JP2000146333A - 極低温冷凍機のオーバーホール装置およびオーバーホ−ル方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 極低温状態を維持したままでの部品の交換を
可能にする。 【解決手段】 交換用冷凍機４１は、オーバーホールの
対象となる極低温冷凍機２２と全く同じ構造および寸法
を有して、駆動部４２をグローブボックス２３内に挿入
させて取り付けられる。交換用冷凍機４１のシリンダ部
４４は、容器４５内の液体窒素４６で２０Ｋ〜３０Ｋに
予冷される。こうして、交換用冷凍機４１内の交換用の
部品を、予め極低温状態にある極低温冷凍機２２の交換
対象の部品と同程度に冷熱収縮させておくことによっ
て、極低温状態を維持したままでの交換時のクリアラン
スの問題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、極低温状態を維
持したまま極低温冷凍機の部品交換を行うことができる
極低温冷凍機のオーバーホール装置およびオーバーホー
ル方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、医療用器機や各種試験装置等
に使用される超電導マグネットの冷却用に極低温冷凍機
が使用されている。この極低温冷凍機としては、通常、
ヘリウム等の低温液化ガスを断熱膨張させるギフォード
マクマホン型の冷凍機が使用される。

【０００３】ところで、上記超電導マグネットを用いた
医療用機器や試験装置を使用している際に、上記超電導
マグネットを冷却している極低温冷凍機に対してオーバ
ーホールが必要になる場合がある。その場合、上記医療
用機器や試験装置から極低温冷凍機を取り外してオーバ
ーホールを行うと、極低温に冷却されている超電導マグ
ネットが昇温されてしまうために、上記医療用機器や試
験装置を再起動する場合に、超電導マグネットの再冷却
に時間が掛かってしまう。したがって、極低温冷凍機を
外さずに、上記医療用機器や試験装置を極低温状態に保
ったまま極低温冷凍機のメンテナンスを行う方法が提案
されている(特公平７−８４９６０号公報)。

【０００４】この極低温冷凍装置のメンテナンス作業用
装置は、図７に示すように、クライオスタット１内を極
低温状態に維持する極低温冷凍機２に対してメンテナン
スを行う場合には、クライオスタット１外に突出してい
る極低温冷凍機２の駆動部４を覆うように、フランジ５
にグローブボックス３を取り付けて気密状態を得る。
尚、６はヘリウム槽、７は第１輻射シールド、８は第２
輻射シールドである。そして、グローブボックス３内を
真空ポンプ９によって真空引きを行って空気や水分等を
除去した後、ガス供給管１０からヘリウムガスを導入し
て高純度のヘリウムガスで満たす。こうして、不純物の
ほとんど無い雰囲気中でグローブ１１によって極低温冷
凍機２のメンテナンス作業を行うのである。

【０００５】ところで、上述のような極低温冷凍機２に
対する部品の交換を行う場合には、図８に示すような収
納容器１６を使用する。すなわち、収納容器１６に交換
用の部品と工具を収納して蓋１７で密閉する。そして、
ガス供給管１８に介設された開閉弁１９を開放して、気
密室２０内の空気を低温液化ガスで置換する。こうし
て、空気が除去された収納容器１６をグローブボックス
３内に搬入することによって、グローブボックス３内の
雰囲気を汚染することなく部品の交換作業を行うのであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の極低温冷凍装置のメンテナンス作業用装置によって
ディスプレーサの交換を行う場合には以下のような問題
がある。すなわち、クライオスタット１外に突出してい
る極低温冷凍機２の駆動部４をグローブボックス３で覆
って高純度のヘリウムガスで満たされた密閉空間を得、
さらに内部が低温液化ガスで置換された収納容器１６で
交換用のディスプレーサと工具を持ち込むことによっ
て、極低温冷凍機を外さずに、然もグローブボックス３
内の雰囲気を汚染することなくディスプレーサの交換作
業を行うことはできる。ところが、交換の対象となる極
低温冷凍機２の１段目の第１シリンダ１２および２段目
の第２シリンダ１３と、交換用の第１ディスプレーサ
(第１シリンダ１２に収納されるディスプレーサ)および
第２ディスプレーサ(第２シリンダ１３に収納されるデ
ィスプレーサ)とのクリアランスが不適当であるという
別の問題が発生する。

【０００７】すなわち、上記極低温冷凍機２は、メンテ
ナンス時においては、上記第２輻射シールド８が取り付
けられている第２シリンダ１３のヒートステーション１
４は２０Ｋ〜３０Ｋ、第１輻射シールド７が取り付けら
れている第１シリンダ１２のヒートステーション１５は
１００Ｋ程度の温度環境下にある。したがって、例え
ば、第２シリンダ１３の入口内径は、約０.３％以上収
縮している。

【０００８】ところが、上記収納容器１６に入れて持ち
込まれる交換用の第２ディスプレーサは常温である。し
たがって、常温状態において第２シリンダ１３とのクリ
アランスが最適になるように外径が設定された交換用の
第２ディスプレーサをグローブボックス３内で極低温状
態の第２シリンダ１３内に挿入しようとすると、第２シ
リンダ１３の入口内径は約０.３％以上収縮しているた
めに挿入できない。そこで、常温状態における第２ディ
スプレーサの外径を約０.３％以上の冷熱収縮分だけ小
さく形成することによって、第２ディスプレーサの交換
を可能にしている。

【０００９】ところが、上述のようにして交換された第
２ディスプレーサは、運転時にその外径が約０.３％以
上収縮することになる。これに対して、第２シリンダ１
３は既に極低温状態に在って約０.３％以上収縮してい
る。したがって、極低温冷凍機２の運転が再開される
と、第２シリンダ１３と第２ディスプレーサとの間はク
リアランスシールによるシール限界を越えてしまうこと
になる。また、上記クリアランスシールを、交換用の第
２ディスプレーサの冷熱収縮を考慮して予め大きく形成
しても装着不可能である。

【００１０】すなわち、上記従来の極低温冷凍装置のメ
ンテナンス作業用装置では、極低温状態を維持したまま
極低温冷凍機のディスプレーサを交換することはできな
いのである。尚、上述のような冷熱収縮に伴うクリアラ
ンスの問題は、上記ディスプレーサに限らずクリアラン
スシール等の所定の隙間を有して組み立てられる総ての
部品に共通する問題である。

【００１１】そこで、この発明の目的は、極低温状態を
維持したまま部品の交換が可能な極低温冷凍機のオーバ
ーホール装置およびオーバーホール方法を提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明の極低温冷凍機のオーバーホー
ル装置は、シリンダ部と駆動部とを有する極低温冷凍機
と、上記極低温冷凍機が,そのシリンダ部を挿入して取
り付けられたクライオスタットと、上記駆動部を外気と
接触しないように包み込むと共に,グローブが設けられ
たグローブボックスと、上記極低温冷凍機と全く同じ構
造および寸法を有すると共に,シリンダ部を上記グロー
ブボックスの外に露出させる一方,駆動部を上記グロー
ブボックス内に没入させて,上記グローブボックスに取
り付けられた交換用冷凍機と、上記交換用冷凍機のシリ
ンダ部を予冷する予冷手段を備えたことを特徴としてい
る。

【００１３】上記構成によれば、グローブボックスに取
り付けられた交換用冷凍機が、予冷手段によって、クラ
イオスタットに取り付けられて極低温状態を維持してい
る極低温冷凍機の温度と略同一温度に予冷される。した
がって、オーバーホール時の上記極低温冷凍機における
各部品の冷熱収縮率と上記交換用冷凍機における同一部
品の冷熱収縮率とは略同一となっている。

【００１４】その結果、上記グローブボックスのグロー
ブを用いて、例えば上記極低温冷凍機の不良第２ディス
プレーサと上記交換用冷凍機の第２ディスプレーサとを
交換する場合には、上記極低温冷凍機の第２シリンダと
交換用の第２ディスプレーサとのクリアランスは最適に
なっており、極低温状態を維持したまま作業性良く交換
される。しかも、オーバーホール後の上記極低温冷凍機
の運転時には、第２シリンダと第２ディスプレーサとは
殆ど収縮することが無く、両者のクリアランスが最適状
態に維持される。

【００１５】また、請求項２に係る発明は、請求項１に
係る発明の極低温冷凍機のオーバーホール装置におい
て、上記予冷手段は、上記交換用冷凍機のシリンダ部が
浸漬される極低温液体であることを特徴としている。

【００１６】上記構成によれば、液体窒素等の極低温液
体に上記交換用冷凍機のシリンダ部が浸漬される簡便な
方法で、上記交換用冷凍機が予冷される。

【００１７】また、請求項３に係る発明は、請求項１に
係る発明の極低温冷凍機のオーバーホール装置におい
て、上記予冷手段は、上記交換用冷凍機のシリンダ部を
外気と接触しないように包み込む密閉容器と、上記密閉
容器に取り付けられて上記交換用冷凍機のシリンダ部を
予冷する予冷用冷凍機で構成されていることを特徴とし
ている。

【００１８】上記構成によれば、上記交換用冷凍機のシ
リンダ部を包み込む密閉容器に取り付けられた予冷用冷
凍機によって、上記交換用冷凍機が所望の温度に精度良
く予冷される。

【００１９】また、請求項４に係る発明は、請求項１に
係る発明の極低温冷凍機のオーバーホール装置におい
て、上記予冷手段は、上記交換用冷凍機のシリンダ部を
外気と接触しないように包み込む密閉容器と、上記交換
用冷凍機を駆動して上記交換用冷凍機自身で上記予冷を
行わせる交換用冷凍機駆動手段であることを特徴として
いる。

【００２０】上記構成によれば、上記交換用冷凍機のシ
リンダ部を予冷するための特別な付加手段を必要とはせ
ず、ごく簡単に然も精度良く、上記交換用冷凍機が予冷
される。尚、上記交換用冷凍機駆動手段を上記極低温冷
凍機の駆動手段と兼用させることによって、上記交換用
冷凍機の予冷コストが低減される。

【００２１】また、請求項５に係る発明の極低温冷凍機
のオーバーホール装置は、シリンダ部と駆動部を有する
極低温冷凍機と、上記極低温冷凍機が,そのシリンダ部
を挿入して取り付けられたクライオスタットと、上記駆
動部を外気と接触しないように包み込むと共に,グロー
ブが設けられたグローブボックスと、上記極低温冷凍機
と全く同じ構造および寸法を有すると共に,シリンダ部
を上記グローブボックスの外に露出させる一方,駆動部
を上記グローブボックス内に没入させて,上記グローブ
ボックスに取り付けられた交換用冷凍機と、上記極低温
冷凍機のシリンダ内に挿入されて,上記シリンダ内のみ
を局部的に加熱する加熱体を備えたことを特徴としてい
る。

【００２２】上記構成によれば、グローブボックスのグ
ローブを用いて、加熱体が、クライオスタットに取り付
けられて極低温状態を維持している極低温冷凍機のシリ
ンダ部内に挿入される。こうして、上記極低温冷凍機の
シリンダ内のみが局所的に交換用冷凍機と同じ常温に加
熱される。したがって、オーバーホール時における上記
極低温冷凍機における各部品の収縮率と上記交換用冷凍
機における同一部品の収縮率とは略同一となっている。

【００２３】その結果、例えば上記極低温冷凍機の不良
第２ディスプレーサと上記交換用冷凍機の第２ディスプ
レーサとを交換する場合には、上記極低温冷凍機の第２
シリンダと交換用の第２ディスプレーサとのクリアラン
スは最適になっており、両者の交換が作業性良く行われ
る。その場合、上記極低温冷凍機が加熱されるのはシリ
ンダ内部のみであるから、極低温冷凍機全体としては極
低温状態を維持しており、極低温状態を維持したままで
のオーバーホールを可能にする。

【００２４】また、請求項６に係る発明の極低温冷凍機
のオーバーホール方法は、クライオスタットにシリンダ
部を挿入して取り付けられた極低温冷凍機の駆動部を,
グローブが設けられたグローブボックスで外気と接触し
ないように包み込み、上記グローブボックスに,上記極
低温冷凍機と全く同じ構造および寸法を有する交換用冷
凍機を,そのシリンダ部を上記グローブボックスの外に
露出させる一方,駆動部を上記グローブボックス内に没
入させて取り付け、上記交換用冷凍機のシリンダ部を予
冷し、上記極低温冷凍機の不良部品を上記予冷された交
換用冷凍機の該当部品と交換することを特徴としてい
る。

【００２５】上記構成によれば、上記交換用冷凍機が、
クライオスタットに取り付けられて極低温状態を維持し
ている極低温冷凍機のオーバーホール温度と略同一温度
に予冷される。したがって、オーバーホール時の上記極
低温冷凍機における各部品の冷熱収縮率と上記交換用冷
凍機における同一部品の冷熱収縮率とは略同一となって
いる。

【００２６】その結果、上記グローブボックスのグロー
ブを用いて、例えば上記極低温冷凍機の不良第２ディス
プレーサと上記交換用冷凍機の第２ディスプレーサとを
交換する場合には、上記極低温冷凍機の第２シリンダと
交換用の第２ディスプレーサとのクリアランスは最適に
なっており、極低温状態を維持したまま作業性良く両者
が交換される。しかも、オーバーホール後の上記極低温
冷凍機の運転時には、第２シリンダと第２ディスプレー
サとは殆ど収縮することが無く、両者のクリアランスが
最適状態に維持される。

【００２７】また、請求項７に係る発明は、請求項６に
係る発明の極低温冷凍機のオーバーホール方法におい
て、上記予冷は、グローブを用いて上記交換用冷凍機を
上記グローブボックス外に取り出し、このグローブボッ
クス外に取り出された交換用冷凍機を駆動することによ
って行うことを特徴としている。

【００２８】上記構成によれば、上記交換用冷凍機のシ
リンダ部を予冷するための特別な付加手段を必要とはし
ない。したがって、ごく安価な方法で上記交換用冷凍機
が予冷される。

【００２９】また、請求項８に係る発明の極低温冷凍機
のオーバーホール方法は、クライオスタットにシリンダ
部を挿入して取り付けられた極低温冷凍機の駆動部を,
グローブが設けられたグローブボックスで外気と接触し
ないように包み込み、上記グローブボックスに,上記極
低温冷凍機と全く同じ構造および寸法を有する交換用冷
凍機を,そのシリンダ部を上記グローブボックスの外に
露出させる一方,駆動部を上記グローブボックス内に没
入させて取り付け、上記極低温冷凍機のシリンダ部内の
みを局部的に加熱し、この局部的に加熱された極低温冷
凍機の不良部品を上記交換用冷凍機の該当部品と交換す
ることを特徴としている。

【００３０】上記構成によれば、上記極低温冷凍機のシ
リンダ内が、グローブボックス内において加熱体によっ
て局所的に常温に加熱される。したがって、オーバーホ
ール時の上記極低温冷凍機における各部品の収縮率と上
記交換用冷凍機における同一部品の収縮率とは略同一と
なっている。

【００３１】したがって、例えば上記極低温冷凍機の不
良第２ディスプレーサと上記交換用冷凍機の第２ディス
プレーサとを交換する場合には、上記極低温冷凍機の第
２シリンダと交換用の第２ディスプレーサとのクリアラ
ンスが最適になっており、両者の交換が作業性良く行わ
れる。その場合、上記極低温冷凍機が加熱されるのはシ
リンダ内部のみであるから、極低温冷凍機全体としては
極低温状態を維持したままオーバーホールされる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示の実施の形
態により詳細に説明する。 ＜第１実施の形態＞図１は、本実施の形態における極低
温冷凍機のオーバーホール装置の概念図である。図１に
おいて、２１はクライオスタット、２２はギフォードマ
クマホン型の極低温冷凍機、２３はグローブボックスで
ある。

【００３３】クライオスタット２１は、温度が約３００
Ｋに保たれる外壁２５内に、内側から順に、液体ヘリウ
ムが充填されたヘリウム槽２６、このヘリウム槽２６を
輻射シールする約２０Ｋの温度に保持された第１輻射シ
ール２７、液体窒素が封入されて約７０Ｋの温度に保持
された第２輻射シール２８が配置されている。また、外
壁２５には、極低温冷凍機２２が、第１シリンダ３０お
よび第２シリンダ３１を外壁２５内に挿入させてフラン
ジ２９によって取り付けられている。そして、第１シリ
ンダ３０の第１ヒートステーション３２には第２輻射シ
ール２８が取り付けられ、第２シリンダ３１の第２ヒー
トステーション３３には第１輻射シール２７が取り付け
られている。尚、図示してはいないが、ヘリウム層２６
内の液体ヘリウム中には超電導マグネットが浸漬されて
いる。

【００３４】上記グローブボックス２３は、極低温冷凍
機２２のオーバーホール時に、極低温冷凍機２２の駆動
部３４を包み込むようにクライオスタット２１の外壁２
５に取り付けられ、極低温冷凍機２２のフランジ２９,
グローブボックス２３および外壁２５の夫々の間はシー
ルされる。グローブボックス２３には、バルブ３５が介
設されると共に真空ポンプ３６に接続された真空引き配
管３７と、バルブ３８が介設されたヘリウム供給配管３
９が取り付けられている。

【００３５】本実施の形態においては、上記グローブボ
ックス２３には、交換用冷凍機４１が、駆動部４２をグ
ローブボックス２３内に挿入させてフランジ４３によっ
て取り付けられている。そして、交換用冷凍機４１のフ
ランジ４３とグローブボックス２３との間はシールされ
ている。この交換用冷凍機４１は、極低温冷凍機２２と
全く同じ寸法を有するギフォードマクマホン型の極低温
冷凍機である。

【００３６】上記構成の極低温冷凍機のオーバーホール
装置は、以下のように操作されて極低温冷凍機に対する
部品交換を行う。ここで、交換の対象となる部品は第２
ディスプレーサであるとする。先ず、グローブボックス
２３外に露出された交換用冷凍機４１のシリンダ部４４
を、容器４５内に満たされた液体窒素４６に浸漬させて
交換時の第２ディスプレーサの温度である２０Ｋ〜３０
Ｋの温度に予冷しておく。こうすることによって、上記
交換用冷凍機４１内の交換用の第２ディスプレーサの外
径を、予め０.３％程度冷熱収縮させておくのである。

【００３７】そして、次に、上記グローブボックス２３
内を真空ポンプ３６によって真空引きを行って空気や水
分等を除去する。そうした後、バルブ３８を開放してヘ
リウム供給配管３９からヘリウムガスを導入してグロー
ブボックス２３内を高純度のヘリウムガスで満たす。こ
うして、不純物の殆ど無い雰囲気が形成される。そし
て、グローブ４７によって、予冷されている交換用冷凍
機４１から目的とする第２ディスプレーサを取り出し、
極低温冷凍機２２の不良第２ディスプレーサと交換する
のである。

【００３８】その場合、互いに０.３％程度冷熱収縮さ
れている上記極低温冷凍機２２の第２シリンダ３１と交
換用の第２ディスプレーサとは適度なクリアランスを有
しており、生産ライン上での製品組み立て時と同様のク
リアランスで第２シリンダ３１内に交換用の第２ディス
プレーサを挿入できるのである。また、既に第２シリン
ダ３１と交換後の第２ディスプレーサとは極低温状態に
なっているために、運転状態における冷熱収縮は殆ど無
く、両者のクリアランスはクリアランスシールによるシ
ール限界内に収まることになる。

【００３９】上述のように、本実施の形態においては、
オーバーホールの対象となる極低温冷凍機２２と全く同
じ構成および寸法を有する交換用冷凍機４１を、その駆
動部４２をグローブボックス２３内に挿入させて取り付
ける。そして、グローブボックス２３外に露出された交
換用冷凍機４１のシリンダ部４４を、液体窒素４６で２
０Ｋ〜３０Ｋの温度に予冷している。したがって、交換
用冷凍機４１内の交換用の部品を、予め極低温状態にあ
る極低温冷凍機２２の交換対象の部品と同程度に冷熱収
縮させておくことができ、所定の隙間を有して組み立て
られる総ての部品に共通する極低温状態を維持したまま
でのオーバーホール時のクリアランスの問題を解決でき
るのである。

【００４０】したがって、本実施の形態によれば、交換
用の部品を製造する際に、極低温状態を維持したままで
の部品交換を実現するための寸法変更等の特別な措置を
施す必要がないのである。

【００４１】尚、本実施の形態においては、上記交換用
冷凍機４１のシリンダ部４４を液体窒素４６で予冷して
いるが、液体ヘリウムで予冷しても差し支えない。要
は、低温液化ガスを液化した極低温液体であればよい。

【００４２】＜第２実施の形態＞図２は、本実施の形態
における極低温冷凍機のオーバーホール装置の概念図で
あり、クライオスタット５１,極低温冷凍機５２,グロー
ブボックス５３,真空ポンプ５４,真空引き配管５５,ヘ
リウム供給配管５６および交換用冷凍機５７は、図１に
示す第１実施の形態におけるクライオスタット２１,極
低温冷凍機２２,グローブボックス２３,真空ポンプ３
６,真空引き配管３７,ヘリウム供給配管３９および交換
用冷凍機４１と同じ構成を有して、同様に機能する。

【００４３】本実施の形態においては、上記グローブボ
ックス５３には、交換用冷凍機５７のシリンダ部５８を
包み込むように真空容器５９が取り付けられ、交換用冷
凍機５７のフランジ６０および真空容器５９の間はシー
ルされる。また、真空容器５９には、予冷用冷凍機６１
が、駆動部６２をグローブボックス５３および真空容器
５９の外に露出させる一方、シリンダ部６３を真空容器
５９内に挿入させてフランジ６４によって取り付けられ
ている。そして、予冷用冷凍機６１のフランジ６４と真
空容器５９との間はシールされている。この予冷用冷凍
機６１は特に限定されるものではないが、本実施の形態
においては、ギフォードマクマホン型の極低温冷凍機で
あるとして説明する。

【００４４】上記真空容器５９内に挿入されている交換
用冷凍機５７の第１ヒートステーション６５と予冷用冷
凍機６１の第１ヒートステーション６６とが、伝熱部材
６７で接続されている。同様に、交換用冷凍機５７の第
２ヒートステーション６８と予冷用冷凍機６１の第２ヒ
ートステーション６９とが、伝熱部材７０で接続されて
いる。こうして、両冷凍機５７,６１のヒートステーシ
ョン同士が同じ温度になるようにするのである。

【００４５】上記構成の極低温冷凍機のオーバーホール
装置は、以下のように操作されて極低温冷凍機に対する
部品交換を行う。先ず、圧縮機７１を駆動して予冷用冷
凍機６１を起動させ、第１ヒートステーション６６の温
度が極低温冷凍機５２の第１ヒートステーション７２の
オーバーホール時の温度(１００Ｋ)になり、第２ヒート
ステーション６９の温度が極低温冷凍機５２の第２ヒー
トステーション７３のオーバーホール時の温度(２０Ｋ
〜３０Ｋ)になるようにする。そうすると、予冷用冷凍
機６１の両ヒートステーション６６,６９と交換用冷凍
機５７の両ヒートステーション６５,６８とは同じ温度
になるようになっているため、交換用冷凍機５７の両ヒ
ートステーション６５,６８の温度は、極低温冷凍機５
２の両ヒートステーション７２,７３の温度と略同じに
なる。こうして、予冷用冷凍機６１で交換用冷凍機５７
を予冷することによって、交換用冷凍機５７内における
交換用の第２ディスプレーサの外径を、予め０.３％程
度冷熱収縮させておくのである。

【００４６】以後、上記真空ポンプ５４およびヘリウム
供給配管５６を機能させてグローブボックス５３内を高
純度のヘリウムガスで満たし、不純物の殆ど無い雰囲気
中において、予冷されている交換用冷凍機５７の交換用
部品である第２ディスプレーサをグローブ７４を使って
取り出し、極低温冷凍機５２の不良第２ディスプレーサ
と交換するのである。

【００４７】その場合、互いに０.３％程度冷熱収縮さ
れている上記極低温冷凍機５２の第２シリンダ７５と交
換用の第２ディスプレーサとは適度なクリアランスを有
しており、第２シリンダ７５内に交換用の第２ディスプ
レーサを容易に挿入できると共に、運転状態における両
者のクリアランスはクリアランスシールによるシール限
界内に収まるのである。

【００４８】上述のように、本実施の形態においては、
オーバーホールの対象となる極低温冷凍機５２と全く同
じ構成および寸法を有する交換用冷凍機５７を、その駆
動部をグローブボックス５３内に挿入させて取り付け
る。そして、グローブボックス５３外に露出された交換
用冷凍機５７のシリンダ部５８を包み込むように真空容
器５９を取り付け、この真空容器５９内にシリンダ部６
３を挿入させて予冷用冷凍機６１取り付ける。そして、
両冷凍機５７,６１の両第１ヒートステーション６５,６
６と両第２ヒートステーション６８,６９とを伝熱部材
６７,７０で接続している。したがって、交換用冷凍機
５７内の交換用の部品を、予め極低温状態にある極低温
冷凍機５２の交換対象の部品と同程度に冷熱収縮させて
おくことができ、所定の隙間を有して組み立てられる総
ての部品に共通する極低温状態を維持したままでの交換
時のクリアランスの問題を解決できるのである。

【００４９】尚、本実施の形態においては、上記予冷用
冷凍機６１としてギフォードマクマホン型の極低温冷凍
機を使用しているが、この発明はこれに限定されるもの
ではない。要は、極低温冷凍機５２の両ヒートステーシ
ョン７２,７３の温度と略同じ温度を得ることができる
冷凍機であればよいのである。また、交換用冷凍機５７
の両ヒートステーション６５,６８の夫々を、異なる冷
凍機で伝熱部材６７,７０を介して冷却しても差し支え
ない。

【００５０】＜第３実施の形態＞図３は、本実施の形態
における極低温冷凍機のオーバーホール装置の概念図で
あり、クライオスタット８１,極低温冷凍機８２,グロー
ブボックス８３,真空ポンプ８４,真空引き配管８５,ヘ
リウム供給配管８６および交換用冷凍機８７は、図１に
示す第１実施の形態におけるクライオスタット２１,極
低温冷凍機２２,グローブボックス２３,真空ポンプ３
６,真空引き配管３７,ヘリウム供給配管３９および交換
用冷凍機４１と同じ構成を有して、同様に機能する。

【００５１】本実施の形態においては、上記グローブボ
ックス８３には、交換用冷凍機８７のシリンダ部８８を
包み込むように真空容器８９が取り付けられ、グローブ
ボックス８３と真空容器８９の間はシールされる。ここ
で、本実施の形態における交換用冷凍機８７は、グロー
ブボックス８３および真空容器８９に対して着脱可能に
なっている。

【００５２】上記構成の極低温冷凍機のオーバーホール
装置は、以下のように操作されて極低温冷凍機に対する
部品交換を行う。先ず、従来の技術で述べた収納容器お
よびグローブ９５を用いて交換用冷凍機８７をグローブ
ボックス８３から取り出し、図３(b)に示すように圧縮
機９０から圧縮ヘリウムガスを供給し駆動して予冷させ
る。そして、第１ヒートステーション９１の温度が極低
温冷凍機８２の第１ヒートステーション９３のオーバー
ホール時の温度になり、第２ヒートステーション９２の
温度が極低温冷凍機８２の第２ヒートステーション９４
のオーバーホール時の温度になるようにする。そうした
のち、交換用冷凍機８７を圧縮機９０から分離し、上記
収納容器を用いてグローブボックス８３内に搬入する。
そして、グローブ９５を用いて、図３(a)に示すように
シリンダ部８８を真空容器８９内に挿入させてグローブ
ボックス８３に取り付けるのである。こうして、予め予
冷された交換用冷凍機８７のシリンダ部８８を真空雰囲
気中に設置しておくことによって、予め０.３％程度冷
熱収縮された交換用の第１,第２ディスプレーサの外径
の変化を防止するのである。

【００５３】以後は、上記各実施の形態と同様にして、
交換用冷凍機８７の交換用第２ディスプレーサを極低温
冷凍機８２の不良第２ディスプレーサと交換するのであ
る。

【００５４】＜第４実施の形態＞図４は、本実施の形態
における極低温冷凍機のオーバーホール装置の概念図で
あり、クライオスタット１０１,極低温冷凍機１０２,グ
ローブボックス１０３,真空ポンプ１０４,真空引き配管
１０５,ヘリウム供給配管１０６,交換用冷凍機１０７お
よび真空容器１０８は、図３に示す第３実施の形態にお
けるクライオスタット８１,極低温冷凍機８２,グローブ
ボックス８３,真空ポンプ８４,真空引き配管８５,ヘリ
ウム供給配管８６,交換用冷凍機８７および真空容器８
９と同じ構成を有して、同様に機能する。

【００５５】本実施の形態においては、上記交換用冷凍
機１０７には圧縮機１０９が接続されている。そして、
交換用冷凍機１０７をグローブボックス１０３から取り
出さずに、グローブボックス１０３に取り付けた状態で
直接予冷するのである。こうすることによって、第３実
施の形態における交換用冷凍機１０７の取り外し,搬出,
搬入,取り付けの煩わしさを無くすことができるのであ
る。

【００５６】尚、上記圧縮機１０９等を極低温冷凍機１
０２の圧縮機等と兼用させることによって、交換用冷凍
機１０７の予冷コストを非常に低減できる。

【００５７】＜第５実施の形態＞図５は、本実施の形態
における極低温冷凍機のオーバーホール装置の概念図で
あり、クライオスタット１１１,極低温冷凍機１１２,グ
ローブボックス１１３,真空ポンプ１１４,真空引き配管
１１５,ヘリウム供給配管１１６および交換用冷凍機１
１７は、図１に示す第１実施の形態におけるクライオス
タット２１,極低温冷凍機２２,グローブボックス２３,
真空ポンプ３６,真空引き配管３７,ヘリウム供給配管３
９および交換用冷凍機４１と同じ構成を有して、同様に
機能する。

【００５８】本実施の形態においては、極低温冷凍機１
１２の第１シリンダ１１８と第２シリンダ１１９内にそ
のまま収納可能なような２つの外径を有する加熱棒１２
０を使用する。この加熱棒１２０は、従来の技術で述べ
た収納容器等を用いてグローブボックス１１３内に予め
搬入されている。

【００５９】図６は、上記加熱棒１２０の断面図であ
る。この加熱棒１２０は、交換の対象となる極低温冷凍
機１１２の第１シリンダ１１８および第２シリンダ１１
９内に挿入される本体１２１を有する。そして、この本
体１２１内には、加熱ヒータ１２２が設けられている。

【００６０】上記構成の極低温冷凍機のオーバーホール
装置は、以下のように操作されて極低温冷凍機に対する
部品交換を行う。先ず、真空ポンプ１１４およびヘリウ
ム供給配管１１６を機能させてグローブボックス１１３
内を高純度のヘリウムガスで満たす。次に、グローブ１
２３を用いて、極低温冷凍機１１２のシリンダ部１２４
から駆動部１２５を取り外して、第１シリンダ１１８お
よび第２シリンダ１１９をヘリウムガス雰囲気中に開放
する。そして、ブローブ１２３を用いて、第１シリンダ
１１８および第２シリンダ１１９内に、予め加熱ヒータ
１２２に通電された加熱棒１２０の本体１２１を挿入す
るのである。こうして、交換の対象となる第２ディスプ
レーサに対応する第２シリンダ１１９を含むシリンダ部
のみを局部的に常温に加熱するのである。

【００６１】こうして、極低温状態にあって０.３％程
度冷熱収縮していた上記極低温冷凍機１１２の第２シリ
ンダ１１９を加熱によって０.３％程度膨張させておく
ことによって、常温状態下で生産ライン上での製品組み
立て時と同様のクリアランスで第２シリンダ１１９内に
交換用の第２ディスプレーサを挿入できるのである。し
たがって、本実施の形態によれば、上記交換用冷凍機１
１７を予冷する必要がなく、第１実施の形態における予
冷用の液体窒素４６や容器４５、第２実施の形態におけ
る真空容器５９,予冷用冷凍機６１および伝熱用部材６
７,７０を無くして低コスト化できる。また、上記総て
の実施の形態のごとく交換用冷凍機４１,５７,８７,１
０７を予冷する必要がなく、部品交換の手順を簡単にで
きるのである。

【００６２】

【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１に係
る発明の極低温冷凍機のオーバーホール装置は、クライ
オスタットにシリンダ部を挿入して取り付けられた極低
温冷凍機の駆動部を外気と接触しないようにグローブボ
ックスで包み込み、上記極低温冷凍機と全く同じ構造お
よび寸法を有する予冷用冷凍機のシリンダ部を上記グロ
ーブボックス外に露出させて取り付け、上記交換用冷凍
機のシリンダ部を予冷手段で予冷するので、上記交換用
冷凍機を、極低温状態にある極低温冷凍機のオーバーホ
ール温度と略同一温度に予冷できる。したがって、オー
バーホール時の上記極低温冷凍機における各部品の冷熱
収縮率と上記交換用冷凍機における同一部品の冷熱収縮
率とを略同一にできる。

【００６３】すなわち、この発明によれば、例えば上記
極低温冷凍機の不良第２ディスプレーサと上記交換用冷
凍機の第２ディスプレーサとを交換する場合に、上記極
低温冷凍機の第２シリンダと交換用の第２ディスプレー
サとのクリアランスを最適クリアランスに設定できる。
したがって、極低温状態を維持したまま極低温冷凍機の
部品を作業性良く交換できるのである。さらに、上記極
低温冷凍機はオーバーホール時に極低温状態にあるの
で、運転を再開しても、第２シリンダと第２ディスプレ
ーサとは殆ど収縮することはない。したがって、運転時
における両者のクリアランスを最適状態に維持できる。

【００６４】また、請求項２に係る発明の極低温冷凍機
のオーバーホール装置は、上記交換用冷凍機のシリンダ
部を低温液体で予冷するので、上記交換用冷凍機を簡便
な方法で予冷できる。

【００６５】また、請求項３に係る発明の極低温冷凍機
のオーバーホール装置は、上記交換用冷凍機のシリンダ
部を密閉容器で包み込んで予冷用冷凍機で予冷するの
で、上記交換用冷凍機を所望の温度に精度良く予冷でき
る。したがって、この発明によれば、容易に且つ精度良
く、不良部品と交換用部品との冷熱収縮率を略同一にし
て両交換部品間の最適クリアランスを設定できる。

【００６６】また、請求項４に係る発明の極低温冷凍機
のオーバーホール装置は、上記交換用冷凍機のシリンダ
部を密閉容器で包み込み、上記交換用冷凍機を駆動する
ことによって上記交換用冷凍機自身を予冷するので、上
記予冷のための特別な装置を必要とはせず、ごく簡単に
且つ精度良く上記交換用冷凍機を予冷できる。尚、上記
交換用冷凍機駆動手段を上記極低温冷凍機の駆動手段と
兼用すれば、上記交換用冷凍機の予冷コストを大幅に低
減できる。

【００６７】また、請求項５に係る発明の極低温冷凍機
のオーバーホール装置は、クライオスタットにシリンダ
部を挿入して取り付けられた極低温冷凍機の駆動部を外
気と接触しないようにグローブボックスで包み込み、上
記極低温冷凍機と全く同じ構造および寸法を有する予冷
用冷凍機のシリンダ部を上記グローブボックス外に露出
させて取り付け、上記極低温冷凍機のシリンダ内のみを
加熱体で局部的に加熱するので、上記極低温冷凍機のシ
リンダ内のみを、局部的に、常温にある交換用冷凍機と
略同一温度にできる。したがって、オーバーホール時の
上記極低温冷凍機における各部品の冷熱収縮率と上記交
換用冷凍機における同一部品の冷熱収縮率とを略同一に
できる。

【００６８】すなわち、この発明によれば、上記極低温
冷凍機の不良第２ディスプレーサと上記交換用冷凍機の
第２ディスプレーサとを交換する場合に、上記極低温冷
凍機の第２シリンダと交換用の第２ディスプレーサとの
クリアランスを最適クリアランスに設定できる。したが
って、極低温状態を維持したまま極低温冷凍機の部品を
作業性良く交換できるのである。さらに、上記交換用冷
凍機を予冷する必要がなく、オーバーホール作業を単純
化できる。その場合、上記極低温冷凍機が加熱されるの
はシリンダ内部のみであるから、極低温状態を維持した
ままでのオーバーホールが容易に可能となる。

【００６９】また、請求項６に係る発明の極低温冷凍機
のオーバーホール方法は、クライオスタットにシリンダ
部を挿入して取り付けられた極低温冷凍機の駆動部をグ
ローブボックスで外気に接触しないように包み込み、上
記極低温冷凍機と全く同じ構造および寸法を有する予冷
用冷凍機のシリンダ部を上記グローブボックス外に露出
させて取り付け、上記交換用冷凍機のシリンダ部を予冷
し、上記極低温冷凍機の不良部品を上記予冷された交換
用冷凍機の該当部品と交換するので、上記交換用冷凍機
を、極低温状態にある極低温冷凍機のオーバーホール温
度と略同一温度に予冷できる。したがって、オーバーホ
ール時の上記極低温冷凍機における各部品の冷熱収縮率
と上記交換用冷凍機における同一部品の冷熱収縮率とを
略同一にできる。

【００７０】すなわち、この発明によれば、例えば上記
極低温冷凍機の不良第２ディスプレーサと上記交換用冷
凍機の第２ディスプレーサとを交換する場合に、上記極
低温冷凍機の第２シリンダと交換用の第２ディスプレー
サとのクリアランスを最適クリアランスに設定できる。
したがって、極低温状態を維持したまま極低温冷凍機の
部品を作業性良く交換できるのである。さらに、上記極
低温冷凍機はオーバーホール時に極低温状態にあるの
で、運転を再開しても、第２シリンダと第２ディスプレ
ーサとは殆ど収縮することはない。したがって、運転時
における両者のクリアランスを最適状態に維持できる。

【００７１】また、請求項７に係る発明のオーバーホー
ル方法は、上記交換用冷凍機を上記グローブボックス外
に取り出して駆動することによって、上記交換用冷凍機
自身で上記予冷を行うので、上記交換用冷凍機のシリン
ダ部を予冷するための特別な付加手段を必要とはしな
い。したがって、ごく安価な方法で上記交換用冷凍機を
予冷できる。

【００７２】また、請求項８に係る発明の極低温冷凍機
のオーバーホール方法は、クライオスタットにシリンダ
部を挿入して取り付けられた極低温冷凍機の駆動部をグ
ローブボックスで外気に接触しないように包み込み、上
記極低温冷凍機と全く同じ構造および寸法を有する予冷
用冷凍機のシリンダ部を上記グローブボックス外に露出
させて取り付け、上記極低温冷凍機のシリンダ部内のみ
を局部的に加熱し、この局部的に加熱された極低温冷凍
機の不良部品を上記交換用冷凍機の該当部品と交換する
ので、上記極低温冷凍機のシリンダ内のみを、局部的
に、常温にある交換用冷凍機と略同一温度にできる。し
たがって、オーバーホール時の上記極低温冷凍機におけ
る各部品の冷熱収縮率と上記交換用冷凍機における同一
部品の冷熱収縮率とを略同一にできる。

【００７３】すなわち、この発明によれば、上記極低温
冷凍機の不良第２ディスプレーサと上記交換用冷凍機の
第２ディスプレーサとを交換する場合に、上記極低温冷
凍機の第２シリンダと交換用の第２ディスプレーサとの
クリアランスを最適クリアランスに設定できる。したが
って、極低温状態を維持したまま極低温冷凍機の部品を
作業性良く交換できるのである。その場合、上記極低温
冷凍機が加熱されるのはシリンダ内部のみであるから、
極低温状態を維持したままでのオーバーホールが容易に
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の極低温冷凍機のオーバーホール装
置における概念図である。

【図２】 図１とは異なる極低温冷凍機のオーバーホー
ル装置における概念図である。

【図３】 図１および図２とは異なる極低温冷凍機のオ
ーバーホール装置における概念図である。

【図４】 図１〜図３とは異なる極低温冷凍機のオーバ
ーホール装置における概念図である。

【図５】 図１〜図４とは異なる極低温冷凍機のオーバ
ーホール装置における概念図である。

【図６】 図５に示す極低温冷凍機のオーバーホール装
置で使用される加熱棒の断面図である。

【図７】 従来の極低温冷凍装置のメンテナンス作業用
装置における断面図である。

【図８】 図７に示す極低温冷凍装置のメンテナンス作
業用装置で使用される収納容器の断面図である。

【符号の説明】

２１,５１,８１,１０１,１１１…クライオスタット、２
２,５２,８２,１０２,１１２…極低温冷凍機、２３,５
３,８３,１０３,１１３…グローブボックス、４１,５
７,８７,１０７,１１７…交換用冷凍機、４５…容器、
４６…液体窒素、４７,７４,
９５,１２３…グローブ、 ５９,８９,１０８…真空容
器、６１…予冷用冷凍機、 ６７,７０
…伝熱部材、７１,９０,１０９…圧縮機、 １
２０…加熱棒、１２２…加熱ヒータ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ部と駆動部とを有する極低温冷
   凍機(２２,５２,１０２)と、 上記極低温冷凍機(２２,５２,１０２)が、そのシリンダ
   部を挿入して取り付けられたクライオスタット(２１,５
   １,１０１)と、 上記駆動部を外気と接触しないように包み込むと共に、
   グローブ(４７,７４)が設けられたグローブボックス(２
   ３,５３,１０３)と、 上記極低温冷凍機(２２,５２,１０２)と全く同じ構造お
   よび寸法を有すると共に、シリンダ部(４４,５８)を上
   記グローブボックス(２３,５３,１０３)の外に露出させ
   る一方、駆動部(４２)を上記グローブボックス(２３,５
   ３,１０３)内に没入させて、上記グローブボックス(２
   ３,５３,１０３)に取り付けられた交換用冷凍機(４１,
   ５７,１０７)と、 上記交換用冷凍機(４１,５７,１０７)のシリンダ部(４
   ４,５８)を予冷する予冷手段(４６,５９,６１,１０８,
   １０９)を備えたことを特徴とする極低温冷凍機のオー
   バーホール装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の極低温冷凍機のオーバ
   ーホール装置において、 上記予冷手段は、上記交換用冷凍機のシリンダ部が浸漬
   される極低温液体(４６)であることを特徴とする極低温
   冷凍機のオーバーホール装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の極低温冷凍機のオーバ
   ーホール装置において、 上記予冷手段は、 上記交換用冷凍機(５７)のシリンダ部(５８)を外気と接
   触しないように包み込む密閉容器(５９)と、 上記密閉容器(５９)に取り付けられて上記交換用冷凍機
   (５７）のシリンダ部（５８)を予冷する予冷用冷凍機
   (６１)で構成されていることを特徴とする極低温冷凍機
   のオーバーホール装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の極低温冷凍機のオーバ
   ーホール装置において、 上記予冷手段は、 上記交換用冷凍機(１０７)のシリンダ部を外気と接触し
   ないように包み込む密閉容器(１０８)と、 上記交換用冷凍機(１０７)を駆動して上記交換用冷凍機
   (１０７)自身で上記予冷を行わせる交換用冷凍機駆動手
   段(１０９)であることを特徴とする極低温冷凍機のオー
   バーホール装置。
5. 【請求項５】 シリンダ部(１１８,１１９)と駆動部(１
   ２５)とを有する極低温冷凍機(１１２)と、 上記極低温冷凍機(１１２)が、そのシリンダ部(１１８,
   １１９)を挿入して取り付けられたクライオスタット(１
   １１)と、 上記駆動部(１２５)を外気と接触しないように包み込む
   と共に、グローブ(１２３)が設けられたグローブボック
   ス(１１３)と、 上記極低温冷凍機(１１２)と全く同じ構造および寸法を
   有すると共に、シリンダ部を上記グローブボックス(１
   １３)の外に露出させる一方、駆動部を上記グローブボ
   ックス(１１３)内に没入させて、上記グローブボックス
   (１１３)に取り付けられた交換用冷凍機(１１７)と、 上記極低温冷凍機(１１２)のシリンダ(１１８,１１９)
   内に挿入されて、上記シリンダ(１１８,１１９)内のみ
   を局部的に加熱する加熱体(１２０)を備えたことを特徴
   とする極低温冷凍機のオーバーホール装置。
6. 【請求項６】 クライオスタット(２１,５１,８１,１０
   １)にシリンダ部を挿入して取り付けられた極低温冷凍
   機(２２,５２,８２,１０２)の駆動部を、グローブ(４
   ７,７４,９５)が設けられたグローブボックス（２３,５
   ３,８３,１０３)で外気と接触しないように包み込み、 上記グローブボックス(２３,５３,８３,１０３)に、上
   記極低温冷凍機(２２,５２,８２,１０２)と全く同じ構
   造および寸法を有する交換用冷凍機(４１,５７,８７,１
   ０７)を、そのシリンダ部(４４,５８,８８)を上記グロ
   ーブボックス(２３,５３,８３,１０３）の外に露出させ
   る一方、駆動部を上記グローブボックス（２３,５３,８
   ３,１０３)内に没入させて取り付け、 上記交換用冷凍機(４１,５７,８７,１０７)のシリンダ
   部(４４,５８,８８)を予冷し、 上記極低温冷凍機(４１,５７,８７,１０７)の不良部品
   を上記予冷された交換用冷凍機(４１,５７,８７,１０
   ７)の該当部品と交換することを特徴とする極低温冷凍
   機のオーバーホール方法。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の極低温冷凍機のオーバ
   ーホール方法において、 上記予冷は、グローブ(９５)を用いて上記交換用冷凍機
   (８７)を上記グローブボックス(８３)外に取り出し、こ
   のグローブボックス(８３)外に取り出された交換用冷凍
   機(８７)を駆動することによって行うことを特徴とする
   極低温冷凍機のオーバーホール方法。
8. 【請求項８】 クライオスタット(１１１)にシリンダ部
   (１１８,１１９)を挿入して取り付けられた極低温冷凍
   機(１１２)の駆動部(１２５）を、グローブ（１２３)が
   設けられたグローブボックス(１１３)で外気と接触しな
   いように包み込み、 上記グローブボックス(１１３)に、上記極低温冷凍機
   (１１２)と全く同じ構造および寸法を有する交換用冷凍
   機(１１７)を、そのシリンダ部を上記グローブボックス
   (１１３)の外に露出させる一方、駆動部を上記グローブ
   ボックス(１１３)内に没入させて取り付け、 上記極低温冷凍機(１１２）のシリンダ部(１１８,１１
   ９)内のみを局部的に加熱し、 この局部的に加熱された極低温冷凍機(１１２)の不良部
   品を上記交換用冷凍機(１１７)の該当部品と交換するこ
   とを特徴とする極低温冷凍機のオーバーホール方法。