(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷凍機と、内部が真空環境にあるクライオスタットと、を含み、冷媒を入れるための一次チャンバを前記クライオスタットの一次シールド内に置き、前記クライオスタットおよび一次チャンバの頂壁に、その内部に向けて延伸した弾性円形スリーブおよび一次ベローズがそれぞれ取り付けられており、
前記弾性円形スリーブの中央に、一次シールドの頂壁に接続した第１の下伝導ブロックが固定されており、弾性円形スリーブおよび一次ベローズの底部は、それぞれ封止され、第２の上伝導ブロックおよび第２の下伝導ブロックが取り付けられており、弾性円形スリーブが伸びたときに、一次ベローズ内まで延伸し、
冷凍機の一次コールドヘッドには、第１の下伝導ブロックと係合する第１の上伝導ブロックが覆設されており、冷凍機の二次コールドヘッドは、第２の上伝導ブロックを第２の下伝導ブロックに密着させるために用いられ、冷凍機は、弾性支持装置を介して弾性円形スリーブ内に取り付けられ、前記弾性円形スリーブの上端は、弾性支持装置に固定されており、
前記弾性支持装置を押圧したときには、第１の上伝導ブロックを第１の下伝導ブロックと緊密に接触させ、第２の下伝導ブロックを第２の上伝導ブロックと緊密に接触させ、緩めたときには、第１の上伝導ブロックを第１の下伝導ブロックから離隔させ、第２の下伝導ブロックを第２の上伝導ブロックから離隔させることを特徴とする挿抜可能型クライオスタット。
【請求項２】
前記弾性円形スリーブは、弾性支持装置に固定された一次コルゲート管と、一次シールド内に位置する二次コルゲート管と、を含み、前記一次コルゲート管は、第１の下伝導ブロックを介して二次コルゲート管に固定接続され、二次コルゲート管が伸びたときに、一次ベローズ内まで延伸し、前記第２の上伝導ブロックは、二次コルゲート管の底部に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の挿抜可能型クライオスタット。
【請求項３】
前記弾性支持装置は、接続スリーブを介してクライオスタットの頂壁に取り付けられた下フランジと、冷凍機上に覆設された上フランジと、を含み、前記上フランジおよび下フランジの対向する面には、互いに一致する環状凹条が設けられており、前記環状凹条内に
は弾性部材が置かれ、締付部材を介して上フランジおよび下フランジを締め付け、下フランジ内に延伸した上フランジと下フランジとの間には、シールリングが取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の挿抜可能型クライオスタット。
【請求項４】
前記弾性円形スリーブには、それと導通する第１の真空引き管が接続されており、前記第１の真空引き管の自由端は、クライオスタット外部まで延伸することを特徴とする請求項１に記載の挿抜可能型クライオスタット。
【請求項５】
超電導電磁石を置くために一次チャンバを用いるときに、クライオスタットの頂端に固定され一次チャンバ内まで延伸する少なくとも１つの２成分電流リードをさらに含み、前記２成分電流リードは、平編銅線と、冷却材料製の絶縁層を介して、第１の下伝導ブロックに接続されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の挿抜可能型クライオスタット。
【請求項６】
前記２成分電流リードは、分離型設計の超電導電流リードおよび銅電流リードを含み、前記銅電流リードは、押圧時に超電導電流リードおよび銅電流リードを接触させ、緩めたときに超電導電流リードおよび銅電流リードを離隔させる支持調節機構により、クライオスタットに固定されていることを特徴とする請求項５に記載の挿抜可能型クライオスタット。
【請求項７】
超電導電磁石を置くために一次チャンバを用いるとき、挿抜可能な２成分電流リード装置をさらに含み、前記挿抜可能な２成分電流リード装置は、分離型設計の超電導電流リードおよび銅電流リードと、クライオスタット内に取り付けられた、銅電流リードを冷却する冷媒を入れるための二次チャンバと、を含み、前記超電導電流リードは、一次チャンバ内まで延伸し、一次チャンバの頂壁に固定され、
銅電流リードは、クライオスタットまで延伸し、クライオスタット頂壁に固定された金属ブッシング内に一部が収納され、前記二次チャンバの底部には、それと連通するコルゲート管が固定されており、前記金属ブッシングが二次チャンバを貫通し、コルゲート管内まで延伸し、
前記コルゲート管の下端と、銅電流リードの下端と、金属ブッシングの下端との間には、二次チャンバ内の冷媒がコルゲート管の端部から滲み出ることを防止する封止構造が固定装着されており、銅電流リードの下端部は、封止構造を貫通しており、前記銅電流リードは、押圧時に超電導電流リードおよび銅電流リードを接触させ、緩めたときに超電導電流リードおよび銅電流リードを離隔させる装着調節機構によりクライオスタットに固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の挿抜可能型クライオスタット。
【請求項８】
一次シールドの外を囲む二次シールドをさらに含み、前記二次シールドは、二次チャンバに固定接続されていることを特徴とする請求項７に記載の挿抜可能型クライオスタット。
【請求項９】
前記支持調節機構および装着調節機構は、いずれも、金属ブッシングの上端に固定されたボスと、接続部材を介してボスと係合する押し蓋と、を含み、前記ボスには、押し蓋上の延伸部を挿入する貫通孔が設けられており、前記延伸部または貫通孔の内壁には、銅電流リードを挿抜するときに延伸部と貫通孔の接触箇所を封止するための封止部材が取り付けられており、銅電流リードの上端は、ガラス繊維強化プラスチック板を介して押し蓋に固定されていることを特徴とする請求項６または８に記載の挿抜可能型クライオスタット。
【請求項１０】
前記ボスおよび押し蓋の対向する面に、少なくとも一対の互いに係合する係合溝が設け
られており、係合する２つの係合溝内には、弾性部材が取り付けられていることを特徴とする請求項９に記載の挿抜可能型クライオスタット。
【請求項１１】
前記封止構造が、コルゲート管の下端に封止固定されたベースを含み、前記ベースは、上向きに延伸する凸部と、銅電流リードの下端部を貫通させる通し孔を有し、前記銅電流リードの下端には、封止部が覆設されており、前記封止部の下面には、凸部と緊密に係合する環状溝が設けられていることを特徴とする請求項９に記載の挿抜可能型クライオスタット。
【請求項１２】
前記金属ブッシングに、二次チャンバ内の冷媒を金属ブッシング内に入れて封止部および銅電流リードを冷却する冷媒入口が設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の挿抜可能型クライオスタット。
【請求項１３】
前記封止部は、低温で収縮しやすい材料製であることを特徴とする請求項１１に記載の挿抜可能型クライオスタット。
【請求項１４】
前記銅電流リードおよび超電導電流リードが接触する端部を、互いに係合する挿抜端として設け、前記挿抜端は、互いに係合するボスおよび凹条、互いに係合するピンおよびソケット、互いに係合する波状凹凸面または互いに貼り合わされる斜面として設けることを特徴とする請求項７に記載の挿抜可能型クライオスタット。
【請求項１５】
挿抜可能な２成分電流リード装置は、両端が封止され一次チャンバおよび二次チャンバに取り付けられた連通ブッシングと、一次チャンバに固定され超電導電流リードを支持するために用いられる支持ブッシングと、をさらに含み、
前記超電導電流リードは、支持ブッシング内に位置し、超電導電流リードの上端部は、支持ブッシングから延伸し、前記コルゲート管、支持ブッシングおよび封止構造は、いずれも前記連通ブッシング内に位置することを特徴とする請求項８、１０〜１４のいずれか１項に記載の挿抜可能型クライオスタット。
【請求項１６】
前記連通ブッシングには、それと導通する第２の真空引き管が接続されており、前記第２の真空引き管の自由端は、クライオスタットから延伸することを特徴とする請求項１５に記載の挿抜可能型クライオスタット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温物を冷蔵するための低温装置に関し、具体的には、挿抜可能型クライオスタットに関する。
【背景技術】
【０００２】
挿抜可能型クライオスタットは、超電導磁気浮上方式鉄道、超電導電気自動車、船舶超電導電磁推進システム等の交通輸送分野、フライホイール蓄電、超電導直流モータ、超電導発電機等のエネルギー分野、核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ）、核磁気共鳴技術（ＮＭＲ）等の生物医学分野など、超電導電磁石分野において広範に運用されている装置である。
【０００３】
クライオスタットは、冷媒（液体窒素、液体酸素、液体ヘリウムなど）を用いて、低温作業環境を創り出す装置であり、その中に貯蔵されている冷媒の温度がその相転移温度まで下がったときに、液−固相転移が存在し、降温を継続すると固体となり、さらに降温を継続すると固−固相転移が発生し、この相転移によって冷媒熱容量の急増が引き起こされ、大量の熱を追加で吸収することができる。
【０００４】
従来の大部分のクライオスタットは、主に、外容器、シールド、容器内に置かれた冷媒を入れるチャンバ、チャンバに対して冷凍を行う冷凍機などからなり、こうした構造のクライオスタットは、安定した超低温環境をより長時間形成することができるが、以下の欠点があった。
【０００５】
１）冷凍機は、フランジ板などの構造によってクライオスタットに固定され、クライオスタット内と真空連通しているため、冷凍機が稼働していないときに抜き出すことができず、一部の熱が冷凍機からクライオスタット内に伝達し、熱リークが大きいという問題があった。
【０００６】
２）冷凍機に存在する熱リークを低下させるため、一部の先行技術では、複数の工程を用いて冷凍機とクライオスタットをつないでいる部材を取り外して挿抜を行っているが、クライオスタット中で熱を伝達する部材が冷凍機のコールドヘッドに密着しており、抜き出すときに時間と労力がかかるという問題があった。
【発明の概要】
【０００７】
先行技術における上記課題に対して、本発明で提供する挿抜可能型クライオスタットは、弾性支持装置を緩めたときに、弾性支持装置と、弾性円形スリーブとの係合によって、冷凍機のコールドヘッドをクライオスタットから弾き出すことができる。
【０００８】
上述した発明の目的を達成するため、本発明で採用する技術解決手段は以下のとおりである。
【０００９】
冷凍機と、内部が真空環境にあるクライオスタットと、を含み、冷媒を入れるための一次チャンバをクライオスタットの一次シールド内に置き、クライオスタットおよび一次チャンバの頂壁に、その内部に向けて延伸した弾性円形スリーブおよび一次ベローズがそれぞれ取り付けられている、挿抜可能型クライオスタットを提供する。
【００１０】
弾性円形スリーブの中央に、一次シールドの頂壁に接続した第１の下伝導ブロックが固定されており、弾性円形スリーブおよび一次ベローズの底部は、それぞれ封止され、第２の上伝導ブロックおよび第２の下伝導ブロックが取り付けられており、弾性円形スリーブ
が伸びたときに、一次ベローズ内まで延伸する。
【００１１】
冷凍機の一次コールドヘッドには、第１の下伝導ブロックと係合する第１の上伝導ブロックが覆設されており、冷凍機の二次コールドヘッドは、第２の上伝導ブロックを第２の下伝導ブロックに密着させるために用いられ、冷凍機は、弾性支持装置を介してクライオスタットの頂壁に取り付けられ、弾性円形スリーブの上端は、弾性支持装置に固定されている。
【００１２】
弾性支持装置を押圧したときには、第１の上伝導ブロックを第１の下伝導ブロックと緊密に接触させ、第２の下伝導ブロックを第２の上伝導ブロックと緊密に接触させ、緩めたときには、第１の上伝導ブロックを第１の下伝導ブロックから離隔させ、第２の下伝導ブロックを第２の上伝導ブロックから離隔させる。
【００１３】
さらに、弾性円形スリーブは、弾性支持装置に固定された一次コルゲート管と、一次シールド内に位置する二次コルゲート管と、を含み、一次コルゲート管は、第１の下伝導ブロックを介して二次コルゲート管に固定接続され、二次コルゲート管が伸びたときに、一次ベローズ内まで延伸し、第２の上伝導ブロックは、二次コルゲート管の底部に固定されている。
【００１４】
さらに、弾性支持装置は、接続スリーブを介してクライオスタットの頂壁に取り付けられた下フランジと、冷凍機上に覆設された上フランジと、を含み、上フランジおよび下フランジの対向する面には、互いに一致する環状凹条が設けられており、環状凹条内には弾性部材が置かれ、締付部材を介して上フランジおよび下フランジを締め付ける。下フランジ内に延伸した上フランジと下フランジとの間には、シールリングが取り付けられている。
【００１５】
さらに、弾性円形スリーブには、それと導通する第１の真空引き管が接続されており、第１の真空引き管の自由端は、クライオスタット外部まで延伸する。
【００１６】
さらに、超電導電磁石を置くために一次チャンバを用いるときに、クライオスタットの頂端に固定され一次チャンバ内まで延伸する少なくとも１つの２成分電流リードをさらに含み、２成分電流リードは、平編銅線と、冷却材料製の絶縁層を介して、第１の下伝導ブロックに接続される。
【００１７】
さらに、２成分電流リードは、分離型設計の超電導電流リードおよび銅電流リードを含み、銅電流リードは、押圧時に超電導電流リードおよび銅電流リードを接触させ、緩めたときに超電導電流リードおよび銅電流リードを離隔させる支持調節機構により、クライオスタットに固定されている。
【００１８】
さらに、超電導電磁石を置くために一次チャンバを用いるとき、挿抜可能な２成分電流リード装置をさらに含み、挿抜可能な２成分電流リード装置は、分離型設計の超電導電流リードおよび銅電流リードと、クライオスタット内に取り付けられた、銅電流リードを冷却する冷媒を入れるための二次チャンバと、を含み、超電導電流リードは、一次チャンバ内まで延伸し、一次チャンバの頂壁に固定される。
【００１９】
銅電流リードは、クライオスタットまで延伸し、クライオスタット頂壁に固定された金属ブッシング内に一部が収納される。二次チャンバの底部には、それと連通するコルゲート管が固定されており、金属ブッシングが二次チャンバを貫通し、コルゲート管内まで延伸する。
【００２０】
コルゲート管の下端と、銅電流リードの下端と、金属ブッシングの下端との間には、二次チャンバ内の冷媒がコルゲート管の端部から滲み出ることを防止する封止構造が固定装
着されており、銅電流リードの下端部は、封止構造を貫通している。銅電流リードは、押圧時に超電導電流リードおよび銅電流リードを接触させ、緩めたときに超電導電流リードおよび銅電流リードを離隔させる装着調節機構によりクライオスタットに固定されている。
【００２１】
本発明の有益な効果は以下のとおりである。本解決手段で設けられている弾性支持装置は、押圧過程において、冷凍機の二次コールドヘッドが第２の上伝導ブロックに接触し、下向きに弾性円形スリーブを伸ばし、第１の上伝導ブロックおよび第１の下伝導ブロック、ならびに第２の上伝導ブロックおよび第２の下伝導ブロックを緊密に接触させ、冷凍過程中における冷凍能力が良好な伝達を実現する。
【００２２】
冷凍完了後に、弾性支持装置を緩めることによって、弾性支持装置および弾性円形スリーブの弾性共同作用下で、緊密に接触した第１の上伝導ブロックおよび第１の下伝導ブロック、ならびに第２の上伝導ブロックおよび第２の下伝導ブロックを離隔させ、次いで、冷凍機を抜き出し、カバーを用いて冷凍機の装着口を封じればよい。
【００２３】
冷凍機を分離する過程において、操作は楽で便利である。また、冷凍機を抜き出した後、第２の上伝導ブロックと第２の下伝導ブロックとが接触せず、第２の上伝導ブロックとそれに接続された弾性円形スリーブ、および第２の下伝導ブロックとそれに接続された一次ベローズの間が真空環境であるため、外部の熱が弾性円形スリーブを介して輻射の形式で一次チャンバの中に伝わることを防止することができ、一次チャンバ内の冷媒を保護する作用を奏する。
【００２４】
弾性円形スリーブは、一次コルゲート管および二次コルゲート管の方式を採用して設けられ、２段のコルゲート管によって、その柔軟に伸縮する特性を用いて、第１の上伝導ブロックおよび第１の下伝導ブロック、ならびに第２の上伝導ブロックおよび第２の下伝導ブロックの良好な接触を保証することができる。
【００２５】
弾性支持装置は、主に、上フランジ、下フランジ、弾性部材および締付部材を採用してなり、締付部材を回し、弾性部材および弾性円形スリーブの復元変形作用下で、第１の上伝導ブロックおよび第１の下伝導ブロック、ならびに第２の上伝導ブロックおよび第２の下伝導ブロックを離隔させることを実現でき、冷凍機の一部をクライオスタットから弾き出すことができ、上記弾性支持装置は構造が簡単で、操作が便利であり、冷凍機を迅速に分離することができ、時間と労力がかからない。
【００２６】
冷凍機のコールドヘッドを抜き出すと同時に、第１の真空引き管によって弾性円形スリーブ内に窒素ガスを通入することにより、弾性円形スリーブの中に空気が入って霜を形成することがなく、冷凍機を抜き出した後、冷凍機の入口にカバーを取り付ける。次いで、第１の真空引き管によって弾性円形スリーブを真空引きすることができ、大気中の熱が弾性円形スリーブの中に入らないようにし、一次チャンバの中の冷媒に対する大気中の熱の影響を遮断する。
【００２７】
一次チャンバの中に置かれているのが超電導電磁石である場合、本解決手段は、クライオスタットの中に、銅電流リードおよび超電導電流リードが分離型設計を採用した、挿抜可能な２成分電流リード装置が設けられており、給電が必要なときに、装着調節機構に力を印加することにより銅電流リードおよびコルゲート管を下向きに動かして超電導電流リードに接触させ、超電導電磁石への給電を実現する。給電中に、銅電流リードは、一次チャンバ内に位置しており、冷媒は、銅電流リードで給電する際の熱リークを抑制することができる。
【００２８】
超電導電磁石で励磁が完了した後、装着調節機構によって銅電流リードおよびコルゲート管を上向きに動かし、銅電流リードを超電導電流リードから離隔させることにより、外部の熱が２成分リード線を介して超電導電磁石が所在する低温システムに入ることを防止することができる。
【００２９】
また、銅電流リードおよび超電導電流リードが互いに係合する接触部は、いずれもクライオスタットの中に位置し、動作状態および離隔状態は、室内環境ではなく、いずれも真空環境にあり、このようにして、離隔後に銅電流リードおよび超電導電流の接触端に霜が現れることを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】クライオスタットの構造模式図である。
【図２】図１におけるＣ部の拡大図である。
【図３】挿抜可能な２成分電流リード装置をクライオスタットに取り付けた構造模式図である。
【図４】挿抜可能な２成分電流リード装置の１つの実施例の構造模式図である。
【図５】図４のＡ部の拡大図である。
【図６】図４のＢ部の拡大図である。
【図７】挿抜可能な２成分電流リード装置のもう１つの実施例の構造模式図である。
【図８】挿抜端がピンおよびソケットであるときの構造模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
次に、当業者が本発明を理解できるよう、本発明の具体的な実施形態について説明する。なお、本発明は、具体的な実施形態の範囲に限られず、本技術分野の通常の技術者にとって、各種変更が、特許請求の範囲で限定され確定されている本発明の主旨および範囲内にある限り、これらの変更は自明のものであり、本発明の概念を用いたあらゆる発明は、いずれも保護の対象となる。
【００３２】
図１に示すように、挿抜可能型クライオスタット２は、冷凍機１（冷凍機１は、ＧＭ冷凍機１である）と、内部が真空環境にあるクライオスタット２と、を含み、クライオスタット２の一次シールド２１内には、冷媒を入れるための一次チャンバ２２が置かれている。クライオスタット２は、主に、一部の外部の熱を遮断するために用いられ、クライオスタット２および一次チャンバ２２は、熱伝導率が低い材質（ステンレス鋼など）製であり、一次チャンバ２２の中に貯蔵されている冷媒は、液体窒素、液体ネオン、液体アルゴン、液体ヘリウムまたは液体水素とすることができる。一次シールド２１は、銅、アルミニウムなど、熱伝導率が高い材質製であり、外部から一次チャンバ２２に伝わる輻射熱を少なくするために用いられ、一次チャンバ２２を保護する作用を奏する。
【００３３】
本解決手段は、ＧＭ冷凍機とクライオスタットとを組み合わせて稼働させる方式を採用しているため、クライオスタット内部の冷媒は、冷凍機のコールドヘッドによる冷凍の下で温度がさらに低下し、温度は２０Ｋ以下に達することができるが、従来のクライオスタットは、温度が７７Ｋの液体窒素しか保存することができない。
【００３４】
クライオスタット２および一次チャンバ２２の頂壁には、その内部に延伸する弾性円形スリーブ３および一次ベローズ２２１がそれぞれ取り付けられている。弾性円形スリーブ３は、主に、冷凍機１のコールドヘッドを収納するために用いられ、一次ベローズ２２１は、冷凍機１が一次チャンバ２２を冷却しやすいよう伸縮する。
【００３５】
弾性円形スリーブ３の中央に、一次シールド２１の頂壁に接続した第１の下伝導ブロッ
ク３１が固定されており、弾性円形スリーブ３および一次ベローズ２２１の底部は、それぞれ封止され、第２の上伝導ブロック３２および第２の下伝導ブロック２２２が取り付けられており、弾性円形スリーブ３が伸びたときに、一次ベローズ２２１内まで延伸する。冷凍機１の一次コールドヘッド１１には、第１の下伝導ブロック３１と係合する第１の上伝導ブロック１２が覆設されており、冷凍機１の二次コールドヘッド１３は、第２の上伝導ブロック３２を第２の下伝導ブロック２２２に密着させるために用いられる。
【００３６】
冷凍機１のコールドヘッドを挿入するときに、冷凍機１の一次コールドヘッド１１に接続した第１の上伝導ブロック１２が第１の下伝導ブロック３１と接触し、これにより、一次コールドヘッド１１の冷凍能力が、第１の上伝導ブロック１２および第１の下伝導ブロック３１を介して一次シールド２１に伝達され、一次シールド２１を冷却する目的を達成する。
【００３７】
冷凍機１の二次コールドヘッド１３は、第２の上伝導ブロック３２に接触し、一次ベローズ２２１を引き伸ばし第２の下伝導ブロック２２２に接触させ、これにより、二次コールドヘッド１３の冷凍能力が、第２の上伝導ブロック３２、第２の下伝導ブロック２２２を介して一次チャンバ２２の冷媒に伝達され、一次チャンバ２２内の冷媒の温度の維持または低下を実現する。
【００３８】
二次コールドヘッド１３の冷凍能力の伝達効率をよくするため、本解決手段は、第２の下伝導ブロック２２２の下面に、フィンがさらに接続されている。
【００３９】
本発明の１つの実施例において、弾性円形スリーブ３は、弾性支持装置４に固定された一次コルゲート管３３と、一次シールド２１内に位置する二次コルゲート管３４と、を含み、一次コルゲート管３３は、第１の下伝導ブロック３１を介して二次コルゲート管３４に固定接続され、二次コルゲート管３４が伸びたときに、一次ベローズ２２１内まで延伸し、第２の上伝導ブロック３２は、二次コルゲート管３４の底部に固定されている。
【００４０】
２段のコルゲート管５３１によって、その柔軟に伸縮する特性を用いて、第１の上伝導ブロック１２および第１の下伝導ブロック３１、ならびに第２の上伝導ブロック３２および第２の下伝導ブロック２２２の良好な接触を保証することができる。
【００４１】
実施時に、本解決手段は、好ましくは、一次コルゲート管３３および二次コルゲート管３４が、いずれも１つのベローズおよび２つの円柱形直通管３３１を含み、２つの円柱形直通管３３１は、ベローズの両端に溶接されており、一次コルゲート管３３および二次コルゲート管３４に隣接する２つの円柱形直通管３３１は、いずれも第１の下伝導ブロック３１に溶接されており、一次コルゲート管３３の上端の円柱形直通管３３１は、弾性支持装置４の下フランジ４２に溶接され、一次コルゲート管３３の下端の円柱形直通管３３１は、第２の下伝導ブロック２２２に溶接されている。
【００４２】
再度図１を参照すると、冷凍機１は、弾性支持装置４を介して弾性円形スリーブ３内に取り付けられ、弾性円形スリーブ３の上端は、弾性支持装置４に固定されている。弾性支持装置４を押圧したときには、第１の上伝導ブロック１２を第１の下伝導ブロック３１と緊密に接触させ、第２の下伝導ブロック２２２を第２の上伝導ブロック３２と緊密に接触させ、緩めたときには、第１の上伝導ブロック１２を第１の下伝導ブロック３１から離隔させ、第２の下伝導ブロック２２２を第２の上伝導ブロック３２から離隔させる。
【００４３】
冷凍機１のコールドヘッドを抜き出した後、第２の上伝導ブロック３２と第２の下伝導ブロック２２２が接触せず、第２の上伝導ブロック３２とそれに接続された弾性円形スリーブ３、および第２の下伝導ブロック２２２とそれに接続された一次ベローズ２２１の間
が真空環境であるため、外部の熱が弾性円形スリーブ３を介して輻射の形式で一次チャンバ２２の中に伝わることを防止することができ、一次チャンバ内の冷媒を保護する作用を奏する。
【００４４】
図２に示すように、弾性支持装置４は、接続スリーブ２４を介してクライオスタット２の頂壁に取り付けられた下フランジ４２と、冷凍機１に覆設された上フランジ４１と、を含み、上フランジ４１の外形は凸字形を呈する。上フランジ４１および下フランジ４２の対向する面には、互いに一致する環状凹条４３が設けられており、環状凹条４３内には弾性部材４４が置かれ、締付部材４５を介して下フランジ４２および上フランジ４１を締め付ける。下フランジ４２内に延伸した上フランジ４１と下フランジ４２との間には、シールリング４６が取り付けられている。
【００４５】
弾性支持装置４の弾性部材４４、ならびに後述する支持調節機構および装着調節機構５５の弾性部材４４は、いずれもバネまたは弾性が比較的大きい弾性材料であり、締付部材４５は、ボルト、スタッドボルトまたはフックボルトとすることができる。
【００４６】
図１に示すように、弾性円形スリーブ３には、それと導通する第１の真空引き管３５が接続されており、第１の真空引き管３５の自由端は、クライオスタット２外部まで延伸し、その自由端に真空引き弁５８１を取り付けることができる。本解決手段は、好ましくは、第１の真空引き管３５を、弾性円形スリーブ３のクライオスタット２外に位置する部分に取り付け、このようにして、封止材料の取り付けをできる限り少なくすることができる。
【００４７】
次に、冷凍機１の取り付けおよび抜き出しの際の動作原理について説明する。
【００４８】
取り付け時に、ボルトを用いて冷凍機１を上フランジ４１に接続し、一体化して封止し、冷凍機１と上フランジ４１を一体として弾性円形スリーブ３内に取り付けるとき、第１の真空引き管３５の真空引き弁５８１が、弾性円形スリーブ３を真空引きすると同時に、フックボルトを締めてバネを圧縮することにより、上フランジ４１を下フランジ４２に接触させて完全に封止する。このとき、一次コールドヘッド１１と接続する第１の上伝導ブロック１２および第１の下伝導ブロック３１が、一次コルゲート管３３を介して良好に接触することができ、二次コールドヘッド１３と接触する第２の上伝導ブロック３２および第２の下伝導ブロック２２２が、一次ベローズ２２１を介して良好に接触することができる。
【００４９】
冷凍機１が動作を開始するとき、一次コールドヘッド１１および二次コールドヘッド１３が同時に冷凍し、このとき、一次コールドヘッド１１が提供する冷凍能力は、接触する第１の上伝導ブロック１２および第１の下伝導ブロック３１を介して一次シールド２１を降温し、二次コールドヘッド１３が提供する冷凍能力は、接触する第２の上伝導ブロック３２および第２の下伝導ブロック２２２、ならびにヒートシンクを介して一次チャンバ２２内の冷媒を降温する。
【００５０】
冷凍機１のメンテナンスまたは抜き出しを行うときには、真空引き弁５８１を介して弾性円形スリーブ３に窒素ガスを通入すると同時に、フックボルトを緩め、上フランジ４１および下フランジ４２を離隔させ、バネ、一次ベローズ２２１および弾性円形スリーブ３が冷凍機１を上昇させることにより、一次コールドヘッド１１と接続した第１の上伝導ブロック１２および第１の下伝導ブロック３１が離隔し、二次コールドヘッド１３と接触した第２の上伝導ブロック３２および第２の下伝導ブロック２２２が離隔する。このとき、弾性円形スリーブ３および一次ベローズ２２１が離隔し、離隔した間の間隙は真空状態にあり、熱輻射を遮断することができる。
【００５１】
冷凍機１を抜き出すときに、弾性円形スリーブ３内に窒素ガスが充満しているため、内部に霜が形成されず、このとき、さらにフックボルトを用いてトップカバーおよび下フランジ４２を封止し、真空引き弁５８１の使用を停止して弾性円形スリーブ３に窒素ガスを通入し、弾性円形スリーブ３を再度真空引きすることにより、大気中の熱が弾性円形スリーブ３に入ることを遮断することができ、一次チャンバ２２内の冷媒を保護することができる。
【００５２】
本発明の１つの実施例において、超電導電磁石を置くために一次チャンバ２２を用いるときに、クライオスタット２は、クライオスタット２の頂端に固定され一次チャンバ２２内まで延伸する少なくとも１つの２成分電流リードをさらに含み、２成分電流リードは、平編銅線と、冷却材料製の絶縁層を介して、第１の下伝導ブロック３１に接続される。
【００５３】
本解決手段において、二次チャンバ内の冷媒の温度は、外部の環境温度よりも遙かに低く、一次チャンバの中の冷媒の温度は、二次チャンバ内の冷媒の温度よりも遥かに低い。
【００５４】
２成分電流リードは、分離型設計の超電導電流リード５２および銅電流リード５１を含み、銅電流リード５１は、押圧時に超電導電流リード５２および銅電流リード５１を接触させ、緩めたときに超電導電流リード５２および銅電流リード５１を離隔させる支持調節機構により、クライオスタット２に固定されている。
【００５５】
具体的には、超電導電流リード５２および銅電流リード５１は、いずれも平編銅線、および冷却材料製の絶縁層を介して、第１の下伝導ブロック３１に接続されており、一次コールドヘッド１１が生成する冷凍能力によって電流リードを冷却する。
【００５６】
具体的には、絶縁層は、平編銅線と、超電導電流リード５２および銅電流リード５１の接触面との間に位置し、冷却を保証するするとともに、超電導電流リード５２および銅電流リード５１の電流が、平編銅線を介して他の金属部材に流れることを回避することができる。
【００５７】
図３および図４に示すように、超電導電磁石を置くために一次チャンバ２２を用いるとき、クライオスタット２は、挿抜可能な２成分電流リード装置５をさらに含み、挿抜可能な２成分電流リード装置５は、分離型設計の超電導電流リード５２および銅電流リード５１と、クライオスタット２内に取り付けられた、銅電流リード５１を冷却する冷媒を入れるための二次チャンバ５３と、を含み、超電導電流リード５２は、一次チャンバ２２内まで延伸し、一次チャンバ２２の頂壁に固定される。分離型設計の超電導電流リード５２および銅電流リード５１は、超電導電磁石に給電するときのみ接続することができる。
【００５８】
図４および図８に示すように、電流伝送の安定性を保証するため、本解決手段は、好ましくは、超電導電流リード５２および銅電流リード５１の互いに係合する端部を挿抜端として設ける。銅電流リード５１および超電導電流リード５２の接触面積を大きくするため、挿抜端を、互いに係合するボスおよび凹条、互いに係合するピンおよびソケット、互いに係合する波状凹凸面、または互いに貼り合わされる斜面として設けてもよい。
【００５９】
銅電流リード５１は、クライオスタット２まで延伸し、クライオスタット２頂壁に固定された金属ブッシング５４内に一部が収納される。二次チャンバ５３の底部には、それと連通するコルゲート管５３１が固定されており、金属ブッシング５４が二次チャンバ５３を貫通し、コルゲート管５３１内まで延伸する。
【００６０】
銅電流リード５１が上下に動くとき、コルゲート管５３１も銅電流リード５１に伴って
伸縮することができ、銅電流リード５１および超電導電流リード５２の挿抜に便利であり、さらに、冷媒の密封性がよくなく漏れが現れることを回避することができる。また、挿抜の過程において、銅電流リード５１は下端部のみがコルゲート管５３１に位置していることを保証することができ、外部から入った熱が銅電流リード５１の端で冷媒によって充分に吸収されることを保証する。
【００６１】
二次チャンバ５３およびコルゲート管５３１は、冷媒を入れるチャンバを構成し、その中に入れられる冷媒は、液体窒素、液体ネオン、液体アルゴン、液体ヘリウムまたは液体水素とすることができる。二次チャンバ５３は、銅電流リード５１を冷却するだけでなく、その外部に輻射シールド（材料は、銅またはアルミニウムなどである）を１層加えることができ、二次チャンバ５３の伝導によって輻射シールドを冷却する方式により、クライオスタット２が輻射熱リークを防止する保護装置を提供する。
【００６２】
二次チャンバ５３は、銅またはアルミニウム等の材料製であり、コルゲート管５３１は、ステンレス鋼製であり、コルゲート管５３１は、二次チャンバ５３の底部に溶接され、二次チャンバ５３は、コルゲート管５３１とともに全体で逆「凸」形構造を形成する。挿抜可能な２成分電流リード装置５をクライオスタット２に用いるとき、二次チャンバ５３は、懸架装置（ステンレス鋼管などの熱伝導性がよくない金属）によってクライオスタット２内部に取り付けられ、その頂部には冷媒出入りパイプが設けられており、冷媒を随時補充し、冷媒から生成されたガスを放出するのに便利である。
【００６３】
コルゲート管５３１の下端と、銅電流リード５１の下端と、金属ブッシング５４の下端との間には、二次チャンバ５３内の冷媒がコルゲート管５３１の端部から滲み出ることを防止する封止構造５３２が固定装着されており、銅電流リード５１の下端部は、封止構造５３２を貫通している。
【００６４】
図６に示すように、実施時には、本解決手段は、好ましくは、封止構造５３２が、コルゲート管５３１の下端に封止固定されたベース５３２１を含み、ベース５３２１は、上向きに延伸する凸部と、銅電流リード５１の下端部を貫通させる通し孔を有する。銅電流リード５１の下端には、封止部５３２２が覆設されており、封止部５３２２の下面には、凸部と緊密に係合する環状溝が設けられている。
【００６５】
具体的には、銅電流リード５１の下端（低温端）は、封止部５３２２と、ネジ山によって接続されており、ベース５３２１および金属ブッシング５４は、いずれもステンレス鋼製とすることができ、ベース５３２１およびコルゲート管５３１の延長部分は一緒に溶接することができる。
【００６６】
ベース５３２１に貫通孔５５３１が設けられているため、密封性がよくない場合、二次チャンバ５３内の冷媒が、コルゲート管５３１の中からクライオスタット２の中へと漏れる可能性がある。本解決手段は、封止部５３２２、ならびに環状溝および凸部の互いの係合により、封止部５３２２とベース５３２１との間、および封止部５３２２と銅電流リード５１との間に間隙が存在しないようにし、これによって、良好な封止性能を達成する。
【００６７】
実施時には、本解決手段は、好ましくは、封止部５３２２が、低温で収縮する材料製であり、低温で収縮する材料は、ポリテトラフルオロエチレンまたはフッ化エチレンプロピレンとすることができる。
【００６８】
封止部５３２２の低温環境における優れた収縮性能を用いて、封止部５３２２は、低温環境で収縮し、銅電流リード５１およびベース５３２１の凸部をしっかり包んで締り嵌め構造を形成することができ、これによって、冷媒が溢れ出ることを防止することができる
。封止部５３２２は、構造全体の低温封止を実現するとともに、銅電流リード５１とコルゲート管５３１との間に絶縁を形成する。
【００６９】
図５に示すように、金属ブッシング５４に、二次チャンバ５３内の冷媒を金属ブッシング５４内に入れて封止部５３２２および銅電流リード５１を冷却する冷媒入口５４１が設けられている。冷媒入口５４１の設置によって、冷媒を入れて金属ブッシング５４の中の銅電流リード５１および封止部５３２２を冷却することができるとともに、熱伝導により銅電流リード５１の下端部（挿抜端）を冷却することができる。
【００７０】
図３および図５を再度参考すると、銅電流リード５１は、押圧時に超電導電流リード５２および銅電流リード５１を接触させ、緩めたときに超電導電流リード５２および銅電流リード５１を離隔させる装着調節機構５５により、クライオスタット２に固定されている。
【００７１】
図５に示すように、本発明の１つの実施例において、支持調節機構および装着調節機構５５は、金属ブッシング５４の上端に固定されたボス５５３と、接続部材５５２を介してボス５５３と係合する押し蓋５５１と、を含み、ボス５５３には、押し蓋５５１上の延伸部５５１１（銅電流リード５１が延伸部５５１１を貫通する）を挿入する貫通孔５５３１が設けられており、延伸部５５１１または貫通孔５５３１の内壁には、銅電流リード５１を挿抜するときに延伸部５５１１と貫通孔５５３１の接触箇所を封止するための封止部材５５１２が取り付けられており、銅電流リード５１の上端は、ガラス繊維強化プラスチック板５７１を介して押し蓋５５１に固定されている。
【００７２】
支持調節機構および装着調節機構５５は、上記構造を採用した後、銅電流リード５１および超電導電流リード５２に接触して給電を行うときに、接続部材５５２を下向きに回転させ、押し蓋５５１の延伸部５５１１を貫通孔５５３１に対して下向きに一定距離動かし、銅電流リード５１およびコルゲート管５３１を下向きに一定距離動かして、銅電流リード５１および超電導電流リード５２の電気的な接触を実現する。
【００７３】
銅電流リード５１および超電導電流リード５２を離す必要がある場合、接続部材５５２を回転させて出すことにより、銅電流リード５１を超電導電流リード５２から離隔させ、押し蓋５５１およびボス５５３の相対的な位置を保ったままで、接続部材５５２に再度固定する。
【００７４】
封止部材５５１２が貫通孔５５３１に設けられている場合、好ましくは、貫通孔５５３１の上端の側壁に設け、延伸部５５１１に接触面がずっと存在し封止部材５５１２と接触することを保証し、延伸部５５１１による制限がない状態で封止部材５５１２が外れることを回避する。封止部材５５１２が延伸部５５１１に設けられている場合、延伸部５５１１を抜き出すときに、封止部材５５１２が貫通孔５５３１から抜き出されて封止に影響を及ぼすことを回避するため、等間隔で複数の封止部材５５１２を延伸部５５１１に設けてもよい。
【００７５】
押し蓋５５１およびボス５５３はいずれもステンレス鋼製であり、接続部材５５２はネジ山部分を有するスタッドボルトまたはスクリューを採用する。このようにすれば、接続部材５５２を調節するのに便利である。封止部材５５１２は、弾性を有するシールリング４６を採用し、最も好ましくは、低温環境で収縮しない材質製とする。
【００７６】
支持調節機構、装着調節機構５５および弾性支持装置４は、２つの押し板、および弾性が大きい材質を用いて支持する１つのスリーブによってもよく、スリーブを２つの押し板の間に設け、締付部材４５により３つを一緒に固定する。
【００７７】
図３に示すように、挿抜可能型クライオスタット２は、一次シールド２１の外を囲む二次シールド２３をさらに含み、二次シールド２３は、二次チャンバ５３に固定接続されている。二次シールド２３は、上下端が封じられていないドラム状構造であり、一次シールド２１は、内部が封じられたドラム状構造を有する。
【００７８】
二次シールド２３は二次チャンバ５３と接続しているため、二次チャンバ５３の冷凍能力によって二次シールド２３を冷却することができ、二次シールド２３は、外部から一次チャンバ２２に伝わる輻射熱を小さくすることができ、一次チャンバ２２内の冷媒を保護する作用を奏する。二次シールド２３も、銅、アルミニウムなど、熱伝導率が高い材料製である。
【００７９】
実施時において、本解決手段は、好ましくは、ボス５５３および押し蓋５５１の対向する面に、少なくとも一対の互いに係合する係合溝５５１３が設けられており、係合する２つの係合溝５５１３内には、弾性部材４４が取り付けられており、本解決手段は、弾性部材４４をバネとすることが好ましい。
【００８０】
支持調節機構および装着調節機構５５に弾性部材４４を設けた後、接続部材５５２を回転させ出すと、弾性部材４４が押し蓋５５１を上向きに動かすことができ、銅電流リード５１および超電導電流リード５２の離隔を実現し、離隔時には、安定して離隔することを保証し、振動が現れることを回避する。次いで、接続部材５５２を回転させ取り付け、弾性部材４４は、押し蓋５５１に対して支持作用を奏することができる。
【００８１】
図７に示すように、挿抜可能な２成分電流リード装置５は、両端が封止され二次チャンバ５３および一次チャンバ２２に取り付けられた連通ブッシング５６と、一次チャンバ２２に固定され超電導電流リード５２を支持するために用いられる支持ブッシング５７と、をさらに含む。超電導電流リード５２は、支持ブッシング５７内に位置し、超電導電流リード５２の上端部は、支持ブッシング５７から延伸する。コルゲート管５３１、支持ブッシング５７および封止構造５３２は、いずれも連通ブッシング５６内に位置する。
【００８２】
超電導電流リード５２の上端部（挿抜端）は、ガラス繊維強化プラスチック板５７１を介して支持ブッシング５７に固定されており、超電導電流リード５２と支持ブッシング５７との間を絶縁し、支持ブッシング５７および連通ブッシング５６は、いずれもステンレス鋼などの熱伝導率がよくない金属であり、連通ブッシング５６の両端は、それぞれ二次チャンバ５３および一次チャンバ２２に溶接されている。
【００８３】
図１、図３および図７に示すように、超電導電流リード５２の末端は、２つのステンレス鋼ブロック２２３および１つの封止ブッシング２２４（封止部材５５１２と材質が同じ）によって一次チャンバ２２頂壁の内側に固定されている。具体的には、２つの係合するステンレス鋼ブロック２２３に貫通孔５５３１が設けられており、一方のステンレス鋼ブロック２２３には環状係合溝が設けられ、他方のステンレス鋼ブロック２２３には、環状係合溝と対向する面に凹条が設けられている。封止ブッシング２２４を２つの貫通孔５５３１内に取り付けることにより、環状係合溝および凹条内まで延伸する。
【００８４】
封止ブッシング２２４は、その低温収縮特性によって２つのステンレス鋼ブロック２２３と緊密な係合を形成し、一次チャンバ２２内の冷媒に対する封止を実現し、一次チャンバ２２内に入れられる冷媒も、液体窒素、液体ネオン、液体アルゴン、液体ヘリウムまたは液体水素とすることができる。一方のステンレス鋼ブロック２２３は、溶接によって一次チャンバ２２の内壁に固定され、他方のステンレス鋼ブロック２２３は、ボルトによって一次チャンバ２２上のステンレス鋼ブロック２２３に接続されており、２つのステンレ
ス鋼ブロック２２３は、封止ブッシング２２４との共同作用の下で、超電導電流リード５２の末端における封止を実現する。
【００８５】
超電導電流リード５２の上端部（挿抜端）は、銅電流リード５１の伝導によって冷却され、末端は一次チャンバ２２の中まで伸びて冷媒と直接接触し、超電導電流リード５２全体に超電導動作環境を提供する。
【００８６】
図７を再度参照すると、連通ブッシング５６には、それと導通する第２の真空引き管５８が接続されており、第２の真空引き管５８の自由端は、クライオスタット２から延伸し、その自由端に真空引き弁５８１が取り付けられている。具体的には、第２の真空引き管５８は、二次チャンバ５３およびクライオスタット２の頂壁を貫通し、外部空間まで延伸し、クライオスタット２の頂壁に溶接されている。
【００８７】
連通ブッシング５６、真空引き管および真空引き弁５８１の設置によって、真空引き装置を用いて、銅電流リード５１を超電導電流リード５２から抜く前に、連通ブッシング５６内を真空状態にし、冷媒の超電導電流リード５２による熱伝導経路を遮断する目的を達成する。
【００８８】
銅電流リード５１を超電導電流リード５２から抜いた後、連通ブッシング５６内の部材は真空環境にあり、外部の熱が超電導電流リード５２を介して低温システムに入ることを防止することができ、システム全体の熱リークをさらに低下させ、銅電流リード５１および超電導電流リード５２の離隔後に、両者の挿抜端に霜が現れることを回避する。
【００８９】
図３を再度参照すると、挿抜可能な２成分電流リード装置５をクライオスタット２に取り付けた後、クライオスタット２内部の部材間の安定性を高めるため、クライオスタット２は、少なくとも１つの第１の支持部材２５と、少なくとも１つの第２の支持部材２６と、をさらに含み、第１の支持部材２５の頂端は、クライオスタット２の頂壁に固定され、その下端は、二次チャンバ５３および一次シールド２１を貫通した後、一次チャンバ２２の頂壁に固定される。
【００９０】
第２の支持部材２６の一端は、クライオスタット２の側壁内側に固定され、他端は、一次シールド２１、二次シールド２３および一次チャンバ２２を貫通して、一次チャンバ２２の側壁内側に固定される。
【００９１】
総合すると、本解決手段の挿抜可能型クライオスタット２は、弾性支持装置４を緩めたときに、弾性支持装置４と弾性円形スリーブ３の係合によって、冷凍機１をクライオスタット２から弾き出すことができる。分離型設計の銅電流リード５１および超電導電流リード５２は、装着調節機構５５から伝達されて来た力によって、コルゲート管５３１にさらに係合し、銅電流リード５１および超電導電流リード５２の安定した離隔を実現することができ、一次チャンバ２２の中の冷媒の銅電流リード５１の伝導による熱リークを大幅に減少させる。
【符号の説明】
【００９２】
１、冷凍機；
１１、一次コールドヘッド；
１２、第１の上伝導ブロック；
１３、二次コールドヘッド；
２、クライオスタット；
２１、一次シールド；
２２、一次チャンバ；
２２１、一次ベローズ；
２２２、第２の下伝導ブロック；
２２３、ステンレス鋼ブロック；
２２４、封止ブッシング；
２３、二次シールド；
２４、接続スリーブ；
２５、第１の支持部材；
２６、第２の支持部材；
３、弾性円形スリーブ；
３１、第１の下伝導ブロック；
３２、第２の上伝導ブロック；
３３、一次コルゲート管；
３３１、円柱形直通管；
３４、二次コルゲート管；
３５、第１の真空引き管；
４、弾性支持装置；
４１、上フランジ；
４２、下フランジ；
４３、環状凹条；
４４、弾性部材；
４５、締付部材；
４６、シールリング；
５、挿抜可能な２成分電流リード装置；
５１、銅電流リード；
５２、超電導電流リード；
５３、二次チャンバ；
５３１、コルゲート管；
５３２、封止構造；
５３２１、ベース；
５３２２、封止部；
５４、金属ブッシング；
５４１、冷媒入口；
５５、装着調節機構；
５５１、押し蓋；
５５１１、延伸部；
５５１２、封止部材；
５５１３、係合溝；
５５２、接続部材；
５５３、ボス；
５５３１、貫通孔；
５６、連通ブッシング；
５７、支持ブッシング；
５７１、ガラス繊維強化プラスチック板；
５８、第２の真空引き管；
５８１、真空引き弁。
【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】
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