(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-28
(45)【発行日】2023-10-06
(54)【発明の名称】可変コンデンサ及びＮＭＲプローブ
(51)【国際特許分類】
H01G 5/14 20060101AFI20230929BHJP
H01G 5/013 20060101ALI20230929BHJP
H01G 5/01 20060101ALI20230929BHJP
G01N 24/00 20060101ALI20230929BHJP
【ＦＩ】
H01G5/14
H01G5/013 100
H01G5/013 335
H01G5/01 B
H01G5/013 380
G01N24/00 570A
G01N24/00 580F
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2019149001
(22)【出願日】2019-08-15
(65)【公開番号】P2021034402
(43)【公開日】2021-03-01
【審査請求日】2022-02-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000004271
【氏名又は名称】日本電子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】中村 新治
(72)【発明者】
【氏名】辻 成悟
【審査官】清水 稔
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０２５３１２４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】実開平０５－０４２７５１（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実公昭４８－０１３３１２（ＪＰ，Ｙ１）
【文献】実開昭５３－１４８２４６（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２０００－０７４０５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０９７９６４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｇ ５／１４
Ｈ０１Ｇ ５／０１３
Ｈ０１Ｇ ５／０１
Ｇ０１Ｎ ２４／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
空洞を有する第１部材と、前記空洞に挿入される軸体を有し、容量可変時に前記第１部材に対して相対的に運動する第２部材と、
前記第１部材及び前記第２部材にわたって設けられた軸受け構造と、
を含み、
前記軸受け構造は、
前記第１部材及び前記第２部材の内の一方の部材に設けられ、複数のループを有するワイヤーと、
前記第１部材及び前記第２部材の内の他方の部材に設けられた接触面と、
を含み、
前記複数のループにおいて前記接触面に接触する複数の部分が複数の線状接触子として機能し、
前記各線状接触子は、前記第２部材の相対的な運動方向に沿って伸長し、
前記相対的な運動方向は、前記軸体が有する中心軸の方向であり、
前記接触面は、前記第１部材に形成された内周面、又は、前記第２部材に形成された外周面である、
ことを特徴とする可変コンデンサ。
【請求項2】
請求項１記載の可変コンデンサにおいて、前記第１部材は固定部材であり、
前記第２部材は可動部材であり、
前記複数の線状接触子は前記固定部材に設けられ、
前記接触面は前記軸体の外周面である、
ことを特徴とする可変コンデンサ。
【請求項3】
請求項１記載の可変コンデンサにおいて、前記ワイヤーは金属線である、
ことを特徴とする可変コンデンサ。
【請求項4】
請求項１記載の可変コンデンサにおいて、前記ワイヤーに含まれるループ数は３以上３０以下である、
ことを特徴とする可変コンデンサ。
【請求項5】
空洞を有する第１部材と、
前記空洞に挿入される軸体を有し、容量可変時に前記第１部材に対して相対的に運動する第２部材と、
前記第１部材及び前記第２部材にわたって設けられた軸受け構造と、
を含み、
前記軸受け構造は、
前記第１部材及び前記第２部材の内の一方の部材に設けられ、複数のループを有するワイヤーと、
前記第１部材及び前記第２部材の内の他方の部材に設けられた接触面と、
を含み、
前記複数のループにおいて前記接触面に接触する複数の部分が複数の線状接触子として機能し、
前記各線状接触子は、前記第２部材の相対的な運動方向に沿って伸長し、
前記接触面は、前記第１部材に形成された内周面、又は、前記第２部材に形成された外周面であり、
前記複数のループは円環状のコアに巻き付けられた螺旋状の形態を有する、
ことを特徴とする可変コンデンサ。
【請求項6】
空洞を有する第１部材と、
前記空洞に挿入される軸体を有し、容量可変時に前記第１部材に対して相対的に運動する第２部材と、
前記第１部材及び前記第２部材にわたって設けられた軸受け構造と、
を含み、
前記軸受け構造は、
前記第１部材及び前記第２部材の内の一方の部材に設けられ、複数のループを有するワイヤーと、
前記第１部材及び前記第２部材の内の他方の部材に設けられた接触面と、
を含み、
前記複数のループにおいて前記接触面に接触する複数の部分が複数の線状接触子として機能し、
前記各線状接触子は、前記第２部材の相対的な運動方向に沿って伸長し、
前記接触面は、前記第１部材に形成された内周面、又は、前記第２部材に形成された外周面であり、
前記複数のループは円環状のコアに互いに独立して巻き付けられている、
ことを特徴とする可変コンデンサ。
【請求項7】
請求項１記載の可変コンデンサにおいて、前記接触面には摩擦力を低減するコーティングが施されている、
ことを特徴とする可変コンデンサ。
【請求項8】
請求項１記載の可変コンデンサにおいて、前記各線状接触子には摩擦力を低減するコーティングが施されている、
ことを特徴とする可変コンデンサ。
【請求項9】
請求項２記載の可変コンデンサにおいて、前記固定部材は固定電極を有し、
前記軸体は前記固定電極に対して電気的に絶縁された導電部材を有し、
前記可動部材の進退運動により前記固定電極と前記導電部材との空間的関係が変化し、これにより容量が変化する、
ことを特徴とする可変コンデンサ。
【請求項10】
請求項９記載の可変コンデンサにおいて、前記導電部材は前記固定電極の対極をなす可動電極である、
ことを特徴とする可変コンデンサ。
【請求項11】
請求項９記載の可変コンデンサにおいて、前記固定電極は、対極関係にある第１固定電極及び第２固定電極を含み、
前記導電部材は、前記第１固定電極及び前記第２固定電極の間の誘電率を変化させるための部材である、
ことを特徴とする可変コンデンサ。
【請求項12】
請求項１記載の可変コンデンサにおいて、当該可変コンデンサは、ＮＭＲプローブ内において冷却状態で使用される同調用コンデンサ又は整合用コンデンサである、
ことを特徴とする可変コンデンサ。
【請求項13】
同調用又は整合用の可変コンデンサを有し、冷却状態で使用される検出回路と、前記可変コンデンサの容量可変時に、前記可変コンデンサに対して外部からの操作力を伝達する伝達部材と、
を含み、
前記可変コンデンサは、
空洞を有する固定部材と、
前記空洞に挿入される軸体を有し、前記操作力により、前記軸体が有する中心軸の方向に直線運動する可動部材と、
前記固定部材及び前記可動部材にわたって設けられた軸受け構造と、
を含み、
前記軸受け構造は、
前記固定部材に設けられ、複数のループを有するワイヤーと、
前記軸体の外周面と、
を含み、
前記複数のループにおいて前記中心軸の方向に沿って伸長した複数の部分が複数の線状接触子として機能し、
前記複数の線状接触子が前記外周面に接触する、
ことを特徴とするＮＭＲプローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、可変コンデンサ及びそれを含むＮＭＲプローブに関し、特に、可変コンデンサにおける軸受け構造に関する。
【背景技術】
【0002】
核磁気共鳴（ＮＭＲ）測定装置は、検出回路を含むＮＭＲプローブを有する。検出回路は、一般に、検出コイル、同調用コンデンサ、及び、整合用コンデンサを有する。同調用コンデンサ及び整合用コンデンサは、それぞれ可変コンデンサにより構成される。例えば、各可変コンデンサに対しては、操作部材を介して、操作力が伝達される。これにより容量（静電容量）が変更される。具体的には、操作部材の直線運動又は回転運動として、操作力が伝達される。
【0003】
可変コンデンサは、一般に、軸体を保持し且つ軸体の運動を案内する軸受け構造を備える。軸受け構造として、ボールベアリングが周知である。それは点接触方式に従うものであり、個々のボールの回転のために、潤滑油を必要とするものである。低温下、特に極低温下では、潤滑油の機能が低下し、あるいは、それが機能しなくなる。低温下においてボールベアリングは採用し難い。一方、軸受け構造として、小さな摩擦係数を有する樹脂（例えばフッ素系樹脂）からなる筒状部材を備えた軸受け構造を利用することが考えられる。それは面接触方式に従うものである。一般に、樹脂の線膨張係数は大きく、大きな温度変化がある環境下においては、そのような軸受け構造が適正に機能しない可能性を指摘できる。
【0004】
なお、特許文献１に開示された可変コンデンサは、軸部材を進退自在に保持するブッシュを有する。ブッシュは軸部材を挿通した環状部材である。なお、ＮＭＲ測定装置以外の装置においても可変コンデンサが使用され得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】米国特許第９５００７２６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
可変コンデンサにおける軸受け構造として、当該可変コンデンサが使用される環境下において、運動する軸体を安定的に保持でき且つ軸体の運動を円滑に案内できるものを実現することが望まれる。例えば、極低温の冷却下において適正な保持機能及び適正な案内機能を発揮する軸受け構造を実現することが望まれる。
【0007】
本発明の目的は、可変コンデンサが使用される環境下において軸体を適正に保持でき且つ軸体の運動を適正に案内できる軸受け構造を提供することにある。あるいは、本発明の目的は、可変コンデンサの冷却状態において軸体を安定的に保持でき且つ軸体の運動を円滑に案内できる軸受け構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
実施形態に係る可変コンデンサは、第１部材、第２部材、及び、軸受け構造を有する。第１部材は空洞を有する部材である。第２部材は、空洞に挿入される軸体を有し、容量可変時に第１部材に対して相対的に運動する部材である。軸受け構造は、第１部材及び第２部材にわたって設けられた構造である。詳しくは、軸受け構造は、第１部材及び第２部材の内の一方の部材に設けられた複数の線状接触子と、第１部材及び第２部材の内の他方の部材に設けられ、複数の線状接触子が接触する接触面と、を含む。各線状接触子は、第２部材の相対的な運動方向に沿って伸長している。接触面は、第１部材に形成された内周面、又は、第２部材に形成された外周面である。
【0009】
上記構成は線接触方式を採用したものである。線接触方式によれば、一般に、点接触方式に比べて、安定した保持作用を得られ易く、面接触方式に比べて、摩擦抵抗の低減を図り易い。すなわち、上記構成によれば、各線状接触子が相対的な運動方向に沿って伸長しているので、且つ、軸体の周囲において複数の線状接触子が接触面に接触しているので、一方の部材による他方の部材の保持が安定化され、且つ、一方の部材に対する他方の部材の相対的な運動の案内が円滑化される。各線状接触子が比較的に柔軟な金属線で構成されてもよい。第１部材及び第２部材の一方又は両方が運動する部材として構成される。
【0010】
軸受け構造の態様として、複数の態様が挙げられる。第１の態様では、第１部材が固定部材として構成され、第２部材が可動部材として構成され、第１部材に内側に突出した複数の線状接触子が設けられ、第２部材に外側を向く接触面が設けられる。第２の態様では、第１部材が固定部材として構成され、第２部材が可動部材として構成され、第１部材に内側を向く接触面が設けられ、第２部材に外側に突出した複数の線状接触子が設けられる。第３の態様では、第１部材が可動部材として構成され、第２部材が固定部材として構成され、第１部材に内側に突出した複数の線状接触子が設けられ、第２部材に外側を向く接触面が設けられる。第４の態様では、第１部材が可動部材として構成され、第２部材が固定部材として構成され、第１部材に内側を向く接触面が設けられ、第２部材に外側に突出した複数の線状接触子が設けられる。
【0011】
上記の相対的な運動として、直線運動及び回転運動が挙げられる。直線運動が採用される場合、各線状接触子は直線状の線状接触子として構成される。その場合、複数の線状接触子は軸体の中心軸の周囲に配列される。回転運動が採用される場合、各線状接触子は円形の線状接触子として構成され、その場合、複数の線状接触子は、軸体の中心軸に沿って並べられる。
【0012】
実施形態において、第１部材は固定部材であり、第２部材は可動部材である。複数の線状接触子は固定部材に設けられ、接触面は軸体の外周面である。相対的な運動方向は軸体が有する中心軸の方向である。この構成は、上記の第１の態様に相当するものである。
【0013】
実施形態において、軸受け構造は、複数のループを有するワイヤーを含む。複数の線状接触子は、複数のループにおいて軸体の外周面に接触する複数の部分（線状部分）である。この構成によれば、複数の線状接触子の配置及び製造が容易化される。
【0014】
実施形態において、ワイヤーに含まれるループ数は３以上３０以下である。３以上であれば、軸体の中心軸が安定化する。ループ数があまり多すぎると、面接触に近づいてしまい、摩擦抵抗が大きくなるので、ループ数を３０以下とするのが望ましい。軸体が比較的に細い場合、ループ数を３以上２０以下としてもよい。隣接するループ間にある程度の隙間が生じるように、ループ数を調整するのが望ましい。また、円周方向に並ぶ複数の隙間のサイズをおよそ揃えるのが望ましい。
【0015】
実施形態において、複数のループは、円環状のコアに巻き付けられた螺旋状の形態を有する。この構成によれば、複数の線状部材をより簡便に形成できる。例えば、物理的に見て１本のワイヤーをコアに螺旋状に順次巻き付けることにより、複数のループが形成される。中心軸に対する個々のループの傾斜角度が僅かであれば、その傾斜角度は無視でき、つまり、その場合でも安定した保持作用及び円滑な運動案内作用を得られる。ワイヤーを構成する材料を比較的に柔らかい金属で構成してもよい。上記構成によれば、運動方向への摩擦抵抗を低減しつつ、運動方向と直交する方向の摩擦抵抗が自然に増大される。また、接触面と複数のループとの間で良好な接触状態（電気的接触状態を含む）を形成し易くなる。実施形態において、複数のループは円環状のコアに互いに独立して巻き付けられている。この構成によれば、各ループの作用をより理想的なものにできる。
【0016】
実施形態において、外周面には摩擦力を低減するコーティングが施されている。また、実施形態において、各線状接触子にも摩擦力を低減するコーティングが施されている。それらの構成によれば、摺動抵抗を低減でき、あるいは、適度な摺動抵抗を得られる。
【0017】
実施形態において、固定部材は固定電極を有し、軸体は固定電極に対して電気的に絶縁された導電部材を有し、可動部材の進退運動により固定電極と導電部材との空間的関係が変化し、これにより容量が変化する。具体的には、導電部材は固定電極の対極をなす可動電極である。あるいは、固定電極は、対極関係にある第１固定電極及び第２固定電極を含み、導電部材は、第１固定電極及び第２固定電極の間の誘電率を変化させるための部材である。
【0018】
実施形態において、当該可変コンデンサは冷却状態において使用されるものである。上記軸受け構造においては、運動を支援する潤滑油を必ずしも必要とせず、また、冷却状態において固定部材及び可動部材の間でガタが生じ難い。
【0019】
実施形態に係るＮＭＲプローブは、検出回路、及び、伝達部材を有する。検出回路は、同調用又は整合用の可変コンデンサを有し、冷却状態で使用されるものである。伝達部材は、可変コンデンサの容量可変時に、可変コンデンサに対して外部からの操作力を伝達する部材である。可変コンデンサは、固定部材、可動部材、及び、軸受け構造を有する。固定部材は、空洞を有する。可動部材は、空洞に挿入される軸体を有し、操作力により、軸体が有する中心軸の方向に直線運動する部材である。軸受け構造は、固定部材及び可動部材にわたって設けられた構造である。詳しくは、軸受け構造は、複数の線状接触子と、接触面と、を含む。複数の線状接触子は、固定部材に設けられ、各線状接触子は、中心軸の方向に沿って伸長している。接触面は、複数の線状接触子が接触する面であり、それは軸体の外周面である。
【0020】
上記可変コンデンサは線接触方式に従うものであり、冷却状態において、安定的な保持を図りつつ、中心軸の方向への運動時に摩擦抵抗の低減を図れるものである。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、可変コンデンサが使用される環境下において軸体を適正に保持でき且つ軸体の運動を適正に案内できる。あるいは、本発明によれば、可変コンデンサの冷却状態において軸体を安定して保持でき且つ軸体の運動を円滑に案内できる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】核磁気共鳴（ＮＭＲ）測定装置を示す模式図である。
【図2】第１実施形態に係る可変コンデンサの断面図である。
【図3】第１実施形態に係る可変コンデンサの斜視図である。
【図4】第１実施形態に係る可変コンデンサの分解斜視図である。
【図6】ワイヤー軸受けの上部を示す斜視図である。
【図7】第２実施形態に係る固定部及び可動部の分解斜視図である。
【図8】第１実施形態に係る可変コンデンサの動作を説明するための図である。
【図9】第２実施形態に係る可変コンデンサの動作を説明するための図である。
【図10】第３実施形態に係る可変コンデンサの動作を説明するための図である。
【図11】第１変形例を示す断面図である。
【図12】第２変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。
【0024】
図１には、第１実施形態に係る核磁気共鳴（ＮＭＲ）測定装置の構成例が示されている。このＮＭＲ測定装置は、試料の解析のために、試料において生じるＮＭＲを測定する装置である。図示されたＮＭＲ測定装置は、分光計１０、静磁場発生器１２、及び、ＮＭＲプローブ１４を有している。それらに加えて、真空ポンプ２０及び冷却装置２２を有している。分光計１０は、メインコンソールを構成する。具体的には、分光計１０は、送信器、受信器、スペクトル生成部等を有している。静磁場発生器１２は、ｚ方向に平行な静磁場を生成する。静磁場発生器１２は、例えば、超電導コイルを有している。なお、各図において、第１水平方向がｘ方向であり、第２水平方向がｙ方向であり、垂直方向がｚ方向である。３つの方向は互いに直交している。
【0025】
ＮＭＲプローブ１４は、挿入部１６及び基部１８により構成される。挿入部１６は、静磁場発生器１２のボア１２Ａ内に挿入される円筒状の部分である。挿入部１６の上端部はプローブヘッドであり、その内部には検出回路２６が設けられている。検出回路２６は、試料管２４内の試料においてＮＭＲを生じさせ、また、生じたＮＭＲを検出する回路である。典型的には、検出回路２６は、検出コイル、同調用コンデンサ、及び、整合用コンデンサを有する。
【0026】
図示された構成例において、例えば、可変コンデンサ２８は、同調（チューニング）用コンデンサであり、可変コンデンサ３０は、整合（マッチング）用コンデンサである。検出回路２６内に、３つ又はそれ以上の可変コンデンサが設けられてもよい。実施形態において、２つの可変コンデンサ２８，３０は、互いに同じ構成を有している。それらの構成を異ならせてもよい。
【0027】
基部１８には、送受信ポートが設けられ、送受信ポートと分光計１０との間に信号線が配設されている。基部１８には配管を介して真空ポンプ２０が接続されており、また、基部１８には別の配管を介して冷却装置２２が接続されている。真空ポンプ２０の作用により、ＮＭＲプローブ１４の内部（特にプローブヘッド内部）が真空とされる。冷却装置２２は、冷媒循環システムの駆動源及び冷却源として機能する。冷却装置２２から出た冷媒が基部１８を通じてプローブヘッドまで送られる。冷媒によってプローブヘッド内の個々の要素が冷却される。その後、冷媒はプローブヘッドから基部１８を介して冷却装置２２へ送られる。冷媒として、液体ヘリウム、液体窒素等が挙げられる。検出回路２６は、例えば、１００Ｋ以下、望ましくは５０Ｋ以下、の温度に維持される。それらの温度は例示に過ぎないものである。検出回路２６の温度を室温としてもよい。
【0028】
２つの可変コンデンサ２８，３０に対して操作力を伝達するために２つのロッド３２，３４が設けられている。それらの下端には摘み３６，３８が設けられている。各ロッド３２，３４は可変コンデンサ２８，３０から見て操作部材として機能する。すなわち、摘み３６，３８を回転させると、それによる操作力がロッド３２，３４を介して可変コンデンサ２８，３０に伝達される。各ロッド３２、３４には、図示されていない運動転換機構が設けられている。運動転換機構は、回転運動を直線運動に転換する機構である。
【0029】
各可変コンデンサ２８，３０の容量を可変する際には、各ロッド３２，３４を介して、直線運動力が各可変コンデンサ２８，３０に与えられる。ロッド３２，３４の回転は、手作業により行われ、あるいは、機械的に行われる。２つの可変コンデンサ２８，３０は、プローブ内の構造体に固定されている。構造体は２つの可変コンデンサ２８，３０を冷却する熱伝導部材としても機能する。以下においては、２つの可変コンデンサ２８，３０の内で、可変コンデンサ２８を代表させ、その構造の詳細を説明する。
【0030】
図２には、可変コンデンサ２８のｘｚ断面が示されている。可変コンデンサ２８は、固定部材としての固定部４０、及び、可動部材としての可動部４２を有する。また、可変コンデンサ２８は、固定部４０及び可動部４２にわたって又は跨がって設けられた軸受け構造４９を有する。固定部４０の内部は空洞である。
【0031】
固定部４０は、構造体６０に固定されている。構造体６０は可変コンデンサ２８を冷却するための熱伝導部材としても機能する。構造体６０は例えば銅又はリン青銅により構成される。固定部４０は、筒状体４３を有する。筒状体４３の本体は絶縁管４４である。絶縁管４４は、例えば、透明なサファイヤガラスにより構成される。絶縁管４４は外周面及び内周面を有し、外周面の一方端部（図において上端部）には、電極層としての固定電極４６が形成されている。固定電極４６は、環状の形態を有し、それは薄膜である。
【0032】
絶縁管４４の外周面の他方端部（図において下端部）には、被覆層４７が形成されている。被覆層４７は環状の形態を有し、それも薄膜である。固定電極４６及び被覆層４７は、例えば、銀めっき層として構成される。
【0033】
固定部４０は、筒状のホルダ４８を有する。ホルダ４８は、例えば、リン青銅により構成される。具体的には、ホルダ４８は、本体４８Ａと上端部４８Ｂとからなる。上端部４８Ｂの内部に筒状体４３の下端部が差し込まれている。具体的には、上端部４８Ｂは、肉薄部として構成されており、本体４８Ａは肉厚部として構成されている。それらの間に段差面が生じており、段差面に対して筒状体４３の下端面が突き当たっている。上端部４８Ｂと被覆層４７は、ハンダ付け等によって相互に連結されている。本体４８Ａと構造体６０も、必要に応じて、ハンダ付け等によって相互に連結される。
【0034】
本体４８Ａの内部に軸受け構造４９が配置されている。軸受け構造４９は本体４８Ａに固定されており、それは、実施形態において、ワイヤー軸受けを含むものである。軸受け構造４９の詳細については後に説明する。
【0035】
可動部４２は、軸体としての可動軸５２、及び、可動軸５２の先端に設けられた可動電極５４、を有する。可動軸５２及び可動電極５４は、導電性部材で構成され、例えば、それらはリン青銅により構成される。可動軸５２及び可動電極５４の表面にはコーティングが施されている。例えば、それらの表面に金蒸着層が形成されている。可動電極５４は、円柱状の肥大部を構成しており、その外径は、絶縁管４４の内径よりも僅かに小さい。固定電極４６と可動電極５４は対極関係にあり、それらの間の容量が、可動電極５４のｚ方向の位置によって変化する。
【0036】
符号６２は可動軸５２の進退運動を示している。可動電極５４が最も下方に引き下げられた状態では、固定電極４６の下端レベルよりも、可動電極５４の上端レベルが低くなり、容量が最小となる。一方、可動電極５４が最も上方へ引き上げられた状態では、水平方向から見て、固定電極４６と可動電極５４が完全にオーバーラップし、容量が最大となる。第１実施形態においては、固定電極４６に対して第１信号線が接続され、ホルダ４８に対して第２信号線が接続される。ホルダ４８と可動電極５４は導通関係にある。
【0037】
可動軸５２の下端部にはネジ構造５６が形成されている。そのネジ構造５６を利用して、可動軸５２がロッド３２に連結される。可動軸５２はロッド３２と一体化されており、ロッド３２を前進（上昇）させると、可動軸５２が前進し、ロッド３２を後退（下降）させると、可動軸が後退する。可動軸５２は、ホルダ４８に対して電気的に接続されている。
【0038】
なお、図２において、可動部４２の長さ（ｚ方向のサイズ）は、例えば、５０～６０ｍｍの範囲内にある。絶縁管４４の長さは、例えば、３０～４５ｍｍの範囲内にある。固定電極４６の長さは、例えば、５～１５ｍｍの範囲内にある。可動電極５４の長さは、例えば、５～１５ｍｍの範囲内にある。ワイヤー軸受け５０の長さは、例えば、１０～１５ｍｍの範囲内にある。絶縁管４４の外径は、例えば、３～８ｍｍの範囲内にある。その肉厚は、０．３～１ｍｍの範囲内にある。可動軸５２の外径は、例えば、１．５～２．５ｍｍの範囲内にある。容量の可変範囲は、例えば、０．５～３０ｐＦである。それらの数値はいずれも例示に過ぎないものである。
【0039】
図３は、可変コンデンサの斜視図である。既に説明したように、可変コンデンサは、固定部４０と可動部４２とにより構成される。
【0040】
図４は、可変コンデンサの分解斜視図である。可動部４２は、既に説明したように、可動軸５２及び可動電極５４により構成される。
【0041】
固定部４０は、筒状体４３及びホルダ４８を有する。ホルダ４８の内部には、スペーサとして機能するシース６８が設けられている。シース６８の内部には、軸受け構造の要部をなすワイヤー軸受け５０が固定的に設置されている。シース６８は、例えば、導電性部材で構成される。ワイヤー軸受け５０は、筒状又は円環状のコア６４と、それに巻き付けられたワイヤー６６と、により構成される。ワイヤー６６は、導電性部材で構成され、例えば、それは銅線である。その断面は円形である。コア６４は、例えば、絶縁性部材で構成される。それが導電性部材で構成される場合、少なくとも、コア６４とワイヤー６６との間で電気的な絶縁が図られるように、コア６４又はワイヤー６６が処理される。
【0042】
実施形態においては、ワイヤー６６の表面全体に対して、摩擦抵抗を低減するコーティングが施されている。コーティングにより形成された表層は例えば金蒸着層である。ワイヤー６６の直径は、例えば、０．１５～０．３ｍｍの範囲内にある。
【0043】
ワイヤー６６の設置態様として、第１態様及び第２態様が挙げられる。第１態様では、ワイヤー６６は、相互に分離された複数のワイヤー片としての複数のコイル６７により構成される。複数のコイル６７は、コア６４に対して、周回方向に均等に巻き付けられる。その場合、可動軸５２の中心軸から外側に放射状に配列をもって複数のコイル６７が並ぶことになる。複数のコイル６７において生じる複数の隙間は概ね均一とするのが望ましい。複数のコイル６７において、可動軸５２の表面に接触する複数の部分が複数の線状接触子として機能する。複数の線状接触子は、可動軸を安定的な保持し、かつ、可動軸の円滑な運動を案内する手段である。
【0044】
第２態様では、ワイヤー６６は、物理的に見て１本のワイヤーにより構成される。コア６４に対してそのワイヤーを螺旋状に巻き付けることにより、複数のコイルが構成される。もっとも、複数のコイル６７は相互に分離されておらず、それらは連なっている。中心軸に対する各コイルの傾斜角度は僅かであり、それらのコイルは、相互に分離された複数のコイル６７とほぼ同じ機能を発揮し、すなわち、それらの一部分が上記同様に複数の線状接触子として機能する。第２態様によれば、ワイヤー軸受け５０を容易に製造でき、すなわち、ワイヤー６６の配置を簡便に行える。
【0045】
軸受け構造は、既に説明したように、固定部材側に設けられたワイヤー軸受け５０と、可動部材側に設けられた可動軸５２の外周面と、により構成される。両者の配置を入れ替えてもよい。例えば、ワイヤー軸受けを可動部材に設け、ワイヤー軸受けを固定部材の内周面に接触させるようにしてもよい。軸体を固定部材として構成し、軸体が挿入される中空体を可動部材としてもよい。
【0046】
図５には、図２のＡで示す断面が示されている。可動軸５２は外周面７２を有する。ホルダ４８は空洞を有し、その空洞にはシース６８が配置され、更にその内部にはワイヤー軸受け５０が設けられている。ワイヤー軸受け５０にはワイヤー６６が巻き付けられており、それは複数のコイルからなる。各コイルは、外側部分と内側部分に大別され、外側部分がシース６８の内周面に接しつつ固定されている。各コイルの内側部分が線状接触子として可動軸５２の外表面に接触している。
【0047】
各線状接触子は、中心軸に平行な方向つまりｚ方向に伸長している。可動軸５２を取り囲むように複数の線状接触子が設けられ、それらが可動軸の外周面に接触しているので、可動軸５２は安定的に保持される。また、可動軸５２を円滑に直線運動させることができる。図６には、ワイヤー軸受け５０の上端部５０Ａが示されている。具体的には、図６においては、コアの上端部６４Ａ及び各コイルの上端部６７Ａが現れている。
【0048】
図７は、第２実施形態に係る可変コンデンサの分解斜視図である。第２実施形態に係る可変コンデンサは、基本的に、第１実施形態に係る可変コンデンサと同じ構成を有するが、電極部の構成が相違している。なお、第２実施形態において、既に説明した要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0049】
具体的に説明すると、図７において、可変コンデンサは、固定部４０Ａと可動部４２Ａにより構成される。固定部４０Ａにおいて、絶縁管の端部には、中心軸の方向に隔てて設けられた２つの電極７６，７８からなる電極ペアが設けられている。可動部４２Ａは、可動軸８０と導電体５４Ａとにより構成されている。可動軸８０は、導電性部分８４と絶縁性部分８２とで構成され、絶縁性部分８２に導電体５４Ａが取り付けられている。導電体５４Ａは、図２等に示した可動電極と同じ形態を有している。導電体５４Ａは、電気的に見て浮いている。
【0050】
第２実施形態においては、可動軸８０を進退運動させて、電極ペア７４に対する導電体５４Ａの空間的関係を変化させることにより、容量が変更される。例えば、可動軸８０を後退運動させると、容量が減少し、可動軸８０を前進運動させると、容量が増大する。導電体５４Ａが２つの電極７６，７８に跨った位置あるいは完全にオーバーラップした位置に送達すると、容量が最大となる。第２実施形態において、２つの電極７６，７８に２つの信号線が接続される。
【0051】
第２実施形態によれば、第１実施形態に比べて、容量の可変範囲が低くなり、容量の微調整が容易となる。例えば、その容量は、０．４～２．７ｐＦである。なお、導電体５４Ａの代わりに、誘電体を設けてもよい。
【0052】
図８には、第１実施形態に係る可変コンデンサ８６の動作が示されている。固定電極４６に第１信号線８８が接続されており、ホルダ４８に第２信号線９０が接続されている。符号９２は等価回路を示している。符号９３で示すように、可動部の上下運動により、コンデンサの容量が変化する。ライン８８ａは第１信号線８８に相当し、ライン９０ａは第２信号線９０に相当する。
【0053】
図９には、第２実施形態に係る可変コンデンサ９４の動作が示されている。電極７６に第１信号線９６が接続されており、電極７８に第２信号線９８が接続されている。符号１００は等価回路を示している。符号１０１ａ及び１０１ｂで示すように、可動部の上下運動により、直列接続された２つのコンデンサ要素の容量が連動して変化する。ライン９６ａは第１信号線に相当し、ライン９８ａは第２信号線に相当する。ライン１０２ａは電気的に浮いている導電体に相当する。
【0054】
図１０には、第３実施形態に係る可変コンデンサ１０４の構成及び動作が示されている。絶縁管の端部における一方側には半円筒状の電極１０８が設けられ、その他方側には半円筒状の電極１１０が設けられている。電極１０８には第１信号線１２２が接続されており、電極１１０には第２信号線１１４が接続されている。可動部は可動電極を備えている。第３信号線１１６は、ワイヤー軸受け及び可動軸を介して、可動電極と導通関係にある。符号１１８は等価回路を示している。符号１１９ａ，１１９ｂで示すように、可動部の上下運動により、２つのコンデンサ要素の容量が連動して変化する。ライン１１２ａは第１信号線に相当し、ライン１１４ａは第２信号線に相当する。ライン１１６ａは第３信号線に相当する。
【0055】
図１１には第１変形例が示されている。可動部は可動軸１２４を有する。固定部は、ホルダ１２０及び軸受け１２２を有する。軸受け１２２は、可動軸１２４を保持しその回転運動を案内するものである。軸受けは、円筒状の本体１２６と、本体の内周面に設けられた環状突起列１２８と、からなる。環状突起列１２８は、中心軸Ｃの方向に並んだ複数の環状突起１３０により構成される。個々の環状突起１３０における頂点部分１３２がリング状の形態を有する線状接触子として機能する。各頂点部分１３２は可動軸１２４の外周面１３４に接触している。複数の環状突起１３０とそれらが接する外周面とにより軸受け構造が構成される。
【0056】
複数の環状突起１３０により可動軸が保持されるので、その保持状態が安定化される。また、個々の環状突起１３０は環状の形態を有しているので、可動軸１２４の回転運動時に生じる摩擦抵抗を低減できる。第１変形例では、可動軸の回転により容量が変化する構成が採用されている。
【0057】
図１２には第２変形例が示されている。ワイヤー軸受け１４４は、可動軸１４０に固定されている。ワイヤー軸受け１４４は、コア１４６とそれに巻き付けられた複数のコイル１５０とを有し、各コイルの外側部分がホルダ１４２の内周面に接触している。すなわち、各外側部分が線状接触子として機能している。第２変形例を採用する場合、ホルダ１４２を中心軸の方向へ長くするか、ワイヤー軸受けの中心軸の方向の長さを増大させることが望まれる。第１変形例及び第２変形例においても接触関係にある２つの部材にコーティングを施すのが望ましい。
【0058】
上記の各実施形態によれば、可変コンデンサが使用される環境下において可動軸を適正に保持でき且つ可動軸の運動を適正に案内できる。特に、冷却状態において可動軸を安定して保持でき且つ可動軸の運動を円滑に案内できる。
【符号の説明】
【0059】
１０ 分光計、１２ 静磁場発生器、１４ ＮＭＲプローブ、２６ 検出回路、２８，３０ 可変コンデンサ、４０ 固定部（固定部材）、４２ 可動部（可動部材）、４６ 固定電極、４９ 軸受け構造、５０ ワイヤー軸受け、５２ 可動軸、５４ 可動電極、６４ コア、６６ ワイヤー、６７ ループ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
