JP7311275B2 - コールドヘッドの分解方法、およびジグのセット - Google Patents

Description

本発明は、コールドヘッドの分解方法、およびリフトアップジグに関する。

従来、極低温冷凍機をクライオスタットなどの極低温真空容器に装着するために、スリーブを備えた装着構造を使用することが知られている。極低温真空容器内には例えば超伝導コイルなどの被冷却物が収容され、この被冷却物はスリーブ末端に熱接触している。極低温冷凍機のコールドヘッドはスリーブの内部に装着されており、スリーブを介して被冷却物を冷却する。

極低温冷凍機を長期的に運転するなかで、極低温冷凍機のメンテナンスが定期的に必要とされうる。コールドヘッドはスリーブに対していくらか移動可能であるので、コールドヘッドとスリーブの熱接触を解除することができる。コールドヘッドは例えば室温などメンテナンス作業に都合のよい温度に昇温される一方、被冷却物は極低温に維持することができる。極低温冷凍機のメンテナンスのために被冷却物の昇温と再冷却をする必要がなく、これにより極低温冷凍機のメンテナンス所要時間は短縮される。

特許第４７４９６６１号公報

メンテナンスの際にコールドヘッドは分解される。たとえばＧＭ冷凍機であれば、ディスプレーサがモータなどのディスプレーサ駆動部とともに持ち上げられてシリンダから引き抜かれる。こうして取り外された主要構成部品には消耗部品の交換などメンテナンスが施され、または、当該構成部品の全体が新品と交換され、コールドヘッドは再び組み立てられる。大型のコールドヘッドでは、取り外すべき構成部品の重量も大きくなる。また、コールドヘッドの設置環境によってはコールドヘッドの周囲に十分な空きスペースがないこともある。こうした場合、コールドヘッドの分解作業や組立作業は行いにくくなる。

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、コールドヘッドのメンテナンスの作業性を向上することにある。

本発明のある態様によると、コールドヘッドの分解方法が提供される。コールドヘッドは、軸方向に延在するディスプレーサと、ディスプレーサを収容するシリンダと、シリンダに締結され、ディスプレーサを軸方向に駆動するようにディスプレーサと連結されたディスプレーサ駆動部とを備える。分解方法は、ディスプレーサ駆動部にリフトアップジグを装着することと、ディスプレーサ駆動部とシリンダの締結を解除することと、ディスプレーサ駆動部がディスプレーサとともにシリンダから持ち上がるようにリフトアップジグを操作することと、を備える。

本発明のある態様によると、コールドヘッドの分解に使用されるリフトアップジグが提供される。リフトアップジグは、リフトアップボルト穴を有するリフトアップジグ本体と、リフトアップボルト穴と螺合するリフトアップボルトと、を備える。リフトアップジグ本体は、リフトアップボルトがコールドヘッドの軸方向に平行に配置されるようにしてコールドヘッドのディスプレーサ駆動部に装着可能である。リフトアップボルトは、リフトアップジグ本体がディスプレーサ駆動部に装着されたとき、リフトアップボルトを軸方向に不動とした状態でリフトアップジグ本体に対して回転可能である。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、コールドヘッドのメンテナンスの作業性を向上することができる。

例示的な極低温冷凍機および装着構造を説明するための概略図である。 例示的な極低温冷凍機および装着構造を説明するための概略図である。 図１に示される極低温冷凍機の室温部を示す概略斜視図である。 図２に示される極低温冷凍機の室温部を示す概略斜視図である。 極低温冷凍機のメンテナンス方法を示すフローチャートである。 実施の形態に係るリフトアップジグを示す概略平面図である。 実施の形態に係るディスプレーサ保持ジグを示す概略斜視図である。 実施の形態に係るディスプレーサ引抜ジグを示す概略斜視図である。 実施の形態に係るコールドヘッドの分解方法を示す概略図である。 実施の形態に係るコールドヘッドの分解方法を示す概略図である。 実施の形態に係るリフトアップジグの他の例を示す概略斜視図である。 図１１に示されるリフトアップジグをコールドヘッドに装着した状態を示す概略斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。説明および図面において同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付し、重複する説明は適宜省略する。図示される各部の縮尺や形状は、説明を容易にするために便宜的に設定されており、特に言及がない限り限定的に解釈されるものではない。実施の形態は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１および図２は、例示的な極低温冷凍機１０および装着構造を説明するための概略図である。図３および図４は、図１および図２に示される極低温冷凍機１０の室温部を示す概略斜視図である。図１および図３には、極低温冷凍機１０が例えば超伝導コイルなどの被冷却物１２と熱的に結合された状態が示され、図２および図４には、両者の熱的な結合が解除された状態が示されている。

装着構造は、真空容器１４、例えばクライオスタットなどの極低温真空容器に極低温冷凍機１０を装着するための器具である。被冷却物１２を冷却する冷却装置が、極低温冷凍機１０および装着構造から構成される。装着構造は、極低温冷凍機１０とともに、極低温冷凍機１０の製造業者により顧客に提供されてもよい。

装着構造は、コールドヘッド収容スリーブ（以下では単に、スリーブともいう）１６と、フランジ間隔調整機構１８と、フランジ締結機構２０とを備える。極低温冷凍機１０は、コールドヘッド２２と圧縮機２４とを備える。

スリーブ１６は、周囲環境２６から隔離された気密領域２８をコールドヘッド２２との間に形成するよう真空容器１４に設置される。周囲環境２６は例えば室温の大気圧環境である。気密領域２８は、真空に排気されてもよいし、あるいは、ヘリウムガスのような極低温で液化しない不活性ガスで充填されてもよい。

また、スリーブ１６は、真空容器１４と組み合わされて真空容器１４内に真空領域３０を区画するように真空容器１４に設置される。一例として、真空容器１４の天板に形成された開口部にスリーブ１６の上端部が取り付けられ、スリーブ１６はこの開口部から真空容器１４内に延びている。スリーブ１６の下端が被冷却物１２に直接に又は任意の伝熱部材を介して取り付けられている。被冷却物１２は、真空領域３０に配置されている。

極低温冷凍機１０は、一例として、単段式のギフォード・マクマホン冷凍機（以下、ＧＭ冷凍機ともいう）である。よって、装着構造は、単段式のＧＭ冷凍機を真空容器１４に装着するよう構成されている。ただし、極低温冷凍機１０は、これに限られず、二段式のＧＭ冷凍機であってもよく、その場合、装着構造は、二段式のＧＭ冷凍機を真空容器１４に装着するよう構成されうる。極低温冷凍機１０は、スターリング冷凍機、パルス管冷凍機などその他の極低温冷凍機であってもよい。

極低温冷凍機１０のコールドヘッド２２は、コールドヘッド側冷却ステージ３２、コールドヘッド側フランジ３４、シリンダ３６を備える。シリンダ３６は、中心軸３８に沿って延在し、コールドヘッド側フランジ３４をコールドヘッド側冷却ステージ３２と連結している。コールドヘッド側フランジ３４およびコールドヘッド側冷却ステージ３２はシリンダ３６と同軸に配置されている。コールドヘッド側フランジ３４はシリンダ３６の上端に設けられ、コールドヘッド側冷却ステージ３２はシリンダ３６の下端に設けられている。シリンダ３６は、例えば、中空の円筒状部材である。

極低温冷凍機１０の圧縮機２４は、極低温冷凍機１０に作動ガス（例えばヘリウムガス）を循環させるために設けられている。圧縮機２４は、高圧の作動ガスをコールドヘッド２２に供給し、コールドヘッド２２内の膨張空間での断熱膨張により減圧された低圧の作動ガスをコールドヘッド２２から回収して再び昇圧するよう構成されている。コールドヘッド２２には、シリンダ３６への作動ガス入口としての高圧ポート２３ａと、シリンダ３６からの作動ガス出口としての低圧ポート２３ｂが設けられている。高圧ポート２３ａおよび低圧ポート２３ｂはそれぞれ、圧縮機２４の吐出口および吸入口に、例えばフレキシブルホースなどの配管で接続される。

さらに、コールドヘッド２２は、ディスプレーサ４０と、ディスプレーサ駆動部４２とを備える。ディスプレーサ４０は、シリンダ３６と同軸にシリンダ３６内に配置され、シリンダ３６に沿って中心軸３８の方向に往復動可能である。ディスプレーサ駆動部４２は、シリンダ３６に締結され、ディスプレーサ４０を軸方向に駆動するようにディスプレーサ４０と連結されている。圧縮機２４とディスプレーサ駆動部４２は、周囲環境２６に配置されている。

シリンダ３６内でディスプレーサ４０とコールドヘッド側冷却ステージ３２との間に作動ガスの膨張空間が形成される。ディスプレーサ駆動部４２は、圧縮機２４から膨張空間への高圧作動ガス供給と膨張空間から圧縮機２４への低圧作動ガス回収とを交互に切り替えるよう構成されている。ディスプレーサ駆動部４２には、膨張空間の圧力を制御するバルブが内蔵されている。この圧力制御バルブは、高圧ポート２３ａと低圧ポート２３ｂを交互にシリンダ３６内の膨張空間に接続する。ディスプレーサ４０には蓄冷器が内蔵されており、作動ガスは蓄冷器を経由して圧縮機２４と膨張空間との間を流れる。

ディスプレーサ駆動部４２は、ディスプレーサ４０の軸方向往復動による膨張空間の容積変化と、圧力制御バルブによる膨張空間の圧力変化とを適切に同期させるよう構成されている。それにより、コールドヘッド２２は、コールドヘッド側冷却ステージ３２を冷却することができる。

図３に示されるように、ディスプレーサ駆動部４２は、モータ４２ａ、駆動部ハウジング４２ｂ、前面カバー４２ｃを備える。駆動部ハウジング４２ｂは、全体として概ね直方体状の形状を有し、ひとつの側面にモータ４２ａが取り付けられ、それと反対側の側面に前面カバー４２ｃが取り付けられている。前面カバー４２ｃには高圧ポート２３ａが接続されている。これら２つの側面とは別の側面に低圧ポート２３ｂが接続されている。ディスプレーサ駆動部４２は、例えばボルト等の締結部材４３によってコールドヘッド側フランジ３４に固定される。締結部材４３が挿入される締結穴は、駆動部ハウジング４２ｂの上面から下面へと貫通し、コールドヘッド側フランジ３４に達している。

図示されないが、ディスプレーサ駆動部４２は、モータ４２ａの出力軸に連結され駆動部ハウジング４２ｂに収容されたスコッチヨーク機構と、スコッチヨーク機構をディスプレーサ４０に連結するディスプレーサ駆動シャフトとを有する。モータ４２ａの出力軸の回転は、スコッチヨーク機構によってディスプレーサ駆動シャフトの軸方向往復動に変換され、それによりディスプレーサ４０は軸方向に往復動する。

コールドヘッド側フランジ３４は、２つのフランジの結合体である。すなわち、コールドヘッド側フランジ３４は、シリンダ３６の上端開口周縁にシリンダ３６と一体形成されたシリンダトップフランジ４４と、シリンダトップフランジ４４の下面に取り付けられたトランジションフランジ４６とを備える。シリンダトップフランジ４４は、シリンダ３６の一部分であるとみなされうる。トランジションフランジ４６は、シリンダ３６とは別体の部材である。

トランジションフランジ４６は、フランジ部とそこから中心軸３８の方向に下方に延びた短筒部とを有し、フランジ部が例えばボルト等の締結部材によってシリンダトップフランジ４４の下面に固定され、短筒部がシリンダ３６の上端を囲んでいる。トランジションフランジ４６の内径はシリンダ３６の径より若干大きく、トランジションフランジ４６の内周面とシリンダ３６の外周面との間には隙間があり互いに接触していない。

コールドヘッド側冷却ステージ３２は、シリンダ３６の下端開口を閉じるようシリンダ３６に固着された円板状または短い円柱状の部材である。コールドヘッド側冷却ステージ３２は、例えば銅（例えば純銅）などの高熱伝導金属、またはその他の熱伝導材料で形成されている。コールドヘッド側フランジ３４およびシリンダ３６は、例えばステンレスなどの金属で形成されている。コールドヘッド側冷却ステージ３２を形成する熱伝導材料の熱伝導率は、シリンダ３６（またはコールドヘッド側フランジ３４）を形成する材料の熱伝導率より高い。

スリーブ１６は、シリンダ３６を囲むようにシリンダ３６と同軸に配置されている。スリーブ１６は、スリーブ側冷却ステージ４８と、スリーブ側フランジ５０と、スリーブ体５２とを備える。

スリーブ側冷却ステージ４８は、コールドヘッド側冷却ステージ３２との物理的接触によりコールドヘッド側冷却ステージ３２と熱接触する。一例として、スリーブ側冷却ステージ４８とコールドヘッド側冷却ステージ３２の接触面は平坦であるが、この形状には限られない。コールドヘッド側冷却ステージ３２は、テーパ面、傾斜面、または凹凸面などの非平坦面を有してもよく、気密領域２８に露出されるスリーブ側冷却ステージ４８の内面は、この非平坦面に対応する非平坦面を有してもよい。真空領域３０に露出されるスリーブ側冷却ステージ４８の外面には被冷却物１２が取り付けられている。

したがって、コールドヘッド側冷却ステージ３２がスリーブ側冷却ステージ４８と物理的に接触するとき、コールドヘッド側冷却ステージ３２がスリーブ側冷却ステージ４８を介して被冷却物１２と熱的に結合される。よって、コールドヘッド側冷却ステージ３２が冷却されることによって、被冷却物１２を冷却することができる。例えば、被冷却物１２が超伝導コイルのような超伝導機器である場合、極低温冷凍機１０は、超伝導材料の臨界温度以下の極低温に被冷却物１２を冷却することができる。

スリーブ側フランジ５０は、コールドヘッド側フランジ３４に結合され、周囲環境２６に配置されている。一例として、スリーブ側フランジ５０は、両端にフランジ部を有する短筒であり、下側のフランジ部が真空容器１４の上面に固定され、上側のフランジ部が例えば数ｍｍ程度の間隔を隔ててトランジションフランジ４６のフランジ部と対向している。

スリーブ側フランジ５０の円筒部はトランジションフランジ４６の円筒部のすぐ外側に隣接配置され、両者は互いに接触している。気密領域２８の気密性を保持するためのシール部材５４が、スリーブ側フランジ５０の円筒部とトランジションフランジ４６の円筒部の間に配置されている。シール部材５４は、例えば、スリーブ側フランジ５０の筒部に形成された周溝に配置されたＯリングなどのシール部材である。

スリーブ体５２は、中空の円筒状部材であり、シリンダ３６と同軸に中心軸３８に沿って延在し、スリーブ側フランジ５０をスリーブ側冷却ステージ４８と連結している。スリーブ側フランジ５０はスリーブ体５２の上端に設けられ、スリーブ側冷却ステージ４８はスリーブ体５２の下端に設けられている。スリーブ側フランジ５０は、スリーブ体５２の上端開口周縁から中心軸３８と垂直な径方向外側に広がる円環状部材である。スリーブ側冷却ステージ４８は、スリーブ体５２の下端開口を閉じるようスリーブ体５２に固着された円板状または短い円柱状の部材である。

スリーブ側冷却ステージ４８は、例えば銅（例えば純銅）などの高熱伝導金属、またはその他の熱伝導材料で形成されている。スリーブ側フランジ５０およびスリーブ体５２は、例えばステンレス鋼などの金属で形成されている。スリーブ側冷却ステージ４８を形成する熱伝導材料の熱伝導率は、スリーブ体５２（またはスリーブ側フランジ５０）を形成する材料の熱伝導率より高い。

コールドヘッド側フランジ３４はスリーブ側フランジ５０に対して軸方向に摺動可能であり、それにより、コールドヘッド２２は、スリーブ１６に対し軸方向に移動可能である。この可動範囲は数ｍｍ程度、例えば２～３ｍｍ程度である。シール部材５４があるので、コールドヘッド２２が移動しても気密領域２８は周囲環境２６から隔離されている。

図１および図３には、コールドヘッド２２が可動範囲の下端に位置してコールドヘッド側冷却ステージ３２とスリーブ側冷却ステージ４８が熱接触している状態が示されている。図２および図４には、コールドヘッド２２が可動範囲の上端に位置してコールドヘッド側冷却ステージ３２がスリーブ側冷却ステージ４８から離れ、両者の熱接触が解除された状態が示されている。

フランジ間隔調整機構１８は、周囲環境２６からの気密領域２８の隔離を保持しつつ、コールドヘッド側冷却ステージ３２とスリーブ側冷却ステージ４８を物理的に接触させ又は非接触とするように、スリーブ側フランジ５０とコールドヘッド側フランジ３４との間隔を調整するよう構成されている。作業者がフランジ間隔調整機構１８を操作することによって、上記の可動範囲においてコールドヘッド２２を昇降させることができる。

図３および図４に示されるように、フランジ間隔調整機構１８は、コールドヘッド側フランジ３４に形成されたリフトアップ用ボルト孔５６と、リフトアップ用ボルト孔５６と螺合するリフトアップ用ボルト５８と、を備える。リフトアップ用ボルト孔５６は、コールドヘッド側フランジ３４を貫通しており、リフトアップ用ボルト５８を回転させることによりリフトアップ用ボルト５８の先端がスリーブ側フランジ５０に突き当たる。リフトアップ用ボルト５８をスリーブ側フランジ５０に突き当てた状態でリフトアップ用ボルト５８をさらに回転させることによりスリーブ側フランジ５０とコールドヘッド側フランジ３４との間隔が広がる。コールドヘッド２２はスリーブ１６から引き上げられ、図２に示されるように、コールドヘッド側冷却ステージ３２とスリーブ側冷却ステージ４８の熱接触が解除される。リフトアップ用ボルト５８を逆回りに回転させれば、図１に示されるように、コールドヘッド側冷却ステージ３２とスリーブ側冷却ステージ４８は再び熱接触する。

フランジ締結機構２０は、スリーブ側フランジ５０に形成された締め付け用ボルト孔６０と、締め付け用ボルト孔６０と螺合する締め付け用ボルト６２と、を備える。締め付け用ボルト６２は、コールドヘッド側フランジ３４とスリーブ側フランジ５０の両方を貫通している。ただし、締め付け用ボルト６２は、コールドヘッド側フランジ３４に遊嵌し、従って、コールドヘッド側フランジ３４とは螺合していない。締め付け用ボルト６２は、コールドヘッド側フランジ３４に形成された切り欠き部６４に収容されている。切り欠き部６４は、例えば、コールドヘッド側フランジ３４の外周縁に形成され軸方向に延びるＵ字溝である。締め付け用ボルト６２の頭部は、コールドヘッド側フランジ３４の上面、すなわちシリンダトップフランジ４４に接触しうる。

締め付け用ボルト６２を締め付けることにより、コールドヘッド側フランジ３４がスリーブ側フランジ５０と締結される。このとき、適正な締め付けトルクで締め付け用ボルト６２を締め付けることにより、コールドヘッド側冷却ステージ３２をスリーブ側冷却ステージ４８にしっかりと押し付けられ、良好な伝熱が可能となる。

また、極低温冷凍機１０の例示的な使用場所においては、図１に示されるように、コールドヘッド２２の近傍に壁６６が設置されている。壁６６はメンテナンス窓６８を有する。メンテナンス窓６８は、ディスプレーサ駆動部４２の近く、たとえば横隣に位置する。壁６６があるので、作業者は、極低温冷凍機１０のそばに直接立ち入ることができないようになっている。ただし、作業者は、壁６６の外側からメンテナンス窓６８を通じて極低温冷凍機１０のほうへと手を差し入れることは可能である。メンテナンス作業など必要とされる状況では、作業者は、メンテナンス窓６８から極低温冷凍機１０へと手を伸ばし、極低温冷凍機１０を取り扱うことができる。

図５は、極低温冷凍機１０のメンテナンス方法を示すフローチャートである。極低温冷凍機１０のメンテナンスが許容されるタイミングが到来すると、極低温冷凍機１０の冷却運転が停止される（Ｓ１０）。

極低温冷凍機１０の冷却運転の停止直前または停止後に、作業者がフランジ間隔調整機構１８およびフランジ締結機構２０を操作することによって、極低温冷凍機１０と被冷却物１２との熱的な結合が解除される。フランジ締結機構２０によるコールドヘッド側フランジ３４とスリーブ側フランジ５０との締結が解除され、フランジ間隔調整機構１８によりコールドヘッド２２が引き上げられる。コールドヘッド側冷却ステージ３２がスリーブ側冷却ステージ４８から離れるので、被冷却物１２を低温に保ちつつ、コールドヘッド２２を昇温することができる。コールドヘッド側フランジ３４とスリーブ側フランジ５０の間にはシール部材５４が設けられているので、周囲環境２６からの気密領域２８の隔離は保持される。

コールドヘッド２２のメンテナンスが行われる（Ｓ２０）。詳細は後述するが、ディスプレーサ駆動部４２およびディスプレーサ４０がコールドヘッド２２から取り外される。シリンダ３６およびコールドヘッド側冷却ステージ３２はそのままスリーブ１６に設置されている。そして、メンテナンスが施された（または新品の）ディスプレーサ駆動部４２およびディスプレーサ４０がコールドヘッド２２に取り付けられる。

そして、極低温冷凍機１０の冷却運転が再開される（Ｓ３０）。目的とする冷却温度まで極低温冷凍機１０が冷却されてから、作業者がフランジ間隔調整機構１８およびフランジ締結機構２０を再び操作することによって、極低温冷凍機１０と被冷却物１２とが再び熱的に結合される。こうして、極低温冷凍機１０は、被冷却物１２を再び冷却することができる。

ところで、極低温冷凍機１０の用途によっては、大型のコールドヘッド２２が使用されうる。メンテナンスの際に取り外すべきディスプレーサ４０、ディスプレーサ駆動部４２など構成部品の重量も大きくなり、コールドヘッド２２の分解作業は容易でないかもしれない。また、コールドヘッド２２の設置環境によってはコールドヘッド２２の周囲に十分な空きスペースがないこともある。たとえば上述のように、作業者がコールドヘッド２２を取り扱うためにメンテナンス窓６８から手を入れなければならない等、コールドヘッド２２にアクセスしにくいことがある。これもコールドヘッド２２の分解作業を困難にする。

そこで、本書では、コールドヘッド２２のメンテナンスに使用される一組のジグが提案され、それらが以下に説明される。実施の形態においては、一組のジグには、リフトアップジグ７０が含まれる。また、一組のジグには、ディスプレーサ保持ジグ８０、及び／または、ディスプレーサ引抜ジグ９０が含まれうる。

図６は、実施の形態に係るリフトアップジグ７０を示す概略平面図である。リフトアップジグ７０は、リフトアップジグ本体７１と、リフトアップボルト７２とを備える。リフトアップジグ本体７１は、リフトアップボルト穴７３を有する。リフトアップボルト７２は、リフトアップボルト穴７３と螺合する。

リフトアップジグ本体７１は、一例として、ステンレス鋼、アルミニウム合金など適宜の金属製のプレートまたはブロックであり、たとえば中央に開口をもつ矩形の形状を有する。リフトアップボルト穴７３は、リフトアップジグ本体７１の上面から下面へと貫通している。よって、リフトアップボルト７２は、リフトアップジグ本体７１の上面から下面へと挿入され、ボルト頭部はリフトアップジグ本体７１の上方に位置する。リフトアップボルト７２は、ステンレス鋼など適宜の金属で形成されている。

ボルト頭部には把持部７４が固着されている。把持部７４は、たとえば樹脂製であり、ボルト径に比べて顕著に大径である。作業者は把持部７４を手でつかんでリフトアップボルト７２を容易に回転させることができる。

リフトアップジグ本体７１は、リフトアップボルト７２がコールドヘッド２２の軸方向に平行に配置されるようにしてコールドヘッド２２のディスプレーサ駆動部４２に装着可能である。そのための例示的な構成として、リフトアップジグ本体７１の角部には、締結穴７５が形成されている。締結穴７５は、リフトアップジグ本体７１の前面から背面へと貫通している。締結穴７５とこれに対応する締結部材（例えばボルト）を用いて、リフトアップジグ本体７１をディスプレーサ駆動部４２に締結することができる。

リフトアップボルト７２は、リフトアップジグ本体７１がディスプレーサ駆動部４２に装着されたとき、リフトアップボルト７２を軸方向に不動とした状態でリフトアップジグ本体７１に対して回転可能である。そのための例示的な構成として、リフトアップジグ７０は、ガイド部７６を備える。ガイド部７６は、少なくとも１本（たとえば２本）のガイドロッド７７と、ロッド支持体７８とを備える。２本のガイドロッド７７は、ロッド支持体７８から平行に延びている。リフトアップジグ本体７１は、ガイドロッド７７が挿し通されるガイド穴７９を有する。

ガイド穴７９は締結穴７５の両側に位置し、リフトアップジグ本体７１の上面から下面へと貫通している。ガイドロッド７７はリフトアップジグ本体７１の下面から上面へと挿入され、ガイドロッド７７は、リフトアップボルト７２の両側でリフトアップボルト７２と平行に延びている。リフトアップジグ本体７１は、ガイドロッド７７に沿って上下に摺動可能である。ガイド部７６は、たとえば、リフトアップジグ本体７１と同様に金属材料で形成されている。

ロッド支持体７８は、リフトアップジグ本体７１の下方に位置し、リフトアップボルト７２の先端がロッド支持体７８に突き当てられる。ロッド支持体７８がコールドヘッド側フランジ３４など適宜の支持面に支持されるとき、リフトアップボルト７２はリフトアップジグ本体７１に対して軸方向に不動となる。リフトアップボルト７２を締め方向（例えば時計回り）に回転させることにより、リフトアップジグ本体７１は、ガイドロッド７７に沿って上に動く。逆に、リフトアップボルト７２を緩め方向（例えば反時計回り）に回転させることにより、リフトアップジグ本体７１は、ガイドロッド７７に沿って下に動く。

図７は、実施の形態に係るディスプレーサ保持ジグ８０を示す概略斜視図である。ディスプレーサ保持ジグ８０は、一種のクランプであり、一対のクランププレート８１と、たとえばボルトなどのプレート締結具８２とを備える。ディスプレーサ保持ジグ８０は、リフトアップジグ７０と同様に、ステンレス鋼、アルミニウム合金など適宜の金属で形成されている。クランププレート８１は、一例として、細長い矩形状である。クランププレート８１は両端にプレート締結具８２と係合する締結穴を有する。プレート締結具８２は、２つのクランププレート８１の端部どうしを締結する。

クランププレート８１のひとつの長辺の中央部は円弧状とされており、この円弧部に保持材８３が取り付けられている。保持材８３は、ディスプレーサ４０の表面と接触する部分であり、ゴム片などの樹脂製の緩衝材で形成されている。２つのクランププレート８１は、保持材８３が向かい合うようにして、互いに平行に配置される。２本のプレート締結具８２は保持材８３の両側で２つのクランププレート８１を締結する。

後述するが、ディスプレーサ４０をクランププレート８１間に挟み込むようにしてクランププレート８１どうしをプレート締結具８２で締結することにより、ディスプレーサ保持ジグ８０は、ディスプレーサ４０に装着される。保持材８３がディスプレーサ４０の表面と接触するので、ディスプレーサ保持ジグ８０は、ディスプレーサ４０を傷つけにくい。また、保持材８３とディスプレーサ４０の間に働く摩擦力は比較的大きくなり、ディスプレーサ保持ジグ８０による保持力も高くなる。

図８は、実施の形態に係るディスプレーサ引抜ジグ９０を示す概略斜視図である。ディスプレーサ引抜ジグ９０は、たとえば矩形の引上プレート９１を備え、その中心部にはいくつかの締結穴９２がある。対応する締結部材（例えばボルト）を用いて、引上プレート９１は、ディスプレーサ４０に締結可能である。ディスプレーサ引抜ジグ９０は、リフトアップジグ７０と同様に、ステンレス鋼、アルミニウム合金など適宜の金属で形成されている。

引上プレート９１には、ハンドル９３が固定されている。作業者は、ハンドル９３をつかんでディスプレーサ引抜ジグ９０をディスプレーサ４０とともに引き上げることができる。一例として、ハンドル９３は二本あり、引上プレート９１の対向する二辺それぞれに固定されている。ハンドル９３は、引上プレート９１の辺の斜め外側上方で当該辺に沿って延びている。二本のハンドル９３があるので、作業者は両手でハンドル９３をつかみやすい。または、二人の作業者が各ハンドル９３をつかみやすい。

次に、上述のジグを使用するコールドヘッド２２の分解方法を述べる。極低温冷凍機１０の冷却運転が停止されると、高圧ポート２３ａおよび低圧ポート２３ｂから作動ガス配管が取り外される。コールドヘッド２２内には作動ガスが封入されているが、その封入圧は大気圧に比べて顕著に高い。そのため、高圧ポート２３ａと低圧ポート２３ｂのいずれかにガス回収器具が装着され、コールドヘッド２２内の作動ガスが回収され、大気圧程度に減圧される。そのうえで、以下に説明するように、ディスプレーサ駆動部４２にリフトアップジグ７０が装着され、ディスプレーサ４０の取り外し作業が開始される。このとき、コールドヘッド２２は、スリーブ１６に装着されている。

図９および図１０は、実施の形態に係るコールドヘッド２２の分解方法を示す概略図である。図９には、分解方法の前半を示し、図１０には、分解方法の後半を示す。

図９に示されるように、分解方法は、ディスプレーサ駆動部４２にリフトアップジグ７０を装着するステップから始まる（Ｓ２１）。リフトアップジグ装着ステップ（Ｓ２１）は、リフトアップボルト７２がコールドヘッド２２の軸方向に平行に配置されるようにしてディスプレーサ駆動部４２にリフトアップジグ本体７１を取り付けることを含む。

上述のように、極低温冷凍機１０の運転中にはモータ４２ａと前面カバー４２ｃが駆動部ハウジング４２ｂに取り付けられている。駆動部ハウジング４２ｂからモータ４２ａが取り外され、モータ４２ａの代わりにリフトアップジグ７０のリフトアップジグ本体７１が装着される。また、駆動部ハウジング４２ｂから前面カバー４２ｃが取り外され、前面カバー４２ｃの代わりにもう１つのリフトアップジグ７０のリフトアップジグ本体７１が装着される。こうして、２つのリフトアップジグ７０がディスプレーサ駆動部４２の両側に装着される。このとき、各リフトアップジグ７０のガイド部７６（ロッド支持体７８）は、シリンダトップフランジ４４の上面に載置されている。

リフトアップジグ７０が装着されると、ディスプレーサ駆動部４２とシリンダ３６の締結が解除される。締結部材４３（図１参照）が取り外され、駆動部ハウジング４２ｂとシリンダトップフランジ４４の締結が解除される。

次に、ディスプレーサ駆動部４２がディスプレーサ４０とともにシリンダ３６から持ち上がるように、リフトアップジグ７０が操作される（Ｓ２２）。リフトアップジグ操作ステップ（Ｓ２２）は、リフトアップボルト７２を軸方向に不動とした状態でリフトアップジグ本体７１に対してリフトアップボルト７２を回転させることを含む。

リフトアップボルト７２の先端がロッド支持体７８に突き当てられているので、リフトアップボルト７２は軸方向に動かない。リフトアップボルト７２はリフトアップジグ本体７１に螺合しているから、リフトアップボルト７２を締め方向（例えば時計回り）に回転させることにより、リフトアップジグ本体７１は、ガイドロッド７７に沿って上に動く。リフトアップジグ本体７１が駆動部ハウジング４２ｂに取り付けられているので、ディスプレーサ駆動部４２は、ディスプレーサ４０とともにシリンダ３６から持ち上がる。左右２つのリフトアップジグ７０を均等に操作することで、ディスプレーサ４０の持ち上げ中にディスプレーサ４０がシリンダ３６に対し傾斜することを抑制できる。

それから、ディスプレーサ保持ジグ８０がディスプレーサ４０に装着される（Ｓ２３）。ディスプレーサ保持ジグ８０は、２つのクランププレート８１間にディスプレーサ４０を挟み込むようにして、ディスプレーサ４０に装着される。クランププレート８１は、シリンダトップフランジ４４に載置されている。アッパーカップとも称されるディスプレーサ４０の上蓋４０ａはディスプレーサ駆動部４２のディスプレーサ駆動シャフトの末端に固定されている。

図１０に示されるように、ディスプレーサ駆動部４２がリフトアップジグ７０とともにディスプレーサ４０から取り外される（Ｓ２４）。ディスプレーサ４０の上蓋４０ａとディスプレーサ４０の締結が解除され、それにより、ディスプレーサ４０からディスプレーサ駆動部４２を取り外すことが可能になる。

このとき、ディスプレーサ４０は、ディスプレーサ保持ジグ８０によって、シリンダ３６から持ち上げられた状態に保持される。ディスプレーサ駆動部４２がディスプレーサ４０から取り外されても、ディスプレーサ４０がシリンダ３６内に落下しない。

ディスプレーサ引抜ジグ９０がディスプレーサ４０に装着される（Ｓ２５）。上蓋４０ａに代えて、ディスプレーサ引抜ジグ９０がディスプレーサ４０に取り付けられている。図示される例では、このときディスプレーサ保持ジグ８０が取り外されているが、ディスプレーサ保持ジグ８０は、ディスプレーサ４０にそのまま装着されていてもよい。

ディスプレーサ引抜ジグ９０がディスプレーサ４０とともに引き上げられ、ディスプレーサ４０がシリンダ３６から引き抜かれる（Ｓ２６）。作業者は、ハンドル９３をつかんでディスプレーサ引抜ジグ９０をディスプレーサ４０とともに引き上げることができる。こうして、ディスプレーサ４０はコールドヘッド２２から取り外され、実施の形態に係るコールドヘッド２２の分解方法は完了する。

ディスプレーサ４０には、消耗部品の交換などメンテナンスが施される。または、取り出されたディスプレーサ４０は、新品のディスプレーサと交換されてもよい。そして、コールドヘッド２２は再び組み立てられる。組立は、上述の分解作業を逆の手順で行えばよい。

図１１は、実施の形態に係るリフトアップジグ７０の他の例を示す概略斜視図である。図１２は、図１１に示されるリフトアップジグ７０をコールドヘッド２２に装着した状態を示す概略斜視図である。

リフトアップジグ７０は、リフトアップボルト穴７３を有するリフトアップジグ本体７１と、リフトアップボルト穴７３と螺合するリフトアップボルト７２と、を備える。リフトアップジグ本体７１は、リフトアップボルト７２がコールドヘッド２２の軸方向に平行に配置されるようにしてコールドヘッド２２のディスプレーサ駆動部４２に装着可能である。リフトアップボルト７２は、リフトアップジグ本体７１がディスプレーサ駆動部４２に装着されたとき、リフトアップボルト７２を軸方向に不動とした状態でリフトアップジグ本体７１に対して回転可能である。

ただし、リフトアップジグ７０は、ガイドロッドなどのガイド部を有しない。その代わりに、ガイドロッドとして機能するガイド部材９５（たとえばボルトでもよい）が駆動部ハウジング４２ｂの締結穴に挿入されている。また、リフトアップボルト７２の先端には、保護キャップ９６が取り付けられている。保護キャップ９６は、たとえば樹脂材料で形成されている。保護キャップ９６は、シリンダトップフランジ４４またはその周辺構造の表面に突き当てられる。それにより、リフトアップボルト７２は軸方向に動かない。リフトアップボルト７２を回転させることにより、リフトアップジグ本体７１およびディスプレーサ駆動部４２を持ち上げることができる。

従来のコールドヘッド分解方法では、リフトアップジグ７０は使用されない。もし、リフトアップジグ７０が無かったとしたら、作業者は、ディスプレーサ駆動部４２を持ち上げるときディスプレーサ４０およびディスプレーサ駆動部４２の重量を自分で支え続けなければならない。コールドヘッド２２が大型でディスプレーサ４０およびディスプレーサ駆動部４２が重い場合や、作業スペースが狭い場合には、コールドヘッド２２の分解作業は作業者の負担を大きくする。

これに対して、実施の形態に係るコールドヘッド２２の分解方法によれば、リフトアップジグ７０がディスプレーサ駆動部４２に装着されている。そのため、ディスプレーサ駆動部４２を持ち上げるとき、リフトアップジグ７０でディスプレーサ駆動部４２を支持することができる。したがって、コールドヘッド２２の分解作業における作業者の負担は軽減され、コールドヘッド２２のメンテナンスの作業性が向上される。

また、実施の形態に係るコールドヘッド２２の分解方法によれば、リフトアップボルト７２の回転という簡単な操作をするだけで、ディスプレーサ４０およびディスプレーサ駆動部４２をシリンダ３６から容易に持ち上げることができる。

さらに、ディスプレーサ保持ジグ８０が使用される。ディスプレーサ４０とディスプレーサ駆動部４２の連結が解除されても、ディスプレーサ４０をシリンダ３６から持ち上げられた状態に保持することができる。ディスプレーサ４０がシリンダ３６内に落下しないように作業者が人力で支えなくてもよいので、作業者の負担は軽減され、コールドヘッド２２のメンテナンスの作業性が向上される。

また、ディスプレーサ引抜ジグ９０を使用することにより、ディスプレーサ４０をシリンダ３６から引き抜く作業も容易になる。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。ある実施の形態に関連して説明した種々の特徴は、他の実施の形態にも適用可能である。組合せによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態それぞれの効果をあわせもつ。

上述の実施の形態では、２つのリフトアップジグ７０が使用されているが、本発明はこれに限られない。ひとつのリフトアップジグ７０を用いるだけでもよい。その場合、例えば、リフトアップジグ７０は、前面カバー４２ｃに代えて駆動部ハウジング４２ｂに装着され、モータ４２ａは駆動部ハウジング４２ｂに取り付けられたままでもよい。

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用の一側面を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

１０ 極低温冷凍機、 ２２ コールドヘッド、 ３６ シリンダ、 ４０ ディスプレーサ、 ４２ ディスプレーサ駆動部、 ７０ リフトアップジグ、 ７１ リフトアップジグ本体、 ７２ リフトアップボルト、 ７３ リフトアップボルト穴、 ８０ ディスプレーサ保持ジグ、 ９０ ディスプレーサ引抜ジグ。

Claims (5)

1. コールドヘッドの分解方法であって、前記コールドヘッドは、軸方向に延在するディスプレーサと、前記ディスプレーサを収容するシリンダと、前記シリンダに締結され、前記ディスプレーサを軸方向に駆動するように前記ディスプレーサと連結されたディスプレーサ駆動部とを備えており、前記分解方法は、
   前記ディスプレーサ駆動部にリフトアップジグを装着することと、
   前記ディスプレーサ駆動部と前記シリンダの締結を解除することと、
   前記ディスプレーサ駆動部が前記ディスプレーサとともに前記シリンダから持ち上がるように前記リフトアップジグを操作することと、
   ディスプレーサ保持ジグを前記ディスプレーサに装着することと、
   前記ディスプレーサ駆動部を前記リフトアップジグとともに前記ディスプレーサから取り外すことと、を備え、
   前記ディスプレーサは、前記ディスプレーサ保持ジグによって、前記シリンダから持ち上げられた状態に保持されることを特徴とするコールドヘッドの分解方法。
2. 前記リフトアップジグは、リフトアップボルト穴を有するリフトアップジグ本体と、前記リフトアップボルト穴と螺合するリフトアップボルトと、を備え、
   前記リフトアップジグを装着することは、前記リフトアップボルトが前記コールドヘッドの軸方向に平行に配置されるようにして前記ディスプレーサ駆動部に前記リフトアップジグ本体を取り付けることを含み、
   前記リフトアップジグを操作することは、前記リフトアップボルトを前記軸方向に不動とした状態で前記リフトアップジグ本体に対して前記リフトアップボルトを回転させることを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ディスプレーサ引抜ジグを前記ディスプレーサに装着することと、
   前記ディスプレーサを前記シリンダから引き抜くように前記ディスプレーサ引抜ジグを前記ディスプレーサとともに引き上げることと、をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. コールドヘッドの分解に使用されるジグのセットであって、
   ディスプレーサ駆動部をディスプレーサとともにシリンダから持ち上げるために前記ディスプレーサ駆動部に装着可能なリフトアップジグと、
   前記ディスプレーサ駆動部が前記リフトアップジグとともに前記ディスプレーサから取り外されたとき前記ディスプレーサを前記シリンダから持ち上げられた状態に保持するために前記ディスプレーサに装着可能なディスプレーサ保持ジグと、を備えることを特徴とするジグのセット。
5. 前記リフトアップジグは、
   リフトアップボルト穴を有するリフトアップジグ本体と、
   前記リフトアップボルト穴と螺合するリフトアップボルトと、を備え、
   前記リフトアップジグ本体は、前記リフトアップボルトが前記コールドヘッドの軸方向に平行に配置されるようにして前記ディスプレーサ駆動部に装着可能であり、
   前記リフトアップボルトは、前記リフトアップジグ本体が前記ディスプレーサ駆動部に装着されたとき、前記リフトアップボルトを前記軸方向に不動とした状態で前記リフトアップジグ本体に対して回転可能であることを特徴とする請求項４に記載のジグのセット。

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