特許 6902004 冷凍機が装着される冷却容器

(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】6902004

(24)【登録日】2021年6月22日

(45)【発行日】2021年7月14日

(54)【発明の名称】冷凍機が装着される冷却容器

(51)【国際特許分類】

   F25B 9/00 20060101AFI20210701BHJP

   F25B 9/14 20060101ALI20210701BHJP

   H01F 6/04 20060101ALN20210701BHJP

【ＦＩ】

   F25B9/00 H

   F25B9/14 510B

   F25B9/14 510C

   F25B9/14 510Z

   F25B9/14 520Z

   F25B9/14 530Z

   !H01F6/04

【請求項の数】12

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2018-164539(P2018-164539)

(22)【出願日】2018年9月3日

(65)【公開番号】特開2020-38016(P2020-38016A)

(43)【公開日】2020年3月12日

【審査請求日】2020年10月8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】100067828

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 悦司

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100109058

【弁理士】

【氏名又は名称】村松 敏郎

(72)【発明者】

【氏名】宮田 斉

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 聡

(72)【発明者】

【氏名】渡部 博睦

【審査官】 関口 勇

(56)【参考文献】

【文献】 特開平９−２８７８３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−５３０６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ ９／００

Ｆ２５Ｂ ９／１４

Ｈ０１Ｆ ６／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１被冷却体及びこの第１被冷却体よりも低い目標冷却温度が設定された第２被冷却体を収容するとともに、シリンダと当該シリンダ内に往復動可能でかつ当該シリンダに対して着脱可能となるように挿入されるディスプレーサと当該ディスプレーサを往復動させることにより冷熱を発生させる駆動部とを有する冷凍機であって前記ディスプレーサ及び前記シリンダにより第１の運転温度を有する第１段コールドヘッドと前記第１の運転温度よりも低い第２の運転温度を有しかつ前記第１段コールドヘッドと軸方向に並ぶ第２段コールドヘッドとが構成される冷凍機を支持して、前記第１被冷却体及び前記第２被冷却体がそれぞれ前記第１段コールドヘッド及び前記第２段コールドヘッドにより冷却されることを可能にする冷却容器であって、
真空状態を保ちながら前記第１被冷却体及び前記第２被冷却体を収容する容器本体と、
前記第１被冷却体と伝熱可能に接続された状態で前記容器本体内に配置されるとともに、上向きに開放された第１被冷却面を有する第１被冷却端子と、
前記第２被冷却体と伝熱可能に接続されかつ昇降可能な状態で前記容器本体内に配置されるとともに、前記第１被冷却面よりも下側の位置で上向きに開放された第２被冷却面を有する第２被冷却端子と、
前記第１段コールドヘッドの下面及び第２段コールドヘッドの下面がそれぞれ前記第１被冷却面及び前記第２被冷却面に対して上下方向に対向する姿勢で前記シリンダを保持しながら前記シリンダとともに昇降可能となるように前記容器本体に支持されるシリンダ保持体と、
前記容器本体内を密閉しながら前記容器本体に対する前記シリンダ保持体の昇降を許容するように当該容器本体と当該シリンダ保持体との間に介在する保持体シール部と、
前記第２段コールドヘッドの下面が前記第２被冷却面と接触して当該第２段コールドヘッドと前記第２被冷却端子との間の伝熱を可能にする第２伝熱位置と前記第２段コールドヘッドの下面が前記第２被冷却面から上方に離間して当該第２段コールドヘッドと前記第２被冷却端子との間の伝熱を遮断する第２遮断位置との間で前記シリンダ保持体を昇降させるように当該シリンダ保持体に連結される第２昇降機構と、
前記第２伝熱位置に対応する高さ位置にある前記第１段コールドヘッドの下面に対して前記第１被冷却面が接触して当該第１段コールドヘッドと前記第１被冷却端子との間の伝熱を可能にする第１伝熱位置と前記第１段コールドヘッドの下面に対して前記第１被冷却面が下方に離間して当該第１段コールドヘッドと前記第１被冷却端子との間の伝熱を遮断する第１遮断位置との間で前記第１被冷却端子を昇降させるように当該第１被冷却端子に連結される第１昇降機構と、を備える、冷却容器。

【請求項2】

請求項１記載の冷却容器であって、前記第１昇降機構は、回転操作を受けてこれを前記第１被冷却端子の昇降運動に変換する送りねじ機構を含む、冷却容器。

【請求項3】

請求項２記載の冷却容器であって、前記第１昇降機構は、前記容器本体に垂直軸回りに回転可能となるように支持され、前記容器本体の外部に配置されて回転操作を受けることが可能な第１被操作部および前記回転操作に伴って上下方向に進行するねじが形成された第１ねじ部を有する第１ねじ部材と、前記第１被冷却端子とともに昇降可能となるように当該第１被冷却端子に連結されるとともに前記容器本体に昇降可能に支持され、かつ、前記第１ねじ部材に与えられる回転操作に伴って昇降するように前記第１ねじ部と螺合する第１昇降体と、を有する、冷却容器。

【請求項4】

請求項３記載の冷却容器であって、前記第１昇降体は、前記容器本体の上面と前記シリンダ保持体との間の位置で昇降可能に配置されるとともに前記第１ねじ部に螺合される螺合部材と、当該螺合部材と前記容器本体との間に介在して当該容器本体に対する当該螺合部材の昇降を許容しながら前記容器本体内を密封する螺合部材シール部と、前記容器本体
内に配置されて前記螺合部材と前記第１被冷却端子とが一体に昇降するように両者を上下方向に連結する連結部材と、を有する、冷却容器。

【請求項5】

請求項４記載の冷却容器であって、前記容器本体の上面は全周にわたって上下方向に延びる筒状の第１案内面を有し、前記螺合部材は前記第１案内面によって上下方向に案内されるように当該第１案内面に嵌合される第１被案内面を有する被案内部を含み、前記螺合部材シール部は前記第１案内面と前記第１被案内面との間に全周にわたり介在する環状の第１シール部材を含む、冷却容器。

【請求項6】

請求項５記載の冷却容器であって、前記螺合部材の被案内部は前記第１被案内面の径方向外側または内側の位置で上下方向に延びる筒状の第２案内面をさらに有し、前記シリンダ保持体は前記第２案内面によって上下方向に案内されるように当該第２案内面に嵌合される第２被案内面を有し、前記保持体シール部は前記第２案内面と前記第２被案内面との間に介在する環状の第２シール部材を含む、冷却容器。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれかに記載の冷却容器であって、前記第２昇降機構は、回転操作を受けてこれを前記シリンダ保持体の昇降運動に変換する送りねじ機構を含む、冷却容器。

【請求項8】

請求項７記載の冷却容器であって、前記第２昇降機構は、前記容器本体に対する下向きの変位を拘束されながら垂直軸回りに回転可能な第２ねじ部材を有し、当該第２ねじ部材は、前記シリンダ保持体の上方に配置されて回転操作を受けることが可能な第２被操作部と、当該第２被操作部から下方に延びて前記シリンダ保持体を上下方向に貫通する第２ねじ部と、を有し、当該第２ねじ部は前記第２被操作部に与えられる特定方向の回転操作に伴って前記シリンダ保持体を上昇させるように当該シリンダ保持体と螺合する、冷却容器。

【請求項9】

請求項８記載の冷却容器であって、前記第２昇降機構は前記シリンダ保持体に対して下向きの付勢力を与える付勢機構をさらに有する、冷却容器。

【請求項10】

請求項９記載の冷却容器であって、前記付勢機構は、前記下向きの付勢力を変化させる付勢力操作部を有する、冷却容器。

【請求項11】

請求項１０記載の冷却容器であって、前記付勢機構は、前記容器本体に固定されるとともに前記シリンダ保持体の昇降を許容するように当該シリンダ保持体を貫通し、少なくとも当該シリンダ保持体よりも上側の領域において雄ねじ部を有するねじ軸と、前記シリンダ保持体よりも上方の位置で前記雄ねじ部に螺合されるナットと、当該ナットと前記シリンダ保持体との間に弾性圧縮変形した状態で介在するばね部材と、を有し、前記ばね部材の弾発力が前記シリンダ保持体に下向きの付勢力として作用する、冷却容器。

【請求項12】

請求項１〜１１のいずれかに記載の冷却容器であって、前記第２被冷却端子は、前記第２被冷却面上に設けられ、当該第２被冷却面に対して下降する前記第２段コールドヘッドの下端を当該第２被冷却面上の所定の位置に案内する案内部をさらに有する、冷却容器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被冷却体を収容するとともに冷凍機を支持して当該冷凍機による前記被冷却体の冷却を可能にする冷却容器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、超伝導磁石やこれを収容する液体ヘリウム容器といった被冷却体を冷却するための極低温装置として、冷却容器及びこれに装着される二段式の冷凍機を備えたものが知られている。前記冷却容器は、第１被冷却体及びこれよりも低い目標冷却温度が設定された第２被冷却体を真空状態で収容する容器本体（真空容器）と、前記冷凍機を支持する冷凍機支持部と、第１被冷却端子と、第２被冷却端子と、を備える。前記第１被冷却体は、例えば前記容器本体の内側で超電導コイルを包囲する熱シールド容器であり、前記第１被冷却端子は伝熱部材を介して前記第１被冷却体に伝熱可能に接続される。前記第２被冷却体は、例えば前記超電導コイルであり、前記第２被冷却端子は伝熱部材を介して前記第２被冷却体に伝熱可能に接続される。一方、前記二段式の冷凍機は、第１の冷却温度が設定された第１段コールドヘッドと、前記第１の冷却温度よりも低い第２の冷却温度が設定された第２段コールドヘッドと、を有し、前記第１段コールドヘッドが前記第１被冷却端子に接触し、かつ前記第２段コールドヘッドが前記第２被冷却端子に接触するように前記容器本体に装着される。

【0003】

前記二段式の冷凍機として、例えば特許文献１に開示されるものが知られている。この冷凍機は、ディスプレーサと、当該ディスプレーサを往復動可能に収容するシリンダと、当該ディスプレーサを往復動させることにより冷熱を発生させる駆動部と、を有する。前記ディスプレーサは、第１ディスプレーサ及び第２ディスプレーサを有し、前記シリンダは前記第１ディスプレーサを収容する第１シリンダ及び前記第２ディスプレーサを収容する第２シリンダを有する。前記第１ディスプレーサ及び前記第１シリンダが前記第１段コールドヘッドを構成し、前記第２ディスプレーサ及び前記第２シリンダが前記第２段コールドヘッドを構成する。

【0004】

前記冷凍機は、そのメンテナンスのため、前記容器本体から適宜脱着される必要がある。特許文献１は、冷却容器内の低温状態を保ったまま前記冷凍機の円滑な着脱を可能にするための方法として、次のような事項を含む方法を開示する。

【0005】

（１）冷却容器にスリーブを設け、当該スリーブ内に冷凍機を挿入する。前記スリーブは、前記冷却容器内の被冷却体を前記冷凍機により冷却する際の伝熱媒体となる。

【0006】

（２）前記冷却容器から冷凍機を脱着するにあたり、まず前記スリーブから前記冷凍機のシリンダをごく僅かな引上げ量だけ引き上げる。当該引上げ量は、前記スリーブと前記冷凍機との間に介在するＯリングによるシールを保ちながら（つまり容器内の真空状態を保ちながら）当該スリーブと当該冷凍機との間の伝熱の遮断を可能にする量であり、特許文献１の記載によれば２〜３ｍｍである。

【0007】

（３）（２）のように冷凍機のシリンダとスリーブとの間の伝熱が遮断された状態で、当該シリンダを残してディスプレーサ及び駆動部のみを引き抜き、当該シリンダの内側面が大気に暴露されることによる当該内側面に付着した氷や霜を加熱装置による加熱で除去する。

【0008】

（４）（３）のように氷や霜が除去された状態でメンテナンス後のディスプレーサを改めてシリンダ内に挿入し、かつシリンダを降下させてスリーブに接触させることにより伝熱可能な状態に復帰させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００４−０５３０６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

前記特許文献１に記載される装置では、冷凍機と被冷却体との間でのスリーブの介在により、装置が大掛かりになるのに加え、前記冷凍機による前記被冷却体の冷却の効率が低下する。また、正常な冷却を成立させるためには、前記スリーブと前記冷凍機のシリンダとを十分な接触圧で相互接触させる必要があるが、そのための具体的手段は何ら示されていない。さらに、前記スリーブと前記冷凍機のシリンダとの間のＯリングによるシール状態を保ちながら両者の伝熱を遮断するためには当該シリンダをごく限られた引上げ量だけ正確に引き上げなければならず、その作業は容易でない。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、被冷却体を収容するとともに冷凍機を支持する冷却容器であって、前記冷凍機により前記被冷却体が効率よく冷却され、かつ、前記冷凍機のメンテナンスが容易に行われることを可能にする冷却容器を提供することを目的とする。

【0012】

提供されるのは、第１被冷却体及びこの第１被冷却体よりも低い目標冷却温度が設定された第２被冷却体を収容するとともに、シリンダと当該シリンダ内に往復動可能でかつ当該シリンダに対して着脱可能となるように挿入されるディスプレーサと当該ディスプレーサを往復動させることにより冷熱を発生させる駆動部とを有する冷凍機であって前記ディスプレーサ及び前記シリンダにより第１の運転温度を有する第１段コールドヘッドと前記第１の運転温度よりも低い第２の運転温度を有しかつ前記第１段コールドヘッドと軸方向に並ぶ第２段コールドヘッドとが構成される冷凍機を支持して、前記第１被冷却体及び前記第２被冷却体がそれぞれ前記第１段コールドヘッド及び前記第２段コールドヘッドにより冷却されることを可能にする冷却容器である。当該冷却容器は、真空状態を保ちながら前記第１被冷却体及び前記第２被冷却体を収容する容器本体と、前記第１被冷却体と伝熱可能に接続された状態で前記容器本体内に配置されるとともに、上向きに開放された第１被冷却面を有する第１被冷却端子と、前記第２被冷却体と伝熱可能に接続されかつ昇降可能な状態で前記容器本体内に配置されるとともに、前記第１被冷却面よりも下側の位置で上向きに開放された第２被冷却面を有する第２被冷却端子と、前記第１段コールドヘッドの下面及び第２段コールドヘッドの下面がそれぞれ前記第１被冷却面及び前記第２被冷却面に対して上下方向に対向する姿勢で前記シリンダを保持しながら前記シリンダとともに昇降可能となるように前記容器本体に支持されるシリンダ保持体と、前記容器本体内を密閉しながら前記容器本体に対する前記シリンダ保持体の昇降を許容するように当該容器本体と当該シリンダ保持体との間に介在する保持体シール部と、前記第２段コールドヘッドの下面が前記第２被冷却面と接触して当該第２段コールドヘッドと前記第２被冷却端子との間の伝熱を可能にする第２伝熱位置と前記第２段コールドヘッドの下面が前記第２被冷却面から上方に離間して当該第２段コールドヘッドと前記第２被冷却端子との間の伝熱を遮断する第２遮断位置との間で前記シリンダ保持体を昇降させるように当該シリンダ保持体に連結される第２昇降機構と、前記第２伝熱位置に対応する高さ位置にある前記第１段コールドヘッドの下面に対して前記第１被冷却面が接触して当該第１段コールドヘッドと前記第１被冷却端子との間の伝熱を可能にする第１伝熱位置と前記第１段コールドヘッドの下面に対して前記第１被冷却面が下方に離間して当該第１段コールドヘッドと前記第１被冷却端子との間の伝熱を遮断する第１遮断位置との間で前記第１被冷却端子を昇降させるように当該第１被冷却端子に連結される第１昇降機構と、を備える。

【0013】

この冷却容器によれば、前記第１及び第２昇降機構によって前記シリンダ保持体及び前記第１被冷却端子を前記容器本体に対してそれぞれ昇降させるだけの簡単な操作で、スリーブ等の特別な部材を冷凍機と被冷却体との間に介在させることを要することなく、前記冷凍機の第１段及び第２段コールドヘッドと前記第１及び第２被冷却端子との間の伝熱が可能な状態と当該伝熱が遮断される状態との切換を容易に行うことができる。このことは、冷凍機により第１及び第２被冷却体を効率よく冷却することと、前記冷凍機のメンテナンスを容易に行うことと、を可能にする。

【0014】

具体的に、前記冷却容器によれば、前記冷凍機の前記シリンダ内に前記ディスプレーサが挿入された状態（つまり冷凍機が組み上がっている状態）で前記第２昇降機構により前記シリンダ保持体を前記第２伝熱位置、つまり前記冷凍機の第２段コールドヘッドの下面が前記第２被冷却端子の第２被冷却面に接触する位置、まで降下させ、さらに、前記第１被冷却端子を前記第１伝熱位置、つまり前記第１被冷却端子の第１被冷却面が前記冷凍機の第１段コールドヘッドの下面に接触する位置、まで上昇させることにより、前記第１段コールドヘッドが前記第１被冷却端子を介して前記容器本体内の第１被冷却体を冷却するとともに前記第２段コールドヘッドが前記第２被冷却端子を介して前記容器本体内の第２被冷却体を冷却することが可能な状態、つまり正規の冷却運転状態、を形成することができる。

【0015】

逆に、前記第１昇降機構により前記第１被冷却端子を前記第１遮断位置、つまり、前記第１被冷却端子の第１被冷却面が前記冷凍機の第１段コールドヘッドの下面から下方に離間する位置、まで降下させ、さらに、前記第２昇降機構により前記シリンダ保持体を前記第２遮断位置、つまり前記冷凍機の第２段コールドヘッドの下面が前記第２被冷却端子の第２被冷却面から上方に離間する位置、まで上昇させることにより、前記第１段及び第２段コールドヘッドと前記第１及び第２被冷却端子との間の伝熱を遮断することができる。この状態で前記冷凍機における前記シリンダと前記ディスプレーサとを切り離し、当該シリンダが前記シリンダ保持部に保持された状態のまま前記ディスプレーサ及び前記駆動部のみを取り出すことにより、容器本体内の真空状態及び低温状態を保ちながら前記ディスプレーサ及び前記駆動部のメンテナンスを行うことができる。また、前記保持体シール部は、前記容器本体に対する前記シリンダ保持体の昇降にかかわらず、前記容器本体内の真空状態を維持する。

【0016】

前記第１昇降機構及び前記第２昇降機構は、例えば流体圧を利用したシリンダ装置や電磁式のソレノイド装置のような直動式の駆動機構でもよいが、回転操作を受けてこれを前記シリンダ保持体や前記第１被冷却端子の昇降運動に変換する送りねじ機構を含むものが、より好ましい。当該送りねじ機構は、前記回転操作によって前記第２被冷却面に対する前記第２段コールドヘッドの下面の接触圧や前記第１段コールドヘッドの下面に対する前記第１被冷却面の接触を調整することを可能にする。

【0017】

具体的に、前記第１昇降機構は、前記容器本体に垂直軸回りに回転可能となるように支持され、前記容器本体の外部に配置されて回転操作を受けることが可能な第１被操作部および前記回転操作に伴って上下方向に進行するねじが形成された第１ねじ部を有する第１ねじ部材と、前記第１被冷却端子とともに昇降可能となるように当該第１被冷却端子に連結されるとともに前記容器本体に昇降可能に支持され、かつ、前記第１ねじ部材に与えられる回転操作に伴って昇降するように前記第１ねじ部と螺合する第１昇降体と、を有するものが、好適である。

【0018】

より具体的に、前記第１昇降体は、前記容器本体の上面と前記シリンダ保持体との間の
位置で昇降可能に配置されるとともに前記第１ねじ部に螺合される螺合部材と、当該螺合部材と前記容器本体との間に介在して当該容器本体に対する当該螺合部材の昇降を許容しながら前記容器本体内を密封する螺合部材シール部と、前記容器本体内に配置されて前記螺合部材と前記第１被冷却端子とが一体に昇降するように両者を上下方向に連結する連結部材と、を有するものが、好適である。当該第１昇降体は、前記第１ねじ部材が前記容器本体の上側に配置されることを可能にする。つまり、当該第１ねじ部材が前記第１被冷却端子に直接連結される態様に比べて当該第１ねじ部材の必要長さを大幅に小さくすることを可能にする。また、前記螺合部材は前記容器本体と前記シリンダ保持体との間のスペースを有効利用してコンパクトに配置されることが可能である。しかも、前記螺合部材シール部は、前記螺合部材の昇降にかかわらず前記容器本体内の真空状態を維持する。

【0019】

例えば、前記容器本体の上面は全周にわたって上下方向に延びる筒状の第１案内面を有し、前記螺合部材は前記第１案内面によって上下方向に案内されるように当該第１案内面に嵌合される第１被案内面を有する被案内部を含み、前記螺合部材シール部は前記第１案内面と前記第１被案内面との間に全周にわたり介在する環状の第１シール部材を含むものが、好適である。前記第１案内面と前記第１被案内面との組み合わせは、容器本体内の真空状態を保ちながら螺合部材が安定した状態で昇降することを可能にする。

【0020】

この場合、前記螺合部材の被案内部は前記第１被案内面の径方向外側または内側の位置で上下方向に延びる筒状の第２案内面をさらに有し、前記シリンダ保持体は前記第２案内面によって上下方向に案内されるように当該第２案内面に嵌合される第２被案内面を有し、前記保持体シール部は前記第２案内面と前記第２被案内面との間に介在する環状の第２シール部材を含むことが、より好ましい。この態様では、前記螺合部材の被案内部は、前記シリンダ保持体を上下方向に案内してその昇降を安定させる案内部としても機能することが可能である。

【0021】

一方、前記第２昇降機構は、前記容器本体に対する下向きの変位を拘束されながら垂直軸回りに回転可能な第２ねじ部材を有し、当該第２ねじ部材は、前記シリンダ保持体の上方に配置されて回転操作を受けることが可能な第２被操作部と、当該第２被操作部から下方に延びて前記シリンダ保持体を上下方向に貫通する第２ねじ部と、を有し、当該第２ねじ部は前記第２被操作部に与えられる特定方向の回転操作に伴って前記シリンダ保持体を上昇させるように当該シリンダ保持体と螺合するものが、好適である。前記第２ねじ部材は、その第２被操作部が受ける回転操作に伴って、前記シリンダ保持体及びこれに保持されるシリンダを当該シリンダ保持体及び冷凍機の自重に抗して上昇させることが可能である。ここで、前記第２ねじ部材の下向きの変位の拘束は、例えば、当該第２ねじ部材の下端と前記第１昇降体または前記容器本体との上下方向の当接によって達成されることが可能である。

【0022】

一方、前記シリンダ保持体及びこれに保持されるシリンダの下降による前記第２段コールドヘッドの下面と前記第２被冷却面との接触は、例えば前記シリンダを含む冷凍機と前記シリンダ保持体の自重のみを利用して行われることも可能であるが、当該接触をより確実にするため、前記第２昇降機構は前記シリンダ保持体に対して下向きの付勢力を与える付勢機構をさらに有することが、好ましい。

【0023】

前記付勢機構は、前記下向きの付勢力を変化させる付勢力操作部を有することが可能であるものが、好ましい。当該付勢力が可変であることは、前記第２段コールドヘッドの下面と前記第２被冷却面との接触圧の調整を容易にする。

【0024】

具体的に、前記付勢機構は、前記容器本体に固定されるとともに前記シリンダ保持体の昇降を許容するように当該シリンダ保持体を貫通し、少なくとも当該シリンダ保持体よりも上側の領域において雄ねじ部を有するねじ軸と、前記シリンダ保持体よりも上方の位置で前記雄ねじ部に螺合されるナットと、当該ナットと前記シリンダ保持体との間に弾性圧縮変形した状態で介在するばね部材と、を有し、前記ばね部材の弾発力が前記シリンダ保持体に下向きの付勢力として作用するものが、好適である。前記ナットは、回転操作を受けて前記ねじ軸に対して昇降することにより、当該ナットと前記シリンダ保持体との間に介在する前記ばね部材の弾発力、すなわちシリンダ保持体に作用する下向きの付勢力、を変化させる。このことは、前記第２段コールドヘッドの下面と前記第２被冷却面との接触圧を容易に調整することを可能にする。

【0025】

前記第２被冷却端子は、前記第２被冷却面上に設けられ、当該第２被冷却面に対して下降する前記第２段コールドヘッドの下端を当該第２被冷却面上の所定の位置に案内する案内部をさらに有することが、好ましい。当該案内部は、前記第２昇降機構によって前記シリンダ保持部とともに降下させられる前記第２段コールドヘッドの下面が確実に前記第２被冷却面上の好ましい位置で当該第２被冷却面に接触することを可能にする。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の実施の形態にかかる冷却容器を備えた極低温装置を示す平面図である。

【図2】前記極低温装置を示す正面図である。

【図3】前記極低温装置の要部であって冷凍機及びこれを支持する冷凍機支持部を含む部分を示す断面正面図である。

【図4】図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面を示す側面図である。

【図5】図３のＶ−Ｖ線に沿った断面を示す平面図である。

【図6】図３のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面を示す平面図である。

【図7】図３に示される冷凍機支持部の上部及びこれに支持されるシリンダ保持体及び冷凍機上部を拡大して示す断面正面図である。

【図8】前記極低温装置における第１ねじ部材及びその周辺部分を拡大して示す縦断面図である。

【図9】前記極低温装置における第２ねじ部材及びその周辺部分を拡大して示す縦断面図である。

【図10】前記極低温装置における付勢機構及びその周辺部分を拡大して示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

【0028】

図１及び図２は、前記実施の形態に係る冷却容器１０を備えた極低温装置の全体を示す。この極低温装置は、前記冷却容器１０と、当該冷却容器１０に収容される一対の超電導コイル１２と、当該冷却容器１０に収容される熱シールド容器１４と、当該冷却容器１０に装着される一対の冷凍機１６と、を備える。

【0029】

前記一対の超電導コイル１２は、本発明にいう「第２被冷却体」に相当する冷却対象であって、当該一対の超電導コイル１２同士の間隔を保持するように図略のフレームによって支持される。当該フレームは、当該一対の超電導コイル１２を保持する一対の保持部と、当該一対の保持部同士を連結する連結部と、を有する平面視略コ字状をなす。

【0030】

前記熱シールド容器１４は本発明にいう「第１被冷却体」に相当する冷却対象であって、前記一対の超電導コイル１２及び前記フレームを囲む形状を有する。前記冷却容器１０は、前記熱シールド容器１４及びその内部の前記一対の超電導コイル１２を収容するとともに、当該冷却容器１０に装着される前記一対の冷凍機１６を支持して当該一対の冷凍機１６のそれぞれが前記一対の超電導コイル１２を冷却することを可能にする。

【0031】

前記一対の冷凍機１６は、前記一対の超電導コイル１２をそれぞれ所定の目標冷却温度（例えば４Ｋ）まで冷却して超電導状態に転移させるとともに、前記熱シールド容器１４を前記一対の超電導コイル１２の目標冷却温度よりも高い所定の目標冷却温度（例えば４０Ｋ）まで冷却して前記超電導コイル１２への熱侵入を抑止する。前記一対の超電導コイル１２は、前記超電導状態で大電流の供給を受けることにより当該一対の超電導コイル１２同士の間に強力な水平磁場を形成する。当該水平磁場は、例えばるつぼから円柱状に引き上げられる半導体単結晶中の不純物の除去やＮＭＲ等に利用される。

【0032】

本発明に係る冷却容器の具体的な形状や用途は前記のものに限定されない。換言すれば、当該冷却容器が収容する第１被冷却体及び第２被冷却体の種類や個数は前記のものに限定されない。例えば、本発明に係る冷却容器は、ＭＲＩ用の単一の超電導コイルを収容するドーナツ状の真空容器にも適用されることが可能である。

【0033】

前記冷却容器１０は、図３及び図４に示すように、容器本体１８と、前記一対の超電導コイル１２にそれぞれ対応して配置される一対の第１被冷却端子２１及び一対の第２被冷却端子２２と、を備える。

【0034】

前記容器本体１８は、真空状態を保ちながら前記一対の超電導コイル１２及び前記熱シールド容器１４を収容する真空容器として機能するとともに、前記一対の冷凍機１６を支持する支持構造体として機能する。具体的に、当該容器本体１８は、前記熱シールド容器１４を囲む形状を有してこれを収容する本体部２４と、前記一対の冷凍機１６をそれぞれ支持する一対の冷凍機支持部２６と、を含む。

【0035】

前記一対の第２被冷却端子２２は、前記一対の超電導コイル１２にそれぞれ伝熱部材である伝熱部材２８を介して伝熱可能に接続される。前記伝熱部材２８は、高い熱伝導率を有する材料からなる部材、例えば、前記超電導コイル１２と前記第２被冷却端子２２とを結ぶように前記フレームの表面に貼り付けられる銅板、である。図３及び図４では前記伝熱部材２８のうち前記第２被冷却端子２２に接続される端部のみが示されている。

【0036】

前記一対の第２被冷却端子２２のそれぞれは、図３及び図４に示すように、上向きに開放された上面である第２被冷却面３２を有する。前記第２被冷却端子２２は、この実施の形態では、前記容器本体１８内において前記第２被冷却面３２が前記冷凍機支持部２６の下部と同等またはそれよりも下側であって前記熱シールド容器１４よりも上側に位置するような高さ位置に配置されている。

【0037】

前記一対の第１被冷却端子２１のそれぞれは、前記熱シールド容器１４の上面に伝熱部材３４を介して伝熱可能に接続される。当該伝熱部材３４は、前記熱シールド容器１４の上に立設されて前記第１被冷却端子２１を所定の高さ位置において昇降可能に支持する。具体的に、当該伝熱部材３４は、円筒部材３６と可変形部３８とにより構成される。前記円筒部材３６は、上下方向に延びる中心軸を有する円筒状をなし、前記第１被冷却端子２１の下面に接続される上端と、その反対側の下端とを有する。前記可変形部３８は、前記円筒部材３６の下端と前記熱シールド容器１４の上面との間に介在する環状をなし、かつ、前記円筒部材３６及び前記第１被冷却端子２１の昇降を許容するように変形することが可能である。当該可変形部３８は、例えば、前記昇降を許容するように撓むことが可能なフレキシブル材を含む。

【0038】

前記一対の第１被冷却端子２１のそれぞれは、図３及び図４に示すように、水平な板材により構成され、上向きに開放された上面である第１被冷却面３１を有する。当該第１被冷却端子２１は、その第１被冷却面３１が前記第１被冷却面３２よりも上側に位置する高さ位置、換言すれば、前記第２被冷却面３２が前記第１被冷却面３１よりも下側に位置するような高さ位置、で前記容器本体１８内、この実施の形態では前記冷凍機支持部２６の高さ方向中段の位置、に配置されている。

【0039】

次に、前記一対の冷凍機１６の構成及びその着脱のための構造について図３〜図６を併せて参照しながら説明する。なお、当該一対の冷凍機１６及びそれぞれの着脱のための構造は互いに同一であるため、以下の説明は一方の冷凍機１６についてのみ行う。

【0040】

前記冷凍機１６は、シリンダ４０と、ディスプレーサ４２と、駆動部４４と、を有する。前記シリンダ４０は、略円筒状をなし、その中心軸に沿って前記ディスプレーサ４２が往復動可能となるように当該ディスプレーサ４２を収容する。前記駆動部４４は、前記ディスプレーサ４２が前記シリンダ４０内で往復動するように当該ディスプレーサ４２を駆動することにより、冷熱を発生させる。

【0041】

前記シリンダ４０は、互いに軸方向に連なる第１シリンダ部４７及び第２シリンダ部４８を有し、図３及び図４に示されるように前記第２シリンダ部４８が前記第１シリンダ部４７の下側に位置する姿勢で前記冷却容器１０に装着される。以下、この姿勢を「装着姿勢」と称する。

【0042】

前記第１シリンダ部４７は、前記第２シリンダ部４８の外径及び内径よりも大きな外径及び内径を有する。前記第１シリンダ部４７の両端部、すなわち前記装着姿勢における上端部及び下端部、のうち前記下端部が前記第２シリンダ部４８とつながる。前記上端部はディスプレーサ挿入口を囲むように開口しており、当該ディスプレーサ挿入口を通じてのシリンダ４０内への前記ディスプレーサ４２の挿入を受け入れる。前記装着姿勢における前記第２シリンダ部４８の下端部は底壁５０によって塞がれている。

【0043】

前記ディスプレーサ４２は、互いに軸方向に連なる第１ディスプレーサ部５１及び第２ディスプレーサ部５２を有する。前記第１ディスプレーサ部５１は、前記第１シリンダ部４７とともに第１段コールドヘッド５５を構成し、前記第１シリンダ部４７内で往復動することにより冷熱を発生させて第１の運転温度（例えば４０Ｋ）まで冷却される。同様に、前記第２ディスプレーサ５２は、前記第２シリンダ部４８とともに第２段コールドヘッド５６を構成し、前記第２シリンダ部４８内で往復動することにより冷熱を発生させて前記第１の運転温度よりも低い第２の運転温度（例えば４Ｋ）まで冷却される。

【0044】

前記駆動部４４は、前記ディスプレーサ４２の端部、詳しくは前記第２ディスプレーサ５２の両端部のうち前記第１ディスプレーサ部５１の反対側の端部であって前記装着姿勢における上端部、に連結され、前記第１及び第２ディスプレーサ部５１，５２を軸方向に往復動させることにより冷熱を発生させる。当該駆動部４４は、前記ディスプレーサ４２に連結された状態で、当該ディスプレーサ４２と一体に前記シリンダ４０から取り外されることが可能である。

【0045】

前記装着姿勢における前記第１シリンダ部４７の上端部（すなわち前記ディスプレーサ挿入口の周縁部）及び下端部近傍の部分にはそれぞれ、当該第１シリンダ部４７の他の部分よりも径方向外向きに突出する上端フランジ５８及び中段フランジ６０が形成されている。このうち前記中段フランジ６０の下面は、前記第１被冷却端子２１の上面である前記第１被冷却面３１と接触可能な第１段コールドヘッド５５の下面６２として機能する。また、前記第２シリンダ部４８の底壁５０の下面は、前記第２被冷却端子２２の上面である前記第２被冷却面３２と接触可能な第２段コールドヘッド５６の下面６４として機能する。

【0046】

換言すれば、前記冷凍機１８は、前記第１段及び第２段コールドヘッド５５，５６の下面６２，６４が前記第１及び第２被冷却端子２１，２２の前記第１及び第２被冷却面３１，３２に対してそれぞれ上下方向に対向するように、前記冷凍機支持部２６に装着される。ここにおいて、前記第１被冷却端子２１はその装着された状態における前記冷凍機１６を囲む環状、詳しくは当該冷凍機１６の上下方向の挿通を許容する貫通穴６６を画定する環状、をなす。

【0047】

前記第２被冷却端子２２の前記第２被冷却面３２上には、上から挿入される冷凍機１６の第２段コールドヘッド５６の下端を中央の正規位置に案内するための案内部材６８が設けられることが、好ましい。当該案内部材６８は、平面視において略円環状（図６に示される例では略Ｃ字状）をなし、かつ、下方に向かう（すなわち第２被冷却面３２に向かう）に従って次第に内径が小さくなる向きの円錐状の案内面を有する。

【0048】

前記容器本体１８における前記冷凍機支持部２６は、冷凍機支持台７０と、支柱７１と、支持天壁７２と、を有する。前記冷凍機支持台７０は、前記容器本体１８の本体部２４の上面よりもさらに上向きに突出する部分であって平面視において前記冷凍機１６及び前記第２被冷却端子２２を囲む円環状をなす。前記支柱７１は、前記冷凍機１６及び前記第１被冷却端子２１を収容することが可能な内径をもつ円筒状をなし、前記冷凍機支持台７０の上に立設される。前記支持天壁７２は、前記支柱７１の上端が囲む開口を塞ぐように当該上端に接合される。当該支持天壁７２は、その中央部において前記冷凍機１６の上下方向の挿通を許容する貫通穴７４を囲む環状をなす。

【0049】

前記冷凍機支持部２６内には、図３に示されるような酸化物超電導リード７５が配置されている。当該酸化物超電導リード７５は、冷却容器１０の外部に配備された電源から前記一対の超電導コイル１２に電流を供給するための経路となる部材であって、極低温状態では０に近い電気抵抗を有する。この酸化物超電導リード７５は、好ましくは前記冷凍機１６の第２段コールドヘッド５６の近傍の位置に、例えば図３に示されるように当該第２段コールドヘッド５６に沿って上下方向に延びる姿勢で、配置されることが好ましい。当該配置は、前記外部電源や前記冷凍機１６に作動不良が発生した場合にもしばらくは前記酸化物超電導リード７５が十分な低温状態に保たれることを可能にし、これにより、前記酸化物超電導リード７５の急激な昇温による電気抵抗の急増に起因する当該酸化物超電導リード７５の焼損を未然に防止することを可能にする。

【0050】

この実施の形態に係る冷却容器１０は、その特徴として、前記容器本体１８内の真空状態を保ったまま前記冷凍機支持部２６に対する前記冷凍機１６の着脱（より詳しくは後述のような冷凍機１６のディスプレーサ４２及び駆動部４６の着脱）を容易に行うことを可能にする手段をさらに備える。具体的に、当該手段は、図７〜図１０に詳しく示されるシリンダ保持体７６、第１昇降機構７７、及び第２昇降機構７８、を含む。

【0051】

前記シリンダ保持体７６は、前記冷凍機１６が前記装着姿勢、具体的には前記第１段コールドヘッド５５の下面（この実施の形態では中段フランジ６０の下面）６２及び第２段コールドヘッド５６の下面（この実施の形態では底壁５０の下面）６４がそれぞれ前記第１被冷却面３１及び前記第２被冷却面３２に対して上下方向に対向する姿勢、にある状態で当該冷凍機１６のシリンダ４０を保持するとともに、当該シリンダ４０と一体に容器本体１８に対して昇降可能となるように当該容器本体１８、詳しくは前記冷凍機支持部２６の支持天壁７２、に支持される。

【0052】

具体的に、前記シリンダ保持体７６は、本体板８０と、被案内部８２と、を一体に有する。

【0053】

前記本体板８０は、平板であってかつ前記冷凍機１６の上下方向の挿通を許容する貫通穴８３を囲む環状をなし、水平な姿勢で前記支持天壁７２の上に配置される。当該本体板８０の上面には前記冷凍機１６の位置決めのための凹部８４が形成され、当該凹部８４に前記シリンダ４０の上端フランジ５８が嵌め込まれた状態で当該上端フランジ５８を保持する。換言すれば、前記本体板８０の上面に前記上端フランジ５８の下面が接触する状態で当該上端フランジ５８が当該本体板８０に固定される。当該固定のための具体的手段は限定されない。当該手段は、例えば、前記本体板８０の上面とクランプ部材の下面とで前記上端フランジ５８をクランプする機構であってもよいし、ボルトを含む締結具であってもよい。あるいは、冷凍機１６の運転に影響を与えないことを前提とした磁力による前記上端フランジ５８への吸引であってもよい。

【0054】

前記上端フランジ５８の下面と前記本体板８０の上面との間には、図７，図９及び図１０に示すような環状のシリンダシール部材８５が全周にわたって介在するのが、好ましい。当該シリンダシール部材８５は、例えば、前記本体板８０の上面に形成された周溝内に嵌め込まれるゴム製のＯリングである。

【0055】

前記被案内部８２は、前記冷凍機１６を囲む円筒状をなし、前記貫通穴８３と同軸の位置で前記本体板８０の下面から下方に延びるように当該本体板８０とつながる。当該被案内部８２の外周面は、後に詳述するように、上下方向への案内を受ける円筒状の第２被案内面８６を構成する。

【0056】

前記第２昇降機構７８は、前記シリンダ保持体７６を第２伝熱位置と第２遮断位置との間で昇降させるように当該シリンダ保持体７６に連結される。前記第２伝熱位置は、前記第２段コールドヘッド５６の下面（底壁５０の下面）６４が前記第２被冷却面３２と接触して当該第２段コールドヘッド５６と前記第２被冷却端子２２との間の伝熱を可能にする高さ位置であり、前記第２遮断位置は、前記第２段コールドヘッド５６の下面６４が前記第２被冷却面３２から上方に離間して当該第２段コールドヘッド５６と前記第２被冷却端子２２との間の伝熱を遮断する高さ位置である。当該第２昇降機構７８の具体的構成については後述する。

【0057】

前記第１昇降機構７７は、前記第１被冷却端子２１を第１伝熱位置と第１遮断位置との間で昇降させるように当該第１被冷却端子２１に連結される。前記第１伝熱位置は、前記第２伝熱位置に対応する高さ位置にある前記第１段コールドヘッド５５の下面６２に対して前記第１被冷却面３１が接触して当該第１段コールドヘッド５５と前記第１被冷却端子２１との間の伝熱を可能にする高さ位置であり、前記第１遮断位置は、前記第１段コールドヘッド５５の下面６２に対して前記第１被冷却面３１が下方に離間して当該第１段コールドヘッド５５と前記第１被冷却端子２１との間の伝熱を遮断する高さ位置である。

【0058】

この実施の形態に係る前記第１昇降機構７７は、回転操作を受けることによりこれに対応して前記第１被冷却端子２１を昇降させる送りねじ機構を含む。具体的に、当該第１昇降機構７７は、複数の第１ボルト（第１ねじ部材）８８と、第１昇降体９０と、を有する。

【0059】

前記複数の第１ボルト８８は、前記シリンダ保持体７６上で周方向に並ぶ複数の位置にそれぞれ設けられ、互いに同一の形状を有する。図７では、当該複数の第１ボルト８８のうちの２本の第１ボルト８８が示されている。

【0060】

図８に示されるように、前記複数の第１ボルト８８のそれぞれは、頭部９１と第１ねじ部９２とを有する。頭部９１は、前記第１ボルト８８の中心軸回りの回転操作を受けることが可能な第１被操作部として機能する。前記第１ねじ部９２は、前記頭部９１よりも小径で円筒状の外周面をもつ軸であり、当該外周面には前記回転操作に伴って上下方向に進行する螺旋状の雄ねじが刻まれている。

【0061】

前記第１ボルト８８は、前記容器本体１８、具体的には前記冷凍機支持部２６の支持天壁７２、に垂直軸回りに回転可能となるように支持される。具体的には、前記第１ねじ部９２が上下方向に延び、かつ、前記頭部９１が前記シリンダ保持体７６の本体板８０の上方に位置する姿勢で、前記第１ねじ部９２の下端が当該第１ねじ部９２の中心軸回りに回転可能となるように前記支持天壁７２に支持されている。より具体的に、前記シリンダ保持体７６の本体板８０には、前記第１ねじ部９２の上下方向の挿通を許容するように当該本体板８０を上下方向に貫通するボルト挿通穴９３が形成されている。一方、当該支持天壁７２の上面には部分的に下方に凹んだ凹部９４が形成され、この凹部９４に前記第１ねじ部９２の下端部がほぼ隙間なくかつ回転可能に嵌め込まれている。

【0062】

前記第１昇降体９０は、第１被冷却端子２１とともに昇降可能となるように当該第１被冷却端子２１に連結されるとともに前記容器本体１８、具体的には前記冷凍機支持部２６の支持天壁７２、に昇降可能に支持される。また、当該第１昇降体９０は、前記第１ボルト８８の前記第１ねじ部９２と螺合する部分を含み、これにより、当該第１ボルト８８の前記頭部９１に与えられる回転操作に伴って昇降する。

【0063】

具体的に、前記第１昇降体９０は、昇降フランジ９６及び複数の連結棒９８を有する。前記昇降フランジ９６は、前記第１ねじ部９２に螺合される螺合部材として機能し、前記支持天壁７２の上面と前記シリンダ保持体７６との間の位置で昇降可能となるように配置されている。前記複数の連結棒９８は、前記昇降フランジ９６と前記第１被冷却端子２１とが一体に昇降するように両者を上下方向に連結する連結部材として機能する。

【0064】

前記昇降フランジ９６は、中央板部１００と、フランジ部１０２と、被案内周壁１０４と、を一体に有する。前記中央板部１００は、前記冷凍機１６を囲む環状の平板である。すなわち、当該中央板部１００の中央には前記冷凍機１６の挿通を許容する貫通穴１０１が形成されている。前記フランジ部１０２は平面視において前記中央板部１００の径方向外側に位置する環状の平板であり、かつ、当該中央板部１００よりも上側に位置する。つまり前記中央板部１００と前記フランジ部１０２との間には上下方向の段差が与えられている。被案内周壁１０４は、上下方向に中心軸をもつ円筒状をなし、前記中央板部１００の外周部と前記フランジ部１０２の内周部とを上下方向に連結するように当該中央板部１００と当該フランジ部１０２とに一体につながる。

【0065】

前記フランジ部１０２にはこれを上下方向に貫通する複数のねじ穴１０６が形成されている。当該複数のねじ穴１０６は前記複数の第１ボルト８８にそれぞれ対応にして設けられている。当該複数のねじ穴１０６を囲む前記フランジ部１０２の内周面には前記第１ボルト８８の第１ねじ部９２の雄ねじに螺合する雌ねじが刻まれている。従って、前記複数の第１ボルト８８はそれぞれに対応するねじ穴１０６に挿通された状態で前記フランジ部１０２と螺合される。

【0066】

前記被案内周壁１０４は、図９及び図１０にも示されるように、前記支持天壁７２によって上下方向に案内される被案内部として機能する。具体的に、前記支持天壁７２の径方向内側部分はその外側の外周部分に対して下方に凹んでおり、当該径方向内側部分と外周部分との境界に、径方向内側を向く円筒状の内周面である第１案内面１０８が形成されている。これに対し、前記被案内周壁１０４は前記第１案内面１０８と僅かな隙間をもって嵌合される円筒状の外周面を有し、当該外周面が前記第１案内面１０８によって上下方向に案内される第１被案内面１１０を構成する。

【0067】

図９及び図１０に示されるように、前記第１案内面１０８と前記第１被案内面１１０との間にはその全周にわたって複数の環状の第１シール部材１１２が介在する。当該複数の第１シール部材１１２は、例えば、前記第１被案内面１１０に形成された周溝に嵌め込まれるゴム製のＯリングである。当該複数の第１シール部材１１２は、前記支持天壁７２に対する前記昇降フランジ９６の昇降を許容しながら前記冷凍機支持部２６内、ひいては前記容器本体１８内、を密封する螺合部材シール部を構成する。

【0068】

前記被案内周壁１０４は、前記支持天壁７２に案内される被案内部として機能するのに加え、前記シリンダ保持体７６を上下方向に案内する案内部としても機能する。具体的に、前記被案内周壁１０４の内周面は、前記第１被案内面１１０よりも径方向内側の位置で上下方向に延びる円筒状の第２案内面１１４を構成し、前記シリンダ保持体７６における前記被案内部８２の外周面すなわち前記第２被案内面８６と僅かな隙間をもって嵌合されることにより、当該被案内部８２を上下方向に案内する。

【0069】

前記第２案内面１１４と前記第２被案内面８６との間には、その全周にわたって複数の環状の第２シール部材１１６が介在する。当該複数の第２シール部材１１６は、例えば、前記第１被案内面８６に形成された周溝に嵌め込まれるゴム製のＯリングである。当該複数の第２シール部材１１６は、前記冷凍機支持部２６内を密閉しながら前記支持天壁７２に対する前記シリンダ保持体７６の昇降を許容するように当該支持天壁７２と当該シリンダ保持体７６との間に介在する（この実施の形態では前記第２案内面１１４と接触する）保持体シール部を構成する。

【0070】

なお、本発明にいう「被案内部」の第２案内面は第１被案内面の径方向外側に位置してもよい。例えば、図９及び図１０に示される昇降フランジ９６の内周面が第１被案内面を構成し、外周面が第２案内面を構成してもよい。この場合、支持天壁７２の第１案内面は前記第１被案内面と径方向に対向する円筒状外周面となり、シリンダ保持体７６の第２被案内面は前記第２案内面と径方向に対向する円筒状内周面となる。

【0071】

前記複数の連結棒９８は、周方向に並ぶ複数の位置にそれぞれ設けられ、図３及び図７にはそのうちの１本の連結棒９８が示されている。それぞれの連結棒９８は、上下方向に延びる姿勢で配置され、前記昇降フランジ９６の中央板部１００に連結される上端部と、前記第１被冷却端子２１に連結される下端部と、を有する。

【0072】

前記第２昇降機構７８は、回転操作を受けてこれを前記シリンダ保持体７６の昇降運動に変換する送りねじ機構を含む。具体的に、当該第２昇降機構７８は、複数の第２ボルト（第２ねじ部材）１２０を含む。当該複数の第２ボルト１２０は、前記シリンダ保持体７６の本体板８０の周方向に並ぶ複数の位置に設けられ、図３及び図７はそのうちの一つの第２ボルト１２０を示している。

【0073】

前記複数の第２ボルト１２０のそれぞれは、図９に示すような頭部１２２及び第２ねじ部１２４を一体に有する。前記頭部１２２は、前記第２ボルト１２０の中心軸回りの回転操作を受けることが可能な第２被操作部として機能する。前記第２ねじ部１２４は、前記頭部１２２よりも小径でかつ円筒状の外周面をもつ軸であり、当該外周面には前記回転操作に伴って上下方向に進行する雄ねじが刻まれている。

【0074】

前記第２ボルト１２０は、前記頭部１２２が前記シリンダ保持体７６の上方に位置し、かつ、当該頭部１２２から前記第２ねじ部１２４が下方に延びて前記シリンダ保持体７６の本体板８０を上下方向に貫通する状態で、当該本体板８０に螺合されている。具体的に、当該本体板８０には、周方向に並ぶ複数の位置のそれぞれにおいて当該本体板８０を貫通するねじ穴１２６が形成され、当該ねじ穴１２６を画定する当該本体板８０の内周面には前記第２ねじ部１２４の雄ねじと螺合可能な雌ねじが刻まれている。前記複数の第２ボルト１２０のそれぞれは、当該第２ボルト１２０に対応する前記ねじ穴１２６に前記第２ねじ部１２４が挿通された状態で前記本体板８０と螺合されることが可能である。

【0075】

前記本体板８０は、前記昇降フランジ９６のフランジ部１０２の直上方に位置している。従って、図９に示すように前記第２ボルト１２０の第２ねじ部１２４の下端が前記フランジ部１０２の上面１２８に当接することにより、それ以上の当該第２ボルト１２０の下向きの変位が規制される。このことは、当該第２ボルト１２０の頭部１２２に与えられる特定方向の回転操作に伴って前記シリンダ保持体７６が前記支持天壁７２及び前記昇降フランジ９６に対して上昇することを可能にする。当該第２ボルト１２０の下向きの変位の規制は、図９に示されるような態様に限らず、例えば前記第２ねじ部１２４がさらに前記フランジ部１０２を貫通して当該第２ねじ部１２４の下端が前記支持天壁７２の上面に当接する態様でも、達成されることが可能である。

【0076】

前記第２昇降機構７８は、さらに、複数の付勢機構１３０を有する。当該複数の付勢機構１３０は、前記シリンダ保持体７６に対して下向きの付勢力を与えることにより、当該シリンダ保持体７６に保持されるシリンダ４０を含む冷凍機１６の第２段コールドヘッド５６の下面６４と前記第２被冷却面３２との接触をより確実にするものである。前記複数の付勢機構１３０は、前記シリンダ保持体７６において周方向に並ぶ複数の位置にそれぞれ設けられ、図３，図４及び図７は当該複数の付勢機構１３０のうちの一つの付勢機構１３０のみを示している。

【0077】

前記複数の付勢機構１３０のそれぞれは、図１０に示すように、ねじ軸１３２と、ナット１３４と、ばね部材１３６と、を有する。

【0078】

前記ねじ軸１３２は、前記支持天壁７２に固定されるとともに、前記シリンダ保持体７６の昇降を許容するように当該シリンダ保持体７６を貫通し、少なくとも当該シリンダ保持体７６よりも上側の領域において雄ねじ部を有する。この実施の形態に係るねじ軸１３２は、その全長にわたり雄ねじが刻まれた外周面を有する植込みボルトである。一方、前記シリンダ保持体７６の本体板８０及び前記昇降フランジ９６のフランジ部１０２にはそれぞれこれらを上下方向に貫通するねじ挿通穴１３８，１４０が形成され、前記支持天壁７２には上向きに開口するねじ穴１４２が形成されている。前記ねじ軸１３２は前記ねじ挿通穴１３８，１４０にそれぞれ挿通され、かつ、当該ねじ軸１３２の下端部が前記ねじ穴１４２にねじ込まれる。これにより、当該ねじ軸１３２は前記支持天壁７２から上向きに立直する状態で当該支持天壁７２に固定されている。

【0079】

前記ナット１３４は、前記本体板８０よりも上方の位置で前記ねじ軸１３２に螺合される。前記ばね部材１３６は、前記ナット１３４の下面と前記本体板８０の上面との間に弾性圧縮変形した状態で介在することにより、前記シリンダ保持体７６に対して下向きの付勢力として作用する弾発力を生成する。当該ばね部材１３６は、図１０に示される例では、互いに上下方向に積層された複数枚の皿ばねにより構成されている。しかし、当該ばね部材１３６は、圧縮コイルばねであってもよいし、圧縮方向に大きく変形可能なブロック体であってもよい。

【0080】

前記ナット１３４は、回転操作を受けて前記ねじ軸１３２に対して昇降することにより、当該ナット１３４の下面と前記本体板８０の上面との間に介在する前記ばね部材１３６の弾発力、すなわちシリンダ保持体７６に作用する下向きの付勢力、を変化させることが可能である。

【0081】

以上説明した冷却容器１０によれば、前記第１及び第２昇降機構７７，７８によって前記シリンダ保持体７６及び前記第１被冷却端子２１を容器本体１８（この実施の形態では当該容器本体１８の冷凍機支持部７６）に対してそれぞれ昇降させるだけの簡単な操作で、スリーブ等の特別な部材を冷凍機１６と被冷却体（この実施の形態では一対の超電導コイル１２や熱シールド容器１４）との間に介在させることなく、前記冷凍機１６の第１段及び第２段コールドヘッド５５，５６と第１及び第２被冷却端子２１，２２との間の伝熱が可能な状態と当該伝熱が遮断される状態との切換を容易に行うことができる。このことは、冷凍機１６により前記被冷却体を効率よく冷却することと、前記冷凍機１６のメンテナンスを容易に行うことと、を可能にする。

【0082】

具体的に、前記冷却容器１０によれば、例えば次の要領で前記容器本体１８に対する前記冷凍機１６の着脱（正確には当該冷凍機１６におけるディスプレーサ４２及び駆動部４４の着脱）及びこれによるメンテナンスを行うことが可能である。

【0083】

（１）容器本体１８への冷凍機１６の装着
極低温装置の使用前の段階では、冷凍機１６全体が容器本体１８に対して装着される。まず、当該冷凍機１６の第２段コールドヘッド５６が第１段コールドヘッド５５の下側に位置する装着姿勢で当該冷凍機１６が冷凍機支持部２６に対して上から挿入される。より具体的には、シリンダ保持体７６の本体板８０、昇降フランジ９６の中央板部１００、及び支持天壁７２のそれぞれに形成された貫通穴８３，１０１，７４に対して冷凍機１６が上から挿通され、当該冷凍機１６におけるシリンダ４０の上端フランジ５８が前記本体板８０の凹部８４に嵌め込まれる。つまり、当該上端フランジ５８の下面が当該本体板８０の上面（凹部８４の底面）に当接する位置まで前記冷凍機１６の挿入が進められる。

【0084】

この初期段階では、前記冷凍機１６の挿入が完了した段階で前記第１段及び第２段コールドヘッド５５，５６の下面６２，６４がそれぞれ第１及び第２被冷却端子２１，２２の第１及び第２被冷却面３１，３２に対して上方に離間する（つまり当該下面６２，６４が当該第１及び第２被冷却面３１，３２には到達しない）ように、予め前記シリンダ保持体７６及び第１被冷却端子２１の高さ位置が第１及び第２昇降機構７７，７８によって調整されていることが、好ましい。具体的には、前記シリンダ保持体７６の高さ位置が十分高い位置に、逆に前記第１被冷却端子２１の高さ位置が十分低い位置に、それぞれ設定されていることが好ましい。

【0085】

前記冷凍機１６の挿入の完了後、前記シリンダ４０の上端フランジ５８が前記シリンダ保持体７６の本体板８０に適当な手段で固定される。具体的には、当該上端フランジ５８が当該本体板８０の凹部８４に嵌め込まれて当該凹部８４の底面と当該上端フランジ５８の下面との間にシリンダシール部材８５が介在する状態で、当該上端フランジ５８が当該本体板８０に固定される。これにより、当該シリンダ保持体７６と当該シリンダ４０を含む冷凍機１６全体とが一体に昇降する状態となる。

【0086】

前記固定の後、前記第２昇降機構７８の操作によって前記シリンダ保持体７６の位置が下げられることにより、前記第２段コールドヘッド５６の下面６４と前記第２被冷却端子２２の第２被冷却面３２との接触及びその接触圧の調整が行われる。具体的には、まず図９に示される第２ボルト１２０が前記本体板８０に対して相対的に上昇するように当該ボルト１２０の頭部１２２に所定方向の回転操作が与えられる。これに伴い、当該本体板８０を含むシリンダ保持体７６及びこれに固定された冷凍機１６はその自重と付勢機構１３０による付勢力とによって次第に下降し、第２伝熱位置、すなわち第２段コールドヘッド５６の下面６４と第２被冷却端子２２の第２被冷却面３２とが接触する位置、に到達する。ここでの各第２ボルト１２０の好ましい操作は後の「（３）ディスプレーサ４２及び駆動部４４の再装着」の項で詳述する。

【0087】

前記第２伝熱位置への到達後、さらに、図１０に示される付勢機構１３０のナット１３４を下降させる向きに当該ナット１３４が回転操作されることにより、当該付勢機構１３０におけるばね部材１３６の弾発力であって下向きの付勢力が増加され、ひいては前記第２被冷却面３２に対する前記第２段コールドヘッド５６の下面６４の接触圧が増加される。そして、この接触圧が適当な接触圧に到達した段階で前記ナット１３４の回転操作が停止される。このようにして、当該接触圧の調整が達成される。

【0088】

前記第２段コールドヘッド５６の下面６４と前記第２被冷却面３２との接触圧の調整の完了後、今度は第１昇降機構７７の操作によって第１被冷却端子２１の第１被冷却面３１と第１段コールドヘッド５５の下面６２との接触及びその接触圧の調整が行われる。具体的には、図８に示される第１ボルト８８に対して昇降フランジ９６のフランジ部１０２を上昇させる向きの回転操作が当該第１ボルト８８の頭部９１に与えられる。これにより、当該昇降フランジ９６及びこれに複数の連結棒９８を介して連結された前記第１被冷却端子２１が冷凍機支持部２６を含む容器本体１８に対して一体に上昇し、当該第１被冷却端子２１が第１伝熱位置、つまり当該第１被冷却端子２１の第１被冷却面３１が第１段コールドヘッド５５の下面６２に接触する位置、に到達する。さらに前記第１ボルト８８の回転操作を続けると、前記第１被冷却面３１の接触圧と前記第１段コールドヘッド５５の下面６２との接触圧が上昇する。この接触圧が適当な接触圧に到達した段階で前記第１ボルト８８の回転操作が停止される。このようにして、当該接触圧の調整が達成され、冷凍機１６の装着が完了する。

【0089】

前記装着が完了した状態では、前記冷凍機１６の第１段及び第２段コールドヘッド５５，５６の下面６２，６４と前記第１及び第２被冷却面３１，３２とがそれぞれ十分な接触圧で接触することにより、当該第１段及び第２段コールドヘッド５５，５６と前記第１及び第２被冷却端子２１，２２との良好な伝熱が可能である。従って、前記冷凍機１６の作動により、前記第１及び第２被冷却端子２１，２２及びこれにつながる第１及び第２被冷却体（この実施の形態では熱シールド容器１４及び一対の超電導コイル１２）をそれぞれ所定の目標温度まで良好に冷却することができる。

【0090】

（２）容器本体１８からの冷凍機１６のディスプレーサ４２及び駆動部４４の脱着
前記冷凍機１６のディスプレーサ４２または駆動部４４についてメンテナンスが必要となった時点で、当該ディスプレーサ４２及び当該駆動部４４が容器本体１８から取り外される。当該ディスプレーサ４２及び当該駆動部４４は、前記冷凍機１６のシリンダ４０が前記シリンダ保持体７６に保持されたままの状態で当該シリンダ４０から抜き取られる。しかも、この作業は、前記第１及び第２昇降機構７７，７８の操作により前記シリンダ４０と前記第１及び第２被冷却端子２１，２２との間の伝熱を遮断した状態で、行われることが可能である。具体的には次のとおりである。

【0091】

まず、前記第１昇降機構７７の第１ボルト８８に対して前記フランジ部１０２を下降させる向きに当該第１ボルト８８の頭部９１に回転操作が与えられる。この回転操作に伴い、当該フランジ部１０２を含む昇降フランジ９６、複数の連結棒９８及び第１被冷却端子２１が一体に下降する。これにより、冷凍機１６の第１段コールドヘッド５５の下面６２から前記第１被冷却端子２１の第１被冷却面３１が下方に離間して当該第１段コールドヘッド５５と当該第１被冷却端子２１との間の伝熱が遮断される。

【0092】

次に、前記第２昇降機構７８の第２ボルト１２０に対して前記シリンダ保持体７６の本体板８０を上昇させる向きの回転操作が当該第２ボルト１２０の頭部１２２に与えられる。このとき、当該第２ボルト１２０の第２ねじ部１２４の下端がフランジ部１０２の上面１２８に当接しているために当該第２ボルト１２０の下向きの変位が規制されていることから、前記シリンダ保持体７６及びこれに保持されているシリンダ４０を含む冷凍機１６全体がその自重及び付勢機構１３０の付勢力（ばね部材１３６の弾発力）に抗して上昇する。これにより、前記冷凍機１６の第２段コールドヘッド５６の下面６４が前記第２被冷却端子２２の第２被冷却面３２から上方に離間して当該第２段コールドヘッド５６と当該第２被冷却端子２２との間の伝熱が遮断される。

【0093】

前記第２ボルト１２０の回転操作の前に前記付勢機構１３０を改めて操作することは特に要しない。当該操作をせずに付勢機構１３０をそのままにしておくことにより、後に示すディスプレーサ４２及び駆動部４４の再装着の際に付勢力を再び調整する作業が不要となる。逆に、前記第１ボルト１２０の回転操作の前に前記付勢機構１３０のナット１３４を上昇させて当該回転操作に必要な操作力を低減するといったことが行われてもよい。

【0094】

前記第１及び第２昇降機構７７，７８の操作が終了した後、前記冷凍機１６におけるシリンダ４０とディスプレーサ４２との連結が切り離され、当該シリンダ４０がシリンダ保持体７６に保持されたままの状態で当該シリンダ４０から前記ディスプレーサ４２及びこれに連結されている駆動部４４が上方に抜き取られる。

【0095】

このとき、前記第１及び第２昇降機構７７，７８の操作によって前記第１段及び第２段コールドヘッド５５，５６と前記第１及び第２被冷却端子２１，２２との間の伝熱がそれぞれ遮断されているので、前記ディスプレーサ４２の抜き取りにより前記シリンダ４０の内側面が大気に暴露されることに伴う当該内側面への着氷や着霜が抑制される。また、前記伝熱の遮断により前記シリンダ４０から前記第１及び第２被冷却端子２１，２２への熱侵入が抑えられているので、当該シリンダ４０の内側面に氷や霜が付着しても当該内側面を加熱して当該氷や霜を容易に除去することが可能である。

【0096】

前記シリンダ４０の内側面の加熱は、例えば熱風の吹込みにより行われてもよいし、予め当該内側面上に仕込まれたヒータ（例えば当該内側面上に配索された電熱線）の作動により行われてもよい。後者の場合、前記シリンダ４０から前記ディスプレーサ４２を抜き取る前に前記ヒータを作動させることにより、着氷や着霜の未然防止も可能である。

【0097】

前記のようにして抜き取られた前記ディスプレーサ４２及び前記駆動部４４は、容易にメンテナンスに供されることが可能である。ここにいう「メンテナンス」には、前記ディスプレーサ４２または前記駆動部４４の補修、点検、交換等が含まれる。

【0098】

（３）ディスプレーサ４２及び駆動部４４の再装着
前記メンテナンスの終了後、前記ディスプレーサ４２が前記シリンダ４０内に上から挿入されることにより、当該ディスプレーサ４２及びこれに連結される前記駆動部４４が冷却容器１０に再装着される。

【0099】

前記ディスプレーサ４２の挿入及び組み付けの完了後、第２ボルト１２０に対してシリンダ保持体７６の本体板８０が下降する向きに当該第２ボルト１２０の頭部１２２に回転操作が与えられることにより、当該シリンダ保持体７６及びこれに保持されるシリンダ４０を含む冷凍機１６がその自重によって次第に下降する。これにより、当該シリンダ保持体７６及びこれに保持されるシリンダ４０は、当該シリンダ４０を含む前記冷凍機１６の第２段コールドヘッド５６の下面６４が第２被冷却端子２２の第２被冷却面３２に接触する第２接触位置に到達することができる。

【0100】

このとき、複数の第２ボルト１２０の操作順序は特に限定されない。好ましくは、当該複数の第２ボルト１２０のうちの一部の第２ボルト１２０についてはその第２ねじ部１２４の下端がフランジ部１０２の上面１２８から離間する前にその回転操作を停止し、残りの第２ボルト１２０についてその第２ねじ部１２４の下端が前記上面１２８から離間するまで回転操作を行い、その後に前記一部の第２ボルト１２０の回転操作を再びかつ同時に行うといった操作が行われるのが、よい。このような操作は、前記複数の第２ボルト１２０のうちの一部の第２ボルト１２０に偏って大きな荷重が作用するのを回避することを可能にする。当該操作は、前記の「（１）容器本体１８への冷凍機１６の装着」の項で述べた最初の装着時においても同様である。

【0101】

前記第２ボルト１２０の操作の終了後、前記第１昇降機構７７の第１ボルト８８を操作して昇降フランジ９６を含む第１昇降体９０及び第１被冷却端子２１を上昇させることにより、当該第１被冷却端子２１の第１被冷却面３１を第１伝熱位置すなわち第１段コールドヘッド５５の下面６２と接触する位置に至らせることができる。

【0102】

以上説明した一連の操作の間、保持体シール部を構成する第１シール部材１１２は前記支持天壁７２に対する前記昇降フランジ９６の昇降にかかわらず容器本体１８内の密閉を保つことができ、また螺合部材シール部を構成する第２シール部材１１６は前記昇降フランジ９６及び前記支持天壁７２に対する前記シリンダ保持体７６の昇降にかかわらず容器本体１８内の密閉を保つことができる。このことは、容器本体１８内の真空状態を保ったまま前記冷凍機１６の着脱を容易に行うことを可能にする。

【0103】

本発明は、以上説明した実施の形態に限定されない。本発明は、例えば次のような形態を包含することが可能である。

【0104】

（Ａ）容器本体による冷凍機の支持について
前記実施の形態では、図３及び図４に示されるように容器本体１８の冷凍機支持部２６が本体部２４の上面から上方に大きく突出して冷凍機１６の大部分を収容する形状を有するが、本発明において容器本体が冷凍機を支持する部分は必ずしも他の部分に対して上向きに突出していなくてもよい。ただし、前記のように部分的に上向きに突出して冷凍機１６を収容する冷凍機支持部２６は、容器本体１８全体の無駄な容積を大幅に削減することを可能にする。

【0105】

（Ｂ）第１及び第２昇降機構について
本発明に係る第１昇降機構及び前記第２昇降機構は、例えば流体圧を利用したシリンダ装置や電磁式のソレノイド装置のような直動式の駆動機構でもよい。しかし、前記のような送りねじ機構は、ねじ部材の回転操作によって前記第２被冷却面に対する前記第２段コールドヘッドの下面の接触圧や前記第１段コールドヘッドの下面に対する前記第１被冷却面の接触を調整することを可能にする。

【0106】

本発明に係る第１昇降機構は、螺合部材（前記実施の形態では昇降フランジ９６）と連結部材（前記実施の形態では複数の連結棒９８）との組み合わせを含むものに限定されない。本発明に係る第１昇降機構は、例えば、容器本体に昇降可能に螺合されるとともに第１被冷却端子に直接連結される長尺の第１ねじ部材を有するものでもよい。ただし、前記螺合部材と連結部材の組合せは、第１ねじ部材（前記実施の形態では第１ボルト８８）が容器本体の上側に配置されることを可能にして当該第１ねじ部材の必要長さを大幅に小さくすることを可能にする。また、前記螺合部材は前記容器本体と前記シリンダ保持体との間のスペース（前記実施の形態では支持天壁７２の上面と本体板８０の下面との間のスペース）を有効利用してコンパクトに配置されることが可能である。また、螺合部材シール部が前記螺合部材の昇降にかかわらず前記容器本体内の真空状態を維持することを、可能にする。また、前記第１ねじ部材はシリンダ保持体を貫通するものに限定されない。当該第１ねじ部材が当該シリンダ保持体の径方向外側の位置に配置されることにより、当該第１ねじ部材の第１被操作部が容器本体の上方で露出するものでもよい。

【0107】

本発明は、前記第２昇降機構が前記付勢機構１３０を有しない態様も包含する。この態様では、冷凍機等の自重のみを利用してその第２段コールドヘッドの下面と第２被冷却面との接触が行われる。ただし、前記付勢機構１３０は、前記シリンダ保持体７６に下向きの付勢力を与えることによって前記接触の確実性を高めることができる。また、当該付勢機構１３０による付勢力を調整することによって前記第２段コールドヘッドの下面と前記第２被冷却面との接触圧をより容易に調整することが可能である。

【符号の説明】

【0108】

１０ 冷却容器
１２ 超電導コイル（第２被冷却体）
１４ 熱シールド容器（第１被冷却体）
１６ 冷凍機
１８ 容器本体
２１ 第１被冷却端子
２２ 第２被冷却端子
３１ 第１被冷却面
３２ 第２被冷却面
４０ シリンダ
４２ ディスプレーサ
４４ 駆動部
４７ 第１シリンダ部
４８ 第２シリンダ部
５１ 第１ディスプレーサ部
５２ 第２ディスプレーサ部
５５ 第１段コールドヘッド
５６ 第２段コールドヘッド
６２ 第１段コールドヘッドの下面
６４ 第２段コールドヘッドの下面
６８ 案内部材
７２ 支持天壁
７６ シリンダ保持体
７７ 第１昇降機構
７８ 第２昇降機構
８６ 第２被案内面
８８ 第１ボルト（第１ねじ部材）
９０ 第１昇降体
９１ 頭部（第１被操作部）
９２ 第１ねじ部
９６ 昇降フランジ（螺合部材）
９８ 連結棒（連結部材）
１０４ 被案内周壁（被案内部）
１０８ 第１案内面
１１０ 第１被案内面
１１２ 第１シール部材
１１４ 第２案内面
１１６ 第２シール部材
１２０ 第２ボルト（第２ねじ部材）
１２２ 頭部（第２被操作部）
１２４ 第２ねじ部
１２８ フランジ部の上面
１３０ 付勢機構
１３２ ねじ軸
１３４ ナット
１３６ ばね部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】