(57)【要約】  被冷却物を冷却する冷却ステージと；前記被冷却物が載置されるＨｅ凝縮部と；  前記Ｈｅ凝縮部に連通する、Ｈｅガスが充填されたリザーバと；前記冷却ステージと前記Ｈｅ凝縮部との間に配置された、前記Ｈｅ凝縮部より熱伝導率が低い材料からなる伝熱緩衝材と；を備えた冷凍機。
2008066127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却物を冷却する冷却ステージと；
前記被冷却物が載置されるＨｅ凝縮部と；
前記Ｈｅ凝縮部に連通する、Ｈｅガスが充填されたリザーバと；
前記冷却ステージと前記Ｈｅ凝縮部との間に配置された、前記Ｈｅ凝縮部より熱伝導率が低い材料からなる伝熱緩衝材と；
を備えたことを特徴とする冷凍機。
【請求項２】
前記Ｈｅ凝縮部は、４Ｋ近傍の温度における熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料からなることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
【請求項３】
前記伝熱緩衝材は、４Ｋ近傍の温度における熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の材料からなることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
【請求項４】
前記Ｈｅ凝縮部の容積は、１０ｃｃ以上１００ｃｃ以下であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
【請求項５】
前記リザーバの容積は、前記Ｈｅ凝縮部の容積の５倍以上１００倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
【請求項６】
前記リザーバに充填された前記Ｈｅガスの圧力は、室温において０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
【請求項７】
前記Ｈｅ凝縮部の内面に、フィンが立設されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
【請求項８】
前記Ｈｅ凝縮部の内面に、多孔質構造体が装着されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
【請求項９】
前記伝熱緩衝材と、前記冷却ステージまたは前記Ｈｅ凝縮部との接触面に、凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
【請求項１０】
前記Ｈｅ凝縮部に装着された温度センサおよびヒータと；
前記温度センサの測定結果に基づいて前記ヒータを駆動する制御部と；
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
４Ｋ近傍の極低温環境における試料物性の測定や、極低温環境を利用するセンサ等を用いた種々物理量の測定等のため、ＧＭ冷凍機が利用されている。この冷凍機は、Ｈｅガス等の冷媒ガスの圧縮および膨張（冷凍サイクル）を繰り返すことにより、非冷却物を極低温まで冷却するものである。ところが、上述した冷凍サイクルに起因する熱流の脈動のため、被冷却物の載置面に温度振幅が発生する。被冷却物を安定的に冷却するため、この温度振幅の低減が望まれている。【０００３】
特許文献１には、被冷却物を取り付ける冷却部に設けられた、内部にヘリウムガスまたはヘリウムガス及び液体ヘリウムを収納する蓄冷手段と、圧縮されたヘリウムガスの供給手段及び前記蓄冷手段を接続するヘリウムガス導入排出手段とを含む極低温冷凍機が開示されている。
特許文献２には、必要量のヘリウムガスを常温で導入するヘリウムガス導入管と、ヘリウムガスを液化させるコンデンサ室と、液化された液体ヘリウムを収納する液体ヘリウム室とを備えた極低温温度ダンパが開示されている。
【特許文献１】特許第２７７３７９３号公報
【特許文献２】特開２００４−７６９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の極低温冷凍機における前記温度振幅は３０ｍＫ程度であるため、さらなる温度振幅の低減が望まれている。
一方、特許文献２の極低温温度ダンパは構造が複雑であり、また冷却物からの伝熱流路が長く非軸対称であるため、冷却が不均一で不安定になるおそれがある。【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、被冷却物の載置面における温度振幅の低減が可能であり、また被冷却物の均一で安定した冷却が可能な、冷凍機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明の冷凍機は、被冷却物を冷却する冷却ステージと；前記被冷却物が載置されるＨｅ凝縮部と；前記Ｈｅ凝縮部に連通する、Ｈｅガスが充填されたリザーバと；前記冷却ステージと前記Ｈｅ凝縮部との間に配置された、前記Ｈｅ凝縮部より熱伝導率が低い材料からなる伝熱緩衝材と；を備える。
この構成によれば、冷凍機の冷凍サイクルに起因する熱流の脈動が、Ｈｅ凝縮部におけるＨｅの蒸発および凝縮（相転移）によって吸収される。その際、伝熱緩衝材が熱流の絞り機構として作用するので、冷却ステージにおける温度振幅の伝達が抑制される。その結果、被冷却物の載置面における温度振幅を低減することができる。また冷却ステージ、伝熱緩衝材、Ｈｅ凝縮部および被冷却物が同軸状に連続配置されるので、被冷却物の均一で安定した冷却が可能になる。【０００７】
前記Ｈｅ凝縮部は、４Ｋ近傍の温度における熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料からなってもよい。
この構成によれば、Ｈｅ凝縮部内で凝縮した液体Ｈｅにより、被冷却物を効率よく冷却することができる。【０００８】
前記伝熱緩衝材は、４Ｋ近傍の温度における熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の材料からなってもよい。
この構成によれば、冷却ステージにおける温度振幅の伝達を確実に防止することができる。【０００９】
前記Ｈｅ凝縮部の容積は、１０ｃｃ以上１００ｃｃ以下であってもよい。
この構成によれば、被冷却物の冷却に必要な液体Ｈｅの収納容積を確保しつつ、Ｈｅ凝縮部をコンパクト化することができる。【００１０】
前記リザーバの容積は、前記Ｈｅ凝縮部の容積の５倍以上１００倍以下であってもよい。
この構成によれば、被冷却物の冷却に必要なＨｅガスの収納容積を確保しつつ、リザーバをコンパクト化することができる。【００１１】
前記リザーバに充填された前記Ｈｅガスの圧力は、室温において０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下であってもよい。
この構成によれば、仮に冷凍機が停止してＨｅ凝縮部の液体Ｈｅが蒸発しても、リザーバ及びＨｅ凝縮部が高圧力となることを防止することができる。【００１２】
前記Ｈｅ凝縮部の内面に、フィンが立設されてもよい。
また、前記Ｈｅ凝縮部の内面に、多孔質構造体が装着されてもよい。
これらの構成によれば、Ｈｅ凝縮部の内面と液体Ｈｅとの接触面積が大きくなるため、Ｈｅ凝縮部に載置される被冷却物を効率よく冷却することができる。【００１３】
前記伝熱緩衝材と、前記冷却ステージまたは前記Ｈｅ凝縮部との接触面に、凹凸が形成されてもよい。
この構成によれば、伝熱緩衝材と冷却ステージまたはＨｅ凝縮部との接触面積が小さくなるので、冷却ステージにおける温度振幅の伝達が抑制される。その結果、被冷却物の載置面における温度振幅を低減することができる。【００１４】
前記Ｈｅ凝縮部に装着された温度センサおよびヒータと；前記温度センサの測定結果に基づいて前記ヒータを駆動する制御部と；をさらに備えてもよい。
この構成によれば、Ｈｅ凝縮部の温度が所定値を下回った場合に、ヒータを駆動してＨｅ凝縮部の温度を所定値に復帰させることができる。したがって、被冷却物の載置面における温度振幅を低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、伝熱緩衝材を設けたことにより、冷却ステージにおける温度振幅の伝達が防止され、その結果、被冷却物の載置面における温度振幅を低減することができる。また冷却ステージ、伝熱緩衝材、Ｈｅ凝縮部および被冷却物が同軸状に連続配置されるので、被冷却物の均一で安定した冷却が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る冷凍機の概略構成図である。
【図２】図２は、第２冷却ステージの温度と温度振幅との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、Ｈｅ凝縮部における液体Ｈｅの容積比と温度振幅との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、第２冷却ステージの温度と冷凍能力との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、冷却時間と第２冷却ステージの温度との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係る冷凍機のＨｅ凝縮部近傍における概略構成図である。
【図７】図７は、本発明の第３実施形態に係る冷凍機のＨｅ凝縮部近傍における概略構成図である。
【図８】図８は、本発明の第４実施形態に係る冷凍機のＨｅ凝縮部近傍における概略構成図である。
【図９】図９は、本発明の第５実施形態に係る冷凍機のＨｅ凝縮部近傍における概略構成図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  冷凍機
１４  第２冷却ステージ（冷却ステージ）
１６  伝熱緩衝材
１８  凹凸
２０  Ｈｅ凝縮部
３０  リザーバ
４０  被冷却物
５０  Ｈｅガス
６２  制御部
６４  温度センサ
６６  ヒータ
２２２  第１フィン（フィン）
２２４  第２フィン（フィン）
３２２  多孔質構造体
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る冷凍機の概略構成図である。本実施形態に係る冷凍機１は、被冷却物４０を冷却する第２冷却ステージ１４と、被冷却物４０が載置されるＨｅ凝縮部２０と、Ｈｅ凝縮部２０に連通する、Ｈｅガス５０が充填されたリザーバ３０と、第２冷却ステージ１４とＨｅ凝縮部２０との間に配置された、Ｈｅ凝縮部２０より熱伝導率が低い材料からなる伝熱緩衝材１６と、を備えたものである。【００１９】
冷凍機１は、主に圧縮機４、本体部２および冷却部１５を備えている。圧縮機４は、低圧配管８から供給される低圧Ｈｅガスを圧縮して高圧Ｈｅガスとし、高圧配管６に供給するものである。本体部２は、高圧配管６および低圧配管８と次述する冷却部１５内のＨｅガス流路との接続を、モータ等の動力により連続的に切り替えるものである。【００２０】
本体部２に連続して、冷却部１５が設けられている。冷却部１５は、真空環境に保持された真空槽１０の内部に配置され、内部を流通するＨｅガスの膨張により寒冷を発生させるものである。冷却部１５には、第１冷却部１１、第１冷却ステージ１２、第２冷却部１３および第２冷却ステージ１４が順に設けられている。第１冷却部１１および第２冷却部１３は円柱状に形成され、第１冷却ステージ１２および第２冷却ステージ１４は円盤状に形成されて、同軸状に配置されている。冷却部１５の内部には、Ｈｅガス流路（不図示）が形成されている。このＨｅガス流路に供給された高圧Ｈｅガスは、第２冷却ステージ１４において吸熱膨張し、低圧Ｈｅガスに変化する。【００２１】
第２冷却ステージ１４の下面であって後述するＨｅ凝縮部２０との間には、伝熱緩衝材１６が設けられている。伝熱緩衝材１６は、例えば直径数十ｍｍ程度、厚さ２ｍｍ程度の板状に形成されている。伝熱緩衝材１６は、４Ｋ近傍の温度における熱伝導率が後述するＨｅ凝縮部２０より低い、ステンレス材料等で構成されている。特に、４Ｋ近傍の温度における熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の材料で伝熱緩衝材１６を構成すれば、第２冷却ステージ１４の温度振幅がＨｅ凝縮部２０に伝達されるのを抑制することができる。
なお、伝熱緩衝材１６の両面に熱接触性を高めるためＩｎ箔等があてがわれて、第２冷却ステージ１４、伝熱緩衝材１６およびＨｅ凝縮部２０が締結されている。【００２２】
伝熱緩衝材１６の下面に、被冷却物４０が載置されるＨｅ凝縮部２０が設けられている。Ｈｅ凝縮部２０は、４Ｋ近傍の温度における熱伝導率が前述した伝熱緩衝材１６より高い、ＣｕやＡｇ、Ａｌ等の材料で構成されている。本実施形態では、無酸素銅によりＨｅ凝縮部２０が形成されている。特に、４Ｋ近傍の温度における熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の材料でＨｅ凝縮部２０を構成すれば、Ｈｅ凝縮部２０内で凝縮した液体Ｈｅにより、被冷却物４０を効率よく冷却することができる。【００２３】
Ｈｅ凝縮部２０は、両端を密閉した円筒状に形成され、内部に液体Ｈｅを貯留しうるようになっている。このＨｅ凝縮部２０の容積を１０ｃｃ以上１００ｃｃ以下とすれば、被冷却物４０の冷却に必要な液体Ｈｅの収納容積を確保しつつ、Ｈｅ凝縮部２０をコンパクト化することができる。本実施形態では、Ｈｅ凝縮部２０の容積が４０ｃｃに設定されている。
Ｈｅ凝縮部２０の下面には、テーブル４１が配置されている。このテーブル４１の下面が、被冷却物４０の載置場所である冷却位置となっている。テーブル４１は、Ｈｅ凝縮部２０と同様の物性を有する材料で構成されている。本実施形態では、Ｈｅ凝縮部２０とテーブル４１との間、およびテーブル４１と被冷却物４０との間にＩｎ箔等があてがわれて、Ｈｅ凝縮部２０とテーブル４１とが締結されている。なおテーブル４１を設けることなく、被冷却物４０をＨｅ凝縮部２０に熱接触よくあてがってもよい。【００２４】
上述した冷却部１５の第２冷却ステージ１４、伝熱緩衝材１６、Ｈｅ凝縮部２０および被冷却物４０は、被冷却物からの伝熱流路を構成している。本実施形態では、これらを同軸状に連続して配置することにより、伝熱流路の距離を短くすることが可能になる。これにより、冷却損失を低減することが可能になり、被冷却物４０を目的の温度まで短時間で効率的に冷却することができる。また伝熱流路を軸対称形状とすることが可能になり、被冷却物４０の全体を均一かつ安定して冷却することができる。【００２５】
Ｈｅ凝縮部２０から細管３２が延設され、真空槽１０の外部に配置されたリザーバ３０に常時接続されている。リザーバ３０の容積は、Ｈｅ凝縮部２０の容積の５倍以上１００倍以下とすることが望ましい。本実施形態では、リザーバ３０の容積が３２５０ｃｃに設定されている。これにより、被冷却物４０の冷却に必要なＨｅガスの収納容積を確保しつつ、リザーバ３０をコンパクト化することができる。【００２６】
リザーバ３０の内部にはＨｅガスが充填されている。そのＨｅガスの圧力は、室温において０．１ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下とすることが望ましい。本実施形態では、室温における圧力が０．４ＭＰａのＨｅガス５０をリザーバ３０に充填している。これにより、仮に冷凍機１が停止しＨｅ凝縮部２０の液体Ｈｅ５２が蒸発しても、リザーバ３０が高圧力となることはない。なお細管３２の中間部には、第１冷却ステージ１２と熱交換を行うための熱アンカー３４が形成されている。【００２７】
次に、本実施形態に係る冷凍機１の作用について説明する。上述したように、圧縮機４から冷却部１５に供給された高圧Ｈｅガスは、第２冷却ステージ１４において吸熱膨張し、低圧Ｈｅガスに変化する。本体部２は、高圧配管６および低圧配管８と冷却部１５のＨｅガス流路との接続を連続的に切り替える。これにより、Ｈｅガスの圧縮および膨張（冷凍サイクル）が繰り返されて、第２冷却ステージ１４の温度は極低温となる。【００２８】
第２冷却ステージ１４の下方に、Ｈｅ凝縮部２０が設けられている。第２冷却ステージ１４によりＨｅ凝縮部２０が冷却されると、Ｈｅ凝縮部２０の内部のＨｅガスが凝縮して液化し、液体Ｈｅ５２が生成される。本実施形態では、Ｈｅ凝縮部２０に対する容積比が３０％以下（例えば２０％程度）となるように液体Ｈｅを生成している。【００２９】
ところで、上述した冷凍サイクルに起因する熱流の脈動のため、第２冷却ステージ１４には温度振幅が発生する。しかしながら、本実施形態では、冷凍サイクルに起因する熱流の脈動が、Ｈｅの蒸発および凝縮（相転移）によって吸収される。そのため、第２冷却ステージ１４と同等の温度振幅がＨｅ凝縮部２０に発生することはなく、Ｈｅ凝縮部２０の温度振幅は小さくなる。【００３０】
しかも本実施形態では、第２冷却ステージ１４とＨｅ凝縮部２０との間に、Ｈｅ凝縮部２０より熱伝導率が低い材料からなる伝熱緩衝材１６が設けられている。この伝熱緩衝材１６が熱流の絞り機構として作用するので、第２冷却ステージ１４における温度振幅がＨｅ凝縮部２０に伝達されるのを抑制することができる。したがって、被冷却物の載置面における温度振幅を低減することができる。【００３１】
図２は、第２冷却ステージの温度と温度振幅との関係を示すグラフである。ここでは、３種類の装置構成について温度振幅を測定した。具体的には、（１）本実施形態と同様に第２冷却ステージ１４、伝熱緩衝材１６およびＨｅ凝縮部２０を設けた場合のＨｅ凝縮部２０の温度振幅（菱形プロット）と、（２）伝熱緩衝材１６を設けることなく第２冷却ステージ１４およびＨｅ凝縮部２０を設けた場合のＨｅ凝縮部２０の温度振幅（三角形プロット）と、（３）伝熱緩衝材１６およびＨｅ凝縮部２０を設けない場合の第２冷却ステージ１４の温度振幅（丸形プロット）とを測定した。横軸には、被冷却物の載置場所である冷却位置（温度振幅の測定位置）の温度をとっている。なおリザーバ３０の容積を３２５０ｃｃ、リザーバ３０へのＨｅガスの充填圧を０．４ＭＰａ、Ｈｅ凝縮部２０の内部における液体Ｈｅの容積比を２０％に設定した。【００３２】
その結果、各装置構成の温度振幅の大きさは（３）＞（２）＞（１）の順であった。なお冷却位置の温度が高いほど、各装置構成間の温度振幅の差が大きくなった。また（１）の装置構成において、冷却位置の温度が４．２Ｋの場合には、Ｈｅ凝縮部２０の温度振幅が±９ｍＫに抑えられた。上記の測定結果より、（３）第２冷却ステージ１４のみの装置構成に比べて、（２）Ｈｅ凝縮部２０を追加した装置構成では温度振幅が格段に低下することと、（１）伝熱緩衝材１６およびＨｅ凝縮部２０を追加した装置構成では（２）に比べ温度振幅がさらに低下することとが確認された。【００３３】
図３は、Ｈｅ凝縮部における液体Ｈｅの容積比と温度振幅との関係を示すグラフである。ここでは、（１）本実施形態と同様に伝熱緩衝材を設けた場合の温度振幅（菱形プロット）と、（２）伝熱緩衝材を設けない場合の温度振幅（三角形プロット）とを測定した。なおリザーバ３０の容積を３２５０ｃｃ、リザーバ３０へのＨｅガスの最大充填圧を０．４８ＭＰａ、冷却位置の温度を４．２Ｋに設定した。【００３４】
その結果、液体Ｈｅの容積比にかかわらず、温度振幅の大きさは（２）＞（１）であった。また、液体Ｈｅがない場合の温度振幅は大きくなったが、液体Ｈｅが少しでも存在する場合には温度振幅は小さくなった。さらに、（１）において液体Ｈｅの容積割合が１％〜３０％の場合には、いずれもＨｅ凝縮部２０の温度振幅が±９ｍＫに抑えられた。上記より、少量の液体Ｈｅであっても温度振幅を大幅に低減できる効果があることが確認された。【００３５】
ところで、本実施形態では、Ｈｅ凝縮部２０より熱伝導率が低い伝熱緩衝材１６を設けたので、冷凍機の冷凍能力が低下すると考えられる。そこで本願の発明者は、伝熱緩衝材１６の有無による冷凍能力の差異を調査した。
図４は、冷却位置の温度と冷却位置における冷凍能力との関係を示すグラフである。ここでは、（１）本実施形態と同様に伝熱緩衝材１６を設けた場合の冷凍能力（菱形プロット）と、（２）伝熱緩衝材を設けない場合の冷凍能力（四角形プロット）とを測定した。なおＨｅ凝縮部２０の内部における液体Ｈｅの容積比を２０％に設定した。
その結果、冷却位置の温度にかかわらず、伝熱緩衝材１６がある場合の冷凍能力の低下率は２５％程度であった。したがって、冷凍能力の損失は数十％に抑えられることが確認された。【００３６】
また本実施形態では、Ｈｅ凝縮部２０より熱伝導率が低い伝熱緩衝材１６を設けたので、冷却時間が増加すると考えられる。そこで本願の発明者は、伝熱緩衝材１６の有無による冷却時間の差異を調査した。
図５は、冷却時間と冷却位置の温度との関係を示すグラフである。ここでは、（１）本実施形態と同様に伝熱緩衝材を設けた場合の冷却位置の温度（実線）と、（２）伝熱緩衝材を設けない場合の冷却位置の温度（四角形プロット）とを測定した。その結果、伝熱緩衝材１６の有無による冷却時間の差異はほとんどないことが確認された。【００３７】
以上に詳述したように、本実施形態に係る冷凍機（図１参照）は、被冷却物４０が載置されるＨｅ凝縮部２０と第２冷却ステージ１４との間に、Ｈｅ凝縮部２０より熱伝導率が低い材料からなる伝熱緩衝材１６を備える構成とした。この構成によれば、冷凍機１の冷凍サイクルに起因する熱流の脈動が、Ｈｅ凝縮部２０におけるＨｅの蒸発および凝縮（相転移）によって吸収される。その際、伝熱緩衝材１６が熱流の絞り機構として作用するので、第２冷却ステージ１４における温度振幅の伝達が抑制され、その結果、被冷却物４０の載置面における温度振幅を低減することができる。また第２冷却ステージ１４、伝熱緩衝材１６、Ｈｅ凝縮部２０および被冷却物４０が同軸状に連続配置されるので、被冷却物からの伝熱流路が軸対称形状で短距離になる。したがって、被冷却物４０の均一で安定した冷却が可能になる。【００３８】
また本実施形態では、Ｈｅ凝縮部２０における液体Ｈｅ５２の容積比を３０％以下に抑えることができる。したがって、Ｈｅガス５０が充填されるリザーバ３０を小型化することが可能になる。またリザーバ３０に対する室温時のＨｅガス５０の充填圧力を低くすることが可能になる。その結果、仮に冷凍機１が停止しＨｅ凝縮部２０の液体Ｈｅ５２が気化しても、リザーバ３０及びＨｅ凝縮部が高圧力となることを防止することができる。【００３９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る冷凍機について説明する。
図６は、本実施形態に係る冷凍機のＨｅ凝縮部近傍における概略構成図である。本実施形態に係る冷凍機は、Ｈｅ凝縮部２２０の内面２２１，２２３に、フィン２２２，２２４が立設されたものである。なお第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。【００４０】
第２冷却ステージ１４と被冷却物４０との間に、Ｈｅ凝縮部２２０が配置されている。
Ｈｅ凝縮部２２０は、ＣｕやＡｇ、Ａｌ等の材料からなる円筒状の中空容器であり、その内部にＨｅガス５０が充填されている。第２冷却ステージ１４によりＨｅ凝縮部２２０が冷却されると、Ｈｅガスが凝縮して液体Ｈｅ５２が生成される。この液体Ｈｅ５２により、被冷却物４０が冷却される。【００４１】
Ｈｅ凝縮部２２０の内面には複数のフィン２２２，２２４が立設されている。各フィン２２２，２２４は、Ｈｅ凝縮部２２０と同様に、熱伝導率の高い材料で構成することが望ましい。各フィン２２２，２２４は、Ｈｅ凝縮部２２０と一体成形してもよいし、別体に成形してＨｅ凝縮部２２０に固着してもよい。【００４２】
第１フィン２２２は、Ｈｅ凝縮部２２０の底面２２１から天井面２２３に向かって形成されている。これにより、Ｈｅ凝縮部２２０の内面と液体Ｈｅ５２との接触面積を大きくすることが可能になる。したがって、Ｈｅ凝縮部２２０に載置される被冷却物４０を効率よく冷却することができる。
第２フィン２２４は、Ｈｅ凝縮部２２０の天井面２２３から底面２２１に向かって形成されている。これにより、Ｈｅ凝縮部２２０の内面とＨｅガス５０との接触面積を大きくすることが可能になる。したがって、Ｈｅ凝縮部２２０の内部のＨｅガス５０を効率よく冷却して凝縮することができる。【００４３】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る冷凍機について説明する。
図７は、本実施形態に係る冷凍機のＨｅ凝縮部近傍における概略構成図である。本実施形態に係る冷凍機は、Ｈｅ凝縮部３２０の内面に多孔質構造体３２２が装着されたものである。なお第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。【００４４】
Ｈｅ凝縮部３２０の内面に多孔質構造体３２２が装着されている。多孔質構造体３２２は、メッシュや発泡性金属、焼結金属などで構成されている。多孔質構造体３２２は、Ｈｅ凝縮部３２０の内側全体に充填されていてもよく、一部のみに充填されていてもよい。
多孔質構造体３２２は、Ｈｅ凝縮部３２０の内面と熱的に良好な接触を保つように、接着剤等によりＨｅ凝縮部３２０の内面に装着されている。【００４５】
多孔質構造体３２２を設けることにより、Ｈｅ凝縮部３２０の内面と液体Ｈｅ５２との接触面積を大きくすることが可能になる。したがって、Ｈｅ凝縮部３２０に載置される被冷却物４０を効率よく冷却することができる。また多孔質構造体３２２を設けることにより、Ｈｅ凝縮部３２０の内面とＨｅガス５０との接触面積を大きくすることが可能になる。したがって、Ｈｅ凝縮部３２０の内部のＨｅガス５０を効率よく冷却して凝縮することができる。【００４６】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る冷凍機について説明する。
図８は、本実施形態に係る冷凍機のＨｅ凝縮部近傍における概略構成図である。本実施形態に係る冷凍機は、伝熱緩衝材１６における第２冷却ステージ１４との接触面に、凹凸１８が形成されたものである。なお第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。【００４７】
伝熱緩衝材１６は、熱伝導率が低いステンレス材料等で構成されている。その第２冷却ステージ１４との接触面に、凹凸１８が形成されている。凹凸１８は、規則的に形成されていても、不規則（ランダム）に形成されていてもよい。また、第２冷却ステージ１４と点接触するように凹凸１８を錘状に形成してもよく、第２冷却ステージ１４と面接触するように凹凸１８を錘台状に形成してもよい。また第２冷却ステージ１４と線接触するように凹凸１８を断面三角形の突条としてもよく、第２冷却ステージ１４と帯状に面接触するように凹凸１８を断面台形の突条としてもよい。【００４８】
本実施形態では、伝熱緩衝材１６における第２冷却ステージ１４との接触面に凹凸１８を形成したので、伝熱緩衝材１６と第２冷却ステージ１４との接触面積が小さくなる。これにより、伝熱緩衝材１６と第２冷却ステージ１４とが全面接触している場合と比べて、熱流の絞り機能が強化されるので、第２冷却ステージ１４における温度振幅がＨｅ凝縮部４２０に伝達されるのを抑制することが可能になる。したがって、被冷却物の載置面における温度振幅を低減することができる。【００４９】
本実施形態では伝熱緩衝材１６の第２冷却ステージ１４との接触面に凹凸１８を形成したが、第２冷却ステージ１４の伝熱緩衝材１６との接触面に凹凸を形成してもよい。また、伝熱緩衝材１６のＨｅ凝縮部４２０との接触面に凹凸を形成してもよく、Ｈｅ凝縮部４２０の伝熱緩衝材１６との接触面に凹凸を形成してもよい。すなわち、第２冷却ステージ１４またはＨｅ凝縮部４２０と、伝熱緩衝材１６との接触面に、凹凸が形成されていればよい。いずれの場合でも、第２冷却ステージ１４における温度振幅がＨｅ凝縮部４２０に伝達されるのを抑制することが可能になる。したがって、被冷却物の載置面における温度振幅を低減することができる。【００５０】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係る冷凍機について説明する。
図９は、本実施形態に係る冷凍機のＨｅ凝縮部近傍における概略構成図である。本実施形態に係る冷凍機は、Ｈｅ凝縮部５２０に装着された温度センサ６４およびヒータ６６と、温度センサ６４の測定結果に基づいてヒータ６６を駆動する制御部６２と、を備えたものである。なお第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。【００５１】
本実施形態では、Ｈｅ凝縮部５２０における被冷却物４０の載置面の近傍に、温度センサ６４が装着されている。またＨｅ凝縮部５２０には、電熱線等を備えたヒータ６６が装着されている。これら温度センサ６４およびヒータ６６は、制御部６２に接続されている。制御部６２は、温度センサ６４の測定結果に基づいてヒータ６６を駆動するようになっている。すなわち、温度センサ６４の出力信号をヒータ６６の駆動電流に変換し、また、ヒータ６６に帰還電流を流すことにより、その発熱に起因する温度の脈動が最小となるように制御を行う。
具体的には、まず被冷却物４０の載置面の設定温度と、温度センサ６４の測定温度とを比較する。測定温度が設定温度を下回った場合には、ヒータを駆動してＨｅ凝縮部５２０を加熱する。これにより、被冷却物４０の載置面の温度を上昇させて、設定温度に復帰させることが可能になる。したがって、被冷却物４０の載置面における温度振幅を低減することができる。【００５２】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
被冷却物の載置面における温度振幅の低減が可能であり、また被冷却物の均一で安定した冷却が可能な、冷凍機を提供することができる。
【図１】
2008066127.tif 000003
【図２】
2008066127.tif 000004
【図３】
2008066127.tif 000005
【図４】
2008066127.tif 000006
【図５】
2008066127.tif 000007
【図６】
2008066127.tif 000008
【図７】
2008066127.tif 000009
【図８】
2008066127.tif 000010
【図９】
2008066127.tif 000011
【国際調査報告】
2008066127.tif 000012
2008066127.tif 000013
2008066127.tif 000014
2008066127.tif 000015