JPH08327715A - 共振回路装置 - Google Patents

共振回路装置

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JPH08327715A
JPH08327715A JP7157212A JP15721295A JPH08327715A JP H08327715 A JPH08327715 A JP H08327715A JP 7157212 A JP7157212 A JP 7157212A JP 15721295 A JP15721295 A JP 15721295A JP H08327715 A JPH08327715 A JP H08327715A
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JP
Japan
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coil
electrode plates
resonance circuit
variable capacitor
pulse
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Application number
JP7157212A
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English (en)
Inventor
Susumu Sasaki
進 佐々木
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 インピーダンス整合の良好な状況で極低温
において高電力RFパルスを印加しても放電せず、また
極低温において電気的・機械的特性が低下せず、さらに
多数回にわたる室温と低温との間の熱サイクルにも耐
え、さらに簡単な構成で実現できるようにした共振回路
装置を提供する。 【構成】 可変コンデンサ部1とコイル部2とを構成
要素とする共振回路装置において、可変コンデンサ部1
の2枚の電極板と前記コイル部2とを、絶縁物質で被覆
した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば、低温でも使用
可能なNMR・NQRプローブに好適な共振回路装置に
係わり、特に室温から極低温までの範囲の任意の温度に
おいて高電力RF(高周波)パルスを印加しても放電し
ない耐圧を有し、その範囲の温度変化の多数回の繰り返
しに耐えるようにした共振回路装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】上記したNMRは核磁気共鳴(Nuclar M
agnetic Rrsonance )、NQRは核4重極共鳴(Nuclea
r Quadrupole Resonance)である。従来、このNMR・
NQRプローブをヘリウムガス等で実現した極低温(例
えば1K程度)で使用する際には、高電力RFパルスの
印加によって共振回路が放電する程度にまでにはインピ
ーダンスを整合させない(つまり、共振回路のインピー
ダンスの実数部を同軸ケーブルの特性インスーダンスと
同じ50Ωに近付けない、あるいは虚数部を0に近付け
ない)使用法が多かった。このような使用法でも放電し
た場合には、インピーダンス整合をさらに劣化させる
か、あるいは意図的にRFパルスの電力を下げる(感度
が犠牲になる)かの方法によって、放電発生を防止して
いた。
【0003】すなわち、従来では、共振回路のインピー
ダンス整合の良好な状況で高電力RFパルスを印加すれ
ば放電が起こり、その放電が起こらないようにするため
には共振回路に印加するRFパルスの電力を下げて感度
を犠牲にするか共振回路のインピーダンス整合を劣化せ
ざるを得ないという相反する問題があった。
【0004】そこで、これを解消する1つの解として、
共振回路を真空空間に設置して放電を起こり難くすると
いう方法が提案され、実際に現実の使用に耐えている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法は共
振回路を真空空間で覆う必要があり、また真空実現が難
かしい低温において高真空層を実現しなければならず、
技術的にかなり困難な方法であった。
【0006】本発明は以上のような点に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、インピーダンス整合の良好
な状況で極低温環境下で高電力RFパルスを印加しても
放電せず、また極低温においても電気的・機械的特性が
低下せず、さらに多数回にわたる室温と低温との間の熱
サイクルにも耐え、さらに真空空間を必要としない簡単
な構成で実現できるようにした共振回路装置を提供する
ことである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の発明は、可変コンデンサ部とコイル部とを構
成要素とする共振回路装置において、前記可変コンデン
サ部の2枚の電極板の部分と前記コイル部とが、絶縁物
質で被覆されているように構成した。
【0008】第2の発明は、第1の発明において、前記
絶縁物質が、室温で硬化する2液エポキシ系封止材料で
あるように構成した。
【0009】第3の発明は、第2の発明において、前記
2液エポキシ系封止材料の硬化材が、変性脂肪族ポリア
ミンを主成分とするよう構成した。
【0010】
【作用】第1の発明では、放電する恐れのある部分が絶
縁物質によって被覆された構造となるので、極低温環境
下で共振回路をインピーダンス整合させた状況でそこに
高電力RFパルスを印加しても放電が発生することを防
止できる。また、真空空間を必要としない簡単な構成で
共振回路装置を実現できる。
【0011】第2の発明では、絶縁物質として2液エポ
キシ系封止材料を使用するので、極低温においても電気
的・機械的特性が低下せず、また多数回にわたる室温と
低温との間の熱サイクルにも耐え得るようになる。ま
た、この2液エポキシ系封止材料は室温で硬化するの
で、所定の形状を比較的容易に実現できる。
【0012】第3の発明では、2液エポキシ系封止材料
の硬化材が、変性脂肪族ポリアミンを主成分とするもの
であるので、混合時の粘性が水程度に低く放電の恐れの
ある表面部分を完全に被覆することができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。本実施例
の共振回路装置は高電圧が生じ放電のおそれのある箇所
(可変コンデンサ部の可動部分を除く2枚の電極板とコ
イル部)を、硬化材の主成分が変性脂肪族ポリアミンで
ある、誘電損失の少ない2液エポキシ系封止材料によっ
て完全に覆ったものである。
【0014】以下、詳細に説明する。図1はNMR・N
QRプローブに適用した共振回路装置の回路図、図2は
その具体的構造を示す図、図3は図2のA−A線断面図
である。
【0015】図1において、1は可変コンデンサ部、2
はコイル部である。可変コンデンサ部1は、静電容量を
設定するため矢印方向に移動可能な導電性の可動部11
と、その可動部11の側面を両側から挟むように設けら
れた電極板12、13とから構成されている。またコイ
ル部2はその電極板12、13に両端が接続されるコイ
ル21、一方の同軸線31に接続されるコイル22、他
方の同軸線32に接続されるコイル23から構成されて
いる。これらコイル22、23は各々コイル21に対し
て電磁結合している。
【0016】このNMR・NQRプローブの共振回路装
置においては、同軸線31から印加された高電力RFパ
ルスが、コイル22からコイル21に印加される。ま
た、これによって生じる応答信号(コイル2内に設置さ
れた物質の原子核固有の周波数での誘導起電力)はコイ
ル21で生じ、コイル23に誘導されて取り出され、同
軸線32を伝播し、受信増幅器(図示せず)によって増
幅される。
【0017】共振回路装置の具体的構造を示す図2およ
び図3において、可変コンデンサ部1の可動部11は銅
製の円柱で構成され、その可動部11は絶縁樹脂製の中
空円筒形状のダイフロン14内にミクロンオーダ(例え
ば、100μm)のギャップで往復スライド自在に設け
られている。電極板12、13は銅材質の円筒を2つ割
りした湾曲形状でなり、隣接縁部の相互間隔Bが数mm
の間隔(図3参照)で隔離するようそのダイフロン14
の外側に密着状態で被着されいる。この電極板12、1
3の外側には鍔12a、13aが延長されていて、そこ
にこの電極板12、13自体の取付用およびコイル21
への接続用端子取付用の穴12b、13bが形成されて
いる。15は絶縁成形材であって、電極板12、13の
外面および端面を覆い固化されている。つまり、この絶
縁成形材15は電極板12、13のダイフロン14が位
置する内面側以外の部分を覆っている。特に、両電極板
12、13が接近する間隔Bの隣接部分はこの絶縁成形
材15で完全に被覆されている。
【0018】この絶縁成形材15として、本実施例で
は、被覆すべき電極板12、13が被覆面積、体積とも
に比較的大きいので、接着剤ではなく、成形用エポキシ
樹脂を使用した。このエポキシ樹脂としては、商品名が
スタイキャスト1266(グレースジャパン(株)製)
と呼ばれるものを使用し、厚さ3mm程度に電極板1
2、13を被覆した。
【0019】このスタイキャスト1266は2液混合エ
ポキシ系封止材で、耐電圧が高く(400V/mm)、
RF誘電損失が少ない(10MHz〜100MHzでt
anδ[誘電正接]はほぼ0.04)。また、1K程度
の極低温においても電気的・機械的特性が低下せず、さ
らに、1K程度の極低温と室温との熱サイクルにも機械
的に充分耐えることができる。さらに、硬化材として変
性脂肪族ポリアミンを主成分としているため混合時の粘
性が低く(水程度)、電極板12、13のダイフロン1
4と接する面を除く他の面を完全に被覆することができ
る。したがって、電極板12、13は内側のダイフロン
14と外側の絶縁形成材15とでその表面の全てが完全
に被覆された構造となる。
【0020】16はセラミック製のマコールであって、
可変コンデンサ部1の全体を保持するためのものであ
り、電極板12、13の鍔12a、13aの穴12b、
13bからネジ(図示せず)で締め付けることにより、
その電極板12、13と一体化される。このネジの締め
付け時に、コイル21の電極板12、13への接続用の
端子板(図示せず)も締め付けられる。なお、電極板1
2、13を覆っている絶縁成形材15の上記穴12b、
13bに相当する部分は、上記締め付けに先だってその
絶縁成形材14を切除しておく。
【0021】また、本実施例では、コイル部2は中空ボ
ビンにコイル21〜23を巻き付けて構成し、そのコイ
ル21〜23のすべてを、絶縁成形材24によって中空
円筒形状に固形化する方法をとった。ここでは絶縁成形
材24としてエポキシ樹脂を使用した。詳しくは、商品
名がアラルダイト(昭和高分子(株)販売、キバガイギ
ー・リミテッド製造)と称されるものを使用した。これ
を使用したのは、1K程度の極低温においても耐久性に
問題がないことが知られていること、また空気中で比較
的短時間に固形化するので成形が容易であること等の理
由からである。なお、絶縁成形材24としては、このア
ラルダイトに代えて、可変コンデンサ1に使用した絶縁
成形材15と同じエポキシ樹脂、つまり商品名スタイキ
ャスト1266を使用することもできる。
【0022】以上のような構成の共振回路装置は、印加
する電力のRF周波数を30MHzとした試験での測定
で、ネットワークアナライザでインピーダンス整合を調
べた結果、虚数部が0pF、0nHと完全に共鳴条件を
満たし、実数部が30〜70Ωとなり、50Ωに近かっ
た。反射係数は20%以下であった。これは、従来の共
振回路が虚数部が30nH程度または3nF程度、実数
部が100Ω以上、反射係数が50%以上であるのと比
べると、満足すべき良好な値である。
【0023】共振周波数(30MHz)において、RF
の吸収(これが大きいほど共振回路への有効供給電力が
大きくなる、つまり反射が少なくなる。)は、室温での
典型的な値として8〜12dB、低温の5Kでの典型的
な値として14〜30dBであった。さらに、透過損失
(供給電力から吸収電力と反射電力を差し引いた電力)
は、室温での典型的な値として4〜6dB程度、低温の
5Kでの典型的な値として2〜5dB程度であった。
【0024】これも、従来の共振回路のRFの吸収が、
室温での典型的な値として3〜6dB、低温の5Kでの
典型的な値として6〜10dBであり、透過損失が、室
温での典型的な値として6〜8dB程度、低温の5Kで
の典型的な値として5〜8dB程度であるのと比較し
て、満足すべき良好な値である。
【0025】以上のように、本実施例では極低温から室
温の温度範囲において、インピーダンス整合について良
好な結果を得ることができた。
【0026】次に、放電の発生については、絶縁物質で
電極板を被覆しない従来例の共振回路装置を有するNM
R・NQRプローブでは、上述程度の良好なインピーダ
ンス整合を実現した場合、供給電力が50W程度のRF
パルス(30MHzを数μsec〜10μsec連続印
加)を、1sec程度の間隔で繰り返し行うと、通常絶
対温度70K以下(ヘリウムガス中)において放電を起
していた。
【0027】しかし、絶縁成形材15で電極板12、1
3を被覆し、コイル部2を絶縁成形材24で被覆した本
実施例の共振回路装置を有するNMR・NQRプローブ
では、上述したインピーダンス整合において、1KW程
度のRFパルス(30MHzを数μsec〜10μse
c連続印加)を10msec程度の間隔で繰り返して
も、室温から1Kまでの任意の絶対温度において放電は
認められなかった。
【0028】また、本実施例の手法により作成したプロ
ーブは、作成後3年以上経過した現段階までに、液体ヘ
リウムを要する温度(1K〜70K)と室温との間の温
度変化を、推定100回程度往復させる熱サイクルを加
えているが、未だかって何等のトラブルも発生しておら
ず、機械的的強度は現実的な使用に充分耐え得るもので
あることが確認された。
【0029】なお、上記したダイフロン14や絶縁成形
材15、24等の絶縁物質は、誘電損失の小さいものが
好適であり、RF領域におけるtanδが10%以下、
好ましくは数%程度が良い。また、上記実施例におい
て、コイル部2のコイル22、23は一方のみとして、
その1個のコイルによりRF電力の供給と応答信号の取
り出しを行うようにしても良い。さらに、上記ではダイ
フロン14を独立して使用しているが、絶縁成形材15
と同様な材質で同様に成形して電極12、13を被覆す
るようにしても良い。
【0030】
【発明の効果】以上から本発明によれば、インピーダン
ス整合の良好な状況で高電力RFパルスを印加しても極
低温においても放電せず、また極低温においても電気的
・機械的特性が低下せず、さらに多数回にわたる室温と
低温との間の熱サイクルにも耐え、さらにこれらの性能
を簡単な構成で実現できるという大きな利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例の共振回路装置の回路図で
ある。
【図2】 本発明の一実施例の共振回路装置の構造を示
す図である。
【図3】 図2のA−A線断面図である。
【符号の説明】
1:可変コンデンサ部、11:可動部部(銅製の円
柱)、12、13:電極板(銅製の電極板)、14:ダ
イフロン(絶縁樹脂製)、15:絶縁成形材(エポキシ
樹脂)、16:マコール(セラミック) 2:コイル、21〜23:コイル、24:絶縁成形材
(エポキシ樹脂) 31、32:同軸線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01G 5/14 7922−5E H01G 4/40 321Z H03H 5/02 5/14

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】可変コンデンサ部とコイル部とを構成要素
    とする共振回路装置において、前記可変コンデンサ部の
    2枚の電極板の部分と前記コイル部とが、絶縁物質で被
    覆されていることを特徴とする共振回路。
  2. 【請求項2】前記絶縁物質が、室温で硬化する2液エポ
    キシ系封止材料であることを特徴とする請求項1に記載
    の共振回路。
  3. 【請求項3】前記2液エポキシ系封止材料の硬化材が、
    変性脂肪族ポリアミンを主成分とすることを特徴とする
    請求項2に記載の共振回路。
JP7157212A 1995-05-31 1995-05-31 共振回路装置 Pending JPH08327715A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 20020507