特許 7450406 極低温装置および熱スイッチ

(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】

(24)【登録日】2024-03-07

(45)【発行日】2024-03-15

(54)【発明の名称】極低温装置および熱スイッチ

(51)【国際特許分類】

   F25B 9/02 20060101AFI20240308BHJP

   F25B 9/00 20060101ALI20240308BHJP

   H10N 60/81 20230101ALI20240308BHJP

【ＦＩ】

F25B9/02 J

F25B9/00 A

H10N60/81

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020037875

(22)【出願日】2020-03-05

(65)【公開番号】P2021139554

(43)【公開日】2021-09-16

【審査請求日】2022-11-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】出村 健太

【審査官】関口 勇

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－１８２８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－１６９５６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｂ ９／０２

Ｆ２５Ｂ ９／００

Ｈ１０Ｎ ６０／８１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

挿入口と、前記挿入口の内周面に第１伝熱面を有する第１伝熱部品と、前記第１伝熱部品に挿入可能な形状をもち、その外周面に第２伝熱面を有する第２伝熱部品と、を備え、前記第２伝熱部品が前記第１伝熱部品に挿入されるとき前記第１伝熱面と前記第２伝熱面が互いに摺動しながら接触する熱スイッチと、
前記挿入口を囲むように前記第１伝熱部品の外周部に配置され、前記第１伝熱面と前記第２伝熱面を弾性的に面接触させるように構成される押圧機構と、
前記第１伝熱部品または前記第２伝熱部品のいずれかと熱的に結合された冷却ステージを備える極低温冷凍機と、を備えることを特徴とする極低温装置。

【請求項2】

前記押圧機構は、前記第１伝熱面と一体化された板ばね層を含み、
前記板ばね層を形成する材料は、前記伝熱面を形成する材料に比べて硬い材料で形成される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】

前記第１伝熱部品は、スリットによって複数の短冊状の伝熱要素へと周方向に分割され、個々の伝熱要素が前記第１伝熱面を径方向内側に有するとともに前記板ばね層を径方向外側に有することを特徴とする請求項２に記載の極低温装置。

【請求項4】

前記押圧機構は、
前記第１伝熱部品の外周に接触しながら保持されるＣ字状のリング部材と、
前記リング部材の両端を締結する締結部材と、を有し、
前記第１伝熱部品が初期形状にあるとき、前記リング部材の両端と前記締結部材の間には周方向に遊びがあることを特徴とする請求項１に記載の極低温装置。

【請求項5】

前記第１伝熱部品は、それぞれが前記第１伝熱面を有する複数の挿入口を備え、
前記第２伝熱部品は、それぞれが前記第２伝熱面を有するとともに前記複数の挿入口のうち対応する挿入口に挿入可能である複数の突起を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の極低温装置。

【請求項6】

前記冷却ステージと前記熱スイッチを収容する真空容器をさらに備え、
前記熱スイッチは、前記第２伝熱部品が前記第１伝熱部品に挿入されるように前記真空容器の外から操作可能な操作部材を備え、前記第１伝熱部品または前記第２伝熱部品のうち一方が前記操作部材に設けられ、前記第１伝熱部品または前記第２伝熱部品のうち他方が前記真空容器に対して固定されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の極低温装置。

【請求項7】

前記操作部材は、断熱材料で形成され、中空構造を有することを特徴とする請求項６に記載の極低温装置。

【請求項8】

前記真空容器は、前記操作部材が貫通する輻射シールドを備え、前記操作部材と前記輻射シールドとの隙間を覆うカバーが設けられていることを特徴とする請求項６または７に記載の極低温装置。

【請求項9】

極低温装置用の熱スイッチであって、
前記極低温装置の冷却側または被冷却側の一方に取付可能な第１伝熱部品と、
前記極低温装置の冷却側または被冷却側の他方に取付可能な第２伝熱部品と、を備え、
前記第１伝熱部品は、挿入口と、前記挿入口の内周面に第１伝熱面を有し、前記第２伝熱部品は、前記第１伝熱部品に挿入可能な形状をもち、その外周面に第２伝熱面を有し、
前記第２伝熱部品が前記第１伝熱部品に挿入されるとき前記第１伝熱面と前記第２伝熱面が互いに摺動しながら接触し、
前記熱スイッチは、前記挿入口を囲むように前記第１伝熱部品の外周部に配置され、前記第１伝熱面と前記第２伝熱面を弾性的に面接触させるように構成される押圧機構をさらに備えることを特徴とする極低温装置用の熱スイッチ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、極低温装置および熱スイッチに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、極低温冷凍機を利用して伝導冷却により超電導コイルを冷却する超電導磁石装置が知られている。この装置には、熱スイッチが設けられている。極低温冷凍機の定常運転状態においては、熱スイッチに接触圧を加えることにより熱スイッチが閉じられ、冷凍機から超電導コイルへの伝熱路が形成される。極低温冷凍機に異常が検知された場合には、熱スイッチが開放され、超電導コイルが冷凍機から断熱される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－２０９３８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明者は、上述の熱スイッチについて検討し、以下の課題を認識した。熱スイッチにおける接触圧は熱抵抗に影響する。実際のところ、望まれる良好な熱接触を得るには、かなり高い接触圧が求められ、これは、それほど簡単ではない。熱スイッチに接触圧を加える加圧装置は、強力な加圧を実現すべく、大掛かりになりがちである。そのように大きな荷重を受けることになる熱スイッチや極低温冷凍機など関係する構造物も、荷重に耐えるように頑丈に設計されなければならない。一方、接触圧の不足は熱抵抗の増加を招き、熱抵抗は温度差をもたらす。この場合、超電導コイルの冷却温度は、冷凍機が実現しうる到達温度ほどには十分に下がらないかもしれない。超電導コイルの冷却不良を避けるために、より大きな冷凍能力をもつ極低温冷凍機の採用や、追加の極低温冷凍機の増設を考慮しなければならないかもしれない。

【0005】

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、良好な熱接触を比較的容易に得られる熱スイッチおよびこれを備える極低温装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のある態様によると、極低温装置は、第１伝熱面を有する第１伝熱部品と、第１伝熱部品に挿入可能な形状をもち、第２伝熱面を有する第２伝熱部品と、を備え、第２伝熱部品が第１伝熱部品に挿入されるとき第１伝熱面と第２伝熱面が互いに摺動しながら接触する熱スイッチと、第１伝熱部品または第２伝熱部品のいずれかと熱的に結合された冷却ステージを備える極低温冷凍機と、を備える。

【0007】

本発明のある態様によると、極低温装置用の熱スイッチは、極低温装置の冷却側または被冷却側の一方に取付可能な第１伝熱部品と、極低温装置の冷却側または被冷却側の他方に取付可能な第２伝熱部品と、を備える。第１伝熱部品は、第１伝熱面を有し、第２伝熱部品は、第１伝熱部品に挿入可能な形状をもち、第２伝熱面を有し、第２伝熱部品が第１伝熱部品に挿入されるとき第１伝熱面と第２伝熱面が互いに摺動しながら接触する。

【0008】

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。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、良好な熱接触を比較的容易に得られる熱スイッチおよびこれを備える極低温装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態に係る極低温装置用の熱スイッチを概略的に示す図である。

【図2】実施の形態に係る極低温装置用の熱スイッチを概略的に示す図である。

【図3】図１に示される第１伝熱部品のＡ－Ａ線断面を概略的に示す図である。

【図4】実施の形態に係る熱スイッチに設けられる押圧機構の他の例を概略的に示す図である。

【図5】実施の形態に係る熱スイッチの変形例を概略的に示す図である。

【図6】図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施の形態に係る熱スイッチの変形例を概略的に示す図である。

【図7】実施の形態に係る極低温装置を概略的に示す図である。

【図8】比較例に係る熱スイッチを示す概略図である。

【図9】実施の形態に係る熱スイッチの変形例を概略的に示す図である。

【図10】図１０（ａ）から図１０（ｄ）は、実施の形態に係る熱スイッチの設置についての変形例を概略的に示す図である。

【図11】実施の形態に係る極低温装置の変形例を概略的に示す図である。

【図12】実施の形態に係る極低温装置の変形例を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。

【0012】

図１および図２は、実施の形態に係る極低温装置用の熱スイッチ１０を概略的に示す図である。図１には、オフ状態の熱スイッチ１０が示され、図２には、オン状態の熱スイッチ１０が示されている。

【0013】

熱スイッチ１０は、極低温装置の冷却側または被冷却側の一方に取付可能な第１伝熱部品１２と、極低温装置の冷却側または被冷却側の他方に取付可能な第２伝熱部品１４と、を備える。

【0014】

この実施形態では、第１伝熱部品１２が被冷却側の第１伝熱部材１６に取り付けられ、第２伝熱部品１４が冷却側の第２伝熱部材１８に取り付けられる。良好な熱接触を得るために、第１伝熱部品１２および第２伝熱部品１４はそれぞれ、第１伝熱部材１６および第２伝熱部材１８に確実に固定される。たとえば、第１伝熱部品１２はかしめにより第１伝熱部材１６により固定され、第２伝熱部品１４はねじで第２伝熱部材１８に固定される。ただし、伝熱部品の伝熱部材への固定は、こうした機械的接合に限られず、半田など冶金的接合またはそのほか適宜の接合技術を利用することができる。

【0015】

第２伝熱部品１４は、第１伝熱部品１２に挿入可能な形状をもつ。言い換えれば、第１伝熱部品１２は、メス型の端子であり、第２伝熱部品１４は、オス型の端子であり、両部品の相対移動により結合と分離を切替可能である。たとえば、第１伝熱部材１６が固定され、それにより第１伝熱部品１２は静止され、第２伝熱部材１８が第２伝熱部品１４とともに移動可能とされるというように、熱スイッチ１０の二部品のうち一方が他方に対して移動される。ただし、二部品の両方が移動可能であってもよい。

【0016】

第１伝熱部品１２は、第１伝熱面２０を有し、第２伝熱部品１４は、第２伝熱面２２を有する。第１伝熱部品１２は、挿入口２４を備え、第１伝熱面２０は、挿入口２４の内周面にあたる。第２伝熱部品１４は、挿入口２４に挿入可能な突起として形成され、第２伝熱面２２は、この突起の外周面にあたる。

【0017】

第１伝熱面２０の径は、第２伝熱面２２の径と等しくてもよい。第１伝熱面２０と第２伝熱面２２が互いに摺動しながら接触するように、第１伝熱面２０と第２伝熱面２２それぞれの径の寸法公差が定められていてもよい。あるいは、後述のように、第１伝熱面２０と第２伝熱面２２の少なくとも一方が径方向に弾性的に撓み可能である場合には、第１伝熱部品１２および第２伝熱部品１４の初期形状において（すなわち、第２伝熱部品１４が第１伝熱部品１２に挿入されていないとき、）第１伝熱部品１２の挿入口２４の径が、第２伝熱部品１４の径よりも若干小さくてもよい。第１伝熱面２０と第２伝熱面２２は、より強い接触面圧で摺動しうる。

【0018】

第１伝熱部品１２と第２伝熱部品１４は、両部品の中心軸にあたる共通の軸線上に配置され、この軸線に沿う直線的な相対移動によって、第２伝熱部品１４は、第１伝熱部品１２に挿入される。図１において、第２伝熱部品１４の挿入方向２６を下向きの矢印により例示する。

【0019】

この実施形態では、第１伝熱面２０と第２伝熱面２２がともに、第１伝熱部品１２への第２伝熱部品１４の挿入方向２６に平行である。一例として、第１伝熱部品１２は、挿入口２４として円筒状のピン穴を有するソケットであり、第２伝熱部品１４は、円柱状または円筒状のピンである。

【0020】

ただし、第２伝熱部品１４が第１伝熱部品１２に挿入されるとき第１伝熱面２０と第２伝熱面２２が互いに摺動しながら接触する限り、第１伝熱部品１２と第２伝熱部品１４は、挿入方向２６に垂直な断面を円形とするものには限定されず、たとえば正方形、矩形、またはその他の断面形状を有してもよい。

【0021】

第２伝熱部品１４が第１伝熱部品１２に挿入されるとき、第１伝熱面２０と第２伝熱面２２が互いに摺動しながら接触する。こうして、第１伝熱部品１２と第２伝熱部品１４は機械的かつ熱的に結合され、熱スイッチ１０はオフからオンに切り替わる。図２に示されるように、熱スイッチ１０のオン状態では、第１伝熱部品１２と第２伝熱部品１４はともに静止し、第１伝熱面２０と第２伝熱面２２は互いに接触した状態を保つ。

【0022】

第２伝熱部品１４が第１伝熱部品１２から引き抜かれるときには、逆の動きにより第１伝熱面２０と第２伝熱面２２が離れる。図１に示されるように、第１伝熱部品１２と第２伝熱部品１４は機械的かつ熱的に分離され、熱スイッチ１０はオンからオフに切り替わる。

【0023】

挿入口２４の入口にはテーパ面２５が形成されていてもよい。テーパ面２５は、第１伝熱部品１２の外周面を、第１伝熱部品１２の内周面である第１伝熱面２０に接続し、径方向に外側から内側へと挿入口２４の深部に向けて傾斜している。

【0024】

これにより、第２伝熱部品１４が第１伝熱部品１２に挿入されるとき、まず第２伝熱部品１４の先端外周がテーパ面２５に突き当たる。テーパ面２５は、第２伝熱部品１４を挿入口２４に案内するガイド面として働き、それにより、第２伝熱部品１４は挿入口２４に容易に受け入れられる。また、第２伝熱部品１４と第１伝熱部品１２との間にいくらかの軸ずれがあったとしても、第２伝熱部品１４はテーパ面２５にガイドされて挿入口２４に挿入されることができる。

【0025】

なお、テーパ面２５に代えて、またはテーパ面２５とともに、第２伝熱部品１４の先端にテーパ面が形成されてもよい。第２伝熱部品１４のテーパ面は、テーパ面２５と同様に傾斜し、第２伝熱部品１４の外周面である第２伝熱面２２を第２伝熱部品１４の先端面に接続してもよい。

【0026】

この実施形態では、図２に示されるように、熱スイッチ１０のオン状態で、第２伝熱部品１４の先端面と第１伝熱部品１２の挿入口２４の底面が接触しない。オン状態を維持するために第１伝熱部品１２と第２伝熱部品１４を挿入方向２６に互いに押し付け続ける必要が無い。挿入方向２６における熱スイッチ１０およびその支持構造や加圧装置の剛性を低減することが可能となり、装置構造を簡素化しうる。あるいは、第２伝熱部品１４の先端面と第１伝熱部品１２の挿入口２４の底面は接触してもよく、その場合、第１伝熱部品１２と第２伝熱部品１４の接触面積を広げることができ、熱抵抗の低減には有利でありうる。

【0027】

第１伝熱部品１２および第２伝熱部品１４は、たとえば銅、アルミニウムなど、高い熱伝導率をもつ金属、またはその他の高熱伝導材料で形成される。同様に、第１伝熱部品１２および第２伝熱部品１４が固定される第１伝熱部材１６および第２伝熱部材１８や本書に言及されるそのほかの伝熱経路も、たとえば銅などの高熱伝導材料で形成される。

【0028】

第１伝熱面２０および第２伝熱面２２を形成する材料は、第１伝熱部品１２および第２伝熱部品１４それぞれの本体を形成する高熱伝導材料と同じであることは必須ではなく、異なってもよい。たとえば、第１伝熱面２０および第２伝熱面２２は、高熱伝導金属のメッキ層であってもよく、たとえば、銅の本体に形成された銀メッキ層であってもよい。

【0029】

銅などの熱伝導率の良い金属材料は、典型的には、比較的軟らかい。そのため、伝熱部品の全体がこうした材料のみで形成される場合には、部品は低剛性となりがちである。第２伝熱部品１４が第１伝熱部品１２に挿入されるとき、互いに比較的容易に変形し、そのため、第１伝熱面２０と第２伝熱面２２の接触面圧は小さくなりがちである。第１伝熱面２０と第２伝熱面２２の間の熱抵抗を低減するには、高い接触面圧が望まれる。

【0030】

そこで、熱スイッチ１０は、第１伝熱面２０と第２伝熱面２２を面接触させるように第１伝熱部品１２と第２伝熱部品１４のうち少なくとも一方に設けられた押圧機構３０を備える。押圧機構３０は、一例として、第１伝熱部品１２に組み込まれている。

【0031】

この実施形態では、押圧機構３０は、第１伝熱面２０と第２伝熱面２２を弾性的に面接触させるように構成される。押圧機構３０は、第１伝熱面２０と一体化された板ばね層として設けられている。板ばね層は、挿入口２４を囲むように第１伝熱部品１２の外周部に配置され、全体として筒状に形成されている。板ばね層は、たとえば真鍮、ステンレス鋼など、伝熱面を形成する材料に比べて硬い金属またはその他の材料で形成される。よって、板ばね層は、第１伝熱面２０を含む伝熱部に比べて高い剛性をもつ。また、板ばね層を形成する材料は、典型的には、伝熱面を形成する材料に比べて低い熱伝導率を有する。

【0032】

図３は、図１に示される第１伝熱部品１２のＡ－Ａ線断面を概略的に示す図である。押圧機構３０は、第１伝熱部品１２に形成された多数のスリット３２を有してもよい。これらスリット３２は挿入方向２６（すなわち第１伝熱部品１２の軸線）に平行である。第１伝熱部品１２は、スリット３２によって多数の短冊状の伝熱要素へと周方向に分割され、個々の伝熱要素が第１伝熱面２０を径方向内側に有するとともに板ばね層を径方向外側に有する。第１伝熱部品１２は、少なくとも３つの短冊状の伝熱要素に分割されてもよい。図３では、一例として、４つに分割されている。

【0033】

ただし、スリット３２は、第１伝熱部品１２の挿入口２４の入口から軸方向中間部へと延びているが、第１伝熱部材１６に固定される第１伝熱部品１２の基部にまでは延びていない。第１伝熱部材１６への固定を容易にするために、短冊状の伝熱要素は第１伝熱部材１６側では互いに周方向につながっている。

【0034】

このような押圧機構３０によって、第１伝熱部品１２は、挿入方向２６に垂直な方向２８に弾性的に撓み可能である。第２伝熱部品１４が第１伝熱部品１２に挿入されるとき、第２伝熱部品１４は、第１伝熱部品１２を径方向外側に押し広げるように弾性変形させる。第２伝熱面２２が第１伝熱面２０に対し挿入方向２６に摺動するとともに、第１伝熱面２０が第２伝熱面２２の形状に追従して、図２に示されるように、第１伝熱面２０と第２伝熱面２２が弾性的に面接触する。

【0035】

このようにして、第２伝熱部品１４が第１伝熱部品１２に挿入され第１伝熱面２０と第２伝熱面２２が互いに摺動しながら接触するとき、押圧機構３０によって生じる弾性力は、第１伝熱面２０と第２伝熱面２２を押し付け合う。それにより、第１伝熱部品１２は、第２伝熱部品１４を比較的強力に締め付けることができる。したがって、押圧機構３０により、第１伝熱面２０と第２伝熱面２２の間の接触面圧を増加し、熱抵抗を低減することができる。

【0036】

なお、押圧機構３０は、第２伝熱部品１４に設けられてもよい。たとえば、第２伝熱部品１４は、多数のスリットをもつ円筒状の形状を有してもよく、それにより、径方向に撓み可能な多数の短冊状の伝熱要素が形成されてもよい。押圧機構３０は、第１伝熱部品１２と第２伝熱部品１４の両方に設けられてもよい。

【0037】

図４は、実施の形態に係る熱スイッチ１０に設けられる押圧機構３０の他の例を概略的に示す図である。押圧機構３０は、スリット３２を有する第１伝熱部品１２の外周に装着される拘束リングとして構成されてもよい。この拘束リングは、第１伝熱部品１２の外周に接触しながら保持されるＣ字状のリング部材３３と、リング部材３３の両端を締結するボルトなどの締結部材３４とを有する。第１伝熱部品１２が初期形状にあるとき、リング部材３３の両端と締結部材３４の間には周方向に遊び３５がある。図３に示される押圧機構３０とは異なり、第１伝熱部品１２は、板ばね層を有しなくてもよい。

【0038】

第２伝熱部品１４が第１伝熱部品１２に挿入されて第１伝熱面２０が弾性的に径方向外側に押し広げられるとき、遊び３５が縮小されてリング部材３３の両端が締結部材３４に押し付けられる。このようにして、押圧機構３０は、第１伝熱部品１２を外周から締め付けることができる。したがって、押圧機構３０により、第１伝熱面２０と第２伝熱面２２の間の接触面圧を増加し、熱抵抗を低減することができる。

【0039】

図５は、実施の形態に係る熱スイッチ１０の変形例を概略的に示す図である。第１伝熱部品１２は、それぞれが第１伝熱面２０を有する複数の挿入口２４を備える。第２伝熱部品１４は、それぞれが第２伝熱面２２を有するとともに複数の挿入口２４のうち対応する挿入口２４に挿入可能である複数の突起３６を備える。言い換えれば、一つの熱スイッチ１０が、複数の第１伝熱面２０と第２伝熱面２２の組を有する。

【0040】

このようにすれば、多数の伝熱面を設置することにより、第１伝熱部品１２と第２伝熱部品１４の接触面積を容易に増加することができる。それにより、第１伝熱部品１２と第２伝熱部品１４の間に生じうる熱抵抗を低減することができる。

【0041】

挿入口２４および突起３６には、様々な配列の仕方がありうる。図５に示されるように、左右に直線状に並べる配列であってもよいし、あるいは、行列状、円周状など様々な二次元的配列も可能である。また、設置される挿入口２４および突起３６がすべて同じ形状であることは必須ではなく、異なる形状を有してもよい。

【0042】

また、第１伝熱面２０と第２伝熱面２２がともに、第１伝熱部品１２への第２伝熱部品１４の挿入方向２６に平行であることは必須ではない。図６（ａ）および図６（ｂ）は、実施の形態に係る熱スイッチ１０の変形例を概略的に示す図である。図６（ａ）には、オフ状態の熱スイッチ１０が示され、図６（ｂ）には、オン状態の熱スイッチ１０が示されている。図示されるように、第１伝熱面２０と第２伝熱面２２は、挿入方向２６に対していくらか傾斜していてもよい。一例として、第１伝熱部品１２は、円錐面状の第１伝熱面２０を有し、第２伝熱部品１４は、これに対応する円錐台状の第２伝熱面２２を有してもよい。このようにしても、熱スイッチ１０は、第２伝熱部品１４が第１伝熱部品１２に挿入されるとき第１伝熱面２０と第２伝熱面２２が互いに摺動しながら接触するように構成されることができる。

【0043】

図７は、実施の形態に係る極低温装置１００を概略的に示す図である。極低温装置１００は、超電導コイル１０２またはその他の被冷却物を冷却するように構成される。極低温装置１００は、超電導コイル１０２を室温から極低温に冷却するとともに、超電導コイル１０２の使用中、超電導コイル１０２を極低温に維持する。極低温装置１００は、様々な高磁場利用機器に搭載され、その機器に必要とされる高磁場を超電導コイル１０２によって発生させることができる。極低温装置１００は、たとえば、磁場印加チョクラルスキー法によるシリコン単結晶引き上げ装置用の高磁場源として利用されてもよい。あるいは、極低温装置１００は、超電導サイクロトロンに搭載されてもよい。

【0044】

極低温装置１００は、熱スイッチ１０を備える。図１から図３を参照して述べたように、熱スイッチ１０は、第１伝熱面２０を有する第１伝熱部品１２と、第１伝熱部品１２に挿入可能な形状をもち、第２伝熱面２２を有する第２伝熱部品１４と、を備える。第２伝熱部品１４が第１伝熱部品１２に挿入されるとき第１伝熱面２０と第２伝熱面２２が互いに摺動しながら接触する。第１伝熱部品１２が被冷却側の第１伝熱部材１６に取り付けられ、第２伝熱部品１４が冷却側の第２伝熱部材１８に取り付けられている。また、熱スイッチ１０は、操作部材４０を備える。

【0045】

また、極低温装置１００は、極低温冷凍機１１０と、真空容器１２０と、輻射シールド１３０とを備える。この実施形態では、極低温装置１００は、超電導コイル１０２を液体ヘリウムなどの極低温液体冷媒に浸して冷却する浸漬冷却式ではなく、そうした液体冷媒を用いずに超電導コイル１０２を極低温冷凍機１１０で直接冷却する伝導冷却式として構成される。

【0046】

極低温冷凍機１１０は、物体を伝導冷却により冷却する冷却ステージ１１２、より具体的には、一段冷却ステージ１１２ａと二段冷却ステージ１１２ｂを備える。極低温冷凍機１１０は、真空容器１２０に設置され、一段冷却ステージ１１２ａと二段冷却ステージ１１２ｂは、真空容器１２０の中に配置される。

【0047】

極低温冷凍機１１０は、作動ガス（たとえばヘリウムガス）の圧縮機（図示せず）と、コールドヘッドとも呼ばれる膨張機とを備え、圧縮機と膨張機により極低温冷凍機１１０の冷凍サイクルが構成され、それにより一段冷却ステージ１１２ａおよび二段冷却ステージ１１２ｂがそれぞれ所望の極低温に冷却される。一段冷却ステージ１１２ａは、例えば３０Ｋ～８０Ｋに冷却され、二段冷却ステージ１１２ｂは、例えば３Ｋ～２０Ｋに冷却される。一段冷却ステージ１１２ａおよび二段冷却ステージ１１２ｂは、例えば銅などの金属材料またはその他の高い熱伝導率をもつ材料で形成される。

【0048】

極低温冷凍機１１０は、一例として、二段式のギフォード・マクマホン（Gifford-McMahon；ＧＭ）冷凍機であるが、パルス管冷凍機、スターリング冷凍機、またはそのほかのタイプの極低温冷凍機であってもよい。極低温冷凍機１１０は、単段式のＧＭ冷凍機またはそのほかのタイプの極低温冷凍機であってもよい。

【0049】

第１伝熱部材１６は、柔軟伝熱部材１１４を介して超電導コイル１０２に熱的に結合されている。柔軟伝熱部材１１４は、可撓性をもつように例えば細線の束または箔の積層として形成されてもよく、銅などの高熱伝導材料で形成されてもよい。よって、第１伝熱部品１２は、第１伝熱部材１６および柔軟伝熱部材１１４を介して超電導コイル１０２に熱的に結合されている。また、第１伝熱部材１６が操作部材４０に固定されているので、第１伝熱部材１６上の第１伝熱部品１２は、操作部材４０の移動に伴って、第２伝熱部品１４に対し移動可能である。

【0050】

第２伝熱部材１８は、二段冷却ステージ１１２ｂに固定されている。よって、第２伝熱部品１４は、第２伝熱部材１８を介して二段冷却ステージ１１２ｂに熱的に結合されている。第２伝熱部材１８上の第２伝熱部品１４は静止している。

【0051】

真空容器１２０は、その内部に真空領域を定めるように構成され、例えばクライオスタットであってもよい。超電導コイル１０２、熱スイッチ１０、極低温冷凍機１１０の冷却ステージ１１２、輻射シールド１３０は、真空領域に配置され、外部環境から真空断熱される。

【0052】

輻射シールド１３０は、一段冷却ステージ１１２ａと熱的に結合され一段冷却ステージ１１２ａの冷却温度に冷却される。輻射シールド１３０は、それよりも低温に冷却される超電導コイル１０２、極低温冷凍機１１０の二段冷却ステージ１１２ｂ、およびその他の低温部を囲むように配置され、外部からの輻射熱からこれら低温部を熱的に保護することができる。輻射シールド１３０は、例えば銅などの金属材料またはその他の高い熱伝導率をもつ材料で形成される。輻射シールド１３０は、一段冷却ステージ１１２ａに直接取り付けられ、一段冷却ステージ１１２ａと熱的に結合される。あるいは、輻射シールド１３０は、可撓性または剛性をもつ伝熱部材を介して一段冷却ステージ１１２ａに取り付けられてもよい。

【0053】

熱スイッチ１０に設けられた操作部材４０は、第２伝熱部品１４が第１伝熱部品１２に挿入されるように真空容器１２０の外から操作可能である。この実施形態では、上述のように、第１伝熱部品１２が操作部材に設けられ、第２伝熱部品１４が真空容器１２０に対して固定されている。

【0054】

操作部材４０は、たとえば繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などの断熱材料で形成される。あるいは、操作部材４０は、たとえばステンレス鋼など、極低温装置１００において伝熱経路を形成する高熱伝導材料よりも熱伝導率が小さい材料で形成されてもよい。

【0055】

操作部材４０は、第１伝熱部品１２および第２伝熱部品１４の軸線に沿って直線的に延在するロッドである。操作部材４０は、中実のロッドであってもよい。あるいは、操作部材４０は、図示されるように、中空構造を有してもよい。これにより、操作部材４０が中実のロッドである場合に比べて、操作部材４０の断面積が小さくなり、真空容器１２０の外部環境から操作部材４０を通じた真空容器１２０内の低温部への侵入熱を低減することができる。操作部材４０の中空部には、１つ又は複数のバッフル４２または仕切板が操作部材４０のたとえば軸方向中間部に設置されてもよい。バッフル４２は、操作部材４０の中空部を通じて侵入しうる輻射熱を遮蔽するのに役立つ。

【0056】

操作部材４０は、真空容器１２０内において輻射シールド１３０を貫通している。輻射シールド１３０は、操作部材４０を受け入れる開口部１３２を有する。開口部１３２は、例えば、輻射シールド１３０に形成される貫通孔である。

【0057】

真空容器１２０の壁から開口部１３２を通じて輻射シールド１３０内に侵入しうる輻射熱を遮蔽するために、操作部材４０と輻射シールド１３０との隙間を覆う第１カバー４４および第２カバー１３４が設けられてもよい。第１カバー４４と第２カバー１３４は両方設けることは必須ではなく、いずれか一方のみが設けられてもよい。

【0058】

第１カバー４４は、操作部材４０と輻射シールド１３０との隙間を覆う、いわば庇の役割を果たす。第１カバー４４は、輻射シールド１３０の開口部１３２に対して真空容器１２０の壁側で開口部１３２に近接する位置において操作部材４０に設けられ、操作部材４０から径方向外向きに鍔状に形成されている。第１カバー４４と輻射シールド１３０の間隔は、熱スイッチ１０のオンオフ切替のための操作部材４０の動きを妨げないように定められる。

【0059】

第２カバー１３４は、操作部材４０と輻射シールド１３０との隙間を塞ぐように輻射シールド１３０の開口部１３２に設けられ、輻射シールド１３０から操作部材４０に向けて径方向内向きに延出している。操作部材４０は断熱材料で形成されているから、第２カバー１３４が操作部材４０に接触しても熱的な影響は小さい。

【0060】

操作部材４０の一端には熱スイッチ１０が設けられる一方、操作部材４０の他端には支持構造５０が設けられる。操作部材４０は、支持構造５０によって真空容器１２０の壁に支持されている。支持構造５０は、ベローズ５２と支持フランジ５４を有する。ベローズ５２は真空容器１２０の壁を支持フランジ５４に接続する。ベローズ５２内において、操作部材４０は支持フランジ５４に固定されている。操作部材４０は、真空容器１２０の壁に形成された挿通孔を通じて支持フランジ５４から真空容器１２０内に延出している。支持フランジ５４は、操作部材４０を真空容器１２０の外から操作するために設けられた操作部材４０の一部分であるとみなされてもよい。

【0061】

支持構造５０には、支持フランジ５４を移動させるように構成される加圧装置５６が設けられてもよい。加圧装置５６を利用して真空容器１２０の外から操作部材４０を操作することができる。加圧装置５６は、例えば押しねじ式などの可動機構を有してもよく、この可動機構を手動により作動させて支持フランジ５４を移動させてもよい。可動機構を作動させるために、加圧装置５６は、油圧、空圧、電動モーター、電磁石など適宜の駆動源を有してもよい。

【0062】

支持フランジ５４を真空容器１２０に接近させるときベローズ５２が収縮し、操作部材４０が真空容器１２０内に押し込まれる。第１伝熱部品１２が第２伝熱部品１４に接近し、第２伝熱部品１４が第１伝熱部品１２に挿入される。このとき、第１伝熱面２０と第２伝熱面２２が互いに摺動しながら接触し、第１伝熱部品１２と第２伝熱部品１４は機械的かつ熱的に結合され、熱スイッチ１０はオフからオンに切り替わる。

【0063】

このようにして、極低温冷凍機１１０の二段冷却ステージ１１２ｂは、第２伝熱部材１８、熱スイッチ１０、第１伝熱部材１６、および柔軟伝熱部材１１４を介して、超電導コイル１０２へと熱的に結合される。超電導コイル１０２は、極低温冷凍機１１０の二段冷却ステージ１１２ｂによって、二段冷却ステージ１１２ｂの冷却温度に冷却される。図示されない電源から超電導コイル１０２に通電することにより、超電導コイル１０２は、強力な磁場を発生することができる。

【0064】

逆に、支持フランジ５４を真空容器１２０から離すときベローズ５２が伸展され、操作部材４０が引き上げられる。第１伝熱部品１２と第２伝熱部品１４は機械的かつ熱的に分離され、熱スイッチ１０はオンからオフに切り替わる。これにより、超電導コイル１０２は、極低温冷凍機１１０の二段冷却ステージ１１２ｂから熱的に切り離される。

【0065】

極低温装置１００を長期的に運転するなかで、極低温冷凍機１１０のメンテナンスが定期的に必要とされうる。この場合、熱スイッチ１０はオンからオフに切り替えられる。極低温冷凍機１１０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、作業完了後に再冷却される。熱スイッチ１０により超電導コイル１０２と極低温冷凍機１１０の熱接触は解除されているので、超電導コイル１０２は低温に保ちながら極低温冷凍機１１０のメンテナンスを行うことができる。

【0066】

図８は、比較例に係る熱スイッチ８０を示す概略図である。この熱スイッチ８０は、伝熱体８１と伝熱板８２で構成される。伝熱体８１は伝熱板８２に対して移動可能であり、伝熱体８１と伝熱板８２は互いに対向する表面を有する。伝熱体８１が伝熱板８２に接近し、それら二表面が瞬間的に接触し、熱スイッチ８０はオンとなる。伝熱体８１と伝熱板８２が接触する界面は、伝熱体８１の相対移動方向８３に直交する。伝熱体８１と伝熱板８２の間に働く接触面圧は、伝熱体８１を伝熱板８２に押し付けることによって発生し、この力の方向は相対移動方向８３に一致する。

【0067】

比較例に係る熱スイッチ８０の構成では、伝熱体８１と伝熱板８２の間の接触面圧ひいては熱抵抗は、押し付け力に密接に相関する。所望の熱抵抗を精度よく実現するためには、熱スイッチ８０をオンにするたびに押し付け力を正確に調整する必要がある。しかし、これは必ずしも容易でない。加えて、熱抵抗を十分に小さくするには、接触面圧すなわち伝熱体８１と伝熱板８２を押し付け合う力をかなり大きくすることが求められ、そのため、機構的に大掛かりになりがちである。言い換えれば、比較例に係る熱スイッチ８０は、熱スイッチをオンにするとき熱抵抗の再現性に欠け、なおかつ、実現される熱抵抗の低減には限界がある。

【0068】

極低温冷凍機の冷却ステージそのものが伝熱体８１であるケースもあり、その場合、極低温冷凍機は、熱抵抗を十分に小さくするための大きな荷重に耐えるように頑丈に設計されなければならない。さらに、二段式の極低温冷凍機では、一段冷却ステージと二段冷却ステージがそれぞれ対応する伝熱板に同時に接触することになる。一段部と二段部の接触面圧は、極低温冷凍機から伝熱板への押し付け力が構造力学的に分配され、一意に定まる。押し付け力がアンバランスに分配され、一段部と二段部のうちいずれかの熱抵抗が高くなることもありうる。しかし、これを解消すべく、一段部と二段部の接触面圧すなわち熱抵抗を独立に調整することは困難である。

【0069】

したがって、比較例に係る熱スイッチ８０では、接触面圧が不足し、熱抵抗が高くなり、伝熱体８１と伝熱板８２の間に温度差が生じやすい。そうすると、伝熱板８２に接続された超電導コイルなどの被冷却物の冷却温度は、極低温冷凍機が実現しうる到達温度ほどには十分に下がらないかもしれない。超電導コイルの冷却不良を避けるために、より大きな冷凍能力をもつ極低温冷凍機の採用や、追加の極低温冷凍機の増設を考慮しなければならないかもしれない。

【0070】

これに対して、実施の形態に係る熱スイッチ１０によれば、第１伝熱部品１２と第２伝熱部品１４の相対移動に伴って、第１伝熱面２０と第２伝熱面２２が互いに摺動しながら接触する。このとき、第１伝熱面２０と第２伝熱面２２には互いに押し付け合う力、すなわち接触面圧が働き、それにより、熱接触を得ることができる。

【0071】

ここで注目すべきは、接触面圧が相対移動の方向とは異なる方向、たとえば、おおむね直交する方向に生じることである。そのため、接触面圧および熱抵抗は、相対移動を生じさせる力の大きさから独立し、またはほとんど依存しない。第１伝熱部品１２と第２伝熱部品１４を挿脱することができる限り、移動方向の力は小さくて良い。そのため、操作部材４０の剛性は小さくすることができ、また、操作部材４０の支持構造５０および加圧装置５６は、簡素な構成を採用しうる。

【0072】

第１伝熱面２０と第２伝熱面２２の間に働く接触面圧すなわち熱抵抗は、主として、第１伝熱部品１２と第２伝熱部品１４の形状、寸法、材料など、これら伝熱部品の設計により直ちに決定されうる。比較例のように、押し付け力など動的な因子は、熱抵抗の決定に全くまたは殆ど関与しない。したがって、熱スイッチ１０を使用すれば、熱抵抗の管理がしやすく、再現性も高まる。また、例えば図５を参照して述べたように、多数の熱スイッチ１０を並べて設置し伝熱面の面積を増やし、熱抵抗を下げることも比較的容易である。良好な熱接触を比較的容易に得られる熱スイッチ１０を提供することができる。

【0073】

とくに、第１伝熱面２０と第２伝熱面２２がともに、第１伝熱部品１２と第２伝熱部品１４の相対移動の方向に平行である場合には、相対移動の方向に直交する方向に伝熱面どうしが押し付け合う。熱スイッチ１０のオンオフ動作と熱抵抗の管理とを切り分けることができる。また、第２伝熱部品１４が第１伝熱部品１２に挿入されるとき第１伝熱面２０と第２伝熱面２２が摺動しながら接触することが容易である。

【0074】

さらに、比較例の熱スイッチ８０ではしばしば、熱接触の改善のために、インジウムシートなど軟質の介在層が伝熱体８１と伝熱板８２の間に挟み込んで使用される。しかし、こうした介在層はふつう、室温下で軟らかくても、極低温下では硬さが増す。熱スイッチ８０の使用時には、伝熱体８１と伝熱板８２の少なくとも一方が極低温に冷却されている。これに起因して、介在層は、熱スイッチ８０のオンオフを繰り返すにつれて劣化しやすく、熱スイッチ８０の熱抵抗の再現性を低下させる一因となる。また、インジウムは極低温装置に使用される材料の中で高価な部類に入る。

【0075】

実施の形態に係る熱スイッチ１０においても、こうした介在層が第１伝熱面２０と第２伝熱面２２の間に使用されてもよい。しかしながら、実施の形態に係る熱スイッチ１０によれば、こうした介在層を使用しなくても良好な熱接触を実現することができる。そのため、介在層に起因する上述の不都合も起こらない。

【0076】

熱スイッチ１０は、操作部材４０の冷却による熱収縮にも対処することができる。熱スイッチ１０がオン状態にあるとき、極低温冷凍機１１０から超電導コイル１０２への伝熱経路が冷却される。これに伴い、操作部材４０も、とくに低温側の端部で、冷却により熱収縮しうる。その結果、熱スイッチ１０の第１伝熱部品１２と第２伝熱部品１４が互いに離れるようにいくらか移動されうる。しかし、本実施形態では、この方向に沿って第１伝熱面２０と第２伝熱面２２が移動方向に沿って延在し互いに接触しているので、熱スイッチ１０がオン状態は維持されうる。

【0077】

図９は、実施の形態に係る熱スイッチ１０の変形例を概略的に示す図である。上述の実施形態では操作部材４０が軸方向に往復することによって熱スイッチ１０のオンオフ切替が行われるが、以下に述べるように、熱スイッチ１０は、操作部材４０の回転によりオンオフを切り替えるように構成されてもよい。

【0078】

操作部材４０は、図９に矢印６０で示すように、軸まわりに回動可能である。操作部材４０の先端には、第１伝熱部品１２（または第２伝熱部品１４でもよい）を有する外筒６１が装着されている。外筒６１は、操作部材４０に対して操作部材４０の軸方向に移動可能であるが、操作部材４０とは一緒に回転しないように、たとえば第１伝熱部材（図９には図示せず）によって支持されている。

【0079】

外筒６１はその外周面の一部分に周方向に延びるピン受け溝６２を有する。ピン受け溝６２には、操作部材４０の先端部から径方向に突出したピン６３が挿し通されている。
ピン受け溝６２の一方の端部６２ａは、ピン受け溝６２の残部６２ｂに対して外筒６１の先端に向かって傾斜している。

【0080】

操作部材４０がＸ方向に回動するとき、ピン６３がピン受け溝６２に沿って端部６２ａから残部６２ｂへと移動し（矢印６４のＸ方向）、それにより、外筒６１が第１伝熱部品１２とともに第２伝熱部品１４に向かって進む（矢印６５のＸ方向）。こうして、第１伝熱部品１２と第２伝熱部品１４が結合され、熱スイッチ１０はオフからオンに切り替わる。逆に、操作部材４０がＹ方向に回動するとき、ピン６３がピン受け溝６２に沿って端部６２ａに戻され（矢印６４のＹ方向）、外筒６１が第１伝熱部品１２とともに操作部材４０側に引き戻される（矢印６５のＸ方向）。こうして、第１伝熱部品１２と第２伝熱部品１４が分離され、熱スイッチ１０はオンからオフに切り替わる。

【0081】

上述の実施形態では、第１伝熱部品１２が可動とされ、被冷却側に取り付けられ、第２伝熱部品１４が固定とされ、冷却側に取り付けられているが、熱スイッチ１０の設置の仕方はほかにもいろいろありうる。図１０（ａ）から図１０（ｃ）を参照して、熱スイッチ１０の設置についての変形例を述べる。

【0082】

図１０（ａ）に示されるように、第１伝熱部品１２が可動とされ、冷却側に取り付けられ、第２伝熱部品１４が固定とされ、被冷却側に取り付けられてもよい。第１伝熱部品１２は、操作部材４０の先端に固定された第１伝熱部材１６に設けられ、柔軟伝熱部材１１４を介して極低温冷凍機１１０の二段冷却ステージ１１２ｂに接続されている。第２伝熱部品１４は、第２伝熱部材１８を介して超電導コイル１０２などの被冷却物に固定される。

【0083】

図１０（ｂ）に示されるように、操作部材４０が引き上げられるとき、熱スイッチ１０がオフからオンに切り替えられ、操作部材４０が押し込まれるとき、熱スイッチ１０がオンからオフに切り替えられてもよい。第１伝熱部品１２は、第１伝熱部材１６を介して超電導コイル１０２などの被冷却物に固定される。操作部材４０の先端が第２伝熱部材１８に固定され、第２伝熱部品１４は、第１伝熱部品１２と対向するように第２伝熱部材１８上に設置されている。操作部材４０は、熱スイッチ１０と同軸ではなく、平行に配置されている。第２伝熱部材１８は、柔軟伝熱部材１１４を介して極低温冷凍機１１０の二段冷却ステージ１１２ｂに接続されている。

【0084】

図１０（ｃ）に示されるように、極低温冷凍機１１０が操作部材として使用されてもよい。極低温冷凍機１１０が真空容器１２０にベローズ５２で連結されるとともに支持され、極低温冷凍機１１０の二段冷却ステージ１１２ｂに第１伝熱部品１２が固定されてもよい。第２伝熱部品１４は、第１伝熱部品１２と対向するように第２伝熱部材１８上に設置されている。第２伝熱部品１４は、第２伝熱部材１８を介して超電導コイル１０２などの被冷却物に固定される。極低温冷凍機１１０を軸方向に動かすことによって、熱スイッチ１０のオンオフを切り替えることができる。

【0085】

図１１は、実施の形態に係る極低温装置１００の変形例を概略的に示す図である。極低温装置１００は、１つ（または複数）の超電導コイル１０２を冷却するために、複数台の極低温冷凍機１１０と複数の熱スイッチ１０を備えてもよい。複数台の極低温冷凍機１１０は、複数のグループに分けられてもよく、グループごとに１つの熱スイッチ１０が設けられてもよい。図１１に示される例では、４台の極低温冷凍機１１０が２台ずつの２グループに分けられている。極低温冷凍機１１０のグループごとに熱スイッチ１０のオンオフを切り替えることができる。そのため、一方のグループの極低温冷凍機１１０によって超電導コイル１０２を冷却しつつ、他方のグループの極低温冷凍機１１０は超電導コイル１０２から切り離してメンテナンスを施すことができる。このようにして、超電導コイル１０２を停止させることなく、極低温冷凍機１１０をメンテナンスすることができる。

【0086】

図１２は、実施の形態に係る極低温装置１００の変形例を概略的に示す図である。極低温装置１００は、第１熱スイッチ１０Ａと第２熱スイッチ１０Ｂを備えてもよい。第１熱スイッチ１０Ａは、上述の実施形態と同様に、極低温冷凍機１１０の二段冷却ステージ１１２ｂと超電導コイル１０２などの被冷却物との熱的なオンオフ切替のために設けられている。

【0087】

第２熱スイッチ１０Ｂは、極低温冷凍機１１０の一段冷却ステージ１１２ａと二段冷却ステージ１１２ｂとの間の結合と分離を切り替えるように設けられてもよい。第２熱スイッチ１０Ｂの第１伝熱部品１２は、操作部材４０の先端に固定された第１伝熱部材１６に設けられ、柔軟伝熱部材１１４を介して極低温冷凍機１１０の一段冷却ステージ１１２ａに接続されてもよい。第２熱スイッチ１０Ｂの第２伝熱部品１４は、第１伝熱部品１２と対向するように第２伝熱部材１８を介して極低温冷凍機１１０の二段冷却ステージ１１２ｂに固定されてもよい。

【0088】

第２熱スイッチ１０Ｂは、極低温装置１００における初期冷却、すなわち室温から極低温への急速冷却に使用することができる。一般に、極低温冷凍機１１０は、一段の冷却能力が二段の冷却能力よりも大きい。そこで、初期冷却において二段部を室温から一段冷却温度まで冷却するとき第２熱スイッチ１０Ｂがオンに切り替えられる。こうして、一段の冷却能力を利用して二段部を一段冷却温度まで急速に冷却することができる。その後、第２熱スイッチ１０Ｂはオフに切り替えられ、極低温装置１００は、通常の運用と同様に、二段部を二段冷却ステージ１１２ｂによって冷却する。

【0089】

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。

【0090】

上述の実施の形態では、熱スイッチ１０が極低温冷凍機１１０の二段冷却ステージ１１２ｂとこれにより冷却されるべき物体との熱的なオンオフ切替のために設けられているが、本発明はこれに限られない。熱スイッチ１０は、極低温冷凍機１１０の一段冷却ステージ１１２ａと、これにより冷却されるべき物体（たとえば輻射シールド１３０）との熱的なオンオフ切替のために設けられてもよい。たとえば、第１伝熱部品１２が操作部材４０の先端に設けられ、柔軟伝熱部材１１４を介して輻射シールド１３０に接続されてもよい。第２伝熱部品１４は、第１伝熱部品１２と対向するように一段冷却ステージ１１２ａに固定されてもよい。あるいは、熱スイッチ１０は、二段式の極低温冷凍機だけでなく、単段式またはその他の多段式の極低温冷凍機にも適用可能である。

【0091】

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。

【符号の説明】

【0092】

１０ 熱スイッチ、 １２ 第１伝熱部品、 １４ 第２伝熱部品、 ２０ 第１伝熱面、 ２２ 第２伝熱面、 ２４ 挿入口、 ２６ 挿入方向、 ３０ 押圧機構、 ４０ 操作部材、 １００ 極低温装置、 １１０ 極低温冷凍機、 １１２ 冷却ステージ、 １２０ 真空容器、 １３０ 輻射シールド。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】