(57)【要約】【課題】本発明は磁性蓄冷材をシリンダ内に配設した蓄冷器を有する極低温冷凍機に関し、磁性蓄冷材を使用してもこれによる外部磁場への影響を抑制しつつ、かつ、ヘリウム環境下等で使用しても冷凍能力の向上を図ることを課題とする。【解決手段】２段蓄冷器１６内のシリンダ１８と磁性蓄冷材１６Ｂとの間に配設され、磁性蓄冷材１６Ｂで発生する磁気ノイズを遮蔽する磁気シールド１９と、磁気シールド１９とシリンダ１８との間に配設され磁気シールド１９とその全面で対向するよう配設された第１の断熱材２０と、磁気シールド１９と磁性蓄冷材１６Ｂとの間に配設され、２段蓄冷器１６の低温端側に形成された熱的接続部２１Ａにおいて磁気シールド１９と磁性蓄冷材１６Ａとを熱的に接続すると共に、この熱的接続部２１Ａ以外の部位では磁気シールド１９と対向するよう配設された第２の断熱材２１とを有する。【選択図】  図２
2008224161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性蓄冷材を蓄冷材収納部材内に配設した蓄冷器と、
前記蓄冷材収納部材と前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記磁性蓄冷材で発生する磁気ノイズを遮蔽する磁気シールドと、
前記磁気シールドと前記蓄冷材収納部材との間に配設され、前記磁気シールドとその全面で対向するよう配設された第１の断熱材と、
前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記蓄冷器の低温端側に形成された接続部において前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材とを熱的に接続すると共に、該接続部以外の部位では前記磁気シールドと対向するよう配設された第２の断熱材とを有することを特徴とする極低温冷凍機。
【請求項２】
磁性蓄冷材をシリンダ内に配設した蓄冷器と、
低温端が前記蓄冷器の低温端と接続されるパルス管と、
該パルス管の高温端と接続される位相調節機構と、
前記シリンダと前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記磁性蓄冷材で発生する磁気ノイズを遮蔽する磁気シールドと、
前記磁気シールドと前記シリンダとの間に配設され、前記磁気シールドとその全面で対向するよう配設された第１の断熱材と、
前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記蓄冷器の低温端側に形成された接続部において前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材とを熱的に接続すると共に、該接続部以外の部位では前記磁気シールドと対向するよう配設された第２の断熱材とを有することを特徴とする極低温冷凍機。
【請求項３】
磁性蓄冷材を筒状部の内部に配設したディスプレーサと、
前記ディスプレーサをシリンダ内で往復移動させる移動機構と、
前記ディスプレーサの筒状部と前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記磁性蓄冷材で発生する磁気ノイズを遮蔽する磁気シールドと、
前記磁気シールドと前記ディスプレーサの筒状部との間に配設され、前記磁気シールドとその全面で対向するよう配設された第１の断熱材と、
前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記蓄冷器の低温端側に形成された接続部において前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材とを熱的に接続すると共に、該接続部以外の部位では前記磁気シールドと対向するよう配設された第２の断熱材とを有することを特徴とする極低温冷凍機。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の極低温冷凍機を備えたことを特徴とする超伝導装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の極低温冷凍機を備えたことを特徴とするクライオポンプ装置。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の極低温冷凍機を備えたことを特徴とする極低温計測分析装置。
【請求項７】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の極低温冷凍機を備えたことを特徴とする核磁気共鳴装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は極低温冷凍機に係り、特に磁性蓄冷材をシリンダ等の収納部内に充填した蓄冷器を有する極低温冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、極低温（例えば、４Ｋ程度）を生成しうる冷凍機として、ギフォードマクマホン型冷凍機（以下、ＧＭ冷凍機という）やパルス管冷凍機が知られている。ＧＭ冷凍機は蓄冷材が内設されたディスプレーサを駆動手段でシリンダ内で往復移動させることにより断熱膨張させ、これにより寒冷を発生させる構成としている。一方、パルス管冷凍機は、ＧＭ冷凍機のディスプレーサのような可動部分が低温部に無く、構造が簡単で振動の少ない冷凍機として期待されている。
【０００３】
これらの冷凍機は、例えば医療分野等において診断画像を生成するのに用いるＭＲＩ(核磁気共鳴：Magnetic Resonance Imaging）やＮＭＲ(核磁気共鳴：Nuclear Magnetic Resonance)の冷却装置として使用される。このようにＭＲＩやＮＭＲに適用される場合、冷凍機はヘリウム環境下で使用される。
【０００４】
ところで、このＭＲＩやＮＭＲでは、冷凍機で磁気ノイズが発生すると、ＭＲＩやＮＭＲが生成する磁場を乱してしまい診断画像に悪影響を与えることが知られている。ところが、近年では各種冷凍機に用いられる蓄冷材として、磁性蓄冷材が多用されるようになってきている。これは、磁性蓄冷材は一般の蓄冷材に比べて蓄冷効率が高く、これを用いることにより極低温を効率よく実現できることによる。
【０００５】
このように磁性蓄冷材を使用した場合、ＧＭ冷凍機の場合には前記のようにディスプレーサがシリンダ内で往復移動するため、ディスプレーサに内設された磁性蓄冷材もＭＲＩやＮＭＲが生成する磁場内で移動して磁場を乱してしまう。
【０００６】
また、パルス管冷凍機の場合には、ＧＭ冷凍機のように磁性蓄冷材がＭＲＩやＮＭＲが生成する磁場内を大きく移動するようなことはないが、作動ガスの導入・吸引によって蓄冷器内の圧力が低圧と高圧との間で脈動し、これによって蓄冷器が軸方向に数十μの範囲延び縮みする。この蓄冷器の伸び縮みによって、蓄冷器内の磁性蓄冷材が移動し、やはりＭＲＩやＮＭＲが生成する磁場を乱してしまう。
【０００７】
更に、冷凍サイクル中の磁性蓄冷材の温度変化により、磁性蓄冷材の磁化率に変化が発生する。この磁化率の変化もＭＲＩやＮＭＲが生成する磁場を乱す原因となる。
【０００８】
これを防止する方法としては、例えば特許文献１に開示されているように、磁性蓄冷材が配設された部位をシート状のシールド材で巻くことにより、ＭＲＩやＮＭＲが生成する磁場に対して磁性蓄冷材を磁気的に遮蔽することが考えられる。ところで、シールド材を用いて効率的な磁気シールドを行うためには、シールド板を極低温に冷却する必要がある。しかしながら、シート状のシールド材を磁性蓄冷材が配設された部位に配設する構成では、シールド板を適正に冷却することが困難で、磁性蓄冷材をＭＲＩやＮＭＲが生成する磁場に対して確実に遮蔽することができないという問題点がある。
【０００９】
これに対し、磁気シールドを確実に冷却できるものとして、磁気シールドを冷凍ステージに配設する方法が考えられる。図７は、この方法をパルス管冷凍機１００に適用した例を示している。同図に示すパルス管冷凍機１００は、いわゆる２段式のパルス管冷凍機であり、よって１段パルス管１１２、２段パルス管１１３、１段蓄冷管１１４、１段ステージ１１５、２段ステージ１１６、２段ステージ１１７を有した構成とされている。
【００１０】
このパルス管冷凍機１００は、２段ステージ１１６のシリンダ１１８内にスペーサ１１６Ａと磁性蓄冷材１１６Ｂを設けた構成とされている。また、磁性蓄冷材１１６Ｂを磁気的に外部に対して遮蔽する磁気シールド１１９は、２段ステージ１１７にはんだ付けされた構成とされている。この磁気シールド１１９は超伝導材料であるNbTiとＣｕを交互に積層した構造とされており、２段パルス管１１３及び２段ステージ１１６を囲繞しうる筒状形状とされている。
【００１１】
この構成とされたパルス管冷凍機１００は、磁気シールド１１９が極低温（例えば、４Ｋ）に冷却される２段ステージ１１７に配設されているため、磁気シールド１１９は還移温度以下まで冷却されている。このため、磁気シールド１１９は超伝導状態となり、よってパルス管冷凍機１００が駆動して磁性蓄冷材１１６Ｂが移動し、これにより磁気ノイズが発生したとしても、磁気シールド１１９ではこの磁気ノイズを打ち消すように電流が流れ、よって磁場の乱れをキャンセルすることができる。
【特許文献１】特開２００６−０３８４４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前記したように、ＭＲＩやＮＭＲに使用する場合、パルス管冷凍機１００はヘリウム環境下で使用される。このヘリウムは、熱容量が比較的大きなものである(5193 J/(kg*K)。また、２段パルス管１１３及び２段ステージ１１６の各シリンダには熱勾配があり、２段ステージ１１７では４Ｋであるが、２段ステージ１１６の高温端側（１段ステージ１１５）では１０Ｋ程度である。
【００１３】
しかしながら、磁気シールド１１９は超伝導状態を維持するため、還移温度以下まで冷却されており、２段パルス管１１３及び２段ステージ１１６の各シリンダとの間に温度差が発生する。よって、上記のシリンダの温度勾配と、磁気シールド１１９の温度勾配の差により、ヘリウム雰囲気下では図７に矢印で示すヘリウム対流が発生し、これにより熱損失が発生してパルス管冷凍機１００の冷凍能力の低下が生じてしまうという問題点があった。
【００１４】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、磁性蓄冷材を使用してもこれによる外部磁場への影響を抑制しつつ、かつ、ヘリウム環境下等で使用しても冷凍能力の向上を図り得る極低温冷凍機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】
【００１５】
上記の課題を解決するために、本発明に係る極低温冷凍機では、磁性蓄冷材を蓄冷材収納部材内に配設した蓄冷器と、前記蓄冷材収納部材と前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記磁性蓄冷材で発生する磁気ノイズを遮蔽する磁気シールドと、前記磁気シールドと前記蓄冷材収納部材との間に配設され、前記磁気シールドとその全面で対向するよう配設された第１の断熱材と、前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記蓄冷器の低温端側に形成された接続部において前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材とを熱的に接続すると共に、該接続部以外の部位では前記磁気シールドと対向するよう配設された第２の断熱材とを有することを特徴とするものである。
【００１６】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係る極低温冷凍機では、磁性蓄冷材をシリンダ内に配設した蓄冷器と、低温端が前記蓄冷器の低温端と接続されるパルス管と、該パルス管の高温端と接続される位相調節機構と、前記シリンダと前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記磁性蓄冷材で発生する磁気ノイズを遮蔽する磁気シールドと、前記磁気シールドと前記シリンダとの間に配設され、前記磁気シールドとその全面で対向するよう配設された第１の断熱材と、前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記蓄冷器の低温端側に形成された接続部において前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材とを熱的に接続すると共に、該接続部以外の部位では前記磁気シールドと対向するよう配設された第２の断熱材とを有することを特徴とするものである。
【００１７】
また、上記の課題を解決するために、本発明に係る極低温冷凍機では、磁性蓄冷材を筒状部の内部に配設したディスプレーサと、前記ディスプレーサをシリンダ内で往復移動させる移動機構と、前記ディスプレーサの筒状部と前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記磁性蓄冷材で発生する磁気ノイズを遮蔽する磁気シールドと、前記磁気シールドと前記ディスプレーサの筒状部との間に配設され、前記磁気シールドとその全面で対向するよう配設された第１の断熱材と、前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材との間に配設され、前記蓄冷器の低温端側に形成された接続部において前記磁気シールドと前記磁性蓄冷材とを熱的に接続すると共に、該接続部以外の部位では前記磁気シールドと対向するよう配設された第２の断熱材とを有することを特徴とするものである。
【００１８】
また、上記発明に係る極低温冷凍機は超伝導装置、クライオポンプ装置、極低温計測分析装置、核磁気共鳴装置に適用することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、シリンダと磁性蓄冷材との間に磁気シールドを配設したことにより、蓄冷器と磁気シールドとの間に対流が発生することはなく、熱損失を低減することができる。また、磁気シールドが磁性蓄冷材と近接した構成となるため、磁性蓄冷材で発生する磁気ノイズの低減を有効に図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１実施例である冷凍機を示している。本実施例では、冷凍機としてパルス冷凍機１Ａを例に挙げている。このパルス冷凍機１Ａは、ＭＲＩやＮＭＲに使用される２段式４Ｋパルス管冷凍機であり、ヘリウム環境下で使用されるものである。
【００２２】
パルス冷凍機１Ａは、シリンダ部Ａと、このシリンダ部Ａに直結されたハウジングＢとを備えた構成とされている。このパルス冷凍機１Ａには、圧縮機３によりヘリウム等の作動ガスが所定の周期で高圧給気され、また低圧排気されるようになっている。
【００２３】
上記シリンダ部Ａは、大略すると１段パルス管１２、２段パルス管１３、１段蓄冷器１４、１段ステージ１５、２段蓄冷器１６、及び２段ステージ１７等により構成されている。１段パルス管１２は、その高温端部が室温フランジ１１に接続されると共に、低温端部が１段ステージ１５に接続されている。２段パルス管１３は、その高温端部が室温フランジ１１に接続されると共に、低温端部が２段ステージ１７に接続されている。
【００２４】
１段蓄冷器１４は、その高温端部が室温フランジ１１に接続されると共に、低温端部が１段ステージ１５に接続されている。この１段蓄冷器１４の内部には、図示しないスペーサ及び蓄冷材が配設されている。
【００２５】
また、２段蓄冷器１６は、その高温端部が１段ステージ１５に接続されると共に、低温端部が２段ステージ１７に接続されている。この２段蓄冷器１６を構成するシリンダ１８の内部には、上部にスペーサ１６Ａが、また下部に磁性蓄冷材１６Ｂが充填されている。
【００２６】
更に、１段ステージ１５の内部には、１段パルス管１２と１段蓄冷器１４とを接続するする配管、及び１段蓄冷器１４と２段蓄冷器１６とを接続する配管（いずれも図示せず）が形成されている。よって作動ガスは、１段パルス管１２と１段蓄冷器１４との間、及び１段蓄冷器１４と２段蓄冷器１６との間で移動できる構成とされている。また、２段ステージ１７には、２段パルス管１３と２段蓄冷器１６とを接続する配管（図示せず）が形成されている。よって作動ガスは、２段パルス管１３と２段蓄冷器１６との間においても移動できる構成とされている。
【００２７】
尚、１段パルス管１２の高温端と低温端にはそれぞれ整流材１２Ａと１２Ｂが連結され、２段パルス管１３の高温端と低温端にも同様に整流材１３Ａ、１３Ｂが連結されている。
【００２８】
一方、ハウジングＢは、内部にガス配管２６、１段リザーバ２２、２段リザーバ２３、切り替えバルブ２４Ａ，２５Ｂ、及び４個のオリフィス２５等を設けた構成とされている。
【００２９】
切り替えバルブ２４Ａ，２５Ｂの一端は、ガス配管２６圧縮機３と接続されている。この切り替えバルブ２４Ａ，２５Ｂの他端は、１段パルス管１２、２段パルス管１３、及び１段蓄冷器１４に接続されている。また１段パルス管１２はガス配管２６により１段リザーバ２２に接続されており、２段パルス管１３はガス配管２６を介して２段リザーバ２３に接続されている。
【００３０】
更に、ガス配管２６において、１段パルス管１２と１段リザーバ２２とを接続する位置、２段パルス管１３と２段リザーバ２３とを接続する位置、各バルブ２４Ａ，２４Ｂと１段パルス管１２とを接続する位置、及び各バルブ２４Ａ，２４Ｂと２段パルス管１３とを接続する位置には、オリフィス２５がそれぞれ配設されている。この各バルブ２４Ａ，２４Ｂ及びオリフィス２５は、周期的に変化する作動ガスの変動圧力と体積流量との位相差を調整する位相調整機構を構成し、各低温端に適切に寒冷を発生させる機能を奏する。これにより、２段ステージ１７は４Ｋ程度まで冷却が行われる。
【００３１】
しかしながら、パルス冷凍機１Ａでは、作動ガスの導入・吸引によって２段蓄冷器１６内の圧力が低圧と高圧との間で脈動して２段蓄冷器１６が軸方向に数十μの範囲延び縮みし、これに起因して磁性蓄冷材１６Ｂも移動してＭＲＩやＮＭＲが生成する磁場を乱してしまうことは前述した通りである。
【００３２】
本実施例では、この２段蓄冷器１６に充填した磁性蓄冷材１６Ｂに起因した磁気ノイズの影響を防止するため、２段蓄冷器１６内に磁気シールド１９を設けたことを特徴とする。以下、磁気シールド１９の詳細について、図２を用いて説明する。尚、図２は図１における矢印Ｘ１で示した領域を拡大して示す図である。
【００３３】
磁気シールド１９は円筒形状を有しており、磁性蓄冷材１６Ｂの配設位置を完全に囲繞するよう設けられている。また磁気シールド１９は、超伝導材料であるNbTiとNbとCuとの多層構造を有した構成とされている。この磁気シールド１９は、蓄冷材収納部材となるシリンダ１８と、磁性蓄冷材１６Ｂとの間に配設されている。
【００３４】
また、磁気シールド１９が配設されるシリンダ１８内にも温度勾配が存在し、低温側は４Ｋ程度、高温側は１０Ｋ程度となる。磁気シールド１９で磁性蓄冷材１６Ｂで発生する磁気ノイズを遮蔽するには、磁気シールド１９を還移温度以下まで冷却し、超伝導状態とする必要がある。よって、磁気シールド１９に上記した熱勾配による侵入熱を防止するため、磁気シールド１９の外面及び内面には第１及び第２の断熱材２０，２１が設けられている。この第１及び第２の断熱材２０，２１の材質は、例えばテフロン（登録商標）を用いることができる。
【００３５】
第１の断熱材２０は、シリンダ１８と磁気シールド１９との間において、磁気シールド１９の全面と対向するよう配設されている。また、第２の断熱材２１は、磁性蓄冷材１６Ｂと磁気シールド１９との間において、熱的接続部２１Ａを除き、磁気シールド１９と対向するよう配設されている。
【００３６】
熱的接続部２１Ａは、第２の断熱材２１の低温端側に形成された開口部である。よって、この熱的接続部２１Ａの形成部においては、磁気シールド１９は磁性蓄冷材１６Ｂと直接接触した構成とされている。従って、磁性蓄冷材１６Ｂの低温端側は、熱的接続部２１Ａを介して磁気シールド１９に熱的に接続された構成となっている。
【００３７】
これにより、磁性蓄冷材１６Ｂの低温端側の寒冷（４Ｋ程度）により、熱的接続部２１Ａを介して磁気シールド１９の低温端側は冷却され、磁気シールド１９は還移温度以下まで冷却される。また、磁気シールド１９は、熱的接続部２１Ａの形成位置を除き、第１及び第２の断熱材２０，２１に囲繞され外部からの熱の侵入が防止されている。
【００３８】
このため、上記のように２段蓄冷器１６（磁性蓄冷材１６Ｂ）に熱勾配が存在しても、磁気シールド１９は還移温度以下の状態を維持し超伝導状態を維持する。よって、パルス冷凍機１Ａが駆動して磁性蓄冷材１６Ｂが移動し、これにより磁気ノイズが発生したとしても、磁気シールド１９ではこの磁気ノイズを打ち消すように電流が流れ磁場の乱れをキャンセルすることができる。従って、本実施例に係るパルス冷凍機１ＡをＭＲＩ，ＮＭＲの冷却に用いても、ＭＲＩ，ＮＭＲの磁場を乱すことはなく、診断画像等の生成に悪影響を与えることを確実に防止することができる。
【００３９】
一方、本実施例では磁気シールド１９がシリンダ１８の内部に配設された構成であるため、パルス冷凍機１ＡをＭＲＩ，ＮＭＲに適用することによりヘリウム環境下に配設しても、従来のパルス管冷凍機１００（図７参照）と異なり、シリンダ１８と磁気シールド１９との間にヘリウムガスが存在するようなことはない。よって、ヘリウム環境下でパルス冷凍機１Ａを駆動しても、ヘリウム対流による熱損失は発生することはなく、パルス冷凍機１Ａの冷凍能力が低下することを防止することができる。このように、本実施例に係るパルス冷凍機１Ａは、磁性蓄冷材１６Ｂで発生する磁気ノイズを磁気シールド１９で確実に遮蔽できると共に、ヘリウム環境下で使用しても高い冷却能力を維持することが可能となる。
【００４０】
次に、本発明の第２実施例に係る冷凍機について説明する。
【００４１】
本実施例においても、冷凍機としてパルス冷凍機を例に挙げている。図３及び図４は、第２実施例に係るパルス冷凍機１Ｂを示している。尚、図３及び図４において、図１及び図２に示した構成と対応する構成については同一符号を付して、その説明を省略する。また図３では、図１に示したハウジングＢの図示を省略している。
【００４２】
前記した第１実施例では、スペーサ１６Ａ及び磁性蓄冷材１６Ｂを１段ステージ１５と２段ステージ１７との間に固定的に配設されたシリンダ１８の内部に配設した構成を示した。これに対して本実施例に係るパルス冷凍機１Ｂは、蓄冷材収納部材となる蓄冷器カートリッジ２７にスペーサ１６Ａ及び磁性蓄冷材１６Ｂを収納したことを特徴とするものである。
【００４３】
このように、第１実施例の固定式の２段蓄冷器１６に代えて蓄冷器カートリッジ２７を用いることにより、メンテナンス時には使用済みの蓄冷器カートリッジ２７を新しい蓄冷器カートリッジ２７に交換するのみでスペーサ１６Ａ及び磁性蓄冷材１６Ｂの交換処理を行うことができ、メンテナンスの容易化を図ることができる。
【００４４】
図４は、図３における矢印Ｘ２で示した領域を拡大して示す図である。磁気シールド１９は蓄冷材収納部材となる蓄冷器カートリッジ２７の外筒２８と、磁性蓄冷材１６Ｂとの間に配設されている。また、第１の断熱材２０は外筒２８と磁気シールド１９との間において、磁気シールド１９の全面と対向するよう配設されている。また、第２の断熱材２１は、磁性蓄冷材１６Ｂと磁気シールド１９との間において、熱的接続部２１Ａを除き磁気シールド１９と対向するよう配設されている。
【００４５】
よって、本実施例に係るパルス冷凍機１Ｂにおいても、２段蓄冷器１６（磁性蓄冷材１６Ｂ）に熱勾配が存在しても、磁気シールド１９は還移温度以下の状態を維持し超伝導状態を維持する。これにより、パルス冷凍機１Ｂが駆動して磁性蓄冷材１６Ｂが移動し、これにより磁気ノイズが発生したとしても、磁気シールド１９ではこの磁気ノイズを打ち消すように電流が流れ磁場の乱れをキャンセルすることができる。よって、本実施例に係るパルス冷凍機１ＢをＭＲＩ，ＮＭＲに適用しても、診断画像等の生成に悪影響を与えることを防止できる。
【００４６】
次に、本発明の第３実施例について説明する。
【００４７】
本実施例は、冷凍機としてギフォードマクマホン型冷凍機（ＧＭ冷凍機）を例に挙げている。図５及び図６は、第３実施例であるＧＭ冷凍機３０を示している。尚、図５及び図６においても、図１及び図２に示した構成と対応する構成については同一符号を付して、その説明を省略するものとする。
【００４８】
本実施例に係るＧＭ冷凍機３０もＭＲＩやＮＭＲに適用され、またヘリウム環境下で使用されるものである。このＧＭ冷凍機３０は、大略すると１段シリンダ３２、２段シリンダ３４、１段ディスプレーサ３６、２段ディスプレーサ３８、１段蓄冷材４０、及び２段蓄冷材４２等により構成されている。
【００４９】
１段シリンダ３２は、内部に１段ディスプレーサ３６が図中上下方向に往復移動可能に配設されている。また、１段ディスプレーサ３６の内部には、蓄冷材４０が配設されている。２段シリンダ３４は、内部に２段ディスプレーサ３８が図中上下方向に往復移動可能に配設されている。また、２段シリンダ３４の内部には、磁性蓄冷材４２が配設されている。更に、２段シリンダ３４の内部には、磁気シールド１９が配設されている。
【００５０】
また、１段ディスプレーサ３６は、スコッチヨーク機構４６に接続されている。このスコッチヨーク機構４６は、駆動モータ４４により駆動される。駆動モータ４４の回転は、スコッチヨーク機構４６により直線往復運動に変換され、これにより１段ディスプレーサ３６は１段シリンダ３２内で往復移動する。また、１段ディスプレーサ３６と２段ディスプレーサ３８は連結されているため、１段ディスプレーサ３６が往復移動することにより、２段ディスプレーサ３８も２段シリンダ３４内で往復移動する。
【００５１】
１段シリンダ３２は、吸排気切り替え弁５２（吸気バルブＶ１と排気バルブＶ２を有する）を介して圧縮機５０と接続されている。吸排気切り替え弁５２の開閉は、スコッチヨーク機構４６による各ディスプレーサ３６，３８の移動と同期しており、よって所定のタイミングで１段シリンダ３２の冷却端側に形成された１段膨張室５５及び２段シリンダ３４の冷却端側に形成された２段膨張室５６には断熱膨張により寒冷が発生する。これにより、１段冷却ステージ３３は１０〜３０Ｋ程度に、また２段冷却ステージ３５は４Ｋ程度に冷却される。
【００５２】
次に、図６を参照し、本実施例で用いている磁気シールド１９について説明する。図６は、図５における矢印Ｘ３で示した領域を拡大して示す図である。
【００５３】
磁気シールド１９は蓄冷材収納部材となる２段ディスプレーサ３８の筒状部３８ａと、磁性蓄冷材４２との間に配設されている。また、第１の断熱材２０は筒状部３８ａと磁気シールド１９との間において、磁気シールド１９の全面と対向するよう配設されている。また、第２の断熱材２１は、磁性蓄冷材４２と磁気シールド１９との間において、熱的接続部２１Ａを除き磁気シールド１９と対向するよう配設されている。
【００５４】
よって、本実施例に係るＧＭ冷凍機３０においても、２段ディスプレーサ３８（磁性蓄冷材４２）に熱勾配が存在しても、磁気シールド１９は還移温度以下の状態を維持し超伝導状態を維持する。これにより、ＧＭ冷凍機３０が駆動して２段ディスプレーサ３８が２段シリンダ３４内で移動し、これにより磁気ノイズが発生したとしても、磁気シールド１９ではこの磁気ノイズを打ち消すように電流が流れ磁場の乱れをキャンセルすることができる。よって、ＧＭ冷凍機３０をＭＲＩ，ＮＭＲに適用しても、診断画像等の生成に悪影響を与えることを防止できる。
本発明は、二段式又は多段式パルス冷凍機を使った、各種超電導装置、各種超電導磁石装置、各種センサ冷却システム、極低温計測分析装置、液化装置、液化ガス、再凝縮装置、クライオポンプ、理化学機器等に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、本発明の第１実施例である冷凍機を説明するための図である。
【図２】図２は、図１における磁気シールド近傍を拡大して示す図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施例である冷凍機を説明するための図である。
【図４】図４は、図３における磁気シールド近傍を拡大して示す図である。
【図５】図５は、本発明の第３実施例である冷凍機を説明するための図である。
【図６】図６は、図５における磁気シールド近傍を拡大して示す図である。
【図７】図７は、従来の一例である冷凍機を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５６】
１Ａ，１Ｂ  パルス冷凍機
１１  室温フランジ
１２  １段パルス管
１２Ａ  １段高温端整流材
１２Ｂ  １段低温端整流材
１３  ２段パルス管
１３Ａ  ２段高温端整流材
１３Ｂ  ２段低温端整流材
１４  １段蓄冷器
１５  １段ステージ
１６  ２段蓄冷器
１６Ａ  スペーサ
１６Ｂ  蓄冷材
１７  ２段ステージ
１８  シリンダ
１９  磁気シールド
２０  第１の断熱材
２１  第２の断熱材
２１Ａ  熱的接続部
２２  １段リザーバ
２３  ２段リザーバ
２７  蓄冷器カートリッジ
２８  外筒
３０  ＧＭ冷凍機
３２  １段シリンダ
３３  熱負荷フランジ
３４  ２段シリンダ
３６  １段ディスプレーサ
３８  ２段ディスプレーサ
３８ａ  筒状部
４０  １段蓄冷材
４２  ２段蓄冷材
Ａ  シリンダ部
Ｂ  ハウジング
【図１】
2008224161.tif 000003
【図２】
2008224161.tif 000004
【図３】
2008224161.tif 000005
【図４】
2008224161.tif 000006
【図５】
2008224161.tif 000007
【図６】
2008224161.tif 000008
【図７】
2008224161.tif 000009