(57)【要約】【課題】本発明は、後方の輻射シールドを取り除くと共に、極低温の冷却装置と試料ホルダを連結するねじれ及び撓みが可能な熱伝導要素への輻射の影響を軽減させた熱伝導部材を提供することを目的とする。【解決手段】本発明による熱伝導部材は、ねじれ及び撓みが可能な第一熱伝導要素と、該第一熱伝導要素の外表面に熱制御薄膜を被覆し、該熱制御膜の外側に断熱要素を介してねじれ及び撓みが可能な第二熱伝導要素を積層し、該第二熱伝導要素の外表面に熱制御薄膜を被覆してなることを特徴とする。【選択図】      図１
2004245790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじれ及び撓みが可能な第一熱伝導要素と、該第一熱伝導要素の外表面に熱制御薄膜を被覆し、該熱制御膜の外側に断熱要素を介してねじれ及び撓みが可能な第二熱伝導要素を積層し、該第二熱伝導要素の外表面に熱制御薄膜を被覆してなることを特徴とする熱伝導部材。
【請求項２】
ねじれ及び撓みが可能な第一熱伝導要素を、熱伝導の良い材料により構成することを特徴とする請求項１に記載の熱伝導部材。
【請求項３】
第一熱伝導要素の外部に被覆する熱制御膜を、熱伝導の悪い薄膜の表面に反射率の高い物質を組み合わせて構成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱伝導部材。
【請求項４】
断熱要素を低摩擦かつ可撓性の材料より形成することにより、第一熱伝導要素と第二熱伝導要素の断熱を行うとともに第一熱伝導要素及び第二熱伝導要素の同時の撓み並びに第一熱伝導要素及び第二熱伝導要素の独立のねじれを可能にすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の熱伝導部材。
【請求項５】
ねじれおよび撓みが可能な第二熱伝導要素を、伝熱の良い材料により構成することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の熱伝導部材。
【請求項６】
第二熱伝導要素の外部に被覆する熱制御薄膜を、伝熱の悪い薄膜の表面に反射率の高い物質を組み合わせて構成することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の熱伝導部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数軸周りの旋回要素を有する多軸関節機構に用いられる冷却装置に関し、特に真空雰囲気での高精度な角度制御および常温から極低温に於いて温度制御がそれぞれ求められる試料評価装置や試料作製装置、ならびにこれらを複合した試料作製・評価装置などに組み込まれる多軸試料ゴニオメータに対して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
エレクトロニクス材料の作製ならびに評価等の研究開発において、材料の多軸方位制御がしばしば必要となる。現在、このような試料の姿勢を制御する多軸ゴニオメータは、数多く市販されている。例えば、英国のＴｈｅｒｍｏ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ社の試料マニュピュレータに組み込まれたゴニオメータ、米国のＴｈｅｒｍｉｏｎｉｃｓ社のＧＢという名称のゴニオメータが知られている。更に、近年の研究開発の高度化において、試料を極低温に維持することがしばしば要求され、従来の多軸ゴニオメータ及び多軸マニピュレータに対して数多くの試料の冷却手法が提案されている。例えば、Ｔｈｅｒｍｏ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ社のＨｅｌｉｓｔａｔマニピュレータおよびＣＰＴＯマニピュレータは、極低温の冷却装置から可撓性の銅網線を介して試料の冷却を行う構成を採用している。また、以下に記す特許文献１においても、１自由度のゴニオメータの基盤ホルダに対して、液体窒素を用いた冷却装置により熱伝導を利用して冷却することが記載されている。同様に、以下に記す非特許文献１には、多軸試料マニピュレータに組み込まれたゴニオメータの試料に対し、液体ヘリウムや液体窒素を用いた冷却装置により熱伝導を利用して冷却することが記載されている。これら上記の冷却手法は、極低温の冷却装置と試料ホルダを連結する熱伝導要素および試料ホルダに対して外部からの熱輻射の対策が施されていない。この問題を解決するために、英国のＴｈｅｒｍｏ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ社のＣｒｙｏａｘ  ＩＩという名称のマニピュレータでは、マニュピュレータ先端に組み込まれた試料ゴニオメータの外部に熱輻射シールドを設け、この輻射シールドに対して液体窒素を用いた冷却装置により冷却する一方、試料ホルダに対して液体ヘリウムを用いた冷却装置により冷却を行うようにした２段構成の冷却手法を採用している。この手法は、外部に輻射シールドを取り付けるために試料ホルダ周囲の寸法が大きくなる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−１０７７６７号公報（第２ページ右下欄〜第３ページ右下欄、第１図〜第３図）
【非特許文献１】
Ｒｅｖｉｅｗ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，  Ｖｏｌ．  ６３，  Ｎｏ．  １０  （Ｏｃｔ．  １９９２）  ｐｐ．  ４２８５−４２８８．
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した熱輻射の対策が施されていない冷却手法は、試料ホルダおよび極低温の冷却装置と試料ホルダを連結する熱伝導要素が室温の外部から直接熱輻射を受け、試料を３０Ｋ以下の極低温まで冷却することが困難である。しかも、このような熱輻射対策が施されていない冷却手法では、熱伝達効率の悪さから試料ホルダを所定の温度まで冷却をするのに多くの時間を必要とするばかりでなく、冷却装置の寒剤として用いられる高価な液体ヘリウムの消費量が非常に多く必要とする。上述したＴｈｅｒｍｏ  Ｖａｃｕｕｍ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ社のＣｒｙｏａｘ  ＩＩマニピュレータで採用されている２段式の冷却手法は、外部の熱輻射の問題をある程度解決出来ているものの、試料の近傍のゴニオメータを冷却されておらず、このゴニオメータからの熱輻射の影響により上記の問題を本質的に解決出来ていない。しかも、Ｃｒｙｏａｘ  ＩＩマニピュレータでは、輻射シールドが試料ホルダおよびゴニオメータを覆っているために、輻射シールドの寸法を小さく出来ず、実際の使用に関しては装置の他の構成要素との立体障害の問題により種々の制約を受ける。このように、試料を３０Ｋ以下の極低温へ短時間で、高価な液体ヘリウムの消費を押さえるような効率的な冷却を行うためには、外部からの熱輻射の影響を緩和させる必要がある。この際、実際の装置の使用を可能にするため、試料ホルダ周囲の寸法は、従来の外部に輻射シールドを用いない冷却手法と同程度でなくてはならない。
【０００５】
本発明は、従来の外部の輻射シールドを取り除くと共に、極低温の冷却装置と試料ホルダを連結するねじれ及び撓みが可能な熱伝導要素への輻射の影響を軽減させた熱伝導部材を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の熱伝導部材は、ねじれ及び撓みが可能な第一熱伝導要素と、該第一熱伝導要素の外表面に熱制御薄膜を被覆し、該熱制御膜の外側に断熱要素を介してねじれ及び撓みが可能な第二熱伝導要素を積層し、該第二熱伝導要素の外表面に熱制御薄膜を被覆してなることを特徴とする。
また、本発明の熱伝導部材は、ねじれ及び撓みが可能な第一熱伝導要素を、熱伝導の良い材料により構成することを特徴とする。
また、本発明の熱伝導部材は、第一熱伝導要素の外部に被覆する熱制御膜を、熱伝導の悪い薄膜の表面に反射率の高い物質を組み合わせて構成することを特徴とする。
また、本発明の熱伝導部材は、断熱要素を低摩擦かつ可撓性の材料より形成することにより、第一熱伝導要素と第二熱伝導要素の断熱を行うとともに第一熱伝導要素及び第二熱伝導要素の同時の撓み並びに第一熱伝導要素及び第二熱伝導要素の独立のねじれを可能にすることを特徴とする。
また、本発明の熱伝導部材は、ねじれおよび撓みが可能な第二熱伝導要素を、伝熱の良い材料により構成することを特徴とする。
また、本発明の熱伝導部材は、第二熱伝導要素の外部に被覆する熱制御薄膜を、伝熱の悪い薄膜の表面に反射率の高い物質を組み合わせて構成することを特徴とする。
故に、この熱伝導部材はねじれ及び撓みが可能であると共に、第二熱伝導要素を第一熱伝導要素の輻射シールドとして用いることができる。第一熱伝導要素を冷却装置で極低温まで冷却を行い、更に、第二熱伝導要素を別の冷却源を用いて冷却を行うことにより、第二熱伝導要素を第一熱伝導要素の輻射シールドとして用いることが出来る。このことにより、装置の外部に輻射シールドを配置する必要がなくなる。つまり、この熱伝導部材はねじれ及び撓みが可能であると共に輻射シールドの役割を兼ね備えた複合熱伝導部材である。
また、第一熱伝導要素と第二熱伝導要素の間に低摩擦のねじれ及び撓みが可能な断熱要素を用いているために、第一熱伝導要素は第二熱伝導要素に対して独立にねじれが可能である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を図１を参照しながら説明する。
図１に示すようにねじれ及び撓みが可能な第一熱伝導要素（内部熱伝導ワイヤケーブル１）の外部からこの第一熱伝導要素（内部熱伝導ワイヤケーブル１）へ熱輻射を軽減させるために第一熱伝導要素（内部熱伝導ワイヤケーブル１）の外部に熱制御膜２を配置する。この第一熱伝導要素（内部熱伝導ワイヤケーブル１）および熱制御膜２の外側に低摩擦のねじれ及び撓みが可能な断熱要素（熱絶縁体３）を介して同軸上にねじれ及び撓みが可能な第二熱伝導要素（外部熱伝導ワイヤケーブル４）を配置する。更に、外界からこの第二熱伝導要素（外部熱伝導ワイヤケーブル４）への熱輻射を軽減させるため第二熱伝導要素（外部熱伝導ワイヤケーブル４）の外部に熱制御膜５を配置する。
【０００８】
上記第一熱伝導要素（内部熱伝導ワイヤケーブル１）を極低温の冷却装置を用いて冷却を行い、更に別の冷却源を用いて第二熱伝導要素（外部熱伝導ワイヤケーブル４）の冷却を行う。このことにより、第二熱伝導要素（外部熱伝導ワイヤケーブル４）は第一熱伝導要素（内部熱伝導ワイヤケーブル１）の輻射シールドとして機能すると共に、第一熱伝導要素（内部熱伝導ワイヤケーブル１）および第二熱伝導要素（外部熱伝導ワイヤケーブル４）を同時に撓ませることが可能であり、また、第一熱伝導要素（内部熱伝導ワイヤケーブル１）および第二熱伝導要素（外部熱伝導ワイヤケーブル４）を独立してねじることが可能である。
【０００９】
第一熱伝導要素（内部熱伝導ワイヤケーブル１）および第二熱伝導要素（外部熱伝導ワイヤケーブル４）を、伝熱性の良い材料である銅を用いてねじれ及び撓みが可能な網線にて形成することが好ましい。第一熱伝導要素（内部熱伝導ワイヤケーブル１）および第二熱伝導要素（外部熱伝導ワイヤケーブル４）の外部に固定された熱制御膜２、５を、真空中および２００℃以上の高温において使用可能な伝熱の悪い薄膜であるポリミド膜の表面に、真空中および２００℃以上の高温において使用可能な反射率の高いアルミを蒸着した熱制御膜にて形成することが好ましい。また、可撓性の断熱要素（熱絶縁体３）は、摩擦が低く伝熱の悪い材料であるポリミドで成形することが望ましい。
【００１０】
【実施例】
〔実施例１〕  １軸試料ゴニオメータ
本発明による熱伝導部材を１軸試料ゴニオメータに応用した一実施例に付いて、図２〜４を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施例のみに限らず、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。
【００１１】
本実施例による１軸試料ゴニオメータの概観を図２に示し、その主要部の拡大断面構造を図３に示し、そのＡ−Ａ’矢視断面構造を図４に示す。
この１軸試料ゴニオメータは、図示しない真空チャンバの開口部に環状の真空フランジ継手９により気密に装着される。真空フランジ継手９の内側には（図２中、下側）には、真空チェンバ内に収容されるブラケット２０が複数本（図示例では４本）の支柱８を介して連結されている。真空チェンバの系外に位置する真空フランジ継手９の外側（図２上側）には、後述する旋回ブロックを駆動するためのシールジョイント１０と、図示しない液体ヘリウムの供給装置に接続するヘリウム供給継手１２およびヘリウム排出継手１１とが取付けてある。
【００１２】
旋回ブロック２１は、ブラケット２０に対して、軸受け３２を介して旋回可能に保持された状態となっている。旋回ブロックの外周には旋回軸を中心とするウォームホイール１９が固定され、このウォームホイール１９と噛み合うウォーム１８の両端部がブラケット２０に軸受１７を介して回転自在に支持されている。このウォーム１８の一方の端に従動傘歯車１６が取り付けられている。この従動傘歯車１６には、駆動傘歯車１５が噛み合っている。この駆動傘歯車１５は、自在ジョイント１３及び旋回駆動ロッド７を介して真空チェンバの系外のシールジョイント１０と相互に連結されている。従って、シールジョイント１０を旋回させると、その回転力が旋回駆動ロッド７、自在ジョイント１３、駆動傘歯車１５、従動傘歯車１６、ウォーム１８、ウォームホイール１９を介して旋回ブロック２１に伝達される。この旋回ブロック２１の回転角は、図示しない旋回駆動用モータに取り付けられたロータリエンコーダにより検出される。
【００１３】
旋回ブロック２１の内側には、スペーサ３４、３５を介して試料ホルダ２２が取り付けられている。試料ホルダ２２は、取り外し可能な試料ディスク２３が取り付けてある。同心状をなす内筒２５および外筒２４と、これらの下端に連結される銅製の熱伝導部２９とを備えた冷却シリンダ６は、内筒２５の上端部および外筒の上端部２４の上端部が上述したヘリウム供給継手１２およびヘリウム排出継手１１に連結されている。つまり、この冷却シリンダ６はその上端部が真空フランジ継手９から釣り下げられた状態となっている。
【００１４】
内筒２５の下端部には、外筒２４との間に形成されたヘリウム供給用環状通路２７およびヘリウム排出用環状通路２６に連通する複数の開口２８が形成され、ヘリウム供給用環状通路２７内を流れ落ちる液体ヘリウムは、これら開口２８からヘリウム排出用環状通路２６内に導かれ、この間に伝熱部２９を冷却した後、ヘリウム排出継手１１側に戻されるようになっている。冷却シリンダ６がこのような二重管構造を有することにより、内筒２５内を流下する液体ヘリウムの外部からの熱輻射を最小限に抑制することができる。本実施例では、冷却シリンダ６の下端部を囲む円筒状の熱輻射シールド３０を設けることにより、伝熱部２９の外部からの熱輻射を抑制している。上述した熱伝導部２９および熱輻射シールド３０は良熱伝導材料である無酸素銅により形成し、それ以外の内筒２５、外筒２４をステンレス鋼により形成している。
【００１５】
冷却シリンダ６の熱伝導部２９の下端と試料ホルダ２２の基端とは、図１に示す本発明の熱伝導部材３１の内部熱伝導ワイヤケーブル１を介して連結されている。この内部熱伝導ワイヤケーブル１の外側には、外部内部熱伝導ワイヤケーブル４からの熱輻射を抑制するために熱制御膜２が取付けられている。冷却シリンダ６の熱輻射シールド３０と旋回ブロック２１の基端とは、本発明の熱伝導部材３１の外部熱伝導ワイヤケーブル４を介して連結されている。この外部熱伝導ワイヤケーブル４の外側には、外部からの熱輻射を抑制するために熱制御膜５が取付けられている。内部熱伝導ワイヤケーブル１と外部熱伝導ワイヤケーブル４の断熱を行うために、内部熱伝導ワイヤケーブル１用熱制御膜２と外部熱伝導ワイヤケーブル４の間に低摩擦のねじれ及び撓みが可能な熱絶縁体３を組み込んでいる。
【００１６】
この熱伝導部材３１は、ねじれおよび撓みの変形が可能であり、液体ヘリウムによって冷却された冷却シリンダ６の熱伝導部２９から内部熱伝導ワイヤケーブル１を介して試料ホルダ２２を熱伝導により効率良く冷却を行うことができる。上述した内部熱伝導ワイヤケーブル１、外部熱伝導ワイヤケーブル４、試料ホルダ２２、旋回ブロック２１は良熱伝導材料である無酸素銅により形成している。冷却シリンダ６の熱伝導部２９により内部熱伝導ワイヤケーブル１を介して冷却された試料ホルダ２２は、冷却シリンダ６の熱輻射シールド３０により外部熱伝導ワイヤケーブル４を介して冷却された旋回ブロック２１により取り囲まれている。
【００１７】
試料ホルダ２２と旋回ブロック２１は、熱伝導性が悪いスペーサ３４、３５を介して保持されている。つまり、試料ホルダ２２と旋回ブロック２１は、断熱されている。更に、旋回ブロック２１の前方に前段熱輻射シールド３３を取り付けることにより、試料ホルダ２２が外部からの直接の熱輻射の影響を最小限に抑制することが可能となる。
また、熱伝導部材３１を用いることにより、試料ホルダ２２とその試料ホルダ用の熱輻射シールドとして機能する旋回ブロック２１を同時に冷却可能となる。更に試料ホルダ２２と冷却シリンダ６の伝熱部２９を連結する内部熱伝導ワイヤケーブル１に対して新たな熱輻射シールドを必要としない。その結果、熱輻射シールドによるゴニオメータの先端構造の寸法の問題を解決することができる。
【００１８】
〔実施例２〕２軸試料ゴニオメータ
本発明による熱伝導部材３１を２軸試料ゴニオメータに応用した一実施例に付いて、図５乃至９を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施例のみに限らず、この明細書の特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。
【００１９】
本実施例による２軸試料ゴニオメータの概観を図５に示し、その左側面形状を図６に示し、その主要部の拡大断面構造を図７に示し、そのＡ−Ａ’矢視断面構造を図８に示し、後述するベース部と旋回ブロック部および回転ホルダ部の分解図を図９に示す。この２軸試料ゴニオメータは、図示しない真空チャンバの開口部に環状の真空フランジ継手４９により気密に装着される。真空フランジ継手４９の内側（図５および６中、下側）には、真空チェンバ内に収容されるブラケット５９が複数本（図示例では４本）の支柱５６を介して連結されている。真空チェンバの系外に位置する真空フランジ継手４９の外側（図５および６上側）には、後述する旋回ブロック駆動用のブロック駆動モータ４０および試料ホルダ駆動用のホルダ駆動モータ４１と、これら駆動モータ４０，４１に連結されるシールジョイント４７，４８と、図示しない液体ヘリウムの循環供給装置に接続するヘリウム供給継手４５およびヘリウム排出継手４６とが取付けた状態となっている。
【００２０】
ブラケットとしてのヘッドブラケット５９は、垂直方向に相互かつ平行に対向する一対の側板部５９ａを有する。この一対の側板部５９ａの間には、半円弧状をなす旋回ブロック６６が位置している。第一の旋回要素として旋回ブロック６６の左右両側縁部の内周および外周面に接触する複数のローラ８９が旋回ブロック６６の旋回軸を中心として同心円状にそれぞれ一対の側板部５９ａに回転自在に取り付けられている。つまり、旋回ブロック６６は、ヘッドブラケット５９に対し、複数のローラ８９を介して旋回軸回りに旋回可能に保持された状態となっている。
【００２１】
旋回ブロック６６の外周には旋回軸を中心として扇形歯車８５が固定され、この扇形歯車８５と噛み合うピニオン８４を設けたブロック用歯車軸８３の両端部が一対の側板部５９ａに軸受８８を介して回転自在に支持されている。このブロック用歯車軸８３には従動傘歯車８２も取り付けられており、この従動傘歯車８２には、軸受８６，８７を介して上述した垂直方向と平行にヘッドブラケット５９に回転自在に保持されたブロック用中間軸６２の下端に設けた駆動傘歯車８１が噛み合っている。ブロック用中間軸６２の上端とブロック駆動モータ４０に連結されたブロック用シールジョイント４７の下端とは、一対の自在ジョイント５０，５４が両端に取り付けられたブロック駆動ロッド５２を介して相互に連結されている。
従って、ブロック駆動モータ４０を作動させると、その回転力がブロック用シールジョイント４７、ブロック用駆動ロッド５２、ブロック用中間軸、ブロック用歯車軸８３を介して旋回ブロック６６に伝達され、旋回ブロック６６がローラ８９に案内されながら旋回軸を中心として旋回するようになっている。この旋回ブロック６６の回転角は、ブロック駆動モータ４０に連結されたブロック用ロータリエンコーダ４２によって検出される。
【００２２】
旋回ブロック６６の内側には、試料が取り外し可能に装着される試料ホルダ６５を先端に設けた回転ブロック６４を支持するためのホルダ支持ステー６３が設けられている。つまり、第２の旋回要素として回転ブロック６４は、水平面内において前記旋回軸と直交する第２の軸方向（以下、これを便宜的に回転軸と呼称する）回りに軸受９３を介してホルダ支持ステー６３に回転自在に支持され、その基端側に従動傘歯車７９が固定されている。前記ホルダ支持ステー６３の一側端部には、円筒状の旋回スリーブ７７の基端部が固定され、この旋回スリーブ７７には従動傘歯車７９と噛み合う駆動傘歯車７３を先端に固定したホルダ用歯車軸７２が旋回軸と同軸状をなすように軸受７６を介して回転自在に取り付けられている。筒状をなすスリーブ受け７４は、軸受７８を介して旋回スリーブ７７の先端部に回転自在に連結され、このスリーブ受け７４内に収容されるホルダ用歯車軸７２の基端のウォームホイール７１には、該当スリーブ受け７４に軸受７５を介して回転自在に装着されたウォーム７０が噛み合っている。下端がこのウォーム７０に固定継手６９を介して連結された伸縮可能なホルダ用中間自在軸６１の上端部には自在継手６０が設けられ、軸受６８を介してヘッドブラケット５９に回転自在に支持されている。ホルダ用中間自在軸６１の上端とホルダ駆動モータ４１に連結されたホルダ用シールジョイント４８の下端とは、一対の自在継手５１，５５が両端に取り付けられたホルダ用駆動ロッド５３を介して相互に連結されている。
従って、ホルダ駆動モータ４１を作動させると、その回転力がホルダ用シールジョイント４８、ホルダ用駆動ロッド５３、ホルダ用中間自在軸６１、ホルダ用歯車軸７２を介して回転ブロック６４に伝達され、回転ブロック６４は回転軸を中心として旋回するようになっている。この回転ブロック６４の回転角は、ホルダ駆動モータに連結されたホルダ用ロータリエンコーダ４３によって検出される。
【００２３】
このように、試料ホルダ６５が取り付けられた回転ブロック６４は、旋回軸および回転軸の２軸の回転自由度を有することになる。試料ホルダ６５が上述した２自由度を得るための機構は、本実施例に限定されるわけではなく、従来からの周知の任意の機構を適宜採用することが可能であるが、本実施例では、試料ホルダ６５が旋回軸と回転軸との交点近傍に配されているため、この試料ホルダ６５の周囲をコンパクトにまとめることが出来る。
【００２４】
この２軸試料ゴニオメータを収容する真空チャンバ内が真空雰囲気にあるために、旋回ブロック６６を支持するローラ８９は、上述した他の軸受６８，７５，７６，７８，８６，８７，８８，９３と同様に、グリースなどの潤滑油を使用しない形態のステンレス鋼製の球軸受を使用する必要がある。ステンレス鋼は、一般に熱伝導率が低いことで知られており、従ってこのような熱伝導効率の悪いローラ８９を介してヘッドブラケット５９に支持された旋回ブロック６６は、ヘッドブラケット５９に対してほぼ熱的に独立した状態となっている。更に、同様な理由により、熱伝導効率の悪い軸受９３を介してホルダ支持ステー６３に支持された回転ブロック６４は、ホルダ支持ステー６３に対してほぼ熱的に独立した状態となっている。ホルダ支持ステー６３、旋回ブロック６６、回転ブロック６４、試料ホルダ６５、熱輻射シールド６７は、熱伝導率が良好な銅（無酸素銅）により形成されている。ホルダ支持ステー６３および熱輻射シールド６７は、旋回ブロック６６に直接取り付けられているために、これらのホルダ支持ステー６３、熱輻射シールド６７、旋回ブロック６６は、互いに熱的に連結されている（以下、熱輻射シールド６７、ホルダ支持ステー６３、旋回ブロック６６の３つの構成要素を便宜的に旋回構成要素と呼称する）。同様に、試料ホルダ６５は、回転ブロック６４に直接取り付けられているために、これらの試料ホルダ６５と回転ブロック６４は、互いに熱的に連結されている（以下、試料ホルダ６５、回転ブロック６４の２つの構成要素を便宜的に回転構成要素と呼称する）。つまり、ヘッドブラケット５９と旋回構成要素、回転構成要素は、互いにほぼ熱的に独立した状態となっている。
回転ブロック６４及び試料ホルダ６５からなる回転構成要素は、旋回ブロック６６、ホルダ支持ステー６３、熱輻射シールド６７からなる旋回構成要素によりほぼ覆われた配置に取り付けられている。
【００２５】
同心状をなす内筒５７ａおよび外筒５７ｂと、これらの下端に連結される銅製の熱伝導部５７ｄとを具えた冷却シリンダ５７は、その熱伝導部５７ｄの部分が一対の側板部５９ａの間に位置するように、内筒５７ａの上端部および外筒５７ｂの上端部が上述したヘリウム供給継手４５およびヘリウム排出継手４６に連結されている。つまり。冷却シリンダ５７はその上端部が真空フランジ継手４９から吊り下げられた状態となっている。内筒５７ａの下端部には、外筒５７ｂとの間に形成された環状通路９１に連結する複数の開口９２が形成され、冷却チャンバ９０を流れ落ちる液体ヘリウムは、これら開口９２から環状通路９１内に導かれ、この間に熱伝導部５７ｄを冷却した後、ヘリウム排出継手４６側に戻されるようになっている。冷却シリンダ５７がこのような二重管構造を有することにより、冷却チャンバ９０を流下する液体ヘリウムの熱輻射を最小限に抑制することが出来る。本実施例では、冷却シリンダ５７の下端部を囲む円筒状の熱輻射シールド５８を設けている。上述した内筒５７ａ、外筒５７ｂを熱伝導率の悪いステンレス鋼にて形成し、熱伝導部５７ｄ、熱輻射シールド５８を熱伝導率が良好な銅（無酸素銅）で形成している。
【００２６】
冷却シリンダ５７の伝熱部５７ｄの下端と上述した回転ブロック６４の基端とは、本発明による熱伝導部材３１内の内部熱伝導ワイヤケーブル１を介して連結されている。内部熱伝導ワイヤケーブル１の外部には、外部熱伝導ワイヤケーブル４からの熱輻射を抑制するために熱制御膜２が取付けられている。この熱制御膜２は、真空中および２００℃以上の高温において使用可能な伝熱の悪いポリミド薄膜の表面にアルミニウムを蒸着することにより形成している。さらに、この熱制御膜２は、数μｍ〜数十μｍの薄膜であるために内部熱伝導ワイヤケーブル１と共に撓みおよびねじれが可能である。冷却シリンダ５７の熱輻射シールド５８と旋回ブロック６６の基端とは、本発明の熱伝導部材３１の外部熱伝導ワイヤケーブル４を介して連結されている。この外部熱伝導ワイヤケーブル４の外側には、外界からの熱輻射を抑制するために熱制御膜５が取付けられている。この熱制御膜５は、真空中および２００℃以上の高温において使用可能な熱伝導の悪いポリミド薄膜の表面にアルミニウムを蒸着することにより形成している。さらに、この熱制御膜５は、数μｍ〜数十μｍの薄膜であるために外部熱伝導ワイヤケーブル４と共に撓みおよびねじれが可能である。内部熱伝導ワイヤケーブル１と外部熱伝導ワイヤケーブル４の断熱を行うために、内部熱伝導ワイヤケーブル用熱制御膜２と外部熱伝導ワイヤケーブル４の間に低摩擦のねじれ及び撓みが可能な熱絶縁体３（この２軸試料ゴニオメータでは熱絶縁体３としてポリミドで整形した構造体を使用した）を組み込んでいる。この熱伝導部材３１は、ねじれおよび撓みの変形が可能であり、液体ヘリウムによって冷却された冷却シリンダ５７の伝熱部５７ｄから内部熱伝導ワイヤケーブル１を介して回転ブロック６４および試料ホルダ６５を熱伝導により効率良く冷却を行うことができる。上述した内部熱伝導ワイヤケーブル１、外部熱伝導ワイヤケーブル４、試料ホルダ２２、旋回ブロック２１は良熱伝導材料である無酸素銅により形成している。
【００２７】
冷却シリンダ５７の熱伝導部５７ｄと回転ブロックを連結している内部熱伝導ワイヤケーブル１は、外部熱伝導ワイヤケーブル４により取り囲まれている。さらに、回転ブロック６４および試料ホルダ６５は、旋回ブロック６６、ホルダ支持ステー６３、熱輻射シールド６７により取り囲まれている。つまり、冷却シリンダ５７の熱輻射シールド５８、熱伝導部材３１の外部熱伝導ワイヤケーブル４、旋回ブロック６６、ホルダ支持ステー６３、熱輻射シールド６７は、冷却シリンダ５７の熱伝導部５７ｄ、熱伝導部材３１の内部熱伝導ワイヤケーブル１、回転ブロック６４、試料ホルダ６５をほぼ取り囲み、熱輻射シールドとして機能する。このことにより、この２軸試料ゴニオメータの外部に輻射シールドを設置する必要がなく小型化および１０Ｋ以下の極低温を達成できる。
【００２８】
【発明の効果】
上記説明した通り本発明の熱伝導部材によると、ねじれ及び撓みが可能な第一熱伝導要素と、該第一熱伝導要素の外表面に熱制御薄膜を被覆し、該熱制御膜の外側に断熱要素を介してねじれ及び撓みが可能な第二熱伝導要素を積層し、該第二熱伝導要素の外表面に熱制御薄膜を被覆してなることにより、第一熱伝導要素および第二熱伝導要素を同時に撓ませることが可能であり、また、第一熱伝導要素および第二熱伝導要素を独立してねじれさせることが可能であり、さらに、第一熱伝導要素および第二熱伝導要素を独立に熱伝導することができる。
また本発明の熱伝導部材を、真空内で方位制御を行うゴニオメータおよびマニュピュレータの冷却装置に組み込むことにより、これら多軸関節機構の外側に新たに熱輻射シールドを取り付ける必要がなくなる。このことにより、既存の装置で問題となっている試料近傍の寸法の小型化を行うことが出来る。
さらに、熱伝導部材を同軸に配置することにより、冷却効率の改善を行うことが可能となるため、多軸関節機構の試料近傍の寸法の小型化及び試料の冷却効率の改善を図ることができる。その結果、位置および方位制御が求められる試料評価装置ならびに試料作製装置およびそれらの複合装置において、極低温での現実の使用を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱伝導部材の概念を表す断面図である。
【図２】本発明の熱伝導部材を１軸ゴニオメータに応用した一実施例の概観を表す正面図である。
【図３】図２に示した１軸ゴニオメータの先端部の拡大断面図である。
【図４】図３中のＡ−Ａ’矢視断面図である。
【図５】本発明の熱伝導部材を２軸試料ゴニオメータに応用した一実施例の概観を表す正面図である。
【図６】図５に示した２軸試料ゴニオメータの左側面図である。
【図７】図５に示した２軸試料ゴニオメータの先端部の拡大断面図である。
【図８】図７中のＡ−Ａ’矢視断面図である。
【図９】図７に示した２軸試料ゴニオメータの先端部の構成図である。
【符号の説明】
１  内部熱伝導ワイヤケーブル
２  熱制御膜
３  熱絶縁体
４  外部熱伝導ワイヤケーブル
５  熱制御膜
６  冷却シリンダ
７  旋回駆動ロッド
８  支柱
９  真空フランジ継手
１０  シールジョイント
１１  ヘリウム排出継手
１２  ヘリウム供給継手
１３  自在ジョイント
１４  軸受
１５  駆動傘歯車
１６  従動傘歯車
１７  軸受
１８  ウォーム
１９  ウォームホイール
２０  ブラケット
２１  旋回ブロック
２２  試料ホルダ
２３  試料ディクス
２４  外筒
２５  内筒
２６  ヘリウム排出用通路
２７  ヘリウム供給用通路
２８  開口
２９  熱伝導部
３０  熱輻射シールド
３１  熱伝導部材
３２  軸受
３３  前段熱輻射シールド
３４  スペーサ
３５  スペーサ
４０  ブロック駆動モータ
４１  ホルダ駆動モータ
４２  ブロック用ロータリエンコーダ
４３  ホルダ用ロータリエンコーダ
４５  ヘリウム供給継手
４６  ヘリウム排出継手
４７  ブロック用シールジョイント
４８  ホルダ用シールジョイント
４９  真空フランジ継手
５０，５１  自在継手
５２  ブロック用駆動ロッド
５３  ホルダ用駆動ロッド
５４、５５  自在継手
５６  支柱
５７  冷却シリンダ
５７ａ  内筒
５７ｂ  外筒
５７ｃ  内筒接続部
５７ｄ  熱伝導部
５８  熱輻射シールド
５９  ヘッドブラケット
５９ａ  側板部
５９ｂ  前板部
６０  自在継手
６１  ホルダ用中間自在軸
６２  ブロック用中間軸
６３  ホルダ支持ステー
６４  回転ブロック
６５  試料ホルダ
６６  旋回ブロック
６７  熱輻射シールド
６８  軸受
６９  固定継手
７０  ウォーム
７１  ウォームホイール
７２  ホルダ用歯車軸
７３  駆動傘歯車
７４  スリーブ受け
７５  軸受
７６  軸受
７７  旋回スリーブ
７８  軸受
７９  従動傘歯車
８１  駆動傘歯車
８２  従動傘歯車
８３  ブロック用歯車軸
８４  ピニオン
８５  扇形歯車
８６  軸受
８７  軸受
８８  軸受
８９  ローラ
９０  冷却チャンバ
９１  環状通路
９２  開口
９３  軸受
【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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【図９】
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