JPH03240917A - 極低温液で物品及び材料を低温処理する方法及び装置 - 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） 本発明は物品及び材料の低温処理、特に例えば液体窒素
のような極低温液を利用して物品及び材料を冷却するこ
とにより、金属、合金、焼結炭化物、プラスチック、セ
ラミック、半導体などのような物品及び材料の摩耗抵抗
、腐食抵抗、浸食抵抗、及びこれらに関連した物理特性
を高める低温処理技術に係るものである。

（従来の技術） 軽減し、材料の安定性を高めると共に摩耗及び腐食抵抗
をある程度高めることができることはすでに公知である
。　即ち、金属工具を低温処理すればその摩耗抵抗が高
くなり（工具の耐用寿命が延び）、金属工具の熱処理を
利用すれば、金属の硬度、靭性及び延性を所期の組合わ
せに設定することができる。

低温処理に伴う被処理物品の寸法、サイズまたは体積の
変化は極めて小さい。

従来の鋼精錬は鋼を比較的柔軟なオーステナイト結晶状
態から比較的硬いマルテンサイト結晶状態へ変態させる
という原理に基いている。

鋼を加熱するとオーステナイト状態となり、次いでオー
ステナイトを室温まで急冷するとマルテンサイトへの変
態が始まる。

鋼を室温以下に急冷するとオーステナイトの大部分の硬
度及び摩耗抵抗が著しく改善されることはすでに古くか
ら公知である。

によって数パーセント減るということだけで硬度笈〜１
−び摩耗抵抗の改善を説明することはできないと示唆す
る研究者があり、この研究者によれば、低温処理によっ
て細かい炭化物粒子が生成されてマルテンサイト中に広
く分布し、これがマルテンサイトの内部応力を軽減する
ということにある。

確かにこの説明は鋼やある種の非鉄金属には当てはまる
かもしれないが、非金属及びアモルファス材料ナイロン
製のバイオリン絃をはじめとして多くの非鉄材料も同様
に改善されるからである。

従来、ダイス、ドリル、エンドミル、ギヤカッターなど
のような工業用切削工具や、ナイフ、のみ、かんな、鋸
、ポンチ、やすりなどのような手工具の摩耗抵抗を高め
るために低温処理が採用されている。

また、タービン羽根、玉軸受、コロ軸受、ピストンリン
グ及びブツシュの耐火度改善やばねの弾性改善にも利用
され、更に、抵抗溶接電極の性能改善や鋳物及び鍛造品
の寸法安定改善にも利用されている。

処理される材料としては、鋼及び鋼合金、チタン及びチ
タン合金、高ニッケル合金、銅及び真鍮、アルミ及びア
ルミ合金、焼結炭化物、セラミック材、及びナイロンや
テフロンなど広範囲に亘るプラスチック材を挙げること
ができる。

極低温処理は原則として液体窒素を冷媒として利用によ
っては何日もかかることが多い。

処理される部品、物品または材料は長時間に亘り低温に
維持されたのち、さらに長い時間をかけて周囲温度に戻
され、処理の結果は、しばしば予想不可能であり、時に
は破壊物でさえある。

従来、工具、電極、楽器の絃などのような小さい物品の
ための低温処理装置は頂部が着脱自在またはヒンジ開閉
式であって、内底面の直ぐ上方に（全面にパーフォレー
ションのある）ペイロード（Ｐａｙｌｏａｄ）、プラッ
トホームを有する完全断熱ボックスを含み、処理チェン
バーの一方の側壁の頂部付近で超低温液供給パイプがチ
ェンバー内に進入し、チェンバー底付近にまで下向きに
延設されている。

供給パイプは前記プラットホームよりも下方に放出口（
または供給マニホルド）を有し、ここからチェンバー内
へ極低温液を導入する。

処理サイクルは以下に述べるような一連の作用モードを
含む。

（ａ）ペイロードとしての物品を極低温液よりも上方の
気体中に降ろし、（ｂ）さらに液面に近い気体中まで降
ろし、（ｃ）極低温液の最大液面高さの５０％乃至７５
％に相当する極低温液中に部品を浸漬して数時間予備均
熱し、（ｄ）極低温液最大液面高さの７５％乃至１００
％に相当する極低温液中に部品を浸漬してさらに数時間
に亘り均熱し、（ｅ）極低温液中に完全に降下させ、チ
ェンバーに極低温液が存在しなくなり、チェンバー温度
が周囲温度に達するまで極低温液を蒸発（ボイル拳才）
）させる。

（発明が解決しようとする課題） 上記公知装置の問題点を挙げると次の通りである。

（１）ペイロード　プラットホームよりも下方のチェン
バー底に液体窒素を供給する時、液が被処理部品に飛散
し、未だ比較的温い状態にある部品に極度の熱衝撃を与
えることが多い。

（２）チェンバー内の最低温気体が液の直ぐ上方にあっ
て気体が被処理部品にまで上昇しないチェンバー内の気
体のほぼすべてが冷くなり、最低温の気体が常時被処理
部品よりも下方に来るようになるまでは低温気体が部品
まで到達しない。

（３）部品を液体窒素に一部だけ浸漬して予備均熱する
と浸漬された部分が浸漬されない部分よりもはるかに早
く冷却する。

（４）液体窒素に部品を浸漬すると部品の沸騰熱伝達が
余りに迅速に起こるため部品全体を均等に冷却すること
ができない。

本発明の目的は公知技術の上記問題点を回避しつつ極低
温液でペイロードとしての物品及び材料を低温処理する
方法及び手段を提供することにある。

本発明の他の目的はペイロードとしての部品、物品及び
材料を収容し且つ極低温液と接触させることなく該極低
温液で極低温処理する装置を提供することにある。

本発明の他の目的は極低温液から蒸発する気体の温度を
検知し、温度・時間スケジュールに従って気体温度を制
御する手段を有する上記装置を提供することにある。

本発明の他の目的は部品及び物品を極低温処理すること
により高度の予測確度でその摩耗抵抗を高めるように改
良された処理チェンバーを提供することにある。

本発明の他の目的は最適の時間拳温度・プロフィルで部
品及び物品を極低温処理することにより予測可能な反復
性を具えた処理結果を達成する装置を提供することにあ
る。

本発明の他の目的は部品及び物品を極低温処理すること
によって該部品及び物品の摩耗抵抗を高める改良された
方法を提供することにある。

本発明の他の目的は最適の時間・温度処理プロフィルを
利用して部品及び物品を極低温処理することによって該
部品及び物品の摩耗抵抗及び安定性を高める改良された
方法を提供することにある。

本発明の他の目的は可動部品を含まない極低温液面検知
器を提供することにある。

本発明の他の目的は可動部品を含まない極低温液面あふ
れ検知器を提供することにある。

本発明の他の目的は外部から駆動軸が貫通している壁に
、壁の外側の湿った周囲空気が駆動軸の周りに沿って前
記壁から低温域へ流入しないようにする駆動軸シールを
提供するこ（にある。

（課題を解決するための手段） 本発明は液体窒素を極低温液（媒）として利用し、チェ
ンバー内に装入されたペイロード（部品、物品及び材料
）を＋３００°Ｆ乃至−３２０°Ｆ（＋１４８．８°Ｃ
乃至−１９５，５°Ｃ）の温度で自動的に処理するとい
うものである。

ペイロードの温度はチェンバー頂部に配置した内部熱交
換器を、該熱交換器の頂部と熱的に直接接続した蒸発皿
にその流量を制御しながら液体窒素を供給することによ
って冷却すると共に、前記蒸発皿に収容された液体窒素
から蒸発する無水窒素ガスを循環させることによって低
下させる。

チェンバー頂部と熱交換器の間に配置したファンもファ
ンと同じ高さまたはファンの真下に配設した電熱素子も
チェンバー頂部に嵌着されて一部がチェンバー頂部内に
達しているパワーヘッド（チェンバーのカバーまたは蓋
）に装着されているから、チェンバー底に配置されたペ
イロードは気体流動によって冷却され、液体窒素とは接
触しない。

蒸発皿における液体窒素の液面が検知され、常に一部レ
ベルを維持するように制御されるから、処理中は終始所
定の最高液面を超えることはない。

このため所期の最高液面に感熱抵抗器を配置してその抵
抗値をモニターする。　液面が抵抗器の位置よりも低く
なると、抵抗値が急変し、この変化が検知されて蒸発皿
への液体窒素流入が開始される。

ファンの駆動はパワーヘッドの外側に設けたモーターか
ら行われるから、モーター駆動軸が熱交換器その他のヘ
ッド部分を貫通しなければならない。

外側からパワーヘッド内へ駆動軸を進入させるための孔
はグリースが軸から流れ去るのを防ぐ長繊維を混入した
グリースと長繊維混合物から成る特殊、（ツキングを利
用してシールし、周囲空気がパワーヘッドに侵入するの
を防ぐ。

（実施例） 本発明の構成要件及び改良点をすべて組込んだ実施例を
第１図に示し、。クライオプロ上−２サー（ｃｒｙｏｐ
ｒｏｃｅｓｓｏｒ）″と呼称する。

この装置はチェンバーに装入されたペイロード（部品、
物品及び材料）を、高温を得る手段として電気ヒーター
を、低温を得るための極低温液（媒）として液体窒素を
それぞれ使用して＋３００°Ｆ（＋１４８．８°Ｃ）の
高温と一３２０°Ｆ（−１９５゜５°Ｃ）の低温の間で
自動的に処理することが出来る。　ペイロードの温度は
チェンバー頂部のカバーまたは蓋（即ち、パワーヘッド
）内に配設された内部熱交換器を冷却することによって
低下させる。

パワーヘッド内の液体窒素から蒸発する無水窒素ガスを
ファンによって循環させながら、パワーヘッド内の熱交
換器へ液体窒素を流量制御下に供給して低温を得る。　
ファンはチェンバー頂部と熱交換器の間に設置してあり
、同じくパワーヘッドに装着した電気ヒーター素子はフ
ァンと同じ高さまたは真下に配設されている。　即ち、
極低温液熱交換器、電気ヒーター及びファンはいずれも
チェンバー頂部に嵌着されて一部がチェンバー頂部内に
達しているパワーヘッドによって支持され、チェンバー
底部に配置されたペイロードは気体流動によって冷却さ
れ、液体窒素と接触することがない。

第１図及び第２図に示すように、パワーへラドｌの底部
にはファン１５を装着してあり、該ファン１５はパワー
ヘッドからチェンバーハウジング３内の“デユワ−（Ｄ
ｅｗａｒ）”チェンバ−２へ下向きに突出するアルミ製
熱交換器４のひれ１３の周りを流れる低温窒素ガスの対
流を発生させる。

第１図は真空断熱“デユワ−”チェンバー２の上にクラ
ンプされ、チェンバー内に所定の温度変化を発生させる
手段として作用するパワーへラド１を示すヘッドの内側
に設けたソレノイド弁の作用により、装置外側の供給源
から浅い皿の形態を呈する熱交換器の上部へ液体窒素を
流入させることが出来る。

皿に流入した液体窒素は皿及びこれに取付けであるひれ
を冷却する。　回転するファン１５の羽根がひれの周り
に連続的なガス流を発生させる。

この対流により、チェンバー及びペイロードから熱交換
器のひれへ熱が伝達される。

従って、液体窒素は熱交換器の上部とだけ接触する。

真空断熱即ちデユワ−チェンバー２は円筒形とすればよ
く、好ましくは図示のように直立式とし、装置の垂直軸
線ｌＯと同一軸芯上に位置付けさせる。

パワーヘッドｌの内側を第５図に示した。

パワーヘッドハウジング１１内には電気抵抗ヒーター素
子１４、熱電対温度センサー２８（素子１４と連携する
）高温リミットスイー、チ２５、極低温液に適したソレ
ノイド弁１８、シールド２３で囲んだ液体窒素液面感知
素子２２、フェルト製ガスケット３０のほか、モーター
軸１６がパワーヘッドに進入する頂部にはモーター軸１
６の周りに長繊維グリース混合シール３１を設置してあ
り、パワーヘッドハウジング１１の外側には頂部にファ
ン駆動モーター１７及び液体窒素供給口２９が取付けで
ある。

ソレノイド弁１８、高温リミットスイッチ２５、液面感
知抵抗器素子２２及び熱電対２８のケーブルはいずれも
ヘッド囲壁の側面に形成した孔１２から可撓導管３３に
挿通され、該可撓導管３３はケーブルを下方の制御系５
０に案内する。

パワーヘッドハウジング１１の外側底部にはチェンバー
ハウジング３の頂部に設けた近接スイッチ３７３８を作
動させる永久磁石３５．３６を取付けである。

始動に際してパワーヘッドを真空断熱しデユワ−チェン
バーにクランプし、制御系５０において冷却指令を入力
すると、ソレノイド弁１８が作動し、液体窒素が管１９
から皿２１（熱交換器上部）へ流入する。　皿の液体窒
素２２が蒸発して皿及び熱交換器ひれ１３を冷却する。

　ファン１５に強制されて無水窒素ガスが連続的にひれ
の周りを通ってチェンバー２内へ流下する。　その結果
、チェンバー及びチェンバー底部のペイロード４０から
熱交換器のひれへこの対流が熱を伝達する。

ヘッドが第１図に示す閉鎖位置に来るとチェンバーハウ
ジング３に設けた磁気近接スイッチ３７　、３８が閉じ
るようにパワーヘッドに小型永久磁石３５゜３６を取付
けである。　近接スイッチが閉じると、ファン１５及び
電気抵抗ヒーター素子１４が作動可能となる。　逆に、
ヘッドが開放されて第２図に示す位置に来ると、ファン
及びヒーターの作動が停止される。

パワーへラドｌが第１図に示す閉鎖状態にある時、真空
断熱デユワ−チェンバー２の頂部層りにチェンバーハウ
ジング３の頂部から突出しているチェンバ一部分２ａと
圧接するシールを形成するためフェルト製ガスケット３
０を設ける。　このシールは冷却中に発生する窒素ガス
の通気を許す一方で（ペイロードの錆びの原因となる）
外気からの水蒸気浸入を抑止する。　ヘッドの構成に際
しては外気及びへ−２ド内部と連通ずるあらゆる接合面
を蒸気漏れを許さない密封状態にするように留意する。

ファン駆動軸シール ファン１５はパワーへラドｌの頂部に設けたモーター１
７によって駆動されるから、モーター１７の駆動軸１６
はファン１５までパワーヘッドハウジング１１、熱交換
器４及びその他のヘッド部分を貫通しなければならない
、　頂部の孔３９は外気と連通ずるから、外気が湿気と
共にシステム内へ差入しないようにシールしなければな
らない、　そこで、第６図に示すような長繊維及びグリ
ースの混合物から成る特殊バッキングを利用して孔３９
をシールする。

このシールはパワーへラドｌ内のファイバーグラス断熱
材４１の効力を低下させ、回転中のモーター軸１６周り
に氷を形成してモーターの焼付きの原因となりかねない
水蒸気の浸入を抑止しなければならない。

そこで、第６図に示すように、モーター軸１６の貫入点
において、長繊維とグリース混合物４３を充填してバッ
キング押さえ４２を構成する処のプレート４４で固定す
ることによって孔３９をシールし、水分の浸入を防止し
ながら軸の自由回転を可能にするモーター軸１６は皿の
上向き突出中心部４６によって構成される孔４５におい
て熱交換器４を貫通し、カバー４７が皿の上方を覆い、
その結果、皿からの蒸気は矢印４８で示すように流動し
１皿の側面に形成した孔４９から前記ヒーター素子１４
を通って前記チェンバー２の頂部へ流下する。

ここに述べる極低温処理装置では、積極的な冷却及び加
熱素子、ファン、検知器、被制御アクチュエーターがす
べてパワーヘッドｌに収納されているからこれらの素子
、検知器、アクチュエーターなどに合わせて真空外包を
チェンバー内に侵入させたり、極低温液導入管をチェン
バー内に侵入させたすせずに真空デユワ−チェンバー２
を使用することができる。　これにより真空断熱による
最大限の断熱値が得られ、又前記デユワ−チェンバー２
内の温度勾配を最小限に抑えることができる。　パワー
ヘッドの＋７ リフト及びオリエンテーション機ｆｉｔ図に示すように
、パワーヘッドｌはチェンバーハウジング３に取付けた
線形玉軸受５２．５３によって案内されるばね偏倚研削
鋼シャフト５１によって上昇させられ且つ姿勢制御され
る。　パワーへラドｌはシャフト端キャップ５４及び非
可撓支持ロッド５５を含む構造を介してシャツ）５１に
片持ばり式に装着されている。　管５７内に収納され、
シャフト５１の下部を囲むばね５６が常時圧縮され、シ
ャフトに固定した制止リング５８を介してシャフト５１
に上向きの力を作用させる。　このようにしてシャツ）
５１に加えられる上向きの力はパワーヘッドｌ、シャフ
ト５１及びシャフトに取付けられた他の構成部品の総重
量よりもやや大きい、　従って、制止されない状態では
パワーヘッドｌが自動的に第２図に示す上限位置まで上
昇する。　パワーへラドｌは手による最小限の押下刃で
容易に閉じることができ、チェンバーハウジング３に設
けた２個のトグルクランプ６１．６２をパワーヘッド１
の垂直面から突出するブラケッ）６３．６４と咬合させ
ることにより閉鎖位置に固定することができる。

線形玉軸受５２．５３はパワーヘッドｌが開放位置にあ
る時、シャフトの垂直軸線６０を中心にシャフト５１及
びこれに取付けたパワーヘッド１を回転させることを可
能にする。　パワーへラドｌを脇の方へ駆動させること
によりオペレーターはペイロード（投入物）の装入及び
取り出しのためチェンバー頂部に自由に接近できる。

上述したようにパワーへラド１との電気的接続はパワー
へラドｌの上下動に対応できる長さと、パワーヘッドｌ
の回転に対応できる可撓性を有する可撓導管３３内に束
ねられた導線によって行われる。

真空断熱チェンバー ペイロード４０（投入物）を収容する真空断熱デユワ−
チェンバー２は二重壁ステンレススチール製容器から成
る真空１デユワ−”であり、２面の壁はチェンバーハウ
ジング３の頂部から上方へ突出するチェンバーロ部を構
成する唇状部２ａにおいて互いに接合する。　二重壁間
の空間にはアルミナイズ加工マイラーから成る巻線が充
填され、この空間は約１Ｏ−６トリーチエリーまで排気
しである。

する、　この断熱により装置を作動させるエネルギーを
効率より利用でき、デユワ−チェンバー２内の温度勾配
を極力小さくすることができる。

デユワ−チェンバー２の内面は（図示しないが）消耗品
としての亜鉛引き鋼及びアルミニウムから成るインサー
トによって損傷や不慮の浸透事故から保護する。

極低温液の液面センサー 皿における液体窒素液面を検知し、処理中、常時最高液
面が維持され、皿のあぶれが回避されるように制御する
。　このため、皿の液体窒素２４の所期液面に液面感知
抵抗素子２２を配置し、該抵抗素子の抵抗値をモニター
する。　液面が抵抗素子よりも低くなると抵抗値が急変
するから、この変化増大を検知することによって皿への
液体窒素供給を開始させる。　同様に、液面が抵抗素子
２２よりもっと高くなると抵抗値が逆方向に急変し、皿
への液体窒素流入が止まってあぶれを防止する。

液体窒素液面センサーは炭素コンポジション抵抗素子に
おける抵抗値の温度依存性、及び所与の温度において窒
素ガスに囲まれた抵抗素子の熱損失率と同じ温度におい
て液体窒素に囲まれた同じ抵抗素子の熱損失率の差を利
用する。

液面感知抵抗素子２２はその最大安全電流に近い電流を
通すようにバイアスされており、抵抗値が変化するとブ
リッジを不平衡化して電気信号を出力するようにブリッ
ジ回路の一方のアームと電気的に接続すればよい、　従
って、感知センサーが冷環境に且つ徐々に上昇する液体
窒素プールの上方に配置されている場合、たとえ液体窒
素の上方に存在する窒素ガスと液体窒素の温度が全く同
じであっても液体が抵抗素子２２の表面に接触すると温
度が急変する。

これは抵抗素子２２からの熱損失率を増大させる液体と
の熱伝達係数が増大するからである。

バイアス電流に起因する入熱と窒素ガスまたは液体窒素
との接触に起因する出熱とのバランスが急激に崩れ、そ
の結果Ｊれる抵抗素子２２の温度変化がこれに対応する
抵抗変化を発生させ、ブリッジ回路から信号を出力する
。　この信号は液体窒素供給を止めて皿のあぶれを防止
するのに利用される。

本発明の極低温処理装置は（＋３５０°Ｆ（＋１７６．
６°Ｃ）までの）高温においても使用できるから、加熱
の過程で液面感知抵抗素子２２の抵抗値変化が遅くなる
おそれがあり、ブリッジ回路をひんばんに再平衡させる
ことが必要になる。

このような不安定性を回避するためには、チェンバー温
度が抵抗素子２２の劣化を避けるのに充分な低さ（−２
００’Ｆ　（−１２８，８６Ｃ））になった時にのみセ
ンサー抵抗素子バイアス電流を通す識別回路を設ければ
よい。

第８図は装置作動の時間−温度サイクルを示し、ここで
は装置の熱出力性能グラフとして示している。

操作 使用に際しては、パワーへラド１を第２図に示すように
上昇させ、第４図に示すように一方の側へ枢動させてデ
ユワ−チェンバー２にペイロード４０（投入物）を装入
し、パワーへラドｌを再び元の位置へ枢動させ、下降さ
せ、第１図に示すように真空断熱“デユワ−”チェンバ
ー２の上にクランプする。

次いでオペレーターは制御系５０を操作して（第８図に
示すような）ペイロード処理の温度−時間スケジュール
をプログラムする。　プログラムが冷却指令を出力する
と、ソレノイド弁１８が開放されて該ソレノイド弁１８
から供給管１９を介して皿２１へ液体窒素を流入させる
。　液体窒素は皿２１で蒸発して皿２１及びこれに取付
けたひれ１３を冷却し、液体窒素とほぼ同じ極低温の窒
素蒸気がシャフト孔４５及び皿の側面に設けた孔４９を
通ってデユワ−チェンバー２内へ流下し、ペイロード４
０（投入物）を冷却する。　一方、回転ファン１５はひ
れ１３の周りに連続的なガス流を発生させる。

一方向に駆動されると、ファン１５はデユワ−チェンバ
ー２中心からガスを吸上げ、これを駆動してひれ１３に
衝突させることによってガスを冷却し、冷却されたガス
はチェンバー側壁を流下する。

反対方向に駆動されると、ファンは皿の液体窒素２４の
表面（即ち、液体と気体界面）からデュワーチェンへ−
２内へ窒素蒸気を流下させる。　即ち、ファン１５はデ
ユワ−チェンバー２と熱交換器４の間のガス及び蒸気対
流の強さを制御すると共に、これらの方向を制御するこ
とができる。　液体窒素２４は熱交換器４の上部とだけ
接触し、ペイロード４０とは接触しない。

液体窒素液面センサーとしての抵抗素子２２が皿２１の
中へ入り、皿２１における液体窒素の最高液面を設定す
る。　この抵抗素子２２を例えば皿２１の底から１／４
インチ（０，６ｃｍ）付近に配置し、液体窒素と接触し
て、その一部が液体窒素２４中に浸漬されると制御系５
０において自動的に液面信号が発生し、これがソレノイ
ド弁１８の開放を抑止するようにすればよい、　制御系
５０が最低温度（即ち、液体窒素の温度）にむかって冷
却速度を高めるように要求し、そのためにソレノイド弁
１８を開放すると、液面センサーが流量を制限すること
により皿２１が最高液面以上に液体窒素を供給されるの
を防止し、下方のペイロード４０に液体窒素２４がこぼ
れる結果となるあぶれを回避する。

デユワ−チェンバー２の温度の上昇を要求すると、制御
系５０は加熱信号を出力し、これによって制御系５０中
のリレースイッチを閉じ、高温制御スイッチ２５を介し
てコイル状の電気抵抗ヒーター素子１４に給電する。　
ファン１５による対流が再び該ヒーター素子１４とデユ
ワ−チェンバー２及びペイロード４０の間に熱伝達を起
こさせる。　図示のようにヒーター素子１４の上方、熱
交換ひれ１３に高温制御スイッチ２５を取付けてあり、
該スイッチ２５における温度を装置の所定の安全動作上
限以上に例えば＋３７５°Ｆ（＋１９０°Ｃ）にまで上
昇させる誤動作または不適当なプログラミングの場合で
も前記ヒーター素子１４への給電を断つだけで制御系か
らの加熱信号を無効にする。

制御系 制御系５０のブロックダイヤグラムを第７図に示す。

制御回路６５はソレノイド弁（液体窒素流量制御弁）１
８及びコイル状のヒーター素子１４を制御して冷却及び
加熱を制御する。　冷却を要求すると制御回路６５は液
面センサー回路６７を介してソレノイド弁１８のリレー
制御回路６６に“弁開放”信号を送り、これによってソ
レノイド弁１８を開放し、皿２１への流体窒素流入を可
能にする。　液体窒素２４は液面センサーとしての液体
窒素液面感知抵抗素子２２のインピーダンスが急変し、
これをリレー制御回路６６が検知し、これと同時に液面
センサー回路６７からリレー制御回路６６への弁開放信
号が停止するまで皿２１へ流入し続ける。　これに続い
て、充分な量の液体窒素が皿２１から蒸発し、液面が液
面センサーとしての前記液面感知抵抗素子２２よりも低
くなり、しかも、なお制御回路６５が冷却を要求すると
、ソレノイド弁１８が再び開放され、液体窒素２４が皿
２１に流入する。

これと同時に、または異なる時点において、加熱サイク
ル中の加熱または冷却サイクル中の冷却速度を落とすた
めの加熱を要求すると制御回路６５がヒーターリレー６
８にゝ加熱”信号を送り、これに呼応して前記ヒーター
リレー６８が高温リミットスイッチ２５を介して前記ヒ
ーター素子１４にＡＣ電力を供給し、温度上限に達して
いないためにスイッチが閉じている間、ヒーター素子１
４にＡＣ電力が供給される。　高温制限スイッチ２５の
位置における熱交換器４の温−度が所定の限界例えば＋
３００°Ｆ（＋１４８．８°Ｃ）を超えると、高温制限
スイッチ２５が開らいてヒーター素子１４への給電を断
つ。

制御回路６５としては、オペレーターが必要とする特定
の時間−温度プログラムを記憶するフオームウェアを含
むマイクロプロセッサ−制御集積回路システムを使用す
ればよい、　制御回路６５への入力は時間−温度プログ
ラマ−７０から入力される演算子及び熱電対温度センサ
ー２８に応答する熱電対ゲージ回路７１（熱電対温度測
定回路）からのチェンバー温度を含む、　熱電対ゲージ
回路７１はオペレーターにペーパー記録またはペイロー
ド４０（投入物）に対して行われる処理過程を提供する
チャートレコーダーにチェンバー温度信号を送る機能を
も果たす、　以上に本発明の好ましい実施例を図面に沿
って説明し、この説明に特殊用語を使用したが、これら
の用語は説明の便宜上使用したものであって本発明を制
限するものではなく、本発明の範囲はあくまでも頭書し
た特許請求の範囲によって限定される。

（発明の効果） 本発明の技術を実用化し、極低温チェンバー装置を利用
した結果、高度の確実性及び反復性で各種ペイロードに
著しい改善を施すことが出来た。。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法に従ってペイロードとしての部品
、物品及び材料等を極低温処理するための、本発明のす
べての構成要件を組込んだ極低温処理装置の正面図であ
り、第２図はパワーへ一２ドを上昇させた状態で、且つ
パワーヘッド−リフト集合体の詳細を明らかにするため
チェンバーハウジングを一部断面で示す第１図の極低温
処理装置の正面図であり、第３図はパワーヘッドをチェ
ンバーハウジング頂部にクランプした状態で示す装置の
平面図であり、第４図はパワーヘッドをチェンバーハウ
ジングから上昇させ、チェンバーハウジングの側方へ枢
動させた状態で示す装置の平面図であり、第５図はパワ
ーへフドの細部を示す該パワーヘッドの拡大断面図であ
り、第６図はパワーヘッド頂部に設けたファン駆動軸シ
ールの拡大図であり、第７図はパラメーターを検知し、
装置の動作を制御する主要回路及びデバイスを簡単に示
すブロックダイヤグラムであり、第８図はペイロードに
対して行われる処理サイクルを示す時間−温度ダイヤグ
ラムである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）、摩耗、浸食または腐食抵抗特性、寸法安定特性
   または切削性を高めるため、または応力を除去するため
   、物品及びまたは材料から成るペイロードの低温処理を
   行う装置であって、 （ａ）それぞれが断熱材から成る側壁及び底壁を有し、
   前記側壁及び底壁を接合部において液密状態となるよう
   に接合した処理チェンバーと、 （ｂ）前記チェンバー内に前記物品及びまたは材料を導
   入し、前記チェンバーの底部付近に配置できるように前
   記チェンバーの頂部を開口させたことと、 （ｃ）液体気体熱交換器を含む前記チェンバーの着脱自
   在な頂部キャップと、 （ｄ）前記熱交換器に極低温液を供給する手段と、 （ｅ）前記チェンバーから前記熱交換器に気体及び蒸気
   を送る手段と、 （ｆ）前記気体が前記熱交換器によって冷却され、前記
   チェンバーの底部付近に配置された前記物品及びまたは
   材料にむかって流動することから成ることを特徴とする
   装置 （２）、（ａ）前記熱交換器が開口した極低温液貯蔵容
   器を含むことと、 （ｂ）前記極低温液が前記開口容器から蒸発して前記熱
   交換器の温度を低下させることにより、 （ｃ）前記チェンバーからの前記気体及び蒸気の温度を
   低下させることを特徴とする請求項１記載の装置 （３）、（ａ）前記蒸発した極低温液が蒸気の状態で前
   記チェンバーに流入することと、（ｂ）前記チェンバー
   内の気体及び蒸気の大部分が蒸発した極低温液であるこ
   とを特徴とする請求項２記載の装置 （４）、（ａ）前記極低温貯蔵容器が前記容器内に貯蔵
   される前記極低温液の容積に比較して広い極低温液蒸気
   界面を形成することを特徴とする請求項３記載の装置 （５）、（ａ）前記極低温液貯蔵容器を前記熱交換器の
   頂部側に配置したことと、 （ｂ）前記チェンバー内の気体及び蒸気と熱交換する手
   段を前記熱交換器の底部に設けたことを特徴とする請求
   項４記載の装置 （６）、（ａ）前記容器内の前記極低温液の深さを検知
   してこれを表わす液面信号を出力する手段を設けたこと
   と、 （ｂ）前記熱交換器に極低温液を供給する前記手段が前
   記液面信号に応答することを特徴とする請求項４記載の
   装置 （７）、（ａ）前記液体蒸気界面から前記熱交換器の底
   部を通過して前記チェンバーに流入するように気体及び
   蒸気を強制するファンを設けたことを特徴とする請求項
   ４記載の装置 （８）、（ａ）前記熱交換器と前記チェンバーを結ぶ気
   体流路に気体及び蒸気ヒーターを設けたことと、これに
   より （ｂ）前記チェンバー内に配置された前記物品及びまた
   は材料にむかって流動する前記気体及び蒸気を加熱する
   ことを特徴とする請求項１記載の装置 （９）、（ａ）前記チェンバー内に配置された前記物品
   及びまたは材料にむかって流動する前記気体の温度を検
   知し、これを表わす気体温度信号を出力する手段を設け
   たことと、（ｂ）前記熱交換器に極低温液を供給する前
   記手段が前記温度信号に応答することを特徴とする請求
   項１記載の装置 （１０）、（ａ）前記チェンバー内に配置されている前
   記物品及びまたは材料にむかって流動する前記気体の温
   度を検知し、これを表わす気体温度信号を出力する手段
   を設けたことと、 （ｂ）前記熱交換器に極低温液を供給する前記手段が前
   記液面信号のみならず前記温度信号にも応答することを
   特徴とする請求項６記載の装置 （１１）、（ａ）前記チェンバー内に配置されている前
   記物品及びまたは材料にむかって流動する前記気体の温
   度を検出し、これを表わす気体温度信号を出力する手段
   を設けたことと、 （ｂ）前記熱交換器に極低温液を供給する前記手段が前
   記温度信号に応答することを特徴とする請求項８記載の
   装置 （１２）、（ａ）前記チェンバー内に配置されている前
   記物品及びまたは材料にむかって流動する前記気体の温
   度を検出し、これを表わす気体温度信号を出力する手段
   を設けたことと、 （ｂ）前記熱交換器に極低温液を供給する前記手段が前
   記温度信号に応答することと、 （ｃ）前記ヒーターが前記温度信号に応答することを特
   徴とする請求項８記載の装置 （１３）、（ａ）前記熱交換器に極低温液を供給する前
   記手段を制御する制御装置を設けたことと、 （ｂ）前記制御装置が前記液面信号及び前記温度信号に
   応答することを特徴とする請求項９記載の装置 （１４）、（ａ）前記熱交換器に極低温液を供給する前
   記手段を制御する制御装置を設けたことと、 （ｂ）前記制御装置が前記液面信号及び前記温度信号に
   応答することと、 （ｃ）前記制御装置が前記ヒーターをも制御することを
   特徴とする請求項１１記載の装置（１５）、物品及びま
   たは材料から成るペイロード（Ｐａｙｌｏａｄ）の低温
   処理を行う装置において、 （ａ）それぞれが断熱材から成る側壁及び底壁を有し、
   前記側壁及び底壁を接合部において液密状態となるよう
   に接合した処理チェンバーと、 （ｂ）前記チェンバー内に前記物品及びまたは材料を導
   入し、前記チェンバーの底部付近に配置できるように前
   記チェンバーの頂部を開口させたことと、 （ｃ）液体気体熱交換器を含む前記チェンバーの着脱自
   在な頂部キャップと、 （ｄ）前記頂部キャップを垂直枢軸で支持し、前記垂直
   枢軸に沿って移動自在としたことと、これにより、 （ｅ）前記チェンバーの頂部に接近するため前記頂部キ
   ャップを前記チェンバーのヘッドから上昇させると共に
   前記垂直枢軸の一方の側へ横方向に枢動させることがで
   きるようにしたことを特徴とする物品及びまたは材料か
   ら成るペイロードの低温処理を行う装置 （１６）、熱交換器の各部を冷却させるため蒸発させる
   極低温液の開口貯蔵容器と前記容器内における極低温液
   の深さを検知する手段を有する前記熱交換器において、 （ａ）前記容器内の前記液の一定深さに配設した温度応
   答電気素子と、 （ｂ）前記素子の電気的インピーダンスを検出し、これ
   を表わす液面信号を出力する手段と、 （ｃ）前記液面信号に応答する利用手段を含むことを特
   徴とする熱交換器 （１７）、（ａ）前記利用手段が前記容器への前記極低
   温液の流量を制御する手段であることと、 （ｂ）前記検知手段が前記電気的インピーダンスの急激
   な変化を検知し、前記急激な変化を表わす前記液面信号
   を出力することと、 （ｃ）前記液面信号が前記容器への前記制御される極低
   温液流量を制御することを特徴とする請求項１６記載の
   熱交換器 （１８）、（ａ）前記熱交換器の温度が一定レベル以上
   の時にのみ前記電気的インピーダンスが検知されるよう
   に前記素子の電気的インピーダンスを検知する前記手段
   を制御する手段を設けたことと、これにより、 （ｂ）前記熱交換器の温度が前記一定レベル以下の時を
   除いて前記素子が給電されないようにしたことを特徴と
   する請求項１６記載の熱交換器 （１９）、極低温液を囲壁内に収容し、外部から囲壁に
   形成した孔を通して前記囲壁内に機械的駆動軸を進入さ
   せて囲壁内の装置を駆動し、外気が前記囲壁に流入しな
   いように前記駆動軸周りで前記孔をシールする手段を設
   けた低温処理装置において、 （ａ）前記孔において前記軸の周りに環状空間を画定す
   る手段と、 （ｂ）前記環状空間に設けた長繊維グリース混合物を含
   むことを特徴とする低温処理装置（２０）、摩耗、浸食
   または腐食抵抗特性、寸法安定性または切削性を高める
   ため、または応力を除去するため、物品及びまたは材料
   から成るペイロードの低温処理を行う方法であって、 （ａ）チェンバーの開口頂部から前記チェンバーの底部
   付近に前記物品及びまたは材料を配置し、 （ｂ）前記チェンバーの頂部に配設した液体気体熱交換
   器の頂部に設けた開口容器に極低温液を送入して前記容
   器から前記極低温液を蒸発させ、 （ｃ）チェンバー内を流下してチェンバー底部付近の前
   記物品及びまたは材料に達するように前記蒸発極低温液
   を蒸気の状態で前記チェンバーに導入し、 （ｄ）前記チェンバーからの前記気体及び蒸気を前記熱
   交換器によって冷却し、冷却しながら前記チェンバーの
   底部へ流下させて該底部付近の前記物品及びまたは材料
   を冷却させるステップから成ることを特徴とする方法 （２１）、（ｅ）前記気体及び蒸気を冷却するための前
   記熱交換器の底部にむかって流動するように前記チェン
   バーからの気体及び蒸気を強制するステップをも含むこ
   とを特徴とする請求項２０記載の方法（２２）、 （ｆ）前記物品及びまたは材料から成るペイロードの冷
   却速度を制御するため前記気体及び蒸気を加熱するステ
   ップをも含むことを特徴とする請求項２０記載の方法