(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ディスプレーサと、前記第１ディスプレーサとの間に第１ガス室を形成する第１シリンダと、を備える第１コールドヘッドと、
第２ディスプレーサと、前記第２ディスプレーサとの間に第２ガス室を形成する第２シリンダと、を備える第２コールドヘッドと、
前記第１ガス室の吸気を可能とする第１吸気バルブと、前記第１ガス室の排気を可能とする第１排気バルブと、前記第１ガス室と前記第２ガス室の均圧化を可能とする均圧バルブと、を含むバルブ群を定めるバルブ部であって、バルブ回転軸に垂直なステータ平面を備えるバルブステータと、バルブ回転軸に垂直であり前記ステータ平面に面接触するロータ平面を備え、前記バルブステータに対し前記バルブ回転軸まわりに回転可能であるバルブロータと、を備えるバルブ部と、を備え、
前記バルブロータは、前記ロータ平面に開口し前記第１吸気バルブの一部を形成する高圧流路と、前記ロータ平面に開口し前記第１排気バルブの一部を形成する低圧流路と、前記ロータ平面に開口し前記均圧バルブの一部を形成する均圧流路と、を備え、前記高圧流路、前記低圧流路、および前記均圧流路が前記ロータ平面上で前記バルブ回転軸まわりに円周状に配列され、
前記バルブ部は、前記第１吸気バルブの開放に後続して前記均圧バルブが閉鎖されるよう構成されていることを特徴とするＧＭ冷凍機。
【請求項２】
前記第１吸気バルブの開放から前記均圧バルブの閉鎖までの前記バルブロータの回転角度が１度から９度の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のＧＭ冷凍機。
【請求項３】
前記第１吸気バルブの開放から前記均圧バルブの閉鎖までの前記バルブロータの回転角度が２度から６度の範囲にあることを特徴とする請求項２に記載のＧＭ冷凍機。
【請求項４】
第１ディスプレーサと、前記第１ディスプレーサとの間に第１ガス室を形成する第１シリンダと、を備える第１コールドヘッドと、
第２ディスプレーサと、前記第２ディスプレーサとの間に第２ガス室を形成する第２シリンダと、を備える第２コールドヘッドと、
前記第１ガス室の吸気を可能とする第１吸気バルブと、前記第１ガス室の排気を可能とする第１排気バルブと、前記第１ガス室と前記第２ガス室の均圧化を可能とする均圧バルブと、を含むバルブ群を定めるバルブ部であって、バルブ回転軸に垂直なステータ平面を備えるバルブステータと、バルブ回転軸に垂直であり前記ステータ平面に面接触するロータ平面を備え、前記バルブステータに対し前記バルブ回転軸まわりに回転可能であるバルブロータと、を備えるバルブ部と、を備え、
前記バルブロータは、前記ロータ平面に開口し前記第１吸気バルブの一部を形成する高圧流路と、前記ロータ平面に開口し前記第１排気バルブの一部を形成する低圧流路と、前記ロータ平面に開口し前記均圧バルブの一部を形成する均圧流路と、を備え、前記高圧流路、前記低圧流路、および前記均圧流路が前記ロータ平面上で前記バルブ回転軸まわりに円周状に配列され、
前記バルブ部は、前記第１排気バルブの開放に後続して前記均圧バルブが閉鎖されるよう構成されていることを特徴とするＧＭ冷凍機。
【請求項５】
前記第１排気バルブの開放から前記均圧バルブの閉鎖までの前記バルブロータの回転角度が１度から９度の範囲にあることを特徴とする請求項４に記載のＧＭ冷凍機。
【請求項６】
前記第１排気バルブの開放から前記均圧バルブの閉鎖までの前記バルブロータの回転角度が２度から６度の範囲にあることを特徴とする請求項５に記載のＧＭ冷凍機。
【請求項７】
第１ディスプレーサと、前記第１ディスプレーサとの間に第１ガス室を形成する第１シリンダと、を備える第１コールドヘッドと、
第２ディスプレーサと、前記第２ディスプレーサとの間に第２ガス室を形成する第２シリンダと、を備える第２コールドヘッドと、
前記第１ガス室の吸気を可能とする第１吸気バルブと、前記第１ガス室の排気を可能とする第１排気バルブと、前記第１ガス室と前記第２ガス室の均圧化を可能とする均圧バルブと、を含むバルブ群を定めるバルブ部であって、バルブ回転軸に垂直なステータ平面を備えるバルブステータと、バルブ回転軸に垂直であり前記ステータ平面に面接触するロータ平面を備え、前記バルブステータに対し前記バルブ回転軸まわりに回転可能であるバルブロータと、を備えるバルブ部と、を備え、
前記バルブロータは、前記ロータ平面に開口し前記第１吸気バルブの一部を形成する高圧流路と、前記ロータ平面に開口し前記第１排気バルブの一部を形成する低圧流路と、前記ロータ平面に開口し前記均圧バルブの一部を形成する均圧流路と、を備え、前記高圧流路、前記低圧流路、および前記均圧流路が前記ロータ平面上で前記バルブ回転軸まわりに円周状に配列され、
前記バルブ群は、前記第２ガス室の吸気を可能とする第２吸気バルブと、前記第２ガス室の排気を可能とする第２排気バルブと、をさらに含み、
前記高圧流路は、前記第２吸気バルブの一部でもあり、前記低圧流路は、前記第２排気バルブの一部でもあり、
前記バルブ部は、前記第２吸気バルブの開放に後続して前記均圧バルブが閉鎖されるよう構成されていることを特徴とするＧＭ冷凍機。
【請求項８】
第１ディスプレーサと、前記第１ディスプレーサとの間に第１ガス室を形成する第１シリンダと、を備える第１コールドヘッドと、
第２ディスプレーサと、前記第２ディスプレーサとの間に第２ガス室を形成する第２シリンダと、を備える第２コールドヘッドと、
前記第１ガス室の吸気を可能とする第１吸気バルブと、前記第１ガス室の排気を可能とする第１排気バルブと、前記第１ガス室と前記第２ガス室の均圧化を可能とする均圧バルブと、を含むバルブ群を定めるバルブ部であって、バルブ回転軸に垂直なステータ平面を備えるバルブステータと、バルブ回転軸に垂直であり前記ステータ平面に面接触するロータ平面を備え、前記バルブステータに対し前記バルブ回転軸まわりに回転可能であるバルブロータと、を備えるバルブ部と、を備え、
前記バルブロータは、前記ロータ平面に開口し前記第１吸気バルブの一部を形成する高圧流路と、前記ロータ平面に開口し前記第１排気バルブの一部を形成する低圧流路と、前記ロータ平面に開口し前記均圧バルブの一部を形成する均圧流路と、を備え、前記高圧流路、前記低圧流路、および前記均圧流路が前記ロータ平面上で前記バルブ回転軸まわりに円周状に配列され、
前記バルブ群は、前記第２ガス室の吸気を可能とする第２吸気バルブと、前記第２ガス室の排気を可能とする第２排気バルブと、をさらに含み、
前記高圧流路は、前記第２吸気バルブの一部でもあり、前記低圧流路は、前記第２排気バルブの一部でもあり、
前記バルブ部は、前記第２排気バルブの開放に後続して前記均圧バルブが閉鎖されるよう構成されていることを特徴とするＧＭ冷凍機。
【請求項９】
前記第２コールドヘッドは、前記第１コールドヘッドと対向配置され、
前記第１ディスプレーサは、軸方向往復動可能であり、
前記第２ディスプレーサは、前記第１ディスプレーサと同軸に配置され前記第１ディスプレーサと一体に軸方向往復動可能であるよう前記第１ディスプレーサに連結されていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のＧＭ冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＭ（ギフォード・マクマホン、Gifford-McMahon）冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
極低温冷凍機の代表例であるＧＭ冷凍機は、ＧＭサイクルを利用して極低温を発生する。そのために、ＧＭ冷凍機は、膨張空間への作動ガスの吸気、断熱膨張および排気からなる膨張空間での周期的な圧力変動とディスプレーサの往復動による膨張空間の周期的な容積変化とを適正に同期させるよう構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３１２４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＧＭ冷凍機の一般的な基本構成は、１つの圧縮機と１つの膨張機（つまり１つのディスプレーサとその駆動部の組み合わせ）とを有する。ここから派生した１つの構成例として、１つのディスプレーサ駆動部に対し並列配置された２つのディスプレーサをもち、それぞれに対応する膨張空間への吸気動作を交互に行う冷凍機も提案されている。２つの膨張機の交互の吸気動作は、圧縮機での圧力変動の軽減およびそれによる圧縮機の効率向上をもたらしうる。これは冷凍機の効率向上に寄与しうる。また、高圧の冷媒ガスを一方の膨張機から他方の膨張機に供給することができるように、２つの膨張機が均圧管で連通されている。これも冷凍機の効率向上に役立つ。上記に提案された冷凍機には、流路切換バルブと均圧バルブが別個に設けられ、吸気工程（または排気工程）の完了後に均圧工程が行われている。吸気工程、排気工程、および均圧工程は、時間的に分離され、互いに重なっていない。
【０００５】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、複数のディスプレーサを有するＧＭ冷凍機に関し、改善されたバルブ構成を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様によると、ＧＭ冷凍機は、第１ディスプレーサと、前記第１ディスプレーサとの間に第１ガス室を形成する第１シリンダと、を備える第１コールドヘッドと、第２ディスプレーサと、前記第２ディスプレーサとの間に第２ガス室を形成する第２シリンダと、を備える第２コールドヘッドと、前記第１ガス室の吸気を可能とする第１吸気バルブと、前記第１ガス室の排気を可能とする第１排気バルブと、前記第１ガス室と前記第２ガス室の均圧化を可能とする均圧バルブと、を含むバルブ群を定めるバルブ部であって、バルブ回転軸に垂直なステータ平面を備えるバルブステータと、バルブ回転軸に垂直であり前記ステータ平面に面接触するロータ平面を備え、前記バルブステータに対し前記バルブ回転軸まわりに回転可能であるバルブロータと、を備えるバルブ部と、を備え、前記バルブロータは、前記ロータ平面に開口し前記第１吸気バルブの一部を形成する高圧流路と、前記ロータ平面に開口し前記第１排気バルブの一部を形成する低圧流路と、前記ロータ平面に開口し前記均圧バルブの一部を形成する均圧流路と、を備え、前記高圧流路、前記低圧流路、および前記均圧流路が前記ロータ平面上で前記バルブ回転軸まわりに円周状に配列されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数のディスプレーサを有するＧＭ冷凍機に関し、改善されたバルブ構成を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ある実施形態に係るＧＭ冷凍機を概略的に示す断面図である。
【図２】図１に示すＧＭ冷凍機のバルブタイミングを例示する図である。
【図３】図２に示すバルブタイミングでＧＭ冷凍機を運転するときの第１コールドヘッドおよび第２コールドヘッドそれぞれの圧力変動を例示する。
【図４】ある実施形態に係るＧＭ冷凍機の冷凍能力とオーバーラップ期間の関係を表すグラフである。
【図５】図５（ａ）および図５（ｂ）はそれぞれ、ある実施形態に係るバルブ部のバルブステータおよびバルブロータを示す概略平面図である。
【図６】図５（ａ）および図５（ｂ）に示すバルブ部のＡ−Ａ断面図である。
【図７】図５（ｂ）に示すバルブロータのＢ−Ｂ断面図である。
【図８】ある実施形態に係るバルブ部の動作を例示する図である。
【図９】吸排気工程におけるバルブ部の流路接続を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
図１は、ある実施形態に係るＧＭ冷凍機１０を概略的に示す断面図である。図２は、図１に示すＧＭ冷凍機１０のバルブタイミングを例示する図である。
【００１１】
ＧＭ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複数のコールドヘッドと、を備える。コールドヘッドは膨張機とも呼ばれる。詳しくは後述するように、圧縮機１２は、コールドヘッドに高圧の作動ガスを供給する。コールドヘッドには作動ガスを予冷する蓄冷器が備えられている。予冷された作動ガスは、コールドヘッド内での膨張によって更に冷却される。作動ガスは蓄冷器を通じて圧縮機１２に回収される。作動ガスは蓄冷器を通るとき蓄冷器を冷却する。圧縮機１２は、回収した作動ガスを圧縮し、再び膨張機に供給する。
【００１２】
知られているように、第１高圧を有する作動ガスが圧縮機１２の吐出口からコールドヘッドに供給される。コールドヘッドにおける断熱膨張により、作動ガスは第１高圧からそれより低い第２高圧に減圧される。第２高圧を有する作動ガスは、コールドヘッドから圧縮機１２の吸入口に回収される。圧縮機１２は、回収された第２高圧を有する作動ガスを圧縮する。こうして作動ガスは再び第１高圧に昇圧される。一般に第１高圧及び第２高圧はともに大気圧よりかなり高い。説明の便宜上、第１高圧及び第２高圧はそれぞれ単に高圧及び低圧とも呼ばれる。通例、高圧は例えば２〜３ＭＰａであり、低圧は例えば０．５〜１．５ＭＰａである。高圧と低圧との差圧は例えば１．２〜２ＭＰａ程度である。
【００１３】
ＧＭ冷凍機１０は、対向配置された第１コールドヘッド１４ａおよび第２コールドヘッド１４ｂを備える。また、ＧＭ冷凍機１０は、第１コールドヘッド１４ａおよび第２コールドヘッド１４ｂのための共通駆動機構４０を備える。第１コールドヘッド１４ａは、共通駆動機構４０に対し一方側に配置され、第２コールドヘッド１４ｂは、共通駆動機構４０に対し他方側に配置されている。さらに、ＧＭ冷凍機１０は、圧縮機１２を第１コールドヘッド１４ａおよび第２コールドヘッド１４ｂに接続する作動ガス回路７０を備える。
【００１４】
第１コールドヘッド１４ａは単段式である。第１コールドヘッド１４ａは、軸方向往復動可能な第１ディスプレーサ１６ａと、第１ディスプレーサ１６ａを収容する第１シリンダ１８ａと、を備える。第１ディスプレーサ１６ａの軸方向往復動は、第１シリンダ１８ａによって案内される。通例、第１ディスプレーサ１６ａおよび第１シリンダ１８ａはそれぞれ軸方向に延在する円筒状の部材であり、第１シリンダ１８ａの内径は第１ディスプレーサ１６ａの外径よりわずかに大きい。ここで、軸方向は、図１において上下方向である（矢印Ｃ）。
【００１５】
第１ディスプレーサ１６ａは、軸方向一端にて第１シリンダ１８ａとの間に第１膨張室２０ａを形成し、軸方向他端にて第１シリンダ１８ａとの間に第１室温室２２ａを形成する。第１室温室２２ａは、共通駆動機構４０の近くに位置し、第１膨張室２０ａは、共通駆動機構４０から遠くに位置する。その意味で、第１室温室２２ａは第１コールドヘッド１４ａの近位端に、第１膨張室２０ａは第１コールドヘッド１４ａの遠位端に、それぞれ形成されている。第１コールドヘッド１４ａの遠位端には、第１膨張室２０ａを外包するよう第１シリンダ１８ａに固着された第１冷却ステージ２４ａが設けられている。
【００１６】
第１ディスプレーサ１６ａが軸方向に動くとき、第１膨張室２０ａおよび第１室温室２２ａは相補的に容積を増減させる。すなわち、第１ディスプレーサ１６ａが上動するとき、第１膨張室２０ａは広がり第１室温室２２ａは狭くなる。逆も同様である。
【００１７】
第１ディスプレーサ１６ａは、内蔵された第１蓄冷器２６ａを備える。第１ディスプレーサ１６ａはその上蓋部に、第１蓄冷器２６ａを第１室温室２２ａに連通する第１入口流路２８ａを有する。また、第１ディスプレーサ１６ａはその筒部に、第１蓄冷器２６ａを第１膨張室２０ａに連通する第１出口流路３０ａを有する。あるいは、第１出口流路３０ａは、第１ディスプレーサ１６ａの下蓋部に設けられていてもよい。加えて、第１ディスプレーサ１６ａは、上蓋部に内接する第１入口整流器３２ａと、下蓋部に内接する第１出口整流器３４ａと、を備える。第１蓄冷器２６ａは、こうした一対の整流器に挟まれている。
【００１８】
第１コールドヘッド１４ａは、第１シリンダ１８ａと第１ディスプレーサ１６ａとの間に形成されるクリアランスを塞ぐ第１シール部３６ａを備える。第１シール部３６ａは、例えばスリッパーシールであり、第１ディスプレーサ１６ａの筒部または上蓋部に装着されている。
【００１９】
このように、第１シール部３６ａは共通駆動機構４０の近くに位置し、第１出口流路３０ａは共通駆動機構４０から離れて第１冷却ステージ２４ａの近くに位置する。言い換えれば、第１シール部３６ａは第１ディスプレーサ１６ａの近位部に取り付けられ、上述の第１出口流路３０ａは第１ディスプレーサ１６ａの遠位部に形成されている。
【００２０】
作動ガスは、第１室温室２２ａから第１入口流路２８ａを通じて第１蓄冷器２６ａに流入する。より正確には、作動ガスは、第１入口流路２８ａから第１入口整流器３２ａを通って第１蓄冷器２６ａに流入する。作動ガスは、第１蓄冷器２６ａから第１出口整流器３４ａおよび第１出口流路３０ａを経由して第１膨張室２０ａに流入する。作動ガスが第１膨張室２０ａから第１室温室２２ａに戻るときは逆の経路を通る。つまり、作動ガスは、第１膨張室２０ａから、第１出口流路３０ａ、第１蓄冷器２６ａ、および第１入口流路２８ａを通って第１室温室２２ａに戻る。第１蓄冷器２６ａ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１シール部３６ａによって遮断される。
【００２１】
第２コールドヘッド１４ｂは、上述のように共通駆動機構４０に対し第１コールドヘッド１４ａと反対側に配置されているが、その点を除き第１コールドヘッド１４ａと同様の構成を有する。よって、第２コールドヘッド１４ｂは第１コールドヘッド１４ａと同様に単段式であり、第１コールドヘッド１４ａと同様の形状および寸法を有する。
【００２２】
第２コールドヘッド１４ｂは、第１ディスプレーサ１６ａと同軸に配置され第１ディスプレーサ１６ａと一体に軸方向往復動可能な第２ディスプレーサ１６ｂと、第２ディスプレーサ１６ｂを収容する第２シリンダ１８ｂと、を備える。第２ディスプレーサ１６ｂの軸方向往復動は、第２シリンダ１８ｂによって案内される。通例、第２ディスプレーサ１６ｂおよび第２シリンダ１８ｂはそれぞれ軸方向に延在する円筒状の部材であり、第２シリンダ１８ｂの内径は第２ディスプレーサ１６ｂの外径よりわずかに大きい。
【００２３】
第２ディスプレーサ１６ｂは、軸方向一端にて第２シリンダ１８ｂとの間に第２膨張室２０ｂを形成し、軸方向他端にて第２シリンダ１８ｂとの間に第２室温室２２ｂを形成する。第２室温室２２ｂは、共通駆動機構４０の近くに位置し、第２膨張室２０ｂは、共通駆動機構４０から遠くに位置する。その意味で、第２室温室２２ｂは第２コールドヘッド１４ｂの近位端に、第２膨張室２０ｂは第２コールドヘッド１４ｂの遠位端に、それぞれ形成されている。第２コールドヘッド１４ｂの遠位端には、第２膨張室２０ｂを外包するよう第２シリンダ１８ｂに固着された第２冷却ステージ２４ｂが設けられている。
【００２４】
第２ディスプレーサ１６ｂが軸方向に動くとき、第２膨張室２０ｂおよび第２室温室２２ｂは相補的に容積を増減させる。すなわち、第２ディスプレーサ１６ｂが下動するとき、第２膨張室２０ｂは広がり第２室温室２２ｂは狭くなる。逆も同様である。
【００２５】
第２ディスプレーサ１６ｂは、内蔵された第２蓄冷器２６ｂを備える。第２ディスプレーサ１６ｂはその上蓋部に、第２蓄冷器２６ｂを第２室温室２２ｂに連通する第２入口流路２８ｂを有する。また、第２ディスプレーサ１６ｂはその筒部に、第２蓄冷器２６ｂを第２膨張室２０ｂに連通する第２出口流路３０ｂを有する。あるいは、第２出口流路３０ｂは、第２ディスプレーサ１６ｂの下蓋部に設けられていてもよい。加えて、第２ディスプレーサ１６ｂは、上蓋部に内接する第２入口整流器３２ｂと、下蓋部に内接する第２出口整流器３４ｂと、を備える。第２蓄冷器２６ｂは、こうした一対の整流器に挟まれている。
【００２６】
第２コールドヘッド１４ｂは、第２シリンダ１８ｂと第２ディスプレーサ１６ｂとの間に形成されるクリアランスを塞ぐ第２シール部３６ｂを備える。第２シール部３６ｂは、例えばスリッパーシールであり、第２ディスプレーサ１６ｂの筒部または上蓋部に装着されている。
【００２７】
このように、第２シール部３６ｂは共通駆動機構４０の近くに位置し、第２出口流路３０ｂは共通駆動機構４０から離れて第２冷却ステージ２４ｂの近くに位置する。言い換えれば、第２シール部３６ｂは第２ディスプレーサ１６ｂの近位部に取り付けられ、上述の第２出口流路３０ｂは第２ディスプレーサ１６ｂの遠位部に形成されている。
【００２８】
作動ガスは、第２室温室２２ｂから第２入口流路２８ｂを通じて第２蓄冷器２６ｂに流入する。より正確には、作動ガスは、第２入口流路２８ｂから第２入口整流器３２ｂを通って第２蓄冷器２６ｂに流入する。作動ガスは、第２蓄冷器２６ｂから第２出口整流器３４ｂおよび第２出口流路３０ｂを経由して第２膨張室２０ｂに流入する。作動ガスが第２膨張室２０ｂから第２室温室２２ｂに戻るときは逆の経路を通る。つまり、作動ガスは、第２膨張室２０ｂから、第２出口流路３０ｂ、第２蓄冷器２６ｂ、および第２入口流路２８ｂを通って第２室温室２２ｂに戻る。第２蓄冷器２６ｂ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３６ｂによって遮断される。
【００２９】
ＧＭ冷凍機１０は、使用される現場で図示の向きに設置される。すなわち、第１コールドヘッド１４ａが鉛直方向下方に、第２コールドヘッド１４ｂが鉛直方向上方に、それぞれ配置されるようにして、ＧＭ冷凍機１０は縦向きに設置される。第２コールドヘッド１４ｂは、第１コールドヘッド１４ａと逆さまの姿勢で設置される。第１コールドヘッド１４ａは第１膨張室２０ａを鉛直方向下方に向けているが、第２コールドヘッド１４ｂは第２膨張室２０ｂを鉛直方向上方に向けている。
【００３０】
あるいは、ＧＭ冷凍機１０は、横向きまたはその他の向きに設置されてもよい。
【００３１】
なお、２つのコールドヘッドが異なる構成を有してもよい。第１コールドヘッド１４ａが第２コールドヘッド１４ｂと異なるサイズを有し、それにより第２コールドヘッド１４ｂと異なる冷凍能力を有してもよい。
【００３２】
コールドヘッドは単段式には限られない。一方または両方のコールドヘッドが多段式（例えば二段式）であってもよい。
【００３３】
共通駆動機構４０は、第１ディスプレーサ１６ａおよび第２ディスプレーサ１６ｂの軸方向往復動を駆動する往復駆動源４２を備える。往復駆動源４２は、回転出力軸４６を有する回転駆動源４４（例えばモータ）と、回転出力軸４６の回転を軸方向往復動に変換するよう回転出力軸４６に連結されたスコッチヨーク４８と、を備える。
【００３４】
共通駆動機構４０は、第１連結ロッド５０ａおよび第２連結ロッド５０ｂを備える。第１連結ロッド５０ａは、往復駆動源４２から軸方向に延在し往復駆動源４２を第１ディスプレーサ１６ａに連結する。第２連結ロッド５０ｂは、第１連結ロッド５０ａと反対側で往復駆動源４２から軸方向に延在し往復駆動源４２を第２ディスプレーサ１６ｂに連結する。第１ディスプレーサ１６ａ、第１連結ロッド５０ａ、第２連結ロッド５０ｂ、および第２ディスプレーサ１６ｂは、同軸に配設されている。
【００３５】
より具体的には、第１連結ロッド５０ａは、スコッチヨーク４８から第１ディスプレーサ１６ａへと軸方向に延在してスコッチヨーク４８を第１ディスプレーサ１６ａに連結する。第１連結ロッド５０ａは、第１ディスプレーサ１６ａの近位部をスコッチヨーク４８に剛に接続する。第１連結ロッド５０ａは、第１軸受部３８ａによって軸方向に移動可能に支持されている。第１軸受部３８ａは、スコッチヨーク４８と第１ディスプレーサ１６ａとの間に配設されている。
【００３６】
第２連結ロッド５０ｂは、スコッチヨーク４８から第２ディスプレーサ１６ｂへと軸方向に延在してスコッチヨーク４８を第２ディスプレーサ１６ｂに連結する。第２連結ロッド５０ｂは、第２ディスプレーサ１６ｂの近位部をスコッチヨーク４８に剛に接続する。第２連結ロッド５０ｂは、第２軸受部３８ｂによって軸方向に移動可能に支持されている。第２軸受部３８ｂは、スコッチヨーク４８と第２ディスプレーサ１６ｂとの間に配設されている。
【００３７】
回転駆動源４４、回転出力軸４６、およびスコッチヨーク４８に代えて、往復駆動源４２は、第１ディスプレーサ１６ａおよび第２ディスプレーサ１６ｂの軸方向往復動を駆動するリニアモータを備えてもよい。
【００３８】
また、ＧＭ冷凍機１０は、駆動機構ハウジング（以下単にハウジングともいう）５２を備える。ハウジング５２の一方側に第１シリンダ１８ａが固定され、ハウジング５２の他方側に第２シリンダ１８ｂが固定されている。第２シリンダ１８ｂは第１シリンダ１８ａと同軸に配置されている。第１軸受部３８ａは、第１シリンダ１８ａとハウジング５２との境界またはその近傍に配設されている。第２軸受部３８ｂは、第２シリンダ１８ｂとハウジング５２との境界またはその近傍に配設されている。
【００３９】
共通駆動機構４０は、ハウジング５２に収容されている。すなわち、ハウジング５２には、往復駆動源４２およびスコッチヨーク４８が収容されている。第１連結ロッド５０ａおよび第２連結ロッド５０ｂはそれらの近位端がスコッチヨーク４８と同様にハウジング５２に収容されている。第１連結ロッド５０ａおよび第２連結ロッド５０ｂの遠位端は、第１ディスプレーサ１６ａおよび第２ディスプレーサ１６ｂと同様に第１シリンダ１８ａおよび第２シリンダ１８ｂにそれぞれ収容されている。
【００４０】
このようにして、共通駆動機構４０は、第１ディスプレーサ１６ａおよび第２ディスプレーサ１６ｂの軸方向往復動を駆動するよう第１ディスプレーサ１６ａおよび第２ディスプレーサ１６ｂに連結されている。第１ディスプレーサ１６ａおよび第２ディスプレーサ１６ｂは、相互に固定的に連結された単一のディスプレーサ連結体１６を構成する。第１ディスプレーサ１６ａに対する第２ディスプレーサ１６ｂの相対位置は、第１ディスプレーサ１６ａおよび第２ディスプレーサ１６ｂの軸方向往復動の間、不変である。
【００４１】
したがって、第１ディスプレーサ１６ａおよび第２ディスプレーサ１６ｂの軸方向往復動は互いに逆位相となる。第１ディスプレーサ１６ａがその上死点（すなわち近位端側の死点）に位置するとき第２ディスプレーサ１６ｂはその下死点（すなわち遠位端側の死点）に位置する。第１ディスプレーサ１６ａが上死点から下死点へと動くとき（すなわち第１ディスプレーサ１６ａが第１膨張室２０ａを狭めるよう第１コールドヘッド１４ａの近位端から遠位端へと動くとき）、第２ディスプレーサ１６ｂは、下死点から上死点へと動く（すなわち第２ディスプレーサ１６ｂが第２膨張室２０ｂを広げるよう第２コールドヘッド１４ｂの遠位端から近位端へと動く）。
【００４２】
ハウジング５２は、圧縮機１２から作動ガス回路７０に作動ガスを受け入れるための高圧ポート５４と、作動ガス回路７０から圧縮機１２に作動ガスを排出するための低圧ポート５６と、を備える。したがって、作動ガス回路７０は、高圧ポート５４を通じて圧縮機１２の吐出口に接続されている。また、作動ガス回路７０は、低圧ポート５６を通じて圧縮機１２の吸入口に接続されている。
【００４３】
ハウジング５２の内部空間（以下、低圧ガス室６０ともいう）は、圧縮機１２の吸入口に連通している。そのため、低圧ガス室６０は常に低圧に維持される。第１軸受部３８ａおよび第２軸受部３８ｂはそれぞれ、低圧ガス室６０に対し第１シリンダ１８ａおよび第２シリンダ１８ｂの気密性を保持するシール部としても構成されている。あるいは、シール部は、第１軸受部３８ａおよび第２軸受部３８ｂとは別個に設けられていてもよい。こうして低圧ガス室６０は、第１室温室２２ａおよび第２室温室２２ｂそれぞれから隔離されている。低圧ガス室６０と第１室温室２２ａとの直接のガス流通はなく、低圧ガス室６０と第２室温室２２ｂとの直接のガス流通はない。
【００４４】
作動ガス回路７０は、第１ガス室（すなわち第１膨張室２０ａ及び／または第１室温室２２ａ）と第２ガス室（すなわち第２膨張室２０ｂ及び／または第２室温室２２ｂ）との間に圧力差を生成するよう構成されている。この圧力差は、共通駆動機構４０を補助するようディスプレーサ連結体１６に作用する。図１にてディスプレーサ連結体１６が下動するとき（つまり第１（第２）ディスプレーサ１６ａ（１６ｂ）が上（下）死点から下（上）死点へと動くとき）、作動ガス回路７０は、第１ガス室に対し第２ガス室の圧力を高くする。このようにすれば、第１ガス室と第２ガス室との圧力差によって、ディスプレーサ連結体１６の下動を補助することができる。逆も同様である。
【００４５】
作動ガス回路７０は、バルブ部７２を備える。バルブ部７２は、第１吸気バルブＶ１、第１排気バルブＶ２、第２吸気バルブＶ３、第２排気バルブＶ４、および均圧バルブＶ５を備える。バルブ部７２は、ハウジング５２に収容されている。第１吸気バルブＶ１は、第１ガス室の吸気を可能とするよう構成され、第１排気バルブＶ２は、第１ガス室の排気を可能とするよう構成されている。第２吸気バルブＶ３は、第２ガス室の吸気を可能とするよう構成され、第２排気バルブＶ４は、第２ガス室の排気を可能とするよう構成されている。均圧バルブＶ５は、第１ガス室と第２ガス室の均圧化を可能とするよう構成されている。
【００４６】
バルブ部７２は、ロータリーバルブの形式をとってもよい。その場合、バルブ部７２は、回転駆動源４４の回転により回転駆動されるよう回転出力軸４６に連結されていてもよい。ロータリーバルブは、第１吸気バルブＶ１、第１排気バルブＶ２、第２吸気バルブＶ３、第２排気バルブＶ４、および均圧バルブＶ５からなるバルブ群を定めるよう構成されていてもよい。
【００４７】
バルブ部７２がロータリーバルブである場合、バルブ部７２は、ロータバルブ樹脂部材（以下、単にバルブロータともいう）及びステータバルブ金属部材（以下、単にバルブステータともいう）を備える。つまり、バルブロータは樹脂材料（例えば、エンジニアリングプラスチック材料、フッ素樹脂材料）で形成され、バルブステータは、金属（例えばアルミ材または鉄材）で形成されている。なお逆に、バルブロータが金属で形成され、バルブステータが樹脂で形成されてもよい。
【００４８】
バルブステータおよびバルブロータはともに、低圧ガス室６０に配設されている。バルブステータはハウジング５２に固定されている。バルブロータは、軸受を介して回転可能にハウジング５２に支持されている。バルブロータは、回転出力軸４６に連結されており、回転駆動源４４の回転によってバルブステータに対し回転する。バルブロータおよびバルブステータはそれぞれ、バルブディスクおよびバルブ本体と呼ばれることもある。
【００４９】
あるいは、バルブ部７２は、複数の個別に制御可能な制御弁とそれら制御弁を制御する制御部とを備えてもよい。
【００５０】
バルブ部７２は、第１吸気バルブＶ１の開放に後続して均圧バルブＶ５が閉鎖されるよう構成されている。第１吸気バルブＶ１の開放から均圧バルブＶ５の閉鎖までのバルブタイミング（例えば、バルブステータに対するバルブロータの回転角度）は、好ましくは１度から９度の範囲にあり、より好ましくは２度から６度の範囲にあり、より好ましくは３度から５度の範囲にあり、より好ましくは約４度である。それに加えて、又は、代案として、バルブ部７２は、第２排気バルブＶ４の開放に後続して均圧バルブＶ５が閉鎖されるよう構成されている。第２排気バルブＶ４の開放から均圧バルブＶ５の閉鎖までのバルブタイミングは、好ましくは１度から９度の範囲にあり、より好ましくは２度から６度の範囲にあり、より好ましくは３度から５度の範囲にあり、より好ましくは約４度である。
【００５１】
バルブ部７２は、第１排気バルブＶ２の開放に後続して均圧バルブＶ５が閉鎖されるよう構成されている。第１排気バルブＶ２の開放から均圧バルブＶ５の閉鎖までのバルブタイミングは、好ましくは１度から９度の範囲にあり、より好ましくは２度から６度の範囲にあり、より好ましくは３度から５度の範囲にあり、より好ましくは約４度である。それに加えて、又は、代案として、バルブ部７２は、第２吸気バルブＶ３の開放に後続して均圧バルブＶ５が閉鎖されるよう構成されている。第２吸気バルブＶ３の開放から均圧バルブＶ５の閉鎖までのバルブタイミングは、好ましくは１度から９度の範囲にあり、より好ましくは２度から６度の範囲にあり、より好ましくは３度から５度の範囲にあり、より好ましくは約４度である。
【００５２】
図２に示されるように、第１吸気バルブＶ１は、第１コールドヘッド１４ａの第１吸気期間Ａ１を定めるよう構成されている。また、図１に示されるように、第１吸気バルブＶ１は、高圧ポート５４を第１コールドヘッド１４ａの第１室温室２２ａに接続する第１吸気流路７４ａに配設されている。第１吸気期間Ａ１において（すなわち第１吸気バルブＶ１が開いているとき）、圧縮機１２の吐出口から第１室温室２２ａに作動ガスが流れる。逆に第１吸気バルブＶ１が閉じているときは、圧縮機１２から第１室温室２２ａへの作動ガスの供給は停止される。
【００５３】
第１排気バルブＶ２は、第１コールドヘッド１４ａの第１排気期間Ａ２を定めるよう構成されている。第１排気バルブＶ２は、低圧ポート５６を第１コールドヘッド１４ａの第１室温室２２ａに接続する第１排気流路７６ａに配設されている。第１排気期間Ａ２において（すなわち第１排気バルブＶ２が開いているとき）、第１室温室２２ａから圧縮機１２の吸入口に作動ガスが流れる。第１排気バルブＶ２が閉じているときは、第１室温室２２ａから圧縮機１２への作動ガスの回収は停止される。図示されるように、第１排気流路７６ａの一部が第１室温室２２ａ側で第１吸気流路７４ａと共通であってもよい。
【００５４】
同様に、第２吸気バルブＶ３は、第２コールドヘッド１４ｂの第２吸気期間Ａ３を定めるよう構成されている。第２吸気バルブＶ３は、高圧ポート５４を第２コールドヘッド１４ｂの第２室温室２２ｂに接続する第２吸気流路７４ｂに配設されている。第２吸気期間Ａ３において（すなわち第２吸気バルブＶ３が開いているとき）、圧縮機１２の吐出口から第２室温室２２ｂに作動ガスが流れる。第２吸気バルブＶ３が閉じているときは、圧縮機１２から第２室温室２２ｂへの作動ガスの供給は停止される。図示されるように、第２吸気流路７４ｂの一部が圧縮機１２側で第１吸気流路７４ａと共通であってもよい。
【００５５】
第２排気バルブＶ４は、第２コールドヘッド１４ｂの第２排気期間Ａ４を定めるよう構成されている。第２排気バルブＶ４は、低圧ポート５６を第２コールドヘッド１４ｂの第２室温室２２ｂに接続する第２排気流路７６ｂに配設されている。第２排気期間Ａ４において（すなわち第２排気バルブＶ４が開いているとき）、第２室温室２２ｂから圧縮機１２の吸入口に作動ガスが流れる。第２排気バルブＶ４が閉じているときは、第２室温室２２ｂから圧縮機１２への作動ガスの回収は停止される。図示されるように、第２排気流路７６ｂの一部が第２室温室２２ｂ側で第２吸気流路７４ｂと共通であってもよい。また、第２排気流路７６ｂの一部が圧縮機１２側で第１排気流路７６ａと共通であってもよい。
【００５６】
均圧バルブＶ５は、第１均圧期間Ｂ１および第２均圧期間Ｂ２を定めるよう構成されている。均圧バルブＶ５は、第１室温室２２ａと第２室温室２２ｂを連通するバイパス流路５８に配設されている。バイパス流路５８は、第１吸気流路７４ａを第２排気流路７６ｂに接続するとともに、第２吸気流路７４ｂを第１排気流路７６ａに接続する。これら他の流路とバイパス流路５８との接続点は、吸排気バルブ（すなわち、第１吸気バルブＶ１、第１排気バルブＶ２、第２吸気バルブＶ３、および第２排気バルブＶ４）と室温室（すなわち第１室温室２２ａおよび第２室温室２２ｂ）との間に位置する。そのため、吸排気バルブの開閉にかかわらず、均圧バルブＶ５は、第１コールドヘッド１４ａの第１ガス室と第２コールドヘッド１４ｂの第２ガス室とを直接つなぐことができる。
【００５７】
詳しくは後述するが、第１均圧期間Ｂ１が開始されるとき、第１コールドヘッド１４ａの第１ガス室は低圧であり、第２コールドヘッド１４ｂの第２ガス室は高圧である。したがって、第１均圧期間Ｂ１において（すなわち均圧バルブＶ５が開いているとき）、第２室温室２２ｂから第１室温室２２ａに作動ガスが流れる。逆に、第２均圧期間Ｂ２が開始されるときは、第１コールドヘッド１４ａは高圧であり、第２コールドヘッド１４ｂは低圧である。したがって、第２均圧期間Ｂ２において（すなわち均圧バルブＶ５が開いているとき）、第１室温室２２ａから第２室温室２２ｂに作動ガスが流れる。均圧バルブＶ５の開放により、第１コールドヘッド１４ａと第２コールドヘッド１４ｂが均圧化される。均圧バルブＶ５が閉じているときは、第１室温室２２ａと第２室温室２２ｂの間の直接のガス流通はない。
【００５８】
図２には、第１吸気期間Ａ１、第１排気期間Ａ２、第２吸気期間Ａ３、第２排気期間Ａ４、第１均圧期間Ｂ１、および第２均圧期間Ｂ２が例示されている。第１吸気期間Ａ１と第１排気期間Ａ２は交互であり、第２吸気期間Ａ３と第２排気期間Ａ４は交互である。また、第１均圧期間Ｂ１と第２均圧期間Ｂ２は交互である。これらの期間はそれぞれ対応するバルブが開放される期間を表す。すなわち、図２に実線で示される期間でバルブは開放され、破線で示される期間でバルブは閉鎖されている。
【００５９】
図２ではディスプレーサ連結体１６の軸方向往復動の一周期を３６０度に対応づけて表しているので、０度は周期の開始時点にあたり、３６０度は周期の終了時点にあたる。９０度、１８０度、２７０度はそれぞれ、１／４周期、半周期、３／４周期にあたる。０度において第１（第２）ディスプレーサ１６ａ（１６ｂ）は下（上）死点またはその近傍に位置し、１８０度において第１（第２）ディスプレーサ１６ａ（１６ｂ）は上（下）死点またはその近傍に位置する。
【００６０】
第１均圧期間Ｂ１は、第１タイミングｔ１から始まり第３タイミングｔ３で終わる。図示の例では、第１タイミングｔ１は０度であり、第３タイミングｔ３は９０度である。
【００６１】
第１吸気期間Ａ１および第２排気期間Ａ４は、第２タイミングｔ２から始まり第４タイミングｔ４で終わる。第３タイミングｔ３に比べて、第２タイミングｔ２は、好ましくは１度から９度先行し、より好ましくは２度から６度先行し、より好ましくは３度から５度先行し、より好ましくは約４度先行する。図示の例では第１吸気期間Ａ１の開始タイミングと第２排気期間Ａ４の開始タイミングが一致するが、これらが異なっていてもよい。
【００６２】
図示の例のように、第２排気期間Ａ４の終了タイミングは、第２均圧期間Ｂ２の開始タイミング（及び／または第１吸気期間Ａ１の終了タイミング）と不一致でもよい。また、第１吸気期間Ａ１の終了タイミングは、第２均圧期間Ｂ２の開始タイミングと不一致でもよい。第２排気期間Ａ４の終了タイミング（及び／または第１吸気期間Ａ１の終了タイミング）は、第２均圧期間Ｂ２の開始タイミングに比べてわずかに（例えば１度から９度）先行してもよい。
【００６３】
第２均圧期間Ｂ２は、第４タイミングｔ４から始まり第６タイミングｔ６で終わる。図示の例では、第４タイミングｔ４は１８０度であり、第６タイミングｔ６は２７０度である。
【００６４】
第１排気期間Ａ２および第２吸気期間Ａ３は、第５タイミングｔ５から始まり第７タイミングｔ７で終わる。第６タイミングｔ６に比べて、第５タイミングｔ５は、好ましくは１度から９度先行し、より好ましくは２度から６度先行し、より好ましくは３度から５度先行し、より好ましくは約４度先行する。図示の例では第１排気期間Ａ２の開始タイミングと第２吸気期間Ａ３の開始タイミングが一致するが、これらが異なっていてもよい。
【００６５】
図示の例のように、第１排気期間Ａ２の終了タイミングは、第１均圧期間Ｂ１の開始タイミング（及び／または第２吸気期間Ａ３の終了タイミング）と不一致でもよい。また、第２吸気期間Ａ３の終了タイミングは、第１均圧期間Ｂ１の開始タイミングと不一致でもよい。第１排気期間Ａ２の終了タイミング（及び／または第２吸気期間Ａ３の終了タイミング）は、第１均圧期間Ｂ１の開始タイミングに比べてわずかに（例えば１度から９度）先行してもよい。
【００６６】
図３は、図２に示すバルブタイミングでＧＭ冷凍機１０を運転するときの第１コールドヘッド１４ａおよび第２コールドヘッド１４ｂそれぞれの圧力変動を例示する。図３においては、第１コールドヘッド１４ａの圧力を実線で示し、第２コールドヘッド１４ｂの圧力を一点鎖線で示す。図３に示す圧力変動は、第１均圧期間Ｂ１が第１吸気期間Ａ１（および第２排気期間Ａ４）と約４度重なり、かつ第２均圧期間Ｂ２が第１排気期間Ａ２（および第２吸気期間Ａ３）と約４度重なる場合の測定結果である。
【００６７】
図１から図３を参照して、上記の構成をもつＧＭ冷凍機１０の動作を説明する。第１タイミングｔ１にて均圧バルブＶ５が開かれ第１均圧期間Ｂ１が始まる。第１均圧期間Ｂ１は第１排気期間Ａ２および第２吸気期間Ａ３の次である。したがって、第１均圧期間Ｂ１の開始時において、第１コールドヘッド１４ａ内の作動ガスは低圧ＰＬであり、第２コールドヘッド１４ｂ内の作動ガスは高圧ＰＨである。
【００６８】
よって第１均圧期間Ｂ１においては、第２コールドヘッド１４ｂから第１コールドヘッド１４ａに作動ガスが供給される。また、第２コールドヘッド１４ｂの第２膨張室２０ｂでガスが膨張し冷却される。膨張したガスは、第２蓄冷器２６ｂを冷却しながら第２室温室２２ｂを経て第２コールドヘッド１４ｂを出る。ガスは、第２コールドヘッド１４ｂからバイパス流路５８および均圧バルブＶ５を通じて第１コールドヘッド１４ａに流入する。第１ディスプレーサ１６ａおよび第２ディスプレーサ１６ｂは上動し、第１膨張室２０ａの容積が増加される一方第２膨張室２０ｂの容積が減少される。第２コールドヘッド１４ｂは減圧され、第１コールドヘッド１４ａは昇圧される。こうして２つのコールドヘッドは均圧化され、平均圧ＰＡとなる。
【００６９】
続いて、第２タイミングｔ２にて第１吸気バルブＶ１が開かれ第１吸気期間Ａ１が始まる。同時に第２排気バルブＶ４が開かれ第２排気期間Ａ４が始まる。その直後に第３タイミングｔ３にて均圧バルブＶ５が閉じ第１均圧期間Ｂ１が終わる。第２タイミングｔ２から第３タイミングｔ３までの間、第１吸気期間Ａ１および第２排気期間Ａ４は、第１均圧期間Ｂ１とオーバーラップしている。
【００７０】
第１吸気バルブＶ１が開くことにより、高圧ガスが圧縮機１２から第１コールドヘッド１４ａの第１室温室２２ａに供給され、第１コールドヘッド１４ａは平均圧ＰＡから高圧ＰＨに昇圧される。流入するガスは第１蓄冷器２６ａを通過しながら冷却され、第１膨張室２０ａに入る。ガスが第１コールドヘッド１４ａに流入する間、第１ディスプレーサ１６ａは上死点へと移動する。こうして第４タイミングｔ４にて第１吸気バルブＶ１が閉じ第１吸気期間Ａ１が終わる。第１膨張室２０ａの容積が最大化されるとともに高圧ガスで満たされる。
【００７１】
また、第２排気バルブＶ４が開くことにより、第２コールドヘッド１４ｂは平均圧ＰＡから低圧ＰＬに減圧される。ガスは第２膨張室２０ｂで膨張し冷却される。膨張したガスは、第２蓄冷器２６ｂを冷却しながら第２室温室２２ｂを経て圧縮機１２に回収される。この間、第２ディスプレーサ１６ｂは下死点へと移動する。第４タイミングｔ４の直前で第２排気バルブＶ４が閉じ第２排気期間Ａ４が終わる。第２膨張室２０ｂの容積が最小化される。
【００７２】
第４タイミングｔ４にて均圧バルブＶ５が開かれ第２均圧期間Ｂ２が始まる。このとき第１コールドヘッド１４ａ内の作動ガスは高圧ＰＨであり、第２コールドヘッド１４ｂ内の作動ガスは低圧ＰＬである。
【００７３】
よって第２均圧期間Ｂ２においては、第１コールドヘッド１４ａから第２コールドヘッド１４ｂに作動ガスが供給される。また、第１膨張室２０ａでガスが膨張し冷却される。膨張したガスは、第１蓄冷器２６ａを冷却しながら第１室温室２２ａを経て第１コールドヘッド１４ａを出る。ガスは、第１コールドヘッド１４ａからバイパス流路５８および均圧バルブＶ５を通じて第２コールドヘッド１４ｂに流入する。第１ディスプレーサ１６ａおよび第２ディスプレーサ１６ｂは下動し、第１膨張室２０ａの容積が減少される一方第２膨張室２０ｂの容積が増加される。第１コールドヘッド１４ａは減圧され、第２コールドヘッド１４ｂは昇圧される。こうして２つのコールドヘッドは均圧化される。
【００７４】
続いて、第５タイミングｔ５にて第１排気バルブＶ２が開かれ第１排気期間Ａ２が始まる。同時に第２吸気バルブＶ３が開かれ第２吸気期間Ａ３が始まる。その直後に第６タイミングｔ６にて均圧バルブＶ５が閉じ第２均圧期間Ｂ２が終わる。第５タイミングｔ５から第６タイミングｔ６までの間、第１排気期間Ａ２および第２吸気期間Ａ３は、第２均圧期間Ｂ２とオーバーラップしている。
【００７５】
第１排気バルブＶ２が開くことにより、第１コールドヘッド１４ａは平均圧ＰＡから低圧ＰＬに減圧される。ガスは第１膨張室２０ａで膨張し冷却される。膨張したガスは、第１蓄冷器２６ａを冷却しながら第１室温室２２ａを経て圧縮機１２に回収される。この間、第１ディスプレーサ１６ａは下死点へと移動する。第７タイミングにて第１排気バルブＶ２が閉じ第１排気期間Ａ２が終わる。第１膨張室２０ａの容積が最小化される。
【００７６】
また、第２吸気バルブＶ３が開くことにより、高圧ガスが圧縮機１２から第２室温室２２ｂに供給され、第２コールドヘッド１４ｂは平均圧ＰＡから高圧ＰＨに昇圧される。流入するガスは第２蓄冷器２６ｂを通過しながら冷却され、第２膨張室２０ｂに入る。ガスが第２コールドヘッド１４ｂに流入する間、第２ディスプレーサ１６ｂは上死点へと移動する。こうして第７タイミングｔ７の直後に第２吸気バルブＶ３が閉じ第２吸気期間Ａ３が終わる。第２膨張室２０ｂの容積が最大化されるとともに高圧ガスで満たされる。
【００７７】
その後再び第１均圧期間Ｂ１が始まり、上述の吸排気工程が繰り返される。
【００７８】
ＧＭ冷凍機１０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、第１冷却ステージ２４ａおよび第２冷却ステージ２４ｂを所望の極低温に冷却することができる。
【００７９】
上述のような均圧工程を含むバルブタイミングを採用することによって、２つのコールドヘッドの一方を他方のガス供給源として利用することができる。２つのコールドヘッドが交互に吸排気することによって、ＰＶ仕事を回収し、ＧＭ冷凍機１０の効率を向上することができる。
【００８０】
また、上述のオーバーラップ期間（すなわち、第２タイミングｔ２から第３タイミングｔ３、および第５タイミングｔ５から第６タイミングｔ６）を含むバルブタイミングを採用することによって、ＧＭ冷凍機１０の冷凍能力を向上することができる。
【００８１】
図４は、ある実施形態に係るＧＭ冷凍機１０の冷凍能力とオーバーラップ期間の関係を表すグラフである。図４の縦軸は、８０Ｋでの冷凍能力を表す。図４の横軸は、第１均圧期間Ｂ１と第２排気期間Ａ４との第１オーバーラップ期間を表す。図４のグラフを得るに際し、第２均圧期間Ｂ２と第１排気期間Ａ２との第２オーバーラップ期間は第１オーバーラップ期間と等しくしている。また、第１均圧期間Ｂ１と第１吸気期間Ａ１のオーバーラップ期間は約４度に設定され、第２均圧期間Ｂ２と第２吸気期間Ａ３のオーバーラップ期間も約４度に設定されている。図４において実線は実験結果を示し、破線は当該実験結果に基づく発明者の合理的な推測値を示す。
【００８２】
図示されるように、ＧＭ冷凍機１０の冷凍能力は、ある特定の第１オーバーラップ期間で最大値を有する単峰型の変化を呈することが理解される。具体的には、ＧＭ冷凍機１０の８０Ｋでの冷凍能力は、第１オーバーラップ期間および第２オーバーラップ期間が約４度であるとき、最大値の約６１５Ｗに達した。これに対し、オーバーラップがない場合（つまりオーバーラップ期間が０度）には、冷凍能力の推測値は約５９５Ｗに留まっている。また、オーバーラップが大きい場合（例えば１０度）には、冷凍能力の推測値は約５９０Ｗである。
【００８３】
発明者の考察によると、このような冷凍能力向上の利点を得るために、吸気期間と排気期間の両方が均圧期間とオーバーラップすることは必須ではない。吸気期間または排気期間の一方のみが均圧期間と重なっていても、冷凍能力は向上される。よって、例えば、ＧＭ冷凍機１０のバルブ部７２は、第１吸気バルブＶ１の開放に後続して均圧バルブＶ５が閉鎖されるとともに、均圧バルブＶ５の閉鎖と同時または後続して第２排気バルブＶ４が開放されるよう構成されていてもよい。また、バルブ部７２は、第２排気バルブＶ４の開放に後続して均圧バルブＶ５が閉鎖されるとともに、均圧バルブＶ５の閉鎖と同時または後続して第１吸気バルブＶ１が開放されるよう構成されていてもよい。第１排気バルブＶ２、第２吸気バルブＶ３、および均圧バルブＶ５の開放と閉鎖のタイミングについても同様である。
【００８４】
したがって、第１オーバーラップ期間（及び／または第２オーバーラップ期間）は、１度から９度の範囲にあることが好ましい。これにより、オーバーラップがない場合に比べて、ＧＭ冷凍機１０の冷凍能力を向上することができる。また、オーバーラップが過剰である場合に比べて、ＧＭ冷凍機１０の冷凍能力を向上することができる。第１オーバーラップ期間（及び／または第２オーバーラップ期間）は、より好ましくは２度から６度の範囲にあり、より好ましくは３度から５度の範囲にあり、より好ましくは約４度である。
【００８５】
ところで、ＧＭ冷凍機の膨張機における駆動トルクを低減するためにガス圧を利用するいわゆる「ガスアシスト」という技術がある。典型的なガスアシストは、供給された作動ガスの一部を膨張空間から隔離された膨張機内のガスアシスト室に分配することによって実現される。ガスアシスト室に供給された作動ガスは膨張空間でのＰＶ仕事に寄与し得ない。故に、ガスアシストは、ＰＶ仕事の低下すなわち冷凍能力の低下を招きうるという欠点をもつ。
【００８６】
しかしながら、上述の実施形態においては、第１吸気期間Ａ１が第２排気期間Ａ４と重なっている。そのため、第１コールドヘッド１４ａに圧縮機１２からガスが供給されるとき、第２コールドヘッド１４ｂから圧縮機１２にガスが回収される。このとき第１膨張室２０ａは第２膨張室２０ｂより高圧となり、この圧力差がディスプレーサ連結体１６を図１にて上向きに付勢する。付勢力の向きがディスプレーサ連結体１６の移動方向と一致するから、圧力差によって共通駆動機構４０を補助することができる。
【００８７】
また、第１排気期間Ａ２が第２吸気期間Ａ３と重なるから、第１コールドヘッド１４ａからガスが回収されるとき第２コールドヘッド１４ｂにガスが供給され、第１膨張室２０ａは第２膨張室２０ｂより低圧となる。この圧力差はディスプレーサ連結体１６を図１にて下向きに付勢する。よって、第１排気期間Ａ２においても第１吸気期間Ａ１と同様に、圧力差によって共通駆動機構４０を補助することができる。
【００８８】
したがって、第１コールドヘッド１４ａおよび第２コールドヘッド１４ｂそれぞれの運転それ自体が、ディスプレーサ連結体１６にガスアシストを提供する。上述の典型的なガスアシスト構成のように作動ガスを専用のガスアシスト室で消費することがなく、それ故にＰＶ仕事の損失も生じない。また、ディスプレーサ連結体１６を駆動するために共通駆動機構４０が生成する駆動トルクを低減することができるので、駆動機構の小型化が可能である。
【００８９】
あるいは、２つのコールドヘッド間の差圧のみによってディスプレーサ連結体１６を駆動することも可能である。
【００９０】
こうした利点を得るには、第１吸気期間Ａ１が第２排気期間Ａ４と正確に一致していなくてもよい。第２排気期間Ａ４は、第１吸気期間Ａ１と少なくとも部分的に重なっていればよい。同様に、第１排気期間Ａ２が第２吸気期間Ａ３と正確に一致していなくてもよい。第２吸気期間Ａ３は、第１排気期間Ａ２と少なくとも部分的に重なっていればよい。
【００９１】
上述の実施形態においては、第２吸気期間Ａ３は、第１吸気期間Ａ１と重なっていない。また、第２排気期間Ａ４は、第１排気期間Ａ２と重なっていない。このように、第１コールドヘッド１４ａへの圧縮機１２からの吸排気タイミングが、第２コールドヘッド１４ｂへの圧縮機１２からの吸排気タイミングと完全にずれている。このようにすれば、圧縮機１２の高低圧間の変動を抑制し、圧縮機１２の効率を向上することができる。
【００９２】
こうした利点を得るには、２つのコールドヘッドの吸排気タイミングが完全にずれている必要はない。第２吸気期間Ａ３が、好ましくは１５０度以上、第１吸気期間Ａ１から遅延されていればよい。それとともに、またはそれに代えて、第２排気期間Ａ４が、好ましくは１５０度以上、第１排気期間Ａ２から遅延されていればよい。
【００９３】
第１吸気期間Ａ１と第２排気期間Ａ４とは長さが異なってもよい。同様に、第１排気期間Ａ２と第２吸気期間Ａ３とは長さが異なってもよい。吸気期間と排気期間との差は、例えば２０度以内または５度以内であってもよい。このようにして、第１コールドヘッド１４ａと第２コールドヘッド１４ｂとの冷凍能力の差が調整されてもよい。
【００９４】
また、第１吸気期間Ａ１と第１排気期間Ａ２とは長さが異なってもよい。同様に、第２吸気期間Ａ３と第２排気期間Ａ４とは長さが異なってもよい。この場合も、吸気期間と排気期間との差は、例えば２０度以内または５度以内であってもよい。
【００９５】
さらに、上述の実施形態においては、対向配置された２つのコールドヘッドが縦向きとなるようＧＭ冷凍機１０が設置されるので、その設置床面積を小さくすることができる。
【００９６】
上述のように、ある実施形態においては、バルブ部７２がロータリーバルブとして構成されてもよい。上述のオーバーラップ期間を含むバルブタイミングを実現する例示的なロータリーバルブ構成を以下に説明する。
【００９７】
図５（ａ）および図５（ｂ）はそれぞれ、ある実施形態に係るバルブ部７２のバルブステータ７２ａおよびバルブロータ７２ｂを示す概略平面図である。図６は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すバルブ部７２のＡ−Ａ断面図であり、図７は、図５（ｂ）に示すバルブロータ７２ｂのＢ−Ｂ断面図である。図６および図７に示す一点鎖線は、バルブ回転軸Ｙを表す。
【００９８】
バルブステータ７２ａはバルブ回転軸Ｙに垂直なステータ平面６２を有し、バルブロータ７２ｂは同じくバルブ回転軸Ｙに垂直なロータ平面６４を有する。バルブロータ７２ｂは、バルブステータ７２ａに対しバルブ回転軸Ｙまわりに回転可能である。バルブロータ７２ｂがバルブステータ７２ａに対し回転するとき、ロータ平面６４はステータ平面６２に対し回転摺動する。ステータ平面６２とロータ平面６４が面接触することにより、冷媒ガスの漏れが防止される。
【００９９】
バルブステータ７２ａは、高圧ガス流入口６６、第１ステータ流路６８ａ、および第２ステータ流路６８ｂを備える。高圧ガス流入口６６は、ステータ平面６２の中心部に開口され、バルブステータ７２ａの中心部を回転軸方向に貫通するよう形成されている。高圧ガス流入口６６は、バルブ回転軸Ｙを中心とする円形状の輪郭をステータ平面６２上に定める。高圧ガス流入口６６は、図１に示す高圧ポート５４に連通される。
【０１００】
第１ステータ流路６８ａおよび第２ステータ流路６８ｂは、ステータ平面６２において高圧ガス流入口６６に対し互いに反対側に開口している。よって、第１ステータ流路６８ａおよび第２ステータ流路６８ｂは、高圧ガス流入口６６の径方向外側にある。第１ステータ流路６８ａおよび第２ステータ流路６８ｂは、バルブ回転軸Ｙを中心とする扇形状の輪郭をステータ平面６２上に定める。よって、第１ステータ流路６８ａおよび第２ステータ流路６８ｂは、ステータ平面６２において径方向外側に円弧状の外縁線を有する。
【０１０１】
図６に示されるように、第１ステータ流路６８ａおよび第２ステータ流路６８ｂは、ステータ平面６２からバルブステータ７２ａ内を回転軸方向に延びて途中で折れ曲がり、バルブステータ７２ａの円筒状側面に開口している。このように第１ステータ流路６８ａおよび第２ステータ流路６８ｂはバルブステータ７２ａを貫通している。第１ステータ流路６８ａは、ハウジング５２に形成された流路を通じて図１に示す第１室温室２２ａに連通される。第２ステータ流路６８ｂは、ハウジング５２に形成された別の流路を通じて図１に示す第２室温室２２ｂに連通される。
【０１０２】
第１ステータ流路６８ａは、第２ステータ流路６８ｂと軸方向に異なる長さをもち、図示の例では第２ステータ流路６８ｂより長い。これは、第１ステータ流路６８ａと第２ステータ流路６８ｂとのシールのためである。
【０１０３】
図６には、バルブステータ７２ａとハウジング５２とのシール構造を概略的に示す。図示されるように、第１シール部材７８ａ、第２シール部材７８ｂ、および第３シール部材７８ｃが、バルブステータ７２ａとハウジング５２との間のクリアランスに設けられている。これらシール部材は例えばＯリングなどの円環状シール部材であり、バルブステータ７２ａの側面に沿って周方向に延びている。第１ステータ流路６８ａが第１シール部材７８ａと第２シール部材７８ｂとの間に開口し、第２ステータ流路６８ｂが第２シール部材７８ｂと第３シール部材７８ｃの間に開口している。したがって、バルブ部７２の回転動作とシール構造との協働により、第１室温室２２ａと第２室温室２２ｂとを互いにシールすることができる。
【０１０４】
図５（ｂ）に示すように、バルブロータ７２ｂは、ロータ平面６４に開口している高圧流路８０、低圧流路８２、および均圧流路８４を備える。ロータ平面６４は、これら流路の周囲でステータ平面６２に面接触する。
【０１０５】
高圧流路８０、低圧流路８２、および均圧流路８４は、ロータ平面６４上でバルブ回転軸Ｙまわりに円周状に配列されている。言い換えれば、高圧流路８０、低圧流路８２、および均圧流路８４は、ロータ平面６４上でバルブ回転軸Ｙを中心としバルブ回転軸Ｙを囲む円環領域に配置されている。バルブ部７２が組み立てられたとき、バルブステータ７２ａの第１ステータ流路６８ａおよび第２ステータ流路６８ｂも同様に、この円環領域に配置される。ただし、後述するように、高圧流路８０はその径方向内側部分が、この円環領域からバルブ回転軸Ｙまで延びている。
【０１０６】
したがって、バルブロータ７２ｂがバルブ回転軸Ｙまわりに回転するとき、バルブステータ７２ａの三流路（すなわち高圧ガス流入口６６、第１ステータ流路６８ａ、および第２ステータ流路６８ｂ）とバルブロータ７２ｂの三流路（すなわち高圧流路８０、低圧流路８２、および均圧流路８４）との接続が周期的に切り替わる。これにより、バルブ部７２は、上述のバルブ群（すなわち、第１吸気バルブＶ１、第１排気バルブＶ２、第２吸気バルブＶ３、第２排気バルブＶ４、および均圧バルブＶ５）として動作する。
【０１０７】
高圧流路８０はバルブロータ７２ｂに形成された凹部であり、ロータ平面６４からの高圧流路８０の深さはバルブロータ７２ｂの回転軸方向長さより短い。よって高圧流路８０はバルブロータ７２ｂを貫通していない。高圧流路８０は、ロータ平面６４の中心部から径方向外側にわたり延在する。上述のようにバルブステータ７２ａの高圧ガス流入口６６がステータ平面６２の中心部にあるので、高圧流路８０は、バルブステータ７２ａの高圧ガス流入口６６に常時連通している。
【０１０８】
高圧流路８０は、扇形状の高圧流路輪郭８１をロータ平面６４上に定める。高圧流路輪郭８１は、高圧流路前縁線８１ａ、高圧流路後縁線８１ｂ、高圧流路内縁線８１ｃ、および高圧流路外縁線８１ｄを有する。高圧流路前縁線８１ａおよび高圧流路後縁線８１ｂはバルブ回転方向（すなわちバルブ回転軸Ｙまわりの周方向）に互いに離れて位置し、高圧流路内縁線８１ｃおよび高圧流路外縁線８１ｄはバルブ径方向に互いに離れて位置する。高圧流路内縁線８１ｃは高圧流路前縁線８１ａの一端を高圧流路後縁線８１ｂの一端に接続し、高圧流路外縁線８１ｄは高圧流路前縁線８１ａの他端を高圧流路後縁線８１ｂの他端に接続する。高圧流路前縁線８１ａおよび高圧流路後縁線８１ｂはそれぞれ直線である。
【０１０９】
高圧流路内縁線８１ｃおよび高圧流路外縁線８１ｄはそれぞれバルブ回転軸Ｙを中心とする円弧である。高圧流路内縁線８１ｃの中心角は、バルブ回転軸Ｙに対し高圧流路外縁線８１ｄの中心角と反対側にある。高圧流路内縁線８１ｃは、高圧流路外縁線８１ｄに対し径方向内側に位置しており、高圧流路内縁線８１ｃの半径は、高圧流路外縁線８１ｄの半径より小さい。高圧流路内縁線８１ｃの半径は、高圧ガス流入口６６の円形輪郭線の半径と等しい。高圧流路外縁線８１ｄの半径は、バルブロータ７２ｂ自身の半径よりわずかに小さい。また、高圧流路外縁線８１ｄの半径は、第１ステータ流路６８ａおよび第２ステータ流路６８ｂの外縁線の半径と等しい。
【０１１０】
高圧流路８０は、バルブロータ７２ｂの回転の一周期の一部（例えば第１吸気期間Ａ１）において高圧ガス流入口６６を第１ステータ流路６８ａに連通し、当該一周期の他の一部（例えば第２吸気期間Ａ３）において高圧ガス流入口６６を第２ステータ流路６８ｂに連通するようバルブロータ７２ｂに形成されている。また、高圧流路８０は、当該一周期の残部において第１ステータ流路６８ａおよび第２ステータ流路６８ｂの両方から高圧ガス流入口６６を不通とするようバルブロータ７２ｂに形成されている。
【０１１１】
このようにして、第１吸気期間Ａ１を定める第１吸気バルブＶ１および第２吸気期間Ａ３を定める第２吸気バルブＶ３がバルブ部７２に構成される。高圧流路８０は、第１吸気バルブＶ１の一部を形成するとともに、第２吸気バルブＶ３の一部でもある。
【０１１２】
低圧流路８２は、ロータ平面６４上で高圧流路８０と径方向反対側に開口している。低圧流路８２は、バルブロータ７２ｂを回転軸方向に貫通するよう形成され、図１に示す低圧ガス室６０（または低圧ポート５６）へと連通される。
【０１１３】
低圧流路８２は、ロータ平面６４上に扇形状の低圧流路輪郭８３を定める。低圧流路輪郭８３は、低圧流路前縁線８３ａ、低圧流路後縁線８３ｂ、低圧流路内縁線８３ｃ、および低圧流路外縁線８３ｄを有する。低圧流路前縁線８３ａおよび低圧流路後縁線８３ｂはバルブ回転方向に互いに離れて位置し、低圧流路内縁線８３ｃおよび低圧流路外縁線８３ｄはバルブ径方向に互いに離れて位置する。低圧流路内縁線８３ｃは低圧流路前縁線８３ａの一端を低圧流路後縁線８３ｂの一端に接続し、低圧流路外縁線８３ｄは低圧流路前縁線８３ａの他端を低圧流路後縁線８３ｂの他端に接続する。
【０１１４】
低圧流路前縁線８３ａおよび低圧流路後縁線８３ｂはそれぞれ直線である。低圧流路前縁線８３ａおよび低圧流路後縁線８３ｂはそれぞれ、バルブ回転軸Ｙを中心とする半径に沿ってロータ平面６４上に形成されている。
【０１１５】
低圧流路内縁線８３ｃおよび低圧流路外縁線８３ｄはそれぞれバルブ回転軸Ｙを中心とする円弧であり、同一の中心角を有する。低圧流路内縁線８３ｃは、低圧流路外縁線８３ｄに対し径方向内側に位置する。つまり、低圧流路内縁線８３ｃの半径は、低圧流路外縁線８３ｄの半径より小さい。低圧流路内縁線８３ｃの半径は、高圧流路内縁線８１ｃの半径よりわずかに大きい。低圧流路外縁線８３ｄの半径は、高圧流路外縁線８１ｄの半径と等しい。
【０１１６】
低圧流路８２は、バルブロータ７２ｂの回転の一周期の一部（例えば第１排気期間Ａ２）において低圧ガス室６０を第１ステータ流路６８ａに連通し、当該一周期の他の一部（例えば第２排気期間Ａ４）において低圧ガス室６０を第２ステータ流路６８ｂに連通するようバルブロータ７２ｂに形成されている。また、低圧流路８２は、当該一周期の残部において第１ステータ流路６８ａおよび第２ステータ流路６８ｂの両方から低圧ガス室６０を不通とするようバルブロータ７２ｂに形成されている。
【０１１７】
このようにして、第１排気期間Ａ２を定める第１排気バルブＶ２および第２排気期間Ａ４を定める第２排気バルブＶ４がバルブ部７２に構成される。低圧流路８２は、第１排気バルブＶ２の一部を形成するとともに、第２排気バルブＶ４の一部でもある。
【０１１８】
均圧流路８４は、バルブロータ７２ｂ内をバルブ径方向に延びる中空部分である。均圧流路８４は、高圧流路８０および低圧流路８２のそれぞれと分離されており、これらと相互に接続されていない。
【０１１９】
均圧流路８４は、扇形状の第１均圧流路輪郭８５および第２均圧流路輪郭８６をロータ平面６４上に定める。第１均圧流路輪郭８５は、ロータ平面６４上でバルブ回転軸Ｙまわりの周方向において高圧流路８０と低圧流路８２の間に位置する。第２均圧流路輪郭８６は、ロータ平面６４上でバルブ回転軸Ｙまわりの周方向において高圧流路８０と低圧流路８２の間に位置する。ただし、第２均圧流路輪郭８６は、ロータ平面６４上で第１均圧流路輪郭８５と反対側に位置する。第１均圧流路輪郭８５および第２均圧流路輪郭８６は同一の扇形であり、低圧流路輪郭８３に比べて小さい中心角をもつ（つまり低圧流路輪郭８３より狭い）。
【０１２０】
第１均圧流路輪郭８５は、第１均圧流路前縁線８５ａ、第１均圧流路後縁線８５ｂ、第１均圧流路内縁線８５ｃ、および第１均圧流路外縁線８５ｄを有する。第１均圧流路前縁線８５ａおよび第１均圧流路後縁線８５ｂはバルブ回転方向に互いに離れて位置し、第１均圧流路内縁線８５ｃおよび第１均圧流路外縁線８５ｄはバルブ径方向に互いに離れて位置する。第１均圧流路内縁線８５ｃは第１均圧流路前縁線８５ａの一端を第１均圧流路後縁線８５ｂの一端に接続し、第１均圧流路外縁線８５ｄは第１均圧流路前縁線８５ａの他端を第１均圧流路後縁線８５ｂの他端に接続する。
【０１２１】
第１均圧流路前縁線８５ａおよび第１均圧流路後縁線８５ｂはそれぞれ直線である。第１均圧流路前縁線８５ａおよび第１均圧流路後縁線８５ｂはそれぞれ、バルブ回転軸Ｙを中心とする半径に沿ってロータ平面６４上に形成されている。
【０１２２】
第１均圧流路内縁線８５ｃおよび第１均圧流路外縁線８５ｄはそれぞれバルブ回転軸Ｙを中心とする円弧であり、同一の中心角を有する。第１均圧流路内縁線８５ｃは、第１均圧流路外縁線８５ｄに対し径方向内側に位置する。つまり、第１均圧流路内縁線８５ｃの半径は、第１均圧流路外縁線８５ｄの半径より小さい。第１均圧流路内縁線８５ｃの半径は、低圧流路内縁線８３ｃの半径と等しい。第１均圧流路外縁線８５ｄの半径は、高圧流路外縁線８１ｄおよび低圧流路外縁線８３ｄの半径と等しい。
【０１２３】
第２均圧流路輪郭８６も第１均圧流路輪郭８５と同様に、第２均圧流路前縁線８６ａ、第２均圧流路後縁線８６ｂ、第２均圧流路内縁線８６ｃ、および第２均圧流路外縁線８６ｄを有する。
【０１２４】
均圧流路８４は、バルブロータ７２ｂの回転の一周期の一部（例えば第１均圧期間Ｂ１および第２均圧期間Ｂ２）において第１ステータ流路６８ａを第２ステータ流路６８ｂに連通し、当該一周期の残部において第１ステータ流路６８ａから第２ステータ流路６８ｂを不通とするようバルブロータ７２ｂに形成されている。
【０１２５】
このようにして、第１均圧期間Ｂ１および第２均圧期間Ｂ２を定める均圧バルブＶ５がバルブ部７２に構成される。均圧流路８４は、均圧バルブＶ５の一部を形成する。
【０１２６】
図８は、ある実施形態に係るバルブ部７２の動作を例示する図である。図８には、バルブ部７２における流路接続を図２に示すバルブタイミングと関連付けて示す。バルブ回転方向Ｒが図示されている。高圧流路８０は高圧ＰＨであり、低圧流路８２は低圧ＰＬである。図９は、吸排気工程におけるバルブ部７２の流路接続を概略的に示す。
【０１２７】
上述のように、第１タイミングｔ１にて均圧バルブＶ５が開かれ第１均圧期間Ｂ１が始まる。第１均圧期間Ｂ１の開始時において、第１コールドヘッド１４ａと同様に第１ステータ流路６８ａは低圧ＰＬであり、第２コールドヘッド１４ｂと同様に第２ステータ流路６８ｂは高圧ＰＨである。バルブロータ７２ｂの回転により均圧流路８４が第１ステータ流路６８ａおよび第２ステータ流路６８ｂに到達する。よって、図６に示すように、均圧流路８４を通じて第１室温室２２ａが第２室温室２２ｂと連通される。こうして、上述のように、第２コールドヘッド１４ｂから第１コールドヘッド１４ａに作動ガスが供給される。２つのコールドヘッドは均圧化され、平均圧ＰＡとなる。
【０１２８】
続いて、第２タイミングｔ２にて第１吸気バルブＶ１が開かれ第１吸気期間Ａ１が始まる。同時に第２排気バルブＶ４が開かれ第２排気期間Ａ４が始まる。バルブロータ７２ｂの回転により高圧流路８０が第１ステータ流路６８ａに到達し、低圧流路８２が第２ステータ流路６８ｂに到達する。図９に示されるように、高圧流路８０を通じて高圧ポート５４が第１室温室２２ａと連通される。また、低圧流路８２を通じて低圧ガス室６０が第２室温室２２ｂと連通される。圧縮機１２から第１コールドヘッド１４ａに作動ガスが供給され、第２コールドヘッド１４ｂから圧縮機１２に作動ガスが回収される。第１コールドヘッド１４ａは平均圧ＰＡから高圧ＰＨに昇圧され、第２コールドヘッド１４ｂは平均圧ＰＡから低圧ＰＬに減圧される。
【０１２９】
第２タイミングｔ２から第３タイミングｔ３までは上述のように第１均圧期間Ｂ１が継続するオーバーラップ期間であるから、図示されるように、均圧流路８４が第１ステータ流路６８ａおよび第２ステータ流路６８ｂと重なっている。第３タイミングｔ３にて均圧バルブＶ５が閉じ第１均圧期間Ｂ１が終わる。均圧流路８４が第１ステータ流路６８ａおよび第２ステータ流路６８ｂを通過する。
【０１３０】
その後、第４タイミングｔ４までに高圧流路８０が第１ステータ流路６８ａを通過し、低圧流路８２が第２ステータ流路６８ｂを通過する。こうして第１吸気期間Ａ１および第２排気期間Ａ４が終わる。
【０１３１】
第４タイミングｔ４にて均圧バルブＶ５が開かれ第２均圧期間Ｂ２が始まる。第１タイミングｔ１と同様に、バルブロータ７２ｂの回転により均圧流路８４が第１ステータ流路６８ａおよび第２ステータ流路６８ｂに到達する。均圧流路８４を通じて第１室温室２２ａが第２室温室２２ｂと連通される。第１コールドヘッド１４ａから第２コールドヘッド１４ｂに作動ガスが供給される。２つのコールドヘッドは均圧化される。
【０１３２】
続いて、第５タイミングｔ５にて第１排気バルブＶ２が開かれ第１排気期間Ａ２が始まる。同時に第２吸気バルブＶ３が開かれ第２吸気期間Ａ３が始まる。バルブロータ７２ｂの回転により高圧流路８０が第２ステータ流路６８ｂに到達し、低圧流路８２が第１ステータ流路６８ａに到達する。高圧流路８０を通じて高圧ポート５４が第２室温室２２ｂと連通され、圧縮機１２から第２コールドヘッド１４ｂに作動ガスが供給される。低圧流路８２を通じて低圧ガス室６０が第１室温室２２ａと連通され、第１コールドヘッド１４ａから圧縮機１２に作動ガスが回収される。第１コールドヘッド１４ａは平均圧ＰＡから低圧ＰＬに減圧される。第２コールドヘッド１４ｂは平均圧ＰＡから高圧ＰＨに昇圧される。
【０１３３】
第５タイミングｔ５から第６タイミングｔ６までは上述のように第２均圧期間Ｂ２が継続するオーバーラップ期間であるから、図示されるように、均圧流路８４が第１ステータ流路６８ａおよび第２ステータ流路６８ｂと重なっている。第６タイミングｔ６にて均圧バルブＶ５が閉じ第１均圧期間Ｂ１が終わる。均圧流路８４が第１ステータ流路６８ａおよび第２ステータ流路６８ｂを通過する。
【０１３４】
その後、第７タイミングｔ７にて低圧流路８２が第１ステータ流路６８ａを通過し、第１排気期間Ａ２が終わる。次回の第１タイミングｔ１までに高圧流路８０が第２ステータ流路６８ｂを通過し、第２吸気期間Ａ３が終わる。
【０１３５】
上述のように、バルブロータ７２ｂの高圧流路８０、低圧流路８２、および均圧流路８４は、ロータ平面６４上でバルブ回転軸Ｙまわりに円周状に配列されている。均圧流路８４は、ロータ平面６４上でバルブ回転軸Ｙまわりの周方向において高圧流路８０と低圧流路８２との間に配置されている。このようにすれば、ロータ平面６４上で高圧流路８０及び／または低圧流路８２と異なる径方向位置に均圧流路８４を配置する場合に比べて、バルブロータ７２ｂの径を小さくすることができる。これにより、バルブ部７２およびその駆動機構（例えば共通駆動機構４０）を小型化しうるので、好ましい。
【０１３６】
上述のオーバーラップ期間（すなわち、第２タイミングｔ２から第３タイミングｔ３、および第５タイミングｔ５から第６タイミングｔ６）を含むバルブタイミングを採用することによって、高圧流路８０及び／または低圧流路８２をバルブ回転軸Ｙまわりの周方向に広くすることができる。吸気期間及び／または排気期間を延長することができるので、流路圧損が低減される。これにより、ＧＭ冷凍機１０の冷凍能力を向上することができる。
【０１３７】
バルブステータ７２ａにおいては、高圧流路外縁線８１ｄ、低圧流路外縁線８３ｄ、第１均圧流路外縁線８５ｄ、および第２均圧流路外縁線８６ｄが、同一円周上にある。加えて、低圧流路内縁線８３ｃ、第１均圧流路内縁線８５ｃ、および第２均圧流路内縁線８６ｃが、同一円周上にある。このようにすれば、バルブロータ７２ｂの径を比較的小さく抑えつつ、高圧流路輪郭８１、低圧流路輪郭８３、第１均圧流路輪郭８５、および第２均圧流路輪郭８６の径方向寸法を大きくとることができる。流路面積を比較的大きくすることができる。これも流路圧損の低減に役立つ。
【０１３８】
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。
【０１３９】
高圧流路８０、低圧流路８２、および均圧流路８４の位置及び／または形状は、図示の例に限られず、他の位置及び／または形状も可能である。また、高圧ガス流入口６６、第１ステータ流路６８ａ、および第２ステータ流路６８ｂの位置及び／または形状は、図示の例に限られず、他の位置及び／または形状も可能である。
【０１４０】
第２コールドヘッド１４ｂは、第１コールドヘッド１４ａと対向配置されていなくてもよい。例えば、第２コールドヘッド１４ｂは、第１コールドヘッド１４ａと並列に配置されていてもよい。
【符号の説明】
【０１４１】
１０  ＧＭ冷凍機、  １４ａ  第１コールドヘッド、  １４ｂ  第２コールドヘッド、  １６ａ  第１ディスプレーサ、  １６ｂ  第２ディスプレーサ、  １８ａ  第１シリンダ、  １８ｂ  第２シリンダ、  ４０  共通駆動機構、  ４２  往復駆動源、  ４４  回転駆動源、  ４６  回転出力軸、  ４８  スコッチヨーク、  ５０ａ  第１連結ロッド、  ５０ｂ  第２連結ロッド、  ７０  作動ガス回路、  ７２  バルブ部、  ７２ａ  バルブステータ、  ７２ｂ  バルブロータ、  Ｖ１  第１吸気バルブ、  Ａ１  第１吸気期間、  Ｖ２  第１排気バルブ、  Ａ２  第１排気期間、  Ｖ３  第２吸気バルブ、  Ａ３  第２吸気期間、  Ｖ４  第２排気バルブ、  Ａ４  第２排気期間、  Ｖ５  均圧バルブ、  Ｂ１  第１均圧期間、  Ｂ２  第２均圧期間。
【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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