JP2915228B2 - パルスチューブ冷凍機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、極低温生成に用いら
れるパルスチューブ冷凍機に関するものである。
れるパルスチューブ冷凍機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１７は、例えば文献「リニアーコンプ
レッサを用いたパルスチューブ冷凍機（４）−総合特性
評価−」（著者：松原洋一、他７名、雑誌名：第４６回
低温工学超電導学会講演概要集、１９９１年）に示され
た従来のパルスチューブ冷凍機を示す断面図である。図
において、１はパルスチューブ、２はパルスチューブ１
に連通された蓄熱器である。３は蓄熱器２に連通されて
いる圧縮機シリンダであり、この圧縮機シリンダ３内に
はピストン４が往復運動自在に支持されている。５はピ
ストン４の上面とシリンダ３で形成された圧縮空間であ
り、蓄熱器２に連通されている。これにより、圧縮空間
５、蓄熱器２及びパルスチューブ１は互いに連通され
て、作動空間が形成される。作動空間には作動ガスが封
入されている。また、６はパルスチューブ１の蓄熱器２
と反対側にオリフィス７を介して連通されたバッファタ
ンクである。パルスチューブ１は蓄熱器２側の端部に低
温熱交換器８を備え、バッファタンク６側の端部に常温
熱交換器９を備えている。さらに、ピストン４はその下
側のバッファ空間１０にアルミニウム等の非磁性及び非
磁化材料から成る軽量のスリーブ１１を備えている。ス
リーブ１１には導電体が巻き付けられていて、巻き付け
られた導電体はコイル１２を形成している。コイル１２
は環状間隙１３内に上下方向（軸線方向）に移動自在に
設けられている。環状間隙１３内には電機子磁界（永久
磁石）が存在していて、この電機子磁界の力線はコイル
１２の移動方向を横切る方向（半径方向）に延びてい
る。この場合、永久磁石は外側と内側に磁極を持つ環状
永久磁石１４、ヨーク１５で得られる。環状永久磁石１
４とヨーク１５は一体となって閉磁気回路（すなわち閉
磁力線回路）を構成する。以上述べたスリーブ１１、コ
イル１２、環状間隙１３、環状永久磁石１４、ヨーク１
５は全体としてピストン駆動用リニアモータ１６を構成
している。また、ピストン４はバネ１７を介してシリン
ダ３内に往復動可能に設けられ、バネ１７はピストン３
の静止時の固定位置及び運転時の中立位置を設定する。
レッサを用いたパルスチューブ冷凍機（４）−総合特性
評価−」（著者：松原洋一、他７名、雑誌名：第４６回
低温工学超電導学会講演概要集、１９９１年）に示され
た従来のパルスチューブ冷凍機を示す断面図である。図
において、１はパルスチューブ、２はパルスチューブ１
に連通された蓄熱器である。３は蓄熱器２に連通されて
いる圧縮機シリンダであり、この圧縮機シリンダ３内に
はピストン４が往復運動自在に支持されている。５はピ
ストン４の上面とシリンダ３で形成された圧縮空間であ
り、蓄熱器２に連通されている。これにより、圧縮空間
５、蓄熱器２及びパルスチューブ１は互いに連通され
て、作動空間が形成される。作動空間には作動ガスが封
入されている。また、６はパルスチューブ１の蓄熱器２
と反対側にオリフィス７を介して連通されたバッファタ
ンクである。パルスチューブ１は蓄熱器２側の端部に低
温熱交換器８を備え、バッファタンク６側の端部に常温
熱交換器９を備えている。さらに、ピストン４はその下
側のバッファ空間１０にアルミニウム等の非磁性及び非
磁化材料から成る軽量のスリーブ１１を備えている。ス
リーブ１１には導電体が巻き付けられていて、巻き付け
られた導電体はコイル１２を形成している。コイル１２
は環状間隙１３内に上下方向（軸線方向）に移動自在に
設けられている。環状間隙１３内には電機子磁界（永久
磁石）が存在していて、この電機子磁界の力線はコイル
１２の移動方向を横切る方向（半径方向）に延びてい
る。この場合、永久磁石は外側と内側に磁極を持つ環状
永久磁石１４、ヨーク１５で得られる。環状永久磁石１
４とヨーク１５は一体となって閉磁気回路（すなわち閉
磁力線回路）を構成する。以上述べたスリーブ１１、コ
イル１２、環状間隙１３、環状永久磁石１４、ヨーク１
５は全体としてピストン駆動用リニアモータ１６を構成
している。また、ピストン４はバネ１７を介してシリン
ダ３内に往復動可能に設けられ、バネ１７はピストン３
の静止時の固定位置及び運転時の中立位置を設定する。
【０００３】次に、従来のパルスチューブ冷凍機の動作
について説明する。コイル１２に系の共振周波数に等し
い交流電流を流すと、交流電流と環状永久磁石１４の作
る半径方向の磁場とが相互に作用してコイル１２に軸線
方向に周期的なローレンツ力が働く。これによりピスト
ン４及びバネ１７から成る系が共振状態となり、ピスト
ン４は軸線方向に振動する。ピストン４の振動は、圧縮
空間５、蓄熱器２、パルスチューブ１から成る作動空間
内に封入された作動ガスに周期的な圧力変化をもたら
す。
について説明する。コイル１２に系の共振周波数に等し
い交流電流を流すと、交流電流と環状永久磁石１４の作
る半径方向の磁場とが相互に作用してコイル１２に軸線
方向に周期的なローレンツ力が働く。これによりピスト
ン４及びバネ１７から成る系が共振状態となり、ピスト
ン４は軸線方向に振動する。ピストン４の振動は、圧縮
空間５、蓄熱器２、パルスチューブ１から成る作動空間
内に封入された作動ガスに周期的な圧力変化をもたら
す。
【０００４】図１８は図１７に示す従来のパルスチュー
ブ冷凍機のピストン４のストロークと運転周波数が一定
の場合の冷却特性を示す図である。図において、縦軸は
低温熱交換器８の無負荷時の温度であり、横軸はオリフ
ィス７の開度を示している。この図から明らかなよう
に、オリフィス７の開度が大きい方が低温熱交換器８の
温度は低下する。また、バッファタンク６の容積Ｖｂが
大きい方が低温熱交換器８の温度は低下する。従って、
ピストン４の振動で圧縮空間５、蓄熱器２及びパルスチ
ューブ１から成る作動空間内に封入された作動ガスに周
期的な圧力変化をもたらした状態で、オリフィス７の開
度を適当に設定すると、低温熱交換器８が極低温に冷却
される。
ブ冷凍機のピストン４のストロークと運転周波数が一定
の場合の冷却特性を示す図である。図において、縦軸は
低温熱交換器８の無負荷時の温度であり、横軸はオリフ
ィス７の開度を示している。この図から明らかなよう
に、オリフィス７の開度が大きい方が低温熱交換器８の
温度は低下する。また、バッファタンク６の容積Ｖｂが
大きい方が低温熱交換器８の温度は低下する。従って、
ピストン４の振動で圧縮空間５、蓄熱器２及びパルスチ
ューブ１から成る作動空間内に封入された作動ガスに周
期的な圧力変化をもたらした状態で、オリフィス７の開
度を適当に設定すると、低温熱交換器８が極低温に冷却
される。
【０００５】以下図１９，図２０に基づいて、その原理
について説明する。図１９（ａ）乃至（ｄ）は従来のパ
ルスチューブ冷凍機の冷却動作を説明する図である。図
において、１８はパルスチューブ１内の作動ガスに対し
仮想的に設定した境界であり、境界１８内の作動ガスは
断熱変化すると仮定する。この作動ガスは境界１８内に
封入された状態で断熱ガスピストン１９を形成してい
る。そして、オリフィス７を適当に開口すると、パルス
チューブ１内の作動ガスの圧力変動と、オリフィス７を
経てバッファタンク６に出入りする作動ガスの移動とに
適度な位相差が生じる。
について説明する。図１９（ａ）乃至（ｄ）は従来のパ
ルスチューブ冷凍機の冷却動作を説明する図である。図
において、１８はパルスチューブ１内の作動ガスに対し
仮想的に設定した境界であり、境界１８内の作動ガスは
断熱変化すると仮定する。この作動ガスは境界１８内に
封入された状態で断熱ガスピストン１９を形成してい
る。そして、オリフィス７を適当に開口すると、パルス
チューブ１内の作動ガスの圧力変動と、オリフィス７を
経てバッファタンク６に出入りする作動ガスの移動とに
適度な位相差が生じる。
【０００６】図１９（ａ）から（ｂ）の行程において、
ピストン４は下死点の位置から上昇する。従って、圧縮
空間５内の作動ガスが圧縮されて蓄熱器２内に流れこ
む。蓄熱器２内に流れこんだ作動ガスは蓄熱器２で半サ
イクル前に蓄えられた冷熱により予冷され、低温熱交換
器８を経てパルスチューブ１内の低温側空間２０に流入
する。これにより、流入した作動ガスの圧力が上昇する
ので、断熱ガスピストン１９が上昇してパルスチューブ
１内の常温空間２１は図１９（ａ）より小さく、低温空
間２０は図１９（ａ）より大きくなる。
ピストン４は下死点の位置から上昇する。従って、圧縮
空間５内の作動ガスが圧縮されて蓄熱器２内に流れこ
む。蓄熱器２内に流れこんだ作動ガスは蓄熱器２で半サ
イクル前に蓄えられた冷熱により予冷され、低温熱交換
器８を経てパルスチューブ１内の低温側空間２０に流入
する。これにより、流入した作動ガスの圧力が上昇する
ので、断熱ガスピストン１９が上昇してパルスチューブ
１内の常温空間２１は図１９（ａ）より小さく、低温空
間２０は図１９（ａ）より大きくなる。
【０００７】次に、図１９（ｂ）から（ｃ）の行程にお
いて、ピストン４が上死点の位置のままで、パルスチュ
ーブ１内の常温空間２１の作動ガスが常温熱交換器９及
びオリフィス７を経て、バッファタンク６に流入する。
従って、常温空間２１内の作動ガスの圧力が低下して断
熱ガスピストン１９が図１９（ｂ）より上方向に移動す
るので、パルスチューブ１内の常温空間２１は図１９
（ｂ）より小さく、低温空間２０は図１９（ｂ）より大
きくなる。
いて、ピストン４が上死点の位置のままで、パルスチュ
ーブ１内の常温空間２１の作動ガスが常温熱交換器９及
びオリフィス７を経て、バッファタンク６に流入する。
従って、常温空間２１内の作動ガスの圧力が低下して断
熱ガスピストン１９が図１９（ｂ）より上方向に移動す
るので、パルスチューブ１内の常温空間２１は図１９
（ｂ）より小さく、低温空間２０は図１９（ｂ）より大
きくなる。
【０００８】次いで、図１９（ｃ）から（ｄ）の行程に
おいて、ピストン４が上死点の位置から下降するので、
作動ガスの圧力は低下しパルスチューブ１内の低温ガス
の一部が低温熱交換器８を経て蓄熱器２内に流入する。
蓄熱器２内に流入した作動ガスは蓄熱器２に冷熱を与え
ながら圧縮空間５内に流入する。従って、パルスチュー
ブ１内の常温空間２１は図１９（ｃ）より大きく、低温
空間２０は図１９（ｃ）より小さくなる。
おいて、ピストン４が上死点の位置から下降するので、
作動ガスの圧力は低下しパルスチューブ１内の低温ガス
の一部が低温熱交換器８を経て蓄熱器２内に流入する。
蓄熱器２内に流入した作動ガスは蓄熱器２に冷熱を与え
ながら圧縮空間５内に流入する。従って、パルスチュー
ブ１内の常温空間２１は図１９（ｃ）より大きく、低温
空間２０は図１９（ｃ）より小さくなる。
【０００９】続いて、図１９（ｄ）から（ａ）の行程に
おいて、ピストン４が下死点の位置のままで、バッファ
タンク６内の作動ガスが、オリフィス７及び常温熱交換
器９を経てパルスチューブ１内の常温空間２１に流入す
る。従って、常温空間２１内の作動ガスの圧力が上昇す
るので、パルスチューブ１内の常温空間２１は図１９
（ｄ）より大きく、低温空間２０は図１９（ｄ）より小
さくなる。
おいて、ピストン４が下死点の位置のままで、バッファ
タンク６内の作動ガスが、オリフィス７及び常温熱交換
器９を経てパルスチューブ１内の常温空間２１に流入す
る。従って、常温空間２１内の作動ガスの圧力が上昇す
るので、パルスチューブ１内の常温空間２１は図１９
（ｄ）より大きく、低温空間２０は図１９（ｄ）より小
さくなる。
【００１０】以上の行程をＰ−Ｖ線図として表したもの
が図２０である。図２０（ａ）はパルスチューブ１内の
低温空間２０のＰ−Ｖ線図、図２０（ｂ）はパルスチュ
ーブ１内のガスピストン１９のＰ−Ｖ線図、図２０
（ｃ）はパルスチューブ１内の常温空間２１のＰ−Ｖ線
図である。図２０（ａ）〜（ｃ）において、状態 I，I
I，III 及び状態IVはそれぞれ図１９（ａ），図１９
（ｂ），図１９（ｃ）及び図１９（ｄ）に相当する。こ
れらの図から明らかなように、パルスチューブ１内の低
温空間２０では膨張仕事、パルスチューブ１内のガスピ
ストン１９は可逆断熱仕事、パルスチューブ１内の常温
空間２１では圧縮仕事をしている。そして、低温空間に
おける膨張仕事により冷熱が発生して、低温熱交換器８
から冷熱として取り出される。
が図２０である。図２０（ａ）はパルスチューブ１内の
低温空間２０のＰ−Ｖ線図、図２０（ｂ）はパルスチュ
ーブ１内のガスピストン１９のＰ−Ｖ線図、図２０
（ｃ）はパルスチューブ１内の常温空間２１のＰ−Ｖ線
図である。図２０（ａ）〜（ｃ）において、状態 I，I
I，III 及び状態IVはそれぞれ図１９（ａ），図１９
（ｂ），図１９（ｃ）及び図１９（ｄ）に相当する。こ
れらの図から明らかなように、パルスチューブ１内の低
温空間２０では膨張仕事、パルスチューブ１内のガスピ
ストン１９は可逆断熱仕事、パルスチューブ１内の常温
空間２１では圧縮仕事をしている。そして、低温空間に
おける膨張仕事により冷熱が発生して、低温熱交換器８
から冷熱として取り出される。
【００１１】図２１は、例えば文献「パルス管式冷凍機
による３０Ｋから２０Ｋ領域の生成」（著者：石崎嘉
宏、松井隆行、雑誌名：第４７回低温工学超電導学会講
演概要集、１９９２年）に開示された従来のパルスチュ
ーブ冷凍機の他の実施例を示す断面図である。図におい
て、２９はコンロッドであり、コンロッド２９はピスト
ン４とクランクアーム３１に固定されたピン３０を連結
している。３２はクランク軸である。そして、コンロッ
ド２９、ピン３０、クランクアーム３１、クランク軸３
２はクランク機構３３を構成している。５０は膨張機シ
リンダであり、この膨張機シリンダ５０内には膨張ピス
トン５１が往復運動自在に支持されている。５２は膨張
空間であり、膨張空間５２はパルスチューブ１内に連通
管２２を介して連通されている。５３はコンロッドであ
り、コンロッド５３は膨張ピストン５１とクランクアー
ム５５に固定されたピン５４を連結している。５６はク
ランク軸である。そして、コンロッド５３、ピン５４、
クランクアーム５５、クランク軸５６はクランク機構５
７を構成している。
による３０Ｋから２０Ｋ領域の生成」（著者：石崎嘉
宏、松井隆行、雑誌名：第４７回低温工学超電導学会講
演概要集、１９９２年）に開示された従来のパルスチュ
ーブ冷凍機の他の実施例を示す断面図である。図におい
て、２９はコンロッドであり、コンロッド２９はピスト
ン４とクランクアーム３１に固定されたピン３０を連結
している。３２はクランク軸である。そして、コンロッ
ド２９、ピン３０、クランクアーム３１、クランク軸３
２はクランク機構３３を構成している。５０は膨張機シ
リンダであり、この膨張機シリンダ５０内には膨張ピス
トン５１が往復運動自在に支持されている。５２は膨張
空間であり、膨張空間５２はパルスチューブ１内に連通
管２２を介して連通されている。５３はコンロッドであ
り、コンロッド５３は膨張ピストン５１とクランクアー
ム５５に固定されたピン５４を連結している。５６はク
ランク軸である。そして、コンロッド５３、ピン５４、
クランクアーム５５、クランク軸５６はクランク機構５
７を構成している。
【００１２】次に、従来のパルスチューブ冷凍機の他の
実施例の動作について説明する。先ず、図示しない回転
モータを駆動してクランク軸３２とクランク軸５６とを
一定の位相差で回転する。これにより、ピストン４と膨
張ピストン５１が一定の位相差で運動するので、圧縮空
間５、蓄熱器２、パルスチューブ１、膨張空間５２から
成る作動空間内に封入された作動ガスが周期的に圧力変
化する。この場合、パルスチューブ１内では図１７に示
す従来の実施例と同様な作動ガスの作動で低温熱交換器
８が極低温に冷却されて冷熱が得られる。そして、図２
１に示す実施例の場合、断熱ガスピストン１９とピスト
ン４の位相差とストロークを任意に制御することができ
る。図２２は断熱ガスピストン１９とピストン４の位相
差と冷却性能との関係を示す図であり、図から明らかな
ように最適な位相差が存在する。従って、図２１に示す
従来のパルスチューブ冷凍機は図１７に示す従来のパル
スチューブ冷凍機より高い冷却性能を有する。
実施例の動作について説明する。先ず、図示しない回転
モータを駆動してクランク軸３２とクランク軸５６とを
一定の位相差で回転する。これにより、ピストン４と膨
張ピストン５１が一定の位相差で運動するので、圧縮空
間５、蓄熱器２、パルスチューブ１、膨張空間５２から
成る作動空間内に封入された作動ガスが周期的に圧力変
化する。この場合、パルスチューブ１内では図１７に示
す従来の実施例と同様な作動ガスの作動で低温熱交換器
８が極低温に冷却されて冷熱が得られる。そして、図２
１に示す実施例の場合、断熱ガスピストン１９とピスト
ン４の位相差とストロークを任意に制御することができ
る。図２２は断熱ガスピストン１９とピストン４の位相
差と冷却性能との関係を示す図であり、図から明らかな
ように最適な位相差が存在する。従って、図２１に示す
従来のパルスチューブ冷凍機は図１７に示す従来のパル
スチューブ冷凍機より高い冷却性能を有する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】従来のパルスチューブ
冷凍機は以上のように構成されているので、作動ガス用
のバッファタンク６が必要であり、さらに、バッファタ
ンク６は高い冷却性能を得るために容量を大型化する必
要がある。従って、パルスチューブ冷凍機が大型化する
という問題点がある。
冷凍機は以上のように構成されているので、作動ガス用
のバッファタンク６が必要であり、さらに、バッファタ
ンク６は高い冷却性能を得るために容量を大型化する必
要がある。従って、パルスチューブ冷凍機が大型化する
という問題点がある。
【００１４】また、さらに高い冷却性能を得るために
は、図２１に示すように圧縮機のほかにパルスチューブ
１の常温熱交換器側に膨張ピストン５１とそれを駆動す
るクランク機構５７などが必要となる。従って、パルス
チューブ冷凍機が大型化するという問題点があった。
は、図２１に示すように圧縮機のほかにパルスチューブ
１の常温熱交換器側に膨張ピストン５１とそれを駆動す
るクランク機構５７などが必要となる。従って、パルス
チューブ冷凍機が大型化するという問題点があった。
【００１５】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、バッファタンクや、膨張ピスト
ンを駆動するクランク機構を必要とせずにコンパクトで
高性能なパルスチューブ冷凍機を提供することを目的と
している。
ためになされたもので、バッファタンクや、膨張ピスト
ンを駆動するクランク機構を必要とせずにコンパクトで
高性能なパルスチューブ冷凍機を提供することを目的と
している。
【００１６】
【課題を解決するための手段】この発明に係るパルスチ
ューブ冷凍機は、パルスチューブの一端が冷熱を発生す
る低温熱交換器を介して蓄熱器に設けられ、また、パル
スチューブの他端が常温熱交換器に設けられている。圧
縮機はシリンダ内に摺動自在に支持されたピストン及び
前記シリンダで形成された圧縮室を備えていて、さら
に、圧縮機はピストンを往復運動する駆動手段を備えて
いる。また、圧縮機には圧縮室の容積変化に反比例して
容積変化するバッファ室が備えられている。第１の連通
管は、蓄熱器及び低温熱交換器を介して圧縮室とパルス
チューブとを連通している。そして、第２の連通管は常
温熱交換器を介してバッファ室とパルスチューブとを連
通した。これにより、作動ガスがパルスチューブを介し
てバッファ室と圧縮室間を流れるようにしたものであ
る。
ューブ冷凍機は、パルスチューブの一端が冷熱を発生す
る低温熱交換器を介して蓄熱器に設けられ、また、パル
スチューブの他端が常温熱交換器に設けられている。圧
縮機はシリンダ内に摺動自在に支持されたピストン及び
前記シリンダで形成された圧縮室を備えていて、さら
に、圧縮機はピストンを往復運動する駆動手段を備えて
いる。また、圧縮機には圧縮室の容積変化に反比例して
容積変化するバッファ室が備えられている。第１の連通
管は、蓄熱器及び低温熱交換器を介して圧縮室とパルス
チューブとを連通している。そして、第２の連通管は常
温熱交換器を介してバッファ室とパルスチューブとを連
通した。これにより、作動ガスがパルスチューブを介し
てバッファ室と圧縮室間を流れるようにしたものであ
る。
【００１７】この発明に係るパルスチューブ冷凍機は、
圧縮機の駆動手段にリニアモータを使用して、このリニ
アモータでピストンを摺動するものである。さらに、こ
の発明に係るパルスチューブ冷凍機は、圧縮機の駆動手
段にクランク機構を使用して、このクランク機構でピス
トンを摺動するものである。
圧縮機の駆動手段にリニアモータを使用して、このリニ
アモータでピストンを摺動するものである。さらに、こ
の発明に係るパルスチューブ冷凍機は、圧縮機の駆動手
段にクランク機構を使用して、このクランク機構でピス
トンを摺動するものである。
【００１８】この発明に係るパルスチューブ冷凍機は、
第２の連通管を介してバッファ室と常温熱交換器に開口
率を調整自在なオリフィスバルブを設けたものである。
また、この発明に係るパルスチューブ冷凍機は、圧縮機
に所定の位相差で往復運動する一対のピストンを同軸上
に対向して設けて一対のピストン間に圧縮室を形成し、
かつ、圧縮室の容積変化に反比例して容積が変化する第
１，第２のバッファ室を形成し、さらに、圧縮室を蓄熱
器及び低温熱交換器を介してパルスチューブの一端に連
通し、かつ、第１，第２のバッファ室のいずれか一方を
第２の連通管を介してパルスチューブの他端に連通した
ものである。
第２の連通管を介してバッファ室と常温熱交換器に開口
率を調整自在なオリフィスバルブを設けたものである。
また、この発明に係るパルスチューブ冷凍機は、圧縮機
に所定の位相差で往復運動する一対のピストンを同軸上
に対向して設けて一対のピストン間に圧縮室を形成し、
かつ、圧縮室の容積変化に反比例して容積が変化する第
１，第２のバッファ室を形成し、さらに、圧縮室を蓄熱
器及び低温熱交換器を介してパルスチューブの一端に連
通し、かつ、第１，第２のバッファ室のいずれか一方を
第２の連通管を介してパルスチューブの他端に連通した
ものである。
【００１９】この発明に係るパルスチューブ冷凍機は、
請求項５記載の発明における第１，第２のバッファ室を
互いに連通したものである。また、この発明に係るパル
スチューブ冷凍機は、請求項５記載の発明における一対
のピストンの駆動手段にリニアモータを使用して、この
リニアモータで一対のピストンを摺動するものである。
請求項５記載の発明における第１，第２のバッファ室を
互いに連通したものである。また、この発明に係るパル
スチューブ冷凍機は、請求項５記載の発明における一対
のピストンの駆動手段にリニアモータを使用して、この
リニアモータで一対のピストンを摺動するものである。
【００２０】この発明に係るパルスチューブ冷凍機は、
請求項５記載の発明における一対のピストンの駆動手段
にクランク機構を使用して、このクランク機構で一対の
ピストンを摺動するものである。また、この発明に係る
パルスチューブ冷凍機は、請求項１記載の発明のピスト
ンに同軸上に膨張ピストンを形成して膨張ピストンで形
成された膨張室を第２の連通管を介してパルスチューブ
に連通したものである。
請求項５記載の発明における一対のピストンの駆動手段
にクランク機構を使用して、このクランク機構で一対の
ピストンを摺動するものである。また、この発明に係る
パルスチューブ冷凍機は、請求項１記載の発明のピスト
ンに同軸上に膨張ピストンを形成して膨張ピストンで形
成された膨張室を第２の連通管を介してパルスチューブ
に連通したものである。
【００２１】この発明に係るパルスチューブ冷凍機は、
請求項９記載の発明の膨張ピストンを弾性部材を介して
ピストンに同軸上に連結したものである。また、この発
明に係るパルスチューブ冷凍機は、蓄熱器とパルスチュ
ーブとの連通部を折曲げて、蓄熱器とパルスチューブと
を平行に配設したものである。
請求項９記載の発明の膨張ピストンを弾性部材を介して
ピストンに同軸上に連結したものである。また、この発
明に係るパルスチューブ冷凍機は、蓄熱器とパルスチュ
ーブとの連通部を折曲げて、蓄熱器とパルスチューブと
を平行に配設したものである。
【００２２】この発明に係るパルスチューブ冷凍機は、
蓄熱器の外側に同軸上にパルスチューブを配設したもの
である。また、この発明に係るパルスチューブ冷凍機
は、パルスチューブの外周に同軸上に蓄熱器を配設した
ものである。
蓄熱器の外側に同軸上にパルスチューブを配設したもの
である。また、この発明に係るパルスチューブ冷凍機
は、パルスチューブの外周に同軸上に蓄熱器を配設した
ものである。
【００２３】この発明に係るパルスチューブ冷凍機は、
第１の連通管及び第２の連通管を連通する第３の連通管
を配設したものである。
第１の連通管及び第２の連通管を連通する第３の連通管
を配設したものである。
【００２４】この発明に係るパルスチューブ冷凍機は、
請求項９又は請求項１０記載の発明におけるピストンと
膨張ピストンをそれぞれ圧縮機に一対設けたものであ
る。また、この発明に係るパルスチューブ冷凍機は、一
対のピストンを圧縮機に設けたものである。
請求項９又は請求項１０記載の発明におけるピストンと
膨張ピストンをそれぞれ圧縮機に一対設けたものであ
る。また、この発明に係るパルスチューブ冷凍機は、一
対のピストンを圧縮機に設けたものである。
【００２５】
【作用】この発明におけるパルスチューブ冷凍機は、パ
ルスチューブの一端が冷熱を発生する低温熱交換器を介
して蓄熱器に設けられ、また、パルスチューブの他端が
常温熱交換器に設けられている。圧縮機はシリンダ内に
摺動自在に支持されたピストン及び前記シリンダで形成
された圧縮室を備えていて、さらに、圧縮機はピストン
を往復運動する駆動手段を備えている。また、圧縮機に
は圧縮室の容積変化に反比例して容積変化するバッファ
室が備えられている。第１の連通管は、蓄熱器及び低温
熱交換器を介して圧縮室とパルスチューブとを連通して
いる。そして、第２の連通管は常温熱交換器を介してバ
ッファ室とパルスチューブとを連通して、作動ガスがパ
ルスチューブを介してバッファ室と圧縮室間を流れるよ
うにした。従って、圧縮機が備えるバッファ室が従来の
バッファタンクに相当するので、圧縮機と別のバッファ
タンクを不要化でき、コスト低減が図れると共に、冷却
性能が劣らないパルスチューブ冷凍機の小型化を図るこ
とができる。
ルスチューブの一端が冷熱を発生する低温熱交換器を介
して蓄熱器に設けられ、また、パルスチューブの他端が
常温熱交換器に設けられている。圧縮機はシリンダ内に
摺動自在に支持されたピストン及び前記シリンダで形成
された圧縮室を備えていて、さらに、圧縮機はピストン
を往復運動する駆動手段を備えている。また、圧縮機に
は圧縮室の容積変化に反比例して容積変化するバッファ
室が備えられている。第１の連通管は、蓄熱器及び低温
熱交換器を介して圧縮室とパルスチューブとを連通して
いる。そして、第２の連通管は常温熱交換器を介してバ
ッファ室とパルスチューブとを連通して、作動ガスがパ
ルスチューブを介してバッファ室と圧縮室間を流れるよ
うにした。従って、圧縮機が備えるバッファ室が従来の
バッファタンクに相当するので、圧縮機と別のバッファ
タンクを不要化でき、コスト低減が図れると共に、冷却
性能が劣らないパルスチューブ冷凍機の小型化を図るこ
とができる。
【００２６】この発明におけるパルスチューブ冷凍機
は、圧縮機の駆動手段にリニアモータを使用して、この
リニアモータでピストンを往復運動するので、ピストン
をスムーズに直線移動させることができる。
は、圧縮機の駆動手段にリニアモータを使用して、この
リニアモータでピストンを往復運動するので、ピストン
をスムーズに直線移動させることができる。
【００２７】この発明におけるパルスチューブ冷凍機
は、圧縮機の駆動手段にクランク機構を使用して、この
クランク機構でピストンを摺動する。これにより、断熱
ガスピストンとピストンの位相差とストロークを任意に
設定することができる。
は、圧縮機の駆動手段にクランク機構を使用して、この
クランク機構でピストンを摺動する。これにより、断熱
ガスピストンとピストンの位相差とストロークを任意に
設定することができる。
【００２８】この発明におけるパルスチューブ冷凍機
は、常温熱交換器と第２の連通管との間に開口率を調整
可能なオリフィスバルブを設けた。従って、作動ガスの
流量調整を容易に行うことができる。
は、常温熱交換器と第２の連通管との間に開口率を調整
可能なオリフィスバルブを設けた。従って、作動ガスの
流量調整を容易に行うことができる。
【００２９】この発明におけるパルスチューブ冷凍機
は、圧縮機に所定の位相差で往復運動する一対のピスト
ンを同軸上に対向して設けて一対のピストン間に圧縮室
を形成し、かつ、圧縮室の容積変化に反比例して容積が
変化する第１，第２のバッファ室を形成し、さらに、圧
縮室を蓄熱器及び低温熱交換器を介してパルスチューブ
の一端に連通し、かつ、第１，第２のバッファ室のいず
れか一方を第２の連通管を介してパルスチューブの他端
に連通した。このように、圧縮機のピストンを２気筒に
することにより低振動化を図ることができる。
は、圧縮機に所定の位相差で往復運動する一対のピスト
ンを同軸上に対向して設けて一対のピストン間に圧縮室
を形成し、かつ、圧縮室の容積変化に反比例して容積が
変化する第１，第２のバッファ室を形成し、さらに、圧
縮室を蓄熱器及び低温熱交換器を介してパルスチューブ
の一端に連通し、かつ、第１，第２のバッファ室のいず
れか一方を第２の連通管を介してパルスチューブの他端
に連通した。このように、圧縮機のピストンを２気筒に
することにより低振動化を図ることができる。
【００３０】この発明におけるパルスチューブ冷凍機
は、第１，第２のバッファ室を互いに連通したことによ
り、請求項５記載の発明と同様に低振動化を図ることが
できる。また、この発明におけるパルスチューブ冷凍機
は、一対のピストンの駆動手段にリニアモータを使用し
て、このリニアモータで一対のピストンを往復運動する
ので、一対のピストンをスムーズに直線移動させること
ができる。
は、第１，第２のバッファ室を互いに連通したことによ
り、請求項５記載の発明と同様に低振動化を図ることが
できる。また、この発明におけるパルスチューブ冷凍機
は、一対のピストンの駆動手段にリニアモータを使用し
て、このリニアモータで一対のピストンを往復運動する
ので、一対のピストンをスムーズに直線移動させること
ができる。
【００３１】この発明におけるパルスチューブ冷凍機
は、一対のピストンの駆動手段にクランク機構を使用し
て、このクランク機構で一対のピストンを摺動するの
で、断熱ガスピストンと一対のピストンの位相差とスト
ロークを任意に設定することができる。
は、一対のピストンの駆動手段にクランク機構を使用し
て、このクランク機構で一対のピストンを摺動するの
で、断熱ガスピストンと一対のピストンの位相差とスト
ロークを任意に設定することができる。
【００３２】この発明におけるパルスチューブ冷凍機
は、ピストンに同軸上に膨張ピストンを形成し、この膨
張ピストンで形成された膨張室を第２の連通管を介して
パルスチューブの他端に連通したことにより、従来必要
であった膨張ピストン用のクランク機構を除去して、高
い冷却効果を得ることができる。
は、ピストンに同軸上に膨張ピストンを形成し、この膨
張ピストンで形成された膨張室を第２の連通管を介して
パルスチューブの他端に連通したことにより、従来必要
であった膨張ピストン用のクランク機構を除去して、高
い冷却効果を得ることができる。
【００３３】この発明におけるパルスチューブ冷凍機
は、膨張ピストンはバネを介してピストンに同軸上に連
結されているので、膨張ピストンのストロークやピスト
ンに対する位相差を任意に制御することができる。
は、膨張ピストンはバネを介してピストンに同軸上に連
結されているので、膨張ピストンのストロークやピスト
ンに対する位相差を任意に制御することができる。
【００３４】この発明におけるパルスチューブ冷凍機
は、蓄熱器とパルスチューブとの連通部を折曲げて、蓄
熱器とパルスチューブとを平行に配設したことにより、
パルスチューブ冷凍機の高さを低くすることができる。
は、蓄熱器とパルスチューブとの連通部を折曲げて、蓄
熱器とパルスチューブとを平行に配設したことにより、
パルスチューブ冷凍機の高さを低くすることができる。
【００３５】この発明におけるパルスチューブ冷凍機
は、蓄熱器の外側に同軸上にパルスチューブを配設した
ことにより、パルスチューブ冷凍機の高さを低くするこ
とができる。また、この発明におけるパルスチューブ冷
凍機は、パルスチューブの外周に同軸上に蓄熱器を配設
したことにより、パルスチューブ冷凍機の高さを低くす
ることができる。
は、蓄熱器の外側に同軸上にパルスチューブを配設した
ことにより、パルスチューブ冷凍機の高さを低くするこ
とができる。また、この発明におけるパルスチューブ冷
凍機は、パルスチューブの外周に同軸上に蓄熱器を配設
したことにより、パルスチューブ冷凍機の高さを低くす
ることができる。
【００３６】この発明におけるパルスチューブ冷凍機
は、第１の連通管及び第２の連通管を連通する第３の連
通管を配設したので、高い冷却能力を得ることができ
る。
は、第１の連通管及び第２の連通管を連通する第３の連
通管を配設したので、高い冷却能力を得ることができ
る。
【００３７】この発明におけるパルスチューブ冷凍機
は、請求項９又は請求項１０記載の発明におけるピスト
ンと膨張ピストンをそれぞれ圧縮機に一対設けたことに
より、膨張ピストン用のクランク機構を除去して高い冷
却効果を得ることができ、さらに、低振動化を図ること
ができる。
は、請求項９又は請求項１０記載の発明におけるピスト
ンと膨張ピストンをそれぞれ圧縮機に一対設けたことに
より、膨張ピストン用のクランク機構を除去して高い冷
却効果を得ることができ、さらに、低振動化を図ること
ができる。
【００３８】この発明におけるパルスチューブ冷凍機
は、圧縮機に一対のピストンを設けたことにより、膨張
ピストン用のクランク機構を除去して高い冷却効果を得
ることができ、さらに、低振動化を図ることができる。
は、圧縮機に一対のピストンを設けたことにより、膨張
ピストン用のクランク機構を除去して高い冷却効果を得
ることができ、さらに、低振動化を図ることができる。
【００３９】
【実施例】実施例１． 以下、この発明の一実施例を図について説明する。図１
において、図１７に示す従来のパルスチューブ冷凍機と
同一類似部材については同一符号を付して説明を省略す
る。図１において、２２は常温熱交換器９とオリフィス
７を連通する連通管、２３はオリフィス７とバッファ空
間（バッファ室）１０を連通する連通管、２４は蓄熱器
２と圧縮空間（圧縮室）５を連通する連通管である。
において、図１７に示す従来のパルスチューブ冷凍機と
同一類似部材については同一符号を付して説明を省略す
る。図１において、２２は常温熱交換器９とオリフィス
７を連通する連通管、２３はオリフィス７とバッファ空
間（バッファ室）１０を連通する連通管、２４は蓄熱器
２と圧縮空間（圧縮室）５を連通する連通管である。
【００４０】以下、本実施例の動作について説明する。
コイル１２に系の共振周波数に等しい交流電流を流す
と、交流電流と環状永久磁石１４の作る半径方向の磁場
とが相互に作用してコイル１２に軸線方向に周期的なロ
ーレンツ力が働く。これにより、ピストン４及びバネ１
７から成る系が共振状態となりピストン４は軸線方向に
振動する。ピストン４の振動は、圧縮空間５、蓄熱器
２、パルスチューブ１から成る作動空間内に封入された
作動ガスに周期的な圧力変化をもたらす。
コイル１２に系の共振周波数に等しい交流電流を流す
と、交流電流と環状永久磁石１４の作る半径方向の磁場
とが相互に作用してコイル１２に軸線方向に周期的なロ
ーレンツ力が働く。これにより、ピストン４及びバネ１
７から成る系が共振状態となりピストン４は軸線方向に
振動する。ピストン４の振動は、圧縮空間５、蓄熱器
２、パルスチューブ１から成る作動空間内に封入された
作動ガスに周期的な圧力変化をもたらす。
【００４１】この状態で、オリフィス７の開度を適当に
設定すると、パルスチューブ１内の作動ガスは常温熱交
換器９、連通管２２、オリフィス７、連通管２３を経て
パルスチューブ１内とバッファ空間１０との間を往復流
動する。この場合、バッファ空間１０はピストン４の振
動で容積が変化するので、バッファ空間１０は、常温熱
交換器９、パルスチューブ１、低温熱交換器８、蓄熱器
２、連通管２４、圧縮空間５から成る作動空間に対し
て、逆位相で同一容積変化する。従って、前記作動空間
内の作動ガスの圧力変動がほとんどなくなるまで、作動
空間内の作動ガスは作動空間内とバッファ空間１０との
間をオリフィス７を介して往復流動することができる。
このように、バッファ空間１０とパルスチューブ１とを
連通することにより、従来必要であったバッファタンク
を除去することができる。そして、オリフィス７を適当
に開口することにより、従来のパルスチューブ冷凍機と
同様の動作で低温熱交換器８に冷熱を発生させることが
できる。
設定すると、パルスチューブ１内の作動ガスは常温熱交
換器９、連通管２２、オリフィス７、連通管２３を経て
パルスチューブ１内とバッファ空間１０との間を往復流
動する。この場合、バッファ空間１０はピストン４の振
動で容積が変化するので、バッファ空間１０は、常温熱
交換器９、パルスチューブ１、低温熱交換器８、蓄熱器
２、連通管２４、圧縮空間５から成る作動空間に対し
て、逆位相で同一容積変化する。従って、前記作動空間
内の作動ガスの圧力変動がほとんどなくなるまで、作動
空間内の作動ガスは作動空間内とバッファ空間１０との
間をオリフィス７を介して往復流動することができる。
このように、バッファ空間１０とパルスチューブ１とを
連通することにより、従来必要であったバッファタンク
を除去することができる。そして、オリフィス７を適当
に開口することにより、従来のパルスチューブ冷凍機と
同様の動作で低温熱交換器８に冷熱を発生させることが
できる。
【００４２】実施例２．前記 実施例１によるパルスチューブ冷凍機は圧縮機が単
気筒の場合であるが、その圧縮機は図２に示す実施例２
のように２気筒であってもよい。図２はこの発明の実施
例２によるパルスチューブ冷凍機を示す断面図であり、
図１と同一類似部材については同一符号を付して説明を
省略する。図２において、３ａ及び４ａはそれぞれ第１
の圧縮機シリンダ及び第１のピストンであり、第１の圧
縮機３ａ及び第１のピストン４ａは実施例１の圧縮機３
及びピストン４と同様に構成されている。また、１６ａ
は第１のリニアモータであり、第１のリニアモータ１６
ａは第１のスリーブ１１ａ、第１のコイル１２ａ、第１
の環状間隙１３ａ、第１の環状永久磁石１４ａ、第１の
ヨーク１５ａから成り、実施例１のリニアモータ１６と
同様に構成されている。さらに、１０ａ及び１７ａはそ
れぞれ第１のバッファ空間及び第１のバネであり、これ
らは実施例１のバッファ空間１０及びバネ１７に相当す
る。
気筒の場合であるが、その圧縮機は図２に示す実施例２
のように２気筒であってもよい。図２はこの発明の実施
例２によるパルスチューブ冷凍機を示す断面図であり、
図１と同一類似部材については同一符号を付して説明を
省略する。図２において、３ａ及び４ａはそれぞれ第１
の圧縮機シリンダ及び第１のピストンであり、第１の圧
縮機３ａ及び第１のピストン４ａは実施例１の圧縮機３
及びピストン４と同様に構成されている。また、１６ａ
は第１のリニアモータであり、第１のリニアモータ１６
ａは第１のスリーブ１１ａ、第１のコイル１２ａ、第１
の環状間隙１３ａ、第１の環状永久磁石１４ａ、第１の
ヨーク１５ａから成り、実施例１のリニアモータ１６と
同様に構成されている。さらに、１０ａ及び１７ａはそ
れぞれ第１のバッファ空間及び第１のバネであり、これ
らは実施例１のバッファ空間１０及びバネ１７に相当す
る。
【００４３】さらに、実施例２のパルスチューブ冷凍機
は第２の圧縮機シリンダ３６、第２のピストン４ａ及び
第２のリニアモータ１６ｂを備えている。これらの第２
の圧縮機シリンダ３ｂ、ピストン４ｂ及びリニアモータ
１６ｂは第１の圧縮機シリンダ３ａ、ピストン４ａ及び
リニアモータ１６ａと同様に構成されている。また、１
０ｂ及び１７ｂは、それぞれ第２のバッファ空間及び第
２のバネであり、これらは第１のバッファ空間１０ａ及
び第１のバネ１７ａと同様に構成されている。但し。第
２のバッファ空間１０ｂには連通管２３が連通されてい
ない点で第１のバッファ空間１０ａと相違する。
は第２の圧縮機シリンダ３６、第２のピストン４ａ及び
第２のリニアモータ１６ｂを備えている。これらの第２
の圧縮機シリンダ３ｂ、ピストン４ｂ及びリニアモータ
１６ｂは第１の圧縮機シリンダ３ａ、ピストン４ａ及び
リニアモータ１６ａと同様に構成されている。また、１
０ｂ及び１７ｂは、それぞれ第２のバッファ空間及び第
２のバネであり、これらは第１のバッファ空間１０ａ及
び第１のバネ１７ａと同様に構成されている。但し。第
２のバッファ空間１０ｂには連通管２３が連通されてい
ない点で第１のバッファ空間１０ａと相違する。
【００４４】次に動作について説明する。尚、第１のピ
ストン４ａの振動に基づいた圧縮空間５及び第１のバッ
ファ空間１０ａの容積変化は実施例１のバッファ空間１
０及びバッファ空間１０の容積変化と同一になるように
設定されている。従って、低温熱交換器８に冷熱が発生
する動作は実施例１と同様なので説明を省略して、第
１，第２のピストン４ａ，４ｂの運動に基づく圧縮空間
５の容積変化について説明する。
ストン４ａの振動に基づいた圧縮空間５及び第１のバッ
ファ空間１０ａの容積変化は実施例１のバッファ空間１
０及びバッファ空間１０の容積変化と同一になるように
設定されている。従って、低温熱交換器８に冷熱が発生
する動作は実施例１と同様なので説明を省略して、第
１，第２のピストン４ａ，４ｂの運動に基づく圧縮空間
５の容積変化について説明する。
【００４５】先ず、第１のピストン４ａと第２のピスト
ン４ｂの運動を正弦波で仮定し、その位相差をαとする
と、圧縮空間５の容積Ｖｃの変化は次式で表される。
ン４ｂの運動を正弦波で仮定し、その位相差をαとする
と、圧縮空間５の容積Ｖｃの変化は次式で表される。
【００４６】 Ｖｃ＝Ｖ１｛１−ｓｉｎ（θ）｝／２＋Ｖ２｛１−ｓｉｎ（θ−α）｝／２ ‥‥‥（１） Ｖｃ：圧縮空間５の容積 Ｖ１：第１のピストン４ａによる圧縮空間５の容積変化 Ｖ２：第２のピストン４ｂによる圧縮空間５の容積変化 θ：クランク角 α：位相差
【００４７】式（１）は次のように書き換えられる。
【００４８】 Ｖｃ＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２−Ａｓｉｎ（θ＋β） ‥‥‥（２） Ａ：定数 β：第１のピストン４ａの運動に対する圧縮空間５の容
積変化の位相差
積変化の位相差
【００４９】Ａとβはそれぞれ次式で表される。
【００５０】 Ａ＝｛［Ｖ１＋Ｖ２ｃｏｓ（α）］2 ＋［Ｖ２ｓｉｎ（α）］2 ｝0.5 ／２ ‥‥‥（３）
【００５１】 β＝−ｔａｎ-1［（Ｖ２ｓｉｎ（α））／（Ｖ１＋Ｖ２ｃｏｓ（α））］ ‥‥‥（４）
【００５２】一方、パルスチューブ１が連通された第１
のバッファ空間１０ａの容積変化は次式で表される。
のバッファ空間１０ａの容積変化は次式で表される。
【００５３】 Ｖｂ＝Ｖｂ０＋Ｖ１｛１＋ｓｉｎ（θ）｝／２ ‥‥‥（５） Ｖｂ：第１のバッファ空間１０ａの容積 Ｖｂ０：第１のバッファ空間１０ａの死容積
【００５４】式（１）〜（５）から、第１のピストン４
ａによる圧縮空間５の容積変化Ｖ１と第２のピストン４
ｂによる圧縮空間５の容積変化Ｖ２とこれらの位相差α
を適当に変えることで、圧縮空間５と第１のバッファ空
間１０ａの容積変化の位相差βを任意に制御することが
できる。これにより、圧縮空間５と第１のバッファ空間
１０ａの容積変化が実施例１と同様になり、実施例１と
同様に低温熱交換器８に冷熱が発生する。尚、一対のピ
ストン４ａ，４ｂを使用して２気筒にすることにより、
パルスチューブ冷凍機の低振動化を図ることができる。
ａによる圧縮空間５の容積変化Ｖ１と第２のピストン４
ｂによる圧縮空間５の容積変化Ｖ２とこれらの位相差α
を適当に変えることで、圧縮空間５と第１のバッファ空
間１０ａの容積変化の位相差βを任意に制御することが
できる。これにより、圧縮空間５と第１のバッファ空間
１０ａの容積変化が実施例１と同様になり、実施例１と
同様に低温熱交換器８に冷熱が発生する。尚、一対のピ
ストン４ａ，４ｂを使用して２気筒にすることにより、
パルスチューブ冷凍機の低振動化を図ることができる。
【００５５】実施例３． 実施例２においては第１のバッファ空間１０ａと第２の
バッファ空間１０ｂは遮蔽されていたが、図３に示す実
施例３のように第１のバッファ空間１０ａ及び第２のバ
ッファ空間１０ｂを連通管４３を介して互いに連通させ
てもよい。
バッファ空間１０ｂは遮蔽されていたが、図３に示す実
施例３のように第１のバッファ空間１０ａ及び第２のバ
ッファ空間１０ｂを連通管４３を介して互いに連通させ
てもよい。
【００５６】実施例４． 次に、図４に基づいてこの発明の実施例４を説明する。
図４において、図１のパルスチューブ冷凍機と同一類似
部材については同一符号を付して説明を省略する。図４
において、３４ａ，３４ｂは図１におけるバネ１７と同
じ作用をするバネであり、５８は膨張機シリンダ、５９
は膨張ピストンである。膨張ピストン５９はピストン４
に同軸上に形成され膨張機シリンダ５８内に往復運動自
在に支持されている。６０は膨張室、６１はオリフィス
７と膨張室６０を連通する連通管である。
図４において、図１のパルスチューブ冷凍機と同一類似
部材については同一符号を付して説明を省略する。図４
において、３４ａ，３４ｂは図１におけるバネ１７と同
じ作用をするバネであり、５８は膨張機シリンダ、５９
は膨張ピストンである。膨張ピストン５９はピストン４
に同軸上に形成され膨張機シリンダ５８内に往復運動自
在に支持されている。６０は膨張室、６１はオリフィス
７と膨張室６０を連通する連通管である。
【００５７】次に動作について説明する。膨張ピストン
５９は圧縮機のピストン４と一体的に運動する。従っ
て、実施例４のパルスチューブ冷凍機は図２１に示す従
来のパルスチューブ冷凍機の他の実施例の２つのピスト
ン４，５１の位相差が１８０゜の場合に相当する。これ
により、実施例４のパルスチューブ冷凍機は従来の他の
実施例と同様の動作により低温熱交換器８に冷熱が発生
する。尚、実施例４のパルスチューブ冷凍機は実施例１
のパルスチューブ冷凍機より高い冷却性能を有する。
５９は圧縮機のピストン４と一体的に運動する。従っ
て、実施例４のパルスチューブ冷凍機は図２１に示す従
来のパルスチューブ冷凍機の他の実施例の２つのピスト
ン４，５１の位相差が１８０゜の場合に相当する。これ
により、実施例４のパルスチューブ冷凍機は従来の他の
実施例と同様の動作により低温熱交換器８に冷熱が発生
する。尚、実施例４のパルスチューブ冷凍機は実施例１
のパルスチューブ冷凍機より高い冷却性能を有する。
【００５８】実施例５． また、図５に基づいてこの発明の実施例５を説明する。
図５において、図４のパルスチューブ冷凍機と同一類似
部材については同一符号を付して説明を省略する。図５
において、６２は膨張ピストン５９とピストン４とに連
結されたバネであり、膨張ピストン５９とピストン４は
同軸上に支持されている。
図５において、図４のパルスチューブ冷凍機と同一類似
部材については同一符号を付して説明を省略する。図５
において、６２は膨張ピストン５９とピストン４とに連
結されたバネであり、膨張ピストン５９とピストン４は
同軸上に支持されている。
【００５９】次に動作について説明する。実施例５にお
いて、ピストン４と膨張ピストン５９の動作が図４の実
施例４と同様であれば、低温熱交換器８に冷熱が発生す
る動作も実施例４と同じなので、その説明は省略し、２
つのピストン４，５９の動作について説明する。
いて、ピストン４と膨張ピストン５９の動作が図４の実
施例４と同様であれば、低温熱交換器８に冷熱が発生す
る動作も実施例４と同じなので、その説明は省略し、２
つのピストン４，５９の動作について説明する。
【００６０】今、ピストン４がリニアモータ１６により
強制的に次式で表される正弦波運動をしていると仮定す
る。
強制的に次式で表される正弦波運動をしていると仮定す
る。
【００６１】 Ｘc ＝ＸcOｓｉｎ（ωｔ） ‥‥‥（６） Ｘc ：ピストン４の位置 ＸcO：ピストン４の運動振幅 ｔ：時間 ω：運動周波数
【００６２】一方、図６は膨張ピストン５９の運動を説
明するための説明図であり、図において、６４はピスト
ン４に、６５は膨張ピストン５９に、６６は圧縮機シリ
ンダ３に、６７はバネ６２に、６８は膨張ピストン５９
に作用する減衰にそれぞれ相当する。この時、膨張ピス
トン５９の運動方程式は次式で表される。
明するための説明図であり、図において、６４はピスト
ン４に、６５は膨張ピストン５９に、６６は圧縮機シリ
ンダ３に、６７はバネ６２に、６８は膨張ピストン５９
に作用する減衰にそれぞれ相当する。この時、膨張ピス
トン５９の運動方程式は次式で表される。
【００６３】 ｍe （ｄ2 Ｘe ／ｄｔ2 ）＋Ｃe （ｄｘe ／ｄｔ）＋ｋe （Ｘe −Ｘc ）＝０ ‥‥‥（７） Ｃe ：膨張ピストン５９に作用する減衰 ｋe ：バネ６２のバネ定数 ｍe ：膨張ピストン５９の質量 Ｘe ：膨張ピストン５９の位置 したがって、膨張ピストン５９の運動は次式で表され
る。
る。
【００６４】 Ｘe ＝ＸeOｓｉｎ（ωｔ−α） ‥‥‥（８） ＸeO：膨張ピストン５９の振幅 α：位相差 ここで、ＸeOとαはそれぞれ次式で表される。
【００６５】 ＸeO＝［ｋe ／（−ｍe ω2 ｃｏｓα−Ｃe ｓｉｎα＋ｋe ｃｏｓα）］ＸcO ‥‥‥（９）
【００６６】 ｔａｎα＝Ｃe ／（ｍe ω2 −ｋe ） ‥‥‥（１０）
【００６７】式（８），（９），（１０）から、ピスト
ン４をリニアモータ１６で駆動し、膨張ピストン５９の
質量ｍe やバネ６２のバネ定数ｋe を適当に設定するこ
とにより、膨張ピストン５９のストロークやピストン４
に対する位相差を任意に制御することができる。従っ
て、実施例４と同様に低温熱交換器８に冷熱が発生す
る。
ン４をリニアモータ１６で駆動し、膨張ピストン５９の
質量ｍe やバネ６２のバネ定数ｋe を適当に設定するこ
とにより、膨張ピストン５９のストロークやピストン４
に対する位相差を任意に制御することができる。従っ
て、実施例４と同様に低温熱交換器８に冷熱が発生す
る。
【００６８】実施例６． 図１に示す実施例１では、パルスチューブ１の下端に低
温熱交換器８を介して同軸上に蓄熱器２を配設したが、
これに限らず、図７に示す実施例６のように、パルスチ
ューブ１を低温熱交換器８から折り曲げた状態に設けて
もよい。この場合、実施例６は実施例１と同様の効果を
奏する。
温熱交換器８を介して同軸上に蓄熱器２を配設したが、
これに限らず、図７に示す実施例６のように、パルスチ
ューブ１を低温熱交換器８から折り曲げた状態に設けて
もよい。この場合、実施例６は実施例１と同様の効果を
奏する。
【００６９】実施例７． また、図８に示すように、パルスチューブ１の上端に低
温熱交換器８を設け、さらにパルスチューブ１の外周に
蓄熱器２を設けてもよい。この場合、パルスチューブ１
の下端に常温熱交換器９及びオリフィス７を介してバッ
ファ空間１０に連通することにより、実施例１と同様の
効果を奏する。
温熱交換器８を設け、さらにパルスチューブ１の外周に
蓄熱器２を設けてもよい。この場合、パルスチューブ１
の下端に常温熱交換器９及びオリフィス７を介してバッ
ファ空間１０に連通することにより、実施例１と同様の
効果を奏する。
【００７０】実施例８． さらに、図９に示すように蓄熱器２をパルスチューブ１
の内部に配設して、さらに、パルスチューブ１の下端に
常温熱交換器９及びオリフィス７を介してバッファ空間
１０に連通することにより、実施例１と同様の効果を奏
する。
の内部に配設して、さらに、パルスチューブ１の下端に
常温熱交換器９及びオリフィス７を介してバッファ空間
１０に連通することにより、実施例１と同様の効果を奏
する。
【００７１】実施例９． また、図１，図７，図８，図９に示す実施例１，６，
７，８では圧縮空間５の体積とバッファ空間１０の体積
とを対応させて変えるように構成し、さらにパルスチュ
ーブ１を常温熱交換器９、オリフィス７及び連通管２３
を介してバッファ空間１０に連通するように構成した
が、図１０〜図１３に示す実施例１０のように常温熱交
換器９とオリフィス２６との間の作動ガス空間、及び蓄
熱器２と圧縮空間５との間の作動ガス空間を連通管２
５，２７及びオリフィス２６を介して連通させてＤｏｕ
ｂｌｅ ｉｎｌｅｔ型パルスチューブ冷凍機としてもよ
い。
７，８では圧縮空間５の体積とバッファ空間１０の体積
とを対応させて変えるように構成し、さらにパルスチュ
ーブ１を常温熱交換器９、オリフィス７及び連通管２３
を介してバッファ空間１０に連通するように構成した
が、図１０〜図１３に示す実施例１０のように常温熱交
換器９とオリフィス２６との間の作動ガス空間、及び蓄
熱器２と圧縮空間５との間の作動ガス空間を連通管２
５，２７及びオリフィス２６を介して連通させてＤｏｕ
ｂｌｅ ｉｎｌｅｔ型パルスチューブ冷凍機としてもよ
い。
【００７２】次に動作について説明する。 実施例９にお
いて、低温熱交換器８に冷熱を発生させる動作は実施例
１の場合と基本的に同様であり、文献「リニアーコンプ
レッサを用いたパルスチューブ冷凍機（２）−パルス管
性能−」（著者：谷田広士等、雑誌名：第４６回低温工
学超電導学会講演概要集、１９９１年）によると、Ｄｏ
ｕｂｌｅ ｉｎｌｅｔ型にすることにより、さらに、高
い冷却性能が得られる効果がある。
いて、低温熱交換器８に冷熱を発生させる動作は実施例
１の場合と基本的に同様であり、文献「リニアーコンプ
レッサを用いたパルスチューブ冷凍機（２）−パルス管
性能−」（著者：谷田広士等、雑誌名：第４６回低温工
学超電導学会講演概要集、１９９１年）によると、Ｄｏ
ｕｂｌｅ ｉｎｌｅｔ型にすることにより、さらに、高
い冷却性能が得られる効果がある。
【００７３】実施例１０． 図１に示す実施例１では、ピストン４の駆動手段にリニ
アモータ１６を使用した場合を示したが、図１４に示す
ように、リニアモータ１６の代わりにクランク機構３３
を使用してもよい。この場合も実施例１と同様の効果を
奏する。図において、２８はピストン４に固定されたピ
ン、２９はピン２８とクランクアーム３１に固定された
ピン３０を連結するコンロッド、３２はクランク軸であ
る。そして、ピン２８、コンロッド２９、ピン３０、ク
ランクアーム３１、クランク軸３２はクランク機構３３
を構成する。このクランク機構３３のクランク軸３２を
回転モータ（図示せず）で回転駆動すると、ピストン４
がシリンダ３内を往復運動することにより、実施例１と
同様の効果を奏する。
アモータ１６を使用した場合を示したが、図１４に示す
ように、リニアモータ１６の代わりにクランク機構３３
を使用してもよい。この場合も実施例１と同様の効果を
奏する。図において、２８はピストン４に固定されたピ
ン、２９はピン２８とクランクアーム３１に固定された
ピン３０を連結するコンロッド、３２はクランク軸であ
る。そして、ピン２８、コンロッド２９、ピン３０、ク
ランクアーム３１、クランク軸３２はクランク機構３３
を構成する。このクランク機構３３のクランク軸３２を
回転モータ（図示せず）で回転駆動すると、ピストン４
がシリンダ３内を往復運動することにより、実施例１と
同様の効果を奏する。
【００７４】実施例１１． 前記実施例２では、第１のピストン４ａと第２のピスト
ン４ｂの駆動手段にリニアモータ１６ａ，１６ｂを用い
た場合を示したが、図１５に示すように、リニアモータ
１６ａ，１６ｂの代わりにクランク機構を用いてもよ
い。この場合、実施例２と同様の効果を奏する。図にお
いて、３３ａ及び３３ｂはそれぞれ第１，第２のクラン
ク機構であり、これらのクランク機構３３ａ，３３ｂは
図１４に示すクランク機構３３と同様に構成されてい
る。すなわち、第１のクランク機構３３ａは、ピン２８
ａ、コンロッド２９ａ、ピン３０ａ、クランクアーム３
１ａ及びクランク軸３２ａから構成され、図示しない回
転モータでクランク軸３２ａが回転されると、第１のピ
ストン４ａは第１の圧縮機シリンダ３ａ内を往復運動す
る。また、第２のクランク機構３３ｂは、ピン２８ｂ、
コンロッド２９ｂ、ピン３０ｂ、クランクアーム３１ｂ
及びクランク軸３２ｂから構成され、図示しない回転モ
ータでクランク軸３２ｂが回転されると、第２のピスト
ン４ｂは第２の圧縮機シリンダ３ｂ内を往復運動する。
従って、この実施の形態１１の場合も前記実施例２と同
様の効果を奏する。
ン４ｂの駆動手段にリニアモータ１６ａ，１６ｂを用い
た場合を示したが、図１５に示すように、リニアモータ
１６ａ，１６ｂの代わりにクランク機構を用いてもよ
い。この場合、実施例２と同様の効果を奏する。図にお
いて、３３ａ及び３３ｂはそれぞれ第１，第２のクラン
ク機構であり、これらのクランク機構３３ａ，３３ｂは
図１４に示すクランク機構３３と同様に構成されてい
る。すなわち、第１のクランク機構３３ａは、ピン２８
ａ、コンロッド２９ａ、ピン３０ａ、クランクアーム３
１ａ及びクランク軸３２ａから構成され、図示しない回
転モータでクランク軸３２ａが回転されると、第１のピ
ストン４ａは第１の圧縮機シリンダ３ａ内を往復運動す
る。また、第２のクランク機構３３ｂは、ピン２８ｂ、
コンロッド２９ｂ、ピン３０ｂ、クランクアーム３１ｂ
及びクランク軸３２ｂから構成され、図示しない回転モ
ータでクランク軸３２ｂが回転されると、第２のピスト
ン４ｂは第２の圧縮機シリンダ３ｂ内を往復運動する。
従って、この実施の形態１１の場合も前記実施例２と同
様の効果を奏する。
【００７５】実施例１２． 前記実施例１１においては第１のバッファ空間１０ａと
第２のバッファ空間１０ｂを遮蔽したが、図１６に示す
実施例１２のように、第１のバッファ空間１０ａ及び第
２のバッファ空間１０ｂを連通管４３を介して互いに連
通させてもよい。この場合も前記実施例１１と同様の効
果を奏する。
第２のバッファ空間１０ｂを遮蔽したが、図１６に示す
実施例１２のように、第１のバッファ空間１０ａ及び第
２のバッファ空間１０ｂを連通管４３を介して互いに連
通させてもよい。この場合も前記実施例１１と同様の効
果を奏する。
【００７６】実施例１３． なお、前記実施例１〜実施例１２では、オリフィス７に
開度が可変のオリフィスバルブを用いた場合を示した
が、開度一定のオリフィスやキャピラリチューブのよう
なものでもよく、また、オリフィスが無くても同様の効
果を奏する。
開度が可変のオリフィスバルブを用いた場合を示した
が、開度一定のオリフィスやキャピラリチューブのよう
なものでもよく、また、オリフィスが無くても同様の効
果を奏する。
【００７７】実施例１４． また、前記実施例４，５では、ピストン４，５９がそれ
ぞれ１つの単気筒の場合を示したが、ピストン４，５９
をそれぞれ一対設けて前記実施例２に示すよう な２気筒
対向としてもよい。この場合にあっても、前記実施例
４，５と同様に高い冷却性能が得られると共に、低振動
化が図れるという効果がある。
ぞれ１つの単気筒の場合を示したが、ピストン４，５９
をそれぞれ一対設けて前記実施例２に示すよう な２気筒
対向としてもよい。この場合にあっても、前記実施例
４，５と同様に高い冷却性能が得られると共に、低振動
化が図れるという効果がある。
【００７８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、シリ
ンダ内に摺動自在に支持されたピストンと、前記シリン
ダで形成された圧縮室と、この圧縮室の容積変化に反比
例して容積変化するバッファ室とを備えた圧縮機構成と
し、前記圧縮室とパルスチューブとを、蓄熱器及び低温
熱交換器を介して第１の連通管で連通すると共に、前記
バッファ室とパルスチューブとを、常温熱交換器を介し
て第２の連通管で連通し、作動ガスがパルスチューブを
介してバッファ室と圧縮室との間を流れるように構成し
たので、従来必要とした圧縮機とは別のバッファタンク
を不要化できてコスト低減が図れると共に、冷却性能が
劣らないパルスチューブ冷凍機の小型化を図ることがで
きるという効果がある。
ンダ内に摺動自在に支持されたピストンと、前記シリン
ダで形成された圧縮室と、この圧縮室の容積変化に反比
例して容積変化するバッファ室とを備えた圧縮機構成と
し、前記圧縮室とパルスチューブとを、蓄熱器及び低温
熱交換器を介して第１の連通管で連通すると共に、前記
バッファ室とパルスチューブとを、常温熱交換器を介し
て第２の連通管で連通し、作動ガスがパルスチューブを
介してバッファ室と圧縮室との間を流れるように構成し
たので、従来必要とした圧縮機とは別のバッファタンク
を不要化できてコスト低減が図れると共に、冷却性能が
劣らないパルスチューブ冷凍機の小型化を図ることがで
きるという効果がある。
【００７９】この発明によれば、圧縮機の駆動手段とし
てリニアモータを使用する構成としたので、リニアモー
タによるピストンの往復運動で該ピストンをスムーズに
直線移動させることができ、ピストン運動による振動の
低減を図ることができるという効果がある。
てリニアモータを使用する構成としたので、リニアモー
タによるピストンの往復運動で該ピストンをスムーズに
直線移動させることができ、ピストン運動による振動の
低減を図ることができるという効果がある。
【００８０】この発明によれば、圧縮機の駆動手段とし
てクランク機構を使用する構成としたので、断熱ガスピ
ストンとピストンの位相差とストロークを任意に設定す
ることができ、従って、所望の冷却能力を得ることがで
きるという効果がある。
てクランク機構を使用する構成としたので、断熱ガスピ
ストンとピストンの位相差とストロークを任意に設定す
ることができ、従って、所望の冷却能力を得ることがで
きるという効果がある。
【００８１】この発明によれば、常温熱交換器と第２の
連通管との間に開口率を調整可能なオリフィスバルブを
設けた構成としたので、オリフィスバルブを開度調整す
るだけで、作動ガスの流量を容易に調整することができ
て、最適な冷却能力を得ることができるという効果があ
る。
連通管との間に開口率を調整可能なオリフィスバルブを
設けた構成としたので、オリフィスバルブを開度調整す
るだけで、作動ガスの流量を容易に調整することができ
て、最適な冷却能力を得ることができるという効果があ
る。
【００８２】この発明によれば、圧縮機に所定の位相差
で往復運動する一対のピストンを同 軸上に対向して設
け、これらのピストン間に圧縮室を形成し、かつ、前記
圧縮室の容積変化に反比例して容積変化する第１，第２
のバッファ室を形成すると共に、前記圧縮室を蓄熱器及
び低温熱交換器を介してパルスチューブの一端に連通
し、かつ、第１，第２のバッファ室のいずれか一方を第
２の連通管を介してパルスチューブの他端に連通するこ
とにより、圧縮機を２気筒構成としたので、パルスチュ
ーブ冷凍機の低振動化を図ることができるという効果が
ある。
で往復運動する一対のピストンを同 軸上に対向して設
け、これらのピストン間に圧縮室を形成し、かつ、前記
圧縮室の容積変化に反比例して容積変化する第１，第２
のバッファ室を形成すると共に、前記圧縮室を蓄熱器及
び低温熱交換器を介してパルスチューブの一端に連通
し、かつ、第１，第２のバッファ室のいずれか一方を第
２の連通管を介してパルスチューブの他端に連通するこ
とにより、圧縮機を２気筒構成としたので、パルスチュ
ーブ冷凍機の低振動化を図ることができるという効果が
ある。
【００８３】この発明によれば、第１，第２のバッファ
室を互いに連通するように構成したので、パルスチュー
ブ冷凍機の低振動化が図れるという効果がある。
室を互いに連通するように構成したので、パルスチュー
ブ冷凍機の低振動化が図れるという効果がある。
【００８４】この発明によれば、一対のピストンの駆動
手段としてリニアモータを使用する構成としたので、リ
ニアモータで一対のピストンを往復運動して一対のピス
トンをスムーズに直線移動させることができ、パルスチ
ューブ冷凍機の低振動化が図れるという効果がある。
手段としてリニアモータを使用する構成としたので、リ
ニアモータで一対のピストンを往復運動して一対のピス
トンをスムーズに直線移動させることができ、パルスチ
ューブ冷凍機の低振動化が図れるという効果がある。
【００８５】この発明によれば、一対のピストンの駆動
手段としてクランク機構を使用する構成としたので、断
熱ガスピストンと一対のピストンの位相差とストローク
を任意に設定することができ、最適な冷却能力を得るこ
とができるという効果がある。
手段としてクランク機構を使用する構成としたので、断
熱ガスピストンと一対のピストンの位相差とストローク
を任意に設定することができ、最適な冷却能力を得るこ
とができるという効果がある。
【００８６】この発明によれば、ピストンに同軸上に膨
張ピストンを形成して膨張ピストンで形成された膨張室
を第２の連通管を介してパルスチューブの他端に連通す
る構成としたので、膨張ピストン用のクランク機構を除
去して、高い冷却効果を得ることができ、高性能でコン
パクトなパルスチューブ冷凍機を得ることができるとい
う効果がある。
張ピストンを形成して膨張ピストンで形成された膨張室
を第２の連通管を介してパルスチューブの他端に連通す
る構成としたので、膨張ピストン用のクランク機構を除
去して、高い冷却効果を得ることができ、高性能でコン
パクトなパルスチューブ冷凍機を得ることができるとい
う効果がある。
【００８７】この発明によれば、膨張ピストンは弾性部
材を介してピストンに同軸上に連結する構成としたの
で、請求項９記載の発明の効果に加えて膨張ピストンの
ストロークやピストンに対する位相差を任意に制御で
き、最適な冷却能力を得ることが できるという効果があ
る。
材を介してピストンに同軸上に連結する構成としたの
で、請求項９記載の発明の効果に加えて膨張ピストンの
ストロークやピストンに対する位相差を任意に制御で
き、最適な冷却能力を得ることが できるという効果があ
る。
【００８８】この発明によれば、蓄熱器とパルスチュー
ブとの連通部を折曲げて、蓄熱器とパルスチューブとを
平行に配設した構成としたので、パルスチューブ冷凍機
の高さを低くすることができて、パルスチューブ冷凍機
のコンパクト化が図れるという効果がある。
ブとの連通部を折曲げて、蓄熱器とパルスチューブとを
平行に配設した構成としたので、パルスチューブ冷凍機
の高さを低くすることができて、パルスチューブ冷凍機
のコンパクト化が図れるという効果がある。
【００８９】この発明によれば、蓄熱器の外側に同軸上
にパルスチューブを配設する構成としたので、パルスチ
ューブ冷凍機の高さを低くすることができて、パルスチ
ューブ冷凍機のコンパクト化が図れるという効果があ
る。
にパルスチューブを配設する構成としたので、パルスチ
ューブ冷凍機の高さを低くすることができて、パルスチ
ューブ冷凍機のコンパクト化が図れるという効果があ
る。
【００９０】この発明によれば、パルスチューブの外周
に同軸上に蓄熱器を配設した構成としたので、パルスチ
ューブ冷凍機の高さを低くすることができて、パルスチ
ューブ冷凍機のコンパクト化が図れるという効果があ
る。
に同軸上に蓄熱器を配設した構成としたので、パルスチ
ューブ冷凍機の高さを低くすることができて、パルスチ
ューブ冷凍機のコンパクト化が図れるという効果があ
る。
【００９１】この発明によれば、蓄熱器及び低温熱交換
器を介して圧縮室とパルスチューブを連通する第１の連
通管と、常温熱交換器を介して前記パルスチューブとバ
ッファ室を連通する第２の連通管とを、第３の連通管で
連通した構成としたので、冷却性能を一層高めることが
でき、コンパクトで高性能のパルスチューブ冷凍機を得
ることができるという効果がある。
器を介して圧縮室とパルスチューブを連通する第１の連
通管と、常温熱交換器を介して前記パルスチューブとバ
ッファ室を連通する第２の連通管とを、第３の連通管で
連通した構成としたので、冷却性能を一層高めることが
でき、コンパクトで高性能のパルスチューブ冷凍機を得
ることができるという効果がある。
【００９２】この発明によれば、請求項９又は請求項１
０記載の発明におけるピストンと膨張ピストンをそれぞ
れ圧縮機に一対設けた構成としたので、従来必要であっ
た膨張ピストン用のクランク機構を除去して高い冷却効
果を得ることができ、かつ、低振動化を図ることができ
るという効果がある。
０記載の発明におけるピストンと膨張ピストンをそれぞ
れ圧縮機に一対設けた構成としたので、従来必要であっ
た膨張ピストン用のクランク機構を除去して高い冷却効
果を得ることができ、かつ、低振動化を図ることができ
るという効果がある。
【００９３】この発明によれば、圧縮機に一対のピスト
ンを設けた構成としたので、従来必要であった膨張ピス
トン用のクランク機構を除去して高い冷却効果を得るこ
とができ、かつ、低振動化を図ることができるという効
果がある。
ンを設けた構成としたので、従来必要であった膨張ピス
トン用のクランク機構を除去して高い冷却効果を得るこ
とができ、かつ、低振動化を図ることができるという効
果がある。
【図１】この発明の実施例１によるパルスチューブ冷凍
機を示す断面図である。
機を示す断面図である。
【図２】この発明の実施例２によるパルスチューブ冷凍
機を示す断面図である。
機を示す断面図である。
【図３】この発明の実施例３によるパルスチューブ冷凍
機を示す断面図である。
機を示す断面図である。
【図４】この発明の実施例４によるパルスチューブ冷凍
機を示す断面図である。
機を示す断面図である。
【図５】この発明の実施例５によるパルスチューブ冷凍
機を示す断面図である。
機を示す断面図である。
【図６】図５の作動説明図である。
【図７】この発明の実施例６によるパルスチューブ冷凍
機を示す断面図である。
機を示す断面図である。
【図８】この発明の実施例７によるパルスチューブ冷凍
機を示す断面図である。
機を示す断面図である。
【図９】この発明の実施例８によるパルスチューブ冷凍
機を示す断面図である。
機を示す断面図である。
【図１０】この発明の実施例９によるパルスチューブ冷
凍機を示す断面図である。
凍機を示す断面図である。
【図１１】この発明の実施例９によるパルスチューブ冷
凍機を示す断面図である。
凍機を示す断面図である。
【図１２】この発明の実施例９によるパルスチューブ冷
凍機を示す断面図である。
凍機を示す断面図である。
【図１３】この発明の実施例９によるパルスチューブ冷
凍機を示す断面図である。
凍機を示す断面図である。
【図１４】この発明の実施例１０によるパルスチューブ
冷凍機を示す断面図である。
冷凍機を示す断面図である。
【図１５】この発明の実施例１１によるパルスチューブ
冷凍機を示す断面図である。
冷凍機を示す断面図である。
【図１６】この発明の実施例１２によるパルスチューブ
冷凍機を示す断面図である。
冷凍機を示す断面図である。
【図１７】従来のパルスチューブ冷凍機を示す断面図で
ある。
ある。
【図１８】従来のパルスチューブ冷凍機の低温熱交換器
の無負荷時の温度とオリフィスの開度の関係を示すグラ
フ図である。
の無負荷時の温度とオリフィスの開度の関係を示すグラ
フ図である。
【図１９】図１９（ａ）乃至（ｄ）はそれぞれ従来のパ
ルスチューブ冷凍機の動作説明図である。
ルスチューブ冷凍機の動作説明図である。
【図２０】図２０（ａ）乃至（ｃ）はそれぞれ従来のパ
ルスチューブ冷凍機の圧力と体積の関係を示すＰ−Ｖ線
図である。
ルスチューブ冷凍機の圧力と体積の関係を示すＰ−Ｖ線
図である。
【図２１】従来のパルスチューブ冷凍機の他の実施例を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２２】従来のパルスチューブ冷凍機の他の実施例の
位相差と冷却性能の関係を示す説明図である。
位相差と冷却性能の関係を示す説明図である。
１ パルスチューブ ２ 蓄熱器 ３ 圧縮機シリンダ ３ａ 第１の圧縮機シリンダ ３ｂ 第２の圧縮機シリンダ ４ ピストン ４ａ 第１のピストン ４ｂ 第２のピストン ５ 圧縮空間（圧縮室） ７ オリフィス ８ 低温熱交換器 ９ 常温熱交換器 １０ バッファ空間（バッファ室） １０ａ 第１のバッファ空間（第１のバッファ室） １０ｂ 第２のバッファ空間（第２のバッファ室） １６ リニアモータ（駆動手段） １６ａ 第１のリニアモータ １６ｂ 第２のリニアモータ ２２〜２４，２５，２７，４３，６１ 連通管 ３３ クランク機構 ３３ａ 第１のクランク機構 ３３ｂ 第２のクランク機構 ５９ 膨張ピストン ６０ 膨張室
Claims (16)
- 【請求項１】 冷熱を発生する低温熱交換器を介して蓄
熱器が一端に設けられると共に常温熱交換器が他端に設
けられたパルスチューブと、シリンダ内に摺動自在に支
持されたピストン及び前記シリンダで形成された圧縮室
を備えると共に前記ピストンを往復運動する駆動手段を
備え、かつ、前記圧縮室の容積変化に反比例して容積変
化するバッファ室を備えた圧縮機と、前記蓄熱器及び低
温熱交換器を介して前記圧縮室とパルスチューブとを連
通する第１の連通管と、作動ガスがパルスチューブを介
して前記バッファ室と圧縮室間を流れるように、前記常
温熱交換器を介してバッファ室とパルスチューブとを連
通する第２の連通管とを備えたパルスチューブ冷凍機。 - 【請求項２】 冷熱を発生する低温熱交換器を介して蓄
熱器が一端に設けられると共に常温熱交換器が他端に設
けられたパルスチューブと、シリンダ内に摺動自在に支
持されたピストン及び前記シリンダで形成された圧縮室
を備えると共に前記ピストンを往復運動するリニアモー
タを備え、かつ、前記圧縮室の容積変化に反比例して容
積変化するバッファ室を備えた圧縮機と、前記蓄熱器及
び低温熱交換器を介して前記圧縮室とパルスチューブと
を連通する第１の連通管と、作動ガスがパルスチューブ
を介して前記バッファ室と圧縮室間を流れるように、前
記常温熱交換器を介してバッファ室とパルスチューブと
を連通する第２の連通管とを備えたパルスチューブ冷凍
機。 - 【請求項３】 冷熱を発生する低温熱交換器を介して蓄
熱器が一端に設けられると共に常温熱交換器が他端に設
けられたパルスチューブと、シリンダ内に摺動自在に支
持されたピストン及び前記シリンダで形成された圧縮室
を備えると共に前記ピストンを往復運動するクランク機
構を備え、かつ、前記圧縮室の容積変化に反比例して容
積変化するバッファ室を備えた圧縮機と、前記蓄熱器及
び低温熱交換器を介して前記圧縮室とパルスチューブと
を連通する第１の連通管と、作動ガスがパルスチューブ
を介して前記バッファ室と圧縮室間を流れるように、前
記常温熱交換器を介してバッファ室とパルスチューブと
を連通する第２の連通管とを備えたパルスチューブ冷凍
機。 - 【請求項４】 冷熱を発生する低温熱交換器を介して蓄
熱器が一端に設けられると共に常温熱交換器が他端に設
けられたパルスチューブと、シリンダ内に摺動自在に支
持されたピストン及び前記シリンダで形成された圧縮室
を備えると共に前記ピストンを往復運動する駆動手段を
備え、かつ、前記圧縮室の容積変化に反比例して容積変
化するバッファ室を備えた圧縮機と、前記蓄熱器及び低
温熱交換器を介して前記圧縮室とパルスチューブとを連
通する第１の連通管と、作動ガスがパルスチューブを介
して前記バッファ室と圧縮室間を流れるように、前記常
温熱交換器を介してバッファ室とパルスチューブとを連
通する第２の連通管と、該第２の連通管を介して前記バ
ッファ室と常温熱交換器間に設けられ、開口率を調整自
在なオリフィスバルブとを備えたパルスチューブ冷凍
機。 - 【請求項５】 冷熱を発生する低温熱交換器を介して蓄
熱器が一端に設けられると共に常温熱交換器が他端に設
けられたパルスチューブと、シリンダ内に摺動自在に対
向して支持された一対のピストン間に形成された圧縮室
を備えると共に前記一対のピストンを所定の位相差で往
復運動する駆動手段を備え、かつ、前記圧縮室の容積変
化に反比例して容積変化する第１，第２のバッファ室を
備えた圧縮機と、前記蓄熱器及び低温熱交換器を介して
前記圧縮室とパルスチューブとを連通する第１の連通管
と、作動ガスがパルスチューブを介して前記第１，第２
のバッファ室のいずれか一方と圧縮室間を流れるよう
に、前記常温熱交換器を介して前記一方のバッファ室と
パルスチューブとを連通する第２の連通管とを備えたパ
ルスチューブ冷凍機。 - 【請求項６】 冷熱を発生する低温熱交換器を介して蓄
熱器が一端に設けられると共に常温熱交換器が他端に設
けられたパルスチューブと、シリンダ内に摺動自在に対
向して支持された一対のピストン間に形成された圧縮室
を備えると共に前記一対のピストンを所定の位相差で往
復運動する駆動手段を備え、かつ、前記圧縮室の容積変
化に反比例して容積変化する第１，第２のバッファ室を
備えた圧縮機と、前記蓄熱器及び低温熱交換器を介して
前記圧縮室とパルスチューブとを連通する第１の連通管
と、作動ガスがパルスチューブを介して前記第１，第２
のバッファ室のいずれか一方と圧縮室間を流れるよう
に、前記常温熱交換器を介して前記一方のバッファ室と
パルスチューブとを連通する第２の連通管と、第１，第
２のバッファ室を連通する第３の連通管とを備えたパル
スチューブ冷凍機。 - 【請求項７】 前記駆動手段はリニアモータであること
を特徴とする請求項５又は請求項６記載のパルスチュー
ブ冷凍機。 - 【請求項８】 前記駆動手段はクランク機構であること
を特徴とする請求項５又は請求項６記載のパルスチュー
ブ冷凍機。 - 【請求項９】 冷熱を発生する低温熱交換器を介して蓄
熱器が一端に設けられると共に常温熱交換器が他端に設
けられたパルスチューブと、シリンダ内に摺動自在に支
持されたピストンと前記シリンダとで形成された圧縮室
を備えると共に前記ピストンを往復運動する駆動手段を
備え、かつ、前記ピストンに同軸上に膨張ピストンを形
成して該膨張ピストンで形成されると共に前記圧縮室の
容積変化に反比例して容積変化する膨張室を備えた圧縮
機と、前記蓄熱器及び低温熱交換器を介して前記圧縮室
とパルスチューブとを連通する第１の連通管と、作動ガ
スがパルスチューブを介して前記膨張室と圧縮室間を流
れるように、前記常温熱交換器を介して膨張室とパルス
チューブとを連通する第２の連通管とを備えたパルスチ
ューブ冷凍機。 - 【請求項１０】 冷熱を発生する低温熱交換器を介して
蓄熱器が一端に連通されると共に常温熱交換器が他端に
連通されたパルスチューブと、シリンダ内に摺動自在に
支持されたピストンと前記シリンダとで形成された圧縮
室を備えると共に前記ピストンを往復運動する駆動手段
を備え、かつ、前記ピストンに弾性部材を介して同軸上
に連結された膨張ピストンで形成されると共に前記圧縮
室の容積変化に対して所定の位相差で容積変換する膨張
室を備えた圧縮室と、前記蓄熱器及び低温熱交換器を介
して前記圧縮室とパルスチューブとを連通する第１の連
通管と、作動ガスがパルスチューブを介して前記膨張室
と圧縮室間を流れるように、前記常温熱交換器を介して
膨張室とパルスチューブとを連通する第２の連通管とを
備えたパルスチューブ冷凍機。 - 【請求項１１】 冷熱を発生する低温熱交換器が一端に
設けられると共に常温熱交換器が他端に設けられたパル
スチューブと、前記低温熱交換器を介してパルスチュー
ブの一端に設けられると共に該パルスチューブに平行に
配置された蓄熱器と、シリンダ内に摺動自在に支持され
たピストン及び前記シリンダで形成された圧縮室を備え
ると共に前記ピストンを往復運動する駆動手段を備え、
かつ、前記圧縮室の容積変化に反比例して容積変化する
バッファ室を備えた圧縮機と、前記蓄熱器及び低温熱交
換器を介して前記圧縮室とパルスチューブとを連通する
第１の連通管と、作動ガスがパルスチューブを介して前
記バッファ室と圧縮室間を流れるように、前記常温熱交
換器を介してバッファ室とパルスチューブとを連通する
第２の連通管とを備えたパルスチューブ冷凍機。 - 【請求項１２】 冷熱を発生する低温熱交換器が一端に
設けられると共に常温熱交換器が他端に設けられたパル
スチューブと、前記低温熱交換器を介してパルスチュー
ブの一端に設けられると共に該パルスチューブの内部に
同軸上に配設された蓄熱器と、シリンダ内に摺動自在に
支持されたピストン及び前記シリンダで形成された圧縮
室を備えると共に前記ピストンを往復運動する駆動手段
を備え、かつ、前記圧縮室の容積変化に反比例して容積
変化するバッファ室を備えた圧縮機と、前記蓄熱器及び
低温熱交換器を介して前記圧縮室とパルスチューブとを
連通する第１の連通管と、作動ガスがパルスチューブを
介して前記バッファ室と圧縮室間を流れるように、前記
常温熱交換器を介してバッファ室とパルスチューブとを
連通する第２の連通管とを備えたパルスチューブ冷凍
機。 - 【請求項１３】 冷熱を発生する低温熱交換器が一端に
設けられると共に常温熱交換器が他端に設けられたパル
スチューブと、前記低温熱交換器を介してパルスチュー
ブの一端に設けられると共に該パルスチューブの外周に
同軸上に配設された蓄熱器と、シリンダ内に摺動自在に
支持されたピストン及び前記シリンダで形成された圧縮
室を備えると共に前記ピストンを往復運動する駆動手段
を備え、かつ、前記圧縮室の容積変化に反比例して容積
変化するバッファ室を備えた圧縮機と、前記蓄熱器及び
低温熱交換器を介して前記圧縮室とパルスチューブとを
連通する第１の連通管と、作動ガスがパルスチューブを
介して前記バッファ室と圧縮室間を流れるように、前記
常温熱交換器を介してバッファ室とパルスチューブとを
連通する第２の連通管とを備えたパルスチューブ冷凍
機。 - 【請求項１４】 冷熱を発生する低温熱交換器を介して
蓄熱器が一端に設けられると共に常温熱交換器が他端に
設けられたパルスチューブと、シリンダ内に摺動自在に
支持されたピストン及び前記シリンダで形成された圧縮
室を備えると共に前記ピストンを往復運動する駆動手段
を備え、かつ、前記圧縮室の容積変化に反比例して容積
変化するバッファ室を備えた圧縮機と、前記蓄熱器及び
低温熱交換器を介して前記圧縮室とパルスチューブとを
連通する第１の連通管と、作動ガスがパルスチューブを
介して前記バッファ室と圧縮室間を流れるように、前記
常温熱交換器を介してバッファ室とパルスチューブとを
連通する第２の連通管と、第１の連通管及び第２の連通
管を連通する第３の連通管とを備えたパルスチューブ冷
凍機。 - 【請求項１５】 ピストンを圧縮機のシリンダ内に対向
して一対設け、一対のピストン間に前記圧縮室を形成
し、かつ、一対のピストンを所定の位相差で往復運動す
る駆動手段を備えたことを特徴とする請求項９又は請求
項１０記載のパルスチューブ冷凍機。 - 【請求項１６】 冷熱を発生する低温熱交換器を介して
蓄熱器が一端に設けられると共に常温熱交換器が他端に
設けられたパルスチューブと、シリンダ内に摺動自在に
対向して支持された一対のピストン間に形成された圧縮
室を備えると共に前記一対のピストンを所定の位相差で
往復運動する駆動手段を備えた圧縮機と、弾性部材に連
結された膨張ピストンを膨張シリンダ内に摺動自在に支
持し、該膨張シリンダと膨張ピストンで形成すると共に
前記圧縮室の容積変化に対して所定の位相差で容積変化
するバッファ室を備えたバッファ手段と、前記蓄熱器及
び低温熱交換器を介して前記圧縮室とパルスチューブと
を連通する第１の連通管と、作動ガスがパルスチューブ
を介して前記バッファ室と圧縮室間を流れるように、前
記常温熱交換器を介してバッファ室とパルスチューブと
を連通する第２の連通管とを備えたパルスチューブ冷凍
機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4353710A JP2915228B2 (ja) | 1992-12-15 | 1992-12-15 | パルスチューブ冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4353710A JP2915228B2 (ja) | 1992-12-15 | 1992-12-15 | パルスチューブ冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06185817A JPH06185817A (ja) | 1994-07-08 |
| JP2915228B2 true JP2915228B2 (ja) | 1999-07-05 |
Family
ID=18432702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4353710A Expired - Fee Related JP2915228B2 (ja) | 1992-12-15 | 1992-12-15 | パルスチューブ冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2915228B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6467276B2 (en) * | 2000-02-17 | 2002-10-22 | Lg Electronics Inc. | Pulse tube refrigerator |
| US10520227B2 (en) * | 2017-09-08 | 2019-12-31 | Raytheon Company | Pulse tube cryocooler with axially-aligned components |
-
1992
- 1992-12-15 JP JP4353710A patent/JP2915228B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06185817A (ja) | 1994-07-08 |
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