JP2018204923A - 多段型蓄冷式冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】 多段シリンダの先端側を構成するシリンダ部を十分に補強することができる多段型蓄冷式冷凍機を提供すること。【解決手段】 二段型ＧＭ冷凍機１は、径が異なる一段目シリンダ部２１及び二段目シリンダ部２２により段付円筒状に形成される多段シリンダ２と、多段シリンダ２内に設けられる蓄冷手段と、各シリンダ部にそれぞれ設けられる冷却ステージＣ１，Ｃ２と、多段シリンダ２内の圧力を変動させる圧力変動機構５と、二段目シリンダ部２２を補強するための補強部材８と、を備える。補強部材８は二段目シリンダ部２２の外周に配設され、一段目シリンダ部２１に設けられる一段目冷却ステージＣ１に接触し且つ固定される第一接触固定面と、二段目シリンダ部２２に設けられる二段目冷却ステージＣ２に接触し且つ固定される第二接触固定面と、二段目シリンダ部２２の外周面に接触し且つ固定される第三接触固定面とを有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、多段型蓄冷式冷凍機に関する。

３０Ｋ以下の極低温を得るために、多段型蓄冷式冷凍機が良く用いられる。多段型蓄冷式冷凍機は、先端に向かうにつれて段階的に径が小さくなるように、径の異なる複数のシリンダ部が軸方向に沿って同心的に配設されることにより構成される多段シリンダを備える。多段シリンダ内には蓄冷手段（例えば、蓄冷材）が配設される。また、各シリンダ部の先端部には、冷却ステージが設けられる。最も先端のシリンダ部に設けられた冷却ステージにて、極低温が発生する。

また、多段型蓄冷式冷凍機は、多段シリンダ内の圧力を変動させるための圧力変動機構を備える。一般的に圧力変動機構は、コンプレッサと高低圧切換機構を有し、高低圧切換機構の動作により多段シリンダ内に高圧と低圧が交互に供給される。多段シリンダ内の圧力変動位相と多段シリンダ内の作動ガスの体積変化の位相とを調整することで、各シリンダ部に設けられた冷却ステージにて冷熱が発生する。

多段型蓄冷式冷凍機に用いられる多段シリンダは上述したように先端に向かうにつれて段階的に径が小さくなるように構成されているので、先端側に向かうほど機械的強度が低下する。よって、多段シリンダの先端側を構成するシリンダ部は変形しやすい。また、上述のように蓄冷式冷凍機には圧力変動機構が備えられ、この圧力変動機構の動作により多段シリンダ内の圧力が変動するが、このときの圧力変動に伴う振動が、多段シリンダに伝達される。この振動、或いはその他の外力により、機械的強度が低いシリンダ部、すなわち多段シリンダの先端側を構成するシリンダ部が変形する虞がある。

特許文献１は、二段型パルス管冷凍機を開示する。ここに開示の二段型パルス管冷凍機は、一段目蓄冷管と、一段目パルス管と、一段目蓄冷管の径よりも小さい径を有する二段目蓄冷管と、二段目パルス管と、一段目冷却ステージと、二段目冷却ステージとを備える。一段目蓄冷管と二段目蓄冷管は、一段目蓄冷管の先端部と二段目蓄冷管の基端部が接続された状態で同心配置される。一段目蓄冷管と二段目蓄冷管により多段シリンダが構成される。各蓄冷管内には蓄冷材が充填される。また、一段目冷却ステージは一段目蓄冷管の先端部に設けられ、二段目冷却ステージは二段目蓄冷管の先端部に設けられる。そして、一段目冷却ステージと二段目冷却ステージが、多段シリンダの軸方向に延びた補強部材により接続される。補強部材により一段目冷却ステージと二段目冷却ステージが接続されているので、二段目冷却ステージの位置ずれを防止することができる。

特開２００８−２８１２３４号公報

（発明が解決しようとする課題）
特許文献１に記載の補強部材によれば、二段目冷却ステージの位置ずれを防止できるものの、補強部材が二段目シリンダ部に接触していないために、二段目シリンダ部の曲がり等の変形を防止することができない。つまり、特許文献１に記載の補強部材では、二段目シリンダ部、すなわち多段シリンダの先端側を構成する径の小さいシリンダ部を十分に補強することができない。

本発明は、多段シリンダの先端側を構成するシリンダ部を十分に補強することができる多段型蓄冷式冷凍機を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段）
本発明に係る多段型蓄冷式冷凍機（１）は、径が異なる複数のシリンダ部（２１，２２）により構成され、先端に向かって段階的に径が小さくなるように段付円筒状に形成される多段シリンダ（２）と、多段シリンダ内に設けられる蓄冷手段（３１２，３２２）と、複数のシリンダ部にそれぞれ設けられる冷却ステージ（Ｃ１，Ｃ２）と、多段シリンダ内の圧力を変動させる圧力変動機構（５）と、複数のシリンダ部のうち最も径の大きい一段目シリンダ部（２１）よりも高段側のシリンダ部である対象シリンダ部（２２）を補強するための補強部材（８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ）と、を備える。そして、補強部材は、対象シリンダ部の外周に配設されているとともに、一段目シリンダ部に設けられる一段目冷却ステージ（Ｃ１）に接触し且つ固定される第一接触固定面（８１，８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ）と、対象シリンダ部に設けられる対象冷却ステージ（Ｃ２）に接触し且つ固定される第二接触固定面（８２，８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ）と、対象シリンダ部の外周面（２２ｃ）に接触し且つ固定される第三接触固定面（８３，８３Ａ，８３１ａ，８３Ｃ）とを有する。

上記発明において、対象シリンダ部について、「一段目シリンダ部よりも高段側のシリンダ部」とは、多段シリンダ部を構成する複数のシリンダ部のうち、一段目シリンダ部よりも多段シリンダの先端側に配置されるシリンダ部を言う。例えば、二段型蓄冷式冷凍機の二段目シリンダ部が一段目シリンダ部よりも高段側の対象シリンダである。また、三段型蓄冷式冷凍機の二段目シリンダ部又は三段目シリンダ部が一段目シリンダ部よりも高段側の対象シリンダである。対象シリンダ部は、一段目シリンダ部の径よりも小さい径を有する。

本発明によれば、多段シリンダのうち一段目シリンダ部よりも高段側（例えば二段目、三段目）の対象シリンダ部、すなわち多段シリンダを構成するシリンダ部のうち一段目シリンダ部よりも先端側のシリンダ部の外周に、補強部材が配設される。この補強部材は、一段目シリンダ部に設けられた一段目冷却ステージ及び対象シリンダ部に設けられた対象冷却ステージに接触状態で固定されることにより、多段シリンダに固定される。また、補強部材は、対象シリンダ部の外周面に接触状態で固定される。つまり、対象シリンダ部の外周面が補強部材に直接接触する。このように対象シリンダ部の外周面が補強部材に直接接触されて補強部材に支持されることにより、対象シリンダ部の変形、特に曲がり変形が、補強部材によって効果的に防止される。よって、本発明によれば、多段シリンダの先端側を構成するシリンダ部（対象シリンダ部）を十分に補強することができる多段型蓄冷式冷凍機を提供することができる。

また、本発明において、対象シリンダ部が、複数のシリンダ部のうち二番目に径の大きい二段目シリンダ部であるとよい。これによれば、多段型蓄冷式冷凍機の多段シリンダの二段目シリンダ部を補強することができる。例えば、二段型蓄冷式冷凍機の高段側のシリンダ部（二段目シリンダ部）を補強することができる。

また、補強部材が、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）により構成されているとよい。

多段型蓄冷式冷凍機を作動させた場合、まず、一段目シリンダ部に設けられている一段目冷却ステージが冷却される。一段目冷却ステージの目標冷却温度は概ね８０Ｋ程度である。一段目冷却ステージの冷却中には、それよりも高段型の冷却ステージはほとんど冷却されない。一段目冷却ステージの温度が目標冷却温度に近づいた時点から、二段目冷却ステージの冷却が開始され、二段目冷却ステージの温度が目標冷却温度に近づいた時点から、三段目冷却ステージの冷却が開始される。このように、多段型蓄冷式冷凍機を作動させた場合、低段側の冷却ステージがまず冷却され、その後、順次、高段側の冷却ステージが冷却される。このため、高段側の冷却ステージが目標冷却温度に到達するまでの時間は長い。

ここで、本発明に係る多段型蓄冷式冷凍機が備える補強部材は、一段目シリンダ部に設けられる一段目冷却ステージ及び一段目シリンダ部よりも高段側の対象シリンダ部に設けられる対象冷却ステージに接触している。従って、補強部材の熱伝導率が高い場合、一段目冷却ステージの冷却中に、一段目冷却ステージの冷熱を補強部材を介して対象冷却ステージに伝達することができる。従って、一段目冷却ステージの冷却中に、対象冷却ステージを冷却することができる。また、ＣＦＲＰの熱伝導率は、８０Ｋ〜常温の温度範囲において高い。よって、補強部材をＣＦＲＰにより構成することで、一段目冷却ステージの冷却中に、対象シリンダ部を補強することができるとともに、効率的に一段目冷却ステージの冷熱を対象冷却ステージに伝えることができる。その結果、対象冷却ステージの冷却に要する時間を短縮することができる。

また、補強部材は、対象シリンダ部の外周面の全面に対面する内周面（８３，８３Ａ）を有し、内周面が、第三接触固定面として、対象シリンダ部の外周面の全面に接触し且つ固定されるとよい。これによれば、補強部材の内周面が対象シリンダ部の外周面の全面に接触し且つ固定されるので、対象シリンダ部が補強部材によってより強固に補強される。

また、補強部材の第一接触固定面の接触面積が、第二接触固定面の接触面積よりも大きいと良い。これによれば、補強部材と一段目冷却ステージとの接触面積が大きいので、補強部材によってより多くの冷熱を、一段目冷却ステージから対象冷却ステージに伝達させることができる。

また、補強部材は、対象シリンダ部の外周面に対面する内周面（８３Ｂ）と、内周面の一部領域から径内方に突出したリング状の突出部（８３１）と、を有するように構成されていてもよい。この場合、突出部の内周面（８３１ａ）が第三接触固定面として、対象シリンダ部の外周面の一部領域に接触し且つ固定されるとよい。これによれば、対象シリンダの外周の一部領域のみが補強部材に接触している。そのため、一段目冷却ステージの冷熱が補強部材を通じて対象シリンダ部の外周面に伝達される量が低減される。よって、一段目冷却ステージの冷熱を、補強部材を通じて対象冷却ステージにより効率的に伝達することができ、その結果、対象冷却ステージの冷却に要する時間をより短縮することができる。

実施形態に係る二段型ＧＭ冷凍機の部分断面概略図である。 図１のＡ方向から見たスコッチヨークの平面図である。 実施形態に係る補強部材の斜視図である。 従来の二段型ＧＭ冷凍機を作動させた場合における、一段目冷却ステージの温度変化及び二段目冷却ステージの温度変化を示すグラフである。 実施形態に係る二段型ＧＭ冷凍機を作動させた場合における、一段目冷却ステージの温度変化と二段目冷却ステージの温度変化を示すグラフである。 変形例１に係る補強部材を示す断面概略図である。 変形例２に係る補強部材を示す断面概略図である。 変形例３に係る補強部材を示す図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る多段型蓄冷式冷凍機としての二段型ＧＭ冷凍機１の部分断面概略図である。図１に示すように、本実施形態に係る二段型ＧＭ冷凍機１は、多段シリンダ２と、ディスプレーサ３と、駆動装置４と、圧力変動機構５と、一段目冷却ステージＣ１と、二段目冷却ステージＣ２と、補強部材８とを備える。

多段シリンダ２は、一段目シリンダ部２１及び二段目シリンダ部２２を有する。一段目シリンダ部２１は、円筒状の側壁２１ａと、側壁２１ａの一方の端（下端）から径内方に延びたリング状の段差壁２１ｂと、側壁２１ａの他方の端（上端）から径外方に延びたリング状のフランジ部２１ｃとを有する。また、二段目シリンダ部２２は、円筒状の側壁２２ａと、側壁２２ａの一方の端（下端）を塞ぐ円板状の先端壁２２ｂとを有する。

一段目シリンダ部２１及び二段目シリンダ部２２は共に円筒状である。ただし、一段目シリンダ部２１の径（内径及び外径）は二段目シリンダ部２２の径（内径及び外径）よりも大きい。つまり、多段シリンダ２は、径が異なる複数のシリンダ部（一段目シリンダ部２１及び二段目シリンダ部２２）を有する。二段目シリンダ部２２が本発明の対象シリンダ部に相当する。

また、図１からわかるように、二段目シリンダ部２２の側壁２２ａの他方の端（上端）が、一段目シリンダ部２１の段差壁２１ｂの内周縁に接続される。そして、一段目シリンダ部２１及び二段目シリンダ部２２は、一段目シリンダ部２１の下端部（段差壁２１ｂ）と二段目シリンダ部２２の上端部とを接触させた状態で、互いの軸方向に沿って同心的に配設される。上述したように、一段目シリンダ部２１の径（内径及び外径）は二段目シリンダ部２２の径（内径及び外径）よりも大きい。このため多段シリンダ２は、段付円筒形状を呈する。段付円筒形状の多段シリンダ２の一段目シリンダ部２１の内部空間と二段目シリンダ部２２の内部空間は、互いに連通している。

ここで、図１において、多段シリンダ２の下方側を先端側と定義する。従って、多段シリンダ２は、一段目シリンダ部２１と、一段目シリンダ部２１よりも高段側（先端側）に配設される二段目シリンダ部２２とを備え、先端に向かって段階的に径が小さくなるように段付円筒状に形成される。なお、こうして多段シリンダ２の先端側を定義した場合、二段型ＧＭ冷凍機１の作動により、多段シリンダ２を構成する各シリンダ部の先端側の温度が低下し、その反対側（基端側）の温度が上昇する。よって、各シリンダ部の先端側（下端側）の端部を低温端部と定義し、基端側（上端側）の端部を高温端部と定義することができる。つまり、一段目シリンダ部２１の先端部により一段目シリンダ部２１の低温端部２１１が構成され、その基端部により一段目シリンダ部２１の高温端部２１２が構成される。同様に、二段目シリンダ部２２の先端部により二段目シリンダ部２２の低温端部２２１が構成され、その基端部により二段目シリンダ部２２の高温端部２２２が構成される。

ディスプレーサ３は多段シリンダ２の内部空間に配設される。ディスプレーサ３は一段目蓄冷器３１及び二段目蓄冷器３２を有する。

一段目蓄冷器３１は、両端が塞がれた円筒形状に形成された一段目蓄冷器ケース３１１と、一段目蓄冷器ケース３１１内に充填された一段目蓄冷材３１２を有する。一段目蓄冷器ケース３１１は、円筒状の側壁３１１ａと、側壁３１１ａの一方の端（下端）を塞ぐ円板状の低温端壁３１１ｂと、側壁３１１ａの他方の端（上端）を塞ぐ円板状の高温端壁３１１ｃとを有する。一段目蓄冷材３１２は、約６０〜１００Ｋ程度の低温における比熱が大きい材質、例えばりん青銅、により形成された金網などの積層体により構成することができる。一段目蓄冷材３１２が充填されている一段目蓄冷器ケース３１１の内部空間を、以下、一段目充填空間３１ａと呼ぶ。

二段目蓄冷器３２は、一方の端部が塞がれた円筒形状に形成された二段目蓄冷器ケース３２１と、二段目蓄冷器ケース３２１内に充填された二段目蓄冷材３２２を有する。二段目蓄冷器ケース３２１は、円筒状の側壁３２１ａと、側壁３２１ａの一方の端部（下端部）を塞ぐ円板状の低温端壁３２１ｂとを有する。二段目蓄冷材３２２は、約４〜３０Ｋ程度の極低温における比熱が大きい材質、例えば鉛球などにより構成される。二段目蓄冷材３２２が充填されている二段目蓄冷器ケース３２１の内部空間を、以下、二段目充填空間３２ａと呼ぶ。また、一段目蓄冷材３１２及び二段目蓄冷材３２２が、本発明の蓄冷手段に相当する。

一段目蓄冷器３１は、その一段目蓄冷器ケース３１１の低温端壁３１１ｂ側が一段目シリンダ部２１の低温端部２１１側に位置し、一段目蓄冷器ケース３１１の高温端壁３１１ｃ側が一段目シリンダ部２１の高温端部２１２側に位置するように、一段目シリンダ部２１内に配設される。このとき、一段目蓄冷器ケース３１１の側壁３１１ａが、一段目シリンダ部２１の側壁２１ａに微小の隙間を隔てて対面する。

また、図１からわかるように、一段目蓄冷器ケース３１１の径（内径及び外径）は二段目蓄冷器ケース３２１の径（内径及び外径）よりも大きい。そして、二段目蓄冷器ケース３２１の側壁３２１ａの他方の端部（上端部）が一段目蓄冷器ケース３１１の低温端壁３１１ｂの下端に接続される。従って、二段目蓄冷器ケース３２１は、一段目蓄冷器ケース３１１の低温端壁３１１ｂから図１の下方に向かって一段目蓄冷器ケース３１１と同心状に延設される。よって、ディスプレーサ３も多段シリンダ２と同様に、先端側（図１において下方側）に向かうほど径が小さくなる段付円筒形状を呈する。二段目蓄冷器３２は、図１に示すように、二段目シリンダ部２２の内部空間に進入している。そして、二段目蓄冷器ケース３２１の側壁３２１ａが、二段目シリンダ部２２の側壁２２ａに微小の隙間を隔てて対面する。

一段目蓄冷器ケース３１１の軸方向長さ（高さ）は、一段目シリンダ部２１の内部空間の軸方向長さ（高さ）よりも短い。従って、一段目シリンダ部２１内にて一段目蓄冷器ケース３１１の上端面（高温端壁３１１ｃ）よりも上方及び一段目蓄冷器ケース３１１の下端面（低温端壁３１１ｂ）よりも下方にそれぞれ空間が形成される。一段目シリンダ部２１内の空間のうち、一段目蓄冷器ケース３１１の上端面（高温端壁３１１ｃ）よりも上方の空間によって背面室２ａが形成され、一段目蓄冷器ケース３１１の下端面（低温端壁３１１ｂ）よりも下方の空間によって一段目膨張室２ｂが形成される。図１からわかるように、背面室２ａは一段目シリンダ部２１の高温端部２１２内の空間により構成され、一段目膨張室２ｂは一段目シリンダ部２１の低温端部２１１内の空間により構成される。

また、二段目シリンダ部２２内にて、二段目蓄冷器ケース３２１の下端面（低温端壁３２１ｂ）よりも下方にも空間が形成される。二段目シリンダ部２２内の空間のうち、二段目蓄冷器ケース３２１の下端面（低温端壁３２１ｂ）よりも下方の空間により二段目膨張室２ｃが形成される。二段目膨張室２ｃは二段目シリンダ部２２の低温端部２２１内の空間により構成される。

また、図１に示すように、一段目蓄冷器ケース３１１の高温端壁３１１ｃに一段目高温側連通路３４が形成される。一段目高温側連通路３４を介して、背面室２ａが一段目充填空間３１ａに連通する。また、一段目蓄冷器ケース３１１の低温端壁３１１ｂに、一段目低温側連通路３５及び二段目高温側連通路３６が形成される。一段目低温側連通路３５を介して、一段目充填空間３１ａが一段目膨張室２ｂに連通する。二段目高温側連通路３６を介して、一段目膨張室２ｂが二段目充填空間３２ａに連通する。

また、二段目蓄冷器ケース３２１の低温端壁３２１ｂに、二段目低温側連通路３７が形成される。二段目低温側連通路３７を介して、二段目充填空間３２ａが二段目膨張室２ｃに連通する。

また、一段目蓄冷器ケース３１１の側壁３１１ａの外周面に、シール部材３８が取り付けられる。このシール部材３８によって、背面室２ａと一段目膨張室２ｂが、一段目シリンダ部２１の側壁２１ａと一段目蓄冷器ケース３１１の側壁３１１ａとの隙間を通じて連通することが防止される。また、二段目蓄冷器ケース３２１の側壁３２１ａの外周面に、シール部材３９が取り付けられる。このシール部材３９によって、一段目膨張室２ｂと二段目膨張室２ｃが、二段目シリンダ部２２の側壁２２ａと二段目蓄冷器ケース３２１の側壁３２１ａとの隙間を通じて連通することが防止される。

一段目蓄冷器ケース３１１の高温端壁３１１ｃの上端面にロッド部材３３が接続される。ロッド部材３３は一段目蓄冷器ケース３１１の高温端壁３１１ｃから図１において上方に延設される。このロッド部材３３を介してディスプレーサ３が駆動装置４に接続される。駆動装置４は、本実施形態では、回転出力軸４１ａを有するモータ４１及びスコッチヨーク４２により構成される。スコッチヨーク４２は、クランクピン４２１、クランクピン軸受４２２、及び横長平板部材４２３を備える。クランクピン４２１は円筒状に形成され、その中心軸線がモータ４１の回転出力軸４１ａの回転軸線と平行であり且つ回転出力軸４１ａの回転軸線からオフセットするように、回転出力軸４１ａに取り付けられる。従って、クランクピン４２１は、回転出力軸４１ａの回転によって、回転出力軸４１ａの回転軸線回りを偏心回転する。また、クランクピン軸受４２２はリング状の部材であり、クランクピン４２１の外周にクランクピン４２１の軸回りを相対回転可能であり且つクランクピン４２１の軸線方向に移動不能に取り付けられる。クランクピン４２１が偏心回転すると、クランクピン軸受４２２も偏心回転する。横長平板部材４２３は、平板状に構成される。この横長平板部材４２３は、ロッド部材３３の軸方向における中央部分に固定される。また、横長平板部材４２３の中央部分に横長状の孔４２３ａが形成される。この横長状の孔４２３ａ内にクランクピン軸受４２２が挿通される。

図２は、図１のＡ方向から見たスコッチヨーク４２の平面図である。なお、図２には、クランクピン軸受４２２の偏心回転軌跡が破線で示されている。図２に示すように、横長状の孔４２３ａの縦方向（上下方向）に沿った長さは、孔４２３ａ内に挿通されるクランクピン軸受４２２の外径とほぼ等しい。一方、横長状の孔４２３ａの横方向（左右方向）に沿った長さは、クランクピン軸受４２２の径よりも長い。具体的には、横長状の孔４２３ａの横方向に沿った長さは、クランクピン軸受４２２が偏心回転した場合における横方向に沿ったクランクピン軸受４２２の移動領域以上の長さである。従って、クランクピン４２１が図２の紙面に平行な平面内で破線で示すように偏心回転した場合、クランクピン４２１及びクランクピン軸受４２２は横長状の孔４２３ａ内を横方向に往復移動する。このため、クランクピン４２１の偏心回転運動のうち横方向に移動する運動成分は横長平板部材４２３に伝達されない。これに対し、クランクピン４２１の偏心回転運動のうち縦方向に移動する運動成分はクランクピン軸受４２２を介して横長平板部材４２３に伝達される。よって、クランクピン４２１の偏心回転により、横長平板部材４２３は縦方向に往復移動することになる。この横長平板部材４２３の縦方向に沿った往復移動がロッド部材３３に伝達されることにより、ロッド部材３３が軸方向に往復移動する。さらに、ロッド部材３３の軸方向に沿った往復移動がディスプレーサ３に伝達される。これにより、ディスプレーサ３が多段シリンダ２内で図１の上下方向に往復移動する。

また、図１に示すように、駆動装置４は、内部空間が形成された駆動ケース４３を有する。駆動ケース４３は、その内部空間内にスコッチヨーク４２及びロッド部材３３が配設されるようにモータ４１に取り付けられる。また、駆動ケース４３の内部空間のうち図１において上面部に凹部４３１が形成され、下面部に貫通孔４３２が形成される。凹部４３１及び貫通孔４３２は図１の上下方向に延設され、且つ、同軸状に配置している。凹部４３１にはロッド部材３３の上方端部が摺動軸受４４１を介して挿入される。また、ロッド部材３３の下方端部が摺動軸受４４２を介して貫通孔４３２を貫通している。従って、ロッド部材３３は、往復移動可能に凹部４３１及び貫通孔４３２に支持される。なお、スコッチヨーク４２の横長平板部材４２３は、図１の上下方向以外の方向への移動が規制されるように、駆動ケース４３の内部空間を形成する内壁面に支持軸等を介して支持されているとよい。

図１に示すように、一段目シリンダ部２１の上端に形成されたフランジ部２１ｃが、駆動ケース４３の下面部分であって貫通孔４３２の開口を囲む領域部分に固定される。従って、多段シリンダ２は、駆動ケース４３の下面部分から下方向に延設していることになる。そして、多段シリンダ２内のディスプレーサ３に接続されたロッド部材３３が、貫通孔４３２を通じて駆動ケース４３の内部空間に進入している。

圧力変動機構５は、コンプレッサ５１と、高圧配管５２と、低圧配管５３と、高圧開閉弁５４と、低圧開閉弁５５と、高圧通路５６と、低圧通路５７とを有する。高圧配管５２、低圧配管５３、高圧開閉弁５４、低圧開閉弁５５、高圧通路５６、及び低圧通路５７により、高低圧切換機構が構成される。

コンプレッサ５１は、吐出口５１ａ及び吸入口５１ｂを有し、作動した場合に、吸入口５１ｂから作動ガスとしてのヘリウムガスを吸入し、吸入した作動ガスを圧縮し、吐出口５１ａから圧縮した高圧の作動ガスを吐出する。従って、コンプレッサ５１の吸入口５１ｂ側にて低圧が生成され、コンプレッサ５１の吐出口５１ａ側にて高圧が生成される。

コンプレッサ５１の吐出口５１ａに高圧配管５２の一方端が接続される。また、コンプレッサ５１の吸入口５１ｂに低圧配管５３の一方端が接続される。

また、一段目シリンダ部２１のフランジ部２１ｃに高圧通路５６及び低圧通路５７が形成される。高圧通路５６の一方端は多段シリンダ２内の背面室２ａに開口し、他方端は外部に開口して高圧配管５２の他方端に接続される。また、低圧通路５７の一方端は多段シリンダ２内の背面室２ａに開口し、他方端は外部に開口して低圧配管５３の他方端に接続される。

高圧開閉弁５４は、高圧配管５２の途中に介装される。高圧開閉弁５４が開状態であるとき、コンプレッサ５１の吐出口５１ａが、高圧配管５２、高圧開閉弁５４及び高圧通路５６を通じて背面室２ａに連通する。これにより、多段シリンダ２の内部空間に高圧が供給される。一方、高圧開閉弁５４が閉状態であるとき、コンプレッサ５１の吐出口５１ａと背面室２ａとの連通が遮断される。また、低圧開閉弁５５は、低圧配管５３の途中に介装される。低圧開閉弁５５が開状態であるとき、コンプレッサ５１の吸入口５１ｂが、低圧配管５３、低圧開閉弁５５、及び低圧通路５７を通じて背面室２ａに連通する。これにより、多段シリンダ２の内部空間に低圧が供給される。一方、低圧開閉弁５５が閉状態であるとき、コンプレッサ５１の吸入口５１ｂと背面室２ａとの連通が遮断される。

高圧開閉弁５４及び低圧開閉弁５５は、一方の開閉弁が閉じているときには他方の開閉弁が開き、他方の開閉弁が閉じているときは一方の開閉弁が開くように、交互に排他的に開閉するように、制御される。また、高圧開閉弁５４の開閉タイミング及び低圧開閉弁５５の開閉タイミングは、モータ４１の駆動に伴うディスプレーサ３の上下方向移動に連動して制御される。この場合、制御装置等により高圧開閉弁５４の開閉状態及び低圧開閉弁５５の開閉状態が上記のように制御されていてもよいし、或いは、モータ４１の回転出力軸４１ａの回転動作に機械的に連動してこれらの開閉弁の開閉状態が上記のように制御されていてもよい。

また、図１に示すように、多段シリンダ２の一段目シリンダ部２１の低温端部２１１に、銅製の伝熱プレート６が取り付けられる。伝熱プレート６は、一段目シリンダ部２１の低温端部２１１の外周壁を覆う円筒部６１と、円筒部６１の先端（図１において下端）から径外方にリング状に延設されたステージ部６２とを有する。ステージ部６２の図１において下方を向いた面は、一段目シリンダ部２１の段差壁２１ｂの下端面と同一平面上に位置する。この銅製の伝熱プレート６及び一段目シリンダ部２１の段差壁２１ｂにより、一段目冷却ステージＣ１が構成される。このように、一段目シリンダ部２１の低温端部２１１には、一段目冷却ステージＣ１が設けられる。

また、多段シリンダ２の二段目シリンダ部２２の低温端部２２１を構成する先端壁２２ｂに、銅製の伝熱プレート７が取り付けられる。伝熱プレート７は、先端壁２２ｂの外周から径外方にリング状に延設されており、その中心軸方向が二段目シリンダ部２２の軸方向に一致するように、二段目シリンダ部２２に同軸的に設けられている。この伝熱プレート７が、二段目冷却ステージＣ２を構成する。従って、二段目冷却ステージＣ２は、二段目シリンダ部２２の低温端部２２１に設けられる。

また、本実施形態に係る二段型ＧＭ冷凍機１は、補強部材８を有する。この補強部材８は、本実施形態では、多段シリンダ２の二段目シリンダ部２２の側壁２２ａを覆うように、二段目シリンダ部２２の外周に配設される。また、補強部材８は、本実施形態では、炭素繊維とエポキシ樹脂とを主成分とする炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）により構成される。図３は、補強部材８の斜視図である。図３に示すように、補強部材８は、一方端面８１、他方端面８２、内周面８３、及び外周面８４を有する円筒形状を呈する。

図１に示すように、補強部材８の一方端面８１は、一段目シリンダ部２１の低温端部２２１に設けられた一段目冷却ステージＣ１、具体的には、一段目冷却ステージＣ１を構成する一段目シリンダ部２１の段差壁２１ｂにエポキシ系の接着剤等を介して接着される。これにより、補強部材８の一方端面８１が、一段目冷却ステージＣ１に接触し且つ固定される。補強部材８の一方端面８１が、本発明の第一接触固定面に相当する。

また、補強部材８の他方端面８２は、二段目シリンダ部２２の低温端部２２１に設けられた二段目冷却ステージＣ２（伝熱プレート７）に接着剤等を介して接着される。これにより、補強部材８の他方端面８２が二段目冷却ステージＣ２に接触し且つ固定される。補強部材８の他方端面８２が、本発明の第二接触固定面に相当する。

また、補強部材８の内周面８３は、二段目シリンダ部２２の側壁２２ａの外周面２２ｃの全面に対面する。そして、内周面８３の全面が、接着剤等を介して外周面２２ｃの全面に固定される。これにより、補強部材８の内周面８３が、二段目シリンダ部２２の側壁２２ａの外周面２２ｃに接触し且つ固定される。補強部材８の内周面８３が、本発明の第三接触固定面に相当する。

多段シリンダ２は、真空断熱槽９内に配設される。このため、多段シリンダ２及びその内部に配設される構成要素並びに多段シリンダ２内の空間が、真空断熱槽９により外部と熱的に遮断される。

上記構成の二段型ＧＭ冷凍機１において、以下に、その作動について簡単に説明する。まず、駆動装置４のモータ４１を駆動させるとともに、圧力変動機構５のコンプレッサ５１を作動させる。駆動装置４のモータ４１が駆動すると、モータ４１の回転出力軸４１ａが回転し、さらに、回転出力軸４１ａに接続されたスコッチヨーク４２のクランクピン４２１が偏心回転する。クランクピン４２１の偏心回転は、横長平板部材４２３の上下方向に沿った往復運動に変換される。横長平板部材４２３の往復運動がロッド部材３３を介してディスプレーサ３に伝達されることにより、ディスプレーサ３が多段シリンダ２内を図１の上下方向に往復する。

ディスプレーサ３が多段シリンダ２内にて図１において最も下方（下死点位置）に位置しているときに、圧力変動機構５の高圧開閉弁５４が開いており低圧開閉弁５５が閉じている。従って、コンプレッサ５１の吐出口５１ａから吐出される高圧の作動ガスが、高圧配管５２、高圧開閉弁５４、高圧通路５６を経由して多段シリンダ２内に背面室２ａから流入する。これにより多段シリンダ２内の圧力が高圧にされる。

ディスプレーサ３が下死点位置から上方変位すると、背面室２ａ内の高圧の作動ガスが、一段目高温側連通路３４を通って一段目蓄冷器ケース３１１内の一段目充填空間３１ａに流入する。一段目充填空間３１ａ内に流入した作動ガスは一段目蓄冷材３１２から冷熱（低温）を奪うことにより冷却される。そして、一段目蓄冷材３１２により冷却された作動ガスは一段目低温側連通路３５を通って一段目蓄冷器３１内から流出するとともに一段目膨張室２ｂに流入する。また、一段目膨張室２ｂ内の作動ガスは、二段目高温側連通路３６を通って二段目蓄冷器ケース３２１内の二段目充填空間３２ａに流入する。二段目充填空間３２ａ内に流入した作動ガスは二段目蓄冷材３２２から冷熱を奪うことにより冷却される。そして、二段目蓄冷材３２２により冷却された作動ガスは二段目低温側連通路３７を通って二段目蓄冷器３２内から流出するとともに二段目膨張室２ｃに流入する。（高圧移送過程）

ディスプレーサ３の上方変位過程における適切なタイミングで、圧力変動機構５の高圧開閉弁５４が閉じるとともに低圧開閉弁５５が開く。これによって、多段シリンダ２内の圧力が低圧にされるとともに、一段目シリンダ部２１の低温端部２１１側に位置する一段目膨張室２ｂ内の作動ガス及び、二段目シリンダ部２２の低温端部２２１側に位置する二段目膨張室２ｃ内の作動ガスが、それぞれ膨張仕事を行う。斯かる膨張仕事によって、それぞれの膨張室２ｂ，２ｃ内にて冷熱が発生する。（膨張過程）

ディスプレーサ３は、最も上方（上死点）まで変位した後に、下方変位する。すると、二段目膨張室２ｃ内の低圧の作動ガスは、二段目低温側連通路３７を経由して二段目蓄冷器ケース３２１内に流入し、二段目蓄冷器ケース３２１内の二段目充填空間３２ａを通る。このとき作動ガスが二段目充填空間３２ａ内の二段目蓄冷材３２２に冷熱を奪われることによって加熱される。二段目充填空間３２ａ内の作動ガスはさらに二段目高温側連通路３６を経由して二段目蓄冷器ケース３２１から流出するとともに一段目膨張室２ｂに流入する。また一段目膨張室２ｂ内の作動ガスは、一段目低温側連通路３５を経由して一段目蓄冷器ケース３１１内に流入し、一段目蓄冷器ケース３１１内の一段目充填空間３１ａを通る。このとき作動ガスが一段目充填空間３１ａ内の一段目蓄冷材３１２に冷熱を奪われることによって加熱される。一段目充填空間３１ａ内の作動ガスはさらに一段目高温側連通路３４を経由して一段目蓄冷器ケース３１１から流出して背面室２ａに流入する。（低圧移送過程）

ディスプレーサ３の下方変位過程における適切なタイミングで、圧力変動機構５の高圧開閉弁５４が開くとともに低圧開閉弁５５が閉じる。これによって、背面室２ａ内の作動ガスが圧縮仕事を行う。斯かる圧縮仕事によって、作動ガスが発熱する。圧縮仕事により発生する熱は、コンプレッサ５１の吐出側に設けられている図示しない放熱器によって外部に放熱される。（圧縮過程）

上記した熱サイクル（ＧＭサイクル）が繰り返されることによって、一段目膨張室２ｂ内が約８０Ｋ程度に冷却され、二段目膨張室２ｃ内が約３０Ｋ程度に冷却される。一段目膨張室２ｂ内で生じた冷熱は、一段目シリンダ部２１の低温端部２１１に設けられている一段目冷却ステージＣ１に伝達される。二段目膨張室２ｃ内で生じた冷熱は、二段目シリンダ部２２の低温端部２２１に取り付けられている二段目冷却ステージＣ２に伝達される。

上記した二段型ＧＭ冷凍機１の動作中、圧力変動機構５によって多段シリンダ２内の圧力が高圧から低圧に、また低圧から高圧に、周期的に変動する。斯かる圧力変動によって、多段シリンダ２が振動する。この振動、或は外力によって、多段シリンダ２が変形する場合がある。特に、多段シリンダ２のうち二段目シリンダ部２２の径は小さいので、上記振動或は外力によって二段目シリンダ部２２が変形する可能性が大きい。

この点に関し、本実施形態に係る二段型ＧＭ冷凍機１においては、補強部材８の内周面８３が二段目シリンダ部２２の側壁２２ａの外周面２２ｃに接触し且つ固定されるように、補強部材８が二段目シリンダ部２２の外周回りに設けられている。また、補強部材８の一方端面８１は一段目冷却ステージＣ１に接触した状態で固定され、補強部材８の他方端面８２は二段目冷却ステージＣ２（７）に接触した状態で固定されている。このように両端が固定された補強部材８の内周面８３が二段目シリンダ部２２の外周回りに密着しているので、振動による二段目シリンダ部２２の変形が効果的に防止される。

特に、本実施形態においては、補強部材８の内周面８３の全面が、二段目シリンダ部２２の側壁２２ａの外周面２２ｃの全面に接触し且つ固定されている。このため、二段目シリンダ部２２が補強部材８によってより強固に補強される。

ところで、二段型ＧＭ冷凍機の作動を開始した場合、初期には一段目冷却ステージのみが冷却される。一段目冷却ステージの冷却中、二段目冷却ステージはほとんど冷却されない。そして、一段目冷却ステージの温度が目標冷却温度（例えば８０Ｋ）に近づいた時点から二段目冷却ステージが冷却され始める。従って、二段目冷却ステージの冷却が完了するタイミングは、一段目冷却ステージの冷却が完了するタイミングよりもかなり遅い。

図４は、従来の二段型ＧＭ冷凍機を作動させた場合における、一段目冷却ステージの温度変化及び二段目冷却ステージの温度変化を示すグラフである。図４の横軸が時間、縦軸が温度［Ｋ］であり、図４中のグラフＡが一段目冷却ステージの温度変化を、グラフＢが二段目冷却ステージの温度変化を、それぞれ示す。また、一段目冷却ステージの目標冷却温度は８０Ｋであり、二段目冷却ステージの目標冷却温度は３０Ｋである。

図４に示すように、二段型ＧＭ冷凍機を作動させると、一段目冷却ステージの温度はすぐに低下するものの、二段目冷却ステージの温度は低下せず、常温（約３００Ｋ）のままである。一段目冷却ステージの温度が目標冷却温度（８０Ｋ）に近づく時点から、二段目冷却ステージの温度が低下し始める。そして、時間Ｔ１にて一段目冷却ステージの温度が目標冷却温度に達した後に、二段目冷却ステージの温度が急激に低下し、時間Ｔ２にて二段目冷却ステージの温度が目標冷却温度（３０Ｋ）に達する。

このように、従来の二段型ＧＭ冷凍機においては、一段目冷却ステージの温度が目標冷却温度に近い温度まで低下しないと、二段目冷却ステージの温度が低下しない。このため、二段目冷却ステージの温度が目標冷却温度まで低下するまでに長時間を要する。

この点に関し、本実施形態に係る二段型ＧＭ冷凍機１は、円柱状に形成された補強部材８を備えており、この補強部材８は、その一方端面８１にて一段目冷却ステージＣ１に接触しており、その他方端面８２にて二段目冷却ステージＣ２（７）に接触している。従って、補強部材８を介して、一段目冷却ステージＣ１の冷熱が、二段目冷却ステージＣ２に伝達される。

加えて、本実施形態に係る補強部材８は、ＣＦＲＰにより構成されている。ＣＦＲＰは、常温から８０Ｋ程度の温度範囲において熱伝導率が高いという特性を有する。従って、一段目冷却ステージＣ１が目標冷却温度（８０Ｋ）に冷却されるまでの間、すなわち一段目冷却ステージＣ１の冷却中に、一段目冷却ステージＣ１の冷熱が補強部材８を介して二段目冷却ステージＣ２に効率的に伝達される。これにより、一段目冷却ステージＣ１が目標冷却温度に達するまでに二段目冷却ステージＣ２を十分に冷却することができる。

また、ＣＦＲＰは、８０Ｋ未満の温度範囲において熱伝導率が低いという特性を有する。従って、一段目冷却ステージＣ１が目標到達温度（８０Ｋ）に達した後は、二段目冷却ステージＣ２から補強部材８を介して一段目冷却ステージＣ１への冷熱の伝達量が極端に減少する。このため、二段目冷却ステージＣ２の冷却中に、二段目冷却ステージＣ２の冷熱が一段目冷却ステージＣ１に伝達されることによる二段目冷却ステージＣ２の冷却速度の低下が抑制される。

図５は、本実施形態に係る二段型ＧＭ冷凍機１を作動させた場合における、一段目冷却ステージＣ１の温度変化と二段目冷却ステージＣ２の温度変化を示すグラフである。図５の横軸が時間、縦軸が温度［Ｋ］であり、図５中のグラフＡが一段目冷却ステージＣ１の温度変化を、グラフＢが二段目冷却ステージＣ２の温度変化を、それぞれ示す。また、一段目冷却ステージＣ１の目標到達温度は８０Ｋであり、二段目冷却ステージＣ２の目標到達温度は３０Ｋである。

図５に示すように、二段型ＧＭ冷凍機１を作動させると、一段目冷却ステージＣ１の温度はすぐに低下する。また、二段目冷却ステージＣ２の温度も、一段目冷却ステージＣ１の冷熱が補強部材８を介して二段目冷却ステージＣ２に伝達されることにより、低下していく。なお、一段目冷却ステージＣ１の冷熱が二段目冷却ステージＣ２に奪われるが、一段目冷却ステージＣ１の冷却能力は高いので、それによって一段目冷却ステージＣ１の冷却速度が顕著に低下することはない。よって、一段目冷却ステージＣ１の温度が目標冷却温度に達するまでの時間Ｔ１’は、図４に示す従来の二段型ＧＭ冷凍機の一段目冷却ステージの温度が目標冷却温度に達するまでの時間Ｔ１とほとんど同じである。

一段目冷却ステージＣ１の冷却中に二段目冷却ステージＣ２も冷却されるため、一段目冷却ステージＣ１の温度が目標冷却温度（８０Ｋ）に達した時点Ｔ１’にて、二段目冷却ステージＣ２の温度は十分に低下している。従って、二段目冷却ステージＣ２が目標冷却温度（３０Ｋ）に達するまでの時間Ｔ２’は、図４に示す従来の二段型ＧＭ冷凍機の二段目冷却ステージの温度が目標到達温度に達するまでの時間Ｔ２よりも短い。このようにして、二段目冷却ステージＣ２の冷却時間の短縮化を図ることができる。

このように、本実施形態によれば、二段目シリンダ部２２の側壁２２ａの外周面２２ｃの全面に補強部材８が接触し且つ固定されているので、二段目シリンダ部２２が十分に補強される。このため、振動や外力が二段目シリンダ部２２に作用した場合であっても、二段目シリンダ部２２の変形を十分に防止することができる。

また、本実施形態においては、補強部材８の材質がＣＦＲＰである。このため、８０Ｋ以上且つ常温以下の温度範囲において、効率的に一段目冷却ステージＣ１の冷熱が二段目冷却ステージＣ２に伝達される。よって、一段目冷却ステージＣ１の冷却中にも、十分に二段目冷却ステージＣ２を冷却することができる。また、８０Ｋ未満の温度範囲においては、ＣＦＲＰ製の補強部材８の熱伝導率が極端に低下する。このため、一段目冷却ステージＣ１の冷却完了後に二段目冷却ステージＣ２を冷却する際に、二段目冷却ステージＣ２の冷熱が補強部材８を介して一段目冷却ステージＣ１に伝達される量が極端に減少する。よって、速やかに二段目冷却ステージＣ２を目標冷却温度まで冷却することができ、ひいては二段目冷却ステージＣ２の冷却時間の短縮化を図ることができる。

（変形例１）
図６は、変形例１に係る補強部材８Ａを示す概略断面図である。図６に示すように、補強部材８Ａは、上記実施形態に係る補強部材８と同様に、略円筒形状に形成され、多段シリンダ２の二段目シリンダ部２２の側壁２２ａを覆うように二段目シリンダ部２２の外周に設けられる。また、補強部材８Ａは、一段目冷却ステージＣ１に接触し且つ固定される一方端面８１Ａと、二段目冷却ステージＣ２に接触し且つ固定される他方端面８２Ａと、二段目シリンダ部２２の側壁２２ａの外周面２２ｃの全面に接触し且つ固定される内周面８３Ａと、テーパ状の外周面８４Ａを有する。この補強部材８Ａは、ＣＦＲＰにより構成される。

変形例１に係る補強部材８Ａも、二段目シリンダ部２２の側壁２２ａの外周面２２ｃに接触し且つ固定される面を有するので、二段目シリンダ部２２が補強部材８Ａにより補強される。よって、振動や外力による二段目シリンダ部２２の変形が効果的に防止される。

また、８０Ｋ以上の温度範囲で熱伝導率の高いＣＦＲＰ製の補強部材８Ａの一方端面８１Ａが一段目冷却ステージＣ１に接触し他方端面８２Ａが二段目冷却ステージＣ２に接触している。従って、一段目冷却ステージＣ１の冷却中に、一段目冷却ステージＣ１の冷熱が補強部材８Ａを経由して二段目冷却ステージＣ２に効率的に伝達される。これにより、二段目冷却ステージＣ２の冷却時間の短縮化を図ることができる。

また、変形例１に係る補強部材８Ａの一方端面８１Ａは、一段目冷却ステージＣ１を構成する一段目シリンダ部２１の段差壁２１ｂ及び伝熱プレート６の双方に接触している。さらに、補強部材８Ａの一方端面８１Ａが一段目冷却ステージＣ１に接触する面積は、補強部材８Ａの他方端面８２Ａが二段目冷却ステージＣ２に接触する面積よりも大きい。このため、一段目冷却ステージＣ１の冷却中に一段目冷却ステージＣ１からより多くの冷熱を二段目冷却ステージＣ２に伝達させることができる。このため、二段目冷却ステージＣ２をより速やかに冷却することができる。

（変形例２）
図７は、変形例２に係る補強部材８Ｂを示す概略断面図である。図７に示すように、補強部材８Ｂも、上記実施形態に係る補強部材８と同様に、略円筒形状に形成され、多段シリンダ２の二段目シリンダ部２２の側壁２２ａを覆うように二段目シリンダ部２２の外周に設けられる。この補強部材８Ｂは、一段目冷却ステージＣ１に接触し且つ固定される一方端面８１Ｂと、二段目冷却ステージＣ２に接触し且つ固定される他方端面８２Ｂと、二段目シリンダ部２２の側壁２２ａの外周面２２ｃに微小の隙間を隔てて対面配置する内周面８３Ｂと、内周面８３Ｂとは反対側の外周面８４Ｂと、内周面８３Ｂに設けられた突出部８３１とを有する。

突出部８３１は、円筒形状の補強部材８Ｂの軸方向における中央位置にて、補強部材８Ｂの内周面８３Ｂから径内方にリング状に突出する。つまり、突出部８３１は、内周面８３Ｂの一部領域から突出する。そして、このリング状の突出部８３１の内周面８３１ａが、二段目シリンダ部２２の側壁２２ａの外周面２２ｃに接触し且つ固定される。すなわち突出部８３１の内周面８３１ａが、本発明の第三接触固定面である。なお、補強部材８Ｂも、ＣＦＲＰにより構成される。

変形例２に係る補強部材８Ｂも、その突出部８３１の内周面８３１ａにて二段目シリンダ部２２の側壁２２ａの外周面２２ｃに接触しているので、二段目シリンダ部２２が補強部材８Ｂにより補強される。よって、振動や外力による二段目シリンダ部２２の変形が効果的に防止される。

また、８０Ｋ以上の温度範囲で熱伝導率の高いＣＦＲＰ製の補強部材８Ｂの一方端面８１Ｂが一段目冷却ステージＣ１に接触し他方端面８２Ｂが二段目冷却ステージＣ２に接触している。従って、一段目冷却ステージＣ１の冷却時に、一段目冷却ステージＣ１の冷熱が補強部材８Ｂを経由して二段目冷却ステージＣ２に効率的に伝達される。これにより、二段目冷却ステージＣ２の冷却時間の短縮化を図ることができる。

また、変形例２に係る補強部材８Ｂは、その内周面８３Ｂの全面ではなく、内周面８３Ｂの一部領域に設けられた突出部８３１の内周面８３１ａのみが、二段目シリンダ部２２の側壁２２ａの外周面２２ｃの一部領域に接触している。つまり、補強部材８Ｂと二段目シリンダ部２２の側壁２２ａの外周面２２ｃとの接触面積が小さい。このため、補強部材８Ｂから二段目シリンダ部２２の側壁２２ａへの冷熱の伝達量が低減し、それにより、補強部材８Ｂから二段目冷却ステージＣ２への冷熱の伝達量が増加する。このため二段目冷却ステージＣ２の冷却時間のさらなる短縮化を図ることができる。

（変形例３）
図８は、変形例３に係る補強部材８Ｃを示す図である。ここで、図８（ａ）は、補強部材８Ｃの概略断面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図８（ｂ）に示すように、変形例３に係る補強部材８Ｃは、４本の同一形状の棒状部材Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４により構成される。これら４本の棒状部材は、いずれも、多段シリンダ２の二段目シリンダ部２２の軸方向に沿って、その外周に設けられる。また、４本の棒状部材は、二段目シリンダ部２２の側壁２２ａの外周面２２ｃの周方向に等間隔で配設される。

また、４本の棒状部材は、それぞれ、一段目冷却ステージＣ１に接触し且つ固定される一方端面８１Ｃと、二段目冷却ステージＣ２に接触し且つ固定される他方端面８２Ｃと、二段目シリンダ部２２の側壁２２ａの外周面２２ｃに接触し且つ固定される内側面８３Ｃと、内側面８３Ｃとは反対側の外側面８４Ｃとを有する。各棒状部材はＣＦＲＰにより構成される。

変形例３係る補強部材８Ｃも、二段目シリンダ部２２の側壁２２ａの外周面２２ｃに接触し且つ固定されるので、二段目シリンダ部２２が補強部材８Ｃにより補強される。よって、振動や外力による二段目シリンダ部２２の変形が効果的に防止される。

また、８０Ｋ以上の温度範囲で熱伝導率の高いＣＦＲＰ製の補強部材８Ｃを構成する各棒状部材の一方端面８１Ｃが一段目冷却ステージＣ１に接触し、各棒状部材の他方端面８２Ｃが二段目冷却ステージＣ２に接触している。従って、一段目冷却ステージＣ１の冷却中に、一段目冷却ステージＣ１の冷熱が補強部材８Ｃを構成する各棒状部材を経由して二段目冷却ステージＣ２に効率良く伝達される。これにより、二段目冷却ステージＣ２の冷却時間の短縮化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態及び様々な変形例について説明したが、本発明は、上記実施形態及び変形例に限定して解釈されるものではない。例えば、上記実施形態及びその変形例においては、蓄冷式冷凍機としてＧＭ冷凍機を示したが、それ以外の蓄冷式冷凍機、例えば、パルス管冷凍機等にも本発明を適用することができる。また、上記実施形態では、
二段型の蓄冷式冷凍機を示したが、二段以上の蓄冷式冷凍機であれば、本発明を適用することができる。また、変形例３においては、４本の棒状部材により補強部材が構成される例について説明したが、１本以上の棒状部材により補強部材が構成されればよい。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。

１…二段型ＧＭ冷凍機（二段型蓄冷式冷凍機）、２…多段シリンダ、２ａ…背面室、２ｂ…一段目膨張室、２ｃ…二段目膨張室、２１…一段目シリンダ部、２１ａ…側壁、２１ｂ…段差壁、２１１…低温端部、２１２…高温端部、２２…二段目シリンダ部、２２ａ…側壁、２２ｂ…先端壁、２２ｃ…外周面、２２１…低温端部、２２２…高温端部、３…ディスプレーサ、３１…一段目蓄冷器、３２…二段目蓄冷器、３１２…一段目蓄冷材（蓄冷手段）、３２２…二段目蓄冷材（蓄冷手段）、４…駆動装置、５…圧力変動機構、６…伝熱プレート（一段目冷却ステージ）、７…伝熱プレート（二段目冷却ステージ）、８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ…補強部材、８１，８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃ…一方端面（第一接触固定面）、８２，８２Ａ，８２Ｂ，８２Ｃ…他方端面（第二接触固定面）、８３，８３Ａ，８３１ａ…内周面（第三接触固定面）、８３Ｂ…内周面、８３１…突出部、８３Ｃ…内側面（第三接触固定面）、Ｃ１…一段目冷却ステージ、Ｃ２…二段目冷却ステージ、

Claims (6)

1. 径が異なる複数のシリンダ部により構成され、先端に向かって段階的に径が小さくなるように段付円筒状に形成される多段シリンダと、
   前記多段シリンダ内に設けられる蓄冷手段と、
   複数の前記シリンダ部にそれぞれ設けられる冷却ステージと、
   前記多段シリンダ内の圧力を変動させる圧力変動機構と、
   複数の前記シリンダ部のうち最も径の大きい一段目シリンダ部よりも高段側のシリンダ部である対象シリンダ部を補強するための補強部材と、
   を備え、
   前記補強部材は、前記対象シリンダ部の外周に配設されているとともに、前記一段目シリンダ部に設けられる一段目冷却ステージに接触し且つ固定される第一接触固定面と、前記対象シリンダ部に設けられる対象冷却ステージに接触し且つ固定される第二接触固定面と、前記対象シリンダ部の外周面に接触し且つ固定される第三接触固定面とを有する、
   多段型蓄冷式冷凍機。
2. 請求項１に記載の多段型蓄冷式冷凍機において、
   前記対象シリンダ部が、複数の前記シリンダ部のうち二番目に径の大きい二段目シリンダ部である、
   多段型蓄冷式冷凍機。
3. 請求項１又は２に記載の多段型蓄冷式冷凍機において、
   前記補強部材が、炭素繊維強化プラスチックにより構成される、
   多段型蓄冷式冷凍機。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の多段型蓄冷式冷凍機において、
   前記補強部材は、前記対象シリンダ部の外周面の全面に対面する内周面を有し、
   前記内周面が前記第三接触固定面として、前記対象シリンダ部の外周面の全面に接触し且つ固定される、
   多段型蓄冷式冷凍機。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の多段型蓄冷式冷凍機において、
   前記第一接触固定面の接触面積が、前記第二接触固定面の接触面積よりも大きい、
   多段型蓄冷式冷凍機。
6. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の多段型蓄冷式冷凍機において、
   前記補強部材は、前記対象シリンダ部の外周面に対面する内周面と、
   前記内周面の一部領域から径内方に突出したリング状の突出部と、を有し、
   前記突出部の内周面が前記第三接触固定面として、前記対象シリンダ部の外周面の一部領域に接触し且つ固定される、
   多段型蓄冷式冷凍機。

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