特許 7594456 極低温冷凍機

(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】2024-11-26

(45)【発行日】2024-12-04

(54)【発明の名称】極低温冷凍機

(51)【国際特許分類】

   F25B 9/00 20060101AFI20241127BHJP

   H10N 60/30 20230101ALI20241127BHJP

【ＦＩ】

F25B9/00 F

H10N60/30

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021021692

(22)【出願日】2021-02-15

(65)【公開番号】P2022124111

(43)【公開日】2022-08-25

【審査請求日】2024-01-17

(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】西山 真二

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－０８５２２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０２１４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１０９１８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２８０７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０７４５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１８２８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２０９３８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｂ ９／００ － ９／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１冷却ステージと、
前記第１冷却ステージよりも低温に冷却される第２冷却ステージと、
前記第１冷却ステージと熱的に結合される第１伝熱端子部と、
前記第２冷却ステージと熱的に結合される第２伝熱端子部と、
結合位置と解除位置とを移動可能であり、前記結合位置にあるとき前記第１伝熱端子部と前記第２伝熱端子部の熱的な結合を媒介し、前記解除位置にあるとき前記第１伝熱端子部と前記第２伝熱端子部それぞれとの熱的な結合が解除される可動伝熱要素と、を備えることを特徴とする極低温冷凍機。

【請求項2】

前記可動伝熱要素は、その移動方向に沿って延在する側面を有し、
前記第１伝熱端子部および前記第２伝熱端子部の少なくとも一方は、前記可動伝熱要素が前記結合位置にあるとき前記可動伝熱要素の前記側面と接触し、前記可動伝熱要素が前記解除位置にあるとき前記可動伝熱要素の前記側面と非接触となる伝熱端子を有することを特徴とする請求項１に記載の極低温冷凍機。

【請求項3】

前記伝熱端子は、前記可動伝熱要素が前記結合位置にあるとき前記可動伝熱要素の前記側面に弾性的に押し付けられることを特徴とする請求項２に記載の極低温冷凍機。

【請求項4】

回転軸まわりに回転可能な操作部をさらに備え、
前記可動伝熱要素は、前記操作部を回転させるとき前記回転軸に沿って移動するように前記操作部と連結されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の極低温冷凍機。

【請求項5】

前記第１伝熱端子部と前記第２伝熱端子部の間に設けられ、前記可動伝熱要素が前記結合位置にあるとき開かれ、前記可動伝熱要素が前記解除位置にあるとき閉じるシャッターをさらに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冷凍機。

【請求項6】

前記可動伝熱要素は、待機位置にも移動可能であり、前記待機位置にあるとき前記第１伝熱端子部と熱的に結合されるとともに前記第２伝熱端子部との熱的な結合が解除され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冷凍機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、極低温冷凍機、および極低温装置用の熱スイッチに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、熱スイッチを極低温冷凍機から超伝導コイルへの伝熱路に設けることが知られている。熱スイッチ作動用の加圧装置が、超伝導コイルを収容する真空容器の外部に設けられ、真空容器を貫通して熱スイッチの接点へと延びている。加圧装置からの加圧により熱スイッチが閉じられ、それにより極低温冷凍機が超伝導コイルと熱接続される。加圧装置を解放することにより熱スイッチが開かれ、極低温冷凍機と超伝導コイルの熱接続が解除される。

【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】

一般に、極低温冷凍機を用いて超伝導コイルなどの被冷却物を冷却する上述のような極低温装置においては、その起動に際して被冷却物を室温から目標冷却温度に冷却する初期冷却が行われる。被冷却物の利用は初期冷却の完了後に可能となる。したがって、初期冷却の所要時間はなるべく短いことが望まれる。

【0005】

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、極低温装置の初期冷却時間を短縮することにある。

【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、極低温冷凍機は、第１冷却ステージと、第１冷却ステージよりも低温に冷却される第２冷却ステージと、第１冷却ステージと熱的に結合される第１伝熱端子部と、第２冷却ステージと熱的に結合される第２伝熱端子部と、結合位置と解除位置とを移動可能であり、結合位置にあるとき第１伝熱端子部と第２伝熱端子部の熱的な結合を媒介し、解除位置にあるとき第１伝熱端子部と第２伝熱端子部それぞれとの熱的な結合が解除される可動伝熱要素と、を備える。

【0007】

本発明のある態様によると、極低温冷凍機は、第１冷却ステージと、第１冷却ステージよりも低温に冷却される第２冷却ステージと、第１冷却ステージと熱的に結合される可動伝熱要素と、第２冷却ステージと熱的に結合される伝熱端子部と、を備える。可動伝熱要素は、結合位置と待機位置とを移動可能であり、その移動方向に沿って延在する側面を有し、結合位置にあるとき側面で伝熱端子部と熱的に結合され、待機位置にあるとき伝熱端子部との熱的な結合が解除される。

【0008】

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設置可能な第１伝熱端子部と、極低温装置の冷却側または被冷却側の他方に設置可能な第２伝熱端子部と、結合位置と解除位置とを移動可能であり、結合位置にあるとき第１伝熱端子部と第２伝熱端子部の熱的な結合を媒介し、解除位置にあるとき第１伝熱端子部と第２伝熱端子部それぞれとの熱的な結合が解除される可動伝熱要素と、を備える。

【0009】

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設置可能な第１伝熱端子部と、極低温装置の冷却側または被冷却側の他方に設置可能な第２伝熱端子部と、結合位置と解除位置とを移動可能であり、結合位置にあるとき第１伝熱端子部と第２伝熱端子部を互いに熱的に結合させ、解除位置にあるとき第１伝熱端子部と第２伝熱端子部との熱的な結合を解除させる可動要素と、を備えること。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、極低温装置の初期冷却時間を短縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施の形態に係る極低温装置を模式的に示す図である。

【図2】実施の形態に係る熱スイッチを模式的に示す斜視図である。

【図3】実施の形態に係る熱スイッチを模式的に示す一部切り欠き斜視図である。

【図4】実施の形態に係る熱スイッチのオフ状態を模式的に示す。

【図5】実施の形態に係る熱スイッチのオン状態を模式的に示す。

【図6】実施の形態に係る熱スイッチの可動伝熱要素を模式的に示す斜視図である。

【図7】実施の形態に係る熱スイッチの可動伝熱要素と操作部の縦断面の一部を模式的に示す部分断面図である。

【図8】伝熱端子の一例を示す斜視図である。

【図9】端子支持部材の一例を示す斜視図である。

【図10】比較例に係る熱スイッチを示す概略図である。

【図11】実施の形態に係る熱スイッチの待機状態を模式的に示す。

【図12】図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、他の実施の形態に係る熱スイッチを模式的に示す図である。

【図13】図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、更なる他の実施の形態に係る熱スイッチを模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。

【0013】

図１は、実施の形態に係る極低温装置を模式的に示す図である。図２は、実施の形態に係る熱スイッチを模式的に示す斜視図であり、図３は、その一部切り欠き斜視図である。図３には、図２に示される熱スイッチの縦断面が示される。図４は、実施の形態に係る熱スイッチのオフ状態を模式的に示し、図５は、実施の形態に係る熱スイッチのオン状態を模式的に示す。

【0014】

極低温装置１０は、被冷却物１２と、被冷却物１２を冷却する極低温冷凍機２０と、極低温冷凍機２０が設置され、被冷却物１２を収容する真空容器３０とを備える。

【0015】

この実施の形態では、極低温装置１０は、超伝導磁石装置であり、被冷却物１２は、超伝導コイルである。超伝導磁石装置は、例えば単結晶引き上げ装置、ＮＭＲシステム、ＭＲＩシステム、サイクロトロンなどの加速器、核融合システムなどの高エネルギー物理システム、またはその他の高磁場利用機器（図示せず）の磁場源として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発生させることができる。なお、極低温装置１０は、極低温環境を利用する様々な装置であってもよく、被冷却物１２は、極低温環境で使用する例えばセンサなど様々な機器、さらにはこうした機器を冷却する例えばヘリウムなどの極低温冷媒であってもよい。

【0016】

極低温冷凍機２０は、冷媒ガス（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２０の冷凍サイクルが構成され、それにより極低温冷却を提供する。極低温冷凍機２０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。極低温冷凍機２０は、極低温に冷却される低温部として、第１冷却ステージ２２ａと第２冷却ステージ２２ｂを備える。これら冷却ステージは、真空容器３０の中に配置される。第１冷却ステージ２２ａおよび第２冷却ステージ２２ｂ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。極低温冷凍機２０の運転中、第１冷却ステージ２２ａは、第１冷却温度、例えば３０Ｋ～８０Ｋに冷却され、第２冷却ステージ２２ｂは、第１冷却温度よりも低い第２冷却温度、例えば３Ｋ～２０Ｋに冷却される。

【0017】

また、極低温冷凍機２０は、第１シリンダ２４ａと、第２シリンダ２４ｂと、駆動部２６とを備える。第１シリンダ２４ａは、駆動部２６を第１冷却ステージ２２ａに接続し、第２シリンダ２４ｂは、第１冷却ステージ２２ａを第２冷却ステージ２２ｂに接続する。第１冷却ステージ２２ａ、第２冷却ステージ２２ｂ、第１シリンダ２４ａ、第２シリンダ２４ｂが真空容器３０の開口部から真空容器３０内に挿入され、この開口部に駆動部２６が取り付けられることによって、極低温冷凍機２０が真空容器３０に設置される。図示の例では、極低温冷凍機２０は、駆動部２６を上方に、低温部を下方に向けて、縦向きに真空容器３０に設置されているが、他の向きで設置されることも可能である。

【0018】

第１シリンダ２４ａと第２シリンダ２４ｂは、一例として、円筒形状を有する部材であり、第２シリンダ２４ｂが第１シリンダ２４ａよりも小径である。第１シリンダ２４ａと第２シリンダ２４ｂは同軸に配置され、第１シリンダ２４ａの下端が第２シリンダ２４ｂの上端に剛に連結されている。極低温冷凍機２０がＧＭ冷凍機である場合、第１シリンダ２４ａと第２シリンダ２４ｂにはそれぞれ、蓄冷材を内蔵した第１ディスプレーサと第２ディスプレーサが収容されている。第１ディスプレーサと第２ディスプレーサは互いに連結され、それぞれ第１シリンダ２４ａと第２シリンダ２４ｂに沿って往復動可能である。

【0019】

駆動部２６は、モータと、モータの出力する回転運動を第１ディスプレーサと第２ディスプレーサの往復動に変換するようにモータをこれらディスプレーサに連結する連結機構とを備える。また、駆動部２６は、第１シリンダ２４ａと第２シリンダ２４ｂの内部の圧力を高圧と低圧に周期的に切り替える圧力切替弁を備え、この圧力切替弁も同じモータによって駆動される。

【0020】

なお、図１では例として、１台の極低温冷凍機２０を示しているが、例えば被冷却物１２が大型の場合など、必要に応じて、極低温装置１０は、一つの同じ被冷却物を冷却する複数台の極低温冷凍機２０を備えてもよい。また、極低温冷凍機２０は、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。

【0021】

真空容器３０は、真空領域３２を外部環境１４から隔てるように構成される。真空容器３０は、例えばクライオスタットであってもよい。真空領域３２は、真空容器３０内に定められ、外部環境１４は、大気領域であってもよい。被冷却物１２と極低温冷凍機２０の低温部は、真空領域３２に配置され、外部環境１４から真空断熱される。断熱性能を高めるために、真空領域３２を外部環境１４から隔てる真空容器３０の壁部材の表面に沿って、または壁部材の内部に、断熱材料が設けられていてもよい。

【0022】

真空領域３２には、極低温冷凍機２０の低温部および被冷却物１２とともに、輻射熱シールド４０が配置される。輻射熱シールド４０は、第１冷却ステージ２２ａと熱的に結合され第１冷却温度に冷却される。輻射熱シールド４０は、第１冷却ステージ２２ａに直接取り付けられ、第１冷却ステージ２２ａと熱的に結合される。あるいは、輻射熱シールド４０は、可撓性または剛性をもつ伝熱部材を介して第１冷却ステージ２２ａに取り付けられてもよい。輻射熱シールド４０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。輻射熱シールド４０は、第２冷却温度に冷却される被冷却物１２、極低温冷凍機２０の第２冷却ステージ２２ｂ、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。

【0023】

被冷却物１２は、伝熱部材４２を介して第２冷却ステージ２２ｂと熱的に結合され第２冷却温度に冷却される。伝熱部材４２は、可撓性または剛性をもつ伝熱部材であってもよく、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。被冷却物１２は、第２冷却ステージ２２ｂに直接取り付けられてもよい。

【0024】

極低温冷凍機２０は、熱スイッチ５０を備える。熱スイッチ５０は、第１冷却ステージ２２ａと熱的に結合される第１伝熱端子部５１と、第２冷却ステージ２２ｂと熱的に結合される第２伝熱端子部５２とを備える。第１伝熱端子部５１は、輻射熱シールド４０に取り付けられ、輻射熱シールド４０を介して第１冷却ステージ２２ａと熱的に結合される。第２伝熱端子部５２は、伝熱部材４２に取り付けられ、伝熱部材４２を介して第２冷却ステージ２２ｂと熱的に結合される。第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２は、離間配置され、互いに接触していない。

【0025】

なお第１伝熱端子部５１は、輻射熱シールド４０とは別の伝熱部材に取り付けられ、この伝熱部材を介して第１冷却ステージ２２ａと熱的に結合されてもよい。第２伝熱端子部５２は、伝熱部材４２とは別の伝熱部材に取り付けられ、この伝熱部材を介して第２冷却ステージ２２ｂと熱的に結合されてもよい。

【0026】

また、熱スイッチ５０は、可動伝熱要素５４と、操作部５６とを備える。可動伝熱要素５４は、結合位置と解除位置とを移動可能であり、結合位置にあるとき第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２の熱的な結合を媒介し、解除位置にあるとき第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２それぞれとの熱的な結合が解除される。つまり、可動伝熱要素５４が結合位置にあるとき熱スイッチ５０がオンとされ、可動伝熱要素５４が解除位置にあるとき熱スイッチ５０がオフとされる。操作部５６は、真空容器３０の外から熱スイッチ５０のオンオフ切替を可能とする。操作部５６への操作により、可動伝熱要素５４が、解除位置から結合位置へと、または結合位置から解除位置へと移動され、熱スイッチ５０がオンオフされる。図１には、解除位置にある可動伝熱要素５４が実線により示され、理解のために、結合位置にある可動伝熱要素５４が破線で図示される。

【0027】

図６は、実施の形態に係る熱スイッチ５０の可動伝熱要素５４を模式的に示す斜視図である。図７は、実施の形態に係る熱スイッチ５０の可動伝熱要素５４と操作部５６の縦断面の一部を模式的に示す部分断面図である。

【0028】

図２、図６、図７を参照すると、可動伝熱要素５４は、中空の円筒形状を有し、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。可動伝熱要素５４の中心軸の方向が可動伝熱要素５４の移動方向にあたる。可動伝熱要素５４は、その移動方向に沿って延在する側面５４ａを有する。この側面５４ａは、可動伝熱要素５４の円筒形状の外周面にあたる。後述するように、可動伝熱要素５４が結合位置にあるとき、側面５４ａが第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２のそれぞれと接触し、それにより、可動伝熱要素５４は、第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２の熱的な結合を媒介する。可動伝熱要素５４の内周面には、ねじ溝５４ｂが形成されている。また、図示されるように、可動伝熱要素５４は、軸方向に全長にわたるスリット５４ｃを側面５４ａに有する。

【0029】

可動伝熱要素５４の先端には、第１伝熱端子部５１および第２伝熱端子部５２への可動伝熱要素５４の挿入を容易にするためのテーパー面５４ｄが形成されてもよい。

【0030】

この実施の形態では、操作部５６は、可動伝熱要素５４の中心軸まわりに回転可能であり、可動伝熱要素５４は、操作部５６を回転させるとき中心軸に沿って移動するように操作部５６と連結されている。

【0031】

操作部５６は、回転軸５６ａを有する。回転軸５６ａは、軸まわりに回転可能に真空容器３０に支持されている。回転軸５６ａは、例えばステンレス鋼などの金属材料で形成されてもよく、または合成樹脂材料など断熱材料で形成されてもよい。回転軸５６ａは、真空容器３０の外から中へと真空容器３０の壁部を貫通して設けられ、真空容器３０の外から回転軸５６ａを操作して回転させることができる。

【0032】

気密性を保持するために、回転軸シール５６ｂが、回転軸５６ａが貫通する真空容器３０の部位に設けられている。回転軸シール５６ｂは、例えばウイルソンシールなど汎用のシール部材であってもよい。回転軸シール５６ｂを用いることにより、真空容器３０外に大きく突出する構造を無くすことができる。

【0033】

真空容器３０内で回転軸５６ａの先端には、可動伝熱要素５４のねじ溝５４ｂと係合するねじ部５６ｃが設けられている。回転軸５６ａが軸まわりに回転するとき、ねじ部５６ｃは、回転軸５６ａと一体に軸まわりに回転する。これらねじ溝５４ｂとねじ部５６ｃは、回転軸５６ａの回転を可動伝熱要素５４の軸方向直線移動に変換する運動変換部として設けられている。

【0034】

また、操作部５６は、回転規制部材５６ｄを有する。回転規制部材５６ｄは、回転軸５６ａに近接してこれと平行に延在し、先端部が可動伝熱要素５４のスリット５４ｃに差し込まれている。回転規制部材５６ｄは、例えばステンレス鋼などの金属材料で形成されてもよく、または合成樹脂材料など断熱材料で形成されてもよい。可動伝熱要素５４は、回転規制部材５６ｄの先端部がスリット５４ｃに差し込まれた状態で、結合位置と解除位置とを移動可能である。スリット５４ｃに差し込まれた回転規制部材５６ｄの先端部は、回転軸５６ａにはつながっていない。回転規制部材５６ｄの反対側の端部は、回転軸シール５６ｂの近傍で真空容器３０に固定されている。

【0035】

よって、回転規制部材５６ｄは、回転軸５６ａと可動伝熱要素５４が軸まわりに共に回転するのを規制しつつ、可動伝熱要素５４の軸方向移動を許容する。回転軸５６ａが軸まわりに回転するとき、可動伝熱要素５４は、ねじ溝５４ｂとねじ部５６ｃの係合により回転規制部材５６ｄに沿って軸方向に移動することができる。

【0036】

なお、可動伝熱要素５４には、脱落防止構造５４ｅが設けられてもよい。図示されるように、回転軸５６ａがねじ部５６ｃよりも小径であってもよく、可動伝熱要素５４の端部に径方向内向きの凸部が形成されてもよい。この凸部とねじ部５６ｃの係合により、可動伝熱要素５４が操作部５６から脱落するのを防ぐことができる。

【0037】

再び図１から図５を参照すると、第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２はそれぞれ、可動伝熱要素５４を挿入可能な形状を有し、可動伝熱要素５４は、結合位置にあるとき第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２に挿入され、これら伝熱端子部と熱的に結合される。第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２は実質的に同様の構造を有するので、以下、代表として第１伝熱端子部５１について説明する。

【0038】

第１伝熱端子部５１は、伝熱端子６０を有する。伝熱端子６０は、可動伝熱要素５４が結合位置にあるとき可動伝熱要素５４の側面５４ａと接触し、可動伝熱要素５４が解除位置にあるとき可動伝熱要素５４の側面５４ａと非接触となる。

【0039】

伝熱端子６０は、中空の円筒形状を有し、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。伝熱端子６０は、可動伝熱要素５４と同軸に配置される。伝熱端子６０の内周面は、可動伝熱要素５４が挿入される挿入口６０ａを定める。伝熱端子６０の内周面は、挿入される可動伝熱要素５４の受け入れを容易にするためのテーパー面を挿入口６０ａの入口に有してもよい。可動伝熱要素５４が伝熱端子６０の挿入口６０ａに挿入され結合位置にあるとき、可動伝熱要素５４の側面５４ａが伝熱端子６０の内周面と面接触し、可動伝熱要素５４は、伝熱端子６０と熱的に結合される。

【0040】

図８は、伝熱端子６０の一例を示す斜視図である。伝熱端子６０は、単一の円筒状部材を周方向に分割した複数の部材を円筒状に配置したものであってもよい。例えば、図示されるように、伝熱端子６０は、８つの部材を円筒状に配置したものであってもよい。あるいは、伝熱端子６０は、２つの半円筒状の部材を有してもよい。

【0041】

また、第１伝熱端子部５１は、伝熱端子６０を支持する端子支持部材６２を備える。端子支持部材６２は、中空の円筒形状を有し、例えばステンレス鋼などの金属材料で形成される。端子支持部材６２は、伝熱端子６０と同軸に（すなわち可動伝熱要素５４と同軸に）配置される。端子支持部材６２は、伝熱端子６０よりも大径であり、端子支持部材６２の内側に配置される。第１伝熱端子部５１の場合、端子支持部材６２は、その端部（例えば、可動伝熱要素５４が挿入される入口側とは反対側の端部）で、例えば輻射熱シールド４０などの伝熱部材に固定されている。第２伝熱端子部５２の場合、端子支持部材６２は、伝熱部材４２に固定される。

【0042】

伝熱端子６０は、軸方向および周方向の変位が拘束された状態で端子支持部材６２に対して径方向に変位可能となるように、端子支持部材６２に弾性的に支持される。具体的には、伝熱端子６０は、複数の弾性部材６４により端子支持部材６２に弾性的に支持される。伝熱端子６０の外周面と端子支持部材６２の内周面の間には径方向隙間があり、この径方向隙間に弾性部材６４が配置される。各弾性部材６４は、伝熱端子６０の外周面と端子支持部材６２の内周面を接続し、端子支持部材６２に対して伝熱端子６０を径方向に弾性的に付勢する。弾性部材６４は、例えばコイルばねなどのばね部材、またはその他の弾性部材であってもよい。

【0043】

また、端子支持部材６２に対して伝熱端子６０の軸方向および周方向の変位を拘束する拘束部が設けられている。一例として、この拘束部は、複数の支持ピン６６を有する。複数の支持ピン６６は、軸方向および周方向に等間隔に配置されてもよい。支持ピン６６ごとに弾性部材６４が設けられてもよい。

【0044】

図９は、端子支持部材６２の一例を示す斜視図である。端子支持部材６２には、複数のピン穴６２ａが端子支持部材６２を径方向に貫通して設けられている。各支持ピン６６が対応するピン穴６２ａに挿通され、図４および図５に示されるように、支持ピン６６の先端が伝熱端子６０に固定される。例えば、支持ピン６６の先端がねじであってもよく、伝熱端子６０の外周面に対応するねじ穴６０ｂが形成され（図８参照）、支持ピン６６が伝熱端子６０にねじ止めされてもよい。

【0045】

したがって、伝熱端子６０は、端子支持部材６２によって弾性部材６４を介して弾性的に支持されながら、端子支持部材６２に対して支持ピン６６に沿って径方向に変位しうる。このとき、支持ピン６６は、端子支持部材６２に対する伝熱端子６０の軸方向および周方向の変位を拘束する。

【0046】

伝熱端子６０は、柔軟伝熱部材６８を介して伝熱部材と接続され熱的に結合される。柔軟伝熱部材６８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。第１伝熱端子部５１の場合、伝熱端子６０は、柔軟伝熱部材６８を介して輻射熱シールド４０に接続されてもよい。第２伝熱端子部５２の場合、伝熱端子６０は、柔軟伝熱部材６８を介して伝熱部材４２と接続されてもよい。

【0047】

柔軟伝熱部材６８は、図示されるように、伝熱端子６０の端部に接続されてもよい。端子支持部材６２には、柔軟伝熱部材６８との干渉を避けるために、柔軟伝熱部材６８を通すための切り欠き６２ｂが設けられていてもよい（図９参照）。

【0048】

次に、図４と図５を参照して、熱スイッチ５０のオンオフ切替動作を説明する。まず、図４に示されるように、熱スイッチ５０がオフのとき、可動伝熱要素５４は解除位置にあり、第１伝熱端子部５１および第２伝熱端子部５２から離れている。可動伝熱要素５４は、第１伝熱端子部５１と真空容器３０の間に配置され、操作部５６に保持されている（図１参照）。第１伝熱端子部５１および第２伝熱端子部５２それぞれの伝熱端子６０は、弾性部材６４によって径方向内向きに押し出された位置にある。このとき、伝熱端子６０の挿入口６０ａの径Ｄ１は、可動伝熱要素５４の外径Ｄ２に比べて若干小さくなっている。

【0049】

作業者は、真空容器３０の外から操作部５６を操作する。作業者は、手動により、または適宜の電動機器を用いて、回転軸５６ａを軸まわりに回転させる。回転軸５６ａが軸まわりに回転するとき、可動伝熱要素５４は、上述のように、ねじ溝５４ｂとねじ部５６ｃの係合により回転規制部材５６ｄに沿って軸方向に移動し（図７参照）、第１伝熱端子部５１および第２伝熱端子部５２に向かう。可動伝熱要素５４は、まず第１伝熱端子部５１の伝熱端子６０の挿入口６０ａに挿入され、さらに軸方向に移動して、第２伝熱端子部５２の伝熱端子６０の挿入口６０ａに挿入される。このようにして、可動伝熱要素５４は、解除位置から結合位置に移動され、熱スイッチ５０は、オフからオンに切り替えられる。

【0050】

図５に示されるように、熱スイッチ５０がオンのとき、可動伝熱要素５４の側面５４ａが第１伝熱端子部５１の伝熱端子６０の内周面と面接触する。このとき、可動伝熱要素５４は、伝熱端子６０を径方向外向きに端子支持部材６２に向かって押し込むとともに、弾性部材６４を圧縮させる。したがって、伝熱端子６０は、可動伝熱要素５４が結合位置にあるとき可動伝熱要素５４の側面５４ａに弾性的に押し付けられる。

【0051】

こうして、可動伝熱要素５４は、伝熱端子６０、柔軟伝熱部材６８、輻射熱シールド４０を介して、第１冷却ステージ２２ａと熱的に結合されることになる。同様にして、可動伝熱要素５４は、第２伝熱端子部５２の伝熱端子６０、柔軟伝熱部材６８、伝熱部材４２を介して、第２冷却ステージ２２ｂと熱的に結合されることになる。このようにして、可動伝熱要素５４は、結合位置にあるとき、第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２の熱的な結合を媒介する。それにより、熱スイッチ５０は、第１冷却ステージ２２ａと第２冷却ステージ２２ｂを熱的に結合する。

【0052】

逆に、回転軸５６ａを軸まわりに反対方向に回転させることにより、可動伝熱要素５４が第１伝熱端子部５１および第２伝熱端子部５２から引き抜かれ、第１伝熱端子部５１および第２伝熱端子部５２から離れる。このようにして、可動伝熱要素５４は、結合位置から解除位置に移動され、熱スイッチ５０は、オンからオフに切り替えられる。第１冷却ステージ２２ａと第２冷却ステージ２２ｂの熱的な結合は解除される。

【0053】

また、図４および図５に示されるように、熱スイッチ５０には、シャッター７０が設けられてもよい。シャッター７０は、第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２の間に設けられ、可動伝熱要素５４が結合位置にあるとき開かれ、可動伝熱要素５４が解除位置にあるとき閉じる。シャッター７０は、図示しないばねまたは弾性部材を介して輻射熱シールド４０または第１伝熱端子部５１に連結され、この弾性部材により閉鎖されるように付勢されていてもよい。可動伝熱要素５４がシャッター７０に突き当たるとき、可動伝熱要素５４によりシャッター７０が押し広げられて外側にスライドすることによって、シャッター７０が開かれてもよい。可動伝熱要素５４の軸方向移動に伴うシャッター７０の外側へのスライドを容易にするために、シャッター７０の先端には、可動伝熱要素５４の先端が突き当たるテーパー面７０ａが設けられていてもよい。

【0054】

シャッター７０を設けることにより、熱スイッチ５０がオフのとき、可動伝熱要素５４から第１伝熱端子部５１の挿入口６０ａを通じて第２伝熱端子部５２へと入射しうる輻射熱を遮蔽することができる。

【0055】

図示の例では、シャッター７０は、輻射熱シールド４０または第１伝熱端子部５１に設置され、第１伝熱端子部５１の挿入口６０ａの出口側に配置されている。これに代えて、シャッター７０は、伝熱部材４２または第２伝熱端子部５２に設置され、第２伝熱端子部５２の挿入口６０ａの入口側に配置されてもよい。

【0056】

第１冷却ステージ２２ａと第２冷却ステージ２２ｂを熱スイッチ５０を介して熱的に結合することは、極低温装置１０の起動時における初期冷却に有利である。初期冷却では、極低温冷凍機２０が周囲温度（例えば室温）から目標の極低温まで冷却される。一般的に、極低温冷凍機２０の第１冷却ステージ２２ａでの冷凍能力は第２冷却ステージ２２ｂでの冷凍能力よりも大きい。第２冷却ステージ２２ｂが周囲温度のような高温にあるときは第２冷却ステージ２２ｂの冷却の補助に第１冷却ステージ２２ａの冷凍能力を利用することによって初期冷却の所要時間を短縮することができる。

【0057】

第２冷却ステージ２２ｂが第１冷却温度まで冷却されたら、操作部５６を操作することによって熱スイッチ５０がオンからオフに切り替えられる。第２冷却ステージ２２ｂは、第１冷却ステージ２２ａから切り離され、第２冷却温度へと冷却される。このようにして、極低温冷凍機２０の初期冷却が完了すれば、極低温装置１０の運転を開始することができる。

【0058】

可動伝熱要素５４は、真空容器３０の外に露出された部位を有する操作部５６に連結されているから、操作部５６を通じた外部環境１４からの入熱により、極低温装置１０の運転中、極低温冷凍機２０の冷却ステージおよび被冷却物１２に比べて高温となり得る。仮に、可動伝熱要素５４が第１伝熱端子部５１（または第２伝熱端子部５２）と接触していた場合には、可動伝熱要素５４から熱伝導により第１伝熱端子部５１（または第２伝熱端子部５２）へと熱が侵入し、さらには被冷却物１２の極低温冷却に影響しうる。しかし、可動伝熱要素５４が解除位置にあるとき、可動伝熱要素５４は、第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２の両方から切り離されている。よって、極低温装置１０の運転中、可動伝熱要素５４からの熱伝導による被冷却物１２への入熱を抑制することができる。

【0059】

図１０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。

【0060】

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。言い換えれば、伝熱体８１と伝熱板８２の間の熱抵抗は、押し付け力の僅かな変化により敏感に変動する。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。

【0061】

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。被冷却物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。

【0062】

これに対して、実施の形態に係る熱スイッチ５０によれば、可動伝熱要素５４は、その移動方向に沿って延在する側面５４ａを有する。第１伝熱端子部５１および第２伝熱端子部５２にはそれぞれ、可動伝熱要素５４が結合位置にあるとき可動伝熱要素５４の側面５４ａと接触し、可動伝熱要素５４が解除位置にあるとき可動伝熱要素５４の側面５４ａと非接触となる伝熱端子６０が設けられている。

【0063】

可動伝熱要素５４の側面５４ａを利用することにより、比較例に比べて、第１伝熱端子部５１および第２伝熱端子部５２との接触面積をより広く確保し、熱スイッチ５０の熱抵抗を低減することが容易となる。

【0064】

なお、実施の形態に係る熱スイッチ５０を複数設置することによって、接触面積を広くし確保することも可能である。

【0065】

また、実施の形態に係る熱スイッチ５０によれば、伝熱端子６０は、可動伝熱要素５４が結合位置にあるとき可動伝熱要素５４の側面５４ａに弾性的に押し付けられる。可動伝熱要素５４と第１伝熱端子部５１および第２伝熱端子部５２との間の接触面圧を弾性部材６４の設計により決定することができるので、所望の熱抵抗の大きさを実現することが容易になる。

【0066】

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。可動伝熱要素５４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５６は、簡素な構成を採用しうる。

【0067】

可動伝熱要素５４と伝熱端子６０の間に働く接触面圧すなわち熱抵抗は、主として、可動伝熱要素５４と伝熱端子６０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。比較例の熱スイッチ８０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、実施の形態に係る熱スイッチ５０を使用すれば、熱抵抗の管理がしやすく、再現性も高まる。

【0068】

熱スイッチ５０は、冷却による熱収縮にも対処することができる。第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２がそれぞれ冷却されるとき、熱収縮により各々の中心軸が可動伝熱要素５４に対してずれることが懸念される。しかしながら、伝熱端子６０が弾性的に支持されているので、伝熱端子６０に可動伝熱要素５４が挿入されるとき、仮に軸ずれがあったとしてもこれを弾性的に吸収することができる。熱スイッチ５０は、熱収縮や組立精度による可動伝熱要素５４と伝熱端子部との間の軸ずれを自己調整することができる。

【0069】

さらに、実施の形態に係る熱スイッチ５０では、操作部５６は、回転軸５６ａまわりに回転可能であり、可動伝熱要素５４は、操作部５６を回転させるとき回転軸５６ａに沿って移動するように操作部５６と連結されている。したがって、簡単な操作により極低温冷凍機２０の１段部と２段部を熱的に脱着することができる。

【0070】

ところで、極低温装置１０が超伝導磁石装置である場合、クエンチとも呼ばれる超伝導の消失への対策は重要である。クエンチが発生した場合には超伝導コイルに急激な温度上昇が起こりうる。場合によっては、超伝導コイルは、約４Ｋの第２冷却温度から、輻射熱シールド４０の第１冷却温度を超える温度（例えば５０Ｋ）にまでごく短時間で昇温されうる。

【0071】

実施の形態に係る極低温装置１０および熱スイッチ５０は、クエンチのような不測の事態による昇温から元の冷却状態への速やかな復帰にも利用可能である。すなわち、可動伝熱要素５４を解除位置から結合位置に移動させることにより、第１冷却ステージ２２ａと第２冷却ステージ２２ｂを熱スイッチ５０を介して熱的に結合し、第１冷却ステージ２２ａの冷凍能力を利用して第２冷却ステージ２２ｂおよび被冷却物１２を再冷却することができる。

【0072】

また、より短い時間で第２冷却ステージ２２ｂおよび被冷却物１２を再冷却するために、可動伝熱要素５４は、第１冷却ステージ２２ａと予め熱的に結合され、第１冷却温度に維持されていてもよい。あるいは、可動伝熱要素５４が第１冷却ステージ２２ａと熱的に常時結合され、第１冷却温度に維持されていてもよい。このような実施の形態を図１１、図１２（ａ）および図１２（ｂ）を参照して以下に説明する。

【0073】

結合位置と解除位置に加えて、可動伝熱要素５４は、「待機位置」にも移動可能であってもよい。待機位置は、結合位置と解除位置の中間の位置にあたる。

【0074】

図１１に示されるように、可動伝熱要素５４は、待機位置にあるとき、可動伝熱要素５４の側面５４ａで第１伝熱端子部５１と熱的に結合され、第２伝熱端子部５２との熱的な結合が解除される。また、可動伝熱要素５４は、上述のように、結合位置にあるとき、可動伝熱要素５４の側面５４ａで第１伝熱端子部５１および第２伝熱端子部５２と熱的に結合され（図５参照）、解除位置にあるとき、第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２の両方から離れる（図４参照）。

【0075】

操作部５６への操作により、可動伝熱要素５４は、待機位置から結合位置へと、または結合位置から待機位置へと移動される。同様に、操作部５６への操作により、可動伝熱要素５４は、待機位置から解除位置へと、または解除位置から待機位置へと移動される。

【0076】

極低温装置１０の運転中（すなわち初期冷却の完了後）、可動伝熱要素５４は、待機位置で待機する。その後、例えばクエンチのような不測の事態が発生し伝熱部材４２が昇温された場合、可動伝熱要素５４が待機位置から結合位置に移動され、輻射熱シールド４０と伝熱部材４２が熱スイッチ５０を介して熱的に結合される。この場合、可動伝熱要素５４が解除位置にあった場合とは異なり、可動伝熱要素５４は待機位置で第１冷却温度に既に冷却されているから、可動伝熱要素５４を常温から第１冷却温度まで冷却する時間が不要になる。そのため、第１冷却ステージ２２ａにより熱スイッチ５０を介して第２冷却ステージ２２ｂおよび被冷却物１２を速やかに冷却し始めることができる。

【0077】

第２冷却ステージ２２ｂおよび被冷却物１２が第１冷却温度まで再冷却されたら、可動伝熱要素５４は、図１１に示される待機位置に再び戻される。あるいは、可動伝熱要素５４は、図４に示される解除位置に移動されてもよい。第２冷却ステージ２２ｂは、第１冷却ステージ２２ａから切り離され、第２冷却温度へと再冷却される。このようにして、第２冷却ステージ２２ｂおよび被冷却物１２の再冷却が完了すれば、極低温装置１０の運転を再開することができる。

【0078】

図１２（ａ）および図１２（ｂ）は、他の実施の形態に係る熱スイッチ５０を模式的に示す図である。図１２（ａ）には待機位置にある熱スイッチ５０が示され、図１２（ｂ）には結合位置にある熱スイッチ５０が示される。

【0079】

熱スイッチ５０は、第１冷却ステージ２２ａと熱的に結合される可動伝熱要素５４と、第２冷却ステージ２２ｂと熱的に結合される第２伝熱端子部５２と、を備える。この実施の形態では、第１伝熱端子部５１は設けられず、第２伝熱端子部５２のみが設けられる。

【0080】

上述の実施の形態と同様に、可動伝熱要素５４は、その移動方向に沿って延在する側面５４ａを有する。可動伝熱要素５４は、柔軟伝熱部材６８を介して、輻射熱シールド４０に、または第１冷却ステージ２２ａと熱的に結合されるその他の部位に接続される。可動伝熱要素５４は、柔軟伝熱部材６８を介して第１冷却ステージ２２ａに接続されてもよい。よって、可動伝熱要素５４は、第１冷却ステージ２２ａと熱的に常時結合され、第１冷却温度に維持される。

【0081】

可動伝熱要素５４は、結合位置と待機位置とを移動可能であり、結合位置にあるとき可動伝熱要素５４の側面５４ａで第２伝熱端子部５２と熱的に結合され、待機位置にあるとき第２伝熱端子部５２との熱的な結合が解除される。熱スイッチ５０は、操作部５６を備え、操作部５６への操作により、可動伝熱要素５４が、待機位置から結合位置へと、または結合位置から待機位置へと移動され、熱スイッチ５０がオンオフされる。

【0082】

熱スイッチ５０には、シャッター７０が設けられてもよい。シャッター７０は、第２伝熱端子部５２と待機位置にあるときの可動伝熱要素５４との間に設けられている。シャッター７０は、可動伝熱要素５４が結合位置にあるとき開かれ、可動伝熱要素５４が待機位置にあるとき閉じる。

【0083】

図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示される実施の形態によると、上述の実施の形態と同様に、初期冷却の際、可動伝熱要素５４を結合位置に移動させ、第１冷却ステージ２２ａと第２冷却ステージ２２ｂを熱スイッチ５０を介して熱的に結合することができる。よって、第２冷却ステージ２２ｂの冷却の補助に第１冷却ステージ２２ａの冷凍能力を利用することによって初期冷却の所要時間を短縮することができる。

【0084】

クエンチの発生により伝熱部材４２が昇温された場合にも、可動伝熱要素５４が待機位置から結合位置に移動され、第１冷却ステージ２２ａと第２冷却ステージ２２ｂが熱スイッチ５０を介して熱的に結合される。可動伝熱要素５４は待機位置で第１冷却温度に冷却されているため、第１冷却ステージ２２ａにより熱スイッチ５０を介して第２冷却ステージ２２ｂおよび被冷却物１２を速やかに冷却し始めることができる。第２冷却ステージ２２ｂおよび被冷却物１２が第１冷却温度まで再冷却されたら、可動伝熱要素５４は再び待機位置に戻される。第２冷却ステージ２２ｂは、第１冷却ステージ２２ａから切り離され、第２冷却温度へと再冷却される。

【0085】

図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、更なる他の実施の形態に係る熱スイッチ５０を模式的に示す図である。図１３（ａ）には解除位置にある熱スイッチ５０が示され、図１３（ｂ）には結合位置にある熱スイッチ５０が示される。

【0086】

第１伝熱端子部５１は、第２伝熱端子部５２の径方向内側に同軸に配置されている。熱スイッチ５０が解除位置にあるとき、第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２が径方向に離間し、熱スイッチ５０が結合位置にあるとき、第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２が互いに接触する。

【0087】

熱スイッチ５０は、可動伝熱要素５４に代えて、可動要素１５４を備える。可動要素１５４は、可動伝熱要素５４と同じ形状および構造を有してもよい。よって、操作部５６への操作により、可動要素１５４が、解除位置から結合位置へと、または結合位置から解除位置へと移動され、熱スイッチ５０がオンオフされる。操作部５６は、可動要素１５４の中心軸まわりに回転可能であり、可動伝熱要素５４は、操作部５６を回転させるとき中心軸に沿って移動するように操作部５６と連結されている。可動伝熱要素５４が銅などの高熱伝導材料で形成されるのに対し、可動要素１５４は、後述のように伝熱を担う必要が無いから、断熱材料またはそのほか適宜の材料で形成されてもよい。

【0088】

第１伝熱端子部５１は、可動要素１５４を挿入可能な形状を有する伝熱端子６０と、伝熱端子６０を支持する端子支持部材６２とを備える。伝熱端子６０は、柔軟伝熱部材６８により輻射熱シールド４０に接続され、端子支持部材６２は、輻射熱シールド４０に固定されている。伝熱端子６０と端子支持部材６２の間には弾性部材６４が介装され、それにより、伝熱端子６０は、端子支持部材６２に対して径方向に弾性的に移動可能である。弾性部材６４は、熱スイッチ５０を確実にオフとするためのものであり、軽荷重ばねで良い。弾性部材６４は、輻射熱シールド４０の熱収縮による第１伝熱端子部５１の位置ずれを吸収することにも役立つ。端子支持部材６２は、パイプ形状でも良い。

【0089】

第２伝熱端子部５２は、上述の実施の形態と同様であり、伝熱端子６０、端子支持部材６２、弾性部材６４、支持ピン６６、柔軟伝熱部材６８を備える。

【0090】

可動要素１５４は、結合位置と解除位置とを移動可能であり、その移動方向に沿って延在する側面１５４ａを有する。この側面１５４ａは、可動要素１５４の円筒形状の外周面にあたる。可動要素１５４は、解除位置から結合位置に移動されるとき、第１伝熱端子部５１に挿入される。このとき、可動要素１５４は、側面１５４ａで第１伝熱端子部５１の伝熱端子６０と接触し、伝熱端子６０を径方向外側に押し広げる。それにより、第１伝熱端子部５１の伝熱端子６０が第２伝熱端子部５２の伝熱端子６０と接触する。このようにして、可動要素１５４は、結合位置にあるとき第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２を互いに熱的に結合させる。第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２は、可動要素１５４を介して熱的に結合されるのではなく、それぞれの伝熱端子６０の接触により直に熱的に結合される。

【0091】

一方、可動要素１５４は、結合位置から解除位置に移動されるとき、第１伝熱端子部５１から引き抜かれる。このとき、第１伝熱端子部５１の伝熱端子６０は、弾性部材６４の弾性的な復元力により端子支持部材６２に対して径方向内側に移動し初期位置に戻される。これにより、第１伝熱端子部５１の伝熱端子６０は、第２伝熱端子部５２の伝熱端子６０から離れる。こうして、可動要素１５４は、解除位置にあるとき第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２の熱的な結合を解除させる。

【0092】

図１から図１０を参照して説明した上述の実施の形態では、第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２が軸方向（可動要素１５４の移動方向）に離間配置されているが、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示される実施の形態では、第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２は、軸方向に同じ位置に配置することができる。これにより、コンパクトな熱スイッチ５０を実現できる。

【0093】

また、図１から図１０を参照して説明した上述の実施の形態では、熱接触の界面が２つあるが（可動伝熱要素５４と第１伝熱端子部５１の接触面、および可動伝熱要素５４と第２伝熱端子部５２の接触面）、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示される実施の形態では、接触面が１つだけ（第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２の接触面のみ）となる。これは熱スイッチ５０の伝熱効率の向上につながる。

【0094】

さらに、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示される実施の形態では、初期冷却時間を短縮することができるだけでなく、クエンチ後の再冷却にも有利である。可動要素１５４は薄肉で軽量で良いため、熱容量を小さくすることができる。そのため、熱スイッチ５０のオフのとき可動要素１５４が室温にあったとしても、熱スイッチ５０をオンとしたときの可動要素１５４から低温部への入熱は小さく、再冷却への影響は少ない。

【0095】

熱スイッチ５０には、シャッター７０が設けられてもよい。熱スイッチ５０が輻射熱シールド４０の内側に設けられているため、シャッター７０は、輻射熱シールド４０の外側に設けられてもよい。シャッター７０は、可動要素１５４が結合位置にあるとき開かれ、可動要素１５４が解除位置にあるとき閉じる。

【0096】

図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示される実施の形態では、第１伝熱端子部５１が第１冷却ステージ２２ａと熱的に結合され、第２伝熱端子部５２が第２冷却ステージ２２ｂと熱的に結合されるが、これと逆の接続も可能である。つまり、第１伝熱端子部５１が第２冷却ステージ２２ｂと熱的に結合され、第２伝熱端子部５２が第１冷却ステージ２２ａと熱的に結合されてもよい。この場合、第１伝熱端子部５１の伝熱端子６０が柔軟伝熱部材６８により伝熱部材４２に接続され、第２伝熱端子部５２の伝熱端子６０が柔軟伝熱部材６８により輻射熱シールド４０に接続されてもよい。

【0097】

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。

【0098】

上述の実施の形態では、可動伝熱要素５４が解除位置にあるとき、可動伝熱要素５４は、真空容器３０と第１伝熱端子部５１の間に収納されている。これに代えて、例えば、第１伝熱端子部５１側の空きスペースが限られている場合には、可動伝熱要素５４は、第２伝熱端子部５２側に配置され、可動伝熱要素５４が解除位置にあるとき、真空容器３０と第２伝熱端子部５２の間に収納されてもよい。

【0099】

上述の実施の形態では、第１伝熱端子部および第２伝熱端子部の両方が伝熱端子６０を備えるが、一方の伝熱端子部（例えば第１伝熱端子部５１）のみに伝熱端子６０が設けられてもよい。この場合、他方の伝熱端子部（例えば第２伝熱端子部５２）は、比較例に係る熱スイッチ８０のように、可動伝熱要素５４の先端が当該伝熱端子部に突き当てられることによって、可動伝熱要素５４と熱的に結合されてもよい。

【0100】

ある実施の形態においては、熱スイッチ５０は、極低温冷凍機２０とは別個に設けられてもよい。極低温装置１０用の熱スイッチ５０は、極低温装置１０の冷却側または被冷却側の一方に設置可能な第１伝熱端子部５１と、極低温装置１０の冷却側または被冷却側の他方に設置可能な第２伝熱端子部５２と、結合位置と解除位置とを移動可能であり、結合位置にあるとき第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２の熱的な結合を媒介し、解除位置にあるとき第１伝熱端子部５１と第２伝熱端子部５２それぞれとの熱的な結合が解除される可動伝熱要素５４と、を備えてもよい。

【0101】

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】

【0102】

１０ 極低温装置、 ２０ 極低温冷凍機、 ２２ａ 第１冷却ステージ、 ２２ｂ 第２冷却ステージ、 ５０ 熱スイッチ、 ５１ 第１伝熱端子部、 ５２ 第２伝熱端子部、 ５４ 可動伝熱要素、 ５４ａ 側面、 ５６ 操作部、 ５６ａ 回転軸、 ６０ 伝熱端子、 ７０ シャッター。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】