JPH0828533B2 - 超電導装置 - Google Patents

超電導装置

Info

Publication number
JPH0828533B2
JPH0828533B2 JP62174443A JP17444387A JPH0828533B2 JP H0828533 B2 JPH0828533 B2 JP H0828533B2 JP 62174443 A JP62174443 A JP 62174443A JP 17444387 A JP17444387 A JP 17444387A JP H0828533 B2 JPH0828533 B2 JP H0828533B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
superconducting
cooled
cooling
cooling element
electronic cooling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP62174443A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6418280A (en
Inventor
照栄 片岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP62174443A priority Critical patent/JPH0828533B2/ja
Priority to DE3854679T priority patent/DE3854679T2/de
Priority to EP88106277A priority patent/EP0288022B1/en
Priority to CN88102434A priority patent/CN1029888C/zh
Publication of JPS6418280A publication Critical patent/JPS6418280A/ja
Priority to US07/660,238 priority patent/US5166777A/en
Publication of JPH0828533B2 publication Critical patent/JPH0828533B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y02E40/647

Landscapes

  • Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は超電導現象を示す素子と冷却用素子を組み合
わせた超電導装置に関するものである。
<従来の技術とその問題点> 従来からある種の導電材料を低温冷却すると電気抵抗
が零になる超電導現象について、例えば鉛やニオブ合金
を液体ヘリウム温度程度の極低温に冷却した場合に現わ
れることが知られている。従って、このような超電導現
象をスイッチング素子や高感度センサ等に利用した場
合、電力損失を生ずることなく動作させることができる
という非常に優れた利点を有するが、反面極低温に冷却
することが必要であり、液体ヘリウムと液体窒素を用い
たクライオスタットと称される冷却装置内に収納して用
いなければならず、この冷却装置は大型で複雑かつ高価
であるため実用性を著しく阻害する結果となり、この問
題点が解消されていないので、超電導現象は広く一般に
利用されるには至っていないというのが実情である。最
近になってセラミック等の新たな超電導現象を示す材料
が順次出現しており、これらの材料を用いればより室温
に近い低温で超電導装置を構成することができるものと
期待される。しかしながら、再現性良く超電導現象を生
起させ、信頼性の高い装置とするためにはこれらの材料
を用いた場合であっても相当に低い温度迄冷却するため
の手段を付加することは必要不可欠であり、装置全体の
大型化及び高価格化を招来する結果となる。
以上の問題を解決するため、本発明者は昭和62年6月
19日付で超電導素子をペルチェ効果素子の冷却部に配置
し、外囲器内に収納した構造の超電導装置を特許出願し
ている。
またこの出願の中には2個一対のペルチェ効果素子を
直列接続し、互いに電流方向が逆になるように配置して
ペルチェ効果素子を流れる電流によって発生する磁界を
相殺し、磁界による悪影響を解消することを提唱してい
るが、実際には磁界を相殺作用によって完全に解消する
ことは困難であり、超電導素子の動作特性が悪くなる。
<発明の目的> 本発明は室温に近い低温(例えば100゜K以上)で超電
導現象を示す素子の冷却手段としてペルチェ効果を利用
した装置の改良を目的とする。即ち冷却手段として使用
されるペルチェ効果素子に流れる電流によって発生する
磁界が、超電導素子の動作に影響を与えないように技術
手段を駆使したものである。
<問題点を解決するための手段> 本発明は、超電導現象を示す被冷却体と、通電によっ
てペルチェ効果を呈する冷却素子の冷却部とを熱的に連
結し、その間に熱伝導性が高く、かつ磁気シールド性の
高い遮蔽部材を介在させて、冷却素子によって上記被冷
却体を超電導現象を示す温度にまで冷却するとともに、
冷却素子が発生する磁界が超電導素子に及ばないよう磁
気シールドするものである。
また磁気シールドの効果を高めるため、上記遮蔽部材
は冷却素子の冷却部面積より大きく、そしてその端部を
冷却素子の方向へ折り曲げた構造を有する。更に冷却部
と被冷却体を外囲器内に収納し、取扱いを簡便にするも
のである。そして外囲器を磁気シールド性の高い材料で
構成して外部磁界の影響が超電導素子に及ばないように
するものである。
<実施例> 第1図は本発明の1実施例を示す超電導装置の基本構
成図である。
ランタン,バリウム,イットリウムあるいはストロン
チウム等の希土類元素に銅と酸素を結合させた比較的高
温で超電導現象を示す超電導素子1が半導体のペルチェ
効果を利用した電子冷却素子を内蔵した冷却器2上に載
置されている。この超電導素子1は100゜K以上でも超電
導特性を有し、ジョセフソン素子、信号増幅素子、マイ
クロ波センサあるいは磁気センサ等として利用される。
尚、上記構成以外に電子冷却素子と熱的に連結された冷
却板上に超電導材料を半導体回路の配線として用いた半
導体装置や集積回路等を載置した構成とすることもでき
る。
超電導素子1は冷却器2上に電気絶縁体及び磁気遮蔽
板12を介して熱伝導の良好な状態で接着されており、さ
らにガラスや金属等から成る外囲器3内で真空あるいは
アルゴン,窒素,ネオン,ヘリウム等の不活性ガス雰囲
気にて封止されている。冷却器2の冷却部は外囲器3の
内部に収納され、発熱部は外囲器3の外部に露出するよ
う外囲器3に固着され、リードを介して外部通電回路と
接続される。同様に超電導素子1にもリードを介して外
部回路と信号入出力経路が形成されている。
冷却器2の電子冷却素子へ通電することにより冷却器
2の温度が下がり、これと熱的に連結されている超電導
素子1が超電導現象を示す動作温度まで冷却される。外
囲器3内は真空に保持されている場合、外囲器3内で結
露等を生ずることなくまた冷却器2の周囲に不要な熱伝
導や対流等がないので効率よく超電導素子1を冷却する
ことができる。
第2図は第1図の実施例に用いられる超電導素子1と
冷却器2の具体的構造を示す断面図である。外囲器3の
底部を構成する放熱板5上に薄い絶縁層6を介して電子
冷却素子の放熱電極7が並設され、各放熱電極7にペル
チェ効果を得る為のn型及びp型半導体層2a,2b端部が
それぞれ連結されている。また、双方の半導体層2a,2b
の他方端には冷却電極8が架設されている。放熱板5に
は外部接続用リード端子9が絶縁層を介して電気的に絶
縁化された状態で貫通固定され、このリード端子9と放
熱電極7が接続されて電子冷却素子が通電される。冷却
電極8上には電気絶縁層6及び磁気遮蔽板12を介して超
電導素子1が固着されている。尚、超電磁気遮蔽板12と
しては磁気シールド性が高く、かつ熱伝導性の高い材料
例えば強磁性材料であるFe,Co,Ni,Gd,Td,Dy,Ho,Er,Em等
の単体あるいはこれらを含む合金またはEuO,CrO2等が使
用される。また、磁気遮蔽板12を冷却器2の冷却温度で
超電導現象が現出する超電導部材で構成してもよい。所
謂マイスナー効果によって超電導物質は磁界を完全に排
除する作用があるため、超電導素子1の磁気遮蔽に超電
導部材を適用してもよい。
電気絶縁層6としては電気絶縁性と熱伝導性の高いセ
ラミック材料が適している。尚、超電導素子1が絶縁物
で被覆されている場合には、この絶縁層6は不要であ
る。超電導素子1はワイヤリード11を介して外囲器3の
上部壁に貫通固定された電極端子と電気的に接続されて
おり、外部回路との間で信号の入出力経路が確保されて
いる。尚、放熱板5と外囲器周囲壁の接合部は内部を気
密封止するようにシールされている。
外囲器3の周囲壁は外部からの輻射熱を防止するよう
にコーティングされたガラス容器あるいは光沢を呈する
金属容器で構成される。外囲器3を強磁性材料で構成す
れば、外部磁気のシールドが可能である。また電子冷却
素子の半導体層2a,2bとしてはビスマス、テルル、アン
チモン等の合金で作製してもよいが、低温での冷却効果
の優れている金属の酸化物半導体やその化合物を用いる
とより一層の効果が得られる。
以上によりリード端子9を介して通電することにより
外囲器3内でペルチェ効果に基いて冷却電極8が低温冷
却されこの温度が超電導素子1に伝達される。一方、放
熱電極7で生ずる発熱は放熱板5を介して外部へ効率良
く放散される。
第3図は本発明に用いられる冷却器の他の実施例を示
す構成図である。
本実施例では電子冷却素子を二段カスケード構造に構
成している。このような構成とすることにより冷却電極
8上に絶縁層6を介して載置された超電導素子をより一
層低温に迄冷却することができる。
電子冷却素子はn型半導体2aとp型半導体2bを対とし
て作製されており、1対の電子冷却素子で約50度の冷却
が容易に行なわれる。これ以上の冷却を要する場合には
第3図に示す如く電子冷却素子をカスケード構造とし、
必要に応じて多段に構成することにより冷却能力を適宜
増強することができる。例えば3段あるいは4段のカス
ケード接続にすれば150度程度の冷却は容易に実現し得
るので超電導素子1の温度を絶対温度120度程度に維持
することは容易である。またこの程度の低温で超電導現
象を示す素子は前述した希土類元素の化合物等で種々得
られている。
第4図(a)(b)は電子冷却素子のさらに他の実施
例を示す構成図である。第4図(a)に結線図として示
す如く2個一対の電子冷却素子のp型とn型を直列接続
してこれを第4図(b)に示す如く並置する。これによ
ってp型半導体、冷却電極及びn型半導体を介して形成
される回路で形成される磁界が互いに相殺する方向に働
くため磁界による悪影響を解消することができる。この
場合、磁気遮蔽板12は全冷却素子の冷却電極8に共通に
架設される。このように電子冷却素子の冷却電極8に流
れる電流の方向を隣設する相互間で逆に設定して電子冷
却素子を順次並設することにより発生する磁界が小さく
冷却機能の高い冷却器が得られる。
第5図は磁気遮蔽板12の他の実施例を示す斜視図であ
る。本実施例においては電子冷却素子の冷却電極上に冷
却電極より面積の大きい磁気遮蔽板12を載置し、磁気遮
蔽板12の両側端を下方へ直角に折り曲げて電子冷却素子
の上方部を包み込むことにより磁界の漏れを防止し磁気
シールド効果をより完全なものとしている。従って、磁
気遮蔽板12上に搭載される超電導素子1には電子冷却素
子からの磁界の回り込みが磁気遮蔽板12の折曲板12の折
曲部12aによって遮蔽されるため、超電導素子1の磁界
に起因する動作不良は完全に解消される。
超電導素子1としては、前述したものの他ジョセフソ
ン接合より成るスイッチング素子、スーパーショットキ
ー接合より成る高感度センサ、SQUIDあるいは半導体と
超電導体よりなる三端子増幅素子等が実用に供される。
さらにSiやGaAs等の回路素子間を結ぶ配線として超電導
材料を用いた集積回路がある。
<発明の効果> 本発明によれば、超電導現象を示す装置を小型で、し
かも簡便な装置として実用化を達成でき、かつ製作も容
易であるためコスト的にも安価である。
また、冷却用のコンプレッサーなどの振動に起因する
磁界雑音を低減し、さらには、ペルチェ効果を用いた電
子冷却素子により発生する磁界の悪影響を解消すること
ができ、誤動作の無い安定な超電導装置を得ることが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例を示す超電導装置の基本構成
図である。 第2図は第1図に示す超電導装置の冷却構造の要部詳細
断面図である。 第3図は電子冷却素子の他の実施例を示す構成図であ
る。 第4図(a)(b)は電子冷却素子の更に他の実施例を
示す構成図である。 第5図は磁気遮蔽板の他の実施例を示す斜視図である。 1……超電導素子、2……冷却器、3……外囲器、5…
…放熱板、6……絶縁層、7……放熱電極、8……冷却
電極、12……磁気遮蔽板。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超電導現象を示す被冷却体と、 冷却用金属電極、該冷却用金属電極に連結して形成され
    たp型およびn型半導体層、該p型およびn型半導体層
    のそれぞれの導電型半導体層に別々に形成された放熱用
    金属電極層、該放熱用金属電極層に絶縁層を介して設け
    られた放熱板からなる電子冷却素子と、 前記被冷却体と前記電子冷却素子との間に介在して、か
    つ前記被冷却体に絶縁層を介して設けられた遮蔽部材
    と、 外部回路と前記被冷却体と前記電子冷却素子とをそれぞ
    れ電気的に接続するリード線とを有し、 前記被冷却体と前記遮蔽部材と前記電子冷却素子とが一
    体的にパッケージングされて外囲器内に設置されてなる
    ことを特徴とする超電導装置。
  2. 【請求項2】前記遮蔽部材が前記被冷却体との接触面よ
    り大きい板材からなり、かつ接触面よりはみだ出た部分
    の板材の一部が、被冷却体とは逆の方向へ折り曲げられ
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超
    電導装置。
  3. 【請求項3】前記遮蔽部材が超電導現象を示す物質にて
    形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    または第2項記載の超電導装置。
JP62174443A 1987-04-22 1987-07-13 超電導装置 Expired - Fee Related JPH0828533B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62174443A JPH0828533B2 (ja) 1987-07-13 1987-07-13 超電導装置
DE3854679T DE3854679T2 (de) 1987-04-22 1988-04-20 Supraleitfähiges Gerät.
EP88106277A EP0288022B1 (en) 1987-04-22 1988-04-20 Superconductive apparatus
CN88102434A CN1029888C (zh) 1987-04-22 1988-04-22 超导设备
US07/660,238 US5166777A (en) 1987-04-22 1991-02-25 Cooling apparatus for superconducting devices using Peltier effect cooling element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP62174443A JPH0828533B2 (ja) 1987-07-13 1987-07-13 超電導装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6418280A JPS6418280A (en) 1989-01-23
JPH0828533B2 true JPH0828533B2 (ja) 1996-03-21

Family

ID=15978600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP62174443A Expired - Fee Related JPH0828533B2 (ja) 1987-04-22 1987-07-13 超電導装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0828533B2 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06350146A (ja) * 1993-06-14 1994-12-22 Sharp Corp 超電導装置
JP4550375B2 (ja) * 2003-05-30 2010-09-22 独立行政法人理化学研究所 ビーム電流計
JP7203408B2 (ja) * 2018-09-25 2023-01-13 学校法人東洋食品工業短期大学 殺菌装置および殺菌方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58135700A (ja) * 1982-02-08 1983-08-12 富士通株式会社 磁気遮蔽方法
JPS59147472A (ja) * 1983-02-10 1984-08-23 Agency Of Ind Science & Technol 超伝導集積回路
JPS60205271A (ja) * 1984-03-30 1985-10-16 Toshiba Corp 電子冷却型放射線検出器
JPS60224253A (ja) * 1984-04-20 1985-11-08 Fujitsu Ltd 半導体装置およびその製造方法
JPS6196782A (ja) * 1984-10-17 1986-05-15 Agency Of Ind Science & Technol 超電導集積回路用配線
JPS63263751A (ja) * 1987-04-22 1988-10-31 Hitachi Ltd 超電導体用パツケ−ジ

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6418280A (en) 1989-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5166777A (en) Cooling apparatus for superconducting devices using Peltier effect cooling element
US5565763A (en) Thermoelectric method and apparatus for charging superconducting magnets
US5884485A (en) Power lead for electrically connecting a superconducting coil to a power supply
EP0367630B1 (en) Package for electronic devices operating at different respective temperatures
KR930008003B1 (ko) 전류반송 초전도 모드/비초전도 모드의 접합을 이용한 저온 냉각장치
EP0596249B1 (en) Compact superconducting magnet system free from liquid helium
JPH11144938A (ja) 電流リード装置および冷凍機冷却型超電導マグネット
JPH06350146A (ja) 超電導装置
JPH0828533B2 (ja) 超電導装置
JP2756551B2 (ja) 伝導冷却型超電導磁石装置
US3289422A (en) Cooling apparatus for infrared detecting system
JP3082397B2 (ja) 超電導装置
JP3377350B2 (ja) 熱電冷却型パワーリード
JP2952552B2 (ja) 超電導機器用電流リード
JP3450318B2 (ja) 熱電冷却型パワーリード
JP3284406B2 (ja) 低温機器用超電導線材の接続装置
JP2624673B2 (ja) 電子機器
JPS63263751A (ja) 超電導体用パツケ−ジ
JP2004127964A (ja) 超伝導マグネット装置
US3916432A (en) Superconductive microstrip exhibiting negative differential resistivity
JP2000091651A (ja) 超電導電流リード
JP2003046150A (ja) 熱電冷却型パワーリード
JPH07142771A (ja) 電流リード装置
JP3316986B2 (ja) 超電導装置用電流リード
JP2001185771A (ja) 熱電変換方法と熱電素子

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees