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JPH0619313B2 - Sample cooling device using a cryogenic refrigerator - Google Patents
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JPH0619313B2 - Sample cooling device using a cryogenic refrigerator - Google Patents

Sample cooling device using a cryogenic refrigerator

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Publication number
JPH0619313B2
JPH0619313B2 JP63298322A JP29832288A JPH0619313B2 JP H0619313 B2 JPH0619313 B2 JP H0619313B2 JP 63298322 A JP63298322 A JP 63298322A JP 29832288 A JP29832288 A JP 29832288A JP H0619313 B2 JPH0619313 B2 JP H0619313B2
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JP
Japan
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small container
sample
flange
cryogenic refrigerator
helium gas
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP63298322A
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JPH02145936A (en
Inventor
勉 上野
秀有 堀之内
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Nagase and Co Ltd
Original Assignee
Nagase and Co Ltd
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Publication date
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  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、極低温冷凍機を用いた試料冷却装置に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a sample cooling device using a cryogenic refrigerator.

<従来技術と問題点> 極低温冷凍機を用いて、研究及び開発用の試料の極低温
下の物性測定を行う場合、その試料を均一に冷却し、計
測することが必要とされている。特に、成形固体、塊状
多孔体、薄膜、粉体及び流体などの種々の形状をしてい
る試料を、極低温冷凍機を用いて均一な温度分布に容易
に冷却し、それらの物質を計測する手段の開発が望まれ
ている。
<Prior Art and Problems> When performing physical property measurement of a sample for research and development under cryogenic temperature using a cryogenic refrigerator, it is necessary to uniformly cool the sample and perform measurement. Particularly, samples having various shapes such as molded solids, massive porous bodies, thin films, powders and fluids are easily cooled to a uniform temperature distribution using a cryogenic refrigerator, and those substances are measured. Development of means is desired.

これらの問題点を明確にするため、従来の試料の冷却方
法について図1及び図2にしたがって説明する。冷却方
法には、熱伝導冷却とヘリウムガス熱交換冷却とがあ
る。
In order to clarify these problems, a conventional sample cooling method will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Cooling methods include heat conduction cooling and helium gas heat exchange cooling.

まず、熱伝導冷却について説明する(図1参照)。First, heat conduction cooling will be described (see FIG. 1).

極低温冷凍機1の先端に、試料を直接付けた試料ホルダ
ー2を取り付ける。物性測定するための計測リード3を
試料に付けて、極低温冷凍機1の外部へ取り出し、計測
器へ連絡する。
A sample holder 2 to which a sample is directly attached is attached to the tip of the cryogenic refrigerator 1. A measurement lead 3 for measuring physical properties is attached to the sample, taken out of the cryogenic refrigerator 1, and contacted to the measuring instrument.

極低温冷凍機1の内部を真空排気装置4によって真空排
気する。その後、極低温冷凍機1と圧縮器ユニット5で
構成されている極低温冷凍装置を起動させる。このと
き、試料は熱伝導によって冷却され、極低温下の物性測
定を行う。
The inside of the cryogenic refrigerator 1 is evacuated by the evacuation device 4. After that, the cryogenic refrigerator including the cryogenic refrigerator 1 and the compressor unit 5 is activated. At this time, the sample is cooled by heat conduction, and physical properties are measured at cryogenic temperature.

しかしながら、熱伝導冷却方法は、試料の形状が成型固
体のみに限定される。しかも、その大きさも均一な温度
分布にするという観点から制限されてしまう。
However, the heat conduction cooling method limits the shape of the sample to only molded solids. Moreover, its size is also limited from the viewpoint of achieving a uniform temperature distribution.

次に、ヘリウムガスによる熱交換冷却について説明する
(第2図参照)。
Next, heat exchange cooling with helium gas will be described (see FIG. 2).

極低温冷凍機1の先端に、試料を小型容器6の中の試料
ホルダー2に付ける。小型容器6を真空密閉にするた
め、通常そのフランジ面にインジウム線7を用いてシー
ルする。インジウム線は、フランジ面の円周長に合わせ
て、その長さを切り、リング状にしてシール・リングと
して使う。インジウム線のシール・リングの接合部は互
いに斜めに合わせるようにする。小型容器6を真空密閉
容器にする作業は、高度の熟練を要する。試料に付けた
計測リード3は、極低温冷凍機1の外部へ取り出し、計
測器へ連絡する。
At the tip of the cryogenic refrigerator 1, the sample is attached to the sample holder 2 in the small container 6. In order to make the small container 6 vacuum-tight, indium wire 7 is usually used to seal the flange surface. The indium wire is cut into a ring shape according to the circumferential length of the flange surface and used as a seal ring. The joints of the indium wire seal rings should be diagonally aligned with each other. The work of converting the small container 6 into a vacuum sealed container requires a high degree of skill. The measurement lead 3 attached to the sample is taken out of the cryogenic refrigerator 1 and contacted with the measuring instrument.

小型容器6へ極低温冷凍機1の外部より金属製キャピラ
リー管8を用いてヘリウムガスを導入し、小型容器6の
中の空気と置換しておく。
Helium gas is introduced into the small container 6 from the outside of the cryogenic refrigerator 1 using a metal capillary tube 8 and is replaced with air in the small container 6.

極低温冷凍機1の内部を真空排気装置4によって、真空
排気する。その後、極低温冷凍装置を起動させる。この
とき、真空密閉された小型容器6は熱伝導によって冷却
される。その中のヘリウムガスも冷却される。その結果
として、試料はヘリウムガスによる熱交換によって冷却
され、極低温下の物性測定を行うことができる。
The inside of the cryogenic refrigerator 1 is evacuated by the evacuation device 4. Then, the cryogenic refrigerator is activated. At this time, the vacuum-sealed small container 6 is cooled by heat conduction. Helium gas in it is also cooled. As a result, the sample is cooled by heat exchange with helium gas, and physical properties can be measured at cryogenic temperatures.

このヘリウムガス熱交換冷却方法は、上述の熱伝導冷却
方法の不十分なところを補う方法であるが、計測リード
3を小型容器6の外部へ取り出す加工技術が高度でなけ
れば、ヘリウムガスの漏れの原因になることなどの問題
点があった。また、小型容器6のフランジ面にシール材
として用いられるインジウム線は巻つけられているだけ
であるため、この部分からやはりヘリウムガスの漏れ原
因となることもあった。さらに、インジウム線が巻きつ
けられている構造であるため、試料交換の作業も面倒で
ある。
This helium gas heat exchange cooling method is a method of compensating for the insufficient points of the above-mentioned heat conduction cooling method, but if the processing technique for taking out the measurement leads 3 to the outside of the small container 6 is not advanced, leakage of helium gas There were problems such as being the cause of. Further, since the indium wire used as the sealing material is only wound around the flange surface of the small container 6, this may also cause the helium gas to leak from this portion. Further, since the indium wire is wound around, the sample replacement work is troublesome.

本発明は、上記した問題点を解消するためになされたも
のであり、試料の種類、形状等に制限のないヘリウムガ
ス熱交換冷却手段を用い、真空密閉空間を形成する小型
容器からのヘリウムガスの漏れをなくし、さらに小型容
器を真空密閉容器とする作業を容易にすると共に、試料
交換作業も容易な極低温冷凍機を用いた試料冷却装置を
提供することを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above problems, using a helium gas heat exchange cooling means without limitation on the type, shape, etc. of the sample, helium gas from a small container forming a vacuum sealed space It is an object of the present invention to provide a sample cooling device using a cryogenic refrigerator that eliminates leakage of water and facilitates the work of making a small container into a vacuum sealed container and facilitates sample replacement work.

<発明の構成> 上記した目的を達成するため、本発明者は鋭意検討した
結果、真空装置の部品として利用されているが、極低温
下(−269℃)での信頼性については保証されていな
かった、リード線導入端子であるフィードスルー及びシ
ール性に優れたインジウムメッキされた金属シール・リ
ングが、極低温下でも十分使用可能であることを見出
し、本発明を完成するに至った。
<Structure of the Invention> In order to achieve the above-mentioned object, the present inventor has conducted extensive studies, and as a result, it has been used as a component of a vacuum device, but its reliability under cryogenic temperature (-269 ° C) is guaranteed. The present inventors have found that an indium-plated metal seal ring having excellent feedability and a sealability, which is a lead wire introduction terminal, which has not been used yet, can be sufficiently used even at an extremely low temperature, and has completed the present invention.

すなわち、本発明の極低温冷凍機を用いた試料冷却装置
は、極低温冷凍機のコールドヘッド上に取り付けられる
上面開放の小型容器と、該小型容器内に配設される試料
ホルダーと、試料ホルダーに保持された試料に付設され
る物性測定用の計測リードを外部に取り出すためのフィ
ードスルーが設けられ、該小型容器の上面開放部を閉塞
するように配設されるチャンバーフランジと、小型容器
のフランジとチャンバーフランジのフランジとの間に挟
着される継目なしのインジウムメッキされた金属シール
・リングと、小型容器とチャンバーフランジとにより形
成される空間内にヘリウムガスを導入するための金属製
キャピラリー管挿入口、真空排気装置と連結される排気
口及び計測リードを計測器に連結するための計測リード
取出口を有し、コールドヘッド、小型容器及びチャンバ
ーフランジの周囲に密閉的に配設されるケーシングと、
を有することを特徴とする。
That is, the sample cooling device using the cryogenic refrigerator of the present invention includes a small container with an open upper surface to be mounted on the cold head of the cryogenic refrigerator, a sample holder arranged in the small container, and a sample holder. A feedthrough for taking out a measurement lead for measuring physical properties attached to the sample held in the outside is provided, and a chamber flange disposed so as to close the upper open portion of the small container, and a small container of the small container. A seamless indium-plated metal seal ring sandwiched between the flange and the flange of the chamber flange, and a metal capillary for introducing helium gas into the space formed by the small container and the chamber flange. It has a tube insertion port, an exhaust port connected to the vacuum exhaust device, and a measurement lead outlet for connecting the measurement leads to the measuring instrument. Rudoheddo a casing which is sealingly disposed around the small containers and the chamber flange,
It is characterized by having.

以下、図3に示した一実施例に基づき、本発明をさらに
詳細に説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the embodiment shown in FIG.

極低温冷凍機1のコールドヘッド1a上には上縁部にフ
ランジを有する上面開放の小型容器6が取り付けられて
いる。この小型容器6は、試料を保持する試料ホルダー
2を収容するためのもので、上面開放部を閉塞するよう
に、下縁部にフランジを有するチャンバーフランジ10
が上蓋として取り付けられる。
On the cold head 1a of the cryogenic refrigerator 1, a small container 6 having a flange at the upper edge and having an open top is attached. This small container 6 is for accommodating the sample holder 2 for holding a sample, and has a chamber flange 10 having a flange at the lower edge so as to close the upper surface open portion.
Is attached as a top lid.

そして、小型容器6のフランジとチャンバーフランジ1
0のフランジ間には、継目なしのインジウムメッキされ
た金属シール・リング11が挟着され、小型容器6とチ
ャンバーフランジ10とにより密閉空間が形成される。
その結果、この空間内に試料ホルダー2が収容されてい
ることになる。
Then, the flange of the small container 6 and the chamber flange 1
A seamless indium-plated metal seal ring 11 is sandwiched between the 0 flanges, and the small container 6 and the chamber flange 10 form a closed space.
As a result, the sample holder 2 is housed in this space.

上記したチャンバーフランジ10の適宜部位に、本実施
例では図3に示すように上部に、気密状態を維持したま
ま計測リード3を導入することができるフィードスルー
9が配設されている。なお、計測リード3は試料の物性
を測定するために配設され、小型容器6とチャンバーフ
ランジ10とにより形成される空間に収容される試料に
一端が付設されて、他端が後述のケーシング12に設け
た計測リード取出口12cから外部に取り出され、計測
器に接続されている。
In an appropriate portion of the chamber flange 10 described above, a feedthrough 9 into which the measurement lead 3 can be introduced while maintaining an airtight state is provided in the upper portion in the present embodiment as shown in FIG. The measurement lead 3 is arranged to measure the physical properties of the sample, and one end is attached to the sample housed in the space formed by the small container 6 and the chamber flange 10, and the other end is a casing 12 described later. It is taken out from the measurement lead outlet 12c provided on the outside and connected to the measuring instrument.

ケーシング12は、小型容器6とチャンバーフランジ1
0とにより形成される空間内にヘリウムガスを導入する
ための金属製キャピラリー管8用の挿入口12a、真空
排気装置4と連結される排気口12b及び上記した計測
リード取出口12cを有する略筒状体に構成され、コー
ルドヘッド1a、小型容器6及びチャンバーフランジ1
0の周囲に密閉的に配設される。
The casing 12 includes the small container 6 and the chamber flange 1.
0 is an approximately cylinder having an insertion port 12a for a metal capillary tube 8 for introducing helium gas into a space formed by 0, an exhaust port 12b connected to the vacuum evacuation device 4, and a measurement lead outlet 12c described above. It is configured in the shape of a cold body, the cold head 1a, the small container 6 and the chamber flange 1
It is arranged in a sealed manner around 0.

次に、本実施例の作用を説明する。Next, the operation of this embodiment will be described.

金属製キャピラリー管8により小型容器6及びチャンバ
ーフランジ10により形成される空間内の空気をヘリウ
ムガスと置換する。次に、真空排気装置4を駆動して、
ケーシング12内を真空排気する。その後、極低温冷凍
機1及び圧縮機ユニット5とから構成される極低温冷凍
装置を起動する。これにより、小型容器6及びチャンバ
ーフランジ10が熱伝導により冷却され、さらにヘリウ
ムガスも冷却される。その結果、試料はヘリウムガスに
よる熱交換によって冷却されるため、極低温下の物性測
定を行うことができる。
The metal capillary tube 8 replaces the air in the space formed by the small container 6 and the chamber flange 10 with helium gas. Next, drive the vacuum exhaust device 4,
The inside of the casing 12 is evacuated. Then, the cryogenic refrigerator including the cryogenic refrigerator 1 and the compressor unit 5 is activated. As a result, the small container 6 and the chamber flange 10 are cooled by heat conduction, and the helium gas is also cooled. As a result, the sample is cooled by heat exchange with helium gas, so that the physical properties can be measured at cryogenic temperature.

ヘリウムガスによる熱交換によって試料を冷却するた
め、試料の形状や大きさの制限を受けずに、均一な温度
に試料を冷却することができる。
Since the sample is cooled by heat exchange with helium gas, the sample can be cooled to a uniform temperature without being restricted by the shape and size of the sample.

また、フィードスルー9を用いているため、計測リード
3を、機密状態を維持しつつ、小型容器6及びチャンバ
ーフランジ10により形成される空間外に取り出す加工
技術が容易である。さらに、金属シール・リング11を
用いているため、小型容器6及びチャンバーフランジ1
0により形成される空間を完全密封でき、ヘリウムガス
の漏れが少なくなる。なお、金属シール・リング11は
実験の結果50回以上の再使用が可能なため、経済的で
ある。
Further, since the feedthrough 9 is used, a processing technique for taking out the measurement lead 3 out of the space formed by the small container 6 and the chamber flange 10 while maintaining the airtight state is easy. Further, since the metal seal ring 11 is used, the small container 6 and the chamber flange 1 are
The space formed by 0 can be completely sealed, and the leakage of helium gas is reduced. As a result of the experiment, the metal seal ring 11 can be reused 50 times or more, which is economical.

<発明の効果> 本発明によれば、ヘリウムガス熱交換冷却手段を利用し
ているため、試料の種類、形状等に制限されることがな
い。また、真空密閉空間を形成する小型容器からのヘリ
ウムガスの漏れがほとんどないと共に、フィードスルー
及び金属シール・リングを用いているため、小型容器を
真空密閉容器とする作業も容易である。さらに、金属シ
ール・リングを用いているため、試料交換作業も容易で
ある。
<Effects of the Invention> According to the present invention, since the helium gas heat exchange cooling means is used, there is no limitation on the type and shape of the sample. Further, there is almost no leakage of helium gas from the small container forming the vacuum sealed space, and since the feedthrough and the metal seal ring are used, the work of making the small container a vacuum sealed container is easy. Furthermore, since a metal seal ring is used, sample exchange work is easy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

図1及び図2は従来の極低温冷凍機を用いた試料冷却装
置の構成図、図3は本発明の一実施例を示す構成図であ
る。 1……極低温冷凍機,1a……コールドヘッド, 2……試料ホルダー,3……計測リード, 4……真空排気装置,5……圧縮器ユニット, 6……小型容器,7……インジウム線, 8……金属製キャピラリー管, 9……フィードスルー, 10……チャンバーフランジ, 11……金属シール・リング, 12……ケーシング
1 and 2 are block diagrams of a sample cooling device using a conventional cryogenic refrigerator, and FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. 1 ... Cryogenic refrigerator, 1a ... Cold head, 2 ... Sample holder, 3 ... Measurement lead, 4 ... Vacuum exhaust device, 5 ... Compressor unit, 6 ... Small container, 7 ... Indium Wire, 8 ... Metal capillary tube, 9 ... Feedthrough, 10 ... Chamber flange, 11 ... Metal seal ring, 12 ... Casing

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】極低温冷凍機のコールドヘッド上に取り付
けられる上面開放の小型容器と、 該小型容器内に配設される試料ホルダーと、 試料ホルダーに保持された試料に付設される物性測定用
の計測リードを外部に取り出すためのフィードスルーが
設けられ、該小型容器の上面開放部を閉塞するように配
設されるチャンバーフランジと、 小型容器のフランジとチャンバーフランジのフランジと
の間に挟着される継目なしのインジウムメッキされた金
属シール・リングと、 小型容器とチャンバーフランジとにより形成される空間
内にヘリウムガスを導入するための金属製キャピラリー
管挿入口、真空排気装置と連結される排気口及び計測リ
ードを計測器に連結するための計測リード取出口を有
し、コールドヘッド、小型容器及びチャンバーフランジ
の周囲に密閉的に配設されるケーシングと、 を有することを特徴とする極低温冷凍機を用いた試料冷
却装置。
1. A small container with an open upper surface to be mounted on a cold head of a cryogenic refrigerator, a sample holder arranged in the small container, and a physical property measurement attached to a sample held in the sample holder. A feedthrough for taking out the measurement lead of the above is provided, and it is sandwiched between the flange of the small container and the flange of the chamber flange, and the chamber flange arranged so as to close the open portion of the upper surface of the small container. A seamless indium-plated metal seal ring, a metal capillary tube inlet for introducing helium gas into the space formed by the small container and chamber flange, an exhaust connected to a vacuum pump It has a measurement lead outlet for connecting the mouth and the measurement lead to the measuring instrument, and has a cold head, a small container, and a chamber flask. A sample cooling device using a cryogenic refrigerator, comprising: a casing that is hermetically disposed around the container.
JP63298322A 1988-11-28 1988-11-28 Sample cooling device using a cryogenic refrigerator Expired - Lifetime JPH0619313B2 (en)

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