(57)【要約】【課題】極低温冷凍機の分解作業および組立作業をより容易にすることに役立つ内部構造を有する極低温冷凍機を提供する。【解決手段】極低温冷凍機１０は、軸方向に往復動可能なディスプレーサ２０と、軸方向に往復動可能な駆動ピストン２２と、一端がディスプレーサ２０に剛に連結され他端が駆動ピストン２２に剛に連結された駆動シャフト２４と、ディスプレーサ２０を軸方向に往復動可能に収容するディスプレーサシリンダ２６と、取り外し可能なハウジング蓋２７ａを備えるハウジング２７と、を備える。駆動ピストン２２は、単体でまたは駆動シャフト２４の少なくとも一部とともに、ハウジング２７をディスプレーサシリンダ２６に載置しかつハウジング蓋２７ａを取り外した状態で、ディスプレーサ２０に着脱可能に構成されている。【選択図】図１
2019095090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に往復動可能なディスプレーサと、
軸方向に往復動可能な駆動フランジと、
軸方向に延在する駆動シャフトであって、前記駆動フランジの軸方向往復動により前記ディスプレーサが軸方向に往復動するように一端が前記ディスプレーサに剛に連結され他端が前記駆動フランジに剛に連結された駆動シャフトと、
前記ディスプレーサを軸方向に往復動可能に収容するシリンダと、
取り外し可能なハウジング蓋と、前記駆動フランジを軸方向に往復動可能に収容するとともに、前記ハウジング蓋が取り外されたとき外部に開放される駆動フランジ室と、を備え、前記シリンダに取り外し可能に固定されたハウジングと、を備え、
前記駆動フランジは、単体でまたは前記駆動シャフトの少なくとも一部とともに、前記ハウジングを前記シリンダに載置しかつ前記ハウジング蓋を取り外した状態で、前記ディスプレーサに着脱可能に構成されていることを特徴とする極低温冷凍機。
【請求項２】
前記駆動フランジを前記駆動シャフトに着脱可能に固定する固定部材をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の極低温冷凍機。
【請求項３】
前記駆動フランジは、前記駆動フランジ室を前記ディスプレーサとは軸方向反対側の第１区画とディスプレーサ側の第２区画に仕切るように前記駆動フランジ室に配置され、
前記ハウジング蓋が取り外されたとき前記駆動フランジ室の前記第１区画が外部に開放され、
前記固定部材は、前記駆動フランジ室の前記第１区画に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の極低温冷凍機。
【請求項４】
前記ディスプレーサに対する前記駆動フランジの軸周り正回転により前記駆動フランジを締結する一方、前記ディスプレーサに対する前記駆動フランジの軸周り逆回転により前記駆動フランジを締結解除するように、前記駆動フランジと前記駆動シャフトの間に、または前記駆動シャフトに、または前記駆動シャフトと前記ディスプレーサの間に配置されたねじ連結部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の極低温冷凍機。
【請求項５】
前記駆動フランジは、作用するガス圧力によって前記ディスプレーサの軸方向往復動を駆動する駆動ピストンを形成することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の極低温冷凍機。
【請求項６】
前記駆動フランジは、スコッチヨーク機構のヨーク板を形成することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の極低温冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極低温冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＧＭ（ギフォード・マクマホン、Gifford-McMahon）冷凍機が極低温冷凍機の代表例として知られている。ＧＭ冷凍機はその駆動源によってモータ駆動型とガス駆動型の２種類に大きく分けられる。モータ駆動型においては、ディスプレーサがモータに機械的に連結され、モータによって駆動される。ガス駆動型においては、ディスプレーサがガス圧によって駆動される。
【０００３】
典型的なモータ駆動型のＧＭ冷凍機においては、モータが出力する回転運動がスコッチヨーク機構などの駆動機構によって直線往復運動に変換され、それによりディスプレーサがシリンダ内を軸方向に往復動する。スコッチヨーク機構からディスプレーサに延びるシャフトの下端がディスプレーサ上端に係合ピンを用いて固定されている。通例、ディスプレーサはシリンダ内に配置され、スコッチヨーク機構はハウジング内にモータとともに配置されている。ハウジングはシリンダに固定され、いわばシリンダの蓋となる。こうしてハウジングにより閉鎖されたシリンダ内部空間に、係合ピンはディスプレーサとともに収容されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５５７５８８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、極低温冷凍機には定期的にメンテナンスを施すことが望まれる。メンテナンスを行うために極低温冷凍機は分解され、内部の構成部品が取り出される。
【０００６】
たとえば上述の典型的なＧＭ冷凍機を分解する場合、作業者は、ディスプレーサとスコッチヨーク機構の組立体から係合ピンを取り外してピン係合を解除し、スコッチヨーク機構をディスプレーサから取り外す。それから作業者はハウジングをシリンダから取り外し、ディスプレーサをシリンダから取り出す。しかし、係合ピンはシリンダ内の閉鎖空間という作業者の手が届かない場所にあるから、ディスプレーサとスコッチヨーク機構の組立体からの係合ピンの取り外し作業には困難がある。
【０００７】
係合ピンの取り外し作業を始める前に、あらかじめハウジングをシリンダから取り外すことが仮にできたとすれば、閉じられていたシリンダ内部空間が開放され、作業者の手が届くようになるから、係合ピンの取り外し作業は容易になる。しかし、実際には、まず係合ピンを取り外してスコッチヨーク機構をディスプレーサから取り外さなければ、ハウジングをシリンダから完全に取り外すことができない。なぜなら、スコッチヨーク機構をディスプレーサに連結するシャフトの径がスコッチヨーク機構の径よりも小さいので、シャフトを通すためのハウジングの貫通穴をスコッチヨーク機構が通り抜けられないからである。
【０００８】
例示的な分解作業手順においては、作業者の手または係合ピン取り外し用の作業工具をシリンダとハウジングの間に挿入できる程度にハウジングをシリンダから持ち上げて隙間を作り出し、作業者はその隙間から係合ピンを取り外すことができる。しかし、そのようにハウジングを持ち上げながら係合ピンを取り外すのは決して簡単な作業ではない。とりわけ、大型のＧＭ冷凍機であれば、隙間を作るために持ち上げるべきハウジングなどの構造物の総重量がかなり大きくなり、例えば数十ｋｇにもなりうる。人手で持ち上げるのは困難であり、クレーンなどの持ち上げ器具を要するなど、作業に手間と時間がかかる。このような問題は、ガス駆動型のＧＭ冷凍機の分解作業においても起こりうる。
【０００９】
また、極低温冷凍機の製造時またはメンテナンス後における極低温冷凍機の組立作業においても同様の作業性の低下は起こりうる。
【００１０】
本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、極低温冷凍機の分解作業および組立作業をより容易にすることに役立つ内部構造を有する極低温冷凍機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のある態様によると、極低温冷凍機は、軸方向に往復動可能なディスプレーサと、軸方向に往復動可能な駆動フランジと、軸方向に延在する駆動シャフトであって、前記駆動フランジの軸方向往復動により前記ディスプレーサが軸方向に往復動するように一端が前記ディスプレーサに剛に連結され他端が前記駆動フランジに剛に連結された駆動シャフトと、前記ディスプレーサを軸方向に往復動可能に収容するシリンダと、取り外し可能なハウジング蓋と、前記駆動フランジを軸方向に往復動可能に収容するとともに、前記ハウジング蓋が取り外されたとき外部に開放される駆動フランジ室と、を備え、前記シリンダに取り外し可能に固定されたハウジングと、を備え、前記駆動フランジは、単体でまたは前記駆動シャフトの少なくとも一部とともに、前記ハウジングを前記シリンダに載置しかつ前記ハウジング蓋を取り外した状態で、前記ディスプレーサに着脱可能に構成されている。
【００１２】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、極低温冷凍機の分解作業および組立作業をより容易にすることに役立つ内部構造を有する極低温冷凍機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施の形態に係る極低温冷凍機を概略的に示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る極低温冷凍機の分解方法を例示するフローチャートである。
【図３】図２に示される分解方法のある工程における極低温冷凍機を示す概略図である。
【図４】図２に示される分解方法のある工程における極低温冷凍機を示す概略図である。
【図５】図２に示される分解方法のある工程における極低温冷凍機を示す概略図である。
【図６】図２に示される分解方法のある工程における極低温冷凍機を示す概略図である。
【図７】比較例に係る極低温冷凍機を示す概略図である。
【図８】第２の実施の形態に係る極低温冷凍機を概略的に示す図である。
【図９】第２の実施の形態に係る極低温冷凍機の分解方法の一工程を示す概略図である。
【図１０】図１０（ａ）から図１０（ｃ）は、実施の形態に係る極低温冷凍機の他の例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。また、以下の説明において参照する図面において、各構成部材の大きさや厚みは説明の便宜上のものであり、必ずしも実際の寸法や比率を示すものではない。
【００１６】
図１は、第１の実施の形態に係る極低温冷凍機１０を概略的に示す図である。
【００１７】
極低温冷凍機１０は、作動ガス（例えばヘリウムガス）を圧縮する圧縮機１２と、作動ガスを断熱膨張により冷却するコールドヘッド１４と、を備える。圧縮機１２は、圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂを有する。コールドヘッド１４は膨張機とも呼ばれる。
【００１８】
詳しくは後述するように、圧縮機１２は、圧縮機吐出口１２ａからコールドヘッド１４に高圧（ＰＨ）の作動ガスを供給する。コールドヘッド１４には作動ガスを予冷する蓄冷器１５が備えられている。予冷された作動ガスは、コールドヘッド１４内での膨張によって更に冷却される。作動ガスは蓄冷器１５を通じて圧縮機吸入口１２ｂに回収される。作動ガスは蓄冷器１５を通るとき蓄冷器１５を冷却する。圧縮機１２は、回収した低圧（ＰＬ）の作動ガスを圧縮し、再びコールドヘッド１４に供給する。
【００１９】
図示されるコールドヘッド１４は単段式である。ただし、コールドヘッド１４は、多段式であってもよい。
【００２０】
コールドヘッド１４は、ガス駆動型である。よって、コールドヘッド１４は、ガス圧で駆動されるフリーピストンとしての軸方向可動体１６と、気密に構成され軸方向可動体１６を収容するコールドヘッド圧力容器１８と、を備える。コールドヘッド圧力容器１８は、軸方向可動体１６を軸方向に往復動可能に支持する。モータ駆動型のＧＭ冷凍機とは異なり、コールドヘッド１４は、軸方向可動体１６を駆動するモータおよび連結機構（例えばスコッチヨーク機構）を有しない。
【００２１】
軸方向可動体１６は、軸方向（図１において上下方向、矢印Ｃで示す）に往復動可能なディスプレーサ２０と、軸方向に往復動可能な駆動フランジと、を備える。駆動フランジは、作用するガス圧力によってディスプレーサ２０の軸方向往復動を駆動する駆動ピストン２２を形成する。駆動ピストン２２は、ディスプレーサ２０を軸方向に駆動するようディスプレーサ２０に連結される。駆動ピストン２２は、ディスプレーサ２０と同軸にかつ軸方向に離れて配設されている。
【００２２】
また軸方向可動体１６は、軸方向に延在する駆動シャフト２４を備える。駆動シャフト２４は、ディスプレーサ２０が駆動ピストン２２と一体に軸方向に往復動するようディスプレーサ２０を駆動ピストン２２に剛に連結する。駆動シャフト２４もまたディスプレーサ２０および駆動ピストン２２と同軸にディスプレーサ２０から駆動ピストン２２へと延びている。駆動シャフト２４の軸方向一端（下端）がディスプレーサ２０に剛に連結され駆動シャフト２４の軸方向他端（上端）が駆動ピストン２２に剛に連結されている。そのため、駆動ピストン２２の軸方向往復動によりディスプレーサ２０が軸方向に往復動する。
【００２３】
コールドヘッド圧力容器１８は、ディスプレーサ２０を軸方向に往復動可能に収容するディスプレーサシリンダ（単に、シリンダと称することもある）２６と、駆動ピストン２２を軸方向に往復動可能に収容するハウジング２７と、を備える。ハウジング２７は、ディスプレーサシリンダ２６に取り外し可能に固定されている。ハウジング２７は、ハウジング蓋２７ａと、駆動フランジ室の一例であるピストンシリンダ２８と、を備える。ハウジング蓋２７ａはピストンシリンダ２８から取り外し可能である。ピストンシリンダ２８は、駆動ピストン２２を軸方向に往復動可能に収容するとともに、ハウジング蓋２７ａが取り外されたとき外部に開放される。ピストンシリンダ２８は、ディスプレーサシリンダ２６と同軸にかつ軸方向に隣接して配設されている。
【００２４】
駆動ピストン２２は、ディスプレーサ２０に比べて小さい寸法を有する。駆動ピストン２２の軸方向長さはディスプレーサ２０の軸方向長さより短く、駆動ピストン２２の径もディスプレーサ２０の径より小さい。駆動シャフト２４の径は駆動ピストン２２の径より小さい。
【００２５】
ピストンシリンダ２８の容積はディスプレーサシリンダ２６の容積より小さい。ピストンシリンダ２８の軸方向長さ（内寸）はディスプレーサシリンダ２６の軸方向長さより短く、ピストンシリンダ２８の内径もディスプレーサシリンダ２６の内径より小さい。
【００２６】
なお、駆動ピストン２２とディスプレーサ２０の寸法関係は上述のものに限られず、それと異なっていてもよい。同様に、ピストンシリンダ２８とディスプレーサシリンダ２６の寸法関係は上述のものに限られず、それと異なっていてもよい。
【００２７】
ディスプレーサ２０の軸方向往復動は、ディスプレーサシリンダ２６によって案内される。通例、ディスプレーサ２０およびディスプレーサシリンダ２６はそれぞれ軸方向に延在する円筒状の部材であり、ディスプレーサシリンダ２６の内径はディスプレーサ２０の外径に一致するか又はわずかに大きい。同様に、駆動ピストン２２の軸方向往復動は、ピストンシリンダ２８によって案内される。通例、駆動ピストン２２は軸方向に延在する円柱状の部材である。ピストンシリンダ２８は軸方向に延在する円筒状の部材であり、ピストンシリンダ２８の内径は駆動ピストン２２の外径に一致するか又はわずかに大きい。
【００２８】
ディスプレーサ２０と駆動ピストン２２は駆動シャフト２４によって軸方向に剛に連結されているので、駆動ピストン２２の軸方向ストロークはディスプレーサ２０の軸方向ストロークと等しく、両者はストローク全体にわたって一体に移動する。ディスプレーサ２０に対する駆動ピストン２２の位置は軸方向可動体１６の軸方向往復動の間、不変である。
【００２９】
また、ハウジング２７は、ディスプレーサシリンダ２６をピストンシリンダ２８に接続するシャフトガイド３０を備える。シャフトガイド３０はディスプレーサシリンダ２６およびピストンシリンダ２８と同軸にディスプレーサシリンダ２６からピストンシリンダ２８へと延びている。シャフトガイド３０には駆動シャフト２４が貫通している。シャフトガイド３０は駆動シャフト２４の軸方向往復動を案内する軸受として構成されている。シャフトガイド３０の貫通穴は駆動シャフト２４に合わせて形成されているから、この貫通穴の径は、ディスプレーサ２０の径より小さく、かつ駆動ピストン２２の径より小さい。
【００３０】
ディスプレーサシリンダ２６は、シャフトガイド３０を介してピストンシリンダ２８と気密に連結されている。シャフトガイド３０は、ディスプレーサシリンダ２６の内部空洞（すなわちディスプレーサ２０の往復動スペース）とピストンシリンダ２８の内部空洞（すなわち駆動ピストン２２の往復動スペース）を互いに仕切る隔壁でもある。また、ハウジング蓋２７ａは、ピストンシリンダ２８に気密に取り付けられる。こうして、コールドヘッド圧力容器１８は、作動ガスの圧力容器として構成されている。
【００３１】
なおシャフトガイド３０は、ハウジング２７の一部を形成することは必須ではなく、ハウジング２７とは別体の部材であってもよい。その場合、コールドヘッド圧力容器１８は、ハウジング蓋２７ａ、ハウジング本体、シャフトガイド３０、およびディスプレーサシリンダ２６の４つの部材から構成されてもよい。ハウジング蓋２７ａ、ハウジング本体、シャフトガイド３０がそれぞれ、駆動ピストン２２の往復動スペースの上壁、側壁、下壁を定める。あるいは、ハウジング２７は、シャフトガイド３０と、ハウジング蓋２７ａを含む残りの部分との二部材で構成されてもよい。また、シャフトガイド３０は、ディスプレーサシリンダ２６の一部であってもよい。
【００３２】
第１シール部３２が、駆動シャフト２４とシャフトガイド３０の間に設けられている。第１シール部３２は、駆動シャフト２４またはシャフトガイド３０のいずれか一方に装着され、駆動シャフト２４またはシャフトガイド３０の他方と摺動する。第１シール部３２は例えば、スリッパーシールまたはＯリングなどのシール部材で構成される。また、シール部材に代えて、駆動シャフト２４とシャフトガイド３０の隙間をごく小さくして、隙間をクリアランスシールとして機能させてもよい。第１シール部３２によって、ピストンシリンダ２８は、ディスプレーサシリンダ２６に対し気密に構成されている。こうして、ピストンシリンダ２８はディスプレーサシリンダ２６から流体的に隔離されており、ピストンシリンダ２８とディスプレーサシリンダ２６との直接のガス流通は生じない。
【００３３】
ディスプレーサシリンダ２６は、ディスプレーサ２０によって膨張室３４と室温室３６に仕切られている。ディスプレーサ２０は、軸方向一端にてディスプレーサシリンダ２６との間に膨張室３４を形成し、軸方向他端にてディスプレーサシリンダ２６との間に室温室３６を形成する。膨張室３４は下死点ＬＰ１側に配置され、室温室３６は上死点ＵＰ１側に配置されている。また、コールドヘッド１４には、膨張室３４を外包するようディスプレーサシリンダ２６に固着された冷却ステージ３８が設けられている。
【００３４】
蓄冷器１５はディスプレーサ２０に内蔵されている。ディスプレーサ２０はその上蓋部に、蓄冷器１５を室温室３６に連通する入口流路４０を有する。また、ディスプレーサ２０はその筒部に、蓄冷器１５を膨張室３４に連通する出口流路４２を有する。あるいは、出口流路４２は、ディスプレーサ２０の下蓋部に設けられていてもよい。加えて、蓄冷器１５は、上蓋部に内接する入口リテーナ４１と、下蓋部に内接する出口リテーナ４３と、両リテーナに挟持された蓄冷材と、を備える。図１において蓄冷材は、入口リテーナ４１と出口リテーナ４３に挟まれた、ドットを付した領域として図示されている。蓄冷材は、たとえば銅製の金網でもよい。リテーナは蓄冷材よりも粗い金網でもよい。
【００３５】
第２シール部４４が、ディスプレーサ２０とディスプレーサシリンダ２６の間に設けられている。第２シール部４４は、例えばスリッパーシールであり、ディスプレーサ２０の筒部または上蓋部に装着されている。ディスプレーサ２０とディスプレーサシリンダ２６とのクリアランスが第２シール部４４によって封じられているので、室温室３６と膨張室３４との直接のガス流通（つまり蓄冷器１５を迂回するガス流れ）はない。
【００３６】
ディスプレーサ２０が軸方向に動くとき、膨張室３４および室温室３６は相補的に容積を増減させる。すなわち、ディスプレーサ２０が下動するとき、膨張室３４は狭くなり室温室３６は広くなる。逆も同様である。
【００３７】
作動ガスは、室温室３６から入口流路４０を通じて蓄冷器１５に流入する。より正確には、作動ガスは、入口流路４０から入口リテーナ４１を通って蓄冷器１５に流入する。作動ガスは、蓄冷器１５から出口リテーナ４３および出口流路４２を経由して膨張室３４に流入する。作動ガスが膨張室３４から室温室３６に戻るときは逆の経路を通る。つまり、作動ガスは、膨張室３４から、出口流路４２、蓄冷器１５、および入口流路４０を通って室温室３６に戻る。蓄冷器１５を迂回してクリアランスを流れようとする作動ガスは第２シール部４４によって遮断される。
【００３８】
ピストンシリンダ２８は、駆動ピストン２２によって二つの区画に仕切られている。ピストンシリンダ２８は、第１区画としての駆動室４６と、第２区画としてのガスばね室４８と、を備える。駆動ピストン２２は、軸方向一端にてピストンシリンダ２８との間に駆動室４６を形成し、軸方向他端にてピストンシリンダ２８との間にガスばね室４８を形成する。駆動ピストン２２が軸方向に動くとき、駆動室４６およびガスばね室４８は相補的に容積を増減させる。駆動室４６の圧力は、駆動ピストン２２を駆動するように制御可能である。ガスばね室４８の圧力は、駆動ピストン２２の移動に伴って変動する。
【００３９】
駆動室４６は、駆動ピストン２２に対しディスプレーサシリンダ２６と軸方向に反対側に配置されている。ガスばね室４８は、駆動ピストン２２に対しディスプレーサシリンダ２６と軸方向に同じ側に配置されている。言い換えれば、駆動室４６は上死点ＵＰ２側に配置され、ガスばね室４８は下死点ＬＰ２側に配置されている。駆動ピストン２２の上面は駆動室４６のガス圧を受け、駆動ピストン２２の下面はガスばね室４８のガス圧を受ける。
【００４０】
駆動シャフト２４は、駆動ピストン２２の下面からガスばね室４８を通ってシャフトガイド３０へと延びている。さらに、駆動シャフト２４は、室温室３６を通ってディスプレーサ２０の上蓋部まで延びている。ガスばね室４８は、駆動ピストン２２に対し駆動シャフト２４と同じ側に配置され、駆動室４６は、駆動ピストン２２に対し駆動シャフト２４と反対側に配置されている。
【００４１】
第３シール部５０が、駆動ピストン２２とピストンシリンダ２８の間に設けられている。第３シール部５０は、例えばクリアランスシールであり、駆動ピストン２２とピストンシリンダ２８の間に僅かな径方向クリアランスが形成されている。この径方向クリアランスは、駆動室４６とガスばね室４８のガス流通を実質的に妨げるか、または、駆動室４６とガスばね室４８のガス流通に対し流路抵抗として作用する。
【００４２】
駆動ピストン２２が下動するときガスばね室４８は狭くなる。このときガスばね室４８のガスは圧縮され、圧力が高まる。ガスばね室４８の圧力は駆動ピストン２２の下面に上向きに作用する。よって、ガスばね室４８は、駆動ピストン２２の下動に抗するガスばね力を発生させる。逆に、駆動ピストン２２が上動するときガスばね室４８は広がる。ガスばね室４８の圧力は下がり、駆動ピストン２２に作用するガスばね力も小さくなる。
【００４３】
なお、第３シール部５０は、第１シール部３２と同様に、スリッパーシールまたはＯリングなどのシール部材で構成されてもよい。この場合、ガスばね室４８は、第１シール部３２および第３シール部５０によって密封される。
【００４４】
このように、ガス駆動型であるコールドヘッド１４の駆動部は、駆動ピストン２２とピストンシリンダ２８を含んで構成されている。また、コールドヘッド１４は、ディスプレーサ２０とディスプレーサシリンダ２６の衝突または接触を緩和または防止するように駆動ピストン２２に作用するガスばね機構を備える。
【００４５】
コールドヘッド１４は、使用される現場で図示の向きに設置される。すなわち、ディスプレーサシリンダ２６が鉛直方向下方に、ピストンシリンダ２８が鉛直方向上方に、それぞれ配置されるようにして、コールドヘッド１４は縦向きに設置される。このように、冷却ステージ３８を鉛直方向下方に向ける姿勢で設置されるとき極低温冷凍機１０は冷凍能力が最も高くなる。ただし、極低温冷凍機１０の配置はこれに限定されない。逆に、コールドヘッド１４は冷却ステージ３８を鉛直方向上方に向ける姿勢で設置されてもよい。あるいは、コールドヘッド１４は、横向きまたはその他の向きに設置されてもよい。
【００４６】
コールドヘッド１４が冷却ステージ３８を鉛直方向下方に向ける姿勢で設置される場合、重力は、矢印Ｄで図示するように、下向きに作用する。そのため、軸方向可動体１６の自重は、駆動ピストン２２の下向きの駆動力を補助するように働く。駆動ピストン２２には上動時に比べて下動時に大きな駆動力が働く。よって、典型的なガス駆動式のＧＭ冷凍機においては、ディスプレーサの下死点でディスプレーサとディスプレーサシリンダの衝突または接触が生じやすい。
【００４７】
ところが、コールドヘッド１４にはガスばね室４８が設けられている。ガスばね室４８に貯留されたガスは、駆動ピストン２２が下動するときに圧縮され、圧力が高まる。この圧力は重力と逆向きに働くから、駆動ピストン２２に作用する駆動力が小さくなる。駆動ピストン２２が下死点ＬＰ２に到達する直前の速度を遅くすることができる。
【００４８】
こうして、駆動ピストン２２とピストンシリンダ２８の、及び／またはディスプレーサ２０とディスプレーサシリンダ２６の、接触または衝突を回避することができる。あるいは、たとえ衝突が起こったとしても、駆動ピストン２２の速度低下により衝突エネルギーが低減されるので、衝突音は抑制される。
【００４９】
さらに、極低温冷凍機１０は、圧縮機１２をコールドヘッド１４に接続する作動ガス回路５２を備える。作動ガス回路５２は、ピストンシリンダ２８（すなわち駆動室４６）とディスプレーサシリンダ２６（すなわち膨張室３４及び／または室温室３６）との間に圧力差を生成するよう構成されている。この圧力差によって軸方向可動体１６が軸方向に動く。ピストンシリンダ２８に対しディスプレーサシリンダ２６の圧力が低ければ、駆動ピストン２２が下動し、それに伴ってディスプレーサ２０も下動する。逆に、ピストンシリンダ２８に対しディスプレーサシリンダ２６の圧力が高ければ、駆動ピストン２２が上動し、それに伴ってディスプレーサ２０も上動する。
【００５０】
作動ガス回路５２は、膨張室３４と駆動室４６の圧力差を制御するよう構成されたバルブユニット５４を備える。バルブユニット５４は、ハウジング蓋２７ａに取り付けられている。よって、ハウジング蓋２７ａは、バルブユニット５４の底板にあたる。バルブユニット５４は、圧縮機１２と配管で接続されている。
【００５１】
なお、ハウジング蓋２７ａがバルブユニット５４を備えることは必須ではなく、バルブユニット５４は、コールドヘッド１４と別体に設けられ、コールドヘッド圧力容器１８の外に配設され、コールドヘッド１４と配管で接続されてもよい。その場合、ハウジング蓋２７ａは、ピストンシリンダ２８を閉じるための取り外し可能な平板であってもよい。
【００５２】
バルブユニット５４は、主圧力切換バルブ６０と副圧力切換バルブ６２を備える。主圧力切換バルブ６０は、主吸気開閉バルブＶ１と主排気開閉バルブＶ２とを有する。副圧力切換バルブ６２は、副吸気開閉バルブＶ３と副排気開閉バルブＶ４とを有する。
【００５３】
主圧力切換バルブ６０は、圧縮機１２をコールドヘッド１４の室温室３６に接続する主吸排気流路６４に配設されている。主吸排気流路６４は主圧力切換バルブ６０にて主吸気路６４ａと主排気路６４ｂに分岐している。主吸気開閉バルブＶ１は、主吸気路６４ａに配設され、圧縮機吐出口１２ａを室温室３６に接続する。主排気開閉バルブＶ２は、主排気路６４ｂに配設され、圧縮機吸入口１２ｂを室温室３６に接続する。
【００５４】
主圧力切換バルブ６０は、圧縮機吐出口１２ａまたは圧縮機吸入口１２ｂをディスプレーサシリンダ２６の室温室３６に選択的に連通するよう構成されている。主圧力切換バルブ６０においては、主吸気開閉バルブＶ１および主排気開閉バルブＶ２がそれぞれ排他的に開放される。すなわち、主吸気開閉バルブＶ１および主排気開閉バルブＶ２が同時に開くことは禁止されている。主吸気開閉バルブＶ１が開いているとき主排気開閉バルブＶ２は閉じられる。圧縮機吐出口１２ａから主吸排気流路６４を通じてディスプレーサシリンダ２６に作動ガスが供給される。一方、主排気開閉バルブＶ２が開いているとき主吸気開閉バルブＶ１は閉じられる。ディスプレーサシリンダ２６から主吸排気流路６４を通じて圧縮機吸入口１２ｂに作動ガスが回収される。なお主吸気開閉バルブＶ１および主排気開閉バルブＶ２が一時的にともに閉じられてもよい。このようにして、ディスプレーサシリンダ２６は、圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂと交互に接続される。
【００５５】
副圧力切換バルブ６２は、圧縮機１２をピストンシリンダ２８の駆動室４６に接続する副吸排気流路６６に配設されている。副吸排気流路６６は副圧力切換バルブ６２にて副吸気路６６ａと副排気路６６ｂに分岐している。副吸気開閉バルブＶ３は、副吸気路６６ａに配設され、圧縮機吐出口１２ａを駆動室４６に接続する。副排気開閉バルブＶ４は、副排気路６６ｂに配設され、圧縮機吸入口１２ｂを駆動室４６に接続する。
【００５６】
副圧力切換バルブ６２は、圧縮機吐出口１２ａまたは圧縮機吸入口１２ｂをピストンシリンダ２８の駆動室４６に選択的に連通するよう構成されている。副圧力切換バルブ６２は、副吸気開閉バルブＶ３および副排気開閉バルブＶ４がそれぞれ排他的に開放されるよう構成されている。すなわち、副吸気開閉バルブＶ３および副排気開閉バルブＶ４が同時に開くことは禁止されている。副吸気開閉バルブＶ３が開いているとき副排気開閉バルブＶ４は閉じられる。圧縮機吐出口１２ａから副吸排気流路６６を通じて駆動室４６に作動ガスが供給される。一方、副排気開閉バルブＶ４が開いているとき副吸気開閉バルブＶ３は閉じられる。駆動室４６から副吸排気流路６６を通じて圧縮機吸入口１２ｂに作動ガスが回収される。なお副吸気開閉バルブＶ３および副排気開閉バルブＶ４が一時的にともに閉じられてもよい。このようにして、駆動室４６は、圧縮機吐出口１２ａおよび圧縮機吸入口１２ｂと交互に接続される。
【００５７】
バルブユニット５４は、ロータリーバルブの形式をとってもよい。すなわち、バルブユニット５４は、バルブ本体に対するバルブディスクの回転摺動によってバルブＶ１〜Ｖ４が適正に切り替わるよう構成されていてもよい。その場合、バルブユニット５４は、バルブユニット５４（例えばバルブディスク）を回転駆動するための回転駆動源５６を備えてもよい。回転駆動源５６は、ハウジング蓋２７ａに取り付けられていてもよい。回転駆動源５６は例えばモータである。ただし、回転駆動源５６は、軸方向可動体１６には接続されていない。また、バルブユニット５４は、バルブユニット５４を制御する制御部５８を備えてもよい。制御部５８は、回転駆動源５６を制御してもよい。
【００５８】
ある実施形態においては、バルブユニット５４は、複数の個別に制御可能なバルブＶ１〜Ｖ４を備え、制御部５８がバルブＶ１〜Ｖ４それぞれの開閉を制御してもよい。この場合、バルブユニット５４は、回転駆動源５６を備えなくてもよい。
【００５９】
バルブユニット５４は、種々の公知の構成を採用することができる。
【００６０】
この実施の形態においては、駆動ピストン２２は単体で、ハウジング２７をディスプレーサシリンダ２６に載置しかつハウジング蓋２７ａを取り外した状態で、ディスプレーサ２０に着脱可能に構成されている。すなわち、ハウジング２７がディスプレーサシリンダ２６に載置されかつハウジング２７からハウジング蓋２７ａが取り外された状態で、作業者は、駆動ピストン２２を、駆動シャフト２４に装着し、駆動シャフト２４から取り外すことができる。作業者は、駆動ピストン２２を駆動シャフト２４に着脱することによって、駆動ピストン２２を、ディスプレーサ２０に装着し、ディスプレーサ２０から取り外すことができる。
【００６１】
駆動シャフト２４は、シャフト先端２４ａを有する。シャフト先端２４ａは、ディスプレーサ２０とは軸方向反対側の駆動シャフト２４の端部であり、駆動シャフト２４の本体から軸方向に突き出している。シャフト先端２４ａは、ピストンシリンダ２８（具体的には駆動室４６）内に配置され、駆動シャフト２４と同軸に軸方向に延びている。シャフト先端２４ａは駆動シャフト２４の本体に比べて小径であり、シャフト先端２４ａおよびシャフト本体はそれぞれ、駆動シャフト２４の小径部および大径部と呼ぶこともできる。図示される例では、シャフト先端２４ａと駆動シャフト２４の本体との間には段部が形成されているが、これは必須ではなく、シャフト先端２４ａは、シャフト本体から連続的または段階的に小径となるように先細とされていてもよい。
【００６２】
駆動ピストン２２は、シャフト先端２４ａに係合する形状のシャフト挿通穴を中心に有し、リング状に形成されている。したがって、駆動ピストン２２のシャフト挿通穴にはシャフト先端２４ａを挿入可能である。駆動ピストン２２にシャフト先端２４ａが挿入されることにより、駆動ピストン２２はシャフト先端２４ａと係合する。こうして、駆動ピストン２２は、ピストンシリンダ２８内でディスプレーサ２０とは軸方向反対側の駆動シャフト２４の先端の定位置に保持される。駆動ピストン２２がシャフト先端２４ａと係合しているとき、シャフト先端２４ａの一部が駆動ピストン２２の上面から突出し、駆動ピストン２２の外に位置する。
【００６３】
軸方向可動体１６は、駆動ピストン２２を駆動シャフト２４に着脱可能に固定する固定部材６８を備える。固定部材６８は、ハウジング蓋２７ａがハウジング２７から取り外されたとき、作業者によりハウジング２７の開口部を通じて操作可能であるように軸方向可動体１６に装着されている。固定部材６８は、駆動室４６に配置されている。ハウジング蓋２７ａがハウジング２７から取り外されたとき、駆動室４６は外部に開放される。固定部材６８は、シャフト先端２４ａに着脱可能に構成され、駆動ピストン２２の上面に配置されている。
【００６４】
固定部材６８は、たとえばナットであり、シャフト先端２４ａにねじ連結される。固定部材６８は、駆動シャフト２４に対する固定部材６８の軸周り正回転により駆動ピストン２２を締結する一方、駆動シャフト２４に対する固定部材６８の軸周り逆回転により駆動ピストン２２を締結解除する。駆動ピストン２２は、固定部材６８と駆動シャフト２４との間に挟み込まれて駆動シャフト２４に固定される。
【００６５】
固定部材６８は、ナットには限られない。固定部材６８は、駆動ピストン２２を駆動シャフト２４に着脱可能に固定する、ボルト、止め輪、ピン、または、そのほか任意の固定部材であってもよい。
【００６６】
ディスプレーサシリンダ２６は、シリンダ上部開口を定めるシリンダフランジ２６ａを備える。シリンダフランジ２６ａは、ディスプレーサシリンダ２６の軸方向上端から径方向外側に延出している。シリンダ上部開口は、室温室３６の一部であり、ハウジング２７がディスプレーサシリンダ２６から取り外されているときシリンダ上部開口を通じてディスプレーサ２０を出し入れ可能である。
【００６７】
ハウジング２７は、ハウジング締結部材７０を用いてディスプレーサシリンダ２６に取り外し可能に固定されている。ハウジング締結部材７０は、ハウジング蓋２７ａをハウジング２７に固定するとともに、ハウジング２７をシリンダフランジ２６ａに固定する。ハウジング締結部材７０はたとえばボルトである。ハウジング蓋２７ａおよびハウジング２７にはボルト穴が貫通しており、このボルト穴にボルトが挿入され、ハウジング蓋２７ａおよびハウジング２７がディスプレーサシリンダ２６に固定される。なお、ハウジング蓋２７ａのハウジング２７への固定と、ハウジング２７のディスプレーサシリンダ２６への固定には、別々の締結部材が用いられてもよい。
【００６８】
ハウジング蓋２７ａおよびハウジング２７には、主吸排気流路６４の一部をなす貫通穴が形成されている。この貫通穴は主吸排気流路６４の末端にあたるガス出入口であり、これを通じて主圧力切換バルブ６０が室温室３６に接続される。また、ハウジング蓋２７ａには副吸排気流路６６の一部をなす貫通穴が形成されている。この貫通穴は副吸排気流路６６の末端にあたるガス出入口であり、これを通じて副圧力切換バルブ６２が駆動室４６に接続される。
【００６９】
上記の構成をもつ極低温冷凍機１０の動作の一例を説明する。ディスプレーサ２０が下死点ＬＰ１またはその近傍の位置にあるとき、コールドヘッド１４の吸気工程が開始される。主吸気開閉バルブＶ１が開き、高圧ガスが圧縮機１２の吐出口からコールドヘッド１４の室温室３６に供給される。ガスは蓄冷器１５を通過しながら冷却され、膨張室３４に入る。
【００７０】
主吸気開閉バルブＶ１が開くと同時に、副排気開閉バルブＶ４が開き、ピストンシリンダ２８の駆動室４６は圧縮機１２の吸入口に接続される。よって駆動室４６は、室温室３６および膨張室３４に対し低圧となる。駆動ピストン２２が下死点ＬＰ２から上死点ＵＰ２に向けて動く。
【００７１】
駆動ピストン２２とともにディスプレーサ２０も下死点ＬＰ１から上死点ＵＰ１に向けて動く。主吸気開閉バルブＶ１および副排気開閉バルブＶ４は閉じられる。駆動ピストン２２およびディスプレーサ２０は引き続き上死点ＵＰ１、ＵＰ２に向けて移動する。こうして、膨張室３４の容積が増加されるとともに高圧ガスで満たされる。
【００７２】
ディスプレーサ２０が上死点ＵＰ１またはその近傍の位置にあるとき、コールドヘッド１４の排気工程が開始される。主排気開閉バルブＶ２が開き、コールドヘッド１４は圧縮機１２の吸入口に接続される。高圧ガスは膨張室３４で膨張し冷却される。膨張したガスは、蓄冷器１５を冷却しながら室温室３６を経て圧縮機１２に回収される。
【００７３】
主排気開閉バルブＶ２が開くと同時に、副吸気開閉バルブＶ３が開き、高圧ガスが圧縮機１２の吐出口からピストンシリンダ２８の駆動室４６に供給される。よって駆動室４６は、室温室３６および膨張室３４に対し高圧となる。駆動ピストン２２が上死点ＵＰ２から下死点ＬＰ２に向けて動く。
【００７４】
駆動ピストン２２とともにディスプレーサ２０も上死点ＵＰ１から下死点ＬＰ１に向けて動く。主排気開閉バルブＶ２および副吸気開閉バルブＶ３は閉じられる。駆動ピストン２２およびディスプレーサ２０は引き続き下死点ＬＰ１、ＬＰ２に向けて移動する。こうして、膨張室３４の容積が減少されるとともに低圧ガスは排出される。
【００７５】
コールドヘッド１４はこのような冷却サイクル（すなわちＧＭサイクル）を繰り返すことで、冷却ステージ３８を冷却する。それにより、極低温冷凍機１０は、冷却ステージ３８に熱的に結合された超伝導装置またはその他の被冷却物（図示せず）を冷却することができる。
【００７６】
極低温冷凍機１０には定期的にメンテナンスが施される。メンテナンスに先立って、極低温冷凍機１０の冷却運転は停止される。運転停止中に極低温冷凍機１０は分解され、ディスプレーサ２０など内部の構成部品が取り出される。極低温冷凍機１０の各構成部品が点検や修理、交換など必要なメンテナンス作業が行われ、極低温冷凍機１０は再び組み立てられる。こうして極低温冷凍機１０のメンテナンスが完了すると、極低温冷凍機１０の冷却運転が再開される。
【００７７】
図２は、第１の実施の形態に係る極低温冷凍機１０の分解方法を例示するフローチャートである。図３から図６は、本分解方法の各工程における極低温冷凍機１０を示す概略図である。
【００７８】
まず、図３に示されるように、ハウジング蓋２７ａが取り外される（図２のＳ１０）。作業者は、ハウジング締結部材７０を取り外し、ハウジング２７からハウジング蓋２７ａを取り外す。このとき、ハウジング２７はシリンダフランジ２６ａ上にそのまま載置されている。ハウジング蓋２７ａが取り外されることによって、駆動室４６が外部に開放される。
【００７９】
次に、図４に示されるように、固定部材６８が取り外される（Ｓ１２）。駆動室４６が外部に開放され固定部材６８が駆動室４６にあるので、作業者は、手作業または適切な作業工具を用いて固定部材６８の取り外し作業を行う。作業者は、固定部材６８による駆動ピストン２２の固定を解除する。固定部材６８がナットである場合、作業者は、固定部材６８を緩め方向に軸周りに回転させてシャフト先端２４ａから取り外す。固定部材６８は、駆動室４６の外に取り出される。
【００８０】
図５に示されるように、駆動フランジとしての駆動ピストン２２が取り外される（Ｓ１４）。固定部材６８が取り外されているので、作業者は、駆動ピストン２２を駆動シャフト２４から取り外す。駆動ピストン２２は、駆動室４６の外に取り出される。こうして、駆動シャフト２４がシャフトガイド３０を通り抜けられるようになる。
【００８１】
図６に示されるように、ハウジング２７が取り外される（Ｓ１６）。作業者は、手作業またはクレーンなどの持ち上げ装置を用いてハウジング２７を上方に持ち上げ、ハウジング２７を取り外す。駆動シャフト２４がハウジング２７から引き抜かれる。駆動ピストン２２が既に取り外されているので、駆動ピストン２２はハウジング２７の取り外しを邪魔しない。
【００８２】
ディスプレーサ２０がディスプレーサシリンダ２６から取り出される（Ｓ１８）。ハウジング２７がディスプレーサシリンダ２６から既に取り外されて、室温室３６が開放されているので、作業者は、ディスプレーサ２０をシリンダ上部開口を通じてディスプレーサシリンダ２６から外部に取り出す。このようにして、極低温冷凍機１０は分解される。作業者は、極低温冷凍機１０を組み立てる際には、逆の手順で行うことができる。
【００８３】
図７は、比較例に係る極低温冷凍機１０’を示す概略図である。この極低温冷凍機１０’は、実施の形態に係る極低温冷凍機１０とは異なり、駆動ピストン２２が駆動シャフト２４に取り外し不能に固定されている。極低温冷凍機１０’は、固定部材６８を有しない。駆動シャフト２４の下端がディスプレーサ２０の上端に係合ピン７２を用いて固定されている。係合ピン７２は、ディスプレーサ２０とともにディスプレーサシリンダ２６の内部空間に収容されている。シリンダ内部空間はハウジング２７により閉じられているから、係合ピン７２に作業者の手は届かない。
【００８４】
係合ピン７２を取り外すためにハウジング締結部材７０を取り外してハウジング２７を持ち上げたとしても、駆動ピストン２２がシャフトガイド３０を通り抜けられず、ハウジング２７を取り外せない。作業者は、ハウジング２７と軸方向可動体１６との係合を直ちに解除することはできない。
【００８５】
そこで、比較例に係る極低温冷凍機１０’の分解作業においては、作業者は、ハウジング２７をディスプレーサシリンダ２６から持ち上げて隙間を作り出し、作業者はその隙間から係合ピン７２を取り外さなければならない。しかし、極低温冷凍機１０’が大型の場合にはとくに、ハウジング２７の重量が例えば数十ｋｇにもなりうるので、持ち上げ作業は簡単ではない。人手で持ち上げるのは困難であり、クレーンなどの持ち上げ器具を要するなど、作業に手間と時間がかかる。
【００８６】
第１の実施の形態に係る極低温冷凍機１０によれば、ハウジング２７をディスプレーサシリンダ２６に載置しかつハウジング蓋２７ａを取り外した状態で、作業者は、駆動ピストン２２をディスプレーサ２０に着脱可能である。ハウジング２７をディスプレーサシリンダ２６に載置したままで、作業者は、ハウジング２７の開口部を通じて固定部材６８による駆動ピストン２２の固定を解除し、駆動ピストン２２を駆動シャフト２４から取り外すことができる。そして、作業者は、ハウジング２７をディスプレーサシリンダ２６から取り外すことができる。また、作業者は、極低温冷凍機１０を組み立てる際には、逆の手順で行うことができる。
【００８７】
したがって、比較例のようにディスプレーサシリンダ２６の内部空間で駆動シャフト２４がディスプレーサ２０にピン係合される構成に比べて、第１の実施の形態に係る極低温冷凍機１０によれば、分解作業および組立作業が容易となる。作業に要する時間が短縮される。
【００８８】
また、駆動ピストン２２は固定部材６８によって駆動シャフト２４に着脱可能に固定されている。固定部材６８にはナットなど着脱容易な構成を採用することができる。これも作業性の向上に役立つ。
【００８９】
ハウジング蓋２７ａが取り外されたとき駆動室４６が外部に開放され、固定部材６８は、駆動室４６に配置されている。よって、固定部材６８がたとえばガスばね室４８など他の場所に配置される場合に比べて、作業者にとって固定部材６８を操作することが容易である。
【００９０】
上述の実施の形態においては、極低温冷凍機１０は、ガス駆動型のＧＭ冷凍機であるが、これに限られず、極低温冷凍機１０は、モータ駆動型のＧＭ冷凍機であってもよい。
【００９１】
図８は、第２の実施の形態に係る極低温冷凍機１０を概略的に示す図である。極低温冷凍機１０は、モータ駆動型のＧＭ冷凍機である。以下、第２の実施の形態に係る極低温冷凍機１０について、第１の実施の形態と異なる構成を中心に説明し、共通する構成については簡単に説明するか、あるいは説明を省略する。
【００９２】
コールドヘッド１４の軸方向可動体１６は、軸方向に往復動可能なディスプレーサ２０と、軸方向に往復動可能な駆動フランジと、を備える。駆動フランジは、スコッチヨーク機構のヨーク板７４を形成する。駆動シャフト２４の軸方向一端（下端）がディスプレーサ２０に剛に連結され駆動シャフト２４の軸方向他端（上端）がヨーク板７４に剛に連結されている。そのため、ヨーク板７４の軸方向往復動によりディスプレーサ２０が軸方向に往復動する。ヨーク板７４は、ハウジング２７の内部空洞であるヨーク板７４の往復動スペース７６に収容されている。
【００９３】
ヨーク板７４の径方向幅は、ディスプレーサ２０の径より小さい。駆動シャフト２４の径はヨーク板７４の径方向幅より小さい。シャフトガイド３０の貫通穴は駆動シャフト２４に合わせて形成されているから、この貫通穴の径は、ディスプレーサ２０の径より小さく、かつヨーク板７４の径方向幅より小さい。
【００９４】
スコッチヨーク機構はよく知られたものが採用されてもよく、例えば特許第５５７５８８０号公報にその一例が説明されているので、ここでは詳述しない。特許第５５７５８８０号公報は参照によりその全体が本願明細書に援用される。
【００９５】
ヨーク板７４は、駆動シャフト２４の一部とともに、ハウジング２７をディスプレーサシリンダ２６に載置しかつハウジング蓋２７ａを取り外した状態でディスプレーサ２０に着脱可能に構成されている。そのため、軸方向可動体１６は、駆動シャフト２４に配置されたねじ連結部７８を備える。駆動シャフト２４は、ねじ連結部７８を境界として、ヨーク板７４側のシャフト上部２４ｂとディスプレーサ２０側のシャフト下部２４ｃに分割されている。シャフト上部２４ｂがヨーク板７４に固定され、シャフト下部２４ｃがディスプレーサ２０に固定されている。ハウジング蓋２７ａは、もう１つのシャフトガイド３３を備えてもよい。
【００９６】
図９は、第２の実施の形態に係る極低温冷凍機１０の分解方法の一工程を示す概略図である。図９には、ハウジング蓋２７ａが取り外され、ハウジング２７がシリンダフランジ２６ａ上に載置された状態が示されている。ハウジング蓋２７ａが取り外されることによって、ヨーク板７４の往復動スペース７６が外部に開放される。
【００９７】
作業者は、ねじ連結部７８を操作することによって、ヨーク板７４をディスプレーサ２０と着脱可能である。ねじ連結部７８は、ディスプレーサ２０に対するヨーク板７４の軸周り正回転Ｅによりヨーク板７４を締結する一方、ディスプレーサ２０に対するヨーク板７４の軸周り逆回転Ｆによりヨーク板７４を締結解除する。ヨーク板７４とともにシャフト上部２４ｂがシャフト下部２４ｃに対し回転し、ねじ連結部７８の締結および解除が可能である。
【００９８】
第２の実施の形態に係る極低温冷凍機１０によれば、ハウジング２７をディスプレーサシリンダ２６に載置しかつハウジング蓋２７ａを取り外した状態で、作業者は、ヨーク板７４をディスプレーサ２０に着脱可能である。ハウジング２７をディスプレーサシリンダ２６に載置したままで、作業者は、ハウジング２７の開口部を通じてねじ連結部７８による締結を解除し、ヨーク板７４をシャフト上部２４ｂとともにシャフト下部２４ｃから取り外すことができる。そして、作業者は、ハウジング２７をディスプレーサシリンダ２６から取り外すことができる。また、作業者は、極低温冷凍機１０を組み立てる際には、逆の手順で行うことができる。
【００９９】
したがって、比較例のようにディスプレーサシリンダ２６の内部空間で駆動シャフト２４がディスプレーサ２０にピン係合される構成に比べて、第２の実施の形態に係る極低温冷凍機１０によれば、分解作業および組立作業が容易となる。作業に要する時間が短縮される。
【０１００】
以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。
【０１０１】
図１０（ａ）に示されるように、ねじ連結部７８は、駆動シャフト２４とディスプレーサ２０の間に配置されてもよい。図８に示される例では、ねじ連結部７８はヨーク板７４の往復動スペース７６に配置されているが、図１０に示されるように、ねじ連結部７８が室温室３６に配置されてもよい。この場合、ハウジング２７をディスプレーサシリンダ２６に載置しかつハウジング蓋２７ａを取り外した状態で、作業者は、駆動シャフト２４の全体とともにヨーク板７４をディスプレーサ２０に着脱可能である。
【０１０２】
モータ駆動型のＧＭ冷凍機だけではなく、ねじ連結部７８は、ガス駆動型のＧＭ冷凍機にも適用可能である。その場合、図１０（ｂ）に示されるように、ねじ連結部７８は、駆動ピストン２２と駆動シャフト２４の間に配置されてもよい。ねじ連結部７８は、ディスプレーサ２０に対する駆動ピストン２２の軸周り正回転により駆動ピストン２２を締結する一方、ディスプレーサ２０に対する駆動ピストン２２の軸周り逆回転により駆動ピストン２２を締結解除する。この場合、ハウジング２７をディスプレーサシリンダ２６に載置しかつハウジング蓋２７ａを取り外した状態で、作業者は、駆動ピストン２２を単体でディスプレーサ２０に着脱可能である。なお、ガス駆動型のＧＭ冷凍機においても、ねじ連結部７８は、駆動シャフト２４に配置されてもよいし、駆動シャフト２４とディスプレーサ２０の間に配置されてもよい。
【０１０３】
また、固定部材６８は、ガス駆動型のＧＭ冷凍機だけではなく、モータ駆動型のＧＭ冷凍機にも適用可能である。その場合、図１０（ｃ）に示されるように、固定部材６８は、ヨーク板７４を駆動シャフト２４に着脱可能に固定するようにヨーク板７４の下枠部に設けられてもよい。この場合、ハウジング２７をディスプレーサシリンダ２６に載置しかつハウジング蓋２７ａを取り外した状態で、作業者は、ヨーク板７４を単体でディスプレーサ２０に着脱可能である。このように、固定部材６８は駆動フランジの上面に設置されることは必須ではなく、固定部材６８は駆動フランジの下部に設置されてもよい。
【０１０４】
上述の実施形態は、ＧＭ冷凍機を例として説明したが、実施の形態に係る駆動フランジ取付構造は、ソルベー冷凍機などその他の極低温冷凍機にも適用可能である。
【０１０５】
以下、本発明の幾つかの実施形態を挙げる。
【０１０６】
１．軸方向に往復動可能なディスプレーサと、
軸方向に往復動可能な駆動フランジと、
軸方向に延在する駆動シャフトであって、前記駆動フランジの軸方向往復動により前記ディスプレーサが軸方向に往復動するように一端が前記ディスプレーサに剛に連結され他端が前記駆動フランジに剛に連結された駆動シャフトと、
前記ディスプレーサを軸方向に往復動可能に収容するシリンダと、
取り外し可能なハウジング蓋と、前記駆動フランジを軸方向に往復動可能に収容するとともに、前記ハウジング蓋が取り外されたとき外部に開放される駆動フランジ室と、を備え、前記シリンダに取り外し可能に固定されたハウジングと、を備え、
前記駆動フランジは、単体でまたは前記駆動シャフトの少なくとも一部とともに、前記ハウジングを前記シリンダに載置しかつ前記ハウジング蓋を取り外した状態で、前記ディスプレーサに着脱可能に構成されていることを特徴とする極低温冷凍機。
【０１０７】
２．前記駆動フランジを前記駆動シャフトに着脱可能に固定する固定部材をさらに備えることを特徴とする実施形態１に記載の極低温冷凍機。
【０１０８】
３．前記駆動フランジは、前記駆動フランジ室を前記ディスプレーサとは軸方向反対側の第１区画とディスプレーサ側の第２区画に仕切るように前記駆動フランジ室に配置され、
前記ハウジング蓋が取り外されたとき前記駆動フランジ室の前記第１区画が外部に開放され、
前記固定部材は、前記駆動フランジ室の前記第１区画に配置されていることを特徴とする実施形態２に記載の極低温冷凍機。
【０１０９】
４．前記ディスプレーサに対する前記駆動フランジの軸周り正回転により前記駆動フランジを締結する一方、前記ディスプレーサに対する前記駆動フランジの軸周り逆回転により前記駆動フランジを締結解除するように、前記駆動フランジと前記駆動シャフトの間に、または前記駆動シャフトに、または前記駆動シャフトと前記ディスプレーサの間に配置されたねじ連結部をさらに備えることを特徴とする実施形態１に記載の極低温冷凍機。
【０１１０】
５．前記駆動フランジは、作用するガス圧力によって前記ディスプレーサの軸方向往復動を駆動する駆動ピストンを形成することを特徴とする実施形態１から４のいずれかに記載の極低温冷凍機。
【０１１１】
６．前記駆動フランジは、スコッチヨーク機構のヨーク板を形成することを特徴とする実施形態１から４のいずれかに記載の極低温冷凍機。
【符号の説明】
【０１１２】
１０  極低温冷凍機、  ２０  ディスプレーサ、  ２２  駆動ピストン、  ２４  駆動シャフト、  ２７  ハウジング、  ２７ａ  ハウジング蓋、  ６８  固定部材、  ７４  ヨーク板、  ７８  ねじ連結部。
【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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