JP2006078070A - 冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は冷凍機により複数の被冷却物を冷却する構成とされた冷却装置に関し、装置内に冷却温度の異なる複数の被冷却物あってもそれぞれを効率的に冷却することを課題とする。
【解決手段】 真空容器４１と、この真空容器４１に内設された超電導マグネットコイル５４と、この超電導マグネットコイル５４により磁界印加される磁性体ソルトピル５８と、寒冷を生成するＧＭ冷凍機７０と、磁性体ソルトピル５８とＧＭ冷凍機７０とを熱的に接続する第１の伝熱経路と、超電導マグネットコイル５４とＧＭ冷凍機７０とを熱的に接続する第２の伝熱経路とを有した冷凍機において、この第１の伝熱経路と第２の伝熱経路とを熱的に独立した構成とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は冷却装置に係り、特に冷凍機により複数の被冷却物を冷却する構成とされた冷却装置に関する。

一般に、低温化技術の一つとして断熱消磁法が知られている。この断熱消磁法は、磁場によって磁性体の磁場エントロピーを制御することによって温度を変化させる方法である。この断熱消磁法によれば、磁性体と印加する磁場の強さを選ぶことで、常温から１Ｋ以下の超低温まで発生することが可能である。

この断熱消磁法を利用して超低温を発生する冷却装置は、磁性体に超電導マグネットで発生させた磁場を印加すると共に、熱スイッチを介して例えばギフォード・マクマホン式冷凍機（以下、ＧＭ冷凍機とする）を磁性体に熱的に接続し、磁性体の温度を制御する構成とされている。よって、断熱消磁法を利用した冷却装置は、必然的にその内部に強い磁場が形成されることとなる。

上記の断熱消磁を利用した冷却装置は、例えばＸ線分析装置（エネルギー分散型Ｘ線分析装置等）に適用され、Ｘ線検出素子を冷却するのに用いられる。Ｘ線検出素子を冷却することにより、ノイズ低減図ることが可能となり、分析精度を高めることができる。

また、この冷却装置の稼動中は、超電導マグネットは４Ｋ程度に冷却され、また磁性体は０．０５Ｋの超低温となる。このため、この種の冷却装置では、超電導マグネット及び磁性体等は、多段の輻射シールドが行われた真空容器内に装着された構成とされる（例えば、特許文献１参照）。

図８は、従来の断熱消磁を利用した冷却装置１０の一例を示す概略構成図である。同図に示すように、冷却装置１０は真空容器１１内に第１の輻射シールド１３及び第２の輻射シールド１４を有しており、第２の輻射シールド１４の内部に超電導マグネットコイル１２が配設されている。超電導マグネットコイル１２により磁界が印加される磁性体２０は、円筒状の超電導マグネットコイル１２の内部に配設されている。

超電導マグネットコイル１２及び磁性体２０を冷却するＧＭ冷凍機１７は、第１冷却部１８と第２冷却部１９とを有している。第１冷却部１８は、第１の輻射シールド１３に配設された第１の冷却ステージ１５と熱的に接続されている。これにより、第１の冷却ステージ１５は、４０Ｋ〜８０Ｋに冷却される。また、第２冷却部１９は、第２の輻射シールド１４に配設された第１の冷却ステージ１６に熱的に接続されている。これにより第１の冷却ステージ１６は、４Ｋ程度に冷却される。

従来では、超電導マグネットコイル１２及び磁性体２０は、いずれも第１の冷却ステージ１６に熱的に接続した状態で配設されており、よってＧＭ冷凍機１７に熱的に接続した第１の冷却ステージ１６により共に冷却される構成とされていた。
特開平１１−２３３３３２号公報

しかしながら、従来の冷却装置１０では、ＧＭ冷凍機１７により冷却される超電導マグネットコイル１２及び磁性体２０がいずれも第１の冷却ステージ１６上に配設された構成とされていた。しかしながら、上記のように磁性体２０は０．０５Ｋの超低温に冷却されるのに対し、超電導マグネットコイル１２は約６Ｋ程度で超電導を実現できる。

このように従来では、冷却温度に大きく差を有する超電導マグネットコイル１２と磁性体２０とを同一の第１の冷却ステージ１６に配設して冷却していたため、効率のよい冷却を行うことができないという問題点があった。

即ち、超電導マグネットコイル１２は電流を流し励磁した際に必然的に温度が上昇するが、この温度の上昇は第１の冷却ステージ１６を介して磁性体２０に熱伝導してしまい、磁性体２０の断熱消磁運転の最低温度が上昇してしまう。

本発明は上記の点に鑑みてさなれたものであり、装置内に冷却温度の異なる複数の被冷却物あってもそれぞれを効率的に冷却しうる冷却装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。

請求項１記載の発明は、
被冷却物を冷却する冷凍機と、
前記被冷却物と前記冷凍機とを熱的に接続する伝熱手段とを有する冷却装置において、
前記伝熱手段を、熱的に独立した複数の伝熱経路により構成したことを特徴とするものである。

上記発明によれば、被冷却物と冷凍機との間に熱的に独立した複数の伝熱経路が設けられるため、各伝熱経路毎に異なった冷却処理を行うことが可能となる。

また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載の冷却装置において、
前記複数の伝熱経路の少なくとも一つに熱スイッチを配設したことを特徴とするものである。

上記発明によれば、熱スイッチを配設した伝熱経路は、熱の伝導をＯＮ／ＯＦＦできるため、被冷却物に対する冷却の制御を行うことが可能となる。

また、請求項３記載の発明は、
請求項１記載の冷却装置において、
前記複数の伝熱経路の各熱抵抗を異ならせたことを特徴とするものである。

上記発明によれば、複数の伝熱経路の各熱抵抗を異ならせたことにより、各伝熱経路の熱抵抗に応じて異なった冷却処理を行うことができる。

また、請求項４記載の発明は、
真空容器と、
該真空容器に内設された超電導マグネットコイルと、
該超電導マグネットコイルにより磁界印加される被冷却物と、
寒冷を生成する冷凍機と、
前記被冷却物と前記冷凍機とを熱的に接続する第１の伝熱経路と、
前記超電導マグネットコイルと前記冷凍機とを熱的に接続する第２の伝熱経路とを有しており、
前記第１の伝熱経路と第２の伝熱経路とを熱的に独立した構成としたことを特徴とするものである。

上記発明によれば、第１の伝熱経路と第２の伝熱経路が熱的に独立するため、各伝熱経路毎に異なった冷却処理を行うことが可能となる。

また、請求項５記載の発明は、
請求項４記載の冷却装置において、
前記第１の伝熱経路に熱スイッチを設けたことを特徴とするものである。

上記発明によれば、熱スイッチにより被冷却物と冷凍機とを熱的に接続或は接続解除することができるため、被冷却物に対する冷却の制御を行うことができる。

また、請求項６記載の発明は、
請求項４記載の冷却装置において、
前記第１の伝熱経路の熱抵抗と、第２の伝熱経路の熱抵抗を異ならせたことを特徴とするものである。

上記発明によれば、第１の伝熱経路の熱抵抗と第２の伝熱経路の熱抵抗とを異ならせたことにより、各伝熱経路の熱抵抗に応じて異なった冷却処理を行うことができる。

本発明によれば、被冷却物と冷凍機との間に熱的に独立した複数の伝熱経路が設けられるため、一つの冷凍機により各伝熱経路毎に異なった冷却処理を行うことが可能となる。

次に、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の一実施例である冷却装置４０Ａの全体構成を示す断面図であり、図２は磁性体ソルトピル５８の近傍を拡大して示す図である。各図に示されるように、冷却装置４０Ａは大略すると真空容器４１、第１の輻射シールド４６、第２の輻射シールド４９、断熱消磁冷凍部６０、熱スイッチ６５、ギフォード・マクマホン型冷凍機７０（以下、ＧＭ冷凍機という）、熱リンク６６、低熱抵抗フランジ１０６等を有した構成とされている。

真空容器４１は、大略すると真空容器本体４２、天板４３、及び底板部材４４等により構成されており、その内部に密閉された円筒空間４１Ａが形成されている。また、この真空容器本体４２には、後述する外筒６１、シールド部材６４、及びフランジ９５等が設けられる。

真空容器本体４２は円筒形状をしており、その上下端部には開口部（図示せず）が形成されている。真空容器本体４２の上端部には、開口部を覆うよう天板４３が配設されており、下端部には開口部を覆うよう底板部材４４が配設されている。

真空容器本体４２の下端部に配設される底板部材４４には、ＧＭ冷凍機７０を真空容器４１内に挿入するための開口部４４Ａが形成されている。また、真空容器本体４２の側面部には、側方に向け延出した外筒６１が配設されている。

この外筒６１は円筒空間４１Ａと連通しており、その内部は真空雰囲気となるよう構成されている。外筒６１の真空容器本体４２と接続された端部と反対側の端部（図中、右端部）には、シールド部材６４が配設されている。

シールド部材６４は有底筒状の部材であり、その内部に同じく有底筒状の形状を有した第１のシールド部材６３及び第２のシールド部材６２が同心的に配設されている。また、最内周に位置する第２のシールド部材６２の図中右側の端部近傍位置には検出器６８が設けられている。

この各シールド部材６２〜６４の検出器６８と対向する端部には、計測用窓６２Ａ〜６４Ａが設けられている。この計測用窓６２Ａ〜６４Ａは、光や電磁波を検出器６８に向け通過させるための窓である。

また、シールド部材６４の中心位置、即ち第２のシールド部材６２の内部位置には、円柱状の熱リンク６６が配設されている。この熱リンク６６は、熱伝導率の高い材質（例えば、銅）により形成されており、図中右側端部が検出器６８に熱的に接続され、図中左側端部が後述する断熱消磁冷凍部６０に熱的に接続された構成とされている。

真空容器本体４２の外周部には、フランジ９５が配設されている。このフランジ９５には、図５に示されるように、複数のボルト穴１０５が形成されている。このボルト穴１０５にボルト９６を挿入し、フランジ９５と真空容器支持体１００とをボルト９６により締結することで、真空容器４１は、真空容器支持体１００に固定支持される。

真空容器支持体１００は前記した真空容器４１を支持するものであり、図４に示すように、矩形状をした２つの枠部材１０１，１０２と、その角部に立設された４本の支柱部材１０４とにより構成とされている。この真空容器支持体１００は、後述する冷凍機支持体８０と振動的に分離された構成とされている。真空容器４１は、この真空容器支持体１００により床上に設置される。

一方、真空容器４１は、その内部に第１の輻射シールド４６と第２の輻射シールド４９を内設した構成とされている。第１の輻射シールド４６は円筒形状をしており、その内部には円筒空間４６Ａが形成されている。

この第１の輻射シールド４６は、真空容器本体４２の内壁との間に隙間を介在するよう構成されている。このように、真空容器本体４２と第１の輻射シールド４６との間に間隙を形成することにより、真空容器本体４２の外部の熱が直接第１の輻射シールド４６に輻射されるのを遮断することができる。

第１の輻射シールド４６の側面部には、前記した第１のシールド部材６３が設けられている。第１のシールド部材６３は図中右方向に延出するよう形成されおり、外筒６１及びシールド部材６４と隙間を介在させるよう外筒６１内及びシールド部材６４内に配置されている。

また、第１の輻射シールド４６は、その下端部が開放された構成とされており、この下端部には第１の冷却ステージ４７が配設されている。この第１の冷却ステージ４７は、ＧＭ冷凍機７０を挿入するための開口部（図示せず）が設けられている。

また、第１の冷却ステージ４７と底板部材４４との間には、支柱４５が設けられており、第１の冷却ステージ４７及び第１の輻射シールド４６は、支柱４５を介して、底板部材４４に支持されている。第１の冷却ステージ４７は、後述する第１のコールドヘッド７５から発生する寒冷により、第１の輻射シールド４６内を冷却するためのものである。

第２の輻射シールド４９は、第１の輻射シールド４６との間に隙間を介在させるよう第１の輻射シールド４６内（円筒空間４６Ａ）に配設されている。この第２の輻射シールド４９は、第１の輻射シールド４６との間において輻射熱が遮断されるよう機能するものである。

また、第２の輻射シールド４９も円筒形状を有しており、その内部には円筒空間４９Ａが形成されている。また、第２の輻射シールド４９の側面部には、前記した第２のシールド部材６２が第１のシールド部材６３と隙間を介在させて配置されている。

また、第２の輻射シールド４９は下端部が開放された構成とされており、この下端部には第２の冷却ステージ５０が配設されている。超電導マグネットコイル５４及び断熱消磁冷凍部６０は、この第２の冷却ステージ５０の上部に配設されている。このため、第２の冷却ステージ５０には、断熱消磁冷凍部６０を構成する磁性体ソルトピル５８を挿入するための開口部（図示せず）が設けられている。

第２の冷却ステージ５０と第１の冷却ステージ４７との間には、支柱５１が設けられており、第２の冷却ステージ５０及び第２の輻射シールド４９は、支柱５１を介して第１の冷却ステージ４７に支持されている。第２の冷却ステージ５０は、後述する第２のコールドヘッド８１から発生する寒冷により、第２の輻射シールド４９内に配設された超電導マグネットコイル５４及び磁性体ソルトピル５８を冷却するためのものである。また、第２の冷却ステージ５０と磁性体ソルトピル５８との間には、第２の冷却ステージ５０の寒冷が磁性体ソルトピル５８に伝達されるのをオン／オフする熱スイッチ６５が設けられている。

熱リンク６６は前記のように第２のシールド部材６３内に配設された銅よりなる棒状部材であり、一方の端部が磁性体ソルトピル５８と熱的に接続されると共に、他方の端部が検出器６８と熱的に接続されている。この熱リンク６６は、磁性体ソルトピル５８で発生した超低温（例えば、０．０５Ｋ）の寒冷により検出器６６を冷却する機能を奏する。

検出器６８は、第２のシールド部材６２内に設けられており、測定用窓６２Ａ〜６３Ａと対向するよう配置されている。検出器６８は、電子ビーム、及び電磁波（Ｘ線）等の検出を行うものであり、試料に対する分析・検査内容に応じて適宜選択される。

冷凍機支持体８０は、ＧＭ冷凍機７０を支持するためのものであり、真空容器支持体１００が設けられた領域よりも内側に設けられている。冷凍機支持体８０は、大略するとベース９１と、冷凍機固定板８９と、支持部８５とを有した構成とされている。

ベース９１の上方には、４本の支持部８５により支持された冷凍機固定板８９が配置されている。ベース９１は、床上に設置されるものである。冷凍機固定板８９の中央部には、ＧＭ冷凍機７０を挿入するための開口部８９Ａが形成されている。冷凍機固定板８９には、ＧＭ冷凍機７０のモータ部７１がボルトを介して固定される。

このように、真空容器支持体１００が設けられた領域の内側に冷凍機支持体８０を設けることにより、真空容器支持体１００が設けられた領域の外側に冷凍機支持体８０を設ける場合と比較して、冷却装置４０Ａの大きさ（フットプリント）を小さくすることができる。

冷凍機支持体８０と底板部材４４との間は、ＧＭ冷凍機７０を囲繞するように設けられた真空ベローズ８８により接続されている。図６に示すように、振動抑制部材である真空ベローズ８８は、蛇腹構造をしており、ＧＭ冷凍機７０からの振動が真空容器４１に伝わることを抑制するためのものである。

このように、ＧＭ冷凍機７０を支持する冷凍機支持体８０と真空容器４１との間を真空ベローズ８８で接続することにより、ＧＭ冷凍機７０から発生する振動が真空容器４１に伝わることを抑制できる。これにより、ＧＭ冷凍機７０から発生する振動が真空容器４１を介して、検出器６８に振動が伝わることが抑制され、検出器６８の検出を精度良く行うことができる。

尚、図６は図２に示した冷却装置の領域Ｂに対応した部分を拡大して示す部分断面斜視図であり、また図６においてＧＭ冷凍機７０の内部構造の図示は省略してある。

断熱消磁冷凍部６０は、第２の輻射シールド４９内に配設されている。この断熱消磁冷凍機６０は、超伝導マグネットコイル５４、磁性体ソルトピル５８、及び熱スイッチ６５等により構成されている。この断熱消磁冷凍部６０とＧＭ冷凍機７０とにより、断熱消磁法に基づく冷却装置４０Ａが構成される。

ここで、断熱消磁冷凍部６０における断熱消磁法による冷却原理について説明する。磁性体ソルトピル５８を構成する磁性原子の磁気モーメントは、温度が非常に高くない限り無秩序であり、その系のエントロピーは高い状態にある。

ここに、外部から超伝導マグネットコイル５４により強い磁場を印加すると、磁気モーメントは外磁場の方向に整列し、部分的に秩序化されて、系全体のエントロピーは減少する。また、磁性体ソルトピル５８を等温に保った状態で外部磁界を印加すると、磁性体ソルトピル５８を構成する磁性原子の磁気モーメントは磁界の方向に配列し、系全体のエントロピーは減少する。

等温磁化を行う際、磁化熱が発生し温度が上昇し、この熱を取り去った後、ＧＭ冷凍機７０と磁性体ソルトピル５８とを熱スイッチ６５により熱的に分離して断熱状態に系を孤立させ、外部磁場を徐々に取り去ると、磁場の減少と共に磁性体ソルトピル５８の温度が低下する。この断熱消磁により、液体Ｈｅ温度（４Ｋ）以下の極低温の寒冷を得ることができる。

超伝導マグネットコイル５４は、巻枠５５に超電導線５２，５３，６７が巻回された構成とされている。この超電導マグネットコイル５４は、中央に筒状開口部５３Ａが形成されており、磁性体ソルトピル５８はこの円筒状開口部５３Ａの内部に配設される。上記構成とされた超伝導マグネットコイル５４は、その下部に設けられた熱伝導支持部材５６により第２の冷却ステージ５０上に支持されている。また後述するように、第２の冷却ステージ５０は、第２の可撓性高熱伝導部材８４を介して第２の冷却部７８（ＧＭ冷凍機７０）に熱的に接続された構成とされている。

磁性体ソルトピル５８は、図示していない収納容器内に多数の金線と、断熱消磁の際に冷却媒体となる鉄ミョウバンとが収納された構成とされている。この磁性体ソルトピル５８の上端部は、熱リンク６６を介して被冷却物である検出器６８と熱的に接続されている。また、磁性体ソルトピル５８の下端部は、熱スイッチ６５を介して低熱抵抗フランジ１０６に接続されている。この熱スイッチ６５は、磁性体ソルトピル５８と第２の冷却部７８（ＧＭ冷凍機７０）との熱的な接続をオン／オフするためのものである。

低熱抵抗フランジ１０６は、第３の可撓性高熱伝導部材１０５を介して第２の冷却部７８（ＧＭ冷凍機７０）に熱的に接続されている。また、低熱抵抗フランジ１０６と第２の冷却ステージ５０との間には、熱抵抗の高い断熱部材１１２が設けられている。よって、第２の冷却ステージ５０と低熱抵抗フランジ１０６は、実質的に熱的に分離された構成とされている。

ＧＭ冷凍機７０は、大略するとモータ部７１、第１の冷却部７３、及び第２の冷却部７８等により構成されている。このＧＭ冷凍機７０は、冷却装置４０Ａを構成する構成部品の内、最も重量が大きなものである。本実施例では、このように重量が大であるＧＭ冷凍機７０を下部に配置し、ＧＭ冷凍機７０に比べ軽量である真空容器４１をＧＭ冷凍機７０よりも高い位置に配置した構成とすることにより、冷却装置４０Ａ全体としての安定性を図っている。

ＧＭ冷凍機７０は、モータ部７１が最下部に位置するよう配設されている。モータ部７１は、第１及び第２の冷却部７３，７８に設けられたシリンダ（図示せず）を駆動させるためのモータが内設されている。このモータ部７１にはフランジ７０Ｂが設けられており、フランジ７０Ｂはボルトにより冷凍機固定板８９に固定されている。これにより、ＧＭ冷凍機７０は、冷凍機支持体８０に支持される。

このモータ部７１の上部には、底板部材４４を貫通する第１の冷却部７３が配設されている。この第１の冷却部７３はモータ部７１と一体的に構成されており、第１のシリンダ部７４、第１のコールドヘッド７５、及びフランジ７６等により構成されている。

第１のシリンダ部７４は、第１のコールドヘッド７５とモータ部７１との間に配設されている。第１のシリンダ部７４には、図示していないシリンダが内設されている。シリンダは、モータ部７１に内設されているモータにより、図中上下方向に駆動され、これにより寒冷が発生する。

第１のコールドヘッド７５は、４０Ｋ程度の寒冷を発生させるものである。第１のコールドヘッド７５の外周部には、円盤形状のフランジ７６が配設されている。フランジ７６は、第１のコールドヘッド７５と熱的に接続されている。フランジ７６は、第１の可撓性高熱伝導部材７７を介して、第１の冷却ステージ４７と熱的に接続されている。

第１の可撓性高熱伝導部材７７は、第２の冷却部７８を囲繞するようフランジ７６と第１の冷却ステージ４７との間に複数設けられている。第１の可撓性高熱伝導部材７７は、可撓性を有すると共に、高熱伝導性を有しており、側面視した状態において、Ｓ字に湾曲したリボン状の部材である。第１の可撓性高熱伝導部材７７には、金箔、銀箔、銅箔、及びアルミ箔からなる群のうち少なくとも一種を重ね合わせたものを用いることができる。

このように、フランジ７６と第１の冷却ステージ４７との間に、可撓性を有すると共に、第２の冷却部７８を囲繞するよう高熱伝導性を有する第１の可撓性高熱伝導部材７７を複数設け、第１の冷却部７３と第１の冷却ステージ４７との間を熱的に接続することにより、第１の冷却ステージ４７及び第１の輻射シールド４６の冷却を効率良く行うと共に、ＧＭ冷凍機７０から発生した振動が第１の冷却ステージ４７及び第１の輻射シールド４６に伝わることを抑制することができる。これにより、ＧＭ冷凍機７０から発生した振動が検出器６８に伝わることを抑制できる。

第２の冷却部７８は、第１の冷却ステージ４７を貫通して図中上方に延出している。この第２の冷却部７８は、第１の冷却部７３と一体的に構成されており、超電導マグネットコイル５４及び磁性体ソルトピル５８と熱的に接続されている。第２の冷却部７８は、大略すると第２のシリンダ部７９と、第２のコールドヘッド８１と、フランジ８２とを有した構成とされている。

第２のシリンダ部７９は、第２のコールドヘッド８１と第１のコールドヘッド７５との間に配設されている。第２のシリンダ部７９には、図示していないシリンダが内設されており、このシリンダが前記のモータにより図中上下方向に駆動されることにより寒冷が発生する。

第２のコールドヘッド８１は、４Ｋ程度の寒冷を発生させる部分である。第２のコールドヘッド８１の上部には、第２のコールドヘッド８１と熱的に接続されたフランジ８２が配設されている。このフランジ８２は円盤形状に構成されており、第２の可撓性高熱伝導部材８４を介して第２の冷却ステージ５０と熱的に接続されると共に、第３の可撓性高熱伝導部材１０５を介して低熱抵抗フランジ１０６と熱的に接続されている。

第２の可撓性高熱伝導部材８４は、第２の冷却部７８を囲繞するようフランジ８２と第２の冷却ステージ５０との間に複数設けられている。第３の可撓性高熱伝導部材１０５は、低熱抵抗フランジ１０６の下端を囲繞するようにフランジ８２と低熱抵抗フランジ１０６との間に複数設けられている。第３の可撓性高熱伝導部材１０５は、第２の可撓性高熱伝導部材８４の内側に配設されるものであるため、その形状は第２の可撓性高熱伝導部材８４より小さい形状とされている。

この第２及び第３の可撓性高熱伝導部材８４，１０５は、可撓性を有すると共に高熱伝導性を有しており、側面視した状態において共にＳ字に湾曲したリボン状の部材である。第２及び第３の可撓性高熱伝導部材８４，１０５には、金箔、銀箔、銅箔、及びアルミ箔からなる群のうち少なくとも一種を重ね合わせたものを用いることができる。

このように、フランジ８２と第２の冷却ステージ５０との間、及びフランジ８２と低熱抵抗フランジ１０６との間に、可撓性を有すると共に高熱伝導性を有する第２及び第３の可撓性高熱伝導部材８４，１０５を複数設けることにより、第２の冷却ステージ５０及び低熱抵抗フランジ１０６の冷却を効率良く行うと共に、ＧＭ冷凍機７０から発生した振動が第２の冷却ステージ５０及び第２の輻射シールド４９に伝わることを抑制することができる。これにより、ＧＭ冷凍機７０から発生した振動が検出器６８に伝わることを抑制できる。

ここで、第２の冷却部７８（ＧＭ冷凍機７０）からの熱の伝達経路について考察する。前記したように、ＧＭ冷凍機７０は超電導マグネットコイル５４及び磁性体ソルトピル５８を冷却する。

この際、第２の冷却部７８（ＧＭ冷凍機７０）と磁性体ソルトピル５８は、第３の可撓性高熱伝導部材１０５,低熱抵抗フランジ１０６，熱スイッチ６５を介して熱的に接続されている（以下、この伝熱経路を第１の伝熱経路という）。これに対し、第２の冷却部７８（ＧＭ冷凍機７０）と超電導マグネットコイル５４は、第２の可撓性高熱伝導部材８４，第２の冷却ステージ５０，熱伝導支持部材５６を介して熱的に接続された構成とされている（以下、この伝熱経路を第２の伝熱経路という）。尚、この各伝熱経路を構成する部材が、請求項に記載の伝熱手段に相当する。

本実施例では、第２の冷却ステージ５０と低熱抵抗フランジ１０６との間に断熱部材１１２に設けられることにより、第１の伝熱経路と第２の伝熱経路とは熱的に独立された構成とされている。また、第１の伝熱経路を構成する第３の可撓性高熱伝導部材１０５及び低熱抵抗フランジ１０６の熱抵抗は、第２の伝熱経路を構成する第２の可撓性高熱伝導部材８４及び第２の冷却ステージ５０の熱抵抗よりも小さく設定されている。

このように、本実施例に係る冷却装置４０Ａは、第１の伝熱経路と第２の伝熱経路が熱的に独立した構成としているため、各伝熱経路毎に異なった冷却処理を行うことが可能となる。更に、第１の伝熱経路の熱抵抗と第２の伝熱経路の熱抵抗を異ならせたことにより、各伝熱経路毎に異なった温度の冷却を行うことができる。この際、冷却温度は各伝熱経路の熱抵抗値に相関するため、各伝熱経路の熱抵抗値を適宜選定することにより、この熱抵抗値に応じて冷却温度を制御することも可能である。

従って、本実施例に係る冷却装置４０Ａでは、一つのＧＭ冷凍機７０により、超電導マグネットコイル５４と磁性体ソルトピル５８を異なった温度に冷却することが可能となる。具体的には、断熱消磁運転を行うことにより磁性体ソルトピル５８を０．０５Ｋの超低温に冷却しつつ、超電導マグネットコイル５４を約６Ｋ程度に冷却することができる。また、前記のように第２の冷却ステージ５０と低熱抵抗フランジ１０６は断熱部材１１２により熱的に分離されているため、超電導マグネットコイル５４の熱が磁性体ソルトピル５８に熱伝導するようなことはない。更に、低熱抵抗フランジ１０６と磁性体ソルトピル５８との間には熱スイッチ６５が設けられているため、第２の冷却部７８（ＧＭ冷凍機７０）と磁性体ソルトピル５８との間の冷却は、熱スイッチ６５をＯＮ／ＯＦＦすることにより適宜に制御される。

よって、冷却装置４０Ａ内に必要とする冷却温度の異なる複数の被冷却物（超電導マグネットコイル５４と磁性体ソルトピル５８）を設けても、ＧＭ冷凍機７０から超電導マグネットコイル５４及び磁性体ソルトピル５８にいたる伝熱経路を独立させることにより、複数の被冷却物の相互間において悪影響を及ぼしあうことを防止でき、効率の高い冷却処理を行うことができる。

図７は、上記した冷却装置４０Ａの変形例を示している。上記した実施例では、断熱消磁運転を行うことにより磁性体ソルトピル５８を被冷却物とした冷却装置４０Ａについて説明したが、本発明の適用はこれに限定されるもものではない。

本変形例に係る冷却装置４０Ｂでは、被冷却物を磁性体ソルトピル５８に代えて、物性測定等の試験を行う試料１１０としたものである。この物性試験は、試料１１０を低温にしつつ磁場を印加した場合の物性を測定するものである。また、本変形例においても、熱スイッチ６５を設けている。このため、熱スイッチ６５により第２の冷却部７８と試料１１０との間の熱伝導（冷却）を制御することができ、物性測定の自由度を高めることができる。

尚、本変形例以外の被冷却物に対して本願発明を適用することも可能である。更に、上記した実施例では、被冷却物がふたつ（超電導マグネットコイル５４及び磁性体ソルトピル５８）であったため、ＧＭ冷凍機７０から被冷却物の伝熱経路も二つである例を示したが、伝熱経路も二つに限定されるものではなく、被冷却物の数、冷凍機の数等に応じて適宜数の伝熱経路を設定することも可能である。

図１は、本発明の一実施例である冷却装置の全体を示す断面図である。 図２は、本発明の一実施例である冷却装置の磁性体ソルトピルの近傍を拡大して示す図である。 図３は、図１に示した冷却装置の領域Ａに対応した部分の拡大図である。 図４は、真空容器支持体の側面図である。 図５は、真空容器支持体の平面図である。 図６は、図１に破線で囲って示した領域Ｂに対応した部分の断面斜視図である。 図７は、図１に示した冷却装置の変形例である冷却装置の断面図である。 図８は、従来の一例である冷却装置を示す概略構成図である。

符号の説明

４０Ａ，４０Ｂ 冷却装置
４１ 真空容器
５２，５４ 超電導マグネットコイル
４２ 真空容器本体
４３ 天板
４４ 底板部材
４６ 第１の輻射シールド
４７ 第１の冷却ステージ
４９ 第２の輻射シールド
５０ 第２の冷却ステージ
５６ 熱伝導支持部材
５８ 磁性体ソルトピル
６０ 断熱消磁冷凍機
６５ 熱スイッチ
６６ 熱リンク
７０ ＧＭ冷凍機
７３ 第１の冷却部
７４ 第１のシリンダ部
７５ 第１のコールドヘッド
７７，８４，１０５ 可撓性高熱伝導部材
７８ 第２の冷却部
７９ 第２のシリンダ部
８１ 第２のコールドヘッド
８８ 真空ベローズ
１０６ 低熱抵抗フランジ
１１０ 試料
１１２ 断熱部材

Claims (6)

1. 被冷却物を冷却する冷凍機と、
   前記被冷却物と前記冷凍機とを熱的に接続する伝熱手段とを有する冷却装置において、
   前記伝熱手段を、熱的に独立した複数の伝熱経路により構成したことを特徴とする冷却装置。
2. 請求項１記載の冷却装置において、
   前記複数の伝熱経路の少なくとも一つに熱スイッチを配設したことを特徴とする冷却装置。
3. 請求項１記載の冷却装置において、
   前記複数の伝熱経路の各熱抵抗を異ならせたことを特徴とする冷却装置。
4. 真空容器と、
   該真空容器に内設された超電導マグネットコイルと、
   該超電導マグネットコイルにより磁界印加される被冷却物と、
   寒冷を生成する冷凍機と、
   前記被冷却物と前記冷凍機とを熱的に接続する第１の伝熱経路と、
   前記超電導マグネットコイルと前記冷凍機とを熱的に接続する第２の伝熱経路とを有しており、
   前記第１の伝熱経路と第２の伝熱経路とを熱的に独立した構成としたことを特徴とする冷却装置。
5. 請求項４記載の冷却装置において、
   前記第１の伝熱経路に熱スイッチを設けたことを特徴とする冷却装置。
6. 請求項４記載の冷却装置において、
   前記第１の伝熱経路の熱抵抗と、第２の伝熱経路の熱抵抗を異ならせたことを特徴とする冷却装置。