JPH0227224A - 極低温容器及びこれを用いた光測定器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は極低温状態に内部を保持することが可能なシャ
ッタ機構付の極低温容器及びそれを用いた光測定器に関
する。

（従来の技術） 極低温容器（通称クライオスタット）は（以下クライオ
という）その内部を例えば約２０に程度以下に保持し、
この極低温状態において所定の仕事をせしめる場合が生
ずる。（なお本発明で極低温状態とは約２０に以下であ
る。） 例えばクライオ内に光センサを設置し、入射光の分析を
行なう場合の構成として次のように構成しである。

すなわち、筐体の一部に例えば光線入射窓を形成すると
共にこの光線入射窓に対向して一個または複数個のシャ
ッタを付設する。

このような場合シャッタ機構は出来だけシンプルで故障
の少ないことが要求されると共にこのシャッタ機摺は外
部の熱をクライオ内に導入し易いという難点があるため
に熱対策をしなければナラない。

例えば筐体の中央部にシャッタ駆動軸を設けこれにシャ
ッタ（板状）を固定して軸を回転することによってシャ
ツタ板を開閉移動せしめるようにしている。これは機械
的にはかなりの精度で作動するので好ましい、駆動軸に
はステンレス鋼を用いて精度を保持している。このステ
ンレス鋼は熱伝導率が大きいので筐体内の温度を不所望
に昇温してしまうという欠点が生ずる。

一方、筐体内の昇温を防止する技術として熱伝導率の小
さい繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を一部に用いた技
術もある。

このような構成にするとそれなりの効果はあるが、必ず
しも完全とはならず内部の低温保持に問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 本発明はクライオ内にシャッタ機構を設置するために起
因するクライオ内の温度上昇が特に問題でありこれの解
決を目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は上記所期の目的を達成する手段としてシャツタ
板を駆動する駆動軸を軸方向に複数個に分割して通常は
夫々の駆動軸を離隔するように配設し、これによって伝
導熱に伴なうクライオ内の温度上昇を防止する。一方シ
ャッタ駆動時においては、駆動軸を一時的に一体化して
シャツタ板を開閉駆動するようにしたものである。

（作　用） このように構成されたものにおいては、極低温装置にシ
ャッタ機構が配設されているにもかかわらず、シャツタ
板を駆動する軸が複数に分割されており、通常は分離さ
れているので熱の伝導はまったく生じず、極低温容器内
に熱進入がほとんどおきない、そしてシャツタ板を駆動
する時のみ軸を一時的に一体化させるためにシャツタ板
の開閉も確実に行なえる。

（実施例） 第１図は本発明シャッタ機構付極低温容器１の要部斜視
図であって、２はシャッタ駆動軸を駆動するための回転
駆動ハンドルで、この上面を押しながら矢印の方向に回
転させることにより駆動軸がチャックされて回転するよ
うになっている。第４図に示すように３はシャッタ駆動
用の第１駆動軸で熱伝導率の低いＦＲＰ等の材料で形成
され、一方（上方）は回転駆動ハンドル２に固着され他
方（下方）の端部は凹部３ａが形成され後述する第２駆
動軸の凸部に嵌合するようになっている。４は第１シヤ
ツタ板６を固定したシャッタ駆動用第２駆動軸であって
一方（上方）に前記第１駆動軸３の凹部に嵌合する凸部
４ｂを設け、他方（下方）には凹部４ａを形成しである
。５はシャッタ駆動用第３駆動軸でその一部個壁には第
２シヤツタ板７が固定されてあり、かつ上方には前記第
２駆動軸の他方に形成された凹部４ａと嵌合するための
凸部５ａが形成されている。そしてこれ等が嵌合したと
きに回転駆動するようになっている。

一方９はクライオ筐体の一部であってその而の一部上面
には透孔９ａが形成されている。この透孔には赤外線等
の非可視光線、または可視光線を採取する透孔９ａでこ
の透孔には赤外線透過用の材料で形成された光線透過体
１０がドウナラ状の固定体８によって気密に固定される
。１４は内部第１隔壁であって内部の低温度をより確実
にするためのものであり、前記筐体とほぼ同形に形成し
である。

そしてその一部であって前記筐体９の光線透過体１０に
対向する位置に透孔１４ａを形成してあり、　その透孔
１４ａは窓材１１によって気密に固定されている。

１３は内部第２隔壁であって前記内部第１隔壁の内部に
収納されて第１隔Ｗ１４とほぼ相似形を呈している。こ
の第２隔壁には前記と同様上面に透孔が形成されており
、この透孔は前記第１隔壁の透孔とはその中心軸を一致
させて形成しであると共にこの透孔には光線透過材より
成る光線採取板１２が例えば接着等（ねじ止でも可）の
手段で気密に固定されている。

このように形成された各透孔は上方から視て完全に見透
せる位“置に形成され、各種光線の不所望な損失を防止
している。

次に前記２枚のシャツタ板６及び７と、前記各透孔との
関係について説明する。

２枚のシャッタ板６，７の内上方に位置するシャツタ板
６はシャッタ駆動用第２駆動軸４に固定されると共にク
ライオ筐体９と内部第１隔壁との間に離隔して付設して
あり前記透孔から通過する光線を遮蔽するように設けで
ある。更にシャツタ板７はシャッタ駆動用第３駆動軸５
に固定され、その有効面が内部筒１及び第２隔壁１３．
１４の間にこれ等と離隔してい付設されている。

次にシャッタの駆動について説明する。

第３図において先ず回動ハンドル２を右に回転するとわ
ずかな間隔を持って嵌合状態にある結合部３ａ及び４ｂ
は完全に嵌合されて第１駆動軸３と第２駆動軸４とは一
部において一体化されて同時に回動する。またこれと同
時に第２駆動軸４と第３駆動軸５とも前記同様に結合部
４ａ及び５ａとが結合して回転する。

この回転は第６図に示すように一定角度回転して止まる
ようにストッパ２０が付設してありこのストッパの先端
部とシャツタ板６の凹部とが嵌合したときに所定の角度
に指定されるようになっている。従って遮光位ｉ１　ｒ
ＸＪから開放光線「Ｘ′」までの間を移動するように設
定される。

第４図はシャッタ駆動方式の他の１例を示すもので、各
駆動軸の軸方向の間隔を十分に持たせるように構成して
熱の伝導を十分に押えるようにしたものである。なおＳ
は駆動軸を上方所定位置に維持するための圧縮ばねであ
る。

すなわち回転駆動ハンドル２を矢印Ａで示すように下方
に押して第１駆動軸３を押し下げると凹部３ａが第２駆
動軸４の凸部に嵌合する。更に回転駆動ハンドル２を押
し下げて行くと第２駆動軸４が下方に押し下げられて行
き、第２駆動軸４の凸部と第１駆動軸の凹部とが嵌合し
、回転駆動ハンドル２−第１１１！動軸３−第２駆動軸
４とが一体結合した状態で回転させるとシャツタ板６及
び７は同時に（一定の角度だけ）回転し光線の軌道から
はずれて光線がクライオ内に導入され（第６図参照）採
取される。

第５図はシャッタ駆動方式の更に他の例を示すもので分
割された各駆動軸を電磁チャックを用いて電気的に駆動
させようとするものである。

駆動用ハンドルは一般的に行なわれている手段によりコ
ントロール部２を設け、この下方にシャッタ駆動用第１
駆動軸３を配しその端部に電磁チャック部３ａ、そして
電磁チャック部３ａと離隔して電磁チャック部４ａ及び
４ｂを有する同第２駆動軸４を、更に電磁チャック部５
ａを有する同第３駆動軸５を軸数して所定間隔で並べて
付設しである。なお前記第２及び第３駆動軸４及び５の
側壁にはシャツタ板６及び７が夫々に固定されている。

このように形成された駆動方式では電気的にコントロー
ルすることによってシャツタ板を回転することが出来る
ので、その作動が容易となり、かつリモートコントロー
ル化に好適である。

すなわち、コントロール部２に制御電力を印加すると各
駆動軸３，４．５の一部に固定されている電磁チャック
部３ａ、　４ｂ、　５ａがそれぞれ作動しチャックされ
て結合し、駆動軸３，４．５が一体化される０次にコン
トロール部２の作用により回転せしめることによってシ
ャツタ板６及び７を所定角度に移動させるようにしたも
のである。

このようにすればシャッタ駆動用の第１〜第３駆動軸、
あるいは多数分割した駆動軸において各駆動軸の間隔と
電磁チャックの関係を比較的自由に設定することが出来
るので（例えば間隔を「ラフ」に出来る等）製造が容易
であると共に間隔を大きくすることが可能となって放熱
現象が緩和されるのでクライオ内を極低温に保持する場
合に有利となる。

次に本発明シャッタ機構付極低温容器内で赤外線を測定
する赤外線測定器に実施した例を第２図に示す。

容器９内は極低温状態に冷却する時に外部からの熱侵入
をなるべく避けるために種々の材料を選択することが出
来るが、本実施例の場合は容器の強度を重視して強度の
強い金属を用いている。

３はハンドル２に固定された第１駆動軸でステンレス鋼
で形成されその周面は精密加工仕上となっている。その
周面には熱的気密性を向上させるためにオーリング２１
が嵌挿されている。この第１駆動軸３には熱伝導損失を
少なくするために０ＦＲＰで形成された第１ｒｇ、動軸
の補助軸３′が螺合しである。そしてこの中間にはピン
２２が埋設してあり後述する第２駆動軸を駆動する作用
をする。

第２ＩｊＡ動輪４はステンレス鋼で形成され断面段付漏
斗状に形成されその一部にはシャツタ板６がろう付され
ている。また外面にはテフロン製のカラー２３及びブツ
シュ２４が付設されており、これによって第２駆動軸４
が効果的に回転自在に固定されている。（このテフロン
をカラー及びブツシュに用いることにより、ｍ滑油を用
いないでも摩擦係数を小さくすることが出来、真空状態
での実用時に極めて有効である） ５は前記補助軸の先端に付設された第３［Ｎｉ１ｉｌで
、ステンレス鋼でかつ前記第２駆動軸４と同様に形成さ
れその側壁にはシャツタ板７が固定されると共にカラー
２５及びブツシュ２６によって回転自在に固定されてい
る。

一方筐体９の上面の透孔には赤外線透過用の窓１０が形
成されており、この窓１０は固定体８により固定されて
いる。１１は内部第１隔壁１４の一部に形成された透孔
１４ａに気密に付設された窓材で前記同様赤外線の透過
を可能としている。

更に第２内部隔壁１３にもその一部に透孔１３ａが形成
されており、　この透孔１３ａは赤外線透過材１２によ
って気密に付設されている。１５は上記各透孔の軸にそ
の中心を一致せしめた赤外線反射体であって約４５度の
角度に設定しである。この反射体１５から反射された赤
外線を検出するセンサ１６を設置しである。なお６及び
７は赤外線Ｒの入射を遮蔽するシャツタ板である。

次に内部を極低温状態に保持するためにヘリウムガスを
充填することによって第１内部隔壁内を約２０Ｋに、ま
た第２内部隔壁内を約４Ｋに保持して赤外線測定器１０
０に構成した。

次に測定方法について説明する。

先ずクライオ内は赤外線の侵入を最小限にするためにシ
ャツタ板６によって遮光した状態でクライオ内を極低温
状態に保持する。センサ１６設置部が約４にとなった時
点でシャッタ６及び７を開放し、赤外線Ｒを赤外線反射
板１５を介してセンサ１６に射突させて赤外線を検出す
る。

前記シャッタ６及び７は赤外線検出後は直ちに開開する
ことになるが、このシャッタの開閉はハンドル２を回転
することによって行なうことが出来る。

先ず、ハンドル２を回転すると第１駆動軸３が回転しこ
れに固定された補助軸３′に伝達されると共にこの一部
に埋設されたピンの駆動力によって第２駆動軸４、更に
補助軸３′の先端の駆動力により第３駆動軸５を駆動さ
せシャッタ６及び７を同時に開閉する。

この開閉が終了した場合は上方に引上げると補助軸３′
と第２駆動軸４及び第３駆動軸５とはわずかに離れて一
体結合が解除される。第１駆動軸３及び補助軸３′はス
トッパを設けて引上げ状態を維持する。

したがってこの部分からの熱伝導に伴なうクライオ内の
温度変化はほとんどないから所定の低温度を長時間維持
することが可能である。

なお１組立作業を容易にするために次の様に形成するこ
とが出来る。

すなわち、先ず最初に内部第２隔壁に形成された透孔１
３部分を小さく形成しておき、これより大きい内部第１
隔壁の透孔１４部分に形成する。更に内部第１隔壁より
も大きい筐体の窓１０部分に構成しておけば、これ等の
組立作業は容易となる。つまり内部における程使用部品
を小さくし外部になるに従ってその使用部品の直径を大
きく摺鉢状になる様に構成することによって内部の部分
を組立てる際に外方の部分が邪魔にならなくてすむよう
にしたものである。

〔発明の効果〕

本発明シャッタ機構付極低温容器はシャッタを駆動する
ために付設されるシャッタ駆動の駆動軸を軸方向に多数
に分割して（輔自身が熱媒体となっている。）軸を第１
乃至第３（少なくとも２以上）とし、伝導熱をしゃ断す
るようにした。

このように構成すると第１駆軌軸の一方（筐体外露出部
）に加わる熱は他方（筐体内）ニ伝導すれて内部媒体と
熱交換される。しかしながらこの部分で切断されている
のでこれ以上の熱交換は行なわれない、なお真空中では
その効果は極めて顕著である。

つまりこの部分は熱容量の小さいあるいは熱伝導の小さ
い部品（例えばＦＲＰや軸の直径を細くする）を用いる
ことにより、外部の熱を第１駆動軸部分で喰い止めるよ
うにすることが可能となった。

従って測定部品である赤外線センサの保持されている第
２隔壁内部は２に以下の極低温に保持でき、極めて正確
な測定が出来る。

また、シャツタ開閉時には第１駆動軸と第２及び第３駆
動軸とはシャツタ板を回転する際のわずかな時間だけ接
触するのみでしかもその接触面積が極めて少ないのでこ
れ等を総合しても極めて少ない熱交換であるので、熱損
失が少なくてすむという特徴を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の極低温容器の要部斜視図、第２図は本
発明の極低温容器の要部断面図、第３図ａｅｂ、第４図
及び第５図は本発明に用いる駆動軸の種々の例を説明す
るための側面図、第６図は本発明に用いたシャッタの上
面図である。 ■・・・第１駆動軸　　　（至）・・・第２駆動軸■・
・・第３駆動軸　　　０．■由シャッタ板（ｌＯ）・・
・光透過窓　　　（１３）、　（１４）・・・内部隔壁
代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　松山光之 ／２ 第２図 第　ＩＶＡ 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）筐体と、 この筺体の一部に形成された光線導入窓と、この光線導
   入窓から入射する光線を遮蔽するための開閉自在なシャ
   ッターと、 このシャッターを開閉するための駆動軸を有する極低温
   容器において、 シャッターを開閉するための駆動軸が軸方向に２以上に
   分割され、かつこの複数の駆動軸が相互に熱的に絶縁さ
   れるように離隔して配置されると共に、シャッター駆動
   軸作動時には付勢により前記複数の駆動軸が一体的に作
   動するように移動可能に支持されていることを特徴とす
   る極低温容器。
2. （２）請求項（１）記載の極低温容器内部に前記光線を
   検出するためのセンサを設けたことを特徴とする光測定
   器。