(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に導電材料で作成された蓄冷材を充填され且つ導電材料で作成された蓄冷器管と，内部に空洞を有するパルス管とを略平行に配列し、前記蓄冷器管の一端側および前記パルス管の一端側にフランジを取り付け、前記蓄冷器管の他端側と前記パルス管の他端側との間を連結ブロックにより連結し、前記蓄冷器管および前記パルス管内に冷媒ガスをパルス的に出し入れして前記連結ブロックを冷却するタイプのパルス管式冷凍器であって、
前記蓄冷器管の内周に、前記蓄冷材を取り囲むように絶縁筒を設け、前記蓄冷器管と前記蓄冷材とを含む電流ループが形成されることを抑制したことを特徴とするパルス管式冷凍器。
【請求項２】
内部に蓄冷材を充填され且つ導電材料で作成された蓄冷器管と，内部に空洞を有し且つ導電材料で作成されたパルス管とを略平行に配列し、前記蓄冷器管の一端側および前記パルス管の一端側にフランジを取り付け、前記蓄冷器管の他端側と前記パルス管の他端側との間を導電材料で作製された連結管により連結し、前記蓄冷器管および前記パルス管内に冷媒ガスをパルス的に出し入れして前記連結管の一部または全部を覆う低温発生部を冷却するタイプのパルス管式冷凍器であって、
前記連結管の中間に、当該連結管を伝わる電流を遮断する絶縁部材を介設し、前記蓄冷器管と前記パルス管とを含む電流ループが形成されることを抑制したことを特徴とするパルス管式冷凍器。
【請求項３】
蓄冷器管として機能させるための金属管と、その金属管の内周に同軸状に設けられたパルス管と、前記金属管を外壁とし前記パルス管を内壁とする筒状空間に充填され且つ導電材料で作成された蓄冷材と、前記金属管の内周に前記蓄冷材を取り囲むように設けられ前記金属管と前記蓄冷材とを含む電流ループが形成されることを抑制する絶縁筒と、前記金属管の一端側および前記パルス管の一端側に取り付けられたフランジと、前記金属管の他端側と前記パルス管の他端側とを連結する連結ブロックとを具備し、前記筒状空間および前記パルス管内に冷媒ガスをパルス的に出し入れして前記連結ブロックを冷却することを特徴とするパルス管式冷凍器。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のパルス管式冷凍器において、前記蓄冷器管と前記パルス管のうちの一方または両方の少なくとも一端側に、絶縁材料で作製され且つ前記冷媒ガスの通過孔が穿設されたスペーサを設け、前記蓄冷器管や前記パルス管を含む電流ループが形成されることを抑制したことを特徴とするパルス管式冷凍器。
【請求項５】
外界から磁気的に遮蔽された磁気遮蔽空間を内部に有する磁気遮蔽装置と，前記磁気遮蔽空間に設置され且つ容器状の外壁および内壁を有し当該内壁で囲まれた断熱空間内に磁気検出素子を冷却する冷却剤を保持し得る断熱装置と，前記外壁と前記内壁の間の層内に介設された少なくとも１枚の熱遮蔽板とを備えた磁気遮蔽型冷凍システムであって、
前記内部空間にパルス管式冷凍器を設置し、前記熱遮蔽板に前記パルス管式冷凍器の低温発生部を熱的に結合させて前記熱遮蔽板を冷却すると共に、前記パルス管式冷凍器に冷媒ガスを送り出すための圧縮機と，前記パルス管式冷凍器と前記圧縮機の間で冷媒ガスをパルス的に往復させるように弁を切り換える切り換え弁とを前記磁気遮蔽装置の外部に設置したことを特徴とする磁気遮蔽型冷凍システム。
【請求項６】
外界から磁気的に遮蔽された磁気遮蔽空間を内部に有する磁気遮蔽装置と，前記磁気遮蔽空間に設置され且つ容器状の外壁および内壁を有し当該内壁で囲まれた断熱空間内に磁気検出素子を冷却する冷却剤を保持し得る断熱装置とを備えた磁気遮蔽型冷凍システムであって、
前記内壁の上部に断熱体を設け、前記断熱体に伝熱板を埋設または固設し、前記伝熱板にパルス管式冷凍器の低温発生部を熱的に結合させ且つ前記伝熱板の一部を前記冷却剤の気化ガスに接触させて冷却すると共に、前記パルス管式冷凍器に冷媒ガスを送り出す圧縮機と，前記パルス管式冷凍器と前記圧縮機の間で冷媒ガスをパルス的に往復させるように弁を切り換える切り換え弁を前記磁気遮蔽装置の外部に設置したことを特徴とする磁気遮蔽型冷凍システム。
【請求項７】
内部に導電材料で作成された蓄冷材を充填され且つ導電材料で作成された蓄冷器管と，内部に空洞を有し且つ導電材料で作成されたパルス管とを略平行に配列し、前記蓄冷器管の一端側および前記パルス管の一端側にフランジを取り付け、前記蓄冷器管の他端側と前記パルス管の他端側との間を連結ブロックにより連結し、前記蓄冷器管および前記パルス管内に冷媒ガスをパルス的に出し入れして前記連結ブロックを冷却するタイプのパルス管式冷凍器であって、
前記蓄冷器管と前記パルス管の間に、両者を電気的に接続するシャントを介設し、両者の電位をほぼ等しくすることを特徴とするパルス管式冷凍器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス管式冷凍器および磁気遮蔽型冷凍システムに関する。さらに詳しくは、各部の材料差や温度差により発生した熱起電力に起因する電流ループの形成を抑制できるように改良したパルス管式冷凍器、および冷却剤の蒸発量を低減できるように改良した磁気遮蔽型冷凍システムに関する。特に、ＳＱＵＩＤ（Ｓｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  ＱＵａｎｔｕｍ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｄｅｖｉｃｅｓ；超伝導量子干渉計）素子などのセンサー類を冷却するのに有用である。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、従来のパルス管式冷凍器の一例を示す構成図である。
このパルス管式冷凍器９００は、内部に蓄冷材１０を充填された蓄冷器管１１と，内部に空洞Ｖを有するパルス管１２と，前記蓄冷器管１０の上端と前記パルス管１２の上端とを連結する連結孔Ｃが形成された連結ブロック１３と，前記蓄冷器管１１の下端の管壁内側にガス配管１４の一端を位置付けると共に前記パルス管１２の下端の管壁内側にオリフィス１５の一端を位置付けるフランジ１６と，前記オリフィス１５の他端に連なるバッファーＢを有する放熱ケース１７とを具備して構成されている。
【０００３】
前記蓄冷材１０は、例えば銅網（網状に編まれた銅線）である。
前記蓄冷器管１１および前記パルス管１２の材料は、機械的に丈夫で，しかも断熱性能の高い金属材料であり、例えばステンレスである。
前記連結ブロック１３および前記放熱ケース１７の材料は、熱伝導率の高い金属材料であり、例えば銅である。
【０００４】
前記連結ブロック１３は、前記蓄冷器管１１および前記パルス管１２内へ冷媒ガスＧｒをパルス的に出し入れすることで、極低温（例えば−２００℃程度）に冷却される。前記冷媒ガスＧｒは、例えばヘリウムガスである。
前記連結ブロック１３の上面には、被冷却体Ｍが載置されている。前記被冷却体Ｍは、例えば、微弱な磁場を検出するためのＳＱＵＩＤ素子を内蔵するセンサーユニットである。
【０００５】
前記蓄冷器管１１や前記パルス管１２の端部からの冷媒ガスＧｒの漏出を防止する見地から、前記蓄冷器管１１と前記連結ブロック１３との間は高気密性のシール部α１によりシールされ、前記蓄冷器管１１と前記フランジ１６との間は高気密性のシール部α２によりシールされ、前記パルス管１２と前記連結ブロック１３との間は高気密性のシール部α３によりシールされ、前記パルス管１２と前記フランジ１６との間は高気密性のシール部α４によりシールされている。
【０００６】
図１０は、図９のパルス管式冷凍器９００を含む冷凍システムの構成図である。
この冷凍システム９１０は、前記パルス管式冷凍器９００のフランジ１６および放熱ケース１７を外部に出し且つ他の部分（蓄冷材１０，蓄冷器管１１，パルス管１２，連結ブロック１３，被冷却体Ｍ）を真空中に収容する真空容器９１と，冷媒ガスＧｒを高圧で送り出す高圧端子Ｈと前記冷媒ガスＧｒを回収する低圧端子Ｌとを有する圧縮機９２と、前記高圧端子Ｈおよび低圧端子Ｌから導出された高圧ガス配管９３および低圧ガス配管９４と、前記パルス管式冷凍器９００のガス配管１４に連結したガス配管９５と、電気配線９６を介して前記圧縮機９２と接続し且つ前記高圧ガス配管９３および低圧ガス配管９４を例えば１〜２０Ｈｚの一定周期で交互に前記ガス配管９５と結合する内部弁を有するモータ駆動切り換え弁９７とを具備して構成されている。
【０００７】
前記モータ駆動切り換え弁９７が内部弁を前記高圧ガス配管９３すなわち前記高圧端子Ｈに切り換えている期間は、前記蓄冷器管１１および連結ブロック１３の連結孔Ｃ（図９）を介して、冷媒ガスＧｒが前記パルス管１２内にパルス的に流入する。このとき、前記パルス管１２の下端（バッファーＢ側）で冷媒ガスＧｒが圧縮されて発熱するが、当該熱は、放熱ケース１７から放熱される。
一方、前記モータ切り換え弁６５が内部弁を前記低圧ガス配管９４すなわち前記低圧端子Ｌに切り換えている期間は、前記連結ブロック１３の連結孔Ｃおよび蓄冷器管１１を介して、前記パルス管１２内の冷媒ガスＧｒがパルス的に流出する。このとき、冷媒ガスＧｒは、前記パルス管１２の上端（蓄冷器管１１側）で断熱的に膨張しながら流出するので、前記上端付近が冷たくなり、その冷気が蓄冷材１０に吸収され、前記連結ブロック１４の温度が低下する。
したがって、前記モータ駆動切り換え弁９７の内部弁の切り換えを継続して行うことで、前記連結ブロック１３の温度を極低温にまで低下させ、被冷却体Ｍを冷却することが出来る。
【０００８】
図１１は、従来の磁気遮蔽型冷凍システムの一例を示す構成図である。
この磁気遮蔽型冷凍システム９２０は、外界から磁気的に遮蔽された内部空間を有する磁気遮蔽装置５１と，容器状の外壁Ｗｏと内壁Ｗｉとを有し前記内壁Ｗｉで囲まれた空間内に冷却剤５２が保持された断熱装置５３と，前記外壁Ｗｏと前記内壁Ｗｉの間の真空層内に設けられた熱遮蔽板５４と，前記内壁Ｗｉの底部に配設されたセンサー５５と、前記内壁Ｗｉの上部に設けられた断熱体５６とを具備して構成して構成されている。前記冷却剤５２は、例えば液体ヘリウムである。前記センサー５５は、例えばＳＱＵＩＤ素子などの磁気検出素子である。
前記冷却剤５２が気化した低温のガスｇは、前記断熱装置５３の内壁Ｗｉと前記断熱体５６との隙間を通って放出される。このとき、前記内壁Ｗｉおよび前記熱遮蔽板５４は、前記ガスｇによって熱が奪取され、冷却される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のパルス管式冷凍器９００では、図１２に示すように、蓄冷材１０と蓄冷器管１１との材料差および温度差により熱起電力が発生し、その熱起電力により前記蓄冷材１０と前記蓄冷器管１１を伝わる電流ループｉ−１が形成されやすい。同様に、蓄冷器管１１と連結ブロック１３とパルス管１２の間に、熱起電力に起因する電流ループｉ−２が形成されやすい。
ところが、このような電流ループｉ−１，ｉ−２は、磁気雑音Ｎを発生する要因となるため、微弱な磁場を測定する際の誤差が大きくなる問題点がある。
【００１０】
また、上記従来の磁気遮蔽型冷凍システム９２０では、外界からの熱の侵入により冷却剤５２が蒸発しやすいため、当該冷却剤５２を頻繁に補充する必要があり、運転コストが増大する問題点がある。
【００１１】
そこで、本発明の第１の目的は、各部の材料差や温度差により発生した熱起電力に起因する電流ループの形成を抑制できるパルス管式冷凍器を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、冷却剤の蒸発量を低減できる磁気遮蔽型冷凍システムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、内部に導電材料で作成された蓄冷材を充填され且つ導電材料で作成された蓄冷器管と，内部に空洞を有するパルス管とを略平行に配列し、前記蓄冷器管の一端側および前記パルス管の一端側にフランジを取り付け、前記蓄冷器管の他端側と前記パルス管の他端側との間を連結ブロックにより連結し、前記蓄冷器管および前記パルス管内に冷媒ガスをパルス的に出し入れして前記連結ブロックを冷却するタイプのパルス管式冷凍器であって、前記蓄冷器管の内周に、前記蓄冷材を取り囲むように絶縁筒を設け、前記蓄冷器管と前記蓄冷材とを含む電流ループが形成されることを抑制したことを特徴とするパルス管式冷凍器を提供する。
上記第１の観点によるパルス管式冷凍器では、蓄冷器管の内周に蓄冷材を取り囲むように絶縁筒を設けるので、蓄冷材と蓄冷器管とを電気的に絶縁することができ、両者の間に熱起電力が発生して電流ループが形成されることを抑制することが出来る。この結果、雑音磁場の発生を抑制でき、微弱な磁場を測定する際の誤差を低減することが出来る。
【００１３】
第２の観点では、本発明は、内部に蓄冷材を充填され且つ導電材料で作成された蓄冷器管と，内部に空洞を有し且つ導電材料で作成されたパルス管とを略平行に配列し、前記蓄冷器管の一端側および前記パルス管の一端側にフランジを取り付け、前記蓄冷器管の他端側と前記パルス管の他端側との間を導電材料で作製された連結管により連結し、前記蓄冷器管および前記パルス管内に冷媒ガスをパルス的に出し入れして前記連結管の一部または全部を覆う低温発生部を冷却するタイプのパルス管式冷凍器であって、前記連結管の中間に、当該連結管を伝わる電流を遮断する絶縁部材を介設し、前記蓄冷器管と前記パルス管とを含む電流ループが形成されることを抑制したことを特徴とするパルス管式冷凍器を提供する。
上記第２の観点によるパルス管式冷凍器では、連結管の中間に絶縁部材を介設したので、蓄冷器管とパルス管とを電気的に絶縁することができ、蓄冷器管とパルス管の間に熱起電力が発生して電流ループが形成されることを抑制することが出来る。この結果、雑音磁場の発生を抑制して、微弱な磁場を測定する際の誤差を低減することが出来る。
【００１４】
第３の観点では、本発明は、蓄冷器管として機能させるための金属管と、その金属管の内周に同軸状に設けられたパルス管と、前記金属管を外壁とし前記パルス管を内壁とする筒状空間に充填され且つ導電材料で作成された蓄冷材と、前記金属管の内周に前記蓄冷材を取り囲むように設けられ前記金属管と前記蓄冷材とを含む電流ループが形成されることを抑制する絶縁筒と、前記金属管の一端側および前記パルス管の一端側に取り付けられたフランジと、前記金属管の他端側と前記パルス管の他端側とを連結する連結ブロックとを具備し、前記筒状空間および前記パルス管内に冷媒ガスをパルス的に出し入れして前記連結ブロックを冷却することを特徴とするパルス管式冷凍器を提供する。
上記第３の観点によるパルス管式冷凍器では、金属管の内周に、蓄冷材を取り囲むように絶縁筒を設けたので、蓄冷材と金属管とを電気的に絶縁することができ、両者の間に熱起電力が発生して電流ループが形成されることを抑制することが出来る。この結果、雑音磁場の発生を抑制でき、微弱な磁場を測定する際の誤差を低減することが出来る。
また、蓄冷器管として機能させるための金属管の内周に、パルス管を同軸状に設けるので、当該同軸構造の両端に相当する２ヶ所をシールするだけで冷媒ガスの漏出を防止でき、構造を簡単化できる。
さらに、金属管とパルス管とを同軸状に設けることで機械的な強度を高めることができ、各管の肉厚を小さくすることが出来る。
さらにまた、蓄冷器管やパルス管を別個独立に設ける場合よりも、小型化することが出来る。
【００１５】
第４の観点では、本発明は、上記第１の観点から第３の観点のいずれかのパルス管式冷凍器において、前記蓄冷器管と前記パルス管のうちの一方または両方の少なくとも一端側に、絶縁材料で作製され且つ前記冷媒ガスの通過孔が穿設されたスペーサを設け、前記蓄冷器管や前記パルス管を含む電流ループが形成されることを抑制したことを特徴とするパルス管式冷凍器を提供する。
上記第４の観点によるパルス管式冷凍器では、蓄冷器管やパルス管の少なくとも一端側に、絶縁材料製のスペーサを設けるので、蓄冷器管やパルス管の壁面と管内物との絶縁性をいっそう高めることができ、電流ループの形成による雑音磁場の発生をいっそう抑制することが出来る。
【００１６】
第５の観点では、本発明は、外界から磁気的に遮蔽された磁気遮蔽空間を内部に有する磁気遮蔽装置と，前記磁気遮蔽空間に設置され且つ容器状の外壁および内壁を有し当該内壁で囲まれた断熱空間内に磁気検出素子を冷却する冷却剤を保持し得る断熱装置と，前記外壁と前記内壁の間の層内に介設された少なくとも１枚の熱遮蔽板とを備えた磁気遮蔽型冷凍システムであって、前記内部空間にパルス管式冷凍器を設置し、前記熱遮蔽板に前記パルス管式冷凍器の低温発生部を熱的に結合させて前記熱遮蔽板を冷却すると共に、前記パルス管式冷凍器に冷媒ガスを送り出すための圧縮機と，前記パルス管式冷凍器と前記圧縮機の間で冷媒ガスをパルス的に往復させるように弁を切り換える切り換え弁とを前記磁気遮蔽装置の外部に設置したことを特徴とする磁気遮蔽型冷凍システムを提供する。
上記第５の観点による磁気遮蔽型冷凍システムでは、磁気遮蔽装置の内部に設置された断熱装置の熱遮蔽板をパルス管式冷凍器で冷やすので、断熱装置の断熱性能を向上して冷却剤の消費量を低減し、運転コストを節減することが出来る。また、ノイズ発生源となりやすい圧縮機や，切り換え弁を磁気遮蔽装置の外部に設置するので、磁気遮蔽装置内へのノイズの侵入を抑制でき、微弱な測定対象（磁気など）の精密測定に適した測定環境を得ることが出来る。
【００１７】
第６の観点では、本発明は、外界から磁気的に遮蔽された磁気遮蔽空間を内部に有する磁気遮蔽装置と，前記磁気遮蔽空間に設置され且つ容器状の外壁および内壁を有し当該内壁で囲まれた断熱空間内に磁気検出素子を冷却する冷却剤を保持し得る断熱装置とを備えた磁気遮蔽型冷凍システムであって、前記内壁の上部に断熱体を設け、前記断熱体に伝熱板を埋設または固設し、前記伝熱板にパルス管式冷凍器の低温発生部を熱的に結合させ且つ前記伝熱板の一部を前記冷却剤の気化ガスに接触させて冷却すると共に、前記パルス管式冷凍器に冷媒ガスを送り出す圧縮機と，前記パルス管式冷凍器と前記圧縮機の間で冷媒ガスをパルス的に往復させるように弁を切り換える切り換え弁を前記磁気遮蔽装置の外部に設置したことを特徴とする磁気遮蔽型冷凍システムを提供する。
上記第６の観点による磁気遮蔽型冷凍システムでは、磁気遮蔽装置の内部に設置された断熱装置の上部に断熱体を設けて、当該断熱体に伝熱板を埋設し（または固設し）、当該伝熱板をパルス管式冷凍器で冷やすので、冷却剤が気化したガス層の温度を下げることが出来る。これにより、断熱装置の断熱性能を向上して冷却剤の消費量を低減し、運転コストを節減することが出来る。また、ノイズ発生源となりやすい圧縮機や，切り換え弁を磁気遮蔽装置の外部に設置するので、磁気遮蔽装置内へのノイズの侵入を抑制でき、微弱な測定対象（磁気など）の精密測定に適した測定環境を得ることが出来る。
【００１８】
第７の観点では、本発明は、内部に導電材料で作成された蓄冷材を充填され且つ導電材料で作成された蓄冷器管と，内部に空洞を有し且つ導電材料で作成されたパルス管とを略平行に配列し、前記蓄冷器管の一端側および前記パルス管の一端側にフランジを取り付け、前記蓄冷器管の他端側と前記パルス管の他端側との間を連結ブロックにより連結し、前記蓄冷器管および前記パルス管内に冷媒ガスをパルス的に出し入れして前記連結ブロックを冷却するタイプのパルス管式冷凍器であって、前記蓄冷器管と前記パルス管の間に、両者を電気的に接続するシャントを介設し、両者の電位をほぼ等しくすることを特徴とするパルス管式冷凍器を提供する。
上記第７の観点によるパルス管式冷凍器では、蓄冷器管とパルス管との間にシャントを介設したから、両者の電位を常にほぼ等しくでき、蓄冷器管と連結ブロックとパルス管とに大電流の電流ループが形成されなくなる。この結果、雑音磁場の発生を抑制でき、微弱な磁場を測定する際の誤差を低減することが出来る。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００２０】
−第１の実施形態−
図１は、本発明の第１の実施形態にかかるパルス管式冷凍器を示す構成図である。
このパルス管式冷凍器１００は、内部に蓄冷材１０を充填された蓄冷器管１１と，内部に空洞Ｖを有するパルス管１２と，前記蓄冷器管１１の内周に前記蓄冷材１０を取り囲むように設けられた絶縁筒１と，前記蓄冷器管１１の上端と前記パルス管１２の上端とを連結する連結孔Ｃが形成された連結ブロック１３と，前記蓄冷器管１１の下端の管壁内側に冷媒ガスＧｒが供給されるガス配管１４の一端を位置付けると共に前記パルス管１２の下端の管壁内側にオリフィス１５の一端を位置付けるフランジ１６と，前記オリフィス１５の他端に連なるバッファーＢを有する放熱ケース１７とを具備して構成されている。前記冷媒ガスＧｒは、例えばヘリウムガスである。
前記蓄冷器管１１の下端には、前記冷媒ガスＧｒの通過孔が穿設され且つ絶縁材料で作製されたスペーサ２ａが設けられている。また、前記蓄冷器管１１の上端には、冷媒ガスＧｒの通過孔が穿設され且つ絶縁材料で作製されたスペーサ２ｂが設けられている。前記スペーサ２ａ，２ｂの材料は、例えばガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ；Ｆｉｂｅｒ  ｇｌａｓｓ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ）である。
前記蓄冷器管１１と前記パルス管１２との間には、導電材料で作製されたシャント３−１，３−２，…が介設されている。前記シャント３−１，３−２，…の材料は、例えば銅である。
【００２１】
前記蓄冷材１０は、例えば銅網（網状に編まれた銅線）である。
前記蓄冷器管１１および前記パルス管１２の材料は、機械的に丈夫で，しかも断熱性能の高い非磁性金属材料であり、例えばステンレス鋼や、望ましくはチタン，チタン合金である。
前記絶縁筒１の材料は、例えばポリエステルやポリイミドなどの絶縁性プラスチックフィルムである。
前記連結ブロック１３および前記放熱ケース１７の材料は、熱伝導率の高い金属材料であり、例えば銅である。
【００２２】
前記連結ブロック１３は、前記蓄冷器管１１および前記パルス管１２内へ冷媒ガスＧｒをパルス的に出し入れすることで、極低温（例えば−２００℃程度）に冷却される。前記冷媒ガスＧｒは、例えばヘリウムガスである。
前記連結ブロック１３の上面には、被冷却体Ｍが載置されている。前記被冷却体Ｍは、例えば、微弱な磁場を検出するためのＳＱＵＩＤ素子を内蔵するセンサーユニットである。
【００２３】
前記蓄冷器管１１や前記パルス管１２の端部からの冷媒ガスＧｒの漏出を防止する見地から、前記蓄冷器管１１と前記連結ブロック１３との間は高気密性のシール部α１によりシールされ、前記蓄冷器管１１と前記フランジ１６との間は高気密性のシール部α２によりシールされ、前記パルス管１２と前記連結ブロック１３との間は高気密性のシール部α３によりシールされ、前記パルス管１２と前記フランジ１６との間は高気密性のシール部α４によりシールされている。これらのシール方法は、溶接もしくは鑞付けである。
【００２４】
図２は、図１のパルス管式冷凍器１００を含む冷凍システムの構成図である。この冷凍システム１１０は、前記パルス管式冷凍器１００のフランジ１６および放熱ケース１７を外部に出し且つ他の部分（蓄冷材１０，蓄冷器管１１，絶縁筒１，パルス管１２，連結ブロック１３，被冷却体Ｍ）を真空中に収容する真空容器９１と，冷媒ガスＧｒを高圧で送り出す高圧端子Ｈと前記冷媒ガスＧｒを回収する低圧端子Ｌとを有する圧縮機９２と、前記高圧端子Ｈおよび低圧端子Ｌから導出された高圧ガス配管９３および低圧ガス配管９４と、前記パルス管式冷凍器１００のガス配管１４に連結したガス配管９５と、電気配線９６を介して前記圧縮機９２と接続し且つ前記高圧ガス配管９３および低圧ガス配管９４を一定周期で交互に前記ガス配管９５と結合する内部弁を有するモータ駆動切り換え弁９７とを具備して構成されている。
【００２５】
以上のパルス管式冷凍器１００によれば、蓄冷器管１１の内周に蓄冷材１０を取り囲むように絶縁筒１を設けると共に、蓄冷器管１１の両端に絶縁材料製のスペーサ２ａ，２ｂを設けたので、蓄冷材１０と蓄冷器管１１とを電気的に絶縁することができ、両者の間に熱起電力が発生して電流ループが形成されることを抑制することが出来る。また、蓄冷器管１１とパルス管１２との間に、多数のシャント３−１，３−２，…を介設したから、両者の電位を常にほぼ等しくでき、蓄冷器管１１と連結ブロック１３とパルス管１２とに大電流の電流ループが形成されなくなる。
この結果、雑音磁場の発生を抑制でき、微弱な磁場を測定する際の誤差を低減することが出来る。
【００２６】
−第２の実施形態−
図３は、本発明の第２の実施形態にかかるパルス管式冷凍器を示す構成図である。
このパルス管式冷凍器２００は、内部に蓄冷材１０を充填された蓄冷器管１１と，内部に空洞Ｖを有するパルス管１２と，前記蓄冷器管１１の上端と前記パルス管１２の上端とを連結する連結管２１と，その連結管２１の中間に介設され且つ絶縁材料で作製された絶縁継ぎ手２２と，前記連結管２１を覆う低温発生部２３と，前記蓄冷器管１１の下端の管壁内側に冷媒ガスＧｒが供給されるガス配管１４の一端を位置付けると共に前記パルス管１２の下端の管壁内側にオリフィス１５の一端を位置付けるフランジ１６と，前記オリフィス１５の他端に連なるバッファーＢを有する放熱ケース１７とを具備して構成されている。
前記絶縁継ぎ手２２の材料は、例えばポリエステルやポリイミドなどの絶縁性プラスチックあるいはセラミック体である。
以上のパルス管式冷凍器２００によれば、連結管２１の中間に絶縁継ぎ手２２を介設したので、蓄冷器管１１とパルス管１２とを電気的に絶縁することができ、両者の間に熱起電力が発生して電流ループが形成されることを抑制することが出来る。
この結果、雑音磁場の発生を抑制して、微弱な磁場を測定する際の誤差を低減することが出来る。
【００２７】
−第３の実施形態−
図４は、本発明の第３の実施形態にかかるパルス管式冷凍器を示す構成図である。
このパルス管式冷凍器３００は、蓄冷器管として機能させるための金属管３１と，その金属管３１の内周に同軸状に設けられたパルス管３２と，前記金属管３１を外壁とし前記パルス管３２を内壁とする筒状空間に充填された蓄冷材３３と，前記金属管３１の内周に前記蓄冷材３３を取り囲むように設けられた絶縁筒４１と，前記金属管３１の上端と前記パルス管３２の上端とを連結する凹部が形成された連結ブロック３４と，前記筒状空間の下端の管壁内側にガス配管１４の一端を位置付けると共に前記パルス管３２の下端の管壁内側にオリフィス１５の一端を位置付けるフランジ１６と，前記オリフィス１５の他端に連なるバッファーＢを有する放熱ケース１７とを具備して構成されている。前記絶縁筒４１の材料は、例えばガラス繊維強化エポキシ樹脂である。前記金属管３１の材料は、例えばりん青銅やチタン合金である。前記パルス管３２の材料は、ガラス繊維強化樹脂やセラミック体である。
前記筒状空間の下端には、冷媒ガスＧｒの通過孔が穿設され且つ絶縁材料で作製されたスペーサ４５ａが設けられている。また、前記パルス管３２の上端には、冷媒ガスＧｒの通過孔が穿設され且つ絶縁材料で作製されたスペーサ４５ｂが設けられている。
前記金属管３１や前記パルス管３２の端部からの冷媒ガスＧｒの漏出を防止する見地から、前記金属管３１および前記パルス管３２と前記連結ブロック３４との間は高気密性のシール部α１１によりシールされ、前記金属管３１および前記パルス管３２と前記フランジ１６との間は高気密性のシール部α１２によりシールされている。
以上のパルス管式冷凍器３００によれば、金属管３１の内周に蓄冷材３３を取り囲むように絶縁筒４１を設けると共に、蓄冷材３３の両端に絶縁材料製のスペーサ４５ａ，４５ｂを設けたので、蓄冷材３３と金属管３１とを電気的に絶縁することができ、両者の間に熱起電力が発生して電流ループが形成されることを抑制することが出来る。この結果、雑音磁場の発生を抑制して、微弱な磁場を測定する際の誤差を低減することが出来る。
また、２ヶ所のシール部α１１，α１２を設けるだけで、蓄冷管として機能する金属管３１や，パルス管３２の両端からの冷媒ガスＧｒの漏出を防止できるので、構造を簡単にでき、製造コストを低減することが出来る。
さらに、金属管３１と，パルス管３２とを同軸状に設けることで機械的な強度を高めることができ、各管の肉厚を小さくすることが出来る。
さらにまた、蓄冷器管やパルス管を別個独立に設ける場合よりも、小型化することが出来る。
【００２８】
−第４の実施形態−
図５は、本発明の第４の実施形態にかかる磁気遮蔽型冷凍システムを示す構成図である。
この磁気遮蔽型冷凍システム４００は、外界から磁気的に遮蔽された内部空間を有する磁気遮蔽装置５１と，容器状の外壁Ｗｏと内壁Ｗｉとを有し前記内壁Ｗｉで囲まれた空間内に冷却剤５２が保持された断熱装置５３と，前記外壁Ｗｏと前記内壁Ｗｉの間の真空層内に設けられた熱遮蔽板５４と，前記内壁Ｗｉの底部に配設されたＳＱＵＩＤ素子などのセンサー５５と，前記熱遮蔽板５４に低温発生部すなわち連結ブロック１３を接触させ且つ放熱ケース１７を断熱装置５３の外部へ出したパルス管式冷凍器９００（図９参照）と，前記内壁Ｗｉの上部に設けられた断熱体５６と、前記パルス管式冷凍器９００にヘリウムガスなどの冷媒ガスＧｒを送り出す圧縮機９２と，前記パルス管式冷凍器９００と前記圧縮機９２の間で前記冷媒ガスＧｒをパルス的に往復させるように弁を切り換えるモータ駆動切り換え弁９７とを具備して構成されている。前記冷却剤５２は、例えば液体ヘリウムである。前記断熱装置５３の壁面の材料は、例えばガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）である。前記断熱体５６の材料は、例えば多孔質のポリスチレンである。前記熱遮蔽板５４の材料は、例えば銅やアルミニウム，あるいは絶縁した銅線や銅網，またはそれらを樹脂シートと一体化したものである。
前記圧縮機９２と，前記モータ駆動切り換え弁９７は、前記磁気遮蔽装置５１の外部に設置されている。
前記冷却剤５２が気化した低温のガスｇは、前記断熱装置５３の内壁Ｗｉと前記断熱体５６との隙間を通って放出される。このとき、前記内壁Ｗｉおよび前記熱遮蔽板５４は、前記ガスｇによって熱が奪取され、冷却される。
なお、前記パルス管式冷凍器９００と前記モータ駆動切り換え弁９７とを接続するガス配管９５は、前記磁気遮蔽装置５１内へのノイズの侵入を防止する見地から、できる限り短くし且つ磁気遮蔽装置５１の内側と外側とで電気的に絶縁することが好ましい。また、ガス配管９５が導電性の材料で作製されている場合には、当該ガス配管９５を前記磁気遮蔽装置５１の壁面と同電位にすることが好ましい。
以上の磁気遮蔽型冷凍システム４００によれば、熱遮蔽板５４にパルス管式冷凍器９００の連結ブロック１３を接触させて当該熱遮蔽板５４を冷やすので、断熱性能を向上して冷却剤５２の消費量を低減し、運転コストを節減することが出来る。
また、ノイズ発生源となりやすい圧縮機９２と，モータ駆動切り換え弁９７を、磁気遮蔽装置５１の外部に設置するので、磁気遮蔽装置５１内へのノイズの侵入を抑制し、微弱な磁気などを正確に測定することが出来る。
【００２９】
−第５の実施形態−
図６は、本発明の第５の実施形態にかかる磁気遮蔽型冷凍システムを示す構成図である。
この磁気遮蔽型冷凍システム５００は、外界から磁気的に遮蔽された内部空間を有する磁気遮蔽装置５１と，容器状の外壁Ｗｏと内壁Ｗｉとを有し前記内壁Ｗｉで囲まれた空間内に冷却剤５２が保持された断熱装置５３と，前記外壁Ｗｏと前記内壁Ｗｉの間の真空層内に設けられた熱遮蔽板５４と，前記内壁Ｗｉの底部に配設されたＳＱＵＩＤ素子などのセンサー５５と、前記内壁Ｗｉの上部に設けられ且つ両端面が前記熱遮蔽板５４と対面した伝熱板６１を埋設された（または固設された）断熱体５６と，前記伝熱板６１に低温発生部すなわち連結ブロック１３を接触させたパルス管式冷凍器９００（図９参照）と，そのパルス管式冷凍器９００にヘリウムガスなどの冷媒ガスＧｒを送り出す圧縮機９２と、前記パルス管式冷凍器９００と前記圧縮機９２の間で前記冷媒ガスＧｒをパルス的に往復させるように弁を切り換えるモータ駆動切り換え弁９７とを具備して構成されている。前記伝熱板６１の材料は、例えば銅である。
前記圧縮機９２と，モータ駆動切り換え弁９７は、前記磁気遮蔽装置５１の外部に設置されている。
前記伝熱板６１の両端面は、冷却剤５２が気化したガスｇの層を介して、前記熱遮蔽板５４と熱的に接続されるので、前記ガスｇが、前記伝熱板６１と前記熱遮蔽板５４との間隙で冷却される。
以上の磁気遮蔽型冷凍システム５００によれば、冷却剤５２が気化したガスｇの温度をいっそう下げて断熱性能を向上できるので、冷却剤５２の消費量を低減し、運転コストを節減することが出来る。
また、ノイズ発生源となりやすい圧縮機９２と，モータ駆動切り換え弁９７を、磁気遮蔽装置５１の外部に設置するので、磁気遮蔽装置５１内へのノイズの侵入を抑制し、微弱な磁気などを正確に測定することが出来る。
【００３０】
−第６の実施形態−
図７は、本発明の第６の実施形態にかかる磁気遮蔽型冷凍システムを示す構成図である。
この磁気遮蔽型冷凍システム６００は、上記第１の実施形態にかかるパルス管式冷凍器１００（図１参照）の連結ブロック１３を、熱遮蔽板５４に接触させて、当該熱遮蔽板５４を冷却する構成である。
以上の磁気遮蔽型冷凍システム６００によれば、熱遮蔽板５４にパルス管式冷凍器１００の連結ブロック１３を接触させて当該熱遮蔽板５４を冷やすので、冷却剤５２の消費量を低減して、運転コストを節減することが出来る。
また、上記第１の実施形態にかかるパルス管式冷凍器１００を用いるので、蓄冷器管（図１の１１）と，その内部に充填された蓄冷材（図１の１０）とを電気的に絶縁でき、電流ループの形成による磁気雑音の発生を低減することが出来る。
【００３１】
−第７の実施形態−
図８は、本発明の第７の実施形態にかかる磁気遮蔽型冷凍システムを示す構成図である。
この磁気遮蔽型冷凍システム７００は、上記第１の実施形態にかかるパルス管式冷凍器１００（図１参照）の連結ブロック１３を、断熱体５６に埋設された伝熱板６１に接触させて、当該伝熱板６１を冷却する構成である。
以上の磁気遮蔽型冷凍システム７００によれば、冷却剤５２が気化したガスｇの温度をいっそう下げて断熱性能を向上できるので、冷却剤５２の消費量を低減し、運転コストを節減することが出来る。
また、上記第１の実施形態にかかるパルス管式冷凍器１００を用いるので、蓄冷器管（図１の１１）と，その内部に充填された蓄冷材（図１の１０）とを電気的に絶縁でき、電流ループの形成による磁気雑音の発生を低減することが出来る。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のパルス管式冷凍器によれば、蓄冷器管と蓄冷材とを蓄冷器管の内周に設けた絶縁筒により絶縁したり，蓄冷器管とパルス管とを連結管に介設した絶縁部材で絶縁するので、電流ループの形成に起因する雑音を低減でき、微弱な物理量（磁気など）を正確に測定することが出来る。
また、本発明の磁気遮蔽型冷凍システムによれば、磁気遮蔽装置内の断熱装置の熱遮蔽板をパルス管式冷凍器で冷やすか、または、断熱体に埋設されるか固設された伝熱板をパルス管式冷凍器で冷やして当該伝熱板と熱遮蔽板との間のガス層の温度を下げるので、断熱性能を向上でき、冷却剤の消費量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるパルス管式冷凍器を示す構成図である。
【図２】図１のパルス管式冷凍器を含む冷凍システムの構成図である。
【図３】本発明の第２の実施形態にかかるパルス管式冷凍器を示す構成図である。
【図４】本発明の第３の実施形態にかかるパルス管式冷凍器を示す構成図である。
【図５】本発明の第４の実施形態にかかる磁気遮蔽型冷凍システムの構成図である。
【図６】本発明の第５の実施形態にかかる磁気遮蔽型冷凍システムの構成図である。
【図７】本発明の第６の実施形態にかかる磁気遮蔽型冷凍システムの構成図である。
【図８】本発明の第７の実施形態にかかる磁気遮蔽型冷凍システムの構成図である。
【図９】従来のパルス管式冷凍器の一例を示す構成図である。
【図１０】図９のパルス管式冷凍器を含む冷凍システムを示す構成図である。
【図１１】従来の磁気遮蔽型冷凍システムを示す構成図である。
【図１２】図９のパルス管式冷凍器の各部に形成された電流ループの説明図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００  パルス管式冷凍器
４００，５００，６００，７００  磁気遮蔽型冷凍システム
１，４１  絶縁筒
２ａ，２ｂ，４５ａ，４５ｂ  スペーサ
３−１，３−２，３−３，３−４  シャント
１０，３３  蓄冷材
１１  蓄冷器管
１２，３２  パルス管
１３  連結ブロック
２２  絶縁継ぎ手
３１  金属管
５１  磁気遮蔽装置
５２  冷却剤
５３  断熱装置
５４  熱遮蔽板
５５  センサー
５６  断熱体
６１  伝熱板
９２  圧縮機
９７  モータ駆動切り換え弁
【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】
0003577498.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003577498.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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