(57)【要約】【課題】  本発明は交番的に作動ガスの圧力変動が内部で発生する蓄冷器をフランジに固定した構造を有するパルス管冷凍機に関し、フランジの変形に起因した振動の発生を抑制することを課題とする。【解決手段】  蓄冷器２２と、パルス管２６と、位相調整機構２５と、蓄冷器２２に対応して設けられた第１の装着孔３７とパルス管２６に対応して設けられた第２の装着孔３８が形成されると共に位相調整機構２５が配設される真空フランジ２７とを有するパルス管冷凍機において、第１の蓋体４０を第１の装着孔３７内に固定すると共に、第１の蓋体４０に形成された第１の接続孔４５の外周位置に、第１の蓋体４０と位相調整機構２５との間をシールする第１のシール部材５０を配設する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温端が圧力変動源と接続される蓄冷器と、
低温端が該蓄冷器の低温端と接続されるパルス管と、
該パルス管の高温端と接続される位相調節機構と、
前記蓄冷器に対応して設けられた第１の装着孔と前記パルス管に対応して設けられた第２の装着孔が形成されると共に前記位相調節機構が配設されるフランジとを有するパルス管冷凍機において、
前記圧力変動源と接続するための第１の接続孔が形成された第１の蓋体を前記第１の装着孔内に固定すると共に、前記第１の接続孔の外周位置に前記第１の蓋体と前記位相調節機構との間をシールする第１のシール部材を配設したことを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項２】
請求項１記載のパルス管冷凍機において、
前記位相調節機構と接続するための第２の接続孔が形成された第２の蓋体を前記第２の接続孔内に固定すると共に、前記第２の接続孔の外周位置に前記第２の蓋体と前記位相調節機構との間をシールする第２のシール部材を配置したことを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項３】
請求項１または２記載のパルス管冷凍機において、
前記第１のシール部材はＯリングであることを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項４】
請求項３記載のパルス管冷凍機において、
前記Ｏリングは、前記第１の接続孔の直径より大きく、前記第１の装着孔の直径の半分以下の直径に設定されていることを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のパルス管冷凍機において、
前記第２のシール部材はＯリングであることを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項６】
請求項５記載のパルス管冷凍機において、
前記Ｏリングは、前記第２の接続孔の直径より大きく、前記第２の装着孔の直径の半分以下の直径に設定されていることを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のパルス管冷凍機を備えたことを特徴とする超伝導装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のパルス管冷凍機を備えたことを特徴とするクライオポンプ装置。
【請求項９】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のパルス管冷凍機を備えたことを特徴とする極低温計測分析装置。
【請求項１０】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のパルス管冷凍機を備えたことを特徴とする核磁気共鳴装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパルス管冷凍機に係り、特に内部において交番的に作動ガスの圧力変動が発生する蓄冷器をフランジに固定した構造を有するパルス管冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、パルス管冷凍機は、圧力振動発生器、蓄冷器、パルス管、位相制御機構等により構成されている。このパルス管冷凍機は、ＧＭ冷凍機やスターリング冷凍機に比べて静粛性に優れているため、核磁気共鳴診断装置（ＮＭＲ）や電子顕微鏡等の各種検査・分析器の冷却装置として適用が期待されている。
【０００３】
図１は、従来の一例であるパルス管冷凍機の要部構成図である。パルス管冷凍機は、大略するとヘリウム圧縮機１、蓄冷器２、切換弁３、位相調整機構５、パルス管６、真空フランジ７、及びコールドステージ８等を有した構成とされている。
【０００４】
ヘリウム圧縮機１及び切換弁３は、作動ガスとなるヘリウムガスに圧力振動を発生させる圧力振動発生器として機能するものであり、配管１６を介して蓄冷器２の高温端に接続されている。切換弁３は所定の周期で切り換え動作を行い、よってヘリウム圧縮機１で生成される高圧のヘリウムガスは、所定の周期で蓄冷器２に供給される。
【０００５】
蓄冷器２は、真空フランジ７とコールドステージ８との間に設けた蓄冷器筒１０及びこの蓄冷器筒１０に収納された蓄冷材９により構成されている。蓄冷材９としては、例えば銅材あるいはステンレス材その他金属の繊維あるいはパンチングメタルを用いることができ、蓄冷器筒１０内に所定の密度で充填される。ヘリウム圧縮機１から供給された作動ガスは、この蓄冷器２を通過する間に蓄冷材９との間で熱交換を行って、蓄冷材９に蓄冷する。
【０００６】
パルス管６も真空フランジ７とコールドステージ８との間に設けられており、その低温端に低温端熱交換器１１（整流器も内設されている）が設けられると共に、高温端に高温端熱交換器１２（整流器も内設されている）が設けられている。更に、蓄冷器２の低温端とパルス管６の低温端との間は、コールドステージ８に形成された連通路４により連通された構成とされている。尚、蓄冷器２及びパルス管６において、図中矢印Ｘ１方向端部が高温端となり、矢印Ｘ２方向端部が低温端となる。
【０００７】
また、真空フランジ７の上部には、位相調整機構５が配設されている。この位相調整機構５の内部には、前記した配管１６に加え、図示しないオリフィスやバッファタンク等が内設されている。このオリフィス及びバッファタンクは、パルス管６の高温側に接続されている。この位相調整機構５の底面（以下、調整機構底面１５という）は、蓄冷器２及びパルス管６の高温端と直接接しているため、作動ガスの圧力が直接印加される。このため、位相調整機構５は、ボルト１３を用いて真空フランジ７に強固に固定されている。また、真空フランジ７の上面（以下、フランジ上面１４という）と、調整機構底面１５との間には、作動ガスの漏洩を防止するためのシールド部材１７が設けられている。
【０００８】
上記のパルス管冷凍機は、運転モードになると圧縮機１で圧縮された高圧のヘリウムガスが蓄冷器２に流入するよう切換弁３が切り換わる。蓄冷器２に流入したヘリウムガスは、蓄冷器２内に配設された蓄冷材９で冷却されて温度を下げながら、蓄冷器２の低温端から接続路４を通って低温端熱交換器１１へ流入し、更に冷却されてパルス管６へ流入する。
【０００９】
パルス管６内に既に存在していた低圧ガスは新たに流入された作動ガスにより圧縮されるため、パルス管６内の圧力は位相調整機構５内に配設されているバッファタンク内の圧力よりも高くなる。このため、パルス管６内の作動ガスは位相調整機構５内に配設されたオリフィスを通ってバッファタンクへ流入する。
【００１０】
次に、蓄冷器２及びパルス管６のヘリウムガスをヘリウム圧縮機１が回収するモードでは、切換弁３が切り換わり、パルス管６内の作動ガスは蓄冷器２の低温端に流入し、蓄冷器２内を通過して高温端及び配管１６を経由して圧縮機１へと回収される。
【００１１】
前記したように、パルス管６の高温端と接続された位相調整機構５は、パルス管６と接続されたオリフィス及びバッファタンクを有しているため、圧力変動の位相と作動ガスの体積変化の位相は、一定の位相差をもって変化する。この位相差によってパルス管６の低温端において作動ガスの膨張に伴う寒冷が発生し、上記の工程が繰り返し実施されることにより冷凍機として作用する。
【００１２】
しかしながら従来のパルス管冷凍機は、上記したように調整機構底面が蓄冷器２及びパルス管６の高温端と直接接しているため、作動ガスの圧力が直接印加されてしまう。このとき、蓄冷器２及びパルス管６内の単位面積当たりの圧力をＰ、蓄冷器２の断面積をＳ１（図３にＳ１で示す梨地の面積）、パルス管６の断面積をＳ２（図３にＳ２で示す梨地の面積）とすると、調整機構底面１５が受ける力Ｆ１は、Ｆ１＝Ｐ×（Ｓ１＋Ｓ２）となる。
【００１３】
従来のパルス管冷凍機では、このように調整機構底面１５におけるヘリウムガス（作動ガス）の受圧面積が広かったため、調整機構底面１５に大きな力Ｆ１が作用する。よって、真空フランジ７にはこの反作用として力Ｆ２（＝Ｆ１）が作用し、この反作用力Ｆ２は真空フランジ７を位相調整機構５から離間させるよう作用する。このため、従来のパルス管冷凍機では、蓄冷器２及びパルス管６内のヘリウムガスの交番的な圧力変動に伴い、図２に示すように真空フランジ７が交番的に矢印Ｘ１，Ｘ２方向に変位し、これによりパルス管冷凍機（特に、コールドステージ８）に振動が発生してしまうという問題点があった。
【００１４】
そこで、この問題点を解決することを目的として、特許文献１に開示されたパルス管冷凍機が提案されている。特許文献１に開示されたパルス管冷凍機は、真空フランジに蓄冷器及びパルス管を挿通するための穴を形成すると共に、この穴に蓄冷器及びパルス管を挿通した後、蓄冷器及びパルス管の高温端にプラグ（蓋）を嵌着した構成としている。このプラグには、ヘリウム圧縮機或いは位相調整機構と接続するための小孔が形成されている。
【００１５】
このように、真空フランジに形成されている穴をプラグにより埋める構成とすることにより、真空フランジの剛性を高めることができる。よって、作動ガスの圧力変動が蓄冷器及びパルス管内で発生しても、真空フランジに変形が発生することを抑制できる。
【特許文献１】特開２００３−３２９３２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記のように、引用文献１に開示されたパルス管冷凍機は、真空フランジに形成されている穴をプラグにより埋めることにより真空フランジの剛性を高めることができ、真空フランジに変形が発生することを抑制できる。
【００１７】
しかしながら、引用文献１に開示されたパルス管冷凍機は、真空フランジと位相調整機構との間にシール部材が存在しないため、高圧の作動ガスが真空フランジの上面（フランジ上面）と位相調整機構の底面（調整機構底面）との間に侵入する可能性がある。このように高圧の作動ガスがフランジ上面と調整機構底面との間に侵入した場合には、作動ガスの圧力はフランジ上面と調整機構底面が対峙する広い面積において作用してしまう。
【００１８】
このため、真空フランジに形成されている穴をプラグにより埋めて剛性を高めても、やはり真空フランジが作動ガスの交番的な圧力変化に伴って変形し、パルス管冷凍機の振動（特に、コールドステージの振動）を有効に低減することができないという問題点があった。
【００１９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、フランジの変形に起因した振動の発生を抑制したパルス管冷凍機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００２１】
請求項１記載の発明は、
高温端が圧力変動源と接続される蓄冷器と、
低温端が該蓄冷器の低温端と接続されるパルス管と、
該パルス管の高温端と接続される位相調節機構と、
前記蓄冷器に対応して設けられた第１の装着孔と前記パルス管に対応して設けられた第２の装着孔が形成されると共に前記位相調節機構が配設されるフランジとを有するパルス管冷凍機において、
前記圧力変動源と接続するための第１の接続孔が形成された第１の蓋体を前記第１の装着孔内に固定すると共に、前記第１の接続孔の外周位置に前記第１の蓋体と前記位相調節機構との間をシールする第１のシール部材を配設したことを特徴とするものである。
【００２２】
上記発明によれば、圧力変動源と接続するための第１の接続孔が形成された第１の蓋体をフランジに形成された第１の装着孔内に固定することにより、蓄冷器の高温端は蓋体により閉塞された状態となる。このため、パルス管冷凍機の稼動時において蓄冷器内で作動ガスの圧力が変動しても、この圧力は第１の蓋体に印加され、位相調節機構に印加されることはない。このため、蓄冷器内の圧力が上昇しても、フランジが変位することを防止できる。
【００２３】
また、高圧の作動ガスは、第１の接続孔を介してフランジと位相調節機構との対峙部分に侵入することが考えられる。しかしながら、第１の接続孔の外周位置に第１の蓋体と位相調節機構との間をシールする第１のシール部材が配設されているため、侵入した作動ガス圧が作用する領域は第１のシール部材の配設位置よりも内側位置となる。よって、第１のシール部材により作動ガス圧が作用する面積は狭くなり、これに伴い侵入した作動ガスによるフランジを変位させようとする力は小さくなるため、蓄冷器に振動が発生することを抑制することができる。
【００２４】
また、請求項２記載の発明は、
請求項１記載のパルス管冷凍機において、
前記位相調節機構と接続するための第２の接続孔が形成された第２の蓋体を前記第２の接続孔内に固定すると共に、前記第２の接続孔の外周位置に前記第２の蓋体と前記位相調節機構との間をシールする第２のシール部材を配置したことを特徴とするものである。
【００２５】
上記発明によれば、第２の接続孔が形成された第２の蓋体をフランジに形成された第２の装着孔内に固定することにより、パルス管の高温端は蓋体により閉塞された状態となる。このため、パルス管冷凍機の稼動時においてパルス管内で作動ガスの圧力が変動しても、この圧力は第２の蓋体に印加され、位相調節機構に印加されることはない。このため、パルス管内の圧力が上昇しても、フランジが変位することを防止できる。
【００２６】
また、高圧の作動ガスは、第２の接続孔を介してフランジと位相調節機構との対峙部分に作動ガスが侵入することが考えられる。しかしながら、第２の接続孔の外周位置に第２の蓋体と位相調節機構との間をシールする第２のシール部材が配設されているため、侵入した作動ガス圧が作用する領域は第２のシール部材の配設位置よりも内側位置となる。よって、第２のシール部材により作動ガス圧が作用する面積は狭くなり、これに伴い侵入した作動ガスによるフランジを変位させようとする力は小さくなるため、パルス管に振動が発生することを抑制することができる。
【００２７】
また、請求項３記載の発明のように、
請求項１または２記載のパルス管冷凍機において、前記第１のシール部材としてＯリングを用いることが望ましい。
【００２８】
また、請求項４記載の発明は、
請求項３記載のパルス管冷凍機において、
前記Ｏリングは、前記第１の接続孔の直径より大きく、前記第１の装着孔の直径の半分以下の直径に設定されていることを特徴とするものである。
【００２９】
上記発明によれば、Ｏリングの直径が第１の装着孔の直径の半分以下の直径に設定されているため、作動ガスのガス圧がフランジと位相調節機構との間に印加されたとしても、作動ガス圧の印加領域を狭くできるためフランジを変位させようとする力は小さくなり、蓄冷器に発生する振動を抑制することができる。
【００３０】
また、請求項５記載の発明のように、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のパルス管冷凍機において、前記第２のシール部材としてＯリングを用いることが望ましい。
【００３１】
また、請求項６記載の発明は、
請求項５記載のパルス管冷凍機において、
前記Ｏリングは、前記第２の接続孔の直径より大きく、前記第２の装着孔の直径の半分以下の直径に設定されていることを特徴とするものである。
【００３２】
上記発明によれば、Ｏリングの直径が第２の装着孔の直径の半分以下の直径に設定されているため、作動ガスのガス圧がフランジと位相調節機構との間に印加されたとしても、作動ガス圧の印加領域を狭くできるためフランジを変位させようとする力は小さくなり、蓄冷器に発生する振動を抑制することができる。
【００３３】
また、請求項７記載の発明のように、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のパルス管冷凍機は超伝導装置に適用することができる。
【００３４】
また、請求項８記載の発明のように、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のパルス管冷凍機は、クライオポンプ装置に適用することができる。
【００３５】
また、請求項９記載の発明のように、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のパルス管冷凍機は、極低温計測分析装置に適用することができる。
【００３６】
また、請求項１０記載の発明のように、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のパルス管冷凍機は、核磁気共鳴装置に適用することができる。
【発明の効果】
【００３７】
上述の如く本発明によれば、パルス管内の圧力が上昇しても、フランジが変位することを防止でき、パルス管冷凍機に発生する振動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。
【００３９】
図４は、本発明の第１実施例であるパルス管冷凍機２０Ａを示す要部構成図である。このパルス管冷凍機２０Ａは、大略するとヘリウム圧縮機２１、蓄冷器２２、切換弁２３、位相調整機構２５、パルス管２６、真空フランジ２７、コールドステージ２８、第１及び第２の蓋体４０，４１、及び第１及び第２のシール部材５０，５１等を有した構成とされている。
【００４０】
ヘリウム圧縮機２１及び切換弁２３は、作動ガスとなるヘリウムガスに圧力振動を発生させる圧力振動発生器として機能するものであり、位相調整機構２５に形成された配管３６及び後述する第１の蓋体４０（第１の接続孔４５）を介して、蓄冷器２２の高温端に接続されている。切換弁２３は所定の周期で切り換え動作を行い、よってヘリウム圧縮機２１で生成される高圧のヘリウムガスは、所定の周期で蓄冷器２２に供給される。
【００４１】
蓄冷器２２は、真空フランジ２７とコールドステージ２８との間に設けた蓄冷器筒３０及びこの蓄冷器筒３０に収納された蓄冷材２９により構成されている。蓄冷材２９としては、例えば銅材あるいはステンレス材その他金属の繊維あるいはパンチングメタルを用いることができ、蓄冷器筒３０内に所定の密度で充填される。ヘリウム圧縮機２１から供給された作動ガスは、この蓄冷器２２を通過する間に蓄冷材２９との間で熱交換を行って、蓄冷材２９に蓄冷する。
【００４２】
パルス管２６も真空フランジ２７とコールドステージ２８との間に設けられており、その低温端に低温端熱交換器３１（整流器も合わせて内設されている）が設けられると共に、高温端に高温端熱交換器３２（整流器も合わせて内設されている）が設けられている。更に、蓄冷器２２の低温端とパルス管２６の低温端との間は、コールドステージ２８に形成された連通路２４により連通された構成とされている。尚、蓄冷器２２及びパルス管２６において、図中矢印Ｘ１方向端部が高温端となり、矢印Ｘ２方向端部が低温端となる。
【００４３】
上記した蓄冷器筒３０，真空フランジ２７，パルス管２６，及びコールドステージ２８は、いずれもステンレスにより形成されている。また、溶接等の接合手段を用いることにより、蓄冷器筒３０，真空フランジ２７，及びコールドステージ２８は一体的に接合された構成とされている。
【００４４】
また、真空フランジ２７には、蓄冷器２２の蓄冷器筒３０と対応する位置（対向する位置）に蓄冷器筒３０と連通するよう構成された第１の装着孔３７と、パルス管２６と対応する位置（対向する位置）にパルス管２６と連通するよう構成された第２の装着孔３８が形成されている。この第１の装着孔３７の直径は蓄冷器筒３０の内径よりも若干大きく設定されており、また第２の装着孔３８の直径はパルス管２６の内径よりも若干大きく設定されている。従って、第１の装着孔３７と蓄冷器筒３０との境界部分には段部５８が形成され、第２の装着孔３８とパルス管２６との境界部分には段部５９が形成される。
【００４５】
第１の蓋体４０は、真空フランジ２７に形成された第１の装着孔３７に装着され固定される。この第１の蓋体４０は、例えば冷し嵌めにより固定することができる。また、前記のように第１の装着孔３７の下端には段部５８が形成されているため、第１の蓋体４０の装着処理は、第１の蓋体４０が段部５８と当接する位置まで嵌め込めばよいため、容易に行うことができる。また、第１の蓋体４０を第１の装着孔３７に固定した状態で、第１の蓋体４０の上面と真空フランジ２７の上面（以下、フランジ上面３４という）は面一となる。
【００４６】
また、第１の装着孔３７の内周面と第１の蓋体４０との機密性をより確実にするため、第１の蓋体４０には第１の装着孔３７の内周面と密着する第１の側面シール部材５５が設けられている。また、第１の蓋体４０の中心位置には、図中上下に貫通する第１の接続孔４５が形成されている。この第１の接続孔４５は、配管３６（ヘリウム圧縮機２１）と蓄冷器２２とを連通する機能を奏するものである。
【００４７】
第１のシール部材５０は、第１の蓋体４０の位相調整機構２５の底面（以下、調整機構底面３５という）と対向する面に配設されており、その配設位置は第１の接続孔４５の外周位置に設定されている。この第１のシール部材５０は、第１の蓋体４０と位相調整機構２５の調整機構底面３５との間を機密にシールする機能を奏する。
【００４８】
本実施例では、この第１のシール部材５０としてＯリングを用いている。このＯリングよりなる第１のシール部材５０の直径は、第１の接続孔４５の直径に近いことが望ましい。具体的には、第１のシール部材５０の直径は、第１の接続孔４５の直径よりは大きく、少なくとも第１の装着孔３７の直径の半分以下の直径であることが望ましい。
【００４９】
一方、第２の蓋体４１は、真空フランジ２７に形成された第２の装着孔３８に装着され固定される。この第２の蓋体４１は、第１の蓋体４０と同様に例えば冷し嵌めにより固定することができる。また、第２の装着孔３８の下端にも段部５９が形成されているため、第２の蓋体４１の装着処理を容易に行うことができる。第２の蓋体４１を第２の装着孔３８に固定した状態で、第２の蓋体４１の上面と真空フランジ２７のフランジ上面３４は面一となる。
【００５０】
また、第２の装着孔３８の内周面と第２の蓋体４１との機密性をより確実にするため、第２の蓋体４１には第２の装着孔３８の内周面と密着する第２の側面シール部材５６が設けられている。また、第２の蓋体４１の中心位置には、図中上下に貫通する第２の接続孔４６が形成されている。この第２の接続孔４６は、パルス管２６と位相調整機構２５（バッファタンク等）とを連通する機能を奏するものである。
【００５１】
更に、第２のシール部材５１は第２の蓋体４１の調整機構底面３５と対向する面に配設されており、その配設位置は第１の接続孔４５の外周位置に設定されている。この第２のシール部材５１は、第２の蓋体４１と位相調整機構２５の調整機構底面３５との間を機密にシールする機能を奏する。
【００５２】
この第２のシール部材５１は、第１のシール部材５０と同様にＯリングを用いている。このＯリングよりなる第２のシール部材５１の直径は、第２の接続孔４６の直径に近いことが望ましい。具体的には、第２のシール部材５１の直径は、第２の接続孔４６の直径よりは大きく、少なくとも第２の装着孔３８の直径の半分以下の直径であることが望ましい。
【００５３】
上記のように第１及び第２の蓋体４０，４１が固定された真空フランジ２７の上部には、位相調整機構２５が固定される。この位相調整機構２５の内部には、前記した配管３６に加え、図示しないオリフィスやバッファタンク等が内設されている。このオリフィス及びバッファタンクは、パルス管２６の高温側に接続されている。
【００５４】
上記のように位相調整機構２５が真空フランジ２７に固定されることにより、フランジ上面３４は調整機構底面３５と密着する。また、これに伴い第１及び第２の蓋体４０，４１に設けられている第１及び第２のシール部材５０，５１は調整機構底面３５に気密に密着し、これにより第１の接続孔４５と第１のシール部材５０との間の領域（図５にＳ１で示す梨地の領域。以下、第１のシール領域Ｓ３という）、及び第２の接続孔４６と第２のシール部材５１との間の領域（図５にＳ２で示す梨地の領域。以下、第２のシール領域Ｓ４という）を気密にシールする。
【００５５】
図５は、第１及び第２の蓋体４０，４１が固定された真空フランジ２７の平面図である。同図に示すように、第１のシール部材５０は第１の接続孔４５に近い直径とされており、また第２のシール部材５１は第２の接続孔４６に近い直径とされているため、第１及び第２のシール領域Ｓ３，Ｓ４の面積は狭くなっている。
【００５６】
上記構成とされたパルス管冷凍機２０Ａは、運転モードになると、圧縮機２１で圧縮された高圧のヘリウムガスが蓄冷器２２に流入するよう切換弁２３が切り換わる。これにより、圧縮機２１で圧縮された高圧のヘリウムガスは、配管３６及び第１の蓋体４０に形成された第１の接続孔４５を介して蓄冷器２２に流入する。蓄冷器２２に流入したヘリウムガスは、蓄冷器２２内に配設された蓄冷材２９で冷却されて温度を下げながら、蓄冷器２２の低温端から接続路２４を通って低温端熱交換器３１へ流入し、更に冷却されてパルス管２６へ流入する。
【００５７】
パルス管２６内に既に存在していた低圧ガスは新たに流入されたヘリウムガスにより圧縮されるため、パルス管２６内の圧力は位相調整機構２５内に配設されているバッファタンク内の圧力よりも高くなる。このため、パルス管２６内のヘリウムガスは位相調整機構２５内に配設されたオリフィスを通ってバッファタンクへ流入する。
【００５８】
一方、切換弁２３が切り換わり、蓄冷器２２及びパルス管２６のヘリウムガスをヘリウム圧縮機２１が回収する回収モードとなると、パルス管２６内の作動ガスは蓄冷器２２の低温端に流入し、蓄冷器２２内を通過して第１の蓋体４０の第１の接続孔４５及び配管３６を経由して圧縮機２１へと回収される。
【００５９】
前記したように、パルス管２６の高温端と接続された位相調整機構２５は、パルス管２６と接続されたオリフィス及びバッファタンクを有しているため、圧力変動の位相と作動ガスの体積変化の位相は、一定の位相差をもって変化する。この位相差によってパルス管２６の低温端において作動ガスの膨張に伴う寒冷が発生し、上記の工程が繰り返し実施されることにより冷凍機として作用する。
【００６０】
上記した本実施例に係るパルス管冷凍機２０Ａでは、第１及び第２の蓋体４０，４１を真空フランジ２７に形成された第１及び第２の装着孔３７，３８内に固定したことにより、蓄冷器２２及びパルス管２６の高温端は第１及び第２の蓋体４０，４１により閉塞された状態となる。
【００６１】
このため、パルス管冷凍機２０Ａの稼動時において蓄冷器２２及びパルス管２６内で交番的に高圧である作動ガスの圧力が変動しても、この圧力は第１及び第２の蓋体４０，４１に印加される。また、第１及び第２の蓋体４０，４１は前記のように真空フランジ２７に固定されており、その固定力は作動ガスの圧力よりも大きな固定力となるよう設定されている。
【００６２】
従って、蓄冷器２２及びパルス管２６内の作動ガスの圧力が、調整機構底面３５に印加されることはない。これにより、蓄冷器２２及びパルス管２６内の圧力が上昇しても、真空フランジ２７が変位することを防止でき、よってパルス管冷凍機２０Ａに振動が発生することを抑制できる。
【００６３】
ところで、上記のように真空フランジ２７に形成された第１及び第２の装着孔３７，３８を第１及び第２の蓋体４０，４１により塞ぐ構成としても、高圧のヘリウムガスが第１の接続孔４５と配管３６との接合位置において、フランジ上面３４と調整機構底面３５との間に侵入した場合、真空フランジ２７に振動が発生するおそれがあることは前述した通りである。
【００６４】
しかしながら、本実施例に係るパルス管冷凍機２０Ａは、第１及び第２の接続孔４５，４６の外周位置に、真空フランジ２７と位相調整機構２５との間をシールする第１及び第２のシール部材５０，５１が配設されているため、フランジ上面３４と調整機構底面３５との間に侵入したヘリウムガスの圧力が作用する領域は、第１及び第２のシール部材５０，５１の配設位置よりも内側位置となる。即ち、フランジ上面３４と調整機構底面３５との間にヘリウムガスが侵入しても、ヘリウムガスの圧力が作用する領域は、図５に梨地で示す第１及び第２のシール領域Ｓ３，Ｓ４となる。
【００６５】
従来では、図３を用いて説明したように、ヘリウムガスの圧力は蓄冷器２の断面積Ｓ１及びパルス管６の断面積Ｓ２を加算した面積（Ｓ１＋Ｓ２）に印加されていたため、真空フランジ２７には大きなヘリウムガスの圧力が印加されていた。第１のシール部材５０は第１の蓋体４０上に設けられるものであるため、領域Ｓ３の面積（この面積をｓ３とする）は蓄冷器２２の断面積Ｓ１よりも小さくなる（ｓ３＜Ｓ１）。同様に、第２のシール部材５１は第２の蓋体４１上に設けられるものであるため、領域Ｓ４の面積（この面積をｓ４とする）はパルス管２６の断面積Ｓ２よりも小さくなる（ｓ４＜Ｓ２）。
【００６６】
よって、ヘリウムガスの単位面積当たりの圧力をＰとすると、従来において真空フランジ７を変形させようとする力Ｆ２がＦ２＝Ｐ×（Ｓ１＋Ｓ２）であったのに対し、本実施例において真空フランジ２７を変形させようとする力Ｆ３は、Ｆ３＝Ｐ×（ｓ３＋ｓ４）となる。上記の説明より、（ｓ３＋ｓ４）＜（Ｓ１＋Ｓ２）であり、よってＦ３＜Ｆ２となる。
【００６７】
このように、本実施例に係るパルス管冷凍機２０Ａによれば、第１及び第２のシール部材５０，５１を設けることにより、フランジ上面３４と調整機構底面３５との間にヘリウムガスが侵入しても、このヘリウムガスによる真空フランジ２７を変位させようとする力を小さく抑えることができる。これにより、真空フランジ２７に変形が発生することを防止でき、パルス管冷凍機２０Ａに振動が発生することを抑制することができる。
【００６８】
この効果について、具体例を挙げて説明する。従来における蓄冷器２の直径（内径）を６０ｍｍ、パルス管６の直径（内径）を５０ｍｍとする。また、本実施例に係るパルス管冷凍機２０Ａでは、従来と同じ直径の蓄冷器２２及びパルス管２６を用いると共に、第１のシール部材５０の直径を１５ｍｍ（従来における蓄冷器２の直径の半分以下）、第２のシール部材５１の直径を１５ｍｍ（従来におけるパルス管６の直径の半分以下）とした。
【００６９】
このとき、従来における真空フランジ７がヘリウムガスによる圧力変動を受ける面積は４７８８ｍｍ２となり、本実施例において真空フランジ２７がヘリウムガスによる圧力変動を受ける面積は３５３ｍｍ２となる。よって、本実施例において真空フランジ２７が圧力変動を受ける面積は従来に比べて約１／１３となり、パルス管冷凍機２０Ａに発生する振動も従来に比べて約１／１３に低減することができる。
【００７０】
次に、本発明の第２実施例について説明する。
【００７１】
図６は、第２実施例であるパルス管冷凍機２０Ｂを示している。尚、図６において、図５に示した第１実施例であるパルス管冷凍機２０Ａの構成と対応する構成については同一符号を付して、その説明を省略するものとする。
【００７２】
図６に示すパルス管冷却機２０Ｂは二段式のダブルインレットタイプ、または４バルブタイプのパルス管冷却機である。このパルス管冷却機２０Ｂは二段式であるため、蓄冷器として第１段目蓄冷器２２Ａと第２段目蓄冷器２２Ｂとを有しており、またパルス管として第１段目パルス管２６Ａと第２段目パルス管２６Ｂとを有している。
【００７３】
第１段目蓄冷器２２Ａの高温端、第１段目及び第２段目パルス管２６Ａ，２６Ｂの高温端は、いずれも真空フランジ２７に支持された構成とされている。このため、真空フランジ２７には第１段目蓄冷器２２Ａ、第１段目及び第２段目パルス管２６Ａ，２６Ｂに対応した第１乃至第３の装着孔３７〜３９が形成されている。そして、この各第１乃至第３の装着孔３７〜３９には、第１実施例に係るパルス管冷凍機２０Ａと同様に、第１乃至第３の蓋体４０〜４２が固定されている。
【００７４】
また、第１の蓋体４０には配管３６と第１段目蓄冷器２２Ａとを連通する第１の接続孔４５が形成されており、第２及び第３の蓋体４１，４２には、第１段目及び第２段目パルス管２６Ａ，２６Ｂを位相調整機構２５と接続するための第２及び第３の接続孔４６，４７が形成されている。
【００７５】
更に、第１乃至第３の蓋体４０〜４２の調整機構底面３５と対峙する面には、第１乃至第３のシール部材５０〜５２が配設されている。第１乃至第３のシール部材５０〜５２はいずれもＯリングにより構成されており、その直径は対応する第１段目蓄冷器２２Ａ、第１段目及び第２段目パルス管２６Ａ，２６Ｂの直径の半分よりも小さく、第１乃至第３の接続孔４５〜４７の直径よりも大きく設定されている。
【００７６】
一方、第１段目蓄冷器２２Ａと第２段目蓄冷器２２Ｂは、直接に接続された構成とされている。即ち、第１段目蓄冷器２２Ａの低温端（矢印Ｘ２方向端部）は、第２段目蓄冷器２２Ｂの高温端（矢印Ｘ１方向端部）に接続された構成とされている。第１段目蓄冷器２２Ａの低温端と第１段目パルス管２６Ａの低温端は接続路２４Ａにより接続されている。また、第２段目蓄冷器２２Ｂの低温端と第２段目パルス管２６Ｂの低温端は、第２の接続路２４Ｂにより接続されている。
【００７７】
上記のパルス管冷却機２０Ｂは運転モードになると、ヘリウム圧縮機２１で圧縮された高圧のヘリウムガスが配管３６及び第１の蓋体４０（第１の接続孔４５）を介して第１段目蓄冷器２２Ａに流入する。第１段目蓄冷器２２Ａに流入したヘリウムガスは、第１段目蓄冷器２２Ａ内に配設された蓄冷材２９で冷却されて温度を下げながら、第１段目蓄冷器２２Ａの低温端からその一部が接続路２４Ａを通って第１段目パルス管２６Ａの低温端へ流入する。
【００７８】
第１段目パルス管２６Ａ内に既に存在していた低圧のヘリウムガスは新に流入されたヘリウムガスにより圧縮されるため、第１段目パルス管２６Ａ内の圧力は位相調整機構２５内に配設されている第１のバッファタンク（図示せず）内の圧力よりも高くなる。このため、第１段目パルス管２６Ａ内のヘリウムガスは位相調整機構２５内に配設されているオリフィス（図示せず）を通って第１のバッファタンクへ流入する。
【００７９】
一方、回収モードでは、第１段目パルス管２６Ａ内のヘリウムガスは第１段目蓄冷器２２Ａの低温端内に流入し、第１段目蓄冷器２２Ａ内を通過して高温端から第１の接続孔４５及び配管３６を経由してヘリウム圧縮機２１へと回収される。上記のように位相調整機構２５により圧力変動の位相とヘリウムガス（作動ガス）の体積変化の位相は、一定の位相差をもって変化する。この位相差によって第１段目パルス管２６Ａの低温端においてヘリウムガスの膨張に伴う寒冷が発生する。
【００８０】
一方、運転モードにおいてヘリウム圧縮機２１から第１段目蓄冷器２２Ａに流入したヘリウムガスの内、第１段目パルス管２６Ａに流入しなかったヘリウムガスは、第１段目蓄冷器２２Ａから第２段目蓄冷器２２Ｂに流入する。この際、第１段目蓄冷器２２Ａの低温端には第１段目パルス管２６Ａで冷却されたヘリウムガスが流入するため、この低温端は冷却されている。よって、第１段目蓄冷器２２Ａから第２段目蓄冷器２２Ｂに流入するヘリウムガスは、第１段目パルス管２６Ａにより冷却された上で第２段目蓄冷器２２Ｂの高温端に流入する。
【００８１】
第２段目蓄冷器２２Ｂに流入したヘリウムガスは、第２段目蓄冷器２２Ｂ内に配設された蓄冷材２９Ｂで冷却されて更に温度を下げながら低温端に至り、続いて第２段目コールドステージ２８Ｂに形成された第２の連通路２４Ｂを通って第２段目パルス管２６Ｂの低温端へ流入する。第２段目パルス管２６Ｂ内に既に存在していた低圧のヘリウムガスは、新に流入されたヘリウムガスにより圧縮されるため、第２段目パルス管２６Ｂ内の圧力は位相調整機構２５に内設された第２のバッファタンク（図示せず）内の圧力よりも高くなる。このため、第２段目パルス管２６Ｂ内の作動ガスは位相調整機構２５に内設されたオリフィス（図示せず）を通って第２のバッファタンクへ流入する。
【００８２】
次に、回収モードにおいては、第２段目パルス管２６Ｂ内のヘリウムガスは第２段目蓄冷器２２Ｂの低温端に流入する。この第２段目蓄冷器２２Ｂの低温端に流入したヘリウムガスは、更に第１段目蓄冷器２２Ａ内を通過して高温端からヘリウム圧縮機２１へと回収される。
【００８３】
前記のように位相調整機構２５により圧力変動の位相とヘリウムガス（作動ガス）の体積変化の位相は、一定の位相差をもって変化する。この位相差によって、第２段目パルス管２６Ｂの低温端においてもヘリウムガスの膨張に伴う寒冷が発生する。本実施例では、第１段目蓄冷器２２Ａ及び第１段目パルス管２６Ａで冷却されたヘリウムガスが、第２段目蓄冷器２２Ｂ及び第２段目パルス管２６Ｂで更に冷却される構成とされているため、第２段目パルス管２６Ｂの低温端における温度（第２段目コールドステージ２８Ｂの温度）を極低温（例えば４程度）とすることができる。
【００８４】
また、本実施例に係るパルス管冷凍機２０Ｂおいても、第１乃至第３のシール部材５０〜５２を設けることにより、フランジ上面３４と調整機構底面３５との間にヘリウムガスが侵入しても、このヘリウムガスによる真空フランジ２７を変位させようとする力を小さく抑えることができる。これにより、真空フランジ２７に変形が発生することを防止でき、パルス管冷凍機２０Ｂに振動が発生することを抑制することができる。
【００８５】
上記した第１及び第２実施例に係るパルス管冷凍機２０Ａ，２０Ｂは、種々の機器・装置に適用することができる。例えば、超伝導装置、クライオポンプ装置、極低温計測分析装置、及び核磁気共鳴装置の冷凍装置として適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】図１は、従来の一例であるパルス管冷凍機の構成図である。
【図２】図２は、従来の一例であるパルス管冷凍機の構成図であり、真空フランジに変形が発生している状態を示す図である。
【図３】図３は、従来の一例であるパルス管冷凍機に設けられる真空フランジの平面図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施例であるパルス管冷凍機の構成図である。
【図５】図５は、本発明の第１実施例であるパルス管冷凍機に設けられる真空フランジの平面図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施例であるパルス管冷凍機の構成図である。
【符号の説明】
【００８７】
２０Ａ，２０Ｂ  パルス管冷凍機
２１  ヘリウム圧縮機
２２  蓄冷器
２２Ａ  第１段目蓄冷器
２２Ｂ  第２段目蓄冷器
２３  切換弁
２５  位相調整機構
２６  パルス管
２６Ａ  第１段目パルス管
２６Ｂ  第２段目パルス管
２７  真空フランジ
２８  コールドステージ
２８Ａ  第１段目コールドステージ
２８Ｂ  第２段目コールドステージ
２９，２９Ａ，２９Ｂ  蓄冷材
３０  蓄冷器筒
３０Ａ  第１段目蓄冷器筒
３０Ｂ  第２段目蓄冷器筒
３４  フランジ上面
３５  調整機構底面
３７  第１の装着孔
３８  第２の装着孔
３９  第３の装着孔
４０  第１の蓋体
４１  第２の蓋体
４２  第３の蓋体
４５  第１の接続孔
４６  第２の接続孔
４７  第３の接続孔
５０  第１のシール部材
５１  第２のシール部材
５２  第３のシール部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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