(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、その圧縮された冷媒ガスが寒冷発生用のコールドヘッドへ供給される膨張機と、この膨張機に供給された冷媒ガスの圧力と流速の位相を制御する位相制御部とを有し、冷媒ガスが流れるガス流路が連通される状態で、前記圧縮機と前記膨張機との連結を行うパルス管冷凍機を用いた超高感度分析装置を冷却する冷却装置において、
前記圧縮機と前記膨張機との連結を行う接続継手を、前記ガス流路の挿入固定用の貫通穴が形成された環状の第１の金属部材と、この第１の金属部材の外周に嵌合固定された環状の電気絶縁部材と、この電気絶縁部材の外周に嵌合固定された環状の第２の金属部材との三層一体構造で形成し、
この形成された接続継手が固定される圧縮機又は膨張機の壁面の前記ガス流路の開口部分を、当該壁面に前記接続継手を固定した際に、その開口部分の周縁が前記接続継手の電気絶縁部材の領域上に位置するように形成した
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、その圧縮された冷媒ガスが寒冷発生用のコールドヘッドへ供給される膨張機と、この膨張機に供給された冷媒ガスの圧力と流速の位相を制御する位相制御部とを有し、冷媒ガスが流れるガス流路が連通される状態で、前記圧縮機と前記膨張機との連結、並びに前記膨張機と前記位相制御部との連結を行うパルス管冷凍機を用いた超高感度分析装置を冷却する冷却装置において、
前記圧縮機と前記膨張機との連結、並びに前記膨張機と位相制御部との連結を行う接続継手を、前記ガス流路の挿入固定用の貫通穴が形成された環状の第１の金属部材と、この第１の金属部材の外周に嵌合固定された環状の電気絶縁部材と、この電気絶縁部材の外周に嵌合固定された環状の第２の金属部材との三層一体構造で形成し、
この形成された接続継手が固定される圧縮機又は膨張機の壁面の前記ガス流路の開口部分を、当該壁面に前記接続継手を固定した際に、その開口部分の周縁が前記接続継手の電気絶縁部材の領域上に位置するように形成した
ことを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡、蛍光Ｘ線分析計、ＮＭＲ(Nuclear Magnetic Resonance)等の超高感度分析装置の検出部や検出素子を冷却する冷却装置に関し、特に、冷却源としてパルス管冷凍機を使用する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の冷却装置は、パルス管冷凍機を備え、電子顕微鏡、蛍光Ｘ線分析計等の超高感度分析装置の検出部や検出素子等の冷却に用いられ、機械的に運動する部品を有するガス圧縮機やバルブユニットをパルス管冷凍機のコールドヘッドから切り離した状態で配置するとともに、バルブユニットとコールドヘッドとをガス配管を介して配管接続することにより、ガス圧縮機やバルブユニットの機械的振動がコールドヘッドに伝わらない構造とされている。
【０００３】
更に、特許文献２に記載の冷却装置では、バルブユニットからコールドヘッドに冷媒ガスを供給する経路を形成する器具やガス配管、管継手等を、ガラスエポキシ樹脂やポリカーボネート等の電気絶縁材料で形成することにより、ガス圧縮機やバルブユニットにおける機械的な可動部品の運動に起因する微少な電気ノイズがガス配管を介してコールドヘッドに伝達されることを阻止し、電気ノイズに起因する超感度分析装置の検出精度の低下を阻止するように成されている。
【０００４】
また、特許文献３に記載の冷却装置は、電気絶縁として、管継手の接合面や締結部品にタフラム加工等で絶縁表面処理を施す方法等が取られている。
【特許文献１】特公平７−７２６５０号公報
【特許文献２】特許第２９９７８７７号公報
【特許文献３】特開２００４−１１６８１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記の特許文献２の冷却装置においては、コールドヘッドに対する微少な電気ノイズの影響を防止できるが、管継手等がガラスエポキシ樹脂やポリカーボネート等の樹脂からなる電気絶縁材料で形成されているため、耐圧性、機密性及びアウトガスによる性能劣化等の問題がある。
また、特許文献３の冷却装置では、管継手等の接合面や締結部品に表面処理を施しているため、製作時や、メンテナンス時の取り付け、取り外しの際に、電気絶縁処理をした表面に生じた傷や磨耗により電気的絶縁が確保出来なくなるといった問題がある。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、パルス管冷凍機の圧縮機と膨張機の間に介在する配管や管継手等の耐圧性及び気密性を損なうことなく、コールドヘッドに対する圧縮機等の機械的な可動部品の運動に起因する微小な電気ノイズの影響を確実に防止することができ、これによって冷却対象の超高感度分析装置で安定した測定精度を得ることができる冷却装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１による冷却装置は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、その圧縮された冷媒ガスが寒冷発生用のコールドヘッドへ供給される膨張機と、この膨張機に供給された冷媒ガスの圧力と流速の位相を制御する位相制御部とを有し、冷媒ガスが流れるガス流路が連通される状態で、前記圧縮機と前記膨張機との連結を行うパルス管冷凍機を用いた超高感度分析装置を冷却する冷却装置において、前記圧縮機と前記膨張機との連結を行う接続継手を、前記ガス流路の挿入固定用の貫通穴が形成された環状の第１の金属部材と、この第１の金属部材の外周に嵌合固定された環状の電気絶縁部材と、この電気絶縁部材の外周に嵌合固定された環状の第２の金属部材との三層一体構造で形成し、この形成された接続継手が固定される圧縮機又は膨張機の壁面の前記ガス流路の開口部分を、当該壁面に前記接続継手を固定した際に、その開口部分の周縁が前記接続継手の電気絶縁部材の領域上に位置するように形成したことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、圧縮機と膨張機との連結を行う際に、圧縮機の壁面のガス流路の開口部分に接続継手を介して膨張機を連結すると、通常金属材料を用いた各々の壁面のガス流路の開口部分の周縁が、接続継手の電気絶縁部材に当接した状態となる。これによって、電気絶縁部材の内側の第１の金属部材並びに当該第１の金属部材に挿入固定されたガス流路は、圧縮機又は膨張機の壁面に対して完全に電気的に絶縁された状態となる。従って、圧縮機等の機械的な可動部品の運動に起因する微小な電気ノイズは、各接続継手で阻止されているので、コールドヘッドに伝達されることが無く、れのため、超高感度分析装置の測定精度に悪影響を及ぼすことが無くなる。また、各接続継手に電気絶縁部材を第１及び第２の金属部材の間に介在させて一体化して構成しているので、第２の金属部材を壁面とのシール面を有するフランジ部とし、このフランジ部のボルトネジ等の締結部品に金属部材を用いることができる。金属部材は、樹脂と比較して遥かに強度があり、シール面からの冷媒ガスのリークも無く、また、アウトガスが発生することが無い。しかも、金属製のフランジ部（第２の金属部材）に複数の取付穴を形成し、これら取付穴にボルトネジを螺合して接続継手を金属製の壁面に固定するので、強固な金属同士でガス流路を所望の締結力で密閉することができる。更に、各接続継手自体に電気絶縁部材を備えているため、従来の薄い絶縁表面処理とは異なってシール面や締結部品等の接触面の傷等により通電する恐れが無く、信頼性を高くすることができる。
【０００９】
また、本発明の請求項２による冷却装置は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機と、その圧縮された冷媒ガスが寒冷発生用のコールドヘッドへ供給される膨張機と、この膨張機に供給された冷媒ガスの圧力と流速の位相を制御する位相制御部とを有し、冷媒ガスが流れるガス流路が連通される状態で、前記圧縮機と前記膨張機との連結、並びに前記膨張機と前記位相制御部との連結を行うパルス管冷凍機を用いた超高感度分析装置を冷却する冷却装置において、前記圧縮機と前記膨張機との連結、並びに前記膨張機と位相制御部との連結を行う接続継手を、前記ガス流路の挿入固定用の貫通穴が形成された環状の第１の金属部材と、この第１の金属部材の外周に嵌合固定された環状の電気絶縁部材と、この電気絶縁部材の外周に嵌合固定された環状の第２の金属部材との三層一体構造で形成し、この形成された接続継手が固定される圧縮機又は膨張機の壁面の前記ガス流路の開口部分を、当該壁面に前記接続継手を固定した際に、その開口部分の周縁が前記接続継手の電気絶縁部材の領域上に位置するように形成したことを特徴とする。
この構成によれば、圧縮機と膨張機との連結、並びに膨張機と位相制御部との連結を行う際に、圧縮機の壁面のガス流路の開口部分に接続継手を介して膨張機を連結し、膨張機の壁面のガス流路の開口部分に接続継手を介して位相制御部を連結すると、通常金属材料を用いた各々の壁面のガス流路の開口部分の周縁が、接続継手の電気絶縁部材に当接した状態となる。このため、請求項１と同様の作用効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように本発明によれば、パルス管冷凍機の圧縮機と膨張機の間に介在する配管や管継手等の耐圧性及び気密性を損なうことなく、コールドヘッドに対する圧縮機等の機械的な可動部品の運動に起因する微小な電気ノイズの影響を確実に防止することができ、これによって冷却対象の超高感度分析装置で安定した測定精度を得ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。
図１は、本発明の実施の形態に係る冷却装置の構成を示す図である。
但し、本冷却装置１０においては、特に圧縮機１２の方式や膨張機１３の形状について問わないが、ここでは、圧縮機１２をスターリング方式とし、膨張機１３をＵ字型として説明する。Ｕ字型とは、蓄冷器２７とパルス管２９とが平行状態で双方２７，２９の一端が連通された部分にコールドヘッド２８を有する形状である。
【００１２】
図１に示すように、低振動のスターリング方式パルス管冷凍機の圧縮機１２は、対向状態で逆向きに往復運動する一対のピストン１５を備え、これらピストン１５はフレクシャーベアリング１６により支持されることによってシリンダ１７と非接触で微少隙間を保持する構造となっている。
また、永久磁石１８とヨーク１９により形成された磁路中にコイル２０が配置されており、このコイル２０に交流電流を流して発生する電磁力によって、各ピストン１５が逆向きに往復運動するようになっている。この運動によって各ピストン１５の対向面で圧縮空間２２が伸縮して冷媒ガスが圧縮されるようになっている。また、２つのピストン１５を逆向きに往復運動させることで、一方のピストン１５で発生する振動力を相殺し、更に、ピストン１５がシリンダ１７と非接触とされていることでピストン１５の運動と垂直の方向（半径方向）への振動力を発生させないようにして低振動を実現している。
【００１３】
このような構成の圧縮機１２に膨張機１３が圧縮機接続継手２４により連結されている。膨張機１３は、熱交換器２６、蓄冷器２７、コールドヘッド２８、パルス管２９及び位相制御部３０を備えて構成されている。位相制御部３０は、イナータンスチューブ３２にバッファタンク３３が接続されて成り、そのイナータンスチューブ３２とパルス管２９とが連通するように、位相制御部接続継手３５によって膨張機１３に連結されている。
【００１４】
上記のように、圧縮機１２により圧縮された冷媒ガスはガス流路を通って熱交換器２６を通過し、この際、熱交換器２６により放熱された後、蓄冷器２７で等温変化をしながら、コールドヘッド２８を通りパルス管２９にて膨張される。この膨張仕事を効率良く取り出すために、位相制御部３０によって冷媒ガスの圧力と流速の位相が最適化される。
先のパルス管２９での膨張の際に、コールドヘッド２８にて寒冷が発生されると、冷媒ガスは今通って来た流路を逆にたどり圧縮機１２まで戻る。これら一連の動作を繰り返すことで、コールドヘッド２８で極低温を得ることができる。
【００１５】
実際に、冷却対象の超高感度分析計等の検出部や検出素子は、上記のコールドヘッド２８に機械的振動を吸収する部材を介して取り付けられる。
次に、圧縮機接続継手２４及び位相制御部接続継手３５の詳細構成を、図２に位相制御部接続継手３５を代表して示し、その説明を行う。但し、図２（ａ）は位相制御部接続継手３５の平面図、（ｂ）は位相制御部接続継手３５を熱交換器２６の壁面２６ａに取付けた状態の断面図である。
【００１６】
図２に示すように、位相制御部接続継手３５は、冷媒ガスの流路であるイナータンスチューブ３２を挿入固定するための貫通穴４０ａが中心部分に形成された円板形状（環状）のガス流路固定部４０と、このガス流路固定部４０の外周に嵌合された環状のセラミックス等の電気絶縁部材による絶縁部４１と、この絶縁部４１の外周に嵌合された環状のフランジ部４２との三層構造となっている。但し、ガス流路固定部４０とフランジ部４２は、ステンレス等の強度の高い金属部材によって形成されている。熱交換器２６も同様に強度の高い金属で形成されている。
【００１７】
また、各部４０，４１，４２はロー付け等により接合されており、気密性及び耐圧性が保持されて一体化されている。更に、フランジ部４２には、壁面２６ａに位相制御部接続継手３５を取付固定する際の貫通した取付穴４２ａが複数形成されると共に、壁面２６ａへの取り付け側にシール溝４２ｂが形成されている。
一方、位相制御部接続継手３５が取り付けられる壁面２６ａのガス流路２６ｂの開口部分が、２６ｃで示すようにテーパ形状に加工されている。このテーパ状部分２６ｃは、壁面２６ａにガス流路２６ｂ，３２同士の流路方向の中心軸を合わせて位相制御部接続継手３５を取付けた際に、その絶縁部４１の領域上の位置からガス流路２６ｂに向かって円錐状に狭まる形状を成す。
【００１８】
つまり、壁面２６ａに位相制御部接続継手３５をフランジ部４２の取付穴４２ａにボルトネジ（図示せず）を螺合して固定すると、その壁面２６ａのテーパ状部分２６ｃの外縁が絶縁部４１に当接した状態となるので、絶縁部４１の内側のガス流路固定部４０とガス流路であるイナータンスチューブ３２は、熱交換器２６の壁面２６ａに対して完全に電気的に絶縁された状態となる。
【００１９】
しかも、金属製のフランジ部４２の取付穴４２ａにボルトネジを螺合して位相制御部接続継手３５を金属製の壁面２６ａに固定するので、強固な金属同士でガス流路２６ｂ，３２を所望の締結力で密閉することができる。
このような構成を、電気絶縁が要求される圧縮機１２及び膨張機１３のガス流路接続部分と、膨張機１３及び位相制御部３０のガス流路接続部分とに施した。
【００２０】
従って、本実施の形態の冷却装置１０によれば、それら２箇所のガス流路接続部分を完全に電気的に絶縁された状態で、圧縮機１２、膨張機１３及び位相制御部３０を互いに強固に連結することができるので、従来のような耐圧性、機密性及びアウトガスによる性能劣化等の問題や、管継手等の接合面や締結部品に施した表面の電気絶縁処理が、製作時やメンテナンス時の取り付け取り外しの際に損傷・磨耗し、電気的絶縁が確保出来なくなるといった問題を解消することができる。
【００２１】
つまり、パルス管冷凍機の圧縮機１２と膨張機１３の間に介在するガス配管や管継手等の耐圧性及び気密性を損なうことなく、コールドヘッド２８に対する圧縮機１２等の機械的な可動部品の運動に起因する微小な電気ノイズの影響を確実に防止することができる。これによって、本冷却装置１０によって検出部が冷却される超高感度分析装置において安定した測定精度を得ることができる。
【００２２】
更に説明すると、圧縮機１２等が発生する機械的振動は、圧縮機１２が対向ピストン型でそのピストン１５をフレクシャーベアリング１６でシリンダ１７と非接触保持された低振動型の圧縮機１２の使用により阻止、又は圧縮機１２と膨張機１３を接続する圧縮機接続継手２４で阻止されている。
更に、圧縮機１２等の機械的な可動部品の運動に起因する微小な電気ノイズは、各接続継手２４，３５で阻止されているので、コールドヘッド２８に伝達されることがない。従って、超高感度分析装置の測定精度に悪影響を及ぼすことが無くなる。
【００２３】
また、本冷却装置１０は、各接続継手２４，３５に電気的な絶縁部材である絶縁部４１を金属部材のガス流路固定部４０及びフランジ部４２との間に介在させて一体化して構成している。このため、シール面や締結部品であるフランジ部４２及びそれと接する部分を金属材料で成形することができる。金属材料は、樹脂と比較して遥かに強度があり、シール面からの冷媒ガスのリークも無く、また、アウトガスが発生することが無い。このため、シール面及び締結部品を金属材料で成形することができる本冷却装置１０は、従来の管継手等を樹脂などの電気絶縁材料で成形したものに比べて、耐圧性、気密性、性能性に優れている。
【００２４】
更に、本冷却装置１０は、各接続継手２４，３５自体に絶縁部４１を備えているため、従来の薄い絶縁表面処理とは異なってシール面や締結部品等の接触面の傷等により通電する恐れが無く、信頼性を高くすることができる。
また、本冷却装置１０は、管継手の電気的に絶縁可能な層（絶縁部４１）として金属層（ガス流路固定部４０及びフランジ部４２）の間にセラミックスをロー付けして成形することができる。従って、そのロー付けの際に、圧縮機１２や膨張機１３のその他の接合部と一度にロー付け成形できるので、製作コストを低減することができる。
【００２５】
以上説明した各接続継手２４，３５並びに当該接続継手２４，３５が連結される壁面２６ａのテーパ状部分２６ｃの構造を、図３及び図４に示すように他の構成の冷却装置５０，６０に備えても、上述した冷却装置１０と同様な効果を得ることができる。
図３に示す冷却装置５０は、膨張機１３のパルス管２９に連通するガス流路部分にオリフィス５１を介してバッファタンク３３を固定してある。つまり、膨張機１３と位相制御部３０とが一体化された構成を成しているので、圧縮機１２と膨張機１３とを連結する部分のみに圧縮機接続継手２４並びにテーパ状部分２６ｃの構造が適用されている。
【００２６】
図４に示す冷却装置６０は、圧縮機１２と膨張機１３とが独立しており、それら双方のガス流路が接続管６１によって連結されている。従って、その接続管６１の一端と圧縮機１２との接続部分に圧縮機接続継手２４並びにテーパ状部分２６ｃの構成が適用され、また、接続管６１の他端と膨張機１３との接続部分に膨張機接続継手３５並びにテーパ状部分２６ｃの構造が適用されている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係る冷却装置の構成を示す図である。
【図２】上記実施の形態に係る冷却装置の位相制御部接続継手の構成を示し、（ａ）は位相制御部接続継手の平面図、（ｂ）は位相制御部接続継手を冷却装置の熱交換器の壁面に取付けた状態の断面図である。
【図３】上記実施の形態に係る冷却装置の他の構成を示す図である。
【図４】上記実施の形態に係る冷却装置のその他の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０，５０，６０  冷却装置
１２  圧縮機
１３  膨張機
１５  ピストン
１６  フレクシャーベアリング
１７  シリンダ
１８  永久磁石
１９  ヨーク
２０  コイル
２２  圧縮空間
２４  圧縮機接続継手
２６  熱交換器
２６ａ  壁面
２６ｂ  ガス流路
２６ｃ  テーパ状部分
２７  蓄冷器
２８  コールドヘッド
２９  パルス管
３０  位相制御部
３２  イナータンスチューブ
３３  バッファタンク
４０  ガス流路固定部
４０ａ  貫通穴
４１  絶縁部
４２  フランジ部
４２ａ  取付穴
４２ｂ  シール溝
５１  オリフィス
６１  接続管
【図１】
0004655839.tif 000002
【図２】
0004655839.tif 000003
【図３】
0004655839.tif 000004
【図４】
0004655839.tif 000005