(57)【要約】【課題】冷却効率の低下を抑えることを可能とした冷却装置を提供する。【解決手段】クライオ冷却装置１０は、吸熱面１１ａと凝縮面１１ｂとを含む冷却部材１１と、凝縮面１１ｂに接続するクライオ冷却機構１２とを備える。冷却部材１１は、第１部分と第１部分よりも熱抵抗が高い第２部分とを含み、冷却部材１１の中で、凝縮面１１ｂから吸熱面１１ａに向かう方向において、第１部分と第２部分とが並んでいる。【選択図】図１
2017088966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸熱面と凝縮面とを含む冷却部材と、
前記凝縮面に接続する冷却部と、を備え、
前記冷却部材は、第１部分と前記第１部分よりも熱抵抗が高い第２部分とを含み、前記冷却部材の中で、前記凝縮面から前記吸熱面に向かう方向において、前記第１部分と前記第２部分とが並んでいる
冷却装置。
【請求項２】
前記冷却部材は、前記吸熱面を含む吸熱部材と、前記凝縮面を含む凝縮部材とから構成され、
前記吸熱部材は、前記吸熱面とは反対側の面であって、前記凝縮部材と対向する吸熱対向面を有し、
前記凝縮部材は、前記凝縮面とは反対側の面であって、前記吸熱部材と対向する凝縮対向面を有し、
前記吸熱部材と前記凝縮部材とは、前記吸熱対向面と前記凝縮対向面とにて面接触し、
前記冷却部材において、前記吸熱対向面と前記凝縮対向面とによって挟まれる領域が前記第２部分であり、前記冷却部材における前記第２部分以外の部分が前記第１部分である
請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記冷却部材は、前記吸熱面を含む吸熱部材と、前記凝縮面を含む凝縮部材とから構成され、
前記吸熱面および前記凝縮面の各々が、機能面であり、
前記吸熱部材および前記凝縮部材の中で、いずれか一方が接触部材であり、かつ、前記接触部材以外の部材が被接触部材であり、
前記接触部材は、前記接触部材の機能面とは反対側の接触対向面と、前記接触対向面から前記被接触部材に向けて突き出た凸部とを有し、前記接触部材の中で前記被接触部材と接触する部位は、前記凸部であり、
前記被接触部材は、前記被接触部材の機能面とは反対側の被接触対向面であって、前記凸部の接触する部位を含む前記被接触対向面を有し、
前記冷却部材において、前記接触対向面と前記被接触対向面とによって挟まれ、前記凸部を含む領域が前記第２部分であり、前記冷却部材における前記第２部分以外の部分が前記第１部分である
請求項１に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記吸熱部材の形成材料は、前記凝縮部材の形成材料よりも熱伝導率が低い材料である
請求項２または３に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記吸熱面の少なくとも一部が、黒色を有する
請求項１から４のいずれか一項に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記凝縮面の表面粗さは、前記吸熱面の表面粗さよりも小さい
請求項１から５のいずれか一項に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却対象を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
成膜装置や蒸着装置などの真空処理装置はクライオ機構を備え、クライオ機構は、装置内の気体を凝縮させて捕捉することにより、真空処置装置内を減圧している（例えば、特許文献１参照）。また、真空処理装置では、処理の対象である基板を例えば熱放射によって冷却する冷却プレートが用いられている（例えば、特許文献２参照）。冷却プレートは、冷却プレートの内部に配置された配管を流れる冷却水によって冷却され、冷却プレートの対向面が基板から吸熱することによって基板を冷却する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１６６４７７号公報
【特許文献２】特開２００５−３３２６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、冷却プレートが、クライオ機構に接続されて、クライオ機構によって冷却プレートが冷却される冷却装置も知られている。こうした冷却装置では、冷却部材としての冷却プレートがコールドトラップとしても機能するため、冷却部材の対向面は、基板の冷却に加え、気体の凝縮する対象ともなる。そして、気体の凝縮が対向面で進むと、対向面での放射率が低下し、結果として、基板から吸熱する効率も低下してしまう。
【０００５】
なお、こうした事項は、上述した冷却水を含む冷媒によって、冷却部材が気体を凝縮する程度にまで冷却される冷却装置にも共通している。
本発明は、冷却効率の低下を抑えることを可能とした冷却装置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】
【０００６】
上記課題を解決するための冷却装置は、吸熱面と凝縮面とを含む冷却部材と、前記凝縮面に接続する冷却部と、を備える。前記冷却部材は、第１部分と前記第１部分よりも熱抵抗が高い第２部分とを含み、前記冷却部材の中で、前記凝縮面から前記吸熱面に向かう方向において、前記第１部分と前記第２部分とが並んでいる。
【０００７】
上記構成によれば、冷却部材の全体において熱抵抗が同じである構成と比べて、冷却部材のうち、熱伝導率の高い第２部分において、吸熱面と凝縮面との間における熱伝導が妨げられるため、吸熱面と凝縮面との間に定常的な温度差が形成されやすくなる。これにより、凝縮面では気体が凝縮する一方で、吸熱面では気体が凝縮しにくくなり、結果として、冷却装置において、冷却効率が低下することが抑えられる。
【０００８】
上記冷却装置において、前記冷却部材は、前記吸熱面を含む吸熱部材と、前記凝縮面を含む凝縮部材とから構成され、前記吸熱部材は、前記吸熱面とは反対側の面であって、前記凝縮部材と対向する吸熱対向面を有し、前記凝縮部材は、前記凝縮面とは反対側の面であって、前記吸熱部材と対向する凝縮対向面を有することが好ましい。そして、前記吸熱部材と前記凝縮部材とは、前記吸熱対向面と前記凝縮対向面とにて面接触し、前記冷却部材において、前記吸熱対向面と前記凝縮対向面とによって挟まれる領域が前記第２部分であり、前記冷却部材における前記第２部分以外の部分が前記第１部分であることが好ましい。
【０００９】
上記構成によれば、吸熱部材の吸熱対向面と凝縮部材の凝縮対向面とが面接触するため、吸熱部材と凝縮部材との間には、こうした面接触による熱抵抗を含む第２部分が形成される。そして、凝縮面と吸熱面との間の熱伝導は、吸熱部材と凝縮部材とが面接触する部分である第２部分によって大きく妨げられるため、凝縮面と吸熱面との間に定常的な温度差が形成されやすくなる。
【００１０】
上記冷却装置において、前記冷却部材は、前記吸熱面を含む吸熱部材と、前記凝縮面を含む凝縮部材とから構成され、前記吸熱面および前記凝縮面の各々が、機能面であり、前記吸熱部材および前記凝縮部材の中で、いずれか一方が接触部材であり、かつ、前記接触部材以外の部材が被接触部材であってもよい。そして、前記接触部材は、前記接触部材の機能面とは反対側の接触対向面と、前記接触対向面から前記被接触部材に向けて突き出た凸部とを有し、前記接触部材の中で前記被接触部材と接触する部位は、前記凸部であり、前記被接触部材は、前記被接触部材の機能面とは反対側の被接触対向面であって、前記凸部の接触する部位を含む前記被接触対向面を有してもよい。また、前記冷却部材において、前記接触対向面と前記被接触対向面とによって挟まれ、前記凸部を含む領域が前記第２部分であり、前記冷却部材における前記第２部分以外の部分が前記第１部分であってもよい。
【００１１】
上記構成によれば、吸熱部材と凝縮部材との間の接触は、吸熱部材および凝縮部材のいずれか一方が有する凸部と他方の部材との間の接触に限られるため、吸熱部材と凝縮部材との間の中で、凸部以外の部分には、熱抵抗である隙間が形成される。そのため、冷却部材には、こうした隙間を含む第２部分が形成される。それゆえに、吸熱部材と凝縮部材との間の熱伝導は、吸熱部材と凝縮部材との間の隙間によって著しく妨げられるため、凝縮面と吸熱面との間に定常的な温度差が形成されやすくなる。
【００１２】
上記冷却装置において、前記吸熱部材の形成材料は、前記凝縮部材の形成材料よりも熱伝導率が低い材料であることが好ましい。
上記構成によれば、吸熱部材の形成材料と、凝縮部材の形成材料とが同じである構成と比べて、凝縮面と吸熱面との間における熱伝導が起こりにくいため、凝縮面と吸熱面との間に定常的な温度差が形成されやすくなる。
【００１３】
上記冷却装置において、前記吸熱面の少なくとも一部が、黒色を有してもよい。
上記構成によれば、吸熱面の中で黒色を有する部分において、黒色を有しない部分と比べて、放射による吸熱の効率が高まるため、吸熱面の全体における吸熱の効率が高まる。
【００１４】
上記冷却装置において、前記凝縮面の表面粗さは、前記吸熱面の表面粗さよりも小さくてもよい。
上記構成によれば、凝縮面における表面粗さが吸熱面の表面粗さ以上である構成と比べて、凝縮面が吸熱しにくくなるため、凝縮面の温度が上がりにくい分だけ、凝縮面において気体の凝縮が起こりやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の冷却装置をクライオ冷却装置として具体化した１つの実施形態におけるクライオ冷却装置の概略構成を冷却対象とともに示すブロック図。
【図２】クライオ冷却装置が備える冷却部材の端面構造を模式的に示す端面図。
【図３】冷却部材における断面構造のうち、吸熱部材と凝縮部材とが面接触する部分を拡大して示す部分拡大断面図。
【図４】実施例における吸熱面と凝縮面との温度差を説明するための模式図。
【図５】変形例における冷却部材の端面構造を模式的に示す端面図。
【図６】変形例における冷却装置の概略構成を示すブロック図。
【図７】変形例における冷却装置の平面構造を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１から図３を参照して、冷却装置を具体化した１つの実施形態として、冷却部がクライオ機構であるクライオ冷却装置を説明する。以下では、クライオ冷却装置の構成、および、クライオ冷却装置の実施例を順番に説明する。
【００１７】
［クライオ冷却装置の構成］
図１を参照してクライオ冷却装置の構成を説明する。
クライオ冷却装置１０は、吸熱面１１ａと凝縮面１１ｂとを含む冷却部材１１と、凝縮面１１ｂに接続する冷却部の一例であるクライオ機構１２とを備えている。冷却部材１１は、第１部分と第１部分よりも熱抵抗が高い第２部分とを含み、冷却部材１１の中で、凝縮面１１ｂから吸熱面１１ａに向かう方向において、第１部分と第２部分とが並んでいる。
【００１８】
クライオ冷却装置１０では、冷却部材１１の全体において熱抵抗が同じである構成と比べて、冷却部材１１のうち、熱抵抗の高い第２部分において、吸熱面１１ａと凝縮面１１ｂとの間における熱伝導が妨げられるため、吸熱面１１ａと凝縮面１１ｂとの間に定常的な温度差が形成されやすくなる。これにより、凝縮面１１ｂでは気体が凝縮する一方で、吸熱面１１ａでは気体が凝縮しにくくなり、結果として、クライオ冷却装置１０において、冷却効率が低下することが抑えられる。
【００１９】
クライオ冷却装置１０は、例えば、スパッタ装置や蒸着装置などの真空処理装置に取り付けられる。クライオ冷却装置１０のうち、冷却部材１１の吸熱面１１ａが冷却対象Ｔｇ、例えば真空処理装置での処理対象と対向する対向面であり、冷却部材１１は、冷却対象Ｔｇから離れた位置にて、冷却対象Ｔｇの熱放射よって、冷却対象Ｔｇを冷却する。
【００２０】
冷却部材１１は、冷却対象Ｔｇを冷却する機能に加えて、クライオ冷却装置１０が取り付けられた空間内の気体を凝縮する機能を凝縮面１１ｂにおいて発現する。冷却部材１１はクライオ機構１２によって冷却され、これにより、凝縮面１１ｂの温度は、空間内において、所定圧力以上の分圧を有した気体が凝縮する温度にまで冷却される。凝縮面１１ｂの温度は、例えば９０Ｋ以上１５０Ｋ以下の範囲に含まれる温度であることが好ましい。
【００２１】
第２部分は、冷却部材の中で熱抵抗となる部分である。第２部分は、凝縮面１１ｂと吸熱面１１ａとの間の温度差を、例えば５０Ｋ以上２００Ｋ以下にし、かつ、凝縮面１１ｂの温度を上述した９０Ｋ以上１５０Ｋ以下の範囲に含まれる温度にするような熱抵抗を有するとともに、吸熱面１１ａの温度を２００Ｋ程度にするような熱抵抗を有することが好ましい。
【００２２】
クライオ機構１２は、冷凍機１２ａと冷凍機１２ａに接続されるクライオパネルアセンブリ１２ｂとを備えている。クライオパネルアセンブリ１２ｂは、複数のクライオパネルと、複数のクライオパネルを囲む筒状の容器とを含む。
【００２３】
冷却部材１１は、吸熱面１１ａと対向する平面視において、例えば矩形板形状を有し、クライオパネルアセンブリ１２ｂは、例えば、冷却部材１１の中で、吸熱面１１ａと対向する平面視における中心を含む部分に接続している。
【００２４】
図２は、冷却部材１１を模式的に示すブロック図であり、図２では、図示の便宜上から、図１と比べて、冷却部材１１の長さが縮められている。
図２が示すように、冷却部材１１は、吸熱面１１ａを含む吸熱部材２１と、凝縮面１１ｂを含む凝縮部材２２とから構成されている。吸熱部材２１は、吸熱面１１ａとは反対側の面であって、凝縮部材２２と対向する吸熱対向面２１ａを有し、凝縮部材２２は、凝縮面１１ｂとは反対側の面であって、吸熱部材２１と対向する凝縮対向面２２ａを有している。吸熱部材２１と凝縮部材２２とは、吸熱対向面２１ａと凝縮対向面２２ａとにて面接触している。冷却部材１１において、吸熱対向面２１ａと凝縮対向面２２ａとによって挟まれる領域が第２部分であり、冷却部材１１における第２部分以外の部分が第１部分である。
【００２５】
冷却部材１１では、吸熱部材２１の吸熱対向面２１ａと凝縮部材２２の凝縮対向面２２ａとが面接触している。そのため、吸熱部材２１と凝縮部材２２との間には、こうした面接触による熱抵抗を含む第２部分が形成される。そして、凝縮面１１ｂと吸熱面１１ａとの間の熱伝導は、吸熱部材２１と凝縮部材２２とが面接触する部分によって大きく妨げられるため、凝縮面１１ｂと吸熱面１１ａとの間に定常的な温度差が形成されやすくなる。
吸熱部材２１は矩形状を有した金属製の板部材であり、凝縮部材２２もまた矩形状を有した金属製の板部材である。
【００２６】
図３が示すように、吸熱部材２１は、吸熱対向面２１ａにおいて少なからず表面粗さを有し、また、凝縮部材２２も、凝縮対向面２２ａにおいて少なからず表面粗さを有している。そのため、吸熱対向面２１ａと凝縮対向面２２ａとの間には、微小な隙間ｇが形成され、吸熱部材２１と凝縮部材２２との間の熱伝導は、微小な隙間ｇによって大きく妨げられる。
【００２７】
吸熱対向面２１ａと凝縮対向面２２ａとによって挟まれる領域であって、吸熱対向面２１ａ、凝縮対向面２２ａ、および、微小な隙間ｇを含む領域が第２部分Ｐ２である。そして、冷却部材１１において、第２部分Ｐ２以外の部分が第１部分Ｐ１である。
【００２８】
すなわち、第１部分Ｐ１は、吸熱部材２１における吸熱対向面２１ａを除く部分と、凝縮部材２２における凝縮対向面２２ａを除く部分とから構成される。第１部分Ｐ１を構成する部分のうち、吸熱部材２１における吸熱対向面２１ａを除く部分、および、凝縮部材２２における凝縮対向面２２ａを除く部分とは、いずれも金属製の部材の一部である。そのため、第１部分Ｐ１は、上述した微小な隙間ｇを含む第２部分Ｐ２と比べて、熱抵抗の小さい部分である。
【００２９】
冷却部材１１では、凝縮面１１ｂから吸熱面１１ａに向かう方向において、第１部分Ｐ１、第２部分Ｐ２、および、第１部分Ｐ１がこの順に並んでいる。言い換えれば、凝縮面１１ｂから吸熱面１１ａに向かう方向において、２つの第１部分Ｐ１が第２部分Ｐ２を挟んでいる。
【００３０】
微小な隙間ｇを吸熱部材２１と凝縮部材２２との間に位置させる上では、吸熱部材２１において、吸熱対向面２１ａにおける表面粗さが吸熱面１１ａにおける表面粗さよりも大きいことが好ましい。また、凝縮部材２２において、凝縮対向面２２ａにおける表面粗さが凝縮面１１ｂにおける表面粗さよりも大きいことが好ましい。
【００３１】
吸熱部材２１と凝縮部材２２とは、例えば、複数のねじによって互いに接続され、各ねじは、吸熱部材２１と凝縮部材２２とが重なる方向において、冷却部材１１を貫通している。
【００３２】
なお、吸熱部材２１と凝縮部材２２との接続が可能であれば、吸熱部材２１と凝縮部材２２とはねじ以外の部材であって、例えば、吸熱部材２１の吸熱面１１ａと凝縮部材２２の凝縮面１１ｂとに接し、かつ、吸熱部材２１と凝縮部材２２とを挟むクランプ部材であってもよい。
【００３３】
吸熱部材２１の形成材料は、凝縮部材２２の形成材料よりも熱伝導率が小さい材料であることが好ましい。こうした構成によれば、吸熱部材２１の形成材料と、凝縮部材２２の形成材料とが同じである構成と比べて、凝縮面１１ｂと吸熱面１１ａとの間における熱伝導が起こりにくいため、凝縮面１１ｂと吸熱面１１ａとの間に定常的な温度差が形成されやすくなる。
吸熱部材２１の形成材料は、例えば、ステンレス鋼およびチタン合金のいずれか一方であり、かつ、凝縮部材２２の形成材料は銅であることが好ましい。
【００３４】
また、吸熱部材２１の形成材料が、凝縮部材２２の形成材料よりも熱伝導率が低い材料であるときには、吸熱部材２１の厚さは、凝縮部材２２の厚さよりも大きいことが好ましい。例えば、吸熱部材２１の厚さは、０．１ｃｍ以上１００ｃｍ以下であることが好ましく、凝縮部材２２の厚さは、例えば０．１ｃｍ以上０．５ｃｍ以下であることが好ましい。
【００３５】
吸熱面１１ａの少なくとも一部は、黒色を有することが好ましい。すなわち、吸熱面１１ａの少なくとも一部における放射率が０．８以上であることが好ましい。吸熱面１１ａの中で黒色を有する部分において、黒色を有しない部分と比べて放射による吸熱の効率が高まるため、吸熱面１１ａの全体における吸熱の効率が高まる。すなわち、吸熱面１１ａにおける冷却効率が高まる。
【００３６】
なお、吸熱面１１ａの全体が黒色を有することがさらに好ましい。吸熱部材２１の形成材料が上述したステンレス鋼およびチタン合金であれば、例えば、吸熱部材２１の吸熱面１１ａを酸化することによって、吸熱面１１ａの色を黒色にすることができる。また、吸熱部材２１において、凝縮部材２２と対向する面とは反対側の面に、黒色を有した塗料を塗布することによって、黒色を有した吸熱面を備える塗膜を形成することができる。
【００３７】
冷却部材１１において、凝縮面１１ｂの表面粗さは、吸熱面１１ａの表面粗さよりも小さいことが好ましい。
ここで、凝縮面１１ｂは、凝縮部材２２における放射率を変えない一方で、凝縮部材２２における吸熱量を変える程度の大きさを有する段差を有した段差面であってもよいし、凝縮面１１ｂは、凝縮部材２２における放射率を変える程度の微細な段差を有した段差面であってもよい。さらには、凝縮面１１ｂは、凝縮部材２２における吸熱量を変える程度の大きさを有する段差と、放射率を変える程度の微細な段差との両方を有した段差面であってもよい。凝縮面１１ｂにおいて、これら２つの段差のいずれを吸熱面１１ａにおける段差よりも小さくしたとしても、凝縮面１１ｂでの吸熱量を小さくすることができる。
【００３８】
それゆえに、凝縮面１１ｂにおける表面粗さが吸熱面１１ａの表面粗さ以上である構成と比べて、凝縮面１１ｂが吸熱しにくくなる。結果として、凝縮面１１ｂの温度が上がりにくい分だけ、凝縮面１１ｂにおいて気体の凝縮が起こりやすくなる。
凝縮面１１ｂの表面粗さは、例えば、凝縮面１１ｂに対して鏡面加工を行うことによって、吸熱面１１ａの表面粗さよりも小さくすることができる。
【００３９】
［実施例］
図４を参照して、クライオ冷却装置１０における１つの実施例を説明する。以下では、実施例として、冷却部材１１が吸熱部材２１と凝縮部材２２とから構成される例を説明する。また、実施例として、凝縮部材２２の全体がクライオ機構１２によって単一の温度に冷却され、かつ、冷却対象Ｔｇからの熱放射を吸熱部材２１が吸熱することによって、吸熱面１１ａと凝縮面１１ｂとの間に所定の温度差を形成する構成を説明する。
【００４０】
図４では、説明の便宜上から、冷却部材１１、および、クライオ機構１２を模式的に示している。また、図４では、吸熱部材２１と凝縮部材２２とが隙間を空けて並んでいるが、実際には、吸熱部材２１と凝縮部材２２とは面接触している。
【００４１】
図４が示すように、冷却部材１１は吸熱部材２１と凝縮部材２２とから構成され、凝縮部材２２にクライオ機構１２が接続している。冷却部材１１において、吸熱部材２１の厚さが厚さＴｈであり、吸熱部材２１の熱伝導率（Ｗ／（ｃｍ・Ｋ））、すなわち、吸熱部材２１の形成材料の熱伝導率が熱伝導率κである。そして、吸熱面１１ａにおいて、単位面積当たりの入熱量（Ｗ／ｃｍ２）が入熱量ｑである。
【００４２】
ここで、吸熱面１１ａの対向する領域である対向領域の温度、すなわち、吸熱面１１ａと対向する冷却対象Ｔｇにおける温度であって、真空処理装置での処理が行われる間における定常的な温度を０℃以上２００℃以下に設定する。
【００４３】
なお、真空処理装置は、上述したスパッタ装置であり、冷却対象Ｔｇには、冷却対象Ｔｇへの成膜処理が行われている間にわたって、スパッタ粒子が付着することによる入熱が生じる。これにより、吸熱面１１ａと対向する領域にも入熱が生じる。
【００４４】
そして、対向領域の温度が０℃に設定されるとき、入熱量ｑは０．００７であり、対向領域の温度が３０℃に設定されるとき、入熱量ｑは０．０１であり、対向領域の温度が１００℃に設定されるとき、入熱量ｑは０．０３であり、対向領域の温度が２００℃に設定されるとき、入熱量ｑは０．０８である。
【００４５】
冷却部材１１において、凝縮部材２２の凝縮面１１ｂにおける温度が第２温度Ｔ２であり、凝縮対向面２２ａにおける温度が第２対向温度Ｔ２ｍであり、吸熱部材２１の吸熱対向面２１ａにおける温度が第１対向温度Ｔ１ｍであり、吸熱面１１ａにおける温度が第１温度Ｔ１である。
【００４６】
なお、凝縮面１１ｂと凝縮対向面２２ａとの間における温度差、および、吸熱対向面２１ａと凝縮対向面２２ａとの間における温度差は、吸熱面１１ａと凝縮面１１ｂとの間における温度差に比べて、十分に無視できる大きさである。そのため、以下では、第２温度Ｔ２、第２対向温度Ｔ２ｍ、および、第１対向温度Ｔ１ｍは、ほぼ同じ温度であるものとする。
【００４７】
この場合には、吸熱面１１ａと凝縮面１１ｂとの間の温度差である２面間の温度差（Ｔ１−Ｔ２）は、吸熱部材２１の厚さＴｈ、吸熱部材２１の熱伝導率κ、および、吸熱面１１ａにおける単位面積当たりの入熱量ｑによって定まり、２面間の温度差は以下の式（１）で表すことができる。
（Ｔ１−Ｔ２）  ＝  ｑ・（Ｔｈ／κ）  …  式（１）
【００４８】
また、吸熱面１１ａでの吸熱と、凝縮面１１ｂでの凝縮とを行う上では、２面間の温度差は、５０Ｋ以上２００Ｋ以下であることが好ましい。対向領域の温度が上述した０℃、３０℃、１００℃、および、２００℃の各々であるときに、２面間の温度差を５０Ｋ、１００Ｋ、および、２００Ｋのいずれかに設定するときには、上述した式（１）から、Ｔｈ／κを以下の表１に示される値とすればよい。
【００４９】
【表１】
2017088966.tif 000003
【００５０】
すなわち、上述した式（１）、および、上記の表１から明らかなように、吸熱部材２１の厚さＴｈ、および、形成材料は、以下の式（２）を満たす範囲で選択すればよい。
５０００／８  ≦  Ｔｈ／κ  ≦  ２０００００／７  …式（２）
【００５１】
なお、上述したように、冷却部材１１が、互いに面接触する吸熱部材２１と凝縮部材２２とから構成されるときには、吸熱部材２１と凝縮部材２２との面接触によって、少なからず熱抵抗が生じる。そのため、吸熱部材２１の厚さＴｈと熱伝導率κとが上述した式（２）を満たしていれば、２面間の温度差は、所望とする値を下回ることはない。
【００５２】
そして、吸熱部材２１の厚さＴｈ、および、形成材料を上述した式（２）を満たす範囲で選択することによって、吸熱部材２１も冷却部材１１における熱抵抗として機能させることができる。これにより、冷却部材１１は、熱抵抗として機能する第２部分Ｐ２に加えて、同じく熱抵抗として機能する吸熱部材２１を有するため、クライオ機構１２の運転時において、吸熱面１１ａと凝縮面１１ｂとの間に定常的な温度差が形成されやすくなる。
【００５３】
以上説明したように、冷却装置の１つの実施形態によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）第２部分Ｐ２において、吸熱面１１ａと凝縮面１１ｂとの間における熱伝導が妨げられるため、吸熱面１１ａと凝縮面１１ｂとの間に定常的な温度差が形成されやすくなる。これにより、凝縮面１１ｂでは気体が凝縮する一方で、吸熱面１１ａでは気体が凝縮しにくくなり、結果として、クライオ冷却装置１０において、冷却効率の低下が抑えられる。
【００５４】
（２）凝縮面１１ｂと吸熱面１１ａとの間の熱伝導は、吸熱部材２１と凝縮部材２２とが面接触する部分である第２部分によって大きく妨げられるため、凝縮面１１ｂと吸熱面１１ａとの間に定常的な温度差が形成されやすくなる。
【００５５】
（３）吸熱部材２１の形成材料が、凝縮部材２２の形成材料よりも熱伝導率が低い材料であれば、凝縮面１１ｂと吸熱面１１ａとの間における熱伝導が起こりにくいため、結果として、凝縮面１１ｂと吸熱面１１ａとの間に温度差が形成されやすくなる。
【００５６】
（４）吸熱面１１ａの少なくとも一部が黒色を有していれば、すなわち、吸熱面１１ａの少なくとも一部における放射率が０．８以上であれば、吸熱面１１ａの中で黒色を有する部分において、黒色を有しない部分と比べて、放射による吸熱の効率が高まるため、吸熱面１１ａの全体における吸熱の効率が高まる。
【００５７】
（５）凝縮面１１ｂにおける表面粗さが吸熱面１１ａの表面粗さよりも小さい構成では、凝縮面１１ｂが吸熱しにくくなる。それゆえに、凝縮面１１ｂの温度が上がりにくい分だけ、凝縮面１１ｂにおいて気体の凝縮が起こりやすくなる。
【００５８】
なお、上述した実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・凝縮面１１ｂの表面粗さは、吸熱面１１ａの表面粗さ以上であってもよい。こうした構成であっても、冷却部材１１が第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２とを含み、凝縮面１１ｂから吸熱面１１ａに向かう方向において、第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２とが並んでいれば、上述した（１）と同等の効果を得ることはできる。
【００５９】
・吸熱面１１ａの全体が黒色以外の色、すなわち吸熱部材２１を構成する金属の色であってもよい。こうした構成であっても、冷却部材１１が第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２とを含み、凝縮面１１ｂから吸熱面１１ａに向かう方向において、第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２とが並んでいれば、上述した（１）と同等の効果を得ることはできる。
【００６０】
・吸熱部材２１の形成材料と凝縮部材２２の形成材料とは、同一の材料であってもよい。こうした構成であっても、吸熱部材２１と凝縮部材２２とが面接触する以上は、面接触による熱抵抗部分である第２部分Ｐ２を冷却部材１１が有するため、上述した（２）と同等の効果を得ることはできる。
【００６１】
・吸熱部材２１の形成材料は、凝縮部材２２の形成材料よりも熱伝導率が高い材料であってもよい。こうした構成であっても、吸熱部材２１と凝縮部材２２とが面接触する以上は、面接触による熱抵抗部分である第２部分Ｐ２を冷却部材１１が有するため、上述した（２）と同等の効果を得ることはできる。
【００６２】
・冷却部材１１は、図５を参照して以下に説明する構成であってもよい。
すなわち、図５が示すように、冷却部材１１は、吸熱面１１ａを含む吸熱部材３１と、凝縮面１１ｂを含む凝縮部材３２とから構成されている。吸熱面１１ａおよび凝縮面１１ｂの各々が、機能面であり、吸熱部材３１および凝縮部材３２の中で、いずれか一方が接触部材であり、かつ、接触部材以外の部材が被接触部材である。本変形例では、凝縮部材３２が接触部材の一例であり、吸熱部材３１が被接触部材の一例である。
【００６３】
凝縮部材３２は、凝縮面１１ｂとは反対側の接触対向面の一例である凝縮対向面３２ａと、凝縮対向面３２ａから吸熱部材３１に向けて突き出た凸部３２ｂとを有している。凝縮部材３２の中で吸熱部材３１と接触する部位は凸部３２ｂである。吸熱部材３１は、吸熱面１１ａとは反対側の被接触対向面の一例である吸熱対向面３１ａを有し、吸熱対向面３１ａは、凸部３２ｂの接触する部位を含んでいる。
【００６４】
冷却部材１１において、吸熱対向面３１ａと凝縮対向面３２ａとによって挟まれ、凸部３２ｂを含む領域が第２部分Ｐ２であり、冷却部材１１における第２部分Ｐ２以外の部分が第１部分Ｐ１である。
【００６５】
こうした構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
（６）吸熱部材３１と凝縮部材３２との間の接触は、凸部３２ｂと吸熱部材３１との間の接触に限られるため、吸熱部材３１と凝縮部材３２との間の中で、凸部３２ｂ以外の部分には、熱抵抗である隙間が形成される。そのため、冷却部材１１には、こうした隙間を含む第２部分Ｐ２が形成される。それゆえに、吸熱部材３１と凝縮部材３２との間の熱伝導は、吸熱部材３１と凝縮部材３２との間の隙間によって著しく妨げられるため、凝縮面１１ｂと吸熱面１１ａとの間に温度差が形成されやすくなる。
【００６６】
・図５を用いて先に説明した変形例では、吸熱部材３１が接触部材であり、かつ、凝縮部材３２が被接触部材であってもよい。こうした構成では、吸熱部材３１は、機能面の一例である吸熱面１１ａとは反対側の面である吸熱対向面３１ａと、吸熱対向面３１ａから凝縮部材３２に向けて突き出た凸部とを有していればよい。また、凝縮部材３２は、吸熱部材３１の凸部が接する部位を含む凝縮対向面３２ａを有していればよい。この構成であっても、上述した（６）と同等の効果を得ることはできる。
【００６７】
・冷却部材１１において、吸熱部材２１は、凝縮対向面２２ａから離れて位置していてもよい。言い換えれば、吸熱部材２１と凝縮部材２２との間には、隙間が形成されていてもよい。こうした構成は、吸熱部材２１と凝縮部材２２とが互いから離れた状態で、吸熱部材２１と凝縮部材２２との位置を固定する固定部材、例えば、吸熱部材２１と凝縮部材２２とをこれらが並ぶ方向において挟むクランプ部材や、吸熱部材２１と凝縮部材２２とを取り囲む枠部材を有していればよい。
【００６８】
この構成によれば、吸熱部材２１と凝縮部材２２との間に位置する隙間によって、吸熱部材２１と凝縮部材２２との間での熱伝導が妨げられるため、吸熱面１１ａと凝縮面１１ｂとの間に定常的な温度差が形成されやすくなる。また、この構成では、吸熱部材２１の吸熱対向面３１ａと凝縮対向面３２ａとによって挟まれる領域が第２部分である。
【００６９】
なお、吸熱部材２１と凝縮部材２２との間での熱通過のほとんどを熱放射によって行う場合には、固定部材は、冷却部材１１よりも熱伝導率の低い部材、例えば樹脂製の部材であることが好ましい。また、固定部材は金属製であってもよく、こうした構成であれば、固定部材によっても、吸熱部材２１と凝縮部材２２との間の熱伝導が可能になる。
【００７０】
・吸熱部材２１と凝縮部材２２との間には、第３の部材が位置してもよく、この場合には、第３の部材が、吸熱部材２１および凝縮部材２２よりも熱抵抗が高いことが好ましい。また、こうした構成では、吸熱部材２１と第３の部材とが面接触する部分が第２部分の一例であり、また、凝縮部材２２と第３の部材とが面接触する部分が第２部分の一例である。第３の部材は、例えば金属製の部材であってもよいが、樹脂製の部材であることが好ましい。なお、第３の部材が樹脂製の部材であるとき、吸熱部材２１と凝縮部材２２とは、樹脂製の接着層である第３の部材によって接着した構成とすることができる。
【００７１】
またあるいは、吸熱部材２１、凝縮部材２２、および、第３の部材のうち、吸熱部材２１および凝縮部材２２のいずれかが、他の部材よりも熱抵抗の高い部材であってもよい。
【００７２】
こうした構成であっても、冷却部材１１が、第１部分と第２部分とを含み、凝縮面１１ｂから吸熱面１１ａに向かう方向において、第１部分と第２部分とが並んでいるため、上述した（１）と同等の効果を得ることはできる。
【００７３】
・冷却部材１１が吸熱部材２１と凝縮部材２２とから構成され、かつ、吸熱部材２１と凝縮部材２２との間の熱抵抗が、吸熱部材２１と凝縮部材２２との各々における熱抵抗と比べて、無視できる程度に小さい構成であってもよい。こうした構成では、吸熱部材２１と凝縮部材２２とのうち、熱抵抗の高い材料で形成された部材が第２部分であり、熱抵抗の低い材料で形成された部材が第１部分である。
【００７４】
・冷却部材１１は、１つの板部材から構成されていてもよい。こうした構成であっても、１つの板部材が、第１部分と第１部分よりも熱抵抗の高い第２部分とを含み、凝縮面１１ｂから吸熱面１１ａに向かう方向において、第１部分と第２部分とが並んでいればよい。例えば、冷却部材１１が、第１部分と第２部分とから構成され、かつ、第１部分の形成材料における組成と、第２部分の形成材料における組成とが互いに異なる構成であればよい。そして、第２部分が、第１部分よりも熱抵抗の高い部分であればよい。こうした構成であっても、上述した（１）と同等の効果を得ることはできる。
【００７５】
・冷却部は、クライオ機構１２に限らず、冷媒を用いた冷却機構であってもよい。
すなわち、図６が示すように、冷却装置４０は、冷却部材１１と、冷却部の一例である冷却機構４１とを備えている。冷却機構４１は、冷媒が通る管状を有した冷媒通路４１ａと、冷媒通路４１ａにおける２つの端部に接続する冷媒循環部４１ｂとを備え、冷媒循環部４１ｂは、冷媒の温度を所定の温度に保ちつつ、冷媒通路４１ａの一端と他端との間で、冷媒を循環させる。
【００７６】
図７が示すように、凝縮面１１ｂと対向する平面視において、冷媒通路４１ａは、複数の屈曲点を有し、各屈曲点において折れ曲がる折線形状を有している。冷媒通路４１ａは、凝縮面１１ｂに固定されている。
【００７７】
こうした構成であっても、冷却部材１１が、第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２とを含み、凝縮面１１ｂから吸熱面１１ａに向かう方向において、第１部分Ｐ１と第２部分Ｐ２とが並んでいれば、上述した（１）と同等の効果を得ることはできる。
【符号の説明】
【００７８】
１０…クライオ冷却装置、１１…冷却部材、１１ａ…吸熱面、１１ｂ…凝縮面、１２…クライオ機構、１２ａ…冷凍機、１２ｂ…クライオパネルアセンブリ、２１，３１…吸熱部材、２１ａ，３１ａ…吸熱対向面、２２，３２…凝縮部材、２２ａ，３２ａ…凝縮対向面、３２ｂ…凸部、４０…冷却装置、４１…冷却機構、４１ａ…冷媒通路、４１ｂ…冷媒循環部、Ｐ１…第１部分、Ｐ２…第２部分。
【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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