JPH03212980A - 磁気シールドの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 ジョセフソン集積回路等、外部磁界に敏感で、誤動作す
るおそれのある装置を外部磁界からシールドするための
磁気シールドの形成方法に関し、超伝導金属を用いて磁
気シールドを行う場合等に、従来よりも高い遮蔽率にて
上記装置等を外部磁界からシールドすることを目的とし
、可撓性のフィルム上に形成された超伝導膜を備えるよ
うに構成し、この超伝導膜付きの上記フィルムが全体と
して筒形の超伝導ループに変形可能な構造を有するよう
に構成し、また一方で、上記超伝導ループが常伝導状態
のときに、この超伝導ループが包囲する空間の面積が最
小になるようにし、次に、上記超伝導ループを超伝導状
態に転移させた後に上記空間の面積が最大になるまで拡
大するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はジョセフソン集積回路等、外部磁界に敏感で、
誤動作のおそれのある装置を外部磁界からシールドする
ための磁気シールドおよびその形成方法に関する。

近年、ジョセフソン素子により、超高速な演算処理を行
うシステムの開発が進められている。また、医療用電子
工学等の分野においても、ジョセフソン素子を高感度の
磁気センサとして用いて脳や心臓等の被測定物が生成す
る微小磁場を測定する試みがなされている。これらの場
合、ジョセフソン素子等を含む装置全体を地磁気等の外
部磁界による磁気ノイズから隔離した低磁場環境に配置
しなければならない。本発明は、この低磁場環境を形成
するための一方策について言及するものである。

〔従来の技術〕

第５図は従来の磁気シールドの一例を断面にて示す正面
図である。ここでは、高い透磁率を有する磁性材料、例
えばμメタル７を２重にして円筒形構造を形成し、この
２重のμメタル７が包囲する空間にジョセフソン素子を
含む装置８を配置している。このようにすれば、Ｘ方向
（横方向）では地磁気等の外部磁界を十分の一程度の遮
蔽率によりシールドし、また一方で、Ｙ方向（縦方向）
では数百分の−の遮蔽率によりシールドすることができ
る。しかし、ジョセフソン素子の誤動作率をより低減す
るためには、外部磁界に対する。遮蔽率をさらに高める
（数十分の一〜数万分の−）ことが要求される。このた
め、上記２重のμメタル７の内部であってかつ装置８の
周囲に鉛やニオブ等からなる中空円筒状の超伝導金属１
７が配置されている。この超伝導金属１７は、臨界温度
以下の極低温（例えば、液体ヘリウム温度２３’Ｋ　）
で電気抵抗が００完全導体になると共に臨界磁界以下の
低磁場で外部磁界を完全に排除する完全反磁性体になる
という性質を有している。このように、μメタルシール
ドと超伝導シールドの両者を併用して所定の遮蔽率を達
成することができると考えられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のとおり、従来は、２重のμメタル７および中空円
筒状の超伝導金属１７を併用することにより、ジョセフ
ソン素子等を含む装置８を外部磁界からシールドするよ
うにしていた。

しかし、この場合、上記中空円筒状の超伝導金属１７は
、第６図に示すように、臨界温度以下の超伝導状態にな
った時点に、その円筒内を通過していた外部磁界Ｈのト
ータル量、すなわち磁束をそのまま保持するように永久
電流が誘起されるという性質を有している。したがって
、臨界温度以下になっても上記装置８のＹ方向に外部磁
界Ｈが超伝導状態になる前と同様に保持されている状態
になる。このため、Ｙ方向の外部磁界に対してはそれほ
ど遮蔽率が改善されないという問題が生じてくる。

この問題に対処するために、第７図に示すように、上記
中空円筒状の超伝導金属１７に底部２７を設けることも
考えられる。このようにすれば、超伝導ループ内を貫通
する磁束を減らし、Ｙ方向の遮蔽率を向上させることが
できる。しかし、上記超伝導金属１７は液体寒剤Ｌ（第
５図）中で使用する必要があるので、底部２７にはこの
液体寒剤りを抜くための孔３７を形成しなければならな
い。この孔３７から外部磁界Ｈが侵入してしまうため、
Ｙ方向の遮蔽率の改善に限度が生じ、依然として上記の
問題が残る。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、超伝
導金属を用いて磁気シールドを行う場合等に、従来より
も高い遮蔽率で外部磁界からシールドすることが可能な
磁気シールドの形成方法を提供することを目的とするも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の磁気シールドは、可撓性のフィルム上に形成さ
れた超伝導膜を備えており、さらに、この超伝導膜付き
の上記フィルムが全体として内部に空間を包囲する筒形
の超伝導ループに変形可能な構造を有している。

また一方で、本発明の磁気シールドの形成方法は、超伝
導膜付きの可撓性のフィルムにより形成される筒形の超
伝導ループが常伝導状態のときに、この超伝導ループが
包囲する空間の面積が最小になるように上記超伝導ルー
プを構成する工程と、この超伝導ループを超伝導状態に
転移させた後に上記空間の面積が最大になるように拡大
する工程とからなる。

〔作　用〕 本発明では、従来の非可撓性の超伝導金属１７（第５図
）の代わりに、超伝導膜付きの可撓性のフィルムにより
形成される閉じた超伝導ループを用いている。この超伝
導ループを常伝導状態から超伝導状態に転移させたとき
には、この超伝導状態になった時点に、上記超伝導ルー
プ内を通過していた磁束が保持される。もし、常伝導状
態のときに超伝導ループが囲む面積ができる限り小さく
なるように上記超伝導ループを予め変形させておけば、
このループ内に保持される磁束もわずかなものとなる。

さらに、超伝導状態に転移した後に、超伝導ループが囲
む面積ができる限り大きくなるように上記超伝導ループ
を拡大させても、このループ内の磁束の総量は変化しな
いので、単位面積当りの磁束、すなわち磁束密度を大幅
に低減させることができる。さらに、上記超伝導ループ
が超伝導状態である限りは、ループ内に新たに磁界が侵
入することはないので、ループが包囲する空間に配置さ
れたジョセフソン回路などの装置を外部磁界からほぼ完
全にシールドすることができる。

かくして、本発明では、従来よりも高い遮蔽率にてジョ
セフソン回路などの装置を外部磁界からシールドするこ
とが可能となる。

〔実施例〕

第１Ａ図および第１Ｂ図は本発明の第１実施例による磁
気シールド形成方法を説明するための図であり、第１Ａ
図はその斜視図、第１Ｂ図は第１Ａ図のＢ−Ｂ断面図で
ある。ただし、ここでは、磁気シールド（例えば、第５
図）における超伝導ループ３の部分のみを拡大して示す
。さらに、第１Ａ図および第１Ｂ図の（１）は常伝導状
態のときの超伝導ループ３の形状を示し、また一方で、
第１Ａ図および第１Ｂ図の（ｎ）は超伝導状態に転移し
た後の超伝導ループ３の形状を示すこととする。なお、
後述の第２〜第４実施例（第２Ａ図〜第４図）において
も、（Ｉ）は常伝導状態の形状を示し、（ｎ）は超伝導
状態の形状を示すこととする。また、前述した構成要素
と同様のものについては同一の参照番号により説明する
。

この場合、フィルム１として、膜厚１００〜３００肉程
度のポリイミド等からなる可撓性の高分子フィルムを用
いている。さらに、超伝導膜２として、膜厚１廊程度の
鉛やニオブ等からなる薄膜を上記フィルム１上にスパッ
タリング等により形成している。なお、上記超伝導膜２
自体で電気的な接続がなされるように、フィルム１を予
め筒形に加工しておくことが好ましい。

ついで、この筒形に加工されたフィルム１および超伝導
膜２をもとに形成される超伝導ループ３により磁気シー
ルドを形成する方法を説明する。

まず初めに、常伝導状態のときに（第１Ａ図および第１
Ｂ図の（Ｉ））、超伝導ループ３の側面を圧迫したよう
な状態にしてループが包囲する空間の面積をできる限り
小さくしておく。次に、上記超伝導ループ３を液体寒剤
Ｌ（第５図）に浸漬して超伝導状態に転移させた後に（
第１Ａ図および第１Ｂ図の（■））、上記超伝導ループ
３が包囲する空間の面積が最大になるように、例えば略
円筒状になるように拡大する。このようにすれば、（Ｉ
）の状態で超伝導ループ３内の空間をわずかな磁束が通
過しても、（ＩＩ）の状態で上記空間が大きく拡大され
るので、外部磁界により生ずるループ内の磁束密度が大
幅に低減される。低減の割合は、変形前後の面積比で決
まり、１７１０〜１／１００にすることは容易である。

したがって、μメタルシールドとの併用により外部磁界
に対する遮蔽率を所定の値（数十分の一〜数万分の−）
にまで改善することができる。

上記第１実施例（第１Ａ図および第１Ｂ図）においては
、円筒形の超伝導ループに底部や液抜き用の孔等を設け
る必要がないので、従来に比べて上記超伝導ループの構
造が複雑になることはない。

第２Ａ図および第２Ｂ図は本発明の第２実施例による磁
気シールド形成方法を説明するための図であり、第２Ａ
図はその斜視図、第２Ｂ図は第２Ａ図のＢ−Ｂ断面図で
ある。

ここでは、フィルム１および超伝導膜２として前記第１
実施例（第１Δ図および第１Ｂ図）と同じ部材を用いて
いる。さらに、２枚のフィルム１上にスパッタリング等
により形成された超伝導膜２の両端同士を、超伝導材料
からなる半田等の接続部材４により接続して重ね合せ形
超伝導ループ１３を形成している。この重ね合せ形超伝
導ループ１３が常伝導状態のときに（第２Ａ図および第
２Ｂ図の（■））、２枚のフィルム１ができる限り接近
するように重ね合せてお互いのフィルム間に含まれる空
間をできる限り小さくしておく。次に、液体寒剤Ｌ（第
５図）に浸漬して超伝導状態に転移させた後に（第２Ａ
図および第２Ｂ図の（■））、上記２枚のフィルム１の
両端を押圧して上記空間をできる限り拡大する。このよ
うにすれば、上記超伝導ループ１３により包囲される空
間が超伝導転移後に大きく拡大されるので、ループ内の
磁束密度が大幅に低下する。したがって、上記第２実施
例（第２Ａ図および第２Ｂ図）においても、前記第１実
施例（第１Ａ図および第１Ｂ図）と同様に外部磁界に対
する遮蔽率を顕著に改善することができる。

上記第２実施例においては、半田等により２枚のフィル
ム上の超伝導膜を互いに接続しなければならないが、常
伝導状態のときに上記２枚のフィルムをほぼ密着させる
ことができるので、前記第１実施例に比べて常伝導状態
でのループの形状設定が容易に行えるという利点を有し
ている。

第３Ａ図および第３Ｂ図は本発明の第３実施例による磁
気シールド形成方法を説明するための図であって、第３
Ａ図はその斜視図、第３Ｂ図は第３Ａ図のＢ−Ｂ断面図
である。

ここでも、フィルム１および超伝導膜２として前記第１
実施例（第１Ａ図および第１Ｂ図）および第２実施例（
第２Ａ図および第２Ｂ図）と同じ部材を用いている。さ
らに、超伝導膜２が形成された１枚のフィルム１を螺旋
状に巻いておく。さらに、内側の中央部付近に位置する
超伝導膜の一端と外側の外周部に位置する超伝導膜の他
端とを鉛やニオブ等の超伝導材料からなる接続線５によ
り接続して螺旋形超伝導ループ２３を形成している。

この螺旋形超伝導ループ２３が常伝導状態のときは（第
３Ａ図および第３Ｂ図の（Ｉ））、中央の芯の部分等に
おける狭い空間をわずかな磁束が通過するのみである。

次に、上記螺旋形超伝導ループ２３を液体寒剤Ｌ（第５
図）に浸漬して超伝導状態に転移させた後に（第３Ａ図
および第３Ｂ図の（■））、上記超伝導ループ２３を解
いていけば、ループ内の空間が大きく拡大されるので、
外部磁界により生ずるループ内の磁束密度が大幅に低減
され、外部磁界をほぼ完全にシールドすることができる
。

第４図は本発明の第４実施例による磁気シールド形成方
法を説明するための平面図である。なお、ここでは、上
記平面図のみを断面にて示すこととする。

この場合、鉛やニオブ等からなる２枚の超伝導金属板６
の間に、前述と同様の超伝導膜２が形成されたフィルム
２を蛇腹状に折り畳んでおく。さらに、上記超伝導金属
板６と超伝導膜２との間ならびに超伝導膜２の折り返し
部分を、超伝導材料からなる半田（図示されていない）
等により接続して蛇腹形超伝導ループ３３を形成してい
る。なお、ここでは、超伝導膜２が形成されたフィルム
１の膜厚を拡大して示しているので、常伝導状態のとき
に（第４図の（Ｉ））上記蛇腹形超伝導ループ３３によ
り包囲される面積は実際よりもかなり大きくなっている
。上記蛇腹形超伝導ループ３３を液体寒剤Ｌ（第５図）
に浸漬して超伝導状態に転移した後に（第４図の■）、
上記蛇腹形超伝導ループを展開すれば、ループ内の空間
が大きく拡大されるので、前記第１〜第３実施例（第１
Ａ図〜第３Ｂ図）と同様に外部磁界をほぼ完全にシール
ドすることができる。なお、上記超伝導金属板６０代わ
りにフィルム１上に形成された超伝導膜２を用いること
もできる。

これまでの実施例においては、各種超伝導材料として、
鉛やニオブ等の金属超伝導体を用いているが、その代わ
りに酸化物超伝導体を用いても同様のシールド効果を生
み出すことが可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、筒形の超伝導金属
を用いて磁気シールドを行う場合等に、外部磁界により
生ずる筒内部の磁束密度を大幅に低減して超低磁場環境
を形成することができるので、従来よりも高遮蔽率を有
する磁気シールドが実現される。さらに、上記筒形の超
伝導金属に底部や液抜き用の孔等を設ける必要がないの
で、磁気シールドの構造が複雑にならずに済む。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は本発明の第１実施例による磁気シールド形成
方法を説明するための斜視図、第１Ｂ図は第１Ａ図のＢ
−Ｂ断面図、 第２Ａ図は本発明の第２実施例による磁気シールド形成
方法を説明するための斜視図、第２Ｂ図は第２Ａ図のＢ
−Ｂ断面図、 第３Ａ図は本発明の第３実施例による磁気シールド形成
方法を説明するための斜視図、第３Ｂ図は第３Ａ図のＢ
−Ｂ断面図、 第４図は本発明の第４実施例による磁気シールド形成方
法を説明するための平面図、 第５図は従来の磁気シールドの一例を断面にて示す正面
図、 第６図は第５図の問題点を説明するための超伝導金属の
正面図、 第７図は第６図の改良案を示す正面図である。 図において、 １・・・フィルム、　　　　　２・・・超伝導膜、３・
・・超伝導ループ、　　４・・・接続部材、５・・・接
続線、　　　　　　６・・・超伝導金属板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．表面に超伝導膜（２）が形成された可撓性のフィル
   ム（１）により形成される筒形の超伝導ループ（３）が
   常伝導状態のときに、該超伝導ループ（３）が包囲する
   空間の面積が最小になるように該超伝導ループ（３）を
   構成する工程と、該超伝導ループ（３）を超伝導状態に
   転移させた後に前記空間の面積が最大になるように拡大
   する工程とを有することを特徴とする磁気シールドの形
   成方法。