JP3925722B2

JP3925722B2 - パルス管冷凍機

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Publication number: JP3925722B2
Application number: JP2003283907A
Authority: JP
Inventors: 恵司大嶋; 伸松本; 孝二吉沢
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2023-07-31
Also published as: JP2005049071A

Description

本発明は、寒冷を発生させるパルス管冷凍機に関するものである。

パルス管冷凍機について図を参照しつつ説明する。図７は従来技術のパルス管冷凍機の概略構成図である。
パルス管冷凍機１００は、図７に示すように、対向型圧縮機１０、接続管２０、膨張機３０、位相制御部４０を備えている。

対向型圧縮機１０は、詳しくは、ピストン１１とシリンダ１２とを備えている。ここでいう対向型とは一対のピストン１１がシリンダ１２内で向き合って対向しているためにこのような名称が付されている。
膨張機３０は、詳しくは熱交換器３１、蓄冷器３２、冷却端３３、パルス管３４を備えている。
位相制御部４０は、詳しくはイナータンスチューブ４１とバッファタンク４２とを備えている。
このようなパルス管冷凍機１００には流路が形成される。流路内には作動ガス（冷媒ガス）として、例えば、ヘリウムが封入されている。

続いてパルス管冷凍機１００の動作原理について説明する。パルス管冷凍機１００の運転時に対向型圧縮機１０のシリンダ１２内でピストン１１が往復動作することにより、シリンダ１２内の作動ガスが圧縮・膨張される。このような作動ガスは対向型圧縮機１０から接続管２０、熱交換器３１、蓄冷器３２、冷却端３３、パルス管３４、熱交換器３１、イナータンスチューブ４１、バッファタンク４２まで到達する。作動ガスは、対向型圧縮機１０と位相制御部４０との間の一連の系の中で往復動流として流れる。

ここで作動ガスは、位相制御部４０のイナータンスチューブ４１とバッファタンク４２との中を、ほぼ正弦波的に圧力振幅を伴って流れることにより、圧力変化と流量変化との間に位相差を発生させることができる。これら流体回路を電気回路に例えると、イナータンスチューブ４１はインダクタンス成分と抵抗成分、バッファタンク４２はキャパシタンス成分に相当する。このような位相制御部４０は、作動ガスの圧力に対する流量の位相差を−９０°から＋９０°まで変化させることができる。

このようにパルス管冷凍機１００の運転時には、パルス管３４および位相制御部４０による位相制御効果により、パルス管３４内で作動ガスの圧力と流量との間に位相差が生じ、この圧力と流量とがなす仕事が冷却端３３でのＰＶ仕事となり、冷却端３３に寒冷を発生する。この発生寒冷を低温ＰＶ仕事と呼ぶ。

ここで、冷却端３３は前記のように蓄冷器３２とパルス管３４との間に介装されている。パルス管冷凍機１００の運転時には、対向型圧縮機１０の圧縮工程で送り出された作動ガスは蓄冷器３２において低温となってパルス管３４に流入し、パルス管３４の内部で断熱膨張してこれにより冷却端３３で吸熱し、作動ガスが位相制御部４０に流出する。また、前記とは逆に作動ガスが位相制御部４０からパルス管３４を通過して冷却端３３に還流する工程では、ほぼ一定体積で変化するため熱の発生または吸収は行わない。つまり冷却端３３では発熱がなく吸熱のみなされ、寒冷を発生することとなる。

また、図７で示したパルス管冷凍機と同様な構造を有するパルス管冷凍機に係る従来技術として特許文献１（発明の名称：パルス管冷凍機）が知られている。

特開２００２−１３８３２号公報（図１，図２）

図７に示したパルス管冷凍機は、膨張機３０に機械的な可動部がないため、膨張機に機械的な可動部があるスターリング冷凍機（図示せず）に比べて、膨張機３０の振動は小さいものであり、振動を嫌う冷却対象を冷却する装置として注目されている。
例えば、赤外線センサなどの検出器は極低温環境下では検出感度が著しく向上するため冷却することが好ましいが、スターリング冷凍機（図示せず）を用いると光学系が振動により位置ずれを起こすという問題が知見されていた。そこで上記のような振動が小さいパルス管冷凍機の適用が検討されている。

このような用途では、パルス管冷凍機の冷却端に検出器を直接接触させることで冷却効果を最大限高めることができるが、検出器は光学系と組み合わせて集光されるものが多く光学系も冷却端上に構成されるため、冷却端における発生振動は極力小さいことが要求される。
図７で示すパルス管冷凍機１００では対向型圧縮機１０が振動源となる。対向型圧縮機１０は、
（１）ピストン１１、リニアモータ可動部（図示せず）のアンバランス質量、
（２）一対のピストン１１による往復動作の直線動作の誤差、
（３）左右一対のリニアモータ（図示せず）の推力誤差、
により振動が発生する。

そこで、図７で示したパルス管冷凍機１００では、対向型圧縮機１０と膨張機３０との間に直線状の接続管２０を介在させて、振動源である対向型圧縮機１０から膨張機３０を分離する構成を採用し、対向型圧縮機１０で発生する振動が膨張機３０に伝わりにくくなるように配慮している。特許文献１記載のパルス管冷凍機の構成も同様であり、振動が伝わりにくい構成である。

しかしながら、振動が伝わりにくいが、それでも接続管２０を介して小さいながらも振動が伝わるという問題があった。振動が光学系に影響を及ぼす事態を回避するため、可能な限り対向型圧縮機１０による圧縮機振動を膨張機に伝えないようにしたいという要請があった。
そこで、例えば、接続管２０の長さを長くすることで振動を伝えにくくすることが考えられる。しかしながら、単純に接続管２０の長さを直線状に長くすると、膨張機３０における膨張機振動の振幅は小さくなるが、接続管２０の中の死容積の増加および流体抵抗の増加により冷凍出力の低下を招くというものであり、単純に長くすることでは解決できないという問題があった。

また、対向型圧縮機１０、接続管２０および膨張器３０は同一面内に配置され、矢印Ａ方向（図７中では左右方向）・矢印Ｂ方向（図７中では上下方向）・図７の紙面裏側から表側への方向（図示せず）の圧縮機振動が、接続管２０を介して伝わり、膨張機３０に矢印Ｃ方向（図７中では左右方向）・矢印Ｄ方向（図７中では上下方向）・図７の紙面裏側から表側への方向（図示せず）の膨張機振動を発生させる。この構成では、対向型圧縮機１０の振動が微弱ながらも膨張機３０に伝わるという問題があった。

この発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、圧縮機で発生する振動を膨張機へ極力伝えにくくし、冷却端の振動を著しく小さくしたパルス管冷凍機を提供することにある。

本発明の請求項１に係るパルス管冷凍機は、
一対のピストンが対向して配置され、一対のピストンの往復動により作動ガスの圧縮を行う圧縮機と、
圧縮機と一端が連結する接続管と、
蓄冷器を有し、接続管の他端と連結する膨張機と、
膨張機と連結する位相制御部と、
を備えるパルス管冷凍機において、
接続管は、略直角の屈曲部が一カ所に形成されて略Ｌ字状に略直交する圧縮機側管部および膨張機側管部を有し、圧縮機のピストン移動方向と膨張機の蓄冷器の軸方向が略直交するように圧縮機と膨張機とを接続したときに圧縮機によるピストン移動方向と圧縮機側管部の延伸方向とが略直交し、かつ圧縮機のピストン移動方向および圧縮機側管部の延伸方向と膨張機側管部の延伸方向とがそれぞれ略直交するものであり、圧縮機によるピストン移動方向の圧縮機振動を、膨張機側管部を回転軸とする圧縮機側管部の回転運動、屈曲部での屈曲および膨張機側管部の回転運動による膨張機側管部での捻れたわみに変換することで膨張機振動を減衰し、圧縮機のピストン移動に伴うピストン移動方向の振動を機械的変形により吸収して圧縮機の振動を膨張機へ伝えにくくすることを特徴とする。

また、本発明の請求項２に係るパルス管冷凍機は、
１個のピストンが配置され、ピストンの往復動により作動ガスの圧縮を行う圧縮機と、
質量とばねを有し、ピストンの往復動による振動を吸収する制振機構と、
圧縮機と一端が連結する接続管と、
蓄冷器を有し、接続管の他端と連結する膨張機と、
膨張機と連結する位相制御部と、
を備えるパルス管冷凍機において、
接続管は、略直角の屈曲部が一カ所に形成されて略Ｌ字状に略直交する圧縮機側管部および膨張機側管部を有し、圧縮機のピストン移動方向と膨張機の蓄冷器の軸方向が略直交するように圧縮機と膨張機とを接続したときに圧縮機によるピストン移動方向と圧縮機側管部の延伸方向が略一致し、かつ圧縮機のピストン移動方向と膨張機側管部の延伸方向とが略直交するものであり、制振機構により減衰された圧縮機によるピストン移動方向の圧縮機振動を屈曲部での屈曲により吸収することで膨張機振動を減衰し、圧縮機のピストン移動に伴うピストン移動方向の振動を機械的変形により吸収して圧縮機の振動を膨張機へ伝えにくくすることを特徴とする。

また、本発明の請求項３に係るパルス管冷凍機は、
１個のピストンが配置され、ピストンの往復動により作動ガスの圧縮を行う圧縮機と、
質量とばねを有し、ピストンの往復動による振動を吸収する制振機構と、
圧縮機と一端が連結する接続管と、
蓄冷器を有し、接続管の他端と連結する膨張機と、
膨張機と連結する位相制御部と、
を備えるパルス管冷凍機において、
接続管は、略直角の屈曲部が二カ所で形成されてそれぞれが直交する圧縮機側管部、中間管部および膨張機側管部を有し、圧縮機のピストン移動方向と膨張機の蓄冷器の軸方向が略直交するように圧縮機と膨張機とを接続したときに圧縮機のピストン移動方向と圧縮機側管部の延伸方向が略一致し、圧縮機のピストン移動方向と中間管部の延伸方向とが略直交し、かつ圧縮機のピストン移動方向および中間管部の延伸方向と膨張機側管部の延伸方向とがそれぞれ略直交するものであり、制振機構により減衰された圧縮機によるピストン移動方向の圧縮機振動を、圧縮機側管部と中間管部との間の屈曲部での屈曲、膨張機側管部を回転軸とする中間管部の回転運動、中間管部と膨張機側管部との間の屈曲部での屈曲および膨張機側管部の回転運動による膨張機側管部での捻れたわみに変換することで膨張機振動を減衰し、圧縮機のピストン移動に伴うピストン移動方向の振動を機械的変形により吸収して圧縮機の振動を膨張機へ伝えにくくすることを特徴とする。

また、本発明の請求項４に係るパルス管冷凍機は、
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のパルス管冷凍機において、
前記接続管と前記膨張機との間に配置され、ユニバーサルジョイントによる回転可能な接続部を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項５に係るパルス管冷凍機は、
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のパルス管冷凍機において、
前記接続管の屈曲部は、完全な直角の屈曲部または十分な曲率を有するカーブ型の屈曲部であることを特徴とする。

また、本発明の請求項６に係るパルス管冷凍機は、
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載のパルス管冷凍機において、
前記接続管は、銅または銅合金により形成されることを特徴とする。

以上のような本発明によれば、圧縮機で発生する振動を膨張機へ極力伝えにくくし、冷却端の振動を著しく小さくしたパルス管冷凍機を提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態について説明する。
本発明のパルス管冷凍機は、従来技術では直線状であった接続管の形状を、１箇所で屈曲部を有し、非直線状とした。さらに、圧縮機で発生する振動が膨張機に極力伝わらないように圧縮機、膨張機および接続管の配置を工夫した。

続いて、第１形態について説明する。図１は本形態のパルス管冷凍機１の構成図、図２は接続管と振動との説明図である。
本形態のパルス管冷凍機１は、図１に示すように、対向型圧縮機１０、接続管５０、膨張機３０、位相制御部４０を備えている。

本形態では図７を用いて説明した従来技術のパルス管冷凍機１００の接続管２０に代えて、折り曲げ構成を有する接続管５０を配置したものである。対向型圧縮機１０、膨張機３０、位相制御部４０については同じ名称・符号を付するとともに重複する説明（構成・作動原理）を省略し、相違点である接続管５０、および、振動の減衰原理について重点的に説明する。

図２（ａ）で示すように、接続管５０は略直角に折り曲げ構成されたものであり、圧縮機側管部５１、屈曲部５２、膨張機側管部５３を備えている。このような接続管５０は、屈曲部５２が一カ所で形成されて略Ｌ字状であり、さらに、圧縮機側管部５１および膨張機側管部５３はそれらの延伸方向が略直交する構成を有している。
また、膨張機側管部５３の延伸方向は、図１からも明らかなように、膨張機３０の蓄冷器３２の軸方向と略一致するようにした。

そして、接続管５０に対向型圧縮機１０が接続されている。対向型圧縮機１０では、一対のピストン１１がシリンダ１２内で対向して配置され、一対のピストン１１の往復動により作動ガスの圧縮を行う。このため、図２（ｂ）で示す矢印α方向にはピストン往復による大きな圧縮機振動が発生する。
このような接続管５０では、対向型圧縮機１０のピストン移動方向、圧縮機側管部５１の延伸方向および膨張機側管部５３の延伸方向は、それぞれ三軸方向に略直交するように配置される。

続いて振動の減衰原理について説明する。
接続管５０は略Ｌ字状の構成を採用することで、膨張機側管部５３を回転軸として圧縮機側管部５１は回転しやすいような構造となる。対向型圧縮機１０のピストン移動方向（図２（ｂ）の矢印α方向）の大きな圧縮機振動は、まず屈曲部５２で屈曲して膨張機振動が減衰され、さらに膨張機側管部５３の回転運動に変換されて、膨張機側管部５３では捻りたわみとなって同様に膨張機振動が大幅に減衰されるため、熱交換器３１での膨張機振動（図２（ｂ）の矢印ａ方向）を著しく低減することができる。

さらに、例えば、接続管５０と熱交換機３１との接続部にユニバーサルジョイント（図示せず）を配置して回転自在な接続部とすれば、捻りたわみの発生も抑制することができ、さらに膨張機振動を減衰して、膨張機３０側の制振を実現することが可能となる。

また、対向型圧縮機１０における他の２方向の比較的小さな振動（図２（ａ）の矢印β方向，矢印γ方向の振動）については、接続管５０の屈曲部５２の存在により、屈曲部５２で屈曲して減衰され、熱交換器３１での振動（図２（ａ）の矢印ｂ方向，矢印ｃ方向の振動）をさらに小さくすることができる。

このように対向型圧縮機１０によるシリンダ移動方向と、膨張機３０の蓄冷器３２の軸方向とが一致しないようにして、対向型圧縮機１０の圧縮機振動が接続管５０を介して膨張機３０に伝達された場合の膨張機振動を小さくすることができる。

続いて、第２形態について説明する。このパルス管冷凍機でも、従来技術では直線状であった接続管の形状を、１箇所で屈曲部を有するような非直線状とした。さらに、圧縮機で発生する圧縮機振動が膨張機に極力伝わらないように圧縮機、膨張機および接続管の配置を工夫した。
図３は本形態のパルス管冷凍機２の構成図、図４は接続管と振動との説明図である。
本形態のパルス管冷凍機２は、図３に示すように、膨張機３０、位相制御部４０、単シリンダ圧縮機６０、接続管７０を備えている。

本形態では図７を用いて説明した従来技術のパルス管冷凍機１００の対向型圧縮機１０，接続管２０に代えて、単シリンダ圧縮機６０、および、折り曲げ構成を有する接続管７０を配置したものである。膨張機３０、位相制御部４０については同じ名称・符号を付するとともに重複する説明（構成・作動原理）を省略し、相違点である単シリンダ圧縮機６０、接続管７０、および、振動の減衰原理について説明する。

単シリンダ圧縮機６０は、ピストン６１、シリンダ６２、制振機構６３を備え、ピストン６１、シリンダ６２を含む単体の圧縮機に制振機構６３を接続した構成であり、１個のピストン６１がシリンダ６２内を往復動することにより作動ガスの圧縮膨張を行う。このため、図４（ａ）で示す矢印α方向にピストン往復による大きな圧縮機振動が発生する。しかしながら、質量−ばね系の制振機構６３が、圧縮機振動を相殺して打ち消すような制振機構振動を発生するため、圧縮機振動が大幅に減衰される。

図４（ａ）で示すように、接続管７０は略直角に折り曲げ構成されたものであり、圧縮機側管部７１、屈曲部７２、膨張機側管部７３を備えている。このような接続管７０は、
屈曲部７２が一カ所で形成されて略Ｌ字状であり、さらに、圧縮機側管部７１および膨張機側管部７３はそれらの延伸方向が略直交する構成を有している。
そして、単シリンダ圧縮機６０のピストン移動方向（矢印α方向）と圧縮機側管部７１の延伸方向を略一致させ、かつ単シリンダ圧縮機６０のピストン移動方向（矢印α方向）と膨張機側管部７３の延伸方向とが略直交するように配置されている。
また、膨張機側管部７３の延伸方向は、図３でも明らかなように、膨張機３０の蓄冷器３２の軸方向と略一致するようにした。

このように接続管７０が略Ｌ字状の構成を採用することで、単シリンダ圧縮機６０におけるピストン移動方向（図４（ａ）の矢印α方向）の大きな圧縮機振動と，他の方向（矢印β方向）小さな圧縮機振動については、接続管７０の屈曲部７２の存在により屈曲部７２で屈曲して減衰され、熱交換器３１での膨張機振動（図４（ａ）の矢印ａ方向，矢印ｂ方向の振動）を小さくすることができる。

また、膨張機側管部７３を回転軸としてと圧縮機側管部７１は回転しやすいような構造であり、単シリンダ圧縮機１０のある方向（図４（ｂ）の矢印γ方向）の圧縮機振動は、膨張機側管部７３の回転運動に変換され、膨張機側管部７３では捻りたわみとなって振動が大幅に減衰され、熱交換器３１での振動（図４（ｂ）の矢印ｃ方向）を著しく低減することができる。

さらに、例えば、接続管７０と熱交換機３１との接続部にユニバーサルジョイント（図示せず）を配置して回転自在な接続部とすれば、捻りたわみの発生も抑制することができ、さらに振動を減衰して、膨張機側の制振を実現することが可能となる。

このように単シリンダ圧縮機６０によるシリンダ移動方向の振幅方向と、膨張機３０の蓄冷器３２の軸方向とが一致しないようにして、単シリンダ圧縮機６０のシリンダ移動による大きな振動が接続管７０を介して膨張機３０に伝達された場合の膨張機振動を小さくすることができる。

続いて、第３形態について説明する。このパルス管冷凍機でも、従来技術では直線状であった接続管の形状を、２箇所で屈曲部を有するような非直線状とした。さらに、圧縮機で発生する振動が膨張機に極力伝わらないように圧縮機、膨張機および接続管の配置を工夫した。

図５は本形態のパルス管冷凍機３の構成図、図６は接続管と振動との説明図である。
本形態のパルス管冷凍機３は、図５に示すように、膨張機３０、位相制御部４０、単シリンダ圧縮機８０、接続管９０を備えている。

本形態では図７を用いて説明した従来技術のパルス管冷凍機１００の対向型圧縮機１０，接続管２０に代えて、単シリンダ圧縮機８０、および、折り曲げ構成を有する接続管９０を配置したものである。膨張機３０、位相制御部４０については同じ名称・符号を付するとともに重複する説明（構成・作動原理）を省略し、相違点である単シリンダ圧縮機８０、接続管９０、および、振動の減衰原理について説明する。

単シリンダ圧縮機８０は、図６（ｂ）で示すように、ピストン８１、シリンダ８２、制振機構８３を備え、ピストン８１、シリンダ８２を含む単体の圧縮機に制振機構８３を接続した構成であり、１個のピストン８１が配置され、ピストン８１がシリンダ８２内を往復動することにより作動ガスの圧縮膨張を行う。このため、図６（ｂ）で示す矢印α方向にピストン往復による大きな圧縮機振動が発生する。しかしながら、質量−ばね系の制振機構８３が、圧縮機振動を相殺して打ち消すような制振機構振動を発生するため、圧縮機振動が大幅に減衰されている。

図６（ａ），（ｂ）で示すように、接続管９０は二カ所で略直角に折り曲げ構成されたものであり、圧縮機側管部９１、屈曲部９２、中間管部９３、屈曲部９４、膨張機側管部９５を備えている。このような接続管９０は、略直角の屈曲部９２，９４が二カ所で形成されて膨張機側管部９１、中間管部９３および圧縮機側管部９５がそれぞれ三軸方向で直交し、単シリンダ圧縮機８０のピストン移動方向（矢印α方向）と圧縮機側管部９１の延伸方向を略一致させ、単シリンダ圧縮機８０のピストン移動方向（矢印α方向）と中間管部９３の延伸方向とが略直交し、かつ単シリンダ圧縮機８０のピストン移動方向（矢印α方向）と膨張機側管部９５の延伸方向とが略直交するように構成した。
また、膨張機側管部９５の延伸方向は、図５からも明かなように、膨張機３０の蓄冷器３２の軸方向と略一致するようにした。

このように接続管９０が多段に折れ曲がる構成を採用することで、膨張機側管部９５を回転軸として中間管部９３・圧縮機側管部９１は回転しやすいような構造となる。単シリンダ圧縮機８０によるピストン移動方向（図６（ｂ）の矢印α方向）の大きな圧縮機振動、および、他の方向の（図６（ｂ）の矢印γ方向）の小さな圧縮機振動は、まず屈曲部９２，９４で屈曲により減衰され、さらに、膨張機側管部９５の回転運動に変換されるため、膨張機側管部９５では捻りたわみとなって膨張機振動が大幅に減衰され、熱交換器３１での膨張機振動（図６（ｂ）の矢印ａ方向）を著しく低減することができる。

さらに、例えば、接続管９０と熱交換機３１との接続部にユニバーサルジョイント（図示せず）を配置して回転自在な接続部とすれば、捻りたわみの発生も抑制することができ、さらに振動を減衰して、膨張機側の制振を実現することが可能となる。

また、単シリンダ圧縮機８０における他の方向（図６（ａ）の矢印β方向）の比較的小さな圧縮機振動については、接続管９０の屈曲部９２，９４の存在により、屈曲部９２，９４で屈曲して減衰され、熱交換器３１での図６（ａ）の矢印ｂ方向の膨張機振動をさらに小さくすることができる。

このように単シリンダ圧縮機８０のシリンダ移動方向と、膨張機３０の蓄冷器３２の軸方向とが一致しないようにして、単シリンダ圧縮機８０の振動が接続管９０を介して直接に膨張機３０に伝達された場合の膨張機振動を小さくすることができる。

さて、上記形態で説明した接続管５０，７０，９０は、銅または銅合金製であることが好ましい。ちなみに従来技術の接続管の材質は通常はステンレス製であり、弾性係数が大きいものであった。
本形態の接続管５０，７０，９０で採用する銅または銅合金は弾性係数が小さいため，発生する振動による変形(ひずみ)量が大きくなり、衝撃を吸収する効果が大きいという利点がある。このように接続管５０，７０，９０は、銅または銅合金製とすることで、熱膨張機３０へ伝える振動を更に小さくすることが可能となる。

なお、本形態の説明では、接続管５０（図１，２参照），接続管７０（図３，４参照）のように一カ所で直角に折り曲げた屈曲部を有する略Ｌ字型の構成、または、接続管９０（図５，６参照）のように二カ所で直角に折り曲げた屈曲部を有する三次元型の構成であるものとして説明した。
しかしながら、接続管の屈曲部は完全な直角に限定する必要はなく、十分な曲率を有するカーブ型の屈曲部であってもよい。また、Ｓ字型または３次元的に折り曲げた構成を採用しても良い。

また、熱交換器３１、蓄冷器３２、冷却端３３、パルス管３４の軸方向が、ピストン移動方向と異なるように対向型圧縮機１０（単シリンダ圧縮機６０．８０）を配置するような接続管の形状であればよい。しかしながら、接続管が長すぎると死容積が増加するため、結局は接続管の距離延長が比較的短い第１，第２，第３形態のような接続管であることが好ましい。
いずれの場合も膨張部の冷却端において振動の発生を抑制することができる。

以上最良の形態について説明した。
この発明によれば、対向型圧縮機・単シリンダ圧縮機の大きな振動器振幅の発生方向（つまりピストン移動方向）と、膨張機の蓄冷器の軸方向とを相違させ、接続管は少なくとも１回直角に折り曲げたＬ字型・Ｓ字型・３次元的に折り曲げ型に構成にした。
これにより、ピストン移動方向の大きな圧縮機振幅が膨張機の冷却端の上下方向（蓄冷器の軸方向）に向かないようにして、圧縮機の振動が接続管を介して直接膨張機に伝達されないようにする。
さらに接続管の材質は弾性係数の小さな銅または銅合金で構成した。これにより、接続管が振動による変形(ひずみ)量が大きくなり、衝撃を吸収する。
これら上記の構成を採用することにより膨張機の冷却端での発生振幅を減衰することができ、低振動のパルス管冷凍機を提供することができる。

続いて実施例１について説明する。この実施例１は先に図１，図２を用いて説明した第１形態を更に具体化したものである。
対向型圧縮機１０と膨張機３０を接続する接続管５０は、接続管５０のパイプ強度に応じた適切な曲げ半径（φ４の場合は約Ｒ５０）でほぼ９０°に曲げてＬ字型に成形する。このような接続管５０を用いることにより、対向型圧縮機１０のピストン移動方向の振幅が８μｍのとき、全長３００ｍｍ（圧縮機側管部５１で１５０ｍｍ，膨張機側管部５３で１５０ｍｍ）のＬ字型の接続管５０で膨張機３０に接続することにより、冷却端３３の上下方向の振幅を２μｍ以下に低減することが可能である。

第１形態のパルス管冷凍機の構成図である。接続管と振動との説明図である。第２形態のパルス管冷凍機の構成図である。接続管と振動との説明図である。第３形態のパルス管冷凍機の構成図である。接続管と振動との説明図である。従来技術のパルス管冷凍機の概略構成図である。

符号の説明

１，２，３：パルス管冷凍機
１０：対向型圧縮機
１１：ピストン
１２：シリンダ
３０：膨張機
３１：熱交換器
３２：蓄冷器
３３：冷却端
３４：パルス管
４０：位相制御部
４１：イナータンスチューブ
４２：バッファタンク
５０：接続管
５１：圧縮機側管部
５２：屈曲部
５３：膨張機側管部
６０：単シリンダ圧縮機
６１：ピストン
６２：シリンダ
６３：制振機構
７０：接続管
７１：圧縮機側管部
７２：屈曲部
７３：膨張機側管部
８０：単シリンダ圧縮機
８１：ピストン
８２：シリンダ
８３：制振機構
９０：接続管
９１：圧縮機側管部
９２：屈曲部
９３：中間管部
９４：屈曲部
９５：膨張機側管部

Claims

一対のピストンが対向して配置され、一対のピストンの往復動により作動ガスの圧縮を行う圧縮機と、
圧縮機と一端が連結する接続管と、
蓄冷器を有し、接続管の他端と連結する膨張機と、
膨張機と連結する位相制御部と、
を備えるパルス管冷凍機において、
接続管は、略直角の屈曲部が一カ所に形成されて略Ｌ字状に略直交する圧縮機側管部および膨張機側管部を有し、圧縮機のピストン移動方向と膨張機の蓄冷器の軸方向が略直交するように圧縮機と膨張機とを接続したときに圧縮機によるピストン移動方向と圧縮機側管部の延伸方向とが略直交し、かつ圧縮機のピストン移動方向および圧縮機側管部の延伸方向と膨張機側管部の延伸方向とがそれぞれ略直交するものであり、圧縮機によるピストン移動方向の圧縮機振動を、膨張機側管部を回転軸とする圧縮機側管部の回転運動、屈曲部での屈曲および膨張機側管部の回転運動による膨張機側管部での捻れたわみに変換することで膨張機振動を減衰し、圧縮機のピストン移動に伴うピストン移動方向の振動を機械的変形により吸収して圧縮機の振動を膨張機へ伝えにくくすることを特徴とするパルス管冷凍機。
１個のピストンが配置され、ピストンの往復動により作動ガスの圧縮を行う圧縮機と、
質量とばねを有し、ピストンの往復動による振動を吸収する制振機構と、
圧縮機と一端が連結する接続管と、
蓄冷器を有し、接続管の他端と連結する膨張機と、
膨張機と連結する位相制御部と、
を備えるパルス管冷凍機において、
接続管は、略直角の屈曲部が一カ所に形成されて略Ｌ字状に略直交する圧縮機側管部および膨張機側管部を有し、圧縮機のピストン移動方向と膨張機の蓄冷器の軸方向が略直交するように圧縮機と膨張機とを接続したときに圧縮機によるピストン移動方向と圧縮機側管部の延伸方向が略一致し、かつ圧縮機のピストン移動方向と膨張機側管部の延伸方向とが略直交するものであり、制振機構により減衰された圧縮機によるピストン移動方向の圧縮機振動を屈曲部での屈曲により吸収することで膨張機振動を減衰し、圧縮機のピストン移動に伴うピストン移動方向の振動を機械的変形により吸収して圧縮機の振動を膨張機へ伝えにくくすることを特徴とするパルス管冷凍機。
１個のピストンが配置され、ピストンの往復動により作動ガスの圧縮を行う圧縮機と、
質量とばねを有し、ピストンの往復動による振動を吸収する制振機構と、
圧縮機と一端が連結する接続管と、
蓄冷器を有し、接続管の他端と連結する膨張機と、
膨張機と連結する位相制御部と、
を備えるパルス管冷凍機において、
接続管は、略直角の屈曲部が二カ所で形成されてそれぞれが直交する圧縮機側管部、中間管部および膨張機側管部を有し、圧縮機のピストン移動方向と膨張機の蓄冷器の軸方向が略直交するように圧縮機と膨張機とを接続したときに圧縮機のピストン移動方向と圧縮機側管部の延伸方向が略一致し、圧縮機のピストン移動方向と中間管部の延伸方向とが略直交し、かつ圧縮機のピストン移動方向および中間管部の延伸方向と膨張機側管部の延伸方向とがそれぞれ略直交するものであり、制振機構により減衰された圧縮機によるピストン移動方向の圧縮機振動を、圧縮機側管部と中間管部との間の屈曲部での屈曲、膨張機側管部を回転軸とする中間管部の回転運動、中間管部と膨張機側管部との間の屈曲部での屈曲および膨張機側管部の回転運動による膨張機側管部での捻れたわみに変換することで膨張機振動を減衰し、圧縮機のピストン移動に伴うピストン移動方向の振動を機械的変形により吸収して圧縮機の振動を膨張機へ伝えにくくすることを特徴とするパルス管冷凍機。
請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のパルス管冷凍機において、
前記接続管と前記膨張機との間に配置され、ユニバーサルジョイントによる回転可能な接続部を備えることを特徴とするパルス管冷凍機。
請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のパルス管冷凍機において、
前記接続管の屈曲部は、完全な直角の屈曲部または十分な曲率を有するカーブ型の屈曲部であることを特徴とするパルス管冷凍機。
請求項１〜請求項５の何れか一項に記載のパルス管冷凍機において、
前記接続管は、銅または銅合金により形成されることを特徴とするパルス管冷凍機。