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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-01-18
(54)【発明の名称】極低温環境のための低熱伝導性支持システム
(51)【国際特許分類】
F25B 9/00 20060101AFI20240111BHJP
【ＦＩ】
F25B9/00 H
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023538741
(86)(22)【出願日】2021-12-30
(85)【翻訳文提出日】2023-06-22
(86)【国際出願番号】 EP2021087872
(87)【国際公開番号】W WO2022148707
(87)【国際公開日】2022-07-14
(31)【優先権主張番号】17/144,894
(32)【優先日】2021-01-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】390009531
【氏名又は名称】インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション
【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【住所又は居所原語表記】Ｎｅｗ Ｏｒｃｈａｒｄ Ｒｏａｄ， Ａｒｍｏｎｋ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ １０５０４， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
(74)【代理人】
【識別番号】100112690
【弁理士】
【氏名又は名称】太佐 種一
(74)【代理人】
【識別番号】100120710
【弁理士】
【氏名又は名称】片岡 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】グマン、パトリク
(72)【発明者】
【氏名】グレンダニン、ヴァレリオ
(72)【発明者】
【氏名】チョウ、ジェリー
(57)【要約】
極低温環境内の低熱伝導性支持システムを助ける技術を提供する。一例では、クライオスタットは、支柱およびワッシャを備え得る。支柱は、クライオスタットの第１のサーマル・ステージと第２のサーマル・ステージとを結合し得る。ワッシャは、支柱と第１のサーマル・ステージとの間に介在し得る。ワッシャは、支柱と第１のサーマル・ステージとを熱的に分離し得る。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
クライオスタットであって、前記クライオスタットの第１および第２のサーマル・ステージを結合する支柱と、
前記支柱と前記第１のサーマル・ステージとの間に介在するワッシャであって、前記ワッシャは、前記支柱と前記第１のサーマル・ステージとを熱的に分離する、前記ワッシャと、
を備えるクライオスタット。
【請求項2】
前記ワッシャは、１ワット毎メートル・ケルビン未満の熱伝導率を有する材料で作製される、請求項１に記載のクライオスタット。
【請求項3】
前記ワッシャは、ポリイミドを含む、請求項１または２に記載のクライオスタット。
【請求項4】
前記ワッシャは、前記第１のサーマル・ステージに形成された窪みで受容され、前記窪みは、前記第１のサーマル・ステージの厚さを前記窪みのフットプリント内で減少させる、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のクライオスタット。
【請求項5】
前記支柱は、前記ワッシャを介して前記第１のサーマル・ステージに結合された基礎プレートと、前記基礎プレートに対向するテーパ状端部とを備える、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のクライオスタット。
【請求項6】
前記支柱は、前記基礎プレートから前記テーパ状端部へ前記支柱の長手方向軸に沿って延在する溝を備え、前記溝は、前記支柱のねじ切りされた内壁によって画定される、請求項５に記載のクライオスタット。
【請求項7】
前記基礎プレートは、前記支柱の長手方向軸に同軸方向に外接する複数のクリアランス・ホールを含む、請求項５または６に記載のクライオスタット。
【請求項8】
第３のサーマル・ステージは、前記第１のサーマル・ステージと第２のサーマル・ステージとの間に介在する、請求項１ないし７のいずれか一項に記載のクライオスタット。
【請求項9】
前記支柱は、前記第２のサーマル・ステージから熱的に分離され、前記第３のサーマル・ステージに熱的に結合される、請求項８に記載のクライオスタット。
【請求項10】
前記支柱と前記第２のサーマル・ステージとの間に介在する追加ワッシャであって、前記追加ワッシャは前記支柱と前記第２のサーマル・ステージとを熱的に分離する、前記追加ワッシャを更に備える、請求項１ないし９のいずれか一項に記載のクライオスタット。
【請求項11】
前記支柱は、前記第１のサーマル・ステージに結合された第１の区分と、前記第２のサーマル・ステージに結合された第２の区分とを備える複数の区分を含み、前記第１の区分と前記第２の区分とを結合するために、前記第１の区分のねじ切りされた内壁は、前記第２の区分のねじ切りされた軸を受容する、請求項１ないし１０のいずれか一項に記載のクライオスタット。
【請求項12】
前記支柱を前記第２のサーマル・ステージに結合するために、前記支柱のねじ切りされた内壁は、前記第２のサーマル・ステージを介して取り付け機構のねじ切りされた軸を受容する、請求項１ないし１１のいずれか一項に記載のクライオスタット。
【請求項13】
前記取り付け機構の前記ねじ切りされた軸と前記支柱の前記ねじ切りされた内壁との間にポリイミド・スリーブが介在する、請求項１２に記載のクライオスタット。
【請求項14】
前記第２のサーマル・ステージの対向する側部に配置されたワッシャは、前記第２のサーマル・ステージの前記対向する側部間の熱伝導路を減少させる、請求項１２に記載のクライオスタット。
【請求項15】
前記支柱は、ステンレス鋼を含む、請求項１ないし１４のいずれか一項に記載のクライオスタット。
【請求項16】
クライオスタット支持システムであって、外側真空室の上部プレートに結合されたクライオスタットの第１のサーマル・ステージと第２のサーマル・ステージとを結合するテンション支柱と、
前記テンション支柱と前記第２のサーマル・ステージとの間に介在するワッシャであって、前記ワッシャは、前記テンション支柱と前記第２のサーマル・ステージとを熱的に分離する、前記ワッシャと、
を備えるクライオスタット支持システム。
【請求項17】
前記テンション支柱は、前記第２のサーマル・ステージにかかる機械的負荷の少なくとも一部を前記上部プレートに伝達する、請求項１６のクライオスタット支持システム。
【請求項18】
前記ワッシャは、第１のフットプリントを有し、前記第２のサーマル・ステージに形成された窪みで受容され、前記窪みは、前記第２のサーマル・ステージの厚さを、前記第１のフットプリントよりも大きい前記窪みの第２のフットプリント内で減少させる、請求項１６または１７に記載のクライオスタット支持システム。
【請求項19】
前記テンション支柱と前記第１のサーマル・ステージとを熱的に分離するために、前記テンション支柱と前記第１のサーマル・ステージとの間に介在する追加ワッシャを更に備える、請求項１６ないし１８のいずれか一項に記載のクライオスタット支持システム。
【請求項20】
前記テンション支柱は、前記テンション支柱の長手方向軸に同軸方向に外接する複数のクリアランス・ホールを備える基礎プレートを含み、前記追加ワッシャは、各々が前記基礎プレートのそれぞれのクリアランス・ホールと整列する複数の開口部を含む、請求項１６ないし１９のいずれか一項に記載のクライオスタット支持システム。
【請求項21】
前記テンション支柱は、前記第１のサーマル・ステージに結合された第１の区分と、前記第２のサーマル・ステージに結合された第２の区分とを備える複数の区分を含み、前記第１の区分と前記第２の区分とを結合するために、前記第１の区分のねじ切りされた内壁は、前記第２の区分のねじ切りされた軸を受容する、請求項１６ないし２０のいずれか一項に記載のクライオスタット支持システム。
【請求項22】
前記テンション支柱は、前記第２のサーマル・ステージに結合された第１の区分と、前記第１のサーマル・ステージに結合された第２の区分とを備える複数の区分を含み、前記第１の区分と前記第２の区分とを結合するために、前記第１の区分のねじ切りされた内壁は、前記第２の区分のねじ切りされた軸を受容する、請求項１６ないし２１のいずれか一項に記載のクライオスタット支持システム。
【請求項23】
クライオスタット支持システムであって、外側真空室の下部プレートに結合されたクライオスタットの第１のサーマル・ステージと第２のサーマル・ステージとを結合する圧縮支柱と、
前記圧縮支柱と前記第１のサーマル・ステージとの間に介在するワッシャであって、前記ワッシャは、前記圧縮支柱と前記第１のサーマル・ステージとを熱的に分離する、前記ワッシャと、
を備えるクライオスタット支持システム。
【請求項24】
前記圧縮支柱は、前記第２のサーマル・ステージにかかる機械的負荷の少なくとも一部を前記下部プレートに伝達する、請求項２３に記載のクライオスタット支持システム。
【請求項25】
前記ワッシャは、第１のフットプリントを有し、前記第２のサーマル・ステージに形成された窪みで受容され、前記窪みは、前記第２のサーマル・ステージの厚さを、前記第１のフットプリントよりも大きい前記窪みの第２のフットプリント内で減少させる、請求項２３または２４に記載のクライオスタット支持システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、極低温環境に関し、詳しくは、極低温環境内の低熱伝導性支持システムを助ける技術に関する。
【背景技術】
【0002】
クライオスタットは、クライオスタット内に配置された標本設置面に配置された標本またはデバイスを絶対零度に近い温度に維持して、極低温状態下におけるそのような標本またはデバイスの評価を助け得る。クライオスタットは、概して、５つのサーマル・ステージを密閉する外側真空室の室温プレートに機械的に結合された５つのサーマル・ステージを利用して、上記のような低温を実現する。クライオスタットの５つのサーマル・ステージは、各々の後続のサーマル・ステージの温度が前のサーマル・ステージに存在する温度よりも徐々に低くなる温度プロファイルを含む。
【0003】
クライオスタットは、概して、支柱を利用して、サーマル・ステージを外側真空室の室温プレートに機械的に結合し、隣り合うサーマル・ステージ間の空間的隔離を維持する支持システムを実装する。そのような支柱は、より高温のサーマル・ステージからより低温のサーマル・ステージへの熱の伝搬を助ける熱伝導路をもたらす場合がある。より高温のサーマル・ステージからより低温のサーマル・ステージへの熱の伝搬を軽減するために熱伝導路を遮断する様々な技術が存在する。例えば、いくつかの技術は、支柱によってもたらされる熱伝導路を遮断するために、支柱に穴を導入することを含む。そのような技術はより高温のサーマル・ステージからより低温のサーマル・ステージへの熱の伝搬の軽減を助け得るが、支柱に穴を導入すると支柱の荷重負担能力を低減し得る。したがって、そのような技術は、クライオスタットの拡張性を制限する場合がある。
【発明の概要】
【0004】
以下は、本発明の１つまたは複数の実施形態の基本的理解を実現するための概要を示す。この概要は、鍵となる要素もしくは重要な要素を明らかにする、または特定の実施形態のいかなる範囲もしくは請求項のいかなる範囲を詳細に描写することを意図していない。その唯一の目的は、後に提示されるより詳細な説明の序章として簡略化された形態で概念を示すことである。本明細書で説明する１つまたは複数の実施形態では、極低温環境内での低熱伝導性支持システムを助けるシステム、デバイス、または方法、あるいはその組み合わせが説明される。
【0005】
一実施形態によれば、クライオスタットは、支柱およびワッシャを備え得る。支柱は、クライオスタットの第１のサーマル・ステージと第２のサーマル・ステージとを結合し得る。ワッシャは、支柱と第１のサーマル・ステージとの間に介在し得る。ワッシャは、支柱と第１のサーマル・ステージとを熱的に分離し得る。クライオスタットの一態様は、クライオスタットが極低温環境内で低熱伝導性支持システムを助け得ることである。
【0006】
一実施形態では、支柱を第２のサーマル・ステージに結合するために、支柱のねじ切りされた内壁は、第２のサーマル・ステージを介して、取り付け機構のねじ切りされた軸を受容し得る。一実施形態では、ポリイミド・スリーブは、取り付け機構のねじ切りされた軸と支柱のねじ切りされた内壁との間に介在し得る。クライオスタットの一態様は、クライオスタットが、取り付け機構が支柱のねじ切りされた内壁内の中央に配置されたままであることを確実にすることによって、支柱と第２のサーマル・ステージとの間の結合の完全性の維持を助け得ることである。
【0007】
別の実施形態によれば、クライオスタット支持システムは、テンション支柱およびワッシャを備え得る。テンション支柱は、クライオスタットの第１のサーマル・ステージと第２のサーマル・ステージとを結合し得る。第１のサーマル・ステージと第２のサーマル・ステージとは、外側真空室の上部プレートに結合され得る。ワッシャは、テンション支柱と第２のサーマル・ステージとの間に介在し得る。ワッシャは、テンション支柱と第２のサーマル・ステージとを熱的に分離し得る。そのようなクライオスタット支持システムの一態様は、そのシステムが極低温環境内で低熱伝導性支持システムを助け得ることである。
【0008】
一実施形態では、ワッシャは第１のフットプリントを有し、第２のサーマル・ステージに形成された窪みで受容されることができ、窪みは、第２のサーマル・ステージの厚さを、第１のフットプリントよりも大きい窪みの第２のフットプリント内で減少させる。クライオスタット支持システムの一態様は、そのシステムが、熱膨張／収縮に起因して第２のサーマル・ステージの形状が変化するときにテンション支柱の構造的完全性の維持を助け得ることである。
【0009】
別の実施形態によれば、クライオスタット支持システムは、圧縮支柱およびワッシャを備え得る。圧縮支柱は、クライオスタットの第１のサーマル・ステージと第２のサーマル・ステージとを結合し得る。第１のサーマル・ステージと第２のサーマル・ステージとは、外側真空室の下部プレートに結合され得る。ワッシャは、圧縮支柱と第１のサーマル・ステージとの間に介在し得る。ワッシャは、圧縮支柱と第１のサーマル・ステージとを熱的に分離し得る。そのようなクライオスタット支持システムの一態様は、そのシステムが極低温環境内で低熱伝導性支持システムを助け得ることである。
【0010】
一実施形態では、圧縮支柱は、第２のサーマル・ステージにかかる機械的負荷の少なくとも一部を下部プレートに伝達する。そのようなクライオスタット支持システムの一態様は、そのシステムがクライオスタット内での重量／負荷分散の管理を助け得ることである。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本明細書で説明される１つまたは複数の実施形態による、例示的で非限定的なクライオスタットの図である。
【図4】本明細書で説明される１つまたは複数の実施形態による、図２の支柱を隣り合ったサーマル・ステージのうちの一方のサーマル・ステージに結合する取り付け機構を図示する例示的で非限定的なクローズアップ図である。
【図5】本明細書で説明される１つまたは複数の実施形態による、図２の支柱を隣り合ったサーマル・ステージのうちの他方のサーマル・ステージに結合する別の取り付け機構を図示する例示的で非限定的なクローズアップ図である。
【図14】本明細書で説明される１つまたは複数の実施形態による、別の軸部を図示する例示的で非限定的な等角図である。
【図17】本明細書で説明される１つまたは複数の実施形態による、基部－ステージ部ワッシャを図示する例示的で非限定的な等角図である。
【図20】本明細書で説明される１つまたは複数の実施形態による、軸ワッシャを図示する例示的で非限定的な等角図である。
【図23】本明細書で説明される１つまたは複数の実施形態による、基部－取り付け部ワッシャを図示する例示的で非限定的な等角図である。
【図26】本明細書で説明される１つまたは複数の実施形態による、クライオスタットのサーマル・ステージにおいて形成される窪みの例示的で非限定的な直交図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下の詳細な説明は例示目的に過ぎず、実施形態または実施形態の用途または使用あるいはその両方を限定することを意図していない。更に、上記の背景または概要の項または発明を実施するための形態の項で示されたあらゆる明示または暗示された情報に従うという意図はない。
【0013】
図面を参照して１つまたは複数の実施形態がここで説明され、全体において同様の参照番号は同様の要素を指すために用いられる。以下の詳細な説明において、説明を目的として、１つまたは複数の実施形態の十分な理解を実現するために、多数の具体的な詳細が記載される。ただし、様々な場合において、１つまたは複数の実施形態がそれらの具体的な詳細なしで実践可能であることは明らかである。
【0014】
図１は、本明細書で説明される１つまたは複数の実施形態による、例示的で非限定的なクライオスタット１００の図である。図１に示すように、クライオスタット１００は、上部プレート１１４と下部プレート１１６との間に介在する側壁１１２によって形成された外側真空室１１０を備える。動作において、外側真空室１１０は、外側真空室１１０の周囲環境１２０と外側真空室１１０の室内１３０との間の圧力差を維持できる。クライオスタット１００は、更に、室内１３０内に配置されて各々が上部プレート１１４に機械的結合された複数のサーマル・ステージ（またはステージ）１４０を備え得る。複数のステージ１４０は、ステージ１４１、ステージ１４３、ステージ１４５、ステージ１４７、およびステージ１４９を含む。
【0015】
複数のステージ１４０の各ステージは、異なる温度と関連付けられ得る。例えば、ステージ１４１は、５０ケルビン（Ｋ）の温度と関連付けられた５０ケルビン（５０－Ｋ）ステージであってもよく、ステージ１４３は、４Ｋの温度と関連付けられた４ケルビン（４－Ｋ）ステージであってもよく、ステージ１４５は、７００ミリケルビン（ｍＫ）の温度と関連付けられてもよく、ステージ１４７は、１００ｍＫの温度と関連付けられてもよく、ステージ１４９は、１０ｍＫの温度と関連付けられてもよい。一実施形態では、ステージ１４５は、静止ステージであってもよく、ステージ１４７は冷却板ステージであってもよく、ステージ１４９は混合室ステージであってもよい。
【0016】
１つまたは複数の支柱（例えば、支柱１４２）は、複数のステージ１４０を外側真空室１１０の上部プレート１１４に結合し得る。更に、複数のステージ１４０の各ステージは、複数の支柱（例えば、支柱１４４）によって複数のステージ１４０の他のステージから空間的に分離され得る。いくつかの支柱は、複数の区分を含み得る。例えば、支柱１５０は、区分１５２、１５４、１５６、および１５８を含む。支柱１５０の区分１５２は、ステージ１４１を外側真空室１１０の上部プレート１１４に結合し、区分１５４はステージ１４１をステージ１４３に結合し、区分１５６はステージ１４３をステージ１４５に結合し、区分１５８はステージ１４５をステージ１４７に結合する。一実施形態では、支柱１４２、１４４、または１５０、あるいはその組み合わせは、ステンレス鋼を含み得る。一実施形態では、支柱１５０は、ステージ１４１、１４３、１４５、または１４７、あるいはその組み合わせにかかる機械的負荷の少なくとも一部を外側真空室１１０の上部プレート１１４に伝達できる。例えば、区分１５８は、ステージ１４７にかかる機械的負荷の少なくとも一部を区分１５６、１５４、および１５２を介して上部プレート１１４に伝達できる。ステージ１４１、１４３、１４５、または１４７、あるいはその組み合わせにかかる機械的負荷の少なくとも一部を外側真空室１１０の上部プレート１１４に伝達することによって、支柱１５０は、クライオスタット１００内での重量／負荷分散の管理を助け得る。複数のステージ１４０の質量に作用する重力は、支柱（例えば、支柱１４２）に対して張力を誘発でき、複数のステージ１４０を、それらのステージ１４０を空間的に分離している上部プレート１１４または支柱（例えば、支柱１４４または１５０、あるいはその両方）に結合する。そのような支柱は、テンション支柱と称され得る。
【0017】
図１に示すように、クライオスタット１００は、更に、外側真空室１１０の下部プレート１１６に結合される１つまたは複数のプレートを備え得る。例えば、クライオスタット１００は、更に、ステージ１４１と関連付けられた熱遮蔽材の機械的支持を助け得るサーマルプレート（またはプレート）１６０を備え得る。別の例として、クライオスタット１００は、更に、ステージ１４３と関連付けられた熱遮蔽材の機械的支持を助け得るプレート１７０を備え得る。１つまたは複数の支柱（例えば、支柱１６２）は、プレート１６０または１７０、あるいはその両方を外側真空室１１０の下部プレート１１６に結合し得る。更に、プレート１６０および１７０は、複数の支柱（例えば、支柱１６４）によって空間的に分離され得る。
【0018】
上述したように、いくつかの支柱は、複数の区分を含み得る。例えば、支柱１８０は、区分１８２および１８４を含む。支柱１８０の区分１８２は、プレート１６０を外側真空室１１０の下部プレート１１６に結合し、区分１８４は、プレート１６０をプレート１７０に結合する。一実施形態では、支柱１６２、１６４、または１８０、あるいはその組み合わせは、ステンレス鋼を含み得る。一実施形態では、支柱１８０は、プレート１６０または１７０、あるいはその両方にかかる機械的負荷の少なくとも一部を外側真空室１１０の下部プレート１１６に伝達できる。例えば、区分１８２は、プレート１７０にかかる機械的負荷の少なくとも一部を、区分１８４を介して下部プレート１１６に伝達できる。プレート１６０または１７０、あるいはその両方にかかる機械的負荷の少なくとも一部を外側真空室１１０の下部プレート１１６に伝達することによって、支柱１８０は、クライオスタット１００内での重量／負荷分散の管理を助け得る。
【0019】
プレート１６０または１７０、あるいはその両方の質量に作用する重力は、支柱（例えば、支柱１６２）に対して圧縮力を誘発でき、プレート１６０または１７０、あるいはその両方を、それらのプレートを空間的に分離している下部プレート１１６または支柱（例えば、支柱１６４または１８０、あるいはその両方）に結合する。そのような支柱は、圧縮支柱と称され得る。
【0020】
より詳細に後述するように、クライオスタット１００のステージ間の熱伝導路は、低熱伝導率を有する材料（例えば、１ワット毎メートル・ケルビン（Ｗ／ｍＫ）未満の熱伝導率を有する材料）を含むワッシャを使用して遮断され得る。特に、低熱伝導率材料（例えば、各々がＤｅｌａｗａｒｅ、ＷｉｌｍｉｎｇｔｏｎのＤｕＰｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ，Ｉｎｃ．から入手可能なＫＡＰＴＯＮまたはＶＥＳＰＥＬなどのポリイミド）を含むワッシャは、クライオスタット１００のステージ間の熱伝導路を遮断するために支柱とステージとの間に介在し得る。一実施形態では、３つ以上のステージを結合する支柱に沿った温度勾配は、支柱を３つ以上のステージ内の少なくとも１つの介在ステージに熱的に結合することによって最小限に抑えられ得る。例えば、支柱１５０は、ステージ１４１、１４３、１４５、および１４７を外側真空室１１０の上部プレート１１４に結合する。この例では、支柱１５０の区分１５４または１５６、あるいはその両方は、ステージ１４３または１４５、あるいはその両方に熱的に結合され得る。
【0021】
図２～図５は、本明細書で説明される１つまたは複数の実施形態による、図１のクライオスタット１００の支柱１４２を図示する例示的で非限定的なクローズアップ図である。図２～図３を参照すると、支柱１４２は、基部２３０および軸部２４０を備える複数の区分を含む。基部２３０は、図７～図９に関して以下で詳述され、軸部２４０は、図１０～図１３に関して詳細に後述される。上部プレート１１４は、上部プレート１１４と基部２３０とを結合するために、基部２３０の長手方向軸（例えば、図８～図９の長手方向軸８１０）に同軸方向に外接する基部２３０のクリアランス・ホール（例えば、図７～図８のクリアランス・ホール７１２）を介して複数の取り付け機構２６０を受容し得る。
【0022】
図３～図４に最も良く示されるように、基部－ステージ部ワッシャ３１０は、上部プレート１１４と基部２３０との熱的分離を助けるために、上部プレート１１４の内側２１４と基部２３０との間に介在し得る。基部－ステージ部ワッシャ３１０は、図１７～図１９に関して詳細に後述される。図３～図４はまた、基部－取り付け部ワッシャ３２０が、上部プレート１１４と基部２３０との熱的分離を助けるために、各取り付け機構２６０と基部２３０との間に介在し得ることを示す。基部－取り付け部ワッシャ３２０は、図２３～図２５に関して詳細に後述される。
【0023】
基部２３０の内側のねじ切りされた壁（例えば、図７～図９の内側のねじ切りされた壁７４０）は、基部２３０と軸部２４０とを結合するために軸部２４０のねじ切りされた軸２４２を受容し得る。一実施形態では、軸部２４０の内側のねじ切りされた壁は、基部２３０と軸部２４０とを結合するために、基部２３０のねじ切りされた軸を受容し得る。基部２３０のクリアランス・ホール（例えば、図７のクリアランス・ホール７５０）は、基部２３０における軸部２４０のねじ切りされた軸２４２の保持を助けるために取り付け機構３４０を受容し得る。一実施形態では、取り付け機構３４０は省略され得る。一実施形態では、ポリイミド・スリーブ（不図示）は、取り付け機構２５０のねじ切りされた軸と軸部２４０のねじ切りされた内壁との間に介在し得る。ポリイミド・スリーブは、取り付け機構２５０が軸部２４０のねじ切りされた内壁内の中央に配置されたままであることを確実にすることによって、支柱１４２とステージ１４１との間の結合の完全性の維持を助け得る。
【0024】
軸部２４０のねじ切りされた内壁（例えば、図１０～図１３のねじ切りされた内壁１０１２）は、軸部２４０をステージ１４１に結合するために、ステージ１４１を介して取り付け機構２５０のねじ切りされた軸（不図示）を受容し得る。図６に最も良く示されるように、軸ワッシャ３３０は、ステージ１４１と軸部２４０との熱的分離を助けるために、上部プレート１１４の内側２１４に向くステージ１４１の側部２４１と軸部２４０との間に介在し得る。軸ワッシャ３３０は、図１７～図１９に関して詳細に後述される。図３および図５に最も良く示されるように、軸ワッシャ３３０はまた、ステージ１４１と取り付け機構２５０との熱的分離を助けるために、側部２４１に対向するステージ１４１の側部２４３と取り付け機構２５０との間に介在し得る。一実施形態では、ステージ１４１の対向側部上に軸ワッシャ３３０を配置することは、ステージ１４１の対向側部間の熱伝導路の低減を助け得る。
【0025】
図６は、上部プレート１１４の内側２１４に向くステージ１４１の側部２４１と軸部２４０との間に介在する軸ワッシャ３３０がステージ１４１に形成された窪み６１０内に受容され得ることを示す。窪み６１０は、窪み６１０のフットプリント内でステージ１４１の厚さを減らす。ステージに形成された窪みおよびその窪みのフットプリントは、各々が図２６～図２７に関して詳細に後述される。窪み６１０は、窪み６１０を形成するための減少した厚さを含むステージ１４１の面領域によって規定されるフットプリントを含み得る。軸ワッシャ３３０はまた、軸ワッシャ３３０の外壁（例えば、図２１の外壁２１１０）内に包含された軸ワッシャ３３０の面領域によって規定されるフットプリントを含み得る。図６は、更に、窪み６１０のフットプリントがステージ１４１の側部２４１と軸部２４０との間に介在する軸ワッシャ３３０のフットプリントよりも大きくてもよいことを示す。
【0026】
図３および図５を参照すると、ステージ１４１の側部２４３と取り付け機構２５０との間に介在する軸ワッシャ３３０は、ステージ１４１に形成された窪み３７３内に受容され得る。窪み３７３は、窪み３７３のフットプリント内でステージ１４１の厚さを減らす。窪み３７３は、窪み３７３を形成するための減少した厚さを含むステージ１４１の面領域によって規定されるフットプリントを含み得る。軸ワッシャ３３０はまた、軸ワッシャ３３０の外壁（例えば、図２１の外壁２１１０）内に包含された軸ワッシャ３３０の面領域によって規定されるフットプリントを含み得る。図３および図５は、更に、窪み３７３のフットプリントがステージ１４１の側部２４３と取り付け機構２５０との間に介在する軸ワッシャ３３０のフットプリントよりも大きくてもよいことを示す。
【0027】
当業者は、熱膨張／収縮に起因してステージ１４１の温度が変化すると、ステージ１４１の形状が変化し得ることを認識するであろう。軸ワッシャ３３０よりも大きいフットプリントを有するステージ１４１の窪み内に各軸ワッシャ３３０を受容することは、熱膨張／収縮に起因してステージ１４１の形状が変化するときに支柱１４２の構造的完全性の維持を助け得る。例えば、窪み６１０のより大きいフットプリントは、支柱１４２の構造上の欠陥を軽減するために、ステージ１４１の形状における上記のような変化に応じた窪み６１０内の支柱１４２の移動を助け得る。別の例として、窪み３７３のより大きいフットプリントはまた、支柱１４２の構造上の欠陥を軽減するために、ステージ１４１の形状における上記のような変化に応じた窪み６１０内の支柱１４２の移動を助け得る。
【0028】
図７～図９は、本明細書で説明される１つまたは複数の実施形態による、基部２３０の例示的で非限定的な図である。特に、図７～図９は、それぞれ、基部２３０の等角図７００、直交図８００、および断面図９００を示す。図７～図９を参照すると、基部２３０は、基礎プレート７１０と、基礎プレート７１０に対向するテーパ状端部７２０とを含み得る。基部２３０は、更に、基部２３０の長手方向軸８１０に沿って延在する溝７３０を備え得る。溝７３０は、基部２３０のねじ切りされた内壁７４０によって画定され得る。基礎プレート７１０は、長手方向軸８１０に同軸方向に外接する複数のクリアランス・ホール７１２を含む。外側真空室のプレート（例えば、図１の上部プレート１１４または下部プレート１１６、あるいはその両方）、クライオスタットのステージ（例えば、ステージ１４１～１４９）、またはクライオスタットのプレート（例えば、プレート１６０および１７０）は、基部２３０をそのプレートまたはステージ、あるいはその両方に結合するために、各クリアランス・ホール７１２を介して取り付け機構（例えば、図２～図４の取り付け機構２６０）を受容し得る。テーパ状端部７２０は、基部２３０内における軸部のねじ切りされた軸（例えば、ねじ切りされた軸２４２または１４２０、あるいはその両方）の保持を助け得るクリアランス・ホール７５０を備え得る。
【0029】
図１０～図１３は、本明細書で説明される１つまたは複数の実施形態による、軸部２４０の例示的で非限定的な図である。特に、図１０～図１２は、それぞれ、軸部２４０の等角図１０００、断面図１１００、および直交図１２００を示す。図１３は、図１１の線Ａ－Ａに沿った軸部２４０の断面図１３００を示す。図１０～図１３を参照すると、軸部２４０は、軸部２４０の中心線１１１０に沿って配置された、本体１０１０およびねじ切りされた軸２４２を備え得る。本体１０１０は、軸部２４０の中心線１１１０に沿って延在する溝１０４０を備え得る。溝１０４０は、軸部２４０のねじ切りされた内壁１０１２によって画定され得る。軸部２４０のねじ切りされた内壁１０１２は、軸部２４０をそのプレートまたはステージあるいはその両方に結合するために、外側真空室のプレート（例えば、図１の上部プレート１１４または下部プレート１１６、あるいはその両方）、クライオスタットのステージ（例えば、ステージ１４１～１４９）、またはクライオスタットのプレート（例えば、プレート１６０および１７０）を介して取り付け機構（例えば、取り付け機構２５０）のねじ切りされた軸を受容し得る。基部の内側のねじ切りされた壁（例えば、内側のねじ切りされた壁７４０）は、軸部２４０を基部に結合するために軸部２４０のねじ切りされた軸２４２を受容し得る。本体１０１０は、更に、軸部２４０の設置または除去、あるいはその両方を助けるための工具界面１０３０を備え得る。
【0030】
図１４～図１６は、本明細書で説明される１つまたは複数の実施形態による、軸部１４０５の例示的で非限定的な図である。特に図１４～図１５は、それぞれ、軸部１４０５の等角図１４００および垂直断面図１５００を示す。図１６は、図１５の線Ａ－Ａに沿った軸部１４０５の断面図１６００を示す。図１４～図１６を参照すると、軸部１４０５は、軸部１４０５の中心線１５１０に沿って配置された、本体１４１０およびねじ切りされた軸１４２０を備え得る。本体１４１０は、軸部１４０５の中心線１５１０に沿って延在する溝１４４０を備え得る。溝１４４０は、軸部１４０５のねじ切りされた内壁１４１２によって画定され得る。軸部１４０５のねじ切りされた内壁１４１２は、軸部１４０５をそのプレートまたはステージあるいはその両方に結合するために、外側真空室のプレート（例えば、図１の上部プレート１１４または下部プレート１１６、あるいはその両方）、クライオスタットのステージ（例えば、ステージ１４１～１４９）、またはクライオスタットのプレート（例えば、プレート１６０および１７０）を介して取り付け機構（例えば、取り付け機構２５０）のねじ切りされた軸を受容し得る。基部の内側のねじ切りされた壁（例えば、内側のねじ切りされた壁７４０）は、軸部１４０５を基部に結合するために軸部１４０５のねじ切りされた軸１４２０を受容し得る。本体１４１０は、更に、軸部１４０５の設置または除去、あるいはその両方を助けるための工具界面１４３０を備え得る。
【0031】
軸部２４０と軸部１４０５とを比較すると、異なるクライオスタット構成（例えば、隣り合うステージ間の間隔）に対応するためにいくつかの変形が軸部に対してなされ得ることがわかる。例えば、軸部２４０は、軸部１４０５の長さ（本体１４１０の長さ１４１４およびねじ切りされた軸１４２０の長さ１４２４によって確定される）よりも短い長さ（本体１０１０の長さ１０１４およびねじ切りされた軸２４２の長さ１０２４によって画定される）を有する。この例では、軸部２４０は、相対的に近くに離間して配置されたクライオスタットの隣り合うステージまたはプレート、あるいはその両方の結合を助け得る一方、軸部１４０５は、相対的に遠くに離間して配置されたクライオスタットの隣り合うステージまたはプレート、あるいはその両方の結合を助け得る。別の例として、軸部１４０５は、軸部２４０の比較対象となり得る比率よりも大きい、本体１４１０の長さ１４１４とねじ切りされた軸１４２０の長さ１４２４との比率を有する。この特徴は、本体の長さとねじ切りされた軸の長さとの比率が、軸部が異なる耐荷重性要件に対応するために可変であり得ることを示す。
【0032】
別の例として、溝１０４０は、溝１０４０を工具界面１０３０内に配置する長さ１１２０だけ、軸部２４０の本体１０１０内で延在する。対照的に、溝１４４０は、溝１４４０を工具界面１４３０の外部に配置する長さ１５２０だけ、軸部１４０５の本体１４１０内で延在する。図１３と図１６とを比較すると、軸部２４０の本体１０１０を含む何らかの物質が工具界面１０３０内で除去されているが、軸部１４０５の工具界面１４３０は中実のままであることがわかる。したがって、軸部２４０の工具界面１０３０に印加可能なトルク量よりも大きなトルク量が軸部１４０５の工具界面１４３０に印加され得る。この特徴は、軸部内の溝の長さが、異なるトルク要件に対応するために可変であり得ることを示す。
【0033】
図１７～図１９は、本明細書で説明される１つまたは複数の実施形態による、基部－ステージ部ワッシャ３１０の例示的で非限定的な図である。特に、図１７～図１９は、それぞれ、基部－ステージ部ワッシャ３１０の等角図１７００、直交図１８００、および側面図１９００を示す。図１７～図１９を参照すると、基部－ステージ部ワッシャ３１０は、各々が基礎プレートのそれぞれのクリアランス・ホール（例えば、クリアランス・ホール７１０）と整列する複数の開口部１７１０を含み得る。一実施形態では、基部－ステージ部ワッシャ３１０は、低熱伝導率を有する材料（例えば、１ワット毎メートル・ケルビン（Ｗ／ｍＫ）未満の熱伝導率を有する材料）を含み得る。一実施形態では、基部－ステージ部ワッシャ３１０は、ポリイミド（例えば、ＫＡＰＴＯＮまたはＶＥＳＰＥＬ）を含み得る。
【0034】
図２０～図２２は、本明細書で説明される１つまたは複数の実施形態による、軸ワッシャ３３０の例示的で非限定的な図である。特に、図２０～図２２は、それぞれ、軸ワッシャ３３０の等角図２０００、直交図２１００、および側面図２２００を示す。図２０～図２２を参照すると、軸ワッシャ３３０は、各々が軸ワッシャ３３０の中心線２１４０に外接する外壁２１１０および内壁２１２０を含み得る。外壁２１１０は、軸ワッシャ３３０のフットプリントを規定する面領域を包含し得る。内壁２１２０は、直径２１３０を有する開口部を画定することができ、開口部は、支柱の軸部をクライオスタットのステージまたはプレート、あるいはその両方に結合することを助ける取り付け機構（例えば、取り付け機構２５０）のねじ切りされた軸を受容し得る。一実施形態では、軸ワッシャ３３０は、低熱伝導率を有する材料（例えば、１ワット毎メートル・ケルビン（Ｗ／ｍＫ）未満の熱伝導率を有する材料）を含み得る。一実施形態では、軸ワッシャ３３０は、ポリイミド（例えば、ＫＡＰＴＯＮまたはＶＥＳＰＥＬ）を含み得る。
【0035】
図２３～図２５は、本明細書で説明される１つまたは複数の実施形態による、基部－取り付け部ワッシャ３２０の例示的で非限定的な図である。特に、図２３～図２５は、それぞれ、基部－取り付け部ワッシャ３２０の等角図２３００、直交図２４００、および側面図２５００を示す。図２３～図２５を参照すると、基部－取り付け部ワッシャ３２０は、各々が基部－取り付け部ワッシャ３２０の中心線２４４０に外接する外壁２４１０および内壁２４２０を含み得る。外壁２４１０は、基部－取り付け部ワッシャ３２０のフットプリントを規定する面領域を包含し得る。内壁２４２０は、直径２４３０を有する開口部を画定することができ、開口部は、支柱の基部をクライオスタットのステージまたはプレート、あるいはその両方に結合することを助ける取り付け機構（例えば、取り付け機構２６０）のねじ切りされた軸を受容し得る。一実施形態では、基部－取り付け部ワッシャ３２０は、低熱伝導率を有する材料（例えば、１ワット毎メートル・ケルビン（Ｗ／ｍＫ）未満の熱伝導率を有する材料）を含み得る。一実施形態では、基部－取り付け部ワッシャ３２０は、ポリイミド（例えば、ＫＡＰＴＯＮまたはＶＥＳＰＥＬ）を含み得る。
【0036】
図２６～図２７は、本明細書で説明される１つまたは複数の実施形態による、クライオスタットのステージ２６０５（またはプレート）に形成された窪み２６４０の例示的で非限定的な図である。特に図２６～図２７は、それぞれ、ステージ２６０５に形成された窪み２６４０の等角図２６００および側面図２７００を示す。図２６～図２７を参照すると、ステージ２６０５は、ステージ２６０５の中心線２６５０に外接する外壁２６２０を含み得る。図２６～図２７に示すように、窪み２６４０は、ステージ２６０５に形成されることができ、ステージ２６０５の厚さを窪み２６４０のフットプリント２６３０内で減少させる。例えば、ステージ２６０５は、窪み２６４０内でステージ２６０５の厚さ２６４５より厚い、窪み２６４０の外部の面領域２６１０における厚さ２６２５を有し得る。
【0037】
本発明の実施形態は、完全性の任意の可能な技術詳細レベルにおけるシステム、方法または装置、あるいはその組み合わせであり得る。上記で説明されたものは、システム、方法、および装置の単なる例を含む。当然ながら、本開示を説明する目的で構成要素またはコンピュータ実施方法のあらゆる考えられる組み合わせを説明することは可能ではないが、当業者は、本開示の多くの更なる組み合わせおよび置き換えが可能であることを認め得る。更に、「備える」という語は、請求項において用いられるときに転換語として解釈されるため、「含む」、「有する」、「所有する」などの語が詳細な説明、請求項、付記、および図面で使用される程度に、そのような語は、「備える」という語と同様に包括的であることが意図される。
【0038】
加えて、「または」という語は、排他的な「または」ではなく包括的な「または」を意味することが意図される。換言すれば、特段の記載がない限り、または文脈から明らかでない限り、「ＸがＡまたはＢを用いる」は、自然な包括的順列のいずれかを意味することが意図される。すなわち、ＸがＡを用いる；ＸがＢを用いる；またはＸがＡおよびＢの両方を用いる場合、「ＸはＡまたはＢを用いる」が上述した事例のいずれかの下で満たされる。更に、単数形が指示された特段の記載がない限り、またはそのような文脈から明らかでない限り、本明細書と添付図面で使用される場合の「ａ」および「ａｎ」という冠詞は、概して「１つまたは複数」を意味すると解釈されるべきである。本明細書で使用される場合、「例」または「例示的」という語あるいはその両方の語は、「例、事例、または説明役割を果たす」ことを意味するために利用される。不確かさを回避するため、本明細書で開示される主題は、そのような例によって限定されない。加えて、「例」または「例示的」あるいはその両方として本明細書で説明されるあらゆる態様または設計は、他の態様または設計よりも好ましいまたは有益であるとは必ずしも解釈されるべきではなく、当業者に知られている等価の例示的な構造および技術を排除することが意味されていない。
【0039】
様々な実施形態の説明が例示目的で提供されたが、網羅的である、または開示された実施形態に限定されることは意図されない。多くの修正および変形は、説明された実施形態の範囲および思想から逸脱しない範囲で、当業者にとって明らかであろう。実施形態の原理、市場に存在する技術の実用化または技術的改良を最も良く説明するため、または本開示が属する分野の通常技量を有する他者が本明細書で開示される実施形態を理解できるようにするために、本明細書で使用される用語は選ばれた。
【0040】
特定の例示的な実施形態が説明されたが、これらの実施形態は例として提示されたに過ぎず、本明細書の開示の範囲を限定することは意図されない。したがって、上記説明におけるいずれも、あらゆる特定の特徴、特性、ステップ、モジュール、またはブロックが必要または不可欠であることを示唆することを意図していない。実際に、本明細書で説明する新規の方法およびシステムは、多種多様な他の形態で具体化されることができ、更に、本明細書で説明する方法およびシステムの形態における様々な除外、置換および変更が、本明細書の開示の思想から逸脱しない範囲でなされ得る。添付の特許請求の範囲およびその等価物は、本明細書の開示のいくつかの範囲および思想に存在し得るような形態または修正を網羅することが意図される。
【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】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【国際調査報告】