JPH0686940A - 素子冷却加熱試験装置 - Google Patents
素子冷却加熱試験装置Info
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- JPH0686940A JPH0686940A JP13819792A JP13819792A JPH0686940A JP H0686940 A JPH0686940 A JP H0686940A JP 13819792 A JP13819792 A JP 13819792A JP 13819792 A JP13819792 A JP 13819792A JP H0686940 A JPH0686940 A JP H0686940A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、試料を幅広い温度領域で冷却加熱
できるようにすることを目的とする。 【構成】 極低温冷凍機のコールドヘツド、第１，第２
冷却手段および加熱手段を直列的に接続し、加熱手段の
上面に試料ステージを形成する。更に、加熱手段に例え
ばスパイラル状の溝を形成し、その底にヒータを配設す
る。この結果、ヒータと極低温冷凍機との間には空間断
熱層と第１，第２冷却手段が配設されることとなるの
で、加熱手段による極低温冷凍機の不要な加熱が抑えら
れる。また、第２冷却手段に第１冷却手段よりも低温の
冷媒を流すことで、極低温冷凍機による試料の極低温領
域への冷却に先立って試料を予冷できる。
できるようにすることを目的とする。 【構成】 極低温冷凍機のコールドヘツド、第１，第２
冷却手段および加熱手段を直列的に接続し、加熱手段の
上面に試料ステージを形成する。更に、加熱手段に例え
ばスパイラル状の溝を形成し、その底にヒータを配設す
る。この結果、ヒータと極低温冷凍機との間には空間断
熱層と第１，第２冷却手段が配設されることとなるの
で、加熱手段による極低温冷凍機の不要な加熱が抑えら
れる。また、第２冷却手段に第１冷却手段よりも低温の
冷媒を流すことで、極低温冷凍機による試料の極低温領
域への冷却に先立って試料を予冷できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、素子冷却加熱試験装置
に関するものである。
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】素子冷却加熱試験装置の従来技術には様
々なものが提案されてきている。例えば図４に示す従来
技術の素子冷却加熱試験装置７０では、極低温冷凍機７
１のコールドヘツド７２に加熱ブロツク７３がボルト７
４等により熱的に結合されている。加熱ブロツク７３の
内部にはヒータ７５が埋設され、また、加熱ブロツクの
上面は試料ステージ７６を形成している。
々なものが提案されてきている。例えば図４に示す従来
技術の素子冷却加熱試験装置７０では、極低温冷凍機７
１のコールドヘツド７２に加熱ブロツク７３がボルト７
４等により熱的に結合されている。加熱ブロツク７３の
内部にはヒータ７５が埋設され、また、加熱ブロツクの
上面は試料ステージ７６を形成している。
【０００３】この素子冷却加熱試験装置７０において、
試料ステージ７６上に適当な試料を配置し、極低温冷凍
機７１によつて１０Ｋ程度の極低温領域まで冷却した
り、ヒータ７５によつて高温領域まで加熱する。
試料ステージ７６上に適当な試料を配置し、極低温冷凍
機７１によつて１０Ｋ程度の極低温領域まで冷却した
り、ヒータ７５によつて高温領域まで加熱する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
技術の素子冷却加熱試験装置７０では極低温冷凍機７１
の保護のため、ヒータ７５による加熱はせいぜい１００
℃程度が限界であつた。
技術の素子冷却加熱試験装置７０では極低温冷凍機７１
の保護のため、ヒータ７５による加熱はせいぜい１００
℃程度が限界であつた。
【０００５】ところが、様々な要求により試料を数百℃
程度まで加熱することが求められてきている。
程度まで加熱することが求められてきている。
【０００６】一方、実公昭６１−４５８７２号公報に開
示された従来技術では、極低温冷凍機に代えて液体窒素
等の寒剤にて試料を冷却するようになつている。ところ
が、この従来技術のものでは試料を３００℃程度まで加
熱できるが、冷却温度の限界はせいぜい７７Ｋ程度と高
くなつてしまう。
示された従来技術では、極低温冷凍機に代えて液体窒素
等の寒剤にて試料を冷却するようになつている。ところ
が、この従来技術のものでは試料を３００℃程度まで加
熱できるが、冷却温度の限界はせいぜい７７Ｋ程度と高
くなつてしまう。
【０００７】そこで、本発明では、試料を幅広い温度領
域で冷却加熱できるようにすることを、その技術的課題
とする。
域で冷却加熱できるようにすることを、その技術的課題
とする。
【０００８】
【０００９】
【課題を解決するための手段】前述した本発明の技術的
課題を解決するために講じた本発明の技術的手段は、素
子冷却加熱試験装置を、コールドヘツドを有する極低温
冷凍機と、一面がコールドヘツドと熱的に結合され、そ
の内部に第１冷媒が流れる第１通路が形成された第１冷
却手段と、一面が第１冷却手段の他面と熱的に結合さ
れ、その内部に第１冷媒よりも低温の第２冷媒が流れる
第２通路が形成された第２冷却手段と、一面が第２冷却
手段の他面と熱的に結合され、その内部にヒータが配設
されると共にその内部を第２冷媒が流れ、且つ、他面に
試料ステージが形成された加熱手段から構成し、第２冷
却手段とヒータとの間に空間断熱層を形成したことであ
る。
課題を解決するために講じた本発明の技術的手段は、素
子冷却加熱試験装置を、コールドヘツドを有する極低温
冷凍機と、一面がコールドヘツドと熱的に結合され、そ
の内部に第１冷媒が流れる第１通路が形成された第１冷
却手段と、一面が第１冷却手段の他面と熱的に結合さ
れ、その内部に第１冷媒よりも低温の第２冷媒が流れる
第２通路が形成された第２冷却手段と、一面が第２冷却
手段の他面と熱的に結合され、その内部にヒータが配設
されると共にその内部を第２冷媒が流れ、且つ、他面に
試料ステージが形成された加熱手段から構成し、第２冷
却手段とヒータとの間に空間断熱層を形成したことであ
る。
【００１０】
【作用】上述した本発明の技術的手段によれば、第２冷
却手段および極低温冷凍機により試料ステージ上の試料
は極低温領域まで冷却されると共に、空間断熱層および
第１冷却手段を介して極低温冷凍機に対して断熱した上
で試料は高温領域まで加熱される。
却手段および極低温冷凍機により試料ステージ上の試料
は極低温領域まで冷却されると共に、空間断熱層および
第１冷却手段を介して極低温冷凍機に対して断熱した上
で試料は高温領域まで加熱される。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の技術的手段を具体化した実施
例について添付図面に基づいて説明する。
例について添付図面に基づいて説明する。
【００１２】図１乃至図３に示す素子冷却加熱試験装置
１０おいて、極低温冷凍機（例えば逆スターリングサイ
クル・ＧＭサイクル冷凍機やパルス管冷凍機等）１１の
コールドヘツド１２、第１冷却手段１３、第２冷却手段
１４および加熱手段１５は、溶接あるいはボルト１６，
１７等を介して直列的に熱的に結合される。尚、加熱手
段１５の上面は図示しない試料が配置される試料ステー
ジ１８を形成する。ここでは図示しないが、コールドヘ
ツド１２〜試料ステージ１８付近は真空容器内に収容さ
れるのが一般的である。
１０おいて、極低温冷凍機（例えば逆スターリングサイ
クル・ＧＭサイクル冷凍機やパルス管冷凍機等）１１の
コールドヘツド１２、第１冷却手段１３、第２冷却手段
１４および加熱手段１５は、溶接あるいはボルト１６，
１７等を介して直列的に熱的に結合される。尚、加熱手
段１５の上面は図示しない試料が配置される試料ステー
ジ１８を形成する。ここでは図示しないが、コールドヘ
ツド１２〜試料ステージ１８付近は真空容器内に収容さ
れるのが一般的である。
【００１３】第１冷却手段１３の内部には冷却水等の第
１冷媒が流れる冷却水通路（第１通路）２０が形成さ
れ、その両端には供給管２１および排出管２２が接続さ
れている。
１冷媒が流れる冷却水通路（第１通路）２０が形成さ
れ、その両端には供給管２１および排出管２２が接続さ
れている。
【００１４】図２からもよく分かるように、第２冷却手
段１４の内部には液体窒素（ＬＮ2)等の第１冷媒よりも
低温の第２冷媒が流れる環状通路（第２通路）３０と冷
媒溜（第２通路）３１とが形成されている。また、環状
通路３０の一部には供給管３２が接続され、環状通路３
０と冷媒溜３１とは連通路３３を介して連通している。
尚、環状通路３０と冷媒溜３１とを区画する伝導ブロッ
ク３４は、第２冷却手段１４の外壁部３５と同様、コー
ルドヘッド１２の冷熱を試料ステージ１８に伝導する役
割を果たす。第２冷却手段１４の上面部には排出孔３
６，３７が開口しており、それぞれ加熱手段１５内に形
成された垂直通路４０，４１と連通している。また、排
出管３８は後述する加熱手段１５内に形成された垂直通
路４２と連通している。
段１４の内部には液体窒素（ＬＮ2)等の第１冷媒よりも
低温の第２冷媒が流れる環状通路（第２通路）３０と冷
媒溜（第２通路）３１とが形成されている。また、環状
通路３０の一部には供給管３２が接続され、環状通路３
０と冷媒溜３１とは連通路３３を介して連通している。
尚、環状通路３０と冷媒溜３１とを区画する伝導ブロッ
ク３４は、第２冷却手段１４の外壁部３５と同様、コー
ルドヘッド１２の冷熱を試料ステージ１８に伝導する役
割を果たす。第２冷却手段１４の上面部には排出孔３
６，３７が開口しており、それぞれ加熱手段１５内に形
成された垂直通路４０，４１と連通している。また、排
出管３８は後述する加熱手段１５内に形成された垂直通
路４２と連通している。
【００１５】加熱手段１５の内部には断面矩形状で図３
に示すような平面スパイラル状の２つの溝４３，４４が
形成され、それぞれ垂直通路４０，４１と連通してい
る。ここで、溝４３の上底（試料ステージ１８側）には
ヒータ４５が密着するように配設されている。この結
果、ヒータ４５と溝４３の下底との間には空間断熱層４
６が形成される。尚、溝４３，４４の縦方向長さはでき
る限り長く形成され、且つ、ヒータ４５ができる限り試
料ステージ１８に接近できるよう、溝４３の上底はでき
る限り試料ステージ１８に接近することが望ましい。
に示すような平面スパイラル状の２つの溝４３，４４が
形成され、それぞれ垂直通路４０，４１と連通してい
る。ここで、溝４３の上底（試料ステージ１８側）には
ヒータ４５が密着するように配設されている。この結
果、ヒータ４５と溝４３の下底との間には空間断熱層４
６が形成される。尚、溝４３，４４の縦方向長さはでき
る限り長く形成され、且つ、ヒータ４５ができる限り試
料ステージ１８に接近できるよう、溝４３の上底はでき
る限り試料ステージ１８に接近することが望ましい。
【００１６】ヒータ４５はコネクタ４７を介して外部よ
り電力を供給される。また、溝４３，４４は各々の一端
においてそれぞれ独立しているが、他端では接続されて
垂直通路４２と連通している。
り電力を供給される。また、溝４３，４４は各々の一端
においてそれぞれ独立しているが、他端では接続されて
垂直通路４２と連通している。
【００１７】尚、本実施例において溝４３，４４の断面
形状は矩形状のものが示されているが、この矩形状には
限定されず、断面カプセル状や断面楕円状など縦長とな
っていればどのような形状でもよい。また、溝４３，４
４の平面形状はスパイラル状のものが示されているが、
試料ステージ１８を効率よく加熱できるならば特にこの
形状に限定されるものではない。
形状は矩形状のものが示されているが、この矩形状には
限定されず、断面カプセル状や断面楕円状など縦長とな
っていればどのような形状でもよい。また、溝４３，４
４の平面形状はスパイラル状のものが示されているが、
試料ステージ１８を効率よく加熱できるならば特にこの
形状に限定されるものではない。
【００１８】以上の構成を有する素子冷却加熱試験装置
１０の作動について説明する。まず試料ステージ１８上
に試料をおいた上で、試料を冷却する際には、第２冷却
手段１４の供給管３２から第２冷媒を注入しながら、極
低温冷凍機１１を運転させてコールドヘッド１２に発生
する冷凍能力（数Ｋ〜十数Ｋ）により第１冷却手段１
３，第２冷却手段１４および加熱手段１５の各ブロック
を介して試料を冷却する。
１０の作動について説明する。まず試料ステージ１８上
に試料をおいた上で、試料を冷却する際には、第２冷却
手段１４の供給管３２から第２冷媒を注入しながら、極
低温冷凍機１１を運転させてコールドヘッド１２に発生
する冷凍能力（数Ｋ〜十数Ｋ）により第１冷却手段１
３，第２冷却手段１４および加熱手段１５の各ブロック
を介して試料を冷却する。
【００１９】このとき、供給管３２から注入された第２
冷媒は環状通路３０，冷媒溜３１，および溝４３，４４
を流れて、第２冷却手段１４および加熱手段１５の各ブ
ロックと試料を第２冷媒の温度（ＬＮ2 の場合、７７Ｋ
程度）に予冷するため、試料の冷却速度を飛躍的に高め
ることができる。尚、本実施例では、第２冷媒を溝４
３，４４の両方に流しているが、いずれか片側だけに流
してもよい。
冷媒は環状通路３０，冷媒溜３１，および溝４３，４４
を流れて、第２冷却手段１４および加熱手段１５の各ブ
ロックと試料を第２冷媒の温度（ＬＮ2 の場合、７７Ｋ
程度）に予冷するため、試料の冷却速度を飛躍的に高め
ることができる。尚、本実施例では、第２冷媒を溝４
３，４４の両方に流しているが、いずれか片側だけに流
してもよい。
【００２０】なお、試料の冷却時には第１冷却手段１３
に冷却水を供給せず、ヒータ４５にも通電しない。従っ
て、試料の冷却時には第１冷却手段１３および加熱手段
１５は単なる熱伝導体として作用する。そして、試料の
温度が第２冷媒の温度以下にまで降温した後には、第２
冷却手段への第２冷媒の供給を停止する。従って、試料
ステージ１８上には図示しない温度センサ等が配設され
ることになる。
に冷却水を供給せず、ヒータ４５にも通電しない。従っ
て、試料の冷却時には第１冷却手段１３および加熱手段
１５は単なる熱伝導体として作用する。そして、試料の
温度が第２冷媒の温度以下にまで降温した後には、第２
冷却手段への第２冷媒の供給を停止する。従って、試料
ステージ１８上には図示しない温度センサ等が配設され
ることになる。
【００２１】一方、試料を加熱する際には、まず冷却水
通路２０に第１冷媒を供給した上（第２冷媒は供給しな
い）で、ヒータ４５に通電する。ここで、ヒータ４５は
溝４３の形状にしたがってスパイラル状に配設されてい
るので試料ステージ１８全面を均一に加熱し、ひいては
試料全体を均一に加熱することができる。尚、試料ステ
ージ１８の温度は温度センサ等により常時モニタされ、
ヒータ４５への通電量が制御されることで、試料は所望
の温度に加熱される。また、ヒータ４５は溝４３の底に
密着して配設されているので、試料ステージ１８を効率
よく加熱することができると共に、空間断熱層４６によ
り極低温冷凍機１１側への熱伝達量が最小限に抑えられ
る。更には、ヒータ４５の発生する熱のうち第２冷却手
段１４および第１冷却手段１３へと伝達されたものは、
冷却水通路１８を流れる冷却水により冷却される。従っ
て、試料加熱時における極低温冷凍機１１の加熱量は非
常に小さい。この結果、試料は１０Ｋ程度の極低温領域
から８００℃程度の高温領域まで冷却加熱できる。
通路２０に第１冷媒を供給した上（第２冷媒は供給しな
い）で、ヒータ４５に通電する。ここで、ヒータ４５は
溝４３の形状にしたがってスパイラル状に配設されてい
るので試料ステージ１８全面を均一に加熱し、ひいては
試料全体を均一に加熱することができる。尚、試料ステ
ージ１８の温度は温度センサ等により常時モニタされ、
ヒータ４５への通電量が制御されることで、試料は所望
の温度に加熱される。また、ヒータ４５は溝４３の底に
密着して配設されているので、試料ステージ１８を効率
よく加熱することができると共に、空間断熱層４６によ
り極低温冷凍機１１側への熱伝達量が最小限に抑えられ
る。更には、ヒータ４５の発生する熱のうち第２冷却手
段１４および第１冷却手段１３へと伝達されたものは、
冷却水通路１８を流れる冷却水により冷却される。従っ
て、試料加熱時における極低温冷凍機１１の加熱量は非
常に小さい。この結果、試料は１０Ｋ程度の極低温領域
から８００℃程度の高温領域まで冷却加熱できる。
【００２２】尚、冷却水通路２０の配設状態は特に図示
しないが、ヒータ４５同様にスパイラル状に形成しても
よく、しかし特に配設状態を限定しない。
しないが、ヒータ４５同様にスパイラル状に形成しても
よく、しかし特に配設状態を限定しない。
【００２３】
【発明の効果】上述したように本発明の素子冷却加熱試
験装置では、ヒータと極低温冷凍機との間に空間断熱層
および第１冷却手段が配設されているため、加熱手段に
よる極低温冷凍機の不要な加熱が抑えられる。従って、
極低温冷凍機に悪影響を与えることなく、試料を高温領
域まで加熱することができると共に、極低温領域まで冷
却することができる。
験装置では、ヒータと極低温冷凍機との間に空間断熱層
および第１冷却手段が配設されているため、加熱手段に
よる極低温冷凍機の不要な加熱が抑えられる。従って、
極低温冷凍機に悪影響を与えることなく、試料を高温領
域まで加熱することができると共に、極低温領域まで冷
却することができる。
【００２４】また、第２冷却手段に第１冷媒よりも低温
の第２冷媒を流すことで、極低温冷凍機による試料の極
低温領域への冷却に先立って試料を予冷できるので、極
低温冷凍機による冷却効率が向上すると共に、冷却時間
の短縮を図ることができる。
の第２冷媒を流すことで、極低温冷凍機による試料の極
低温領域への冷却に先立って試料を予冷できるので、極
低温冷凍機による冷却効率が向上すると共に、冷却時間
の短縮を図ることができる。
【００２５】
【図１】本発明実施例の素子冷却加熱試験装置の構成図
を示す。
を示す。
【図２】図１におけるＡ矢視図を示す。
【図３】図１におけるＢ矢視図を示す。
【図４】従来技術の素子冷却加熱試験装置の構成図を示
す。
す。
１０ 素子冷却加熱試験装置、 １１ 極低温冷凍機、 １２ コールドヘツド、 １３ 第１冷却手段、 １４ 第２冷却手段、 １５ 加熱手段、 １８ 試料ステージ、 ２０ 冷却水通路（第１通路）、 ３０ 環状通路（第２通路）、 ３１ 冷媒溜（第２通路）、 ４５ ヒータ、 ４６ 空間断熱層。
フロントページの続き (72)発明者 増 田 薫 東京都文京区本郷１−10−13 テクノロ工 業株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 コールドヘツドを有する極低温冷凍機
と、 一面が前記コールドヘツドと熱的に結合され、その内部
に第１冷媒が流れる第１通路が形成された第１冷却手段
と、 一面が前記第１冷却手段の他面と熱的に結合され、その
内部に前記第１冷媒よりも低温の第２冷媒が流れる第２
通路が形成された第２冷却手段と、 一面が前記第２冷却手段の他面と熱的に結合され、その
内部にヒータが配設されると共にその内部を前記第２冷
媒が流れ、且つ、他面に試料ステージが形成された加熱
手段から成り、 前記第２冷却手段と前記ヒータとの間に空間断熱層が形
成されていることを特徴とする素子冷却加熱試験装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13819792A JPH0686940A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 素子冷却加熱試験装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13819792A JPH0686940A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 素子冷却加熱試験装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0686940A true JPH0686940A (ja) | 1994-03-29 |
Family
ID=15216354
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13819792A Pending JPH0686940A (ja) | 1992-05-29 | 1992-05-29 | 素子冷却加熱試験装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0686940A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6938545B2 (en) | 2003-04-03 | 2005-09-06 | Ryobi, Ltd. | Sheet-fed printing press |
| CN104801359A (zh) * | 2015-04-13 | 2015-07-29 | 中国地质大学（武汉） | 一种高温容器冷却装置 |
-
1992
- 1992-05-29 JP JP13819792A patent/JPH0686940A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6938545B2 (en) | 2003-04-03 | 2005-09-06 | Ryobi, Ltd. | Sheet-fed printing press |
| CN104801359A (zh) * | 2015-04-13 | 2015-07-29 | 中国地质大学（武汉） | 一种高温容器冷却装置 |
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