(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向往復動可能な第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、
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な第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、前記第１コールドヘッドと対向配置された第２コールドヘッドと、
前記第１ディスプレーサおよび前記第２ディスプレーサの軸方向往復動を駆動するよう前記第１ディスプレーサおよび前記第２ディスプレーサに連結された共通駆動機構と、
前記第１ガス室と前記第２ガス室との間に前記共通駆動機構を補助する圧力差を生成するよう前記第１コールドヘッドおよび前記第２コールドヘッドに接続された作動ガス回路と、を備え、
前記第１コールドヘッドは、前記第２コールドヘッドから遠い側の端部に第１冷却ステージを備え、前記第２コールドヘッドは、前記第１コールドヘッドから遠い側の端部に第２冷却ステージを備えることを特徴とするＧＭ冷凍機。
【請求項２】
前記共通駆動機構は、
往復駆動源と、
前記往復駆動源から軸方向に延在し前記往復駆動源を前記第１ディスプレーサに連結する第１連結ロッドと、
前記第１連結ロッドと反対側で前記往復駆動源から軸方向に延在し前記往復駆動源を前記第２ディスプレーサに連結する第２連結ロッドと、を備え、
前記第１ディスプレーサの軸方向往復動は、前記第２ディスプレーサの軸方向往復動と逆位相を有す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】
前記往復駆動源は、回転出力軸を有する回転駆動源と、前記回転出力軸の回転を軸方向往復動に変換するよう前記回転出力軸に連結されたスコッチヨークと、を備え、
前記第１連結ロッドは、前記スコッチヨークから前記第１ディスプレーサへと軸方向に延在して前記スコッチヨークを前記第１ディスプレーサに連結し、
前記第２連結ロッドは、前記スコッチヨークから前記第２ディスプレーサへと軸方向に延在して前記スコッチヨークを前記第２ディスプレーサに連結す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】
前記第１連結ロッドは、軸方向に垂直な平面において第１断面積を有し、前記第２連結ロッドは、軸方向に垂直な平面において第２断面積を有し、前記第１断面積は前記第２断面積と等しいことを特徴とする請求項２または３に記載のＧＭ冷凍機。
【請求項５】
前記第１連結ロッドは、軸方向に垂直な平面において第１断面積を有し、前記第２連結ロッドは、軸方向に垂直な平面において第２断面積を有し、前記第１断面積は前記第２断面積と異なることを特徴とする請求項２または３に記載のＧＭ冷凍機。
【請求項６】
前記作動ガス回路は、
前記第１コールドヘッドの第１吸気期間を定める第１吸気バルブと、
前記第２コールドヘッドの第２吸気期間を定める第２吸気バルブと、
前記第１コールドヘッドの第１排気期間を前記第２吸気期間と少なくとも部分的に重なるよう定める第１排気バルブと、
前記第２コールドヘッドの第２排気期間を前記第１吸気期間と少なくとも部分的に重なるよう定める第２排気バルブと、を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のＧＭ冷凍機。
【請求項７】
前記第２吸気期間は、前記第１吸気期間から遅延され、及び／または、
前記第２排気期間は、前記第１排気期間から遅延されていることを特徴とする請求項６に記載のＧＭ冷凍機。
【請求項８】
前記第１コールドヘッドに熱的に結合された第１冷媒冷却部と、
前記第２コールドヘッドに熱的に結合された第２冷媒冷却部と、
前記第１冷媒冷却部を前記第２冷媒冷却部に接続する接続冷媒管と、さらに備え、
前記接続冷媒管には、脱着可能な連結機構が設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のＧＭ冷凍機。
【請求項９】
前記第２コールドヘッドおよび前記第２冷媒冷却部を収容する副真空容器と、
前記第１コールドヘッドを前記副真空容器と別の主真空容器に取り付けるためのフランジ部と、をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載のＧＭ冷凍機。
【請求項１０】
前記第１コールドヘッドは、第１の単段式コールドヘッドであり、
前記第２コールドヘッドは、第２の単段式コールドヘッドであることを特徴とする請求項８または９に記載のＧＭ冷凍機。
【請求項１１】
軸方向往復動可能な第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、
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な第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、前記第１コールドヘッドと対向配置された第２コールドヘッドと、を備え、
前記第１コールドヘッドは、前記第２コールドヘッドから遠い側の端部に第１冷却ステージを備え、前記第２コールドヘッドは、前記第１コールドヘッドから遠い側の端部に第２冷却ステージを備えることを特徴とするＧＭ冷凍機。
【請求項１２】
前記第１ガス室と前記第２ガス室との間に圧力差を生成するよう前記第１コールドヘッドおよび前記第２コールドヘッドに接続された作動ガス回路をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載のＧＭ冷凍機。
【請求項１３】
軸方向に相互に連結された第１連結ロッドおよび第２連結ロッドをさらに備え、前記第１ディスプレーサは、前記第１ディスプレーサの軸方向往復動が前記第２ディスプレーサの軸方向往復動と逆位相を有するよう前記第１連結ロッドおよび前記第２連結ロッドを介して前記第２ディスプレーサに連結され、
前記第１連結ロッドは、軸方向に垂直な平面において第１断面積を有し、前記第２連結ロッドは、軸方向に垂直な平面において第２断面積を有し、前記第１断面積は前記第２断面積と等しいことを特徴とする請求項１１または１２に記載のＧＭ冷凍機。
【請求項１４】
軸方向に相互に連結された第１連結ロッドおよび第２連結ロッドをさらに備え、前記第１ディスプレーサは、前記第１ディスプレーサの軸方向往復動が前記第２ディスプレーサの軸方向往復動と逆位相を有するよう前記第１連結ロッドおよび前記第２連結ロッドを介して前記第２ディスプレーサに連結され、
前記第１連結ロッドは、軸方向に垂直な平面において第１断面積を有し、前記第２連結ロッドは、軸方向に垂直な平面において第２断面積を有し、前記第１断面積は前記第２断面積と異なることを特徴とする請求項１１または１２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。
【０００５】
しかし、１つの駆動部で２つのディスプレーサを駆動するには、相応の駆動トルクを発生させる比較的大型の駆動部が必要である。加えて、２つの膨張機の並列配置は、冷凍機の設置床面積を大きくしがちである。
【０００６】
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、それらディスプレーサの駆動トルクを低減しつつ圧縮機の効率向上を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様によると、ＧＭ冷凍機は、軸方向往復動可能な第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、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な第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、前記第１コールドヘッドと対向配置された第２コールドヘッドと、前記第１ディスプレーサおよび前記第２ディスプレーサの軸方向往復動を駆動するよう前記第１ディスプレーサおよび前記第２ディスプレーサに連結された共通駆動機構と、前記第１ガス室と前記第２ガス室との間に前記共通駆動機構を補助する圧力差を生成するよう前記第１コールドヘッドおよび前記第２コールドヘッドに接続された作動ガス回路と、を備える。
【０００８】
本発明のある態様によると、ＧＭ冷凍機は、軸方向往復動可能な第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、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な第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、前記第１コールドヘッドと対向配置された第２コールドヘッドと、を備える。
【０００９】
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】
【００１０】
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、それらディスプレーサの駆動トルクを低減しつつ圧縮機の効率向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の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冷凍機を概略的に示す外観図である。
【図３】図１に示すＧＭ冷凍機の動作の一例を示す図である。
【図４】本発明の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５】本発明の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６】図６（ａ）は、図５に示すディスプレーサ連結体が上動するときスコッチヨークに作用する上動アシスト力を示し、図６（ｂ）は、ディスプレーサ連結体が下動するときスコッチヨークに作用する下動アシスト力を示す。
【図７】本発明の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。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１は、本発明の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を概略的に示す外観図である。図３は、図１に示すＧＭ冷凍機１０の動作の一例を示す図である。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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）。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
図２に示されるように、共通駆動機構４０は、駆動機構ハウジング５２を備える。駆動機構ハウジング５２の一方側に第１シリンダ１８ａが固定され、駆動機構ハウジング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。なお図２においては簡単のため圧縮機１２の図示は省略されている。
【００３７】
駆動機構ハウジング５２には、図１に示す往復駆動源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と同様に駆動機構ハウジング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。第１軸受部３８ａは、第１シリンダ１８ａと駆動機構ハウジング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と駆動機構ハウジング５２との境界またはその近傍に配設されている。第１軸受部３８ａおよび第２軸受部３８ｂはそれぞれ、駆動機構ハウジング５２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構成されている。
【００３８】
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。
【００３９】
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）。
【００４０】
図２に示されるように、ＧＭ冷凍機１０には、冷媒循環回路５４が設けられている。ＧＭ冷凍機１０は、冷媒循環回路５４を流れる冷媒（例えば液体窒素）を冷却する。ＧＭ冷凍機１０によって冷却された冷媒は、冷媒循環回路５４を通じて被冷却物（図示せず）に供給される。被冷却物の冷却に使用された冷媒は、冷媒循環回路５４を通じて回収されＧＭ冷凍機１０によって再冷却される。
【００４１】
冷媒循環回路５４は、第１コールドヘッド１４ａに熱的に結合された第１冷媒冷却部５４ａ、第２コールドヘッド１４ｂに熱的に結合された第２冷媒冷却部５４ｂ、および第１冷媒冷却部５４ａを第２冷媒冷却部５４ｂに接続する接続冷媒管５４ｃを備える。また、冷媒循環回路５４は、供給管５４ｄおよび回収管５４ｅを備える。第１冷媒冷却部５４ａおよび第２冷媒冷却部５４ｂはそれぞれ第１冷却ステージ２４ａおよび第２冷却ステージ２４ｂを取り巻く螺旋状の冷媒管である。第１冷媒冷却部５４ａは第１冷却ステージ２４ａにより冷却され、第２冷媒冷却部５４ｂは第２冷却ステージ２４ｂにより冷却される。第１冷媒冷却部５４ａの一端に接続冷媒管５４ｃが接続され、他端に供給管５４ｄが接続されている。第２冷媒冷却部５４ｂの一端に接続冷媒管５４ｃが接続され、他端に回収管５４ｅが接続されている。
【００４２】
接続冷媒管５４ｃには、脱着可能な連結機構５４ｆが設けられている。したがって、連結機構５４ｆが取り外されるとき、接続冷媒管５４ｃは、第１冷媒冷却部５４ａ側の部分と第２冷媒冷却部５４ｂ側の部分とに分離される。連結機構５４ｆは、冷媒循環回路５４の分解を容易にする。これは、ＧＭ冷凍機１０のメンテナンス作業の効率を高めるのに役立つ。
【００４３】
冷媒循環回路５４における冷媒流れ方向が矢印で図示されている。冷媒は、回収管５４ｅから、第２冷媒冷却部５４ｂ、接続冷媒管５４ｃ、第１冷媒冷却部５４ａを通って、供給管５４ｄへと流れる。このように、冷媒はまず第２冷媒冷却部５４ｂで冷却され、その次に第１冷媒冷却部５４ａで冷却される。
【００４４】
コールドヘッドはその膨張室を鉛直方向下方に向ける姿勢で設置されるとき冷凍能力が最も高くなる。上述のように第１コールドヘッド１４ａは第１膨張室２０ａを鉛直方向下方に有するが、第２コールドヘッド１４ｂはそうではない。そのため、第２冷却ステージ２４ｂは、第１冷却ステージ２４ａより温度が高い。上述の冷媒回路構成によれば、回収された比較的高温の冷媒は、まず高温の第２コールドヘッド１４ｂで冷却され、次いで低温の第１コールドヘッド１４ａで冷却される。したがって、冷媒とＧＭ冷凍機１０との熱交換効率を向上することができる。
【００４５】
また、ＧＭ冷凍機１０は、第２コールドヘッド１４ｂおよび第２冷媒冷却部５４ｂを収容する副真空容器５６と、第１コールドヘッド１４ａを副真空容器５６と別の主真空容器５８に取り付けるためのフランジ部６０と、を備える。第１コールドヘッド１４ａおよび第１冷媒冷却部５４ａは、主真空容器５８に収容される。
【００４６】
副真空容器５６は第２シリンダ１８ｂの近位端に取り付けられ、フランジ部６０は第１シリンダ１８ａの近位端に取り付けられている。副真空容器５６は、副真空容器５６を主真空容器５８に気密に連通する接続管６２によってフランジ部６０に接続されている。接続管６２は、供給管５４ｄおよび接続冷媒管５４ｃを主真空容器５８から副真空容器５６に導く通路を提供する。接続管６２はその中途にベローズ部を有する。
【００４７】
第２コールドヘッド１４ｂおよび第２冷媒冷却部５４ｂが副真空容器５６で覆い隠され、第１コールドヘッド１４ａおよび第１冷媒冷却部５４ａだけが露出されている。そのため、ＧＭ冷凍機１０を主真空容器５８に取り付ける作業において、作業者は、ＧＭ冷凍機１０を、単一のコールドヘッドをもつ一般的なＧＭ冷凍機と同じように取り扱うことができる。
【００４８】
図１に示す作動ガス回路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。
【００４９】
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、および第２排気バルブＶ４を備える。バルブ部７２は、図２に示す駆動機構ハウジング５２に収容されている。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。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】
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。第１吸気バルブＶ１は、圧縮機１２の吐出口を第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。
【００５１】
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、圧縮機１２の吸入口を第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。
【００５２】
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、圧縮機１２の吐出口を第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。
【００５３】
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、圧縮機１２の吸入口を第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。
【００５４】
図３には、第１吸気期間Ａ１、第１排気期間Ａ２、第２吸気期間Ａ３、および第２排気期間Ａ４が例示されている。図３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。
【００５５】
第１吸気期間Ａ１および第２排気期間Ａ４は、０度から１３５度の範囲であり、第１排気期間Ａ２および第２吸気期間Ａ３は、１８０度から３１５度の範囲である。第１吸気期間Ａ１は、第１排気期間Ａ２と交互であり、第２吸気期間Ａ３は、第２排気期間Ａ４と交互である。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。
【００５６】
上記の構成をもつＧＭ冷凍機１０の動作を説明する。第１ディスプレーサ１６ａが第１シリンダ１８ａの下死点またはその近傍の位置にあるとき、第１吸気期間Ａ１が開始される（図３の０度）。第１吸気バルブＶ１が開き、高圧ガスが圧縮機１２の吐出口から第１コールドヘッド１４ａの第１室温室２２ａに供給される。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は下死点から上死点に向けて動く。第１吸気バルブＶ１が閉じ、第１吸気期間Ａ１が終了する（図３の１３５度）。第１ディスプレーサ１６ａは引き続き上死点に向けて移動する。こうして、第１膨張室２０ａの容積が増加されるとともに高圧ガスで満たされる。
【００５７】
第１ディスプレーサ１６ａが上死点またはその近傍の位置にあるとき、第１排気期間Ａ２が開始される（図３の１８０度）。第１排気バルブＶ２が開き、第１コールドヘッド１４ａは圧縮機１２の吸入口に接続される。高圧ガスは第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。ガスが第１コールドヘッド１４ａから流出する間、第１ディスプレーサ１６ａは上死点から下死点に向けて動く。第１排気バルブＶ２が閉じ、第１排気期間Ａ２が終了する（図３の３１５度）。第１ディスプレーサ１６ａは引き続き下死点に向けて移動する。こうして、第１膨張室２０ａの容積が減少されるとともに低圧ガスは排出される。
【００５８】
第１コールドヘッド１４ａ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を冷却する。よって、第１冷媒冷却部５４ａにて冷媒が冷却される。
【００５９】
第１コールドヘッド１４ａの上述の動作と同時に第２コールドヘッド１４ｂも動作する。第２ディスプレーサ１６ｂが上死点またはその近傍の位置にあるとき、第２排気期間Ａ４が開始される（図３の０度）。第２排気バルブＶ４が開き、第２コールドヘッド１４ｂは圧縮機１２の吸入口に接続される。高圧ガスは第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。ガスが第２コールドヘッド１４ｂから流出する間、第２ディスプレーサ１６ｂは上死点から下死点に向けて（図１において上向きに）動く。第２排気バルブＶ４が閉じ、第２排気期間Ａ４が終了する（図３の１３５度）。第２ディスプレーサ１６ｂは引き続き下死点に向けて移動する。こうして、第２膨張室２０ｂの容積が減少されるとともに低圧ガスは排出される。
【００６０】
第２ディスプレーサ１６ｂが第２シリンダ１８ｂの下死点またはその近傍の位置にあるとき、第２吸気期間Ａ３が開始される（図３の１８０度）。第２吸気バルブＶ３が開き、高圧ガスが圧縮機１２の吐出口から第２コールドヘッド１４ｂの第２室温室２２ｂに供給される。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は下死点から上死点に向けて（図１において下向きに）動く。第２吸気バルブＶ３が閉じ、第２吸気期間Ａ３が終了する（図３の１３５度）。第２ディスプレーサ１６ｂは引き続き上死点に向けて移動する。こうして、第２膨張室２０ｂの容積が増加されるとともに高圧ガスで満たされる。
【００６１】
このように、第２コールドヘッド１４ｂは、第１コールドヘッド１４ａと逆位相で同様の冷却サイクル（すなわちＧＭサイクル）を繰り返す。それにより第２冷却ステージ２４ｂが冷却され、第２冷媒冷却部５４ｂにて冷媒が冷却される。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
なお、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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
図１から図３を参照して説明したＧＭ冷凍機１０においては、共通駆動機構４０が作動ガス回路７０によって補助されている。しかしながら、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。つまり、図４に例示されるように、ＧＭ冷凍機１０は、共通駆動機構４０を備えなくてもよい。
【００７３】
図４は、本発明の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。ＧＭ冷凍機１０は、第１連結ロッド５０ａおよび第２連結ロッド５０ｂを備え、これらは軸方向に相互に連結されている。第１ディスプレーサ１６ａは、第１ディスプレーサ１６ａの軸方向往復動が第２ディスプレーサ１６ｂの軸方向往復動と逆位相を有するよう第１連結ロッド５０ａおよび第２連結ロッド５０ｂを介して第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。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。
【００７４】
第１連結ロッド５０ａおよび第２連結ロッド５０ｂは、相互に固定的に連結された単一の連結ロッド５０を構成する。あるいは、第１連結ロッド５０ａおよび第２連結ロッド５０ｂは、中間部材を介して相互に固定的に連結されていてもよい。
【００７５】
第１連結ロッド５０ａは、軸方向に垂直な平面において第１断面積Ｓ１を有し、第２連結ロッド５０ｂは、軸方向に垂直な平面において第２断面積Ｓ２を有する。第１断面積Ｓ１は第２断面積Ｓ２と等しい。例えば、第１連結ロッド５０ａは、第１直径を有する円形断面を有し、第２連結ロッド５０ｂは、第１直径と等しい第２直径を有する円形断面を有してもよい。第１連結ロッド５０ａと第２連結ロッド５０ｂは典型的に同一の断面形状を有するが、両者は異なる断面形状を有してもよい。
【００７６】
作動ガス回路７０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構成されている。作動ガス回路７０は、第１ガス室と第２ガス室との間に圧力差を生成するよう第１コールドヘッド１４ａおよび第２コールドヘッド１４ｂに接続されている。
【００７７】
図４に示すＧＭ冷凍機１０においても、図１に示すＧＭ冷凍機１０と同様に、図３に示すバルブタイミングが採用されうる。
【００７８】
第１吸気期間Ａ１が第２排気期間Ａ４と重なる。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より高圧となる。こうして、圧力差によりディスプレーサ連結体１６は上動することができる。
【００７９】
また、第１排気期間Ａ２が第２吸気期間Ａ３と重なる。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。圧力差によりディスプレーサ連結体１６は下動することができる。
【００８０】
このようにして、共通駆動機構４０を有しないＧＭ冷凍機１０を提供することができる。ＧＭ冷凍機１０はガス差圧駆動式に構成される。なお、バルブ部７２がロータリーバルブとして構成される場合には、上述のように、ＧＭ冷凍機１０は、ロータリーバルブを回転駆動するようロータリーバルブに連結された回転駆動源（例えば回転駆動源４４）を備えてもよい。
【００８１】
なお、図１に示すＧＭ冷凍機１０においても、第１連結ロッド５０ａは、軸方向に垂直な平面において第１断面積を有し、第２連結ロッド５０ｂは、軸方向に垂直な平面において第２断面積を有する。第１断面積Ｓ１は第２断面積Ｓ２と等しい。例えば、第１連結ロッド５０ａは、第１直径を有する円形断面を有し、第２連結ロッド５０ｂは、第１直径と等しい第２直径を有する円形断面を有してもよい。
【００８２】
図５は、本発明の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１から図４を参照して説明したＧＭ冷凍機１０においては、第１連結ロッド５０ａと第２連結ロッド５０ｂが等しい断面積を有する。しかしながら、図５に示すように、第１連結ロッド５０ａと第２連結ロッド５０ｂが異なる断面積を有してもよい。
【００８３】
第１連結ロッド５０ａは、軸方向に垂直な平面において第１断面積Ｓ１を有し、第２連結ロッド５０ｂは、軸方向に垂直な平面において第２断面積Ｓ２を有する。第１断面積Ｓ１は第２断面積Ｓ２と異なる。例えば、第１断面積Ｓ１は第２断面積Ｓ２より大きい。例えば、第１連結ロッド５０ａは、第１直径を有する円形断面を有し、第２連結ロッド５０ｂは、第２直径を有する円形断面を有する。第２直径は第１直径より小さい。
【００８４】
このようにしても、作動ガス回路７０は、共通駆動機構４０を補助する圧力差を生成することができる。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。
【００８５】
加えて、図５に示すＧＭ冷凍機１０は、第１断面積Ｓ１が第２断面積Ｓ２と異なる非対称なガスアシスト構成を有する。ディスプレーサ連結体１６の移動方向に応じて、ディスプレーサ連結体１６に異なるアシスト力が与えられる。
【００８６】
図６（ａ）は、図５に示すディスプレーサ連結体１６が上動するときスコッチヨーク４８に作用する上動アシスト力Ｆｕｐを示し、図６（ｂ）は、ディスプレーサ連結体１６が下動するときスコッチヨーク４８に作用する下動アシスト力Ｆｄｏｗｎを示す。
【００８７】
スコッチヨーク４８は、駆動機構ハウジング５２の内部空間５３に収容されている。上述のように、第１軸受部３８ａおよび第２軸受部３８ｂはそれぞれ、内部空間５３から第１室温室２２ａおよび第２室温室２２ｂをシールする。内部空間５３は、図１に示す圧縮機１２の吐出口に連通され、従って低圧ＰＬに常時維持されている。
【００８８】
ディスプレーサ連結体１６が上動するとき第１室温室２２ａは高圧ＰＨであり第２室温室２２ｂは低圧ＰＬであるから、上動アシスト力Ｆｕｐは、Ｆｕｐ＝（ＰＨ−ＰＬ）Ｓ１と表される。一方、ディスプレーサ連結体１６が上動するとき第１室温室２２ａは低圧ＰＬであり第２室温室２２ｂは高圧ＰＨであるから、下動アシスト力Ｆｄｏｗｎは、Ｆｄｏｗｎ＝（ＰＨ−ＰＬ）Ｓ２と表される。したがって、第１断面積Ｓ１が第２断面積Ｓ２より大きい場合、上動アシスト力Ｆｕｐは下動アシスト力Ｆｄｏｗｎより大きい。
【００８９】
ＧＭ冷凍機１０は、使用される現場で図示の向きに設置されうる。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うる。この場合、駆動源（例えば回転駆動源４４）の負荷は、ディスプレーサ連結体１６の移動方向に応じて異なりうる。例えば、ディスプレーサ連結体１６の自重により、駆動源（例えば回転駆動源４４）の負荷は、ディスプレーサ連結体１６が下動するときに比べて、ディスプレーサ連結体１６が上動するときに大きくなりうる。
【００９０】
図５に示すＧＭ冷凍機１０は、非対称なガスアシスト構成を採用することによって駆動負荷を均一化することができる。例えば、第１断面積Ｓ１が第２断面積Ｓ２より大きいことによって、上動アシスト力Ｆｕｐが下動アシスト力Ｆｄｏｗｎより大きくなる。それにより、ディスプレーサ連結体１６の自重の影響を少なくとも部分的に打ち消すことができる。これは、第１コールドヘッド１４ａと第２コールドヘッド１４ｂの冷凍性能の均一化に役立つ。また、駆動負荷の均一化によって駆動負荷のピーク値が低減されうるので、非対称ガスアシスト構成は、駆動源の小型化にも役立つ。
【００９１】
ある実施形態においては、駆動機構ハウジング５２の内部空間５３は、低圧ＰＬと異なる所定の圧力に維持されていてもよい。同様に、ディスプレーサ連結体１６の移動方向に応じてディスプレーサ連結体１６に異なるアシスト力を与えることができる。
【００９２】
ある実施形態においては、第１連結ロッド５０ａの第１断面積Ｓ１は、第２連結ロッド５０ｂの第２断面積Ｓ２より小さくてもよい。例えば、第１連結ロッド５０ａは、第１直径を有する円形断面を有し、第２連結ロッド５０ｂは、第２直径を有する円形断面を有し、第１直径は第２直径より小さくてもよい。このようにすれば、上動アシスト力Ｆｕｐを下動アシスト力Ｆｄｏｗｎより小さくすることができる。
【００９３】
図７は、本発明の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７に示すＧＭ冷凍機１０は、図４に示すＧＭ冷凍機１０と同様に、共通駆動機構４０を有しない。
【００９４】
ＧＭ冷凍機１０は、第１連結ロッド５０ａおよび第２連結ロッド５０ｂを備え、これらは軸方向に相互に連結されている。第１ディスプレーサ１６ａは、第１ディスプレーサ１６ａの軸方向往復動が第２ディスプレーサ１６ｂの軸方向往復動と逆位相を有するよう第１連結ロッド５０ａおよび第２連結ロッド５０ｂを介して第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。
【００９５】
第１連結ロッド５０ａおよび第２連結ロッド５０ｂは、相互に固定的に連結された単一の連結ロッド５０を構成する。あるいは、第１連結ロッド５０ａおよび第２連結ロッド５０ｂは、中間部材を介して相互に固定的に連結されていてもよい。
【００９６】
第１連結ロッド５０ａは、軸方向に垂直な平面において第１断面積Ｓ１を有し、第２連結ロッド５０ｂは、軸方向に垂直な平面において第２断面積Ｓ２を有する。第１断面積Ｓ１は第２断面積Ｓ２と異なる。例えば、第１断面積Ｓ１は第２断面積Ｓ２より大きい。例えば、第１連結ロッド５０ａは、第１直径を有する円形断面を有し、第２連結ロッド５０ｂは、第２直径を有する円形断面を有する。第２直径は第１直径より小さい。
【００９７】
図７に示すＧＭ冷凍機１０においても、図１に示すＧＭ冷凍機１０と同様に、図３に示すバルブタイミングが採用されうる。
【００９８】
このようにしても、ＧＭ冷凍機１０をガス差圧駆動式に構成することができる。また、ディスプレーサ連結体１６の移動方向に応じてディスプレーサ連結体１６に異なる駆動力を与えることができる。それにより、ディスプレーサ連結体１６の上動と下動を対称化することができる。第１コールドヘッド１４ａと第２コールドヘッド１４ｂの冷凍性能を均一化することができる。
【００９９】
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。
【０１００】
例えば、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。あるいは、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）でもよい。
【０１０１】
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。
【符号の説明】
【０１０２】
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、  ５４ａ  第１冷媒冷却部、  ５４ｂ  第２冷媒冷却部、  ５４ｃ  接続冷媒管、  ５４ｆ  連結機構、  ５６  副真空容器、  ５８  主真空容器、  ６０  フランジ部、  ７０  作動ガス回路、  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。
【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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