JPH05209947A

JPH05209947A - 超伝導磁気検出装置

Info

Publication number: JPH05209947A
Application number: JP3327382A
Authority: JP
Inventors: Yasusuke Sugiura; 庸介杉浦; Akifumi Wada; 明文和田; Keiichiro Kaneko; 啓一郎金子; Naoyuki Tojo; 尚幸東條
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1991-08-20
Filing date: 1991-12-11
Publication date: 1993-08-20
Anticipated expiration: 2012-11-19
Also published as: JP2679492B2

Abstract

(57)【要約】【目的】Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各ＳＱＵＩＤの磁界の変
化に対する感度のばらつきのある状態や、Ｘ軸、Ｙ軸、
Ｚ軸の各ＳＱＵＩＤの配置が正確に直交に配置されてい
ない状態であっても、精度の良い磁界変化測定ができる
超伝導磁気検出装置を得る。【構成】ＳＱＵＩＤを固定したブロック１を冷媒８で
冷却するための断熱容器５の外部に駆動源を設置し、駆
動源による回転をベルト５４及び歯車５１を介して、ブ
ロック１を支えている支持棒６に伝える構造をしてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は超伝導量子干渉素子
（ＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇＱｕａｎｔｕｍ
ＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＤｅｖｉｃｅ、以下略して
ＳＱＵＩＤと呼ぶ）を備えた磁気検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１６は従来の超伝導磁気検出装置の例
を示す図であり、図において、１はＳＱＵＩＤを固定す
ることのできるブロック、２はＸ軸ＳＱＵＩＤ、３はＹ
軸ＳＱＵＩＤ、４はＺ軸ＳＱＵＩＤ、５は二重円筒構造
をした断熱容器、６は上記センサブロックを支持するた
めの支持棒、７は上記断熱容器の外壁と内壁の間の真空
部、８はＳＱＵＩＤを動作温度まで冷却するための例え
ば液体ヘリウムのような冷媒、９はＸ軸ＳＱＵＩＤ２か
らの信号を外部に取り出すための配線に接続するための
Ｘ軸配線基板、１０はＹ軸ＳＱＵＩＤ３からの信号を外
部に取り出すための配線に接続するためのＹ軸配線基
板、１１はＺ軸ＳＱＵＩＤ４からの信号を外部に取り出
すための配線を接続するためのＺ軸配線基板、１２はＳ
ＱＵＩＤからの信号を外部へ取り出すための配線であ
る。

【０００３】図１７は従来の超伝導磁気検出装置に備え
られるＳＱＵＩＤの平面図の一例であり、図において、
１３は超伝導リング、１４はジョセフソン素子である。

【０００４】図１８は従来の超伝導磁気検出装置に備え
られるＳＱＵＩＤ及びＳＱＵＩＤの駆動回路の平面図の
一例であり、１６は積分スイッチ、１７は直流電流電
源、１８は発振器、１９は変調帰還コイル、２０は増幅
器であり、２１は乗算器であり、２２は積分器であり、
２３は帰還抵抗であり、２４は移相器であり、２５は駆
動回路である。

【０００５】図１９は従来の超伝導磁気検出装置に備え
られるＳＱＵＩＤの電流電圧特性を示す図の一例であ
る。

【０００６】図２０は従来の超伝導磁気検出装置の構成
を示すブロック図であり、１８は発振器、２５はＸ軸Ｓ
ＱＵＩＤ駆動回路、２６はＹ軸ＳＱＵＩＤ駆動回路、２
７はＺ軸ＳＱＵＩＤ駆動回路、２８はＸ軸ローパスフィ
ルタ、２９はＹ軸ローパスフィルタ、３０はＺ軸ローパ
スフィルタ、３１はＸ軸Ａ／Ｄ変換器、３２はＹ軸Ａ／
Ｄ変換器、３３はＺ軸Ａ／Ｄ変換器、３５は磁界強度算
出回路である。

【０００７】従来の超伝導磁気検出装置は上記のように
構成され、例えばブロック１はセラミックあるいはガラ
ス等で作られた直方体であり、そのブロック１の互いに
直交する平面上に、それぞれＸ軸ＳＱＵＩＤ２、Ｙ軸Ｓ
ＱＵＩＤ３、Ｚ軸ＳＱＵＩＤ４及びそれぞれのＳＱＵＩ
Ｄに対応した配線基板であるＸ軸配線基板９，Ｙ軸配線
基板１０、Ｚ軸配線基板１１が固定されている。ブロッ
ク１は、支持棒６で支えられており、真空断熱部７を有
することで断熱効果を持つ断熱容器５の内側の円筒の内
部に蓄えられた例えば液体ヘリウムのような冷媒８に浸
かるように配置されており、ブロックに固定されたＸ軸
ＳＱＵＩＤ２、Ｙ軸ＳＱＵＩＤ３、Ｚ軸ＳＱＵＩＤ４
は、ほぼ冷媒８と同じ温度に冷却されている。Ｘ軸ＳＱ
ＵＩＤ２、Ｙ軸ＳＱＵＩＤ３、Ｚ軸ＳＱＵＩＤ４によっ
て検出された磁界はそれぞれＸ軸配線基板９、Ｙ軸配線
基板１０、Ｚ軸配線基板１１を介して、配線１２により
電気信号として外部に取り出される。Ｘ軸ＳＱＵＩＤ２
とＸ軸配線基板９、Ｙ軸ＳＱＵＩＤ３とＹ軸配線基板１
０、Ｚ軸ＳＱＵＩＤ４とＺ軸配線基板１１は、それぞれ
例えば白金ワイヤなどをワイヤボンディングするなどに
より電気的に接続されており、Ｘ軸配線基板９、Ｙ軸配
線基板１０、Ｚ軸配線基板１１は例えばはんだ付けなど
により配線１２に電気的に接続されている。配線１２に
より取り出された電気的信号は図示されていない信号処
理装置等に送られて、処理され、測定磁界の変化を検出
する。

【０００８】ＳＱＵＩＤの動作原理をX軸ＳＱＵＩＤ２
を一例として説明する。Ｘ軸ＳＱＵＩＤ２は冷媒８によ
り冷却され超伝導状態に転移し、このときの超伝導リン
グ１３におけるフラクソイドの量子条件、及び超伝導リ
ング１３の一部に設けられたジョセフソン素子１４にお
ける直流ジョセフソン効果とによりＳＱＵＩＤ２のＡ−
Ｂ間に電位を生じること無く流すことのできる超伝導電
流の最大値Ｉ_m は超伝導リング１３を貫く検知磁束φの
関数となり、超伝導リング１３のインダクタンスをＬと
し、Ｌ＝０とみなすと、φとＩ_m との関係は（１）式の
ようになり、Ｉ_m はφに対してφ₀ を周期として変化す
る。

【０００９】

【数１】

【００１０】ここでＩ_c はジョセフソン素子１４の臨界
電流値であり、φ₀ は磁束量子であり、その値は２．０
７×１０^-7Ｗｂである。実際にはＬ≠０であるため。φ
とＩ_m との関係は（１）式からずれ、Ｉ_m の最小値は０
にはならないが、Ｉ_m はφ_０を周期として変化すること
には変わりない。上記のようなＩｍの変化に対応して
ＳＱＵＩＤ２の電流−電圧特性も、検知磁束φに対して
磁束量子φ₀ を周期として変化し、図１９（ａ）に示す
ように、φ＝ｎφ₀ 、φ＝（ｎ＋１／２）φ₀ のときに
それぞれ曲線Ｃ，Ｄのようになり、φの値に応じてこの
間を連続して変化する。但し、ｎは整数であり、図中Ｉ
_m1、Ｉ_m2はそれぞれφ＝ｎφ₀ 、φ＝（ｎ＋１／２）φ
₀ のときの超伝導電流の最大値である。さらにＩ_m1より
若干大きな直流バイアス電流Ｉ_b を流し、端子Ａ−Ｂ間
の電位差Ｖをφに対して測定すると、図１９（ｂ）に示
す磁束量子φ₀ を周期とした入出力特性が得られる。

【００１１】ＳＱＵＩＤを動作させるための駆動回路
は、一般にＦＬＬ回路（Ｆｌｕｘ−ＬｏｃｋｅｄＬｏ
ｏｐ回路、以下ＦＬＬ回路と呼ぶ）と呼ばれ公知のもの
であり、次のように説明できる。図１８において最初積
分スイッチ１６はとじているものとし、直流電流源１７
から例えば、Ｉ_b ＝１．１Ｉ_mlのバイアス電流Ｉ_b を流
し、次に発振器１８からの変調帰還コイル１９を介して
変調信号を加える。この変調信号は例えば振幅１／２φ
₀ 、周波数ｆ＝１００ＫＨｚの正弦波であるとすると、
この時点で検知磁束φがφ＝ｎφ₀ 、φ＝（ｎ＋１／
２）φ₀ であればＳＱＵＩＤ２の動作点は図１９（ｂ）
中のＥ点またはＦ点すなわち極小または極大の位置にあ
り、ＳＱＵＩＤ２の端子Ａ−Ｂ間の電位差Ｖの周波数ｆ
の成分は０である。検知磁束が変化して動作点がずれる
と周波数ｆの成分が現われ、φ＝（ｎ＋１／４）φ₀ に
相当するＧ点またはＨ点において最大となる。但し、周
波数ｆの成分の位相はＧ点とＨ点で逆相となる。このよ
うなＳＱＵＩＤ２の出力電圧を増幅器２０で増幅した
後、乗算器２１において周波数ｆの参照信号とかけ合わ
して位相検波し、次に積分器スイッチ１６を開くと乗算
器２１の出力は積分器２２によって積分されたあと、帰
還抵抗２３、変調帰還コイル１９を流れる帰還電流Ｉと
してＳＱＵＩＤ２へ負帰還され、動作点はφ＝φ₀ 、ま
たはφ＝（ｎ＋１／２）φ₀ の位置に磁束ロックされ
る。磁束ロック後は、積分器１６を開いた時点における
検知磁束、すなわち初期磁束を出力０の原点とし、そこ
からの検知磁束の相対的な変化Δφに比例した電圧Ｖを
出力する。ΔφとＶとの関係は（２）式に示すとおりと
なり、この関係から磁束を電圧として検知できる。但
し、Ｍｆは変調帰還コイル１９と超伝導リング１３との
相互インダクタンス、Ｒｆは帰還抵抗２３の値である。

【００１２】

【数２】

【００１３】ＳＱＵＩＤ単体では、検出する磁束の方向
性は検知できないのでＸ軸ＳＱＵＩＤ２、Ｙ軸ＳＱＵＩ
Ｄ３、Ｚ軸ＳＱＵＩＤ４の各出力を合成して、被測定磁
界の強度を算出しなければならない。その原理は、Ｘ軸
ＳＱＵＩＤ２、Ｙ軸ＳＱＵＩＤ３、Ｚ軸ＳＱＵＩＤ４を
冷却して超伝導状態に転移させ、それぞれＸ軸ＳＱＵＩ
Ｄ駆動回路２５、Ｙ軸ＳＱＵＩＤ駆動回路２６、Ｚ軸Ｓ
ＱＵＩＤ駆動回路２７２７によりＦＬＬ回路を駆動す
る。発振器１８はＸ軸ＳＱＵＩＤ２、Ｙ軸ＳＱＵＩＤ
３、Ｚ軸ＳＱＵＩＤ４及びＸ軸ＳＱＵＩＤ駆動回路２
５、Ｙ軸ＳＱＵＩＤ駆動回路２６、Ｚ軸ＳＱＵＩＤ駆動
回路２７に対して共通化しており、Ｘ軸ＳＱＵＩＤ２、
Ｙ軸ＳＱＵＩＤ３、Ｚ軸ＳＱＵＩＤ４に同時に変調信号
を、またＸ軸ＳＱＵＩＤ駆動回路２５、Ｙ軸ＳＱＵＩＤ
駆動回路２６、Ｚ軸ＳＱＵＩＤ駆動回路２７内の移相器
２４に同時に参照信号を送る。次にＸ軸ＳＱＵＩＤ駆動
回路２５、Ｙ軸ＳＱＵＩＤ駆動回路２６、Ｚ軸ＳＱＵＩ
Ｄ駆動回路２７内の積分器スイッチ１６を同時に開き、
Ｘ軸ＳＱＵＩＤ２、Ｙ軸ＳＱＵＩＤ３、Ｚ軸ＳＱＵＩＤ
４の磁束を同時にロックする。このとき超伝導リング１
３、ジョセフソン素子１４から構成される超伝導ループ
を通る外部磁束Ｘ成分の変化量Δφ_X に比例した出力電
圧ΔＶ_X が駆動回路２５に出力されるから、上記超伝導
ループの面積をＳとするとΔＶ_X に対応する外部磁界Ｘ
成分の変化量ΔＢ_X は（３）式によりもとめることがで
き、外部磁界Ｙ成分の変化量ΔＢ_Y 、外部磁界Ｚ成分の
変化量ΔＢ_Zについても同様に求めることにより独立に
検出された磁界の３軸交成分の変化量から外部磁界の変
化量ΔＢを（４）式に示すように３軸合成を行い算出し
て、磁界変化の方向性を含めた検出ができる。

【００１４】

【数３】

【００１５】

【数４】

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような超伝導磁
気検出装置では、各ＳＱＵＩＤの超伝導ループの面積が
全く同じでないことから、Ｘ軸ＳＱＵＩＤ２、Ｙ軸ＳＱ
ＵＩＤ３、Ｚ軸ＳＱＵＩＤ４の磁界の変化に対する感度
が異なることや、またＸ軸ＳＱＵＩＤ２、Ｙ軸ＳＱＵＩ
Ｄ３、Ｚ軸ＳＱＵＩＤ４が製造上の理由により、ブロッ
ク上に正確に直交して配置されないことから、超伝導磁
気検出装置の感度は方向依存性を示し、このことにより
被測定磁界の絶対値が同じでも、被測定磁界の方向に対
する超伝導磁気検出装置の方向によって得られる検出磁
界は異なり、精度の良い磁界変化測定ができないという
問題点があった。

【００１７】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたものであり、Ｘ軸、Ｙ軸Ｚ軸の各ＳＱＵＩＤ
の磁界の変化に対する感度のばらつきのある状態や、Ｘ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各ＳＱＵＩＤの配置が正確に直交に配
置されていない状態であっても、精度の良い磁界変化測
定ができることを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る超伝導磁
気検出装置においては、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸におけ
るＳＱＵＩＤが配置されているブロックを少なくとも二
軸に関して回転させる機構とこの機構を動かすための駆
動源を備えたものである。

【００１９】

【作用】上記のように構成された超伝導磁気検出装置に
おいて、ＳＱＵＩＤが配置されているブロックを少なく
とも二軸に関して回転させる。

【００２０】

【実施例】

実施例１．図１はこの発明の一実施例を示す断面図であ
り、１〜１２は上記従来装置と全く同一のものである。
５１は回転機構の一部で回転を伝達するための歯車、５
２は支持棒が運動をするときのガイドである。図２は上
記実施例を側面から見た図であり、５３は回転力を発生
する駆動源、５４は駆動源で発生したある一軸に関する
回転を支持棒６へ伝達するためのベルト、５５は駆動源
で発生したある一軸に関する回転を支持棒６へ伝達する
ためのシャフトである。図３はこの発明の構成を示すブ
ロック図であり、１８は発振器、２５はＸ軸ＳＱＵＩＤ
駆動回路、２６はＹ軸ＳＱＵＩＤ駆動回路、２７はＺ軸
ＳＱＵＩＤ駆動回路、２８はＸ軸ローパスフィルタ、２
９はＹ軸ローパスフィルタ、３０はＺ軸ローパスフィル
タ、３１はＸ軸Ａ／Ｄ変換器、３２はＹ軸Ａ／Ｄ変換
器、３３はＺ軸Ａ／Ｄ変換器、３４は未知数算出回路、
３５は磁界強度算出回路である。

【００２１】前記のように構成された超伝導磁気検出装
置において、駆動源５３の回転はシャフト５５を介して
歯車５１に伝達され、歯車５１とかみ合っているガイド
５２が円弧に沿って運動し、ガイド５２に固定されてい
る支持棒６がある軸を中心に回転し、支持棒６で支持さ
れているＸ軸ＳＱＵＩＤ、Ｙ軸ＳＱＵＩＤ、Ｚ軸ＳＱＵ
ＩＤを固定しているブロック１がある軸に関して回転で
きる。また、別の駆動源５３の回転はベルト５４を介し
て支持棒６に伝達され支持棒６が支持棒６の中心を軸に
して回転し、支持棒６で支持されているＸ軸ＳＱＵＩ
Ｄ、Ｙ軸ＳＱＵＩＤ、Ｚ軸ＳＱＵＩＤを固定しているブ
ロック１が前記軸と垂直でブロック１のある面と垂直な
軸に関して回転でき、すなわち、Ｘ軸ＳＱＵＩＤ、Ｙ軸
ＳＱＵＩＤ、Ｚ軸ＳＱＵＩＤを固定しているブロック１
は、互いに垂直な二軸に関して回転できる。

【００２２】外部磁界変化を検出する場合、地磁気が一
定の環境条件で、ＳＱＵＩＤセンサを搭載しているブロ
ックの地磁気に対する方向ｍにおけるＸ軸ＳＱＵＩＤ駆
動回路２５、Ｙ軸ＳＱＵＩＤ駆動回路２６、Ｚ軸ＳＱＵ
ＩＤ駆動回路２７の出力をそれぞれΔＸ_m 、ΔＹ_m 、Δ
Ｚ_m とすると地磁気の絶対値Ｈは、ΔＸ_m 、ΔＹ_m 、Δ
Ｚ_m と１０個の未知数Ｋ₁ 、Ｋ₂ 、Ｋ₃ 、・・・・、Ｋ
₉ 、Ｋ₁₀とを用いて（５）式のように表わすことができ
る。

【００２３】

【数５】

【００２４】未知数Ｋ₁ 、Ｋ₂ 、Ｋ₃ 、・・・・Ｋ₉ 、
Ｋ₁₀は、磁束ロック時におけるＸ軸ＳＱＵＩＤ２、Ｙ軸
ＳＱＵＩＤ３、Ｚ軸ＳＱＵＩＤ４の検知磁束、Ｘ軸ＳＱ
ＵＩＤ２、Ｙ軸ＳＱＵＩＤ３、Ｚ軸ＳＱＵＩＤ４の超伝
導ループを含む面が互いになす角度、Ｘ軸ＳＱＵＩＤ
２、Ｙ軸ＳＱＵＩＤ３、Ｚ軸ＳＱＵＩＤ４の磁界の変化
に対する感度等により決まる定数であり、二軸の回転機
構により、ＳＱＵＩＤセンサを固定しているブロックの
地磁気に対する方向を変化させ、それぞれの方向ｍ₁ 、
ｍ₂ 、ｍ₃ 、・・・・ｍ₉ 、ｍ₁₀におけるＸ軸ＳＱＵＩ
Ｄ駆動回路２５、Ｙ軸ＳＱＵＩＤ駆動回路２６、Ｚ軸Ｓ
ＱＵＩＤ駆動回路２７の出力の組（ΔＸ₁、ΔＹ₁ 、Δ
Ｚ₁ ）、（ΔＸ₂ 、ΔＹ₂ 、ΔＺ₂ ）、（ΔＸ₃ 、ΔＹ
₃ 、ΔＺ₃）、・・・（ΔＸ₉ 、ΔＹ₉ 、ΔＺ₉ ）、
（ΔＸ₁₀、ΔＹ₁₀、ΔＺ₁₀）をＸ軸ローパスフィルタ２
８、Ｙ軸ローパスフィルタ２９、Ｚ軸ローパスフィルタ
３０を介して磁気雑音の交流成分を除去した後、Ｘ軸Ａ
／Ｄ変換器３１、Ｙ軸Ａ／Ｄ変換器３２、Ｚ軸Ａ／Ｄ変
換器３３を用いて順次Ａ／Ｄ変換し、その後未知数算出
回路３４に送り、未知数算出回路３４にて、１０組の数
値を（５）式により演算を行い、未知数Ｋ₁ 、Ｋ₂ 、Ｋ
₃ 、・・・Ｋ₉ 、Ｋ₁₀の値を求めることができる。

【００２５】測定する磁界に変化がある場合、Ｘ軸ＳＱ
ＵＩＤ駆動回路２５、Ｙ軸ＳＱＵＩＤ駆動回路２６、Ｚ
軸ＳＱＵＩＤ駆動回路２７の出力ΔＸ_n 、ΔＹ_n 、ΔＺ
_n をＸ軸Ａ／Ｄ変換器３１、Ｙ軸Ａ／Ｄ変換器３２、Ｚ
軸Ａ／Ｄ変換器３３を用いて順次Ａ／Ｄ変換し、磁界強
度算出回路３５へ送り、未知数算出回路３４で求めたＫ
₁ 、Ｋ₂ 、Ｋ₃ 、・・・Ｋ₉ 、Ｋ₁₀の値を使用し、
（４）式により地磁気を含めた磁界の変化を測定し、そ
の値から地磁気の分を引くことにより、磁界の変化のみ
を測定できる。

【００２６】実施例２．図４はこの発明の一実施例を示
す断面図である。図において１〜１２は前記従来の技術
による装置と全く同一のものである。また、３６は第一
のかさ歯車、３７は第二のかさ歯車、３８は第二のかさ
歯車用軸、３９は第一の平歯車、４０は第二の平歯車、
４１は第三の平歯車、４２は第一の駆動軸、４３は断熱
容器５に固定された第四の平歯車、４４は第五の平歯
車、４５は第二の駆動軸、４６は第一のかさ歯車用軸
受、４７は第二のかさ歯車用軸受、４８は第二の平歯車
用軸受、４９は断熱容器用軸受である。第二の平歯車用
軸受４８と断熱容器用軸受４９は同軸上に配置されてお
り、第二の平歯車４０と第四の平歯車４３は同軸上で回
転するようになっている。

【００２７】次にこの発明の作用について説明する。図
４において、前記第一のかさ歯車３６は、前記第二のか
さ歯車３７と噛み合っており、第二のかさ歯車３７は第
二のかさ歯車用軸３８を介して第一の平歯車３９と直結
されている。第二のかさ歯車用軸３８は第二のかさ歯車
用軸受４７を介して断熱容器５に取り付けられている。
第一の平歯車３９は、第２の平歯車４０と噛み合ってお
り、第二の平歯車４０は、第二の平歯車用軸受４８を介
して、断熱容器５の軸回りに回転可能なように支持され
ている。第二の平歯車４０は、第三の平歯車４１と噛み
合っており、第三の平歯車４１は、第一の駆動軸４２に
固定されている。第一の駆動軸４２の端部には駆動動力
源（図示せず）があり、その回転力は、第三の平歯車４
１、第二の平歯車４０、第一の平歯車３９、第二のかさ
歯車用軸３８、第二のかさ歯車３７、第一のかさ歯車３
６を伝達されて、センサブロック１を回転することがで
きる。

【００２８】次に図４において、前記第四の平歯車４３
は、第五の平歯車４４に噛み合っており、第五の平歯車
４４は、第二の駆動軸４５に固定されている。断熱容器
５は、断熱容器用軸受４９に支持され、その軸回りの回
転可能なように構成されている。第二の駆動軸４５の端
部には駆動動力源（図示せず）があり、その回転力は、
第五の平歯車４４、第四の平歯車４３を伝達されて、断
熱容器５をその軸回りに回転することができる。

【００２９】次に上記の構成を有するこの発明になる超
伝導磁気検出装置の動作方法について説明する。図示さ
れない駆動動力源より、第一の駆動軸４２を１２０の方
向に回転すると、第三の平歯車４１、第二の平歯車４
０、第一の平歯車３９を介して、第二のかさ歯車用軸３
８は１２１の方向に回転する。さらに第二のかさ歯車３
７、第一のかさ歯車３６を回路して、センサブロック１
を１２２の方向に回転させることができる。

【００３０】次に図示されない駆動動力源より、第二の
駆動軸４５を１２３の方向に回転すると、第五の平歯車
４４、第四の平歯車４３を介して、断熱容器５を断熱容
器用軸受４９の軸を回転軸とする１２４の方向に回転さ
せることができる。第二の平歯車４０は、第四の平歯車
４３と同軸上で回転するため、相互の回転は影響を受け
ることなくセンサブロック１を２つの軸の回りに回転さ
せることができる。

【００３１】以上述べてきたようにこの発明による機構
と動作方法により、断熱容器に収納された超伝導磁気検
出装置においてＳＱＵＩＤを３軸に有するブロックを２
つの軸の回りに回転させることができ、かつ駆動源を遠
隔な場所に置き、モータ等の磁気ノイズの影響を小さく
することが出来る。

【００３２】実施例３．図５はこの発明の一実施例を示
す断面図である。図において１〜１２は前記従来の技術
による装置と全く同一のものである。また、１３６は第
１のかさ歯車、１３７は第２のかさ歯車、１３８は第３
のかさ歯車、１３９は支持機構軸受部、１４０は第１の
平歯車、１４１は第２の平歯車、１４２は第１の断熱容
器用軸受、１４３は第２の断熱容器用軸受、１４４は第
１のかさ歯車用軸受、１４５は第２のかさ歯車用軸受、
１４６は第１の平歯車用軸受、１４７は第２の平歯車用
軸受である。

【００３３】図６は図５になるこの発明の実施例におけ
る上面図である。５、１３６、１３７、１３８、１４
０、１４１、１４２、１４３は図１において示すものと
全く同一のものである。また、１４８は第１の小歯車、
１４９は第２の小歯車、１５０は第１の駆動軸、１５１
は第２の駆動軸である。

【００３４】図７および図８は図５および図６になるこ
の発明の実施例における動作を説明する図である。

【００３５】次にこの発明の作用について説明する。図
５において１６０は、第１のかさ歯車３６、第２のかさ
歯車１３７、第３のかさ歯車１３８、支持機構軸受部１
３９などにより構成される差動歯車機構である。前記第
１のかさ歯車１３６は支持機構軸受部１３９に嵌合し、
前記第２のかさ歯車１３７、前記第３のかさ歯車１３８
と噛み合っている。前記第２のかさ歯車１３７は第２の
かさ歯車用軸受１４４を介して断熱容器５に取り付けら
れている。前記第３のかさ歯車１３８は第３のかさ歯車
用軸受１４５を介して断熱容器５に取り付けられてい
る。前記第１のかさ歯車１３６は前記支持機構６と直結
されており、前記第１のかさ歯車１３６の回転のままセ
ンサブロックに伝えることができる。第１の断熱容器用
軸受１４２及び第２の断熱容器用軸受１４３は、前記断
熱容器をその軸回りに回転可能なように支持している。
また第１の平歯車１４０は前記第２のかさ歯車１３７
に、第２の平歯車１４１は前記第３のかさ歯車１３８に
それぞれ結合されており、前記第１の平歯車１４０、前
記第２の平歯車１４１の回転を前記第２のかさ歯車１３
７、前記第３のかさ歯車１３８にそれぞれ直接伝える。

【００３６】次に図６において示すように、前記第１の
平歯車１４０、前記第２の平歯車１４１はそれぞれ前記
第１の小歯車１４８、前記第２の小歯車１４９と噛み合
い状態に有り、前記第１の駆動軸１５０、前記第２の駆
動軸１５１の端部にある駆動動力源（図示せず）の回転
力を伝達することが出来る。以上のような構成を有する
ことにより、前記センサブロック１、前記支持機構６、
前記第１のかさ歯車１３６は一体となって２つの回転運
動を行うことが可能である。すなわち前記支持機構６の
機械的軸を回転軸とする回転運動と前記第２のかさ歯車
１３７、前記第３のかさ歯車１３８、前記第１の平歯車
１４０、前記第２の平歯車１４１、さらに第１の断熱容
器用軸受４２及び第２の断熱容器用軸受１４３の軸を回
転軸とする回転運動である。

【００３７】次に、上記構成を有するこの発明の超伝導
磁気検出装置の動作について説明する。図７において各
部は図５及び図６と同じである。今、図示されない２つ
のモータにより発生させられる回転力が、前記第１の駆
動軸１５０、前記第２の駆動軸１５１、前記第１の小歯
車１４８、前記第２の小歯車１４９を介して前記第１の
平歯車１４０、前記第２の平歯車１４１に伝えられる。
このとき前記第１の小歯車１４８、前記第１の駆動軸１
５０の回転方向を１５２、前記第２の小歯車１４９、前
記第２の駆動軸１５１の回転方向を１５３とすると、前
記第１の平歯車１４０は１５４の方向に、前記第一の平
歯車１４０は１５５の方向に回転する。前記第１の平歯
車１４０、前記第２の平歯車１４１の回転はそのまま前
記第２のかさ歯車１３７、前記第３のかさ歯車１３８に
伝えられるので前記第２のかさ歯車１３７は１５４の方
向に、前記第３のかさ歯車１３８は１５５の方向に回転
する。すなわち前記第２のかさ歯車と前記第３のかさ歯
車に同時に噛み合っている前記は第１のかさ歯車１３６
は前記支持機構６、および前記支持機構軸受１３９を回
転軸とする回転運動を１５６の方向に行う。

【００３８】一方、前記第１の小歯車１４８、前記第１
の駆動軸１５０の回転方向を１５２、前記第２の小歯車
１４９、前記第２の駆動軸１５１の回転方向を１５７と
すると、前記第１の平歯車１４０は１５４の方向に、前
記第１の平歯車１４０は１５８の方向に回転する。前記
第１の平歯車１４０、前記第２の平歯車１４１の回転は
そのまま前記第２のかさ歯車１３７、前記第３のかさ歯
車１３８に伝えられるので前記第２のかさ歯車１３７は
１５４の方向に、前記第３のかさ歯車１３８は１５８の
方向に回転する。すなわち前記第２のかさ歯車と前記第
３のかさ歯車に同時に噛み合っている前記第１のかさ歯
車１３６は前記第２のかさ歯車１３７、前記第３のかさ
歯車１３８、前記第１の平歯車１４０、前記第２の平歯
車１４１、さらに第１の断熱容器用軸受１４２及び第２
の断熱容器用軸受１４３の軸を回転する回転運動を１５
９の方向に行う。

【００３９】以上述べてきたようにこの発明により、模
型円筒形断熱容器に収納された超伝導磁気検出装置にお
いてＳＱＵＩＤを３軸に有するブロックを２つの軸の回
りに回転させることができ、かつ駆動源を遠隔な場所に
置き、モータ等の磁気ノイズの影響を小さくすることが
出来る。

【００４０】実施例４．図９はこの発明の一実施例を示
す側断面図である。図において１〜５及び７〜８は前記
従来の技術による装置と全く同一のものである。また、
７０は第１のかさ歯車、７１は第２のかさ歯車、７２は
内部回転軸、７３は第３のかさ歯車、７４は第４のかさ
歯車、７５はセンサブロック軸、７６は腕部材、７７は
中空軸、７８は第５のかさ歯車、７９は第６のかさ歯車
用、８０、８１はセンサブロック軸用軸受、８２は中空
用軸受、８３は第１の駆動軸、８４は第２の駆動軸、８
５は回転機構部である。

【００４１】次にこの発明の作用について説明する。図
９において８５は、センサブロック１、第１のかさ歯車
７０、第２のかさ歯車７１、センサブロック軸７５、腕
部材７６、センサブロック軸用軸受８０、８１などによ
り構成される回転機構部である。前記第１のかさ歯車７
０は、センサブロック軸７５に固定されている。前記セ
ンサブロック軸７５は前記腕部材７６に取り付けられた
前記センサブロック軸用軸受８０、８１に嵌合し、支持
されている。前記腕部材７６は中空軸７７に取り付けら
れ、さらに前記中空軸７７は断熱容器５の開口部から外
部へと続いており、その中央部を中空用軸受８２により
支持されている。

【００４２】今、第１の駆動軸８３を回転させると、そ
の回転は第４のかさ歯車７４により、これとかみあう第
３のかさ歯車に伝えられ、前記内部回転軸７２及び前記
第２のかさ歯車７１、前記第１のかさ歯車７０を介して
前記センサブロック１に回転力を伝える。このときは前
記センサブロック軸７５の回りに回転運動を行う。一
方、前記第２の駆動軸８４を回転させると前記第６のか
さ歯車７９を、これと噛み合っている前記第５のかさ歯
車７８を介して中空軸７７に回転が伝えられ、前記腕部
材７６が前記回転機構部８５全体を前記中空軸７７の回
りに回転させる。

【００４３】以上述べてきたようにこの発明による機構
と動作方法により、模型円筒形断熱容器に収納された超
伝導磁気検出装置においてＳＱＵＩＤを３軸に有するブ
ロックを２つの軸の回りに回転させることができ、かつ
駆動源を遠隔な場所に置き、モータ等の磁気ノイズの影
響を小さくすることが出来る。

【００４４】実施例５．図１０はこの発明の一実施例を
示す図である。図において１〜１２は前記従来の技術に
よる装置と全く同一のものである。また、２３６は第１
のかさ歯車、２３７は第２のかさ歯車、２３８は第３の
かさ歯車、２３９は軸受部、２４０は上面板、２４１は
第１のかさ歯車用モータ、２４２は第２のかさ歯車用モ
ータ、２４３は第１のかさ歯車用軸、２４４は第２のか
さ歯車用軸、２４５は第１のかさが歯車用軸受、２４６
は第２のかさ歯車用軸受、２６４は差動歯車機構であ
る。

【００４５】図１１は図１０に示すこの発明の実施例に
おける軸受部の詳細を示す図である。２６、２３６、２
３７、２４０、２４４、２４６は図１０において示すも
のと全く同一のものである。また、２４７は球面軸受、
２４８は中空支持軸、２４９はシール部材、２５０は球
面軸受カバー、２５１はボルト、２５２は第２のかさ歯
車用軸受、２５３は第３のかさ歯車用軸受、２５４は軸
受ハウジングである。

【００４６】図１２および図１３は図１０および図１１
に示すこの発明の実施例における動作を説明する図であ
る。

【００４７】次にこの発明の作用について説明する。図
１０において、前記第１のかさ歯車２３６は中空支持軸
２４８に嵌合し、前記第２のかさ歯車２３７、前記第３
のかさ歯車２３８と噛み合っている。前記第３のかさ歯
車２３７は第２のかさ歯車用軸２４４を介して第２のか
さ歯車用モータ２４２により駆動される。第２のかさ歯
車用軸２４４は上面板２４０に支えられた前記軸受部２
３９および第２のかさ歯車用軸受２４６により保持され
ている。前記第３のかさ歯車２３８は第３のかさ歯車用
軸２４３を介して第３のかさ歯車用モータ２４１により
駆動される。第３のかさ歯車用軸２４３は上面板２４０
に支えられた前記軸受部２３９および第３のかさ歯車用
軸受２４５により保持されている。前記中空支持軸２４
８は前記支持機構６と直結されており、前記第１のかさ
歯車の回転をそのままセンサブロックに伝えることがで
きる。また中空の内部には前記支持機構６と同様前記配
線１２を通し、前記配線１２を外部へ導き出す。

【００４８】次に前記軸受部の詳細について説明する。
図１１において軸受ハウジング２５４は第２のかさ歯車
用軸受２５２、第３のかさ歯車用軸受２５３、球面軸受
２４７を収納しており、上面板２４０にシール部材２４
９を介してボルト２５５により固定されている。前記軸
受ハウジング２５４、前記上面板２４０、前記シール部
材２４９によりかさ歯車等の駆動系の部品が有る外部
と、液体ヘリウムが入れられてい内部の空間を遮断、あ
るいはシールしている。以上のような構成を有すること
により、前記センサブロック１、前記支持機構６、前記
中空支持軸２４８、前記第１のかさ歯車２３６は一体と
なって２つの回転運動を行うことが可能である。すなわ
ち前記支持機構６、および前記中空支持軸２４８を回転
軸とする回転運動と前記第２のかさ歯車用軸２４４、お
よび前記第３のかさ歯車用軸２４３を回転軸とする回転
運動である

【００４９】次に、上記の構成を有する本発明になる超
伝導磁気検出装置の動作方法について説明する。図１２
において各部は図１０と同じである。今、互いに相対す
る２つのモータ、すなわち前記第２のかさ歯車用モータ
２４２と前記第３のかさ歯車用モータ２４１をそれぞれ
２５６、２５７の方向へ回転させると、前記第２のかさ
歯車２３７と前記第３のかさ歯車２３８はそれぞれ２５
８、２５９の方向に回転する。したがって前記第２のか
さ歯車２３７と前記第３のかさ歯車２３８に同時に噛み
合っている前記第一のかさ歯車２３６は前記支持機構
６、および前記中空支持軸２４８を回転軸とする回転運
動を２６０の方向に行う。

【００５０】一方前記第２のかさ歯車用モータ２４２を
２５６の方向に回転させ、前記第３のかさ歯車用モータ
２４１を２６１の方向へ回転させると、前記第２のかさ
歯車２３７と前記第３のかさ歯車２３８はそれぞれ２５
８、２６２の方向に回転する。したがってこの場合にお
いては前記第２のかさ歯車２３７と前記第３のかさ歯車
２３８に同時に噛み合っている前記第一のかさ歯車２３
６は前記第２のかさ歯車用軸２４４、および前記第３の
かさ歯車用軸２４３を回転軸とする回転運動を２６３の
方向に行う。

【００５１】以上述べてきたようにこの発明による機構
と動作方法により超伝導磁気検出装置を２つの軸の回り
に回転させることができ、かつかさ歯車等の駆動形の部
品が有る外部と、液体ヘリウムが入れられている内部の
空間を遮断、あるいはシールすることができる。

【００５２】実施例６．図１４はこの発明の一実施例を
示す断面図であり、１〜１２は上記従来装置と全く同一
のものである。１００は回転機構の一部で回転を伝達す
るための歯車、１０１は回転機構の一部で回転を伝達す
るためのベルト、１０２は回転力を発生する駆動源、１
０３は回転機構の一部で断熱容器５を支持し回転を伝達
するためのシャフトである。

【００５３】前記のように構成された超伝導磁気検出装
置において、断熱容器５に取付けた駆動源１０２の回転
はベルト１０１を介して支持棒６に伝達され、支持棒６
がＺ軸ＳＱＵＩＤ４の面に垂直な軸を中心に回転し、支
持棒６で支持されているＸ軸ＳＱＵＩＤ２、Ｙ軸ＳＱＵ
ＩＤ３、Ｚ軸ＳＱＵＩＤ４を固定しているブロック１が
Ｚ軸ＳＱＵＩＤ４の面に垂直な軸に関して回転できる。
また、別の起動源１０２の回転は歯車１００を介して断
熱容器５を支持するシャフト１０３に伝達され断熱容器
５がシャフト１０３の中心を軸にして回転し、支持棒６
で支持されているＸ軸ＳＱＵＩＤ２、Ｙ軸ＳＱＵＩＤ
３、Ｚ軸ＳＱＵＩＤ４を固定しているブロック１がＺ軸
ＳＱＵＩＤ４の面に垂直なＸ軸ＳＱＵＩＤ２の面または
Ｙ軸ＳＱＵＩＤ３の面と垂直になり得る軸に関して回転
でき、すなわち、Ｘ軸ＳＱＵＩＤ２、Ｙ軸ＳＱＵＩＤ
３、Ｚ軸ＳＱＵＩＤ４を固定しているブロック１は、互
いに垂直な二軸に関して回転できる。

【００５４】実施例７．図１５はこの発明の一実施例を
示す断面図であり、１〜１２は上記従来装置と全く同一
のものである。１１０は超音波を利用して回転力を発生
するモータである。

【００５５】前記のように構成された超伝導磁気検出装
置において、駆動源に上記超音波を利用して回転力を発
生するモータ１１０を使用すれば、磁気を利用したモー
タを使用する場合に比較して、モータからの上記Ｘ軸Ｓ
ＱＵＩＤ２、Ｙ軸ＳＱＵＩＤ３、Ｚ軸ＳＱＵＩＤ４への
磁気的影響を減少させることができ、その結果、モータ
をＸ軸ＳＱＵＩＤ２、Ｙ軸ＳＱＵＩＤ３、Ｚ軸ＳＱＵＩ
Ｄ４の比較的近くに配置でき、その結果、回転量伝達経
路における摩擦等によるエネルギ損失が少なくなり、ま
た、ガタ等による回転誤差も少なくなる。更に、全体的
な寸法も小型化できる。

【００５６】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００５７】回転機構により、ＳＱＵＩＤセンサを固定
してあるブロックを少なくとも二軸に関して回転させる
ことができる。

【００５８】ＳＱＵＩＤセンサを固定してあるブロック
を少なくとも二軸に関して回転させることにより、Ｘ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各ＳＱＵＩＤの磁界の変化に対する感
度のばらつきのある状態や、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各ＳＱ
ＵＩＤの配置が正確に直交に配置されていない状態であ
っても、それを補正するためのデータを取得することが
できる。

【００５９】そして、上記補正データを使用して取得デ
ータを補正することにより、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各ＳＱ
ＵＩＤの磁界の変化に対する感度のばらつきのある状態
や、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各ＳＱＵＩＤの配置が正確に直
交に配置されていない状態であっても、精度の良い磁界
変化測定ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す断面図である。

【図２】この発明の実施例１を示す側面から見た図であ
る。

【図３】この発明の実施例１の構成を示すブロック図で
ある。

【図４】この発明の実施例２を示す断面図である。

【図５】この発明の実施例３を示す断面図である。

【図６】この発明の実施例３を示す上面図である。

【図７】この発明の実施例３の動作を説明する図であ
る。

【図８】この発明の実施例３の動作を説明する図であ
る。

【図９】この発明の実施例４を示す断面図である。

【図１０】この発明の実施例５を示す断面図である。

【図１１】この発明の実施例５の詳細を示す図である。

【図１２】この発明の実施例５の動作を説明する図であ
る。

【図１３】この発明の実施例５の動作を説明する図であ
る。

【図１４】この発明の実施例６を示す断面図である。

【図１５】この発明の実施例７を示す断面図である。

【図１６】従来の超伝導磁気検出装置を示す断面図であ
る。

【図１７】従来の超伝導磁気検出装置に備えられるＳＱ
ＵＩＤの平面図である。

【図１８】従来の超伝導磁気検出装置に備えられるＳＱ
ＵＩＤ及びＳＱＵＩＤの駆動回路の平面図である。

【図１９】従来の超伝導磁気検出装置に備えられるＳＱ
ＵＩＤの電流電圧特性を示す図である。

【図２０】従来の超伝導磁気検出装置の構成を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１ブロック２Ｘ軸ＳＱＵＩＤ３Ｙ軸ＳＱＵＩＤ４Ｚ軸ＳＱＵＩＤ５断熱容器６支持棒７真空部８冷媒９Ｘ軸配線板１０Ｙ軸配線板１１Ｚ軸配線板１２配線１３超伝導リング１４ジョセフソン素子３６第一のかさ歯車３７第二のかさ歯車３９第一の平歯車４０第二の平歯車４１第三の平歯車４３第四の平歯車４４第五の平歯車５１歯車５２ガイド５３駆動源５４ベルト５５シャフト７０第一のかさ歯車７１第二のかさ歯車７２内部回転軸７３第三のかさ歯車７４第四のかさ歯車７５センサブロック軸７６腕部材７７中空軸７８第五のかさ歯車７９第六のかさ歯車８０センサブロック軸用軸受８１センサブロック軸用軸受８２中空軸用軸受８３第一の駆動軸８４第二の駆動軸８５回転機構部１００歯車１０１ベルト１０２駆動源１０３シャフト１１０超音波モータ１３６第一のかさ歯車１３７第二のかさ歯車１３８第三のかさ歯車１４０第一の平歯車１４１第二の平歯車１４８第一の小歯車１４９第二の小歯車１５０第一の駆動軸１５１第二の駆動軸２３６かさ歯車１２３７かさ歯車２２３８かさ歯車３２４１かさ歯車３用モータ２４２かさ歯車２用モータ２６４差動歯車機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号実願平3−71942 (32)優先日平３(1991)９月９日 (33)優先権主張国日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号実願平3−92001 (32)優先日平３(1991)11月11日 (33)優先権主張国日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号特願平3−320310 (32)優先日平３(1991)12月４日 (33)優先権主張国日本（ＪＰ） (72)発明者東條尚幸鎌倉市上町屋325番地三菱電機株式会社鎌倉製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部を真空にできる二重構造をした容器
と、磁気を検出することのできる超伝導量子干渉素子
と、少なくとも直交する二面にそれぞれ上記超伝導量子
干渉素子を固定し上記容器の内部に設置したブロック
と、上記ブロックを少なくとも二軸に関して回転させる
機構を備えたことを特徴とする超伝導磁気検出装置。
【請求項２】超伝導量子干渉素子を固定したブロック
を少なくとも二軸に関して回転させ取得したデータを信
号処理して、検知した磁気信号を補正する装置を備えた
ことを特徴とする請求項第１項記載の超伝導磁気検出装
置。
【請求項３】超伝導量子干渉素子を固定したブロック
を回転させる駆動源として、超音波を利用したモータを
備えたことを特徴とする請求項第１項記載の超伝導磁気
検出装置。