部材１３と超伝導素子との距離を調整する駆動治具が複数ある形態の超伝導フィルタ装置５００の概念図である。第７実施形態の超伝導フィルタ装置の構成において、第６実施形態と共通する構成については、その説明を省略する。図１４は、駆動治具と低損失誘電体部材１３とを脱離させた形態の概念図である。図１３と図１４中の右側の駆動治具にＡの符号を、左側の駆動治具にＢの符号を数字の後ろに付加している。

実施形態では、外部磁石１９の回転中心と第２の回転軸２１の回転中心をずらすことができる。低損失誘電体部材１３と超伝導素子との距離を調整する部材が複数ある形態の超伝導フィルタ装置の場合、低損失誘電体部材１３が隣接する時に、外部磁石と回転軸の回転中心が同一であると、外部磁石が連接する。隣接した外部磁石は、磁力の影響を受けやすいため、１つの外部磁石を回転させると、別の意図しない外部磁石までも回転させてしまう可能性がある。そこで、実施形態のように、外部磁石１９の回転中心と第２の回転軸２１の回転中心をずらすことで、外部磁石１９ａと１９ｂの距離を、低損失誘電体部材１３の距離よりも離すことができる。離れた外部磁石１９ａと１９ｂ間の磁力は弱まり、それぞれ独立して高周波特性の調整が容易になる。

複数の駆動冶具を具備する場合、位置調整を行う駆動治具を誘電体部材と連結させて、位置調整を行わない駆動治具は低損失誘電体部材１３と脱離した状態で、位置調整を行うことができる。位置調整を行わない側の外部磁石１９ｂを図１４の概念図の様に上方へ操作すると、左側の駆動治具は低損失誘電体部材１３から脱離する。この後に、別の外部磁石１９ａを回転させた際に、隣接する外部磁力１９間の磁力が強力であるゆえに、隣接する外部磁石１９ｂが連動しても１９ｂ側の駆動治具と低損失誘電体部材１３は、分離しているため、図中左側の低損失誘電体部材１３と超伝導素子の距離は変化しない。また熱進入も調整中の駆動冶具だけになるので少なくなり調整中に温度が上昇して特性がずれることが減る。

また、実施形態の装置を、９０°又は略９０°傾けて使うこともできる。傾けることで、駆動治具の重力方向を高周波フィルタ１００側から、その鉛直方向にずらすことができる。この場合は外部磁石１９の位置を固定しなくても、あるいは取りはずしても駆動治具は低損失誘電体部材１３から脱離した位置で固定される。従って、一つの外部磁石１９で全ての独立した駆動治具をそれぞれ駆動させることができる。

実施形態では、外部磁石１９の磁力が強力であってもなくても複数の低損失誘電体部材１３を独立して調整することができる。また、ギヤ２０を用いているため、複数の駆動治具が容器１５内に重なるように配置できるため、大きな駆動治具を有していたとしても、超伝導フィルタ装置５００の小型化が実現できる。複数の駆動治具は独立して駆動可能であって、調整方法及び調整システムは第３実施形態と第４実施形態と共通する。複数の駆動治具を連動して調節する場合も、調整方法及び調整システムは第３実施形態と第４実施形態と共通する。

（第８実施形態）
図１５は、駆動治具のギヤ２０に内部磁石２３を直接取り付け、容器１５の壁面を挟んで外部磁石２４を配置させた形態の超伝導フィルタ装置６００の概念図である。第８実施形態の超伝導フィルタ装置６００の構成において、第７実施形態と共通する構成については、その説明を省略する。

図１５に示す概念図は、ギヤ２０の歯車の面に内部磁石２３を直に取り付け、その磁石を外部磁石２４により回転させる形態の超伝導フィルタ装置６００である。内部磁石２３は気密容器１５に接していないので熱進入は少ない。容器１５の内側及びまたは外側を内部磁石２３または外部磁石２４の径より大きい面積で彫りこんで、磁石を備える領域の容器１５の壁面の厚さを薄くしてある。壁面の厚さが薄いことで、内部磁石２３と外部磁石２４による磁力が大きくなり、ギヤ２０のドルク増大に加えて、実施形態の磁石の組み合わせによって更にトルクを大きくすることができる。

（第９実施形態）
図１６は、駆動治具の高さ調節を行うベローズを第８実施形態の超伝導フィルタ装置６００に追加した形態の超伝導フィルタ装置７００の概念図である。第９実施形態の超伝導フィルタ装置の構成において、第８実施形態と共通する構成については、その説明を省略する。図１７は、駆動治具と低損失誘電体部材１３とを脱離させた形態の概念図である。

図１６に示す超伝導フィルタ装置７００では、複数の低損失誘電体部材１３を調整する複数の駆動治具がプレート２５によって支持されている。プレート２５は、ベローズ２６、支持棒２７、固定治具２８とつまみ２９からなる直線移動装置と接続する。直線移動装置は、プレート２５及びプレート２５で支えられた駆動治具を上下方向に移動させることができる。また容器１５及びベローズ２６は１０^−２Ｐａ以下、好ましくは１０^−４Ｐａ以下の減圧状態を維持できる弾性変形可能な気密壁を構成する。例えばベローズ２６は、気密容器１５の上部フランジの貫通穴を覆うように溶接されている。ベローズ２６も容器１５と同様の減圧状態を維持する。プレート２５の一端はそのベローズ２６を通り直線移動軸２７に接続されている。直線移動軸２７は、固定治具２８に接続されたつまみ２９を回転させることにより、プレート２５及びベローズ２６を上下させることができる。

図１７の概念図には、プレート２５を上方に移動させ、駆動治具を低損失誘電体部材１３から脱離させた超伝導フィルタ装置７００を示す。図の装置では、プレート２５がＡの符号で示した右側の駆動治具及び直線移動装置とＢの符号で示した左側の駆動治具及び直線移動装置の両方を固定しているため、両方の駆動治具が連動する形態である。プレートをＡの符号のものとＢの符号のもので分離した構成とした場合は、それぞれを独立して駆動治具と低損失誘電体部材１３との連結及び脱離を操作することができる。実施の形態では、容器１５及びベローズ２６が減圧状態を維持でき、調整後に熱進入や振動などにより高周波特性がずれることが減少する。また駆動治具を直線移動させる部材である支持棒２７は気密容器１５の気密壁を貫通していないことから気密性に優れ、一旦図示しないポンプで排気し、図示しないバルブを閉じて封じきった後、ポンプをはずしても安定動作させることができる。調整方法及び調整システムは第３実施形態と第４実施形態と共通する。

（第１０実施形態）
図１８は、駆動治具の高さ調節を行うベローズと駆動治具を連結し、ベローズを上下に動作させることで、駆動治具と誘電体部材を連結し、脱離させることが可能な形態の超伝導フィルタ装置８００の概念図である。第１０実施形態の超伝導フィルタ装置８００の構成において、第９実施形態と共通する構成については、その説明を省略する。図１９は、動力伝達治具３１の、折れ角度を示す概念図である。図２０は、図中Ｂの符号で示した左側の駆動治具と低損失誘電体部材１３とを脱離させた形態の概念図である。

図１８に超伝導フィルタ装置８００では、第２の回転軸２１と、連結部材３０と、動力伝達治具３１、つまみ３６からなる駆動治具を有する。超伝導フィルタ装置８００は、第１のベローズ３２と、第２のベローズ３４と、支持棒３７、固定治具３８、移動プレート３９とつまみ４０からなる直線移動装置を有する。第２の回転軸２１と動力伝達治具３１は、連結部材３０によって連結される。第１のベローズ３２の一方の開口部は、容器１５の上部フランジの貫通穴を覆うように溶接されている。第１のベローズ３２の他方の開口部は、移動プレート３９と溶接される。第１のベローズ３２の両方の開口部は、溶接されることで、気密性を保持することができる。移動プレート３９には、動力伝達治具３１が回転及び上下移動可能な穴が設けられる。移動プレート３９の第１のベローズ３２が溶接された面と反対側の面には、第１の回転補助部材３３が設けられる。第１の回転補助部材３３はさらに、第２のベローズ３４の開口部と接続する。第２のベローズ３４の他方の開口部は、第２の回転補助部材３５と接続される。動力伝達治具３１は、真っ直ぐではなく折れ曲がり形状をしており、第１のベローズ３２、移動プレート３９、第１の回転補助部材３３、第２のベローズ３４と第２の回転補助部材３５の中を通る。第２の回転補助部材３５中の動力伝達治具３１は、つまみ３６と接続される。つまみ３６とベローズ３２、３４を歳差運動させると動力伝達治具３１の低損失誘電体部材１３と接する方の端を回転させることができる。

第１のベローズ３２、移動プレート３９、第１の回転補助部材３３、第２のベローズ３４、第２の回転補助部材３５とつまみ３６は、いずれも容器１５同様に気密性を有し、容器１５内と同様の減圧状態を維持できるように、溶接乃至シーリングされている。可動プレート３９は、固定治具３８の支柱部分を上下方向に移動可能な様に取り付けられる。固定治具３８には、可動プレート３９を上下方向に移動調整可能な、支持棒３７とつまみ４０が設けられている。つまみ４０回転させることで、支持棒３７の露出長さを調節して、可動プレート３９の高さを調節することができる。可動プレート３９の高さを調節すると図２０の概念図の様に、駆動治具を低損失誘電体部材１３から脱離し、また、連結することができる。図２０の概念図では、図中左側のＢの符号で示した駆動治具が上方に移動している。つまみ４０は、図中のＡの符号で示した右側の駆動治具とＢの符号で示した左側の駆動治具をそれぞれ独立して、調整することができる。

容器１５内、第１のベローズ３２内と第２のベローズ３４内は、１０^−２Ｐａ以下、好ましくは１０^−４Ｐａ以下の減圧状態を維持できる弾性変形可能な気密壁を構成する。回転補助部材３７は、ベアリングやテフロンなどの摩擦係数が小さい材料で作製されたスリーブなどからなる。また動力伝達冶具３１は、図１９の概念図に示すように一端の近傍付近で直線から５度から３０度程度折れ曲がった形をしている。

また、動力伝達冶具３１は、気密壁を貫通していないので気密性に優れ、一旦図示しないポンプで排気し、図示しないバルブを閉じて封じきった後、ポンプをはずしても安定動作させることができる。尚、低損失誘電体部材１３が複数の場合、一つの移動プレート３９に複数の第１のベローズ３２と第２のベローズ３４を接続させて、図中で表した左右の駆動治具を連動して、低損失誘電体部材１３と連結及び脱離の操作を行なってもよい。この場合は調整時の熱進入が多くなるが直線移動装置の数を減らすことができ、略構成で、省スペースが可能になる。一方、複数の低損失誘電体部材１３それぞれに直線移動装置を独立して設ける場合にはスペースは必要になるが調整時の熱進入は少なくなる。以上説明したようにつまみ３６を歳差運動させることで高周波特性を調整し、調整後は移動プレート３５を直線移動させて所定の時間に低損失誘電体部材１３から離すことができる。これにより調整後に熱進入や振動などにより高周波特性がずれることが減る。調整方法及び調整システムは第３実施形態と第４実施形態と共通する。

（実施例１）
実施例１は図１３の概念図に示す超伝導フィルタ装置を具体化した実験例である。
サファイア基板上に成膜したＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ酸化物超伝導体膜をリソグラフィー技術にて加工した超伝導素子と同じく超伝導膜からなるグランドプレーンで構成された超伝導素子のバンドパスフィルターを作製しＣｕで作製した支持部材上に固定した。その支持部材に超伝導素子を覆うようにＣｕ製の外包容器を固定した。その外包容器に超伝導素子の周波特性を調節する燒結アルミナからなる誘電体部材を取り付けた。これらを図示しない冷凍機により７７Ｋ以下まで冷却されるコールドヘッド上に取り付け気密可能な真空容器内に収め、図示しない排気装置により減圧して真空断熱した後７０Ｋまで冷却した。尚、誘電体部材はバックラッシュの少ないおねじに取り付けてあり、そのおねじは外包容器のめねじにねじ込まれている。従っておねじを回転させることで超伝導素子と誘電体部材の距離を変え、超伝導素子の高周波特性を調整する。おねじの先端に駆動治具の回転軸とかみ合わせた後、図示しないネットワークアナライザーの通過及び反射波形を見ながら、外部磁石を回して内部磁石を回し、ギヤを介して回転軸を回して誘電体部材の位置を調節した。図１のような４段の中心周波数が９ＧＨｚのバンドパスフィルターについて、４つの超伝導素子をそれぞれ調節し挿入損失が０．１ｄＢ以下、反射が−２０ｄＢ以下のシャープカットフィルター特性を得た。その後外部磁石を持ち上げて固定した。これにより、熱進入や振動などにより高周波特性がずれることがない超伝導フィルタ装置および調整方法を提供することができた。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限られず、特許請求の範囲に記載の発明の要旨の範疇において様々に変更可能である。また、本発明は、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。

１…共振器パターン
２…おねじ
３…端部
４…中央付近
５…端部
６…共振器と共振器の間領域
７…高周波コネクター
８…電力入出力点
９…低損失誘電体基板
１０…グランドプレーン
１１…支持部材
１２…外包容器
１３…低損失誘電体部材
１４…コールドヘッド
１５…真空容器
１６…駆動治具
１７…Ｏリング
１８…内部磁石
１９…外部磁石
２０…駆動部材（歯車）
２１…回転軸
２２…固定部材
２３…内部磁石
２４…外部磁石
２５…プレート
２６…ベローズ
２７…支持棒
２８…支持部材
２９…つまみ
３０…連結治具
３１…動力伝達治具
３２…第１のベローズ
３３…第１の回転補助部材
３４…第２のベローズ
３５…第２の回転補助部材
３６…つまみ
３７…支持棒
３８…支持部材
３９…可動プレート
４０…つまみ
１００…高周波フィルタ
２００…超伝導高周波装置
３００…超伝導高周波装置
４００…超伝導高周波装置
５００…超伝導高周波装置
６００…超伝導高周波装置
７００…超伝導高周波装置

Claims (10)

1. 超伝導素子と超伝導素子のフィルタ特性を調整するための誘電体部材とを有する高周波フィルタと
   前記超伝導素子と前記誘電体部材の距離を調整するための駆動治具とを有し、
   前記誘電体部材と駆動治具は、連結と脱離の両方の形態をとることを特徴とする超伝導フィルタ装置。
2. 前記超伝導フィルタ装置は、気密容器を有し、
   前記高周波フィルタと、前記誘電体部材と、前記駆動治具とは、前記気密容器の気密空間内部に有し、
   前記駆動治具を駆動するための駆動源を前記気密容器外に有することを特徴とする請求項１に記載の超伝導フィルタ装置。
3. 前記駆動源は、前記駆動治具を回転する動力を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の超伝導フィルタ装置。
4. 前記駆動源は、前記駆動治具と非接触であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超伝導フィルタ装置。
5. 前記駆動源は、前記連結と脱離の形態を切り替える動力を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超伝導フィルタ装置。
6. 前記駆動治具は、前記気密容器と非接触であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超伝導フィルタ装置。
7. 超伝導素子と超伝導素子のフィルタ特性を調整するための誘電体部材とを有する高周波フィルタと、
   前記超伝導素子と前記誘電体部材の距離を調整するための駆動治具と、
   前記高周波フィルタと前記駆動治具を気密空間内部に配置させる気密容器と、
   前記気密容器外に、前記駆動治具を駆動するための駆動源と、
   を有し、
   前記駆動治具と前記気密容器は、非接触であることを特徴とする超伝導フィルタ装置。
8. 超伝導素子と超伝導素子のフィルタ特性を調整するための誘電体部材とを有する高周波フィルタと、
   前記超伝導素子と前記誘電体部材の距離を調整するための駆動治具と、
   を有し、
   前記超伝導素子が超伝導状態になるように冷却する工程と、
   前記駆動治具と連結した前記誘電体部材と前記超伝導素子との距離を調整する工程と、
   前記高周波フィルタのフィルタ特性を評価する工程と、
   前記誘電体部材と前記駆動治具を脱離する工程と、を有することを特徴とする超伝導フィルタ調整方法。
9. 前記高周波フィルタと前記駆動治具は、気密容器内に真空状態で収容され、
   前記超伝導素子と前記誘電体部材の距離の調整工程と、前記誘電体部材と前記駆動治具の連結工程と、前記誘電体部材と前記駆動治具の脱離工程とから選ばれる１以上の工程は、前記気密容器の外部から、前記駆動治具と前記気密容器を接触させずに行うことを特徴とする請求項８に記載の超伝導フィルタ調整方法。
10. 前記誘電体部材と前記駆動治具の脱離工程の後に、
    前記誘電体部材と前記駆動治具を連結する工程と、
    前記駆動治具と連結した前記誘電体部材と前記超伝導素子との距離を再調整する工程と、
    前記高周波フィルタのフィルタ特性を再評価する工程と、
    前記誘電体部材と前記駆動治具を再脱離する工程と、を有することを特徴とする請求項８又は９に記載の超伝導フィルタ調整方法。