JPH0251288A - 試料温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、試料の温度を室温以下まで下げろる小形冷凍
機及びヒータを併用した試料温度制御装置に関する・ 〔従来の技術〕 従来の試料温度制御装置の一つとして、寒剤を寒冷源と
したものに特開昭６１−１５１４８２号公報に記載のよ
うな試料位置変化による温度制御、また冷凍機を使った
ものに日経メカニカル１９８７年６月１５日号第５８頁
から第６０′Ｍ記載の図１に見られるような装置がある
。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、−２００℃以下に試料を冷却するに
は、寒剤として液体ヘリウムを使用するが小形冷凍機を
使用することになる。前者では、寒剤の入手が自由でな
いこと、後者では、試料交換の為には、その都度、試料
室を内蔵する断熱真空槽を解体するため手間がかかると
いう問題があった。

本発明の目的は、小形冷凍機を使用した試料温度制御装
置において、断熱真空槽を解体することなく、容易に試
料交換を行うことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、試料室の一端を大気側に開
口し、この開口部を大気側とを気密に隔離する試料導入
機構とガス密封機構とを備えつけた。

〔作用〕

試料導入機構に保持された試料は、上記間Ｌ１を経て試
料室まで導入設定される。さらに、試料室の内部は、ガ
ス封入機構により不凝縮ガスが封入され、試料室内部の
温度均一化が行われる。試料室は、外側に取り付けられ
た小形冷凍機およびヒータにより任意の温度に制御され
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。１は
ギホード・サイクルもしくはソルベー・サイクルで動作
する小形冷凍機の頭部でモータなどが内蔵されていて、
架台２に取り付けられている。３及び４は、小形冷凍機
の寒冷発生部署で、それぞれ温度７０に前後になる第１
ステージ及び１５に前後になる第２ステージと呼ぶこと
にする。

第２ステージには、ヒータ５及び温度センサ６を具えた
銅ブロック７が熱的接触を保って取り付けである。この
銅ブロック７には薄肉ステンレス鋼製の試料室が挿入さ
れていて、その上端はクランプ９によって、大気中に開
放できる。蓋１０には試料支持体１１が取り付けてあり
、銅ブロック７の部分に試料１２が設定されている。１
３は試料室と連通ずる配管のバルブ、１４は試料室から
導出された計？１Ｉｌｌ線の端子である。銅ブロック７
及び第２ステージ４は、銅製のふく射シールド１５によ
ってほぼ包囲される。さらに、第１ステージ３とふく射
シールド１５の外側は、真空容器１６　ａ及び１６ｂに
より包囲され弁１７により真空にして密封しである。

以下、この実施例の動作を説明する。まず真空容器１６
ａ及び１６ｂの内部は弁１７に連結した真空排気系１８
により排気した後、弁１７を閉じておく。小形冷凍機の
頭部１には、ガス配管１９が引き出されており、圧縮機
を主体とした小形冷凍機駆動源２０に連結されている。

ヒータ５及び温度センサ６は端子２１を経て、温度調節
器２２に接続されている。蓋１０をはずし、試料支持体
１１に試料１２をセットし、計測線を配線後、試料室８
に挿入し、クランプ９を締めて気密状態にする。次に、
バルブ１３に接続したガス封入機構２３により、試料室
内を真空排気後、ヘリウムガスを導入し、バルブ１３を
閉じる。小形冷凍機駆動源２０を起動すると、第２ステ
ージの温度が降下し、それとともに銅ブロック７の温度
も下る。

銅ブロック７と試料室８の間は、半田あるいはグリース
等により熱接触を図っておく。試料室８内には不凝縮性
のヘリウムガスが封入されているので、熱の伝導及び対
流により、銅ブロック７と同一高さの領域はほぼ−様な
温度になり、試料１２もおおよそ銅ブロック７と同じ温
度になる。温度調節器２２および小形冷凍機駆動源２０
を使って試料１２の温度を自由に設定することができる
。

測定データはデータ処理装置２４に収録、処理する。

試料１２の交換は、試料の温度が室温に復帰した状態で
、クランプ９をはずし、試料室８内を大気圧にして、試
料支持体１１を外へ引き出し、試料１２を取り換えれば
よい。

次に、他の実施例を第２図により説明する。第２図は、
第１図に示した装置の試料室８の周辺における他の実施
例である。真空容器１６ａの上部にさらにフランジ１６
ｃを配置し、これはボート：３０　ａ　、　３０　ｂ　
、　３０　ｃを立てる。このボート３０ａに試料室８を
挿入し、Ｏリングを使ったシール３１により真空気密を
確保する。さらに、試料室８の上端にはシール３２を介
してアダプタ３３が取り付けれ、これにバルブ１３が連
結している。試料支持体１１にはシールド板３４が複数
個及び、サーマルアンカ３５が取り付けである。

試料１２及び計測線はサーマルアンカ３５に支持される
。ボート３０ｂ及び３０ｃには配管３６ａ及び３６　ｂ
が接続され、銅ブロック７に巻回された管３７と連通し
ている。

ボート３０ａと試料室８との接続を摺動可能なシール３
１としたので、組立性が容易であり、試料室８と銅ブロ
ック７とを半田等で接続しても、熱変形は容易に吸収で
きる。管３７には、熱媒又は冷媒を流し、小形冷凍機の
第２ステージ４とヒータ５で実現できないような温度レ
ベルを達成するのに用いる。例えば、冷媒として液体ヘ
リウムを使えば４に付近まで温度を下げることができる
。

このような試料室構成では１例えばペロブスカイト型超
電導材料の超電導臨界温度を電気抵抗法あるいは交流磁
化率計測法により測定したりできる。

また、試料室の中に更に試料を封入する真空容器を設け
れば、比熱や熱伝導率のような熱測定も可能である。

また、銅ブロック７に気密窓を設ければ光学測定も可能
である。

第３図は本発明の他の実施例を示すもので、材料の熱膨
張率を測定するのに適した試料温度制御装置である。試
料室８の周辺のみを示す。試料室８の中には、石英ガラ
ス製の外管４０と！＃４］、が同心状に挿入され、外管
４０の下端を塞ぎ、銅製の円筒４２の内側に円柱状の試
料１２を入れ、棒４１の下端を載せる。アダプター３３
内には、外管４０の上端に支持された支柱４３に変位セ
ンサ４４が固定され、センサ先端が捧４１を軽く押して
いる。銅ブロック７と小形冷凍機の第２ステージ４との
間には、凸起を有する良熱伝導性の下板４５と上板４６
が離れて噛み合わされ、ステンレス鋼のような低熱伝導
性の円筒４７で気密に連結され、内部から配管４８が引
き出される。

このような構成によると、試料の温度を室温以上に上げ
ることができる。すなわち、円柱４７の内部を真空にす
ることで、下板４５と上板４６間の熱接触が断たれ、ヒ
ータ５により自由に温度を、］；げることかできる。逆
に熱接触を得るには、外に通じた配管４８よりヘリウム
ガスを溝入すれば、ガスの熱伝導と対流により、第２ス
テージ４からの寒冷が銅ブロツク側へ伝えられる。

もし、磁界の影響を調べたい場合には、銅ブロック７の
外側に電磁石９を設置すればよい。とくに、超電導体を
使った電磁石の場合、真空断熱部が真空容器１６ａ、１
６ｂ、１６ｃと共用にできる。

〔発明の効果〕

以上述べた如く本発明によれば、試料室が直接大気開放
が可能なため試料の交換が容易になるという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体描成の断面図、第
２図は第１図に示した試料室周辺の他の実施例を示す部
分断面図、第３図は第１図に示した試料室周辺の更に他
の実施例を示す部分断面図である。 ４・・・小形冷凍機の第２ステージ、５・・・ヒータ、
７・・・銅ブロック、８・・・試料室、１１・・・試料
支持体、１２・・・試料、２３・・・ガス封入機構、３
３・・・アダプタ、３７・・・管、４４・・・変位セン
サ、４７・・・円筒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、試料の温度を小形冷凍機とヒータの併用により設定
   する試料温度制御装置において、一端が大気中に開口し
   た試料室と、前記試料室の開口部に気密に取り付けられ
   た試料導入機構及びガス封入機構とを備えたことを特徴
   とする試料温度制御装置。