JPH1197754A

JPH1197754A - 超電導量子干渉デバイス格納用極低温容器

Info

Publication number: JPH1197754A
Application number: JP9250684A
Authority: JP
Inventors: Norihide Saho; 典英佐保; Hisashi Isokami; 尚志磯上; Minoru Morita; 穣森田; Yasuaki Komiyama; 泰明小見山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1997-09-16
Publication date: 1999-04-09
Anticipated expiration: 2017-09-16
Also published as: JP3581536B2

Abstract

(57)【要約】【課題】超電導量子干渉デバイスが収納されている内部
容器内への熱侵入量が低減でき、かつ内部容器内の超電
導量子干渉デバイスが容易に交換できる超電導量子干渉
デバイス格納用極低温容器を提供する。【解決手段】内部容器４の底面部に超電導量子干渉デバ
イス２が着脱自在に支持されている支持板１０を固定
し、内部容器４の大気開放部４ａを、支持板１０に支持
された複数の超電導量子干渉デバイス２を着脱する交換
治具１６が出入りできる構造にして、大気開放部４ａの
開放面積を小さく、大気開放部４ａの長さが長くする。
また、大気開放部４ａに装着される断熱部７に冷凍機３
６を設ける。これにより、内部容器内４ａへの熱侵入量
を低減することができる。また、交換治具１６を用いる
ことにより、超電導量子干渉デバイス２を容易に交換す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人体あるいは生物
体から発生する磁場の計測を行うための医療用診断装置
及び材料の透磁率を測定するための物性測定装置に使用
され、磁気的な信号伝送のトランジューサとして用いる
超電導量子干渉デバイスを格納することに適した超電導
量子干渉デバイス格納極低温容器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の超電導量子干渉デバイス磁束計用
極低温断熱容器は、特開平9ー166654号公報に記載され
た極低温断熱容器がある。記載された極低温断熱容器
は、有底円筒状容器である内部容器の大気開放部分であ
るネック部が絞られ、複数の超電導量子干渉デバイスが
着脱自在に装着される支持体を、内部容器の測定面に着
脱自在に装着する構造であり、ネック部の断面を、複数
の超電導量子干渉デバイスが着脱自在に装着される支持
体の面積より小さくしている。

【０００３】超電導量子干渉デバイス(Superconducting
Quantum Interference Devices、以下、ＳＱＵＩＤと
略す）とは、液体ヘリウムや液体窒素等により断熱容器
（クライオスタット等）内で極低温状態に維持され、ル
ープ内にジョセフソン接合を含む超電導ループであるＳ
ＱＵＩＤループに直流電流をバイアス電流として印加し
て駆動し、このＳＱＵＩＤループ内に、ピックアップコ
イルや入力コイル等を介して、外部からの磁束を結合し
て印加すると、ＳＱＵＩＤループに周回電流が誘起さ
れ、ループ内のジョセフソン接合における量子的な干渉
効果により、印加された外部磁束の微弱な変化を出力電
圧の大きな変化に変換するトランデューサとして動作す
ることを利用して、微少磁束変化を測定する素子のこと
である。

【０００４】ＳＱＵＩＤ支持体は測定時には底部の位置
に装着されており、ＳＱＵＩＤをＳＱＵＩＤ支持体に装
着する際は、この位置では外部よりＳＱＵＩＤ交換の人
間の手が届かないので、ＳＱＵＩＤ支持体を、測定時の
位置の底部の雄雌締結部から、締結自在の引き上げ棒等
を使用して、人間の手が届く位置までＳＱＵＩＤ支持体
を上昇させ、ネック部から手を挿入し、ＳＱＵＩＤの着
装、脱着装を行う。

【０００５】この場合、ネック部の長さは、人間の手を
挿入しＳＱＵＩＤの着脱ができる長さ例えば３０ｃｍ程
度の長さに押さえる必要があるが、通常のネック部の長
さ４０から５０ｃｍより短くする必要がある。

【０００６】また、ネック部の開口面積も、人の腕を通
すために内部の直径は１４ｃｍ程度は必要になる。この
ため、ネック部下部はＳＱＵＩＤ冷却用冷媒の温度、例
えば液体ヘリウムの４.２ａＫや液体窒素の７７Ｋ程度
の極低温度に維持する必要があり、短くなった分室温部
からの伝導、対流等による熱侵入量が増加し、冷媒の蒸
発量が増加する恐れがある。

【０００７】また、ＳＱＵＩＤ支持体を内部容器の底面
部からネック部付近まで上下させ、所定の位置に再固定
する作業が必要となり、作業が煩雑になる問題があり、
かつ、ＳＱＵＩＤ支持体の締結部配置スペースが必要
で、そのスペース分ＳＱＵＩＤを配置できず、ＳＱＵＩ
Ｄの配置密度が低下し、かつ密度の一様性がなくなり、
計測精度が低下する恐れがある。

【０００８】また、ＳＱＵＩＤと該ＳＱＵＩＤからの電
気信号を処理する外部計測器との間は配線コネクタで接
続され、ＳＱＵＩＤに半田等で直結された配線コードＡ
と外部計測器に直結された配線コードＢで、ＳＱＵＩＤ
と外部計測器間の着装、脱着装を行う。

【０００９】このため、ＳＱＵＩＤの着装、脱着装を行
う場合、配線コネクタを外部に引き出し、脱着するＳＱ
ＵＩＤの配線コードＡを脱着して、配線コネクタの脱着
作業を行う。この際、着脱しないＳＱＵＩＤ群の配線コ
ードＡは内部容器内に残留し、ネック部に垂れ下がった
状態となる。このため、装着するＳＱＵＩＤの作業が垂
れ下がった配線Ａに邪魔され、作業が煩雑になると共
に、着脱装する回数が多くなると、配線コードＡ，Ｂの
伸縮、折り曲がり回数が増え、断線する等の恐れがあ
る。

【００１０】また、ネック部の内部容器の空間に、ＳＱ
ＵＩＤ冷却用の冷媒の給排気口を有した、円筒状の真空
密閉容器内の真空空間にアルミニュウムを蒸着したポリ
エステルフィルムを多層に重ねた積層断熱材を有した断
熱部が挿入されている。

【００１１】本構造により、ネック部の内部容器壁から
の熱侵入の他に、真空密閉容器の円筒部の壁部を通して
伝導伝熱による熱侵入が極低温部に生じ、冷媒の蒸発量
が増加する恐れがある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、上記公
知例によれば、内部容器のネック部が短くなった分、熱
侵入量が増加し、また、ネック部の内部容器壁からの熱
侵入の他に、真空密閉容器の円筒部の壁部を通して伝導
伝熱による熱侵入が極低温部に生じ、冷媒の蒸発量が増
加する問題がある。

【００１３】また、ＳＱＵＩＤを着脱する作業を行う
際、着脱しないＳＱＵＩＤ群の配線コードＡは内部容器
内に残留し、ネック部に垂れ下がった状態となる。この
ため、装着するＳＱＵＩＤの作業が垂れ下がった配線コ
ードＡに邪魔され、作業が煩雑になると共に、着脱装す
る回数が多くなると、配線コードＡ，Ｂの伸縮、折り曲
がり回数が増え、断線する等の問題がある。

【００１４】また、ＳＱＵＩＤ支持体の締結部配置スペ
ースが必要で、そのスペース分ＳＱＵＩＤを配置でき
ず、ＳＱＵＩＤの配置密度が低下し、かつ密度の一様性
がなくなり、計測精度が低下する問題がある。

【００１５】本発明の目的は、ＳＱＵＩＤが収納されて
いる内部容器内への熱侵入量が低減でき、かつ内部容器
内のＳＱＵＩＤが容易に交換できる超電導量子干渉デバ
イス格納用極低温容器を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、複数の超電導量子干渉デバイス及び該複
数の超電導量子干渉デバイスを冷却する冷却冷媒が格納
されている内部容器と、該内部容器を包囲し、前記内部
容器との間に真空層を形成する外部容器とを有する超電
導量子干渉デバイス格納用極低温容器において、前記内
部容器は、前記複数の超電導量子干渉デバイスを着脱自
在に支持する支持板を固定した底面部と、通常は断熱部
が装着されて閉じられ、前記支持板に支持された前記複
数の超電導量子干渉デバイスを着脱する着脱手段を出入
りさせるときに開放される大気開放部とを有し、前記大
気開放部の開放面積が、前記底面部に固定された支持板
面積より小さいことを特徴とする。

【００１７】また、本発明の他の特徴として、前記大気
開放部の前記底面部方向の長さは、人の腕の長さより長
いことにある。

【００１８】また、本発明の他の特徴は、前記断熱部
に、前記冷却冷媒の温度と大気温度との中間の冷却温度
を有し前記断熱部内を冷却する冷却手段を設けることに
ある。

【００１９】また、本発明の他の特徴は、前記真空層
に、前記外部容器からの輻射熱の侵入を防止する熱シー
ルド板と、該熱シールド板に熱的に接触し前記熱シール
ド板を冷却する前記冷却手段とを設けることにある。

【００２０】また、本発明の他の特徴は、前記超電導量
子干渉デバイスの計測線を、前記支持体の裏側を通し前
記内部容器の内壁面に沿わせて固定し、前記大気開放部
から外部へ配線することにある。

【００２１】本発明によれば、内部容器の底面部に超電
導量子干渉デバイスが着脱自在に支持されている支持板
を固定する。内部容器の大気開放部は、通常は断熱部が
装着されて閉じられているが、支持板に支持された超電
導量子干渉デバイスを着脱する場合に開放され、着脱手
段を用いることにより、支持板を移動させずに、超電導
量子干渉デバイスを自在に着脱し、交換することができ
る。

【００２２】また、大気開放部の開放面積を、底面部に
固定された支持板面積より小さく、更に、大気開放部の
底面部方向の長さを、人の腕の長さより長くすることに
より、大気開放部から内部容器内への熱侵入量を低減す
ることができる。

【００２３】また、大気開放部に装着された断熱部に冷
却手段を設けることにより、大気開放部からの熱侵入量
を冷却手段で吸熱することができ、内部容器内に侵入す
る熱量を低減することができる。

【００２４】また、支持板の外周部を内部容器の底面部
に固定することにより、大気開放部からの大気側から投
影した部分、すなわち超電導量子干渉デバイス必要配置
領域に締結部を設ける必要がなく、したがって、超電導
量子干渉デバイスの配置密度は低減せず、計測精度が低
減することもない。

【００２５】また、超電導量子干渉デバイスに計測線コ
ネクタを設けることにより、素子支持体の裏側の空きス
ペースに計測配線を配置しこの計測配線を内部容器の内
壁面に沿わせて、移動させないようにすることにより、
超電導量子干渉デバイス支持板上部空間に他の超電導量
子干渉デバイスの計測線が垂れ下がらないようにするこ
とで、超電導量子干渉デバイスの着脱作業を容易に行う
ことができ、計測線が断線することがない。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
ＳＱＵＩＤ格納用極低温容器を、図を用いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＳＱＵＩＤ格納
用極低温容器の構成を示す図である。図１に示すよう
に、ＳＱＵＩＤ格納用極低温容器１は、ＳＱＵＩＤ２
と、ＳＱＵＩＤ２の冷却媒体である液体ヘリウムや液体
窒素の冷媒３を収納可能な内部容器４と、内部容器４を
包囲すると共に内部容器４との間に真空層５を形成する
外部容器６と、内部容器４の大気開放部（以下、ネック
部と称す）４ａに装着された断熱部７と、冷媒３の蒸発
ガスを外部空気と遮断するフランジ８と、ＳＱＵＩＤ２
を冷媒中に支持する支持板１０ａ，１０ｃとを備えて構
成されている。

【００２７】ＱＵＩＤ２には、例えば臨界温度（例え
ば、液体ヘリウム温度４.２ａＫ）で超電導状態となる
ＮｂＴｉ等の材料で構成されたＳＱＵＩＤ２ａや、高臨
界温度（例えば、液体窒素温度７７Ｋ）で超電導状態と
なるＹＢａ_2aＣｕ₃Ｏ₇等の材料で構成されたＳＱＵＩＤ
２ａａがある。

【００２８】支持板１０ａは、ＳＱＵＩＤ２を支持する
と共にＳＱＵＩＤ２からの計測電流をＳＱＵＩＤ格納用
極低温容器１の外部に導く計測用導線９を止着または下
部に保持可能である。また、指示板１０ｃは、支持板１
０ａに設けられた穴１０ｂ（図３に表示）で位置と方向
が維持されたＱＵＩＤ２を保持する。

【００２９】１１は計測用導線の引き出し口である。上
記内部容器４と外部容器６は例えばガラスエポキシ樹脂
等の非磁性材料で形成される。

【００３０】また、上記の真空層５内には、外部容器６
からの輻射熱の侵入を防止するアルミニュウム蒸着マイ
ラー等の積層断熱材１２ａ，１２ｂ，１２ｃと、外部容
器６からの輻射熱の侵入を防止すると共に外部からの磁
場変動で生じノイズとなる渦電流が発生し難い、短冊状
の銅板や小径の被覆銅線で構成した熱シールド板１３
ａ，１３ｂとが内部容器４を包囲するように設けられて
いる。

【００３１】熱シールド板１３ａ，１３ｂは、内部容器
４壁の所定温度（例えば冷媒が液体ヘリウムの場合は、
９０Ｋと４０Ｋの２個所）の外面に熱的に一体化してい
る。また、フランジ８を貫通して外部から冷媒３の補給
を行うための供給口１４を設け、冷媒３の蒸発ガスを排
気する排気口１５を設ける。

【００３２】ネック部４ａは、複数のＳＱＵＩＤ２を配
置した内部容器４の底面の断面積をよりも細くなってい
る。

【００３３】断熱部７は、真空槽７ａと、ＳＱＵＩＤ２
を冷却する冷媒３の温度と外部大気温度との中間温度の
例えば液体窒素やフレオンの冷媒７ｂと、冷媒７ｂを収
納する容器７ｃと、冷媒７ｂの寒冷で真空槽７ａ壁を冷
却するための、例えば外部からの磁場変動で生じるノイ
ズとなる渦電流が発生し難い、短冊状の銅板や小径の被
覆銅線で構成した熱伝導体７ｄと、冷媒７ｂを供給し蒸
発ガスを排気する弁つき口７ｅと、容器７ｃから真空槽
７ａ低温部への輻射熱を防止する積層断熱材７ｆと、熱
伝導体７ｄと容器７ｃの熱的接続部の容器７ｃ外面付近
の内部容器４の内面に熱的に一体化された計測用導線９
を冷却する導線冷却保持台７ｇとで構成されている。

【００３４】また、フランジ８と外部容器６とは、外部
容器のフランジ部６ｂ部分でＯリング６ｃを介してボル
ト、ナット６ｄで一体化している。

【００３５】以下、ＳＱＵＩＤ２を冷却する方法につい
て説明する。冷媒３を、外部の冷媒タンク（図示せず）
から断熱供給管（図示せず）を通して供給口１４から内
部容器４の底部に供給する。さらに、冷媒７ｂを、冷媒
３の供給前もしくは供給後に弁つき口７ｅから容器７ｃ
に供給する。冷媒３の供給中、多量の蒸発ガスが発生す
るため、このガスで内部容器４の内壁面および真空槽７
ａ外壁面は過冷却され、ＳＱＵＩＤ２が冷却される。

【００３６】この時、熱伝導体７ｄで逆に容器７ｃが冷
却され冷媒７ｂの沸点以下に冷却される。その結果、容
器７ｃ内の圧力が低下し、弁つき口７ｅから大気の空気
が侵入し、空気中の水分が弁つき口７ｅを閉塞する危険
があるので、この場合には弁７ｈを閉じ、空気が侵入し
ないようにする。

【００３７】次に、図２、図３を用いて、内部容器４の
ネック部４ａからＳＱＵＩＤ２を設置、脱着交換する着
脱手段、すなわち交換治具の構成を説明する。

【００３８】ＳＱＵＩＤ格納用極低温容器１全体が常温
に戻った後、フランジ８と共にフランジ８に接続した構
成部材を外す。

【００３９】交換治具１６は、図２に示すように、支持
脚１７でフランジ６ｂに支持された支持台１８と、支持
台１８上を図面平面内を左右方向（Ｘ方向）に移動する
Ｘ方向移動台１９と、Ｘ方向移動台１９上を図面平面に
対し垂直方向（Ｙ方向）に移動するＹ方向移動台２０
と、Ｙ方向移動台２０上を図面平面内を上下方向（Ｚ方
向）にモータ２１により移動するＺ方向移動ロッド２２
と、Ｚ方向移動ロッド２２先端から爪２８を図面平面内
を左右方向（Ｘ方向）移動するＸ方向移動台２４と、Ｘ
方向移動台２４上を図面平面に対し垂直方向（Ｙ方向）
に移動するＹ方向移動台２５と、Ｙ方向移動台２５上を
図面平面内を上下方向（Ｚ方向）に移動するＺ方向移動
ロッド２６と、Ｚ方向移動ロッド２６に支持されＳＱＵ
ＩＤ２の先端部を掴む爪２８の動きを制御する爪駆動部
２７と、掴んだＳＱＵＩＤ２を支持板１０ａ，１０ｃか
ら脱却したり、装着したりするために、Ｚ方向に動かす
モータ２３とで構成されている。

【００４０】不具合なＳＱＵＩＤ２を交換するため、ま
ず、交換治具１６の先端部をネック部４ａから内部容器
４内の下部に挿入する。挿入する時は、Ｚ方向移動ロッ
ド２２をネック部４ａのほぼ中央部にＸ方向移動台１９
とＹ方向移動台２０で移動させる。

【００４１】この時、Ｘ方向移動台２４、Ｙ方向移動台
２５、Ｚ方向移動ロッド２６、爪駆動部２７および爪２
８がネック部４ａを通過できる範囲に移動させ、その
後、モータ２１によりＺ方向移動ロッド２２を内部容器
４内の下部に移動させる。

【００４２】所定の位置に到達した後、図３に示すよう
に、不具合なＳＱＵＩＤ２の上部まで、爪２８を、Ｘ方
向移動台２４及びＹ方向移動台２５で移動させ、Ｚ方向
移動ロッド２６で掴める位置まで降下させ、爪駆動部２
７で爪を移動させ、不具合なＳＱＵＩＤ２の先端の掴み
部２ｂを掴む。

【００４３】その後、モータ２３により、爪２８、Ｘ方
向移動台２４、Ｙ方向移動台２５、Ｚ方向移動ロッド２
６ごと上方に移動させ、ＳＱＵＩＤ２を支持板１０ａ，
１０ｃから抜き取る。

【００４４】この時、ＳＱＵＩＤ２は計測用導線９の着
脱器の雄コネクタ２ｃを有しており、支持板１０ａ上に
雄コネクタ２ｃのピン２ｅと嵌合する雌コネクタ２ｄと
の間で着脱可能であり、ＳＱＵＩＤ２を着脱する際に
は、計測用導線９は付いてこない構造となっている。

【００４５】すなわち、計測用導線９は雌コネクタ２ｄ
の裏面から出て、支持板１０ａの案内筒１０ｅに沿って
支持板１０ａの外周部まで案内されており、ここから内
部容器４の壁面に沿って支持されている。したがって、
計測用導線９はＳＱＵＩＤ２の着脱の際の作業を妨げる
ことがない。

【００４６】ＳＱＵＩＤ２を抜き取った後は、逆の行程
で行われ、掴んだＳＱＵＩＤ２を内部容器４外の支持脚
１７付近まで移動させ、ここで新しいＳＱＵＩＤ２を爪
２８に掴ませ、前述の行程で不具合なＳＱＵＩＤ２が装
着されていた場所に新しいＳＱＵＩＤ２を支持板１０ａ
のＳＱＵＩＤ２の外径よりわずかに大きい内径の穴１０
ｂと支持板１０ａに一体化された案内筒１０ｅとを通
し、支持板１０ｃのＳＱＵＩＤ２ａの外径よりわずかに
大きい内径の穴１０ｄに挿入され、ＳＱＵＩＤ２の雄コ
ネクタ２ｃが支持板１０ａ上の雌コネクタ２ｄに嵌合装
着される。

【００４７】穴１０ｄの入り口部にはテーパが設けられ
ており、ＳＱＵＩＤ２先端を所定の位置に案内する。こ
の時、ＳＱＵＩＤ２の先端の掴み部２ｂには凹が設けら
れ、この部分が爪２８の凸部に嵌合し、爪２８に対し正
確な位置と方向を維持し、爪２８の制御位置と方向でＳ
ＱＵＩＤ２の移動精度を制御できる。

【００４８】Ｘ方向移動台２４、Ｙ方向移動台２５、Ｚ
方向移動ロッド２６、Ｚ方向移動ロッド２２を内部容器
４外に移動させた後、交換治具１６を撤去し、フランジ
８と共にフランジ８に接続した構成部材を再び装着す
る。

【００４９】この交換治具の爪２８の付近に小型のビデ
オカメラ及び照明器具を爪駆動部２７内に内蔵すること
により、爪駆動部２７から見た下部のＳＱＵＩＤ２の脱
着のための移動が信号線２９を通して容器外でのテレビ
等の表示装置３０で目視でき、脱着作業を容易にするこ
とができる。

【００５０】また、各構成部品の移動制御は、信号線３
１を通して制御装置３２で行なわれる。不具合なＳＱＵ
ＩＤ２の位置を、制御装置３２に入力することで、交換
治具１６の各構成部品の移動制御を制御装置３２で自動
的に行なう。また、制御装置３２を表示装置３０と組み
合わせさせることにより、不具合なＳＱＵＩＤ２の位置
を画像処理でそのＸＹ座標を自動的に計算し、そのＸＹ
座標に爪２８を、自動的かつ迅速に移動させることがで
き、ＳＱＵＩＤ２の脱着作業を短時間で行うことができ
る。

【００５１】また、交換治具１６の爪２８の付近に光セ
ンサを爪駆動部２７内に内蔵することにより、支持板１
０ｃの穴１０ｄの位置を小型計算機等で自動的に割り出
し、交換治具１６の各構成部品の移動制御を自動的に行
いそのＸＹ座標に爪２８を自動的に移動できＳＱＵＩＤ
２の脱着作業を短時間で行うこともできる。この場合、
支持板１０ｃの表面にアルミニュウム等の反射膜を蒸着
しておくと良い。

【００５２】交換治具１６を使用することにより、例え
ば、配置されたＳＱＵＩＤ２の素子群の投影面積の代表
直径が３５ｃｍである場合でも、交換治具１６の挿入部
の断面積を小さくできるので、ネック部４ａの内径は７
ｃｍ程度あれば十分であり、一方、ネック部４ａの軸方
向の長さは５０ｃｍ以上とれ、常温フランジ面から内部
容器４の底面の素子設置位置までの距離も２ｍ以上確保
できる。

【００５３】また、ＳＱＵＩＤ２が着脱自在に装着され
る支持板１０ａ，１０ｃを内部容器４壁に接着剤等で固
定し、交換治具１６を用いてＳＱＵＩＤ２が着脱できる
構造としたので、支持板１０ａ，１０ｃを移動させずに
済み、かつネック部４ａの軸方向の長さを短縮する必要
がない。

【００５４】また、支持板１０ａ，１０ｃを内部容器４
に固定するためのＳＱＵＩＤ２の必要配置領域に締結部
を設ける必要がなく、ＳＱＵＩＤ２の配置密度を低減さ
せないので、計測精度が低減することはない。

【００５５】また、ＳＱＵＩＤ２に計測用導線９の配線
コネクタを設け、支持体１０ａの裏側の空きスペースに
計測用導線９を配置し、この計測用導線９を内部容器４
の内壁面に沿わせて動かないようにすることにより、支
持体１０ａの上部空間に他のＳＱＵＩＤ２の計測用導線
９が垂れ下がらず、ＳＱＵＩＤ２の着脱作業を容易にす
ることができ、また、計測用導線９が断線することがな
くなる。

【００５６】このように、ＳＱＵＩＤ２を掴み、移動式
の交換治具１６を使用することにより、従来の極低温容
器に比較して、ネック部分の軸方向の長さが長くとれ、
かつ交換治具１６の挿入部の断面積が小さくてよいの
で、ネック部の内直径を細くできる。

【００５７】本実施例では、交換治具１６のＸ方向移動
台２４及びＹ方向移動台２５は各一段のものを適用した
例について説明したが、複数段の移動台を適用しても良
い。この場合、各移動台の長さはさらに短くなり、ネッ
ク部４ａの断面をさらに小さくしても交換治具１６が挿
入でき、これによって熱侵入量をさらに低減することが
できる。

【００５８】また、本実施例では、交換治具１６に、Ｘ
方向移動台１９，２４及びＹ方向移動台２０，２５を適
用したが、Ｘ、Ｙ方向平面内の移動に、回転角を制御す
る回転角移動台と径方向移動を制御する径方向移動台を
適用しても同様な効果を得ることができる。

【００５９】以上のように、本実施例によれば、配置さ
れたＳＱＵＩＤ２の素子群の投影面積が広くなる極低温
容器でも、ネック部４ａの軸方向の長さが長くとれ、ネ
ック部４ａのＳＱＵＩＤ２挿入断面の面積を細くするこ
とにより、内部容器４を構成するガラス繊維や炭素繊維
を含浸したエポキシ等の樹脂材の肉厚が薄くても強度を
確保でき、内ぶ容器４の壁を通して極低温部への伝導に
よる侵入熱を低減することができる。

【００６０】一方、内部容器４壁は、冷媒７ｂの寒冷で
冷却した真空槽７ａ壁との間の蒸発冷媒の伝導により冷
却され、内部容器４壁及び真空槽７ａ壁が冷却されてこ
れらの壁を通して極低温部への伝導による侵入熱をさら
に低減することができる。

【００６１】また、この部分に熱的に一体化された熱シ
ールド板１３ａは間接的に冷媒７ｂで冷却される。外部
容器６から積層断熱材１２ａの熱シールド板１３ａへの
熱負荷を、冷媒７ｂで吸収するため、内部容器４壁から
極低温部への熱移動量が低減して、熱侵入量を低減でき
る。

【００６２】このように、上記冷却手段を用いて、ネッ
ク部４ａからの熱侵入量を吸熱することにより、極低温
度側に侵入する熱量をより低減できる。

【００６３】本実施例によれば、多数のＳＱＵＩＤ２を
配置し、配置されたＳＱＵＩＤ２の素子群の投影面積が
広くなる極低温容器でも、ネック部４ａの軸方向の長さ
が長くとれ、かつＳＱＵＩＤ２挿入断面の面積を細くす
ることにより、ネック部４ａから極低温度域への侵入熱
が低減でき、内部容器４に収納された冷媒３、例えば液
体ヘリウムや液体窒素等の蒸発量を低減させることがで
きる。その結果、冷媒３の補充期間を長くでき、頻繁に
補充作業をする必要もなくなり、かつ冷媒３の補充コス
トを大幅に低減できる効果がある。

【００６４】また、ＳＱＵＩＤ２が着脱自在に装着され
る支持板１０ａ，１０ｃを内部容器４壁に接着剤等で固
定することにより、ＳＱＵＩＤ２の必要配置領域に締結
部を設ける必要がなく、ＳＱＵＩＤ２の配置密度を低減
させないので、計測精度が低減することはない。

【００６５】また、ＳＱＵＩＤ２に計測用導線９の配線
コネクタを設け、支持体１０ａの裏側の空きスペースに
計測用導線９を配置し、この計測用導線９を内部容器４
の内壁面に沿わせて動かないようにすることにより、支
持体１０ａの上部空間に他のＳＱＵＩＤ２の計測用導線
９が垂れ下がらず、ＳＱＵＩＤ２の着脱作業を容易にす
ることができ、また、計測用導線９が断線することがな
くなる。

【００６６】図４は、本発明の第２の実施形態に係るＳ
ＱＵＩＤ格納用極低温容器の構成を示す図である。本実
施例が図１と異なる点は、断熱部７の真空槽７ａ内部の
容器７ｃに収納されている冷媒７ｂの代わりに、冷凍機
を使用する点にある。真空槽７ａの室温側に円筒部３３
及び円筒部３３に一体化されたフランジ３４を設け、例
えばパルス管チューブ冷凍機３６を取り付ける。

【００６７】冷凍機３６のシリンダー部３７及び寒冷発
生部３８は、シリンダー部３７の挿入容器３５内に挿入
され、挿入空間３９には、熱伝導率が大きい例えばヘリ
ウムガス等が封入されている。寒冷発生部３８には、さ
らにインジュウムやグリース等の高熱伝導率の伝熱媒体
（図示せず）を介して挿入容器３５底面部に熱的に一体
化されている。

【００６８】挿入容器３５の底面部には、真空槽７ａ壁
を冷却するための、例えば外部からの磁場変動で生じる
ノイズとなる渦電流が発生し難い、短冊状の銅板や小径
の被覆銅線で構成した熱伝導体４０が熱的に一体化され
ている。挿入容器３５から真空槽７ａ低温部への輻射熱
を防止するため積層断熱材４１が配置されている。

【００６９】冷凍機３６は、冷凍機３６の作動媒体、例
えばヘリウムガスの圧縮機４２から、高圧ヘリウムガス
を、高圧ガス配管４３を通し、シリンダー部３７内への
ガス供給及びシリンダー部３７内からのガス排気の制御
を行ために弁の開閉を行う回転バルブや往復動バルブを
駆動するガス流制御器４４を介し、導管４５を通して冷
凍機３６内に供給する。

【００７０】供給された高圧ヘリウムガスは、冷凍機３
６内で断熱膨張し、シリンダー部３７下部の寒冷発生部
３８で寒冷を発生する。その後、低圧となったヘリウム
ガスは、導管４５、ガス流制御器４４、低圧ガス配管４
６を通して、再び圧縮機４２ａに戻る。

【００７１】ガス流制御器４４は、回転バルブや往復動
バルブを駆動する電動モータを使用しているため、電気
ノイズを避けるためＳＱＵＩＤ格納用極低温容器１から
離し、例えばＳＱＵＩＤ格納用極低温容器１を設置した
磁気シールドルーム（図示せず）の外側に設置し、冷凍
機３６とは長い導管４５で接続することが望ましい。

【００７２】当然、圧縮機４２、高圧ガス配管４３、低
圧ガス配管４６も、磁気シールドルームの外側に設置
し、圧縮機４２は、さらに磁気シールドルームから離し
て設置する。また、ガス流制御器４４を、さらに別の磁
気シールド箱（図示せず）で包囲すれば、ＳＱＵＩＤ格
納用極低温容器１への電気ノイズをさらに低減できる。

【００７３】また、ＳＱＵＩＤ作動時のみに冷凍機３
６、圧縮機４２を一時停止することにより、電気ノイズ
の発生さらに冷凍機３６の振動を停止できるので、さら
にノイズ発生を防止することができる。

【００７４】本実施例によれば、冷媒３を、外部の冷媒
タンク（図示せず）から断熱供給管（図示せず）を通し
て供給口１４から内部容器４の底部に供給する際、多量
の蒸発ガスが発生するため、このガスで内部容器４の内
壁面および真空槽７ａ外壁面は過冷却される。

【００７５】この時、熱伝導体４０で逆に挿入容器３５
を通じて寒冷発生部３８が冷却されが、冷凍機は異常無
く運転でき、かつ大気との連通口がないため大気の空気
が侵入し空気中の水分によるトラブルが発生することも
無く、運転の信頼性が向上する効果があり、また、冷媒
７ｂを補給する必要がなくなる効果もある。

【００７６】さらに、冷媒７ｂ温度よりもさらに低温側
に冷却でき、熱侵入量を低減して冷媒３の蒸発量を大幅
に低減できる効果がある。

【００７７】図５は、本発明の第３の実施形態に係るＳ
ＱＵＩＤ格納用極低温容器の構成を示す図である。本実
施例が図１と異なる点は、冷凍機３６の寒冷発生部３８
を真空層５に配置し、寒冷発生部３８と熱シールド板１
３ａを熱的に一体化させ、熱シールド板１３ａを冷凍機
３６で冷却するようにした点にある。

【００７８】冷凍機３６は、外部容器６のフランジ４７
に気密固定され、寒冷発生部３８は熱シールド板１３ａ
と熱的に一体化されている。フランジ４８は、Ｏリング
４９、ボルト５０により、フランジ４７に固定されてい
る。熱シールド板１３ａの端部は内部容器４のネック部
に一体化されていない。

【００７９】本実施例によれば、熱シールド板１３ａを
冷凍機３６により冷媒７ｂの温度よりもさらに低温側に
冷却できるので、熱シールド板１３ａから熱シールド板
１３ｂへの輻射侵入熱、さらには熱シールド板１３ｂか
ら内部容器４への輻射侵入熱を低減することができると
共に、外部容器６から熱シールド板１３ａへの輻射侵入
熱を冷凍機３６で吸熱し内部容器４壁面へ伝えないの
で、内部容器４壁の温度を高めることがない。

【００８０】また、熱シールド板１３ｂから内部容器４
への一体化された端部からの伝導伝熱量も低減するので
内部容器４壁の温度を高めることがなく、内部容器４壁
を通じて極低温側への伝導伝熱による熱侵入量が大幅に
低減する。以上の熱侵入量の低減によって、冷媒３の蒸
発量は大幅に低減する効果がある。

【００８１】なお、本実施例では、熱シールド板１３ａ
の端部が内部容器４のネック部４ａに一体化されてない
が、この部分を一体化しても、冷媒３の蒸発量は大幅に
低減する効果がある。

【００８２】また、本実施例では、ネック部４ａに真空
槽７ａを挿入した場合について説明したが、ネック部４
ａを細くして、従来のアルミ板とウレタン，スチロール
等の発泡断熱材とを交互に重ね合わせて断熱部を構成し
ても、ネック部４ａを細くしたことによる、内部容器４
壁から侵入する伝導伝熱を小さくできるので、冷媒３の
蒸発量を低減できる効果がある。

【００８３】また、本実施例では、冷凍機３６は、作動
冷媒にヘリウム、窒素、空気、水素、フロン系ガスを使
用する機器やペルチェ素子を使用した電子式の機器が使
用されても良い。ガスを作動流体に使用した冷凍機の方
式としては、他にギフォード・マクマホン式、ソルベイ
式、スターリング式、コリンズ型膨張機式、膨張タービ
ン式、膨張弁式、これらを組み合わせた機器等が使用さ
れても良い。

【００８４】図６は、本発明の第４の実施形態に係るＳ
ＱＵＩＤ格納用極低温容器の構成を示す図である。本実
施例が図５と異なる点は、冷凍機３６の代わりに冷媒７
ｂと同様な冷媒５１を収納する容器５２を真空層５内に
配置し、容器５２と熱シールド板１３ａを熱的に一体化
させ、熱シールド板１３ａを冷媒５１の寒冷で冷却する
ようにした点にある。

【００８５】冷媒５１は、排気口５３から供給され、蒸
発ガスは同じ排気口５３から排出される。容器５２は非
磁性の材料で作られているので、磁気ノイズを発生せ
ず、磁気ノイズを発生しやすい金属で製作された冷凍機
を使用する場合に比べ、磁気ノイズを大幅に低減できる
効果がある。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば、ＳＱＵＩＤが収納され
ている内部容器のネック部を長く細く形成することによ
り、内部容器内への熱侵入が低減でき、冷却媒体の蒸発
量が大幅に低減できる。この結果、冷却冷媒の補充期間
が長くでき、補充コストを低減することができる。

【００８７】また、交換治具を用いて内部容器内のＳＱ
ＵＩＤが容易に交換できるので、計測用導線の断線不良
を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るＳＱＵＩＤ格納用極低
温容器の構成を示す縦断面図である。

【図２】図１のＳＱＵＩＤを交換する交換治具の構造を
示す断面図である。

【図３】図１の支持板の構造を説明する断面図である。

【図４】本発明の第２の実施形態に係るＳＱＵＩＤ格納
用極低温容器の構成を示す断面図である。

【図５】本発明の第３の実施形態に係るＳＱＵＩＤ格納
用極低温容器の構成を示す断面図である。

【図６】本発明の第４の実施形態に係るＳＱＵＩＤ格納
用極低温容器の構成を示す断面図である。

【符号の説明】１…ＳＱＵＩＤ格納用極低温容器、２…ＳＱＵＩＤ、３
…冷媒、４…内部容器、４ａ…大気開放部、５…真空
層、６…外部容器、７…断熱部、９…計測用導線、１０
…支持板、１３…熱シールド板、７…冷媒、１６…交換
治具、３６…冷凍機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小見山泰明茨城県ひたちなか市大字市毛882番地株式会社日立製作所計測器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の超電導量子干渉デバイス及び該複数
の超電導量子干渉デバイスを冷却する冷却冷媒が格納さ
れている内部容器と、該内部容器を包囲し、前記内部容
器との間に真空層を形成する外部容器とを有する超電導
量子干渉デバイス格納用極低温容器において、前記内部容器は、前記複数の超電導量子干渉デバイスを
着脱自在に支持する支持板を固定した底面部と、前記支
持板に支持された前記複数の超電導量子干渉デバイスを
着脱する着脱手段が出入りするときには開放され、出入
りしないときには断熱部で閉じられている大気開放部と
を有し、前記大気開放部の開放面積が、前記底面部に固
定された支持板面積より小さいことを特徴とする超電導
量子干渉デバイス格納用極低温容器。
【請求項２】請求項１において、前記大気開放部の前記
底面部方向の長さは、人の腕の長さより長いことを特徴
とする超電導量子干渉デバイス格納用極低温容器。
【請求項３】請求項１において、前記断熱部に、前記冷
却冷媒の温度と大気温度との中間の冷却温度を有し前記
断熱部内を冷却する冷却手段を設けることを特徴とする
超電導量子干渉デバイス格納用極低温容器。
【請求項４】請求項１または請求項３において、前記真
空層に、前記外部容器からの輻射熱の侵入を防止する熱
シールド板と、該熱シールド板に熱的に接触し前記熱シ
ールド板を冷却する前記冷却手段とを設けることを特徴
とする超電導量子干渉デバイス格納用極低温容器。
【請求項５】請求項１において、前記超電導量子干渉デ
バイスの計測線を、前記支持体の裏側を通し前記内部容
器の内壁面に沿わせて固定し、前記大気開放部から外部
へ配線することを特徴とする超電導量子干渉デバイス格
納用極低温容器。