(57)【要約】【課題】  本発明はパルス管の端部に熱交換器が配設されるパルス管冷凍機に関し、熱交換効率が高くかつ低コストを図ることを課題とする。【解決手段】  ヘリウムガスに対し圧力振動を発生させる圧力振動発生器（２１，２３Ａ，２３Ｂ）と、第１及び第２の段目蓄冷器２２Ａ，２２Ｂと、第１及び第２の段目パルス管２６Ａ．２６Ｂと、位相制御機構（２８Ａ，２８Ｂ，２７ａ〜２７ｄ）とを有するパルス管冷凍機において、第２段目蓄冷器２２Ｂと第２段目パルス管２６Ｂとが接続される部位に熱交換器として機能する冷却ステージ部材５０を設ける。【選択図】  図１
2006284061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動ガスに対し圧力振動を発生させる圧力振動発生器と、
該圧力変動源と接続された蓄冷器と、
該蓄冷器と接続されるパルス管と、
該パルス管と接続する位相制御機構とを有するパルス管冷凍機において、
前記蓄冷器と前記パルス管とが接続される部位に熱交換器を設け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、
前記熱交換器は、
前記蓄冷器が接続される蓄冷器接続部と、
前記パルス管が接続されるパルス管接続部と、
前記蓄冷器接続部と前記パルス管接続部との間で前記作動ガスが流通しうるよう接続する複数の流通路が形成されステージ部材とを有することを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項３】
請求項２記載のパルス管冷凍機において、
前記流通路がスリット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、
前記ステージ部材を気密に覆う蓋体部を設けると共に、
該蓋体に前記蓄冷器接続部と前記パルス管接続部を前記スリットと対向するよう設けたことを特徴とするパルス管冷凍機。
【請求項５】
請求項３または４記載のパルス管冷凍機において、
前記スリットは、前記ステージ部材に一体的に形成されていることを特徴とするパルス管冷凍機。
【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、特にパルス管の端部に熱交換器が配設され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８に公知のダブルインレット型パルス管冷凍機を示す。同図において、ヘリウム圧縮機１，高圧弁３ａ，及び高圧弁３ｂは圧力振動発生器を構成する。高圧弁３ａはヘリウム圧縮機１の高圧ガスの出力側に配設されており、また低圧弁３ｂはヘリウム圧縮機１のガス回収側に配設されている。この圧力振動発生器は、蓄冷器２の高温部２ａに接続されている。そして、高圧弁３ａ,低圧弁３ｂは所定の周期で切り換えさせる構成とされており、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に供給される構成とされている。
【０００４】
蓄冷器２及びパルス管６の各上端部は、ステンレス製のハウジング１２により支持されている。また、蓄冷器２及びパルス管６の各下端部は、接続路４により接続された構成とされている。具体的には、パルス管６の下端部には熱交換器５ｂが設けられており、この熱交換器５ｂと蓄冷器２の低温部２ｂとが接続路４により接続された構成とされている。
【０００５】
また、パルス管６の高温側（上端側）には、熱交換器５ａ及びオリフィス７ａを介してバッファタンク８が接続されている。更に、圧力振動発生器と蓄冷器２とを接続する配管と、パルス管６とバッファタンク８とを接続する配管との間にはバイパス通路９が設けられており、このバイパス通路９にはオリフィス７ｂが配設されている。
【０００６】
尚、蓄冷器２内には銅、ステンレス鋼製金網等の蓄冷材が充填されており、熱交換器５ａ、５ｂの内部にはアルミニウム等のパンチングプレート或いは銅メッシュ１０が熱交換部材として積層充填されている。１１は整流器である。
【０００７】
上記のパルス管冷凍機は、高圧弁３ａが開弁すると共に低圧弁３ｂが閉弁して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。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で冷却されて温度を下げながら、蓄冷器２の低温部２ｂから接続路４を通って熱交換器５ｂへ流入し、更に冷却されてパルス管６の低温側へ流入する。
【０００８】
パルス管６内に既に存在していた低圧ガスは新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内の圧力はバッファタンク８内の圧力よりも高くなる。このため、パルス管６内の作動ガスはオリフィス７ａを通ってバッファタンク８へ流入する。
【０００９】
次に、高圧弁３ａが閉弁し低圧弁３ｂが開弁すると、パルス管６内の作動ガスは蓄冷器２の低温部２ｂ内に流入し、蓄冷器２内を通過して高温部２ａから低圧弁３ｂを経由して圧縮機１へと回収される。
【００１０】
前記したように、パルス管６の高温側と蓄冷器２の高温部２ａ側とは、オリフィス７ｂを有したバイパス通路９により接続されている。このため、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。上記のダブルオリフィス型パルス冷凍機では、バイパス通路９に設けたオリフィス７ｂを調節することにより前記位相差の調節を行うことができる。
【００１１】
また、冷却効率及び熱伝達特性を向上させるため、パルス管６の上端部及び下端部には熱交換器５ａ，５ｂが配設されているが、特に下端部に配設された熱交換器５ｂは、図９に拡大して示すように、熱交換器５ｂ内にアルミニウムや銅製の金網１０（メッシュ）を積層した構成とされていた。
【００１２】
一方、他の構成の熱交換器としては、特許文献１に開示されたものが知られている。図１０（図９に示した構成と対応する構成には、同一符号を付している）は、特許文献１に開示されたパルス冷凍機に設けられた熱交換器５ｃを示している。
【００１３】
この熱交換器５ｃは、図中上下方向に多数形成された縦スリット１４と、この縦スリット１４の下端部と接続し図中横方向に延在する円弧状スリット１５とを有した熱交本体部１３を内設している。また、熱交換器５ｃに形成された接続孔１６を介して円弧状スリット１５は、接続路４と接続した構成とされている。この熱交換器５ｃは、ヘリウムガスが熱交本体部１３に形成された縦スリット１４を通過する過程において、ヘリウムガスと熱交本体部１３との間で熱交換が行われる構成とされていた。
【特許文献１】特開２００２−２５７４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、パルス管冷凍機において冷却特性を高めるためには、作動ガスのパルス管６内における断熱膨張により発生した寒冷を効率よく取り出すことが重要であり、このためパルス管６の低温側に配設された熱交換器５ｂにおける熱交換特性を高めることが重要となる。
【００１５】
しかしながら、図９に示した従来の熱交換器５ｂでは、銅メッシュ１０を熱交換器５ｂのハウジングにロウ付け等により固定する必要があり、この場合にはロウ付け部での熱抵抗が大きくなり、これにより熱交換器５ｂの熱交換特性が低下してしまうという問題点があった。また、アルミニウムや銅製の金網１０による熱交換では、熱交換面積と死容積との比率が低く死容積が大きくなるため、これによっても熱交換器５ｂの熱交換特性が低下してしまう。
【００１６】
また、図１０に示した熱交換器５ｃは、パルス管６内に配設された熱交本体部１３に設けられた縦スリット１４を介して熱交換を行うため熱交換面積が広くなり、よって熱交換面積と死容積との比率を高くすることができる。よって、図９に示した熱交換器５ｂに比べて熱交換特性を高めることができる。
【００１７】
しかしながら、熱交換器５ｃでは、熱交本体部１３に図中上下方向に多数の縦スリット１４を形成すると共に、下端部にこの縦スリット１４の下端部と接続するよう円弧状スリット１５とを形成する必要があり、熱交本体部１３の構成が複雑で製造効率が悪く、製造コストが上昇してしまうという問題点があった。また、寒冷の取り出し部位（即ち、被冷却対象との熱的な接続位置）がパルス管６の下端部に限定されるため、被冷却対象の冷却に制約を受けるという問題点もあった。
【００１８】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、熱交換効率が高くかつ低コストを図りうる熱交換器を有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】
【００１９】
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。
【００２０】
請求項１記載の発明は、
作動ガスに対し圧力振動を発生させる圧力振動発生器と、
該圧力変動源と接続された蓄冷器と、
該蓄冷器と接続されるパルス管と、
該パルス管と接続する位相制御機構とを有するパルス管冷凍機において、
前記蓄冷器と前記パルス管とが接続される部位に熱交換器を設けたことを特徴とするものである。
【００２１】
上記発明によれば、パルス管の内部ではなく、蓄冷器とパルス管とが接続される部位に熱交換器を設けたことにより、熱交換を行うスペースを大きく取ることが可能となり、冷却効率を高めることができる。また、パルス管の下端部に比べて比較的広い範囲で冷却処理を行うことができるため、使用性を高めることができる。
【００２２】
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、
前記熱交換器は、
前記蓄冷器が接続される蓄冷器接続部と、
前記パルス管が接続されるパルス管接続部と、
前記蓄冷器接続部と前記パルス管接続部との間で前記作動ガスが流通しうるよう接続する複数の流通路が形成されステージ部材とを有することを特徴とするものである。
【００２３】
上記発明によれば、ステージ部材に形成された複数の流通路により蓄冷器接続部とパルス管接続部とが接続される。このため、蓄冷器接続部とパルス管接続部との間で作動ガスが流通する際、作動ガスがステージ部材と触れる接触面積を単一の通路とした場合に比べ、広く取ることができる。これにより、作動ガスとステージ部材との間における熱交換効率を高めることができ、よってステージ部材を効率よく冷却することができる。
【００２４】
また、請求項３記載の発明は、
請求項２記載のパルス管冷凍機において、
前記流通路がスリットであることを特徴とするものである。
【００２５】
上記発明によれば、スリットは形成が容易であるため、流通路を容易かつ低コストで形成することができる。
【００２６】
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、
前記ステージ部材を気密に覆う蓋体部を設けると共に、
該蓋体に前記蓄冷器接続部と前記パルス管接続部を前記スリットと対向するよう設けたことを特徴とするものである。
【００２７】
上記発明によれば、蓋体部に蓄冷器接続部及びパルス管接続部を設け、スリットをステージ部材に設けた構成したため、それぞれ独立した蓋体部とステージ部材に別個に蓄冷器接続部及びパルス管接続部とスリットとを形成できる。このため、蓄冷器接続部，パルス管接続部，及びスリットを同一部材に形成する構成に比べ、蓄冷器接続部，パルス管接続部，及びスリットの形成を容易かつ低コストに行うことができる。
【００２８】
また、請求項５記載の発明は、
請求項３または４記載のパルス管冷凍機において、
前記スリットは、前記ステージ部材に一体的に形成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、ロウ付け等により板材をステージ部材に接合してスリットを形成する構成に比べてスリットの熱抵抗を小さくできるため、スリットを設けても熱交換器の熱交換効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００３０】
上述の如く本発明によれば、熱交換器の熱交換効率を高めることができると共に冷却処理領域を広く取ることが可能となるためパルス管冷凍機の使用性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
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。
【００３２】
図１及び第２図は、本発明を実施しうるパルス管冷却機２０Ａ，２０Ｂを示している。図１に示すパルス管冷却機２０Ａは二段式のダブルインレットタイプのパルス管冷却機であり、図２に示すパルス管冷却機２０Ｂは二段式の４バルブタイプのパルス管冷却機である。先ず、図１を参照しては二段式のダブルインレットタイプのパルス管冷却機２０Ａについて説明する。
【００３３】
パルス管冷却機２０Ａ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。第１段目蓄冷器２２Ａの高温部３０ａ，第１段目パルス管２６Ａの上端部，及び第２段目パルス管２６Ｂの上端部は、フランジ３２に支持された構成とされている。
【００３４】
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の低温部３０ｂは、第２段目蓄冷器２２Ｂの高温部３１ａに接続された構成とされている。第１段目蓄冷器２２Ａの低温部３０ｂと第１段目パルス管２６Ａの下端部は接続路２４Ａにより接続されている。また、第２段目蓄冷器２２Ｂの低温部３１ｂと第２段目パルス管２６Ｂの下端部は、第２の接続路２４Ｂにより接続されている。
【００３５】
また、ヘリウム圧縮機２１、高圧弁２３ａ，及び低圧弁２３ｂは圧力振動発生器を構成する。高圧弁２３ａはヘリウム圧縮機２１の高圧ガスの出力側に配設されており、また低圧弁２３ｂはヘリウム圧縮機２１のガス回収側に配設されている。
【００３６】
この圧力振動発生器は、第１段目蓄冷器２２Ａの高温部３０ａに接続されている。そして、高圧弁２３ａ，低圧弁２３ｂは所定の周期で切り換えられる構成とされており、よってヘリウム圧縮機２１で生成される高圧の作動ガス（本実施例では、ヘリウムガス）は、所定の周期で第１段目蓄冷器２２Ａに供給される。
【００３７】
第１段目パルス管２６Ａの高温側（上端側）と第１のバッファタンク２８Ａは配管３５ｂにより接続されており、この配管３５ｂにはオリフィス２７ａが配設されている。また、圧力振動発生器と第１段目蓄冷器２２Ａとを接続する配管３５ａと第１段目パルス管２６Ａの高温側との間には第１のバイパス通路２９Ａが設けられており、この第１のバイパス通路２９Ａにはオリフィス２７ｂが配設されている。
【００３８】
一方、第２段目パルス管２６Ｂの高温側（上端側）と第２のバッファタンク２８Ｂは配管３５ｃにより接続されており、この配管３５ｃにはオリフィス２７ｃが配設されている。また、配管３５ａと第２段目パルス管２６Ｂの高温側との間には第２のバイパス通路２９Ｂが設けられており、この第２のバイパス通路２９Ｂにはオリフィス２７ｄが配設されている。
【００３９】
上記のパルス管冷却機２０Ａは、高圧弁２３ａが開弁すると共に低圧弁２３ｂが閉弁して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３５ａ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の低温部３０ｂからその一部が接続路２４Ａを通って第１段目パルス管２６Ａの低温側（下端部側）へ流入する。
【００４０】
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内の圧力は第１のバッファタンク２８Ａ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オリフィス２７ａを通って第１のバッファタンク２８Ａへ流入する。
【００４１】
次に、高圧弁２３ａが閉弁し低圧弁２３ｂが開弁すると、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の低温部３０ｂ内に流入し、第１段目蓄冷器２２Ａ内を通過して高温部３０ａから低圧弁２３ｂを経由してヘリウム圧縮機２１へと回収される。
【００４２】
前記のように第１段目パルス管２６Ａの高温側と配管３５ａは、オリフィス２７ｂを有した第１のバイパス通路２９Ａで接続されている。このため、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（下端部）においてヘリウムガスの膨張に伴う寒冷が発生する。
【００４３】
一方、高圧弁２３ａが開弁し低圧弁２３ｂが閉弁した運転モードにおいて、ヘリウム圧縮機２１から配管３５ａを介して第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。
【００４４】
この際、前記のように第１段目蓄冷器２２Ａの低温部３０ｂ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、低温部３０ｂ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の高温部３１ａに流入する。
【００４５】
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で冷却されて更に温度を下げながら低温部３１ｂに至り、続いて冷却ステージ部材５０を通って第２段目パルス管２６Ｂの低温側（下端部）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内の圧力は第２のバッファタンク２８Ｂ内の圧力よりも高くなる。このため、第２段目パルス管２６Ｂ内の作動ガスはオリフィス２７ｃを通って第２のバッファタンク２８Ｂへ流入する。
【００４６】
次に、高圧弁２３ａが閉弁し低圧弁２３ｂが開弁すると、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の低温部３０ｂ内に流入する。この第２段目蓄冷器２２Ｂの低温部３０ｂ内に流入したヘリウムガスは、更に第１段目蓄冷器２２Ａ内を通過して高温部３０ａから低圧弁２３ｂを経由してヘリウム圧縮機２１へと回収される。
【００４７】
また、前記のように第２段目パルス管２６Ｂの高温側と配管３５ａは、オリフィス２７ｄを有した第２のバイパス通路２９Ｂで接続されている。このため、第２段目パルス管２６Ｂにおいても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（下端部）においてヘリウムガスの膨張に伴う寒冷が発生する。
【００４８】
上記の二段式のダブルインレット型パルス冷凍機２０Ａでは、第１のバッファタンク２８Ａ、第２のバッファタンク２８Ｂ、及びオリフィス２７ａ〜２７ｄが位相制御機構を構成する。そしてこの位相制御機構を構成する第１のバイパス通路２９Ａ，２９Ｂに設けたオリフィス２７ｂ，２７ｄを調節することにより、前記位相差の調節を行うことができ、これにより効率の高い冷却を行うことができる。更に、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の冷却側における温度を極低温（例えば４Ｋ程度）とすることができる。
【００４９】
続いて、図２を用いて二段式の４バルブタイプのパルス管冷却機２０Ｂについて説明する。尚、図２において、図１に示したパルス管冷却機２０Ａと同一構成については同一符号を付してその説明を省略する。
【００５０】
二段式の４バルブタイプのパルス管冷却機２０Ｂでは、第１段目パルス管２６Ａの高温側に２本の配管３５ｄ，３５ｅが接続されると共に、第２段目パルス管２６Ｂの高温側にも２本の配管３５ｆ，３５ｇが接続されている。第１段目パルス管２６Ａに接続した配管３５ｄは、オリフィス２７ｅ，高圧弁３３ａを介してヘリウム圧縮機２１の供給側（高圧側）に接続されている。また、第２段目パルス管２６Ｂに接続した配管３５ｇは、オリフィス２７ｆ，高圧弁３４ａを介してヘリウム圧縮機２１の供給側（高圧側）に接続されている。
【００５１】
また、第１段目パルス管２６Ａの高温側に接続された他方の配管３５ｅは、オリフィス２７ｅ，高圧弁３３ａを介してヘリウム圧縮機２１の供給側（高圧側）に接続されている。更に、第２段目パルス管２６Ｂの高温側に接続された他方の配管３５ｆは、オリフィス２７ｄ，低圧弁３４ｂを介してヘリウム圧縮機２１のガス回収側（低圧側）に接続されている。
【００５２】
このように、４バルブタイプのパルス管冷却機２０Ｂでは、各蓄冷器２２Ａ，２６Ｂの高温側の夫々にヘリウム圧縮機２１の高圧側に接続された配管３５ｄ，３５ｇと、ヘリウム圧縮機２１の低圧側に接続された配管３５ｅ，３５ｆが接続されている。また、各配管３５ｄ〜３５ｇには、オリフィス２７ｂ，２７ｄ，２７ｅ，２７ｆ、高圧弁３３ａ，３４ａ、及び低圧弁３３ｂ，３４ｂが配設されており、各配管３５ｄ〜３５ｇ内のヘリウムガスの流れを制御しうる構成とされている。
【００５３】
この４バルブタイプのパルス管冷却機２０Ｂでは、第１のバッファタンク２８Ａ、第２のバッファタンク２８Ｂ、オリフィス２７ａ〜２７ｆ、及び各種弁３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂが位相制御機構を構成する。そして各オリフィス２７ｂ，２７ｄ，２７ｅ，２７ｆ及び弁３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂを調整することにより、第１段目蓄冷器２２Ａと第１段目パルス管２６Ａとの間における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、及び第２段目蓄冷器２２Ｂと第２段目パルス管２６Ｂとの間における圧力変動の位相とヘリウムガスの体積変化の位相を一定の位相差に制御することが可能となり、よって各パルス管２６Ａ，２６Ｂにおいて高効率の冷却を行うことができる。
【００５４】
続いて、本発明の要部となる冷却ステージ部材５０について説明する。前記したように、冷却ステージ部材５０は第２段目蓄冷器２２Ｂの低温部３１ｂと第２段目パルス管２６Ｂの下端部とを接続するものである。この冷却ステージ部材５０は、図３に示すように、大略すると冷却ステージ本体５１と蓋体５２とにより構成されており、後述するように熱交換器として機能するものである。
【００５５】
冷却ステージ本体５１及び蓋体５２は、共に熱伝導率の大きい銅等の材質から形成されている。冷却ステージ本体５１は円盤状の部材であり、また蓋体５２は冷却ステージ本体５１を覆うよう装着される構成とされている。また、冷却ステージ本体５１には、複数のスリット５３が形成されている。本実施例では、このスリット５３は直線状の溝により構成されている。
【００５６】
一方、蓋体５２には冷管接続孔５４及びパルス管接続孔５５が穿設されている。この冷管接続孔５４には第２段目蓄冷器２２Ｂが接続され、またパルス管接続孔５５には第２段目パルス管２６Ｂ（低温側）が接続される。この冷管接続孔５４及びパルス管接続孔５５の配設位置は、蓋体５２を冷却ステージ本体５１に装着した状態において、各接続孔５４，５５がスリット５３と対向するよう構成されている。従って、蓋体５２を冷却ステージ本体５１に装着した状態を平面視すると、図４に示すように、各接続孔５４，５５を介して冷却ステージ本体５１に形成されたスリット５３が覗視しうる。
【００５７】
また、蓋体５２を冷却ステージ本体５１に装着した状態で、冷却ステージ本体５１の天面の内、スリット５３が形成されていない部分は、蓋体５２の天板の内側面に気密に接した状態なる。尚、冷却ステージ本体５１と蓋体５２の接合は、両者５１，５２が気密に接合しうる方法であれば特にその方法を限定されるものではない。
【００５８】
前記したように、運転モードにおいて第２段目蓄冷器２２Ｂと第２段目パルス管２６Ｂとの間はヘリウムガスが双方向に流通するが、本実施例では冷却ステージ本体５１に形成されたスリット５３を通り、ヘリウムガスは第２段目蓄冷器２２Ｂと第２段目パルス管２６Ｂとの間で流通する構成となる。即ち、スリット５３は、第２段目蓄冷器２２Ｂと第２段目パルス管２６Ｂとの間でヘリウムガスを流通させる流通路として機能する。
【００５９】
図５は、スリット５３を拡大して示す図である。スリット５３の幅（図５に矢印Ｗで示す）は0.1ｍｍ〜1.5ｍｍに設定することができ、またスリット５３の高さ（図５に矢印Ｈで示す）は1.0ｍｍ〜10.0ｍｍに設定することができる。また、スリット５３の加工性及び後述する熱交換特性の面からは、スリット５３の幅Ｗは0.15ｍｍ〜0.50に設定することが望ましく、またスリット５３の高さは4.5ｍｍ程度にすることが望ましい。
【００６０】
このスリット５３の加工方法としては切削加工法、エッチング法等も考えられるが、ワイヤカット法を用いるのが望ましい。ワイヤカット法を用いた場合、スリット５３（溝）を容易かつ低コストで形成することができる。
【００６１】
上記構成とされた冷却ステージ部材５０は、図１及び図２に示したように第２段目蓄冷器２２Ｂと第２段目パルス管２６Ｂとが接続される部位に配設される。よって、第２段目蓄冷器２２Ｂの低温部３１ｂと第２段目パルス管２６Ｂの低温側は冷却ステージ部材５０により接続される。具体的には、第２段目蓄冷器２２Ｂと第２段目パルス管２６Ｂとの間で、ヘリウムガスは冷却ステージ部材５０内のスリット５３を通り流通する。
【００６２】
スリット５３は複数の溝の集合体であるため、第２段目蓄冷器２２Ｂと第２段目パルス管２６Ｂとの間でヘリウムガスが流通する際、ヘリウムガスが冷却ステージ本体５１と触れる面積は、従来の連通路４（図８参照）に比べて広く取ることができる。これにより、作動ガスとステージ部材との間における熱交換効率を高めることができ、よってステージ部材を効率よく冷却することが可能となる。
【００６３】
このように本実施例では、従来（図８参照）のようにパルス管６の低温側に熱交換器５ｂを設けるのではなく、第２段目蓄冷器２２Ｂと第２段目パルス管２６Ｂとが接続される部位に熱交換器として機能する冷却ステージ部材５０を設けたことを特徴としている。これにより、冷却ステージ部材５０の設計の自由度が高まり、熱交換を行うスペースを大きく取ることが可能となり、冷却効率を高めることができる。また、従来のようにパルス管６パルス管の下端部で被冷却対象を冷却する構成に比べ、比較的広い範囲で冷却処理を行うことができるため、パルス管冷却機２０Ａ，２０Ｂの使用性を高めることができる。
【００６４】
また本実施例では、冷却ステージ部材５０を冷却ステージ本体５１と蓋体５２のふたつの部材により構成し、蓋体５２に各接続孔５４，５５を設け、冷却ステージ本体５１にスリット５３を設けた構成としたため、スリット５３及び各接続孔５４，５５を同一部材に形成する構成に比べ、スリット５３及び各接続孔５４，５５の形成を容易かつ低コストに行うことができる。
【００６５】
更に、本実施例ではスリット５３はワイヤカット法により冷却ステージ本体５１に一体的に形成されている。このため、従来のようにロウ付け等により板材をステージ部材に接合してスリットを形成する構成に比べ、スリット５３の熱抵抗を小さくできるため、スリット５３を設けても冷却ステージ部材５０の熱交換効率を高めることができる。
【００６６】
図６及び図７は、本発明の他実施例を示している。前記した実施例では、第２段目蓄冷器２２Ｂと第２段目パルス管２６Ｂとの間でヘリウムガスを流通させる流通路として直線状のスリット５３を用いた例を示した。これに対し、図６に示す実施例では、第２段目蓄冷器２２Ｂと第２段目パルス管２６Ｂを湾曲したスリット５６により接続した構成としたものである。
【００６７】
このように、第２段目蓄冷器２２Ｂと第２段目パルス管２６Ｂを接続するスリットは直線に限定されるものではなく、図６に示した湾曲状としても、また図示しないが波状、ジグザグ状等、種々の形状とすることができる。この構成とした場合には、ヘリウムガスと冷却ステージ本体５１との接触面積を更に広く取ることができるため、更に熱変換効率を高めることができる。
【００６８】
また、図７に示す実施例は、溝に代えて複数の連通孔５９により第２段目蓄冷器２２Ｂと第２段目パルス管２６Ｂとを接続したことを特徴とするものである。具体的には、熱伝導性の良好な銅やアルミニウム等からなる本体部５８に複数の連通孔５９を形成した連通部材５７により、第２段目蓄冷器２２Ｂと第２段目パルス管２６Ｂとを接続する。本実施例においても、ヘリウムガスと連通部材５７との接触面積を増大させることができ、ヘリウムガスと連通部材５７との熱交換効率を高めることができる。
【００６９】
尚、本実施例では作動ガスとしてヘリウムを用いたが、窒素、水素等を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、本発明の一実施例である二段式のダブルインレットタイプのパルス管冷却機を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例である二段式の４バルブタイプのパルス管冷却機を示す構成図である。
【図３】図３は、本発明の要部となる熱交換器の近傍を拡大して示す分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の要部となる熱交換器の平面図である。
【図５】図５は、冷却ステージ部材に設けられるスリットを拡大して示す図である。
【図６】図６は、スリットの変形例を示す図である。
【図７】図７は、スリットに代えて多数の接続孔を有した接続部材を用いた変形例を説明するための図である。
【図８】図８は、従来の一例であるパルス管冷却機の構成図である。
【図９】図９は、従来の一例であるパルス管冷却機に設けられていた熱交換器を拡大して示す断面図である（その１）。
【図１０】図１０は、従来の一例であるパルス管冷却機に設けられていた熱交換器を拡大して示す断面図である（その２）。
【符号の説明】
【００７１】
２０Ａ，２０Ｂ  パルス管冷却機
２１  ヘリウム圧縮機
２２Ａ  第１段目蓄冷器
２２Ｂ  第２段目蓄冷器
２３ａ  高圧弁
２３ｂ  低圧弁
２４Ａ  第１の接続路
２４Ｂ  第２の接続路
２６Ａ  第１段目パルス管
２６Ｂ  第１段目パルス管
２７ａ〜２７ｆ  オリフィス
２８Ａ  第１のバッファタンク
２８Ｂ  第２のバッファタンク
２９Ａ  第１のバイパス通路
２９Ｂ  第２のバイパス通路
３２  フランジ
３３ａ，３４ａ  高圧弁
３３ｂ，３４ｂ  低圧弁
５０  冷却ステージ部材
５１  冷却ステージ本体
５２  蓋体
５３，５６  スリット
５４  蓄冷管接続孔
５５  パルス管接続孔
５７  接続部材
５８  本体部
５９  接続孔
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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