特開 2024-164555 極低温装置、極低温装置の冷却方法及び熱スイッチ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024164555

(43)【公開日】2024-11-27

(54)【発明の名称】極低温装置、極低温装置の冷却方法及び熱スイッチ

(51)【国際特許分類】

   F25B 9/00 20060101AFI20241120BHJP

   H01F 6/04 20060101ALI20241120BHJP

【ＦＩ】

F25B9/00 H

H01F6/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023080127

(22)【出願日】2023-05-15

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】弁理士法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】上野 航生

(72)【発明者】

【氏名】栗山 透

(72)【発明者】

【氏名】高橋 政彦

(72)【発明者】

【氏名】高木 紀和

(57)【要約】

【課題】複数の伝熱部材の接続部における接触面の状態を安定に保持して、上記接触面における接触熱抵抗の値の変更を良好に反復して実現できること。
【解決手段】極低温冷凍機１１と、極低温冷凍機及び超電導コイル１７を収納する真空容器１２と、真空容器内で極低温冷凍機と超電導コイルとを熱的に接続する第１伝熱部材２１及び第２伝熱部材２２と、を有する極低温装置１０において、第１伝熱部材と第２伝熱部材との接続部２３における接触面２１Ｅ、２２Ｅを常に接触状態に保持させつつ、接触面に所定値以上の接触面圧を加えて超電導コイルから極低温冷凍機への伝熱量を変化させる加圧機構１４を、更に有して構成されたものである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷却源と、この冷却源及び被冷却物を収納する真空容器と、この真空容器内で前記冷却源と前記被冷却物を熱的に接続する伝熱部材と、を有する極低温装置において、
前記伝熱部材が複数設けられ、
これら複数の伝熱部材の接続部における接触面を常に接触状態に保持させつつ、前記接触面に所定値以上の接触面圧を加えて前記被冷却物から前記冷却源への伝熱量を変化させる加圧機構を、更に有して構成されたことを特徴とする極低温装置。

【請求項2】

前記加圧機構は、複数の伝熱部材の接続部における接触面に接触面圧を常時付与する弾性部材と、この弾性部材の変位量を調整して前記接触面への前記接触面圧を変化させる面圧可変機構と、を有して構成されたことを特徴とする請求項１に記載の極低温装置。

【請求項3】

複数の前記伝熱部材の接続部におけるそれぞれの接触面では、少なくとも一方の前記接触面に、前記伝熱部材よりも柔軟な金属からなるメッキ層が設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の極低温装置。

【請求項4】

前記メッキ層は、インジウム、金、銀、亜鉛、ニッケルの少なくとも1つからなることを特徴とする請求項３に記載の極低温装置。

【請求項5】

複数の前記伝熱部材の接続部におけるそれぞれの接触面の一方にメッキ層が設けられ、このメッキ層に対向する前記接触面の他方に、前記メッキ層を構成する金属のメッキ層形成面からの剥離を抑制可能な離型層が設けられたことを特徴とする請求項３に記載の極低温装置。

【請求項6】

冷却源と、この冷却源及び被冷却物を収納する真空容器と、この真空容器内で前記冷却源と前記被冷却物を熱的に接続する伝熱部材と、を有する極低温装置の冷却方法であって、
複数の前記伝熱部材の接続部における接触面を常に接触させた状態で、
前記接触面に所定値以上の接触面圧を加えて前記被冷却物から前記冷却源への伝熱量を変化させ、前記被冷却物を冷却することを特徴とする極低温装置の冷却方法。

【請求項7】

複数の伝熱部材間で伝熱状態と断熱状態を切り替える熱スイッチであって、
複数の前記伝熱部材の接続部における接触面に接触面圧を常時付与して前記接触面を常に接触状態に保持する弾性部材と、
前記弾性部材の変位量を調整して前記接触面への前記接触面圧を変化させる面圧可変機構と、を有して構成されたことを特徴とする熱スイッチ。

【請求項8】

複数の前記伝熱部材の接続部におけるそれぞれの接触面では、少なくとも一方の前記接触面に、前記伝熱部材よりも柔軟な金属からなるメッキ層が設けられたことを特徴とする請求項７に記載の熱スイッチ。

【請求項9】

前記メッキ層は、インジウム、金、銀、亜鉛、ニッケルの少なくとも1つからなることを特徴とする請求項８に記載の熱スイッチ。

【請求項10】

複数の前記伝熱部材の接続部におけるそれぞれの接触面の一方にメッキ層が設けられ、このメッキ層に対向する前記接触面の他方に、前記メッキ層を構成する金属のメッキ層形成面からの剥離を抑制可能な離型層が設けられたことを特徴とする請求項８に記載の熱スイッチ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、冷却源により被冷却物を極低温に伝導冷却する極低温装置、及び極低温装置の冷却方法、並びに熱スイッチに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、７７Ｋ以下の極低温まで冷却可能な極低温冷凍機等の冷却源を利用し、超電導コイルなどの被冷却物を、良熱伝導体からなる伝熱部材の固体熱伝導を利用して冷却する伝導冷却方式の極低温装置が開発されている。この方式では、極低温冷凍機の冷却ステージと被冷却物とが伝熱部材を介して熱的に接続され、この伝熱部材が、被冷却物から極低温冷凍機の冷却ステージまでの伝熱経路を形成している。

【0003】

極低温冷凍機として一般的に使用されているギフォード・マクマフォン(ＧＭ)冷凍機は、定期的にメンテナンスが必要になる。このメンテナンスでは、極低温冷凍機のシリンダ内部のディスプレーサの抜き差しを行うため、空気の流入による凍結や熱膨張率の差によりシリンダがディスプレーサを締め付けて固着することを防ぐために、極低温冷凍機のシリンダを室温まで加熱により昇温させる必要がある。この加熱は、極低温冷凍機の冷却ステージから伝熱経路を通して被冷却物である超電導コイルに伝わり、超電導コイルの温度上昇を招く。メンテナンス終了後、超電導コイルは極低温冷凍機により冷却する必要があるが、この再冷却時間に長時間を要する課題がある。

【0004】

このような課題に対して、極低温冷凍機のメンテナンス時のように被冷却物に対して極低温冷凍機側が高温になる際には、伝熱経路を遮断して、極低温冷凍機から被冷却物側に熱が流れないようにする熱スイッチ機能が従来から考えられている。つまり、熱スイッチのＯＦＦ時には、極低温冷凍機と被冷却物との熱抵抗が大きくなり、極低温冷凍機側から被冷却物への熱流が抑制される。一方、熱スイッチのＯＮ時には、極低温冷凍機と被冷却物との熱抵抗が小さくなり、極低温冷凍機により被冷却物を効果的に冷却することが可能になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２－２０９３８１号公報

【特許文献2】特開２０２１－１３９５５４号公報

【特許文献3】特開２０２３－６０６３号公報

【特許文献4】特許第５５２０７４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

このような熱スイッチを備えた極低温装置が、例えば特許文献１及び２に開示されている。また、特許文献３には、極低温冷凍機のメンテナンス時において、極低温冷凍機の本体が上下方向に移動可能に構成されて、極低温冷凍機の冷却ステージと伝熱ステージとの接触、非接触により熱スイッチとする構造が開示されている。更に、特許文献４には、接続部に熱収縮の大きな熱収縮リングを利用し、極低温冷凍機側が低温の際には、熱収縮リングが熱収縮により接続部を締め付け、極低温冷凍機側が高温の際には、熱収縮リングが緩む構造が開示されている。

【0007】

上述の特許文献１～４に記載のように、熱スイッチとしては、接触と非接触(離間)の切り替えによって単純にＯＮとＯＦＦを切り替えるものが考えられている。機械加工された常用の伝熱部材(第１伝熱部材、第２伝熱部材)を用いてこのような接触面を構成する場合、接触熱抵抗と呼ばれる伝熱部材の本体よりも大きな熱抵抗が生ずる。この接触熱抵抗は、図５に示すように、伝熱部材の接触面をミクロに観察したとき、この接触面に空隙が生じて熱流が妨げられることにより生ずる。

【0008】

従って、接触熱抵抗Ｒが大きい場合には、極低温冷凍機と被冷却物との間に温度差が生じて、被冷却物を充分に冷却することができなくなる場合がある。一般的には接触熱抵抗Ｒは、［数１］に示すように整理されており、表面粗さσ_ｓに比例し、押し付け面圧(接触面圧)Ｐ_ａｐｐに反比例する傾向がある。しかしながら、伝熱部材の実際の接触面では、これらの因子以外にも、接触面のうねりや圧力分布、構造材のたわみなどによって接触熱抵抗Ｒが大きな影響を受ける。

【0009】

【数1】

【0010】

極低温装置の場合、伝熱部材の接触面は真空容器内に設けられる。例えば、特許文献２及び３のように、真空容器の外部に駆動部を設け、この駆動部の動作により伝熱部材の接触面について接触と非接触の切り替えを行う熱スイッチとする場合、真空容器内にある接触面を切り離して熱スイッチをＯＦＦとした後に、接触面を再度接触させて熱スイッチをＯＮとした際、前回のＯＮ時と同様の接触熱抵抗Ｒが得られる接触面を再現することが困難である。このため、熱スイッチには、再現性(反復性)の高い駆動部構造や、軸ずれを防ぐための大がかりな追加のガイド構造が必要になる。また、熱収縮リングの熱収縮で接続部に面圧を発生させる特許文献４に記載の技術においても、接続部の接触面が非接触状態になった際の接触面の脱落の危険や、上述と同様に接触面の再現性(反復性)が低下して繰り返しの実用に適さないという課題が生じていた。

【0011】

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、複数の伝熱部材の接続部における接触面の状態を安定に保持して、上記接触面における接触熱抵抗の値の変更を良好に反復して実現することができる極低温装置、極低温装置の冷却方法及び熱スイッチを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の実施形態における極低温装置は、冷却源と、この冷却源及び被冷却物を収納する真空容器と、この真空容器内で前記冷却源と前記被冷却物を熱的に接続する伝熱部材と、を有する極低温装置において、前記伝熱部材が複数設けられ、これら複数の伝熱部材の接続部における接触面を常に接触状態に保持させつつ、前記接触面に所定値以上の接触面圧を加えて前記被冷却物から前記冷却源への伝熱量を変化させる加圧機構を、更に有して構成されたことを特徴とするものである。

【0013】

また、本発明の実施形態における極低温装置の冷却方法は、冷却源と、この冷却源及び被冷却物を収納する真空容器と、この真空容器内で前記冷却源と前記被冷却物を熱的に接続する伝熱部材と、を有する極低温装置の冷却方法であって、複数の前記伝熱部材の接続部における接触面を常に接触させた状態で、前記接触面に所定値以上の接触面圧を加えて前記被冷却物から前記冷却源への伝熱量を変化させ、前記被冷却物を冷却することを特徴とするものである。

【0014】

更に、本発明の実施形態における熱スイッチは、複数の伝熱部材間で伝熱状態と断熱状態を切り替える熱スイッチであって、複数の前記伝熱部材の接続部における接触面に接触面圧を常時付与して前記接触面を常に接触状態に保持する弾性部材と、前記弾性部材の変位量を調整して前記接触面への前記接触面圧を変化させる面圧可変機構と、を有して構成されたことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0015】

本発明の実施形態によれば、複数の伝熱部材の接続部における接触面の状態を安定に保持して、上記接触面における接触熱抵抗の値の変更を良好に反復して実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１実施形態に係る極低温装置の構成を示す概略断面図。

【図2】図１の加圧装置としての熱スイッチの構成を伝熱部材と共に示す概略断面図。

【図3】第２実施形態に係る極低温装置における伝熱部材の構成を示す概略断面図。

【図4】第３実施形態に係る極低温装置における伝熱部材の構成を示す概略断面図。

【図5】接触熱抵抗の概念を説明する説明図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１、図２）
図１は、第１実施形態に係る極低温装置の構成を示す概略断面図である。この図１に示す極低温装置１０は、冷却源により被冷却物を極低温に伝導冷却するものであり、冷却源としての極低温冷凍機１１、真空容器１２、伝熱部材１３、及び加圧機構１４としての熱スイッチ１５を有して構成され、被冷却物としての熱シールド１６及び超電導コイル１７を、例えば７７Ｋ以下の極低温に冷却する。

【0018】

極低温冷凍機１１は、ギフォード・マクマフォン（ＧＭ）冷凍機やパルスチューブ冷凍機が用いられ、第１冷却ステージ１８では２０Ｋ～５０Ｋ程度、第２冷却ステージ１９では３Ｋ～３０Ｋ程度の寒冷を発生させて被冷却物を冷却する。通常、第１冷却ステージ１８は、熱シールド１６に接続されてこの熱シールド１６を冷却し、第２冷却ステージ１９は、超電導コイル１７に伝熱部材１３を介して熱的に接続されて超電導コイル１７を冷却する。

【0019】

真空容器１２は容器内部を真空状態に保つ。この真空容器１２内に極低温冷凍機１１の第１冷却ステージ１８及び第２冷却ステージ１９、伝熱部材１３、熱シールド１６、超電導コイル１７、並びに熱スイッチ１５の主要部などが収納される。

【0020】

伝熱部材１３は、真空容器１２内で極低温冷凍機１１の第２冷却ステージ１９と超電導コイル１７とを熱的に接続し、超電導コイル１７から極低温冷凍機１１の第２冷却ステージ１９までの固体熱伝導による伝熱経路を形成する。この伝熱部材１３は複数設けられ、少なくとも第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２とが接続されて構成される。伝熱部材１３は、上述の第１伝熱部材２１及び第２伝熱部材２２に他の伝熱部材が接続されて構成されてもよい。第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２は、第１伝熱部材２１の接触面２１Ｅと第２伝熱部材２２の接触面２２Ｅとが接触することで接続される接続部２３を備える。

【0021】

これらの第１伝熱部材２１及び第２伝熱部材２２は、極低温で熱伝導率が高い材料が望ましく、純アルミニウムＡ１０５０材や無酸素銅Ｃ１０２０材が好適であり、更に好ましくは、純度９９．９９％以上の高純度アルミニウムや高純度銅が用いられる。その他、第１伝熱部材２１及び第２伝熱部材２２は、熱伝導率が良好な炭素繊維を使用してもよく、また、アルミニウム、銅、炭素繊維を、例えばより線構造や層状構造のように並列に配列して構成してもよい。なお、第１伝熱部材２１及び第２伝熱部材２２は、その熱収縮差を吸収させるために一部に可撓性を備えてもよい。その場合、第１伝熱部材２１及び第２伝熱部材２２は、高純度アルミニウム、銅、炭素繊維等の熱伝導率が高い材料の一部を細線や箔等に加工し、その細線等の端部を、細線等以外の伝熱部材に溶接や圧接等により結合させて可撓性を実現してもよい。

【0022】

加圧機構１４としての熱スイッチ１５は、第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２との接続部２３における接触面２１Ｅ、２２Ｅを常に接触状態に保持させる接触面圧が所定値未満の低い状態と、この状態から上記接触面２１Ｅ、２２Ｅに所定値以上の接触面圧を加えて超電導コイル１７から極低温冷凍機１１への伝熱量を変化させる接触面圧が高い状態とを切り替えるものである。接触面２１Ｅ、２２Ｅへの接触面圧が所定値未満（後述の初期設定値）の低い状態では、第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２との接続部２３が断熱状態になる。また、接触面２１Ｅ、２２Ｅへの接触面圧が所定値以上の高い状態では、第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２との接続部２３が伝熱状態になる。

【0023】

つまり、熱スイッチ１５は、図２に示すように、対向配置された一対の支持部材２４と、これらの支持部材２４を連結する複数本の支持ボルト２５と、弾性部材としての圧力調整用ばね２６と、この圧力調整用ばね２６の変位量を調整して接触面２１Ｅ、２２Ｅへの接触面圧を変化させる面圧可変機構２７と、を有して構成される。このうち面圧可変機構２７は、変位調整ロッド２８及び変位調整ユニット２９を備えてなる。

【0024】

一対の支持部材２４間に第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２の接続部２３が配置される。また、圧力調整用ばね２６は、支持部材２４の一方と第１伝熱部材２１及び第２伝熱部材２２の接続部２３との間に設置され、この接続部２３の接触面２１Ｅ、２２Ｅに接触面圧を常時付与して、これらの接触面２１Ｅ、２２Ｅを常に接触状態に保持する。上述の圧力調整用ばね２６による接触面２１Ｅ、２２Ｅへの接触面圧は、圧力調整用ばね２６のばね定数を予め確認し、支持ボルト２５の締め付けにより圧力調整用ばね２６の変位量を調整することで、初期設定値に設定される。

【0025】

面圧可変機構２７の変位調整ロッド２８は、真空容器１２に支持されると共に、先端が断熱層３０を介して支持部材２４に当接し、基端が、室温部に配置された変位調整ユニット２９に連結される。この変位調整ユニット２９は、例えば駆動用ボルト３１及び固定ナット３２により構成されて変位調整ロッド２８を駆動し、これにより変位調整ロッド２８が圧力調整用ばね２６の変位量を調整する。この圧力調整用ばね２６の変位量の調整によって、第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２の接続部２３における接触面２１Ｅ、２２Ｅに作用する接触面圧が、初期設定値から所定値以上の値に変更されて切り替わる。

【0026】

接触面２１Ｅ、２２Ｅにおける接触面圧(押し付け面圧)が所定値未満の初期設定値である場合には、前述の［数１］により接触熱抵抗Ｒの値が大きくなって、第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２との接続部２３が断熱状態になり、熱スイッチ１５がＯＦＦ状態になる。また、接触面２１Ｅ、２２Ｅにおける接触面圧(押し付け面圧)が所定値以上の場合には、［数１］により接触熱抵抗Ｒの値が小さくなって、第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２との接続部２３が伝熱状態になり、熱スイッチ１５がＯＮ状態になる。

【0027】

ここで、変位調整ユニット２９は、変位調整ロッド２８の変位量を調整可能であれば、モータ駆動ユニット、または油圧もしくは空圧シリンダ装置であってもよい。変位調整ロッド２８は、室温部からの熱侵入を低減するために中空形状としてもよい。また、変位調整ロッド２８は、熱シールド１６と熱的に接触させてサーマルアンカーを形成することで、室温部からの熱流入を低減させてもよい。断熱層３０は、室温部からの熱流を抑制するものであり、熱伝導率の小さな繊維強化プラスチックを用いることが好適である。

【0028】

ところで、第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２との接続部２３における接触面２１Ｅ、２２Ｅには、図５に示すように、固体の機械加工面の微細な凹凸により熱流が妨げられることで、第１伝熱部材２１や第２伝熱部材２２の本体よりも大きな接触熱抵抗Ｒが生じている。この接触熱抵抗Ｒは、［数１］に示すように、押し付け面圧(接触面圧)の０．９５乗に反比例する性質がある。従って、加圧機構１４としての熱スイッチ１５を用いて、接触面圧を例えば０．０５ＭＰａから１．００ＭＰａに変更する(切り替える)ことで、接触熱抵抗Ｒは約１/１７倍になる。なお、上述の接触面圧の値は単なる例示に過ぎず、極低温装置１０の熱的性能に合わせて任意の値とすることが可能である。

【0029】

これにより、極低温冷凍機１１よりも超電導コイル１７の温度が高い場合には、１．００ＭＰａの接触面圧に設定することで、第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２との接続部２３における接触面２１Ｅ、２２Ｅにおいて、接触熱抵抗Ｒの値が低い状態となって熱スイッチ１５がＯＮ状態(伝熱状態)となり、超電導コイル１７は小さな温度差で極低温冷凍機１１により冷却される。一方、極低温冷凍機１１のメンテナンス時のように極低温冷凍機１１が加熱されて超電導コイル１７の温度より高くなる場合には、０．０５ＭＰａの接触面圧に変更することで、接触面２１Ｅ、２２Ｅにおける接触熱抵抗Ｒの値が高い状態となって熱スイッチ１５がＯＦＦ状態(断熱状態)となり、極低温冷凍機１１からの熱が超電導コイル１７に流れ難くなる。

【0030】

以上に構成されたことから、本第１実施形態によれば、次の効果（１）及び（２）を奏する。
（１）第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２の接続部２３における接触面２１Ｅ、２２Ｅを接離させず、常に接触状態に保持して、加圧機構１４（熱スイッチ１５）により接触面２１Ｅ、２２Ｅに所定値以上または未満の接触面圧を加えて、接触面２１Ｅ、２２Ｅ間の接触熱抵抗Ｒを調整するよう構成されている。このため、第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２の接続部２３の接触面２１Ｅ、２２Ｅを接触及び離間させることで生ずる恐れがある接続部２３の接触状態の変化や軸ずれが発生せず、この接続部２３における接触面２１Ｅ、２２Ｅの接触状態を安定して保持できる。この結果、第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２の接続部２３の接触面２１Ｅ、２２Ｅにおける接触熱抵抗Ｒの値の変更（切り替え）を良好に反復して実現することができる。これにより、極低温冷凍機１１が超電導コイル１７よりも高温になったときには、上述の熱スイッチ１５によって、超電導コイル１７の温度上昇を抑制した後、再度、極低温冷凍機で冷却する際にも、確実に被冷却物を再冷却することができる。

【0031】

（２）面圧可変機構２７の動作により圧力調整用ばね２６の変位量を調整することで、この圧力調整用ばね２６が、第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２の接続部２３の接触面２１Ｅ、２２Ｅに付与する接触面圧を変化させ、これにより接触面２１Ｅ、２２Ｅにおける接触熱抵抗Ｒの値を変更する（切り替える）。この結果、第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２の接続部２３の接触面２１Ｅ、２２Ｅにおける接触熱抵抗Ｒの値の切替によってＯＮ、ＯＦＦ動作を実行する熱スイッチ１５を良好に実現できる。この熱スイッチ１５では、第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２の接続部２３の接触面２１Ｅ、２２Ｅが常に接触状態に保持されているので、熱スイッチ１５のＯＮ、ＯＦＦ動作の反復性能を向上させることができる。

【0032】

［Ｂ］第２実施形態（図３）
図３は、第２実施形態に係る極低温装置における伝熱部材の構成を示す概略断面図である。この第２実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

【0033】

本第２実施形態の極低温装置４０が第１実施形態と異なる点は、第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２との接続部２３における接触面２１Ｅ、２２Ｅの少なくとも一方、例えば接触面２２Ｅに、第１伝熱部材２１、第２伝熱部材２０によりも柔軟な金属からなるメッキ層４１が設けられた点である。

【0034】

第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２は、前述のように、極低温にて熱伝導率が大きな高純度銅や高純度アルミニウムが用いられるが、接続部２３における接触面２１Ｅ、２２Ｅ(例えば接触面２２Ｅ)に、より柔軟な金属材料のメッキ層４１が設けられる。これにより、例えば接触面２２Ｅに設けられたメッキ層４１の弾性変形が促進されることで、第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２は、高純度銅や高純度アルミニウムのみの状態よりも、熱スイッチ１５のＯＮ時に、低い接触熱抵抗Ｒでの接続が可能になる。

【0035】

このようなメッキ層４１の材料としては、少なくとも銅よりも表面の柔らかな材料が好ましく、金、銀、インジウム、ニッケル、亜鉛等があり、またはこれらの組み合わせであってもよい。特に、インジウムは、最も柔軟で且つ極低温で熱伝導率が高いため好適である。これらの金属によるメッキ層４１の形成は電解メッキが好ましいが、コールドスプレーや溶着等といった施工方法でもよい。

【0036】

以上のように構成されたことから、本第２実施形態によれば、第１実施形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏するほか、次の効果（３）を奏する。

【0037】

（３）第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２との接続部２３における接触面２１Ｅ、２２Ｅの少なくとも一方に、第１伝熱部材２１、第２伝熱部材２０によりも柔軟な金属からなるメッキ層４１が設けられている。これらの接触面２１Ｅ、２２Ｅを形成する材料の硬度が第１伝熱部材２１、第２伝熱部材２２よりも柔軟であるほど、接触面２１Ｅ、２２Ｅは、小さな接触面圧で表面の微細な凹凸を弾性変形させて実接触面積が増加する。これにより、第１実施形態の場合よりも小さな接触面圧であっても、第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２の接続部２３における接触面２１Ｅ、２２Ｅの接触熱抵抗Ｒを低下させることができる。この結果、接触熱抵抗Ｒが小さな領域において、この接触熱抵抗Ｒの値を好適に調整することができる。

【0038】

［Ｃ］第３実施形態（図４）
図４は、第３実施形態に係る極低温装置における伝熱部材の構成を示す概略断面図である。この第３実施形態において第１及び第２実施形態と同様な部分については、第１及び第２実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

【0039】

本第３実施形態の極低温装置５０が第１及び第２実施形態と異なる点は、第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２との接続部２３における接触面２１Ｅ、２２Ｅの一方（例えば接触面２２Ｅ）にメッキ層４１が設けられ、このメッキ層４１に対向する接触面２１Ｅ、２２Ｅの他方（例えば接触面２１Ｅ）に、メッキ層４１を構成する金属のメッキ層形成面からの剥離を抑制可能な離型層５１が設けられた点である。

【0040】

離型層５１は、非金属から構成されるため熱伝導率が低くなり、熱抵抗の増加の原因となる。従って、離型層５１の膜厚を薄くする必要があり、膜厚としては１μｍ以下とすることが好適である。このような離型層５１の処理方法としては、例えば、ＯＨ基によりフッ素原子を金属表面に結合させる成膜技術が望ましい。

【0041】

以上のように構成されたことから、本第３実施形態においても、第１及び第２実施形態の効果（１）～（３）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）を奏する。

【0042】

（４）第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２との接続部２３における接触面２１Ｅ、２２Ｅのいずれか一方に設けられたメッキ層４１を形成する金属材料の硬度が柔らかいほど、小さい接触面圧でメッキ層４１の表面の微細な凹凸が弾性変形するが、メッキ層４１を形成する金属が接触面２１Ｅ、２２Ｅの他方に移行してしまうことがある。メッキ層４１が接触面２１Ｅ、２２Ｅの他方へ移行した場合、熱スイッチ１５のＯＦＦ時に接触面圧を除荷しても、両接触面２１Ｅ、２２Ｅが熱的に接続された状態になる。この場合には、熱スイッチ１５のＯＮ、ＯＦＦ時における接触熱抵抗Ｒの比が小さくなって、熱スイッチ１５としての性能が低下してしまう。

【0043】

これに対し、第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２との接続部２３における接触面２１Ｅ、２２Ｅの一方にメッキ層４１が設けられ、このメッキ層４１に対向する接触面２１Ｅ、２２Ｅの他方に離型層５１が設けられたことで、メッキ層４１が、対向する他方の接触面２１Ｅ、２２Ｅへ移行することを防止できる。従って、熱スイッチ１５のＯＦＦ時に接触面圧が除荷された際、第１伝熱部材２１と第２伝熱部材２２との接続部２３の接触熱抵抗Ｒを確実に高い状態に移行させることができる。この結果、熱スイッチ１５のＯＮ時とＯＦＦ時における接触熱抵抗Ｒの比が大きくなって、高性能な熱スイッチ１５を実現することができる。

【0044】

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができ、また、それらの置き換えや変更、組み合わせは、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0045】

１０…極低温装置、１１…極低温冷凍機（冷却源）、１２…真空容器、１３…伝熱部材、１４…加圧機構、１５…熱スイッチ、１６…熱シールド、１７…超電導コイル（被冷却物）、２１…第１伝熱部材、２２…第２伝熱部材、２１Ｅ、２２Ｅ…接触面、２３…接続部、２６…圧力調整用ばね（弾性部材）、２７…面圧可変機構、４０…極低温装置、４１…メッキ層、５０…極低温装置、５１…離型層、Ｒ…接触熱抵抗

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】