JPH02302680A - グラジオメータ冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、極低温レベルで超電導状態となる超電導量子
干渉素子（Ｓ　Ｑ　Ｕ　Ｉ　Ｄ　；　５ｕｐｅｒｃｏｎ
ｄｕｃｔｉｖｅ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅ
ｎｃｅ　Ｄｅｖｌｃｅ　）と該素子に接続される超電導
コイルからなる磁束入力回路とを備えたグラジオメータ
を冷凍機により作動温度レベルに冷却するようにした冷
却装置に関する。

（従来の技術） 従来より、超電導デバイスの１つとして、ジョセフソン
効果を利用した超電導量子干渉素子が知られている。そ
して、この超電導量子干渉素子に超電導コイルからなる
磁束入力回路を接続することにより、例えば生体内に流
れる微小電流に伴う磁界や体内の微小磁石からの磁界等
、極めて微弱な磁束を測定するようにしたグラジオメー
タを得ることができる。

このグラジオメータを極低温レベル、つまり超電導量子
干渉素子及び超電導コイルが超電導状態となる温度レベ
ルまで冷却する場合、低温保持容器（クライオスタット
）内に極低温レベルの液体ヘリウムを蓄えて、該液体ヘ
リウムにグラジオメータを浸漬して冷却する方法がある
。尚、その場合、通常は低温保持容器内に寒冷発生用の
冷凍機の冷却器を挿入して、容器内で蒸発したヘリウム
ガスを冷凍機により凝縮液化させることが行われ°てい
る。

そして、この方法では、グラジオメータを液体ヘリウム
に浸漬するので、そのグラジオメータを全体に亘って安
定してかつ短時間で冷却することができる。しかし、反
面、グラジオメータの冷却のために低温保持容器内のヘ
リウムを介在させるため、非作動状態での冷却システム
の操作性が悪くなる。しかも、低温保持容器内で蒸発に
より気体となったヘリウムガスは液体状態よりも体積が
増えるので、その大容量のヘリウムガスを冷凍機によっ
て冷却すねばならず、グラジオメータに対する冷却ロス
が大きいという問題がある。このことから、上記グラジ
オメータを冷凍機の冷却器に直接伝熱可能に接触させて
冷却する方法が注目されている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、上記の如くグラジオメータを冷凍機により直
接的に冷却する場合、通常、冷凍機の冷却器にグラジオ
メータを伝熱可能に接触させるようにした構造が採用さ
れるが、その伝熱構造では、冷却器からグラジオメータ
への冷熱の伝導効率が低く、グラジオメータに対する冷
却効率を高めるのに限度があり、その安定作動までの冷
却時間が長くなるという問題があった。

そこで、冷凍機の冷却器とグラジオメータとをアルミニ
ウム等、熱伝導率の高い材料からなるテープにより伝熱
可能に連結してもよいが、グラジオメータの着脱が繁雑
になり、その作業性が低下することとなる。

本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その
主たる目的は、上記冷凍機の冷却器とグラジオメータと
の間の伝原構造を改良することで、冷凍機によるグラジ
オメータに対する冷却効率を高めて、その冷却時間を短
縮するとともに、併せて、グラジオメータの着脱を容易
化してその作業性の向上を図ることにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、請求項（１）に係る発明の
解決手段は、グラジオメータを高熱伝導率の被覆材で被
覆して、この被覆材を介してグラジオメータを冷却する
構成とする。

すなわち、請求項（１）に係る発明では、第１図及び第
２図に示すように、極低温レベルで超電導状態となる超
電導量子干渉素子（３０）と、該超電導量子干渉素子（
３０）に接続される磁束入力回路（３１）とを備えたグ
ラジオメータ（Ｂ）を、冷凍機（Ａ）の冷却器（２５）
に伝熱可能に接触させて冷却するようにしたグラジオメ
ータ冷却装置として、上記グラジオメータ（Ｂ）を熱伝
導率が大きい非磁性の被覆材（３３）で被覆するととも
に、この被覆材（３３）を上記冷凍機（Ａ）の冷却器（
２５）に伝熱可能に接触させるように構成する。

その場合、請求項（′２Ｊに係る発明では、被覆材（３
３）が導電性を有するものであるときには、第４図に示
す如く、被覆材（３３）にグラジオメータ（Ｂ）の磁束
測定に有害な渦電流ループが発生しないようにするため
に、該被覆材（３３）を、グラジオメータ（Ｂ）を覆う
円筒形状として、その円周方向の一部にスリット（３４
）を切欠き形成する。

また、上記の目的の達成のために、請求項（３）に係る
発明の解決手段は、グラジオメータ（Ｂ）の心材（３２
）を介してグラジオメータ（Ｂ）を冷却する構成とする
。すなわち、この発明では、第１１図に示すように、上
記構成のグラジオメータ冷却装置において、上記グラジ
オメータ（Ｂ）の心材（３２）を熱伝導率が大きい非磁
性の材料で構成し、かつ該心材（３２）を冷凍機（Ａ）
の冷却器（２５）に伝熱可能に接触させる構成とする。

さらに、請求項４）に係る発明では、上記心材（３２）
が導電性を有するものであるときには、第１２図に示す
ように、該心材（３２）に渦電流が発生しないようにす
るために、上記と同様に、心材（３２）の円周方向の一
部にスリット（３５）を形成する。

また、請求項（５）に係る発明では、第１３図〜第１５
図に示す如く、上記冷凍機（＾）が、冷媒をシリンダ（
１３）内の膨張室で膨張させて極低温レベルの寒冷を発
生させる膨張機（３）を備え、該膨張機（３）は、膨張
室に対する冷媒の給排を切り換えるバルブ（５）と、該
バルブ（５）を駆動するバルブモータ（９）とを有する
ものであるときには、上記バルブモータ（９）を磁気シ
ールド（ｌＯ）によりシールドする構成とする。

（作用） 上記の構成により、請求項（１）に係る発明では、冷凍
機（Ａ）の運転に伴ってその冷却器（２５）が極低温レ
ベルに冷却されると、該冷却器（２５）に伝熱可能に接
触している被覆材（３３）も冷却され、この被覆材（３
３）によって被覆されているグラジオメータ（Ｂ）も冷
却される。

その場合、上記被覆材（３３）の熱伝導率が大きいので
、グラジオメータ（Ｂ）は周りから効率良く冷却されて
、その温度がスムーズに極低温レベル（作動温度レベル
）に降下し、よってグラジオメータ（Ｂ）の作動可能状
態までの冷却時間を短縮することができる。しかも、上
記被覆材（３３）は非磁性のものであるので、グラジオ
メータ（Ｂ）の磁束検出の際の影響が少なく、微弱磁束
を安定して検出することができる。

また、グラジオメータ（Ｂ）が被覆材（３３）により被
覆されているので、グラジオメータ（Ｂ）を着脱すると
きには、グラジオメータ（Ｂ）を被覆材（３３）ごと着
脱すればよく、アルミニウムテープ等による連結構造に
比べて着脱が容易となる。

そして、請求項（２）に係る発明のように、被覆材（３
３）にスリット（３４）を形成すると、被覆材（３３）
が導電性を有する材料であっても、該被覆材（３３）に
磁気誘導による渦電流のループが発生するのをスリット
（３４）により遮断することができ、渦電流ループによ
る磁気ノイズを低減することができる。

さらに、請求項（３）に係る発明では、グラジオメータ
（Ｂ）の心材（３２）が熱伝導率の大きい非磁性の材料
で構成され、この心材（３２）は冷凍機（Ａ）の冷却器
（２５）に接触しているので、この心材（３２）により
グラジオメータ（Ｂ）はその内部から冷却されることと
なり、よってグラジオメータ（Ｂ）の冷却効率を高める
ことができる。また、この非磁性の心材（３２）により
、グラジオメータ（Ｂ）の磁束検出の際の影響が少ない
。

そして、請求項（４）に係る発明では、上記心材（３２
）の一部にスリット（３５）が形成されているので、心
材（３２）が導電性を有する材料であっても、上記と同
様に、心材（３２）に磁気誘導による渦電流のループが
発生するのを遮断して、磁気ノイズを低減することがで
きる。

また、請求項（５）に係る発明では、冷凍機（Ａ）にお
ける膨張機（３）のバルブモータ（９）が磁気シールド
（１０）によってシールドされているので、バルブモー
タ（９）がグラジオメータ（Ｂ）に近接配置されていて
も、バルブモータ（９）から発せられる電磁雑音がグラ
ジオメータ（Ｂ）に入力されるのを磁気シールド（ｌＯ
）によって低減でき、よってグラジオメータ（Ｂ）の磁
束測定精度を向上させることができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の第１の実施例の全体構成を示し、（Ｂ
）はグラジオメータ、（Ａ）は該グラジオメータ（Ｂ）
を冷却するための２元回路のヘリウム冷凍機（Ａ）であ
る。上記冷凍機（Ａ）は気密状に密閉された真空容器（
１）を有し、該真空容器（１）の内部は真空状態に保た
れ、この容器（１）内部にグラジオメータ（Ｂ）が収容
されている。

また、上記真空容器（１）には予冷冷凍回路（２）の膨
張機（３）及びＪ−７回路（１Ｂ）の膨張ユニット（１
７）が取り付けられている。上記予冷冷凍回路（２）は
、Ｇ−Ｍ（ギフオード・マクマホン）サイクルの冷凍機
で構成されていて、Ｊ−７回路（１Ｂ）におけるヘリウ
ムガスを予冷するためにヘリウムガスを圧縮膨張させる
ものであり、図外の予冷用圧縮機と上記膨張機（３）と
を閉回路に接続してなる。

上記膨張機（３）は真空容器（１）に対し振動を絶縁さ
れた状態で取り付けられている。この膨張機（３）は、
真空容器（１）の外側上面に配置されたケーシング（４
）と、該ケーシング（４）の下部に連設された２段構造
のシリンダ（１３）とを有し、上記ケーシング（４）に
は予冷用圧縮機の吐出側に接続される高圧ガス入口（４
ａ）と、同吸入側に接続される低圧ガス出口（４ｂ）と
が開口されている。また、上記シリンダ（１３）は真空
容器（１）の土壁を貫通して容器（１）内に垂下してお
り、その大径部（１３ａ）の下端部には５５〜６０にの
温度レベルに保持される第１ヒートステーシヨン（１４
）が、また小径部（１３ｂ）の下端には上記第１ヒート
ステーシヨン（１４）よりも低い１５〜２０にの温度レ
ベルに保持される第２ヒートステーシヨン（１５）がそ
れぞれ形成されている。

そして、ここでは図示しないが、上記シリンダ（１３）
内には、シリンダ（１３）内に上記ヒートステーション
（１４）、　（１５）に対応する位置に膨張室を区画形
成するディスプレーサ（置換器）が往復動可能に嵌装さ
れている。一方、上記ケーシング（４）内には、回転す
る毎に開弁して上記高圧ガス入口（４ａ）から流入した
ヘリウムガスを上記シリンダ（１３）内の膨張室に供給
し又は膨張室内で膨張したヘリウムガスを低圧ガス出口
（４ｂ）から排出するように切り換わるロータリバルブ
と、該ロータリバルブを駆動するバルブモータとが嵌装
されている。そして、膨張機（３）におけるロータリバ
ルブの開弁により高圧ヘリウムガスをシリンダ（１３）
内の膨張室でサイモン膨張させて、その膨張に伴う温度
降下により極低温レベルの寒冷を発生させ、その寒冷を
シリンダ（１３）における第１及び第２ヒートステーシ
ヨン（１４）、　（１５）にて保持する。よって、予冷
用圧縮機から吐出された高圧のヘリウムガスを膨張機（
３）に供給し、その膨張機（３）での断熱膨張によりヒ
ートステーション（１４）、　（１５）の温度を低下さ
せて、Ｊ−７回路（１６）における後述の予冷器（２２
）、　（２３）を予冷するとともに、膨張した低圧ヘリ
ウムガスを圧縮機に戻して再圧縮するようにした閉回路
の予冷冷凍回路（２）が構成されている。

一方、上記Ｊ−Ｔ回路（１０）は、極低温レベル（約４
Ｋ）の寒冷を発生させるためにヘリウムガスを圧縮して
ジュールトムソン膨張させる冷凍回路であって、ヘリウ
ムガスを圧縮するＪ　−Ｔ圧縮機（図示せず）と、その
圧縮されたヘリウムガスをジュールトムソン膨張させる
上記膨張ユニット（１７）とを備えている。この膨張ユ
ニット（１７）は上記真空容器（１）の外側上面に配置
された支持部（１８）を有し、該支持部（１８）には上
記Ｊ　−Ｔ圧縮機の吐出側に接続される高圧ガス入口（
１８ａ）と、同吸入側に接続される低圧ガス出口（１８
ｂ）とが開口されている。また、支持部（１８）の下部
には、真空容器（１）の土壁を貫通して容器（１）内に
垂下する第１〜第３のＪ−Ｔ熱交換器（１９）〜（２１
）が連結されている。上記各Ｊ−Ｔ熱交換器（１９）〜
（２１）は１次側及び２次側をそれぞれ通過するヘリウ
ムガス間で互いに熱交換させるもので、第１Ｊ−Ｔ熱交
換器（１９）の１次側は上記支持部（１８）の高圧ガス
入口（１８ａ）に接続されている。また、第１及び第２
のＪ　−Ｔ熱交換器（１９）、　（２０）の各１次側同
士は、上記膨張機（３）の第１ヒートステーシヨン（１
４）外周に配置した熱交換器からなる第１予冷器（２２
）を介して接続されている。同様に、第２及び第３Ｊ−
Ｔ熱交換器（２０）、　（２１）の各１次側同士は、膨
張機（３）の第２ヒートステーシーン（１５）外周に配
置した熱交換器からなる第２予冷器（２３）を介して接
続されている。さらに、上記第３Ｊ−Ｔ熱交換器（２１
）の１次側は、高圧のヘリウムガスをジュールトムソン
膨張させるＪ−Ｔ弁（２４）を介して冷却器（２５）に
接続されている。上記Ｊ　−Ｔ弁（２４）は真空容器（
１）外から図外の操作ロッドによって開度が調整される
。また、上記冷却器（２５）は円筒状受冷部材（２８）
の外周に沿って巻かれたコイル状の配管からなるもので
、この構造によって冷却器（２５）と受冷部材（２Ｂ）
が伝熱可能に接触している。また、受冷部材（２Ｂ）の
下端には受冷プレー）　（２７）が一体形成され、該プ
レート（２７）の下面に上記グラジオメータ（Ｂ）が伝
熱可能に一体的に取り付けられている。

さらに、上記冷却器（２５）は上記第３及び第２１−１
熱交換器（２１）、　（２０）の各２次側を経て第１Ｊ
−Ｔ熱交換器（１９）の２次側に接続され、該第１Ｊ−
Ｔ熱交換器（１９）の２次側は上記支持部（１８）の低
圧ガス出口（１８ｂ）に接続されている。よって、Ｊ−
７回路（１６）では、Ｊ−Ｔ圧縮機によりヘリウムガス
を高圧に圧縮して真空容器（１）側に供給し、それを真
空容器（１）の第１〜第３のＪ　−Ｔ熱交換器（１９）
〜（２１）において圧縮機側に戻る低温低圧のヘリウム
ガスと熱交換させるとともに、第１及び第２予冷器（２
２）、　（２３）でそれぞれ膨張機（３）の第１及び第
２ヒートステーシヨン（１４）、　（１５）と熱交換さ
せて冷却したのち、Ｊ−Ｔ弁（２４）でジュールトムソ
ン膨張させて冷却器（２５）で１気圧、約４にの気液混
合状態のヘリウムとなし、このヘリウムの蒸発潜熱によ
り受冷部材（２６）、受冷プレート（２７）及びそれに
接触するグラジオメータ（Ｂ）を極低温レベル（約４Ｋ
）に冷却し、しかる後、上記膨張によって低圧となった
ヘリウムガスを第１〜第３Ｊ−Ｔ熱交換器（１９）〜（
２１）の各２次側を通してＪ−Ｔ圧縮機に吸入させて再
圧縮するように構成されている。

上記グラジオメータ（Ｂ）は、第１図に示すように、極
低温レベルで超電導状態となる超電導量子干渉素子（３
０）と、該超電導量子干渉素子（３０）に接続される磁
束入力回路（３１）とを備えてなり、上記磁束入力回路
（３１）は、第３図に示す如く、円筒状の心材（３２）
に巻き付けられた４つの超電導コイル（３１ａ）　、　
（３１ａ）　、・・・を電流が逆向きに流れるよう直列
に接続した２回差動形のもので構成され、また超電導量
子干渉素子（３０）は心材（３２）の内部に配設されて
いる。そして、本発明の特徴として、このグラジオメー
タ（Ｂ）の外周には熱伝導率の大きい非磁性材料からな
る円筒状の被覆材（３３）が配設されていて、この被覆
材（３３）によりグラジオメータ（Ｂ）が被覆されてい
る。さらに、上記被覆材（３３）の上端は上記冷凍１ｍ
　（Ａ）の受冷ブレー）　（２７）に伝熱可能に接触し
ており、この被覆材（３３）を通してグラジオメータ（
Ｂ）の磁束入力回路（３１）及び超電導量子干渉素子（
３０）を冷却するようにしている。

上記特性を持った被覆材（３３）の材料としては、サフ
ァイヤやダイアモンド等があるが、これらは高価である
ので、ＩＣの基板材料として注目されている炭化珪素（
Ｓ　ｉ　Ｃ）や窒化アルミニウム（ＡＩＮ）等の高熱伝
導性セラミック材料を使用することがコスト面で有利で
ある。

次に、上記実施例の作用について説明する。

ヘリウム冷凍機（Ａ）の運転に伴ってグラジオメータ（
Ｂ＞が冷却され、そのグラジオメータ（Ｂ）の温度が極
低温レベル（約４Ｋ）まで降下すると、該グラジオメー
タ（Ｂ）が作動状態になる。

すなわち、まず、予冷冷凍回路（２）及びＪ　−７回路
（１６）の各圧縮機が起動されてヘリウム冷凍機（Ａ）
が定常運転状態になると、予冷冷凍回路（２）における
膨張機（３）で予冷用圧縮機から供給された高圧のへ°
リウムガスが膨張し、このガスの膨張に伴う温度降下に
よりシリンダ（１３）の第１ヒートステーシヨン（１４
）が５５〜６０にの温度レベルに、また第２ヒートステ
ージａ：／′（１５）が１５〜２０にの温度レベルにそ
れぞれ冷却される。

一方、これと同時に、Ｊ−７回路（１Ｂ）では、圧縮機
から吐出された高圧のヘリウムガスが真空容器（１）側
に供給され、この真空容器（１）側に供給された高圧ヘ
リウムガスは、支持部（１８）の高圧ガス入口（１８ａ
）から第１Ｊ−Ｔ熱交換器（１９）の１次側に入り、そ
こで圧縮機側へ戻る２次側の低圧ヘリウムガスと熱交換
されて常温３００Ｋから約７０Ｋまで冷却され、その後
、上記膨張機（３）の５５〜６０Ｋに冷却されている第
１ヒートステーシヨン（１４）外周の第１予冷器（２２
）に入って約５５Ｋまで冷却される。この冷却されたガ
スは第２Ｊ−Ｔ熱交換器（２０）の１次側に入って、同
様に２次側の低圧ヘリウムガスとの熱交換により約２０
Ｋまで冷却された後、膨張機（３）の１５〜２０Ｋに冷
却されている第２ヒートステーシヨン（１５）外周の第
２予冷器（２３）に入って約１５Ｋまで冷却される。

さらに、ガスは第３Ｊ−Ｔ熱交換器（２１）の１次側に
入って２次側の低圧ヘリウムガスとの熱交換により約５
Ｋまで冷却され、しかる後にＪ　−Ｔ弁（２４）に至る
。このＪ−Ｔ弁（２４）では高圧ヘリウムガスは絞られ
てジュールトムソン膨張し、１気圧、約４にの気液混合
状態のヘリウムとなってＪ　−Ｔ弁（２４）下流の冷却
器（２５）へ供給される。そして、この冷却器（２５）
において、上記気液混合状態のヘリウムにおける液部分
の蒸発潜熱により受冷部材（２６）及び受冷プレート（
２７）が冷却される。この受冷プレート（２７）が冷却
されると、該受冷プレート（２７）に伝熱可能に接触し
ている被覆材（３３）の温度が降下し、この被覆材（３
３）を介してグラジオメータ（Ｂ）の超電導量子干渉素
子（３０）及び磁束入力回路（３１）も冷却される。

そして、上記蒸発した低圧ヘリウムガスは冷却器（２５
）から第３Ｊ−Ｔ熱交換器（２１）の２次側に戻ってそ
の間に約４にの飽和ガスとなり、このヘリウムガスは第
２及び第１Ｊ−Ｔ熱交換器（２０）、　（１９）の２次
側を通って順に１次側の高圧ヘリウムガスを冷却しなが
ら最後に約３００Ｋ　（室温）まで温度上昇し、しかる
後、支持部（１８）の低圧ガス出口（１８ｂ）から圧縮
機の吸入側へ戻る。以上で予冷冷凍回路（２）及びＪ−
Ｔ回路（１Ｂ）の１サイクルが終了し、以後、同様なサ
イクルが繰り返されて冷凍機（Ａ）の冷凍運転が行われ
る。このような冷凍運転の継続によりグラジオメータ（
Ｂ）の温度が極低温レベル（作動温度レベル）に向かっ
て降下し、その極低温レベルへの到達の後にグラジオメ
ータ（Ｂ）が作動状態となる。

この実施例の場合、グラジオメータ（Ｂ）は熱伝導率の
大きい材料からなる被覆材（３３）によって被覆されて
いるので、この被覆材（３３）を通しての寒冷の伝達に
よりグラジオメータ（Ｂ）を効率良く冷却して、その温
度をスムーズに極低温レベルに降下させることができ、
よってグラジオメータ（Ｂ）の作動可能状態までの冷却
時間を短縮することができる。

しかも、グラジオメータ（Ｂ）が被覆材（３３）により
被覆された構造であるので、グラジオメータ（Ｂ）を着
脱するときには、グラジオメータ（Ｂ）を被覆材（３３
）で覆ったまま被覆材（３３）と共に着脱すればよく、
その着脱を容易に行うことができる。

また、上記被覆材（３３）は非磁性のものであるので、
グラジオメータ（Ｂ）により磁束を検出する際の磁気の
影響が少なく、微弱磁束を安定して検出することができ
る。

上記実施例では、グラジオメータ（Ｂ）を被覆する被覆
材（３３）が円筒状であるが、他の形状を採用すること
もできる。すなわち、第４図に示すものでは、円筒状被
覆材（３３）に、その外周を被覆材（３３）中心線方向
に沿って部分的に切り欠いてなるスリット（３４）を形
成している。

この場合、被覆材（３３）の横断面をみると、その円周
方向の一部がスリット（３４）にて遮断されているので
、該被覆材（３３）が導電性を有する材料であって被覆
材（３３）に誘導電流が発生しても、該電流は被覆材（
３３）を円周方向に沿って流れる渦電流とはならず、被
覆材（３３）に磁気誘導による渦電流のループが発生す
るのを遮断することができ、よって渦電流ループによる
磁気ノイズを低減して、グラジオメータ（Ｂ）の磁束検
出精度を高めることができる。

また、この他、第６図に示すように（尚、第４図と同じ
部分については同じ符号を付して説明する）、被覆材（
３３）を、円形状の基部（３３ａ）とその外周から等角
度間隔（４５’間隔）で放射状に延びる８つの被覆部（
３３ｂ）　、　（３３ｂ）　、・・・とで構成し、第５
図に示す如く、上記基部（３３ａ）をグラジオメータ（
Ｂ）と受冷ブレー）　（２７）との間に挟んだ状態で、
各被覆部（ａａｂ）をグラジオメータ（Ｂ）の外周に中
心線方向に延ばして、その隣り合う被覆部（３３ｂ）　
、　（３３ｂ）間にスリット（３４）を形成するように
してもよい。

さらに、第８図に示すように、被覆材（３３）を、略Ｔ
字状の基部（３３ａ）とその基部（３３ａ）の−側から
等間隔をあけて平行に延びる８つの被覆部（３３ｂ）　
、　（３３ｂ）　、・・・とで構成し、第７図に示す如
く、上記基部（３３ａ）をグラジオメータ（Ｂ）と受冷
プレート（２７）との間に挟んだ状態で、各被覆部（３
３ｂ）をグラジオメータ（Ｂ）の外周に中心線方向に延
ばして、その被覆部（３３ｂ）　、　（３３ｂ）間にス
リ・ソト（３４）を形成することも可能である。尚、そ
の際、被覆材（３３）がグラジオメータ（Ｂ）に被覆さ
れた状態では、両端の被覆部（３３ｂ）　、　（３３ｂ
）間にもスリット（３４）が形成されるように設定する
。

また、第１０図に示すように、被覆材（３３）を、短冊
状の基部（３３ａ）とその基部（３３ａ）の先端から両
側に基部（３３ａ）と直角に所定間隔をあけて平行に延
びる６つの被覆部（３３ｂ）　、　（３３ｂ）　、・・
・とで構成し、第９図に示す如く、上記基部（３３ａ）
の基端をグラジオメータ（Ｂ）と受冷プレート（２７）
との間に挟んだ状態で、その先端をグラジオメータ（Ｂ
）の外周に中心線方向に延ばし、その先端側の各被覆部
（１３ｂ）をグラジオメータ（Ｂ）の外周に磁束入力回
路（３１）の超電導コイル（３１ａ）　、　（３１ａ）
　、　”’を被覆するように沿わせてもよい（但し、被
覆部（３３ｂ）　、　（３３ｂ）の先端同士は離隔させ
る）。これらの例では、いずれも上記実施例と同様の作
用効果を奏することができる。

上記実施例では、グラジオメータ（Ｂ）に被覆材（３３
）を被覆し、その被覆材（３３）によりグラジオメータ
（Ｂ）に寒冷を伝えるようにしたが、本発明はこの伝熱
構造に限定されず、第１１図に示す伝熱構造を採用する
こともできる。すなわち、第１１図は本発明の第２の実
施例を示しく尚、第１図及び第２図と同じ部分について
は同じ符号を付してその詳細な説明は省略する）、この
実施例では、グラジオメータ（Ｂ）の心材（３２）自体
を、熱伝導率が大きい非磁性の材料で構成したものであ
る。そして、この心材（３２）は上記した冷凍機（Ａ）
の受冷プレート（２７）に伝熱可能に接触している。

したがって、この実施例では、グラジオメータ（Ｂ）の
心材（３２）が熱伝導率の大きい非磁性の部材で構成さ
れ、かつ冷凍機（Ａ）の受冷プレート（２７）に接触し
ているので、この心材（３２）によりグラジオメータ（
Ｂ）はその内部から冷却されることとなる。よって上記
実施例と同様に、グラジオメータ（Ｂ）の冷却効率を高
めることができる。

また、心材（３２）はグラジオメータ（Ｂ）の一部を構
成しているので、該グラジオメータ（Ｂ）の着脱が容易
となり、その作業性を高めることができる。

さらに、上記心材（３２）は非磁性材料であるので、グ
ラジオメータ（Ｂ）の磁束検出の際の磁気の悪影響を少
なくすることができる。

そして、こうしてグラジオメータ（Ｂ）の心材（３２）
を熱伝導率の大きい非磁性材料で構成する場合、第１２
図に示すように、その心材（３２）の円周方向の一部に
スリット（３５）を形成してもよい。

この場合、上記の如く、心材（３２）が導電性を有する
材料であっても、心材（３２）に磁気誘導による渦電流
のループが発生するのをスリット（３５）で遮断でき、
磁気ノイズを低減することができる。

第１３図は本発明の第３の実施例を示し、予冷冷凍回路
（２）における膨張機（３）のバルブモータを磁気シー
ルドしたものである。

すなわち、第１３図において、（５）は膨張機（３）の
ケーシング（４）におけるバルブ室（８）内に配設され
たロータリバルブで、このロータリバルブ（５）は、既
述の如く、バルブ室（６）上面に形成した弁座（６ａ）
に着座した状態で回転し、その回転する毎に開弁して、
ケーシング（４）の高圧ガス入口（４ａ）から流入した
ヘリウムガスをガス通路（７）を介してシリンダ、（１
３）内膨張室に供給し、又は膨張室内で膨張したヘリウ
ムガスを同ガス通路（７）に、よって低圧ガス出口（４
ｂ）から排出するように作動するものである。

また、（９）は上記ロータリバルブ（５）を駆動するバ
ルブモータで、このバルブモータ（９）は、ケーシング
（４）のモータ室（８）内に収容されたモータ本体（９
ａ）と、該モータ本体（９ａ）から上方に突出する回転
軸（９ｂ）とを備え、回転軸（９ｂ）の上端は上記バル
ブ室（６）に延びていて、ロータリバルブ（５）の下面
に回転一体に連結されている。

そして、上記モータ室（８）内にはモータ本体（９ａ）
の側面及び下面を覆う断面コ字状の超電導材料からなる
磁気シールド（１０）が配設され、該磁気シールド（ｌ
Ｏ）は所定温度レベル（５５に以下）で超電導状態とな
るものである。そして、この磁気シールド（ｌＯ）の外
周には配管を巻き付けてなる冷却コイル（１１）が配置
され、該冷却コイル（Ｕ）の一端は上記Ｊ−Ｔ回路（１
Ｂ）における第１予冷器（２２）直下流側の配管に、他
端は同様に第１Ｊ−Ｔ熱交換器（１９）の２次側直上流
に連通する配管にそれぞれ分岐接続されており、第１予
冷器（２２）によって５５に程度に冷却されたヘリウム
ガスの一部を冷却コイル（１１）に供給することで、磁
気シールド（１０）を超電導状態となる温度レベルに冷
却し、この超電導状態の磁気シールド（ｌＯ）により、
バルブモータ（９）の本体（９ａ）から発せられる電磁
雑音をグラジオメータ（Ｂ）に対して遮蔽するようにな
されている。

この実施例においては、バルブモータ（９）が超電導材
料からなる磁気シールド（ｌＯ）によってシールドされ
ているので、バルブモータ（９）をグラジオメータ（Ｂ
）に近接させても、バルブモータ（９）からの電磁雑音
がグラジオメータ（Ｂ）に入力されるのを可及的に低減
でき、膨張機（３）のデッドボリュームを小さくシ４て
その冷却効率を高めつつ、グラジオメータ（Ｂ）の磁束
ｎ１定精度を向上させることができる。

すなわち、一般に、グラジオメータ（Ｂ）により測定す
る磁束密度は極めて低レベルのものであり、その測定精
度を向上させるためには、磁束入力回路（３１）に入る
磁気ノイズは可及的に低減することが望ましい。しかし
、本実施例の如く、Ｊ　−７回路（１Ｂ）とその予冷用
の冷凍回路（２）とを組み合わせた冷凍機（Ａ）では、
予冷冷凍回路（２）における膨張機（３）のバルブモー
タ（９）から発せられる電磁雑音が無視できない程度に
大きく、これを低減することが要求される。その解決策
として、バルブモータ（９）を膨張機（３）から離隔さ
せてもよいが、膨張機（３）のデッドボリュームが極め
て大きくなり、冷却効率が大幅に低下する問題が生じる
。

この実施例では、このような問題を解決することができ
る。

また、この実施例の場合、バルブモータ（９）において
、その回転軸（９ｂ）が突出していない部分を磁気シー
ルド（１０）によってシールドするので、モータ（９）
に対する磁気のシールドを容易に行うことができる。

上記実施例では、バルブモータ（９）を超電導材料から
なる磁気シールド（ｌＯ）によってシールドしているが
、この他、第１４図に示すように、バルブモータ（９）
のモータ本体（９ａ）を高透磁率材料からなる磁気シー
ルド（ｌＯ）により覆って、この磁気シールド（ｌＯ）
により、バルブモータ（９）の本体（９ａ）からの電磁
雑音をグラジオメータ（Ｂ）に対し遮蔽するようにして
もよく、この場合でも、上記実施例と同様に、膨張機（
３）の冷却効率を高めつつ、グラジオメータ（Ｂ）の磁
束測定精度を向上させることができるとともに、バルブ
モータ（９）に対する磁気のシールドが容易となる。

さらには、第１５図に示すように、バルブモータ（９）
を膨張機（３）のケーシング（４）内で回転軸（９ｂ）
が水平方向に延びるように横置きとし、そのモータ本体
（９ａ）を高透磁率材料からなる磁気シールド（ｌＯ）
で覆うようにしてもよく、上記実施例と同様の作用効果
を奏することができる。

（発明の効果） 以上説明した如く、請求項（１）に係る発明によると、
冷凍機により極低温レベルに冷却されるグラジオメータ
を熱伝導率が大きい非磁性の被覆材で被覆するとともに
、この被覆材を冷凍機の冷却器に伝熱可能に接触させる
構成としたことにより、グラジオメータに対する冷却効
率を高めることができるとともに、そのグラジオメータ
のみを着脱してその作業を容易に行うことができ、よっ
てグラジオメータの冷却時間の短縮化及びその着脱の容
易化を両立させることができる。

また、請求項（３）に係る発明によれば、グラジオメー
タの心材を熱伝導率が大きい非磁性材料で構成するとと
もに、この心材を冷凍機の冷却器に伝熱可能に接触させ
る構成であるので、上記と同様に、グラジオメータの冷
却時間の短縮化と着脱の容易化との両立を図ることがで
きる。

さらに、請求項（′２Ｊ又は（４）に係る発明によると
、上記被覆材又は心材の円周方向の一部にスリットを形
成したことにより、被覆材又は心材が導電性、　　を有
するものであっても、そこに磁気誘導による渦電流のル
ープが発生するのをスリットにより遮断でき、よって渦
電流ループによる磁気ノイズを低減してグラジオメータ
の磁束測定精度を向上させることができる。

また、請求項（５）に係る発明によると、上記冷凍機が
、シリンダ内の膨張室に対する冷媒の給排を切り換える
バルブと、該バルブを駆動するバルブモータとを有する
膨張機を備えている場合において、上記バルブモータを
磁気シールドによりシールドしたことにより、バルブモ
ータから発せられる電磁雑音がグラジオメータに入力さ
れるのを磁気シールドにより低減して、グラジオメータ
の磁束測定精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１０図は本発明の第１実施例を示し、第１図
はグラジオメータの伝熱構造を示す斜視図、第２図は冷
凍機の要部を概略的に示す説明図、第３図はグラジオメ
ータの概略構造を示す斜視図、第４図は被覆材の第１の
変形例を示す第１図相当図、第５図は被覆材の第２の変
形例を示す第１図相当図、第６図は同被覆材の展開図、
第７図は被覆材の第３の変形例を示す第１図相当図、第
８図は同被覆材の展開図、第９図は被覆材の第４の変形
例を示す第１図相当図、第１０図は同被覆材の展開図で
ある。第１１図及び第１２図は本発明の第２の実施例を
示し、第１１図は第１図相当図、第１２図は心材の変形
例を示す第１図相当図である。第１３図〜第１５図は本
発明の第３の実施例を示し、第１３図は第２図相当図、
第１４図及び第１５図はそれぞれ膨張機のバルブモータ
の磁気シールド構造の変形例を示す第２図相当図である
。 （Ａ）・・・ヘリウム冷凍機 （２）・・・予冷冷凍回路 （３）・・・膨張機 （５）・・・ロータリバルブ （９）・・・バルブモータ （１０）・・・磁気シールド （１３）・・・シリンダ （１４）、　（１５）・・・ヒートステーション（１Ｂ
）・・・Ｊ　−７回路 （２４）・・・Ｊ　−Ｔ弁 （２５）・・・冷却器 （Ｂ）・・・グラジオメータ （３０）・・・超電導量子干渉素子 （３１）・・・磁束入力回路 （３２）・・・心材 （３３）・・・被覆材 （３４）、　（３５）・・・スリット 特許出願人　ダイキン工業株式会社　　　　　”′−−
−代理人弁理士前　１）弘（ほか２名、と、下。 第２図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）極低温レベルで超電導状態となる超電導量子干渉
   素子（３０）と、該超電導量子干渉素子（３０）に接続
   される磁束入力回路（３１）とを備えたグラジオメータ
   （Ｂ）を、冷凍機（Ａ）の冷却器（２５）に伝熱可能に
   接触させて冷却するようにしたグラジオメータ冷却装置
   であって、上記グラジオメータ（Ｂ）は熱伝導率が大き
   い非磁性の被覆材（３３）で被覆され、該被覆材（３３
   ）は上記冷凍機（Ａ）の冷却器（２５）に伝熱可能に接
   触していることを特徴とするグラジオメータ冷却装置。
2. （２）被覆材（３３）は、グラジオメータ（Ｂ）を覆う
   円筒形状とされ、かつその円周方向の一部を切り欠いて
   なるスリット（３４）が形成されていることを特徴とす
   る請求項（１）記載のグラジオメータ冷却装置。
3. （３）極低温レベルで超電導状態となる超電導量子干渉
   素子（３０）と、該超電導量子干渉素子（３０）に接続
   される磁束入力回路（３１）とを備えたグラジオメータ
   （Ｂ）を、冷凍機（Ａ）の冷却器（２５）に伝熱可能に
   接触させて冷却するようにしたグラジオメータ冷却装置
   であって、上記グラジオメータ（Ｂ）の心材（３２）は
   熱伝導率が大きい非磁性の材料からなり、かつ該心材（
   ３２）は上記冷凍機（Ａ）の冷却器（２５）に伝熱可能
   に接触していることを特徴とするグラジオメータ冷却装
   置。
4. （４）心材（３２）にはその円周方向の一部を切り欠い
   てなるスリット（３５）が形成されていることを特徴と
   する請求項（３）記載のグラジオメータ冷却装置。
5. （５）冷凍機（Ａ）は、冷媒をシリンダ（１３）内の膨
   張室で膨張させて極低温レベルの寒冷を発生させる膨張
   機（３）を備え、該膨張機（３）は、膨張室に対する冷
   媒の給排を切り換えるバルブ（５）と、該バルブ（５）
   を駆動するバルブモータ（９）とを有し、上記バルブモ
   ータ（９）は磁気シールド（１０）によりシールドされ
   ていることを特徴とする請求項（１）、（２）、（３）
   又は（４）記載のグラジオメータ冷却装置。