(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＲＰ製クライオスタットの容器壁部（Ｗ）に、
容器壁部（Ｗ）と１つの相対する面を有するフランジ部材（Ｆ１）と、外形形状が円柱形でフランジ部材（Ｆ１）の軸方向の挿入孔（Ｈ１）に挿入して密封状態で固着され、かつ容器壁部（Ｗ）に形成された径が一定の第１ストレート孔を貫通している金属製部材（Ａ）とからなる一体形状物（Ｓ１）が、
フランジ部材（Ｆ１）外表面側から容器壁部（Ｗ）に設けられた４以上の非貫通ねじ孔に螺合する固定ボルトにより固定され、
かつ容器壁部（Ｗ）とフランジ部材（Ｆ１）内表面との間に密封構造が形成されているＦＲＰ製クライオスタットであって、
該密封構造が〈１〉容器壁部（Ｗ）とフランジ部材（Ｆ１）内表面との接合面に、内周が前記第１ストレート孔の径よりも大きく、且つ外周が前記複数の非貫通ねじ孔よりも金属製部材（Ａ）の中心線側に位置する輪型形状のプリプレグを挟着後、硬化させて、フランジ部材（Ｆ１）内表面と容器壁部（Ｗ）とが該プリプレグが硬化して形成されたＦＲＰ層（ＡＬ１）を介して接合された密封構造、
又は、〈２〉容器壁部（Ｗ）とフランジ部材（Ｆ１）内表面とが接合する容器壁部（Ｗ）側の面に、内径が前記第１ストレート孔の径よりも大きく、且つ外径が前記複数の非貫通ねじ孔よりも金属製部材（Ａ）の中心線側に位置する、接着剤層（ＡＬ２）形成用の接着剤溜の溝内に接着剤を塗布後、硬化させて、フランジ部材（Ｆ１）内表面と容器壁部（Ｗ）とが該接着剤が硬化して形成された接着剤層（ＡＬ２）を介して接合された密封構造である、ことを特徴とするＦＲＰ製クライオスタット。
【請求項２】
ＦＲＰ製クライオスタットの容器壁部（Ｗ）に、
容器壁部（Ｗ）と１つの相対する面を有するフランジ部（Ｆ２１）、及び該フランジ部の軸方向に金属製部材（Ａ）の挿入孔（Ｈ２）を有しかつ容器壁部（Ｗ）に形成された径が一定の第２ストレート孔を貫通して該ストレート孔から突出した円筒部先端に雄ねじ部が設けられた円筒部（Ｆ２２）から形成されるフランジ部材（Ｆ２）と、外形形状が円柱形で挿入孔（Ｈ２）に挿入して密封状態でフランジ部（Ｆ２１）に固着された金属製部材（Ａ）とからなる一体形状物（Ｓ２１）と
該円筒部（Ｆ２２）先端の雄ねじ部に螺着されている鍔付き雌ねじ部材（Ｓ２２）
とからなる構造物（Ｓ２）が
フランジ部（Ｆ２１）外表面側から容器壁部（Ｗ）に設けられた４以上の非貫通ねじ孔に螺合する固定ボルトにより固定されていると共に、前記螺着によりフランジ部（Ｆ２１）と鍔付き雌ねじ部材（Ｓ２２）の鍔部面により容器壁部（Ｗ）が挟着され、
かつ容器壁部（Ｗ）とフランジ部（Ｆ２１）内表面との間に密封構造が形成されているＦＲＰ製クライオスタットであって、
該密封構造が〈１〉容器壁部（Ｗ）とフランジ部（Ｆ２１）内表面との接合面に、内周が前記第２ストレート孔の径よりも大きく、且つ外周が前記複数の非貫通ねじ孔よりも金属製部材（Ａ）の中心線側に位置する輪型形状のプリプレグを挟着後、硬化させて、フランジ部（Ｆ２１）内表面と容器壁部（Ｗ）とが該プリプレグが硬化して形成されたＦＲＰ層（ＡＬ１）を介して接合された密封構造、
又は、〈２〉容器壁部（Ｗ）とフランジ部（Ｆ２１）内表面とが接合する容器壁部（Ｗ）側の面に、内径が前記第２ストレート孔の径よりも大きく、且つ外径が前記複数の非貫通ねじ孔よりも金属製部材（Ａ）の中心線側に位置する、接着剤層（ＡＬ２）形成用の接着剤溜の溝内に接着剤を塗布後、硬化させて、フランジ部（Ｆ２１）内表面と容器壁部（Ｗ）とが該接着剤が硬化して形成された接着剤層（ＡＬ２）を介して接合された密封構造である、ことを特徴とするＦＲＰ製クライオスタット。
【請求項３】
前記フランジ部材（Ｆ１）と金属製部材（Ａ）間、又はフランジ部（Ｆ２１）と金属製部材（Ａ）間の密封状態の固着が溶接又はロウ付けである、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のＦＲＰ製クライオスタット。
【請求項４】
前記鍔付き雌ねじ部材（Ｓ２２）の鍔部と接する容器壁部（Ｗ）の面に、該鍔部に対応する形状の凹部を形成して、該凹部に鍔付き雌ねじ部材（Ｓ２２）の鍔部が嵌合されていることを特徴とする、請求項２又は３に記載のＦＲＰ製クライオスタット。
【請求項５】
前記容器壁部（Ｗ）とフランジ部材（Ｆ１）内表面との間、又は容器壁部（Ｗ）とフランジ部（Ｆ２１）内表面との間でプリプレグが硬化して形成されたＦＲＰ層（ＡＬ１）の厚みが０．２０〜０．５０ｍｍ、
又は、容器壁部（Ｗ）側に設けられた接着剤層（ＡＬ２）形成用の接着剤溜の溝の深さが０．１〜０．４ｍｍである、ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＦＲＰ製クライオスタット。
【請求項６】
前記接着剤層（ＡＬ２）を形成する接着剤がエポキシ樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、シリコーン系接着剤、ポリアミド樹脂系接着剤、及びポリイミド系接着剤の中から選択された１種又は２種以上であ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ＦＲＰ製クライオスタット。
【請求項７】
前記ＦＲＰ層（ＡＬ１）を形成するプリプレグがガラス繊維をエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、又はウレタン樹脂に含浸させて得られたものである、請求項１から６のいずれかに記載のＦＲＰ製クライオスタット。
【請求項８】
前記フランジ部材（Ｆ１）と金属製部材（Ａ）、又はフランジ部材（Ｆ２）と金属製部材（Ａ）がそれぞれステンレス、銅、真鍮、アルミニウム、又はアルミニウム合金から選択された１種又は２種以上から形成されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載のＦＲＰ製クライオスタット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体窒素や液体ヘリウム等の低温冷却媒体を収納するためのＦＲＰ製クライオスタットに関し、より具体的には超電導コイル等の超電導部材を冷却するための液体窒素や液体ヘリウム等の低温冷却媒体が収納される容器の壁部に金属製継手等の金属製部材が貫通状態で固着されているＦＲＰ製クライオスタットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高温超電導線材を用いた電力機器等の開発が進んでいる。超電導（超伝導ともいわれる）コイル等の超電導部材を冷却するのに用いるクライオスタットは、クライオスタットの容器部内に超電導部材である被冷却物を収納するため、一体成形で成形することはできない。また、超電導コイルなどを利用し交流機器として用いる場合、磁界を発生する超電導部材の冷却に使用するクライオスタットの成形材料にステンレス等の導電性金属材料を使用すると、該金属材料は磁場の変動に伴い、その内部にうず電流が発生してジュール熱損として熱負荷を増加させるために、通常、このようなクライオスタットには非金属材料から形成される繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製クライオスタットが使用される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、クライオスタットは通常、超電導部材を納入する内槽と、外槽からなる２重構造として該内槽と外槽の壁間を真空断熱構造として使用される。このＦＲＰ製クライオスタット内槽は、型枠内筒、型枠側板を組み立てて内槽枠体を作製し、この内槽枠体の表面全体にＦＲＰプリプレグを積層し、このプリプレグを硬化させて作製することができる（例えば、特許文献２参照）。
ところで、超電導コイル等の超電導部材の冷却にＦＲＰ製クライオスタットを用いる場合には、その容器壁部に冷却媒体用配管、電流導入端子等の金属製継手部材（以下、「金属製部材」ということがある。）を貫通させて固定する必要がある。従来、金属製部材の挿入孔を有する雄ねじ部材に金属製部材を挿入して、ろう付け等により密封状態で固着し、その後ＦＲＰ製クライオスタットの容器壁部に設けられた雌ねじ孔に、該雄ねじ部材を接着剤を介して螺着することが行われていた（例えば、特許文献３、４参照）。しかし、内槽は、低温の冷却媒体で冷却されるので、冷却と昇温が繰り返し行われる際の熱応力等により、該螺着部は真空断熱層の真空漏れが生じ易い箇所となっていた。
【０００４】
又、ＦＲＰ製クライオスタットの取付部に機械的な振動・衝撃が加わる場合、クライオスタットの容器壁部に貫通状態で固定されている配管や電極などが共振などにより取付部根本に過大なる機械的応力が発生する。この機械的応力に対して、例えば特許文献４には、ＦＲＰ製クライオスタットの壁部を貫通して取付られる金属製部材を固着することができ、更に各種応力による真空リークの発生を防止できるＦＲＰ製クライオスタットとして、金属製部材を金属製鍔付き雄ねじ部材の継手挿入孔に挿入して固着し、金属製部材を固着した鍔付き雄ねじ部材をＦＲＰ製容器壁面に設けられた雌ねじ孔に、これらのねじ部の少なくともいずれか一方に接着剤を塗布後螺着し、雌ねじ孔から突出した鍔付き雄ねじ部材の雄ねじ部に鍔付き雌ねじ部材を螺着し、両部材の鍔部で容器壁を挟着した状態とし、次いで、鍔部と容器壁面とを覆うようにプリプレグを貼り付けて積層した後、プリプレグを脱気して硬化させて製造されるＦＲＰ製クライオスタットが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−２１０６０３号公報
【特許文献２】特開２００７−０３５８３５号公報
【特許文献３】特開２００７−２１０３２５号公報
【特許文献４】特開２００７−２１４５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献４に開示の取付構造は、機械的強度（物理的強度）としては強固なものであった。しかし機械的強度は増加しても、それとは別に温度差と熱収縮率の違いによるＦＲＰ製容器壁部に設けられた雌ねじ孔部と、鍔付き雄ねじ部材の雄ねじ部との間で応力が発生し更に集中することで、接着部に過大な応力が掛かり、真空リークを起こしてしまう事例が生じていた。
本発明は、ＦＲＰ製クライオスタットの容器壁部に貫通して取付られる金属製部材が壁部に確実に固着でき、更に各種応力による真空リークの発生を効果的に防止できるＦＲＰ製クライオスタット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】
【０００７】
本発明は以上の事情を背景としてなされたものであり、ＦＲＰ製クライオスタットの容器壁部に設けられた、径が一定のストレート孔を貫通して、金属製部材が密封状態で固着されているフランジ部材の外表面側から固定ボルトにより容器壁部に固定され、かつ容器壁部とフランジ部材内表面との間に密封構造が形成されているＦＲＰ製クライオスタット、
又は、ＦＲＰ製クライオスタットの容器壁部に設けられた、径が一定のストレート孔を貫通して、金属製部材が密封状態で固着されているフランジ部材のフランジ部外表面側から固定ボルトにより容器壁部に固定すると共に、ＦＲＰ容器壁部をフランジ部と相対する側から挟み込むようにフランジ部材の先端に設けられた雄ねじ部に鍔付雌ねじ部材が螺合され、かつ容器壁部とフランジ部内表面との間に密封構造が形成されているＦＲＰ製クライオスタットにおいて、
該密封構造が〈１〉フランジ部材（又はフランジ部）内表面と該容器壁部との接合面に、プリプレグを挟着後、硬化させるか、又は〈２〉フランジ部材（又はフランジ部）内表面と容器壁部との接合面の容器壁部側に接着剤溜の溝を設けて、該溝内に接着剤を塗布後、硬化させて形成されることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
即ち、本発明は、以下の（１）ないし（８）に記載する発明を要旨とする。（１）ＦＲＰ製クライオスタットの容器壁部（Ｗ）に、
容器壁部（Ｗ）と１つの相対する面を有するフランジ部材（Ｆ１）と、外形形状が円柱形でフランジ部材（Ｆ１）の軸方向の挿入孔（Ｈ１）に挿入して密封状態で固着され、かつ容器壁部（Ｗ）に形成された径が一定の第１ストレート孔を貫通している金属製部材（Ａ）とからなる一体形状物（Ｓ１）が、フランジ部材（Ｆ１）外表面側から容器壁部（Ｗ）に設けられた４以上の非貫通ねじ孔に螺合する固定ボルトにより固定され、
かつ容器壁部（Ｗ）とフランジ部材（Ｆ１）内表面との間に密封構造が形成されているＦＲＰ製クライオスタットであって、
該密封構造が〈１〉容器壁部（Ｗ）とフランジ部材（Ｆ１）内表面との接合面に、内周が前記第１ストレート孔の径よりも大きく、且つ外周が前記複数の非貫通ねじ孔よりも金属製部材（Ａ）の中心線側に位置する輪型形状のプリプレグを挟着後、硬化させて、フランジ部材（Ｆ１）内表面と容器壁部（Ｗ）とが該プリプレグが硬化して形成されたＦＲＰ層（ＡＬ１）を介して接合された密封構造、
又は、〈２〉容器壁部（Ｗ）とフランジ部材（Ｆ１）内表面とが接合する容器壁部（Ｗ）側の面に、内径が前記第１ストレート孔の径よりも大きく、且つ外径が前記複数の非貫通ねじ孔よりも金属製部材（Ａ）の中心線側に位置する、接着剤層（ＡＬ２）形成用の接着剤溜の溝内に接着剤を塗布後、硬化させて、フランジ部材（Ｆ１）内表面と容器壁部（Ｗ）とが該接着剤が硬化して形成された接着剤層（ＡＬ２）を介して接合された密封構造である、ことを特徴とするＦＲＰ製クライオスタット（以下、第１の態様ということがある）。
【０００９】
（２）ＦＲＰ製クライオスタットの容器壁部（Ｗ）に、
容器壁部（Ｗ）と１つの相対する面を有するフランジ部（Ｆ２１）、及び該フランジ部の軸方向に金属製部材（Ａ）の挿入孔（Ｈ２）を有しかつ容器壁部（Ｗ）に形成された径が一定の第２ストレート孔を貫通して該ストレート孔から突出した円筒部先端に雄ねじ部が設けられた円筒部（Ｆ２２）から形成されるフランジ部材（Ｆ２）と、外形形状が円柱形で挿入孔（Ｈ２）に挿入して密封状態でフランジ部（Ｆ２１）に固着された金属製部材（Ａ）とからなる一体形状物（Ｓ２１）と
該円筒部（Ｆ２２）先端の雄ねじ部に螺着されている鍔付き雌ねじ部材（Ｓ２２）
とからなる構造物（Ｓ２）が
フランジ部（Ｆ２１）外表面側から容器壁部（Ｗ）に設けられた４以上の非貫通ねじ孔に螺合する固定ボルトにより固定されると共に、前記螺着によりフランジ部（Ｆ２１）と鍔付き雌ねじ部材（Ｓ２２）の鍔部面により容器壁部（Ｗ）が挟着され、
かつ容器壁部（Ｗ）とフランジ部（Ｆ２１）内表面との間に密封構造が形成されているＦＲＰ製クライオスタットであって、
該密封構造が〈１〉容器壁部（Ｗ）とフランジ部（Ｆ２１）内表面との接合面に、内周が前記第２ストレート孔の径よりも大きく、且つ外周が前記複数の非貫通ねじ孔よりも金属製部材（Ａ）の中心線側に位置する輪型形状のプリプレグを挟着後、硬化させて、フランジ部（Ｆ２１）内表面と容器壁部（Ｗ）とが該プリプレグが硬化して形成されたＦＲＰ層（ＡＬ１）を介して接合された密封構造、
又は、〈２〉容器壁部（Ｗ）とフランジ部（Ｆ２１）内表面とが接合する容器壁部（Ｗ）側の面に、内径が前記第２ストレート孔の径よりも大きく、且つ外径が前記複数の非貫通ねじ孔よりも金属製部材（Ａ）の中心線側に位置する、接着剤層（ＡＬ２）形成用の接着剤溜の溝内に接着剤を塗布後、硬化させて、フランジ部（Ｆ２１）内表面と容器壁部（Ｗ）とが該接着剤が硬化して形成された接着剤層（ＡＬ２）を介して接合された密封構造である、ことを特徴とするＦＲＰ製クライオスタット（以下、第２の態様ということがある）。
【００１０】
（３）前記フランジ部材（Ｆ１）と金属製部材（Ａ）間、又はフランジ部（Ｆ２１）と金属製部材（Ａ）間の密封状態の固着が溶接又はロウ付けである、ことを特徴とする前記（１）又は（２）に記載のＦＲＰ製クライオスタット。
（４）前記鍔付き雌ねじ部材（Ｓ２２）の鍔部と接する容器壁部（Ｗ）の面に、該鍔部に対応する形状の凹部を形成して、該凹部に鍔付き雌ねじ部材（Ｓ２２）の鍔部が嵌合されていることを特徴とする、前記（２）又は（３）に記載のＦＲＰ製クライオスタット。
（５）前記容器壁部（Ｗ）とフランジ部材（Ｆ１）内表面との間、又は容器壁部（Ｗ）とフランジ部（Ｆ２１）内表面との間でプリプレグが硬化して形成されたＦＲＰ層（ＡＬ１）の厚みが０．２０〜０．５０ｍｍ、
又は、容器壁部（Ｗ）側に設けられた接着剤層（ＡＬ２）形成用の接着剤溜の溝の深さが０．１〜０．４ｍｍである、ことを特徴とする前記（１）から（４）のいずれかに記載のＦＲＰ製クライオスタット。
（６）前記接着剤層（ＡＬ２）を形成する接着剤がエポキシ樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、シリコーン系接着剤、ポリアミド樹脂系接着剤、及びポリイミド系接着剤の中から選択された１種又は２種以上であることを特徴とする、前記（１）から（５）のいずれかに記載のＦＲＰ製クライオスタット。
（７）前記ＦＲＰ層（ＡＬ１）を形成するプリプレグがガラス繊維をエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、又はウレタン樹脂に含浸させて得られたものである、前記（１）から（６）のいずれかに記載のＦＲＰ製クライオスタット。
（８）前記フランジ部材（Ｆ１）と金属製部材（Ａ）、又はフランジ部材（Ｆ２）と金属製部材（Ａ）がそれぞれステンレス、銅、真鍮、アルミニウム、又はアルミニウム合金から選択された１種又は２種以上から形成されていることを特徴とする、前記（１）から（７）のいずれかに記載のＦＲＰ製クライオスタット。
【発明の効果】
【００１１】
上記第１の態様に記載の「ＦＲＰ製クライオスタット」は、冷却媒体用配管、電流導入端子等の金属製部材（Ａ）と一体形状のフランジ部材（Ｆ１）、又はフランジ部材（Ｆ２）のフランジ部（Ｆ２１）が４以上の非貫通ねじ孔が設けられた容器壁部（Ｗ）に該非貫通ねじ孔に螺合する固定ボルトで固定されているので、該固定に基づく機械的強度（物理的強度）は強固なものであり、かつ固定ボルトが非貫通ねじ孔に螺合して固定されているので、真空リークの問題は改善することが可能である。また、金属製部材（Ａ）は、容器壁部（Ｗ）の貫通部とは直接接触せずに容器壁部（Ｗ）とは前記フランジ部材（Ｆ１）（又はフランジ部（Ｆ２１））に密封状態で固着しているので、従来の容器壁部（Ｗ）に累着固定する構造と比較すると、軸方向の熱収縮分を解放することができ熱応力の影響を大幅に減少することができるので、真空リークを効果的に抑制することが可能になる。
また、ＦＲＰ層（ＡＬ１）及び接着剤層（ＡＬ２）の厚みが非常に薄いので、極低温まで冷却しても熱収縮量が小さくなり、温度変化による熱応力を比較的低く維持できるので、真空リークを抑制することが可能になる。更に、フランジ部材（Ｆ１）（又はフランジ部（Ｆ２１））内表面と容器壁部（Ｗ）との接合面に使用するプリプレグ、または接着剤として、容器壁部（Ｗ）と金属製フランジの双方に接着性を有するものを使用することにより、真空リークを一層抑制することが可能になる。
従って、第１の態様のＦＲＰ製クライオスタットを使用することにより、容器壁部（Ｗ）に金属製部材（Ａ）を従来よりも確実に固着でき、更に各種の応力による真空リークの発生を抑制して、長期間の使用にも耐えることができる。
【００１２】
ＦＲＰ容器壁部を貫通する金属製部材がＦＲＰ容器壁部面の片側だけでボルト固定されていると、該金属製部材に対して過度の振動・衝撃が加わるような使用形態の場合には、固定ボルトのみで固定されている部分に振動・衝動による応力が集中し、その結果、非貫通ねじ部が破損してフランジ部の押さえが効かなくなったり、ＦＲＰ製容器壁部の一部、又はＦＲＰ層もしくは接着剤が剥がれてしまい真空を保持できなくなるおそれがあった。
そこで、上記第２の態様に記載の「ＦＲＰ製クライオスタット」では、容器壁部（Ｗ）をフランジ部（Ｆ２１）と鍔付き雌ねじ部材（Ｓ２２）の鍔部により挟着して両側から固定することにより、熱的衝撃を排除するだけではなく物理的強度にも耐える構造となる。尚、鍔付き雌ねじ部材（Ｓ２２）の鍔部と接するＦＲＰ製容器壁部（Ｗ）にざぐり等により凹部を設けて、該鍔部を嵌合させることにより、容器壁部（Ｗ）の面と平行方向の振動に対する強度を向上することもできる。
【００１３】
また、ＦＲＰ層（ＡＬ１）及び接着剤層（ＡＬ２）の厚みが非常に薄いので、極低温まで冷却しても熱収縮量が小さくなり、温度変化による熱応力を比較的低く維持できるので、真空リークを抑制することが可能になる。更に、フランジ部（Ｆ２１）の内表面と容器壁部（Ｗ）との接合面に使用するプリプレグ、または接着剤として、容器壁部（Ｗ）と金属製のフランジ部（Ｆ２１）の双方に接着性を有するものを使用することにより、真空リークを一層抑制することが可能になる。
従って、第２の態様のＦＲＰ製クライオスタットを使用することにより、容器壁部（Ｗ）に金属製部材（Ａ）を確実に固着でき、更に各種の応力による真空リークの発生を防止できるので、長期間の使用にも耐えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の態様のＦＲＰ製クライオスタットにおいて、フランジ部材（Ｆ１）と容器壁部（Ｗ）との接合面にＦＲＰ層（ＡＬ１）が形成されている例を示す要部断面図である。
【図２】本発明の第１の態様のＦＲＰ製クライオスタットにおいて、フランジ部材（Ｆ１）と容器壁部（Ｗ）との接合面に接着剤層（ＡＬ２）が形成されている例を示す要部断面図である。
【図３】本発明の第２の態様のＦＲＰ製クライオスタットにおいて、フランジ部（Ｆ２１）と容器壁部（Ｗ）とがＦＲＰ層（ＡＬ１）を介して接合されている例を示す要部断面図である。
【図４】本発明の第２の態様のＦＲＰ製クライオスタットにおいて、フランジ部（Ｆ２１）と容器壁部（Ｗ）とがＦＲＰ層（ＡＬ１）を介して接合されている他の例を示す要部断面図である。
【図５】本発明の第２の態様のＦＲＰ製クライオスタットにおいて、フランジ部（Ｆ２１）と容器壁部（Ｗ）とが接着剤層（ＡＬ２）を介して接合されている例を示す要部断面図である。
【図６】本発明の第２の態様のＦＲＰ製クライオスタットにおいて、フランジ部（Ｆ２１）と容器壁部（Ｗ）とが接着剤層（ＡＬ２）を介して接合されている他の例を示す要部断面図である。
【図７】本発明の第２の態様のＦＲＰ製クライオスタットにおいて、フランジ部材（Ｆ２）の円筒部（Ｆ２２）の雄ねじ部に鍔付き雌ねじ部材（Ｓ２２）が螺着される状態を示す要部断面正面図である。
【図８】本明細書の比較例１で使用したＦＲＰ製クライオスタットにおいて、鍔付き雄ねじ部材の円筒部が鍔付き雌ねじ部材に螺着される状態を示す要部断面正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明の〔１〕第１の態様のＦＲＰ製クライオスタット、及び〔２〕第２の態様のＦＲＰ製クライオスタットを説明する。
〔１〕第１の態様のＦＲＰ製クライオスタット
本発明の第１の態様の「ＦＲＰ製クライオスタット」は、
ＦＲＰ製クライオスタットの容器壁部（Ｗ）に、
容器壁部（Ｗ）と１つの相対する面を有するフランジ部材（Ｆ１）と、外形形状が円柱形でフランジ部材（Ｆ１）の軸方向の挿入孔（Ｈ１）に挿入して密封状態で固着され、かつ容器壁部（Ｗ）に形成された径が一定の第１ストレート孔を貫通している金属製部材（Ａ）とからなる一体形状物（Ｓ１）が、
フランジ部材（Ｆ１）外表面側から容器壁部（Ｗ）に設けられた４以上の非貫通ねじ孔に螺合する固定ボルトにより固定され、
かつ容器壁部（Ｗ）とフランジ部材（Ｆ１）内表面との間に密封構造が形成されているＦＲＰ製クライオスタットであって、
該密封構造が〈１〉容器壁部（Ｗ）とフランジ部材（Ｆ１）内表面との接合面に、内周が前記第１ストレート孔の径よりも大きく、且つ外周が前記複数の非貫通ねじ孔よりも金属製部材（Ａ）の中心線側に位置する輪型形状のプリプレグを挟着後、硬化させて、フランジ部材（Ｆ１）内表面と容器壁部（Ｗ）とが該プリプレグが硬化して形成されたＦＲＰ層（ＡＬ１）を介して接合された密封構造、
又は、〈２〉容器壁部（Ｗ）とフランジ部材（Ｆ１）内表面とが接合する容器壁部（Ｗ）側の面に、内径が前記第１ストレート孔の径よりも大きく、且つ外径が前記複数の非貫通ねじ孔よりも金属製部材（Ａ）の中心線側に位置する、接着剤層（ＡＬ２）形成用の接着剤溜の溝内に接着剤を塗布後、硬化させて、フランジ部材（Ｆ１）内表面と容器壁部（Ｗ）とが該接着剤が硬化して形成された接着剤層（ＡＬ２）を介して接合された密封構造である、ことを特徴とする。
【００１６】
以下に図面を用いて本発明の第１の態様を説明するが、該第１の態様は以下の例示に限定されるものではない。
図１は、上記したように、外形形状が円筒形の金属製部材（Ａ）１２がＦＲＰ製クライオスタットの容器壁部（Ｗ）１１に設けられた第１ストレート孔３１に貫通した状態でフランジ部材（Ｆ１）１３に固着されているＦＲＰ製クライオスタットの要部断面図である。金属製部材（Ａ）１２はフランジ部材（Ｆ１）１３に設けられた挿入孔（Ｈ１）２０を貫通して密封状態で固着されているが、該固着手段は溶接又はロウ付部２９が設けられた密封構造になっている。
前記固着により、金属製部材（Ａ）１２と、容器壁部（Ｗ）１１と１つの接合面を有するフランジ部材（Ｆ１）１３とが一体形状物（Ｓ）１９とされ、該一体形状物（Ｓ）はフランジ部材（Ｆ１）外表面側から、４本以上の非貫通ねじ孔１６が設けられた容器壁部（Ｗ）１１に該非貫通ねじ孔１６に螺合する固定ボルト１５で固定されている。更に、フランジ部材（Ｆ１）内表面と容器壁部（Ｗ）との接合面は、両面の間にプリプレグを挟着後、硬化させて、フランジ部材（Ｆ１）内表面と容器壁部（Ｗ）とが該プリプレグが硬化して形成されたＦＲＰ層（ＡＬ１）１４を介して接合された密着構造となっている。
【００１７】
図２は、図１と同様に外形形状が円柱形の金属製部材（Ａ）１２がＦＲＰ製クライオスタットの容器壁部（Ｗ）１１に貫通された状態でフランジ部材（Ｆ１）１３に固着されているＦＲＰ製クライオスタットの要部断面図である。前記フランジ部材（Ｆ１）１３と金属製部材（Ａ）１２間の密封状態の固着の手段は図１に記載したのと同様である。
フランジ部材（Ｆ１）１３が図１と同様に固定ボルト１５で固定されていて、フランジ部材（Ｆ１）１３の内表面と容器壁部（Ｗ）１１との接合面は、容器壁部（Ｗ）の接合する側の面に、内径が前記第１ストレート孔の径よりも大きく、且つ外径が前記複数の非貫通ねじ孔１６よりも金属製部材（Ａ）の中心線側に位置する、接着剤層（ＡＬ２）形成用の接着剤溜の溝１８内に接着剤を塗布後、硬化させて、フランジ部材（Ｆ１）内表面と容器壁部（Ｗ）とが該接着剤が硬化して形成された接着剤層（ＡＬ２）１７を介して接合された密封構造である。
【００１８】
（１）ＦＲＰ製容器について
（１−１）概要
ＦＲＰ製クライオスタットは、一般に、ガラス繊維、カーボン繊維などの補強繊維のクロスあるいはマットに、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂を含浸したプリプレグを硬化させて得られた筒状もしくは板状の成型物である。
ここでプリプレグとは、ガラス繊維、カーボン繊維などの補強繊維のクロスあるいはマットに、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂の液状未硬化物、硬化剤、増粘剤などを含む樹脂組成物を含浸した繊維含量３０〜４０ｖｏｌ％の未硬化状態のマット状物である。通常２０層以上のプリプレグが貼り付けられて、成型物が形成される。
超電導コイル等の超電導部材の冷却にＦＲＰ製クライオスタットを用いる場合には、その容器壁部（Ｗ）に金属製部材（Ａ）を貫通させて密封構造として固定する必要がある。この場合、ＦＲＰ製クライオスタットは、低温の冷却媒体で冷却されるので、冷却と昇温が繰り返し行われる際の熱応力等により、該貫通部は真空断熱層の真空漏れが生じ易い箇所となっていた。
【００１９】
ＦＲＰ製クライオスタットの容器の成形法としては、例えば、ＦＲＰ製クライオスタットの容器壁部の予備成形体を成形する際には、先ず、一端が開口した有底筒状体からなるＦＲＰ製クライオスタットの容器半体の予備成形体を２個成形する。容器壁部（Ｗ）への金属製部材（Ａ）の固定や、容器内部に超電導部材である被冷却物を収納した後、容器半体の予備成形体を接合し、接合部にプリプレグを積層した後、該積層したプリプレグ表面全体を気密性シートで覆う。その後、型枠と気密性シート間に存在するプリプレグ層を真空に脱気してプリプレグ中の気体を極力除去し、プリプレグを気密性シートで包装した状態で加熱してプリプレグを硬化させて容器とする。
尚、固定ボルト螺合用の非貫通ねじ孔、第１ストレート孔、ＦＲＰ層（ＡＬ１）の形成、及び接着剤層（ＡＬ２）形成用の接着剤溜の溝の形成については後述する。  
【００２０】
（１−２）材質等
クライオスタットが超電導コイルが収納される容器等に使用される場合、導電性を有する材料を用いてクライオスタットを成形すると、磁性の変動に伴い、その内部に渦電流等が発生してジュール損による発熱及び磁場に歪を生じるおそれがあるので、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で形成されることが望ましい。又、極低温で使用されるので、３００〜６５Ｋの温度範囲において熱収縮率の少ない繊維強化プラスチックの使用が望ましい。ＦＲＰの熱膨張率は、ＦＲＰ層の厚さ方向が４０（×１０−６／Ｋ）程度で、後述する金属部材よりも大きく、一方、ＦＲＰ層の周方向は１１（×１０−６／Ｋ）程度で、後述するＳＵＳ３０４等の特定の金属部材とほぼ同程度である。
このような繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）として、ガラス繊維強化プラスチック、ボロン繊維強化プラスチック、及びアラミド繊維強化プラスチックから選択された少なくとも１種の繊維強化プラスチックを使用することが好ましく、実用性の点からガラス繊維強化プラスチックが好ましい。尚、炭素繊維強化プラスチックにより内槽を形成することは可能であるが導電性の点から、上記不都合を生ずるおそれがある。
【００２１】
（１−３）非貫通ねじ孔
容器壁部（Ｗ）１１には、フランジ部材（Ｆ１）１３を固定するための固定ボルト１５用の非貫通ねじ孔１６が設けられている。非貫通ねじ孔の数は、ＦＲＰ容器壁部の強度を考慮して、１本あたり無理のない小さなトルクとなるように設計することが必要である。フランジ部材（Ｆ１）を固定するために４以上必要であり、設計上、最適な本数を選定すればよい。また、該ねじ孔部を、ＦＲＰの軸方向の熱膨張率とほぼ同程度の金属を使用して補強してもよい。例えば、ヘリサートなどを使用することができる。尚、フランジ部材（Ｆ１）とＦＲＰ層（ＡＬ１）又は接着剤層（ＡＬ２）を介して接合される該容器壁部（Ｗ）はその表面を平板状にする必要がある。又、該容器壁部（Ｗ）の肉厚が比較的薄い場合には、クライオスタットの容器壁部を成形する際に、必要により該容器壁部（Ｗ）を部分的に厚肉にして機械的強度を向上させることができる。
（１−４）第１ストレート孔
金属製部材（Ａ）１２を貫通させるために容器壁部（Ｗ）１１に設けられる第１ストレート孔３１の内面には、ねじ山が設けられていない、径が一定のストレート孔である。金属製部材（Ａ）の該表面と第１ストレート孔間のクリアランスは、温度変化による熱膨張・収縮を考慮して０．５〜２．０ｍｍ程度が好ましい。
【００２２】
（２）金属製部材（Ａ）について
（２−１）概要
金属製部材（Ａ）１２は、前述の通り、冷却媒体用配管、電流導入端子等の貫通継手部材で、円柱形の外形形状に該容器壁部（Ｗ）１１と１つの接合面を有するフランジ部材（Ｆ１）１３が一体形状で設けられた形状を有している。
（２−２）金属製部材（Ａ）の形状と材質
金属製部材（Ａ）に使用される金属材料は特に制限はないが、適度な機械的強度を有し、且つ熱膨張率がＦＲＰ製容器壁部（Ｗ）の熱膨張率も熱伝導率も同程度な金属を使用することが望ましい。尚、クライオスタットの容器壁部（Ｗ）を構成するＦＲＰの熱膨張率は、前述の通りＦＲＰ層（ＡＬ１）の厚さ方向が４０（×１０−６／Ｋ）程度で、ＦＲＰ層（ＡＬ１）の周方向は１１（×１０−６／Ｋ）程度であり、周方向は後述する特定の金属の熱膨張率と同程度であるので、熱応力によりフランジ部材（Ｆ１）の接合面と容器壁部（Ｗ）接合面の間の剥離、又は容器壁部（Ｗ）にクラック等が発生するのを防止する点からも、熱膨張率の低い金属を金属製部材（Ａ）として使用することが望ましい。また、使用時の冷却過程において、金属製部材（Ａ）とＦＲＰとの温度差を少なくするために、ＦＲＰは熱伝導率が低いので、金属製部材（Ａ）も同様に熱伝導率の低いものを使用することが望ましい。
【００２３】
金属製部材（Ａ）（フランジ部材（Ｆ１）部を除く）に使用する好ましい金属としては、例えば、熱膨張率の低いステンレス鋼（ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ３０４等）、真鍮、銅、黄銅、アルミニウム、アルミニウム合金等が例示できる。尚、上記ステンレス鋼（ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ３０４）は、熱膨張率がそれぞれ１０．４（×１０−６／Ｋ）、１７．３（×１０−６／Ｋ）であり、軟鋼の約１．５倍に相当するが、一方熱伝導率が１５（Ｗ／ｍ・Ｋ）で軟鋼の約３分の１であるという特徴を有する。真鍮は熱膨張率が１６（×１０−６／Ｋ）で低く熱伝導率が２７℃で１０６（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、比較的低い。銅は熱膨張率が１７（×１０−６／Ｋ）で比較的低く、熱伝導率が４０３（Ｗ／ｍ・Ｋ）で相当に高い。アルミニウムは熱膨張率が２３（×１０−６／Ｋ）で比較的高く、熱伝導率が２３６（Ｗ／ｍ・Ｋ）でやや高いが、機械加工の容易性から、熱膨張率と熱伝導率の影響を少なくできるようにフランジ部材（Ｆ１）の形状を工夫することによりアルミニウム、アルミニウム合金も実用上使用可能である。
また、フランジ部材（Ｆ１）は、金属製部材（Ａ）に後述する方法で接合されるので、フランジ部材（Ｆ１）としては金属製部材（Ａ）への接合が容易に行える金属種を選択することが好ましい。従って、金属製部材（Ａ）にステンレス鋼が使用される場合にはフランジ部材（Ｆ１）もステンレス鋼を使用することが望ましい。なお、図１及び図２に示すように、金属製部材（Ａ）１２とフランジ部材（Ｆ１）１３とが、低温での熱膨張率が異なる異種金属の場合であっても、金属製部材（Ａ）と、フランジ部材（Ｆ１）とが挿入孔（Ｈ１）２０の一端面の１箇所でのみ固着されているので、異種金属間における低温での熱膨張率の違いによる固着部への応力の集中を緩和することができる。  
【００２４】
（２−３）フランジ部材（Ｆ１）と固定ボルト
金属製部材（Ａ）１２の外周面とフランジ部材（Ｆ１）１３との接合は、それぞれの独立形状物をろう付け、はんだ付け、溶接等により接合して形成することができるが、削りだし等の金属加工により金属製部材（Ａ）とフランジ部材（Ｆ１）部を一体形状物として形成してもよい。容器壁部（Ｗ）に設けられた非貫通ねじ孔に螺合する固定ボルトは、熱膨張率がＦＲＰの軸方向の熱膨張率と同程度の金属材料が好ましいが、市販のステンレス製のボルトを使用することも可能である。尚、ＦＲＰ容器壁部（Ｗ）に非貫通ねじ孔の代わりに埋込みボルトを配設して、金属製部材（Ａ）のフランジ部材（Ｆ１）の外表面側からナットで締付け固定したものも本発明の技術思想に含まれる。本発明において、金属製部材（Ａ）と一体形状を有するフランジ部材（Ｆ１）と、容器壁部（Ｗ）とは、ＦＲＰ層（ＡＬ１）又は接着剤層（ＡＬ２）を介した１つの接合面でのみで接合しているので、従来の容器壁部（Ｗ）に累着固定する構造と比較すると、金属製部材（Ａ）の軸方向の熱収縮分を解放することができ熱応力の影響による剥離、クラック等の発生を著しく軽減することができる。
また、後述するように、ＦＲＰ層（ＡＬ１）及び接着剤層（ＡＬ２）のいずれも厚みが０．５ｍｍ以下と非常に薄いことからも、温度変化による厚み方向の熱膨張・収縮による熱応力を著しく軽減することが可能になる。
【００２５】
（３）ＦＲＰ層（ＡＬ１）について
ＦＲＰ層（ＡＬ１）１４は、フランジ部材（Ｆ１）１３内表面と容器壁部（Ｗ）１１との接合面に、プリプレグを挟着後、硬化させて形成される層であり、フランジ部材（Ｆ１）１３と金属製部材（Ａ）１２とが固着された一体形状物（Ｓ１）１９と容器壁部（Ｗ）との接合面で密封構造を形成する。
（３−１）材質等
ＦＲＰ層（ＡＬ１）形成用のプリプレグは、容器壁部（Ｗ）とフランジ部材（Ｆ１）の双方に接着性を有するものを使用することが望ましい。
ＦＲＰ層（ＡＬ１）を形成するプリプレグは、ガラス繊維をエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、又はウレタン樹脂に含浸させて得られたものであることが好ましい。このような樹脂は、容器壁部（Ｗ）を形成するＦＲＰ及びフランジ部材（Ｆ１）内表面との接着性が良好であるので、密封構造を形成するのに好ましい。
ＦＲＰはガラス繊維のシートを幾重にも重ねたものであるので、前述した通りＦＲＰの熱収縮率（熱膨張率）はＦＲＰ厚さ方向と繊維方向（周方向）とでは大きく異なる。ここでＦＲＰとステンレスの熱収縮度を比較すると、ＦＲＰ厚み方向では、ガラス繊維よりもそれに含有する接着剤の影響で大きいため、ステンレスとの熱収縮率の値の差は大きい。しかし、ＦＲＰ繊維方向ではガラス繊維が張り巡らされているためステンレスとほとんど同じ熱収縮度を示す。
【００２６】
従来の金属製部材自体にねじ形状を設けてＦＲＰ製容器壁部に直接固着された構造であると、ＦＲＰ製容器と金属製部材の位置が容器壁貫通部（ねじ部）で完全に固定されるため、熱サイクルや熱収縮率の違いから生じる応力がねじ部又はその近傍の接着面に過大に生じて、接着面の剥離やねじ部に機械的応力が働いて割れの発生等により、真空リークを生じるリスクが低くはなかった。しかし、本発明のように金属製部材（Ａ）の容器壁貫通部、すなわち熱収縮率の差が比較的大きい厚み方向において金属製部材（Ａ）と容器壁部（Ｗ）とは直接接触しない構造にすることで、金属製部材（Ａ）の軸方向（ＦＲＰ層（ＡＬ１）の厚み方向）の接合面に生ずる応力は極めて少なくなる。また、フランジ部材（Ｆ１）を形成するステンレス、ＦＲＰ層（ＡＬ１）の繊維方向、及び容器壁部（Ｗ）の繊維方向の熱収縮率はほぼ同じであることから、これらのＦＲＰがステンレスと接していてもフランジ部材（Ｆ１）円周方向には応力は極めて少ない。よって、常温から液体窒素温度などの温度領域に貫通部が曝されたとしても内部に生じる応力の発生が極めて少ない構造となるため、真空リークが生じにくい構造となる。
【００２７】
（３−２）ＦＲＰ層（ＡＬ１）の形状
ＦＲＰ層（ＡＬ１）を形成するプリプレグの外形形状は、輪型形状が好ましく、その内周が容器壁部（Ｗ）に形成された前記第１ストレート孔の径よりも大きく、且つ外周が前記複数の非貫通ねじ孔よりも金属製部材（Ａ）の中心線側に位置するようになる形状である。
フランジ部材（Ｆ１）内表面と容器壁部（Ｗ）との間で前記プリプレグが硬化して形成されたＦＲＰ層（ＡＬ１）の厚みは、０．２０〜０．５０ｍｍが好ましい。ＦＲＰ層（ＡＬ１）の厚みを０．２０〜０．５０ｍｍとすることにより、温度変化により生ずる熱膨張の絶対値を少なく維持できるので真空リークを効果的に防止することが可能になる。尚、ＦＲＰ層（ＡＬ１）の厚みが薄すぎる場合には接着効果が薄れ、リークを引き起こす可能性がある。
一方、ＦＲＰ層（ＡＬ１）の厚みが厚すぎる場合にはプリプレグ加熱硬化の過程で収縮が起きてプリプレグの厚みが減少し、その結果、固定ボルトによるフランジ部材（Ｆ１）締め付け効果が薄れてしまい、充分に圧着されないまま硬化してしまうおそれがある。
【００２８】
（３−３）接合面におけるＦＲＰ層（ＡＬ１）の形成
ＦＲＰ層（ＡＬ１）を形成するプリプレグを内周が前記第１ストレート孔の径よりも大きく、且つ外周が複数の前記非貫通ねじ孔よりも金属製部材（Ａ）の中心線側に位置するような輪型形状に切り取り、フランジ部材（Ｆ１）内表面と容器壁部（Ｗ）間に装着する。
前記プリプレグの装着後、フランジ部材（Ｆ１）外表面側から固定ボルトを容器壁部（Ｗ）に設けられた非貫通ねじ孔に螺着してフランジ部材（Ｆ１）と金属製部材（Ａ）とが固着された一体形状物（Ｓ１）を容器壁部（Ｗ）に固定してプリプレグが挟着された状態で、加熱下に該プリプレグを硬化させてＦＲＰ層（ＡＬ１）を形成することが望ましい。この場合、硬化前に真空脱気操作により、容器壁部（Ｗ）とフランジ部材（Ｆ１）間に存在する気泡を除去することが望ましい。真空脱気操作を行う場合には、固定ボルトを仮締めした状態で真空脱気を行い、その後に本締めを行うことが望ましい。
【００２９】
（４）接着剤層（ＡＬ２）について
接着剤層（ＡＬ２）１７は、容器壁部（Ｗ）１１とフランジ部材（Ｆ１）１３とが接合する容器壁部（Ｗ）側の面に、接着剤層（ＡＬ２）形成用の接着剤溜の溝１８を設け、該溝内に接着剤を塗布後、硬化させて形成される層であり、フランジ部材（Ｆ１）１３と金属製部材（Ａ）１２とが固着された一体形状物（Ｓ１）１９と容器壁部（Ｗ）との接合面で密封構造を形成する。
（４−１）材質
接着剤層（ＡＬ２）形成用の接着剤は、容器壁部（Ｗ）とフランジ部材（Ｆ１）の双方に接着性を有するものを使用することが好ましい。前記接着剤層（ＡＬ２）を形成する接着剤は、エポキシ樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤、シリコーン系接着剤、ポリアミド樹脂系接着剤、及びポリイミド系接着剤の中から選択された１種又は２種以上が好ましい。尚、水分を含有する水系の接着剤は水分が残存するために好ましくなく、反応系接着剤の中でもシアノアクリレート系接着剤は低温領域の熱応力（熱衝撃）には弱いために好ましくない。
（４−２）接着剤溜の溝の形状
前記接着剤溜の溝１８は、内径が前記第１ストレート孔３１の径よりも大きく、且つ外径が前記複数の非貫通ねじ孔１６よりも金属製部材（Ａ）１２の中心線側に位置するように、容器壁部（Ｗ）１１の接合面に設けられる。また、該接着剤溜の溝の深さは、０．１〜０．４ｍｍが好ましく、０．１〜０．３ｍｍがより好ましい。接着剤溜の溝が前記範囲よりも浅いと、接着剤が接着剤溜の溝から流れ出易くなることや接着力が低下して、リークが発生するおそれがある。一方、接着剤溜の溝が前記範囲よりも深すぎると接着後冷却した際に温度変化に伴う熱収縮が金属より大きいため厚み方向の収縮厚みの絶対値が大きくなるため、接着剤層に割れが発生するおそれがある。
【００３０】
（４−３）接合面における接着剤層（ＡＬ２）の形成
接着剤層（ＡＬ２）を形成する接着剤を接着剤溜の溝に、容器壁部（Ｗ）の接合面（該溝部を除く）と面一になるように塗布し、その上にフランジ部材（Ｆ１）を重ねて固定ボルトを容器壁部（Ｗ）に設けられた非貫通ねじ孔に螺着して、フランジ部材（Ｆ１）と金属製部材（Ａ）とが固着された一体形状物（Ｓ１）を容器壁部（Ｗ）に固定された状態で該接着剤を硬化させて接着剤層（ＡＬ２）を形成する。尚、予めフランジ部材（Ｆ１）内表面に接着剤層（ＡＬ２）を形成する接着剤を塗布しておくことにより、接合部の接合強度や気密性をより一層確保することができる。
【００３１】
〔２〕第２の態様のＦＲＰ製クライオスタット
本発明の第２の態様の「ＦＲＰ製クライオスタット」は、
ＦＲＰ製クライオスタットの容器壁部（Ｗ）に、
容器壁部（Ｗ）と１つの相対する面を有するフランジ部（Ｆ２１）、及び該フランジ部の軸方向に金属製部材（Ａ）の挿入孔（Ｈ２）を有しかつ容器壁部（Ｗ）に形成された径が一定の第２ストレート孔を貫通して該ストレート孔から突出した円筒部先端に雄ねじ部が設けられた円筒部（Ｆ２２）から形成されるフランジ部材（Ｆ２）と、外形形状が円柱形で挿入孔（Ｈ２）に挿入して密封状態でフランジ部（Ｆ２１）に固着された金属製部材（Ａ）とからなる一体形状物（Ｓ２１）と
該円筒部（Ｆ２２）先端の雄ねじ部に螺着されている鍔付き雌ねじ部材（Ｓ２２）
とからなる構造物（Ｓ２）が
フランジ部（Ｆ２１）外表面側から容器壁部（Ｗ）に設けられた４以上の非貫通ねじ孔に螺合する固定ボルトにより固定されると共に、
前記螺着によりフランジ部（Ｆ２１）と鍔付き雌ねじ部材（Ｓ２２）の鍔部面により容器壁部（Ｗ）が挟着され、
かつ容器壁部（Ｗ）とフランジ部（Ｆ２１）内表面との間に密封構造が形成されているＦＲＰ製クライオスタットであって、
該密封構造が〈１〉容器壁部（Ｗ）とフランジ部（Ｆ２１）内表面との接合面に、内周が前記第２ストレート孔の径よりも大きく、且つ外周が前記複数の非貫通ねじ孔よりも金属製部材（Ａ）の中心線側に位置する輪型形状のプリプレグを挟着後、硬化させて、フランジ部（Ｆ２１）内表面と容器壁部（Ｗ）とが該プリプレグが硬化して形成されたＦＲＰ層（ＡＬ１）を介して接合された密封構造、
又は、〈２〉容器壁部（Ｗ）とフランジ部（Ｆ２１）内表面とが接合する容器壁部（Ｗ）側の面に、内径が前記第２ストレート孔の径よりも大きく、且つ外径が前記複数の非貫通ねじ孔よりも金属製部材（Ａ）の中心線側に位置する、接着剤層（ＡＬ２）形成用の接着剤溜の溝内に接着剤を塗布後、硬化させて、フランジ部（Ｆ２１）内表面と容器壁部（Ｗ）とが接着剤層（ＡＬ２）を介して接合された密封構造である、ことを特徴とする。
【００３２】
以下に図面を用いて本発明の第２の態様を説明するが、該第２の態様は以下の例示に限定されるものではない。
図３は、上記したように、外形形状が円柱形の金属製部材（Ａ）１２がＦＲＰ製クライオスタットの容器壁部（Ｗ）１１に設けられた径が一定の第２ストレート孔３２を貫通しているフランジ部材（Ｆ２）２２のフランジ部（Ｆ２１）２３に設けられた挿入孔（Ｈ２）３０を貫通して密封状態で固着されているが、該固着手段は溶接又はロウ付部２９が設けられた密封構造になっている。
フランジ部（Ｆ２１）２３は該フランジ部外表面側から容器壁部（Ｗ）１１に設けられた４以上の非貫通ねじ孔１６に螺合する固定ボルト１５により固定されていて、
第２ストレート孔３２から突出した、フランジ部材（Ｆ２）２２の円筒部（Ｆ２２）２４先端に設けられた雄ねじ部に鍔付雌ねじ部材（Ｓ２２）２５のねじ部が螺着されていて、
鍔付雌ねじ部材（Ｓ２２）２５は、鍔付雌ねじ部材（Ｓ２２）の鍔部２６と、鍔付雌ねじ部材（Ｓ２２）の頭部２７から形成されていて、
フランジ部（Ｆ２１）２３内表面と容器壁部（Ｗ）１１との接合面は、両面の間にプリプレグを挟着後、該プリプレグが硬化して形成されたＦＲＰ層（ＡＬ１）１４を介して接合された密着構造となっている、ＦＲＰ製クライオスタットの要部断面図である。
【００３３】
図４は、図３と同様に外形形状が円柱形の金属製部材（Ａ）１２がＦＲＰ製クライオスタットの容器壁部（Ｗ）１１を貫通した状態のフランジ部（Ｆ２１）２３に密封状態で固着されているＦＲＰ製クライオスタットの要部断面図であり、鍔付雌ねじ部材（Ｓ２２）２５の鍔部２６が容器壁部（Ｗ）１１に設けられた凹部２８に嵌合している構造である、ＦＲＰ製クライオスタットの要部断面図である。
【００３４】
図５は、図３における、フランジ部（Ｆ２１）２３内表面と容器壁部（Ｗ）１１との接合面にＦＲＰ層（ＡＬ１）１４を介して接合された密着構造の代わりに、接着剤溜の溝１８内に接着剤を塗布後、硬化させて、フランジ部（Ｆ２１）内表面と容器壁部（Ｗ）とが接着剤層（ＡＬ２）１７を介して接合された密封構造である、ＦＲＰ製クライオスタットの要部断面図である。
図６は、図５における鍔付雌ねじ部材（Ｓ２２）２５の鍔部が容器壁部（Ｗ）１１に設けられた凹部２８に嵌合されている構造である、ＦＲＰ製クライオスタットの要部断面図である。
図７は、前記図３における、フランジ部材（Ｆ２）２２の円筒部（Ｆ２２）２４の雄ねじ部に鍔付き雌ねじ部材（Ｓ２２）２５が螺着される状態を示す、ＦＲＰ製クライオスタット要部断面正面図である。尚、図３〜図７に示すように、金属製部材（Ａ）１２とフランジ部（Ｆ２１）２３とが、低温での熱膨張率が異なる異種金属の場合であっても、金属製部材（Ａ）とフランジ部（Ｆ２１）とが挿入孔（Ｈ２）３０の一端面の１箇所でのみ固着されているので、異種金属間における低温での熱膨張率の違いによる固着部への応力の集中を緩和することができる。
【００３５】
（１）ＦＲＰ製容器について
ＦＲＰ製容器についての概要、材質、非貫通ねじ孔等は、第１の態様に記載したのと同様である。
尚、フランジ部材（Ｆ２）２２の円筒部（Ｆ２２）２４を貫通させるために容器壁部（Ｗ）１１に設けられる第２ストレート孔３２の内面側には、ねじ山が設けられていない、径が一定のストレート孔である。フランジ部材（Ｆ２）の円筒部（Ｆ２２）の該表面と第２ストレート孔間のクリアランスは、温度変化による熱膨張・収縮を考慮して０．５〜２．０ｍｍ程度が好ましい。
（２）金属製部材（Ａ）について
金属製部材（Ａ）１２については、第１の態様に記載したのと同様である。
（３）フランジ部材（Ｆ２）
フランジ部材（Ｆ２）２２は、金属製であり、容器壁部（Ｗ）１１と１つの相対する面を有するフランジ部（Ｆ２１）２３と、及び該フランジ部の軸方向に金属製部材（Ａ）の挿入孔（Ｈ２）３０を有しかつ容器壁部（Ｗ）１１に形成された径が一定の第２ストレート孔３２を貫通して該ストレート孔から突出した先端に雄ねじ部が設けられた円筒部（Ｆ２２）２４とから形成される。
円筒部（Ｆ２２）は、容器壁部（Ｗ）の壁厚よりも十分に長く形成されていて、その先端には雄ねじ部が設けられている。フランジ部材（Ｆ２）の材質は、第１の態様においてフランジ部材（Ｆ１）で使用する金属と同様である。
【００３６】
（４）鍔付雌ねじ部材（Ｓ２２）
鍔付き雌ねじ部材（Ｓ２２）２５は、図３〜７に示すように前記円筒部（Ｆ２２）２４の雄ねじ部に螺合する、容器壁部（Ｗ）１１を挟着する鍔部２６と頭部２７から形成される。尚、頭部２７の周面には螺着用工具の係合面を設けることが好ましい。鍔付雌ねじ部材（Ｓ２２）の材質は、第１の態様においてフランジ部材（Ｆ１）で使用する金属と同様である。
（５）ＦＲＰ層（ＡＬ１）
ＦＲＰ層（ＡＬ１）１４は、フランジ部（Ｆ２１）２３内表面と容器壁部（Ｗ）１１との接合面にプリプレグを挟着後、硬化させて形成される層であり、フランジ部材（Ｆ２）２２と金属製部材（Ａ）１２とが固着された一体形状物（Ｓ２１）２１と容器壁部（Ｗ）との接合面で密封構造を形成する。
第２の態様における、ＦＲＰ層（ＡＬ１）の材質は、第１の態様に記載したのと同様である。
ＦＲＰ層（ＡＬ１）１４形成用のプリプレグの形状は、内周が前記第２ストレート孔３２の径よりも大きく、且つ外周が複数の前記非貫通ねじ孔１６よりも金属製部材（Ａ）の中心線側に位置するような輪型形状のプリプレグである。尚、第２の態様における、接合面におけるＦＲＰ層（ＡＬ１）の形成は、前記プリプレグの挟着後、フランジ部（Ｆ２１）２３外表面側から固定ボルト１５を容器壁部（Ｗ）１１に設けられた非貫通ねじ孔１６に螺着して、フランジ部（Ｆ２１）が容器壁部（Ｗ）に固定した状態で、加熱下に該プリプレグを硬化させてＦＲＰ層（ＡＬ１）を形成することが好ましい。
尚、前記固定ボルトを非貫通ねじ孔に螺着する際の締め付けトルクと、円筒部（Ｆ２２）に鍔付雌ねじ部材（Ｓ２２）を螺着する際の締め付けトルクはほぼ同じ程度にすることが好ましい。
その後、円筒部（Ｆ２２）２４の雄ねじ部に鍔付雌ねじ部材（Ｓ２２）２５を螺着して、フランジ部（Ｆ２１）と鍔付雌ねじ部材（Ｓ２２）の鍔部とで容器壁部（Ｗ）を挟着する。
【００３７】
（６）接着剤層（ＡＬ２）
接着剤層（ＡＬ２）１７は、容器壁部（Ｗ）１１とフランジ部（Ｆ２１）２３とが接合する容器壁部（Ｗ）側の面に、接着剤層（ＡＬ２）形成用の接着剤溜の溝１８を設け、該溝内に接着剤を塗布後、硬化させて形成される層であり、フランジ部材（Ｆ２）２２と金属製部材（Ａ）１２とが固着された一体形状物（Ｓ２１）２１と容器壁部（Ｗ）との接合面で密封構造を形成する。
第２の態様における、接着剤層（ＡＬ２）の材質は、第１の態様に記載したのと同様である。
接着剤層（ＡＬ２）１７形成用の接着剤溜の溝１８の形状は、内径が前記第２ストレート孔３２の径よりも大きく、且つ外径が前記複数の非貫通ねじ孔１６よりも金属製部材（Ａ）の中心線側に位置するように容器壁部（Ｗ）１１の接合面に設けられる。また、該接着剤溜の溝の深さは、第１の態様に記載した深さと同様である。第２の態様における、接合面における接着剤層（ＡＬ２）の形成は、以下の通りに行うことが好ましい。
接着剤層（ＡＬ２）を形成する接着剤を接着剤溜の溝に、容器壁部（Ｗ）の接合面（該溝部を除く）と面一になるように塗布し、その上にフランジ部（Ｆ２１）を重ねる。その後、フランジ部（Ｆ２１）の表面側から固定ボルトを容器壁部（Ｗ）に設けられた非貫通ねじ孔に螺着して、フランジ部（Ｆ２１）が容器壁部（Ｗ）に固定した状態で、塗布した接着剤を硬化して接着剤層（ＡＬ２）を形成する。かかる操作により、金属製部材（Ａ）は、フランジ部材（Ｆ２）を介して容器壁部（Ｗ）に固定される。尚、予めフランジ部（Ｆ２１）内表面に接着剤層（ＡＬ２）を形成する接着剤を塗布しておくことにより、接合部の接合強度や気密性をより一層確保することができる。次に、フランジ部材（Ｆ２）の円筒部（Ｆ２２）のねじ部に、鍔付雌ねじ部材（Ｓ２２）のねじ部を螺着することによりフランジ部（Ｆ２１）の内表面と鍔付き雌ねじ部材（Ｓ２２）の鍔部面により容器壁部（Ｗ）に挟着する。
【実施例】
【００３８】
以下に実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
１．装置
（１）クライオスタット
一端が開口した有底筒状体からなる容器半体形状のガラス繊維強化プラスチック製クライオスタットを本実施例１の評価用に使用した。該容器の壁部に図１に示す、フランジ部材に固着された金属製部材を貫通状態で固定した。容器壁部においてフランジ部材を貫通させたストレート孔径は５４ｍｍφであり、容器壁部の厚みは１６ｍｍである。また、フランジ部材のフランジ部を固定するために容器壁部に設けられた非貫通ねじ孔は、Ｍ６深さ８である。
（２）金属製部材とフランジ部材
金属製部材は、材質がＳＵＳ３０４製で、外径５２ｍｍφである。
フランジ部材は、材質がＳＵＳ３０４で、フランジ部厚み１０ｍｍ、外径１１６ｍｍφ、金属製部材挿入孔の内径（溶接部近傍を除く）は５４ｍｍである。固定ボルトは材質ＳＵＳ３０４で、サイズＭ６長さ１５、本数は１２本である。フランジ部材と金属製部材間の密封状態の固着は溶接である。
【００３９】
（３）密封構造の形成
図１に示すように、容器壁部とフランジ部材内表面との接合面にＦＲＰ層を形成して密封構造とした。ＦＲＰ層は、材質がガラス繊維強化エポキシ樹脂で、その形状が内径５８ｍｍφ、外径８８ｍｍφのリング状で、厚さ０．２ｍｍのプリプレグ２枚を接合面に挟み込み、固定ボルトでフランジ部材を容器壁部に固定した後に、該プリプレグを加熱して硬化させて形成した。
２．評価方法
評価条件として、温度が＋２５℃と−１９６℃間のサーマルサイクルを３０回行った。尚、＋２５℃は電気炉内に１時間、−１９６℃は液体窒素中に約１０分浸漬することにより行った。
上記サーマルサイクルを３０回行った後に、金属製部材が貫通して固定されている容器壁部の内側貫通部周りを塩化ビニールシートで密閉状態に覆い、該シートで覆った中にヘリウムガスを注入し、ヘリウムリークディテクターにてクライオスタットの容器壁部の外側（フランジ部材側）からシール性を確認した。
３．評価結果
上記ヘリウムリークディテクターにてシール性を確認したところ、ヘリウムガスのリークは確認されなかった。
【００４０】
［実施例２］
１．装置
一端が開口した有底筒状体からなる容器半体形状のガラス繊維強化プラスチック製クライオスタットを本実施例２の評価用に使用した。該容器の壁部に図２に示す、フランジ部材に固着された金属製部材を貫通状態で固定した。
実施例２において、容器壁部とフランジ部材内表面との接合面の密封構造の形成をＦＲＰ層から接着剤層に代えた以外は実施例１と同様にして、評価を行った。
容器壁部とフランジ部材内表面間での接着剤層の形成は以下に記載する方法により形成した。
図２に示すように、容器壁部とフランジ部材内表面との接合面の容器壁部側に内径５８ｍｍφ、外径８８ｍｍφのリング状で、深さ０．２ｍｍの接着剤層形成用の接着剤溜の溝を形成した。該溝内に接着剤を塗布後、固定ボルトでフランジ部材を容器壁部に固定した後に、該接着剤を硬化させて密封構造を形成した。
２．評価方法
実施例１に記載したと同様に、サーマルサイクルを３０回行った後にヘリウムリークディテクターにてシール性を確認した。
３．評価結果
上記ヘリウムリークディテクターにてシール性を確認したところ、ヘリウムガスのリークは確認されなかった。
【００４１】
［実施例３］
１．装置
（１）クライオスタット
一端が開口した有底筒状体からなる容器半体形状のガラス繊維強化プラスチック製クライオスタットを本実施例３の評価用に使用した。該容器の壁部に図３に示す、フランジ部に固着された金属製部材を貫通状態で固定した。容器壁部においてフランジ部を貫通させたストレート孔径は５７ｍｍφであり、容器壁部の厚みは１６ｍｍである。また、フランジ部材のフランジ部を固定するために容器壁部に設けられた非貫通ねじ孔は、Ｍ６深さ８である。
（２）金属製部材とフランジ部材
金属製部材は、材質がＳＵＳ３０４で、外径が４７ｍｍφである。
フランジ部材は、材質がＳＵＳ３０４で、フランジ部厚み１０ｍｍ、外径１１６ｍｍφ、
金属製部材挿入孔の内径（溶接部近傍を除く）４９ｍｍである。
円筒部のサイズは外径５５ｍｍφ（Ｍ５５）、長さ３０ｍｍである。
固定ボルトは、材質ＳＵＳ３０４、サイズＭ６長さ１５、本数１２本である。
フランジ部材と金属製部材間の密封状態の固着は溶接である。
【００４２】
（３）鍔付雌ねじ部材
鍔付雌ねじ部材は、材質がＳＵＳ３０４で、形状は図３の符号２５で示す、雌ねじサイズＭ５５の部材である。
（４）密封構造の形成
図３に示すように、容器壁部とフランジ部材内表面との接合面にＦＲＰ層を形成して密封構造とした。ＦＲＰ層は、材質がガラス繊維強化エポキシ樹脂で、その形状が内径６１ｍｍφ、外径８８ｍｍφのリング状で、厚さ０．２ｍｍのプリプレグ２枚を接合面に挟み込み、固定ボルトでフランジ部材を容器壁部に固定した後に、該プリプレグを加熱して硬化させて形成した。
２．評価法
実施例１に記載したと同様に、サーマルサイクルを３０回行った後にヘリウムリークディテクターにてシール性を確認した。
３．評価結果
上記ヘリウムリークディテクターにてシール性を確認したところ、ヘリウムガスのリークは確認されなかった。
【００４３】
［実施例４］
１．装置
一端が開口した有底筒状体からなる容器半体形状のガラス繊維強化プラスチック製クライオスタットを本実施例４の評価用に使用した。該容器の壁部に図５に示す、フランジ部材に固着された金属製部材を貫通状態で固定した。
実施例４において、容器壁部とフランジ部材内表面との接合面の密封構造の形成をＦＲＰ層から接着剤層に代えた以外は実施例３と同様にして、評価を行った。
容器壁部とフランジ部材内表面との密封構造は以下に記載する方法により形成した。
図５に示すように、容器壁部とフランジ部材内表面との接合面の容器壁部側に内径６１ｍｍφ、外径８８ｍｍφのリング状で、深さ０．２ｍｍの接着剤層形成用の接着剤溜の溝を形成した。該溝内に接着剤を塗布後、固定ボルトでフランジ部材を容器壁部に固定した後に、該接着剤を硬化させて接着剤層を形成し、密封構造とした。
２．評価方法
実施例１に記載したと同様に、サーマルサイクルを３０回行った後にヘリウムリークディテクターにてシール性を確認した。
３．評価結果
上記ヘリウムリークディテクターにてシール性を確認したところ、ヘリウムガスのリークは確認されなかった。
【００４４】
［比較例１］
１．装置
一端が開口した有底筒状体からなる容器半体形状のガラス繊維強化プラスチック製クライオスタットを本比較例１の評価用に使用した。該容器の壁部（厚み：２０ｍｍ）に図８に示すように、金属製部材１２が鍔付き雄ねじ部材４１の頭部で溶接部２９で密封状態で固着されて一体形状物２１を形成し、鍔付き雄ねじ部材４１の円筒部４２はその外面に雄ねじが形成されていて容器壁部１１に形成された雌ねじ（雌ねじ部のサイズ：Ｍ５５ｍｍ）４４に螺着され、かつ雄ねじ部材４１の円筒部４２は容器壁部１１を貫通してその先端部分に設けられた雄ねじ部は鍔付き雌ねじ部材２５の雌ねじで螺着されて、鍔付き雄ねじ部材の鍔部４３と鍔付き雌ねじ部材の鍔部２６とで容器壁部１１を挟着することで鍔付き雄ねじ部材４１は容器壁部１１に固定された構造となっている。鍔付き雌ねじ部材２５は鍔部２６と頭部２７から形成されている。
また、鍔付き雄ねじ部材の鍔部４３は容器壁部１１に設けられた凹部（外径：７０ｍｍφ、深さ２ｍｍ）に嵌合されている。
尚、鍔付き雄ねじ部材の円筒部の雄ねじを容器壁部に形成された雌ねじに螺着する際に該螺着面に接着剤を塗布して、該螺着後に接着剤を硬化させて密封構造を形成している。
金属製部材はＳＵＳ３０４製で、外径が４７ｍｍφである。
鍔付き雄ねじ部材は、材質ＳＵＳ３０４製で、鍔部の厚み２ｍｍで外径７０ｍｍφ、円筒部の金属製部材挿入孔の内径（溶接部近傍を除く）は４９ｍｍφ、容器壁部との接合部（接着部）は内径５５ｍｍφ、外径７０ｍｍφである。
鍔付雌ねじ部材は、ＳＵＳ３０４製で、形状が図８に示す外径７５ｍｍφの鍔部と、Ｍ５５の雌ねじを有している。
接着剤部の形成：容器壁部に設けられた凹部、及び容器壁部に設けられた雌ねじ部、鍔付き雄ねじ部材の前記接合部（内径５５ｍｍφ、外径７０ｍｍφ）及び雄ねじ部にスタイキャスト接着剤を塗布してネジ込み接着した。
【００４５】
２．評価法
実施例１に記載したと同様に、サーマルサイクルを３０回行った後にヘリウムリークディテクターにてシール性を確認した。
３．評価結果
上記ヘリウムリークディテクターにてシール性を確認したところ、ヘリウムガスのリークが確認された。
【符号の説明】
【００４６】
１１  容器壁部（Ｗ）
１２  金属製部材（Ａ）
１３  フランジ部材（Ｆ１）
１４  ＦＲＰ層（ＡＬ１）
１５  固定ボルト
１６  非貫通ねじ孔
１７  接着剤層（ＡＬ２）
１８  接着剤溜の溝
１９  一体形状物（Ｓ１）
２０  挿入孔（Ｈ１）
２１  一体形状物（Ｓ２１）
２２  フランジ部材（Ｆ２）
２３  フランジ部（Ｆ２１）
２４  円筒部（Ｆ２２）
２５  鍔付雌ねじ部材（Ｓ２２）
２６  鍔付雌ねじ部材（Ｓ２２）の鍔部
２７  鍔付雌ねじ部材（Ｓ２２）の頭部
２８  凹部
２９  溶接、又はロウ付け部
３０  挿入孔（Ｈ２）
３１  容器壁部（Ｗ）の第１ストレート孔
３２  容器壁部（Ｗ）の第２ストレート孔
４１  鍔付き雄ねじ部材
４２  鍔付き雄ねじ部材の円筒部
４３  鍔付き雄ねじ部材の鍔部
４４  容器壁部に形成された雌ねじ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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