特許 5969967 クライオスタットの圧力制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5969967

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月17日

(54)【発明の名称】クライオスタットの圧力制御装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 39/04 20060101AFI20160804BHJP

【ＦＩ】

   H01L39/04ZAA

【請求項の数】7

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2013-194187(P2013-194187)

(22)【出願日】2013年9月19日

(65)【公開番号】特開2015-60973(P2015-60973A)

(43)【公開日】2015年3月30日

【審査請求日】2015年6月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】502147465

【氏名又は名称】ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001841

【氏名又は名称】特許業務法人梶・須原特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】永浜 恭秀

【審査官】 大橋 達也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２６７２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１４３９２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２７５２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２７８８０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超電導マグネットを液体の冷媒に浸漬した状態で収容する冷媒槽内で蒸発した冷媒を冷凍機で再凝縮させるクライオスタットに設けられ、前記冷媒槽内の気相の冷媒の圧力を制御する圧力制御装置において、
気相の冷媒の圧力を測定する圧力センサと、
印加される電流値に応じた熱量を発生させることで、液体の冷媒を加熱するヒータと、
前記圧力センサの測定値に応じた電流値の電流を前記ヒータに印加することで、前記ヒータが発生する熱量を制御する熱量制御装置と、
を有し、
前記熱量制御装置は、
気相の冷媒の圧力値が基準圧力値Ｐｓで前記ヒータに印加する電流値が基準電流値の点を通り、所定の傾きを有する直線を含む圧力と電流との関係式と、前記圧力センサの測定値とを用いて、前記ヒータに印加する電流値を求める電流値算出部と、
圧力補正係数ｎ、初期の基準圧力値Ｐｓ０、および、前記圧力センサの測定値Ｐｐから求まる補正量（Ｐｓ０−Ｐｐ）／ｎを前記基準圧力値Ｐｓに加算することで、前記基準圧力値Ｐｓを補正し、補正された前記基準圧力値Ｐｓを新たな前記基準圧力値Ｐｓとすることを、所定間隔毎に行う補正部と、
を有することを特徴とするクライオスタットの圧力制御装置。

【請求項2】

前記熱量制御装置は、前記基準圧力値Ｐｓを記憶する記憶部をさらに有していることを特徴とする請求項１に記載のクライオスタットの圧力制御装置。

【請求項3】

前記補正部は、前記補正量に上限値を設けていることを特徴とする請求項１又は２に記載のクライオスタットの圧力制御装置。

【請求項4】

前記補正部は、前記圧力補正係数ｎを段階的に変化させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のクライオスタットの圧力制御装置。

【請求項5】

前記補正部は、所定の条件が成立した場合に、前記基準圧力値Ｐｓの累積補正を中止することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のクライオスタットの圧力制御装置。

【請求項6】

前記補正部は、所定の条件が成立した場合に、前記基準圧力値Ｐｓの累積補正を開始することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のクライオスタットの圧力制御装置。

【請求項7】

前記熱量制御装置は、前記ヒータに印加する電流値の上限値を設定する電流上限値設定部をさらに有し、
前記電流上限値設定部は、直近に前記ヒータに印加した所定数の電流値を用いて移動平均を算出し、この移動平均に所定値を加えた値を、前記ヒータに印加する電流値の上限値として設定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のクライオスタットの圧力制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超電導マグネット等を冷却するクライオスタットに設けられ、クライオスタットが備える冷媒槽内の気相の冷媒の圧力を制御する圧力制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

超電導マグネット等を冷却するクライオスタットにおいては、冷媒を収容する冷媒槽に外部から侵入した熱により蒸発した冷媒を、冷凍機で再凝縮させている。しかし、設計上、外部から侵入する熱量よりも冷凍機の冷凍能力の方が勝るために、気相の冷媒が過剰に凝縮され、その結果、冷媒槽内の気相の冷媒の圧力は負圧になる。冷媒槽内の気相の冷媒の圧力が負圧になると、シール性の弱いところから空気が侵入して氷結などを起こす。

【0003】

そこで、特許文献１には、冷媒槽内の気相の冷媒の圧力が負圧になった場合に、ヒータで冷凍機を加熱することで、液相の冷媒の蒸発を促し、冷媒槽内の負圧状態を解除する超電導マグネットが開示されている。また、特許文献２には、冷媒槽内の気相の冷媒の圧力が負圧にならないようにヒータの熱量を制御する圧力制御装置を備え、圧力制御装置による冷媒槽内の圧力制御が働かない状態である場合に、冷凍機の動作を停止させることで、冷凍機のみが働く状況下で冷媒槽内が負圧になるのを事前に防止する超電導電磁石が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平６−２８３３２９号公報

【特許文献2】特開２００９−２６７２７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、ヒータによる圧力制御においては、気相の冷媒の圧力値が基準圧力値でヒータに印加する電流値が基準電流値である点を通り、所定の傾きを有する直線を含む、圧力と電流との関係式に、気相の冷媒の圧力を測定する圧力センサの測定値を代入することで、ヒータに印加する電流値を求めている。ここで、基準圧力値および基準電流値は、圧力と電流との関係式を設定するために便宜上設けられたものである。ヒータは、印加される電流値に応じた熱量を発生させる。ヒータが発生する熱量で、冷凍機の冷凍能力と外部から冷媒槽に侵入する熱量とがバランスすることにより、冷媒槽内の気相の冷媒の圧力は安定する。

【0006】

ヒータに印加する電流値は、冷凍機の冷凍能力と外部から冷媒槽に侵入する熱量とがヒータが発生する熱量でバランスするときの値で安定する。よって、冷媒槽内の気相の冷媒の圧力は、バランス時の電流値と、圧力と電流との関係式とで求まる値で安定する。

【0007】

しかしながら、冷凍機の冷凍能力は経時的に変化し、さらに、東日本と西日本の周波数の違いによっても変化する。また、外部から冷媒槽に侵入する熱量も環境の変化により変化する。冷凍機の冷凍能力や外部から冷媒槽に侵入する熱量が変化すると、冷凍機の冷凍能力と外部から冷媒槽に侵入する熱量とをバランスさせるための熱量が変化するので、バランス時の電流値は変化する。これにより、冷媒槽内の気相の冷媒の圧力が安定する値は変化する。圧力安定時の圧力値が変化すると、超電導マグネットによる磁場の均一度が変化し、高分解能ＮＭＲ等の測定結果に影響を与える。

【0008】

本発明の目的は、磁場の均一度が変化することに起因する、高分解能ＮＭＲ等の測定結果への影響を抑えることが可能なクライオスタットの圧力制御装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明におけるクライオスタットの圧力制御装置は、超電導マグネットを液体の冷媒に浸漬した状態で収容する冷媒槽内で蒸発した冷媒を冷凍機で再凝縮させるクライオスタットに設けられ、前記冷媒槽内の気相の冷媒の圧力を制御する圧力制御装置において、気相の冷媒の圧力を測定する圧力センサと、印加される電流値に応じた熱量を発生させることで、液体の冷媒を加熱するヒータと、前記圧力センサの測定値に応じた電流値の電流を前記ヒータに印加することで、前記ヒータが発生する熱量を制御する熱量制御装置と、を有し、前記熱量制御装置は、気相の冷媒の圧力値が基準圧力値Ｐｓで前記ヒータに印加する電流値が基準電流値の点を通り、所定の傾きを有する直線を含む圧力と電流との関係式と、前記圧力センサの測定値とを用いて、前記ヒータに印加する電流値を求める電流値算出部と、圧力補正係数ｎ、初期の基準圧力値Ｐｓ０、および、前記圧力センサの測定値Ｐｐから求まる補正量（Ｐｓ０−Ｐｐ）／ｎを前記基準圧力値Ｐｓに加算することで、前記基準圧力値Ｐｓを補正し、補正された前記基準圧力値Ｐｓを新たな前記基準圧力値Ｐｓとすることを、所定間隔毎に行う補正部と、を有することを特徴とする。

【0010】

上記の構成によれば、冷媒槽内の気相の冷媒の圧力の目標値を初期の基準圧力値Ｐｓ０として圧力制御を開始し、所定間隔毎に、補正量（Ｐｓ０−Ｐｐ）／ｎを基準圧力値Ｐｓに加算することで、基準圧力値Ｐｓを補正し、補正された基準圧力値Ｐｓを新たな基準圧力値Ｐｓとする。具体的には、まず、（１）気相の冷媒の圧力値が初期の基準圧力値Ｐｓ０でヒータに印加する電流値が基準電流値の点を通り、所定の傾きを有する直線を含む圧力と電流との関係式を用いて、ヒータに印加する電流値を求め、この電流値の電流をヒータに印加することで、ヒータが発生する熱量を制御する。同時に、初期の基準圧力値Ｐｓ０を補正して新たな基準圧力値Ｐｓとする。次に、（２）気相の冷媒の圧力値が新たな基準圧力値Ｐｓでヒータに印加する電流値が基準電流値の点を通り、所定の傾きを有する直線を含む圧力と電流との関係式を用いて、ヒータに印加する電流値を求め、この電流値の電流をヒータに印加することで、ヒータが発生する熱量を制御する。同時に、現在の基準圧力値Ｐｓを補正して新たな基準圧力値Ｐｓとする。上記（２）を繰り返すことで、基準圧力値Ｐｓは初期の基準圧力値Ｐｓ０から累積補正されていく。これにより、基準圧力値Ｐｓが変化していくので、圧力と電流との関係式は変化していく。

【0011】

ここで、ヒータに印加する電流値は、冷凍機の冷凍能力と外部から冷媒槽に侵入する熱量とがヒータが発生する熱量でバランスするときの値で安定する。そのため、冷媒槽内の気相の冷媒の圧力が安定したときの圧力値は、バランス時の電流値と、圧力と電流との関係式とで求まる。しかし、基準圧力値Ｐｓの累積補正により、圧力と電流との関係式が変化していくため、圧力安定時の圧力値は変化していく。そして、圧力安定時の圧力値が初期の基準圧力値Ｐｓ０まで変化すると、圧力安定時の圧力値である圧力センサの測定値が初期の基準圧力値Ｐｓ０になるので、補正量がゼロになる。これにより、基準圧力値Ｐｓは、補正量がゼロになったときの値に落ち着く。よって、圧力と電流との関係式は、気相の冷媒の圧力値がこのときの基準圧力値Ｐｓでヒータに印加する電流値が基準電流値である点を通る直線を含むものに落ち着く。これにより、圧力安定時の圧力値は、目標値である初期の基準圧力値Ｐｓ０に落ち着く。

【0012】

そして、バランス時の電流値がどのような値になろうとも、同様にして、圧力安定時の圧力値は、補正量がゼロになる値である初期の基準圧力値Ｐｓ０に落ち着く。よって、冷媒槽内の気相の冷媒の圧力は、バランス時の電流値が変化したとしても、目標値である初期の基準圧力値Ｐｓ０で安定することになる。このように、気相の冷媒の圧力の目標値を設定し、冷媒槽内の気相の冷媒の圧力が目標値で安定するようにすることで、磁場の均一度が一定になる。これにより、磁場の均一度が変化することに起因する、高分解能ＮＭＲ等の測定結果への影響を抑えることができる。

【0013】

また、本発明におけるクライオスタットの圧力制御装置において、前記熱量制御装置は、前記基準圧力値Ｐｓを記憶する記憶部をさらに有していてよい。上記の構成によれば、基準圧力値Ｐｓを記憶部に記憶することで、基準圧力値Ｐｓが電流値算出部から消えるような不測の事態が生じたとしても、記憶部が記憶する基準圧力値Ｐｓを用いて、基準圧力値Ｐｓの累積補正を途中から再開することができる。よって、不測の事態による時間ロスを短縮することができる。

【0014】

また、本発明におけるクライオスタットの圧力制御装置において、前記補正部は、前記補正量に上限値を設けていてよい。上記の構成によれば、補正部は、補正量に上限値を設けることで、補正量が大きくなりすぎないようにする。これにより、圧力センサの測定値と、圧力と電流との関係式とで求まる電流値が大きくなりすぎたり、小さくなりすぎたりすることがなくなり、圧力のオーバーシュートが抑えられ、圧力値と目標値との誤差が小さくなるので、圧力変動が小さい安定した圧力制御を行うことができる。

【0015】

また、本発明におけるクライオスタットの圧力制御装置において、前記補正部は、前記圧力補正係数ｎを段階的に変化させてよい。上記の構成によれば、補正部は、圧力補正係数ｎを段階的に変化させることで、補正による効果を大きくしたり小さくしたりする。圧力補正係数ｎが大きいほど補正による効果が小さくなり、圧力変動は小さくなるが、圧力偏差（平均値との差）は大きくなる。逆に、圧力補正係数ｎが小さいほど補正による効果が大きくなり、圧力変動は大きくなるが、圧力偏差は小さくなる。そこで、圧力補正係数ｎを大から小に段階的に変化させることで、圧力変動を抑えながら圧力をある程度まで安定させた後に、圧力を目標値で精度よく安定させることができる。また、圧力補正係数ｎを小から大に段階的に変化させることで、素早く圧力をある程度まで安定させた後に、圧力変動を抑えた安定した圧力制御を行うことができる。

【0016】

また、本発明におけるクライオスタットの圧力制御装置において、前記補正部は、所定の条件が成立した場合に、前記基準圧力値Ｐｓの累積補正を中止してよい。上記の構成によれば、補正部は、所定の条件が成立した場合に、基準圧力値Ｐｓの累積補正を中止する。圧力がある程度、あるいは十分に安定するのに要する時間が経過した場合に、基準圧力値Ｐｓの累積補正を中止し、補正に依らない圧力制御を行うことで、補正に起因する細かな圧力変動が生じないようにすることができる。また、オペレータからの指示があった場合に、基準圧力値Ｐｓの累積補正を中止するようにすることで、オペレータが所望するタイミングで累積補正を中止することができる。

【0017】

また、本発明におけるクライオスタットの圧力制御装置において、前記補正部は、所定の条件が成立した場合に、前記基準圧力値Ｐｓの累積補正を開始してよい。上記の構成によれば、補正部は、所定の条件が成立した場合に、基準圧力値Ｐｓの累積補正を開始する。オペレータからの指示があった場合、あるいは、所定時間が経過した場合に、基準圧力値Ｐｓの累積補正を開始するようにすることで、所望のタイミングで累積補正を開始することができる。また、累積補正を中止した後にオペレータからの指示があった場合に、基準圧力値Ｐｓの累積補正を再開することで、中止後に圧力安定時の圧力値が目標値からずれた場合であっても、冷媒槽内の気相の冷媒の圧力を目標値で安定させることができる。

【0018】

また、本発明におけるクライオスタットの圧力制御装置において、前記熱量制御装置は、前記ヒータに印加する電流値の上限値を設定する電流上限値設定部をさらに有し、前記電流上限値設定部は、直近に前記ヒータに印加した所定数の電流値を用いて移動平均を算出し、この移動平均に所定値を加えた値を、前記ヒータに印加する電流値の上限値として設定してよい。上記の構成によれば、電流上限値設定部は、直近にヒータに印加した所定数の電流値を用いて移動平均を算出し、この移動平均に所定値を加えた値を、ヒータに印加する電流値の上限値として設定する。ヒータに印加する電流値に上限値を設けることで、圧力センサの測定値と、圧力と電流との関係式とで求まる電流値が大きくなりすぎることがなくなり、圧力のオーバーシュートが抑えられ、圧力値と目標値との誤差が小さくなるので、圧力変動が小さい安定した圧力制御を行うことができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明のクライオスタットの圧力制御装置によると、基準圧力値Ｐｓを累積補正することで、バランス時の電流値が変化しても、冷媒槽内の気相の冷媒の圧力は、目標値である初期の基準圧力値Ｐｓ０で安定する。このように、圧力の目標値を設定し、冷媒槽内の気相の冷媒の圧力が目標値で安定するようにすることで、磁場の均一度が一定になる。これにより、磁場の均一度が変化することに起因する、高分解能ＮＭＲ等の測定結果への影響を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】クライオスタットの内部構造を示す側面図である。

【図2】圧力制御装置の回路図である。

【図3】圧力と電流との関係式の一例である。

【図4】ヘリウムガスの圧力の時間変化をシミュレートした図である。

【図5】ヒータ電流の時間変化をシミュレートした図である。

【図6】圧力と電流との関係式の一例である。

【図7】ヘリウムガスの圧力の時間変化をシミュレートした図である。

【図8】ヒータ電流の時間変化をシミュレートした図である。

【図9】圧力制御装置の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0022】

（クライオスタットの構成）
本発明の実施形態によるクライオスタットの圧力制御装置（圧力制御装置）１００は、クライオスタット５０に設けられている。クライオスタット５０は、図１に示すように、液体の冷媒である液体ヘリウムを収容するヘリウム槽（冷媒槽）２と、ヘリウム槽２の上方に設けられた冷凍機５と、を有している。なお、本実施形態のクライオスタット５０は、ＮＭＲ装置に用いられるものであるが、これに限定されず、例えば、ＭＲＩ装置に用いられるものであってもよい。また、冷媒はヘリウムに限定されない。

【0023】

ヘリウム槽２にはガス放出口（図示せず）が設けられている。このガス放出口は、冷凍機５の能力を喪失した際にヘリウムガスが蒸発する経路であり、後述する筒部材１３の上端部に設けられている。このガス放出口の先端には、外部からヘリウム槽２内への空気の混入を防止するための逆止弁が取り付けられている。この逆止弁は、後述する超電導マグネット１がクエンチした際に発生する大量のヘリウムガスを十分安全に処理できる性能を備えている。そのため、ヘリウム槽２内のヘリウムガスが冷凍機５によって冷却されて液化してもヘリウム槽２内の総ヘリウム量は変化しない。また、ヘリウム槽２内への空気の混入を防止するために、ヘリウム槽２内の圧力は、大気圧よりも僅かに高い正圧に制御されている。ヘリウム槽２の材質としては、アルミニウム、ステンレスなどが挙げられる。

【0024】

ヘリウム槽２内には、超電導マグネット１が液体ヘリウムに浸漬された状態で収容されている。超電導マグネット１は、超電導線材を巻枠（図示せず）に螺旋状に巻回してなるものである。超電導線材は、金属系超電導線材であってもよいし、酸化物系超電導線材であってもよい。また、ヘリウム槽２の中心部には、鉛直方向に延びる円筒空間Ｓ（ボア）が設けられている。この円筒空間Ｓに試料が入れられ、様々な分析・実験が行われる。ヘリウム槽２内において、超電導マグネット１が浸漬される液体ヘリウムの液面よりも上方は、ヘリウムガスで満たされた気相空間１０となっている。

【0025】

ヘリウム槽２は、輻射シールド３で囲まれている。この輻射シールド３は、冷熱をより逃がさないようにするための、ヘリウムガスの有する冷熱で冷却されるシールド容器である。また、輻射シールド３は、冷凍機５の後述する第１冷却ステージ６により強制冷却されている。輻射シールド３の材質としては、アルミニウム、銅などが挙げられる。

【0026】

また、ヘリウム槽２および輻射シールド３は、真空容器４内に収容されている。この真空容器４は、その内部を高真空に保持され、超電導マグネット１やヘリウム槽２への熱侵入を抑制する容器である。真空容器４の上部には、内部に筒部材１３を有するネック部材１２が取り付けられている。筒部材１３は、電流リード（図示せず）の挿入通路として用いられたり、ヘリウム槽２内への液体ヘリウムの補充通路として用いられたりする。また、真空容器４は、複数のスタンド９によって床上に支持されている。真空容器４の材質としては、アルミニウム、ステンレスなどが挙げられる。

【0027】

冷凍機５は、ヘリウム槽２内で蒸発した液体ヘリウムを再液化（再凝縮）させるためのものであり、本実施形態ではパルスチューブ冷凍機が用いられている。冷凍機５の鉛直方向における中途部には第１冷却ステージ６（１ｎｄステージ）が設けられ、冷凍機５の下端部には第２冷却ステージ７（２ｎｄステージ）が設けられている。第１冷却ステージ６および第２冷却ステージ７は、いずれもフランジ状の形態を有しており、冷凍機５により冷却されて、それぞれ、例えば約４０Ｋおよび約４Ｋになる。第１冷却ステージ６および第２冷却ステージ７の材質は、主に銅や銅合金である。なお、冷凍機５は、パルスチューブ冷凍機に限定されず、ＧＭ冷凍機やスターリング冷凍機などであってもよい。

【0028】

冷凍機５における第２冷却ステージ７を含む下部は、筒状部材１５に収容されている。この筒状部材１５の外側にはさらに筒状部材１６が配置されている。この筒状部材１５の内部空間が再凝縮室８であり、この再凝縮室８とヘリウム槽２とは、筒状部材１５よりも小径の筒状の連通部材１４で連通されている。

【0029】

（圧力制御装置の構成）
圧力制御装置１００は、クライオスタット５０に設けられ、ヘリウム槽２内のヘリウムガスの圧力を制御するものである。圧力制御装置１００は、筒状部材１６に接続する枝管１７に取り付けられた圧力センサ２１と、超電導マグネット１に取り付けられたヒータ２２と、を有している。

【0030】

圧力センサ２１は、再凝縮室８内のヘリウムガスの圧力を測定する。本実施形態において、圧力センサ２１は歪ゲージである。なお、圧力センサ２１は、気相空間１０のヘリウムガスの圧力を測定するように、筒部材１３の上端部のガス放出口に設けられていてもよいし、ヘリウム槽２内に設けられていてもよい。また、圧力センサ２１は歪ゲージに限定されない。また、圧力センサ２１は、圧力を連続的に測定する構成に限定されず、圧力をある周期で間欠的に測定する構成であってもよい。例えば、圧力センサ２１は、後述するマイコン２６が１分毎に基準圧力値を補正するのに合わせて、１分間隔で圧力を測定する構成であってもよい。

【0031】

ヒータ２２は、印加される電流値に応じた熱量を発生させることで、液体ヘリウムを加熱する。加熱された液体ヘリウムは蒸発してヘリウムガスとなる。これにより、ヘリウム槽２内のヘリウムガスの圧力が上昇する。なお、ヒータ２２は、間接的に液体ヘリウムを加熱するように、冷凍機５などに取り付けられていてもよい。

【0032】

ここで、クライオスタット５０においては、外部からヘリウム槽２に侵入した熱により蒸発した液体ヘリウムを、冷凍機５で再凝縮させている。ここで、冷凍機５の冷凍能力が外部から侵入する熱量に劣ると、液体ヘリウムの蒸発を止めることができない。そこで、設計上、外部から侵入する熱量よりも冷凍機５の冷凍能力の方が勝るようにされている。しかし、外部から侵入する熱量よりも冷凍機５の冷凍能力の方が勝るために、ヘリウムガスが過剰に凝縮され、その結果、ヘリウム槽２内のヘリウムガスの圧力は負圧になる。ヘリウム槽２内のヘリウムガスの圧力が負圧になると、シール性の弱いところから空気が侵入して氷結などを起こす。

【0033】

そこで、ヒータ２２で液体ヘリウムを加熱することで、液体ヘリウムの蒸発を促し、ヘリウム槽２内のヘリウムガスの圧力が大気圧よりも僅かに高い正圧になるように制御している。即ち、ヒータ２２が発生する熱量で、冷凍機５の冷凍能力と外部からヘリウム槽２に侵入する熱量とをバランスさせている。

【0034】

回路図である図２に示すように、圧力制御装置１００は、熱量制御装置２３を有している。この熱量制御装置２３は、回路基板上に設けられてクライオスタット５０の外部に設けられており、圧力センサ２１の測定値に応じた電流値の電流をヒータ２２に印加することで、ヒータ２２が発生する熱量を制御するものである。

【0035】

熱量制御装置２３は、変換器２４と、Ａ／Ｄ変換器２５と、マイコン２６と、設定器２７と、Ｄ／Ａ変換器２８と、増幅器２９と、を有している。変換器２４は、歪ゲージである圧力センサ２１が測定した電気抵抗の変化を電圧値に変換する。Ａ／Ｄ変換器２５は、アナログの電圧値をデジタル値に変換する。マイコン（電流値算出部）２６は、圧力センサ２１の測定値を、圧力と電流との関係式に代入することで、ヒータ２２に印加する電流値を求める。設定器２７は、マイコン２６で用いる、圧力と電流との関係式を設定するための値を設定する。Ｄ／Ａ変換器２８は、デジタルの電流値をアナログ値に変換する。増幅器２９は、電流値を増幅する。増幅された電流値のヒータ電流は、ヒータ２２に印加される。

【0036】

ここで、圧力と電流との関係式の一例を図３に示す。この関係式は、ヘリウムガスの圧力値が基準圧力値（４ｋＰａ）でヒータ２２に印加する電流値が基準電流値（３０ｍＡ）である点Ａを通り、傾きが１２[ｍＡ／ｋＰａ]の直線Ｃを含んでいる。ここで、基準圧力値および基準電流値は、圧力と電流との関係式を設定するために便宜上設けられたものである。ヒータ２２の発熱効果は、電流値がプラスでもマイナスでも同じである。そこで、ヘリウム槽２内のヘリウムガスの圧力が基準圧力値のときに電流値が基準電流値となるように、基準電流値分だけ電流値をかさ上げし、圧力が６．５ｋＰａ以上で電流値が０となるようにして、常にプラス（０を含む）の電流値で圧力制御を行うようにしている。また、圧力が−１ｋＰａ以下では電流値が９０ｍＡで一定となるように、ヒータ電流に上限値を設けることで、ヒータ２２の破損や配線の焼損を防止している。

【0037】

設定器２７（図２参照）は、点Ａの圧力値である基準圧力値（４ｋＰａ）、点Ａの電流値である基準電流値（３０ｍＡ）、および、直線Ｃの傾き（１２[ｍＡ／ｋＰａ]）を設定する。これにより、直線Ｃが設定される。熱量制御装置２３は、マイコン２６が求めた電流値の電流をヒータ２２に印加することで、ヒータ２２が発生する熱量を制御する。これにより、ヘリウム槽２内のヘリウムガスの圧力が制御される。このような圧力制御により、時間の経過とともにヘリウムガスの圧力は安定する。

【0038】

ヘリウムガスの圧力の時間変化をシミュレートした図を図４に示す。初期値２ｋＰａから３０時間ほどを経て、ヘリウム槽２内のヘリウムガスの圧力が安定している。また、ヒータ電流の時間変化をシミュレートした図を図５に示す。３０時間ほどを経て、ヒータ電流は２０ｍＡに漸近して安定している。このとき、ヒータ２２に２０ｍＡを印加したときの発熱量で、冷凍機５の冷凍能力と外部からヘリウム槽２に侵入する熱量とがバランスしている。なお、図４、図５は、冷凍機５の冷凍能力と外部からヘリウム槽２に侵入する熱量とをバランスさせるためにヒータ２２に印加する電流値が２０ｍＡで変化しない（一定である）ようにモデル化したものである。

【0039】

なお、理論的には、冷凍機５の冷凍能力と外部からヘリウム槽２に侵入する熱量との差から、バランス時にヒータ２２が発生する熱量を求めることはできるが、実際のクライオスタット５０において、ヒータ２２が発生する熱量を直接検出することはできない。

【0040】

図５からわかるように、ヒータ電流が安定する電流値（２０ｍＡ）は、図３に示した基準電流値（３０ｍＡ）ではない。図３において、電流値が２０ｍＡの直線Ｄと直線Ｃとが交差する点Ｂにおける圧力値は、４．８３ｋＰａである。この値は、基準圧力値（４ｋＰａ）ではない。このように、基準圧力値は、元々、基準電流値とともに、圧力と電流との関係式を設定するために便宜上設けられたものであって、ヘリウム槽２内のヘリウムガスの圧力が安定する値ではない。

【0041】

ここで、冷凍機５の冷凍能力は経時的に変化し、さらに、東日本と西日本の周波数の違いによっても変化する。また、外部からヘリウム槽２に侵入する熱量も環境の変化により変化する。冷凍機５の冷凍能力や外部からヘリウム槽２に侵入する熱量が変化すると、冷凍機５の冷凍能力と外部からヘリウム槽２に侵入する熱量とをバランスさせるための熱量が変化するので、バランス時の電流値は変化する。これにより、ヘリウム槽２内のヘリウムガスの圧力が安定する値は変化する。圧力安定時の圧力値が変化すると、超電導マグネット１による磁場の均一度が変化し、高分解能ＮＭＲ等の測定結果に影響を与える。

【0042】

そこで、図２に示すマイコン（補正部）２６は、所定間隔毎に、基準圧力値を補正する。即ち、マイコン２６は、補正量（Ｐｓ０−Ｐｐ）／ｎを基準圧力値Ｐｓに加算することで、基準圧力値Ｐｓを補正し、補正された基準圧力値Ｐｓを新たな基準圧力値Ｐｓとすることを、所定間隔毎に行う。ここで、ｎは圧力補正係数、Ｐｓ０は初期の基準圧力値、Ｐｐは圧力センサ２１の測定値である。本実施形態において、マイコン２６は、１分毎に基準圧力値Ｐｓを補正する。よって、補正量は１分毎に算出される。

【0043】

なお、本実施形態では１分毎に基準圧力値Ｐｓを補正しているが、この間隔は１分に限定されない。ただし、補正を行わない従来の制御において、図４に示すように、圧力は概ね１日かけて安定するので、１分は、補正の周期として十分な細やかさであると言える。

【0044】

圧力と電流との関係式の一例を図６に示す。補正を伴う圧力制御においては、目標値を初期の基準圧力値Ｐｓ０（４ｋＰａ）として圧力制御を開始する。そして、１分毎に、補正量（Ｐｓ０−Ｐｐ）／ｎを基準圧力値Ｐｓに加算することで、基準圧力値Ｐｓを補正し、補正された基準圧力値Ｐｓを新たな基準圧力値Ｐｓとする。

【0045】

具体的には、まず、（１）ヘリウムガスの圧力値が初期の基準圧力値Ｐｓ０（４ｋＰａ）でヒータ２２に印加する電流値が基準電流値（３０ｍＡ）の点Ａを通り、所定の傾き（１２[ｍＡ／ｋＰａ]）を有する直線Ｃを含む圧力と電流との関係式を用いて、ヒータ２２に印加する電流値を求め、この電流値のヒータ電流をヒータ２２に印加することで、ヒータ２２が発生する熱量を制御する。同時に、初期の基準圧力値Ｐｓ０を補正して新たな基準圧力値Ｐｓとする。

【0046】

次に、（２）ヘリウムガスの圧力値が新たな基準圧力値Ｐｓでヒータ２２に印加する電流値が基準電流値（３０ｍＡ）の点を通り、所定の傾き（１２[ｍＡ／ｋＰａ]）を有する直線を含む圧力と電流との関係式を用いて、ヒータ２２に印加する電流値を求め、この電流値のヒータ電流をヒータ２２に印加することで、ヒータ２２が発生する熱量を制御する。同時に、現在の基準圧力値Ｐｓを補正して新たな基準圧力値Ｐｓとする。

【0047】

上記（２）を繰り返すことで、基準圧力値Ｐｓは初期の基準圧力値Ｐｓ０から累積補正されていく。これにより、基準圧力値Ｐｓが変化していくので、ヘリウムガスの圧力値が基準圧力値Ｐｓでヒータ２２に印加する電流値が基準電流値の点は、電流値が基準電流値（３０ｍＡ）である直線Ｅに沿って点Ａから移動していく。よって、ヘリウムガスの圧力値が基準圧力値Ｐｓでヒータ２２に印加する電流値が基準電流値の点を通り、所定の傾き（１２[ｍＡ／ｋＰａ]）を有する直線は、直線Ｅに沿って直線Ｃから移動していく。

【0048】

ここで、ヒータ２２に印加する電流値は、冷凍機５の冷凍能力と外部からヘリウム槽２に侵入する熱量とがヒータ２２が発生する熱量でバランスするときの値である２０ｍＡで安定する。そのため、ヘリウム槽２内のヘリウムガスの圧力が安定したときの圧力値は、バランス時の電流値（２０ｍＡ）と、圧力と電流との関係式とで求まる。直線Ｃにおいては、点Ｂにおける圧力値で、ヘリウム槽２内のヘリウムガスの圧力は安定する。しかし、基準圧力値Ｐｓの累積補正により、圧力と電流との関係式が変化していくため、圧力安定時の圧力値は、電流値が２０ｍＡである直線Ｄに沿って点Ｂから移動していく。

【0049】

そして、圧力安定時の圧力値が初期の基準圧力値Ｐｓ０まで変化すると、即ち、点Ｂが点Ｇまで変化すると、圧力安定時の圧力値である圧力センサ２１の測定値が初期の基準圧力値Ｐｓ０になるので、補正量がゼロになる。これにより、基準圧力値Ｐｓは、補正量がゼロになったときの値、即ち、点Ｆにおける圧力値に落ち着く。よって、ヘリウムガスの圧力値が基準圧力値Ｐｓでヒータ２２に印加する電流値が基準電流値の点を通り、所定の傾き（１２[ｍＡ／ｋＰａ]）を有する直線は、点Ｆを通る直線Ｈに落ち着く。これにより、圧力安定時の圧力値は、目標値である初期の基準圧力値Ｐｓ０に落ち着く。その後は、直線Ｈを含む圧力と電流との関係式を用いて、ヒータ２２が発生する熱量を制御する。

【0050】

ここで、冷凍機５の冷凍能力と外部からヘリウム槽２に侵入する熱量とをバランスさせるための熱量が変化すると、バランス時の電流値が変化する。しかし、バランス時の電流値が変化しても、同様にして、圧力安定時の圧力値は目標値である初期の基準圧力値Ｐｓ０に落ち着く。

【0051】

例えば、バランス時の電流値が１０ｍＡに変化した場合、直線Ｃが直線Ｉまで移動したときに、補正量がゼロになる。これにより、ヘリウムガスの圧力値が基準圧力値Ｐｓでヒータ２２に印加する電流値が基準電流値の点を通る直線は、直線Ｉに落ち着き、圧力安定時の圧力値は、目標値である初期の基準圧力値Ｐｓ０に落ち着く。

【0052】

このように、バランス時の電流値がどのような値になろうとも、圧力安定時の圧力値は、補正量がゼロになる値である初期の基準圧力値Ｐｓ０に落ち着く。よって、ヘリウム槽２内のヘリウムガスの圧力は、バランス時の電流値が変化したとしても、目標値である初期の基準圧力値Ｐｓ０で安定することになる。このように、ヘリウムガスの圧力の目標値を設定し、ヘリウム槽２内のヘリウムガスの圧力が目標値で安定するようにすることで、磁場の均一度が一定になる。これにより、磁場の均一度が変化することに起因する、高分解能ＮＭＲ等の測定結果への影響を抑えることができる。

【0053】

基準圧力値Ｐｓを累積補正しながら圧力制御したときの、ヘリウムガスの圧力の時間変化をシミュレートした図を図７に示す。図７（ａ）は、圧力補正係数ｎが６０のもの、図７（ｂ）は、圧力補正係数ｎが１２０のもの、図７（ｃ）は、圧力補正係数ｎが６００のものである。また、基準圧力値Ｐｓを累積補正しながら圧力制御したときの、ヒータ電流の時間変化をシミュレートした図を図８に示す。図８（ａ）は、圧力補正係数ｎが６０のもの、図８（ｂ）は、圧力補正係数ｎが１２０のもの、図８（ｃ）は、圧力補正係数ｎが６００のものである。なお、図７、図８は、冷凍機５の冷凍能力と外部からヘリウム槽２に侵入する熱量とをバランスさせるためにヒータ２２に印加する電流値が２０ｍＡで変化しない（一定である）ようにモデル化したものである。

【0054】

図７において、圧力補正係数ｎが６０のものは、圧力のオーバーシュートが最も大きく、変動周期は一番小さい。そして、圧力補正係数ｎの値が大きくなるほど、圧力のオーバーシュートは減少し、変動周期が大きくなる。ここで、冷凍機５の冷凍能力は、冷凍機５の大きさなどで変化する。また、外部からヘリウム槽２に侵入する熱量は、クライオスタット５０の大きさなどで変化する。そこで、圧力補正係数ｎは、クライオスタット５０の大きさや冷凍機５の大きさなどに応じて変化させる必要がある。しかし、一般的なクライオスタット５０や冷凍機５では、図７に示すように、ヘリウムガスの圧力が安定するまでに３０時間ほどかかっており、圧力補正係数ｎを時定数と考えると、３０時間は６００分（ｎ＝６００）の３倍程度である。よって、一般的なクライオスタット５０や冷凍機５では、圧力補正係数ｎは６００位がよいことがわかる。

【0055】

また、図２に示すように、マイコン２６は、メモリ（記憶部）２６ａを有している。このメモリ２６ａは、基準圧力値Ｐｓを記憶する。メモリ２６ａとしては、電気的に書き換えができて、非通電の状態でも記憶が消失しない不揮発性メモリが好ましい。なお、メモリ２６ａはバッテリなどからの電力で記憶を維持する構成であってもよい。

【0056】

図７に示すように、ヘリウムガスの圧力が安定して高分解能ＮＭＲ等の測定に適した状態になるまでに、概ね１日程度かかる。その間に、間違ってマイコン２６の電源を切ったり、停電したりすると、累積補正された基準圧力値Ｐｓが消えてしまい、初めから累積補正をやり直すことになり、最大で１日程度の時間ロスになる。

【0057】

そこで、累積補正された基準圧力値Ｐｓを、１０分間隔や１時間間隔でメモリ２６ａに記憶する。これにより、累積補正された基準圧力値Ｐｓがマイコン２６から消えるような不測の事態が生じたとしても、メモリ２６ａが記憶する基準圧力値Ｐｓを用いて、基準圧力値Ｐｓの累積補正を途中から再開することができる。よって、不測の事態による時間ロスを短縮することができる。なお、メモリ２６ａは、累積補正された基準圧力値Ｐｓを記憶する構成に限定されず、初期の基準圧力値Ｐｓ０からの累積した補正量を記憶する構成であってもよい。

【0058】

また、マイコン２６（図２参照）は、補正量に上限値を設けている。１回あたりの補正量は（Ｐｓ０−Ｐｐ）/ｎであるが、圧力制御の初期段階では、基準圧力値Ｐｓと圧力センサ２１の測定値Ｐｐとの差が大きいために、補正量が大きくなる。また、圧力補正係数ｎを小さく設定しすぎた場合にも、補正量が大きくなる。補正量が大きいと、圧力センサ２１の測定値と、圧力と電流との関係式とで求まる電流値が異常に大きくなったり、ゼロになったりする。そこで、補正量に上限値を設けることで、補正量が大きくなりすぎないようにする。これにより、圧力センサ２１の測定値と、圧力と電流との関係式とで求まる電流値が大きくなりすぎたり、小さくなりすぎたりすることがなくなり、圧力のオーバーシュートが抑えられ、圧力値と目標値との誤差が小さくなるので、圧力変動が小さい安定した圧力制御を行うことができる。なお、マイコン２６は、補正量に上限値を設ける代わりに、ヒータ２２に印加する電流値に上限値を設けてもよい。この場合には、ヒータ２２に印加する電流値がゼロになる場合があるが、ヒータ２２に印加する電流値が異常に大きくなることがないので、同様の効果を得ることができる。

【0059】

また、マイコン２６は、圧力補正係数ｎを段階的に変化させる。図７に示すように、圧力補正係数ｎが大きいほど補正による効果が小さくなり、圧力変動は小さくなるが、圧力偏差（平均値との差）は大きくなる。逆に、圧力補正係数ｎが小さいほど補正による効果が大きくなり、圧力変動は大きくなるが、圧力偏差は小さくなる。また、圧力補正係数ｎを大きくして補正効果を小さくすると、冷凍機５やクライオスタット５０の状態変化や環境気圧の変動などに起因して、ヘリウム槽２内のヘリウムガスの圧力が大きく変動することがあるが、補正量が小さいために、これら外乱に対する抵抗力・対応力が減少し、圧力安定時の圧力値は目標値からずれる。

【0060】

そこで、圧力変動を抑えながら圧力をある程度まで安定させたいが、その後は圧力を目標値で精度よく安定させたい場合には、圧力制御の初期段階で圧力補正係数ｎを大きくして、圧力変動を小さくしておいて、圧力がある程度安定した後に、圧力補正係数ｎを小さくして、圧力偏差を小さくする。このように、圧力補正係数ｎを大から小に段階的に変化させることで、圧力変動を抑えながら圧力をある程度まで安定させた後に、圧力を目標値で精度よく安定させることができる。

【0061】

また、素早く圧力をある程度まで安定させたいが、その後は圧力変動を抑えたい場合には、圧力制御の初期段階で圧力補正係数ｎを小さくして、圧力偏差を小さくしておいて、圧力がある程度安定した後に、圧力補正係数ｎを大きくして、圧力変動を小さくする。このように、圧力補正係数ｎを小から大に段階的に変化させることで、素早く圧力をある程度まで安定させた後に、圧力変動を抑えた安定した圧力制御を行うことができる。

【0062】

また、マイコン２６は、所定の条件が成立した場合に、基準圧力値Ｐｓの累積補正を中止する。図７に示すように、概ね１日程度経過すると、ヘリウム槽２内のヘリウムガスの圧力は安定する。そこで、マイコン２６は、圧力がある程度、あるいは十分に安定するのに要する時間である所定時間（例えば２日）が経過した場合に、基準圧力値Ｐｓの累積補正を中止し、その後は、補正に依らない従来の圧力制御を行う。ここで、累積補正を中止した後は、冷凍機５の冷凍能力や外部からヘリウム槽２に侵入する熱量が変動したり、環境気圧が変動したりすることで、圧力安定時の圧力値が目標値からずれる場合がある。従来の圧力制御では、圧力安定時の圧力値が目標値になるように制御しないので、圧力安定時の圧力値が目標値からずれても目標値に直すことはできないが、補正に起因する細かな圧力変動が生じないようにすることができる。

【0063】

なお、オペレータが操作可能な中止ボタンを設けて、オペレータがこの中止ボタンを操作した場合に、マイコン２６が累積補正を中止する構成であってもよい。この場合、オペレータが所望するタイミングで累積補正を中止することができる。

【0064】

また、マイコン２６は、所定の条件が成立した場合に、基準圧力値Ｐｓの累積補正を開始する。累積補正を中止した後に、冷凍機５の冷凍能力や外部からヘリウム槽２に侵入する熱量が変動したり、環境気圧が変動したりすることで、圧力安定時の圧力値が目標値からずれる場合がある。そこで、オペレータが操作可能な開始ボタンを設けて、オペレータの判断によりこの開始ボタンが操作された場合に、マイコン２６は累積補正を再開する。これにより、ヘリウムガスの圧力を目標値で安定させることができる。

【0065】

なお、マイコン２６は、圧力制御の開始とともに補正を開始せず、開始ボタンが操作された場合、あるいは、所定時間が経過した場合に、補正を開始してもよい。この場合、所望のタイミングで累積補正を開始することができる。

【0066】

また、マイコン（電流上限値設定部）２６は、ヒータ２２に印加する電流値の上限値を設定する。この上限値は、直近にヒータ２２に印加した所定数の電流値を用いて算出した移動平均に所定値を加えた値である。本実施形態においては、直近にヒータ２２に印加した３０個の電流値を用いて算出した移動平均に５ｍＡを加えた値を上限値としている。なお、所定数は３０に限定されず、所定値は５ｍＡに限定されない。

【0067】

例えば、圧力制御の開始時に算出したヒータ電流の電流値が１０ｍＡであるとすると、ヒータ電流の上限値は１５ｍＡとなる。図５、図８の例では、ヒータ電流を下げる方向に圧力を制御しているが、それとは逆に、ヒータ電流を上げる方向に圧力を制御していく場合、圧力制御の初期段階において電流値は大きくなる方向にオーバーシュートする。その過程において、電流値を１５ｍＡで頭打ちにする。また、圧力制御の開始から３０分後には、直近にヒータ２２に印加した３０個の電流値を用いて移動平均が算出される。移動平均が１３ｍＡであった場合には、ヒータ電流の上限値は１８ｍＡとなる。その後、１分間隔で移動平均が更新されていき、ヒータ電流の上限値はじわじわと上昇していくこととなる。このように、ヒータ電流に上限値を設けることで、圧力センサ２１の測定値と、圧力と電流との関係式とで求まる電流値が大きくなりすぎることがなくなり、圧力のオーバーシュートが抑えられ、圧力値と目標値との誤差が小さくなるので、安定した圧力制御を行うことができる。

【0068】

（変形例）
なお、回路図である図９に示すように、圧力制御装置１００が有する熱量制御装置２３は、アナログ回路で構成されていてもよい。即ち、熱量制御装置２３は、上述した変換器２４および設定器２７のほかに、電流値算出回路３１と、補正回路３２と、メモリ３３と、電流上限値設定回路３４と、を有している。電流値算出回路（電流値算出部）３１は、圧力センサ２１の測定値を入力とし、ヒータ２２に印加する電流値を出力とする、圧力と電流との関係を決める回路である。補正回路（補正部）３２は、基準圧力値Ｐｓを補正する。メモリ（記憶部）３３は、基準圧力値Ｐｓを記憶するコンデンサなどの回路である。電流上限値設定回路（電流上限値設定部）３４は、ヒータ２２に印加する電流値の上限値を設定する。電流値算出回路３１で算出された電流値のヒータ電流は、ヒータ２２に印加される。

【0069】

圧力センサ２１は、ヘリウムガスの圧力を連続的に測定している。補正回路３２は、圧力センサ２１の測定値を用いて、基準圧力値Ｐｓを連続的に補正する。ここで、圧力補正係数ｎは、回路構成におけるゲイン（倍率）となる。また、基準圧力値Ｐｓの累積補正は積分回路により行われる。圧力補正係数ｎなどの条件を頻繁に調整しないのであれば、熱量制御装置２３をアナログ回路で構成することにより、圧力制御装置１００を安価に大量に製造することができる。

【0070】

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る圧力制御装置１００によると、ヘリウム槽２内のヘリウムガスの圧力の目標値を初期の基準圧力値Ｐｓ０として圧力制御を開始し、１分毎に、補正量（Ｐｓ０−Ｐｐ）／ｎを基準圧力値Ｐｓに加算することで、基準圧力値Ｐｓを補正し、補正された基準圧力値Ｐｓを新たな基準圧力値Ｐｓとする。基準圧力値Ｐｓの累積補正により、圧力と電流との関係式が変化していくため、圧力安定時の圧力値は変化していく。そして、圧力安定時の圧力値が初期の基準圧力値Ｐｓ０まで変化すると、圧力安定時の圧力値である圧力センサ２１の測定値が初期の基準圧力値Ｐｓ０になるので、補正量がゼロになる。これにより、基準圧力値Ｐｓは、補正量がゼロになったときの値に落ち着く。よって、圧力と電流との関係式は、圧力値がこのときの基準圧力値Ｐｓで電流値が基準電流値である点を通る直線を含むものに落ち着く。これにより、圧力安定時の圧力値は、目標値である初期の基準圧力値Ｐｓ０に落ち着く。そして、バランス時の電流値がどのような値になろうとも、同様にして、圧力安定時の圧力値は、補正量がゼロになる値である初期の基準圧力値Ｐｓ０に落ち着く。よって、ヘリウム槽２内のヘリウムガスの圧力は、バランス時の電流値が変化したとしても、目標値である初期の基準圧力値Ｐｓ０で安定することになる。このように、ヘリウムガスの圧力の目標値を設定し、ヘリウム槽２内のヘリウムガスの圧力が目標値で安定するようにすることで、磁場の均一度が一定になる。これにより、磁場の均一度が変化することに起因する、高分解能ＮＭＲ等の測定結果への影響を抑えることができる。

【0071】

また、基準圧力値Ｐｓをメモリ（記憶部）２６ａに記憶することで、基準圧力値Ｐｓがマイコン（電流値算出部）２６から消えるような不測の事態が生じたとしても、メモリ２６ａが記憶する基準圧力値Ｐｓを用いて、基準圧力値Ｐｓの累積補正を途中から再開することができる。よって、不測の事態による時間ロスを短縮することができる。

【0072】

また、マイコン（補正部）２６は、補正量に上限値を設けることで、補正量が大きくなりすぎないようにする。これにより、圧力センサ２１の測定値と、圧力と電流との関係式とで求まる電流値が大きくなりすぎたり、小さくなりすぎたりすることがなくなり、圧力のオーバーシュートが抑えられ、圧力値と目標値との誤差が小さくなるので、圧力変動が小さい安定した圧力制御を行うことができる。なお、補正量に上限値を設ける代わりに、ヒータ２２に印加する電流値に上限値を設けることによっても、同様の効果を得ることができる。

【0073】

また、マイコン（補正部）２６は、圧力補正係数ｎを段階的に変化させることで、補正による効果を大きくしたり小さくしたりする。圧力補正係数ｎが大きいほど補正による効果が小さくなり、圧力変動は小さくなるが、圧力偏差（平均値との差）は大きくなる。逆に、圧力補正係数ｎが小さいほど補正による効果が大きくなり、圧力変動は大きくなるが、圧力偏差は小さくなる。そこで、圧力補正係数ｎを大から小に段階的に変化させることで、圧力変動を抑えながら圧力をある程度まで安定させた後に、圧力を目標値で精度よく安定させることができる。また、圧力補正係数ｎを小から大に段階的に変化させることで、素早く圧力をある程度まで安定させた後に、圧力変動を抑えた安定した圧力制御を行うことができる。

【0074】

また、マイコン（補正部）２６は、所定の条件が成立した場合に、基準圧力値Ｐｓの累積補正を中止する。圧力がある程度、あるいは十分に安定するのに要する時間が経過した場合に、基準圧力値Ｐｓの累積補正を中止し、補正に依らない圧力制御を行うことで、補正に起因する細かな圧力変動が生じないようにすることができる。また、オペレータからの指示があった場合に、基準圧力値Ｐｓの累積補正を中止するようにすることで、オペレータが所望するタイミングで累積補正を中止することができる。

【0075】

また、マイコン（補正部）２６は、所定の条件が成立した場合に、基準圧力値Ｐｓの累積補正を開始する。オペレータからの指示があった場合、あるいは、所定時間が経過した場合に、基準圧力値Ｐｓの累積補正を開始するようにすることで、所望のタイミングで累積補正を開始することができる。また、累積補正を中止した後にオペレータからの指示があった場合に、基準圧力値Ｐｓの累積補正を再開することで、中止後に圧力安定時の圧力値が目標値からずれた場合であっても、ヘリウム槽２内のヘリウムガスの圧力を目標値で安定させることができる。

【0076】

また、マイコン（電流上限値設定部）２６は、直近にヒータ２２に印加した所定数の電流値を用いて移動平均を算出し、この移動平均に所定値を加えた値を、ヒータ２２に印加する電流値の上限値として設定する。ヒータ２２に印加する電流値に上限値を設けることで、圧力センサ２１の測定値と、圧力と電流との関係式とで求まる電流値が大きくなりすぎることがなくなり、圧力のオーバーシュートが抑えられ、圧力値と目標値との誤差が小さくなるので、圧力変動が小さい安定した圧力制御を行うことができる。

【0077】

（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

【符号の説明】

【0078】

１ 超電導マグネット
２ ヘリウム槽（冷媒槽）
３ 輻射シールド
４ 真空容器
５ 冷凍機
６ 第１冷却ステージ
７ 第２冷却ステージ
８ 再凝縮室
１０ 気相空間
１２ ネック部材
１３ 筒部材
１４ 連通部材
１５ 筒状部材
１６ 筒状部材
１７ 枝管
２１ 圧力センサ
２２ ヒータ
２３ 熱量制御装置
２４ 変換器
２５ Ａ／Ｄ変換器
２６ マイコン（電流値算出部、補正部、電流上限値設定部）
２６ａ メモリ（記憶部）
２７ 設定器
２８ Ｄ／Ａ変換器
２９ 増幅器
３１ 電流値算出回路（電流値算出部）
３２ 補正回路（補正部）
３３ メモリ（記憶部）
３４ 電流上限値設定回路（電流上限値設定部）
５０ クライオスタット
１００ 圧力制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】