JP2002195157A

JP2002195157A - 極低温冷却装置

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Publication number: JP2002195157A
Application number: JP2000392794A
Authority: JP
Inventors: Kimikazu Obara; 公和小原; Keiji Takizawa; 敬次滝澤
Original assignee: Cryodevice Inc
Current assignee: Cryodevice Inc
Priority date: 2000-12-25
Filing date: 2000-12-25
Publication date: 2002-07-10

Abstract

(57)【要約】【課題】被冷却物１３を配置する真空容器１０内に、
化学的に活性な気体吸着作用を有する非蒸発型ゲッター
１６を配置し、非蒸発型ゲッター１６の気体吸着作用に
よって真空容器１０内の真空度を維持するとともに、非
蒸発型ゲッター１６を電気ヒータ１７にて加熱すること
により非蒸発型ゲッター１６を活性化する極低温冷却装
置において、被冷却物１３の温度制御の精度を向上す
る。【解決手段】被冷却物１３は真空容器１０内にて冷凍
機１１の冷却部１２により冷却するようになっており、
冷凍機１１の出力変化と相関性のある温度調節指令値
と、予め設定された設定値とを比較し、温度調節指令値
が設定値を超えたときに、電気ヒータ１７に通電して非
蒸発型ゲッター１６を活性化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学的に活性な気
体吸着作用を有する非蒸発型ゲッターを用いて真空容器
内の真空度を維持し、この真空容器内に配置した被冷却
物を極低温に冷却する極低温冷却装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、極低温冷却装置においては、外部
からの熱侵入を防止するために、通常、被冷却物を真空
容器内に配置した状態で冷凍機により冷却している。と
ころが、真空容器内を極低圧の真空に近い状態に維持し
ていると、真空容器の内壁面や被冷却物からいわゆるア
ウトガスと称されているガス成分が放出されて、真空度
の低下を招く。このように真空度が低下した状態では、
ガス成分が熱伝達媒体となって外部からの熱侵入を増加
させる。

【０００３】そこで、特開２０００−２４９０５５号公
報においては、化学的に活性な気体吸着作用を有する非
蒸発型ゲッターを真空容器内に配置し、非蒸発型ゲッタ
ーの気体吸着作用によって真空容器内の真空度を維持す
る真空維持装置が提案されている。ここで、非蒸発型ゲ
ッターは化学的に活性なゲッター面（ジルコニウム等の
固体金属膜面）を形成して気体吸着作用を発揮するもの
であり、ゲッターが蒸発しないので、非蒸発型（接触
型）と称される。

【０００４】この非蒸発型ゲッターはガス成分を吸着し
ていくと、ゲッター表面がガス成分で飽和していくの
で、ガス成分の吸着能力（吸着速度）が次第に低下す
る。そこで、非蒸発型ゲッターの吸着能力が低い状態に
なったら、非蒸発型ゲッターを加熱することにより、非
蒸発型ゲッター表面のガス成分をゲッター内部に拡散さ
せる。これにより、ゲッター表面に新たな活性面を現出
させて、吸着能力の回復、すなわち、ゲッターの活性化
を図るようにしている。

【０００５】上記従来技術では、具体的には、冷凍機の
冷却部温度を監視して、冷凍機の冷却部温度が所定温度
以上に上昇すると、ヒータ装置により非蒸発型ゲッター
を加熱して、ゲッターを活性化させている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
ゲッター活性化方式であると、次の理由から被冷却物の
温度制御の精度が低下してしまう。

【０００７】すなわち、冷凍機の冷却部温度が所定温度
以上に上昇したという状況では、既に、冷凍機が最高出
力状態になっているので、非蒸発型ゲッターの活性化を
実行すると、この活性化処理に伴う昇温要因によって冷
凍機の冷却部温度が上昇してしまう。

【０００８】このことをより具体的に説明すると、非蒸
発型ゲッターの特性として、真空容器内のガス成分のう
ち、酸素、窒素、炭素等の気体分子はゲッター表面に吸
着されたときにゲッター表面で合金化する。そのため、
ヒータ加熱による活性化時にこれらの分子はゲッター内
部へ拡散するので、真空容器内へ再放出されることがな
い。

【０００９】これに反し、水素分子はゲッター温度が低
いときにゲッター表面に吸着されるが、その際に、水素
分子はゲッター表面で合金化せず、単に溶け込むだけで
あるので、ゲッター活性化時にはヒータ加熱による温度
上昇によって水素分子が真空容器内へ再放出され、真空
度を上昇させる原因となる。

【００１０】しかも、活性化時にはヒータ加熱の輻射伝
熱により冷凍機の冷却部への熱流入量を増加させる。

【００１１】つまり、ゲッター活性化時には水素分子の
再放出による真空度の上昇と、ヒータ加熱の輻射伝熱に
よる熱流入という昇温要因が同時に生じるとともに、既
に、冷凍機が最高出力状態になっているので、冷凍機出
力を増加できない。そのため、ゲッター活性化時に冷凍
機の冷却部温度が上昇してしまい、被冷却物の温度制御
の精度が低下する。

【００１２】本発明は上記点に鑑みて、被冷却物を配置
する真空容器内に、化学的に活性な気体吸着作用を有す
る非蒸発型ゲッターを配置し、非蒸発型ゲッターの気体
吸着作用によって真空容器内の真空度を維持するととも
に、非蒸発型ゲッターを加熱することにより非蒸発型ゲ
ッターを活性化する極低温冷却装置において、被冷却物
の温度制御の精度を向上することを目的とする。

【００１３】

【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に記載の発明では、真空容器（１０）内に
被冷却物（１３）と、この被冷却物（１３）を冷却する
冷凍機（１１）の冷却部（１２）と、加熱手段（１７）
を備えた非蒸発型ゲッター（１６）とを配置し、冷凍機
（１１）の出力変化と相関性のある情報と、予め設定さ
れた設定値とを比較し、前記情報の値が設定値を超えた
ときに、加熱手段（１７）の加熱作用を行わせることを
特徴とする。

【００１４】ところで、後述の図３に示すように、真空
度が良好な通常の使用条件では、冷凍機（１１）の出力
変化と相関性のある情報（温度調節指令値）が所定レベ
ルの上限値Ａ以内で変動するが、これに反して、真空容
器（１０）内の真空度が悪化すると、後述の図４に示す
ように冷凍機（１１）の出力変化と相関性のある情報
（温度調節指令値）が右肩上がりで増加し、上記上限値
Ａを超えて増加する。

【００１５】そこで、請求項１に記載の発明では、この
ような図３、４の関係に着目して、冷凍機（１１）の出
力変化と相関性のある情報が予め設定された設定値を超
えたときに、加熱手段（１７）の加熱作用を行わせるよ
うにしたものである。

【００１６】これにより、冷凍機出力が最大状態となる
前の段階で加熱手段（１７）を加熱して非蒸発型ゲッタ
ー（１６）を活性化できる。非蒸発型ゲッター（１６）
の活性化に伴って昇温要因が生じても、冷凍機出力を増
加できる余地があるので、被冷却物（１３）の温度上昇
を抑えながら、同時に、非蒸発型ゲッター（１６）を活
性化できる。

【００１７】請求項２に記載の発明のように、請求項１
において、冷凍機（１１）の通常使用条件における前記
情報の上限値をＡとし、非蒸発型ゲッター（１６）の加
熱時の熱負荷増加による前記情報の増加分をＢとし、設
定値をＣとしたときに、設定値Ｃは、上限値Ａより所定
値αだけ大きく、且つ、設定値Ｃと増加分Ｂとの合計値
（Ｃ＋Ｂ）が冷凍機最大出力相当の値Ｄより小さくなる
よう決定すればよい。

【００１８】このように設定値Ｃを決定することによ
り、請求項１の効果を良好に発揮できる。

【００１９】請求項３に記載の発明のように、請求項１
または２において、前記情報は、具体的には被冷却物
（１３）の温度に基づいて算出され、冷凍機（１１）の
出力を制御する温度調節指令値である。

【００２０】請求項４に記載の発明では、真空容器（１
０）内に被冷却物（１３）と、この被冷却物（１３）を
冷却する冷凍機（１１）の冷却部（１２）と、加熱手段
（１７）を備えた非蒸発型ゲッター（１６）とを配置
し、冷凍機（１１）の運転開始後、所定の時間間隔にお
いて加熱手段（１７）の加熱作用を行わせることを特徴
とする。

【００２１】これによると、真空容器（１０）の真空度
を所定レベルに維持できる所定の時間間隔を予め実験等
により決めておくことにより、真空度が所定レベルより
悪化する前に、非蒸発型ゲッター（１６）の活性化を行
って、非蒸発型ゲッター（１６）の飽和に起因する温度
制御の悪化を回避でき、温度制御の精度を向上できる。

【００２２】請求項５に記載の発明では、請求項４にお
いて、冷凍機（１１）の運転開始時に加熱手段（１７）
の加熱作用を行わせることを特徴とする。

【００２３】これにより、冷凍機（１１）の運転開始時
には必ず活性化処理を行って、非蒸発型ゲッター（１
６）の気体吸着能力が高い状態から冷凍機（１１）を運
転できる。従って、非蒸発型ゲッター（１６）の気体吸
着能力により真空度低下を抑制できる期間が長くなる。

【００２４】請求項６に記載の発明では、真空容器（１
０）内に被冷却物（１３）と、この被冷却物（１３）を
冷却する冷凍機（１１）の冷却部（１２）と、加熱手段
（１７）を備えた非蒸発型ゲッター（１６）とを配置
し、冷凍機（１１）の運転開始後、カレンダー情報に基
づいて所定の時期に加熱手段（１７）の加熱作用を行わ
せることを特徴とする。

【００２５】請求項６においても、カレンダー情報に基
づいて決定されるゲッター活性化時期（所定の年月日
時）の間隔を、真空容器（１０）の真空度を所定レベル
に維持できる間隔となるように予め実験等により決めて
おくことにより、請求項４と同様に真空度が所定レベル
より悪化する前に、非蒸発型ゲッター（１６）の活性化
を行って、温度制御の精度を向上できる。

【００２６】請求項７に記載の発明では、請求項６にお
いて加熱手段（１７）の加熱作用を１日のうち冷凍機
（１１）の熱負荷が低下する時刻に設定することを特徴
とする。

【００２７】このように、冷凍機熱負荷が低下する時刻
に活性化処理を行うので、活性化処理を行っても、極低
温冷却装置全体としての消費電力を低く抑えることがで
きる。

【００２８】請求項８に記載の発明では、被冷却物（１
３）、非蒸発型ゲッター（１６）および加熱手段（１
７）を内蔵する真空容器（１０）と、冷凍機（１１）と
の組み合わせを複数組備える極低温冷却装置において、
複数組の各加熱手段（１７）の加熱作用を互いにずれた
時期に行わせることを特徴とする。

【００２９】これにより、複数組の各加熱手段の分散作
動により電力消費の集中を防止して、電力消費の最大値
を低減できる。

【００３０】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。

【００３１】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１は第１実施
形態による極低温冷却装置の全体システム構成図であ
り、１０は断熱性の高い材料にて成形された真空容器で
あり、その内部空間には極低温冷凍機１１の冷却部１２
およびこの冷却部１２に接触して冷却される超伝導フィ
ルタ（被冷却物）１３が配置されている。ここで、超伝
導フィルタ１３は例えば、無線通信システムの基地局に
装備されて、高周波の入力信号から図２のように必要周
波数域ｆ１〜ｆ２の出力信号を取り出すために使用され
る。１３ａは超伝導フィルタ１３の入力端子で、１３ｂ
は超伝導フィルタ１３の出力端子である。

【００３２】ここで、超伝導フィルタ１３はフィルタ材
料として超伝導体を使用して構成されるものであり、超
伝導状態を作り出すために極低温（約８０Ｋ以下）に冷
却する必要がある。本例では、超伝導フィルタ１３を７
０Ｋの極低温に冷却するようにしている。そして、超伝
導体の特性から、出力信号の周波数域ｆ１〜ｆ２が冷却
温度によって変化する。

【００３３】よって、実用に際してフィルタ出力の精度
を高めるためには、冷却温度の高精度な管理が重要であ
る。具体的には、超伝導フィルタ１３の設定温度Ｔｏ
（例えば、７０Ｋ）に対して、Ｔｏ±０．１Ｋ程度の僅
少範囲内に温度管理することを本実施形態では目標とし
ている。

【００３４】極低温冷凍機１１は例えば、公知のパルス
管冷凍機であり、リニアモータ機構（リニア電磁アクチ
ュエータ機構）によりピストンを軸方向に往復動させる
リニア圧縮機１４を有している。このリニア圧縮機１４
のピストンの往復動により作動流体（ヘリウム、アルゴ
ン、窒素等のガス流体）を膨張圧縮させ、この作動流体
の膨張圧縮により蓄冷器１５を介して冷却部１２から吸
熱して冷却部１２を冷却するようになっている。

【００３５】冷却部１２は銅等の熱伝導性の良い材料で
形成され、この冷却部１２に超伝導フィルタ１３を密着
配置して、超伝導フィルタ１３を冷却するようになって
いる。極低温冷凍機１１の出力（冷却能力）は、リニア
圧縮機１４のピストンの往復動変位量を可変することに
より調節できるようになっている。

【００３６】真空容器１０内において、冷却部１２およ
び超伝導フィルタ１３からある程度離れた部位に、化学
的に活性な気体吸着作用を有する吸着剤として非蒸発型
ゲッター１６を配置している。この非蒸発型ゲッター１
６は化学的に活性なゲッター面（ジルコニウム等の固体
金属膜面）を形成して気体吸着作用を発揮するものであ
る。

【００３７】この非蒸発型ゲッター１６の活性化のため
に、非蒸発型ゲッター１６を加熱する電気ヒータ（加熱
手段）１７が非蒸発型ゲッター１６に一体に設けてあ
る。電気ヒータ１７の加熱時（ゲッター活性化時）に、
電気ヒータ１７の熱が輻射伝熱により超伝導フィルタ１
３や冷却部１２に流入するのを防止するため、超伝導フ
ィルタ１３や冷却部１２の周囲に遮蔽カバー１８を配置
している。

【００３８】一方、真空容器１０内において超伝導フィ
ルタ１３には温度センサ１９が密着配置されている。こ
の温度センサ１９は超伝導フィルタ１３の温度を検出す
るためのものであり、上述した高精度な温度管理を実現
するために、温度センサ１９として、その温度検出の最
小単位（分解能）が０．０１Ｋのものを用いている。こ
のような最小検出単位を持つ温度センサ１９としては、
白金−コバルト系測温抵抗体が好適である。

【００３９】温度センサ１９の検出温度は、冷凍機制御
装置２０の温度調節指令値算出部２１に入力される。こ
の算出部２１は、温度センサ１９の検出温度（超伝導フ
ィルタ１３の温度）に基づいて極低温冷凍機１１の出力
（冷却能力）を制御するための温度調節指令値を算出す
る。

【００４０】ここで、温度調節指令値は極低温冷凍機１
１の出力（冷却能力）を調節するための信号であって、
例えば、０〜１０Ｖの範囲で変化する。１０Ｖは温度調
節指令値の最大値であり、リニア圧縮機１４のピストン
の往復動変位量を最大にして極低温冷凍機１１の出力を
最大にする。一方、０Ｖは温度調節指令値の最小値であ
り、リニア圧縮機１４を停止（往復動変位量＝０）させ
る。

【００４１】なお、後述の作動説明（図３、図４等）で
は、理解しやすくするために温度調節指令値の最小値
（０Ｖ）を０％とし、温度調節指令値の最大値（１０
Ｖ）を１００％とした百分率で表記している。

【００４２】冷凍機制御装置２０の駆動信号決定部２２
は、上記温度調節指令値の大小に基づいてリニア圧縮機
１４の運転状態を決定する駆動信号（リニアモータの駆
動電流、駆動電圧、駆動周波数等）を決定する。この駆
動信号は駆動回路部２３を介してリニア圧縮機１４に供
給される。

【００４３】次に、ゲッター活性化制御装置２４につい
て説明すると、活性化信号算出部２５は冷凍機制御装置
２０の温度調節指令値算出部２１から温度調節指令値が
入力され、この温度調節指令値が予め設定された設定値
（しきい値）を超えたときに活性化信号を出力する。駆
動回路部２６はこの活性化信号が出力されると非蒸発型
ゲッター１６の電気ヒータ１７に通電して電気ヒータ１
７を発熱させる。

【００４４】なお、図１に示す冷凍機制御装置２０及び
ゲッター活性化制御装置２４の制御演算部（２１、２
２、２５）を１つの共通のマイクロコンピュータを用い
て構成することができる。

【００４５】次に、上記構成において第１実施形態によ
る極低温冷却装置の作動を説明する。極低温冷却装置
は、予め、真空容器１０内の気体を図示しない真空ポン
プにより排出することにより真空容器内圧力を真空状態
に近似した低圧状態（例えば、１×１０^-2Ｐａ以下の圧
力）として外部空間と遮断する。そして、このような高
真空状態にしてから、極低温冷却装置は使用される。

【００４６】従って、極低温冷凍機１１を運転すると、
真空容器１０内の超伝導フィルタ１３は、真空容器外部
からの熱侵入がほとんど零に近い状態で極低温冷凍機１
１の冷却部１２により冷却される。その結果、超伝導フ
ィルタ１３を例えば、７０Ｋという極低温に冷却でき
る。

【００４７】次に、超伝導フィルタ１３の具体的な温度
制御方法を説明すると、超伝導フィルタ１３の温度が温
度センサ１９により検出されて冷凍機制御装置２０の温
度調節指令値算出部２１に入力される。この算出部２１
では、温度センサ１９の検出温度Ｔ、超伝導フィルタ１
３の設定温度Ｔｏに基づいて温度調節指令値を算出す
る。具体的には、検出温度Ｔと設定温度Ｔｏとの偏差、
及び温度変化率（温度検出の所定のサンプリング期間と
その期間中における温度変化量との比）を求め、この偏
差及び温度変化率に基づいて比例制御の手法で温度調節
指令値を算出する。

【００４８】そして、駆動信号決定部２２では、上記温
度調節指令値の大小に基づいてリニア圧縮機１４の運転
状態を決定する駆動信号（リニアモータの駆動電流、駆
動電圧、駆動周波数等）を決定し、この駆動信号を駆動
回路部２３を介してリニア圧縮機１４に供給する。リニ
ア圧縮機１４ではこの駆動信号によりピストンの往復動
の変位量が変化して、極低温冷凍機１１の出力（冷却能
力）を制御する。この冷凍機の出力の制御により超伝導
フィルタ１３の温度を設定温度Ｔｏ（例えば、７０Ｋ）
に対して、Ｔｏ±０．１Ｋ程度の僅少範囲内に管理する
ことができる。

【００４９】以上は、真空容器１０内の真空度が初期の
設定レベル例えば、１×１０^-2Ｐａ以下の圧力に維持さ
れている、真空度良好な状態での作動である。この場合
は高い真空度により真空容器外部からの熱侵入がほとん
ど零に近い状態に維持されるので、温度調節指令値の変
動は図３に示すように１年間の季節変化による冷凍機熱
負荷変動により５０％強〜６０％強程度の範囲に抑える
ことができる。なお、図３において、ａは１日の昼間と
夜間との冷凍機熱負荷変動により生じる温度調節指令値
の変動幅である。

【００５０】ところが、真空容器１０内の非蒸発型ゲッ
ター１６にガス成分が吸着されていくと、ゲッター表面
がガス成分で飽和していくので、ガス成分の吸着能力
（吸着速度）が次第に低下する。これにより、真空容器
１０内の真空度が低下（容器内圧力が上昇）するととも
に、真空容器１０の内壁面や超伝導フィルタ１３から放
出されるガス成分が熱伝達媒体となって、外部からの熱
侵入量を増加させる。

【００５１】その結果、季節変化による冷凍機熱負荷変
動よりも真空容器外部からの熱侵入量増加の影響度が、
超伝導フィルタ１３の温度制御上、大きくなる。そのた
め、図４に示すように季節変化と関係なく、装置の使用
時間が長くなるに伴って、温度調節指令値が右肩上がり
で増加していく。そして、温度調節指令値が１００％ま
で増大すると、極低温冷凍機１１の出力（冷却能力）が
最大状態となるので、これ以後は超伝導フィルタ１３の
温度が設定温度Ｔｏより上昇することになる。

【００５２】従って、このような超伝導フィルタ１３の
温度上昇を検出してから、非蒸発型ゲッター１６の活性
化処理（電気ヒータ１７への通電）を実行すると、「発
明が解決しようとする課題」の欄で既述したように、非
蒸発型ゲッター１６の活性化時には水素分子の再放出に
よる真空度の上昇と、ヒータ加熱の輻射伝熱の発生とい
う昇温要因が同時に発生し、しかも、冷凍機１１の出力
（冷却能力）が既に最大状態になっており、冷凍機出力
を増大できないので、超伝導フィルタ１３の温度が一層
上昇してしまい、超伝導フィルタ１３の温度制御の精度
が低下する。

【００５３】これに対して、本第１実施形態の非蒸発型
ゲッター１６の活性化制御によれば、上記不具合を解消
して超伝導フィルタ１３の温度制御の精度を向上でき
る。

【００５４】まず、本第１実施形態による活性化制御は
次の点に着目してなされている。すなわち、真空容器１
０内の真空度が低下すると、図４に示すように温度調節
指令値が右肩上がりで増加していくので、温度調節指令
値が図３のような通常使用時における上限値Ａを上回る
という現象が起きる。このことに着目して、本第１実施
形態では、温度調節指令値が予め設定した設定値（しき
い値）Ｃを超えると、非蒸発型ゲッター１６の活性化信
号を出力し、非蒸発型ゲッター１６の活性化処理を行う
ものである。ここで、設定値Ｃは、通常使用時の上限値
Ａより大きくて、且つ、冷凍機最大出力に相当する値Ｄ
（１００％）より小さい値である。

【００５５】これによると、極低温冷凍機１１の出力
（冷却能力）が最大状態となる前の段階で事前に、非蒸
発型ゲッター１６を活性化できるので、上記不具合を解
消できる。また、設定値Ｃは、通常使用時の上限値Ａよ
り大きい値であるから、真空容器１０内の真空度が初期
の設定レベル以下の圧力に維持されている、真空度良好
な状態において、非蒸発型ゲッター１６の活性化を無駄
に行うことがない。

【００５６】次に、上記設定値（しきい値）の具体的決
定方法を説明すると、通常使用時における温度調節指令
値の上限値Ａ％は、冷凍機周囲が通常使用時の最高温度
であるという条件にて実験またはコンピュータシミレー
ションによる計算をすることによって予め把握してお
く。

【００５７】また、非蒸発型ゲッター１６の活性化処理
時における熱負荷増加による、温度調節指令値の増加分
Ｂ％を実験または計算によって予め把握しておく。ここ
で、増加分Ｂ％は、上述した水素分子の再放出による真
空度の上昇とヒータ加熱による輻射伝熱量の両方を考慮
したものである。

【００５８】そして、設定値（しきい値）Ｃは下記２つ
の条件を満足するように決定する。

【００５９】（１）Ｃ＝Ａ＋α 但し、αは上限値Ａ
の余裕度で、５〜１０％とする。

【００６０】（２）Ｃ＋Ｂ≦１００％具体的設計例を述べると、Ａ＝７０％、Ｂ＝５％、α＝
１０％であると、Ｃ＝８０％、Ｃ＋Ｂ＝８５％≦１００
％となり、上記（１）（２）の条件を満足する。

【００６１】上記設計例の場合には、真空容器１０内の
真空度の低下により温度調節指令値が通常使用時の上限
値Ａ（７０％）を上回り、設定値Ｃ（８０％）を超える
と、電気ヒータ１７に通電して非蒸発型ゲッター１６を
加熱し、非蒸発型ゲッター１６の活性化処理を実行す
る。

【００６２】なお、非蒸発型ゲッター１６は熱容量が小
さいため、電気ヒータ１７への通電後、短時間（例え
ば、数十秒程度）で活性化可能な高温（例えば、７５０
℃程度）に到達する。非蒸発型ゲッター１６の活性化割
合はこの高温状態の維持時間（ヒータ通電時間）により
決まるので、目標とする活性化割合（例えば、６０〜７
０％）に対応した所定時間（例えば、１０分）の間、電
気ヒータ１７に通電した後に、電気ヒータ１７への通電
を遮断し、非蒸発型ゲッター１６の活性化処理を終了す
る。

【００６３】ところで、第１実施形態では、上述のよう
に、冷凍機出力を制御するための温度調節指令値が予め
設定した設定値Ｃを超えると、電気ヒータ１７に通電し
て非蒸発型ゲッター１６の活性化処理を実行するように
しているが、温度調節指令値の他に、駆動回路部２３か
ら極低温冷凍機１１のリニア圧縮機１４に入力される駆
動信号（換言すると、リニア圧縮機１４への入力信号情
報）、あるいはリニア圧縮機１４の消費電力に関連する
情報等も、極低温冷凍機１１の出力と相関性のある情報
であるから、これらの情報と、予め設定した設定値Ｃと
を比較して、これらの情報が設定値Ｃを超えたときに電
気ヒータ１７に通電して非蒸発型ゲッター１６の活性化
処理を実行するようにしてもよい。

【００６４】要は、極低温冷凍機１１の出力と相関性の
ある情報であれが、すべて、非蒸発型ゲッター１６の活
性化処理の実行タイミングを決定するのに使用できる。

【００６５】また、第１実施形態では、温度センサ１９
を超伝導フィルタ１３に直接密着配置しているが、超伝
導フィルタ１３と冷却部１２の温度はほぼ同一温度であ
るから、温度センサ１９を冷却部１２に密着配置しても
よい。

【００６６】（第２実施形態）第２実施形態は第１実施
形態のように極低温冷凍機１１の出力と相関性のある情
報を使用せずに、図５に示すように所定の時間間隔ｔ３
で非蒸発型ゲッター１６の活性化処理の実行タイミング
を決定するものである。

【００６７】本発明者らの実験検討によると、図５に示
すように、真空容器１０内の真空度は時間経過に応じて
変化し、所定時間ｔ１（図示の例では１００００時間）
の間は非蒸発型ゲッター１６の活性化割合が高いため、
真空度が十分高い状態（図５の例では５×１０^-5Ｐａ）
に維持され、そして、時間ｔ１経過後に、非蒸発型ゲッ
ター１６のゲッター面が次第に飽和するに伴って真空度
が低下（容器内圧力が上昇）していくことが分かった。

【００６８】ここで、真空容器１０内の真空度の目標値
をＰｏ（例えば、１×１０^-2Ｐａ）としたときに、前記
時間ｔ１経過後に、真空度が目標値Ｐｏまで低下（容器
内圧力が上昇）するに要する時間ｔ２は図示の例では４
０００時間である。

【００６９】従って、前回の活性化処理から真空容器１
０内の真空度が目標値Ｐｏに低下するまでの所定時間ｔ
３（ｔ１＋ｔ２）を実験、計算等により予め求めてお
き、この所定時間ｔ３が経過する毎に、電気ヒータ１７
に通電して非蒸発型ゲッター１６の活性化処理を実行す
る。

【００７０】このように所定時間ｔ３の間隔で非蒸発型
ゲッター１６の活性化処理を実行するのが第２実施形態
によるゲッター活性化処理の考え方である。なお、ゲッ
ター活性化処理に伴って、ゲッター表面から水素分子が
真空容器１０内へ再放出されて、真空容器１０内の真空
度が目標値Ｐｏより低下するが、この真空度低下は極く
短時間であるから、第２実施形態によって真空容器１０
内の真空度を実質上、目標値Ｐｏ以内に維持できる。Ｐ
ａはゲッター活性化処理に伴う真空度低下分（圧力上昇
分）である。

【００７１】ゲッター活性化処理の時間間隔は、安全度
を考慮して、実験、計算等により求めた所定時間ｔ３よ
り所定割合だけ短い時間とするのがよい。

【００７２】また、図５において、時間＝０は冷凍機１
１の運転開始時であり、この運転開始時にもこれに連動
して非蒸発型ゲッター１６の活性化処理を実行し、その
後、所定の時間間隔ｔ３において活性化処理を実行する
ことが好ましい。

【００７３】すなわち、冷凍機１１の運転開始前に、非
蒸発型ゲッター１６の活性化割合は通常、既に低下して
いるので、冷凍機１１の運転開始時に非蒸発型ゲッター
１６を活性化することにより、常に非蒸発型ゲッター１
６の気体吸着能力が高い状態から冷凍機１１の運転を開
始できる。従って、非蒸発型ゲッター１６の気体吸着能
力により真空度低下を抑制できる期間が長くなる。

【００７４】また、適用対象の被冷却物の種類によって
は、冷凍機１１の運転開始時に一度、非蒸発型ゲッター
１６の活性化を行うと、被冷却物の必要耐久年数の間、
真空容器１０内の真空度を目標値Ｐｏ以内に維持できる
場合もある。このような場合には冷凍機１１の運転開始
時に一度、非蒸発型ゲッター１６の活性化を行うだけ
で、その後は活性化処理をしなくてもよい。

【００７５】（第３実施形態）第３実施形態は上記第２
実施形態の変形であり、上記第２実施形態では所定の時
間間隔ｔ３で非蒸発型ゲッター１６の活性化処理を行う
ようにしているが、第３実施形態ではコンピュータ装置
の持っているカレンダー情報に基づいて所定の時期（所
定の年月日時）に非蒸発型ゲッター１６の活性化処理を
行うようにしたものである。すなわち、図５の所定の時
間間隔ｔ３以内の間隔を設定できるカレンダー上の時期
を設定し、そのカレンダー上の時期が到来する毎に非蒸
発型ゲッター１６の活性化処理を行う。

【００７６】例えば、毎月１日の午前０時に非蒸発型ゲ
ッター１６の活性化処理を定期的に行う。このようにし
ても、上記第２実施形態と実質上、同様の効果を発揮で
きる。

【００７７】ここで、上記午前０時は夜間の気温が低い
時間帯であるから、冷凍機熱負荷が低下する条件にある
ので、活性化処理を行っても、極低温冷却装置全体とし
ての消費電力を低く抑えることができる。

【００７８】また、無線通信システムにおいて１基地局
当たり、複数（例えば、６台）の超伝導フィルタ１３を
設置する場合には、各超伝導フィルタ１３に対応して極
低温冷却装置を複数（例えば、６台）設置することにな
る。このような場合には、６台の極低温冷却装置の非蒸
発型ゲッター１６の活性化時期を、互いにずれた時期に
設定する。

【００７９】具体的には、第１装置の活性化時期：毎月
１日午前０時、第２装置の活性化時期：毎月２日午前０
時、第３装置の活性化時期：毎月３日午前０時……のよ
うに活性化時期をずらす。これにより、基地局における
消費電力の最大値を低く抑えることができる。

【００８０】（他の実施形態）なお、上記実施形態で
は、被冷却物が超伝導フィルタ１３である場合について
説明したが、本発明装置をこれ以外の種々な機器の冷却
用に適用できることはもちろんである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の全体システム構成図で
ある。

【図２】第１実施形態の被冷却物としての超伝導フィル
タの機能説明図である。

【図３】第１実施形態の真空度良好時における温度調節
指令値の変化説明図である。

【図４】第１実施形態の真空度不良時における温度調節
指令値の変化説明図である。

【図５】第２実施形態における真空度変化の説明図であ
る。

【符号の説明】

１０…真空容器、１１…冷凍機、１２…冷却部、１３…
被冷却物、１６…非蒸発型ゲッター、１７…電気ヒー
タ、２０…冷凍機制御装置、２４…ゲッター活性化制御
装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器（１０）内に、冷凍機（１１）
の冷却部（１２）及び前記冷却部（１２）に接触して冷
却される被冷却物（１３）を配置するとともに、前記真空容器（１０）内に、化学的に活性な気体吸着作
用を有する非蒸発型ゲッター（１６）を配置し、前記非蒸発型ゲッター（１６）の気体吸着作用によって
前記真空容器（１０）内の真空度を維持するようにし、
更に、前記非蒸発型ゲッター（１６）を加熱する加熱手
段（１７）を備え、前記加熱手段（１７）により前記非
蒸発型ゲッター（１６）を加熱して活性化する極低温冷
却装置において、前記冷凍機（１１）の出力の変化と相関性のある情報
と、予め設定された設定値とを比較し、前記情報の値が
前記設定値を超えたときに、前記加熱手段（１７）の加
熱作用を行わせることを特徴とする極低温冷却装置。
【請求項２】前記冷凍機（１１）の通常使用条件にお
ける前記情報の上限値をＡとし、前記非蒸発型ゲッター
（１６）の加熱時の熱負荷増加による前記情報の増加分
をＢとし、前記設定値をＣとしたときに、前記設定値Ｃは、前記上限値Ａより所定値αだけ大き
く、且つ、前記設定値Ｃと前記増加分Ｂとの合計値（Ｃ
＋Ｂ）が冷凍機最大出力相当の値Ｄより小さくなるよう
決定することを特徴とする請求項１に記載の極低温冷却
装置。
【請求項３】前記情報は、前記被冷却物（１３）の温
度に基づいて算出され、前記冷凍機（１１）の出力を制
御する温度調節指令値であることを特徴とする請求項１
または２に記載の極低温冷却装置。
【請求項４】真空容器（１０）内に、冷凍機（１１）
の冷却部（１２）及び前記冷却部（１２）に接触して冷
却される被冷却物（１３）を配置するとともに、前記真空容器（１０）内に、化学的に活性な気体吸着作
用を有する非蒸発型ゲッター（１６）を配置し、前記非蒸発型ゲッター（１６）の気体吸着作用によって
前記真空容器（１０）内の真空度を維持するようにし、
更に、前記非蒸発型ゲッター（１６）を加熱する加熱手
段（１７）を備え、前記加熱手段（１７）により前記非
蒸発型ゲッター（１６）を加熱して活性化する極低温冷
却装置において、前記冷凍機（１１）の運転開始後、所定の時間間隔にお
いて前記加熱手段（１７）の加熱作用を行わせることを
特徴とする極低温冷却装置。
【請求項５】前記冷凍機（１１）の運転開始時に前記
加熱手段（１７）の加熱作用を行わせることを特徴とす
る請求項４に記載の極低温冷却装置。
【請求項６】真空容器（１０）内に、冷凍機（１１）
の冷却部（１２）及び前記冷却部（１２）に接触して冷
却される被冷却物（１３）を配置するとともに、前記真空容器（１０）内に、化学的に活性な気体吸着作
用を有する非蒸発型ゲッター（１６）を配置し、前記非蒸発型ゲッター（１６）の気体吸着作用によって
前記真空容器（１０）内の真空度を維持するようにし、
更に、前記非蒸発型ゲッター（１６）を加熱する加熱手
段（１７）を備え、前記加熱手段（１７）により前記非
蒸発型ゲッター（１６）を加熱して活性化する極低温冷
却装置において、前記冷凍機（１１）の運転開始後、カレンダー情報に基
づいて所定の時期に前記加熱手段（１７）の加熱作用を
行わせることを特徴とする極低温冷却装置。
【請求項７】前記加熱手段（１７）の加熱作用を１日
のうち前記冷凍機（１１）の熱負荷が低下する時刻に設
定することを特徴とする請求項６に記載の極低温冷却装
置。
【請求項８】前記被冷却物（１３）、前記非蒸発型ゲ
ッター（１６）および前記加熱手段（１７）を内蔵する
前記真空容器（１０）と、前記冷凍機（１１）との組み
合わせを複数組備える極低温冷却装置であって、前記複数組の前記各加熱手段（１７）の加熱作用を互い
にずれた時期に行わせることを特徴とすることを特徴と
する請求項４ないし７のいずれか１つに記載の極低温冷
却装置。