JP2006041259A

JP2006041259A - 冷却装置

Info

Publication number: JP2006041259A
Application number: JP2004220358A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kanao; 憲一金尾; Katsuhiro Narasaki; 勝弘楢崎
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】本発明は、光や電磁波等の検出を行う検出器を冷凍機により冷却する冷却装置に関し、冷凍機から発生した振動が真空容器を介して、被冷却物に伝わることを抑制できると共に、冷却部と冷却ステージとの間の熱的な接続を十分に確保することのできる冷却装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ＧＭ冷凍機７０を支持する冷凍機支持体８０と、冷凍機支持体８０と振動的に分離され、真空容器４１を支持する真空容器支持体１００と、真空容器４１と冷凍機支持体８０との間を接続する真空ベローズ８８と、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複数の可撓性高熱伝導部材７７と、第２の冷却部７８と第２の冷却ステージ５０との間を熱的に接続する複数の可撓性高熱伝導部材８４とを設けた構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は冷却装置に係り、特に冷凍環境下で実施する試験において試料の冷却等に用いる冷却装置に関する。

冷凍機により被冷却物を冷却する冷却装置では、機械式冷凍機であるＧＭ（ギフォード・マクマホン式）冷凍機（以下、ＧＭ冷凍機とする）が適用されている。ＧＭ冷凍機は、モータを備えたモータ部と、シリンダを備えた冷却部とを有しており、モータによりシリンダを駆動させることで寒冷を発生させている。

ＧＭ冷凍機を備えた冷却装置には、試験装置に接続して用いられるものがある。この試験では、光や電磁波等の検出を行う検出器を冷却し、極低温環境下で試験が実施される。このような極低温化で実施される試験は、高い精度を要するものが多いため、ＧＭ冷凍機のシリンダが駆動した際に発生する振動は、検出器の検出精度を低下させる。このようなＧＭ冷凍機の振動が真空容器に伝わることを抑制する従来の冷却装置として、図１に示すような冷却装置がある。

図１は、従来の冷却装置の概略を示した断面図である。図１に示すように、冷却装置１０は、大略すると真空容器１１と、熱シールド部材１２と、超電導マグネットコイル１５，１６と、ＧＭ冷凍機１８と、１段目冷却ステージ２０と、２段目冷却ステージ２２と、可撓性を有した伝熱板により構成された熱伝導部材２４，２５とを備えた構成されている。

真空容器１１は、ドーナツ形状をしており、内部に空洞部１１Ａを有した構成とされている。真空容器１１の空洞部１１Ａには、空洞部１２Ａを有した熱シールド部材１２が配設されている。熱シールド部材１２は、真空容器１１に設けられた支持部１３により支持されている。熱シールド部材１２の空洞部１２Ａには、超伝導コイル１５，１６が配設されている。また、熱シールド部材１２には、１段目冷却ステージ２０が配設されている。

機械式冷凍機であるＧＭ冷凍機１８は、真空容器１１に固定されており、大略すると１段目冷却部１９と、２段目冷却部２１と、モータ２３とを有した構成とされている。１段目冷却部１９は、真空容器１１内に配設されている。１段目冷却部１９は、図示していない１段目シリンダを有した構成とされている。モータ２３により１段目シリンダが駆動されることにより、４０Ｋ程度の寒冷が発生する。１段目冷却部１９と１段目冷却ステージ２０との間は、可撓性を有した熱伝導部材２４により熱的に接続されている。この熱伝導部材２４は、１段目シリンダが駆動した際、１段目冷却ステージ２０及び熱シールド部材１２に振動が伝わることを防止するためのものである。

２段目冷却部２１は、１段目冷却部１９と一体的に構成されており、熱シールド部材１２の空洞部１２Ａに配置されている。２段目冷却部２１は、図示していない２段目シリンダを有した構成とされている。モータ２３により２段目シリンダが駆動されることにより、４Ｋ程度の寒冷が発生する。超伝導コイル１５の下端には、２段目冷却ステージ２２が設けられており、２段目冷却ステージ２２と２段目冷却部２１との間は、可撓性を有した熱伝導部材２５により熱的に接続されている。この熱伝導部材２５は、２段目シリンダが駆動した際、超伝導コイル１５に振動が伝わることを防止するためのものである。このように、可撓性を有した熱伝導部材２４，２５を設けることで、ＧＭ冷凍機１８から発生する振動が熱シールド部材１２及び超電導マグネットコイル１５に伝わることを抑制できる（例えば、特許文献１参照。）。
特開平７−１４２２４２号公報

しかしながら、冷却装置１０では、ＧＭ冷凍機１８が真空容器１１に直接固定されることにより支持されており、ＧＭ冷凍機１８で発生する振動が真空容器１１に伝わってしまうという問題があった。また、このような冷却装置１０を上記の試験装置に接続し、光や電磁波等の検出を行う検出器を冷却する構成とした場合には、ＧＭ冷凍機１８で発生する振動が真空容器１１を介して被冷却物である検出器に伝達されて振動し、検出精度が低下するという問題があった。

また、熱伝導部材２４，２５は、冷却ステージ２０，２２と冷却部１９，２１との間に１本または数本しか設けられていないため、冷却面においては冷却ステージ２０，２２に対して、十分に寒冷を与えることができず、また振動面においてはＧＭ冷凍機１８から発生する振動を十分に抑制できないという問題点があった。特に振動の面では、熱シールド部材１２及び超電導マグネットコイル１５を介して、振動が被冷却物である検出器に伝わってしまうという問題があった。

そこで本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、冷凍機から発生した振動が真空容器を介して、被冷却物に伝わることを抑制できると共に、冷却部と冷却ステージとの間の熱的な接続を十分に確保することのでき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記載の発明では、真空容器と、該真空容器の内部に配設され、冷却される被冷却物と寒冷を発生させる冷却部を有した冷凍機と、前記冷却部と熱的に接続される冷却ステージと、前記冷凍機を支持する冷凍機支持体と、該冷凍機支持体と振動的に分離され、前記真空容器を支持する真空容器支持体とを備えており、前記真空容器と冷凍機支持体との間に、前記冷凍機で発生する振動が前記真空容器に伝達されるのを抑制する振動抑制部材を設け、かつ、前記冷却部と冷却ステージとの間に、可撓性を有すると共に高熱伝導性を有する可撓性高熱伝導部材を設けたことを特徴とする冷却装置により、解決できる。

上記発明によれば、冷凍機を支持する冷凍機支持体と、冷凍機支持体とが振動的に分離される。即ち、冷凍機を支持する冷凍機支持体と、真空容器を支持する真空容器支持体とを別個に設け、真空容器と冷凍機支持体との間に振動抑制部材を設けることにより、冷凍機で発生する振動が真空容器に伝わって、真空容器を介して被冷却物に振動が伝達されることを抑制できる。また、冷却部と冷却ステージとの間を、可撓性を有すると共に高熱伝導性を有する可撓性高熱伝導部材を介して接続することにより、冷凍機で発生した寒冷を効率良く冷却ステージに熱伝導できると共に、冷凍機から発生した振動が冷却ステージを介して被冷却物に伝わることを抑制できることができる。

請求項２記載の発明では、前記可撓性高熱伝導部材は、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り、前記可撓性高熱伝導部材は、前記冷凍機を囲繞するよう複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置により、解決できる。

上記発明によれば、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を可撓性高熱伝導部材として用い、可撓性高熱伝導部材を冷凍機を囲繞するよう複数設けたことにより、冷凍機から発生した振動が冷却ステージを介して被冷却物に伝わることを抑制できると共に、冷却ステージを効率良く冷却することができる。

請求項３記載の発明では、前記可撓性高熱伝導部材は、金材、銀材、銅材、及びアルミ材からなる群のうち少なくとも一種を重ね合わせた構成であることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置により、解決できる。

上記発明によれば、可撓性高熱伝導部材には、金材、銀材、銅材、及びアルミ材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適用することができる。

請求項４記載の発明では、前記冷凍機支持体は、前記真空容器支持体が設けられた領域よりも内側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の冷却装置により、解決できる。

上記発明によれば、真空容器支持体が設けられた領域よりも内側に冷凍機支持体を設けることにより、真空容器支持体が設けられた領域よりも外側に冷凍機支持体を設ける場合と比較して、冷却装置の大きさを小さくすることができる。

請求項５記載の発明では、前記冷凍機は、ギフォード・マクマホン式冷凍機であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか1項に記載の冷却装置により、解決できる。

上記発明によれば、ギフォード・マクマホン式冷凍機から発生する振動が、真空容器や冷却ステージを介して、被冷却物に伝わることを抑制することができる。

請求項６記載の発明では、前記冷凍機は、前記ギフォード・マクマホン式冷凍機を備えた断熱消磁冷凍機であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の冷却装置により、解決できる。

上記発明によれば、ギフォード・マクマホン式冷凍機を備えた断熱消磁冷凍機を設けることにより、ギフォード・マクマホン式冷凍機よりも低い極低温の寒冷を発生させて、被冷却物の冷却を行うことができと共に、ギフォード・マクマホン式冷凍機から発生する振動が被冷却物に伝わることを抑制できる。

請求項７記載の発明では、前記被冷却物は、光や電磁波等の検出を行う検出器であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の冷却装置により、解決できる。

上記発明によれば、冷凍機から発生する振動が検出器に伝わることが抑制できるので、光や電磁波等の検出を行う検出器の検出を精度良く行うことができる。

本発明は、冷凍機から発生した振動が真空容器を介して、被冷却物に伝わることを抑制できると共に、冷却部と冷却ステージとの間の熱的な接続を十分に確保することができる。

次に、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。

図２及び図５を参照して、本発明の実施例である冷却装置４０について説明する。図２は、本発明の１実施例である冷却装置の断面図を示したものであり、図３は、図２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り、図５は、真空容器支持体の平面図である。なお、図２乃至図４において、Ｙ，Ｙ方向は、超伝導コイル５２，５４の巻枠５３，５５の軸方向を示しており、Ｘ，Ｘ方向は、検出器６８と接続された熱リンク６６の延在方向を示している。また、図２において、冷却装置４０の構成を分かりやすくするために、真空容器支持体１００を構成する枠部材１０１，１０２は一部分のみ示す。

冷却装置４０は、大略すると真空容器４１と、真空容器支持体１００と、第１の輻射シールド４６と、第２の輻射シールド４９と、ＧＭ（ギフォード・マクマホン式）冷凍機７０を備えた断熱消磁冷凍機６０と、熱リンク６６と、検出器６８と、冷凍機支持体８０とを有した構成とされている。

真空容器４１は、内部に密閉された円筒空間４１Ａを有しており、大略すると真空容器本体４２と、天板４３と、底板部材４４と、外筒６１と、シールド部材６４と、フランジ９５とにより構成されている。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。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。

真空容器本体４２の側面部には、Ｘ，Ｘ方向に延在する外筒６１が配設されている。外筒６１と真空容器本体４２とは、円筒空間４１Ａの雰囲気が移動可能なように接続されている。真空容器本体４２と接続されていない側の外筒６１の端部には、シールド部材６４が配設されている。検出器６８と対向するシールド部材６４の端部には、計測用窓６４Ａが設けられている。計測用窓６４Ａは、光や電磁波を通過させるための窓である。

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、ボルト穴が複数形成されている。このボルト穴にボルト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、四角形状をした２つの枠部材１０１，１０２と、４本の支持部材１０４とを有した構成とされている。２つの枠部材１０１，１０２の４つの角部には、それぞれ支持部材１０４が配設されている。真空容器支持体１００は、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。真空容器支持体１００は、真空容器４１を支持するためのものであり、４つの支持部１０４により真空容器４１は床上に設置される。

第１の輻射シールド４６は、真空容器４１との間に隙間を介在させるよう真空容器４１に配設されている。第１の輻射シールド４６は、熱を遮断するためのものである。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。第１の輻射シールド４６の側面部には、Ｘ，Ｘ方向に延在する第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、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。計測用窓６４Ａと対向する第１のシールド部材６３には、計測用窓６３Ａが設けられている。計測用窓６３Ａは、光や電磁波を通過させるための窓である。

また、第１の輻射シールド４６は、下端部が開放された構成とされている。第１の輻射シールド４６の下端部には、第１の冷却ステージ４７が配設されている。第１の冷却ステージ４７には、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。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。第２の輻射シールド４９は、熱を遮断するためのものである。第２の輻射シールド４９は、円筒形状をしており、その内部には円筒空間４９Ａが形成されている。第２の輻射シールド４９の側面部には、Ｘ，Ｘ方向に延在する筒形状の第２のシールド部材６４が設けられている。

第２のシールド部材６２は、第１のシールド部材６３と隙間を介在させるよう第１のシールド部材６３内に配置されている。計測用窓６３Ａと対向する第２のシールド部材６２には、計測用窓６２Ａが設けられている。計測用窓６２Ａは、光や電磁波を通過させるための窓である。

また、第２の輻射シールド４９は、一方の下端部が開放された構成とされている。第２の輻射シールド４９の下端部には、第２の冷却ステージ５０が開放された端部を覆うよう配設されている。第２の冷却ステージ５０には、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内を冷却するためのものである。

熱リンク６６は、棒状に形成されており、第２のシールド部材６３内に配設されている。熱リンク６６は、一方の端部が磁性体ソルトピル５８と熱的に接続されており、他方の端部が検出器６８と熱的に接続されている。熱リンク６６は、磁性体ソルトピル５８から発生した寒冷により検出器６６を冷却するためのものである。

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と対向するよう配置されている。検出器６８は、光や電磁波等の検出を行うものであり、目的に応じて適宜選択される。検出器６８は、測定用窓６２Ａ〜６４Ａを介して、検出を行う。

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４０の大きさ（フットプリント）を小さくすることができる。

図６は、図２に示した冷却装置の領域Ｂに対応した部分の断面斜視図である。なお、図６において、ＧＭ冷凍機７０の断面部分の内部構造は省略する。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、真空容器４１内の真空状態を維持しつつ、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。

断熱消磁冷凍機６０は、真空容器４１内、第１輻射シールド４６内、及び第２の輻射シールド４９内に配設されており、大略すると超伝導マグネットコイル５２，５４と、磁性体ソルトピル５８と、図示していないヒートスイッチと、ＧＭ冷凍機７０とを有した構成とされている。

超伝導マグネットコイル５４は、第２の輻射シールド４９内に配設されており、巻枠５５と超伝導線５９とを有した構成とされている。巻枠５５には、超伝導線５９が巻回されており、巻枠５５の中央部には、Ｙ，Ｙ方向に貫通する円筒状開口部（図示せず）が形成されている。この円筒状開口部には、超伝導マグネットコイル５２が配設される。また、巻枠５５の両端部には、フランジ部５５Ｂが形成されている。

超伝導マグネットコイル５２は、超伝導マグネットコイル５４に設けられた円筒状開口部に配設されており、巻枠５３と超伝導線５７とを有した構成とされている。巻枠５３には、超伝導線５７が巻回されている。巻枠５３の中央部には、Ｙ，Ｙ方向に貫通する円筒状開口部５３Ａが形成されており、巻枠５３の両端部には、フランジ部５３Ｂが形成されている。円筒状開口部５３Ａには、磁性体ソルトピル５８が配設される。上記構成とされた超伝導マグネットコイル５２，５４は、超伝導マグネットコイル５２，５４の下端部に設けられたフランジ部５３Ｂ，５５Ｂと第２の冷却ステージ５０との間に配設された熱伝導支持部材５６により支持されている。

磁性体ソルトピル５８は、円筒状開口部５３Ａに配設されている。磁性体ソルトピル５８は、図示していない容器内に多数の金線と、断熱消磁の際の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。磁性体ソルトピル５８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。ヒートスイッチは、磁性体ソルトピル５８とＧＭ冷凍機７０との熱的な接触をオン／オフするためのものである。

ＧＭ冷凍機７０は、大略するとモータ部７１と、第１の冷却部７３と、第２の冷却部７８とを有した構成とされている。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。また、モータ部７１の端部７０Ａは、ベース９１に当接されている。モータ部７１には、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。

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。第１の冷却部７３は、モータ部７１と一体的に構成されている。第１の冷却部７３は、大略すると第１のシリンダ部７４と、第１のコールドヘッド７５と、フランジ７６とを有した構成とされている。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、モータによりＹ，Ｙ方向に駆動され、シリンダが駆動することにより振動が発生する。

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、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。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。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。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、高熱伝導性を有する可撓性高熱伝導部材７７を第２の冷却部７８を囲繞するよう複数設け、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を貫通するように、第１の冷却部７３と磁性体ソルトピル５８との間に配設されている。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、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いる。シリンダは、モータによりＹ，Ｙ方向に駆動され、シリンダが駆動することにより振動が発生する。

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。フランジ８２は、円盤形状に構成されている。フランジ８２は、可撓性高熱伝導部材８４を介して、第２の冷却ステージ５０と熱的に接続されている。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。可撓性高熱伝導部材８４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。可撓性高熱伝導部材８４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との間に、可撓性を有すると共に、高熱伝導性を有する可撓性高熱伝導部材８４を第２の冷却部７８を囲繞するよう複数設け、第２の冷却部７８と第２の冷却ステージ５０との間を熱的に接続することにより、第２の冷却ステージ５０及び第２の輻射シールド４９内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、断熱消磁冷凍機６０の冷却原理について説明する。磁性体（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（超伝導マグネットコイル５２，５４）から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、常磁性体を等温に保った状態で外部磁界を印加すると、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、この温度を取り去った後、ＧＭ冷凍機７０と磁性体ソルトピル５８とを熱的に分離し、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。

このような断熱消磁冷凍機６０を設け、熱リンク６６を介して検出器６８を冷却することにより、液体Ｈｅ温度（４Ｋ）以下の極低温の寒冷を発生させて、被冷却物である検出器６８を冷却することができる。これにより、検出器６８の分解能を向上させて、精度の良い検出を行うことができる。

上記説明したように、ＧＭ冷凍機７０を支持する冷凍機支持体８０と、冷凍機支持体８０と振動的に分離され、真空容器４１を支持する真空容器支持体１００とを設け、真空容器４１と冷凍機支持体８０との間を真空ベローズ８８により接続し、第１の冷却部７３と第１の冷却ステージ４７とを熱的に接続する複数の可撓性高熱伝導部材７７と、第２の冷却部７８と第２の冷却ステージ５０とを熱的に接続する複数の可撓性高熱伝導部材８４とを設けた構成とすることにより、ＧＭ冷凍機７０から発生する振動が真空容器４１、輻射シールド４６，４９、及び冷却ステージ４７，５０を介して検出器６８に伝わることを抑制できる。これにより、検出器６６の検出精度を向上させることができる。また、可撓性高熱伝導部材７７，８４により、輻射シールド４６，４９、及び冷却ステージ４７，５０を効率良く冷却することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。なお、断熱消磁冷凍機６０を設けずに、ＧＭ冷凍機７０と熱リンク６６とを熱的に接続した構成としても良い。また、断熱消磁冷凍機６０の代わりに、希釈冷凍機を設けた構成としても良い。

本発明は、冷凍機から発生した振動が真空容器を介して、被冷却物に伝わることを抑制すると共に、冷却部と冷却ステージとの間の熱的な接続を十分に確保して、被冷却物の冷却を効率良く行う冷却装置に適用できる。

従来の冷却装置の概略を示した断面図である。本発明の１実施例である冷却装置の断面図である。図２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。真空容器支持体の側面図である。真空容器支持体の平面図である。図２に示した冷却装置の領域Ｂに対応した部分の断面斜視図である。

符号の説明

１０，４０冷却装置
１１，４１真空容器
１１Ａ，１２Ａ空洞部
１２熱シールド部材
１３支持部
１５，１６，５２，５４超電導マグネットコイル
１８，７０ＧＭ冷凍機
１９１段目冷却部
２０１段目冷却ステージ
２１２段目冷却部
２２２段目冷却ステージ
２３モータ
２４，２５熱伝導部材
４１Ａ，４９Ａ円筒空間
４２真空容器本体
４２Ａ，４６Ａ，４９Ａ円筒空間
４３天板
４４底板部材
４４Ａ，８９Ａ開口部
４５，５１支柱
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
５３，５５巻枠
５３Ａ円筒状開口部
５３Ｂ，５５Ｂフランジ部
５６熱伝導支持部材
５７，５９超伝導線
５８磁性体ソルトピル
６０断熱消磁冷凍機
６１外筒
６２第２のシールド部材
６３第１のシールド部材
６４シールド部材
６２Ａ，６３Ａ，６４Ａ計測用窓
６６熱リンク
６８検出器
７０Ａ端部
７０Ｂ，７６，８２，９５フランジ
７１モータ部
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
８０冷凍機支持体
８１第２のコールドヘッド
８５支持部
８８真空ベローズ
８９冷凍機固定板
９１ベース
９５フランジ
９６ボルト
１００真空容器支持体
１０１，１０２枠部材
１０４支持部材
Ａ，Ｂ領域

Claims

真空容器と、
該真空容器の内部に配設され、冷却される被冷却物と
寒冷を発生させる冷却部を有した冷凍機と、
前記冷却部と熱的に接続される冷却ステージと、
前記冷凍機を支持する冷凍機支持体と、
該冷凍機支持体と振動的に分離され、前記真空容器を支持する真空容器支持体とを備えており、
前記真空容器と冷凍機支持体との間に、前記冷凍機で発生する振動が前記真空容器に伝達されるのを抑制する振動抑制部材を設け、かつ、前記冷却部と冷却ステージとの間に、可撓性を有すると共に高熱伝導性を有する可撓性高熱伝導部材を設けたことを特徴とする冷却装置。
前記可撓性高熱伝導部材は、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り、
前記可撓性高熱伝導部材は、前記冷凍機を囲繞するよう複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
前記可撓性高熱伝導部材は、金材、銀材、銅材、及びアルミ材からなる群のうち少なくとも一種を重ね合わせた構成であることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。
前記冷凍機支持体は、前記真空容器支持体が設けられた領域よりも内側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか1項に記載の冷却装置。
前記冷凍機は、ギフォード・マクマホン式冷凍機であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか1項に記載の冷却装置。
前記冷凍機は、前記ギフォード・マクマホン式冷凍機を備えた断熱消磁冷凍機であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の冷却装置。
前記被冷却物は、光や電磁波等の検出を行う検出器であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の冷却装置。