JPH04301581A

JPH04301581A - ３軸型グラジオメータ

Info

Publication number: JPH04301581A
Application number: JP3066264A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Yoshida; 佳一吉田; Masayuki Ueda; 雅之上田
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1991-03-29
Filing date: 1991-03-29
Publication date: 1992-10-26
Anticipated expiration: 2015-03-13
Also published as: JP3018540B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】　　本発明は生体磁気計測や航空
磁気探索等に用いられるＳＱＵＩＤの、検出コイルとし
て使用される３軸型のグラジオメータに関する。

【０００２】

【従来の技術】　　極微弱磁界を計測するＳＱＵＩＤに
おいては、被計測磁界を、超電導体製の検出コイルおよ
び入力コイルからなる磁束トランス等と称される入力回
路を介してピックアップすることが多用されるが、この
磁束トランスの検出コイルを、互いに逆巻きのコイルに
２分することにより、一様な磁界をキャンセルし、勾配
を有する磁界のみを検出するようにしたものはグラジオ
メータと称されている。

【０００３】このようなグラジオメータには、図５に示
すような軸型（立体型）と、図６に示すような平面型の
ものがある。軸型は、通常Ｎｂ−Ｔｉ　などの超電導線
５１をボビン材５２に巻き付ける構造となっており、平
面型はガラス等のウエハ６１の表面にＮｂをスパッタリ
ングし、フォトリソグラフィの手法を用いてＮｂ薄膜パ
ターン６２を形成することによって作られる。

【０００４】また、以上のような軸型および平面型のも
のにおいて、３軸型のグラジオメータを得る場合、軸型
では図７に例示するように立方体状のコア材７１の６面
に互いに直交するように３軸コイル７２を手巻きにより
作成している。また、平面型で３軸グラジオメータを作
る場合には、図８に示すように、同じく立方体状のコア
材８１の直交する３面に図７に示したものを貼り合わせ
ることで作成可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】　　ところで、以上の
ような従来のグラジオメータにおいて、軸型のものは、
超電導線をボビンに巻くに当たり、その巻付け精度を向
上させる目的でボビンにあらかじめ溝を形成してその溝
に沿って超電導線を巻く等の手法が採用されるが、溝の
寸法余裕（線とのクリアランス）、線の撓み等によって
コイル精度が出ず、２つのコイルの面積と平行度を一致
させることは困難である。

【０００６】また、平面型のものでは、コイル自体の精
度は高いものとすることができるものの、そのコイルに
よって得られた磁場の分布は歪み、その後の磁場源解析
が困難となるという欠点がある。また深い磁場源の情報
を得るためには、ベースライン（平行コイル間の距離）
を大きくしなければならないが、ベースラインの長さは
ウエハサイズによって制限を受けるという問題もある。そしてこのような平面型のものによって３軸型のグラジ
オメータを作る場合、平面型を立方体のコア材に貼り合
わせたとき、全体の大きさがコイル径に比して非常に大
きくなってしまう関係上、各コイルの密な配置ができな
くなってしまう。

【０００７】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
ので、コイル精度が高く、磁場の分布の歪みがなく、し
かもベースラインを大きくすることができるとともに、
比較的密な配置が可能な３軸型グラジオメータの提供を
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】　　上記の目的を達成す
るための構成を、実施例に対応する図１を参照しつつ説
明すると、本発明は、耐低温性の可撓性材料（例えばポ
リイミドフィルム）１が円筒状に巻回され、その可撓性
材料１の表面には、所定の距離をあけて互いに平行で、
かつ逆巻きに相互に接続された超電導体薄膜製のコイル
対２，３および４が、互いの角度を相違させて３対形成
されていることによって特徴付けられる。

【０００９】

【作用】　　構造としては軸型であり、平面型のグラジ
オメータに固有の磁場分布の歪みや、ベースラインの制
限、および３軸型とした場合のコイル径と全体の大きさ
との関係による配置上の制限等はなくなる。また、各コ
イルは薄膜によって形成されているので、コイル精度は
平面型と同等のものが得られ、軸型のものにおける欠点
もない。

【００１０】すなわち、本発明の構造は、可撓性材料１
を平面状とした状態でフォトリソグラフィの技術を用い
て各コイル対２，３および４を図４に例示するようなパ
ターンで形成し、図４中Ａ点とＢ点とを突き合わせるよ
うに可撓性材料１を円筒状に巻回することによって得ら
れる。この場合、コイルの幅等は平面型と同様に高精度
となり、後は可撓性材料１の巻回精度によってコイル精
度が決まる。この可撓性材料１の巻回は、可撓性材料１
の内側にボビン５を置き、その表面に巻くことによって
、ボビン５の真円度で決まり、容易に高精度化が達成で
きる。

【００１１】ここで、各対のコイル対２，３または４は
、例えば２ａと２ｂに関してその中心軸は一致しいなが
、このことは一様な磁場（遠方磁場）のキャンセルとい
うグラジオメータの機能を損なわせることはない。

【００１２】

【実施例】　　図１は本発明実施例の構成を示す外観図
である。ポリイミドフィルム１が真円筒形のボビン５の
周囲に巻回されており、このポリイミドフィルム１の表
面には、互いに平行で、かつ、互いに逆巻きとなるよう
に接続された２ａと２ｂ、３ａと３ｂ、および４ａと４
ｂとからなる、３対のコイル対２，３および４が積層形
成されており、この各コイル対２，３および４は、互い
に直交して形成されている。

【００１３】各コイル対２，３および４は、それぞれＮ
ｂ超電導体薄膜によって形成されており、それぞれ上部
コイル２ａ，３ａないしは４ａにおいて形成された信号
取り出し用パッド２１，３１ないしは４１を介して、Ｓ
ＱＵＩＤに接続される。次に、以上の本発明実施例の製
造方法について述べる。まず、ポリイミドフィルム１を
平面状に伸ばした状態で、その表面に一様にＮｂ超電導
体薄膜を形成し、フォトリソグラフィ技術により１層目
のコイル対２のパターニングを行う。

【００１４】このコイルパターンについて説明すると、
基本となるのは、

【００１５】

【数１】

【００１６】で表される曲線であり、この曲線は図２の
ように表される。この曲線により下部コイル２ｂを形成
するとともに、これをベースラインに応じて所定距離だ
け上方に平行移動した形状で上部コイル２ｂを形成し、
そして、これらを図３（Ａ）に示すようにその両端部分
において互いに接続し、かつ、上部コイル２ａ側には信
号取り出し用パッド２１を形成したパターンとする。

【００１７】このようなパターンを描いたフィルム１を
、図３（Ａ）のＡ点とＢ点とを突き合わせるように半径
ａの円筒状に巻くと、そのパターンは同図（Ｂ）に示す
ように互いに平行な上部コイル２ａと下部コイル２ｂが
逆向きに接続されたグラジオメータ型のコイル対となる
。次に、この１層目のコイルパターンの上に例えばＳｉ
Ｏ　やＳｉＯ２等の絶縁層を介して、同様に２層目のコ
イルパターンを形成し、更に絶縁層を介して３層目のコ
イルパターンを形成する。

【００１８】このとき、２層目および３層目は１層目と
全く同じパターンであるが、１層目と２層目、および２
層目と３層目は、図４に各層間の絶縁層を透視した状態
でフィルム１上のＮｂ超電導体薄膜ののパターニング形
状を示すように、それぞれｘ方向に（２／３）πａだけ
シフトした形とする。そして図４に示すようなパターニ
ングが施されたフィルム１を、前記したようにＡ点とＢ
点を合わせるように半径ａの円筒状ボビン５の周囲に巻
回し、適当な接着剤等によって適宜箇所を接着すること
によって、図１に示した本発明実施例の３軸型グラジオ
メータが得られる。

【００１９】以上の本発明実施例の構造によれば、基本
的には軸型のグラジオメータ構造であって、従来の平面
型グラジオメータにおける諸問題、例えば磁場の歪みや
ベースラインの制限等が解消される。また、上記したよ
うにフォトリソグラフィの手法により各コイル対を形成
することにより、従来の軸型グラジオメータのようにコ
イル精度に関する問題もなく、ボビン５の真円度をよく
することにより、極めて高精度のコイルを得ることがで
きる。各コイル対の上部および下部コイルの中心軸は、
図３（Ｂ）に示すように一致しないが、この上部および
下部コイルを貫通する一様磁束が相互に打ち消されるか
ら、遠方磁場のキャンセル効果は中心軸が一致した従来
構造のグラジオメータと全く同様に有効である。

【００２０】なお、以上の実施例では、３対のコイル対
を互いに直交して形成したが、必ずしもこれらが直交し
ている必要はなく、相互に既知の角度で交差していれば
、例えば信号処理回路側での補正により、３軸型グラジ
オメータとして差し支えなく使用することができる。また、ボビン５の材料としては、耐低温性があり、かつ
、フィルム１と熱膨張率がほぼ等しいものを選定するこ
とが望ましい。ただし、このボビン５は、フィルム１の
巻回後に取り出してもよい。

【００２１】更に、本発明の構造において、各上部コイ
ルを形成せずに、下部コイルのみを形成してそこから信
号を取り出すようにすれば、３軸のマグネトメータを得
ることができる。

【００２２】

【発明の効果】　　以上説明したように、本発明によれ
ば、可撓性材料の表面に、それぞれが超電導体薄膜から
なり、互いに平行で逆巻きのコイル対を、相互に異なる
角度で３対形成した構造としているので、基本的には軸
型のグラジオメータ構造であるが故に検出した磁場の分
布が歪むことがなく、磁場源の解析が容易となるととも
に、ポリイミドフィルム等の可撓性材料のサイズには特
に制限がなく、ウエハにパターニングする従来の平面型
グラジオメータに比してサイズ上の制限は大幅に緩和さ
れる。

【００２３】しかも、可撓性材料の表面にフォトリソグ
ラフィの技術を用いてコイルパターンを形成するととも
に、そのパターンを円筒状に１回だけ巻回するだけでい
いから、その作成が容易であるとともに、熟練を要する
ことなく、再現性よく良好なコイル精度の３軸型グラジ
オメータが得られる。また、本発明においては、３つの
コイル対がすべて中心に対して直交する構造とすること
ができ、相互インダクタンスが小さくとなり、クロスト
ークが小さくなるという利点もある。また、立方体状の
コアの各面に各コイルを配置する従来の軸型ないしは平
面型の３軸型のグラジオメータに比べて、理論的には３
倍密にコイルを配置することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明実施例の構成を示す外観図

【図２】
　　本発明実施例の各コイルのパターンの基本となる曲
線を示すグラフ

【図３】　　本発明実施例の製造工程の説明図

【図４】
　　同じく本発明実施例の製造工程の説明図

【図５】　
　従来の軸型グラジオメータの説明図

【図６】　　従来
の平面型グラジオメータの説明図

【図７】　　軸型を用
いた従来の３軸型グラジオメータの説明図

【図８】　　平面型を用いた従来の３軸型グラジオメー
タの説明図

【符号の説明】

１・・・・ポリイミドフィルム２，３，４・・・・コイル対２ａ，３ａ，４ａ・・・・上部コイル２ｂ，３ｂ，４ｂ・・・・下部コイル２１，３１，４１・・・・信号取り出し用パッド５・・
・・ボビン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　耐低温性の可撓性材料が円筒状に巻回
され、その可撓性材料の表面には、所定の距離をあけて
互いに平行で、かつ逆巻きに相互に接続された超電導体
薄膜製のコイル対が、互いの角度を相違させて３対形成
されてなる３軸型グラジオメータ。