(57)【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、底面部に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、前記支持板と前記複数の超電導量子干渉デバイスとの間に前記複数の超電導量子干渉デバイスの計測用導線を着脱自在にする着脱器を設けて前記複数の超電動量子干渉デバイスを着脱する際には、前記計測用導線は付いてこない構造とした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、支持台と、支持台上を左右方向（Ｘ方向）に移動するＸ方向移動台と、Ｘ方向移動台上を垂直方向（Ｙ方向）に移動するＹ方向移動台と、Ｙ方向移動台上を上下方向（Ｚ方向）にＺ方向移動ロッドと、Ｚ方向移動ロッド先端に設けた爪と該爪を左右方向（Ｘ方向）移動するＸ方向移動台と、Ｘ方向移動台上を垂直方向（Ｙ方向）に移動するＹ方向移動台と、Ｙ方向移動台上を上下方向（Ｚ方向）に移動するＺ方向移動ロッドと、前記爪の動きを制御する爪駆動部と、掴んだ超電導量子干渉デバイスを動かすモータとで構成された交換治具を備えた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、前記計測用導線を、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。
【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ＳＱＵＩＤ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、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ＳＱＵＩＤ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、ＳＱＵＩＤ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ＹＢａ２ａＣｕ３Ｏ７等の材料で構成されたＳＱＵＩＤ２ａａ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１０ａ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１３ａ，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７ａ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ＳＱＵＩＤ２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２８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２７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２６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１０ｂ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ＳＱＵＩＤ２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３１を通して制御装置３２で行なわれる。不具合なＳＱＵＩＤ２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１０ｃ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ＳＱＵＩＤ２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７ｃｍ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ＳＱＵＩＤ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３６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４６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３６、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ＳＱＵＩＤ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１３ａ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４ａ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ＳＱＵＩＤ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７ｂ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ＳＱＵＩＤ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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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