JPH10332215A - 蓄冷型冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各ディスプレーサの位相を異なるものにする
ことができるとともに各ディスプレーサのストロークを
異ならせて運転させることができる蓄冷型冷凍機を提供
すること。 【解決手段】 本発明に係る蓄冷型冷凍機は、シリンダ
１と、内部に蓄冷器１０を有しシリンダ１内を往復動す
る第１のディスプレーサ２と、内部に蓄冷器１１を有し
第１のディスプレーサ２と独立にシリンダ１内を往復動
する第２のディスプレーサ３と、シリンダ１、第１のデ
ィスプレーサ２、第２のディスプレーサ３からなる第１
の膨張空間８と、シリンダ１、第２のディスプレーサ３
からなる第２の膨張空間９と、第１、第２の膨張空間
８、９に圧縮ガスを流出入させる圧縮ガス供給装置１２
〜１４と、第１、第２のディスプレーサ２、３を往復動
させる駆動手段１５とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、蓄冷器を備えた
蓄冷型冷凍機、特に多段ＧＭ蓄冷型冷凍機に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図２２は特公昭４６−３０４３３号公報
に記載されている従来の蓄冷型冷凍機の１つである２段
ＧＭ冷凍機を示す図である。図において、１０１は直径
を順次縮小したパイプを同軸上に連結一体化し、第１の
囲い１０１ａ（以下１段目と呼ぶ）と１段目１０１ａよ
り直径の小さな第２の囲い１０１ｂ（以下２段目と呼
ぶ）とからなる段付きシリンダである。

【０００３】１０２は段付きシリンダ１０１の１段目１
０１ａ内に配設された第１のディスプレーサ、１０３は
段付きシリンダ１０１の２段目１０１ｂ内に第１のディ
スプレーサ１０２と同様に配設されると共に第１のディ
スプレーサ１０２と結合されている第２のディスプレー
サで、第１のディスプレーサ１０２及び第２のディスプ
レーサ１０３はそれぞれ自在継手（図示せず）で連結一
体化された構成になっている。

【０００４】１０４、１０５は第１、第２のディスプレ
ーサ１０２、１０３と段付きシリンダ１０１の各段１０
１ａ、１０１ｂとの間にヘリウムガスが漏れることを防
止するためシールされた１段目ピストンリング及び２段
目ピストンリング、１０６、１０７はそれぞれ段付きシ
リンダ１０１の各段の下部の外周面に配設された高温側
ステージ及び低温側ステージ、１０８は段付きシリンダ
１０１の１段目１０１ａの端部と第１及び第２のディス
プレーサ１０２、１０３との間に形成される空間である
第１の膨張空間、１０９は段付きシリンダ１０１の２段
目１０１ｂの端部と第２のディスプレーサ１０３との間
に形成される空間である第２の膨張空間である。

【０００５】１１０は第１のディスプレーサ１０２内に
設けられ蓄冷材として銅金網及び鉛玉を用いた第１の蓄
冷器、１１１は第２のディスプレーサ１０３内に設けら
れ蓄冷材として磁性蓄冷材の１種であるＨｏ−Ｅｒ−Ｒ
ｕの組成を有する材料を用いた第２の蓄冷器である。１
１２はヘリウムガスを圧縮するコンプレッサ、１１３は
コンプレッサ１１２から膨張機に高圧のガスを供給する
タイミングを制御する吸気バルブ、１１４は膨張機から
コンプレッサ１１２に低圧のガスを排出するタイミング
を制御する排気バルブ、１１５は第１及び第２のディス
プレーサ１０２、１０３を段付きシリンダ１０１内にお
いて往復運動させる駆動モータ、そして、このディスプ
レーサの往復運動に連動して吸気バルブ１１３及び排気
バルブ１１４の開閉をおこなう。１１６は駆動モータ１
１５の運動を第１のディスプレーサ１０２に伝えるため
クランク軸１１８と第１のディスプレーサ１０２に結合
されている駆動軸である。

【０００６】次に、図２２のように構成された蓄冷型冷
凍機の動作を説明する。まず、第１及び第２のディスプ
レーサ１０２、１０３を最下端の位置にし、吸気バルブ
１１３を開き、排気バルブ１１４を閉じる。そして、こ
の状態で、コンプレッサ１１２を用いて第１の蓄冷器１
１０、第２の蓄冷器１１１を介して第１及び第２の膨張
空間１０８、１０９内に圧縮した高圧のヘリウムガスを
供給する。この結果、第１及び第２の膨張空間１０８、
１０９は高圧状態になる。

【０００７】第１及び第２の膨張空間１０８、１０９が
高圧状態になった後、第１及び第２のディスプレーサ１
０２、１０３を上方に動かす。それにともない高圧のヘ
リウムガスは第１及び第２の膨張空間１０８、１０９に
次々と供給される。この間、吸気及び排気バルブ１１
３、１１４は動かさない。高圧のヘリウムガスは、第１
及び第２の蓄冷器１１０、１１１を通過する際に、蓄冷
材により所定の温度まで冷却される。そして、第１及び
第２のディスプレーサ１０２、１０３が最上端になった
ときに、吸気バルブ１１３を閉じ、少し遅れて排気バル
ブ１１４を開く。このとき、高圧のへリウムガスは断熱
的に膨張して冷凍を発生する。そのため、第１及び第２
の膨張空間１０８、１０９内に存在するヘリウムガスは
それぞれの温度レベルで低温・低圧になる。

【０００８】ついで、第１及び第２のディスプレーサ１
０２、１０３が下方に移動することにより、低温・低圧
のヘリウムガスが第２の蓄冷器１１１及び第１の蓄冷器
１１０を通過し、排気バルブ１１４から排気される。こ
のとき、低温・低圧のヘリウムガスは、第２の蓄冷器１
１１及び第１の蓄冷器１１０の蓄冷材を冷却する。

【０００９】さらに、第１及び第２のディスプレーサ１
０２、１０３が下方に移動し、ディスプレーサの位置が
第１及び第２の膨張空間１０８、１０９の体積が最小と
なる最下端になると、排気バルブ１１４を閉じ、吸気バ
ルブ１１３を開く。そして、コンプレッサ１１２で圧縮
した高圧のヘリウムガスを供給し、第１及び第２の膨張
空間１０８、１０９の圧力が低圧から高圧になる。この
ように第１及び第２のディスプレーサ１０２、１０３が
上下に１回往復動する過程を１サイクルとし、このサイ
クルを繰り返すことにより、高温側ステージ１０６及び
低温側ステージ１０７の温度は、それぞれ所定の温度に
冷却される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の蓄冷型冷凍機で
は、上記に示したように第１のディスプレーサと第２の
ディスプレーサが結合された構造になっており、第１の
ディスプレーサと第２のディスプレーサが一体となって
シリンダ内を上下動するので、各ディスプレーサの位相
が同じになり、各段ともに最適な冷凍能力を発揮するタ
イミングで運転させることができない。さらに、第１の
ディスプレーサと第２のディスプレーサが一体となって
いるので、各段の冷凍能力を個々に変化させることがで
ないため、その時々に応じた最適な冷凍能力を発揮させ
ることができない。このように、従来の蓄冷型冷凍機で
は、各段の冷凍能力の比を変更させることができず、同
じシリンダを用いてさまざまな冷凍能力を発揮させるこ
とが困難であった。

【００１１】また、従来の蓄冷型冷凍機では、段付きシ
リンダを用いているため、低温側の冷凍能力を向上させ
るために低温側のシリンダの内径を大きくすると、高温
側のシリンダの内径も大きくしなければならない。すな
わち、高温側のシリンダ内径を同じままで低温側の冷凍
能力を向上させることは不可能であった。通常、蓄冷型
冷凍機は、超電導マグネットの冷却に用いられ、シリン
ダの内径が変わると再び設計しなおさなくてはならな
い。また、段付きシリンダは加工精度が要求されるため
高価である。

【００１２】この発明は、このような問題点を解消する
ためになされたもので、第１のディスプレーサと第２の
ディスプレーサとを独立して駆動させることにより、各
ディスプレーサの位相を異なるものにすることができ、
さらに、第１のディスプレーサと第２のディスプレーサ
のストロークを異ならせて運転させることができる蓄冷
型冷凍機を提供する。また、第１のディスプレーサと第
２のディスプレーサを独立して駆動させることにより、
段付きシリンダではなく、単一形状のシリンダで各段の
冷凍能力が異なる蓄冷型冷凍機を提供する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる蓄冷型
冷凍機は、シリンダと、このシリンダ内を長手方向に往
復動し、内部に第１の蓄冷器を有している第１のディス
プレーサと、この第１のディスプレーサと独立にシリン
ダ内を長手方向に往復動し、内部に第２の蓄冷器を有し
ている第２のディスプレーサと、シリンダ、第１のディ
スプレーサ、及び第２のディスプレーサからなる第１の
膨張空間と、シリンダ及び第２のディスプレーサからな
る第２の膨張空間と、第１の膨張空間と第２の膨張空間
に圧縮ガスを流出入させる圧縮ガス供給装置と、第１の
ディスプレーサと第２のディスプレーサをシリンダの長
手方向に往復動させる駆動手段とを備えている。

【００１４】また、第１のディスプレーサの往復動と第
２のディスプレーサの往復動との位相が異なっている。
さらに、運転中に第１のディスプレーサの往復動と第２
のディスプレーサの往復動との位相を変更する。また、
第１のディスプレーサが往復動するストロークと第２の
ディスプレーサが往復動するストロークとは異なってい
る。さらに、運転中に第１のディスプレーサが往復動す
るストロークまたは第２のディスプレーサが往復動する
ストロークのいずれか一方または両方を変更する。

【００１５】また、シリンダの形状は、円筒単一形状で
ある。また、駆動手段は、第１のディスプレーサと第２
のディスプレーサを同時に往復動させる。さらに、駆動
手段は、モータまたは圧縮ガスによりディスプレーサを
往復動させる。さらにまた、駆動手段は、第１のディス
プレーサ内を貫通して第２のディスプレーサと結合され
ている駆動軸を往復動させることによって第２のディス
プレーサを往復動させる。

【００１６】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．本実施の形態１に係わる蓄冷型冷凍機が
従来の蓄冷型冷凍機と異なる点は、複数個のディスプレ
ーサが段付きシリンダ内を独立に駆動している点であ
る。図１は本発明の実施の形態１に係わる蓄冷型冷凍機
を示す図である。図において、１は直径を順次縮小した
パイプを同軸上に連結一体化し、第１の囲い（以下１段
目と呼ぶ）１ａと第２の囲い（以下２段目と呼ぶ）１ｂ
とからなる段付きシリンダ、２は段付きシリンダ１の１
段目１ａ内に設けられ第１の蓄冷器１０を内蔵した第１
のディスプレーサ、３は段付きシリンダ１の２段目１ｂ
内に設けられ第２の蓄冷器１１を内蔵した第２のディス
プレーサで、第１のディスプレーサ２と第２のディスプ
レーサ３とはそれぞれ独立に動くようになっている。

【００１７】４、５はヘリウムガスが漏れることを防止
するために第１、第２のディスプレーサ２、３と段付き
シリンダ１の各段１ａ、１ｂとの間にシールされた１段
目ピストンリング及び２段目ピストンリング、６、７は
それぞれ段付きシリンダ１の１段目１ａの下端の外周面
に配設された高温側ステージ及び段付きシリンダ１の２
段目１ｂの下端の外周面に配設された低温側ステージ、
８は段付きシリンダ１の１段目１ａの端部と第１及び第
２のディスプレーサ２、３との間に形成される空間であ
る第１の膨張空間、９は段付きシリンダ１の２段目１ｂ
の端部と第２のディスプレーサ３との間に形成される空
間である第２の膨張空間である。

【００１８】１０は第１のディスプレーサ２内に設けら
れ蓄冷材として例えば銅金網及び鉛玉を用いた第１の蓄
冷器、１１は第２のディスプレーサ３内に設けられ蓄冷
材として例えば磁性蓄冷材の１種であるＨｏ−Ｅｒ−Ｒ
ｕの組成を有する材料を用いた第２の蓄冷器である。１
２はヘリウムガスを圧縮するコンプレッサ、１３はコン
プレッサ１２から膨張機に高圧のガスを供給するタイミ
ングを制御する吸気バルブ、１４は膨張機からコンプレ
ッサ１２に低圧のガスを排出するタイミングを制御する
排気バルブである。

【００１９】１５は第１のディスプレーサ２を上下に往
復動させるための駆動モータ１５ａと第２のディスプレ
ーサ３を上下に往復動させるための駆動モータ１５ｂと
からなる駆動手段で、この駆動手段１５は制御手段（図
示していない）により制御されている。１６ａは第１の
ディスプレーサ２とクランク軸１８ａを介して駆動モー
タ１５ａとに連結されている駆動軸、１６ｂは第２のデ
ィスプレーサ３とクランク軸１８ｂを介して駆動モータ
１５ｂとに連結されている駆動軸、１８ａ、１８ｂは駆
動モータ１５ａ、１５ｂの回転運動を上下運動に変換さ
せるためのクランク軸である。

【００２０】図２は図１に示した駆動軸１６ａ、ｂを説
明するために図１に示した蓄冷型冷凍機の駆動軸近傍を
拡大した斜視図である。図において、１７は第１のディ
スプレーサ２と駆動軸１６ｂとの間にヘリウムガスが漏
れることを防止するためシールされたピストンリングで
ある。その他の符号は図１に示したものと同様であるの
で説明は省略する。図２に示すように、第１のディスプ
レーサ２の中心には貫通孔が設けられており、駆動軸１
６ｂはこの第１のディスプレーサ２の貫通孔を通って第
２のディスプレーサ３と繋がっている。そのため、第１
のディスプレーサ２の動作とは独立して第２のディスプ
レーサ３を駆動させることができる。

【００２１】次に、本発明の蓄冷型冷凍機の動作を説明
する。図３、図４は図１に示した本発明の実施の形態１
の蓄冷型冷凍機の動作を説明するための図である。符号
は図１に示したものと同様であるので説明は省略する。
まず、図３（ａ）に示すように、第１及び第２のディス
プレーサ２、３の位置が最下端にある状態で、吸気バル
ブ１３を開口、排気バルブ１４を閉口し、第１の蓄冷器
１０、第２の蓄冷器１１を介して第１及び第２の膨張空
間８、９内にコンプレッサ１２で圧縮した高圧のヘリウ
ムガスを供給する。この結果、第１及び第２の膨張空間
８、９は高圧状態になる。

【００２２】次に、図３（ｂ）、図４（ａ）に示すよう
に、第１及び第２のディスプレーサ２、３が上方に動
き、それにともない高圧のヘリウムガスが第１及び第２
の膨張空間８、９に次々と供給される。この間、吸気及
び排気バルブ１３、１４は動かさない。高圧のヘリウム
ガスは、第１及び第２の蓄冷器１０、１１を通過する際
に、蓄冷材により所定の温度まで冷却される。

【００２３】このとき、各ディスプレーサのストローク
は、第１のディスプレーサ２のストロークが第２のディ
スプレーサ３のストローク以上になるようにする。本実
施の形態１の図１に示した蓄冷型冷凍機では、第１のデ
ィスプレーサ２と第２のディスプレーサ３とは独立に駆
動させることができるので、第１のディスプレーサ２の
ストロークを第２のディスプレーサのストローク以上に
することができる。よって、第１の膨張空間と第２の膨
張空間の体積を用途に応じて自由に変更することが可能
である。

【００２４】さらに、第１、第２のディスプレーサ２、
３が上方に移動し、図４（ｂ）に示すように、第１及び
第２のディスプレーサ２、３が最上端になったときに、
吸気バルブ１３を閉じ、少し遅れて排気バルブ１４を開
く。このとき、高圧のへリウムガスは断熱的に膨張して
冷凍を発生し、第１及び第２の膨張空間８、９内に存在
するヘリウムガスはそれぞれの温度レベルで低温・低圧
になる。

【００２５】その後、第１及び第２のディスプレーサ
２、３が下方に移動することにより、低温・低圧のヘリ
ウムガスが第２及び第１の蓄冷器１１、１０を通過し、
排気バルブ１４から排気される。このとき、低温・低圧
のヘリウムガスは、第２及び第１の蓄冷器１１、１０の
蓄冷材を冷却した後、コンプレッサ１２に戻る。

【００２６】そして、第１及び第２のディスプレーサ
２、３が最下端に移動し、第１及び第２の膨張空間８、
９の体積が最小となった状態で、先に説明したように、
排気バルブ１４を閉じ、吸気バルブ１３を開き、コンプ
レッサ１２により圧縮された高圧のヘリウムガスを第１
及び第２の膨張空間８、９に供給する。そのことによ
り、第１及び第２の膨張空間８、９の圧力が低圧から高
圧になる。このような上記の過程を１サイクルとして動
作する。このようにして、上述のサイクルを繰り返すこ
とにより、高温側ステージ６及び低温側ステージ７の温
度をそれぞれ所定の温度に冷却させることができる。

【００２７】また、図には示していないが、シリンダ１
内の状態を計測する計測手段を設け、この計測手段によ
って計測される計測値に応じて駆動手段１５を制御させ
てもよい。

【００２８】蓄冷型冷凍機では、シリンダの各段の冷凍
能力を変えるには、各段の膨張空間の体積を変える必要
がある。従来の蓄冷型冷凍機では、第１のディスプレー
サと第２のディスプレーサとが一体となって往復動して
いるために両ディスプレーサのストロークは同じにしか
ならない。そのため、シリンダの各段の冷凍能力を変え
ようとすると、シリンダから作り直さなくてはならな
い。

【００２９】それに対して、本実施の形態では、各ディ
スプレーサのストロークを変更するだけでシリンダの各
段の膨張空間の体積を変えることができるので、シリン
ダを作り直さなくても各段の膨張空間の体積を変化させ
ることができ、例えば第２の膨張空間の体積を変化させ
ず、第１の膨張空間の体積を増加させたり、第２及び第
１の膨張空間の体積を増加させたりすることが可能で、
ストロークの変更によりシリンダの各段の冷凍能力を変
えることができる。そのため、最適な冷凍能力で運転を
させることができ、幅広い用途の蓄冷型冷凍機を提供す
ることができる。

【００３０】実施の形態２．図５は本発明の実施の形態
２の蓄冷型冷凍機を示す図である。図において１５は第
１のディスプレーサ２と第２のディスプレーサ３との両
方を上下に往復動させる駆動手段である。その他の符号
は実施の形態１の図１に示したものと同様であるので説
明を省略する。図６は図５に示した駆動手段の近傍を拡
大した図である。図において、１５は第１のディスプレ
ーサ１及び第２のディスプレーサ２を往復動させる駆動
モータ、１８は駆動モータ１５と結合されているクラン
ク機構で、軸半径の異なる第１のクランク軸１８ａと第
２のクランク軸１８ｂ、この第１のクランク軸１８ａに
摺動可能に取り付けられている第１のスコッチヨーク１
８ｃと第２のクランク軸１８ｂに摺動可能に取り付けら
れている第２のスコッチヨーク１８ｄとから構成されて
いる。

【００３１】ここで、クランク機構はこのように円盤状
のものを利用した形状のものに限定するものではなく、
駆動モータ１５の軸と第１のクランク軸１８ａ、第１の
クランク軸１８ａと第２のクランク軸１８ｂとをパイプ
上の形状のもので結合させても良く、第１のクランク軸
１８ａの回転時の半径と第２のクランク軸１８ｂの回転
時の半径とが異なるようにできればよい。

【００３２】本実施の形態では、第１のディスプレーサ
及び第２のディスプレーサの駆動方法以外は実施の形態
１と同様であるので、駆動方法以外の説明は省略する。
本実施の形態では、駆動モータ１５が駆動すると第１の
クランク軸１８ａ及び第２のクランク軸１８ｂが回転す
るが、この第１のクランク軸１８ａと第２のクランク軸
１８ｂとは駆動モータ１５の軸から異なった半径上を動
くことになる。そのため、この第１のクランク軸１８ａ
に設けられている第１のスコッチヨーク１８ｃと第２の
クランク軸１８ｂに設けらている第２のスコッチヨーク
１８ｄとの上下方向のストロークは第２のスコッチヨー
ク１８ｄの方が大きくなり、第１のディスプレーサと第
２のディスプレーサとのストロークを変えることができ
る。

【００３３】本実施の形態では、クランク機構を用いて
第１のディスプレーサと第２のディスプレーサとのスト
ロークを異なるものにしたが、これは特に限定するもの
では、歯数の異なるねじ等を用いた方法でも良く、第１
のディスプレーサと第２にディスプレーサのストローク
が異なるようにできればよい。

【００３４】さらに、本実施の形態では第１及び第２の
ディスプレーサを駆動モータによって上下往復動させて
いるが、これは特に駆動モータに限定するのではなく、
圧縮ガス等の圧力を利用して第１及び第２のディスプレ
ーサの往復動をさせるようにしても良い。本実施の形態
では、１つの駆動装置で第１及び第２のディスプレーサ
の往復動をさせることができるので、装置を小さくでき
るとともに複数のディスプレーサを往復動させる制御を
容易に行わせることができる。

【００３５】また、クランク軸の回転する半径を変更す
るだけではなく、第１のクランク軸と第２のクランク軸
との位相を変更することにより、第１のディスプレーサ
と第２のディスプレーサとの位相を変更させることがで
きる。

【００３６】実施の形態３．本実施の形態に係わる蓄冷
型冷凍機が従来の蓄冷型冷凍機と異なる点は、複数個の
ディスプレーサが段付きシリンダ内を位相がずれて独立
に往復動している点である。図７は本発明の実施の形態
３に係わる蓄冷型冷凍機の図である。図において、１は
直径を順次縮小したパイプを同軸上に連結一体化し、１
段目１ａと２段目１ｂとからなる段付きシリンダ、２は
段付きシリンダ１の１段目１ａ内に配設され、第２のデ
ィスプレーサ３が入り込む穴部を有している第１のディ
スプレーサ、３は段付きシリンダ１の２段目１ｂ内に配
設した第２のディスプレーサで、第１のディスプレーサ
２と第２のディスプレーサ３はそれぞれ独立に動き、第
１のディスプレーサ２と第２のディスプレーサ３の位相
がずれるように動くものである。

【００３７】４、５は第１、第２のディスプレーサ２、
３と段付きシリンダ１の各段１ａ、１ｂとの間にシール
された１段目ピストンリング及び２段目ピストンリン
グ、６、７はそれぞれ段付きシリンダ１の各段の下端の
外周面に配設された高温側ステージ及び低温側ステー
ジ、８は段付きシリンダ１の１段目１ａの端部と第１及
び第２のディスプレーサ２、３との間に形成される空間
である第１の膨張空間、９は段付きシリンダ１の２段目
１ｂの端部と第２のディスプレーサ３との間に形成され
る空間である第２の膨張空間である。

【００３８】１０は第１のディスプレーサ２内に設けら
れた第１の蓄冷器、１１は第２のディスプレーサ３内に
設けられた第２の蓄冷器である。１２はヘリウムガスを
圧縮するコンプレッサ、１３はコンプレッサ１２から蓄
冷型冷凍機に高圧のガスを供給するタイミングを制御す
る吸気バルブ、１４は蓄冷型冷凍機からコンプレッサ１
２に低圧のガスを排出するタイミングを制御する排気バ
ルブである。

【００３９】１５は第１のディスプレーサ２を上下に往
復動可能にする駆動モータ１５ａと第２のディスプレー
サ３を上下に往復動可能にする駆動モータ１５ｂとから
なる駆動手段で、この駆動手段１５は制御手段（図示し
ていない）により制御されている。なお、第１のディス
プレーサ２と駆動モータ１５ａはクランク軸１８ａを介
して駆動軸１６ａで連結されており、第２のディスプレ
ーサ３と駆動モータ１５ｂはクランク軸１８ｂを介して
駆動軸１６ｂで連結されている。１８ａ、１８ｂは駆動
モータ１５ａ、１５ｂの回転運動を上下運動に変換させ
るためのクランク軸である。

【００４０】次に、本発明の蓄冷型冷凍機の動作を説明
する。図８、図９は本発明の実施の形態３の動作を説明
するための図である。符号は図７に示したものと同様で
あるので説明は省略する。まず、図８（ａ）に示すよう
に、第１のディスプレーサ２の位置が最下端で、第２の
ディスプレーサ３の位置が最下端より少し上部にある状
態で、吸気バルブ１３を開口、排気バルブ１４を閉口に
し、第１の蓄冷器１０、第２の蓄冷器１１を介して第１
及び第２の膨張空間８、９内にコンプレッサ１２で圧縮
した高圧のヘリウムガスを供給する。この結果、第１の
膨張空間８は高圧状態になる。

【００４１】つぎに、第１のディスプレーサ２が上方に
動き、第２のディスプレーサ３が下方に動き、図８
（ｂ）に示すように、第２のディスプレーサ３が最下端
にくると、高圧のヘリウムガスが第１の膨張空間８に次
々と供給されるとともに第２の膨張空間９は高圧状態に
なる。この間、吸気及び排気バルブ１３、１４は動かさ
ない。

【００４２】さらに、第１、第２のディスプレーサ２、
３が上方に移動し、図９（ａ）に示すように、第１のデ
ィスプレーサ２が最上端になったときに、吸気バルブ１
３を閉じ、少し遅れて排気バルブ１４を開く。このと
き、高圧のへリウムガスは断熱的に膨張して冷凍を発生
し、第１の膨張空間８内に存在するヘリウムガスは低温
・低圧になる。なお、高圧のヘリウムガスは、第１及び
第２の蓄冷器１０、１１を通過する際に、蓄冷材により
所定の温度まで冷却される。

【００４３】その後、第１のディスプレーサ２が下方に
移動し、第２のディスプレーサ３が上方に移動し、図９
（ｂ）に示すように、第２のディスプレーサ３が最上端
にくる。

【００４４】その後、第１のディスプレーサ２が下方に
移動することにより、低温・低圧のヘリウムガスが、第
２及び第１の蓄冷器１１、１０を通過し、排気バルブ１
４から排気される。このとき、低温・低圧のヘリウムガ
スは、第２及び第１の蓄冷器１１、１０の蓄冷材を冷却
した後、コンプレッサ１２に戻る。

【００４５】そして、第１のディスプレーサ２が最下端
に移動し、第１の膨張空間８の体積が最小となった状態
で、先に説明したように、排気バルブ１４を閉じ、吸気
バルブ１３を開き、コンプレッサ１２により圧縮された
高圧のヘリウムガスを第１及び第２の膨張空間８、９に
供給する。そのことにより、第１の膨張空間８の圧力が
低圧から高圧になる。このような上記の過程を１サイク
ルとして動作する。このようにして、上述のサイクルを
繰り返すことにより、高温側ステージ６及び低温側ステ
ージ７の温度をそれぞれ所定の温度に冷却させることが
できる。

【００４６】なお、実施の形態１で説明したように、第
１のディスプレーサのストロークを第２のディスプレー
サのストローク以上とすることにより、第１の膨張空間
と第２の膨張空間の体積を用途に応じて自由に変更する
ことが可能である。

【００４７】また、第１のディスプレーサと第２のディ
スプレーサとの位相が異なるようにするには、駆動モー
タ１５ａと駆動モータ１５ｂの駆動開始時刻を異ならせ
たり、運転時において、駆動モータ１５ａまたは駆動モ
ータ１５ｂを一時停止させることによりディスプレーサ
の位相差を変更させることができる。さらに、図には示
していないが、シリンダ１内の状態を計測する計測手段
を設け、この計測手段によって計測される計測値に応じ
て駆動手段１５を制御させてもよいことはいうまでもな
い。

【００４８】図１０は実施の形態１の図１に示した蓄冷
型冷凍機のモータ移動角度に対する第１のディスプレー
サ２と第２のディスプレーサ３の位置の関係を示した図
である。また、図１１は本実施の形態３の図７に示した
蓄冷型冷凍機のモータ移動角度に対する第１のディスプ
レーサ２と第２のディスプレーサ３の位置の関係を示し
た図である。なお、各ディスプレーサの位置は、シリン
ダ１の各段の最下点からの距離を示している。

【００４９】図１０、図１１からわかるように、実施の
形態１の図１に示した蓄冷型冷凍機では、第１のディス
プレーサと第２のディスプレーサと位相が等しくなって
いる。それに対して、本実施の形態３で示した蓄冷型冷
凍機では、第１のディスプレーサと第２のディスプレー
サとの位相がずれて運転されていることがわかる。

【００５０】２段ＧＭ冷凍機のような複数段の冷凍機の
場合、ヘリウムガス等の作動流体は、常温部空間（シリ
ンダのガス供給側の１段目の端部と第１のディスプレー
サとからなる空間）から、第１の蓄冷器を通って第１の
膨張空間に入り、さらに第２の蓄冷器を通って第２の膨
張空間に入る。この蓄冷器を通る際、蓄冷器の圧力損失
により、常温部空間と第１の膨張空間、第１の膨張空間
と第２の膨張空間で圧力波形が異なる。そのため、各段
での理想発生冷凍量である圧力・体積（ＰＶ）の面積が
最大になるタイミングが異なり、各段における最適な位
相のタイミングが異なっている。しかしながら、従来の
蓄冷型冷凍機では、第１のディスプレーサと第２のディ
スプレーサが一体型となっているので、第１のディスプ
レーサと第２のディスプレーサの位相をずらして運転さ
せることは不可能である。

【００５１】それに対して、本実施の形態の蓄冷型冷凍
機では、シリンダ内において各ディスプレーサを独立に
駆動させることができるので位相をずらした運転が可能
である。そのため、本実施の形態では、各段での理想発
生冷凍量ＰＶを各段で最大にすることが可能となり、各
段とも最適なタイミングでの運転を可能とすることがで
きるので、各段とも最適な冷凍能力を発揮させることが
できる。

【００５２】本実施の形態では、図７に示したようにデ
ィスプレーサの駆動手段１５として、駆動モータ１５
ａ、１５ｂを用いているが、これは特にこれに限定する
ものではなく、他の駆動手段を用いたり、実施の形態２
で説明したように、１つの駆動モータ１５で駆動させて
よいことは言うまでもない。

【００５３】また、図１２に示すような蓄冷型冷凍機に
おいても同様に行うことができる。この場合、段付きシ
リンダ１の２段目１ｂの長さを第２のディスプレーサ３
の長さより大きくなるようにし、第１のディスプレーサ
２が最下端にきたときに、第２のディスプレーサ３の上
端がこの第１のディスプレーサ２の下端の下部にくるよ
うにする。

【００５４】実施の形態４．本実施の形態に係わる蓄冷
型冷凍機が従来の蓄冷型冷凍機と異なる点は、複数個の
ディスプレーサが段付きシリンダ内を独立に往復動して
おり、運転中にストロークが変更可能な構造となってい
る点である。図１３は本発明の実施の形態４に係わる蓄
冷型冷凍機の図である。図において１５は第１のディス
プレーサ２を上下に往復動させるモータ１５ａと第２の
ディスプレーサ３を上下に往復動させるモータ１５ｂと
からなる駆動手段で、この駆動手段１５はディスプレー
サのストロークを変更できるように構成されている（以
下で詳しく説明する）。その他の符号は実施の形態１の
図１に示したものと同様であるので説明を省略する。

【００５５】図１４は図１３に示した駆動手段１５の駆
動モータ１５ａ近傍の拡大図である。図において、１５
ａは第１のディスプレーサを上下に往復動させる駆動モ
ータ、１８ａは駆動モータ１５ａの駆動軸に設けられた
クランク機構、１９は回動自由に取り付けられ駆動モー
タ１５ａを支持するモータ取り付け台、１９ａは回転
軸、１９ｂはモータ取り付け台１９上に設けられたスト
ローク調整機構、２０はモータ取り付け台１９が回動し
ないように固定する回転止めである。

【００５６】本発明の蓄冷型冷凍機では、図１４に示す
ように運転中にストロークを変更できる機構を備えてい
る。図１４において、モータ取り付け台１９は回転軸１
９ａによって回転可能である。通常は回転止め２０でモ
ータ取り付け台１９の回転がとめられているが、この回
転止めをずらすことにより、モータ取り付け台１９が回
転軸１９ａを軸として自由に回動できるようになる。

【００５７】このモータ取り付け台１９上に駆動モータ
１５ａが固定されており、この駆動モータ１５ａの先に
はストロークが調整できるようなクランク軸１８ａがつ
いている。そして、駆動モータ１５ａを動かすことでク
ランク軸に結合されるスコッチヨーク（図示していな
い）の位置を変更できるので、ストロークが変更できる
機構となっている。ストロークを変更すると、膨張空間
の体積が変化し、これによって各段の冷凍能力を制御で
きる。これは、その時々で最適な冷凍能力を発揮できる
よう調整できるということである。

【００５８】ストロークを変更させる場合には、図１４
（ｂ）に示すように、まず、回転止め２０をはずして、
モータ取り付け台１９をモータの下方に回動させる。こ
のようにモータ取り付け台１９をはずした後、駆動モー
タ１５ａを左右方向（この場合には右方向）に移動さ
せ、モータ取り付け台１９をモータの方向に回動させて
回転止めでモータ取り付け台１９を固定し、図１４
（ｃ）に示したようにする。このとき、モータ１５ａは
右方向に移動して固定されることになり、図１５に示す
ように図１３に比べて駆動軸１６ａ、１６ｂがモータ１
５ａ、１５ｂの軸に対して大きな半径を有するクランク
軸に結合するようになるので、第１のディスプレーサ２
と第２のディスプレーサ３とのストロークを変更させる
ことができる。

【００５９】一般に、蓄冷型冷凍機は主に超電導マグネ
ットの冷却に用いられ、この超電導マグネットは初期冷
却時と通常運転時で必要となる冷凍能力が異なってい
る。しかし、従来の蓄冷型冷凍機では、運転中に冷凍能
力を変更する機構を備えていないので、必要に応じて冷
凍能力を変更させることができない。それに対して、本
実施の形態の蓄冷型冷凍機では、運転中にストロークを
変更可能な機構を有しているので、必要に応じて冷凍能
力を変更でき、その時々の最適な冷凍能力で運転を行う
ことが可能となる。

【００６０】実施の形態５．本実施の形態に係わる蓄冷
型冷凍機が従来の蓄冷型冷凍機と異なる点は、複数個の
ディスプレーサが複数個の冷却ステージをもった単一シ
リンダ内を独立に往復動している点である。

【００６１】図１６は本発明の実施の形態５に係わる蓄
冷型冷凍機の図である。図において、４、５は第１、第
２のディスプレーサ２２、２３と単一シリンダ２１の上
部１ａ、下部１ｂとの間にヘリウムガスが漏れることを
防止するためシールされた１段目ピストンリング及び２
段目ピストンリング、６、７はそれぞれ単一シリンダ２
１の中央部の外周面に配設された高温側ステージ及び単
一シリンダ２１の下部の外周面に配設された低温側ステ
ージである。

【００６２】１０は第１のディスプレーサ２２内に設け
られ蓄冷材として例えば銅金網及び鉛玉を用いた第１の
蓄冷器、１１は第２のディスプレーサ２３内に設けられ
蓄冷材として例えば磁性蓄冷材の１種であるＨｏ−Ｅｒ
−Ｒｕの組成を有する材料を用いた第２の蓄冷器であ
る。１２はヘリウムガスを圧縮するコンプレッサ、１３
はコンプレッサ１２から膨張機に高圧のガスを供給する
タイミングを制御する吸気バルブ、１４は膨張機からコ
ンプレッサ１２に低圧のガスを排出するタイミングを制
御する排気バルブである。

【００６３】１５は第１のディスプレーサ２２を上下に
往復動可能にする駆動モータ１５ａと第２のディスプレ
ーサ２３を上下に往復動可能にする駆動モータ１５ｂと
からなる駆動手段で、この駆動手段１５は制御手段（図
示していない）により制御されている。１６ａは第１の
ディスプレーサ２２とクランク軸１８ａを介して駆動モ
ータ１５ａとに連結されている駆動軸、１６ｂは第２の
ディスプレーサ２３とクランク軸１８ｂを介して駆動モ
ータ１５ｂとに連結されている駆動軸である。１８ａ、
１８ｂは駆動モータ１５ａ、１５ｂの回転運動を上下運
動に変換させるためのクランク軸である。

【００６４】２１は段差のない単一のシリンダ、２２は
単一シリンダ２１の上部２１ａに設けられ蓄冷器１０を
内蔵した第１のディスプレーサ、２３は単一シリンダ２
１の下部２１ｂに設けられ蓄冷器１１を内蔵した第２の
ディスプレーサで、第１のディスプレーサ２２と第２の
ディスプレーサ２３とはそれぞれ独立に動くようになっ
ている。

【００６５】２４は単一シリンダ２１の中央部と第１及
び第２のディスプレーサ２２、２３との間に形成される
空間である第１の膨張空間、２５は単一シリンダ２１の
下端部と第２のディスプレーサ２３との間に形成される
空間である第２の膨張空間である。

【００６６】図１７は図１６に示した駆動軸１６ａ、ｂ
を説明するために図１６に示した蓄冷型冷凍機の駆動軸
近傍を拡大した斜視図である。図において、１７は第１
のディスプレーサ２２と駆動軸１６ｂとの間にヘリウム
ガスが漏れることを防止するためシールされたピストン
リングである。その他の符号は図１６に示したものと同
様であるので説明は省略する。図１７に示すように、第
１のディスプレーサ２２の中心には貫通孔が設けられて
おり、駆動軸１６ｂはこの第１のディスプレーサ２２の
貫通孔を通って第２のディスプレーサ２３と繋がってい
る。そのため、第１のディスプレーサ２２の動作とは独
立して第２のディスプレーサ２３を駆動させることがで
きる。

【００６７】次に、本発明の蓄冷型冷凍機の動作を説明
する。図１８、図１９は図１６に示した本発明の実施の
形態５の蓄冷型冷凍機の動作を説明するための図であ
る。符号は図１６に示したものと同様であるので説明は
省略する。まず、図１８（ａ）に示すように、第１及び
第２のディスプレーサ２２、２３の位置が最下端にある
状態で、吸気バルブ１３を開口、排気バルブ１４を閉口
し、第１及び第２の膨張空間２４、２５内にコンプレッ
サ１２で圧縮した高圧のヘリウムガスを供給する。この
結果、第１及び第２の膨張空間２４、２５は高圧状態に
なる。

【００６８】次に、図１８（ｂ）、図１９（ａ）に示す
ように、第１及び第２のディスプレーサ２２、２３が上
方に動き、それにともない高圧のヘリウムガスが第１及
び第２の膨張空間２４、２５に次々と供給される。この
間、吸気及び排気バルブ１３、１４は動かさない。高圧
のヘリウムガスは、第１及び第２の蓄冷器１０、１１を
通過する際に、蓄冷材により所定の温度まで冷却され
る。

【００６９】このとき、各ディスプレーサのストローク
は、第１のディスプレーサ２２のストロークが第２のデ
ィスプレーサ２３のストローク以上になるようにする。
本実施の形態５の図１６に示した蓄冷型冷凍機では、第
１のディスプレーサ２２と第２のディスプレーサ２３と
は独立に駆動させることができるので、第１のディスプ
レーサ２２のストロークを第２のディスプレーサ２３の
ストローク以上にすることができる。そのため、ストロ
ークの大きさの変化により各段の膨張空間の体積を変え
ることができ、複数段の冷凍機が実現可能となる。

【００７０】さらに、第１、第２のディスプレーサ２
２、２３が上方に移動し、図１８（ｂ）に示すように、
第１及び第２のディスプレーサ２２、２３が最上端にな
ったときに、吸気バルブ１３を閉じ、少し遅れて排気バ
ルブ１４を開く。このとき、高圧のへリウムガスは断熱
的に膨張して冷凍を発生し、第１及び第２の膨張空間２
４、２５内に存在するヘリウムガスはそれぞれの温度レ
ベルで低温・低圧になる。

【００７１】その後、第１及び第２のディスプレーサ２
２、２３が下方に移動することにより、低温・低圧のヘ
リウムガスが第２及び第１の蓄冷器１１、１０を通過
し、排気バルブ１４から排気される。このとき、低温・
低圧のヘリウムガスは、第２及び第１の蓄冷器１１、１
０の蓄冷材を冷却した後、コンプレッサ１２に戻る。

【００７２】そして、第１及び第２のディスプレーサ２
２、２３が最下端に移動し、第１及び第２の膨張空間２
４、２５の体積が最小となった状態で、先に説明したよ
うに、排気バルブ１４を閉じ、吸気バルブ１３を開き、
コンプレッサ１２により圧縮された高圧のヘリウムガス
を第１及び第２の膨張空間２４、２５に供給する。その
ことにより、第１及び第２の膨張空間２４、２５の圧力
が低圧から高圧になる。このような上記の過程を１サイ
クルとして動作する。このようにして、上述のサイクル
を繰り返すことにより、高温側ステージ６及び低温側ス
テージ７の温度をそれぞれ所定の温度に冷却させること
ができる。

【００７３】実施の形態１で説明したように、ディスプ
レーサのストロークを変更することにより各膨張空間の
体積を変更できるので、第１のディスプレーサのストロ
ークを第２のディスプレーサのストローク以上にするこ
とにより、複数段の冷凍機を実現させることができる。
また、各ディスプレーサの駆動機構は、実施の形態２で
説明したように１個の駆動モータを用いてよいことはい
うまでもない。

【００７４】蓄冷型冷凍機では、シリンダの各段の冷凍
能力を変えるには、各段の膨張空間の体積を変える必要
がある。従来の蓄冷型冷凍機では、第１のディスプレー
サと第２のディスプレーサとが一体となって往復動して
いるために両ディスプレーサのストロークが同じにな
り、第１の膨張空間と第２の膨張空間との体積を変える
ときには、シリンダの内径を変更することにより膨張空
間の体積を変えていた。そのため、段付きのシリンダを
形成しなければならず、また、新たに膨張空間を変更し
たい場合には、新たに所望の膨張空間が得られる段付き
シリンダを形成しなければならない。

【００７５】それに対して、本実施の形態では、各ディ
スプレーサのストロークを変更することにより、シリン
ダの各段の膨張空間の体積を変えることができるので、
シリンダを作り直さなくてもよく、単一のシリンダで各
段の膨張空間の体積を変化させることができ、例えば第
２の膨張空間の体積を変化させず、第１の膨張空間の体
積を増加させたり、第２及び第１の膨張空間の体積を増
加させたりすることが可能で、ストロークの変更により
シリンダの各段の冷凍能力を変えることができる。その
ため、最適な冷凍能力で運転をさせることができ、幅広
い用途の蓄冷型冷凍機を提供することができる。

【００７６】また、本実施の形態の蓄冷型冷凍機は、従
来の蓄冷型冷凍機と比べ、単一シリンダを用いているの
で、上部の内径の大きさを変化させずにシリンダの下部
の内径の大きさを大きくすることができるために、従来
の蓄冷型冷凍機と同様のサイズで単一シリンダの下部で
の冷凍能力を向上させることができる。このように本実
施の形態の蓄冷型冷凍機では、従来の蓄冷型冷凍機と同
じサイズで、単一シリンダの下部の冷凍能力を向上させ
ることが可能な蓄冷型冷凍機である。そして、各ディス
プレーサのストロークの変更により、単一シリンダ上部
の冷凍能力と単一シリンダ下部の冷凍能力が変更可能で
あり、最適な冷凍能力での運転を行えるものである。

【００７７】実施の形態６．本実施の形態に係わる蓄冷
型冷凍機が従来の蓄冷型冷凍機と異なる点は、複数個の
ディスプレーサが複数の冷却ステージをもった単一シリ
ンダ内を位相がずれて独立に往復動している点である。

【００７８】図２０は本発明の実施の形態６に係わる蓄
冷型冷凍機の図である。図において、４、５は第１、第
２のディスプレーサ２２、２３と単一シリンダ２１の上
部１ａ、下部１ｂとの間にヘリウムガスが漏れることを
防止するためシールされた１段目ピストンリング及び２
段目ピストンリング、６、７はそれぞれ単一シリンダ２
１の中央部の外周面に配設された高温側ステージ及び単
一シリンダ２１の下部の外周面に配設された低温側ステ
ージである。

【００７９】１０は、第１のディスプレーサ２２内に設
けられ蓄冷材として例えば銅金網及び鉛玉を用いた第１
の蓄冷器、１１は第２のディスプレーサ２３内に設けら
れ蓄冷材として例えば磁性蓄冷材の１種であるＨｏ−Ｅ
ｒ−Ｒｕの組成を有する材料を用いた第２の蓄冷器であ
る。１２はヘリウムガスを圧縮するコンプレッサ、１３
はコンプレッサ１２から蓄冷型冷凍機に高圧のガスを供
給するタイミングを制御する吸気バルブ、１４は蓄冷型
冷凍機からコンプレッサ１２に低圧のガスを排出するタ
イミングを制御する排気バルブである。

【００８０】１５は第１のディスプレーサ２２を上下に
往復動可能にする駆動モータ１５ａと第２のディスプレ
ーサ２３を上下に往復動可能にする駆動モータ１５ｂと
からなる駆動手段で、この駆動手段１５は制御手段（図
示していない）により制御されている。１６ａは第１の
ディスプレーサ２２とクランク軸１８ａを介して駆動モ
ータ１５ａとに連結されている駆動軸、１６ｂは第２の
ディスプレーサ２３とクランク軸１８ｂを介して駆動モ
ータ１５ｂとに連結されている駆動軸である。１８ａ、
１８ｂはモータ１５ａ、１５ｂの回転運動を上下運動に
変換させるためのクランク軸である。

【００８１】２１は複数の冷却ステージを備えた段差の
ない単一のシリンダ、２２は単一シリンダ２１の上部２
１ａに設けられ蓄冷器１０を内蔵した第１のディスプレ
ーサ、３は単一シリンダ２１の下部２１ｂに設けられ蓄
冷器１１を内蔵した第２のディスプレーサで、第１のデ
ィスプレーサ２２と第２のディスプレーサ２３とはそれ
ぞれ独立に、かつ位相がずれるように動くようになって
いる。

【００８２】２４は単一シリンダ２１の中央部と第１及
び第２のディスプレーサ２２、２３との間に形成される
空間である第１の膨張空間、２５は単一シリンダ２１の
下端部と第２のディスプレーサ２３との間に形成される
空間である第２の膨張空間である。

【００８３】本実施の形態の蓄冷型冷凍機の動作に関し
ては、シリンダが単一シリンダになっていることを除い
て実施の形態３の動作と同様であるので説明を省略す
る。実施の形態１で説明したように、ディスプレーサの
ストロークを変更することにより各膨張空間の体積を変
更できるので、第１のディスプレーサのストロークを第
２のディスプレーサのストローク以上にすることによ
り、複数段の冷凍機を実現させることができる。また、
各ディスプレーサの駆動機構は、実施の形態２で説明し
たように１個の駆動モータを用いてよいことはいうまで
もない。

【００８４】本実施の形態で示した蓄冷型冷凍機の第１
のディスプレーサの下端の位置と第２のディスプレーサ
の上端の位置は実施の形態３で説明した図１０のような
関係になるので、第１のディスプレーサと第２のディス
プレーサの位相がずれて運転されている。

【００８５】２段ＧＭ冷凍機のような複数段の冷凍機の
場合、実施の形態３で説明したように、蓄冷器の圧力損
失により、常温部空間と第１の膨張空間、第１の膨張空
間と第２の膨張空間で圧力波形が異なる。そのため、各
段での理想発生冷凍量である圧力・体積（ＰＶ）の面積
が最大になるタイミングが異なり、各段における最適な
位相のタイミングが異なっている。

【００８６】それに対して、本実施の形態の蓄冷型冷凍
機では、単一のシリンダ内において各ディスプレーサを
独立に駆動させることができるので位相をずらした運転
が可能である。そのため、本実施の形態では、各段での
理想発生冷凍量ＰＶを各段で最大にすることが可能とな
り、各段とも最適なタイミングでの運転を可能とするこ
とができ、各段とも最適な冷凍能力を発揮させることが
できる。

【００８７】本実施の形態では、図７に示したようにデ
ィスプレーサの駆動手段１５として、駆動モータ１５
ａ、１５ｂを用いているが、これは特にこれに限定する
ものではなく、他の駆動手段を用いたり、実施の形態２
で説明したように、１つの駆動モータ１５で駆動させて
よいことは言うまでもない。

【００８８】また、実施の形態４で説明したような駆動
手段の構成にし、運転中に単一シリンダ内を独立に往復
動している各ディスプレーサのストロークを変更可能に
してもよい。このようにすることにより、その時々で最
適な冷凍能力を発揮できるよう調整でき、その時々の最
適な冷凍能力で運転が可能となる。

【００８９】実施の形態７．図２１は本発明の実施の形
態７の蓄冷型冷凍機を示す図である。図において、１は
直径を順次縮小したパイプを同軸上に連結一体化し、１
段目１ａと２段目１ｂとからなる段付きシリンダ、２は
段付きシリンダ１の１段目１ａ内に設けられ蓄冷器１０
を内蔵した１段目ディスプレーサ、３は段付きシリンダ
１の２段目１ｂ内に設けられ蓄冷器１１を内蔵した第２
のディスプレーサで、第１のディスプレーサ２と第２の
ディスプレーサ３とはそれぞれ独立に動くようになって
いる。

【００９０】４、５はヘリウムガスが漏れることを防止
するために第１、第２のディスプレーサ２、３と段付き
シリンダ１の各段１ａ、１ｂとの間にシールされた１段
目ピストンリング及び２段目ピストンリング、６、７は
それぞれ段付きシリンダ１の１段目１ａの下端の外周面
に配設された高温側ステージ及び段付きシリンダ１の２
段目１ｂの下端の外周面に配設された低温側ステージ、
８は段付きシリンダ１の１段目１ａの端部と第１及び第
２のディスプレーサ２、３との間に形成される空間であ
る第１の膨張空間、９は段付きシリンダ１の２段目１ｂ
の端部と第２のディスプレーサ３との間に形成される空
間である第２の膨張空間である。

【００９１】１０は第１のディスプレーサ２内に設けら
れ例えば蓄冷材として銅金網及び鉛玉を用いた第１の蓄
冷器、１１は第２のディスプレーサ３内に設けられ蓄冷
材として例えば磁性蓄冷材の１種であるＨｏ−Ｅｒ−Ｒ
ｕの組成を有する材料を用いた第２の蓄冷器である。１
２はヘリウムガスを圧縮するコンプレッサ、１３はコン
プレッサ１２から膨張機に高圧のガスを供給するタイミ
ングを制御する吸気バルブ、１４は膨張機からコンプレ
ッサ１２に低圧のガスを排出するタイミングを制御する
排気バルブである。

【００９２】１５は第１のディスプレーサ２を上下に往
復動可能にする駆動モータ１５ａと第２のディスプレー
サ３を上下に往復動可能にする駆動モータ１５ｂとから
なる駆動手段で、この駆動手段１５は制御手段（図示し
ていない）により制御されている。１６ａは第１のディ
スプレーサ２とクランク軸１８ａを介して駆動モータ１
５ａとに連結されている駆動軸、１６ｂは第２のディス
プレーサ３とクランク軸１８ｂを介して駆動モータ１５
ｂとに連結されている駆動軸、１８ａ、１８ｂはモータ
１５ａ、１５ｂの回転運動を上下運動に変換させるため
のクランク軸である。

【００９３】実施の形態１〜４では、図２に示したよう
に、駆動軸１８ｂが第１のシリンダ２の中心の貫通孔を
通って第１のディスプレーサ２とクランク軸１８ａとに
結合されているのに対し、本実施の形態では、駆動軸１
８ｂは１段目のシリンダ２内を通らずに上下に往復動で
きる構成になっている。なお、本実施の形態の動作に関
しては実施の形態１〜４と同様に行えばよいので説明は
省略する。

【００９４】本実施の形態では、実施の形態１〜４で説
明した段付きシリンダを用いた場合の蓄冷型冷凍機に関
して説明したが、同様に実施の形態５、６で説明した単
一シリンダを用いた場合の蓄冷型冷凍機に適応させてよ
いことはいうまでもない。

【００９５】本実施の形態では、第２のディスプレーサ
に結合されている駆動軸を第１のディスプレーサ内を通
す必要がないため、ディスプレーサに貫通孔を設けた
り、駆動軸を通したりする必要がなく、容易に蓄冷型冷
凍機を作成することができる。

【００９６】また、本実施の形態１〜７では、２段の蓄
冷型冷凍機の説明を行っているが、これは特に２段に限
定するものではなく、３段、４段等多段の蓄冷型冷凍機
に適応できることはいうまでもない。このときの各段の
ディスプレーサの往復動は単一の駆動手段、または複数
の駆動手段の組み合わせによっても行えるが、これらも
特に限定するものではない。

【００９７】

【発明の効果】本発明にかかる蓄冷型冷凍機は、第１の
ディスプレーサと独立に第２のディスプレーサが動くこ
とができるので、各ディスプレーサのストロークを変更
することができるので、シリンダを作り直さなくても各
段の膨張空間の体積を変化させることができ、ストロー
クの変更によりシリンダの各段の冷凍能力を変えること
がでる。そのため、最適な冷凍能力で運転をさせること
ができ、幅広い用途の蓄冷型冷凍機を提供することがで
きる。

【００９８】また、第１のディスプレーサの往復動と第
２のディスプレーサの往復動との位相が異なっているの
で、各段での発生冷凍量を各段で変えることができ、各
段とも最適なタイミングでの運転を可能とすることがで
きる。

【００９９】さらに、運転中に第１のディスプレーサの
往復動と第２のディスプレーサの往復動との位相を変更
するようにしているので、必要に応じて冷凍能力を変更
でき、その時々の最適な冷凍能力で運転を行うことが可
能となる。

【０１００】また、第１のディスプレーサが往復動する
ストロークと第２のディスプレーサが往復動するストロ
ークとは異なっているので、シリンダのサイズを変更す
ることなく各段の膨張空間の体積を変化させることがで
きる。そのため、段付きシリンダでない単一のシリンダ
においても多段の冷凍能力を実現することができる。

【０１０１】さらに、運転中に第１のディスプレーサが
往復動するストロークまたは第２のディスプレーサが往
復動するストロークのいずれか一方または両方を変更す
ることができるので、必要に応じて冷凍能力を変更で
き、その時々の最適な冷凍能力で運転を行うことが可能
となる。

【０１０２】また、シリンダの形状は、円筒単一形状で
あるので、シリンダの作成が容易である。

【０１０３】また、駆動手段は、第１のディスプレーサ
と第２のディスプレーサを同時に往復動させるので、１
つの駆動装置で第１及び第２のディスプレーサの往復動
をさせることができ、装置を小さくできるとともに複数
のディスプレーサを往復動させる制御を容易に行わせる
ことができる。

【０１０４】駆動手段は、第１のディスプレーサ内を貫
通して第２のディスプレーサと結合されている駆動軸を
往復動させることによって第２のディスプレーサを往復
動させるので、各ディスプレーサを独立に駆動できると
共に、第２の膨張空間周辺に余分の装置を設ける必要が
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１の蓄冷型冷凍機を示す
図である。

【図２】 図１に示した蓄冷型冷凍機の駆動軸近傍の拡
大図である。

【図３】 本発明の実施の形態１の蓄冷型冷凍機の動作
を示す図である。

【図４】 本発明の実施の形態１の蓄冷型冷凍機の動作
を示す図である。

【図５】 本発明の実施の形態２の蓄冷型冷凍機の動作
を示す図である。

【図６】 本発明の実施の形態２の蓄冷型冷凍機の駆動
装置を示す図である。

【図７】 本発明の実施の形態３の蓄冷型冷凍機を示す
図である。

【図８】 本発明の実施の形態３の蓄冷型冷凍機の動作
を示す図である。

【図９】 本発明の実施の形態３の蓄冷型冷凍機の動作
を示す図である。

【図１０】 図１に示した蓄冷型冷凍機の位相を示す図
である。

【図１１】 図７に示した蓄冷型冷凍機の位相ずれを示
す図である。

【図１２】 本発明の実施の形態３の蓄冷型冷凍機を示
す図である。

【図１３】 本発明の実施の形態４の蓄冷型冷凍機を示
す図である。

【図１４】 本発明の実施の形態４の蓄冷型冷凍機の駆
動装置を示す図である。

【図１５】 本発明の実施の形態４の蓄冷型冷凍機を示
す図である。

【図１６】 本発明の実施の形態５の蓄冷型冷凍機を示
す図である。

【図１７】 図１６に示した蓄冷型冷凍機の駆動軸近傍
の拡大図である。

【図１８】 本発明の実施の形態５の蓄冷型冷凍機の動
作を示す図である。

【図１９】 本発明の実施の形態５の蓄冷型冷凍機の動
作を示す図である。

【図２０】 本発明の実施の形態６の蓄冷型冷凍機を示
す図である。

【図２１】 本発明の実施の形態７の蓄冷型冷凍機を示
す図である。

【図２２】 従来の蓄冷型冷凍機を示す図である。

【符号の説明】

１ 段付きシリンダ １ａ 段付きシ
リンダの１段目 １ｂ 段付きシリンダの２段目 ２ 第１のデ
ィスプレーサ ３ 第２のディスプレーサ ４ １段目の
ピストンリング ５ ２段目のピストンリング ６ 高温側ス
テージ ７ 低温側ステージ ８ 第１の膨
張空間 ９ 第２の膨張空間 １０ 第１の蓄
冷器 １１ 第２の蓄冷器 １２ コンプ
レッサ １３ 呼気バルブ １４ 排気バ
ルブ １５ 駆動手段 １５ａ 第１の
モータ １５ｂ 第２のモータ １６ 駆動軸 １６ａ 第１の駆動軸 １６ｂ 第２の
駆動軸 １７ ピストンリング １８ａ 第１の
クランク軸 １８ｂ 第２のクランク軸 １８ｃ 第１の
スコッチヨーク １８ｄ 第２のスコッチヨーク １９ モータ
取り付け台 １９ａ 回転軸 １９ｂ ストロ
ーク調整機能 ２０ 回転止め ２１ 単一シ
リンダ ２１ａ 単一シリンダの上部 ２１ｂ 単一シ
リンダの下部 ２２ 第１のディスプレーサ ２３ 第２の
ディスプレーサ ２４ 第１の膨張空間 ２５ 第２の
膨張空間 １０１ 段付きシリンダ １０１ａ 段付
きシリンダの１段目 １０１ｂ 段付きシリンダの２段目 １０２ 第１
のディスプレーサ １０３ 第２のディスプレーサ １０４ １段
目ピストンリング １０５ ２段目ピストンリング １０６ 低温
側ステージ １０７ 高温側ステージ １０８ 第１
の膨張空間 １０９ 第２の膨張空間 １１０ 第１
の蓄冷器 １１１ 第２の蓄冷器 １１２ コン
プレッサ １１３ 吸気バルブ １１４ 排気
バルブ １１５ 駆動モータ １１６ 駆動
軸

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダと、前記シリンダ内を長手方向
   に往復動し、内部に第１の蓄冷器を有している第１のデ
   ィスプレーサと、前記第１のディスプレーサと独立に前
   記シリンダ内を長手方向に往復動し、内部に第２の蓄冷
   器を有している第２のディスプレーサと、前記シリン
   ダ、前記第１のディスプレーサ、及び前記第２のディス
   プレーサからなる第１の膨張空間と、前記シリンダ及び
   前記第２のディスプレーサからなる第２の膨張空間と、
   前記第１の膨張空間と前記第２の膨張空間に圧縮ガスを
   流出入させる圧縮ガス供給装置と、前記第１のディスプ
   レーサと前記第２のディスプレーサを前記シリンダの長
   手方向に往復動させる駆動手段とを備えていることを特
   徴とする蓄冷型冷凍機。
2. 【請求項２】 第１のディスプレーサの往復動と第２の
   ディスプレーサの往復動との位相が異なっていることを
   特徴とする請求項１記載の蓄冷型冷凍機。
3. 【請求項３】 運転中に第１のディスプレーサの往復動
   と第２のディスプレーサの往復動との位相を変更するこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２記載の蓄冷型冷
   凍機。
4. 【請求項４】 第１のディスプレーサが往復動するスト
   ロークと第２のディスプレーサが往復動するストローク
   とは異なっていることを特徴とする請求項１〜３のいず
   れか１項記載の蓄冷型冷凍機。
5. 【請求項５】 運転中に第１のディスプレーサが往復動
   するストロークまたは第２のディスプレーサが往復動す
   るストロークのいずれか一方または両方を変更すること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の蓄冷型
   冷凍機。
6. 【請求項６】 シリンダの形状は、円筒単一形状である
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の蓄
   冷型冷凍機。
7. 【請求項７】 駆動手段は、第１のディスプレーサと第
   ２のディスプレーサを同時に往復動させることを特徴と
   する請求項１〜６のいずれか１項記載の蓄冷型冷凍機。
8. 【請求項８】 駆動手段は、モータまたは圧縮ガスによ
   りディスプレーサを往復動させることを特徴とする請求
   項１〜７のいずれか１項記載の蓄冷型冷凍機。
9. 【請求項９】 駆動手段は、第１のディスプレーサ内を
   貫通して第２のディスプレーサと結合されている駆動軸
   を往復動させることによって前記第２のディスプレーサ
   を往復動させることを特徴とする請求項１〜８のいずれ
   か１項記載の蓄冷型冷凍機。