(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導装置および冷却媒体を収納する内部容器と、電気絶縁性を有する基板に、熱伝導率の高い複数の細条部材が相互に密な状態で接着されて電気的絶縁状態に保持されて形成され、前記内部容器の外側に配設される輻射シールドと、前記内部容器および輻射シールドを包囲して保持し、内部が真空状態とされた外部容器と、および前記輻射シールドを冷却する冷却装置とを備えた微弱磁場計測デュワーにおいて、
前記輻射シールドは、前記超電導装置を取り囲む近傍に配置される細条部材がその他の部分に配置される細条部材に比べ、幅が細くかつ数を多くして形成されること
を特徴とする微弱磁場計測デュワー。
【請求項２】
請求項１において、
その他の部分に配置される細条部材は、前記超電導装置に近い程、幅が細くかつ数が多くして形成されていることを特徴とする微弱磁場計測デュワー。
【請求項３】
請求項１または２において、
基板に接着された細条部材の隣接間に溝部が形成されることを特徴とする微弱磁場計測デュワー。
【請求項４】
超電導装置および冷却媒体を収納する内部容器と、電気絶縁性を有する基板に、熱伝導率の高い複数の細条部材が相互に密な状態で接着されて電気的絶縁状態に保持されて形成され、前記内部容器の外側に配設される輻射シールドと、前記内部容器および輻射シールドを包囲して保持し、内部が真空状態とされた外部容器と、および前記輻射シールドを冷却する冷却装置とを備えた微弱磁場計測デュワーにおいて、
前記輻射シールドは、基板に接着された細条部材の隣接間に溝部を形成した状態で細条部材を基板の両側に接着して形成され、かつ基板の両側に形成された溝部の反対側には、それぞれ他側の細条部材が接着され、前記輻射シールドは、前記超電導装置を取り囲む近傍に配置される細条部材がその他の部分に配置される細条部材に比べ、幅が細くかつ数を多くして形成されることを特徴とする微弱磁場計測デュワー。
【請求項５】
請求項４において、
その他の部分に配置される細条部材は、前記超電導装置に近い程、幅が細くかつ数が多くして形成されていることを特徴とする微弱磁場計測デュワー。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかにおいて、
前記細条部材を構成する細条シールド板は、超電導装置に近接する部分の先端部が複数の先細状に形成されることを特徴とする微弱磁場計測デュワー。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかにおいて、
輻射シールドを冷却する冷凍機と、排気口を有し、内部容器に一体化されたフランジと、冷凍機の低温ステージと、低温ステージとフランジとを接続する可撓性を有した熱伝導体とを有することを特徴とする微弱磁場計測デュワー。
【請求項８】
請求項１から６のいずれかにおいて、
前記内部容器の温度勾配方向と同じ方向に変位伸縮手段を設けたことを特徴とする微弱磁場計測デュワー。
【請求項９】
請求項１から６のいずれかにおいて、
前記輻射シールドと冷却装置とを、ヤング率の異なる熱伝導体を重ねて構成した熱伝導手段で接続したことを特徴とする微弱磁場計測デュワー。
【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、材料の透磁率を測定するための物性測定装置、磁気的な信号伝送のトランデューサとして用いるSQUID（Superconducting Quantum Interference Devices ： 超電導量子干渉デバイス）を格納するSQUID格納極低温容器の一種であるデュワーに係り、特にデュワーに適用するに適した熱シールドを内蔵するデュワーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ここに、SQUID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非常に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である。
【０００３】
輻射シールドの構成については特開平６−２１５２０号公報に記載のものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のこの種のSQUID磁束計用デュワーは、磁気ノイズを低減するために非金属材料で製作されているが、デュワー内部に設けられる輻射シールドには高い熱伝導性が要求されるため銅などの金属材料を用いざるを得なかった。しかし、金属板製であると、測定をすべき微弱な磁場変動によっても輻射シールド内部に微弱な誘導電流が発生し、これが計測値に誤差を与え、SQUIDによる磁場計測上大きな障害になっていた。この障害に対する対策としては、前述した特開平６−２１５２０号公報に記載された、絶縁した金属製細条部材を用いた輻射シールドなどが知られている。
【０００５】
また、輻射シールドは誘導電流の防止のために薄肉金属箔で構成され、さらに、施工時に加工し易いように前記薄肉金属箔を貼付けする基板も薄肉化されているので輻射シールドの剛性は弱く、施工時や運搬時に内部容器と接触してしまい、冷却運転中に、内部容器内に注入された液体ヘリウムの蒸発量が増加し、液体ヘリウムの消費量が増加する。
【０００６】
しかし、上記従来の輻射シールドでは、例えば、絶縁した金属製細条部材を用いた輻射シールドの場合には、SQUID近傍で磁場変化による誘導電流を小さくするために前記金属製細条部材の幅を狭くすると熱を伝える抵抗が大きくなり輻射シールドの温度が高くなる難点があり、かつ、金属製細条部材の無い溝部が冷却不足により温度が上昇する難点があり、さらに、輻射シールド自体の剛性が小さく、輻射シールドが極低温の容器に熱接触するおそれがある。本発明は、これらの問題点を解決するためになされたものであり、施工方法が容易で、かつ、誘導電流を小さくし、かつ液体ヘリウムの蒸発量の増加を防ぐことのできる高性能な輻射シールドを備えたデュワーを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係るデュワーは、超電導装置および冷却媒体を収納可能な内部容器と、当該内部容器を包囲する輻射遮蔽手段と、前記内部容器および輻射遮蔽手段とを真空状態に保持しつつ包囲する外部容器とを備えたデュワーにおいて、前記輻射遮蔽手段は、熱伝導率の高い複数の細長部材の幅は超電導装置近傍で狭くなるように形成し、相互に電気的絶縁状態に保持されるとともに相互に密な状態で電気絶縁性の基板両面上に貼付並設され、かつ、内部容器と所定の間隙を確保する電気絶縁性の支持手段に前記輻射遮蔽手段を支持するようにして構成される。
【０００８】
本発明によれば、電気絶縁性を有する基板両面に熱伝導率の高い複数の細長部材をその幅が超電導装置近傍で狭くなるように形成している。したがって、その長手方向には冷却手段との熱接触部側では部材の幅が広いので基板長手方向の一端を冷却すれば他端まで良好に冷却され、さらに、SQUID近傍では幅が非常に狭くなり相互には電気的に絶縁されているので、磁場変化による誘導電流がもし発生してもその部材の幅を基準とした誘導電流は極微量となり、SQUIDによる磁場計測に与える影響が極端に小さい熱遮蔽板を提供することができる。
【０００９】
また、熱伝導率の高い複数の細長部材は、電気絶縁性の基板両面上に、相互に電気的絶縁状態に保持されるとともに相互に溝部が重ならないように貼付けされる。したがって、溝部の基板は両面いずれかの細長部材と貼付けして熱接触しているので、溝部の基板は良好に冷却され、溝部冷却不足による温度上昇を防止できる。よって、輻射シールドを良好に冷却でき、液体ヘリウムの蒸発量を低減できる熱遮蔽板を提供することができる。
【００１０】
また、内部容器と所定の間隙を確保する電気絶縁性で剛性が大きな支持手段に前記輻射シールドを支持することにより、施工時やデュワー運搬時に剛性の小さな輻射シールドが前記内部容器に熱接触し、冷却運転時に熱が輻射シールドから内部容器に流入し、液体ヘリウム蒸発量が増加する問題を解決できる。したがって、施工方法が容易な熱遮蔽板を提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて説明する。このデュワー１は、図１に示すように、超電導装置であるSQUID２およびその冷却媒体である液体ヘリウム３を収納可能な内部容器４と、内部容器４を包囲するように配置された輻射遮蔽手段である輻射シールド５および輻射シールド支持体６と、内部容器４，輻射シールド（熱シールド）５および輻射シールド支持体６とを包囲するとともに内部容器４との間に真空層７を形成する外部容器８と、真空層７内に挿入される断熱材９と、輻射シールド５の一端を冷却する例えばパルス管式冷凍機等の冷凍機１０と、排気口２２を有し内部容器４の首に相当する部分に一体化された銅製のフランジ１１と、冷凍機１０の銅製の低温ステージ１２と、低温ステージ１２とフランジ１１を熱的に接続する可撓性を有した熱伝導体１３と、液体ヘリウム３とその蒸発ガスを外部空気と遮断する蓋１４と、蓋１４および断熱体１５とを貫通して外部から液体ヘリウム３の供給を行うための液体ヘリウム供給口１６と、液体ヘリウム３の蒸発ガスを外部に排気する排気口１７と、SQUID２からの計測電流をデュワー１の外部に導く計測導線１８とを備えて構成される。
【００１２】
また、断熱材９としては、例えば、アルミニウムを蒸着させたポリエステル樹脂箔を多層に重ねたものなどを使用する。冷凍機１０はヘリウム圧縮機１９と給排気配管２０で接続されている。SQUID２からの計測電流は計測導線１８を通じて信号処理装置２１に導かれ、ここで画像処理等が行われる。厚肉で剛性を高くして、かつ、気密状態にならないように排気口２８を有した輻射シールド支持体６は、内部容器４包含しながら所定の間隙を有して配置され、銅製のフランジ１１に固着した円筒状つば２３に接着等で固着支持される。輻射シールド５は上端部を銅製のフランジ１１とハンダ付け等で熱接続されている。
【００１３】
このように構成することにより、冷凍機１０により輻射シールド５を冷却し、外部容器８からの輻射熱を奪うことができる。輻射シールド５としては、銅などの熱伝導性の良い金属材料等を用いる必要があるが、SQUID２からの微弱な計測電波を阻害する渦電流を低減させるため、上記の銅材等は細い線状または細い条状に形成して使用する。
【００１４】
次に、上記の輻射シールド５のさらに詳細な構成を図２〜図６に基づいて説明する。図３は図２のＸ−Ｘ断面図、図４は図２のＹ−Ｙ断面図、図５は図２のＺ−Ｚ断面図、図６は図２のＷ−Ｗ断面図である。図２に示すように、輻射シールド５は、絶縁基板２４の両面に貼付けした銅箔２５に溝２６をエッチング等で加工した細条銅部材２７を有する細条シールド板５５によって構成される。冷却源の冷却機で冷却するフランジ１１に熱接触する側は溝を加工しない。その端部側に向かって細い条材である細条銅部材２７ａ，２７ｂ，２７ｃが複数個、電気絶縁性を有する絶縁基板２４の表面上に接着または貼付けされて構成されている。ここに、細条銅部材２７ａ，２７ｂ，２７ｃは細条部材に相当している。
【００１５】
この場合、絶縁基板２４としては厚さ０.１〜０.３mm程度の可撓性のあるポリイミド膜やポリイミド膜等のプラスチックフィルム等から成る板材が用いられ、この絶縁基板２４上に厚さ０.３〜１.０mm程度の銅箔を両面に接着剤でプレスして貼付けし、化学エッチングなどの方法を用いて、最小で銅箔の板厚寸法程度の幅０.３〜１.０mm程度の溝部２６（銅箔の無い部分）を多数形成すると同時に、多数の細条銅部材２７ａ，２７ｂ，２７ｃを形成して得ることができる。細条銅部材２７ａ，２７ｂ，２７ｃの幅はそれぞれ熱的に一体的に連続して、３.５〜５.３mm，１.５〜２.５mm，０.５〜１.０mm程度になるようにする。輻射シールド５の他端側からフランジ１１に熱接触する側、すなわち、SQUID２の近傍に配置される側から冷却源側に向けて、細条銅部材の幅が広くなるようにする。また、各断面において片面の溝２６部の絶縁基板２４の他面には細条銅部材を貼付けするようにする。
【００１６】
以上の構成によって、超電導装置および冷却媒体を収納する内部容器と、電気絶縁性を有する基板に、熱伝導率の高い複数の細条部材が相互に密な状態で接着されて電気的絶縁状態に保持されて形成され、前記内部容器の外側に配設される輻射シールドと、前記内部容器および輻射シールドを包囲して保持し、内部が真空状態とされた外部容器と、および前記輻射シールドを冷却する冷却装置とを備えた微弱磁場計測デュワーにおいて、前記輻射シールドは、前記超電導装置を取り囲む近傍に配置される細条部材がその他の部分に配置される細条部材に比べ、幅が細くかつ数を多くして形成された微弱磁場計測デュワーが提供される。
【００１７】
また、その他の部分に配置される細条部材は、前記超電導装置に近い程、幅が細くかつ数が多くして形成されている微弱磁場計測デュワーが提供される。
【００１８】
更に、基板に接着された細条部材の隣接間に溝部が形成される微弱磁場計測デュワーが提供される。
【００１９】
上記のように構成すると、従来のこの種の輻射シールドにおける銅箔材の幅が全長にわたって０.１〜１.０mm程度であるが、SQUID２の近傍に配置される側の両面に貼付けした細条銅部材２７ｃの幅を小さく、他端側の細条銅部材の幅を大きな寸法にすることができ、SQUID２により計測しようとしている外部磁場変動の透過性を向上させ、かつ、良好に冷却することができる。すなわち、細条銅部材２７ｃに発生させる渦電流を最小限に抑えることができ、微弱な外部磁場変動が直接SQUID２に到達することになる。いっぽう、外部容器８から極低温部側に断熱材９を介して細条銅部材２７ｃに流入する輻射熱は、より幅の広い、換言すれば熱抵抗がより小さい細条銅部材２７ａ，２７ｂ側、すなわち、冷却源側に良好に流れる。また、従来のこの種の輻射シールドでは片面のみに細条銅部材を貼付けされており、溝部は隣接する細条銅部材で冷却されるが、輻射シールドの可撓性を増し加工性を向上するために絶縁基板２４を薄肉化すると絶縁基板２４内の熱抵抗が大幅に大きくなり、これにより、輻射シールド５は従来に比べより低温度に冷却され、輻射遮蔽性能が向上し液体ヘリウム３の蒸発量を低減できる。
【００２０】
細条部材を絶縁基板の両側に接着する場合、図６に示す構成を図４及び図５に示す構造に代えて採用することによっても液体ヘリウムの蒸発量を低減する効果がある。この場合、図７から図１０に示す構成となり、図７は図３に、図８に図４に、図９は図５に、そして図１０は図６に対応することになる。
【００２１】
以上の構成によって、超電導装置および冷却媒体を収納する内部容器と、電気絶縁性を有する基板に、熱伝導率の高い複数の細条部材が相互に密な状態で接着されて電気的絶縁状態に保持されて形成され、前記内部容器の外側に配設される輻射シールドと、前記内部容器および輻射シールドを包囲して保持し、内部が真空状態とされた外部容器と、および前記輻射シールドを冷却する冷却装置とを備えた微弱磁場計測デュワーにおいて、前記輻射シールドは、基板に接着された細条部材の隣接間に溝部を形成した状態で細条部材を基板の両側に接着して形成され、かつ基板の両側に形成された溝部の反対側には、それぞれ他側の細条部材が接着されている微弱磁場計測デュワーが提供される。
【００２２】
上記の例で示した輻射シールド５の板材を用いて実際に施工する場合には、この板材を所要のシールド形状になるように切断加工や折り曲げ加工を施せばよい。ただし、細条銅部材１５の長手方向の長さは変えずにそのまま用いなければならず、途中で切断等してはならない。これは、熱伝導性能が低下するからである。冷凍機１０によって冷却される銅製のフランジ１１に熱的に、かつ、強固にぐらつかないように固着しされたガラス繊維強化樹脂等の非磁性物製の底付き円筒状の支持体６の外周に、上記の輻射シールド５の板材の一端を隙間なく包囲するように取り付け、輻射シールド支持体６が極低温の内部容器４に熱接触しないようにする。これらの構造の斜視半断面図を図１１に示す。
【００２３】
また、フランジ１１と低温ステージ１２とを熱接続する熱伝導体１３は、可撓性を持たせるために、図１１に示すようにインジュウム等のヤング率の大きい熱伝導体２９と、薄肉の銅箔３０を重ねたもので構成し、それらをステンレス鋼製の押板３１，３２で、それぞれ低温ステージ１２とフランジ１１に熱接触良くボルト（図示せず）等で圧着した構造である。本構成により、冷凍機の運転振動が、フランジ１１に伝播することを防止して運転振動に起因する電気ノイズを低減でき、かつ、薄肉の銅箔３０を重ねることにより、変形しやすい熱伝導体２９が装置組み立て時に破損することを防止できる効果がある。なお、熱伝導体２９は、熱伝導体２９と、銅箔３０を複数対重ね合せて構成してもよい。
【００２４】
本実施例によれば、輻射シールド５の他端側からフランジ１１に熱接触する側、すなわち、SQUID２の近傍に配置される側から冷却源側に向けて、細条銅部材の幅が広くなるようにする。また、各断面において片面の溝２６部の絶縁基板２４の他面には細条銅部材を貼付けするようにすることにより、冷却性能を向上させ輻射シールド内の温度差を小さくして全体を十分低温に冷却し、電気絶縁性を有する基板両面に熱伝導率の高い複数の細長部材をその幅が超電導装置近傍で狭くなるように形成しているので磁気ノイズの発生を増加させずに、内部容器４への輻射熱の侵入量を大幅に低減することができ、冷媒の液体ヘリウムの蒸発量を低減することができる。
【００２５】
また、輻射シールド支持体６が極低温の内部容器４に接触しないようにフランジ１１に固定し、その外周に輻射シールド５を取り付けることができるので、装置運搬時等の外部振動負荷時に内部容器４と輻射シールド５が熱接触することが無く、安定的に、冷媒の液体ヘリウムの蒸発量を低減することができる効果がある。
【００２６】
また、熱伝導体１３は、可撓性を持たせるために、図１１に示すようにインジュウム等のヤング率の大きい熱伝導体２９と、薄肉の銅箔３０を重ねたもので構成することにより、冷凍機の運転振動が、フランジ１１に伝播することを防止して運転振動に起因する対素子への電気ノイズを低減でき、かつ、薄肉の銅箔３０を重ねることにより、変形しやすい熱伝導体２９が装置組み立て時に破損することを防止し、フランジ１１及び輻射シールド５を安定的に、冷却でき、冷媒の液体ヘリウムの蒸発量を低減することができる効果がある。
【００２７】
図１２は図２に示す輻射シールド５の変形例を示す。輻射シールド５の下端の先端部が複数の先細状とされている。この構成によっても図２に示す例と同等の効果を得ることができる。
【００２８】
図１３に本発明になる他の実施例を示す。本図が図１と異なる点は、輻射シールド支持体６の上部にこの支持体と同材質の一体のフランジ３３を設け、この凹部に湾曲部３４を有する輻射シールド３５（輻射シールド５に相当）を取り付けたことにある。他の構成は図１に示す例と同様である。冷却時において輻射シールド３５の高温対低温方向の熱縮み量が、輻射シールド支持体６の熱縮み量よりも大きい場合、この湾曲部が熱変形を吸収し、輻射シールド３５が変形差によって破断し、輻射シールド３５が冷却できなくなり高温となることを防止する。本実施例によれば、安定的に輻射シールド３５を低温に冷却できるので、冷媒の液体ヘリウムの蒸発量を低減することができる効果がある。
【００２９】
なお、本実施例では直線状の細い条材を使用した場合について述べたが、平面方向にこの一部がジグザグ状の細い条材を使用して、ジグザグ状部で熱縮みを吸収できるようにしても同様な効果が生じる。また、冷凍機としてギフォード・マクマホン式の冷凍機や、ソウルベイ式の冷凍機，ペルチェ素子式の冷却器を使用してもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるデュワーにおいては、輻射シールドの機能を有する細い線材または細い条材等の細長部材がそれを支持する絶縁基板の片面あるいは両面に一体化され、細長部材の幅が、SQUID２の近傍に配置される側から冷却源側に向けて広く形成できるので、輻射シールド冷却が良好に行え安定的に、冷媒の液体ヘリウムの蒸発量を低減することができる効果がある。かつ、SQUID等により測定すべき微弱な磁場変動に対して悪影響を与えることが非常に少なく、さらに、輻射シールド支持体６が極低温の内部容器４に接触しないようにフランジ１１に固定し、その外周に輻射シールド５を取り付けることができるので、装置運搬時等の外部振動負荷時に内部容器４と輻射シールド５が熱接触することが無く、安定的に、冷媒の液体ヘリウムの蒸発量を低減することができる効果がある、という利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる一実施例であるデュワーの全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明になる輻射シールドの詳細な構成を示す正面図。
【図３】図２の輻射シールドのＸ−Ｘ断面図。
【図４】図２の輻射シールドのＹ−Ｙ断面図。
【図５】図２の輻射シールドのＺ−Ｚ断面図。
【図６】図２の輻射シールドのＷ−Ｗ断面図。
【図７】他の実施例で図２に示す輻射シールドのＸ−Ｘ相当断面図。
【図８】他の実施例で図２に示す輻射シールドのＹ−Ｙ相当断面図。
【図９】他の実施例で図２に示す輻射シールドのＺ−Ｚ相当断面図。
【図１０】他の実施例で図２に示す輻射シールドのＷ−Ｗ相当断面図。
【図１１】本発明になる一実施例のデュワー内部の半断面斜視図。
【図１２】本発明になる組み込み前の輻射シールドの詳細な構成を示す正面図。
【図１３】本発明になる他の実施例の熱シールド板の構造を説明する正面図。
【符号の説明】
１…デュワー、２…SQUID、３…液体ヘリウム、４…内部容器、５…輻射シールド、６…輻射シールド支持体、７…真空層、８…外部容器、９…断熱材、１０…冷凍機、１１…フランジ、１２…低温ステージ、１３…熱伝導体、１４…蓋、２４…絶縁基板、２６…溝部、２７…細条銅部材、５５…細条シールド板。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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