JP2910349B2 - 極低温冷凍機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は極低温冷凍機に関し、
さらに詳細にいえば，膨張機のシリンダ内でディスプレ
ーサをガス圧により往復動させて、ディスプレーサの往
復動に伴う冷媒ガスの断熱膨張により極低温レベルの寒
冷を発生させる極低温冷凍機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の極低温冷凍機とし
て、ＧＭ（ギフォード・マクマホン）サイクルの冷媒サ
イクルを有するガス圧駆動式のＧＭ冷凍機が知られてい
る。この冷凍機の膨張機はシリンダと、該シリンダ内に
往復動可能に配置されたディスプレーサおよびスラック
ピストンとを備えてなり、ディスプレーサによりシリン
ダ内の先端に膨張室が区画され、この膨張室はディスプ
レーサ内のリジェネレータを介してシリンダ基端側の空
間に連通している。スラックピストンは、シリンダの基
端側に該基端側空間をガス給排室と中間圧室とに区画す
るように配置され、かつディスプレーサに対し所定スト
ロークの間隔をあけて係合している。上記中間圧室はサ
ージボリュームに連通されている一方、ガス給排室は圧
縮機の吐出側及び吸込側にそれぞれ接続される高圧ガス
入口及び低圧ガス出口に連通している。そして、ガス給
排室ないし膨張室に対する冷媒ガスの給排を周期的に切
り換えることで、ガス給排室と中間圧室との差圧により
スラックピストンを移動させてディスプレーサを往復動
させ、このディスプレーサの往復動に伴う冷媒ガスの膨
張室での膨張により膨張室周りのシリンダに寒冷を発生
させるようになされている。

【０００３】ところで、近年、超電導デバイスの１つと
して、ジョセフソン効果を利用した超電導量子干渉素子
（Superconductive Quantum Interference Device:以
下、ＳＱＵＩＤと略称する）が注目されている。このＳ
ＱＵＩＤに超電導コイルからなる磁束入力回路を接続す
ることにより、例えば生体内に流れる微小電流に伴う磁
界や体内の微小磁石からの磁界等、極めて微弱な磁束を
測定するようにしたグラジオメータを得ることができ
る。

【０００４】しかし、このＳＱＵＩＤを作動温度レベル
に冷却するために、上記した電気アクチュエータを有す
るガス圧駆動式のＧＭ冷凍機を利用する場合、冷凍機に
はモータや電磁弁等、磁束を発生するアクチュエータが
設けられているため、このアクチュエータからの磁束が
有害なノイズとなって検出され、その測定精度が低下す
るという不都合がある。

【０００５】また、生体磁場の測定のように非常に低レ
ベルの磁界の測定を行なう場合には、アクチュエータか
らの磁束のみならず、地磁気、商用交流電源に起因する
磁束等が到底無視し得ないノイズとして作用することに
なるのであるから、少なくともＳＱＵＩＤおよび測定対
象物を収容し得る磁気シールドが必須であり、従来は、
地磁気等を遮断できる磁気シールドルームの内部で磁束
測定を行なうか、または液体ヘリウム等の寒剤で超伝導
材料性のケースを冷却するようにした磁気シールドケー
スを用いて磁束測定を行なうようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】磁気シールドルームを
用いて磁束計測を行なう場合には、ノイズ磁束を高精度
に遮断できるため測定精度を高めることができるのであ
るが、部屋自体に磁気シールドを施しているのであるか
ら全体として構成が大がかりになるのみならず複雑化す
るという不都合があるのみならず、磁束計測を行なうこ
とができる場所が限られてしまうという不都合がある。

【０００７】また、寒剤で冷却される磁気シールドケー
スを用いる場合には、必要最少限の大きさにできるので
比較的簡単に所望箇所まで運搬でき、磁束計測を行なう
ことができる場所の制約を解消できるが、液体ヘリウム
等の寒剤が必須であるため、磁束計測を行なうための技
術者のほかに寒剤の取扱いに熟練した有資格者が必要に
なるという不都合がある。さらに、ＳＱＵＩＤを冷却す
るための冷凍機のほかにシールドケースを冷却するため
の装置も必要となり、全体としての大型化するのみなら
ず構成が複雑化するという不都合もある。

【０００８】

【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、構成を簡素化できるとともに取扱いが容
易であり、しかも可搬性に優れた極低温冷凍機を提供す
ることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの、請求項１の極低温冷凍機は、冷媒ガスを圧縮して
高圧ガスを発生させる圧縮機と、圧縮機から供給された
高圧ガスを断熱膨張させて極低温レベルの寒冷を発生さ
せる膨張機とで構成され、膨張機が所望の極低温を得る
最終膨張ステージと所望の極低温よりも高い低温を得る
前段膨張ステージとを含む極低温冷凍機であって、前段
膨張ステージに対して熱結合され、かつ最終膨張ステー
ジ、最終膨張ステージにより冷却される超伝導デバイ
ス、および超伝導デバイスによる計測空間を包囲する高
温超伝導材料製のシールドケースを含んでいる。

【００１０】上記高温超伝導材料としては、化１系、化
２系等の酸化物超伝導材料等が例示できる。

【化１】

【化２】 請求項２の極低温冷凍機は、シールドケースの内面が鏡
面である。

【００１１】

【作用】請求項１の極低温冷凍機であれば、圧縮機によ
り冷媒ガスを圧縮して高圧ガスを発生させ、圧縮機から
供給された高圧ガスを膨張機により断熱膨張させて極低
温レベルの寒冷を発生させるに当たって、膨張機の前段
膨張ステージにおいて目的とする極低温よりも高い低温
を得、最終膨張ステージにおいて目的とする極低温を得
ることができる。そして、最終膨張ステージによりＳＱ
ＵＩＤ等の超伝導デバイスを冷却して超伝導デバイスに
所定の動作を行わせる場合に、前段膨張ステージに対し
て熱結合された高温超伝導材料製のシールドケースが超
伝導状態になり、マイスナー効果により外部磁束の内部
への侵入を阻止するのであるから、外部磁束の影響を受
けない状態で超伝導デバイスを動作させることができる
とともに、計測空間に外部磁束が侵入しない状態にする
ことができる。この結果、生体磁場の計測などを行う場
合の計測精度を向上できる。また、磁気シールドルーム
外であっても高精度の計測を達成できる。

【００１２】また、以上の説明から明らかなように、シ
ールドケースを前段膨張ステージに熱結合させているだ
けであるから可搬性に優れ、しかも寒剤を必要としない
ので構成を簡素化できるとともに寒剤を取扱うための有
資格者も不要にできる。請求項２の極低温冷凍機であれ
ば、シールドケースの内面にアルミニウムの蒸着層等を
形成することにより鏡面化されているのであるから、輻
射シールド効率を向上でき、超伝導デバイスの極低温保
持を容易化できる。

【００１３】

【実施例】以下、実施例を示す添付図面によって詳細に
説明する。図１はこの発明の一実施例を示す概略縦断面
図、図２はガス圧駆動式のＧＭ型極低温冷凍機の全体構
成を示す縦断面図であり、この冷凍機は、ヘリウムガス
（冷媒ガス）のジュールトムソン膨張を利用したＪＴ冷
凍機の予冷用冷凍機として用いられ、このＪＴ冷凍機に
よりＳＱＵＩＤ（図示せず）を極低温レベルに冷却する
ようになっている。図２において、１は冷媒ガスとして
のヘリウムガスを圧縮して高圧ガスを発生させる圧縮
機、２は該圧縮機１から供給された高圧ガスを断熱膨張
させて極低温レベルの寒冷を発生させる膨張機である。
そして、膨張機２はシリンダアッセンブリ３とバルブモ
ータアッセンブリ４０とから構成されている。

【００１４】上記シリンダアッセンブリ３は、上方に解
放された有底円筒状のシリンダ１０と、シリンダ１０の
上端側（基端側）の開口を気密状に閉塞するバルブステ
ム４とを有する。このバルブステム４はシリンダ１０内
にその内壁と所定の間隔をあけて同心状に突出する円柱
状の突出部４ａを有する。また、バルブステム４には、
その上面のシリンダ中心線上に開口するガス給排口５
と、比較的小さい容量のサージボリューム７と、ガス給
排口５をシリンダ１０内に連通するガス流路８とが形成
されている。さらに、ガス流路８は通路断面積の小さい
連通路９を介してサージボリューム７に常時連通してお
り、連通路９によりサージボリューム７での中間圧を適
正値に設定するようにしている。

【００１５】上記シリンダ１０は、上端側（基端側）の
大径部１０ａと該大径部１０ａの下端（先端）に連続す
る小径部１０ｂとで２段構造に形成され、上記大径部１
０ａの下端部には例えば５５〜６０Ｋの温度レベルに保
持される第１段ヒートステーション１１が、また小径部
１０ｂの下端には上記第１段ヒートステーション１１よ
りも低い例えば１５〜２０Ｋの温度レベルに保持される
第２段ヒートステーション１２がそれぞれ設けられてお
り、この両段ヒートステーション１１，１２から伝熱さ
れて図外のＪＴ冷凍機のヘリウムガスが予冷されるよう
になっている。

【００１６】シリンダ１０の大径部１０ａ上端の内部に
は該大径部１０ａ内部に中間圧室１３を区画形成するス
ラックピストン１５が配設され、中間圧室１３はバルブ
ステム４内のサージボリューム７にオリフィス１４を介
して常時連通している。スラックピストン１５は底壁を
有する略カップ形状のもので、その内周上端がバルブス
テム４の突出部４ａ外周に、また外周下端がシリンダ１
０の大径部１０ａ内周にそれぞれ気密状に摺接してい
る。また、スラックピストン１５の底壁中心部には中心
孔１５ａが、また底壁の隅角部にはピストン１５内外を
連通する複数の連通孔１５ｂ，１５ｂ，…がそれぞれ貫
通形成されている。

【００１７】また、シリンダ１０内にはディスプレーサ
１６が往復動可能に嵌挿されている。このディスプレー
サ１６は、シリンダ１０の大径部１０ａにて気密摺動可
能に配置された大径部１６ａと、該大径部１６ａの下端
（先端）に連続し、シリンダ１０の小径部１０ｂに気密
摺動可能に配置された小径部１６ｂとからなる２段構造
のもので、大径部１６ａ及び小径部１６ｂの内部にはそ
れぞれ密閉空間が形成されており、このディスプレーサ
１６により、シリンダ１０内の空間が、ディスプレーサ
１６の上端及びスラックピストン１５で囲まれるガス給
排室１７と、ディスプレーサ１６の大径部１６ａおよび
シリンダ１０の大径部１０ａで囲まれ、上記第１段ヒー
トステーション１１に対応する第１段膨張室１８と、デ
ィスプレーサ１６の小径部１６ｂおよびシリンダ１０の
小径部１０ｂで囲まれ、上記第２段ヒートステーション
１２に対応する第２段膨張室１９とに区画されてい
る。．また、ディスプレーサ１６の大径部１６ａ下端に
は大径部１６ａ内の密閉空間を上記第１段膨張室１８に
常時連通する連通孔２０，２０が形成されている。ま
た、小径部１６ｂ上端には小径部１６ｂ内の空間を第１
段膨張室１８に常時連通する連通孔２１，２１が、同下
端には密閉空間を上記第２段膨張室１９に常時連通する
連通孔２２，２２がそれぞれ形成されている。

【００１８】さらに、上記ディスプレーサ１６の大径部
１６ａ上端には大径部１６ａ内の空間を上記ガス給排室
１７に連通する管状の係止片２３が一体に突設され、係
止片２３は上記スラックピストン１５底壁の中心孔１５
ａを貫通してピストン１５内に所定寸法だけ延び、その
上端部にはピストン１５底壁に係合するフランジ状の係
止部２３ａが一体に形成されており、スラックピストン
１５の上昇移動時、ピストン１５が所定ストロークだけ
上昇した時点でその底壁と係止片２３の係止部２３ａと
の係合により、ディスプレーサ１６をピストン１５によ
って駆動して上昇開始させるように、つまりディスプレ
ーサ１６を所定ストロークの遅れをもってピストン１５
に追従移動させるようになされている。

【００１９】そして、上記ディスプレーサ１６の大径部
１６ａ内の密閉空間には第１段リジェネレータ２４（蓄
冷器）が、また、小径部１６ｂ内の密閉空間には第２段
リジェネレータ２５がそれぞれ嵌挿されている。これら
リジェネレータ２４，２５はいずれも蓄冷型の熱交換器
からなる。具体的には、上記第１段リジェネレータ２４
は、密閉空間内に蓄冷材として円板状の多数の銅メッシ
ュを積層したものであり、一方、第２段リジェネレータ
２５では空間内に蓄冷材として所定の直径を有する多数
の鉛球（鉛のショット）が充填封入され、これらメッシ
ュの網目及び鉛球間の間隙がガス通路とされており、こ
のガス通路を流れるヘリウムガスの冷熱をメッシュ及び
各鉛球に蓄えるようにしている。すなわち、ディスプレ
ーサ１６がシリンダ１０内を上昇する吸気行程にあると
きには、前の排気行程で極低温レベルに温度降下したメ
ッシュ及び鉛球をガ給排室１７から第１及び第２膨張室
１８，１９に向かう常温のヘリウムガスと接触させて、
両者の熱交換によりそのガスを極低温レベル近くまで冷
却する。一方、ディスプレーサ１６が下降する排気行程
にあるときには、各膨張室１８，１９での膨張により極
低温レベルに温度降下したヘリウムガスをシリンダ１０
外に排出する途中でメッシュ及び鉛球と接触させて、両
者の熱交換によりメッシュ及び鉛球を極低温レベル近く
まで再度冷却するように構成されている。

【００２０】これに対し、上記バルブモータアッセンブ
リ４０は、上端が閉塞された有底円筒状のバルブハウジ
ング４１と、ハウジング４１の下端開口を機密状に閉塞
するバルブステム４２とで構成された密閉円筒状のもの
で、バルブハウジング４１の側壁には圧縮機１の吐出側
に接続される高圧ガス入口４３と、同吸込側に接続され
る低圧ガス出口４４とが開口されている。また、バルブ
ステム４２の下端には上記シリンダアッセンブリ３のガ
ス給排口５と同径のガス給排口４５が開口されている。
バルブハウジング４１の内部には、高圧ガス入口４３に
連通するバルブ室４６が形成され、バルブ室４６にはバ
ルブステム４２の上面が臨んでいる。

【００２１】バルブステム４２には、上半分が２つに分
岐されかつバルブ室４６をガス給排口４５に連通する第
１ガス流路４８と、一端が該第１ガス流路４８に後述の
バルブディスク５１の低圧ポート５３を介して連通する
とともに、他端が上記低圧ガス出口４４にバルブハウジ
ング４１に形成した連通路５０を介して連通する第２ガ
ス流路４９とが貫通形成されている。両ガス流路４８，
４９は、図３に示すように、バルブステム４２上面にお
いてバルブ室４６に対し、第２ガス流路４９にあっては
バルブステム４２中心部に、第１ガス流路４８の２つの
分岐部分にあっては第２ガス流路４９の開口部に対して
対称な位置にそれぞれ開口されている。

【００２２】また、バルブ室４６内にはバルブモータ５
４によって所定周期で回転駆動される切換バルブとして
のバルブディスク５１が配設され該バルブディスク５１
の切換動作により、高圧ガス入口４３に連通するバルブ
室４６と低圧ガス出口４４に連通する連通路５０とをガ
ス給排口４５に対し交互に連通するようになされてい
る。

【００２３】詳しくは、上記バルブディスク５１はバル
ブモータ５４の出力軸５４ａにかつ摺動可能に連結され
ている。また、バルブディスク５１上面とモータ５４と
の間にはスプリング５５が縮装されており、このスプリ
ング５５のばね力及びバルブ室４６に導入された高圧ヘ
リウムガスの圧力によりバルブディスク５１下面をバル
ブステム４２上面に対し一定の押圧力で押し付けてい
る。また、図４に示すように、バルブディスク５１の下
面には、その半径方向に対向する外周縁から中心方向に
所定長さだけ切り込んでなる１対の高圧ポート５２，５
２と、高圧ポート５２，５２に対しバルブディスク５１
の回転方向にほぼ９０°の角度間隔をあけて配置され、
バルブディスク５１下面の中心から外周縁近傍に向かっ
て直径方向に切り欠いてなる低圧ポート５３とが形成さ
れている。そして、バルブモータ５４の駆動によりバル
ブディスク５１がその下面をバルブステム４２上面に圧
接させながら回転して切換動作する際、このバルブディ
スク５１の切換動作に応じて高圧ガス入口４３又は低圧
ガス出口４４を交互にガス給排口４５に所定のタイミン
グで連通させるようにしている。

【００２４】さらに、この発明の特徴として、図１に示
すようにシリンダアッセンブリ３の全体を包囲する真空
チャンバ６１が設けられ、真空チャンバ６１の内部に収
容される高温超伝導材料製のシールドケース６２が第１
段ヒートステーション１１と密に熱結合する状態で設け
られている。このシールドケース６２は第２段ヒートス
テーション１２のみならず、第２段ヒートステーション
１２により臨界温度以下に保持されるＳＱＵＩＤ６５に
よる磁束計測対象物が収容される計測空間をも包囲する
形状およびサイズに設定されている。そして、真空チャ
ンバ６１の所定位置がシールドケース６２の内奥部（上
記ＳＱＵＩＤに近接する箇所）にまで凹入されて計測空
間６３を形成し、この凹入部のほぼ全範囲の内面に輻射
熱を遮断するスーパーインシュレーション層６４が設け
られている。尚、シリンダアッセンブリ３のガス給排口
５とバルブモータアッセンブリ４０のガス給排口４５と
は直接または所定長さの冷媒配管６０を介して連通され
ている。また、シールドケース６２は第１段ヒートステ
ーション１１により得られる温度よりも高い臨界温度を
持つ高温超伝導材料で形成されていればよく、例えば、
ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−δ系の酸化物超伝導材料で形成さ
れる。さらに、シールドケース６２の長さと口径とは計
測空間６３内への磁束侵入を効果的に防止し得る比率に
設定される。そして、バルブモータアッセンブリ４０で
のバルブディスク５１の切換えにより、シリンダアッセ
ンブリ３のガス給排口５に高圧ガス入口４３からの高圧
ガスまたは低圧ガス出口４４からの低圧ガスを交互に作
用させてスラックピストン１５およびディスプレーサ１
６をシリンダ１０内で往復動させ、図３（Ａ）に示すよ
うに、バルブディスク５１下面の高圧ポート５２，５２
の内端がそれぞれバルブステム４２上面の第１ガス流路
４８に合致したときには、バルブ室４６を高圧ポート５
２，５２、第１ガス流路４８および冷媒配管６０を介し
てシリンダ１０内のガス給排室１７、第１および第２段
膨張室１８，１９に連通させて、これら各室１７〜１９
に高圧ヘリウムガスを導入充填することにより、スラッ
クピストン１５およびこのピストン１５によって駆動さ
れるディスプレーサ１６を上昇させる。

【００２５】他方、図３（Ｂ）に示すように、バルブス
テム４２上面に開口する第２ガス流路４９に中央部にて
常時連通する低圧ポート５３の外端が第１ガス流路４８
に合致した場合には、シリンダ１０内の各室１７〜１９
を冷媒配管６０、第１ガス流路４８，４８、低圧ポート
５３、第２ガス流路４９および連通路５０を介して低圧
ガス出口４４に連通させて、各室１７〜１９に充填され
ているヘリウムガスを低圧ガス出口４４に排出すること
により、スラックピストン１５およびディスプレーサ１
６を下降させ、このディスプレーサ１６の下降移動に伴
なう膨張室１８，１９内のヘリウムガスの膨張によって
各ヒートステーション１１，１２に寒冷を発生するよう
に構成されている。

【００２６】上記構成の極低温冷凍機の作用は次のとお
りである。クールダウン時には、ＧＭ冷凍機及びＪＴ冷
凍機の運転に伴ってＳＱＵＩＤ６５が徐々に低温度レベ
ルに冷却され、そのＳＱＵＩＤ６５の温度が極低温レベ
ル（約４Ｋ）まで降下した後に冷凍機は定常運転状態に
移り、その状態でＳＱＵＩＤ６５が作動する。

【００２７】すなわち、上記ＧＭ冷凍機の運転を詳しく
説明すると、先ず、クールダウン運転時には、シリンダ
アッセンブリ３のガス給排口５とバルブモータアッセン
ブリ４０のガス給排口４５とが冷媒配管６０によって連
通される。膨張機２のシリンダアッセンブリ３における
シリンダ１０内の圧力が低圧であって、スラックピスト
ン１５とディスプレーサ１６とが下降端位置にある状態
で、バルブモータアッセンブリ４０のバルブモータ５４
の駆動によりバルブディスク５１が回転し、図３（Ａ）
に示すように、高圧ポート５２，５２がバルブステム４
２上面の第１ガス流路４８，４８に合致してバルブディ
スク５１が高圧側に開く。これに伴なって、圧縮機１か
ら高圧ガス入口４３を介してバルブモータアッセンブリ
４０のバルブ室４６に供給されている常温の高圧ヘリウ
ムガスがバルブディスク５１の高圧ポート５２，５２お
よび第１ガス流路４８を介してガス給排口４５に供給さ
れ、このガス給排口４５から冷媒配管６０、シリンダア
ッセンブリ３のガス給排口５およびガス流路８を介して
スラックピストン１５下方のガス給排室１７に導入され
る。さらに、このガスはガス給排室１７からディスプレ
ーサ１６の各リジェネレータ２４，２５を通って純に各
膨張室１８，１９に充填され、これらリジェネレータ２
４，２５を通る間に前の排気行程で冷却されている銅メ
ッシュおよび鉛球との熱交換によって冷却される。

【００２８】また、スラックピストン１５上側の中間圧
室１３はオリフィス１４を介してサージボリューム７に
連通しているので、その圧力は一定の適正値に保たれて
いる。このため、ガス給排室１７へ高圧ヘリウムガスが
導入されると、その内部の圧力が上記中間圧室１３より
も高くなり、両室１３，１７間の圧力差によってピスト
ン１５が上昇する。そして、このピストン１５が所定ス
トロークだけ上昇すると、ピストン１５の底壁とディス
プレーサ１６上端の係止片２３とが係合して、ディスプ
レーサ１６は圧力変化に対し遅れを持ってピストン１５
により引き上げられ、このディスプレーサ１６の上昇移
動によりその下方の膨張室１８，１９にさらに高圧ガス
が充填される（吸気行程）。

【００２９】この後、バルブディスク５１が９０°回転
して閉じるが、その後もディスプレーサ１６は閑静力に
よって上昇し、これに伴なってディスプレーサ１６上方
のガス給排室１７内のヘリウムガスが第１および第２段
膨張室１８，１９に移動する。そして、ディスプレーサ
１６が上昇端位置に達した後、バルブディスク５１が９
０°回転し、図３（Ｂ）に示すように、低圧ポート５３
が第１ガス流路４８に合致してバルブディスク５１が低
圧側に開き、この開弁に伴なってディスプレーサ１６下
方の各膨張室１８，１９内のヘリウムガスがサイモン膨
張し、このヘリウムガスの膨張によって寒冷が発生する
（膨張行程）。

【００３０】この極低温状態となったヘリウムガスは、
上記ガス導入時とは逆に、ディスプレーサ１６内のリジ
ェネレータ２４，２５を通ってガス給排室１７内に戻
り、その間にリジェネレータ２４，２５内の銅メッシュ
及び鉛球を冷却しながら自身が常温まで暖められる。そ
して、この常温のヘリウムガスは、ガス給排室１７内の
ガスと共に、上記とは逆に、ガス流路８、ガス給排口
５、冷媒配管６０、バルブモータアッセンブリ４０のガ
ス給排口４５、第１ガス流路４８、バルブディスク５１
の低圧ポート５３及び連通路５０を介して低圧ガス出口
４４に流れ、そこから圧縮機１に吸入される。このガス
圧が低下して中間圧室１３よりも低くなり、この両室１
３，１７での圧力差によりスラックピストン１５が下降
し、このピストン１５の底壁がディスプレーサ１６の上
面に当接した後はディスプレーサ１６が押圧されて下降
し、このディスプレーサ１６の下降移動により膨張室１
８，１９内のガスが膨張機２外にさらに排出される（排
気行程）。

【００３１】次いで、バルブディスク５１が９０°回転
して閉じ、この後もディスプレーサ１６は下降端位置ま
で下降し、膨張室１８，１９内のガスが排出されて最初
の状態に戻る。以上により膨張機２の動作の１サイクル
が終了し、以後は上記と同様な動作が繰り返される。こ
の繰り返しによりシリンダ１０の両段ヒートステーショ
ン１１，１２が徐々に冷却され、両段ヒートステーショ
ン１１，１２からの寒冷を受けたＪＴ冷凍機のヘリウム
ガスが予冷され、このＪＴ冷凍機によりＳＱＵＩＤ６５
が極低温レベルに冷却される。

【００３２】そして、このようにして冷凍機の始動から
所定時間の経過後、又はＳＱＵＩＤ６５の温度が所定温
度に低下した後、クールダウン運転が終了し、冷凍機は
定常運転状態になる。この状態では、第１段ヒートステ
ーション１１によって臨界温度以下に冷却されたシール
ドケース６２のマイスナー効果により、バルブモータア
ッセンブリ４０に起因するノイズ磁束を含む外部磁束の
計測空間６３内への侵入を効果的に防止できる。したが
って、計測空間６３内に測定対象物、例えば人体の頭部
等を収容することにより測定対象物の磁束計測を高感度
かつ高精度に達成できる。また、計測空間６３に人体の
頭部等を収容した状態における第２段ヒートステーショ
ン１２からの冷熱輻射はスーパーインシュレーション層
６４により効果的に阻止され、人体等の異常降温を防止
できるとともに、ＳＱＵＩＤ６５の温度を極低温に保持
し続けることが容易になる。

【００３３】

【実施例２】図５はこの発明の極低温冷凍機の他の実施
例を示す概略縦断面図であり、図１の実施例と異なる点
は、シールドケース６２の内面にアルミニウム等の蒸着
層６２ａを形成した点のみであり、他の構成は図１の実
施例と同様である。したがって、この実施例の場合に
は、シールドケース６２のみの場合と比較して第２段ヒ
ートステーション１２からの冷熱輻射防止効果を高める
ことができ、ＳＱＵＩＤを極低温に保持し続けることが
一層容易になる。

【００３４】尚、この発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、例えば、真空チャンバ６１の内面にもア
ルミニウム等の蒸着層を形成することが可能であるほ
か、この発明の要旨を変更しない範囲において種々の設
計変更を施すことが可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明は、シール
ドケースを前段膨張ステージに熱結合させているだけで
あるから可搬性に優れ、適用可能な場所的制約を大幅に
緩和できるのみならず、寒剤を必要としないので構成を
簡素化できるとともに寒剤を取り扱うための有資格者も
不要にでき、しかも計測空間への外部磁束の侵入を阻止
して超伝導デバイスによる計測を簡単かつ高精度に達成
することができるという特有の効果を奏する。

【００３６】請求項２の発明は、請求項１の効果に加
え、冷熱輻射防止効果を高めることにより冷却対象物の
極低温保持を容易にできるという特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す概略縦断面図であ
る。

【図２】ガス圧駆動式のＧＭ型極低温冷凍機のクールダ
ウン運転状態の全体構成を示す縦断面図である。

【図３】バルブ室に臨むバルブステム上面の平面図であ
る。

【図４】バルブディスク下面の平面図である。

【図５】この発明の他の実施例を示す概略縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ 膨張機 ３ シリンダアッセンブ
リ ５ ガス給排口 １０ シリンダ １６ ディスプ
レーサ １８，１９ 膨張室 ４０ バルブモータアッセンブ
リ ４３ 高圧ガス入口 ４４ 低圧ガス出口 ４５
ガス給排口 ６２ シールドケース ６２ａ 蒸着層

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒ガスを圧縮して高圧ガスを発生させる
   圧縮機（１）と、圧縮機（１）から供給された高圧ガス
   を断熱膨張させて極低温レベルの寒冷を発生させる膨張
   機（２）とで構成され、膨張機（２）が所望の極低温を
   得る最終膨張ステージ（１９）と所望の極低温よりも高
   い低温を得る前段膨張ステージ（１８）とを含む極低温
   冷凍機であって、前段膨張ステージ（１８）に対して熱
   結合され、かつ最終膨張ステージ（１９）、最終膨張ス
   テージ（１９）により冷却される超伝導デバイス（６
   ５），および超伝導デバイス（６５）による計測空間
   （６３）を包囲する高温超伝導材料製のシールドケース
   （６２）を含んでいることを特徴とする極低温冷凍機。
2. 【請求項２】 シールドケース（６２）の内面が鏡面
   （６２ａ）である請求項１に記載の極低温冷凍機。