冷凍機冷却型処理装置
【課題】本発明は被冷却部が装着される被冷却部を支持する荷重支持体を有する冷凍機冷却型処理装置に関し、装置をコンパクト化することにより空間効率の向上及び通電効率の向上を図ることを課題とする。
【解決手段】 超電導コイル１８と、超電導コイル１８を内包すると共にこれを外部に対して熱シールドする熱シールド板１６と、熱シールド板１６を内包すると共に内部が真空環境とされる真空容器１１と、２段目冷却シリンダ１３Ｂが冷却ステージ１５に熱的に接続されるＧＭ冷凍機１２と、超電導コイル１１８と冷却ステージ１５との間に配設された荷重支持体２６と、少なくとも超電導コイル１８と冷却ステージ１５との間に配設される２段電流ライン２２とを有する超電導マグネット装置１０Ａであって、荷重支持体２６にか貫通孔２８を形成し、この貫通孔２８内に２段電流ライン２２を配設する。
【解決手段】 超電導コイル１８と、超電導コイル１８を内包すると共にこれを外部に対して熱シールドする熱シールド板１６と、熱シールド板１６を内包すると共に内部が真空環境とされる真空容器１１と、２段目冷却シリンダ１３Ｂが冷却ステージ１５に熱的に接続されるＧＭ冷凍機１２と、超電導コイル１１８と冷却ステージ１５との間に配設された荷重支持体２６と、少なくとも超電導コイル１８と冷却ステージ１５との間に配設される２段電流ライン２２とを有する超電導マグネット装置１０Ａであって、荷重支持体２６にか貫通孔２８を形成し、この貫通孔２８内に２段電流ライン２２を配設する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍機冷却型処理装置に係り、特に被冷却部を支持する荷重支持体を有する冷凍機冷却型処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、冷凍機を用いて被冷却部を冷却する冷凍機冷却型処理装置の一例として、超電導コイルを被冷却部とする超電導マグネット装置が知られている（特許文献１）。図８は、冷凍機冷却型処理装置の一例である超電導マグネット装置１００を示している。
【０００３】
同図に示す超電導マグネット装置１００は、ギフォード・マクマホン式冷凍機（以下、ＧＭ冷凍機という）を用いた冷凍機冷却型超電導マグネット装置（以下、超電導マグネット装置という）である。この超電導磁石装置１００は、大略すると真空容器１１１，ＧＭ冷凍機１１２，熱シールド部材１１６，及び超電導コイル１１８等を有している。
【０００４】
真空容器１１１は、熱シールド部材１１６を内包している。また、真空容器１１１にはＧＭ冷凍機１１２が配設されている。このＧＭ冷凍機１１２は、１段目冷却シリンダ１１２Ａが熱シールド部材１１６に熱的に接続されると共に、２段目冷却シリンダ１１２Ｂが伝熱部材１１３を介して冷却ステージ１１５に熱的に接続されている。
【０００５】
被冷却部となる超電導コイル１１８は、冷却ステージ１１５の下部に配設される。この冷却ステージ１１５と超電導コイル１１８は、高熱伝導性を有するライン冷却用部材１２３により熱的に接続されている。よって、超電導コイル１１８は、ライン冷却用部材１２３、冷却ステージ１１５、及び伝熱部材１１３を介してＧＭ冷凍機１１２の２段目冷却シリンダ１１２Ｂに接続され、これにより超電導コイル１１８は臨界温度以下に冷却され超電導状態を実現する。
【０００６】
超電導コイル１１８に電流を供給する電流ラインは、常温ブスバー１１９、１段電流ライン１２０、超電導電流リード１２１、２段電流ライン１２２等により構成されている。常温ブスバー１１９は装置外部に配設された電源装置に接続されており、よって超電導コイル１１８は電流ラインを介して電源装置から電流供給が行われる。
【０００７】
ところで、超電導コイル１１８が発生する磁界を印加しようとする対象物によっては、超電導コイル１１８を冷却ステージ１１５から離間させた方が、対象物に対して磁界を有効に印加できる場合がある。このような場合、超電導マグネット装置１００のように超電導コイル１１８を冷却ステージ１１５から離間して配置することが行われる。
【０００８】
また、超電導コイル１１８が起動した場合、冷却ステージ１１５との間に図９に矢印Ｆ１で示す電磁力が発生する。また、図９に示すように超電導コイル１１８の近傍に外部マグネット１２７を配設することがあり、この構成では超電導コイル１１８と外部マグネット１２７との相互間にも電磁力Ｆ２が作用することとなる。よって、超電導コイル１１８と冷却ステージ１１５との間には、超電導コイル１１８による電磁力Ｆ１と、電磁力Ｆ２の垂直成分が加わった大きな力（矢印Ｆ３で示す）が作用することとなる。
【０００９】
このように、超電導コイル１１８には強い電磁力が作用するため、これを装置内で確実に支持する必要がある。このため、超電導マグネット装置１００には、超電導コイル１１８を支持する荷重支持体１２５と荷重支持体１２６が設けられている。具体的には、冷却ステージ１１５と超電導コイル１１８との間には荷重支持体１２６が配設され、真空容器１１１と冷却ステージ１１５との間には荷重支持体１２５が配設されている。
【００１０】
また、冷却ステージ１１５に対して超電導コイル１１８を離間した配置する必要がある場合、冷却ステージ１１５と超電導コイル１１８を電気的に接続する２段電流ライン１２２及び熱的に接続するライン冷却部材１２３も、冷却ステージ１１５から超電導コイル１１８に向け長く延出させる必要がある。従来では、この２段電流ライン１２２及びライン冷却用部材１２３は、荷重支持体１２６の外周位置にそれぞれ個別に配置した構成としていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−１６７９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記構成とされた冷凍機冷却型処理装置は、電磁力Ｆ１，Ｆ２が大きい場合には、荷重支持体１２５，１２６を大型化したり、配設数を増大させたりする必要が生じる。しかしながら従来の冷凍機冷却型処理装置は、荷重支持体１２６の外周位置に２段電流ライン１２２及びライン冷却用部材１２３が個別に配置されていたため、内部の構成物品を効率よく配置することができず、超電導マグネット装置１００が大型化してしまうという問題点があった。
【００１３】
また、外部マグネット１２７等の他の機器の都合で、超電導コイル１１８を狭い空間内に配置する必要がある場合、従来のように荷重支持体１２６の外周に２段電流ライン１２２、ライン冷却用部材１２３等が配設された構成では超電導コイル１１８の近傍の構造が複雑で大型化してしまうため、当該空間内に超電導コイル１１８を配置できなくなるという問題点があった。
【００１４】
更に、従来の超電導マグネット装置１００では、１段電流ライン１２０及び超電導電流リード１２１は真空容器１１１からの輻射熱により温度上昇し、２段電流ライン１２２及びライン冷却用部材１２３は熱シールド板１１６からの輻射熱（図９に矢印Ｑで示す）によって温度上昇してしまい、超電導コイル１１８に対する冷却効率及び通電効率が低下してしまうという問題点があった。
【００１５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、装置をコンパクト化することにより空間効率の向上及び通電効率の向上を図った冷凍機冷却型処理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】
【００１６】
上記の課題は、第１の観点からは、
被冷却部と、
前記被冷却部を内包すると共に、前記被冷却部を外部に対して熱シールドする熱シールド部材と、
前記熱シールド部材を内包すると共に内部が真空環境とされる真空容器と、
一段目が前記熱シールド部材に熱的に接続されると共に二段目が冷却ステージに熱的に接続される冷凍機と、
前記被冷却部と前記伝熱部材との間に配設された第１の荷重支持体と、
前記被冷却部と前記冷却ステージとの間に配設される第１の配線部と、前記冷却ステージと前記熱シールド部材との間に配設される第２の配線部と、前記熱シールド部材と前記真空容器との間に配設される第３の配線部とを有する接続配線とを有し、
前記第１の荷重支持体に第１の貫通孔を形成し、前記第１の配線部を前記第１の貫通孔の内部に配設したことを特徴とする冷凍機冷却型処理装置により解決することができる。
【発明の効果】
【００１７】
開示の冷凍機冷却型処理装置によれば、第１の配線部を第１の荷重支持体に形成された貫通孔の内部に配設したため、被冷却部の外部に第１の配線部を配設する領域を設定する必要がなくなる。このため、被冷却部の近傍におけるスペース効率を高めることができ、よって冷凍機冷却型処理装置の小形化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る冷凍機冷却型処理装置の断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係る冷凍機冷却型処理装置の２段電流ライン及びライン冷却用部材の近傍を拡大して示す断面図である。
【図３】図３は、試験片を被冷却部とした冷凍機冷却型処理装置の２段電流ライン及びライン冷却用部材の近傍を拡大して示す断面図である。
【図４】図４は、段電流ライン及びライン冷却用部材が配設された荷重支持体を拡大して示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図５】図５は、良熱伝導性電流ラインが配設された荷重支持体を拡大して示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係る冷凍機冷却型処理装置の要部断面図である。
【図７】図７は、本発明の第３実施形態に係る冷凍機冷却型処理装置の要部断面図である。
【図８】図８は、従来の一例である冷凍機冷却型処理装置の断面図である。
【図９】図９は、従来の一例である冷凍機冷却型処理装置の２段電流ライン及びライン冷却用部材の近傍を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００２０】
図１及び図２は、本発明の第１実施形態である冷凍機冷却型処理装置を示している。本実施形態では、冷凍機冷却型処理装置の一例として、超電導コイル１８を被冷却部とする冷凍機冷却型超電導マグネット装置１０Ａ（以下、超電導マグネット装置という）を例に挙げて説明する。図１は超電導マグネット装置１０Ａの全体構成を示す断面図であり、図２は後述する２段電流ライン２２及びライン冷却用部材２３の近傍を拡大して示す断面図である。
【００２１】
超電導マグネット装置１０Ａは、大略すると真空容器１１，ギフォード・マクマホン式冷凍機１２（以下、ＧＭ冷凍機という），冷却ステージ１５、熱シールド部材１６，超電導コイル１８、荷重支持体２５，２６、及び電流ライン等により構成されている。この超電導マグネット装置１０Ａは、例えば試験物に対して磁界を印加するのに用いる試験用の超電導マグネット装置１０Ａである。
【００２２】
真空容器１１は、熱シールド部材１６を内包している。この真空容器１１の内部は真空環境とされており、外部からの熱の侵入を遮断することにより冷却効率を高める構成とされている。ＧＭ冷凍機１２は、真空容器１１に配設されている。本実施形態では、真空容器１１にＧＭ冷凍機１２を１台配設した構成としているが、複数のＧＭ冷凍機１２を真空容器１１に配置することも可能である。
【００２３】
前記のように本実施例では、冷凍機１２としてギフォード・マクマホン式冷凍機を用いている。このギフォード・マクマホン式冷凍機は、冷媒の使用量が少なく構成が簡単であるため、ランニングコストを低減できると共に装置の小型化を図ることができる。
【００２４】
ＧＭ冷凍機１２は、１段目及び２段目冷却シリンダ１２Ａ，１２Ｂに内設されたディスプレーサをモータ１２Ｃで往復動させることにより、コンプレッサ（図示せず）から供給された高圧冷媒を膨張させ、これにより発生する寒冷により熱シールド部材１６及び超電導コイル１８を冷却する。
【００２５】
ＧＭ冷凍機１２に設けられている１段目冷却シリンダ１２Ａは、熱シールド板１６に熱的に接続されている。よって熱シールド部材１６は、この１段目冷却シリンダ１２Ａにより冷却される。
【００２６】
熱シールド部材１６は銅，アルミニウム等の高熱伝導材料により形成され、その内部に超電導コイル１８を内包している。この熱シールド板１６はＧＭ冷凍機１２により冷却されることにより、真空容器１１の輻射熱が超電導コイル１８に侵入するのを防止する機能を奏する。
【００２７】
一方、ＧＭ冷凍機１２の２段目冷却シリンダ１３Ｂは、伝熱部材１３を介して冷却ステージ１５に熱的に接続される。冷却ステージ１５は、ＧＭ冷凍機１２により例えば４Ｋ程度に冷却される。
【００２８】
超電導コイル１８は、ライン冷却用部材２３（請求項に記載の冷却用接続部材に相当する）を介して冷却ステージ１５に熱的に接続されている。このライン冷却用部材２３は、銅，アルミニウム等の高熱伝導材料により形成されている。よって超電導コイル１８は、ライン冷却用部材２３、冷却ステージ１５、及び伝熱部材１３を介してＧＭ冷凍機１２に熱的に接続される。これにより、超電導コイル１８はＧＭ冷凍機１２により臨界温度以下に冷却され、超電導コイル１８は超電導状態を実現する。
【００２９】
荷重支持体２５は、真空容器１１と冷却ステージ１５との間に配設されている。また、荷重支持体２６（請求項に記載の第１の荷重支持体に相当する）は、冷却ステージ１５と超電導コイル１８との間に配設される。この各荷重支持体２５，２６は、超電導コイル１８が起動することにより発生する電磁力（荷重）を支持することにより、真空容器１１、熱シールド板１６、及びライン冷却用部材２３等に変形が発生するのを防止する機能を奏する。
【００３０】
尚、本実施形態では、冷凍機冷却型処理装置として被冷却部を超電導コイル１８とした超電導マグネット装置１０Ａを例に挙げて説明しているが、冷却部を図３に示すような試験片３０とすることも可能である。この場合、冷凍機冷却型処理装置は冷却部を試験片３０とする冷凍機冷却型材料特性計測装置となる。
【００３１】
このような冷凍機冷却型材料特性計測装置では、試験片３０の特性を計測するために試験片３０の外周位置に外部マグネット２７を設け、この外部マグネット２７により試験片３０に対して交番的に変化する磁界を印加しながら材料特性計測を行う場合がある。このような計測を行う時、試験片３０を支持する金属製の基台２９や冷却ステージ１５に渦電流が発生し、この渦電流により基台２９及び冷却ステージ１５と外部マグネット２７との間に大きな電磁力が発生することがある。よって、冷凍機冷却型材料特性計測装置影響においても、この電磁力による悪影響を防止する面から荷重支持体２５，２６が配設される。
【００３２】
再び図１に戻り、説明を続ける。超電導コイル１８は、電流ライン（請求項に記載の接続配線に相当する）により超電導マグネット装置１０Ａの外部に設けられた電流供給装置に接続されている。この電流ラインは、超電導コイル１８と冷却ステージ１５との間に配設される２段電流ライン２２（請求項に記載の第１の配線部に相当する）と、冷却ステージ１５と熱シールド板１６との間に配設される超電導電流リード２１（請求項に記載の第２の配線部に相当する）と、熱シールド板１６と真空容器１１との間に配設される常温ブスバー１９（請求項に記載の第３の配線部に相当する）等により構成されている。
【００３３】
真空容器１１から熱シールド板１６の間に配設される常温ブスバー１９は、電気伝導率の大きな材料である銅，アルミニウム等により構成されている。また、熱シールド板１６から冷却ステージ１５の間に配設される超電導電流リード２１は、熱侵入を抑制すると共に大電流の通過が可能な超電導材料(Bi2223,Bi2212,Y123,MgB2等)により構成されている。尚、超電導コイル１８の臨界温度条件によっては、超電導電流リード２１に代えて電気伝導度の高い材料（銅，アルミニウム等）を用いることも可能である。
【００３４】
更に、冷却ステージ１５と超電導コイル１８との間に配設される２段電流ライン２２は、大電流を流すことが可能な超電導材料により構成されている。このため、２段電流ライン２２には、ライン冷却用部材２３が添設された構成とされている。しかしながら、この２段電流ライン２２は、超電導コイル１８の臨界条件によっては電気伝導率の大きな材料である銅，アルミニウム等を用いることも可能である。
【００３５】
常温ブスバー１９は１段電流ライン２０を介して超電導電流リード２１の上端部に接続され、超電導電流リード２１の下端部は接続リード３２を介して２段電流ライン２２の上端部に接続され、そしてこの２段電流ライン２２の下端部は超電導コイル１８に接続される。よって、超電導コイル１８は、常温ブスバー１９、１段電流ライン２０、超電導電流リード２１、接続リード３２、及び２段電流ライン２２より構成される電流ラインにより装置外部の電流供給装置に接続される。
【００３６】
ここで、冷却ステージ１５から超電導コイル１８の間に配設される２段電流ライン２２の配設位置に注目する。本実施形態では、冷却ステージ１５と超電導コイル１８との間に配設された荷重支持体２６内に貫通孔２８（請求項に記載の第１の貫通孔に相当する）を形成し、２段電流ライン２２をこの貫通孔２８内に配設した構成としている。
【００３７】
また前記のように、冷却ステージ１５と超電導コイル１８との間には、ＧＭ冷凍機１２と超電導コイル１８とを熱的に接続するライン冷却用部材２３が配設されている。本実施形態では、このライン冷却用部材２３も荷重支持体２６に形成された貫通孔２８内に配設した構成としている。
【００３８】
特に本実施形態では、図４に示すように、２段電流ライン２２とライン冷却用部材２３とを一体化した構成としている。このように２段電流ライン２２とライン冷却用部材２３とを一体化することにより、２段電流ライン２２及びライン冷却用部材２３の全体形状のコンパクト化を図ることができる。これにより、貫通孔２８の小径化を図ることができ、荷重支持体２６の小形化を図ることができる。尚、２段電流ライン２２とライン冷却用部材２３とを一体化する場合、２段電流ライン２２とライン冷却用部材２３との境界部に絶縁膜を形成することが望ましい。
【００３９】
また、荷重支持体２６が導電性金属により構成されている場合には、２段電流ライン２２と貫通孔２８の内壁との間、及びライン冷却用部材２３と貫通孔２８の内壁で短絡が発生しないよう、貫通孔２８の内壁、２段電流ライン２２の表面、或いはライン冷却用部材２３の表面に絶縁材をコーティングしておくことが望ましい。
【００４０】
本実施形態のように、２段電流ライン２２を荷重支持体２６内に配設することにより、図２に拡大して示すように、荷重支持体２６の外部に超電導マグネット装置１０Ａの構成物品を配置する必要がなくなり、荷重支持体２６の外部構造を簡単化することができる。また本実施形態では、２段電流ライン２２に加えてライン冷却用部材２３も荷重支持体２６内に配設しているため、更に荷重支持体２６の外部の構造の簡単化が図られている。
【００４１】
よって、従来のように２段電流ライン１２２及びライン冷却用部材１２３が荷重支持体２６の外部に配設された構成における超電導コイル１１８近傍の全外径Ｌ２（図８参照）に比べ、本実施形態に係る超電導マグネット装置１０Ａにおける超電導コイル１８近傍の全外径Ｌ１を小さくすることができた。具体的には、従来ではＬ２＝157mmであったものが、本実施形態によればＬ１＝119mmとすることができた。
【００４２】
このように、本実施形態によれば荷重支持体２６の外部に２段電流ラインやライン冷却用部材等の構成物品が配設されないため、超電導コイル１８を冷却ステージ１５から離間させた構成としても、超電導コイル１８及び荷重支持体２６を含めた構成の小形化を図ることができる。よって、超電導コイル１８を狭い空間内に配置する必要がある場合も、当該狭空間内に超電導コイル１１８を確実に配置することが可能となる。
【００４３】
更に、従来の超電導マグネット装置１００では、熱シールド板１１６からの輻射熱Ｑ（図９参照）によって２段電流ライン１２２及びライン冷却用部材１２３の温度が上昇し超電導コイル１１８に対する冷却効率や通電効率が悪化するおそれがあった。しかしながら、本実施形態に係る超電導マグネット装置１０Ａによれば、２段電流ライン２２及びライン冷却用部材２３は荷重支持体２６に形成された貫通孔２８内に配置されている。
【００４４】
よって、荷重支持体２６は熱シールド板１６からの輻射熱Ｑを遮断するシールド材としても機能するため、熱シールド板１６からの輻射熱Ｑが２段電流ライン２２及びライン冷却用部材２３に影響することを抑制できる。これにより、２段電流ライン２２及びライン冷却用部材２３の温度上昇は防止され、超電導コイル１８に対する冷却効率及び通電効率の向上を図ることができる。
【００４５】
尚、上記した実施形態では２段電流ライン２２を超電導材料により構成し、ライン冷却用部材２３を銅，アルミニウム等の高熱伝導性部材により構成した。即ち、上記した実施形態では、２段電流ライン２２とライン冷却用部材２３を別部材により構成した。しかしながら、２段電流ラインとライン冷却用部材は必ずしも別体とする必要はなく、高熱伝導性を有する超電導材、若しくは高熱伝導材料と電気的に接続した超電導材からなる良熱伝導性電流ライン４０を用いることも可能である。
【００４６】
この良熱伝導性電流ライン４０を用いることにより、図５に示すように、荷重支持体２６の貫通孔２８内には２本の良熱伝導性電流ライン４０を配設するのみの構成となる。これにより、貫通孔２８の小径化を図ることができ、荷重支持体２６の小形化を図ることが可能となる。
【００４７】
続いて、図６及び図７を用いて本発明の第２及び第３実施形態について説明する。尚、図６及び図７において、第１実施形態の説明に用いた図１乃至図５に示した構成と対応する構成については同一符号を付してその説明を省略するものとする。
【００４８】
図６は、第２実施形態である冷凍機冷却型処理装置となる超電導マグネット装置１０Ｂを示している。前記した第１実施形態に係る超電導マグネット装置１０Ａでは、冷却ステージ１５と超電導コイル１８との間に配設される荷重支持体２６の内部に２段電流ライン２２及びライン冷却用部材２３を配設することにより、超電導コイル１８及び荷重支持体２６の近傍の構成の小形化を図った。
【００４９】
これに対して本実施形態に係る超電導マグネット装置１０Ｂは、第１実施形態における荷重支持体２５を、真空容器１１と熱シールド板１６との間に配設される荷重支持体３５Ａと、熱シールド板１６と冷却ステージ１５との間に配設される荷重支持体３７Ａ（請求項に記載の第２の荷重支持体に相当する）とに分離した。そして、荷重支持体３７Ａに貫通孔３６（請求項に記載の第２の貫通孔に相当する）を形成し、冷却ステージ１５と熱シールド板１６との間に配設される電流ラインである超電導電流リード２１を、この貫通孔３６内に配設したことを特徴とするものである。
【００５０】
本実施形態のように、超電導電流リード２１を荷重支持体３７Ａの内部に配設することにより、荷重支持体３７Ａの近傍における構成の簡単化を図ることができる。また、荷重支持体３７Ａがシールド材として機能するため、超電導電流リード２１に輻射熱が侵入することを防止でき、超電導電流リード２１における通電効率を高めることができる。
【００５１】
図７は、第３実施形態である冷凍機冷却型処理装置となる超電導マグネット装置１０Ｃを示している。本実施形態に係る超電導マグネット装置１０Ｃも、真空容器１１と熱シールド板１６との間に荷重支持体３５Ｂ（請求項に記載の第３の荷重支持体に相当する）を配設すると共に、熱シールド板１６と冷却ステージ１５との間に荷重支持体３７Ｂを配設した構成としている。
【００５２】
そして、荷重支持体３５Ｂに貫通孔３８（請求項に記載の第３の貫通孔に相当する）を形成し、真空容器１１と熱シールド板１６との間に配設される電流ラインである常温ブスバー１９をこの貫通孔３６内に配設したことを特徴とするものである。本実施形態のように、常温ブスバー１９を荷重支持体３５Ｂの内部に配設することにより、荷重支持体３５Ｂの近傍における構成の簡単化を図ることができる。
【００５３】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。
【００５４】
例えば、上記した各実施形態では、試験用の超電導コイル１８を有する超電導マグネット装置１０Ａ〜１０Ｃに本願発明を適用した例を示したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、鉄心付き超電導磁石を被冷却部とする冷凍機冷却型処理装置、陽子線治療装置ガントリー用偏向電磁石を被冷却部とする冷凍機冷却型処理装置、陽子線治療装置サイクロトロン用電磁石を被冷却部とする冷凍機冷却型処理装置、及び単結晶引き上げ用超電導磁石を被冷却部とする冷凍機冷却型処理装置等に広く適用が可能なものである。
【符号の説明】
【００５５】
１０Ａ〜１０Ｃ 超電導マグネット装置
１１ 真空容器
１２ ＧＭ冷凍機
１２Ａ １段目冷却シリンダ
１２Ｂ ２段目冷却シリンダ
１３ 伝熱部材
１５ 冷却ステージ
１６ 熱シールド部材
１８ 超電導コイル
１９ 常温ブスバー
２０ １段電流ライン
２１ 超電導電流リード
２２ ２段電流ライン
２３ ライン冷却用部材
２５，２６，３５Ａ，３５Ｂ，３７Ａ，３７Ｂ 荷重支持体
２８，３６，３８ 貫通孔
３０ 試験片
４０ 良熱伝導性電流ライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍機冷却型処理装置に係り、特に被冷却部を支持する荷重支持体を有する冷凍機冷却型処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、冷凍機を用いて被冷却部を冷却する冷凍機冷却型処理装置の一例として、超電導コイルを被冷却部とする超電導マグネット装置が知られている（特許文献１）。図８は、冷凍機冷却型処理装置の一例である超電導マグネット装置１００を示している。
【０００３】
同図に示す超電導マグネット装置１００は、ギフォード・マクマホン式冷凍機（以下、ＧＭ冷凍機という）を用いた冷凍機冷却型超電導マグネット装置（以下、超電導マグネット装置という）である。この超電導磁石装置１００は、大略すると真空容器１１１，ＧＭ冷凍機１１２，熱シールド部材１１６，及び超電導コイル１１８等を有している。
【０００４】
真空容器１１１は、熱シールド部材１１６を内包している。また、真空容器１１１にはＧＭ冷凍機１１２が配設されている。このＧＭ冷凍機１１２は、１段目冷却シリンダ１１２Ａが熱シールド部材１１６に熱的に接続されると共に、２段目冷却シリンダ１１２Ｂが伝熱部材１１３を介して冷却ステージ１１５に熱的に接続されている。
【０００５】
被冷却部となる超電導コイル１１８は、冷却ステージ１１５の下部に配設される。この冷却ステージ１１５と超電導コイル１１８は、高熱伝導性を有するライン冷却用部材１２３により熱的に接続されている。よって、超電導コイル１１８は、ライン冷却用部材１２３、冷却ステージ１１５、及び伝熱部材１１３を介してＧＭ冷凍機１１２の２段目冷却シリンダ１１２Ｂに接続され、これにより超電導コイル１１８は臨界温度以下に冷却され超電導状態を実現する。
【０００６】
超電導コイル１１８に電流を供給する電流ラインは、常温ブスバー１１９、１段電流ライン１２０、超電導電流リード１２１、２段電流ライン１２２等により構成されている。常温ブスバー１１９は装置外部に配設された電源装置に接続されており、よって超電導コイル１１８は電流ラインを介して電源装置から電流供給が行われる。
【０００７】
ところで、超電導コイル１１８が発生する磁界を印加しようとする対象物によっては、超電導コイル１１８を冷却ステージ１１５から離間させた方が、対象物に対して磁界を有効に印加できる場合がある。このような場合、超電導マグネット装置１００のように超電導コイル１１８を冷却ステージ１１５から離間して配置することが行われる。
【０００８】
また、超電導コイル１１８が起動した場合、冷却ステージ１１５との間に図９に矢印Ｆ１で示す電磁力が発生する。また、図９に示すように超電導コイル１１８の近傍に外部マグネット１２７を配設することがあり、この構成では超電導コイル１１８と外部マグネット１２７との相互間にも電磁力Ｆ２が作用することとなる。よって、超電導コイル１１８と冷却ステージ１１５との間には、超電導コイル１１８による電磁力Ｆ１と、電磁力Ｆ２の垂直成分が加わった大きな力（矢印Ｆ３で示す）が作用することとなる。
【０００９】
このように、超電導コイル１１８には強い電磁力が作用するため、これを装置内で確実に支持する必要がある。このため、超電導マグネット装置１００には、超電導コイル１１８を支持する荷重支持体１２５と荷重支持体１２６が設けられている。具体的には、冷却ステージ１１５と超電導コイル１１８との間には荷重支持体１２６が配設され、真空容器１１１と冷却ステージ１１５との間には荷重支持体１２５が配設されている。
【００１０】
また、冷却ステージ１１５に対して超電導コイル１１８を離間した配置する必要がある場合、冷却ステージ１１５と超電導コイル１１８を電気的に接続する２段電流ライン１２２及び熱的に接続するライン冷却部材１２３も、冷却ステージ１１５から超電導コイル１１８に向け長く延出させる必要がある。従来では、この２段電流ライン１２２及びライン冷却用部材１２３は、荷重支持体１２６の外周位置にそれぞれ個別に配置した構成としていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−１６７９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記構成とされた冷凍機冷却型処理装置は、電磁力Ｆ１，Ｆ２が大きい場合には、荷重支持体１２５，１２６を大型化したり、配設数を増大させたりする必要が生じる。しかしながら従来の冷凍機冷却型処理装置は、荷重支持体１２６の外周位置に２段電流ライン１２２及びライン冷却用部材１２３が個別に配置されていたため、内部の構成物品を効率よく配置することができず、超電導マグネット装置１００が大型化してしまうという問題点があった。
【００１３】
また、外部マグネット１２７等の他の機器の都合で、超電導コイル１１８を狭い空間内に配置する必要がある場合、従来のように荷重支持体１２６の外周に２段電流ライン１２２、ライン冷却用部材１２３等が配設された構成では超電導コイル１１８の近傍の構造が複雑で大型化してしまうため、当該空間内に超電導コイル１１８を配置できなくなるという問題点があった。
【００１４】
更に、従来の超電導マグネット装置１００では、１段電流ライン１２０及び超電導電流リード１２１は真空容器１１１からの輻射熱により温度上昇し、２段電流ライン１２２及びライン冷却用部材１２３は熱シールド板１１６からの輻射熱（図９に矢印Ｑで示す）によって温度上昇してしまい、超電導コイル１１８に対する冷却効率及び通電効率が低下してしまうという問題点があった。
【００１５】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、装置をコンパクト化することにより空間効率の向上及び通電効率の向上を図った冷凍機冷却型処理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】
【００１６】
上記の課題は、第１の観点からは、
被冷却部と、
前記被冷却部を内包すると共に、前記被冷却部を外部に対して熱シールドする熱シールド部材と、
前記熱シールド部材を内包すると共に内部が真空環境とされる真空容器と、
一段目が前記熱シールド部材に熱的に接続されると共に二段目が冷却ステージに熱的に接続される冷凍機と、
前記被冷却部と前記伝熱部材との間に配設された第１の荷重支持体と、
前記被冷却部と前記冷却ステージとの間に配設される第１の配線部と、前記冷却ステージと前記熱シールド部材との間に配設される第２の配線部と、前記熱シールド部材と前記真空容器との間に配設される第３の配線部とを有する接続配線とを有し、
前記第１の荷重支持体に第１の貫通孔を形成し、前記第１の配線部を前記第１の貫通孔の内部に配設したことを特徴とする冷凍機冷却型処理装置により解決することができる。
【発明の効果】
【００１７】
開示の冷凍機冷却型処理装置によれば、第１の配線部を第１の荷重支持体に形成された貫通孔の内部に配設したため、被冷却部の外部に第１の配線部を配設する領域を設定する必要がなくなる。このため、被冷却部の近傍におけるスペース効率を高めることができ、よって冷凍機冷却型処理装置の小形化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る冷凍機冷却型処理装置の断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係る冷凍機冷却型処理装置の２段電流ライン及びライン冷却用部材の近傍を拡大して示す断面図である。
【図３】図３は、試験片を被冷却部とした冷凍機冷却型処理装置の２段電流ライン及びライン冷却用部材の近傍を拡大して示す断面図である。
【図４】図４は、段電流ライン及びライン冷却用部材が配設された荷重支持体を拡大して示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図５】図５は、良熱伝導性電流ラインが配設された荷重支持体を拡大して示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係る冷凍機冷却型処理装置の要部断面図である。
【図７】図７は、本発明の第３実施形態に係る冷凍機冷却型処理装置の要部断面図である。
【図８】図８は、従来の一例である冷凍機冷却型処理装置の断面図である。
【図９】図９は、従来の一例である冷凍機冷却型処理装置の２段電流ライン及びライン冷却用部材の近傍を拡大して示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００２０】
図１及び図２は、本発明の第１実施形態である冷凍機冷却型処理装置を示している。本実施形態では、冷凍機冷却型処理装置の一例として、超電導コイル１８を被冷却部とする冷凍機冷却型超電導マグネット装置１０Ａ（以下、超電導マグネット装置という）を例に挙げて説明する。図１は超電導マグネット装置１０Ａの全体構成を示す断面図であり、図２は後述する２段電流ライン２２及びライン冷却用部材２３の近傍を拡大して示す断面図である。
【００２１】
超電導マグネット装置１０Ａは、大略すると真空容器１１，ギフォード・マクマホン式冷凍機１２（以下、ＧＭ冷凍機という），冷却ステージ１５、熱シールド部材１６，超電導コイル１８、荷重支持体２５，２６、及び電流ライン等により構成されている。この超電導マグネット装置１０Ａは、例えば試験物に対して磁界を印加するのに用いる試験用の超電導マグネット装置１０Ａである。
【００２２】
真空容器１１は、熱シールド部材１６を内包している。この真空容器１１の内部は真空環境とされており、外部からの熱の侵入を遮断することにより冷却効率を高める構成とされている。ＧＭ冷凍機１２は、真空容器１１に配設されている。本実施形態では、真空容器１１にＧＭ冷凍機１２を１台配設した構成としているが、複数のＧＭ冷凍機１２を真空容器１１に配置することも可能である。
【００２３】
前記のように本実施例では、冷凍機１２としてギフォード・マクマホン式冷凍機を用いている。このギフォード・マクマホン式冷凍機は、冷媒の使用量が少なく構成が簡単であるため、ランニングコストを低減できると共に装置の小型化を図ることができる。
【００２４】
ＧＭ冷凍機１２は、１段目及び２段目冷却シリンダ１２Ａ，１２Ｂに内設されたディスプレーサをモータ１２Ｃで往復動させることにより、コンプレッサ（図示せず）から供給された高圧冷媒を膨張させ、これにより発生する寒冷により熱シールド部材１６及び超電導コイル１８を冷却する。
【００２５】
ＧＭ冷凍機１２に設けられている１段目冷却シリンダ１２Ａは、熱シールド板１６に熱的に接続されている。よって熱シールド部材１６は、この１段目冷却シリンダ１２Ａにより冷却される。
【００２６】
熱シールド部材１６は銅，アルミニウム等の高熱伝導材料により形成され、その内部に超電導コイル１８を内包している。この熱シールド板１６はＧＭ冷凍機１２により冷却されることにより、真空容器１１の輻射熱が超電導コイル１８に侵入するのを防止する機能を奏する。
【００２７】
一方、ＧＭ冷凍機１２の２段目冷却シリンダ１３Ｂは、伝熱部材１３を介して冷却ステージ１５に熱的に接続される。冷却ステージ１５は、ＧＭ冷凍機１２により例えば４Ｋ程度に冷却される。
【００２８】
超電導コイル１８は、ライン冷却用部材２３（請求項に記載の冷却用接続部材に相当する）を介して冷却ステージ１５に熱的に接続されている。このライン冷却用部材２３は、銅，アルミニウム等の高熱伝導材料により形成されている。よって超電導コイル１８は、ライン冷却用部材２３、冷却ステージ１５、及び伝熱部材１３を介してＧＭ冷凍機１２に熱的に接続される。これにより、超電導コイル１８はＧＭ冷凍機１２により臨界温度以下に冷却され、超電導コイル１８は超電導状態を実現する。
【００２９】
荷重支持体２５は、真空容器１１と冷却ステージ１５との間に配設されている。また、荷重支持体２６（請求項に記載の第１の荷重支持体に相当する）は、冷却ステージ１５と超電導コイル１８との間に配設される。この各荷重支持体２５，２６は、超電導コイル１８が起動することにより発生する電磁力（荷重）を支持することにより、真空容器１１、熱シールド板１６、及びライン冷却用部材２３等に変形が発生するのを防止する機能を奏する。
【００３０】
尚、本実施形態では、冷凍機冷却型処理装置として被冷却部を超電導コイル１８とした超電導マグネット装置１０Ａを例に挙げて説明しているが、冷却部を図３に示すような試験片３０とすることも可能である。この場合、冷凍機冷却型処理装置は冷却部を試験片３０とする冷凍機冷却型材料特性計測装置となる。
【００３１】
このような冷凍機冷却型材料特性計測装置では、試験片３０の特性を計測するために試験片３０の外周位置に外部マグネット２７を設け、この外部マグネット２７により試験片３０に対して交番的に変化する磁界を印加しながら材料特性計測を行う場合がある。このような計測を行う時、試験片３０を支持する金属製の基台２９や冷却ステージ１５に渦電流が発生し、この渦電流により基台２９及び冷却ステージ１５と外部マグネット２７との間に大きな電磁力が発生することがある。よって、冷凍機冷却型材料特性計測装置影響においても、この電磁力による悪影響を防止する面から荷重支持体２５，２６が配設される。
【００３２】
再び図１に戻り、説明を続ける。超電導コイル１８は、電流ライン（請求項に記載の接続配線に相当する）により超電導マグネット装置１０Ａの外部に設けられた電流供給装置に接続されている。この電流ラインは、超電導コイル１８と冷却ステージ１５との間に配設される２段電流ライン２２（請求項に記載の第１の配線部に相当する）と、冷却ステージ１５と熱シールド板１６との間に配設される超電導電流リード２１（請求項に記載の第２の配線部に相当する）と、熱シールド板１６と真空容器１１との間に配設される常温ブスバー１９（請求項に記載の第３の配線部に相当する）等により構成されている。
【００３３】
真空容器１１から熱シールド板１６の間に配設される常温ブスバー１９は、電気伝導率の大きな材料である銅，アルミニウム等により構成されている。また、熱シールド板１６から冷却ステージ１５の間に配設される超電導電流リード２１は、熱侵入を抑制すると共に大電流の通過が可能な超電導材料(Bi2223,Bi2212,Y123,MgB2等)により構成されている。尚、超電導コイル１８の臨界温度条件によっては、超電導電流リード２１に代えて電気伝導度の高い材料（銅，アルミニウム等）を用いることも可能である。
【００３４】
更に、冷却ステージ１５と超電導コイル１８との間に配設される２段電流ライン２２は、大電流を流すことが可能な超電導材料により構成されている。このため、２段電流ライン２２には、ライン冷却用部材２３が添設された構成とされている。しかしながら、この２段電流ライン２２は、超電導コイル１８の臨界条件によっては電気伝導率の大きな材料である銅，アルミニウム等を用いることも可能である。
【００３５】
常温ブスバー１９は１段電流ライン２０を介して超電導電流リード２１の上端部に接続され、超電導電流リード２１の下端部は接続リード３２を介して２段電流ライン２２の上端部に接続され、そしてこの２段電流ライン２２の下端部は超電導コイル１８に接続される。よって、超電導コイル１８は、常温ブスバー１９、１段電流ライン２０、超電導電流リード２１、接続リード３２、及び２段電流ライン２２より構成される電流ラインにより装置外部の電流供給装置に接続される。
【００３６】
ここで、冷却ステージ１５から超電導コイル１８の間に配設される２段電流ライン２２の配設位置に注目する。本実施形態では、冷却ステージ１５と超電導コイル１８との間に配設された荷重支持体２６内に貫通孔２８（請求項に記載の第１の貫通孔に相当する）を形成し、２段電流ライン２２をこの貫通孔２８内に配設した構成としている。
【００３７】
また前記のように、冷却ステージ１５と超電導コイル１８との間には、ＧＭ冷凍機１２と超電導コイル１８とを熱的に接続するライン冷却用部材２３が配設されている。本実施形態では、このライン冷却用部材２３も荷重支持体２６に形成された貫通孔２８内に配設した構成としている。
【００３８】
特に本実施形態では、図４に示すように、２段電流ライン２２とライン冷却用部材２３とを一体化した構成としている。このように２段電流ライン２２とライン冷却用部材２３とを一体化することにより、２段電流ライン２２及びライン冷却用部材２３の全体形状のコンパクト化を図ることができる。これにより、貫通孔２８の小径化を図ることができ、荷重支持体２６の小形化を図ることができる。尚、２段電流ライン２２とライン冷却用部材２３とを一体化する場合、２段電流ライン２２とライン冷却用部材２３との境界部に絶縁膜を形成することが望ましい。
【００３９】
また、荷重支持体２６が導電性金属により構成されている場合には、２段電流ライン２２と貫通孔２８の内壁との間、及びライン冷却用部材２３と貫通孔２８の内壁で短絡が発生しないよう、貫通孔２８の内壁、２段電流ライン２２の表面、或いはライン冷却用部材２３の表面に絶縁材をコーティングしておくことが望ましい。
【００４０】
本実施形態のように、２段電流ライン２２を荷重支持体２６内に配設することにより、図２に拡大して示すように、荷重支持体２６の外部に超電導マグネット装置１０Ａの構成物品を配置する必要がなくなり、荷重支持体２６の外部構造を簡単化することができる。また本実施形態では、２段電流ライン２２に加えてライン冷却用部材２３も荷重支持体２６内に配設しているため、更に荷重支持体２６の外部の構造の簡単化が図られている。
【００４１】
よって、従来のように２段電流ライン１２２及びライン冷却用部材１２３が荷重支持体２６の外部に配設された構成における超電導コイル１１８近傍の全外径Ｌ２（図８参照）に比べ、本実施形態に係る超電導マグネット装置１０Ａにおける超電導コイル１８近傍の全外径Ｌ１を小さくすることができた。具体的には、従来ではＬ２＝157mmであったものが、本実施形態によればＬ１＝119mmとすることができた。
【００４２】
このように、本実施形態によれば荷重支持体２６の外部に２段電流ラインやライン冷却用部材等の構成物品が配設されないため、超電導コイル１８を冷却ステージ１５から離間させた構成としても、超電導コイル１８及び荷重支持体２６を含めた構成の小形化を図ることができる。よって、超電導コイル１８を狭い空間内に配置する必要がある場合も、当該狭空間内に超電導コイル１１８を確実に配置することが可能となる。
【００４３】
更に、従来の超電導マグネット装置１００では、熱シールド板１１６からの輻射熱Ｑ（図９参照）によって２段電流ライン１２２及びライン冷却用部材１２３の温度が上昇し超電導コイル１１８に対する冷却効率や通電効率が悪化するおそれがあった。しかしながら、本実施形態に係る超電導マグネット装置１０Ａによれば、２段電流ライン２２及びライン冷却用部材２３は荷重支持体２６に形成された貫通孔２８内に配置されている。
【００４４】
よって、荷重支持体２６は熱シールド板１６からの輻射熱Ｑを遮断するシールド材としても機能するため、熱シールド板１６からの輻射熱Ｑが２段電流ライン２２及びライン冷却用部材２３に影響することを抑制できる。これにより、２段電流ライン２２及びライン冷却用部材２３の温度上昇は防止され、超電導コイル１８に対する冷却効率及び通電効率の向上を図ることができる。
【００４５】
尚、上記した実施形態では２段電流ライン２２を超電導材料により構成し、ライン冷却用部材２３を銅，アルミニウム等の高熱伝導性部材により構成した。即ち、上記した実施形態では、２段電流ライン２２とライン冷却用部材２３を別部材により構成した。しかしながら、２段電流ラインとライン冷却用部材は必ずしも別体とする必要はなく、高熱伝導性を有する超電導材、若しくは高熱伝導材料と電気的に接続した超電導材からなる良熱伝導性電流ライン４０を用いることも可能である。
【００４６】
この良熱伝導性電流ライン４０を用いることにより、図５に示すように、荷重支持体２６の貫通孔２８内には２本の良熱伝導性電流ライン４０を配設するのみの構成となる。これにより、貫通孔２８の小径化を図ることができ、荷重支持体２６の小形化を図ることが可能となる。
【００４７】
続いて、図６及び図７を用いて本発明の第２及び第３実施形態について説明する。尚、図６及び図７において、第１実施形態の説明に用いた図１乃至図５に示した構成と対応する構成については同一符号を付してその説明を省略するものとする。
【００４８】
図６は、第２実施形態である冷凍機冷却型処理装置となる超電導マグネット装置１０Ｂを示している。前記した第１実施形態に係る超電導マグネット装置１０Ａでは、冷却ステージ１５と超電導コイル１８との間に配設される荷重支持体２６の内部に２段電流ライン２２及びライン冷却用部材２３を配設することにより、超電導コイル１８及び荷重支持体２６の近傍の構成の小形化を図った。
【００４９】
これに対して本実施形態に係る超電導マグネット装置１０Ｂは、第１実施形態における荷重支持体２５を、真空容器１１と熱シールド板１６との間に配設される荷重支持体３５Ａと、熱シールド板１６と冷却ステージ１５との間に配設される荷重支持体３７Ａ（請求項に記載の第２の荷重支持体に相当する）とに分離した。そして、荷重支持体３７Ａに貫通孔３６（請求項に記載の第２の貫通孔に相当する）を形成し、冷却ステージ１５と熱シールド板１６との間に配設される電流ラインである超電導電流リード２１を、この貫通孔３６内に配設したことを特徴とするものである。
【００５０】
本実施形態のように、超電導電流リード２１を荷重支持体３７Ａの内部に配設することにより、荷重支持体３７Ａの近傍における構成の簡単化を図ることができる。また、荷重支持体３７Ａがシールド材として機能するため、超電導電流リード２１に輻射熱が侵入することを防止でき、超電導電流リード２１における通電効率を高めることができる。
【００５１】
図７は、第３実施形態である冷凍機冷却型処理装置となる超電導マグネット装置１０Ｃを示している。本実施形態に係る超電導マグネット装置１０Ｃも、真空容器１１と熱シールド板１６との間に荷重支持体３５Ｂ（請求項に記載の第３の荷重支持体に相当する）を配設すると共に、熱シールド板１６と冷却ステージ１５との間に荷重支持体３７Ｂを配設した構成としている。
【００５２】
そして、荷重支持体３５Ｂに貫通孔３８（請求項に記載の第３の貫通孔に相当する）を形成し、真空容器１１と熱シールド板１６との間に配設される電流ラインである常温ブスバー１９をこの貫通孔３６内に配設したことを特徴とするものである。本実施形態のように、常温ブスバー１９を荷重支持体３５Ｂの内部に配設することにより、荷重支持体３５Ｂの近傍における構成の簡単化を図ることができる。
【００５３】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。
【００５４】
例えば、上記した各実施形態では、試験用の超電導コイル１８を有する超電導マグネット装置１０Ａ〜１０Ｃに本願発明を適用した例を示したが、本発明の適用はこれに限定されるものではなく、鉄心付き超電導磁石を被冷却部とする冷凍機冷却型処理装置、陽子線治療装置ガントリー用偏向電磁石を被冷却部とする冷凍機冷却型処理装置、陽子線治療装置サイクロトロン用電磁石を被冷却部とする冷凍機冷却型処理装置、及び単結晶引き上げ用超電導磁石を被冷却部とする冷凍機冷却型処理装置等に広く適用が可能なものである。
【符号の説明】
【００５５】
１０Ａ〜１０Ｃ 超電導マグネット装置
１１ 真空容器
１２ ＧＭ冷凍機
１２Ａ １段目冷却シリンダ
１２Ｂ ２段目冷却シリンダ
１３ 伝熱部材
１５ 冷却ステージ
１６ 熱シールド部材
１８ 超電導コイル
１９ 常温ブスバー
２０ １段電流ライン
２１ 超電導電流リード
２２ ２段電流ライン
２３ ライン冷却用部材
２５，２６，３５Ａ，３５Ｂ，３７Ａ，３７Ｂ 荷重支持体
２８，３６，３８ 貫通孔
３０ 試験片
４０ 良熱伝導性電流ライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却部と、
前記被冷却部を内包すると共に、前記被冷却部を外部に対して熱シールドする熱シールド部材と、
前記熱シールド部材を内包すると共に内部が真空環境とされる真空容器と、
一段目が前記熱シールド部材に熱的に接続されると共に二段目が冷却ステージに熱的に接続される冷凍機と、
前記被冷却部と前記冷却ステージとの間に配設され、前記被冷却部と前記冷却ステージとの間に発生する荷重を支持する第１の荷重支持体と、
前記被冷却部と前記冷却ステージとの間に配設される第１の配線部と、前記冷却ステージと前記熱シールド部材との間に配設される第２の配線部と、前記熱シールド部材と前記真空容器との間に配設される第３の配線部とを有する接続配線とを有し、
前記第１の荷重支持体に第１の貫通孔を形成し、前記第１の配線部を前記第１の貫通孔の内部に配設したことを特徴とする冷凍機冷却型処理装置。
【請求項２】
前記被冷却部と前記冷却ステージとの間に、前記被冷却部と前記冷却ステージとを熱的に接続する冷却用接続部材を設け、
前記冷却用接続部材を、前記第１の荷重支持体の貫通孔内に配設したことを特徴とする請求項１記載の冷凍機冷却型処理装置。
【請求項３】
前記第１の配線部と前記冷却用接続部材とを一体的な構成としたことを特徴とする請求項２記載の冷凍機冷却型処理装置。
【請求項４】
前記第１の配線部を高熱伝導性を有する超電導材、若しくは高熱伝導材料と電気的に接続した超電導材としたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍機冷却型処理装置。
【請求項５】
前記冷却ステージと前記熱シールド部材との間に第２の荷重支持体を配設し、
前記第２の荷重支持体に第２の貫通孔を形成し、前記第２の配線部を前記第２の貫通孔の内部に配設したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の冷凍機冷却型処理装置。
【請求項６】
前記第２の配線は、超電導電流リードである請求項１乃至５のいずれか一項に記載の冷凍機冷却型処理装置。
【請求項７】
前記真空容器と前記熱シールド部材との間に第３の荷重支持体を配設し、
前記第３の荷重支持体に第３の貫通孔を形成し、前記第３の配線部を前記第３の貫通孔の内部に配設したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の冷凍機冷却型処理装置。
【請求項８】
前記被冷却部は、鉄心付き超電導磁石、陽子線治療装置ガントリー用偏向電磁石、陽子線治療装置サイクロトロン用電磁石、単結晶引き上げ用超電導磁石の群から選定される一の被冷却部である請求項１乃至７のいずれか一項に記載の冷凍機冷却型処理装置。
【請求項１】
被冷却部と、
前記被冷却部を内包すると共に、前記被冷却部を外部に対して熱シールドする熱シールド部材と、
前記熱シールド部材を内包すると共に内部が真空環境とされる真空容器と、
一段目が前記熱シールド部材に熱的に接続されると共に二段目が冷却ステージに熱的に接続される冷凍機と、
前記被冷却部と前記冷却ステージとの間に配設され、前記被冷却部と前記冷却ステージとの間に発生する荷重を支持する第１の荷重支持体と、
前記被冷却部と前記冷却ステージとの間に配設される第１の配線部と、前記冷却ステージと前記熱シールド部材との間に配設される第２の配線部と、前記熱シールド部材と前記真空容器との間に配設される第３の配線部とを有する接続配線とを有し、
前記第１の荷重支持体に第１の貫通孔を形成し、前記第１の配線部を前記第１の貫通孔の内部に配設したことを特徴とする冷凍機冷却型処理装置。
【請求項２】
前記被冷却部と前記冷却ステージとの間に、前記被冷却部と前記冷却ステージとを熱的に接続する冷却用接続部材を設け、
前記冷却用接続部材を、前記第１の荷重支持体の貫通孔内に配設したことを特徴とする請求項１記載の冷凍機冷却型処理装置。
【請求項３】
前記第１の配線部と前記冷却用接続部材とを一体的な構成としたことを特徴とする請求項２記載の冷凍機冷却型処理装置。
【請求項４】
前記第１の配線部を高熱伝導性を有する超電導材、若しくは高熱伝導材料と電気的に接続した超電導材としたことを特徴とする請求項１に記載の冷凍機冷却型処理装置。
【請求項５】
前記冷却ステージと前記熱シールド部材との間に第２の荷重支持体を配設し、
前記第２の荷重支持体に第２の貫通孔を形成し、前記第２の配線部を前記第２の貫通孔の内部に配設したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の冷凍機冷却型処理装置。
【請求項６】
前記第２の配線は、超電導電流リードである請求項１乃至５のいずれか一項に記載の冷凍機冷却型処理装置。
【請求項７】
前記真空容器と前記熱シールド部材との間に第３の荷重支持体を配設し、
前記第３の荷重支持体に第３の貫通孔を形成し、前記第３の配線部を前記第３の貫通孔の内部に配設したことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の冷凍機冷却型処理装置。
【請求項８】
前記被冷却部は、鉄心付き超電導磁石、陽子線治療装置ガントリー用偏向電磁石、陽子線治療装置サイクロトロン用電磁石、単結晶引き上げ用超電導磁石の群から選定される一の被冷却部である請求項１乃至７のいずれか一項に記載の冷凍機冷却型処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１６５８８７（Ｐ２０１１−１６５８８７Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６９４０（Ｐ２０１０−２６９４０）
【出願日】平成２２年２月９日（２０１０．２．９）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月９日（２０１０．２．９）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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