(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ部と駆動部とを有する極低温冷凍機(２２,５２,１０２)と、
上記極低温冷凍機(２２,５２,１０２)が、そのシリンダ部を挿入して取り付けられたクライオスタット(２１,５１,１０１)と、
上記駆動部を外気と接触しないように包み込むと共に、グローブ(４７,７４)が設けられたグローブボックス(２３,５３,１０３)と、
上記極低温冷凍機(２２,５２,１０２)と全く同じ構造および寸法を有すると共に、シリンダ部(４４,５８)を上記グローブボックス(２３,５３,１０３)の外に露出させる一方、駆動部(４２)を上記グローブボックス(２３,５３,１０３)内に没入させて、上記グローブボックス(２３,５３,１０３)に取り付けられた交換用冷凍機(４１,５７,１０７)と、
上記交換用冷凍機(４１,５７,１０７)のシリンダ部(４４,５８)を予冷する予冷手段(４６,５９,６１,１０８,１０９)を備えたことを特徴とする極低温冷凍機のオーバーホール装置。
【請求項２】
請求項１に記載の極低温冷凍機のオーバーホール装置において、
上記予冷手段は、上記交換用冷凍機のシリンダ部が浸漬される極低温液体(４６)であることを特徴とする極低温冷凍機のオーバーホール装置。
【請求項３】
請求項１に記載の極低温冷凍機のオーバーホール装置において、
上記予冷手段は、
上記交換用冷凍機(５７)のシリンダ部(５８)を外気と接触しないように包み込む密閉容器(５９)と、
上記密閉容器(５９)に取り付けられて上記交換用冷凍機(５７）のシリンダ部（５８)を予冷する予冷用冷凍機(６１)で構成されていることを特徴とする極低温冷凍機のオーバーホール装置。
【請求項４】
請求項１に記載の極低温冷凍機のオーバーホール装置において、
上記予冷手段は、
上記交換用冷凍機(１０７)のシリンダ部を外気と接触しないように包み込む密閉容器(１０８)と、
上記交換用冷凍機(１０７)を駆動して上記交換用冷凍機(１０７)自身で上記予冷を行わせる交換用冷凍機駆動手段(１０９)であることを特徴とする極低温冷凍機のオーバーホール装置。
【請求項５】
シリンダ部(１１８,１１９)と駆動部(１２５)とを有する極低温冷凍機(１１２)と、
上記極低温冷凍機(１１２)が、そのシリンダ部(１１８,１１９)を挿入して取り付けられたクライオスタット(１１１)と、
上記駆動部(１２５)を外気と接触しないように包み込むと共に、グローブ(１２３)が設けられたグローブボックス(１１３)と、
上記極低温冷凍機(１１２)と全く同じ構造および寸法を有すると共に、シリンダ部を上記グローブボックス(１１３)の外に露出させる一方、駆動部を上記グローブボックス(１１３)内に没入させて、上記グローブボックス(１１３)に取り付けられた交換用冷凍機(１１７)と、
上記極低温冷凍機(１１２)のシリンダ(１１８,１１９)内に挿入されて、上記シリンダ(１１８,１１９)内のみを局部的に加熱する加熱体(１２０)を備えたことを特徴とする極低温冷凍機のオーバーホール装置。
【請求項６】
クライオスタット(２１,５１,８１,１０１)にシリンダ部を挿入して取り付けられた極低温冷凍機(２２,５２,８２,１０２)の駆動部を、グローブ(４７,７４,９５)が設けられたグローブボックス（２３,５３,８３,１０３)で外気と接触しないように包み込み、
上記グローブボックス(２３,５３,８３,１０３)に、上記極低温冷凍機(２２,５２,８２,１０２)と全く同じ構造および寸法を有する交換用冷凍機(４１,５７,８７,１０７)を、そのシリンダ部(４４,５８,８８)を上記グローブボックス(２３,５３,８３,１０３）の外に露出させる一方、駆動部を上記グローブボックス（２３,５３,８３,１０３)内に没入させて取り付け、
上記交換用冷凍機(４１,５７,８７,１０７)のシリンダ部(４４,５８,８８)を予冷し、
上記極低温冷凍機(４１,５７,８７,１０７)の不良部品を上記予冷された交換用冷凍機(４１,５７,８７,１０７)の該当部品と交換することを特徴とする極低温冷凍機のオーバーホール方法。
【請求項７】
請求項６に記載の極低温冷凍機のオーバーホール方法において、
上記予冷は、グローブ(９５)を用いて上記交換用冷凍機(８７)を上記グローブボックス(８３)外に取り出し、このグローブボックス(８３)外に取り出された交換用冷凍機(８７)を駆動することによって行うことを特徴とする極低温冷凍機のオーバーホール方法。
【請求項８】
クライオスタット(１１１)にシリンダ部(１１８,１１９)を挿入して取り付けられた極低温冷凍機(１１２)の駆動部(１２５）を、グローブ（１２３)が設けられたグローブボックス(１１３)で外気と接触しないように包み込み、
上記グローブボックス(１１３)に、上記極低温冷凍機(１１２)と全く同じ構造および寸法を有する交換用冷凍機(１１７)を、そのシリンダ部を上記グローブボックス(１１３)の外に露出させる一方、駆動部を上記グローブボックス(１１３)内に没入させて取り付け、
上記極低温冷凍機(１１２）のシリンダ部(１１８,１１９)内のみを局部的に加熱し、
この局部的に加熱された極低温冷凍機(１１２)の不良部品を上記交換用冷凍機(１１７)の該当部品と交換することを特徴とする極低温冷凍機のオーバーホール方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、極低温状態を維持したまま極低温冷凍機の部品交換を行うことができる極低温冷凍機のオーバーホール装置およびオーバーホール方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、医療用器機や各種試験装置等に使用される超電導マグネットの冷却用に極低温冷凍機が使用されている。この極低温冷凍機としては、通常、ヘリウム等の低温液化ガスを断熱膨張させるギフォードマクマホン型の冷凍機が使用される。
【０００３】
ところで、上記超電導マグネットを用いた医療用機器や試験装置を使用している際に、上記超電導マグネットを冷却している極低温冷凍機に対してオーバーホールが必要になる場合がある。その場合、上記医療用機器や試験装置から極低温冷凍機を取り外してオーバーホールを行うと、極低温に冷却されている超電導マグネットが昇温されてしまうために、上記医療用機器や試験装置を再起動する場合に、超電導マグネットの再冷却に時間が掛かってしまう。したがって、極低温冷凍機を外さずに、上記医療用機器や試験装置を極低温状態に保ったまま極低温冷凍機のメンテナンスを行う方法が提案されている(特公平７−８４９６０号公報)。
【０００４】
この極低温冷凍装置のメンテナンス作業用装置は、図７に示すように、クライオスタット１内を極低温状態に維持する極低温冷凍機２に対してメンテナンスを行う場合には、クライオスタット１外に突出している極低温冷凍機２の駆動部４を覆うように、フランジ５にグローブボックス３を取り付けて気密状態を得る。尚、６はヘリウム槽、７は第１輻射シールド、８は第２輻射シールドである。そして、グローブボックス３内を真空ポンプ９によって真空引きを行って空気や水分等を除去した後、ガス供給管１０からヘリウムガスを導入して高純度のヘリウムガスで満たす。こうして、不純物のほとんど無い雰囲気中でグローブ１１によって極低温冷凍機２のメンテナンス作業を行うのである。
【０００５】
ところで、上述のような極低温冷凍機２に対する部品の交換を行う場合には、図８に示すような収納容器１６を使用する。すなわち、収納容器１６に交換用の部品と工具を収納して蓋１７で密閉する。そして、ガス供給管１８に介設された開閉弁１９を開放して、気密室２０内の空気を低温液化ガスで置換する。こうして、空気が除去された収納容器１６をグローブボックス３内に搬入することによって、グローブボックス３内の雰囲気を汚染することなく部品の交換作業を行うのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の極低温冷凍装置のメンテナンス作業用装置によってディスプレーサの交換を行う場合には以下のような問題がある。すなわち、クライオスタット１外に突出している極低温冷凍機２の駆動部４をグローブボックス３で覆って高純度のヘリウムガスで満たされた密閉空間を得、さらに内部が低温液化ガスで置換された収納容器１６で交換用のディスプレーサと工具を持ち込むことによって、極低温冷凍機を外さずに、然もグローブボックス３内の雰囲気を汚染することなくディスプレーサの交換作業を行うことはできる。ところが、交換の対象となる極低温冷凍機２の１段目の第１シリンダ１２および２段目の第２シリンダ１３と、交換用の第１ディスプレーサ(第１シリンダ１２に収納されるディスプレーサ)および第２ディスプレーサ(第２シリンダ１３に収納されるディスプレーサ)とのクリアランスが不適当であるという別の問題が発生する。
【０００７】
すなわち、上記極低温冷凍機２は、メンテナンス時においては、上記第２輻射シールド８が取り付けられている第２シリンダ１３のヒートステーション１４は２０Ｋ〜３０Ｋ、第１輻射シールド７が取り付けられている第１シリンダ１２のヒートステーション１５は１００Ｋ程度の温度環境下にある。したがって、例えば、第２シリンダ１３の入口内径は、約０.３％以上収縮している。
【０００８】
ところが、上記収納容器１６に入れて持ち込まれる交換用の第２ディスプレーサは常温である。したがって、常温状態において第２シリンダ１３とのクリアランスが最適になるように外径が設定された交換用の第２ディスプレーサをグローブボックス３内で極低温状態の第２シリンダ１３内に挿入しようとすると、第２シリンダ１３の入口内径は約０.３％以上収縮しているために挿入できない。そこで、常温状態における第２ディスプレーサの外径を約０.３％以上の冷熱収縮分だけ小さく形成することによって、第２ディスプレーサの交換を可能にしている。
【０００９】
ところが、上述のようにして交換された第２ディスプレーサは、運転時にその外径が約０.３％以上収縮することになる。これに対して、第２シリンダ１３は既に極低温状態に在って約０.３％以上収縮している。したがって、極低温冷凍機２の運転が再開されると、第２シリンダ１３と第２ディスプレーサとの間はクリアランスシールによるシール限界を越えてしまうことになる。また、上記クリアランスシールを、交換用の第２ディスプレーサの冷熱収縮を考慮して予め大きく形成しても装着不可能である。
【００１０】
すなわち、上記従来の極低温冷凍装置のメンテナンス作業用装置では、極低温状態を維持したまま極低温冷凍機のディスプレーサを交換することはできないのである。尚、上述のような冷熱収縮に伴うクリアランスの問題は、上記ディスプレーサに限らずクリアランスシール等の所定の隙間を有して組み立てられる総ての部品に共通する問題である。
【００１１】
そこで、この発明の目的は、極低温状態を維持したまま部品の交換が可能な極低温冷凍機のオーバーホール装置およびオーバーホール方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明の極低温冷凍機のオーバーホール装置は、シリンダ部と駆動部とを有する極低温冷凍機と、上記極低温冷凍機が,そのシリンダ部を挿入して取り付けられたクライオスタットと、上記駆動部を外気と接触しないように包み込むと共に,グローブが設けられたグローブボックスと、上記極低温冷凍機と全く同じ構造および寸法を有すると共に,シリンダ部を上記グローブボックスの外に露出させる一方,駆動部を上記グローブボックス内に没入させて,上記グローブボックスに取り付けられた交換用冷凍機と、上記交換用冷凍機のシリンダ部を予冷する予冷手段を備えたことを特徴としている。
【００１３】
上記構成によれば、グローブボックスに取り付けられた交換用冷凍機が、予冷手段によって、クライオスタットに取り付けられて極低温状態を維持している極低温冷凍機の温度と略同一温度に予冷される。したがって、オーバーホール時の上記極低温冷凍機における各部品の冷熱収縮率と上記交換用冷凍機における同一部品の冷熱収縮率とは略同一となっている。
【００１４】
その結果、上記グローブボックスのグローブを用いて、例えば上記極低温冷凍機の不良第２ディスプレーサと上記交換用冷凍機の第２ディスプレーサとを交換する場合には、上記極低温冷凍機の第２シリンダと交換用の第２ディスプレーサとのクリアランスは最適になっており、極低温状態を維持したまま作業性良く交換される。しかも、オーバーホール後の上記極低温冷凍機の運転時には、第２シリンダと第２ディスプレーサとは殆ど収縮することが無く、両者のクリアランスが最適状態に維持される。
【００１５】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の極低温冷凍機のオーバーホール装置において、上記予冷手段は、上記交換用冷凍機のシリンダ部が浸漬される極低温液体であることを特徴としている。
【００１６】
上記構成によれば、液体窒素等の極低温液体に上記交換用冷凍機のシリンダ部が浸漬される簡便な方法で、上記交換用冷凍機が予冷される。
【００１７】
また、請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明の極低温冷凍機のオーバーホール装置において、上記予冷手段は、上記交換用冷凍機のシリンダ部を外気と接触しないように包み込む密閉容器と、上記密閉容器に取り付けられて上記交換用冷凍機のシリンダ部を予冷する予冷用冷凍機で構成されていることを特徴としている。
【００１８】
上記構成によれば、上記交換用冷凍機のシリンダ部を包み込む密閉容器に取り付けられた予冷用冷凍機によって、上記交換用冷凍機が所望の温度に精度良く予冷される。
【００１９】
また、請求項４に係る発明は、請求項１に係る発明の極低温冷凍機のオーバーホール装置において、上記予冷手段は、上記交換用冷凍機のシリンダ部を外気と接触しないように包み込む密閉容器と、上記交換用冷凍機を駆動して上記交換用冷凍機自身で上記予冷を行わせる交換用冷凍機駆動手段であることを特徴としている。
【００２０】
上記構成によれば、上記交換用冷凍機のシリンダ部を予冷するための特別な付加手段を必要とはせず、ごく簡単に然も精度良く、上記交換用冷凍機が予冷される。尚、上記交換用冷凍機駆動手段を上記極低温冷凍機の駆動手段と兼用させることによって、上記交換用冷凍機の予冷コストが低減される。
【００２１】
また、請求項５に係る発明の極低温冷凍機のオーバーホール装置は、シリンダ部と駆動部を有する極低温冷凍機と、上記極低温冷凍機が,そのシリンダ部を挿入して取り付けられたクライオスタットと、上記駆動部を外気と接触しないように包み込むと共に,グローブが設けられたグローブボックスと、上記極低温冷凍機と全く同じ構造および寸法を有すると共に,シリンダ部を上記グローブボックスの外に露出させる一方,駆動部を上記グローブボックス内に没入させて,上記グローブボックスに取り付けられた交換用冷凍機と、上記極低温冷凍機のシリンダ内に挿入されて,上記シリンダ内のみを局部的に加熱する加熱体を備えたことを特徴としている。
【００２２】
上記構成によれば、グローブボックスのグローブを用いて、加熱体が、クライオスタットに取り付けられて極低温状態を維持している極低温冷凍機のシリンダ部内に挿入される。こうして、上記極低温冷凍機のシリンダ内のみが局所的に交換用冷凍機と同じ常温に加熱される。したがって、オーバーホール時における上記極低温冷凍機における各部品の収縮率と上記交換用冷凍機における同一部品の収縮率とは略同一となっている。
【００２３】
その結果、例えば上記極低温冷凍機の不良第２ディスプレーサと上記交換用冷凍機の第２ディスプレーサとを交換する場合には、上記極低温冷凍機の第２シリンダと交換用の第２ディスプレーサとのクリアランスは最適になっており、両者の交換が作業性良く行われる。その場合、上記極低温冷凍機が加熱されるのはシリンダ内部のみであるから、極低温冷凍機全体としては極低温状態を維持しており、極低温状態を維持したままでのオーバーホールを可能にする。
【００２４】
また、請求項６に係る発明の極低温冷凍機のオーバーホール方法は、クライオスタットにシリンダ部を挿入して取り付けられた極低温冷凍機の駆動部を,グローブが設けられたグローブボックスで外気と接触しないように包み込み、上記グローブボックスに,上記極低温冷凍機と全く同じ構造および寸法を有する交換用冷凍機を,そのシリンダ部を上記グローブボックスの外に露出させる一方,駆動部を上記グローブボックス内に没入させて取り付け、上記交換用冷凍機のシリンダ部を予冷し、上記極低温冷凍機の不良部品を上記予冷された交換用冷凍機の該当部品と交換することを特徴としている。
【００２５】
上記構成によれば、上記交換用冷凍機が、クライオスタットに取り付けられて極低温状態を維持している極低温冷凍機のオーバーホール温度と略同一温度に予冷される。したがって、オーバーホール時の上記極低温冷凍機における各部品の冷熱収縮率と上記交換用冷凍機における同一部品の冷熱収縮率とは略同一となっている。
【００２６】
その結果、上記グローブボックスのグローブを用いて、例えば上記極低温冷凍機の不良第２ディスプレーサと上記交換用冷凍機の第２ディスプレーサとを交換する場合には、上記極低温冷凍機の第２シリンダと交換用の第２ディスプレーサとのクリアランスは最適になっており、極低温状態を維持したまま作業性良く両者が交換される。しかも、オーバーホール後の上記極低温冷凍機の運転時には、第２シリンダと第２ディスプレーサとは殆ど収縮することが無く、両者のクリアランスが最適状態に維持される。
【００２７】
また、請求項７に係る発明は、請求項６に係る発明の極低温冷凍機のオーバーホール方法において、上記予冷は、グローブを用いて上記交換用冷凍機を上記グローブボックス外に取り出し、このグローブボックス外に取り出された交換用冷凍機を駆動することによって行うことを特徴としている。
【００２８】
上記構成によれば、上記交換用冷凍機のシリンダ部を予冷するための特別な付加手段を必要とはしない。したがって、ごく安価な方法で上記交換用冷凍機が予冷される。
【００２９】
また、請求項８に係る発明の極低温冷凍機のオーバーホール方法は、クライオスタットにシリンダ部を挿入して取り付けられた極低温冷凍機の駆動部を,グローブが設けられたグローブボックスで外気と接触しないように包み込み、上記グローブボックスに,上記極低温冷凍機と全く同じ構造および寸法を有する交換用冷凍機を,そのシリンダ部を上記グローブボックスの外に露出させる一方,駆動部を上記グローブボックス内に没入させて取り付け、上記極低温冷凍機のシリンダ部内のみを局部的に加熱し、この局部的に加熱された極低温冷凍機の不良部品を上記交換用冷凍機の該当部品と交換することを特徴としている。
【００３０】
上記構成によれば、上記極低温冷凍機のシリンダ内が、グローブボックス内において加熱体によって局所的に常温に加熱される。したがって、オーバーホール時の上記極低温冷凍機における各部品の収縮率と上記交換用冷凍機における同一部品の収縮率とは略同一となっている。
【００３１】
したがって、例えば上記極低温冷凍機の不良第２ディスプレーサと上記交換用冷凍機の第２ディスプレーサとを交換する場合には、上記極低温冷凍機の第２シリンダと交換用の第２ディスプレーサとのクリアランスが最適になっており、両者の交換が作業性良く行われる。その場合、上記極低温冷凍機が加熱されるのはシリンダ内部のみであるから、極低温冷凍機全体としては極低温状態を維持したままオーバーホールされる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
＜第１実施の形態＞
図１は、本実施の形態における極低温冷凍機のオーバーホール装置の概念図である。図１において、２１はクライオスタット、２２はギフォードマクマホン型の極低温冷凍機、２３はグローブボックスである。
【００３３】
クライオスタット２１は、温度が約３００Ｋに保たれる外壁２５内に、内側から順に、液体ヘリウムが充填されたヘリウム槽２６、このヘリウム槽２６を輻射シールする約２０Ｋの温度に保持された第１輻射シール２７、液体窒素が封入されて約７０Ｋの温度に保持された第２輻射シール２８が配置されている。また、外壁２５には、極低温冷凍機２２が、第１シリンダ３０および第２シリンダ３１を外壁２５内に挿入させてフランジ２９によって取り付けられている。そして、第１シリンダ３０の第１ヒートステーション３２には第２輻射シール２８が取り付けられ、第２シリンダ３１の第２ヒートステーション３３には第１輻射シール２７が取り付けられている。尚、図示してはいないが、ヘリウム層２６内の液体ヘリウム中には超電導マグネットが浸漬されている。
【００３４】
上記グローブボックス２３は、極低温冷凍機２２のオーバーホール時に、極低温冷凍機２２の駆動部３４を包み込むようにクライオスタット２１の外壁２５に取り付けられ、極低温冷凍機２２のフランジ２９,グローブボックス２３および外壁２５の夫々の間はシールされる。グローブボックス２３には、バルブ３５が介設されると共に真空ポンプ３６に接続された真空引き配管３７と、バルブ３８が介設されたヘリウム供給配管３９が取り付けられている。
【００３５】
本実施の形態においては、上記グローブボックス２３には、交換用冷凍機４１が、駆動部４２をグローブボックス２３内に挿入させてフランジ４３によって取り付けられている。そして、交換用冷凍機４１のフランジ４３とグローブボックス２３との間はシールされている。この交換用冷凍機４１は、極低温冷凍機２２と全く同じ寸法を有するギフォードマクマホン型の極低温冷凍機である。
【００３６】
上記構成の極低温冷凍機のオーバーホール装置は、以下のように操作されて極低温冷凍機に対する部品交換を行う。ここで、交換の対象となる部品は第２ディスプレーサであるとする。先ず、グローブボックス２３外に露出された交換用冷凍機４１のシリンダ部４４を、容器４５内に満たされた液体窒素４６に浸漬させて交換時の第２ディスプレーサの温度である２０Ｋ〜３０Ｋの温度に予冷しておく。こうすることによって、上記交換用冷凍機４１内の交換用の第２ディスプレーサの外径を、予め０.３％程度冷熱収縮させておくのである。
【００３７】
そして、次に、上記グローブボックス２３内を真空ポンプ３６によって真空引きを行って空気や水分等を除去する。そうした後、バルブ３８を開放してヘリウム供給配管３９からヘリウムガスを導入してグローブボックス２３内を高純度のヘリウムガスで満たす。こうして、不純物の殆ど無い雰囲気が形成される。そして、グローブ４７によって、予冷されている交換用冷凍機４１から目的とする第２ディスプレーサを取り出し、極低温冷凍機２２の不良第２ディスプレーサと交換するのである。
【００３８】
その場合、互いに０.３％程度冷熱収縮されている上記極低温冷凍機２２の第２シリンダ３１と交換用の第２ディスプレーサとは適度なクリアランスを有しており、生産ライン上での製品組み立て時と同様のクリアランスで第２シリンダ３１内に交換用の第２ディスプレーサを挿入できるのである。また、既に第２シリンダ３１と交換後の第２ディスプレーサとは極低温状態になっているために、運転状態における冷熱収縮は殆ど無く、両者のクリアランスはクリアランスシールによるシール限界内に収まることになる。
【００３９】
上述のように、本実施の形態においては、オーバーホールの対象となる極低温冷凍機２２と全く同じ構成および寸法を有する交換用冷凍機４１を、その駆動部４２をグローブボックス２３内に挿入させて取り付ける。そして、グローブボックス２３外に露出された交換用冷凍機４１のシリンダ部４４を、液体窒素４６で２０Ｋ〜３０Ｋの温度に予冷している。したがって、交換用冷凍機４１内の交換用の部品を、予め極低温状態にある極低温冷凍機２２の交換対象の部品と同程度に冷熱収縮させておくことができ、所定の隙間を有して組み立てられる総ての部品に共通する極低温状態を維持したままでのオーバーホール時のクリアランスの問題を解決できるのである。
【００４０】
したがって、本実施の形態によれば、交換用の部品を製造する際に、極低温状態を維持したままでの部品交換を実現するための寸法変更等の特別な措置を施す必要がないのである。
【００４１】
尚、本実施の形態においては、上記交換用冷凍機４１のシリンダ部４４を液体窒素４６で予冷しているが、液体ヘリウムで予冷しても差し支えない。要は、低温液化ガスを液化した極低温液体であればよい。
【００４２】
＜第２実施の形態＞
図２は、本実施の形態における極低温冷凍機のオーバーホール装置の概念図であり、クライオスタット５１,極低温冷凍機５２,グローブボックス５３,真空ポンプ５４,真空引き配管５５,ヘリウム供給配管５６および交換用冷凍機５７は、図１に示す第１実施の形態におけるクライオスタット２１,極低温冷凍機２２,グローブボックス２３,真空ポンプ３６,真空引き配管３７,ヘリウム供給配管３９および交換用冷凍機４１と同じ構成を有して、同様に機能する。
【００４３】
本実施の形態においては、上記グローブボックス５３には、交換用冷凍機５７のシリンダ部５８を包み込むように真空容器５９が取り付けられ、交換用冷凍機５７のフランジ６０および真空容器５９の間はシールされる。また、真空容器５９には、予冷用冷凍機６１が、駆動部６２をグローブボックス５３および真空容器５９の外に露出させる一方、シリンダ部６３を真空容器５９内に挿入させてフランジ６４によって取り付けられている。そして、予冷用冷凍機６１のフランジ６４と真空容器５９との間はシールされている。この予冷用冷凍機６１は特に限定されるものではないが、本実施の形態においては、ギフォードマクマホン型の極低温冷凍機であるとして説明する。
【００４４】
上記真空容器５９内に挿入されている交換用冷凍機５７の第１ヒートステーション６５と予冷用冷凍機６１の第１ヒートステーション６６とが、伝熱部材６７で接続されている。同様に、交換用冷凍機５７の第２ヒートステーション６８と予冷用冷凍機６１の第２ヒートステーション６９とが、伝熱部材７０で接続されている。こうして、両冷凍機５７,６１のヒートステーション同士が同じ温度になるようにするのである。
【００４５】
上記構成の極低温冷凍機のオーバーホール装置は、以下のように操作されて極低温冷凍機に対する部品交換を行う。先ず、圧縮機７１を駆動して予冷用冷凍機６１を起動させ、第１ヒートステーション６６の温度が極低温冷凍機５２の第１ヒートステーション７２のオーバーホール時の温度(１００Ｋ)になり、第２ヒートステーション６９の温度が極低温冷凍機５２の第２ヒートステーション７３のオーバーホール時の温度(２０Ｋ〜３０Ｋ)になるようにする。そうすると、予冷用冷凍機６１の両ヒートステーション６６,６９と交換用冷凍機５７の両ヒートステーション６５,６８とは同じ温度になるようになっているため、交換用冷凍機５７の両ヒートステーション６５,６８の温度は、極低温冷凍機５２の両ヒートステーション７２,７３の温度と略同じになる。こうして、予冷用冷凍機６１で交換用冷凍機５７を予冷することによって、交換用冷凍機５７内における交換用の第２ディスプレーサの外径を、予め０.３％程度冷熱収縮させておくのである。
【００４６】
以後、上記真空ポンプ５４およびヘリウム供給配管５６を機能させてグローブボックス５３内を高純度のヘリウムガスで満たし、不純物の殆ど無い雰囲気中において、予冷されている交換用冷凍機５７の交換用部品である第２ディスプレーサをグローブ７４を使って取り出し、極低温冷凍機５２の不良第２ディスプレーサと交換するのである。
【００４７】
その場合、互いに０.３％程度冷熱収縮されている上記極低温冷凍機５２の第２シリンダ７５と交換用の第２ディスプレーサとは適度なクリアランスを有しており、第２シリンダ７５内に交換用の第２ディスプレーサを容易に挿入できると共に、運転状態における両者のクリアランスはクリアランスシールによるシール限界内に収まるのである。
【００４８】
上述のように、本実施の形態においては、オーバーホールの対象となる極低温冷凍機５２と全く同じ構成および寸法を有する交換用冷凍機５７を、その駆動部をグローブボックス５３内に挿入させて取り付ける。そして、グローブボックス５３外に露出された交換用冷凍機５７のシリンダ部５８を包み込むように真空容器５９を取り付け、この真空容器５９内にシリンダ部６３を挿入させて予冷用冷凍機６１取り付ける。そして、両冷凍機５７,６１の両第１ヒートステーション６５,６６と両第２ヒートステーション６８,６９とを伝熱部材６７,７０で接続している。したがって、交換用冷凍機５７内の交換用の部品を、予め極低温状態にある極低温冷凍機５２の交換対象の部品と同程度に冷熱収縮させておくことができ、所定の隙間を有して組み立てられる総ての部品に共通する極低温状態を維持したままでの交換時のクリアランスの問題を解決できるのである。
【００４９】
尚、本実施の形態においては、上記予冷用冷凍機６１としてギフォードマクマホン型の極低温冷凍機を使用しているが、この発明はこれに限定されるものではない。要は、極低温冷凍機５２の両ヒートステーション７２,７３の温度と略同じ温度を得ることができる冷凍機であればよいのである。また、交換用冷凍機５７の両ヒートステーション６５,６８の夫々を、異なる冷凍機で伝熱部材６７,７０を介して冷却しても差し支えない。
【００５０】
＜第３実施の形態＞
図３は、本実施の形態における極低温冷凍機のオーバーホール装置の概念図であり、クライオスタット８１,極低温冷凍機８２,グローブボックス８３,真空ポンプ８４,真空引き配管８５,ヘリウム供給配管８６および交換用冷凍機８７は、図１に示す第１実施の形態におけるクライオスタット２１,極低温冷凍機２２,グローブボックス２３,真空ポンプ３６,真空引き配管３７,ヘリウム供給配管３９および交換用冷凍機４１と同じ構成を有して、同様に機能する。
【００５１】
本実施の形態においては、上記グローブボックス８３には、交換用冷凍機８７のシリンダ部８８を包み込むように真空容器８９が取り付けられ、グローブボックス８３と真空容器８９の間はシールされる。ここで、本実施の形態における交換用冷凍機８７は、グローブボックス８３および真空容器８９に対して着脱可能になっている。
【００５２】
上記構成の極低温冷凍機のオーバーホール装置は、以下のように操作されて極低温冷凍機に対する部品交換を行う。先ず、従来の技術で述べた収納容器およびグローブ９５を用いて交換用冷凍機８７をグローブボックス８３から取り出し、図３(b)に示すように圧縮機９０から圧縮ヘリウムガスを供給し駆動して予冷させる。そして、第１ヒートステーション９１の温度が極低温冷凍機８２の第１ヒートステーション９３のオーバーホール時の温度になり、第２ヒートステーション９２の温度が極低温冷凍機８２の第２ヒートステーション９４のオーバーホール時の温度になるようにする。そうしたのち、交換用冷凍機８７を圧縮機９０から分離し、上記収納容器を用いてグローブボックス８３内に搬入する。そして、グローブ９５を用いて、図３(a)に示すようにシリンダ部８８を真空容器８９内に挿入させてグローブボックス８３に取り付けるのである。こうして、予め予冷された交換用冷凍機８７のシリンダ部８８を真空雰囲気中に設置しておくことによって、予め０.３％程度冷熱収縮された交換用の第１,第２ディスプレーサの外径の変化を防止するのである。
【００５３】
以後は、上記各実施の形態と同様にして、交換用冷凍機８７の交換用第２ディスプレーサを極低温冷凍機８２の不良第２ディスプレーサと交換するのである。
【００５４】
＜第４実施の形態＞
図４は、本実施の形態における極低温冷凍機のオーバーホール装置の概念図であり、クライオスタット１０１,極低温冷凍機１０２,グローブボックス１０３,真空ポンプ１０４,真空引き配管１０５,ヘリウム供給配管１０６,交換用冷凍機１０７および真空容器１０８は、図３に示す第３実施の形態におけるクライオスタット８１,極低温冷凍機８２,グローブボックス８３,真空ポンプ８４,真空引き配管８５,ヘリウム供給配管８６,交換用冷凍機８７および真空容器８９と同じ構成を有して、同様に機能する。
【００５５】
本実施の形態においては、上記交換用冷凍機１０７には圧縮機１０９が接続されている。そして、交換用冷凍機１０７をグローブボックス１０３から取り出さずに、グローブボックス１０３に取り付けた状態で直接予冷するのである。こうすることによって、第３実施の形態における交換用冷凍機１０７の取り外し,搬出,搬入,取り付けの煩わしさを無くすことができるのである。
【００５６】
尚、上記圧縮機１０９等を極低温冷凍機１０２の圧縮機等と兼用させることによって、交換用冷凍機１０７の予冷コストを非常に低減できる。
【００５７】
＜第５実施の形態＞
図５は、本実施の形態における極低温冷凍機のオーバーホール装置の概念図であり、クライオスタット１１１,極低温冷凍機１１２,グローブボックス１１３,真空ポンプ１１４,真空引き配管１１５,ヘリウム供給配管１１６および交換用冷凍機１１７は、図１に示す第１実施の形態におけるクライオスタット２１,極低温冷凍機２２,グローブボックス２３,真空ポンプ３６,真空引き配管３７,ヘリウム供給配管３９および交換用冷凍機４１と同じ構成を有して、同様に機能する。
【００５８】
本実施の形態においては、極低温冷凍機１１２の第１シリンダ１１８と第２シリンダ１１９内にそのまま収納可能なような２つの外径を有する加熱棒１２０を使用する。この加熱棒１２０は、従来の技術で述べた収納容器等を用いてグローブボックス１１３内に予め搬入されている。
【００５９】
図６は、上記加熱棒１２０の断面図である。この加熱棒１２０は、交換の対象となる極低温冷凍機１１２の第１シリンダ１１８および第２シリンダ１１９内に挿入される本体１２１を有する。そして、この本体１２１内には、加熱ヒータ１２２が設けられている。
【００６０】
上記構成の極低温冷凍機のオーバーホール装置は、以下のように操作されて極低温冷凍機に対する部品交換を行う。先ず、真空ポンプ１１４およびヘリウム供給配管１１６を機能させてグローブボックス１１３内を高純度のヘリウムガスで満たす。次に、グローブ１２３を用いて、極低温冷凍機１１２のシリンダ部１２４から駆動部１２５を取り外して、第１シリンダ１１８および第２シリンダ１１９をヘリウムガス雰囲気中に開放する。そして、ブローブ１２３を用いて、第１シリンダ１１８および第２シリンダ１１９内に、予め加熱ヒータ１２２に通電された加熱棒１２０の本体１２１を挿入するのである。こうして、交換の対象となる第２ディスプレーサに対応する第２シリンダ１１９を含むシリンダ部のみを局部的に常温に加熱するのである。
【００６１】
こうして、極低温状態にあって０.３％程度冷熱収縮していた上記極低温冷凍機１１２の第２シリンダ１１９を加熱によって０.３％程度膨張させておくことによって、常温状態下で生産ライン上での製品組み立て時と同様のクリアランスで第２シリンダ１１９内に交換用の第２ディスプレーサを挿入できるのである。したがって、本実施の形態によれば、上記交換用冷凍機１１７を予冷する必要がなく、第１実施の形態における予冷用の液体窒素４６や容器４５、第２実施の形態における真空容器５９,予冷用冷凍機６１および伝熱用部材６７,７０を無くして低コスト化できる。また、上記総ての実施の形態のごとく交換用冷凍機４１,５７,８７,１０７を予冷する必要がなく、部品交換の手順を簡単にできるのである。
【００６２】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１に係る発明の極低温冷凍機のオーバーホール装置は、クライオスタットにシリンダ部を挿入して取り付けられた極低温冷凍機の駆動部を外気と接触しないようにグローブボックスで包み込み、上記極低温冷凍機と全く同じ構造および寸法を有する予冷用冷凍機のシリンダ部を上記グローブボックス外に露出させて取り付け、上記交換用冷凍機のシリンダ部を予冷手段で予冷するので、上記交換用冷凍機を、極低温状態にある極低温冷凍機のオーバーホール温度と略同一温度に予冷できる。したがって、オーバーホール時の上記極低温冷凍機における各部品の冷熱収縮率と上記交換用冷凍機における同一部品の冷熱収縮率とを略同一にできる。
【００６３】
すなわち、この発明によれば、例えば上記極低温冷凍機の不良第２ディスプレーサと上記交換用冷凍機の第２ディスプレーサとを交換する場合に、上記極低温冷凍機の第２シリンダと交換用の第２ディスプレーサとのクリアランスを最適クリアランスに設定できる。したがって、極低温状態を維持したまま極低温冷凍機の部品を作業性良く交換できるのである。さらに、上記極低温冷凍機はオーバーホール時に極低温状態にあるので、運転を再開しても、第２シリンダと第２ディスプレーサとは殆ど収縮することはない。したがって、運転時における両者のクリアランスを最適状態に維持できる。
【００６４】
また、請求項２に係る発明の極低温冷凍機のオーバーホール装置は、上記交換用冷凍機のシリンダ部を低温液体で予冷するので、上記交換用冷凍機を簡便な方法で予冷できる。
【００６５】
また、請求項３に係る発明の極低温冷凍機のオーバーホール装置は、上記交換用冷凍機のシリンダ部を密閉容器で包み込んで予冷用冷凍機で予冷するので、上記交換用冷凍機を所望の温度に精度良く予冷できる。したがって、この発明によれば、容易に且つ精度良く、不良部品と交換用部品との冷熱収縮率を略同一にして両交換部品間の最適クリアランスを設定できる。
【００６６】
また、請求項４に係る発明の極低温冷凍機のオーバーホール装置は、上記交換用冷凍機のシリンダ部を密閉容器で包み込み、上記交換用冷凍機を駆動することによって上記交換用冷凍機自身を予冷するので、上記予冷のための特別な装置を必要とはせず、ごく簡単に且つ精度良く上記交換用冷凍機を予冷できる。尚、上記交換用冷凍機駆動手段を上記極低温冷凍機の駆動手段と兼用すれば、上記交換用冷凍機の予冷コストを大幅に低減できる。
【００６７】
また、請求項５に係る発明の極低温冷凍機のオーバーホール装置は、クライオスタットにシリンダ部を挿入して取り付けられた極低温冷凍機の駆動部を外気と接触しないようにグローブボックスで包み込み、上記極低温冷凍機と全く同じ構造および寸法を有する予冷用冷凍機のシリンダ部を上記グローブボックス外に露出させて取り付け、上記極低温冷凍機のシリンダ内のみを加熱体で局部的に加熱するので、上記極低温冷凍機のシリンダ内のみを、局部的に、常温にある交換用冷凍機と略同一温度にできる。したがって、オーバーホール時の上記極低温冷凍機における各部品の冷熱収縮率と上記交換用冷凍機における同一部品の冷熱収縮率とを略同一にできる。
【００６８】
すなわち、この発明によれば、上記極低温冷凍機の不良第２ディスプレーサと上記交換用冷凍機の第２ディスプレーサとを交換する場合に、上記極低温冷凍機の第２シリンダと交換用の第２ディスプレーサとのクリアランスを最適クリアランスに設定できる。したがって、極低温状態を維持したまま極低温冷凍機の部品を作業性良く交換できるのである。さらに、上記交換用冷凍機を予冷する必要がなく、オーバーホール作業を単純化できる。その場合、上記極低温冷凍機が加熱されるのはシリンダ内部のみであるから、極低温状態を維持したままでのオーバーホールが容易に可能となる。
【００６９】
また、請求項６に係る発明の極低温冷凍機のオーバーホール方法は、クライオスタットにシリンダ部を挿入して取り付けられた極低温冷凍機の駆動部をグローブボックスで外気に接触しないように包み込み、上記極低温冷凍機と全く同じ構造および寸法を有する予冷用冷凍機のシリンダ部を上記グローブボックス外に露出させて取り付け、上記交換用冷凍機のシリンダ部を予冷し、上記極低温冷凍機の不良部品を上記予冷された交換用冷凍機の該当部品と交換するので、上記交換用冷凍機を、極低温状態にある極低温冷凍機のオーバーホール温度と略同一温度に予冷できる。したがって、オーバーホール時の上記極低温冷凍機における各部品の冷熱収縮率と上記交換用冷凍機における同一部品の冷熱収縮率とを略同一にできる。
【００７０】
すなわち、この発明によれば、例えば上記極低温冷凍機の不良第２ディスプレーサと上記交換用冷凍機の第２ディスプレーサとを交換する場合に、上記極低温冷凍機の第２シリンダと交換用の第２ディスプレーサとのクリアランスを最適クリアランスに設定できる。したがって、極低温状態を維持したまま極低温冷凍機の部品を作業性良く交換できるのである。さらに、上記極低温冷凍機はオーバーホール時に極低温状態にあるので、運転を再開しても、第２シリンダと第２ディスプレーサとは殆ど収縮することはない。したがって、運転時における両者のクリアランスを最適状態に維持できる。
【００７１】
また、請求項７に係る発明のオーバーホール方法は、上記交換用冷凍機を上記グローブボックス外に取り出して駆動することによって、上記交換用冷凍機自身で上記予冷を行うので、上記交換用冷凍機のシリンダ部を予冷するための特別な付加手段を必要とはしない。したがって、ごく安価な方法で上記交換用冷凍機を予冷できる。
【００７２】
また、請求項８に係る発明の極低温冷凍機のオーバーホール方法は、クライオスタットにシリンダ部を挿入して取り付けられた極低温冷凍機の駆動部をグローブボックスで外気に接触しないように包み込み、上記極低温冷凍機と全く同じ構造および寸法を有する予冷用冷凍機のシリンダ部を上記グローブボックス外に露出させて取り付け、上記極低温冷凍機のシリンダ部内のみを局部的に加熱し、この局部的に加熱された極低温冷凍機の不良部品を上記交換用冷凍機の該当部品と交換するので、上記極低温冷凍機のシリンダ内のみを、局部的に、常温にある交換用冷凍機と略同一温度にできる。したがって、オーバーホール時の上記極低温冷凍機における各部品の冷熱収縮率と上記交換用冷凍機における同一部品の冷熱収縮率とを略同一にできる。
【００７３】
すなわち、この発明によれば、上記極低温冷凍機の不良第２ディスプレーサと上記交換用冷凍機の第２ディスプレーサとを交換する場合に、上記極低温冷凍機の第２シリンダと交換用の第２ディスプレーサとのクリアランスを最適クリアランスに設定できる。したがって、極低温状態を維持したまま極低温冷凍機の部品を作業性良く交換できるのである。その場合、上記極低温冷凍機が加熱されるのはシリンダ内部のみであるから、極低温状態を維持したままでのオーバーホールが容易に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の極低温冷凍機のオーバーホール装置における概念図である。
【図２】  図１とは異なる極低温冷凍機のオーバーホール装置における概念図である。
【図３】  図１および図２とは異なる極低温冷凍機のオーバーホール装置における概念図である。
【図４】  図１〜図３とは異なる極低温冷凍機のオーバーホール装置における概念図である。
【図５】  図１〜図４とは異なる極低温冷凍機のオーバーホール装置における概念図である。
【図６】  図５に示す極低温冷凍機のオーバーホール装置で使用される加熱棒の断面図である。
【図７】  従来の極低温冷凍装置のメンテナンス作業用装置における断面図である。
【図８】  図７に示す極低温冷凍装置のメンテナンス作業用装置で使用される収納容器の断面図である。
【符号の説明】
２１,５１,８１,１０１,１１１…クライオスタット、
２２,５２,８２,１０２,１１２…極低温冷凍機、
２３,５３,８３,１０３,１１３…グローブボックス、
４１,５７,８７,１０７,１１７…交換用冷凍機、
４５…容器、                        ４６…液体窒素、
４７,７４,９５,１２３…グローブ、   ５９,８９,１０８…真空容器、
６１…予冷用冷凍機、                ６７,７０…伝熱部材、
７１,９０,１０９…圧縮機、          １２０…加熱棒、
１２２…加熱ヒータ。
【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】
0003843186.tif 000006
【図６】
0003843186.tif 000007
【図７】
0003843186.tif 000008
【図８】
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