JP2001012817A - 極低温冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】複数の膨張機を備えた極低温冷凍機で、且つ各
膨張機のバルブモータを共通のインバータ等によって回
転数制御するものに対し、作用圧力切り換え用のバルブ
の開閉時期のずれにより運転状態が不安定になることを
解消し、また、回路内の高圧が上昇し過ぎることによる
エネルギーロスを削減する。 【解決手段】シリンダ（2）内でのディスプレーサ（2
2）の往復動により冷媒ガスを膨張室（30）で膨張させ
て温度降下させるようにした２台の膨張機を互いに並列
に接続した極低温冷凍機である。膨張機の運転サイクル
を設定するロータリバルブ（35）の高圧ポートの個数を
変更する。そして、一方の膨張機はロータリバルブ（3
5）１回転当たり３サイクルの膨張動作を行う。他方の
膨張機はロータリバルブ（35）１回転当たり２サイクル
の膨張動作を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディスプレーサ
（置換器）の往復動によりヘリウム等の作動ガスを膨張
させて極低温レベルの寒冷を発生させる極低温冷凍機に
関し、特に、複数台の膨張機を備えたものに対し冷凍機
全体としての能力を向上させる技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、高圧の作動ガスをシリンダ内
で膨張させて寒冷を発生させる膨張機を有する極低温冷
凍装置として、例えば特開平８−３３４２７３号公報に
開示されているようなＧＭ（ギフォード・マクマホン）
冷凍機が知られている。この冷凍機は、作動ガスとして
のヘリウムガスを圧縮する圧縮機と、この圧縮されたガ
スを膨張させる膨張機とを高圧配管及び低圧配管によっ
て閉回路に接続して構成されている。膨張機に設けられ
たロータリバルブの回転により上記高圧及び低圧配管を
膨張機のシリンダ内に交互に連通させると共に、このロ
ータリバルブの切り換え動作に応じてシリンダ内でスラ
ックピストンを往復動させ、このピストンによりディス
プレーサを往復駆動してヘリウムガスを膨張させること
により、寒冷を発生させるようにしている。

【０００３】上記バルブは、図９に示すように、一端面
に作用圧力切り換え用の溝（36，37）が形成されると共
にバルブモータの駆動軸に連結され、該バルブモータの
駆動に伴って回転して膨張機のシリンダ内に作用する圧
力を切り換えている。また、この溝（36，37）はバルブ
の一端面において左右対称に形成され、バルブが半回転
することで１サイクル（ディスプレーサの一往復）の運
転が行われる構成となっている。

【０００４】また、このようなバルブモータ及びロータ
リバルブを用いた切り換え機構では、バルブモータにお
ける滑りの発生などに伴って、バルブの切り換え時期が
僅かに変動している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の冷
凍機において、１台の圧縮機と、互いに並列に接続され
た複数台の膨張機とを備えたいわゆるマルチ機として構
成することがある。この場合、一般には、各膨張機のバ
ルブモータを共通のインバータによって回転数制御して
いる。つまり、各膨張機のバルブは同一回転数で回転す
ることになる。

【０００６】ところが、このようなマルチ機では、上述
したバルブモータの滑り等に伴うバルブ開閉時期のずれ
によって回路内の高圧側及び低圧側の圧力変動が大きく
なり、安定した冷凍能力を発揮することができなくなる
場合があった。

【０００７】具体的に説明すると、図１に示すように１
台の圧縮機（A）に対して運転サイクルが同一の２台の
膨張機（B1，B2）が互いに並列に接続された冷凍機の場
合について考える。この場合、高圧側及び低圧側の圧力
変動は図１１に示すようになる。図１１の（HP）は高圧
側の圧力変動を、（LP）は低圧側の圧力変動をそれぞれ
示し、（B1）は一方の膨張機の圧力作用状態を、（B2）
は他方の膨張機の圧力作用状態をそれぞれ示すものであ
って、パルスの立ち上がり部分が高圧の作用時間を、立
ち下がり部分が低圧の作用時間である。

【０００８】また、図１１（ａ）は各膨張機のバルブの
切り換え時期にずれがない場合の圧力変動状態を示して
いる。以下、（ｂ）は切り換え時期のずれが０．１２５
secの場合、（ｃ）は切り換え時期のずれが０．２５０s
ecの場合、（ｄ）は切り換え時期のずれが０．３７５se
cの場合の圧力変動状態をそれぞれ示している。

【０００９】このように、バルブの切り換え時期のずれ
に伴って圧力変動状態も大きく変化することになり、安
定した運転状態を維持することができない。

【００１０】また、一般に、この種の冷凍機では、回路
内の高圧が上昇し過ぎた場合に、その余剰圧を低圧側に
バイパスして回路内圧力の異常上昇を回避するようにし
ている。図１１（ａ）に示すような切り換え時期にずれ
がない場合には、両バルブの切換タイミングが一致して
いるため、両バルブが高圧側に同時に開く直前まで回路
内の高圧が上昇することになる。このため、高圧が上昇
し過ぎて余剰圧を低圧側にバイパスするといった状況を
招くことがあり、このような状況では、このバイパス分
だけエネルギーロスが生じることになる。

【００１１】このようなエネルギーロスを回避するため
の構成として、各膨張機それぞれにインバータを設け、
個々を独立して制御し、互いに異なるサイクルで運転さ
せることも考えられる。しかしながら、この構成では複
数台のインバータが必要になり、冷凍機全体としての重
量の増大及びシステム制御の複雑化、コストの増大を招
いてしまうため実用的ではない。

【００１２】本発明は、この点に鑑みてなされたもので
あって、その目的とするところは、複数の膨張機を備え
た極低温冷凍機で、且つ各膨張機のバルブモータを共通
のインバータ等によって回転数制御するものに対し、作
用圧力切り換え用のバルブの開閉時期のずれにより運転
状態が不安定になることを解消し、また、回路内の高圧
が上昇し過ぎることによるエネルギーロスを削減するこ
とにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的の達成のため、
本発明では、複数の膨張機を備えた極低温冷凍機に対
し、各膨張機に備えられて互いに同一回転数で回転する
作用圧力切り換え用のバルブにおける１回転当たりの切
り換え回数を互いに異ならせるようにした。

【００１４】具体的に、請求項１記載の発明は、高圧配
管（LH）及び低圧配管（LL）を有する作動ガス回路
（C）において互いに並列に接続された複数台の膨張機
（B1，B2）を備えている。該各膨張機（B1，B2）は、シ
リンダ（2）内にディスプレーサ（22）が往復動可能に
収容されると共に、シリンダ（2）内部を高圧配管（L
H）に連通させて該シリンダ（2）内に高圧の作動ガスを
作用させる高圧開弁状態とシリンダ（2）内部を低圧配
管（LL）に連通させて該シリンダ（2）内に低圧の作動
ガスを作用させる低圧開弁状態とに交互に切り換わるよ
うに回転するバルブ手段（35）をそれぞれ備えている。
上記各バルブ手段（35，35）が、共通の回転制御手段
（45）によって回転数が制御され、共に同一回転数で回
転し、この回転に伴うバルブ手段（35）の上記切り換わ
り動作によるシリンダ（2）内の圧力変化に伴って、デ
ィスプレーサ（22）がシリンダ（2）内で往復動し、作
動ガスを膨張させて極低温レベルの寒冷を発生させるよ
うにした極低温冷凍機を前提としている。

【００１５】この極低温冷凍機に対し、各膨張機（B1，
B2）のディスプレーサ（22，22）の単位時間当たりの往
復移動回数が互いに異なるように、上記各バルブ手段
（35，35）の１回転当たりにおける高圧開弁状態と低圧
開弁状態との切り換え回数を互いに異ならせた構成とし
ている。

【００１６】この特定事項により、各膨張機（B1，B2）
では、回転制御手段（45）によってバルブ手段（35）の
回転数が制御され、これらバルブ手段（35）は高圧開弁
状態と低圧開弁状態とに交互に切り換わるように回転す
る。これにより、シリンダ（2）内の圧力変化に伴っ
て、ディスプレーサ（22）がシリンダ（2）内で往復動
して、作動ガスを膨張させて極低温レベルの寒冷が発生
する。

【００１７】また、これら回転するバルブ手段（35，3
5）は１回転当たりにおける高圧開弁状態と低圧開弁状
態との切り換え回数が互いに異なっているため、各膨張
機（B1，B2）のディスプレーサ（22，22）の単位時間当
たりの往復移動回数が互いに異なっている。

【００１８】このため、各膨張機（B1，B2）が高圧配管
（LH）に連通するタイミングが一致して高圧側の圧力変
化が大きくなるといった状況は生じ難く、また、バルブ
手段（35）の開閉時期のずれによって回路内の圧力変化
が大きい状況と小さい状況とが生じて運転状態が不安定
化になるといった状況も解消される。

【００１９】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の極低温冷凍機において、各膨張機（B1，B2）のバルブ
手段（35，35）に、高圧開弁状態のときに高圧配管（L
H）に連通する高圧ポート（36）と、低圧開弁状態のと
きに低圧配管（LL）に連通する低圧ポート（37）とを備
え、このバルブ手段（35，35）の回転動作によって高圧
開弁状態と低圧開弁状態とが交互に切り換わるように構
成する。

【００２０】また、各膨張機（B1，B2）のうち一部の膨
張機（B1）のバルブ手段（35）には高圧ポート（36）及
び低圧ポート（37）をそれぞれ奇数個設け、これら高圧
ポート（36）及び低圧ポート（37）を回転方向に亘って
交互に配設する。

【００２１】一方、他の膨張機（B2）のバルブ手段（3
5）には高圧ポート（36）及び低圧ポート（37）をそれ
ぞれ偶数個設け、これら高圧ポート（36）及び低圧ポー
ト（37）を回転方向に亘って交互に配設した構成として
いる。

【００２２】請求項３記載の発明は、上記請求項２記載
の極低温冷凍機において、第１の膨張機（B1）と第２の
膨張機（B2）を備え、該第１の膨張機（B1）のバルブ手
段（35）の高圧ポート（36）及び低圧ポート（37）を回
転方向に亘って３個づつ交互に配設する一方、第２の膨
張機（B2）のバルブ手段（35）の高圧ポート（36）及び
低圧ポート（37）を回転方向に亘って２個づつ交互に配
設した構成としている。

【００２３】これら特定事項により、各バルブ手段（3
5，35）の１回転当たりにおける高圧開弁状態と低圧開
弁状態の切り換え回数が確実に異なることになる。

【００２４】請求項４記載の発明は、上記請求項１記載
の極低温冷凍機において、各膨張機（B1，B2）のうちデ
ィスプレーサ（22，22）の単位時間当たりの往復移動回
数が他の膨張機（B2）よりも多い膨張機（B1）のシリン
ダ（2）内部に、ディスプレーサ（22）が膨張室（30）
の容積を縮小する方向に移動するときに、このディスプ
レーサ（22）の頂部に当接してディスプレーサ（22）の
往復移動ストロークを制限する制限部材（42）を設けた
構成としている。

【００２５】請求項５記載の発明は、上記請求項３記載
の極低温冷凍機において、第１膨張機（B1）を、ディス
プレーサ（22）の往復移動により膨張室（30）において
単段膨張動作を行う単段膨張機で成す一方、第２膨張機
（B2）を、ディスプレーサ（22）の往復移動により膨張
室において２段膨張動作を行う２段膨張機で成した構成
としている。

【００２６】これら特定事項により、各膨張機（B1，B
2）のディスプレーサ（22，22）の単位時間当たりの往
復移動回数が互いに異なるように設定した場合における
各膨張機（B1，B2）の能力のアンバランスを解消でき
る。つまり、ディスプレーサ（22，22）の単位時間当た
りの往復移動回数が多い膨張機（B1）では、これが少な
い膨張機（B2）よりも能力が大きくなる傾向があるが、
請求項４記載の発明では、ディスプレーサ（22）の往復
移動ストロークを制限部材（42）によって制限し、請求
項５記載の発明では、作動ガスの膨張段数を変えること
で各膨張機（B1，B2）の能力をバランスさせるようにし
ている。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基いて説明する。また、本実施形態では、図１に示す如
く、本発明を、１台の圧縮機（A）と、互いに並列に接
続された２台の膨張機（B1，B2）とを備えた極低温冷凍
機に適用した場合について説明する。

【００２８】図１の如く、各膨張機（B1，B2）は、圧縮
機（A）で圧縮された作動ガスとしてのヘリウムガスを
膨張可能とするように、圧縮機（A）に対し高圧配管（L
H）及び低圧配管（LL）によって接続され、該圧縮機
（A）との間で作動ガス回路としての閉回路（C）を構成
している。

【００２９】また、高圧配管（LH）と低圧配管（LL）と
の間にはバイパス配管（LB）が設けられており、このバ
イパス配管（LB）には高圧制御弁（HV）が設けられてい
る。この高圧制御弁（HV）は、バイパス配管（LB）から
延びるパイロットライン（LP）が接続され、バイパス配
管（LB）の内圧が所定値以上に上昇した際に開放して高
圧配管（LH）の高圧ガスの一部を低圧配管（LL）にバイ
パスし、これによって高圧配管（LH）の内圧が異常上昇
しないようにしている。

【００３０】以下、膨張機（B1，B2）の構成について説
明する。尚、各膨張機（B1，B2）は略同様の構成であ
る。そして、図１において右側に位置する第１膨張機
（B1）は単段の膨張機であり、左側に位置する第２膨張
機（B2）は２段膨張を行う２段膨張機である。

【００３１】−第１膨張機の構成の説明− 先ず、第１膨張機（B1）の構成について説明する。

【００３２】図２及び図３に示すように、この膨張機
（B1）は、シリンダ（2）内でディスプレーサ（22）を
ヘリウムガス圧により往復動させて高圧のヘリウムガス
（作動ガス）を膨張させるガス圧駆動式のＧＭサイクル
（ギフォード・マクマホン・サイクル）を行うよう構成
されている。

【００３３】すなわち、この膨張機（B1）は密閉状のモ
ータヘッド（1）と、該モータヘッド（1）の上面に気密
状に連結されたシリンダ（2）とを備えている。このモ
ータヘッド（1）の側面には高圧ガス入口（4）とその上
側に位置する低圧ガス出口（5）とが形成され、高圧ガ
ス入口（4）は上記圧縮機（A）の吐出側に高圧配管（L
H）を介して、また、低圧ガス出口（5）は圧縮機（A）
の吸入側に低圧配管（LL）を介してそれぞれ接続されて
いる。

【００３４】モータヘッド（1）の内部には、上記高圧
ガス入口（4）に連通するモータ室（6）と、該モータ室
（6）の上側に位置し且つ内部空間が下端にてモータ室
（6）に連通する上下方向の貫通孔からなる装着孔（7）
と、この装着孔（7）の周囲に位置する略環状の空間か
らなる中間圧室（8）とが形成されている。

【００３５】また、モータヘッド（1）におけるシリン
ダ（2）との境界部分にはシリンダ（2）下端（基端）の
閉塞部材を構成するバルブステム（9）が嵌挿されてい
る。このバルブステム（9）は、上記装着孔（7）に気密
嵌合されたバルブシート部（9a）と、シリンダ（2）の
内径よりも小径に形成され、このシリンダ（2）内下部
に同心に突出するピストン支持部（9b）と、上記中間圧
室（8）の上壁の一部を構成するフランジ部（9c）とを
備え、バルブシート部（9a）の下面と装着孔（7）の壁
面とで囲まれる空間により、高圧ガス入口（4）に対し
モータ室（6）を介して連通するバルブ室（10）が形成
されている。

【００３６】上記バルブステム（9）には、図６及び図
７にも示すように、下半部が３股状に分岐され（図６及
び図７はそのうちの２つを示している）且つ図６に示す
状態において上記バルブ室（10）をシリンダ（2）内に
連通する第１ガス流路（12）と、図７に示す状態におい
て一端が第１ガス流路（12）に後述するロータリバルブ
（35）の低圧ポート（37）を介して連通すると共に、他
端が上記低圧ガス出口（5）にモータヘッド（1）に形成
した低圧通路（13）を介して連通する第２ガス流路（1
4）とが貫通形成されている。上記第１ガス流路（12）
はその途中にてキャピラリ管（15）を介して上記中間圧
室（8）に常時連通している。

【００３７】上記両ガス流路（12，14）は、バルブ室
（10）に臨むバルブステム（9）のバルブシート部（9
a）下面において、図４に示すように、第２ガス流路（1
4）にあってはバルブステム（9）中心部に、分岐された
第１ガス流路（12，12，12）にあっては該第２ガス流路
（14）の外周囲で周方向に等しい間隔を存した３箇所に
それぞれ開口されている。

【００３８】一方、シリンダ（2）内の下端部には底壁
を有する略逆カップ形状のスラックピストン（17）がそ
の内側面を上記バルブステム（9）のピストン支持部（9
b）に摺動案内せしめた状態で往復動可能に外嵌合さ
れ、このスラックピストン（17）によりシリンダ（2）
内上部に上側圧力室（29）が、またシリンダ（2）内下
端に下側圧力室（20）がそれぞれ区画形成され、上記下
側圧力室（20）は上記モータヘッド（1）内の中間圧室
（8）にオリフィス（21）を介して常時連通されてい
る。

【００３９】従って、下側圧力室（20）は高圧及び低圧
のヘリウムガスの中間圧力に設定され、この下側圧力室
（20）と上側圧力室（29）との各ガス圧の圧力差によっ
てスラックピストン（17）がディスプレーサ（22）と共
に往復動するように構成されている。上記スラックピス
トン（17）底壁の中心部には大径の中心孔（18）が貫通
形成され、周縁角部にはピストン（17）内外を連通する
複数の連通孔（19，19，…）が形成されている。

【００４０】また、上記シリンダ（2）内にはディスプ
レーサ（22）（置換器）が後述の膨張室（30）の体積の
最大となる上死点（下降端位置）と同体積の最小となる
下死点（上昇端位置）との間で往復動するように嵌合さ
れている。このディスプレーサ（22）により、スラック
ピストン（17）上方のシリンダ（2）内の空間が下側か
ら順に上記上側圧力室（29）、膨張室（30）に区画され
ている。上記ディスプレーサ（22）内の空間は上記膨張
室（30）に図示しない連通孔を介して常時連通され、こ
のディスプレーサ（22）内の空間には蓄冷型熱交換器よ
りなる蓄冷器（24）が嵌装されている。

【００４１】更に、上記ディスプレーサ（22）には、そ
の内部空間を上記上側圧力室（29）に連通する管状の係
止片（33）が一体に突設されている。この係止片（33）
の下部は上記スラックピストン（17）底壁の中心孔（1
8）を貫通してピストン（17）内部に所定寸法だけ延
び、その下端部にはピストン（17）底壁に係合するフラ
ンジ状の係止部（33a）が一体に形成されている。

【００４２】スラックピストン（17）の上昇移動時、ピ
ストン（17）が所定ストロークだけ上昇した時点でその
底壁上面とディスプレーサ（22）下面との当接により、
ディスプレーサ（22）がピストン（17）に駆動されて上
昇開始する一方、スラックピストン（17）の下降移動
時、ピストン（17）が所定ストロークだけ下降した時点
でその底壁下面と係止片（33）の係止部（33a）との係
合により、ディスプレーサ（22）がピストン（17）に駆
動されて下降開始するように、つまりディスプレーサ
（22）が所定ストロークの遅れをもってピストン（17）
に追従移動するように構成されている。

【００４３】上記モータヘッド（1）のバルブ室（10）
内には、シリンダ（2）内の膨張空間としての上側圧力
室（29）及び膨張室（30）に高圧ヘリウムガスを供給す
る高圧開弁状態と、上側圧力室（29）及び膨張室（30）
のヘリウムガスを排出する低圧開弁状態とに交互に切り
換わるバルブ手段としてのロータリバルブ（35）が配設
されている。このロータリバルブ（35）は、モータ室
（6）に配置したバルブモータ（39）により回転駆動さ
れる。

【００４４】そして、このロータリバルブ（35）の切換
動作により、高圧ガス入口（4）つまり該高圧ガス入口
（4）に連通するバルブ室（10）と、低圧ガス出口（5）
つまり該低圧ガス出口（5）に連通する低圧通路（13）
とをシリンダ（2）内の上側圧力室（29）、膨張室（3
0）に対し交互に連通する。

【００４５】すなわち、上記ロータリバルブ（35）の下
面中心部にはバルブモータ（39）の出力軸（39a）が回
転一体に係合されている。また、ロータリバルブ（35）
下面とバルブモータ（39）との間にはスプリングが縮装
され、このスプリングのばね力とバルブ室（10）の高圧
ヘリウムガスの圧力とによりロータリバルブ（35）上面
をバルブステム（9）のバルブシート部（9a）下面に対
し一定の押圧力で押し付けている。

【００４６】この第１膨張機（B1）に採用されているロ
ータリバルブ（35）は、図５に示す如く、その上面に、
周方向に等間隔を存した３箇所において外周縁から中心
方向に所定長さだけ切り込んでなる３個の高圧ポート
（36，36，36）と、該高圧ポート（36，36，36）に対し
ロータリバルブ（35）の回転方向（同図で矢印にて示す
方向）に略６０°の角度間隔をあけて配置された低圧ポ
ート（37，37，37）とが形成されている。

【００４７】これら低圧ポート（37，37，37）は、バル
ブ（35）上面の中心から外周縁近傍に向かって半径方向
に３方向に延びるように切り欠いてなる連絡溝（38）に
よって互いに連通されている。バルブモータ（39）の駆
動によりロータリバルブ（35）をその上面がバルブステ
ム（9）下面に圧接した状態で回転させて開閉切換えさ
せ、このロータリバルブ（35）の切換えにより上側圧力
室（29）と下側圧力室（20）との間に圧力差を生じさ
せ、この圧力差によりシリンダ（2）内でスラックピス
トン（17）を昇降移動させ、ディスプレーサ（22）を上
死点（下降端位置）と下死点（上昇端位置）との間で往
復動させる。

【００４８】つまり、ロータリバルブ（35）の回転によ
り、図６に示すように、その上面の高圧ポート（36，3
6，36）の内端がそれぞれバルブステム（9）のバルブシ
ート部（9a）下面に開口する第１ガス流路（12）の３つ
の開口端に合致したときには、バルブ室（10）（高圧ガ
ス入口（4））を高圧ポート（36，36，36）及び第１ガ
ス流路（12）を介してシリンダ（2）内の上側圧力室（2
9）、膨張室（30）に連通させて、これら各室（29，3
0）に高圧ヘリウムガスを導入充填すると共に、その高
圧となった上側圧力室（29）と下側圧力室（20）とのガ
ス圧の差によってスラックピストン（17）をディスプレ
ーサ（22）と共に下降させる。

【００４９】一方、図７に示す如く、バルブシート部
（9a）下面に開口する第２ガス流路（14）に連絡溝（3
8）を介して常時連通する低圧ポート（37，37，37）が
それぞれ上記第１ガス流路（12）の各開口端に合致した
ときには、上記シリンダ（2）内の各室（29，30）を第
１ガス流路（12）、低圧ポート（37，37，37）、第２ガ
ス流路（14）及び低圧通路（13）を介して低圧ガス出口
（5）に連通させて、各室（29，30）に充填されている
ヘリウムガスを膨張させながら低圧ガス出口（5）に排
出すると共に、この低圧となった上側圧力室（29）と下
側圧力室（20）とのガス圧の差によってスラックピスト
ン（17）をディスプレーサ（22）と共に上昇させ、その
間、ヘリウムガスはサイモン膨張しながら低圧ガス出口
（5）に抜けていく。

【００５０】その膨張に伴う温度降下により極低温レベ
ルの寒冷を発生させ、その寒冷により膨張室（30）に対
応するシリンダ（2）の先端（上端）のヒートステーシ
ョン（41）が所定温度レベルに冷却保持するように構成
されている。

【００５１】−第２膨張機の構成− 次に、第２膨張機（B2）について第１膨張機（B1）と異
なる構成部分を説明する。この第２膨張機（B2）は、上
述したように２段膨張機でなっている。つまり、図１に
示す如く、シリンダ（2）は大径部（2a）及び小径部（2
b）を備えた大小２段構造に形成されている。

【００５２】ディスプレーサ（22）は、シリンダ（2）
の大径部（2a）内を摺動する密閉円筒状の図示しない第
１段ディスプレーサと、該第１段ディスプレーサの上端
に移動一体に結合され、シリンダ（2）の小径部（2b）
内を摺動する図示しない密閉円筒状の第２段ディスプレ
ーサとから構成されている。これにより、第１段ディス
プレーサの先端側に第１段膨張室が、第２段ディスプレ
ーサの先端側に第２段膨張室がそれぞれ形成されてい
る。

【００５３】第２膨張機（B2）に採用されているバルブ
ステム（9）の第１ガス流路（12）は、下半部が２股状
に分岐され、それぞれがバルブシート部（9a）の下面に
開口している。つまり、バルブシート部（9a）下面にお
いて、図８に示すように、第２ガス流路（14）にあって
はバルブステム（9）中心部に、分岐された第１ガス流
路（12，12）にあっては該第２ガス流路（14）に対して
対称な位置にそれぞれ開口している。

【００５４】第２膨張機（B2）のロータリバルブ（35）
の上面には、図９に示すように、その半径方向に対向す
る外周縁から中心方向に所定長さだけ切り込んでなる１
対の高圧ポート（36，36）と、該高圧ポート（36，36）
に対しロータリバルブ（35）の回転方向（同図で矢印に
て示す方向）に略９０°の角度間隔をあけて配置された
低圧ポート（37，37）とが形成されている。これら低圧
ポート（37，37）は、バルブ（35）上面の中心から外周
縁近傍に向かって直径方向に切り欠いてなる連絡溝（3
8）によって互いに連通されている。

【００５５】これにより、バルブモータ（39）の駆動に
よりロータリバルブ（35）をその上面がバルブステム
（9）下面に圧接した状態で回転させて開閉切換えさ
せ、このロータリバルブ（35）の切換えにより上側圧力
室（29）と下側圧力室（20）との間に圧力差を生じさせ
て、この圧力差によりシリンダ（2）内でスラックピス
トン（17）を昇降移動させ、ディスプレーサ（22）を上
死点（下降端位置）と下死点（上昇端位置）との間で往
復動させるようにしている。

【００５６】以上のように構成された各膨張機（B1，B
2）のバルブモータ（39）は回転制御手段としての共通
のインバータ（45）によって回転制御されるようになっ
ている。従って、これら各膨張機（B1，B2）のバルブモ
ータ（39）は互いに同一回転数で回転駆動し、これに伴
って各ロータリバルブ（35）も同一回転数で回転する構
成となっている。

【００５７】そして、上述したように、第１膨張機（B
1）では、バルブシート部（9a）の下面に３股に分岐さ
れた第１ガス流路（12）の一端が開放されると共に、ロ
ータリバルブ（35）の上面には、周方向に亘って３箇所
に高圧ポート（36，36，36）が、この高圧ポート（36，
36，36）間に低圧ポート（37，37，37）がそれぞれ位置
しているため、ロータリバルブ（35）が１回転する間
に、各室（29，30）に高圧ヘリウムガスを導入充填する
動作と、各室（29，30）に充填されているヘリウムガス
を膨張させながら低圧ガス出口（5）に排出する動作と
が３回づつ行われる。つまり、ロータリバルブ（35）の
１回転当たり３サイクルの動作が行われる構成となって
いる。

【００５８】これに対し、上述したように、第２膨張機
（B2）では、バルブシート部（9a）の下面に２股に分岐
された第１ガス流路（12）の一端が開放されると共に、
ロータリバルブ（35）の上面に周方向に亘って一対の高
圧ポート（36，36）と、この高圧ポート（36，36）間に
低圧ポート（37，37）が位置しているため、ロータリバ
ルブ（35）が１回転する間に、各室（29，30）に高圧ヘ
リウムガスを導入充填する動作と、各室（29，30）に充
填されているヘリウムガスを膨張させながら低圧ガス出
口（5）に排出する動作とが２回づつ行われる。つま
り、ロータリバルブ（35）の１回転当たり２サイクルの
動作が行われる。

【００５９】このように、各ロータリバルブ（35）が共
通のインバータ（45）によって同一回転数で回転されて
いても、各膨張機（B1，B2）における単位時間当たりの
運転サイクル（ディスプレーサ（22）の単位時間当たり
の往復移動回数）は互いに異なるように構成されてい
る。

【００６０】また、このように、各膨張機（B1，B2）の
運転サイクルが異なっている場合、運転サイクルの大き
い側の能力が大きくなるため各膨張機（B1，B2）の能力
のアンバランスが生じることがあるが、本実施形態で
は、図２に仮想線で示すように、第１膨張機（B1）のシ
リンダ（2）内上端部に制限部材としての所定厚さ寸法
のバンパー（42）を設け、膨張室（30）を収縮する方向
へ移動してくるディスプレーサ（22）の頂面を、このバ
ンパー（42）に当接させることでディスプレーサ（22）
の往復移動ストロークに制限を与えて第２膨張機（B2）
との能力を略一致させるようにしている。

【００６１】また、第１膨張機（B1）を単段膨張機で成
し、第２膨張機（B2）を単段膨張機よりも大きな能力が
得られる２段膨張機で成したことも各膨張機（B1，B2）
の能力略一致させることに寄与している。

【００６２】−運転動作の説明− 次に、上述の如く構成された極低温冷凍機の運転動作に
ついて説明する。

【００６３】第１膨張機（B1）の作動は基本的に通常の
ものと同様に行われる。すなわち、膨張機（B1）におけ
るシリンダ（2）内の圧力が低圧であって、ディスプレ
ーサ（22）がスラックピストン（17）と共に下死点つま
り上昇端位置にある状態において、バルブモータ（39）
の駆動によるロータリバルブ（35）の回転により、その
高圧ポート（36，36，36）がバルブステム（9）下面の
第１ガス流路（12）の各開口端に合致してロータリバル
ブ（35）が高圧側に開く高圧開弁状態になると、膨張機
（B1，B2）の高圧ガス入口（4）及びモータ室（6）を介
してバルブ室（10）に供給されている常温の高圧ヘリウ
ムガスが上記ロータリバルブ（35）の高圧ポート（36，
36，36）及び第１ガス流路（12）を介してスラックピス
トン（17）上方の上側圧力室（29）に導入されると共
に、更に、この上側圧力室（29）から、ディスプレーサ
（22）の蓄冷器（24）を通って膨張室（30）に充填さ
れ、この蓄冷器（24）を通る間に熱交換によって冷却さ
れる。

【００６４】そして、上記スラックピストン（17）上側
の上側圧力室（29）のガス圧が下側の下側圧力室（20）
よりも高くなると、両圧力室（20，29）間の圧力差によ
ってピストン（17）が下降し、このピストン（17）の下
降ストロークが所定値に達したときに、該ピストン（1
7）の底壁下面とディスプレーサ（22）下端における係
止片（33）の係止部（33a）とが係合して、ディスプレ
ーサ（22）は圧力変化に対し遅れを持ってピストン（1
7）により下死点から引き下げられ、このディスプレー
サ（22）の下降移動によりその上方の膨張室（30）に更
に高圧ガスが充填される。

【００６５】この後、上記ロータリバルブ（35）が閉じ
ると、その後もディスプレーサ（22）は慣性力によって
下降し、これに伴い、ディスプレーサ（22）上方の上側
圧力室（29）内のヘリウムガスが膨張室（30）に移動す
る。

【００６６】このディスプレーサ（22）が上死点つまり
下降端位置に達した後、ロータリバルブ（35）の低圧ポ
ート（37，37，37）が上記バルブステム（9）下面の第
１ガス流路（12）の開口端に合致してバルブ（35）が低
圧側に開く低圧開弁状態となり、この開弁に伴い、上記
ディスプレーサ（22）上方の膨張室（30）内のヘリウム
ガスがサイモン膨張し、このガスの膨張に伴う温度降下
によりヒートステーション（41）が所定温度レベルに冷
却される。

【００６７】上記膨張室（30）で低温状態となったヘリ
ウムガスは、上記ガス導入時とは逆に、ディスプレーサ
（22）内の蓄冷器（24）を通って上記上側圧力室（29）
内に戻り、その間に蓄冷器（24）を冷却しながら自身が
常温まで暖められる。

【００６８】そして、この常温のヘリウムガスは、更に
上側圧力室（29）内のガスと共に第１ガス流路（12）、
バルブ（35）の低圧ポート（37）、低圧通路（13）を介
して膨張機（B1）外に排出され、低圧ガス出口（5）を
通って圧縮機に流れてそれに吸入される。このガス排出
に伴い上記上側圧力室（29）内のガス圧が低下し、その
下側圧力室（20）との圧力差によりスラックピストン
（17）が上昇し、このピストン（17）の底壁上面がディ
スプレーサ（22）の下面に当接した後は該ディスプレー
サ（22）が押圧されて上死点から上昇し、このディスプ
レーサ（22）の上昇移動により膨張室（30）内のガスが
膨張機（B1）外にさらに排出される。

【００６９】次いで、ロータリバルブ（35）が閉じる
が、この後もディスプレーサ（22）は下死点（上昇端位
置）まで上昇移動し、膨張室（30）内のガスが排出され
て最初の状態に戻る。以上によりディスプレーサ（22）
の動作の１サイクルが終了して、以後は上記と同様な動
作が繰り返され、ヒートステーション（41）の温度は極
低温レベルに向かって次第に降下する。

【００７０】一方、第２膨張機（B2）の作動も、上記第
１膨張機（B1）の作動と同様にして行われる。この第２
膨張機（B2）の場合には、第１及び第２ディスプレーサ
の往復動により第１ディスプレーサ先端側の膨張室及び
第２ディスプレーサ先端側の膨張室それぞれにおいて極
低温レベルの寒冷が発生されることになる。

【００７１】以上のような運転動作により各膨張機（B
1，B2）において極低温レベルの寒冷が得られる。

【００７２】また、上述したように、各膨張機（B1，B
2）は、それぞれロータリバルブ（35，35）が共通のイ
ンバータ（45）によって同一回転数で回転されていてい
るが、これらバルブ（35，35）のポート（36，37）の形
状や、バルブステム（9）の第１ガス流路（12）の形状
が異なっているので、各膨張機（B1，B2）における単位
時間当たりの運転サイクルは互いに異なっている。

【００７３】このため、各膨張機（B1，B2）が同時に高
圧配管（LH）に連通して高圧側の圧力変化が大きくなる
といった状況は生じ難く、また、ロータリバルブ（35）
の開閉時期のずれによって回路（C）内の圧力変化が大
きい状況と小さい状況とが生じて運転状態が不安定化に
なるといった状況も解消される。

【００７４】このため、従来のように、単位時間当たり
の運転サイクルが等しい膨張機を使用した場合のよう
に、バルブの切り換え時期のずれに伴って圧力変動状態
が大きく変化して運転状態が不安定になるといったこと
を回避でき、安定した運転状態を維持することができ
る。

【００７５】また、バルブの切り換え時期にずれがない
場合、従来では両バルブの切換タイミングが一致するた
め、両バルブが高圧側に同時に開く直前まで回路内の高
圧が上昇することになって高圧が上昇し過ぎ、余剰圧を
低圧側にバイパスするといった状況を招くことがあった
が、本実施形態では、このような状況の発生はなくな
り、エネルギーロスの発生を回避して運転効率の向上を
図ることができる。

【００７６】従って、このエネルギーロスを回避するた
めに、各膨張機それぞれにインバータを設けるといった
構成を採用する必要がなく、冷凍機全体としての重量の
増大及びシステム制御の複雑化、コストの増大を招くこ
となしにエネルギーロスを削減することができる。

【００７７】−比較解析− 次に、本発明の効果を確認するために行った比較解析に
ついて説明する。

【００７８】ここでは、上述した従来のように、一対の
膨張機のそれぞれを上述した第２膨張機（B2）と同様の
構成、つまり、ロータリバルブ（35）１回転当たり２サ
イクルの運転を行うものを採用した場合と、本実施形態
のように、ロータリバルブ（35）１回転当たり２サイク
ルの運転を行うものと３サイクルの運転を行うものとを
併用した場合とを用いて行う。そして、これら両冷凍機
の回路（C）中の高圧側及び低圧側の圧力変動を比較解
析した。

【００７９】図１１は、従来の構成におけるバルブの切
り換え周期のずれと、回路中の高圧側及び低圧側の圧力
変動との関係を示している。図１０は、本実施形態の構
成におけるバルブの切り換え周期のずれと、回路中の高
圧側及び低圧側の圧力変動との関係を示している。各図
における（HP）は高圧側の圧力変動を、（LP）は低圧側
の圧力変動をそれぞれ示し、（B1）は第１膨張機の圧力
作動状態を、（B2）は第２膨張機の圧力作動状態をそれ
ぞれ示すものであって、パルスの立ち上がり部分が高圧
の作用時間を、立ち下がり部分が低圧の作用時間であ
る。

【００８０】また、各図の（ａ）は各膨張機（B1，B2）
のバルブの切り換え時期にずれがない場合の圧力変動状
態を示している。以下、（ｂ）は切り換え時期のずれが
０．１２５secの場合、（ｃ）は切り換え時期のずれが
０．２５０secの場合、（ｄ）は切り換え時期のずれが
０．３７５secの場合の圧力変動状態である。

【００８１】この各図を比較すると、本実施形態の構成
によれば、バルブの切り換え時期のずれが回路中の高圧
側及び低圧側の圧力変動に与える影響は小さいことが判
る。つまり、本実施形態の構成によれば、バルブの切り
換え時期のずれの大小に拘わりなく安定した運転状態が
得られることが確認された。

【００８２】また、特に、図１０（ａ）と図１１（ａ）
とを比較すると、バルブの切り換え時期にずれがない場
合において、図１１（ａ）のものでは高圧側の圧力変動
が大きく、高圧が上昇し過ぎて余剰圧をバイパス配管
（LB）にバイパスする状況が生じやすく、このバイパス
分だけエネルギロスが生じる可能性が高いが、図１０
（ａ）で示す本実施形態の構成のものでは、高圧側の圧
力変動が小さいため、この余剰圧をバイパスさせる状況
が生じ難くエネルギロスが小さく、運転効率の向上を図
ることができる。

【００８３】つまり、上記エネルギロスを回避するため
に、各膨張機それぞれにインバータを設け、個々を独立
して制御し、互いに異なる周波数で運転させるといった
必要がなくなり、冷凍機全体としての重量の増大及びシ
ステム制御の複雑化、コストの増大を招くことなしに運
転効率の向上を図ることができる。

【００８４】尚、本発明は、上記実施例の如きＧＭサイ
クルを持つヘリウム冷凍機に限らず、ヘリウムガス以外
の冷媒ガスを使用するものに対しても適用できるのは勿
論である。

【００８５】また、本実施形態では互いに並列接続され
た２台の膨張機（B1，B2）を備えた極低温冷凍機につい
て説明したが、本発明は、これに限らず、３台以上の膨
張機を備えた極低温冷凍機に対して適用することも可能
である。この場合、全ての膨張機の単位時間当たりの運
転サイクルが互いに異なる構成としたり、少なくとも２
台の膨張機の単位時間当たりの運転サイクルが互いに異
なる構成とする。

【００８６】また、本実施形態では第１膨張機（B1）の
ロータリバルブ（35）には高圧ポート（36，36，36）及
び低圧ポート（37，37，37）をそれぞれ２個づつ設け、
第２膨張機（B2）のロータリバルブ（35）には高圧ポー
ト（36，36）及び低圧ポート（37，37）をそれぞれ２個
づつ設けたが、本発明はこれに限らず、各膨張機（B1，
B2）のロータリバルブ（35，35）のポート（36，37）の
数が互いに異なっていればよい。

【００８７】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、以下に述べるような効果が発揮される。

【００８８】請求項１記載の発明では、並列に接続され
た複数の膨張機（B1，B2）を備えた極低温冷凍機に対
し、各膨張機（B1，B2）に備えられて互いに同一回転数
で回転する作用圧力切り換え用のバルブ手段（35，35）
における１回転当たりの切り換え回数を互いに異ならせ
るようにした。このため、各膨張機（B1，B2）が高圧配
管（LH）に連通するタイミングが一致して高圧側の圧力
変化が大きくなるといった状況は生じ難く、また、バル
ブ手段（35，35）の開閉時期のずれによって作動ガス回
路（C）内の圧力変化が大きい状況と小さい状況とが生
じて運転状態が不安定化になるといった状況も解消され
る。

【００８９】このため、従来のように、単位時間当たり
の運転サイクルが等しい膨張機を使用した場合のよう
に、バルブの切り換え時期のずれに伴って圧力変動状態
が大きく変化して運転状態が不安定になるといったこと
を回避でき、安定した運転状態を維持することができ
る。

【００９０】また、バルブの切り換え時期にずれがない
場合、従来では両バルブの切換タイミングが一致するた
め、両バルブが高圧側に同時に開く直前まで回路内の高
圧が上昇することになって高圧が上昇し過ぎ、余剰圧を
低圧側にバイパスするといった状況を招くことがあった
が、本実施形態では、このような状況の発生はなくな
り、エネルギーロスの発生を回避して運転効率の向上を
図ることができる。

【００９１】従って、このエネルギーロスを回避するた
めに、各膨張機それぞれにインバータを設けるといった
構成を採用する必要がなく、冷凍機全体としての重量の
増大及びシステム制御の複雑化、コストの増大を招くこ
となしにエネルギーロスを削減することができる。

【００９２】請求項２記載の発明では、各膨張機（B1，
B2）のうち一部の膨張機（B1）のバルブ手段（35）には
高圧ポート（36）及び低圧ポート（37）をそれぞれ奇数
個設け、これら高圧ポート（36）及び低圧ポート（37）
を回転方向に亘って交互に配設する。一方、他の膨張機
（B2）のバルブ手段（35）には高圧ポート（36）及び低
圧ポート（37）をそれぞれ偶数個設け、これら高圧ポー
ト（36）及び低圧ポート（37）を回転方向に亘って交互
に配設した構成としている。

【００９３】特に、請求項３記載の発明では、２台の膨
張機（B1，B2）を備えたものに対し、一方の膨張機（B
1）のバルブ手段（35）の高圧ポート（36）及び低圧ポ
ート（37）を回転方向に亘って３個づつ交互に配設する
一方、他方の膨張機（B2）のバルブ手段（35）の高圧ポ
ート（36）及び低圧ポート（37）を回転方向に亘って２
個づつ交互に配設した。

【００９４】このため、各バルブ手段（35，35）の１回
転当たりにおける高圧開弁状態と低圧開弁状態との切り
換え回数を互いに異ならせるための構成が具体的に得ら
れ、冷凍機の実用性の向上を図ることができる。

【００９５】請求項４記載の発明は、各膨張機（B1，B
2）のうちディスプレーサ（22，22）の単位時間当たり
の往復移動回数が他の膨張機（B2）よりも多い膨張機
（B1）のシリンダ（2）内部に、ディスプレーサ（22）
が膨張室（30）の容積を縮小する方向に移動するとき
に、このディスプレーサ（22）の頂部に当接してディス
プレーサ（22）の往復移動ストロークを制限する制限部
材（42）を設けている。

【００９６】また、請求項５記載の発明は、２台の膨張
機（B1，B2）を備えたものに対し、一方の膨張機（B1）
を単段膨張機に構成し、他方の膨張機（B2）を２段膨張
機に構成している。つまり、ディスプレーサ（22，22）
の単位時間当たりの往復移動回数が多い膨張機（B1）で
は、これが少ない膨張機（B2）よりも能力が大きくなる
傾向があるが、請求項４記載の発明では、ディスプレー
サ（22）の往復移動ストロークを制限部材（42）によっ
て制限し、請求項５記載の発明では、作動ガスの膨張段
数を変えることで各膨張機（B1，B2）の能力をバランス
させるようにしている。

【００９７】このため、各膨張機（B1，B2）のディスプ
レーサ（22，22）の単位時間当たりの往復移動回数が互
いに異なるように設定した場合における各膨張機（B1，
B2）の能力のアンバランスを解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る極低温冷凍機の回路構成を示す
図である。

【図２】膨張機の全体構成を示す断面図である。

【図３】膨張機のモータヘッド内部の構成を示す断面図
である。

【図４】第１膨張機のバルブステム下端面を示す図であ
る。

【図５】図５（ａ）は第１膨張機のロータリバルブの平
面図、図５（ｂ）はその側面図である。

【図６】ロータリバルブの高圧開弁状態を示す拡大断面
図である。

【図７】ロータリバルブの低圧開弁状態を示す拡大断面
図である。

【図８】第２膨張機のバルブステム下端面を示す図であ
る。

【図９】図９（ａ）は第２膨張機のロータリバルブの平
面図、図９（ｂ）はその側面図である。

【図１０】本実施形態における回路中の高圧側及び低圧
側の圧力変動状態を示す図である。

【図１１】従来例に係る、ロータリバルブ１回転当たり
２サイクルの運転を行う一対の膨張機を併用した場合の
回路中の高圧側及び低圧側の圧力変動状態を示す図であ
る。

【符号の説明】

B1，B2 膨張機 C 閉回路（作動ガス回路） 2 シリンダ 22 ディスプレーサ 30 膨張室 35 ロータリバルブ（バルブ手段） 36 高圧ポート 37 低圧ポート 42 バンパー（制限手段） 45 インバータ（回転制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺井 元昭 愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 稲玉 哲 愛知県名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 中尾 裕行 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 (72)発明者 山口 達也 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所内 (72)発明者 富岡 計次 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所内 (72)発明者 栗原 利行 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧配管（LH）及び低圧配管（LL）を有
   する作動ガス回路（C）において互いに並列に接続され
   た複数台の膨張機（B1，B2）を備え、 該各膨張機（B1，B2）は、シリンダ（2）内にディスプ
   レーサ（22）が往復動可能に収容されると共に、シリン
   ダ（2）内部を高圧配管（LH）に連通させて該シリンダ
   （2）内に高圧の作動ガスを作用させる高圧開弁状態と
   シリンダ（2）内部を低圧配管（LL）に連通させて該シ
   リンダ（2）内に低圧の作動ガスを作用させる低圧開弁
   状態とに交互に切り換わるように回転するバルブ手段
   （35）をそれぞれ備え、 上記各バルブ手段（35，35）は、共通の回転制御手段
   （45）によって回転数が制御され、共に同一回転数で回
   転し、この回転に伴うバルブ手段（35）の上記切り換わ
   り動作によるシリンダ（2）内の圧力変化に伴って、デ
   ィスプレーサ（22）がシリンダ（2）内で往復動し、作
   動ガスを膨張させて極低温レベルの寒冷を発生させるよ
   うにした極低温冷凍機において、 上記各バルブ手段（35，35）は、各膨張機（B1，B2）の
   ディスプレーサ（22，22）の単位時間当たりの往復移動
   回数が互いに異なるように、１回転当たりにおける高圧
   開弁状態と低圧開弁状態との切り換え回数が互いに異な
   っていることを特徴とする極低温冷凍機。
2. 【請求項２】 請求項１記載の極低温冷凍機において、 各膨張機（B1，B2）のバルブ手段（35，35）は、高圧開
   弁状態のときに高圧配管（LH）に連通する高圧ポート
   （36）と、低圧開弁状態のときに低圧配管（LL）に連通
   する低圧ポート（37）とを備え、回転動作によって高圧
   開弁状態と低圧開弁状態とが交互に切り換わるように構
   成され、 各膨張機（B1，B2）のうち一部の膨張機（B1）のバルブ
   手段（35）は高圧ポート（36）及び低圧ポート（37）が
   それぞれ奇数個設けられ、これら高圧ポート（36）及び
   低圧ポート（37）が回転方向に亘って交互に配設される
   一方、他の膨張機（B2）のバルブ手段（35）は高圧ポー
   ト（36）及び低圧ポート（37）がそれぞれ偶数個設けら
   れ、これら高圧ポート（36）及び低圧ポート（37）が回
   転方向に亘って交互に配設されていることを特徴とする
   極低温冷凍機。
3. 【請求項３】 請求項２記載の極低温冷凍機において、 第１の膨張機（B1）と第２の膨張機（B2）を備え、第１
   の膨張機（B1）のバルブ手段（35）の高圧ポート（36）
   及び低圧ポート（37）は回転方向に亘って３個づつ交互
   に配設される一方、第２の膨張機（B2）のバルブ手段
   （35）の高圧ポート（36）及び低圧ポート（37）は回転
   方向に亘って２個づつ交互に配設されていることを特徴
   とする極低温冷凍機。
4. 【請求項４】 請求項１記載の極低温冷凍機において、 各膨張機（B1，B2）のうちディスプレーサ（22，22）の
   単位時間当たりの往復移動回数が他の膨張機（B2）より
   も多い膨張機（B1）のシリンダ（2）内部には、ディス
   プレーサ（22）が膨張室（30）の容積を縮小する方向に
   移動するときに、このディスプレーサ（22）の頂部に当
   接してディスプレーサ（22）の往復移動ストロークを制
   限する制限部材（42）が設けられていることを特徴とす
   る極低温冷凍機。
5. 【請求項５】 請求項３記載の極低温冷凍機において、 第１膨張機（B1）はディスプレーサ（22）の往復移動に
   より膨張室（30）において単段膨張動作を行う単段膨張
   機で成る一方、第２膨張機（B2）はディスプレーサ（2
   2）の往復移動により膨張室において２段膨張動作を行
   う２段膨張機で成っていることを特徴とする極低温冷凍
   機。