(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体窒素を収容する液体窒素収容断熱容器と、
液体窒素温度で作動するセンサを先端部に取り付けるセンサ固定部材と、
前記センサ固定部材を前記液体窒素収容断熱容器の側面或いは前記センサを介して前記液体窒素収容断熱容器の底面の少なくとも一方に固定するための固定用緩衝部材とを有し、
前記固定用緩衝部材は、液体窒素中で緩衝作用を有することを特徴とする液体窒素冷却センサ機器用容器。
【請求項２】
前記固定用緩衝部材が、少なくとも前記液体窒素収容断熱容器の底面に当接するように配置される構造であることを特徴とする請求項１に記載の液体窒素冷却センサ機器用容器。
【請求項３】
前記固定用緩衝部材が、少なくとも前記液体窒素収容断熱容器の側面に当接するように配置される構造であることを特徴とする請求項１に記載の液体窒素冷却センサ機器用容器。
【請求項４】
前記固定用緩衝部材が、少なくとも前記液体窒素収容断熱容器の底面に当接するように配置される構造であるとともに、前記センサ固定部材の少なくとも側面を被覆する構造であることを特徴とする請求項１に記載の液体窒素冷却センサ機器用容器。
【請求項５】
前記固定用緩衝部材が、連続間隙を有するポリマーからなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体窒素冷却センサ機器用容器。
【請求項６】
前記固定用緩衝部材が、非導電性且つ非磁性のスプリングであることを特徴とする請求項１に記載の液体窒素冷却センサ機器用容器。
【請求項７】
前記固定用緩衝部材が、非導電性且つ非磁性の繊維状材料であることを特徴とする請求項１に記載の液体窒素冷却センサ機器用容器。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の液体窒素冷却センサ機器用容器と、
前記センサ固定部材のセンサ取り付け面に取り付けられたセンサと
を備えたことを特徴とする液体窒素冷却センサ機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体窒素冷却センサ機器用容器及び液体窒素冷却センサ機器に関し、例えば、地下資源探査装置等に用いる超電導量子干渉計（ＳＱＵＩＤ）を用いたセンサの液体窒素の気化による気泡発生に伴う低周波ノイズの抑制手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
高温超電導体を用いたＳＱＵＩＤは、地下資源探査装置、地磁気観測装置、非破壊検査装置などのセンサ機器に用いられている。このようなＳＱＵＩＤを用いたセンサ機器は、液体窒素冷却を必要とし、低ノイズであることが要求されている。
【０００３】
従来、ＳＱＵＩＤ地下資源探査装置、地磁気観測装置、非破壊検査装置など、特にセンサ周囲に金属ブロックが隣接することを回避したい液体窒素冷却においては、センサを棒状のプローブロッドを用いて液体窒素中に直接浸漬することが主流になっている。この場合、液体窒素の気化による気泡発生に伴う振動による低周波ノイズが、測定精度に悪影響を与えるため、振動を抑える工夫が必要になる。
【０００４】
このような振動を抑えるために、引用文献１では、保冷容器の内底面部等に粗面部材を設け、液体窒素の気化に伴う気泡の発生を抑制制御する方法が紹介されている。しかしながら、かかる従来の方法では、大きな気泡の発生が抑制されたとはいえ、比較的小さな気泡については発生していることからセンサが振動することより発生する低周波の雑音は依然として残存しており、より高い精度の測定を行うにはその振動をさらに抑制する必要があった。
【０００５】
また、引用文献２では、容器の底部に凹状のくぼみを作り、そこにセンサを先端に取り付けたロッドを嵌合させる方法が紹介されている。さらにセンサを安定化させるために、その嵌合部分に液体窒素中で硬化する材料を入れることで固定することもあり得る。
【０００６】
しかし、かかる従来の方法では、液体窒素を入れた状態でロッドを自由に抜き差しできず、センサの交換や液体窒素の補充等を簡便に行うことができないといった問題があり、地下資源探査や地磁気観測など野外の測定現場で装置を利用するに当たっては、このような作業を簡便に行うことができるよう工夫する必要があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１４５１１９号公報
【特許文献２】特開２００９−０４７３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、有効に液体窒素を使用するためは、センサを容器底面のできるだけ近くに設置する必要があるが、液体窒素の気化による気泡発生に伴うプローブの振動の影響を直接受けるという問題がある。
【０００９】
その結果、低周波ノイズの低減が要求される地下資源探査や地磁気観測において、プローブ固有の振動が測定結果の精度を悪化させることになる。特に、長時間冷却を必要とする場合、液体窒素中冷却では、長いプローブロッドの先にセンサを取り付ける必要があり、わずかな振動でプローブロッドが振動し、測定ノイズとなる。
【００１０】
したがって、本発明は、プローブの液体窒素中への抜き差しの容易さを維持したまま、外部および液体窒素蒸発気泡によるプローブの振動をダンパー作用により吸収して有効に抑制し、低周波ノイズを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
開示する一観点からは、液体窒素を収容する液体窒素収容断熱容器と、液体窒素温度で作動するセンサを先端部に取り付けるセンサ固定部材と、前記センサ固定部材を前記液体窒素収容断熱容器の側面或いは前記センサを介して前記液体窒素収容断熱容器の底面の少なくとも一方にに固定するための固定用緩衝部材とを有し、前記固定用緩衝部材は、液体窒素中で緩衝作用を有することを特徴とする液体窒素冷却センサ機器用容器が提供される。
【００１２】
また、開示する別の観点からは、上記の液体窒素冷却センサ機器用容器と、前記センサ固定部材のセンサ取り付け面に取り付けられたセンサとを備えたことを特徴とする液体窒素冷却センサ機器が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
開示の液体窒素冷却センサ機器用容器及び液体窒素冷却センサ機器によれば、プローブの液体窒素中への抜き差しの容易さを維持したまま低周波ノイズをダンパー作用により吸収して効果的に抑制することが可能になり、その結果、長時間安定した計測が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態の液体窒素冷却センサ機器の概念的構成断面図である。
【図２】本発明の実施例１の液体窒素冷却センサ機器の概略的断面図である。
【図３】メラミンフォームのダンパー効果の説明図である。
【図４】本発明の実施例２の液体窒素冷却センサ機器の概念的断面図である。
【図５】本発明の実施例３の液体窒素冷却センサ機器の概念的断面図である。
【図６】本発明の実施例４の液体窒素冷却センサ機器の概念的断面図である。
【図７】本発明の実施例５の液体窒素冷却センサ機器の概念的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
ここで、図１を参照して、本発明の実施の形態の液体窒素冷却センサ機器を説明する。図１は、本発明の実施の形態の液体窒素冷却センサ機器の概念的構成断面図であり、液体窒素収容断熱容器１と、センサ固定部３とプローブロッド４と蓋部材５とからなるセンサ固定部材２と、固定用緩衝部材６を備えている。ＳＱＵＩＤ等のセンサ７はセンサ固定部３の表面にピン等により固定されており、液体窒素８中に浸漬され、センサ７からの出力はセンサ７に接続されている配線をプローブロッド４の内部を貫通させて外部に取り出す。
【００１６】
液体窒素収容断熱容器１は、ガラス或いは樹脂等の非磁性・非導電性素材からなり、典型的には二重管構造のガラス製デュワであり、通常は、樹脂製の外部断熱容器内に緩衝材を介して格納される。また、センサ固定部材２はプラスチック等の非磁性・非導電性素材からなり、蓋部材５に設けられた回転ねじ込み等の嵌合・固定機構を利用して外部断熱容器或いは外部断熱容器を用いない場合には、液体窒素収容断熱容器１に密閉・固定される。
【００１７】
固定用緩衝部材６は、センサ７を冷却するために十分な液体窒素８を透過させる間隙があること及び液体窒素８中で、膨張、縮小、硬化等によってセンサ固定部材２を柔軟に支える機能が損なわれないことが性能として要求される。このような性能を有するものとしては、連続間隙を有するポリマー、プラスチックバネ等の非導電性且つ非磁性のスプリング、或いは、グラスウール等の非導電性且つ非磁性の繊維状材料を用いる。なお、繊維状材料は糸状であっても織物状であっても良い。
【００１８】
連続間隙を有するポリマーを用いる場合には、ポリマーとしては、メラミンフォーム、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）スポンジ、ＵＰＩＲＥＸ−ＦＯＲＭ（登録商標：宇部興産株式会社）などが好適である。また、ポリマーからなる固定用緩衝部材６の配置場所は、典型的には液体窒素収容断熱容器１の底面と当接する位置であるが、液体窒素収容断熱容器１の側面と当接する位置に配置しても良い。
【００１９】
或いは、センサ７及びセンサ固定部３と、プローブロッド４の一部を覆うようにして良く、この場合には、固定用緩衝部材６を２つに縦割りにして内部にセンサ７及びセンサ固定部３等を収容するようにすれば良い。
【００２０】
この様な固定用緩衝部材６は、センサ７或いはセンサ固定部３に両面テープ等で接着固定した状態で、液体窒素８を収容した液体窒素収容断熱容器１に挿入し、押し込み、固定用緩衝部材６を圧縮することで、センサ固定部材２を固定する。その結果、センサ固定部材２の上部は嵌合・固定機構により固定され、下端は固定用緩衝部材６で固定され、上下で固定されるので、液体窒素８の気化に伴う気泡の発生による振動の影響を受けにくくなる。
【００２１】
また、固定用緩衝部材６は液体窒素収容断熱容器１に固定されていないので、センサ固定部材２の抜き差しが容易になり、且つ、固定用緩衝部材６の着脱は容易であるので、センサ７の交換や液体窒素８の補充等を簡便に行うことが可能になる。
【実施例１】
【００２２】
次に、図２及び図３を参照して、本発明の実施例１の液体窒素冷却センサ機器を説明する。図２は、本発明の実施例１の液体窒素冷却センサ機器の概略的断面図である。液体窒素冷却センサ機器はプラスチック製の外部断熱容器１１、ガラス製の二重管構造のデュワ１２、デュワ１２を保護・固定する緩衝材１３、デュワ１２内に挿入するプローブ１４、挿入したプローブ１４を緩衝作用によって固定する固定用ダンパー１８を備えている。
【００２３】
プローブ１４はプラスチック製であり、超電導センサ１９をピンで固定するセンサ固定部１５、超電導センサ１９の配線を挿通するプローブロッド１６と蓋部材１７とからなる。蓋部材１７の側周には蓋ネジが切られており、外部断熱容器１１の上部外周に設けられた蓋ネジ構造との間で回転ねじ込みにより密閉結合する。
【００２４】
固定用ダンパー１８は、連続間隙を有するポリマーであるメラミンフォームからなり、センサ１９を取り付けたセンサ固定部１５の取り付け面に両面テープで固着する。固定用ダンパー１８を固着したプローブ１４を、液体窒素２０を収容したデュワ１２内に挿入して蓋ネジを利用して回転ネジ込みにより固定用ダンパー１８をデュワ１２の底部に押しつけて固定する。この時、メラミンフォームは液体窒素温度において十分柔軟なので圧縮することによってプローブ１４の底部を固定する。
【００２５】
図３は、メラミンフォームのダンパー効果の説明図である。ここでは、地下資源探査として用いられる電磁探査のうち、ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ（ＴＥＭ法）におけるノイズの周波数依存性を示している。
【００２６】
ＴＥＭ法において、低周波でのノイズはそのまま深部探査の精度の低下を意味するため、低周波でのノイズ低減が非常に重要である。商用送電による特定周波数信号の重畳は、データ処理におけるスタッキングによって除去することが可能であるが、振動による不規則なノイズの除去は困難である。
【００２７】
図３に示すように、従来どおりメラミンフォームダンパーによるプローブ下部の固定がない場合には、３Ｈｚ−４０Ｈz周辺に３０ｐＴ／Ｈｚ１／２程度のノイズピークが観察されている。一方、本発明の実施例１においてはメラミンフォームにより下部を固定しているので、この低周波ノイズをより非常に効果的に消失させることができることが確認された。
【実施例２】
【００２８】
次に、図４を参照して、本発明の実施例２の液体窒素冷却センサ機器を説明する。図４は、本発明の実施例２の液体窒素冷却センサ機器の概念的断面図であり、ここでは、説明を簡単にするために単一の断熱容器として説明するが、通常は、外部断熱容器とデュワの二重構造になっている。
【００２９】
この本発明の実施例２においては、固定用ダンパー２７としてＰＶＡスポンジを用いるとともに、固定用ダンパー２７をセンサ固定部２３の側面に両面テープを用いて巻きつけたものである。この場合も、ＰＶＡスポンジは液体窒素温度において十分柔軟で弾力を有しているので、プローブ２２を液体窒素収容断熱容器２１内に押し込むと圧縮してセンサ固定部２３を固定する。
【００３０】
このような構造は、超電導センサ２６の先端に複雑な配線などが存在し、頑強な構造を有さない場合に有用であり、固定用ダンパー２７が超電導センサ２６に直接当接しないので、超電導センサ２６を破損することがない。
【実施例３】
【００３１】
次に、図５を参照して、本発明の実施例３の液体窒素冷却センサ機器を説明する。図５は、本発明の実施例３の液体窒素冷却センサ機器の概念的断面図であり、ここでは、液体窒素収容断熱容器３１をスタイロフォームで形成する。
【００３２】
この本発明の実施例３においては、固定用ダンパー３７としてＵＰＩＲＥＸ−ＦＯＲＭ（登録商標：宇部興産株式会社）を用いるとともに、超電導センサ３６及びセンサ固定部３３とプローブロッド３４の一部を覆うようにしたものである。この場合の固定用ダンパー３７は縦割り構造の２つの部材３７１，３７２とからなり、部材３７１，３７２の内部に形成した凹部に超電導センサ３６及びセンサ固定部３３を押し込めば良い。
【００３３】
センサ機器を大型化する場合、液体窒素収容断熱容器３１を大型化する必要があるが、ガラスではそのような大型の液体窒素収容断熱容器３１を形成することが困難になる。そこで、樹脂やスタイロフォームなどで断熱容器を形成することになる。しかし、樹脂やスタイロフォームは液体窒素３８の気化に伴う気泡が発生し易いという問題がある。
【００３４】
この本発明の実施例３においては、超電導センサ３６を含むプローブ３２全体を覆うような構造としているので、液体窒素収容断熱容器３１内で発生する気泡３９による振動の影響が、直接プローブ３２に伝わるのを防ぎ、低周波ノイズを低減することができる。
【実施例４】
【００３５】
次に、図６を参照して、本発明の実施例４の液体窒素冷却センサ機器を説明する。図６は、本発明の実施例４の液体窒素冷却センサ機器の概念的断面図であり、ここでも、説明を簡単にするために単一の断熱容器として説明するが、通常は、外部断熱容器とデュワの二重構造になっている。
【００３６】
この本発明の実施例４においては、固定用ダンパー４７として非磁性・非導電性のプラスチックスプリングを用いるとともに、超電導センサ４６の底面及びセンサ固定部４３の側周面に両面テープを利用して取り付けたものである。この場合のプラスチックスプリングとしては、スプリングの振動が、プローブ４２の固有振動数に共鳴しないスプリングなど、スプリングの振動がプローブ４２の振動を軽減できるスプリングであれば良く、ダンパーとしての数値設計は容易である。
【実施例５】
【００３７】
次に、図７を参照して、本発明の実施例５の液体窒素冷却センサ機器を説明する。図７は、本発明の実施例５の液体窒素冷却センサ機器の概念的断面図であり、ここでも、説明を簡単にするために単一の断熱容器として説明するが、通常は、外部断熱容器とデュワの二重構造になっている。
【００３８】
この本発明の実施例５においては、固定用ダンパー５７として非磁性・非導電性の繊維状材料であるウール状のガラス繊維を用い、液体窒素収容断熱容器５１の底面にプローブ５２を固定することができる弾性が得られる高さに敷き詰めたものである。
【００３９】
この本発明の実施例５においては、ウール状のガラス繊維を敷き詰めるだけであるので、センサの交換や液体窒素の補充のためのプローブの抜き差しを非常に簡便に行うことができる。
【００４０】
以上の各実施例の説明においては、磁性だけでなく導電性も回避する必要があるＴＥＭ法を前提にしているために、固定用ダンパーとして非磁性且つ非導電性の材料を用いているが、導電性を回避する必要のない測定法の場合には、導電性部材を用いても良い。
【００４１】
また、上記の各実施例ではセンサ機器として説明しているが、超電導センサは適宜交換して使用するものであるので、超電導センサを除いた超電導センサ用の液体窒素冷却センサ機器用容器としても意味を有するものである。
【００４２】
また、上記の各実施例としては、外部断熱容器と液体窒素収容内部断熱容器の二重構造を前提に説明しているが、単一の液体窒素収容断熱容器だけの場合にも適用されるものである。
【符号の説明】
【００４３】
１  液体窒素収容断熱容器
２  センサ固定部材
３  センサ固定部
４  プローブロッド
５  蓋部材
６  固定用緩衝部材
７  センサ
８  液体窒素
１１  外部断熱容器
１２  デュワ
１３  緩衝材
１４  プローブ
１５  センサ固定部
１６  プローブロッド
１７  蓋部材
１８  固定用ダンパー
１９  超電導センサ
２０  液体窒素
２１，３１，４１，５１  液体窒素収容断熱容器
２２，３２，４２，５２  プローブ
２３，３３，４３，５３  センサ固定部
２４，３４，４４，５４  プローブロッド
２５，３５，４５，５５  蓋部材
２６，３６，４６，５６  超電導センサ
２７，３７，４７，５７  固定用ダンパー
２８，３８，４８，５８  液体窒素
３７１，３７２  部材
３９  気泡
【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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【図７】
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