JP4692829B2 - パルス管型熱機関 - Google Patents

Description

本発明はパルス管型熱機関に関する。

パルス管型蓄熱機関の一つとしてパルス管型冷凍機が知られ、広く使用されている。一般的に、ＧＭ式（Ｇｉｆｆｏｒｄ−ＭｃＭａｈｏｎ）パルス管型冷凍機には一個、或いは一個以上のバッファータンクが装備されている。さらに、これらのバッファータンクは開閉弁（ＯＮ／ＯＦＦ Ｖａｌｖｅ）を介してパルス管の高温端に接続され、位相調節手段として機能される。また、ＧＭ式パルス管型冷凍機には圧縮機が装備されていることも一般的である。

ＧＭ式パルス管型冷凍機にはスプール弁（Ｓｐｏｏｌ ｖａｌｖｅ）から構成されたシャフトシリンダー式（Ｓｈａｆｔ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｔｙｐｅ）流路切替装置を使用することができる。また、シャフトシリンダー式流路切替装置において、パルス管高温端及び圧縮機側に設置された開閉弁はシャフト本体（ローター）及びシリンダーの壁部に形成された穴（透孔）により構成される。内部に配置されたシャフトとシリンダーとの相対位置によって弁の開合（ＯＮ／ＯＦＦ）状態が決められる。

一個或いは一個以上のバッファータンクが開合弁を介してパルス管の高温端に接続され、位相調節手段として働いている。一般的に、冷凍機に使用される流路切替装置は、ロタリー式（Ｒｏｔａｒｙ ｔｙｐｅ）またはシリンダー式を例示することができる。これらの流路切替装置はモーターにより駆動され、弁の開合が制御されている。パルス管の高温端に設けられた開閉弁は一体に形成され一つのグループとして使用されるため、パルス管弁（Ｐｕｌｓｅ ｖａｌｖｅ）とも言う。また、例えば、特開平６−１００８７７号公報（以下特許文献１と称する）、に開示されたように、パルス管式膨張機の場合において、蓄熱器の低温端或いは高温端に設けられた開閉弁は一体に形成され一つのグループとして使用されるため、主弁（Ｍａｉｎ ｖａｌｖｅ）とも言う。開閉弁体においてパルス管弁から主弁への気体漏れ（直流気体流れ）が一般的に顕著である。直流気体流れ（ＤＣ ｇａｓ ｆｌｏｗ）というのは、連続的にパルス管から蓄熱器へ、或いは蓄熱器からパルス管への気体流れを言うものであり、冷凍機やパルス管などに対してエネルギー損失（Ｌｏｓｓ）を与える。このため、パルス管弁と主弁を密封させ直流気体流れを抑制することが重要な課題である。

また、特開２００４−６１０３１号公報（以下特許文献2称する）において、シリンダー式流路切替装置（Ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｔｙｐｅ Ｖａｌｖｅ）が開示されている。特許文献２に開示された発明において、パルス管弁と主弁との間の気体漏れを抑制するために、メカニカルシール（Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｅａｌ）が使用されている。しかし、メカニカルシールは開閉弁を汚すことがあり、使用寿命が短いなどの問題がある。このため、弁の使用寿命はメカニカルシールの使用寿命に制限されている。このように、メカニカルシールが使用されない場合では、バッファータンクと圧縮機との間に圧力の差により大きいな気体漏れが発生する。特に、気体漏れは圧縮機の高圧端からバッファータンクへ流れる場合には、気体はパルス管の高温端から低温端へ、最後に圧縮機に戻す。このため、直流気体流れが発生する。
特開平６−１００８７７号公報 特開２００４−６１０３１号公報

上記のように、現有の流路切替え装置においてメカニカルシールを取り外すことが困難である。なぜならば、メカニカルシールを取り外した場合、開閉弁の本体に沿ってバッファータンクから圧縮機へ大きいな直流気気体流れが発生する問題がある。

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、パルス管型冷凍機の直流気体流れを抑制し、パルス管型冷凍機関の高い効率且つ長寿命化を実現することを課題とする。

本発明のパルス管型熱機関は、作動気体が通過する放熱器とパルス管と吸熱器と蓄熱器とが順次に連結してなる熱機器と、作動気体を圧縮させて高圧作動気体を発生する高圧端と低圧作動気体を発生する低圧端とを持つ気体圧縮装置と、作動気体の圧力変動と位置変動との位相差を発生させる位相調節手段と、気体圧縮装置の高圧端及び低圧端と蓄熱器とを接続し高圧作動気体が流れる高圧通路の開閉及び低圧作動気体が流れる低圧通路の開閉とを切り替える第１バルブ部と位相調節手段とパルス管とを接続し位相調節気体通路の開閉を切り替える第２バルブ部とからなる流路切替手段とを有し、流路切替手段により開放された高圧通路の高圧作動気体を膨張させて低温を生成するパルス管型熱機関において、流路切替手段の第１バルブ部及び第２バルブ部は、高圧通路及び低圧通路をそれぞれ構成する高圧弁口、低圧弁口及び蓄熱器弁口と、位相調節気体通路を構成する位相調節手段弁口及びパルス管弁口とを備える筒状部材と、高圧弁口と蓄熱器弁口とを開閉する第１蓄熱器弁通孔、低圧弁口と蓄熱器弁口とを開閉する第２蓄熱器弁通孔、位相調節手段弁口とパルス管弁口とを開閉するパルス管弁通孔とを持ち筒状部材に回転あるいは軸方向に摺動可能に保持された可動部材とで構成され、さらに、筒状部材の内周面と可動部材の外周面との間に設けられ蓄熱器弁口と常時に連通するリング状蓄熱器通路と、該リング状蓄熱器通路と軸方向に所定間隙を隔てて設けられパルス管弁口と常時に連通するリング状パルス管通路と、を有し、前記筒状部材は円筒状シリンダーから構成され、前記可動部材は前記シリンダーに回転可能に設けられたローターから構成され、前記ローターの軸方向で前記リング状蓄熱器通路及び前記リング状パルス管通路を中央とし前記第１蓄熱器弁通孔及び前記第２蓄熱器弁通孔を一方の端部に、前記パルス管弁通孔は他方の端部に設けられていることを特徴とする。

本発明のパルス管型熱機関によれば、流路切替手段において弁口を持つ筒状部材に通孔を持つ可動部材を設けることにより、可動部材が筒状部材に摺動あるいは回転することができ、第１バルブ部と第２バルブ部とを構成する高圧通路、低圧通路、または位相調節気体通路を開閉することができる。さらに、筒状部材と可動部材との間においてパルス管弁口に連通するリング状パルス管通路と蓄熱器弁口に連通するリング状蓄熱器通路とを有することにより、第１バルブ部と第２バルブ部に流れる作動気体の圧力差を最大限に抑えることができる。つまり、外部に熱機器を介してリング状蓄熱器通路とリング状パルス管通路が常時に連通されているため、リング状パルス管通路とリング状蓄熱器通路を流れる作動気体の圧力はほぼ同じである。したがって、気体漏れの動力となる圧力差が存在しなくなり、第１バルブ部と第２バルブ部との間に圧力差による作動気体の漏れを回避することができる。いわゆる直流気体流れを抑制することができる。よって、直流気体流れが抑制されることによりパルス管型蓄熱機関の効率の向上に有利である。

また、円筒状シリンダーに回転可能なローターを設けることにより、円筒状シリンダーに設けられた各弁口がモーターの回転に連れてスムーズに開閉される。

また、リング状蓄熱器通路及びリング状パルス管通路をローターの軸方向の中央部に配置することにより、ローターの軸方向の一端に設けられた第１蓄熱器弁通孔及び第２蓄熱器弁通孔を流れる作動気体とローターの軸方向の他の端部に設けられたパルス管弁通孔を流れる作動気体とは、それぞれリング状蓄熱器通路及びリング状パルス管通路においてほぼ同様な圧力になり、圧力差による作動気体の漏れが回避される。つまり、ローターの軸方向にリング状蓄熱器通路の一方の端部に第１蓄熱器弁通孔と第２蓄熱器弁通孔を設けることにより、第１蓄熱器弁通孔と第２蓄熱器弁通孔との間に気体漏れが発生しても、漏れた気体がリング状蓄熱器通路に止められ、リング状蓄熱器通路を越えてパルス管弁口側に漏れることがない。同様に、ローターの軸方向にリング状パルス管通路の一方の端部にパルス管弁通孔を設けることにより、パルス管弁通孔を流れる気体が漏れたとしてもリング状パルス管通路を越えて蓄熱器弁口側に漏れることがない。このように、中央位置に配置されたリング状蓄熱器通孔とリング状パルス管通孔が両端側に流れている気体の漏れを抑制することができる。結果として、リング状蓄熱器通路及びリング状パルス管通路を第１バルブ部と第２バルブ部との間に設けることにより、両端に設けられた各弁口及び各通孔を流れる作動気体が蓄熱器弁通孔からパルス管弁通孔へ、あるいはパルス管弁通孔から蓄熱器弁通孔へ漏れにくくなり、パルス管型熱機関の効率の向上に有利である。

また、本発明のパルス管型熱機関の流路切替手段は、ローターとシリンダーとを相対回転させる駆動手段を持ち、ローターをシリンダーに支持する支持手段を持つことが好ましい。駆動手段を設けることにより、ローターがシリンダーとを相対回転することができ、シリンダーに設けられた各弁口とローターに設けられた各通孔を開閉することができる。また、支持手段を有することにより、ローターがシリンダーに同軸的に支持され、さらに、ローターがシリンダーにおいて軸の垂直方向の位置変動を微小範囲内に抑えることができる。つまり、ローターがシリンダーに回転する際、ローターとシリンダーとの間に微小間隙が形成されるとともに、安定した間隙幅を維持することができる。なお、微小間隙の間隙幅は例えば０．０２〜０．０５ミリメートルに設定されるが、これに限定されるものではない。このため、回転するローターとシリンダーとの間に作動気体が流れにくい状態となり、いわゆるクリアランスシール構造が形成される。また、クリアランスシールが形成されることによりローターとシリンダー内壁との摩擦が大きく回避される。このため、メカニカルシールの使用が避けられるので、パルス管型熱機関の使用寿命が大きく延長され、長寿命化を実現することができる。

また、本発明のパルス管型熱機関は、作動気体が通過する第１放熱器と第１パルス管と第１吸熱器と第１蓄熱器とからなる第１熱機器と、第２放熱器と第２パルス管と第２吸熱器と第２蓄熱器とからなる第２熱機器と、作動気体を圧縮させて高圧作動気体を発生する高圧端と低圧作動気体を発生する低圧端とを持つ気体圧縮装置と、作動気体の圧力変動と位置変動との位相差を発生させる第１位相調節手段と第２位相調節手段と、気体圧縮装置と第１蓄熱器とを接続し高圧作動気体が流れる高圧通路の開閉と低圧作動気体が流れる低圧通路の開閉とを切り替える第１バルブ部と、第１位相調節手段と第１パルス管とを接続し第１位相調節気体通路の開閉を切り替える第２バルブ部と、第２位相調節手段と第２パルス管とを接続し第２位相調節気体通路の開閉を切り替える第３バルブ部とからなる流路切替手段とを有し、流路切替手段により開放された高圧通路の高圧作動気体を膨張させて低温を生成するパルス管型熱機関において、流路切替手段の第１バルブ部、第２バルブ部及び第３バルブ部は、高圧通路及び低圧通路をそれぞれ構成する高圧弁口、低圧弁口及び蓄熱器弁口と、第１位相調節気体通路を構成する第１位相調節手段弁口及び第１パルス管弁口と、第２位相調節気体通路を構成する第２位相調節手段弁口及び第２パルス管弁口とを備える円筒状シリンダーと、高圧弁口と蓄熱器弁口とを開閉する第１蓄熱器弁通孔、低圧弁口と蓄熱器弁口とを開閉する第２蓄熱器弁通孔、第１位相調節手段弁口と第１パルス管弁口とを開閉する第１パルス管弁通孔、第２位相調節手段弁口と第２パルス管弁口とを開閉する第２パルス管弁通孔とを持ちシリンダーに回転可能に保持されたローターとで構成され、さらに、シリンダーの内周面とローターの外周面との間に設けられ蓄熱弁口と常時に連通するリング状蓄熱器通路と、該リング状蓄熱器通路と軸方向に所定間隙を隔てて設けられ第１パルス管弁口と常時に連通する第１リング状パルス管通路と、リング状蓄熱器通路と軸方向に所定間隙を隔てて設けられ第２パルス管弁口と常時に連通する第２リング状パルス管通路と、を有していることを特徴とする。

本発明パルス管型熱機関によれば、流路切替手段を介して第１熱機器と第２熱機器とを一つの気体圧縮装置に接続することができる。すなわち、流路切替手段を介在し一つの気体圧縮装置で二つの熱機器を運転させることができる。また、リング状蓄熱器通路と、第１リング状パルス管通路と、第２リング状パルス管通路とを有することにより、第１バルブ部から第２バルブ部への気体漏れと、第１バルブから第３バルブ部への気体漏れと、第２バルブ部から第１バルブ部への気体漏れと、第３バルブから第１バルブ部への気体漏れそれぞれを抑えることができる。

また、本発明のパルス管型熱機関は、ローターの軸方向でリング状蓄熱器通路を中央とし第１蓄熱器弁通孔及び第２蓄熱器弁通孔を中間部に、第１パルス管弁通孔は一方の端部、第２パルス管弁通孔は他方の端部に設けられていることが好ましい。このように、リング状蓄熱器通路及びリング状パルス管通路をローターの軸方向の中央部に配置することにより、ローターの軸方向の中間部に設けられた第１蓄熱器弁通孔及び第２蓄熱器弁通孔を流れる作動気体とローターの軸方向の一端に設けられた第１パルス管弁通孔を流れる作動気体と、第１蓄熱器弁通孔及び第２蓄熱器弁通孔を流れる作動気体とローターの軸方向の他端に設けられた第２パルス管弁通孔を流れる作動気体とは、それぞれリング状蓄熱器通路と第１リング状パルス管通路と第２リング状パルス管通路を介在することにより、圧力差を抑制することができる。即ち、リング状蓄熱器通路及び第１リング状パルス管通路を第１バルブ部と第２バルブ部との間に設けることにより、両端に設けられた各弁口及び各通孔を流れる作動気体が蓄熱器弁通孔から第１パルス管弁通孔あるいは第１パルス管弁通孔から蓄熱器弁通孔へ漏れにくくなる。同様に、リング状蓄熱器通路及び第２リング状パルス管通路を第１バルブ部と第３バルブ部との間に設けることにより、両端に設けられた各弁口及び各通孔を流れる作動気体が蓄熱器弁通孔から第２パルス管弁通孔へ、あるいは第２パルス管弁通孔から蓄熱器弁通孔へ漏れにくくなり、パルス管型蓄熱機関の効率の向上に有利である。

また、本発明のパルス管型熱機関の第１蓄熱器は、一端に気体圧縮機に接続され、他端に第１パルス管に接続されるとともに第２蓄熱器の一端に接続されていることが好ましい。本発明によれば、第１熱機器で冷凍された作動気体はさらに第２熱機器で冷凍され、更なる低い温度により高冷凍力を得ることができ、超低温を実現することができる。

さらに、本発明のパルス管型熱機関は、第１パルス管弁口を第１パルス管に接続する第１パルス管接続部と、第１蓄熱器弁口を第１蓄熱器に接続する第１蓄熱器接続部と、第２パルス管弁口を第２パルス管に接続する第２パルス管接続部とを有することができ、第１パルス管接続部と第１蓄熱器接続部とを連結する第１気体流路調節部と第２パルス管接続部と第１蓄熱器接続部とを連結する第２気体流路調節部とからなる気体流路調節手段を備えることができる。これにより、リング状蓄熱器通路及びリング状パルス管通路を介して直流気体漏れを回避できると同時に、気体流路調節手段を介して直流気体漏れをさらに調整することができる。このため、直流気体漏れをより完全に抑制することができる。

また、流路切替手段は、第１パルス管弁口を第１パルス管に接続する第１パルス管接続部と、第１位相調節手段弁口を第１位相調節手段に接続する第１位相調節手段接続部と、第２パルス管弁口を第２パルス管に接続する第２パルス管接続部と、第２位相調節手段弁口を第２位相調節手段に接続する第２位相調節手段接続部とを有することができ、第１パルス管接続部と第１位相調節手段接続部とを連結する第３気体流路調節部と第２パルス管接続部と第２位相調節手段接続部とを連結する第４気体流路調節部とからなる気体流路調節手段を備えることができる。これにより、リング状蓄熱器通路及びリング状パルス管通路を介して直流気体漏れを回避できると同時に、気体流路調節手段を介して直流気体漏れをさらに調整することができる。このため、直流気体漏れをより完全に抑制することができる。

本発明のパルス管型熱機関によれば、流路切替手段を構成するシリンダーの内周面とシリンダーに配置され回転するローターの外周面との間に、微小間隙が良好に維持されるため、クリアランスシール構造を形成することができる。即ち、シリンダーの内周面とローターの外周面とを非接触又は弱接触に維持するのに有利である。故に、シリンダー内において回転するローターの外周面、シリンダーの内周面の摩耗を抑制して長寿命化を図るのに有利である。また、流路切替手段を構成する筒状部材と可動部材との間においてパルス管弁口に連通するリング状パルス管通路と蓄熱器弁口に連通するリング状蓄熱器通路とを有することにより、蓄熱器弁通孔側とパルス管弁通孔側を流れる作動気体の圧力がほぼ同等になる。このため、気体漏れの動力となる圧力差が存在しなくなり、直流気体流れを抑制することができる。また、直流気体流れが抑制されることによりパルス管型熱機関の効率の向上に有利である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。パルス管熱機関の形態として、パルス管型冷凍機を用いて以下の説明を行う。なお、パルス管熱機関の形態例であるパルス管型冷凍機とパルス管原動機（エンジン）、またはヒートポンプとは機器の構成はほぼ同じである。そのため、本発明のパルス管熱機関はパルス管原動機、またはパルス管型ヒートポンプにも適用することができる。

（第１実施形態例）
本発明の第１実施形態例のパルス管型冷凍機の概略構成を図１に示した。

図１では、パルス管７１２の高温端（放熱器７１３に繋ぐ端部）に位相調節手段として機能するバッファータンク６１１ｂ、６１２ｂ、６１３ｂが設けられた一般的なパルス管型冷凍機を示している。

図１に示すように、本発明の第１実施形態のパルス管型冷凍機は熱機器７００、圧縮機６０３、流路切替手段１００、またはバッファータンク６１１ｂ、６１２ｂ、６１３ｂとで構成される。なお、圧縮機６０３は本発明の気体圧縮装置を構成するものである。バッファータンク６１１ｂ、６１２ｂ、６１３ｂは本発明の位相調節手段を構成するものである。

熱機器７００は、放熱器７１３、パルス管７１２、吸熱器７１１、蓄熱器７０２とで構成される。放熱器７１３、パルス管７１２、吸熱器７１１は容器７１０に収容され一体に形成される。また、容器７１０は連結管７０３を介して蓄熱器７０２に接続されている。また、放熱器７１３側にパルス管接続部７１４が設けられ、さらに、後述する流路切替手段１００を介してバッファータンク６１１ｂ、６１２ｂ、６１３ｂに接続される。蓄熱器７０２は蓄熱器接続部７０１を介して流路切替手段１００に接続され、さらに流路切替手段１００を介して圧縮機６０３の高圧通路（高圧端）６０１ａ及び低圧通路６０２ａ（低圧端）に接続される。圧縮機６０３は作動気体を圧縮し圧力供給源となるものである。バッファータンク６１１ｂ、６１２ｂ、６１３ｂは作動気体の圧力変動と位置変動との位相差を発生させるものである。

流路切替手段１００は主に第１バルブ部Ａと第２バルブ部Ｂとで構成される。第１バルブ部Ａは高圧弁６０１と低圧弁６０２とで構成され、高圧通路６０１ａと低圧通路６０２ａの開閉を制御している。第２バルブ部Ｂはバッファータンク弁６１１、６１２、６１３から構成され、位相調節気体通路６１１ａ、６１２ａ、６１３ａの開閉を制御している。詳細な説明は図２に示される。

図２は本実施形態例のパルス管型冷凍機の流路切替手段１００（シャフトシリンダー式弁部）の構成を示すものである。図２に示すように、流路切替手段１００はシリンダー２０と、ローター１と、軸受４１ａ、４１ｂとで構成されることができる。なお、シリンダー２０は本発明の筒状部材を構成するもので、ローター１は本発明の可動部材を構成するもので、軸受４１ａ、４１ｂは本発明の支持手段を構成するものである。シリンダー２０はシリンダー外側部３とシリンダー内側部２から構成される。シリンダー内側部２の壁部に気体通路が設けられているため、シリンダー内側部２とシリンダー外側部３を別体で加工し、嵌合により一体に形成することができる。

また、シリンダー内側部２に内置して設けられたローター１は、軸受４１ａ、４１ｂにより固定され、シリンダー内側部２の内表面とローターの外表面との間の間隙が０．０２から０．０５ミリメータルまでの範囲内に維持される。この間隙において作動気体が流れにくくなり、いわゆるクリアランスシールが形成され、各通孔間の作動気体の混合を防ぐことができる。また、流路切替手段１００はローター１をシリンダー内側部２に同軸回転させるモーター４３を備えている。さらに、モーター４３はモーターシャフト４３ａを介してローター１を駆動する。なお、モーター４３は本発明の駆動手段を構成するものである。

また、シリンダー２０は気密性を維持するためにシリンダー２０の上部にカバー４２が設けられ、シリンダー２０の下側に位置するモーター４３と共に一体的に形成されている。

また、図２に示すように、シリンダー外側部３には、位相調節気体通路６１１ａ、６１２ａ、６１３ａに連結する弁口３１１、３１２、３１３が設けられている。それぞれの断面図Ｅ−Ｅ、断面図Ｆ−Ｆ、断面図Ｇ−Ｇは図３、図４、図５に示す。なお、弁口３１１、３１２、３１３は本発明の位相調節手段弁口を構成するものである。また、シリンダー外側部３には、蓄熱器７０２に連結する弁口３０３、放熱器７１３に連結する弁口３１４が設けられている。それぞれの断面図Ｃ−Ｃ、断面図Ｄ−Ｄは図８、図９に示す。おな、弁口３０３は本発明の蓄熱器弁口を構成するものであり、弁口３１４は本発明のパルス管弁口を構成するものである。さらに、シリンダー外側部３には、圧縮機６０３の高圧端（高圧通路）に連結する弁口３０２、圧縮機６０３の低圧端（低圧通路）に連結する弁口３０１が設けられている。それぞれの断面図Ａ−Ａ、断面図Ｂ−Ｂは図６、図７に示す。なお、弁口３０２は本発明の高圧弁口を構成するものであり、弁口３０１は本発明の低圧弁口を構成するものである。

このように、シリンダー２０とローター１とから構成された流路切替手段１００は、ローター１の軸方向の一端に配置された第１バルブ部Ａと他端に配置された第２バルブ部Ｂに分かられ、第１バルブ部Ａは弁口３０１、３０２、３０３を備え、第２バルブ部Ｂは弁口３１１、３１２、３１３、３１４とを備えている。シリンダー内側部２とローター１との間に形成されたクリアランスシールにより、シリンダー２０内において一体的に形成された第１バルブ部Ａと第２バルブ部Ｂとの間に作動気体の漏れが抑制されている。

図２、図３、図４、図５、図６、または図７から分かるように、シリンダー内側部２を構成する壁には環状気体通路２１１、２１２、２１３、２０１、２０２は設けられ、これらの環状気体通路２１１、２１２、２１３、２０１、２０２を介して作動気体がシリンダー内側部２の円周方向に流される。また、環状気体通路２１１、２１２、２１３、２０１、２０２は、それぞれ弁口３１１、３１２、３１３、３０１、３０２に連通されている。従って、作動気体の圧力が中心対称的に分布され、安定した気体流れが得られる。このため、ローター１に対する気流の衝撃が弱まれ、パルス管型冷凍機が安定した冷凍力を確保することができる。

また、図３から分かるように、シリンダー内側部２の壁に形成された通孔２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄは環状気体通路２１１に連通されている。また、図４から分かるように、通孔２１２ａ、２１２ｂは環状気体通路２１２に連通されている。また、図５から分かるように、通孔２１３ａ、２１３ｂは環状気体通路２１３に連通されている。

ローター１には、通孔１０２ａ、１０２ｂ（図６に示す）、１０１ａ、１０１ｂ（図７に示す）、１１６ａ、１１６ｂ（図８に示す）が設けられる。また、通孔１０２ａ、１０２ｂ、１０１ａ、１０１ｂには、シリンダー内側部２に対面する端部に通孔口径より大きい径を持つ連結開口部１０２ａ１、１０２ｂ１、１０１ａ１、１０１ｂ１が設けられる。連結開口部の口径を介して通孔の開閉時間を調節することができる。例えば、大きい連結開口部口径を有すれば、通孔の開放時間を延長することができる。連結開口部や、通孔などの口径はパルス管冷凍機の実際に運転する際必要に応じて設定することができる。また、ローター１の中心部にローター１の軸方向に第１中心通孔１０３ａが設けられ、通孔１０１ａ，１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂ、１１６ａ、１１６ｂに連通される。なお、通孔１０２ａ、１０２ｂ、１０１ａ、１０１ｂ、１１６ａ、１１６ｂ、及び第１中心通孔１０３ａは本発明の第１蓄熱器弁通孔及び第２蓄熱器弁通孔を構成するものである。

また、ローター１には、通孔１１３ａ、１１３ｂ（図５に示す）、１１２ａ、１１２ｂ（図４に示す）、１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ（図３に示す）、１１５a、１１５ｂ（図９に示す）が設けられる。連結開口部１１３ａ１、１１３ｂ１、１１２ａ１、１１２ｂ１がそれぞれ形成される。さらに、ローター１の中心部にローター１の軸方向に第２中心通孔１１４ａが設けられ、通孔１１３ａ、１１３ｂ、１１２ａ、１１２ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ、１１５ａ、１１５ｂに連通されている。なお、通孔１１３ａ、１１３ｂ、１１２ａ、１１２ｂ、１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ、１１５ａ、１１５ｂ、及び第２中心通孔１１４ａは本発明のパルス管弁通孔を構成するものである。

図２、図９から分かるように、弁口３１４はパルス管接続部７１４を介してパルス管７１２側に接続されるとともに、通孔２１４を介して第２中心通孔１１４ａに繋ぐリング状気体回路１１４に接続される。リング状気体回路１１４は第２中心通孔１１４ａに連通されている。即ち、熱機器７００のパルス管７１２側が第２バルブ部Ｂの第２中心通孔１１４ａに接続される。なお、リング状気体回路１１４は本発明のリング状パルス管通路を構成するものである。

図２、図６、または図７に示すように、シリンダー外側部３に設けられた通孔３０１、３０２は、圧縮機６０３の高圧端６０１ａと低圧端６０２ａにそれぞれ接続される。さらに、シリンダー内側部２に設けられた通孔２０１、２０２は通孔３０１、３０２にそれぞれ連結される。通孔２０１ａ、２０１ｂは環状気体通路２０１に連通され、通孔２０２ａ、２０２ｂは環状気体通路２０２に連通される。また、通孔１０１ａ、１０１ｂ、１０２ａ、１０２ｂは第１中心通孔１０３ａに連通されている。図８に示すように、リング状気体回路１０３は第１中心通孔１０３ａに連通されている。また、弁口３０３は蓄熱器接続部７０１に連通されるとともに、通孔２０３を介してリング状気体回路１０３に連通されている。なお、リング状気体回路１０３は本発明のリング状蓄熱器通路を構成するものである。

軸受４１ａ、４１ｂは玉軸受を用いることができる。軸受４１ａ、４１ｂはシリンダー内側部２内部に内置されたローター１を微小間隙で維持して支持する。この結果、ローター１はシリンダー内側部２の内部に回転可能に支持され、シリンダー内側部２においてローター１の軸に垂直する方向に動くことが少なく、回転しながら安定した微小間隙を維持することができる。従って、シリンダー内側部２とローター１との間に形成された微小間隙の間隙幅は過剰に偏ることなく良好に維持される。即ち、シリンダー内側部２とローター１との間にいわゆるクリアランスシールが形成される。シリンダー内側部２及びローター１の各気体通路を流れる作動気体が異なる通路間において漏れにくくなり、作動気体の漏れを抑制することができる。

また、図１から図９を合わせて見ると、弁口３１１、３１２、３１３はそれぞれ位相調節気体通路６１１ａ、６１２ａ、６１３ａに接続される。弁口３０１、３０２はそれぞれ低圧通路６０２ａ、高圧通路６０１ａに接続される。弁口３０３、３１４はそれぞれ蓄熱器接続部７０１、パルス管接続部７１４に接続される。

図１０に示すタイムチャートを参照して気体流路（弁口）の開閉による本実施形態例のパルス管型冷凍機の動作を説明する。具体的には、図１０はローター１がシリンダー内側部２内に半周回転した際の各弁口の開閉タイミングを示すものである。実線の部分は弁口が開通状態であることを示す。なお、説明されていない弁口はすべて閉じる状態となっている。図１０から分かるように、本実施形態例のパルス管型冷凍機は、
１．）弁口６１１が開通状態となる。
２．）弁口６１２と弁口６０１が同時に開通状態となる。
３．）弁口６１１が開通状態となる。
４．）弁口６１３と弁口６０２が同時に開通状態となる。
つまり、本実施形態例のパルス管型冷凍機の流路切替手段の動作は以下のように行われる。

１．）モーター４３が回転始まり、通孔２１１ａと１１１ａ、２１１ｂと１１１ｂ、２１１ｃと１１１ｃ、２１１ｄと１１１ｄはそれぞれ連通され（図３に示す）、弁口３１１と弁口３１４が連通される。その他の通孔が連通されていない。
２．）モーター４３が続き回転し、弁口３１１と弁口３１４は連通しなくなる。通孔２１２ａと１１２ａ、２１２ｂと１１２ｂはそれぞれ連通され、弁口３１２と弁口３１４は連通される。通孔２０１ａと１０１ａ、２０１ｂと１０１ｂはそれぞれ連通され、弁口３０１と弁口３０３が連通される。
３．）モーター４３が続き回転し、通孔の開閉により弁口３１２と弁口３１４、通孔３０１と３０３が連通されなくなり、弁口３１１と弁口３１４が連通される。
４．）モーター４３が続き回転し、通孔の開閉により弁口３１１と弁口３１４が連通されなくなり、通孔３０２と１０３な連通され、弁口３１３と弁口３１４が連通される。（ここまでローター１がシリンダー内側部２において半周回転終了。）
５．）再び１．）の過程が繰り返される。

また、シリンダー内側部２とローター１との間の間隙は本発明のパルス管型冷凍機の機能を左右する要因となる。間隙が適切な間隙幅を有すれば、クリアランスシールが形成され、各通路間の気体漏れを抑制することができる。本実施形態例のパルス管型冷凍機では、バッファータンク６１１ｂ、６１２ｂ、６１３ｂに開口するすべての位相調節手段弁口３１１、３１２、３１３はシリンダー外側部３の一端に設けられ、圧縮機６０３に開口する高圧弁口（３０２）及び低圧弁口（３０１）はシリンダー外側部３の他端に設けられるため、バッファータンク６１１ｂ、６１２ｂ、６１３ｂ側の気体漏れはリング状気体回路１１４に流され、圧縮機６０３側の気体漏れはリング状気体回路１０３に流れる。また、パルス管弁口（３１４）及び蓄熱器弁口（３０３）をシリンダー外側部３の中央部に設けることができる。

リング状気体回路１１４と１０３はパルス管弁口３１４及び蓄熱器弁口３０３を介して、熱機器７００に連結される。このため、リング状気体回路１１４とリング状気体回路１０３内の作動気体はほぼ同じ圧力持つ。従って、流路切替手段１００において第１バルブ部Ａと第２バルブ部Ｂとの間の圧力差が小さくなり、直流気体が漏れにくくなる。さらに、
また、直流気体流れをより良く抑制するために、リング状気体回路１１４、１０３の縁を加工して形成する際、開先Ｃの数値を変えることができる。例えば、Ｃ０．５、またはＣ０．３で縁を加工し、直流気体流れをゼロに近い状態に抑制することができる。

また、図２に示すように、ローター１の軸方向においてリング状気体回路１１４と１０３との間の距離は十分に設定する必要がある。また、ローター１とシリンダー内側部２との間の間隙の幅を最小化する必要がある。できるだけ間隙の幅を小さくすることにより、直流気体流れを最も有効的に抑制することができる。しかしながら、間隙の幅値は実際シリンダー内側部２の内周面及びローター１の外周面を加工する技術に限られている。一般的には、この間隙幅の範囲は０．０１から０．０５ミリメータルである。間隙幅の設定値を小さすぎるとシリンダー内側部２とローター１を加工することが難しくなり、間隙幅の設定値を大きすぎると直流気体流れを有効的に抑制することができなくなる。

また、図１に示すようにパルス管接続部７１４と蓄熱器接続部７０１との間にダブルインレット７１５を設けることができる。ダブルインレット７１５を設けることにより直流気体流れをより一層容易に抑制することができる、より理想状態に近い作動気体の流れを制御することができる。即ち、ダブルインレット７１５を設けることにより直流気体流れに対する制御性の向上に有利である。ダブルインレット７１５はニードル弁７１５ａ、７１５ｂから構成される。ニードル弁７１５ａ、７１５ｂを設けることにより、流路を流れる気体の流れる方向を調節し、圧力の調整ができるようになる。このため、直流気体流れを抑制することができる。なお、このパルス管型冷凍機の冷凍温度は高く設定された場合にはダブルインレット７１５を設ける必要がない。また、シリンダー内側部２及びローター１の加工精度が容易に確保できる際、ダブルインレット７１５を本実施形態の構成から除くことができる。

（第２実施形態例）
第２実施形態例を図１１に示す。第２実施形態例は第１実施形態例の変態形態であり、第１実施形態例と基本的に同様の構成である。共通機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、異なる部分を中心として説明する。

図１１はバッファータンク６１１ｂ、６２１ｂを有する二段式（Ｔｗｏ−ｓｔａｇｅ）パルス管型冷凍機を示す。開合弁を介してパルス管７１２、７２２の高温端にバッファータンク６１１ｂ、６２１ｂがそれぞれ設けられ、位相調節手段として機能する。なお、バッファータンクの数は一個でもよい、複数でも良い。図１１に示すように、本実施形態例のパルス管型冷凍機は熱機器７００、圧縮機６０３、流路切替手段１００、またはバッファータンク６１１ｂ、６２１ｂとで構成される。
熱機器７００は、第１放熱器７１３、第１パルス管７１２、第１吸熱器７１１、第１蓄熱器７０２を有するとともに、第２放熱器７２３、第２パルス管７２２、第２吸熱器７２１、第２蓄熱器７０５を有することができる。第２放熱器７２３、第２パルス管７２２、第２吸熱器７２１は容器７２０において一体に形成され、連結管７０６を介して第２蓄熱器７０５に接続されている。また、第２放熱器７２３側にパルス管接続部７２４が設けられ、さらに、流路切替手段１００を介してバッファータンク６２１ｂに接続される。第２蓄熱器７０５は連結管７０７を介して第１蓄熱器７０２に接続され、さらに第１蓄熱器７０２及び蓄熱器接続部７０１を通じて流路切替手段１００に接続される。

流路切替手段１００は主に第１バルブ部Ａと第２バルブ部Ｂ１と第３バルブ部Ｂ２とで構成される。第１バルブ部Ａは高圧弁６０１と低圧弁６０２とで構成され、高圧通路６０１ａと低圧通路６０２ａの開閉を制御している。第１バルブ部Ｂ１はバッファータンク弁６１１、６１１ｃから構成され、位相調節気体通路６１１ａの開閉を制御している。第３バルブ部Ｂ２はバッファータンク弁６２１、６２１ｃから構成され、位相調節気体通路６２１ａの開閉を制御している。詳細な説明は図１２に示される。

図１２は本実施形態例のパルス管型冷凍機の流路切替手段１００（シャフトシリンダー式弁部）の構成を示すものである。図１２に示すように、シリンダー外側部３には、位相調節気体通路６１１ａ、６２１ａに連結する弁口３１１、３２１が設けられている。それぞれの断面図Ｉ−Ｉ、断面図Ｊ−Ｊは図１４、図１５に示す。なお、弁口３１１、３２１は本発明の位相調節手段弁口を構成するものである。また、シリンダー外側部３には、第１蓄熱器７０２に連結する弁口３０３、第１放熱器７１３（第１パルス管７１２側）に連結する弁口３１４、第２放熱器７２３（第２パルス管７２２側）に連結する弁口３２４が設けられている。それぞれの断面図Ｃ−Ｃ、断面図Ｄ−Ｄ、断面図Ｋ−Ｋは図８（第１実施形態例と同様）、図９（第１実施形態例と同様）、図１６に示す。なお、弁口３１４は本発明の第１パルス管弁口を構成するものであり、弁口３２４は本発明の第２パルス管弁口を構成するものである。さらに、第１実施形態例と同様に、シリンダー外側部３には弁口３０２、弁口３０１が設けられ、それぞれの断面図Ａ−Ａ、断面図Ｂ−Ｂを図６、図７に示す。このように、シリンダー外側部３がシリンダー外側部３の両端にそれぞれ配置された第２バルブ部Ｂ１と第３バルブ部Ｂ２に分かられる。また、シリンダー２０の軸方向の中央部分には第１バルブ部Ａが配置される。第１バルブ部Ａは弁口３０１、３０２、３０３を備え、第２バルブ部Ｂ１は弁口３１１、３１４を備え、第３バルブ部Ｂ２は弁口３２１、３２４を備えている。シリンダー２０とローター１との間に形成されたクリアランスシールにより、シリンダー２０内において一体的に形成された第１バルブ部Ａと第２バルブ部Ｂ１、または第１バルブ部Ａと第３バルブ部Ｂ２との間に作動気体の漏れが抑制されている。

図１２、図１４、図１５、図５、または図４から分かるように、シリンダー内側部２を構成する壁には環状気体通路２１１、２２１、２０１，２０２は設けられ、これらの環状気体通路２１１、２２１、２０１、２０２を介して作動気体がシリンダー内側部２の円周方向に流される。また、環状気体通路２１１、２２１、２０１、２０２は、それぞれ弁口３１１、３２１、３０１、３０２に連通されている。

弁口３２１（図１５に示す）はバッファータンク６２１（図１２に示す）に接続され、シリンダー内側部２には環状気体通路２２１は通孔２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ，２２１ｄに連通される。ローター１には通孔１２１ａ，１２１ｂ，１２１ｃ，１２１ｄ、１２１ｅ，１２１ｆが形成される。接続口１２１ｅ１、１２１ｆ１の開口口径は通孔２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄの口径とは同じサイズを有することができる。通孔１２１ｆ、１２１ｅは通孔２１１ａ、２１１ｃの口径より小さく設定することができる。なお、これに限定するものではない。また、弁口３２１とは同様に、弁口３１１（図１４に示す）はバッファータンク６１１（図１２に示す）に接続され、シリンダー内側部２には環状気体通路２１１は２１１ａ，２１１ｂ，２１１ｃ，２１１ｄに連通される。ローター１には通孔１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄ、１１１ｅ，１１１ｆが形成される。接続口１１１ｅ１、１１１ｆ１の開口口径は通孔１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄの口径とは同じサイズを有することができる。通孔１１１ｆ、１１１ｅの開口口径は通孔１１１ａ、１１１ｃの口径より小さく設定することができる。なお、これに限定するものではない。このように、通孔１１１ｆ、１１１ｅ、１２１ｆ，１２１ｅの口径を調整することにより各通孔を流れる作動気体の流量を制御することができる。

弁口３２４は第２熱機器７００ａの第２パルス管７２４側に接続され、シリンダー内側部２に設けられる通孔２２４を介してリング状気体回路１２４と弁口３２４とが連結されている。さらに、リング状気体回路１２４は第３中心通孔１２４ａに連通される。なお、リング状気体回路１２４は本発明の第２リング状パルス管通路を構成するものである。

また、図１３に示すように、ローター１の外周面には軸に垂直する方向にリング状気体回路１０４が形成される。リング状気体回路１０４は通孔１１７ａ、１１７ｂを介して第１中心通孔１０３ａに連通する。なお、リング状気体回路１０４は、リング状気体回路１０３とともに本発明のリング状蓄熱器通路を構成するものである。

また、図１６に示すように、ローター１の外周面には軸に垂直する方向にリング状気体回路１２４が形成される。リング状気体回路１２４は通孔１１８ａ、１１８ｂを介して第３中心通孔１２４ａに連通され、さらに、通孔２２４を介して弁口３２４に接続される。なお、リング状気体回路１２４は本発明の第２リング状パルス管通路を構成するものである。

さらに、弁口３１１は位相調節気体通路６１１ａに接続され、弁口３２１は位相調節気体通路６２１ａに接続される。弁口３０１は低圧通路６０２ａに接続され、弁口３０２は高圧通路６０１ａに接続される。弁口３１４と弁口４１２はそれぞれ第１パルス管連結部７１４、第２パルス管連結部７２４に接続される。また弁口３０３は蓄熱器接続部７０１に接続される。

次に、図１７に示すタイムチャートを参照して気体流路の開閉による本実施形態例のパルス管型冷凍機の動作を説明する。具体的には、図１７はローター１がシリンダー内側部２内に半周回転した際の各弁口の開閉タイミングを示すものである。実線の部分は弁口が開通状態であることを示す。なお、説明されていない弁口はすべて閉じる状態となっている。図１７から分かるように、本実施形態例のパルス管型冷凍機は、
１．）弁口６１１と弁口６２１が同時に開通状態となる。
２．）弁口６０１が先に開通状態となり、次に弁口６１１ｃ，６２１ｃが同時に開通状態となる。
３．）弁口６１１と弁口６２１が同時に開通状態となる。
４．）弁口６０２が先に開通状態となり、次に弁口６１１ｃと弁口６２１ｃが同時に開通状態となる。

このように、シリンダー内側部２にローター１の回転により、各弁口が開閉され、バッファータンク６１１ｂ，６２１ｂと圧縮機６０３に流れる作動気体の流れを切り替えることができる。

さらに、第１パルス管連結部７１４と蓄熱器連結部７０１との間にダブルインレット７１５を設けることができる。ダブルインレット７１５はニードル弁７１５ａ，７１５ｂから構成される。また、第２パルス管連結部７１４と蓄熱器連結部７０１との間にダブルインレット７２５を設けることができる。ダブルインレット７２５はニードル弁７２５ａ，７２５ｂから構成される。この結果、ダブルインレット７１５、７２５を設けることにより、直流気体漏れの抑制がさらに容易にすることができる。

また、本実施形態例のパルス管型冷凍機には、第１蓄熱器７０２は、一端に気体圧縮機６０３に接続され、他端に第１パルス管７１２に接続されるとともに第２蓄熱器７０５の一端に接続されているため、第１熱機器７０２で冷凍された作動気体はさらに第２熱機器７０５で冷凍され、超低温により高冷凍力を得ることができ、超低温を実現することができる。

（第３実施形態例）
第３実施形態例を図１８に示す。第３実施形態例は第１実施形態例の変態形態であり、第2実施形態例と基本的に同様の構成である。共通機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、異なる部分を中心として説明する。

第２実施形態例では、直流気体流れを抑制するために、流路切替手段に弁６１１、弁６２１とともに、弁６１１ｃ，６２１ｃ、が一体に形成されている、しかし、弁６１１ｃ、弁６２１ｃを作動させるには、弁を制御する弁ファクターを確定する必要がある。このため、より複雑な実験結果が要求される。これに対して、弁６１１ｃ及び６２１ｃの代わりに、弁ファクターがより決めやすいニードル弁８０１、８０２を設けることができる。ニードル弁８０１は、図１８に示すように、第１パルス管接続部７１４と位相調節気体通路６１１ａとの間に設けられる。ニードル弁８０２は、第２パルス管接続部７２４と位相調節気体通路６２１ａとの間に設けられる。

図１９は第３実施形態例の流路切替手段を示すものである。第２実施形態例のパルス管型冷凍機とはほぼ同じ構成を有す。異なる部分は図２０、図２１において示す。図２０に示すように、第２実施形態例のパルス管型冷凍機では弁口６１１ｃを構成する通孔１１１ｆ、１１１ｅ、また、弁口６２１ｃを構成する通孔１２１ｆ，１２１ｅが設けられていない。なお、ニードル弁８０１、８０２は常に開通状態となっている。

また、図２２は弁の開閉タイミングを示したものである。図２２から分かるように、ローター１がシリンダー２０において半周回転する際、本実施形態例のパルス管型冷凍機の各弁口状態は以下の通りである。実線の部分は弁口が開通状態であることを示す。なお、説明されていない弁口はすべて閉じる状態となっている。

１．）弁口６１１と弁口６２１が同時に開通状態となる。
２．）弁口６０１が開通状態となる。
３．）弁口６１１と弁口６２１が同時に開通状態となる。
４．）弁口６０２が開通状態となる。

（第４実施形態例）
第４実施形態例を図２３に示す。第４実施形態例は第１実施形態例の変態形態であり、第１実施形態例と基本的に同様の構成である。共通機能を奏する部位には共通の符号を付する。以下、異なる部分を中心として説明する。

第１バルブ部Ａは、第１ボティ３０と、往復可動体として機能する第１スプール３１と、第１駆動機構３２とを備える。なお、第１ボティ３０は本発明の筒状部材を構成するものであり、第１スプール３１は本発明の可動部材を構成するものである。第１ボディ３０は、可動室３０ｒと、機械室３０ｃとをもつ。第１ボディ３０は、バルブボディ３０ｖとモータボディ３０ｍとを一体的に直列に結合して形成されている。摩耗を低減させるべく、第１スプール３１の外周壁面と可動室３０ｒの内周壁面との間には微小隙間（隙間幅は例えば０．００５〜０．１ミリメートル）が形成されている。図２３に示すように、ボディ３０ｖは、中心線ＰＡを１周するリング状の溝通路１１１１,１１１２,１１１３を有する。溝通路１１１１は高圧弁口３０２に連通する。溝通路１１１３は低圧弁口３０１に連通する。モータボディ３０ｍの内周部には、径内方向に段状に膨出する着座部３０ｘが形成されている。着座部３０ｘは軸直角方向に沿った着座面３０ｈ、３０ｉをもつ。

第１スプール３１は金属で形成されており、第１ボディ３０の可動室３０ｒに軸長方向（矢印Ｙ１，Ｙ２方向）に沿って移動可能に設けられている。第１スプール３１の内部には、互いに独立する溝通路１１２１，１１２２（図２３では断面でＨ形状）が形成されている。第１スプール３１の外周壁面と第１バルブボディ３０ｖの内周壁面との間には、微小隙間が形成されている。

図２３に示すように、第１駆動機構３２は、第１ボディ３０の機械室３０ｃに設けられており、第１スプール３１をこれの軸長方向に沿って移動させる。第１駆動機構３２は、駆動シャフト部３３と、駆動シャフト部３３を移動させる駆動源３４と、駆動シャフト部３３を弾性支持して懸架させる懸架手段３５とを備えている。なお、懸架手段３５は本発明の支持手段を構成するものである。駆動シャフト部３３は、第１スプール３１の一方の軸端側に一体的に延設されている。駆動源３４は、駆動シャフト部３３をこれの軸長方向つまり矢印Ｙ１，Ｙ２方向に移動させることにより、可動室３０ｒ内で第１スプール３１をこれの軸長方向（矢印Ｙ１，Ｙ２方向）に移動させるものである。

駆動源３４はリニアモータ方式であり、第１ボディ３０に固定されたステータ３４ａをもつ。ステータ３４ａは、固定鉄芯と固定鉄芯に巻装された励磁巻線とを有する。励磁巻線に励磁電流が給電されると、駆動シャフト部３３はこれの軸長方向に沿って移動することができる。第１スプール３１が図示右方向（矢印Ｙ１方向）に移動すると、高圧ガスが流れる高圧弁口３０２が溝通路１１２１,１１１１,１１１２に連通し、ひいては弁口３０３及びパルス管５に連通する。故に、高圧のガスは、高圧弁口３０２から第１スプール３１の溝通路１１２１,溝通路１１１２,弁口３０３を介してパルス管５の低温端５ｐに供給される。

これに対して第１スプール３１が図示左方向（矢印Ｙ２方向）に移動すると、低圧弁口３０１は溝通路１１２２、１１１３,１１１２に連通し、ひいては弁口３０３及びパルス管５に連通する。故に、パルス管５の低温端５ｐにおける膨張仕事で低圧となったガスが弁口３０３、第１スプール３１の溝通路１１２２、溝通路１１１３を介して低圧弁口３０１に戻る。

図２３に示すように、懸架手段３５はモータボディ３０ｍの機械室３０ｃ内に設けられており、駆動シャフト部３３をモータボディ３０ｍの機械室３０ｃに弾性支持する。懸架手段３５は、駆動シャフト部３３の軸長方向の一端側を弾性支持する第１懸架手段３５Ｆと、駆動シャフト部３３の軸長方向の他端側を弾性支持する第２懸架手段３５Ｓとで形成されている。従って図２３に示すように、駆動源３４のステータ３４ａを挟むように、ステータ３４ａの両側に第１懸架手段３５Ｆ及び第２懸架手段３５Ｓが配置されている。即ち、第１スプール３１は、これの一端において懸架手段３５により弾性支持された『片持ち支持構造』とされている。

図２３に示すように、第１懸架手段３５Ｆは、駆動シャフト部３３の軸長方向において互いに間隔を隔てて平行又はほぼ平行に並設された円板状をなす複数個（２個）のバネ部材６からなる。第２懸架手段３５Ｓは、駆動シャフト部３３の軸長方向において互いに間隔を隔てて平行又はほぼ平行に並設された複数個（２個）の円板状をなすバネ部材６からなる。

バネ部材６の外周部は、外側加圧体部６５により第１ボディ３０のモータボディ３０ｍの内周部の着座部３０ｘの互いに背向するリング状の着座面３０ｈ、３０ｉに着座した状態で保持されている。

ここで、バネ部材６の中央域の保持について説明を加える。図２３に示すように、駆動シャフト部３３の外周側には筒体３８が同軸的に嵌合されている。第１懸架手段３５Ｆのバネ部材６は、筒体３８の一方の端面３８ａと駆動シャフト部３３の大径部３３ｄの端面とで挟持されて位置決めされている。また、第２懸架手段３５Ｓのバネ部材６は、筒体３８の他方の端面３８ｃに当接されて位置決めされている。バネ部材６の中央域は、内側加圧体部６４により駆動シャフト部３３に保持されている。内側加圧体部６４と外側加圧体部６５とは、バネ部材６の同じサイズの外径をもつリング状のスペーサ６９を構成している。複数のバネ部材６はリング状のスペーサ６９を介在させた状態で積層されている。隣設するバネ部材６間には、リング状のスペーサ６９により空間６ｘが形成されている。空間６ｘは各バネ部材６の弾性変形性、独立性を確保するために有効である。

図２３に示すように、第１バルブ部Ａのバルブボディ３０ｖは、第１スプール３１の先端面で形成された端空間３６ａに対面する透孔３７ａを有する。モータボディ３０ｍは、駆動シャフト部３３の先端面に対向する端空間３６ｂに対面する透孔３７ｂを有する。透孔３７ａ，３７ｂ同士は図略の配管により接続されている。これは第１スプール３１の両端に同じような力を作用させる。故に第１スプール３１を中立位置に維持するのに有利となる。なお、図２３において第１バルブ部Ａのバルブボディ３０ｖの端側は低温となる。モータボディ３０ｍの端側はバルブボディ３０ｖと同じような温度となる。

図２３は第２バルブ部Ｂの内部を示す。第２バルブ部Ｂは第１バルブ部Ａと基本的には同様な構成を有するため、共通の機能を有する部位には、なるべく共通の符号を付する。図２３に示すように、第２バルブ部Ｂは、第２ボティ７０と、往復可動体として機能する第２スプール７１と、第２駆動機構７２とを備える。なお、第２ボティ７０は本発明の筒状部材を構成するものであり、第２スプール７１は本発明の可能部材を構成するものである。第２ボディ７０は、可動室３０ｒと、機械室３０ｃとをもつ。第２スプール７１は、第２ボディ７０の可動室３０ｒに軸長方向に沿って移動可能に設けられている。第２スプール７１の外周壁面と可動室３０ｒの内周壁面との間には、微小隙間の隙間幅（例えば０．００５〜０．１ミリメートル）が良好に維持されている。これによりガス漏れも低減又は回避される『隙間シール構造』が達成されている。更に、使用期間が長くなったとしても、第２スプール７１の外周壁面の摩耗、第２スプール７１が嵌合している可動室３０ｒの内周壁面の摩耗を低減又は回避できる。従って第２バルブ部Ｂの寿命が長くなる。

図２３に示すように、第２バルブ部Ｂの第２駆動機構７２は、第２ボディ７０の機械室３０ｃに設けられており、第２スプール７１をこれの軸長方向に沿って移動させる。第２バルブ部Ｂの第２駆動機構７２は、第１バルブ部Ａの場合と基本的には同様な構造を有しており、駆動シャフト部３３と駆動源３４と第２懸架手段３５とを備えている。駆動シャフト部３３は、第２スプール７１の軸端側に一体的に延設されている。駆動源３４は、駆動シャフト部３３をこれの軸長方向つまり矢印Ｙ１，Ｙ２方向に移動させることにより、可動室３０ｒ内で第２スプール７１をこれの軸長方向つまり矢印Ｙ１，Ｙ２方向に移動させるものである。駆動源３４はリニアモータ方式であり、第２ボディ７０に固定されたステータ３４ａをもつ。ステータ３４ａは、固定鉄芯と固定鉄芯に巻装された第２励磁巻線とを有する。励磁巻線に励磁電流が給電されると、駆動シャフト部３３はこれの軸長方向つまり矢印Ｙ１，Ｙ２方向に沿って移動することができる。

図２３に示すように、第２バルブ部Ｂの第２ボディ７０は、バルブボディ３０ｖとモータボディ３０ｍとを結合して形成されている。バルブボディ３０ｖは、端空間３６ａに対面する透孔３７ａを有する。モータボディ３０ｍは、端空間３６ｂに対面する透孔３７ｂを有する。第２スプール７１の両端における力の均衡のため、透孔３７ａ，３７ｂ同士は図略の配管により接続されている。図２３に示すように、バルブボディ３０ｖには、中心線ＰＢの回りを１周するリング形状の溝通路２１１１，２１１２,２１１３,２１１４が形成されている。更に、バルブボディ３０ｖには、溝通路２１１１に連通する弁口３１１、溝通路２１１２に連通する弁口３１２、溝通路２１１４に連通する弁口３１３が形成されている。

図２３は第２スプール７１の中立位置を示す。図２３から理解できるように、第２バルブ部Ｂについては、第２スプール７１が中立位置になると、パルス管５の高温端５ｈに繋がる弁口３１４は、溝通路２１１３,２１２２，弁口３１２、中圧の第２バッファータンク４５に連通する。また、第２スプール７１が左方向（矢印Ｙ２方向）に移動すると、高温側のパルス管５、弁口３１４、溝通路２１１３、２１２３、２１１４，弁口３１３、高圧の第３バッファータンク４６に連通する。また、第２スプール７１が右方向（矢印Ｙ１方向）に移動すると、高温側の弁口３１４、溝通路２１１３，２１２１,２１１１，弁口３１１、低圧の第１バッファータンク４４に連通する。

図２３に示すように、第２バルブ部Ｂの懸架手段３５は第２ボディ７０の機械室３０ｃに設けられており、駆動シャフト部３３を第２ボディ７０の機械室３０ｃに弾性支持する。懸架手段３５は、駆動シャフト部３３の軸長方向の一端側を弾性支持する複数個（２個）のバネ部材６で形成されている第１懸架手段３５Ｆと、駆動シャフト部３３の軸長方向の他端側を弾性支持する複数個（２個）のバネ部材６で形成されている第２懸架手段３５Ｓとで形成されている。バネ部材６の内周部は、リング状の内側加圧体部６４により駆動シャフト部３３に保持されている。バネ部材６の外周部は、リング状の外側加圧体部６５により第２ボディ７０に保持されている。

第２バルブ部Ｂにおいても、バネ部材６は、駆動シャフト部３３をその軸長方向に移動可能に弾性支持しているとともに、その軸直角方向に移動不能に支持している。この結果、第２スプール７１が往復移動するときであっても、第２スプール７１の外周壁面と可動室３０ｒの内周壁面との間の微小隙間の隙間幅が過剰に偏ることなく良好に維持される。故に、第２スプール７１の外周壁面と可動室３０ｒの内周壁面とが非接触又は弱接触に維持される。従って、使用期間が長くなったとしても、第２スプール７１の外周壁面の摩耗、可動室３０ｒの内周壁面の摩耗は低減又は回避される。

図２３は実施例６を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。共通する部位にはなるべく共通の符号を付する。本実施例においてよれば、図２３に示すように、第１バルブ部Ａ及び第２バルブ部Ｂは一体化されている。この結果、第１バルブ部Ａの第１ボディ３０と第２バルブ部Ｂの第２ボディ７０との間にモータボディ３０ｍが位置している。第１ボディ３０、第２バルブ部Ｂの第２ボディ７０は、モータボディ３０ｍを介して直列的に並設されて一体化されており、小型化に有利となる。第１バルブ部Ａの第１スプール３１と第２バルブ部Ｂの第２スプール７１との間には、共通駆動機構を構成する共通の駆動シャフト部３３が同軸的に設けられている。これにより小型化に有利となる。

図２３に示すように、この駆動シャフト部３３は、第１バルブ部Ａ及び第２バルブ部Ｂの双方に共用されており、第１バルブ部Ａの第１スプール３１と第２バルブ部Ｂの第２スプール７１とを駆動させるものである。駆動シャフト部３３は、第２スプール７１の軸端中央から同軸的に延設された第１筒部３３ｕと、第１筒部３３ｕと別体をなし同軸的な円筒形状をなす第２筒部３３ｖと、第１スプール３１の軸端に接続された中央軸部３３ｗとで形成されている。中央軸部３３ｗは第２筒部３３ｖの中央孔に嵌合するとともに、中央軸部３３ｗの先端部は第１筒部３３ｕの中央孔に嵌合している。

駆動シャフト部３３は懸架手段３５で弾性支持されて懸架されている。図２３に示すように、懸架手段３５は、駆動シャフト部３３の一端側を弾性支持する複数のバネ部材６からなる第１懸架手段３５Ｆと、駆動シャフト部３３の一端側を弾性支持する複数のバネ部材６からなる第２懸架手段３５Ｓとで形成されている。具体的には図２３に示すように、第２スプール７１の第１筒部３３ｕの軸端面と第２筒部３３ｖの軸端面とで、バネ部材６の中央域を挟持している。また、中央軸部３３ｗの径大部の軸端面と第２筒部３３ｖの軸端面とで、複数個のバネ部材６の中央域を挟持している。バネ部材６の外周部はモータボディ３０ｍの着座部３０ｘに着座されている。この結果、バネ部材６を備えた懸架手段３５は、第１バルブ部Ａと第２バルブ部Ｂとの双方の中間域に配置されており、双方に共用されているため、部品点数の低減、小型化に貢献できる。

本実施例においても、バネ部材６は、駆動シャフト部３３をその軸長方向に移動可能に弾性支持しているとともに、その軸直角方向に移動可能に支持している。これにより第１スプール３１及び第２スプール７１はこれの軸長方向に容易に移動できるものの、軸直角方向への移動は抑止される。この結果、第１スプール３１の外周壁面と可動室３０ｒの内周壁面との接触が非接触又は弱接触に設定される。更に、第１スプール３１の外周壁面の摩耗、可動室３０ｒの内周壁面の摩耗を低減又は回避できる。従って、第１スプール３１の外周壁面と可動室３０ｒの内周壁面との間に形成されている微小隙間の隙間幅を、過剰に偏らせることなく、できるだけ均一に維持できる。よって微小隙間を介してのガス漏れも低減又は回避され、かつ第１バルブ部Ａの寿命も長くなる。

同様に、第２バルブ部Ｂについても、第２スプール７１の外周壁面と可動室３０ｒの内周壁面との接触が非接触又は弱接触に設定される。従って、第２スプール７１の外周壁面と可動室３０ｒの内周壁面との間に微小隙間が良好に維持されている。ガス漏れも低減又は回避される。更に、第２スプール７１の外周壁面の摩耗、可動室３０ｒの内周壁面の摩耗を低減又は回避できる。第２バルブ部Ｂの寿命も長くなる。また図２３に示すように、パルス管５を形成するチューブ５ｗは９０度に曲成された曲成部５ｋを有し、パルス管５は第１バルブ部Ａの第１ボディ３０及び第２バルブ部Ｂの第２ボディ７０とほぼ平行に配置されているため、小型化に有利である。

本実施例で特徴的なことは、パルス管５を直流的に流れる作動ガスの動きを抑制する構造であるということである。すなわち、図２３に示すように、第１バルブ部Ａ側の流路である流路Ｙ１はリング状蓄熱器通路１０３に連通し、第２バルブ部Ｂ側の流路である流路Ｙ２はリング状パルス管通路１１４に連通しているが、リング状蓄熱器通路１０３，リング状パルス管通路１１４は、互いに駆動部３０ｍに近いところに形成されている。このように作動ガスを各スプールの駆動部３０ｍ側に近い所で連通することにより、第１スプール３１側から中央の板バネ空間にリークする作動ガスと、第２スプール７１側から中央の板バネ空間にリークする作動ガスとほぼ均等にすることができる。これにより、板バネ空間内での圧力勾配による流れは起こらなくなり、この空間を通って第２スプール７１側から第１スプール３１側に流れる作動ガスの流量を減少させることができる。パルス管５を直流的に流れる作動ガスは、この空間を通ることにより生じるが、この空間の流れを上記のように抑制することにより、直流ガス流れを抑制することができる。

本発明のパルス管型冷凍機は低温、あるいは超低温状態を達成させるものであり、例えばＭＲＩ，低温ポンプ、超導体コイル、超導体センサー、低温センサーなどの分野に利用することができる。

第１実施形態例のパルス管型冷凍機の構造を示す図である。 第１実施形態例のパルス管型冷凍機のシャフトシリンダー式弁部の構成を示す縦断面図である。 第１実施形態例のパルス管型冷凍機のシャフトシリンダー式弁部Ｅ−Ｅ横断面図である。 第１実施形態例のパルス管型冷凍機のシャフトシリンダー式弁部Ｆ−Ｆ横断面図である。 第１実施形態例のパルス管型冷凍機のシャフトシリンダー式弁部Ｇ−Ｇ横断面図である。 第１実施形態例のパルス管型冷凍機のシャフトシリンダー式弁部Ａ−Ａ横断面図である。 第１実施形態例のパルス管型冷凍機のシャフトシリンダー式弁部Ｂ−Ｂ横断面図である。 第１実施形態例のパルス管型冷凍機のシャフトシリンダー式弁部Ｃ−Ｃ横断面図である。 第１実施形態例のパルス管型冷凍機のシャフトシリンダー式弁部Ｄ−Ｄ横断面図である。 第１実施形態例のパルス管型冷凍機の作動タイミングを示す図である。 第２実施形態例のパルス管型冷凍機の構造を示す図である。 第２実施形態例のパルス管型冷凍機のシャフトシリンダー式弁部の構成を示す縦断面図である。 第２実施形態例のパルス管型冷凍機のシャフトシリンダー式弁部Ｈ−Ｈ横断面図である。 第２実施形態例のパルス管型冷凍機のシャフトシリンダー式弁部Ｉ−Ｉ横断面図である。 第２実施形態例のパルス管型冷凍機のシャフトシリンダー式弁部Ｊ−Ｊ横断面図である。 第２実施形態例のパルス管型冷凍機のシャフトシリンダー式弁部Ｋ−Ｋ横断面図である。 第２実施形態例のパルス管型冷凍機の作動タイミングを示す図である。 第３実施形態例のパルス管型冷凍機の構造を示す図である。 第３実施形態例のパルス管型冷凍機のシャフトシリンダー式弁部の構成を示す縦断面図である。 第３実施形態例のパルス管型冷凍機のシャフトシリンダー式弁部Ｉ'−Ｉ'横断面図である。 第３実施形態例のパルス管型冷凍機のシャフトシリンダー式弁部Ｊ'−Ｊ'横断面図である。 第３実施形態例のパルス管型冷凍機の作動タイミングを示す図である。 第４実施形態例のパルス管型冷凍機のシャフトシリンダー式弁部の構成を示す縦断面図である。

符号の説明

１：ローター ２：シリンダー内側部 ３：シリンダー外側部
１００：流路切替手段 ７００：熱機器、７００ａ：第２熱機器
Ａ：第１バルブ部 Ｂ１：第２バルブ部 Ｂ２：第３バルブ部
４１ａ、４１ｂ：軸受 ４２：カバー
４３：モーター ４３ａ：モーターシャフト
６１１、６１１ｃ、６１２、６１３、６２１、６２１ｃ：バッファータンク弁
３０１、３０２、３０３、３１１、３１２、３１３、３１４、３２１、３２４、：弁口
６０１：高圧弁 ６０２：低圧弁
６０３：圧縮機 ６０１ａ：圧縮機高圧端（高圧通路）
６０２ａ：圧縮機低圧端（低圧通路）
６１１ｂ、６１２ｂ、６１３ｂ、６２１ｂ：バッファータンク
６１１ａ、６１２ａ、６１３ａ、６２１ａ：位相調節気体通路
７１０、７２０：容器
７０１：蓄熱器接続部 ７１４：（第１）パルス管接続部 ７２４：第２パルス管接続部
７０３、７０６：連結管
７０２：（第１）蓄熱器 ７１２：（第１）パルス管
７１１：（第１）吸熱器 ７１３：（第１）放熱器
７１５、７２５：ダブルインレット
７１５ａ、７１５ｂ、７２５ａ、７２５ｂ、８０１、８０２：ニードル弁
７０５：第２蓄熱器 ７２２：第２パルス管
７２１：第２吸熱器 ７２３：第２放熱器
１０３、１０４、１１４、１２４：リング状気体回路
１０３ａ：第１中心通孔 １１４ａ：第２中心通孔 １２４ａ：第３中心通孔
２１１、２１２、２１３、２０１、２０２：環状気体通路

Claims (5)

1. 作動気体が通過する放熱器とパルス管と吸熱器と蓄熱器とが順次に連結してなる熱機器と、作動気体を圧縮させて高圧作動気体を発生する高圧端と低圧作動気体を発生する低圧端とを持つ気体圧縮装置と、作動気体の圧力変動と位置変動との位相差を発生させる位相調節手段と、前記気体圧縮装置の前記高圧端及び前記低圧端と前記蓄熱器とを接続し前記高圧作動気体が流れる高圧通路の開閉及び前記低圧作動気体が流れる低圧通路の開閉とを切り替える第１バルブ部と前記位相調節手段と前記パルス管とを接続し位相調節気体通路の開閉を切り替える第２バルブ部とからなる流路切替手段とを有し、前記流路切替手段により開放された前記高圧通路の前記高圧作動気体を膨張させて低温を生成するパルス管型熱機関において、
   前記流路切替手段の前記第１バルブ部及び前記第２バルブ部は、前記高圧通路及び前記低圧通路をそれぞれ構成する高圧弁口、低圧弁口及び蓄熱器弁口と、前記位相調節気体通路を構成する位相調節手段弁口及びパルス管弁口とを備える筒状部材と、
   前記高圧弁口と前記蓄熱器弁口とを開閉する第１蓄熱器弁通孔、前記低圧弁口と前記蓄熱器弁口とを開閉する第２蓄熱器弁通孔、前記位相調節手段弁口と前記パルス管弁口とを開閉するパルス管弁通孔とを持ち前記筒状部材に回転あるいは軸方向に摺動可能に保持された可動部材とで構成され、さらに、前記筒状部材の内周面と前記可動部材の外周面との間に設けられ前記蓄熱器弁口と常時に連通するリング状蓄熱器通路と、該リング状蓄熱器通路と軸方向に所定間隙を隔てて設けられ前記パルス管弁口と常時に連通するリング状パルス管通路と、を有し、
   前記筒状部材は円筒状シリンダーから構成され、前記可動部材は前記シリンダーに回転可能に設けられたローターから構成され、
   前記ローターの軸方向で前記リング状蓄熱器通路及び前記リング状パルス管通路を中央とし前記第１蓄熱器弁通孔及び前記第２蓄熱器弁通孔を一方の端部に、前記パルス管弁通孔は他方の端部に設けられていることを特徴とするパルス管型熱機関。
2. 前記流路切替手段は、前記ローターと前記シリンダーとを相対回転させる駆動手段を持ち、前記ローターを前記シリンダーに支持する支持手段を持つ請求項１に記載のパルス管型熱機関。
3. 作動気体が通過する第１放熱器と第１パルス管と第１吸熱器と第１蓄熱器とからなる第１熱機器と、第２放熱器と第２パルス管と第２吸熱器と第２蓄熱器とからなる第２熱機器と、作動気体を圧縮させて高圧作動気体を発生する高圧端と低圧作動気体を発生する低圧端とを持つ気体圧縮装置と、作動気体の圧力変動と位置変動との位相差を発生させる第１位相調節手段と第２位相調節手段と、前記気体圧縮装置と前記第１蓄熱器とを接続し前記高圧作動気体が流れる高圧通路の開閉と前記低圧作動気体が流れる低圧通路の開閉とを切り替える第１バルブ部と、前記第１位相調節手段と前記第１パルス管とを接続し第１位相調節気体通路の開閉を切り替える第２バルブ部と、前記第２位相調節手段と前記第２パルス管とを接続し第２位相調節気体通路の開閉を切り替える第３バルブ部とからなる流路切替手段とを有し、前記流路切替手段により開放された前記高圧通路の前記高圧作動気体を膨張させて低温を生成するパルス管型熱機関において、
   前記流路切替手段の前記第１バルブ部、第２バルブ部及び第３バルブ部は、前記高圧通路及び前記低圧通路をそれぞれ構成する高圧弁口、低圧弁口及び蓄熱器弁口と、前記第１位相調節気体通路を構成する第１位相調節手段弁口及び第１パルス管弁口と、前記第２位相調節気体通路を構成する第２位相調節手段弁口及び第２パルス管弁口とを備える円筒状シリンダーと、前記高圧弁口と前記蓄熱器弁口とを開閉する第１蓄熱器弁通孔、前記低圧弁口と前記蓄熱器弁口とを開閉する第２蓄熱器弁通孔、前記第１位相調節手段弁口と前記第１パルス管弁口とを開閉する第１パルス管弁通孔、前記第２位相調節手段弁口と前記第２パルス管弁口とを開閉する第２パルス管弁通孔とを持ち前記シリンダーに回転可能に保持されたローターとで構成され、さらに、前記シリンダーの内周面と前記ローターの外周面との間に設けられ前記蓄熱弁口と常時に連通するリング状蓄熱器通路と、該リング状蓄熱器通路と軸方向に所定間隙を隔てて設けられ前記第１パルス管弁口と常時に連通する第１リング状パルス管通路と、前記リング状蓄熱器通路と軸方向に所定間隙を隔てて設けられ前記第２パルス管弁口と常時に連通する第２リング状パルス管通路と、を有していることを特徴とするパルス管型熱機関。
4. 前記ローターの軸方向で前記リング状蓄熱器通路を中央とし前記第１蓄熱器弁通孔及び前記第２蓄熱器弁通孔を中間部に、前記第１パルス管弁通孔は一方の端部、前記第２パルス管弁通孔は他方の端部に設けられている請求項３に記載のパルス管型熱機関。
5. 前記第１蓄熱器は、一端に前記気体圧縮機に接続され、他端に前記第１パルス管に接続されるとともに前記第２蓄熱器の一端に接続されている請求項３または４に記載のパルス管型熱機関。

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